JPH0566239B2

JPH0566239B2 -

Info

Publication number: JPH0566239B2
Application number: JP8267086A
Authority: JP
Inventors: Akira Hirano; Chiaki Mukoyama; Takeshi Koshio
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-04-10
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1993-09-21
Also published as: JPS62240196A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明溶接棒は、低温靭性が優れかつ耐海水腐
食性の優れた低水素系被覆アーク溶接棒に関する
ものである。（従来の技術）近年エネルギー資源の開発は、極地化、深海化
の方向にあり、このため砕氷船や海洋構造物の建
造においても、低温靭性が優れ更に耐海水腐食性
の優れた鋼材及び溶接材料の開発が要望されてい
た。従来、海中構造物用の鋼材及びその溶接部の腐
食防止方法としては、十分な塗装を行うのが一般
的であつた。しかし、北極海のように氷が存在す
るところでは、氷の衝突によるひつかき疵が塗装
表面に発生し、この部分から腐食が発生するので
十分な防食手段とは云えない。特に塗装が不充分
な場合には、鋼材全体腐食と局部的な腐食が発生
する。このうち鋼材全体腐食は板厚を厚くするな
どの対策をとりうるが、局部的な腐食は応力集中
を生じ疲労その他の破壊の原因ともなり大きな問
題となつていた。とりわけ、溶接部は母材と化学
成分が異なること、熱履歴が異なることにより耐
食性に差が出るため特に局部腐食の問題になる箇
所である。また、これまでは海中構造物の建造では、その
耐海水腐食性が重視されて来たが、最近使用範囲
が極地化して来るに伴い、同時に低温靭性の優れ
た構造物であることが大きな要求ポイントになつ
てきた。これに対して特公昭56−7799号公報には被覆剤
中のSi、Cu、Cr、Moのコントロールにより、耐
海水腐食性の良好な被覆アーク溶接棒が開示され
ているが、低温靭性を大幅に改善できるものには
至つていない。また、特公昭53−19296号公報には、Cu、Siさ
らにCr量のコントロールされた被覆剤による溶
接棒が記されているが、耐硫酸露点腐食性の優れ
た溶接棒であり、低温靭性、耐海水腐食性の優れ
た被覆アーク溶接棒に関するものではない。（発明の解決しようとする問題点）本発明はかかる現状に鑑み氷海域における海洋
構造物や砕氷船の建造等において、優れた低温靭
性を示し、かつ耐海水腐食性の優れた溶接金属の
得られる被覆アーク溶接棒を提供するものであ
る。（問題点を解決するための手段）本発明の要旨とするところは、Cu1.2〜2.9重量
％（以下％はいずれも重量％を示す。）、Si1.1〜
3.8％、Ni0.9〜4.8％、Ti、Al、Mgの一種以上を
3.1〜5.8％、金属炭酸塩33〜60％、金属弗化物12
〜25％、その外に上記以外の脱酸剤、アーク安定
剤、スラグ生成剤および粘結剤を含む被覆剤また
は必要に応じてこれにCr0.6％以下とMo0.8％以
下のうち一種または二種を含む被覆剤を炭素鋼心
線に被覆してなることを特徴とする低水素系被覆
アーク溶接棒にある。従来より鋼の耐海水腐食性改善には、Cu、Cr
の添加が有効なことが知られている。鋼構造物に
おける溶接部は母材と、化学成分や熱履歴が異な
るため特に局部腐食を受け易い。なかでも、溶接
金属が母材より先に選択腐食を受ける場合には、
その母材との面積比により急速に腐食がすすみ、
破壊につながるおそれがある。この防止には溶接
金属中にCu、Cr、Niなどを添加して溶接金属を
母材よりも電気化学的に貴にすることが必要であ
る。とりわけCuは耐食性向上に有効であるが、
Cuは凝固温度が低く溶接金属の凝固過程におい
て結晶粒界に偏析する傾向があり、溶接金属の脆
化をきたし、低温靭性を劣化させる原因になつて
いた。そこで本発明者らは、Cuを添加した溶接棒の
溶着金属の低温靭性改良の検討を行ない、被覆剤
中のSiをできるだけ減少すると共に適量のNiを
添加することにより、低温靭性を大幅に改善でき
ることを見出したものである。一方、被覆剤中のSiは低水素系溶接棒では、有
効な脱酸剤であり、また溶融金属および溶融スラ
グの粘性をコントロールして良好な溶接作業性を
与える材料であるため、単純に減少したのでは脱
酸不足によりかえつて脆化をまねくと共に、溶接
作業性が劣化し、安定した溶接が不可能になり、
溶接欠陥を生じる原因となる。この解決のために
は強脱酸剤であるTi、Al、Mgを適正量添加すれ
ば良いことを見出した。これらの元素は、被覆剤
に添加すると脱酸力が強いためSi量が低くても、
酸素量の低い靭性の良好な溶接金属を形成すると
共に溶融金属の粘性を増加し、溶接作業性を改善
できることがわかつた。本発明は、かかる知見に基づいてなされたもの
であり、以下に作用とともに詳細に説明する。（作用）本発明の特徴の一つは被覆剤中にCuを添加し
て耐海水腐食性を大幅に向上したことにある。第１図は、炭酸石灰46％、ほたる石17％、ルチ
ール４％、Mn3.8％、Ni1.5％、Cr0.2％、Mo0.4
％、Ti1.8％、Al−Mg3.1％、Fe−Si（42％Si）
7.8％、Cu0〜3.5％、粘結剤7.6％、残部が鉄粉か
らなる被覆剤を、直径4.0mm、長さ400mmの炭素鋼
心線に被覆外径が6.3mmになるように被覆塗装し
た後に、乾燥、焼成して12種類の溶接棒を作製
し、深さ10mmのＶ溝を持つC0.1％、Si0.2％、
Mn1.1％、Cu0.3％、Ni0.4％、Cr0.1％厚さ25mm
の鋼材に、溶接電流170A、入熱15kJ／cmで溶接
し、表面下１mmから厚さ５mmの試験片を採取し３
％食塩水中で３カ月間の回転浸漬試験を行いその
結果を示したものである。同図の横軸は被覆剤中
のCu量、たて軸は溶接金属の腐食減量である。
なお、腐食減量とは第２図に示すように、腐食試
験後の測定部溶接金属の最低厚さｌを測定し、試
験片の試験前の厚さ（５mm）との差を求めたもの
である。被覆剤中にCuを含まない溶接棒による溶接金
属では、腐食減量が1.9mmもあり、また被覆剤中
のCuが1.2％未満のものはいずれも0.6mmを超えて
いるのに対し、被覆剤のCuが1.2％を超えるもの
はいずれも0.4mm以下であり良好な耐海水腐食性
を示した。 Cuを2.9％を超えて添加しても耐食性の改善に
著しい効果が見られず、逆に低温靭性が劣化す
る。従つて本発明におけるCuの添加量を1.2〜2.9
％と限定した。続いて、Cu添加による低温靭性の劣化防止の
ために、被覆剤中のSi量の減少と、適量のNi添
加を行つた。 Siは前述のように脱酸剤として又、溶接作業性
の確保のため主にFe−Siとして添加しているが、
Si量が多くなると溶接金属の結晶粒を粗大化し、
靭性を劣化させる。このため被覆剤中のSi量を低
減することは低温靭性改良に有効である。さらに
Niを添加するとフエライトへの固溶効果により
溶接金属の靭性を大幅に改善でき、Cu添加によ
る低温靭性の劣化を十分に補うことができる。第３図は炭酸石灰42〜48％、ほたる石16.8％、
ルチール3.6％、Mn0.8％、Cr0.4％、Fe−Ti（40
％Ti）3.6％、Mg2.4％、Cu2.2％、Fe−Si（42％
Si）2.2〜12.6％、Ni0.4〜4.2％、粘結剤7.3％、残
部が鉄粉からなる被覆剤を用い、前記と同様の方
法により心線径4.0mmの溶接棒17種類を作製し、
これらの溶接棒についてJIS Z3212に従つて溶着
金属の衝撃試験を行い、その結果を示したもので
ある。なお、衝撃試験は２mmＶノツチシヤルピー
衝撃試験片３本を採取し、JIS Z2242により−60
℃で実施し吸収エネルギーを求めた。同図から明らかなように、Niが1.0％以上含ま
れ、Fe−Siが8.9％すなわちSi量が3.7％以下であ
る溶接棒の溶着金属はいずれも11Kgｆ・ｍ以上の
吸収エネルギーであつた。しかし、Niが0.4％の
ものは、Si量にかかわらず５Kgｆ・ｍ未満の吸収
エネルギーであり、また、Fe−Siが9.8％すなわ
ちSiが4.1％を超えたものはいずれも９Kgｆ・ｍ
未満の吸収エネルギーであつた。さらに同様の試験を重ね被覆剤中に添加するSi
とNiの適正範囲を求めた。Siは3.8％を超えると
溶着金属のSi量が増加し、低温靭性が劣化する。
また、1.1％未満では脱酸が不充分であり、かつ
溶接時アークが不安定になり溶融金属の粘性が低
下し、溶接作業性が著しく悪くなる。このため被
覆剤中のSiの添加範囲を1.1〜3.8％と定めた。また、Niは0.9％未満の添加では低温靭性の改
善効果が十分でなく、また4.8％を超えて添加し
てもその効果が飽和し、それ以上の著しい改善効
果が得られないため、その範囲を0.9〜4.8％とし
た。 Ti、Al、Mgはいずれも強脱酸剤であり、これ
らを被覆剤に添加することにより被覆剤中のSiを
大幅に低減しても、酸素量の低い清浄な溶接金属
が得られる。さらに溶接金属の粘性をコントロー
ルして良好な溶接作業性が得られる。Ti、Al、
Mgの１種以上の合計が3.1％未満ではその効果が
不充分であり、5.7％を超えて添加すると溶融ス
ラグの流動性が悪くなつてビード形状が悪化し、
アークが不安定となりスパツタが増加する。また
スラグのはく離も悪くなるので3.1〜5.8％の範囲
とした。続いて、本発明にいう金属炭酸塩とは
CaCO₃、BaCO₃、MgCO₃、MnCO₃などをさし、
CaCO₃を必須として必要に応じて他のものを組
合せその合計を33〜60％含有せしめるものであ
る。これらの金属炭酸塩は、アーク中で分解し、
CO₂ガスを発生し溶融メタルを大気からしや断
し、アーク雰囲気中の水素、窒素のガス分圧を下
げると共に、塩基性のスラグを生成する効果を有
する。この添加量が33％未満では、スラグの融点
が低下しスラグの被包性が悪くなつて良好なビー
ドを得ることができない。また大気をしや断する
ガス発生量が不足するため、ピツトやブローホー
ルが発生したり溶接金属の水素量が増加し、耐割
れ性が劣化する。一方60％を超えて添加した場合はガス発生量が
過剰となりピツトが多発すると共に、スラグの融
点が上昇してスラグの流動性が悪くなり溶接母材
とのなじみが不均一となりビード形状が悪くな
る。また、本発明にいう金属弗化物とはCaF₂、
BaF₂、MgF₂、AlF₂、MnF₂、LiFなどを指し、
CaF₂を必須とし必要に応じて他のものを組合せ
その合計を12〜25％含有せしめるものである。こ
れらの金属弗化物はいずれもスラグの融点を下
げ、流動性の良いスラグをつくる。またアーク中
で分解した弗素は溶融メタルや溶融スラグの水素
と反応し、溶接金属の水素を下げて耐割れ性の良
好な溶接金属をつくる。これらの添加量が12％未
満では適当なスラグの流動性が得られずビード形
状が悪くピツトが発生したり、溶接金属の水素量
が増加して割れを発生させたりする。一方25％を
超えて添加するとスラグの粘性が不足しビード形
状が悪化し、また被覆筒も弱くなり溶接作業性が
劣つてくる。次に、被覆剤に含有せしめるその他の脱酸剤、
アーク安定剤、スラグ生成剤とはMn、鉄粉、ア
ルカリ成分、ルチールなどをさし、その添加量は
特に規定しないがその合計は５〜25％が溶接作業
性の面から望ましい。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Na₂O、K₂O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。以上が本発明溶接棒の被覆剤に含む主要な構成
成分であるが、この他に必要に応じてCrまた
は／およびMoを含むことができる。 Crは耐海水腐食性改善に効果があるが、その
量が多いと孔食の原因となるので最大0.6％まで
とした。 Moは焼入れ性を向上し、強度アツプ、低温靭
性向上に有効であるが0.8％を超えて添加すると、
強度が上昇しすぎ低温靭性が劣化するので最大
0.8％とした。本発明溶接棒は、以上述べた被覆剤を炭素鋼心
線の周囲に被覆剤重量が溶接棒重量に対し、25〜
35％となるように通常の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300〜550℃で
焼成して製造する。なお本発明にいう炭素鋼心線とはJIS G3523に
定められた被覆アーク溶接棒用心線である。次に実施例により本発明の効果をさらに具体的
に示す。（実施例）第１表に本発明溶接棒および比較のため用いた
溶接棒の被覆剤組成と各種試験結果を示す。第１表においてＡ−１〜Ａ−10が本発明実施例
溶接棒であり、Ｂ−１〜Ｂ−８が比較例溶接棒で
ある。棒径はいずれも4.0mmである。これらの溶接棒の耐海水腐食性を調査するた
め、深さ10mmのＶ溝を有するC0.1％、Si0.2％、
Mn1.1％、Cu0.3％、Ni0.4％、Cr0.1％、厚さ25
mmの鋼材に、溶接電流170A、入熱15kJ／cmで溶
接し、表面下１mmから厚さ５mmの試験片を採取し
て３％食塩水中で３カ月間の回転浸漬試験を行な
い、前述と同様の要領にて、溶接金属の腐食減量
を測定した。なお実験結果の判定は腐食減量0.5
mm以下を良好とした。また、低温靭性を調査するためJIS Z3212に従
つて溶着金属を作成し２mmＶノツチシヤルピー衝
撃試験片３本を採取し、JIS Z2242により−60℃
で衝撃試験を行い、吸収エネルギーを求めた。な
お試験結果の判定は−60℃における吸収エネルギ
ーの平均値が10Kgｆ・ｍ以上を良好とした。さら
に、これらの溶接棒について溶接作業性試験も行
つた。本発明溶接棒による溶接金属の耐海水腐食性
は、Cu添加による耐食性改良効果により、腐食
減量が0.4mm未満であつた。また溶着金属の低温
靭性もSiの減少とNi添加の効果により良好で、−
60℃での吸収エネルギーが全て12Kgｆ・ｍを超え
ていた。さらに、Ti、Al、Mgの働きもあり溶接
作業性も良好であつた。一方、被覆剤にCuが添加されていない、ある
いは0.9％以下である溶接棒Ｂ−４、Ｂ−１、Ｂ
−７は、耐食性が十分でなく腐食減量が0.8mmを
超え、特にCu添加のない溶接棒Ｂ−４は腐食減
量が２mm近くにもなつた。逆にCuの多い溶接棒
Ｂ−２は、耐食性は良好であつたが、Cuにより
脆化がおこり低温靭性が低かつた。 Cuが添加されており、かつSiが4.5％と多く添
加されている溶接棒Ｂ−８はNi添加にもかかわ
らず吸収エネルギーが低かつた。被覆剤中にNiの添加されていない溶接棒Ｂ−
６、Niが0.6％のＢ−１およびMoが1.0％のＢ−
７は、Siが低いにもかかわらず吸収エネルギーが
低かつた。 Crが1.0％の溶接棒Ｂ−６は、耐食性試験中に
孔食がおこり腐食減量が大きくなつた。さらに、Siの低すぎる溶接棒Ｂ−３、Ti、Al、
Mgの低すぎるＢ−５、また多すぎるＢ−８、ま
た金属炭酸塩、金属弗化物の量の不適正なＢ−
２、Ｂ−３、Ｂ−５、Ｂ−６は溶接作業性が悪か
つた。

【表】

【表】（発明の効果）以上の様に本発明溶接棒は、耐海水腐食性がき
わめて優れ、かつ低温靭性が格段に向上したもの
である。これは従来の耐海水鋼用溶接では到底達成し得
ないものであり、特に北極海のような氷海域にお
ける海洋構造物や砕氷船の建造に大きな効果を発
揮し、これら産業の発展に貢献するところ極めて
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐海水腐食性試験における被覆剤中の
Cu量と腐食減量との関係を示す図、第２図は耐
海水腐食性試験における腐食減量の測定要領を示
す図、第３図は溶着金属の衝撃試験における被覆
剤中のFe−Si（Si）量、Ni量と−60℃における吸
収エネルギーとの関係を示す図である。ｌ：測定部（溶接金属の最低厚さ）。

Claims

【特許請求の範囲】１ Cu1.2〜2.9重量％、Si1.1〜3.8重量％、Ni0.9
〜4.8重量％、Ti、Al、Mgの一種以上を3.1〜5.8
重量％、金属炭酸塩33〜60重量％、金属弗化物12
〜25重量％、その外に上記以外の脱酸剤、アーク
安定剤、スラグ生成剤および粘結剤を含む被覆剤
を炭素鋼心線に被覆してなることを特徴とする低
水素系被覆アーク溶接棒。２ Cu1.2〜2.9重量％、Si1.1〜3.8重量％、Ni0.9
〜4.8重量％、Ti、Al、Mgの一種以上を3.1〜5.8
重量％、Cr0.6重量％以下とMo0.8重量％以下の
うち一種または二種、金属炭酸塩33〜60重量％、
金属弗化物12〜25重量％、その外に上記以外の脱
酸剤、アーク安定剤、スラグ生成剤および粘結剤
を含む被覆剤を炭素鋼心線に被覆してなることを
特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。