JPH04313493A - 低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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に低温じん性が優れ
、かつ高強度な溶接金属の得られる低水素系被覆アーク
溶接棒に関するものである。

【０００２】

【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。

【０００３】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
もにじん性を向上させる新たな手法が必要となっている
。

【０００４】溶接金属のじん性向上について、特開昭５
４−１１４４４５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
属の求められる要求に対しては、十分なものとはなって
いない。

【０００５】炭素鋼心線内に金属粉を充填した心線を使
用した溶接棒については、特開昭６０−１９６２９２号
公報や特開昭６０−２２１１９６号公報があるが、前者
は充填金属の酸素量を限定して溶着速度を向上した溶接
棒を、また後者は充填金属粉のＮ量を低くおさえること
により、低温じん性を改良した低水素系溶接棒を開示し
ているが、強度とじん性をともに向上したものにはなっ
ていない。

【０００６】本発明者らは、先に特願平２−９３９５９
号において、被覆剤中のＳｉＣ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎ
ｂ，Ｖ量と、心線のＣとＳｉを限定し、高強度で優れた
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
ク溶接棒を提案しているが、さらに低温じん性向上の要
望がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高張力鋼の
溶接において、さらに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ことを
目的とする。

【０００８】

【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、重量比でＰ　　０．００６％以下、Ｓ　　０．０
０４％以下、Ｎ　　０．００５％以下、Ｏ　　０．０１
５％以下である長さ方向に開口部を有しない炭素鋼パイ
プ内に、ＭｇとＭｇ合金の一方又は両方をＭｇに換算し
て２〜２５％含有し、残部は下記被覆剤の構成成分の１
種または２種以上からなる充填剤を炭素鋼パイプ重量に
対し７〜２６％充填したフラックス入り心線の周囲に、
金属炭酸塩３５〜６０％、金属弗化物９〜２８％、Ｎｂ
，Ｖの１種又は２種０．０２〜０．８％、残部は金属炭
酸塩、金属弗化物、Ｎｂ，Ｖ以外のスラグ生成剤、アー
ク安定剤、脱酸剤、合金剤、粘結剤からなる被覆剤を被
覆したことを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒にあ
る。

【０００９】

【作用】前述のような状況に鑑み、本発明者らは低水素
系溶接棒において、さらに優れた低温じん性を示し、高
強度の溶接金属を得るために被覆剤及び心線の面から鋭
意研究を進めて来た。

【００１０】その結果、低温じん性を飛躍的に向上する
ために、ＭｇまたはＭｇ合金を充填したフラックス入り
心線を使用することが有効なことを見出した。Ｍｇは強
力な脱酸剤として、低温じん性向上に不可欠な溶接金属
の酸素量低下に極めて有効な働きをすることが知られて
いる。

【００１１】しかし、Ｍｇは比較的低い温度で酸化が始
まり、脱酸力が低下するため、高温で焼成する低水素系
溶接棒においては性能にばらつきが生じることがあった
。また溶接棒製造においても被覆剤に添加したＭｇと粘
結剤の水ガラスが反応し、被覆の塗装性に悪影響を及ぼ
すとともに、被覆割れ等の原因にもなっていた。

【００１２】Ｍｇをフラックス入り心線の充填剤として
使用することにより、溶接棒焼成中の酸化も低くおさえ
られ、溶接金属のじん性も安定するとともに、溶接棒の
塗装性にも悪影響を及ぼすことがない。

【００１３】さらにＭｇが被覆アーク溶接棒の中心に添
加されているため、溶接中溶融金属と十分に作用し、脱
酸が進行するため溶接金属の酸素量が低くなり優れた低
温じん性が得られることを見出したものである。以下に
本発明における構成要件を説明する。

【００１４】〔フラックス入り心線〕フラックス入り心
線に充填するＭｇとＭｇ合金は、前述の通り溶接金属の
酸素量を低下し、低温じん性を向上するために添加する
。Ｍｇ，Ｍｇ合金がＭｇ換算で２％未満ではその脱酸効
果が十分でなく、溶接金属のじん性向上効果が得られな
い。

【００１５】一方２５％を超えると脱酸過剰となり溶接
金属にピットやブローホールが発生し易くなるとともに
、アーク状態が不安定になる。Ｍｇ，Ｍｇ合金以外の充
填剤としては、溶接作業性の確保、溶接金属の性能確保
の点から、被覆剤の構成成分の１種または２種以上を用
いることとした。このことにより、安定した溶接作業性
が得られるとともに、溶接時、溶接棒の中心にある充填
剤が、溶接金属と十分に反応し、清浄な溶接金属を得る
ことができる。

【００１６】また、心線として用いる炭素鋼パイプは、
低温じん性を向上するために、Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを限定す
る。Ｐ及びＳ溶接時に最終凝固部に偏析してじん性が低
下する。心線の炭素鋼パイプのＰ，Ｓは極力低下するこ
とが望ましいが、少くするほど炭素鋼パイプの製造コス
トが上昇する。このため溶接金属の低温じん性低下に影
響の少ない範囲として、Ｐ，Ｓの量を、それぞれ０．０
０６％以下、０．００４％以下とした。

【００１７】溶接金属中のＮ量を低減すると溶接金属の
じん性向上に有効である。溶接金属のＮ量は溶接中に大
気中から混入するものの他、溶接棒心線中のＮによって
も影響される。このため心線のＮをできるだけ低くおさ
えることが望ましいが、Ｎを低くおさえるには原料の厳
選等製造コストの上昇につながる。このため溶接金属の
低温じん性低下に影響の少ない範囲として、心線に使用
する炭素鋼パイプのＮ量を０．００５％以下とした。

【００１８】心線中のＯ量が多いと、溶接中に被覆剤中
の脱酸剤や合金剤と反応してその歩留りを低下させ、溶
接金属の性能のばらつきの原因となるほか、溶接金属中
に介在物を生じ、じん性低下の原因となる。このため、
安定した溶接金属成分の得られる範囲として心線として
用いる炭素鋼パイプのＯ量を０．０１５％以下とした。 なお、本発明溶接棒に用いる炭素鋼パイプとしては、Ｐ
，Ｓ，Ｎ，Ｏ以外は特に規定しないが、他の成分はＪＩ
Ｓ　　Ｇ　　３５２３に定められた範囲であることが望
ましい。

【００１９】さらに、フラックス入り心線として、長さ
方向に開口部を有しない炭素鋼パイプを用いるのは、溶
接時、指向性の少ない集中したアークが得られ、溶接作
業性が向上できるとともに、溶接棒製造時焼成工程にお
いて充填剤中のＭｇが酸化消耗するのを防止するためで
ある。

【００２０】以上説明したフラックス入り心線において
、充填剤の重量が炭素鋼パイプ重量に対し、７％未満で
は脱酸剤としてのＭｇの働きが充分でなく、じん性向上
効果が少ない。一方２６％を超えると脱酸過剰となり、
溶接金属にピットやブローホールを生ずるほか、溶接作
業性も大幅に劣化する。

【００２１】〔被覆剤〕被覆剤として用いる金属炭酸塩
とは、ＣａＣＯ３　，ＭｇＣＯ３　，ＢａＣＯ３　など
を指し、アークの熱で分解してガスを発生し、アーク雰
囲気を大気から保護する働きがある。それらの１種以上
の合計が、３５％未満ではシールドガスが不足して溶接
金属に大気中の窒素や水素が多量に溶解し、じん性や耐
割れ性の劣化をまねく。また６０％を超えるとアークが
不安定になりビード形状が悪化し、スラグのはく離性も
悪くなるので３５〜６０％の範囲とした。

【００２２】被覆剤に用いる金属弗化物とは、ＣａＦ２
　，ＭｇＦ２　，ＡｌＦ３　などを指し、溶融スラグの
流動性調整のため添加するが、それらの１種以上の合計
が、９％未満では溶融スラグの粘性が不足し、スラグの
被包性が悪くなり、ビード形状も劣化する。２８％を超
えて添加すると、被覆筒の形成が不完全となり、アーク
の安定性が悪くなるので、９〜２８％の範囲とした。

【００２３】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０．０２％未満では強度向上効果が十分でなく、ま
た０．８％を超えると逆にじん性劣化が大きくなるため
、Ｎｂ，Ｖの１種または２種の添加量を０．０２〜０．
８％とした。

【００２４】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、２〜２５％が溶接作業性の面から望ましい。

【００２５】また、本発明にいう他の脱酸剤、合金剤と
は、Ｓｉ，Ｍｎ，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、鉄及び他の金
属との合金粉の形で添加される。その添加量はそれぞれ
の目的に応じて変化するため特に規定はしないが、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。

【００２６】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ＳｉＯ２　とＮａ２　Ｏ，Ｋ２　
Ｏなどのアルカリ成分のモル分率であらわされるモル比
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。

【００２７】本発明溶接棒は、以上述べた被覆剤を、前
述のフラックス入り心線の周囲に、被覆剤重量が２０〜
４５％になるよう通常の押し出し式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、最高温度３５
０〜５５０℃で焼成して製造する。

【００２８】

【実施例】表１は使用した心線の充填剤と炭素鋼パイプ
の組成である。Ｗ−１〜Ｗ−３，ｗ−１〜ｗ−５がフラ
ックス入り心線、ｗ−６は通常使用されている中実心線
、いずれも棒径４ｍｍである。フラックス入り心線は、
種々の肉厚を持つ外径１６ｍｍの炭素鋼パイプ内に充填
剤を所定の充填率で充填したあと、外径が４ｍｍになる
まで線引きし、それを４００の長さに切断して使用した
。

【００２９】また、これらの心線の外周に表２に示す被
覆剤を通常の方法により外径が６．３ｍｍになるように
被覆塗装し、乾燥及び焼成工程を経て溶接棒を作製した
。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】表２において、Ａ−１〜Ａ−８が本発明溶
接棒、Ｂ−１〜Ｂ−１２が比較溶接棒である。

【００３５】これらの溶接棒の低温じん性及び強度を比
較するため、溶着金属の衝撃試験及び引張試験を実施し
た。すなわちＪＩＳ　　Ｚ　　３２１２にもとづいて、
予熱・パス間温度１００℃、溶接電流１７０Ａ、溶接入
熱２０ｋＪ／ｃｍなる条件で溶接を行い、ＪＩＳ　　Ｚ
　　３１１１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。

【００３６】衝撃試験は、ＪＩＳ　　Ｚ　　２２４２に
従って−４０℃で行い、−４０℃での吸収エネルギーが
１２０Ｊ以上を良好とした。また引張試験はＪＩＳ　　
Ｚ　　２２４１によって室温で行い、それぞれの引張強
さを求めた。引張強さが６９０Ｎ／ｍｍ２　以上を良好
とした。

【００３７】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。本発明溶接棒による溶着金属の−４
０℃における吸収エネルギーは、Ｍｇを充填したフラッ
クス入り心線使用によって、脱酸作用が十分に行われる
ことにより、全て１３０Ｊ以上の良好な値を示した。ま
た引張強さも、Ｎｂ，Ｖ添加による強度向上効果により
全て７００Ｎ／ｍｍ２　以上であった。さらに溶接作業
性にも優れていた。

【００３８】一方、フラックス入り心線のＭｇ含有率の
低い溶接棒Ｂ−１、Ｍｇ含有率の高すぎ、さらに炭素鋼
パイプのＰの高い溶接棒Ｂ−２、炭素鋼パイプのＳとＮ
の高い溶接棒Ｂ−３、フラックス入り心線の充填率の低
すぎる溶接棒Ｂ−４、中実心線を使用している溶接棒Ｂ
−６、被覆剤の金属炭酸塩含有量の低い溶接棒Ｂ−８、
金属弗化物の少いＢ−９、Ｎｂ，Ｖ量の多い溶接棒Ｂ−
１２はいずれも−４０℃の吸収エネルギーが低かった。

【００３９】また、フラックス入り心線の充填剤のＭｇ
が少い溶接棒Ｂ−１、充填率の低い溶接棒Ｂ−４、被覆
剤にＮｂ，Ｖを含有しない溶接棒Ｂ−１１はいずれも引
張強さが低かった。

【００４０】さらに、溶接棒Ｂ−２は充填剤のＭｇが多
すぎるため、溶接棒Ｂ−５は充填剤の充填率が高すぎる
ため、溶接棒Ｂ−７は被覆剤の金属炭酸塩が多すぎるた
め、溶接棒Ｂ−９は被覆剤の金属弗化物が少なすぎるた
め、溶接棒Ｂ−１０は金属弗化物が多すぎるため、溶接
作業が悪かった。なお、溶接棒Ｂ−５は溶着金属作製中
ピットが発生したので溶着金属試験を中止した。

【００４１】

【発明の効果】本発明溶接棒は、従来の高張力鋼用溶接
棒と比較して、高強度で低温じん性の極めて向上した溶
接金属の得られるものである。これは今後の高張力鋼の
需要の増大にともなって、各種産業の発展に貢献すると
ころ極めて大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量比で Ｐ　　０．００６％以下 Ｓ　　０．００４％以下 Ｎ　　０．００５％以下 Ｏ　　０．０１５％以下 である長さ方向に開口部を有しない炭素鋼パイプ内にＭ
   ｇと、Ｍｇ合金の一方又は両方をＭｇに換算して２〜２
   ５％含有し、残部は、下記する被覆剤の構成成分の１種
   または２種以上からなる充填剤を、炭素鋼パイプ重量に
   対し７〜２６％充填したフラックス入り心線の周囲に、
   金属炭酸塩　　　　　　　　　　　　　　３５〜６０％
   金属弗化物　　　　　　　　　　　　　　９〜２８％Ｎ
   ｂ，Ｖの１種又は２種　　０．０２〜０．８％残部は金
   属炭酸塩、金属弗化物、Ｎｂ，Ｖ以外のスラグ生成剤、
   アーク安定剤、脱酸剤、合金剤、粘結剤からなる被覆剤
   を被覆したことを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒
   。