JPS59159297A - ステンレス鋼オ−バレイ溶接用フラツクス - Google Patents

ステンレス鋼オ−バレイ溶接用フラツクス

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Publication number
JPS59159297A
JPS59159297A JP3298283A JP3298283A JPS59159297A JP S59159297 A JPS59159297 A JP S59159297A JP 3298283 A JP3298283 A JP 3298283A JP 3298283 A JP3298283 A JP 3298283A JP S59159297 A JPS59159297 A JP S59159297A
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JP
Japan
Prior art keywords
flux
stainless steel
overlay
welding
basicity
Prior art date
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Pending
Application number
JP3298283A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Fuji
富士 明良
Etsuo Kudo
工藤 悦男
Kazuaki Mano
真野 和章
Tomoyuki Takahashi
智之 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Publication date
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Publication of JPS59159297A publication Critical patent/JPS59159297A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3601Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
    • B23K35/3607Silica or silicates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接用フラツクスに関する。更に詳しくは高温
高圧水素を取扱う圧力容器用の内面ステンレスオーバレ
イ溶接用のフラツクスに関し、特にステレレス鋼オーバ
レイ金属と母材との界面において水素に起因して発生す
る割れ(以下、「はくり」と称する)を防止できるステ
ンレス鋼オーバレイ溶接用フラツクスに関するものであ
る。
石油精製工業における脱硫反応及び水素添化分解反応等
には高温高圧状態の水素が取扱われるが、これらの反応
容器には炭素鋼、モリブデン鋼及びクロム−モリブデン
鋼などの低合金鋼が採用され、容器内面には腐食防止の
ために通常ステンレス鋼がオーバレイ溶接されている。
従来、これらの耐食材料にはオーステナイト系ステンレ
ス鋼のタイプ309、タイプ347あるいはタイプ31
6などが主に選択的に使用されている。炭素鋼、モリブ
デン鋼及びクロム−モリブデン鋼などの低金属鋼フエラ
イト系母材の上に上記のようなオーステナイト系ステン
レス鋼をオーバレイ溶接した場合にはフエライト系鋼と
オーステナイト系鋼との線膨張係数の差に起因するひず
みがステンレス鋼と母材との境界に残留する。またこの
ため、第1図の模式図に示すように、反応容器内部の高
温高圧状態の水素が解離して初層ステンレスオーバレイ
金属2を透過して圧力容器胴部母材l内に拡散すると反
応容器の運転停止時などにその境界部に斜線を付して示
すような水素誘起割れ(はくり)5を発生させることが
あった。このはくりは圧力容器の安全性にも影響を及ぼ
し、石油精製工業全体としても重要な問題となっている
本発明者らは「はくり」防止のだめのオーバレイ溶接法
について詳細に研究した結果、母材上に溶接される初層
すなわち1層目の溶接材料の選定または溶接法の改善に
よるはくり防止方法を見出し、溶接材料の選定に関して
は特願昭52−138935号(特公昭56−7792
号)「剥離の発生を防止したステンレス鋼のオーバレイ
溶接法」及び特願昭53−12978号(特開昭54−
107453号)「圧力容器内面のステンレスオーバレ
イの剥離防止方法」として特許出願している。また溶接
法については特願昭54−13286号(特開昭55−
117562号)「ステンレス鋼の肉盛溶接方法」とし
て特許出願している。
しかし、本発明はこれらの既に特許出願または公告にな
った発明とは観点を変え、オーバレイ溶接時に使用する
溶接材料中のフラツクス組成を調整することによっては
くり抵抗性のすぐれた溶接部が得られることを見出し、
後記の本発明を完成した。以下に本発明をその性状を示
す図表及び実施例などに基づいて詳細に説明する。
水素に起因するステンレス鋼と母材との境界層に発生す
るはくり要因の詳細な検討結果から、このはくりはオー
ステナイト系ステンレス鋼溶接金属と母材とめ境界層の
組織状態に依存していることが見出された。すなわち後
熱処理後のオーステナイト系ステンレス鋼オーバレイ金
属と母材との境界層には(イ)溶接金属側に浸炭した粗
粒オーステナイト組織、(ロ)融合部にマルテンサイト
状組織、(ハ)母材側に脱炭した熱影響部の粗大結晶粒
組織、など異質のものが隣接しているが、はくりの発生
状況を観察すると、オーバレイ溶接部境界近傍のミクロ
組織並びに粗粒オーステナイト境界に発生したはくり状
況を示すオーバレイ溶接部断面図である第2図かられか
るように、はくり(割れ)左はほとんどの場合に境界と
平行に形成されるステンレスオーバレイ金属2の粗粒オ
ーステナイトの粒界に沿って発生進展し、一部境界の炭
化物層4に進展している。さらにこれら粗粒オーステナ
イト中のはくり発生に直接関与すると考えられる長さ3
0μm以上の結晶粒の単位長さz(1mm)当りの個数
とはくり抵抗性との間には密接な関係があり、更にとの
粗粒の個数とフラツクスの塩基度とは大きな係わりがあ
り、適当な塩基度をもつフラツクを提供することにより
溶接部のはくりを大幅に防止できることを見出した。
こうして本発明は重量基準で、CaO5〜25%、Al
2O35〜20%、SiO230〜45%、CaF25
〜20%、ZrO21〜15%、Na2O1〜7.5%
、K2O1〜7.5%を含有し、残部が不可避不純物か
らなり、塩基度が0〜−2.5であることを特徴とする
、ステンレス鋼オーバレイ溶接用フラツクスに存する。
更にまた本発明は重量基準で、CaO5〜25%、Al
2O35〜20%、SiO230〜45%、CaF25
〜20%、ZrO21〜15%、Na2O1〜7.5%
、K2O1〜7.5%及びMnO10%以下、MgO1
0%以下、TiO210%以下のうちの1種または2種
以上を含有し、残部が不可避不純物からなり、塩基度が
0〜−2.5であることを特徴とするステンレス鋼オー
バレイ溶接用フラツクスにも存する。
フラツクスの塩基度が溶接部はくり防止の重要因子であ
ることは前述の通りであるが、それに先立ってオーバレ
イ層の粗粒オーステナイト中の長さ50μm以上の結晶
粒の単位長さ(1mm)当りの個数とはくり抵抗性との
関係を述べなければならない。この関係を第3図に示す
。第3図によれば粗粒オーステナイトの数が少なくなれ
ばはくり抵抗性は良好となり、特に単位長さ(1mm)
当り約3個以下になればはくり抵抗性は著しく良好にな
る。つまり、境界部の粗粒オーステナイトの発生を防止
するか、または低減することによりはくり抵抗性のすぐ
れたオーバレイ溶接部が得られることになるが、このよ
うな粗粒オーステナイトの発生はフラツクスの塩基度を
規制することによって低減できることを以下の実施例フ
ラツクスによって説明する。
第1表に示すような21/4%Cr−1%Mo鋼母材に
肉厚0.4mm、幅75mmのタイプ309L帯状電極
(オーバレイ層)を第2表に示すような組成と塩基度と
をもつフラツクスを用いてオーバレイ溶接を行い、その
溶接断面における境界層に隣接する単位長さ(1mm)
当り長さ30μm以上の粗粒オーステナイトの個数を測
定した。ここに塩基度BLとは一般に用いられている下
記式で表わされる。
BL=6.05NCaO+4.8NMnO+4.0NM
gO+3.4NFeO−0.2NAl2O3−4.97
NTiO2−6.31NSiO2(上式中Nは成分のモ
ル分率を示す) また第2表においてNo.1〜4は比較例フラツクスで
、No.5〜9は特許請求範囲1のフラツクス、NO.
10〜22は特許請求範囲2のフラツクスである。
フラツクスの塩基度と単位長さ当りの粗粒オーステナイ
トの個数との関係を第4図に示す。なお第4図において
Oは第1表中の特許請求の範囲lのフラツクス、●は第
2表中の特許請求の範囲2のフラツクス、×は第2表中
比較例フラツクスを表わすものである。
またこの第4図から単位長さ(1mm)当りの粗粒オー
ステナイトの個数を第3図に示すように3個以下に抑制
するためには塩基度が0以下にあることが必要であるこ
とがわかるが−2.5より小さくなると溶接性が低下す
るので好ましくなく、0を越えると×印の比較例フラツ
クスで示すように粗粒の数は増大して好ましくない。
一方、第4図のデータをプロツトするのに使用したサン
プルの他の一部を用いてはくり試験を行い第3表に示す
結果を得た。
第3表に示すはくり試験の結果から本発明フラツクスは
耐はくり性があることが確認された。
このような所定の塩基度を達成するための本発明のフラ
ツフス成分の量比限定理由を以下に述べる。
CaOはSiO2の反応活量を下げてその解離により生
成する酸素量を低減させるために添加するが、その添加
はフラツクスの塩基度を上げることになる。そのため、
CaOは少い程良いが、その含有量が5%より少くなる
と正常な溶接が行えなくなる。また、一方25%を越え
て添加するとフラツクスの塩基度が上昇し、粗粒オース
テナイトの発生が多くなる。
Al2O3はMgO及びTiO2の共存下でスラグのは
くり性を高める作用を示し、また安定な中性成分である
ので塩基度に影響を及ぼすことなく各フラツクス成分の
含有率を調製できる。その含有率が5%以下では溶接後
のスラグはくり性の効果が少く、一方20%を越えて添
加するとスラグの凝固温度及び粘度を上昇させてビ−ド
形状を悪化させる。
SiO2は酸性成分としてスラグの塩基度を調整するも
のであり、本発明において最も重要なフラツクス組成と
なる。その含有量が30%以下では粗粒オーステナイト
の発生を防止あるいは低減させる効果が著しく少くなる
。また一方、45%を越えるとスラグのはくり性が悪る
くなる。
CaF2はフラツクスの融点を下げてビード形状を良く
すると共にAl2O3と、同様に塩基度に影響を及ぼす
ことなく、他フラツクス組成の含有率を調整することが
できる。その含有量が5%以下ではビード形状改良の効
果が少く、一方、20%を越えて添加するとアークが不
安定となり、溶接中にフラツクスの吹上げが生じ、ビー
ド形状を悪化させる。
MnOはビード表面を平滑にするために若干の添加は必
要であるが、10%を越えて添加すると塩基度を上昇さ
せ、さらにビード形状を悪化させる。
MgOはスラグのはくり性を改善するのに若干の添加は
必要であるが、10%を越えて添加すると塩基度を上昇
させること、及びスラグの凝固温度を高めてビード形状
を悪化させる。
TiO2はスラグのはくり性を改善するために若干の添
加は必要であるが、10%を越えて添加するとスラグの
粘性が必要以上に高くなり、ビード外観を悪化させるよ
うになる。
ZrO2は若干の添加によりスラグの界面張力を低下さ
せるのに有効であり、またAl2O3及びCaF2と同
様に中性成分であるのでフラツクスの塩基度に影響を及
ぼすことなく他フラツクス組成の成分調整が可能となる
。その含有量が1%以下では界面張力低下の効果がなく
、一方、15%を越えて添加するとスラグの融点を上昇
させてビードの形状を悪化させる。
Na2O及びK2Oはフラツクスの製造時にバインダー
として使用される水ガラスに含まれるもので、不可避成
分であるが、それら両組酸にはアークを安定させる効果
がある。その含有量はl%以下ではアーク安定の効果は
少なく、また一方、7.5%を越えると溶融スラグの温
度を著しく低下させ、正常な溶接ができなくなる。
なお、通常フラツクスとしてはその使用原料の特性上F
eOあるいはCr2O3などの不可避成分が若干混入し
てくる。しかし本発明によるフラツクス組成範囲におい
ては微量のFeOあるいはCr2O3などは本発明の効
果に影響を及ぼすものではない。
塩基度については0より大きく(塩基性に)なると前述
のように粗粒オーステナイトの発生が多くなり、従って
オーバレイ層のはくり抵抗性が小となり、また−2.5
より小さく(強酸性に)なると、その組成範囲より正常
な溶接が実施できなくなる。
なお上述の実施例以外にもオーバレイ溶接材料としてタ
イプ347、タイプ316Lなどその他のオーステナイ
ト系ステンレス鋼のオーバレイ溶接においても本発明の
フラツクスは同様の効果があることを確認した。
【図面の簡単な説明】
第1図は高温高圧水素環境下で使用された圧力容器内面
ステンレスオーバレイ溶接部に発生したはくり発生状況
を示す模式図、 第2図は第1図で示したオーバレイ溶接部の断面の顕微
鏡写真、 第3図は単位長さ当りの粗粒オーステナイトの個数とは
くり抵抗性との関係を示す説明図、第4図はフラツクス
塩基度と粗粒オーステナイトとの関係を表わすグラフを
示す図である。 図中、1…圧力容器胴部母材、2…初層ステンレスオー
バレイ金属、3…2層目ステンレスオーバレイ金属、4
…炭化物層、5…はくり割れ。 第1図 第2図 、\[t−、−¥、。 瑠心(聞(6〉η・・・・ (tLll、lJ/1)′@ロ1ωI屏α−VΩKun
coq魁薯Q鵠・:、・11.・、、。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.重量基準で、CaO5〜25%、Al2O35〜2
    0%、SiO230〜45%、CaF25〜20%、Z
    rO21〜15%、Na2O1〜7.5%、K2O1〜
    7.5%を含有し、残部が不可避不純物からなり、塩基
    度が0〜−2.5である特徴とする、ステンレス鋼オー
    バレイ溶接用フラツクス。
  2. 2.重量基準で、CaO5〜25%、Al2O35〜2
    0%、SiO230〜45%、CaF25〜20%、Z
    rO21〜15%、Na2O1〜7.5%、K2O1〜
    7.5%及びMnO10%以下、MgO10%以下、T
    iO210%以下のうちの1種または2種以上を含有し
    、残部が不可避不純物からなり、塩基度が0〜−2.5
    であることを特徴とする、ステンレス鋼オーバレイ溶接
    用フラツクス。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4839349A (ja) * 1971-09-27 1973-06-09
JPS4886748A (ja) * 1972-01-25 1973-11-15
JPS515254A (ja) * 1974-07-03 1976-01-16 Nippon Steel Corp Andaakuratsudokuratsukuo boshisurutameno nikumorisekohoho
JPS5329657A (en) * 1976-09-01 1978-03-20 Hitachi Ltd Reinforced type brown tube

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