JP2016043395A - Ni基合金被覆アーク溶接棒 - Google Patents

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Abstract

【課題】純Ni心線を使用したNi基合金被覆アーク溶接棒において、経済性に優れ、高能率の施工が可能であり、且つ、機械的性質に優れるとともに気孔欠陥の発生が少ない溶接金属が得られるNi基合金被覆アーク溶接棒を提供する。【解決手段】心線に被覆剤が塗布されているNi基合金被覆アーク溶接棒であって、前記心線は、心線全質量あたり、Mg、Si、Mn、「P+S」、Cを所定量含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなり、前記被覆剤は、Ni基合金被覆アーク溶接棒全質量あたり、「Mn+Cr+Mo+Nb+Ta+W+Ni+Co+Fe」、Si、「Ti+Al+Mg」、金属炭酸塩のCO2量換算値、金属フッ化物のF換算値、スラグ形成剤、アルカリ金属の酸化物を所定量含有し、残部が不可避的不純物からなり、前記被覆剤の被覆率が所定範囲であることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明はNi基合金被覆アーク溶接棒に関し、より詳しくは、純Ni心線を使用し、被覆剤から合金を添加するNi基合金被覆アーク溶接棒に関する。
従来、原子炉や圧力容器等の溶接材料として、Ni基合金被覆アーク溶接棒が用いられている。
このようなNi基合金被覆アーク溶接棒として、例えば特許文献1には、フラックス成分を含有する被覆剤をNi基合金からなる心線の外周に被覆してなるNi基合金被覆アーク溶接棒において、前記心線は、心線の全質量あたりCr:28.0乃至31.5質量%、Fe:7.0乃至11.0質量%、Nb及びTa:総量で1.0乃至2.0質量%、C:0.05質量%以下、Mn:4.0乃至5.5質量%、N:0.001乃至0.02質量%、Si:0.70質量%以下、Mg:0.0010質量%以下、Al:0.50質量%以下、Ti:0.50質量%以下、Mo:0.50質量%以下、Cu:0.50質量%以下を含有し、Bの含有量をB:0.0010質量%以下、Zrの含有量をZr:0.0010質量%以下に規制した組成を有し、残部がNi及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物中のCoの含有量をCo:0.10質量%以下、Pの含有量をP:0.015質量%以下、Sの含有量をS:0.015質量%以下に規制した組成を有し、前記被覆剤は、前記フラックス成分として、被覆アーク溶接棒の全質量あたりスラグ形成剤:3.5乃至6.5質量%、金属弗化物(F量換算値):2乃至5質量%、炭酸塩(CO量換算値):2.5乃至6.5質量%を含有し、前記フラックス中のMnの含有量をMn:2.0質量%以下、Nb及びTaの含有量を総量でNb+Ta:1.5質量%以下、Feの含有量をFe:2.5質量%以下に規制した組成を有することを特徴とするNi基合金被覆アーク溶接棒が開示されている。
特開2012−115889号公報
Ni基合金被覆アーク溶接棒は、合金心線を使用し、被覆剤からの合金添加量を抑えたタイプ(Aタイプとする)と、純Ni心線を使用し、被覆剤から多量の合金添加を行うことで目的の溶接金属を得るタイプ(Bタイプとする)に大別される。
特許文献1に記載のようなAタイプのNi基合金被覆アーク溶接棒では、合金粉末の添加量が少ないので、溶接時に溶融金属中に導入される酸素量が少なくなる。そのため、Aタイプではブローホール等の気孔欠陥発生は少ない。しかし、Aタイプでは心線の電気抵抗が高いため、棒焼け現象が発生し易い。その結果、Aタイプでは高い溶接電流での施工ができず、施工能率に関しては改善の余地がある。
そこで、施工能率の観点から、BタイプのNi基合金被覆アーク溶接棒が着目されている。Bタイプでは心線の電気抵抗が低いため、高電流で高能率の施工が実施できる。しかし、Bタイプは合金粉末の添加量が多いため、合金粉末の表面に多量に含まれる酸素が溶接時に溶融金属中に導入されるため、気孔欠陥が発生し易い。溶融金属中の酸素と炭素は反応により一酸化炭素ガスとなり、気孔欠陥の原因となる。そして、気孔欠陥は溶接継手の性能に影響するため、実工事においては放射線透過試験等の検査が実施される。そして、検査の結果不合格の場合には、溶接部をはつった後に再溶接を行う等、多大な労力を必要とする。そのため、溶接金属に気孔欠陥が発生しない、もしくは発生の少ないNi基合金被覆アーク溶接棒が望まれる。
また、Ni基合金被覆アーク溶接棒は、強度や衝撃性能等の機械的性質に優れた溶接金属が得られることが要求される。さらには、Ni基合金被覆アーク溶接棒は、経済性に優れることも要求される。
そこで、本発明の課題は、純Ni心線を使用したNi基合金被覆アーク溶接棒において、経済性に優れ、高能率の施工が可能であり、且つ、機械的性質に優れるとともに気孔欠陥の発生が少ない溶接金属が得られるNi基合金被覆アーク溶接棒を提供することにある。
前記の課題を解決するため、本発明では、次の技術手段を講じている。
本発明に係るNi基合金被覆アーク溶接棒は、心線に被覆剤が塗布されているNi基合金被覆アーク溶接棒であって、前記心線は、心線全質量あたり、Mg:0.05〜0.5質量%、Si≦0.5質量%、Mn≦0.5質量%、P+S≦0.010質量%、C≦0.02質量%、を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなり、前記被覆剤は、Ni基合金被覆アーク溶接棒全質量あたり、Mn+Cr+Mo+Nb+Ta+W+Ni+Co+Fe:16〜30質量%、Si:0.2〜1.0質量%、Ti+Al+Mg:0.30〜1.0質量%、金属炭酸塩のCO量換算値:2.5〜6.5質量%、金属フッ化物のF換算値:1.5〜5.0質量%、スラグ形成剤:5.0〜10.0質量%、アルカリ金属の酸化物:0.8〜2.0質量%、を含有し、残部が不可避的不純物からなり、前記被覆剤の被覆率:30〜50質量%であることを特徴とする。
かかる構成によれば、Ni基合金被覆アーク溶接棒(以下、適宜、被覆アーク溶接棒あるいは、単に溶接棒という)は、心線に所定量のMgを添加することで、Mgが脱酸元素として作用し、溶接金属の気孔欠陥が低減される。また、心線のSi含有量およびMn含有量を規定することで、心線の電気抵抗が低く保たれる。また、心線のP、Sの含有量の合計を規定することで、溶接金属の凝固割れが抑制される。また、心線のC含有量を規定することで、溶接金属の気孔欠陥が低減される。
そして、被覆アーク溶接棒は、被覆剤中のMn、Cr、Mo、Nb、Ta、W、Ni、Co、Feの含有量の合計を規定することで、溶接金属の強度、耐食性等が向上し、また、AWS A5.11に規定される代表的な成分系の溶接金属が得られる。また、被覆剤中のSi含有量、Ti、Al、Mgの含有量の合計を規定することで、被覆剤に含まれる合金成分が保有する大過剰な酸素が除去される。また、被覆剤中の金属炭酸塩のCO量換算値を規定することで、溶接作業性が向上するとともに健全な溶接金属が得られる。また、被覆剤中の金属フッ化物のF換算値を規定することで、アーク強度が高まるとともに、スラグの粘性および凝固温度が下がり流動性が向上する。これにより、スラグ剥離性の向上、融合不良防止、ピット・ブローホール防止が達成される。また、被覆剤中のスラグ形成剤を規定することで、アークの安定性、スパッタ発生量、スラグの剥離性等に関して溶接作業性が向上し、また、ビード形状が良好となる。また、被覆剤中のアルカリ金属の酸化物を規定することで、アーク安定性が向上し、スパッタ発生量が低減し、スラグ被包性が改善される。また、被覆剤の被覆率を規定することで、溶接作業性が向上するとともに溶接欠陥が抑制される。
本発明のNi基合金被覆アーク溶接棒は、経済性に優れ、高能率の施工が可能である。また、本発明のNi基合金被覆アーク溶接棒は、機械的性質に優れるとともに気孔欠陥の発生が少ない溶接金属を得ることができる。
本発明の実施例に用いた全溶着金属試験板の開先形状を模式的に示す側面図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明のNi基合金被覆アーク溶接棒は、心線に被覆剤が塗布されているものである。そして、前記心線は、心線全質量あたり、Mg、Si、Mn、「P+S」、Cを所定量含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなる。
また、前記被覆剤は、Ni基合金被覆アーク溶接棒全質量あたり、「Mn+Cr+Mo+Nb+Ta+W+Ni+Co+Fe」、Si、「Ti+Al+Mg」、金属炭酸塩のCO量換算値、金属フッ化物のF換算値、スラグ形成剤、アルカリ金属の酸化物を所定量含有し、残部が不可避的不純物からなる。さらに、本発明のNi基合金被覆アーク溶接棒は、前記被覆剤の被覆率を規定したものである。
以下、Ni基合金被覆アーク溶接棒の成分限定理由について説明する。
<心線>
[Mg:0.05〜0.5質量%]
Mgは、強力な脱酸元素として心線に含有させる。被覆アーク溶接棒は、被覆剤中に脱酸元素を含有させた場合にも気孔欠陥の低減効果は見られる。Aタイプの被覆アーク溶接棒では被覆剤からの脱酸元素添加で十分に効果が見られ、実施工に十分耐えうる。しかし、Bタイプのように溶融金属中に多量の酸素が導入される場合には、被覆剤中の脱酸元素は溶融金属中に入る前に酸化消耗してしまう。そのため、被覆剤に脱酸元素を含ませるのみでは、溶融金属中の気孔欠陥に有害な酸素を十分に低減させることができない。
心線に含まれる脱酸元素は効率良く溶融金属になり、気孔欠陥に有害な酸素と結合し、酸素を排出する効果を発揮する。その効果はMg含有量が0.05質量%未満では十分では無い。一方、多量に添加した場合にも気孔欠陥の低減効果は得られるが、Mgが粒界偏析し、心線製造時の熱間加工性が低下する弊害がある。そのため、Mg含有量は0.5質量%以下に制限する。
したがって、心線全質量あたりのMg含有量は、0.05〜0.5質量%とする。Mg含有量は、その効果をより高める観点から、好ましくは0.10質量%以上、より好ましくは0.15質量%以上とする。また、前記した弊害をより抑制する観点から、好ましくは0.4質量%以下、より好ましくは0.3質量%以下とする。
[Si≦0.5質量%、Mn≦0.5質量%]
心線の純Ni素材にはSi、Mnが少量含まれることが多いが、心線の電気抵抗を低く保つため、心線中のSi含有量、Mn含有量は、それぞれ0.5質量%以下とする。また、Siは、含有量が0.5質量%を超えると、溶接金属の衝撃性能を劣化させる。したがって、衝撃性能の劣化を抑制するためにも、Si含有量は0.5質量%以下とする。Si含有量、Mn含有量は、心線の電気抵抗をより低くする観点から、また、Siについては衝撃性能の劣化をより抑制する観点から、それぞれ、好ましくは0.35質量%以下、より好ましくは0.20質量%以下とする。ただし、Si、Mnは不可避的に混入するため、実質的に、Si含有量は0.05質量%, Mn含有量は0.1質量%が下限値となる。
[P+S≦0.010質量%]
Ni基合金溶接金属は凝固割れが発生し易いことが一般的に知られており、これを防止するには不純物であるP、Sを低減することが有効である。溶接金属は凝固割れを防止するため、P、Sは、P含有量とS含有量の合計で0.010質量%以下とする。P含有量とS含有量の合計は、凝固割れの発生をより抑制する観点から、より好ましくは0.008質量%以下とする。なお、分析下限がP<0.002,S<0.0005となっていることから、下限値を限定することは困難である。
[C≦0.02質量%]
C(炭素)は酸素とともに気孔欠陥の直接的な要因となる元素である。よって、心線に含まれるC量は少ないことが好ましく、本発明では、0.02質量%以下とする。C含有量は、気孔欠陥をより抑制する観点から、好ましくは0.01質量%以下、より好ましくは0.008質量%以下とする。ただし、Cは不可避的に混入するため、実質的に0.0005質量%が下限値となる。
[残部:Niおよび不可避的不純物]
心線の残部は、Niおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Fe,Cu,Cr,Mo,Co,Nb,W等が挙げられる。
<被覆剤>
被覆剤はフラックス成分として心線の周囲に被覆するものである。
本発明の被覆アーク溶接棒は、AWS A5.11における、ENiCrFe−1、ENiCrFe−9、ENiCrMo−3、ENiCrMo−6、ENiMo−8等のNi基合金溶接金属を得るため、被覆剤に多量の合金を含有させる。
[Mn+Cr+Mo+Nb+Ta+W+Ni+Co+Fe:16〜30質量%]
Mn,Cr,Mo,Nb,Ta,W,Co,Feは、溶接金属の固溶強化、耐食性強化等を目的に添加される金属成分である。溶接金属における有効な物理的、機械的性能が得られる成分系はいくつか規格化されており、AWS A5.11に多くの例が示されている。このような有効な成分系を得るためには、多種かつ多量の合金添加が必要である。また、一部の原料はNi合金として添加することが経済的である。Niは性能向上が目的の合金ではないが、このような場合のNiは、気孔欠陥に対して上記の金属成分と同様に作用する。そのため、本発明では、被覆剤の成分において、金属成分としてMn,Cr,Mo,Nb,Ta,W,Ni,Co,Feにおける、それぞれの含有量の和(合計)を規定する。
上記金属成分の合計量が16質量%未満では、溶接金属の固溶強化、耐食性強化等を達成することができない。また、AWS A5.11に規定される代表的な成分系の溶接金属が得られない。なお、上記金属成分の合計量が16質量%未満の場合は、心線に脱酸元素を添加した特殊な合金を使用しなくても、被覆剤への脱酸元素添加のみで気孔欠陥について目立った問題は見られなくなる。一方、30質量%を超えると、必然的に被覆剤の被覆率が高くなる。被覆アーク溶接棒は、過剰な被覆率とすると、溶接作業性が劣化する他、アーク熱で被覆剤中の金属成分を溶融させることができず、溶接金属に未溶融の金属粒子が混入する。そして、この未溶融の金属粒子により溶接欠陥を生じてしまう。
したがって、Mn,Cr,Mo,Nb,Ta,W,Ni,Co,Feの合計量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり16〜30質量%とする。Mn,Cr,Mo,Nb,Ta,W,Ni,Co,Feの合計量は、溶接金属の固溶強化、耐食性強化等をより向上させる観点から、好ましくは18質量%以上、より好ましくは19質量%以上とする。また、被覆剤の被覆率をより適度にする観点から、好ましくは28質量%以下、より好ましくは27質量%以下とする。
また、AWS A5.11に規定される代表的な成分系の溶接金属を得るためには、それぞれの金属成分は以下のような範囲となる。
Mn≦10.0質量%、Cr≦30質量%、Mo≦30質量%、Nb+Ta≦4.0質量%、W≦5.0質量%、Ni≦5.0質量%、Co≦3.0質量%、Fe≦20.0質量%
[Si:0.2〜1.0質量%]
Siは被覆剤に含まれる合金成分が保有する大過剰な酸素を除去する目的で、被覆剤に少量含ませる。Si含有量が0.2質量%未満ではその効果が発揮されない。一方、Si含有量が1.0質量%を超えると、溶接金属の歩留り、および、溶接金属の衝撃性能を劣化させる。したがって、Si含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり0.2〜1.0質量%とする。Si含有量は、前記効果をより高める観点から、好ましくは0.3質量%以上、より好ましくは0.4質量%以上とする。また、溶接金属の歩留りおよび衝撃性能をより向上させる観点から、好ましくは0.8質量%以下、より好ましくは0.7質量%以下とする。
[Ti+Al+Mg:0.30〜1.0質量%]
Ti,Al,Mgは、Siと同様に、被覆剤に含まれる合金成分が保有する大過剰な酸素を除去する目的で、被覆剤に少量含ませる。
Ti,Al,Mgの含有量が、合計で0.30質量%未満ではその効果が発揮されない。一方、Ti,Al,Mgの含有量が、合計で1.0質量%を超えると、溶接金属中にTiO、Al、MgOといった酸化物として多量に分布し、溶接金属の衝撃性能の劣化につながる。また、溶接金属の延性や耐欠陥性が劣化する場合もある。したがって、Ti,Al,Mgの合計量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり0.30〜1.0質量%とする。Ti,Al,Mgの合計量は、前記効果をより高める観点から、好ましくは0.35質量%以上、より好ましくは0.45質量%以上とする。また、溶接金属の衝撃性能をより向上させる観点から、好ましくは0.9質量%以下、より好ましくは0.85質量%以下とする。
なお、ここでのTi,Al,Mgには、スラグ形成剤など酸化物に由来するTi,Al,Mgは含まれない。
[金属炭酸塩のCO量換算値:2.5〜6.5質量%]
金属炭酸塩は、高温分解により発生したガスにより、アークをシールドし、また、溶接金属を高塩基性に保って、健全な溶接金属を確保する。また、金属炭酸塩の添加は、スラグの流動正の適正化に寄与し、良好な溶接作業性の確保に有効である。本発明においては、これらの効果を十分に得るために、金属炭酸塩の含有量は、CO量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり2.5質量%以上とする。一方、金属炭酸塩の多量の添加は、スラグ剥離性およびビード外観等を劣化させるため、本発明においては、金属炭酸塩の含有量の上限値を、CO量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり6.5質量%とする。したがって、金属炭酸塩の含有量は、CO量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり2.5〜6.5質量%とする。金属炭酸塩の含有量は、前記効果をより高める観点から、CO量換算値で、好ましくは2.7質量%以上、より好ましくは3.0質量%以上とする。また、スラグ剥離性の向上およびビード外観をより良好にする等の観点から、好ましくは5.0質量%以下、より好ましくは4.0質量%以下とする。
金属炭酸塩としては、例えばCaCO、BaCO等が挙げられる。
[金属フッ化物のF換算値:1.5〜5.0質量%]
金属フッ化物は、アーク強度を高めるとともに、スラグの粘性および凝固温度を下げて流動性を向上させることで、スラグ剥離性の向上、融合不良防止、ピット・ブローホール防止に効果がある。これらの効果を十分に得るために、金属フッ化物の含有量は、F量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり1.5質量%以上とする。しかし、金属フッ化物の含有量が過多になると、アーク強度が強くなり過ぎてスパッタが増加し、アンダーカットが生じ易くなって、ビード形状が凸になる。よって、本発明においては、金属フッ化物の含有量の上限値を、F量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり5.0質量%とする。
したがって、金属フッ化物の含有量は、F換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり1.5〜5.0質量%とする。金属フッ化物の含有量は、前記効果をより高める観点から、F換算値で、好ましくは1.6質量%以上、より好ましくは1.7質量%以上とする。また、スパッタの抑制およびビード形状をより良好にする観点から、好ましくは4.0質量%以下、より好ましくは3.0質量%以下とする。
金属フッ化物としては、例えば、CaF等が挙げられる。
なお、金属フッ化物は、F量換算値で、フッ化ソーダ(NaF)を被覆アーク溶接棒全質量あたり1.5〜4.0質量%含有することが好ましい。これにより、スラグ剥離性が著しく向上する。
[スラグ形成剤:5.0〜10.0質量%]
被覆剤中のスラグ形成剤は、アークの安定性、スパッタ発生量、スラグの剥離性等に関して良好な溶接作業性を確保するため、また、良好なビード形状を得るため、被覆アーク溶接棒全質量あたり5.0質量%以上添加する。一方、フラックス成分として被覆アーク溶接棒全質量あたり10.0質量%を超える多量のスラグ形成剤を含有させると、スパッタの発生量が過多となったり、アーク安定性が低下したりする等、溶接作業性が低下する。したがって、スラグ形成剤の含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり5.0〜10.0質量%とする。スラグ形成剤の含有量は、前記効果をより高める観点から、好ましくは6.5質量%以上、より好ましくは7.0質量%以上とする。また、溶接作業性をより向上させる観点から、好ましくは9.5質量%以下、より好ましくは9.0質量%以下とする。
スラグ形成剤としては、例えば、SiO、TiO、Al、ZrO、CaO、BaO等が挙げられる。
[アルカリ金属の酸化物:0.8〜2.0質量%]
アルカリ金属の酸化物は、適正範囲で添加することにより、アーク安定性が向上し、スパッタ発生量の低減およびスラグ被包性の改善に寄与する。本発明においては、アルカリ金属の酸化物の上記適正範囲を、被覆アーク溶接棒全質量あたり0.8〜2.0質量%と規定する。アルカリ金属の酸化物は、前記効果をより高める観点から、好ましくは1.1質量%以上、より好ましくは1.2質量%以上とする。また、前記効果をより高める観点から、好ましくは1.9質量%以下、より好ましくは1.8質量%以下とする。
アルカリ金属の酸化物としては、例えば、LiO、NaO、KO等が挙げられる。なお、アルカリ金属の酸化物としては、被覆アーク溶接棒の被覆剤中に含まれる水ガラス由来のアルカリ金属の酸化物も含まれる。
[残部:不可避的不純物]
被覆剤の残部は、不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、C,P,S,N,H等が挙げられる。
[被覆率:30〜50質量%]
被覆率は被覆アーク溶接棒全質量あたりの被覆剤の質量である。被覆剤の被覆率が30質量%未満では、被覆剤が少なすぎて所定の溶接作業性が得られない。一方、被覆率が50質量%を超えると、溶接作業性が劣化する他、アーク熱で被覆中の金属成分を溶融させることができず、溶接金属に未溶融の金属粒子が混入する。そして、この未溶融の金属粒子により溶接欠陥を生じてしまう。したがって、被覆剤の被覆率は、被覆アーク溶接棒全質量あたり30〜50質量%とする。被覆剤の被覆率は、溶接作業性をより向上させる観点から、好ましくは32質量%以上、より好ましくは33質量%以上とする。また、溶接作業性をより向上させる観点から、また、未溶融の金属粒子の混入をより防止する観点から、好ましくは48質量%以下、より好ましくは46質量%以下とする。
<Ni基合金被覆アーク溶接棒の製造方法>
本発明の被覆アーク溶接棒は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、前記した被覆剤を珪酸ソーダ、珪酸カリで代表される水ガラスなどの粘結剤により、前記した心線の周囲に被覆率が30〜50質量%となるように通常の溶接棒塗装機により被覆塗装する。その後、水分を除去するため、100〜550℃で焼成する。
<その他>
本発明の被覆アーク溶接棒は、前記したとおり、心線のMg含有量を0.05〜0.5質量%としたことに特徴を有するものである。ただし、被覆アーク溶接棒は、Mgの一部をTiおよびAlのいずれか一種以上に置き換えることも考えられる。心線に含有させるMgの一部をTiおよびAlのいずれか一種以上に置き換えることでMg含有量が0.05質量%未満となった場合にも、溶接金属の欠陥数は減少傾向を示す。ただし、溶接金属の耐欠陥性は不合格水準となる(表7のNo.15)。すなわち、心線のMg含有量を0.05〜0.5質量%とした場合のほうが、心線に含有させるMgの一部をTiおよびAlのいずれか一種以上に置き換えた場合に比べ、気孔欠陥の発生が大幅に抑制される。
また、被覆アーク溶接棒は、心線に含有させるMgの全てをYおよびLa,Ce等のランタノイド(以下REMとする)に置き換えることも考えられる。心線に含有させるMgの全てをREMに置き換えることでも、本発明の効果を奏する。ただし、希土類元素の添加は、心線の製造を通常よりも困難とし、また、希土類原料が高価であることから、経済的ではない(表7のNo.18)。すなわち、心線のMg含有量を0.05〜0.5質量%とした場合のほうが、心線に含有させるMgの全てをREMに置き換えた場合に比べ、経済性に優れたものとなる。
したがって、被覆アーク溶接棒は、心線のMg含有量を0.05〜0.5質量%とした場合のほうが好ましく、本発明では、心線のMg含有量を0.05〜0.5質量%とすることとした。
以下、本発明の範囲に入る実施例について、その効果を本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
まず、表1に示す化学成分の心線、および、表2、3に示す化学成分の被覆剤からなる被覆アーク溶接棒(試験材)を試作した。試作は全て心線径を3.2φとして実施した。そして、試作した被覆アーク溶接棒を用いて、AWS A5.11に従って全溶着金属を作製し、各種試験を行った。具体的には、図1に示す開先形状で全溶着金属試験体を作製し、X線透過試験、引張試験、−196℃でのシャルピー衝撃試験に供した。そして、これらの試験により、溶接金属の耐欠陥性、機械的性質の評価を行った。
表中、本発明の範囲を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。また、表3において、「CO計」は金属炭酸塩のCO量換算値であり、「F(CaF中)」は金属フッ化物のF換算値であり、「SiO+TiO+Al+ZrO+CaO+BaO」はスラグ形成剤であり、「KO+NaO」はアルカリ金属の酸化物である。
全溶着金属作製時の溶接条件を表4に示す。ここで、試験No.9は合金心線を使用したAタイプであるため、棒焼け対策として他の試験材と比較して溶接電流を低くしている。そのため、試験No.9は施工能率が悪かった。また、試験No.21では他と同等の溶接電流での施工は可能であったが、溶接棒の最終部付近で軽度の棒焼け現象が発生した。
Figure 2016043395
Figure 2016043395
Figure 2016043395
Figure 2016043395
各試験項目の評価基準は以下のとおりである。
[耐欠陥性]
耐欠陥性はX線透過試験により評価した。X線透過試験は、全長300mmの試験板のうち、アークスタート部及びエンド部を除いた250mm長さの溶接金属中に0.5mmφ以上の欠陥数が15個以下の場合を合格とした。
[引張試験]
全溶着金属の強度および延性は丸棒引張試験により評価した。引張試験では、成分系によって結果が大きく異なるため、AWS A5.11に規定される各成分系の要求値を満足するものを合格とした。表5にAWS A5.11の引張性能の要求値を記す。なお、試験片は直径6.5mmφ、評点距離26.0mmとした。
Figure 2016043395
[シャルピー衝撃試験]
全溶着金属の衝撃性能は、−196℃でのシャルピー衝撃試験により評価した。Ni基合金の溶接棒は、低温での使用が想定される成分系が多い。そのため、シャルピー衝撃試験の試験温度は−196℃とした。また、3本の試験結果の平均値が50J以上の場合を合格とした。なお、ENiCrMo−3の成分系では強度が期待され、低温での使用は想定されないため、シャルピー衝撃試験は実施しなかった。
全溶着金属の化学成分および評価結果を表6、7に示す。表中、評価基準を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。
Figure 2016043395
Figure 2016043395
表6、7に示すように、本発明の範囲を満足する試験No.1〜8は、どの評価項目においても良好な結果が得られている。
一方、本発明の範囲を満足しない試験No.9〜21は、以下の結果となった。
No.9は合金心線を使用した例であり、溶接金属の評価結果は良好であるが、溶接電流を下げて使用する必要があり、施工能率が低い問題があった。
No.10は被覆率が発明の範囲を超えている。また、アルカリ金属の酸化物が上限を超えている。そのため、溶接作業性、スラグ被包性が劣化し、またアーク熱の不足による添加金属の未溶融により、耐欠陥性が不合格となった。
No.11はフラックス中のSi添加量が低い例である。したがって、脱酸能の不足により耐欠陥性が不合格となった。
No.12はフラックス中のSi添加量が過剰な例である。この例では溶接金属のSi含有量が規格上限を外れてしまった。また溶接金属のSiが衝撃性能を劣化させ、衝撃性能が不合格となった。
No.13はフラックス中の「Ti+Al+Mg」の添加量が低い例である。したがって、脱酸能の不足により耐欠陥性が不合格となった。
No.14はフラックス中の「Ti+Al+Mg」の添加量が過剰な例である。したがって、過剰な脱酸元素が酸化物として溶接金属中に浮遊し、欠陥として作用したため、伸び、衝撃性能の劣化が見られ、耐欠陥性においても不合格となった。
No.15は心線のMg添加量が低く、Alを少量添加した例であり、脱酸元素の効果がわずかに不足した例である。したがって、耐欠陥性は不合格であったが、欠陥数は、耐欠陥性が不合格であった他の試験材と比べると少なかった。
No.16、17は心線にMgの代わりにTiもしくはAlを添加した例である。Ti、Alの単独添加では、溶融金属中の脱酸は不十分となり、耐欠陥性が不合格となった。
No.18は心線にMgの代わりにREMを添加したものである。この場合は溶接金属の評価結果は良好であるが、心線の製造が通常よりも困難であり、また、希土類原料が高価であることから経済的では無く、実用的ではない。
No.19、20は心線にMgを添加せずに、被覆剤中のMg量を増加させた例である。被覆剤に添加したMgは効率良く溶融金属に溶け込むことができないため、十分に気孔欠陥を防止することができていない。したがって、耐欠陥性が不合格となった。
No.21は心線のSi、Mnが過剰な例である。この例では、溶接金属のSi含有量が高いために衝撃性能が不合格となった他、溶接施工時に耐棒焼け性の劣化を観測している。
以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。

Claims (1)

  1. 心線に被覆剤が塗布されているNi基合金被覆アーク溶接棒であって、
    前記心線は、心線全質量あたり、
    Mg:0.05〜0.5質量%
    Si≦0.5質量%
    Mn≦0.5質量%
    P+S≦0.010質量%
    C≦0.02質量%
    を含有し、残部がNiおよび不可避的不純物からなり、
    前記被覆剤は、Ni基合金被覆アーク溶接棒全質量あたり、
    Mn+Cr+Mo+Nb+Ta+W+Ni+Co+Fe:16〜30質量%
    Si:0.2〜1.0質量%
    Ti+Al+Mg:0.30〜1.0質量%
    金属炭酸塩のCO量換算値:2.5〜6.5質量%
    金属フッ化物のF換算値:1.5〜5.0質量%
    スラグ形成剤:5.0〜10.0質量%
    アルカリ金属の酸化物:0.8〜2.0質量%
    を含有し、残部が不可避的不純物からなり、
    前記被覆剤の被覆率:30〜50質量%であることを特徴とするNi基合金被覆アーク溶接棒。
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