JPH01262094A - 低水素系被覆アーク溶接棒 - 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、低温靭性とくにＣＯＤ　（Ｃｒａｃｋ　Ｏｐ
ｅｎｉｎｇＤｉｓｐｌａｃａｍｅｎｔ）特性か優れ、か
つ耐海水腐食性の優れた低水素系被覆アーク溶接棒に関
するものである。

（従来の技術） 近年エネルキー資源の開発は極地化、深海化の方向にあ
り、このため砕氷船や海洋構造物の建造においても、低
温靭性が優れ更に耐海水腐食性の優れた鋼材及び溶接材
料の開発か要望されていた。

従来、海中構造物用の鋼材及びその溶接部の腐食防止方
法としては、十分な塗装を行うのか一般的てあった。し
かし北極海のように氷が存在するところでは、氷の衝突
によるひっかぎ疵が塗装表面に発生し、この部分から腐
食が発生するのて、十分な防食手段とは云えない。特に
塗装が不充分な場合には、鋼材全体腐食と局部的な腐食
が発生する。

このうち鋼材全体腐食は、板厚を厚くするなどの対策を
とりつるか、局部的な腐食は応力集中を生じ、疲労その
他の破壊の原因ともなり、大きな問題となっていた。と
りわけ溶接部は母材と化学成分が異なること、熱履歴が
異なることにより耐食性に差が出るため、特に局部腐食
の問題となる個所である。

（発明か解決しようとする課題） またこれまで海中構造物の建造では、その耐海水腐食性
が重視されて来たが、最近使用範囲が極地化して来るに
伴い、同時に低温靭性、特に脆性破壊の面からＣＯＤＣ
Ｄ特性れた構造物であることが大きな要求ポイントにな
ってきた。

これに対して特公昭５６−７７９９号公報には、被覆剤
中のＳｉ、　Ｃｕ、　Ｏｒ、　Ｍｏのコントロールによ
り、耐海水腐食性の良好な被覆アーク溶接棒が開示され
ているが、低温靭性を大幅に改善できるものには至って
いない。

また本発明者らは、特開昭６２−２４０１９６号公報に
おいて、Ｃｕ、　Ｓｉ、　Ｎｉ量のコントロールされた
ネ皮覆剤により、低温靭性、耐海水腐食性の優れた溶接
金属を得るに至っているか、ＣＯＤＣＤ特性分なものに
はなっていない。

一方、ＣＯＤＣＤ特性れた溶接棒としては、硼素の酸化
物または硼素酸化物の化合物と、Ｔｉ、八で。

Ｍｇなどの強膜酸剤を併用添加したいわゆるＴｉ　−Ｂ
系溶接棒の技術が、特公昭６０−００５３９号公報、特
公昭５９−１５１５号公報などに開示されている。

さらに特開昭５８−５３３９４号公報には、Ｂの添加方
法として、Ｂ合金またはＢの炭化物を用いて溶接棒の生
産性を向上する技術か示されており、また特開昭５７−
２０６５９４号公報には鉄粉を添加して溶接作業能率を
向上させたＴｉ−Ｂ系溶接棒の技術か示されているか、
いずれも耐海水腐食性を大幅に向上するには至っていな
い。

本発明はかかる現状に鑑み、氷海域における海洋構造物
や砕氷船の建造等において、優れたＣＤ特性を有すると
共に、耐海水腐食性の優れた溶接金属の得られる被覆ア
ーク溶接棒を提供するものである。

（ｉ！ｌ！題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、Ｂを０．４〜４０重量％
（以下％はいずれも重量％を示す。）含有する鉄粉１５
〜３５％、　Ｓｉ１．０〜４．２％、　Ｍｎ　０．８〜
６．８％、　Ｃｕ　０．８〜３．１％、　Ｎｉ　１．２
〜５．０％。

Ｔｉ、　　Ａｎ　、　！Ｉｔｇ（Ｄ　１種または２種以
上１．３〜５．８％、金属炭酸塩の１種または２種以上
２５〜５５ｎ％、金属弗化物の１種または２種以上１０
〜２５　黍Ｉ％、その他上記以外の合金剤、アーク安定
剤、スラグ生成剤および粘結剤からなる被覆剤を炭素鋼
心線に被覆してなることを特徴とする低水素系被覆アー
ク溶接棒１−ある。

従来より溶接金属のＣＯＤＣＤ特性上するために、溶接
金属中に適量のＴＩおよびＢを添加し、そのミクロ組織
を微細化・均一化することが有効であることが知られて
いる。

しかしながらＢを添加するにあた）て、Ｂの酸化物また
はＢの酸化物の化合物を被覆剤中に添加すると、粘結剤
の水ガラスと反応して被覆剤が硬化したり、被覆の固着
性を劣化させるという欠点があった。この欠点を克服す
るためにＢ源としてＢの合金を用いることか有効である
か、本発明ではざらにＢ含有量の低い鉄粉を用いること
が、ＣＯＤ値安定および溶接作業性向上の面からも極め
て有効なことを見出したものである。

また鋼の耐海水腐食性改善には、Ｃｕ、Ｃｒの添加が有
効なことが知られている。鋼構造物における溶接部は母
材と化学成分や熱履歴が異なるため、特に局部腐食を受
は易く、特に溶接金属が母材より先に選択腐食を受ける
場合には、母材との面積比により急速に腐食がすすみ、
重大な破壊につながるおそれかある。この破壊の防止に
は、溶接金属を母材よりも電気化学的に責にすることか
必要であり、とりわけＣｕ、　Ｎｉの添加が局部腐食防
止に有効なことを見出したものである。

本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、以
下に作用とともに詳細に説明する。

（作　用） 本発明の特徴の一つは、溶接金属へのＢ添加源としてＢ
含有量の低い鉄粉を用いたことにある。

Ｂの添加源として、Ｂの酸化物にかわってＢ合金を用い
ることか溶接棒の生産性および被覆の固着性改善の面か
ら有効なことはすてに知られているが、通常用いられて
いるＦｅ−Ｂとしては、鉄鋼の脱ガス剤および合金成分
添加剤としてＢ含有量が１４〜２３％のものがＪＩＳ　
Ｇ　２３１８に規定されており、また特開昭５８−５３
３９４号公報実施例に使用されているＦｅ−ＢのＢ含有
量も８％になっている。

被覆剤へのＢとしての適正な配合量としてはせいぜい０
．８％程度までであり、比較的Ｂ含有量の高い原料を用
いた場合には、被覆剤中ての均一性に問題がもたれ、こ
れかＣＯＯ値ばらつきの一因とも考えられていた。この
ため被覆原材料の混合時間を長くしたり、分割混合方式
を用いるなど、均一な被覆になるよう工夫がこらされて
来た。そこで木発明者らはできるたけ被覆剤中に均一に
Ｂを含有させるには、比較的Ｂ量の少ないＢ合金を多量
に添加することが有効と考え、検討を行った。

まず鉄粉中のＢ含有量の影響を調へる目的で、Ｂ量が０
．８〜１１．２％の鉄粉を用い、被覆剤中のＢ量が０．
２，０．３．　　Ｏ，［ｉ％となるように鉄粉の添加量
を調整し、ＣａＣＯ３３２〜４９％、　ＣａＦ２１３〜
１８％、　Ｆｅ−５ｉ（４０％Ｓｉ）　７％、Ｍｎ２４
％、　Ｎｉ２２％、　　Ｃｕ　　１．５％、　　Ｔｉ　
　１．６％、　　八ｕ−Ｍｇ２．５％。

ルチール５５％、粘結剤７３％からなる被覆剤を、直径
４．０ｍｍ、長さ４００ｍｍの炭素鋼心線に被覆外径が
６．３ｍｍに被覆塗装したあと乾燥焼成し、試験溶接棒
を作製した。

この試験溶接棒により板厚３５ｍｍのアルミキルト鋼板
を用い、平均入熱量４０ＫＪ／ｃｍで立向継手溶接を行
い、英国規格ＢＳ　５７６２−１９７９にもとづき溶接
金属の中心部に疲労ノツチを入れたＣＯＤ試験片を作製
し、−３０℃においてＣＯＤ試験を行った。

第１図は鉄粉中のＢ含有量とＣＯＯ値の関係を示したグ
ラフである。このグラフから明らかなように、Ｂ含有量
の少ない鉄粉を用いたものはＣＯＤ試験におけるばらつ
きが少なくなっている。とくにＢの含有量が４％以下で
は全て０．５ｍｍを超えるＣＯＯ値を示している。また
Ｂ含有量が０４％未満の鉄粉を用いる場合、適正なり量
を得るためには３５％を超える鉄粉を添加する必要があ
り、溶接棒の塗装性を劣化させるとともに全姿勢溶接が
不可能となるため、Ｂの含有量を０．４〜４０％と定め
た。さらにこのＢを含有する鉄粉の被覆剤中の添加量は
、Ｂをより均一に分布させるために１５％以上が必要て
あり、３５％を超えると、前述の様に塗装性及び溶接作
業性が劣化するので、１５〜３５％と定めた。

また鉄粉を１５〜３５％添加することにより、直流溶接
で生じる磁気吹きを防止てき、片面溶接で安定した裏波
ビードを形成することができるために、溶接作業能率も
大幅に向上することができる。

さらに本発明のもう一つの特徴は、被覆剤にＣｕ、　Ｎ
ｉを添加して溶接金属の耐海水腐食性を大幅に向上した
点にある。溶接部の局部腐食を防止するには、溶接金属
の成分を母材よりも電気化学的に責にする必要があり、
Ｃｕ、　Ｎｉは非常に有効な成分である。

第２図はＣａＣＯ３３８％、　ＣａＦ２１４％、ルチー
ル３％、Ｍｎ　　３．３％、Ｎｉ　　２．２％、Ｆｅ−
Ｔｉ（６０％Ｔｉ）２２　％、　　ｌ　−Ｍｇ　　１．
５％、Ｆｅ−５ｉ（４０％５ｉ）４．８％、粘結剤６．
８％、Ｃｕ０〜３７％、残部かＢ含有量１４％の鉄粉か
らなる被覆剤を、直径４．０ｍｍ。

長さ４００ｍｍの炭素鋼心線に被覆外径が６　、３ｍｍ
になるように被覆塗装したあとに乾燥焼成して１０種類
の溶接棒を作製し、謀さ１０ｍｍの■溝をもつ００１％
、　　Ｓｉ　　Ｏ，３％、　　Ｍｎ　　１．３％、　　
Ｃｕ　　　Ｏ，４％、Ｎｉ０３％、　Ｍｏ　Ｏ，２％の
成分て厚さ２５ｍｍの鋼材に溶接電流１７０　八、入熱
１５　　ＫＪ／ｃｍて溶接し、表面下１ｍｍから厚さ５
ｍｍの試験片を採取し、３％食塩水中で３力月間の回転
浸漬試験を行い、その結果を示したものである。同図の
横軸は被覆剤中のＣｕ量、たて軸は溶接金属の腐食減量
である。なお腐食減量とは、第４図に示すように試験片
１の腐食試験後の測定部溶接金属の最低厚さｋを測定し
、試験片１の試験前の厚さｔ（５ｍｍ）との差を求めた
ものである。

被覆剤中にＣｕを含まない溶接棒による溶接金属の腐食
減量は１．４ｍｍもあるのに対し、被覆剤にＣｕを添加
することにより、腐食減量は低下する傾向を示している
。特にＣｕ量が０８％以上のものでは、腐食減量が０．
４ｍｍ以下となり、全て良好な耐海水腐食性を示した。

Ｃｕを３．１％を超えて添加しても耐食性に大きな改善
効果が見られず、逆に粒界偏析による脆化をおこすので
、ＧｕＬｆ）添加量を０．８〜３．１％と限定した。

またＮ１は、通常フェライトへの固溶効果による第３図
は前記と類似の被覆剤でＣｕを１．１％に固定し、Ｎ１
添加量を０〜６．３％に変化して溶接棒を作製し、回転
浸漬試験を行って被覆剤中のＮｉ量と腐食減量との関係
を調査したものである。被覆剤中にＮｊを含まない溶接
棒による溶接金属の腐食減量は１．１ｍｍなのに対し、
Ｎｉの添加により腐食減量が大幅に向上される。被覆剤
中へのＮｉ添加量が１．２％未満では耐海水腐食性の向
上が十分てなく、また５０％を超えて添加してもそれ以
上の改善効果が得られないばかりか、強度が高くなりす
き溶接性か劣化するので、Ｎ１の被覆剤中への添加範囲
を１．２〜５０％とした。Ｎ１は、金属Ｎｉの外Ｆａ−
Ｎｉなとその合金として添加しても良い。

Ｓｉは低水素系溶接棒ては有効な脱酸剤であり、また溶
融金属および溶融スラグの粘性をコントロールして良好
な溶接作業性を与える材料であり、通常Ｆｅ−５ｉとし
て添加される。Ｓｉ量が１０％未満では脱酸不足となっ
て溶接金属にブローホールが生じ易くなり、　４２％を
超えて添加すると溶接金属の結晶粒か粗大化し靭性か劣
化する。このため被覆剤中のＳｉの添加範囲を１０〜４
２％と定めた。ＳｉはＦｅ−５ｉの外、Ｃａ−５ｉ、　
５１−ＭｎあるいはＺｒ−３ｉなといずれて添加しても
良い。

Ｍｎは合金剤として、あるいはＳｉと同様に脱酸剤とし
て添加される。Ｍｎが０８％未満ては強度か不足し、　
６８％を超えて添加すると強度か高すぎ、高温割れが生
じ易くなる。このため被覆剤中のＭｎの添加範囲を０８
〜６．８％とした。Ｍｎは金属Ｍｎの外、Ｆｅ−Ｍｎ、
Ｍｎ−５ｉなどその合金で添加しても良い。

Ｔｉ、　　ＡＪＺ、　Ｍｇはいずれも強膜酸剤であり、
これらを被覆剤に添加することにより、被覆剤中のＳｉ
が少い場合でも酸素量の低い清浄な溶接金属が得られる
。さらに溶融金属の粘性をコントロールして、良好な溶
接作業性か得られる。Ｔｉ、　　Ａ℃、　Ｍｇの１種以
上の合計が１．３％未満ではその効果か不充分であり、
　５８％を超えて添加すると溶融スラグの流動性が悪く
なってビード形状が悪化し、アークが不安定となりスパ
ッタが増加する。またスラグのはく離も悪くなるのて、
被覆剤中への添加範囲を　１．３〜５．８％とした。Ｔ
ｉ、　　Ａｆｌ、　Ｍｇも、その単体の外Ｆｅ−Ｔｉ、
Ｆｅ−八ｎ、Ｆｅ−Ｍｇなどの合金で添加することもで
きる。

続いて本発明にいう金属炭酸塩とは、　ＣａＣＯ３゜Ｂ
ａＣＯ３，Ｍｇｃｏ３．　ＭｎＣＯ３などを指し、　Ｃ
ａＣＯ３を必須として必要に応じて他のものを組合せ、
その合計を２５〜５５％含有せしめるものである。これ
らの炭酸塩はアーク中で分解し、　Ｃ０２ガスを発生し
て溶融メタルを大気からしゃ断し、アーク霊囲気中の水
素、窒素のガス分圧を下げると共に、塩基性のスラグを
生成する効果を有する。この添加量が２５％未満では、
スラグの融点か低下しスラグの被包性が悪くなって良好
なビートを得ることがてきない。また大気をしゃ断する
ガス発生量か不足するため、ピットやブローホールか発
生したり溶接金属の水素量が増加し、耐割れ性が劣化す
る。一方５５％を超えて添加した場合には、カス発生量
が過剰となりビットか多発すると共に、スラグの融点が
上昇してスラグの流動性が悪くなり、溶接母材とのなじ
みか不均一となりビート形状が悪くなる。

また本発明にいう金属弗化物とは、０８Ｆ２゜ＢａＦ２
．　Ｍｇｌ’２、　ΔｆｔＦ３、ＭｎＦ２、ＬｉＦなど
を指し、ＣａＦ２を必須とし必要に応じて他のものを組
合せ、その合計を１０〜２５％含有せしめるものである
。これらの金属弗化物はいずれもスラグの融点を下げ、
流動性の良いスラグをつくる。またアーク中て分解した
弗素は、溶融メタルや溶融スラグの水素と反応し、溶接
金属の水素を下げて耐割れ性の良好な溶接金属をつくる
。これらの添加量か１０％未満では適当はスラグ流動性
か得られず、ビート形状が悪く、ピットが発生したり溶
接金属の水素量か増加して割れを発生させたりする。−
方２５％を超えて添加すると、スラグの粘性が不足し、
ビート形状が悪化し、また被覆筒も弱くなり溶接作業性
が劣ってくる。

次に被覆剤に含有せしめるその他の合金剤、アーク安定
剤、スラグ生成剤とは、Ｃｒ、　Ｍｏ、ルチール、珪砂
、アルカリ成分などを指し、その添加量は特に規定しな
いか、その合計は３〜２０％が溶接作業性の面から望ま
しい。また粘結剤としては、硅酸ソーダ、硅酸カリで代
表されろ水ガラスなどのバインダー成分を指すもので、
水ガラス中の５ｉｎ２とＮａ２Ｏ，Ｋ２Ｏなどのアルカ
リ成分のモル分率であられされるモル比が、　１．５〜
３５の範囲の水ガラスを使用することが望ましい。

本発明溶接棒は、以上述へた被覆剤を炭素鋼心線の周囲
に、その被覆剤重量が溶接棒重量に対し２５〜３５％に
なるように通常の溶接棒塗装機により被覆塗装したあと
、水分を除去するために３００〜５５０℃で焼成して製
造する。

なお本発明にいう炭素鋼心線とは、ＪＩＳ　Ｇ　３５２
３に定められた被覆アーク溶接棒用心線である。

（実施例） 次に実施例により本発明の効果をさらに具体的に示す。

第１表に木実施例に用いた鉄粉のＢ含有量を、また第２
表に本発明溶接棒および比較のため用いた溶接棒の被覆
剤組成と各種試験結果を示す。第２表において、Ａ−１
〜Ａ−１０が本発明実施例溶接棒であり、Ｂ−１〜＋３
−８が比較例溶接棒である。棒径はいずれも４　、０ｍ
ｍである。

第１表　実施例で使用した鉄粉 これらの溶接棒を用い、前述と全く同様の方法により低
温靭性な調査するＣＯＤ試験及び耐海水腐食性を調査す
る回転浸漬試験を行った。なお、試験結果の判定はＣＯ
Ｏ値が０．３ｍｍ以上、腐食減量が０　、５ｍｍ以下を
良好とした。またこれらの溶接棒について、溶接作業性
試験も行った。

本発明溶接棒による溶接金属のＣＯＯ値は、Ｂ含有量の
低い鉄粉を使用し、被覆に均一に分布させた効果により
いずれも安定した値を示し、全て０．６ｍｍ以上と良好
であった。また同じく耐海水腐食性についても、Ｃｕ、
　Ｎｉの添加効果により腐食減量がいずれも０．４ｍｍ
未満であった。

一方、Ｂ含有量が４％を超える鉄粉（Ｅ、Ｆ）を使用し
た溶接棒Ｂ−３，Ｂ−４，Ｂ−６は、ＣＯＯ値が０．２
０ｍｍ未満と低かった。またＢ含有量が３．８％の鉄粉
を使用しても、その添加量が１５％未満の溶接棒Ｂ−２
、およびＳｉ量が４．２％を超えた溶接棒Ｂ−５もＣＯ
Ｏ値が低かった。

Ｃｕか添加されていないか、あるいは０８％未満である
溶接棒Ｂ−１，Ｂ−７，Ｎｉか添加されていないか、あ
るいは１２％未満である溶接棒Ｂ−２、Ｂ−８は、いず
れも腐食減量か０．９ｍｍを超えていた。

Ｓｔが１０％未満の溶接棒Ｂ−１、Ｍｎが０６８％未満
の溶接棒Ｂ−４は脱酸力が不足し、一部ブローポールの
発生が見られた。また金属炭酸塩、金属弗化物及びＴｉ
、　　八ｊｌＬ、　Ｍｇ量の不適正な溶接棒Ｂ−１，１
３−２，Ｂ−３，１１３−４，８−５は、いずれも溶接
作業性が悪かった。

［発明の効果］ 以上の様に本発明溶接棒は、低温靭性特にＣＯＤ特性か
極めて優れ、かつ、耐海水腐食性か格段に向上したもの
である。

これは、従来の低水素系被覆アーク溶接棒ては到底達成
し得ないものであり、特に北極海のような氷海域におけ
る海洋構造物や、砕氷船の建造に大きな効果を発揮する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＣＯＤ試験における鉄粉のＢ含有量とＣＯＤ
値との関係を示すグラフ、第２図、第３図は、耐海水腐
食性試験における被覆剤中のＣｕ量、Ｎｌ量と腐食減量
との関係を示すグラフ、第４図は、耐海水腐食性試験に
おける腐食減量の測定容量を示す断面図である。 １・・・試験片、℃・・・測定部（溶接金属の最低厚さ
）、ｔ・・・試験前の厚さ 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他１名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｂを０．４〜４０重量％含有する鉄粉１５〜３５重量％
   、 Ｓｉ１．０〜４．２重量％、 Ｍｎ０．８〜６．８重量％、 Ｃｕ０．８〜３．１重量％、 Ｎｉ１．２〜５．０重量％、 Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇの１種または２種以上１．３〜５．８
   重量％、 金属炭酸塩の１種または２種以上２５〜５５重量％、 金属弗化物の１種または２種以上１０〜２５重量％、 その他上記以外の合金剤、アーク安定剤、スラグ生成剤
   および粘結剤からなる被覆剤を炭素鋼心線に被覆してな
   ることを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。