JP4722811B2 - 高強度鋼用のサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - Google Patents
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その結果、ワイヤに適量のC、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、Ti、Mgを含み、フラックスの充填率を限定することにより、ワイヤの生産性が良好で、高強度の溶接金属が得られることを見出し、また、充填フラックスのO量を適量とすることによって高靭性の溶接金属が得られることを見出した。さらに、鋼製外皮に継ぎ目をなくすことによって良好な溶接作業性を得て、溶接金属の拡散性水素量も低減できることを見出した。
(ワイヤ全体のC:0.05〜0.30質量%(以下、%という。))
Cは、固溶強化により、溶接金属の強度を確保する重要な元素であると共に、アーク中の酸素と反応しアーク雰囲気および溶接金属の酸素を低減する効果がある。鋼製外皮とフラックス成分の合計(以下、ワイヤ成分という。)のCが0.05%未満では、前記脱酸および強度確保の効果が不十分であり、0.30%を超えると溶接金属中のCが高くなるためマルテンサイト主体の組織となり、強度は高くなるが、耐力および靭性が低下する。
Siは、溶接金属の強度および靭性向上に重要な元素であり、溶接中に酸素と結合しスラグ成分となるため、溶接金属中の酸素を低減する効果がある。ワイヤ成分のSiが0.1%未満では、前記強度、靭性向上および酸素低減の効果が得られない。また、0.5%を超えると溶接金属中のマトリックスを固溶強化し、著しく靭性が低下する。
Mnは、焼入れ性を向上させて、強度を高めるのに有効な成分である。ワイヤ成分のMnが1.0%未満では、焼入れ性が不足し、強度が不足する。3.0%を超えると焼入れ性が過多となり、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。
Niは、溶接金属の強度および靭性確保を目的とする。ワイヤ成分のNiが2.0%未満では、その効果が不十分であり、9.0%を超えるとオーステナイト分率が過大になり、溶接金属の強度が低下し、靭性を向上する効果も飽和する上に、溶接時に高温割れが発生する。
Crは、溶接金属の強度確保を目的とする。ワイヤ成分のCrが1.5%未満では、その効果が得られず、3.5%を超えると強度が過多となり靭性が低下する。
(Mo:1.0〜4.0%)
Moは、溶接金属の耐力および強度確保を目的とする。ワイヤ成分のMoが1.0%未満では、その効果が得られず、4.0%を超えると溶接金属中に金属間化合物を生成し、溶接金属を著しく硬化し、靭性が低下する。
Tiは、溶接中に酸素と結合しスラグ成分となるため、溶接金属中の酸素を低減する効果がある。ワイヤ成分のTiが0.02%未満では、その効果が得られず、0.10%を超えると溶接金属中にTiCなどのTi化合物が多量に析出し、靭性が劣化する。
Mgは、イオン化傾向が大きく、アーク中において強力な脱酸剤として作用する。ワイヤ成分のMgが0.20%未満では、十分な脱酸効果が得られず、0.70%を超えると溶接中に、Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2の反応を起こし、水素ガスを発生させ、ブローホールやピットが多発する。
前述のワイヤ成分中のフラックス分フラックス充填率は、10〜30%とする。フラックス充填率が10%未満では、目的の高強度化および高靭性化に対して必要な合金成分が不足し、十分な機械的性能が得られない。また、30%を超えると、シームレスフラックス入りワイヤは、ワイヤ製造時、成型後にシーム部を溶接し継ぎ目を無くすが、そのシーム部の溶接時にフラックス成分が入り込みやすくなり、溶接欠陥が発生し、生産性が劣化する。また、充填フラックスが増加すると、ワイヤ中の酸素量が増加し、溶接金属中の酸素量も増加するため、靭性が低下する。
充填するフラックスのフラックス全質量%でOは、0.2〜1.0%とする。Oが0.2%未満では、Mgや不可避不純物中のAlが極めて微細なMgやAlの酸化物となり、それらはTiNとの格子整合性がよいため、TiNの析出核となる。同様にMgやAlの酸化物を核としてMnS等が複合析出する。TiNやMnS等は通常のフェライト主体の組織では、ピンニング効果により、オーステナイト粒界の成長を阻害し、組織を微細化するため、靭性を向上できるが、高強度鋼のベイナイト主体の組織では、それらが破壊の起点となり、溶接金属の強度や靭性を低下させる。一方、1.0%を超えると、溶接金属中の酸素量が増加し、溶接金属中に粗大なAl2O3、Ti酸化物等の酸化物が多量に生成される。通常のフェライト主体の組織では、それらの酸化物は少量であれば、オーステナイト粒内に微細なフェライト(アシキュラーフェライト)を生成するための核となり、靭性を向上させるが、高強度鋼のベイナイト主体の組織では、粗大な酸化物は破壊の起点となり、強度および靭性が低下する。
フラックス中の合金成分は、鋼製外皮の成分とその含有量を考慮して、各限定した範囲内で配合成分を調整し、種々の高強度鋼(母材)の成分に応じたフラックス入りワイヤとすることができる。
本発明ワイヤは、高電流で溶接してもアークが安定した溶接を可能とするために、ワイヤ外径を3.2〜6.4mmとすることが好ましい。
塩基度=〔CaO+MgO+CaF2+BaO+0.5×(MnO+FeO)〕/〔SiO2+0.5×(Al2O3+TiO2+ZrO2)〕
ただし、各成分は質量%を示す。
以下、実施例により本発明の効果を詳細に説明する。
表1に示す鋼製外皮を用い、表2に示す各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。表1に示すF1の鋼製パイプは、フラックスを振動充填した後、縮径、焼鈍して素線とした。F2の帯鋼は、成型工程でU字型に成型してフラックスを充填し、O字型に成型してシーム部を溶接後、縮径、焼鈍して素線とした。F3の帯鋼は、成型工程でU字型に成型してフラックスを充填し、ラップ型に成型後、縮径、焼鈍して素線とした。さらに、それらの素線を4.0mm径まで伸線した。なお、フラックスのO量は、フラックス充填前に不活性ガス融解−赤外線吸収法を用いて測定した。
ワイヤの生産性はシームレスのフラックス入りワイヤを製造する時のシーム部を溶接する時に、充填フラックスが溶接部への入り込みの有無および伸線時の断線の有無を調査した。拡散性水素量の測定はJIS Z 3118に準拠して表3に示すフラックスと組合わせて測定し、8ml/100g以下を良好とした。
Claims (3)
- 鋼製外皮中にフラックスを充填した高強度鋼用のサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮およびフラックス成分の合計がワイヤ全質量%で、C:0.05〜0.30%、Si:0.1〜0.5%、Mn:1.0〜3.0%、Ni:2.0〜9.0%、Cr:1.5〜3.5%、Mo:1.0〜4.0%、Ti:0.02〜0.10%、Mg:0.2〜0.7%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、前記ワイヤ成分中のフラックス分のフラックス充填率が10〜30質量%であることを特徴とする高強度鋼用のサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記フラックスはフラックス全質量%で、O:0.2〜1.0%であることを特徴とする請求項1記載の高強度鋼用のサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 鋼製外皮に継ぎ目の無いことを特徴とする請求項1または2記載の高強度鋼用のサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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