JP3983155B2

JP3983155B2 - Steel wire for gas shielded arc welding

Info

Publication number: JP3983155B2
Application number: JP2002304386A
Authority: JP
Inventors: 倫正池田; 時彦片岡; 健次時乗
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: JP2004136342A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に亜鉛または亜鉛を含む合金をめっき処理した薄鋼板（以下、亜鉛めっき鋼板という）のガスシールドアーク溶接に好適なガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（以下、溶接ワイヤという）、中でもパルスＭＡＧ溶接での重ね隅肉溶接に好適な溶接ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車産業あるいは住宅産業等においては、耐食性向上のために亜鉛めっき鋼板が多く使用されている。しかし、亜鉛めっき鋼板のガスシールドアーク溶接においては、表面処理が施されていない鋼板と比較して溶接性が劣化するという問題点、すなわち溶接ビードにおけるピットやブローホールの発生，溶接中のスパッタ発生量の増加，溶接ヒユームの増加等が指摘されてきた。
【０００３】
この問題に対しては、従来から、
(a) 低速度での溶接、
(b) 亜鉛めっき鋼板の間に隙間を設けての溶接
等の溶接施工面からの対策が経験的に講じられてきた。しかし、上記の (a)は生産効率の低下を招き、 (b)は溶け落ちやアンダーカット等の欠陥発生につながるので、根本的な解決には至っていない。
【０００４】
また自動車の車体のガスシールドアーク溶接では、ほとんどが１ｍ／min 以上の高速度で溶接されるので、亜鉛めっき鋼板の溶接時には上記した(a) ，(b) の他に、ハンピングビードが発生しやすくなるという問題点も新たに発生しており、その解決が要望されている。
そこで、亜鉛めっき鋼板の溶接性を向上させる技術が種々提案されている。
【０００５】
たとえば亜鉛めっき鋼板を溶接する際に、施工能率を低下させることなくピット，ブローホールの発生を防止する技術として、特開昭63-56395号公報あるいは特開昭63-108995 号公報には、亜鉛めっき鋼板表面に欠陥発生防止剤を塗布する技術が開示されている。しかしながら、これらの技術は溶接前に予め欠陥発生防止剤を塗布する必要があり、溶接終了後もその欠陥発生防止剤を除去する工程が必要である等の点で実用的ではない上に、スパッタおよびハンピングビードの抑制効果は期待できない。
【０００６】
また、亜鉛めっき鋼板用の溶接ワイヤとして、特開平4-270095号公報には、Ｃ，Si，Mn，Ｐ，Ｓ，Nb，Ｖの添加量を規制した亜鉛めっき鋼板用溶接ワイヤが開示され、特開平9-239583号公報には、これらの元素に加えてさらにTi，Al，Ｏ，Zr，Ta，Ca，Na，Ｋの添加量を規制した薄鋼板用溶接ワイヤが提案されている。しかしながら、これらの技術はピット，ブローホールに対する抑制効果は期待できず、逆にSi，Mn，Ti，Al等のスラグ形成元素が過剰に添加された場合には、溶接ビード上のスラグ付着量が増加し、塗装不良が生じるという新たな問題が発生することも懸念される。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭63-56395号公報
【特許文献２】
特開昭63-108995 号公報
【特許文献３】
特開平4-270095号公報
【特許文献４】
特開平9-239583号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、亜鉛めっき鋼板のガスシールドアーク溶接に関して、溶接性向上のための技術が種々提案されているものの、溶接性に関する問題は十分に解決できているとは言い難い状況にある。
したがって本発明の目的は、亜鉛めっき鋼板のガスシールドアーク溶接、中でもパルスＭＡＧ溶接での重ね隅肉溶接を行なう際に、１ｍ／min 以上の高速溶接で、しかも亜鉛めっき鋼板に隙間を設けない場合においても、
(A) ピット，ブローホールが極めて少ない、
(B) スパッタの発生量が少ない、
(C) ハンピングビードが十分に抑制される、
(D) 溶接ビート表面のスラグ付着量が少ない
等の効果を発揮するガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（すなわち溶接ワイヤ）を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を解決するため、アーク熱によって亜鉛めっき鋼板のめっき層から発生する亜鉛蒸気の影響に着目して、亜鉛めっき鋼板のパルスＭＡＧ溶接におけるピット，ブローホール，スパッタ，ハンピングビードの発生現象について鋭意検討した。
【００１０】
その結果、ピット，ブローホールを抑制するためには、溶融メタルの粘性および表面張力を適正範囲に保つことが重要であるとの知見を得た。つまり、
(a) 亜鉛蒸気が侵入してくる溶融メタル部分では、気孔の発生と成長を抑制するために粘性および表面張力を増加させる必要がある。
(b) 溶融メタル表面部分では、十分な攪拌および振動によって亜鉛蒸気を大気中に放出するために粘性および表面張力を減少させる必要がある。
【００１１】
すなわち溶融メタルの粘性および表面張力には適正範囲が存在する。
さらに、亜鉛の沸点（すなわち 906℃）以上の温度において亜鉛と安定な化合物を形成する成分を溶接ワイヤに添加することにより、溶融した亜鉛が気化することを抑制することができ、ピット，ブローホールの抑制につながるとの知見を得た。
【００１２】
またハンピングビードの形成機構については、亜鉛蒸気が溶融池を貫通して大気に放出されることによって穴が形成された場合に、溶融池から溶接方向に対して後方に流れる溶融メタル幅が穴のために細くなり、溶融池の後方にこぶ状の溶接金属が形成されることによって生じるとの知見を得た。
このことから、溶融メタルの粘性および表面張力を増加させることがハンピングビード抑制に有効であるとの結論に至った。しかしながら溶融メタルの粘性および表面張力を増加しすぎると、溶接ワイヤ先端に形成される溶滴が溶融池に移行する現象（以下、溶滴移行現象という）が不規則となりアークが不安定となるので、この場合もハンピングビードが生じやすくなる。
【００１３】
したがってピット，ブローホールを抑制する場合と同様に、ハンピングビード抑制のためには溶融メタルの粘性および表面張力を適正範囲に維持することが重要であることが判明した。さらに、溶融メタル中のＳ量を低減することによって溶融池表面の湯流れを外向きにすることができ、亜鉛蒸気による穴の形成が抑制できるという現象も確認された。
【００１４】
なお、溶接時のスパッタ発生はアークを広げることによって抑制できるが、溶滴移行が１パルス１ドロップ形式のパルスＭＡＧ溶接の場合は、溶融メタルの粘性および表面張力が一定値を超えると円滑な溶滴移行が困難になり、スパッタ発生量の増加につながるので、粘性および表面張力を一定値以下に抑制する必要がある。また、溶接ビード表面に発生するスラグを抑制するためには、スラグ形成元素であるSi，Mn等が溶接ワイヤに含有される量を低減する必要がある。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、亜鉛めっき鋼板のガスシールドアーク溶接で用いられる溶接ワイヤであって、Ｃ：0.02〜0.05質量％，Si：0.20〜0.70質量％，Mn： 1.0〜2.0 質量％，Cr：0.10〜0.60質量％，Ｐ： 0.008〜0.020 質量％，Ｓ： 0.008質量％以下，Ｋ：0.0001〜0.0030質量％，Ca：0.0010質量％以下、 Ti ： 0.30 質量％以下、 Al ： 0.50 質量％以下、Ｏ： 0.020 質量％以下、Ｎ： 0.010 質量％以下を含有し、残部が Fe および不可避的不純物であるとともに、Si含有量，Mn含有量，Cr含有量が下記の (1)式， (2)式および (3)式を満足する鋼素線からなる溶接ワイヤである。
【００１６】
1.5 ≦［Si］＋［Mn］≦ 2.5 ・・・ (1)
0.6 ≦［Si］＋３［Cr］≦ 2.0 ・・・ (2)
2.0 ≦［Mn］／［Si］・・・ (3)
［Si］：鋼素線のSi含有量（質量％）
［Mn］：鋼素線のMn含有量（質量％）
［Cr］：鋼素線のCr含有量（質量％）
なお、ここで鋼素線からなる溶接ワイヤとは、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。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の溶接ワイヤの素材となる鋼素線の成分を限定した理由について説明する。
Ｃ：0.02〜0.05質量％
Ｃは、溶接金属の強度を確保するために重要な成分であるが、溶融金属の粘性を低下させ、流動性を向上させる作用を有する。しかしＣ含有量が0.02質量％未満では、溶接金属の強度を確保できない。一方、0.05質量％を超えると、溶接を行なう際に溶融金属の挙動が不安定となり、亜鉛蒸気の影響によってスパッタが多量に発生する。したがって、Ｃは0.02〜0.05質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１８】
Si：0.20〜0.70質量％
Siは、脱酸作用を有し、溶接金属の脱酸のためには不可欠な成分であり、鋼素線を製造する過程におけるＫの歩留りを向上させる元素である。Si含有量が0.20質量％未満では、溶接を行なう際に溶滴および溶融池が揺動し、スパッタが多量に発生する。また、溶融メタルの脱酸が不足するために、溶接金属にブローホールが発生し、しかも酸素量の増加により溶融メタルの粘性および表面張力が低くなりすぎるので、ピット，ブローホールおよびハンピングビードの発生を抑制することができない。さらにＫの歩留りを減少させて溶接ワイヤを適正なＫ含有量に調整することが困難となる。一方、 0.70質量％を超えると、溶融メタルが酸素不足となるために粘性および表面張力が上昇しすぎ、溶滴が円滑に移行しなくなることからスパッタが多量に発生し、不規則な溶滴移行によって引き起こされる溶融池の振動も過大となり、ハンピングビードを生じやすくなる。したがって、Siは0.20〜0.70質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１９】
Mn： 1.0〜2.0 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成分である。Mn含有量が 1.0質量％未満では、溶接を行なう際に溶滴および溶融池が揺動して、スパッタが多量に発生するばかりでなく、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し、ピット，ブローホールおよびハンピングビードの発生を抑制することができない。一方、 2.0質量％を超えると、Siと同様の理由によってスパッタが多量に発生するとともに、溶融池の振動が過大となりハンピングビードも生じやすくなる。したがって、Mnは 1.0〜2.0 質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００２０】
［Si］＋［Mn］： 1.5〜2.5 質量％
SiおよびMnの含有量が、それぞれ上記した範囲内を満足しても、Si含有量とMn含有量が (1)式を満足しなければ、SiとMnの効果が十分に発揮されない。すなわち［Si］＋［Mn］が 1.5質量％未満では、溶融メタルの酸素量が増加しすぎる。一方、 2.5質量％を超えると、溶融メタルの酸素量が減少しすぎる。いずれの場合もピット，ブローホールおよびハンピングビードの発生を抑制することができない。したがって、SiおよびMnの含有量は (1)式を満足する必要がある。
【００２１】
1.5 ≦［Si］＋［Mn］≦ 2.5 ・・・ (1)
［Si］：鋼素線のSi含有量（質量％）
［Mn］：鋼素線のMn含有量（質量％）
［Mn］／［Si］： 2.0以上
SiおよびMnによる溶融メタルの脱酸速度は、［Mn］／［Si］の増加にともなって大きくなる。［Mn］／［Si］が 2.0未満では、十分な脱酸速度が得られず、溶融メタル中の酸素が過剰となるので、溶融メタルの粘性および表面張力が低くなりすぎてピット，ブローホールおよびハンピングビードの発生を抑制することができない。したがって、SiおよびMnの含有量は (3)式を満足する必要がある。
【００２２】
2.0 ≦［Mn］／［Si］・・・ (3)
［Si］：鋼素線のSi含有量（質量％）
［Mn］：鋼素線のMn含有量（質量％）
Cr：0.10〜0.60質量％
Crは、弱い脱酸作用を有し、溶融メタルの酸素量を微調整するために不可欠であるとともに、鋼素線を製造する過程におけるＫの歩留りを向上させる。しかしCr含有量が0.10質量％未満では、Ｋの歩留りが減少し、溶接ワイヤのＫ含有量を適正値に調整することが困難となる。一方、 0.60質量％を超えると、鋼素線内部に割れが生じて、溶接時にスパッタが多量に発生する。したがって、Crは0.10〜0.60質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００２３】
［Si］＋３［Cr］： 0.6〜2.0 質量％
SiおよびCrの含有量が、それぞれ上記した範囲内を満足しても、Si含有量とCr含有量が (2)式を満足しなければ、SiとCrの効果が十分に発揮されない。すなわち［Si］＋３［Cr］が 0.6質量％未満では、鋼素線の製造工程におけるＫの歩留りが減少して、溶接ワイヤのＫ含有量を適正値に調整することが困難となる。一方、 2.0質量％を超えると、鋼素線内部に割れが生じて、溶接時にスパッタが多量に発生する。したがって、SiおよびCrの含有量は (2)式を満足する必要がある。
【００２４】
0.6 ≦［Si］＋３［Cr］≦ 2.0 ・・・ (2)
［Si］：鋼素線のSi含有量（質量％）
［Cr］：鋼素線のCr含有量（質量％）
Ｐ： 0.008〜0.020 質量％
Ｐは、製鋼工程および鋳造工程における不純物として鋼素線に混入する元素であるが、ビード形状を平滑にする効果も有する。Ｐは亜鉛の融点以上の温度で亜鉛と安定な化合物（すなわちＰ−Zn系，Ｐ−Zn−Fe系）を生成するので、溶融メタル内の亜鉛が気化するのを抑制し、ピット，ブローホールおよびハンピングビードの発生を抑制する効果がある。しかしＰ含有量が 0.008質量％未満では、これらの効果が得られない。一方、 0.020質量％を超えると、溶接金属にＰが過剰に含有され、溶接条件によっては溶接割れが発生する。したがって、Ｐは 0.008〜0.020 質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００２５】
Ｓ： 0.008質量％以下
Ｓは、溶融メタルの粘性を低下させるので、亜鉛めっき鋼板の溶接においては過剰に添加されないようにしなければならない。すなわちＳ含有量が、 0.008質量％を超えると、溶融メタルの粘性および表面張力が低下しすぎてピット，ブローホールおよびハンピングビードの発生を抑制することができない。さらに溶融メタル中のＳ量が増加することによって溶融池表面の湯流れが外向きから内向きへ変わるので、亜鉛蒸気によって溶融池に形成される穴を抑制できず、ハンピングビードの発生を抑制することができなくなる。したがって、Ｓは 0.008質量％以下に限定した。
【００２６】
Ｋ：0.0001〜0.0030質量％
Ｋは、アークを広げ（またはソフト化し）、ガスシールドアーク溶接において溶滴の移行を容易にするとともに、溶滴を微細化して溶接ワイヤの送給抵抗の変動を抑制する効果を有する。Ｋ含有量が0.0001質量％未満では、これらの効果が得られない。一方、 0.0030質量％を超えると、溶接を行なう際にアーク長が増加し、溶接ワイヤの先端に懸垂した溶滴が不安定となり、スパッタが多量に発生する。したがって、Ｋは0.0001〜0.0030質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、Ｋは沸点が約 760℃と低いので、鋼材を溶製する段階でＫを添加すると、歩留りが著しく低い。そこで鋼素線を製造する段階で、鋼素線の表面にカリウム塩溶液を塗布して焼鈍を施すことによって、Ｋを鋼素線に安定して含有させることができる。
【００２７】
Ca：0.0010質量％以下
Caは、製鋼工程，鋳造工程あるいは伸線工程における不純物として鋼素線に混入する。Ca含有量が0.0010質量％を超えると、溶接を行なう際に、溶滴の一部にアークが集中することによってアークが不安定となり、スパツタが多量に発生する。しかも不安定な短絡現象が起こり、溶接ワイヤの送給性を阻害する。したがって、Caは0.0010質量％以下に限定した。
【００２８】
さらに本発明では、鋼素線の成分は、上記した組成に加えて、Ti：0.30質量％以下，Al：0.50質量％以下を含有する。その理由について説明する。
Ti：0.30質量％以下
Tiは、脱酸材として作用し、さらに溶接金属の強度を増加する成分である。ただしTi含有量が0.30質量％を超えると、溶接を行なう際に粗大な溶滴が生じて大粒のスパッタを発生するばかりでなく、溶接金属の靭性を著しく低下させる。したがって、Tiを添加する場合は0.30質量％以下とする。
【００２９】
Al：0.50質量％以下
Alは、溶接金属の脱酸材として作用するとともに、横向き溶接を行なう場合にアークの安定性を向上する元素であり、必要に応じて添加することができる。しかし0.50質量％を超えると、溶接金属の靭性を著しく低下させる。したがって、Alを添加する場合は0.50質量％以下とする。
【００３０】
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ＯあるいはＮが代表的な不可避的不純物であり、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。Ｏは 0.020質量％以下，Ｎは 0.010質量％以下に低減する。特にＯは、溶接に際して溶滴径を微細化する効果を有するので、0.0020〜0.0080質量％とするのが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の溶接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。
【００３２】
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順次施して、所定の製品すなわち溶接ワイヤとなる。
なお焼鈍を施す前に、あらかじめ鋼素線の表面にカリウム塩溶液を塗布しておくのが好ましい。カリウム塩溶液としては、クエン酸３カリウム水溶液，炭酸カリウム水溶液，水酸化カリウム水溶液等を使用するのが好ましい。また、塗布する溶液のカリウム塩濃度は、Ｋに換算した値で 0.5〜3.0 体積％とするのが好ましい。
【００３３】
このようにして表面にカリウム塩溶液を塗布した鋼素線を焼鈍することによって、生成される内部酸化層中にＫが安定して保持される。一方、ＫをCuめっき層中に保持させる方法や単に塗布するだけの方法では、Cuめっきや鋼素線の変色等の問題が発生しやすい。しかも熱的に不安定であるから、Ｋによる低スパッタ化の効果が小さくなる。
【００３４】
焼鈍は鋼素線の軟化およびＫの付与を目的として行なうものであり、 650〜950 ℃の温度範囲で、かつ水蒸気を含む窒素ガス雰囲気中で行なうのが好ましい。すなわち焼鈍温度が 650℃未満では、内部酸化の進行が遅くなる。一方、 950℃を超えると内部酸化の進行が速すぎて内部酸化量の調整が困難となる。
焼鈍雰囲気は、内部酸化を進行させる観点から、露点０℃以下、酸素濃度 200体積ppm 以下とするのが好ましい。表面にカリウム塩溶液を塗布した鋼素線を、このような焼鈍雰囲気で焼鈍することによって、その表面から酸化が進行して、表層部が内部酸化される。この内部酸化層にＫが確実に保持される。
【００３５】
なお、焼鈍時間および焼鈍温度は、カリウム塩溶液の塗布条件（たとえば塗布量，カリウム塩濃度，鋼素線の直径等）に応じて設定するのが好ましい。さらに鋼素線中のＫ含有量が0.0001〜0.0030質量％，Ｏ含有量が0.0020〜0.0080質量％となるように、焼鈍時間や焼鈍温度を設定するのが好ましい。
このようにして焼鈍を施した鋼素線は、酸洗した後で、その表面にCuめっきを施すのが好ましい。 Cuめっき層の厚さは 0.5μｍ以上とするのが好ましい。
【００３６】
すなわち高い電流で連続溶接を行なう場合は、給電不良により溶接ワイヤの送給が阻害されやすい。これに対して、Cuめっき層の厚さを 0.5μｍ以上とすることによって、給電不良に起因する溶接ワイヤの送給の不安定化を防止できる。より好ましくは 0.8μｍ以上である。このようにCuめっきを厚目付とすることによって、給電チップの損耗を低減する効果も得られる。
【００３７】
このようしてCuめっきを施した鋼素線を伸線、塗布する工程を利用して、表面に固形潤滑剤を塗布して固形潤滑剤層を形成しても良い。なお、ここで固形潤滑剤とは、MoＳ₂，ＢＮ，ワックスおよびＫ化合物のうちの１種または２種以上を含有する固体の潤滑剤を指す。
さらに、溶接を行なう際の溶接ワイヤの送給抵抗を軽減して、安定して送給できるように、固形潤滑剤層の表面に脂肪酸エステルまたは潤滑油を塗布したり、あるいは脂肪酸エステルと潤滑油を混合して塗布しても良い。このようにして脂肪酸エステルおよび／または潤滑油からなる潤滑剤層を形成すると、溶接ワイヤの送給抵抗を軽減する効果が得られる。
【００３８】
【実施例】
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 5.6〜7.0mm 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体積％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。
【００３９】
その後、この鋼素線を、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。焼鈍温度は 760〜950 ℃の範囲として、鋼素線の直径，カリウム塩濃度に応じて焼鈍温度と焼鈍時間を調整することによって、内部酸化の進行を調整するとともに、鋼素線のＫ含有量，Ｏ含有量を調整した。
【００４０】
このようにして焼鈍した後、鋼素線の表面にCuめっきを施し、さらに冷間で伸線加工（湿式伸線）を施して、直径1.0mm および直径1.2mm の溶接ワイヤを製造した。なお、伸線加工でMoＳ₂およびＫ化合物を含有する固形潤滑剤を塗布して伸線することによって、十分な送給性を確保できるように調整した。
得られた溶接ワイヤの鋼素線の成分は、表１に示す通りである。
【００４１】
【表１】

【００４２】
これらの溶接ワイヤを用いて重ね隅肉溶接を行なった。供試鋼板には、亜鉛目付量が45ｇ／ｍ²，板厚2.0mm の合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いた。また溶接条件は表２に示す通りであり、ピット，ブローホール，スパッタ，スラグ付着の評価には条件Ａを採用し、ハンピングビードの評価には条件Ｂを採用した。
【００４３】
【表２】

【００４４】
得られた溶接部を調査して、下記の基準に沿って特性を評価した。その結果は表３に示す通りである。

【００４５】
【表３】

【００４６】
発明例では、ピット，ブローホール，スパッタ，ハンピングビード，スラグ付着が抑制され、いずれも良好な結果が得られた。一方、比較例の評価は低かった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の溶接ワイヤを用いることによって、亜鉛めっき鋼板のガスシールドアーク溶接、中でもパルスＭＡＧ溶接での重ね隅肉溶接に際して、１ｍ／min 以上の高速溶接で、しかも亜鉛めっき鋼板に隙間を設けていない場合においても、ピット，ブローホールが極めて少なく、スパッタの発生量が少なく、ハンピングビードが十分に抑制され、かつ溶接ビード表面のスラグ付着量が少ない溶接ビードを得ることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a steel wire for gas shielded arc welding (hereinafter referred to as a welding wire) suitable for gas shielded arc welding of a thin steel plate (hereinafter referred to as a galvanized steel plate) whose surface is coated with zinc or an alloy containing zinc. The present invention relates to a welding wire suitable for lap fillet welding in pulse MAG welding.
[0002]
[Prior art]
In the automobile industry or the housing industry, galvanized steel sheets are often used to improve the corrosion resistance. However, in gas shielded arc welding of galvanized steel sheets, there is a problem that weldability deteriorates compared to steel sheets that are not surface-treated, that is, generation of pits and blowholes in weld beads, and spatter during welding Increasing amounts, increasing welding fumes, etc. have been pointed out.
[0003]
For this problem,
(a) welding at low speed,
(b) Measures have been taken empirically in terms of welding work, such as welding with a gap between galvanized steel sheets. However, the above (a) leads to a decrease in production efficiency, and (b) leads to the occurrence of defects such as burn-out and undercut, so the fundamental solution has not been reached.
[0004]
In gas shielded arc welding of automobile bodies, most are welded at a high speed of 1 m / min or more, so a humping bead occurs in addition to the above (a) and (b) when welding galvanized steel sheets. There is also a new problem that it is easy to do, and there is a need for a solution.
Therefore, various techniques for improving the weldability of the galvanized steel sheet have been proposed.
[0005]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-56395 or Japanese Patent Laid-Open No. 63-108995 discloses a technique for preventing the generation of pits and blow holes without reducing the work efficiency when welding galvanized steel sheets. A technique for applying a defect occurrence preventing agent to the surface of a plated steel sheet is disclosed. However, these techniques are not practical in that they need to be coated with a defect-preventing agent in advance before welding, and a process for removing the defect-preventing agent is necessary after the end of welding. Moreover, the suppression effect of a humping bead cannot be expected.
[0006]
In addition, as a welding wire for galvanized steel sheet, JP-A-4-70095 discloses a welding wire for galvanized steel sheet in which the amount of addition of C, Si, Mn, P, S, Nb, V is regulated, Japanese Patent Laid-Open No. 9-239583 proposes a welding wire for a thin steel sheet in which the addition amount of Ti, Al, O, Zr, Ta, Ca, Na, K is further regulated in addition to these elements. However, these technologies cannot be expected to suppress pits and blowholes. Conversely, when slag forming elements such as Si, Mn, Ti, and Al are added excessively, the amount of slag deposited on the weld bead is reduced. There is also a concern that a new problem of increased coating failure will occur.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 63-56395 A [Patent Document 2]
JP 63-108995 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-27095 [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-239583 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, although various techniques for improving weldability have been proposed for gas shielded arc welding of galvanized steel sheets, it is difficult to say that the problems related to weldability have been sufficiently solved.
Therefore, the object of the present invention is to perform high-speed welding of 1 m / min or more and provide no gap in the galvanized steel sheet when performing gas shield arc welding of galvanized steel sheet, especially lap fillet welding by pulse MAG welding. Also in
(A) Very few pits and blowholes,
(B) Less spatter is generated,
(C) Hanpingubi de is sufficiently suppressed,
(D) An object of the present invention is to provide a steel wire for gas shielded arc welding (ie, a welding wire) that exhibits effects such as a small amount of slag adhesion on the surface of the welding beat.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors pay attention to the influence of zinc vapor generated from the plating layer of the galvanized steel sheet by arc heat, and pits, blowholes, spatters in pulse MAG welding of the galvanized steel sheet. We intensively investigated the phenomenon of humping beads.
[0010]
As a result, in order to suppress pits and blowholes, it was found that it is important to maintain the viscosity and surface tension of the molten metal within appropriate ranges. That means
(a) It is necessary to increase the viscosity and surface tension in the molten metal part where zinc vapor enters, in order to suppress the generation and growth of pores.
(b) In the molten metal surface part, it is necessary to reduce the viscosity and surface tension in order to release zinc vapor into the atmosphere by sufficient stirring and vibration.
[0011]
That is, there is an appropriate range for the viscosity and surface tension of the molten metal.
Furthermore, by adding a component that forms a stable compound with zinc at a temperature higher than the boiling point of zinc (ie, 906 ° C.) to the welding wire, it is possible to suppress the vaporization of the molten zinc, and pits and blowholes. We obtained knowledge that it will lead to suppression.
[0012]
In addition, regarding the formation mechanism of the humping bead, the width of the molten metal flowing backward from the molten pool with respect to the welding direction when the hole is formed by releasing zinc vapor to the atmosphere through the molten pool is the hole. It has been found that this is caused by the formation of a knurled weld metal behind the molten pool.
From this, it was concluded that increasing the viscosity and surface tension of the molten metal is effective in suppressing the humping bead. However, if the viscosity and surface tension of the molten metal are increased too much, the phenomenon that the droplet formed at the tip of the welding wire moves to the molten pool (hereinafter referred to as the droplet transfer phenomenon) becomes irregular and the arc becomes unstable. In this case, a humping bead is easily generated.
[0013]
Thus pit, as in the case of suppressing the blowholes it for humping bead inhibition is important to maintain the proper range of viscosity and surface tension of the molten metal has been found. Furthermore, the phenomenon that the flow of hot water on the surface of the molten pool can be made outward by reducing the amount of S in the molten metal and the formation of holes by zinc vapor can be suppressed has also been confirmed.
[0014]
Spattering during welding can be suppressed by widening the arc. However, in the case of pulse MAG welding where the droplet transfer is a 1-pulse 1-drop type, smooth melting occurs when the viscosity and surface tension of the molten metal exceed a certain value. Since it becomes difficult to transfer the droplets and increase the amount of spatter generated, it is necessary to suppress the viscosity and the surface tension below a certain value. Moreover, in order to suppress the slag generated on the surface of the weld bead, it is necessary to reduce the amount of slag forming elements such as Si and Mn contained in the welding wire.
[0015]
The present invention has been made based on the above findings.
That is, the present invention is a welding wire used in gas shielded arc welding of a galvanized steel sheet, C: 0.02 to 0.05 mass%, Si: 0.20 to 0.70 mass%, Mn: 1.0 to 2.0 mass%, Cr: 0.10 to 0.60 mass%, P: 0.008 to 0.020 mass%, S: 0.008 mass% or less, K: 0.0001 to 0.0030 mass%, Ca: 0.0010 mass% or less , Ti : 0.30 mass% or less, Al : 0.50 mass% or less, O: 0.020 wt% or less, N: containing 0.010 mass% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities der Rutotomoni, Si content, Mn content, Cr content of the following equation (1), (2) And a welding wire made of a steel wire that satisfies equation (3).
[0016]
1.5 ≤ [Si] + [Mn] ≤ 2.5 (1)
0.6 ≤ [Si] + 3 [Cr] ≤ 2.0 (2)
2.0 ≦ [Mn] / [Si] (3)
[Si]: Si content of steel wire (mass%)
[Mn]: Mn content of steel wire (mass%)
[Cr]: Cr content of steel wire (mass%)
In addition, the welding wire which consists of a steel strand here refers to the wire (what is called a solid wire) which does not incorporate the flux for welding, 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.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the reason why the components of the steel wire that is the material of the welding wire of the present invention is limited will be described.
C: 0.02-0.05 mass%
C is an important component for ensuring the strength of the weld metal, but has the effect of reducing the viscosity of the molten metal and improving the fluidity. However, if the C content is less than 0.02% by mass, the strength of the weld metal cannot be secured. On the other hand, if it exceeds 0.05% by mass, the behavior of the molten metal becomes unstable during welding, and a large amount of spatter is generated due to the influence of zinc vapor. Therefore, C needs to satisfy the range of 0.02 to 0.05 mass%.
[0018]
Si: 0.20 to 0.70 mass%
Si has a deoxidizing action, is an indispensable component for deoxidation of weld metal, and is an element that improves the yield of K in the process of manufacturing a steel wire. If the Si content is less than 0.20% by mass, the droplets and the molten pool oscillate during welding and a large amount of spatter is generated. In addition, due to lack of deoxidation of the molten metal, blowholes are generated in the weld metal, and the viscosity and surface tension of the molten metal become too low due to an increase in the amount of oxygen, so pits, blowholes and humping beads Generation cannot be suppressed. Furthermore, it is difficult to adjust the welding wire to an appropriate K content by reducing the yield of K. On the other hand, when the content exceeds 0.70% by mass, the molten metal becomes deficient in oxygen, so the viscosity and surface tension rise too much, and the droplets do not move smoothly, resulting in a large amount of spatter and irregular droplet transfer. The vibration of the molten pool caused by is also excessive and tends to cause a humping bead. Therefore, Si needs to satisfy the range of 0.20 to 0.70 mass%.
[0019]
Mn: 1.0-2.0 mass%
Like Si, Mn has a deoxidizing action and is an indispensable component for deoxidizing molten metal. If the Mn content is less than 1.0% by mass, the droplets and the molten pool will oscillate during welding, resulting in a large amount of spatter and insufficient deoxidation of the molten metal. The generation of pits, blowholes and humping beads cannot be suppressed. On the other hand, if it exceeds 2.0% by mass, a large amount of spatter is generated for the same reason as Si, and vibration of the molten pool becomes excessive and humping beads are likely to occur. Therefore, Mn needs to satisfy the range of 1.0-2.0 mass%.
[0020]
[Si] + [Mn]: 1.5-2.5% by mass
Even if the Si and Mn contents satisfy the above-mentioned ranges, the effects of Si and Mn cannot be fully exhibited unless the Si and Mn contents satisfy the formula (1). That is, if [Si] + [Mn] is less than 1.5% by mass, the amount of oxygen in the molten metal increases too much. On the other hand, if it exceeds 2.5 mass%, the oxygen content of the molten metal will decrease too much. In either case, generation of pits, blowholes and humping beads cannot be suppressed. Therefore, the contents of Si and Mn must satisfy the formula (1).
[0021]
1.5 ≤ [Si] + [Mn] ≤ 2.5 (1)
[Si]: Si content of steel wire (mass%)
[Mn]: Mn content of steel wire (mass%)
[Mn] / [Si]: 2.0 or more
The deoxidation rate of the molten metal by Si and Mn increases as [Mn] / [Si] increases. When [Mn] / [Si] is less than 2.0, a sufficient deoxidation rate cannot be obtained, and oxygen in the molten metal becomes excessive. Therefore, the viscosity and surface tension of the molten metal become too low, and pits, blowholes and Generation of humping beads cannot be suppressed. Therefore, the contents of Si and Mn must satisfy the formula (3).
[0022]
2.0 ≦ [Mn] / [Si] (3)
[Si]: Si content of steel wire (mass%)
[Mn]: Mn content of steel wire (mass%)
Cr: 0.10 to 0.60 mass%
Cr has a weak deoxidizing action and is indispensable for fine-tuning the oxygen content of the molten metal, and improves the yield of K in the process of manufacturing the steel wire. However, if the Cr content is less than 0.10% by mass, the yield of K decreases, and it becomes difficult to adjust the K content of the welding wire to an appropriate value. On the other hand, when it exceeds 0.60 mass%, and cracked therein steel wires, spa jitter is a large amount generated during welding. Therefore, Cr needs to satisfy the range of 0.10-0.60 mass%.
[0023]
[Si] +3 [Cr]: 0.6 to 2.0 mass%
Even if the contents of Si and Cr satisfy the above ranges, the effects of Si and Cr cannot be sufficiently exhibited unless the Si content and the Cr content satisfy the formula (2). That is, if [Si] +3 [Cr] is less than 0.6% by mass, the yield of K in the steel wire manufacturing process is reduced, and it becomes difficult to adjust the K content of the welding wire to an appropriate value. On the other hand, if it exceeds 2.0 mass%, cracks occur inside the steel wire, and a large amount of spatter is generated during welding. Therefore, the contents of Si and Cr must satisfy the formula (2).
[0024]
0.6 ≤ [Si] + 3 [Cr] ≤ 2.0 (2)
[Si]: Si content of steel wire (mass%)
[Cr]: Cr content of steel wire (mass%)
P: 0.008 to 0.020 mass%
P is an element mixed in the steel strand as an impurity in the steel making process and the casting process, but also has an effect of smoothing the bead shape. P forms a stable compound with zinc at a temperature higher than the melting point of zinc (that is, P-Zn-based, P-Zn-Fe-based). In addition, there is an effect of suppressing the generation of humping beads. However, when the P content is less than 0.008% by mass, these effects cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.020% by mass, P is contained excessively in the weld metal, and a weld crack occurs depending on the welding conditions. Therefore, P needs to satisfy the range of 0.008-0.020 mass%.
[0025]
S: 0.008% by mass or less S lowers the viscosity of the molten metal, so it must be prevented from being excessively added in the welding of the galvanized steel sheet. That is, when the S content exceeds 0.008% by mass, the viscosity and surface tension of the molten metal are excessively lowered, and generation of pits, blowholes, and humping beads cannot be suppressed. Furthermore, since the amount of S in the molten metal increases, the hot water flow on the surface of the molten pool changes from outward to inward, so the holes formed in the molten pool by zinc vapor cannot be suppressed and the generation of humping beads is suppressed. Can not do. Therefore, S is limited to 0.008% by mass or less.
[0026]
K: 0.0001 to 0.0030 mass%
K widens (or softens) the arc, facilitates the transfer of droplets in gas shielded arc welding, and has the effect of miniaturizing the droplets to suppress fluctuations in the feed resistance of the welding wire. If the K content is less than 0.0001% by mass, these effects cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.0030% by mass, the arc length increases during welding, the droplet suspended on the tip of the welding wire becomes unstable, and a large amount of spatter is generated. Therefore, K needs to satisfy the range of 0.0001-0.0030 mass%. In addition, since K has a low boiling point of about 760 ° C., if K is added at the stage of melting the steel material, the yield is remarkably low. Therefore, in the stage of manufacturing the steel strand, K can be stably contained in the steel strand by applying a potassium salt solution to the surface of the steel strand and annealing it.
[0027]
Ca: 0.0010 mass% or less
Ca is mixed into the steel wire as an impurity in the steel making process, casting process or wire drawing process. If the Ca content exceeds 0.0010% by mass, the arc becomes unstable due to the concentration of the arc in a part of the droplet during welding, and a lot of spatter is generated. In addition, an unstable short-circuit phenomenon occurs, impeding the feedability of the welding wire. Therefore, Ca is limited to 0.0010 mass% or less.
[0028]
Further, in the present invention, components of the steel element wires, in addition to the above-described composition, Ti: 0.30 mass% or less, Al: you containing 0.50 mass% or less. The reason will be described.
Ti: 0.30 mass% or less
Ti is a component that acts as a deoxidizer and further increases the strength of the weld metal. However, if the Ti content exceeds 0.30% by mass, not only coarse droplets are generated during welding, but large spatter is generated, and the toughness of the weld metal is significantly reduced. Accordingly, when adding Ti is you 0.30 mass% or less.
[0029]
Al: 0.50 mass% or less
Al is an element that acts as a deoxidizer for the weld metal and improves the stability of the arc when performing sideways welding, and can be added as necessary. However, if it exceeds 0.50% by mass, the toughness of the weld metal is significantly reduced. Therefore, when adding Al is you 0.50 mass% or less.
[0030]
The balance other than the components of the steel strand described above is Fe and inevitable impurities. For example, O or N is a typical inevitable impurity, and is inevitably mixed in the stage of melting a steel material or the stage of manufacturing a steel wire. O is 0.020 wt% or less, N is the you reduced to less than 0.010 mass%. Particularly O has the effect of refining the droplet diameter during welding, good preferable that a 0.0020 to 0.0080 wt%.
[0031]
Next, the manufacturing method of the welding wire 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.
[0032]
Further, the steel strand is subjected to the steps of annealing, pickling, copper plating, wire drawing, and lubricant application in sequence to form a predetermined product, that is, a welding wire.
In addition, it is preferable to apply a potassium salt solution to the surface of the steel wire in advance before annealing. As the potassium salt solution, it is preferable to use a tripotassium citrate aqueous solution, a potassium carbonate aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution or the like. The potassium salt concentration of the solution to be applied is preferably 0.5 to 3.0% by volume in terms of K.
[0033]
By annealing the steel wire with the potassium salt solution applied to the surface in this way, K is stably held in the generated internal oxide layer. On the other hand, the method of keeping K in the Cu plating layer or the method of simply applying K tends to cause problems such as Cu plating and discoloration of steel strands. Moreover, since it is thermally unstable, the effect of low sputtering by K is reduced.
[0034]
The annealing is performed for the purpose of softening the steel wire and imparting K, and is preferably performed in a temperature range of 650 to 950 ° C. and in a nitrogen gas atmosphere containing water vapor. That is, when the annealing temperature is less than 650 ° C., the progress of internal oxidation becomes slow. On the other hand, when the temperature exceeds 950 ° C., the progress of internal oxidation is too fast, making it difficult to adjust the amount of internal oxidation.
The annealing atmosphere preferably has a dew point of 0 ° C. or lower and an oxygen concentration of 200 volume ppm or lower from the viewpoint of promoting internal oxidation. By annealing a steel wire having a surface coated with a potassium salt solution in such an annealing atmosphere, oxidation proceeds from the surface and the surface layer portion is internally oxidized. K is securely held in this internal oxide layer.
[0035]
The annealing time and annealing temperature are preferably set according to the application conditions (for example, the application amount, potassium salt concentration, steel wire diameter, etc.) of the potassium salt solution. Furthermore, it is preferable to set the annealing time and the annealing temperature so that the K content in the steel strand is 0.0001 to 0.0030 mass% and the O content is 0.0020 to 0.0080 mass%.
The steel wire thus annealed is preferably subjected to Cu plating on its surface after pickling. The thickness of the Cu plating layer is preferably 0.5 μm or more.
[0036]
That is, when continuous welding is performed at a high current, feeding of the welding wire is likely to be hindered due to power feeding failure. On the other hand, by making the thickness of the Cu plating layer 0.5 μm or more, it is possible to prevent unstable welding wire feeding due to power feeding failure. More preferably, it is 0.8 μm or more. Thus, by making Cu plating thick, the effect of reducing the wear of the power feed tip can also be obtained.
[0037]
In this way, a solid lubricant layer may be formed by applying a solid lubricant to the surface using a process of drawing and applying a steel wire subjected to Cu plating. Here, the solid lubricant refers to a solid lubricant containing one or more of MoS ₂ , BN, wax and K compound.
Further, to reduce the feeding resistance of the welding wire in performing welding, so that it can be stably fed, or by applying a fatty acid ester or lubricating oil on the surface of the solid lubricant layer, or a fatty acid ester and lubricants May be mixed and applied. Thus, when the lubricant layer which consists of fatty acid ester and / or lubricating oil is formed, the effect which reduces the feeding resistance of a welding wire will be acquired.
[0038]
【Example】
A billet produced by continuous casting was hot-rolled to obtain a wire having a diameter of 5.6 to 7.0 mm. Subsequently, the steel strand having a diameter of 2.0 to 2.8 mm was formed by cold rolling (that is, wire drawing), and further 2 to 30% by volume of 3 potassium citrate aqueous solution was applied to 30 to 50 g per 1 kg of the steel strand.
[0039]
Thereafter, the steel wire was annealed in a nitrogen atmosphere having a dew point of −2 ° C. or less, an oxygen concentration of 200 volume ppm or less, and a carbon dioxide concentration of 0.1 volume% or less. The annealing temperature is in the range of 760 to 950 ℃, and the progress of internal oxidation is adjusted by adjusting the annealing temperature and annealing time according to the diameter and potassium salt concentration of the steel strand, and the K content of the steel strand , O content was adjusted.
[0040]
After annealing in this way, the surface of the steel wire was plated with Cu, and further cold drawn (wet wire drawing) to produce a welding wire having a diameter of 1.0 mm and a diameter of 1.2 mm. In addition, it adjusted so that sufficient feeding property could be ensured by apply | coating and drawing a solid lubricant containing MoS ₂ and a K compound by wire drawing.
The components of the steel wire of the obtained welding wire are as shown in Table 1.
[0041]
[Table 1]

[0042]
Lap fillet welding was performed using these welding wires. As the test steel sheet, an alloyed hot-dip galvanized steel sheet having a zinc basis weight of 45 g / m ² and a sheet thickness of 2.0 mm was used. The welding conditions are as shown in Table 2. Condition A was used for evaluation of pits, blowholes, sputtering, and slag adhesion, and Condition B was used for evaluation of the humping bead.
[0043]
[Table 2]

[0044]
The obtained weld was investigated and the characteristics were evaluated according to the following criteria. The results are as shown in Table 3.

[0045]
[Table 3]

[0046]
In the inventive examples, pits, blowholes, sputtering, humping beads, and slag adhesion were suppressed, and good results were obtained in all cases. On the other hand, the evaluation of the comparative example was low.
[0047]
【The invention's effect】
By using the welding wire of the present invention, at the time of gas shielded arc welding of a galvanized steel sheet, especially lap fillet welding by pulse MAG welding, high-speed welding of 1 m / min or more and no gap is provided in the galvanized steel sheet Even in this case, it is possible to obtain a weld bead with very few pits and blow holes, a small amount of spatter generation, a sufficiently suppressed humping bead, and a small amount of slag adhesion on the surface of the weld bead.

Claims

Steel wire for welding used in gas shielded arc welding of galvanized steel sheet, C: 0.02 to 0.05 mass%, Si: 0.20 to 0.70 mass%, Mn: 1.0 to 2.0 mass%, Cr: 0.10 to 0.60 mass% , P: 0.008 to 0.020 mass%, S: 0.008 mass% or less, K: 0.0001 to 0.0030 mass%, Ca: 0.0010 mass% or less , Ti : 0.30 mass% or less, Al : 0.50 mass% or less, O: 0.020 mass% hereinafter, N: containing 0.010 mass% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities der Rutotomoni, Si content, Mn content, Cr content of the following equation (1), (2) and (3 A steel wire for gas shielded arc welding characterized by comprising a steel wire satisfying the formula (1).
1.5 ≤ [Si] + [Mn] ≤ 2.5 (1)
0.6 ≤ [Si] + 3 [Cr] ≤ 2.0 (2)
2.0 ≦ [Mn] / [Si] (3)
[Si]: Si content of steel wire (mass%)
[Mn]: Mn content of steel wire (mass%)
[Cr]: Cr content of steel wire (mass%)