JP2017170500A - 高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ７８０ＭＰａ級鋼のエレクトロスラグ溶接に用いられるワイヤに関し、溶接欠陥が無く、安定した機械的性能を有する溶接金属が得られる高張力鋼用のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】 ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．１０〜０．２０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．３〜２．５％、Ｃｕ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：１．５〜２．５％、Ｃｒ：０．３〜０．７％、Ｍｏ：０．３〜０．７％、Ｔｉ：０．１５〜０．２５％を含有し、Ａｌ：０．０５％以下であり、Ｆ換算値の合計：０．０１〜０．１％、ＳｉＯ2換算値の合計：０．０１〜０．２％、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０２〜０．１％を含有することを特徴とするエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ。【選択図】 なし
Description
本発明は、７８０ＭＰａ級鋼のエレクトロスラグ溶接に用いられるエレクトロスラグ溶接用フラックスワイヤに関し、溶接欠陥が無く、安定した機械的性能を有する溶接金属を得る上で好適な高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤに関する。
建築鉄骨に用いられるボックス柱は、建築構造上の強度を確保するため、高張力鋼板からなるスキンプレート及びダイアフラムを組み合わせて溶接した構造であり、一般的にエレクトロスラグ溶接が用いられている。
エレクトロスラグ溶接は、スキンプレート及びダイアフラムを組み合わせて形成した閉断面の開先内にフラックスを投入し、消耗ノズルまたは非消耗ノズル先端から突出させた溶接ワイヤでアーク溶接を行って溶融スラグを形成した後、アーク溶接を停止し、該溶融スラグの抵抗発熱により溶接ワイヤと母材とを溶融する溶接方法であり、大入熱で1パス溶接が可能な高能率な立向溶接方法である。一方、溶接入熱が過大なため、溶接で形成される溶接金属の冷却速度が遅く、溶接金属の強度が低下しやすいという問題点がある。また、オーステナイト粒界から粗大な粒界フェライトが生成されやすく、溶接金属の靭性も低下しやすいという問題点がある。
近年、構造物の形状の複雑化、大型化、大空間の確保等からボックス柱にかかる負荷が増加し、ボックス柱の高強度化及び高靭性化が進められており、それに伴って、７８０ＭＰａ級の高張力鋼を溶接できるエレクトロスラグ溶接材料の開発が望まれている。
エレクトロスラグ溶接は、一般的に溶接用ソリッドワイヤが用いられ、例えば特許文献１には、ワイヤに含有させる各種成分の最適化を図ることにより、高強度化、高靭性化を達成した７８０ＭＰａ級高張力鋼用のエレクトロスラグ溶接用ソリッドワイヤが開示されている。しかし、高張力鋼用のソリッドワイヤを用いたエレクトロスラグ溶接の場合、ワイヤ自体の剛性が非常に高いので、ワイヤの矯正が十分にできず、非消耗ノズル内で溶接ワイヤが接触してワイヤ送給性が不良となり、健全な溶接金属の形成が困難となる場合がある。また、溶接材料の成分組成の微調整が困難であり、容易に成分設計が可能なフラックス入りワイヤの開発が望まれている。
エレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤとして、例えば、特許文献２には、溶接金属中のＢとＮの含有量の比率を最適化することにより高靭性な溶接金属が得られるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、この特許文献２の開示技術によれば、ワイヤ中のＣ量が少ないので、７８０ＭＰａ級鋼板の溶接の場合には、必要な溶接金属の強度を確保できない。また特許文献２の開示技術によれば、Ａｌ量が多いので、溶接金属中に粗大なＡｌ2Ｏ3が析出し、靭性が低下するとともに、上述したようにＢが必須の成分組成として含まれているので、高温割れが発生しやすい。
また、特許文献３には、溶接金属中のＢとＮの含有量の比率を適正化することにより、優れた溶接金属の靭性が得られるエレクトロスラグ溶接用金属粉末入りワイヤが開示されている。しかしながらこの特許文献３の開示技術によれば、ワイヤ中のＡｌ量が多いので、必要な溶接金属の靭性が得られず、上述したようにＢが必須の成分組成として含まれるので、高温割れが発生しやすい。また、特許文献３に記載のフラックス入りワイヤは、かしめタイプのワイヤであるので、かしめ箇所より水分がワイヤ内部に侵入し、拡散性水素が増加して低温割れも発生しやすくなる。
さらに、特許文献４には、優れた溶接金属の靭性及び延性が得られるメタル粉入りエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤが開示されているが、ワイヤ中のＣ量が少ないので、溶接金属の強度が不足するという問題があった。
そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、７８０ＭＰａ級高張力鋼のエレクトロスラグ溶接において、溶接欠陥が無く、適正な強度及び安定した靭性を有する溶接金属が得られる高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、上述した問題点を解決するため、７８０ＭＰａ級高張力鋼のエレクトロスラグ溶接において、融合不良、溶込み不良や高温割れおよび低温割れ等の溶接欠陥が無く、適正な強度を有するとともに安定した高靭性が得られる溶接金属が得られるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤの成分組成について詳細に検討した結果、以下の知見を得た。
非消耗ノズルを用いたエレクトロスラグ溶接は、閉断面開先内にＳｉＯ2を主体としたフラックスを投入し、非消耗式ノズル先端から突き出したフラックス入りワイヤでアーク発生して溶融スラグを形成した後、該溶融スラグのスラグ浴の抵抗発熱によってフラックス入りワイヤ及び母材を溶融しながら溶接を行うものである。しかし、溶接が長時間におよぶと、スラグ浴を形成するＳｉＯ2成分が分解されてスラグ浴が徐々に減少するので、スラグ浴による抵抗発熱が小さくなり、スラグ浴自体が不安定となり、エレクトロスラグ溶接中にアークが突発的に発生し、融合不良や溶込み不足等の溶接欠陥が発生することを突き止めた。
そこで、フラックス入りワイヤ中にＳｉＯ2を適量含有させることで、スラグ浴の減少を防止し、突発的なアーク発生を抑え、溶接欠陥の無い健全な溶接金属が得られることを見出した。
また、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ量の上限を規定することで、溶接金属の偏析や析出脆化を抑え、高温割れを防止できることを見出した。
さらに、適正な強度と同時に安定した低温靭性の向上をも同時に達成させるためには、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎａ化合物及びＫ化合物の含有量の適正化が有効であることを見出した。
また、フラックス入りワイヤ中に弗素化合物を適正添加するとともに、ワイヤ外皮の合わせ目を溶接して継目を無くすことで、溶接金属中の拡散性水素量を低減して低温割れを防止できることを見出した。
すなわち、本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなるエレクトロスラグ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：０．１０〜０．２０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１．３〜２．５％、Ｃｕ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：１．５〜２．５％、Ｃｒ：０．３〜０．７％、Ｍｏ：０．３〜０．７％、Ｔｉ：０．１５〜０．２５％を含有し、Ａｌ：０．０５％以下であり、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．１％、Ｓｉ化合物のＳｉＯ2換算値の合計：０．０１〜０．２％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０２〜０．１％を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする。
また、成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くしたことも特徴とする高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤにある。
本発明に係る高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤによれば、溶接欠陥が無く、７８０ＭＰａ級鋼の溶接で適正な強度及び安定した高靭性が得られる高品質な溶接金属を得ることができる。
本発明を適用した高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ（以下、フラックス入りワイヤともいう。）は、各成分組成それぞれの単独及び共存による相乗効果によりなし得たものであるが、以下にそれぞれの各成分組成の添加理由及び限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有率は、フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載する。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．１０〜０．２０％］
Ｃは、固溶強化により溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。Ｃが０．１０％未満であると、必要な溶接金属の強度が得られない。一方、Ｃが０．２０％を超えると、溶接金属の強度が過度に高くなり、島状マルテンサイトが増加して靭性が低下する。またＣが０．２０％を超えると、溶接割れ感受性が高くなり、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．１０〜０．２０％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉等から添加できる。
Ｃは、固溶強化により溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。Ｃが０．１０％未満であると、必要な溶接金属の強度が得られない。一方、Ｃが０．２０％を超えると、溶接金属の強度が過度に高くなり、島状マルテンサイトが増加して靭性が低下する。またＣが０．２０％を超えると、溶接割れ感受性が高くなり、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．１０〜０．２０％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉等から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２〜１．０％］
Ｓｉは、溶接金属の強度確保と脱酸のために添加する。Ｓｉが０．２％未満であると、必要な溶接金属の強度が得られず、また脱酸不足となって靭性が低下する。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、島状マルテンサイトが増加し、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２〜１．０％とする。なお、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｓｉは、溶接金属の強度確保と脱酸のために添加する。Ｓｉが０．２％未満であると、必要な溶接金属の強度が得られず、また脱酸不足となって靭性が低下する。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、島状マルテンサイトが増加し、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２〜１．０％とする。なお、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．３〜２．５％］
Ｍｎは、溶接金属の靭性確保と強度向上のために添加する。Ｍｎが１．３％未満であると、必要な溶接金属の強度が得られない。またＭｎが１．３％未満であると、脱酸不足となって酸素量が高くなり、溶接金属の組織が粗大化し、靭性が十分に確保できなくなる。一方、Ｍｎが２．５％を超えると、溶接金属組織が粗大な上部ベイナイト組織となり、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．３〜２．５％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
Ｍｎは、溶接金属の靭性確保と強度向上のために添加する。Ｍｎが１．３％未満であると、必要な溶接金属の強度が得られない。またＭｎが１．３％未満であると、脱酸不足となって酸素量が高くなり、溶接金属の組織が粗大化し、靭性が十分に確保できなくなる。一方、Ｍｎが２．５％を超えると、溶接金属組織が粗大な上部ベイナイト組織となり、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．３〜２．５％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕ：０．１〜０．５％］
Ｃｕは、析出強化作用を有し、変態温度を低下させて組織を微細化して溶接金属の靭性を安定させる作用を有する。Ｃｕが０．１％未満であると、安定した溶接金属の靭性が得られない。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、析出脆化が生じ、靭性が低下する。また、溶接割れ感受性が高くなり、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．１〜０．５％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮及び鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスから金属Ｃｕ等の合金粉末から添加できる。
Ｃｕは、析出強化作用を有し、変態温度を低下させて組織を微細化して溶接金属の靭性を安定させる作用を有する。Ｃｕが０．１％未満であると、安定した溶接金属の靭性が得られない。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、析出脆化が生じ、靭性が低下する。また、溶接割れ感受性が高くなり、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．１〜０．５％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮及び鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスから金属Ｃｕ等の合金粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉ：１．５〜２．５％］
Ｎｉは、変態温度を低下させて組織を微細化するとともに、溶接金属中に固溶して靭性を低下させることなく強度を高める作用を有する。Ｎｉが１．５％未満であると、溶接金属の靭性の低下を防止する効果が十分に得られない。一方、Ｎｉが２．５％を超えると、粒界が脆化して溶接金属の靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは１．５〜２．５％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の粉末から添加できる。
Ｎｉは、変態温度を低下させて組織を微細化するとともに、溶接金属中に固溶して靭性を低下させることなく強度を高める作用を有する。Ｎｉが１．５％未満であると、溶接金属の靭性の低下を防止する効果が十分に得られない。一方、Ｎｉが２．５％を超えると、粒界が脆化して溶接金属の靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは１．５〜２．５％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣｒ：０．３〜０．７％］
Ｃｒは、変態温度を低下させ、組織を微細化して溶接金属の靭性を向上させる作用を有する。Ｃｒが０．３％未満であると、これらの効果が十分に得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｃｒが０．７％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。またＣｒが０．７％を超えると、溶接金属の硬化が著しくなり、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｒは０．３〜０．７％とする。なお、Ｃｒは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ等の粉末から添加できる。
Ｃｒは、変態温度を低下させ、組織を微細化して溶接金属の靭性を向上させる作用を有する。Ｃｒが０．３％未満であると、これらの効果が十分に得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｃｒが０．７％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。またＣｒが０．７％を超えると、溶接金属の硬化が著しくなり、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｒは０．３〜０．７％とする。なお、Ｃｒは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ等の粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏ：０．３〜０．７％］
Ｍｏは、Ｎｉ及びＣｒと同様、変態温度を低下させ、組織を微細化して溶接金属の靭性を向上させる作用を有する。Ｍｏが０．３％未満であると、これらの効果が十分に得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｍｏが０．７％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。またＭｏが０．７％を超えると、溶接金属が過度に硬化し、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏは０．３〜０．７％とする。なお、Ｍｏは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ等の粉末から添加できる。
Ｍｏは、Ｎｉ及びＣｒと同様、変態温度を低下させ、組織を微細化して溶接金属の靭性を向上させる作用を有する。Ｍｏが０．３％未満であると、これらの効果が十分に得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｍｏが０．７％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。またＭｏが０．７％を超えると、溶接金属が過度に硬化し、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏは０．３〜０．７％とする。なお、Ｍｏは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ等の粉末から添加できる。
［鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．１５〜０．２５％］
Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属中にＴｉの微細酸化物を生成して溶接金属の靭性を向上させる作用を有する。Ｔｉが０．１５％未満であると、これらの効果が得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．２５％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉが多くなり、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．１５〜０．２５％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。
Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属中にＴｉの微細酸化物を生成して溶接金属の靭性を向上させる作用を有する。Ｔｉが０．１５％未満であると、これらの効果が得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．２５％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉが多くなり、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．１５〜０．２５％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。
[鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌ：０．０５％以下]
Ａｌは、０．０５％を超えると溶接金属中に粗大なＡｌ2Ｏ3を析出させ靭性を低下させるので、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは０．０５％以下とする。
Ａｌは、０．０５％を超えると溶接金属中に粗大なＡｌ2Ｏ3を析出させ靭性を低下させるので、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは０．０５％以下とする。
［フラックス中に含有する弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．１％］
弗素化合物は、溶接金属中の拡散性水素量を低減し、低温割れを防止する効果を有する。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０１％未満では、この効果が得られず、溶接金属の拡散性水素量が増加し、低温割れが発生しやすくなる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１％を超えると、スラグ浴が不安定となって溶込み不良が発生し、健全な溶接金属が得られない。従って、フラックス中に含有する弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０１〜０．１％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからＣａＦ2、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。
弗素化合物は、溶接金属中の拡散性水素量を低減し、低温割れを防止する効果を有する。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０１％未満では、この効果が得られず、溶接金属の拡散性水素量が増加し、低温割れが発生しやすくなる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１％を超えると、スラグ浴が不安定となって溶込み不良が発生し、健全な溶接金属が得られない。従って、フラックス中に含有する弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０１〜０．１％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからＣａＦ2、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。
［フラックス中に含有するＳｉ化合物のＳｉＯ2換算値の合計：０．０１〜０．２％］
Ｓｉ化合物は、スラグ浴の主成分であり、スラグ浴の保持効果を有する。Ｓｉ化合物のＳｉＯ2換算値の合計が０．０１％未満であると、その効果が得られず、スラグ浴が減少し、エレクトロスラグ溶接時にアークが発生してスラグ浴が不安定になり、融合不良等が発生して健全な溶接金属が得られない。一方、Ｓｉ化合物のＳｉＯ2換算値の合計が０．２％を超えると、スラグ量が多くなり、溶接金属の靭性を低下させる。従って、フラックス中に含有するＳｉ化合物のＳｉＯ2換算値の合計は０．０１〜０．２％とする。なお、Ｓｉ化合物は、フラックスから珪砂、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分等から添加できる。
Ｓｉ化合物は、スラグ浴の主成分であり、スラグ浴の保持効果を有する。Ｓｉ化合物のＳｉＯ2換算値の合計が０．０１％未満であると、その効果が得られず、スラグ浴が減少し、エレクトロスラグ溶接時にアークが発生してスラグ浴が不安定になり、融合不良等が発生して健全な溶接金属が得られない。一方、Ｓｉ化合物のＳｉＯ2換算値の合計が０．２％を超えると、スラグ量が多くなり、溶接金属の靭性を低下させる。従って、フラックス中に含有するＳｉ化合物のＳｉＯ2換算値の合計は０．０１〜０．２％とする。なお、Ｓｉ化合物は、フラックスから珪砂、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分等から添加できる。
［フラックス中に含有するＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０２〜０．１％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、エレクトロスラグ溶接でのスラグ浴の流動性を向上する作用を有する。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．０２％未満であると、その効果が得られず、スラグ浴の流動性が悪くなり、溶込み不良や融合不良等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．１％を超えると、フラックス入りワイヤ中の各成分の希釈率が低くなり、必要な溶接金属の強度が得られない。従って、フラックス中に含有するＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．０２〜０．１％とする。なお、Ｎａ化合物及びＫ化合物は、フラックスから珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、Ｋ2ＳｉＯ3、Ｎａ2ＳｉＯ3、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6の粉末から添加できる。
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、エレクトロスラグ溶接でのスラグ浴の流動性を向上する作用を有する。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．０２％未満であると、その効果が得られず、スラグ浴の流動性が悪くなり、溶込み不良や融合不良等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．１％を超えると、フラックス入りワイヤ中の各成分の希釈率が低くなり、必要な溶接金属の強度が得られない。従って、フラックス中に含有するＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．０２〜０．１％とする。なお、Ｎａ化合物及びＫ化合物は、フラックスから珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、Ｋ2ＳｉＯ3、Ｎａ2ＳｉＯ3、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6の粉末から添加できる。
［成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されることで鋼製外皮に継目を無くす］
本発明の高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成型し、その内部にフラックスを充填した構造である。フラックス入りワイヤの種類としては、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いフラックス入りワイヤと、鋼製外皮に合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するフラックス入りワイヤとに大別できる。本発明の鋼製外皮に継目が無いフラックス入りワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした熱処理が可能であり、また製造後のフラックス入りワイヤ内のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができる。
本発明の高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成型し、その内部にフラックスを充填した構造である。フラックス入りワイヤの種類としては、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いフラックス入りワイヤと、鋼製外皮に合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するフラックス入りワイヤとに大別できる。本発明の鋼製外皮に継目が無いフラックス入りワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした熱処理が可能であり、また製造後のフラックス入りワイヤ内のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができる。
本発明の高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤの残部は、鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｔｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分と不可避不純物である。不可避不純物については特に規定しないが、高温割れの観点から、Ｐ及びＳは各々０．０３０％以下が好ましい。
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
ＪＩＳ Ｇ３１４１に規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮（鋼製外皮全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０５％）として使用し、鋼製外皮を成形する工程でＵ字型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目をかしめて溶接しない継目のあるワイヤを造管、焼鈍、伸線し、表１に示す各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。なお、ワイヤ径は１．６ｍｍ、フラックス充填率は１０〜１８％とした。
試作したフラックス入りワイヤを用い、表２に示す板厚２５ｍｍの７８０ＭＰａ級鋼板を、図１に示すようにＪＩＳ Ｚ ３３５３に準じてギャップ２５ｍｍのＩ型の開先形状に組み、水冷銅当て金４を使用し、非消耗電極式溶接装置を用いてエレクトロスラグ溶接を行った。
このエレクトロスラグ溶接では、２枚の鋼板３と、２枚の水冷銅当て金４との間に形成される空間に溶融スラグ６と溶融金属５が流れ落ちないように保持し、溶融スラグ６の中へ電極となるフラックス入りワイヤ１を連続的に送り込みながら、このフラックス入りワイヤ１と、鋼板３とを溶融して溶接を行う。フラックス入りワイヤ１は、スチールパイプである非消耗ノズル２の中を挿通されて、溶融スラグ６へガイドされる。表３に示す溶接条件でエレクトロスラグ溶接を行い、溶接欠陥の有無及び溶接金属の機械性能の調査を行った。なお、組み合わせたフラックスの成分組成を表４に示す。
溶接金属の機械的性能の調査は、溶接試験体の板厚１／２ｔを中心に引張試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２４１ １０号）及び衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２４２ Ｖノッチ試験片）を採取して機械試験を実施した。
引張強さの評価は、７８０〜９２０ＭＰａを良好とした。また、靭性の評価は、０℃におけるシャルピー衝撃試験を各３本実施し、吸収エネルギー値が平均値６９Ｊ以上、最低値４７Ｊ以上を良好とした。
溶接欠陥の有無は、ＪＩＳ Ｚ ３０６０に準拠した超音波探傷試験で、融合不良、高温割れ及び低温割れが無く、断面マクロの外観評価で溶込み状態が良好であるものを合格とした。これらの調査結果を表５にまとめて示す。
表１及び表５中のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ９は本発明例、ワイヤ記号Ｗ１０〜Ｗ２８は比較例である。本発明例であるＷ１、Ｗ２、Ｗ４〜Ｗ９は、ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｆ換算値の合計、ＳｉＯ2換算値の合計、Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計量が適正であり、ワイヤ外皮に継目が無いので、溶接金属の引張強さ、吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに良好であり、溶接欠陥も無く、極めて満足な結果であった。なお、ワイヤ記号Ｗ３はワイヤ外皮に継目があったが、低温割れは発生せず、良好な結果であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ１０は、Ｃが少ないので、溶接金属の引張強さが低値であった。また、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が少ないので、溶接部に融合不良が発生した。
ワイヤ記号Ｗ１１は、Ｃが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの平均値が低値であった。また、高温割れが発生した。
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｓｉが少ないので、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｓｉが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値が低値であった。
ワイヤ記号１４は、Ｍｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに低値であった。
ワイヤ記号１５は、Ｍｎが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに低値であった。また、Ｆ換算値の合計が少なく、ワイヤ外皮に継目があるので、低温割れが発生した。
ワイヤ記号Ｗ１６は、ＳｉＯ2換算値の合計が多いので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値が低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｃｕが少ないので、吸収エネルギーの最低値が低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｃｕが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに低値であり、また高温割れが発生した。
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｎｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値が低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｎｉが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値が低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｃｒが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｃｒが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに低値であった。また、Ｆ換算値が多いので、溶接部に溶込み不良が発生した。
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｍｏが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値が低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｍｏが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｔｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値が低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｔｉが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２７は、Ａｌが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値が低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、溶接金属の強度が低値であった。また、ＳｉＯ2換算値の合計が少ないので、溶接部に融合不良が発生した。
１ フラックス入りワイヤ
２ 非消耗ノズル
３ 鋼板
４ 水冷銅当て金
５ 溶接金属
６ 溶融スラグ
２ 非消耗ノズル
３ 鋼板
４ 水冷銅当て金
５ 溶接金属
６ 溶融スラグ
Claims (2)
- 鋼製外皮にフラックスを充填してなるエレクトロスラグ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：０．１０〜０．２０％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：１．３〜２．５％、
Ｃｕ：０．１〜０．５％、
Ｎｉ：１．５〜２．５％、
Ｃｒ：０．３〜０．７％、
Ｍｏ：０．３〜０．７％、
Ｔｉ：０．１５〜０．２５％を含有し、
Ａｌ：０．０５％以下であり、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．１％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．０１〜０．２％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０２〜０．１％を含有し、
残部は鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ。 - 成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くしたことを特徴とする請求項１に記載の高張力鋼のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ。
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