JPH08300185A - ニッケル基被覆アーク溶接棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｎｉ基合金の溶接に際し、耐高温割れ性、耐
食性、強度特性および耐気孔性が優れ、さらに良好な溶
接作業性を有し、能率的に溶接施工が行える被覆アーク
溶接棒を提供する。 【構成】 Ｃ；０．００５〜０．０５％、Ｍｎ；０．１
〜２．０％、Ｃｒ；１８〜２５％、Ｎｉ；５０〜７５
％、Ｍｏ；５〜１２％、Ｃｕ；０．１〜３．０％、Ｗ；
０．３〜１．５％を含有する心線に、被覆剤全重量に対
し、金属炭酸塩；２０〜４５％、金属弗化物；１０〜３
０％、珪酸塩および珪酸塩化合物；１０〜２５％、Ａ
ｌ；１．５〜３．５％、Ｔｉ；０．１〜０．５％を含有
する被覆剤を被覆したＮｉ基被覆アーク溶接棒。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高Ｎｉ合金の溶接材料
の改良に係わり、さらに詳しくは優れた溶接作業性を有
し、耐溶接割れ性、強度および靱性が優れ健全な溶接金
属を容易に得ることができるＮｉ基の被覆アーク溶接棒
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、種々の化学プラントや石油・天然
ガス輸送分野、あるいは海水利用技術等において苛酷な
使用環境に耐えうる各種の耐食材料の開発がなされ、そ
れに伴い溶接材料の開発も進んでいる。特に腐食環境が
厳しい箇所にはインコネル６００やインコネル６２５な
どが使用され、溶接には共金系の溶接材料を使用してい
るが、これらのＮｉ基合金は組織がオーステナイト系で
あるため溶接施工において高温割れが発生し易いという
問題点がある。また溶接金属は凝固組織のまま腐食環境
に供される場合、母材と比較して組織の粗大化や不均一
性のため耐食性が劣るので、Ｍｏ、Ｗ等の成分を添加し
て耐食性を改良したＮｉ基合金の溶接材料が使用される
ようになってきている。その結果、溶接金属の靱性が劣
化するという問題点もある。

【０００３】これらの問題点を解決するための技術が開
発されている。例えば特開昭６３−２１２０９１号およ
び特開平１−２９３９９２号にインコネル６２５相当の
高Ｎｉ合金溶接材料に対しＮｂを含有させず、Ｃを低減
し、さらにＮを添加することにより耐高温割れ感受性や
延性、靱性を改善した高Ｎｉ合金溶接ワイヤが開示され
ているが、この技術は被覆アーク溶接棒に関するもので
はなく、このワイヤを心線とした被覆アーク溶接棒の場
合、心線中のＮ量が０．１％以上と非常に多いため、溶
接作業性、特にスラグ剥離性の劣化が甚だしく、また溶
接金属の耐気孔性についても問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように耐食用構
造材のＮｉ基合金の接合に用いられてきたＮｉ基被覆ア
ーク溶接棒は溶接金属の耐高温割れ性、耐食性、強度特
性が必ずしも十分であるとはいえないばかりか耐気孔性
の点でも問題があった。さらに溶接作業性が非常に悪く
溶接性、能率面でも問題があった。本発明はこれらの現
状に鑑み、被覆アーク溶接棒によるＮｉ基合金の溶接に
際し、耐高温割れ性、耐食性、強度特性および耐気孔性
が優れ健全な溶接金属が容易に得られ、さらに良好な溶
接作業性を有し、能率的に溶接施工が行える被覆アーク
溶接棒を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、Ｎｉ基被覆アーク溶接棒において重
量％で、Ｃ；０．００５〜０．０５％、Ｍｎ；０．１〜
２．０％、Ｃｒ；１８〜２５％、Ｎｉ；５０〜７５％、
Ｍｏ；５〜１２％、Ｃｕ；０．１〜３．０％、Ｗ；０．
３〜１．５％を含有し、さらにＳｉ；０．１％以下、Ｎ
ｂ；０．１％以下、Ｎ；０．０５％以下に制限し、残部
がＦｅおよび不可避的不純物からなる心線に、被覆剤全
重量に対し重量％で、金属炭酸塩；２０〜４５％、金属
弗化物；１０〜３０％、珪酸塩および珪酸塩化合物；１
０〜２５％、Ａｌ；１．５〜３．５％、Ｔｉ；０．１〜
０．５％を含有する被覆剤を被覆してなることを特徴と
するＮｉ基被覆アーク溶接棒にある。

【０００６】

【作用】本発明者等は前記のような問題点を解決すべく
種々のＮｉ合金心線と被覆剤を組み合わせて被覆アーク
溶接棒を試作し、溶接金属性能および溶接作業性を調査
した結果、以下の知見を得た。すなわち、高Ｎｉ系被覆
アーク溶接棒においてインコネル６２５相当の心線に対
してＳｉ、Ｎｂ、Ｎを低減し、該心線に金属炭酸塩、金
属弗化物、珪酸塩および珪酸塩化合物、さらにＡｌ、Ｔ
ｉを含有する被覆剤を被覆させることにより、溶接金属
の耐高温割れ感受性が著しく改善され、また、溶接金属
の強度が低下せず靱性、延性が著しく改善される知見が
得られた。さらに、心線中のＮの制限と被覆剤にＡｌ、
Ｔｉを含有させることにより溶接作業性の問題点であっ
たスラグ剥離性、耐気孔性が著しく改善される知見も得
た。以下に本発明における成分限定理由について述べ
る。

【０００７】まず、心線の成分について述べる。Ｃは、
固溶強化による溶接金属の安定して高い強度の確保に必
須の成分であり、０．００５％以上必要である。一方
０．０５％を超えると、炭化物として粒界等に析出し耐
食性や延性・靱性を劣化させる。従って０．００５〜
０．０５％に制限する。

【０００８】Ｍｎは脱酸元素であり、同時にＮを固溶し
耐気孔性を改善するために０．１％以上必要である。一
方、２．０％を超えると金属間化合物の析出を助長し耐
食性を劣化させる。従って０．１〜２．０％に制限す
る。

【０００９】Ｃｒは耐食性、強度特性等を保持するため
の主要元素であり、その効果を十分ならしめるために１
８％以上必要であるが、２５％を超えると靱性や延性が
劣化する。従って、１８〜２５％に制限する。

【００１０】Ｎｉは、マトリックスを構成する主要元素
である。耐食性確保のため５０％以上必要であるが、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ等の合金成分を必要量含有させるためには
７５％が限度である。従って５０〜７５％に制限する。

【００１１】Ｍｏはマトリックスに固溶して、耐食性、
強度を向上させるのに効果がある。５％未満では効果が
少なく、１２％を超えると延性、靱性が著しく劣化す
る。従って５〜１２％に制限する。

【００１２】Ｃｕは非酸化環境や中性環境での耐食性を
改善するために有効である。０．１％未満では効果が少
なく、３．０％を超えると熱間加工性を低下させ、製造
性が劣化する。従って０．１〜３．０％に制限する。

【００１３】ＷはＭｏと同様に耐食性、強度を向上させ
るのに効果がある。０．３％未満では効果が少なく、
１．５％を超えると延性、靱性が著しく劣化する。従っ
て０．３〜１．５％に制限する。

【００１４】Ｓｉは溶接金属の耐高温割れ性感受性を著
しく劣化させる元素であるため、できるだけ低減すべき
であるが、一方、低減することにより、生産性、経済性
等が悪くなる。０．１％以下であれば耐割れ性感受性の
劣化は許容できる範囲である。従ってＳｉを０．１％以
下に制限する。

【００１５】Ｎｂは溶接金属の耐高温割れ性感受性およ
び靱性を劣化する元素であるため、できるだけ低減すべ
きである。０．１％以下であれば、これらの問題点は著
しく減少する。従って０．１％以下に制限する。

【００１６】Ｎは被覆アーク溶接棒の溶接作業において
スラグ焼き付き現象を呈し、著しく溶接作業性を劣化さ
せる。またブローホール発生原因となるため低減すべき
である。０．０５％以下であればこれらの問題点の発生
はない。従って０．０５％以下に制限する。

【００１７】次に、フラックスの成分限定理由について
述べる。金属炭酸塩は、高温分解した発生ガスにより大
気からアークシールドし、また溶接雰囲気を高塩基性に
保つことによる健全な溶接金属の確保、溶接金属の靱性
や延性の確保、スラグの粘性や流動性の適正化による優
れた作業性の確保に有効で２０％以上必要であるが、４
５％を超えると、スラグ剥離性やビード外観が劣化す
る。従って２０〜４５％に制限する。なお、金属炭酸塩
とは石灰石のほか、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウ
ム、炭酸リチウム、炭酸マンガン、炭酸マグネシウム等
を指す。

【００１８】金属弗化物は、金属炭酸塩と同様に高温分
解でガスを発生し大気からアークをシールドし、溶接金
属中の酸素量の低減による靱性や延性の向上に有効であ
る。また、スラグの粘性と流動性の適正化による全姿勢
での優れた作業性の確保、スラグ剥離性劣化の改善に有
効で１０％以上必要であるが、３０％を超えると溶接中
のアークが不安定となるなど溶接作業性が劣化する。従
って１０〜３０％とする。なお、金属弗化物とは蛍石の
ほか弗化アルミニウム、弗化マグネシウム、氷晶石、弗
化ソーダ、弗化ジルコンカリ等を指す。

【００１９】珪酸塩および珪酸塩化合物は強固な保護筒
を形成し、アークを安定化するために有効である。また
スラグに適度の流動性を与えビードを被包しビード外観
を改善するために効果があり、１０％以上必要である
が、２５％超えるとスラグ剥離性が劣化する。従って１
０〜２５％に制限する。

【００２０】Ａｌは脱酸元素として添加し、耐気孔性を
改善するために１．５％以上必要である。一方３．５％
を超えると耐高温割れ性および靱性が劣化する。従って
１．５〜３．５％に制限する。なお、Ａｌの添加は純Ａ
ｌでなく、Ａｌ−Ｆｅ合金などのＡｌ含有合金を、Ａｌ
の相当量添加してもよい。

【００２１】ＴｉはＡｌ同様脱酸元素としての効果があ
るほか高Ｎｉ基溶接金属に起こる水素脆化を改善するた
めに効果がある。０．１％未満では効果がほとんどな
く、一方０．５％を超えるとアーク安定性を劣化させる
ほか、スラグ剥離性を劣化させる。従って０．１〜０．
５％に制限する。なお、Ｔｉの添加は純Ｔｉでなく、Ｔ
ｉ−Ｆｅ合金などのＴｉ含有合金を、Ｔｉの相当量添加
してもよい。

【００２２】また溶接時の合金の酸化・消耗を補い、さ
らに要求特性に応じた溶接金属を得るために、金属粉末
を適宜添加しても本発明の特徴は損なわれない。ただし
配合量が多くなると溶接金属の成分が不均一となること
があるため、３０％以下にすべきである。なお、ここで
言う金属粉末とは、金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、金属Ｎｉ、
金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ、金属
Ｗ、Ｆｅ−Ｖ等の粉末などを指す。以下に実施例により
本発明の効果を具体的に説明する。

【００２３】

【実施例】実験に供した心線は溶解後、鍛造、圧延およ
び線引きを行って４．０ｍｍ径×３５０ｍｍの寸法に作
成した。表１に心線組成を示すが、Ｗ１〜Ｗ７は本発明
に用いた心線で、Ｗ８〜Ｗ１２は比較例に用いた心線で
ある。

【００２４】

【表１】

【００２５】表２に表１の心線に被覆した被覆剤の組成
を示すが、Ｆ１〜Ｆ５は本発明に用いた被覆剤で、Ｆ６
〜Ｆ８は比較例に用いた被覆剤である。被覆アーク溶接
棒の製造方法について言及すると、表２の被覆剤に珪酸
カリ、珪酸ソーダ等の水ガラスを被覆剤重量に対し約２
０％前後添加し、湿式混合した被覆剤を被覆率が約３０
％となるよう表１の心線に被覆し、約４００℃で約６０
分程度焼成して作成した。

【００２６】

【表２】

【００２７】表３に溶接金属性能評価試験に供した母材
の成分を示す。表４および表５に表１の心線と表２の被
覆剤との組み合わせおよび表３の母材を用いて溶接した
溶接金属の化学成分を、表６および表７に溶接金属の機
械的性質、腐食試験結果、割れ試験結果、Ｘ線試験結
果、割れ試験結果および溶接作業性試験結果を示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】

【表６】

【００３２】

【表７】

【００３３】表３の母材に図１に示す開先形状を形成
し、下向姿勢で溶接電流：１４０Ａ、速度：１００〜２
００ｍｍ／ｍｉｎの溶接条件で継手溶接を行い、溶接金
属の化学成分、機械的性質、耐食性、Ｘ線性能および溶
接作業性の評価試験を行った。各試験はＸ線透過試験
（ＪＩＳ Ｚ３１０６による）を行った後、溶接金属引
張試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１、Ａ−２号）、衝撃試験
片（ＪＩＳ Ｚ３１１１、４号）、継手引張試験片（Ｊ
ＩＳ Ｚ３１２１、１号）、側曲げ試験片（ＪＩＳＺ３
１２２）を採取して溶接金属の機械的性質を調査した。
衝撃試験は０℃にて試験し吸収エネルギーを求めた。曲
げ試験は曲げ半径＝２ｔの型曲げで評価した。

【００３４】腐食試験は耐孔食性と全面腐食性を評価し
た。耐孔食性は、ＪＩＳ Ｇ０５７８に定める６％塩化
第二鉄＋０．０５Ｎ塩酸水溶液を用い、５℃間隔で管理
された腐食環境に２４時間浸漬し、孔食の発生しない最
高温度の臨界孔食発生温度を求めた。全面腐食は１０％
沸騰硫酸中に６時間浸漬し腐食減量を求めた。試験片は
いずれも溶接部を中央に含むよう５×３０×３０ｍｍの
サイズで母材表面より０．５ｍｍの位置で採取した。

【００３５】耐割れ性の評価試験はＣ型拘束突き合わせ
溶接割れ試験（ＪＩＳ Ｚ３１５５）により評価した。
表３に示すＢのインコネル６２５を用い６０°Ｙ開先、
ルート間隙３ｍｍ、溶接電流：１４０Ａ、溶接速度：２
００ｍｍ／ｍｉｎで試験した。溶接作業性評価試験は継
手溶接で判定した。

【００３６】本発明例のＮｏ．１〜Ｎｏ．１５は優れた
溶接金属の機械的性能、耐食性、耐割れ性、Ｘ線性能お
よび良好な溶接作業性属が得られたが、比較例のＮｏ．
１６は心線中Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂが過
多、Ｎｏ．１７は心線中のＮｉ、Ｎが過多でＭｎ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｗが不足である。またＮｏ．１８は心
線中のＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎが過多でＮｉが不
足、Ｎｏ．１９はＷが過多で、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏが不足で
ある。

【００３７】またＮｏ．２０は心線中のＳｉ、Ｍｎ、Ｍ
ｏ、Ｎｂ、Ｎが過多、Ｎｏ．２１およびＮｏ．２４は被
覆剤中の金属炭酸塩、Ｔｉが不足し、金属弗化物、珪酸
塩および珪酸塩化合物、Ａｌが過多である。またＮｏ．
２２およびＮｏ．２５は被覆剤中の金属炭酸塩、珪酸塩
および珪酸塩化合物、Ｔｉが過多で、金属弗化物、Ａｌ
が不足である。

【００３８】またＮｏ．２３およびＮｏ．２６は被覆剤
中の金属炭酸塩、金属弗化物、Ａｌが過多で、珪酸塩お
よび珪酸塩化合物が不足である。またＮｏ．２４はＣが
不足しＣｒおよびＷが過多、Ｎｏ．３０はＣが過多でＮ
が不足している。上記比較例はそれぞれの理由により溶
接金属の機械的性質、耐食性耐割れ性の劣化、溶接作業
性不良、Ｘ線性能不良などの問題点がある。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明は、Ｎｉ基合金の被
覆アーク溶接棒において耐高温割れ性が良好であり、溶
接作業性が良好で溶接欠陥の発生が無く、機械的性質、
耐食性も極めて優れた溶接金属を容易に得られる被覆ア
ーク溶接棒を提供するものであり、Ｎｉ基合金の溶接を
能率的かつ経済的に溶接施工するために大きく貢献する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において用いた開先形状を示す断面図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉ基被覆アーク溶接棒において重量％
   で、 Ｃ ；０．００５〜０．０５％、 Ｍｎ；０．１〜２．０％、 Ｃｒ；１８〜２５％、 Ｎｉ；５０〜７５％、 Ｍｏ；５〜１２％、 Ｃｕ；０．１〜３．０％、 Ｗ ；０．３〜１．５％を含有し、さらにＳｉ；０．１
   ％以下、 Ｎｂ；０．１％以下、 Ｎ ；０．０５％以下に制限し、残部がＦｅおよび不可
   避的不純物からなる心線に、被覆剤全重量に対し重量％
   で、 金属炭酸塩；２０〜４５％、 金属弗化物；１０〜３０％、 珪酸塩および珪酸塩化合物；１０〜２５％、 Ａｌ；１．５〜３．５％、 Ｔｉ；０．１〜０．５％を含有する被覆剤を被覆してな
   ることを特徴とするＮｉ基被覆アーク溶接棒。