JP2011224615A

JP2011224615A - 多層盛サブマージアーク溶接用溶融型フラックス

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Publication number: JP2011224615A
Application number: JP2010096631A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Muranishi; 良昌村西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: JP5468971B2

Abstract

【課題】多層盛溶接において溶接ビード外観が良好でかつ靭性が優れた溶接金属を得ることができる多層盛サブマージアーク溶接用溶融型フラックスを提供する。
【解決手段】ＳｉＯ_２：３０乃至３６質量％、ＣａＯ：１８乃至２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１２乃至１８質量％、ＣａＦ_２：３乃至８質量％、ＭｇＯ：８乃至１４質量％、ＭｎＯ：５乃至１２質量％、ＴｉＯ_２：０．５乃至３．５質量％、Ｂ_２Ｏ_３：０．０１乃至０．２０質量％を含み、ＦｅＯが３．０質量％以下である。更に、（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が０．７乃至０．９である。
【選択図】なし

Description

本発明は、多層盛サブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関し、特に多層盛溶接において溶接ビード外観が良好でかつ靭性が優れた溶接金属を得ることができる多層盛サブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関する。

近年、溶接構造物に対して、厚肉化及び高靭性化が要求されている。また、溶接後の手直し等の工程に必要な時間の削減及び工程の短縮が要求されている。このような要求に応えるためには、溶接金属の高靭性化と溶接ビード外観の健全性が必要である。

従来のフラックスにおいては、ビード外観が良好であれば、靭性が劣化し、また、靭性が良好であれば、ビード外観が劣化するという傾向にあった。特に、主要なビード外観不良の一例として、ビード表面のポックマーク発生が挙げられるが、このポックマークの程度によっては、グラインダー作業に必要な時間が増大し、工程時間の増加が問題となっている。

これらのサブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関する技術として、特許文献１及び２に記載されたものが公知である。特許文献１には、ラインパイプ及び構造用パイプ等の大径鋼管の溶接に好適な高速サブマージアーク溶接に使用されるサブマージアーク溶接用溶融型フラックスが開示されている。この溶融型フラックスは、ＣａＯ、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２を含有し、これらの物質の含有量の関連式の値を規定している。この関連式において、ＣａＯは分子に、ＳｉＯ_２とＭｎＯは分母に位置する。

また、特許文献２においては、低温用鋼の高速サブマージアーク溶接に好適な溶融型フラックスが開示されており、同様に、ＣａＯ、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＴｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＦｅＯを含有すると共に、Ｎａ_２Ｏ及び／又はＫ_２Ｏを含有し、更に、これらの物質の含有量の関連式の値を規定している。この関連式において、同様に、ＣａＯは分子に、ＳｉＯ_２とＭｎＯは分母に位置する。

特開２００５−１２５３４５号公報特開昭６１−１８０６９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、ラインパイプ等の大径鋼管の高速溶接という点で、その所期の目的は達成されたが、多層肉盛溶接における溶接ビード外観及び溶接金属の靭性の向上という点については、着目していなかった。

また、特許文献２に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、海洋構造物等に使用される低温用鋼の高速サブマージアーク溶接という点で、その所期の目的は達成されたが、同様に、多層肉盛溶接における溶接ビード外観及び溶接金属の靭性の向上という点については、着目していなかった。

即ち、従来技術においては、多層盛溶接における健全な溶接ビード外観と溶接金属部の安定した靭性とを両立したサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの開発はなされていなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、多層盛溶接において溶接ビード外観が良好でかつ靭性が優れた溶接金属を得ることができる多層盛サブマージアーク溶接用溶融型フラックスを提供することを目的とする。

本発明に係る多層盛サブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、ＳｉＯ_２：３０乃至３６質量％、ＣａＯ：１８乃至２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１２乃至１８質量％、ＣａＦ_２：３乃至８質量％、ＭｇＯ：８乃至１４質量％、ＭｎＯ：５乃至１２質量％、ＴｉＯ_２：０．５乃至３．５質量％、Ｂ_２Ｏ_３：０．０１乃至０．２０質量％を含み、ＦｅＯが３．０質量％以下であり、更に、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ_２の含有量を夫々［ＣａＯ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］としたとき、（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が０．７乃至０．９であることを特徴とする。

本発明によれば、フラックス組成及び（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］値を適切に規定したので、多層盛溶接において、ビード揃い劣化、凸ビード形状、スラグ焼き付き、ポックマーク発生等が防止され、溶接ビードの外観が向上し、優れた靭性を得ることができる。

溶接試験の開先形状を示す図である。シャルピー衝撃試験片採取位置を示す図である。

本願発明者等は、多層盛溶接において、溶接ビードにポックマーク及びスラグ焼付きが発生せず、靭性が優れた溶接金属を得ることができるフラックスを開発するため、種々実験研究を行った結果、上記課題を解決するためには、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ_２の含有量を夫々［ＣａＯ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］としたとき、（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が０．７乃至０．９であることが必須であることを見出した。

また、フラックスの組成は、ＳｉＯ_２：３０乃至３６質量％、ＣａＯ：１８乃至２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１２乃至１８質量％、ＣａＦ_２：３乃至８質量％、ＭｇＯ：８乃至１４質量％、ＭｎＯ：５乃至１２質量％、ＴｉＯ_２：０．５乃至３．５質量％、Ｂ_２Ｏ_３：０．０１乃至０．２０質量％を含み、ＦｅＯが３．０質量％以下であることが必要である。

次に、上述のフラックスの成分添加理由及び組成限定理由について説明する。

「ＳｉＯ_２：３０乃至３６質量％」
ＳｉＯ_２は酸性成分であり、スラグの粘性を調整するのに有効な成分である。ＳｉＯ_２が３０質量％未満では、スラグの粘性が低下し、ビード幅の揃いが劣化する。一方、ＳｉＯ_２が３６質量％を超えると、スラグ粘性が過剰となり、ビードの広がりが悪くなると共に、塩基度が低下するため、溶接金属の酸素量が増加し、靭性が劣化する。

「ＣａＯ：１８乃至２５質量％」
ＣａＯは塩基性成分であり、フラックスの塩基度を高め、溶接金属中の酸素低減に極めて効果的な成分である。ＣａＯが１８質量％未満では、塩基度低下により溶接金属の酸素量が高くなり、靭性が劣化する。一方、ＣａＯが２５質量％を超えると、スラグが焼付き、スラグ剥離性が劣化する。このため、ＣａＯは、１８乃至２５質量％とする。

「Ａｌ_２Ｏ_３：１２乃至１８質量％」
Ａｌ_２Ｏ_３は中性成分であり、スラグの粘性及び融点を調整するのに有効な成分である。Ａｌ_２Ｏ_３が１２質量％未満では、スラグの粘性及び凝固温度が低くなり、ビード幅の揃いが劣化する。一方、Ａｌ_２Ｏ_３が１８質量％を超えると、スラグの融点が高くなり過ぎるため、ビードの広がりが悪くなり、ビード形状が凸型となる。このため、Ａｌ_２Ｏ_３は１２乃至１８質量％とする。

「ＣａＦ_２：３乃至８質量％」
ＣａＦ_２は塩基性成分であり、溶接金属中の酸素量を低下させるとともに、スラグの流動性を調整させるために有効な成分である。特許文献１及び２に記載の従来技術では、ＣａＦ_２は１０質量％以上添加されていた。しかし、本発明者等は、本発明の対象である多層盛溶接では、ＣａＦ_２添加量を低減させる必要があることを見出した。ＣａＦ_２が３質量％未満では溶接金属中の酸素量が高くなり、靭性が劣化すると共に、スラグ焼付きが発生する。一方、ＣａＦ_２が８質量％を超えると、ビードが蛇行し、ビード幅揃いが劣化する。このため、ＣａＦ_２は３乃至８質量％とする。

「ＭｇＯ：８乃至１４質量％」
ＭｇＯは塩基性成分であり、溶接金属中の酸素量を低減して靭性を確保するために有効な成分である。また、ＭｇＯはスラグの粘性を低下させる作用を有している。ＭｇＯが８質量％未満では、酸素量の低減効果が少なく、靭性が劣化する。ＭｇＯが１４質量％を超えると、スラグが焼付き、スラグ剥離性が劣化しやすい。このため、ＭｇＯは８乃至１４質量％とする。

「ＭｎＯ：５乃至１２質量％」
ＭｎＯは溶融スラグの粘性及び融点を調整するために有効な成分である。ＭｎＯが５質量％未満では、溶融スラグの粘性が不足して、ビード幅揃いが劣化する。一方、ＭｎＯが１２質量％を超えると、スラグ焼付きが発生しやすい。このため、ＭｎＯは５乃至１２質量％とする。

「ＴｉＯ_２：０．５乃至３．５質量％」
ＴｉＯ_２は酸性成分であり、スラグの流動性を調整する。更に、フラックス中にＴｉＯ２を含むことにより、このＴｉが溶接金属中でＴｉ酸化物又はＴｉ窒化物として存在するので、ＴｉＯ_２は靭性向上に有効な成分である。ＴｉＯ_２が０．５質量％未満では、溶接金属中のＴｉ量が不足して靭性が劣化する。一方、ＴｉＯ_２が３．５質量％を超えると、スラグが焼付き、スラグ剥離性が劣化する。

「Ｂ_２Ｏ_３：０．０１乃至０．２０質量％」
Ｂ_２Ｏ_３は溶接熱で還元され、Ｂとして溶接金属中に存在し、靭性を確保する効果を有する。Ｂ_２Ｏ_３が０．０１質量％未満では、その効果が発揮されず、靭性が劣化する。Ｂ_２Ｏ_３が０．２０質量％を超えると、焼入れ性が過大となり、靭性が劣化する。

「ＦｅＯ：３．０質量％以下」
ＦｅＯは不純物成分であるが、ＦｅＯが３．０質量％を超えると、表面ビードにスラグの焼付きが発生する。

「（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］：０．７乃至０．９」
（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］は、健全な溶接ビード外観と良好な靭性を得るために、本願発明者等が見出した数式である。つまり、この（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］の値と、靭性及びスラグの焼き付きとは関連がある。（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が０．７未満であると、ビード表面にポックマークが発生し、かつ、溶接金属の酸素量が増加して、靭性が劣化する。一方、（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が０．９を超えると、ビード幅揃いが劣化し、ビード表面にスラグの焼付きが発生する。このため、（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］は０．７乃至０．９とする。なお、［ＣａＯ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］は、夫々ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ_２の含有量（質量％）である。

次に、本発明の実施例についてその比較例と共に説明する。下記表１に示す組成（質量％）の鋼板に対し、下記表２に示す組成（質量％）のワイヤを使用して、下記表３及び図１に示す溶接条件により、単電極の多層盛溶接を行った。鋼板１の板厚は２５ｍｍ、開先角度が３０°、ルートギャップが１３ｍｍのＶ型開先である。裏当材２を使用した。

溶接後に、ビード外観について、ポックマークの有無及びスラグ焼付き発生の有無等の官能評価を行なった。その後、−２０℃でのシャルピー衝撃試験を実施した。なお、図２に衝撃試験片採取位置を示す。鋼板の表面から９．５ｍｍ下方の位置を中心として、溶接金属３の部分を含む位置から、ＪＩＳＺ３１１１：２００５に準じて試験片を採取した。下記表４は、本発明の実施例のフラックス組成を示し、表５は実施例の（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］の数式の値と、ビード外観の評価結果及びシャルピー衝撃値を示す。また、表６は、比較例のフラックス組成を示し、表７は、比較例の（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］の数式の値と、ビード外観の評価結果及びシャルピー衝撃値を示す。

表４及び表５に示すように、実施例１乃至２０は、本願請求項１に規定する条件を満たす。このため、表５に示すように、実施例１乃至２０においては、ビードの外観評価は良好であり、溶接作業性が優れていると共に、靭性も十分に高いものであった。

これに対し、表６及び表７に示すように、比較例２１は、フラックス中のＳｉＯ_２の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶接ビードの揃いが劣化した。比較例２２はフラックス中のＳｉＯ_２の含有量が本発明範囲の上限を超えているので、凸ビード形状となり、靭性が劣化した。

比較例２３はフラックス中のＣａＯの含有量が本発明範囲の下限未満であるので、靭性が劣化した。比較例２４はフラックス中のＣａＯの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、スラグが焼付き性及びスラグ剥離性が劣化した。

比較例２５はフラックス中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、ビード幅の揃いが劣化した。比較例２６はフラックス中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量が本発明範囲の上限を超えているので、溶接ビードが凸形状となった。

比較例２７はフラックス中のＣａＦ_２の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、靭性が劣化し、ビード幅の揃いが劣化した。比較例２８はフラックス中のＣａＦ_２の含有量が本発明範囲の上限を超えているので、アンダーカットが発生した。

比較例２９はフラックス中のＭｇＯの含有量が本発明範囲の下限未満であるので、靭性が劣化した。比較例３０はフラックス中のＭｇＯの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、スラグが焼き付き、剥離性が劣化した。

比較例３１はフラックス中のＭｎＯの含有量が本発明範囲の下限未満であるので、ビード幅の揃いが劣化した。比較例３２はフラックス中のＭｎＯの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、スラグ焼付きが発生した。

比較例３３はフラックス中のＴｉＯ_２の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、靭性が劣化した。比較例３４はフラックス中のＴｉＯ_２の含有量が本発明範囲の上限を超えているのでスラグ焼付きが発生した。

比較例３５はフラックス中のＢ_２Ｏ_３の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、靭性が劣化した。比較例３６はＢ_２Ｏ_３の含有量が本発明範囲の上限を超えているので靭性が劣化した。

比較例３７はフラックス中のＦｅＯの含有量が本発明範囲の上限を超えているのでスラグ焼付きが発生した。

比較例３８は（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］の数値が本発明範囲の下限未満であるので、ビード表面にポックマークが発生し、靭性が劣化した。比較例３９は（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が本発明範囲の上限を超えているので、ビード幅揃いの劣化が発生した。比較例４０は（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が本発明範囲の下限未満であるので、ビード表面にポックマークが発生し、靭性が劣化した。比較例４１は（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が本発明範囲の上限を超えているので、スラグの焼付きが発生した。

なお、本発明では、表１及び表２に示すように、軟鋼・４９０Ｎ／ｍｍ^２級高張力鋼板（ＪＩＳＳＭ４９０Ａ）、軟鋼・４９０Ｎ／ｍｍ^２級高張力鋼用ワイヤ（ＡＷＳ５．１７ＥＨ１４相当）を使用したが、５９０Ｎ／ｍｍ^２級高張力鋼板、５９０Ｎ／ｍｍ^２級高張力鋼用ワイヤを適用しても同様の効果が得られた。

１：鋼板
２：裏当材
３：溶接金属

Claims

ＳｉＯ_２：３０乃至３６質量％、ＣａＯ：１８乃至２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１２乃至１８質量％、ＣａＦ_２：３乃至８質量％、ＭｇＯ：８乃至１４質量％、ＭｎＯ：５乃至１２質量％、ＴｉＯ_２：０．５乃至３．５質量％、Ｂ_２Ｏ_３：０．０１乃至０．２０質量％を含み、ＦｅＯが３．０質量％以下であり、更に、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ_２の含有量を夫々［ＣａＯ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］としたとき、（［ＣａＯ］＋０．５×［ＭｎＯ］）／［ＳｉＯ_２］が０．７乃至０．９であることを特徴とする多層盛サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。