JP2723335B2

JP2723335B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP2723335B2
Application number: JP2098251A
Authority: JP
Inventors: 清加藤; 司吉村; 広之京; 広俊石出
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPH03294093A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、溶接作業性が良好で、かつ優れた低温じん
性を得るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤに関するものである。

（従来の技術）フラックス入りワイヤは、ビード外観・溶接作業性が
良好である。また溶接能率が向上することから軟鋼およ
び50キロ級高張力鋼の溶接に広く使用されている。

一方、60キロ級高張力鋼・低温用Alキルド鋼の溶接に
は、例えば低水素系の被覆アーク溶接棒が多く使用され
ているが、溶接能率を高めるため、更には溶接作業性が
良いことから、フラックス入りワイヤの開発が強く望ま
れている。

従来軟鋼および50キロ級高張力鋼の溶接に使用されて
いたフラックス入りワイヤは、ルチールを主成分とする
フラックスが充填剤として使用されている。このルチー
ル系フラックス入りワイヤは、上述したように溶接作業
性という面では優れた特徴を持つが、一方溶接金属の材
質面からはじん性確保が難しく、特に−20℃以下の低温
域においてじん性を確保するのは困難とされていた。

この理由としては、TiO₂が酸化性酸化物であり、溶接
時において、溶融金属から溶融スラグが浮上・分離し難
いため、非金属介在物として溶接金属中に残留し、結果
として溶接金属中の酸素量が700〜900ppmと著しくなる
ことに起因する。

このような問題を解決する方法の一例として、特公昭
59−44159号公報においてフラックス中にMgを添加し、
更に金属Ti或はFe−Tiなどの状態でTiを添加し、溶接金
属の酸素量を低減させることによって低温じん性の改善
を図るという発明が開示されている。しかし、単にMg及
びTiを添加するだけでは溶接金属の酸素量を減少させる
ことはできず、従って低温じん性についても何等の改善
もなされていなかった。

また、特公昭56−6840号公報では、Ti及びTiO₂量とＢ
及びB₂O₃量を制限することにより、大入熱溶接を行なっ
た場合でも良好な低温じん性を得るガス被包アーク溶接
用複合ワイヤが開示されている。しかし、該発明におい
ても溶接金属中の酸素量の低減は不十分であり、そのた
め溶接金属のじん性は何等の改善もなされていなかっ
た。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記諸問題を解決し、溶接作業性が良好
で、かつ優れたじん性を得るガスシールドアーク溶接用
フラックス入りワイヤを提供することを目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するための本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重
量に対して重量％で、 TiO₂:2.5〜5.5％、 MgO :0.6〜2.0％、金属弗化物:F量として0.36〜2.5％、 Si :0.2〜1.2％、 Mn :1.0〜4.0％、 Mg :0.10〜1.0％を含有し、かつ Ni :0.5〜5.0％、 Cr :0.3〜2.5％、 Mo :0.1〜2.0％の１種または２種以上を含有するガスシールドアーク溶
接用フラックス入りワイヤ。

鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重
量に対して重量％で、 TiO₂:2.5〜5.5％、 MgO :0.6〜2.0％、金属弗化物:F量として0.36〜2.5％、 Si :0.2〜1.2％、 Mn :1.0〜4.0％、 Mg :0.10〜1.0％を含有し、かつ Ni :0.5〜5.0％、 Cr :0.3〜2.5％、 Mo :0.1〜2.0％の１種または２種以上を含有し、更に Al :0.01〜0.2％、 Ti :0.02〜0.2％、 Zr :0.02〜0.2％、 B :0.002〜0.01％の１種または２種以上を含有することを特徴とするガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。

（作用）上述した如く、ルチール系フラックス入りワイヤは溶
接作業性が優れる点にその最大の特徴があるが、従来の
ワイヤ組成に単にミクロ組織微細化に有効であるとされ
ているTi,Bを複合添加しても、溶接金属のミクロ組織は
微細化されず、低温じん性は何等の改善もみなかった。
この原因について本発明者らは種々検討した結果、溶接時、溶融金属から溶融スラグが浮上分離せず金属
介在物として溶接金属中に残留するため溶接金属中の酸
素量が増加し、これら溶接金属中に残留したTiO₂などの非金属介在物
が大形の複合介在物を形成し、ミクロ組織の微細化に有
効な核生成サイトを減少させるため、ミクロ組織の微細
化が十分に達成されず、その結果じん性が改善されない
ためであることを見いだした。

そこで、低温じん性を改善するには、１）スラグの流動性を高め、かつ溶融金属の撹拌を促進
することにより、溶融金属からスラグを浮上・分離させ
る。

２）更に、Si・Mn及びMgなどの脱酸剤の脱酸効果を高
め、溶接金属中に残留する大形の非金属介在物を極力少
なくすることが必要であるとして、種々検討を行った結
果見いだしたものである。

以下に、本発明における成分組成限定理由について述
べる。

TiO₂:2.5〜5.5％ TiO₂は、ルチール系フラックス入りワイヤの主要成分
であり、溶接ビードに対するスラグ形成剤およびアーク
安定剤としての性質を示すが、ワイヤ全重量に対して2.
5％未満では良好なビード形状が得られない。また5.5％
を超えると溶接金属中に酸素量が増加し、大形の非金属
介在物が増加するためミクロ組織が微細化されず、じん
性が低下するのでTiO₂は2.5〜5.5％とした。

MgO:0.6〜2.0％ MgOは、少量の添加で溶融金属からの溶融スラグの浮
上分離を促進し、溶接金属中の酸素量を低減する上で効
果がある。また、副次的作用として溶接後のスラグ剥離
が容易になるという特徴を持つ。

しかし、0.6％未満では上記効果が得られず、また、
2.0％を超えるとスラグの被包性が急激に低下し、ビー
ドが凸型となる、アンダーカットが発生するため、MgO
は0.6〜2.0％とした。

金属弗化物:F量として0.36〜2.5％弗化物は、アークを安定化させ、更に溶融スラグの粘
性を調整しかつアーク中で解離しガス化した弗素ガスが
溶融金属の撹拌を促進する結果、溶融金属からのスラグ
の浮上分離を促し、溶接金属中の酸素量を低下させるた
め使用する。

この金属弗化物Ｆ量換算値が0.36％未満では上記効果
が得られず、また、2.5％を超えるとスラグの流動性が
過剰となりビード形状が悪化するので、弗化物はＦ量と
して0.36〜2.5％とした。

また、弗化物としてはCaF₂・MgF₂・BaF₂・NaFなどを
使用する。

Si:0.2〜1.2％脱酸剤として使用し溶接金属の酸素量を低減させる上
で効果がある。しかし、0.2％未満では脱酸力が不足し
ブローホールが発生し、また、1.2％を超えるとフェラ
イトを固溶硬化させじん性を低下させるので上限を1.2
％とした。

Mn:1.0〜4.0％ Mnは脱酸を補助し溶融金属の流動性を改善する上で効
果があり、又強度・じん性を改善する上でも効果があ
る。しかし、1.0％未満では脱酸不足となり溶接欠陥が
発生し易く、又4.0％を超えると溶接金属が脱酸過剰と
なりピットやブローホールが発生し易くなるので1.0〜
4.0％とした。

Mg:0.10〜1.0％ Mgは、高温のアーク中において酸素と反応し、ワイヤ
先端の溶滴の段階で脱酸反応が行われる。その結果、脱
酸生成物が溶融池内に残留しないこと、更には溶融池内
で反応するSi・Mnの脱酸反応を助け、溶接金属の酸素量
を減少させる上で効果がある。

第１表に示す２種のワイヤについて第２表・第２図の
溶接条件・開先形状による検討例を第１図に示す。

TiO₂量が4.5％、MgO量が0.6％、金属弗化物がＦ量と
して0.62％であるＡグループのワイヤでは、Mg量が増加
するに従って溶接金属中の酸素量は減少し、またMg量が
0.10％以上で溶接金属のじん性が著しく改善されること
が明らかである。

一方、TiO₂量が6.5％でMgOを含まず、金属弗化物がＦ
量として0.09％であるＢグループのワイヤでは、Mg量が
増加すると溶接金属中の酸素量は若干減少する傾向を示
すが、その絶対量は400〜500ppmの間にある。即ち、TiO
₂量が過剰であり、MgO・金属弗化物量が不足するＢグル
ープのワイヤでは酸素量は減少せず、また大形の非金属
介在物が多量に存在するためミクロ組織の微細化が達成
されず、従って溶接金属のじん性が改善されないことが
明らかである。

しかし、0.10％未満では、上記効果が不足し、また、
1.0％を超えるとアーク長が過大となり立向溶接におい
て溶融金属が垂れ下がり、ビード形成が不可能となるの
でMgは0.10〜1.0％とした。

Ni:0.5〜5.0％ Niは強度・低温じん性を確保するために添加するが、
0.5％未満では十分なじん性改善効果が得られず、又5.0
％を超えると高温割れが発生し易くなるので0.5〜5.0％
とした。

Cr:0.3〜2.5％ Crは強度を高めるため適量添加する。しかし、0.30％
未満では強度を高める効果が十分得られず、又2.5％を
超えるとじん性が低下するので0.3〜2.5％とした。

Mo:0.1〜2.0％ Moは、溶接金属の焼き戻し軟化抵抗を高め、大入熱溶
接におけるミクロ組織の粗大化による強度の低下を防ぐ
ため使用する。しかし、0.1％未満では上記効果が不足
し、又2.0％を超えるとMo炭化物を析出し、溶接金属を
著しく硬化させじん性を低下させるので0.1〜2.0％とし
た。

本発明は以上の成分と残部は実質的に鉄からなるワイ
ヤであるが、更にこれに下記のようにAl,Ti,Zr,Bの１種
又は２種を包含した本発明ワイヤは更にじん性の向上が
期待できる。

Al:0.01〜0.2％ Alは強脱酸剤であり、溶着金属の酸化を妨げ、かつミ
クロ組織を微細化しじん性を改善する上で効果がある。
しかし、0.01％未満ではじん性改善効果は得られず、又
0.2％を超えるとAl酸化物が急激に増加して、じん性を
低下させるので、Al量は0.01〜0.2％とした。

Ti:0.02〜0.2％ Tiは強脱酸剤であり溶着金属の酸化を妨げ、かつTi酸
化物の生成により溶接金属のミクロ組織を微細化し、じ
ん性改善に効果がある。しかし、0.02％未満ではミクロ
組織の微細化によるじん性改善効果が得られず、又0.2
％を超えると炭化物を形成し著しくじん性を損なうので
0.02〜0.2％とした。

Zr:0.02〜0.2％ Zrは強脱酸剤であり溶着金属の酸化を妨げ、かつ溶接
金属のミクロ組織を微細化し、じん性改善に効果があ
る。しかし、0.02％未満ではミクロ組織の微細化による
じん性改善効果が得られず、又0.2％を超えると炭化物
を形成し著しくじん性を損なうので0.02〜0.2％とし
た。

B:0.002〜0.01％Ｂは溶接金属のミクロ組織を微細化し、じん性改善に
効果がある。しかし、0.002％未満ではミクロ組織の微
細化によるじん性改善効果が得られず、又0.01％を超え
ると炭化物を形成し著しくじん性を損なうので0.002〜
0.01％とした。

以下、実施例により本発明を説明する。

（実施例１）第３表に示すワイヤを用いて、第４表及び第３図に示
す溶接条件・開先形状により80キロ級高張力鋼溶着金属
を作製した。この溶着金属から引張試験片及びシャルピ
ー衝撃試験片を採取し、機械試験を行なった結果を第５
表に示した。

又、−40℃の吸収エネルギーが4.8kg f・ｍ以上あれ
ば良好な低温じん性を有するとした。

第３表においてC1〜C2が本発明ワイヤであり、D1〜D4
が本発明の限定外にある比較ワイヤである。

フラックス組成を本発明の限定内としたC1〜C2のワイ
ヤは、いずれも母材強度に適した強度を得、かつ良好な
低温じん性を得る。

一方、MgO量が本発明を超え、金属弗化物量が本発明の範囲未満である比較ワイヤD1は、MgO量が過
剰であるためスラグの被包性が低下しビード形状が不良
であり、更に金属弗化物量が不足するためのスラグの分
離浮上が不十分であるため、溶接金属中の酸素量が多
く、そのためじん性が不足する。

Mn量が本発明の範囲未満で、Mo、金属弗化物量が本発
明を超えるD2は、Mn量が不足するため脱酸が不十分であ
ること、更にMo量が過剰であるため溶接金属が過度に硬
化したこととが相乗して、著しくじん性が低下してい
る。また、金属弗化物量が過剰であるため、スラグの流
動性が悪くなったためビードが不揃いとなっている。

Ni・Zr量が本発明の範囲を超え、TiO₂が本発明の範囲
未満であるD3は、Ni量が過多であるため溶接金属にミク
ロ割れが発生し、更にZr量が過剰であるため溶接金属が
過度に硬化したため著しくじん性が低い。また、TiO₂が
不足するためスラグによる溶融金属の保持力が不足しビ
ード形状が悪くなっている。

Cr・TiO₂が本発明の範囲を超えるD4は、Cr量が過剰で
あるため溶接金属が過度に硬化したこと、更にTiO₂が過
多であるため溶接金属中の酸素量が多くなったことが相
乗して著しくじん性が低い。

即ち、本発明によりルチール系フラックス入りワイヤ
の特徴である良好な溶接作業性を確保し、かつ溶接金属
酸素量低下によりミクロ組織を微細化することにより低
温じん性が改善され、かつ母材強度とバランスの取れた
溶接金属強度を確保できることが明らかである。

（実施例２）第６表に示すワイヤを用いて、第７表及び第４図に示
す溶接条件・開先形状により60キロ級高張力鋼溶接継手
を作製した。この溶接継手から引張試験片及びシャルピ
ー衝撃試験片を採取し、機械試験を行なった結果を第８
表に示した。

又、−60℃の吸収エネルギーが4.8kg f・ｍ以上あれ
ば良好な低温じん性を有するとした。

第６表においてE1〜E4が本発明ワイヤであり、F1〜F4が本発明の限定外にある比較ワイヤであ
る。

フラックス組成を本発明の限定内としたE1〜E4のワイ
ヤは、いずれも母材強度に適した強度を得、かつ良好な
低温じん性を得る。

一方、Mn・Ti・Ｂ量が本発明の範囲を超える比較ワイ
ヤF1は、溶接金属が過度に硬化するため溶接金属強度が
高く、またじん性が低い。

Ni・Cr・Mo量を含まず、金属弗化物量が本発明の範囲
を超える比較ワイヤF2は、合金量が不足するため母材強
度に適した強度が得られず、更に金属弗化物量が過剰で
あるため、スラグの流動性が悪くなったためビードが不
揃いとなる。

Al量が本発明の範囲を超え、金属弗化物量が本発明の
範囲未満である比較ワイヤF3は、Al量が過剰であるため
溶接金属中の酸素量が増加し、更に過度に硬化したこと
とが相乗して、著しくじん性が低下している。また、金
属弗化物量が過剰であるため、スラグの流動性が悪くな
ったためビードが不揃いとなっている。

Si量が本発明の範囲未満であり、TiO₂が本発明の範囲
を超える比較ワイヤF4は、Si量が不足するため脱酸不足
となり、TiO₂が過多であるため溶接金属中の酸素量が多
くなったことが相乗してじん性が低い。

以上が本発明の主要構成であるが、アーク安定化や、
少量のスラグの物性調整によるビード形状良好化を図る
ため、SiO₂・Al₂O₃・ZrO₂などの酸化物を、その総量が
８％を超えない範囲で添加することができる。

（発明の効果）以上に示したように、本発明ワイヤにより初めてルチ
ール系フラックス入りワイヤの特徴である優れた作業性
を確保し、かつ清浄な溶着鋼を得ることにより低温での
じん性を改善でき、また母材強度とバランスの取れた溶
接継手強度を確保でき、更には溶接能率をも著しく改善
できる。

従って、低温じん性を要求される高張力鋼を使用する
構造物の溶接加工において溶接部の品質向上、溶接能率
の改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接金属のじん性・酸素量に及ぼすMg量及びTi
O₂・MgO・金属弗化物量の影響を示す図、第２図は第１
図で用いた開先形状を示す図、及び第３図・第４図は本
発明の実施例で用いた開先形状を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者石出広俊神奈川県相模原市淵野辺５―10―１新日本製鐵株式会社第二技術研究所内 (56)参考文献特開昭62−33093（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−33094（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−286089（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼製外皮にフラックスを充填してなるガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全重量に対して重量％で、 TiO₂:2.5〜5.5％、 MgO:0.6〜2.0％、金属弗化物:F量として0.36〜2.5％、 Si:0.2〜1.2％、 Mn:1.0〜4.0％、 Mg:0.10〜1.0％を含有し、かつ Ni:0.5〜5.0％、 Cr:0.3〜2.5％、 Mo:0.1〜2.0％の１種または２種以上を含有することを特徴とするガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】鋼製外皮にフラックスを充填してなるガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全重量に対して重量％で、 TiO₂:2.5〜5.5％、 MgO:0.6〜2.0％、金属弗化物:F量として0.36〜2.5％、 Si:0.2〜1.2％、 Mn:1.0〜4.0％、 Mg:0.10〜1.0％を含有し、かつ Ni:0.5〜5.0％、 Cr:0.3〜2.5％、 Mo:0.1〜2.0％の１種または２種以上を含有し、更に A :0.01〜0.2％、 Ti:0.02〜0.2％、 Zr:0.02〜0.2％、 B:0.002〜0.01％の１種または２種以上を含有することを特徴とするガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。