JPH0371237B2

JPH0371237B2 -

Info

Publication number: JPH0371237B2
Application number: JP59136359A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanaka; Masato Konishi; Tatsuhiko Shigematsu; Tsuyoshi Kurokawa
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1991-11-12
Also published as: JPS6114100A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、９％Ni鋼等のNi含有鋼或はNi基合
金を溶接対象とする場合に、耐凝固割れ性能、耐
再熱割れ性能及び低温靭性等の優れた溶接金属を
得ることのできるNi基被覆アーク溶接棒に関す
るものである。〔従来の技術〕 Ni基被覆アーク溶接棒はNiを主成分とする金
属心線の外周にフラツクスを被覆してなるもので
あり、耐食性、耐熱性、低温靭性等の優れた溶接
金属を得ることができるので、Ni基合金同士の
溶接や９％Ni鋼の様な低温用鋼の溶接、或はNi
基合金に対する異材溶接（例えばフエライト鋼と
の溶接）等に幅広く使用されている。殊に最近９
％Ni鋼製LNGタンクの建造が盛んに行なわれて
おり、Ni基被覆アーク溶接棒の需要は急増する
傾向が見られる。〔発明が解決しようとする問題点〕 Ni基被覆アーク溶接棒はNi−Cr系の組成を
有するインコネル系被覆アーク溶接棒と、Ni
−Mo系の組成を有するハステロイ系被覆アーク
溶接棒に大別されるが、前者は溶接金属の凝固割
れが発生し易く、この問題を回避する為には低電
流、低速度で溶接せざるを得ず作業能率が非常に
悪いという欠点があり、一方後者には前者の様な
問題がなく優れた溶接能率のもとで耐凝固割れ性
の良好な溶接金属を得ることができるが、反面、
多層溶接の様に繰返し熱履歴を受けたときには再
熱割れが発生し易く、また溶接金属の曲げ性能が
悪くなるという欠点があり、用途が狭い範囲に限
定される。本発明はこうした状況のもとで、優れた耐凝固
割れ性及び低温靭性を有すると共に耐再熱割れ性
においても良好な性能を示す溶接金属を得ること
のできる、ハステロイ系のNi基被覆アーク溶接
棒を提供しようとするものである。〔問題点を解決する為の手段〕本発明は、Ni：60％（重量％：以下同じ）以上及びMo：12〜30％を含有する他、 Fe：３〜15％ Cr：５％以下Ｗ：５％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を含有
するNi基合金心線の外周に、少なくとも金属弗化物を弗素元素換算で５〜25
％含有する被覆剤を塗布してなり、更にNi基合金心線中及び被覆剤中のいずれか
一方又は双方には、下記の計算式で与えられる値
の諸元素を含めてなるところに要旨を有するもの
である。〔Si〕：0.2〜1.0％〔Mn〕：0.15〜2.0％〔Al〕：0.10〜0.8％〔Mg〕：0.02〜0.2％〔Ｙ〕，〔Ca〕，〔希土類元素〕よりなる群から
選択される１種以上：0.03〜0.5％但し〔Si〕＝Si（Ｗ）＋0.9H×Si(F) 〔Mn〕＝Mn（Ｗ）＋0.9H×Mn(F) 〔Al〕＝Al（Ｗ）＋0.5H×Al(F) 〔Mg〕＝Mg（Ｗ）＋0.2H×Mg(F) 〔Ｙ〕＝Ｙ（Ｗ）＋0.2H×Ｙ(F) 〔Ca〕＝Ca（Ｗ）＋0.2H×Ca(F) 〔希土類元素〕＝希土類元素（Ｗ）＋0.2H×希土類元素(F) 上記式において各元素記号の後に（Ｗ）を付し
たものは当該元素の心線中の含有率（％）を、ま
た各元素記号の後に(F)を付したものは、当該元素
の被覆剤中の含有率（％）を夫々示し、Ｈは下記
式によつて求められる被覆比を示す。Ｈ：被覆比＝被覆剤重量／溶接棒全重量〔作用〕以下本発明の完成に至るまでの研究経緯を踏ま
えつつ、構成々分の種類及び含有率を定めた理由
を説明する。まず本発明者等は、ハステロイ系被覆アーク溶
接棒を用いたときに見られる溶接金属の再熱割れ
についてその発生原因を明確にする為調査・実験
を行なつた結果、溶接部の結晶粒界に低融点の
Mo酸化物やNi硫化物等が偏析する為に再熱割れ
を生じることが確認された。ところで本発明者等は、ハステロイ系の潜弧溶
接材料においてフラツクス中に金属弗化物やAl
及び希土類元素を少量含有させた場合は、溶接金
属の結晶粒界に前記の様なMo酸化物やNi硫化物
等が偏析することがなく、耐再熱割れ性を防止す
ることができるという事実を先に確認している。
そこでこうした効果はハステロイ系の被覆アーク
溶接棒についても同様に発揮されるのではないか
と考え実験を行なつた。その結果ハステロイ系被
覆アーク溶接棒においても、被覆剤中に金属弗
化物を含有させると共に、心線及び／又は被覆剤
中にAl及び希土類元素を適量含有させてやれば
溶接金属の耐再熱割れ性を改善し得ること、また
CaとＹは上記希土類元素と同様の添加効果を
示し、Ca及びＹは希土類元素と同効物質として
取扱うことができるという事実を知つた。そして
十分に満足のいく溶接金属を得る為には、被覆剤
中に30％以上の金属弗化物（弗素元素換算：以下
同じ）を含有させると共に、心線及び／又は被覆
剤中に、前記計算式で与えられる〔Al〕を0.10％
以上、又同じ様に計算される〔希土類元素〕，
〔Ca〕，〔Ｙ〕かから選ばれる１種以上を合計で
0.03％以上含有させればよいことを確認した。ところが被覆アーク溶接棒においては、被覆剤
中の金属弗化物量が30％以上になると、(A)下向溶
接において溶融スラグが先行しスラグ巻込みが頻
発する、(B)立向溶接でビードが凸状となり、グラ
インダによるビード整形作業が必要になる、とい
つた問題が生じる為為実用化は困難である。一方
被覆剤中の金属弗化物を25％以下に抑えてやれば
どの様な溶接姿勢でも良好な作業性を得ることが
できるが、こうした要件のもとで十分な耐再熱割
れ性を得る為には心線及び又は被覆剤中に多量の
〔Al〕及び〔希土類元素〕（或は〔Ca〕又は〔Ｙ〕
の１種以上）を含有させなければならず、それに
伴つて耐凝固割れ性が低下するという問題が生じ
てくる。この様にハステロイ系被覆アーク溶接棒におい
ては、被覆剤中の金属弗化物量や溶接棒中の
〔Al〕や〔希土類元素〕等の含有率のみを調整し
てみても、要求性能のすべてを満足させることは
できず、耐凝固割れ性や耐再熱割れ性に加えて冒
頭で示した様な溶接対象母材（Ni基合金や９％
Ni鋼等）に匹敵する物性の溶接金属を得る為に
は、溶接金属として歩留る各種の合金成分量を厳
密に調整すべきであることは明白である。この様に被覆アーク溶接棒の方がサブマージア
ーク溶接材料に比べて再熱割れ防止が困難な理由
としては、良好な作業性を確保するという点か
ら弗化物の添加が制限される他、シールド性が
悪く溶接金属の酸素が高い事、及び適用する溶
接姿勢により溶接入熱が５〜45KJ／cmと変化し、
入熱が変化した場合に、Al、〔REM類〕の作用
が不安定となる事、等が考えられる。本発明はこうした予備実験結果を基に更に研究
を進めた結果、先に示した本発明の構成に到達し
たものであり、各含有成分の作用及び含有率設定
の理由は以下に分説する通りである。まず心線の含有成分は下記の通りである。 Ni：60％以上ハステロイ系溶接棒の基本成分であり、溶接金
属のオーステナイト組織を安定に保ち低温靭性を
高める為には、心線中に60％以上含有させなけれ
ばならない。 Mo：12〜30％ハステロイ系溶接棒のもう一つの基本成分であ
り、引張強さ及び耐割れ性の向上に寄与する。心
線中のMoが12％未満では溶接金属の耐割れ性が
劣悪となり、一方30％を超えると低温靭性及び延
性が低下する。 Fe：３〜15％、Cr：５％以下及びＷ：５％以
下のうち１種以上この３元素はハステロイ系溶接金属の延性向上
効果を発揮するという点で同効物質であり、特に
２種以上を併用することによつてその効果は一段
と有効に発揮される。このうちFeが３％未満で
あると上記の効果が十分に発揮されず、一方15％
を超えると溶接金属の強度が低下すると共に低温
靭性も不十分となる。またCr及びＷは延性向上
効果に加えて引張強さを高める効果も有している
が、５％を超えると耐凝固割れ性に悪影響が現わ
れてくる。尚心線中の過剰のＰ，Ｓ，Ｏは再熱割れの発生
原因となるので、心線中のＰ，Ｓは0.015％以下
に、Ｏは0.01％以下に抑える必要がある。また、
心線の加工性向上を目的として、心線にTi，Zr，
Ｖ，Hf，Ｂ，Cuなどを添加する場合もあるが、
前述の基本的構成から逸脱しない限りの組成変更
は全て本発明に含まれる。但し過剰の添加は、凝
固割れ性能、低温靭性の劣化をもたらすのでTi，
Ｖは0.5％以下に、Zr，Hf，Ｂは0.03％以下に、
Cuは２％以下に抑えるのが好ましい。次に被覆剤としては、金属弗化物（弗素元素換
算）を５〜25％含有するものを使用しなければな
らず、その理由は下記の通りである。即ち金属弗化物は溶接時のスラグーメタル反応
によつて脱酸、脱燐及び脱硫の各反応を促進し、
溶接金属中のＯ，Ｐ及びＳを低減させて耐再熱割
れ性を高める作用があり、殊に後述する様なAl
や希土類元素等による脱酸反応を効果的に進行さ
せるうえで不可欠の成分である。金属弗化物量が
５％未満であると上記の効果が不十分になる他、
アークの広がりが少なくなつて溶接作業性が低下
するという問題も現れてくる。しかし25％を超え
ると、スラグの粘性が乏しくなつて下向溶接時に
スラグの巻込みが起こり易くなる他、立向溶接や
上向溶接においてビードが凸状になり易くなる
等、溶接作業性が劣悪になる。金属弗化物として
は、蛍石，弗化バリウム，弗化ナトリウム，弗化
ストロンチウム，弗化マグネシムヽ弗化リチウム
等が挙げられ、これらは単独で或は２種以上を組
合せて使用することができる。尚被覆剤の成分としては各種金属酸化物や金属
炭酸塩等が使用されるが、これらの配合率は一般
的な範囲に収まつている限り本発明の効果に本質
的な影響を及ぼすことはない。上記の心線又は被覆剤の一方若しくは双方に含
有させ、溶接金属中に歩留まらせるべき必須成分
としてSi，Mn，Al，Mgの４種と、更にＹ，Ca
及び希土類元素のうち１種以上の成分が挙げられ
る。これらの成分の作用及び好適含有率は下記の
通りであるが、その含有率設定に当たつては心線
からの歩留り及び被覆剤からの歩留りを考慮し、
前記式によつて含有率を定めている。即ちSi及びMnについては心線に対する被覆剤
からの溶接金属への歩留りを夫々90％、Alにつ
いては同歩留りを50％、Mg，Ｙ，Ca，希土類元
素については同歩留りを夫々20％として、下記の
含有率範囲を定めている。〔Si〕：0.2〜1.0％、〔Mn〕：0.15〜2.0％ Si及びMnはハステロイ系溶接棒において広い
入熱範囲で低温靭性の優れた溶接金属を確保する
うえで必須の成分であり、夫々下限値未満では溶
接金属の低温靭性が低く且つ不安定になる。しか
し〔Si〕が1.0％を超えると溶接金属の清浄度が
低下して凝固割れが発生し易くなり、また
〔Mn〕が2.0％を超えると延性が低下し、曲げ試
験で延性不足による割れが発生し易くなる。〔Al〕：0.10〜0.8％脱酸剤として極めて重要な成分であり、溶接金
属中の酸素量を低減させて耐再熱割れ性を改善す
る。しかも希土類元素，Ｙ，Caの脱燐及び脱硫
作用を著しく助長する作用があり、これらの作用
を有効に発揮させる為には0.10％以上含有させな
ければならない。しかし0.8％を超えると溶接金
属の清浄度が低下して耐凝固割れ性が劣悪にな
る。〔Mg〕：0.02〜0.2％多層盛溶接で次パスビードによる再加熱を受け
た場合に、低融点介在物の生成原因となる溶接金
属中のＰ，Ｓ，Ｏ等を結晶粒内に固定して粒界へ
の移動を阻止し、再熱割れの発生を防止する。粒
界への移動阻止作用はMgの添加によつてはじめ
て発揮されるがこうしたMgの効果は0.02％以上
含有させることによつて有効に発揮されるが、
0.2％を超えると耐凝固割れ性に悪影響が現れて
くる。尚この様なMgの効果は、前記金属弗化物
やAl及び後記希土類元素等によつて溶接金属中
のＰ，Ｓ，Ｏ量が十分低レベルに押えられたとき
に初めて有効に発揮されるものである。〔希土類元素〕，〔Ｙ〕及び〔Ca〕の１種以
上：0.03〜0.5％優れた脱硫、脱燐性能を有しており、溶接金属
中のＰ，Ｓを低下させて耐再熱割れ性を高めるの
に不可欠の成分であり、0.03％未満では上記の効
果が乏しく十分な耐再熱割れ改善効果が得られな
い。一方0.5％を超えると耐凝固割れ性が急激に
悪化する。尚これらの元素は同時に強力な脱酸剤
であり、酸素が多量に存在すると脱酸反応に優先
的に消費されて脱硫、脱燐が不十分になるので、
溶接金属中の酸素量を低レベルに抑えるという意
味から前記金属弗化物及びAlとの共存が不可欠
の要件となる。希土類元素としてはランタン，セ
リウム，プラセオジウム等があるが、経済性を加
味すれば最も好ましいものはランタン及びセリウ
ムである。またCa及びＹが希土類元素の同効物
質として作用することは先に説明した通りであ
る。〔実施例〕第１表に示す化学成分の心線（４mm〓）と第２
表に示す成分組成の被覆剤を組合せてハステロイ
系の被覆アーク溶接棒を作製し、夫々について溶
接試験を行なつた。尚被覆剤の塗布に当たつて
は、各被覆剤原料に珪酸ナトリウムを加えて均一
に混練し、各心線の外周に塗布した後乾燥した。
このとき被覆比（＝被覆剤重量／溶接棒全重量）
は何れも約0.3となる様に調整した。また溶接試験は、板厚30mmの９％Ni鋼板（JIS
Ｇ 3127 SL9N60）を用いて第１図に示す開先
加工を施し、まず下向姿勢で裏面側（B.S）のル
ートパス溶接（150A、20cm／分）を行なつて凝
固割れ発生の有無を観察し、次いで２パス目以降
を立向姿勢で溶接（110〜120A、35〜45KJ／cm）
して継手を形成した後、継手引張試験（JIS Ｚ
3121）及び衝撃試験（JIS Ｚ 3112）並びに曲げ
試験（JIS Ｚ 3122）を行ない、溶接金属の機械
的性能及び再熱割れ発生の有無を調べた。結果を第２表に一括して示す。

【表】

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されているので、ハス
テロイ系Ni基被覆アーク溶接棒の特徴である
「高電流、高速度溶接を行なつた場合でも耐凝固
割れ性が損なわれない」という利点を維持しつ
つ、強度、靭性及び曲げ性能（延性）並びに耐再
熱割れ性能等のすべてにおいて要求を満たす溶接
金属を得ることが可能となつた。その結果、耐食
性、耐熱性及び低温靭性等において優れた特性を
有しているNi基合金や９％Ni鋼の溶接に適用し
た場合でも溶接部に問題を生じることがなく、こ
れら高級金属板自体の適用範囲を大幅に拡大する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接実験で採用した開先形状を示す説
明図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ni：60％（重量％：以下同じ）以上、及び Mo：12〜30％を含有する他、 Fe：３〜15％ Cr：５％以下Ｗ：５％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を含有
するNi基合金心線の外周に、少なくとも金属弗化物を弗素元素換算で５〜25
％含有する被覆剤を塗布してなり、更にNi基合金心線中及び被覆剤中のいずれか
一方又は双方には、下記の計算式で与えられる値
の諸元素を含めたものであることを特徴とする
Ni基被覆アーク溶接棒。〔Si〕：0.2〜1.0％〔Mn〕：0.15〜2.0％〔Al〕：0.10〜0.8％〔Mg〕：0.02〜0.2％〔Ｙ〕，〔Ca〕，〔希土類元素〕よりなる群から
選択される１種以上：0.03〜0.5％但し〔Si〕＝Si（Ｗ）＋0.9H×Si(F) 〔Mn〕＝Mn（Ｗ）＋0.9H×Mn(F) 〔Al〕＝Al（Ｗ）＋0.5H×Al(F) 〔Mg〕＝Mg（Ｗ）＋0.2H×Mg(F) 〔Ｙ〕＝Ｙ（Ｗ）＋0.2H×Ｙ(F) 〔Ca〕＝Ca（Ｗ）＋0.2H×Ca(F) 〔希土類元素〕＝希土類元素（Ｗ）＋0.2H×希土類元素(F) 上記式において各元素記号の後に（Ｗ）を付し
たものは当該元素の心線中の含有率（％）を、ま
た各元素記号の後に(F)を付したものは、当該元素
の被覆剤中の含有率（％）を夫々示し、Ｈは下記
式によつて求められる被覆比を示す。Ｈ：被覆比＝被覆剤重量／溶接棒全重量