JP4259887B2

JP4259887B2 - Flux-cored wire for gas shielded arc welding for corrosion resistant steel

Info

Publication number: JP4259887B2
Application number: JP2003025095A
Authority: JP
Inventors: 茂雄長岡; 浩之川崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004230456A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐食性を有する鋼材の溶接に好適である耐食性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、溶接金属の耐食性が良好であると共に、固定管の全姿勢溶接において優れた作業性を有し、特に上向き、立向溶接部において平滑ビードを得ることができる耐食性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷油管と呼ばれる原油又はタンク洗浄用海水の積み下ろしに使用される固定管には、従来から耐食性鋼材が使用されている。例えば、特許文献１（特開昭５６−１４８４９１号公報）は荷油管の溶接継手に関するもので、この公報には、成分の調整により溶着金属の硬化、硬度斑の発生、靭性の低下等を防ぐ技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２（特開昭５１−４１６５４号公報）は荷油管の溶接に使用する被覆アーク溶接棒の心線材に関するもので、従来の肉盛用に開発された心線材が持っていた欠点である予熱及び後熱の必要性又はスパッタ等を改善したものである。
【０００４】
特許文献３（特開昭５６−１３３４５１号公報）は鋳造製荷油管であって肉盛部の成分を規定することにより、可撓性継手設置場所における腐食を改善した荷油管が開示されている。
【０００５】
特許文献４（特開昭５０−８０２４４号公報）は耐海水性鋼用被覆アーク溶接棒に関する発明であり、海水による腐食環境下で耐食性が良好な溶着金属を形成する被覆アーク溶接棒に関するものである。
【０００６】
これらの４件の公知技術は、荷油管の一般的技術背景を示すものであり、溶接方法が被覆アーク溶接である。本発明と同じフラックス入りワイヤに関する例としては、耐食性を有する鋼材を溶接するための耐食性鋼用フラックス入りワイヤが、特許文献５（特開２０００−２８８７８１号公報）に開示されている。
【０００７】
一方、近年では、原油タンカーのパイプは海水環境にさらされ、また原油はスラッジを含むことから、耐海水性・耐腐食摩耗性が求められ、新しい鋼種が開発されている。また、耐海水性が求められる配管は、船だけではなく、現在、海辺立地の化学プラント等にも適用されることがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５６−１４８４９１号公報
【特許文献２】
特開昭５１−４１６５４号公報
【特許文献３】
特開昭５６−１３３４５１号公報
【特許文献４】
特開昭５０−８０２４４号公報
【特許文献５】
特開２０００−２８８７８１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開２０００−２８８７８１号公報に記載されたフラックス入りワイヤは、Ｃｕ−Ｎｉ―Ｔｉ系高耐候性鋼材を対象としており、荷油管の新鋼種に対応できないこと、一般的な全姿勢溶接の技術にとどまり、固定管の作業性は考慮されていないこと等の問題点がある。
【００１０】
荷油管の溶接は、固定管の溶接となるため、全姿勢での良好な作業性が求められる。しかし、従来の耐食性鋼用フラックス入りワイヤによる固定管の溶接、特に上向き溶接部の溶接において、以下に示す問題点がある。即ち、溶融金属が垂れやすくなるため、ビード外観及び形状が悪化し、開先内の融合不良が発生しやすい。また、スパッタ発生量が多いと、トーチノズルにスパッタが付着し、シールド不良による気孔の発生及びビード外観の悪化が生じやすい。このように、作業性が良好であると共に、耐食性が優れている溶接金属を得ることができる耐食性鋼用フラックス入りワイヤは未だ開発されていない。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、パイプ溶接に用いる新耐食性鋼用のフラックス入りワイヤに関し、開先面における融合不良を発生させることなく、ビードの垂れ落ちがなく、全姿勢の溶接作業性が良好であり、裏波ビードの外観が良好であると共に、優れた耐食性を有する溶接金属を得ることができる耐食性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐食性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、軟鋼又は合金鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ_２：４〜１０質量％、
Ａｌ_２Ｏ_３：０．２〜０．８質量％、
ＳｉＯ_２：０．３〜１．０質量％、
Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、
Ｍｎ：１．０〜２．５質量％、
Ａｌ：０．１〜０．５質量％、
Ｍｇ：０．１〜０．５質量％、
Ｃｕ：０．０５〜０．５質量％、
Ｃｒ：１．０〜１．５質量％、
Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％、
フッ素化合物（Ｆ換算値）：０．０３〜０．１２質量％
を含有し、且つ
ＭｇＯ：０．１質量％以下、
ＺｒＯ_２：０．２質量％以下に規制したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願発明者等は本発明の課題を解決するために、含有成分及びその含有量を種々に変化させたフラックス入りワイヤを製造して鋼材を溶接し、そのワイヤ組成が溶接金属の腐食特性、固定管での開先面の融合不良及び裏波ビード外観、並びに全姿勢での溶接作業性に対して及ぼす影響について、鋭意実験研究を重ねた。その結果、以下の知見を得た。
【００１４】
先ず、荷油管としての耐海水性・耐腐食摩耗性を確保するためには、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉが必須成分となる。
【００１５】
Ｃｕは耐食性、Ｃｒは耐食性に加え耐磨耗性、Ｎｉは耐食性を向上させる効果があり、必須の添加成分である。しかし、溶接金属に含まれる上記成分は溶接金属の機械的性質に大きく影響を与え、特に溶接金属の強度上昇をもたらす。この強度上昇は、過剰な強度が溶接金属の耐割れ性の劣化となるため、問題である。このため、Ｓｉ及びＭｎを下げることにより、過剰な強度上昇を避けるという手段を採用した。しかしながら、Ｓｉ及びＭｎを下げることは溶融金属の粘性低下を招き、固定管のような全姿勢溶接の場合には溶融金属の垂れ落ちを助長してビード外観が劣化するという難点がある。
【００１６】
これを解決するために、本願発明者等は比較的添加量が少なくても溶融金属の粘性を変えることができる強脱酸剤（Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ等）を種々検討した。その結果、これらの強脱酸剤の中でＡｌ及びＭｇの添加が効果的であり、溶接作業性及び溶接金属の機械的性質に悪影響を及ぼさず、且つビード垂れの防止に対して、最も効果があることがわかった。しかし、これらのＡｌ及びＭｇのみの添加では、ビードの垂れ防止に対する安定性に欠けていた。本発明者等は、この原因はＳｉを下げたことによる悪影響と考えた。そこで、少量のＳｉの添加により、この影響は若干改善できた。しかし、この少量のＳｉの添加ではビードの垂れ落ち防止にとって充分ではないため、更にスラグ形成剤についても、固定管の全姿勢作業性を良好にするために、種々検討した結果、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯによりスラグの粘性及び流動性を調整することを試みた。その結果、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３を適正量添加することで、ビードの垂れ落ち防止の安定性を確保することができた。
【００１７】
しかし、耐食性鋼用であるため、Ｃｕ、Ｃｒ及びＮｉの添加は必須であり、このことがスパッタの増加及び溶滴の移行不良ももたらす。この結果スパッタ量の増大につながり、特に固定管の上向き溶接での溶接トーチノズル部へのスパッタ付着によるシールド不良という問題点が生じる。従って、固定管の溶接にはスパッタの低減が極めて重要な問題となる。この解決にスラグの基本組成を見直した。スラグ組成の各成分の影響を調査した結果、一般的にはスラグの融点を高めて全姿勢溶接の垂れ落ち防止に有効とされ、全姿勢用フラックス入りワイヤには積極的に添加されているＺｒＯ_２とＭｇＯの量を逆に低減すると、特にスパッタ低減に効果的なことを見出した。以上のようにして本発明は完成されたものである。
【００１８】
以下、本発明の各成分の添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００１９】
ＴｉＯ _２：４〜１０質量％
ＴｉＯ_２は、一般的にはスラグ形成剤及びアーク安定剤として作用する。ＴｉＯ_２が４質量％未満では、溶融金属を支えるだけのスラグ量を確保することができず、溶融金属が垂れ落ちてしまう。また、ＴｉＯ_２が１０質量％を超えるとアークが不安定となり、スパッタの発生が増加する。このため、ＴｉＯ_２は４〜１０質量％にするが、より好ましくは、５〜８質量％である。なお、ＴｉＯ_２を供給する原料としては、ルチール及びルコキシン等がある。
【００２０】
Ａｌ _２Ｏ _３：０．２〜０．８質量％
Ａｌ_２Ｏ_３は、スラグ凝固点を上昇させる作用を有する。Ａｌ_２Ｏ_３が０．２質量％未満ではその効果はなく溶融金属が垂れてしまう。Ａｌ_２Ｏ_３が０．８質量％を超えると、ビード外観、形状が劣化する。このため、Ａｌ_２Ｏ_３は０．２〜０．８質量％とするが、より好ましくは、０．４〜０．７質量％である。
【００２１】
ＳｉＯ _２：０．３〜１．０質量％
ＳｉＯ_２は、スラグ形成剤及びアーク安定剤としての作用がある。ＳｉＯ_２が０．３質量％未満ではアークが不安定となってスパッタの発生が増加し、１．０質量％を超えるとスラグが固くなりスラグ剥離が劣化する。このため、ＳｉＯ_２は０．３〜１．０質量％とするが、より好ましくは０．４〜０．７質量％である。
【００２２】
Ｓｉ：０．５〜１．５質量％
Ｓｉは前述の如く脱酸剤として作用する。Ｓｉが０．５質量％未満では、脱酸不足のため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生したり、溶融金属の垂れ落ちが生じ易くなる。Ｓｉが１．５質量％を超えると、スラグの垂れ落ちが生じ易くなり、溶融金属の垂れ落ちを生じ、また靭性が劣化する。このため、Ｓｉは０．５〜１．５質量％にするが、より好ましくは、０．６〜１．２質量％である。なお、Ｓｉを供給する原料としては、金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ又はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等がある。
【００２３】
Ｍｎ：１．０〜２．５質量％
Ｍｎは脱酸剤として作用すると共に、溶接金属における強度及び靱性を向上させる作用がある。Ｍｎが１．０質量％未満では脱酸不足のため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生したり、強度及び靱性が劣化したりする。Ｍｎが２．５質量％を超えると、溶接金属の強度が大きくなりすぎて低温割れが生じ易くなる。本発明ではＭｎは強度を下げるために、一般の軟鋼用フラックス入りワイヤに比較して低目となる。好ましくは、Ｍｎ含有量は１．３〜２．０質量％である。なお、Ｍｎを供給する原料としては、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ又はＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等がある。
【００２４】
Ａｌ：０．１〜０，５質量％
Ａｌは本発明では重要な役割を演じる。前述したようにＳｉ、Ｍｎの低減により溶融金属の粘性が下がるという悪影響を改善する効果を持つ。これはＭｇとの共存によりその効果が助長される。ＡｌとＭｇの両者を所定の範囲に制御することは必須である。Ａｌが０．１質量％未満では溶融金属の垂れ落ちが生じ易くなり、０．５質量％を超えるとビード形状が劣化する。このため、Ａｌは０．１〜０．５質量％とするが、より好ましくは、０．２〜０．４質量％である。なお、Ａｌを供給する原料としては、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ又はＡｌ−Ｍｇ等がある。
【００２５】
Ｍｇ：０．１〜０．５質量％
Ｍｇは前述したように重要な成分である。Ｓｉ、Ｍｎの低減により溶融金属の粘性が下がるという悪影響を改善する効果を、Ａｌと共にＭｇを添加することで得られる。この効果はＡｌとＭｇの共存により助長される。ＡｌとＭｇの両者を所定の範囲に制御することは必須である。Ｍｇが０．１質量％未満では溶融金属の垂れ落ちが生じ易くなり、０．５質量％を超えるとビード形状が劣化する。このため、Ｍｇは０．１〜０．５質量％とするが、より好ましくは、０．２〜０．４質量％である。なお、Ｍｇを供給する原料としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等がある。
【００２６】
Ｃｕ：０．０５〜０．５質量％
Ｃｕは耐食性の観点から必須の成分である。Ｃｕは電気化学的に鉄より貴な元素であり、安定さび層の生成を促進し、耐食性を向上させる効果を有する。Ｃｕが０．０５質量％未満では所望の性能が得られない。Ｃｕが０．５質量％を超えると、それ以上添加してもその添加量に見合う効果は得られず、逆に脆化と耐割性劣化を引き起こす。また、必要以上過剰に添加することになり、スパッタの増加をもたらす。このため、Ｃｕは０．０５〜０．５質量％とする。
【００２７】
Ｃｒ：１．０〜１．５質量％
Ｃｒは、Ｃｕと同様に、耐食性を向上させるためと特に本発明においては耐磨耗性を付与するために添加される元素であり、Ｃｒを１．０質量％以上含有しないとその効果は発揮されない。また、Ｃｒを過剰に添加すると、強度を上昇させ靭性の低下を招くことから、上限を１．５質量％とする。
【００２８】
Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％
Ｎｉは、耐食性を付与するために、溶接金属に添加される元素であり、そのためには、０．０５質量％以上添加する必要がある。一方、Ｎｉの添加量が０．５質量％を超えると、強度が高くなり過ぎ、靭性低下させるため、上限を０．５質量％とする。
【００２９】
フッ素化合物（Ｆ換算値）：０．０３〜０．１２質量％
フッ素化合物をＦ換算で０．０３〜０．１２質量％添加する。フッ素化合物がＦ換算値で０．０３質量％未満では、溶接金属の拡散性水素量が増大して低温割れの感受性が大きくなる。また、フッ素化合物がＦ換算値で０．１２質量％を超えると、ヒューム、スパッタ量が増加する。なお、アルカリ金属フッ化物を供給する原料としては、珪フッ化カリウム、珪フッ化ナトリウム、フッ化ソーダ、フッ化リチウム又は氷晶石等があげられる。
【００３０】
ＭｇＯ：０．１質量％以下
ＭｇＯを規制することが本発明の特徴である。一般的な全姿勢の作業性を改善したフラックス入りワイヤでは、ＭｇＯは積極的に添加されることが多い。これはスラグの粘性及び融点を上昇させ、スラグによる溶融金属の保持を図ったものではあり通常全姿勢では有効な手段である。しかし本発明においてはスパッタの増加による弊害のほうが大きく、むしろ抑制すべき成分であることを見出した。ＭｇＯが含有されるとスパッタ発生量が際立って増加して溶接トーチノズルに付着し、シールドガスの正常な流れを阻害するため、積極添加はしない。不純物として含有されるのも０．１質量％以下に抑える必要が有り、より好ましくは０．０５質量％以下に制限する。ＭｇＯが含まれる原料としては、マグネシアクリンカー、マグネサイト、オリビンサンド等がありこれらは含有されても０．１質量％以下に抑える。
【００３１】
ＺｒＯ _２：０．２質量％以下
ＺｒＯ_２も全姿勢の作業性を重視したフラックス入りワイヤにおいては積極添加される成分である。しかし、本発明ではＭｇＯと同様に、ＺｒＯ_２を添加されるとスパッタの発生が増加するため、ＺｒＯ_２は０．２質量％以下に規制するが、より好ましくは０．１質量％以下である。
【００３２】
なお、本発明において、ワイヤ表面の状態及びワイヤ断面におけるフラックスの充填形状には何等制限はない。ワイヤ表面はＣｕ等によりメッキを施してもよく、メッキを施さなくても良い、ワイヤ断面形状は通電性等を安定させるべく、外表面は円形とすることが好ましいが、その内表面の形状については制約がない。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、比較例と比較して説明する。先ず、鋼製（JIS G 3141 SPCC）外皮中にフラックスを充填し、ワイヤ全質量に対するフラックスの割合が１５〜２０質量％となるようにして、ワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作製した。各実施例及び比較例のワイヤの組成を下記表１及び表２に示す。表１及び表２における組成は、ワイヤ全質量あたりの含有量である。また、表１において、上限値及び下限値の欄は、特許請求の範囲に規定された範囲の上限値及び下限値である。なお、ｔｒとは微量を意味する。また、この表１及び表２の残部の欄は、フラックスの残部であり、鉄粉の量を示す。ワイヤ組成としては、その他に、外皮及び不可避的不純物がある。外皮は、全て軟鋼である。なお、フッ素化合物は珪フッ化カリウム、珪フッ化ナトリウム、フッ化ソーダ、フッ化リチウム又は氷晶石等を使用し、そのＦ換算値が下記表１及び表２に記載の値となるように添加した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
このワイヤを用いて、固定管（直径が４００ｍｍ）の上向き溶接での溶融金属の垂れ、スパッタ発生量、ビード外観、形状、及びアーク安定性を評価した。この結果を下記表３及び表４に示す。なお、耐食性及び耐磨耗性については別途加速試験を行った。
【００３７】
【表３】

【００３８】
【表４】

【００３９】
溶接条件は、試験材がJIS G3457 STPY400で、外径が４００ｍｍ、厚さが１６ｍｍであった。溶接電流は２４０〜２６０アンペア、溶接姿勢は固定管の上向き溶接であった。
【００４０】
耐食性及び耐磨耗性の試験条件は、試験方法が回転式腐食摩耗試験であり、試験片材はJIS G3457 STPY400、外径が４００ｍｍ、厚さが１６ｍｍであった。
【００４１】
珪砂を含有する人工海水をパイプの内部に充填して、周速度ｌｍ／秒にて２４時間回転させ、試験後の質量減を溶接部の質量減量と、母材の質量減量とを分離して測定した。また、評価基準は下記表５に示すとおりである。
【００４２】
【表５】

【００４３】
実施例１〜８は本願特許請求の範囲の規定を満足するため、表４に示す全ての特性を満足している。更に、より好ましい範囲を満足している組成が多い実施例３及び５は総合評価においても最も好ましい結果であった。
【００４４】
一方、比較例１〜２４は特許請求の範囲のいずれかの規定を満足していないので、総合評価としては満足しないものであった。比較例はＴｉＯ_２の上限を超えており、スパッタ発生量が多く、アーク安定性も欠くものであった。比較例２はＴｉＯ_２の下限未満であり、溶融金属の垂れを生じた。比較例３はＡｌ_２Ｏ_３の上限を超えており、ビード形状ビード外観の点で劣っていた。比較例４はＡｌ_２Ｏ_３の下限未満であり、溶融金属の垂れを生じた。比較例５はＳｉＯ_２の上限を超えており、スラグ剥離性で劣っていた。比較例６はＳｉＯ_２の下限未満であり、スパッタ発生量が多く、アーク安定性も欠くものであった。比較例７はＳｉの上限を超えており、溶融金属の垂れを生じた。比較例８はＳｉの下限未満であり、溶融金属の垂れを生じた。比較例９はＭｎの上限を超えており、溶融金属の垂れを生じた。また、比較例９は強度過多であり、低温割れの問題があった。比較例１０はＭｎの下限未満であり、脱酸不足であった。比較例１１はＡｌの上限を超えており、ビード形状が劣っていた。比較例１２はＡｌの下限未満であり、溶融金属の垂れを生じた。比較例１３はＭｇの上限を超えており、ビード形状が劣っていた。比較例１４はＭｇの下限未満であり、溶融金属の垂れを生じた。比較例１５はＣｕの上限を超えており、スパッタ発生量が多く、また耐割れ性が劣化した。比較例１６はＣｕの下限未満であり、耐食性が劣化した。比較例１７はＣｒの上限を超えており、強度過多であり、低温割れの問題があった。比較例１８はＣｒの下限未満であり、耐食性及び耐磨耗性が劣化した。比較例１９はＮｉの上限を超えており、強度過多であり低温割れの問題があった。比較例２０はＮｉの下限未満であり、耐食性が劣化した。比較例２１はＦ換算量の上限を超えており、スパッタ発生量が多く、またヒューム発生量も多かった。比較例２２はＦ換算量の下限未満であり、低温割れの問題があった。比較例２３はＭｇＯの上限を超えており、スパッタ発生量が多かった。比較例２４はＺｒＯ_２の上限を超えており、スパッタ発生量が多かった。
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、開先面における融合不良を発生させることなく、ビードの垂れ落ちを防止し、全姿勢の溶接作業性を向上させることができる。また、ビードの外観が良好であると共に、優れた耐食性を有する溶接金属を得ることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flux-cored wire for gas shielded arc welding for corrosion resistant steel that is suitable for welding corrosion-resistant steel, and in particular, has excellent corrosion resistance for weld metal and excellent workability in all-position welding of fixed pipes. In particular, the present invention relates to a flux-cored wire for gas shielded arc welding for corrosion-resistant steel, which can obtain a smooth bead in upward and vertical welds.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, corrosion-resistant steel materials have been used for fixed pipes used for loading and unloading crude oil or tank washing seawater called cargo oil pipes. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 56-148491) relates to a welded joint for a cargo oil pipe. This publication prevents the hardening of weld metal, the occurrence of hardness spots, the reduction of toughness, etc. by adjusting the components. Technology is disclosed.
[0003]
Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 51-41654) relates to a core wire material of a coated arc welding rod used for welding of a load oil pipe, and is a drawback of a core wire material developed for conventional overlaying. The need for pre-heating and post-heating, or sputtering is improved.
[0004]
Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-133451) discloses a casting oil pipe that has improved corrosion at the place where the flexible joint is installed by defining the components of the built-up portion. .
[0005]
Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 50-80244) is an invention relating to a coated arc welding rod for seawater-resistant steel, and relates to a coated arc welding rod that forms a weld metal having good corrosion resistance in a corrosive environment by seawater. is there.
[0006]
Known techniques of these four items are state, and are not showing the general technical background of cargo oil pipes, welding method is shielded metal arc welding. As an example relating to the same flux-cored wire as in the present invention, a flux-cored wire for corrosion-resistant steel for welding a steel material having corrosion resistance is disclosed in Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-287881).
[0007]
On the other hand, in recent years, pipes of crude oil tankers are exposed to the seawater environment, and since crude oil contains sludge, seawater resistance and corrosion wear resistance are required, and new steel types have been developed. In addition, pipes that are required to have seawater resistance may be applied not only to ships but also to chemical plants and the like located at seaside.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 56-148491 A [Patent Document 2]
JP 51-41654 [Patent Document 3]
JP-A-56-133451 [Patent Document 4]
JP 50-80244 A [Patent Document 5]
JP 2000-288781 A
[Problems to be solved by the invention]
However, the flux-cored wire described in this Japanese Patent Laid-Open No. 2000-288781 is intended for Cu-Ni-Ti-based high weathering steel materials, and is not compatible with the new steel type of cargo oil pipes. However, there is a problem that the workability of the fixed pipe is not considered.
[0010]
Since welding of the load oil pipe is welding of a fixed pipe, good workability in all positions is required. However, there are the following problems in the welding of fixed pipes using the conventional flux-cored wire for corrosion-resistant steel, particularly the welding of upward welds. That is, since molten metal tends to sag, the bead appearance and shape are deteriorated, and poor fusion within the groove tends to occur. Further, when the amount of spatter generated is large, spatter adheres to the torch nozzle, and the generation of pores due to defective shielding and the deterioration of the bead appearance tend to occur. Thus, a flux-cored wire for corrosion-resistant steel that can obtain a weld metal having good workability and excellent corrosion resistance has not been developed yet.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems, and relates to a flux-cored wire for a new corrosion-resistant steel used for pipe welding, without causing poor fusion on the groove surface, and without dripping of the beads. An object of the present invention is to provide a flux-cored wire for gas shielded arc welding for corrosion-resistant steel, which can obtain a weld metal having good welding workability in posture, good appearance of back bead, and excellent corrosion resistance. And
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The flux-cored wire for gas shielded arc welding for corrosion-resistant steel according to the present invention is a flux-cored wire for gas shielded arc welding formed by filling a soft steel or alloy steel outer shell with a flux.
TiO ₂ : 4 to 10% by mass,
Al ₂ O _3: 0.2~0.8 wt%,
SiO ₂ : 0.3 to 1.0% by mass,
Si: 0.5 to 1.5% by mass,
Mn: 1.0 to 2.5% by mass,
Al: 0.1 to 0.5% by mass,
Mg: 0.1 to 0.5% by mass,
Cu: 0.05 to 0.5% by mass,
Cr: 1.0 to 1.5% by mass,
Ni: 0.05 to 0.5% by mass,
Fluorine compound (F conversion value): 0.03 to 0.12% by mass
And MgO: 0.1% by mass or less,
ZrO ₂ : Restricted to 0.2% by mass or less.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to solve the problems of the present invention, the inventors of the present invention manufactured flux-cored wires with various contents and their contents varied and welded steel, and the wire composition was the corrosion characteristics of the weld metal, fixed Intensive experimental research was conducted on the effects of poor fusion of the groove surface on the pipe and the appearance of the back bead, and the welding workability in all positions. As a result, the following knowledge was obtained.
[0014]
First, in order to ensure seawater resistance and corrosion wear resistance as a cargo oil pipe, Cu, Cr, and Ni are essential components.
[0015]
Cu is corrosion resistance, Cr is wear resistance in addition to corrosion resistance, and Ni has an effect of improving corrosion resistance, and is an essential additive component. However, the above-described components contained in the weld metal greatly affect the mechanical properties of the weld metal, and particularly increase the strength of the weld metal. This increase in strength is a problem because excessive strength results in degradation of crack resistance of the weld metal. For this reason, the means of avoiding an excessive strength increase by lowering Si and Mn was adopted. However, lowering Si and Mn causes a decrease in the viscosity of the molten metal, and in the case of all-position welding such as a fixed tube, there is a problem that the appearance of the bead deteriorates by promoting dripping of the molten metal.
[0016]
In order to solve this problem, the inventors of the present application have studied various strong deoxidizers (Ti, Zr, Al, Mg, Ca, etc.) that can change the viscosity of the molten metal even if the addition amount is relatively small. As a result, among these strong deoxidizers, the addition of Al and Mg is effective, does not adversely affect welding workability and the mechanical properties of the weld metal, and is most effective for preventing bead sagging. I found out that However, the addition of only Al and Mg lacked stability in preventing bead sag. The present inventors considered that this cause is an adverse effect of lowering Si. Therefore, this effect could be slightly improved by adding a small amount of Si. However, since the addition of a small amount of Si is not sufficient for preventing the beads from dripping, the slag forming agent has been studied variously in order to improve the overall posture workability of the fixed tube. As a result, TiO ₂ , Al _An attempt was made to adjust the viscosity and fluidity of the slag with ₂ O ₃ , ZrO ₂ , and MgO. As a result, by adding appropriate amounts of TiO ₂ , SiO ₂ , and Al ₂ O ₃ , it was possible to ensure the stability of preventing the beads from dripping.
[0017]
However, since it is for corrosion resistant steel, the addition of Cu, Cr and Ni is essential, and this also leads to an increase in spatter and poor transfer of droplets. As a result, the amount of spatter increases, and in particular, there arises a problem of shielding failure due to spatter adhesion to the welding torch nozzle portion in the upward welding of the fixed pipe. Therefore, reduction of spatter becomes a very important problem for welding of a fixed pipe. The basic composition of slag was reviewed for this solution. As a result of investigating the influence of each component of the slag composition, it is generally effective to increase the melting point of slag and prevent dripping of all-position welding, and ZrO which is actively added to the flux-cored wire for all-position welding. It has been found that reducing the amounts of ₂ and MgO conversely is particularly effective for reducing spatter. The present invention has been completed as described above.
[0018]
Hereinafter, the reason for adding each component of the present invention and the reason for limiting the composition will be described.
[0019]
TiO ₂ : 4 to 10% by mass
TiO ₂ generally acts as a slag former and arc stabilizer. If TiO ₂ is less than 4% by mass, a slag amount sufficient to support the molten metal cannot be ensured, and the molten metal drips down. In addition, when TiO ₂ exceeds 10 wt% the arc becomes unstable, the occurrence of spatter increases. Therefore, TiO ₂ is to 4-10% by weight, more preferably 5-8 wt%. As the raw material supplying TiO _2, there is rutile and Rukokishin like.
[0020]
Al ₂ O _3: 0.2~0.8 wt%
Al ₂ O ₃ has the effect of increasing the slag freezing point. If Al ₂ O ₃ is less than 0.2% by mass, there is no effect and the molten metal drips. When Al ₂ O ₃ exceeds 0.8 wt%, the bead appearance, shape deteriorates. Therefore, _Al 2 _{O 3} is a 0.2 to 0.8 wt%, more preferably 0.4 to 0.7 mass%.
[0021]
SiO _2: 0.3~1.0 mass%
SiO ₂ acts as a slag forming agent and an arc stabilizer. When SiO ₂ is less than 0.3% by mass, the arc becomes unstable and the occurrence of spatter increases, and when it exceeds 1.0% by mass, the slag becomes hard and slag peeling deteriorates. Thus, SiO ₂ is a 0.3 to 1.0 wt%, more preferably from 0.4 to 0.7 wt%.
[0022]
Si: 0.5 to 1.5% by mass
Si acts as a deoxidizer as described above. When Si is less than 0.5% by mass, deoxidation is insufficient, so that weld defects such as blow holes are generated in the welded portion, and molten metal is liable to sag. When Si exceeds 1.5 mass%, the slag is likely to sag, the molten metal sags, and the toughness deteriorates. For this reason, although Si is made into 0.5-1.5 mass%, More preferably, it is 0.6-1.2 mass%. In addition, as a raw material which supplies Si, there exist metal Si, Fe-Si, Fe-Si-Mn, etc.
[0023]
Mn: 1.0 to 2.5% by mass
Mn acts as a deoxidizer and has the effect of improving the strength and toughness of the weld metal. If Mn is less than 1.0% by mass, deoxidation is insufficient, so that weld defects such as blowholes occur in the welded portion, and strength and toughness deteriorate. If Mn exceeds 2.5% by mass, the strength of the weld metal becomes too high and cold cracking is likely to occur. In the present invention, Mn is lower in strength than a general flux-cored wire for mild steel in order to lower the strength. Preferably, the Mn content is 1.3 to 2.0 mass%. In addition, as a raw material which supplies Mn, there exist metal Mn, Fe-Mn, Fe-Si-Mn, etc.
[0024]
Al: 0.1 to 0.5% by mass
Al plays an important role in the present invention. As described above, it has the effect of improving the adverse effect of decreasing the viscosity of the molten metal by reducing Si and Mn. This effect is promoted by coexistence with Mg. It is essential to control both Al and Mg within a predetermined range. If Al is less than 0.1% by mass, dripping of the molten metal tends to occur, and if it exceeds 0.5% by mass, the bead shape deteriorates. For this reason, although Al is 0.1-0.5 mass%, More preferably, it is 0.2-0.4 mass%. In addition, as a raw material which supplies Al, there exist metal Al, Fe-Al, Al-Mg, etc.
[0025]
Mg: 0.1 to 0.5% by mass
Mg is an important component as described above. The effect of improving the adverse effect of decreasing the viscosity of the molten metal due to the reduction of Si and Mn can be obtained by adding Mg together with Al. This effect is promoted by the coexistence of Al and Mg. It is essential to control both Al and Mg within a predetermined range. If Mg is less than 0.1% by mass, dripping of the molten metal tends to occur, and if it exceeds 0.5% by mass, the bead shape is deteriorated. For this reason, although Mg is 0.1-0.5 mass%, More preferably, it is 0.2-0.4 mass%. In addition, as a raw material which supplies Mg, there exist metal Mg, Al-Mg, etc.
[0026]
Cu: 0.05-0.5 mass%
Cu is an essential component from the viewpoint of corrosion resistance. Cu is an electrochemically noble element than iron and has the effect of promoting the formation of a stable rust layer and improving corrosion resistance. If Cu is less than 0.05% by mass, desired performance cannot be obtained. When Cu exceeds 0.5 mass%, even if it adds more, the effect corresponding to the addition amount is not acquired, and conversely, embrittlement and crack resistance deterioration are caused. Moreover, it will be added excessively more than necessary, resulting in an increase in spatter. For this reason, Cu shall be 0.05-0.5 mass%.
[0027]
Cr: 1.0-1.5 mass%
Cr, like Cu, is an element added to improve corrosion resistance and particularly to provide wear resistance in the present invention. If Cr is not contained in an amount of 1.0% by mass or more, the effect is exhibited. Not. Further, if Cr is added excessively, the strength is increased and the toughness is lowered, so the upper limit is made 1.5 mass%.
[0028]
Ni: 0.05-0.5 mass%
Ni is an element added to the weld metal in order to impart corrosion resistance. For that purpose, it is necessary to add 0.05% by mass or more. On the other hand, if the addition amount of Ni exceeds 0.5% by mass, the strength becomes too high and the toughness is lowered, so the upper limit is made 0.5% by mass.
[0029]
Fluorine compound (F conversion value): 0.03 to 0.12% by mass
A fluorine compound is added in 0.03 to 0.12% by mass in terms of F. If the fluorine compound is less than 0.03% by mass in terms of F, the amount of diffusible hydrogen in the weld metal increases and the sensitivity to cold cracking increases. Moreover, when a fluorine compound exceeds 0.12 mass% in F conversion value, a fume and a sputtering amount will increase. Examples of the raw material for supplying the alkali metal fluoride include potassium silicofluoride, sodium silicofluoride, sodium fluoride, lithium fluoride, cryolite and the like.
[0030]
MgO: 0.1% by mass or less It is a feature of the present invention to regulate MgO. In flux-cored wires with improved workability in all general postures, MgO is often actively added. This is intended to increase the viscosity and melting point of the slag and to hold the molten metal with the slag, and is usually an effective means in all positions. However, in the present invention, it has been found that the adverse effect due to the increase in spatter is larger, and rather it is a component to be suppressed. When MgO is contained, the amount of spatter generated increases remarkably and adheres to the welding torch nozzle, and the normal flow of shield gas is obstructed. It is necessary to suppress the content as an impurity to 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less. Examples of raw materials containing MgO include magnesia clinker, magnesite, olivine sand and the like.
[0031]
ZrO ₂ : 0.2% by mass or less ZrO ₂ is also a component that is positively added in a flux-cored wire that emphasizes workability in all postures. However, in the present invention, as with MgO, when ZrO ₂ is added, the generation of spatter increases, so ZrO ₂ is restricted to 0.2% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or less. .
[0032]
In the present invention, the state of the wire surface and the filling shape of the flux in the wire cross section are not limited at all. The wire surface may be plated with Cu or the like, and may not be plated. The wire cross-sectional shape is preferably a circular outer surface in order to stabilize the conductivity, etc., but the shape of the inner surface There are no restrictions.
[0033]
【Example】
Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples. First, flux was filled in a steel (JIS G 3141 SPCC) skin, and a flux-cored wire having a wire diameter of 1.2 mm was prepared so that the ratio of the flux to the total mass of the wire was 15 to 20% by mass. The composition of the wire of each example and comparative example is shown in Table 1 and Table 2 below. The composition in Table 1 and Table 2 is the content per total mass of the wire. In Table 1, the upper limit value and lower limit value columns are the upper limit value and the lower limit value of the range defined in the claims. In addition, tr means a trace amount. Moreover, the column of the remainder of this Table 1 and Table 2 is the remainder of a flux, and shows the quantity of iron powder. Other wire compositions include the outer skin and unavoidable impurities. The outer skin is all mild steel. As the fluorine compound, potassium silicofluoride, sodium silicofluoride, sodium fluoride, lithium fluoride, cryolite or the like is used, and the F-converted values are as shown in Tables 1 and 2 below. Added.
[0034]
[Table 1]

[0035]
[Table 2]

[0036]
Using this wire, the dripping of the molten metal, the amount of spatter generated, the appearance of the bead, the shape, and the arc stability in the upward welding of the fixed tube (diameter 400 mm) were evaluated. The results are shown in Tables 3 and 4 below. In addition, the acceleration test was done separately about corrosion resistance and abrasion resistance.
[0037]
[Table 3]

[0038]
[Table 4]

[0039]
The welding conditions were a test material of JIS G3457 STPY400, an outer diameter of 400 mm, and a thickness of 16 mm. The welding current was 240 to 260 amperes, and the welding posture was upward welding of the fixed pipe.
[0040]
The test conditions of the corrosion resistance and wear resistance were a rotary corrosion wear test as a test method, and the test piece material was JIS G3457 STPY400, the outer diameter was 400 mm, and the thickness was 16 mm.
[0041]
Fill the pipe with artificial seawater containing silica sand, rotate it at a peripheral speed of lm / sec for 24 hours, and separate the mass loss after the test from the mass loss of the weld and the mass loss of the base material. It was measured. The evaluation criteria are as shown in Table 5 below.
[0042]
[Table 5]

[0043]
Examples 1 to 8 satisfy all the characteristics shown in Table 4 in order to satisfy the provisions of the claims of the present application. Further, Examples 3 and 5 having many compositions satisfying the more preferable range were the most preferable results in the comprehensive evaluation.
[0044]
On the other hand, since Comparative Examples 1 to 24 do not satisfy any of the claims, they were not satisfied as comprehensive evaluation. The comparative example exceeded the upper limit of TiO ₂ , generated a large amount of spatter, and lacked arc stability. Comparative Example 2 was less than the lower limit of TiO ₂ and caused dripping of molten metal. Comparative Example 3 exceeded the upper limit of Al ₂ O ₃ and was inferior in the bead-shaped bead appearance. Comparative Example 4 was less than the lower limit of Al ₂ O ₃ and caused dripping of molten metal. Comparative Example 5 has exceeded the upper limit of SiO _2, was inferior in slag removability. Comparative Example 6 was less than the lower limit of SiO ₂ , generated a large amount of spatter, and lacked arc stability. In Comparative Example 7, the upper limit of Si was exceeded and molten metal sagging occurred. The comparative example 8 was less than the lower limit of Si and caused dripping of the molten metal. In Comparative Example 9, the upper limit of Mn was exceeded, and dripping of the molten metal occurred. Further, Comparative Example 9 was excessive in strength and had a problem of cold cracking. The comparative example 10 was less than the lower limit of Mn and was insufficient in deoxidation. In Comparative Example 11, the upper limit of Al was exceeded and the bead shape was inferior. Comparative Example 12 was less than the lower limit of Al, and caused dripping of molten metal. The comparative example 13 exceeded the upper limit of Mg, and the bead shape was inferior. The comparative example 14 was less than the lower limit of Mg and caused dripping of the molten metal. In Comparative Example 15, the upper limit of Cu was exceeded, the amount of spatter generated was large, and the crack resistance was deteriorated. Comparative Example 16 was less than the lower limit of Cu, and the corrosion resistance was deteriorated. In Comparative Example 17, the upper limit of Cr was exceeded, the strength was excessive, and there was a problem of cold cracking. Comparative example 18 was less than the lower limit of Cr, and the corrosion resistance and wear resistance were deteriorated. In Comparative Example 19, the upper limit of Ni was exceeded, the strength was excessive, and there was a problem of cold cracking. The comparative example 20 was less than the lower limit of Ni, and the corrosion resistance was deteriorated. In Comparative Example 21, the upper limit of the F conversion amount was exceeded, the amount of spatter generation was large, and the amount of fume generation was also large. Comparative Example 22 was less than the lower limit of the F conversion amount, and there was a problem of cold cracking. In Comparative Example 23, the upper limit of MgO was exceeded, and the amount of spatter generated was large. In Comparative Example 24, the upper limit of ZrO ₂ was exceeded, and the amount of spatter generated was large.
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to prevent the beads from dropping and to improve the welding workability in all positions without causing poor fusion on the groove surface. Further, it is possible to obtain a weld metal having a good appearance of the bead and having excellent corrosion resistance.

Claims

In the flux-cored wire for gas shielded arc welding for corrosion resistant steel, which is formed by filling the outer shell made of mild steel or alloy steel with flux, per total mass of the wire,
TiO ₂ : 4 to 10% by mass,
Al ₂ O _3: 0.2~0.8 wt%,
SiO ₂ : 0.3 to 1.0% by mass,
Si: 0.5 to 1.5% by mass,
Mn: 1.0 to 2.5% by mass,
Al: 0.1 to 0.5% by mass,
Mg: 0.1 to 0.5% by mass,
Cu: 0.05 to 0.5% by mass,
Cr: 1.0 to 1.5% by mass,
Ni: 0.05 to 0.5% by mass,
Fluorine compound (F conversion value): 0.03 to 0.12% by mass
And MgO: 0.1% by mass or less,
ZrO ₂ : A flux-cored wire for gas shielded arc welding for corrosion-resistant steel, characterized by being restricted to 0.2% by mass or less.