JP2017196651A - フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるセルフシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤにおいて、F、Li、酸可溶性Al、Mg、S、CO2、Ba、Ca、Sr、REM、P、炭酸塩に由来しないC、Mn、Ni、Cuといった成分について、ワイヤ全質量当たりの含有量を所定範囲とするとともに、所定の式(1)〜(4)を満たすことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
この被覆アーク溶接法は、溶接材料と母材との間に溶接電源によって電圧をかけるだけで実施することのできる比較的簡易な接合方法であり、溶接材料の合金成分を変更することにより、様々な母材の溶接に幅広く適用することができる。また、被覆アーク溶接法は、ガスの供給なども不要であるため、インフラが十分に整備されていない発展途上国において有用な接合方法となっている。
加えて、被覆アーク溶接法は、溶接装置が簡易であることから装置の持ち運びが容易であるとともに、耐風性にも優れるため、屋外での接合に好適な接合方法として、先進国でも用いられている。
このセルフシールドアーク溶接法は、溶接材料がガスシールドアーク溶接法に用いる溶接材料と同様、連続供給が可能なワイヤであるため、連続的な施行が可能である。また、セルフシールドアーク溶接法に用いられる溶接材料は、溶接金属を大気から保護するための成分を含有しており、被覆アーク溶接法と同様、シールドガスの供給が不要であり、大気からの溶融金属の保護がシールドガスに依存しないため、耐風性にも優れる。
なお、このセルフシールドアーク溶接法に関し、例えば、特許文献1では、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる耐火鋼用セルフ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、フラックスに、BaF2:6.5〜11.0%、Sr複合酸化物:3.0〜5.0%、Mg:1.0〜3.0%を含有し、かつ鋼製外皮とフラックスの一方または両方の合計で、C:0.02〜0.07%、Mn:0.5〜2.0%、Al:1.0〜2.5%、Ni:1.6〜3.0%、Mo:0.3〜0.8%を含有し、その他は鋼製外皮のFe、3%以下(0%を含む)の金属弗化物と金属炭酸塩の1種または2種、10%以下(0%を含む)の鉄粉および不可避不純物であることを特徴とする耐火鋼用セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。
しかしながら、C、Mn、Niは、ミクロ組織の粗大化を抑制するだけでなく、溶接金属の強度を向上させる効果を発揮することから、強度が必要以上に高くなってしまう(特許文献1の表3を参照:常温での引張強さが700N/mm2以上、0.2%耐力が600N/mm2以上)。
0.60≦10×[炭酸塩に由来しないC]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≦15.00・・・(1)、7.5×[Li]−[酸可溶性Al]+10×[炭酸塩に由来しないC]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≧1.50・・・(2)、0.33×[F]+[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≧3.00・・・(3)、[Mn]+[Ba]+[Ca]+[Sr]+[REM]−20×[S]≧−0.60・・・(4)
なお、前記式中の[成分]は、ワイヤ全質量当たりのその成分の含有量(質量%)である。
このフラックス入りワイヤによれば、Cr、Mo、V、Wのうちの1種以上を総含有量が所定値以下となるように含有していることから、溶接金属の引張強さをより向上させることができる。
このフラックス入りワイヤによれば、Nb、Ta、Coのうちの1種以上を総含有量が所定値以下となるように含有していることから、溶接金属の引張強さをより向上させることができる。
このフラックス入りワイヤによれば、Ba、Ca、Sr、REMのうちの1種以上を総含有量が所定値以上となるように含有していることから、溶接作業性をより優れたものとすることができる。
このフラックス入りワイヤによれば、正極性での溶接時にワイヤ先端に形成される溶滴を小さくし(あるいはほとんど無くし)、スパッタを小さくすることができる。
このフラックス入りワイヤによれば、Ti、Zrのうちの1種以上を総含有量が所定範囲となるように含有していることから、溶接作業性をより優れたものとすることができる。
このフラックス入りワイヤによれば、鉄酸化物をFeO換算で所定値以上含有することから、靱性をより優れたものとすることができる。
このフラックス入りワイヤによれば、金属粉末または合金粉末としてMgを所定値以上含有することから、このMgは脱酸剤としての効果も発揮することとなる。
このフラックス入りワイヤによれば、所定値以下の含有量のBiを含有することから、スラグ剥離性を向上させることができる。
このフラックス入りワイヤによれば、所定値以下の含有量のBを含有することから、靱性の低下を確実に抑制することができる。
このフラックス入りワイヤによれば、Na、K、Csのうちの1種以上を含有するとともに、Li、Na、K、Csの総含有量が所定値以下となるように含有していることから、溶接作業性をより優れたものとすることができる。
このフラックス入りワイヤは、所定範囲の含有量のSiを含有することから、溶融池を大気から好適に保護することができる。
このフラックス入りワイヤは、前記式(5)を満たすことから、ヒュームの発生量を抑制することができる。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤ(以下、適宜「ワイヤ」という)は、シールドガスを用いないセルフシールドアーク溶接用であるとともに、鋼製外皮内部にフラックスが充填されるワイヤである。
そして、本実施形態に係るワイヤのワイヤ径は、特に限定されないが、1.2〜3.2mmであればよい。また、ワイヤのフラックス充填率も、特に限定されないが、10〜25質量%であればよい。
以下、本実施形態に係るワイヤの各成分の含有量を特定した理由について説明する。
Fは、溶接金属の拡散性水素量を低減する効果を発揮する。Fの含有量が0.10質量%未満であると、溶接金属の拡散性水素量を十分に低減することができない。一方、Fの含有量が4.00質量%を超えると、溶接時にヒュームが大量に発生し、溶接部の視認が困難となり、溶接作業性を低下させてしまう。
したがって、Fの含有量は、ワイヤ全質量当たり0.10質量%以上4.00質量%以下であり、好ましい上限は3.5質量%である。
Liは、Li+としてアークプラズマ中の正電荷を担い、アークプラズマを安定させることにより溶接作業性を向上させる効果を発揮する。また、Liは、溶融金属を窒素から保護し、溶接金属の耐気孔性を向上させ、溶接金属の靱性を良好にする効果を発揮する。さらに、Liは、溶融金属中のAlの量を低減することによって、溶接金属の靱性を良好にする効果も発揮する。Liの含有量が0.25質量%未満であると、前記した効果が得られ難く、特に、溶接金属の耐気孔性と靱性の両立を図ることができない。一方、Liの含有量が2.30質量%を超えると、溶接時にスパッタが大量に発生し、溶接作業性が低下する。
したがって、Liの含有量は、ワイヤ全質量当たり0.25質量%以上2.30質量%以下であり、好ましい下限は0.35質量%である。
酸可溶性Al(Sol.Al)は、脱酸作用と脱窒素作用を有し、溶接金属の酸素および窒素の量を低減させて耐気孔性を向上させるとともに、溶接金属の引張強さおよび靱性を高める効果を発揮する。また、酸可溶性Alは、溶融金属中の窒素と結合して窒化物を形成することで、窒素の存在に由来する気孔発生を抑制する効果も発揮する。酸可溶性Alの含有量が1.00質量%未満であると、前記した効果が得られ難く、特に、溶融金属における窒素固定化能力が不足し、気孔発生を十分に抑制することができない。一方、Alはフェライト組織を形成する元素であることから、酸可溶性Alの含有量が5.25質量%を超えると、溶接金属に粗大なフェライト組織が形成されてしまい、溶接金属の靱性が低下する。
したがって、酸可溶性Alの含有量は、ワイヤ全質量当たり1.00質量%以上5.25質量%以下である。
また、酸可溶性Al源としては、鋼製外皮に添加されるもののほか、フラックスに添加される、Al金属粉、Fe−Al、Al−Mg、Al−Li−Cu、Mg−Al−Znといった合金粉などが挙げられる。
Mgは、溶接時に気化し、あるいは、溶融池表面にスラグを形成することによって、溶接金属を大気から保護し、その結果、溶接金属の気孔発生を防止し、溶接金属の靱性を向上させる効果を発揮する。Mgの含有量が0.80質量%未満であると、前記した効果が得られ難い。一方、Mgの含有量が3.10質量%を超えると、溶接時にスパッタが大量に発生し、溶接作業性が低下する。
したがって、Mgの含有量は、ワイヤ全質量当たり0.80質量%以上3.10質量%以下である。
Sは、ワイヤが溶融した際の溶滴の粘性や表面張力を低下させ、溶滴移行を円滑にすることによって、スパッタを小粒化させ、溶接作業性を向上させる効果を発揮する。Sの含有量が0.0005質量%未満であると、前記した効果が得られ難い。一方、Sの含有量が0.2000質量%を超えると、Sは耐割れ性を低下させる元素であることから、後記のように耐割れ性の低下を防止する成分を別途含有させても、割れ発生の抑制が困難となる。
したがって、Sの含有量は、ワイヤ全質量当たり0.0005質量%以上0.2000質量%以下であり、好ましい下限は0.0015質量%である。
CO2は、炭酸塩に由来するCO2(炭酸塩に含まれるCO2)であり、溶接時に気化することによって、溶滴や溶融池を大気から保護し、溶接金属の耐気孔性や機械的性質(引張強さおよび靱性)を向上させる効果を発揮する。しかし、本発明において、前記した効果は他の成分により確保することが可能であるため、CO2は、必須成分ではなく、0質量%であってもよい。一方、CO2の含有量が2.00質量%を超えると、溶接時にスパッタが大量に発生し、溶接作業性が低下する。
したがって、CO2の含有量は、ワイヤ全質量当たり0質量%以上2.00質量%以下である。
Ba、Ca、Sr、REMは、電子を放出し、アークプラズマを安定させる効果を発揮する。また、これらの成分は、Sによる高温割れを抑制する効果も発揮する。しかし、本発明において、前記した効果は他の成分により確保することが可能であるため、これらの成分は、必須成分ではなく、0質量%であってもよい。一方、Baの含有量が8.00質量%を超える場合、Caの含有量が5.00質量%を超える場合、Srの含有量が2.00質量%を超える場合、または、REMの含有量が1.50質量%を超える場合、溶接時にスパッタが大量に発生し、溶接作業性が低下する。
したがって、ワイヤ全質量当たり、Baの含有量は、0質量%以上8.00質量%以下であり、Caの含有量は、0質量%以上5.00質量%以下であり、Srの含有量は、0質量%以上2.00質量%以下であり、REMの含有量は、0質量%以上1.50質量%以下である。
また、Ba、Ca、Sr、REM源は、フラックスに添加される、炭酸塩、複合酸化物、フッ化物などが挙げられる。
Pは、耐割れ性、および溶接金属の機械的性質を低下させてしまう。Pの含有量が0.070質量%を超えると、耐割れ性の低下や溶接金属の機械的性能の低下が明確に現れてしまう。
したがって、Pの含有量は、ワイヤ全質量当たり0.070質量%以下である。
なお、Pの含有量は0質量%とするのは困難であるため、0質量%は含まないが、出来る限り少量となるように制限するのが好ましい。
炭酸塩に由来しないC(以下、適宜、単に「C」とする)、Mn、Ni、Cuは、オーステナイト形成元素であり、Alの存在により粗大なフェライト組織が形成されてしまうのを抑制し、溶接金属の機械的性質、特に引張強さおよび靱性を向上させる効果を発揮する。しかし、Cの含有量が0.65質量%を超える場合、Mnの含有量が11.00質量%を超える場合、Niの含有量が11.00質量%を超える場合、または、Cuの含有量が1.50質量%を超える場合、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靱性や耐割れ性が低下する可能性がある。
したがって、本実施形態に係るワイヤは、ワイヤ全質量当たり、C:0.65質量%以下、Mn:11.00質量%以下、Ni:11.00質量%以下、Cu:1.50質量%以下のうちの1種以上を含有する。
そして、C源としては、鋼製外皮に添加されるもののほか、フラックスに添加される、炭素量の多い鉄粉や合金粉、グラファイト、黒鉛、カーボンナノチューブのような炭素単体、デンプン、コーンスターチのような有機物などが挙げられる。また、Mn、Ni、Cu源としては、鋼製外皮に添加されるもののほか、フラックスに添加される、単体金属や合金粉などが挙げられる。さらに、Cu源としては、ワイヤ表面に塗装されるCuめっきなども挙げられる。
C、Mn、Ni、Cuの含有量は、溶接金属の引張強さを所望の値とするため、式(1)で示される「0.60≦10×[炭酸塩に由来しないC]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≦15.00」(式中の[成分]は、ワイヤ全質量当たりのその成分の含有量(質量%)である)を満たす必要がある。
式(1)の各成分は、前記のとおり、Alの存在により粗大なフェライト組織が形成されてしまうのを抑制し、溶接金属の機械的性質(引張強さおよび靱性)を向上させる効果を発揮する。式(1)で算出される値が0.60未満であると、前記した溶接金属の機械的性質(引張強さおよび靱性)を向上させる効果を十分に発揮できない。一方、式(1)で算出される値が15.00を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靱性や耐割れ性が低下する。
したがって、式(1)で算出される値は、0.60以上15.00以下である。
なお、式(1)の各[成分]に設けた係数は、実験の結果に基づいて規定したものであり、各成分が効果に与える影響の強さを考慮したものである。
Li、酸可溶性Al、C、Mn、Ni、Cuの含有量は、優れた靱性を確保するために、式(2)で示される「7.5×[Li]−[酸可溶性Al]+10×[炭酸塩に由来しないC]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≧1.50」(式中の[成分]は、ワイヤ全質量当たりのその成分の含有量(質量%)である)を満たす必要がある。
式(2)の酸可溶性Alは、耐気孔性を確保するために必要な成分であるが、含有量が多過ぎると溶接金属において粗大なフェライト組織を形成させ、溶接金属の靱性を低下させてしまう。一方、式(2)のLiは、溶接金属中のAl量を低減させ、C、Mn、Ni、Cuは、粗大なフェライト組織の形成を抑制する。そして、式(2)で算出される値が1.50未満であると、粗大なフェライト組織の形成を抑制する効果が十分に得られず、溶接金属の靱性が低下する。
したがって、式(2)で算出される値は、1.50以上であり、好ましい下限は3.00である。
なお、式(2)の各[成分]に設けた係数は、実験の結果に基づいて規定したものであり、各成分が効果に与える影響の強さを考慮したものである。
F、酸可溶性Al、Li、Mg、CO2の含有量は、優れた耐気孔性を確保するために、式(3)で示される「0.33×[F]+[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≧3.00」(式中の[成分]は、ワイヤ全質量当たりのその成分の含有量(質量%)である)を満たす必要がある。
式(3)の各成分は、溶接金属を大気から保護し、耐気孔性を向上させる効果を発揮する。式(3)で算出される値が3.00未満であると、耐気孔性を向上させる効果を十分に発揮できない。
したがって、式(3)で算出される値は、3.00以上である。
なお、式(3)の各[成分]に設けた係数は、実験の結果に基づいて規定したものであり、[F]に設けた係数0.33は、Fの耐気孔性への寄与が比較的低く、その寄与度合を考慮したものである。
S、Mn、Ba、Ca、Sr、REMの含有量は、優れた耐割れ性を確保するために、式(4)で示される「[Mn]+[Ba]+[Ca]+[Sr]+[REM]−20×[S]≧−0.60」(式中の[成分]は、ワイヤ全質量当たりのその成分の含有量(質量%)である)を満たす必要がある。
式(4)のSは、溶接作業性を確保するために必須の成分であるが、含有量が多過ぎると耐割れ性を低下させてしまう。一方、Mn、Ba、Ca、Sr、REMは、Sによる耐割れ性の低下を抑制する。そして、式(4)で算出される値が−0.60以上となると、優れた耐割れ性を確保することができる。
したがって、式(4)で算出される値は、−0.60以上である。
なお、式(4)の各[成分]に設けた係数は、実験の結果に基づいて規定したものであり、各成分が効果に与える影響の強さを考慮したものである。
本実施形態に係るワイヤは、71〜91質量%のFeを含有するとともに、本発明の効果に影響を及ぼさない範囲で、不可避的不純物として、Sn、Pb、Nなどを含有していてもよい。そして、その含有量は、ワイヤ全質量当たり、Sn:0.05質量%以下、Pb:0.05質量%以下、N:0.1質量%以下である。
また、Sn、Pb、Nなどについては、前記した所定の含有量を超えなければ、不可避的不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加される場合であっても、本発明の効果を妨げない。
また、Oについては、炭酸塩や各種酸化物を構成する成分として、あるいは鋼製外皮や金属粉末中の微量成分として含有されてもよい。
さらに、前記した下限値が0質量%であるCa、Sr、REM等、上限値のみ規定しているP、必須成分ではないC、Mn、Ni、Cu、後記するCr、Mo、V、W、Nb、Ta、Co、Ti、Zr、Bi、B、Na、K、Cs、Si、Znについても、不可避的不純物として、所定量以下(例えば、ワイヤ全質量当たり0.1質量%以下)含まれていてもよい。
なお、不可避的不純物として挙げた各元素の含有量は、当然、0質量%であってもよい。
なお、後記する各成分源としては、鋼製外皮に添加されるもののほか、フラックスに添加される、単体金属や合金粉などが挙げられる。
Cr、Mo、V、Wは、いずれも必須成分ではないが、溶接金属の強度を向上させる効果を発揮することから、高い強度が要求される場合は、これらの成分のうちの1種以上をワイヤに含有させればよい。しかし、これらの成分の総含有量が4.00質量%を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靱性や耐割れ性が低下する。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、Cr、Mo、V、Wのうちの1種以上を含有する場合、これらの成分の総含有量は、ワイヤ全質量当たり4.00質量%以下であるのが好ましい。
Nb、Ta、Coは、いずれも必須成分ではないが、溶接金属の強度を向上させる効果を発揮することから、高い強度が要求される場合は、これらの成分のうちの1種以上をワイヤに含有させればよい。しかし、これらの成分の総含有量が1.00質量%を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靱性や耐割れ性が低下する。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、Nb、Ta、Coのうちの1種以上を含有する場合、これらの成分の総含有量は、ワイヤ全質量当たり1.00質量%以下であるのが好ましい。
Ba、Ca、Sr、REMは、前記のとおり、いずれの含有量も0質量%でよいが、これらの成分によって、アークプラズマを安定させ、特に、正極性(+極側を母材、−極側を溶接棒ホルダに接続する直流溶接)での溶接作業性を向上させたい場合は、これらの成分の総含有量が、ワイヤ全質量当たり0.15質量%以上となるように1種以上を含有させるのが好ましい。
さらに、正極性での溶接時にワイヤ先端に形成される溶滴を小さくし(あるいはほとんど無くし)、スパッタを小さくさせたい場合は、Baの含有量を0.50質量%以上、Fの含有量を0.50質量%以上としつつ、Ba、Ca、Sr、REMの総含有量が、ワイヤ全質量当たり1.40質量%以上となるように、Ba、Ca、Sr、REMのうちの1種以上を含有させるのが好ましい。
Ti、Zrは、いずれも必須成分ではないが、アークを集中させ、溶接作業性を向上させる効果を発揮する。これらの成分の総含有量が0.01質量%未満であると、前記した効果が得られ難い。一方、これらの成分の総含有量が3.00質量%を超えると、アークが集中し過ぎ、かえって溶接作業性が低下する可能性がある。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、Ti、Zrのうちの1種以上を含有する場合、これらの成分の総含有量は、ワイヤ全質量当たり0.01質量%以上3.00質量%以下が好ましい。
鉄酸化物は、必須成分ではないが、溶接金属中の余分なAlをスラグとして排出させ、靱性を向上させる効果を発揮する。鉄酸化物をFeO換算量で3.00質量%以上含有することにより、高い靱性が要求される場合であっても、当該要求を満たすことができる。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、鉄酸化物を含有する場合、ワイヤ全質量当たり、FeO換算量で3.00質量%以上含有させるのが好ましい。
なお、鉄酸化物の含有量の上限は特に限定されないものの、例えば、ワイヤ全質量当たり、FeO換算量で10質量%である。
ここで、鉄酸化物とは、Fe2O3、Fe3O4といった酸化鉄や、リチウムフェライト、イルミナイトといった鉄を含む複合酸化物である。
前記のとおり、Mgは、溶接金属の気孔発生を防止し、溶接金属の靱性を向上させる効果を発揮する。しかし、Mgが金属粉末または合金粉末(金属粉または合金粉)としてワイヤに含有されている場合、当該Mgは、脱酸剤としての効果も発揮する。Mgの含有量うち、金属粉末または合金粉末として含有する分の含有量が0.80質量%未満であると前記した効果が得られ難い。
したがって、Mgの含有量うち、金属粉末または合金粉末として含有する分の含有量は、ワイヤ全質量当たり0.80質量%以上であるのが好ましい。
Biは、必須成分ではないが、スラグ剥離性を向上させる効果を発揮する。しかし、Biの含有量が0.100質量%を超えると靱性が低下してしまう可能性がある。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、Biを含有する場合、Biの含有量は、ワイヤ全質量当たり0.100質量%以下が好ましい。
Bは、必須成分ではないが、溶接金属中の窒素による靱性の低下を防止する効果を発揮する。しかし、Bの含有量が0.100質量%を超えると耐割れ性が低下してしまう可能性がある。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、Bを含有する場合、Bの含有量は、ワイヤ全質量当たり0.100質量%以下が好ましい。
Na、K、Csは、いずれも必須成分ではないが、Liと同様、アークプラズマを安定させ、溶接作業性を向上させる効果を発揮する。しかし、Li、Na、K、Csの成分の総含有量が2.50質量%を超えると、溶接時にスパッタが大量に発生し、溶接作業性が低下する。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、Na、K、Csのうちの1種以上を含有する場合、Li、Na、K、Csの成分の総含有量は、ワイヤ全質量当たり2.50質量%以下であるのが好ましい。
Siは、必須成分ではないが、溶融池表面にスラグを発生させ、溶融池を大気から保護する効果を発揮する。Siの含有量が0.01質量%未満であると、前記した効果が得られ難い。一方、Siの含有量が3.00質量%を超えるとスラグ剥離性が低下する可能性がある。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、Siを含有する場合、Siの含有量は、ワイヤ全質量当たり0.01質量%以上3.00質量%以下が好ましい。
Znは、必須成分ではなく、MgやAlを合金粉末としてワイヤに含有させるにあたり、一緒に含まれる場合がある。ただし、Znの含有量が1.00質量%を超えると、溶接時にヒュームが大量に発生し、溶接部の視認が困難となり、溶接作業性を低下させてしまう。
したがって、本実施形態に係るワイヤが、Znを含有する場合、Znの含有量は、ワイヤ全質量当たり1.00質量%以下が好ましい。
F、酸可溶性Al、Li、Mg、CO2の含有量は、ヒューム量に影響を及ぼし、ヒューム量をより確実に低減させたい場合は、式(5)で示される「[F]+0.5×[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≦7.00」(式中の[成分]は、ワイヤ全質量当たりのその成分の含有量(質量%)である)を満たすのが好ましい。
式(5)の各成分は、溶接時にヒュームが発生する原因となる。式(5)で算出される値が7.00以下であると、溶接時のヒューム量をより確実に低減させることができる。
したがって、式(5)で算出される値は、7.00以下が好ましい。
なお、式(5)の各[成分]に設けた係数は、実験の結果に基づいて規定したものであり、[Al]に設けた係数0.5は、Alがこれら成分の中ではヒュームになり難く、添加量増加によるヒューム増加量が比較的少ない点を考慮したものである。
本実施形態に係るワイヤの鋼製外皮の成分は、特に限定されないが、鋼製外皮の質量に対してSを0.0008質量%以上含有させることにより、ワイヤ全体におけるSの含有量のばらつきを防止することができる。
≪ワイヤの製造方法≫
本実施形態に係るワイヤの製造方法としては、帯鋼の長さ方向にフラックスを散布してから包み込み、円形断面となるように成形し伸線する方法や、太径の鋼管にフラックスを充填して伸線する方法がある。しかしながら、いずれの方法でも本発明の効果には影響しないため、いずれの方法で製造してもよい。
≪試験材作製≫
鋼製外皮にフラックスを充填して、表1、2に示すワイヤ成分を有するフラックス入りワイヤ(ワイヤ径:1.6mm)を作製した。なお、フラックス入りワイヤに含有される各成分の量は、JIS G 1253:2002およびJIS Z 2613:1992に準じて、測定した。
また、各試験で使用した鋼板の成分を表3、4に示す。なお、鋼材は、表3、4の両方の成分を満たしつつ、残部は、Feおよび不可避的不純物である。
また、各試験での溶接条件を表5、6、7に示す。
<溶接作業性>
溶接作業性は、ワイヤ溶融量当たりのヒューム発生量、ワイヤ溶融量当たりのスパッタ発生総量、ワイヤ溶融量当たりの大粒スパッタ発生量によって、定量的に評価した。
ヒュームの発生量については、表5に示す条件にて溶接を実施して評価を行った。
ワイヤ溶融量当たりのヒューム発生量は、時間当たりのヒューム発生量を時間当たりのワイヤ溶融量で割ることで算出した。時間当たりのヒューム発生量は、JIS Z 3930:2013に従い、電流270Aにて測定した。時間当たりのワイヤ溶融量は、ヒューム発生量測定条件と同溶接条件にて溶接し、ワイヤ重量減少量を、溶接時間で割ることで算出した。
ワイヤ溶融量当たりのヒューム発生量が8%を超えた場合はヒューム発生量が多く不合格(×)、8%以下であって5%を超える場合は合格(△)、5%以下の場合はより好ましい結果(○)、として判定した。
スパッタの発生量については、表6に示す条件にて溶接を実施して評価を行った。
ワイヤ溶融量当たりのスパッタ発生総量は、時間当たりのスパッタ発生量を時間当たりのワイヤ溶融量で割ることで算出した。ワイヤ溶融量当たりの大粒スパッタ発生量は、1mm以上のスパッタについて、時間当たりの発生量を時間当たりのワイヤ溶融量で割ることで算出した。詳細には、図1Aおよび図1Bに示す2つの銅製の捕集箱1内にて溶接を行ない、スパッタを捕集した。捕集したスパッタの総重量を計測するとともに、スパッタをJIS Z 8815:1994に従って篩分けし、1mm以上の大粒スパッタのみの重量を計測した。
そして、図1A、図1Bに示すとおり、スパッタの発生量の測定は、2つの捕集箱1の間に、被溶接材Wを置き、トーチ2を被溶接材W上に配置して、前記のとおり、表6に示す条件にて溶接して実施した。
ワイヤ溶融量当たりのスパッタ発生総量が9%以下、ワイヤ溶融量当たりの大粒スパッタ発生量が3%以下の場合を合格(○)、ワイヤ溶融量当たりのスパッタ発生総量が9%を超えた場合はスパッタ発生量が多く不合格(×)、ワイヤ溶融量当たりの大粒スパッタ発生量が3%を超えた場合をスパッタが大きく不合格(×)と判定した。
耐気孔性については、表5に示す条件で実施した「溶接作業性:ヒューム発生量」の溶接作業途中に、ビード表面にピットやガス溝などの気孔欠陥を発生させずに溶接できれば合格(○)、気孔欠陥なく溶接できなければ不合格(×)とした。
なお、耐気孔性が不合格の場合、機械的性質(引張強さおよび靱性)、耐割れ性、拡散性水素量に関する試験は行わなかった。
溶接金属の機械的性質(引張強さおよび靱性)については、表7に示す条件にて溶接金属を作成し、これから試験片を採取して、試験により評価した。
引張試験片(JISA1号片)を溶接金属中央、板厚中央から採取し、引張試験はJIS Z 3111:2005に基づいて室温にて実施し評価した。
溶接金属の引張強さは、430MPa未満を不合格(×)、430MPa以上を合格(○)、そして、合格に該当するものの中でも、430MPa以上670MPa以下の場合は特に良好(◎)と判定した。
0℃での衝撃吸収エネルギーが47J未満ならば不合格(×)、47J以上ならば合格(○)、そして、合格に該当するものの中でも、0℃での衝撃吸収エネルギーが100J以上かつ−30℃での衝撃吸収エネルギーが47J以上の場合は特に良好(◎)と判定した。
耐割れ性については、JIS Z 3155:1993に基づいて、C型拘束割れ試験を行い、その試験の結果により評価した。詳細には、溶接電流を280A、溶接速度を40cm/分とし、X線透過試験を行い、割れが生じていたものを不合格(×)、割れが生じていなかったものを合格(○)とした。
拡散性水素量について、JIS Z 3118:2007に基づいてガスクロマトグラフ法にて測定し、15mL/100g以下のものを合格(○)、15mL/100gを超えたものを不合格(×)とした。
表8に示すように、本発明の発明特定事項を満足するワイヤNo.1〜48は、溶接作業性に優れるだけでなく、溶接金属の拡散性水素量が少ないとともに耐気孔性と耐割れ性に優れ、さらに、溶接金属の引張強さおよび靱性にも優れることがわかった。
ワイヤNo.50は、Li、Mgの含有量が少なく、式(2)で算出される値が小さかったことから、靱性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.51は、Li、Mgの含有量が少なく、式(2)で算出される値が小さかったことから、靱性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.53は、F、Liの含有量が多かったことから、スパッタ発生量とヒューム発生量とが多かった。
ワイヤNo.54は、Fの含有量が多かったことから、ヒューム発生量が多かった。
ワイヤNo.56は、Liの含有量が少なく、式(2)で算出される値が小さかったことから、靱性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.57は、Li、Mgの含有量が少なく、式(2)で算出される値が小さかったことから、靱性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.58は、Niの含有量が多かったことから、耐割れ性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.59は、Fの含有量が少なく、Mnの含有量が多かったことから、耐割れ性、拡散性水素量が不合格という結果となった。
ワイヤNo.61は、酸可溶性Alの含有量が少なかったことから、耐気孔性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.62は、Mg、C、Cuの含有量が多かったことから、スパッタ発生量が多く、靱性および耐割れ性が不合格という結果になってしまった。
ワイヤNo.63は、Sの含有量が多く、式(4)で算出される値が小さかったことから、耐割れ性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.64は、CO2、REMの含有量が多かったことから、スパッタ発生量が多くなってしまった。
ワイヤNo.65は、Baの含有量が多かったことから、スパッタ発生量が多くなってしまった。
ワイヤNo.67は、F、Caの含有量が多かったことから、スパッタ発生量が多くなってしまった。
ワイヤNo.69は、式(3)で算出される値が小さかったことから、耐気孔性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.70は、式(2)で算出される値が小さかったことから、靱性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.71は、式(1)で算出される値が大きかったことから、耐割れ性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.72は、式(4)で算出される値が小さかったことから、耐割れ性が不合格という結果となった。
ワイヤNo.73は、式(1)で算出される値が小さかったことから、引張強さが不合格という結果となった。
ワイヤNo.74は、Liの含有量が少なかったことから、靱性が不合格という結果となった。
Claims (14)
- 鋼製外皮内にフラックスを充填してなるセルフシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全質量当たり、
F:0.10質量%以上4.00質量%以下、Li:0.25質量%以上2.30質量%以下、酸可溶性Al:1.00質量%以上5.25質量%以下、Mg:0.80質量%以上3.10質量%以下、S:0.0005質量%以上0.2000質量%以下、CO2:0質量%以上2.00質量%以下、Ba:0質量%以上8.00質量%以下、Ca:0質量%以上5.00質量%以下、Sr:0質量%以上2.00質量%以下、REM:0質量%以上1.50質量%以下、P:0.070質量%以下であり、
炭酸塩に由来しないC:0.65質量%以下、Mn:11.00質量%以下、Ni:11.00質量%以下、Cu:1.50質量%以下のうちの1種以上を含有し、
下記式(1)〜(4)を満たすことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
0.60≦10×[炭酸塩に由来しないC]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≦15.00・・・(1)
7.5×[Li]−[酸可溶性Al]+10×[炭酸塩に由来しないC]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≧1.50・・・(2)
0.33×[F]+[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≧3.00・・・(3)
[Mn]+[Ba]+[Ca]+[Sr]+[REM]−20×[S]≧−0.60・・・(4)
なお、前記式中の[成分]は、ワイヤ全質量当たりのその成分の含有量(質量%)である。 - さらに、Cr、Mo、V、Wのうちの1種以上を含有し、ワイヤ全質量当たりのこれらの成分の総含有量が4.00質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のフラックス入りワイヤ。
- さらに、Nb、Ta、Coのうちの1種以上を含有し、ワイヤ全質量当たりのこれらの成分の総含有量が1.00質量%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフラックス入りワイヤ。
- 前記Ba、前記Ca、前記Sr、前記REMのうちの1種以上を含有し、ワイヤ全質量当たりのこれらの成分の総含有量が0.15質量%以上であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量当たり、前記Baの含有量が0.50質量%以上であり、前記Fの含有量が0.50質量%以上であり、
ワイヤ全質量当たり、前記Baと前記Caと前記Srと前記REMとの総含有量が1.40質量%以上であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。 - さらに、Ti、Zrのうちの1種以上を含有し、ワイヤ全質量当たりのこれらの成分の総含有量が0.01質量%以上3.00質量%以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量当たり、鉄酸化物をFeO換算で3.00質量%以上含有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
- 前記Mgの含有量のうち、金属粉末または合金粉末として含有する分のワイヤ全質量当たりの含有量が、0.80質量%以上であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
- さらに、Biを含有し、ワイヤ全質量当たりの前記Biの含有量が0.100質量%以下であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
- さらに、Bを含有し、ワイヤ全質量当たりの前記Bの含有量が0.100質量%以下であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
- さらに、Na、K、Csのうちの1種以上を含有し、
ワイヤ全質量当たり、前記Liと前記Naと前記Kと前記Csとの総含有量が2.50質量%以下であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。 - さらに、Siを含有し、ワイヤ全質量当たりの前記Siの含有量が0.01質量%以上3.00質量%以下であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
- さらに、Znを含有し、ワイヤ全質量当たりの前記Znの含有量が1.00質量%以下であることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
- 下記式(5)を満たすことを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤ。
[F]+0.5×[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≦7.00・・・(5)
なお、前記式中の[成分]は、ワイヤ全質量当たりのその成分の含有量(質量%)である。
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