JP3906827B2 - Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and welding method using the same - Google Patents

Steel wire for carbon dioxide shielded arc welding and welding method using the same Download PDF

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Description

本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ(以下、溶接用鋼ワイヤという)とそれを用いた溶接方法に係り、特に正極性(すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極)で使用して最も安定な溶滴の移行形態とされるスプレー移行が得られ、 スパッタの発生を抑制し、しかも優れたビード形状が得られ、かつ製造性にも優れる溶接用鋼ワイヤとそれを用いた溶接方法に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon dioxide shielded arc welding steel wire (hereinafter referred to as a welding steel wire) and a welding method using the same, and is particularly stable when used in a positive polarity (ie, a welding steel wire is a negative electrode). The present invention relates to a welding steel wire that can achieve spray transfer, which is a suitable droplet transfer form, suppresses the occurrence of spatter, has an excellent bead shape, and is excellent in manufacturability, and a welding method using the same.

シールドガスとしてCO 2 ガスを用いるガスシールドアーク溶接は、CO 2 ガスが安価であるとともに、能率の良い溶接法であるので、鉄鋼材料の溶接に広く利用されている。特に自動溶接の急速な普及によって、造船,建築,橋梁,自動車,建設機械等の種々の分野で使用されている。造船,建築,橋梁の分野では厚板の高電流多層溶接に使用され、自動車,建築機械の分野では薄板の隅肉溶接に使用されることが多い。 Gas shielded arc welding using CO 2 gas as the shielding gas is widely used for welding steel materials because CO 2 gas is inexpensive and is an efficient welding method. In particular, due to the rapid spread of automatic welding, it is used in various fields such as shipbuilding, architecture, bridges, automobiles and construction machinery. It is often used for high-current multilayer welding of thick plates in the fields of shipbuilding, construction, and bridges, and is often used for fillet welding of thin plates in the fields of automobiles and construction machinery.

ArガスとCO 2 ガスとの混合ガス(CO 2 の混合比率:2〜40体積%)をシールドガスとする溶接法(いわゆる混合ガスアーク溶接)は、溶滴が溶接ワイヤの直径よりも小さい微細なスプレー移行が可能となる。この溶滴のスプレー移行は、溶滴移行形態の中で最も優れており、スパッタの発生が少なく、溶接のビード形状が優れ、高速溶接にも適していることが知られている。そのため混合ガスアーク溶接は、高品質な溶接を必要とする分野で利用されている。 A welding method (so-called mixed gas arc welding) in which a mixed gas of Ar gas and CO 2 gas (mixing ratio of CO 2 : 2 to 40% by volume) is a shielding gas is a fine method in which droplets are smaller than the diameter of the welding wire. Spray transfer is possible. It is known that the spray transfer of the droplet is the best among the droplet transfer modes, the generation of spatter is small, the weld bead shape is excellent, and it is suitable for high-speed welding. Therefore, mixed gas arc welding is used in fields that require high-quality welding.

しかしながらArガスのコストは、CO 2 ガスの5倍と高価であるから、実際の溶接施工においてはArガスの使用量を削減して、CO 2 ガスの混合比率を50体積%以上とした混合ガスをシールドガスとして使用する場合が多い。このようなCO 2 ガスの混合比率が50体積%以上のシールドガスを用いると、通常の混合ガスアーク溶接(シールドガスのCO 2 混合比率:2〜40体積%)に比べて10〜20倍の粗大な溶滴が溶接ワイヤ先端に懸垂し、アーク力によって揺れ動きながら移行(いわゆるグロビュール移行)する。このようなグロビュール移行が生じると、母材(すなわち鋼板)との短絡や再アークによるスパッタが多量に発生し、ビード形状が安定しない。特に高速溶接においては、ビード形状が凹凸(いわゆるハンピングビード)になりやすいという問題があった。 However the cost of Ar gas, because it is expensive and 5 times the CO 2 gas, in the actual welding is by reducing the amount of Ar gas, a mixed gas obtained by the mixing ratio of CO 2 gas and 50 vol% or more Is often used as a shielding gas. When a shielding gas having a CO 2 gas mixing ratio of 50% by volume or more is used, it is 10 to 20 times coarser than ordinary mixed gas arc welding ( CO 2 mixing ratio of shielding gas: 2 to 40% by volume). A small droplet hangs on the tip of the welding wire and moves while swinging by the arc force (so-called globule transfer). When such globule transition occurs, a large amount of short circuit with the base material (that is, steel plate) and spatter due to re-arcing occur, and the bead shape is not stable. Particularly in high-speed welding, there is a problem that the bead shape tends to be uneven (so-called humping bead).

この問題点に対して、Kの添加によってスパッタ発生量を低減する方法が特開平6-218574号公報に開示されている。しかしこの技術では、溶接速度を増加する場合やシールドガス中のCO 2 を50体積%以上に増加する場合には、必ずしもスパッタ発生量の低減やビード形状の安定の効果は得られなかった。
また特開平7-47473 号公報,特開平7-290241号公報には、1溶滴の移行時間内に1パルスを発生させて、スパッタを低減する炭酸ガスパルスアーク溶接方法が提案されている。Ar−5〜25体積%CO 2 からなる混合ガスを用いる場合には、 溶滴が微細であり,強力な下向きのプラズマ気流によりピーク期間での溶滴成長とベース期間での溶滴移行が効率良く行なえる。また、1溶滴の形成に要する時間も1〜2msと短く、1パルスで1溶滴が移行しなかったとしても、次のパルスで移行すれば大きな溶滴が溶接ワイヤ先端に懸垂することはなく、パルスによってスパッタの低減効果が発揮される。
In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 6-218574 discloses a method of reducing the amount of spatter generated by adding K. However, with this technique, when the welding speed is increased or when the CO 2 in the shielding gas is increased to 50% by volume or more, the effect of reducing the amount of spatter generation and stabilizing the bead shape is not necessarily obtained.
Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-47473 and 7-290241 propose a carbon dioxide pulse arc welding method in which one pulse is generated within the transition time of one droplet to reduce spatter. When a mixed gas consisting of Ar-5 to 25% by volume CO 2 is used, the droplets are fine, and the droplet growth in the peak period and the droplet transfer in the base period are efficient due to the powerful downward plasma stream. I can do it well. In addition, the time required to form one droplet is as short as 1 to 2 ms, and even if one droplet does not move in one pulse, a large droplet hangs at the tip of the welding wire if it moves in the next pulse. The effect of reducing spatter is exhibited by the pulse.

しかし、特開平7-47473 号公報,特開平7-290241号公報に開示されたCO 2 を主成分とするシールドガス(シールドガスのCO 2 混合比率:50体積%以上)を用いる炭酸ガスシールドアーク溶接での溶滴は粗大で、下向きのプラズマ気流は弱く、溶滴の移行はパルスピーク期間の前半で生じる。炭酸ガスシールドアークパルス溶接では、ピーク期間中盤から後半にかけて溶滴が成長し、ベース期間では常に溶滴が溶接ワイヤ先端に懸垂した状態となり、次のピーク期間前半で溶滴が鋼板側へ移行するのが理想と考えられている。1溶滴を形成する期間は10〜20msと長く、1パルスで1溶滴が移行しなかった場合、次のパルスで移行するが、その間、粗大な溶滴が溶接ワイヤ先端に懸垂することになり、短絡等によって粗大なスパッタを多量に発生させる。炭酸ガスシールドアーク溶接法では、溶滴の移行間隔が不安定であり、1溶滴の移行時間に合わせて1パルスを安定に発生させるのは困難である。 However, a carbon dioxide gas shielded arc using a shielding gas ( CO 2 mixing ratio of shielding gas: 50% by volume or more) containing CO 2 as a main component disclosed in JP-A-7-47473 and JP-A-7-290241 The droplets in welding are coarse, the downward plasma stream is weak, and droplet transfer occurs in the first half of the pulse peak period. In carbon dioxide shielded arc pulse welding, droplets grow from the middle to the latter half of the peak period. During the base period, the droplets are always suspended from the tip of the welding wire, and the droplets move to the steel plate side in the first half of the next peak period. Is considered ideal. The period for forming one droplet is as long as 10 to 20 ms. If one droplet does not move in one pulse, it moves in the next pulse, but during that time a coarse droplet hangs on the tip of the welding wire. Therefore, a large amount of coarse spatter is generated due to a short circuit or the like. In the carbon dioxide shielded arc welding method, the droplet transfer interval is unstable, and it is difficult to stably generate one pulse in accordance with the transfer time of one droplet.

また本発明者らは、本発明よりも先に、特開2002-144081 号公報に開示される「MAG溶接用鋼ワイヤおよびそれを用いたMAG溶接法」を開発している。しかしこの技術は、溶接部にギャップがある薄鋼板の低電流溶接(すなわち 250A以下)を対象としており、炭酸ガスシールドアーク溶接における高電流溶接(すなわち 250A超え)では十分なアーク安定の効果が得られない。   Further, the present inventors have developed a “MAG welding steel wire and a MAG welding method using the same” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-144081 prior to the present invention. However, this technology is intended for low current welding of thin steel sheets with gaps in the weld (ie, 250 A or less), and high current welding (ie, over 250 A) in carbon dioxide shielded arc welding provides a sufficient arc stabilization effect. I can't.

また特開昭63-281796 号公報には、希土類元素(以下、REM という)の添加による炭酸ガスシールドアーク溶接のアーク安定化技術が開示されている。しかし特開昭63-281796 号公報には、本発明の最も大きな特徴である溶接用鋼ワイヤを正極性で使用する点について開示がない。通常、溶接用鋼ワイヤが正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、逆極性(すなわち溶接用鋼ワイヤがプラス極)の場合の溶滴よりもさらに粗大な溶滴が形成され、大きな短絡によって粗大なスパッタが生じる。しかも、溶滴の移行が粗いためにビード形状が不揃いになり、鋼板側の発熱が少なく、溶け込みが浅いのでオーバーラップによる溶接欠陥を発生しやすい。よって、通常は炭酸ガスシールドアーク溶接において溶接用鋼ワイヤを正極側で使用するという発想はなく、逆極性として炭酸ガスシールドアーク溶接を行なっている。   Japanese Patent Laid-Open No. 63-281796 discloses an arc stabilization technique for carbon dioxide shielded arc welding by adding rare earth elements (hereinafter referred to as REM). However, Japanese Patent Laid-Open No. 63-281796 does not disclose the use of a welding steel wire with positive polarity, which is the greatest feature of the present invention. Usually, in carbon dioxide shielded arc welding, where the welding steel wire is positive, droplets that are coarser than those in the case of reverse polarity (that is, the welding steel wire is a positive electrode) are formed, and are coarse due to a large short circuit. Spattering occurs. In addition, since the transition of the droplets is rough, the bead shape is uneven, the heat generation on the steel sheet side is small, and the penetration is shallow, so that welding defects due to overlap are likely to occur. Therefore, there is usually no idea of using a welding steel wire on the positive electrode side in carbon dioxide shielded arc welding, and carbon dioxide shielded arc welding is performed with a reverse polarity.

特開昭63-281796 号公報には極性に関する記述はないが、通常の炭酸ガスシールドアーク溶接で採用される逆極性の場合は、REM 添加によってアークの緊縮と反発により大粒のスパッタを増すことが知られており、REM を添加してもアーク安定化効果は得られない。一方、 正極性の場合には、本発明の特徴であるアークの安定化に必要な添加元素(すなわちAl)や正極性における溶滴移行のスプレー化とアーク安定化効果を低下させる元素(すなわちO)に関する開示、および製鋼におけるREM の歩留りを低下させる元素(すなわちO,Al)に関する開示がなく、しかも REM,Al,O等の添加元素の相互作用に関する重要な技術の開示もない。そのため特開昭63-281796 号公報に開示された技術では、炭酸ガスシールドアーク溶接における十分なアーク安定化効果と鋼素線の優れた製造性は得られない。   In JP 63-281796, there is no description about the polarity, but in the case of the reverse polarity used in ordinary carbon dioxide shielded arc welding, the addition of REM can increase the spatter of large grains due to arc contraction and repulsion. It is known that adding REM does not provide an arc stabilizing effect. On the other hand, in the case of positive polarity, an additive element (that is, Al) necessary for the stabilization of the arc, which is a feature of the present invention, and an element that decreases the spraying effect of droplet transfer and the arc stabilization effect in the positive polarity (that is, O). ), And no disclosure of elements (ie, O, Al) that reduce the yield of REM in steelmaking, and no disclosure of important technology regarding the interaction of additive elements such as REM, Al, O. For this reason, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-281796 cannot provide a sufficient arc stabilization effect in carbon dioxide shielded arc welding and excellent manufacturability of steel wires.

上記のようにArガスへのCO 2 ガスの混合比率が40体積%を超えるシールドガスを用いると、通常の混合ガス(CO 2 の混合比率:2〜40体積%)を用いた場合に比べて、粗大な溶滴が溶接用鋼ワイヤ先端に懸垂し、アーク力によって揺れ動く。その結果、高速溶接では母材(すなわち鋼板)との不規則な短絡や再アークによるスパッタが増加し、ビード形状が不安定になるという問題があった。CO 2 ガスを主成分(CO 2 の混合比率:40体積%超え)とするシールドガスを用いる場合は、このような問題を解決するために、溶滴のスプレー移行を達成する必要がある。 As described above, when a shielding gas in which the mixing ratio of CO 2 gas to Ar gas exceeds 40% by volume is used compared to the case of using a normal mixed gas ( CO 2 mixing ratio: 2 to 40% by volume). Coarse droplets are suspended from the tip of the welding steel wire and swayed by the arc force. As a result, high-speed welding has a problem that irregular short-circuiting with a base material (that is, a steel plate) or spatter due to re-arcing increases and the bead shape becomes unstable. In the case of using a shielding gas whose main component is CO 2 gas ( CO 2 mixing ratio: more than 40% by volume), it is necessary to achieve spray transfer of droplets in order to solve such a problem.

ところが通常の混合ガス(CO 2 の混合比率:2〜40体積%)では、溶滴のスプレー移行は可能であるが、CO 2 ガスを主成分(CO 2 の混合比率:40体積%超え)とするシールドガスでは、スプレー移行を達成することは極めて困難であった。
特開平6-218574号公報 特開平7-47473 号公報 特開平7-290241号公報 特開2002-144081 号公報 特開昭63-281796 号公報
However, with a normal mixed gas ( CO 2 mixing ratio: 2 to 40% by volume), spray transfer of droplets is possible, but CO 2 gas is the main component ( CO 2 mixing ratio: over 40% by volume). With the shielding gas, it was extremely difficult to achieve spray transfer.
JP-A-6-218574 JP 7-47473 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-290241 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-144081 JP 63-281796 A

本発明は上記の問題に鑑み開発されたもので、CO 2 ガスを主成分とするシールドガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接において、溶滴のスプレー移行を可能とし、高入熱溶接を行なってもスパッタ発生の低減のみならず、優れた製造性が得られる溶接用鋼ワイヤと、それを用いた溶接方法を提供することを目的とする。
なお通常の炭酸ガスシールドアーク溶接ではArガスとCO 2 ガスとを混合したシールドガス(CO 2 の混合比率:2〜40体積%)を用いるが、本発明では、CO 2 ガスを主成分(すなわちCO 2 の混合比率:60体積%超え)とするシールドガスを使用する。したがって本発明における炭酸ガスシールドアーク溶接とは、CO 2 の混合比率が60体積%以上となるようにArガスとCO 2 ガスとを混合したシールドガスと用いる炭酸ガスシールドアーク溶接を指す。
The present invention has been developed in view of the above problems. In carbon dioxide shielded arc welding using a shield gas mainly composed of CO 2 gas, spray transfer of droplets is possible, and high heat input welding can be performed. It aims at providing the steel wire for welding which can obtain not only the spatter generation | occurrence | production but the outstanding manufacturability, and the welding method using the same.
In ordinary carbon dioxide shielded arc welding, a shield gas in which Ar gas and CO 2 gas are mixed ( CO 2 mixing ratio: 2 to 40% by volume) is used. In the present invention, CO 2 gas is used as a main component (ie, A shielding gas having a CO 2 mixing ratio of more than 60% by volume) is used. Therefore, the carbon dioxide shielded arc welding in the present invention refers to carbon dioxide shielded arc welding using a shield gas in which Ar gas and CO 2 gas are mixed so that the mixing ratio of CO 2 is 60% by volume or more.

本発明者らは、ArガスとCO 2 ガスとの混合ガスであってCO 2 を主成分(すなわちCO 2 の混合比率:60体積%超え)とするシールドガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接において、溶滴のスプレー移行を可能とし、スパッタ発生量を低減しかつビード形状を改善する技術について鋭意検討した。その結果、以下に述べる知見を得た。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。 In the carbon dioxide shielded arc welding using a shielding gas which is a mixed gas of Ar gas and CO 2 gas and has CO 2 as a main component (that is, the mixing ratio of CO 2 exceeds 60% by volume), We have intensively studied the technology that enables spray transfer of droplets, reduces spatter generation, and improves bead shape. As a result, the following knowledge was obtained. The present invention has been made based on these findings.

(a) 溶接用鋼ワイヤをマイナス極とする正極性の溶接を行なうことによって、溶滴の安定した移行が可能となる。
(b) 溶接用鋼ワイヤの鋼素線に REMを添加することによって、低電圧領域でのアーク切れを防止し、溶滴の安定した移行が可能となる。
(c) 溶接用鋼ワイヤの鋼素線に REMを添加し、さらにAl,O,Caの含有量のみならずそれらの元素の相互関係を規定することによって、陰極におけるアーク発生点を集中かつ安定させることが可能となる。
(a) By performing positive polarity welding using a welding steel wire as a negative electrode, stable transfer of droplets becomes possible.
(b) By adding REM to the steel wire of the steel wire for welding, arc breakage in the low voltage region can be prevented, and stable transfer of droplets becomes possible.
(c) REM is added to the steel wire of the steel wire for welding, and the arc generation point at the cathode is concentrated and stabilized by defining not only the contents of Al, O and Ca but also the interrelationship of these elements. It becomes possible to make it.

(d) 溶接用鋼ワイヤの鋼素線の REM,O,Ca,Ti,Zr,Alの含有量を、下記の (1)式で算出されるE値が0.00以上になるように調整することによって、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でのREM 歩留りを向上させ、かつ加工性を向上させて優れた製造性を確保することが可能となる。
E=[REM ]+([Ti]+[Zr]+[Al])/5−9×([O]+[Ca]) ・・(1)
[REM ]:鋼素線の希土類元素含有量(質量%)
[O] :鋼素線のO含有量(質量%)
[Ti] :鋼素線のTi含有量(質量%)
[Zr] :鋼素線のZr含有量(質量%)
[Al] :鋼素線のAl含有量(質量%)
[Ca] :鋼素線のCa含有量(質量%)
すなわち本発明は、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する溶接用鋼ワイヤであって、C:0.20質量%以下,Si:0.05〜2.5 質量%,Mn:0.25〜3.5 質量%,REM: 0.010〜0.100 質量%,Al:0.02〜3.00質量%,O:0.0010〜0.0050質量%,Ca:0.0050質量%以下,P:0.05質量%以下,S:0.05質量%以下を含有するとともに、必要に応じてTi:0.02〜0.50質量%,Zr:0.02〜0.50質量%,Cr:0.02〜3.0 質量%,Ni:0.05〜3.0 質量%,Mo:0.05〜1.5 質量%,Cu:0.05〜3.0 質量%,B:0.0005〜0.015 質量%,Mg: 0.001〜0.2 質量%,Nb: 0.005〜0.5 質量%またはV: 0.005〜0.5 質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、かつ上記の (1)式で算出されるE値が0.00以上である鋼素線からなる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。
(d) Adjust the REM, O, Ca, Ti, Zr, and Al content of the steel wire of the steel wire for welding so that the E value calculated by the following equation (1) is 0.00 or more. As a result, it is possible to improve the REM yield at the steel making stage where the steel material of the steel wire is melted, and to improve the workability to ensure excellent manufacturability.
E = [REM] + ([Ti] + [Zr] + [Al]) / 5-9 × ([O] + [Ca]) (1)
[REM]: Rare earth element content of steel wire (mass%)
[O]: O content (mass%) of steel wire
[Ti]: Ti content of steel wire (mass%)
[Zr]: Zr content (% by mass) of steel wire
[Al]: Al content (mass%) of steel wire
[Ca]: Ca content (mass%) of steel wire
That is, the present invention is a welding steel wire used for positive carbon dioxide shielded arc welding, and C: 0.20 mass% or less, Si: 0.05-2.5 mass%, Mn: 0.25-3.5 mass%, REM: 0.010 -0.100 mass%, Al: 0.02-3.00 mass%, O: 0.0010-0.0050 mass%, Ca: 0.0050 mass% or less, P: 0.05 mass% or less, S: 0.05 mass% or less, and as necessary Ti: 0.02-0.50 mass%, Zr: 0.02-0.50 mass%, Cr: 0.02-3.0 mass%, Ni: 0.05-3.0 mass%, Mo: 0.05-1.5 mass%, Cu: 0.05-3.0 mass%, B: 0.0005 to 0.015 wt%, Mg: 0.001 to 0.2 wt%, Nb: 0.005 to 0.5 wt% or V: 0.005 to 0.5 wt%, the balance being Fe and inevitable impurities, and the above formula (1) It is a steel wire for carbon dioxide gas shielded arc welding which consists of a steel strand whose E value computed by above is 0.00 or more.

前記した炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの発明では、(1)式で算出されるE値が0.05以上である鋼素線からなることが好ましい。
また本発明は、上記の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて、ArとCO2との混合ガスにおけるCO2混合比率が60体積%以上のシールドガスでアーク点をシールドし、正極性で溶接を行なう炭酸ガスシールドアーク溶接方法である。
In the invention of the steel wire for carbon dioxide shielded arc welding described above, the steel wire preferably has an E value calculated by the formula ( 1) of 0.05 or more.
In addition, the present invention uses the above-described carbon steel wire for shielded arc welding, shields the arc point with a shielding gas having a CO 2 mixing ratio of 60% by volume or more in a mixed gas of Ar and CO 2, and has positive polarity. This is a carbon dioxide shielded arc welding method for performing welding.

前記した炭酸ガスシールドアーク溶接方法の発明では、シールドガスのCO 2 濃度が 100体積%であることが好ましい。
なお、ここで鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤとは、溶接用フラックスを内装せず、素材となる鋼素線を主体とするワイヤ(いわゆるソリッドワイヤ)を指す。また本発明は、鋼素線の表面にめっきを施したり、あるいは潤滑剤を塗布したソリッドワイヤにも支障なく適用できる。
In the carbon dioxide shielded arc welding method described above, it is preferable that the CO 2 concentration of the shielding gas is 100% by volume.
In addition, the steel wire for welding which consists of a steel strand here refers to the wire (what is called a solid wire) which does not incorporate the welding flux and mainly has the steel strand used as a raw material. Further, the present invention can be applied to a solid wire in which the surface of a steel wire is plated or a lubricant is applied without any trouble.

本発明によれば、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において不可能とされてきた極低スパッタ化を達成でき、かつビード形状を改善でき、安定した厚鋼板継手溶接が可能となる。   According to the present invention, it is possible to achieve ultra-low sputtering, which has been impossible in positive carbon dioxide shielded arc welding, improve the bead shape, and enable stable thick steel plate joint welding.

まず本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ(すなわち溶接用鋼ワイヤ)の鋼素線の成分を限定した理由について説明する。
C:0.20質量%以下
Cは、溶接金属の強度を確保するのに必要な元素であり、溶融メタルの粘性を低下させて流動性を向上させる効果がある。しかしC含有量が0.20質量%を超えると、正極性の溶接において溶滴および溶融メタルの挙動が不安定となるのみならず、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Cは0.20質量%以下とした。一方、C含有量を過剰に減少させると溶接金属の強度を確保できない。そのため、 0.003〜0.20質量%とするのが好ましい。なお、0.01〜0.10質量%が一層好ましい。
First, the reason why the steel wire component of the steel wire for carbon dioxide shielded arc welding of the present invention (that is, the steel wire for welding) is limited will be described.
C: 0.20 mass% or less C is an element necessary for ensuring the strength of the weld metal, and has the effect of reducing the viscosity of the molten metal and improving the fluidity. However, if the C content exceeds 0.20% by mass, not only the behavior of droplets and molten metal becomes unstable in positive polarity welding, but also the toughness of the weld metal is reduced. Therefore, C is 0.20% by mass or less. On the other hand, if the C content is excessively reduced, the strength of the weld metal cannot be ensured. Therefore, it is preferable to set it as 0.003-0.20 mass%. In addition, 0.01-0.10 mass% is still more preferable.

Si:0.05〜2.5 質量%
Siは、脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Si含有量が0.05質量%未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブロー欠陥が発生する。一方、 2.5質量%を超えると、溶接金属の靱性が著しく低下する。したがって、Siは0.05〜2.5 質量%の範囲内を満足する必要がある。さらに正極性(すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極)の炭酸ガスシールドアーク溶接におけるアークの広がりを抑え、溶滴の移行回数を増大させるためには、0.25質量%以上が望ましい。そのため、0.25〜2.5 質量%とするのが好ましい。
Si: 0.05-2.5 mass%
Si has a deoxidizing action and is an indispensable element for deoxidizing molten metal. When the Si content is less than 0.05% by mass, deoxidation of the molten metal is insufficient, and blow defects occur in the weld metal. On the other hand, if it exceeds 2.5% by mass, the toughness of the weld metal is significantly reduced. Therefore, Si needs to satisfy the range of 0.05-2.5 mass%. Further, in order to suppress the spread of the arc in the positive polarity (that is, the negative electrode of the welding steel wire) carbon dioxide shielded arc welding and increase the number of times of droplet transfer, 0.25% by mass or more is desirable. Therefore, it is preferable to set it as 0.25-2.5 mass%.

Mn:0.25〜3.5 質量%
Mnは、Siと同様に脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Mn含有量が0.25質量%未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。一方、 3.5質量%を超えると、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Mnは0.25〜3.5 質量%の範囲内を満足する必要がある。なお、溶融メタルの脱酸を促進し、ブローホールを防止するためには、0.45質量%以上が望ましい。そのため、0.45〜3.5 質量%とするのが好ましい。
Mn: 0.25 to 3.5% by mass
Mn has a deoxidizing action similar to Si and is an indispensable element for deoxidizing molten metal. When the Mn content is less than 0.25% by mass, deoxidation of the molten metal is insufficient, and blow holes are generated in the weld metal. On the other hand, if it exceeds 3.5% by mass, the toughness of the weld metal decreases. Therefore, Mn needs to satisfy the range of 0.25 to 3.5% by mass. In order to promote deoxidation of molten metal and prevent blowholes, 0.45% by mass or more is desirable. Therefore, it is preferable to set it as 0.45-3.5 mass%.

REM : 0.010〜0.100 質量%
REM は、製鋼および鋳造時の介在物の微細化,溶接金属の靱性改善のために有効な元素である。ただし、通常の逆極性(すなわち溶接用鋼ワイヤをプラス極)の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、鋼素線中にREM を添加するとアークの集中が生じて、スパッタを低減する効果が得られない。しかし正極性(すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極)の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、溶滴移行を安定化するために不可欠な元素である。後述するAlとの複合添加によって、溶滴移行を一層安定させることができる。REM 含有量が 0.010質量%未満では、この溶滴移行の安定化効果が得られない。一方、 0.100質量%を超えると、溶接用鋼ワイヤの製造工程で割れが生じたり、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、REM は 0.010〜0.100 質量%の範囲内を満足する必要がある。なお、好ましくは 0.025〜0.050 質量%である。
REM: 0.010 to 0.100 mass%
REM is an effective element for refinement of inclusions during steelmaking and casting and to improve the toughness of weld metal. However, in carbon dioxide shielded arc welding with normal reverse polarity (ie, the welding steel wire is a plus electrode), adding REM to the steel wire will cause arc concentration and will not have the effect of reducing spatter. . However, in carbon dioxide shielded arc welding of positive polarity (that is, a welding steel wire is a negative electrode), it is an indispensable element for stabilizing droplet transfer. Droplet transfer can be further stabilized by the combined addition with Al described later. If the REM content is less than 0.010% by mass, this droplet transfer stabilization effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.100% by mass, cracks occur in the manufacturing process of the welding steel wire, and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, REM needs to satisfy the range of 0.010 to 0.100 mass%. In addition, Preferably it is 0.025-0.050 mass%.

ここで REMとは、周期表の3族に属する元素の総称である。本発明では、原子番号57〜71の元素を使用するのが好ましく、特にCe,Laが好適である。Ce,Laを鋼素線に添加する場合は、CeまたはLaを単独で添加しても良いし、CeおよびLaを併用しても良い。なお、CeおよびLaをともに添加する場合は、あらかじめCe:45〜80質量%,La:10〜45質量%の範囲内で混合して得られた混合物を使用するのが好ましい。   Here, REM is a general term for elements belonging to Group 3 of the periodic table. In the present invention, it is preferable to use an element having an atomic number of 57 to 71, and Ce and La are particularly preferable. When Ce and La are added to the steel strand, Ce or La may be added alone, or Ce and La may be used in combination. In addition, when adding together Ce and La, it is preferable to use the mixture obtained by mixing within the range of Ce: 45-80 mass% and La: 10-45 mass% previously.

Al:0.02〜3.00質量%
Alは、強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸によって粘性を低下してビード形状を安定化(すなわちハンピングビードを抑制)する効果がある。逆極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、明確な溶滴移行の安定化効果は認められないが、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、 350A以上の高電流溶接において溶滴移行の安定化効果が顕著に発揮される。一方、低電流溶接においては、短絡移行回数を増加させて溶滴移行の均一化とビード形状の改善を達成できる。また、Oとの親和力によって、溶接用鋼ワイヤの製造段階における REMの酸化ロスを低減する効果も有する。Alが0.02質量%未満では、このような効果は得られない。一方、 Alが3.00質量%を超える場合は、溶接金属の結晶粒が粗大化し、靭性が著しく低下する。したがって、Alは0.02〜3.00質量%の範囲内を満足するの必要がある。
Al: 0.02 to 3.00 mass%
Al is an element that acts as a strong deoxidizer and increases the strength of the weld metal. Furthermore, there exists an effect which stabilizes a bead shape (namely, suppresses a humping bead) by reducing a viscosity by deoxidation of molten metal. In the reverse polarity carbon dioxide shielded arc welding, there is no clear effect of stabilizing the droplet transfer. However, in the positive polarity carbon dioxide shielded arc welding, the effect of stabilizing the droplet transfer is high in welding at 350 A or higher current. Prominently demonstrated. On the other hand, in low current welding, the number of short circuit transitions can be increased to achieve uniform droplet transfer and improved bead shape. It also has the effect of reducing the REM oxidation loss in the manufacturing stage of welding steel wires due to its affinity with O. When Al is less than 0.02% by mass, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when Al exceeds 3.00 mass%, the crystal grain of a weld metal will coarsen and toughness will fall remarkably. Therefore, Al needs to satisfy the range of 0.02-3.00 mass%.

P:0.05質量%以下
Pは、鋼の融点を低下させるとともに、電気抵抗率を向上させ、溶融効率を向上させる元素である。さらに正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において、溶滴を微細化し、アークを安定化する作用も有する。しかしP含有量が0.05質量%を超えると、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において溶融メタルの粘性が著しく低下し、アークが不安定となり、小粒のスパッタが増加する。また、溶接金属の高温割れを生じる危険性が増大する。したがって、Pは0.05質量%以下とした。なお、好ましくは0.03質量%以下である。一方、 鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でPを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量%以上が望ましい。そのため、 0.002〜0.03質量%とするのが好ましい。
P: 0.05% by mass or less P is an element that lowers the melting point of steel, improves electrical resistivity, and improves melting efficiency. Further, in the positive polarity carbon dioxide shielded arc welding, the droplets are refined to stabilize the arc. However, if the P content exceeds 0.05% by mass, the viscosity of the molten metal is significantly reduced in positive polarity carbon dioxide shielded arc welding, the arc becomes unstable, and small-particle spatter increases. In addition, the risk of hot cracking of the weld metal increases. Therefore, P is set to 0.05% by mass or less. In addition, Preferably it is 0.03 mass% or less. On the other hand, since it takes a long time to reduce P in the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted, 0.002% by mass or more is desirable from the viewpoint of improving productivity. Therefore, it is preferable to set it as 0.002-0.03 mass%.

S:0.05質量%以下
Sは、溶融メタルの粘性を低下させ、溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴の離脱を促進し、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する。またSは、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを広げ、溶融メタルの粘性を低下させてビードを平滑にする効果も有する。しかしS含有量が0.05質量%を超えると、小粒のスパッタが増加するとともに、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Sは0.05質量%以下とした。なお、好ましくは0.02質量%以下である。一方、 鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でSを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量%以上が望ましい。そのため、 0.002〜0.02質量%とするのが好ましい。
S: 0.05% by mass or less S reduces the viscosity of the molten metal, promotes the detachment of the droplet suspended from the tip of the welding steel wire, and stabilizes the arc in positive carbon dioxide shielded arc welding. S also has the effect of smoothing the bead by spreading the arc in positive carbon dioxide shielded arc welding and lowering the viscosity of the molten metal. However, when the S content exceeds 0.05% by mass, the spatter of small grains increases and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, S is set to 0.05% by mass or less. In addition, Preferably it is 0.02 mass% or less. On the other hand, since it takes a long time to reduce S in the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted, 0.002% by mass or more is desirable from the viewpoint of improving productivity. Therefore, it is preferable to set it as 0.002-0.02 mass%.

O:0.0010〜0.0050質量
Oは、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴に発生するアーク点を不安定にし、溶滴を微細化する作用がある。しかし、O含有量が 0.0050質量%を超えると、正極性の高電流溶接におけるアークの安定化というREM 添加の効果が損なわれ、溶滴の揺動が増大してスパッタが多量に発生する。またOは、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階で REMと激しく反応してスラグを形成する作用を有しており、O含有量が0.0050質量%を超えると、REM の歩留りが著しく低下する。したがって、Oは0.0050質量%以下とした。ただし、O含有量が0.0010質量%未満では、O添加の効果は充分に得られない。したがって、 0.0010〜0.0050質量%とする必要がある
O: 0.0010 to 0.0 05 0 % by mass
O has the effect of destabilizing an arc point generated in a droplet suspended from the tip of a welding steel wire in positive carbon dioxide shielded arc welding, and making the droplet finer. However, if the O content exceeds 0.0 05 0 wt%, the effect of REM addition that the stabilization of the arc in the high current welding positive polarity is lost, swinging droplet sputtering is a large amount of generated increases . The O is violently react with REM in steel making step of melting the steel of the steel element wires have the function of forming a slag, the O content exceeds 0.0 05 0 wt%, the yield of REM It drops significantly. Therefore, O is set to 0.0 0.05 mass% or less. However, if the O content is less than 0.0010% by mass, the effect of adding O cannot be sufficiently obtained. Therefore, it is necessary to be 0.0010 to 0.0050 wt%.

Ca:0.0050質量%以下
Caは、製鋼および鋳造時に不純物として溶鋼に混入したり、あるいは伸線加工時に不純物として鋼素線に混入する。正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、Ca含有量が0.0050質量%を超えると、高電流溶接におけるアークの安定化というREM 添加の効果が損なわれる。したがって、Caは0.0050質量%以下とする必要がある。
Ca: 0.0050 mass% or less
Ca is mixed into the molten steel as an impurity during steelmaking and casting, or mixed into the steel strand as an impurity during wire drawing. In positive carbon dioxide shielded arc welding, if the Ca content exceeds 0.0050% by mass, the effect of REM addition, which stabilizes the arc in high current welding, is impaired. Therefore, Ca needs to be 0.0050 mass% or less.

さらに、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階で REMの歩留り向上と均一分布を達成し、かつ加工性を向上させて優れた製造性を確保するためには、下記の (1)式で算出されるE値が、 (2)式を満足する必要がある。
E=[REM ]+([Ti]+[Zr]+[Al])/5−9×([O]+[Ca]) ・・(1)
[REM ]:鋼素線の希土類元素含有量(質量%)
[O] :鋼素線のO含有量(質量%)
[Ti] :鋼素線のTi含有量(質量%)
[Zr] :鋼素線のZr含有量(質量%)
[Al] :鋼素線のAl含有量(質量%)
[Ca] :鋼素線のCa含有量(質量%)
E≧0.00 ・・(2)
なお、鋼素線にZrを添加しない場合は、(1)式の[Zr]=0としてE値を算出する。
Furthermore, in order to achieve REM yield improvement and uniform distribution in the steelmaking stage where the steel material of the steel wire is melted, and to improve workability and ensure excellent manufacturability, the following equation (1) is used: The calculated E value needs to satisfy equation (2).
E = [REM] + ([Ti] + [Zr] + [Al]) / 5-9 × ([O] + [Ca]) (1)
[REM]: Rare earth element content of steel wire (mass%)
[O]: O content (mass%) of steel wire
[Ti]: Ti content of steel wire (mass%)
[Zr]: Zr content (% by mass) of steel wire
[Al]: Al content (mass%) of steel wire
[Ca]: Ca content (mass%) of steel wire
E ≧ 0.00 ・ ・ (2)
When Zr is not added to the steel wire, E value is calculated with [Zr] = 0 in the equation (1).

さらに本発明では上記した組成に加えて、鋼素線が、Ti:0.02〜0.50質量%およびZr:0.02〜0.50質量%のうちの1種または2種を含有することが好ましい。その理由について説明する。
Ti,Zrは、いずれも強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸によって粘性を低下してビード形状を安定化(すなわちハンピングビードを抑制)する効果がある。このような効果を有する故に 350A以上の高電流溶接において有効な元素であり、必要に応じて添加する。Tiが0.02質量%未満,Zrが0.02質量%未満では、この効果は得られない。一方、 Tiが0.50質量%を超える場合,Zrが0.50質量%を超える場合は、溶滴が粗大化して大粒のスパッタが多量に発生する。したがって、Ti,Zrを含有する場合は、Ti:0.02〜0.50質量%,Zr:0.02〜0.50質量%の範囲内を満足するのが好ましく、(1)式で算出されるE値は0.05以上であることが好ましい。
Furthermore, in the present invention, in addition to the above-described composition, the steel wire preferably contains one or two of Ti: 0.02 to 0.50 mass% and Zr: 0.02 to 0.50 mass%. The reason will be described.
Ti and Zr are elements that both act as strong deoxidizers and increase the strength of the weld metal. Furthermore, there exists an effect which stabilizes a bead shape (namely, suppresses a humping bead) by reducing a viscosity by deoxidation of molten metal. Because of this effect, it is an effective element for high current welding at 350 A or more, and it is added as necessary. If Ti is less than 0.02 mass% and Zr is less than 0.02 mass%, this effect cannot be obtained. On the other hand, when Ti exceeds 0.50 mass% or Zr exceeds 0.50 mass%, the droplets become coarse and a large amount of large spatter is generated. Therefore, when Ti and Zr are contained, it is preferable to satisfy the ranges of Ti: 0.02 to 0.50 mass%, Zr: 0.02 to 0.50 mass%, and the E value calculated by the formula (1) is 0.05 or more. Preferably there is.

上記した成分に加えて、本発明では下記の元素を鋼素線に添加することができる。
K:0.0001〜0.015 質量%
Kは、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを広げ、低電流でも溶滴のスプレー移行を可能とする元素であり、溶滴を微細化する効果を有する。そこで、必要に応じて鋼素線に添加する。K含有量が0.0001質量%未満では、この効果は得られない。一方、 0.015質量%を超えると、アーク長が長くなり、溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴が不安定となり、スパッタの発生量が増加する。したがって、Kは0.0001〜0.015 質量%の範囲内を満足するのが好ましい。なお、好ましくは0.0003〜0.003 質量%である。
In addition to the above-described components, the following elements can be added to the steel strand in the present invention.
K: 0.0001 to 0.015 mass%
K is an element that spreads the arc in positive polarity carbon dioxide shielded arc welding and enables spray transfer of the droplets even at a low current, and has the effect of miniaturizing the droplets. Therefore, it is added to the steel wire as necessary. When the K content is less than 0.0001% by mass, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.015% by mass, the arc length becomes long, the droplet suspended on the tip of the steel wire for welding becomes unstable, and the amount of spatter increases. Therefore, K preferably satisfies the range of 0.0001 to 0.015 mass%. In addition, Preferably it is 0.0003-0.003 mass%.

またKは、沸点が約 760℃と低いので、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でKを添加すると、歩留りが著しく低下する。そのためKは、溶接用鋼ワイヤの製造段階で、鋼素線の表面にカリウム塩溶液を塗布して焼鈍を行なうことによって、溶接用鋼ワイヤ内部にKを安定して含有させるのが好ましい。
さらに必要に応じて下記の元素を添加しても、本発明の効果を減じるものではない。
In addition, since K has a low boiling point of about 760 ° C., if K is added in the steelmaking stage in which the steel material of the steel wire is melted, the yield is remarkably lowered. Therefore, it is preferable that K is stably contained in the welding steel wire by applying a potassium salt solution to the surface of the steel wire and annealing in the manufacturing stage of the welding steel wire.
Furthermore, the effects of the present invention are not reduced by adding the following elements as necessary.

Cr:0.02〜3.0 質量%,Ni:0.05〜3.0 質量%,Mo:0.05〜1.5 質量%,Cu:0.05〜3.0 質量%,B:0.0005〜0.015 質量%,Mg: 0.001〜0.2 質量%
Cr,Ni,Mo,Cu,B,Mgは、いずれも溶接金属の強度を増加し、耐候性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果は得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Cr,Ni,Mo,Cu,B,Mgを含有する場合は、Cr:0.02〜3.0 質量%,Ni:0.05〜3.0 質量%,Mo:0.05〜1.5 質量%,Cu:0.05〜3.0 質量%,B:0.0005〜0.015 質量%,Mg: 0.001〜0.2 質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
Cr: 0.02 to 3.0 mass%, Ni: 0.05 to 3.0 mass%, Mo: 0.05 to 1.5 mass%, Cu: 0.05 to 3.0 mass%, B: 0.0005 to 0.015 mass%, Mg: 0.001 to 0.2 mass%
Cr, Ni, Mo, Cu, B, and Mg are all elements that increase the strength of the weld metal and improve the weather resistance. When the content of these elements is very small, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when it adds excessively, the fall of the toughness of a weld metal will be caused. Therefore, when Cr, Ni, Mo, Cu, B, and Mg are contained, Cr: 0.02 to 3.0 mass%, Ni: 0.05 to 3.0 mass%, Mo: 0.05 to 1.5 mass%, Cu: 0.05 to 3.0 mass% B: 0.0005 to 0.015% by mass, Mg: 0.001 to 0.2% by mass is preferably satisfied.

Nb: 0.005〜0.5 質量%,V: 0.005〜0.5 質量%
Nb,Vは、いずれも溶接金属の強度,靭性を向上し、アークの安定性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果は得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Nb,Vを含有する場合は、Nb: 0.005〜0.5 質量%,V: 0.005〜0.5 質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
Nb: 0.005 to 0.5 mass%, V: 0.005 to 0.5 mass%
Nb and V are elements that improve the strength and toughness of the weld metal and improve the stability of the arc. When the content of these elements is very small, such an effect cannot be obtained. On the other hand, when it adds excessively, the fall of the toughness of a weld metal will be caused. Therefore, when Nb and V are contained, it is preferable to satisfy the ranges of Nb: 0.005 to 0.5% by mass and V: 0.005 to 0.5% by mass.

上記した鋼素線の成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。たとえば、鋼材を溶製する段階や鋼素線を製造する段階で不可避的に混入する代表的な不可避的不純物であるNは、0.020質量%以下に低減するのが好ましい。
次に、本発明の溶接用鋼ワイヤの製造方法について説明する。
転炉または電気炉等を用いて、上記した組成を有する溶鋼を溶製する。この溶鋼の溶製方法は、特定の技術に限定せず、従来から知られている技術を使用する。次いで、得られた溶鋼を、連続鋳造法や造塊法等によって鋼材(たとえばビレット等)を製造する。この鋼材を加熱した後、熱間圧延を施し、さらに乾式の冷間圧延(すなわち伸線)を施して鋼素線を製造する。熱間圧延や冷間圧延の操業条件は、特定の条件に限定せず、所望の寸法形状の鋼素線を製造する条件であれば良い。
The balance other than the components of the steel strand described above is Fe and inevitable impurities. For example, N, which is a typical inevitable impurity inevitably mixed in the stage of melting a steel material or the stage of manufacturing a steel wire, is preferably reduced to 0.020% by mass or less.
Next, the manufacturing method of the steel wire for welding of this invention is demonstrated.
Using a converter or an electric furnace, molten steel having the above composition is produced. The melting method of the molten steel is not limited to a specific technique, and a conventionally known technique is used. Next, a steel material (for example, a billet) is manufactured from the obtained molten steel by a continuous casting method, an ingot-making method, or the like. After this steel material is heated, hot rolling is performed, and dry cold rolling (that is, wire drawing) is further performed to manufacture a steel strand. The operating conditions for hot rolling and cold rolling are not limited to specific conditions, and may be any conditions as long as they produce a steel wire having a desired size and shape.

さらに鋼素線は、焼鈍−酸洗−銅めっき−伸線加工−潤滑剤塗布の工程を必要に応じて順次施して、所定の製品すなわち溶接用鋼ワイヤとなる。
正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、逆極性の溶接に比べて、給電不良に起因してアークが不安定になりやすい。しかし、鋼素線の表面に厚さ 0.6μm以上の銅めっきを施すことによって、溶接用鋼ワイヤの給電不良に起因するアークの不安定化を防止できる。なお、銅めっきの厚さを 0.8μm以上とすると、給電不良防止の効果が顕著に発揮されるので一層好ましい。このようにして銅めっきを厚目付とすることによって、給電チップの損耗も低減できるという効果も得られる。
Further, the steel wire is sequentially subjected to annealing, pickling, copper plating, wire drawing, and lubricant application as necessary to form a predetermined product, that is, a steel wire for welding.
In positive carbon dioxide shielded arc welding, the arc is likely to become unstable due to power feeding failure as compared with welding with reverse polarity. However, by applying copper plating with a thickness of 0.6 μm or more to the surface of the steel wire, it is possible to prevent arc destabilization due to poor power feeding of the welding steel wire. In addition, it is more preferable that the thickness of the copper plating is 0.8 μm or more because the effect of preventing power feeding failure is remarkably exhibited. By making the copper plating thicker in this way, there is also an effect that the wear of the power supply tip can be reduced.

しかし鋼素線中のCu含有量も含めて、溶接用鋼ワイヤのCu量が 3.0質量%を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。したがって、溶接用鋼ワイヤのCu量(すなわち鋼素線のCu含有量と銅めっきのCu含有量の合計)を 3.0質量%以下とかるのが好ましい。
このようにして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際に、給電の安定性を高めて、溶滴のスプレー移行を安定して維持するために、溶接用鋼ワイヤの平坦度(すなわち実表面積/理論表面積)を1.01未満とすることが好ましい。溶接用鋼ワイヤの平坦度は、伸線加工におけるダイス管理を厳格に行なうことによって1.01未満の範囲に維持することが可能である。
However, when the Cu content of the steel wire for welding, including the Cu content in the steel strand, exceeds 3.0% by mass, the toughness of the weld metal is significantly reduced. Therefore, it is preferable that the Cu content of the steel wire for welding (that is, the sum of the Cu content of the steel strand and the Cu content of the copper plating) is 3.0% by mass or less.
When carbon dioxide shielded arc welding is performed using the welding steel wire thus manufactured, in order to increase the stability of the power feeding and stably maintain the spray transfer of the droplets, The flatness (that is, the actual surface area / theoretical surface area) is preferably less than 1.01. The flatness of the welding steel wire can be maintained in a range of less than 1.01 by strictly controlling the dies in the wire drawing.

溶接用鋼ワイヤの送給性を向上するために、溶接用鋼ワイヤの表面(すなわち鋼素線の表面あるいは銅めっきの表面)に潤滑油を塗布しても良い。潤滑油の塗布量は、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.35〜1.7gの範囲内が好ましい。
なお、溶接用鋼ワイヤを製造する工程で、溶接用鋼ワイヤの表面に種々の不純物が付着する。特に固体の不純物の付着量を、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01g以下に抑制すると、給電の安定性が一層向上する。
In order to improve the feedability of the welding steel wire, lubricating oil may be applied to the surface of the welding steel wire (that is, the surface of the steel wire or the surface of the copper plating). The application amount of the lubricating oil is preferably within a range of 0.35 to 1.7 g per 10 kg of the welding steel wire.
In the process of manufacturing a welding steel wire, various impurities adhere to the surface of the welding steel wire. In particular, when the amount of solid impurities deposited is suppressed to 0.01 g or less per 10 kg of the welding steel wire, the power feeding stability is further improved.

このようして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて正極性炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際の好適な溶接条件について、以下に説明する。
シールドガスは、ArとCO 2 との混合ガスを用いる。シールドガス中のCO 2 の混合比率は60体積%以上とする。なお、CO 2 ガスを単独(すなわちCO 2 の混合比率: 100体積%)でシールドガスとして使用しても、支障なく正極性炭酸ガスシールドアーク溶接を行なうことができる。
Suitable welding conditions for performing positive polarity carbon dioxide shielded arc welding using the welding steel wire thus manufactured will be described below.
As the shielding gas, a mixed gas of Ar and CO 2 is used. The mixing ratio of CO 2 in the shielding gas is 60% by volume or more. Even if CO 2 gas is used alone (that is, CO 2 mixing ratio: 100% by volume) as a shielding gas, positive carbon dioxide shielded arc welding can be performed without hindrance.

溶接電流は 250〜450 A,溶接電圧は27〜38V(電流とともに上昇),溶接速度は20〜250 cm/分,突き出し長さは15〜30mm,ワイヤ径は 0.8〜1.6mm ,溶接入熱は5〜40kJ/cmの範囲内が好ましい。溶接する母材(すなわち鋼板)の鋼種は特に限定されないが、JIS規格G3106 に規定されるSi−Mn系の溶接構造用圧延鋼材(SM材)や、JIS規格G3136 に規定される建築構造用鋼材(SN材)に適用するのが好ましい。厚さが10mm以上の厚鋼板の溶接を行なう場合は、多層溶接も可能である。   Welding current is 250 to 450 A, welding voltage is 27 to 38 V (increase with current), welding speed is 20 to 250 cm / min, protrusion length is 15 to 30 mm, wire diameter is 0.8 to 1.6 mm, welding heat input is A range of 5 to 40 kJ / cm is preferable. There are no particular restrictions on the type of steel to be welded (ie, steel plate), but rolled steel (SM material) for Si-Mn welded structures specified in JIS standard G3106 and steel for building structures specified in JIS standard G3136. It is preferable to apply to (SN material). When welding thick steel plates with a thickness of 10 mm or more, multilayer welding is also possible.

製鋼段階で成分を調整し、連続鋳造によって製造されたビレットを熱間圧延して、直径 5.5〜7.0mm の線材とした。次いで冷間圧延(すなわち伸線)によって直径 2.0〜2.8mm の鋼素線とし、さらに2〜30質量%のクエン酸3カリウム水溶液を鋼素線1kgあたり30〜50g塗布した。
得られた鋼素線の成分を表1〜3に示す。
The billet manufactured by continuous casting was hot-rolled into a wire having a diameter of 5.5 to 7.0 mm by adjusting the components at the steelmaking stage. Subsequently, the steel strand having a diameter of 2.0 to 2.8 mm was formed by cold rolling (that is, wire drawing), and 2 to 30% by mass of a 3 potassium citrate aqueous solution was applied to 30 to 50 g per 1 kg of the steel strand.
The components of the obtained steel strand are shown in Tables 1-3.

Figure 0003906827
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その後、これらの鋼素線を、露点−2℃以下,酸素濃度 200体積ppm 以下,二酸化炭素濃度 0.1体積%以下の窒素雰囲気中で焼鈍した。このとき、鋼素線の直径,クエン酸3カリウム水溶液の濃度,焼鈍時間,焼鈍温度を調整して、鋼素線のK含有量を所定の範囲に調整した。
このようにして焼鈍した後、 鋼素線に酸洗を施し、次いで必要に応じて鋼素線の表面に銅めっきを施した。さらに冷間で伸線加工(乾式伸線)を施して、直径 0.8〜1.6mm の溶接用鋼ワイヤを製造した。さらに、溶接用鋼ワイヤの表面に潤滑油を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.4〜0.8 g塗布した。
Thereafter, these steel wires were annealed in a nitrogen atmosphere with a dew point of −2 ° C. or lower, an oxygen concentration of 200 vol ppm or lower, and a carbon dioxide concentration of 0.1 vol% or lower. At this time, the K content of the steel wire was adjusted to a predetermined range by adjusting the diameter of the steel wire, the concentration of the tripotassium citrate aqueous solution, the annealing time, and the annealing temperature.
After annealing in this way, the steel strand was pickled, and then the surface of the steel strand was plated with copper as necessary. Furthermore, cold drawing was performed (dry drawing) to produce a steel wire for welding with a diameter of 0.8 to 1.6 mm. Furthermore, 0.4 to 0.8 g of lubricating oil was applied to the surface of the welding steel wire per 10 kg of the welding steel wire.

製鋼段階で添加した REMの投入量と鋼素線の分析から得られた REMの含有量とを用いてREM 歩留りを算出した。その結果を表4,5に示す。また、 (1)式を用いて算出したE値,および鋼素線の銅めっきの厚さを、併せて表4,5に示す。   The REM yield was calculated using the amount of REM added at the steelmaking stage and the REM content obtained from the analysis of the steel wire. The results are shown in Tables 4 and 5. Tables 4 and 5 also show the E value calculated using the equation (1) and the copper plating thickness of the steel wire.

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表1〜5から明らかなように、発明例は、O含有量を0.0010〜0.0050質量%,Al含有量を0.02〜3.00質量%とし、かつE値を0.00以上としたので、比較例に比べてREM 歩留りが向上した。発明例の中でも、特に、ワイヤ番号16は、O含有量を0.0100質量%以下とし、かつE値を0.05以上としたので、REM 歩留りは著しく向上した。
これらの溶接用鋼ワイヤを用いて正極性炭酸ガスシールドアーク溶接を行ない、溶接中に発生したスパッタを全量捕集して、その重量を測定した。スパッタ発生量が 0.3g/分以下を良(○), 0.3g/分超え〜 0.6g/分以下を可(△), 0.6g/分超えを不可(×)として評価した。その結果は表6,7に示す通りである。
As is apparent from Tables 1-5, the examples of the invention, the O content 0.0010 to 0.0 05 0 wt%, the Al content is set to 0.02 to 3.00 wt%, and since the E value 0.00 or more, in Comparative Example Compared to REM yield. Among the inventive examples, in particular, the wire numbers 5 to 16 had an O content of 0.0100% by mass or less and an E value of 0.05 or more, so the REM yield was remarkably improved.
Positive carbon dioxide shielded arc welding was performed using these welding steel wires, and the entire amount of spatter generated during welding was collected and the weight thereof was measured. The spatter generation amount was evaluated as good (◯) when the spatter generation amount was 0.3 g / min or less, acceptable (Δ) when exceeding 0.3 g / min to 0.6 g / min or less (x) when exceeding 0.6 g / min. The results are as shown in Tables 6 and 7.

ビード形状は、ビードを目視で観察し、平滑なビードを良(○),不均一なビードを可(△),ハンピングビードを不可(×)として評価した。その結果を表6,7に示す。
なお、正極性炭酸ガスシールドアーク溶接の条件を表8に示す。
The bead shape was evaluated by visually observing the bead and assuming that a smooth bead was good (◯), a non-uniform bead was acceptable (Δ), and a humping bead was unacceptable (×). The results are shown in Tables 6 and 7.
The conditions for positive carbon dioxide shielded arc welding are shown in Table 8.

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表6,7から明らかなように、発明例では、高電流,高入熱の正極性炭酸ガスシールドアーク溶接において、スパッタ発生量は0.21〜0.54g/分であったのに対して、鋼素線の成分が本発明の範囲を外れる比較例では、スパッタ発生量が2.22〜4.22g/分であった。したがって、本発明では、溶滴のスプレー移行が得られ、スパッタ発生量を低減できることが確かめられた As apparent from Table 6, in the invention examples, a high current at high heat input positive carbon dioxide shielded arc welding, whereas the spatter generation rate was 0. 21 ~0.54g / min, In the comparative example in which the steel wire component was outside the scope of the present invention, the amount of spatter generated was 2.22 to 4.22 g / min. Therefore, in the present invention, it was confirmed that spray transfer of droplets was obtained and the amount of spatter generated could be reduced .

またビード形状も、表6,7から明らかなように、発明例の方が優れていた。   In addition, as apparent from Tables 6 and 7, the bead shape was superior in the inventive examples.

Claims (4)

正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する溶接用鋼ワイヤであって、C:0.20質量%以下、Si:0.05〜2.5 質量%、Mn:0.25〜3.5 質量%、希土類元素: 0.010〜0.100 質量%、Al:0.02〜3.00質量%、O:0.0010〜0.0050質量%、Ca:0.0050質量%以下、P:0.05質量%以下、S:0.05質量%以下を含有するとともに、必要に応じてTi:0.02〜0.50質量%、Zr:0.02〜0.50質量%、Cr:0.02〜3.0 質量%、Ni:0.05〜3.0 質量%、Mo:0.05〜1.5 質量%、Cu:0.05〜3.0 質量%、B:0.0005〜0.015 質量%、Mg: 0.001〜0.2 質量%、Nb: 0.005〜0.5 質量%またはV: 0.005〜0.5 質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、かつ下記の (1)式で算出されるE値が0.00以上である鋼素線からなることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
E=[REM ]+([Ti]+[Zr]+[Al])/5−9×([O]+[Ca]) ・・(1)
[REM ]:鋼素線の希土類元素含有量(質量%)
[O] :鋼素線のO含有量(質量%)
[Ti] :鋼素線のTi含有量(質量%)
[Zr] :鋼素線のZr含有量(質量%)
[Al] :鋼素線のAl含有量(質量%)
[Ca] :鋼素線のCa含有量(質量%)
Steel wire for welding used for positive carbon dioxide shielded arc welding, C: 0.20 mass% or less, Si: 0.05 to 2.5 mass%, Mn: 0.25 to 3.5 mass%, rare earth element: 0.010 to 0.100 mass% , Al: 0.02 to 3.00% by mass, O: 0.0010 to 0.0050% by mass, Ca: 0.0050% by mass or less, P: 0.05% by mass or less, S: 0.05% by mass or less, and Ti: 0.02 to 0.50 mass%, Zr: 0.02-0.50 mass%, Cr: 0.02-3.0 mass%, Ni: 0.05-3.0 mass%, Mo: 0.05-1.5 mass%, Cu: 0.05-3.0 mass%, B: 0.0005-0.015 mass %, Mg: 0.001 to 0.2% by mass, Nb: 0.005 to 0.5% by mass or V: 0.005 to 0.5% by mass, the balance being Fe and inevitable impurities, and calculated by the following formula (1) A steel wire for carbon dioxide shielded arc welding, comprising a steel wire having an E value of 0.00 or more.
E = [REM] + ([Ti] + [Zr] + [Al]) / 5-9 × ([O] + [Ca]) (1)
[REM]: Rare earth element content of steel wire (mass%)
[O]: O content (mass%) of steel wire
[Ti]: Ti content of steel wire (mass%)
[Zr]: Zr content (% by mass) of steel wire
[Al]: Al content (mass%) of steel wire
[Ca]: Ca content (mass%) of steel wire
記 (1)式で算出されるE値が0.05以上である鋼素線からなることを特徴とする請求項1に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。 Before SL (1) carbon dioxide gas shielded arc welding steel wire of claim 1, E value calculated is equal to or made of steel element wires is 0.05 or more expression. 請求項1または2に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて、ArとCO2との混合ガスにおけるCO2混合比率が60体積%以上のシールドガスでアーク点をシールドし、正極性で溶接を行なうことを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接方法。 Using the steel wire for carbon dioxide shielded arc welding according to claim 1 or 2, the arc point is shielded with a shielding gas having a CO 2 mixing ratio of 60% by volume or more in a mixed gas of Ar and CO 2, and positive polarity A carbon dioxide shielded arc welding method characterized in that welding is performed at a temperature. 前記シールドガスのCO2濃度が 100体積%であることを特徴とする請求項3に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接方法。 Carbon dioxide shielded arc welding method according to claim 3, CO 2 concentration of the shielding gas being 100% by volume.
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