JPH0360598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は送給性および耐スパツタ性にすぐれた
アーク溶接用鋼ワイヤの製造法に関し、更に詳し
くは送給性および耐スパツタ性にすぐれたアーク
溶接用鋼ワイヤとして内部酸化層を形成せしめ有
効酸素量として40〜300ppmを含有せしめた鋼ワ
イヤの製造法に係るものである。 アーク溶接、特にCO₂アーク溶接において、近
年とみにその溶接作業が高速化、複雑化および広
範囲化しつつあり、送給性および耐スパツタ性に
すぐれた鋼ワイヤが要望されている。 従来、アーク溶接に用いられている0.8〜2.4mm
φの溶接用鋼ワイヤを製造する場合の工程の概略
を記すと、(1)表面スケール除去工程、(2)荒引伸線
工程、(3)軟化焼鈍工程、(4)メツキ前（酸洗）処理
工程、(5)メツキ工程、(6)仕上線引工程、(7)巻取り
工程、などがあげられる。 溶解、鍛造、熱延を経て５〜８mmφ程度に加工
された線材の表面には、多量のスケールが付着し
ている。 このスケールの残存は、荒引伸線工程における
ダイス荒れの主原因となり、その生産性を極度に
低下させるばかりでなく、線引によつてスケール
がワイヤ内部に楔状にくいこみ、これがメツキ密
着性を阻害する等の問題となる。従つてスケール
除去工程は、製造工程上重要であつて機械的に剥
離除去した後、さらに酸洗による化学的な除去手
段が取られている。 焼鈍は、製品ワイヤの引張強度を調整する目的
で行なわれるものであるから、焼鈍を施す線径
は、目標とする製品引張強度、製品径あるいは素
材の化学的組成（線引加工によつて受ける硬化の
度合）などの諸条件を考慮して選択されるのが普
通である。 焼鈍の手段として通常実施されているものは、
定置型の加熱炉で工程と分離して行なう場合や、
製造工程中の加熱炉あるいは電気通電などによつ
て連続的に行なわれる場合がある。この時の加熱
雰囲気は大気中で行なわれる場合が多いが、大気
中でのスケール生成によるロスを防ぐ目的や銅メ
ツキ後に焼鈍する場合は酸化防止の意味から、窒
素ガス、水素ガス等の非酸化性ガスが使用される
ことが多い。大気中焼鈍によるスケールはもとよ
り、非酸化性ガス雰囲気による場合でもワイヤ表
面には、伸線工程中に付着した潤滑剤やその燃焼
残物質が少なからず残存しているものである。こ
れらのワイヤ表面のスケールおよび残存付着物
は、メツキ工程のメツキの仕上りに多大な影響を
及ぼすために、メツキ工程の前に酸洗工程を配し
ている。 メツキ後のワイヤは所定の線径に線引加工した
のちに捲取られ実用に供される。 以上、従来のアーク溶接用ワイヤ製造工程の概
略について述べたが、従来おこなわれてきた焼鈍
工程は加工硬化したワイヤの軟化のために実施さ
れており、その雰囲気も大気以外に非酸化性ガス
を用いる場合でも、ただ単に生成スケールを出来
る限り抑える目的であつた。 本発明はこのような従来実施されてきた焼鈍工
程の加熱炉の雰囲気組成を制御することによつ
て、軟化焼鈍と同時に内部酸化層を形成させた溶
接作業性（送給性および耐スパツタ性）にすぐれ
たアーク溶接用鋼ワイヤの製造法を提供するもの
である。 すなわち、本発明の要旨は、少なくとも(a)熱延
によつて生成された鋼ワイヤ表面のスケールを除
去する工程、(b)荒引伸線工程、(c)メツキ前処理工
程、(d)メツキ工程、(e)所定の線径に伸線する仕上
伸線工程、(f)伸線後の捲取工程、(g)焼鈍工程の(a)
〜(g)を実施するアーク溶接用鋼ワイヤの製造工程
において、前記焼鈍工程(g)をFe₂SiO₄の酸素解離
圧ΠFe₂SiO₄の10倍を上限とし、１倍を下限とす
る酸素ポテンシヤルを有する制御雰囲気中で加熱
をおこなう熱処理工程とすると共に、該工程(g)を
前記工程のうち(a)〜(e)のいずれかの後に挿入する
ことを特徴とする送給性および耐スパツタ性にす
ぐれたアーク溶接用鋼ワイヤの製造法にある。 以下、本発明を詳細に説明する。 通常、熱延後の鋼ワイヤ表面には、Fe酸化物
（FeO，Fe₃O₄，Fe₂O₃など）のような外部酸化層
が生成されているが、このままでは雰囲気の酸素
ポテンシヤルを制御して加熱しても焼鈍工程にお
いて内部酸化層を有効に形成することはできな
い。 すなわち、焼鈍工程において内部酸化層を効果
的に形成せしめるためには、あらかじめ外部酸化
層を除去したのち、加熱炉雰囲気を制御・調整し
て、外部酸化層であるFeOより高級な酸化物
（Fe₃O₄，Fe₂O₃）を生成せしめないように焼鈍を
おこなう必要がある。 溶接作業性向上にもつとも効果のある鋼ワイヤ
を製造するためには、外部酸化層の発達していな
い内部酸化層を十分生成せしめる必要があり、理
論的にはFeO／Feの平衡酸素分圧に等しい雰囲
気酸素ポテンシヤルに設定しなければならない。 以上の観点から、本発明者らは極めて広範囲に
亘る研究をおこなつた結果、焼鈍炉雰囲気酸素ポ
テンシヤルはFeO／Feのそれよりも低いFe₂SiO₄
の解離酸素圧（ΠFe₂SiO₄）以上においてもつと
も有効であることを見出した。 通常、鋼ワイヤと同じ組成を有する鉄鋼ではも
つとも一般的な内部酸化物はSiO₂である。SiO₂
の内部酸化層を形成せしめるには、制御雰囲気中
の加熱工程において鋼材表面の酸素濃度を外部酸
化層を生成せしめない限界まで一杯に高め、なお
かつSi量はSiO₂の外部酸化層を形成せしめない
程度に高濃度である必要がある。それゆえ、制御
雰囲気の酸素ポテンシヤルはFeO／Feの平衡酸
素分圧（800℃ではPo₂＝1.072×10^-19atm）とし、
鋼ワイヤのSi量は3.0％以下であることが望まし
いことが知られている。しかしながら、本発明者
らの研究結果では、Fe₂SiO₄の平衡解離圧
（ΠFe₂SiO₄，Po₂＝8.97×10^-21atm，800℃）以上
に設定したときもつとも効果的な内部酸化層が形
成されることが判明した。 工業的に制御雰囲気の酸素ポテンシヤルを制御
するにはH₂O／H₂，CO₂／CO比を調整するのが
もつとも一般的である。すなわち、FeO／Feの
平衡酸素分圧に相当するP_H2O／P_H2比、または
P_Cp2／P_Cpは、800℃においてはそれぞれ0.45，
0.43である。Fe₂SiO₄では800℃において、0.130
と0.156となる。勿論、不活性ガスにO₂をリーク
させて、上記のFeO／Fe，Fe₂SiO₄の平衡酸素分
圧に設定しても効果は同じである。第１表にCO
−CO₂−N₂混合雰囲気およびH₂−H₂O−N₂混合
雰囲気におけるCO／CO₂比およびH₂／H₂O比−
酸素ポテンシヤル（Po₂）の温度変化を示す。

【表】 表の最下欄にΠFe₂SiO₄（Fe₂SiO₄の解離酸素圧）
を示した。これによつてSiO₂の内部酸化層を形
成せしめるに必要な制御雰囲気の酸素ポテンシヤ
ルとCO−CO₂−N₂混合雰囲気のCO／CO₂比をも
とめることができる。すなわち、700〜900℃の温
度域において、酸素ポテンシヤルはそれぞれ700
℃では約１×10^-23atm，800℃では約１×
10^-20atm，900℃では約１×10^-18atmとなり、
CO／CO₂比は大凡１／６であることがわかる。
そして、許される上限は前述の酸素ポテンシヤル
の10倍とし、下限は１倍とする。 H₂−H₂O−N₂混合雰囲気においても同様であ
り、ΠFe₂SiO₄に相当するH₂／H₂O比を有する雰
囲気である。この場合、雰囲気中の酸素ポテンシ
ヤルがΠFe₂SiO₄の10倍を超えると外部酸化層が
生成され、１倍未満では内部酸化層の生成が不十
分である。 鋼ワイヤに要求される内部酸化層を形成せしめ
るには、上記のように設定した制御雰囲気におい
て熱処理するのであるが、その前処理として熱延
ワイヤの表面に生成されているスケールを除去し
なければならない。 スケールを除去する手段は機械的方法や酸洗に
よる方法、電解による方法など種々の方法がある
がいずれの方法も使用できる。 また、内部酸化熱処理工程を伸線工程後におく
場合は、伸線後のワイヤ表面に残存する潤滑剤の
種類によつてそれに応じた手段を講ずる必要があ
る。 伸線に使用する潤滑剤が石灰等の固型潤滑剤で
あれば除去する必要がないが、液体潤滑剤の場合
には、ワイヤ表面に比較的一様かつ多量に残るこ
とから、脱脂・酸洗等により完全に除去するのが
望ましい。しかし、実用上は伸線工程の最終ダイ
スの減面加工率を少なくしかつ潤滑剤の代りに水
を使用する、いわゆる水引き程度の処置で充分で
ある。 メツキ前処理後に加熱する場合のワイヤ表面
は、すでに残存付着物が完全に除去されているの
で、内部酸化層形成に最も好ましい条件にある。 この場合には加熱処理後のワイヤ表面にも多少
の酸化物が生成されるので、メツキ密着性をより
良くするために、軽い酸洗処理を加えることが望
ましい。 銅メツキ後の仕上伸線工程は、加熱処理によつ
て軟化したワイヤの引張強度を、伸線加工後の所
定の線径において好ましい範囲に調整される目的
で行なわれるものであるから、例えば2.0φ，2.4φ
等の比較的太径ワイヤの製造では、銅メツキの光
沢を増すためにわずかに加工される以外にほとん
ど行なわれない場合が多い。 従つて実質的に制御雰囲気による加熱は、巻取
り工程前のどこで行なつても同様の効果が得られ
るものであるが、形成された内部酸化層の深さ
は、その後の伸線加工による減面程度に比例して
薄くなるから、出来る限り最終線径に近い位置で
実施するのが効率的である。次に本発明の製造法
を好適に実施しうるワイヤの製造装置の一例を図
面により説明する。 第１図においてCO−CO₂系制御雰囲気加熱の
例を述べる。１は所望の径に熱延された後の素線
材を巻戻して供給する供給スタンド、２は線材表
面のスケールを除去するデスケーラ、３は線材表
面を清浄化する前処理槽で、酸洗槽、水洗槽およ
び中和槽から構成される。４はワイヤ１６を所定
の中間径寸法に伸線加工するための伸線材で、複
数のダイスを通して段階的に減面加工してゆく。 ５ａ，５ｂは制御雰囲気での加熱工程前後にワ
イヤを巻取り、巻戻すためのスタンド、５ａから
取りはずされた巻取りワイヤ６は、定置型加熱炉
７にセツトされる。 所定の酸素ポテンシヤルに混合されたCO−
CO₂系雰囲気ガスタンク８内のガスは、流量計９
で流量調整された後、導入管１０ａを介して炉内
に導入される。 炉内に充たされた雰囲気ガスは排出管１０ｂに
よつて炉外へ排出される。巻取りワイヤ６は、所
定の昇温速度で加熱、保持された後、炉冷する。
この間炉中雰囲気は所定の酸素ポテンシヤルに保
たれ、ワイヤ表面層には内部酸化層が形成される
とともに軟化される。 この工程の後、巻取りワイヤ６は、巻戻しスタ
ンド５ｂにセツトされ、巻戻され、その後の工程
に供給される。１１はメツキ前処理槽で、酸洗
槽、水洗層、中和槽、湯洗槽で構成される。１２
はCuメツキを施すためのメツキ槽とメツキ後の
湯洗槽を示す。１３はメツキされたワイヤ１６を
最終的な径にまで伸線するための仕上伸線機、１
４は伸線後の矯正ローラー、１５は巻取り機であ
る。 以上、第１図は、ワイヤを焼鈍軟化させ、かつ
内部酸化層形成のための加熱工程を伸線工程とメ
ツキ前処理工程間で行なつた場合の例を示したも
のであるが、定置型炉を使用するため工程が中断
し、生産能率の点で好ましくない。 第２図は、これを連続的に行なおうとする場合
のH₂−H₂O−N₂系制御雰囲気加熱工程を実施す
るための装置の一例を示すものである。 １６はワイヤで、第１図４の伸線工程後、５ａ
のスタンドを介さずに連続的に供給された状態を
示す。 １７は加熱炉本体で、炉内は任意の熱源により
所定の温度に保たれる。 １８ａ，１８ｂは、水槽で、炉内雰囲気ガスの
遮へいの他に、後述するいくつかの重要な役割を
はたす。 １９は雰囲気調整用H₂−（H₂O）−N₂混合ガス
タンクで、２０は供給ガスを均一に混合するため
の混合タンク、２１は混合フアンである。 混合された雰囲気ガスは、２５のガス分析器で
所定の酸素ポテンシヤルが保たれるに必要な調整
ガスが混合されたことが確かめられた上で、導入
管２２を介して、加熱炉入口側水槽１８ａ内で解
放される。この水槽内の水温は、温度制御装置２
８によつて所定の温度に保たれているから、ガス
はここで水温に相当する蒸気圧を付与され、炉内
の酸素ポテンシヤルは所定に保たれる。炉内のガ
スは排出管２３を介して冷却器２４に導かれ、ガ
ス分析器で分析され混合タンク２０に入り循環す
る。炉内のガス圧は、圧力計２７と電磁弁２６と
によつて一定に保たれる。 一方ワイヤは炉内で所定の温度、時間加熱さ
れ、軟化および内部酸化層が形成された後、水槽
１８ｂで冷却され連続的に後の工程に供給され
る。 次に実施例をあげて本発明を詳細に説明する。 実施例 １ 0.08％Ｃ，1.9％Si，1.5％Mn，0.02％Ｐ，0.01
％Ｓ，0.01％Al，0.01％Ti，0.0045％Ｏの化学組
成の試料を真空溶解し、鍛造、伸線工程を経て
2.2mmφのワイヤを仕上げた。このワイヤを第２
図に示した制御雰囲気炉の２９ａ，２９ｂバルブ
を閉じ、CO／CO₂比またはH₂／H₂O比が１／
１，2.5／１，および４／１になるように調整し
たCO−CO₂混合ガスまたはH₂／H₂O混合ガスを
その都度１９の混合ガスタンクに供給し、700゜，
800゜および900℃に保定した１７の制御雰囲気炉
中に流し、内部酸化層を形成させた。しかるの
ち、酸洗（10％HCl，60℃）後、銅メツキを施
し、銅メツキした鋼ワイヤを1.2mmφに伸線し溶
接作業性を評価した。すなわち、内部酸化層の厚
さ、有効酸素量、銅メツキ性の難易（メツキ密着
性）、ワイヤ表面のワレの有無、送給性およびス
パツタ量をもとめた。 送給性はワイヤ送給モーターの電機子電流値を
測定し、2Aをこえるときは送給に難があると判
断し、不合格とした。スパツタ発生量はスパツタ
捕集箱でスパツタを捕集し、4.0gr／minをこえ
るものは不合格とした。溶接条件は第２表に示す
とおりである。

【表】

【表】 CO／CO₂比が１／１，2.5／１，４／１である
制御雰囲気中で、700，800，900℃×８，60，120
分加熱ワイヤおよびH₂／H₂O比が１／１，2.5／
１，４／１である制御雰囲気中で800℃×８，60，
120分加熱したそれぞれのワイヤを第２表の溶接
条件で溶接し、その溶接作業性を評価した結果は
第３表に示すとおりである。

【表】 CO／CO₂比及びH₂／H₂O比が１／１の制御雰
囲気では、外部酸化層の生成が著しく、銅メツキ
性が極端に悪化し、銅メツキが斑点状となつた。
これに対し、Fe₂SiO₄の解離圧、すなわち
ΠFe₂SiO₄の10倍から１倍の範囲内の酸素ポテン
シヤルの制御雰囲気では外部酸化はおこらず、内
部酸化のみとなり、各評価項目の結果は第３表に
示すとおりとなつた。 実施例 ２ 第４表に示す種々の化学組成の試料を真空溶解
し、鍛造、伸線工程を経て2.2mmφのワイヤに仕
上げた。

【表】 これらのワイヤを第２図に示した制御雰囲気炉
の２９ａ，２９ｂバルブを閉じ、CO／CO₂比が
2.5／１，４／１および６／１になるように調整
したCO−CO₂混合ガスをその都度１９の混合ガ
スタンクに供給し、700℃，800℃および900℃に
保定した１７の制御雰囲気炉中に流し、内部酸化
層を形成させた。しかるのち酸洗（10％HCl，60
℃）後、銅メツキを施し、伸線し1.2mmφのワイ
ヤで溶接作業性を評価した。すなわち、内部酸層
厚さ、メツキ密着性、ワイヤ表面のワレの有無、
送給性およびスパツタ量をもとめた。 送給性は、ワイヤ送給モータの電機子電流値を
測定し、2A以下であれば合格とした。スパツタ
量はスパツタ捕集箱で採取し、4.0gr／minを超
えるものは不合格とみなした。CO／CO₂比が
４／１の制御雰囲気中で800℃×120分加熱したワ
イヤを第２表の溶接条件で溶接し、溶接作業性を
評価した結果を第５表に示す。

【表】 このようにFe₂SiO₄の解離圧の１倍から10倍の
範囲内の酸素ポテンシヤルの制御雰囲気で加熱す
ると、いずれのワイヤとも有効に内部酸化層が形
成され、送給性、耐スパツタ性共に良好で溶接作
業性に優れた鋼ワイヤが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ワイヤの製造法を実施する製造
装置の一例を示す説明図、第２図は第１図におけ
る加熱工程を連続的に行なう装置の一例を示す詳
細図である。 １…供給スタンド、２…デスケーラ、３…前処
理槽、４…伸線機、５ａ，５ｂ…巻取り，巻戻し
スタンド，６…巻取りワイヤ、７…定置加熱炉、
８…雰囲気ガスタンク、９…流量計、１０ａ，１
０ｂ…導入，排出管、１１…メツキ前処理槽、１
２…メツキ槽、１３…仕上伸線機、１４…矯正ロ
ーラー、１５…巻取り機、１６…ワイヤ、１７…
加熱炉本体、１８ａ，１８ｂ…水槽、１９…雰囲
気調整用混合ガスタンク、２０…混合タンク、２
１…混合フアン、２２…導入管、２３…排出管、
２４…冷却器、２５…ガス分析器、２６…電磁
弁、２７…圧力計、２８…温度制御装置、２９
ａ，２９ｂ…ガス調整弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも(a)熱延によつて生成された鋼ワイ
   ヤ表面のスケールを除去する工程、(b)荒引伸線工
   程、(c)メツキ前処理工程、(d)メツキ工程、(e)所定
   線径に伸線する仕上伸線工程、(f)伸線後の巻取工
   程、(g)焼鈍工程の(a)〜(g)を実施するアーク溶接用
   鋼ワイヤの製造工程において、前記焼鈍工程(g)
   を、Fe₂SiO₄の解離酸素圧〓Fe₂SiO₄の10倍を上
   限とし、１倍を下限とする酸素ポテンシヤルを有
   する制御雰囲気中で加熱する熱処理工程とすると
   共に、該工程(g)を前記工程のうち(a)〜(e)のいずれ
   かの後に挿入することを特徴とする送給性および
   耐スパツタ性に優れたアーク溶接用鋼ワイヤの製
   造法。