JP5157606B2 - フラックス入りワイヤを用いた高強度鋼のtig溶接方法 - Google Patents
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但し、[]付元素は、それぞれの元素の含有量(質量%)を表す。
[ワイヤ1g当りの溶接入熱量(kJ/cm・g)]=[溶接電流(A)]×[溶接電圧(V)]×60/[溶接速度(cm/min)]/[溶着量(g/min)]・・・(式2)
ワイヤ中に成分iの含有量(質量%)=鋼製外皮中の成分iの含有量(質量%)×(1−充填率)+フラックス中の成分iの含有量(質量%)×充填率 ・・・ (式3)
なお、上記フラックス全質量は、金属または合金として添加する元素の他に、スラグ形成剤およびアーク安定剤を含んだフラックス中の成分含有量の合計量を意味する。また、フラックス中の成分含有量とは、フラックス全質量に対する、溶接金属組成に寄与する金属、合金中の元素量の割合を意味する。
Cは、溶接金属の引張強さを高めるのに必須の元素であり、ソリッドワイヤではその製造性、生産性に悪影響を与えるために殆ど採用されないが、コアドワイヤなら問題ない範囲で、引張強さを確保するために、Cを0.04%以上含有させる。ただし、Cの過度な含有は溶接金属の靭性を著しく劣化させるため、溶接金属の靭性を確保するためには溶接ワイヤ中の上限を0.4%とする。従って、本発明において溶接ワイヤ中のC含有量は0.04〜0.4%とする。なお、ソリッドワイヤでの難製造性が顕著となる0.09%以上で、コアドワイヤ化する効果が顕著となり好ましい。
Siは、脱酸元素であり、溶接金属中のO量を低減して清浄度を高めるためには溶接ワイヤ中のSi含有量を0.2%以上とする必要がある。一方、溶接ワイヤ中のSi含有量が2.0%を超えて過剰になると、粗大な酸化物を生成し溶接金属の靭性を著しく劣化させる。このため、本発明において溶接ワイヤ中のSi含有量は0.2〜2.0%とする。
Mnは、溶接金属の焼入性を確保して強度を高める、また、組織を微細化して靭性向上にも有効な元素であり、これらの効果を得るためには0.3%以上溶接ワイヤに含有する必要がある。一方、溶接ワイヤ中のMn含有量が2.0%を超えると、溶接金属中に残留オーステナイトが過剰に生成するため粒界脆化感受性が増加して溶接金属の靭性劣化、耐溶接割れ性劣化の可能性が高くなる。
このため、本発明においては、溶接ワイヤ中のMn含有量は0.3〜2.0%とする。
Pは不純物元素であり、靭性を阻害するため極力低減する必要があるが、溶接ワイヤ中の含有量が0.02%以下では靭性への悪影響が許容できるため、本発明では溶接ワイヤ中のP含有量は0.02%以下とする。
Sも不純物元素であり、溶接金属中に過大に存在すると靭性と延性をともに劣化させるため、極力低減することが好ましい。
Alは脱酸元素であり、Siと同様、溶接金属中の酸素量を低減し、清浄度向上に効果がある。効果を発揮するためには溶接ワイヤ中に0.002%以上含有させる必要がある。一方、溶接ワイヤ中に0.05%を超えて過剰に含有させると、溶接金属中に粗大な酸化物を形成して、この粗大酸化物が靭性を著しく劣化させるため、好ましくない。従って、本発明においては、溶接ワイヤ中のAl含有量を0.002〜0.05%以下とする。
Niは、固溶靭化により溶接金属の他の成分、組織によらず安定して靭性を向上できる唯一の元素であり、特に、高強度の溶接金属で靭性を確保するには必要な元素であり、0.1%以上含有させる必要がある。
なお、Niの効果が確実に靭性向上に寄与するためには1.0〜10.0%がより好ましい。さらに、低温での靭性を確実に確保するには、6.0〜10.0%がより好ましい。
Crは、焼入れ性を高めることにより高強度化に有効な元素である。そのために溶接ワイヤ中に含有させる場合は、0.01%以上必要である。一方、4.0%を越えて過剰に含有させると、ベイナイトやマルテンサイトを不均一に硬化させ、靭性を著しく劣化させるため、本発明においては、溶接ワイヤ中の含有量の上限を4.0%とする。なお、焼入性を介して確実に高強度化を達成するためには、0.5%以上とするのが好ましい。また、Crの焼入れ性を介した高強度化への寄与は、2.5%を超えると漸減するため、2.5%以下とするのが好ましい。
Moは、溶接金属の引張強さTSを高めるための焼入性向上元素である。また、焼もどし抵抗性を増すことにより強度と靭性を確保することができる。これらの効果を発揮するためには、ワイヤ中にMoを0.1%以上含有させる必要がある。
一方、Moを溶接ワイヤ中に4.0%を超えて含有させると、溶接金属中に粗大な析出物が生じて溶接金属の靭性を劣化させる。このため、本発明において、溶接ワイヤ中のMo含有量は0.1〜4.0%とする。なお、確実に焼もどし抵抗の効果を発揮させるためには、0.3以上とするのが好ましい。また、焼もどし抵抗の効果は、2.0%を超えると漸減するため、2.0%以下とするのが好ましい。
Wは、Moと同様に、焼入れ性向上元素である。また、微細化炭化物を形成して、析出強化により強度確保に有効である。これらの効果を発揮するためには、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても最低限0.1%必要である。一方、4.0%を越えて溶接ワイヤ中に含有させると、靭性劣化が著しくなる。
Cuは強度向上には有効な元素であり、溶接金属の強度向上効果を十分に得るためには、ワイヤ中に含有するCuの含有量、さらに表面にCuがメッキされる場合にはワイヤ中に含有するCuとメッキされるCuの合計含有量を0.01%以上とする必要がある。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Mo]/4+[Cr]/5+[W]/8+[Cu]/40+[Ti]/30+[Nb]/3+[V]/5+[Ta]/8+[Co]/40+5×[B] ・・・ (式1)
但し、[]付元素は、それぞれの元素の含有量(質量%)を表す。
Tiは溶接金属において脱酸元素として有効であり、かつ溶接金属中の固溶Nを窒化物として固定して固溶Nの靭性への悪影響を緩和でき、さらにはTiNを形成して多層盛溶接の場合に溶接金属の再加熱領域における過熱オーステナイト粒を微細化する作用もある。これらのTiの作用により溶接金属の靭性向上効果を発揮するためには溶接ワイヤ中にTiを0.005%以上含有させる必要がある。一方、溶接ワイヤ中のTi含有量が0.3%を超えて過剰になると、溶接金属中の粗大な酸化物の形成、および、TiNの過度な析出による靭性劣化が顕著に生じる可能性が大となる。このため、本発明においては、溶接ワイヤ中のTi含有量を0.005〜0.3%とする。
Nbもフェライト安定化元素であり、残留オーステナイト低減に有効であり、また、微細炭化物を形成して、析出強化により強度確保に有効である。これらの効果を発揮するために、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮し、ワイヤ中のNb含有量を0.005%以上とする必要がある。一方、ワイヤ中のNb含有量が0.1%を越えると、溶接金属中に過剰に含有され、粗大な析出物を形成して靭性を劣化させるため好ましくない。
そのため、本発明においては、溶接ワイヤ中にNbを含有させる場合の含有量は0.005〜0.1%とする。
Vは微細炭化物を形成して、析出強化により強度確保に有効である。この効果を発揮するためには、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても最低限0.005%必要である。一方、0.5%を越えて溶接ワイヤ中に含有させると、溶接金属中に過剰に含有され、粗大な析出物を形成して靭性を劣化させるため好ましくない。
そのため、本発明においては、溶接ワイヤ中にVを含有させる場合の含有量は0.005〜0.5%とする。
Taも微細炭化物を形成して、析出強化により強度確保に有効である。これらの効果を発揮するためには、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても最低限0.005%必要である。一方、0.5%を越えて溶接ワイヤ中に含有させると、溶接金属中に過剰に含有され、粗大な析出物を形成して靭性を劣化させるため好ましくない。そのため、本発明においては、溶接ワイヤ中にTaを含有させる場合の含有量は0.005〜0.5%とする。
Coは、溶接金属のベイナイトおよびマルテンサイトの変態点が極端に低下することを抑制する作用により、溶接金属の強度調整、および、溶接金属中の残留オーステナイトの生成を抑制するのに有効な元素である。これらの効果を確実に発揮するためには、溶接ワイヤ中に0.01%以上含有させる必要がある。一方、6%を越えてワイヤ中に含有させてもこれらの効果が飽和し、ワイヤの製造コストが過大となる。このため、本発明においては、溶接ワイヤ中にCoを含有させる場合はその含有量の範囲を0.01〜6%とするのが好ましい。
Bは、焼入れ性を高めて溶接金属の強度向上に寄与する元素であり、また、溶接金属中の固溶Nと結びついてBNを形成して、溶接金属の靭性を向上する作用も有する。これらの効果を確実に発揮するためには、溶接ワイヤ中のB含有量は0.001%以上必要である。一方、溶接ワイヤ中のB含有量が0.015%超となると、溶接金属中のBが過剰となり、粗大なBNやFe23(C、B)6等のB化合物を形成して靭性を逆に劣化させるため、好ましくない。そこで、本発明においては、溶接ワイヤ中にBを含有させる場合は、B含有量を0.001〜0.015%に限定するのがこのましい。
本発明では、上記成分に加えて、さらに、溶接金属の延性、靭性を調整する目的で、必要に応じて、Ca、および、REMのうちの1種または2種以上を以下の範囲内でワイヤ中に含有させることができる。
2 鋼板
3 裏当金
4 溶接金属
5 2mmVノッチシャルピー衝撃試験片
6 丸棒引張試験片
7 鋼板の1/4厚位置
Claims (4)
- 鋼製外皮の内部に、少なくとも金属または合金を含有するフラックスが充填されたフラックス入りワイヤを用いた高強度鋼のTIG溶接方法において、
前記鋼製外皮の断面厚さが0.30〜1.0mmであり、ワイヤ全質量に対する質量%で、
C :0.04〜0.4%、
Si:0.2〜2.0%、
Mn:0.3〜2.0%、
P :0.02%以下、
S :0.01%以下、
Al:0.002〜0.05%
を含み、さらに、
Ni:0.1〜12%、
Cr:0.01〜4.0%、
Mo:0.1〜4.0%、
W :0.1〜4.0%、
Cu:0.01〜1.5%
のうちの1種または2種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、さらに、下記(式1)で示される炭素当量(Ceq)が0.40〜1.5%を満足するとともに、ワイヤ全体の成分の炭素当量と鋼製外皮の成分の炭素当量との差が0.10%以上を満足する、フラックス入りワイヤを用いて、
下記(式2)で示される溶接ワイヤ1g当りの溶接入熱量が1.70〜4.0kJ/cm・gの範囲で、TIG溶接することを特徴とする、フラックス入りワイヤを用いた高強度鋼のTIG溶接方法。
Ceq=[C]+[Mn]/6+[Si]/24+[Ni]/40+[Mo]/4+[Cr]/5+[W]/8+[Cu]/40+[Ti]/30+[Nb]/3+[V]/5+[Ta]/8+[Co]/40+5×[B] ・・・ (式1)
但し、[]付元素は、それぞれの元素の含有量(質量%)を表す。
[ワイヤ1g当りの溶接入熱量(kJ/cm・g)]=[溶接電流(A)]×[溶接電圧(V)]×60/[溶接速度(cm/min)]/[溶着量(g/min)]・・・(式2) - 前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量%で、
Ti:0.005〜0.3%、
Nb:0.005〜0.1%、
V :0.005〜0.5%、
Ta:0.005〜0.5%、
Co:0.01〜6%、
B :0.001〜0.015%
のうちの1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載のフラックス入りワイヤを用いた高強度鋼のTIG溶接方法。 - 前記フラックス入りワイヤが、さらに、ワイヤ全質量に対する質量%で、
Ca:0.0002〜0.01%、
REM:0.0002〜0.01%
のうちの1種または2種を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載のフラックス入りワイヤを用いた高強度鋼のTIG溶接方法。 - 前記フラックス入りワイヤが、ホットワイヤであることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のフラックス入りワイヤを用いた高強度鋼のTIG溶接方法。
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