JP5842585B2 - Metal-based flux cored wire and multi-electrode submerged arc welding method using the same - Google Patents

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Description

本発明は、天然ガス、原油輸送用ラインパイプ等、あるいは構造用パイプ等用途に供される高強度の大径溶接鋼管の製管溶接方法に使用される、サブマージアーク溶接用低水素系フラックス入りワイヤおよびそれを用いた多電極サブマージアーク溶接方法に関する。   The present invention includes a low hydrogen flux for submerged arc welding used in pipe manufacturing welding of high-strength large-diameter welded steel pipes used for applications such as natural gas, crude oil transportation line pipes, and structural pipes. The present invention relates to a wire and a multi-electrode submerged arc welding method using the same.

近年、天然ガス、あるいは原油輸送用パイプラインのトータルコスト削減のため、操業圧力の高圧化とともに使用鋼材量の低減と現地溶接施工コスト削減が可能な高強度大径鋼管の適用が検討され始めている。このような溶接鋼管は、その溶接部の品質が優れていること、溶接ビード概観が美麗であること、また、大入熱での高速溶接が可能であること等の特長から、一般的にサブマージアーク溶接による内外面からの両面一層溶接によって製造される。   In recent years, in order to reduce the total cost of natural gas or crude oil transportation pipelines, the application of high-strength large-diameter steel pipes that can reduce the amount of steel used and reduce the cost of on-site welding as well as increasing the operating pressure has begun. . Such welded steel pipes are generally submerged due to their superior weld quality, beautiful bead appearance, and high-speed welding with high heat input. Manufactured by single-sided double-sided welding from inside and outside by arc welding.

しかしながら、高強度鋼材の溶接部においてはしばしば溶接金属部に、溶接方向に直行した微小な割れが発生することがある。この微小な割れは外面溶接後の非破壊検査、溶接ビード表面の目視検査においても、一定の頻度で検出される重大な溶接欠陥であり、その原因は、溶接金属部の低温割れと言われる。溶接金属部の低温割れは溶接金属の強度が高いほど発生する確率が高くなることが知られており、鋼管敷設後の応力負荷度合いによってはこの微小割れを起点として鋼管全体の破壊を引き起こす危険性があるために、当然ながら鋼管の製造段階において完全に除去されなければならない。   However, in a welded portion of high-strength steel, a minute crack that is perpendicular to the welding direction often occurs in the weld metal portion. This minute crack is a serious weld defect that is detected at a certain frequency even in the nondestructive inspection after the outer surface welding and the visual inspection of the weld bead surface, and the cause is said to be a low temperature crack in the weld metal part. It is known that the cold cracking of weld metal parts is more likely to occur as the strength of the weld metal increases, and depending on the degree of stress load after laying the steel pipe, there is a risk of causing the destruction of the entire steel pipe starting from this micro crack. Of course, it must of course be completely removed in the steel pipe manufacturing stage.

ところで、溶接金属の低温割れは一般的に水素脆化割れであると解釈されており、溶接金属中の水素(拡散性水素)濃度、溶接金属部に負荷される応力、さらには溶接金属部組織の耐水素割れ感受性が支配因子と考えられている。高強度鋼材の溶接部でこの低温割れがしばしば発生する理由は、耐水素割れ感受性の低い金属組織であるマルテンサイトやベイナイトに代表されるような硬質組織で溶接金属部が形成されているからである。このような硬質組織が形成されるのは、要求される材料強度を確保するために、ワイヤ中の合金成分を大幅に上げたことに起因する。   By the way, cold cracking of weld metal is generally interpreted as hydrogen embrittlement cracking, and the concentration of hydrogen (diffusible hydrogen) in the weld metal, the stress applied to the weld metal part, and the structure of the weld metal part The resistance to hydrogen cracking is considered to be the dominant factor. The reason why this low-temperature crack often occurs in welds of high-strength steel is that the weld metal part is formed of a hard structure such as martensite and bainite, which are metal structures that are not susceptible to hydrogen cracking. is there. The formation of such a hard structure is attributed to the fact that the alloy components in the wire are greatly increased in order to ensure the required material strength.

このような技術的背景の下、高強度溶接金属部の低温割れ発生を防止する方法がこれまでにも提案され、例えば特許文献1には、溶接金属の化学組成および溶接後の冷却速度を制御することにより、上記水素割れの主原因である拡散性水素の量を低減する方法が開示されている。しかしながら、溶接金属の化学組成を制限することは、溶接金属の低温割れを防止するためには有効であるが、他の特性、例えば溶接金属の低温靱性や変形特性に好ましくない影響が生ずる。したがって、可能な限り溶接金属成分設計の自由度を高めておく方法の開発が望まれる。   Under such technical background, a method for preventing the occurrence of low-temperature cracking in a high-strength weld metal has been proposed so far. For example, Patent Document 1 controls the chemical composition of the weld metal and the cooling rate after welding. Thus, a method for reducing the amount of diffusible hydrogen which is the main cause of the hydrogen cracking is disclosed. However, limiting the chemical composition of the weld metal is effective in preventing cold cracking of the weld metal, but it adversely affects other properties such as the low temperature toughness and deformation characteristics of the weld metal. Therefore, it is desired to develop a method for increasing the degree of freedom in designing the weld metal component as much as possible.

また、特許文献2には、溶接金属に脱水素化熱処理を施すことによって拡散性水素を低減させる方法が開示されている。この方法においては、拡散性水素の量が100〜200℃の加熱によって0.2cc/100g溶接金属程度まで低下している。そのため、この開示の方法は低温割れの発生防止に極めて有効な方法であるが、鋼管の製造工程に新たに熱処理工程を加える必要があることから、鋼管製造の生産性を大きく低下させるという問題が生じる。   Patent Document 2 discloses a method of reducing diffusible hydrogen by subjecting a weld metal to a dehydrogenation heat treatment. In this method, the amount of diffusible hydrogen is reduced to about 0.2 cc / 100 g weld metal by heating at 100 to 200 ° C. Therefore, this disclosed method is an extremely effective method for preventing the occurrence of cold cracking. However, since it is necessary to add a new heat treatment process to the steel pipe manufacturing process, there is a problem of greatly reducing the productivity of steel pipe manufacturing. Arise.

一方、前述したように高強度鋼管用溶接材料としての基本特性として、ワイヤ中の合金成分を上げ、形成される溶接金属部の強度を一般的には母材強度以上とすることが求められる。しかしながら溶接金属の高強度化のためにワイヤの合金添加量を増加させ、サブマージアーク溶接に一般的に使用されるソリッドワイヤを製造する場合、伸線加工時の加工硬化によりワイヤ自体が高強度になり過ぎ、伸線加工時に断線が起こりやすくなる等の不具合が生じることがある。   On the other hand, as described above, as a basic characteristic as a welding material for high-strength steel pipes, the alloy component in the wire is increased, and the strength of the formed weld metal part is generally required to be higher than the base metal strength. However, when increasing the amount of alloy added to the weld metal to increase the strength of the weld metal and manufacturing a solid wire that is generally used for submerged arc welding, the wire itself has high strength due to work hardening during wire drawing. In some cases, problems such as excessive breakage and easy breakage during wire drawing may occur.

特許文献3および4には、この問題を解決するためにサブマージアーク溶接用のフラックス入りワイヤを使用することが開示されている。フラックス入りワイヤは中空の鋼製外皮内に金属(合金)粉、フラックス成分等を充填して製造されるため、ソリッドワイヤ製造時のようなワイヤ伸線時の加工硬化の問題がなく、ワイヤ中に合金成分を調整して添加することが出来る。しかしながらこのフラックス入りワイヤを使用した溶接金属の拡散性水素の量は、例えば特許文献3には100g溶接金属中に3〜7cc程度となることが開示され、高強度鋼管を対象とした低温割れ発生を防止するための拡散性水素量レベルまでの低減は達成されていない。   Patent Documents 3 and 4 disclose the use of a flux cored wire for submerged arc welding in order to solve this problem. Since the flux-cored wire is manufactured by filling a hollow steel outer shell with metal (alloy) powder, flux components, etc., there is no problem of work hardening at the time of wire drawing as in the case of solid wire production. The alloy components can be adjusted and added. However, the amount of diffusible hydrogen in the weld metal using this flux cored wire is disclosed, for example, in Patent Document 3 as being about 3 to 7 cc in 100 g weld metal, and low temperature cracking occurs in high strength steel pipes. A reduction to the level of diffusible hydrogen to prevent this has not been achieved.

特開2003−33876号公報JP 2003-33876 A 特開2006−263814号公報JP 2006-263814 A 特開2008−105036号公報JP 2008-105036 A 特開2006−142377号公報JP 2006-142377 A

前述したように、合金成分が多く含まれる高強度鋼管溶接部の低温割れを抑制するためには、以下の3要因に対する対策が必要である。すなわち、拡散性水素の低減、負荷応力の緩和、および溶接金属部組織の改善である。しかしながら、前述したように従来技術ではいずれも十分な改善策を提案しているとは云えず、何らかの解決すべき課題を内包しており、特に、溶接金属組成の調整や、脱水素熱処理は材質設計の自由度を狭め、さらに、新たな製造工程を増やすことによる製造コストの大幅な増加の原因ともなっている。   As described above, in order to suppress the low temperature cracking of the high strength steel pipe welded portion containing a lot of alloy components, it is necessary to take measures against the following three factors. That is, reduction of diffusible hydrogen, relaxation of load stress, and improvement of weld metal structure. However, as described above, none of the conventional techniques proposes sufficient improvement measures, and some problems to be solved are included. In particular, the adjustment of the weld metal composition and the dehydrogenation heat treatment are materials. Narrowing the degree of freedom in design and causing a significant increase in manufacturing costs due to an increase in new manufacturing processes.

本発明は、上記の問題に技術的および経済的な観点から有利に応えるもので、溶接前あるいは溶接後熱処理等に頼ることなく、溶接金属の低温割れの主因とも言うべき拡散性水素の量を極めて効率的に低減させるためのサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤならびにそれを用いた多電極サブマージアーク溶接方法を提供することを目的としている。   The present invention advantageously responds to the above problems from a technical and economic viewpoint, and reduces the amount of diffusible hydrogen that can be said to be the main cause of cold cracking of weld metal without relying on heat treatment before welding or after welding. It is an object of the present invention to provide a flux cored wire for submerged arc welding and a multi-electrode submerged arc welding method using the same in order to reduce extremely efficiently.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨構成は以下の通りである。すなわち、
(1) サブマージアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤであり、ワイヤ中に充填されるフラックス成分中に、融点が1000℃以下であり、かつ粉末状のフッ素化合物を、0.1質量%以上10質量%未満含むことを特徴とするサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
(2) フラックス入りワイヤ中の充填剤成分の内、酸化物を含まない金属粉が80質量%以上であることを特徴とする前記(1)に記載のサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
(3) 3電極以上の多電極サブマージアーク溶接において、第1電極、または第1および第2電極に前記(1)または(2)に記載のサブマージアーク溶接用フラックス入りワイヤを用い、残極にソリッドワイヤを用いることを特徴とする多電極サブマージアーク溶接方法。
The present invention has been made to solve the above problems, and the gist of the present invention is as follows. That is,
(1) A flux-cored wire used for submerged arc welding, wherein the flux component filled in the wire has a melting point of 1000 ° C. or less and 0.1 to 10% by mass of a powdery fluorine compound. A flux-cored wire for submerged arc welding, characterized by containing less than%.
(2) The flux-cored wire for submerged arc welding according to (1) above, wherein the metal powder not containing an oxide is 80% by mass or more of the filler component in the flux-cored wire.
(3) In multi-electrode submerged arc welding of three or more electrodes, the flux cored wire for submerged arc welding described in (1) or (2) above is used for the first electrode, or the first and second electrodes, and the residual electrode A multi-electrode submerged arc welding method using a solid wire.

本発明によれば天然ガス、原油輸送用高強度ラインパイプ、構造用高強度鋼管等、耐水素割れ感受性が高い合金成分を含有する高強度鋼管の溶接金属に発生する、拡散性水素に起因する低温割れの発生を防止することが可能となる。   According to the present invention, natural gas, high-strength line pipes for crude oil transportation, structural high-strength steel pipes, and the like are caused by diffusible hydrogen generated in weld metals of high-strength steel pipes containing alloy components that are highly susceptible to hydrogen cracking resistance. It becomes possible to prevent the occurrence of cold cracking.

サブマージ溶接金属中の拡散性水素量と添加したフッ化物の融点との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the amount of diffusible hydrogen in a submerged weld metal, and melting | fusing point of the added fluoride.

以下、本発明の実施の形態を以下に述べる。溶接金属の低温割れの発生の有無は、拡散性水素の有無に依存する。すなわち、拡散性水素量が限りなく低くすると、溶接終了後の冷却過程あるいは拡管工程等で発生する負荷応力がかなり高い状態に達しても低温割れは発生しない。ここで、溶接金属内の拡散性水素の水素源となるものは大きく分けて、フラックス中の残留水分、結露などの理由で開先面に存在する水分、さらに、溶接中に大気中から混入する水分、である。このため、大気中の水分の吸湿性が比較的高い焼結型フラックスを溶接前に乾燥させる、また、溶接する前に溶接開先面を予熱する、といった溶接金属の低温割れを防止するため一般的に講じられる対策は、拡散性水素の原因を根本から排除する目的でなされたものである。しかしながら、このような対策を講じているにも拘わらず、依然として拡散性水素は微量ながらも溶接金属内に残留し、低温割れを引き起こす。このために、脱水素熱処理や負荷応力除去といった更なる対策を講じなければ高強度溶接金属の低温割れを抑制することは出来なかった。   Embodiments of the present invention will be described below. The presence or absence of cold cracking in the weld metal depends on the presence or absence of diffusible hydrogen. That is, if the amount of diffusible hydrogen is reduced as much as possible, cold cracking does not occur even when the load stress generated in the cooling process or the pipe expansion process after the end of welding reaches a considerably high level. Here, the hydrogen source of diffusible hydrogen in the weld metal can be broadly divided into residual moisture in the flux, moisture present on the groove surface for reasons such as dew condensation, and contamination from the atmosphere during welding. Moisture. For this reason, in order to prevent cold cracking of the weld metal, such as drying a sintered flux with relatively high moisture absorption in the atmosphere before welding and preheating the weld groove surface before welding. Measures taken in an effort to eliminate the cause of diffusible hydrogen from the ground up. However, in spite of such measures, diffusible hydrogen still remains in the weld metal although it is in a small amount, causing cold cracking. For this reason, low-temperature cracking of high-strength weld metal could not be suppressed unless further measures such as dehydrogenation heat treatment and load stress removal were taken.

そこで、本発明は、従来技術とは異なり、サブマージアーク溶接過程のアーク発生時に生じている化学反応を積極的に利用することにより、溶接金属中に取り込まれる水素を排除することに着目した。前述した水素源から混入する水素は、元々水(HO)が分子状態で溶接アーク内に侵入し解離した原子状の水素に由来する。すなわち、アークの高温環境下ではHOは解離し、さらにアーク中では水素プラズマあるいは水素イオン(H)の形態となって存在し、溶融池中に取り込まれる。本発明では、このアーク中に存在するHを、フラックス入りワイヤから添加する低融点のフッ化物から生じるフッ化物イオン(F)と化学結合させることによってガス状のフッ化水素(HF)を生じせしめ、これをアーク外に排出させることにより、本来溶融池に取り込まれる水素濃度を低減させることを技術思想としている。 Therefore, the present invention focuses on eliminating hydrogen taken into the weld metal by positively using a chemical reaction occurring when an arc is generated in the submerged arc welding process, unlike the prior art. The hydrogen mixed from the hydrogen source described above originates from atomic hydrogen that water (H 2 O) originally entered the welding arc in a molecular state and dissociated. That is, H 2 O dissociates under the high temperature environment of the arc, and further exists in the form of hydrogen plasma or hydrogen ions (H + ) in the arc and is taken into the molten pool. In the present invention, gaseous hydrogen fluoride (HF) is formed by chemically bonding H + existing in the arc with fluoride ions (F ) generated from low melting point fluoride added from the flux-cored wire. The technical idea is to reduce the concentration of hydrogen that is originally taken into the molten pool by generating the gas and discharging it outside the arc.

一般的に、サブマージアーク溶接に使用される散布フラックスには、フッ化物の一種であるCaFが添加される場合が多い。CaFは一般的に、フラックスの塩基度を上げ、溶接金属中の酸素濃度を低減させることにより溶接金属の低温靱性を向上させる目的で添加される。このCaFもアーク中の高温環境化においては解離し、フッ化物イオンを生じさせる効果があるが、その融点が1403℃と比較的高いこともあり、添加されるCaFの多くは解離に至らず、溶接スラグ中に残存してしまい、上述した効果が得られにくい。 In general, the spraying flux used in submerged arc welding, often CaF 2 is added which is a kind of fluoride. CaF 2 is generally added for the purpose of improving the low temperature toughness of the weld metal by increasing the basicity of the flux and reducing the oxygen concentration in the weld metal. This CaF 2 also has the effect of dissociating in the high-temperature environment in the arc and generating fluoride ions, but its melting point is relatively high at 1403 ° C., so most of the added CaF 2 leads to dissociation. However, it remains in the welding slag, and the above-described effects are hardly obtained.

そこで本発明者らは、アーク中でより解離しやすく、H+F→HF反応を促進させるフッ化物種類、また、その最適な添加方法に関して詳細な検討を行った。その結果、比較的低融点の特性を有するフッ化物をフラックスとして用いて、添加する方法は、単に散布するのではなく、フラックス入りワイヤとすること、さらに多電極サブマージアーク溶接の第1電極、または第1および第2電極に適用することにより、溶接金属中の拡散性水素濃度を大幅に低減させることが出来るという、新たな知見を見出した。 Therefore, the present inventors have made a detailed study on the type of fluoride that is more easily dissociated in the arc and promotes the H + + F → HF reaction, and the optimum addition method thereof. As a result, using a fluoride having a relatively low melting point as a flux, the method of adding is not simply spraying, but a flux-cored wire, and the first electrode of multi-electrode submerged arc welding, or The present inventors have found a new finding that by applying to the first and second electrodes, the diffusible hydrogen concentration in the weld metal can be greatly reduced.

さらに、フラックス入りワイヤを適用することにより、溶接ワイヤの合金成分およびその量を容易に調整できることも明らかにし、高強度鋼管の造管溶接に好適な、多電極サブマージアーク溶接方法を確立するに至った。   Furthermore, it has also been clarified that the alloy composition and the amount of the welding wire can be easily adjusted by applying the flux-cored wire, leading to the establishment of a multi-electrode submerged arc welding method suitable for pipe making welding of high-strength steel pipes. It was.

以下、本発明の低水素系サブマージ溶接ワイヤ及び多電極溶接方法の限定理由に関して説明する。   Hereinafter, the reason for limitation of the low hydrogen type submerged welding wire and the multi-electrode welding method of the present invention will be described.

添加されるフッ化物の融点:1000℃以下
図1は、引張強さ800(N/mm)を超える強度を有するサブマージ溶接金属中の拡散性水素量と、添加したフッ化物の融点との関係を示した図(図中;フッ化物添加有り)である。図中;フッ化物添加有りでは、フラックス入り溶接ワイヤのフラックス中に異なる融点を有する各種のフッ化物を添加して製造したフッ化物添加フラックス入り溶接ワイヤを使用した。なお、図にはフッ化物を添加しない場合(図中;フッ化物添加無し)の測定結果も併記している。これは、上記フッ化物添加フラックス入り溶接ワイヤのフラックス成分からフッ化物のみを除いたフッ化物添加無しフラックス入り溶接ワイヤを同様に製造し、これ用いて同じ条件で溶接し、拡散性水素量の測定したものである。
Melting point of added fluoride: 1000 ° C. or less FIG. 1 shows the amount of diffusible hydrogen in a submerged weld metal having a strength exceeding a tensile strength of 800 (N / mm 2 ) and the added fluoride. It is the figure (in the figure; with fluoride addition) which showed the relationship with melting | fusing point. In the figure, with fluoride addition, a fluoride-added flux-cored welding wire manufactured by adding various fluorides having different melting points to the flux-cored welding wire flux was used. The figure also shows the measurement results when no fluoride is added (in the figure; no fluoride added). This is the same as the production of a flux-added welding wire without adding fluoride from the flux component of the above-mentioned fluoride-added flux-containing welding wire, and welding it under the same conditions, and measuring the amount of diffusible hydrogen. It is a thing.

拡散性水素量の測定はJIS Z 3118、鋼溶接部の水素量測定方法に準拠した試験方法を用いており、試験片から放出した水素ガスの測定はガスクロマトグラフ法に依った。また、各溶接ワイヤならびにワイヤ中に充填されるフラックスは市販材を用い、使用前に常法に従い乾燥処理を行っている。   The amount of diffusible hydrogen was measured using a test method based on JIS Z 3118, a method for measuring the amount of hydrogen in steel welds, and the measurement of hydrogen gas released from the test piece was based on a gas chromatograph method. Moreover, each welding wire and the flux with which it fills in a wire use a commercial material, and perform the drying process according to a conventional method before use.

この図から、ワイヤの種類、元となるワイヤ中に充填されるフラックスの種類に係わらず、フッ化物の融点がCaF(1406℃)に比べ比較的低い場合、フッ化物を添加しない場合に比較して溶接金属中の拡散性水素量が低減している効果が認められる。また、この効果は、ワイヤ中に充填されるフラックス中に添加したフッ化物の融点が1000℃以下の場合に顕著である。これは、複合添加されるフラックス中に添加したフッ化物の融点が1000℃以下の場合、アーク中でその解離反応およびフッ化水素の生成反応がより促進されたことを意味しており、フラックス中に添加するフッ化物の融点を1000℃以下に規定することによって達成し得ることを示している。このことから、添加されるフッ化物の融点は1000℃以下に規定する。融点が1000℃以下のフッ化物は例えば、表1に示すフッ化物を用いることができる。 From this figure, regardless of the type of wire and the type of flux filled in the original wire, when the melting point of fluoride is relatively low compared to CaF 2 (1406 ° C), it is compared with the case where no fluoride is added. Thus, the effect of reducing the amount of diffusible hydrogen in the weld metal is recognized. This effect is remarkable when the melting point of the fluoride added in the flux filled in the wire is 1000 ° C. or less. This means that when the melting point of the fluoride added to the flux added in a composite is 1000 ° C. or less, the dissociation reaction and the hydrogen fluoride generation reaction were further promoted in the arc. It can be achieved by setting the melting point of the fluoride to be added to 1000 ° C. or less. For this reason, the melting point of the added fluoride is regulated to 1000 ° C. or less. As the fluoride having a melting point of 1000 ° C. or lower, for example, the fluorides shown in Table 1 can be used.

Figure 0005842585
Figure 0005842585

次に、上述した効果を達成し、かつ、各種フラックスの製造工程を阻害することなく、また、溶接性、特に溶接作業性や溶接ビード外観などに悪影響を及ぼさないための制限条件に関して説明する。   Next, a description will be given of the limiting conditions for achieving the above-described effects and without adversely affecting the weldability, particularly the welding workability and the weld bead appearance, without hindering the production process of various fluxes.

添加されるフッ化物の質量%:0.1%以上、10%未満
ワイヤ中に充填されるフラックスに添加されるフッ化物は、アーク雰囲気ではほぼ100%解離する。このことから、フラックスに添加されるフッ化物は、ガス発生剤とも位置づけられる。このガス成分の内、[F]は前記したように[H]と結合してアーク中での脱水素反応に寄与し、溶接金属中の拡散性水素量を低減するが、その効果を得るためには少なくとも0.1%の添加が必要である。したがって、その添加下限値を0.1%と規定する。一方、過剰に添加した場合においては、ガス発生量が過大となり、ポックマークが発生する危険性がある。このため、添加量の上限を10%未満に規定する。
Mass% of fluoride added: 0.1% or more and less than 10% The fluoride added to the flux filled in the wire dissociates almost 100% in the arc atmosphere. From this, the fluoride added to a flux is also positioned as a gas generating agent. Of these gas components, [F ] combines with [H + ] as described above to contribute to the dehydrogenation reaction in the arc and reduce the amount of diffusible hydrogen in the weld metal. To obtain, at least 0.1% addition is necessary. Therefore, the lower limit of addition is defined as 0.1%. On the other hand, when excessively added, the amount of gas generated becomes excessive, and there is a risk that a pock mark is generated. For this reason, the upper limit of the addition amount is specified to be less than 10%.

また、本発明においては、異なる種類のフッ化物を複合添加しても所定の効果を得ることが出来る。ただし、複合添加されるフッ化物の内、少なくとも1種類は融点が請求項記載の範囲内にあり、かつ、総フッ化物の質量%は全フラックス質量の10%未満でなければならない。   In the present invention, a predetermined effect can be obtained even if different types of fluorides are added in combination. However, at least one of the fluorides added in combination must have a melting point within the scope of the claims, and the mass% of the total fluoride must be less than 10% of the total flux mass.

フラックス入りワイヤ中の充填剤成分の内、酸化物を含まない金属粉質量比:80%以上
ワイヤ中に充填されるフラックス成分中の金属粉は、充填剤の主成分であり純金属、鉄基合金、金属合金、および金属炭化物の総和を指し、溶接金属の強度ならびに靱性を確保するために添加され、溶接後は溶接金属中に合金成分として留まる。
Metal powder mass ratio not including oxide among filler components in flux-cored wire : 80% or more The metal powder in the flux component filled in the wire is the main component of the filler and is pure metal, iron-based The sum of alloys, metal alloys, and metal carbides is added to ensure the strength and toughness of the weld metal, and remains as an alloy component in the weld metal after welding.

一般的なフラックス入りワイヤは充填剤の中に比較的多量の各種酸化物がアーク安定効果を発現させるなどの目的で添加されるが、本発明においては適用される溶接がサブマージアーク溶接に限られ、上記効果は溶接時に散布されるフラックスが担っていること、また、ワイヤ中に充填されるフラックス成分中に多量の酸化物の添加は溶接条件によっては溶接金属の酸素量を増大させ、溶接金属部の低温靱性を低下させる可能性があることから、充填剤主成分となる非酸化物成分の添加下限を80%とすることが好ましい。   In general flux cored wire, a relatively large amount of various oxides are added to the filler for the purpose of exhibiting an arc stabilizing effect. However, in the present invention, the applicable welding is limited to submerged arc welding. The above effect is borne by the flux dispersed during welding, and the addition of a large amount of oxide in the flux component filled in the wire increases the oxygen content of the weld metal depending on the welding conditions. Since the low temperature toughness of the part may be lowered, it is preferable that the lower limit of addition of the non-oxide component as the main component of the filler is 80%.

3電極以上の多電極溶接時における、フラックス入りワイヤの適用電極:第1電極のみ、あるいは第1および第2電極
本発明が適用される溶接鋼管の縦シーム溶接の施工に際しては一般的に、造管速度を上げて生産性を向上させるために3電極以上の多電極、高速溶接が適用される場合が多い。3電極以上の多電極を採用する溶接のため、各電極に適用する溶接ワイヤ種類は適宜選択可能であるが、本発明においては上記記載のよう、フラックス入りワイヤの適用電極を主に先行極を中心に適用することが必要である。上述したように本発明においてはフッ化物の解離反応によって生じる[F]が効果的に[H]を捕捉することが必要であるが、後行極にのみフラックス入りワイヤが適用された場合、溶接速度が比較的速いために上記捕捉反応が十分に進行しないまま溶接が完了してしまう可能性がある。
Applicable electrode of flux-cored wire at the time of multi-electrode welding of 3 or more electrodes: only the first electrode, or the first and second electrodes Generally, in the construction of the longitudinal seam welding of the welded steel pipe to which the present invention is applied, In order to increase the tube speed and improve the productivity, multi-electrodes of 3 or more electrodes and high-speed welding are often applied. For welding employing multiple electrodes of three or more electrodes, the type of welding wire applied to each electrode can be selected as appropriate. However, in the present invention, as described above, the application electrode for flux-cored wire is mainly used as the leading electrode. It is necessary to apply to the center. As described above, in the present invention, it is necessary for [F ] generated by the fluoride dissociation reaction to effectively capture [H + ], but when the flux-cored wire is applied only to the trailing electrode. Since the welding speed is relatively high, there is a possibility that the welding is completed without the capture reaction sufficiently progressing.

また、第3電極目以降にフラックス入りワイヤを適用しても[H]の捕捉効果が飽和することに加え、各電極の溶接ワイヤにそれぞれ含有する酸化物成分の積算量が大きくなり過ぎ、溶接金属の酸素量が増大する可能性があるためである。 Further, even when a flux-cored wire is applied after the third electrode, in addition to the saturation effect of [H + ] being saturated, the integrated amount of the oxide component contained in each electrode welding wire becomes too large, This is because the oxygen content of the weld metal may increase.

従って、可能な限り溶融池前面部で[F]を生じさせる観点からフラックス入りワイヤの適用極は第1電極のみ、あるいは第1および第2電極、のいずれかが好ましい。 Therefore, from the viewpoint of generating [F ] as much as possible on the front surface of the molten pool, the applicable electrode of the flux-cored wire is preferably only the first electrode or the first and second electrodes.

したがって、第1電極のみ、あるいは第1および第2電極の場合以外の電極である残極に関しては一般的なソリッドワイヤを用いる。   Therefore, a general solid wire is used for the remaining electrode, which is an electrode other than only the first electrode or the first and second electrodes.

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。表2に示した高い引張強度を有する鋼板を、UOEプロセスを使用して同表中に示される外径に造管し、会合部を3電極、および4電極のサブマージアーク溶接により内面、外面の順で縦シーム溶接を行った。本実施例に供したフラックス入りワイヤを表3に示す。表中「ワイヤ中の添加フッ化物」とは、
ワイヤ中に充填されるフラックス成分中の添加フッ化物を意味する。また、「ワイヤ中の
複合添加フッ化物」とは、添加フッ化物を複合的に添加したことを意味している。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. The steel sheet having high tensile strength shown in Table 2 was piped to the outer diameter shown in the same table using the UOE process, and the assembling part was subjected to submerged arc welding of 3 electrodes and 4 electrodes to form inner and outer surfaces. Longitudinal seam welding was performed in this order. Table 3 shows the flux-cored wires used in this example. In the table, “added fluoride in wire”
It means the added fluoride in the flux component filled in the wire. The “composite added fluoride in the wire” means that the added fluoride is added in a composite manner.

なお、溶接時に供した、開先に散布されるフラックスは溶融型フラックスを用い、その成分はSiO−CaO−CaFを主成分とし、溶接する前に300℃で1hrの乾燥処理を行った。溶融型フラックスを用いたのは、高速溶接性に優れるためである。 Incidentally, were subjected during welding, flux is sprayed into the groove uses the melt flux, the component is composed mainly of SiO 2 -CaO-CaF 2, it was dried in 1hr at 300 ° C. prior to welding . The melting type flux is used because it is excellent in high-speed weldability.

Figure 0005842585
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Figure 0005842585
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内面、外面それぞれの溶接終了後、溶接部の目視観察による溶接作業性の評価を行い、さらに、溶接金属部の低温割れを検出するために、外面溶接終了後72hr放置した後、継手部をJIS G 0584に準拠した超音波探傷試験を行い、溶接金属部の低温割れの発生有無を確認した。なお、造管溶接開始前あるいは終了後に、母材部ならびに溶接金属部に対しては、一切の脱水素熱処理は施していない。   After completion of welding on each of the inner and outer surfaces, the welding workability is evaluated by visual observation of the welded part. Further, in order to detect low temperature cracks in the welded metal part, after leaving the outer surface welded for 72 hours, the joint part is subjected to JIS. The ultrasonic flaw detection test based on G0584 was performed, and the presence or absence of the generation | occurrence | production of the low temperature crack of a weld metal part was confirmed. It should be noted that no dehydrogenation heat treatment is applied to the base metal part and the weld metal part before or after the start of pipe making welding.

実施例ならびに比較例の評価結果を表4に示す。実施例1〜16で示すように、本発明からなる低融点フッ化物を適量添加した溶接鋼管に対しては、その溶接部概観が極めて良好であり、且つ、内外面溶接金属の拡散性水素量は低く抑えられており、結果、溶接金属に低温割れは発生していない。   Table 4 shows the evaluation results of Examples and Comparative Examples. As shown in Examples 1 to 16, for the welded steel pipe to which an appropriate amount of the low melting point fluoride according to the present invention is added, the appearance of the welded portion is very good, and the diffusible hydrogen content of the inner and outer surface weld metal As a result, no cold cracking occurred in the weld metal.

これに対して、CaF以外の低融点フッ化物が添加されていないフラックスB0を使用した比較例においては、溶接ビード外観は良好であるものの、溶接金属中の拡散性水素量が高く、内外面溶接金属部に低温割れが発生している。 On the other hand, in the comparative example using the flux B0 to which a low melting point fluoride other than CaF 2 is not added, although the weld bead appearance is good, the amount of diffusible hydrogen in the weld metal is high, and the inner and outer surfaces Cold cracking has occurred in the weld metal part.

また、低融点のフッ化物であっても、その添加量が10質量%を超える比較例17,18においては、低融点フッ化物の影響で拡散性水素量は低く、低温割れは発生していないものの、その添加量が多すぎるために、溶接ビードの蛇行、あるいは溶接アークの不安定化によるスラグ巻き込み等の溶接欠陥の発生が認められておりその概観が良好でない。   Further, even in the case of a low melting point fluoride, the amount of diffusible hydrogen is low under the influence of the low melting point fluoride in Comparative Examples 17 and 18 where the addition amount exceeds 10% by mass, and no low temperature cracking occurs. However, since the addition amount is too large, welding defects such as meandering of the weld bead or slag entrainment due to destabilization of the welding arc are recognized, and the appearance is not good.

さらに、添加されるフッ化物の融点が1000℃より高い比較例19〜22においては、その添加量に係わらず溶接金属部で低温割れが発生し、また、その添加量が10質量%を超える場合には溶接ビード概観も良好でない。   Further, in Comparative Examples 19 to 22 where the melting point of the added fluoride is higher than 1000 ° C., cold cracking occurs in the weld metal portion regardless of the addition amount, and the addition amount exceeds 10% by mass. The weld bead appearance is not good.

また、低融点フッ化物を複合添加させた比較例23,24においては、低温割れは発生していないものの、その合計量が多すぎるために、溶接ビード概観が良好でなく、実用に適さない。   Further, in Comparative Examples 23 and 24 in which low melting point fluorides are added in combination, although the low temperature cracking does not occur, the total amount is too large, so the appearance of the weld bead is not good and is not suitable for practical use.

Figure 0005842585
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Claims (2)

サブマージアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤであり、ワイヤ中に充填されるフラックス成分中に、融点が1000℃以下であり、かつ粉末状のフッ素化合物を、1.3質量%以上10質量%未満含み、
かつ、総フッ化物は、全フラックス質量の10質量%未満であり、
フラックス入りワイヤ中のフラックス成分の内、純金属、鉄基合金、金属合金、および金属炭化物の少なくとも1つからなる粉末が80質量%以上であることを特徴とするサブマージアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤ。
It is a flux-cored wire used for submerged arc welding, and the flux component filled in the wire contains a melting point of 1000 ° C. or lower and a powdery fluorine compound of 1.3 mass% or more and less than 10 mass%. ,
And the total fluoride is less than 10% by mass of the total flux mass,
Metal flux for submerged arc welding containing 80% by mass or more of powder composed of at least one of pure metal, iron-base alloy, metal alloy, and metal carbide among flux components in flux- cored wire Wire.
3電極以上の多電極サブマージアーク溶接において、第1電極、または第1および第2電極に請求項1に記載のサブマージアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤを用い、残極にソリッドワイヤを用いることを特徴とする多電極サブマージアーク溶接方法。 In multi-electrode submerged arc welding of three or more electrodes, the metal flux-cored wire for submerged arc welding according to claim 1 is used for the first electrode or the first and second electrodes, and a solid wire is used for the remaining electrode. A feature of the multi-electrode submerged arc welding method.
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