JPS596757B2 - Ｎｉ−Ｃｒ基被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＮｉ−Ｃｒ基被覆アーク溶接棒に係り、特に厚
板または極厚板の拘束が厳しいところの溶接、工数低減
の溶接においても溶接金属の耐ミクロ割れ性に優れたＮ
ｉ−Ｃｒ基被覆アーク溶接棒に関するものである。

近年石油資源の枯渇に伴ない天然ガスおよび原子カエネ
ルギー力Ｉ世界的に脚光をあび、その消費量は急速に伸
びる傾向を示している。

天然ガスを運搬、貯蔵に便利なように液化したのがいわ
ゆるＬＮＧであり、この−１６２℃という極低温の沸点
をもつＬＮＧの容器として主に９％Ｎｉ鋼が用いられる
力ゝ この鋼は低温靭性のすぐれたフェライト系合金鋼
としてもつとも強度が高く溶接性も優れている。この９
％Ｎｉ鋼の低温貯槽容器の溶接に使われる溶接棒にはボ
ンド靭性の良好なＮｉ−Ｃに基の７０％Ｎｉ、１５％Ｃ
ｒ、２％Ｍｏ、２％Ｎｂのものが従来もつとも多く使用
されている。しかるに最近の容器大型化の傾向に伴ない
、適用される最高板厚も３０Ｔｍと従来よりも厚くなつ
てきており、必然的に拘束も厳しいものとなわ、それに
伴なつて溶接施工法も見直す必要が生じてきた。即ち、
従来は最高板厚が２０ｒｒｒｍ程度で、開先形状は第１
図ａに示すとおｌ！）６５０〜７５０Ｖ開先が適用され
ていた。各ビードの積層方法はほぼ板厚中央以上から溶
接棒のウイービング巾を小さくして２バス以上の振ク分
け溶接をし、かつビード形状を凸型として第１図ａの斜
線部に当る部分を夫々各バス毎にグラインダー削除して
成形していた。このような方法で溶接された溶接部の継
手引張強さは低温貯槽容器の設計応力の基準となる６７
Ｋｖ／ｗｌｉｌｔを上まわる値が得られ良好であつた。
しかし２０−以上の板厚に従来と同様にＶ開先をそのま
ま適用すると開先面積が広くなり過ぎ、高価な溶接材料
が異常に多く必要になることおよび溶接ひずみが異常に
大きく発生するなどの欠点が生じる。そこで第１図ｂに
示すようにＸ開先にして開先面積を小さくすると共Ｋ１
溶接棒のウイーピング巾を大きくして各層毎に１パスの
ウイーピング溶接を行なうと、平らなビード形状のもの
が得られビードのグラインダーがけ工数の低減になる。
しかしながら、この場合には溶接金属の柱状晶の会合部
の最終凝固線が溶接金属の中央部に一直線上にそろうよ
うになり、しかも厚板の狭開先であるがゆえに拘束が大
きくなるということと相まつてこのような方法で溶接し
た溶接部の継手引張強さはばらつきが大きく、設計応力
の基準となる６７Ｋク／Ｍｄを下まわる場合も生じ、そ
の場合は、最終凝固線に一致した溶接金属の中心部で破
断する。また、原子力の圧力容器には板厚７５Ｔ！Ｒｒ
ｆｔ以上の極厚のインコネル合金が使用され、特に開先
角度をさらに小さくせざるを得ない。

開先角度を小さくすると溶接金属の柱状晶の会合部の最
終凝固線がより一層明僚に現われるようになり、しかも
極厚板の狭開先であるがゆえに拘束が極めて大きくなる
ということと相まつて、溶接金属の１８０くの側曲げ試
験でその部分に微小なわれ即ちミクロわれが多く発生す
る傾向が強い。本発明者らは最近のこのような厚板また
は極厚板の拘束が厳しいところの溶接，工数低減の溶接
の現状に鑑み、溶接金属の最終凝固部の耐ミクロわれ性
の改善について種々検討を重ねた。

即ちＮｉ−Ｃｒ基心線に被覆剤中の全水分量を０．２０
％以下に規制した被覆剤を被覆してＴａを心線重量比で
Ｏから２０％まで添加した被覆アーク溶接棒を製造し、
ＳＭ４ｌＢ（２５ｗｒｆ１ｔ：）の開先面及び裏あて金
にそれぞれの溶接棒で２層のパタリング溶接を施して、
本溶接は立向姿勢で行ない、側曲げ試験を実施した。こ
の結果を第２図に示すが、被覆アーク溶接棒の被覆剤を
極低水素型に制御すること及び心線又は被覆剤の一方又
は両方にＴａを添加することの相乗効果により、前記厚
板または極厚板の拘束が厳しいところの溶接，工数低減
の溶接においても溶接金属の耐ミクロわれ性を著しく改
善しうるという新たな知見を得て本発明をなしたもので
ある。即ち本発明は心線が６０％以上のＮｉ，ｌＯ〜２
５％のＣｒ，かつ心線又は被覆剤の一方又は両方に心線
重量比で０．０５〜３．０％のＴａを含有し、且つ被覆
剤全重量に対して２５〜６０％の炭酸塩，１０〜３０（
：！）の金属弗化物が配合された被覆剤を被覆し、さら
に被覆剤中の全水分量を０．２０％以下に規制したこと
を特徴とするＮｉ−Ｃｒ基被覆アーク溶接棒である。

以下、本発明を詳細に説明する。

先ず、本発明溶接棒と母材との組合せによつて得られる
溶接金属の低温，常温および高温の機械的性質および耐
食性等を確保するために必要な合金元素および脱酸剤は
心線へ添加しても被覆剤へ添加してもさほど大きい違い
はない。

しかし、偏析の少ない良好な溶接金属を得るために、少
なくとも主成分となるＣｒ＜５Ｎｉの大部分の合金元素
は心線へ添加して、被覆剤中へ配合する金属類はそのＮ
１−Ｃｒ基心線を使用して目的とする溶着金属成分を得
るために必要な調整量程度の少量に留めるべきである。
したがつて本発明は溶着金属がＪＩＳＺ３２２４および
ＡＷＳＡ５．ｌｌ一６９に規定されているＮｉ−Ｃｒ系
の成分を得るため、心線中にＮｉが６０％以上，Ｃｒが
１０１：！）以上必要である。ただし、Ｃｒが２５％を
越えると鍜造性が劣化するのでＣｒ量を１０〜２５％に
匍以する。なお、Ｎ１については上限は特に設けないが
、実用的見地から、８０％程度迄が好ましい。この他、
心線にはＭＯ，Ｎｂ，Ｍｎ，Ｔｉ等の合金元素が，ＭＯ
ｌＯ％以下、Ｎｂ５％以下，Ｍｎ５％以下，Ｔｉ４％以
下の範囲で適宜選択して１種以上用いられる。次に、炭
酸塩の配合はスラグに高塩基性を与え溶接金属のＰ，Ｓ
およびＳｉを低下させ、かつ分解生成するＣＯ２ガスに
よつて水素分圧を下げ、溶接金属の耐われ性を良好なら
しめる主成分として被覆剤中へ２５％以上を配合する。

しかし、６０（ｆｌ）を越えるとスラグの流れが悪くな
り良好なビード形状が得られない。従つて２５〜６０％
に制限する。なお、ここで炭酸塩とは、たとえば炭酸石
灰，炭酸バリウム，炭酸マグネシウム，炭酸リチウム，
炭酸マンガンあるいはこれらの複合添加物などを指す。
また、金属弗化物は溶接金属の水素量を下げ、溶接金属
の耐われ性を良好ならしめ、かつスラグの流動性を増し
良好なピード形状が得られる主成分として被覆剤中へ１
０％以上を配合する。

しかし３０％を越えると溶接棒の耐棒焼け性が劣下する
。従つて１０〜３０％に制限する。なお、ここにいう金
属弗化物とは、たとえば螢石，氷晶石，弗化マグネシウ
ム，弗化アルミニウム，弗化バリウム，弗化リチウム，
弗化ソーダ，あるいはこれらの複合添加物を指す。その
他の被覆剤としては硅灰石，硅砂，ルチール，チタン酸
カリ，カリ長石，アルミナが、硅灰石２５％以下，硅砂
１０％以下，ルチール１０％以下，チタン酸カリ１５％
以下，カリ長石１００ｔ）以下，アルミナ１０％以下の
範囲で１種以上適宜選択して用いられるが、特に、これ
らの原料は、結晶水を含まない材料であることが望まし
い。さらに、Ｔａを適量添加することが本発明の主な特
徴の一つであり第２図からも明らかなように、心線重量
比で０．０５％以上を含有すると被覆剤中の水分量を制
御したこととの相乗効果により最終凝固部の耐ミクロわ
れ性が顕著に改善され、多いほど効果が大きいが３．０
％を超えて含有してもそれほど大きい効果は現われない
。

Ｔａは心線被覆剤のいずれか一方又は両方への含有も可
能で、従つて心線重量比で０．０５〜３．０（ｆ）の含
有量に制限する。最後に、被覆剤の水分規制は本発明の
他の主な特徴の一つである。

即ち溶接金属中の水素を低減するとＴａ添加との相乗効
果により厚板または極厚板の拘束が厳しいところの溶接
，工数低減の溶接においても、最終凝固部の耐ミクロわ
れ性が顕著に改善され、少ないほど効果は大きい。この
場合、心線中の水素量は通常の製造技術では極く少量で
あつて、また被覆剤中の全水分量を下げるために３８０
℃以上で溶接棒を焼成したときに心線も加熱され心線の
水素除去も十分行なわれ、心線中の水素量は無視してさ
しつかえない。従つて本発明に於ける溶接金属の極低水
素化は被覆剤を管理することで十分であり、被覆剤とし
て使用する原料を厳選し特に３８０℃以上の温度で１時
間以上焼成することによつて十分水分が除去され得るよ
うな原材料を用いて、被覆剤中の全水分量が０．２０％
以下になるよう規制する。従つて６００℃以上の高温で
しか水分を除去し得ないタルク、マイカ、ベントナイト
等の含水鉱物の使用は避けるのが望ましい。ここで被覆
剤中の０．２０１：Ｆｆ）の全水分量は溶接金属におい
て約３ｃｃ／１００７の拡散性水素量に相当することか
ら、本発明に於けるＮｉ−Ｃｒ基溶接棒の製造時に全く
同一の製造ノブ 方法で通常の軟鋼心線へも塗装して、通常の軟鋼又は低
合金鋼溶接棒溶着金属の水素試験に準じてＪＩＳＺ３ｌ
ｌ３の標準状態で測定して、溶着金″属の拡散性水素量
が３ｅｃ／１００７以下であるのを確認することも有効
である。

被覆剤中の全水分量が少ないほど効果が大きく、０．２
０％を越えると溶接金属の耐われ性が劣化する。以上の
ように本発明は被覆剤中の水分量を制御し、かつＴａを
含有させることの相乗効果により厚板または極厚板で狭
開先であるがゆえに拘束の厳しい溶接また工数低減の溶
接においても、溶接金属の最終凝固部の耐シクロわれ性
が著しく改善されることが明らかである。

ここで溶接棒の製造方法の一例について言及すると、Ｎ
ｉ−Ｃｒ基心線と３８０℃以上の温度で１時間以上焼成
することにより水分が十分除去され得るような従つて実
質的に含水鉱物を含まない原材料を用いた被覆剤粉末を
準備し、被覆剤粉末を水ガラス（硅酸カリ水溶液，硅酸
ソーダ水溶液）などの適当なバインダーで混和して心線
へ被覆して３８０〜４５０℃で１時間以上乾燥，焼成し
た後被覆剤全水分量をＡＳＴＭＡ３ｌ６の方法によつて
測定し０．２０％以下に制御されていることを確認する
。

以下本発明の実施例について述べる。

実施例 第１表に供試心線の化学成分を示す。

ノｂ線寸法は直径４．０Ｔｒｒｍ，長さ３５０ｗｎとし
た。第２表にこれら心線と被覆剤との組合せによる溶接
棒の組成を示す。なお、被覆剤全水分量の測定はＡＳＴ
ＭＡ３ｌ６−６４Ｔによつた。第３表にこれら溶接棒の
溶着金属の化学成分を示す。第４表に、第２表に示す溶
接棒の内いくつかを用いて９％Ｎｉ鋼（２５ｗｒｆｎｔ
）を溶接した場合の継手引張試験結果を示す。なお、溶
接条件は溶接棒径は４．０喘，溶接姿勢は立向姿勢，溶
接電流は１１０〜１２５Ａ（交流），溶接入熱は１．９
万〜３．５万ジユール／ｍであり、用いた開先形状及び
継手引張試験（ＪＩＳＺ３ｌ２ｌ試験片使用）のビード
積層要領は第３図及び第４図の通りで厚板の狭開先なる
がゆえに拘束の厳しい溶接である。次に第２表に示した
溶接棒の内いくつかを用いてＡＳＴＭＡ５３３鋼，７５
ＴＷＬｔの開先面にバタリング溶接をし、さらに接合の
本溶接をした溶接部の側曲げ試験結果を第５表に示す。
この場合の溶接条件は溶接棒径は５．０ｗ１ｎ，溶接姿
勢は下向，溶接電流は１６５Ａ（直流逆極性），溶接入
熱は０．９万〜１．３万ジユール／ｃ！ｎであり、開先
及び積層要領は第５図の通りで極厚板の狭開先なるがゆ
えに極めて拘束の厳しい溶接である。なお、図中ハッチ
ングの部分がバタリング個所を示す。これらの第４表及
び第５表の結果から明らかな通り、溶接棒洗４，７，１
９，２１及び洗２６はＴａを含有するも被覆剤水分量が
０．２０％を超えるため、９Ｎｉ鋼の厚板で狭開先なる
がゆえに拘束が厳しくかつ工数低減の溶接において、継
手引張強さが低くまたばらつきも大きい。

溶接棒黒５は被覆剤水分量は０．２０％以下であるが、
Ｔａを含有しないため、９Ｎｉ鋼の厚板で狭開先なるが
ゆえに拘束が厳しくかつ工数低減の溶接において、継手
引張強さが低くまたばらつきも大きい。溶接棒Ｓ．ｌｌ
はＴａを含有するも被覆剤水分量が０．２０％を超える
ため、極厚板で狭開先なるがゆえに拘束の極めて厳しい
溶接において側曲げ試験でわれ発生に到つている。また
溶接棒黒１２は被覆剤水分量は０．２０％以下であるが
、Ｔａを含有しないため、極厚板で狭開先なるがゆえに
拘束の極めて厳しい溶接において側曲げ試験でミクロわ
れが多発している。これに対して、本発明溶接棒黒１，
２，３，６，８，９，１０，１３，１４，１５，１６，
１７，１８，２０，２２，２３，２４及び屋２５は厚板
または極厚板の拘束の厳しい溶接、工数低減の溶接にお
いても良好な結果の得られることが明らかであるら

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，ｂは、従来用いられている開先形状の態様例
を示す図、第２図は側曲げ試験で発生したミクロわれ個
数とＴａ添加量との関連を示す図、第３図は本発明の実
施例に用いられた開先形状を示す図、第４図は第３図の
開正内へのビード積層要量を示す図、第５図は本発明の
他の実施例に用いられた開先とビード積層要領を示す図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 心線が６０％以上のＮｉ、１０〜２５％のＣｒ、か
   つ心線または被覆剤の一方又は両方に心線重量比で０．
   ０５〜３．０％のＴａを含有し、且つ被覆剤全重量に対
   して２５〜６０％の炭酸塩、１０〜３０％の金属弗化物
   が配合された被覆剤を被覆しさらに被覆剤中の全水分量
   を０．２０％以下に制御したことを特徴とするＮｉ−Ｃ
   ｒ基被覆アーク溶接棒。