JPH02192894A - 耐火鋼用ガスシールドアーク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、建築、土木及び海洋構造物の分野において、
使用される耐火鋼を溶接するガスシールドアーク溶接用
フラックス入りワイヤに関するもので、さらに詳しくは
、６００℃での高温耐力に優れ、靭性も良好であると共
に耐候性を有する溶接金属を得ることができるガスシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤに係るものであ
る。

〔従来の技術〕

周知の通り、建築、土木及び海洋構造物の分野における
各種構造物用フラックス入りワイヤは、軟鋼及び高張力
鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ　Ｚ　３
３１３）　、耐候性鋼用炭酸ガスアーク溶接フラックス
入りワイヤ（ＪＩＳ　Ｚ　３３２０）が広く使用されて
いる。

例えば、特公昭５９−４４１５９号公報、特開昭５９−
６４１９５号公報、特公昭６３−７８７９号公報等には
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示
されている。

ところで、各種構造物のうち、特に生活に密着したビル
や事務所及び住居などの建築物に前記溶接ワイヤを用い
て構築した溶接部は、火災における安全性を確保するた
め十分な耐火被覆を施すことが義務づけられており、建
築関係諸法令では、火災時に溶接部温度が３５０°Ｃ以
上にならぬように規定されている。

これは３５０°Ｃ程度で耐力が常温時の６０〜７０％に
低下し、建築物の倒壊を引き起こすおそれがあるためで
ある。

このため、溶接部の表面にスラグウール、ロックウール
、ガラスウール、アスベストなどを基材とする吹き付は
材やフェルトを展着するほか、防火モルタルで包被する
方法及び前記断熱材層の上に、更に金属薄板即ちアルミ
ニウムやステンレススチール薄板等で保護する方法など
耐火被覆を入念に施し、火災時における熱的損傷を防止
するようにしている。

そのため溶接材料価格そのものより耐火被覆施工費が高
額になり、建設コストが大幅に上昇することを避けるこ
とが出来ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように建築物に周知の溶接ワイヤを利用する場合
、価格が安いが、高温特性が低いため無被覆や軽液層で
利用することが出来ず、割高な耐火被覆を施さねばなら
ないため建設コストを高くするとともに建築物の利用空
間を狭くし、経済効率を低下させているという課題があ
る。

一方、周知のモリブデン鋼及びクロムモリブデン鋼用マ
グ？容接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ　２３３１８）
に示された耐熱鋼用ワイヤによれば、高温特性は良好で
あるが、価格が非常に高く、溶接施工面での利用は困難
である。

また、近年建築物の高層化が進展し、設計技術の向上と
その信頼性の高さから、耐火設計について見直しが行わ
れ、昭和６２年建築物の新耐火設計法が制定されるに至
り、前述の３５０°Ｃの温度制限によること・な（、溶
接部の高温強度と建物に実際に加わってくる荷重により
、耐火被覆の能力を決定出来るようになり、場合によっ
ては無被覆で使用することも可能になった。

しかしながら、耐火性能の優れた溶接金属を得るための
溶接ワイヤは現在存在しない。

本発明の目的は、６００°Ｃでの高温特性が優れかつ衝
撃靭性も良好であると共に耐候性を有する溶接金属を得
ることのできるフラックス入りワイヤを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨とするところは下記のとおりである。

（１）鋼製外皮にワイヤ全重量にたいしてＴｌＯ２；２
、５〜８．５％、　Ｔｉｅ□以外の酸化物、０．３〜２
．５％。

脱酸剤；１．Ｏ〜６．０％を含有するチタニア系フラッ
クスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラック
ス入りワイヤにおいて、鋼製外皮と充填フラックスの一
方又は両方においてワイヤ全重量に対して Ｍｏ；　０．１０〜０．５０％ Ｎｂ；０，００５〜０．０２５％ を含有し、（０，５Ｍｏ＋１０　Ｎｂ）が０．１〜０．
４％であることを特徴とする耐火鋼用ガスシールドアー
ク溶接用フラックス入りワイヤ。

（２）付加成分として Ｔｉ；０．０５〜０．３５％ Ｂ　ｉ　Ｏ，００５〜０．０１５％ の１種又は２種を鋼製外皮と充填フラ・νクスの一方又
は両方に含有してなる前項１に記載の耐火鋼用ガスシー
ルドアーク溶接用フランクス入リワイヤ。

（３）付加成分として Ｃｕ；　０．２０〜０．６０％ Ｃｒ；　０．３０〜０．７５％ Ｎ１Ｈ０，０５〜０．７０％ の１種又は２種以上を鋼製外皮と充填フラックスの一方
又は両方に含有してなる前項１または２記載の耐火鋼用
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

〔作用］ 耐火鋼材として現在開発されているものは、６００°Ｃ
での高温耐力が常温時の７０％以上となるよう成分設計
され、製造されている。

このため、溶接部もこの耐火鋼材の高温耐力値以上を有
すれば建築物全体から見ても経済的であり、さらに高価
な添加元素が微量ですみ、かつ溶接部の耐火被覆を薄く
することが可能で、火災荷重が小さい場合は、無被覆で
使用するもできる。

そこで、本発明者らはこのような溶接部が得られる耐火
性能の優れた溶接ワイヤを開発した。

本発明の特徴は、少量のＭＯとＮｂを複合添加し、（０
，５Ｍｏ量　１０　Ｎｂ）の和を０．１〜０．４％に限
定することにある。

ここで、本発明に係る特徴的な成分元素とその添加量に
ついて説明する。

Ｎｂ、　Ｍｏは微細な炭窒化物を形成し、更にＭＯは固
溶体強化によって高温強度を増加させるが、ＭＯ単独添
加では６００°Ｃという高温領域において十分な耐力を
得ることが難しい。

本発明者らは各種試作ワイヤによる試験研究の結果、該
高温領域における耐力増加には、Ｎｂと門０を複合添加
させることが極めて有効であることを見いだした。

しかし、Ｎｂ、　Ｍｏｉが多すぎると溶接性が悪くなる
と共に靭性が劣化するので、Ｎｂ、　Ｍｏ含有量の上限
はそれぞれ０．０２５％、０．５０％とする必要があり
、また下限は複合効果が得られる最少量としてそれぞれ
Ｏ，ＯＯ５％、０．１０％を含有せしめる。

Ｎｂ、　Ｍｏ量は前述する範囲内において、（０，５Ｍ
。

＋１ＯＮｂ）の和が０．１〜０．４％の場合に６００°
Ｃでの高温耐力が耐火鋼材と同等かそれ以上の強度を示
すと共に衝撃靭性が良好になるので、（０，５Ｍｏ＋１
０　Ｎｂ）の和を０．１〜０．４％の範囲に限定した。

Ｍｏ、　Ｎｂの添加方法は外皮、フラックスの一方又は
両方に添加してもよい。

なお、高温強度を上昇せしめるため、Ｍｏを利用するこ
とは、従来の耐熱鋼用ワイヤでは知られているが、建築
用に用いる溶接ワイヤとして微量のＭｏに加えてＮｂを
複合添加した耐火鋼溶接用フラックス入りワイヤは知ら
れていない。

つぎに、前記ワイヤに加えてＴｉ、　Ｂを添加する理由
を説明する。

ＴｉはＴｉ酸化物を形成し、溶接金属のミクロ組織を微
細化し、靭性改善に有効であるが、０．０５％未満では
この効果も望めず、下限を０．０５％とする。又、０．
３５％を超えると靭性を著しく損なうので、上限を０．
３５％とする。

Ｂは強力な脱酸性炭化物生成元素であるから、これをワ
イヤに添加することによって溶接金属における結晶核生
成作用が促進され、柱状晶の成長が阻止される結果、結
晶粒は微細化する。又、溶接金属の焼入れ性を高める効
果があり、このような効果を得るためには最少量０．０
０５％のＢ量が必要で、それ未満では効果がなく、父子
すぎると溶接金属に高温割れが発生し易くなるので上限
を０、　Ｏ１５％とする。尚、Ｔｉ、　　ＢもＭｏ、　
Ｎｂと同様に外皮、フラックスの一方又は両方に添加し
てもよい。

以上が耐火性能を向上させる手段であるが、本発明者ら
は更に耐火被覆しない無被覆で使用すること（利用分野
の拡大）を考え、耐候性を併せ持つことが出来ないか検
討した。その結果、耐候性鋼用炭酸ガスアーク溶接フラ
ックス入りワイヤ（ＪＩＳｚ３３２０）ノＰ、Ｗタイフ
ッ成分範囲テアレば、溶接ままでの強度がやや高いもの
の本発明の目的である６００°Ｃでの高温特性は十分満
足することが確認出来た。従ってＣｕ　；　０．２０〜
０．６０％。

Ｃｒ；　０．３０〜０．７５％、　Ｎｉ　；　０．０５
〜０．７０％の１種または２種以上を鋼製外皮と充填フ
ラックスの一方または両方に含有させることが出来る。

尚、Ｃｕはワイヤ表面のメツキ成分として添加すること
も出来る。

本発明では上記特性を踏まえ、各成分の含有率を下記の
様に定めた。

ＴｉＯ□；２．５〜８．５％ Ｔｉ０ｚはアークの安定性およびスラグ被包性を高める
うえでも不可欠の成分であり、２．５％未満ではその効
果が得られない。しかし８．５％を超えるとスラグの粘
性が高くなりすぎてビード形状が悪化し、更には溶接金
属中に過剰の還元チタンが歩留って機械的性質（特に靭
性）が低下する。

ＴｉＯ□以外の酸化物；０．３〜２．５％ＴｉＯ２以外
の酸化物としては、５ｉ０ｚ、Ａｊ２０３．ＺｒＯｚＭ
ｎＯ、ＭｇＯやＦｅＯ、ＦｅｚＯ，、等の鉄酸化物を示
すがこれらは、スラグの粘性を調整すると共にビード外
観、形状をよくする他、全姿勢溶接性を良好にする。０
．３％未満ではこれらの効果を有効に発揮することがで
きない反面多すぎると溶融スラグの粘性が著しく低下し
て溶接作業性が極端に悪化するので２．５％以下に止め
るべきである。

脱酸剤；１．０〜６．０％ 脱酸剤はその名の通り脱酸作用によって溶接金属中の非
金属介在物を減少し溶接金属の物性を高めるのに有効な
成分であり、代表的なものとしてはＭｎ、　Ｓｔ、　ｋ
ｌ、　Ｍｇ等の金属あるいはこれらの鉄合金が挙げられ
る。脱酸剤が１．０％未満では脱酸不足となってＸ線性
能等が悪くなるので１．０％以上は含有させなければな
らない。しかし６．０％を超えると脱酸過剰になって溶
接金属の靭性および耐割れ性が低下する。

以上が必須成分であるが溶接能率向上を目的として鉄粉
を、アーク安定剤としてはアーク中で電離しやすい物質
、例えばＬｉ、　Ｎａ、　Ｋ、　Ｃａ、　Ｓｒ、　Ｂａ
等の酸化物、弗化物、炭酸塩等を必要に応じて添加する
ことが出来る。

更に、本発明に係るフラックス入りワイヤのフラックス
充填率は８〜２５％とすることが望ましい。その理由は
、充填率が２５％を超えると伸線時に断線トラブルが多
発し生産性が悪くなるからであり、また８％より少な（
なるとアークの安定性が損なわれるからである。

尚、ワイヤの断面形状には何等の制限もなく２ｍｍ以下
の細径の場合は比較的単純な円筒状のものが、また２、
４〜３．２　ｍｍ程度の大径ワイヤの場合は鞘材を内部
へ複雑に折り込んだ構造のものが一般的である。更にシ
ームレスワイヤにおいては表面にＣｕ等のメツキ処理を
施すことも有効である。

〔実施例〕

第１表に試験に用いた代表的な耐火鋼材を、第２表に試
験に用いた鋼製外皮成分を、第３表に耐火鋼溶接用フラ
ックス入りワイヤ組成を示す。

板厚２５ｍｍの第１表に示す鋼板を第１図に示す開先形
状（ｔ＝２５ｍｍ、Ｇ＝５ｍ、φ−４５°）に加工した
後、第３表に示すフラックス入りワイヤを用い、第４表
に示す溶接条件で溶接継手を作製した。

溶接終了後、試験材より引張試験片とシャルピー試験片
を採取し、その機械試験結果を第５表に示す。

第５表で明らかなように本発明に係るワイヤによる溶接
継手が、すべて良好な常温及び高温強度を有すると共に
衝撃靭性も高い値を示しているのに対して、比較ワイヤ
によるものは悉く常温での強度が高すぎたり、あるいは
高温強度が不足し、衝撃靭性値も低（耐火鋼用ワイヤと
して不適である。またシールドガス組成についてもＡｒ
−Ｃｏ２混合ガスに変更して使用しても本発明に係るワ
イヤの場合は、なんら性能に影響することなく良好な耐
火性能が得られる。

〔発明の効果］ 以上のように、本発明のワイヤによれば、高温特性に優
れ、衝撃靭性も良好であることは勿論、耐候性をも有す
る溶接金属が得られると共に、溶接施工時の溶接作業性
も良く、溶接部への耐火施工にかかるコストを大幅に引
き下げることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に用いた開先形状を示す正面断面図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）鋼製外皮にワイヤ全重量にたいしてＴｉＯ＿２；２
   ．５〜８．５％、ＴｉＯ＿２以外の酸化物；０．３〜２
   ．５％、脱酸剤；１．０〜６．０％を含有するチタニア
   系フラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用
   フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮と充填フラッ
   クスの一方又は両方においてワイヤ全重量に対して Ｍｏ；０．１０〜０．５０％ Ｎｂ；０．００５〜０．０２５％ を含有し、（０．５Ｍｏ＋１０Ｎｂ）が０．１〜０．４
   ％であることを特徴とする耐火鋼用ガスシールドアーク
   溶接用フラックス入りワイヤ。 （２）付加成分として Ｔｉ；０．０５〜０．３５％ Ｂ；０．００５〜０．０１５％ の１種又は２種を鋼製外皮と充填フラックスの一方又は
   両方に含有してなる請求項１に記載の耐火鋼用ガスシー
   ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 （３）付加成分として Ｃｕ；０．２０〜０．６０％ Ｃｒ；０．３０〜０．７５％ Ｎｉ；０．０５〜０．７０％ の１種又は２種以上を鋼製外皮と充填フラックスの一方
   又は両方に含有してなる請求項１または２記載の耐火鋼
   用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。