JPH10272594A - 低水素系被覆アーク溶接棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高張力鋼、例えば８０キロ級以上
の溶接に際し、優れた低温じん性、且つ応力除去焼鈍後
の破壊じん性の優れた溶接金属の得られる被覆アーク溶
接棒を提供する。 【解決手段】 本発明は、鋼心線と被覆剤からなる高張
力鋼用として適正且つ良好な被覆アーク溶接棒であり、
鋼心線のＣ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏを限定し、且つ被覆剤中に
特定重量パーセントの金属炭酸塩、金属弗化物、Ｓｉ、
Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａを限定し、通常のア
ーク安定剤、スラグ生成剤などと粘結剤を添加した被覆
剤とを前記鋼心線とで溶接棒を形成することを特徴とす
るものである。更に上記被覆剤中のＴａ粉の平均粒径を
制限した。これにより高強度で高じん性、更に応力除去
焼鈍後の破壊じん性の良好な溶接金属が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、７８０Ｎ／ｍｍ²
級以上の高強度な溶接金属が得られると共に低温じん
性、更に応力除去焼鈍後（以下ＰＷＨＴという）の切り
欠き破壊じん性（以下ＣＴＯＤ値という）が優れる低水
素系被覆アーク溶接棒に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】低水素系被覆アーク溶接棒は、耐割れ性
や低温じん性が優れていることから、拘束の大きな箇所
や高張力の溶接に広く使用されている。一方最近では、
溶接構造物の大型化にともない、使用される鋼材も厚く
なる傾向を示すとともに、板厚減少のため高強度な鋼材
の使用も増加している。

【０００３】しかし、一般に溶接金属の強度増加と低温
じん性確保は相反する傾向を示すため、高強度化ととも
にじん性を向上させる新たな手法が必要となっている。
溶接金属のじん性向上対策としては、例えば特公平２−
４２３１２号公報においてはＮｉを添加し、且つＭｎと
Ｎｉの合計を限定することによってじん性を向上させて
いるが、平均的には高じん性が得られても安定化、すな
わちバラツキの点からは十分な方法とは云い難い課題を
残している。更に本発明のように高強度となると、低温
じん性およびＣＴＯＤ値のバラツキは著しくなる。ま
た、特公昭６０−５３９７号公報では被覆剤にチタン酸
化物、硼素の酸化物を添加することにより、溶接金属を
細粒な均一組織とし低温じん性、特にＣＴＯＤ特性を向
上することが開示されているが、本発明のようにより高
強度で高じん性な溶接金属の求められる要求に対しては
十分なものとはなっていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高張力鋼例
えば７８０〜９８０Ｎ／ｍｍ² 級高張力鋼の溶接におい
て低温じん性、およびＰＷＨＴ後に優れたＣＴＯＤ値を
示す溶接金属の得られる低水素系被覆アーク溶接棒を提
供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろはワイヤ全重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｐ：０．
０１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００５
％以下、Ｏ：０．００５％以下に鋼心線を規制し、鋼心
線の周囲に被覆剤として、金属炭酸塩：３０〜６０％、
金属弗化物：８〜２０％、Ｓｉ：１．０〜５．８％、Ｍ
ｎ：０．５〜４．０％、Ｍｏ：０．３〜１．０％、Ｎ
ｉ：０．５〜７．５％、Ｃｒ：０．０２％以下、Ｖ：
０．０２〜０．６０％、Ｔａ：０．０３〜０．６０％そ
の他に上記以外のアーク安定剤、スラグ生成剤、粘結剤
を含む被覆剤を含有せしめ、更に被覆剤中のＴａの平均
粒径を５０〜７５μｍにしたことを特徴とする低水素系
被覆アーク溶接棒にある。

【０００６】従来より溶接金属のじん性向上のため、溶
接金属を低酸素化することが有効であることが知られて
いる。しかし被覆アーク溶接棒においては、被覆剤の分
解によって発生する酸素や大気中の酸素が溶接中にアー
ク内に巻き込まれ、溶接金属中に入るため大幅な酸素低
減には至らなかった。更にＰＷＨＴ後の溶接金属のじん
性向上のため、溶接金属の不純物を低減することが有効
であることが知られているが、大幅なＣＴＯＤ値の向
上、且つ安定したじん性には至らなかった。本発明者ら
は種々の検討を行った結果、被覆剤中にＴａを添加させ
ること、Ｔａの平均粒径を制限すること、被覆剤中のＳ
ｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖを管理すること、同様にＣｒ
を制限すること、心線中のＣ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏを制限す
ることによって、ＰＷＨＴ後でも高強度で高じん性な溶
接金属の得られる被覆アーク溶接棒を開発したものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明における成分限定の
理由を詳細に説明する。 ［心線成分］本発明における鋼心線において、Ｃが０．
０５重量％を超えるとマルテンサイトを生成してじん性
が劣化する。且つ耐割れ性も劣化する。

【０００８】また低温じん性、ＰＷＨＴ後のＣＴＯＤ値
を向上するためにＰ、Ｓ、Ｎ、Ｏ量を限定する。Ｐおよ
びＳは溶接時に最終凝固部に偏析してじん性が劣化す
る。心線のＰ、Ｓを極力低下することが望ましいが、少
なくするほど心線のコストが上昇する。このため溶接金
属の低温じん性に影響の少ない範囲として、Ｐ、Ｓをそ
れぞれ０．０１０重量％以下とした。

【０００９】溶接金属のＮ、Ｏを低減すると溶接金属の
じん性向上に有効である。溶接金属のＮおよびＯは溶接
中に大気中から混入するものの他に、溶接棒心線中から
はいるものがある。このため心線中のＮ、Ｏをできるだ
け低く抑えることが望ましいがＰ、Ｓと同様、製造コス
トの上昇につながる。このため溶接金属の低温じん性低
下に影響の少ない範囲としてＮ、Ｏを０．００５重量％
以下とした。

【００１０】なお、本発明溶接棒に用いる心線として
は、Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ以外は特に規定しないが、他の
成分についてはＪＩＳ Ｇ３５２３に定められた範囲で
あることが望ましい。

【００１１】［被覆剤］金属炭酸塩とは、ＣａＣＯ₃ 、
ＭｇＣＯ₃ 、ＢａＣＯ₃ 等を指し、アークの熱で分解し
てガスを発生し、アーク雰囲気を大気から保護する働き
がある。それらの１種の合計が３０重量％未満ではシー
ルドガスが不足し、溶接金属中に大気中のＮ、Ｏ、Ｈが
多量に溶解し、じん性や耐割れ性の劣化を起こす。また
６０重量％を超えるとアークが不安定となりビード形
状、スラグ剥離性が悪くなるので３０〜６０重量％の範
囲とした。

【００１２】金属弗化物とは、ＣａＦ₂ 、ＭｇＦ₂ 、Ａ
ｌＦ₂ 等を指し、溶融スラグの流動性調整のため添加す
るが、それらの１種以上の合計が８重量％未満では溶融
スラグの粘性が不足し、スラグの被包性が悪くなり、ビ
ード形状も劣化する。更に大気中のＮ、Ｏ、Ｈが多量に
溶融する。２０重量％を超えて添加すると被覆筒の形状
が不完全となり、アークの安定性が悪くなるので、８〜
２０重量％の範囲とした。

【００１３】Ｓｉは、溶接金属の脱酸を目的として使用
されるが、溶接作業性確保の上からも必要である。１．
０重量％未満では、脱酸不足によって溶接金属中に気孔
が発生しやすく、立向姿勢による溶接作業性が劣化す
る。一方５．８重量％を超えると溶接金属のじん性が低
下、ＳＲ脆化を引き起こすので、Ｓｉ含有量範囲を１．
０〜５．８重量％と定めた。

【００１４】Ｍｎは、Ｓｉ同様に脱酸剤として重要であ
り、少なくとも０．５重量％含有させなければならな
い、また強度保持上も必要な成分である。上限を４．０
重量％としたのは、これを越えるとじん性の低下、ＳＲ
脆化の点から好ましくないので、溶接棒中のＭｎ含有量
範囲を０．５〜４．０重量％と定めた。

【００１５】Ｎｉは、対象とする高強度の溶接金属にお
いて被覆剤のＮｉが０．５重量％未満になると低温にお
ける高じん性を得ることが困難となる。一方７．５重量
％を超えると組織が粗大になり、また溶接金属の粒界が
脆化して粒界破壊を生じじん性が低下するのでＮｉの含
有範囲量を０．５〜７．５重量％とした。

【００１６】Ｃｒは、０．０２重量％を超えて添加する
と溶接金属の焼き入れ性が増加し、低温じん性、ＰＷＨ
Ｔ後のＣＴＯＤ値の劣化が著しくなるので０．０２重量
％以下に限定した。

【００１７】Ｍｏは、強度保持のために必要な成分であ
るが、１．０重量％を越えるとδフェライト相の析出が
生じ、低温じん性、ＰＷＨＴ後のＣＴＯＤ値の劣化が著
しくなるのでＭｏの含有範囲量を０．３〜１．０重量％
とした。

【００１８】Ｖは、炭窒化物として析出させて強度を確
保する析出強化型成分であり、ＰＷＨＴ後の強度保持に
必要な成分である。しかし０．０２重量％未満ではその
効果が得られない。また０．６０重量％を越えるとじん
性の低下を生じる。

【００１９】Ｔａは、高温強度を著しく高める成分とし
て知られているが、結晶粒を微細化し強度を保持したま
まじん性を高める働きもある。０．０３重量％未満では
その効果が得られない。また０．６０重量％を越えると
じん性が急に低減し強度が著しく高くなる。また、被覆
剤に含まれるＴａの平均粒径はじん性のバラツキの面か
ら５０〜７５μｍが望ましい。

【００２０】なお、上記の検討におけるＴａの平均粒径
はＪＩＳ Ｚ８８０１およびＪＩＳＺ８８１５に準じて
各粒径間の重量比率を求めた後、次式により算出した。 平均粒径Ｄ（μｍ）＝（ｗ１×３００＋ｗ２×２５６＋
ｗ３×１８１＋ｗ４×１２８＋ｗ５×９０＋ｗ６×６９
＋ｗ７×５４＋ｗ８×２３）／１００

【００２１】ただし、各項の係数は測定ふるい間の平均
粒径を示し、ｗ１〜ｗ８は下記の意味を有する。 ｗ１：３００μｍ以上のｗｔ％、ｗ２：３００〜２１２
μｍのｗｔ％、ｗ３：２１２〜１５０μｍのｗｔ％、ｗ
４：１５０〜１０６μｍのｗｔ％、ｗ５：１０６〜７５
μｍのｗｔ％、ｗ６：７５〜６３μｍのｗｔ％、ｗ７：
６３〜４５μｍのｗｔ％、ｗ８：４５未満のｗｔ％

【００２２】以上の各成分を必須成分とするが、その他
の成分は、主として脱酸剤、アーク安定剤、スラグ生成
剤、粘結剤、合金剤からなるものである。脱酸剤として
は通常の脱酸剤でよい。合金剤はＮｂ、Ｂ等を指し溶接
金属の強度増加、耐食性などの向上の目的で、それぞれ
必要に応じて添加される。これらはそれぞれの金属粉の
ほか、鉄および他の金属との合金粉の形で添加される。
アーク安定剤、スラグ生成剤とは、鉄粉、アルカリ成
分、ルチールなどを指す。また粘結剤としては、珪酸カ
リ、珪酸ソーダなどを指す。

【００２３】本発明の被覆アーク溶接棒は、例えば前述
の元素を有する鋼心線にアーク安定剤、鉄粉、アルカリ
成分、ルチール等のスラグ生成剤、硅酸ソーダ、硅酸カ
リを含有する水ガラス等の粘結剤と共に混練してなる被
覆剤を通常の溶接棒塗装機により被覆塗装した後、水分
を除去するために３００〜６００℃で焼成して製造す
る。

【００２４】

【実施例】以下に本発明の実施例により効果を具体的に
示す。本発明は、表１に規定される化学成分を有する鋼
心線（４．０ｍｍ径）の外周に表２ないし表５に示す被
覆剤を粘結剤と混ぜ、被覆率２０〜４５％となるように
塗布し被覆アーク溶接棒を製造した。得られた各種溶接
棒を用い供試母材として厚さ２５ｍｍの鋼板にＸ開先を
施しアーク溶接を行った。なお溶接条件は、溶接電流１
５０アンペア、溶接入熱３．０ｋＪ／ｍｍ、予熱・パス
間温度１００〜２００℃、立向き姿勢で溶接継手を作製
した。得られた溶接金属より引張試験、試験温度−４０
℃での２ｍｍＶノッチ衝撃試験を行った。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】

【００３０】更に上記溶接条件で作成した溶接金属を５
７０℃で３時間のＰＷＨＴを行った後、引張試験、試験
温度−４０℃での２ｍｍＶノッチ衝撃試験及び試験温度
−２０℃でのＣＴＯＤ試験を行いその試験結果を表６な
いし表９に示す。

【００３１】

【表６】

【００３２】

【表７】

【００３３】

【表８】

【００３４】

【表９】

【００３５】Ａ１〜Ａ２０は、いずれも本発明の要件を
全て満たしており、強度、低温じん性、溶接作業性とも
に良好であり、ＰＷＨＴ後の強度、低温じん性、ＣＴＯ
Ｄ値も良好な値であった。更にＪＩＳ Ｚ３１１８「鋼
溶接部の水素量測定方法」に基づき、ガスクロマトグラ
フ法により拡散性水素量を測定した。本発明溶接棒は全
て３ｍｌ／１００ｇ程度であり、ＪＩＳ Ｚ３２１２記
載のＤ８０１６水素量６ｍｌ／１００ｇ以下を満足し
た。

【００３６】溶接棒Ａ２１〜Ａ４０は比較例を示す。Ａ
２１、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３７、Ａ４０は、Ｃｒ量が上
限を越えたためＰＷＨＴ後の低温じん性およびＣＴＯＤ
値が低下した、更にＡ４０についてはＮｉ量が下限に満
たなかったためＡＷでの低温じん性も低い。

【００３７】Ａ２２は、Ｓｉ量が下限に満たなかったた
め作業性が劣化した、更に溶接金属中に欠陥がみられじ
ん性の劣化が顕著に現れた。Ａ２３は、金属弗化物が上
限を越えたため作業性が劣化、低温じん性、ＣＴＯＤ値
の劣化が起こった。Ａ２４は、Ｎｉ量が上限を越えてい
る。低温じん性とＣＴＯＤ値が劣化した。

【００３８】Ａ２５は、金属炭酸塩が上限を越えたため
作業性が劣化しＣＴＯＤ値も劣化した。Ａ２６は、Ｍｎ
量が上限を越えているためＰＷＨＴ後の低温じん性およ
びＣＴＯＤ値が劣化した。Ａ２７は、Ｔａ量が上限を越
えているため低温じん性が劣化した。

【００３９】Ａ２８は、金属弗化物の含有量が少なくア
−ク雰囲気がシールド不足になったものと思われる。作
業性は悪く、低温じん性、ＣＴＯＤ値もやや低い。Ａ２
９は、Ｍｏ量が上限を越えているため、低温じん性、Ｃ
ＴＯＤ値が劣化した。Ａ３０は、金属弗化物が下限に満
たなかったため作業性が劣化、ＣＴＯＤ値も劣化した。

【００４０】Ａ３３は、Ｃ、Ｎ、Ｃｒ量が上限を越えた
心線を使用したためＰＷＨＴ後の低温じん性、ＣＴＯＤ
値が劣化した。Ａ３４は、Ｓｉ量が上限を越えているた
め低温じん性が劣化した。Ａ３５は、Ｐ、Ｓ量が上限を
越えた心線を使用したためＰＷＨＴ後の低温じん性ＣＴ
ＯＤ値が劣化した。

【００４１】Ａ３６は、Ｖ量が上限を越えているため低
温じん性が劣化した。Ａ３８は、Ｏ量が上限を越えた心
線を使用しているため低温じん性が劣化した。Ａ３９
は、Ｔａ量が下限値に満たないためＰＷＨＴ後の低温じ
ん性およびＣＴＯＤ値が劣化した。

【００４２】更に表１０に示す被覆剤分中のＴａ粉をそ
れぞれ異なった平均粒径で溶接棒を製造した。得られた
各種溶接棒を用いＪＩＳ Ｚ３２１２およびＪＩＳ Ｚ
３１１１に従い溶接を行い、得られた溶着金属より試験
片を採取し、２ｍｍＶノッチ衝撃試験を−４０℃で繰り
返し９回行った。図１および図２にＴａ粉の平均粒径と
じん性のバラツキを示す。

【００４３】

【表１０】

【００４４】５０μｍ以下では微量添加される８０キロ
級溶接棒で被覆中の偏析量が多くなり、じん性のバラツ
キがかなり大きい。７５μｍ以上では８０キロ級、１０
０キロ級溶接棒とも溶接金属中のＴａが偏析し易くな
り、じん性にバラツキが生じ易くなっている。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、低水素系被覆アー
ク溶接棒において、心線、被覆剤を規制することにより
ＨＴ７８０級以上の高強度な溶接金属と優れた低温じん
性、且つＰＷＨＴ後において優れたＣＴＯＤ値が得られ
る。更にじん性のバラツキを減少したことによって、各
種鋼構造物に対する溶接継手の信頼性を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔａ粉の平均粒径とじん性のバラツキを示すグ
ラフ

【図２】Ｔａ粉の平均粒径とじん性のバラツキを示すグ
ラフ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低水素系被覆ア−ク溶接棒において、鋼
   心線の全重量％に対して、Ｃ：０．０５％以下、Ｐ：
   ０．０１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．０
   ０５％以下、Ｏ：０．００５％以下に規制した鋼心線の
   周囲に、被覆剤として、金属炭酸塩：３０〜６０％、金
   属弗化物：８〜２０％、Ｓｉ：１．０〜５．８％、Ｍ
   ｎ：０．５〜４．０％、Ｍｏ：０．３〜１．０％、Ｎ
   ｉ：０．５〜７．５％、Ｃｒ：０．０２％以下、Ｖ：
   ０．０２〜０．６０％、Ｔａ：０．０３〜０．６０％
   で、さらに上記以外のアーク安定剤、スラグ生成剤、粘
   結剤を含む被覆剤を、該鋼心線に被覆することを特徴と
   する低水素系被覆アーク溶接棒。
2. 【請求項２】 Ｔａの平均粒径を５０〜７５μｍに制限
   したことを特徴とする、請求項１記載の低水素系被覆ア
   −ク溶接棒。