JPH01215493A - オーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料に係
り、さらに詳しくはオーステディト系ステンレス鋼の溶
接において、溶接作業性と溶接部の低温靭性が良好でＸ
線性能にも優れるオーステナイト系ステンレス鋼溶接用
フラックス入りワイヤに関する。　“ 〔従来の技術〕 ステンレス鋼の溶接分野においても、半自動化や自動化
が進み、フラックス入りワイヤの使用が普及しつつある
。しかるに上記ワイヤにはスラグ形成剤やアーク安定剤
として各種の金属酸化物がワイヤ外皮に内包されており
、シールドガスとして１００％ＣＯ８や８０％＾ｒ＋２
−０％Ｃ０８の混合ガスを併用するため、ソリッドワイ
ヤと不活性ガスを組合せたＭＩＧ溶接法とくらべると、
溶接作業性が優れる反面、溶着金属中の酸素量が多くな
り易く、低温靭性等に悪影響を及ぼしていた。

そのため、これまでのフシックス入すワイヤは、溶着金
属のフェライト量調整等、−船釣に知られた方法では十
分な低温靭性が得られないため、極低温液化ガスの圧力
容器や配管に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼
の溶接には不向なものとなっている。

そこで、これらの点に関し、本発明者らは先に、フラッ
クス入りワイヤによるステンレス鋼のガスシールドアー
ク溶接における溶着金属の低温靭性の向上を目的に種々
検討を重ね、良好な低温靭性と溶接作業性を示すワイヤ
外皮と充填フラックスの成分範囲を見出すに至り特開昭
６１−２３８４９５号公報において提案した。

しかし、これらの成分範囲で生産したフラックス入りワ
イヤは、良好な低温靭性や溶接作業性を示すものの、ワ
イヤ断面形状の種類によっては、溶接部のＸ線性能等に
問題がある事が判明した。

即ち、フラックス入りワイヤの外皮としてステンレス鋼
の帯鋼を用い、その帯鋼端面を内部に折り込んで管状と
したＴ断面形状のワイヤは前述の問題を生じないが、ス
テンレス鋼のパイプを外皮とするＯ断面形状のワイヤは
溶接部にスラグ巻込みが発生し易く、新たにこの対策を
講する必要に迫られた。

このような問題点は、ワイヤ外皮と充填フラックスとの
溶融時間差が過大な時に発生し、例えばＴ断面形状のワ
イヤに比べて、０断面形状のワイヤはアーク中で外皮だ
けが先に溶融し、充填フラックスが針状となって、その
まま溶融金属内に突込み、スラグとして残留し易（なる
ために生じるものである。この現象が原因で溶接部のＸ
線性能が劣化するのみならず、強度や伸び、靭性等機械
的性能も低下する傾向があり、特開昭６１−２３８４９
５号公報において提案したワイヤ外皮と充填フラックス
の成分範囲は０断面形状のフラックス入りワイヤとして
は不適であった。

（発明が解決しようとする課題〕 本発明は、以上のような課題、を解決すべくなされたも
のであって、その目的とするとニスは、溶接部の低温靭
性が良好で、しかも高強度を有し、良好なＸ線性能や溶
接作−性を示すオーステナイ・　ト系ステンレス鋼溶接
用フランクス入りワイヤの提供にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、０断面形状のオーステナイト系ステンレ
ス鋼溶接用フランクス入すワイヤにおける前記の課題を
解決するため種々検討をした。その結果、ＴｉＯ２系の
充填フラックスにおいて、ＦｅおよびＭｎ酸化物とＺｒ
０．を規制し、かつＳｉｎｇ、アルカリ金属弗化物、Ｔ
ｉ、　ＢｉおよびＢｉ酸化物、平均粒度が１０〜１５０
μｍのオーステナイト系ステンレス鋼粉末を適量添加す
ると共に、しかもワイヤ外皮中のＣとＮおよび（Ｃ＋Ｎ
）も適量にする事により、これらの相乗雫果から前述の
目的を達成するに至った。

即ち、本発明の要旨は、Ｃ０．０２８％（重量％、以下
同じ）以下、Ｎ　　０．０４５％以下、かつ（ｃ＋Ｎ）
が０．ｏｔｓ〜０．０６０％のオース８テナイト系ステ
ンレス調を１ワ・イヤの外皮セし、その内部にワイヤ全
”重量に対してＴｉＯｘ　　４〜１２％、５ｉｆｔ　　
０．５〜３．０％、アルカリ金属弗化物の１種または２
種以上を０．５〜１．５％、ＢｉおよびＢｉ酸化物の合
計が０．００２〜０．０２％、Ｔｉ０．０５〜０．９％
、平均粒度が１０〜１５０μｍのオーステナイト系ステ
ンレス鋼粉末を３〜１４％含有し、ＰｅおよびＭｎ酸化
物の合計が０．５％以下に制限され、さらに必要に応じ
てＺｒ０．を０．１〜２．０％含有したフラックスが充
填されてなることを特徴とするオーステナイト系ステン
レス鋼溶接用フラックス入りワイヤにある。

以下に本発明を作用と共に詳細に説明する。

−〔作用〕 まず、本発明にいう「フラックス入りワイヤ」とは、第
１図にその一例を示すようにステンレス鋼からなる外皮
１の内部に充填フラックス２を充填したものである。

次にワイヤ外皮と充填フラックス成分の限定理由を述べ
る。

ワイヤ外皮中のＣ＋！：Ｎは溶着金属中に歩留り易（、
溶着金属の諸性能等に影響を及ぼす、外皮中のＣとＮ量
の和が０．０１５％未満の場合、溶着金属の引張強さが
不足し、逆に０．０６０％を超えると低温靭性が劣化す
る。なお、Ｃはワイヤ外皮中以外のワイヤ表面に塗布す
る潤滑剤、あるいはシールドガス中のＣＯｚ等からも溶
着金属に添加される結果、溶接部の低温靭性や耐食性を
損うことになるので、ワイヤ外皮中のＣは０．０２８％
以下とする必要がある。またＮ量が過多となると、スラ
グのばくり性が劣化するので、外皮中のＮとしては、０
．０４５％以下にする必要がある。

ワイヤ外皮の内部に充填するＴｉ０ｇは、被包性と追従
性の良いスラグを形成し、と−ド形状を良好にする。し
かし４％未満ではその効果が現れず、逆に１２％を超え
るとスラグが過量となって開先内の下向溶接でスラグが
先行し易くなって、スラグ巻込み等、欠陥が発生し易く
なるので４〜１２％に制限する。

５ｉ（ｈは、被包性の良いスラグを形成する上で極めて
有効で、ビード形状や外観を良好にするが過量になると
溶着金属の酸素量を高める。この酸素量はＴｉ等の強脱
酸と併用すればある程度抑制出来るが、溶着金属のＳｔ
が著しく増加し低温靭性劣化の原因となるので０．５〜
３．０％に制限する。

アルカリ金属弗化物は、溶融スラグの凝固温度を低下し
、流動性を良くし、スラグのはくり性も良好にする。し
かし０．５％未満ではその効果が現れず、逆に１．５％
を超えるとアークが不安定となり、スパッタが著しく増
加するため０．５〜１．５％に制限する。

なお、アルカリ金属弗化物とは、ＬｉＦ　Ｉ　ＮａＦ　
＊ＫｚＺｒＰｂ　ｌ　ＫｘＳｉＰｈ＊　ＫＢＦ４等アル
カリ金属或いはアルカリ金属化合物の弗化物を指し、単
独で用いても複合で用いてもその効果は同じであるが、
ＣａＦｇやＭｇｈのようなアルカリ金属を含まない金属
弗化物は、著しくアークの安定性を劣化するため、同様
な効果は発揮されない。

ＢｉおよびＢｉの酸化物は、スラグのはくり性を良くす
る上で、極めて有効である反面、溶着金属中にＢｉとし
て微量でも歩留ると靭性が著しく損われる。　従って、
ＢｉおよびＢｉ酸化物の合計添加量は０．００２〜０．
０２％に制限する。　　　　−Ｔｉは脱酸剤として０．
０５％以上添加すると効果が認められる。しかし、０．
９％を超えると溶融金属の流動性が悪くなり、ビードの
形状や外観が劣化する。

オーステナイト系ステンレス鋼粉末は、充填フラックス
の通電性を良くし、この通電による加熱効果からワイヤ
外皮と充填フラックスの溶融時間差を縮少する。これら
の効果は平均粒度が１０〜１５０ｐｍのオーステナイト
系ステンレス鋼粉末を３％以上添加すると認められるが
、１４％を超えると充填フラックス中のスラグ形成剤が
減少し、溶融金属を均一に被包出来なくなりビード外観
が劣化する。

ＦｅおよびＭｎ酸化物は、何れも溶着金属中の酸素量を
増加させるので合計で０．５％以下に制限する。

Ｚｒ０ｇは、０．１％以上の添加で前述のＴｉ０ｇと同
様な作用が期待出来るものの、ＴｉＯ鵞より融点が高く
、過量になるとワイヤ外皮゛と充填フラックスの溶融時
間差を大きくし、これに起因する溶接部のスラグ巻込み
を発生し易くするので０．１〜２．０％に制限する。

本発明の構成は上記の通りであるが、この他溶着金属の
成分調整等を目的にＭｎ　＋　Ｃｒ　＋　Ｎｔ　＋　Ｎ
。

等を、またスラグの被包性、はくり性、塩基度調整、ア
ークの安定性向上のために、Ｎａｚｏ　１　＊、ｏ　ｌ
Ａｎ！　ｇｏｓ　＋　ＭｇＯ＋　ＣａＯ等を添加するこ
とが出来る。

外皮はオーステナイト系ステンレス鋼を用いるものであ
るが、その主成分としてＣｒが１６〜２１％、Ｎｉが９
〜１５％を含有するものが適しており、用途によっては
Ｍｏも２〜３％含有してよい。

ここで本発明のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フ
ラックス入りワイヤの製造手段について言及する。

外径５〜１５Ｍ、肉厚０．１〜２ｍｍのオーステナイト
系ステンレス鋼を外皮として用い、そのパイプと充填フ
ラックスを振動させて充填するが、充填フラックスを混
合、攪拌したままの粉末で充填すると、充填がスムーズ
に行われず、不均一になったり、途中でつまつて充填不
可能になったり、均一な充填がむずかしいが、充填フラ
ックスを珪酸ソーダや珪酸カリの水ガラスで湿式混合し
、球形の粒状にすることによって、充填フラックスの流
動性が良くなり、充填がスムーズに行われ均一な充填が
出来る。珪酸ソーダや珪酸カリの水ガラスの添加量は本
発明のフラックス組成の場合、フラックス１００ｋｇに
対して５〜１５ｋｇ程度で十分である。充填を行った後
、所定のワイヤ径まで伸線する。

なお、オーステナイト系ステンレス鋼の帯鋼を外皮とし
て用いる場合は、帯鋼をＵ形に成形してから所定のフラ
ックスを充填後、円形に成形し、所定のワイヤ径まで伸
線する。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を比較例と対比しつつ示す。

第１表に外皮とするオーステナイト系ステンレス鋼の化
学成分を示し、第２表にオーステナイト系ステンレス鋼
粉末の化学成分を示す。

また第３表に外皮と充填フラックスの組合せによるフラ
ックス入りワイヤの組成を示す。外皮に用いたパイプの
寸法は外径１０ｆｌＩｌｌΦ、肉厚１ｍｍのパイプを６
．０〜９．ＯＷΦに管引きし、夫々フラックスを充填後
、最終ワイヤ径の１．２　ｍΦに伸線した。

第４表に母材の化学成分を示す。板厚は夫々１２ＩＩＩ
ｌｌと２０ｍｍである。

第５表に第２表のフラックス入りワイヤと第３表の母材
を用いて行った溶接作業性試験結果、溶着金属の化学成
分、溶着金属の機械的性質、溶接部のＸ線性能と高温割
れ試験結果を示す。

なお、溶接作業性試験は、ワイヤ１．２　ｒｍΦを用い
、溶接電流２０ＯＡ、溶接電圧３０Ｖ、溶接速度３０ｃ
ｍ／ｌｌｌ１ｎ、電源は直流定電圧、極性は棒プラス、
シールドガスは１００％ＣＯ□、ガス流量２０４！／＋
ｗｉｎとし、第２図に示す開先を下向姿勢で溶接して試
験した。

第２図において、板厚ｔ＝１２ａａ、開先角度θ＝６０
°、ルートギー？７ブｇ＝５ｍａ＋とした。ｂはバッキ
ング材で初層の裏ビードを良好に形成させるために用い
た。

溶接部の高温割れ試験は第２図の開先の初層を溶接後、
染色浸透探傷試験を実施して割れの有無を調査した また溶接部のＸ線性能は、第２図の開先を最終層まで溶
接した後、Ｘ線透過写真によりスラグ巻込みの有無等を
調査した。

次に溶着金属の引張および衝撃試験は、ワイヤ径１．２
１１ＩＩＩΦを用いて、溶接電流２００Ａ、溶接電圧３
０Ｖ、溶接速度３０ｃ１１／ｌｌｌ１ｎ、電源は直流定
電圧、極性は棒プラス、シールドガスは１００％ＣＯ！
、ガス流量２０　Ｎ　／ｓｉｎとし、第３図に示す開先
を下向姿勢で溶接した。

第３図において、板厚ｔ＝２０ｍｍ、開先角度θ−４５
＠、ルートギャップｇ＝１２ｍｍとし、引張試験片はＪ
ＩＳ　Ｚ　３１１１　Ａ　１号を第４図のように採取し
て試験した。衝撃試験片はＪＩＳ　Ｚ　３１１２４号を
第５図のように採取して試験した。同図においてｄ′　
！２鵬とする。

溶着金属の化学成分は第３図の開先を溶接した後、母材
が混入しないように第６図の通り試料を採取して分析し
た。

フラックス入りワイヤ（第３表、第５表）記号ｋｌ〜１
５とＮｃＬ３１は比較例であり、ＮｃＬ１６〜３０は本
発明である。

第４表の結果から明らかなように、Ｎａｌのワイヤは、
ワイヤ外皮中のＣ＋Ｎが０．０１５％未満のため、溶着
金属の引張強さが低すぎる。また、ワイヤ外皮内部のＴ
ｉ０１が４％未満のため、スラグの被色性が悪く、ビー
ド形状も悪い。

ｌｌ＆ｌＬ２のワイヤは、外皮中のＣが０．０２８％を
超えており、溶接部の耐食性が悪い、またワイヤ外皮内
部のＴｉ（ｈが１２％を超えており、′スラグ量が多く
なり過ぎて下向溶接でスラグが先行し易く流動性が悪い
。

Ｎα３のワイヤは、外皮中のＮが０．０４５％を超えて
おり、スラグのはくり性が悪＜、Ｃ＋Ｎも０．０６０％
を超えているため、溶着金属のフェライト量が低くなり
過ぎ、高温割れを発生する。この高温割れが原因でＸ線
性能も悪い。

Ｎα４のワイヤは、ワイヤ外皮内部の５ｉＯ−’０．５
％未満のためスラグの被包性が悪く、ビード形状も悪い
。

阻５のワイヤは、Ｓｉｎｇが３．０％を超えているため
、溶着金属のＳｔや酸素量が多くなり、衝撃値が低下す
る。

Ｎα６のワイヤは、アルカリ金属弗化物の添加量−が０
．５％未満のためスラグのはくり性が悪い。

ｋ７のワイヤは、アルカリ金属弗化物の添加量が１．５
％を超えているためアークが不安定となり、スパッタが
多い。

Ｎα８のワイヤは、ＢｉおよびＢｉ酸化物の合計量が０
．００２％未満であリスラグのばくり性が悪い。

Ｎα９のワイヤは、ＢｉおよびＢｉ酸化物の合計量が０
．０２％を超えており溶着金属の衝撃値が低い。

ＮａｌＯのワイヤは、Ｔｉ添加量が０．０５％未満のた
め脱酸効果が薄く溶着金属の酸素量が多くなり、衝撃値
は低下する。

Ｎα１′１のワイヤは、Ｔｉ添加量が０．９％を超えて
いるため、溶着金属の酸素量は低下するものの、スラグ
の流動性やビード形状が悪くなる。また、５ｉＯｔが還
元されて溶着金属のＳｔが高くなり、衝撃値も低い。

Ｎ０．１２のワイヤは、平均粒度が１０〜１５０μｍの
オーステナイト系ステンレス鋼粉末が３％未満のため、
スラグ巻込みの欠陥が発生し、溶接部のＸ線性能が悪い
。

陽、１３のワイヤは、平均粒度が１０〜１５０μｍのオ
ーステナイト系ステンレス鋼粉末が１４％を超えている
ため、スラグの被包性が悪く、と−ド形状が悪い。

石１４のワイヤは、ＦｅおよびＭｎ酸化物の合計量が０
．５％を超えており、溶着金属？酸素量が多“くなり、
衝撃値が低い。

Ｎα１５のワイヤは、Ｚｒ’Ｏ−が２．０％を超えてい
るため、スラグ拳法みが発生し、Ｘ線性能が悪い。

魔３１のワイヤは、オーステナイト系ステンレス鋼粉末
の平均粒度が２００〜２５０μｍであり、１０〜１５０
μｍの範囲を超えているため、充填フラックスの通電性
による加熱効果が小さく、スラグ巻込みが発生し、溶接
部のＸ線性能が悪い。

これに対して、本発明になるＮａ１６〜３０のワイヤは
、いずれも溶接作業性が良好で、しかも−１９６℃にお
ける溶着金属の衝撃値に優れ、耐粒界腐食性も良好であ
り、かつ溶接部のＸ線性能と耐高温割れ性も良好であっ
た。

〔判定基準〕　◎・・・非常に良好　　Ｏ・・・良　好
Δ・・・やや不良　　　×・・・不　良＊・・・第５図
の最終ビードにおいて、スタート部、クレータ部を除い
たビード本体をフェライトスコープを用いて任意に１０
点測定し、平均値を求めた。

＊枦・・繰返し３回の平均値を示した。

＊＊宰・・・第２図の初層について、スタート部、クレ
ータ部を除いたビード本体の割れの有無を調査した。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明におけるフラックス入りワ
イヤは、ワイヤ外皮中のＣとＮおよび（Ｃ十Ｎ）を適量
として、ワイヤ外皮内部の充填フラックス中にＴｉ０１
．５ｉ（ｈ、アルカリ金属弗化物、ＢｉおよびＢｉ酸化
物、Ｔｉ、粒度が１０〜１５０μｍのオーステナイト系
ステンレス鋼粉末を適量添加し、さらにＦｅおよびＭｎ
酸化物とＺｒＯｘの添加量を規制することによって、こ
れらの成分の相乗効果が現れ、オーステナイト系ステン
レス鋼用フラックス入りワイヤのガスシールドアーク溶
接において・溶着金属の低温靭性とその他の機械的性質
や耐粒界腐食性が良好で、かつ優れた溶接作業性を有し
ながら、Ｘ線性能や耐高温割れ性においても健全な溶接
部が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックス人すワイヤの形状例を示す断面図、
第２図は下向溶接作業性、高温割れ試験およびＸ線性能
調査用試験板の開先形状を示す断面図、第３図は溶着金
属の引張および衝撃試験用開先形状を示す断面図、第４
図は、溶着金属の引張試験片採取要領を示す断面図、第
５図は、溶着金属の衝撃試験片採取要領を示す断面図で
ある。 ｌ・・・外皮、２・・・充填フラックス、θ・・・開先
角度、ｂ・・・バッキング材、ｔ・・・板厚、ｇ・・・
ルートギャップ。 −へ３０−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．０２８％（重量％、以下同じ）以下、Ｎ０
   ．０４５％以下、かつ（Ｃ＋Ｎ）が０．０１５〜０．０
   ６０％のオーステナイト系ステンレス鋼をワイヤの外皮
   とし、その内部に、ワイヤ全重量に対してＴｉＯ＿２４
   〜１２％、ＳｉＯ＿２０．５〜３．０％、アルカリ金属
   弗化物の１種または２種以上を０．５〜１．５％、Ｂｉ
   およびＢｉ酸化物の合計が０．００２〜０．０２％、Ｔ
   ｉ０．０５〜０．９％、平均粒度が１０〜１５０μｍの
   オーステナイト系ステンレス銅粉末を３〜１４％含有し
   、ＦｅおよびＭｎ酸化物の合計を０．５％以下に制限し
   たフラックスが充填されてなることを特徴とするオース
   テナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
2. （２）Ｃ０．０２８％（重量％、以下同じ）以下、Ｎ０
   ．０４５％以下、かつ（Ｃ＋Ｎ）が０．０１５〜０．０
   ６０％のオーステナイト系ステンレス鋼をワイヤの外皮
   とし、その内部に、ワイヤ全重量に対してＴｉＯ＿２４
   〜１２％、ＳｉＯ＿２０．５〜３．０％、アルカリ金属
   弗化物の１種または２種以上を０．５〜１．５％、Ｂｉ
   およびＢｉ酸化物の合計が０．００２〜０．０２％、Ｔ
   ｉ０．０５〜０．９％、平均粒度が１０〜１５０μｍの
   オーステナイト系ステンレス鋼粉末を３〜１４％、さら
   にＺｒＯ＿２を０．１〜２．０％含有し、ＦｅおよびＭ
   ｎ酸化物の合計を０．５％以下に制限したフラックスが
   充填されてなることを特徴とするオーステナイト系ステ
   ンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。