JPH0530557B2

JPH0530557B2 -

Info

Publication number: JPH0530557B2
Application number: JP2041523A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nishikawa; Tsuneji Ogawa; Masaru Yamashita; Akino Kozuki
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1990-02-22
Publication date: 1993-05-10
Also published as: DE4105656A1; US5124529A; JPH03243296A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、ステンレス鋼用フラツクス入りワイ
ヤに係り、特にスラグの発生量が極めて少なく、
溶接作業性の優れたステンレス鋼用フラツクス入
りワイヤ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）近年、ステンレス鋼材の使用箇所は、高級化、
高性能化の波に乗り、各種産業の様々な分野に広
がつている。自動車排気系用部材のステンレス化
などはその好例であり、これらの溶接材料として
は、ソリツドワイヤ及びフラツクス入りワイヤが
多く使用されている。しかし、従来のソリツドワイヤ及びフラツクス
入りワイヤでは、いずれも多くの欠点を有してい
る。すなわち、ソリツドワイヤは、フラツクス入り
ワイヤよりもスラグの発生量が少ない反面、適正
溶接条件範囲が狭く、厳しい条件調節が必要であ
つた。また、自動車排気系部材のような薄板溶接
においては、しばしば溶落ちが発生して作業の能
率を下げる原因となつていた。一方、フラツクス入りワイヤは、ソリツドワイ
ヤよりも適正溶接条件範囲が広く、薄板溶接にお
ける溶落ちが極めて少ない反面、スラグの発生量
が多いことから、剥離したスラグの残存が騒音、
閉塞の原因となるパイプの内面溶接などへの適用
が困難であつた。このような状況下において、ステンレス鋼用溶
接材料として、従来のソリツドワイヤと同等程度
の少ないスラグ発生量で、かつ、フラツクス入り
ワイヤのような広範な適正溶接条件範囲を兼ね備
えると共に溶落ちの発生しにくいワイヤの開発が
望まれているのが現状である。本発明は、かゝる要請に応えるべくなされたも
のであつて、ソリツドワイヤとフラツクス入りワ
イヤのそれぞれの利点を具備し、特にスラグの発
生量が極めて少なく、溶接作業性の優れたステン
レス鋼用溶接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）前記課題を解決するため、本発明者は、特にフ
ラツクス入りワイヤの利点について着目し、その
欠点であるスラグ発生量を著減し得る方策につい
て鋭意研究を重ねた。その結果、ワイヤ全重量に対してスラグ造滓
剤の含有量に上限を設けることによりスラグ発生
量を減少化し、更に、アーク安定剤として金属
Ti又はTi化合物を添加し、アークの集中性を
向上させるために金属弗化物を添加し、スパツ
タ低減のために金属Si又はSi化合物と、金属窒化
物を添加することを見い出した。そして、スラグ造滓剤の含有量に上限を設け
たことにより生じた溶接作業性の劣化を改善する
ために、金属Al又はAl合金を添加することを見
い出した。更に、僅かであるが発生するスラグの剥離を
防ぐために、金属Nb又はNb合金と、金属Zr又Zr
合金と、金属Ｖ又はＶ合金の１種又は２種以上を
適宜添加することを見い出した。また、低電流域でのアークの集中性を向上さ
せるためにアルカリ金属を添加し、スパツタ低
減のためにＳ単体又はＳ化合物を添加することを
見い出した。以上の知見に基づき、更に各成分の適切な添加
量と共にフラツクス充填率などについて実験を重
ね、ここに本発明をなしたものである。すなわち、本発明は、金属外皮中にフラツクス
を充填してなるステンレス鋼用フラツクス入りワ
イヤにおいて、ワイヤ全重量に対するフラツクスの充填率が
５〜30％であり、ワイヤ全重量に対してそれぞれ、重量％で、
スラグ造滓剤（ここで、スラグ造滓剤とはフラ
ツクス中の金属粉末以外の成分を指す）の合計
が２％以下、Ti（Ti化合物の時はTi成分）が
0.05〜2.0％、Si（Si化合物の時はSi成分）が
0.05〜2.0％、Ｎ（金属窒化物の時はＮ成分）が
0.01〜0.1％、Al（Al合金の時はAl成分）が0.01
〜1.0％、フラツクス中の金属弗化物の合計が
弗素換算で0.003〜0.5％を含有していることを
特徴とするステンレス鋼用フラツクス入りワイ
ヤを要旨とするものである。また、他の本発明は、前記フラツクス入りワ
イヤにおいて、更に、ワイヤ全重量に対してそ
れぞれ、フラツクス中のアルカリ金属の合計が
0.002〜0.3％含有していることを特徴とし、或
いはＳ（Ｓ化合物の時はＳ成分）が0.01〜0.07
％含有していることを特徴とし、或いはNb
（Nb合金である時はNb成分）、Zr（Zr合金であ
る時はZr成分）及びＶ（Ｖ合金である時はＶ成
分）の１種又は２種以上の合計を0.01〜2.0％
含有していることを特徴とするものである。以下に本発明を更に詳細に説明する。（作用）フラツクス入りワイヤの場合、発生するスラグ
量を減少させるには、ワイヤ中のスラグ生成源を
減らすことが必要である。しかし、金属外皮内
に、必要とされる合金元素のみからなるフラツク
ス、或いは従来のフラツクス入りワイヤのスラグ
造滓剤を除いたフラツクスを充填してフラツクス
入りワイヤを製作しても、従来のフラツクス入り
ワイヤのような良好な溶接作業性は得られない。この点を鑑み、種々の酸化物、窒化物、弗化
物、金属粉などについて検討した結果、スラグ量
が極めて少なく、かつ良好な溶接作業性を有する
ステンレス鋼用フラツクス入りワイヤの開発に成
功したものである。以下に、本発明のステンレス鋼用フラツクス入
りワイヤにおける各成分の限定理由について説明
する。フラツクスの充填率本発明のワイヤは金属外皮中にフラツクスを充
填してなる構造となつていることは勿論である
が、このときのフラツクスの充填率（ワイヤ全重
量に対するフラツクスの重量％）が５％未満の場
合、金属外皮により形成される円筒部内に多くの
空隙が生じ、フラツクスが均一に配分されない。
また、フラツクスの充填率が30％を超える場合、
相対的に金属外皮の厚さが薄くなり、ワイヤの強
度が著しく損なわれる。したがつて、フラツクス
の充填率を５〜30％とする。ワイヤ中のスラグ造滓剤の重量の合計前述のように、スラグ発生量を減少させるに
は、ワイヤ中のスラグ造滓剤を減らすことが不可
欠である。具体的には、ワイヤ全重量に対するス
ラグ造滓剤の重量の合計が２％を超えると、実施
工上支障を来たすことから、その添加量は２％以
下とする。ここで、スラグ造滓剤とは、フラツクス中の金
属粉末以外の成分を指し、例えば、TiO₂，SiO₂，
Na₂Ｏ，K₂Ｏ，CaO，Al₂O₃，Li₂Ｏ，MnO，
MgOなどの酸化物、LiF，NaF，CaF₂，KF，
AlF₃などの弗化物が挙げられる。ワイヤ中のTi Tiは、ワイヤ中の他元素と比較してイオン化
し易い、つまり、電子を放出し易い元素であるこ
とから、アーク電流を安定化し、かつ溶滴の移行
を円滑にする作用がある。しかし、ワイヤ全重量
に対して0.05％未満では明確な効果が認められ
ず、また2.0％を超えるとスラグ量が増加してし
まう。したがつて、ワイヤ全重量に対するTi量
は0.05〜2.0％の範囲とする。ここで、ワイヤ中のTiとは、金属外皮又はフ
ラツクスのいずれか一方若しくは両方から添加さ
れるものであり、フラツクスから添加する場合
は、Fe−Ti，Ni−TiなどのTi合金や、TiN，
TiCなどの窒化物、炭化物などのTi化合物が挙げ
られ、この場合の上記Ti量はTi換算量である。ワイヤ中のSi 前述のように、Tiをワイヤ全重量に対して0.05
〜2.0％添加すると、アークは安定するものの、
一方でスパツタの発生量が増加する。 Siは、溶滴の粒径を細かくする作用があり、
Tiとの複合添加によりスパツタ発生量を低減す
ることができる。しかし、Si添加量がワイヤ全重
量に対して0.05％未満ではその効果は認められ
ず、また2.0％を超えると却つてスパツタの発生
量が増加する。したがつて、ワイヤ全重量に対す
るSi量は0.05〜2.0％の範囲とする。ここで、ワイヤ中のSiとは、金属外皮又はフラ
ツクスのいずれか一方若しくは両方から添加され
るものであり、フラツクスから添加する場合は、
金属Siのほか、Fe−Si，Al−Si，Ni−Siなどの
Si合金（Si化合物）が挙げられ、Si化合物の場合
の上記Si量はSi換算量である。ワイヤ中のＮワイヤ中のスラグ造滓剤を減少することにより
生じる溶接作業性の劣化、特にスパツタの増加を
改善するために種々の物質を検討した結果、Ｎが
溶滴の粒径を小さくし、スパツタの低減に効果の
あることが判明した。しかし、ワイヤ全重量に対
してＮが0.01％未満では明確の効果が認められ
ず、また0.1％を超えるとアークが不安定となり、
却つてスパツタが増加する。したがつて、ワイヤ
全重量に対するＮ量は0.01〜0.1％の範囲とする。ここで、ワイヤ中のＮとは、金属外皮又はフラ
ツクスのいずれか一方又は両方から添加されるも
のであり、フラツクスから添加する場合は、
TiN，Ｎ−Cr，Mn−Ｎなどの金属窒化物が挙げ
られ、この場合の上記Ｎ量はＮ換算量である。ワイヤ中のAl Alは溶滴の形成を速やかに行うなど、ワイヤ
中のスラグ造滓剤を減少したことにより生じる溶
接作業性の劣化、特にアークの不安定性の改善に
効果がある。しかし、ワイヤ全重量に対するAl
量が0.01％未満では明確な効果は現れず、また
1.0％を超えると溶滴のワイヤ先端からの離脱が
困難になり、大粒のスパツタが発生し易くなる。
したがつて、ワイヤ全重量に対するAl量は0.01〜
1.0％の範囲とする。ここで、ワイヤ中のAlとは、金属外皮又はフ
ラツクスのいずれか一方若しくは両方から添加さ
れるものであり、フラツクスから添加される場合
は、金属Alのほか、Fe−Al，Al−MgなどのAl
合金が挙げられ、Al合金の場合の上記Al量はAl
換算量である。フラツクス中の金属弗化物弗素は、アーク中において電子を取り込んで安
定した一価の陰イオンとなることから、アークの
安定性と集中性を向上させる効果がある。この効
果はワイヤ全重量に対してフラツクス中の金属弗
化物の合計がＦ換算で0.003％以上になると明確
になる。しかし、0.5％を超えると却つてアーク
の安定性が劣化し、スパツタが増加する。したが
つて、ワイヤ全重量に対してフラツクス中の金属
弗化物の合計をＦ換算で0.003〜0.5％の範囲とす
る。ここで、金属弗化物としては、LiF，NaF，
BaF，CaF₂，AlF₃などが挙げられる。フラツクス中のアルカリ金属アルカリ金属はイオン化し易く、特に低電流域
でのアークの集中性を良くし、スパツタの発生量
も低減する効果があるので、必要に応じて添加す
ることができる。添加する場合、この効果が現れ
るのはワイヤ全重量に対してフラツクス中のアル
カリ金属の合計が0.002％以上の場合であるが、
0.3％を超えると却つてアークが不安定となり、
スパツタが増加する。したがつて、ワイヤ全重量
に対してフラツクス中のアルカリ金属の合計を
0.002〜0.3％の範囲とする。ここで、アルカリ金属としては、アルカリ金属
単体又はLi₂Ｏ，Na₂Ｏ，K₂Ｏなどの酸化物やLi₂
CO₃などの炭酸塩、Liフエライトなどの合金類が
挙げられる。ワイヤ中のＳＳは、特に低電流域において溶滴粒度を細かく
し、均一な溶滴移行を促進することが判明し、必
要に応じて添加するのがよい。しかし、ワイヤ全
重量に対して0.01％未満では明確な効果は認めら
れず、また0.07％を超えると高温割れの危険が生
じるので好ましくない。したがつて、ワイヤ全重
量に対するＳ量は0.01〜0.07％の範囲とする。ここで、Ｓとは、金属外皮又はフラツクスのい
ずれか一方若しくは両方から添加されるものであ
り、フラツクスから添加する場合は、Ｓ単体のほ
か、Fe−Ｓ，Cu−ＳなどのＳ化合物が挙げられ、
Ｓ化合物の場合の上記Ｓ量はＳ換算値である。ワイヤ中のNb，Zr，Ｖワイヤの構成要素である金属外皮及びフラツク
ス中の金属粉末は酸化皮膜等の酸素を持つている
ため、スラグの発生を完全に抑えることは困難で
ある。そこで、発生したスラグを剥離させないた
めに種々の物質を検討した結果、Nb，Zr，Ｖが
スラグを焼き付かせて剥離を防止する作用を持つ
ていることが判明した。これらの成分はそれぞれ
単独で添加しても、或いは２種以上同時に添加し
てもその効果がは損なわれることはない。したが
つて、必要に応じてこれらを添加すればよい。しかし、ワイヤ全重量に対するNb，Zr又はＶ
の１種又は２種以上の合計量が0.01％未満では明
確な効果が認められず、また2.0％を超えるとア
ークが不安定になり、スパツタが著しく増加する
など、溶接作業性が劣化する。したがつて、ワイ
ヤ全重量に対するNb，Zr又はＶの１種又は２種
以上の合計量は0.01〜2.0％の範囲とする。ここで、ワイヤ中のNb，Zr，Ｖとは、金属外
皮又はフラツクスのいずれか一方若しくは両方か
ら添加されるものであり、フラツクスから添加さ
れる場合は、金属Nb、金属Zr、金属Ｖや、Fe−
Nb，Fe−Zr，Fe−Ｖなどの合金が挙げられ、合
金の場合の上記量は金属成分の換算量である。なお、上記構成のフラツクス入りワイヤの断面
形状は第１図に例示されるような種々の形状が可
能であり、ワイヤ径なども特に制限がないことは
云うまでもない。また、ステンレス鋼の材質も特
に制限されず、種々の成分組成のステンレス鋼の
溶接に適用できる。次に本発明の実施例を示す。（実施例）第１表に示す化学成分を有する金属外皮を用い
て、第３表に示す成分組成及びフラツクス充填率
のフラツクス入りワイヤを製造した。ワイヤ径は
1.2mmφとし、ワイヤ断面形状は第１図Ｄに示す
形状とした。次いで、第２表に示す溶接条件にて溶接試験を
行い、アークの安定性、スパツタの発生量及びス
ラグの発生量を調査した。その結果を第３表に併
記する。なお、アークの安定性は良好の場合を○、不良
の場合を×とし、スパツタは、その発生量が１分
間に３ｇ以下のものを○（良好）、３ｇを超える
ものを×（不良）として評価した。スラグの発生量は、板厚６mmの軟鋼板上に溶接
長300mmのビードを置き、発生したスラグ量が400
mg以下のものを○（良好）、400mgを超えるものを
×（不良）として評価した。第３表より、以下のとおり考察される。ワイヤNo.１〜No.10は本発明例であり、ワイヤNo.
11〜No.20は比較例である。本発明例はいずれも、アークの安定性、スパツ
タの発生量、スラグの発生量が共に優れているこ
とがわかる。一方、比較例No.11は、ワイヤ中のSi量が少ない
ためにスパツタが３ｇ／分以上も発生し、実用的
ではなかつた。また、比較例No.20は、Si量が多す
ぎて却つてスパツタ量が増加した。比較例No.12は、Siの添加によりスパツタ量が減
少しているものの、Tiを過剰に含有しているた
めにアークが不安定になつた。逆に、比較例No.19
はTi量が少ないためにアークが不安定となつた。比較例No.13は、ワイヤ中のSi量、Ti量のいず
れも適当量含有しているものの、Al量が少ない
ためにアークが不安定となり、スパツタの発生量
が増加した。比較例No.17は、Al量が多すぎるた
めに作業性が劣化している。比較例No.14はワイヤ中のＮ量が過剰なために、
比較例No.15はフラツクス中の金属弗化物が少ない
ために、それぞれアークが不安定になつた。比較例No.16は、Si，Ti，Al，Ｎ、金属弗化物
のいずれも適当量含有しているが、スラグ造滓剤
の過剰添加のために、実施工において剥離したス
ラグによるパイプの閉塞などの支障を来たした。比較例No.18は、Si量、Ti量ともに少なく、ア
ークが不安定になつた。

【表】

【表】（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、ステン
レス鋼用フラツクス入りワイヤとして、特にワイ
ヤ中のスラグ造滓剤の量を規制し、かつTi成分、
Si成分、Ｎ成分、Al成分及び金属弗化物を適量
含有させる構成としたので、スラグの発生量を極
めて少量に抑え、良好な溶接作業性を得ることが
できる。更に、ワイヤ中にNb成分、Zr成分、Ｖ成分を
適量含有させる構成にするとスラグの剥離を防止
でき、アルカリ金属やＳ成分を適量含有させる構
成にすると低電流域におけるアークの安定性とア
ークの集中性が改善され、スパツタの低減化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラツクス入りワイヤのワイヤ断面形
状の一例を示す断面図である。Ｍ……金属外皮、Ｆ……フラツクス。

Claims

【特許請求の範囲】１金属外皮中にフラツクスを充填してなるステ
ンレス鋼用フラツクス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対するフラツクスの充填率
（重量％：以下、同じ）が５〜30％であり、ワイヤ全重量に対してそれぞれ、重量％で
（以下、同じ）、スラグ造滓剤（ここで、スラグ
造滓剤とはフラツクス中の金属粉末以外の成分
を指す）の合計が２％以下、Ti（Ti化合物の時
はTi成分）が0.05〜2.0％、Si（Si化合物の時は
Si成分）が0.05〜2.0％、Ｎ（金属窒化物の時は
Ｎ成分）が0.01〜0.1％、Al（Al合金の時はAl成
分）が0.01〜1.0％、フラツクス中の金属弗化
物の合計が弗素換算で0.003〜0.5％を含有して
いることを特徴とするステンレス鋼用フラツク
ス入りワイヤ。２前記フラツクス入りワイヤが、更に、ワイヤ
全重量に対してフラツクス中のアルカリ金属の合
計を0.002〜0.3％含有するものである請求項１に
記載のワイヤ。３前記フラツクス入りワイヤが、更に、ワイヤ
全重量に対してＳ（Ｓ化合物の時はＳ成分）が
0.01〜0.07％含有するものである請求項１又は２
に記載のワイヤ。４前記フラツクス入りワイヤが、更に、ワイヤ
全重量に対してNb（Nb合金である時はNb成分）、
Zr（Zr合金である時はZr成分）及びＶ（Ｖ合金で
ある時はＶ成分）の１種又は２種以上の合計が
0.01〜2.0％含有しているものである請求項１，
２又は３に記載のワイヤ。