JP6385846B2 - ９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）、液体窒素、液体酸素等の貯蔵タンクに使用される９％Ｎｉ鋼の溶接に用いられる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤに関し、ワイヤの生産性、溶接金属の機械的性質及び耐高温割れ性、溶接作業性に優れた９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する。

ＬＮＧ、液体窒素、液体酸素等の貯蔵タンクにはＮｉを９％含有させた９％Ｎｉ鋼が用いられることが多く、溶接材料としてはＮｉ基合金が適用されている。９％Ｎｉ鋼の溶接では、溶接継手部に母材と同等の−１９６℃の極低温における溶接部の靭性を確保するため、９％Ｎｉ鋼に類似した成分（フェライト組織、共金系）からなる溶接材料ではなく、Ｎｉを５０％以上含有させた溶接材料を使用するのが一般的である。共金系溶接材料を用いて溶接した場合の溶接継手部は、溶接のままで９％Ｎｉ鋼と同等の強度と低温靭性を確保することができないのがその理由である。

近年、Ｎｉ基合金のような特殊溶接材料においても、被覆アーク溶接やＴＩＧ溶接に比べて、より長時間の連続溶接が可能で、溶接作業の高能率化が期待できるフラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接に対する要望が高まっており、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されているフラックス入りワイヤの開発が進められている。

これらフラックス入りワイヤは、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ｍｏ系、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系といったＮｉ基合金の外皮をフラックス入りワイヤの外皮に適用するが、これらの外皮は、加工硬化しやすいために伸線加工時に断線が発生しやすく、軟化のための熱処理を数多く行う必要があり、生産性の面において問題があった。また、高Ｎｉ外皮のような加工硬化の生じにくい外皮を適用した場合には、特許文献５に開示されているように外皮中のＣが多いと、伸線加工時に発生するワイヤ表層への炭化物の析出を抑制することができず、断線が多発する。また、特許文献６に開示されているように極低Ｃ外皮にした場合では、炭化物の析出はなく断線は抑えられるものの、溶接継手部の強度が母材よりも低くなるという問題点があった。

さらに、９％Ｎｉ鋼の溶接での溶接金属の耐高温割れ性については、低融点化合物が起因となることがいわれており、一般的に不可避不純物であるＰ、Ｓ、Ｂｉ、Ｂ等の含有量を低く抑えることが重要であることは知られている。しかし、Ｎｉ基合金からなる溶接金属の場合、組織がオーステナイト単層組織となるため、低融点化合物が生成しやすくなり、これらが微量であっても高温割れが生じやすくなるという問題点があった。

特開２０００−１１７４８８号公報 特開２００５−５９０７７号公報 特開平６−１９８４８８号公報 特開平１０−１８０４８６号公報 特開２００１−３３４３９２号公報 特開２０１２−１４３７９６号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、伸線加工性等のワイヤ生産性が良好であると共に、溶接金属の機械的性質及び耐高温割れ性に優れ、溶接作業性の良好な９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

本発明者らは、９％Ｎｉ鋼の溶接に用いられる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、前記課題を解決するために種々のフラックス入りワイヤを試作し、生産性、溶接作業性及び機械的性質におよぼす成分組成について詳細に検討した。

その結果、高Ｎｉの外皮を用いた際と同様、Ｎｉ基合金外皮のＣを低く限定することで、Ｎｉ基合金外皮表面への炭化物の析出を抑制し、伸線加工性が向上することを見出した。

また、機械的性質に優れた溶接金属を得るためには、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ量を適量にすることによって、機械的性質に優れた溶接金属を得ることができ、加えて、Ｃｕを適量添加することで低温靭性を更に向上できたが、溶接後に高温割れが発生した。そこで溶接金属の機械的性質を維持しつつ、高温割れを防止できるよう成分組成について更なる検討を行った。その結果、溶接金属の高温割れを助長するＳｉ、Ｍｎ、Ｎｂの含有量を調整することで、高温割れを防止しつつ、優れた機械的性質を有する溶接金属が得られることを見出した。

さらに、溶接作業性は、フラックス中のＴｉＯ₂換算値の合計、ＳｉＯ₂換算値の合計、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計及びＣａＯ、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計、弗素化合物のＦ換算値の合計、スラグ形成剤の合計量を適量にすることによって、溶接時のアーク状態、スラグ被包性、スラグ剥離性等が良好になることを見出した。これに加え、フラックス中のＺｒＯ₂換算値の量を極力低く限定することにより、溶接時のアーク状態を更に安定させ、スパッタ発生量をより低減できることを見出した。

すなわち、本発明の要旨は、Ｎｉ基合金外皮にフラックスを充填してなる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、Ｎｉ基合金外皮全質量％に対する質量％で、Ｎｉ基合金外皮中にＣ：０．０１％以下を含有し、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｍｎ：２．０〜３．０％、Ｎｉ：５５〜６５％、Ｃｒ：１３〜１９％、Ｍｏ：９〜１４％、Ｎｂ：０．５〜２．５％、Ｔｉ：０．４〜０．６％を含有し、更に、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．５％、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．５％、Ａｌ酸化物：Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計で０．０１〜０．２％、Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計で０．０５〜０．３５％、ＣａＯ：０．２〜０．８％、弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．３〜２．８％を含有し、Ｚｒ及びＺｒ酸化物：ＺｒＯ₂換算値の合計で０．１％以下とし、かつ、スラグ形成剤の合計：５．５〜８．５％で、残部はＮｉ基合金外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物であることを特徴とする。

また、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計で、Ｃｕ：０．０１〜０．５％を更に含有することも特徴とする９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤにある。

本発明を適用した９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤによれば、ワイヤの伸線加工時の断線発生回数が少なく生産性が良好で、かつ、溶接時のスパッタ発生量が少なく、アーク状態、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状等の溶接作業性が良好であり、融合不良等の溶接欠陥が発生せず、機械的性質及び耐高温割れに優れる溶接金属を得ることができる。したがって、生産性を向上できると共に、高品質の溶接金属を得ることができる。

本発明の実施例における水平すみ肉ガスシールドアーク溶接の状況を示す模式図である。 本発明の実施例におけるＵ溝割れ溶接試験の状況を示す模式図である。

以下、本発明の９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤの成分組成と、その限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有量は質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。

［Ｎｉ基合金外皮全質量に対する質量％で、Ｎｉ基合金外皮中のＣ：０．０１％以下］
Ｎｉ基合金外皮のＣは、ワイヤ表層に炭化物を析出させて硬化させる。Ｎｉ基合金外皮全質量に対する質量％でＮｉ基合金外皮のＣが０．０１％を超えると、ワイヤ表層部が硬くなり、伸線加工時にワイヤの断線が多発する。したがって、Ｎｉ基合金外皮のＣは０．０１％以下とする。

以下、各成分組成の含有量は、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示す。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣ：０．０２％以下］
Ｃは、９％Ｎｉ鋼の溶接では溶接金属の低温靭性を低下させるので、できる限り低くすることが好ましい。このＣが０．０２％を超えてしまうと溶接金属の低温靭性を著しく低下させてしまう。このためＮｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣは０．０２％以下にする。なお、Ｃは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属粉及び合金粉から添加される。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．１％以下］
Ｓｉは、９％Ｎｉ鋼の溶接では高温割れの原因となるため、できる限り低くすることが好ましい。Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＳｉは０．１％を超えてしまうと高温割れが生じてしまうため、０．１％以下にする。なお、Ｓｉは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属粉及び合金粉から添加される。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｎ：２．０〜３．０％］
Ｍｎは、溶接金属の耐高温割れを抑制する目的で添加する。Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計で、Ｍｎが２．０％未満では、耐高温割れ性が劣化する。一方、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｎが３．０％を超えると、溶接金属の低温靭性がかえって低下してしまう。したがって、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｎは２．０〜３．０％とする。なお、Ｍｎは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｍｎ及びＦｅ−Ｍｎ等の合金粉から添加される。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｉ：５５〜６５％］
Ｎｉは、溶接金属を構成する主元素であり、安定したオーステナイト組織を形成し、溶接金属の低温靭性と強度を確保することを目的に添加する。Ｎｉが５５％未満では、その効果が得られず、溶接金属の強度及び低温靭性が低下する。一方、Ｎｉが６５％を超えると、フラックス入りワイヤ中に他のＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ等を所定量添加できなくなり、十分な溶接金属の機械的性質が得られない。したがって、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｉは５５〜６５％とする。なお、Ｎｉは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉から添加される。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣｒ：１３〜１９％］
Ｃｒは、溶接金属の強度を確保する目的で添加する。Ｃｒが１３％未満では、必要な溶接金属の強度が得られない。一方、Ｃｒが１９％を超えると、かえって低温靭性が低下する。したがって、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣｒは１３〜１９％とする。なお、Ｃｒは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ等の合金粉から添加される。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｏ：９〜１４％］
Ｍｏは、溶接金属の強度を確保するために添加する。Ｍｏが９％未満では、必要とする溶接金属の強度が得られない。一方、Ｍｏが１４％を超えると、かえって低温靭性が低くなる。したがって、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｏは９〜１４％とする。なお、Ｍｏは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ等の合金粉から添加される。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｂ：０．５〜２．５％］
Ｎｂは、溶接金属の強度向上を目的に添加する。Ｎｂが０．５％未満では、必要な溶接金属の強度が得られない。一方、Ｎｂが２．５％を超えると、低温靭性が低下すると共に耐高温割れ性が劣化する。したがって、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｂは０．５〜２．５％とする。なお、Ｎｂは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからのＦｅ−Ｎｂ等の合金粉から添加される。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．４〜０．６％］
Ｔｉは、溶接金属の酸素量を低くして低温靭性を向上させる脱酸剤として添加する。Ｔｉが０．４％未満では、十分な効果が得られず、溶接金属の酸素量が高くなって低温靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．６％を超えると、低温靭性が低下すると共に、スラグ被包性が劣化してスラグがビード表面に焼き付き、スパッタ発生量も多くなる。したがって、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＴｉは０．４〜０．６％とする。なお、Ｔｉは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉から添加される。

[フラックス中のＴｉ酸化物：ＴｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．５％］
Ｔｉ酸化物は、溶接時にスラグ被包性を高める目的で添加する。フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計が０．５％未満では、その効果が得られず、スラグ被包性が不良となり、ビード形状が不良となる。一方、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計が２．５％を超えると、かえってスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中におけるＴｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計は０．５〜２．５％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加される。

［フラックス中のＳｉ酸化物：ＳｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．５％］
ＳｉＯ₂は、ビード形状を整え平滑化する目的で添加する。フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が０．５％未満では、ビード平滑化の効果が得られず、ビード形状が不良となる。一方、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が２．５％を超えると、スラグ被包性が不良となり、ビード形状が不良となる。したがって、フラックス中におけるＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計は０．５〜２．５％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスからの珪砂、珪酸ソーダ、珪灰石等から添加される。

［フラックス中のＡｌ酸化物：Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計で０．０１〜０．２％］
Ａｌ酸化物は、溶融スラグの流動性を安定化させ、スパッタを抑制する目的で添加する。フラックス中のＡｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計が０．０１％未満では、その効果が得られず、スパッタ発生量が多くなる。一方、フラックス中のＡｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計が０．２％を超えると、スラグ剥離性が不良となる。したがって、フラックス中におけるＡｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計は０．０１〜０．２％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックスからのアルミナ、カリ長石等から添加される。

［フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計で０．０５〜０．３５％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アーク安定剤としての作用だけではなく、スラグ形成剤として溶融スラグの凝固過程の急激な粘性増加を抑えて、ビード形状を平滑化する目的で添加する。フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．０５％未満では、大粒のスパッタが発生しやすい。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．３５％を超えると、スラグ剥離性及びビード形状が不良となる。したがって、フラックスにおけるＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計は０．０５〜０．３５％とする。なお、Ｎａ及びＫ化合物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分及びカリ長石、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＮａＦ等の粉末から添加される。

［フラックス中のＣａＯ：０．２〜０．８％］
ＣａＯは、フラックスの塩基度を調整し、低温靭性向上を目的に添加する。フラックス中のＣａＯが０．２％未満では、溶接金属の低温靭性の向上効果が得られない。一方、フラックス中のＣａＯが０．８％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が増加する。したがって、フラックス中におけるＣａＯは０．２〜０．８％とする。なお、ＣａＯは、フラックスからの珪灰石の粉末から添加される。

［フラックス中の弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．３〜２．８％］
弗素化合物は、スラグ剥離性の向上を目的に添加する。フラックス中の弗素化合物のＦ換算値の合計が０．３％未満では、その効果が得られず、スラグ剥離性が不良になる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が２．８％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ発生量も増加する。したがって、フラックス中における弗素化合物のＦ換算値の合計は０．３〜２．８％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからのＣａＦ₂、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｋ₂ＺｒＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＡｌＦ₃の粉末から添加される。

［フラックス中のスラグ形成剤の合計：５．５〜８．５％］
スラグ形成剤は、ビード外観を整える作用がある。フラックス中の弗素化合物を含むスラグ形成剤の合計が５．５％未満であると、スラグ生成量が不足してスラグ被包が均一にできなくなり、スラグが焼き付いてスラグ剥離性が悪くなる。これに加えて、かかる合計が５．５％未満であるとアークが荒くなり、スパッタ発生量が多くなる。一方、スラグ形成剤の合計が８．５％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量も減少するが、スラグ量が多くなってスラグが先行しやすくなり、融合不良等の溶接欠陥やそれを起因とする高温割れが発生しやすくなる。したがって、フラックス中のスラグ形成剤の合計は５．５〜８．５％とする。なお、スラグ形成剤は、弗素化合物（ＣａＦ₂、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆，Ｋ₂ＺｒＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＡｌＦ₃）、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯその他不純物中の酸化物の合計をいう。

［フラックス中のＺｒ及びＺｒ酸化物：ＺｒＯ₂換算値の合計で０．１％以下］
Ｚｒ及びＺｒ酸化物は、そのＺｒＯ₂換算値の合計が０．１％を超えて添加すると、アークが不安定になり、スパッタ発生量も増加し、スラグ剥離性も劣化する。したがって、Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計は０．１％以下とする。なお、Ｚｒ酸化物は、Ｔｉ酸化物中に微量含有すると共に、フラックスから金属Ｚｒ、ジルコンサンド、酸化ジルコンの粉末から添加される。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣｕ：０．０１〜０．５％］
Ｃｕは、溶接金属のオーステナイト組織を安定化させ、低温靭性を向上させる効果を有する。Ｃｕが０．０１％未満では、十分な効果が得られず、溶接金属の低温靭性を向上させることができない。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、低温靭性が不安定となって低下すると共に、耐割れ性が劣化する。したがって、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０１〜０．５％とする。なお、Ｃｕは、Ｎｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｃｕ等の金属粉から添加される。

なお、本発明の溶接用フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金外皮をＵ字成形後、フラックスを充填し、ダイス伸線やローラ圧延加工により所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造される。その際、軟化のための熱処理として光輝焼鈍（１０００〜１２００℃）を実施する。また、フラックス充填率は、生産性及び溶接作業性の観点から１５〜３０％とすることが好ましい。ワイヤの種類としては、成形したＮｉ基合金外皮の合わせ目を溶接した継目の無いワイヤと、Ｎｉ基合金外皮の合わせ目を溶接せずに継目を有するワイヤに大別できるが、本発明では断面構造を特に限定するものではなく、いずれのワイヤも採用できるものとする。

また、本発明を適用した９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤの残部は、Ｎｉ基合金外皮のＦｅ分、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｎｂ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｔｉ等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。不可避不純物について、特に規定はしないが、耐高温割れ性の観点から、Ｐは０．０１０％以下、Ｓは０．０１０％以下が好ましい。

また、溶接時のシールドガスは、溶接金属の酸素量を低減するため、Ａｒ＋５〜２５％ＣＯ₂の混合ガスを用いるのが好ましい。

以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。

表１に示す化学成分のＮｉ基合金外皮を用い、表２に示す組成のフラックス入りワイヤを各種試作した。なお、ワイヤ径は１．２ｍｍ、フラックス充填率は１９〜２３％とした。

これら試作したフラックス入りワイヤにて、生産性、溶接作業性、溶着金属性能及び耐割れ性について調査を行った。

生産性の評価は、配合、混合・撹拌、乾燥したフラックスをＵ字成形したＮｉ基合金外皮に充填し、さらに、丸形に成形したワイヤ素線（線径４．０ｍｍ）を１．２ｍｍまでダイス及びカセットローラダイスで伸線加工した際の断線の有無で評価した。

溶接作業性試験、溶着金属試験、割れ試験に用いた供試鋼板の化学成分を表３に示す。

溶接作業性の評価は、表３に示す板厚１２ｍｍの鋼板を用い、図１に示すように、９％Ｎｉ鋼板からなる母材１をＴ字状に突き合わせたＴ字型試験体（幅：８０ｍｍ、長さ：５００ｍｍ）に対して、試作したフラックス入りワイヤとしての溶接ワイヤ３をノズル２から引き出した状態で表４に示す溶接条件で水平すみ肉溶接を行い、アークの安定性、スパッタ発生量、スラグ被包性、スラグ剥離性、Ｔ字型試験体の隅部に形成された溶接ビード４のビード形状及び溶接欠陥の有無について調査した。このとき、溶接ワイヤ３のトーチ角度θは、表４に示すとおりである。

溶接金属性能の評価は、表３に示す板厚２０ｍｍの鋼板を用い、表４に示す溶接条件でＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて溶着金属試験を行い、溶着金属部からＡ０号引張試験片及び衝撃試験片を採取して引張試験及び衝撃試験を実施した。溶着金属試験の強度の評価は、引張強さが６９０ＭＰａ以上を良好とした。また、靭性の評価は、試験温度−１９６℃でシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギーの３回の平均値が５５Ｊ以上を良好とした。

耐割れ性の評価は、表３に示す板厚２５ｍｍの鋼板を用い、図２に示すように、４０°の開口角を有し、下端において３Ｒの面取りが施された深さ１８ｍｍの溝部６を有する試験体５に対して、試作したフラックス入りワイヤとしての溶接ワイヤ３をノズル２から引き出した状態で表４に示す溶接条件で下向溶接を行い、ＪＩＳ Ｚ２３４３に準拠して染色浸透探傷試験を行ってビード表層の割れの有無を調査した。また、ＪＩＳ Ｚ３１０４に準拠して溶接金属部の放射線透過試験を行い、溶接金属部内の割れの有無も調査した。それらの結果を表５にまとめて示す。

表２及び表５中のワイヤ記号ＦＣ１〜１０が本発明例、ワイヤ記号ＦＣ１１〜２５は比較例である。

本発明例であるワイヤ記号ＦＣ１〜１０は、Ｎｉ基合金外皮中のＣ及びフラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ並びにフラックス中のＴｉＯ₂換算値の合計、ＳｉＯ₂換算値の合計、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計、ＣａＯ、弗素化合物のＦ換算値の合計、Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計、スラグ形成剤の合計がいずれも本発明において規定した範囲内にあるので、ワイヤ伸線加工時に断線が発生せず生産性が良好で、溶接時のアークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ被包性、スラグ剥離性及びビード形状といった溶接作業性が良好で、融合不良等の溶接欠陥も見られなかった。また、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーも良好で、溶接金属部に高温割れも発生せず、良好な結果であった。

なお、ＦＣ１、ＦＣ５〜ＦＣ８はＣｕが適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーがさらに良好であり、極めて良好な結果であった。

ワイヤ記号ＦＣ１１は、Ｎｉ基合金外皮のＣが多いので、ワイヤ伸線加工時に断線が多発し、生産性が不良であった。また、フラックス入りワイヤ中のＣｕが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。さらに、溶接金属部に高温割れが発生した。

ワイヤ記号ＦＣ１２は、Ｍｎが少ないので、溶接金属部に高温割れが発生した。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が少ないので、スラグ剥離性が不良であった。

ワイヤ記号ＦＣ１３は、Ｍｎが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ＴｉＯ₂換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤ記号ＦＣ１４は、Ｓｉが多いので、溶接金属部に高温割れが発生した。また、Ｎｉが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号ＦＣ１５は、Ｎｉが多いので、Ｍｏが少なくなり、溶着金属の引張強さが低値であった。また、Ｔｉも少なくなり、吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号ＦＣ１６は、Ｃｒが少ないので、溶着金属の引張強さが低値であった。また、ＺｒＯ₂換算値の合計が多いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多く、スラグ剥離性も不良であった。

ワイヤ記号ＦＣ１７は、Ｃｒが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎｂが少ないので、溶着金属の引張強さが低値であった。

ワイヤ記号ＦＣ１８は、Ｃが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｍｏが少ないので、溶着金属の引張強さが低値であった。さらに、スラグ剤の合計が少ないので、アークが粗く不安定で、スパッタ発生量が多く、スラグ被包性及びスラグ剥離性も不良であった。

ワイヤ記号ＦＣ１９は、Ｍｏが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｃｕが少ないので、溶着金属の吸収エネルギー向上の効果はなかった。さらに、ＣａＯが多いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤ記号ＦＣ２０は、Ｎｂが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接金属部に高温割れが発生した。さらに、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計が少ないので、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤ記号ＦＣ２１は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ＴｉＯ₂換算値の合計が少ないので、スラグ被包性及びビード形状が不良であった。

ワイヤ記号ＦＣ２２は、Ｔｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、スパッタ発生量が多く、スラグ被包性も不良であった。さらに、Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ剥離性及びビード形状が不良であった。

ワイヤ記号ＦＣ２３は、ＳｉＯ₂換算値の合計が少ないので、ビード形状が不良であった。また、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計が多いので、スラグ被包性が不良であった。さらに、弗素化合物のＦ換算値の合計が多いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤ記号ＦＣ２４は、ＳｉＯ₂換算値の合計が多いので、スラグ被包性及びビード形状が不良であった。また、スラグ剤の合計量が多いので、融合不良が発生した。さらに、溶接金属部に高温割れも発生した。

ワイヤ記号ＦＣ２５は、Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が少ないので、スパッタ発生量が多かった。また、ＣａＯが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

１ 母材（９％Ｎｉ鋼板）
２ ノズル
３ 溶接ワイヤ
４ 溶接ビード
５ 試験体
６ 溝部

Claims (2)

1. Ｎｉ基合金外皮にフラックスを充填してなる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
   Ｎｉ基合金外皮全質量％に対する質量％で、Ｎｉ基合金外皮中にＣ：０．０１％以下を含有し、
   ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計で、
   Ｃ：０．０２％以下、
   Ｓｉ：０．１％以下、
   Ｍｎ：２．０〜３．０％、
   Ｎｉ：５５〜６５％、
   Ｃｒ：１３〜１９％、
   Ｍｏ：９〜１４％、
   Ｎｂ：０．５〜２．５％、
   Ｔｉ：０．４〜０．６％を含有し、
   更に、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
   Ｔｉ酸化物：ＴｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．５％、
   Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．５％、
   Ａｌ酸化物：Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計で０．０１〜０．２％、
   Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計で０．０５〜０．３５％、
   ＣａＯ：０．２〜０．８％、
   弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．３〜２．８％を含有し、
   Ｚｒ及びＺｒ酸化物：ＺｒＯ₂換算値の合計で０．１％以下とし、
   かつ、スラグ形成剤の合計：５．５〜８．５％で、
   残部はＮｉ基合金外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物であることを特徴とする９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
2. ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計で、
   Ｃｕ：０．０１〜０．５％を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤ。

Images