JPH07256489A

JPH07256489A - サブマージアーク溶接用ボンドフラックス

Info

Publication number: JPH07256489A
Application number: JP7538894A
Authority: JP
Inventors: Munenori Satou; 佐藤統宣; Takeshi Sugino; 毅杉野; Noriyuki Hara; 則行原
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JP2711071B2

Abstract

(57)【要約】【目的】より高靭性な溶接金属と良好な溶接作業性、
特に開先面でのビードのなじみの向上、その結果による
疲れ強さの向上を与え得る、低温用鋼に適したサブマー
ジアーク溶接ボンドフラックスを提供する。【構成】ＭgＯ：２０〜４５％、Ａl₂Ｏ₃：１０〜３０
％、ＣaＦ₂：５〜１５％、ＳiＯ₂：５〜２０％、金属炭
酸塩(ＣＯ₂換算)：２〜１０％、ＣaＯ及びＢaＯの１種
又は２種の合計：２〜２０％を含有すると共に、金属Ｓ
i、金属Ａl及び金属Ｔiの１種又は２種以上の合計：０.
５〜５％、金属Ｔi及びＴi酸化物(Ｔi換算)の合計(tota
lＴi)：１〜７％、金属Ｂ及びＢ酸化物(Ｂ換算)の１種
又は２種の合計：０.１〜０.５％、Ｓ:０.００５〜０.
１５％を含有していることを特徴とするサブマージアー
ク溶接用ボンドフラックスである。特に溶接部に高い靭
性と疲れ強さが要求され、主に海洋構造物やＬＰＧタン
ク等に用いられる低温用鋼用に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサブマージアーク溶接用
ボンドフラックスに関し、特に溶接部に高い靭性と疲れ
強さが要求され、主に海洋構造物やＬＰＧタンク等に用
いられる低温用鋼用に適したサブマージアーク溶接用ボ
ンドフラックス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】近年に
おけるエネルギー産業の発展に伴い低温用鋼は広く用い
られており、寒冷地でのラインパイプ、海洋での石油掘
削基地等の海洋構造物、ＬＰＧタンク等が挙げられる。
それらの構造物では、当然ながら安全性及び耐久性の確
保のため、更なる品質向上が求められており、その中で
も溶接部へのより厳しい性能要求は避け難いことであ
る。

【０００３】そのため、弾塑性破壊力学の観点から溶接
部(溶接材料)への高い破壊靭性性能が要求されており、
その靭性の評価基準としては、シャルピー衝撃試験での
破面遷移温度(vＴrs)、設計温度での破壊靭性値(ＣＴＯ
Ｄ)等が代表的なものである。また、高靭性と共に、溶
接継手部の疲れ強さ(疲労強度)も新たな課題として取り
挙げられつつある。疲労強度は、止端部(母材の面と溶
接ビードが交わる部分)の形状に大きく依存することが
知られているので、溶接材料は溶接作業性として開先面
でのなじみ性が重要となる。

【０００４】従来、これらの低温用鋼を使用した重構造
物の溶接では、被覆アーク溶接棒を用いた手溶接、ＴＩ
Ｇ溶接等が多用されているが、止端形状を改善するため
のグラインダー処理を要する等、溶接施工上の問題や、
高入熱溶接による高能率化の観点から、高品質なサブマ
ージアーク溶接材料の開発の要望が高まっている。

【０００５】サブマージアーク溶接用フラックスは、ボ
ンドフラックスと溶融型フラックスに大別されるが、前
者のボンドフラックスの製法は、脱酸剤、スラグ形成剤
等のフラックス原料に水ガラスを添加し適当な大きさに
造粒した後、５００℃前後の温度で乾燥する方法であ
る。

【０００６】このボンドフラックスは、金属炭酸塩の分
解で発生するＣＯ₂ガスによりアーク雰囲気中の水蒸気
分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を抑制する特徴
と耐吸湿性に優れた性能を有し、また、フラックス塩基
度を高くすることにより溶接金属中の酸素量を低減させ
靭性向上を達成し得るといった、耐割れ性と靭性性能に
優れた溶接金属を得ることができる。そのため、低温用
鋼の溶接材料としてボンドフラックスは適しており、溶
接施工条件、溶接環境等に拘らず良好な溶接金属性能が
得られるようにすることが重要である。

【０００７】このようなボンドフラックスとして、本出
願人は、先に特公昭５９−１３７１９５号を提案した。
このボンドフラックスは、金属酸化物、金属炭酸塩、金
属弗化物等の種類や含有量を規制し、溶接金属中の酸素
量及び窒素量を抑制することにより、高靭性化を図った
ものであり、ボンドフラックスとして優れたものであ
る。

【０００８】本発明は、上記提案のボンドフラックスに
更なる検討を加えて、より高靭性な溶接金属と良好な溶
接作業性、特に開先面でのビードのなじみの向上、その
結果による疲れ強さの向上を与え得る、低温用鋼に適し
たサブマージアーク溶接ボンドフラックスを提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、ＭgＯ：２０〜４５％、Ａl₂
Ｏ₃：１０〜３０％、ＣaＦ₂：５〜１５％、ＳiＯ₂：５
〜２０％、金属炭酸塩(ＣＯ₂換算)：２〜１０％、ＣaＯ
及びＢaＯの１種又は２種の合計：２〜２０％、を含有
すると共に、金属Ｓi、金属Ａl及び金属Ｔiの１種又は
２種以上の合計：０.５〜５％、金属Ｔi及びＴi酸化物
(Ｔi換算)の合計(totalＴi)：１〜７％、金属Ｂ及びＢ
酸化物(Ｂ換算)の１種又は２種の合計：０.１〜０.５
％、Ｓ:０.００５〜０.１５％、を含有していることを
特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを
要旨としている。

【００１０】

【作用】以下に本発明を更に詳述する。

【００１１】本発明者等は、前記のような解決すべき課
題の下で、靭性に優れた溶接金属を与え、且つ溶接作業
性に優れた溶接金属を与えるサブマージアーク溶接用ボ
ンドフラックスを開発すべくフラックス成分について検
討を加えた。その結果、高靭性の溶接金属性能を得るた
めには、溶接後の冷却過程においてオーステナイト粒界
に析出する初析フェライトを抑制しつつ、溶接金属中の
酸素量を抑えることによりフェライト粒を微細化する必
要があり、溶接金属において、以下のことが確認され
た。

【００１２】（１）酸素量が３００ppm(０.０３％)以下
であること(図１、図２参照)。（２）溶接金属中のＳi量を０.３％以下、Ａl量を０.０
１５％以下、Ｔi量を０.０３％以下に抑えること。（３）溶接金属中のＢ量を０.００２〜０.００５％の範
囲に規制すること。

【００１３】以上の知見と共に、本発明者等は更なる知
見を見い出した。すなわち、このような溶接金属中の酸
素量を低減させ、靭性を向上させることは塩基度を規制
することで或る程度は達成できるが、溶接作業性、特に
開先面でのビードのなじみ性(母材への融合性)の低下が
避けられなかった。そこで、なじみ性を向上させて、ビ
ード止端形状を改良し、疲れ強さを改善するために、フ
ラックスにＳを添加することを見い出した。溶接金属中
のＳは、一般的に不純物として扱われており、靭性の低
下や高温割れ感受性を助長することが知られているが、
下記の値までは影響がないことがわかった。すなわち、 (４) 溶接金属中のＳ量を０.０１５％以下に規制するこ
と。

【００１４】そして、上記(１)〜(４)の条件を確保する
ために必要なボンドフラックスの成分範囲は、下記〜
が有効であることを確認した。

【００１５】溶接金属中の酸素量を３００ppm以下に
抑えるには、ボンドフラックス中のＭgＯを２０％以
上、Ａl₂Ｏ₃を３０％以下、ＣaＦ₂を５％以上、ＳiＯ₂
を２０％以下、ＣaＯ及びＢaＯの１種又は２種の合計を
２％以上、金属Ｓi、金属Ａl及び金属Ｔiの１種又は２
種又は３種の合計を０.５％以上の範囲にすること。

【００１６】溶接金属中のＳi量を０.３％以下、Ａl
量を０.０１５％以下、Ｔi量を０.０３％以下に抑える
には、ボンドフラックス中の金属Ｓi、金属Ａl及び金属
Ｔiの１種又は２種以上の合計を５％以下(図３参照)、
また金属Ｔi、Ｔi酸化物(Ｔi換算)のtotalＴiを７％以
下にすること。

【００１７】溶接金属中のＢ量を０.００２〜０.００
５％の範囲に規制するには、ボンドフラックス中の金属
Ｂ及びＢ酸化物をＢ換算で０.１〜０.５％にすること
(図４参照)。

【００１８】溶接金属中のＳ量を０.０１５％以下に
抑えるには、ボンドフラックス中のＳを０.１５％以下
にすること(図５、図６参照)。

【００１９】なお、上記要件を満たすボンドフラックス
を使用し、組み合わせるワイヤとしては、Ｓi：０.１０
％以下、Ａl：０.０２％以下、Ｔi：０.００５％以下、
Ｂ：０.０００５％以下、Ｓ：０.０１％以下を含有する
ワイヤを使用することによって、靭性の優れた溶接金属
が得らるので好ましい。

【００２０】本発明は、上記知見に基づいて更に詳細に
実験を重ねた結果、完成したものであり、以下に本発明
のボンドフラックスの成分限定理由について更に詳述す
る。

【００２１】ＭgＯ：２０〜４５％ＭgＯは塩基度を高めると共に、脱酸剤として溶接金属
中の酸素を抑える働きをするため、酸素低減に効果があ
るが、２０％未満では、この作用が発揮されない。ま
た、４５％を超えるとスラグの剥離、ビード外観が悪化
する。

【００２２】Ａl₂Ｏ₃：１０〜３０％Ａl₂Ｏ₃はスラグ形成剤としての作用を持ち、またアー
クの集中性及び安定性を高める働きをする。しかし、１
０％未満ではアークが不安定で溶接困難になり、また３
０％を超えると溶接金属中の酸素を増加させて靭性を劣
化させる。

【００２３】ＣaＦ₂：５〜１５％ＣaＦ₂は一般的に知られている生成スラグの融点を調整
するという作用と共に、溶接金属中の酸素を低減させる
効果を持っている。しかし、５％未満ではこの効果が発
揮されず、また１５％を超えるとアークが不安定にな
り、ビード形状が劣化し、またビード上にポットマーク
が発生することがある。

【００２４】ＳiＯ₂：５〜２０％ＳiＯ₂はスラグ形成剤としてビード外観及びビード形状
を整える作用があるが、５％未満ではこの効果が発揮さ
れず、また２０％を超えると溶接金属中の酸素を増加さ
せ靭性を劣化させる。

【００２５】金属炭酸塩(ＣＯ₂換算)：２〜１０％金属炭酸塩は溶接熱によりガス化して、アーク雰囲気中
の水蒸気分圧を下げて溶接金属中の拡散性水素量を下げ
るといったアークのシールド効果を持つが、２％未満で
はこの効果が発揮されない。また、１０％を超えるとス
ラグの剥離性が悪化し、時にはビード上にポックマーク
が発生し作業性が不良になる。一般的に金属炭酸塩とし
て、ＣaＣＯ₃、ＢaＣＯ₃等が挙げられる。

【００２６】ＣaＯ及びＢaＯの１種又は２種の合計：２
〜２０％ＣaＯ及びＢaＯは、ＭgＯと共に、塩基度を高め、溶接
金属中の酸素低減に効果があるが、これらの１種又は２
種の合計で２％未満ではこの効果は発揮されず、また２
０％を超えるとアーク安定性とビード外観が劣化する。

【００２７】金属Ｓi、金属Ａl及び金属Ｔiの１種又は
２種以上の合計：０.５〜５％金属Ｓi、金属Ａl、金属Ｔiとも溶接金属中の酸素量を
抑える脱酸効果を持つが、１種又は２種以上の合計が
０.５％未満ではこの効果が発揮されない。また、５％
を超えると脱酸効果が向上せず、溶接金属の靭性が劣化
すると共に強度が上がりすぎてしまう。なお、金属Ｓi
はＳi単体の他、Ｆe−Ｓi、(ＲeＭ)−Ｃa−Ｓi等で、金
属ＡlはＡl単体の他、Ｆe−Ａl、Ａl−Ｍg等で、金属Ｔ
iはＴi単体の他、Ｆe−Ｔi等で添加することができる。

【００２８】金属Ｔi及びＴi酸化物(Ｔi換算)の合計(to
talＴi)：１〜７％金属Ｔiは上述の効果を有し、Ｔi酸化物はスラグ形成剤
として粘性、流動性を調整する効果を持っている。これ
らの合計(totalＴi)が１％未満ではこの効果が発揮され
ず、７％を超えるとビード表面に焼き付きを起こし、ス
ラグ剥離が劣化する。上記目的で金属Ｔiを選択添加し
た場合も、totalＴiとして規制する。

【００２９】金属Ｂ及びＢ酸化物(Ｂ換算)の１種又は２
種の合計：０.１〜０.５％金属Ｂ、Ｂ酸化物は溶接金属中で、冷却時にオーステナ
イト粒界に生成する初析フェライトを抑制する焼入性を
高めて溶接金属の靭性を高める効果を持っている。しか
し、これらの１種又は２種の合計が０.１％未満ではこ
の効果が発揮されず、また０.５％を超えると靭性が劣
化する。なお、金属ＢはＦe−Ｂ、Ｆe−Ｓi−Ｂで、ま
たＢ酸化物で添加することができる。

【００３０】Ｓ：０.００５〜０.１５％Ｓは溶融プールの表面エネルギーを下げることにより溶
接作業性、詳しくは開先面でのなじみを良好にして、ビ
ード外観と止端形状を整える効果を持っている。しか
し、０.００５％未満ではこの効果が発揮されず疲れ強
さが低下し、また０.１５％を超えると延性、靭性が劣
化する。なお、Ｓは硫化鉄鉱等で添加することができ
る。

【００３１】本発明におけるボンドフラックスを構成す
る成分は以上のとおりであるが、更に良好な耐割れ性を
保つために、凝固偏析を生じ易いＮi、Ｃr、Ｍo、Ｍn
等、上記に規制した以外の金属或いは合金を実質的に含
有しないことが望ましい。

【００３２】次に本発明の実施例を示す。

【００３３】

【実施例】表１に示すワイヤと、表２に示す化学成分を
有する試作フラックスを用いてサブマージアーク溶接を
行い、溶接試験を実施した。

【００３４】溶接試験では、板厚５０mmの鋼板(低温用
アルミキルド鋼)をＸ開先に加工し(図７参照)、溶接条
件は５００〜６００Ａ−２８〜３２Ｖ−３０〜４０cpm
(ワイヤ径：４.０mmφ、予熱・パス間温度：１００℃)
で溶接を行った。溶接金属から引張試験片(ＪＩＳＺ３
１１１Ａ１号)、シャルピー衝撃試験片(ＪＩＳＺ３１
１１４号)、ＢＳ５７６２に従ってＣＴＯＤ試験片を採
取し、各種試験を実施した。同時に、溶接作業性、溶接
金属の酸素量も調査し、溶接作業性の劣るフラックスは
機械試験を中止した。

【００３５】また、ビードのなじみ性の良好なフラック
スは疲労試験を実施した。母材には低温用４９０Ｎ／mm
²級高張力鋼(板厚２０mm、σ₀.₂＝３８０Ｎ／mm²、σв
＝５３０Ｎ／mm²)を用い、上記の溶接条件で溶接を行っ
た。試験は、応力比(σmin／σmax)＝０の完全片振り引
張試験とし、破断寿命が２×１０⁶回となる破断強度(疲
れ強さ)を測定した。

【００３６】溶接試験結果を表３に示す。同表におい
て、本発明例(Ｎo.１〜Ｎo.６)は、いずれも溶接作業性
が良好で、また強度、延性、靭性、及び疲れ強さが共に
良好な値を示した。

【００３７】一方、比較例(Ｎo.７〜Ｎo.２６)は、溶接
作業性、靭性、或いは疲れ強さが満足し得ない。

【００３８】すなわち、Ｎo.７はＭgＯが１８％と少な
いために溶接金属中の酸素量が増加し低靭性を示し、Ｎ
o.８は４７％と多いために作業性が劣化した。Ｎo.９は
Ａl₂Ｏ₃が８％と少ないために作業性が劣化し、Ｎo.１
０は３３％と多いために溶接金属中の酸素量が増加し低
靭性を示した。

【００３９】Ｎo.１１はＣaＦ₂が３％と少ないために低
靭性を示し、Ｎo.１２は１７％と多いために作業性が悪
く機械試験を中止した。Ｎo.１３はＳiＯ₂が３％と少な
いために溶接作業性が劣化し、Ｎo.１４は２２％と多す
ぎるために低靭性を示した。Ｎo.１５はＣＯ₂が１％と
少なすぎるため窒素量が増加し低靭性を示し、Ｎo.１６
は１２％と多すぎるために溶接作業性が劣化した。Ｎo.
１７はＣaＯとＢaＯの合計が１.５％と少ないために低
靭性を示し、Ｎo.１８は２３％と多すぎるために溶接作
業性が劣化した。Ｎo.１９は脱酸効果を持つ金属Ｓi、
金属Ａl、金属Ｔiの合計が０.３％と少ないために低靭
性を示し、Ｎo.２０は５.３％と多すぎるために強度が
上昇し低靭性を示した。

【００４０】Ｎo.２１はＴotalＴiが０.８％と少ないた
めに低靭性と溶接作業性の低下を示し、Ｎo.２２は７.
４％と多いために溶接作業性が劣化した。Ｎo.２３はＴ
otalＢが０.０５％と少なすぎるために、Ｎo.２４は０.
５８％と多すぎるために低靭性を示した。Ｎo.２５はＳ
が０.００３％と少ないために溶接作業性と疲れ強さが
低下し、Ｎo.２６は０.１９％と多すぎるためには低延
性、低靭性を示した。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
サブマージアーク溶接用フラックスにおいてフラックス
組成を規制したことにより、低温用鋼等の高靭性溶接金
属を対象として優れた靭性、溶接作業性、及び継手部で
の良好な疲れ強さが得られる。したがって、低温用鋼を
使用した鋼構造物の安全性と耐久性の確保及び溶接の高
能率化に寄与する効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接金属中の酸素量とvＴrsの関係を示す図で
ある。

【図２】溶接金属中の酸素量と破壊靭性値(ＣＴＯＤ：
δc)の関係を示す図である。

【図３】フラックス中の金属Ｓi、金属Ａl及び金属Ｔi
の１種又は２種以上の合計とvＴrsの関係を示す図であ
る。

【図４】フラックス中のＢ量とvＴrsの関係を示す図で
ある。

【図５】フラックス中のＳ量と溶接金属中のＳ量の関係
を示す図である。

【図６】フラックス中のＳ量とvＴrsの関係を示す図で
ある。

【図７】試験板の開先形状を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で(以下同じ)、ＭgＯ：２０〜４５％、Ａl₂Ｏ₃：１０〜３０％、ＣaＦ₂：５〜１５％、ＳiＯ₂：５〜２０％、金属炭酸塩(ＣＯ₂換算)：２〜１０％、ＣaＯ及びＢaＯの１種又は２種の合計：２〜２０％、を含有すると共に、金属Ｓi、金属Ａl及び金属Ｔiの１種又は２種以上の合
計：０.５〜５％、金属Ｔi及びＴi酸化物(Ｔi換算)の合計(totalＴi)：１
〜７％、金属Ｂ及びＢ酸化物(Ｂ換算)の１種又は２種の合計：
０.１〜０.５％、Ｓ:０.００５〜０.１５％、を含有していることを特徴とするサブマージアーク溶接
用ボンドフラックス。