JP2020535976A - 溶接金属 - Google Patents

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Abstract

本発明は、以下の参照解析：Ｃ：０．１５〜０．２５重量％、Ｍｎ：８．５〜１０．０重量％、Ｃｒ：１５．５〜１６．０重量％、Ｎｉ：１２．５〜１３．５重量％、Ｗ：２．０〜３．０重量％、Ｔｉ：０．０７〜０．１５重量％、任意選択で追加の成分、特に、Ｓｉ：０．５〜０．７重量％、Ｖ：０．０７〜０．１１重量％、Ｃｏ：０．０８〜０．１６重量％、 Ａｌ：０．００５〜０．０２重量％、残部：鉄の溶接金属に関する。

Description

本発明は、溶接金属、並びに充填粉末および充填粉末を封入するシースを備えた本発明に係る溶接金属を製造するためのルチルフラックス入りワイヤ電極に関するものである。
液体ガスの輸送および貯蔵容器の材料、例えばオーステナイト系ＣｒＮｉ鋼、特に溶接継手には、高圧および低温が発生するため、高度の要求が課されている。その結果、使用される材料は、この種の用途に適するために、適切な機械的特性、特に低温での十分な靭性を有する必要がある。
従来技術から、溶接金属にニッケル系の添加剤を使用することが知られているが、これらは一方では、高価であり、他方では、母材とは異なる熱膨張係数を有し、望ましくない残留応力の増加につながるという欠点を有する。さらに、溶接金属の強度は母材の強度より低いため、溶接金属が容器の弱点となる。
溶接金属を製造するために、例えば以下の合金元素：
Ｃ：０．２重量％、
Ｓｉ：０．４重量％、
Ｍｎ：１０．５重量％、
Ｃｒ：１７．５重量％、
Ｎｉ：１４．０重量％、
Ｗ：３．５重量％、
残部：Ｆｅ
のオーステナイト構造を含む、塊状ワイヤ電極が使用される。
この塊状ワイヤ電極から生成される溶接金属は、以下の機械的特性を有する。
引張強さＲｍ：６００ＭＰａ
＋２０℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：８０Ｊ
−１９６℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：５０Ｊ
破断時の伸びＡ５：３０％
ニッケルおよびマンガンは、オーステナイト／フェライト相転移温度の低下を引き起こす。これにより、特に低温で、ノッチバー衝撃エネルギー／温度曲線の過程が低温に移行し、溶接金属の靭性が増加する。タングステンは強力な特別な炭化物形成剤であり、溶接金属の靭性がさらに増加するように微細な粒子の形成を促進する。
塊状ワイヤ電極は、特に、溶接作業中に支持スラグが形成されないので、位置溶接性に欠けるという欠点を有する。
この問題を解決するために、溶接金属を製造するためのルチルフラックス入りワイヤ電極が知られている。ルチルフラックス入りワイヤ電極の充填材は、一般的に、ルチル（ＴｉＯ２）、ＳｉＯ２と鉄粉の混合物、および部分的にチタンやホウ素などのマイクロ合金元素で構成される。充填粉末はシースに入れられ、これによって溶接ワイヤが形成される。
ルチルフラックス入りワイヤ電極は、とりわけ、高い溶接速度および高い溶着性能を提供しながら、同時に優れたシーム品質を確保する。スラグはシーム表面を酸化から保護し、さらに、拘束された位置の溶接、特に垂直溶接シームで支持効果を提供する。急速に凝固するルチルスラグにより、良好な支持効果が保証され、位置溶接でより高速の溶接速度を使用できるようになる。その上、スラグの除去性は非常に良好であり、スラグは部分的に自己分離することさえある。
既知のルチルフラックス入りワイヤ電極は、塊状ワイヤ電極とは異なり、機械的特性がより低く、特に低温でよりノッチバー衝撃エネルギーが低いという溶接金属の欠点を有する。
したがって、本発明は、上で特定された欠点が回避または低減されるように溶接金属を改善することを目的とする。特に、良好な機械的特性を示す溶接金属、とりわけ低温での高いノッチバー衝撃作用と良好な位置溶接性が得られる。
この目的を達成するために、第１の態様に係る本発明は、以下の参照解析を含む最初に定義された種類の溶接金属を提供する。
Ｃ：０．１５〜０．２５重量％、
Ｍｎ：８．５〜１０．０重量％、
Ｃｒ：１５．５〜１６．０重量％、
Ｎｉ：１２．５〜１３．５重量％、
Ｗ：２．０〜３．０重量％、
Ｔｉ：０．０７〜０．１５重量％、
任意選択で追加の成分、特に、
Ｓｉ：０．５〜０．７重量％、
Ｖ：０．０７〜０．１１重量％、
Ｃｏ：０．０８〜０．１６重量％、
Ａｌ：０．００５〜０．０２重量％、
残部：鉄。
以下の参照解析を含む溶接金属が特に好ましい。
Ｃ：０．２重量％、
Ｍｎ：９．０重量％、
Ｃｒ：１５．６重量％、
Ｎｉ：１２．８重量％、
Ｗ：２．２重量％、
Ｔｉ：０．０８重量％、
任意選択で追加の成分、特に、
Ｓｉ：０．６重量％、
Ｖ：０．０９重量％、
Ｃｏ：０．０９重量％、
Ａｌ：０．０１５重量％、
残部：鉄。
この参照解析に対応する溶接金属は、特に良好な機械的特性、特に低温での高いノッチバー衝撃強さを有し、さらに良好な溶接特性、特に良好な位置溶接性を示すことが判明した。
好ましくは、溶接金属はオーステナイト構造を有する。
特に好ましくは、溶接金属が、６００ＭＰａより大きい、好ましくは６０５ＭＰａより大きい、特に好ましくは少なくとも６１０ＭＰａより大きい引張強さ（ＥＮ ＩＳＯ ６８９２−１による引張試験で測定）を有することが提供される。
さらに、溶接金属は、＋２０°で８０Ｊより大きい、好ましくは９０Ｊより大きい、特に好ましくは少なくとも１００Ｊのノッチバー衝撃エネルギーを有することが好ましくは提供される。
溶接金属は、−１９６°で、５０Ｊを超える、好ましくは５５Ｊを超える、特に好ましくは少なくとも６０Ｊのノッチバー衝撃エネルギーを有することが好ましくは提供される。
この場合のノッチバー衝撃エネルギーは、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４８−１によるノッチバー衝撃曲げ試験で決定される。
溶接金属は、３０％を超える、好ましくは３５％を超える破断時の伸びＡ５を有することが好ましい。破断時の伸びは、ＥＮ ＩＳＯ ６８９２−１による引張試験で決定され、この場合、試験片の元の測定長さＬ０と元の直径ｄ０の比は５である。
第２の態様によれば、本発明は、充填粉末と、充填粉末を封入するシースとを含む、本発明による溶接金属を製造するためのルチルフラックス入りワイヤ電極であって、充填粉末は、０．１〜２．０重量％の炭素と、３０〜４０重量％のマンガンと、２．５〜３．０重量％のクロムと、１１〜１７重量％のニッケルと、６．５〜８重量％のタングステンと、１〜３重量％チタンと、２０〜３０重量％のＴｉＯ２とを含むルチルフラックス入りワイヤ電極を提供する。このようなフラックス入りワイヤ電極は、特に良好な機械的技術特性を示し、同時に良好な溶接性を提供する上記の溶接金属の製造を可能にする。
充填粉末は、０．５〜２重量％のケイ素、０．００１〜０．１重量％のリン、０．００１〜０．１重量％の硫黄、０．０１〜０．１重量％のモリブデン、０．５〜２重量％のアルミニウム、３〜６重量％の鉄、５〜１５μｇ／ｇのホウ素、および／または４００〜８００μｇ／ｇのビスマスをさらに含むことが好ましい。これにより、溶接金属の機械的特性をさらに向上させることができる。
特に好ましくは、充填粉末は、以下の参照解析を有する。
Ｃ：０．８〜１．２重量％、特に１．０重量％、
Ｍｎ：３３〜３７重量％、特に３５．９０重量％、
Ｃｒ：２．６〜２．９重量％、特に２．７０重量％、
Ｎｉ：１３〜１５重量％、特に１４．２０重量％、
Ｗ：７〜７．５重量％、特に７．１０重量％、
Ｔｉ：１．５〜２．５重量％、特に２．０重量％、
ＴｉＯ２：２２〜２８重量％、特に２５重量％、
任意選択で、
Ｓｉ：１〜１．５重量％、特に１．２０重量％、
Ｐ：０．００５〜０．０２重量％、特に０．００７重量％、
Ｓ：０．００５〜０．０５重量％、特に０．０１０重量％、
Ｍｏ：０．０２〜０．０７重量％、特に０．０３重量％、
Ａｌ：１〜１．５重量％、特に１．２０重量％、
Ｂ：８〜１２μｇ／ｇ、特に１０μｇ／ｇ、
Ｆｅ：４〜５重量％、特に４．６０重量％、
Ｂｉ：６００〜７００μｇ／ｇ、特に６２５．５μｇ／ｇ。
フラックス入りワイヤ電極の溶接特性をさらに改善するために、充填粉末が電気アーク安定剤をさらに含むことが好ましい。
特に好ましくは、以下の参照解析を含むシースが提供される。
Ｃ：０．００１〜０．０１５重量％、
Ｓｉ：０．３０〜０．６０重量％、
Ｍｎ：０．９０〜１．３０重量％、
Ｃｒ：１８．０〜１９．５重量％、
Ｎｉ：９．７０〜１０．５重量％、
任意選択で、
Ｎ：０．０１〜０．０３重量％、
Ｐ：０．０１〜０．０２５重量％、
Ｓ：０．００１〜０．０１重量％、
Ｍｏ：０．０５〜０．３０重量％、
Ｃｕ：０．０５〜０．２０重量％、
Ａｌ：０．０１〜０．０３重量％、
Ｃｏ：０．０５〜０．２０重量％。
Ｐ、Ｓ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｏ、およびＡｌについては、可能な限り低い値を到達すべきである。
特に良好な溶接特性は、以下の参照解析を含むシースで達成される。
Ｃ：０．００８重量％、
Ｓｉ：０．４０重量％、
Ｍｎ：１．１０重量％、
Ｃｒ：１８．６０重量％、
Ｎｉ：１０．１０重量％、
任意選択で、
Ｎ：０．０１５重量％、
Ｐ：０．０１〜０．０２５重量％、
Ｓ：０．００１〜０．０１重量％、
Ｍｏ：０．０５〜０．３０重量％、
Ｃｕ：０．０５〜０．２０重量％、
Ａｌ：０．０１〜０．０３重量％、
Ｃｏ：０．０５〜０．２０重量％。
さらに、充填粉末の重量は、フラックス入りワイヤ電極の重量の２５〜３５％、好ましくは２９％を構成することが好ましい。この値は、充填率とも呼ばれる。
充填率は、好ましくは、フラックス入りワイヤ電極が本発明の第１の態様に係る溶接金属を堆積するように選択される。
シース内の充填粉末の安全な保持を確実にするために、シースは、好ましくは重なり合う、閉じたストリップから構成されることが提供される。これにより、充填粉末を計量して成形ストリップとし、続いて成形ストリップを閉じることにより、シースの簡単で効率的な製造が可能になる。
以下では、本発明を、例示的な実施形態によってより詳細に説明する。そこでは、シースおよび充填粉末を含むルチルフラックス入りワイヤ電極が、溶接金属を製造するために使用された。充填粉末は、次の参照解析を有する。
Ｃ：１．０重量％、
Ｍｎ：３５．９０重量％、
Ｃｒ：２．７０重量％、
Ｎｉ：１４．２０重量％、
Ｗ：７．１０重量％、
Ｔｉ：２．０重量％、
ＴｉＯ２：２５重量％、
Ｓｉ：１．２０重量％、
Ｐ：０．００７重量％、
Ｓ：０．０１０重量％、
Ｍｏ：０．０３重量％、
Ａｌ：１．２０重量％、
Ｂ：１０μｇ／ｇ、
Ｂｉ：６２５．５μｇ／ｇ、
残部：鉄。
シースは、次の参照解析を有する。
Ｃ：０．００８重量％、
Ｓｉ：０．４０重量％、
Ｍｎ：１．１０重量％、
Ｃｒ：１８．６０重量％、
Ｎｉ：１０．１０重量％、
Ｎ：０．０１５重量％。
溶接金属はそれぞれ、オーステナイト系ＣｒＮｉ鋼の２つのプレートをそれぞれ１．２ｍｍの溶接ワイヤ直径により接続するための不活性ガス溶接プロセスによって製造され、以下の溶接パラメータが適用された。
溶接電圧：２３〜２９Ｖ
溶接ワイヤ送り速度：７〜１０ｍ／分
実施例１
第１の例示的な実施形態では、以下の参照解析を有する溶接金属が、上記のルチルフラックス入りワイヤ電極を使用して生成された。本実施例のフラックス入りワイヤ電極の充填率は２９％である。
Ｃ：０．２０重量％
Ｍｎ：９．３重量％
Ｃｒ：１６．０重量％
Ｎｉ：１２．７重量％
Ｗ：２．２重量％
Ｔｉ：０．１０重量％
Ｓｉ：０．７重量％
Ｖ：０．１０重量％
Ｃｏ：０．１０重量％
Ａｌ：０．０１１重量％
残部：鉄。
純粋な溶接金属の以下の材料特性が、すなわち、母材、例えば熱影響ゾーンの影響なしに測定された。
引張強さＲｍ：６１３ＭＰａ
＋２０℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：１０４Ｊ
−１９６℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：６０Ｊ
破断時の伸びＡ５：３６％
実施例２
第２の例示的な実施形態では、以下の参照解析を有する溶接金属が、上記のルチルフラックス入りワイヤ電極を使用して生成された。実施例１と比較して、充填粉末は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、およびＷの重量％の値が減少し、ＣｏおよびＴｉの値が増加している。代わりに、電気アーク安定剤とスラグ形成成分が変更された。本実施例のフラックス入りワイヤ電極の充填率は２９％である。
Ｃ：０．２０重量％
Ｍｎ：８．８重量％
Ｃｒ：１６．０重量％
Ｎｉ：１２．６重量％
Ｗ：２．０重量％
Ｔｉ：０．１５重量％
Ｓｉ：０．７重量％
Ｖ：０．１０重量％
Ｃｏ：０．１２重量％
Ａｌ：０．００７重量％
残部：鉄。
溶接金属の以下の材料特性が測定された。
引張強さＲｍ：６１０ＭＰａ
＋２０℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：１０６Ｊ
−１９６℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：６２Ｊ
破断時の伸びＡ５：４１％。
実施例３
第３の例示的な実施形態では、以下の参照解析を有する溶接金属が、上記のルチルフラックス入りワイヤ電極を使用して生成された。実施例１と比較して、充填粉末は、ＭｎおよびＷの重量％の値が減少し、Ｎｉの値が増加している。さらに、実施例１とは異なり、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｏ、およびＡｌは充填粉末に含まれていない。代わりに、電気アーク安定剤およびスラグ形成成分が変更された。本実施例のフラックス入りワイヤ電極の充填率は２９％である。
Ｃ：０．１８重量％
Ｍｎ：９．２重量％
Ｃｒ：１５．８重量％
Ｎｉ：１２．９重量％
Ｗ：２．１５重量％
Ｔｉ：０．１重量％
残部：鉄。
溶接金属の以下の材料特性が測定された。
引張強さＲｍ：６２５ＭＰａ
＋２０℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：９０Ｊ
−１９６℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：５０Ｊ
破断時の伸びＡ５：３５％
比較例
比較例として、先行技術から既知のフラックス入りワイヤ電極を使用して、以下の参照解析を有する溶接金属が生成された。
Ｃ：０．１４重量％
Ｍｎ：８．３重量％
Ｃｒ：１５．６重量％
Ｍｏ：０．１１重量％
Ｖ：０．０７重量％
Ｃｏ：０．０８重量％
Ａｌ：０．０００１重量％
Ｎｉ：１２．４重量％
Ｗ：１．９重量％
Ｔｉ：０．２重量％
残部：鉄。
溶接金属の以下の材料特性が測定された。
引張強さＲｍ：５６７ＭＰａ
＋２０℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：７３Ｊ
−１９６℃でのノッチバー衝撃エネルギーＣＶ：３７Ｊ
破断時の伸びＡ５：３５％
したがって、本発明による３つの例示的な実施形態では、従来技術によるフラックス入りワイヤ電極（比較例）よりも優れた機械的特性が達成されている。

Claims (14)

  1. Ｃ：０．１５〜０．２５重量％、
    Ｍｎ：８．５〜１０．０重量％、
    Ｃｒ：１５．５〜１６．０重量％、
    Ｎｉ：１２．５〜１３．５重量％、
    Ｗ：２．０〜３．０重量％、
    Ｔｉ：０．０７〜０．１５重量％、
    任意選択で追加の成分、特に、
    Ｓｉ：０．５〜０．７重量％、
    Ｖ：０．０７〜０．１１重量％、
    Ｃｏ：０．０８〜０．１６重量％、
    Ａｌ：０．００５〜０．０２重量％、
    残部：鉄
    の参照解析を含む溶接金属。
  2. Ｃ：０．２重量％、
    Ｍｎ：９．０重量％、
    Ｃｒ：１５．６重量％、
    Ｎｉ：１２．８重量％、
    Ｗ：２．２重量％、
    Ｔｉ：０．０８重量％、
    任意選択で追加の成分、特に、
    Ｓｉ：０．６重量％、
    Ｖ：０．０９重量％、
    Ｃｏ：０．０９重量％、
    Ａｌ：０．０１５重量％、
    残部：鉄
    の参照解析を含む、請求項１に記載の溶接金属。
  3. 前記溶接金属は、６００ＭＰａより大きい、好ましくは６０５ＭＰａより大きい、特に好ましくは少なくとも６１０ＭＰａの引張強さを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の溶接金属。
  4. 前記溶接金属は、＋２０°で８０Ｊより大きい、好ましくは９０Ｊより大きい、特に好ましくは少なくとも１００Ｊのノッチバー衝撃作用を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接金属。
  5. 前記溶接金属は、−１９６°で５０Ｊより大きい、好ましくは５５Ｊより大きい、特に好ましくは少なくとも６０Ｊのノッチバー衝撃作用を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接金属。
  6. 前記溶接金属は、３０％を超える、好ましくは３５％を超える破断時の伸びＡ５を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶接金属。
  7. 充填粉末と、前記充填粉末を封入するシースとを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の溶接金属を製造するためのルチルフラックス入りワイヤ電極であって、前記充填粉末は、０．１〜２．０重量％の炭素と、３０〜４０重量％のマンガンと、２．５〜３．０重量％のクロムと、１１〜１７重量％のニッケルと、６．５〜８重量％のタングステンと、１〜３重量％チタンと、２０〜３０重量％のＴｉＯ２とを含むことを特徴とするルチルフラックス入りワイヤ電極。
  8. 前記充填粉末は、０．５〜２重量％のケイ素、０．００１〜０．１重量％のリン、０．００１〜０．１重量％の硫黄、０．０１〜０．１重量％のモリブデン、０．５〜２重量％のアルミニウム、３〜６重量％の鉄、５〜１５μｇ／ｇのホウ素、および／または４００〜８００μｇ／ｇのビスマスをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のルチルフラックス入りワイヤ電極。
  9. 前記充填粉末は、
    Ｃ：０．８〜１．２重量％、特に１．０重量％、
    Ｍｎ：３３〜３７重量％、特に３５．９０重量％、
    Ｃｒ：２．６〜２．９重量％、特に２．７０重量％、
    Ｎｉ：１３〜１５重量％、特に１４．２０重量％、
    Ｗ：７〜７．５重量％、特に７．１０重量％、
    Ｔｉ：１．５〜２．５重量％、特に２．０重量％、
    ＴｉＯ２：２２〜２８重量％、特に２５重量％、
    任意選択で、
    Ｓｉ：１〜１．５重量％、特に１．２０重量％、
    Ｐ：０．００５〜０．０２重量％、特に０．００７重量％、
    Ｓ：０．００５〜０．０５重量％、特に０．０１０重量％、
    Ｍｏ：０．０２〜０．０７重量％、特に０．０３重量％、
    Ａｌ：１〜１．５重量％、特に１．２０重量％、
    Ｂ：８〜１２μｇ／ｇ、特に１０μｇ／ｇ、
    Ｆｅ：４〜５重量％、特に４．６０重量％、
    Ｂｉ：６００〜７００μｇ／ｇ、特に６２５．５μｇ／ｇ
    の参照解析を含むことを特徴とする、請求項７または８に記載のルチルフラックス入りワイヤ電極。
  10. 前記充填粉末は、電気アーク安定剤をさらに含むことを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載のルチルフラックス入りワイヤ電極。
  11. 前記シースは、
    Ｃ：０．００１〜０．０１５重量％、
    Ｓｉ：０．３０〜０．６０重量％、
    Ｍｎ：０．９０〜１．３０重量％、
    Ｃｒ：１８．０〜１９．５重量％、
    Ｎｉ：９．７０〜１０．５重量％、
    任意選択で、
    Ｎ：０．０１〜０．０３重量％、
    Ｐ：０．０１〜０．０２５重量％、
    Ｓ：０．００１〜０．０１重量％、
    Ｍｏ：０．０５〜０．３０重量％、
    Ｃｕ：０．０５〜０．２０重量％、
    Ａｌ：０．０１〜０．０３重量％、
    Ｃｏ：０．０５〜０．２０重量％
    の参照解析を含むことを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のルチルフラックス入りワイヤ電極。
  12. 前記シースは、
    Ｃ：０．００８重量％、
    Ｓｉ：０．４０重量％、
    Ｍｎ：１．１０重量％、
    Ｃｒ：１８．６０重量％、
    Ｎｉ：１０．１０重量％、
    任意選択で、
    Ｎ：０．０１５重量％、
    Ｐ：０．０１〜０．０２５重量％、
    Ｓ：０．００１〜０．０１重量％、
    Ｍｏ：０．０５〜０．３０重量％、
    Ｃｕ：０．０５〜０．２０重量％、
    Ａｌ：０．０１〜０．０３重量％、
    Ｃｏ：０．０５〜０．２０重量％
    の参照解析を含むことを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のルチルフラックス入りワイヤ電極。
  13. 前記充填粉末の重量は、前記フラックス入りワイヤ電極の重量の２５〜３５％、好ましくは２９％を構成することを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか一項に記載のルチルフラックス入りワイヤ電極。
  14. 前記シースは、好ましくは重なり合う、閉じたストリップから構成されることを特徴とする、請求項７〜１３のいずれか一項に記載のルチルフラックス入りワイヤ電極。
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