JP5792050B2 - 低温用鋼のサブマージアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
0.002≦0.1×(B2O3)F+6×[B]W+3×[B]B≦0.025
・・・(1)
0.05≦0.01×(TiO2)F+0.1×(Ti)F+3×[Ti]W+1.5×[Ti]B≦0.22・・・(2)
0.1×(P)F+0.6×[P]W+0.3×[P]B≦0.012・・・(3)
MgO:23乃至43質量%、Al2O3:11乃至31質量%、CaF2:6乃至16質量%、SiO2:7乃至20質量%、金属炭酸塩:CO2換算で1.0乃至8.0質量%、CaO及びBaOの1種又は2種:合計で2乃至16質量%を含有すると共に、金属Si:0.4乃至1.5質量%、金属Ti及びTi酸化物(total Ti):Ti換算値の合計で1.0乃至7.0質量%、金属B及びB酸化物の1種又は2種:B換算値の両者の合計で0.01乃至0.20質量%、アルカリ金属Na、K及びLiの酸化物:各元素への換算値の合計で1.0乃至6.0質量%を含有しており、MgO、Al2O3、CaF2、SiO2、金属炭酸塩(CO2換算値)、CaO及びBaOの1種又は2種、金属Si、金属Ti及びTi酸化物(total Ti、Ti換算値)、金属B及びB酸化物の1種又は2種(B換算値)、並びに、アルカリ金属Na、K及びLiの酸化物(各元素への換算値)の合計が96.03質量%以上であり、(Ti換算値+B換算値)/SiO2:0.05乃至0.55を満足するサブマージアーク溶接用ボンドフラックスと、
C:0.10乃至0.15質量%、Mn:1.5乃至2.5質量%、Ni:2.0乃至2.6質量%を含有し、Mo:0.05質量%以下、N:0.008質量%以下に規制し、残部がFe及び不可避的不純物であると共に、[Ni]/([Mn]+[Mo]):0.9乃至1.5を満足するサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤとを使用し、
B:0.0010乃至0.0050質量%及びTi:0.010乃至0.050質量%を含有し、[Ti]/[O]:0.50乃至0.90を満足する溶接金属を得ることを特徴とする。
「MgO:23乃至43質量%」
MgOは、その添加により、塩基度を高めると共に、脱酸剤として溶接金属中の酸素を低下させる作用を有するため、酸素低減に効果がある。また、MgOの添加は、スラグの耐火性も増加させる。MgOが23質量%未満では、この作用が発揮されない。また、MgOが43質量%を超えると、スラグの剥離及びビード外観が悪化する。
Al2O3はスラグ形成剤としての作用を持ち、ビードのスラグ剥離性を確保する効果がある。また、Al2O3はアークの集中性及び安定性を高める作用を有する。しかし、Al2O3が11質量%未満では、スラグの剥離性が劣化し、アークが不安定で溶接が困難になる。また、Al2O3が31質量%を超えると、溶接金属中の酸素が増加して、溶接金属の靭性を劣化させる。
CaF2は生成スラグの融点を調整するという作用が公知であるが、CaF2は溶接金属中の酸素を低減させる効果も有する。しかし、CaF2が6質量%未満では、この効果が発揮されず、またCaF2が16質量%を超えると、アークが不安定になり、ビード外観が劣化し、またビード上にポックマークが発生することがある。
SiO2は、スラグ形成剤としてビード外観及びビード形状を整える作用があるが、SiO2が7質量%未満ではこの効果が発揮されず、またSiO2が20質量%を超えると、溶接金属中の酸素を増加させ、靭性を劣化させる。
金属炭酸塩は、溶接熱によりガス化して、アーク雰囲気中の水蒸気分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を下げるというアークのシールド効果を有する。しかし、金属炭酸塩が1.0質量%未満ではこの効果が発揮されない。また、金属炭酸塩が8.0質量%を超えると、スラグの剥離性が悪化し、時にはビード上にポックマークが発生し、作業性が不良になる。一般的に、金属炭酸塩としては、CaCO3、BaCO3等が挙げられる。
CaO及びBaOは、MgOと共に、塩基度を高め、溶接金属中の酸素低減に効果がある。また、CaO及びBaOは同一の作用効果を有する。しかし、CaO及びBaOは、これらの1種又は2種の合計で2質量%未満では、この効果を発揮せず、また16質量%を超えると、アーク安定性とビード外観が劣化する。
金属Siは、溶接金属中の酸素量を低下させる脱酸効果を有する。この金属Siは、通常、Fe−Si合金の形で添加される。この合金中のSiが、フラックス質量あたり、0.4質量%未満では、脱酸効果が発揮されない。また、Siが1.5質量%を超えると、脱酸効果が飽和してしまい、逆に、溶接金属の靭性が劣化すると共に、強度が上がりすぎてしまう。
金属Tiは、溶接金属中の酸素量を低下させる脱酸効果を有する。また、Ti酸化物はスラグ形成剤として粘性及び流動性を調整する効果を有する。金属Tiも溶接中に酸化して、Ti酸化物となり、スラグ形成剤として、粘性及び流動性を調整する効果を有する。これらの合計(total Ti)が1.0質量%未満ではこの効果が発揮されず、7.0質量%を超えると、脱酸過剰となり、またスラグ量が過剰になり、ビード表面に焼き付きを起こし、スラグ剥離性が劣化する。このように、金属Ti及びTi酸化物は、相互に密接な関連性を有し、total Tiとして、その量を規制する。フラックスの金属Ti及びTi酸化物(Ti換算値)の合計(total Ti)のより好ましい範囲は、0.3乃至1.3質量%である。
金属B及びB酸化物は溶接金属中の固溶B量を制御する効果を有するが、B換算値が金属Bとの合計で0.01質量%未満では、固溶Bの粒界偏析における微細な組織を抑制し、靭性向上効果が発揮されず、B換算値の合計が0.20質量%を超えると、溶接金属の焼入れ性が大幅に上昇し、靭性が低下する。フラックスの金属B及びB酸化物の1種又は2種は、B換算値の合計で、より好ましい範囲は0.01乃至0.15質量%である。
アルカリ金属Na、K、及びLiの酸化物はアークを安定させる効果を有するが、これらの酸化物は、各元素への換算値の合計で1.0質量%未満では、この効果が発揮されない。また、各元素への換算値の合計が6.0質量%を超えると、脱酸効果が向上せず、溶接金属の靭性が劣化すると共に、強度が上がりすぎてしまう。
本発明においては、破壊靭性と溶接作業性の双方を確保するために、上述のように各成分の組成を限定するが、本発明者等は、更に、(Ti換算値+B換算値)/SiO2を0.05乃至0.55を満足する範囲に規定することにより、破壊靭性と溶接作業性の双方を確保できることを見出した。(Ti換算値+B換算値)/SiO2が0.05未満であると、溶接金属酸素量が高い粗大な組織を生成することにより、破壊靭性が低下する。また、(Ti換算値+B換算値)/SiO2が0.55を超えると、スラグの剥離性及びビード形状等の溶接作業性が劣化し、溶接金属強度も上がり、破壊靭性が低下する。フラックスの(Ti換算値+B換算値)/SiO2のより好ましい範囲は、0.10乃至0.40である。
Cは良好な靭性を得るために、低くする必要があり、溶接金属で良好な低温靭性を得るために、0.15質量%以下にする必要がある。但し、Cが0.10質量%未満では、脱酸不足となり、靭性が劣化する。
Mnは溶接金属の焼入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成するうえで必要である。このようなMnの効果は、1.5質量%以上で得られるが、Mnが2.5質量%を超えると、溶接金属の焼入れ性が過大となり、靭性が劣化する。
Niは溶接金属のマトリックスに固溶してフェライトそのものを高靭性化する。このようなNiの効果は2.0質量%以上で得られる。一方、Niが2.6質量%を超えると、P及びSが粒界に析出しやすく、高温割れが生じ易くなる。
Moは溶接金属の焼入れ性を向上させる効果がある。但し、Moが0.05質量%を超えると、溶接金属の焼入れ性が上昇しすぎてしまい、溶接金属の靭性が低下する。
Nは靭性を劣化させる元素であり、できるだけ低い方がよく、このため、Nの上限を0.008質量%とする。なお、本発明のソリッドワイヤの残部は、Fe及び不可避的不純物である。
本発明においては、破壊靭性と耐高温割れ性の双方を向上させるために、ソリッドワイヤの組成を上述のように規定するが、本発明者等は、更に、[Ni]/([Mn]+[Mo])が0.9乃至1.5を満足する範囲に各成分の組成を調整すると、破壊靭性と耐高温割れ性の双方を更に確実に向上させることができることを見出した。[Ni]/([Mn]+[Mo])が0.9未満であると、溶接金属の焼入れ性が高く破壊靭性が低下する。また、[Ni]/([Mn]+[Mo」]が1.5を超えると、高温割れが生じ易くなる。ワイヤの[Ni]/([Mn]+[Mo])のより好ましい範囲は、1.0乃至1.4である。
Bは0.0010質量%未満では、初析フェライトの抑制効果を発揮できず、靭性が劣化する。一方、Bは0.0050質量%を超えると、溶接金属の焼入れ性が大きくなり、これにより、靭性が劣化する。
Tiは0.010質量%未満では、粒内アシキュラーフェライトの変態核の生成が阻害され、靭性が劣化する。一方、Tiは0.050質量%を超えると、粗大なラス状ベイナイトの生成により、靭性が劣化する
「[Ti]/[O]:0.50乃至0.90」
[Ti]/[O]が0.50未満では、脱酸不足のため、粗大な初析フェライトの生成により、靭性が劣化する。一方、[Ti]/[O]が0.90を超えると、粗大なラス状ベイナイトの生成により、靭性が劣化する。
Claims (1)
- MgO:23乃至43質量%、Al2O3:11乃至31質量%、CaF2:6乃至16質量%、SiO2:7乃至20質量%、金属炭酸塩:CO2換算で1.0乃至8.0質量%、CaO及びBaOの1種又は2種:合計で2乃至16質量%を含有すると共に、金属Si:0.4乃至1.5質量%、金属Ti及びTi酸化物(total Ti):Ti換算値の合計で1.0乃至7.0質量%、金属B及びB酸化物の1種又は2種:B換算値の両者の合計で0.01乃至0.20質量%、アルカリ金属Na、K及びLiの酸化物:各元素への換算値の合計で1.0乃至6.0質量%を含有しており、MgO、Al2O3、CaF2、SiO2、金属炭酸塩(CO2換算値)、CaO及びBaOの1種又は2種、金属Si、金属Ti及びTi酸化物(total Ti、Ti換算値)、金属B及びB酸化物の1種又は2種(B換算値)、並びに、アルカリ金属Na、K及びLiの酸化物(各元素への換算値)の合計が96.03質量%以上であり、(Ti換算値+B換算値)/SiO2:0.05乃至0.55を満足するサブマージアーク溶接用ボンドフラックスと、
C:0.10乃至0.15質量%、Mn:1.5乃至2.5質量%、Ni:2.0乃至2.6質量%を含有し、Mo:0.05質量%以下、N:0.008質量%以下に規制し、残部がFe及び不可避的不純物であると共に、[Ni]/([Mn]+[Mo]):0.9乃至1.5を満足するサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤとを使用し、
B:0.0010乃至0.0050質量%及びTi:0.010乃至0.050質量%を含有し、[Ti]/[O]:0.50乃至0.90を満足する溶接金属を得ることを特徴とする低温用鋼のサブマージアーク溶接方法。
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