JP5209893B2 - Ni-based alloy flux cored wire - Google Patents
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Description
本発明は、化学プラント等に構造部材として使用される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼、あるいはＬＮＧタンクなどに構造部材として使用される９％Ｎｉ鋼の溶接に用いられるＮｉ基合金フラックス入りワイヤに関するものである。 The present invention relates to a high corrosion resistance austenitic stainless steel used as a structural member in a chemical plant or the like, or a Ni-based alloy flux cored wire used for welding 9% Ni steel used as a structural member in an LNG tank or the like. is there.
化学プラントや、海水による腐食環境に曝される構造物などに構造部材として使用される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼の溶接には、一般的に共金系ではなく、インコネル６２５、ハステロイＣ２７６系に代表されるＮｉ基合金溶接材料が用いられている。また、極低温圧力容器であるＬＮＧタンクなどに構造部材として使用される９％Ｎｉ鋼の溶接にも、Ｎｉ基合金溶接材料が用いられている。 Welding of highly corrosion-resistant austenitic stainless steel used as a structural member in chemical plants and structures exposed to corrosive environments by seawater is not typically a metallurgy, but is represented by Inconel 625 and Hastelloy C276. Ni-based alloy welding material is used. Further, a Ni-based alloy welding material is also used for welding of 9% Ni steel used as a structural member in an LNG tank or the like that is a cryogenic pressure vessel.
これらのＮｉ基合金溶接材料による溶接法としては、ＧＴＡＷ、ＳＡＷ、ＳＭＡＷが主流であるが、作業能率の向上を図るため、Ｎｉ基合金を外皮とするフラックス入りワイヤであるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを用いるＦＣＡＷの適用が広がりつつある。特に近年では、下向溶接や水平すみ肉溶接だけでなく、立向溶接や上向溶接にもＮｉ基合金フラックス入りワイヤを適用できるようにすることが要望されており、溶接姿勢として全姿勢において溶接作業性、耐欠陥性、耐割れ性、溶接部機械的性能などを満足するＮｉ基合金フラックス入りワイヤが望まれている。 As welding methods using these Ni-based alloy welding materials, GTAW, SAW, and SMAW are the mainstream, but in order to improve work efficiency, a Ni-based alloy flux-cored wire that is a flux-cored wire with a Ni-based alloy as the outer sheath The application of FCAW using is increasing. Particularly in recent years, it has been demanded that Ni-based alloy flux-cored wire can be applied not only to downward welding and horizontal fillet welding, but also to vertical welding and upward welding. A Ni-based alloy flux cored wire that satisfies welding workability, defect resistance, crack resistance, welded portion mechanical performance, and the like is desired.
従来、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤとして、ワイヤ全重量に対してフラックスを６〜２６％充填し、フラックス中にワイヤ全重量比でＴｉＯ２を３〜１２％、Ａｌ２Ｏ３を０．１〜３％、ＳｉＯ２を０．１〜３％、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉの化合物をＮａ、Ｋ、Ｌｉに換算し、Ｎａを０．１〜１．８％、Ｋを０．０１〜１．５％、Ｌｉを０．０１〜０．５８％、Ｎａ＋Ｋ＋Ｌｉを０．４〜２．５％、ＮａＦ，ＬｉＦを含む金属弗化物をＦに換算して０．２〜１．５％、Ｆｅ，Ｍｎの酸化物を０．１〜２％、Ｔｉを１％以下、金属成分の合計を１〜２１％、スラグ成分の合計を５〜１８％にしたＮｉ基合金フラックス入りワイヤが知られている（特許第２５６５８３１号公報）。 Conventionally, as a Ni-based alloy flux-cored wire, 6 to 26% of the flux is filled with respect to the total weight of the wire, and 3 to 12% of TiO 2 and 0.1 to 2 of Al 2 O 3 in the total weight ratio of the wire in the flux. 3%, SiO 2 0.1-3%, Na, K, Li compounds converted to Na, K, Li, Na 0.1-1.8%, K 0.01-1.5 %, Li is 0.01 to 0.58%, Na + K + Li is 0.4 to 2.5%, and metal fluoride containing NaF and LiF is 0.2 to 1.5% in terms of F, Fe, Mn A Ni-based alloy flux-cored wire is known in which the oxide is 0.1 to 2%, Ti is 1% or less, the total of the metal components is 1 to 21%, and the total of the slag components is 5 to 18% ( Japanese Patent No. 2565831).
しかしながら、前記従来のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、下向溶接に比べて溶融金属の凝固速度が速い水平すみ肉溶接又は横向溶接に際し、ビード表面のピットの発生に関して改善の余地があった。 However, the conventional Ni-based alloy flux-cored wire has room for improvement in the generation of pits on the bead surface in horizontal fillet welding or lateral welding, in which the solidification rate of the molten metal is faster than in downward welding.
そこで、本発明の課題は、９％Ｎｉ鋼又はＮｉ基合金の溶接において、下向溶接に比べて溶融金属の凝固速度が速い水平すみ肉溶接又は横向溶接に際し、耐ピット性に優れるとともに、溶接作業性及びビード外観が良好であり、また、同じく溶融金属の凝固速度が遅い立向上進での溶接を行うことができるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供することにある。 Therefore, in the welding of 9% Ni steel or Ni-base alloy, the object of the present invention is excellent in pit resistance in horizontal fillet welding or horizontal welding where the solidification rate of the molten metal is faster than that of downward welding, and welding An object of the present invention is to provide a Ni-based alloy flux-cored wire that has good workability and bead appearance, and that can be welded in the same manner that the solidification rate of molten metal is slow.
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
請求項１の発明は、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金又はＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金からなるＮｉ基合金を外皮とするフラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する割合で、フラックス充填率が１５〜４０質量％であるとともに、Ｎｉを３５〜７０質量％含有し、フラックス中にワイヤ全質量に対して、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２を総量で４．０質量％以上含み、さらに、Ｍｎ酸化物をＭｎＯ２換算で０．６〜１．２質量％含み、かつ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２及びＭｎＯ２（換算量）の含有量を質量％で、それぞれ、［ＴｉＯ２］、［ＳｉＯ２］、［ＺｒＯ２］及び［ＭｎＯ２］としたとき、［ＴｉＯ２］／［ＺｒＯ２］が２．３〜３．３、［ＳｉＯ２］／［ＺｒＯ２］が０．９〜１．５、及び、（［ＴｉＯ２］＋［ＳｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／［ＭｎＯ２］が５〜１３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である。 The invention according to claim 1 is a flux-cored wire having a Ni-based alloy made of a Ni-Cr alloy, a Ni-Cr-Mo alloy or a Ni-Cr-Fe alloy as the outer sheath, and the flux filling rate is a ratio to the total mass of the wire. 15 to 40% by mass, 35 to 70% by mass of Ni, the total amount of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 in the flux with respect to the total mass of the wire is 4.0% by mass or more, The Mn oxide is contained in an amount of 0.6 to 1.2% by mass in terms of MnO 2 , and the content of TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 and MnO 2 (equivalent) is expressed in mass%, respectively [TiO 2 ] , [SiO 2 ], [ZrO 2 ] and [MnO 2 ], [TiO 2 ] / [ZrO 2 ] is 2.3 to 3.3, and [SiO 2 ] / [ZrO 2 ] is 0.9. ~ 1.5, and A ([TiO 2] + [SiO 2] + [ZrO 2]) / Ni -based alloy flux-cored wire, wherein [MnO 2] is 5 to 13.
請求項２の発明は、請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤにおいて、前記フラックス中にワイヤ全質量に対して、さらに、フッ化物をＦ換算で０．２〜１．２質量％含むことを特徴とするものである。 The invention according to claim 2 is the Ni-based alloy flux-cored wire according to claim 1, further comprising 0.2 to 1.2% by mass of fluoride in terms of F with respect to the total mass of the wire. It is characterized by this.
本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、フラックス中に、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２を主成分とするスラグ系成分に、溶融スラグの凝固開始及び凝固完了の温度を低下させる成分であるＭｎＯ２（Ｍｎ酸化物）を適量添加して含有している。これにより、溶融スラグの凝固完了の温度と溶融金属が凝固開始するまでの温度との差が小さく、溶融スラグの凝固が完了するまでに溶融金属からガスが放出され、スラグと溶融金属との界面にガスの気泡が捕捉（トラップ）されることを回避することができるので、下向溶接に比べて溶融金属の凝固速度が速い（下向溶接に比べて溶接入熱が比較的小さい）水平すみ肉溶接又は横向溶接に際しても、ビード表面にピットの発生の極めて少ない良好な溶接ビードを得ることができる。また、ＺｒＯ２含有量に対するＴｉＯ２含有量の比、及びＺｒＯ２含有量に対するＳｉＯ２含有量の比を適正範囲に規定することで、溶接作業性が良好で、ビード外観の良好な溶接ビードを得ることができる。さらに、ＭｎＯ２含有量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の総含有量の比を適正範囲に規定することで、下向溶接に比べて溶融金属の凝固速度が遅い立向上進での溶接を行うことができる。 The Ni-based alloy flux-cored wire of the present invention includes MnO, which is a component that lowers the temperature at the start and completion of solidification of molten slag into a slag-based component mainly composed of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 in the flux. 2 (Mn oxide) is added in an appropriate amount. As a result, the difference between the temperature at which the molten slag is solidified and the temperature at which the molten metal begins to solidify is small, and gas is released from the molten metal until the molten slag is solidified, and the interface between the slag and the molten metal. This prevents the gas bubbles from being trapped (trapped), so that the solidification rate of the molten metal is faster compared to downward welding (the welding heat input is relatively small compared to downward welding). A good weld bead with very few pits on the bead surface can also be obtained during meat welding or transverse welding. Further, the TiO 2 content relative to the content of ZrO 2 ratio, and by defining an appropriate range for the ratio of the SiO 2 content relative to the content of ZrO 2, weldability is good, a good weld bead bead appearance Can be obtained. Furthermore, by specifying the ratio of the total content of TiO 2 , SiO 2, and ZrO 2 to the MnO 2 content within an appropriate range, the solidification rate of the molten metal is slower than that of downward welding, and welding with a rapid improvement is achieved. It can be carried out.
以下、本発明について、さらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明者らは、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤによる水平すみ肉溶接又は横向溶接において、溶接ビード表面にピットが発生する原因を調査した。これについて説明する。 The present inventors investigated the cause of the occurrence of pits on the surface of the weld bead in horizontal fillet welding or horizontal welding using a Ni-based alloy flux cored wire. This will be described.
Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤによるアーク溶接では、アーク熱で溶融した溶融金属には、金属（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｋ及びＮａ）の蒸発ガス、シールドガス及びその分解ガス（ＣＯ２、ＣＯ、Ｏ、及びＡｒ）、及びフラックスに含まれる酸化物や水分の分解ガス（Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ）などのガスが気泡として含まれる。この溶融金属中のガスは、気泡となって浮力により溶融池表面に浮上し、溶融金属が凝固するまでにその大半が溶融池より放出される。 In arc welding using a Ni-based alloy flux cored wire, the molten metal melted by arc heat includes metal (Fe, Cr, Mn, Si, K, and Na) evaporating gas, shielding gas, and decomposition gas (CO 2 , CO 2) . , O, and Ar), and gases such as oxides and moisture decomposition gases (O, O 2 , O 3 , H) contained in the flux are included as bubbles. The gas in the molten metal becomes bubbles and floats on the surface of the molten pool by buoyancy, and most of the gas is released from the molten pool until the molten metal solidifies.
さて、炭素鋼やステンレス鋼に代表されるＦｅ基溶接材料が、その溶融金属の凝固開始温度が１４５０〜１５５０℃であるのに対して、Ｎｉ基合金溶接材料は、Ｆｅ基溶接材料に比べて、その溶融金属の凝固開始温度が１３００〜１４００℃と比較的低いという特徴がある。したがって、Ｎｉ基合金溶接材料では、溶融金属表面における溶融スラグの凝固・形成が完了してから、溶融金属の凝固が開始するまでの時間差が長くなる傾向にある。 Now, while the Fe base welding material represented by carbon steel and stainless steel has a solidification start temperature of the molten metal of 1450 to 1550 ° C., the Ni base alloy welding material is more in comparison with the Fe base welding material. The molten metal has a feature that the solidification start temperature is relatively low as 1300 to 1400 ° C. Therefore, in the Ni-based alloy welding material, there is a tendency that the time difference from the completion of solidification / formation of the molten slag on the molten metal surface to the start of solidification of the molten metal tends to be long.
この点に着目したところ、従来のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、溶融金属内から浮上したガスが、凝固したスラグと溶融金属の界面に気泡状態でトラップ（捕捉）されてしまい、溶融金属の凝固完了後に溶接ビード表面に半球状の欠陥（ピット）となって現れることが分かった。 Focusing on this point, in the conventional Ni-based alloy flux cored wire, the gas floating from the molten metal is trapped (captured) in the bubble state at the interface between the solidified slag and the molten metal, and the molten metal is solidified. It was found that hemispherical defects (pits) appeared on the surface of the weld bead after completion.
さらに、ピットの発生を促進する要素として、ビード表面を覆うスラグの厚さが重要な要素であることが分かった。すなわち、スラグが厚くなるとガスの気泡がスラグと溶接金属の界面にトラップされ、溶接ビード表面にピットとして現れることが分かった。 Furthermore, it was found that the thickness of the slag covering the bead surface is an important factor for promoting the generation of pits. That is, it was found that when the slag is thick, gas bubbles are trapped at the interface between the slag and the weld metal and appear as pits on the surface of the weld bead.
スラグの厚さは、フラックスに含有されるスラグ原料の添加量に影響されるが、スラグの不均一な被りにも影響を受ける。すなわち、スラグの被りが不均一となると、部分的に厚いスラグで被われる部分が生じるため、ピットの発生が増加する傾向にあった。逆に、スラグの被りを均一にすることが、ピットの発生を低減することに有効であるが分かった。 The thickness of the slag is influenced by the amount of slag raw material contained in the flux, but is also affected by the uneven slag covering. That is, when the slag cover is uneven, a part covered with a thick slag is generated, so that the generation of pits tends to increase. Conversely, it has been found that making the slag cover uniform is effective in reducing the occurrence of pits.
このようなことから、溶融スラグの凝固と溶融金属の凝固との時間差を制御し、すなわち、溶融スラグの凝固完了の温度と溶融金属が凝固開始するまでの温度との差が小さくなるように、かつ、ビードに対するスラグの被りを均一にすることで、ガスの気泡がスラグと溶融金属の界面にトラップされないようするための、スラグの適正成分などを検討した結果、本発明に至った。 Therefore, the time difference between the solidification of the molten slag and the solidification of the molten metal is controlled, that is, the difference between the temperature at which the solidification of the molten slag is completed and the temperature until the molten metal starts to solidify becomes small. In addition, as a result of investigating appropriate components of slag to prevent gas bubbles from being trapped at the interface between the slag and the molten metal by making the slag covering the bead uniform, the present invention has been achieved.
そして、フラックス中にフッ化物を適正量添加することにより、フッ化物の熱分解によるフッ素ガス発生が、溶融金属の攪拌を促進するため、ガスの気泡の早期浮上を助け、スパッタやビード外観などを損なうことなく、ピットの発生をより低減できることも分かった。 And by adding an appropriate amount of fluoride in the flux, the generation of fluorine gas by the pyrolysis of fluoride accelerates the stirring of the molten metal, thus helping the early rise of gas bubbles, spatter and bead appearance, etc. It was also found that the generation of pits can be further reduced without loss.
次に、本発明によるＮｉ基合金フラックス入りワイヤの構成について説明する。 Next, the configuration of the Ni-based alloy flux cored wire according to the present invention will be described.
［外皮］ 外皮にＮｉ基合金を使用するのは、溶接金属の均一性を損なわないためとフラックスが充填過剰とならないようにフラックス中からの合金添加量を抑えるためである。Ｎｉ基合金としては、Ｎｉを５０％以上含有したＮｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金などが挙げられる。 [Outer skin] The reason why the Ni-based alloy is used for the outer skin is that the uniformity of the weld metal is not impaired and the amount of alloy added from the flux is suppressed so that the flux is not excessively filled. Examples of the Ni-based alloy include Ni—Cr alloys, Ni—Cr—Mo alloys, Ni—Cr—Fe alloys containing Ni of 50% or more.
［フラックス率（フラックス充填率）］ フラックス率（ワイヤ全質量に対する割合）は、ワイヤ製造工程において安定した充填率を確保し、かつ、溶接時に十分なスラグ包皮を確保して健全な溶接金属を得るために１５質量％以上が必要である。しかし、４０質量％を上回るとアークの集中力低下による溶接作業性の悪化、特にスラグ巻き込み等の溶接欠陥を生じ易くなるので、フラックス率は、１５〜４０質量％の範囲がよい。 [Flux rate (flux filling rate)] The flux rate (ratio with respect to the total mass of the wire) ensures a stable filling rate in the wire manufacturing process and secures a sufficient slag envelope during welding to obtain a healthy weld metal. Therefore, 15% by mass or more is necessary. However, if the amount exceeds 40% by mass, welding workability deteriorates due to a decrease in the concentration of arc, and welding defects such as slag entrainment tend to occur, so the flux rate is preferably in the range of 15 to 40% by mass.
［Ｎｉ：３５〜７０質量％］ Ｎｉは、溶接金属の耐食性を確保する主成分であり、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量がワイヤ全質量に対して３５質量％未満であると、その効果がなく、７０質量％を超えると、ワイヤ全体として残りの３０質量％未満において各種フラックス成分、金属成分を添加する必要があり、それらの成分を添加可能な量が少なすぎそれらの成分による効果が得られない。 [Ni: 35 to 70% by mass] Ni is a main component that ensures the corrosion resistance of the weld metal, and the effect is obtained when the Ni content in the flux-cored wire is less than 35% by mass with respect to the total mass of the wire. However, if it exceeds 70% by mass, it is necessary to add various flux components and metal components in the remaining less than 30% by mass of the entire wire, and the amount of these components that can be added is too small, and the effect of these components is obtained. I can't.
次に、フラックス成分及びその含有量（対、ワイヤ全質量）について説明する。 Next, a flux component and its content (vs. total wire mass) will be described.
［（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２＋ＺｒＯ２）≧４．０質量％］ フラックスを構成する原料としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｗなどの合金と合わせて、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２を主体とした酸化物、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＣａＦ２などのフッ化物、及びＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３などの炭酸塩を添加する。これらの化合物原料は、アークの安定化に寄与し、ワイヤ電極の溶融速度を一定にするほか、アーク熱によって溶解した後、スラグとなって溶融金属中を浮上して溶接金属表面を被覆することで、良好な形状、かつ光沢のある美麗なビードを形成する役割を担う。このうち、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２は、その効果（詳しくは後述する）が大きく、はずすことのできない添加が不可避な成分である。ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２が総量で４．０質量％未満では、前記の効果が得られない。 [(TiO 2 + SiO 2 + ZrO 2 ) ≧ 4.0% by mass] The raw materials constituting the flux include TiO 2 , SiO together with alloys such as Ni, Cr, Mo, Nb, Ti, Mn, Si, and W. An oxide mainly composed of 2 and ZrO 2 , fluorides such as NaF, K 2 SiF 6 and CaF 2 , and carbonates such as CaCO 3 and BaCO 3 are added. These compound raw materials contribute to the stabilization of the arc, make the melting rate of the wire electrode constant, and after melting by arc heat, float up in the molten metal to coat the surface of the weld metal Therefore, it plays a role of forming a beautiful bead with a good shape and gloss. Among these, TiO 2 , SiO 2, and ZrO 2 have great effects (details will be described later) and are inevitable additions that cannot be removed. If the total amount of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 is less than 4.0% by mass, the above effect cannot be obtained.
［ＭｎＯ２：０．６〜１．２質量％］ ＣａＦ２等の塩基性フッ化物や、ＣａＯ、ＢａＯ等の塩基性酸化物をフラックス中に添加すると、ピットの発生を抑制することができる。また、これらの塩基性化合物は、スラグの塩基度が上昇することで溶接金属中の酸素量を低減させて、溶接金属の機械的性能（衝撃値）や耐高温割れ性を向上させる。しかしながら、ＣａＦ２、ＣａＯ、ＢａＯ等の塩基性化合物は、フラックス中に添加すると、アーク安定性に悪影響を及ぼし、溶接作業性を著しく悪化させ、スパッタ発生量が増大し、そのため低溶接電流域で行われる立向上進溶接が困難になる。このように、ピットの発生を抑制するためにフラックス中に塩基性化合物を添加すると、溶接作業性を著しく悪化させ、また、立向上進溶接が困難であった。 [MnO 2 : 0.6 to 1.2% by mass] When a basic fluoride such as CaF 2 or a basic oxide such as CaO or BaO is added to the flux, generation of pits can be suppressed. Moreover, these basic compounds raise the basicity of slag, reduce the amount of oxygen in a weld metal, and improve the mechanical performance (impact value) and hot cracking resistance of a weld metal. However, when a basic compound such as CaF 2 , CaO, or BaO is added to the flux, it adversely affects arc stability, significantly deteriorates welding workability, and increases the amount of spatter generated. This makes it difficult to perform vertical welding. As described above, when a basic compound is added to the flux in order to suppress the generation of pits, the welding workability is remarkably deteriorated and it is difficult to improve the vertical welding.
そこで、本発明は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２を主成分とするスラグ系成分に、ＭｎＯ２を適量添加することにより、スラグの凝固温度が低下し、ピットの発生を抑制できるようにしたものである。 Therefore, the present invention has been made possible to reduce the solidification temperature of slag and suppress the generation of pits by adding an appropriate amount of MnO 2 to a slag component mainly composed of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 . Is.
ＭｎＯ２は、その融点が５５０℃と低いため、溶融スラグの凝固開始及び凝固完了の温度を低下させる成分である。また、スラグの流動性を良好にする作用があるため、スラグ巻き欠陥の発生を抑制し、また、ビードのなじみや、ビード形状を改善する効果がある。そして、ＭｎＯ２によってスラグの流動性が向上することにより、ビード全体にスラグが均一に薄く被るので、凝固中の溶融金属から発生する各種ガスが凝固中の該スラグを通して外部へ容易に逃げることができ、ピットの発生を一層抑制することができる。 Since MnO 2 has a low melting point of 550 ° C., it is a component that lowers the temperature at the start of solidification of the molten slag and the completion of solidification. Moreover, since there exists an effect | action which makes the fluidity | liquidity of slag favorable, there exists an effect which suppresses generation | occurrence | production of a slag winding defect and improves the familiarity of a bead and a bead shape. And by improving the fluidity of the slag by MnO 2 , the slag is uniformly and thinly covered over the entire bead, so that various gases generated from the molten metal being solidified can easily escape to the outside through the slag being solidified. And the occurrence of pits can be further suppressed.
ＭｎＯ２の含有量は、このような効果を得るために０．６質量％以上必要である。しかし、ＭｎＯ２の含有量が１．２質量％を超えると、スラグがビード表面に焼付いて剥離し難くなる。したがって、ＭｎＯ２の含有量は、０．６〜１．２質量％の範囲とする。 The content of MnO 2 needs to be 0.6% by mass or more in order to obtain such an effect. However, when the content of MnO 2 exceeds 1.2% by mass, the slag is baked on the bead surface and is difficult to peel off. Therefore, the content of MnO 2 is in the range of 0.6 to 1.2% by mass.
［［ＴｉＯ２］／［ＺｒＯ２］：２．３〜３．３］ ＺｒＯ２は、アークの吹きつけを良くする作用があり、比較的低溶接電流域においてもアークを安定させることができる。また、スラグの凝固を速くし、立向上進溶接を容易にする効果がある。ＺｒＯ２源としては、ジルコンサンド、ジルコニアなどが挙げられる。ＴｉＯ２は、アークを安定させ、また、スラグの被りを良くしてビード形状を良好にする効果がある。ＴｉＯ２源としては、イルミナイト、ルチール、白チタンなどが挙げられる。 [[TiO 2 ] / [ZrO 2 ]: 2.3 to 3.3] ZrO 2 has an effect of improving the blowing of the arc, and can stabilize the arc even in a relatively low welding current region. In addition, there is an effect that the solidification of the slag is made fast and the vertical improvement welding is facilitated. Examples of the ZrO 2 source include zircon sand and zirconia. TiO 2 has an effect of stabilizing the arc and improving the bead shape by improving the covering of the slag. Examples of the TiO 2 source include illuminite, rutile, white titanium and the like.
ＺｒＯ２含有量に対するＴｉＯ２含有量の比が２．３未満では、ＭｎＯ２の存在下においてスラグの凝固温度が高くなり、ピットの発生数が増加する。また、スラグの被り、スラグの剥離性が悪くなり、そのためビード外観が悪くなる。一方、ＺｒＯ２含有量に対するＴｉＯ２含有量の比が３．３超でも、スラグの凝固温度が高くなり、ピットの発生数が増加する。したがって、ＺｒＯ２含有量に対するＴｉＯ２含有量の比は、２．３〜３．３の範囲とする。 When the ratio of the TiO 2 content to the ZrO 2 content is less than 2.3, the solidification temperature of the slag increases in the presence of MnO 2 and the number of pits generated increases. Moreover, the covering of slag and the peelability of slag are deteriorated, and therefore the bead appearance is deteriorated. On the other hand, even if the ratio of the TiO 2 content to the ZrO 2 content exceeds 3.3, the solidification temperature of the slag increases and the number of pits increases. Therefore, the ratio of the TiO 2 content to the ZrO 2 content is in the range of 2.3 to 3.3.
［［ＳｉＯ２］／［ＺｒＯ２］：０．９〜１．５］ ＳｉＯ２は、スラグの流動性を良くする効果がある。ＳｉＯ２源としては、珪砂、長石などが挙げられる。ＺｒＯ２含有量に対するＳｉＯ２含有量の比が０．９未満では、ＭｎＯ２の存在下においてスラグの凝固温度が高くなり、ピットの発生数が増加する。また、スラグの流動性が悪くなり、そのためスラグの被り、及びビードのなじみが悪くなる。一方、ＺｒＯ２含有量に対するＳｉＯ２含有量の比が１．５超では、スラグの剥離性が悪化する。また、溶接金属中のＳｉ濃度が高くなり、溶接金属の耐割れ性が悪化する。したがって、ＺｒＯ２含有量に対するＳｉＯ２含有量の比は、０．９〜１．５の範囲とする。 [[SiO 2 ] / [ZrO 2 ]: 0.9 to 1.5] SiO 2 has the effect of improving the fluidity of the slag. Examples of the SiO 2 source include silica sand and feldspar. When the ratio of the SiO 2 content to the ZrO 2 content is less than 0.9, the solidification temperature of the slag increases in the presence of MnO 2 and the number of pits generated increases. Further, the fluidity of the slag is deteriorated, so that the covering of the slag and the familiarity of the beads are deteriorated. On the other hand, if the ratio of the SiO 2 content to the ZrO 2 content is more than 1.5, the slag peelability is deteriorated. In addition, the Si concentration in the weld metal increases, and the crack resistance of the weld metal deteriorates. Therefore, the ratio of the SiO 2 content to the ZrO 2 content is in the range of 0.9 to 1.5.
［（［ＴｉＯ２］＋［ＳｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／［ＭｎＯ２］：５〜１３］
ＭｎＯ２含有量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の総含有量の比が５未満では、スラグの凝固温度が低くなり過ぎるため（スラグの凝固が遅くなり過ぎるため）、水平すみ肉溶接又は横向溶接でのビードにおいて、下脚部側の止端部にスラグが集中し、上脚部のスラグの被りが悪くなる。また、スラグの凝固が遅すぎるため、立向上進溶接が困難となる。一方、ＭｎＯ２含有量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の総含有量の比が１３超では、逆にスラグの凝固温度が高くなり過ぎるため（スラグの凝固が早くなり過ぎるため）、ビード表面にピットが発生する。したがって、ＭｎＯ２含有量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の総含有量の比は、５〜１３の範囲とする。
[([TiO 2 ] + [SiO 2 ] + [ZrO 2 ]) / [MnO 2 ]: 5 to 13]
If the ratio of the total content of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 to the MnO 2 content is less than 5, the solidification temperature of the slag becomes too low (since the solidification of the slag becomes too slow), horizontal fillet welding or lateral orientation In the bead by welding, slag concentrates on the toe part on the lower leg side, and the slag covering of the upper leg part becomes worse. Further, since solidification of the slag is too slow, it is difficult to perform vertical improvement welding. On the other hand, if the ratio of the total content of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 to the MnO 2 content exceeds 13, the slag solidification temperature becomes too high (because the slag solidifies too quickly), and the bead surface A pit occurs. Therefore, the ratio of the total content of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 to the MnO 2 content is in the range of 5-13.
［フッ化物：Ｆ換算で０．２〜１．２質量％］ フッ化物を０．２質量％以上添加すると、アーク熱によって分解したフッ化物から発生するフッ素ガスによって、ピットの原因となる、金属（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｋ及びＮａ）の蒸発ガス、シールドガス及びその分解ガス（ＣＯ２、ＣＯ、Ｏ、及びＡｒ）、及びフラックスに含まれる酸化物や水分の分解ガス（Ｏ、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ）などのガスのアーク中での蒸気分圧が低下するため、ピットの発生の抑制に有効である。しかしながら、フッ化物の含有量が１．２質量％を超えて多くなるとアークが不安定となる。したがって、フッ化物の含有量は、０．２〜１．２質量％の範囲とする。 [Fluoride: 0.2 to 1.2% by mass in terms of F] When 0.2% by mass or more of fluoride is added, metal that causes pits by fluorine gas generated from fluoride decomposed by arc heat (Fe, Cr, Mn, Si, K and Na) evaporative gas, shield gas and its decomposition gas (CO 2 , CO, O, and Ar), and decomposition gas (O, Since the vapor partial pressure in the arc of a gas such as O 2 , O 3 , H) is reduced, it is effective in suppressing the generation of pits. However, when the content of fluoride exceeds 1.2% by mass, the arc becomes unstable. Therefore, the content of fluoride is in the range of 0.2 to 1.2% by mass.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
試験に用いた実施例及び比較例のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、公知の手順により製作した。表１に示す外皮にフラックスを内包し、ワイヤ直径が１．２ｍｍになるように伸線加工した後、加工によって硬化した外皮を軟化させるため１０００℃の水素還元雰囲気内で当該ワイヤを焼鈍し、供試ワイヤとして、表２と表３に示す実施例のワイヤ、及び表４と表５に示す比較例のワイヤを作製した。なお、外皮として、厚さ０．４ｍｍ、幅９．０ｍｍのＮｉ基合金からなる帯状材を用いた。 The Ni-based alloy flux cored wires of Examples and Comparative Examples used in the test were manufactured by a known procedure. After encapsulating the flux in the outer skin shown in Table 1 and drawing the wire so that the wire diameter becomes 1.2 mm, the wire is annealed in a hydrogen reducing atmosphere at 1000 ° C. in order to soften the outer skin cured by the processing. As test wires, the wires of Examples shown in Tables 2 and 3 and the wires of Comparative Examples shown in Tables 4 and 5 were prepared. A strip-shaped material made of a Ni-based alloy having a thickness of 0.4 mm and a width of 9.0 mm was used as the outer skin.
供試ワイヤに関する耐ピット性、アーク安定性、ビード外観及びスラグ剥離性の評価は、板厚１２ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ３００ｍｍの９％Ｎｉ鋼からなるすみ肉Ｔ継手の水平すみ肉溶接を半自動溶接で行うことで実施した。水平すみ肉溶接の溶接条件は、溶接電流：２００Ａ（ＤＣ：ワイヤ＋）、アーク電圧：３０Ｖ、溶接速度：３５ｃｍ／分、シールドガス：１００％ＣＯ２、シールドガス流量：２５リットル／分とした。 Evaluation of pit resistance, arc stability, bead appearance and slag peelability for test wires is semi-automatic for horizontal fillet welding of fillet T-joints made of 9% Ni steel with a plate thickness of 12mm, width of 80mm and length of 300mm. This was done by welding. The welding conditions for horizontal fillet welding were welding current: 200 A (DC: wire +), arc voltage: 30 V, welding speed: 35 cm / min, shielding gas: 100% CO 2 , shielding gas flow rate: 25 liters / min. .
アーク安定性、ビード外観及びスラグ剥離性の評価は、極めて良好なものを◎、良好なものを○、やや不良なものを△、不良であったものを×とした。 The evaluation of arc stability, bead appearance and slag peelability was evaluated as ◎ for very good, ◯ for good, Δ for slightly poor, and × for poor.
ビード表面に生じるピットについては、ビード表面に染色探傷試験を施して、検出された染色点の数をもって評価した。なお、溶接ビードの始端部（長さ５０ｍｍ）及び終端部（長さ５０ｍｍ）については、評価対象外領域とした。耐ピット性の評価は、ビード長さ５０ｍｍ当たりの平均ピット発生数が、０個（ピット発生なし）のものを◎、１０個以下のものを○、１０〜３０個のものを△、３０個以上のものを×とした。 About the pit which arises on the bead surface, the dye flaw detection test was given to the bead surface and it evaluated by the number of the dyeing | staining points detected. In addition, about the start end part (length 50mm) and termination | terminus part (length 50mm) of a weld bead, it was set as the area | region outside evaluation object. The evaluation of pit resistance is as follows: the average number of pits generated per bead length of 50 mm is 0 (no pits are generated), ◎ 10 or less are ◯, 10 to 30 are △, 30 The above was marked as x.
スパッタ発生量についても調査し、９％Ｎｉ鋼製の平板上をビードオンプレートで連続1分間溶接し、その際に発生したスパッタを銅製の捕集箱で捕集して、そのスパッタ発生量を重量測定した。 We also investigated the amount of spatter generated. Welded a flat plate made of 9% Ni steel with a bead-on plate for 1 minute, collected the spatter generated at that time in a copper collection box. Weighed.
また、立向上進溶接の評価は、板厚１２ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ３００ｍｍの９％Ｎｉ鋼からなるすみ肉Ｔ継手の立向上進溶接を半自動溶接で行うことで実施した。立向上進溶接の溶接条件は、溶接電流：１４０Ａ（ＤＣ：ワイヤ＋）、アーク電圧：２６Ｖ、溶接速度：約６ｃｍ／分、シールドガス：１００％ＣＯ２、シールドガス流量：２５リットル／分とした。 Further, the evaluation of the vertical improvement welding was performed by performing the vertical improvement welding of a fillet T joint made of 9% Ni steel having a thickness of 12 mm, a width of 80 mm and a length of 300 mm by semi-automatic welding. The welding conditions for vertical improvement welding are: welding current: 140 A (DC: wire +), arc voltage: 26 V, welding speed: about 6 cm / min, shielding gas: 100% CO 2 , shielding gas flow rate: 25 liters / min. did.
立向上進溶接の評価は、溶接が容易に可能なものを◎、溶接が普通に可能なものを○、溶接がなんとか可能なものを△、溶接不可のものを×とした。 In the evaluation of the vertical improvement welding, ◎ indicates that welding is easy, ◯ indicates that welding is normally possible, △ indicates that welding is possible, and X indicates that welding is not possible.
試験結果を表２〜表５（実施例：表２，表３、比較例：表４，表５）に示す。 The test results are shown in Tables 2 to 5 (Examples: Tables 2 and 3, Comparative Examples: Tables 4 and 5).
表２及び表３より明らかなように、実施例のＮｏ．１〜Ｎｏ．１６のワイヤは、水平すみ肉溶接に際し、ピット発生数が少なくて耐ピット性が良好であり、溶接作業性（アーク安定性、スラグ剥離性及びスパッタ発生量）及びビード外観が良好であった。また、立向上進溶接についても、ビードを垂れ下がりなく良好な形状に形成しながら立向上進での溶接を行うことができた。 As is clear from Tables 2 and 3, No. 1-No. In the case of horizontal fillet welding, the number of pits was small and the pit resistance was good, and the welding workability (arc stability, slag peelability and spatter generation amount) and bead appearance were good. Also, with regard to the vertical improvement welding, it was possible to perform the vertical improvement welding while forming the bead in a good shape without drooping.
一方、比較例のＮｏ．１７のワイヤは、ＺｒＯ２含有量に対するＴｉＯ２含有量の比が本発明で規定する範囲を下回るため、ピットが多く発生し、かつ、スラグの被り、スラグの剥離性が悪く、そのためビード外観が悪かった。比較例のＮｏ．１８のワイヤは、アーク安定性、ビード外観及び立向上進溶接において良好であったが、ＺｒＯ２含有量に対するＴｉＯ２含有量の比が本発明で規定する範囲を上回るため、ピットが多く発生した。 On the other hand, no. In the wire No. 17, the ratio of the TiO 2 content to the ZrO 2 content is lower than the range specified in the present invention, so that many pits are generated and the slag is covered and the slag is not peelable. It was bad. Comparative Example No. 18 wire was good in arc stability, bead appearance, and vertical welding, but the ratio of the TiO 2 content to the ZrO 2 content exceeded the range specified in the present invention, so many pits were generated. .
比較例のＮｏ．１９のワイヤは、アーク安定性と立向上進溶接において良好であったが、ＺｒＯ２含有量に対するＳｉＯ２含有量の比が本発明で規定する範囲を下回るため、ピットが多く発生し、かつ、スラグの被り、ビードのなじみが悪かった。比較例のＮｏ．２０のワイヤは、アーク安定性と立向上進溶接において良好であったが、ＺｒＯ２含有量に対するＳｉＯ２含有量の比が本発明で規定する範囲を上回るため、スラグの剥離性が悪かった。 Comparative Example No. 19 wire was good in arc stability and vertical welding, but the ratio of SiO 2 content to ZrO 2 content was below the range defined in the present invention, so many pits occurred, and The slag cover and bead familiarity were poor. Comparative Example No. The wire No. 20 was good in arc stability and vertical welding, but the ratio of the SiO 2 content to the ZrO 2 content exceeded the range defined in the present invention, so the slag peelability was poor.
また、比較例のＮｏ．２１のワイヤとＮｏ．２９のワイヤは、ＭｎＯ２含有量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の総含有量の比が本発明で規定する範囲を下回るため、水平すみ肉溶接におけるビードの上脚部のスラグの被りが悪く、かつ、立向上進の溶接ができなかった。比較例のＮｏ．２２及びＮｏ．３０のワイヤは、アーク安定性、ビード外観及び立向上進溶接において良好であったが、ＭｎＯ２含有量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の総含有量の比が本発明で規定する範囲を上回るため、ピットが多く発生した。 Moreover, No. of the comparative example. No. 21 wire and no. Since the ratio of the total content of TiO 2 , SiO 2, and ZrO 2 to the MnO 2 content is less than the range specified in the present invention, the 29 wire has a slag covering of the upper leg portion of the bead in horizontal fillet welding. It was bad and welding was not possible. Comparative Example No. 22 and no. The 30 wires were good in arc stability, bead appearance and vertical welding, but the ratio of the total content of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 to the MnO 2 content is within the range specified by the present invention. Because it exceeded, many pits occurred.
比較例のＮｏ．２３のワイヤとＮｏ．２７のワイヤは、ＭｎＯ２含有量が本発明で規定する範囲を下回るため、ピット発生数が著しく多かった。比較例のＮｏ．２４のワイヤとＮｏ．２８のワイヤは、ＭｎＯ２含有量が本発明で規定する範囲を上回るため、アークが不安定でスパッタ発生量も多く、ビード表面にスラグが焼付き、ビード外観が不良であった。 Comparative Example No. No. 23 wire and no. In the No. 27 wire, the number of pits generated was extremely large because the MnO 2 content was below the range defined in the present invention. Comparative Example No. 24 wires and No. 24 In the wire No. 28, the MnO 2 content exceeded the range specified in the present invention, so that the arc was unstable and the amount of spatter was large, slag was seized on the bead surface, and the bead appearance was poor.
比較例のＮｏ．２５のワイヤは、ＭｎＯ２含有量が本発明で規定する範囲を下回り、かつ、ＭｎＯ２含有量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の総含有量の比が本発明で規定する範囲を上回るため、ピット発生数が著しく多かった。 Comparative Example No. 25, the MnO 2 content is below the range specified in the present invention, and the ratio of the total content of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 to the MnO 2 content exceeds the range specified in the present invention. The number of pits was extremely high.
比較例のＮｏ．２６のワイヤは、ＭｎＯ２含有量が本発明で規定する範囲を下回り、かつ、ＭｎＯ２含有量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の総含有量の比が本発明で規定する範囲を上回るため、ピット発生数は非常に少ないものの、アーク安定性とビード外観が悪く、また、立向上進溶接が不可能であった。 Comparative Example No. In No. 26, the MnO 2 content is below the range defined in the present invention, and the ratio of the total content of TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 to the MnO 2 content exceeds the range defined in the present invention. Although the number of pits generated was very small, the arc stability and the bead appearance were poor, and vertical welding was not possible.
また、比較例のＮｏ．３１のワイヤは、ＺｒＯ２含有量に対するＴｉＯ２含有量の比が本発明で規定する範囲を上回り、かつ、ＺｒＯ２含有量に対するＳｉＯ２含有量の比が本発明で規定する範囲を上回るため、ピットが多く発生するとともに、スラグの剥離性が悪かった。 Moreover, No. of the comparative example. 31 of the wire is above the range in which the ratio of TiO 2 content relative to ZrO 2 content defined in the present invention, and, because above the range of the ratio of the SiO 2 content relative to ZrO 2 content defined in the present invention, A lot of pits occurred and the slag peelability was poor.
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