JP3877811B2 - ９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガスのように極低温液体用貯蔵タンクの建造材料等に使用される９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスに関し、特に、−１９６℃という極低温においても強度及び低温靱性が良好であると共に、水平隅肉溶接及び横向多層溶接時の作業性を向上させることができる９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、極低温液体用貯蔵タンクの建造材料等として使用される９％Ｎｉ鋼の溶接においては、高温割れを防止するために、比較的低入熱で溶接する被覆アーク溶接法及び半自動溶接法が適用されていた。しかしながら、近時、耐高温割れ性が優れたワイヤが開発されているため、溶接建造物の施工能率を向上させるために、サブマージアーク溶接の適用が増加している。このように、サブマージアーク溶接により極低温用の建造材料等を溶接する場合、得られる溶接金属は母材と同等の優れた強度及び低温靱性を有することが必要であり、そのようなサブマージアーク溶接に使用されるフラックスについても種々研究が行われている。その中でも特に、フラックス中の金属フッ化物、Ａｌ及び希土類元素の含有量を適切に規定することにより、再熱ミクロ割れ性の改善を図ったフラックスが提案されている（特開昭５８−１１０１９２号公報）。
【０００３】
また、原料粉として溶融型フラックスを５０乃至９０重量％含有する焼成型フラックスにおいて、ＣａＦ2：３０乃至７０重量％、ＣａＯ及びＭｇＯのいずれか１種又は２種の合計：８乃至３０重量％、Ａｌ2Ｏ3：１０乃至３０重量％及びＡｌ：２乃至８重量％を含有し、ＳｉＯ2を５重量％以下に規制すると共に、Ｓｉを実質的に含有しないＮｉ合金鋼のサブマージアーク溶接用焼成型フラックスも開示されている（特開昭６０−１２７０９５号公報）。これは、フラックス組成を上記範囲に規制することにより、耐Ｘ線欠陥特性及びビード外観の向上を図ったものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の技術により溶接金属の性能を向上させることはできるが、これと同様に重要視される溶接作業性、特に、水平隅肉溶接及び横向多層溶接時におけるスラグ剥離性及びビードの平滑性を向上させることはできないという問題点がある。即ち、溶接金属の性能向上と溶接作業性との双方を十分に満足することができるようなサブマージアーク溶接用のフラックスは、未だ開発されていない。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、良好な低温靱性を有する溶接金属を得ることができると共に、優れたスラグ剥離性及びビードの平滑性を得ることができる９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスは、フラックス全重量あたり溶融型フラックスを３０乃至６０重量％含有する９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスにおいて、フラックス全重量あたり、ＳｉＯ2：５乃至１５重量％、ＣａＦ2：２０乃至４０重量％、Ａｌ2Ｏ3：１０乃至３０重量％、ＣａＯ：５乃至２０重量％、Ｓｉ：０．１乃至５重量％、希土類元素：０．１乃至１重量％並びに金属単体、合金及び混合物から添加されるＡｌ及びＣａのうちの１種又は２種の合計：１乃至５重量％を含有し、前記溶融型フラックスは、溶融型フラックス全重量あたりＳｉＯ2：５乃至３０重量％、ＣａＦ2：２０乃至５０重量％、Ａｌ2Ｏ3：２０乃至４０重量％及びＣａＯ：１５乃至２５重量％を含有するものであり、水ガラスを添加して造粒し、焼結された後のフラックス嵩密度が０．８０乃至１．２０ｇ／ｃｍ3であることを特徴とする。
【０００７】
この９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスは、更に、前記ＣａＦ2を除く金属フッ化物をフッ素換算値で２乃至５重量％含有することが好ましく、金属炭酸塩をＣＯ2換算値で１乃至１０重量％含有することが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
極低温において使用される９％Ｎｉ鋼等の低温鋼用のサブマージアーク溶接により得られる溶接金属は、母材と同等の性能、特に、低温靱性を有することが要求される。一般的に、溶接金属の低温靱性を向上させるためには、溶接金属中の酸素量及びＳｉ量を低減することが有効であり、そのために、フラックス中の酸素及びＳｉ量が低減されている。しかしながら、作業性の観点からは、フラックス中のＳｉ及びＳｉＯ2は、スラグの剥離性を向上させると共に、スラグの粘性を高めてビード形状を良好にする効果を有しており、水平隅肉溶接及び横向多層溶接を実施する場合に特に重要な化学成分である。
【０００９】
また、本願発明者等は、スラグの剥離性及びビード形状を良好にするためには、フラックスの嵩密度を低くすることが有効であることを見い出した。しかしながら、焼結型フラックスの嵩密度を低くすると、フラックスが粉化しやすくなるので、溶接時に散布したフラックスを回収して再利用する場合、フラックスの粒が壊れて細粒が激増し、作業性が低下してしまう。
【００１０】
そこで、本願発明者等は、上記Ｓｉ及びＳｉＯ2の効果を十分に得ることができ、更に、嵩密度が低いと共に、粉化しにくい焼結型フラックスを開発すべく、Ｓｉ及びＳｉＯ2の添加量及び添加方法について種々研究を行った。その結果、ＣａＦ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ−ＳｉＯ2系からなる溶融型フラックスが原料粉として含有されている焼結型フラックスを使用することが有効であることを見い出した。即ち、このような焼結型フラックスを使用することにより、得られる溶接金属の低温靱性が良好であると共に、スラグ剥離性及び水平隅肉溶接時のビードの平滑性が優れており、嵩密度は低いが粉化しにくい焼結型フラックスを得ることができる。
【００１１】
以下、本発明に係る９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスに含有される化学成分の組成限定理由について説明する。
【００１２】
ＳｉＯ 2 ：５乃至１５重量％
ＳｉＯ2はスラグの粘性及び流動性を調整するために添加し、ビード形状の平滑性及びスラグ剥離性を良好にするために不可欠な成分である。フラックス中のＳｉＯ2がフラックス全重量あたり５重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＳｉＯ2が１５重量％を超えると、スラグの焼き付きが発生すると共に、溶接金属の低温靱性の低下を引き起こしてしまう。従って、フラックス中のＳｉＯ2はフラックス全重量あたり５乃至１５重量％とする。なお、このＳｉＯ2の大部分は、焼結型フラックスの原料粉とする溶融型フラックスから添加されるが、それ以外にも、珪砂及び珪灰石等からフラックス中に添加することができる。また、フラックス原料の造粒時に使用される水ガラス成分中のＳｉＯ2も含まれる。
【００１３】
ＣａＦ 2 ：２０乃至４０重量％
ＣａＦ2はアークを安定させると共に、スラグの粘性を高めてビード形状を良好にする効果を有する。また、フラックス中にＣａＦ2を添加することにより、得られる溶接金属中の酸素量を低減して、靱性を向上させることができる。フラックス中のＣａＦ2がフラックス全重量あたり２０重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＣａＦ2が４０重量％を超えると、アークが不安定になり、スラグの流動性が悪くなるので、作業性が低下する。従って、フラックス中のＣａＦ2はフラックス全重量あたり２０乃至４０重量％とする。なお、このＣａＦ2の大部分は、焼結型フラックスの原料粉とする溶融型フラックスから添加されるが、それ以外にも、蛍石等としてフラックス中に添加することができる。
【００１４】
Ａｌ 2 Ｏ 3 ：１０乃至３０重量％
Ａｌ2Ｏ3はスラグ形成剤として作用するものであり、主に、スラグの流動性を調整すると共に、スラグの剥離性を良好にする効果を有する。フラックス中のＡｌ2Ｏ3がフラックス全重量あたり１０重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＡｌ2Ｏ3が３０重量％を超えると、スラグの流動性が過大となり、ビードの平滑性が劣化する。従って、フラックス中のＡｌ2Ｏ3はフラックス全重量あたり１０乃至３０重量％とする。なお、このＡｌ2Ｏ3の大部分は、焼結型フラックスの原料粉とする溶融型フラックスから添加されるが、それ以外にも、アルミナ等としてフラックス中に添加することができる。
【００１５】
ＣａＯ：５乃至２０重量％
ＣａＯはスラグの塩基性を高めて、溶接金属の低温靱性を向上させる効果を有する成分である。フラックス中のＣａＯがフラックス全重量あたり５重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＣａＯが２０重量％を超えると、スラグの剥離性が著しく低下する。従って、フラックス中のＣａＯはフラックス全重量あたり５乃至２０重量％とする。なお、このＣａＯの大部分は、焼結型フラックスの原料粉とする溶融型フラックスから添加されるが、それ以外にも、珪灰石及び炭酸石灰等からフラックス中に添加することができる。
【００１６】
Ｓｉ：０．１乃至５重量％
Ｓｉは脱酸剤としてフラックス中に添加することにより、溶接金属の低温靱性を向上させることができる成分である。フラックス中のＳｉがフラックス全重量あたり０．１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＳｉが５重量％を超えると、溶接金属中のＳｉ含有量が過大となり、低温靱性が低下してしまう。従って、フラックス中のＳｉはフラックス全重量あたり０．１乃至５重量％とする。なお、このＳｉは単体としてフラックス中に添加される以外に、Ｆｅ−Ｓｉ等の合金又はレアアースカルシウムシリコン等の混合物からフラックス中に添加することができる。
【００１７】
希土類元素：０．１乃至１重量％
イットリウムその他の希土類元素、即ち、周期律表の３Ａ族に属する元素は優れた脱硫効果を有し、フラックス中に添加することにより、溶接金属の耐高温割れ性を大きく向上させることができる。フラックス中の希土類元素がフラックス全重量あたり０．１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中の希土類元素が１重量％を超えると、得られる溶接金属の低温靱性が著しく低下する。従って、フラックス中の希土類元素はフラックス全重量あたり０．１乃至１重量％とする。なお、この希土類元素は、単体としてイットリウム、ランタン及びセリウムの少なくとも１種からフラックス中に添加される以外に、レアアースカルシウムシリコン及びミッシュメタル等の混合物からフラックス中に添加することができる。
【００１８】
Ａｌ及びＣａのいずれか１種又は２種の合計：１乃至５重量％
Ａｌ及びＣａは脱酸剤としてフラックス中に添加することにより、溶接金属中の酸素量を著しく低下させ、低温靱性を向上させることができる成分である。フラックス中のＡｌ及びＣａのいずれか１種又は２種の合計が、フラックス全重量あたり１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＡｌ及びＣａのいずれか１種又は２種の合計が５重量％を超えると、延性が不足することにより、−１９６℃の極低温における靱性が低下する。従って、フラックス中のＡｌ及びＣａのいずれか１種又は２種の合計はフラックス全重量あたり１乃至５重量％とする。なお、このＡｌは、単体又はＦｅ−Ａｌ合金等によりフラックス中に添加することができ、Ｃａは単体又はレアアースカルシウムシリコン等の混合物によりフラックス中に添加することができる。
【００１９】
溶融型フラックス：３０乃至６０重量％
溶融型フラックスは本発明に係る焼結型フラックスの原料粉として使用されるものであり、電気炉等で溶融した後、冷却して粉砕することにより得られるＳｉＯ2−ＣａＦ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系のフラックスである。このように、ＳｉＯ2を一度溶解した後にフラックス中に添加することにより、溶接金属の低温靱性に悪影響を及ぼすＳｉ及びＯの溶接金属への歩留まりを抑制することができ、更に、スラグ剥離性並びに水平隅肉溶接及び横向多層溶接時のビード形状の平滑性を向上させることができる。また、この溶融型フラックスをフラックス中に添加することにより、アークを安定化して、フラックスの溶融を円滑にすることができる。
【００２０】
焼結型フラックスの原料粉として使用される溶融型フラックスが、フラックス全重量あたり３０重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、溶融型フラックスの含有量が増加すると、これにより得られる造粒前のフラックス原料の嵩密度が高くなり、このフラックス原料に水ガラスを添加して造粒し、乾燥させた後の焼結型フラックスの嵩密度も必然的に高くなる。嵩密度が作業性に及ぼす影響については後述するが、良好な作業性を有する焼結型フラックスを得るためには、フラックス嵩密度を１．２０（ｇ／ｃｍ3）以下にする必要があり、フラックス全重量あたりの溶融型フラックスが６０重量％を超えると、フラックス嵩密度を１．２０（ｇ／ｃｍ3）以下にすることができなくなる。従って、フラックス中の溶融型フラックスはフラックス全重量あたり３０乃至６０重量％とする。
【００２１】
なお、溶融型フラックス中のＳｉＯ2、ＣａＦ2、Ａｌ2Ｏ3及びＣａＯの各成分が有する効果は前述の通りであり、作業性及び低温靱性を向上させるためには、溶融型フラックス中のＳｉＯ2は、溶融型フラックス全重量あたり５乃至３０重量％とする。また、アークの安定性及びスラグの流動性を向上させるために、溶融型フラックス中のＣａＦ2は、溶融型フラックス全重量あたり２０乃至５０重量％とする。更に、スラグの流動性及びスラグの剥離性を向上させるために、溶融型フラックス中のＡｌ2Ｏ3は、溶融型フラックス全重量あたり２０乃至４０重量％とする。更にまた、スラグの塩基性とスラグの剥離性を高めるために、溶融型フラックス中のＣａＯは、溶融型フラックス全重量あたり１５乃至２５重量％とする。
【００２２】
嵩密度：０．８０乃至１．２０（ｇ／ｃｍ 3 ）
溶融型フラックスを原料粉として得られた造粒前のフラックス原料に、水ガラスを添加して造粒した後、焼結することにより製造される焼結型フラックスの嵩密度は、１．２０（ｇ／ｃｍ3）以下に規制することにより、水平隅肉溶接及び横向多層溶接時のビード形状の平滑性を改善し、スラグ剥離性を良好にすることができる。一方、この嵩密度が０．８０（ｇ／ｃｍ3）よりも小さくなると、作業性は良好となるが、フラックスが粉化しやすくなり、この細粒化によりビードの平滑性が低下すると共に、スラグの焼き付きが発生する。従って、フラックス原料に水ガラスを添加して造粒した後、焼結することにより製造される焼結型フラックスの嵩密度は、０．８０乃至１．２０（ｇ／ｃｍ3）とする。
【００２３】
ＣａＦ 2 を除く金属フッ化物（フッ素換算値）：２乃至５重量％
主に、溶融フラックス中に含有されるＣａＦ2の効果については前述の通りであるが、フラックス中にフッ化物を添加することにより得られるアーク安定性及びビードのなじみ性の向上効果を十分に得るためには、単体の金属フッ化物をフラックス中に添加することが有効である。即ち、フラックス中に金属フッ化物を添加すると、アークを安定にすると共に、スラグに適度な粘性を与えてビード形状を良好にすることができる。
【００２４】
フラックス中に金属フッ化物を添加する場合、このＣａＦ2を除く金属フッ化物が、フッ素換算値で、フラックス全重量あたり２重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＣａＦ2を除く金属フッ化物がフッ素換算値で５重量％を超えると、スラグの粘性が低下して、ビード形状が劣化する。従って、フラックス中に金属フッ化物を添加する場合、ＣａＦ2を除く金属フッ化物は、フッ素換算値で、フラックス全重量あたり２乃至５重量％とすることが好ましい。なお、この金属フッ化物とは、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、氷晶石及びフッ化アルミニウム等をいい、これらは、単独又は２種以上を組み合わせてフラックス中に添加することができる。
【００２５】
金属炭酸塩（ＣＯ 2 換算値）：１乃至１０重量％
フラックス中に金属炭酸塩を添加すると、この金属炭酸塩は溶融分解してＣＯ2ガスを発生し、アーク雰囲気中の水蒸気分圧を低下させるので、溶接金属中の水素量を低減することができると共に、スラグの塩基性を高めて溶接金属の低温靱性を向上させることができる。フラックス中に金属炭酸塩を添加する場合、この金属炭酸塩が、ＣＯ2換算値で、フラックス全重量あたり１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中の金属炭酸塩がＣＯ2換算値で１０重量％を超えると、アークが不安定になり、ビード形状が悪化する。従って、フラックス中に金属炭酸塩を添加する場合、この金属炭酸塩は、ＣＯ2換算値で、フラックス全重量あたり１乃至１０重量％とすることが好ましい。なお、この金属炭酸塩とは、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム及び炭酸カルシウム等をいい、これらは、単独又は２種以上を組み合わせてフラックス中に添加することができる。
【００２６】
このように、本発明においては、９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接において使用する焼結型フラックスの組成を上記範囲に規定するが、この焼結型フラックスの特性を十分に発揮するためには、Ｎｉ基合金ワイヤとの組み合わせでサブマージアーク溶接することが望ましい。なお、Ｎｉ基合金ワイヤとは、Ｎｉを５５重量％以上含有すると共に、合金成分として、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＷを含有するワイヤをいう。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明に係る９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスの実施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。
【００２８】
先ず、フラックス原料を調製し、これに固着剤として水ガラスを添加して造粒した後、焼結することにより、下記表１乃至４に示す種々の化学組成を有するサブマージアーク溶接用焼結型フラックスを作製した。但し、各フラックス中の希土類元素としては、実施例Ｎｏ．１、３、８及び比較例Ｎｏ．１３はミッシュメタル（La:Ce=1:1）を使用し、実施例Ｎｏ．２及び比較例Ｎｏ．１８はイットリウムを使用した。また、実施例Ｎｏ．４〜７、比較例Ｎｏ．１５及び１６はレアアースカルシウムシリコンにより希土類元素を添加した。このレアアースカルシウムシリコン中の希土類元素はＬａ及びＣｅであり、これらの希土類元素の含有量はレアアースカルシウムシリコン全重量あたり２０重量％である。また、実施例Ｎｏ．９、１０及び比較例Ｎｏ．１１はランタンを使用し、比較例Ｎｏ．１２及び１７はセリウムを使用した。
【００２９】
次いで、下記表５及び６に示す化学組成を有する母材及びワイヤを使用して、下記表７に示す溶接条件で水平隅肉溶接及び横向多層溶接を実施した。
【００３０】
図１（ａ）は水平隅肉溶接時に使用した溶接母材の形状及びサイズを示す正面図であり、（ｂ）はその断面図である。図１に示すように、幅が７０ｍｍ、長さが５００ｍｍで厚さが１２ｍｍである鋼板２１及び２２を使用して、鋼板２１を水平に配置すると共に、その上表面に鋼板２２の長手方向の端面を当てて配置し、Ｔ継手を形成した。そして、Ｔ継手の一方の隅部２３に対して水平隅肉溶接を実施し、溶接金属２４を形成した。
【００３１】
図２は横向多層溶接時に使用した溶接母材の形状及びサイズを示す断面図であり、図３は横向多層溶接方法を示す模式図である。図２に示すように、厚さが２０ｍｍである鋼板２５と、厚さが３４ｍｍである鋼板２６とを準備し、鋼板２６の端面２６ａを１４ｍｍの厚さで残して、４５°の角度で端面２６ａの角部に切欠き２７を形成した。そして、鋼板２５を水平に配置すると共に、その上表面に鋼板２６の端面２６ａを当てて配置し、レ型開先部２８を有する継手を形成した。次いで、図３に示すように、レ型開先部２８に対して、１パスで被覆アーク溶接を実施した後、１５パスで横向多層溶接を実施し、溶接金属２９を形成した。なお、図３において、溶接金属２９中の数値は横向多層溶接の各パス毎に形成される溶接金属の積層順序を示している。
【００３２】
その後、水平隅肉溶接により形成された溶接金属２４については、ビード形状及びスラグの剥離性等の作業性を評価すると共に、横向多層溶接により形成された溶接金属２９からシャルピー衝撃試験片を採取し、−１９６℃における低温靱性を評価した。図４は溶接金属２９からの試験片の採取位置を示す模式図である。図４に示すように、横向多層溶接により形成された溶接金属２９の表層部から試験片３０を採取した。本実施例においては、中央部に溶接金属２９、両端部に鋼板２５と鋼板２６が配置されるように試験片３０を採取し、その中央部に深さが２ｍｍのＶノッチ３０ａを形成した。これらの評価結果を下記表８に示す。なお、図８に示す評価基準としては、非常に優れているものを◎、優れているものを○、実用上問題がないものを△、劣っているものを×とし、低温靱性の評価結果欄には、括弧内に衝撃値を記載した。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
【表４】
【００３７】
【表５】
【００３８】
【表６】
【００３９】
【表７】
【００４０】
【表８】
【００４１】
上記表１乃至４及び８に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至１０はフラックス中の化学組成並びにこのフラックスの原料粉として使用される溶融型フラックスの添加量及び組成が適切に規制されていると共に、フラックスの嵩密度も規制されているので、溶接時のビード形状の平滑性、スラグ剥離性が良好であり、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができた。
【００４２】
一方、比較例Ｎｏ．１１は溶融型フラックスの添加量が本発明範囲の上限を超えているので、嵩密度が本発明範囲の上限を超えている。また、フラックス中のＣａＦ2及びＡｌ2Ｏ3の含有量も本発明範囲の上限を超えているので、スラグの流動性が過剰になることにより、ビードの平滑性が劣化した。更に、金属単体又は合金としてのＡｌ及びＣａが添加されていないので、低温靱性が低下した。比較例Ｎｏ．１２は溶融型フラックスの添加量が本発明範囲の下限未満であり、金属フッ化物については、本発明範囲の好ましい範囲を外れているので、ビード形状が劣化すると共に、スラグ焼付きによりスラグ剥離性も低下した。
【００４３】
比較例Ｎｏ．１３はフラックス中のＳｉＯ2、Ｓｉ及び希土類元素の含有量が本発明範囲の上限を超えていると共に、ＣａＦ2含有量が本発明範囲の下限未満であり、また、溶融型フラックス中のＳｉＯ2及びＣａＦ2の含有量も本発明の範囲から外れているので、スラグ剥離性が低下し、低温靱性も著しく劣化した。比較例Ｎｏ．１４はフラックス中のＳｉＯ2、Ｓｉ及び希土類元素の含有量が本発明範囲の下限未満であると共に、金属単体又は合金として添加されたＡｌ及びＣａの合計量が本発明範囲の上限を超えており、また、溶融型フラックス中のＳｉＯ2及びＣａＦ2の含有量も本発明の範囲から外れているので、ビードの平滑性及びスラグの剥離性が低下し、低温靱性も劣化した。
【００４４】
比較例Ｎｏ．１５はフラックス中のＣａＯ含有量が本発明範囲の下限未満であると共に、使用された溶融型フラックス中のＡｌ2Ｏ3が本発明範囲の上限を超えており、また、溶融型フラックス中のＣａＯの含有量が本発明範囲の下限未満であるので、実施例と比較して、ビード形状の平滑性及び低温靱性が低いものとなった。比較例Ｎｏ．１６はフラックス中のＡｌ2Ｏ3の含有量が本発明範囲の下限未満であると共に、ＣａＯ含有量が本発明範囲の上限を超えており、また、溶融型フラックス中のＡｌ2Ｏ3及びＣａＯの含有量も本発明の範囲から外れているので、スラグの剥離性及び低温靱性が劣化した。
【００４５】
比較例Ｎｏ．１７はフラックス嵩密度が本発明範囲の上限を超えているので、ビード形状の平滑性が低下し、ビードが凸状になるので、スラグ剥離性も若干劣ったものとなった。比較例Ｎｏ．１８はフラックス嵩密度が本発明範囲の下限未満であるので、フラックスが粉化しやすくなり、繰り返し使用することにより作業性が劣化するので、実用には不適である。また、フラックス中の金属炭酸塩が本発明の好ましい範囲の上限を超えているので、アークが不安定となり、良好な作業性を得ることができなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックス中の化学組成並びにこのフラックスの原料粉として使用される溶融型フラックスの添加量及び組成を適切に規制すると共に、フラックスの嵩密度を規制しているので、良好な低温靱性を有する溶接金属を得ることができると共に、優れたスラグ剥離性及びビードの平滑性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は水平隅肉溶接時に使用した溶接母材の形状及びサイズを示す正面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図２】横向多層溶接時に使用した溶接母材の形状及びサイズを示す断面図である。
【図３】横向多層溶接方法を示す模式図である。
【図４】溶接金属２９からの試験片の採取位置を示す模式図である。
【符号の説明】
２１、２２、２５、２６；鋼板
２４、２９；溶接金属
２８；開先部
３０；試験片
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化天然ガスのように極低温液体用貯蔵タンクの建造材料等に使用される９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスに関し、特に、−１９６℃という極低温においても強度及び低温靱性が良好であると共に、水平隅肉溶接及び横向多層溶接時の作業性を向上させることができる９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、極低温液体用貯蔵タンクの建造材料等として使用される９％Ｎｉ鋼の溶接においては、高温割れを防止するために、比較的低入熱で溶接する被覆アーク溶接法及び半自動溶接法が適用されていた。しかしながら、近時、耐高温割れ性が優れたワイヤが開発されているため、溶接建造物の施工能率を向上させるために、サブマージアーク溶接の適用が増加している。このように、サブマージアーク溶接により極低温用の建造材料等を溶接する場合、得られる溶接金属は母材と同等の優れた強度及び低温靱性を有することが必要であり、そのようなサブマージアーク溶接に使用されるフラックスについても種々研究が行われている。その中でも特に、フラックス中の金属フッ化物、Ａｌ及び希土類元素の含有量を適切に規定することにより、再熱ミクロ割れ性の改善を図ったフラックスが提案されている（特開昭５８−１１０１９２号公報）。
【０００３】
また、原料粉として溶融型フラックスを５０乃至９０重量％含有する焼成型フラックスにおいて、ＣａＦ2：３０乃至７０重量％、ＣａＯ及びＭｇＯのいずれか１種又は２種の合計：８乃至３０重量％、Ａｌ2Ｏ3：１０乃至３０重量％及びＡｌ：２乃至８重量％を含有し、ＳｉＯ2を５重量％以下に規制すると共に、Ｓｉを実質的に含有しないＮｉ合金鋼のサブマージアーク溶接用焼成型フラックスも開示されている（特開昭６０−１２７０９５号公報）。これは、フラックス組成を上記範囲に規制することにより、耐Ｘ線欠陥特性及びビード外観の向上を図ったものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の技術により溶接金属の性能を向上させることはできるが、これと同様に重要視される溶接作業性、特に、水平隅肉溶接及び横向多層溶接時におけるスラグ剥離性及びビードの平滑性を向上させることはできないという問題点がある。即ち、溶接金属の性能向上と溶接作業性との双方を十分に満足することができるようなサブマージアーク溶接用のフラックスは、未だ開発されていない。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、良好な低温靱性を有する溶接金属を得ることができると共に、優れたスラグ剥離性及びビードの平滑性を得ることができる９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスは、フラックス全重量あたり溶融型フラックスを３０乃至６０重量％含有する９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスにおいて、フラックス全重量あたり、ＳｉＯ2：５乃至１５重量％、ＣａＦ2：２０乃至４０重量％、Ａｌ2Ｏ3：１０乃至３０重量％、ＣａＯ：５乃至２０重量％、Ｓｉ：０．１乃至５重量％、希土類元素：０．１乃至１重量％並びに金属単体、合金及び混合物から添加されるＡｌ及びＣａのうちの１種又は２種の合計：１乃至５重量％を含有し、前記溶融型フラックスは、溶融型フラックス全重量あたりＳｉＯ2：５乃至３０重量％、ＣａＦ2：２０乃至５０重量％、Ａｌ2Ｏ3：２０乃至４０重量％及びＣａＯ：１５乃至２５重量％を含有するものであり、水ガラスを添加して造粒し、焼結された後のフラックス嵩密度が０．８０乃至１．２０ｇ／ｃｍ3であることを特徴とする。
【０００７】
この９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスは、更に、前記ＣａＦ2を除く金属フッ化物をフッ素換算値で２乃至５重量％含有することが好ましく、金属炭酸塩をＣＯ2換算値で１乃至１０重量％含有することが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
極低温において使用される９％Ｎｉ鋼等の低温鋼用のサブマージアーク溶接により得られる溶接金属は、母材と同等の性能、特に、低温靱性を有することが要求される。一般的に、溶接金属の低温靱性を向上させるためには、溶接金属中の酸素量及びＳｉ量を低減することが有効であり、そのために、フラックス中の酸素及びＳｉ量が低減されている。しかしながら、作業性の観点からは、フラックス中のＳｉ及びＳｉＯ2は、スラグの剥離性を向上させると共に、スラグの粘性を高めてビード形状を良好にする効果を有しており、水平隅肉溶接及び横向多層溶接を実施する場合に特に重要な化学成分である。
【０００９】
また、本願発明者等は、スラグの剥離性及びビード形状を良好にするためには、フラックスの嵩密度を低くすることが有効であることを見い出した。しかしながら、焼結型フラックスの嵩密度を低くすると、フラックスが粉化しやすくなるので、溶接時に散布したフラックスを回収して再利用する場合、フラックスの粒が壊れて細粒が激増し、作業性が低下してしまう。
【００１０】
そこで、本願発明者等は、上記Ｓｉ及びＳｉＯ2の効果を十分に得ることができ、更に、嵩密度が低いと共に、粉化しにくい焼結型フラックスを開発すべく、Ｓｉ及びＳｉＯ2の添加量及び添加方法について種々研究を行った。その結果、ＣａＦ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ−ＳｉＯ2系からなる溶融型フラックスが原料粉として含有されている焼結型フラックスを使用することが有効であることを見い出した。即ち、このような焼結型フラックスを使用することにより、得られる溶接金属の低温靱性が良好であると共に、スラグ剥離性及び水平隅肉溶接時のビードの平滑性が優れており、嵩密度は低いが粉化しにくい焼結型フラックスを得ることができる。
【００１１】
以下、本発明に係る９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスに含有される化学成分の組成限定理由について説明する。
【００１２】
ＳｉＯ 2 ：５乃至１５重量％
ＳｉＯ2はスラグの粘性及び流動性を調整するために添加し、ビード形状の平滑性及びスラグ剥離性を良好にするために不可欠な成分である。フラックス中のＳｉＯ2がフラックス全重量あたり５重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＳｉＯ2が１５重量％を超えると、スラグの焼き付きが発生すると共に、溶接金属の低温靱性の低下を引き起こしてしまう。従って、フラックス中のＳｉＯ2はフラックス全重量あたり５乃至１５重量％とする。なお、このＳｉＯ2の大部分は、焼結型フラックスの原料粉とする溶融型フラックスから添加されるが、それ以外にも、珪砂及び珪灰石等からフラックス中に添加することができる。また、フラックス原料の造粒時に使用される水ガラス成分中のＳｉＯ2も含まれる。
【００１３】
ＣａＦ 2 ：２０乃至４０重量％
ＣａＦ2はアークを安定させると共に、スラグの粘性を高めてビード形状を良好にする効果を有する。また、フラックス中にＣａＦ2を添加することにより、得られる溶接金属中の酸素量を低減して、靱性を向上させることができる。フラックス中のＣａＦ2がフラックス全重量あたり２０重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＣａＦ2が４０重量％を超えると、アークが不安定になり、スラグの流動性が悪くなるので、作業性が低下する。従って、フラックス中のＣａＦ2はフラックス全重量あたり２０乃至４０重量％とする。なお、このＣａＦ2の大部分は、焼結型フラックスの原料粉とする溶融型フラックスから添加されるが、それ以外にも、蛍石等としてフラックス中に添加することができる。
【００１４】
Ａｌ 2 Ｏ 3 ：１０乃至３０重量％
Ａｌ2Ｏ3はスラグ形成剤として作用するものであり、主に、スラグの流動性を調整すると共に、スラグの剥離性を良好にする効果を有する。フラックス中のＡｌ2Ｏ3がフラックス全重量あたり１０重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＡｌ2Ｏ3が３０重量％を超えると、スラグの流動性が過大となり、ビードの平滑性が劣化する。従って、フラックス中のＡｌ2Ｏ3はフラックス全重量あたり１０乃至３０重量％とする。なお、このＡｌ2Ｏ3の大部分は、焼結型フラックスの原料粉とする溶融型フラックスから添加されるが、それ以外にも、アルミナ等としてフラックス中に添加することができる。
【００１５】
ＣａＯ：５乃至２０重量％
ＣａＯはスラグの塩基性を高めて、溶接金属の低温靱性を向上させる効果を有する成分である。フラックス中のＣａＯがフラックス全重量あたり５重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＣａＯが２０重量％を超えると、スラグの剥離性が著しく低下する。従って、フラックス中のＣａＯはフラックス全重量あたり５乃至２０重量％とする。なお、このＣａＯの大部分は、焼結型フラックスの原料粉とする溶融型フラックスから添加されるが、それ以外にも、珪灰石及び炭酸石灰等からフラックス中に添加することができる。
【００１６】
Ｓｉ：０．１乃至５重量％
Ｓｉは脱酸剤としてフラックス中に添加することにより、溶接金属の低温靱性を向上させることができる成分である。フラックス中のＳｉがフラックス全重量あたり０．１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＳｉが５重量％を超えると、溶接金属中のＳｉ含有量が過大となり、低温靱性が低下してしまう。従って、フラックス中のＳｉはフラックス全重量あたり０．１乃至５重量％とする。なお、このＳｉは単体としてフラックス中に添加される以外に、Ｆｅ−Ｓｉ等の合金又はレアアースカルシウムシリコン等の混合物からフラックス中に添加することができる。
【００１７】
希土類元素：０．１乃至１重量％
イットリウムその他の希土類元素、即ち、周期律表の３Ａ族に属する元素は優れた脱硫効果を有し、フラックス中に添加することにより、溶接金属の耐高温割れ性を大きく向上させることができる。フラックス中の希土類元素がフラックス全重量あたり０．１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中の希土類元素が１重量％を超えると、得られる溶接金属の低温靱性が著しく低下する。従って、フラックス中の希土類元素はフラックス全重量あたり０．１乃至１重量％とする。なお、この希土類元素は、単体としてイットリウム、ランタン及びセリウムの少なくとも１種からフラックス中に添加される以外に、レアアースカルシウムシリコン及びミッシュメタル等の混合物からフラックス中に添加することができる。
【００１８】
Ａｌ及びＣａのいずれか１種又は２種の合計：１乃至５重量％
Ａｌ及びＣａは脱酸剤としてフラックス中に添加することにより、溶接金属中の酸素量を著しく低下させ、低温靱性を向上させることができる成分である。フラックス中のＡｌ及びＣａのいずれか１種又は２種の合計が、フラックス全重量あたり１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＡｌ及びＣａのいずれか１種又は２種の合計が５重量％を超えると、延性が不足することにより、−１９６℃の極低温における靱性が低下する。従って、フラックス中のＡｌ及びＣａのいずれか１種又は２種の合計はフラックス全重量あたり１乃至５重量％とする。なお、このＡｌは、単体又はＦｅ−Ａｌ合金等によりフラックス中に添加することができ、Ｃａは単体又はレアアースカルシウムシリコン等の混合物によりフラックス中に添加することができる。
【００１９】
溶融型フラックス：３０乃至６０重量％
溶融型フラックスは本発明に係る焼結型フラックスの原料粉として使用されるものであり、電気炉等で溶融した後、冷却して粉砕することにより得られるＳｉＯ2−ＣａＦ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系のフラックスである。このように、ＳｉＯ2を一度溶解した後にフラックス中に添加することにより、溶接金属の低温靱性に悪影響を及ぼすＳｉ及びＯの溶接金属への歩留まりを抑制することができ、更に、スラグ剥離性並びに水平隅肉溶接及び横向多層溶接時のビード形状の平滑性を向上させることができる。また、この溶融型フラックスをフラックス中に添加することにより、アークを安定化して、フラックスの溶融を円滑にすることができる。
【００２０】
焼結型フラックスの原料粉として使用される溶融型フラックスが、フラックス全重量あたり３０重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、溶融型フラックスの含有量が増加すると、これにより得られる造粒前のフラックス原料の嵩密度が高くなり、このフラックス原料に水ガラスを添加して造粒し、乾燥させた後の焼結型フラックスの嵩密度も必然的に高くなる。嵩密度が作業性に及ぼす影響については後述するが、良好な作業性を有する焼結型フラックスを得るためには、フラックス嵩密度を１．２０（ｇ／ｃｍ3）以下にする必要があり、フラックス全重量あたりの溶融型フラックスが６０重量％を超えると、フラックス嵩密度を１．２０（ｇ／ｃｍ3）以下にすることができなくなる。従って、フラックス中の溶融型フラックスはフラックス全重量あたり３０乃至６０重量％とする。
【００２１】
なお、溶融型フラックス中のＳｉＯ2、ＣａＦ2、Ａｌ2Ｏ3及びＣａＯの各成分が有する効果は前述の通りであり、作業性及び低温靱性を向上させるためには、溶融型フラックス中のＳｉＯ2は、溶融型フラックス全重量あたり５乃至３０重量％とする。また、アークの安定性及びスラグの流動性を向上させるために、溶融型フラックス中のＣａＦ2は、溶融型フラックス全重量あたり２０乃至５０重量％とする。更に、スラグの流動性及びスラグの剥離性を向上させるために、溶融型フラックス中のＡｌ2Ｏ3は、溶融型フラックス全重量あたり２０乃至４０重量％とする。更にまた、スラグの塩基性とスラグの剥離性を高めるために、溶融型フラックス中のＣａＯは、溶融型フラックス全重量あたり１５乃至２５重量％とする。
【００２２】
嵩密度：０．８０乃至１．２０（ｇ／ｃｍ 3 ）
溶融型フラックスを原料粉として得られた造粒前のフラックス原料に、水ガラスを添加して造粒した後、焼結することにより製造される焼結型フラックスの嵩密度は、１．２０（ｇ／ｃｍ3）以下に規制することにより、水平隅肉溶接及び横向多層溶接時のビード形状の平滑性を改善し、スラグ剥離性を良好にすることができる。一方、この嵩密度が０．８０（ｇ／ｃｍ3）よりも小さくなると、作業性は良好となるが、フラックスが粉化しやすくなり、この細粒化によりビードの平滑性が低下すると共に、スラグの焼き付きが発生する。従って、フラックス原料に水ガラスを添加して造粒した後、焼結することにより製造される焼結型フラックスの嵩密度は、０．８０乃至１．２０（ｇ／ｃｍ3）とする。
【００２３】
ＣａＦ 2 を除く金属フッ化物（フッ素換算値）：２乃至５重量％
主に、溶融フラックス中に含有されるＣａＦ2の効果については前述の通りであるが、フラックス中にフッ化物を添加することにより得られるアーク安定性及びビードのなじみ性の向上効果を十分に得るためには、単体の金属フッ化物をフラックス中に添加することが有効である。即ち、フラックス中に金属フッ化物を添加すると、アークを安定にすると共に、スラグに適度な粘性を与えてビード形状を良好にすることができる。
【００２４】
フラックス中に金属フッ化物を添加する場合、このＣａＦ2を除く金属フッ化物が、フッ素換算値で、フラックス全重量あたり２重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中のＣａＦ2を除く金属フッ化物がフッ素換算値で５重量％を超えると、スラグの粘性が低下して、ビード形状が劣化する。従って、フラックス中に金属フッ化物を添加する場合、ＣａＦ2を除く金属フッ化物は、フッ素換算値で、フラックス全重量あたり２乃至５重量％とすることが好ましい。なお、この金属フッ化物とは、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、氷晶石及びフッ化アルミニウム等をいい、これらは、単独又は２種以上を組み合わせてフラックス中に添加することができる。
【００２５】
金属炭酸塩（ＣＯ 2 換算値）：１乃至１０重量％
フラックス中に金属炭酸塩を添加すると、この金属炭酸塩は溶融分解してＣＯ2ガスを発生し、アーク雰囲気中の水蒸気分圧を低下させるので、溶接金属中の水素量を低減することができると共に、スラグの塩基性を高めて溶接金属の低温靱性を向上させることができる。フラックス中に金属炭酸塩を添加する場合、この金属炭酸塩が、ＣＯ2換算値で、フラックス全重量あたり１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、フラックス中の金属炭酸塩がＣＯ2換算値で１０重量％を超えると、アークが不安定になり、ビード形状が悪化する。従って、フラックス中に金属炭酸塩を添加する場合、この金属炭酸塩は、ＣＯ2換算値で、フラックス全重量あたり１乃至１０重量％とすることが好ましい。なお、この金属炭酸塩とは、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム及び炭酸カルシウム等をいい、これらは、単独又は２種以上を組み合わせてフラックス中に添加することができる。
【００２６】
このように、本発明においては、９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接において使用する焼結型フラックスの組成を上記範囲に規定するが、この焼結型フラックスの特性を十分に発揮するためには、Ｎｉ基合金ワイヤとの組み合わせでサブマージアーク溶接することが望ましい。なお、Ｎｉ基合金ワイヤとは、Ｎｉを５５重量％以上含有すると共に、合金成分として、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＷを含有するワイヤをいう。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明に係る９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスの実施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。
【００２８】
先ず、フラックス原料を調製し、これに固着剤として水ガラスを添加して造粒した後、焼結することにより、下記表１乃至４に示す種々の化学組成を有するサブマージアーク溶接用焼結型フラックスを作製した。但し、各フラックス中の希土類元素としては、実施例Ｎｏ．１、３、８及び比較例Ｎｏ．１３はミッシュメタル（La:Ce=1:1）を使用し、実施例Ｎｏ．２及び比較例Ｎｏ．１８はイットリウムを使用した。また、実施例Ｎｏ．４〜７、比較例Ｎｏ．１５及び１６はレアアースカルシウムシリコンにより希土類元素を添加した。このレアアースカルシウムシリコン中の希土類元素はＬａ及びＣｅであり、これらの希土類元素の含有量はレアアースカルシウムシリコン全重量あたり２０重量％である。また、実施例Ｎｏ．９、１０及び比較例Ｎｏ．１１はランタンを使用し、比較例Ｎｏ．１２及び１７はセリウムを使用した。
【００２９】
次いで、下記表５及び６に示す化学組成を有する母材及びワイヤを使用して、下記表７に示す溶接条件で水平隅肉溶接及び横向多層溶接を実施した。
【００３０】
図１（ａ）は水平隅肉溶接時に使用した溶接母材の形状及びサイズを示す正面図であり、（ｂ）はその断面図である。図１に示すように、幅が７０ｍｍ、長さが５００ｍｍで厚さが１２ｍｍである鋼板２１及び２２を使用して、鋼板２１を水平に配置すると共に、その上表面に鋼板２２の長手方向の端面を当てて配置し、Ｔ継手を形成した。そして、Ｔ継手の一方の隅部２３に対して水平隅肉溶接を実施し、溶接金属２４を形成した。
【００３１】
図２は横向多層溶接時に使用した溶接母材の形状及びサイズを示す断面図であり、図３は横向多層溶接方法を示す模式図である。図２に示すように、厚さが２０ｍｍである鋼板２５と、厚さが３４ｍｍである鋼板２６とを準備し、鋼板２６の端面２６ａを１４ｍｍの厚さで残して、４５°の角度で端面２６ａの角部に切欠き２７を形成した。そして、鋼板２５を水平に配置すると共に、その上表面に鋼板２６の端面２６ａを当てて配置し、レ型開先部２８を有する継手を形成した。次いで、図３に示すように、レ型開先部２８に対して、１パスで被覆アーク溶接を実施した後、１５パスで横向多層溶接を実施し、溶接金属２９を形成した。なお、図３において、溶接金属２９中の数値は横向多層溶接の各パス毎に形成される溶接金属の積層順序を示している。
【００３２】
その後、水平隅肉溶接により形成された溶接金属２４については、ビード形状及びスラグの剥離性等の作業性を評価すると共に、横向多層溶接により形成された溶接金属２９からシャルピー衝撃試験片を採取し、−１９６℃における低温靱性を評価した。図４は溶接金属２９からの試験片の採取位置を示す模式図である。図４に示すように、横向多層溶接により形成された溶接金属２９の表層部から試験片３０を採取した。本実施例においては、中央部に溶接金属２９、両端部に鋼板２５と鋼板２６が配置されるように試験片３０を採取し、その中央部に深さが２ｍｍのＶノッチ３０ａを形成した。これらの評価結果を下記表８に示す。なお、図８に示す評価基準としては、非常に優れているものを◎、優れているものを○、実用上問題がないものを△、劣っているものを×とし、低温靱性の評価結果欄には、括弧内に衝撃値を記載した。
【００３３】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
上記表１乃至４及び８に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至１０はフラックス中の化学組成並びにこのフラックスの原料粉として使用される溶融型フラックスの添加量及び組成が適切に規制されていると共に、フラックスの嵩密度も規制されているので、溶接時のビード形状の平滑性、スラグ剥離性が良好であり、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができた。
【００４２】
一方、比較例Ｎｏ．１１は溶融型フラックスの添加量が本発明範囲の上限を超えているので、嵩密度が本発明範囲の上限を超えている。また、フラックス中のＣａＦ2及びＡｌ2Ｏ3の含有量も本発明範囲の上限を超えているので、スラグの流動性が過剰になることにより、ビードの平滑性が劣化した。更に、金属単体又は合金としてのＡｌ及びＣａが添加されていないので、低温靱性が低下した。比較例Ｎｏ．１２は溶融型フラックスの添加量が本発明範囲の下限未満であり、金属フッ化物については、本発明範囲の好ましい範囲を外れているので、ビード形状が劣化すると共に、スラグ焼付きによりスラグ剥離性も低下した。
【００４３】
比較例Ｎｏ．１３はフラックス中のＳｉＯ2、Ｓｉ及び希土類元素の含有量が本発明範囲の上限を超えていると共に、ＣａＦ2含有量が本発明範囲の下限未満であり、また、溶融型フラックス中のＳｉＯ2及びＣａＦ2の含有量も本発明の範囲から外れているので、スラグ剥離性が低下し、低温靱性も著しく劣化した。比較例Ｎｏ．１４はフラックス中のＳｉＯ2、Ｓｉ及び希土類元素の含有量が本発明範囲の下限未満であると共に、金属単体又は合金として添加されたＡｌ及びＣａの合計量が本発明範囲の上限を超えており、また、溶融型フラックス中のＳｉＯ2及びＣａＦ2の含有量も本発明の範囲から外れているので、ビードの平滑性及びスラグの剥離性が低下し、低温靱性も劣化した。
【００４４】
比較例Ｎｏ．１５はフラックス中のＣａＯ含有量が本発明範囲の下限未満であると共に、使用された溶融型フラックス中のＡｌ2Ｏ3が本発明範囲の上限を超えており、また、溶融型フラックス中のＣａＯの含有量が本発明範囲の下限未満であるので、実施例と比較して、ビード形状の平滑性及び低温靱性が低いものとなった。比較例Ｎｏ．１６はフラックス中のＡｌ2Ｏ3の含有量が本発明範囲の下限未満であると共に、ＣａＯ含有量が本発明範囲の上限を超えており、また、溶融型フラックス中のＡｌ2Ｏ3及びＣａＯの含有量も本発明の範囲から外れているので、スラグの剥離性及び低温靱性が劣化した。
【００４５】
比較例Ｎｏ．１７はフラックス嵩密度が本発明範囲の上限を超えているので、ビード形状の平滑性が低下し、ビードが凸状になるので、スラグ剥離性も若干劣ったものとなった。比較例Ｎｏ．１８はフラックス嵩密度が本発明範囲の下限未満であるので、フラックスが粉化しやすくなり、繰り返し使用することにより作業性が劣化するので、実用には不適である。また、フラックス中の金属炭酸塩が本発明の好ましい範囲の上限を超えているので、アークが不安定となり、良好な作業性を得ることができなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックス中の化学組成並びにこのフラックスの原料粉として使用される溶融型フラックスの添加量及び組成を適切に規制すると共に、フラックスの嵩密度を規制しているので、良好な低温靱性を有する溶接金属を得ることができると共に、優れたスラグ剥離性及びビードの平滑性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は水平隅肉溶接時に使用した溶接母材の形状及びサイズを示す正面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図２】横向多層溶接時に使用した溶接母材の形状及びサイズを示す断面図である。
【図３】横向多層溶接方法を示す模式図である。
【図４】溶接金属２９からの試験片の採取位置を示す模式図である。
【符号の説明】
２１、２２、２５、２６；鋼板
２４、２９；溶接金属
２８；開先部
３０；試験片
Claims (3)
- フラックス全重量あたり溶融型フラックスを３０乃至６０重量％含有する９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックスにおいて、フラックス全重量あたり、ＳｉＯ2：５乃至１５重量％、ＣａＦ2：２０乃至４０重量％、Ａｌ2Ｏ3：１０乃至３０重量％、ＣａＯ：５乃至２０重量％、Ｓｉ：０．１乃至５重量％、希土類元素：０．１乃至１重量％並びに金属単体、合金及び混合物から添加されるＡｌ及びＣａのうちの１種又は２種の合計：１乃至５重量％を含有し、前記溶融型フラックスは、溶融型フラックス全重量あたりＳｉＯ2：５乃至３０重量％、ＣａＦ2：２０乃至５０重量％、Ａｌ2Ｏ3：２０乃至４０重量％及びＣａＯ：１５乃至２５重量％を含有するものであり、水ガラスを添加して造粒し、焼結された後のフラックス嵩密度が０．８０乃至１．２０ｇ／ｃｍ3であることを特徴とする９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックス。
- 更に、前記ＣａＦ2を除く金属フッ化物をフッ素換算値で２乃至５重量％含有することを特徴とする請求項１に記載の９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックス。
- 更に、金属炭酸塩をＣＯ2換算値で１乃至１０重量％含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の９％Ｎｉ鋼サブマージアーク溶接用焼結型フラックス。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040413 |
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| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |