JP2631222B2

JP2631222B2 - 肉盛潜弧溶接法

Info

Publication number: JP2631222B2
Application number: JP63022565A
Authority: JP
Inventors: 弘之小池; 均西村; 等佐藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-02-02
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JPH01197098A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、13Cr潜弧溶接法に関し、更に詳しくは母材
への希釈率を低く抑え、ビード広がりが良好でかつビー
ド重ね部のなじみが良いロール円周溶接に適したビード
形状が得られる肉盛潜弧溶接法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より製鉄所における耐熱、耐摩耗性を要求される
各種ロール、ローラ類には、耐用期間の向上を目的とし
て肉盛溶接法による再生修理したものが幅広く実用化さ
れている。しかし近年飛躍的な生産性向上のすう勢によ
り操業条件はより一層苛酷となり、使用される肉盛溶接
材料および溶接法について性能向上生産性向上など厳し
い要求がなされるようになった。これらの要求に対して
安定して高硬度が得られ、耐熱性および耐食性などに優
れる13Cr系溶接金属をロールローラ表面に肉盛溶接する
方法が数多く見られるようになった。従来の13Cr系潜弧
肉盛溶接法には、比較的加工性の良いフェライト系13Cr
ステンレス鋼を薄く圧延し帯状に加工した電極を用いる
帯状電極溶接法又、同じくソリッドワイヤを用いる潜弧
溶接法および軟鋼の帯鋼に合金粉を巻き込んだフラック
ス入りワイヤ等が実用化されている。しかし、これらの
肉盛材料を用いる潜弧溶接法には性能、使用性において
問題がある。加工性の良いフェライト系ステンレス鋼を
加工し電極とする帯状電極溶接法は、周知のごとく母材
への希釈率も低く高能率な溶接法であり肉盛溶接に適し
ているが、ロールなど円周溶接では溶接プールが大きく
なることから、適用できるロール寸法が制限され、小径
ロール（例え直径250mmφ）への適用は難かしい。

又、ビード重ね部にアンダカットが発生し易く溶接後
の手直しなど表面研削に思わぬ手間がかかることもあ
る。更に溶接金属成分設計上、加工性の良いフェライト
系ステンレス鋼を用いることから、溶接金属の炭素量は
ボンドフラックスを使用しフラックスより炭素を補充す
ることになり、溶接条件の変動により溶接金属の炭素量
が不安定となり、偏析などの原因となる。ソリッドワイ
ヤを用いる溶接では、母材への希釈が大きく高炭素母材
では軟鋼を下盛するか又は予熱温度を高くするなどして
耐割れ性の劣化を防止するとともに、ワイヤ製造上帯状
電極同様、溶接用フラックスより炭素を補充することが
必須となり、溶接金属の炭素量が不安定となり偏析など
の原因となる。

一方軟鋼帯鋼に所定の成分になるように配合された合
金剤からなる充填フラックスを巻き込んだフラックス入
りワイヤを用いる溶接では、母材への希釈も少なく、合
金成分の調整も容易であるなど、肉盛溶接に通した利点
があるが帯鋼を成形、巻き込む製造方法から、ワイヤ全
長にわたり合せ目が出来る。この合せ目により、ワイヤ
の吸湿又はねじれなどが発生し、ピット発生やワイヤ送
給性の劣化およびワイヤ直伸性に欠けることから、ビー
ド重ね部の不良など思わぬ溶接欠陥が発生することがあ
った。

肉盛潜弧溶接法には、いくつかの先行技術があり、例
えば特開昭57−89462号公報記載「連鋳ロール肉盛溶着
金属」があるが、その目的は連鋳ロール肉盛溶接金属に
係り、耐溶接割れ、耐使用中われならびに耐摩耗性に優
れる肉盛溶接金属であり、ロール耐久性改善を目的とし
ており、フェライト系クロムステンレス鋼によりその目
的が達成されたとしており、本発明技術とは成分設計上
からも明らかに異なるものである。又、特開昭60−1806
94号公報記載「溶接用複号ワイヤ」があるがその目的は
耐摩耗性溶接金属を得る複合ワイヤであり、かつ加工硬
化特性を要求されるオーステナイト系高クロム高マンガ
ン系複合ワイヤであり、成分設計上からも本発明と明ら
かに異なるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕本発明は、肉盛潜弧溶接法において、ソリッドワイヤ
並みのワイヤ送給性および耐吸湿性とフラックス入りワ
イヤ並みの母材への低希釈率を得ると同時に円周溶接に
おいてビード広がりに優れビード重ね部のなじみが良好
となる肉盛潜弧溶接法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨は、重量比でC:0.8〜2.8％,Mn:4.0〜15
％,Cr:60〜76％，金属炭酸塩の１種以上を0.7〜12％、
またはこれらとMo:1.0〜3.0％、残部鉄粉よりなる充填
フラックスをワイヤ全重量に対して15〜30％軟鋼製パイ
プに充填したフラックス入りワイヤと嵩密度が0.75〜0.
98g/cm³の範囲にある溶接用ボンドフラックスとを使用
することを特徴とする肉盛潜弧溶接法にある。

〔作用〕

本発明者らは、製鉄ロール肉盛用としてマルテンサイ
ト系13％Cr鋼溶接金属になるような肉盛潜弧溶接法につ
いて検討した。その結果第１図に示すように溶接金属の
C,Cr量と溶接金属の表面微小割れについての知見を得
た。即ち、溶接金属のC,Cr含有量の増減により耐割れ性
が異なることが判明した。以下本発明を詳細に説明す
る。

充填フラックスのＣについて述べる。Ｃは、硬化肉盛
溶接においては、溶接金属の硬さを高め耐摩耗性向上に
は必須の元素である。しかし、Ｃが充填フラックス全重
量に対して、0.8％未満ではその効果が十分発揮され
ず、又、耐割れ性劣化の原因ともなる。一方、2.8％超
では溶接金属が極端に脆くなり割れ発生などの原因とも
なることから充填フラックス全重量に対してC:0.8〜2.8
％と規定した。

Mnについては、溶接時の脱酸作用に著しい効果を発揮
し溶接欠陥特にビード表面のアバタ、ピットの防止など
の効果と同時に溶接金属のマトリックスを強化し硬さを
高め、耐摩耗性向上にも効果がある。しかし充填フラッ
クス全重量に対し4.0％未満ではその効果は十分に発揮
されず、粒界割れなどの原因となる。又、15％超ではそ
の効果は飽和してしまい溶接金属に微少な割れ発生が認
められ好ましくないので、充填フラックス全重量に対し
てMn:4.0〜15％と規定した。

Crについては、Ｃ同様溶接金属の硬さを高め、又耐
食、耐熱などの効果がある。しかし、充填フラックス全
重量に対して60％未満では耐食性に劣ると同時に溶接金
属の耐割れ性が劣る。

又76％超では、溶接金属中のフェライト量が増加し、
耐割れ性に劣ることから充填フラックス全重量に対して
Cr:60〜76％と規定した。

金属炭酸塩については、フラックス入りワイヤ中に炭
酸塩の１種以上を適量添加することによりアークの安定
性は改善され溶着速度の向上又は合金歩留においても著
しい改善が図れた。しかし、充填フラックス全重量に対
して0.7％未満ではその効果は発揮されず又、12％超で
は、炭酸ガスの発生によりヒュームが増加すると同時に
溶着速度においてもワイヤ中に添加された炭酸塩は、ス
ラグとして成形されるのみで溶着速度は若干低下する傾
向になることから、炭酸塩１種以上を充填フラックス全
重量に対して0.7〜12％と規定した。尚ここでいう炭酸
塩とは、炭酸石灰、炭酸バリウム、炭酸マグネシウムな
どを言う。

次に軟鋼製パイプに充填し、かつ充填率を規定した理
由について述べる。

軟鋼帯鋼にフラックスを巻き込んだ従来のフラックス
入りワイヤの場合ワイヤ長手方向に帯鋼の合せ目が出来
る。この合せ目はワイヤの巻きぐせの原因となり、ワイ
ヤ送給性又は溶接ねらい位置のずれの原因となり、溶接
ビードの蛇行などなめらかなビード重ね部が得られない
ことがある。又長時間保管したワイヤでは、ワイヤ表面
に付着した水分を取り除くために溶接前に乾燥すること
が必要である。又、表面に錆を生じたワイヤや吸湿した
ワイヤをそのまま使用すると溶接時、アバタ、ピットお
よび水素による割れ発生やスラグ剥離性劣化の原因とも
なりワイヤの保管、使用に対しては細心の注意が必要と
なる。一方パイプにフラックスを充填する本発明で用い
るワイヤは、ワイヤ表面に全く合せ目（開口部）がなく
ワイヤの巻きぐせ、吸湿などの問題は皆無である。又ワ
イヤ表面にメッキすることも可能であり通電性、ワイヤ
の防錆性、送給性にも優れ、ソリッドワイヤと同等の取
り扱いが可能である。又軟鋼製パイプを用いる理由とし
て主に伸線性の面からも優位である。パイプ自体C,Crな
どを含んだパイプを使用すれば、溶接金属の成分設計及
び成分偏析の面でメリットは大きい。しかし、C,Crなど
の硬化元素を含んだパイプは伸線性に劣り、バイブ自体
が硬くなり何回も焼鈍し、パイプを軟化させるなどの工
程が必要となり軟鋼製パイプに比べ著しく伸線性は悪
い。そこで本発明で用いるフラックス入りワイヤは軟鋼
製パイプを使用することにした。

次に充填率について述べる。ここでいう充填率とは
１）式を用いて計算した。

F_R＝フラックス充填率 Wp＝パイプ重量 Wf＝充填フラックス重量フラックス充填率は、溶接金属の成分設計およびその
後の生産性（特に伸線性）に大きく影響されるが、本発
明で用いるフラックス入りワイヤでは、フラックス充填
率15％未満では成分設計上困難であり、又パイプ内部に
空隙が生じ成分偏析の原因ともなる。又30％超では、ワ
イヤ製造上伸線工程において断線などが発生する。又成
分設計上25％未満で十分に目標成分が得られることから
フラックス充填率を15〜30％と規定した。

Moについては、本発明の13クロム鋼においてMoは抗ク
リープ性向上に効果があることはよく知られており、Mo
を適量添加することで耐熱性が強化される。しかし充填
フラックス全重量に対して1.0％未満ではその効果は十
分でなく、又3.0％超ではその効果も飽和してしまうこ
とから充填フラックス全重量に対してMo:1.0〜3.0％と
規定した。

上記フラックス入りワイヤを使用し、それとの組合せ
である溶接用フラックスの嵩密度を規定することは本発
明を見出した重要な因子である。即ち、本発明の目的で
あるロール、ローラ類に円周溶接を行う肉盛溶接におい
てビード幅が大きくビード重ね部を平滑にすることは溶
接後の溶接表面の仕上げ工程において手直しや研削工程
を容易にするばかりでなく、余盛部分の研削量を大巾に
低減することになり溶接コストの低減にもなりその利点
は大きい。

本発明者らは、同一組成よりなるフラックスを水ガラ
スにより湿式、造粒する通常のボンドフラックスを製造
する際に水ガラスの粘度および湿式造粒する時間を種々
変化させ、フラックスの粒度分布および嵩密度を変化さ
せたフラックスを試作し溶接したところ、フラックス粒
度の調整と嵩密度がビード幅およびビード重ね部の改善
に効果の大きいことを見いだした。即ち、嵩密度を0.75
g/cm³未満に調整するには、ボンドフラックスの粒度を
粗目にする必要があり、又32メッシュ以下の細粒につい
てはカットする必要から、円周溶接においてはフラック
スがロール表面からこぼれ露出アークになりやすい。又
ビード幅の改善もその効果は飽和してしまい大きな期待
はできない。又、フラックス製造時において、８〜32メ
ッシュの粒度構成では製造歩留が大幅に低下し実用的で
ない。又フラックスの嵩密度が0.98g/cm³超では、その
効果は十分でないことから、溶接用ボンドフラックスの
嵩密度を0.75〜0.98g/cm³の範囲に規定した。尚、ここ
でいう嵩密度はJISZ 2504「金属粉の見掛密度試験方
法」により測定した値を用いた。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を示す。

フラックス入りワイヤを製造する際に用いたパイプを
第１表に示す。このパイプを用いて作ったフラックス入
りワイヤを第２表に示す。比較のため本発明以外のフラ
ックス入りワイヤについても検討した。溶接に際して
は、第３表の母材に４層盛の円周溶接を行い分析、硬さ
試験片を作製し、試験に供した。

又溶接用フラックスは第４表に示すフラックスを用い
て溶接した。溶接条件は第５表に示す。第６表に円周溶
接における溶接作業性、溶接性能試験結果を示す。尚割
れ発生の有無は４層目溶接金属表面をカラ・チェックに
より調査したものでありクレーク部分の割れは除いた。
ビード重ね部の平滑度は、ビード重ね部を爪の先で触れ
てひっかかるとやや不可、明らかにアンダカット気味の
重ね部については不可と判定した。

比較例で示したSY−14、フラックスＦ−５の組合せは
充填フラックスの炭酸塩の添加量が本発明外であり、
又、溶接用フラックスの嵩密度についても本発明外であ
ったため、ビード重ね部及びスラグ剥離性劣化の原因と
なった。又フラックス充填率も本発明外であり、溶接金
属のCr量が低く割れの発生が認められた。

比較例で示したSY−15×Ｆ−５の組合せでは、充填フ
ラックスのＣ量が本発明の下限をわっておりCr量がやや
多いことなどから、C,Crのバランスが悪くフェライト量
が多くなり微小割れが発生した。

比較例で示したSY−16×Ｆ−６の組合せでは、溶接用
フラックスの嵩密度が本発明外のものを使用したため、
溶接中にフラックスがこぼれ落ち、やや露出アーク気味
となったことから、スラグ形状が乱れ剥離性およびビー
ド重ね部がややカット気味になった。又充填フラックス
のMn量が本発明の下限をわっておりビード表面に微細な
粒界割れが発生した。

比較例で示したSY−17×Ｆ−６の組合せでは、充填フ
ラックスのMn量が本発明の上限を超えており、ビード表
面に微細な粒界割れが認められた。

比較例で示したSY−18×Ｆ−１の組合せでは、フラッ
クス充填率が本発明の上限を超えており、ワイヤ伸線中
に断線などが発生し生産上問題であった。しかも溶接金
属中のCr量が多くなったこと及びMo量が本発明の上限を
超えたことから、溶接金属表面に微細な割れが認められ
た。

比較例で示したSY−19×Ｆ−２の組合せでは、充填フ
ラックス中のCr量が本発明の下限をわっており目的であ
る13Cr鋼溶接金属が得られないばかりか割れ発生も認め
られた。

比較例SY−20×Ｆ−３の組合せでは、充填フラックス
の炭酸塩の量が本発明の上限を超えたことから、溶接中
にヒュームが多量に発生し、かつ溶着速度の低減が見ら
れた。

しかし、本発明例で示したワイヤSY−１〜SY−13およ
び溶接用フラックスＦ−1,2,3,4との組合せにおいては
いずれも目的とする溶接作業性、溶接金属の化学成分、
硬さ、およびビードの広がり、ビード重ね部の平滑度な
どが得られ肉盛溶接に適した性能を有することが判明し
た。

〔発明の効果〕以上詳細に説明したように本発明は、パイプ内部に合
金粉からなる充填フラックスと適量の炭酸塩を添加し充
填するフラックス入りワイヤと、溶接用フラックスの嵩
密度を規制することでビードの広がりが良好でかつ重ね
部が平滑となる円周肉盛潜弧溶接法の提供が可能とな
り、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる肉盛潜弧溶接法において、溶
接金属中のC,Cr量と割れ発生の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−141396（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−137194（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−23597（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−25474（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比でC:0.8〜2.8％,Mn:4.0〜15％,Cr:6
0〜76％，金属炭酸塩の１種以上を0.7〜12％、残部鉄粉
よりなる充填フラックスをワイヤ全重量比で15〜30％軟
鋼製パイプに充填したフラックス入りワイヤと嵩密度が
0.75〜0.98g/cm³の範囲にある溶接用ボンドフラックス
とを使用することを特徴とする肉盛潜弧溶接法。
【請求項２】重量比でC:0.8〜2.8％,Mn:4.0〜15％,Cr:6
0〜76％,Mo:1.0〜3.0％，金属炭酸塩の１種以上を0.7〜
12％、残部鉄粉よりなる充填フラックスをワイヤ全重量
比で15〜30％軟鋼製パイプに充填したフラックス入りワ
イヤと嵩密度が0.75〜0.98g/cm³の範囲にある溶接用ボ
ンドフラックスとを使用することを特徴とする肉盛潜弧
溶接法。