JP6728806B2 - High Ni flux-cored wire for gas shield arc welding and method for manufacturing welded joint - Google Patents
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Description
本発明は、フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a flux-cored wire and a welded joint.
近年、ビル、橋梁などの建築構造物の大型化、高層化の要求が増加している。それに伴って、７８０ＭＰａ級（引張強さ７８０ＭＰａ以上）、又は、それ以上の引張強さの高強度鋼の使用量が増大している。 In recent years, there has been an increasing demand for building structures such as buildings and bridges to be made larger and higher in height. Along with this, the amount of high-strength steel having a tensile strength of 780 MPa class (tensile strength of 780 MPa or higher) or higher is increasing.
これら高強度鋼を部材の材料として用いることにより、部材に必要とされる強度を得るための鋼材の量を削減することができる。鋼材使用量が減ることで、鋼材費用及び鋼材運搬費用が減少し、さらに、構造物の重量が削減される。これにより、鋼材の取り扱いが容易になり、且つ溶接量が削減されるので、建設工期短縮及び施工コスト削減が期待される。 By using these high-strength steels as the material of the member, the amount of steel material for obtaining the strength required for the member can be reduced. The reduction in the amount of steel used reduces the cost of steel and the cost of transporting steel, and further reduces the weight of the structure. As a result, the steel material can be handled easily and the amount of welding can be reduced. Therefore, it is expected that the construction period and construction cost can be shortened.
高強度及び高靭性などの機械特性が要求される、自動車用部品及び橋梁などの溶接構造物を製造する際は、溶接金属にも高強度及び高靭性が求められる。このような溶接構造物の製造のために用いられる溶接用ワイヤとして、５％以上のＮｉを含有する高Ｎｉフラックス入りワイヤが知られている（例えば、特許文献１参照）。Ｎｉは、他の焼入れ性強化元素に比べて、靭性への悪影響が少ないため、溶接金属の強度及び靭性の両方を向上させるために有効な元素である。なお、高Ｎｉフラックス入りワイヤとは、フラックス入りワイヤを構成する鋼製外皮及びフラックスに含まれるＮｉの合計量が高い溶接ワイヤである。従って、フラックスがＮｉを含まず、鋼製外皮がＮｉを含むフラックス入りワイヤも、高Ｎｉフラックス入りワイヤと称される。 When manufacturing welded structures such as automobile parts and bridges, which require mechanical properties such as high strength and high toughness, the weld metal is also required to have high strength and high toughness. As a welding wire used for manufacturing such a welded structure, a high Ni flux-cored wire containing 5% or more of Ni is known (see, for example, Patent Document 1). Ni has less adverse effect on toughness as compared with other hardenability strengthening elements, and is an element effective for improving both strength and toughness of the weld metal. The high-Ni flux-cored wire is a welding wire having a high total amount of Ni contained in the steel shell and flux that compose the flux-cored wire. Therefore, a flux-cored wire whose flux does not contain Ni and whose steel outer sheath contains Ni is also referred to as a high Ni flux-cored wire.
また、高強度鋼を溶接して製造される溶接構造物においては、溶接部の引張残留応力を減少させることが求められる。溶接部の引張残留応力は、溶接部の疲労強度を低下させるからである。この要求を満たすためにも、Ｎｉをフラックス入りワイヤに含有させることは有効である。Ｎｉはオーステナイトフォーマーであり、相変態温度を低下させる元素でもある。その性質を利用して、疲労強度に優れた溶接部を得ることを目的とした高Ｎｉフラックス入りワイヤも知られている（例えば、特許文献２参照）。この溶接ワイヤを用いた溶接では、溶接金属を低温域でマルテンサイト変態させることができる。マルテンサイト変態の際に、溶接金属は膨張する。この変態時の体積膨張を利用して、溶接部に圧縮残留応力を発生させ、溶接部の引張残留応力を低減することにより、あるいは溶接部に圧縮残留応力を付与することにより、溶接部の疲労強度を改善することができる。 Further, in a welded structure manufactured by welding high strength steel, it is required to reduce the tensile residual stress in the welded portion. This is because the tensile residual stress in the weld reduces the fatigue strength of the weld. In order to satisfy this requirement, it is effective to contain Ni in the flux-cored wire. Ni is an austenite former and is also an element that lowers the phase transformation temperature. A high Ni flux-cored wire for obtaining a welded portion having excellent fatigue strength by utilizing the property is also known (for example, refer to Patent Document 2). In welding using this welding wire, the weld metal can be transformed into martensite in a low temperature range. During the martensitic transformation, the weld metal expands. By utilizing the volume expansion during this transformation, compressive residual stress is generated in the weld and the tensile residual stress of the weld is reduced, or by applying compressive residual stress to the weld, fatigue of the weld The strength can be improved.
さらに、橋梁及び造船分野等において行われる溶接では、溶接金属中の拡散性水素に起因する低温割れを回避することを目的に、拡散性水素を溶接継手の外に放出するために行なわれる予熱作業の軽減が求められている。予熱作業は、作業負荷が大きく、製造コスト増につながるからである。予熱作業の負荷を低減させる（予熱無しにする、あるいは、予熱温度を低くする）ためには、溶接金属中の拡散性水素を低減する必要がある。特許文献３は、フラックス入りワイヤにＣａＦ２主体とする弗化物を添加することで、溶接金属中に含まれる拡散性水素量を低減させ、耐低温割れ性を改善した画期的な技術である。 Furthermore, in welding performed in the fields of bridges and shipbuilding, preheating work is performed to release diffusible hydrogen outside the welded joint in order to avoid cold cracking due to diffusible hydrogen in the weld metal. Is required to be reduced. This is because the preheating work has a large work load and leads to an increase in manufacturing cost. In order to reduce the load of the preheating work (no preheating or lowering the preheating temperature), it is necessary to reduce diffusible hydrogen in the weld metal. Patent Document 3 is an epoch-making technique in which the amount of diffusible hydrogen contained in the weld metal is reduced by adding a fluoride mainly containing CaF 2 to the flux-cored wire to improve the cold crack resistance. ..
しかしながら、耐低温割れ性に優れた高Ｎｉフラックス入りワイヤを得ることは容易ではない。本発明者らは、耐低温割れ性に優れた高Ｎｉフラックス入りワイヤを開発するために、特許文献３及び特許文献２を参考に、ＣａＦ２をフラックス入りワイヤの全質量に対して２質量％超添加した高Ｎｉフラックス入りワイヤを試作し、溶接作業を行なった。その結果、強度、靭性、疲労強度および耐低温割れ性について良好な溶接部を有する溶接継手が得られた。しかし、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスである溶接作業に、上述のフラックス入りワイヤを用いた場合には、スパッタが多発し、作業性が著しく悪いという問題が起こった。１００％ＣＯ２シールドガスは、Ａｒ−ＣＯ２混合シールドガスに比べて、安価であるので、１００％ＣＯ２シールドガスを用いる溶接に適用可能なフラックス入りワイヤの提供が求められている。 However, it is not easy to obtain a high Ni flux-cored wire excellent in cold crack resistance. In order to develop a high Ni flux-cored wire having excellent cold crack resistance, the present inventors refer to Patent Document 3 and Patent Document 2 and CaF 2 is 2% by mass with respect to the total mass of the flux-cored wire. A super-added high-Ni flux-cored wire was prototyped and welding work was performed. As a result, a welded joint having a welded portion having good strength, toughness, fatigue strength and cold crack resistance was obtained. However, when the above-mentioned flux-cored wire is used for welding work in which the shielding gas is 100% CO 2 gas, spatter frequently occurs, resulting in a problem that workability is extremely poor. Since 100% CO 2 shield gas is cheaper than Ar-CO 2 mixed shield gas, it is required to provide a flux-cored wire applicable to welding using 100% CO 2 shield gas.
本発明の課題は、靱性、疲労強度、および引張強さが優れた溶接金属が得られ、耐低温割れ性が優れ、スパッタの発生量が少ないフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a welded metal having excellent toughness, fatigue strength, and tensile strength, excellent cold crack resistance, and a method for manufacturing a flux-cored wire and a welded joint in which the amount of spatter is small. Is.
本発明の要旨は次のとおりである。 The gist of the present invention is as follows.
（１）本発明の一態様に係るガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスとを備え、前記フラックスが、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、及びＫ２ＺｒＦ６からなる群から選択される１種又は２種以上の弗化物であって、前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計が０．２０％以上である弗化物と、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．３％以上３．５０％未満の酸化物と、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０％以上１０．０％未満の鉄粉と、を含み、かつ炭酸塩を含まないか、またはＣａＣＯ ３ 、Ｎａ ２ ＣＯ ３ 、及びＭｇＣＯ ３ からなる群から選択される１種または２種以上の炭酸塩を、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計２．００％以下含み、前記弗化物に含まれる前記ＣａＦ２の含有量が前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で１．００％未満であり、前記酸化物に含まれるＴｉ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．１０％以上２．５０％未満であり、前記酸化物に含まれる前記ＣａＯの含有量が、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．２％未満であり、式１によって算出されるＸ値が３．０％以下であり、さらに、前記弗化物、前記酸化物、及び前記炭酸塩を除く前記化学成分が、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ｃ：０．００３〜０．０８０％、Ｓｉ：０．２１〜２．００％、Ｍｎ：０．８１〜３．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎｉ：５．０〜１５．０％、を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる。
Ｘ＝［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋１．５×（［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋３．５×（［ＣａＦ２］）・・・（式１）
ただし、式１に記載の括弧が付された化学式は、前記化学式に係る前記弗化物の、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量を表し、含有されない前記弗化物の含有量は０とみなす。
（２）上記（１）に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤは、さらに、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．８０％以下、Ｃｒ：５．０％以下、及びＭｏ：２．０％以下からなる群から選択される１種または２種以上を含有してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤは、さらに、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ａｌ：０．４００％以下、Ｔｉ：０．３０％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、及びＢ：０．０１００％以下からなる群から選択される１種または２種以上を含有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤは、さらに、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ｍｇ：０．８０％以下、Ｃａ：０．５００％以下、及びＲＥＭ：０．０１００％以下からなる群から選択される１種または２種以上を含有してもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤは、前記フラックスが、ＣａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＭｇＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上の前記炭酸塩を、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計２．００％以下含有してもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮がスリット状の隙間のない形状であってもよい。
（７）上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有する形状であってもよい。（８）上記（１）〜（７）のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤの表面に塗布されたパーフルオロポリエーテル油をさらに備えてもよい。
（９）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法では、上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤを用いる。
(1) A high Ni flux-cored wire for gas shield arc welding according to an aspect of the present invention includes a steel outer cover and a flux filled inside the steel outer cover, wherein the flux is CaF 2 , MgF. One or two or more kinds of fluorides selected from the group consisting of 2 , 2 , Na 3 AlF 6 , NaF, and K 2 ZrF 6 , and the total of F conversion values with respect to the total mass of the flux-cored wire is 0. 20% or more of fluoride, 0.3% to less than 3.50% by mass of the flux-cored wire, and 0% to 10% of mass of the flux-cored wire. Less than 0.0% of iron powder and no carbonate, or one or more carbonates selected from the group consisting of CaCO 3 , Na 2 CO 3 and MgCO 3 , The total content of the flux-cored wire is 2.00% or less based on the total mass, and the content of the CaF 2 contained in the fluoride is less than 1.00% by mass% based on the total mass of the flux-cored wire. The content of Ti oxide contained in the oxide is 0.10% or more and less than 2.50% by mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire, and the content of CaO contained in the oxide. but less than 0.2% in percentage by weight relative to the total weight of the flux-cored wire, and the X value calculated by equation 1 is 3.0% or less, further, the fluoride, the oxide, and the The chemical composition excluding carbonate is a mass% relative to the total mass of the flux-cored wire, and is C: 0.003 to 0.080%, Si: 0.21 to 2.00%, Mn: 0.81 to 3%. .50%, P: 0.020% or less, S: 0.010% or less, Ni: 5.0 to 15.0%, with the balance being Fe and impurities.
X=[Na 3 AlF 6 ]+[NaF]+[MgF 2 ]+1.5×([K 2 ZrF 6 ])+3.5×([CaF 2 ]) (Equation 1)
However, the chemical formula in parentheses in Formula 1 represents the content of the fluoride according to the chemical formula in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire, and the content of the fluoride not contained is Considered as 0.
(2) The high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding according to (1) above is further Cu: 0.80% or less and Cr: 5.0% in mass% relative to the total mass of the flux-cored wire. The following may be included and one or more selected from the group consisting of Mo: 2.0% or less.
(3) The high-Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding according to (1) or (2) above, further comprises Al: 0.400% or less and Ti: mass% based on the total mass of the flux-cored wire. You may contain 1 type(s) or 2 or more types selected from the group which consists of 0.30% or less, Nb:0.05% or less, and B:0.0100% or less.
(4) The high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding according to any one of (1) to (3) above, further comprises Mg: 0.80 in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire. % Or less, Ca: 0.500% or less, and REM: 0.0100% or less, one or more kinds selected from the group may be contained.
(5) above (1) to (4) high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding according to any one of the flux, from the group consisting of CaCO 3, Na 2 CO 3, and MgCO 3 One or more selected carbonates may be contained in a total of 2.00% or less by mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire.
(6) In the high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding according to any one of (1) to (5) above, the steel shell may have a slit-like shape with no gap.
(7) In the high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding according to any one of (1) to (5) above, the steel shell may have a shape having a slit-shaped gap. (8) The high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding according to any one of (1) to (7) above, further comprises perfluoropolyether oil applied to the surface of the flux-cored wire. Good.
(9) In the method for manufacturing a welded joint according to another aspect of the present invention, the high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding according to any one of (1) to (8) above is used.
本発明は、高強度及び高靭性であり、かつ、疲労強度に優れた溶接金属を得ることができ、耐低温割れ性が優れ、さらに、スパッタの発生量が少ないガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を提供することができる。特に本発明は、疲労強度及び靭性等が必要とされる部材（例えば、橋梁、造船、自動車、建築、及びガスタンク等）に使用される７８０ＭＰａ以上の高強度鋼の溶接、及びシールドガスが１００％ＣＯ２である溶接に適用された場合であっても、耐低温割れ性に優れ、スパッタ発生が少なく、高い溶接施工効率で溶接可能であるガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a high Ni flux for gas shielded arc welding, which has high strength and high toughness, and can obtain a weld metal excellent in fatigue strength, has excellent low temperature crack resistance, and has a small amount of spatter. A method of manufacturing a cored wire and a welded joint can be provided. In particular, the present invention is a welding of high-strength steel of 780 MPa or more used for members (for example, bridges, ships, automobiles, construction, gas tanks, etc.) that require fatigue strength and toughness, and 100% shield gas. A high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding and a welded joint that are excellent in cold cracking resistance, generate little spatter, and can be welded with high welding work efficiency even when applied to welding using CO 2. A manufacturing method can be provided.
本発明者らは、Ｎｉを５％以上含有したガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤにおいて、種々のスラグ成分量を変えて実験した。その結果、本発明者らは、Ｎｉを５．０〜１５．０％含有した高Ｎｉフラックス入りワイヤを用いて厚手の鋼板を溶接した場合に問題となる低温割れを改善することができ、かつ、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスである溶接に用いられた場合でもスパッタの発生量を抑制することができる弗化物の種類と添加量を見出した。 The inventors of the present invention conducted experiments by changing the amount of various slag components in a high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding containing 5% or more of Ni. As a result, the present inventors have been able to improve cold cracking, which is a problem when welding a thick steel plate using a high Ni flux-cored wire containing 5.0 to 15.0% Ni, and The inventors have found the kind and addition amount of fluoride that can suppress the generation amount of spatter even when the shielding gas is 100% CO 2 gas and used for welding.
本発明は以上のような検討の結果なされたものである。以下、本実施形態に係るフラックス入りワイヤについて、スラグ成分と合金成分とに分けて説明する。なお、溶接ワイヤについての説明中の成分の含有量は、特に断りが無い限り、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％を表す。
最初に、ワイヤの鋼製外皮の内部に挿入されるスラグ成分について説明する。
The present invention has been made as a result of the above studies. Hereinafter, the flux-cored wire according to the present embodiment will be described separately for the slag component and the alloy component. In addition, the content of the component in the description of the welding wire represents mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire unless otherwise specified.
First, the slag component inserted inside the steel outer shell of the wire will be described.
（弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計：０．２０％以上）
（弗化物の種類：ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、及びＫ２ＺｒＦ６からなる群から選択される一種以上を含む）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、及びＫ２ＺｒＦ６からなる群から選択される一種以上の弗化物を、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値合計で０．２０％以上含有する。フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値とは、弗化物に含まれる弗素（Ｆ）の量を、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示すものである。例えば、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％でｎ％のＣａＦ２がフラックス入りワイヤに含まれる場合、ＣａＦ２のＦ換算値は以下の式２によって求められる。
（ＣａＦ２のＦ換算値）＝ｎ×（１９．００×２／７８．０８）・・・（式２）
上の式２中の「１９．００」は、Ｆの原子量であり、「２」は、１個のＣａＦ２に含まれるＦ原子の個数であり、「７８．０８」は、ＣａＦ２の分子量である。ＣａＦ２以外の弗化物に関しても、同様にＦ換算値が算出できる。フラックス中に複数種類の弗化物が含まれる場合、各弗化物のＦ換算値の合計値が、フラックスに含まれる弗化物のＦ換算値とみなされる。
(The total F converted value of fluoride based on the total mass of the flux-cored wire: 0.20% or more)
(Types of fluoride: One or more selected from the group consisting of CaF 2 , MgF 2 , Na 3 AlF 6 , NaF, and K 2 ZrF 6 )
The flux-cored wire according to the present embodiment contains one or more fluorides selected from the group consisting of CaF 2 , MgF 2 , Na 3 AlF 6 , NaF, and K 2 ZrF 6 in the F mass based on the total mass of the flux-cored wire. The total conversion value is 0.20% or more. The F converted value with respect to the total mass of the flux-cored wire indicates the amount of fluorine (F) contained in the fluoride in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire. For example, if the CaF 2 of n% in percentage by weight relative to the total weight of the flux cored wire is included in the flux cored wire, F converted value of CaF 2 is determined by Equation 2 below.
(F converted value of CaF 2 )=n×(19.00×2/78.08) (Equation 2)
In the above formula 2, “19.00” is the atomic weight of F, “2” is the number of F atoms contained in one CaF 2 , and “78.08” is the molecular weight of CaF 2 . Is. With respect to fluorides other than CaF 2 , the F conversion value can be calculated in the same manner. When plural kinds of fluorides are contained in the flux, the total value of the F converted values of each fluoride is regarded as the F converted value of the fluorides contained in the flux.
弗化物は、溶接金属の拡散性水素量を低減させることができる。弗化物のＦ換算値の合計が０．２０％未満では、溶接金属の拡散性水素量を安定して低減し、耐低温割れ性を満足することができない。溶接金属の拡散性水素量をより低減するために、弗化物のＦ換算値合計の下限を０．３０％、０．４０％、又は、０．５０％としてもよい。 Fluoride can reduce the amount of diffusible hydrogen in the weld metal. If the total F converted value of fluoride is less than 0.20%, the amount of diffusible hydrogen in the weld metal is stably reduced, and the cold crack resistance cannot be satisfied. In order to further reduce the amount of diffusible hydrogen in the weld metal, the lower limit of the total F conversion value of fluoride may be set to 0.30%, 0.40%, or 0.50%.
弗化物の含有量が過剰である場合、溶接中のスパッタ量が増大する。しかしながら本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、弗化物のＦ換算値の上限値を定める必要はない。本発明者らは、弗化物の含有量の上限値を、後述するスパッタ生成指数Ｘ（Ｘ値）を用いて制限すべきである旨を見いだしたからである。弗化物のＦ換算値は、Ｘ値が以下に説明される範囲内である限り、適宜選択可能である。 When the content of fluoride is excessive, the amount of spatter during welding increases. However, in the flux-cored wire according to the present embodiment, it is not necessary to set the upper limit of the F converted value of fluoride. This is because the present inventors have found that the upper limit of the content of fluoride should be limited by using the sputter formation index X (X value) described later. The F converted value of the fluoride can be appropriately selected as long as the X value is within the range described below.
（ＣａＦ２：フラックス入りワイヤの全質量に対して１．００％未満）
ＣａＦ２は、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、及びＫ２ＺｒＦ６よりも、１００％ＣＯ２ガスを使用するガスシールドアーク溶接において、スパッタを多量に発生させる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにはＣａＦ２を添加しないことが好ましい。しかしながら、フラックスの原料にＣａＦ２が含有されている場合がある。その場合、ＣａＦ２の含有量を１．００％未満に制限する。ＣａＦ２の含有量を１．００％未満に制限すれば、スパッタの問題は無視できる。スパッタの発生量をさらに低減するために、ＣａＦ２の含有量の上限を０．７５％、又は、０．５０％としてもよい。本実施形態に係るフラックス入りワイヤはＣａＦ２を必要としないので、ＣａＦ２の含有量の下限値は０％である。
(CaF 2 : less than 1.00% based on the total mass of the flux-cored wire)
CaF 2 causes a larger amount of spatter in gas shielded arc welding using 100% CO 2 gas than MgF 2 , Na 3 AlF 6 , NaF, and K 2 ZrF 6 . Therefore, it is preferable not to add CaF 2 to the flux-cored wire according to the present embodiment. However, there are cases where CaF 2 is contained in the raw material of the flux. In that case, the content of CaF 2 is limited to less than 1.00%. If the content of CaF 2 is limited to less than 1.00%, the problem of sputtering can be ignored. In order to further reduce the amount of spatter generation, the upper limit of the CaF 2 content may be 0.75% or 0.50%. Since the flux cored wire according to the present embodiment does not require the CaF 2, the lower limit of the content of CaF 2 is 0%.
（Ｘ値：３．０％以下）
シールドガスが１００％ＣＯ２ガスであるガスシールドアーク溶接において、ＣａＦ２がスパッタを増加させることは上述した。さらに、本発明者らは、多種の弗化物を含有し、鋼製外皮にスリット状の隙間がなく、植物油が鋼製外皮に塗布された、１．２ｍｍφのワイヤを多数作成して、これらのスパッタ特性を調査した。銅製の捕集箱内で、鋼板上に、ビードオンプレートで、溶接電流２８０Ａ、電圧２７Ｖ、溶接速度２５ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス１００％ＣＯ２（２５ｌ／ｍｉｎ）、及び予熱なしの条件で、上述の種々のフラックス入りワイヤを用いて、１分間、溶接ビードを作製した。この溶接ビードの作成の間に箱内に飛散したスパッタおよび鋼板に付着したスパッタを回収し、これらのうち直径１．０ｍｍ超のものの総重量を測定した。スパッタ発生量、弗化物の種類、及び各弗化物の含有量のデータを多元解析した結果、式１を用いて算出されるＸ値とスパッタ発生量との間に、図１に示される良好な相関関係があることが見出された。
Ｘ＝［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋１．５×（［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋３．５×（［ＣａＦ２］）・・・（式１）
式１において、括弧が付された化学式は、化学式に係る化合物（弗化物）の含有量を、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で表すものである。フラックス中に含まれない弗化物の含有量は０とする。式１で定義するＸ値を３．０％以下とすることで、上述の条件で溶接を行った際のスパッタ量を５ｇ／ｍｉｎ以下することができ、種々の条件で溶接を行ったとしてもスパッタ量を問題ない範囲に抑えることができることがわかった。なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、弗化物のＸ値の下限値を定める必要はない。弗化物の含有量の下限値は、上述されたＦ換算値を用いて規定されるからである。
(X value: 3.0% or less)
It was mentioned above that CaF 2 increases spatter in gas shielded arc welding where the shielding gas is 100% CO 2 gas. Furthermore, the present inventors prepared a large number of 1.2 mmφ wires containing various fluorides, having no slit-like gaps in the steel outer shell, and applying vegetable oil to the steel outer shell, and producing these wires. The sputter characteristics were investigated. In a collection box made of copper, on a steel plate, with a bead-on-plate, a welding current of 280 A, a voltage of 27 V, a welding speed of 25 cm/min, a shielding gas of 100% CO 2 (25 l/min), and a condition without preheating, as described above. Weld beads were prepared for 1 minute using the various flux-cored wires described above. Spatters scattered in the box and spatters adhered to the steel plate were collected during the production of the weld beads, and the total weight of those having a diameter of more than 1.0 mm was measured. As a result of multi-dimensional analysis of the data on the amount of sputter generated, the kind of fluoride, and the content of each fluoride, it is possible to obtain the favorable results shown in FIG. 1 between the X value calculated by using Equation 1 and the amount of sputter generated. It was found to be correlated.
X=[Na 3 AlF 6 ]+[NaF]+[MgF 2 ]+1.5×([K 2 ZrF 6 ])+3.5×([CaF 2 ]) (Equation 1)
In Formula 1, the chemical formula with parentheses represents the content of the compound (fluoride) related to the chemical formula in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire. The content of fluoride not contained in the flux is 0. By setting the X value defined by Equation 1 to 3.0% or less, the amount of spatter when welding is performed under the above conditions can be 5 g/min or less, and even if welding is performed under various conditions It was found that the amount of spatter can be suppressed within a range that causes no problem. In the flux-cored wire according to this embodiment, it is not necessary to set the lower limit of the X value of fluoride. This is because the lower limit value of the content of fluoride is specified by using the above F conversion value.
以上のように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｘ値及びＦ換算値が上述の範囲内となるように弗化物の種類と添加量とを選択することで、耐低温割れ性と、１００％ＣＯ２シールドガス下での溶接におけるスパッタ抑制とを両立できる。これが、本発明のもっとも重要な技術思想である。 As described above, in the flux-cored wire according to the present embodiment, by selecting the kind and the addition amount of the fluoride so that the X value and the F conversion value are within the above range, the low temperature crack resistance, It is possible to achieve both suppression of spatter in welding under 100% CO 2 shielding gas. This is the most important technical idea of the present invention.
弗化物が拡散性水素量を低減する理由については、必ずしも明らかではないが、弗化物が溶接アークにより分解し、生成されたフッ素が水素と結合してＨＦガスとして大気中に散逸したか、又は、そのまま溶接金属中に水素がＨＦとして固定されたためではないかと考えられる。また、弗化物の種類によって、スパッタの発生量が異なる理由については、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、弗化物と化学結合している金属元素が、何らかの理由でスパッタ生成に影響していると推測している。 The reason why the fluoride reduces the amount of diffusible hydrogen is not always clear, but the fluoride is decomposed by the welding arc, and the generated fluorine is combined with hydrogen and dissipated into the atmosphere as HF gas, or It is considered that hydrogen is fixed as HF in the weld metal as it is. Further, it is not always clear why the amount of sputter generated differs depending on the type of fluoride, but the present inventors have found that the metal element chemically bonded to the fluoride has an influence on sputter generation for some reason. I'm guessing.
（酸化物の合計：フラックス入りワイヤの全質量に対して０．３０％以上３．５０％未満）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、酸化物を合計で０．３０％以上３．５０％未満含有する。
酸化物は、溶接ビードの形状をよくすることができる。酸化物含有量の合計が０．３０％未満である場合、溶接ビードの形状が悪くなることがある。溶接ビードの形状をよくするために、酸化物の合計含有量の下限を０．５０％、又は、０．７０％としてもよい。また、酸化物の合計含有量が３．５０％以上である場合、溶接部の靭性を低下させることがある。溶接部の靱性の改善のために、酸化物の合計含有量の上限を３．００％、２．５０％、又は、１．５０％としてもよい。なお、酸化物は、Ｔｉ酸化物を後述する数値範囲内で必ず含み、任意に、Ｃａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、及び、Ａｌ酸化物からなる群から選択される１種又は２種以上をさらに含む。フラックスの造粒に使用されるバインダーなどに含まれる、これら以外の酸化物がフラックス入りワイヤに含まれても良い。「酸化物の含有量の合計値」とは、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、及び、Ａｌ酸化物等の合計量に加え、フラックスの造粒に使用されるバインダーなどに含まれる酸化物の含有量も含む。なお、上述した酸化物に含まれるＴｉ酸化物及びＣａＯの含有量に関しては、後述する、別の規定が併せて行われる。
(Total oxides: 0.30% or more and less than 3.50% with respect to the total mass of the flux-cored wire)
The flux-cored wire according to this embodiment contains a total of 0.30% or more and less than 3.50% of oxides.
Oxides can improve the shape of the weld beads. When the total oxide content is less than 0.30%, the shape of the weld bead may be deteriorated. In order to improve the shape of the weld bead, the lower limit of the total content of oxides may be 0.50% or 0.70%. Further, when the total content of oxides is 3.50% or more, the toughness of the welded portion may be reduced. In order to improve the toughness of the weld, the upper limit of the total oxide content may be 3.00%, 2.50%, or 1.50%. In addition, the oxide always contains Ti oxide within the numerical range described later, and is arbitrarily selected from the group consisting of Ca oxide, Si oxide, Zr oxide, Mg oxide, and Al oxide. It further includes one or more. The flux-cored wire may contain oxides other than these contained in the binder used for the granulation of the flux. The "total content of oxides" means a binder used for the granulation of flux in addition to the total amount of Ti oxide, Si oxide, Zr oxide, Mg oxide, Al oxide and the like. It also includes the content of oxides contained in. Regarding the contents of the Ti oxide and CaO contained in the above-mentioned oxides, another regulation described later is also performed.
（Ｔｉ酸化物：フラックス入りワイヤの全質量に対して０．１０％以上２．５０％未満）
Ｔｉ酸化物が０．１０％未満では、溶接ビード形状が悪くなることがある。また、Ｔｉ酸化物はアーク安定剤としての機能も有する。良好な溶接ビード形状を得るために、Ｔｉ酸化物の含有量の下限を０．３０％、０．５０％、又は、０．７０％としてもよい。また、Ｔｉ酸化物の含有量が２．５０％以上であると、溶接部の靭性を低下させることがある。溶接部の靱性の改善のために、Ｔｉ酸化物の上限を２．４０％、２．００％、１．５０％、１．００％、０．９０％、又は、０．８０％としてもよい。
(Ti oxide: 0.10% or more and less than 2.50% with respect to the total mass of the flux-cored wire)
If the Ti oxide content is less than 0.10%, the weld bead shape may deteriorate. The Ti oxide also has a function as an arc stabilizer. In order to obtain a good weld bead shape, the lower limit of the Ti oxide content may be 0.30%, 0.50%, or 0.70%. Further, if the content of Ti oxide is 2.50% or more, the toughness of the welded portion may be reduced. In order to improve the toughness of the weld, the upper limit of Ti oxide may be 2.40%, 2.00%, 1.50%, 1.00%, 0.90%, or 0.80%. ..
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｎｉ含有量を増大させることで溶接部の靭性を上げているが、さらに、酸化物の含有量を上述の範囲内とすることで、靭性を安定的に向上させることができる。 In the flux-cored wire according to the present embodiment, the toughness of the welded portion is increased by increasing the Ni content, and further, by setting the content of the oxide within the above range, the toughness is stabilized. Can be improved.
（ＣａＯ：フラックス入りワイヤの全質量に対して０．２％未満）
ＣａＯは、１００％ＣＯ２ガスを使用するシールドアーク溶接においてスパッタを多く発生させる。フラックス入りワイヤが０．２％以上のＣａＯを含有する場合、１００％ＣＯ２ガスを使用するシールドアーク溶接に適用することが困難になる。したがって、ＣａＯの含有量は０．２％未満とする。ＣａＯの含有量の下限値は０％である。
(CaO: less than 0.2% with respect to the total mass of the flux-cored wire)
CaO causes a lot of spatters in shielded arc welding using 100% CO 2 gas. If the flux-cored wire contains 0.2% or more of CaO, it will be difficult to apply it to shielded arc welding using 100% CO 2 gas. Therefore, the CaO content is less than 0.2%. The lower limit of the content of CaO is 0%.
（炭酸塩の合計含有量：フラックス入りワイヤの全質量に対して２．００％以下）
（炭酸塩の種類：ＣａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＭｇＣＯ３からなる群から選択される一種以上を含む）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、炭酸塩を含む必要はない。従って炭酸塩の含有量の下限値は０％である。しかしながら、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、更に、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＣａＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上の炭酸塩を合計で２．００％以下含有することが好ましい。
(Total content of carbonates: 2.00% or less based on the total mass of the flux-cored wire)
(Type of carbonate: One or more selected from the group consisting of CaCO 3 , Na 2 CO 3 , and MgCO 3 )
The flux-cored wire according to the present embodiment need not include carbonate. Therefore, the lower limit of the content of carbonate is 0%. However, the flux-cored wire according to the present embodiment further contains one or more carbonates selected from the group consisting of MgCO 3 , Na 2 CO 3 and CaCO 3 in a total amount of 2.00% or less. Preferably.
炭酸塩は、アークによって電離し、ＣＯ２ガスを発生させる。炭酸塩から生成されたＣＯ２ガスは、水素分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を低減させる。この効果を得るために炭酸塩をフラックス入りワイヤに添加する場合、炭酸塩の含有量の合計を０．３０％以上とすることが好ましい。溶接金属中の拡散性水素の量をさらに低減するために、炭酸塩の含有量の合計の下限を０．５０％又は１．００％としてもよい。また、炭酸塩の合計含有量が２．００％超では、溶接ヒュームが過剰に発生する。溶接ヒューム発生の回避のために、炭酸塩含有量合計の上限を１．８０％、１．５０％、又は、１．３０％としてもよい。 The carbonate is ionized by the arc to generate CO 2 gas. The CO 2 gas generated from the carbonate lowers the hydrogen partial pressure and reduces the amount of diffusible hydrogen in the weld metal. When carbonate is added to the flux-cored wire to obtain this effect, the total content of carbonate is preferably 0.30% or more. In order to further reduce the amount of diffusible hydrogen in the weld metal, the lower limit of the total content of carbonates may be 0.50% or 1.00%. Further, if the total content of carbonates exceeds 2.00%, excessive welding fumes are generated. In order to avoid generation of welding fumes, the upper limit of the total carbonate content may be 1.80%, 1.50%, or 1.30%.
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを構成する鋼製外皮及びフラックス中に含有される合金成分及び金属脱酸成分について説明する。本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、合金成分及び金属脱酸成分とは、弗化物、酸化物、及び炭酸塩を構成しない成分のことである。合金成分は、金属粉または合金粉の状態でフラックスに含まれても、鋼製外皮に含まれても、鋼製外皮にめっきされてもよい。 Next, an alloy component and a metal deoxidizing component contained in the steel shell and the flux constituting the flux-cored wire according to the present embodiment will be described. In the flux-cored wire according to the present embodiment, the alloy component and the metal deoxidizing component are components that do not form fluoride, oxide, and carbonate. The alloy component may be contained in the flux in the form of metal powder or alloy powder, contained in the steel shell, or plated on the steel shell.
（Ｃ：０．００３〜０．０８０％）
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる元素であり、必要とされる溶接金属の強度に応じて０．０８０％以下の範囲で本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含有させる。合金成分のＣ含有量が０．０８０％を上回る場合は、溶接金属が硬化し、溶接金属の靭性にとって好ましくない。継手強度や鋼の製造の際の脱炭コストの点からは、Ｃ含有量の下限を０．００３％とする。
(C: 0.003 to 0.080%)
C is an element that improves the strength of the weld metal, and is contained in the flux-cored wire according to the present embodiment in the range of 0.080% or less according to the required strength of the weld metal. If the C content of the alloy component exceeds 0.080%, the weld metal is hardened, which is not preferable for the toughness of the weld metal. From the viewpoint of joint strength and decarburization cost during steel production, the lower limit of C content is set to 0.003%.
（Ｓｉ：０．２１〜２．００％）
Ｓｉは、脱酸元素である。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接金属のＯ量を低減して清浄度を高めるために、０．２１％以上のＳｉを含有する必要がある。ただし、２．００％を超えてＳｉを含有させると溶接金属の靱性を劣化させる。従って、Ｓｉ含有量は０．２１〜２．００％とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するためには、Ｓｉ含有量の下限を０．３０％又は０．４０％としてもよく、Ｓｉ含有量の上限は、１．２０％、１．００％又は０．８０％としてもよい。
(Si: 0.21 to 2.00%)
Si is a deoxidizing element. The flux-cored wire according to the present embodiment needs to contain 0.21% or more of Si in order to reduce the O content of the weld metal and improve the cleanliness. However, if the Si content exceeds 2.00%, the toughness of the weld metal deteriorates. Therefore, the Si content is 0.21 to 2.00%. Further, in order to stably secure the toughness of the weld metal, the lower limit of Si content may be 0.30% or 0.40%, and the upper limit of Si content is 1.20%, 1.00. % Or 0.80% may be used.
（Ｍｎ：０．８１〜３．５０％）
Ｍｎは、溶接金属の焼入性を確保して強度を高める元素であり、必要とされる溶接金属の強度に応じて３．５０％以下の範囲で本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含有させる。３．５０％を超えてＭｎを含有させると、溶接金属の粒界脆化感受性が増加して、溶接金属の靱性が劣化する。本実施形態に係るワイヤは、Ｎｉを５．０％以上含有するので、Ｍｎの含有量は少なくてもよい。しかしＭｎは、ＳをＭｎＳとして固定化し、高温割れの発生を防止する効果も有する。この効果を得るために、Ｍｎ含有量の下限を０．８１％とすることが望ましい。Ｍｎ含有量の下限値を、１．００％、１．１０％、または１．２０％としてもよい。Ｍｎ含有量の上限値を、３．４０％、３．３０％、または３．２０％としてもよい。
(Mn: 0.81 to 3.50%)
Mn is an element that secures the hardenability of the weld metal and enhances the strength, and is contained in the flux-cored wire according to the present embodiment in a range of 3.50% or less depending on the required strength of the weld metal. .. When Mn is contained in excess of 3.50%, the susceptibility of the weld metal to grain boundary embrittlement increases and the toughness of the weld metal deteriorates. Since the wire according to the present embodiment contains 5.0% or more of Ni, the content of Mn may be small. However, Mn also has the effect of fixing S as MnS and preventing the occurrence of hot cracking. In order to obtain this effect, it is desirable to set the lower limit of the Mn content to 0.81%. The lower limit of the Mn content may be 1.00%, 1.10%, or 1.20%. The upper limit of the Mn content may be 3.40%, 3.30%, or 3.20%.
（Ｐ：０．０２０％以下）
Ｐは不純物元素であり、溶接金属の靱性を阻害するため、極力低減する必要があるが、靱性への悪影響が許容できる範囲として、Ｐ含有量は０．０２０％以下とする。靭性の一層の向上のため、Ｐの上限を０．０１０％に制限してもよい。
(P: 0.020% or less)
P is an impurity element and impairs the toughness of the weld metal, so it is necessary to reduce it as much as possible, but the P content is 0.020% or less as a range in which the adverse effect on the toughness is allowable. In order to further improve the toughness, the upper limit of P may be limited to 0.010%.
（Ｓ：０．０１０％以下）
Ｓも不純物元素であり、過大に存在すると、溶接金属の靱性と延性とをともに劣化させるため、極力低減することが好ましい。溶接金属の靱性及び延性への悪影響が許容できる範囲として、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のため、Ｓの上限を０．００５％に制限してもよい。
(S: 0.010% or less)
S is also an impurity element, and if it is excessively present, it deteriorates both the toughness and ductility of the weld metal, so it is preferable to reduce S as much as possible. The S content is set to 0.010% or less as a range in which the adverse effect on the toughness and ductility of the weld metal is allowable. In order to further improve the toughness of the weld metal, the upper limit of S may be limited to 0.005%.
（Ｎｉ：５．０〜１５．０％）
Ｎｉは、固溶靱化（固溶により靭性を高める作用）により、いかなる組織及び成分を有する溶接金属であっても靱性を向上できる唯一の元素である。特に、Ｎｉは、引張強さが６５０ＭＰａ以上の高強度の溶接金属の靱性を高めるために有効な元素である。また、Ｎｉは、溶接金属のベイナイト相及びマルテンサイト相などの低温側での相変態温度を低下させる働きを有する。低温側の相変態温度を低下させ、溶接金属の組織をベイナイトまたはマルテンサイトとすると、ベイナイト変態またはマルテンサイト変態時の体積膨張を利用して溶接部に圧縮残留応力を発生させて、溶接部の疲労強度を高めることができる。従って、Ｎｉは、溶接継手の疲労強度を向上させるために有効な元素である。さらに、Ｎｉは溶接金属の耐食性を向上させる作用効果を有する。これらの効果を十分に得るために、ワイヤの合金成分のＮｉ含有量を５．０％以上とする必要がある。
(Ni: 5.0-15.0%)
Ni is the only element that can improve the toughness of weld metal having any structure and composition by solid solution toughening (action of increasing the toughness by solid solution). In particular, Ni is an element effective for enhancing the toughness of high-strength weld metal having a tensile strength of 650 MPa or more. Further, Ni has a function of lowering the phase transformation temperature of the weld metal such as bainite phase and martensite phase on the low temperature side. When the phase transformation temperature on the low temperature side is reduced and the structure of the weld metal is bainite or martensite, compressive residual stress is generated in the weld using the volume expansion during bainite transformation or martensite transformation, Fatigue strength can be increased. Therefore, Ni is an effective element for improving the fatigue strength of the welded joint. Further, Ni has the effect of improving the corrosion resistance of the weld metal. In order to sufficiently obtain these effects, the Ni content of the alloy component of the wire needs to be 5.0% or more.
Ｎｉ含有量が多いほど、溶接金属の靱性が向上する。しかしがら、Ｎｉ含有量が１５．０％を超えると、その効果が飽和するのに加え、溶接ワイヤの製造コストが過大となるため、好ましくない。このため、Ｎｉの含有量を５．０〜１５．０％とする。なお、Ｎｉは高価な元素であり、また、溶接金属の高温割れ感受性を高める元素でもあるので、その上限を１２．０％としてもよい。 The higher the Ni content, the higher the toughness of the weld metal. However, if the Ni content exceeds 15.0%, the effect is saturated and the manufacturing cost of the welding wire becomes excessive, which is not preferable. Therefore, the Ni content is set to 5.0 to 15.0%. Since Ni is an expensive element and also an element that enhances the hot metal susceptibility to hot cracking, its upper limit may be set to 12.0%.
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、合金成分または金属脱酸成分として、以上の基本成分に加え、さらに、溶接する鋼板の強度レベル及び求められる溶接部の靭性の程度に応じて、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏからなる群から選択される一種または二種以上、さらには、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂからなる群から選択される一種または二種以上を含有させることができる。ただし、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、及びＢが含まれない場合でも、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは課題を解決できるので、これら元素の含有量の下限値は０％である。 The flux-cored wire according to the present embodiment has Cu, Cr as an alloy component or a metal deoxidizing component, in addition to the above basic components, according to the strength level of the steel sheet to be welded and the required degree of toughness of the welded portion. , One or more selected from the group consisting of Mo, and further, one or more selected from the group consisting of Al, Ti, Nb and B. However, even if Cu, Cr, Mo, Al, Ti, Nb, and B are not contained, the flux-cored wire according to the present embodiment can solve the problem, so the lower limit of the content of these elements is 0%. is there.
（Ｃｕ：０．８０％以下）
Ｃｕは、ワイヤの鋼製外皮、鋼製外皮の表面のめっき、および、フラックスに単体または合金として添加され、溶接金属の焼入性を高める効果がある。この効果を十分に得るために、添加する場合は、０．１０％以上のＣｕを含有させることが好ましい。一方、含有量が０．８０％を超えると靭性が低下する。そのため、Ｃｕを含有させる場合の含有量は、０．８０％以下とする。なお、Ｃｕの含有量については、鋼製外皮自体やフラックス中に含有されている分に加えて、ワイヤの鋼製外皮の表面に銅めっきされる場合には、その分も含む。
(Cu: 0.80% or less)
Cu is added to the steel outer shell of the wire, the plating on the surface of the steel outer shell, and the flux as a simple substance or as an alloy, and has the effect of enhancing the hardenability of the weld metal. In order to sufficiently obtain this effect, when added, it is preferable to contain 0.10% or more of Cu. On the other hand, if the content exceeds 0.80%, the toughness decreases. Therefore, if Cu is contained, the content is 0.80% or less. The Cu content includes not only the content of Cu contained in the steel shell itself and the flux but also that amount when copper is plated on the surface of the steel shell of the wire.
（Ｃｒ：５．０％以下）
Ｃｒは、溶接金属の焼入性を高めることにより高強度化に有効な元素である。その効果を得るために、添加する場合は０．１％以上のＣｒを含有させるのがよい。一方、５．０％を超えて過剰にＣｒを含有させると、ベイナイト及びマルテンサイトを不均一に硬化させ、靱性を劣化させる。従って、Ｃｒを含有させる場合のＣｒ含有量は、５．０％以下とする。
(Cr: 5.0% or less)
Cr is an element effective in increasing the strength by increasing the hardenability of the weld metal. In order to obtain the effect, when added, it is preferable to contain 0.1% or more of Cr. On the other hand, if Cr is contained in excess of 5.0%, bainite and martensite are unevenly hardened and toughness is deteriorated. Therefore, when Cr is contained, the Cr content is 5.0% or less.
（Ｍｏ：２．０％以下）
Ｍｏは、溶接金属の焼入性向上元素であり、かつ、微細炭化物を形成して、析出強化により溶接金属の引張強さを向上させる元素である。これらの効果を発揮するために、添加する場合は、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても、０．１％以上のＭｏを含有させるのが好ましい。一方、２．０％を超えてＭｏを溶接ワイヤ中に含有させると、粗大な析出物が生じて溶接金属の靭性を劣化させる。従って、Ｍｏを含有させる場合の含有量は２．０％以下とする。
(Mo: 2.0% or less)
Mo is an element for improving the hardenability of the weld metal and is an element for forming fine carbides and improving the tensile strength of the weld metal by precipitation strengthening. In order to exert these effects, when added, it is preferable to contain 0.1% or more of Mo even if the combined effect with other elements having similar effects is taken into consideration. On the other hand, when Mo is contained in the welding wire in an amount of more than 2.0%, coarse precipitates are generated and the toughness of the weld metal is deteriorated. Therefore, when Mo is contained, the content is set to 2.0% or less.
（Ａｌ：０．４００％以下）
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様に、溶接金属中のＯ量を低減し、溶接金属の清浄度を向上させる効果がある。その効果を発揮するために添加する場合は、０．００１％以上のＡｌを含有させるのがよい。一方、０．４００％を超えてＡｌを含有させると、ＡｌはＡｌ窒化物及びＡｌ酸化物を形成して、溶接金属の靱性を阻害する。従って、Ａｌ含有量を０．４％以下とする。また、溶接金属の靭性を向上する効果を十分に得るためには、Ａｌ含有量の下限を０．００４％としてもよく、また、粗大酸化物の生成抑制のために、Ａｌ含有量の上限を、０．２００％、０．１００％又は０．０８０％としてもよい。
(Al: 0.400% or less)
Al is a deoxidizing element and, like Si, has the effect of reducing the amount of O in the weld metal and improving the cleanliness of the weld metal. When it is added in order to exert its effect, it is preferable to contain 0.001% or more of Al. On the other hand, when Al is contained in excess of 0.400%, Al forms Al nitrides and Al oxides, and impairs the toughness of the weld metal. Therefore, the Al content is 0.4% or less. Further, in order to sufficiently obtain the effect of improving the toughness of the weld metal, the lower limit of the Al content may be 0.004%, and in order to suppress the formation of coarse oxide, the upper limit of the Al content may be set. , 0.200%, 0.100% or 0.080%.
（Ｔｉ：０．３００％以下）
ＴｉもＡｌと同様に、脱酸元素として有効であり、溶接金属中のＯ量を低減させる効果がある。また、Ｔｉは、固溶Ｎを固定して靱性への悪影響を緩和するためにも有効である。これら効果を発揮させるために添加する場合は、０．００５％以上のＴｉを含有させるのがよい。ただし、溶接ワイヤ中のＴｉ含有量が０．３００％を超えて過剰になると、粗大なＴｉ酸化物の形成に起因した溶接金属の靱性の劣化、及び過度な析出強化による溶接金属の靱性劣化が生じる可能性が大となる。そのため、Ｔｉを含有させる場合の含有量は、０．３００％以下とする。
(Ti: 0.300% or less)
Like Al, Ti is also effective as a deoxidizing element and has an effect of reducing the amount of O in the weld metal. Ti is also effective in fixing the solid solution N and mitigating the adverse effect on the toughness. When added in order to exert these effects, it is preferable to contain 0.005% or more of Ti. However, if the Ti content in the welding wire exceeds 0.300% and becomes excessive, the toughness of the weld metal deteriorates due to the formation of coarse Ti oxide, and the toughness of the weld metal deteriorates due to excessive precipitation strengthening. It is very likely to happen. Therefore, if Ti is contained, the content is set to 0.300% or less.
（Ｎｂ：０．０５％以下）
Ｎｂは微細炭化物を形成して、析出強化により溶接金属の引張強さを向上させる。これらの効果を得るために添加する場合は、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても、０．０１％以上のＮｂを含有させるのがよい。一方、０．０５％を超えてＮｂを含有させると、溶接金属中に過剰に含有されたＮｂが粗大な析出物を形成して、溶接金属の靭性を劣化させるため好ましくない。そのため、Ｎｂを含有させる場合のＮｂ含有量は、０．０５％以下とする。
(Nb: 0.05% or less)
Nb forms fine carbides and improves the tensile strength of the weld metal by precipitation strengthening. When added to obtain these effects, 0.01% or more of Nb is preferably contained in consideration of the combined effect with other elements having similar effects. On the other hand, if Nb is contained in excess of 0.05%, Nb excessively contained in the weld metal forms coarse precipitates and deteriorates the toughness of the weld metal, which is not preferable. Therefore, when Nb is contained, the Nb content is 0.05% or less.
（Ｂ：０．０１００％以下）
Ｂは、溶接金属中に適正量含有させると、固溶Ｎと結びついてＢＮを形成して、固溶Ｎの靭性に対する悪影響を減じる効果がある。また、Ｂは、焼入性を高めて強度向上に寄与する効果も有する。これらの効果を得るために添加する場合は、溶接ワイヤ中のＢ含有量は０．０００３％以上とすることが好ましい。一方、Ｂ含有量が０．０１００％超になると、溶接金属中のＢが過剰となり、ＢＮ及びＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６等の粗大なＢ化合物を形成して、溶接金属の靭性を逆に劣化させるため、好ましくない。そのため、Ｂを含有させる場合のＢ含有量は、０．０１００％以下とする。
(B: 0.0100% or less)
When B is contained in an appropriate amount in the weld metal, it has the effect of forming BN in combination with the solid solution N and reducing the adverse effect of the solid solution N on the toughness. B also has the effect of enhancing hardenability and contributing to strength improvement. When it is added to obtain these effects, the B content in the welding wire is preferably 0.0003% or more. On the other hand, when the B content exceeds 0.0100%, B in the weld metal becomes excessive, and coarse B compounds such as BN and Fe 23 (C, B) 6 are formed to reverse the toughness of the weld metal. It is not preferable because it deteriorates. Therefore, when B is contained, the B content is 0.0100% or less.
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、上記成分に加えて、さらに、溶接金属の延性及び靭性を調整する目的で、必要に応じて、Ｍｇ、Ｃａ、および、ＲＥＭからなる群から選択される１種または２種以上を、以下の範囲内でワイヤ中に含有させることができる。ただし、Ｍｇ、Ｃａ、および、ＲＥＭが含まれない場合でも、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは課題を解決できるので、これら元素の含有量の下限値は０％である。 In the flux-cored wire according to the present embodiment, in addition to the above components, Mg, Ca, and REM are optionally selected from the group consisting of 1 for the purpose of adjusting the ductility and toughness of the weld metal. One kind or two or more kinds can be contained in the wire within the following range. However, even if Mg, Ca, and REM are not contained, the flux-cored wire according to the present embodiment can solve the problem, so the lower limit of the content of these elements is 0%.
（Ｍｇ：０．８０％以下）
Ｍｇは強脱酸元素であり、溶接金属中のＯ量を低減し、溶接金属の延性及び靭性を向上させる。この効果を得るために添加する場合は、０．１０％以上のＭｇを含有させるのがよい。しかし、溶接ワイヤ中のＭｇ含有量が０．８０％を超えると、Ｍｇが溶接金属中で粗大酸化物を形成し、無視できない水準の靭性低下を招く。また、溶接ワイヤ中のＭｇ含有量が０．８０％を超えると、溶接中のアークの安定性が劣化し、ビード形状を悪化させる原因にもなる。そのため、Ｍｇを含有させる場合には、その含有量を０．８０％以下とする。
(Mg: 0.80% or less)
Mg is a strong deoxidizing element, reduces the amount of O in the weld metal, and improves the ductility and toughness of the weld metal. When added to obtain this effect, 0.10% or more of Mg is preferably contained. However, when the Mg content in the welding wire exceeds 0.80%, Mg forms a coarse oxide in the weld metal, which causes a non-negligible reduction in toughness. In addition, when the Mg content in the welding wire exceeds 0.80%, the stability of the arc during welding deteriorates, which may cause deterioration of the bead shape. Therefore, when Mg is contained, its content is set to 0.80% or less.
（Ｃａ：０．５００％以下）
（ＲＥＭ：０．０１００％以下）
Ｃａ、及びＲＥＭはいずれも硫化物の構造を変化させ、また溶接金属中での硫化物、酸化物のサイズを微細化して、溶接金属の延性及び靭性向上に有効である。その効果を得るために添加する場合、Ｃａ含有量を０．１００％以上とし、ＲＥＭ含有量を０．００２０％以上としてもよい。一方、Ｃａ及びＲＥＭを過剰に含有すると、硫化物及び酸化物の粗大化を生じ、溶接金属の延性及び靭性の劣化を招く。また、Ｃａ及びＲＥＭを過剰に含有すると、溶接ビード形状の劣化及び溶接性の劣化の可能性も生じる。従って、Ｃａ含有量の上限値を０．５００％とし、ＲＥＭ含有量の上限値を０．０１００％とする。
(Ca: 0.500% or less)
(REM: 0.0100% or less)
Both Ca and REM are effective in improving the ductility and toughness of the weld metal by changing the structure of the sulfide and refining the sizes of the sulfide and oxide in the weld metal. When added to obtain the effect, the Ca content may be 0.100% or more and the REM content may be 0.0020% or more. On the other hand, when Ca and REM are contained excessively, coarsening of sulfides and oxides occurs, leading to deterioration of ductility and toughness of the weld metal. Further, if Ca and REM are excessively contained, the weld bead shape may deteriorate and the weldability may deteriorate. Therefore, the upper limit of the Ca content is 0.500% and the upper limit of the REM content is 0.0100%.
なお、以上の合金成分あるいは金属脱酸成分として含有される元素の含有量には、それらの元素が弗化物、酸化物、炭酸塩として含有される場合の含有量は含めない。また、それらの元素は必ずしも純物質である必要はなく、Ｃｕ−Ｎｉ等の合金の形態で含有されていても何ら問題はない。また、それらの元素は鋼製外皮中に含有されていても、フラックスとして含有されていても、その効果は同じであるので、鋼製外皮及びフラックスの何れに含有させてもよい。 The contents of the elements contained as the above alloy components or metal deoxidizing components do not include the contents when those elements are contained as fluorides, oxides or carbonates. Further, those elements do not necessarily have to be pure substances, and there is no problem even if they are contained in the form of an alloy such as Cu-Ni. Further, even if these elements are contained in the steel shell or contained as a flux, the effect is the same, and therefore they may be contained in either the steel shell or the flux.
（鉄粉：１０％未満）
鉄粉は、フラックス入りワイヤにおけるフラックスの充填率の調整のために、または溶着効率の向上のために必要に応じて含有させる場合がある。しかし、鉄粉の表層は酸化されているので、フラックスが鉄粉を過剰に含有すると、溶接金属の酸素量を増加させて靭性を低下させる場合がある。したがって、鉄粉は含有させなくてもよい。充填率の調整のために鉄粉を含有させる場合には、溶接金属の靭性を確保するために、鉄粉の含有量を１０％未満にする。
(Iron powder: less than 10%)
The iron powder may be contained as needed to adjust the filling rate of the flux in the flux-cored wire or to improve the welding efficiency. However, since the surface layer of the iron powder is oxidized, if the flux contains an excessive amount of iron powder, the oxygen content of the weld metal may increase and the toughness may decrease. Therefore, the iron powder may not be contained. When iron powder is contained for adjusting the filling rate, the content of iron powder is set to less than 10% in order to secure the toughness of the weld metal.
以上が本実施形態に係るフラックス入りワイヤの成分組成に関する限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅと不純物である。Ｆｅ成分としては、鋼製外皮のＦｅ、フラックス中に添加された鉄粉及び合金成分中のＦｅが含まれる。 The above are the reasons for limiting the component composition of the flux-cored wire according to the present embodiment, but the other remaining components are Fe and impurities. The Fe component includes Fe of the steel shell, iron powder added to the flux, and Fe of the alloy component.
続いて、フラックス入りワイヤの形態について説明する。
図２に、フラックス入りワイヤの切断面を示す。図２（ａ）に、エッジ面を突合せて溶接して作ったフラックス入りワイヤ、図２（ｂ）に、エッジ面を突合せて作ったフラックス入りワイヤ、及び、図２（ｃ）に、エッジ面をかしめて作ったフラックス入りワイヤを示す。このように、フラックス入りワイヤには、図２（ａ）に示すように鋼製外皮にスリット状の隙間がないワイヤと、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように鋼製外皮にスリット状の隙間を有するワイヤとに大別できる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、いずれの断面構造も採用することができるが、溶接金属の低温割れを抑制するためには、スリット状の隙間がないワイヤ（シームレスワイヤともいう）とすることが好ましい。
Next, the form of the flux-cored wire will be described.
FIG. 2 shows a cut surface of the flux-cored wire. Fig. 2(a) shows a flux-cored wire made by butt-welding edge faces, Fig. 2(b) shows a flux-cored wire made by butt-joining edge faces, and Fig. 2(c) shows an edge face. The flux-cored wire made by crimping is shown. Thus, the flux-cored wire includes a wire having no slit-like gap in the steel outer shell as shown in FIG. 2A and a slit in the steel outer shell as shown in FIGS. 2B and 2C. The wire can be roughly classified into a wire having a gap. In the flux-cored wire according to the present embodiment, any cross-sectional structure can be adopted, but in order to suppress cold cracking of the weld metal, a wire having no slit-shaped gap (also referred to as a seamless wire) should be used. Is preferred.
溶接時に溶接部に侵入する水素は、溶接金属内及び鋼材側に拡散し、応力集中部に集積して低温割れの発生原因となる。この水素源は、溶接材料が保有する水分、大気から混入する水分、並びに鋼表面に付着した錆び及びスケール等である。十分に溶接部の清浄度、及びガスシールドの条件が管理された溶接の下では、ワイヤ中に含有される水分の水素が、溶接継手の拡散性水素の主な供給源となる。 Hydrogen that enters the weld during welding diffuses into the weld metal and into the steel, and accumulates in the stress concentration area, causing cold cracking. This hydrogen source is water contained in the welding material, water mixed from the atmosphere, rust and scale attached to the steel surface, and the like. Under welding in which the cleanliness of the weld and the conditions of the gas shield are controlled, the hydrogen contained in the wire is the main source of diffusible hydrogen in the welded joint.
このため、鋼製外皮をスリット状の隙間がない管とし、ワイヤ製造後から使用するまでの間に、鋼製外皮からフラックスへの大気中の水素の侵入を抑制することが望ましい。鋼製外皮を、スリット状の隙間（シーム）を有する管とした場合には、大気中の水分は外皮のスリット状の隙間部からフラックス中に侵入しやすいので、水分等の水素源の侵入を防止することはできない。鋼製外皮がスリットを有し、かつ製造後使用するまでの期間が長い場合は、ワイヤ全体を真空包装するか、またはワイヤを乾燥した状態に保持できる容器内で保存することが望ましい。 For this reason, it is desirable to use a steel shell as a tube having no slit-like gap and suppress the entry of hydrogen in the atmosphere from the steel shell to the flux after the wire is manufactured and before it is used. If the steel shell is a tube with slit-shaped gaps (seam), moisture in the atmosphere easily enters the flux through the slit-shaped gaps in the shell, so the entry of hydrogen sources such as moisture should be prevented. It cannot be prevented. If the steel shell has slits and the production period is long, it is desirable to vacuum package the entire wire or store it in a container that can keep the wire dry.
また、ワイヤの送給性をよくするため、ワイヤ表面に潤滑油が塗布される場合がある。拡散性水素を低減するために、ワイヤ表面に塗布される潤滑油は、パーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ）のように水素分を含まない油であることが好ましい。 In addition, in order to improve the feedability of the wire, lubricating oil may be applied to the surface of the wire. In order to reduce diffusible hydrogen, the lubricating oil applied to the wire surface is preferably a hydrogen-free oil such as perfluoropolyether oil (PFPE).
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、通常のフラックス入りワイヤの製造方法と同様の製造工程によって製造することができる。
すなわち、まず、外皮となる鋼帯、並びに、弗化物、合金成分、酸化物、及び炭酸塩等が所定の含有量になるように配合したフラックスを準備する。鋼帯を、長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管（Ｕ字型）に成形して鋼製外皮とする。この成形途中で、オープン管の開口部からフラックスを供給する。開口部の相対するエッジ面を突合せ、スリット状の隙間を溶接する。溶接法は、例えば電縫溶接、レーザー溶接、又は、ＴＩＧ溶接などである。溶接により得られたスリット状の隙間のない管を伸線し、伸線途中又は伸線工程完了後に焼鈍処理して、所望の線径を有するスリット状の隙間のないワイヤを得る。また、開口部の相対するエッジ面を突合せた後にスリット状の隙間を溶接しないことにより、鋼製外皮をスリット状の隙間有りの管とし、それを伸線することで、スリット状の隙間を有するワイヤを得る。
The flux-cored wire according to the present embodiment can be manufactured by the same manufacturing process as the method for manufacturing a normal flux-cored wire.
That is, first, a steel strip which serves as an outer coat, and a flux in which a fluoride, an alloy component, an oxide, a carbonate and the like are mixed so as to have a predetermined content are prepared. The steel strip is formed into an open pipe (U-shaped) by a forming roll while being fed in the longitudinal direction to form a steel outer cover. Flux is supplied from the opening of the open pipe during this molding. The opposite edge surfaces of the opening are butted and the slit-like gap is welded. The welding method is, for example, electric resistance welding, laser welding, or TIG welding. A slit-shaped gapless tube obtained by welding is drawn and annealed during drawing or after completion of the drawing process to obtain a slit-like wire having a desired diameter. Further, by not welding the slit-shaped gap after abutting the opposite edge surfaces of the opening, the steel outer shell is made into a pipe with a slit-shaped gap, and by drawing it, there is a slit-shaped gap. Get the wires.
突合せシーム溶接されたスリット状の隙間が無いワイヤを切断した断面は、図２（ａ）に示される。この断面では、研磨及びエッチングされない限り、溶接跡が観察されない。そのため、上記のようにスリット状の隙間が無いワイヤをシームレスワイヤと呼ぶことがある。例えば、溶接学会編「新版 溶接・接合技術入門」（２００８年）産報出版、ｐ．１１１には、スリット状の隙間が無いワイヤがシームレスタイプのワイヤと記載されている。 A cross section of a butt seam-welded wire having no slit-like gap is shown in FIG. No weld marks are observed on this cross section unless it is polished and etched. Therefore, the wire having no slit-like gap as described above may be referred to as a seamless wire. For example, “New Edition: Introduction to Welding and Joining Technology” edited by Japan Welding Society (2008), published by Kobo, p. In 111, a wire having no slit-shaped gap is described as a seamless type wire.
図２（ｂ）に、鋼帯のエッジ面を突き合わせたワイヤの例を示し、図２（ｃ）に鋼帯のエッジ面をかしめたワイヤの例を示す。図２（ｂ）のように突合せてから、隙間をろう付けしたり、図２（ｃ）のようにかしめてから、隙間をろう付けしたりしても、スリット状の隙間が無いワイヤが得られる。また、図２（ｂ）及び図２（ｃ）のワイヤは、その隙間がろう付けされない場合、スリット状の隙間が有るワイヤとなる。 FIG. 2B shows an example of a wire in which the edge surfaces of steel strips are butted, and FIG. 2C shows an example of a wire in which the edge surfaces of a steel strip are crimped. Even if the gap is brazed as shown in FIG. 2(b) and the gap is brazed as shown in FIG. 2(c) and the gap is brazed, a wire having no slit-like gap is obtained. To be In addition, the wires shown in FIGS. 2B and 2C are wires having slit-shaped gaps when the gaps are not brazed.
本実施形態に係る高Ｎｉフラックス入りワイヤは、いかなる種類の鋼板にも適用可能である。例えば、引張強度４９０〜１０８０ＭＰａ程度で板厚６〜３２ｍｍの鋼板のガスシールドアーク溶接に、本実施形態に係る高Ｎｉフラックス入りワイヤを使用することができる。 The high Ni flux-cored wire according to the present embodiment can be applied to any type of steel plate. For example, the high Ni flux-cored wire according to the present embodiment can be used for gas shield arc welding of a steel plate having a tensile strength of about 490 to 1080 MPa and a plate thickness of 6 to 32 mm.
本実施形態に係る高Ｎｉフラックス入りワイヤは、いかなる種類のシールドガスが用いられる溶接にも適用可能である。シールドガスは、溶接金属の酸素量をより低いものとし、ヒューム発生量を抑制し、溶接アークの安定性を確保するためには、例えば、Ａｒと３〜２０ｖｏｌ％ＣＯ２との混合ガス、Ａｒと１〜１０ｖｏｌ％Ｏ２との混合ガス、および１００％ＣＯ２ガス等を用いることができる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、これらのシールドガスを用いてもスパッタの発生が少ない。特に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、従来技術によればスパッタを生じさせやすい１００％ＣＯ２ガスがシールドガスである溶接に用いられても、スパッタの発生量を抑制することができる。 The high Ni flux-cored wire according to the present embodiment can be applied to welding using any kind of shielding gas. In order to reduce the amount of oxygen in the weld metal, suppress the fume generation amount, and ensure the stability of the welding arc, the shield gas may be, for example, a mixed gas of Ar and 3 to 20 vol% CO 2 , Ar. And a mixed gas of 1 to 10 vol% O 2 and 100% CO 2 gas can be used. The flux-cored wire according to the present embodiment is less likely to generate spatter even if these shield gases are used. In particular, according to the conventional technique, the flux-cored wire according to the present embodiment can suppress the amount of spatter even if it is used for welding in which 100% CO 2 gas, which easily causes spatter, is the shield gas.
本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、上述された本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤが用いられる。本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、低温割れを防止するための予熱作業が不要、又は、予熱作業を著しく低減することができ、さらに、スパッタの発生量を少なくすることができる。本実施形態に係る溶接継手の製造方法で用いられるシールドガスの種類及び鋼板の種類は特に限定されない。しかし、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスであり、鋼板が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼である場合、本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、従来技術による溶接継手の製造方法と比較して、顕著にスパッタ発生量を減少させ、且つ顕著に耐低温割れ性を向上させることができるので、溶接作業性を向上させることができる。また、この場合、本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、従来技術による溶接継手の製造方法と比較して、溶接部の引張残留応力を低減することにより、溶接部の疲労強度を改善することができる。 In the method for manufacturing a welded joint according to this embodiment, the above-described high Ni flux-cored wire for gas shield arc welding according to this embodiment is used. In the method for manufacturing a welded joint according to the present embodiment, preheating work for preventing cold cracking is unnecessary, or preheating work can be significantly reduced, and the amount of spatter generated can be reduced. The type of shield gas and the type of steel plate used in the method for manufacturing a welded joint according to this embodiment are not particularly limited. However, when the shield gas is 100% CO 2 gas and the steel sheet is high-strength steel of 780 MPa or more, the method for manufacturing the welded joint according to the present embodiment is compared with the method for manufacturing the welded joint according to the related art. Since the spatter generation amount can be remarkably reduced and the cold crack resistance can be remarkably improved, the welding workability can be improved. Further, in this case, the method for manufacturing the welded joint according to the present embodiment improves the fatigue strength of the welded portion by reducing the tensile residual stress of the welded portion, as compared with the method for manufacturing the welded joint according to the related art. be able to.
次に、実施例により本発明の実施可能性及び効果についてさらに詳細に説明する。 Next, the feasibility and effects of the present invention will be described in more detail by way of examples.
鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管に成形し、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給し、開口部の相対するエッジ面を突合わせシーム溶接することで鋼帯を継目無し管とし、造管したワイヤの伸線作業の途中で焼鈍を加えることにより、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。また、シーム溶接をしない継目有りの管を伸線することで、ワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。試作したフラックス入りワイヤの成分組成を表１、及び表２に示す。 While feeding the steel strip in the longitudinal direction, it is formed into an open pipe by a forming roll.Flux is supplied from the opening of the open pipe during the forming process, and the opposite edge surfaces of the opening are butt-seam welded to form the steel strip. A flux-cored wire with a final wire diameter of φ1.2 mm was manufactured by making a seamless tube and annealing it during the wire drawing work of the formed wire. In addition, a flux-cored wire having a wire diameter of φ1.2 mm was prototyped by drawing a seamless pipe without seam welding. Table 1 and Table 2 show the composition of the prototype flux-cored wire.
鋼製外皮となる鋼帯には、Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：０．０２％、Ｍｎ：０．１％、Ｐ：０．００２％、Ｓ：０．００２％、及びＡｌ：０．００５％を含有し、残部が鉄及び不純物からなる成分の軟質鋼板を用いた。ここで、％はすべて、外皮のみの質量を１００％としたときの質量％を意味する。なお、表１、及び表２に記載する成分％は、ワイヤ（外皮とフラックスもすべて含めた）全質量に対する成分質量％を意味している。したがって、例えば、表２に記載されたＮｉ含有量は、鋼製外皮ではなく、Ｎｉ粉としてフラックス中に含有されている。 The steel strip that serves as the steel shell has C: 0.002%, Si: 0.02%, Mn: 0.1%, P: 0.002%, S: 0.002%, and Al: 0. A soft steel plate containing 005% and the balance of iron and impurities was used. Here, all% mean mass% when the mass of only the outer skin is 100%. In addition, the component% described in Table 1 and Table 2 means the component% by mass with respect to the total mass of the wire (including the outer shell and the flux). Therefore, for example, the Ni contents shown in Table 2 are contained in the flux as Ni powder, not in the steel shell.
Ｎｏ．２のみ、図２（Ｃ）に示されるような、継目がかしめられ且つろう付けされていない継目ありフラックス入りワイヤとした。溶接作業直前まで、Ｎｏ．２のフラックス入りワイヤ全体が真空包装された。それ以外の例は、鋼製外皮がシーム溶接され、鋼製外皮に継目がないフラックス入りワイヤとした。Ｎｏ．３のみ、フラックス入りワイヤの表面にパーフルオロポリエーテル油が塗布された。それ以外のワイヤには、植物油を塗布した。 No. Only No. 2 was a flux-cored wire with seams as shown in FIG. 2(C), with seams crimped and not brazed. No. until just before welding work. The entire 2 flux cored wire was vacuum packaged. In other examples, the flux-cored wire in which the steel outer cover is seam welded and the steel outer cover is seamless. No. Only in No. 3, perfluoropolyether oil was applied to the surface of the flux-cored wire. The other wires were coated with vegetable oil.
これらフラックス入りワイヤを用い、板厚が２０ｍｍの鋼板１を、図３に示すように、ルートギャップ１２ｍｍ及び開先角度４５°で突き合わせ、裏当金２を用いて、溶接電流２８０Ａ、電圧２７Ｖ、溶接速度２５ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス１００％ＣＯ２（２５ ｌ／ｍｉｎ）、予熱なし、及びパス間温度１００〜１５０℃の溶接条件で、溶接した。なお、鋼板１及び裏当金２はＳＭ４９０Ａとしたが、鋼板１の開先面及び裏当金２の表面には、試験を行うフラックス入りワイヤを用いて、２層以上、かつ３ｍｍ以上のバタリングを実施した。得られた溶接継手の耐低温割れ性は、表４に示す溶接構造用高張力鋼板の板厚５０ｍｍの鋼板を用いて、ＪＩＳ Ｚ ３１５７（Ｕ形溶接溶接割れ試験）に準拠した、温度０℃−湿度６０％の一定雰囲気管理下における試験によって評価された。試験ビー度作成から４８時間後に、溶接部に表面及び断面に割れがない試料にかかるフラックス入りワイヤが、耐低温割れ性に関し合格と判断された。 Using these flux-cored wires, a steel plate 1 having a plate thickness of 20 mm is abutted with a root gap of 12 mm and a groove angle of 45° as shown in FIG. 3, and a backing plate 2 is used to weld current 280 A, voltage 27 V, Welding was performed under the welding conditions of a welding speed of 25 cm/min, a shielding gas of 100% CO 2 (25 l/min), no preheating, and an interpass temperature of 100 to 150°C. The steel plate 1 and the backing plate 2 were SM490A, but the groove surface of the steel plate 1 and the surface of the backing plate 2 were made of a flux-cored wire to be tested, and had two or more layers and 3 mm or more buttered. Was carried out. The cold cracking resistance of the obtained welded joint was measured at a temperature of 0° C. according to JIS Z 3157 (U-shaped welded weld cracking test) using a steel plate having a thickness of 50 mm of the high-strength steel plate for welded structure shown in Table 4. -Evaluated by tests under constant atmosphere control with a humidity of 60%. Forty-eight hours after the creation of the test bead, the flux-cored wire applied to the sample having no cracks on the surface and cross section of the weld was judged to be acceptable in terms of cold crack resistance.
また、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、及び、Ａｌ酸化物は、それぞれＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、及び、Ａｌ２Ｏ３とした。 The Ti oxide, the Si oxide, the Zr oxide, the Mg oxide, and the Al oxide were TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , MgO, and Al 2 O 3 , respectively.
得られた溶接金属（溶接ビード３）の溶着金属から、図３に示すように、ＪＩＳ Ｚ３１１１−２００５「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠したＡ１号引張試験片（丸棒）５と４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）４とを採取し、各試験片に機械特性試験を行うことにより、各試験片の溶接金属の引張強さとシャルピー吸収エネルギーとを測定した。引張強さが室温で７８０ＭＰａ以上である溶着金属にかかるフラックス入りワイヤが、引張強さに関し合格と判断された。破断伸びが室温で１２％以上である溶着金属に係るフラックスワイヤが、伸びに関し合格と判断された。０℃でのシャルピー衝撃試験で、吸収エネルギーが６０Ｊ以上の溶着金属に係るフラックス入りワイヤが、靱性に関し合格と判断された。 From the weld metal of the obtained weld metal (weld bead 3), as shown in FIG. 3, an A1 tensile test piece (round bar) 5 conforming to JIS Z3111-2005 “Tension and impact test method for weld metal” was obtained. The No. 4 Charpy test piece (2 mmV notch) 4 was sampled, and a mechanical property test was performed on each test piece to measure the tensile strength of the weld metal and the Charpy absorbed energy of each test piece. The flux-cored wire applied to the weld metal having a tensile strength of 780 MPa or more at room temperature was judged to pass the tensile strength. A flux wire related to a weld metal having a breaking elongation of 12% or more at room temperature was judged to be acceptable in terms of elongation. In a Charpy impact test at 0° C., a flux-cored wire having a weld metal having an absorbed energy of 60 J or more was judged to have passed the toughness.
また、疲労試験は、試作したフラックスワイヤを用いて図４に示す十字溶接継手試験体を作成して行った。疲労試験は、応力比０．１、応力範囲１００ＭＰａ、及び周波数１０Ｈｚの条件にて実施し、繰返し寿命回数Ｎを測定して疲労寿命を評価した。Ｎが６×１０６以上で破断しない試験体に係るフラックス入りワイヤが、疲労寿命に関し合格とされた。また、フラックス入りワイヤの溶接作業性は、アーク安定性、スラグ剥離性およびビード形状から判断された。 Further, the fatigue test was carried out by preparing a cross-welded joint test body shown in FIG. 4 using a trially manufactured flux wire. The fatigue test was carried out under the conditions of a stress ratio of 0.1, a stress range of 100 MPa, and a frequency of 10 Hz, and the fatigue life was evaluated by measuring the number N of repeated lives. The flux-cored wire according to the test body in which N was 6×10 6 or more and did not break was accepted as the fatigue life. The welding workability of the flux-cored wire was judged from the arc stability, slag peeling property and bead shape.
各フラックス入りワイヤに係るスパッタ発生量は以下の手段により測定された。銅製の捕集箱内で、鋼板上に、ビードオンプレートで、溶接電流２８０Ａ、電圧２７Ｖ、溶接速度２５ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス１００％ＣＯ２（２５ｌ／ｍｉｎ）、及び予熱なしの条件で、試験対象となるフラックス入りワイヤを用いて、１分間、溶接ビードを作製した。この溶接ビードの作成の間に箱内に飛散したスパッタおよび鋼板に付着したスパッタを回収し、これらのうち直径１．０ｍｍ超のものの総重量を測定した。測定結果を、ｇ／ｍｉｎを単位として表３に示す。スパッタ発生量が５ｇ／ｍｉｎ以下であるフラックス入りワイヤを、スパッタ抑制性能に関し合格とした。 The amount of spatter generated for each flux-cored wire was measured by the following means. Tested in a collection box made of copper on a steel plate with a bead-on-plate, welding current of 280 A, voltage of 27 V, welding speed of 25 cm/min, shielding gas 100% CO 2 (25 l/min), and no preheating. A welding bead was produced for 1 minute using a target flux-cored wire. Spatters scattered in the box and spatters adhered to the steel plate were collected during the production of the weld beads, and the total weight of those having a diameter of more than 1.0 mm was measured. Table 3 shows the measurement results in units of g/min. A flux-cored wire having a spatter generation rate of 5 g/min or less was accepted as the spatter suppressing performance.
各フラックス入りワイヤの評価結果を表３に示す。表３の試験結果に示されるように、本発明例であるワイヤ番号１〜１５は、強度、靭性、疲労特性、Ｕ形割れ試験結果、及びスパッタ発生量の少なさのすべてが優れ、いずれも総合判定で合格であった。 Table 3 shows the evaluation results of each flux-cored wire. As shown in the test results of Table 3, the wire numbers 1 to 15 that are examples of the present invention are all excellent in strength, toughness, fatigue characteristics, U-shaped crack test results, and a small amount of spatter generation. Passed by the overall judgment.
一方、比較例であるワイヤ番号１６〜３０は、フラックス組成及び合金成分の少なくとも一方について、本発明で規定する要件を満たしていないので、強度、靭性、及び疲労特性の少なくとも１つ以上を満足できないという理由、又は、溶接作業性不良、若しくはＵ形割れ試験における割れ発生などにより特性の評価ができないという理由により、いずれも総合判定で不合格と判定された。 On the other hand, the wire numbers 16 to 30, which are comparative examples, do not satisfy at least one of the flux composition and the alloy component satisfying the requirements specified in the present invention, and therefore cannot satisfy at least one of strength, toughness, and fatigue characteristics. For the reason, or because the characteristics could not be evaluated due to poor welding workability or the occurrence of cracks in the U-shaped crack test, all were judged to be unacceptable.
本発明によれば、低温割れを防止するための予熱作業が不要、又は、予熱作業を著しく低減することができ、さらに、スパッタの発生量を少なくすることができる。特に、７８０ＭＰａ以上の高強度鋼の溶接、及びシールドガスが１００％ＣＯ２である溶接に本発明が適用された場合、従来技術と比べて溶接施工能率を著しく向上させることができるので、本発明の産業界における価値はきわめて高い。 According to the present invention, the preheating work for preventing low temperature cracking is unnecessary, or the preheating work can be remarkably reduced, and further, the amount of spatter generation can be reduced. In particular, when the present invention is applied to the welding of high-strength steel of 780 MPa or more and the welding where the shielding gas is 100% CO 2 , the welding work efficiency can be remarkably improved as compared with the prior art. Value in the industry is extremely high.
１ 鋼板
２ 裏当金
３ 溶接ビード
４ ２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片
５ 丸棒引張り試験片
1 Steel plate 2 Backing metal 3 Weld bead 4 2mmV notch Charpy impact test piece 5 Round bar tensile test piece
Claims (9)
前記フラックスが、
ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、及びＫ２ＺｒＦ６からなる群から選択される１種又は２種以上の弗化物であって、前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計が０．２０％以上である弗化物と、
前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．３０％以上３．５０％未満の酸化物と、
前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０％以上１０．０％未満の鉄粉と、
を含み、かつ
炭酸塩を含まないか、またはＣａＣＯ ３ 、Ｎａ ２ ＣＯ ３ 、及びＭｇＣＯ ３ からなる群から選択される１種または２種以上の炭酸塩を、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計２．００％以下含み、
前記弗化物に含まれる前記ＣａＦ２の含有量が前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で１．００％未満であり、
前記酸化物に含まれるＴｉ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．１０％以上２．５０％未満であり、
前記酸化物に含まれるＣａＯの含有量が、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．２％未満であり、
式１によって算出されるＸ値が３．０％以下であり、
さらに、前記弗化物、前記酸化物、及び前記炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．００３〜０．０８０％、
Ｓｉ：０．２１〜２．００％、
Ｍｎ：０．８１〜３．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｎｉ：５．０〜１５．０％、
を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる
ことを特徴とするガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤ。
Ｘ＝［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋１．５×（［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋３．５×（［ＣａＦ２］）・・・（式１）
ただし、式１に記載の括弧が付された化学式は、前記化学式に係る前記弗化物の、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量を表し、含有されない前記弗化物の含有量は０とみなす。 A high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding, comprising a steel shell and a flux filled inside the steel shell,
The flux is
A CaF 2, MgF 2, Na 3 AlF 6, NaF, and one or more fluorides selected from the group consisting of K 2 ZrF 6, the F converted value to the total weight of the flux-cored wire Fluoride whose total is 0.20% or more,
An oxide of 0.30% or more and less than 3.50% by mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire,
0% or more and less than 10.0% by mass of iron powder with respect to the total mass of the flux-cored wire,
Including and
Carbonate-free or 1 or 2 or more carbonates selected from the group consisting of CaCO 3 , Na 2 CO 3 , and MgCO 3 in total of 2 by mass% based on the total mass of the flux-cored wire. Including below 0.00%,
The content of CaF 2 contained in the fluoride is less than 1.00% by mass% based on the total mass of the flux-cored wire,
The content of Ti oxide contained in the oxide is 0.10% or more and less than 2.50% by mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire,
The content of CaO contained in the oxide is less than 0.2% by mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire,
The X value calculated by Equation 1 is 3.0% or less,
Further, the fluoride, the oxide, and the chemical components except for the carbonate, in percentage by weight relative to the total weight of the flux-cored wire,
C: 0.003 to 0.080%,
Si: 0.21 to 2.00%,
Mn: 0.81 to 3.50%,
P: 0.020% or less,
S: 0.010% or less,
Ni: 5.0-15.0%,
A high Ni flux-cored wire for gas shielded arc welding, characterized in that it contains Fe and the balance is Fe and impurities.
X=[Na 3 AlF 6 ]+[NaF]+[MgF 2 ]+1.5×([K 2 ZrF 6 ])+3.5×([CaF 2 ]) (Equation 1)
However, the chemical formula in parentheses in Formula 1 represents the content of the fluoride according to the chemical formula in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire, and the content of the fluoride not contained is Considered as 0.
Ｃｕ：０．８０％以下、
Ｃｒ：５．０％以下、及び
Ｍｏ：２．０％以下
からなる群から選択される１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤ。 The flux-cored wire, further, in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire,
Cu: 0.80% or less,
High Ni for gas shield arc welding according to claim 1, characterized in that it contains one or more selected from the group consisting of Cr: 5.0% or less and Mo: 2.0% or less. Flux-cored wire.
Ａｌ：０．４００％以下、
Ｔｉ：０．３０％以下、
Ｎｂ：０．０５％以下、及び
Ｂ：０．０１００％以下
からなる群から選択される１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤ。 The flux-cored wire, further, in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire,
Al: 0.400% or less,
Ti: 0.30% or less,
Nb: 0.05% or less, and B: 0.0100% or less, 1 type or 2 or more types selected from the group consisting of are contained, The gas shield arc welding of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Wire with high Ni flux.
Ｍｇ：０．８０％以下、
Ｃａ：０．５００％以下、及び
ＲＥＭ：０．０１００％以下
からなる群から選択される１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤ。 The flux-cored wire, further, in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire,
Mg: 0.80% or less,
Ca: 0.500% or less, and REM: 0.0100% or less, 1 type or 2 types or more selected from the group is contained, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. High Ni flux cored wire for gas shield arc welding.
ＣａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＭｇＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上の前記炭酸塩を、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計２．００％以下含有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用高Ｎｉフラックス入りワイヤ。 It said flux,
A total of 2.00% or less by mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire, containing one or more carbonates selected from the group consisting of CaCO 3 , Na 2 CO 3 , and MgCO 3. The high Ni flux-cored wire for gas shield arc welding according to any one of claims 1 to 4.
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