JP2023038836A - サブマージアーク溶接用ボンドフラックス及び溶接金属 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＰＷＨＴ後に優れた引張強度及び靱性を有する溶接金属を得ることができる高Ｃｒフェライト系耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを提供する。【解決手段】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、ＭｇＯ、Ｃａ、Ｆ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣＯ２、Ｎａ及びＣを所定の範囲で含有し、ＺｒＯ２及びＡｌが所定の含有量以下であり、フラックス中のＭｇＯ、Ｃａ、Ｆ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣＯ２の含有量を、それぞれ、フラックス全質量に対する質量％で、［ＭｇＯ］、［Ｃａ］、［Ｆ］、［Ａｌ２Ｏ３］、［ＳｉＯ２］、［ＣＯ２］とする場合に、式（１）：（［ＭｇＯ］＋２．０５５×［Ｆ］）／（［ＣＯ２］）により得られる値が３．０以上７．０以下である。【選択図】なし
Description
本発明は、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の溶接に適したサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及び溶接金属に関する。
火力発電ボイラやタービン、石油精製用圧力容器、各種耐熱耐圧鋼管等は、高温、高圧環境下で使用されるため、その使用環境に応じて、種々の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼が使用されている。このような耐熱鋼材としては、例えば、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：米国材料試験協会）規格やＡＳＭＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：米国機械協会）規格に規定される、Ａ３８７Ｇｒ．９２が挙げられる。そして、このような高Ｃｒフェライト系耐熱鋼を対象として使用される溶接材料について、既に多くの提案がなされている。
例えば、特許文献１には、９Ｃｒ－１Ｍｏ鋼のサブマージアーク溶接方法が開示されている。上記特許文献１に記載の溶接方法は、含有成分の含有量が制御されたワイヤとフラックスとを組み合わせて溶接する方法であり、割れを防止し、優れた高温強度及び靱性を得ることができることが記載されている。
しかしながら、近年、溶接金属の機械的性能のさらなる向上が要求されており、上記特許文献１に記載の溶接方法を用いても、要求される機械的性能を満足することができない。具体的には、ＰＷＨＴ（溶接後熱処理：Ｐｏｓｔ Ｗｅｌｄ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）後に、引張強度と靱性とがより一層優れた溶接金属を得ることができる溶接材料が要求されている。
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、ＰＷＨＴ後に優れた引張強度及び靱性を有する溶接金属を得ることができる高Ｃｒフェライト系耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス、並びに優れた引張強度及び靱性を有する溶接金属を提供することを目的とする。
本発明の上記目的は、サブマージアーク溶接用ボンドフラックスに係る下記［１］の構成により達成される。
［１］ 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスであって、
フラックス全質量に対して、
ＭｇＯ：２４．０質量％以上３５．０質量％以下、
Ｃａ：１０．３質量％以上２１．９質量％以下、
Ｆ：７．８質量％以上１４．０質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：７．０質量％以上２５．０質量％以下、
ＳｉＯ２：８．０質量％以上２２．０質量％以下、
ＣＯ２：１．０質量％以上６．０質量％以下、
Ｎａ：０．５質量％以上４．０質量％以下、
Ｃ：０．０２質量％以上０．１６質量％以下、を含有し、
ＺｒＯ２：４．０質量％以下、
Ａｌ：０．８０質量％以下、であり、
フラックス中のＭｇＯ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＭｇＯ］とし、フラックス中のＣａ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ｃａ］とし、フラックス中のＦ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ｆ］とし、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ａｌ２Ｏ３］とし、フラックス中のＳｉＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＳｉＯ２］とし、フラックス中のＣＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＣＯ２］とする場合に、下記式（１）により得られる値が３．０以上７．０以下、であることを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
式（１）：｛［ＭｇＯ］＋１．４×（［Ｃａ］－１．０５５×［Ｆ］）＋２．０５５×［Ｆ］＋０．５×［Ａｌ２Ｏ３］｝／（［ＳｉＯ２］＋［ＣＯ２］）
［１］ 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスであって、
フラックス全質量に対して、
ＭｇＯ：２４．０質量％以上３５．０質量％以下、
Ｃａ：１０．３質量％以上２１．９質量％以下、
Ｆ：７．８質量％以上１４．０質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：７．０質量％以上２５．０質量％以下、
ＳｉＯ２：８．０質量％以上２２．０質量％以下、
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Ｎａ：０．５質量％以上４．０質量％以下、
Ｃ：０．０２質量％以上０．１６質量％以下、を含有し、
ＺｒＯ２：４．０質量％以下、
Ａｌ：０．８０質量％以下、であり、
フラックス中のＭｇＯ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＭｇＯ］とし、フラックス中のＣａ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ｃａ］とし、フラックス中のＦ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ｆ］とし、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ａｌ２Ｏ３］とし、フラックス中のＳｉＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＳｉＯ２］とし、フラックス中のＣＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＣＯ２］とする場合に、下記式（１）により得られる値が３．０以上７．０以下、であることを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
式（１）：｛［ＭｇＯ］＋１．４×（［Ｃａ］－１．０５５×［Ｆ］）＋２．０５５×［Ｆ］＋０．５×［Ａｌ２Ｏ３］｝／（［ＳｉＯ２］＋［ＣＯ２］）
サブマージアーク溶接用ボンドフラックスに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［５］に関する。
［２］ さらに、フラックス全質量に対して、
Ｍｎ：０．５質量％以上２．５質量％以下、を含有することを特徴とする［１］に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
Ｍｎ：０．５質量％以上２．５質量％以下、を含有することを特徴とする［１］に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
［３］ さらに、フラックス全質量に対して、
Ｋ：０．５質量％以上３．０質量％以下、を含有することを特徴とする［１］又は［２］に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
Ｋ：０．５質量％以上３．０質量％以下、を含有することを特徴とする［１］又は［２］に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
［４］ さらに、フラックス全質量に対して、
Ｌｉ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、を含有することを特徴とする［１］～［３］のいずれか１つに記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
Ｌｉ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、を含有することを特徴とする［１］～［３］のいずれか１つに記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
［５］ サブマージアーク溶接用ワイヤとともに用いられ、
前記サブマージアーク溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０７質量％以上０．１２質量％以下、
Ｓｉ：０．１０質量％以上０．３５質量％以下、
Ｍｎ：０．４０質量％以上０．８０質量％以下、
Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
Ｎｉ：０．１５質量％以上０．４０質量％以下、
Ｃｒ：８．０質量％以上１０．０質量％以下、
Ｍｏ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下、
Ｖ：０．１５質量％以上０．２５質量％以下、
Ｃｏ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下、
Ｂ：０．０００３質量％以上０．００３０質量％以下、
Ｎｂ：０．０２０質量％以上０．１００質量％以下、
Ｗ：１．５０質量％以上２．００質量％以下、
Ｎ：０．０３０質量％以上０．０７０質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０２０質量％以下、
Ｃｕ：０．２０質量％以下、
Ａｌ：０．０２０質量％以下、であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする、［１］～［４］のいずれか１つに記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
前記サブマージアーク溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０７質量％以上０．１２質量％以下、
Ｓｉ：０．１０質量％以上０．３５質量％以下、
Ｍｎ：０．４０質量％以上０．８０質量％以下、
Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
Ｎｉ：０．１５質量％以上０．４０質量％以下、
Ｃｒ：８．０質量％以上１０．０質量％以下、
Ｍｏ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下、
Ｖ：０．１５質量％以上０．２５質量％以下、
Ｃｏ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下、
Ｂ：０．０００３質量％以上０．００３０質量％以下、
Ｎｂ：０．０２０質量％以上０．１００質量％以下、
Ｗ：１．５０質量％以上２．００質量％以下、
Ｎ：０．０３０質量％以上０．０７０質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０２０質量％以下、
Ｃｕ：０．２０質量％以下、
Ａｌ：０．０２０質量％以下、であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする、［１］～［４］のいずれか１つに記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
本発明の上記目的は、溶接金属に係る下記［６］の構成により達成される。
［６］ ［１］～［５］のいずれか１つに記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを使用して形成されることを特徴とする、溶接金属。
［６］ ［１］～［５］のいずれか１つに記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを使用して形成されることを特徴とする、溶接金属。
本発明によれば、ＰＷＨＴ後に優れた引張強度及び靱性を有する溶接金属を得ることができる高Ｃｒフェライト系耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス、並びに優れた引張強度及び靱性を有する溶接金属を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
本発明者らは、溶接母材として、ＡＳＴＭ Ａ３８７Ｇｒ．９２を使用した場合に好適であって、ＰＷＨＴ後の引張強度及び靱性がいずれも優れた溶接金属を得るためのサブマージアーク溶接用ボンドフラックスについて、鋭意検討を行った。その結果、フラックス中の各成分のうち、特に、ＭｇＯ、Ｃａ、Ｆ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣＯ２、Ａｌ及びＣの含有量を適切に制御するとともに、ＭｇＯ、Ｃａ、Ｆ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＣＯ２の含有量を用いたパラメータを制御することが効果的であることを見出した。
以下、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスについて、その成分添加理由及び組成限定理由を詳細に説明する。
［１．サブマージアーク溶接用ボンドフラックス］
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の溶接に適したボンドフラックスであり、以下の元素を必須として含有し、又は、任意成分として含有し得る。
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の溶接に適したボンドフラックスであり、以下の元素を必須として含有し、又は、任意成分として含有し得る。
＜ＭｇＯ：２４．０質量％以上３５．０質量％以下＞
ＭｇＯは、スラグ造滓剤であり、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果を有する成分である。また、ＭｇＯは、溶接金属中の酸素量を低減し、靱性を確保する効果を有する成分でもある。
フラックス中のＭｇＯ含有量が２４．０質量％未満であると、溶接金属中の酸素量を低減する効果が不足し、靱性が低下するとともに、ビード外観が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＭｇＯ含有量は、２４．０質量％以上とし、２５．０質量％以上であることが好ましく、２５．５質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＭｇＯ含有量が３５．０質量％を超えると、スラグ巻き込みが多くなり、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＭｇＯ含有量は、３５．０質量％以下とし、３４．５質量％以下であることが好ましく、３４．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、ＭｇＯの含有量とは、フラックス中に含まれるすべてのＭｇをＭｇＯに換算した値を意味する。
ＭｇＯは、スラグ造滓剤であり、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果を有する成分である。また、ＭｇＯは、溶接金属中の酸素量を低減し、靱性を確保する効果を有する成分でもある。
フラックス中のＭｇＯ含有量が２４．０質量％未満であると、溶接金属中の酸素量を低減する効果が不足し、靱性が低下するとともに、ビード外観が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＭｇＯ含有量は、２４．０質量％以上とし、２５．０質量％以上であることが好ましく、２５．５質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＭｇＯ含有量が３５．０質量％を超えると、スラグ巻き込みが多くなり、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＭｇＯ含有量は、３５．０質量％以下とし、３４．５質量％以下であることが好ましく、３４．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、ＭｇＯの含有量とは、フラックス中に含まれるすべてのＭｇをＭｇＯに換算した値を意味する。
＜Ｃａ：１０．３質量％以上２１．９質量％以下＞
Ｃａは、脱酸剤として作用し、溶接金属中の酸素量を低減する効果を有する成分である。
フラックス中のＣａ含有量が１０．３質量％未満であると、Ｃａによる十分な脱酸効果を得ることができず、靱性が低下するとともに、ビード外観が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＣａ含有量は、１０．３質量％以上とし、１１．３質量％以上であることが好ましく、１１．８質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＣａ含有量が２１．９質量％を超えると、スラグ剥離性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＣａ含有量は、２１．９質量％以下とし、２０．９質量％以下であることが好ましく、２０．４質量％以下であることがより好ましい。
なお、Ｃａは、フッ化物及び炭酸塩の形態でフラックス中に含有される。
Ｃａは、脱酸剤として作用し、溶接金属中の酸素量を低減する効果を有する成分である。
フラックス中のＣａ含有量が１０．３質量％未満であると、Ｃａによる十分な脱酸効果を得ることができず、靱性が低下するとともに、ビード外観が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＣａ含有量は、１０．３質量％以上とし、１１．３質量％以上であることが好ましく、１１．８質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＣａ含有量が２１．９質量％を超えると、スラグ剥離性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＣａ含有量は、２１．９質量％以下とし、２０．９質量％以下であることが好ましく、２０．４質量％以下であることがより好ましい。
なお、Ｃａは、フッ化物及び炭酸塩の形態でフラックス中に含有される。
＜Ｆ：７．８質量％以上１４．０質量％以下＞
Ｆは、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性を向上する効果を有するとともに、溶接金属中の酸素量をコントロールし、ビード形状を整える効果を有する成分である。
フラックス中のＦ含有量が７．８質量％未満であると、溶接金属中の酸素量が増加し、靱性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＦ含有量は、７．８質量％以上とし、８．３質量％以上であることが好ましく、８．６質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＦ含有量が１４．０質量％を超えると、アークが不安定となり、ビード形状やスラグの剥離性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＦ含有量は、１４．０質量％以下とし、１３．７質量％以下であることが好ましく、１３．４質量％以下であることがより好ましい。
Ｆは、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性を向上する効果を有するとともに、溶接金属中の酸素量をコントロールし、ビード形状を整える効果を有する成分である。
フラックス中のＦ含有量が７．８質量％未満であると、溶接金属中の酸素量が増加し、靱性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＦ含有量は、７．８質量％以上とし、８．３質量％以上であることが好ましく、８．６質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＦ含有量が１４．０質量％を超えると、アークが不安定となり、ビード形状やスラグの剥離性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＦ含有量は、１４．０質量％以下とし、１３．７質量％以下であることが好ましく、１３．４質量％以下であることがより好ましい。
＜Ａｌ２Ｏ３：７．０質量％以上２５．０質量％以下＞
Ａｌ２Ｏ３は、スラグ造滓剤であり、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果を有する成分である。
フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量が７．０質量％未満であると、ビード形状が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量は、７．０質量％以上とし、７．５質量％以上であることが好ましく、８．０質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量が２５．０質量％を超えると、スラグ巻き込みが多くなり、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量は、２５．０質量％以下とし、２４．５質量％以下であることが好ましく、２４．０質量％以下であることがより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３は、スラグ造滓剤であり、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果を有する成分である。
フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量が７．０質量％未満であると、ビード形状が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量は、７．０質量％以上とし、７．５質量％以上であることが好ましく、８．０質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量が２５．０質量％を超えると、スラグ巻き込みが多くなり、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量は、２５．０質量％以下とし、２４．５質量％以下であることが好ましく、２４．０質量％以下であることがより好ましい。
＜ＳｉＯ２：８．０質量％以上２２．０質量％以下＞
ＳｉＯ２は、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果を有する成分である。
フラックス中のＳｉＯ２含有量が８．０質量％未満であると、ビード形状が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＳｉＯ２含有量は、８．０質量％以上とし、８．５質量％以上であることが好ましく、９．０質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＳｉＯ２含有量が２２．０質量％を超えると、スラグ巻き込みが多くなり、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＳｉＯ２含有量は、２２．０質量％以下とし、２１．０質量％以下であることが好ましく、２０．５質量％以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、ＳｉＯ２の含有量とは、フラックス中に含まれるすべてのＳｉをＳｉＯ２に換算した値を意味する。また、フラックス中のＳｉＯ２としては、バインダーとして使用される水ガラスに由来するＳｉＯ２も含まれる。
ＳｉＯ２は、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果を有する成分である。
フラックス中のＳｉＯ２含有量が８．０質量％未満であると、ビード形状が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＳｉＯ２含有量は、８．０質量％以上とし、８．５質量％以上であることが好ましく、９．０質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＳｉＯ２含有量が２２．０質量％を超えると、スラグ巻き込みが多くなり、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＳｉＯ２含有量は、２２．０質量％以下とし、２１．０質量％以下であることが好ましく、２０．５質量％以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、ＳｉＯ２の含有量とは、フラックス中に含まれるすべてのＳｉをＳｉＯ２に換算した値を意味する。また、フラックス中のＳｉＯ２としては、バインダーとして使用される水ガラスに由来するＳｉＯ２も含まれる。
＜ＣＯ２：１．０質量％以上６．０質量％以下＞
ＣＯ２は、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性を向上させる効果を有するとともに、溶接金属中の酸素量をコントロールする効果を有する成分である。
フラックス中のＣＯ２含有量が１．０質量％未満であると、低温割れが発生する。したがって、フラックス全質量に対するＣＯ２含有量は、１．０質量％以上とし、１．１質量％以上であることが好ましく、１．２質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＣＯ２含有量が６．０質量％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加し、靱性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＣＯ２含有量は、６．０質量％以下とし、５．５質量％以下であることが好ましく、５．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、ＣＯ２は、金属炭酸塩の形態でフラックス中に含有される。金属炭酸塩としては、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＭｇＣＯ３等があるが、これらの金属炭酸塩をＣＯ２に換算した換算値が上記範囲であれば、同様の効果を得ることができる。
ＣＯ２は、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性を向上させる効果を有するとともに、溶接金属中の酸素量をコントロールする効果を有する成分である。
フラックス中のＣＯ２含有量が１．０質量％未満であると、低温割れが発生する。したがって、フラックス全質量に対するＣＯ２含有量は、１．０質量％以上とし、１．１質量％以上であることが好ましく、１．２質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＣＯ２含有量が６．０質量％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加し、靱性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＣＯ２含有量は、６．０質量％以下とし、５．５質量％以下であることが好ましく、５．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、ＣＯ２は、金属炭酸塩の形態でフラックス中に含有される。金属炭酸塩としては、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＭｇＣＯ３等があるが、これらの金属炭酸塩をＣＯ２に換算した換算値が上記範囲であれば、同様の効果を得ることができる。
＜Ｎａ：０．５質量％以上４．０質量％以下＞
Ｎａは、アーク安定性を向上させる効果を有する成分である。
フラックス中のＮａ含有量が０．５質量％未満であると、アーク安定性が低下し、溶接不良が発生する。したがって、フラックス全質量に対するＮａ含有量は、０．５質量％以上とし、０．７質量％以上であることが好ましく、０．９質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＮａ含有量が４．０質量％を超えると、フラックスの吸湿量が高くなるため、溶接金属中の水素量が高くなり、低温割れが発生する。したがって、フラックス全質量に対するＮａ含有量は、４．０質量％以下とし、３．５質量％以下であることが好ましく、３．１質量％以下であることがより好ましい。
Ｎａは、アーク安定性を向上させる効果を有する成分である。
フラックス中のＮａ含有量が０．５質量％未満であると、アーク安定性が低下し、溶接不良が発生する。したがって、フラックス全質量に対するＮａ含有量は、０．５質量％以上とし、０．７質量％以上であることが好ましく、０．９質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＮａ含有量が４．０質量％を超えると、フラックスの吸湿量が高くなるため、溶接金属中の水素量が高くなり、低温割れが発生する。したがって、フラックス全質量に対するＮａ含有量は、４．０質量％以下とし、３．５質量％以下であることが好ましく、３．１質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｃ：０．０２質量％以上０．１６質量％以下＞
Ｃは、引張強さを向上させる効果を有する成分である。
フラックス中のＣ含有量が０．０２質量％未満であると、溶接金属の引張強さを向上させる効果を得ることができない。したがって、フラックス全質量に対するＣ含有量は、０．０２質量％以上とし、０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＣ含有量が０．１６質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、高温割れが発生しやすくなり、靱性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＣ含有量は、０．１６質量％以下とし、０．１５質量％以下であることが好ましい。
Ｃは、引張強さを向上させる効果を有する成分である。
フラックス中のＣ含有量が０．０２質量％未満であると、溶接金属の引張強さを向上させる効果を得ることができない。したがって、フラックス全質量に対するＣ含有量は、０．０２質量％以上とし、０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＣ含有量が０．１６質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、高温割れが発生しやすくなり、靱性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＣ含有量は、０．１６質量％以下とし、０．１５質量％以下であることが好ましい。
＜ＺｒＯ２：４．０質量％以下（０質量％を含む）＞
ＺｒＯ２は、スラグ造滓剤であり、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果を有する成分であるが、必ずしもフラックス中に含有される必要はない。
フラックス中にＺｒＯ２を含有させる場合に、フラックス全質量に対するＺｒＯ２含有量は、０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．１質量％以上とすることがより好ましい。
一方、フラックス中のＺｒＯ２含有量が４．０質量％を超えると、スラグ巻き込みが多くなり、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＺｒＯ２含有量は、４．０質量％以下とし、３．５質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、ＺｒＯ２の含有量とは、フラックス中に含まれるすべてのＺｒをＺｒＯ２に換算した値を意味する。
ＺｒＯ２は、スラグ造滓剤であり、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果を有する成分であるが、必ずしもフラックス中に含有される必要はない。
フラックス中にＺｒＯ２を含有させる場合に、フラックス全質量に対するＺｒＯ２含有量は、０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．１質量％以上とすることがより好ましい。
一方、フラックス中のＺｒＯ２含有量が４．０質量％を超えると、スラグ巻き込みが多くなり、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス全質量に対するＺｒＯ２含有量は、４．０質量％以下とし、３．５質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、ＺｒＯ２の含有量とは、フラックス中に含まれるすべてのＺｒをＺｒＯ２に換算した値を意味する。
＜Ａｌ：０．８０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、クリープ強度の確保に必要不可欠なＣｒやＮｂ、Ｖの炭窒化物析出量を低減し、クリープ強度を劣化させる成分であるため、フラックス中のＡｌは、できるだけ低減することが好ましい。
フラックス中のＡｌ含有量が０．８０質量％を超えると、ビードが焼付き、スラグ剥離性が劣化する。また、溶接金属中の元素の歩留まりが向上し、強度が上昇するため、靱性が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＡｌ含有量は、０．８０質量％以下とし、０．７５質量％以下であることが好ましく、０．７０質量％以下であることがより好ましい。
なお、ここで０．８０質量％以下として規定されるＡｌは、Ａｌ単体、Ｆｅ－Ａｌ及びＡｌ合金の形態でフラックス中に含有されるものであり、酸化物の形態は含まれない。
Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、クリープ強度の確保に必要不可欠なＣｒやＮｂ、Ｖの炭窒化物析出量を低減し、クリープ強度を劣化させる成分であるため、フラックス中のＡｌは、できるだけ低減することが好ましい。
フラックス中のＡｌ含有量が０．８０質量％を超えると、ビードが焼付き、スラグ剥離性が劣化する。また、溶接金属中の元素の歩留まりが向上し、強度が上昇するため、靱性が劣化する。したがって、フラックス全質量に対するＡｌ含有量は、０．８０質量％以下とし、０．７５質量％以下であることが好ましく、０．７０質量％以下であることがより好ましい。
なお、ここで０．８０質量％以下として規定されるＡｌは、Ａｌ単体、Ｆｅ－Ａｌ及びＡｌ合金の形態でフラックス中に含有されるものであり、酸化物の形態は含まれない。
＜式（１）：３．０以上７．０以下＞
下記式（１）は、フラックス成分による溶接金属への脱酸力をパラメータ化したものである。式（１）により得られる値が高くなると、フラックスによる脱酸力が高くなり、溶接金属の酸素量が低下するため、靱性を向上させることができるが、過度に高くなると、各温度でのスラグ粘度が高くなりすぎるため、溶接作業性が劣化する。すなわち、式（１）により得られる値を適切に制御することにより、靱性の向上と溶接作業性の向上とを両立させることができる。
式（１）により得られる値が３．０未満であると、脱酸力が弱くなり、溶接金属の靱性が低下する。したがって、式（１）により得られる値は、３．０以上とし、３．３以上であることが好ましく、３．９以上であることがより好ましい。
一方、式（１）により得られる値が７．０を超えると、ビードの中央部が凸ビード形状になるなど、溶接ビードの形状が劣化する。したがって、式（１）により得られる値は、７．０以下とし、６．５以下であることが好ましく、６．１以下であることがより好ましい。
下記式（１）は、フラックス成分による溶接金属への脱酸力をパラメータ化したものである。式（１）により得られる値が高くなると、フラックスによる脱酸力が高くなり、溶接金属の酸素量が低下するため、靱性を向上させることができるが、過度に高くなると、各温度でのスラグ粘度が高くなりすぎるため、溶接作業性が劣化する。すなわち、式（１）により得られる値を適切に制御することにより、靱性の向上と溶接作業性の向上とを両立させることができる。
式（１）により得られる値が３．０未満であると、脱酸力が弱くなり、溶接金属の靱性が低下する。したがって、式（１）により得られる値は、３．０以上とし、３．３以上であることが好ましく、３．９以上であることがより好ましい。
一方、式（１）により得られる値が７．０を超えると、ビードの中央部が凸ビード形状になるなど、溶接ビードの形状が劣化する。したがって、式（１）により得られる値は、７．０以下とし、６．５以下であることが好ましく、６．１以下であることがより好ましい。
式（１）：｛［ＭｇＯ］＋１．４×（［Ｃａ］－１．０５５×［Ｆ］）＋２．０５５×［Ｆ］＋０．５×［Ａｌ２Ｏ３］｝／（［ＳｉＯ２］＋［ＣＯ２］）
なお、上記式（１）中、［ＭｇＯ］は、フラックス中のＭｇＯ含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［Ｃａ］は、フラックス中のＣａ含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［Ｆ］は、フラックス中のＦ含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［Ａｌ２Ｏ３］は、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［ＳｉＯ２］は、フラックス中のＳｉＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［ＣＯ２］は、フラックス中のＣＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値である。
なお、上記式（１）中、［ＭｇＯ］は、フラックス中のＭｇＯ含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［Ｃａ］は、フラックス中のＣａ含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［Ｆ］は、フラックス中のＦ含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［Ａｌ２Ｏ３］は、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［ＳｉＯ２］は、フラックス中のＳｉＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値であり、［ＣＯ２］は、フラックス中のＣＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で表した値である。
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、上記成分の他に、以下の成分を所定の含有量で含有することが好ましい。
＜Ｍｎ：０．５質量％以上２．５質量％以下＞
Ｍｎは、脱酸効果を有する成分である。
フラックス中にＭｎを含有させる場合に、Ｍｎ含有量が０．５質量％以上であると、脱酸力を発揮し、溶接金属が低酸素となるため、靱性を向上させることができる。したがって、フラックス全質量に対するＭｎ含有量は、０．５質量％以上であることが好ましく、０．６質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＭｎ含有量が２．５質量％以下であると、溶接金属の強度と靱性のバランスを良好にすることができる。したがって、フラックス全質量に対するＭｎ含有量は、２．５質量％以下であることが好ましく、２．２質量％以下であることがより好ましく、１．９質量％以下であることがさらに好ましい。
Ｍｎは、脱酸効果を有する成分である。
フラックス中にＭｎを含有させる場合に、Ｍｎ含有量が０．５質量％以上であると、脱酸力を発揮し、溶接金属が低酸素となるため、靱性を向上させることができる。したがって、フラックス全質量に対するＭｎ含有量は、０．５質量％以上であることが好ましく、０．６質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＭｎ含有量が２．５質量％以下であると、溶接金属の強度と靱性のバランスを良好にすることができる。したがって、フラックス全質量に対するＭｎ含有量は、２．５質量％以下であることが好ましく、２．２質量％以下であることがより好ましく、１．９質量％以下であることがさらに好ましい。
＜Ｋ：０．５質量％以上３．０質量％以下＞
Ｋは、アーク安定剤であり、アーク安定性を良好にするためにフラックス中に含有させる成分である。
フラックス中にＫを含有させる場合に、Ｋ含有量が０．５質量％以上であると、アーク安定性が向上するため、溶接作業性を良好とすることができる。したがって、フラックス全質量に対するＫ含有量は、０．５質量％以上であることが好ましく、０．６質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＫ含有量が３．０質量％以下であると、フラックスの吸湿量が抑制され、溶接金属中の水素量が低減するため、低温割れの発生を抑制することができる。したがって、フラックス全質量に対するＫ含有量は、３．０質量％以下であることが好ましく、２．７質量％以下であることがより好ましく、２．４質量％以下であることがさらに好ましい。
Ｋは、アーク安定剤であり、アーク安定性を良好にするためにフラックス中に含有させる成分である。
フラックス中にＫを含有させる場合に、Ｋ含有量が０．５質量％以上であると、アーク安定性が向上するため、溶接作業性を良好とすることができる。したがって、フラックス全質量に対するＫ含有量は、０．５質量％以上であることが好ましく、０．６質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＫ含有量が３．０質量％以下であると、フラックスの吸湿量が抑制され、溶接金属中の水素量が低減するため、低温割れの発生を抑制することができる。したがって、フラックス全質量に対するＫ含有量は、３．０質量％以下であることが好ましく、２．７質量％以下であることがより好ましく、２．４質量％以下であることがさらに好ましい。
＜Ｌｉ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下＞
Ｌｉは、アーク安定剤であり、アーク安定性を良好にするためにフラックス中に含有させる成分である。
フラックス中にＬｉを含有させる場合に、Ｌｉ含有量が０．０５質量％以上であると、アーク安定性が向上するため、溶接作業性を良好とすることができる。したがって、フラックス全質量に対するＬｉ含有量は、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．０６質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＬｉ含有量が０．２０質量％以下であると、フラックスの吸湿量が抑制され、溶接金属中の水素量が低減するため、低温割れの発生を抑制することができる。したがって、フラックス全質量に対するＬｉ含有量は、０．２０質量％以下であることが好ましく、０．１８質量％以下であることがより好ましく、０．１７質量％以下であることがさらに好ましい。
Ｌｉは、アーク安定剤であり、アーク安定性を良好にするためにフラックス中に含有させる成分である。
フラックス中にＬｉを含有させる場合に、Ｌｉ含有量が０．０５質量％以上であると、アーク安定性が向上するため、溶接作業性を良好とすることができる。したがって、フラックス全質量に対するＬｉ含有量は、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．０６質量％以上であることがより好ましい。
一方、フラックス中のＬｉ含有量が０．２０質量％以下であると、フラックスの吸湿量が抑制され、溶接金属中の水素量が低減するため、低温割れの発生を抑制することができる。したがって、フラックス全質量に対するＬｉ含有量は、０．２０質量％以下であることが好ましく、０．１８質量％以下であることがより好ましく、０．１７質量％以下であることがさらに好ましい。
＜残部＞
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、上記成分以外に、例えば、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ等を、本発明の効果を妨げない範囲で含有してもよい。なお、これらの成分は、単体として存在してもよいし、化合物として存在していてもよい。
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、上記成分以外に、例えば、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ等を、本発明の効果を妨げない範囲で含有してもよい。なお、これらの成分は、単体として存在してもよいし、化合物として存在していてもよい。
［２．サブマージアーク溶接用ワイヤ］
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、サブマージアーク溶接用ワイヤとともに用いられる。以下、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスにとともに用いることが好ましいワイヤについて、その成分添加理由及び組成限定理由を詳細に説明する。
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、サブマージアーク溶接用ワイヤとともに用いられる。以下、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスにとともに用いることが好ましいワイヤについて、その成分添加理由及び組成限定理由を詳細に説明する。
＜Ｃ：０．０７質量％以上０．１２質量％以下＞
Ｃは、溶接金属中の焼き入れ性と炭窒化物の析出量に大きな影響を及ぼすとともに、オーステナイト安定化元素として機能し、溶接金属中のδフェライト相の残存を抑制する効果を有する成分である。
ワイヤ中のＣ含有量が０．０７質量％未満であると、溶接金属中のＣ含有量が少なくなりすぎて、炭化物の析出量が不十分となる。また、δフェライト相が残存して、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．０７質量％以上とし、０．０８質量％以上であることが好ましい。
一方で、ワイヤ中のＣ含有量が０．１２質量％を超えると、高温割れ感受性が高まり、特に、狭開先内のサブマージアーク溶接で割れが発生しやすくなる。また、炭化物の析出量が増大して、溶接金属の強度を著しく高め、靱性を劣化させる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．１２質量％以下とし、０．１１質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
Ｃは、溶接金属中の焼き入れ性と炭窒化物の析出量に大きな影響を及ぼすとともに、オーステナイト安定化元素として機能し、溶接金属中のδフェライト相の残存を抑制する効果を有する成分である。
ワイヤ中のＣ含有量が０．０７質量％未満であると、溶接金属中のＣ含有量が少なくなりすぎて、炭化物の析出量が不十分となる。また、δフェライト相が残存して、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．０７質量％以上とし、０．０８質量％以上であることが好ましい。
一方で、ワイヤ中のＣ含有量が０．１２質量％を超えると、高温割れ感受性が高まり、特に、狭開先内のサブマージアーク溶接で割れが発生しやすくなる。また、炭化物の析出量が増大して、溶接金属の強度を著しく高め、靱性を劣化させる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．１２質量％以下とし、０．１１質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｓｉ：０．１０質量％以上０．３５質量％以下＞
Ｓｉは、溶接ビードのなじみ性を改善するとともに、脱酸剤として機能し、溶接金属の強度及び靱性を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＳｉ含有量が０．１０質量％未満であると、溶接金属中のＳｉ含有量が少なくなりすぎて、溶接作業性（例えば、溶接ビードのなじみ性や融合性）が劣化し、靱性及びクリープ強度も劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、０．１０質量％以上とし、０．１１質量％以上であることが好ましく、０．１２質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＳｉ含有量が０．３５質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく高くなり、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、０．３５質量％以下とし、０．３３質量％以下であることが好ましく、０．３１質量％以下であることがより好ましい。
Ｓｉは、溶接ビードのなじみ性を改善するとともに、脱酸剤として機能し、溶接金属の強度及び靱性を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＳｉ含有量が０．１０質量％未満であると、溶接金属中のＳｉ含有量が少なくなりすぎて、溶接作業性（例えば、溶接ビードのなじみ性や融合性）が劣化し、靱性及びクリープ強度も劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、０．１０質量％以上とし、０．１１質量％以上であることが好ましく、０．１２質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＳｉ含有量が０．３５質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく高くなり、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、０．３５質量％以下とし、０．３３質量％以下であることが好ましく、０．３１質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｍｎ：０．４０質量％以上０．８０質量％以下＞
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸剤として機能し、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分である。また、Ｍｎは、オーステナイト安定化元素として機能し、溶接金属中のδフェライト相の残存を抑制する効果を有する成分でもある。さらに、Ｍｎは、後述するとおり、Ｓによる高温割れ性への悪影響を緩和する効果も有する。
ワイヤ中のＭｎ含有量が０．４０質量％未満であると、溶接金属中のＭｎ含有量が少なくなりすぎて、所望の靱性を得ることができず、また、軟質なδフェライト相が溶接金属中に残存して、クリープ強度が劣化する。さらに、Ｓによって引き起こされる高温割れを抑制することが困難となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は、０．４０質量％以上とし、０．４４質量％以上であることが好ましく、０．４８質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が０．８０質量％を超えると、溶接金属中のＭｎ含有量が多くなりすぎて、炭窒化物が不安定化し、クリープ強度が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は、０．８０質量％以下とし、０．７８質量％以下であることが好ましく、０．７７質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸剤として機能し、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分である。また、Ｍｎは、オーステナイト安定化元素として機能し、溶接金属中のδフェライト相の残存を抑制する効果を有する成分でもある。さらに、Ｍｎは、後述するとおり、Ｓによる高温割れ性への悪影響を緩和する効果も有する。
ワイヤ中のＭｎ含有量が０．４０質量％未満であると、溶接金属中のＭｎ含有量が少なくなりすぎて、所望の靱性を得ることができず、また、軟質なδフェライト相が溶接金属中に残存して、クリープ強度が劣化する。さらに、Ｓによって引き起こされる高温割れを抑制することが困難となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は、０．４０質量％以上とし、０．４４質量％以上であることが好ましく、０．４８質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が０．８０質量％を超えると、溶接金属中のＭｎ含有量が多くなりすぎて、炭窒化物が不安定化し、クリープ強度が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は、０．８０質量％以下とし、０．７８質量％以下であることが好ましく、０．７７質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下＞
Ｓは、溶融池の表面エネルギーを下げ、溶接作業性、特に開先面でのなじみを良好にして、ビード外観及び止端形状を整える効果を有する成分である。しかし、Ｓは、溶接時にＦｅと結合して、Ｆｅ－ＦｅＳの低融点共晶を最終凝固部に形成し、高温割れ性を高めるだけでなく、溶接金属を脆化させて靱性を劣化させる成分でもある。
ワイヤ中のＳ含有量が０．００１質量％未満であると、ビード形状が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は、０．００１質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＳ含有量が０．０２０質量％を超えると、高温割れが発生しやすくなるとともに、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１８質量％以下であることが好ましく、０．０１６質量％以下であることがより好ましい。
Ｓは、溶融池の表面エネルギーを下げ、溶接作業性、特に開先面でのなじみを良好にして、ビード外観及び止端形状を整える効果を有する成分である。しかし、Ｓは、溶接時にＦｅと結合して、Ｆｅ－ＦｅＳの低融点共晶を最終凝固部に形成し、高温割れ性を高めるだけでなく、溶接金属を脆化させて靱性を劣化させる成分でもある。
ワイヤ中のＳ含有量が０．００１質量％未満であると、ビード形状が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は、０．００１質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＳ含有量が０．０２０質量％を超えると、高温割れが発生しやすくなるとともに、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１８質量％以下であることが好ましく、０．０１６質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｎｉ：０．１５質量％以上０．４０質量％以下＞
Ｎｉは、溶接金属のマトリクスに固溶して、フェライトそのものの靱性を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＮｉ含有量が０．１５質量％未満であると、フェライトの靱性を向上させる効果を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、０．１５質量％以上とし、０．１７質量％以上であることが好ましく、０．２０質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＮｉ含有量が０．４０質量％を超えると、Ｎｉが溶接時の最終凝固部に濃化し、凝固完了温度が低温化され、高温割れ感受性が高くなる。また、クリープ変形中に炭窒化物のサイズが粗大化し、クリープ強度が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、０．４０質量％以下とし、０．３８質量％以下であることが好ましく、０．３６質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｉは、溶接金属のマトリクスに固溶して、フェライトそのものの靱性を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＮｉ含有量が０．１５質量％未満であると、フェライトの靱性を向上させる効果を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、０．１５質量％以上とし、０．１７質量％以上であることが好ましく、０．２０質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＮｉ含有量が０．４０質量％を超えると、Ｎｉが溶接時の最終凝固部に濃化し、凝固完了温度が低温化され、高温割れ感受性が高くなる。また、クリープ変形中に炭窒化物のサイズが粗大化し、クリープ強度が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、０．４０質量％以下とし、０．３８質量％以下であることが好ましく、０．３６質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｃｒ：８．０質量％以上１０．０質量％以下＞
Ｃｒは、ＰＷＨＴ時に炭窒化物を形成して、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＣｒ含有量が８．０質量％未満であると、炭窒化物の析出量が不足して、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、８．０質量％以上とし、８．２質量％以上であることが好ましく、８．４質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＣｒ含有量が１０．０質量％を超えると、凝固完了温度が低下し、高温割れ感受性が高くなるとともに、δフェライト相が溶接金属中に残留して、クリープ強度及び靱性が低下する。また、スラグ剥離性が著しく劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、１０．０質量％以下とし、９．７質量％以下であることが好ましく、９．５質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｒは、ＰＷＨＴ時に炭窒化物を形成して、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＣｒ含有量が８．０質量％未満であると、炭窒化物の析出量が不足して、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、８．０質量％以上とし、８．２質量％以上であることが好ましく、８．４質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＣｒ含有量が１０．０質量％を超えると、凝固完了温度が低下し、高温割れ感受性が高くなるとともに、δフェライト相が溶接金属中に残留して、クリープ強度及び靱性が低下する。また、スラグ剥離性が著しく劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、１０．０質量％以下とし、９．７質量％以下であることが好ましく、９．５質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｍｏ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下＞
Ｍｏは、ＰＷＨＴ時にＣｒ系炭化物中又は母相中に固溶して、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＭｏ含有量が０．３０質量％未満であると、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、０．３０質量％以上とし、０．３２質量％以上であることが好ましく、０．３３質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＭｏ含有量が０．６０質量％を超えると、Ｃｒ系炭化物中及び母相中への固溶量が過剰に増加して、溶接金属の強度が著しく高くなり、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、０．６０質量％以下とし、０．５７質量％以下であることが好ましく、０．５３質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｏは、ＰＷＨＴ時にＣｒ系炭化物中又は母相中に固溶して、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＭｏ含有量が０．３０質量％未満であると、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、０．３０質量％以上とし、０．３２質量％以上であることが好ましく、０．３３質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＭｏ含有量が０．６０質量％を超えると、Ｃｒ系炭化物中及び母相中への固溶量が過剰に増加して、溶接金属の強度が著しく高くなり、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、０．６０質量％以下とし、０．５７質量％以下であることが好ましく、０．５３質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｖ：０．１５質量％以上０．２５質量％以下＞
Ｖは、ＰＷＨＴ時に炭窒化物を形成して、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＶ含有量が０．１５質量％未満であると、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は、０．１５質量％以上とし、０．１６質量％以上であることが好ましい。
一方、ワイヤ中のＶ含有量が０．２５質量％を超えると、炭窒化物の析出量が著しく増加して、溶接金属の強度が高くなり、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は、０．２５質量％以下とし、０．２４質量％以下であることが好ましい。
Ｖは、ＰＷＨＴ時に炭窒化物を形成して、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＶ含有量が０．１５質量％未満であると、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は、０．１５質量％以上とし、０．１６質量％以上であることが好ましい。
一方、ワイヤ中のＶ含有量が０．２５質量％を超えると、炭窒化物の析出量が著しく増加して、溶接金属の強度が高くなり、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は、０．２５質量％以下とし、０．２４質量％以下であることが好ましい。
＜Ｃｏ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下＞
Ｃｏは、溶接金属の室温強度及びクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＣｏ含有量が０．３０質量％未満であると、溶接金属の強度を向上させる効果を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、０．３０質量％以上とし、０．３２質量％以上であることが好ましく、０．３３質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＣｏ含有量が０．６０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、０．６０質量％以下とし、０．５６質量％以下であることが好ましく、０．５１質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｏは、溶接金属の室温強度及びクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＣｏ含有量が０．３０質量％未満であると、溶接金属の強度を向上させる効果を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、０．３０質量％以上とし、０．３２質量％以上であることが好ましく、０．３３質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＣｏ含有量が０．６０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、０．６０質量％以下とし、０．５６質量％以下であることが好ましく、０．５１質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｂ：０．０００３質量％以上０．００３０質量％以下＞
Ｂは、溶接金属の靱性を安定化させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＢ含有量が０．００３質量％未満であると、溶接金属の靱性が不足する。したがって、ワイヤ全質量に対するＢ含有量は、０．０００３質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＢ含有量が０．００３０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性の低下を招くだけでなく、溶接時の高温割れ感受性が高くなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＢ含有量は、０．００３０質量％以下とし、０．００２９質量％以下であることが好ましく、０．００２８質量％以下であることがより好ましい。
Ｂは、溶接金属の靱性を安定化させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＢ含有量が０．００３質量％未満であると、溶接金属の靱性が不足する。したがって、ワイヤ全質量に対するＢ含有量は、０．０００３質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＢ含有量が０．００３０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性の低下を招くだけでなく、溶接時の高温割れ感受性が高くなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＢ含有量は、０．００３０質量％以下とし、０．００２９質量％以下であることが好ましく、０．００２８質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｎｂ：０．０２０質量％以上０．１００質量％以下＞
Ｎｂは、Ｖと同様に、ＰＷＨＴ時に炭窒化物を形成して、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＮｂ含有量が０．０２０質量％未満であると、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は、０．０２０質量％以上とし、０．０２１質量％以上であることが好ましく、０．０２３質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＮｂ含有量が０．１００質量％を超えると、炭窒化物の析出量が著しく増加して、溶接金属の強度が高くなり、靱性が劣化する。また、スラグ剥離性が大幅に劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は、０．１００質量％以下とし、０．０８０質量％以下であることが好ましく、０．０６５質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｂは、Ｖと同様に、ＰＷＨＴ時に炭窒化物を形成して、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＮｂ含有量が０．０２０質量％未満であると、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は、０．０２０質量％以上とし、０．０２１質量％以上であることが好ましく、０．０２３質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＮｂ含有量が０．１００質量％を超えると、炭窒化物の析出量が著しく増加して、溶接金属の強度が高くなり、靱性が劣化する。また、スラグ剥離性が大幅に劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は、０．１００質量％以下とし、０．０８０質量％以下であることが好ましく、０．０６５質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｗ：１．５０質量％以上２．００質量％以下＞
Ｗは、溶接金属の室温強度及びクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＷ含有量が１．５０質量％未満であると、溶接金属の強度を向上させる効果を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、１．５０質量％以上とし、１．５１質量％以上であることが好ましく、１．５３質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＣｏ含有量が２．００質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、２．００質量％以下とし、１．９０質量％以下であることが好ましく、１．８５質量％以下であることがより好ましい。
Ｗは、溶接金属の室温強度及びクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＷ含有量が１．５０質量％未満であると、溶接金属の強度を向上させる効果を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、１．５０質量％以上とし、１．５１質量％以上であることが好ましく、１．５３質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＣｏ含有量が２．００質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて、靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、２．００質量％以下とし、１．９０質量％以下であることが好ましく、１．８５質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｎ：０．０３０質量％以上０．０７０質量％以下＞
Ｎは、ＰＷＨＴ時にＣｒ、Ｖ、Ｎｂ等と結合して、炭窒化物を形成し、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＮ含有量が０．０３０質量％未満であると、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．０３０質量％以上とし、０．０３５質量％以上であることが好ましく、０．０３８質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＮ含有量が０．０７０質量％を超えると、炭窒化物の析出量が著しく増加して、溶接金属の強度が高くなり、靱性が劣化する。また、溶接過程で発生するＮ２ガスが溶融金属中に残留しやすくなり、ブローホールが発生する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．０７０質量％以下とし、０．０６８質量％以下であることが好ましく、０．０６６質量％以下であることがより好ましい。
Ｎは、ＰＷＨＴ時にＣｒ、Ｖ、Ｎｂ等と結合して、炭窒化物を形成し、溶接金属のクリープ強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＮ含有量が０．０３０質量％未満であると、所望のクリープ強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．０３０質量％以上とし、０．０３５質量％以上であることが好ましく、０．０３８質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＮ含有量が０．０７０質量％を超えると、炭窒化物の析出量が著しく増加して、溶接金属の強度が高くなり、靱性が劣化する。また、溶接過程で発生するＮ２ガスが溶融金属中に残留しやすくなり、ブローホールが発生する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．０７０質量％以下とし、０．０６８質量％以下であることが好ましく、０．０６６質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｐ：０．０２０質量％以下＞
Ｐは、溶接時の最終凝固部に低融点化合物を形成し、高温割れ感受性を高めるだけでなく、溶接金属を脆化させて靱性を劣化させる成分であるため、ワイヤ中のＰは、できるだけ低減することが好ましい。
ワイヤ中のＰ含有量が０．０２０質量％を超えると、高温割れが発生しやすくなるとともに、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＰ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１６質量％以下であることが好ましく、０．０１１質量％以下であることがより好ましい。
Ｐは、溶接時の最終凝固部に低融点化合物を形成し、高温割れ感受性を高めるだけでなく、溶接金属を脆化させて靱性を劣化させる成分であるため、ワイヤ中のＰは、できるだけ低減することが好ましい。
ワイヤ中のＰ含有量が０．０２０質量％を超えると、高温割れが発生しやすくなるとともに、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＰ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１６質量％以下であることが好ましく、０．０１１質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｃｕ：０．２０質量％以下＞
Ｃｕは、溶接金属の高温割れを生じやすくする成分である。
ワイヤ中のＣｕ含有量が、０．２０質量％を超えると、溶接金属の高温割れが発生しやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．２０質量％以下とし、０．１６質量％以下であることが好ましく、０．１１質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｕは、溶接金属の高温割れを生じやすくする成分である。
ワイヤ中のＣｕ含有量が、０．２０質量％を超えると、溶接金属の高温割れが発生しやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．２０質量％以下とし、０．１６質量％以下であることが好ましく、０．１１質量％以下であることがより好ましい。
＜Ａｌ：０．０２０質量％以下＞
Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、クリープ強度の確保に必要不可欠なＣｒやＮｂ、Ｖの炭窒化物析出量を低減し、クリープ強度を劣化させる成分であるため、ワイヤ中のＡｌは、できるだけ低減することが好ましい。
ワイヤ中のＡｌ含有量が０．０２０質量％を超えると、ビードが焼付き、スラグ剥離性が劣化する。また、溶接金属中の元素の歩留まりが向上し、強度が上昇するため、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１６質量％以下であることが好ましく、０．０１２質量％以下であることがより好ましい。
Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、クリープ強度の確保に必要不可欠なＣｒやＮｂ、Ｖの炭窒化物析出量を低減し、クリープ強度を劣化させる成分であるため、ワイヤ中のＡｌは、できるだけ低減することが好ましい。
ワイヤ中のＡｌ含有量が０．０２０質量％を超えると、ビードが焼付き、スラグ剥離性が劣化する。また、溶接金属中の元素の歩留まりが向上し、強度が上昇するため、靱性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１６質量％以下であることが好ましく、０．０１２質量％以下であることがより好ましい。
＜残部＞
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスにとともに用いることが好ましいワイヤにおいて、残部はＦｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ等が挙げられる。これらの不純物のうち、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂは、それぞれ、ワイヤ全質量に対して、例えば、０．００５質量％以下であることが好ましく、合計で０．０１５質量％以下であることが好ましい。
また、Ｐｂ、Ｂｉは、それぞれ、ワイヤ全質量に対して、例えば、０．００１質量％以下であることが好ましい。また、上記不可避的不純物として列挙した元素以外の元素であっても、ワイヤ全質量に対して、それぞれ、０．１０質量％以下であれば、不可避的不純物としてワイヤ中に含有されていてもよく、０．０８質量％以下であることが好ましく、０．０６質量％以下であることがより好ましい。
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスにとともに用いることが好ましいワイヤにおいて、残部はＦｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ等が挙げられる。これらの不純物のうち、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂは、それぞれ、ワイヤ全質量に対して、例えば、０．００５質量％以下であることが好ましく、合計で０．０１５質量％以下であることが好ましい。
また、Ｐｂ、Ｂｉは、それぞれ、ワイヤ全質量に対して、例えば、０．００１質量％以下であることが好ましい。また、上記不可避的不純物として列挙した元素以外の元素であっても、ワイヤ全質量に対して、それぞれ、０．１０質量％以下であれば、不可避的不純物としてワイヤ中に含有されていてもよく、０．０８質量％以下であることが好ましく、０．０６質量％以下であることがより好ましい。
［３．溶接金属］
本実施形態に係る溶接金属は、上記［１．サブマージアーク溶接用ボンドフラックス］で説明したボンドフラックスを使用して形成された溶接金属である。
なお、本実施形態に係る溶接金属において、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを用いること以外の各種溶接条件については特に限定されず、母材の種類、溶接電圧、溶接電流、溶接姿勢等について、サブマージアーク溶接方法における通常の条件を用いることができる。
本実施形態に係る溶接金属は、上記［１．サブマージアーク溶接用ボンドフラックス］で説明したボンドフラックスを使用して形成された溶接金属である。
なお、本実施形態に係る溶接金属において、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを用いること以外の各種溶接条件については特に限定されず、母材の種類、溶接電圧、溶接電流、溶接姿勢等について、サブマージアーク溶接方法における通常の条件を用いることができる。
以下に、本発明の効果を示す発明例と比較例を参照し、本発明の内容を具体的に説明する。
［サブマージアーク溶接］
まず、種々の化学成分を有し、直径が２．４ｍｍであるワイヤを製造するとともに、種々の化学成分を有するボンドフラックスを製造した。ワイヤ中の化学成分及びその含有量を下記表１に示し、使用したワイヤＮｏ．並びにフラックス中の化学成分及びその含有量を下記表２に示す。
なお、下記表１に示すワイヤ中の化学成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、下記表２に示すボンドフラックス中の化学成分において、Ａｌは積極的に添加していない成分であるため、「＜０．８０」（０．８０未満）とした。
次に、上記ワイヤ及びボンドフラックスを使用して、サブマージアーク溶接を実施した後、以下に示す条件で溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）を実施した。溶接条件及びＰＷＨＴ条件を以下に示す。なお、溶接母材としては、９Ｃｒ系鋼材又は軟鋼鋼材に、ＡＳＴＭ Ａ３８７Ｇｒ．９２の化学成分を模擬した溶接材料をバタリングしたものを使用した。
まず、種々の化学成分を有し、直径が２．４ｍｍであるワイヤを製造するとともに、種々の化学成分を有するボンドフラックスを製造した。ワイヤ中の化学成分及びその含有量を下記表１に示し、使用したワイヤＮｏ．並びにフラックス中の化学成分及びその含有量を下記表２に示す。
なお、下記表１に示すワイヤ中の化学成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、下記表２に示すボンドフラックス中の化学成分において、Ａｌは積極的に添加していない成分であるため、「＜０．８０」（０．８０未満）とした。
次に、上記ワイヤ及びボンドフラックスを使用して、サブマージアーク溶接を実施した後、以下に示す条件で溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）を実施した。溶接条件及びＰＷＨＴ条件を以下に示す。なお、溶接母材としては、９Ｃｒ系鋼材又は軟鋼鋼材に、ＡＳＴＭ Ａ３８７Ｇｒ．９２の化学成分を模擬した溶接材料をバタリングしたものを使用した。
（溶接条件）
母材の板厚：２５ｍｍ
開先角度、形状：３０°、Ｖ型
ルート間隔：１３ｍｍ
極性：直流棒プラス（ＤＣＥＰ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）
ワイヤ径：２．４ｍｍ
溶接姿勢：下向
電流：３５０～４５０Ａ（狙い：４００Ａ）
電圧：２７～３０Ｖ（狙い：２９Ｖ）
溶接速度：３３～３９ｃｍ／ｍｉｎ（狙い３６ｃｍ／ｍｉｎ）
予熱・パス間温度：２１０～２６０℃
積層法：８層１６～１７パス
母材の板厚：２５ｍｍ
開先角度、形状：３０°、Ｖ型
ルート間隔：１３ｍｍ
極性：直流棒プラス（ＤＣＥＰ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）
ワイヤ径：２．４ｍｍ
溶接姿勢：下向
電流：３５０～４５０Ａ（狙い：４００Ａ）
電圧：２７～３０Ｖ（狙い：２９Ｖ）
溶接速度：３３～３９ｃｍ／ｍｉｎ（狙い３６ｃｍ／ｍｉｎ）
予熱・パス間温度：２１０～２６０℃
積層法：８層１６～１７パス
（ＰＷＨＴ条件）
約７６０℃、約２ｈｒ
約７６０℃、約２ｈｒ
［評価］
上記サブマージアーク溶接後に、上記ＰＷＨＴ条件にて熱処理を実施し、得られた溶接金属について、室温強度及び靱性を評価した。ＰＷＨＴ条件の具体的な温度（℃）及び時間（ｈｒ）、並びに各試験の評価結果を下記表３に示す。
上記サブマージアーク溶接後に、上記ＰＷＨＴ条件にて熱処理を実施し、得られた溶接金属について、室温強度及び靱性を評価した。ＰＷＨＴ条件の具体的な温度（℃）及び時間（ｈｒ）、並びに各試験の評価結果を下記表３に示す。
＜室温強度＞
ＰＷＨＴ後の溶接金属について、ＪＩＳ Ｚ３１１１：２００５に規定される溶着金属の引張及び衝撃試験方法に準じて、室温での引張試験を実施し、０．２％耐力（ＹＳ：Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｓｓ）及び引張強度（ＴＳ：Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を測定した。なお、Ａ３８７ Ｇｒ．９２の母材と同等レベルの強度が得られ、ＡＷＳ５．２３に規定される引張性能区分から合格基準を設定した。具体的に、ＹＳについては、５４０ＭＰａ以上であったものを合格とし、５４０ＭＰａ未満であったものを不合格とした。また、ＴＳについては、６２０～７７５ＭＰａであったものを合格とし、６２０ＭＰａ未満又は７７５ＭＰａを超えたものを不合格とした。
ＰＷＨＴ後の溶接金属について、ＪＩＳ Ｚ３１１１：２００５に規定される溶着金属の引張及び衝撃試験方法に準じて、室温での引張試験を実施し、０．２％耐力（ＹＳ：Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｓｓ）及び引張強度（ＴＳ：Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を測定した。なお、Ａ３８７ Ｇｒ．９２の母材と同等レベルの強度が得られ、ＡＷＳ５．２３に規定される引張性能区分から合格基準を設定した。具体的に、ＹＳについては、５４０ＭＰａ以上であったものを合格とし、５４０ＭＰａ未満であったものを不合格とした。また、ＴＳについては、６２０～７７５ＭＰａであったものを合格とし、６２０ＭＰａ未満又は７７５ＭＰａを超えたものを不合格とした。
＜靱性＞
ＰＷＨＴ後の溶接金属から３本の試験材を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４２に規定される金属材料のシャルピー衝撃試験方法に準じて、２０℃でのシャルピー衝撃試験を実施した。そして、測定された各試験材の吸収エネルギーｖＥ（Ｊ）の平均値を算出し、靱性を評価した。なお、測定により得られた吸収エネルギーの平均値が４７Ｊ以上であったものを合格とし、４７Ｊ未満であったものを不合格とした。
ＰＷＨＴ後の溶接金属から３本の試験材を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４２に規定される金属材料のシャルピー衝撃試験方法に準じて、２０℃でのシャルピー衝撃試験を実施した。そして、測定された各試験材の吸収エネルギーｖＥ（Ｊ）の平均値を算出し、靱性を評価した。なお、測定により得られた吸収エネルギーの平均値が４７Ｊ以上であったものを合格とし、４７Ｊ未満であったものを不合格とした。
上記表２及び３に示すように、発明例Ｎｏ．１～７は、サブマージアーク溶接用ボンドフラックス中の化学成分の含有量が本発明の範囲内であるため、これらのフラックスを使用してサブマージアーク溶接を実施した結果、ＰＷＨＴ後に優れた引張強度及び靱性を有する溶接金属を得ることができた。
一方、比較例Ｎｏ．１～５は、フラックス中のＭｇＯ、Ｃａ、Ｆ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２及びＣＯ２含有量に基づき、式（１）により算出される値が本発明の範囲の下限未満であったため、溶接金属の靱性が低下した。
また、比較例Ｎｏ．２及び３については、引張強度が所望の範囲を超えて高い値となった。
比較例Ｎｏ．６は、フラックス中のＺｒＯ２の含有量が本発明の範囲の上限を超えていたため、溶接金属の靱性が低下した。
比較例Ｎｏ．７は、ＭｇＯの含有量が本発明の範囲の上限を超えているとともに、Ｆの含有量が本発明の範囲の下限未満であったため、溶接金属の靱性が低下した。
また、比較例Ｎｏ．２及び３については、引張強度が所望の範囲を超えて高い値となった。
比較例Ｎｏ．６は、フラックス中のＺｒＯ２の含有量が本発明の範囲の上限を超えていたため、溶接金属の靱性が低下した。
比較例Ｎｏ．７は、ＭｇＯの含有量が本発明の範囲の上限を超えているとともに、Ｆの含有量が本発明の範囲の下限未満であったため、溶接金属の靱性が低下した。
Claims (6)
- 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスであって、
フラックス全質量に対して、
ＭｇＯ：２４．０質量％以上３５．０質量％以下、
Ｃａ：１０．３質量％以上２１．９質量％以下、
Ｆ：７．８質量％以上１４．０質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：７．０質量％以上２５．０質量％以下、
ＳｉＯ２：８．０質量％以上２２．０質量％以下、
ＣＯ２：１．０質量％以上６．０質量％以下、
Ｎａ：０．５質量％以上４．０質量％以下、
Ｃ：０．０２質量％以上０．１６質量％以下、を含有し、
ＺｒＯ２：４．０質量％以下、
Ａｌ：０．８０質量％以下、であり、
フラックス中のＭｇＯ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＭｇＯ］とし、フラックス中のＣａ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ｃａ］とし、フラックス中のＦ含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ｆ］とし、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量をフラックス全質量に対する質量％で［Ａｌ２Ｏ３］とし、フラックス中のＳｉＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＳｉＯ２］とし、フラックス中のＣＯ２含有量をフラックス全質量に対する質量％で［ＣＯ２］とする場合に、下記式（１）により得られる値が３．０以上７．０以下、であることを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
式（１）：｛［ＭｇＯ］＋１．４×（［Ｃａ］－１．０５５×［Ｆ］）＋２．０５５×［Ｆ］＋０．５×［Ａｌ２Ｏ３］｝／（［ＳｉＯ２］＋［ＣＯ２］） - さらに、フラックス全質量に対して、
Ｍｎ：０．５質量％以上２．５質量％以下、を含有することを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。 - さらに、フラックス全質量に対して、
Ｋ：０．５質量％以上３．０質量％以下、を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。 - さらに、フラックス全質量に対して、
Ｌｉ：０．０５質量％以上０．２０質量％以下、を含有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。 - サブマージアーク溶接用ワイヤとともに用いられ、
前記サブマージアーク溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０７質量％以上０．１２質量％以下、
Ｓｉ：０．１０質量％以上０．３５質量％以下、
Ｍｎ：０．４０質量％以上０．８０質量％以下、
Ｓ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
Ｎｉ：０．１５質量％以上０．４０質量％以下、
Ｃｒ：８．０質量％以上１０．０質量％以下、
Ｍｏ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下、
Ｖ：０．１５質量％以上０．２５質量％以下、
Ｃｏ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下、
Ｂ：０．０００３質量％以上０．００３０質量％以下、
Ｎｂ：０．０２０質量％以上０．１００質量％以下、
Ｗ：１．５０質量％以上２．００質量％以下、
Ｎ：０．０３０質量％以上０．０７０質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０２０質量％以下、
Ｃｕ：０．２０質量％以下、
Ａｌ：０．０２０質量％以下、であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。 - 請求項１～５のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを使用して形成されることを特徴とする、溶接金属。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2021145757A JP2023038836A (ja) | 2021-09-07 | 2021-09-07 | サブマージアーク溶接用ボンドフラックス及び溶接金属 |
| CN202280059883.6A CN117916054A (zh) | 2021-09-07 | 2022-08-29 | 埋弧焊用粘结焊剂和焊接金属 |
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