JPH07251294A

JPH07251294A - 低水素系被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH07251294A
Application number: JP6903394A
Authority: JP
Inventors: Shozo Naruse; 成瀬省三; Takeshi Sugino; 毅杉野; Munenobu Satou; 佐藤統宣; Noriyuki Hara; 則行原
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1995-10-03
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JP2711069B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被覆剤からのＮiの添加形態にしても、良好
な作業性と健全かつ高靭性・高延性な溶接金属が得られ
る低水素系被覆アーク溶接棒を提供する。【構成】鋼心線外周に被覆剤を塗布してなる低水素系
被覆アーク溶接棒であって、該被覆剤が、被覆剤重量％
で、ＣaＣＯ₃、ＭgＣＯ₃、ＢaＣＯ₃のうち１種又は２種
以上：２５〜５５％、ＣaＦ₂：２〜３０％、Ｓi：２〜
９％、ＴiＯ₂：２〜８％、Ｎi及び／又はＮi合金(Ｎi換
算量)：１〜１４％を含有すると共に、Ｎi及び／又はＮ
i合金の粒度が、Ｎi及び／又はＮi合金の全重量％で、
１４９μm以上、２５０μm未満の粒が１０％以下、２５
０μm以上の粒を実質的に含まず、かつ、Ｎi及び／又は
Ｎi合金の成分組成が、Ｎi及び／又はＮi合金の全重量
％で、Ｐ≦０.００７％、Ｃ≦０.０２％であることを特
徴とする低水素系被覆アーク溶接棒である。特に、低温
用アルミキルド鋼、２.５〜３.５％Ｎi鋼及び高張力鋼
等の溶接に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低水素系被覆アーク溶接
棒に関し、特に、低温用アルミキルド鋼、２.５〜３.５
％Ｎi鋼及び高張力鋼等の溶接に適用して、良好な作業
性と健全かつ高靭性・高延性な溶接金属が得られる低水
素系被覆アーク溶接棒に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】これま
で、低温用鋼や高張力鋼用の被覆アーク溶接に関しては
多くの発明事例が報告されている。それらの殆どは高靭
性材料に関するもので、Ｎi系溶材、Ｔi−Ｂ系溶材等が
例として挙げられる。

【０００３】しかし、上記鋼材用溶接金属が高靭性を有
すること自体好ましいことではあるが、これら鋼材の溶
接においても、一般の鋼材の場合と変わらず、むしろ、
破壊力学的観点からは、それ以上に局部的に「欠陥の防
止」、「高延性」であることがより重要な課題と云え
る。

【０００４】「欠陥の防止」については多くの提案がな
され実用化されているが、溶接凝固偏析及びそれに起因
する品質低下の問題については殆ど例がみられず、特開
昭５７−８１９９７号が散見される程度である。

【０００５】特開昭５７−８１９９７号では、マクロ偏
析の問題をとりあげ、添加合金の粒度を限定することに
よってマクロ偏析が緩和されることが提案されている。
しかし、マクロ偏析が皆無となっていないこと、高電流
下向溶接という比較的偏析が生じ難い特定条件下のみの
検討であること、靭性と延性両面からの検討がなされて
いないこと等、課題が残されている。

【０００６】一方、被覆剤にＮiを含有させて得られる
溶接金属において曲げ試験時の微小割れの発生、及び引
張試験時の伸びの低下等の問題が現在もしばしば認めら
れる。この問題は、Ｎiのマクロ偏析によるものと推定
され、Ｎiを心線添加型とすれば解決し得ると思われる
が、反面、溶材の大幅なコストアップ及び作業性の劣化
(棒焼けを生じて欠陥が発生しやすくなること)を生じ、
実用困難な状況にある。

【０００７】本発明は、上述の従来技術の問題点を解決
すべく、被覆剤からのＮiの添加形態にしても、良好な
作業性と健全かつ高靭性・高延性な溶接金属が得られる
低水素系被覆アーク溶接棒を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は、鋼心線外周に被覆剤を塗布し
てなる低水素系被覆アーク溶接棒であって、該被覆剤
が、被覆剤重量％で、ＣaＣＯ₃、ＭgＣＯ₃、ＢaＣＯ₃の
うち１種又は２種以上：２５〜５５％、ＣaＦ₂：２〜３
０％、Ｓi：２〜９％、ＴiＯ₂：２〜８％、Ｎi及び／又
はＮi合金(Ｎi換算量)：１〜１４％、を含有すると共
に、Ｎi及び／又はＮi合金の粒度が、Ｎi及び／又はＮi
合金の全重量％で、１４９μm以上、２５０μm未満の粒
が１０％以下、２５０μm以上の粒を実質的に含まず、
かつ、Ｎi及び／又はＮi合金の成分組成が、Ｎi及び／
又はＮi合金の全重量％で、Ｐ≦０.００７％、Ｃ≦０.
０２％、であることを特徴とする低水素系被覆アーク溶
接棒を要旨としている。

【０００９】

【作用】以下に本発明を更に詳述する。

【００１０】本発明の基本的な材料設計思想は、以下の
とおりである。すなわち、本発明者らは、被覆剤からの
Ｎiの添加形態を検討した結果、マクロ偏析は低電流域
での溶接でより生じ易いこと(溶滴が大きい方が生じ易
い)、全姿勢での溶接アーク現象を考慮するとマクロ偏
析を皆無にすることは困難なこと、しかし、マクロ偏析
を生じたとしても品質が劣化しない被覆剤の成分領域が
存在することを見い出した。

【００１１】そして、低電流域での溶接の場合も含めて
マクロ偏析を極力防止するためにはＮi或いはＮi合金粉
における１４９μm以上２５０μm未満の粒子を１０％以
下、及び２５０μm以上の粒子を実質的に含まないとす
ること(図１参照)が、また、偏析部の靭性・延性低下を
防止するためにはＮi或いはＮi合金粉のＰ含有量を０.
００７％以下、Ｃ含有量を０.０２％以下に保つこと(図
２参照)が、それぞれ有効であることを見い出したもの
である。

【００１２】この知見に基づいて更に詳細な実験研究を
重ねて、所期の目的を達成できる低水素系被覆アーク溶
接棒を完成したものである。次に、各成分の作用効果に
ついて説明する。なお、成分含有量は被覆剤全重量％で
ある。

【００１３】ＣaＣＯ₃、ＢaＣＯ₃、ＭgＣＯ₃の１種又は
２種以上：２５〜５５％ＣaＣＯ₃、ＢaＣＯ₃、ＭgＣＯ₃はいずれも炭酸塩として
同効物質であり、溶接中に分解してＣＯ₂を発生し、シ
ールド効果を有する。しかし、２５％未満ではその効果
がなくなり、また５５％を超えるとスパッタが多発する
ようになる。

【００１４】ＣaＦ₂：２〜３０％ＣaＦ₂は耐気孔性を維持するために不可欠の成分であ
り、スラグ剤としても作用する。しかし、２％未満では
耐気孔性が劣化し、また３０％を超えるとアークが不安
定となって上向溶接が困難となる。

【００１５】Ｓi：２〜９％Ｓiは塩基性スラグ系において有効な脱酸剤である。し
かし、２％未満では母材への融合性が劣化して立向溶接
が困難となり、また９％を超えると靭性が低下するよう
になる。Ｓiは通常、Ｆe−Ｓi或いはＦe−Ｓi−Ｂ等の
鉄合金の形で添加する。

【００１６】ＴiＯ₂：２〜８％ＴiＯ₂は全姿勢、特に立向溶接での作業性を維持するた
めのスラグ剤であるが、２％未満では立向・上向溶接が
むずかしくなり、また８％を超えると粘性が過多となっ
て融合性が劣化する。

【００１７】Ｎi及び／又はＮi基合金(Ｎi換算量)：１
〜１４％Ｎiは耐力向上、或いは低温靭性の改善に極めて有効な
成分である。しかし、１％未満ではその効果が小さく、
また１４％を超えると粘度を調整しても偏析個数が著し
く増加する。Ｎi成分は通常、金属Ｎi粉、或いはＮi−
Ｍg等のＮi合金粉で添加する。

【００１８】Ｎi及び／又はＮi合金の粘度：図１は被覆
剤中の種々のＮi含有量におけるＮi粉中の粗粒物(１４
９μm以上)の割合と溶接金属中の偏析数の関係を調べた
結果である。試験板としてアルミキルド鋼(板厚２０m
m、６０゜Ｖ開先)を用い、溶接電流が１３０Ａ(立向)及
び１８０Ａ(下向)の溶接条件で得られた溶接金属につい
て偏析数を調べた(溶接断面数１０)。図１に示すよう
に、１４９μm以上の粒が１０％を超えると偏析個数が
急激に増加する。したがって、１４９μm以上の粒を１
０％以下とする。また、２５０μm以上の粒については
偏析現象を考慮して実質的に含まないようにする。な
お、実質的に含まないとは、Ｎi及び／又はＮi合金全重
量％で０.１％以下を意味する。

【００１９】Ｎi及び／又はＮi合金の成分組成：図２は
Ｎi粉中のＰ量〔Ｐ〕、Ｃ量〔Ｃ〕と割れ発生数の関係
を調べた結果である。図２に示すように、〔Ｐ〕或いは
〔Ｃ〕が限界値を超えると、曲げ試験において偏析部を
起点とした微小割れが発生するようになり、また伸びも
低下して延性が劣化する。したがって、Ｎi粉又はＮi合
金粉中、それぞれ〔Ｐ〕≦０.００７％、〔Ｃ〕≦０.０
２％とする。

【００２０】以上の成分を必須とするほか、母材の鋼
種、溶接金属の特性、作業性等々を考慮して以下の成分
を適宜被覆剤中に添加することができる。

【００２１】他の脱酸剤：Ｍnは心線からも添加できる
が、被覆剤に添加する場合には２〜６％の範囲が好まし
い。６％を超えると著しく硬化して靱性が低下するよう
になる。Ｍnは通常、金属Ｍn或いはＦe−Ｍnの形で添加
される。Ｔiも有効な脱酸剤で、特にＴiＢ系溶接金属を
必要とする場合に添加でき、３％以下の範囲が好まし
い。３％を超えると固溶Ｔiを多く生成して靱性が急激
に劣化する。Ｔiは通常、Ｆe−Ｔiで添加される。その
他、Ａl、Ｍg等も用途に応じて添加できるが、添加量は
それぞれ３％以下が好ましい。

【００２２】なお、脱酸剤については、Ｓiの場合も含
めて、その原料粉の粒度は特に規定しない。この理由
は、脱酸剤そのものが酸素との親和力が大きいため、凝
固直前でのマクロ偏析を生じ難いことによる。

【００２３】他の合金成分：強度或いは靱性向上のため
に、Ｂ、Ｃr、Ｍo等の合金を被覆剤に添加できる。Ｂは
Ｔi−Ｂ系溶接金属を形成する場合に利用できるが、添
加量は０.３％以下が望ましい。Ｂは通常、Ｆe−Ｓi−
ＢやＢ酸化物の形で添加される。また、Ｃr或いはＭoは
高張力鋼用溶接金属を形成する場合に有効で、被覆剤に
添加する場合は、それぞれ３.５％以下、２％以下が望
ましい。これらは通常、金属粉や合金粉(鉄合金など)の
形で添加されるが、原料粒度に関しては、Ｎi又はＮi合
金粉と同様の配慮が好ましい。

【００２４】なお、心線に関しては、母材の鋼種、溶接
金属の成分組成等々を考慮して適当な成分組成の鋼心線
を使用すればよい。一例として、ＪＩＳＧ３５０３(被
覆アーク溶接棒心線用線材)、同Ｇ３５２３(被覆アーク
溶接棒用心線)などである。

【００２５】次に本発明の実施例を示す。

【００２６】

【実施例】表１、表２に示す成分組成の被覆剤を炭素鋼
心線(４.０mmφ×４００mm長)の外周に塗布して低水素
系被覆アーク溶接棒を作製し、低電流立向溶接にて試験
を実施した。試験板は表３に示す鋼種で板厚２０mm、６
０゜Ｖ開先とし、溶接パラメータとしては、１３０Ａ−
２２Ｖ、溶接入熱としては３０〜３５ＫＪ／cmを採用し
た。

【００２７】試験結果は表３に示す。その概要をまとめ
ると以下のとおりである。

【００２８】溶接棒Ｎo.１〜９は本発明例であり、それ
ぞれ、対象とする鋼材に匹敵する十分な強度、靱性、延
性(伸び、曲げ性能)を示し、割れ発生がなく良好な作業
性を示している。

【００２９】一方、溶接棒Ｎo.１０〜１５は比較例であ
り、まずＮo.１０は、Ｎi粉中の〔Ｃ〕が高いために伸
びが低下し、曲げ試験において微小割れが発生してい
る。Ｎo.１１、１２は、Ｎi粉中の〔Ｐ〕が高いために
曲げ試験において微小割れが発生し、伸びも低下した。
Ｎo.１３、１４、１５は、Ｎi粉又はＮi合金粉中の粗粒
物が多い例で、いずれも曲げ試験において微小な割れが
発生し、伸びも一部低下して、延性が劣化する傾向を示
している。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アルミキルド鋼、２.５〜３.５％Ｎi鋼、高張力鋼等の
溶接において、良好な作業性と靱性・延性の優れた高品
質な溶接金属が得られる。また低電流域での溶接或いは
全姿勢溶接で同様の効果が得られ、しかも特殊な心線を
必要としないので安価であり、その効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】被覆剤中の種々のＮi含有量におけるＮi粉中の
粗粒物(１４９μm以上)の割合と溶接金属中の偏析数の
関係を示す図である。

【図２】Ｎi粉中のＰ量〔Ｐ〕、Ｃ量〔Ｃ〕と割れ発生
数の関係を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者原則行神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼心線外周に被覆剤を塗布してなる低水
素系被覆アーク溶接棒であって、該被覆剤が、被覆剤重
量％で、ＣaＣＯ₃、ＭgＣＯ₃、ＢaＣＯ₃のうち１種又は２種以
上：２５〜５５％、ＣaＦ₂：２〜３０％、Ｓi：２〜９％、ＴiＯ₂：２〜８％、Ｎi及び／又はＮi合金(Ｎi換算量)：１〜１４％、を含
有すると共に、Ｎi及び／又はＮi合金の粒度が、Ｎi及び／又はＮi合金
の全重量％で、１４９μm以上、２５０μm未満の粒が１０％以下、２５０μm以上の粒を実質的に含まず、かつ、Ｎi及び／又はＮi合金の成分組成が、Ｎi及び／又はＮi
合金の全重量％で、Ｐ≦０.００７％、Ｃ≦０.０２％、であることを特徴とする低水素系被覆
アーク溶接棒。