JPH02205298A - 耐火鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入リワイヤ - 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、
利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″Ｃでの高温耐力に優れ、靭性、耐候性も良好
な溶接金属を得ることのできる高能率なガスシールドア
ーク溶接用金属粉系フラックス入りワイヤに係るもので
ある。

、−５〔従来の技術〕 金属粉系フラックス入りワイヤは、一般のチタニア系な
どのスラグ剤を多く含有するフラックス入りワイヤに比
べてスラグの発生量が少なく高溶着速度が得られるとい
う利点を有しており、溶接のトータルコスト低減を計れ
ることから、近年その使用量がますます増加する傾向に
ある。

例えば、その１例として特開昭６１〜１６９１９５号公
報、特開昭６１〜１８０６９６号公報には、スパッタ量
の少ない鉄粉を主体とした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おける溶接部は、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。

これに対し、上記従来の金属粉系フラックス入りワイヤ
は、特に耐火性を考慮して設計されたものでないために
、高温特性が不良で溶接部を無被覆あるいは軽い被覆で
利用することができないので、上述した様な割高な耐火
被覆を施さねばならなかった。

一方近年建築物の高層化が進展し、設計技術の向上とそ
の信頬性の高さから、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できるようになり、場合によって
は無被覆で利用することも可能になった。

これに伴って、耐火性に加えて耐候性を有する新種鋼板
も開発されており、これに対応できる溶接材料の開発が
強く要望されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、こうした事情に着目してなれたものであって
、その目的は従来の金属粉系フラックス入りワイヤの特
長である高能率性という特性を失うことなく耐火性に優
れかつ衝撃靭性も良好な溶接金属を与えると共に耐候性
を有する耐火鋼用のガスシールドアーク溶接用金属粉系
フラックス入りワイヤを提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

即ち本発明は、前述の課題を克服し目的を達成するもの
でその具体的手段を下記項に示す。

ア）鋼製外皮に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、ワイヤ全
重量に対して、鉄粉：４．０〜１６．０％、脱酸剤：１
．０〜６．０％、アーク安定剤：０．０５〜１．１％、
スラグ形成剤：０．４〜３．６％で構成される金属粉系
フラックスに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：　ｏ、ｏ　０５〜０．０２５％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。

イ）付加成分として、Ｔｉ：０．０５〜０．３５％。

Ｂ　：　０．００５〜０６０１％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前
記項ア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。

つ）付加成分として、Ｃｕ：　０．２０〜０．６０％。

Ｃｒ：０．３０〜０．７５％、Ｎｉ：０．０５〜０．７
０％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記項アまたはイに記載の
耐火鋼用ガスシールドアーク溶接用フランクス入りワイ
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。

そこで本発明者らは上記耐火鋼の６００″Ｃにおける高
温耐力値と同等以上を確保でき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Ｚ３３１８に示された耐熱鋼用フラ
ン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
特性を改善でき、さらにＮｉ、　Ｃｒ、　Ｃｕ添加によ
り耐候性を付与できることを見出した。またその他の成
分を限定することにより、高能率で良好な溶接作業性を
有する、ガスシールドアーク溶接用金属粉系フランクス
入りワイヤを開発したものである。

以下本発明フラックス入りワイヤの特徴とする各成分の
限定理由について述べる。

Ｍｏ　：　０．１０〜０．５０％、　Ｎｂ：　ｏ、ｏ　
Ｏ５〜０．０２５％かつ０．５Ｍｏ＋　１　ＯＮｂ　：
　０．１〜０．４％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、ＭＯとＮｂを複合添
加させることが極めて有効であることを見出した。

しかし、Ｎｂ、　Ｍｏ量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小量としてそれぞれ
Ｏ，ＯＯ５％、０．１０％を含有せしめる。

Ｍｏ、　Ｎｂ量は前述する範囲内において、Ｃ０，５Ｍ
。

＋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＋
　１０Ｎｂ）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ンクス入りワイヤは知ら
れていない。

鉄粉：４．０〜１６．０％ 金属粉系フランクス入りワイヤの特徴である溶接能率向
上効果を十分達成させるために鉄粉は４．０％以上添加
する必要がある。４．０％未満ではワイヤの溶着速度が
遅くなり、溶接効率が低下する。一方１６．０％を超え
るとフラックス中の他の成分、例えば、スラグ形成剤、
脱酸剤、合金剤などの絶対量が不足してビード形状が劣
化したり、所定の強度が得られない。

従って鉄粉は、４．０〜１６．０％の範囲とする。

脱酸剤＝１．０に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、　Ｓｉ、　
Ａｆｆｉ＋　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これ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。

従って脱酸剤は１．０〜６．０％とする。

アーク安定剤：　０．０５〜１．１％ 鉄粉を主体とする本発明ワイヤにおいては、アークを安
定化してスパッタ発生量を低減させるにはアーク安定剤
の添加が必須である。アーク安定剤が０．０５％未満で
は、アークが不安定でスパッタが多発するなど溶接作業
性の面で好ましくない。

一方１．１％を超えると逆にアーク長が極端に長くなり
溶滴の移行性を妨げるため溶滴が粗粒化し、スパッタが
多発する。従ってアーク安定剤は０．０５〜１．１％と
する。なおここでいうアーク安定剤とは、Ｌｉ、　Ｎａ
、　　Ｋ、　Ｒｈ、　Ｃｓなどのアルカリ金属およびそ
の化合物が挙げられる。

スラグ形成剤：０．４〜３．６％ スラグ形成剤は、ビード形状を改善するために溶着速度
の低下をきたさない範囲で添加する必要がある。０．４
％未満では、ビード形状改善効果は認められず、３．６
％を超えると、スラグ量が増大してスラグ巻込み等の欠
陥を生じたり溶接能率が低下する。従って、アーク安定
剤を除くスラグ形成剤は、０．４〜３．６％とする。な
おスラグ形成剤としては、ＴｉＣｈ＋　５ｉＯｚ＋　／
ＶｚＯ：＋＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ＋　ＭｇＯなどの酸化物、
ＣａＦｚ＋　ＢａＦ、、　ＬｓＦなどの弗化物およびＣ
ａＣ０：＋＋　ＬｘｚＣＯｉなどの炭酸塩が使用できる
。

以上が本発明ワイヤの主要構成であるが、さらに前記ワ
イヤに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
は効果がないので下限を０．０５％とする。

一方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小限０．０
０５％のＢ量が必要で、それ未満では効果がなく、又、
多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゜０１％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できないか検討し
た。

その結果、耐候性鋼用炭酸ガスアーク溶接用フラックス
入りワイヤ（ＪＩＳ　Ｚ　３３２０）のＰ、Ｗタイプの
成分範囲であれば、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
することが確認できた。従ってＣｕ：０．２０〜０．６
０％、　Ｃｒ：　０．３０〜０．７５％、Ｎｉ：０．０
５〜０，７０％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できる
。Ｃｕ、　Ｃｒ、　Ｎｉが上記下限値未満では耐候性効
果が得られず、上限値を超えると、強度が高くなりすぎ
て耐割れ性が劣化する。尚、Ｃｕはワイヤ表面メツキ成
分として添加することもできる。

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
くなるとフラックスの絶対量が不足して所定の強度が得
られなかったり、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２鵬以下
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　ｆｆｌ１１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。

以下、本発明の効果を実施例により更に具体的に示す。

〔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３表に耐火ｔ！４溶接用
フラックス入りワイヤ組成を示す。

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

なお、溶接時の溶接作業性の確認と共に、溶接後Ｘ線試
験によりスラグ巻込み、ブローホール等の欠陥を調査し
た。試験材より引張試験片とシャルピー試験片を採取し
溶接特性を調査した。

また、板厚２０間の第１表に示す鋼板上に第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
平板溶接を実施し、アークタイムと鋼板の重さの差から
溶着速度を測定した。

また、同時に銅製のスパッタ採取箱を用いてスパッタ量
も測定した。以上の結果をまとめて第５表に示す。

第５表で明らかなように本発明ワイヤによる場合の溶接
継手の常温及び６００°Ｃ高温強度特性。

衝撃靭性、Ｘ線性能および溶着速度、スパッタ量のいず
れもが良好な値を示して、いるのに対して、比較ワイヤ
による場合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、衝撃靭性値も低いなどの問題があり
、さらにＸ線性能が不良で、溶着速度も低いなど耐火鋼
用ワイヤとして不適である。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明のワイヤによれば、得られる溶接金
属は高温特性に優れ、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。

溶着効率、ビード外観、形状も良く、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 (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼製外皮にワイヤ全重量に対して 鉄粉：４．０〜１６．０％ 脱酸剤：１．０〜６．０％ アーク安定剤：０．０５〜１．１％ アーク安定剤以外のスラグ形成剤：０．４〜３．６％そ
   の他合金、不可避不純物で構成されるフラックスを充填
   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
   にワイヤ全重量に対してＭｏ：０．１０〜０．５０％ 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ガスシールドア
   ーク溶接用フラックス入りワイヤ。
2. （２）付加成分として Ｔｉ：０．０５〜０．３５％ Ｂ：０．００５〜０．０１％ 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. （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又は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。