JPS5964194A - 低水素、低窒素、低酸素溶接用溶融型フラツクス - Google Patents

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、浴接金属の低水素化、低蟹素化、低１′１′
２素化を同時に実現することを可能にする溶接用溶融型
フラックスに関するものである。

溶接台Ａ・ｆｉの靭性を向」ニさせるには、溶接金属中
の酸素量を減少させることが一つの有力な手段である。

サブマーノドアーク溶接のようにフラックスを使用する
溶接においてはフラックスの塩基度を高めると溶接金属
中の酸素酸は効果的に減少する。そのため、溶接金属の
靭性を向上させる目的で、溶接用フラックスの塩基度を
高める努力が行なわれてきた。

しかしながら、フラックスの塩基度を高めると次のよう
な問題が生ずる。

フラックス原料を電気炉などで溶解し、冷却後に適当な
ザイズに粉砕し乾燥して製造する溶融型フラックスでは
製造時に大気中の湿分などを吸収し、それが溶接金属中
の拡散性水素用を増加させ、溶接金属の低温割れやビッ
ト発生の原因となる。

フラックスは溶融状態で突気中などの水分を吸収するが
、水分吸収量は、フラックスが中性程度で最も少く、そ
れよシ塩基度が小さくても大きくても、増加する。フラ
ックスが中性より高塩基度側では、塩基度が大きくなれ
ばなるほど水分の吸収用は増加する。したがって溶融型
フラックスの場合浴接金１・１にの低酸素化のためフラ
ックスの１４五基度を大きくすればするほど、スラック
ス原料を電気炉などで溶解するとさ、または、溶解した
フラックスを冷却するときに吸収する水分ＡＴが多くな
るという問題が生ずる。

次に、フラックスの成分系によっては溶接金属中のｒＶ
　Ｘ’ｌ　Ｍが減少すると窒素量が増加するという問題
が生ずる。これは、酸素量の減少によって、溶−；池に
おける９＋９→ＣＯ↑の反応が減少し、大気中の窒素を
アーク空洞に巻込むことを防止するＣＯガスのシールド
作用が阻害されることが一つの原因と考えられている。

窒素は溶接金属の靭性向上を阻害する元累でおる。低酸
素化によって窒素−ｉｉ′Ｌが増加するということは、
低酸素化の本来の目的が州なわれるという問題が発生す
る。

本発明者らはこれらの問題を解決するためイｊ■々検削
した結果法のような知見を得た。

８４５１図は下記の塩基度式によって割算したオリ【々
の塩基度の浴融型フラックスを用いサブマーソドアーク
溶接したときの溶接金属中の拡散１（Ｌ水素量を示す（
図中、○印は水冷フラックス、Δ印はＣａＦ２添加量２
５％未満の空冷フラックス、Ｘ印はＣａＦ２添加計２５
％以上の空冷スラックス）。

Ｂ　＝　６．５０　ＮＢ、。＋６．０５　Ｎｏ、。＋　
４．８　ＮＭｎｏ＋　４．ＯＮＭｇ。

十３．４ＮＦｅｏ＋５．ＩＮｃａＦ＋０．３Ｎ２ｒｏ−
〇、２ＮＡｔ２ｏ３２ 一２２ＮＴｌｏ２−６．３Ｎｓｌｏま ただし、Ｎｋ：成分にのモル分率。

この第１図はフラックス原料を電気炉で溶解した後、水
中に投入し水冷方式で冷却して製造した水冷スラックス
と鉄板上に流し大気中で冷却して製造したＣ　ａＦ２の
添加量が２５％未満の空冷スラックスの両名の場合、さ
らに、２５％以上と多用、のＣａＦ　２を含む空冷フラ
ックスの場合を示す。水冷フラックスの場合、拡散性水
素量はフラックスの塩基度の増大とともに増加している
。この水素はスラックス原料を電気炉で溶解していると
き大気なでから吸収した水分と水中で冷却しているとき
に吸収した水分に起因するものである。また、ＣａＦ２
の少めの空冷フラックスの場合には、塩基度がある限度
までは拡散性水素量は増加しないが、ある限度を超える
と急激に増加する。この水素は、スラックス原料を箱、
気炉で溶解しているときに吸収した水分に起因するもの
である。一方ＣａＦ２を多量に含む空冷スラックスでは
前記の通常の空冷フラックスに比べ拡散性水素量は大ｒ
ｌｊに少くなっている。これはＣａＦ２を多（１に含む
スラックスでは、スラックス原料を１［＋、電気炉溶解
しているときＣａＦ２の一部がガス化し大気からの水分
の吸収を防止していること、さらには、溶接時にＣａＦ
２の一部がガス化してアーク空洞中の水素分圧を下げ溶
接金属への水素の侵入を防止していることに原因がある
と考えられる。このように、ＣａＦ２を多量に含むフラ
ックスでは高塩基度であっても拡散性水素量を充分低位
に保つことができる。

ａ：　２図は４伸の組成のフラックスにおいてＣａＦ２
配合量を変化さぜた場合のＣａＦ２配合量と溶接金属中
の窒素量との関係を示すものである。同図に示すように
フラックス中のＣａＦ２配合量が増加するとｒ？４接金
属中の窒素１１１が効果的に減少していることが分る。

これは、溶接時にＣａＦ２の一部がガス化しアーク９洞
への大気の巻込みを防止するシールド効果に起因すると
考えられる。溶接金ＰＥＮ中の窒素量は、酸素量の場合
と異なり、ｉｊ、’ｉ淫量接銅利やワイヤの窒素１１４
：の影響を大きく受けるので、調料やワイヤの窒素１１
−を少くすることを先ず考えねばならガいが、溶接技術
の観点からはＧ接時に大気から吸収し加算される窒累計
、すなわち、ΔＮを少くする技術が心数となる。フラッ
クス中にＣａＦ２を多量に配合するとこのΔＮを少くす
る効果が極めて大きいことが第２図より分る。

本発明者はこれらの知見よシ溶接金属の低水素。

低窒素、低酸素を同時に実現することを可能にする発明
を行ったものであり、その要旨は、フラックス型車の２
５〜６５％のＣａＦ２を含み、かつ、下記式で計算され
たフラックスの塩基度（１３）が１．５以」二であシ、
かつ、空冷処理されたことを特徴とする低水累、低窒素
、低酸素溶接用溶融型フラックスにある。

Ｂ−６５ＯＮ１１ｆｌｏ＋６，０５ＮｃＩＬ。＋４．８
ＮＭｎｏ＋４．ＯＮＭｇ。

ｎ−３，４Ｎ　　＋５．ＩＮｃａｒ２＋０．３．Ｎ２ｒ
。＋０．２ＮＡ１２ｏ３ｅＯ −２，２Ｎ、ｒｉ０２−６．３　ＮＳ、０まただし、Ｎ
ｋ：Ｄ’ｘ分にのモル分率。

以下に本発明を詳硅１に駿、明する。

ＣａＦ２は塩基性の弗化物でフラックスを高塩基にする
のに有効な成分であシ、壕だ、これにＬフラックスの粘
度、軟比溶融温度を低下させるので適…配合すれば真打
など−ドを得るために好ましい成分である。さらに比較
的低温度でガス化し、溶接現象に種々の作用をおよほす
。すなわち、ＣａＦ２は第２図に見られるとおり溶接金
属窒素量を減少させるｓテＣｒ著な効果をもっている。

溶接金属中の窒素１）１は鋼材ワイヤから持ち込まれる
ことはどうしても避けることができないので、溶接時に
大気よシ吸収する窒素間ΔＮを２０　ｐｐｍ以下に抑え
ないと、溶接金属の靭性を向上させることは一般に困難
になる。このためには、第２図からすればＣａＦ２量が
２０％以上含まれれば充分である。しかし、次に述べる
ように拡散性水素部も併ぜて減少しようとするとＣａＦ
２　ＪＤの下限が２０％では不充分である。

第１図、に見られるとおシＣａＦ２　ｔ；ｊ高塩基度フ
ラックスにおいても拡散性水素部・を減少させる効果を
もっている。溶接金属の低温割れやピットの発生を防止
するためには拡散モ１：水Ｆ　ＪＱ、を６　ｃｃ／１０
０　ｇＤＭ以下にする必要があるが、多量のＣａＦ２を
含むフラックスはこの目的を充分達成しイ１するもので
ある。

しかし、ＣａＦ２量が２５％未満ではこの効果を充分発
揮できないので、第１図の効果を得るためにはＣａＦ２
量を２５％以上にしなければならない。したがって、以
上のＣａＦ２の２つの効果、すなわち、溶接金属の９素
吸収（孔と拡散（’ｌ：水素−１五を同時に減少させる
だめにはフラックスのＣａｐ’２配合鳴゛を２５％以上
にする必要がある。しかし、ＣａＦ２停が６５％を超え
ると、ビード表面にヘリンボーンやアパタが発生するこ
ともあるので６５−以下に抑えるべきである。

次に本発明においてフラックスの塩基度（Ｂ）を１．５
以」−と定めだ理由について述べる。溶接フラックスの
塩基度が大きく々ると溶接金属の酸素量は減少するが、
従来の市販フラックス、特にサブマーノドアーク溶接フ
ラックスでは前述の問題のため、３　（１０ｐｐｍ以下
にすることは困難であった。

本発明フラックスでは前述の２５％以上のＣａ　Ｆ　２
を添加する対策によってこの困か１Ｆは取除かれた。

第３図はＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｔ２０３．５ｉｎ２．　Ｃ
ａＦ２　＊ＢａＯ＊　ＭｎＯ＊　ＺｒＯ２＋　Ｔｉｅ２
＊　Ｎ２０などのフラックスの成分用を変化させた場合
のフラックス塩基度（Ｂ）と溶接金属の酸素量との関係
を示しだものである。添加する成分によって差異は認め
られるが、大略塩基度の増大に伴って酸素量は減少して
おり酸素量が８０　ｐｐｍ以下の場合も認められる。同
図で見るとおり、フラックス成分の種類による酸素］ｊ
１の差およびバラツキを見込んでも、フラックス塩基度
（Ｂ）を１．５以上にすることによって溶接金属の酸素
１Ｍを３００　ｐｐｍ以下にすることができる。

さらに本発明において空冷処理された溶融型フラックス
とした理由を述べる。

例えばフラックス成分Ｃａｂ、　ＭｇＯ，Ａｔ２０３．
５ｉｎ２゜Ｃ，ａ　Ｆ　２などのフラックス成分の原料
としてはＣａＱ成分にけＣａ　ＣＯ３（石灰石）　、　
ＣａＭｇ　（ＣＯ３）　２　（ドＯマイト）　、Ｃａ５
ｉ０３（珪灰石）など、ＭｇＯ成分にはＭｇＯ（マグネ
ジ”ｒクリンカーなど）　、　ＣａＭｇ（Ｃｏ３）２（
ドＤ’？イト）１Ｍｇ２ｓｉｏ４（カンラン石）などＡ
ｔ２０３成分にはＡｔ２０５（コランダム）　、　Ｍｇ
ｏ・Ａｚ２ｏ３（スピネル）などＳ　ｉ　０２成分には
Ｓ　ｉ　Ｏ２（珪砂）などＣａ　Ｆ　２成分にはＣａＦ
２　（はたる石）がある。

Ｌ２かし、例えばＣａｂ、　ＭｇＯ成分のだめの原料Ｃ
ａ５ｆ０３゜Ｍｇ　２　Ｓ　五〇　３　’！どけ同時に
８１０２を含んでいるのでフラックスの高塩基度をＡ・
１１持するという観点からは、その使用用が制限される
。しだがってこれら５つの成分を自由に配合するために
はＣａＯ＊　ＭｇＯ成分のだめにはＣａＣＯ３゜ＭｇＯ
またはＭｇＣＯ３を使用する必要がある。ところがＣａ
　ＣＯ３のような炭酸塩原料を用いた場合、原料の鉱物
形態がそのままフラックス中に保存される＆ノド型ない
し焼成型フラックスにしたのでは、溶接時に炭酸塩が分
解して発生するＣ０２がスのため溶接金属の酸素量が増
加してしまい本発明の趣旨に合致しない・したがって溶
接金属の低酸素化を目的λするフラックスではフラック
ス原料を電気炉で溶解して製布する溶解型フラックスと
しＣｏ　　を製造時に除去［７てフラックスに持込寸な
いことが必要になる。ａ　ｌｔ！ｂ型フラ、クスによっ
て問題となる拡散性水素の問題（ｄ第１図に関連して前
に述べたように多量のＣａ　Ｆ　２を配合することによ
って解決することができる。しかし、電気炉で溶解した
後フラックスを水冷処ｙ１（シたので―゛その際吸収す
る水分のだめ拡散性水Ｍ＜　［を充分減少させることは
できない。Ｃｕ　Ｆ　２を多針に配合し第１図の効果を
挙げるためにはフラックス原料を電気炉などで溶角・ｆ
、　Ｌ、た後、大気中で冷却する空冷処理とする必要如
ある。

以上の全ての％３件が満足されればＣａ　Ｆ　２以外の
フラックス成分としてＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｔ２０３．５
ｉｎ２゜１３ａｏ　１Ｍｎ０　、’　Ｔ＋０　　、Ｚｒ
Ｏ２、に２０　、Ｎａ２Ｏなどの成分を鏑宜ｆ吻（／Ｌ
ｙ　Ｍｌ、′Ｊ　Ｍｉ：用に使用することができる。才
／に、フラックス原料は；ｉｆ＋常僅かの水分を含んで
いる。その主にものけ液体包有物１として含才れる水分
、鉱物の結晶ｔ！’＋造に組み込寸れだ構造水や結晶水
である。これらの水分の大部分Ｈ２Ｏ０〜１０００℃で
放出される。しだがって高張力鋼の厚もの材の溶接など
のように特に拡散性水素に敏感な溶解型フラックスのだ
めには使用する原料を３００〜６００℃の温度で２時間
程度予備焼成することが望せしい。

以下に本発明の効果を実施例によりさらに具体的に示す
。

実施例 第１表に使）１ｊ　Ｌだフラックスの成分、形態などお
よび溶接結果を示す。拡散性水素量の測定はＪＩＳ　Ｚ
３１１Ｇで行った。寸だ、溶接金属中の窒素。

吸収−ｍおよび酸素聞け、入熱５０．４　ｋＪ／ａｎ　
、速度１４０　ｃｒｎ／ｍｉｎ　、交流電流の３ｗｌに
よるサブマージドアーク溶接法で２０ｍｍ厚の８Ｍ５０
鋼板にビードオンプレート溶接を行い、溶接金属を分析
して求めた。

Ａ１〜４は本発明例であり、１６．５〜９は比較例であ
る。

Ａ１〜４では、いずれの場合も、溶接金籾中の拡散性水
素ｉ、ｌ、　、　、　屋素吸収量、酸素用が充分少くそ
わ、ぞれ、６Ｃｃ／１００．ｊ９ＤＭ　、　２０　ｐｐ
ｍ　、　３００　ｐｐｍ以下であった。

漸５　ｉｒｊフラ、ジス中のＣａＦ　２邦が本発明の下
限未ｉ’ｉｉ１′４０例である。拡散性水素量および９
素吸収量がそれぞれ６　ｃｃ／　１００．９１）Ｍ　、
　２０　ｐｐｍを超えた。

Ａ６は（−ａＦ２　’、ｒ１１が少くフラックスの塩基
度が本発明の下限未満の例である。酸素量が増加し３０
０ｐｐｍを超えた。

Ａ７は扁］のフラックス原料に４５　Ｂｅ’のソーダ水
ガラスを８０ｃｃ／ｋｙ−フラックス添加、して造粒、
焼成しゼンド型フラックスとした場合の例である。

このフラックス中には炭酸塩（石灰石）の形でＣＯ２成
分が１３チ（外敵）で含せれているので、溶接時に分析
して発生するｃｏ２ガスのため溶接金に「（中の酸素量
Ｈが著しく増加した。

篇８け、篇２のフラックスと同成分のものであるが電気
炉で溶解した後の冷却を水冷方式で行った例である。冷
却過程での水分吸収量が多く溶接金属の拡散性水素°■
；、は著しく増加した。

Ａ９はＣａ　Ｆ　２セ４が本発明の上限な超えた例であ
る。

拡散性水素量、窒素吸収量、酸素［６は充分小力・つタ
カ、ビード表面にヘリンポーンが発生した。

【図面の簡単な説明】

第１図はフラックスの塩基度と溶接金属の拡散性水素１
ｊ１−とり関係を示す図、第２図はフラックス中の（−
ａ　）　２配合１１１ど溶接金属の窒素吸収量との関係
を示す＋＊＋　、　ｖ゛、　３図はフラックスの塩基度
と溶接金属の酸素Ｊｊ＋との関係を示す図である。 特許出願人　　新［１本製鐵株式會社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 フシックス市吊の２５〜６５％のＣａＦ２を含み、かつ
   、下８ピ式でＨ１算される塩基度（Ｂ）が１．５以上で
   あシ、かっ、空冷方式で処理されたことを特徴とする低
   水素、低窒素、低酸素溶接用溶融型フラックス。 Ｂ　”　６．５０　Ｎ１１．。＋　６．０５Ｎ（、ａ□
   　＋４．８　ＮＭｎｏ＋　４．ＯＮＭｇ。 ＋３．４ＮＦｅｏ＋５．１ＮＣＲＦ十０．３Ｎ２ｒｏ２
   −ｏ２ＮＡｔ２ｏ３２、２　ＮＴｌ０　６．３　ＮＳ　
   ｉｏ２ま ただし、Ｎｋ：成分にのモル分率。