JPH07266083A

JPH07266083A - サブマージアーク溶接用フラックス

Info

Publication number: JPH07266083A
Application number: JP6059366A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kitani; 靖木谷; Yuji Sato; 裕二佐藤; Koji Shinkawa; 耕治新川
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1995-10-17
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JP3160459B2

Abstract

(57)【要約】【目的】 12〜17%Cr 系ステンレス鋼帯状電極と組合わ
せて用い、高温での耐食性、耐磨耗性、耐ヒートクラッ
ク性に優れた肉盛溶接金属が得られるサブマージアーク
溶接用フラックスを提供する。【構成】所定量のSiO₂、MgO 、CaO 、CaF₂、Al₂O₃、
CO₂ 成分のほか、金属Mo、V 、Nb、Cu、Co、C を含有す
るサブマージアーク溶接用フラックス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温での耐食性、耐摩
耗性、耐ヒートクラック性に優れた肉盛溶接金属を得る
サブマージアーク溶接用の12〜17%Cr 系ステンレス電極
と組合せて用いるサブマージアーク溶接用フラックスに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、連続鋳造設備などに用いられる
ガイドやロールなどは高温かつ水蒸気環境にさらされ、
加熱、冷却の繰り返しを受けるため、高温での耐食性、
耐ヒートクラック性が要求される。このようなロールと
しては、従来、鋳鋼、低合金鋼などの下地ロールに13%C
r- 4〜8%Niマルテンサイト系ステンレス鋼を肉盛したも
のが多く用いられてきた。連続鋳造においては、スラブ
温度は約950 ℃であり、ライン停止時には、ロールを水
冷していてもロール表面温度は700 ℃まで上昇する。ま
たロールの水冷が不充分な部分についてはロール表面温
度が 720〜750 ℃に達することが考えられる。近年、連
続鋳造についても高能率化の要請が高まり、鋳込みの高
速化が望まれている。この高速化を実現するために、ロ
ール表面温度の許容上限を拡大したいという要求も高ま
ってきているほか、ロール寿命の延長化が望まれてい
る。

【０００３】このような状況から、連続鋳造のロールに
従来用いられてきた13%Cr- 4〜8%Niマルテンサイト系ス
テンレス鋼の材料では、高温強度の不足、高温水蒸気環
境における耐高温酸化性の不足などのため、耐食性、耐
摩耗性、耐ヒートクラック性の要求を充分満足できない
ので、さらに性能の高い材料が求められるようになっ
た。

【０００４】そこで特公平4-55791 号公報に開示されて
いるようにNiの他、Mo、Nb、V 、W、Cuといった合金粉
を添加したフラックスを用い、肉盛溶接金属の特性向上
をねらった技術が提案されている。すなわち、該フラッ
クスは高温での耐磨耗性につながる高温強度の向上のた
めに、通常含有させているMn、Moの他に、Nb、V 、W、M
oなどの析出強化元素を添加し、さらに肉盛溶接金属の
強化、耐高温酸化性の向上を図るためにNiを加えたフラ
ックスである。

【０００５】しかしながら、Niは、その添加によって肉
盛溶接金属のAc₁変態点を著しく低下させるので、Niが
効果的に作用する量まで添加した場合、Ac₁変態点は70
0 ℃付近まで低下する。したがって、例えば700 ℃を超
える加熱、冷却のくり返しを受ける場合、変態による組
織変化、機械的特性の劣化、膨張係数の変化による自己
変態応力の発生などによる割れ、すなわちヒートクラッ
クが発生し、さらに混合組織となるので耐高温酸化性も
低下するという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決すべく高温における耐食性、耐摩耗性、耐ヒー
トクラック性の優れた肉盛溶接金属が得られ、かつ肉盛
溶接時に割れなどの欠陥がなく、作業性も良好なサブマ
ージアーク溶接用の、12〜17%Cr 系ステンレス鋼の帯状
電極と組合せて使用するためのサブマージアーク溶接用
フラックスを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、種々の溶接材料を試作し、性能評価を
行い、検討を重ねて完成されたものである。本発明に係
るサブマージアーク溶接用フラックスの開発に際して、
耐ヒートクラック性については、溶接材料のAc₁変態
点、0.2%耐力、線膨張係数と金属組織が、耐摩耗性につ
いては、0.2%耐力、硬さと金属組織が、耐食性について
はAc₁変態点、合金成分と金属組織が大きな影響を与え
るとの知見の下に、Ac₁変態点が高い（750 ℃以上) こ
と、高温での0.2%耐力、硬さが高いこと、金属組織中に
フェライト、オーステナイト相が含まれないことを目標
にして、サブマージアーク溶接用フラックスの成分組成
を検討した。

【０００８】すなわち本発明は、12〜17Cr系ステンレス
電極と組合せて使用するサブマージアーク溶接用フラッ
クスであって、SiO₂：15〜25% 、MgO ：20〜35% 、CaO
：0.5 〜15% 、CaF₂： 2〜10% 、Al₂O ₃ ：10〜20% 、C
O₂ 成分：0.1 〜 5% を含有し、さらに、Ｃ： 0.3〜3
%、Mn：2 〜6%、Mo： 0.5〜2%、Ｗ： 0.5〜2%、Nb、Ｖ
の少なくとも一種以上：0.2 〜2%、Cu： 1.5〜3%、Co：
1 〜5%、を金属粉または合金粉の形で添加したサブマー
ジアーク溶接用フラックスである。

【０００９】

【作用】以下に、本発明におけるサブマージアーク溶接
用フラックスの成分、添加合金元素の成分限定理由を述
べる。 SiO₂：SiO₂は、良好なビード外観およびスラグはく離性
を得るのに不可欠であり、15％以上の添加が必要であ
る。しかし、25％を超えると、ビード表面に局部的なく
ぼみを形成したり、凝固割れの原因となる。そのため、
SiO₂量を15〜25％と限定した。なお、SiO₂は、原料とし
て添加される他、造粒時のバインダとして添加されるも
のも含める。

【００１０】MgO ：MgO はアーク安定化およびスラグは
く離性向上、アンダーカット防止に寄与するが、20％未
満ではその効果が少なく、35％を超えると、ビード形成
のみだれ、スラグ焼付きの原因となる。そのためMgO 量
を20〜35％と限定した。 CaO ：CaO は、CaO の形のほか、CaCO₃ の形でも配合さ
れ、スラグの塩基度を高めるのに寄与する。しかし、0.
5 % 未満の添加ではこれらの効果をはたさない。また15
% を超えると、スラグの融点を上げ、ビード形状をみだ
す原因となる。したがって、CaO 量を0.5 〜15% と限定
した。

【００１１】CaF₂：CaF₂は、CaO と同じくスラグの塩基
度を高める一方、スラグ融点を低下させ、ビード端のオ
ーバーラップを防止する効果がある。しかし、2%未満の
添加ではこれらの効果をはたさない。また、10% を超え
る添加ではアンダーカットの発生を招き、アーク安定性
も失われる。したがって、CaF₂量を2 〜10% と限定し
た。

【００１２】Al₂O₃ ：Al₂O₃ は、10% 以上の添加により
ビード表面の波目を整え、ビード止端部の平行性を保つ
のに有効であるが、20% を超えるとビード表面に局部的
なくぼみを生じ、ビード外観を損なう。したがって、Al
₂O₃ 量を10〜20% と限定した。 CO₂ 成分：CO₂ 成分は、溶接中、アークを大気よりシー
ルドするため、必要とされている。しかし、0.1%未満の
添加ではその効果をはたさない。また、5%を超える添加
では、溶融メタルの乱れを起こし、スラグ巻込みなどの
欠陥発生の原因となる。したがって、CO₂成分量を0.1
〜5%と限定した。

【００１３】C ：C は、Nb、V 、W などと結合して炭化
物を形成し、強度を高める作用があり、 Mｓ点低下によ
る焼入性向上、δフェライト抑制の効果がある。この効
果を期待するには、0.3%以上の添加が必要で、一方3%を
超えるとMnなどとのバランスにより残留オーステナイト
が生成されやすくなったり、Cr、Mo、Siとのバランスに
よってフェライトの生成が起こり、耐ヒートクラック
性、耐食性の低下を招くほか、割れ感受性を増大させ
る。そのため、C 量を0.3 〜3%と限定した。

【００１４】Mn：Mnは、焼入性を増し、強度を高める効
果があり、2%以上の添加が必要とされるが、6%を超える
とじん性の劣化やオーステナイト生成の原因となるの
で、Mn量を2 〜6%と限定した。 Mo：Moは炭化物を形成し、肉盛溶接金属の高温強度を高
めるほか、Mnと同様焼入れ性を高め強度を増加させる効
果がある。この効果は、0.5%以上の添加により得られる
が、2%を超える添加では、添加量に対して得られる効果
は少なく、不経済となるため、Mo量を0.5 〜2%と限定し
た。

【００１５】Nb、V ：NbおよびV は、炭化物を形成し、
肉盛溶接金属の高温強度を高める効果がある。その効果
は、Nb、V の両方もしくは一方を、Nb＋V において0.2%
以上添加することで得られるが、2%を超えるとフェライ
トの生成、じん性の劣化などの影響が出るため、Nb＋V
量を0.2 〜2%と限定した。 W ：W は炭化物を形成し、0.5 ％以上の添加により肉盛
溶接金属の高温強度を高めるが、2%を超えるとじん性を
劣化させるため、W 量を0.5 〜2%と限定した。

【００１６】Cu：Cuは、肉盛溶接金属の耐食性、特に高
温での水蒸気に対する耐食性の向上に大きな効果があ
り、1.5%以上添加することによって十分な耐食性が得ら
れる。しかし3%を超える添加では、溶接時の凝固割れの
原因となったり、Cuの偏析による耐食性酸化皮膜の不均
一が起こるため、Cu量を1.5 〜3%と限定した。 Co：Coは、肉盛溶接金属の高温強度、硬さの増加と耐食
性の改善には添加量あたりでNiとほぼ同等な効果があ
る。またNiもCoも添加によりAc₁変態点を低下させる
が、その程度はCoはNiの半分程度であり、高温での耐酸
化特性を損なわないという利点がある。Coは高温強度、
硬さの増加のためには、1%以上の添加が必要であるが、
5%を超える添加では価格が上昇する割にその効果は大き
くならないため、不経済となる。そのため、Co量を1 〜
5%と限定した。肉盛溶接金属のCo含有量は、好ましくは
1.2 〜2.5%の範囲に収まることが望ましい。

【００１７】なお、Mn、Mo、Nb、あるいはV はそれぞれ
FeMn、FeMo、FeNbあるいはFeV のように合金鉄として、
またこれら元素ならびにC 、W 、Cu、Coも合金粉として
添加してもよい。以上の成分を有するフラックスを、12
〜17%Cr 系の帯状電極と組合せて肉盛溶接することによ
って、高温での耐食性、耐摩耗性、耐ヒートクラック性
に極めて優れた肉盛溶接金属が得られる。なお、ここで
12〜17%Cr 系ステンレス鋼電極としては、例えばJIS SU
SY410 (Cr ：11.50 〜13.50 ％) 、SUSY430 (Cr ：15.5
0〜17.00 ％) が例示されるが、これに限定されるもの
ではなく、また、電極としては帯状のほか、ワイヤ状の
ものを用いても得られる効果は変わりない。

【００１８】

【実施例】表１に示すフラックスを用いて肉盛溶接を行
い、溶接作業性および肉盛溶接金属の機械的特性の評価
を行い、その結果を表１に併記した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】溶接作業性は主にスラグのはく離とビード
形状（平行度、外観、欠陥の有無など）について評価
し、良否をそれぞれ○、×で示した。機械的特性は、高
温強度（肉盛溶接金属から採取したJIS A2号引張試験片
による 600℃での0.2 ％耐力で評価) 、Ac₁変態点、高
温酸化特性（肉盛溶接金属より採取した2 ×20×20mmの
寸法の試験片を700 ℃の高温水蒸気中に96時間さらした
後の重量増分で評価) の3 項目について評価した。なお
機械特性の評価は、作業性の良好なものについてのみ行
った。高温強度は600 ℃の0.2%耐力450MPa以上を良好と
して○印を、Ac₁変態点については750 ℃以上を良好と
して○印を、高温酸化特性は0.20mg/cm²未満を良好とし
て○印を付し、これらを外れるものを不良として×印を
付した。

【００２２】供試材および溶接条件は以下のとおりとし
た。母材：JIS S25C（化学組成を表２に示す。寸法 50
ｔ×200 w ×500 ｌ）使用電極：13Ｃｒ系鋼フープ材（市販KWB-41、寸法 0.
4 ｔ×50ｗ）溶接電流：650A 溶接電圧：25V 溶接速度：20cm/min 予熱：なしパス間：250 ℃以下積層：3 〜10層多層盛 SR条件：650 ℃×2 時間

【００２３】

【表３】

【００２４】表１から明らかなように、実施例1 〜6 で
は、いずれも良好な溶接作業性を示し、高い高温強度お
よびAc₁変態点を有し、高温酸化特性も優れた肉盛溶接
金属が得られた。なお、実施例 1〜6 における肉盛溶接
金属の化学組成の分析値を表３に示す。

【００２５】

【表４】

【００２６】それに対し、比較例 7および 8ではそれぞ
れC 、Mnが不足のため、高温強度が低くなった。比較例
9および10では逆に、C 、Mnが過多のため、溶接時にビ
ード終端で凝固割れを生じた。比較例11では、Moが不足
のため、高温強度が不足し、高温酸化特性も悪い。比較
例12では特性は優れているが、Moが過多であり、経済的
に問題がある。比較例13、14ではW あるいはNb、V が不
足のため、高温強度が低くなり、比較例15および16で
は、W 、Nb＋V が過多のため、スラグはく離性が低下し
た他、小さな割れが生じた。

【００２７】比較例17では、Cu不足のため、高温酸化特
性が劣化し、比較例18では、Cu過多のため、溶接時の凝
固割れが生じた。比較例19では、Coの添加が少ないた
め、高温強度、酸化特性が劣化した。比較例20では、特
性は優れているが、Coの添加が多く、コストが高くなる
ために採用は現実的でない。比較例21、22は、Coの代わ
りにNiを添加したものであるが、Ni添加によるAc₁変態
点の低下が大きかった。

【００２８】比較例23、25、26では、各々、SiO₂不足、
MgO 不足、MgO およびCaO 過多のため、スラグはく離性
の低下、スラグの焼付きなどを起こし、ビード外観も悪
化した。比較例24、29では、各々SiO₂過多、Al₂O₃ 過多
のため、ビード表面に局所的なくぼみが生じた。

【００２９】比較例27、28では、それぞれCaF₂が過多、
Al₂O₃不足のためアンダーカットが生じたり、ビードの
平行度が低下し、形状不良となった。比較例30では、CO
₂分が過剰のため、溶接中にビードの乱れを起こし、表
面欠陥あるいはスラグ巻込みが生じた。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によって、高
温での強度、耐摩耗性、耐食性に優れた肉盛溶接金属が
得られ、かつ作業性良好なフラックスを提供することが
できるようになった。これによって、連続鋳造設備な
ど、高温で用いられるロールの性能を向上させ、連続鋳
造の高速鋳込みに対応でき、ロール寿命の延長化を図る
ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 12〜17Cr系ステンレス電極と組合せて使
用するサブマージアーク溶接用フラックスであって、 SiO₂：15〜25% 、MgO ：20〜35% 、CaO ：0.5 〜15% 、
CaF₂： 2〜10% 、Al₂O ₃ ：10〜20% 、CO₂ 成分：0.1 〜
5% を含有し、さらに、Ｃ： 0.3〜3%、Mn：2 〜6%、Mo： 0.5〜2%、Ｗ： 0.5〜
2%、Nb、Ｖの少なくとも一種以上：0.2 〜2%、Cu： 1.5
〜3%、Co：1 〜5%、を金属粉または合金粉の形で添加し
たサブマージアーク溶接用フラックス。