JP3694188B2 - 潜弧溶接方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、海岸地域等の塩水が関与した腐食環境に建設される橋梁や鉄塔などの溶接構造物の製造に用いられる潜弧溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
橋梁などの鋼構造物は、その実用期間が数十年に及ぶため、何らかの防食処置を必要とする。防食手段のうち、塗装は非常に効果の高い方法であるが、大気暴露環境においては劣化が著しく、定期的な補修が必要とされるものの、近年における人件費の高騰や塗装工の減少などにより、その補修が困難になりつつある。また、溶接部で塗装欠陥を生じやすく、局部的な腐食量の増大がしばしば認められる。
【0003】
このような問題を回避するため、橋梁などの鋼構造物に耐候性鋼の適用される例が増えている。しかし、建設省は耐候性鋼の使用に関し、国内各所での暴露腐食試験結果より、無塗装で使用する場合は飛来塩分量が0.05mdd以下の地域に限るという指針を提示し、従来、製造されてきたJIS SMA400/490/570等の耐候性鋼を、飛来塩分量が0.05mdd以上の地域における無塗装使用に十分な耐候性を有していないものとする判断を示した。
【0004】
そこで、最近、海岸地域における耐候性を改善するため、従来のものより、Cr,Niなどの元素を多く添加した鋼材が開発されるようになり、それらに適した溶接材料についても要望されるようになった。耐候性鋼に用いられる潜弧溶接用溶接材料としてJIS Z3183に規定される溶着金属性能を有するものが広く使われているが、JIS SMA400/490/570等の耐候性鋼用として開発されたものであり、海岸地域において高い耐候性を得ることは困難で、新たな溶接材料の開発が必要とされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、0.05mdd以上10mdd未満の塩分が飛来する環境において高い耐候性と良好な溶接性を有する潜弧溶接方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく潜弧溶接用ワイヤおよびフラックスの成分組成について鋭意検討した。その結果、Moを適当な量のNiおよびCuとともに複合添加した場合、耐候性が著しく改善されること、溶接材料のNiとCuおよびMoの量と母材のNiとCuおよびMoの量の比を規定することにより溶接部の選択腐食を防止することができること、溶接材料のPの量と母材のPの量の比を規定することにより、溶接金属の高温割れが生じにくくなることを見出した。
【0007】
本発明はこれらの知見をもとになされたものである。
【0008】
1.質量%で、C:0.15%以下、Si:0.7%以下、Mn:0.1〜2.0%、P:0.01〜0.15%、S:0.02%以下、Cu:0.1%〜0.4%、Ni:0.2〜4.0%、Cr:0.1%以下、Mo:0.1〜4.0%、Al:0.01〜0.10%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を、質量%で下記成分の耐食性に優れた潜弧溶接用ワイヤおよびフラックスを用いて溶接することを特徴とする潜弧溶接方法。
〔C〕=〔C〕 w +a*〔C〕 f :0.005〜0.16%
〔P〕=〔P〕 w +a*〔P〕 f :0.002〜0.05%
〔Ni〕=〔Ni〕 w +a*〔Ni〕 f :0.2〜4.0%
〔Cu〕=〔Cu〕 w +a*〔Cu〕 f :0.1〜0.4%
〔Mo〕=〔Mo〕 w +a*〔Mo〕 f :0.1〜4.0%
〔Cr〕=〔Cr〕 w +a*〔Cr〕 f :≦0.1%
〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕≧1.2%
( 〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕 ) / ( 〔Ni〕 p +〔Cu〕 p +3〔Mo〕 p ) ≧1.05
〔P〕/〔P〕 p ≦0.90
各記号は以下の内容を意味する。
〔C〕,〔P〕,〔Ni〕,〔Cu〕,〔Mo〕,〔Cr〕:溶接材料中の各成分を表す。
〔C〕 w , 〔P〕 w , 〔Ni〕 w , 〔Cu〕 w , 〔Mo〕 w , 〔Cr〕 w :ワイヤ中の各成分を表す。
〔C〕 f , 〔P〕 f , 〔Ni〕 f , 〔Cu〕 f , 〔Mo〕 f , 〔Cr〕 f :フラックス中の各成分を表す。
〔P〕 p , 〔Ni〕 p , 〔Cu〕 p , 〔Mo〕 p :鋼板中の各成分を表す。
a:ワイヤ単位当たりの消費量(g/min)に対するフラックスの消費量(g/min)であって溶融型フラックスの場合は1.50、ボンドフラックスの場合は1.00。
【0016】
2.質量%で、C:0.15%以下、Si:0.7%以下、Mn:0.1〜2.0%、P:0.01〜0.15%、S:0.02%以下、Cu:0.1%〜0.4%、Ni:0.2〜4.0%、Cr:0.1%以下、Mo:0.1〜4.0%、Al:0.01〜0.10%を含有し、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、及びTi:0.005〜0.1%のうち1種又は2種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を潜弧溶接する際に用いることを特徴とする、1に記載の潜弧溶接方法。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明で、成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
【0018】
〔C〕:0.005〜0.16%
Cは所定の強度を確保するために添加する。0.005%未満では溶接金属中のC量が低くなりすぎるため、耐高温割れ感受性が劣るとともに、溶接中のシールド効果が不足し、溶接金属中のN量が増大し、衝撃性能が低下する。一方、0.16%を超えると溶接金属中のC量が多くなりすぎ、耐高温割れ感受性が低下するため、0.005〜0.16%含有する。
【0019】
〔P〕:0.002〜0.05%
Pは溶接部の耐食性を向上させる効果があるので、添加する。0.002%未満では溶接金属中のP量が不足し、耐候性が劣化し、製造コストの増加を招くため好ましくない。一方、0.05%を超えると溶接金属中のP量が多くなりすぎ、耐高温割れ感受性が急激に低下するため、0.002〜0.05%とする。
【0020】
〔Ni〕:0.2〜4.0%
NiはMoとの共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果がある。0.2%未満では溶接金属中のNi量が不足し、耐候性に効果がない。一方、4.0%を超えると溶接金属中のNi量が多くなりすぎ、強度の増大により耐水素割れ感受性が低下し、経済性の点でも好ましくないため、0.2〜4.0%とする。
【0021】
〔Cu〕:0.1〜0.4%
CuはNiおよびMoとの共存により、塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果がある。0.1%未満では溶接金属中のCu量が不足し、耐候性に効果がない。一方、0.4%を超えると溶接金属中のCu量が多くなりすぎ、耐高温割れ感受性が急激に低下するため0.1〜0.4%とする。
【0022】
〔Mo〕:0.1〜4.0%
MoはNiとの共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効果がある。0.1%未満では溶接金属中のMo量が不足し、耐候性に効果がない。一方、4.0%を超えると溶接金属中のMo量が多くなりすぎ、強度の増大により耐水素割れ感受性が低下し、経済性の点でも好ましくないため、0.1〜4.0%とする。
【0023】
〔Cr〕≦0.1%
本発明においてはCrは積極的に添加せず、不純物として扱い、その量を0.1%以下に規制する。Crは塩分の少ない環境においては鋼の耐食性を向上させるものとして、従来の耐候性鋼には添加されてきたが、本発明者らの検討によると、塩分の多い環境においては孔あき腐食を助長する作用があることが判明した。また、溶接性を劣化させるため、本発明では不純物として扱う。不純物として0.1%以下含まれる場合には本発明の効果を阻害しない。
【0024】
〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕≧1.2%
本発明では耐食性を改善するために、Ni,CuとMoの複合添加を行う。上述したように、その効果はMoを0.2%以上のNi、0.1%以上のCuとともに添加した場合に得られるが、〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕が1.2%未満では効果が十分でないため、〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕≧1.2%とする。
【0025】
表1は潜弧溶接用ワイヤとフラックスの組合せにより、〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕の値を変化させた溶接材料の成分組成、およびその溶接部に図1に示す1サイクル24時間の試験を28サイクル、4週間実施した複合サイクル腐食試験の結果を示すもので、〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕≧1.2%の場合、最大孔あき深さが0.4mm以下と良好な耐食性が認められる。Ni、CuとMoの複合添加による耐食性改善は、Moが錆の稠密性を高め、水分、塩分などの腐食因子を遮断し、Ni,CuがそのMoによる錆の対クラック性を改善する相乗効果によるものと考えられるが詳細は必ずしも明らかではない。
【0026】
(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)≧1.05
母材のNi,Cu,Mo量と溶接材料のNi,Cu,Mo量の比、すなわち、(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p) は溶接金属の選択腐食を防止するため1.05以上とする。表3に溶接材料と母材におけるNi,CuおよびMo量の比が溶接金属の選択腐食に及ぼす影響を示す。表3は表2のイに示す成分組成の鋼板を、成分組成を変えたワイヤとフラックスにより溶接し、継手部より図2に示す試験片を採取し、上述の複合サイクル腐食試験を行った結果を示すもので、(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)が1.05以上の場合、選択腐食は認められない。
【0027】
〔P〕/〔P〕p≦0.90
Pは溶接部の耐候性を向上させるため、添加する。〔P〕/〔P〕pが0.90を超えると溶接金属の耐高温割れ感受性が急激に低下するため、0.90以下とする。表4は表2のロに示す組成の鋼板を、成分組成を変えたワイヤとフラックスにより溶接し、溶接金属の高温割れの有無を調査した結果を示すもので、〔P〕/〔P〕pが0.90を超えた場合、溶接金属に高温割れが認められる。図3に試験に用いた溶接条件、開先形状を示す。
【0028】
尚、本発明では、上記以外の化学成分については特に限定せず、溶接金属の衝撃性能を確保するため、Ti,B等を添加することが可能である。また上述したC,P,Ni,Mo等の成分は、ワイヤおよびフラックスの両方もしくはいずれかより添加することができる。ワイヤはソリッドワイヤに限らず、成分が該当すればフラックス入りワイヤも用いることができ、フラックスは溶融タイプ、ボンドタイプおよびそれらの混合タイプのいずれを用いても良い。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【実施例】
表2に示す成分組成の鋼板を、表5および表6に示す各種のワイヤおよびフラックスを用いて溶接した。ワイヤおよびフラックスの組合せによる溶着金属の組成を表7に、鋼板との組合せによる〔P〕/〔P〕pの値、(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)の値を表8に示す。得られた継手部より、図2に示す試験片を採取し、複合サイクル腐食試験を実施した。表8に試験結果として、溶接部の最大孔あき深さと溶接金属の選択腐食の有無を示す。尚、表8には図3に示すV溝型高温割れ試験の結果を併せて示した。
【0034】
本発明の成分規定を満足する本発明例No.1〜9はいずれも最大孔あき深さ0.4mm以下と優れた耐食性で、溶接部の選択腐食も生じていない。また、溶接金属の高温割れも発生せず、良好な溶接性を示している。一方、比較例No.14はワイヤとフラックスの組合せによる成分組成において、〔Ni〕が本発明より低く、比較例No.18は〔Cr〕が本発明の範囲より高く、溶接部の最大孔あき深さが大きく、耐食性が十分でない。比較例No.20,21,22は(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)が本発明の範囲よりも低く、溶接部の選択腐食が生じている。比較例No.13は〔Ni〕,〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕,(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)が本発明の範囲よりも低く、溶接部の最大孔あき深さが大きく、かつ、溶接部の選択腐食を生じている。比較例No.10,16は〔C〕,〔P〕がそれぞれ本発明の範囲よりも高く、溶接金属の高温割れが生じている。比較例No.12,19は〔P〕/〔P〕pが本発明範囲より高く、かつ、(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)が本発明範囲より低く、溶接金属の高温割れが生じるとともに、溶接部の選択腐食が生じている。比較例No.11は〔P〕/〔P〕pが本発明の範囲より高く、かつ、〔Ni〕,(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)が本発明より低く、溶接金属に高温割れが生じるとともに溶接部の最大孔あき深さが大きく、かつ,溶接部の選択腐食が生じている。比較例No.15は〔C〕,〔Mo〕,(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)が本発明の範囲より低く、比較例No.11と同様な特性を示している。比較例No.17は〔Ni〕,〔Mo〕がそれぞれ本発明の範囲よりも高く、強度が増大し、耐水素割れ感受性が低下し、低温割れが発生している。
【0035】
【表5】
【0036】
【表6】
【0037】
【表7】
【0038】
【表8】
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の潜弧溶接方法は、良好な溶接性を有し、0.05mdd以上10mdd未満の塩分が飛来する環境においても溶接部の耐候性を十分に確保することが可能なため、海岸地域等の塩水が関与した腐食環境に建設される橋梁や鉄塔などの溶接構造物の製造に用いられ、無塗装でその溶接部に高い耐食性を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】海岸地域をシミュレートした環境における耐食性を評価するための複合サイクル腐食試験条件を示す図
【図2】継手部の複合サイクル腐食試験片形状を示す図
【図3】V溝型高温割れ試験の溶接条件および開先形状を示す図
Claims (2)
- 質量%で、C:0.15%以下、Si:0.7%以下、Mn:0.1〜2.0%、P:0.01〜0.15%、S:0.02%以下、Cu:0.1%〜0.4%、Ni:0.2〜4.0%、Cr:0.1%以下、Mo:0.1〜4.0%、Al:0.01〜0.10%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を、質量%で下記成分の耐食性に優れた潜弧溶接用ワイヤおよびフラックスを用いて溶接することを特徴とする潜弧溶接方法。
〔C〕=〔C〕w+a*〔C〕f:0.005〜0.16%
〔P〕=〔P〕w+a*〔P〕f:0.002〜0.05%
〔Ni〕=〔Ni〕w+a*〔Ni〕f:0.2〜4.0%
〔Cu〕=〔Cu〕w+a*〔Cu〕f:0.1〜0.4%
〔Mo〕=〔Mo〕w+a*〔Mo〕f:0.1〜4.0%
〔Cr〕=〔Cr〕w+a*〔Cr〕f:≦0.1%
〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕≧1.2%
(〔Ni〕+〔Cu〕+3〔Mo〕)/(〔Ni〕p+〔Cu〕p+3〔Mo〕p)≧1.05
〔P〕/〔P〕p≦0.90
各記号は以下の内容を意味する。
〔C〕,〔P〕,〔Ni〕,〔Cu〕,〔Mo〕,〔Cr〕:溶接材料中の各成分を表す。
〔C〕w ,〔P〕w ,〔Ni〕w ,〔Cu〕w ,〔Mo〕w ,〔Cr〕w:ワイヤ中の各成分を表す。
〔C〕f ,〔P〕f ,〔Ni〕f ,〔Cu〕f ,〔Mo〕f ,〔Cr〕f:フラックス中の各成分を表す。
〔P〕p ,〔Ni〕p ,〔Cu〕p ,〔Mo〕p:鋼板中の各成分を表す。
a:ワイヤ単位当たりの消費量(g/min)に対するフラックスの消費量(g/min)であって溶融型フラックスの場合は1.50、ボンドフラックスの場合は1.00。 - 質量%で、C:0.15%以下、Si:0.7%以下、Mn:0.1〜2.0%、P:0.01〜0.15%、S:0.02%以下、Cu:0.1%〜0.4%、Ni:0.2〜4.0%、Cr:0.1%以下、Mo:0.1〜4.0%、Al:0.01〜0.10%を含有し、Nb:0.005〜0.1%、V:0.005〜0.1%、及びTi:0.005〜0.1%のうち1種又は2種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を潜弧溶接する際に用いることを特徴とする、請求項1に記載の潜弧溶接方法。
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JP08361499A JP3694188B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 潜弧溶接方法 |
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JP2000271787A JP2000271787A (ja) | 2000-10-03 |
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