JP5038853B2 - 炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents
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Description
またワイヤ全質量に対する質量%で、Nb、V、CrおよびNiから選択された1種または2種以上の合計を0.30%以下さらに含有することを特徴とする。
Psc=2Mn+145Ti+10Mo−10Si−600S−10Al
−100B−2.6 ・・・・(1)
以下、本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用ワイヤに含有される成分組成の限定理由について説明する。
Cは、溶着金属の焼入れ性を高め、強度および靭性を確保するうえで重要な元素である。Cが0.03質量%(以下、%という)未満であると、必要な強度と靭性が得られない。一方、Cが0.08%を超えると溶着金属の割れ感受性が高くなる。したがって、Cは0.03〜0.08%とする。
Siは、主要な脱酸元素であり、溶着金属の酸素量を低下させて靭性の向上に重要な元素である。しかしながら、多くなりすぎると大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では溶着金属を脆化させる。また、大入熱・高パス間温度での溶接施工条件ではSiの消耗が多いが、それ以上のSiが溶着金属中に歩留まって強度を確保するうえで必要である。Siが0.65%未満では所定の強度が得られず靭性も低下する。また、アーク状態が不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、Siが1.20%を超えると溶着金属の靭性が悪くなる。したがって、Siは0.65〜1.20%とする。
Mnは、脱酸元素でありバラツキのない安定した靭性を得るために重要な元素である。また、強度面での改善にも有効な元素である。さらに、高融点のMnSを形成して溶着金属の割れを抑制する。反面、多くなりすぎると大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、Siと同様に溶着金属を脆化させる。Mnが1.92%未満では所定の強度と安定した靱性が得られない。一方、Mnが2.20%を超えると溶着金属の靭性が低下する。したがって、Mnは1.92〜2.20%とする。
Sは、スラグの溶着金属からの剥離を促進する作用と、スラグの結晶化度を低下する作用があり、スラグ剥離性を向上させる元素である。Sが0.007%未満ではその効果は不十分である。しかしながら、0.020%を超えると溶着金属に割れが発生し、また溶着金属の靭性を低下させる傾向がある。したがって、Sは0.007〜0.020%とする。
Moは、溶着金属の焼入れ性を高める元素である。特に大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、溶着金属の焼入れ性が不足するので、強度を確保するうえで必須の元素である。Moが0.10%未満であると、必要な強度が得られない。一方、Moを0.30%を超えて添加した場合は強度が高くなり過ぎて靭性が低下する。したがって、Moは0.10〜0.30%とする。
Cuは、不可避的不純物として鋼中に0.02%程度含有されることがあるが、本発明のCuは主としてワイヤ表面に施した銅めっきをいう。通常、銅めっきはワイヤ送給性と通電性を安定化するのに極めて重要な表面処理方法である。特に大入熱・高パス間温度での溶接施工条件では、銅めっきが薄いと溶接中のチップ磨耗が激しくなり、溶接中にワイヤ送給性と通電性が劣化し、その結果、満足に溶接ができなくなる。Cuが0.15%未満であると、必要なワイヤ送給性と通電性が得られない。一方、Cuが0.40%を超えて添加した場合は、溶接割れ感受性が高くなる。したがって、Cuは0.15〜0.40%とする。なお、ワイヤ表面の銅めっき厚さは0.2〜1.0μmであることが耐チップ磨耗性から好ましい。
Tiは、高電流域での炭酸ガスシールドアーク溶接において、アーク状態を向上させる効果がある。Tiが0.05%未満では、スラグの粘性が高まることおよび表面張力が大きくなることから、スラグが局部的に厚くなることがある。このため連続多層盛溶接ではスラグの再溶融が完全にできないことなどが原因で、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、スラグ剥離性も悪くスラグ巻込みの欠陥を発生させることがあり、さらに、溶接金属の靭性も低下する。一方、Tiは、強力な脱酸元素として作用し、かつその酸化物が溶着金属中に含有することで組織改善に効果がある。強力な脱酸元素であるがゆえに、ほとんどのTiがTiO2としてスラグの主成分となる。Tiが0.16%以上になるとスラグの非晶質構造の割合が減少することにより、スラグの自己崩壊性が低下し、スラグ剥離性が低下する。したがって、Tiは0.05〜0.16%未満とする。
Bは、Tiとの相乗効果により大入熱・高パス間温度での溶接施工条件での溶着金属の組織を改善して靭性向上に効果がある。Bが0.0010%未満ではその効果は不十分である。一方、0.0060%を超えると、大入熱・高パス間温度の溶接施工条件での溶接割れ感受性が高くなるため、特に連続多層盛溶接を行った場合、溶接線の折返し位置などの溶込み深さが大幅に深くなる箇所では、高温割れが発生することがある。また、Bにはスラグの非晶質構造の割合を増加させる傾向があるが、スラグの軟化温度を低下させるためスラグと溶着金属表面の密着性を高め、スラグ剥離性を低下させる。したがって、Bは0.0010〜0.0060%とする。
Alは、強力な脱酸元素として作用し、微量の添加で溶着金属の靭性を向上させる。また、スラグの非晶質構造の割合を増加させる傾向がある。しかし、Alが0.020%を超えると、スラグの軟化温度を低下させるため、スラグと溶着金属表面の密着性を高め、スラグ剥離性を低下させる。したがって、Alは0.020%以下とする。
Pは、溶着金属の割れ感受性を高める元素であり、0.020%を超えると高温割れをおこす可能性がある。したがって、Pは0.020%以下とする。
前述のようにSは、スラグ剥離性を向上させるために必須であるが、Bの含有量によっては高温割れを助長させる。したがって、S+10Bで0.07%以下にする必要がある。
スラグの組織はMnSiO3、TiSiO3などの結晶構造および非晶質構造からなり、スラグ中の非晶質構造の割合がスラグの自己崩壊性、すなわちスラグ剥離性に大きく関係している。スラグ中の結晶構造であるMnSiO3およびTiSiO3の割合、すなわち結晶化度が少なければ、スラグが自己崩壊するため、スラグ剥離性が良好となる。逆に、結晶化度が多ければ、スラグが自己崩壊しないため、スラグ剥離性が不良となる。
Psc=2Mn+145Ti+10Mo−10Si−600S−10Al
−100B−2.6 ・・・・(1)
Nb、V、CrおよびNiは、溶着金属の強度向上のため必要に応じて添加される元素である。しかし、Nb、V、CrおよびNiから選択された1種または2種以上の合計が0.30%を超えると、溶着金属部の靱性が低下する。
まず、原料鋼を真空溶解し、鍛造、圧延、伸線、焼鈍そして銅めっきした後、1.4mmの製品径まで伸線して20kgのスプール巻ワイヤとした。試作したワイヤの化学成分を表1および表2に示す。
本発明例であるワイヤ記号W1〜8は、各成分の含有量が適量で、S+10BおよびPscも適正であるので、スラグ剥離性およびアーク状態が良好で、スパッタ発生量が少なく、溶接割れがなく、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーもバラツキがなく良好で極めて満足な結果であった。
ワイヤ記号W10は、Cが高いので割れが生じた。またNb、VおよびNiの合計が多いので吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号W12は、Siが高いので吸収エネルギーが低値であった。また、Cuが高いので割れが生じた。
ワイヤ記号W14は、Mnが高いので吸収エネルギーが低かった。また、Alが高いのでスラグ剥離性が不良であった。
ワイヤ記号W16は、Sが高いので吸収エネルギーが低く割れも生じた。また、Tiが高いのでスラグ剥離性が不良であった。
ワイヤ記号W18は、Moが高いので引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、Bが高いのでスラグ剥離性が不良で割れも生じた。
2 鋼板
3 裏当金
4 エンドタブ
5 パス間温度測定位置
Claims (2)
- ワイヤ全質量に対する質量%で、
C :0.03〜0.08%、
Si:0.65〜1.20%、
Mn:1.92〜2.20%、
S :0.007〜0.020%、
Mo:0.10〜0.30%、
Cu:0.15〜0.40%、
Ti:0.05〜0.16%未満、
B :0.0010〜0.0060%、
Al:0.020%以下
を含有し、
P :0.020%以下
で、その他はFeおよび不可避的不純物からなり、かつ
S+10B:0.07%以下
で下記(1)式で示すスラグ結晶化度指数Pscが−8〜12であることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
Psc=2Mn+145Ti+10Mo−10Si−600S−10Al
−100B−2.6 ・・・・(1) - ワイヤ全質量に対する質量%で、Nb、V、CrおよびNiから選択された1種または2種以上の合計を0.30%以下さらに含有することを特徴とする請求項1記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
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