JPH0252197A - ステンレス鋼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） 本発明はステンレス鋼用フラックス入すワイヤに係り、
特に伸線性の良いステンレス鋼用フラッグス入りワイヤ
に関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）ステンレス鋼
溶接用のフラックス入すワイヤは。

ガスシールドアーク溶接に適用することにより、極めて
能率よく溶接作業を行なうことができる。

しかも溶接条件の許容範囲が広いので使用し易く。

更にはソリッドワイヤのＭＩＧ溶接の場合に問題とされ
るブローホールや融合不良などが発生し難く良好なビー
ド外観が得られる。このため、充填フラックスの成分を
調整することにより、下向溶接や水平すみ肉溶接は云う
に及ばず、最近では１黄向或いは立向溶接に至るまで汎
用されるようになり、ステンレス鋼溶接の半自動化にも
貢献しているところである。

ところで、ステンレス鋼溶接用のフラックス入りワイヤ
も、基本的には一般軟鋼用フランクス入すワイヤと同様
の方法で製造されるが、ステンレス鋼溶接用のフラック
ス入りワイヤの場合は、般軟鋼用フラックス入りワイヤ
に比らべ、非常にワイヤの伸線性が悪い状態であった。

具体的には、ワイヤの伸線速度を速くしてゆくと、伸線
に用いるダイスや各種ローラー類の寿命が著しく低下す
る。これは、ステンレス鋼用フラックス入すワイヤの場
合、ブラックス入りワイヤの外皮（シース）となるフー
プ材がステンレス製であるので、ステンレス鋼フープ自
体が難加工性であるためと云われている。

したがって、摩耗したダイス、ローラー類の交換は、伸
Ｓ機の稼Ｉｌｌ率を大きく低下させ、装置の復帰に多大
の人件費を必要とするので、大きなコストアップ要因で
あった６ 本発明は、」二記従来技術の問題を解決するためになさ
れたものであって、伸線性の良いステンレス制用フラッ
クス入りワイヤを提供することを目的とするものである
。

（，９１題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者は、従来のステンレ
ス鋼用フラックス入すワイヤについて伸線性が息下する
原因を究明すべく検討した。

ステンレス鋼溶接用のフラックス入りワイヤは、フラッ
クス充填時における原料フラックスのシントロン性（フ
ラックス充填率のバラツキ）を考慮し。

例えば平均粒径１００〜３００μｍの如く粗いものが用
いられている。また、ワイヤの水分量が高くなると、溶
接金属しこピットやブローホールが出やすいと云われて
いるため、ワイヤに充填されるフラックスの水分量は可
能な限り低減されていた。

これは、オーステナイト相であるステンレス鋼中の水素
の拡散速度が鉄中のそれに比較して低レベルにあること
によるためと云われている。

しかし乍ら１本発明者らは、これらの考えを再検討すべ
きであるとの認識のもとに、ステンレス鋼用フラックス
入すワイヤの伸線性向−ヒを目的として、伸線状況をま
ず最初に調査した。

伸線により摩耗したダイスやローラー類の表面を走査型
電子顕微鏡や投影機を用い数多く調査したところ、ダイ
スやローラー類の摩耗は摩耗状態から判断すると、それ
らの材質が超硬、ダイヤ。

サーメット、その他セラミック等であれ、伸線時のワイ
ヤの温度が高いために発生したものと推定された。例え
ば、超硬の場合にはバインダーであるＣｏやＮｉが発熱
により軟化し５削り取らｔＬろことにより、ＷＣが歯が
抜けるように脱落していく様子が観察された。また、ダ
イヤの場合においても、やはり摩擦熱によりダイヤがＦ
ｅ、Ｃｒ等と化学的に反応しく炭化物を形成し）、摩耗
していく状況がｉ察された。

そこで、ダイスやローラー類を冷却すべくダイスやロー
ラーのホルダ一部を冷却媒体（冷された水やブライン）
により冷却した。こうすることにより、ダイスやローラ
ー類の見掛は上の温度〔ワイヤと接している部位の温度
は測定できないので、ローラーの場合にはローラー外表
面、ダイスの場合にはダイス外表面の温度を測定した。

〕は低下し、ダイスやローラー類の寿命も少し延長され
たが、満足すべきものではなかった。ダイスやローラー
類の摩耗表面を観察すると、やはりワイヤ加」二に伴う
発熱によると思われる摩耗状況が認められた。

なお、ワイヤ自身を冷却する方法としては、外部よりワ
イヤを冷却する方法が一般的であり、各種冷却伸線方法
が実用化されている（特公昭５４−２２７７３号参照）
、シかし、これら冷却伸線はソリッドワイヤに対しては
効果が認められるが、ワイヤ内部に熱伝導度の悪い鉱石
類を充填したフラックス入りワイヤにおいては効果がそ
れ程認められなかった。これは、ワイヤ表面を外部から
冷却しても、充填フラックスまで十分に冷却しきれない
ので伸線時にワイヤの温度がすぐに高温になるものと思
われる。

以上の結果より、外部からダイスやローラー類を冷却す
る方法では、ワイヤと接してワイヤを加工している表面
を冷やす能力に限界があると判断し、次に、ワイヤと接
している表面を何らかの手段で冷却できる方策について
検討した。その結果、ダイスやローラー類のワイヤと接
している表面を効率よく冷却するには、ワイヤ自身を冷
却すればよいことが判明した。そこで、ワイヤ内部の充
填フラックスまで十分に冷却できる方法を見出すべく鋭
意研究を重ねた。

その結果、充填フラックスの冷却に各種潜熱（融解潜熱
、気化潜熱）を利用することを想到するに至った。そし
て、各種潜熱の中で、伸線時のワイヤ温度域（１００〜
２００℃）で利用でき、かつその潜熱量が比較的大であ
り、なおかつ安価で無害なものを調査した結果、水の気
化潜熱が本発明の目的に対し、最適であることが判った
。また。

加えてフラックスの比表面積が影響を及ぼすことが判明
し、ここに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は、フラックス入すワイヤの水分量を
ワイヤ全重量当たり１００〜ＬＯＯＯｐｐｍとし、フラ
ッグス入りワイヤ中に充填されるフラックスの比表面積
を０．５〜５ｍｇ／ｇとしたことを特徴とする伸線性に
優れたステンレス制用フランクス入すワイヤを要旨とす
るものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

ｉｌ）ワイヤ木欽貫 従来は溶接時の耐気孔性を考慮し、ワイヤの水分量は可
能な限り低減されていた。それ程意図的にコントロール
されておらず５大略１００ρｐｉ＋未満である。

そこで、ワイヤ水分量の上限を求めるべく、充填フラッ
クスを様々な条件で強制吸湿させ、フラックスの付着水
を増加させ、各種水分量レベルのワイヤを試作し、ワイ
ヤの耐気孔性を調査した。

その結果、ワイヤの水分量が１０００ρｐａ＋を超える
とピットやブローホールが発生し、耐気孔性が著しく劣
化することが判った。アークの強さ、拡がり、安定性等
を考慮すると、更に好ましい水分量は８００ｐｐｍ以下
である。

次に、ワイヤ水分量がワイヤの伸線性に及ぼす影響を調
査した。耐気孔性を調査した場合と同様にして各種水分
量レベルのフラックスを充填したワイヤを製造し、ダイ
スやローラー類を新品に交換し、一定量ワイヤを伸線し
た後のダイスやローラー類の表面荒れ状態を走査型電子
顕微ｊＩＩ（Ｓ　ＥＭ）や低倍率の顕微鏡で調査した。

このとき、表面荒れがひどい場合は、ワイヤの伸線性が
悪いと判定した。

数多く伸線の調査をした結果、ワイヤの水分量が１１０
０ｐｐ以上であればワイヤの伸線性が改善されることを
見い出した。伸線速度が特に速い場合や、多段伸線をす
る場合、或いは伸線の減面率を大きくした場合などでは
、ワイヤ水分量を３００　ｐｐａ＋以」二にすることが
更に望ましい。

なお、ここでいうワイヤ水分量とは、酸素雰囲気中、７
５０°Ｃでワイヤより抽出した水分をカールフィッシャ
ー法で定量した値である。

酸素雰囲気中、７５０℃でワイヤの水分量を定はすると
、以下のようにワイヤのトータル水分はが定量されるこ
とになる。

１・−タル水分量＝付着氷水分量十結品水水分量＋潤滑
材からくる水分量（送給、 伸線） この点、本発明の趣旨からすれば、付着水水分臘でワイ
ヤ水分量を限定すべきであるが、以下（ｌ］Ｉ〜（ルに
示す理由により、本発明ではｒ１１素雰囲気中。

７５０℃での抽出による水分量とした。

■付着水を定量するには、例えば１５０℃程度の低温で
ワイヤ水分を抽出する必要があるが、１５０℃で飛ぶ水
分を完全に抽出するには１サンプル当たり１時間以上の
長時間を要する。因みに。

７５０℃では１サンプル当たり１０分で良い。

（ル水分の抽出はサンプル（ワイヤ）を石英製ガラス管
の中に装入し、石英製ガラス管を管状炉で加熱して実施
するが、一般の管状炉では炉温を１５０℃でコントロー
ルすることが困難であり、抽出温度のバラツキが大きく
、抽出水分量の正確さに欠ける。

：■−ｆ役に結晶水水分量や潤滑材からくる水分量がト
ータル水分量の中で占める割合は低く、なお且つこれら
の和は大略一定値である。

℃ひ一充」５７〒と！−クスの比−北面１に本発明では
ワイヤの水分量を上記の如く規制するのであるが、充填
フラックスの水分量をどのようにしてコントロールする
かが重要であるため。

更にその対策について調査した。

フラックスが持つ水分としては、フラックス表面に付着
する付着水〔比較的低温（１５０℃以下）で蒸発する水
〕と、原料フラックス内部に結合されている結晶水〔高
温（１５０℃以上）で蒸発する水〕が存在するが、本発
明の目的に対しては、伸線時のワイヤ温度で蒸発しなけ
ればならない等の理由から、付着水でフラックスの水分
量をコントロールする必要があると考えられる。

この付着水は単純にフラックス表面に付着していろ水で
あるので、付着水分量は充填フラックスの比表面積に比
例する値である。

そこで、フラックスの粒度を種々変えて比表面積の異な
る充填フラックスを製造し、これらを用いてフラックス
入すワイヤを試作した。このようにして得られたワイヤ
の水分量を調へたところ、充填フラックスの比表面積（
すなわち、ワイヤから採取した充填フラックスの比表面
積を云う）が０．５〜５ＩＩ＋２／ｇの範囲にあり、な
お且つワイヤの水分量が１００〜１１０００ｐｐになる
ワイヤについてその伸線性が良いことが判明した。

なお、充填フラックスの比表面積が０．５ｍ”７ｇ未満
になると、充填フラックスの粒度が粗くなるためか、ワ
イヤが断線し易くなり、断線部に大きなフラックス粒子
が観察されるようになった。結晶水の多い原料を用いて
ワイヤ水分量を３００ｐｐｍ以上にしても、充填フラッ
クスの比表面積が０゜５ｐρ−未満では、ワイヤの伸線
性は改善されず、製造されたワイヤを溶接すると、７８
接金属中にピットやブローホールが観察されることがあ
った。

一方、充填フラックスの種類、形状にもよるが。

充填フラックスのシントロン性を特に考慮すると、比表
面積の上限は５ｍ”７ｇであることも調査の結果判明し
た６充填フラツグスに比重差が大きく。

なお且つ大きさが著しく異なる原料が混入されている場
合には、比表面積の上限としては４　＋ａ”　／　ｇが
更に望ましい。

なお、ここで充填フラックスの比表面積はＢ　Ｅ′ｒ法
により測定した。

また、本発明において定めるワイヤの水分は及びワイヤ
内に充填されているフラックスは、ともに伸線後のワイ
ヤ（すなわち、製品ワイヤ）のものである。

また、本発明は伸線工程において良好な伸線性を得るた
めに前記水分量、フラックスの比表面積を規定するもの
であるが、一方、本来は鋼製外皮内に充填する前のフラ
ックスについて水分量、フラックスの比表面積を規定す
べきとの考え方もできるが、本発明において伸線後の製
品ワイヤについて定めるのは、以下の、■の理由による
ものである。

■　伸線性（ダイヤの摩耗、断線等）が悪くなり問題と
なるのは製品径になる直前の伸線工程である６したがっ
て、本発明において定めるワイヤ水分量及びフラックス
の比表面積は、最終伸線工程において満足すべき値であ
る。

最終伸線工程においては減面率等も小さく、またそれま
での中間伸線工程で変形しやすいフラックスは変形して
おり、最終伸線工程でのフラックス比表面積の変化は殆
どない。したがって、製品ワイヤでのフラックス比表面
積″：ａ終伸線工程でのフラックス比表面積となる。

一方、ワイヤ水分については、最終伸線工程中において
気化潜熱としてその一部が消費され、継目ありフラック
ス入りワイヤ（ＦＣＷ）の場合にはその継目から一部外
部へ逃げる。また、継目然しフラックス入りワイヤ（Ｆ
ＣＷ）では逃げないのでそのまま蒸気の形でワイヤ内に
残る。いずれのワイヤの場合でも、ワイヤ内に残った蒸
気は製品となった後ワイヤの冷却と共に再び水になり、
フラックス表面に付着する。この際、継目有りＦ　ＣＷ
の場合、一部ワイヤ外へ逃げた分だけ水分が減少するこ
とになるが、また継目から逆に外気の水分を付着水とし
てとり入れるものもあるので、実質上変わらない。つま
り、水分が逃げた分だけフラックスの比表面積に対して
付着水を付着する能力に余力があるので、その分の水分
が外気からとり入れられる。

なお、本発明においてワイヤ水分量とフラックス比表面
積を同時に特定しているが、その理［］口士以下のとお
りである。すなわち、伸線工程、特に最終伸線工程にお
いて伸線中に水分の気化？ｆＩＩ熱によりワイヤを冷却
するが、水分量が１１００ｐｐ未満であると伸線性を良
好とするのに必要な気化潜熱が得られない。また、フラ
ックス比表面積についても０．５ｍ”７ｇ未満であると
ワイヤの水分量自体が適正であっても気化する水分量が
少なく、結果的に気化潜熱不足となる。水分の気化がス
ムーズに進むのにはフラックスの比表面Ｍは０．５ｍ”
７６以上あることが必要である。このため、ワイヤ水分
量とフラックス比表面積を同時に特定するのである。

（の　本発明はステンレス鋼溶接用フラックス入すワイ
ヤに関するものであり、フラックス成分もＣｒ、Ｎｉ等
の金ｍ粉が主成分であるため、伸線によっても比較的変
形しにくい。したがって、伸線前でも伸線後の製品ワイ
ヤでもフラックス比表面積もそれほど大きく変化はしな
い。

なお、本発明のステンレス鋼用フラックス入りワイヤに
おいては、充填するフラックスの組成、充填率、フープ
材等々は特に制限されないことは云うまでもなく、例え
ば、特開昭６３−１３６９５シ）公報が参照される。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第１表に示す組成を有するフラックス入りワイヤ用充填
フラックスを配合するに当り、使用原料を各々篩い分け
たり、粉砕後篩い分けるなどの方法により、比表面積の
異なる原料フラックスを調整した。

このようにして調整した比表面積レベルが異なる原料を
秤量、混合して、第３表に示すフラックス比表面積、ワ
イヤ水分量を有するフランクス入すワイヤ（ワイヤ径１
．２１φ）を常法により製造した。なお、用いたフープ
材の化学成分を第２表に示す。

また、比較例として、結晶水水分量の異なる原料を用い
たワイヤも同様にして製造した。

′４１）られたフラックス入りワイヤ製品についてワイ
ヤ伸線性、耐気孔性を調べた結果を第３表に併記する。

なお、ワイヤ水分量は、酸素雰囲気中、７５０℃で製品
ワイヤから抽出した水分をカーメフイ・ソシャー法によ
り定量し、充填フラックス比表面積はＮ２ガス吸着によ
るＢ　Ｅ　Ｔ法により定量した。

また、ワイヤ伸線性は、一定量伸線した後のダイヤダイ
スの穴径の拡がりを測定し、拡がりが０゜０１１Ｉ１１
以下の場合に○（良好）、０．０１ｍｍ超の場合に×（
不良）と判定した。

耐気孔性は、上記ワイヤを使用して以下の条件で溶接し
、ＪＩＳ　　Ｚ　　３１０６に準拠して溶接部の欠陥を
Ｘ線照射により検出し、Ｘ線性能がＪＩＳ１級を満足す
るものをＯ（良好）、満足しないものを×（不良）にて
判定した。

産炭釘１ ｐ　２０ＯＡ−３０Ｖ（半自動溶接） ワイヤ径１．２ＩＩＩｌφ、母材５Ｍ４４Ｉ３■極性　
１）　Ｃ−ＩシＰ ｔ’３＋　シール１−ガス　１００％００２．１５Ｑ／
分（４）突出し長さ　１５〜２０ｍｍ １９開先形状、寸法（第１図） （Φ予熱、パス間温度≦１５０℃ ５層１０パス 【以下余白） 第３表より明らかなとおり、ワイヤ水分量が１００ｐｐ
＋ｗ未満と低レベルにある比較例Ｈａ　１、Ｈａ　２に
おいては、ダイス穴径の拡がりが短期間に生じた。

また、ワイヤ水分量が１．　Ｏ０１９ｍを超えた場合に
おいても、充填フラックスの比表面積が０，５ｔｓ２／
ｇ未満の比較例Ｎα７、＆１１においてはダイス穴径の
拡がりが短期間に生じた。

更に、比較例Ｈａ　１５は充填フラックスの比表面積が
５　Ｉｎ２　／　ｇを超えた例であるが、この例につい
ては、シントロン性が悪く（フラックス充填率のバラツ
キが大きい）５そのためアークの安定性、ビード形状の
均一性などが劣っていた。

比較例Ｎ（１１７はワイヤ水分量がＬＯＯＯｐｐＩｆｉ
を超えた例であり、この場合は、ワイヤの耐気孔性が悪
くなった。

これらに対し、すべての条件が本発明の範囲内にある本
発明例Ｎｃ　３−　Ｈａ　６、＆８〜Ｎｎ　１０．　Ｎ
ｎ　１２〜Ｎｏ　ｌ　４及びＩｎ１６はいずれも良好な
ワイヤ伸線性、耐気孔性を示している。

なお、本発明例＆３、Ｎｎ４の場合、ダイスの穴径の太
りは低レベルであったが、伸線後のワイヤ温度が他の本
発明例に比較し、１０〜２０％程度高目であった・ （発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、ステンレス鋼用
フラックス入すワイヤにおいて、ワイヤ水分量並びに充
填フラックスの比表面積を規定したので、従来に比べて
伸線性が格段に向上し、低コスト化が可能である。しか
も、耐気孔性等の問題もないので、この種のワイヤの優
れた溶接性能を如何なく発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第［図は耐気孔性を間尺るための溶接試験に用いた開先
形状１寸法（ｍｍ）を示す断面図である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 １）ンク゛（を武°験ワイヤと口謹θワイヤτ”２７号
幻ｊ３層バタＩルアつ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）フラックス入りワイヤの水分量をワイヤ全重量当
   たり１００〜１０００ｐｐｍとし、フラックス入りワイ
   ヤ中に充填されるフラックスの比表面積を０．５〜５ｍ
   ＾２／ｇとしたことを特徴とする伸線性に優れたステン
   レス鋼用フラックス入りワイヤ。