JPH03281089A - 高降伏強さ用改良溶着合金およびその溶着方法 - 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） 本発明は高強度作業片用の改良溶着合金およびアーク溶
接によるこの合金のアーク溶接による溶着法に関する。

この合金は電極の様な、即ちある軍用および工業用用途
に要求される型のＭＩＧ溶接高強度金属に使われる消耗
溶接用部材（ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　
ｅｌｅ＋ｗｅｕｔ）から製造される０本発明の合金製造
に使われる溶接部材又は電極は固体又は有心金属電極で
あり、それはインチ当り１３０キロジュールより小さい
溶接熱投入によって鋼作業片上に、溶着金属中の拡散性
水素が２．０Ｏｐｐｎ＋以下であり、溶着金属の酸素が
溶着金属の０．０４０重量％以下でありかつ溶着金属の
降伏強さが約８５．０００ｐｓｉ以上、好ましくは１０
０．０００ｐｓｉ以上である特性をもつ溶着ビードをつ
くりうる０本発明は高強度作業片上にその低温予熱によ
り又は予熱せずに貴金属のアウトオブポジション溶接に
使用するためにまた１２８．０００−１４０．０００ｐ
ｓｉ程度の降伏強さをえるために特に適している。

（従来の技術） 作業金属片の降伏強さが軍用規格ＨＹ−８０、ＨＹ−１
ＯＯおよびＨＹ−１３０までの様な高強度水準に増すに
つれて高溶着速度でアウトオブポジション溶接能力を保
ちながら低割れ傾向および高衝撃又は切欠き粘り強さを
えるために重大な問題を経験している。ＨＹ−８０（８
０，０００ｐｓｉ　）をこえる鋼の様な高降伏強さ鋼溶
接の際、従来は通常消耗溶接電極又は他の溶接部品は一
般にアウトオブポジション溶接の際には約０．０４５イ
ンチ直径、またダウンハンド溶接の際には一般に約０．
０６２インチ直径の固体ワイヤ形を用いている。ＨＹ−
１００およびそれを趙える高強度鋼溶接はこの様なＭＩ
Ｇワイヤを用いてさえ極めて困難であったのである。高
強度鋼作業片上で低割れ傾向および高切欠き粘り強さを
もちながら８５．０００−１００．０００ｐｓｉをこえ
る強さをもっ溶着合金をつくる様な溶接用部材の製造と
いうめんどうな要望があるのである。

先に本出願人は適当な特性をもっ溶着金属を溶着しまた
母材自体が室温溶接を受入れるならば室温溶接ができる
ような電極を提案した。多くの場合わかるとおり母材は
溶着金属の特性のためでなく作業片金属自体の特性のた
め予熱が必要である。従来用途に記載されている溶接部
材又は電極は拡散性水素２．　Ｏ１）ｐＨｌ以下、酸素
０．０４０重量％以下、および降伏強さ約８５．０ＯＯ
ｐｓｉ以上、好ましくは約１００．０００ｐｓｉ以上を
もつ作業片上の溶着ビードを生成する。この型の電極又
は溶接部材は高強度軍用鋼に使用するための高強度溶着
金属製造作業の遂行に極めて成功している、ある場合に
は割れその他の困難を防ぐため作叢片金属自体と共にあ
る程度の予熱が必要である。

（発明の開示） 高強度鋼アーク溶接用のすぐれた溶接部材の開発および
完成により今や最少予熱量において、更に作業金属片の
制限により特に必要なければ予熱せずに、Ｉ　Ｏ０，０
００ｐｓｉ以上の高降伏強さを与える従来開発された溶
接部材によって生成された溶接金属ビードの特定の合金
特性の最適化が問題となっている。要約するに本発明は
０下において４０以上のチャービー数をもつ切欠き粘り
強さをもつ高強度鋼作業片上に溶着できる溶着合金に関
する。一般にビード中の溶着合金の降伏強さがその合金
含量を変えることによって増加するにつれ、切欠き粘り
強さは実質的に減少する。

新規合金系の調節により、受入れつる高切欠き粘り強さ
が実質的に１３０．０００ｐｓｉを超える降伏強さにお
いてさえ製造される。１２８．０００ｐｓｉ以下の降伏
強さにおいて０下におけるチャーピー数は実質的に５０
を趙え、更に６５又は７０をこえうる。故に溶着金属ビ
ード用に望む合金製造に本発明を使用すれば降伏強さに
拘らず切欠き粘り強さは高水準に保たれる。

妥当な溶着ビードの第２の必要特性は割れ抵抗性である
。この性質は溶着ビード合金の伸びに間接的に関係があ
る。本発明の合金構成および範囲を与えることによって
伸び率は一般に約１８％より大きくなる。本発明のビー
ド用溶着金属に使われる高降伏強さ合金の伸び串は１８
％前后であるが、本発明の合金材料の選択および合金成
分率によって溶着合金の降伏強さが低下すると伸び率は
１８％をこえる。故に本発明は高切欠き粘り強さおよび
割れ抵抗性を保ちながら高降伏強さをもつ高強度鋼作業
片上に溶着する合金を対象としている。本発明合金は新
規合金を生成しかつ２．０　ｐｐｍ以下の拡散性水素、
溶着金属の０．０３５重量％以下の酸素および８５．０
００　ｐｓｉをこえる降伏強さをもつ溶着物を与える電
極使用により良好な溶接特性を保つ。本発明の他の特徴
として新規合金は溶接熱インチ当り１３０キロジュール
以下を投入する溶接法により溶着金属ビードとして製造
されうる。高強度鋼溶接ビードをえる従来の方法は作業
片それ自体の実質的予熱および低溶接熱投入溶接法を必
要としている。

本発明によれば溶着ビード用改良溶着合金はその重量基
準において０．０３−０．０９％の炭素、２．５−４．
０％のマンガン、０．０１−０．０５％のチタン、約１
．０％以下のけい素、約２．０％以下のニッケルおよび
約０．０３５％以下の酸素を含む鋼合金である。前記し
た２、　０　ｐｐｍ以下の拡散性酸素を含む溶着金属と
してこの合金を使うことによって予熱の必要なくかつ切
欠き粘り強さ減少又は割れ抵抗性減少もなく極めて高強
度かえられる。

本発明の他の態様によれば溶着金属形成合金中のけい素
は溶着金属重量の０．２−０．６％の範囲である。ニッ
ケルは溶着金属重量の０．８−１．８％の範囲である。

また酸素は溶着金属重量の０．０１５−０．０３５％の
範囲内である０本発明の重要な特徴は０．０１０％以上
、好ましくは約０．０２８％以上の酸素量を含む点であ
る。酸素含有上限は約０．０３５％であり約０．０４０
％以下である。

溶着金属の上記した合金割合および成分は組合せにおい
て比較的良好な機械的性質を生じながら一方望む高降伏
強さをえるに十分であることが判った。本発明はさらに
この特定の新規な溶着合金組成物をある特殊な合金法に
よってではな（アーク溶接法によって得る方法に関する
。この合金は初め室温で作業片に又は２５０下前後の予
熱作業片に溶着される。この予熱は母材金属自体の性質
を保つ助けとなりうるが本発明の溶着金属の性質をえる
ために必須のものではない０本発明は溶着金属の合金法
に関し、溶接前の大気温の作業片へのまた通常大気冷却
速度での溶着金属の自動焼戻しを達成する。この溶接法
は温度、冷却速度および他の冶金学的決定要素をある冶
金学的および機械的特性をもつ予め選択した合金の製造
のために調節する様に温度、冷却速度および組成を調節
する高強度合金鋼製造法とは明瞭に区別される。鋼製造
に使われる様な調節された合金法は、生成合金が比較的
調節されない条件でなされる必要がある様なまた熱が溶
接操作をするアークにより生じた必要温度および作業片
にそって動くアーク速度によってだけ調節される様な溶
接法には適用できない０本発明によれば新たに溶着した
合金は自動焼戻し法によって完成される。高強度鋼の製
造法はよく知られており母材金属用に十分応用できる。

しかしこの同じ合金技術と冶金学的方法は本発明の新規
合金溶着に使われる様なアーク溶接法で経験した比較的
調節されないランダムな時間、温度および溶着速度には
不適当であり応用できない。

本発明の主目的は溶着合金およびその合金が高水準のマ
ンガンを与える、約２．０　ｐｐｍ以下という低拡散性
水素を持つ様な合金を溶着させかつ切欠き粘り強さを損
失せず又は割れ抵抗性を減少せず高降伏強さをもつ望む
マルテンサイト型を生成する方法を提供することにある
０本発明の目的に従がい１００．０００ｐｓｉを超える
降伏強さをえるためマンガンを３．０％以上に増加でき
る０本発明によりマンガン増加につれ降伏強さも増加す
る。実際にマンガンは新規合金中１３０．０００ｐｓｉ
以上の降伏強さをえるために溶着ビード合金の約４．０
％まで増加できる。故に本発明主目的の１は極めて高水
準のマンガンを含む溶着ビード金属用合金の提供である
。また合金中のニッケル水準は実質的に約２．０％以下
の価に減少される。したがってマンガンとニッケルの降
伏強さの増加に対する関係は一般に高強度鋼合金に使わ
れる方法の逆である０本発明によれば降伏強さ増加のた
めのマンガンの使用は溶着合金においてはニッケルの使
用よりも有利であることが判った。また降伏強さ増加の
目的でマンガン濃度を増加しニッケル濃度を減少する本
発明の態様によってニッケルの悪影響も減少される。

本発明の他の目的は熱投入インチ当り約１３０キロジュ
ール、実に５５−１１０キロジュールのアーク溶接法に
より製造できる溶着金属ビードに使用するための新規高
降伏強さ合金の提供にある。

本発明の他の目的は本発明の特徴をもち溶着金属ビード
中の独特な鋼合金を生成する様改良された溶接用消耗部
材の提供にある。この新規合金は１３０．０００ｐｓｉ
に近い降伏強さにおいてさえ高い強さ、高い切欠き粘り
強さおよび割れ抵抗性の特性を生ずる。この型の新規溶
着ビード合金はこれまで使われていない。

本発明の１態様によれば１００．０００ｐｓｉをこえる
高降伏強さ鋼のＭＩＧ溶接に使用できる塩基性金属心入
り電極又は同じ目的用の有心充填ワイヤーが提供される
。この部材は本発明の溶着合金を生成する構成分を与え
る。本発明はアーク溶接消耗電極又は金属合金化粉末を
詰めた心の周りの鋼鞘より成る溶接部材に使用できる。

この心はまた部材、即ち電極全重量の約１．６％以下の
量の本質的に１００％の塩基性化合物を含む。金属合金
化粉末は標準方法で本発明の溶着ビード合成組成をもた
らす。塩基性化合物は単一成分融剤となる一方で溶着金
属中の酸素をその金属の約０．０４％以下の量に減少す
る０本発明による１００％塩基性化合物の好適例はふっ
化カルシウム粉末である。

本発明の一態様において、ふっ化カルシウム粉末は電極
全重量の約０．１乃至約０．９％の量で心に入れられる
。この少量の融剤成分、即ちふっ化カルシウム粉末によ
り融剤心入り電極の溶接問題は解決する一方ふつ化カル
シウムは生じた溶着金属中の酸素量を調節する。

本発明の更に他の態様によれば塩基性金属心入り電極に
は溶着金属中の拡散性水素量の減少のため少量の重合体
が加えられる。この重合体は約１０００下以下の融点を
もつもので粉末形状で心物質に加えることができ電極の
製造および引のばし時にその組成を保持する。この薬剤
はアーク溶接操作中渚着金属中の拡散性水素を捕える目
的で単一融剤、ふっ素を放出する０重合体は電極重量の
０．４％まで増加できる。これによって拡散性水素は従
来えられなかった１　ｐｐｍ以下、０．６　ｐｐＨ程度
まで低下できる１本発明は固体金属ワイヤー電極に使用
できるが、水素捕捉性重合体は使用できない。

本発明の一態様において塩基性金属心入りａ極は心中に
ふっ素含有重合体の様な水素捕捉に使われる粉末の他に
単一成分融剤としてふり化カルシウム粉末を含む。金属
合金化粉末はまた単一塩基性成分および水素捕捉性重合
体と共に心に加えられる。心は低炭素鞘で巻かれ、鞘は
直径的０．１００インチ以内の電極に引伸ばされる。も
ちろん消耗電極心に合金用金属粉の必要を避けるため電
極組を合金用電炉中で製造できる。

合金用金属が正確に調節された鞘金属中にあるが又は心
中の金属合金用粉末によって調節されるかは重要ではな
い。本発明の新規溶着合金の製造には心への合金用金属
の使用が明瞭な利点を生ずる０本発明の一態様として塩
基性金属心入り電極があり、これは溶着金属中に調節量
の酸素および拡散性水素を含む最適合金系の利点をもつ
０本発明の新規合金の製造のためこのような電極を用い
た例はない０本発明によって極めて高強度鋼のＭＩＧ溶
接がアウトオブポジション溶接においてさえも達成され
たのである。

本発明は実施において塩基性金属心入り電極に特徴があ
るので、溶着金属ビードの合金用金属は粉末状であり心
に圧縮されている。もちろん冶金学的精度が鞘鋼の合金
化でえもれるならば合金用物質は電極周囲の鞘に添加で
きる。

本発明の好ましい最も実際的な態様によれば低炭素又は
低合金鋼鞘は心の周囲に用いられる。望む溶着合金を生
成する合金用金属は心に粉末として加えられる。電極は
望む太さ、好ましくは直径０．１００インチ以下の円筒
に引伸ばされる。溶接用電極は降伏強さ１０２．０ＯＯ
ｐｓｉ　　（ＨＹ　−１００）、更に１３０．０ＯＯｐ
ｓｉ　　（ＨＹ−１３０）さえももつ高降伏強さをもつ
鋼溶接用に使用できる。ふり化カルシウムは１．６０％
以下の調節制限最大量でありまたこのふっ化カルシウム
は電極内又は電極上の唯一融剤成分を成しているのでこ
の塩基性金属心入り電極はアウトオブポジション溶接に
使用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼作業片上に溶着金属中の拡散性水素２．０ｐｐｍ
   以下、溶着金属中の酸素０．０４０重量％以下、および
   溶着金属の降伏強さ約８５，０００ｐｓｉ以上をもつ溶
   着金属ビードをインチ当り約１３０キロジュール以下の
   溶接熱投入により溶着させる溶接用部材において、上記
   溶着金属がその重量基準で０．０３−０．０９％の炭素
   、２．５−４．０％のマンガン、０．０１−０．０５％
   のチタン、約１．０％以下のけい素、２．０％以下のニ
   ッケルおよび０．０３５％以下の酸素を含む鋼合金であ
   ることを特徴とする溶接用部材。２、上記けい素が０．
   ２−０．６％の範囲内である請求項１に記載の改良法。 ３、上記ニッケルが０．１８−１．８％の範囲内である
   請求項２に記載の改良法。 ４、上記酸素が０．１５−０．０３５％の範囲内である
   請求項３に記載の部材。 ５、上記溶着金属が１．５％以下のモリブデンを含有す
   る請求項４に記載の部材。 ６、上記モリブデンが０．１−１．３％の範囲内である
   請求項５に記載の部材。 ７、上記溶着金属が１．５％以下のモリブデンを含有す
   る請求項２に記載の部材。 ８、上記モリブデンが０．５−１．３％の範囲内である
   請求項７に記載の部材。 ９、上記ニッケルが０．８−１．８％の範囲内である請
   求項１に記載の部材。 １０、上記酸素が０．１５−０．０３５％の範囲内であ
   る請求項９に記載の部材。 １１、上記溶着金属が１．５％以下のモリブデンを含有
   する請求項１０に記載の部材。 １２、上記モリブデンが０．５−１．３％の範囲内であ
   る請求項１１に記載の部材。 １３、上記酸素が０．０１５−０．０３５％の範囲内で
   ある請求項１に記載の部材。 １４、上記溶着金属が１．５％以下のモリブデンを含有
   する請求項１３に記載の部材。 １５、上記モリブデンが０．５−１．３％の範囲内であ
   る請求項１４に記載の部材。 １６、上記溶着金属が１．５％以下のモリブデンを含有
   している請求項１に記載の部材。１７、上記モリブデン
   が０．５−１．３％の範囲内である請求項１６に記載の
   部材。 １８、上記ニッケルが０．８−１．８％の範囲内である
   請求項１６に記載の部材。 １９、鋼作業片上に溶着金属中拡散性水素１．０ｐｐｍ
   以下、溶着金属中の酸素０．０４０重量％以下、および
   溶着金属の降伏強さ約１００，０００ｐｓｉ以上をもつ
   溶着金属ビードをインチ当り約１３０キロジュール以下
   の溶接熱投入により溶着させる溶接用部材において、上
   記溶着金属がその重量基準で０．０３−０．０９％の炭
   素、２．５−４．０％のマンガン、０．０１−０．０５
   ％のチタン、約１．０％以下のけい素、２．０％以下の
   ニッケル、１．５％以下のモリブデンおよび０．０３５
   ％以下の酸素を含む鋼合金であることを特徴とする溶接
   用部材。 ２８、上記けい素が０．２−０．６％の範囲内である請
   求項１９に記載の部材。 ２１、上記ニッケルが０．８−１．８％の範囲内である
   請求項１９に記載の部材。 ２２、上記酸素が０．０１５−０．０３５％の範囲内で
   ある請求項１９に記載の部材。 ２３、上記モリブデンが０．５−１．３％の範囲内であ
   る請求項１９に記載の部材。 ２４、鋼作業片上に溶着金属中の拡散性水素２．０ｐｐ
   ｍ以下、溶着金属中の酸素０．０４０重量％および溶着
   金属の降伏強さ約１００，０００ｐｓｉ以上をもつ溶着
   金属ビードをインチ当り約１３０キロジュール以下の溶
   接熱投入により沈着させる溶接用部材において、上記溶
   着金属がその重量基準で０．１０％以下の炭素、２．５
   −４．０％のマンガン、０．０１−０．０５％のチタン
   、約１．０％以下のけい素、２．０％以下のニッケル、
   １．５％以下のモリブデンおよび０．０３５％以下の酸
   素を含む鋼合金であることを特徴とする溶接用部材。 ２５、上記けい素が０．２−０．６％の範囲内である請
   求項２４に記載の部材。 ２６、上記ニッケルが０．８−１．８％の範囲内である
   請求項２４に記載の部材。 ２７、上記酸素が０．０１５−０．０３５％の範囲内で
   ある請求項２４に記載の部材。 ２８、上記モリブデンが０．５−１．３％の範囲内であ
   る請求項２４に記載の改良法。 ２９、（ａ）溶着金属中の拡散性水素が２．０ｐｐｍ以
   下であり、上記溶着金属重量を基準として０．０３−０
   ．０９％の炭素、２．５−４．０％のマンガン、０．０
   １−０．０５％のチタン、約１．０％以下のけい素、２
   ．０％以下のニッケルおよび０．０３５％以下の酸素を
   含む合金組成をもつ様な溶着金属とする様溶接用部材を
   選択し、 （ｂ）上記部材を溶融し鋼作業片上に溶着させるアーク
   を発生させるため電流を用い、かつ （ｃ）上記部材が上記作業片にそってインチ当り約１３
   ０キロジュール以下の溶接熱投入割合で溶かされるにつ
   れて上記部材を移動させる； 工程より成ることを特徴とする上記作業片上に上記溶着
   金属ビードを沈着させる方法。 ３０、上記けい素が０．２−０．６％の範囲内である請
   求項２９に記載の方法。 ３１、上記ニッケルが０．８−１．８％の範囲内である
   請求項２９に記載の方法。 ３２、上記酸素が０．０１５−０．０３５％の範囲内で
   ある請求項２９に記載の方法。 ３３、上記溶着金属が１．５％以内のモリブデンを含有
   する請求項２９に記載の方法。 ３４、上記モリブデンが０．５−１．３％の範囲内であ
   る請求項３３に記載の方法。