JP4970802B2 - Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

本発明は、Ｎｉ基合金を外皮とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤに関し、特に、液化天然ガスタンク等の極低温用容器及び化学機器等に使用される９％Ｎｉ鋼を溶接する際に使用されるＮｉ基合金フラックス入りワイヤに関する。

Ｎｉ基合金系の溶接材料は、既存の鉄系溶接材料及びステンレス系溶接材料に比べて耐食性及び耐熱性が飛躍的に優れているため、ＴＩＧ、ＭＩＧ及びＳＭＡＷ等の各種溶接法に適用されている。更に、Ｎｉ基合金系溶接材料は、耐熱性及び耐食性のみならず、極低温における強度及び靭性特性も優れているため、９％Ｎｉ鋼により製作されるＬＮＧ（Liquefied Natural Gas：液化天然ガス）用等の極低温用タンクの溶接施工にも適用されている。

また、近時、溶接施工の高能率化が進み、種々のフラックス入りワイヤが開発されており、極低温用容器及び化学機器等の分野においても、溶接能率の高能率化を目指し、フラックス入りワイヤを導入する動きが活発になっている。しかしながら、従来のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、ＬＮＧ用等の極低温環境で使用されるタンク及び圧力容器を製造する際に求められる品質を、十分満たしているとはいえない。例えば、現在市販されているＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、その溶接金属の耐割れ性能の限界から、適用範囲がごく一部の用途に限られている。また、近年、溶接部に対する靭性要求のレベルは従来にも増して高まっており、従来の溶接材料では、十分に性能を満たすことが難しくなっている。更に、全姿勢での溶接作業性が優れたフラックス入りワイヤは、機械性能、特に低温靭性が低くなる傾向にあり、溶接作業性と機械性能の両立が大きな課題となっている。

従来、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤの溶接作業性及び耐割れ性を改善するため、種々の検討がなされている（例えば、特許文献１乃至５参照。）。特許文献１乃至４に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、スラグ形成材の組成を最適化し、全姿勢での溶接作業性の向上を図っている。また、特許文献５に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤはワイヤの化学成分を最適化し、耐高温割れ性の向上を図っている。

特開平８-３０９５８３号公報 特開平１１-１９７８８３号公報 特開２０００-３４３２７６号公報 特開２０００-３４３２７７号公報 特開２００５-５９０７７号公報

しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、特許文献１乃至４に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、いずれも溶接作業性の向上を図ったものであり、溶接金属の耐高温割れ（凝固割れ）性能は十分ではないという問題点がある。

また、特許文献５に記載のフラックス入りワイヤは、全姿勢の溶接作業性が十分ではないという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、９％Ｎｉ鋼の溶接において、全姿勢における溶接作業性が優れていると共に、耐高温割れ性、強度、及び低温靭性が優れた溶接金属が得られるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

本発明に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金を外皮とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤにおいて、前記フラックス入りワイヤによって得られる溶着金属成分が
Ｃ：０．００５乃至０．０５質量％
Ｓｉ：０．１乃至０．５質量％
Ｍｎ：０．２乃至６．０質量％
Ｃｒ：０．１乃至１５．０質量％以下、望ましくは０．１乃至８．０質量％
Ｍｏ：１０．０乃至２５．０質量％、望ましくは１５．０乃至２５．０質量％
Ｆｅ：０．１乃至１０．０質量％
Ｗ：１．０乃至４．０質量％
Ｔｉ：０．０１乃至１．０質量％
残部がＮｉ及び不可避不純物である。
不可避的不純物としては、以下のものがあり、以下の範囲であれば許容される。
Ｐ ：０．０２０質量％以下
Ｓ ：０．０１０質量％以下
Ｎｂ：０．１質量％以下
Ｖ ：０．１質量％以下
Ａｌ：０．１質量％以下

また、溶着金属成分のＣｒ値を［Ｃｒ］、Ｍｏ値を［Ｍｏ］としたとき、下記数式（Ａ）を満足し、
１８．３８−０．５４［Ｃｒ］≦［Ｍｏ］≦２４．５３−０．７６[Ｃｒ]・・（Ａ）
前記フラックス入りワイヤの充填フラックス及びＮｉ基合金外皮のいずれか一方又は双方に含有されるワイヤ全重量に対するＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＺｒの各化合物の含有量を各酸化物に換算した値を夫々［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］、［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］及び［ＺｒＯ_２］としたとき、下記数式（Ｂ）の値が０．５以下である。
（［Ｎａ_２Ｏ］＋［Ｋ_２Ｏ］＋［Ｌｉ_２Ｏ］＋０．２×［ＭｎＯ］）／（［ＳｉＯ_２］＋０．５×(［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＴｉＯ_２］＋［ＺｒＯ_２］）)・・・（Ｂ）

本発明は、９％Ｎｉ鋼の溶接に使用されるＮｉ基合金フラックス入りワイヤであり、このワイヤを特定するために、開先面にバタリングを施した後に、本溶接により開先内に充填された溶着金属（母材希釈の影響を受けていない）の組成を規定する。Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤを使用して９％Ｎｉ鋼を溶接すると、得られた溶接金属は５乃至３０質量％程度の希釈を受ける、このときの希釈率は、溶接電流、溶接電圧及び溶接速度等の溶接条件によって異なり、また開先面近傍では大きくなる。従って、溶接継手部の化学成分は厳密にはパス毎に異なっている。但し、このような溶接部に使用する溶接材料は、希釈の影響を受けない溶着金属の特性を評価することにより、評価することができる。この溶着金属の組成を試験するために、本発明においては、バタリングを行った。即ち、例えば、Ｖ字開先の斜面及び裏当金の上面に対し、本溶接用のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ又は同種のワイヤを使用して溶接金属の層（バタリング層）を肉盛する。このバタリング層は、母材からの成分が混入して希釈されているが、多層盛りすることにより、母材の影響は小さくなり、３層盛りすれば、母材の影響を殆ど無視できる。そして、このバタリングの後、バタリング層で囲まれた開先部分に、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤを使用して本溶接し、開先内部を溶着金属で充填する。この本溶接により得られた溶着金属は、母材の希釈を受けていないものである。本発明は、この溶着金属の組成を規定することにより、本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤを特定するものである。なお、実構造物においては、このようなバタリングを行わない。従って、溶接金属においては、母材からの希釈が存在するが、前述の如く、その影響は同一の開先でも部分により異なり、化学成分が一様ではない。従って、溶接金属の性能も厳密には溶接金属中で一様ではないと考えられるが、このような箇所を溶接する溶接材料自体の評価としては、希釈の影響を受けない溶着金属にて評価することができる。但し、後述する実施例において、フィスコ割れ試験により高温割れを感受性試験したが、これは、バタリングをせずに、母材の溶融により母材成分が溶接金属中に混入して母材成分による希釈を受けた部分を含む試験片について行ったものである。このように、本発明においては、母材の希釈による影響も考慮に入れて、本発明のワイヤ組成を規定している。

そして、本発明者等は、上述の問題点を解決するため鋭意実験研究を行った結果、溶接金属の酸素量が高くなるような低塩基度のスラグであっても、溶着金属の合金成分のうち、ＣｒとＭｏを最適化することにより、良好な低温靭性を確保できることを見出した。

本発明は、このような知見に基づき、低塩基度のスラグ系として全姿勢での溶接作業性を確保すると共に、溶着金属の組成を上述の範囲内とすることより、全姿勢での溶接作業性と、溶接金属の耐高温割れ性、溶着金属の機械性能、特に低温靭性を両立させたものである。

本発明によれば、低塩基度のスラグ系として全姿勢での溶接作業性を確保すると共に、溶着金属の組成を上述の範囲内とすることより、全姿勢での溶接作業性と溶着金属の耐高温割れ性、溶着金属の機械性能、特に低温靭性を両立することができる。

以下、本発明に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤについて、具体的に説明する。先ず、本発明のワイヤにより形成される溶着金属の組成について説明する。

「Ｃ：溶着金属中に０．００５乃至０．０５質量％」
Ｃは溶接金属の強度を向上させる効果がある。但し、Ｃ含有量が０．００５％未満では強度を向上させる効果を十分に得ることはできない。一方、溶着金属のＣ含有量が０．０５質量％を超えると、耐高温割れ性及び靭性が低下する。よって、Ｃの含有量は０．０５質量％以下とする。なお、本発明における溶着金属のＣ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれるＭｎ-Ｃ、Ｃｒ-Ｃ、Ｗ-Ｃ等の金属炭化物、シールドガス中のＣＯ_２ガス及びスラグ成分から還元されたＣである。

「Ｓｉ：溶着金属中に０．１乃至０．５質量％」
Ｓｉは溶接金属の粒界強度を上げ、延性を向上させる効果がある。但し、溶着金属のＳｉ含有量が０．１質量％未満ではその効果は十分ではない。一方、Ｓｉが０．５質量％を超えると、Ｎｉと化合して低融点化合物を生成するため、耐高温割れ性を劣化させると共に、靭性も低下する。よって、Ｓｉの含有量は０．１乃至０．５質量％とする。なお、本発明における溶着金属のＳｉ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる金属Ｓｉ及びＦｅ−Ｓｉ合金等、又はＳｉＯ等のスラグ成分から還元されたＳｉである。

「Ｍｎ：溶着金属中に０．２乃至６．０質量％」
ＭｎはＮｉと低融点化合物を形成して耐高温割れ性を劣化させるＳと結合し、Ｓを無害化する効果がある。但し、溶着金属におけるＭｎ含有量が０．２質量％未満の場合、Ｓを無害化する効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が６．０質量％を超えると、スラグ剥離性が低下する。よって、溶着金属のＭｎ含有量は、０．２乃至６．０質量％とする。なお、本発明の溶着金属におけるＭｎ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる金属Ｍｎ、Ｆｅ-Ｍｎ合金、ＭｎＯ_２及びＭｎＣＯ_３等があり、いずれの添加によっても溶着金属のＭｎ量を調整できる。

「Ｃｒ：溶着金属中に０．１乃至１５．０質量％、好ましくは０．１乃至８．０質量％」
Ｃｒは溶接金属の強度を向上させる効果があるが、０．１質量％未満ではその効果が無く、溶着金属中のＣｒ量が１５．０質量％を超えると、靭性が低下する。従って、溶着金属中のＣｒ含有量は、１５．０質量％以下とする。また、より好ましくは、Ｃｒ含有量が０．１乃至８．０質量％である。なお、本発明の溶着金属におけるＣｒ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる金属Ｃｒ、Ｆｅ-Ｃｒ合金及びＣｒ_２Ｏ_３等があり、いずれの添加によっても溶着金属のＣｒ量を調整できる。

「Ｍｏ：溶着金属中に１０．０乃至２５．０質量％、好ましくは１５．０乃至２５．０質量％」
Ｍｏは溶接金属の強度を向上させる効果がある。但し、溶着金属のＭｏ含有量が１０．０質量％未満の場合は、溶着金属の強度を確保することができない。一方、Ｍｏ含有量が２５．０質量％を超えると、溶着金属の靭性が低下する。よって、Ｍｏ含有量は、ワイヤ全質量あたり１０．０乃至２５．０質量％とする。なお、より好ましくは、Ｍｏ含有量は、１５．０乃至２５．０質量％である。なお、本発明の溶着金属におけるＭｏ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる金属Ｍｏ及びＦｅ-Ｍｏ合金等があり、いずれの添加によっても溶着金属のＭｏ量を調整できる。

「Ｆｅ：溶着金属中に０．１乃至１０．０質量％」
Ｆｅは溶接金属の延性を確保するために添加する。Ｆｅ含有量が０．１質量％未満の場合、この効果を十分確保することはできない。一方、溶着金属のＦｅ含有量が１０．０質量％を超えると、溶着金属の耐高温割れ性が劣化する。よって、溶着金属中のＦｅ含有量は１０．０質量％以下とする。なお、本発明の溶着金属におけるＦｅ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる金属Ｆｅ、Ｆｅ-Ｍｎ合金、Ｆｅ-Ｃｒ合金、Ｆｅ-Ｍｏ合金及びＦｅ-Ｔｉ合金等があり、いずれの添加によってもＦｅ量を調整できる。

「Ｗ：溶着金属中に１．０乃至４．０質量％」
Ｗは溶接金属の強度を向上させる成分である。但し、溶着金属中のＷ含有量が１．０質量％未満の場合、溶着金属の強度を確保することができない。一方、Ｗ含有量が４．０質量％を超えると、溶着金属の靭性が低下する。よって、溶着金属中のＷ含有量は１．０乃至４．０質量％とする。なお、本発明の溶着金属におけるＷ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる金属Ｗ、Ｆｅ-Ｗ合金、Ｗ-Ｃ等があり、いずれの添加によってもＷ量を調整することができる。

「Ｔｉ：溶着金属中に０．０１乃至１．０質量％」
Ｔｉは溶接金属の脱酸剤として効果がある成分であるが、溶着金属中のＴｉ含有量が０．０１質量％未満の場合、この脱酸効果を十分確保することができない。一方、Ｔｉ含有量が１．０質量％を超えると、溶着金属の靭性が低下する。従って、Ｔｉ含有量は、ワイヤ全量あたり０．０１乃至１．０質量％とする。なお、本発明の溶着金属におけるＴｉ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる金属Ｔｉ及びＦｅ-Ｔｉ合金等、ＴｉＯ_２等のスラグ成分から還元されたＴｉがある。

「不可避不純物」
不可避的不純物としては、Ｐ，Ｓ，Ｎｂ，Ｖ及びＡｌ等がある。これらの不純物は、以下の規制範囲であれば、許容される。

Ｐ：溶着金属中に０．０２０質量％以下
Ｓ：溶着金属中に０．０１０質量％以下
Ｎｂ：溶着金属中に０．１質量％以下
Ｖ：溶着金属中に０．１質量％以下
Ａｌ：溶着金属中に０．１質量％以下

Ｐ及びＳはフラックス入りワイヤ中に存在する不可避的不純物である。Ｐ及びＳはＮｉと化合して低融点化合物を生成するため、耐高温割れ性が低下する。よって、Ｐ及びＳの含有量は、夫々Ｐ：０．０２０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下に規制する。

Ｎｂ、Ｖはフラックス入りワイヤ中に存在する不可避的不純物である。Ｎｂ及びＶはＮｉと化合して低融点化合物を生成するため、耐高温割れ性が低下する。よって、溶着金属中のＮｂ及びＶの含有量は、夫々０．１質量％以下に規制する。

Ａｌはフラックス入りワイヤ中に存在する不可避的不純物である。外皮を形成するＮｉ基合金、Ａｌ_２Ｏ_３等のスラグ成分からの還元により溶着金属に混入するが、溶着金属中のＡｌ含有量が０．１質量％を超えると、靭性が低下する。従って、溶着金属中のＡｌ量は０．１質量％以下に規制する。

「溶着金属成分のＣｒ含有量を［Ｃｒ］、Ｍｏ値を［Ｍｏ］としたとき、下記数式（Ａ）を満足すること
１８．３８−０．５４×［Ｃｒ］≦［Ｍｏ］≦２４．５３−０．７６×[Ｃｒ]・（Ａ）」
本発明者はＣｒ：０．１乃至１５．０質量％、Ｍｏ：１０．０乃至２５．０％の範囲において、実施例に示す化学成分の異なる９種類（Ｎｏ．１乃至９）のフラックス入りワイヤを作成し、溶着金属の引張強さと−１９６℃における衝撃値を調査した。そして、試験結果についてＣｒとＭｏの重回帰分析を行い、引張強さとして６９０ＭＰa以上、−１９６℃における衝撃値として７０Ｊ以上を合格として計算を行った結果、上記数式（Ａ）を満足する場合に、引張強さ６９０ＭＰa以上、−１９６℃における衝撃値７０Ｊ以上が得られた。［Ｍｏ］が１８．３８−０．５４［Ｃｒ］未満の場合、引張強さは６９０ＭＰａ未満となり、引張強さが不足する。また、［Ｍｏ］が２４．５３−０．７６［Ｃｒ］を超える場合には、−１９６℃における衝撃値は７０Ｊ未満となり、靭性不足となる。

「フラックス入りワイヤの充填フラックス及びＮｉ基合金外皮のいずれか一方又は双方に含有されるＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＺｒの化合物の含有量を各酸化物に換算した値を夫々［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］、［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］及び［ＺｒＯ_２］としたとき、下記数式（Ｂ）の値が０．５以下
（［Ｎａ_２Ｏ］＋［Ｋ_２Ｏ］＋［Ｌｉ_２Ｏ］＋０．２×［ＭｎＯ］）／（［ＳｉＯ_２］＋０．５×(［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＴｉＯ_２］＋［ＺｒＯ_２］)）・・・（Ｂ）」
数式（Ｂ）は、フラックスの塩基度を示す。このフラックスの塩基度が小さくなると、溶融スラグの融点、粘性が高くなり、全姿勢溶接が作業性が向上する。但し、塩基度（数式（Ｂ））が０．５を超えると、溶融スラグの粘性が低くなり、溶接中の溶接金属は立向きなどで垂れやすくなり、全姿勢溶接に適さなくなる。従って、数式（Ｂ）で示される塩基度は０．５以下とする。Ｌｉ、Ｋ、Ｎａの化合物の添加源としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、Ｎａ_３ＡｌＦｅ、Ｋ_２ＳｉＦｅ_６、ソーダ長石、カリ長石、Ｌｉ−Ｆｅ等であり、ＴｉＯ源としては、ルチール、白チタン、チタン酸カリ、チタン酸ソーダ等、金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ、外皮のＮｉ基合金中のＴｉ等があり、ＳｉＯ_２源としては、珪石灰、珪砂、マイカ、ソーダ長石、カリ長石等、Ｆｅ−Ｓｉ、外皮のＮｉ基合金中のＳｉ等があり、ＺｒＯ_２源としては、ジルコンサンド、ジルコンフラワ等、Ａｌ_２Ｏ_３源としてはアルミナ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等がある。

「フラックス入りワイヤの充填フラックス及びＮｉ基合金外皮のいずれか一方又は双方に含有されるワイヤ全重量に対するＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＺｒの化合物の含有量を各酸化物に換算した値を夫々［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］、［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］及び［ＺｒＯ_２］としたとき、ワイヤ全質量に対し、［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］の１種又は２種以上の総計で０．１乃至３．０質量％」
アーク安定剤としてＬｉ、Ｎａ及びＫからなる群から選択された少なくとも１種を添加することにより、アークが安定しスパッタの発生を抑制する効果がある。［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］の総量で０．１質量％未満では、スパッタの発生を抑制する効果を十分得ることができず、３．０質量％を超えるとアークが不安定になりスパッタが多くなる。従って、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群から選択された少なくとも１種の含有量は［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］で０．１乃至３．０質量％にすることが望ましい。

「Ｍｎ化合物：ワイヤ全質量に対して［ＭｎＯ］換算で０．５乃至１０．０質量％」
ＭｎＯ_２はスラグの流動性を上げてビード外観を良好にするために添加する。また、合金調整のために添加した金属Ｍｎ及びＭｎ合金についても、溶接時の酸化により一部スラグ中に混入し、スラグの流動性を上げてビード外観を向上させる効果をもたらす。Ｍｎ化合物の添加量が［ＭｎＯ］換算で０．２質量％未満では、ビード外観を良好にする効果を十分に得ることができない。一方、Ｍｎ化合物の添加量がＭｎＯ換算で１０．０質量％を超えると、スラグの被包性が低下する。従って、Ｍｎ化合物の添加量はＭｎＯ換算で０．５乃至１０．０質量％とすることが望ましい。

「Ｓｉ化合物：ワイヤ全質量に対して、［ＳｉＯ_２］換算で０．１乃至３．０質量％」
ＳｉＯ_２はスラグの粘性を上げてビード形状を良好にするために添加する。Ｓｉ化合物の添加量が［ＳｉＯ_２］換算で０．１質量％未満では、ビード形状を良好にする効果を十分に得ることができない。一方、Ｓｉ化合物の添加量がＳｉＯ_２換算で３．０質量％を超えると、スラグの剥離性が低下する。従って、Ｓｉ化合物の含有量はＳｉＯ_２換算で０．１乃至３．０質量％とすることが好ましい。

「Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ化合物：ワイヤ全質量に対して１種又は２種以上の［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］ 、［ＺｒＯ_２］換算の総計で５．０〜１２．０質量％」
Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ化合物はスラグの融点を上げて全姿勢溶接の作業性を良好にするために添加する。Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ化合物の１種又は２種以上の［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］ 、［ＺｒＯ_２］換算の総計で５質量％未満では、スラグの量が十分ではなく、スラグの被包性が劣化する。一方、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ化合物の１種又は２種以上の［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］、［ＺｒＯ_２］換算の総計で１２．０質量％を超えると、スラグ巻き欠陥が発生しやすくなる。従って、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ化合物の１種又は２種以上の［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］、［ＺｒＯ_２］換算の総計で５．０乃至１２．０質量％とすることが好ましい。

更に、使用するＮｉ基合金外皮のＭｏ含有量及びＷ含有量は、下記範囲とすることが好ましい。

「Ｍｏ：１０乃至２５質量％、Ｗ：１乃至４質量％」
Ｍｏ、Ｗは溶接金属の強度を確保するために不可欠な元素であるが、外皮中のＭｏ、Ｗ含有量が少ない場合には、足りない分をフラックスに添加しなければならない。フラックスにＭｏ、Ｗを添加する場合は、通常金属Ｍｏ、Ｗを使用するが、金属Ｍｏ、Ｗは融点が高いため、溶接時に溶け残って欠陥になりやすいため、外皮からの添加が好ましい。

以下、本発明の実施例の溶着金属の強度、衝撃値、耐高温割れ性及び全姿勢での溶接作業性について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、下記表１に示す組成のＮｉ基合金からなる厚さ０．４ｍｍ、幅９．０ｍｍの帯を湾曲させて、円筒状の外皮（Ｎｏ．Ａ乃至Ｃ）を作製した。これらの外皮に、金属原料とスラグ成分とからなるフラックスを内包したフラックス入りワイヤ（Ｎｏ．１乃至２５）を作成した。このフラックスの組成は下記表３に示すとおりである。表３中、Ｂの欄は式（Ｂ）の値であり、フラックスの塩基度である。このワイヤを、直径が１．２ｍｍになるように伸線加工した後、加熱によりワイヤ中に含まれる水分を４００ｐｐｍ以下にしたものを供試ワイヤとした。このフラックス入りワイヤを使用した溶接により得られる溶着金属の組成は、表３のワイヤＮｏ．１乃至２５及び外皮Ｎｏ，Ａ乃至Ｃに応じて、下記表２に示す全溶着金属成分組成となるものであった。但し、表２に記載されていないが、Ｖは全て０．０１質量％未満であった。

そして、前述の方法で製造したＮｏ．１乃至２５のワイヤについて、立向きでの溶接作業性評価、溶着金属の化学成分分析、引張及び衝撃試験、高温割れ試験としてフィスコ割れ試験を行った。

立向きでの溶接作業性評価は、図１に示すように、板厚が１２ｍｍであって、開先角度が５５°になるように斜面が形成された開先部を有する母材を、開先のルートギャップが２ｍｍになるように調整して、立向き上進姿勢で溶接することにより行った。この母材の組成を、下記表４に示す。その際の溶接条件は、溶接電流が１５０Ａ、電圧が２７Ｖであり、シールドガスにはＡｒ−８０％ＣＯ_２を使用し、シールドガスの流量は２５リットル／分とした。

溶着金属は、図２に示すように、板厚２０ｍｍのＳＭ４９０鋼板の開先面に、開先角度が４５°になるように斜面を形成し、この開先部を供試ワイヤでバタリングして、バタリング層２を形成した。その後、バタリングされた母材１同士をルートギャップが１２ｍｍとなるように配置し、開先が狭まる側に、同様に表面をバタリングした裏当金３（鋼材）を配置した。この開先にＪＩＳ Ｚ３２２２に準じて溶接し、溶着金属を作成した。化学成分分析試料及び引張試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ１号）は図４に示す要領で、また、衝撃試験片は図５に示す要領でＪＩＳ Ｚ３１１１ ４号試験片４，５を採取した。

その際の溶接条件は、溶接電流が２００Ａ，電圧が２９Ｖ、溶接速度が３００乃至４００ｍｍであり、シールドガスには８０％Ａｒ−２０％ＣＯ_２を使用し、シールドガスの流量は２５リットル／分とした。

引張強さは６９０ＭＰａ以上、伸びは３０％以上、−１９６℃における衝撃値は７０Ｊ以上を合格とした。

高温耐割れ試験は，表４に示す成分の母材を使用し、図３に示すように、開先角度が６０°になるように板厚の半分まで斜面が形成された板厚が２０ｍｍ、幅が１２５ｍｍ、長さが３００ｍｍの母材を間隔が２ｍｍになるように調整して、拘束割れ試験方法により行った。自動溶接機によるシングルビード溶接を行い、スタートとクレータを除く溶接金属部に発生する割れの有無を確認した。

なお、高温割れ試験の溶接条件は、電流を２８０Ａ、電圧を３４Ｖ、溶接速度を５０ｃｍ／分、シールドガスには８０％Ａｒ−２０％ＣＯ_２を使用し、シールドガスの流量は２５リットル／分とした。

その結果を下記表５に示す。

表５に示すように、本発明の範囲に入る実施例Ｎｏ．１乃至６は、立向きの溶接作業性、機械的性能、及び耐高割れ性について良好な結果を得ることができた。比較例Ｎｏ．７、８及び１７は溶着金属のＭｏが２４．５３−０．７６×［Ｃｒ］を超えたため、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．９乃至１１は溶着金属のＭｏが１８．３８−０．５４×［Ｃｒ］未満であるため、引張強さが劣化した。比較例Ｎｏ．１１は溶着金属のＳｉが０．１質量％未満であるため、伸びが劣化した。比較例Ｎｏ．１２は溶着金属のＣが０．０５質量％を超えたため、靭性及び耐割れ性が劣化した。比較例Ｎｏ．１３は溶着金属のＳｉが０．５質量％を超えたため、靭性及び耐割れ性が劣化した。また、ワイヤ全質量に対するＳｉ化合物の量が酸化物換算で３．０質量％を超えたため、溶接時のスラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１４は溶着金属のＭｎが６．０質量％を超えたため、溶接時のスラグ剥離性が劣化した。また、ワイヤ全質量に対するＭｎ化合物の量が酸化物換算で１０．０質量％を超えたため、溶接時のスラグ被包性が劣化した。比較例Ｎｏ．１５は溶着金属のＰが０．０２質量％を超えたため、耐割れ性が劣化した。比較例Ｎｏ．１６は溶着金属のＳが０．０１質量％を超えたため、耐割れ性が劣化した。比較例Ｎｏ．１７は溶着金属のＣｒが１５．０質量％を超えたため、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．１８は溶着金属のＭｏが２５．０質量％を超えたため、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．１９は溶着金属のＮｂが０．１質量％を超えたため、耐割れ性が劣化した。比較例Ｎｏ．２０は溶着金属のＦｅが１０．０質量％を超えたため、耐割れ性が劣化した。比較例Ｎｏ．２１は溶着金属のＷが１．０質量％未満であるため、引張強さが劣化した。比較例Ｎｏ．２２は溶着金属のＷが４．０質量％を超えたため、靭性が劣化した。

比較例Ｎｏ．２３は溶着金属のＡｌが０．１質量％を超えたため、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．２４は溶着金属のＴｉが１．０質量％を超えたため、靭性が劣化した。また、ワイヤ全重量に対するＬｉ、Ｎａ、Ｋ化合物の総量が酸化物換算で０．１質量％未満であったため、溶接時にスパッタが多発した。比較例Ｎｏ．２５はワイヤ全重量に対するＬｉ、Ｎａ、Ｋ化合物の総量が酸化物換算で３．０質量％を超えたため、アークが不安定になりスパッタが多発した。比較例Ｎｏ．１４及び２５はワイヤ全重量に対するＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＺｒの化合物の含有量を各酸化物に換算した値を夫々［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］、［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］及び［ＺｒＯ_２］としたとき、（［Ｎａ_２Ｏ］＋［Ｋ_２Ｏ］＋［Ｌｉ_２Ｏ］＋０．２×［ＭｎＯ］）／（［ＳｉＯ_２］＋０．５×(［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＴｉＯ_２］＋［ＺｒＯ_２］)）が０．５を超えたため、立向きの作業性が劣化した。

なお、実施例Ｎｏ．２はワイヤ全重量に対するＴｉ、Ｚｒ、Ａｌ化合物の総量が酸化物換算で１２．０質量％を超えるため、若干スラグ巻きが発生したが、機械的性質は問題がないレベルであった。実施例Ｎｏ．５はワイヤ全重量に対するＴｉ、Ｚｒ、Ａｌ化合物の総量が酸化物換算で５．０質量％未満であるため、他の実施例よりもスラグ被包性が低い。

実施例で用いた試験板形状を示す断面図である。 実施例で用いた試験板形状を示す断面図である。 実施例で用いた試験板形状を示す断面図である。 実施例で用いた各試験片の採取位置を示す断面図である。 実施例で用いた各試験片の採取位置を示す断面図である。

符号の説明

１：母材
２：バタリング層
３：裏当金

Claims (5)

1. Ｎｉ基合金外皮にフラックスが充填されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤにおいて、
   このフラックス入りワイヤによって得られる溶着金属成分が
   Ｃ ：０．００５乃至０．０５質量％
   Ｓｉ：０．１乃至０．５質量％
   Ｍｎ：０．２乃至６．０質量％
   Ｃｒ：０．１乃至１５．０質量％
   Ｍｏ：１０．０乃至２５．０質量％
   Ｆｅ：０．１乃至１０．０質量％
   Ｗ ：１．０乃至４．０質量％
   Ｔｉ：０．０１乃至１．０質量％
   残部がＮｉ及び不可避不純物であり、
   この不可避的不純物は、
   Ｐ ：０．０２０質量％以下
   Ｓ ：０．０１０質量％以下
   Ｎｂ：０．１質量％以下
   Ｖ ：０．１質量％以下
   Ａｌ：０．１質量％以下
   と規制され、
   溶着金属成分のＣｒ含有量を［Ｃｒ］、Ｍｏ含有量を［Ｍｏ］としたとき、下記数式（Ａ）を満足し
   且つ
   前記フラックス入りワイヤの充填フラックス及びＮｉ基合金外皮のいずれか一方又は双方に含有されるワイヤ全重量に対するＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＺｒの各化合物の含有量を各酸化物に換算した値を夫々［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］、［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］及び［ＺｒＯ_２］としたとき、下記数式（Ｂ）の値が０．５以下であることを特徴とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
   １８．３８−０．５４×［Ｃｒ］≦［Ｍｏ］≦２４．５３−０．７６×[Ｃｒ]・・（Ａ）
   （［Ｎａ_２Ｏ］＋［Ｋ_２Ｏ］＋［Ｌｉ_２Ｏ］＋０．２×［ＭｎＯ］）／（［ＳｉＯ_２］＋０．５×(［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＴｉＯ_２］＋［ＺｒＯ_２］)）・・・（Ｂ）
2. 前記フラックス入りワイヤの充填フラックス及びＮｉ基合金外皮のいずれか一方又は双方に含有されるＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＺｒの各化合物の含有量を各酸化物に換算した値を夫々［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］、［ＭｎＯ］、［ＳｉＯ_２］、［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］及び［ＺｒＯ_２］としたとき、
   ワイヤ全重量に対し
   ［Ｎａ_２Ｏ］、［Ｋ_２Ｏ］、［Ｌｉ_２Ｏ］：その１種又は２種以上の総計で０．１乃至３．０質量％
   ［ＳｉＯ_２］：０．１乃至３．０質量％
   ［ＭｎＯ］：０．５乃至１０．０質量％
   ［Ａｌ_２Ｏ_３］、［ＴｉＯ_２］、［ＺｒＯ_２］：その１種又は２種以上の総計で５．０乃至１２．０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
3. 前記溶着金属成分が
   Ｃｒ：０．１乃至８．０質量％
   Ｍｏ：１５．０乃至２５．０質量％
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
4. 前記外皮が、Ｍｏ：１０乃至２５％質量％を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
5. 前記外皮が、Ｗ：１乃至４％質量％を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。

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