JP6432715B1 - フラックス入りワイヤの製造方法、フラックス入りワイヤ、及び溶接継手の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Sn+Sb>Mo+W :式1
Description
[1] 本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤの製造方法は、鋼製外皮の内部にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤの製造方法であって、
鋼板を円形に成形しながら、前記鋼板の内部にフラックスを充填する工程と、
前記鋼板の両端を接合して鋼管とする工程と、
前記鋼管に圧延及び焼鈍を施して、前記フラックス入りワイヤを得る工程と、
を備え、
前記フラックス入りワイヤの化学組成が、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量%で、
C:0.03〜0.10%、
Si:0.40〜0.85%、
Mn:1.5〜3.5%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Cu:0.03〜0.70%、
Sn:0.05〜0.30%、
Mg:0.05〜0.50%、
Al:0.05〜0.50%、
Ti酸化物:TiO2換算値で1.50〜4.60%未満、
Si酸化物:SiO2換算値で0.30〜1.00%、
Zr酸化物:ZrO2換算値で0.10〜0.50%、
Fe酸化物:FeO換算値で0.10〜1.00%、
Al酸化物:Al2O3換算値で0.05〜0.50%、
Na化合物及びK化合物の合計:Na2O換算値及びK2O換算値の合計で0.050〜0.200%、
弗素化合物:F換算値で0.02〜0.20%、
Bi及びBi酸化物の合計:Bi換算値で0〜0.035%、
Ni:0〜2.50%、
Ti:0〜0.30%、
B:0〜0.010%、
Mo:0〜0.400%、
W:0〜0.200%、
Cr:0〜0.500%、
Nb:0〜0.300%、
V:0〜0.300%、
N:0〜0.0080%、
Ca:0〜0.0050%、
REM:0〜0.0050%、
Sb:0〜0.0050%、
残部:Fe及び不純物であり、
Sn含有量、Sb含有量、W含有量、及びMo含有量が以下の式1を満たす。
Sn+Sb>Mo+W :式1
ただし、前記式1における元素記号は、各元素記号に係る元素の含有量を、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量%で示すものである。
[2] 上記[1]に記載のフラックス入りワイヤの製造方法では、前記フラックス入りワイヤの化学組成が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量%で、
Mo:0〜0.040%
W:0〜0.010%、
であってもよい。
[3] 上記[1]または[2]に記載のフラックス入りワイヤの製造方法では、前記フラックス入りワイヤの化学組成が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量%で、
Cu:0.05〜0.70%、
であってもよい。
[4] 上記[1]〜[3]のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤの製造方法では、前記フラックス入りワイヤの化学組成が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量%で、少なくとも下記のいずれかひとつを満たしてもよい。
Ni:0.10〜2.50%
Ti:0.03〜0.30%
B:0.002〜0.010%
[5] 上記[1]〜[4]のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤの製造方法では、前記接合がかしめであってもよい。
[6] 上記[1]〜[4]のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤの製造方法では、前記接合が溶接であってもよい。
[7] 本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記[1]〜[6]のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤの製造方法によって製造されるフラックス入りワイヤを用いて溶接する工程を備える。
先ず、本発明者らは、飛散塩分量が多い腐食環境での耐食性について、ワイヤ中の化学組成(以下、「化学成分」という場合もある。)の影響を調査した。この結果、フラックス入りワイヤの化学成分として、Cu及びSnを添加することにより、飛散塩分量が多い腐食環境での耐食性を向上させることが可能であるという知見を得た。
Cは、溶接構造物に要求される溶接金属の強度及び靭性を得るためにワイヤ中に含有される元素である。Cは、鋼製外皮11に含まれる成分の他、フラックス12中のFe−Si、Fe−Mn及びFe−Si−Mn等の鉄合金が微量含有する金属粉に含まれ得る。C含有量が0.03%未満では、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、C含有量が0.10%を超えると、溶接金属の強度が高くなることにより、溶接金属の靭性が低下する。従って、C含有量は0.03〜0.10%とする。好ましくは、C含有量の下限値は0.04%、又は0.05%である。好ましくは、C含有量の上限値は0.09%、又は0.08%である。 なお、Cは、鋼製外皮11の成分、及びフラックス12中の金属粉及び合金粉の成分として存在し得る。つまり、鋼製外皮11のC含有量およびフラックス12のC含有量を制御することにより、前記のC含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
Siは、脱酸剤として作用する元素であり、且つ溶接金属の強度及び靭性を確保するためにワイヤ中に含有される元素である。Siは、鋼製外皮11に含まれる成分の他、フラックス12中の金属Si、Fe-Si及びFe-Si-Mn等に含まれ得る。Si含有量が0.40%未満では、脱酸不足によりピットが発生する。また、Si含有量が0.40%未満では、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Si含有量が0.85%を超えると、溶接金属の強度が高くなることにより、溶接金属の靭性が低下する。従って、Si含有量は0.40〜0.85%とする。好ましくは、Si含有量の下限値は0.55%、又は0.65%である。好ましくは、Si含有量の上限値は0.75%、又は0.70%である。
なお、Siは、鋼製外皮11の成分、及びフラックス12中の金属Si、Fe−Si、Fe−Si−Mn等の合金粉の成分として存在し得る。つまり、鋼製外皮11のSi含有量およびフラックス12のSi含有量を制御することにより、前記のSi含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
Mnは、脱酸剤として作用する元素であるとともに、溶接金属の強度及び靭性を確保するためにワイヤ中に含有される元素である。Mn含有量が1.5%未満では、脱酸不足となり、ピットが発生する。また、Mn含有量が1.5%未満では、溶接金属の強度及び靭性も低下する。一方、Mn含有量が3.5%を超えると、溶接金属の強度が高くなることにより、溶接金属の靭性が低下する。従って、Mn含有量は、1.5〜3.5%とする。好ましくは、Mn含有量の下限値は2.4%、又は2.6%である。好ましくは、Mn含有量の上限値は3.0%、又は2.8%である。
なお、Mnは、鋼製外皮11の成分、及びフラックス12中の金属Mn、Fe−Mn、Fe−Si−Mn等の合金粉の成分として存在し得る。つまり、鋼製外皮11のMn含有量およびフラックス12のMn含有量を制御することにより、前記のMn含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
[S:0.020%以下]
P及びSは、溶接金属の機械的特性に悪影響を与え、また、溶接金属の耐食性を損なう場合がある元素であるので、ワイヤに一切含まれないことが最も好ましい。従って、P及びSの含有量の下限値は0%である。しかしながら、P及びSをワイヤの材料から完全に除去するためには多くの費用を必要とするので、溶接金属の諸特性を損なわない範囲内でP及びSが含有されてもよい。本実施形態に係るフラックス入りワイヤ10では、0.020%以下のP、及び0.020%以下のSが許容される。P又はSの上限値を0.015%、0.010%、又は0.005%としてもよい。P又はSの下限値を0.001%、0.002%、又は0.005%としてもよい。
前記のCおよびSiと同様に、鋼製外皮11のP含有量およびS含有量並びにフラックス12のP含有量およびS含有量を制御することにより、前記のP含有量およびS含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
Cuは、溶接金属の耐食性を向上させる作用を有する元素である。Cu含有量が0.03%未満では、溶接金属の耐食性が劣る。一方、Cu含有量が0.70%を超えると、溶接金属の耐食性が向上される効果は飽和する。また、Cu含有量が0.70%を超えると、溶接金属の靭性が低下する。従って、Cu含有量は、0.03〜0.70%とする。好ましくは、Cu含有量の下限値は0.05%、0.15%、0.17%、又は0.20%である。好ましくは、Cu含有量の上限値は0.35%、0.32%、又は0.30%である。
なお、Cuは、鋼製外皮11自体の成分、鋼製外皮11のめっき成分、又はフラックス12中の金属Cu等として存在し得る。つまり、鋼製外皮11のCu含有量、めっきのCu含有量およびフラックス12のCu含有量を制御することにより、前記のCu含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
Snは、溶接金属の耐食性を向上させる効果を有する元素である。Sn含有量が0.05%未満では、耐食性が劣る。一方、Sn含有量が0.30%を超えると、高温割れが生じ易くなる。従って、Sn含有量は、0.05〜0.30%とする。好ましくは、Sn含有量の下限値は0.10%、又は0.12%である。好ましくは、Sn含有量の上限値は0.25%、0.20%、又は0.18%である。
なお、Snは、鋼製外皮11の成分として含有されてもよいし、フラックス12中の金属Sn又はSn化合物として含有されてもよい。主に、鋼製外皮11のSn含有量およびフラックス12のSn含有量を制御することにより、前記のSn含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
Mgは、強脱酸剤として作用することによって、ピット発生を防止する効果を有する元素である。Mg含有量が0.05%未満であると、脱酸剤としての効果が無く、ピットが発生する。一方、Mg含有量が0.50%を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。従って、Mg含有量は、0.05〜0.50%とする。好ましくは、Mg含有量の下限値は0.15%、0.18%、又は0.20%である。好ましくは、Mg含有量の上限値は0.35%、0.30%、又は0.25%である。
一般的な鋼製外皮11のMg含有量は殆ど0%である。このため、Mgは、フラックス12中の金属Mg、Al−Mg等の合金粉末としてワイヤに存在することが多い。つまり、主にフラックス12のMg含有量を制御することにより、前記のMg含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
Alは、脱酸剤として作用する元素であるとともに、溶融スラグ中でAl酸化物となることによってスラグの粘性を高めて、水平すみ肉溶接時に溶融プールの後退を抑制して十分なスラグ被包性を保持する作用を有する元素である。Al含有量が0.05%未満では、ビード形状が凸状になり、上脚部にアンダーカットが発生する。一方、Al含有量が0.50%を超えると、ビード形状に滑らかさがなくなることにより、ビードの止端部が膨らんだ形状となる。また、Al含有量が0.50%を超えると、溶融スラグの凝固むらが生じてスラグ剥離性が不良となる。従って、Al含有量は、0.05〜0.50%とする。好ましくは、Al含有量の下限値は0.07%、0.10%、又は0.15%である。好ましくは、Al含有量の上限値は0.25%、又は0.20%である。
なお、Alは、鋼製外皮11の成分、又はフラックス12中の金属Al粉、Fe−Al合金粉、Al−Mg合金粉などとして存在し得る。つまり、主に、鋼製外皮11のAl含有量およびフラックス12のAl含有量を制御することにより、前記のAl含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。また、フラックス入りワイヤ10のAl含有量を上記範囲内とするため、前記のAl含有量の鋼製外皮11および前記のAl含有量のフラックス12を使用してもよい。
スラグ成分であるTi酸化物は、ビード全体を均一にスラグで被包させる作用を有する。また、Ti酸化物は、アークの持続を安定させ、スパッタ発生量を低減させる効果を有する。
なお、Ti酸化物は、主に、フラックス12中のルチル、酸化チタン、チタンスラグ、イルミナイト、チタン酸ソーダ、チタン酸カリ等として存在し得る。このため、主に、フラックス12のTi酸化物の含有量を制御することにより、前記のTi酸化物の含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
(TiO2換算値)=(Ti酸化物を形成するTiのワイヤ全質量に対する質量%)×(TiO2の式量)/(Tiの原子量)
なお、Si酸化物のSiO2換算値、Zr酸化物のZrO2換算値、FeO酸化物のFe換算値、Al酸化物のAl2O3換算値も、同様の計算により得られる。
スラグ成分であるSi酸化物は、溶融スラグの粘性を高め、スラグ剥離性を改善する作用を有する。Si酸化物のSiO2換算値が0.30%未満では、スラグ被包状態が悪くスラグ剥離性が不良になり、ビード形状及びビード外観も不良になる。一方、Si酸化物のSiO2換算値が1.00%を超えると、スパッタ発生量が多くなる。さらに、Si酸化物のSiO2換算値が1.00%を超えると、ピット及びガス溝等が発生し易くなる。従って、Si酸化物のSiO2換算値は、0.30〜1.00%とする。好ましくは、Si酸化物のSiO2換算値の下限値は0.50%、又は0.60%である。好ましくは、Si酸化物のSiO2換算値の上限値は0.90%、又は0.80%である。
なお、Si酸化物は、主に、フラックス12中の珪砂、ジルコンサンド、長石、珪酸ソーダ、珪酸カリ等として存在し得る。このため、主に、フラックス12のSi酸化物の含有量を制御することにより、前記のSi酸化物の含有量(SiO2換算値で0.30〜1.00%)のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
スラグ成分であるZr酸化物は、水平すみ肉溶接でスラグ被包性を高めてビード形状を平滑にする作用を有する。Zr酸化物のZrO2換算値が0.10%未満では、ビード形状が平滑にならず、凸状のビード形状となり、スラグ剥離性が不良となる。一方、Zr酸化物のZrO2換算値が0.50%を超えると、ビード形状が凸状になりやすい。従って、Zr酸化物のZrO2換算値は、0.10〜0.50%とする。好ましくは、Zr酸化物のZrO2換算値の下限値は0.15%、又は0.20%である。好ましくは、Zr酸化物のZrO2換算値の上限値は0.40%、又は0.30%である。
なお、Zr酸化物は、主に、フラックス12中のジルコンサンド、酸化ジルコニウム等として存在し得るものであり、また、上述のTi酸化物に微量含有される場合もある。このため、主に、フラックス12のZr酸化物の含有量を制御することにより、前記のZr酸化物の含有量(ZrO2換算値で0.10〜0.50%)のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
FeO、Fe2O3等のFe酸化物は、溶融スラグの粘性及び凝固温度を調整する作用を有し、ビード止端部の膨らみを無くし、下板とのなじみ性を良好にする作用を有する。Fe酸化物のFeO換算値が0.10%未満であると、ビード止端部が膨らむことによって、ビード止端部の形状が不良になる。一方、Fe酸化物のFeO換算値が1.00%を超えると、スラグ被包状態が悪くなり、スラグ剥離性が不良でビード止端部が膨らみ、ビード形状及びビード外観も不良となる。従って、Fe酸化物のFeO換算値は、0.10〜1.00%とする。好ましくは、Fe酸化物のFeO換算値の下限値は0.20%、0.30%、又は0.40%である。好ましくは、Fe酸化物のFeO換算値の上限値は0.80%、0.70%、又は0.60%である。
なお、Fe酸化物は主にフラックス12に存在する場合が多く、主に、フラックス12のFe酸化物の含有量を制御することにより、前記のFe酸化物の含有量(FeO換算値で0.10〜1.00%)のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
Al酸化物は、溶融スラグを構成した場合、スラグ被包性を良好にすることにより、すみ肉ビードの上脚側のアンダーカットを防止する作用を有する。Al酸化物のAl2O3換算値が0.05%未満では、すみ肉ビードの上脚側にアンダーカットが生じやすくなる。一方、Al酸化物のAl2O3換算値が0.50%を超えると、すみ肉ビードの下脚側のビード止端部が膨らんだビード形状となる。従って、Al酸化物のAl2O3換算値は、0.05〜0.50%とする。好ましくは、Al酸化物のAl2O3換算値の下限値は0.10%、0.15%、又は0.20%である。好ましくは、Al酸化物のAl2O3換算値の上限値は0.35%、0.30%、又は0.25%である。
なお、Al酸化物は、主にフラックス12中のアルミナ、長石等の成分として存在する場合が多い。このため、主に、フラックス12のAl酸化物の含有量を制御することにより、前記のAl酸化物の含有量(Al2O3換算値で0.05〜0.50%)のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
Na化合物及びK化合物には、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耐ピット性を高めることによって、平滑なビード形状にする作用がある。Na化合物及びK化合物は、フラックス中の珪酸ソーダ及び珪酸カリ等からなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリ等の弗素化合物として存在し得る。
通常の鋼製外皮11のNa化合物及びK化合物の含有量はほぼ0%である。このため、主にフラックス12のNa化合物及びK化合物の含有量を制御することにより、前記のNa化合物及びK化合物の含有量(Na2O換算値及びK2O換算値の合計で0.050〜0.200%)のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
スラグ成分である弗素化合物は、アークの指向性を高めて安定した溶融プールにする作用を有するとともに、スラグの粘性を調整してビード形状を平滑にする作用並びに耐ピット性を良好にする作用を有する。弗素化合物は、フラックス12中の弗化マグネシウム、氷晶石、弗化ソーダや珪弗化カリ等として存在し得る。通常の鋼製外皮11の弗素化合物の含有量はほぼ0%である。このため、主にフラックス12の弗素化合物の含有量を制御することにより、前記の弗素化合物の含有量(F換算値で0.02〜0.20%)のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。
なお、弗素化合物のF換算値とは、ワイヤ中のすべての弗素化合物に含まれるFの、ワイヤ全質量に対する質量%での含有量の総量である。
Biは、スラグ剥離性を向上させ、ビード表面に光沢を出し、ビード外観を良好にする作用を有するので、ワイヤ10に含まれても良い。Biは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックス12中の金属Biや酸化Bi等として存在し得る。しかし、金属Bi及びBi酸化物のBi換算値の合計が0.035%を超えると、ビード上部のスラグが流れて、ビード全面をスラグで被包することができなくなり、ビード外観が不良となる。従って、フラックス12中の金属Bi及びBi酸化物のBi換算値の合計は、0.035%以下とする。好ましくは、金属Bi及びBi酸化物のBi換算値の合計の上限値は0.030%、又は0.025%である。なお、スラグ剥離性を向上させる効果を得るためには金属Bi及びBi酸化物のBi換算値の合計の下限値は、0.005%、0.010%、又は0.015%とすることが好ましい。
[Ti:0〜0.30%]
[B:0〜0.010%]
Ni、Ti及びBは、溶接金属の低温における靭性を確保するためにワイヤ10中に含有させてもよい。しかし、Ni含有量が2.50%を超えると、高温割れが生じやすくなる。従って、Ni含有量は、2.50%以下とする。好ましくは、Ni含有量の上限値は2.30%、2.00%、又は1.50%である。なお、溶接金属の低温における靭性を確保するためには、Ni含有量の下限値を0.10%、又は0.20%とすることが好ましい。
Ni:0.10〜2.50%
Ti:0.03〜0.30%
B:0.002%〜0.010%
Moは溶接金属の強度を向上させる効果を有するので、ワイヤ10中に含まれてもよい。しかし、Mo含有量が0.400%を超えると、特に飛来塩分量が多い環境下において塗膜傷が生じた場合、Snのイオン化と競合することで塗膜傷部直下の平均腐食深さが抑制できなくなる。したがって、Mo含有量の上限は0.400%とすることが好ましい。また、溶接金属の強度を向上させる効果を得るためには、Mo含有量の下限を0.010%とすることが好ましい。好ましいMo含有量の上限値は、0.300%、0.100%、又は0.040%である。
なお、Moは、鋼製外皮11の成分、フラックス12中の金属Mo、Fe−Mo等の合金粉末としてワイヤ10に存在し得る。つまり、主に、鋼製外皮11のMo含有量およびフラックス12のMo含有量を制御することにより、前記のMo含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。また、フラックス入りワイヤ10のMo含有量を前記範囲内とするため、前記のMo含有量(つまり、0〜0.400%)の鋼製外皮11および前記のMo含有量(つまり、0〜0.400%)のフラックス12を使用してもよい。
Wは、溶接金属の強度向上に寄与することからワイヤ10中に含まれても良い。しかし、W含有量が0.200%を超えると、特に飛来塩分量が多い環境下において塗膜傷が生じた場合、Snのイオン化と競合することで塗膜傷部直下の平均腐食深さが抑制できなくなる。したがって、W含有量の上限は0.200%とする。好ましいW含有量の上限値は、0.150%、0.100%、又は0.010%である。
なお、Wは、鋼製外皮11の成分として、または、フラックス12中の金属W等の合金粉末としてワイヤ10に存在し得る。つまり、主に、鋼製外皮11のW含有量およびフラックス12のW含有量を制御することにより、前記のW含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。また、フラックス入りワイヤ10のW含有量を前記範囲内とするため、前記のW含有量(つまり、0〜0.200%)の鋼製外皮11および前記のW含有量(つまり、0〜0.200%)のフラックス12を使用してもよい。
Crは、溶接金属の強度向上に寄与することからワイヤ中に含まれても良い。しかし、Cr含有量が0.500%を超えると、特に飛来塩分量が多い環境下において塗膜傷が生じた場合、Snのイオン化と競合することで塗膜傷部直下の腐食深さが抑制できなくなる。したがって、Cr含有量の上限は0.500%とすることが好ましい。好ましいCr含有量の上限値は、0.100%、又は0.050%である。
なお、Crは、鋼製外皮11の成分として、または、フラックス12中の金属Cr、Fe−Cr等の合金粉末の合金粉末としてワイヤに存在し得る。つまり、主に、鋼製外皮11のCr含有量およびフラックス12のCr含有量を制御することにより、前記のCr含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。また、フラックス入りワイヤ10のCr有量を前記範囲内とするため、前記のCr含有量(つまり、0〜0.500%)の鋼製外皮11および前記のCr含有量(つまり、0〜0.500%)のフラックス12を使用してもよい。
Nbは、析出強化により溶接金属の強度向上に寄与することからワイヤ10中に含まれても良い。しかし、Nb含有量が0.300%を超えると、Nbが粗大な析出物を形成して溶接金属の靭性が低下する。したがって、Nb含有量の上限値は0.300%とする。Nb含有量の上限値を0.250%、又は0.200%としてもよい。上述の効果を得るために、Nb含有量の下限値を0.050%、又は0.100%としてもよい。
なお、Nbは、鋼製外皮11の成分として、または、フラックス12中の金属Nb、Fe−Nb等の合金粉末の合金粉末としてワイヤ10に存在し得る。つまり、主に、鋼製外皮11のNb含有量およびフラックス12のNb含有量を制御することにより、前記のNb含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。また、フラックス入りワイヤ10のNb含有量を前記範囲内とするため、前記のNb含有量(つまり、0〜0.300%)の鋼製外皮11および前記のNb含有量(つまり、0〜0.300%)のフラックス12を使用してもよい。
Vは、溶接金属の強度向上に寄与することからワイヤ10中に含まれても良い。しかし、V含有量が0.300%を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、溶接金属の靭性が低下する。したがって、V含有量は0.300%以下とする。溶接金属の強度を向上させる効果を得るためには、V含有量を0.010%以上とすることが好ましい。好ましいV含有量の上限値は、0.200%、又は0.100%である。
なお、Vは、鋼製外皮11の成分として、または、フラックス12中の金属V、Fe−V等の合金粉末の合金粉末としてワイヤ10に存在し得る。つまり、主に、鋼製外皮11のV含有量およびフラックス12のV含有量を制御することにより、前記のV含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。また、フラックス入りワイヤ10のV含有量を前記範囲内とするため、前記のV含有量(つまり、0〜0.300%)の鋼製外皮11および前記のV含有量(つまり、0〜0.300%)のフラックス12を使用してもよい。
Nは、溶接金属の靱性等を損なわせる元素であるので、ワイヤ10に一切含まれないことが最も好ましい。従って、N含有量の下限値は0%である。しかしながら、Nをワイヤの材料から完全に除去するためには多くの費用が必要とされるので、溶接金属の諸特性を損なわない範囲内でNが含有されてもよい。本実施形態に係るフラックス入りワイヤ10では、0.0080%以下のNが許容される。N含有量の上限値を0.0070%、0.0060%、又は0.0050%としてもよい。フラックス入りワイヤ10のN含有量を前記範囲内とするため、前記のN含有量(つまり、0〜0.0080%)の鋼製外皮11および前記のV含有量(つまり、0〜0.0080%)のフラックス12を使用してもよい。
[REM:0〜0.0050%]
Ca及びREMは、硫化物及び酸化物の形態を変化させることで溶接金属の延性及び靭性を向上させる効果を有する。この効果を得るために、Ca含有量を0.0002%以上としてもよく、REM含有量を0.0002%以上としてもよい。一方、Ca及びREMは、スパッタ量を増大させ、溶接性を損なう元素でもある。従って、Ca含有量の上限値は0.0050%であり、REM含有量の上限値は0.0050%である。Ca含有量の上限値を0.0040%、又は0.0030%としてもよい。REM含有量の上限値を0.0040%、又は0.0030%としてもよい。
なお、CaおよびREMは、鋼製外皮11の成分として、または、フラックス12中のCa化合物またはREM化合物としてワイヤ10に存在し得る。つまり、主に、鋼製外皮11のCa含有量およびREM含有量並びにフラックス12のCa含有量およびREM含有量を制御することにより、前記のCa含有量およびREM含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。また、フラックス入りワイヤ10のCa含有量およびREM含有量を前記範囲内とするため、前記のCa含有量(つまり、0〜0.0050%)およびREM含有量(つまり、0〜0.0050%)の鋼製外皮11および前記のCa含有量(つまり、0〜0.0050%)およびREM含有量(つまり、0〜0.0050%)のフラックス12を使用してもよい。
Sbは、Snと同様に耐候性及び耐塗装剥離性を溶接金属に付与する元素である。従って、Sb含有量を0.0010%、又は0.0020%としてもよい。しかしながら、Sb含有量が0.0050%を超えると、溶接金属の粒界へのSbの偏析により、溶接金属の靭性が低下する。従って、Sb含有量の上限値は0.0050%とする。Sb含有量の上限値を0.0040%、又は0.0030%としてもよい。
なお、Sbは、鋼製外皮11の成分として、または、フラックス12中の金属SbまたはSb化合物等の合金粉末の合金粉末としてワイヤ10に存在し得る。つまり、主に、鋼製外皮11のSb含有量およびフラックス12のSb含有量を制御することにより、前記のSb含有量のフラックス入りワイヤ10を製造することができる。また、フラックス入りワイヤ10のSb有量を前記範囲内とするため、前記のSb含有量(つまり、0〜0.0050%)の鋼製外皮11および前記のSb含有量(つまり、0〜0.0050%)のフラックス12を使用してもよい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤ10の製造方法において、Sn及びSbの合計含有量は、Mo及びWの合計含有量を超える必要がある。Sn及びSbの合計含有量がMo及びWの合計含有量以下である場合、特に飛来塩分量が多い環境下においては、塗膜劣化によって塗膜傷が生じた場合に、塗膜傷部直下の平均腐食深さの抑制が困難であり、耐塗装剥離性が低下するからである。なお、上述の要件は、Sn、Sb、Mo、及びWの含有量を以下の式に代入して得られる指数Xが0超である、と換言することができる。この指数Xが0.05以上、0.08以上、又は0.10以上となるように、フラックス入りワイヤ10の成分が制御されることが好ましい。
JIS G 3141:2011で規定されるSPCCを鋼製外皮として使用してフラックスを充填後、縮径して(外皮の軟化および脱水素のため中間焼鈍を1回実施)、表1−1〜表1−4に示す成分(数値はワイヤの全質量に対する質量%で示す)を有し、充填率13.5%、ワイヤ径1.2mmの鋼製外皮に貫通した隙間が無いシームレスタイプのフラックス入りワイヤを各種試作した。ただし、A21はかしめによって製造した。なお、表1−1〜表1−4に記載の値は、設計値であり、フラックス入りワイヤの全質量(鋼製外皮とフラックスとの合計の質量)に対する質量%を示す。また、フラックス入りワイヤの製造の際には、フラックスの原料の化学組成の分析報告書、証明書またはカタログなどに基づいて、各化合物の含有量を制御した。なお、表1−1〜表1−4中の残部「bal.」は、化学組成の残部がFe及び不純物であることを示す。
ビード外観は、目視により、アーク不安定に起因したビード切れ、ビードくびれ、ボイドによる穴あきが生じたか否かを判断し、これらビード切れ等が生じた場合を「不良」とした。これらビード切れ等が生じなかった場合を「良好」とした。
スラグ剥離性は、たがねによる打撃によらずスラグが剥離した場合を「非常に良好」とし、(たがねによる打撃なしではスラグが剥離せず)たがねによる打撃によりスラグが剥離した場合を「良好」とし、たがねによる打撃の後もビード上にスラグが残留した場合を「不良」とした。
耐ピット性は、ピット発生量が1個/m以下の場合を「良好」とし、1個/m超の場合を「不良」とした。
溶接中に飛散するスパッタを捕集し、スパッタの質量を測定した。スパッタ発生量は、1分間の時間あたりのスパッタ質量が1.5g以上の場合を「多い」とし、1.0〜1.5g(1.0g以上、1.5g未満)の場合を「やや多い」とし、1.0g未満の場合を「少ない」とした。
SAE J2334試験の80サイクル後に、各試験片の塗膜剥離及び膨れの面積率を計測した。また、実構造物の長期にわたる塗装耐食性能を反映する試験として塗膜密着性の評価を行った。クロスカットを対角線とする長方形に相当する領域の全面に対し、長方形の長辺長さ100mmに切りだした幅20mmの透明付着テープをお互いに重ならないように2列貼付け、テープ付着後5分以内に60°に近い角度にて4.0〜8.0秒で引き離した。テープによる引き剥がし操作にて剥離した塗膜面積を、SAE J2334試験の80サイクル直後に残存していた塗膜面積にて除して得られたテープ剥離率を求めた。その後、表面の残存塗膜と生成した錆層を除去し、塗装被膜疵部の腐食深さを測定後、平均腐食深さを算出した。
耐候性・耐塗装剥離性の評価は、塗膜剥離及び膨れ面積率が50%未満、かつ、塗膜傷部の平均腐食深さが0.50mm未満の場合を合格とした。また、塗膜密着性の評価は、テープ剥離率が0〜20%未満を「非常に良好」とし、20%以上40%未満を「良好」とし、40%以上を「不良」と判定した。
i)溶接作業性の各評価項目にて「不良」の評価がないこと(スパッタ発生量については「多い」を「不良」とし、「やや多い」および「少ない」は「不良」としない。)。
ii)X線透過試験は「欠陥なし」の評価であること。
iii)溶着金属試験で「合格」の判定であること。
iv)溶接部の耐食性評価試験において「合格」の判定であること。(ただし、「塗膜密着性」の評価は、溶着金属の耐食性のみならず鋼材の塗装耐食性の影響も受ける可能性があることから、総合評価の判断に含めないこととした。)
本発明例であるワイヤNo.1〜24は、TiO2換算値、SiO2換算値、ZrO2換算値、FeO換算値、Al2O3換算値、C、Si、Mn、Cu、Al、Sn、Mg、Na2O換算値とK2O換算値の合計及びF換算値が適量であるので、ビード形状、ビード外観及びスラグ剥離性が「不良」ではなく、ピットの発生が少なく、スパッタ発生量が「多い」ではなく、X線透過試験で欠陥(クレータ割れ)が無く、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーも合格判定基準値以上であった。また、耐食性評価試験結果も良好であり、合格判定基準値以上であった。なお、本発明例であるワイヤNo.1〜23は、酸化物等の化合物を構成するO以外のO含有量が0〜0.080%であり、酸化物等の化合物を含めた、全てのOの含有量は0.5〜6.0%であった。
また、Ti及びBの1種又は2種を適量含むワイヤNo.6〜8、Niを適量含むワイヤNo.9〜13、および19〜23及びTi及びBの1種又は2種とNiを適量含むワイヤNo.14〜16および18は、−40℃における溶着金属の吸収エネルギーが60J以上と良好であった。
ワイヤNo.27は、SiO2換算値が大きいので、スパッタ発生量が多くなり、ピットも発生した。また、ZrO2換算値が大きいので、ビード形状が凸状であった。
ワイヤNo.29は、FeO換算値が大きいので、スラグ被包状態が悪くスラグ剥離性が不良となり、ビード止端部が膨らみビード形状及びビード外観も「不良」であった。また、Sn量が多いのでクレータ割れが発生した。
ワイヤNo.31は、Al2O3換算値が大きいので、ビード止端部が膨らみ、なじみ性が悪くなり、ビード形状が「不良」であった。また、Mg量が少ないのでピットが発生した。
ワイヤNo.33は、Al量が多いので、ビード形状に滑らかさがなくなり、止端部が膨らんだ形状となり、溶融スラグにおいても凝固むらが生じてスラグ剥離性が「不良」であった。また、Mg量が多いので、アークが荒くなり、スパッタ発生量も多かった。さらに、Mn量が多いので、溶着金属の引張強さが高く、延性低下に起因して0℃での吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤNo.35は、Na2O換算値とK2O換算値の合計が大きいので、スパッタ発生量が多く、スラグ剥離性、ビード形状及びビード外観が「不良」であった。また、Mn量が少ないので、ピットが発生し、溶着金属の引張強さ及び0℃での吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤNo.37は、Sn量が少ないので、溶着金属の塗膜剥離及び膨れの面積率が大きく、塗膜傷部の平均腐食深さも深かった。また、F換算値が大きいので、スラグの粘性が低下し、ビード形状が凸状で、スラグ剥離性も「不良」であった。
ワイヤNo.39は、Na2O換算値とK2O換算値の合計が少ないので、アークが不安定になり大粒のスパッタ発生量が多く、ビード形状及びビード外観が「不良」となり、ピットも発生した。また、Ni量が多いので、クレータ割れが生じた。
ワイヤNo.41は、指数Xが0以下となり、溶着金属の塗膜剥離及び膨れの面積率が大であるとともに、塗膜傷部直下の平均腐食深さが深く、塗膜密着性も「不良」であった。
2 溶着金属
3 腐食試験片の採取位置
4 クロスカット
5 腐食試験片
10 フラックス入りワイヤ
11 鋼製外皮
12 フラックス
13 鋼板
14 継ぎ目
15 溶接部
Claims (7)
- 鋼製外皮の内部にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤの製造方法であって、
鋼板を円形に成形しながら、前記鋼板の内部にフラックスを充填する工程と、
前記鋼板の両端を接合して鋼管とする工程と、
前記鋼管に圧延及び焼鈍を施して、前記フラックス入りワイヤを得る工程と、
を備え、
前記フラックス入りワイヤの化学組成が、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量%で、
C:0.03〜0.10%、
Si:0.40〜0.85%、
Mn:1.5〜3.5%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Cu:0.03〜0.70%、
Sn:0.05〜0.30%、
Mg:0.05〜0.50%、
Al:0.05〜0.50%、
Ti酸化物:TiO2換算値で1.50〜4.60%未満、
Si酸化物:SiO2換算値で0.30〜1.00%、
Zr酸化物:ZrO2換算値で0.10〜0.50%、
Fe酸化物:FeO換算値で0.10〜1.00%、
Al酸化物:Al2O3換算値で0.05〜0.50%、
Na化合物及びK化合物の合計:Na2O換算値及びK2O換算値の合計で0.050〜0.200%、
弗素化合物:F換算値で0.02〜0.20%、
Bi及びBi酸化物の合計:Bi換算値で0〜0.035%、
Ni:0〜2.50%、
Ti:0〜0.30%、
B:0〜0.010%、
Mo:0〜0.400%、
W:0〜0.200%、
Cr:0〜0.500%、
Nb:0〜0.300%、
V:0〜0.300%、
N:0〜0.0080%、
Ca:0〜0.0050%、
REM:0〜0.0050%、
Sb:0〜0.0050%、
残部:Fe及び不純物であり、
Sn含有量、Sb含有量、W含有量、及びMo含有量が以下の式1を満たす
ことを特徴とするフラックス入りワイヤの製造方法。
Sn+Sb>Mo+W :式1
ただし、前記式1における元素記号は、各元素記号に係る元素の含有量を、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量%で示すものである。 - 前記フラックス入りワイヤの化学組成が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量%で、
Mo:0〜0.040%、
W:0〜0.010%
であ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の製造方法。 - 前記フラックス入りワイヤの化学組成が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量%で、
Cu:0.05〜0.70%、
であることを特徴とする請求項1又は2に記載のフラックス入りワイヤの製造方法。 - 前記フラックス入りワイヤの化学組成が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量%で、少なくとも下記のいずれかひとつを満たすことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤの製造方法。
Ni:0.10〜2.50%
Ti:0.03〜0.30%
B:0.002〜0.010% - 前記接合がかしめであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤの製造方法。
- 前記接合が溶接であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤの製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤの製造方法によって製造されるフラックス入りワイヤを用いて溶接する工程を備える溶接継手の製造方法。
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