JPH09253883A - 低合金耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接作業性が良好であると共に、溶接金属の
耐再熱割れ性及び耐焼戻し脆化特性を向上させることが
できる低合金耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフ
ラックスを提供する。 【解決手段】 低合金耐熱鋼のサブマージアーク溶接用
ボンドフラックスは、水ガラスを使用して造粒し、焼成
されたものであり、酸化マグネシウムを２０乃至４０重
量％含有し、この酸化マグネシウム原料中のＰ含有量を
前記酸化マグネシウム原料全重量に対して０．０２５重
量％以下に規制することにより、フラックス全重量に対
するＰの含有量が０．０１５重量％以下に規制されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の大型溶接構
造物等の製造において使用されるサブマージアーク溶接
用のボンドフラックスに関し、特に、低合金耐熱鋼にお
いて問題となる溶接金属の耐焼戻し脆化特性及び耐再熱
割れ性を向上させることができる低合金耐熱鋼のサブマ
ージアーク溶接用ボンドフラックスに関する。

【０００２】

【従来の技術】サブマージアーク溶接は、溶接能率が高
いことより、種々の大型溶接構造物の製造において使用
されており、特に、大型圧力容器の１種である石油精製
リアクタの製造においても、主に、サブマージアーク溶
接が適用されている。一般的に、このような石油精製リ
アクタの材料としては、低合金耐熱鋼が使用されてお
り、低合金耐熱鋼の溶接に対しては、従来より、溶接金
属の耐焼戻し脆化特性を向上させるための研究がなされ
てきている。その結果、使用する鋼材及び溶接金属中の
不純物、特に、リン（Ｐ）の含有量を低減させること
が、溶接金属の耐焼戻し脆化特性の向上に効果的である
ことが公知となっている。

【０００３】例えば、フラックスの製造時において化学
反応を利用して、Ｐの含有量を低減させた溶融型フラッ
クスを製造することができることが開示されている（特
公昭６１−２６９９９９）。

【０００４】また、このような石油精製リアクタの分野
における操業条件は、近時、更に一層高温及び高圧化さ
れてきており、これに対応するために、溶接母材又は溶
接金属にバナジウム（Ｖ）等の微量合金元素を添加して
高強度化した材料が提案されて、実用化されてきてい
る。このように、高強度化された材料については、再熱
割れが発生することがあり、再熱割れを防止する手段と
してもＰの低減が効果的であることが公知である。

【０００５】そこで、ワイヤ及びフラックス中の化学成
分（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ及びＯ）の含有量を規制するこ
とにより、溶接金属に歩留まるＰを低減させることがで
きるサブマージアーク溶接方法が開示されている（特開
平６−３２８２９２号公報）。即ち、ワイヤ及びフラッ
クス中の化学成分Ｘの含有量を重量％で［Ｘ］としたと
き、数式（ Ps＝10×［C］＋10×［Si］＋［Mn］＋50×
［P］＋20×［O］）により算出されるＰｓが３．５０乃
至５．５０となるようにＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ及びＯの含
有量を規制することにより、耐焼戻し脆化特性及び耐再
熱割れ性を向上させるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近時、
サブマージアーク溶接においては、リアクタの板厚の増
加に伴って、耐低温割れ特性が優れた拡散性水素量が少
ない溶接金属を得ることができるボンドフラックスが主
に使用されるようになっており、特公昭６１−２６９９
９９に示されるような溶融型フラックスを使用すること
は適切ではない。

【０００７】また、特開平６−３２８２９２号公報に示
すように、ワイヤ及びフラックス中のＰのみでなく、
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＯの含有量を全て調整するか、低減
させることはコストアップの要因となるため、工業上、
好ましい対策方法とはいえない。更に、この溶接方法に
おいては、フラックス中の原料については、十分な検討
がなされていない。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、溶接作業性が良好であると共に、溶接金属
の耐再熱割れ性及び耐焼戻し脆化特性を向上させること
ができる低合金耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンド
フラックスを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る低合金耐熱
鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、水ガ
ラスを使用して造粒し、焼成されたボンドフラックスに
おいて、酸化マグネシウムを２０乃至４０重量％含有
し、この酸化マグネシウム原料中のＰ含有量を前記酸化
マグネシウム原料全重量に対して０．０２５重量％以下
に規制することにより、フラックス全重量に対するＰの
含有量が０．０１５重量％以下に規制されていることを
特徴とする。

【００１０】この酸化マグネシウムはボンドフラックス
全重量に対して２５乃至３５重量％含有されていること
が好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本願発明者等が前記課題を解決す
るために鋭意実験研究を重ねた結果、ボンドフラックス
中に含有される原料により、溶接金属へのＰの歩留まり
量が異なることを見いだした。ボンドフラックス中の種
々の原料の中でも、特に、酸化マグネシウム原料に着目
したところ、従来より使用されている酸化マグネシウム
原料は、天然の素材からなるものであるため、原料中の
Ｐ含有量は規制されていなかった。そこで、本願発明者
等は酸化マグネシウム原料中のＰ含有量を規制すること
が、溶接金属中に歩留まるＰの低減に対して効果的であ
ることを見いだした。

【００１２】以下、本発明に係るサブマージアーク溶接
用ボンドフラックスに含有される特定成分の組成限定理
由について説明する。

【００１３】ボンドフラックス中のＭｇＯ（酸化マグネ
シウム）：２０乃至４０重量％ 酸化マグネシウムはスラグの流動性を高めて、ビード形
状を良好にする効果を有する。酸化マグネシウムがボン
ドフラックス全重量に対して２０重量％未満であると、
その効果を得ることができない。一方、酸化マグネシウ
ムが４０重量％を超えると、スラグの剥離性が低下する
と共に、アークが不安定となることがある。従って、フ
ラックス中の酸化マグネシウムはボンドフラックス全重
量に対して２０乃至４０重量％とする。なお、より好ま
しくは、フラックス中の酸化マグネシウムは２５乃至３
５重量％であることが望ましい。

【００１４】酸化マグネシウム原料中のＰ（リン）：
０．０２５重量％以下 前述の如く、酸化マグネシウム原料は、フラックス中の
酸化マグネシウムを確保するためボンドフラックスに添
加されるものであり、この酸化マグネシウム原料中の不
純物としてのＰの含有量を規制することにより、溶接金
属中のＰの含有量を低減させることができる。酸化マグ
ネシウム原料中のＰが酸化マグネシウム原料の全重量に
対して０．０２５重量％を超えると、溶接金属の耐焼戻
し脆化特性が低下すると共に、再熱割れが発生しやすく
なる。従って、酸化マグネシウム原料中のＰ含有量は酸
化マグネシウム原料の全重量に対して０．０２５重量％
以下に規制する。なお、酸化マグネシウム原料として
は、例えば、マグネシアクリンカー及びオリビンサンド
等を使用することができる。

【００１５】ボンドフラックス中のＰ（リン）：０．０
１５重量％以下 酸化マグネシウム原料中のＰを規制することは、溶接金
属中のＰ含有量の低減に対して極めて効果的であるが、
ボンドフラックス中の不純物としてのＰは、酸化マグネ
シウム原料以外の原料からも混入することがある。そこ
で、本発明においては、ボンドフラックス中に含有され
るＰの総量についても規制する必要がある。フラックス
中のＰの総量が０．０１５重量％を超えると、溶接金属
の耐焼戻し脆化特性が低下すると共に、再熱割れが発生
しやすくなる。従って、ボンドフラックス中のＰの総量
はボンドフラックス全重量に対して０．０１５重量％以
下に規制する。

【００１６】なお、本発明に係るボンドフラックスは、
水ガラスを使用して造粒した後、焼成することにより得
られるものである。この水ガラスはボンドフラックスの
原料等の結合剤（粘結剤）として作用するものであるの
で、水ガラスを使用することにより、所望の配合に混合
された原料を粒子状にすることができる。

【００１７】また、本発明に係るボンドフラックス中に
は、上記酸化マグネシウム原料の他に、酸化珪素原料、
酸化アルミニウム原料及び酸化チタン原料等の金属酸化
物原料、蛍石及びフッ化バリウム原料等の金属フッ化物
原料、石灰石及び炭酸バリウム原料等の金属炭酸塩原料
並びに脱酸剤等を使用することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る低合金耐熱鋼のサブマー
ジアーク溶接用ボンドフラックスの実施例についてその
比較例と比較して具体的に説明する。

【００１９】先ず、下記表１に示す化学成分を有し、直
径が４ｍｍであるワイヤと下記表２及び３に示す種々の
成分を有するボンドフラックスとを作製した。次に、こ
のフラックス及びワイヤを使用して下記表４に示す溶接
母材（低合金耐熱鋼）を溶接することにより溶接金属を
形成し、溶接作業性を評価した。このときの溶接条件を
下記表５に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】

【表５】

【００２５】次いで、これらの溶接金属から耐焼戻し脆
化特性及び耐再熱割れ性を評価するための試験片を採取
し、各試験片について評価した。但し、耐焼戻し脆化特
性については、ステップクーリング処理（脆化促進熱処
理）を施した試験片について、シャルピー衝撃試験によ
り△ｖＴｒ５５を測定することによって評価し、△ｖＴ
ｒ５５が２５℃未満であるものを良好とした。なお、△
ｖＴｒ５５とは、ステップクーリング後における５５Ｊ
のエネルギー遷移温度のシフト量のことである。

【００２６】図１は温度を縦軸にとり、時間を横軸にと
って、ステップクーリング処理条件を示すグラフ図であ
る。図１に示すように、試験片の温度が３００℃を超え
ると、温度上昇が毎時５０℃以下になるように加熱条件
を調整し、試験片の温度を５９３℃まで加熱して、１時
間保持する。その後、同様の要領で５３８℃で１５時
間、５２４℃で２４時間、４９６℃で６０時間保持する
が、これらの冷却段階においては、毎時５．６℃の速度
で試験片が冷却されるように調整する。更に、４９６℃
に保持された試験片を、毎時２．８℃の速度で冷却して
４６８℃とし、この温度で１００時間保持する。そし
て、試験片の温度が３００℃以下になるまで、温度降下
が毎時２８℃以下となるように試験片を冷却する。な
お、試験片の温度が３００℃以下の範囲では、加熱及び
冷却条件は規定しないものとする。

【００２７】また、耐再熱割れ性については、「応力除
去焼鈍割れに関する研究（第２報）」（内木ら、溶接学
会誌：Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．９（１９６４）Ｐ．７１
８）を参考にして、リング割れ試験を実施することによ
り評価した。

【００２８】図２（ａ）はリング割れ試験用の試験片の
溶接金属からの採取位置及び方向を示す模式的断面図で
あり、（ｂ）は試験片の形状を示す側面図、（ｃ）は同
じくその断面図、（ｄ）は断面図におけるノッチ部Ａを
拡大して示す断面図、（ｅ）は試験片を使用したリング
割れ試験方法を示す模式的断面図である。

【００２９】図２（ａ）に示すように、溶接母材１はＶ
形状の開先を有し、このＶ形状の開先部の下部には、溶
接母材１と同一の化学組成を有する裏当金２が配置され
ている。そして、溶接母材１と裏当金２との開先部を溶
接することにより、その開先部に溶接金属３が形成され
ていて、溶接金属３の最終ビード上方から、ノッチ及び
スリットを有する円筒形試験片４を採取した。このと
き、図２（ｃ）に示すノッチ５が溶接金属３の原質部上
方に位置し、スリット６が下方に位置するように採取し
た。

【００３０】この円筒形試験片４は、図２（ｂ）に示す
ように、円筒形の長手方向の長さを２０ｍｍとし、その
外径を１０ｍｍ、内径を５ｍｍとした。

【００３１】また、図２（ｃ）に示すように、円筒形試
験片４は、試験片４の長手方向に、円筒の内部の空洞部
にまで至るスリット６が０．５ｍｍの幅で形成されてお
り、このスリットの反対側の外周面には試験片４の長手
方向に延びる形状のノッチ５が形成されている。このノ
ッチ５は、図２（ｃ）のノッチ部Ａにおける拡大図であ
る図２（ｄ）に示すように、深さが０．５ｍｍ、幅が
０．４ｍｍであり、底部の曲率半径が０．２ｍｍである
Ｕ字形の溝となっている。

【００３２】更に、図２（ｅ）に示すように、リング割
れ試験の評価については、円筒型試験片４に対して矢印
で示す方向に曲げ応力を印加して、試験片４のスリット
６を溶加材を使用せずにＴＩＧ溶接し、Ｕ字形の溝の底
部に引張残留応力を生じさせたまま熱処理を行って、Ｕ
字溝の底部における割れの発生の有無により評価した。

【００３３】各評価結果を下記表６に示す。

【００３４】

【表６】

【００３５】上記表１〜６に示すように、実施例Ｎｏ．
１乃至３は、フラックスに含有される酸化マグネシウム
原料中のＰ含有量及びフラックス全体に対するＰの総含
有量が本発明の範囲内に規制されていると共に、フラッ
クス中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）も本発明の範囲内
であるので、溶接作業性が良好であると共に、耐焼戻し
脆化特性及び耐再熱割れ性が向上した。

【００３６】一方、比較例Ｎｏ．４はフラックス全体に
対するＰの総含有量は本発明の範囲を満足しているが、
酸化マグネシウム原料中のＰ含有量が本発明範囲の上限
を超えているので、耐焼戻し脆化特性が低下し、再熱割
れが発生した。また、比較例Ｎｏ．５は酸化マグネシウ
ム原料中のＰ含有量は本発明の範囲内であるが、フラッ
クス全体に対するＰの総含有量が本発明範囲の上限を超
えているので、比較例Ｎｏ．４と同様に、耐焼戻し脆化
特性が低下すると共に、再熱割れが発生した。

【００３７】また、比較例Ｎｏ．６及び７はフラックス
中の酸化マグネシウムの含有量が本発明の範囲を外れて
いるので、比較例Ｎｏ．６についてはスラグの剥離性が
不良となり、比較例Ｎｏ．７についてはビードの外観が
劣化した。従って、耐焼戻し脆化特性及び耐再熱割れ性
の試験は実施しなかった。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
フラックス中の酸化マグネシウムの含有量を適正量に規
制しているので、優れた溶接作業性を得ることができ、
酸化マグネシウム原料中のＰ含有量を適正量に規制する
と共に、フラックス中のＰの総含有量を適正量に規制し
ているので、溶接金属の耐再熱割れ性及び耐焼戻し脆化
特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】温度を縦軸にとり、時間を横軸にとって、ステ
ップクーリング処理条件を示すグラフ図である。

【図２】（ａ）はリング割れ試験用試験片の溶接金属か
らの採取位置及び方向を示す模式的断面図であり、
（ｂ）は試験片の形状を示す側面図、（ｃ）は同じくそ
の断面図、（ｄ）は断面図におけるノッチ部Ａを拡大し
て示す断面図、（ｅ）はこの試験片を使用したリング割
れ試験方法を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１；溶接母材 ２；裏当金 ３；溶接金属 ４；試験片 ５；ノッチ ６；スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水ガラスを使用して造粒し、焼成された
   ボンドフラックスにおいて、フラックス全重量に対して
   酸化マグネシウムを２０乃至４０重量％含有し、この酸
   化マグネシウム原料中のＰ含有量を前記酸化マグネシウ
   ム原料全重量に対して０．０２５重量％以下に規制する
   ことにより、フラックス全重量に対するＰの含有量が
   ０．０１５重量％以下に規制されていることを特徴とす
   る低合金耐熱鋼のサブマージアーク溶接用ボンドフラッ
   クス。
2. 【請求項２】 前記酸化マグネシウムはボンドフラック
   ス全重量に対して２５乃至３５重量％含有されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の低合金耐熱鋼のサブマ
   ージアーク溶接用ボンドフラックス。