JPS605397B2 - 低水素系被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発 明 は ＣＯＤ値（ Ｃｒａｃｋ Ｏｐｅｎｉｎ
ｇＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎ上、クラツク開□変位量）の
良好な溶接金属を得ることのできる低水素系被覆アーク
溶接棒に関する。

近年、金属材料の脆性破壊にＣＯＤの概念が導入され、
寒冷地の海洋構造物あるいは低温タンク等の溶接に際し
て、溶接金属にはシャルピー等の衝撃籾性に加えてＣＯ
Ｄ値が要求されるようになってきた。

すなわち、これまで熔接金属の籾性評価には主としてシ
ャルピー等の衝撃試験が適用され、鞠性の良好な溶接棒
として、炭酸カルシウムと弗化カルシウムを主成分とし
た低水素系被覆に必要に応じてＭｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ
等を添加したものが使用されている。これら低合金溶接
綾は溶接構造物に応じた鋤性と強度が得られるように設
計されている。しかるに、従来の低合金溶接棒、例えば
１〜３％Ｎｉ系溶接榛による溶接金属は−５０ｏｏなど
の低温におけるシャルピー等の衝撃轍盤ま良好であって
もＣＯＤ値は満足する値が得られなかった。

従って、シャルピー等の衝撃鋤性はもちろんであるが、
それに加えてＣＯＤ値の良好な熔接金属が得られる溶接
榛の開発が要望されている。こ）でＣＯＤ値とは与えら
れた歪量のもとである大きさの欠陥の先端での脆性破壊
発生の抵抗を表わす数値であり、この数値が大きいほど
脆性破壊発生の抵抗が大きいということである。

ＣＯＤ値を求めるには、第１図のようなＣＯＤ試験片（
ＣＯＤ値を求めたい金属部分に切り欠きを入れたものあ
るいはさらにその切り欠きの先端が疲労ノッチになって
いるもの）を作成し、第２図のように曲げの押し浩具３
により曲げの支え治具２に支持されたＣＯＤ試験片１に
静荷重を加え、これらを収容した低温試験槽４の中で３
点曲げを行って切り欠き表面での開口変位量をクリップ
ゲージ５により測定してＸＹレコーダー６に記録すると
ともにこの測定値を切り欠き先端での閉口変位量、すな
わちＣＯＤ値に換算して求めるものである。またＣＯＤ
試験片の形状は、第１図に示すように材料の厚さをＢ、
材料の中をＷとしたとき、Ｗ＝波となるようにし、ａは
クラック長さでａ＝０．５Ｗ＝Ｂの関係にあり、さらに
試験片の半長１は２Ｗ＋５冊以上とするものである。本
発明の目的は前記要求を満たす、すなわちシャルピー等
の衝撃靭性およびＣＯＤ値の良好な溶接金属を得ること
ができる溶接榛を提供するにある。

すなわち本発明はチタン酸化物をＴｉ０２に換算して２
〜１２％、Ｔｉ、ＡＩ、Ｍｇの１種以上の合計を０．２
〜８％、棚素の酸化物または棚素の酸化物の化合物をＢ
２０３に換算して０．２〜２％、ＣａＣ０３、ＭｇＣ０
３、ＢａＣ０３の１種以上の合計を４０〜６０％、Ｃａ
Ｆ２、ＭｇＦ２、ＡＩＦ３の１種以上の合計を１５〜３
０％、Ｓｉを１〜４．８％、Ｍｎを３〜９％、残部はス
ラグ生成剤、アーク安定剤、粘結剤からなる被覆剤を炭
素鋼心線に被覆してなる低水素系被覆アーク溶接棒であ
る。

以下に本発明の詳細な説明を行なう。

本発明者らは、被覆アーク溶接棒による溶接金属のＣＯ
Ｄ値を改良するために被覆組成について種々検討した結
果、被覆剤にチタン酸化物、棚素酸化物および棚素酸化
物の化合物にさらにＴｉ、Ｎ、Ｍｇの１種以上を適量添
加することによって、溶接金属中にＴｉ、Ｂおよびこれ
らが窒素を固定した形で一様に分散固綾され、紬粒の均
一組織となって、その溶接金属のＣＯＤ値が著しく高め
られることを見出した。

すなわち、本発明者らは、低水素系被覆であるＣａＣ０
３５０％、ＣａＦ２２０％、Ｓｉ４２％のＦｅ一Ｓｉｌ
ｏ％、金属Ｍｎ５％を基本成分組成としてこれにＴｉお
よびＢをＴｉ０２、Ｆｅ−Ｔｊ、Ｎａ２Ｂ４０７の形で
あるいはＦｅ−Ｔｉの代りにＡＩ−Ｍｇの形で添加範囲
を種々変えて含有させた被覆剤に水ガラスを添加し、通
常用いられる溶接榛塗装機によって４．０柳中の炭素鋼
心線に塗装し、４００００で焼成して試験溶接棒を作成
した。

そして、板厚２仇奴のアルミキルド鋼板に開先角度６０
ｏのＹ関先をとり、前記試験溶接棒を用いて立向姿勢で
１５０Ａ、溶接入熱４０ＫＪ／ｃので溶接を行ない、し
かるのち溶接金属の中心部に疲労ノッチを入れた第１図
の形状のＣＯＤ試験片（Ｂ＝２仇肋、Ｗ＝４比肋、１＝
１１仇肋）を採取し、これを第２図の要領で−５０００
におけるＣＯＤ試験に供した。これらの試験結果として
、被覆剤中に添加するＴｉ０２、Ｔｉ、Ｎ、Ｍｇや＆○
３含量と溶接金属中のＴｉ、Ｂ量を第１表に、また試験
熔接棒による熔接金属中のＴｉおよびＢ量とＣＯＤ値の
関係を第３図に示す。

第１表 第３図によると、溶接金属中にＴｊが０．０１６〜０．
０５％、Ｂが０．００２〜０．０１４％の範囲において
、一５０こ０におけるＣＯＤ値は０．２５肋以上得られ
、従来のＳｉ−Ｍｎ系あるいは１〜３％Ｎｉ系低合金溶
接榛による−５０００におけるＣＯＤ値０．０１〜０．
１肋に比較・して、ＣＯＤ値が大中に改善できることが
明らかになつた。

このように熔接金属中に適量のＴｉおよびＢを含有せし
めＣＯＤ値の改善をはかり、あわせて溶接作業性を良好
にした。

本発明溶接棒の被覆剤の種類とその範囲限定理由につい
て述べる。

まずチタン酸化物としてはルチール、ィルミナイト、チ
タンスラグなどが用いられるが、これらは強脱酸剤であ
るＴｉ、ＡＩ、Ｍｇの１種以上によって溶接金属中にＴ
ｉを還元させるほか、アーク安定およびスラグの粘性調
整のために添加するのであって、Ｔｉ０２換算値で２％
未満ではその効果がなく、１２％を超えて添加するとス
ラグの粘性が増して立向での溶接作業性が悪くなるので
２〜１２％添加しなければならない。

Ｔｉは脱酸のほか大気中から熔接金属中に侵入した窒素
をＴＩＮとして固定し、あわせて溶接金属中のＢとの関
係でＣＯＤ値を向上させるために添加するものであり、
ＡＩ、Ｍｇはともに強脱酸剤であるため、これらを被覆
に添加することによりＴｉそのものを被覆中に添加しな
くてもチタン酸化物が還元されて溶接金属中に適量のＴ
ｉを存在させることができる。

Ｔｉ、ＡＩ、Ｍｇの１種以上の合計が０．２％未満では
その効果がなく、８％を超えて添加すると溶融スラグの
流動性が悪くなってビード形状が悪化したり、アークが
不安定となりスパッタ‐が増加し、またスラグのはくり
性も悪くなるので０．２〜８％の範囲とする。棚素の酸
化物または棚素の酸化物の化合物は、熔接金属にＢを供
給し、あわせて溶接金属中のＴｉとの関係でＣＯＤ値を
向上させるために添加するのであるが、本発明の特徴の
一つであるＢが＆０３のように酸化された形で存在する
化合物を被覆に添加する理由として、溶接アーク中で＆
０３からＢを還元して溶接金属に添加することにより、
他の棚素含有物例えばＦｅ−ＢなどのＢ合金から溶接金
属に添加する方式より、溶接金属中に一様にＢを分布さ
せることができるからである。

その結果、溶接金属の組織の均一化が計れるのである。
この場合、棚素の酸化物または棚素の酸化物の化合物は
粘結剤である水ガラス中に添加して滑拝し、一様に分散
もしくは溶解させて被覆剤中に含有せしめることもでき
る。棚素の酸化物または棚素の酸化物の化合物の添加が
＆０３として０．２％未満であると溶接金属中のＢが０
．００２％未満となってＣＯＤ値の向上には効果がなく
、０．２〜２％の範囲のときＣＯＤ値を向上させること
ができ、さらに２％を超えて添加すると溶接金属中のＢ
が０．０１４％を超えてＣＯＤ値は低くなる。なお、こ
）でいう棚素の酸化物または棚素の酸化物の化合物とは
棚砂、無水棚砂、天然棚酸、灰棚石、カーン石などをさ
す。ＣａＣ０３、ＭｇＣ０３、ＢａＣ０３などの炭酸塩
は熔接のアークで分解してＣ０２を発生し、アーク雰囲
気を大気から保護する効果を与えるものであるが、この
１種以上の合計が４０％未満ではシールド不良が生じ、
６０％を超えて添加するとスラグの融点が高くなり、ビ
ード形状が悪化するので４０〜６０％が適当である。

ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＡＩＦ３などの金属弗化物の１種
以上の合計が１５％未満では溶融スラグの流動性が悪く
なり、３０％を超えて添加するとアークが不安定となる
ので、金属弗化物の範囲は１５〜３０％が良い。

ＳｉおよびＭｎは脱酸剤あるいは合金剤として添加する
が、Ｓｉが１％未満では脱酸不足となって溶接金属にブ
ロホールが生じやすくなり、４．８％を超えて添加する
と溶接金属中のＳｉが過剰となり衝撃靭‘性が悪く高Ｃ
ＯＤ値が得られなくなる。

Ｍｎが３％未満では強度が不足し、９％を超えて添加す
ると高温われが発生しやすくなる。なお、前記のＴｉ、
ＡＩ、ＭｇやＳｉおよびＭｎはそれら単独もしくはＦｅ
−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｎ、Ｆｅ−Ｓｉ、ＦｅｈＭｎなどの鉄合
金やＳｉ−ＡＩ、ＡＩ−Ｍｇ、Ｓｉ一Ｍｎ、Ｃａ−Ｓｉ
などの合金で添加することもできる。

上記成分のほかには通常の被覆剤におけると同様にＳ；
０２、ＡＩ２０３、Ｍｇ○、Ｎａ３ＡＩＦ６などのスラ
グ生成剤、Ｎａ２０、Ｋ２０、ＫＡＩＳｊ３０８、Ｎａ
ＡＩＳｉ３０８などのアーク安定剤、水ガラスなどの粘
緒剤を適量添加して被覆率が２０〜４０％になるように
炭素鋼心線（例えばＪＩＳ○３５０３１種１号）に通常
の溶接榛塗装機により被覆し焼成される。以上説明した
ように、本発明溶接榛で溶接した溶接金属は良好な衝撃
鰯性とＣＯＤ値をそなえているが、溶接金属の強度向上
のために、被覆中にさらに適量のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等を
添加することもできる。

次に本発明の実施例を述べる。

実施例 第２表は本発明溶接棒と比較溶接棒の被覆剤成分および
これら溶接榛で溶接して得られる溶接金属の化学成分お
よび衝撃特性とＣＯＤ特性を記載したものである。

Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８が本発明溶接棒、ＮＯ．９〜ＮＯ．
２０が比較熔接榛である。【■ 船 舵 ｇ き ‐； 藍 Ｑ ○ 巳 Ｓ ○ ÷ ９袋 卓守 きき 町の ＱＳ ９牛 きミセ ３＊ 。

雲溝 亘 ゞさも 峠鴇 燈 母。

湊機Ｚ 。

Ｒ富雪雲軍 亀叢史こ ′じ○ 旨重電菱 雷 甘シ」小松 潮 ）寸ｂべ＊ 出 第２表一（２ 試験に供した溶接榛は榛径４肌、試験鋼板は引張強ごが
５０ｋ９／嫌クラスのキルド鋼で板厚が２５肋のＸ関先
をとったものを用いた。

熔接は下向姿勢で、溶接電流１７０Ａ、港薮入熱２０Ｋ
Ｊ′肌で行ない、３本の２肌Ｖノッチシャルピー衝撃試
験片と３本のＣＯＤ試験片（第１図においてＢ＝２６側
、Ｗ；５仇吻、１＝１１仇舷）を採取した。これら衝撃
試験片とＣＯＤ試験片はともに−５０℃で試験を行った
。衝撃特性およびＣＯＤ特性の評価法として衝撃特性に
ついては２肋Ｖノッチシャルピーの吸収エネルギーの平
均が−５０００で１５ｋ９一肌以上のとき、ＣＯＤ特性
についてはＣＯＤ値の最低値が−５０。０で０．２５肋
以上のときを良好とした。

本発明溶接榛Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８は溶接金属のシャルピ
ー吸収エネルギーがｉ５．７ｋ９一肌以上、ＣＯＤ値は
０．３５肌以上で良好である。比較溶接榛Ｎｏ．９およ
びＮｏ．１０はＮａ２Ｂ４０７もしくはＢ２０３を配合
しないものであり、シャルピ−の吸収エネルギー、ＣＯ
Ｄ値とも低い。Ｎｏ．１１、ＮＯ．１２およびＮＯ．１
３はＦｅ−Ｂを添加したものであるが、この場合Ｔｉの
多少、山、Ｍｇの有無にかかわらず、シャルピーの吸収
エネルギー、ＣＯＤ値とも低く、シャルピーの吸収エネ
ルギー、ＣＯＤ値とも向上させるには本発明のごとく被
覆に棚素の酸化物または棚素の酸化物の化合物を添加す
ることが必要であることがわかる。Ｎｏ．１４およびＮ
ｏ．１５はＮａ２Ｂ４０７もしくは＆０３を添加したも
のであるが、Ｎｏ．１４はＢ２０３としての添加量が０
．１％と少なく、ＮＯ．１５はＢ２０３としての添加量
が２．７％と多い。従ってＮｏ．１４Ｎｏ．１５ともシ
ャルピーの吸収エネルギー、ＣＯＤ値とも低い。ＮＯ．
１６はＴｉ、Ｎ、Ｍｇの添加量が多く、アークが不安定
でスパッタ一が多く、またスラグのはくり性が悪く溶接
作業に困難をきたした。Ｎｏ．１７およびＮｏ．１８は
Ｔｉ０２の添加量を比較したものであるが、Ｔｉ０２換
算値を１％添加したＮＯ．１７はアークの安定性が劣り
、１３％添加したＮＯ．１８はスラグの粘性が増して立
向での熔接作業性が悪化した。Ｎｏ．１９は炭酸塩が３
９％と少なく、かつ弗化物が３４％と多く被覆がもろく
、アークが不安定となつた。Ｎｏ．２０は炭酸塩が６１
％と多く、弗化物が１４％と少ない場合であるが、この
場合はスラグの融点が高くなってビード形状が悪化した
。以上説明したように、本発明溶接棒を用いて溶接すれ
ば、低温での衝撃鞠性、ＣＯＤ値とも良好な溶接金属が
得られ、低温タンクあるいはその他の構造物の安全性に
寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＯＤ試験片の形状を示す図、第２図はＣＯＤ
試験の要領を示す模式図、第３図は溶接金属中のＴｉお
よびＢ量と一５０ｑ０におけるＣＯＤ値との関係を示す
図である。 １・・・・・・ＣＯＤ試験片、２……曲げの支え治具、
３・・・・・・曲げの押し袷具、４・・・・・・低温試
験槽、５…・・・クリップゲージ、６・・・…ＸＹレコ
ーダー。 髪′図多２図 多３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ チタン酸化物をＴｉＯ＿２に換算して２〜１２％、
   Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇの１種以上の合計を０．２〜８％、硼
   素の酸化物または硼素の酸化物の化合物をＢ＿２Ｏ＿３
   に換算して０．２〜２％、ＣａＣＯ＿３、ＭｇＣＯ＿３
   、ＢａＣＯ＿３の１種以上の合計を４０〜６０％、Ｃａ
   Ｆ＿２、ＭｇＦ＿２、ＡｌＦ＿３の１種以上の合計を１
   ５〜３０％、Ｓｉを１〜４．８％、Ｍｎを３〜９％、残
   部はスラグ生成剤、アーク安定剤、粘結剤からなる被覆
   剤を炭素鋼心線に被覆してなる低水素系被覆アーク溶接
   棒。