JPH02200397A - 耐火鋼用のセルフシールドアーク溶接用複合ワイヤ - 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、土木および海洋構造物などの分野にお
いて使用される耐火鋼を溶接するセルフシールドアーク
溶接用複合ワイヤに関するもので、特に耐火性および耐
候性に優れた溶接金属が得られる耐火鋼用のセルフシー
ルドアーク溶接用複合ワイヤに関する。

（従来の技術） セルフシールドアーク溶接用複合ワイヤ（以下セルフシ
ールドワイヤという）は、他の溶接材料と異なり、自己
シールド機構が強化されているため風による溶接欠陥の
発生が少ないことから、特に屋外現場施工に好んで採用
されてきた。例えば特開昭５４−１５５１３９号、特開
昭５６−７４３９５号、特開昭５８−１４８０９５号、
特開昭５９−４２１９８号の各公報にはセルフシールド
ワイヤが開示されている。

ところで、各種構造物のうち、特に生活に密着している
ビルや事務所及び住居などの建築物を溶接により構築し
た場合溶接部は、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
ならないように規定されている。

これは３５０℃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恐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
することが行われているが、この溶接部の耐火鋼被覆施
工は建設コストを大幅に上昇するとともに、建築物の利
用範囲を狭くするものである。

これに対し、上記のような従来のセルフシールドワイヤ
は特に耐火性を考慮して設計されたものでないために、
高温特性が低く溶接部を無被覆あるいは軽い被覆で利用
することが出来ないので割高な耐火被覆を施さねばなら
なかった。

近年建築物の高層化が進展し、設計技術の向上とその信
軌性の高さから、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く、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り、耐火性に加えて、さ
らに耐候性を有する新種鋼板も開発されており、これら
に対応した溶接材料の開発が要望されていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は建築などの屋外現場施工において使用出来ると
いうセルフシールドワイヤの特性を失うことなく、耐火
性に優れさらに耐候性を有する溶接金属が得られる耐火
鋼用のセルフシールドアーク溶接用複合ワイヤを提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 即ち、本発明の要旨とするところは下記のとおりである
。

（１）ワイヤ全１ｉ量に対して、 ＣａＦｘ＋ＢａＰｚの１種または２種：２．０〜８．０
％。

７’Ｊ　：　３．　ＯＮｂ、０％。

Ｍ、：ｉ、ｏ〜２．５％。

鉄粉：３．０−８．０％。

を含有するフラックスを鋼製外皮に充填してなり、かつ
鋼製外皮と充填フラックスの一方または両方に総和で、 Ｍｎ　：　０．５〜１．．０％。

Ｃ：　０．１〜０．３％。

を含有するセルフシールドアーク溶接用フラックス入り
複合ワイヤにおいて、 鋼製外皮と充填フラックスの一方または両方に総和で、 Ｍｏ：　０．１０〜０．５％。

Ｎｂ：０．００５〜０．０２５％。

を含有し、かつ０．５Ｍｏ＋　１　ＯＮｂが０．１〜０
．４％であることを特徴とする耐火鋼用のセルフシール
ドアーク溶接用複合ワイヤ。

（２）付加成分として、鋼製外皮と充填フラックスの一
方または両方に総和で、 Ｎｉ：０．０５〜０．７％。

Ｃｒ：　０．３０〜０．７５％。

Ｃｕ：０．２０〜０．６０％。

０１種または２種以上、 を含有する請求項１記載の耐火鋼用のセルフシールドア
ーク溶接用複合ワイヤ。

〔作　用〕

現在、耐火鋼として開発されている鋼材は６００°Ｃに
おける高温耐力が常温時の７０％以上となるように設計
されている。

本発明者らは上記耐火鋼の６００°Ｃにおける高温耐力
と同等以上の値を確保出来る溶接金属を得ることを目的
として種々の試作ワイヤにより検討した。その結果、例
えばＪＩＳ規格Ｚ　３３１Ｂに示された耐熱鋼用フラッ
クス入りワイヤのように高価な合金元素を多量に含有さ
せなくとも、微量のＭｏとＮｂの複合添加により高温特
性を改善出来、さらにＮｉ＋　Ｃｒ、Ｃｕ添加により耐
候性を付与出来ることを見出した。また、その他の成分
を限定することにより屋外現場施工に全姿勢溶接で使用
した場合でも、ピッ！・、ブロホールなどの発生がな（
各種溶接作業性が良好なセルフシールドワイヤを開発し
たものである。

以下に本発明のセルフシールドワイヤが特徴とする各成
分の限定理由について述べる。

鋼製外皮と充填フラックスの一方または両方の総和で、
Ｍｏ：　０．１０〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０、
０２５％かつ０．５Ｍｏ％＋１０Ｎｂ％−０，１〜０．
４％と限定した理由： Ｍｏ＋　Ｎｂは微細な炭窒化物を形成し、さらにＭＯは
固溶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
得ることが困難である。本発明者らは各種試作ワイヤに
より溶接金属の耐力挙動について検討した。このような
領域において耐力を向上させるには、ＭｏとＮｂを複合
添加することが極めて有効であることを見い出した。し
かし、Ｍｏ、　Ｎｂ１ｌがあまり多すぎると靭性が劣化
し、また溶接金属に割れが発生し易くなるので、Ｍｏお
よびＮｂ含有量の上限はそれぞれ０．５％、０．０２５
％とした（重量％以下同じ）、また下限は複合添加によ
る効果が得られる最少量としてそれぞれ０．１０％、　
０．００５％が必要となる。、Ｍｏ、　Ｎｂの含有量は
上記の範囲内において、さらに０．５Ｍｏ＋　１　ＯＮ
ｂが０．１〜０．４％を満足すると６００°Ｃにおける
高温耐力が耐火鋼材と同等以上の値を示す。Ｍｏ、　Ｎ
ｂの添加方法は鋼製外皮と充填フラックスの一方または
両方に添加してもよい。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の溶接
用フラックス中りワイヤは知られていない。

フラックス中に、ワイヤ全重量に対して、ＣａＦｚ＋Ｂ
ａＦ、の１種または２種：２．０〜８．０％を含有せし
めた理由： 本発明のセルフシールドワイヤのフラックスにはワイヤ
全重量に対してＣａｂ、、　ＢａＦｚの１種または２種
を合計で２．０〜８．０％含有させる。これらの金属弗
化物はセルフシールドワイヤにおいて不可欠な成分であ
り、ガス発生剤としてアークおよび溶融金属プールをシ
ールドし溶融金属中への大気からの窒素、酸素の侵入を
妨げピット、ブロホールの発生を防止させ、同時にスラ
グ剤とじて作用し、溶融金属を被包し全姿勢溶接を可能
にすると共にビード形状、外観を良好にする役割をもつ
。

なお、特に高能率溶接が要求される場合はスラグの冷却
性をよくするＣａｂ、の含有量を多くし、・方ワイヤ径
を２．０　ｍ以下の細径にして全姿勢溶接を行う場合に
はスラグ被包性とビード形成に優れるＢａＦｚの含有量
を多くすることが好ましい。ＣａＦ２，ＢａＦ２の１種
または２種の合計がワイヤ全重量に対して２．０％未満
では、ピット、ブロホールが発生し、またスラグ被包性
が不十分で全姿勢溶接におけるビード形状、外観が不良
となる。一方８．０％を越えるとアークが不安定になり
、スパッタの多発やスラグ生成量が過剰になってスラグ
巻き込み等の欠陥を生じ易い。従って　Ｃａｂ、、　Ｂ
ａＦ２の１種または２種をワイヤ全重量に対して合計で
２．０〜８．０％の範囲とする。

フラックス中に、ワイヤ全重量に対して、Ｍ：３．０〜
５．０％を含有せしめた理由：Ｎは強力な脱酸剤として
溶接金属の耐気孔性を改善する作用を持ち、セルフシー
ルドワイヤには不可欠の元素であり、充填フラックスに
ワイヤ全重量に対して３．０〜５．０％含有させる０Ｍ
が３．０％未満では上記効果は不十分で、ピット、ブロ
ホール等の溶接欠陥が発生し、一方５．０％を越えると
溶接金属中のＡＪＩが過剰となって結晶粒の粗大化を招
き、靭性および耐割れ性が低下する。従ってＭは３．０
〜５．０％とする。なお、Ｍは単体で用いてもよいし、
Ｆｅ−ＡＪ、　Ａ１Ｍｇ＋　Ｚｒ−ＡＪ、　ＬｉＪＶ＋
Ｃａ−ｊＶ、　Ｃａ−Ａｌ−Ｍｇ等の合金形態で添加し
てもよい。

フラックス中に、ワイヤ全重量に対して、Ｍｇ：１．０
〜２．５％を含有せしめた理由：Ｍｇは強力な脱酸剤で
ある他、溶滴の移行性を改善する元素である。充填フラ
ックスへのＭｇの添加により溶滴の粒子が細かくなり、
スプレー状の溶滴移行となる０Ｍｇがワイヤ全重量に対
して１．０％未満では上記の効果は不十分であり、２．
５％を越えるとアークが不安定になり、スパッタが多く
なるので好ましくない。

よってＭｇはワイヤ全重量に対して１．０−２．５％の
範囲とする。なお、Ｍｇは単体でもよいし、ＭＭｇ、　
Ｎ１−Ｍｇ、　Ｌｉ−Ｍｇ、　Ｃａ−Ｍｇ、　Ｆｅ−Ｍ
ｇのＭｇ合金の形態で添加してもよい。

フラックス中に、ワイヤ全重量に対して、鉄粉：３．０
〜８．０％を含有せしめた理由：充填フラックスへ添加
された鉄粉は溶着速度を高め、さらにアークを集中し安
定させる作用がある。ワイヤ全重量に対して、その添加
量が３．０％未満では溶着速度を高めることができなく
なり、一方８．０％を越えるとアークが荒くなりビード
形状を劣化させる。従ってフラックス中の鉄粉の添加量
はワイヤ全重量に対して３．０〜８．０％の範囲とする
。

鋼製外皮と充填フラックスの一方または両方に総和でＭ
ｎ０．５〜１．０％を含有せしめた理由：鋼製外皮と充
填フラックスの一方または両方に総和でＭｎ０．５〜１
．０％を含有させるのは溶接金属に必要な強度を与え、
またフラ・ンクスをスラグ化しビードをなめらかにする
作用を示すからである。

Ｍｎが０．５％未満では強度および良好なビード形状が
得られなくなり、一方、１．０％を越えると強度が高く
なりすぎて耐割れ性を劣化させる。従ってＭｎは鋼製外
皮と充填フラックスの一方または両方の総和で０．５〜
１．０％の範囲とする。充填フラ・ンクスからのＭｎは
単体で用いられる他Ｆｅ−Ｍｎ等の鉄合金を含む各種合
金やＭｎＯの如き酸化物の形態でも使用できる。

鋼製外皮と充填フラックスの一方または両方に総和でＣ
の添加量を０．１〜０．３％とする理由：鋼製外皮と充
填フラックスの一方または両方に総和でＣの添加量を０
．１〜０．３％とする理由は、Ｍを添加して耐気孔性を
向上させている本発明ワイヤにおいてＭを添加すると耐
気孔性など溶接条件範囲は拡大するが、溶着金属の衝撃
靭性は低下してくるからであり、ＣはＭ過剰添加により
粗大化した結晶粒を微細化させて靭性を改善する効果を
有しており、Ｃが０．１％未満では結晶粒の粗大化を防
止できなくなり、一方０．３％を越えると溶接作業性お
よび耐割れ性が劣化する。従ってＣは鋼製外皮と充填フ
ラックスの一方または両方の総和で０．１〜０．３％と
する。

なおフラックスからのＣはグラファイト単体もしくは合
金形態たとえばＦｅ−Ｃ−Ｍｎ、　Ｆｅ−Ｃ−３ｉ、　
５ｔ−Ｃの形でも使用できる。

本発明のセルフシールドワイヤは、上記の各成分に加え
て、Ｎｉ：０．０５〜Ｏ１７％、Ｃｒ：０．３０〜０．
７５％、Ｃｕ：　０．２０〜０．６０％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
総和で、各成分のそれぞれの範囲で含有させることによ
り、耐火被覆を施さないで無被覆で使用するための鋼材
に対応した耐火性および耐候性を併せ持つ溶接金属を得
ることができる。

Ｃｕについてはワイヤ表面に防錆および通電性のために
施すメツキ成分であってもよい。これらＮｉ＋Ｃｒ、　
Ｃｕは溶接金属の表面に薄い酸化皮膜を形成し耐候性を
向上させるのであるが、それぞれの下限値未満ではその
効果は認められず、一方、それぞれの上限値を超えた場
合には耐火性高温特性が得られず、溶接金属の耐割れ性
が劣化する。

以下、本発明の効果を実施例によりさらに具体的に示す
。

〔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４表に溶接用セルフシー
ルドワイヤ組成を示す。板厚２５閣を第１図に示すよう
な開先形状（ｔ＝２５ｍｍ。

Ｇ＝５ｍ＋＋＋、　　φ＝４５°）に加工し溶接金属試
験を行った。なお溶接条件を第３表に示す、溶接後Ｘ線
透過試験によりブロホール、スラグ巻込み欠陥を調査し
、第２図に示す位置（ｆ＝７ｍｍ）から引張試験片（Ｊ
ＩＳ　Ａ　１号）および衝撃試験片（ＪＩＳ４号）を採
取し、その後６００°Ｃで試験に供した。

第５表で明らかなように本発明に係るワイヤが、すべて
良好な常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、比較ワイヤは総て常温での強度が高
すぎたり、あるいは高温強度が不足し、衝撃靭性値も低
く耐火調相ワイヤとして不適である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に従ったワイヤによれば高温特性
が優れ、衝撃靭性も良好であることはもちろん、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な溶接金属を得る
ことができる。

【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図、第２図
は試験片の採取位置を示す正面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワイヤ全重量に対して、 ＣａＦ＿２，ＢａＦ＿２の１種または２種：２．０〜８
   ．０％、Ｍ：３．０〜５．０％、 Ｍｇ：１．０〜２．５％、 鉄粉：３．０〜８．０％、 を含有するフラックスを鋼製外皮に充填してなり、かつ
   鋼製外皮と充填フラックスの一方または両方に総和で、 Ｍｎ：０．５〜１．０％、 Ｃ：０．１〜０．３％、 を含有するセルフシールドアーク溶接用フラックス入り
   複合ワイヤにおいて、 鋼製外皮と充填フラックスの一方または両方に総和で、 Ｍｏ：０．１０〜０．５％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０２５％、 を含有し、かつ０．５Ｍｏ＋１０Ｎｂが０．１〜０．４
   ％であることを特徴とする耐火鋼用のセルフシールドア
   ーク溶接用複合ワイヤ。
2. （２）付加成分として、鋼製外皮と充填フラックスの一
   方または両方に総和で、 Ｎｉ：０．０５〜０．７％、 Ｃｒ：０．３０〜０．７５％、 Ｃｕ：０．２０〜０．６０％、 の１種または２種以上、 を含有する請求項１記載の耐火鋼用のセルフシールドア
   ーク溶接用複合ワイヤ。