JP2016055311A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ワイヤ全質量に対する質量%で、鋼製外皮とフラックスの合計で、C:0.02〜0.08%、Si:0.2〜0.8%、Mn:2.0〜4.0%、AlのAl2O3換算値およびAl2O3の合計:0.10〜0.90%を含有し、フラックスに、TiO2換算値:4.0〜7.0%、SiO2換算値:0.2〜1.5%、ZrO2換算値:0.05〜0.6%、MgのMgO換算値:0.20〜1.00%、弗素化合物のF換算値:0.01〜0.15%、Na2O換算値およびK2O換算値の合計:0.05〜0.30%、スラグ形成剤の合計:5.0〜10.0%を含有し、かつ、([TiO2]×2.2+[SiO2]×0.5)/[ZrO2]×0.8+[MgO]/[Al2O3]×16の値が57〜84であることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
鋼製外皮とフラックスの合計で、
C:0.02〜0.08%、
Si:0.2〜0.8%、
Mn:2.0〜4.0%、
AlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計:0.10〜0.90%を含有し、
フラックスに、
Ti酸化物のTiO2換算値:4.0〜7.0%、
Si酸化物のSiO2換算値:0.2〜1.5%、
Zr酸化物のZrO2換算値:0.05〜0.6%、
MgのMgO換算値:0.20〜1.00%、
弗素化合物のF換算値:0.01〜0.15%、
Na化合物のNa2O換算値およびK化合物のK2O換算値の合計:0.05〜0.30%、
スラグ形成剤の合計:5.0〜10.0%を含有し、
かつ、下記(1)式で定義されるA値が57〜84を満足し、
残部はFeおよび不可避不純物であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
A=([TiO2]×2.2+[SiO2]×0.5)/[ZrO2]×0.8+[MgO]/[Al2O3]×16 ・・・(1)式
但し、[TiO2]、[SiO2]、[ZrO2]は各々酸化物の換算値、[MgO]はMgのMgO換算値、[Al2O3]はAlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計の含有量(質量%)を示す。
Cは、アーク状態を安定させて溶滴移行をスムーズにするとともに、溶接金属中に歩留まって強度を上昇させる効果がある。Cが0.02%未満では、これらの効果が十分に得られず、アーク状態が不安定となって溶滴移行が不規則となり、スパッタ発生量が増加する。また、必要な溶接金属の強度も得られない。一方、Cが0.08%を超えると、Cが溶接金属中に過剰に歩留まって強度が過剰に高くなるとともに靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でCは0.02〜0.08%とする。
Siは、溶接時に溶融スラグとなってビード表面を均一に被包し、全姿勢溶接でのビード外観およびビード形状を良好にするとともに、溶接金属中に歩留まって強度を向上させる効果がある。Siが0.2%未満では、全姿勢溶接でのビード外観およびビード形状が不良となる。また、必要な溶接金属の強度が得られない。一方、Siが0.8%を超えると、Siが溶接金属中に過剰に歩留まって靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でSiは0.2〜0.8%とする。
Mnは、Siと同様、溶接時に溶融スラグとなってビード表面全体を被包し、全姿勢溶接でのビード外観やビード形状を良好にするとともに、溶接金属中に歩留まって強度および靱性を向上させる効果がある。Mnが2.0%未満では、全姿勢溶接でのビード外観およびビード形状が不良になるとともに、必要な溶接金属の強度および靭性が得られない。一方、Mnが4.0%を超えると、Mnが溶接金属中に過剰に歩留まるため、強度が過剰に高くなって靱性が低下する。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でMnは2.0〜4.0%とする。
AlおよびAl2O3は、アーク状態を安定化して溶滴移行を良好にするとともに、溶融プール内でAl2O3の形態になって溶融スラグの粘性および融点を調整し、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でのメタル垂れを防止する効果がある。AlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計が0.10%未満では、溶融スラグの融点が低くなり、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。一方、AlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計が0.90%を超えると、溶融スラグの粘性が高くなりすぎるため、全姿勢溶接でスラグ巻込みが発生する。また、ワイヤ先端からの溶滴の離脱が悪くなるため、立向下進姿勢溶接でビード外観およびビード形状が不良になる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でAlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計は0.10〜0.90%とする。
ルチール、チタンスラグ等からなるTi酸化物は、アーク安定剤として作用し、アーク状態を安定させて溶滴移行をスムーズにするとともに、溶融スラグとなってビード全面を被包してビード外観およびビード形状を良好にする。また、溶融スラグの融点および粘性を調整してメタル垂れを防止する。さらに、一部が溶接金属に歩留ることで、溶接金属のミクロ組織を微細化して靭性を向上させる効果がある。Ti酸化物のTiO2換算値が4.0%未満では、アーク状態が不安定になって溶滴移行が不規則となり、スパッタ発生量が増加する。また、スラグ生成量が少ないので、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が凸状になる。さらに、溶接金属のミクロ組織が粗大化して靭性が低下する。一方、Ti酸化物のTiO2換算値が7.0%を超えると、スラグの量が過多となり、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなってビード外観およびビード形状が不良になるとともに、スラグ巻込みや融合不良等の溶接欠陥が発生しやすくなる。また、溶接金属中の非金属介在物が多くなって靭性が低下する。したがって、フラックス中のTi酸化物のTiO2換算値は4.0〜7.0%とする。
珪砂やジルコンサンド、珪酸ソーダ等からなるSi酸化物は、溶融スラグの粘性を調整してスラグ被包性を良好にし、ビード外観およびビード形状を改善する効果がある。Si酸化物のSiO2換算値が0.2%未満では、溶融スラグの粘性が低くなるので、全姿勢溶接でスラグ被包性が悪くなり、ビード外観およびビード形状も不良となる。一方、Si酸化物のSiO2換算値が1.5%を超えると、溶接金属のミクロ組織の硬化相生成が促進されて靭性が低下する。したがって、フラックス中のSi酸化物のSiO2換算値は0.2〜1.5%とする。
ジルコンサンドや酸化ジルコン等からなるZr酸化物は、溶融スラグの融点を調整してメタル垂れを防止する効果がある。Zr酸化物のZrO2換算値が0.05%未満では、溶融スラグの融点が低くなり、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。一方、Zr酸化物のZrO2換算値が0.6%を超えると、スラグが緻密で固くなり、全姿勢溶接でのスラグ剥離性が不良となる。したがって、フラックス中のZr酸化物のZrO2換算値は0.05〜0.6%とする。
Mgは、溶融プール内で強脱酸剤として作用し、溶接金属の酸素量を低減して靭性を向上させる効果がある。MgのMgO換算値が0.20%未満であると、溶接金属の酸素量が多くなり、靭性が低下する。一方、MgのMgO換算値が1.00%を超えると、アーク状態が粗くなり、溶滴移行が不規則となってスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中のMgのMgO換算値は0.20〜1.00%とする。
なお、Mgは、フラックス中の金属Mgや、Al−MgといったMg合金等から添加される。
弗化ソーダ、氷晶石、弗化アルミ、珪弗化カリ等からなる弗素化合物は、アークの指向性を高めてアーク状態を強く安定させるとともに、溶融スラグの粘性を調整してスラグ被包性を良好にする効果がある。弗素化合物のF換算値が0.01%未満では、アーク状態が不安定になり、溶滴移行が不規則となってスパッタ発生量が増加し、全姿勢溶接でビード外観およびビード形状が不良になる。一方、弗素化合物のF換算値が0.15%を超えると、アーク状態が過剰に強くなってスパッタ発生量が多くなる。また、溶融スラグの粘性が低くなりすぎるため、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。したがって、フラックス中の弗素化合物のF換算値は0.01〜0.15%とする。
カリ長石、珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物からのNa化合物およびK化合物は、アーク安定剤およびスラグ形成剤として作用する。Na化合物のNa2O換算値およびK化合物のK2O換算値の合計が0.05%未満であると、アーク状態が不安定となり、溶滴移行が不規則となってスパッタ発生量が多くなる。一方、Na化合物のNa2O換算値およびK化合物のK2O換算値との合計が0.30%を超えると、アーク長が長くなって立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良となる。したがって、フラックス中のNa化合物のNa2O換算値およびK化合物のK2O換算値の合計は0.05〜0.30%とする。
スラグ形成剤は、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接において、溶融プール中の溶融金属を保持してメタル垂れを防止しつつ、溶融スラグがビード全面に被包してビード外観およびビード形状を良好にするのに非常に重要なファクターである。スラグ形成剤の合計が5.0%未満であると、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接で溶融プールを保持する溶融スラグ量が不足し、メタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。一方、スラグ形成剤の合計が10.0%を超えると、スラグ量が過多となり、立向下進姿勢溶接、立向上進姿勢溶接および上向姿勢溶接でメタル垂れが発生しやすくなり、ビード外観およびビード形状が不良になる。したがって、フラックス中のスラグ形成剤の合計は5.0〜10.0%とする。
全姿勢溶接で良好な溶接作業性を維持しつつ、特に立向下進姿勢溶接でのメタル垂れを防止して良好なビード外観およびビード形状を確保するためには、フラックス中のTi酸化物のTiO2換算値[TiO2]、Si酸化物のSiO2換算値[SiO2]、Zr酸化物のZrO2換算値[ZrO2]、MgのMgO換算値[MgO]、AlのAl2O3換算値およびAl2O3の合計[Al2O3]のバランスが非常に重要である。特に、[Al2O3]と[ZrO2]は、溶融スラグの融点を上げて立向下進姿勢溶接でのメタル垂れを防止する重要な酸化物であるが、この割合が多すぎると、溶融スラグの凝固速度が早くなってスラグ被包性が悪くなり、ビード外観およびビード形状が不良となる。よって、全姿勢溶接の溶接作業性が良好で、特に立向下進姿勢溶接で優れた溶接作業性を得るためには、[TiO2]と[SiO2]の和に対する[ZrO2]の割合([TiO2]+[SiO2])/[ZrO2](以下、前項という。)と、[MgO]に対する[Al2O3]の割合[MgO]/[Al2O3](以下、後項という。)の合計を低く設定することが有効である。なお、それぞれの係数は、各成分組成が溶接作業性に及ぼす作用効果から実験的に求めた値であり、下記(1)式で示すA値によって溶接作業性が左右される。
A=([TiO2]×2.2+[SiO2]×0.5)/[ZrO2]×0.8+[MgO]/[Al2O3]×16 ・・・(1)式
Biは、立向下進姿勢溶接でのスラグ剥離性を向上させる効果がある。Biが0.005%未満では、その効果が得られず、全姿勢溶接でスラグ剥離性が不良になる。一方、Biが0.045%を超えると、溶接金属中にBiが過剰に歩留まり、靭性が低下する。したがって、フラックス中のBiおよびBi酸化物のBi換算値の合計は0.005〜0.045%とする。なお、Biは、フラックス中の金属Bi等から添加される。
Bは、溶接金属のミクロ組織の粒界フェライトの粗大化を抑制して溶接金属の靭性を向上する効果がある。Bが0.003%未満では、この効果が得られず、溶接金属の靭性の向上効果が得られない。一方、Bが0.015%を超えると、低融点のBが粒界に偏析して全姿勢溶接で高温割れが発生しやすくなる。したがって、フラックス中のBは、0.003〜0.015%とする。
Claims (3)
- 鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全質量に対する質量%で、
鋼製外皮とフラックスの合計で、
C:0.02〜0.08%、
Si:0.2〜0.8%、
Mn:2.0〜4.0%、
AlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計:0.10〜0.90%を含有し、
フラックスに、
Ti酸化物のTiO2換算値:4.0〜7.0%、
Si酸化物のSiO2換算値:0.2〜1.5%、
Zr酸化物のZrO2換算値:0.05〜0.6%、
MgのMgO換算値:0.20〜1.00%、
弗素化合物のF換算値:0.01〜0.15%、
Na化合物のNa2O換算値およびK化合物のK2O換算値の合計:0.05〜0.30%、
スラグ形成剤の合計:5.0〜10.0%を含有し、
かつ、下記(1)式で定義されるA値が57〜84を満足し、
残部はFeおよび不可避不純物であることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
A=([TiO2]×2.2+[SiO2]×0.5)/[ZrO2]×0.8+[MgO]/[Al2O3]×16・・・(1)式
但し、[TiO2]、[SiO2]、[ZrO2]は各々酸化物の換算値、[MgO]はMgのMgO換算値、[Al2O3]はAlのAl2O3換算値およびAl2O3の1種または2種の合計の含有量(質量%)を示す。 - ワイヤ全質量に対する質量%で、フラックスに、Bi:0.005〜0.045%を含有することを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量に対する質量%で、フラックスに、B:0.003〜0.015%を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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