JP2015071171A - サブマージアーク溶接に用いる溶融型フラックス - Google Patents
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Abstract
Description
サブマージアーク溶接で用いるフラックスは、溶融型フラックスと焼成型フラックスがある。溶融型フラックスは、種々の鉱物質を原材料として1200℃以上の高温度で溶融し、冷却して固化した後、さらに粉末状に粉砕したものであり、吸湿し難く、かつ取扱いや保管が容易であるという利点を持つ。一方で、焼成型フラックスは、原材料に結合剤(たとえば水ガラス等)を少量加えて造粒した後、約600℃で焼成したものであり、溶接金属の組成を容易に調節できるという利点を有するが、反面、吸湿し易いという欠点を持つ。
とりわけ溶融型フラックスは、多電極の高速溶接に適しており、良好なビード外観が得られるので、ラインパイプ用のUOE鋼管のように高速溶接性質が要求される場合に、使用されることが多い。
一方で、高強度ラインパイプは、溶接金属の低温割れ(すなわち水素起因の割れ)感受性を抑えるために、溶接金属中の水素量を低減する必要がある。
ところが、溶接金属中の酸素量の低減と水素量の低減とを併せて可能にし、しかも高速溶接(溶接速度200cm/分以上)におけるビードの形状やスラグの剥離性など溶接施工の作業性に優れた溶融型フラックスは、未だ開発されていない。
すなわち本発明は、サブマージアーク溶接で用いる溶融型フラックスであって、SiO2:10〜27質量%、MnO:2〜10質量%、TiO2:2〜6質量%、CaO:10〜25質量%、CaF2:15〜40質量%、Al2O3:5〜30質量%、MgO:2〜10質量%、FeO:0.3〜3質量%、B2O3:0.6質量%以下を含有し、残部が不可避的不純物からなるとともに、そのSiO2、MnO、TiO2、CaO、CaF2、Al2O3、MgOの含有量(質量%)をそれぞれ[%SiO2]、[%MnO]、[%TiO2]、[%CaO]、[%CaF2]、[%Al2O3]、[%MgO]として、下記の(1)式で算出されるBI値が1.3以上を満足し、かつ[%CaF2]/[%CaO]が1以上を満足する溶融型フラックスである。
BI=〔0.5[%MnO]+[%CaO]+[%MgO]+[%CaF2]〕÷
〔[%SiO2]+0.5([%TiO2]+[%Al2O3])〕 ・・・(1)
(a)SiO2
SiO2は、スラグをガラス化させるとともに、ビードの外観および溶接金属の靭性に多大な影響を及ぼす重要な成分である。溶融型フラックスのSiO2の含有量が10質量%未満では、十分な幅のビードが形成されず、ビードの形状が劣る。一方、27質量%を超えると、良好な形状のビードが形成されるが、溶接金属の酸素量が増加して靭性の劣化を招く。したがって、溶融型フラックスのSiO2の含有量は10〜27質量%の範囲内とした。好ましくは16〜25質量%の範囲である。
MnOは、スラグの流動性を向上させ、ビードの形状を滑らかにする成分である。溶融型フラックスのMnOの含有量が2質量%未満では、その効果が得られない。一方、10質量%を超えると、溶接金属の酸素量が増加して靭性の劣化を招く。したがって、溶融型フラックスのMnOの含有量は2〜10質量%の範囲内とした。好ましくは2〜7質量%の範囲である。
TiO2は、スラグの剥離性に影響を及ぼす成分である。溶融型フラックスのTiO2の含有量が2質量%未満では、スラグの剥離性が改善されず、ビードに焼付きやすくなる。一方、6質量%を超えると、良好な形状のビードが得られない。したがって、溶融型フラックスのTiO2の含有量は2〜6質量%の範囲内とした。
CaOは、溶融型フラックスの塩基度(BI値)を高めて、溶接金属の酸素量を低減することによって、溶接金属の靭性を向上させる成分である。溶融型フラックスのCaOの含有量が10質量%未満では、塩基度が低くなり、溶接金属の靭性が劣化すると同時に、ビードの形状が劣る。一方、25質量%を超えると、ビードの表面にあばた等の欠陥が生じやすくなる。したがって、溶融型フラックスのCaOの含有量は10〜25質量%の範囲内とした。好ましくは13〜22質量%の範囲である。
CaF2は、溶接金属の酸素量を低減して靭性の向上させる成分である。溶融型フラックスのCaF2の含有量が15質量%未満では、その効果が得られない。一方、40質量%を超えると、スラグが剥離しにくくなる。したがって、溶融型フラックスのCaF2の含有量は15〜40質量%の範囲内とした。好ましくは20〜35質量%の範囲である。
Al2O3は、スラグのガラス化を促進して、溶接金属の水素量を低減させる成分である。溶融型フラックスのAl2O3含有量が5質量%未満では、その効果が得られない。一方、30質量%を超えると、溶融型フラックスの融点が高くなりすぎて、良好な形状のビードが得られない。したがって、溶融型フラックスのAl2O3の含有量は5〜30質量%の範囲内とした。好適な範囲は10〜25質量%の範囲である。
MgOは、溶融型フラックスの塩基度(BI値)を高めるために必要な成分である。溶融型フラックスのMgOの含有量が2質量%未満では、塩基度が低くなり、溶接金属の靭性が劣化する。一方、10質量%を超えると、溶融型フラックスの融点が高くなりすぎて、良好な形状のビードが得られない。したがって、溶融型フラックスのMgOの含有量は2〜10質量%の範囲内とした。好適な範囲は2〜7質量%の範囲である。
FeOは、溶融型フラックスのスラグ剥離性確保のために必要な成分であり、本発明において最も重要な成分である。その含有量が0.3質量%未満では、スラグの溶接ビードへの焼付が発生する。一方、FeOは溶鋼に酸素を供給しやすい成分であり、その添加量が3%を超えると溶接金属の酸素量が増加する。したがって、溶融型フラックスのFeOの含有量は0.3〜3質量%の範囲内とした。
Bは、溶接時に溶接金属内に入り、均一な微細フェライトからなる溶接金属を形成する作用を有する元素であり、溶融型フラックスにB2O3として添加する。溶融型フラックスのB2O3の含有量が0.6質量%を超えると、スラグが剥離しにくくなり、かつ溶接金属に割れが発生しやすくなる。したがって、溶融型フラックスのB2O3の含有量は0.6質量%以下とした。好ましくは0.1〜0.5質量%である。
(j)[%CaF2]/[%CaO]≧1
溶融型フラックスの[%CaF2]/[%CaO]値が減少すると初晶Cuspidineが大量に晶出する。その結果、溶接金属の水素量の増大を招く。したがって、[%CaF2]/[%CaO]≧1とする。
本発明では、溶接金属の酸素量、溶接施工の作業性、ビードの形状のバランスを精度良く評価するために、塩基度として下記の(1)式で算出されるBI値を用いる。BI値が1.3未満では、溶接金属の酸素量が高くなり、溶接金属の機械的性質、とりわけ低温靭性が劣化する。したがって、BI≧1.3とする。一方、BI値が2.5を超えると、ビードの形状が悪くなり、かつスラグ剥離性も極端に悪くなる。そのため、BI値は1.3〜2.5の範囲内が好ましい。
BI=〔0.5[%MnO]+[%CaO]+[%MgO]+[%CaF2]〕÷
〔[%SiO2]+0.5([%TiO2]+[%Al2O3])〕 ・・・(1)
本発明の溶融型フラックスの成分は、上記の(a)〜(i)で説明した通りであるが、LiO2、Na2O、K2O、の1種または2種以上、さらにBaO、ZrO2の1種または2種を下記限定範囲内で含有しても良い。
LiO2、Na2O、K2Oは、アーク安定剤として有効であり、これら成分の合計含有率が0.2質量%以上でその効果が発現するが、2質量%を超えると溶接作業性が劣化する。従って、これらを添加する場合には、LiO2:0.2〜2質量%、Na2O:0.2〜2質量%、K2O:0.2〜2質量%から選ばれる1種、または2種以上を合計0.2〜2質量%とする。
BaO、ZrO2はスラグ粘度を増加する作用を有する成分であり、これら成分の合計含有率が0.3質量%以上でその効果が発現するが、3質量%を超えると溶接作業性が劣化する。従って、これらを添加する場合には、BaO:0.3〜3質量%、ZrO2:0.3〜3質量%から選ばれる1種、または2種を合計で0.3〜3質量%とする。
このようにしてサブマージアーク溶接を行なった後、JIS規格Z3118に準拠してガスクロマトグラフ法で、溶接金属の拡散性水素量(ml/100g)を測定した。その結果を表3、4に示す。
Claims (3)
- サブマージアーク溶接で用いる溶融型フラックスであって、SiO2:10〜27質量%、MnO:2〜10質量%、TiO2:2〜6質量%、CaO:10〜25質量%、CaF2:15〜40質量%、Al2O3:5〜30質量%、MgO:2〜10質量%、FeO:0.3〜3質量%、B2O3:0.6質量%以下を含有し、残部が不可避的不純物からなるとともに、前記SiO2、前記MnO、前記TiO2、前記CaO、前記CaF2、前記Al2O3、前記MgOの含有量(質量%)をそれぞれ[%SiO2]、[%MnO]、[%TiO2]、[%CaO]、[%CaF2]、[%Al2O3]、[%MgO]として、下記の(1)式で算出されるBI値が1.3以上を満足し、かつ[%CaF2]/[%CaO]が1以上を満足することを特徴とする溶融型フラックス。
BI=〔0.5[%MnO]+[%CaO]+[%MgO]+[%CaF2]〕÷
〔[%SiO2]+0.5([%TiO2]+[%Al2O3])〕 ・・・(1) - 前記溶融型フラックスが、前記組成に加えて更に、LiO2:0.2〜2質量%、Na2O:0.2〜2質量%、K2O:0.2〜2質量%から選ばれる1種、または2種以上を合計で0.2〜2質量%の範囲で含有することを特徴とする請求項1に記載の溶融型フラックス。
- 前記溶融型フラックスが、前記組成に加えて更に、BaO:0.3〜3質量%、ZrO2:0.3〜3質量%から選ばれる1種、または2種を合計で0.3〜3質量%の範囲で含有することを特徴とする請求項1または2に記載の溶融型フラックス。
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