JPH0152118B2

JPH0152118B2 -

Info

Publication number: JPH0152118B2
Application number: JP16121381A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanaka; Yutaka Nishikawa; Masato Konishi; Tatsuhiko Shigematsu
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1981-10-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1989-11-07
Also published as: JPS5861993A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は低温鋼の溶接に用いるNi基のガスシ
ールドアーク溶接用ワイヤ、サブマージアーク溶
接用ワイヤ又は被覆アーク溶接用心線等（以下単
に溶接心線）に関するものであり、詳細には強度
低温靫性や耐高温割れ性が良好な溶接金属を与え
ると共に、ワイヤや心線自体としての鍛造性や圧
延性に優れ、線引等の塑性加工を安定して行ない
得る溶接心線に関するものである。９％Ni鋼と称されるNi鋼は通常8.5〜9.5％の
Niを含むものであり、極低温用の容器や装置、
例えばLNGや液化ガス用の容器等の構成素材と
して広く使用されている。９％Ni鋼自体は−196
℃における切欠靫性テストでも良好な成績を示す
程に低温靫性の良好な材料であり、又引張強度も
70Kg／mm²級の高張力鋼に匹敵する値を示すから、
これらを溶接した場合の溶接金属も母材に優ると
も劣らない低温靫性が引張強度を発揮することが
望まれる。その為溶接に用いる金属材料も厳選す
る必要があり、被覆アーク溶接棒としては、
AWS―A5.11のENiCrFe―１〜３等の成分系が
利用されている。しかし潜弧溶接用ワイヤとして
は推奨に値するものがなく、例えば上記溶接棒と
同系統のワイヤとしてASW―A5.14のERNiCr―
３等のインコネル系ワイヤを用いた場合、溶接継
手強度は著しく不十分であり、そればかりか高温
割れが発生し易いという欠点もあつた。近年インコネル合金に代る金属材料としてMo
を比較的大量に含むワイヤ等が開発され（例えば
特公昭46−39453、同49−27732、同51−14976、
同51−29104等）、潜弧溶接における高能率化や継
手品質の安定化に貢献しているが、Mo含有量の
増大につれてワイヤ自身の鍛造性や圧延性が悪く
なり、線引加工等における生産歩留りが著しく低
下し、極めて高価なワイヤになるという欠点があ
つた。即ち鍛造時や圧延時に割れが発生した場
合、粗大割れであればその場で不良品とされる
が、微小割れの場合は良品として線引にかけら
れ、その段階でワイヤの破断等を招き、生産上の
重要なトラブルが発生する。又仮に最終製品線径
迄の線引きが可能であつたとしてもワイヤ表面に
微小な亀裂が残り、この中に潤滑剤等が残ると溶
接作業性等に悪影響を与えるということが知られ
ている。本発明はこの様な事情に着目してなされたもの
であつて、潜弧溶接、MIG溶接、TIG溶接等を
始めとする各種の溶接用ワイヤだけでなく、被覆
アーク溶接棒用の心線等を含む、広範な溶接用の
溶接心線であつて、それ自身の鍛造性や圧延性が
良好であると共に、ひとたび溶接に用いた場合良
好な低温靫性及び耐高温割れ性を有する溶接金属
を与える様な上記金属線材の提供を目的とするも
のである。即ち本発明の金属線材とは、Ｃ≦0.15％（重量
％、以下同じ）、Mo＝12〜22％及びFe＝5.2〜25
％を含む他、Al＝0.005〜0.15％、Ti＝0.01〜0.15
％、Mg＝0.001〜0.05％から選択される２種以上
を、［Al＋Ti＋Mg］≦0.25％を満足する範囲で含
み、更りＷ≦５％、Cr≦4.8％の１種以上を含み、
残部がNi及び不可避不純物よりなるものである
点に要旨を有するものであり、強度低温靫性及び
耐高温割れ性の良好な溶接金属を与えると共に、
溶接用ワイヤ或は心線自身の製造に当つて良好な
鍛造性及び圧延性が発揮される。尚上記組成に対
しMn≦５％及びSi≦1.5％から選択される１種以
上を加えればさらに継手強度の向上を見ることが
できる。尚、Ｃ、Al、Ti、Mg等は脱酸剤として
の機能を発揮するが、必要に応じて前記以外の脱
酸剤を配合することもあり、前述の基本的構成か
ら逸脱しない限りの組成変更は全て本発明におけ
る成分範囲限定理由を説明する。以下本発明における成分限定理由を説明する。基本成分としてNiを選択したのは、オーステ
ンナイトを安定化し、低温靫性の向上に不可欠で
あるからであるが、配合量については特段の制限
がなく、Ｃ，Mo等の合金成分を配合した残りの
全量を占めれば良い。Ｃは溶接継手の強度を高める元素であり、又脱
酸剤としての機能も発揮するものであるが、0.15
％を越えて配合すると低温靫性を著しく低下させ
るので、Ｃの上限は0.15％とした。 Moは溶接継手強度を向上させるだけでなく、
溶接中の高温割れを防止する元素であるが、12％
未満ではこの効果が発揮されず、下限を12％と定
めた。他方22％を越えると低温靫性が低下し、又
鍛造性や圧延性が著しく低下するが、鍛造性等の
低下をカバーする目的で加えられる後述のAl、
Ti、Mg等をもつてしても十分な回復効果は得ら
れない。従つてMoの上限は22％とした。 Ti、Al、Mgは本発明においてもつとも特徴的
な合金成分であり、Moの配合によつてもたらさ
れる鍛造性や圧延性の低下をカバーする機能を有
するものである。即ちTi、Al、Mgは元来脱酸能
の強い金属であるが、この脱酸能力が鍛造性や圧
延性の回復にとつて重要な影響を与えるものと思
われ、以下に示す様な手順でこれらの配合効果を
検討した。まず本発明者等は鍛造性や圧延性をも
つとも正しく反映する様な試験法を探求し、次に
述べる高温ねじり試験法に到達した。この試験法
は、柱状試験片（平行部長さ：30mm、平行部の
径：6.0mmφ）を高温（今回の実験では1150℃）
下にねじり、破断に至る迄のねじり回数を求める
ものであるが、ねじり回数と、実際の鍛造や圧延
における割れの発生との関係を調査したところ、
れじり回数が10回以下の場合は割れの発生頻度が
多く、20回以上のものでは割れを生じることは殆
んどなかつた。これらのことより、ねじり回数と
割れ発生の間には良好な相関性があると判断し、
Ti、Al、Mgの夫々を単独で配合した場合、及び
併用した場合の各々について、各配合量と前記ね
じり回数の関係を求めた。第１図は単独配合の場
合を示し、図から判断すると、例えばTiやAlで
はねじり回数を10回以上のレベルに高める為には
0.25％程度迄配合することが必要であり、又ねじ
り回数を20回にする為には0.4〜0.5％に迄高める
必要があつた。尚Mgについては0.025％迄の値し
か求めていないが、この時点ではねじり回数を増
大し得るに至つていない。従つて鍛造性や圧延性
を改善しようとすれば、上述の脱酸性金属を0.25
％以上、望ましくは0.4〜0.5％も添加しなければ
ならないことが分かつたが、この様な金属を0.25
％以上も添加すると、溶接金属の結晶粒界を中心
にして酸化生成物の析出が見られ、溶接時の高温
割れ発生傾向を著しく助長させるという新たな問
題が発生する。又この様なワイヤを用いて不活性
ガスアーク溶接を行なうと、上述の酸化生成物が
スラグ中に混入してスラグの性状に悪影響を与え
るので、溶接作業性に悪影響を与えるだけでな
く、スラグの巻込みや融合不良等の溶接欠陥が発
生し易くなる。従つて上記脱酸性金属の効果にか
かわらず、これを有効量迄配合できないという事
態に陥入つた。そこでこの状態から脱却すべく
種々検討したところ、Ti、Al及びMgの中から２
種ずつ又は３種の複合添加をしたものでは、溶接
欠陥や高温割れを生じず且つ溶接作業性に悪影響
を与えない程度の少量でも、ねじり回数が増大
し、鍛造性や圧延性を著しく改善するということ
を見出した。即ち第２図は、（Ti＋Al）、（Ti＋
Mg）、（Mg＋Al）の２種併用における配合量総
和とねじり回数の関係を示すものであるが、（Ti
＋Al）では0.007％でねじり回数24を示しており、
他の組合わせでも、0.01〜0.02％を低レベルで既
に24回を越えるねじり回数を示した。尚第２図の
実験における各元素の添加割合は、（Ti＋Al）の
場合約１／１、（Ti＋Mg）の場合Ti／Mg≒３／
１、（Al＋Mg）の場合Al／Mg≒３／１とした
が、Ti＜0.01％、Al＜0.005％、Mg＜0.001％で
は上述の複合添加効果は得られなかつた。他方
Ti＞0.15％、Al＞0.15％、Mg＞0.05％では、不
活性ガスアーク溶接においてスラグが発生し易く
なり、溶接作業性を損なつたり、溶接時の耐高温
割れ性が悪くなるので、結局これら３元素個々に
ついては、Ti＝0.01〜0.15％、Al＝0.005〜0.15
％、Mg＝0.001〜0.05％の範囲に限定した。尚複
合添加におけるTi＋Al＋Mgの総量については、
溶接時の耐高温割れ性やスラグの生成に伴なう溶
接作業性の低下等を考慮し、0.25％を上限と定め
た。次にCr、Ｗは良好な強度を確保する為に必須
の成分である。溶接心線に対してＷ、Crの１種
以上を加えると溶接作業性に好影響を与えると共
に溶接継手強度が顕著に向上する。この様な効果
は不活性ガスアーク溶接の実施において特に顕著
であつた。Ｗが５％を超えると低温靫性や耐高温
割れ性の低下が著しかつた。又Crが4.8％を超え
てもＷの場合と同様の問題が発生した。従つてＷ
≦５％、Cr≦4.8％と定めたが、下限については
特に設定すべき必要性は認められなかつた。但し
継手性能については種々の観点から考察し、Ｗ＝
２〜４％、Cr≧0.5％が夫々好適範囲である。し
かるにＷ、Crは継手強度の向上という効果の反
面で、低温靫性の低下を促進するという不都合な
点がある。そこで種々検討したところではFe併
用によつて低温靫性が著しく改善されるというこ
とが分かり、その好適配合範囲を求めたところ、
5.2〜25％であつた。即ち25％を越えると継手強
度に悪影響を与えるという欠点が露呈されたので
25％を上限と定めた。またFeの添加効果が有効
の発揮できる下限は5.2％であつた。以上の説明によつて本発明第１発明における必
須構成成分の配合割合及びその配合理由を示した
が、これらを含む溶接心線に対してSi，Mnを加
えると溶接継手強度が更に向上することが分かつ
た。Siの場合は1.5％を超えると溶接時の耐高温
割れ性能に悪影響を与えた。Mnについては５％
を溶接作業性が低下したスラグの剥離性が低下す
ると共にビードが凸型になるとう傾向があつた。
従つてSi≦1.5％、Mn≦５％と定めたがSiについ
ては好ましい範囲は0.02〜1.5％であつた。以上が本発明において特に定められる成分及び
その配合範囲であるが、溶接心線の適応形態や溶
接対象、更にはフラツクスとの組合わせを考慮し
て、上記以外の成分を配合することも本発明に含
まれる。この様な成分としては、Ｙ、Hf、Zr、
Ｖ、Ca、希土類元素（REM）等が例示され、こ
れらはいずれも脱酸性金属として配合されるが、
溶接時の耐高温割れ性を損なうので、過剰に加え
ることは推奨されない。上限は、Ｖの場合0.5％、
他の元素の場合0.1％とすべきである。本発明は以上の如く構成されるので、溶接用ワ
イヤ或いは被覆アーク溶接棒用心線等として提供
する場合の鍛造性や圧延性は極めて良好であるか
ら生産歩留りを著しく向上させることができた。
又実際の溶接に用いた場合、低温靫性及び耐高割
れ性が向上し、更に継手強度の改善、溶接作業性
の向上等、優れた効果が得られるので、９％Ni
鋼をはじめとする低温鋼の溶接心線として極めて
有用なものである。次に本発明の実施例を説明する。第１表に示す成分組成の合金を真空溶解炉にて
溶製し、鍛造及び熱間圧延した後、線引きを行な
つて4.0mmφ及び1.2mmφのワイヤを得た。前者の
ワイヤは潜弧溶接用ワイヤ及び被覆アーク溶接棒
心線とし、後者のワイヤはTIG溶接用ワイヤとし
て溶接に供した。尚潜弧溶接に使用したフラツク
スは、石灰石：25％、螢石：15％、カリガラス：
10％、アルミナ：20％、ルチル：20％、氷晶石：
10％からなる粉末状混合原料に珪酸ソーダを加え
て混合し、450℃にて造粒焼結した後、12〜100メ
ツシユに調粒したものを用いた。被覆アーク溶接
棒については、石灰石：30％、螢石：20％、アル
ミナ：10％、弗化バリウム：10％、フエロシリコ
ン：10％からなる粉末状混合原料に、珪酸ソーダ
を加えて混練し、これを前述の4.0mmφの心線に
塗布した。尚塗布比率は心線：フラツクス（重量
比）を３：１とし、250℃で乾燥した。

【表】

【表】溶接対象の母材は、第２表に示す成分組成から
なる９％Ni鋼（JIS G3127SL9N 60：20mm^t）で
あり、第３図に示す様な開先を形成した。

【表】溶接条件は第３表に示す通りであり、溶接部に
対し継手引張試験（JIS Z3121）及び衝撃試験
（JIS Z3112）を行ない、溶接金属の機械的性能
を調査した。結果は第４表に示す。

【表】

【表】第１表には、溶接心線自体としての鍛造性及び
圧延性の評価を記したが、No.８はAlとTiの複合
添加であり、Al及びTiの各配合量が夫々に要求
される下限を満たしておらないので鍛造性や圧延
性を良好にするに至つていない。No.９はAlとMg
が本発明の条件を満足する様に複合添加されてい
るが、Moの配合量が過大である為鍛造性や圧延
性が良くなつていない。又No.11は、Al、Ti、Mg
の内Alの単独添加であつた為Mo添加に伴う鍛造
性や圧延性の低下はカバーされるに至つていな
い。第４表には、継手強度、低温靫性、耐高温割れ
性及び溶接作業性の各評価を示した。No.２はCr
の配合量が多いので高温割れ性が発生し、かつ
Fe配合量が少ないので低温靫性が悪くなつてい
る。No.３はCrの配合量が規定上限を越えている
にもかかわらずFeの配合量が少ないので低温靫
性が低い。またMnが多いので溶接作業性も悪く
なつている。No.５はFe量が多いので継手強度が
低くなつている。No.８はＣの含有量が多く、かつ
Feの配合量が少ないので低温靫性が低くなつて
いる。No.９はMoの配合量が多いので低温靫性が
低くなつており、またSiの配合量が多いので高温
割れが発生している。No.10はAl、Ti、Mgの合計
が多いので高温割れが発生し、また溶接作業性が
悪くなつている。またCr、Ｗが配合されていな
いので継手強度が低くなつている。No.11はFeの
配合量が少ないので低温靫性が低くなつている。
No.12はTiの配合量が多いので高温割れが発生し、
また溶接作業性が悪くなつている。またFeの配
合量が少ないので低温靫性が低くなつている。No.
14はMoの配合量が低いので耐高温割れ性が悪
い。No.15はCr、Ｗが配合されていないので継手
強度が低くなつている。No.16はFeの配合量が低
いので低温靫性が低い。

【図面の簡単な説明】

第１，２図はTi、Al、Mgの添加量と高温ねじ
り回数の関係を示すグラフ、第３図は母材の開先
形状を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ≦0.15％（重量％、以下同じ）、Mo＝12〜
22％及びFe＝5.2〜25％を含む他、Al＝0.005〜
0.15％、Ti＝0.01〜0.15％、Mg＝0.001〜0.05％か
ら選択される２種以上を、［Al＋Ti＋Mg］≦0.25
％を満足する範囲で含み、更にＷ≦５％、Cr≦
4.8％の１種以上を含み、残部がNi及び不可避不
純物よりなるものであることを特徴とする低温鋼
用溶接心線。２Ｃ≦0.15％、Mo＝12〜22％及びFe＝5.2〜25
％を含む他、Al＝0.005〜0.15％、Ti＝0.01〜0.15
％、Mg＝0.001〜0.05％から選択される２種以上
を、［Al＋Ti＋Mg］≦0.25％を満足する範囲で含
み、更にＷ≦５％、Cr≦4.8％の１種以上並びに
Mn≦５％、Si≦1.5％の１種以上を含み、残部が
Ni及び不可避不純物よりなるものであることを
特徴とする低温鋼用溶接心線。