JPH03285793A

JPH03285793A - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH03285793A
Application number: JP8377890A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nishikawa; 裕西川; Shogo Natsume; 夏目　松吾; Noriyuki Hara; 則行原
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-16
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0829431B2

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、低水素系被覆アーク溶接棒に係り、特に６０
　ｋｇｆ　／　ｍｍ２級以上の高張力鋼及び低Ｎｊｆｉ
の溶接用として良好な破壊靭性が得られる低水素系被覆
アーク溶接棒に関する。（従来の技術及び解決しようとする課題）近年において
、鋼構造物、特に高圧タンクや圧力容器等の安全性を確
保するための弾塑性破壊力学の導入及びそれに伴う溶接
部へのより高い破壊靭性値の要求が設計思想面での動向
として特筆される。要求特性値としては、脆性破壊発生
温度と関連するシャルピー衝撃試験での破面遷移温度（
ｖＴｒｓ）、設計温度での破壊靭性値（ＫＩＣ）等が代
表的なものである。従来、これらの構造物は、溶接部の靭性の確保が困難な
ことから、低強度の材料で製作されることが殆どである
が、許容応力を高くし得る高張力鋼化への要望はより高
まりつつある。本発明は、かきる要望に応えるべくなされたものであっ
て、特に高張力鋼等の溶接用として良好な破壊靭性が得
られる溶接材料を提供することを目的とするものである
。（課題を解決するための手段）前記課題を解決するため、本発明者等は、特に破壊靭性
値（Ｋ工Ｃ）に着目し、良好な破壊靭性が得られる高張
力鋼用被覆アーク溶接棒について鋭意検討を加えた。周知のように、低強度溶接金属の分野ではＴｊ−Ｂ系溶
接金属とすることによって靭性は改善される。しかし、
高強度溶接金属では、マルテンサイ１へとベイナイトの
混合組織となるので、前者とは靭性向上へのアプローチ
が異なるものである。そこで、本発明者等は、新たな観点に立脚して、高強度
溶接金属の靭性向」二に有効な方策を見い出すべく鋭意
検討を重ねた結果、以下の重要事項を明確にした。すなわち、溶接金属において、次の（１）〜（５）を適
用することにより、良好な破壊靭性が得られることが判
明した。（１）靭性に有害なＮを０．００８％以下とすること、（２）Ｃを０，０６％以下として低炭素組織とすること
、（３）酸素量を０．０２％以下とすること（従来の被覆
アーク溶接棒では第７図に示す如＜　０．０３％が限度
である）、（４）Ｎｊを１．５％以」二として７１−リツクスを強
靭化すること、（５）Ｐを０．０１０％以下として再熱域の脆化を軽減
すること（第８図参照）。そして、これらの事項を達成するための具体的手段につ
いて更に研究を重ねた結果、特に以下の■〜■の手段が
有効なことを見い出した。 ■溶接金属のＮを０．００８％以下に保つために、被覆
剤中のＣＯ７を８％以」二とすること（第２図参照）、
心線のＮを０．００５％以下とすること（第１図参照）
、被覆率を２６〜４５％とすること（第３図参照）、 ■溶接金属のＣを０．０６％以下に保つために、心線の
Ｃを０６０５％以下とすること、■溶接金属の酸素量を
０．０２％以下に保つた− めに、被覆剤中にＭｇを１．３％以上含有させること（
第４図参照）、溶接棒全体のＭｎを０．３％以上とする
こと、同様にＡＱを００１０％以下とすること（第５図
参照）、被覆剤中の酸性酸化物を合計で１２％以下とす
ること（第６図参照）、■溶接棒全体のＰを０．０１０
％以下とすること。本発明は、以−にの知見に基づいて更に詳細に実験を重
ねて完成したものである。すなわち、本発明は、Ｃ：０．０５％以下及びＮ：０．
００５％以下に規制した銅心線の周囲に、金属炭酸塩を
Ｃ○２換算で８〜２８％、金属弗化物を弗素換算で４〜
９％、Ｍｇを１．３〜３．５％含有し、残部が主として
脱酸剤、合金、鉄分、スラグ剤、粘結剤からなり、これ
らのうちの酸性酸化物として、９％以下の８１０２．３
％以下のＴｊ○２．２％以下のＡＱ２０３．２％以下の
ＺｒＯ２を合計で１２％以下に規制してなる被覆剤を、
被覆率（棒全重量に対する被覆剤重量の％）が２６〜４
５％となるように被覆し、かつ、溶接棒全体として、Ｍ
ｎ：０．３〜２．１％、　Ｎｉ：ｉ、５〜６．０％、　
Ａ　Ｑ二０．１０％以下、Ｐ：０．０１．０％以下に調
整したことを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒を要
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。（作用）ｌｌ塑域斑金属炭酸塩は、主として溶接金属中のＮを００００８％
以下にするために、被覆剤中の含有量をＣ○２換算で８
〜２８％の範囲とする。これは、８％未満では溶接金属
中のＮが増加して靭性が低下しく第２図参照）、また２
８％を超えるとスラグの粘性が増加して立向溶接が困難
になるので望ましくないためである。なお、金属炭酸塩
としてはＣａＣＯ２、ＢａＣＯ３、ＭｇＣＯ３等が挙げ
られる。金属弗化物は、スラグの粘性を調整して作業性を維持す
るために、被覆剤中の含有量を弗素換算で４〜９％の範
囲とする。これは、４％未満ではスラグの粘性が増加し
てビード形状が劣化し、また９％を超えるとアークが不
安定となり、上向溶接が困難となるので望ましくないた
めである。なお、金属弗化物としてはＣａＦ２、ＮａＦ
、ＢａＦ２、Ａ　Ｑ　Ｆ３等が挙げられる。Ｍｇは溶接金属中の酸素低減効果が極めて大きい元素で
あり、溶接金属中の酸素量を０．０２％以下に保つため
に、被覆剤中の含有量を１．３〜３．５％の範囲とする
。これは、１．３％未満では酸素量を０．０２％以下に
することが困難で靭性が改善されず（第４図参照）、ま
た３、５％を超えるとアークの広がりが劣化し、溶接が
困難となるので望ましくないためである。なお、生産性
を考慮すると、Ｍｇは合金の形での添加を主とし、粘結
剤との反応性の大きい金属の形でのＭｇは１％以下とす
る方が好ましい。被覆剤の成分としては、以」二の各成分を必須成分とす
るが、その他の成分は、主として脱酸剤、合金、鉄分、
スラグ剤、粘結剤などからなるものである。脱酸剤としては通常の脱酸剤でよい。合金は強度を向上
させるために添加するもので、ＭＯｌＣｕ、Ｎｂ、Ｖ等
々の合金が挙げられが、単体金属として添加してもよい
。スラグ剤としては、５ｊＯ２、Ｔ　３０　、、、ＡＱ２
０３、ＺｒＯ７、Ｍ’ｇ　Ｏ等々を粘性の調整を目的と
して添加することができる。また、粘結剤としては珪酸
カリ、珪酸ソーダ等々が挙げられる。但し、これらのうち、酸性酸化物の各成分量並びに合計
量を以下の如く規制する必要がある。すなわち、５ｊＯ２は、９％を超えるとガラス状のスラ
グとなって剥離性を劣化させので、９％以下とする。Ｔ
　ｉ　Ｏ２は、３％を超えるとスラグの粘性が低下して
作業性を劣化させるので、３％以下とする。ＺｒＯ２及
びＡＱ２０３はそれぞれ２％を超えるとガラス状のスラ
グを生成して剥離性を劣化させるので、それぞれ２％以
下とする。更に、これらの酸性酸化物（ＳｉＯ２、Ｔｉ
Ｏ２、ＺｒＯ２及びＡ、ｆｌ、０３）の合計が１−２％
を超えるとスラブの塩基度が不足して、溶接金属の酸素
量を０．０２％以下とすることが困難となるので（第６
図参照）、合計量を１２％以下とする。以上の組成の被覆剤は、適当な粘結剤によって鋼心線の
周囲に被覆される。一鈑橡夙成分本発明における鋼心線において、Ｃが０．０５％を超え
ると、溶接金属のＣが０．０６％を超え、高炭素マルテ
ンサイトを生成するようになり、靭性が劣化する。また、Ｎが０．００５％を超えると、溶接金属のＮが０
．００８％を超え、内部歪の増加を生じて靭性が劣化す
る。したがって、本発明における鋼心線は、Ｃｏ０゜０５％
以下及びＮ：Ｏ，００５％以下を含有するものを用いる
必要がある。なお、このような心線は、通常は炭素鋼であるが、Ｓｊ
、　Ｍｎ、　Ｔｊ、ＡＱ、等の脱酸性元素や、ＮｉＣｒ
、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖ等の元素を必要に応じて添加す
ることができる。粧−ｌ来上記組成の被覆剤は、上記組成の鋼を心線とするが、次
式で表わされる被覆率Ａ（％）が２６〜４５％であるよ
うに被覆する必要がある。しかし、被覆率が２６％未満では金属炭酸塩を被覆剤中
に多く含有させてもシールド不足を生し、溶接金属中の
Ｎが増加して靭性が低下し、また、４５％を超えるとア
ーク長が長くなり、アーク切れを伴なってシールド不足
を起こし、溶接金属中のＮが増加するので望ましくない
（第３図参照）。番慶豊奎俺勿玖分本発明では、上記各条件に加え、以下に説明するように
、溶接棒全体の成分として、Ｍｎ、Ｎｉ、ＡＱ、Ｐ等を
調整する必要がある。この場合、溶接棒全体の各成分の
量は、Ｍｎの場合を例にとると、上記被覆率Ａを考慮し
て１次式で表わされる量である。１．００まず、〔溶接棒のＭｎ）は０．３〜２．１％の範囲とす
る。これが０．３％未満では、溶接金属の酸素量を０．
０２％以下とすることが困難になり、また２、１％を超
えると北部ベイナイト組織を晶出して靭性を劣化させる
ので望ましくない。なお、Ｍｎは、心線又は被覆剤或い
は双方から添加することができ、被覆剤中でのＭｎ源と
しては金属Ｍｎ、Ｆｃ−Ｍｎ、５１−Ｍｎ等が通常用い
られる。〔溶接棒のＮｌ〕は１．５〜６．０％の範囲とする。対象とする高強度溶接金属では、〔溶接棒のＮｉ）が１
１．５％未満になると高靭性を得ることが困難となるの
で、１．５％以」二とする必要がある。」二限値は、５
％Ｎｊ鋼への適用を考慮して６．０％とした。なお、Ｎ
」も、心線又は被覆剤或いは双方から添加することがで
き、被覆剤中でのＮｉ源としては金属Ｎｉや合金が通常
用いられる。〔溶接棒のＡ１１）は０．１０％以下とする。ＡＱは脱
酸剤として作用するが、〔溶接棒のＡＱ、）がＯ１］−
０％を超えると脱酸生成物中のＡ１１２０３が溶接金属
中に多く残存するようになり、脱酸効果が消失して靭性
が劣化するので望ましくない（第５図参照）。なお、Ａ
Ｑも、心線又は被覆剤或いは双方から添加することがで
きるが、被覆剤中でのＡＱ源としては金属Ａ、　ＱやＦ
ｅ−Ａｌ１等が通常用いられる。〔溶接棒のＰ〕は０．０１０％以下とする。これが０．
０１０％を超えると、多層溶接熱サイクルによって生じ
る再熱域が著しく脆化し、靭性が劣化するので望ましく
ない。なお、Ｐは不純物であるので、被覆剤としては純
度の高い原料の使用が肝要である。なお、〔溶接棒のＳコ〕は］−００〜２．５％、［溶接
棒のＴｉ］は０．８％以下にするのが好ましい。Ｓｊは
通常の脱酸剤として有効であるが、１−　、０％より少
ない場合には立向溶接での作業性が劣化し、２．５％よ
り多いと過度の粘性となり、作業性が劣化するので望ま
しくない。Ｔｊも脱酸剤の一部として有効であるが、０
．８％より多いとスラグの焼き付きを生して作業性を劣
化させるので望ましくない。これらのＳｊ、Ｔｊを添加
する場合には、１１２心線又は被覆剤或いは双方から添加することができるが
、被覆剤中でのＳｉ源としてはＦｅ−８ｊ等の合金が、
また被覆剤中でのＴｊ源としてはＦｅＴｊ等の合金が通
常用いられる。次に本発明の実施例を示す。（実施例）第１表に示す化学成分を有する心線と、第２表及び第３
表に示す化学成分を有する被覆剤、或いは第４表及び第
５表に示す化学成分を有する被覆剤を用いて、棒径４ｍ
ｍの溶接棒を作製した。なお、本発明例の溶接棒は第２
表及び第３表に示され。比較例の溶接棒は第４表及び第５表に示されている。これらの溶接棒を用いて溶接試験を行った。溶接試験で
は、板厚２５ｍｍの鋼板（第６表に示す鋼材）にＸ開先
をとり、立向姿勢で２５ＫＪ／Ｃｍの入熱で溶接を行い
、溶接後、溶接金属からシャルピー衝撃試験片（２ｍｍ
Ｖノツチ）、引張試験片及び破壊靭性試験片（ＡＳＴＭ
　Ｅ　８１３に従う）を採取して、各種試験を実施した
。また、溶接作業性、溶接金属の酸素量も調べた。それ
らの結果を第６表に示す。第６表より、以下のように考察される。本発明例（Ｅｌ〜Ｅ８）は、いずれも作業性が良好で、
また強度、靭性ともに良好な値を示した。一方、比較例（Ｔｌ−Ｔ１７）は作業性、靭性等のいず
れも同時に満足し得ない。すなわち、比較例Ｔ１は、ＣＯ２が６．２％と少ないた
めにＮが増加して、低靭性を示した。比較例Ｔ２は、Ｃ
Ｏ２が２９．５％と多すぎるために、また比較例Ｔ３は
Ｆが２．５％と少なすぎるために、凸ビートとなり、機
械試験を中止した。比較例Ｔ４は、強度、靭性は良好であるが、Ｆを１１．
３％含有するのでアークが不安定であった。比較例Ｔ５は、Ｍｇが０．９％と少ないために溶接金属
の酸素量が高く、良好な靭性が得られなかった。比較例
Ｔ６は、Ｍｇが４．１％と多すぎるため、溶接が困難と
なり、試験を中止した。比較例Ｔ７はＳ　ｊ　Ｏ、、が１２％と多すぎるために
。比較例Ｔ８はＺｒ○、が３％と多すぎるために、スラブ
の剥離性が劣化し、またいずれも酸性酸化物の総和が１
２％を超えるために溶接金属の酸素量が高く、低靭性を
示した。比較例のＴ９とＴ１．Ｏは、被覆率が２６％未満或いは
４５％を超えているため、作業性が悪く、Ｎが増加して
低靭性を示した。比較例Ｔｌ＋は、溶接棒全体のＭｎが０．２３％と少な
すぎるために溶接金属の酸素量が高く、一方、比較例Ｔ
１２は、溶接棒全体のＭｎが２．３０％と多すぎるため
に上部ベイナイト組織を多く品出して、いずれも低靭性
を示した。比較例７１．３は、溶接棒全体のＮｉが１．５％未満の
ため、良好な靭性が得られなかった。比較例ＴＩ４は溶接棒のＡ、　Ｑが０．１５％と多すぎ
るために、比較例Ｔ１５は溶接棒全体のＰが０゜０１、
　／Ｉ％と多く再熱域の著しい脆化を生じたために、比
較例Ｔ］６は心線のＣが０．０８％と多く高マルテンサ
イ１〜を晶出したために、比較例Ｔ１．７は心線のＮが
０．００８％と多いために、いずれも低靭性を示した。

【以下余白】

特開平３２８５７９３　（６）特開平３２８５７９３　（７）０（発明の効果）以−ヒ詳述したように、本発明によれば、低水素系被覆
アーク溶接棒において心線及び被覆剤の組成並びに溶接
棒全体の組成、被覆率を規制したので、特に高張力鋼等
の高強度溶接金属を対象として優れた靭性が得られる。したがって、鋼構造物の高張力鋼化に寄与する効果は顕
著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は心線のＮ量と溶接金属のＮ量の関係を示す図、
第２図は被覆剤中のＣＯ２量と溶接金属のＮ量の関係を
示す図、第３図は被覆率と溶接金属のＮ景の関係を示す
図、第４図は被覆剤中のＭｇ量と溶接金属の酸素量の関
係を示す図、第５図は溶接棒全体のＡＱ量と溶接金属の
酸素量の関係を示す図、第６図は被覆剤中の酸性酸化物
量と溶接金属の酸素量の関係を示す図、第７図は溶接金
属の酸素量と溶接金属のｖＴｒｓ（シャルピーＷｆ撃試
験での破面遷移温度）及びに□、（破壊靭性値）の関係
を示す図、第８図は溶接棒全体のＰ量と溶接金属のｖＴ
ｒｓ及びに□。の関係を示す図である。２（ＯＡ）Ｎψい針側０％）ＮωＶ−Ｓ＊喀≦ つ・Ｏｉ−γυ（ワ♂”−／ｎ）”’ｕ　　’￥Ω＃ｐ
４’（）、）　′；ＡＩＡ　ｔｐ’＠／号斜り（２）゛
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Claims

【特許請求の範囲】

重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０５％以下及びＮ：
０．００５％以下に規制した鋼心線の周囲に、金属炭酸
塩をＣＯ＿２換算で８〜２８％、金属弗化物を弗素換算
で４〜９％、Ｍｇを１．３〜３．５％含有し、残部が主
として脱酸剤、合金、鉄分、スラグ剤、粘結剤からなり
、これらのうちの酸性酸化物として、９％以下のＳｉＯ
＿２、３％以下のＴｉＯ＿２、２％以下のＡｌ＿２Ｏ＿
３、２％以下のＺｒＯ＿２を合計で１２％以下に規制し
てなる被覆剤を、被覆率（棒全重量に対する被覆剤重量
の割合）が２６〜４５％となるように被覆し、かつ、溶
接棒全体として、Ｍｎ：０．３〜２．１％、Ｎｉ：１．
５〜６．０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｐ：０．０１０
％以下に調整したことを特徴とする低水素系被覆アーク
溶接棒。