JP2018089678A - ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】 低温靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、水平すみ肉及び立向上進溶接における溶接作業性が良好なステンレス鋼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、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．００５〜０．１０％、Ｓｉ：０．２〜０．８％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｃｒ：１５〜２２％、Ｎｉ：９〜１３％、Ｍｏ：１．０〜３．５％、Ｔｉ：０．１５〜０．５％、Ｎ：０．０１〜０．０５％を含有し、さらに、フラックスに、ＴｉＯ2換算値：５．５〜７．０％、ＳｉＯ2換算値：０．１〜１．０％、ＺｒＯ2換算値：０．０１〜０．２０％、Ａｌ2Ｏ3換算値：０．０１〜０．２０％、Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計：０．０１〜０．３０％、Ｆ換算値：０．１〜１．０％を含有することを特徴とする。【選択図】 なし
Description
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６及びＳＵＳ３１６Ｌの溶接に適用され、特に−１９６℃での低温靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、溶接作業性が良好なステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する。
オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４は耐食性に優れ、強度及び低温靭性等の機械的性能も良好であるため、ＬＮＧ貯蔵タンクや建築構造部材に適用されている。また、オーステナイト系ステンレス鋼板ＳＵＳ３１６は、ＳＵＳ３０４にさらにＭｏを添加しているため高耐食性鋼板として知られている。近年ではＬＮＧや液体窒素などの貯蔵タンクや貯蔵容器にオーステナイト系ステンレス鋼を適用する例が増加しているため、これを溶接するための溶接材料として特に溶接能率の高く、低温靭性も優れたステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが求められている。
しかし、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤは、炭素鋼溶接用フラックス入りワイヤと比べ、溶接作業性の観点から溶接金属の酸素量が１３００ｐｐｍ以上と高くなるスラグ設計を行っているため、溶接金属中に酸化物系の介在物が多く、低温靭性の確保が困難であった。
ＳＵＳ３０４鋼板の溶接においては、例えば特許文献１のように、溶接金属中のＣ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ量を限定し、かつ、フェライト量（Ｄｅｌｏｎｇ）を１１〜２３％に調整した高強度、高靭性の溶接金属が得られるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、ＳＵＳ３１６鋼板では、耐食性を高めることを目的にＭｏが添加されているが、一定量を超えて添加するとフェライト中に極めて硬く脆いσ相が析出されるため、溶接金属の靭性が低下する。このため、特許文献１の開示技術では、母材と共金となるようにワイヤ成分や溶接金属のフェライト量を調整してもＳＵＳ３１６鋼板に関しては低温靭性が得られなくなるという問題点がある。
また、特許文献２には、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４と同程度の高強度な溶接継手性能と全姿勢溶接で良好な溶接作業性を得るためにワイヤ中のＮｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、弗化物、スラグ剤の合計を限定するステンレス鋼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に開示されているステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤではＴｉ含有量が多いため、全姿勢溶接での溶接作業性が良好である半面、ビード表面にスラグが焼き付いてしまうという問題点がある。さらにＢｉを０．０１％以上添加しているため、スラグ剥離性は向上するがオーステナイト粒界にＢｉが偏析するため低温靭性が低くなるという問題点がある。
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３１６及びＳＵＳ３１６Ｌの溶接に適用され、特に−１９６℃での低温靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、溶接作業性が良好なステンレス鋼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、上記の課題を解決するために、各種成分組成のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを試作して詳細に検討した。その結果、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ中の成分（外皮成分、フラックス成分）を適正化することによって、溶接金属の低温靭性が向上し、水平すみ肉溶接及び立向上進溶接で溶接作業性が良好となることを見出した。
すなわち、本発明の要旨は、ステンレス鋼外皮にフラックスを充填してなるステンレス鋼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、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．００５〜０．１０％、Ｓｉ：０．２〜０．８％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｃｒ：１５〜２２％、Ｎｉ：９〜１３％、Ｍｏ：１．０〜３．５％、Ｔｉ：０．１５〜０．５％、Ｎ：０．０１〜０．０５％を含有し、さらにワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ2換算値の合計で５．５〜７．０％、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ2換算値の合計で０．１〜１．０％、Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ2換算値の合計で０．０１〜０．２０％、Ａｌ酸化物：Ａｌ2Ｏ3換算値の合計で０．０１〜０．２０％、Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計で０．０１〜０．３０％、弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．１〜１．０％を含有し、残部はステンレス鋼外皮のＦｅ分、鉄合金粉からのＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物であることを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにある。
本発明のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤによれば、特に−１９６℃での低温靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、水平すみ肉及び立向上進溶接における溶接作業性が良好であるので高能率に溶接でき、高品質の溶接金属が得られるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを提供することができる。
本発明者らは、上述した課題を解決するために、各種成分組成のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを試作して詳細に検討した。その結果、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉの含有量を適性化することによって、−１９６℃での低温靭性が向上することを見出した。
水平すみ肉溶接及び立向上進溶接における溶接作業性については、従来のＢｉを含有したステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤと比較すると、スラグ剥離性が劣化し、溶接施工の高能率化を満足できないといった問題があり、種々検討した結果、ＴｉＯ2量を適正化し、溶接スラグの熱膨張率を調整して溶接金属と溶接スラグの熱膨張差を増加させることにより、スラグ剥離性を向上できることを見出した。また、このスラグ剥離性向上の効果は、Ａｌ2Ｏ3及び弗素化合物を適量併せて添加することによりさらに良好できることも見出した。またアークの安定性及びスパッタ発生量の低減は、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｎａ化合物及びＫ化合物、弗素化合物を適量添加することで実現することができ、ビード形状は、Ｓｉ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎａ化合物及びＫ化合物を適量添加することで良好にできることを見出した。
さらに、ＴｉＯ2及びＴｉの含有量を適正化することで、立向上進溶接におけるメタル垂れ性を抑え、ビード形状を良好にすることを見出した。
本発明に係るステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤは、ステンレス鋼外皮及びフラックス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、以下にそれぞれの各成分組成の限定理由について説明をする。なお、各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で示すこととし、その質量％を示すときには単に％と記載して示すこととする。
まず、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、以下の通りに限定する。
［Ｃ：０．００５〜０．１０％］
Ｃは、ステンレス鋼外皮、フェロマンガン、フェロシリコンマンガン及びグラファイト等から添加され、溶接金属の強度を確保する。Ｃが０．００５％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属の靭性及び延性が低下する。したがって、Ｃの含有量は０．００５〜０．１０％とする。
Ｃは、ステンレス鋼外皮、フェロマンガン、フェロシリコンマンガン及びグラファイト等から添加され、溶接金属の強度を確保する。Ｃが０．００５％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属の靭性及び延性が低下する。したがって、Ｃの含有量は０．００５〜０．１０％とする。
［Ｓｉ：０．２〜０．８％］
Ｓｉは、ステンレス鋼外皮、金属シリコン、フェロシリコン及びフェロシリコンマンガン等から添加され、脱酸元素並びにビード形状やスラグ被包性を改善する効果を有する。Ｓｉが０．２％未満では、溶接時の脱酸反応によって形成されるスラグ量が少なく、ビード形状が悪くなる。またＳｉが０．２％未満では、溶接金属の酸素量が高いため、靭性が低下する。一方、Ｓｉが０．８％を超えると、溶接金属の靭性が低下すると共にスラグ量が過多となり、スラグ被包性が悪くなる。したがって、Ｓｉの含有量は０．２〜０．８％とする。
Ｓｉは、ステンレス鋼外皮、金属シリコン、フェロシリコン及びフェロシリコンマンガン等から添加され、脱酸元素並びにビード形状やスラグ被包性を改善する効果を有する。Ｓｉが０．２％未満では、溶接時の脱酸反応によって形成されるスラグ量が少なく、ビード形状が悪くなる。またＳｉが０．２％未満では、溶接金属の酸素量が高いため、靭性が低下する。一方、Ｓｉが０．８％を超えると、溶接金属の靭性が低下すると共にスラグ量が過多となり、スラグ被包性が悪くなる。したがって、Ｓｉの含有量は０．２〜０．８％とする。
［Ｍｎ：１．０〜３．０％］
Ｍｎは、ステンレス鋼外皮、金属マンガン、フェロマンガン、フェロシリコンマンガン及び窒化Ｍｎ等から添加され、脱酸元素として溶接金属の機械性能を調整する効果を有する。Ｍｎが１．０％未満では、脱酸元素としての効果が得られず、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、スパッタの発生量が多くなると共に溶接金属の延性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量は１．０〜３．０％とする。
Ｍｎは、ステンレス鋼外皮、金属マンガン、フェロマンガン、フェロシリコンマンガン及び窒化Ｍｎ等から添加され、脱酸元素として溶接金属の機械性能を調整する効果を有する。Ｍｎが１．０％未満では、脱酸元素としての効果が得られず、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、スパッタの発生量が多くなると共に溶接金属の延性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量は１．０〜３．０％とする。
［Ｃｒ：１５〜２２％］
Ｃｒは、ステンレス鋼外皮、金属クロム及びフェロクロム、窒化Ｃｒ等から添加され、溶接金属のフェライトを晶出させる元素であり、適切なオーステナイト／フェライト量を得るために添加される。Ｃｒが１５％未満では、溶接金属のフェライトの晶出量が減少してオーステナイト量が多くなり、溶接金属に割れが発生しやすくなる。一方、Ｃｒが２２％を超えると、溶接金属のフェライト生成量が過多となるため靭性が低下する。したがって、Ｃｒの含有量は１５〜２２％とする。
Ｃｒは、ステンレス鋼外皮、金属クロム及びフェロクロム、窒化Ｃｒ等から添加され、溶接金属のフェライトを晶出させる元素であり、適切なオーステナイト／フェライト量を得るために添加される。Ｃｒが１５％未満では、溶接金属のフェライトの晶出量が減少してオーステナイト量が多くなり、溶接金属に割れが発生しやすくなる。一方、Ｃｒが２２％を超えると、溶接金属のフェライト生成量が過多となるため靭性が低下する。したがって、Ｃｒの含有量は１５〜２２％とする。
［Ｎｉ：９〜１３％］
Ｎｉは、ステンレス鋼外皮、金属ニッケル及びフェロニッケル等から添加され、溶接金属のオーステナイト相を安定化させる元素であり、優れた靭性を得るために添加している。Ｎｉが９％未満では、溶接金属のオーステナイトの晶出量が減少してフェライト量が多くなり、靭性が低下する。一方、Ｎｉが１３％を超えると、溶接金属のオーステナイト組織が粗大に成長するため強度が低下する。したがって、Ｎｉの含有量は９〜１３％とする。
Ｎｉは、ステンレス鋼外皮、金属ニッケル及びフェロニッケル等から添加され、溶接金属のオーステナイト相を安定化させる元素であり、優れた靭性を得るために添加している。Ｎｉが９％未満では、溶接金属のオーステナイトの晶出量が減少してフェライト量が多くなり、靭性が低下する。一方、Ｎｉが１３％を超えると、溶接金属のオーステナイト組織が粗大に成長するため強度が低下する。したがって、Ｎｉの含有量は９〜１３％とする。
［Ｍｏ：１．０〜３．５％］
Ｍｏは、金属モリブデン及びフェロモリブデン等から添加され、溶接金属のオーステナイト相中に固溶され、強度を改善する効果を有する。Ｍｏが１．０％未満では、オーステナイト相中への固溶強化の効果は得られず、強度が低下する。一方、Ｍｏが３．５％を超えると、溶接金属のフェライト中より極めて硬く脆いσ相が析出され、靭性が低下する。したがって、Ｍｏの含有量は１．０〜３．５％とする。
Ｍｏは、金属モリブデン及びフェロモリブデン等から添加され、溶接金属のオーステナイト相中に固溶され、強度を改善する効果を有する。Ｍｏが１．０％未満では、オーステナイト相中への固溶強化の効果は得られず、強度が低下する。一方、Ｍｏが３．５％を超えると、溶接金属のフェライト中より極めて硬く脆いσ相が析出され、靭性が低下する。したがって、Ｍｏの含有量は１．０〜３．５％とする。
［Ｔｉ：０．１５〜０．５％］
Ｔｉは、ステンレス鋼外皮、金属チタン及びフェロチタン等から添加され、脱酸を促進させて溶接金属中の酸化物を低減し、靭性を改善するとともに、立向上進溶接での溶接作業性を良好にする効果を有する。Ｔｉが０．１５％未満では、脱酸が不十分で、溶接金属の靭性が低下する。また、立向上進溶接において、メタル垂れが発生してビード形状が不良となる。一方、Ｔｉが０．５％を超えると、溶接時に溶滴が粗大に成長し、大粒のスパッタが発生する。したがって、Ｔｉの含有量は０．１５〜０．５％とする。
Ｔｉは、ステンレス鋼外皮、金属チタン及びフェロチタン等から添加され、脱酸を促進させて溶接金属中の酸化物を低減し、靭性を改善するとともに、立向上進溶接での溶接作業性を良好にする効果を有する。Ｔｉが０．１５％未満では、脱酸が不十分で、溶接金属の靭性が低下する。また、立向上進溶接において、メタル垂れが発生してビード形状が不良となる。一方、Ｔｉが０．５％を超えると、溶接時に溶滴が粗大に成長し、大粒のスパッタが発生する。したがって、Ｔｉの含有量は０．１５〜０．５％とする。
［Ｎ：０．０１〜０．０５％］
Ｎは、ステンレス鋼外皮、窒化クロム及び窒化マンガン等から添加され、溶接金属のオーステナイト中に固溶され強度を向上する効果を有する。Ｎが０．０１％未満では、その効果は得られず、強度が低下する。一方、Ｎが０．０５％を超えると、溶接時に溶融池に固溶しきれないＮが発生して溶滴移行が円滑に行われず、スパッタ発生量が増加する。したがって、Ｎの含有量は０．０１〜０．０５％とする。
Ｎは、ステンレス鋼外皮、窒化クロム及び窒化マンガン等から添加され、溶接金属のオーステナイト中に固溶され強度を向上する効果を有する。Ｎが０．０１％未満では、その効果は得られず、強度が低下する。一方、Ｎが０．０５％を超えると、溶接時に溶融池に固溶しきれないＮが発生して溶滴移行が円滑に行われず、スパッタ発生量が増加する。したがって、Ｎの含有量は０．０１〜０．０５％とする。
次に、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に含有する成分組成を、以下の通りに限定する。
［Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ2換算値の合計で５．５〜７．０％］
ＴｉＯ2は、ルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加させる。これらは、溶接スラグの熱膨張率を調整し、溶接金属と溶接スラグの熱膨張差を増加させることによってスラグ剥離性を向上させるとともに、立向上進溶接での溶接作業性を良好にする効果を有する。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が５．５％未満であると、溶接金属と溶接スラグの熱膨張差が少なくなり、スラグ剥離性が不良になる。また、立向上進溶接において、メタル垂れが発生してビード形状が不良となる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が７．０％を超えると、スラグが溶滴を完全に被包して溶滴の移行が阻害されるため、アークが不安定になる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は５．５〜７．０％とする。
ＴｉＯ2は、ルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加させる。これらは、溶接スラグの熱膨張率を調整し、溶接金属と溶接スラグの熱膨張差を増加させることによってスラグ剥離性を向上させるとともに、立向上進溶接での溶接作業性を良好にする効果を有する。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が５．５％未満であると、溶接金属と溶接スラグの熱膨張差が少なくなり、スラグ剥離性が不良になる。また、立向上進溶接において、メタル垂れが発生してビード形状が不良となる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が７．０％を超えると、スラグが溶滴を完全に被包して溶滴の移行が阻害されるため、アークが不安定になる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は５．５〜７．０％とする。
［Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ2換算値の合計で０．１〜１．０％］
ＳｉＯ2は、珪砂、ジルコンサンド等から添加され、スラグ形成剤として作用し、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。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．１％未満であると、スラグの粘性が低くなり、スラグ被包性が悪くなる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１．０％を超えると、スラグ量が増加して溶接金属とスラグ量とのバランスが悪くなり、ビード形状が不良になる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．１〜１．０％とする。
ＳｉＯ2は、珪砂、ジルコンサンド等から添加され、スラグ形成剤として作用し、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。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．１％未満であると、スラグの粘性が低くなり、スラグ被包性が悪くなる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１．０％を超えると、スラグ量が増加して溶接金属とスラグ量とのバランスが悪くなり、ビード形状が不良になる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．１〜１．０％とする。
［Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ2換算値の合計で０．０１〜０．２０％］
ＺｒＯ2は、ジルコンサンド及び酸化ジルコニウム等から添加され、スラグの粘性を調整し、溶滴移行の際に発生するスパッタ発生量を低減する効果を有する。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．０１％未満であると、スラグの粘性が低くなり、溶滴移行の際に小粒のスパッタが発生する。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．２０％を超えると、スラグの粘性が高くなり、溶滴が大きく成長し、溶滴移行が円滑に行われず、アークが不安定になる。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．０１〜０．２０％とする。
ＺｒＯ2は、ジルコンサンド及び酸化ジルコニウム等から添加され、スラグの粘性を調整し、溶滴移行の際に発生するスパッタ発生量を低減する効果を有する。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．０１％未満であると、スラグの粘性が低くなり、溶滴移行の際に小粒のスパッタが発生する。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．２０％を超えると、スラグの粘性が高くなり、溶滴が大きく成長し、溶滴移行が円滑に行われず、アークが不安定になる。したがって、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．０１〜０．２０％とする。
［Ａｌ酸化物：Ａｌ2Ｏ3換算値の合計で０．０１〜０．２０％］
Ａｌ2Ｏ3は、アルミナ、カリ長石、曹長石等から添加され、スラグの融点を調整してビード形状を向上させる効果を有する。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．０１％未満であると、スラグの融点が低くなるので、溶接金属とスラグの凝固が不均一となり、ビード形状が不良になる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．２０％を超えると、スラグの融点が高くなり、冷却速度の速いビード部にスラグが残ってスラグ剥離性が悪くなる、したがって、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．０１〜０．２０％とする。
Ａｌ2Ｏ3は、アルミナ、カリ長石、曹長石等から添加され、スラグの融点を調整してビード形状を向上させる効果を有する。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．０１％未満であると、スラグの融点が低くなるので、溶接金属とスラグの凝固が不均一となり、ビード形状が不良になる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．２０％を超えると、スラグの融点が高くなり、冷却速度の速いビード部にスラグが残ってスラグ剥離性が悪くなる、したがって、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．０１〜０．２０％とする。
［Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計で０．０１〜０．３０％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、水ガラスのＮａＯ2及びＫ2Ｏ、弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗化物等から添加され、アークを安定にし、スパッタ発生量を低減する効果を有する。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が０．０１％未満では、アークが不安定となり、溶滴移行が短絡移行となってスパッタ発生量が増加する。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が０．３０％を超えると、スラグの凝固が早くなり、ビード形状が悪くなる。したがって、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計は０．０１〜０．３０％とする。
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、水ガラスのＮａＯ2及びＫ2Ｏ、弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗化物等から添加され、アークを安定にし、スパッタ発生量を低減する効果を有する。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が０．０１％未満では、アークが不安定となり、溶滴移行が短絡移行となってスパッタ発生量が増加する。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が０．３０％を超えると、スラグの凝固が早くなり、ビード形状が悪くなる。したがって、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計は０．０１〜０．３０％とする。
［弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．１〜１．０％］
弗素化合物は、弗化ソーダ、珪弗化カリ、ジルコンフッ化カリ、氷晶石、弗化アルミ、弗化リチウム及び蛍石などから添加され、アークの安定性を向上させる効果を有する。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１％未満では、上述の効果が不十分であり、アークが不安定になる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が１．０％を超えると、スラグの融点が低下して溶接金属よりスラグの凝固が早くなり、ビード形状が不均一になる。したがって、弗素化合物のＦ換算値の合計は０．１〜１．０％とする。
弗素化合物は、弗化ソーダ、珪弗化カリ、ジルコンフッ化カリ、氷晶石、弗化アルミ、弗化リチウム及び蛍石などから添加され、アークの安定性を向上させる効果を有する。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１％未満では、上述の効果が不十分であり、アークが不安定になる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が１．０％を超えると、スラグの融点が低下して溶接金属よりスラグの凝固が早くなり、ビード形状が不均一になる。したがって、弗素化合物のＦ換算値の合計は０．１〜１．０％とする。
残部は、Ｆｅ分及び不可避不純物である。Ｆｅ分は、ステンレス鋼外皮のＦｅ分、フラックスの鉄粉、鉄合金（フェロシリコン、フェロマンガン、フェロシリコンマンガン等のフェロアロイ）粉などからのＦｅ分である。不可避不純物は、Ｐ、Ｓ、Ｂｉ、などの不可避に混入される不純物であり、できるだけ少ないことが望ましい。
なお、Ｂｉは、粒界強度が低下して延性を著しく低下させるため、Ｂｉは０．００１％以下とすることが好ましい。
以上、本発明のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を説明したが、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの製造方法に言及すると、例えば、ステンレス鋼外皮を帯鋼から管状に成形する場合、配合、混合・撹拌、乾燥した充填フラックスをＵ形に成形した溝に満たした後に丸型に成形し、所定のワイヤ径まで伸線する。この際、成形した外皮シームを溶接してシームレスタイプのステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤとすることもできる。また、ステンレス鋼外皮がパイプの場合、パイプを振動させてフラックスを充填、所定のワイヤ径まで伸線することができる。いずれの製造方法もワイヤ径は、０．８〜３．６ｍｍまで製造が可能である。
フラックスは、供給及び充填が円滑に行えるように、固着剤（珪酸カリ及び珪酸ソーダの水ガラス）を添加して造粒して用いることもできる。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
表１に示す化学成分のステンレス鋼外皮を用い、表２に示す成分組成のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを作製した。即ち、表２に示す各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計である。このワイヤの作製においては、ステンレス鋼外皮にフラックスを充填し、端面同士を溶接してシームレス状にした後、縮径してステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを試作した。なお、ワイヤ径は１．２ｍｍ、フラックス充填率は１９〜２４％とした。
これら試作したワイヤを用いて、溶接作業性、溶着金属性能及び耐割れ性について調査を行った。
溶接作業性評価は、表３に示す成分のＳＵＳ３１６Ｌ鋼板を用い、表４に示す溶接条件で水平すみ肉溶接及び立向上進すみ肉溶接を行い、アーク安定性、スパッタ発生量、スラグ被包性、スラグ剥離性、メタル垂れの有無（立向上進すみ肉溶接のみ）及びビード形状を調査した。
溶着金属試験は、板厚２０ｍｍ、ベベル角度１０°を設けたＳＭ４９０Ａ鋼板に２層バタリングを行い、ＪＩＳ Ｚ ３３２３に準拠し、表４に示す溶接条件にて多層盛溶接を行った。溶着金属部より、引張試験片及び衝撃試験片を採取し、試験を行った。室温にて引張試験、試験温度−１９６℃で衝撃試験を行い、引張強さが５１０ＭＰａ以上、伸びが３０％以上、吸収エネルギーが３本の平均値で３０Ｊ以上を良好とした。
耐割れ性の評価は、表３に示す成分の板厚２０ｍｍ、開先角度２０°（ベベル角度１０°）、Ｖ開先を設けたＳＵＳ３１６Ｌ鋼板を用い、表４に示す溶接条件で多層盛溶接して溶接継手を作製し、ＪＩＳ Ｚ ３１２２に準拠して側曲げ試験片を採取して側曲げ試験を行い、疵が３ｍｍ以下を良好とした。それらの調査結果を表５にまとめて示す。
表２及び表４中のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８が本発明例、ワイヤ記号Ｗ９〜Ｗ１９は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎ及びフラックスのＴｉＯ2換算値、ＳｉＯ2換算値、ＺｒＯ2換算値、Ａｌ2Ｏ3換算値、Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計、Ｆ換算値が適正であるので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが良好で、耐割れ性も良好であった。また、水平すみ肉溶接及び立向上進溶接におけるアーク安定性が良好でスパッタ発生量が少なく、ビード形状、スラグ被包性、スラグ剥離性が良好であり極めて満足な結果であった。
比較中ワイヤ記号Ｗ９は、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、Ａｌ2Ｏ3換算値が多いので、水平すみ肉溶接及び立向上進溶接でスラグ剥離性が不良であった。さらに、Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、水平すみ肉溶接及び立向上進溶接で共にビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１０は、Ｃが多いので、溶着金属の吸収エネルギーと伸びが低値であった。また、Ｃｒの含有量が少ないので側曲げ試験片に５．０ｍｍの疵が発生した。さらに、ＺｒＯ2換算値が多いので、アーク状態が不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ１１は、Ｓｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であり、ビード形状も不良であった。また、ＺｒＯ2換算値が少ないので、スパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ１２は、Ｓｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であり、スラグ被包性も不良であった。また、Ｎｉが多いので、溶着金属の引張強さが低かった。さらに、Ａｌ2Ｏ3換算値が少ないので、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｍｎが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低かった。また、Ｆ換算値が少ないので、アーク状態が不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｍｎが多いので、溶着金属の伸びが低く、スパッタ発生量も多かった。また、Ｃｒが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｆ換算値が多いので、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｎｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ＴｉＯ2換算値が多いので、アークが不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ１６は、Ｍｏが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、ＳｉＯ2換算値が多いので、ビード形状が不良であった。さらに、Ｎａ2Ｏ換算値及びにＫ2Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定となりスパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｍｏが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、Ｎが少ないので、溶着金属の引張強さも低かった。さらに、ＴｉＯ2換算値が少ないのでスラグ剥離性が不良で、立向上進溶接において、メタル垂れが発生してビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低く、立向上進溶接において、メタル垂れが発生してビード形状が不良であった。また、Ｎが多いので、スパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｔｉが多いので、スパッタ発生量が多かった。また、ＳｉＯ2換算値が少ないので、スラグ被包性が不良であった。
Claims (1)
- ステンレス鋼外皮にフラックスを充填してなるステンレス鋼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、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．００５〜０．１０％、
Ｓｉ：０．２〜０．８％、
Ｍｎ：１．０〜３．０％、
Ｃｒ：１５〜２２％、
Ｎｉ：９〜１３％、
Ｍｏ：１．０〜３．５％、
Ｔｉ：０．１５〜０．５％、
Ｎ：０．０１〜０．０５％を含有し、
さらにワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ2換算値の合計で５．５〜７．０％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ2換算値の合計で０．１〜１．０％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ2換算値の合計で０．０１〜０．２０％、
Ａｌ酸化物：Ａｌ2Ｏ3換算値の合計で０．０１〜０．２０％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計で０．０１〜０．３０％、
弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．１〜１．０％を含有し、
残部はステンレス鋼外皮のＦｅ分、鉄合金粉からのＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物であることを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
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