JP6794295B2

JP6794295B2 - ９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤ

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Publication number: JP6794295B2
Application number: JP2017038279A
Authority: JP
Inventors: 飛史行方; 竜太朗千葉; 水本　学; 学水本
Original assignee: 日鉄溶接工業株式会社
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: JP2018144045A

Description

本発明は、主にＬＮＧ等（Liquefied Natural Gas）の貯蔵タンクに用いられる９％Ｎｉ鋼の溶接に使用される９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤに関し、高強度で靱性に優れた溶接金属性能が得られ、耐割れ性及びブローホール等の耐欠陥性に優れ、かつ、全姿勢での溶接作業性に優れる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。

近年、日本国内では、液化天然ガスを燃料とした火力発電所の増強計画が促進されており、都市ガス販売量の拡大、工業用の燃料転換による使用量の増加とともに、ＬＮＧ需要は拡大すると見込まれている。また、世界全体でも、ＬＮＧの需要は増加傾向にあり、ＬＮＧ貯槽タンクの新規建設や増設等が検討されている。このＬＮＧ貯蔵タンクは、フェライト系の極低温材料として、Ｎｉを９％含有させた９％Ｎｉ鋼が適用されており、主にＬＮＧタンクの内槽材として適用されてきた。一方、溶接は、極低温で十分な強度と優れた靭性が要求されるため、Ｎｉ基合金を含有する溶接材料が多く用いられている。ＬＮＧタンクの現地溶接において、内槽側板の溶接は、建設工事全体の工程及びコストにおいて大きな割合を占めており、従来、内槽側板の縦継手には、被覆アーク溶接もしくはティグ溶接が、また周溶接にはサブマージアーク溶接が主に適用されてきた。一方、被覆アーク溶接やティグ溶接を適用する縦継手の溶接は、作業効率が悪く、溶接作業の負荷軽減や工期短縮等に課題があった。

Ｎｉ基合金のような特殊材料においても、被覆アーク溶接やティグ溶接に比べて、溶接作業の高能率化が期待できるＮｉ基合金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需要が拡大しつつある。一方、Ｎｉ基合金は、完全オーステナイト組織であり、極めて割れ感受性が高く、また炭素鋼と比較し、融点が低くブローホール等の気孔欠陥が発生する等、耐欠陥性に課題があった。さらには、鋼板と同等の引張強度や、極低温での衝撃性能が要求されるため、溶接金属には、このような諸特性と溶接作業性の両立が求められるため、溶接姿勢や溶接条件範囲が限られていた。

９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤとして、例えば特許文献１において、Ｎｉ基外皮中のＣ、Ｔｉ、Ａｌ及びＭｇ含有量を規定し、かつワイヤ全質量として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｇ含有量を所定量の範囲で含有し、Ｃ、Ｎｂ含有量を所定以下に抑制した耐欠陥性に優れるフラックス入りワイヤが提案されている。しかしながら、この特許文献１の開示技術によれば、ワイヤ全質量中のＴｉ含有量が低く、十分な脱酸効果が得られないため、ブローホール等が発生しやすく耐欠陥性に課題がある。また、固溶強化元素であるＮｂ含有量が低く、Ｎｉ基合金のような、完全オーステナイト組織では、溶接金属の強度が低い等の問題点があった。

また特許文献２には、８００℃以上で焼結したＴｉＯ₂を適用し、水分量を低減することによって耐欠陥性に優れたフラックス入りワイヤが提案されている。しかしながら、特許文献２の開示技術では、粉末状のフラックスは、表面積が高く、焼結後に再吸湿しやすい等の問題点があった。また、シームタイプのフラックス入りワイヤで製造した場合、シーム部より水分を吸湿し、耐欠陥性については課題がある。さらには、ＴｉＯ₂を焼成する等の工程増加によって、製造コストが高くなる等の問題点があった。

特許文献３では、Ｎｉ基外皮中のＣ含有量を規定し、かつワイヤ全質量としてＴｉＯ₂やＺｒＯ₂含有量を規定したワイヤ生産性が良好であるとともに、溶接金属の機械性能及び耐割れ性に優れ、溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤが提案されている。しかしながら、この特許文献３の開示技術では、溶接金属の機械性能と耐割れ性能は両立が得られているものの、全姿勢における溶接作業性に改善の余地があった。

特開２０１５−８５３６６号公報特開２０１６−９３８３６号公報特開２０１６−１４７２７３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、主にＬＮＧ等の貯蔵タンクに用いられる９％Ｎｉ鋼の溶接に使用される９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤに関し、高強度で靱性に優れた溶接金属が得られ、耐割れ性及びブローホール等の耐欠陥性に優れ、かつ、全姿勢での溶接作業性に優れる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、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、Ｍｎ：２．０〜４．５％、Ｎｉ：５３〜６５％、Ｃｒ：１３〜１９％、Ｍｏ：５〜１４％、Ｎｂ：０．５〜３．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｔｉ：０．４〜１．０％を含有し、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．２％以下であり、さらに、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３．０〜７．０％、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．０％、Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ₂換算値の合計で１．０〜２．０％、Ａｌ酸化物：Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計で０．０１〜０．１％、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計で０．１〜０．８％、ＣａＯ：０．１〜０．８％、弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．１〜１．０％、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物、ＣａＯを含む酸化物及び弗素化合物からなるスラグ形成剤の合計：６〜１２％を含有し、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にある。

本発明の９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤによれば、９％Ｎｉ鋼の溶接において、高強度、高靱性の溶接金属が得られ、かつ、耐割れ性及びブローホール等の耐欠陥性に優れ、かつ全姿勢での溶接作業性に優れる等、高能率で高品質な溶接金属が得られる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤを提供することができる。

耐欠陥性を評価した溶接継手の開先形状及び積層要領を示す図である。

本発明者らは、上述した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、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、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃｕ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たものの、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、高温割れは、Ｓ、Ｐ等の不純物元素の偏析もしくはＮｉ−ＳｉやＮｉ−Ｎｂの低融点化合物が生成することによって発生するといった知見が得られた。そこで、溶接金属の高温割れを助長するＳｉを低減することで、低融点化合物の生成を抑制し、またＭｎを調整することで、ＭｎがＳと結合し、耐高温割れ性を向上することが可能となった。さらには、Ｍｏを添加することで、低融点化合物であるＮｉ−Ｎｂの生成を抑制し、比較的高融点のＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ化合物を生成することによって、耐高温割れ性の向上を行い、優れた機械的性質を有する溶接金属が得られた。

また、Ｎｉ基合金の溶接金属は、炭素鋼と比較し凝固温度が低いため、凝固が完了する時間が短く、ＣＯガスが溶接金属内部にトラップされやすくブローホール等の気孔欠陥が発生しやすくなるといった問題点があるため、更なる検討を行った。その結果、Ｔｉを適量添加することで、溶接金属中の酸素量を低減させＣＯ反応を抑制し、ブローホール等を低減するといった知見が得られた。また、ＣａＯを適量添加することにより、スラグの融点や粘性を調整し、スラグと溶融金属表面に内在するＣＯガスのトラップを抑制し、ブローホールやピットの発生を低減し耐欠陥性が良好な溶接金属が得られた。

さらに、溶接作業性は、フラックス入りワイヤ中のＴｉＯ₂換算値の合計、ＳｉＯ₂換算値の合計、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計、ＺｒＯ₂換算値の合計及びＣａＯ、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の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、スラグ剤の合計量を適量とすることで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。

本発明は、Ｎｉ基合金外皮及び充填フラックスの各成分組成それぞれの単独及び共存による及び相乗効果によりなし得たもので、以下にそれぞれの各成分組成の添加理由及び限定理由を述べる。なお、各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で示すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載する。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｎ：２．０〜４．５％］
Ｍｎは、溶接金属の耐割れ性を向上させるために添加する。Ｍｎが２．０％未満では、耐割れ性が劣化する。一方、Ｍｎが４．５％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｎは２．０〜４．５％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：５３〜６５％］
Ｎｉは、溶接金属を構成する主元素であり、オーステナイト組織を有して強度及び靱性を確保するために添加する。Ｎｉが５３％未満では、その効果が得られず、溶接金属の強度と靱性が低下する。一方、Ｎｉが６５％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｉは５３〜６５％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、その効果が得られず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、溶接金属の伸びが低下する。従って、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：５〜１４％］
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上し、かつ高温割れを抑制する目的で添加する。Ｍｏが５％未満では、その効果が十分に得られず溶接金属の強度が低下するとともに、高温割れが発生する。一方、Ｍｏが１４％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｏは５〜１４％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：０．５〜３．０％］
Ｎｂは、溶接金属の強度を向上させる目的で添加する。Ｎｂが０．５％未満では、その効果が十分に得られず溶接金属の強度が低下する。一方、Ｎｂが３．０％を超えると、Ｎｉ−Ｎｂ等の低融点化合物を生成して、高温割れが発生しやすくなる。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｂは０．５〜３．０％とする。なお、Ｎｂは、Ｎｉ基合金外皮に含まれるほか、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Ｃｕ：０．０１〜０．５％］
Ｃｕは、溶接金属の強度を向上させる目的で添加する。Ｃｕが０．０１％未満では、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度が低下する。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、結晶粒界に偏析し、耐割れ性が劣化する。従って、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。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．４〜１．０％］
Ｔｉは、溶接金属中の酸素量を低減させＣＯ反応を抑制し、ブローホール等を低減し、耐欠陥性を向上させる目的で添加する。Ｔｉが０．４％未満では、溶接金属中の脱酸反応が不十分で、ブローホール等の気孔欠陥が発生する。一方、Ｔｉが１．０％を超えると、炭化物が析出して、溶接金属の伸びが低下する。従って、Ｔｉは０．４〜１．０％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。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣ：０．０２％以下］
Ｃは、溶接金属の強度を向上する効果があるが、過剰に添加すると炭化物を生成して靱性を低下させる。このため、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣは、０．０２％以下とする。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。なお、Ｃの下限は特に限定しないが溶接金属の強度を向上する効果を得るためには０．００５％以上であることが好ましい。

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２％以下］
Ｓｉは、Ｎｉ−Ｓｉ等の低融点化合物を生成し、高温割れを助長する効果があるため、できる限り低くすることが好ましい。Ｓｉが０．２％を超えると、高温割れが発生する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２％以下とする。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。

［フラックス中のＴｉ酸化物：ＴｉＯ₂換算値の合計で３．０〜７．０％］
Ｔｉ酸化物は、溶滴移行を安定させアーク安定性を改善する目的で添加する。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計が３．０％未満では、その効果が十分に得られず、アークが不安定になる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値の合計が７．０％を超えると、ビード表面にテンパーカラーが付着しビード外観が不良となる。従って、フラックス中のＴｉ酸化物は、のＴｉＯ₂換算値の合計で３．０〜７．０％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、イルメナイト等の粉末から添加される。

［フラックス中のＳｉ酸化物：ＳｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．０％］
Ｓｉ酸化物は、スラグの融点を調整し、ビード外観を向上する目的で添加する。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が０．５％未満では、その効果が十分に得られず、スラグの被包が不均一で、ビード外観が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が２．０％を超えると、スラグの融点が低くなり、立向上進溶接時に発生する溶融スラグによる溶融金属の保持が困難になるため、ビード形状が凸になる。従って、フラックス中のＳｉ酸化物は、ＳｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．０％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、珪灰石等の粉末から添加される。

［フラックス中のＺｒ酸化物：ＺｒＯ₂換算値の合計で１．０〜２．０％］
Ｚｒ酸化物は、スラグ被包性を改善し、スラグ剥離性を向上する効果がある。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計が、１．０％未満では、その効果が十分に得られず、スラグの被包が不均一で、スラグ剥離性が劣化する。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計が２．０％を超えると、スラグ粘性が増加して溶滴移行が円滑に行われずスパッタ発生量が増加する。従って、フラックス中のＺｒ酸化物は、ＺｒＯ₂換算値の合計で１．０〜２．０％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからのジルコンサンド、酸化ジルコン等の粉末から添加される。

［フラックス中のＡｌ酸化物：Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計で０．０１〜０．１％］
Ａｌ酸化物は、スラグの融点を調整して、ビード外観を向上する目的で添加する。Ａｌ酸化物中のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計が０．０１％未満では、その効果が十分に得られず、スラグの被包が不均一で、ビード外観が劣化する。一方、Ａｌ酸化物中のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計が０．１％を超えると、ビード表面にスラグが焼付きスラグ剥離性が劣化する。従って、フラックス中のＡｌ酸化物は、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計で０．０１〜０．１％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックスからのアルミナ、カリ長石等の粉末から添加される。

［フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計で０．１〜０．８％］
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、スラグの融点及び粘性を改善してアークを安定にする。Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．１％未満では、その効果が十分に得られず、アークが不安定となる。一方、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．８％を超えると、溶滴が大きく成長して、大粒のスパッタが発生し、スパッタ発生量が多くなる。従って、フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物は、Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計で０．１〜０．８％とする。なお、フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物は、フラックス中の珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラス固質成分、カリ長石等の粉末から添加される。

［フラックス中のＣａＯ：０．１〜０．８％］
ＣａＯは、スラグの融点や粘性を調整し、スラグと溶融金属表面に内在するＣＯガスのトラップを抑制して、ブローホールやピットの発生を低減し耐欠陥性を向上する効果がある。ＣａＯが０．１％未満では、その効果が十分に得られず、ブローホールやピットが生じやすくなる。一方、ＣａＯが０．８％を超えると、溶滴移行が安定せず、アークが不安定となる。従って、フラックス中のＣａＯは０．１〜０．８％とする。なお、ＣａＯは、フラックス中の珪灰石等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０．１〜１．０％］
弗素化合物のＦ換算値の合計は、溶融金属を攪拌して、溶接金属へのスラグ内在を防止する目的で添加する。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．１％未満では、その効果が十分に得られず、溶接金属へスラグが内在しやすくなる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が１．０％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。従って、フラックス中の弗素化合物は、Ｆ換算値の合計で０．１〜１．０％とする。なお、弗素化合物はＮａＦ、ＬｉＦ、ＣａＦ₂、ＡｌＦ₃、Ｋ₂ＺｒＦ₆、Ｋ₂ＳｉＦ₆等の粉末から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有するＦ量の合計である。

［Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物、ＣａＯを含む酸化物及び弗素化合物からなるスラグ形成剤の合計：６〜１２％］
Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物、ＣａＯを含む酸化物及び弗素化合物からなるスラグ形成剤の合計は、溶接時に発生するスラグ量を調整し、ビード形状を改善する目的で添加する。スラグ形成剤の合計が６％未満では、その効果が十分に得られず、溶接時に発生するスラグ量が少なくなりビード形状が劣化する。一方、スラグ形成剤の合計が１２％を超えると、スラグ量が過剰となり溶接スラグが不均一に被包してスラグ剥離性が劣化する。従って、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物、ＣａＯを含む酸化物及び弗素化合物からなるスラグ形成剤の合計は６〜１２％とする。なお、スラグ形成剤は、弗素化合物（ＮａＦ、ＬｉＦ、ＣａＦ₂、ＡｌＦ₃、Ｋ₂ＺｒＦ₆、Ｋ₂ＳｉＦ₆）、酸化物（ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＣａＯ等）の合計をいう。

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。なお、Ｎｉ基合金外皮へのフラックス充填率が１８％未満では、外皮の肉厚が厚くなり、溶滴が肥大化してアークが不安定となる。一方、フラックス充填率が３０％を超えると、外皮の肉厚が薄く、スラグ量が過剰となりスラグ被包性が劣化する。従って、フラックス充填率は１８〜３０％とすることが好ましい。

フラックス入りワイヤの製造方法について言及すると、例えば外皮を帯鋼より管状に成形する場合には、配合、撹拌、乾燥した充填フラックスをＵ形に成形した溝に満たした後丸形に成形し、所定のワイヤ径１．０〜１．６ｍｍまで伸線する。この際、整形した外皮シームを溶接することで、シームレスタイプのフラックス入りワイヤとすることもできる。また外皮がパイプの場合には、パイプを振動させてフラックスを充填し、所定のワイヤ径まで伸線する。

充填フラックスは、供給、充填が円滑に行えるように、固着剤（珪酸カリ及び珪酸ソーダの水溶液）を添加して造粒して用いることもできる。

表１に示す化学成分のＮｉ基合金外皮を適用し、表２及び表３に示す各種組成の９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤを試作した。表２及び表３に示される各Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃ、Ｓｉの組成は、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計の量であり、ＴｉＯ₂換算値、ＳｉＯ₂換算値、ＺｒＯ₂換算値、Ａｌ₂Ｏ₃換算値、Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計、ＣａＯ、Ｆ換算値、スラグ形成剤の合計は、何れもフラックス中の量である。

また、ワイヤ径は１．２ｍｍ、フラックス充填率は１８〜２５％とした。

これらの試作したフラックス入りワイヤを用いて、溶着金属性能、耐欠陥性、耐割れ性及び溶接作業性について調査した。

溶着金属性能評価は、ＪＩＳＺ３３３５に従い、引張試験及び衝撃試験を行った。溶接条件は、表４のＮｏ．１の条件で溶接を行った。引張試験は、引張強さ：６９０ＭＰａ以上、伸び：２７％以上、衝撃試験は、試験温度−１９６℃における吸収エネルギーが３本の平均値で５５Ｊ以上を良好とした。

耐欠陥性の調査は、表５に示す母材Ａ１を使用した。実際の溶接は、図１に示す板厚１２ｍｍの母材１、６０°Ｖ開先、ルートギャップ４ｍｍ、板厚４ｍｍの裏当金２付き開先を表４のＮｏ．１に示す条件で溶接を行った。溶接継手の評価は、ＪＩＳＺ３１０６に準拠し、放射線透過試験を行った。耐欠陥性の評価は、ＪＩＳＺ３１０６の等級分類にて判定し、１類を良好とした。

耐割れ性の調査は、表５に示す母材Ａ２を使用し、ＪＩＳＺ３１５３に従い、溶接条件は、表４のＮｏ．１の条件で適用し溶接を行った。耐割れ性の評価は、クレータ部を除く溶接ビード部の割れの有無を判定した。

溶接作業性評価は、表５に示す母材Ａ１を使用し、表４に示すＮｏ．１及びＮｏ．２の溶接条件で水平すみ肉溶接及び立向上進溶接を行い、アーク安定性、スパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状を目視で調査した。それらの結果を表６及び表７に示す。

表２、表３、表６及び表７中のワイヤＮｏ．１〜２０が本発明例、ワイヤＮｏ．２１〜３８は比較例である。本発明例であるＮｏ．１〜２０は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃ、Ｓｉ、ＴｉＯ₂換算値の合計、ＳｉＯ₂換算値の合計、ＺｒＯ₂換算値の合計、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計、Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計、ＣａＯ、Ｆ換算値の合計、スラグ形成剤の合計が適正であるので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが高く、耐欠陥性、耐割れ性に優れ、溶接作業性も良好であり極めて満足な結果であった。

比較例中ワイヤＮｏ．２１は、Ｎａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定であった。また、Ｃが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。

Ｎｏ．２２は、Ｎａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。

Ｎｏ．２３は、ＴｉＯ₂換算値の合計が少ないので、アークが不安定であった。また、Ｓｉが多いので、高温割れが発生した。

Ｎｏ．２４は、ＴｉＯ₂換算値の合計が多いので、テンパーカラーが付着してビード外観が不良であった。

Ｎｏ．２５は、ＣａＯが少ないので、ブローホールが発生し、耐欠陥性が悪かった。また、Ｍｎが少ないのでため、高温割れが発生した。

Ｎｏ．２６は、ＣａＯが多いので、アークが不安定であった。また、Ｍｎが多いので、スパッタ発生量が多かった。

Ｎｏ．２７は、ＳｉＯ₂換算値の合計が少ないので、スラグの被包が不均一で、ビード外観が不良であった。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かった。

Ｎｏ．２８は、ＳｉＯ₂換算値の合計が多いので、ビードが凸となりビード形状が不良であった。また、Ｎｉが多いので溶着金属の吸収エネルギーが低かった。

Ｎｏ．２９は、Ｆ換算値の合計が少ないので、ブローホールが発生し、耐欠陥性が悪かった。また、Ｃｒが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。

Ｎｏ．３０は、Ｆ換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。また、Ｃｒが多いので、溶着金属の伸びが低かった。

Ｎｏ．３１は、Ｍｏが少ないので、溶着金属の引張強さが低く、高温割れが発生した。

Ｎｏ．３２は、Ｍｏが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。

Ｎｏ．３３は、ＺｒＯ₂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。また、Ｎｂが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。

Ｎｏ．３４は、ＺｒＯ₂換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。また、Ｎｂが多いので、高温割れが発生した。

Ｎｏ．３５は、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計が少ないので、ビード外観が不良であった。また、Ｔｉが少ないので、ブローホールが発生し、対欠陥性が悪かった。

Ｎｏ．３６は、Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。また、Ｔｉが多いので、溶着金属の伸びが低かった。

Ｎｏ．３７は、スラグ形成剤の合計が少ないので、ビード形状が不良であった。また、Ｃｕが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。

Ｎｏ．３８は、スラグ形成剤の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。また、Ｃｕが多いので、高温割れが発生した。

１母材
２裏当金

Claims

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、
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、
Ｍｎ：２．０〜４．５％、
Ｎｉ：５３〜６５％、
Ｃｒ：１３〜１９％、
Ｍｏ：５〜１４％、
Ｎｂ：０．５〜３．０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．５％、
Ｔｉ：０．４〜１．０％を含有し、
Ｃ：０．０２％以下、
Ｓｉ：０．２％以下であり、
さらに、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３．０〜７．０％、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ₂換算値の合計で０．５〜２．０％、
Ｚｒ酸化物：ＺｒＯ₂換算値の合計で１．０〜２．０％、
Ａｌ酸化物：Ａｌ₂Ｏ₃換算値の合計で０．０１〜０．１％、
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計で０．１〜０．８％、
ＣａＯ：０．１〜０．８％、
弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．１〜１．０％、
Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物、ＣａＯを含む酸化物及び弗素化合物からなるスラグ形成剤の合計：６〜１２％を含有し、
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。