JP3815984B2 - 低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力、火力発電及び石油精製等の各種プラントに使用される低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、長時間の溶接後熱処理（以下、Post Weld Heat Treatment：ＰＷＨＴという）を受けてもフェライトバンドの発生が少ないか、又は完全に抑制されることから、強度及び靭性の劣化が少ない溶接金属を得ることができる低合金耐熱鋼用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】
ガスシールドアーク溶接用ワイヤには、ソリッドワイヤとフラックス入りワイヤとがある。特に、フラックス入りワイヤは、ソリッドワイヤに比較してスパッタが少ないこと、ビード外観及びビード形状が良好であること、更に立向及び上向溶接姿勢においても溶接作業性が良好であるといった種々の長所を有している。このため、低合金耐熱鋼の分野においてもフラックス入りワイヤの適用が進みつつある。一方、低合金耐熱鋼の溶接部は、残留応力及び残留水素の除去、溶接部の機械的性質の改善等を目的として、通常、何らかのＰＷＨＴが実施される。このため、低合金耐熱鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤには、高温高圧に曝される溶接構造物の使用環境に対応した諸性能と共に、ＰＷＨＴに対する抵抗性が要求される。
【０００３】
しかし、従来の低合金耐熱鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、長時間のＰＷＨＴを行うと、溶接金属中にフェライトバンドが発生して機械的性能が劣化するという問題点がある。具体的には、フェライトバンドの発生により溶接金属の強度及び靭性が劣化してしまう。
【０００４】
フェライトバンドは、溶接金属の凝固偏析とＰＷＨＴ中の炭素移動に起因して発生するものであり、フェライトバンドが多量に発生した場合、溶接金属の強度及び靭性に悪影響を及ぼす。このため、特開平５−７７０８６号公報には、強力な炭化物形成元素であるＮｂ及びＶを同時に添加することにより、炭素移動を抑制してフェライトバンドの発生を抑制する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｎｂ及びＶはフェライトバンドの抑制に有効である反面、靭性を劣化させる元素でもあり、Ｎｂ及びＶを添加することでフェライトバンドの発生は抑制できても、一方で靭性が劣化し、結果として、Ｎｂ及びＶの添加は有効な対策ではない。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、長時間のＰＷＨＴを受けてもフェライトバンドの発生が少なく、機械的性能が優れた溶接金属を得ることができる低合金耐熱鋼用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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填してなる低合金耐熱鋼用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、フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、スラグ形成剤を５．２乃至９．９質量％含有し、前記スラグ形成剤中に、ワイヤ全質量あたり、Ｎａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上を合計で０．０５乃至１．００質量％、ＴｉＯ２を４．８乃至８．２質量％、金属弗化物（Ｆ換算値）を０．０３乃至０．３５質量％含有し、更に鋼製外皮とフラックスの一方又は両方中に、ワイヤ全質量あたり、Ｃを０．０１５乃至０．１５質量％、Ｓｉを０．１０乃至１．４０質量％、Ｍｎを１．４０乃至２．６０質量％、Ｎｉを０．００５質量％以上１．０質量％未満、Ｃｒを０．０１０質量％以上１．０質量％未満、Ｍｏを０．３０乃至１．２０質量％、Ｍｇを０．２０乃至１．５０質量％含有すると共に、Ｖ：０．００５乃至０．０４０質量％及びＮｂ：０．００５乃至０．０５０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を合計で０．００５乃至０．０９０質量％含有することを特徴する。
【０００８】
本発明の低合金耐熱鋼用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、更に、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ：０．００５乃至０．５０質量％及びＢ：０．０００２乃至０．０１０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有してもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて詳細に説明する。
【００１０】
本願発明者等は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、フラックス入りワイヤの組成を以下に示すものとすることによって、溶接作業性が良好となり、長時間のＰＷＨＴを受けてもフェライトバンドの発生を抑制でき、良好な機械的性能が得られることを見出した。
【００１１】
即ち、本願発明者等は各種フラックス入りワイヤを使用して溶接金属を作成し、フェライトバンドと溶接作業性、具体的にはアークの安定性との関係を調査した。その結果、フェライトバンドの発生傾向とアークの安定性とは密接に関係しており、アークの安定性が優れたフラックス入りワイヤで作成した溶接金属ほど、長時間のＰＷＨＴを受けてもフェライトバンドの発生が少ない傾向にあることを見出した。これはアークの安定性が溶融金属の流動性又は撹拌挙動、ひいては溶接金属の凝固偏析に影響しているためではないかと推測される。
【００１２】
しかし、アークの安定性を良化したワイヤであっても、フェライトバンドの抑制が不十分である場合があったことから、更にＮｂ又はＶを添加してフェライトバンドとの関係を調査した。その結果、本発明者等は、アークの安定性を良化したワイヤであれば、Ｎｂ及びＶを夫々単独添加した場合であっても、フェライトバンドの発生を抑制できることを見出した。更に、アークの安定性を良化したワイヤは、靭性に悪影響を及ぼすＮｂ及びＶの添加量を低減できることから、靭性が改善されることも見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの組成限定理由について説明する。なお、本発明のフラックス入りワイヤの組成物の含有量はワイヤ全質量に対する含有量である。
【００１４】
スラグ形成剤：５．２乃至９．９質量％
本発明において、スラグ形成剤とは非金属成分を指し、具体的には後述するＴｉＯ２、金属弗化物、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の他、スラグ塩基度の調整並びに融点、粘性及び流動性の微調整のために使用するＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＣａＯ及びＭｇＯ等を指す。スラグ形成剤の含有量が５．２質量％未満ではスラグ量が不足してビードの被包性が損なわれ、ビード外観が劣化する。一方、スラグ形成剤の含有量が９．９質量％を超えると、スラグ発生量が過剰となり、スラグ巻き込み・融合不良等の溶接欠陥を引き起こす。更に、スラグ形成剤は酸化物を主体としていることから、鋼製外皮と比較して融点が高く、これが過剰に含有されると、鋼製外皮が先行して溶融し、フラックスが溶けずに溶融プール内に移行することとなり、溶融金属内部での撹拌が不均一となって溶接金属の成分偏析が発生する。これにより、フェライトバンドが生じ、強度及び靭性が劣化する。このため、スラグ形成剤の含有量は５．２乃至９．９質量％とする。
【００１５】
ＴｉＯ ２ ：４．８乃至８．２質量％
ＴｉＯ２はスラグ形成剤及びアーク安定剤としてフラックスに添加する。しかし、ＴｉＯ２の含有量が４．８質量％未満ではアークの安定性が著しく劣化して溶滴の移行性が損なわれ、溶接金属に成分偏析が発生してフェライトバンドが生じる。その結果、溶接金属の強度及び靭性が劣化する。一方、ＴｉＯ２を８．２質量％を超えて添加すると、スラグの粘性が過度となり、スラグ巻込みの原因となるうえ、溶接金属の酸素量が増加して靭性が劣化する。従って、ＴｉＯ２の含有量は４．８乃至８．２質量％とする。
【００１６】
Ｎａ化合物（Ｎａ ２ Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ ２ Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ ２ Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上の合計：０．０５ 乃至１．００質量％
Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物は高温アーク中でイオン化することで、アーク安定剤として作用する。その結果、溶滴移行性がスムーズになり、溶接金属の成分偏析が抑制されて、フェライトバンドの発生が抑制される。この効果はＮａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上の合計が０．０５質量％未満では得られず、溶接作業性の面ではスパッタ発生量が増大して実用に耐えない。一方、Ｎａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上の合計が１．００質量％を超えると、アーク長が極端に長くなり、溶滴移行性が劣化することから、溶接金属の成分偏析が発生してフェライトバンドが生じ、強度及び靭性が劣化する。従って、Ｎａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上の合計は０．０５乃至１．００質量％とする。なお、本発明において、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物としては、酸化物の他、弗化物も含む。弗化物の場合は、１価の酸化物に換算してその量を調整する。
【００１７】
金属弗化物（Ｆ換算値）：０．０３乃至０．３５質量％
金属弗化物は、アーク安定剤として作用すると共に、更に溶融スラグの粘性を調整して被包性を安定化し、ビード形状を整える作用を有する。また、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及び分離を促進して、溶接金属の酸素量を低減し、靭性を向上させると共に、溶接金属の成分偏析も抑えてフェライトバンドの発生を抑制する効果を有する。しかし、金属弗化物の含有量がＦ換算値で０．０３質量％未満では、上述の効果が得られない。一方、金属弗化物をＦ換算値で０．３５質量％を超えて添加すると、スラグの流動性が過剰となり、ビード形状が著しく劣化するうえ、アーク安定性も劣化して溶滴移行性が損なわれ、溶接金属の成分偏析が発生してフェライトバンドが生じ、強度及び靭性が劣化する。以上の理由から、金属弗化物の添加量はＦ換算値で０．０３乃至０．３５質量％とする。なお、弗化物としては、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＣａＦ２及びＣｅＦ３等を使用する。
【００１８】
Ｃ：０．０１５乃至０．１５質量％
Ｃは溶接金属の強度と靭性を調整する目的で鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方に添加する。しかし、Ｃの含有量が０．０１５質量％未満では強度が不足する。一方、Ｃの含有量が０．１５質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、靭性が劣化する。従って、Ｃの含有量は０．０１５乃至０．１５質量％とする。なお、Ｃをフラックスから添加する場合は、グラファイト、クロムカーバイト、Ｓｉ−Ｃ、高Ｃ−Ｆｅ−Ｃｒ、高Ｃ−Ｆｅ−Ｍｎ等のＣ単体又は合金類を使用する。
【００１９】
Ｓｉ：０．１０乃至１．４０質量％
Ｓｉは溶接金属の脱酸剤として作用する。また、Ｓｉは強度と靭性の調整に有効であり、これらの目的で、鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方にＳｉを添加する。しかし、Ｓｉの含有量が０．１０質量％未満では十分な脱酸効果が得られず、靭性の低下とブローホールの発生を引き起こす。一方、Ｓｉの含有量が１．４０質量％を超えると、強度が過剰となり靭性が劣化する。従って、Ｓｉの含有量は０．１０乃至１．４０質量％とする。なお、Ｓｉをフラックスから添加する場合は、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ等の合金類を使用する。
【００２０】
Ｍｎ：１．４０乃至２．６０質量％
Ｍｎは溶接金属の脱酸剤として作用すると共に、溶接金属の焼き入れ性を高めて靭性を改善させる効果を有する。しかし、Ｍｎの含有量が１．４０質量％未満では十分な脱酸効果が得られず、靭性の低下とブローホールの発生を引き起こす。一方、Ｍｎの含有量が２．６０質量％を超えると、強度が過剰となり、靭性が劣化する。従って、Ｍｎの含有量は１．４０乃至２．６０質量％とする。なお、Ｍｎをフラックスから添加する場合は、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の金属単体又は合金類を使用する。
【００２１】
Ｎｉ：０．００５質量％以上１．０質量％未満
Ｎｉは溶接金属の焼き入れ性を高めて靭性を改善させる効果を有する。しかし、Ｎｉの含有量が０．００５質量％未満では、靭性の改善効果が得られない。一方、Ｎｉの含有量が１．０質量％以上では、強度が過剰となり、靭性が劣化するうえ、耐高温割れ性も劣化する。従って、Ｎｉの含有量は０．００５質量％以上１．０質量％未満とする。なお、Ｎｉをフラックスから添加する場合は、金属Ｎｉ又はＮｉ−Ｍｇ等の金属単体又は合金類を使用する。
【００２２】
Ｃｒ：０．０１０質量％以上１．０質量％未満
Ｃｒは溶接金属の強度を確保する効果を有する。しかし、Ｃｒの含有量が０．０１０質量％未満では強度が確保できない。一方、Ｃｒを１．０質量％以上添加すると、強度が過剰となり、靭性が低下する。従って、Ｃｒの含有量は０．０１０質量％以上１．０質量％未満とする。なお、Ｃｒをフラックスから添加する場合は、金属Ｃｒ又はＦｅ−Ｃｒ等の金属単体又は合金類を使用する。
【００２３】
Ｍｏ：０．３０乃至１．２０質量％
ＭｏはＣｒと同様に、溶接金属の強度を向上させる作用を有する。しかし、Ｍｏの含有量が０．３０質量％未満では十分な効果は得られない。一方、Ｍｏを１．２０質量％を超えて添加すると、強度が過剰となり、靭性が低下する。従って、Ｍｏの含有量は０．３０乃至１．２０質量％とする。なお、Ｍｏをフラックスから添加する場合は、金属Ｍｏ又はＦｅ−Ｍｏといった金属単体又は合金類を使用する。
【００２４】
Ｍｇ：０．２０乃至１．５０質量％
Ｍｇは溶接金属の脱酸剤として添加され、靭性の向上に寄与する。しかし、Ｍｇの含有量が０．２０質量％未満では、十分な脱酸効果が得られず、靭性が劣化するうえ、ブローホールの発生を引き起こす。一方、Ｍｇの含有量が１．５０質量％を超えると、アークの安定性が劣化すると共に、スパッタ発生量が増加して実用に耐えない。更に、アークの安定性が劣化することから溶接金属の成分偏析が助長され、フェライトバンドが発生して強度及び靭性が劣化する。従って、Ｍｇの含有量は０．２０乃至１．５０質量％とする。なお、Ｍｇをフラックスから添加する場合は、金属Ｍｇ又はＡｌ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｍｇ及びＮｉ−Ｍｇ等の合金類を使用する。
【００２５】
Ｖ：０．００５乃至０．０４０質量％及びＮｂ：０．００５乃至０．０５０質量％からなる群から選択された少なくとも１種の合計：０．００５乃至０．０９０質量％
Ｎｂ及びＶは強い炭化物形成元素であり、長時間の溶接後熱処理を行った際の溶接金属の強度及び靭性に悪影響を及ぼすフェライト粒の粗大化又はフェライトバンドの発生を抑制する効果を有する。また、溶接金属の強度を向上させる効果も有する。しかし、Ｎｂ若しくはＶの単独添加又はＮｂ及びＶの同時添加にかかわらず、Ｎｂ及びＶの合計の添加量が０．００５質量％未満では、フェライトバンドを抑制する効果が得られず、十分な強度も得られない。一方、Ｎｂ量が０．０５０質量％を超えるか、Ｖ量が０．０４０質量％を超えるか、又はＮｂ量とＶ量の合計で０．０９０質量％を超えて添加すると、溶接金属の靭性が劣化する。以上の理由から、Ｖ：０．００５乃至０．０４０質量％及びＮｂ：０．００５乃至０．０５０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を総量で０．００５乃至０．０９０質量％添加する。なお、Ｎｂ及びＶの１種又は２種の総量は、より好ましくは、０．００５乃至０．０８０質量％である。Ｎｂ又はＶをフラックスから添加する場合は、Ｆｅ−Ｎｂ又はＦｅ−Ｖ等の合金類の他、Ｎｂ２Ｏ５又はＶ２Ｏ５等の酸化物の形態で添加することも可能である。
【００２６】
Ｔｉ：０．００５乃至０．５０質量％
Ｔｉはアーク安定剤として作用すると共に、溶接金属の脱酸剤として作用する。このため、本発明においては、必要に応じて、Ｔｉを添加することができる。Ｔｉを添加する場合、Ｔｉの含有量が０．００５質量％未満では十分な効果が得られない。一方、Ｔｉを０．５０質量％を超えて添加すると、強度が過剰となり、靭性が劣化する。従って、Ｔｉの含有量は０．００５乃至０．５０質量％とする。なお、Ｔｉをフラックスから添加する場合は、金属Ｔｉ又はＦｅ−Ｔｉ等、酸化物以外の形態で添加する。
【００２７】
Ｂ：０．０００２乃至０．０１０質量％
Ｂは溶接金属の靭性向上のために、必要に応じて添加することができる。Ｂを添加する場合、Ｂの含有量が０．０００２質量％未満では十分な効果が得られない。一方、Ｂを０．０１０質量％を超えて添加すると、強度が過剰となり靭性が劣化する。従って、Ｂの含有量は０．０００２乃至０．０１０質量％とする。なお、Ｂをフラックスから添加する場合は、Ｆｅ−Ｂ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｂ等の合金類の他、Ｂ２Ｏ３等、酸化物の形態でも添加することが可能である。
【００２８】
シールドガス
シールドガスとしては１００％ＣＯ２ガスの他、ＡｒガスとＣＯ２ガスとの混合ガス、ＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガス、並びにＡｒガス、ＣＯ２ガス及びＯ２ガスの３種混合ガス等、いずれの組成も使用可能である。ワイヤ断面形状は特に規定されず、合わせ目があってもなくてもいずれでもよい。フラックス充填率、即ち、上述の組成のフラックスのワイヤ全質量に対する質量比は特に規定しないが、ワイヤの生産性、例えば成型及び伸線時の断線等を考慮すると、フラックスの質量比（充填率）は１１．０乃至１８．０質量％が好ましい。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の特許請求の範囲に規定した範囲に入る実施例の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、本発明の範囲から外れる比較例と比較してその効果について説明する。
【００３０】
下記表１及び表２に示す鋼製外皮を使用して、下記表５乃至表１６に示すフラックス入りワイヤを製造した。ワイヤの直径は全て１．２ｍｍとした。これらのフラックス入りワイヤを使用して下記表３に示す溶接条件にて溶接金属を作成して各種試験に供した。なお、使用した鋼板は、ＪＩＳ ＳＭ４９０Ａ（板厚２０ｍｍ、４５°Ｖ字開先、ルートギャップ１２ｍｍ）である。この鋼板の開先面は供試ワイヤで２層バタリングされている。なお、溶接金属のみの評価を行うため、母材希釈の影響を避ける必要上、開先面に供試ワイヤにて肉盛を行う。このことをバタリングという。一般に２乃至３層のバタリングで母材希釈はキャンセルされる。下記表４は試験項目、ＰＷＨＴ条件及び評価基準を示す。そして、下記表１７乃至表２５に試験結果を示す。以下、各ワイヤについて考察する。
【００３１】
なお、表１及び表２に示す「＜」は「未満」であることを示す。また、表４に示す「ＦＣ」とは「炉冷」を示す。更に、表５乃至表１６に示す数値はワイヤ全質量に対する値である。更にまた、表６、表１０及び表１４に示す「Ｎｂ＋Ｖ」はＮｂとＶとの合計を表している。また、表２２及び表２５の放射線透過試験結果の欄に示す「ＨＣ」は「高温割れ」を示し、「ＢＨ」は「ブローホール」を示し、「ＳＩ」は「スラグ巻込み」を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
【表６】
【００３８】
【表７】
【００３９】
【表８】
【００４０】
【表９】
【００４１】
【表１０】
【００４２】
【表１１】
【００４３】
【表１２】
【００４４】
【表１３】
【００４５】
【表１４】
【００４６】
【表１５】
【００４７】
【表１６】
【００４８】
【表１７】
【００４９】
【表１８】
【００５０】
【表１９】
【００５１】
【表２０】
【００５２】
【表２１】
【００５３】
【表２２】
【００５４】
【表２３】
【００５５】
【表２４】
【００５６】
【表２５】
【００５７】
ワイヤNo.１乃至２５は本発明の実施例である。これらのワイヤはスラグ形成剤及びＴｉＯ２の各量、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の１種又は２種以上の合計（１価の酸化物としての合計）、金属弗化物の量（Ｆ換算値）、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＭｇの各量、並びにＮｂ及びＶの１種又は２種の合計が、いずれも本発明の範囲内に入っており、溶接作業性、放射線透過試験、フェライトバンドの有無、室温引張試験及び衝撃試験のいずれも良好かつ所定の性能を満足するものであった。特に、ワイヤNo.８を除く他の本発明の実施例ワイヤはＮｂ及びＶの合計がより好ましい範囲内にあったことから、衝撃性能が良好であった。更に、ワイヤNo.１乃至３、ワイヤNo.１０乃至２０及びワイヤNo.２２乃至２４は、Ｔｉ及びＢの少なくともいずれかが、本発明の請求項２の範囲内にあったことから、更に衝撃性能が良好であった。
【００５８】
一方、比較例ワイヤNo.２６はＣの含有量が本発明範囲の下限値０．０１５質量％を下回っており、引張性能が不良（強度不足）となった。
【００５９】
比較例ワイヤNo.２７はＣの含有量が本発明範囲の上限値０．１５質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。また、放射線透過試験において、高温割れが確認された。
【００６０】
ワイヤNo.２８はＳｉの含有量が本発明範囲の下限値０．１０質量％を下回っており、脱酸不足となり放射線透過試験においてブローホールが確認された。また、衝撃性能が不良（靭性不足）になった。
【００６１】
ワイヤNo.２９はＳｉの含有量が本発明範囲の上限値１．４０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００６２】
ワイヤNo.３０はＭｎの含有量が本発明範囲の下限値１．４０質量％を下回っており、脱酸不足となり、放射線透過試験において、ブローホールが確認された。また、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００６３】
ワイヤNo.３１はＭｎの含有量が本発明範囲の上限値２．６０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００６４】
ワイヤNo.３２はＮｉの含有量が本発明範囲の下限値０．００５質量％を下回っており、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００６５】
ワイヤNo.３３はＮｉの含有量が本発明範囲の上限値１．０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。また、放射線透過試験において、高温割れが確認された。
【００６６】
ワイヤNo.３４はＣｒの含有量が本発明範囲の下限値０．０１０質量％を下回っており、引張性能が不良（強度不足）となった。
【００６７】
ワイヤNo.３５はＣｒの含有量が本発明範囲の上限値１．０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００６８】
ワイヤNo.３６はＭｏの含有量が本発明範囲の下限値０．３０質量％を下回っており、引張性能が不良（強度不足）となった。
【００６９】
ワイヤNo.３７はＭｏの含有量が本発明範囲の上限値１．２０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００７０】
ワイヤNo.３８はＮｂ及びＶ並びにその合計が本発明範囲の下限値０．００５質量％を下回っており、フェライトバンドが発生した。このため、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７１】
ワイヤNo.３９はＮｂの含有量が本発明範囲の上限値０．０５０質量％を超えており、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００７２】
ワイヤNo.４０はＶの含有量が本発明範囲の上限値０．４０質量％を超えており、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００７３】
ワイヤNo.４１はＭｇの含有量が本発明範囲の下限値０．２０質量％を下回っており、脱酸不足となり放射線透過試験においてブローホールが確認された。また、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００７４】
ワイヤNo.４２はＭｇの含有量が本発明範囲の上限値１．５０質量％を超えており、アークが不安定となり溶接作業性が不良であった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７５】
ワイヤNo.４３はＴｉＯ２の含有量が本発明範囲の下限値４．８質量％を下回っており、アークが不安定となり溶接作業性が不安定であった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７６】
ワイヤNo.４４はＴｉＯ２の含有量が本発明範囲の上限値８．２質量％を超えており、スラグの粘性が過度となり放射線透過試験においてスラグ巻込みが確認された。また、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００７７】
ワイヤNo.４５は金属弗化物の合計（Ｆ換算値の合計）が本発明範囲の下限値０．０３質量％を下回っており、溶接作業性が不良であった。具体的には、アークが不安定となり、スラグの被包性も劣化してビード形状が不良となった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７８】
ワイヤNo.４６は金属弗化物の合計（Ｆ換算値の合計）が本発明範囲の上限値０．３５質量％を超えており、溶接作業性が不良であった。具体的には、アークが不安定となり、スラグの被包性も劣化してビード形状が不良となった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７９】
ワイヤNo.４７はＮａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の１種又は２種以上の合計（１価の酸化物換算値の合計）が本発明範囲の下限値０．０５質量％を下回っており、溶接作業性が不良であった。具体的には、アークが不安定となり、スパッタの発生量が増加して実用に耐えなかった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００８０】
ワイヤNo.４８はＮａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の１種又は２種以上の合計（１価の酸化物換算値の合計）が本発明範囲の上限値１．００質量％を超えており、溶接作業性が不良であった。具体的には、溶滴移行性が劣化した。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００８１】
ワイヤNo.４９はスラグ形成剤の合計が本発明範囲の下限値５．２質量％を下回っており、ビード外観が著しく劣化して実用に耐えなかった。
【００８２】
ワイヤNo.５０はスラグ形成剤の合計が本発明範囲の上限値９．９質量％を超えており、溶接作業性が不良となった。具体的には、溶接時にワイヤ先端で鋼製外皮が先行して溶融する現象が発生して、溶滴移行性が損なわれた。また、フェライトバンドが発生した。このため、引張性能及び衝撃性能も不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００８３】
ワイヤNo.５１はＭｎの含有量が本発明範囲の上限値２．６０質量％を超え、Ｃｒの含有量が本発明範囲の上限値１．０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００８４】
ワイヤNo.５２はＣの含有量が本発明範囲の上限値０．１５質量％を超え、Ｎｉの含有量が本発明範囲の上限値１．０質量％を超えており、放射線透過試験において高温割れが確認された。また、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００８５】
ワイヤNo.５３はＭｇの含有量が本発明範囲の上限値１．５０質量％を超え、金属弗化物の合計（Ｆ換算値の合計）が本発明の上限値０．３５質量％を超えており、溶接作業性が不良となった。具体的には、アークが不安定となり、ビード形状も劣化した。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、溶接後熱処理を受けてもフェライトバンドの発生が少ないか、又は完全に抑制でき、これにより、強度及び靭性の劣化が少ない溶接金属を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力、火力発電及び石油精製等の各種プラントに使用される低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、長時間の溶接後熱処理（以下、Post Weld Heat Treatment：ＰＷＨＴという）を受けてもフェライトバンドの発生が少ないか、又は完全に抑制されることから、強度及び靭性の劣化が少ない溶接金属を得ることができる低合金耐熱鋼用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】
ガスシールドアーク溶接用ワイヤには、ソリッドワイヤとフラックス入りワイヤとがある。特に、フラックス入りワイヤは、ソリッドワイヤに比較してスパッタが少ないこと、ビード外観及びビード形状が良好であること、更に立向及び上向溶接姿勢においても溶接作業性が良好であるといった種々の長所を有している。このため、低合金耐熱鋼の分野においてもフラックス入りワイヤの適用が進みつつある。一方、低合金耐熱鋼の溶接部は、残留応力及び残留水素の除去、溶接部の機械的性質の改善等を目的として、通常、何らかのＰＷＨＴが実施される。このため、低合金耐熱鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤには、高温高圧に曝される溶接構造物の使用環境に対応した諸性能と共に、ＰＷＨＴに対する抵抗性が要求される。
【０００３】
しかし、従来の低合金耐熱鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、長時間のＰＷＨＴを行うと、溶接金属中にフェライトバンドが発生して機械的性能が劣化するという問題点がある。具体的には、フェライトバンドの発生により溶接金属の強度及び靭性が劣化してしまう。
【０００４】
フェライトバンドは、溶接金属の凝固偏析とＰＷＨＴ中の炭素移動に起因して発生するものであり、フェライトバンドが多量に発生した場合、溶接金属の強度及び靭性に悪影響を及ぼす。このため、特開平５−７７０８６号公報には、強力な炭化物形成元素であるＮｂ及びＶを同時に添加することにより、炭素移動を抑制してフェライトバンドの発生を抑制する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｎｂ及びＶはフェライトバンドの抑制に有効である反面、靭性を劣化させる元素でもあり、Ｎｂ及びＶを添加することでフェライトバンドの発生は抑制できても、一方で靭性が劣化し、結果として、Ｎｂ及びＶの添加は有効な対策ではない。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、長時間のＰＷＨＴを受けてもフェライトバンドの発生が少なく、機械的性能が優れた溶接金属を得ることができる低合金耐熱鋼用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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填してなる低合金耐熱鋼用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、フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、スラグ形成剤を５．２乃至９．９質量％含有し、前記スラグ形成剤中に、ワイヤ全質量あたり、Ｎａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上を合計で０．０５乃至１．００質量％、ＴｉＯ２を４．８乃至８．２質量％、金属弗化物（Ｆ換算値）を０．０３乃至０．３５質量％含有し、更に鋼製外皮とフラックスの一方又は両方中に、ワイヤ全質量あたり、Ｃを０．０１５乃至０．１５質量％、Ｓｉを０．１０乃至１．４０質量％、Ｍｎを１．４０乃至２．６０質量％、Ｎｉを０．００５質量％以上１．０質量％未満、Ｃｒを０．０１０質量％以上１．０質量％未満、Ｍｏを０．３０乃至１．２０質量％、Ｍｇを０．２０乃至１．５０質量％含有すると共に、Ｖ：０．００５乃至０．０４０質量％及びＮｂ：０．００５乃至０．０５０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を合計で０．００５乃至０．０９０質量％含有することを特徴する。
【０００８】
本発明の低合金耐熱鋼用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、更に、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ：０．００５乃至０．５０質量％及びＢ：０．０００２乃至０．０１０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有してもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて詳細に説明する。
【００１０】
本願発明者等は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、フラックス入りワイヤの組成を以下に示すものとすることによって、溶接作業性が良好となり、長時間のＰＷＨＴを受けてもフェライトバンドの発生を抑制でき、良好な機械的性能が得られることを見出した。
【００１１】
即ち、本願発明者等は各種フラックス入りワイヤを使用して溶接金属を作成し、フェライトバンドと溶接作業性、具体的にはアークの安定性との関係を調査した。その結果、フェライトバンドの発生傾向とアークの安定性とは密接に関係しており、アークの安定性が優れたフラックス入りワイヤで作成した溶接金属ほど、長時間のＰＷＨＴを受けてもフェライトバンドの発生が少ない傾向にあることを見出した。これはアークの安定性が溶融金属の流動性又は撹拌挙動、ひいては溶接金属の凝固偏析に影響しているためではないかと推測される。
【００１２】
しかし、アークの安定性を良化したワイヤであっても、フェライトバンドの抑制が不十分である場合があったことから、更にＮｂ又はＶを添加してフェライトバンドとの関係を調査した。その結果、本発明者等は、アークの安定性を良化したワイヤであれば、Ｎｂ及びＶを夫々単独添加した場合であっても、フェライトバンドの発生を抑制できることを見出した。更に、アークの安定性を良化したワイヤは、靭性に悪影響を及ぼすＮｂ及びＶの添加量を低減できることから、靭性が改善されることも見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの組成限定理由について説明する。なお、本発明のフラックス入りワイヤの組成物の含有量はワイヤ全質量に対する含有量である。
【００１４】
スラグ形成剤：５．２乃至９．９質量％
本発明において、スラグ形成剤とは非金属成分を指し、具体的には後述するＴｉＯ２、金属弗化物、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の他、スラグ塩基度の調整並びに融点、粘性及び流動性の微調整のために使用するＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、ＣａＯ及びＭｇＯ等を指す。スラグ形成剤の含有量が５．２質量％未満ではスラグ量が不足してビードの被包性が損なわれ、ビード外観が劣化する。一方、スラグ形成剤の含有量が９．９質量％を超えると、スラグ発生量が過剰となり、スラグ巻き込み・融合不良等の溶接欠陥を引き起こす。更に、スラグ形成剤は酸化物を主体としていることから、鋼製外皮と比較して融点が高く、これが過剰に含有されると、鋼製外皮が先行して溶融し、フラックスが溶けずに溶融プール内に移行することとなり、溶融金属内部での撹拌が不均一となって溶接金属の成分偏析が発生する。これにより、フェライトバンドが生じ、強度及び靭性が劣化する。このため、スラグ形成剤の含有量は５．２乃至９．９質量％とする。
【００１５】
ＴｉＯ ２ ：４．８乃至８．２質量％
ＴｉＯ２はスラグ形成剤及びアーク安定剤としてフラックスに添加する。しかし、ＴｉＯ２の含有量が４．８質量％未満ではアークの安定性が著しく劣化して溶滴の移行性が損なわれ、溶接金属に成分偏析が発生してフェライトバンドが生じる。その結果、溶接金属の強度及び靭性が劣化する。一方、ＴｉＯ２を８．２質量％を超えて添加すると、スラグの粘性が過度となり、スラグ巻込みの原因となるうえ、溶接金属の酸素量が増加して靭性が劣化する。従って、ＴｉＯ２の含有量は４．８乃至８．２質量％とする。
【００１６】
Ｎａ化合物（Ｎａ ２ Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ ２ Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ ２ Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上の合計：０．０５ 乃至１．００質量％
Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物は高温アーク中でイオン化することで、アーク安定剤として作用する。その結果、溶滴移行性がスムーズになり、溶接金属の成分偏析が抑制されて、フェライトバンドの発生が抑制される。この効果はＮａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上の合計が０．０５質量％未満では得られず、溶接作業性の面ではスパッタ発生量が増大して実用に耐えない。一方、Ｎａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上の合計が１．００質量％を超えると、アーク長が極端に長くなり、溶滴移行性が劣化することから、溶接金属の成分偏析が発生してフェライトバンドが生じ、強度及び靭性が劣化する。従って、Ｎａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上の合計は０．０５乃至１．００質量％とする。なお、本発明において、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物としては、酸化物の他、弗化物も含む。弗化物の場合は、１価の酸化物に換算してその量を調整する。
【００１７】
金属弗化物（Ｆ換算値）：０．０３乃至０．３５質量％
金属弗化物は、アーク安定剤として作用すると共に、更に溶融スラグの粘性を調整して被包性を安定化し、ビード形状を整える作用を有する。また、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及び分離を促進して、溶接金属の酸素量を低減し、靭性を向上させると共に、溶接金属の成分偏析も抑えてフェライトバンドの発生を抑制する効果を有する。しかし、金属弗化物の含有量がＦ換算値で０．０３質量％未満では、上述の効果が得られない。一方、金属弗化物をＦ換算値で０．３５質量％を超えて添加すると、スラグの流動性が過剰となり、ビード形状が著しく劣化するうえ、アーク安定性も劣化して溶滴移行性が損なわれ、溶接金属の成分偏析が発生してフェライトバンドが生じ、強度及び靭性が劣化する。以上の理由から、金属弗化物の添加量はＦ換算値で０．０３乃至０．３５質量％とする。なお、弗化物としては、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＣａＦ２及びＣｅＦ３等を使用する。
【００１８】
Ｃ：０．０１５乃至０．１５質量％
Ｃは溶接金属の強度と靭性を調整する目的で鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方に添加する。しかし、Ｃの含有量が０．０１５質量％未満では強度が不足する。一方、Ｃの含有量が０．１５質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、靭性が劣化する。従って、Ｃの含有量は０．０１５乃至０．１５質量％とする。なお、Ｃをフラックスから添加する場合は、グラファイト、クロムカーバイト、Ｓｉ−Ｃ、高Ｃ−Ｆｅ−Ｃｒ、高Ｃ−Ｆｅ−Ｍｎ等のＣ単体又は合金類を使用する。
【００１９】
Ｓｉ：０．１０乃至１．４０質量％
Ｓｉは溶接金属の脱酸剤として作用する。また、Ｓｉは強度と靭性の調整に有効であり、これらの目的で、鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方にＳｉを添加する。しかし、Ｓｉの含有量が０．１０質量％未満では十分な脱酸効果が得られず、靭性の低下とブローホールの発生を引き起こす。一方、Ｓｉの含有量が１．４０質量％を超えると、強度が過剰となり靭性が劣化する。従って、Ｓｉの含有量は０．１０乃至１．４０質量％とする。なお、Ｓｉをフラックスから添加する場合は、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ等の合金類を使用する。
【００２０】
Ｍｎ：１．４０乃至２．６０質量％
Ｍｎは溶接金属の脱酸剤として作用すると共に、溶接金属の焼き入れ性を高めて靭性を改善させる効果を有する。しかし、Ｍｎの含有量が１．４０質量％未満では十分な脱酸効果が得られず、靭性の低下とブローホールの発生を引き起こす。一方、Ｍｎの含有量が２．６０質量％を超えると、強度が過剰となり、靭性が劣化する。従って、Ｍｎの含有量は１．４０乃至２．６０質量％とする。なお、Ｍｎをフラックスから添加する場合は、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の金属単体又は合金類を使用する。
【００２１】
Ｎｉ：０．００５質量％以上１．０質量％未満
Ｎｉは溶接金属の焼き入れ性を高めて靭性を改善させる効果を有する。しかし、Ｎｉの含有量が０．００５質量％未満では、靭性の改善効果が得られない。一方、Ｎｉの含有量が１．０質量％以上では、強度が過剰となり、靭性が劣化するうえ、耐高温割れ性も劣化する。従って、Ｎｉの含有量は０．００５質量％以上１．０質量％未満とする。なお、Ｎｉをフラックスから添加する場合は、金属Ｎｉ又はＮｉ−Ｍｇ等の金属単体又は合金類を使用する。
【００２２】
Ｃｒ：０．０１０質量％以上１．０質量％未満
Ｃｒは溶接金属の強度を確保する効果を有する。しかし、Ｃｒの含有量が０．０１０質量％未満では強度が確保できない。一方、Ｃｒを１．０質量％以上添加すると、強度が過剰となり、靭性が低下する。従って、Ｃｒの含有量は０．０１０質量％以上１．０質量％未満とする。なお、Ｃｒをフラックスから添加する場合は、金属Ｃｒ又はＦｅ−Ｃｒ等の金属単体又は合金類を使用する。
【００２３】
Ｍｏ：０．３０乃至１．２０質量％
ＭｏはＣｒと同様に、溶接金属の強度を向上させる作用を有する。しかし、Ｍｏの含有量が０．３０質量％未満では十分な効果は得られない。一方、Ｍｏを１．２０質量％を超えて添加すると、強度が過剰となり、靭性が低下する。従って、Ｍｏの含有量は０．３０乃至１．２０質量％とする。なお、Ｍｏをフラックスから添加する場合は、金属Ｍｏ又はＦｅ−Ｍｏといった金属単体又は合金類を使用する。
【００２４】
Ｍｇ：０．２０乃至１．５０質量％
Ｍｇは溶接金属の脱酸剤として添加され、靭性の向上に寄与する。しかし、Ｍｇの含有量が０．２０質量％未満では、十分な脱酸効果が得られず、靭性が劣化するうえ、ブローホールの発生を引き起こす。一方、Ｍｇの含有量が１．５０質量％を超えると、アークの安定性が劣化すると共に、スパッタ発生量が増加して実用に耐えない。更に、アークの安定性が劣化することから溶接金属の成分偏析が助長され、フェライトバンドが発生して強度及び靭性が劣化する。従って、Ｍｇの含有量は０．２０乃至１．５０質量％とする。なお、Ｍｇをフラックスから添加する場合は、金属Ｍｇ又はＡｌ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｍｇ及びＮｉ−Ｍｇ等の合金類を使用する。
【００２５】
Ｖ：０．００５乃至０．０４０質量％及びＮｂ：０．００５乃至０．０５０質量％からなる群から選択された少なくとも１種の合計：０．００５乃至０．０９０質量％
Ｎｂ及びＶは強い炭化物形成元素であり、長時間の溶接後熱処理を行った際の溶接金属の強度及び靭性に悪影響を及ぼすフェライト粒の粗大化又はフェライトバンドの発生を抑制する効果を有する。また、溶接金属の強度を向上させる効果も有する。しかし、Ｎｂ若しくはＶの単独添加又はＮｂ及びＶの同時添加にかかわらず、Ｎｂ及びＶの合計の添加量が０．００５質量％未満では、フェライトバンドを抑制する効果が得られず、十分な強度も得られない。一方、Ｎｂ量が０．０５０質量％を超えるか、Ｖ量が０．０４０質量％を超えるか、又はＮｂ量とＶ量の合計で０．０９０質量％を超えて添加すると、溶接金属の靭性が劣化する。以上の理由から、Ｖ：０．００５乃至０．０４０質量％及びＮｂ：０．００５乃至０．０５０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を総量で０．００５乃至０．０９０質量％添加する。なお、Ｎｂ及びＶの１種又は２種の総量は、より好ましくは、０．００５乃至０．０８０質量％である。Ｎｂ又はＶをフラックスから添加する場合は、Ｆｅ−Ｎｂ又はＦｅ−Ｖ等の合金類の他、Ｎｂ２Ｏ５又はＶ２Ｏ５等の酸化物の形態で添加することも可能である。
【００２６】
Ｔｉ：０．００５乃至０．５０質量％
Ｔｉはアーク安定剤として作用すると共に、溶接金属の脱酸剤として作用する。このため、本発明においては、必要に応じて、Ｔｉを添加することができる。Ｔｉを添加する場合、Ｔｉの含有量が０．００５質量％未満では十分な効果が得られない。一方、Ｔｉを０．５０質量％を超えて添加すると、強度が過剰となり、靭性が劣化する。従って、Ｔｉの含有量は０．００５乃至０．５０質量％とする。なお、Ｔｉをフラックスから添加する場合は、金属Ｔｉ又はＦｅ−Ｔｉ等、酸化物以外の形態で添加する。
【００２７】
Ｂ：０．０００２乃至０．０１０質量％
Ｂは溶接金属の靭性向上のために、必要に応じて添加することができる。Ｂを添加する場合、Ｂの含有量が０．０００２質量％未満では十分な効果が得られない。一方、Ｂを０．０１０質量％を超えて添加すると、強度が過剰となり靭性が劣化する。従って、Ｂの含有量は０．０００２乃至０．０１０質量％とする。なお、Ｂをフラックスから添加する場合は、Ｆｅ−Ｂ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｂ等の合金類の他、Ｂ２Ｏ３等、酸化物の形態でも添加することが可能である。
【００２８】
シールドガス
シールドガスとしては１００％ＣＯ２ガスの他、ＡｒガスとＣＯ２ガスとの混合ガス、ＡｒガスとＯ２ガスとの混合ガス、並びにＡｒガス、ＣＯ２ガス及びＯ２ガスの３種混合ガス等、いずれの組成も使用可能である。ワイヤ断面形状は特に規定されず、合わせ目があってもなくてもいずれでもよい。フラックス充填率、即ち、上述の組成のフラックスのワイヤ全質量に対する質量比は特に規定しないが、ワイヤの生産性、例えば成型及び伸線時の断線等を考慮すると、フラックスの質量比（充填率）は１１．０乃至１８．０質量％が好ましい。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の特許請求の範囲に規定した範囲に入る実施例の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、本発明の範囲から外れる比較例と比較してその効果について説明する。
【００３０】
下記表１及び表２に示す鋼製外皮を使用して、下記表５乃至表１６に示すフラックス入りワイヤを製造した。ワイヤの直径は全て１．２ｍｍとした。これらのフラックス入りワイヤを使用して下記表３に示す溶接条件にて溶接金属を作成して各種試験に供した。なお、使用した鋼板は、ＪＩＳ ＳＭ４９０Ａ（板厚２０ｍｍ、４５°Ｖ字開先、ルートギャップ１２ｍｍ）である。この鋼板の開先面は供試ワイヤで２層バタリングされている。なお、溶接金属のみの評価を行うため、母材希釈の影響を避ける必要上、開先面に供試ワイヤにて肉盛を行う。このことをバタリングという。一般に２乃至３層のバタリングで母材希釈はキャンセルされる。下記表４は試験項目、ＰＷＨＴ条件及び評価基準を示す。そして、下記表１７乃至表２５に試験結果を示す。以下、各ワイヤについて考察する。
【００３１】
なお、表１及び表２に示す「＜」は「未満」であることを示す。また、表４に示す「ＦＣ」とは「炉冷」を示す。更に、表５乃至表１６に示す数値はワイヤ全質量に対する値である。更にまた、表６、表１０及び表１４に示す「Ｎｂ＋Ｖ」はＮｂとＶとの合計を表している。また、表２２及び表２５の放射線透過試験結果の欄に示す「ＨＣ」は「高温割れ」を示し、「ＢＨ」は「ブローホール」を示し、「ＳＩ」は「スラグ巻込み」を示す。
【００３２】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
【表１８】
【表１９】
【表２０】
【表２１】
【表２２】
【表２３】
【表２４】
【表２５】
ワイヤNo.１乃至２５は本発明の実施例である。これらのワイヤはスラグ形成剤及びＴｉＯ２の各量、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の１種又は２種以上の合計（１価の酸化物としての合計）、金属弗化物の量（Ｆ換算値）、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＭｇの各量、並びにＮｂ及びＶの１種又は２種の合計が、いずれも本発明の範囲内に入っており、溶接作業性、放射線透過試験、フェライトバンドの有無、室温引張試験及び衝撃試験のいずれも良好かつ所定の性能を満足するものであった。特に、ワイヤNo.８を除く他の本発明の実施例ワイヤはＮｂ及びＶの合計がより好ましい範囲内にあったことから、衝撃性能が良好であった。更に、ワイヤNo.１乃至３、ワイヤNo.１０乃至２０及びワイヤNo.２２乃至２４は、Ｔｉ及びＢの少なくともいずれかが、本発明の請求項２の範囲内にあったことから、更に衝撃性能が良好であった。
【００５８】
一方、比較例ワイヤNo.２６はＣの含有量が本発明範囲の下限値０．０１５質量％を下回っており、引張性能が不良（強度不足）となった。
【００５９】
比較例ワイヤNo.２７はＣの含有量が本発明範囲の上限値０．１５質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。また、放射線透過試験において、高温割れが確認された。
【００６０】
ワイヤNo.２８はＳｉの含有量が本発明範囲の下限値０．１０質量％を下回っており、脱酸不足となり放射線透過試験においてブローホールが確認された。また、衝撃性能が不良（靭性不足）になった。
【００６１】
ワイヤNo.２９はＳｉの含有量が本発明範囲の上限値１．４０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００６２】
ワイヤNo.３０はＭｎの含有量が本発明範囲の下限値１．４０質量％を下回っており、脱酸不足となり、放射線透過試験において、ブローホールが確認された。また、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００６３】
ワイヤNo.３１はＭｎの含有量が本発明範囲の上限値２．６０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００６４】
ワイヤNo.３２はＮｉの含有量が本発明範囲の下限値０．００５質量％を下回っており、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００６５】
ワイヤNo.３３はＮｉの含有量が本発明範囲の上限値１．０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。また、放射線透過試験において、高温割れが確認された。
【００６６】
ワイヤNo.３４はＣｒの含有量が本発明範囲の下限値０．０１０質量％を下回っており、引張性能が不良（強度不足）となった。
【００６７】
ワイヤNo.３５はＣｒの含有量が本発明範囲の上限値１．０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００６８】
ワイヤNo.３６はＭｏの含有量が本発明範囲の下限値０．３０質量％を下回っており、引張性能が不良（強度不足）となった。
【００６９】
ワイヤNo.３７はＭｏの含有量が本発明範囲の上限値１．２０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００７０】
ワイヤNo.３８はＮｂ及びＶ並びにその合計が本発明範囲の下限値０．００５質量％を下回っており、フェライトバンドが発生した。このため、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７１】
ワイヤNo.３９はＮｂの含有量が本発明範囲の上限値０．０５０質量％を超えており、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００７２】
ワイヤNo.４０はＶの含有量が本発明範囲の上限値０．４０質量％を超えており、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００７３】
ワイヤNo.４１はＭｇの含有量が本発明範囲の下限値０．２０質量％を下回っており、脱酸不足となり放射線透過試験においてブローホールが確認された。また、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００７４】
ワイヤNo.４２はＭｇの含有量が本発明範囲の上限値１．５０質量％を超えており、アークが不安定となり溶接作業性が不良であった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７５】
ワイヤNo.４３はＴｉＯ２の含有量が本発明範囲の下限値４．８質量％を下回っており、アークが不安定となり溶接作業性が不安定であった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７６】
ワイヤNo.４４はＴｉＯ２の含有量が本発明範囲の上限値８．２質量％を超えており、スラグの粘性が過度となり放射線透過試験においてスラグ巻込みが確認された。また、衝撃性能が不良（靭性不足）となった。
【００７７】
ワイヤNo.４５は金属弗化物の合計（Ｆ換算値の合計）が本発明範囲の下限値０．０３質量％を下回っており、溶接作業性が不良であった。具体的には、アークが不安定となり、スラグの被包性も劣化してビード形状が不良となった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７８】
ワイヤNo.４６は金属弗化物の合計（Ｆ換算値の合計）が本発明範囲の上限値０．３５質量％を超えており、溶接作業性が不良であった。具体的には、アークが不安定となり、スラグの被包性も劣化してビード形状が不良となった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００７９】
ワイヤNo.４７はＮａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の１種又は２種以上の合計（１価の酸化物換算値の合計）が本発明範囲の下限値０．０５質量％を下回っており、溶接作業性が不良であった。具体的には、アークが不安定となり、スパッタの発生量が増加して実用に耐えなかった。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００８０】
ワイヤNo.４８はＮａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の１種又は２種以上の合計（１価の酸化物換算値の合計）が本発明範囲の上限値１．００質量％を超えており、溶接作業性が不良であった。具体的には、溶滴移行性が劣化した。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００８１】
ワイヤNo.４９はスラグ形成剤の合計が本発明範囲の下限値５．２質量％を下回っており、ビード外観が著しく劣化して実用に耐えなかった。
【００８２】
ワイヤNo.５０はスラグ形成剤の合計が本発明範囲の上限値９．９質量％を超えており、溶接作業性が不良となった。具体的には、溶接時にワイヤ先端で鋼製外皮が先行して溶融する現象が発生して、溶滴移行性が損なわれた。また、フェライトバンドが発生した。このため、引張性能及び衝撃性能も不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００８３】
ワイヤNo.５１はＭｎの含有量が本発明範囲の上限値２．６０質量％を超え、Ｃｒの含有量が本発明範囲の上限値１．０質量％を超えており、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００８４】
ワイヤNo.５２はＣの含有量が本発明範囲の上限値０．１５質量％を超え、Ｎｉの含有量が本発明範囲の上限値１．０質量％を超えており、放射線透過試験において高温割れが確認された。また、引張性能及び衝撃性能が不良（強度過剰及び靭性不足）となった。
【００８５】
ワイヤNo.５３はＭｇの含有量が本発明範囲の上限値１．５０質量％を超え、金属弗化物の合計（Ｆ換算値の合計）が本発明の上限値０．３５質量％を超えており、溶接作業性が不良となった。具体的には、アークが不安定となり、ビード形状も劣化した。また、フェライトバンドが発生して、引張性能及び衝撃性能が不良（強度不足及び靭性不足）となった。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、溶接後熱処理を受けてもフェライトバンドの発生が少ないか、又は完全に抑制でき、これにより、強度及び靭性の劣化が少ない溶接金属を得ることができる。
Claims (2)
- 鋼製外皮にフラックスを充填してなる低合金耐熱鋼用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、フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、スラグ形成剤を５．２乃至９．９質量％含有し、前記スラグ形成剤中に、ワイヤ全質量あたり、Ｎａ化合物（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ２Ｏ換算値）及びＬｉ化合物（Ｌｉ２Ｏ換算値）からなる群から選択された１種又は２種以上を合計で０．０５乃至１．００質量％、ＴｉＯ２を４．８乃至８．２質量％、金属弗化物（Ｆ換算値）を０．０３乃至０．３５質量％含有し、更に鋼製外皮とフラックスの一方又は両方中に、ワイヤ全質量あたり、Ｃを０．０１５乃至０．１５質量％、Ｓｉを０．１０乃至１．４０質量％、Ｍｎを１．４０乃至２．６０質量％、Ｎｉを０．００５質量％以上１．０質量％未満、Ｃｒを０．０１０質量％以上１．０質量％未満、Ｍｏを０．３０乃至１．２０質量％、Ｍｇを０．２０乃至１．５０質量％含有すると共に、Ｖ：０．００５乃至０．０４０質量％及びＮｂ：０．００５乃至０．０５０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を合計で０．００５乃至０．０９０質量％含有することを特徴する低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 更に、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ：０．００５乃至０．５０質量％及びＢ：０．０００２乃至０．０１０質量％からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１に記載の低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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