JPH06688A - ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガスシールドアーク溶接時にスパッタの発生の
少ない鋼ソリッドワイヤとを提供する。 【構成】鋼組成中にＣｒを０．１５％以上添加すること
によって従来の粒界酸化のための熱処理温度と時間で粒
内酸化を容易におこし、表層に均一かつ細かい間隔で微
細な酸化物を多く生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表層部に酸素を富化さ
せたガスシールドアーク溶接用低スパッタソリッドワイ
ヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ar、CO₂ 、He等の単独ガス、あるいはA
r、He、CO₂ 、O₂等の混合ガスよりなるAr-CO₂、Ar-O
₂ 、Ar-He-CO₂-O₂等のシールドガスがガスシールドアー
ク溶接に用いられる。これらのシールドガスを用いたガ
スシールドアーク溶接のさいのスパッタを低減するため
に、ソリッドワイヤの表層部に酸化物よりなる酸素富化
層を生成させる技術が従来いくつか提案されてきてい
る。ワイヤ表層部に存在する酸化物は溶接時における溶
滴の表面張力を低下させ、溶滴を微細化させる。また、
酸化物は酸素それ自身によるアーク安定化作用により母
材への溶滴の移行をスムーズにし、スパッタ発生量を低
下させる働きがある。

【０００３】そして酸素の富化方法としては、次の方法
がこれまでに提案されている。 たとえば特開昭60-40685号公報に開示されているよ
うに、伸線段階の潤滑油にあらかじめ酸化物を混合させ
ておく方法。 特開昭59-110496 号、特開昭60-40685号公報などに
開示されているように、焼鈍等において表層に生成した
スケールを１部残した状態でメッキを施す方法。 特開昭58-187298 号、特開昭60-40685号公報などに
開示されているように、メッキを施した後に熱処理を行
い表面に酸化物を富化させる方法。 特開昭58-128294 号、59-61592号、59-66996号、60
-40685号公報などに開示されているように、焼鈍を 200
℃から 950℃で行ない粒界酸化をおこさせる方法。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のから
の方法では、ワイヤ表層部に均一かつ十分な量を付着
させることは難しい。すなわち、の方法では、潤滑油
中に均一に酸化物を混入させることが難しいこと、また
最終製品での潤滑油の量はワイヤ重量に対し、 0.1％ほ
どしかなく、低スパッタ化に十分な酸化物を均一に付着
させることは困難であるという問題がある。

【０００５】また、の方法では、スケールがワイヤ表
面に均一かつまんべんなく付着している状態では健全な
メッキを施すことは困難であるので、スケールを部分的
に残す必要があるが、焼鈍、酸洗のさいのスケール残留
量のコントロールが困難であるという問題がある。の
方法に関しては、メッキを施した後に熱処理を加えたの
では、メッキ層が酸化することは避けがたい。ワイヤ表
面部の酸化物量と給電ノズルチップを介する通電性とは
相反するものであり、低スパッタ化に十分な酸化物量を
確保した場合、通電性が悪くなり、アークが不安定とな
って十分な低スパッタ化が計れない。また、富化した酸
化物量によっては、逆にスパッタを増す結果にもなる。

【０００６】については、熱処理、酸洗後にメッキを
施すことになるので、メッキ層は健全であり、かつメッ
キ層の内側の粒界の酸化物により、スパッタ低減の効果
はある程度期待できる。しかし、粒界酸化の発生は表面
層の粒界ピッチに左右されるため、その発生は通常Ｃ方
向で 5μｍ以上、Ｌ方向で 100μｍ以上と粗くなり、溶
滴移行を細かくして、低スパッタ化を図るには十分では
ないという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは鋭意研究を進
めた結果、粒界酸化法よりも細かく均一に、より表層部
に濃化した形で酸化物を富化させることにより、目標と
する低スパッタ化が可能ではないか検討した結果、粒内
酸化による酸化物層を表層に有することによって目標と
する低スパッタ化が可能であることを見いだした。

【０００８】すなわち本発明は、重量比で Cを0.15％
以下、Siを 0.1％以上、1.5 ％以下とし、Mnを0.80％以
上、 2.5％以下、Crを0.15％以上、 2.0％以下、Niを
0.3％以下、Moを 0.3％以下、Tiを 0.3％以下、Alを 0.
3％以下、Nbを0.05％以下、 Bを0.01％以下とし残部が
鉄と不可避的不純物からなり、表層部から厚さ 2.5μｍ
以上において断面積 100μｍ² 当たり10個以上の粒内酸
化物を有する層を有することを特徴とするガスシールド
アーク溶接用ソリッドワイヤであり、 において重
量比で Cを0.05％以下、Siを 0.1％以上、 0.4％以下と
することを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッ
ドワイヤである。

【０００９】

【作用】本発明のワイヤ組成を上記のように限定した理
由は次のとうりである。通常用いられている組成のワイ
ヤで粒内酸化を起こさせるためには、ソリッドワイヤ製
造において一般的に焼鈍に用いられている 750℃前後の
加熱温度では10時間以上の長時間の均熱処理が必要であ
る。生産性を上げるために焼鈍を連続炉で行うことを考
えた場合、焼鈍時間を数十秒以下に押さえることが望ま
しいが、そのためには焼鈍温度を1000℃以上の高温に上
げねばならない。その場合は高温での熱処理を可能にす
るために設備を大幅に変更しなければならず、設備費上
の問題を生ずる。

【００１０】本発明では、粒内酸化による酸化付加をCr
を添加することによって、750 ℃前後で 3時間前後の熱
処理により得ることができた。粒内酸化による表面酸素
富化層を生成するためには、上述のようにCrの添加が有
効であるが、さらにSiと Cを規定する必要がある。また
溶接金属の靱性の確保のために必要に応じてNi、Mo、A
l、Ti、Nb、B を規制する。また、これらの元素以外に
も耐食性、靱性、強度などの確保のために必要に応じて
Cu、N を添加する。

【００１１】表層部の粒内酸化物層の深さが 2.5μｍ未
満では酸化物量の不足により十分な低スパック化が計れ
ない。また、粒内酸化物層の 100μｍ² 当たりの酸化物
数が10個未満では、粒界酸化同様、酸化物のピッチが粗
く十分な低スパッタ化が計れない。Cr量については、粒
内酸化を起こさせるために0.15％以上の添加が必要であ
ること、また、 2.5％を越えて添加すると靱性の劣化が
認められる。したがって、Cr量は、 0.15 ％以上、2.5
％以下とした。

【００１２】Cについては、強度確保のために不可欠な
元素である。しかし、0.15％を超えて Cを添加すると靱
性が極端に低下するため Cの添加量を0.15％以下とし
た。Siについては、主に脱酸剤および高靱性を得るため
に必要不可欠な元素である。しかし 1.5％を超えてSiを
添加すると靱性が極端に低下するためSiの添加量を0.1
％以上 1.5％以下とした。

【００１３】また、 C含有量を0.05％以下、更にSi含有
量を 0.1％以上、 0.4％以下とすることによってより容
易に粒内酸化を得ることができる。Mnについては、主に
脱酸剤および高靱性を得るためにある程度含有させる必
要がある。 0.8％未満については、 0や Sによる高温割
れを生じる危険性があり、2.5％を超えると冷間加工性
が低下するとともに靱性が確保できない。したがって、
Mn量は0.80％以上 2.5％以下とした。

【００１４】Ni 、Moについては粒内酸化を抑制する元
素であり、 0.3％以上含有させるとその傾向が顕著にな
るほか、強度を著しく向上させるため、一般用溶接材料
としては多量の添加は好ましくない。したがって、Ni
量、Mo量共に含有量を0.3 ％以下とした。Alは 0.3％以
上を超えて含有すると低温での靱性の劣化がみとめられ
る。したがって、Al量は 0.3％以下とした。

【００１５】Tiについては、溶接金属の結晶粒の粗大化
を防止し、かつ強度上昇を図るのに有効な成分である。
しかし、Tiを 0.3％を超えて含有させると靱性の劣化が
顕著にみとめられる。したがって、Ti含有量を0.3 % 以
下とした。Nbについては、Ti同様に溶接金属の結晶の粗
大化を防止し、かつ強度上昇を図るのに有効な成分であ
る。しかし、0.05％を超えて含有させると靱性の劣化が
顕著にみとめられる。したがって、Nb含有量を0.05％以
下とした。

【００１６】Bについては、Nb、Ti同様に溶接金属の結
晶粒の粗大化を防止し、かつ強度上昇を計るのに有効な
成分である。しかし、0.01％を超えて含有させると靱性
の劣化が顕著にみとめられる。したがって、 B含有量は
0.01％以下とした。製造プロセスとしては、一般に熱間
圧延→中間伸線→酸洗→メッキ→仕上げ伸線という工程
である。サブスケール層の付与は、この中間焼段階であ
り、粒界酸化物は必ず表面とのつながっているため酸洗
によって一部剥離する他、メッキに悪影響を与えむらを
生じる。また、仕上げ伸線によって松肌状の横メッキ亀
裂を生じるが本発明のの粒内酸化では表面とつながりを
持たないため酸洗によってサブスケール層の酸化物が除
去されることはないうえ、メッキ処理への悪影響はな
く、粒界酸化に起因する松肌状のメッキ亀裂も生じな
い。本ワイヤ組成では、上記の如くCrを添加することに
より一般材の焼鈍と同程度の熱処理条件で粒内酸化を生
成することが可能である。

【００１７】また、溶接中のシールドガス、溶接条件に
関係無く従来のワイヤと比較して、低スパッタ化が可能
である。

【００１８】

【実施例】熱間圧延仕上げ線径5.5mm φを 2.6mmφまで
中間伸線後、後述の熱処理を行ない、酸洗、メッキを施
し、 1.2mmφまで仕上げ伸線しスパッタ発生量の測定を
行なった。熱処理は、中間伸線後の2.6mm φのワイヤを
窒素零囲気炉で 720℃×3 時間の加熱熱処理を行った。
また、粒内酸化をおこさせるために、焼鈍雰囲気として
は水蒸気を0.01％〜 1.5％含む窒素ガスを毎分50ｌから
100ｌ送給している。

【００１９】用いた鋼組成を表１に示す。スパッタ発生
量測定時の溶接条件は、表２に示すようにシールドガス
がCO₂ およびAr-CO₂で各２条件、計４条件を用いた。ス
パッタ発生量は、全数補集した。表３に実施例および比
較例の結果を示したが、本発明の実施例であるNo.1〜44
では十分な低スパッタ化が達成されている。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】シールドガスにAr−20％CO₂ を用いた溶接
条件No.1でのスパッタ発生量内部酸化深さ( μｍ） 100
μｍ² 中の酸化物数との関係を図１および図２にそれぞ
れ示す。内部酸化深さ 2.5μｍ未満、およびその内部酸
化層10μｍ² 中の酸化物数10個未満では目標とするスパ
ッタ量 0.25g/min以下を達成することができない。

【００２３】また、試験結果を表３に示すように、Ｃ添
加量 0.05 ％以下、Si添加量を 0.4％以下としたワイヤ
No.4 、7 、9 、12、13、14、15、16、18、を用いた実
施例No.3、 6、 7、 9、10、11、12、14、18、27、28、
29、32、35、36、41、42、43、44では実施例中でも特に
優れた特性を示した。評価法は表４に従った。比較例N
o.45 、46、47、48、49、50ではCrが0.15％以下である
ために内部酸化深さは２μｍ以下、および 100μｍ² 中
の酸化物数も８個以下と少なく、スパッタ量は目的値を
大きく超えている。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】熱処理後のワイヤ No.23の熱処理のＣ方向
顕微鏡ミクロ写真を図３に示す。粒界酸化が約15μｍ発
生しているが、ピッチが柤い、それに対し、図４の実施
例No.3の熱処理後のでは 0.1〜1 μｍの粒状の粒内酸化
物が表面層に均一に発生している。

【００２７】

【発明の効果】本発明の方法により、通常の熱処理条件
に近い熱処理条件で、鋼ソリッドワイヤのごく表層部に
微細で均一高密度の粒内酸化物層を生成させることがで
きるようになり、生産性が大幅に上昇した。このワイヤ
をガスシールドアーク溶接に使用すれば、スパッタの発
生を著しく低減することができる。その結果、ワークあ
るいは溶接トーチのノズルに付着するスパッタの除去作
業が著しく軽減され、手入れ工数の削減、職場環境の改
善などの大きな効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】表１の化学組成の鋼ソリッドワイヤを、シール
ドガスに CO₂を用いて溶接条件No.1で溶接した場合の、
スパッタ発生量と粒内酸化深さとの関係を示す特性図で
ある。

【図２】表１の化学組成の鋼ソリッドワイヤを、シール
ドガスに CO₂を用いて溶接条件No.1で溶接した場合の、
スパッタ発生量と断面積100 μm²当たりの酸化物数との
関係を示す特性図である。

【図３】比較例のNo.23 の熱処理後のＣ方向の金属組織
を示す顕微鏡写真である。

【図４】実施例のNo.3のの熱処理後のＣ方向の金属組織
を示す顕微鏡写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスシールドアーク溶接に用いるソリッ
   ドワイヤであって、重量比で Cを0.15％以下、Siを 0.1
   ％以上、 1.5％以下、Mnを0.80％以上、 2.5％以下、Cr
   を0.15％以上、 2.0％以下、Niを 0.3％以下、Moを 0.3
   ％以下、Tiを0.3％以下、Alを 0.3％以下、Nbを0.05％
   以下、 Bを0.01％以下とし残部が鉄と不可避的不純物か
   らなり、断面積 100μｍ² 当たり10個以上の粒内酸化物
   を有する層を表層部から深さ 2.5μｍ以上有することを
   特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
2. 【請求項２】 請求項１において、重量比で Cを0.05％
   以下、Siを 0.1％以上、 0.4％以下とすることを特徴と
   するガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。