JP2756088B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全姿勢の溶接における
溶接作業性と低温靭性が優れ、溶接のままの仕様（以
下、「ＡＳ ＷＥＬＤ仕様」という）及び溶接後熱処理
仕様（以下、「ＰＷＨＴ仕様」という）の適用が可能な
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。

【０００２】

【従来の技術】近年における、エネルギー資源の開発は
極地化又は深海化の方向に進んでおり、低温靱性に優れ
た鋼材及び溶接材料の開発が強く求められている。

【０００３】ところで、ガスシールドアーク溶接におい
て、チタニヤ系フラックス入りワイヤ又は塩基性ワイヤ
及びメタル系フラックス入りワイヤが使用されている。
チタニヤ系フラックス入りワイヤを使用する場合、全姿
勢の溶接において優れた溶接作業性及び能率性を得るこ
とができる。一方、塩基性ワイヤを使用する場合、溶着
金属の酸素量が比較的少なく、ＡＳ ＷＥＬＤ仕様又は
ＰＷＨＴ仕様のいずれの仕様においても良好な低温靱性
が得られる。

【０００４】しかしながら、チタニヤ系フラックス入り
ワイヤを使用する場合、溶着金属の酸素量が多く、また
靱性の点についてはＡＳ ＷＥＬＤ仕様において約−３
０℃の温度域での適用が低温における使用限界であり、
一方、塩基性ワイヤを使用する場合、溶接の姿勢におけ
る作業性がチタニヤ系フラックス入りワイヤに比べ極め
て劣っている。

【０００５】上記問題点を解決すべく、種々の発明がな
されている。例えば、特許第１４０７５８１号のよう
に、チタニヤ系フラックス入りワイヤにおいて、Ｔｉ、
Ｂ、Ｍｇ、Ｎｉ等の合金成分の相乗効果により、−６０
乃至−８０℃までの低温環境での適用を可能にした技術
も開発されたが、これはＡＳ ＷＥＬＤ仕様に適用され
る技術であるため、例えば、応力除去焼鈍（以下、「Ｓ
Ｒ」という）等のＰＷＨＴ仕様で靱性が要求される部分
への適用は十分ではない。

【０００６】また、特公平５−４５３６０号等では、Ｃ
ＯＤ特性を含めた低温靱性を改善するために、フラック
ス入りワイヤのフッ化物添加量を多くしているが、溶接
ヒューム又はスパッタの発生量が多く、またＣａＦ₂又
はＢａＦ₂等を使用するとスラグの塩基度が上昇し、立
向き姿勢での溶接性が極めて劣化してしまうという問題
点があり、全姿勢の溶接に対する適用は困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来、
フラックス入りワイヤを使用して全姿勢での優れた溶接
作業性が得られると共に、ＡＳ ＷＥＬＤ仕様及びＰＷ
ＨＴ（ＳＲ）仕様での良好な低温靱性を同時に実現でき
る技術は存在していない。

【０００８】また、溶接金属中に歩留まるＮｂ、Ｖ及び
Ｐ量がＳＲ後の靱性に悪影響を与えていることは従来か
ら公知であるが、これは、溶着金属中の酸素量が比較的
少ないサブマージアーク溶接又はミグ溶接に関するもの
であった。それに、従来のチタニヤ系フラックス入りワ
イヤの溶着金属は、酸素量が多く、また酸化チタンの原
料から不可避的に入り込むＮｂ及びＶ量が多いため、Ｐ
ＷＨＴ仕様により脆化してしまうことが公知である。

【０００９】しかしながら、溶着金属中の酸素量が比較
的多い場合に、−６０乃至−８０℃の低温域において
も、良好な低温靱性を得ることができるＰ、Ｎｂ及びＶ
の上限含有量については十分な検討がなされていない。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ＬＰＧ船及びＬＮＧ船並びに氷海域におけ
る海洋構造物の建造等において要求される−６０乃至−
８０℃の低温環境においても、ＡＳ ＷＥＬＤ仕様及び
ＰＷＨＴ仕様でのシャルピー衝撃値及びＣＯＤ値等の靭
性値が優れており、また同時に全姿勢の溶接において優
れた作業性を得ることができ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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、溶接のまま及
び溶接後熱処理状態で−６０℃におけるシャルピ衝撃値
が優れた溶接金属を得るための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、鋼製外皮中にチタニ
ヤを主成分とする酸化チタンを含有するフラックスを充
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、前記フラックスは前記酸化チタンをワイ
ヤ全重量の３．０乃至９．０％含有し、前記酸化チタン
は、酸化チタン全重量に対する割合において、不純物と
してのＮｂを０．０５以下、Ｖを０．０８％以下、Ｐを
０．０５％以下、Ｃａを０．５％以下に規制し、更にＮ
ｂ＋（１／２）×Ｖが０．０７％以下であることを特徴
とする。

【００１２】

【作用】本発明者等は−６０乃至−８０℃の低温環境に
おいても、靭性が優れ、また全姿勢の溶接において優れ
た作業性を可能とするガスシールドアーク溶接用フラッ
クス入りワイヤを開発すべく、種々の実験研究を行っ
た。

【００１３】先ず、溶接材料の靱性を調査するため、シ
ャルピー衝撃試験（ＪＩＳ Ｚ３１１１に準ずる）及び
ＣＯＤ試験（ＢＳ５７６２−１９７９に準ずる）を実施
した。その結果、チタニヤを主成分とする酸化チタンの
量を適切に含有するフラックスを中空鋼製ワイヤに充填
することにより、本発明の目的を達成し得ることを見い
出した。

【００１４】以下、酸化チタンの成分の含有元素量の限
定理由及び成分特性の制限理由について説明する。Ｎｂ、Ｖ及び（Ｎｂ＋（１／２）×Ｖ） 図１は横軸に酸化チタン中のＮｂ量をとり、縦軸に溶着
金属の衝撃値をとって、ＳＲ材とＡＳ ＷＥＬＤ材の衝
撃値特性を示すグラフ図である。図２は同じく横軸に酸
化チタン中のＶ量をとって衝撃特性を示すグラフ図であ
る。

【００１５】通常のスラグ系フラックス入りワイヤは、
図１及び２に示すように、フラックスに含まれる酸化チ
タンの成分中にＮｂが０．０５重量％を超え、Ｖが０．
０８重量％を超えて含まれると溶接金属の再熱領域では
Ｎｂ及びＶの析出並びに炭化物及び窒化物が著しく多量
に形成され、硬化すると共に靱性を劣化させてしまう。
ＳＲを施した場合、ＡＳ ＷＥＬＤ仕様の再熱領域の場
合と同様の現象が組織全体に広がるため、より靱性が劣
化してしまう。従って、前記酸化チタンの成分中Ｎｂは
０．０５重量％以下、Ｖは０．０８重量％以下とする。

【００１６】また、Ｎｂ及びＶには夫々靱性の劣化に及
ぼす影響の程度に差があるが、Ｎｂ＋（１／２）×Ｖの
値により、Ｎｂ及びＶの靱性劣化の傾向を適切に表すこ
とができる。前記酸化チタンの成分中、Ｎｂ及びＶの割
合の限定理由と同様の理由によって、図３に示すように
前記値が０．０７重量％を超えると溶接金属の靱性が劣
化してしまう。従って、前記値は０．０７重量％以下と
する。

【００１７】なお、酸化チタンの成分中Ｎｂ及びＶ並び
にＮｂ＋（１／２）×Ｖについて、溶接金属が低温度域
において高い切り欠き靱性及び破壊靱性を得るために
は、Ｎｂは０．０４重量％以下、Ｖは０．０１乃至０．
０７重量％以下及びＮｂ＋（１／２）×Ｖは０．０６重
量％以下であることが好ましい。この場合、特にＶにつ
いては、ＡＳ ＷＥＬＤ仕様の場合、溶接金属中にある
程度存在する方が結晶粒の微細化が促進される。Ｖは微
量である場合、溶接金属の結晶組織及び機械的性質に影
響を与え、適量である場合、結晶組織内において主に炭
化物及び窒化物の形で均一に分散する。それに、微細な
アシキュラ−フェライト生成の核として作用すると共
に、不純物窒素を固定するために、溶接金属の靱性及び
強度を高める作用を有する。更に、Ｖは結晶成長の開始
温度を高温化させる作用を有するので、酸化チタンの成
分中に０．０１重量％以上存在することが好ましい。

【００１８】Ｐ Ｐは低温靱性に大きな影響を及ぼす元素であり、その含
有量が増加すると、溶接金属の靱性が劣化すると共に、
スパッタ発生量の増加をも招来する。また、ＳＲ処理が
施されると、結晶粒界において脆いＰの化合物が析出す
るため、靱性が劣化してしまう。更に図４に示すように
Ｐ量が酸化チタンの成分中０．０５重量％以下の範囲に
おいては、その含有量に関係なくほぼ同一のシャルピー
衝撃値を得ているが、０．０４重量％においてやや前記
値が低下の傾向を示し、０．０５重量％においては前記
値が大きく低下してまう。なお、Ｐ量はＣＯＤ値に及ぼ
す影響についてもシャルピー衝撃値と同様の傾向を示
す。従って、酸化チタンの成分中におけるＰ量の含有量
は０．０５重量％以下であればよいが、０．０４重量％
とすることが好ましい。

【００１９】Ｃａ Ｃａは酸化チタン中に不純物として若干含有される場合
がある。このＣａにより、溶接作業性に対して悪影響を
及ぼす場合がある。図５は横軸に酸化チタン中のＣａ量
をとり、縦軸にスパッタ発生量をとってＣａによるスパ
ッタ発生の影響を示すグラフ図である。この図５に示す
ように、酸化チタンの成分中にＣａが０．５重量％を超
えて含まれる場合、スパッタの発生量が非常に多くなる
と共に、立向上進溶接は著しく困難となる。従って、酸
化チタンの成分中におけるＣａの量は０．５重量％以下
とする。

【００２０】酸化チタンのフラックスにおける配合比率 酸化チタンの配合比率がワイヤの全重量に対し３．０重
量％未満の場合は、アークの安定性が悪く、また立向上
進溶接が極めて困難である。一方、酸化チタンがワイヤ
の全重量に対し９．０重量％を超えている場合は、溶接
時にスラグが先行して、スラグ巻き込み又は融合不良等
の溶接欠陥が発生し易くなる。従って、チタニヤのフラ
ックスにおける配合比率は、ワイヤ全重量の３．０乃至
９．０％とする。

【００２１】嵩比重 フラックス入りワイヤが全姿勢での良好な溶接作業性を
有するためには、前記ワイヤに適切な量の酸化チタンを
含有するフラックスを充填しなければならないが、酸化
チタンの嵩比重が１．０未満の場合には十分な酸化チタ
ンを含有するフラックスをワイヤに充填できない。ま
た、嵩比重が４．０を超えると他のフラックス原料との
バランスが悪くなり、偏析等の問題が生じる。従って、
酸化チタンの嵩比重は１．０乃至４．０とする。なお、
現在一般に市販されている工業用酸化チタンをフラック
ス入りワイヤ用のフラックス原料として使用するには、
造粒、焼成及び粉砕等の予備処理によって嵩比重を調整
する必要がある。

【００２２】水分量 フラックス入りワイヤのフラックス原料として用いられ
る酸化チタンはその水分量も溶接金属に影響を及ぼす。
即ち、酸化チタンの水分量が１０００ｐｐｍより多いと
溶接部にガス欠損を生じることがあり、また、溶接金属
中の拡散性水素量が高くなり低温割れの原因となる場合
がある。従って、酸化チタンの水分量は１０００ｐｐｍ
であればよいが、７００ｐｐｍ以下であることが好まし
い。

【００２３】粒度 酸化チタンの粒度は溶接の安定性に影響を与える。つま
り、酸化チタンの粒径が５００μｍを超えると、断線又
はフラックスの偏析が生じ、安定した溶接ができなくな
る場合がある。従って、酸化チタンの粒径は５００μｍ
以下であればよいが、５０乃至４００μｍであることが
好ましい。

【００２４】以上のように、フラックスとして使用され
る酸化チタンの成分の含有元素量及び成分特性について
一定の制限があるが、フラックスとして使用できるもの
としてチタニヤ以外に以下のものを任意に添加して使用
できる。

【００２５】（１）アーク安定剤 アルカリ金属及びアルカリ金属の酸化物、炭酸塩又は複
合酸化物 好ましい添加量はワイヤ全重量比で０．０１％〜１．０
％である。

【００２６】（２）スラグ形成剤 ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ等の金属酸化物 好ましい添加量はワイヤ全重量比で０．１％〜３．０％
である。

【００２７】（３）脱酸剤 Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ又はＺｒ等及びその化合物 好ましい添加量はワイヤ全重量比で５．０％以下であ
る。

【００２８】（４）合金剤 Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃ 好ましい添加量はワイヤ全重量比でＮｉは５．０％以
下、Ｃｒは１３％以下、Ｍｏは３．０％以下、Ｃは０．
１％以下である。

【００２９】（５）脱水素剤 アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物 好ましい添加量はワイヤ全重量比で１．０％以下であ
る。

【００３０】なお、上記フラックス入りワイヤは、通
常、軟鋼製外皮内にフラックスが充填されフラックス入
りワイヤとなるが、軟鋼製外皮は充填加工性の点から、
深絞り性が良好である冷間圧延鋼材又は熱間圧延鋼材が
用いられる。

【００３１】また、ワイヤ断面の形状については、何等
制限はない。例えば、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）又は
（ｄ）に例示する種々の形状の外皮Ｍ及びフラックスＦ
からなるワイヤを使用できる。それに、ワイヤの表面に
おいてＣｕ又はＡｌ等のめっき処理を施すことも可能で
あり、その場合にはめっき量はワイヤ全重量の０．０５
乃至０．３５重量％であることが好ましい。また、ワイ
ヤ径も何等制限されるものではなく、用途に応じて任意
に決定することができる。

【００３２】その他、シールドガスについては、酸化
性、中性又は還元性のガスが適用可能である。一般的な
シールドガスとして、ＣＯ₂又はＡｒ、ＣＯ₂、Ｏ₂若し
くはＨｅ等の２種以上の混合ガスを使用することができ
る。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、本発明の特
許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

【００３４】下記表１（その１）及び（その２）に示す
成分がそれぞれ異なる酸化チタンＡ〜Ｈを使用し、下記
表２（その１）及び（その２）に示すフラックス成分を
基本とする。そして、酸化チタンをフラックスにワイヤ
全重量に対し６．０重量％添加し、フラックス充填率１
５％で、断面形状が図６（ａ）に示す直径１．２ｍｍで
あるフラックス入りワイヤを作成した。

【００３５】

【表１】 その他はＦｅＯ、ＺｒＯ₂、Ｓ又はＳｉＯ₂等である。

【００３６】

【表２】

【００３７】上記ワイヤを使用して、以下に示す条件に
よりシャルピー衝撃試験及びＣＯＤ試験を行った。

【００３８】シャルピー試験（ＪＩＳ Ｚ３１１１に準
ずる） 極性：ＤＣＥＰ 溶接電流：２８０Ａ 溶接電圧：２９Ｖ 供試鋼板：ＢＳ４３６０ Ｇｒ５０Ｄ シールドガス：８０％Ａｒ−２０％ＣＯ2、流量２５リット
ル／分 その他：ＪＩＳ Ｚ３３１３に準ずる。

【００３９】ＣＯＤ試験（ＢＳ５７６２−１９７９に準
ずる） 極性：ＤＣＥＰ 溶接電流：１８０〜２５０Ａ 溶接電圧：適正 供試鋼板：ＢＳ４３６０ Ｇｒ５０Ｄ、板厚４０ｍｍ、
６０° Ｘ開先 溶接姿勢：立向上進 シールドガス：８０％Ａｒ−２０％ＣＯ2、流量２５リット
ル／分。

【００４０】溶接金属のシャルピー試験及びＣＯＤ試験
の結果を図１、２及び３に示す。これらの図より、酸化
チタン系フラックス入りワイヤにおいて、Ｎｂ及びＶの
成分並びにＮｂ＋１／２×Ｖの値が低温靱性の向上に大
きく影響を及ぼすということがいえる。従って、前記成
分及び値を規定することによりＡＳ ＷＥＬＤ仕様又は
ＳＲ等のＰＷＨＴ仕様のいずれにおいても、画期的に低
温靱性が向上したチタニヤ系フラックス入りワイヤを製
作することができる。

【００４１】下記表３及び４は酸化チタン以外のフラッ
クス組成を示し、表５はシャルピー衝撃値及びＣＯＤ値
を示す。

【００４２】

【表３】 *()内は酸化チタンの種別を示す。

【００４３】

【表４】

【００４４】

【表５】

【００４５】この表５から明らかなように、実施例１〜
４及び９〜１２については靱性値が優れ、また、作業性
も良好であるが、比較例５〜８については靱性値が小さ
いもの又は作業性及び製造上不具合のあるものである。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
−６０乃至−８０℃の低温環境においても、ＡＳ ＷＥ
ＬＤ仕様及びＰＷＨＴ仕様でのシャルピー衝撃値及びＣ
ＯＤ値等の靭性値が優れており、また同時に全姿勢の溶
接において優れた作業性を可能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を製作することができ、
ＬＰＧ船及びＬＮＧ船並びに氷海域における海洋構造物
の建造等におけるガスシールドアーク溶接に著しく貢献
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化チタン中のＮｂ量と溶着金属の衝撃値との
関係を示すグラフ図である。

【図２】酸化チタン中のＶ量と溶着金属の衝撃値との関
係を示すグラフ図である。

【図３】酸化チタン中のＮｂ＋１／２×Ｖ値と溶着金属
の衝撃値との関係を示すグラフ図である。

【図４】酸化チタン中のＰ量と溶着金属の衝撃値との関
係を示すグラフ図である。

【図５】酸化チタン中のＣａ量とスパッタ発生量との関
係を示すグラフ図である。

【図６】ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤの断面形状を示す正面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−300092（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−77086（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−224094（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−192894（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−16239（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−15320（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−15756（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 35/368

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接のまま及び溶接後熱処理状態で−６
   ０℃におけるシャルピ衝撃値が優れた溶接金属を得るた
   めの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、鋼製外皮中にチタニヤを主成分とする酸化チタ
   ンを含有する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、前記フラッ
   クスは前記酸化チタンをワイヤ全重量の３．０乃至９．
   ０％含有し、前記酸化チタンは、酸化チタン全重量に対
   する割合において、不純物としてのＮｂを０．０５以
   下、Ｖを０．０８％以下、Ｐを０．０５％以下、Ｃａを
   ０．５％以下に規制し、更にＮｂ＋（１／２）×Ｖが
   ０．０７％以下であ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。
2. 【請求項２】 前記酸化チタンは、嵩比重が１．０乃至
   ４．０、水分量が１０００ｐｐｍ以下（ＫＦ法、４５０
   ℃、Ａｒ雰囲気）及び粒度の最大粒径が５００μｍ以下
   であることを特徴とする請求項１に記載のガスシールド
   アーク溶接用フラックス入りワイヤ。