JP3540894B2 - ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの改良に係り、さらに詳しくは、Nbが10×C(炭素)%以上含有されているステンレス鋼(SUS 347相当)等の溶接において、アークが安定で、スパッタ発生量が少なく、特にスラグの被包性及び剥離性が良好である、溶接作業性の優れたフラックス入りワイヤに関する。
【0002】
【従来の技術】
フラックス入りワイヤを用いるステンレス鋼のガスシールドアーク溶接では、ワイヤに内蔵されたフラックスによるスラグシールドとシールドガスによるガスシールドの両方によって溶接金属を保護し、ビード外観、機械的性能等を確保するというものであるが、特にNb入りステンレス鋼(SUS 347相当)の溶接においては、特公平1−59079号公報において開示されているような、SiO2 −ZrO2 −TiO2 を主成分にもつスラグ剤系を用いて溶接を行うと、溶接直後にスラグが飛散したり、スラグの焼き付きを生じる等の問題が発生し、安全面においても問題であった。この問題は、同号公報で開示されているような、TiO2 ,SiO2 添加量の制限という手段だけでは解決できないものであった。従って、Nb入りステンレス鋼(SUS 347相当)の溶接において、スラグの飛散が無く、スラグの焼き付きの生じない溶接作業性の優れたフラックス入りワイヤが強く望まれていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はNb入りステンレス鋼(SUS 347相当)の溶接において、スラグの飛散が無く、スラグの焼き付きの生じない溶接作業性の優れたフラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ステンレス鋼外皮の中空部に、フラックスをワイヤ全重量に対して、ZrO 2 を含まず、10〜25%充填し、フラックス中にスラグ剤成分として、ワイヤ全重量に対してTiO2 :2.5〜7.5%,SiO2 :0.25〜0.7%,MgO:0.05〜0.30%、金属フッ化物:0.1〜3.0%を含有し、かつフラックス中の全スラグ剤成分の合計がワイヤ全重量に対して5.4〜9.1%であり、更に外皮および/またはフラックスが重量%として、合計でNi:9.0〜14.5%,Cr:18.0〜25.0%,Nb(Nb化合物の場合はNb換算値):0.5〜1.2%を含有するステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを提供する。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明のフラックス入りワイヤとは、図1(a)〜(d)にその一例を示すような断面形状のワイヤで、パイプあるいは帯鋼から成る外皮1によって充填フラックス2を被包したものであり、同図(b)〜(d)の如く継ぎ目3を有するもの、あるいは同図(a)に示すような継ぎ目のないものでもよい。外皮としては、フェライト系ステンレス鋼及びオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。
【0006】
次に、本発明は以下の実験結果に基ずくものである。まずオーステナイト系ステンレス鋼のパイプ及び帯鋼を用いて、図1に示すような断面形状のフラックス組成及び充填率の異なるJIS Z3323 YF−347C相当のワイヤ径1.2mmのフラックス入りワイヤを製造し、SUS 347鋼の溶接をDCRP 200A,31V,35cm/min の溶接条件で炭酸ガスアーク溶接を行い、各々のフラックス成分での溶接作業性に影響を及ぼす要因について検討した。尚、フラックス充填率の検討範囲は5〜30%とした。
【0007】
実験の結果、TiO2 −SiO2 −ZrO2 系のスラグ剤系では、スラグの焼付きや、スラグが飛散してしまい良好な溶接作業性を得ることはできなかった。そこで本発明者らは、スラグの焼付きやスラグが飛散しないスラグ系の検討を重ねた結果TiO2 −SiO2 系のスラグ剤系を見いだすに到った。
まず、外皮の中空部に充填するフラックスの充填率であるが、10%未満では、ワイヤ外皮の肉厚が厚くなり溶滴の移行に影響を与え、溶滴移行がスムーズに行われなくなりスパッタが発生しやすくなる。又、フラックス中の金属成分量が少なくなるために、溶接電流でフラックス自体が溶融しにくくなり、アークの集中性が悪くなる。充填率が25%超では、生産面において断線が多発し問題が生じてしまう。
【0008】
次に、前述したスラグ剤主成分の一つであるTiO2 はスラグ被包性及び剥離性さらには耐飛散性の良いスラグを形成するが、2.5%未満ではその効果は発揮されず、7.5%を超えるとスラグの流動性が劣化すると共に、スラグの被包性を確保するために必要なスラグ量が増大し、スパッタが発生しやすくなる。原料としては、ルチール、チタンスラグ、イルミナイト、さらにはチタン酸カリ、チタン酸ソーダ等が望ましい。
【0009】
SiO2 は、スラグの流動性調整に必要な成分であるが、0.25%未満ではその効果は見られず、0.7%を超えると、スラグが流れやすくなり、被包性が劣化すると共に、スラグの焼付きを生じ、スラグ剥離性及び耐飛散性が劣化する。尚、原材料としては、硅砂、硅石の他、カリ長石等の原料の副成分を利用出来る。
【0010】
MgOは、スラグの流動性及びスラグの凝固温度調整に必要な成分であるが、0.05%未満ではその効果は得られず、0.3%を超えると、ビード表面でスラグの凝固むらが生じビード外観の劣化と共にスラグ巻き込みが発生しやすくなる。
金属フッ化物は、耐ピット性、スラグの融点を調整し被包性を調整するために添加するが、0.1%未満では耐ピット性が確保できず、逆に3.0%を超えるとスラグの融点が低くなり過ぎ、ビード形状が劣化すると共に、弗素ガス発生により、スパッタが発生しやすくなる。金属フッ化物としては、NaF,LiF,MgF2 ,AlF2 ,K2 2 6 等を単独もしくは、複合で用いるが、上記範囲内であれば、その効果はどの金属フッ化物もほぼ同等である。なお、前記の%はいずれもワイヤ全重量に対する%である。
【0011】
次に、外皮およびフラックスの少くとも一方が含有するNb,NiおよびCrについて説明する。
Nbは、SUS 347相当若しくはそれ以上の耐粒界腐食割れ性を得るために添加するが、0.5%未満ではJIS Z3323 YF−347Cの規格値を下回る可能性がある。1.2%超ではJIS Z3323 YF−347Cの規格値を満足できなくなる恐れがある。
【0012】
Niは、Crとの共存のもとにオーステナイト系ステンレス鋼としての基本特性である耐食性、強度特性等の性能を得るに必要な成分であり、9.0%以上必要であるが、14.5%を超えるとJIS Z3323 YF−347Cの規格値を満足できなくなる恐れがある。
Crは、Niとの共存のもとにオーステナイト系ステンレス鋼としての基本特性を得るに必要な成分であり、18.0%以上必要であるが、25.0%を超えるとJIS Z3323 YF−347Cの規格値を満足できなくなる恐れがある。なお、Nb,Ni,Crの%はいずれも重量%であり、また外皮およびフラックスに含有せしめる場合は両者の合計の%とする。
【0013】
本発明において、スラグ剤成分とは、酸化物、弗化物等の非金属成分を意味するものであり、上記の他に、スラグ塩基度の調整や、スラグの融点、流動性の微調整に用いるAl2 3 ,MgO2 ,アーク状態の調整に用いるLi2 Ca3 ,K2 O等、更にはこれらの原料からもたらされる不純物としてP,S等も含まれる。これらを含めた全スラグ成分がワイヤ全重量に対して5.4〜9.1%の範囲とすることが本発明のポイントの一つであるが、これはスラグ成分が9.1%を超えた場合には、スラグ量が過剰となり、スパッタの発生量が多くなると共に、スラグの巻込みが生じやすくなる。5.4%未満ではスラグ量が不足し、ビード全体を覆うことが不可能となって、ビード形状が劣化してしまう。
【0014】
また、フラックスは原材料粒度、フラックス成分、充填方法等に応じて固着剤によって造粒して用いることもあるが、その場合には固着剤からもたらされる成分、例えば水ガラスの場合では、SiO2 ,Na2 O,K2 O等が増加することをあらかじめ考慮して原料配合を行うことが必要である。
本発明におけるフラックス成分の限定理由は以上であるが、個々の成分は単独でその効果を発揮するものではなく、それぞれを添加することによりその効果を得るものである。
【0015】
【実施例】
表1に示すステンレス鋼のパイプ及び帯鋼を用い表2に示す組成のワイヤ1.2mmφを製造した。尚、外皮として外皮記号Aは図1(b)に示すタイプ、外皮記号Bは図1(d)に示すタイプ、外皮記号C,Dは図1(a)に示すシームレスタイプの断面形状とした。
【0016】
【表1】
Figure 0003540894
【0017】
表2においてワイヤNo. 1〜13が本発明例のステンレス鋼溶接用ワイヤ、No. 14〜25が比較例である。
【0018】
【表2】
Figure 0003540894
【0019】
【表3】
Figure 0003540894
【0020】
表2の各ワイヤを用いて図2で示すSUS 347鋼からなる試験片4を突き合せ面5で突き合わせ、DCRP200A,31V,35cm/min の溶接条件で下向突き合わせ溶接を行い、それぞれの溶接作業性を比較した。その結果を表3に示す。
【0021】
【表4】
Figure 0003540894
【0022】
【表5】
Figure 0003540894
【0023】
まず、TiO2 量が過剰なNo. 15のワイヤは、スパッタの発生量に問題があった。また、TiO2 量が不足したNo. 14のワイヤは、スラグの被包性及び剥離性に問題が生じ、さらにはスラグが溶接直後に飛散した。
SiO2 量が過剰なNo. 17のワイヤは、スラグの焼付きを生じ、スラグ剥離性及び飛散性において問題が生じた。また、SiO2 量が不足したNo. 16のワイヤは、スラグの被包性に問題が発生した。
【0024】
金属フッ化物の量が過剰なNo. 19のワイヤは、弗素ガス発生量が過剰となりスパッタの発生量に問題を生じると共に、スラグの融点が下がりすぎビード形状に問題が生じた。また、金属フッ化物の量が不足したNo. 18のワイヤは、耐ピット性が劣化しピットが発生した。
全スラグ剤成分量が過剰なNo. 21のワイヤは、スラグ量が過剰となり、スパッタの発生量に問題を生じると共に、スラグの巻込みを生じた。また、全スラグ剤成分量が不足したNo. 20のワイヤは、スラグ量が不足し、ビード形状が劣化した。
【0025】
MgO量が過剰なNo. 23のワイヤは、スラグの凝固むらが生じビード外観が劣化した。また、MgO量が不足したNo. 22のワイヤは、ビード上脚のスラグ被包が劣化した。
充填率が過剰なNo. 25のワイヤは、生産時に断線が多発した。また、充填率が不足したNo. 24のワイヤは、ワイヤ外皮の肉厚が厚いために溶適移行が悪くスパッタの発生量に問題を生じた。
【0026】
これらに対し、TiO2 ,SiO2 ,MgO、金属フッ化物をフラックス中に適正量含有し、且つフラックス中のスラグ成分の総量およびワイヤに充填する充填率が適正な本発明ワイヤ、No. 1〜13のワイヤは、溶接作業性、機械的性能のいずれも極めて良好であった。
尚、表3の溶接作業性評価は、実用上良好な場合を○、実用上若干問題がある場合を△、実用に供し得ない場合を×と判定した。
【0027】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ、特にNb入りステンレス鋼(SUS 347相当)溶接用フラックス入りワイヤにおいて、充填率、スラグ成分量の範囲を限定することにより、スパッタの発生量を低減し、フラックス中のTiO2 ,SiO2 ,MgO、金属フッ化物の範囲特定によりアークが安定で、スラグの被包性、剥離性および飛散性の良好な、溶接作業性に優れたフラックス入りワイヤを提供するものであって、作業能率の向上に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の各種フラックス入りワイヤの断面図である。
【図2】本実施例で用いた試験板を示し、(A)は正面図、(B)は側面図である。
【符号の説明】
1…外皮
2…充填フラックス
3…継ぎ目
4…試験板

Claims (1)

  1. ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ステンレス鋼外皮の中空部に、フラックスをワイヤ全重量に対して、ZrO 2 を含まず、10〜25%充填し、該フラックス中にスラグ剤成分として、ワイヤ全重量に対してTiO2 :2.5〜7.5%,SiO2 :0.25〜0.7%,MgO:0.05〜0.30%、金属フッ化物:0.1〜3.0%を含有し、かつフラックス中の全スラグ剤成分の合計がワイヤ全重量に対して5.4〜9.1%であり、更に外皮および/またはフラックスが重量%として、合計でNi:9.0〜14.5%,Cr:18.0〜25.0%,Nb(Nb化合物の場合はNb換算値):0.5〜1.2%を含有することを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
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