JP2019115927A - 二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス - Google Patents
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Abstract
Description
また、フラックス中の各成分の含有量は、水ガラスを含むフラックスの全質量あたりの含有量を意味する。
本実施形態の二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス(以下、ボンドフラックス、又は単にフラックスともいう)は、CaF2:25〜45質量%、Al2O3:25〜45質量%、SiO2:5.0〜15質量%、BaCO3:4.0〜9.0質量%、Mn:3.0質量%以下、及びアルカリ金属酸化物の合計:3.1〜9.3質量%を含有し、石灰及び酸化マグネシウムを実質的に含有しない。以下、各成分の含有量の数値限定の理由について説明する。
フラックス中のCaF2は、アークを安定させると共に、スラグの粘性を高めてビード形状を良好にする効果を有するが、フラックス中のCaF2含有量が25質量%未満であると、これらの効果を十分に得ることが出来ない。したがって、本実施形態ではフラックス中のCaF2含有量を25質量%以上とする。一方、フラックス中のCaF2含有量が45質量%を超えると、アークが不安定になり、スラグの流動性が悪くなるので、スラグ巻き込みが発生する。したがって、本実施形態ではフラックス中のCaF2含有量を45質量%以下とする。
フラックス中のCaF2含有量は35質量%以上であることが好ましい。また、フラックス中のCaF2含有量は40質量%以下であることが好ましい。このような場合、ビード形状が特に安定して平滑化するため、特に良好なビード外観を得ることが出来る。
フラックス中のAl2O3は、スラグ形成剤として作用し、溶融スラグの凝固温度及び粘性を上げるのに有効な成分であると共に、スラグの剥離性を良好にする効果を有する。また、スラグの流動性を調整し、溶接ビード形状を整える効果がある。フラックス中のAl2O3含有量が25質量%未満であるとこの効果を十分に得ることができず、ビードの凹凸状態が顕著になる。したがって、本実施形態では、フラックス中のAl2O3含有量を25質量%以上とする。一方、フラックス中のAl2O3含有量が45質量%を超える場合は、スラグの粘性が高くなりすぎて流動性が悪くなるため、スラグ巻き込みが発生する。また、ビードの波目が粗くなる他、ポックマーク発生数が増える。したがって、本実施形態では、フラックス中のAl2O3含有量を45質量%以下とする。
フラックス中のAl2O3含有量は32質量%以上であることが好ましい。また、フラックス中のAl2O3含有量は38質量%以下であることが好ましい。このような場合、ビード形状が特に安定して平滑化するため、特に良好なビード外観を得ることが出来る。
本実施形態のフラックスには、鉱物や水ガラス等に起因するSiO2が含有される。フラックス中のSiO2は、溶融スラグの凝固温度を高くすると共に、ビードの保持力を高め、ビード形状を安定化させる効果がある。フラックス中のSiO2含有量が5.0質量%未満では溶融スラグのビード保持力不足のため、ビード形状が不安定となる。したがって、本実施形態では、フラックス中のSiO2含有量を5.0質量%以上とする。一方、SiO2含有量が15質量%を超えると、溶融スラグの粘性が高くなりすぎ、スラグの剥離性が悪化し、スラグ巻き込みが発生する。したがって、本実施形態では、フラックス中のSiO2含有量を15質量%以下とする。
フラックス中のSiO2含有量は10質量%以上であることが好ましい。また、フラックス中のSiO2含有量は14質量%以下であることが好ましい。このような場合、スラグ剥離性が特に向上し、特に良好なスラグ剥離性が得られると共に、ビード形状が特に安定して平滑化するため、特に良好なビード外観を得ることが出来る。
BaCO3は、ビード形状の改善、溶接時のアークの安定化などの効果があるが、添加量が4.0質量%未満ではその効果を得られない。したがって、本実施形態では、フラックス中のBaCO3の含有量を4.0質量%以上とする。また、9.0質量%を超えて添加するとビード形状が劣化するとともにスラグ巻込みが発生する。したがって、本実施形態では、フラックス中のBaCO3の含有量を9.0質量%以下とする。
フラックス中のBaCO3含有量は5.2質量%以上であることが好ましい。また、フラックス中のBaCO3含有量は7.5質量%以下であることが好ましく、6.5質量%以下であることがより好ましい。このような場合、ビード形状が特に安定して平滑化し、また、スラグ巻き込みも特に抑制される。
Mnは溶接金属中のフェライト量を調整する作用を有し、溶接金属の靱性の向上に寄与する。靱性向上の観点から、Mnは、1.0質量%以上含有されることが好ましく、1.2質量%以上含有されることがより好ましい。一方、Mnの過剰な添加はスラグ焼き付けを引き起こし、スラグ剥離性の劣化の原因となる為、フラックス中のMnの含有量は3.0質量%以下に制限する。Mnは、2.3質量%以下に制限されることがより好ましく、1.8質量%以下であることがさらに好ましく、1.5質量%以下であることが特に好ましい。
本実施形態のフラックスには、水ガラスに起因してアルカリ金属酸化物が含有される。ここで、アルカリ金属酸化物とは、具体的にはNa2O、K2O、及びLi2Oを意味する。アルカリ金属酸化物は、アーク安定性を良好にすると共に、アークの集中性を高め、溶接金属中のスラグ巻き込みを防ぐ効果がある。フラックス中のこれらの含有量が合計で3.1質量%未満では、この効果が十分に得られない。したがって、本実施形態では、フラックス中のアルカリ金属酸化物の合計の含有量を3.1質量%以上とする。一方、フラックス中のアルカリ金属酸化物の含有量が合計で9.3質量%を超えると、スラグの剥離性が劣化する。したがって、本実施形態では、フラックス中のアルカリ金属酸化物の合計の含有量を9.3質量%以下とする。
フラックス中のアルカリ金属酸化物の合計の含有量は4.1質量%以上であることが好ましく、5.2質量%以上であることがより好ましく、5.7質量%以上であることがさらに好ましい。また、アルカリ金属酸化物の合計の含有量は8.3質量%以下であることが好ましく、7.3質量%以下であることがより好ましい。このような場合、特にスラグの剥離性が良好である。
なお、本実施形態のフラックスにおいてアルカリ金属酸化物はNa2O、K2O、またはLi2Oのいずれかが含有されていればよいが、これらすべてを含有することが好ましい。
フラックス中に石灰及び酸化マグネシウムが実質的に含有される場合、スラグの剥離性が著しく低下する。したがって、本実施形態のフラックスは石灰及び酸化マグネシウムを実質的に含有しない。
ここで、実質的に含有しないとはフラックスの成分として意図的に添加していないということを意味し、不純物として混入する程度の石灰及び酸化マグネシウムは許容し得る。具体的には、本実施形態のフラックス中の石灰及び酸化マグネシウムの含有量は、それぞれ0.5質量%以下に規制されている。石灰及び酸化マグネシウムの含有量は、それぞれ0.1質量%以下に規制されることが好ましく、0.05質量%以下に規制されることがさらに好ましい。
また、石灰とはCaO、CaCO3、及びCa(OH)2のことであり、酸化マグネシウムとはMgOのことである。
本実施形態のフラックスは、上記成分に加えてさらにCrを含有していてもよい。Crは溶接金属組成を二相組織とする作用を有し、フラックス中のCrの含有量が1.0質量%以上3.0質量%以下となるようにCrを添加することで、溶接金属の強度、靱性、及び耐食性が向上する。
フラックス中のCrの含有量は1.5質量%以上であることがより好ましい。また、Crの含有量は2.5質量%以下であることがより好ましく、2.0質量%以下であることがさらに好ましい。このような場合、溶接金属の強度、靱性、及び耐食性に特に優れる。
本実施形態のフラックスは、残部として、ZrO2:0〜3.0質量%、TiO2:0〜3.0質量%、Fe2O3:0〜3.0質量%、FeS:0〜1.0質量%、B2O3:0〜0.1質量%、Ni:0〜1.0質量%、Mo:0〜1.0質量%、のうちいずれか一つ以上を、本実施形態のフラックスの効果を害しない範囲で含有することもできる。また、本実施形態のフラックスは、不可避的不純物としてP、S、及び水分等を含み得る。不可避的不純物の量は、1.0質量%以下であることが実際的である。
本実施形態のフラックスは、溶接ワイヤと組み合わせてサブマージアーク溶接に用いる。溶接ワイヤは、二相ステンレスの溶接に用いることができるワイヤであれば特に限定されないが、例えば以下のような組成の溶接ワイヤを使用することができる。
即ち、例えば溶接ワイヤ全質量に対する質量%で、
C:0.03質量%以下(0質量%を含まない)、
Si:0.90質量%以下(0質量%を含まない)、
Mn:0.50乃至2.00質量%、
P:0.03質量%以下(0質量%を含まない)、
S:0.03質量%以下(0質量%を含まない)、
Cu:0.75質量%以下(0質量%を含まない)、
Ni:7.5乃至9.5質量%、
Cr:21.5乃至23.5質量%、
Mo:2.5乃至3.5質量%、
N:0.08乃至0.20質量%、
不可避不純物:0.5質量%以下(0質量%を含まない)
Fe:残部
を含有する溶接ワイヤを使用することができる。
より具体的には、例えば成分系がAWS A5.9 ER2209相当のワイヤを用いることができる。
なお、表1及び3に示す成分組成における残部はFe及び不可避的不純物である。また、表2に示す成分組成における残部は不可避的不純物である。
図2に示すように、得られた溶接金属3の表面について、スタート部とエンド部のそれぞれ25mmを除いた中央部300mm(評価対象領域α)において、1mm以上の径をもつポックマーク4の数を測定し、ポックマーク4の数が4個以下のものを特に良好(◎)、5個以上10個以下のものを良好(○)、11個以上のものを不良(△)と評価し、評価が◎または○のものを合格とした。
得られた溶接金属について、スラグハンマーによる打突を行った際のスラグの剥離具合を判定し、スラグハンマーによる10回以下の打突により溶接ビード全長にわたってスラグが完全に剥離したものを特に良好(◎)、スラグハンマーによる10回以下の打突を行った後には溶接ビード際等にスラグが若干残るものの、11回以上20回未満の打突で全てのスラグを除去可能であったものを良好(○)、スラグハンマーではスラグ除去が困難であったものを不良(△)と評価し、評価が◎または○のものを合格とした。
図3(a)に示すように、得られた溶接金属3について、スタート部とエンド部のそれぞれ25mmを除いた中央部300mm(評価対象領域α)において、ビード表面の凹凸変動が最大となる位置における凹部と凸部の高さの差(図3(b)中A)が2mm以下であるものを特に良好(◎)、2mm超4mm以下であるものを良好(○)、4mm超であるものを不良(△)と評価し、評価が◎または○のものを合格とした。
得られた溶接金属3について、図4(b)に示すように余盛部を母材1の表面と同じ高さまで削除して平滑化処理を行った後に、図4(c)に示すように、スタート部とエンド部のそれぞれ25mmを除いた中央部300mm(評価対象領域α)においてX線透過試験を実施し、検出された直径1mm以上の陰影の数が0個であったものを特に良好(◎)1個または2個であったものを良好(○)、3個以上であったものを不良(△)と評価し、評価が◎または○のものを合格とした。
例14はフラックス中のCaF2の含有量が本発明において規定する範囲の上限を超えているため、スラグ巻き込み発生数が増加していた。
例15はフラックス中のAl2O3の含有量が本発明において規定する範囲の下限未満であるため、溶接ビード表面の平滑性とスラグ剥離性が劣化していた。
例16はフラックス中のAl2O3の含有量が本発明において規定する範囲の上限を超えているため、ポックマーク数および、スラグ巻き込み発生数が増加していた。
例17はフラックス中のSiO2の含有量が本発明において規定する範囲の下限未満であるため、溶接ビード表面の平滑性が劣化していた。
例18はフラックス中のSiO2の含有量が本発明において規定する範囲の上限を超えているため、スラグ巻き込み発生数が増加し、スラグ剥離性が劣化していた。
例19はフラックス中のBaCO3の含有量が本発明において規定する範囲の下限未満であるため、溶接ビード表面の平滑性が劣化していた。
例20はフラックス中のBaCO3の含有量が本発明において規定する範囲の上限を超えているため、スラグ巻き込み発生数が増加し、溶接ビード表面の平滑性が劣化していた。
例21はフラックス中のNa2O、K2O、Li2O含有量の合計が本発明において規定する範囲の下限未満であるため、スラグ巻き込み発生数が増加していた。
例22はフラックス中のNa2O、K2O、Li2O含有量の合計が本発明において規定する範囲の上限を超えているため、スラグ剥離性が劣化していた。
例23はフラックス中のMnの含有量が本発明において規定する範囲の上限を超えているため、スラグ剥離性が劣化していた。
例24はフラックス中に石灰および酸化マグネシウムの少なくとも一方が含有されているため、スラグ剥離性が劣化していた。
2 溝部
3 溶接金属
4 ポックマーク
5 クレータ
6 スラグ巻き込み
α 評価対象領域
Claims (3)
- CaF2:25〜45質量%、
Al2O3:25〜45質量%、
SiO2:5.0〜15質量%、
BaCO3:4.0〜9.0質量%、
Mn:3.0質量%以下、及び
アルカリ金属酸化物の合計:3.1〜9.3質量%
を含有し、石灰及び酸化マグネシウムを実質的に含有せず、
前記CaF2、前記Al2O3、前記SiO2、前記BaCO3、前記Mn、及び前記アルカリ金属酸化物の合計で、90質量%以上含有する二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。 - Cr:0〜3.0質量%をさらに含有する請求項1に記載の二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
- ZrO2:0〜3.0質量%、
TiO2:0〜3.0質量%、
Fe2O3:0〜3.0質量%、
FeS:0〜1.0質量%、
B2O3:0〜0.1質量%、
Ni:0〜1.0質量%、
Mo:0〜1.0質量%、
のうちいずれか一つ以上を含有する請求項1または2に記載の二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
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