JPH03498A - 肉盛溶接用フラックス - 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） 本発明は肉盛溶接用フラックスに係り、特に、高温にお
ける繰返し加熱、冷却下で使用されるロールにおいて、
優れた耐熱亀裂性、耐摩耗性並びに耐食性を有する肉盛
溶接金属を得るのに適した肉盛溶接用フラックスに関す
るものである。 （従来の技術及び解決しようとする課題）高温の金属片
の移送、圧延等に使用される熱間ロール、例えば、連続
鋳造用引抜きロール等は。 高温金属片との接触による加熱及び水や水蒸気による冷
却を繰返し受け、極めて苛酷な使用条件下に曝される。 このような条件下において使用するためには。 高度な耐食性、耐摩耗性或いは耐熱亀裂性を有する材料
によってロールを製作する必要がある。 このような連続鋳造用引抜きロールとしては、従来、低
合金鋼によって製作した素地ロールの外周面に１３ｃｒ
マルテンサイト系鋼を肉盛溶接したものが提案されてい
る。しかしながら、このロールにおいては、加熱、冷却
の繰返しにょる熱応力のためにロール表面に亀裂が発生
し、ロールの使用寿命が著しく低下するという問題があ
り、その改善が望まれていた。 なお、１３Ｃｒマルテンサイト系には、１３Ｃｒ−２Ｎ
ｉ系、１３Ｃｒ−４Ｎｉ系などがあり、また、これに類
するものとして１６Ｃｒ−３Ｎｉ系等の肉盛溶接ロール
がある。 いずれにしても、従来の肉盛溶接ロールは、耐熱亀裂性
或いは耐摩耗性の面で不充分であり、したがって、充分
なこれらの性能を有する肉盛溶接金属を得るための溶接
材料も、現在のところ、見当らない状況にある。 したがって、優れた上記特性が得られる溶接材料の開発
が望まれている現状であるが、開発に当たっては、溶接
材料は肉盛溶接において割れ等の欠陥の発生がなく、良
好な作業性を有するものである必要があることは云うま
でもない。 本発明は、か＼る要請に応えるべくなされたものであっ
て、高温における繰返し加熱、冷却下において充分な耐
熱亀裂性、耐摩耗性を有する肉盛溶接金属が得られると
共に、良好な作業性を有する肉盛溶接用材料を提供する
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） 本発明者等は、前記課題を解決するべく種々の溶接材料
を試作、性能試験を行うことにより検討を重ねた。 その際、特に耐熱亀裂性については肉盛溶接金２の強度
、線膨張係数、組織がその特性に大きな影響を与えると
考え１強度については特に高温における耐力が高いこと
、線膨張係数については低いこと、また組織については
単相であることが。 それぞれ耐熱亀裂性に対して有利であるとの観点から、
これらの性質に着目しながら、溶接材料の開発を推進し
た。 その結果、１３Ｃｒ系鋼又は１７Ｃｒ系鋼を電極（フー
プ又はワイヤ）とし、その組合せフラックスとして、Ｃ
Ｏ２成分、ＣａＯ成分、Ｓｉｎ、、ＺｒＯ，、金属フッ
化物、ＡＱ２０．を規制すると共に、金属粉としてＣ，
Ｎｉ、Ｍｏ、ＷとＣｕ、Ｖ又はＮｂを所定量添加したフ
ラックスを用いることにより、可能であることを見い出
し、ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明は、ＣＯ□成分：３〜１０％。 ＣａＯ：１０〜２５％、５ｉｏ２：２０〜４０％、　Ｚ
ｒＯ２：５〜２０％、金属フッ化物＝２〜１０％及びＡ
ｌ１．０３：１０〜２０％を含有し、更に金属粉として
、Ｃ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：１〜４％及びＭｏ：０
．８〜２．５％を含み、がっ、■。 Ｎｂ及びＷのうちの１種又は２種以上を次式０式％ を満足する範囲で含み、必要に応じて更にＣｕ：０゜３
〜２％を含む金属粉を含有する組成を有し、１ａＣｒ系
又は１７Ｃｒ系鋼の７ｊ１極と組合せて用いるための肉
盛溶接用フラックス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） 本発明における化学成分の限定理由は以下のとおりであ
る。 Ｃ○　′　：３〜１０％ ＣＯ２は大気とのシールド性を確保するために３％以上
が必要である。しかし、１０％を超えるとｆｆｉ鋼流が
乱れ、スラグ巻込み、アンダーカッＩ・を生じる原因と
なる。したがって、ＣＯ□量は３〜１０％の範囲とする
。 なお、ＣＯ２成分は、各種金属炭酸塩の形で添加され、
その添加量はそれらの換算量である。 ＣａＯ：　１０〜２５％ ＣａＯはフラックスの塩基度を高め、溶接時の冶金反応
を促進すると共にスラグの剥離性を高める成分であり、
そのためには１０％以上添加する必要がある。しかし、
２５％を超えるとスラグの粘性が増大しすぎて、均一な
ビード形状が得にくくなる。したがって、ＣａＯ量は１
０〜２５％の範囲とする。 なお、ＣａＯは炭酸塩の形で添加しても良く、その場合
にはＣａＯに換算した量で添加される。 Ｓｉ○　：２０〜４０％ Ｓｉｎ、は滑らかなビード形状を得、且つ良好な剥離性
を確保するために不可欠であり、この効果を発揮するた
めには２０％以上を添加させなければならない。しかし
、多すぎると高温割れが発生し易くなると共にビードの
均一性が損なわれるため、４０％以下に抑える必要があ
る。したがって、５ｉｎ２量は２０〜４０％の範囲とす
る。 なお、５ｉｎ２は粘結剤から添加されるものも含められ
る。 Ｚｒｏ　：５〜２０％ ＺｒＯ，はビードの馴染み並びにアークの安定性を向上
させるのに有効であり、５％以上添加することでその効
果が発揮される。しかし、２０％を超えて添加するとス
ラブの剥離性が損なわれる。 したがって、ＺｒＯ□量は５〜２０％の範囲とする。 金　フッヒ　：２〜１０％ 金属フッ化物はアークを安定させると共にスラグの流動
性を増し、滑らかなビードを得るために重要な役割を果
たす成分である。このような効果は２％以上添加するこ
とで有効に発揮される。しかし、１０％を超えるとアン
ダーカットが発生するため、１０％以下に抑える必要が
ある。したがって、金属フッ化物量は２〜１０％の範囲
とする。 なお、金属フッ化化物としては、はたる石、氷晶石或い
はフッ化バリウム等が例示される。 ＡＱ　　Ｏ：１０〜２０％ ＡＱ２０．はスラグの融点に大きく作用する成分の１つ
であり、これが過少であるとスラグの剥離性が悪化し、
過多であるとスラグの融点が高くなりすぎ、凸ビードと
なると共に止端部の直線性が保てなくなる。したがって
、ＡＱ２０Ｊは１０〜２０％の範囲とする。 衾凰丞土 金属粉としては以下の成分を特定量含むものを添加する
必要がある。 ■金ｙ４Ｎｉ：１〜４％ 金ｆｉＮｉはオーステナイト生成元素であり、溶接金属
のδフェライトの析出を抑制し、マルテンサイト単相組
織にするのに効果がある。また、溶接金属の靭性を向上
させる効果がある。これらの効果を発揮させるためには
１歩留りを考慮すると、１％以上添加する必要がある。 しかし、４％を超えて添加すると、オーステナイトが残
留すると共に線膨張係数が高くなることから、耐熱亀裂
性が劣化する。したがって、金属Ｎｊ量は１〜４％の範
囲とする。 ■金属Ｍｏ：０．８〜２．５％ 金ｇｃＭ　ｏは溶接金属の高温強度を増加するのに効果
があり、そのためには歩留りを考慮すると、０．８％以
上の添加が必要である。しかし、２．５％を超えて添加
すると、δフェライトの生成を抑えることが難しくなり
、耐熱亀裂性が阻害される。 したがって、金属Ｍｏ量は０．８〜２゜５％の範囲とす
る。 ■金属Ｖ、金属Ｎｂ、金属Ｗ： 金属Ｖ、金属Ｎｂ、金属Ｗはそれぞれ溶接金属中のＣと
結びつき、炭化物を形成することにより、溶接金属の線
膨張係数を増加することなく、主として高温における強
度、耐力を増加させる。 このことは、耐熱亀裂性を大きく向上させるのに効果が
ある。また、これらの金属を添加することによって、焼
戻しに対する軟化抵抗が向上する。 このことも、耐熱亀裂性の改善に寄与する。このような
効果はこれらの金属のうち、１種を単独で添加しても発
揮することができるが、複合添加することにより、更に
顕著な効果が発揮される。 但し、これらの効果を有効に発揮させるためには、Ｖ、
Ｎｂ、Ｗのうち、少なくとも１種類以上を次式 ％式％） において、０．０２％以上を添加する必要がある。 しかし、上記式において、０．８％を超えて添加すると
、靭性の劣化、δフエライト生成による熱亀裂性の劣化
、或いは溶接作業性におけるスラグ剥離性の劣化が見ら
れる。 したがって、金属Ｖ、金属Ｎｂ、金属Ｗについては、少
なくとも１種類以上を添加し、その添加量は下記式を満
たす範囲とする。 ０．０２％≦（１／４）　Ｘ　Ｖ　＋　（１／８）　Ｘ
　Ｎｂ＋　（１／１５）　ｘ　ｗ≦０．８％ なお、上記金属成分については、フェロバナジウム、フ
ェロニオブといった形で添加しても良い。 ■金＠Ｃｕ：Ｑ、３〜２％ 金属Ｃｕは高温水蒸気に対する耐食性向上に効果があり
、必要に応じて添加することができる。 添加する場合、歩留りを考慮すると、０．３％以上の添
加が必要である。しかし、２％を超えて添加すると、溶
接金属に高温割れが発生し易くなることから、金属Ｃｕ
量は０．３〜２％の範囲に制限する必要がある。 ■Ｃ：　０．１〜０．５％ ＣはＮｂ、Ｖ等の元素と炭化物を形成し、高温強度を向
上させる効果がある。また、δフエライト生成を抑制し
１組織をマルテンサイ１−にする効果がある。 通常、電極材して用いる１３Ｃｒフエライト系鋼のＣ含
有量は、比較的低いことが多く１例えば、０．０４％程
度であるため、本発明における目的を充分達成するため
には、フラックス中に０．１％以上のＣを添加する必要
がある。しかし、０゜５％を超えて添加すると、溶接性
、特に低温割れ性が劣化すると共に残留オーステナイト
が形成され易くなる。したがって、Ｃ量は０．１〜０．
５％の範囲での添加が適正である。 本発明に係るフラックスの基本構成は上記のとうりであ
るが、その他の成分は必要に応じて適宜添加させても良
い。例えば１強度向上及び脱酸効果のため、金、＠　Ｓ
　ｉ、金属Ｍｎが挙げられ、上記必須成分との兼ね合い
を考慮して、それぞれ２％以下及び６％以下程度で添加
しても差し支えない。 以上の構成のフラックスを１３Ｃｒ系又は１７Ｃｒ系鋼
の電極と組合せて肉盛溶接することにより、極めて優れ
た耐熱亀裂性並びに耐摩耗性、耐食性を有する肉盛溶接
金属を得ることができ、ひいては優れた耐久性を有する
熱間ロール等を提供することができる。なお、ここで１
３Ｃｒ系鋼又は１７Ｃｒ系鋼とは、ＪＩＳＧ４３１６　
　溶接用ステンレスｍ線材（ＳＵＳ　　Ｙ　　４１０、
ＳＵＳ　　Ｙ４３０）に相当する材料であり、Ｃｒｉと
しては。 ＳＵＳ　　Ｙ　　４１０のＣｒ量は１１．５０〜１３．
５Ｏ％、ＳＵＳ　　Ｙ　　４３０のＣｒ量は１５．５０
〜１７．００％である。また、フープ状乃至帯状に加工
したもの、或いはソリッドワイヤに加工したものを用い
ることができることは云うまでもない。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 大嵐■上 第１表に示す成分組成のフラックスを使用し。 以下の条件で肉盛溶接を行い、溶接作業性を評価した。 その結果を第２表に示す。 なお、溶接作業性はスラグ剥離性、スラグ焼付・き、ア
ンダーカット、ビード形状、溶接割れについて評価し、
すべて良好なものを○、１項目でも不良のものは×とし
た。 く溶接施工条件〉 被溶接材：　５２５Ｃ１ ３２ｔＸ　３００ｔｇＸ　５００　Ｑ 溶接方法−帯状電極サブマージアーク溶接使用電極：１
３Ｃｒ系鋼（市販ＵＳＢ−４１０）、０．４鳳凰ｔＸ５
０ｍｍｗ 極　性：ＤＣ，ＲＰ 溶接電流：６５０Ａ 溶接電圧：２５ｖ 溶接速度：　１９ｃｍ／ｍｉｎ 予熱・バス間：　２００〜ｂ ！Ａ層方法：４パス１層で３層盛 （引張試験片及び＠＊試験片採取用 は、２パス１層で７１ＦＩ盛） 次いで、良好な作業性であると判断された肉盛溶接部か
ら６００℃Ｘ２ｈｒのＳＲ処理を施した後、ヒートクラ
ック試験片を採取すると共に、溶接金属の高温引張試験
片、ｉ撃試験片を採取し、ヒートクラック性、高温強度
、衝撃特性を評価した。 それらの結果を第２表に併記する。 なお、ヒートクラック試験は、高周波コイルにより試験
片表面を急速加熱し、次いで表面から水冷し、これを繰
返す方式であり、具体的条件としては、試験片表面温度
において７００℃と１５０℃との繰返しを８００回行っ
た。試験後、試験片を切断し、最大割れ深さを測定して
、ヒートクラツク性を評価した。 また、高温引張試験片はＪＩＳ　　Ｇ　　０５６７に準
拠した形状とし、５００℃で試験した。衝撃試験片はＪ
ＩＳ　　Ｚ　　２２０２．４号の形状とし、２０℃で試
験した。第１図にヒートクラック試験における加熱コイ
ル及び試験片の状況、第２図に付与熱サイクルパターン
、第３図に試験片形状をそれぞれ示す。 溶接金属の性能を評価するに当たり、ヒートクラック性
については、従来の肉盛溶接金属の性能を大幅に上回る
性能を有することを前提とし、上記試験条件において最
大割れ深さが０．６ＩＩ１ｍ以下のものを合格とした。 また、高温引張性能については、耐摩耗性の面から５０
０℃での引張強度が７０ｋｇｆ／ｍｌ１１２以上有する
ものは合格とした。 衝撃性能については、２０℃での吸収エネルギーが０．
５ｋｇｆ−ｎ＋に満たないものについては不合格とした
。 ヒートクラック性、高温引張性能及びｍｓ性能について
は、それぞれ前記判定基準を満足したものは０とした。 なお、ヒートクラック性については、最大割れ深さが０
　、３　ｍ＋ｍ以下と極めて優れているものは◎とした
。総合評価としては、これらの性能がすべて良好なもの
を合格（０，０）とした。 第２表において、Ｎａ　１〜Ｎα１３は本発明例であり
、Ｎα１４〜Ｎα２８は比較例であり、以下の如く考察
される。 Ｖ、Ｎｂ、Ｗが添加されていないもの（Ｎα１４）、及
びそれらの添加量が不足しているもの（Ｎｎ２０）は、
高温強度並びにヒートクラック性が満足しなかった。 Ｃを添加しなかつたち（７）（Ｎｃｉ１５）は、Ｖ、Ｎ
ｂ等を添加しても炭化物の形成量が不足したため、高温
強度及びヒートクラック性を満足しなかった。 Ｎｉを添加しなかったもの（Ｎａ１６）は、δフエライ
ト生成により、ヒートクラック性が劣ると共に靭性が満
足しなかった。Ｎｆ量を４％を超えて添加されたもの（
翫１７、＆２２）は、残留オーステナイトの生成及び線
膨張係数の増加によりヒートクラック性を満足しなかっ
た。 Ｖ、Ｎｂ或いはＷの添加量が過剰のもの（Ｎα１８、Ｎ
ｃｉ　１９　）は、靭性が劣化すると共に、δフエライ
ト生成により、ビー１〜クラツク性を満足しなかった。 また、Ｎα１８については、スラブ剥離性の低下もみら
れた。 Ｃｕ１ｌが２％を超えたもの（Ｎα２１）は、溶接金属
に高温割れが発生した。Ｃ量が０．５％を超えたもの（
Ｎｃｔ２２）は、残留オーステナイトの生成により、ヒ
ートクラック性が劣化した。 ＣＯ２量が３％に満たないもの（Ｎａ２３）は、シール
ド性が悪く、内部に気孔が発生した。また、ＣＯ，量が
１０％を超えたもの（Ｎａ２６）は、スラグ巻込み欠陥
がみられた。 ＡＱ２０．量が２０％を超えたもの（Ｎα２５）は、ビ
ードが突起状になると共に止端部の直線性が劣った。 ＳｉＯ□量が４０％を超えたもの（Ｎα２６）は、ビー
ドの均一性が劣った。 ＺｒＯ□量が５％に満たないもの（Ｎα２７）は、ビー
ド止端部がオーバーラツプ気味になり、これに伴いスラ
グ剥離性が損なわれた。 金属フッ化物量が１０％を超えたもの（＆２８）は、ア
ンダーカットが発生すると共にスラグ剥離性が劣った。 これらの比較例に対し、本発明例Ｎα１〜Ｎｎ１３につ
いては、いずれも溶接作業性が良好であると共にヒート
クラック性、高温強度、衝撃特性が優れており、とりわ
け、Ｖ、Ｎｂ、Ｗを複合添加したもの（Ｎ（１７〜Ｎａ
１３）については、極めて優れたヒートクラック性を有
していることが確認された。

【以下余白】

ス１ｊし４ 実施例１における本発明例Ｎα１１〜Ｎａ　１３で得ら
れた溶接金属から３ｔＸ　２５　Ｘ　３５の腐食試験片
を採取し、高温水蒸気酸化試験を行った。試験条件は６
００℃及び７００℃でそれぞれ８ｈｒとし、試験後の酸
化増量を計測した。試験結果を第３表に示す。 同表に示すように５．Ｃｕを適当量添加したＮ。 １２及びＮ（１１３は、Ｃｕを添加しなかったＮα、　
１１に比べて、酸化増量が小さくなっており、Ｃｕ添加
により耐食性が向上することが確認された。 【以下５余白］ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、連続鋳造用引抜
きロールを代表とする熱間ロール等として、必要な耐熱
亀裂性、耐摩耗性並びに耐食性をすべて兼ね備えた肉盛
溶接全屈が良好な作業のものと得られることが可能とな
り、ひいては優れた性能を有する肉盛ロール等を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートクラック試験における加熱コイル及び試
験片の状況を示す図、 第２図は付与熱サイクルパターンを示す図、第３図（ａ
）、（ｂ）は試験片形状をそれぞれ示す図である。 １・・・試験片、２・・・加熱用コイル、３・・・熱雷
対挿入孔。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、ＣＯ＿２成分：３〜１
   ０％、ＣａＯ：１０〜２５％、ＳｉＯ＿２：２０〜４０
   ％、ＺｒＯ＿２：５〜２０％、金属フッ化物：２〜１０
   ％及びＡｌ＿２Ｏ＿３：１０〜２０％を含有し、更に金
   属粉として、Ｃ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：１〜４％及
   びＭｏ：０．８〜２．５％を含み、かつ、Ｖ、Ｎｂ及び
   Ｗのうちの１種又は２種以上を次式０．０２％≦（１／
   ４）×Ｖ＋（１／８）×Ｎｂ＋（１／１５）×Ｗ≦０．
   ８％ を満足する範囲で含む金属粉を含有する組成を有し、１
   ３Ｃｒ系又は１７Ｃｒ系鋼の電極と組合せて用いるため
   の肉盛溶接用フラックス。
2. （２）前記金属粉が更にＣｕ：０．３〜２％を含むもの
   である請求項１に記載の肉盛溶接用フラックス。