JPH02205293A

JPH02205293A - 極低温用ステンレス鋼被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH02205293A
Application number: JP2267389A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Koike; 弘之小池; Satoyuki Miyake; 三宅　聰之; Tatsuo Enomoto; 榎本　達夫
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1989-02-02
Publication date: 1990-08-15

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〕本発明は極低温用ステンレス鋼被覆アーク溶接棒に係る
ものであり、詳しくは極低温用オーステナイトステンレ
ス鋼の溶接において、その溶接部が極低温下で優れた性
質を有する被覆アーク溶接棒に関する。

〔従来の技術〕

本発明は極低温用ステンレス鋼被覆アーク溶接棒の開発
に係るものである。近年、核融合炉の超伝導コイル等の
構造材として、従来のステンレス鋼よりも優れた強度と
破壊靭性を有する極低温用オーステナイト系ステンレス
鋼が開発されて来ている。

この様な構造物に適用する溶接材料においても、鋼材と
同様な特性値が要求されており、その溶着金属の特性は
極低温になっても脆性破壊を起さないオーステナイト組
繊を持つことが必須条件となっている。

しかし、特開昭５７−１３０７９７号公報に開示されて
いる様な従来から用いられている３０８や３１６系のオ
ーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒では強度
が十分でなく、Ｎを添加して強化した３０４Ｎや３１６
ＬＮ系の被覆アーク溶接棒では十分な靭性が得られない
。

そこで、従来にない極低温下で優れた特性を有する新し
い被覆アーク溶接棒の開発が望まれていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は以上の様な問題点を解決すべくなされたもので
あって、その目的とするところは、核融合炉の超伝導コ
イル等の液体ヘリウム温度下で使用される極低温用オー
ステナイト系ステンレス鋼の溶接に適用し、その溶接部
の特性や溶接作業性が良好な被覆アーク溶接棒の提供に
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、オーステナイト系ステンレス鋼被覆アー
ク溶接棒において、極低温下での高耐力、高強度、高靭
性を目標に被覆アーク溶接棒の心線や被覆剤の組成上か
ら種々の検討を実施した。その結果、心線中にＣｒ　　
、Ｎｉ　　、Ｍｎ　　、Ｎをそれぞれ適量添加し、ｃ、
ｐ、ｓ、ｏ等の不純物含有量を規制すると同時に心線中
及び被覆剤中の一方または両方に添加するＳｉ　　、Ａ
ｊ！　、Ｍｏ含有量とＣｒｅｑ／Ｎｉｅｑの値を適正範
囲に制御するとともに、しかも被覆中のＴｉＯ□、　Ｃ
ａＣ０ｚ　％金属弗化物を適量とすることによって、こ
れらすべての相乗効果から極低温下においても、高耐力
、高強度及び高靭性を確保できるという、全く新しい知
見が得られた。

本発明は以上の様な知見によってなされたものであり、
その要旨とするところは、心線中のＣ，。

が２２〜２７％、Ｎｉが１２〜２０％、Ｍｎが２〜８％
、Ｎが０６０８〜０．２５％に制御し、且つＣが０．０
４％以下、Ｐが０．０１５％以下、Ｓが０．００６％以
下、０が０．０１２％以下に規制し、さらに心線中及び
被覆剤中の一方または両方に心線重量比でＳｉを０．５
〜２．０％、Ａｎを０．３〜２．０％、Ｍｏを０．７５
〜２．５０％、Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑを００７５〜１．１
０とし、しかも被覆剤中のＴｉＯ２を１８〜４５％、Ｃ
ａＣＯ３を１２〜２５％、金属弗化物を５〜１８％にす
ることを特徴とする極低温用ステンレス鋼被覆アーク溶
接棒にある。

なお、ここで言う心線重量比とは次式の関係で示される
ものを指し、かつ同式中の被覆剤配合比とは被覆剤全重
量に対する添加原料の配合比を意味し、さらに被覆率と
は溶接棒全重量中で被覆剤重量の占める割合を意味する
。

またＣｒｅｑ及びＮ１ｅｑとは、心線中及び金属粉とし
て添加した被覆中のＣ，Ｓｉ　　、Ｍｎ　　、Ｎｉ　　
、Ｃｒ　　。

Ｍｏ、Ｎの含有量を次式の関係で示されるものを指す。

Ｃｒｅｑ　＝％Ｃｒ＋１．５Ｘ％Ｓｉ十％Ｍ。

Ｎ１ｅｑ＝％Ｎｉ＋３０Ｘ％Ｇ　＋０．５　Ｘ％Ｍｎ＋
３０Ｘ％Ｎ以下に本発明を作用と共に詳細に説明する。

〔作　用〕

まず、本発明の極低温用ステンレス鋼被覆アーク溶接棒
が目標とする必須条件として、極低温における耐食性は
もとより、高耐力、高強度、高靭性、耐高温割れ性の確
保がある。これらすべての溶着金属性能を満足させるた
めにはまず、溶着金属中のＣｒ　　、Ｎｉ　　、Ｍｎ　
　、Ｎ、Ｍｏ含有量をそれぞれ適量範囲に制御し、Ｃ，
Ｐ、３．０含有量をそれぞれ゛規制する必要がある。

この溶着金属に添加したＣｒは耐力や強度あるいは、耐
食性を高め、しかも耐力や強度を高める上で最も効果的
な元素であるＮの溶解度を高める。

しかも過量になると靭性が劣化するので心線中のＣｒは
２２〜２７％にする必要がある。

Ｎｉは溶着金属のオーステナイトの形成と高靭性、耐食
性の確保から必要な元素であるが過量になると耐力や強
度を低下させるため、心線中の添加量は１２〜２０％に
制限する。

ＭｎはＣｒと同様にＮの溶解度を高め、しかも高靭性化
に効果が認められる。しかし過量になると溶接作業が劣
化する。従って心線中のＭｎは２〜８％に制限する。

心線中のＮを溶着金属に添加することにより、耐力や強
度を高める。心線中のＮの最大添加量はその溶解度から
前述のＣｒやＭｎ量に影響されるものの、過量になると
溶接作業性が著しく損われる。そこで心線中のＮは０．
０８〜０．２５％に制限する。

次に心線中のＣは溶着金属に添加される結果、靭性や耐
食性に悪影響を及ぼす。心線中のＣが０．０４％を超え
るとこの現象が顕著に認められるのでその含有量は０．
０４％以下に規制する。

Ｐ及びＳは溶着金属の高温割れ感受性を高めるため、特
に本発明の完全オーステナイト系ステンレス溶接棒にお
いていては、低く抑制する必要がある。

従って、心線中のＰは０．０１５％以下に、Ｓは０．０
０６％以下に規制する。

また心線中のＯは溶着金属の酸素源となり、靭性を低下
させるので０．０１２％以下に規制する。この溶着金属
の靭性に悪影響する酸素量を抑制させるためには、前述
の心線中酸素の含有量を規制するほかに、脱酸剤である
Ｓｉや／ｌ’を心線中及び被覆剤中の一方または両方に
添加する必要がある。

Ｓｉは０．５％以上で脱酸効果があり、靭性も向上する
。しかし、２．０％を超えると高温割れが発生し易くな
るので、その添加量は０．５〜２．０％に制限する。

Ａｌは０．３％以上で脱酸効果による靭性の向上が認め
られるが、２．０％を超えると溶着金属中のＡｌｌが著
しく増加し、靭性は逆に低下する。従ってＡｌの添加量
は０．３〜２．０％に制限する。

次にＭｏは耐力、強度、靭性を高めるのに比較的少量で
効果が認められる。従って、その添加方法はＳｉやＡｌ
ｌと同様に、心線中及び被覆剤中の一方または両方のい
ずれでも良く、０．７５％以上で効果が発揮される。し
かし、２．５０％を超えると靭性は逆に低下するので０
．７５〜２．５０％に制限する。

またＣｒｅｑ／Ｎｉｅｑは０．７５未満になると高温割
れが発生し易くなり、１．１０％を超えると靭性の劣化
を生じるので０．７５〜１．１０％の範囲に制限する。

さらに被覆剤中に添加する成分のうち、ＴｉＯ□は良好
な溶接作業性を確保する上で１８％以上必要であるが４
５％を超えると、耐棒焼は性が損われるので１８〜４５
％に制限する。

ＣａＣＯ３はＴｉＯ□と併用することにより、さらに良
好な溶接作業性が確保できる。この効果は１２％以上で
発揮されるが２５％を超えるとスパッタ量が多くなる等
、溶接作業性は悪化する。

従ってＣａＣＯ３は１２〜２５％に制限する必要がある
。

金属弗化物は、スラグの流動状態やスラグの剥離性の溶
接作業性を優れたものとするために必要な成分であって
、５％以上で効果があり１８％を超えるとスパッタは多
発する等の問題を生じる。

この金属弗化物とは、ＣａＦ、　、　ＭｇＦ、　、　Ｎ
ａ５Ａ　Ｉ　Ｆｈ。

ＡｌＦｘ　、　ＬｉＦ等の成分を指し、これらの弗化物
を単独あるいは２種以上を併用することができその添加
量は前述の通り、５〜１８％に制限する。

その他、本発明溶接棒における合金成分の微調整や良好
な溶接作業性の確保、あるいは生産性向上を目的として
Ｍ　ｎ　、窒化Ｍｎ　　、　Ｎｉ　　、　Ｃｒ、窒化Ｃ
ｒの金属粉、ＭｇＣ０，等の炭酸塩、Ｚｒ０ｚ　、　５
ｉ０２　。

Ａ　ｊ！　ｚ（ｈ　　＊　ＫｚＯ、−ＮａｚＯ、Ｃａｂ
、　ＭｇＯ等の金属酸化物を被覆剤に含有することがで
きる。

以上の様に本発明による極低温用ステンレス鋼被覆アー
ク溶接棒は心線中にＣｒ　　、　Ｎｉ　　、　ＭｎＮを
それぞれ適量添加し、且つｃ、ｐ、ｓ、ｏの含有量を規
制すると同時に心線中及び被覆剤中の一方または両方に
添加するＳｉ　　、ｋｌ　、Ｍｏ含有量とＣｒｅｑ／Ｎ
ｉｅｑの値を適正範囲に制御するとともに、しかも被覆
剤のＴｉＯ□、　ＣａＣＯ３金属弗化物を適量とするこ
とによって、これらすべての相乗効果から極低温下でも
良好な耐力、強度、靭性、耐高温割れ性、耐食性、溶接
作業性を確保できることは明らかである。

ここで、溶接棒の製造方法について言及すると心線及び
配合し混合した被覆剤の粉末を準備し、被覆剤粉末を水
ガラス（珪酸カリ水溶液、珪酸ソーダ水溶液）のバイン
ダーで混和してから、心線へ被覆した後２００〜４５０
℃で約１時間以上の乾燥、焼成をする。

以下に本発明の実施例について述べる。

〔実施例〕

第１表に供試心線の化学成分を示す。また第２表に供試
心線と被覆剤の組合せによる被覆アーク溶接棒の組成を
示す。また第３表には使用した母材の化学成分を示す。

第４表に第２表の被覆アーク溶接棒と第３表の母材を用
いて実施した一１９６°Ｃにおける引張試験と衝撃試験
結果及び溶接作業性と高温割れ試験結果を第４表に示す
。

なお、溶接条件は棒径４．　Ｏｒｍφの溶接棒を用い、
溶接電流１４０Ａ　（八〇）、アーク電圧２２〜２６Ｖ
、溶接速度約２５　Ｃ１１ｌ　／　ｗｉｎ　、下向姿勢
で第１図に示す開先形状の試験板に溶接した。

第１図において、板厚ｔ＝２０ｍｍ、開先角度θ＝−６
０＠、ルートギャップＣ，＝１２Ｍとした。

高温割れ試験は第１図の開先で初Ｎ溶接後、染色浸透探
傷試験を実施して、スタート及びクレータ部を除くビー
ト本体における割れの有無を調査した。

次に溶着金属の常温及び低温引張試験片は、最終層まで
溶接した後、第２図の要領でＪＩＳＺ　３１１１　Ａｌ
量を採取した。衝撃試験片は第３図の要領でＪＩＳＺ　
３１１２の４号を採取した。

第２表と第４表の被覆アーク溶接棒記号Ｎα１〜１６は
比較例であり、Ｎα１７〜３１は本発明である。

第４表の結果から明らかように、Ｎα１は心線中のＣｒ量が２２％未満であり、しかも心
線中と被覆剤中の両方のＭＯ含有量が０．７５％未満の
ため一１９６℃における耐力と強度が低い。

Ｎ１１２は心線中のＣｒ量が２７％を超えており、しか
もＣｒｅｑ／Ｎｉｅｑの値が１．１０を超えているため
衝撃値が低い。

ＮｃＬ３は、心線中のＮｉ　ｉｌが１２％未満であり、
Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑの値も１．１０を超えているため衝
撃値が低い。

Ｎｏ、４は心線中のＮｉ量が２０％を超えており、また
Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ値が０．７５未満のため耐力や強度
が低（、しかも高温割れが発生し易い。

患５は心線中のＭｎが２％未満のため衝撃値が低い。

Ｎα６は心線中のＭｎが８％を超えているためスラグの
剥離性が悪い。

Ｎα７は心線中のＮ量が０．０８％未満のため耐力及び
強度が低い。

随８は心線中のＮ量が０．２５％を超えているためスラ
グの剥離性が悪い。

Ｎα９は心線中のＣ量が０．０４％を超えており、また
０量が０．０１２％を超えているため衝撃値が低い。

Ｎα１０は心線中のＰ量が０．０１５％を超えており、
しかもＳ量が０．００６％を超えているため高温割れが
発生し易い。

Ｎ［１Ｌ１１は心線中と被覆剤の両方を合計した添加量
において、Ｓｉは０．５％未満であり、またＡｌも０．
３％未満のため、溶着金属の０量が増加し衝撃値も低い
。

阻１２はＳｉの添加量が２．０％を超えているため高温
割れが発生し易い。

Ｎ（Ｌｉ２はＡｌ量が２．５％を超えているため衝撃値
が低い。

麹１４はＭｏｆｉが２．５％を超えており、Ｃｒｅｑ　
／Ｎｉｅｑも１．１０を超えているため衝撃値が低い。

Ｎ１１１５は被覆剤中のＴｉＯ□添加量が１８％未満で
、ＣａＣＯ３は２５％を超えており、また金属弗化物も
１８％を超えているためにスパッタ量が多く、ビード形
状等の溶接作業性が悪い。

Ｎｎ１６は被覆剤中のＴｉ０ｚ添加量が４５％を超え、
ＣａＣＯ５が１２％未満であり、また金属弗化物も５％
未満のためスラグの剥離性等の溶接作業性が悪い。

これに対して本発明になるＮｏ、１７〜３１の溶接棒は
、いずれも−１９６°Ｃにおける０、２％耐力、引張強
さ、衝撃値は高い値を示し、耐高温割れ性や溶接作業性
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＊・・・−１９６°Ｃでの引張
試験片はＪＩＳＺ　３１１１　Ａ１号。

また衝撃試験片はＪＩＳＺ　３１１２４号で衝撃値は繰
返し３回の平均値を求めた。

＊＊・・・高温割れ試験は第２図の初層において、スタ
ート部と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。

【図面の簡単な説明】

第１図は下向作業性、引張試験、衝撃試験及び高温割れ
試験用試験板の開先形状を示す断面図、第２図は溶着金
属の引張試験片採取要領を示す断面図、また第３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。 θ・・・開先形状、　　　ｔ・・・板厚、Ｇ・・・ルー
トギャップ。〔発明の効果〕以上に説明した通り、本発明における、極低温用ステン
レス鋼被覆アーク溶接棒は極低温用オーステナイト系ス
テンレス鋼の溶接において耐力、強度、靭性、耐高温割
れ性で優れた溶接金属が得られ、しかも作業性が良好で
ある。従って、原子力関連設備等の極低温下で使用される構造
の溶接に適し、実施工に際しては、その溶接部における
高品質性が確保出来る。

Claims

【特許請求の範囲】Ｃｒを２２〜２７％（重量％、以下同じ）、Ｎｉを１２
〜２０％、Ｍｎを２〜８％、Ｎを０．０８〜０．２５含
有し、Ｃを０．０４％以下、Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．
００６％以下、Ｏを０．０１２％以下に規制したオース
テナイト系ステンレス鋼の心線に被覆剤全重量に対して
ＴｉＯ＿２を１８〜４５％、ＣａＣＯ＿３を１２〜２５
％、金属弗化物を５〜１８％含有する被覆剤を被覆して
なり、さらに心線及び被覆剤の一方または両方に心線重
量比でＳｉを０．５〜２．０％、Ａｌを０．３〜２．０
％、Ｍｏを０．７５〜２．５０％含有し、且つＣｒｅｑ
／Ｎｉｅｑの比が０．７５〜１．１０であることを特徴
とする極低温用ステンレス鋼被覆アーク溶接棒。