JPH10128578A - Ｃｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラグ剥離性が良好であると共に、種々の形
状及び板厚を有する構造物を立向溶接又は上向溶接等の
溶接姿勢で溶接する場合であっても、スラグの落下を防
止することができるＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼フラック
ス入りワイヤを提供する。 【解決手段】 オーステナイト系ステンレス鋼からなる
外皮中にフラックスを充填してなるＣｒ−Ｎｉ系ステン
レス鋼フラックス入りワイヤにおいて、前記フラックス
はＢｉ含有量がビスマス原料全重量あたり３乃至５０重
量％であるビスマス原料を含有する。また、ワイヤ全重
量あたりのＢｉ含有量は０．０１乃至０．１５重量％で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣｒ−Ｎｉ系ステン
レス鋼のガスシールドアーク溶接に使用されるフラック
ス入りワイヤに関し、特に、多層盛溶接時においてスラ
グ剥離性が良好であると共に、優れたアーク安定性を有
するＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼フラックス入りワイヤに
関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼フラックス入りワイヤは高
能率の施工が可能であり、被覆アーク溶接棒と比較し
て、溶接者の熟練度を必要としないので、化学装置、石
油精製装置、水門及び各種タンク等の溶接構造物の溶接
に対して広く適用されてきている。

【０００３】これらの構造物を溶接する場合、スラグ剥
離性又はアーク安定性が不良であると、スラグ巻き込
み、融合不良及び溶け込み不足等の溶接欠陥の原因とな
りやすい。従って、ワイヤの溶接作業性は構造物の品質
と信頼性とに大きく影響を及ぼす。特に、スラグの剥離
性が不良であると、スラグを除去するために多大な時間
を要するため、必要とされる工程数が増加すると共に、
スラグが飛散することによって、火傷又は火災が発生す
ることがある。

【０００４】これらの問題点を解決するために、近時、
スラグ剥離性の向上を図った種々のステンレス鋼フラッ
クス入りワイヤが提案されている。例えば、スラグの剥
離性を改善するために、フラックス中に酸化ビスマスが
添加されたフラックス入りワイヤが開示されている（特
開昭５９−２１２１９２号公報）。他に、フラックスに
ついては、シリカ含有系フラックス並びに元素状ビスマ
ス、フッ化ビスマス、硫化ビスマス、チタン酸ビスマ
ス、オキシ炭酸ビスマス、オキシ塩化ビスマス及びこれ
らの混合物からなる群から選択されたビスマス含有スラ
グ解離剤を含むフラックスが提案されている（特開平５
−２００５８６号公報）。

【０００５】前記公報においては、このようなビスマス
化合物又は元素状ビスマスが、所定量のシリカを含有す
るフラックス中に添加されることにより、フラックス中
に酸化ビスマスを添加する場合と同様に、スラグ剥離性
を向上させるということが記載されている。即ち、これ
らのビスマス化合物又は元素状ビスマスは、酸化ビスマ
スの代替原料としての効果を有する。従って、上述の従
来技術によってビスマスが添加されたフラックス入りワ
イヤを使用して鋼材を溶接すると、その姿勢が下向溶接
である場合には、良好なスラグ剥離性を得ることができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビスマ
スが添加されてスラグ剥離性が良好であるワイヤを使用
して全姿勢溶接を実施する場合、溶接対象物が大型であ
ったり、板厚が厚いものであると、スラグ剥離性が良好
であることから、以下に示す問題点が発生する。即ち、
立向溶接、４５°上向溶接、及び上向溶接時に、溶融プ
ールの近傍のスラグまで一気に剥離してしまい、その結
果、溶融プールが落下してしまう。このように、スラグ
が一気に剥離すると、ビード形状が不良となって手直し
が必要になると共に、溶融プールの落下が溶接者に危険
を及ぼすことがある。従って、立向溶接及び上向溶接等
の溶接時においても作業性が良好であると共に、優れた
スラグ剥離性を有するステンレス鋼フラックス入りワイ
ヤの開発が強く要求されている。

【０００７】また、ケミカルタンクの溶接時に適用され
る開先形状と同様の形状を有する開先部、即ち、溶接面
側が開いたＶ開先が形成された母材に対して立向片面溶
接を実施する場合、又は下面側のみに切欠きを有するレ
型開先が形成された母材に対して４５°上向溶接を実施
する場合において、初層及び最終層のスラグ剥離性の向
上と、スラグの落下防止とを同時に達成することができ
るワイヤは未だ開発されていない。

【０００８】更に、ＳＵＳ３０４からなる溶接母材をそ
の板厚を６ｍｍから５０ｍｍの間で変化させて、立向突
合せ溶接を模擬した溝溶接を実施する場合においても、
いずれの板厚に対しても良好なスラグ剥離性を維持する
ことができると共に、各層のスラグの落下を防止するこ
とができるワイヤは得られていない。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、スラグ剥離性が良好であると共に、種々の
形状及び板厚を有する構造物を立向溶接又は上向溶接等
の溶接姿勢で溶接する場合であっても、スラグの落下を
防止することができるＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼フラッ
クス入りワイヤを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＣｒ−Ｎｉ
系ステンレス鋼フラックス入りワイヤは、オーステナイ
ト系ステンレス鋼からなる外皮中にフラックスを充填し
てなるＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ
において、前記フラックスはＢｉ含有量がビスマス原料
全重量あたり３乃至５０重量％であるビスマス原料を含
有し、ワイヤ全重量あたりのＢｉ含有量が０．０１乃至
０．１５重量％であることを特徴とする。

【００１１】このビスマス原料は、ビスマス原料全重量
あたり、Ｋ：４乃至３０重量％及びＮａ：０．７乃至１
８重量％からなる群から選択された少なくとも１種の元
素を含有することが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本願発明者等は、スラグ剥離性が
十分に良好であると共に、スラグの落下を防止すること
ができるフラックス入りワイヤについて、鋭意実験検討
を行った。先ず、ワイヤ中の酸化ビスマス量を種々に変
化させて、２相ステンレス鋼フラックス入りワイヤを作
製し、ケミカルタンクの溶接時に適用される開先形状と
同様の形状を有する開先部を形成して、立向片面溶接及
び４５°上向溶接を実施した。また、本願発明者等は、
酸化ビスマスの含有量を種々に変化させた３０８Ｌ系ワ
イヤを作製し、種々の板厚を有するＳＵＳ３０４からな
る溶接母材に対して立向溶接を実施した。

【００１３】しかしながら、ワイヤ中の酸化ビスマス量
を変化させるのみでは、同一のワイヤで初層及び最終層
のスラグの剥離性を向上させることができず、スラグの
落下を防止することも困難であり、この結果は、上向溶
接時においても同様であった。同様に、いずれの板厚に
対しても良好なスラグ剥離性を維持することができ、各
層のスラグ落下を防止することができる適切な酸化ビス
マス量を得ることはできなかった。

【００１４】そこで、本願発明者等は、立向及び上向溶
接姿勢等においても良好なスラグ剥離性を有し、スラグ
落下を防止することができるＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼
フラックス入りワイヤについて、更に実験検討を行っ
た。その結果、所定量のＢｉ（ビスマス）を含有するビ
スマス原料をフラックス中に添加すると共に、ワイヤ中
のＢｉ量を規定することによって、上記課題を解決する
ことができることを見い出した。

【００１５】以下、本発明におけるＣｒ−Ｎｉ系ステン
レス鋼フラックス入りワイヤのフラックスに添加するビ
スマス原料の組成限定理由及びワイヤ中のビスマス含有
量の限定理由について説明する。

【００１６】ビスマス原料中のＢｉ：３乃至５０重量％ 所定量のＢｉを含有するビスマス原料は、フラックス中
に添加されることによってスラグの剥離性を向上させる
効果を有する。ビスマス原料全重量あたりのＢｉ含有量
が３重量％未満であると、その効果を十分に得ることが
できない。一方、ビスマス原料全重量あたりのＢｉ含有
量が５０重量％を超えると、酸化ビスマスを使用した場
合と同様に、スラグが一気に剥離してしまう。従って、
フラックス中に添加されるビスマス原料中のＢｉ含有量
は、原料全重量あたり３乃至５０重量％とする。

【００１７】ワイヤ中のＢｉ：０．０１乃至０．１５重
量％ フラックス入りワイヤ中のＢｉがワイヤ全重量あたり
０．０１重量％未満であると、スラグ剥離性を向上させ
る効果を十分に得ることができない。一方、ワイヤ全重
量あたりのＢｉが０．１５重量％を超えると、Ｂｉ量が
過大となってスラグが落下する可能性が極めて高くなる
と共に、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。従っ
て、フラックス入りワイヤ中のＢｉ含有量はワイヤ全重
量あたり０．０１乃至０．１５重量％とする。

【００１８】ビスマス原料中において、Ｋ：４乃至３０
重量％及びＮａ：０．７乃至１８重量％からなる群から
選択された少なくとも１種を含有する 上述の如く、本発明においては、ビスマス原料中のＢｉ
量を規定すると共に、ワイヤ中のＢｉ量を規定すること
により、スラグ剥離性が良好であると共に、スラグの落
下を防止することができるワイヤを得ることができる
が、このビスマス原料中にＫ及びＮａのいずれか一方又
は双方が添加されていると、より一層高い効果を得るこ
とができる。

【００１９】ビスマス原料中にＫ及びＮａの少なくとも
一方を含有させる場合、ビスマス原料全重量あたりのＫ
含有量が４重量％未満であると共に、Ｎａ含有量が０．
７重量％未満であると、Ｂｉが有するスラグ剥離性改善
効果を十分に助長することができない。一方、ビスマス
原料全重量あたりのＫ含有量が３０重量％を超えるか、
又はＮａ含有量が１８重量％を超えて含有されても、そ
の効果が飽和すると共に、フラックスの耐吸湿性が低下
するので、ワイヤ製作時のフラックスの流動性が不良と
なり、また、ワイヤの耐吸湿性も低下する。従って、ビ
スマス原料中には、ビスマス原料全重量あたりのＫが４
乃至３０重量％及びビスマス原料全重量あたりのＮａが
０．７乃至１８重量％の少なくとも一方が含有されてい
ることが好ましい。

【００２０】なお、本発明においては、所定のＢｉ含有
量を有するビスマス原料について、Ｂｉ以外の構成成分
は特に規定されるものではなく、例えば、Ｔｉ、Ｓｉ及
びＺｒ等の酸化物形成成分並びにフッ素等の各種成分
を、必要に応じて所望量含有させることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明に係るＣｒ−Ｎｉ系ステンレス
鋼フラックス入りワイヤ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。

【００２２】先ず、下記表１に示す組成を有するビスマ
ス原料と、下記表２に示す組成を有するフラックスとを
混合して、これを下記表３に示す組成を有するステンレ
ス鋼外皮に所定の充填率で充填することにより、２相ス
テンレス鋼フラックス入りワイヤを製作した。但し、下
記表１において、記号Ｂ７は酸化ビスマスであり、全て
のビスマス原料について、その他の成分として酸素が含
有されている。また、表２に示すその他とは、フッ化物
及び金属原料（金属Ｃｒ、金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｍｏ、金属
Ｍｎ等）を示す。次いで、このフラックス入りワイヤを
使用して、下記表４に示す組成を有する溶接母材に対し
て立向突合せ片面溶接及び４５°上向隅肉溶接を３層盛
で実施し、溶接作業性について評価した。このときの溶
接条件を下記表５に示す。

【００２３】図１は立向突合せ片面溶接時における溶接
母材の開先形状及び溶接金属の積層方法を示す模式的断
面図である。図１に示すように、端面に傾斜した切欠き
を有する２枚のステンレス鋼板１１を、その端面を対向
させて垂直にして配置することにより、溶接の手前側が
開いたＶ形状の開先部１３が形成されており、溶接裏面
側には中央にＵ字形の窪みを有するセラミック製の裏当
材１２が当てられている。本実施例においては、１４ｍ
ｍの板厚を有するステンレス鋼板１１を使用し、開先角
度を６０°とした。そして、２枚のステンレス鋼１１の
間に形成された開先部１３に３層盛の溶接金属１４を形
成することにより立向突合せ片面溶接を実施した。な
お、図１中において、溶接金属１４中の数字は積層の順
序を示すものであり、本実施例においては、最も裏当材
１２寄りの初層と、最も手前側の第３層について、スラ
グ剥離性及びスラグの落下を評価した。

【００２４】図２は４５°上向隅肉溶接時における溶接
母材の開先形状及び溶接金属の積層方法を示す断面図で
ある。ステンレス鋼板１５をその表面を４５°に傾斜さ
せて立て、この表面に、ステンレス鋼板１６の端面をそ
の表面がステンレス鋼板１５の表面に対して直角をなす
方向で当てることにより、４５°の溶接線を有する溶接
母材が配置されている。なお、このステンレス鋼板１６
の端面の一方には切欠きが設けられているため、両者の
間にはレ形開先部１７が形成されており、これら２枚の
ステンレス鋼板１５及び１６は開先側が下向きになる角
度で配置されている。

【００２５】このように構成された溶接母材に対して、
レ形開先部１７に３層盛の溶接金属を形成することによ
り、４５°上向隅肉溶接を実施した。但し、本実施例に
おいては、ステンレス鋼板１５及び１６の板厚を２０ｍ
ｍとし、溶接部の開先角度を５５°、ルート面の幅を１
１ｍｍとした。なお、図１と同様に、図２中において、
溶接金属１８中の数字は積層の順序を示すものであり、
本実施例においては、最もルート面寄りの初層と、最も
手前側の第３層について、スラグの剥離性及びスラグの
落下を評価した。

【００２６】各フラックス入りワイヤのフラックスに添
加したビスマス原料の種類、フラックス全重量あたりの
ビスマス原料の添加量、フラックス充填率及びワイヤ全
重量あたりのＢｉ含有量を下記表６に示し、評価結果を
下記表７に示す。なお、表７に示すスラグ剥離性の評価
結果については、極めて良好であったものを◎、良好で
あったものを○、不良であったものを×とした。また、
スラグ落下の評価結果については、スラグの落下が発生
しなかったものを○、スラグが落下したものを×とし
た。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】

【表７】

【００３４】上記表１、６及び７に示すように、実施例
Ｎｏ．１〜９はフラックス中に含有されるビスマス原料
全重量あたりのＢｉ含有量が規制されていると共に、ワ
イヤ全重量あたりのＢｉ含有量も規制されているので、
立向溶接及び上向溶接のいずれの溶接姿勢であっても、
多層盛の場合の初層及び最終層において、スラグ剥離性
が良好であると共に、スラグの落下を防止することがで
きた。特に、実施例Ｎｏ．１乃至４及び７はビスマス原
料中に所望量のＫ及びＮａが含有されているので、スラ
グの剥離性が更に一層優れたものとなった。

【００３５】一方、比較例Ｎｏ．１０及び１２は酸化ビ
スマスを使用したものであり、ビスマス原料中のＢｉ含
有量が本発明範囲の上限を超えているので、スラグの落
下が発生した。特に、比較例Ｎｏ．１２はワイヤ中のＢ
ｉ含有量も本発明範囲の上限を超えているので、溶接開
始直後からスラグが落下し始め、溶接金属には高温割れ
が観察された。比較例Ｎｏ．１１はビスマス原料中のＢ
ｉ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、いずれの
溶接金属においてもスラグの焼付きが発生した。

【００３６】また、比較例Ｎｏ．１３及び１５はワイヤ
中のＢｉ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、ス
ラグの焼付きが発生した。比較例Ｎｏ．１４はビスマス
原料中のＢｉ含有量が本発明範囲の上限を超えているの
で、立向突合せ片面溶接時の最終層及び４５°上向溶接
時にスラグの落下が発生した。比較例Ｎｏ．１６はビス
マス原料中のＢｉ含有量が本発明範囲の上限を超えてい
ると共に、ワイヤ中のＢｉ含有量が本発明範囲の下限未
満であるので、スラグの落下は発生しなかったが、立向
片面溶接の最終層で激しいスラグの焼付きが発生した。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Ｂｉ含有量が規制されたビスマス原料がフラックス中に
含有されていると共に、ワイヤ中のＢｉ含有量が適切に
規制されているので、大型構造物及び厚板の構造物の溶
接時において、良好なスラグ剥離性を得ることができる
と共に、スラグの落下を防止することができるＣｒ−Ｎ
ｉ系ステンレス鋼フラックス入りワイヤを得ることがで
きる。また、ビスマス原料中のＫ及びＮａ含有量が適切
に規制されていると、更に一層スラグ剥離性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】立向突合せ片面溶接時における溶接母材の開先
形状及び溶接金属の積層方法を示す模式的断面図であ
る。

【図２】４５°上向隅肉溶接時における溶接母材の開先
形状及び溶接金属の積層方法を示す断面図である。

【符号の説明】

１１、１５、１６；ステンレス鋼板 １２；裏当材 １３、１７；開先部 １４、１８；溶接金属

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１０月３１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】図２は４５°上向隅肉溶接時における溶接
母材の開先形状及び溶接金属の積層方法を示す断面図で
ある。ステンレス鋼板１５をその表面を４５°に傾斜さ
せて立て、この表面に、垂直に配置されたステンレス鋼
板１６の端面をその表面がステンレス鋼板１５の表面に
対して直角をなす方向で当てることにより、４５°の溶
接線を有する溶接母材が配置されている。なお、このス
テンレス鋼板１６の端面の一方には切欠きが設けられて
いるため、両者の間にはレ形開先部１７が形成されてお
り、これら２枚のステンレス鋼板１５及び１６は開先側
が下向きになる角度で配置されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 慎太郎 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーステナイト系ステンレス鋼からなる
   外皮中にフラックスを充填してなるＣｒ−Ｎｉ系ステン
   レス鋼フラックス入りワイヤにおいて、前記フラックス
   はＢｉ含有量がビスマス原料全重量あたり３乃至５０重
   量％であるビスマス原料を含有し、ワイヤ全重量あたり
   のＢｉ含有量が０．０１乃至０．１５重量％であること
   を特徴とするＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼フラックス入り
   ワイヤ。
2. 【請求項２】 前記ビスマス原料は、ビスマス原料全重
   量あたり、Ｋ：４乃至３０重量％及びＮａ：０．７乃至
   １８重量％からなる群から選択された少なくとも１種の
   元素を含有することを特徴とする請求項１に記載のＣｒ
   −Ｎｉ系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。