JPH03294088A - 抵水素系被覆アーク溶接棒 - 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） 本発明は特に低温じん性が優れ、かつ耐力が６５ｋｇｆ
／ｍｍ２以上の高強度な溶接金属を得ることのできる低
水素系被覆アーク溶接棒に関するものである。

（従来の技術） 低水素系被覆アーク溶接棒は、耐割れ性や低温じん性が
優れていることから、拘束の大きな箇所や高張力鋼の溶
接に広く使用されている。一方最近では、溶接構造物の
大型化にともない、使用される鋼材も厚くなる傾向を示
すとともに、板厚減少のため高強度な鋼材の使用も増加
している。

（発明が解決しようとする課題） しかし一般に溶接金属の強度増加と、低温じん性確保は
相反する傾向を示すため、高強度化とともにしん性を向
上させる新たな手法が必要となっている。溶接金属のし
ん性向上について、特開昭５４−１１４４５号公報では
、被覆剤にチタン酸化物。

硼素の酸化物を添加することにより、溶接金属を細粒な
均一組織とし、低温じん性、特にＣＴＯＤ特性を向上す
ることが開示されているが、より高強度で高じん性な溶
接金属が求められる現今のシビアな要求に対しては、す
でに不充分となっている。

またＳｉＣを使用して溶接金属の酸素量を低減する技術
としては、特開昭５８−１３８５９１号公報及び特開昭
６１−２３２０９４号公報があるが、前者は耐ピツト性
を向上したすみ肉溶接棒に関するものであり、後者はＣ
ｒ−Ｍｏ系の低合金耐熱鋼用溶接棒として、使用中脆化
特性および低温じん性を向上したものであり、いずれも
高張力鋼用溶接棒として、大幅にじん性を向上したもの
とはなっていない。

本発明は、高張力鋼２例えば７０〜９０キロ級高張力鋼
の溶接において、優れた低温じん性を示す溶接金属の得
られる低水素系被覆アーク溶接棒を提供するものである
。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、 金属炭酸塩＝３０〜６０重量％ （以下％はいずれも重量％を示す。） 金属弗化物：１３〜２３％ ＳｉＣ：０．１〜０．６％ Ｓｉ　　　　　：３．２〜５．６％ Ｍｇ　　　　　：０．８〜５．０％ Ｍｎ　　　　　　　：　２．２　〜７．４　　％Ｎｂ、
　Ｖの１種以上を：０，０２〜０．８％その他に、上記
以外のアーク安定剤、スラグ生成剤、合金剤および粘結
剤からなる被覆剤をＣ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．０
５％以下である鋼心線に被覆したことを特徴とする低水
素系被覆アーク溶接棒である。

従来より溶接金属のしん性向上のため、溶接金属を低酸
素化することが有効であることが知られている。しかし
被覆アーク溶接棒においては、被覆剤の分解によって発
生する酸素や大気中の酸素が溶接時にアーク中に巻き込
まれ、溶接金属中に入いるため大幅な酸素量低下には至
らなかった。

本発明者らは種々の検討を行った結果、ＳｉＣ，Ｓｉを
被覆剤に複合添加することが溶接金属の酸素量低下に有
効なことを見出すとともに、これらの添加によるＣ、Ｓ
ｉ増加を心線中のＣ，Ｓｉ限定により防止し、加えてＮ
ｂ、　Ｖの微量添加により高強度で高じん性な溶接金属
の得られる溶接棒を開発したものである。

（作　用） 本発明は以上の知見に基いてなされたものであり、以下
に作用とともに詳細に説明する。

本発明の特徴の一つは、被覆剤中にＳｉＣとＳｉを複合
添加し、溶接金属中の酸素量を大幅に低下した点にある
。

従来より低水素系溶接棒において、Ｓｉは有効な脱酸剤
として、および溶接金属の粘性を良好に保ち溶接作業性
を維持する成分として、主としてＦｅ−５ｉの形で多（
使用されている。Ｓｉは溶接金属の酸素を下げる一方で
、結晶粒を粗大化し、じん性を劣化させる成分としてそ
の使用は微妙な調整が必要とされていた。しかし脱酸剤
としてさらにＳｉＣを微量添加すると、この強力な脱酸
力により被覆剤中のＳｉを制限した上で大幅に溶接金属
の酸素量を低下でき、じん性向上にきわめて有効である
。しかもＦｅ−３ｉ等の金属Ｓｉの形で被覆剤に添加す
るよりもＳｉＣとして添加すると、脱酸剤としての効果
は大きく働くものの、Ｓｉの溶接金属への移行が少く、
スラグ化するため溶接金属のＳｉ量低減に有効である。

第１表は、ＣａＣＯ３４５％、　ＢａＣ０ｚ　３％、　
Ｃａ、Ｆ、１８％。

ルチール３％、金属Ｍｎ３．０％、金属Ｍｏ２．０％。

金属Ｍｇ３．０％、Ｆｅ−Ｖ（５０％Ｖ）０．２％、Ｆ
ｅ−３ｉ（４０％５ｉ）４．０〜１５％、　ＳｉＣＯ−
０，８％、粘結剤６．８％、残部が鉄粉からなる被覆剤
をＣＯ，０１２％。

Ｓｉ０．０１％、　Ｍｎ０．５２Ｘ　、　Ｐ　０．００
８％、　　８０．００３％。

残部がＦｅ及び不可避不純物からなる直径４．０■。

長さ４００即の心線に、被覆外径が６．３鴫になるよう
に被覆塗装したあと乾燥焼成して溶接棒を作製し、ＪＩ
ＳＺ３２１２に従って溶接し、溶着金属の衝撃試験と酸
素分析を行ったものである。

第１表 その結果、Ｆｅ−３ｉが８％未満すなわちＳｉが３．２
％未満である溶接棒Ｎα７，８，１０は、ＳｉＣの添加
量にかかわらず溶着金属の酸素量が低くならず、−４０
℃の吸収エネルギーも低かった。同じ＜ＳｉＣが添加さ
れていない溶接棒Ｎα１，１０も、溶着金属の酸素量が
０．０３００％を超え、−４０℃の吸収エネルギーが１
０ｋｇｆｍ未満であった。

一方Ｆｅ−３ｉが１４％すなわちＳｊが５．６％を超え
る溶接棒Ｎα９、及びＳｉＣが０．６％を超える溶接棒
Ｎα６は、溶着金属の酸素量は大幅に低下しているもの
の、Ｓｉ、　　Ｃ過多による脆化により一４０℃におけ
る吸収エネルギーは低かった。

以上の結果より、Ｓｉの被覆剤への添加量は３．２％未
満では溶接金属の酸素量の低下が十分でなく、５．６％
を超えるとＳｉの増加による脆化がおこるため、３．２
〜５．６％と定めた。

またＳｉＣの被覆剤への添加量は、０．１未満では溶接
金属の酸素量低下の効果が十分でなく、０．６％を超え
るとＣ量の増加によるしん性の劣化が大きいため、０．
１〜０．６％と定めた。ＳｉＣの微量添加は、溶接金属
の酸素量低下とともに微量Ｃの歩留りによる焼入れ性増
加により、強度向上にも有効である。

さらに本発明のもう一つの特徴は、心線中のＣ９Ｓｉ量
を限定して被覆剤に添加するｓｉＣ、Ｓｉの効果を有効
にしたものである。心線中のＣが０．０２％を超えるか
、Ｓｉが０．０５％を超えると、被覆剤中のＣ１Ｓｉ量
の歩留りと相まってＣ，Ｓｉが過多となり、溶接金属の
脆化をおこすため、心線中のＣ，Ｓｉ量はそれぞれ０．
０２以下、０．０５％以下と定めた。

続いてＭｇは、被覆剤に添加され脱酸剤として働き清浄
な溶接金属を得るのに有効なほか、アーク安定剤として
溶接作業性確保の上でも非常に効果的である。その添加
量が０．８％未満では十分な脱酸効果が得られず、一方
５％を超えて添加すると溶接時アークが不安定となり、
スパッタが増加するとともにスラグの粘性が低下し、ス
ラグのはく離性が劣化するので、Ｍｇの被覆剤への添加
範囲を０．８〜５％とした。

Ｍｎは、脱酸剤として酸素量を低下するほか、脆化の原
因となるＳを固定する働きを持ち、じん性改良に効果が
ある。加えて鋼の焼入れ性を大幅に向上し、強度を上昇
するため高張力鋼用溶接棒には欠かすことのできない成
分である。その被覆剤への添加量が２．２％未満ではじ
ん性７強度向上効果が十分でなく、７．４％を超えると
溶接金属の焼入れ性が過剰となりじん性が劣化するので
、Ｍｎの添加範囲を２．２〜７．４％とした。

Ｎｂ、　Ｖは、被覆剤への微量添加で溶接金属の強度を
著しく向上することができる。これらの添加量が０．０
２％未満では強度向上効果が十分でなく、また０、８％
を超えると逆にしん性劣化が大きくなるため、Ｎｂ、　
Ｖの一種以上の添加量を０．０２〜０．８％とした。

さらに本発明にいう金属炭酸塩とは、ＣａＣ０，。

ＢａＣＯ３，ＭｇＣＯ３，ＭｎＣ０ｚなどを指し、Ｃａ
ＣＯ３を必須として必要に応じて他のものを組合せ、そ
の合計を３０〜６０％含有せしめるものである。これら
の金属炭酸塩は、アーク中で分解してＣＯ□ガスを発生
し、溶融メタルを大気からしゃ断し、アーク雰囲気中の
水素・窒素のガス分圧を下げると共に塩基性のスラグを
生成する効果を有する。この添加量が３０％未満ではス
ラグの融点が低下し、スラグの被包性が悪くなって良好
なビードを得ることができず、また大気をしゃ断するガ
ス発生Ｉが不足するため、ピットやブローホールが発生
したり溶接金属の水素量が増加し、耐割れ性が劣化する
。

方６０％を超えて添加した場合は、ガス発生量が過剰と
なりピットが多発すると共にスラグの融点が上昇してス
ラグの流動性が悪（なり、溶接母材とのなじみが不均一
となりビード形状が悪くなる。

また本発明にいう金属弗化物とは、ＣａＦ、、　ＢａＦ
。

ＭｇＦｔ　、　ＡＩＦｓ、　ＭｎＦｔ、　ＬｉＦなどを
指し、Ｃａｂ、を必須とし必要に応じて他のものを組合
せ、その合計を１３〜２３％含有せしめるものである。

これらの金属弗化物は、いずれもスラグの融点を下げ、
流動性の良いスラグをつくる。またアーク中で分解した
弗素は溶融メタルや溶融スラグの水素と反応し、溶接金
属の水素を下げて耐割れ性の良好な溶接金属をつくる。

これらの添加量が１３％未満では、適当なスラグの流動
性が得られず、ビード形状が悪くピットが発生したり溶
接金属の水素量が増加して割れを発生させたりする。一
方２３％を超えて添加すると、スラグの粘性が不足しビ
ード形状が悪くなったり、また被覆筒も弱くなり溶接作
業性が劣ってくる。

次に被覆剤に含有せしめるその他のアーク安定剤、スラ
グ生成剤とは、鉄粉、アルカリ成分、ルチールなどを指
し、その添加量は特に規定しないが、その合計は２〜２
５％が溶接作業性の面から望ましい。

また本発明にいうその他の合金剤とは、Ｎｉ。

Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｔｉ、　Ｃｕなどを指し、溶接金属の
強度増加。

低温じん性安定及び耐熱性、耐食性などの向上の目的で
、それぞれ必要に応じて添加される。これらはそれぞれ
の金属粉のほか、鉄および他の金属との合金粉の形で添
加される。その添加量はそれぞれ目的に応じて変化する
ため特に規定しないが、その合計は溶接作業性及び溶接
棒製造の際の被覆の塗装性の面から、３０％以下が望ま
しい。

また粘結剤としては、硅酸ソーダ、硅酸カリで代表され
る水ガラスなどのバインダー成分を指すもので、水ガラ
ス中の５ｔ（ｂとＮａｎｏ、　ＫｚＯなどのアルカリ成
分のモル分率であられされるモル比が１．５〜３．５の
範囲の水ガラスを使用することが望ましい。

本発明溶接棒は以上述べた被覆剤を、心線の周囲に被覆
剤工員が２５〜４０％となるように通常の溶接棒塗装機
により被覆塗装したあと、水分を除去するため３５０〜
５５０℃で焼成して製造する。

なお本発明溶接棒の心線は、ｃ、３１が前記の規定範囲
である炭素鋼心線のほか、その目的に応じてＮｉ、　Ｃ
ｒ、　Ｍｏ等を含有する低合金心線も使用することがで
きる。

（実施例） 次に実施例により本発明の効果をさらに具体的に示す。

第２表に使用した心線（各４　ｍ＋ａ径）の化学成分。

第３表に本発明例の溶接棒、および比較のために用いた
溶接棒の被覆剤組成と各種試験結果を示す。

第２表 ５２ 第３表において、Ａ−１〜ＡＩＯが本発明例の溶接棒で
あり、Ｂ−１〜Ｂ−１２が比較例の溶接棒である。

これらの溶接棒の低温じん性及び耐力を比較するために
、溶着金属の衝撃試験及び引張試験を実施した。すなわ
ちＪｉＳＺ３２１２に基づいて予熱・パス間温度１００
℃、溶接電流１７０Ａ、溶接入熱２０ｋＪ／国なる条件
で溶接を行い、ＪＩＳＺ３１１１に従って溶着金属の衝
撃試験、引張試験を行ったものである。

衝撃試験はＪＩＳＺ２２４２に従って一４０℃で行い、
−４０℃での吸収エネルギーが１０）ｃｇｆ；ｍ以上を
良好とした。

また引張試験は、ＪＩＳＺ２２４１によって室温で行い
、それぞれ０，２％耐力を求めた。０．２％耐力が６５
ｋｇｆＺ１２以上を良好とした。

さらにこれらの溶接棒について、溶接作業性試験も実施
した。本発明例の溶接棒による溶着金属の一４０℃にお
ける吸収エネルギーは、ＳｉＣ、Ｓｉ。

Ｍｇによる脱酸作用が十分に行われることにより、全て
１０ｋｇｆ−ｍ以上の良好な値を示した。また０、２％
耐力も、ＳｉＣより添加されたＣによる焼入れ性向上に
よる強度増加、及びＭｎ、　Ｎｂ、　Ｖ添加による強度
向上効果により、全て６６ｋｇｆ／ｍｍ”以上であった
。

さらに溶接作業性にも優れていた。

一方被覆剤にＳｉＣが添加されない溶接棒Ｂ−１゜０．
１％未満の溶接棒Ｂ−７，Ｓｉが３．２％未満である溶
接棒Ｂ−４及びＭｇが０．８％未満である溶接棒Ｂ−８
は、いずれも脱酸作用が不十分なため一４０℃の吸収エ
ネルギーが低かった。またＭｎが２．２％未満の溶接棒
Ｂ−８は、焼入れ性の向上が十分でなく、０．２％耐力
も低かった。

ＳｉＣが０．６％を超えた溶接棒Ｂ−２はＣの歩留りす
ぎにより、またＳｉが５．６％を超えた溶接棒Ｂ−３は
Ｓｉ過多による脆化により、いずれも−４０℃の吸収エ
ネルギーが低かった。

Ｍｇが５％を超え、さらに金属弗化物が２３％を超えた
溶接棒Ｂ−６は、溶接作業性が著しく劣ったので溶着金
属試験を中止した。

Ｎｂ、　Ｖが添加されていない溶接棒Ｂ−５は、これら
の析出による強度向上効果がなく、０．２％耐力が低か
った。逆にＮｂ、　　Ｖが０．８％を超えた溶接棒Ｂ−
７は０．２％耐力は十分であったが、−４０℃の吸収エ
ネルギーが著しく低くかった。

心線のＣが０．０２％を超える溶接棒Ｂ−９，Ｂ−１１
、及び心線のＳｉが０．０６％を超える溶接棒Ｂ−１０
，８−１２はいずれも強度は十分であったが、Ｃ，Ｓｉ
の歩留りすぎによる脆化のため一４０℃の吸収エネルギ
ーが低かった。

さらに溶接棒Ｂ−２は、金属炭酸塩が少ないのでガス発
生量が不足し、スラグの流動性が劣った。

逆に溶接棒Ｂ−４は、金属炭酸塩が多すぎるため母材と
のなじみが不均一になり、ビード形状が悪かった。溶接
棒Ｂ−３は、金属弗化物が少ないためスラグの流動性が
悪く、凹凸の激しいビード形状を呈し１、溶接作業性が
悪かった。

（発明の効果） 以上の様に本発明溶接棒は、例えば従来の７０〜９０キ
ロ鋼用溶接棒と比較して、高耐力で低温じん性のきわめ
て向上した溶接金属の得られるものであり、今後の高張
力鋼の需要の増大にともなって、拘束の大きな箇所や大
型構造物の溶接の品質向上に資するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属炭酸塩：３０〜６０重量％ 金属弗化物：１３〜２３重量％ ＳｉＣ：０．１〜０．６重量％ Ｓｉ：３．２〜５．６重量％ Ｍｇ：０．８〜５．０重量％ Ｍｎ：２．２〜７．４重量％ Ｎｂ、Ｖの１種以上を：０．０２〜０．８重量％その他
   に、上記以外のアーク安定剤、スラグ生成剤、合金剤お
   よび粘結剤からなる被覆剤をＣ：０．０２重量％以下、
   Ｓｉ：０．０５重量％以下である鋼心線に被覆したこと
   を特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。