JP4958872B2 - 大入熱エレクトロスラグ溶接方法 - Google Patents
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Description
前記フラックス入りワイヤは、
鋼製外皮が、C:0.05質量%以下、Si:0.2質量%以下、Mn:0.6質量%以下、残部はFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、
ワイヤ成分が、ワイヤ全質量に対して、C:0.010乃至0.150質量%、Si:1.0質量%以下、Mn:0.5乃至3.5質量%、Mo:0.10乃至2.00質量%、Al:0.005乃至0.080質量%、Ti:0.05乃至0.40質量%、B:0.0110乃至0.0270質量%、Ni:3.00質量%以下、Cu:3.00質量%以下、Cr:0.30質量%以下、V:0.030質量%以下、Nb:0.030質量%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有する
メタル系フラックス入りワイヤであり、
前記フラックスの成分が、フラックス全質量に対して、FeO:4.5質量%以下、B2O3:1.5質量%以下を含有し、前記フラックスのSiO2含有量を[SiO2]、CaO含有量を[CaO]、Al2O3含有量を[Al2O3]、CaF2含有量を[CaF2]、MgO含有量を[MgO]、MnO含有量を[MnO]、TiO2含有量を[TiO2]、FeO含有量を[FeO]、B2O3含有量を[B2O3]としたとき、下記数式(1)で表されるフラックスの塩基度BLが0.5乃至1.5であり、
前記フラックス入りワイヤ中のB含有量を[ワイヤ中のBの質量%]、前記フラックス中のB2O3含有量を[フラックス中のB2O3の質量%]としたとき、下記数式(2)の値αが−0.2乃至0.2を満たすようにして、
前記フラックス入りワイヤと前記フラックスとの組み合わせで溶接することを特徴とする大入熱エレクトロスラグ溶接方法。
Cは、鋼製外皮の強度を確保する上で重要な元素である。しかし、C含有量が0.05質量%を超えると、鋼製外皮が硬化してエレクトロスラグ溶接時における溶接ワイヤの矯正が不十分となり、溶接ワイヤの送給性が不良となる。また、非消耗ノズルの先端から溶接ワイヤが曲がった状態で供給され、溶接金属の片溶けが発生する。よって、C含有量は0.05質量%以下とする。
Siは、鋼製外皮の強度を確保する上で重要な元素である。しかし、Si含有量が0.2質量%を超えると、鋼製外皮が硬化してエレクトロスラグ溶接時における溶接ワイヤの矯正が不十分となり、溶接ワイヤの送給性が不良となる。また、非消耗ノズルの先端から溶接ワイヤが曲がった状態で供給され、溶接金属の片溶けが発生する。よって、Si含有量は0.2質量%以下とする。
Mnは、鋼製外皮の強度を確保する上で重要な元素である。しかし、Mn含有量が0.6質量%を超えると、鋼製外皮が硬化してエレクトロスラグ溶接時における溶接ワイヤの矯正が不十分となり、溶接ワイヤの送給性が不良となる。また、非消耗ノズルの先端から溶接ワイヤが曲がった状態で供給され、溶接金属の片溶けが発生する。よって、Mn含有量は0.6質量%以下とする。
Cは、溶接金属の強度と靭性を確保するために有効な元素であるが、C含有量が0.010質量%未満では、その効果が得られない。一方、C含有量が0.150質量%を超えると溶接金属の硬さが過剰となり、靭性が低下する。よって、C含有量は0.010乃至0.150質量%とする。C源としては、鋼製外皮、グラファイト、鉄粉、Fe−Mn等の金属粉、合金粉を用いる。なお、より好ましい範囲としては、C:0.010乃至0.050質量%である。
Siは、Si含有量が1.0質量%を超えると、溶接金属の高温割れが発生しやすくなり、更に島状マルテンサイトという低靭性組織の生成が顕著となり、溶接金属の靭性が著しく劣化する。よって、Si含有量は1.0質量%以下とする。Si源としては、鋼製外皮、Fe−Si、Fe−Si−Mn等の合金粉を用いる。
Mnは、脱酸剤として作用すると共に焼入れ性を向上させる効果があり、溶接金属の靭性安定化のために必要な元素である。しかし、Mn含有量が0.5質量%未満の場合、十分な焼入れ性、靭性が得られない。一方、Mn含有量が3.5質量%を超えると、焼入れ性が高くなり過ぎ、強度が上がり、耐高温割れ性が劣化すると共に、靭性が劣化する。よって、Mn含有量は0.5乃至3.5質量%とする。Mn源としては、外皮金属、金属Mn、Fe−Mn、Fe−Si−Mn等の金属粉、合金粉を用いる。
Moは、焼入れ性を高め、溶接金属の強度と靭性の向上に大きな効果があるが、Mo含有量が0.10質量%未満であると、上記効果が期待できない。一方、Mo含有量が2.00質量%を超えると、溶接金属の高温割れが発生する可能性があり、かつ、過剰な硬化により溶接金属の靭性が劣化する。よって、Mo含有量は0.10乃至2.00質量%とする。Mo源としては、Fe−Mo等合金粉を用いる。
Alは、溶接金属の脱酸効果のため含有される元素である。しかし、Al含有量が0.005質量%未満の場合、その効果が発揮されず、溶接金属の焼入れ性が低下し、靭性の劣化が生じる。一方、Al含有量が0.080質量%を超えると、Al酸化物が多量に形成され、アシキュラーフェライトの生成核となるTi酸化物の生成を阻害するため、靭性が劣化する。よって、Al含有量は0.005乃至0.080質量%とする。Al源としては、金属Al、Fe−Al等の金属粉及び合金粉を用いる。
Tiは、Ti酸化物としてアシキュラーフェライトを生成する核となり、粗大な粒界フェライトの生成を防止するために必要な元素である。しかし、Ti含有量が0.05質量%未満の場合、酸化物の生成が不十分で、溶接金属の靭性向上が得られない。一方、Ti含有量が0.40質量%を超えると、溶接金属中のTi析出物が多くなりすぎて、靭性が低下する。よって、Ti含有量は0.05乃至0.40質量%とする。Ti源としては、Fe−Ti等の合金粉を用いる。
Bは、溶接金属の焼入れ性を向上させ、初析フェライトの成長の抑制により、靭性を向上させる元素である。しかし、B含有量が0.0110質量%未満の場合、上記効果が期待できない。一方、B含有量が0.0270質量%を超えると、溶接金属の焼入れ性が過剰となるため、高温割れが発生しやすくなるとともに、マルテンサイト相の生成により溶接金属の靭性が劣化する。よって、B含有量は0.0110乃至0.0270質量%とする。なお、より好ましい範囲としては、B:0.0130乃至0.0200質量%である。B源としてはFe−B、Fe−Si−B等の合金粉、特殊ガラス等の複合酸化物を用いる。
Niは、Ni含有量が3.00質量%を超えると、A3変態点の低下により、固液共存域を増加させ、結果として耐高温割れ性が劣化する。よって、Ni含有量は3.00質量%以下とする。Ni源としては、金属Ni、Ni−Mg等の金属粉、合金粉を用いる。
Cuは、Cu含有量が3.00質量%を超えると、溶接金属の高温割れが発生する危険性が増大するばかりでなく、過剰な硬化が生じて溶接金属の靭性が劣化する。よって、Cu含有量は3.00質量%以下とする。Cu源としては、フラックス入りワイヤの表面へのCu鍍金又はCu粉を用いる。
Crは、Cr含有量が0.30質量%を超えると、溶接金属が硬化して靭性が劣化する。よって、Cr含有量は0.30質量%以下とする。Cr源としては、金属Cr、Fe−Cr、Fe−Si−Cr等の金属粉、合金粉を用いる。
Vは、V含有量が0.030質量%を超えると、溶接金属が硬化して靭性が劣化する。よって、V含有量は0.030質量%以下とする。V源としては、Fe−V等の合金粉を用いる。
Nbは、Nb含有量が0.030質量%を超えると、溶接金属が硬化して靭性が劣化する。よって、Nb含有量は0.030質量%以下とする。Nb源としては、Fe−Nb等の合金粉を用いる。
本発明の溶接ワイヤであるフラックス入りワイヤでは、上記の成分に加えて、希土類元素(REM):0.050質量%以下を含有してもよい。
FeOは4.5質量%を超えると、溶接安定性が劣化し、場合によっては溶接停止が発生すると共に、溶接金属中の酸素が高くなる。それと共に、本発明では溶接線方向でのB量を安定させるため、B2O3を添加しており、B2O3からBへの還元反応により溶接金属酸素量が高くなる。このため、溶接金属B量と酸素量とのバランスが崩れて、良好な靭性が得られなくなる。よって、FeO含有量は4.5質量%以下とする。
B2O3は、本発明においては溶接金属中への安定したBを供給するために補助的に必要な成分であり、エレクトロスラグ溶接ワイヤ中のB量が0.004質量%以下と少ないときには、フラックスからのB2O3添加は不要となる。一方、B2O3量が1.5質量%を超えると、溶接金属中のB量が過大となり、高温割れが発生しやすくなると共に、マルテンサイト相の生成により溶接金属の靭性が劣化する。よって、B2O3含有量は1.5質量%以下とする。
溶接フラックスは、スラグの融点、流動性及び粘性等の特性を考慮して、その組成が決められており、酸化物と弗化物から構成されている。本発明では溶接金属中の酸素量を決める指標として、塩基度BLを使用する。この塩基度BLは前述の数式1で算出される値である。塩基度BLが0.5未満の場合、溶接金属酸素量が過剰になり、靭性の向上が得られない。一方、塩基度BLが1.5を超えると、スラグの融点が高くなり過ぎて、溶接停止が発生しやすくなる。よって、塩基度BLは0.5乃至1.5とすることが必要である。
上述のごとく、溶接フラックスの塩基度BLは溶接金属中の酸素量を規定する値である。一方、溶接ワイヤのB量は、適正な固溶Bの生成により初析フェライト相の成長を抑制させて、靭性を向上させるのに極めて有効である。このような固溶Bを適正量生成させるには、酸化物又は窒化物として固定されないだけのBの添加が必要である。エレクトロスラグ溶接のように安定した靭性を得にくい場合には、溶接線方向で溶接金属のB量と溶接金属の酸素量を一定に制御することで固溶Bを適正量生成させて、溶接線方向で安定した靭性を得ることが可能となる。溶接線方向で溶接金属B量が一定でないと、溶接金属酸素量とのバランスが崩れ、靭性が劣化する。このためには、ワイヤ中のB量とフラックス中のB2O3量の関係を表した数式2の値αが、−0.2乃至0.2を満たす必要がある。
なお、溶接フラックスの成分組成は、例えば、以下のとおりである。
SiO2:25乃至50質量%
CaO:5乃至25質量%
Al2O3:15質量%以下
CaF2:20質量%以下
MgO:16質量%以下
MnO:25質量%以下
TiO2:10質量%以下
Claims (2)
- フラックス入りワイヤとフラックスを使用して溶接する大入熱エレクトロスラグ溶接方法において、
前記フラックス入りワイヤは、
鋼製外皮が、C:0.05質量%以下、Si:0.2質量%以下、Mn:0.6質量%以下、残部はFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、
ワイヤ成分が、ワイヤ全質量に対して、C:0.010乃至0.150質量%、Si:1.0質量%以下、Mn:0.5乃至3.5質量%、Mo:0.10乃至2.00質量%、Al:0.005乃至0.080質量%、Ti:0.05乃至0.40質量%、B:0.0110乃至0.0270質量%、Ni:3.00質量%以下、Cu:3.00質量%以下、Cr:0.30質量%以下、V:0.030質量%以下、Nb:0.030質量%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有する
メタル系フラックス入りワイヤであり、
前記フラックスの成分が、フラックス全質量に対して、FeO:4.5質量%以下、B2O3:1.5質量%以下を含有し、前記フラックスのSiO2含有量を[SiO2]、CaO含有量を[CaO]、Al2O3含有量を[Al2O3]、CaF2含有量を[CaF2]、MgO含有量を[MgO]、MnO含有量を[MnO]、TiO2含有量を[TiO2]、FeO含有量を[FeO]、B2O3含有量を[B2O3]としたとき、下記数式(1)で表されるフラックスの塩基度BLが0.5乃至1.5であり、
前記フラックス入りワイヤ中のB含有量を[ワイヤ中のBの質量%]、前記フラックス中のB2O3含有量を[フラックス中のB2O3の質量%]としたとき、下記数式(2)の値αが−0.2乃至0.2を満たすようにして、
前記フラックス入りワイヤと前記フラックスとの組み合わせで溶接することを特徴とする大入熱エレクトロスラグ溶接方法。
BL={[CaO]+[CaF2]+[MgO]+0.5×([MnO]+[FeO])}/{[SiO2]+0.5×([TiO2]+[Al2O3])}・・(1)
α=49×[ワイヤ中のBの質量%]−[フラックス中のB2O3の質量%]・・(2) - 前記フラックス入りワイヤは、希土類化合物の1種又は2種以上を、希土類元素換算値で0.050質量%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の大入熱エレクトロスラグ溶接方法。
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