JPS61115694A - 高張力鋼のサブマ−ジア−ク溶接方法 - Google Patents

高張力鋼のサブマ−ジア−ク溶接方法

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JPS61115694A
JPS61115694A JP23627584A JP23627584A JPS61115694A JP S61115694 A JPS61115694 A JP S61115694A JP 23627584 A JP23627584 A JP 23627584A JP 23627584 A JP23627584 A JP 23627584A JP S61115694 A JPS61115694 A JP S61115694A
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weight
flux
less
weld metal
submerged arc
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JP23627584A
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Hisae Terajima
寺嶋 久栄
Akira Minagawa
皆川 章
Noboru Nishiyama
昇 西山
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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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
    • B23K35/3602Carbonates, basic oxides or hydroxides
    • 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
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/3073Fe as the principal constituent with Mn as next major constituent

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Arc Welding In General (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、 60〜80 k g f1mrrf級?1
114力鋼のサブマージアーク溶接方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、水素による低温割れを発生しやすい高張力鋼、主
として60〜80kgf/mnf級鋼のサブマージアー
ク溶接には、吸湿性の少ない溶融型フラックスが使用さ
れていた。しかし、溶融型フラックスはその製造時に大
気中水分を一0HTiとして吸蔵し、これが溶接時に水
素源として作用するため、溶接金属中拡散性水素量は必
ずしも低くはならず、溶接時の予熱バス間温度を高める
こと(200〜250℃)によって辛うじて割れの発生
を防止していた。しかし、予熱温度を200℃以上にす
る9とは溶接施工能率を著しく減じるものであり、fI
低水素の溶接金属を作製しうるフラックスの開発が望ま
れていた。上述の如く溶融型フラックスでは極低水素化
が困難であるのに対して、従来吸湿性大なる故に高張力
鋼の溶接には適さないとされていた焼成型スラックスが
、(i)溶接時にCO2ガスを発生する炭酸塩を惰加で
きる。
(ii)溶゛融金属からスラグに移行する水素量をスラ
グ1j!基度を溶融型では不可能な程度迄高めることに
よって増大し得る。
等の特徴を有していることに着目して、極低水素の溶接
金属を作製しうる高塩基性焼成型フラックスが開発され
、現在広範に使用されている(登録839075号特許
)。
この種の7ラツクスには溶接金属中での合金成分偏析を
回避する目的でτ全溶接金属中Si、Mnがワイヤ中S
i、Mnより低くなるように設計されている。しかし、
フラックス中にはワイヤ中Si、Mn量を制御する目的
で微量のSi、Mnが添加されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
近年の非破壊検査技術の向上によって60〜80kgf
/mrn’級多暦サブマージ7−り溶接金属最終ビード
の表面近傍に従来では認められなかった数mm長の微細
な割れ状の欠陥が検出された。第1図(C)は高張力鋼
板を()1)図のように溶接し、その溶接金属2の表面
部4((d)図参照)を切削した部分に見られる微少欠
陥5を示したものである。この欠陥の発生原因を調べた
結果、第2図に示すようにMnの異常偏析が認められ、
これが局部的硬化をもたらし、水素量の多い場合には微
小割れを誘発することが明らかとなった。第2図は微小
欠陥5の部分のEPMA分析欠陥を示すもので明らかに
Mnが異常を示している。この偏析に基づく異常組織(
高硬さ)や微小割れが非破壊検査で欠陥として検出され
ることが知見された0本発明はかかる問題を解決する目
的でワイヤ中のMnを高め、可能な限りフラックス中の
Mn量を減じることによって、溶接金届表層部のMn偏
析量を低減したものであり、これによって高靭性かつ良
好な耐割れ性を有する60〜80kgf/fnd級サブ
マージアーク溶接金属を得ることを可能ならしめたもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため1本発明は合計量40重量%以
下でかつ少なくとも10重量%のC02を含むCaCO
3およびまたはMgCO3,6〜18重量%の5i02
および10〜28重量%のAl103と、残部主として
CaOおよびまたはMgOと5〜15%のCaF2.!
:を含有し、0.2〜1.20.F[%のMnと、塩基
度BL=1.60以上である焼成型フラックスを用いる
と共に、S i : 0.25〜0.80重量%Mn 
: 1.80〜2.5f重量%Mo : 0.25〜1
.20重量%C r:0.lO〜1.501量%N i:O,lO〜3.6重量% Ti:0.02〜0.24重敬% を必須成分として、残部実質的にFeの組成になるワイ
ヤを、上記フラックスと組み合わせて用いることを特徴
とするサブマージアーク溶接方法である。
また上記成分を必須成分として、かつ Cu:0.4重量%以下 Ai:0.08重量%以下 ■ ・0.06重量%以下 Nb:0.10重量%以下 の少なくとも一種を補助成分として含有し、残部実質的
にFeの組成になるワイヤを上記フラックスと組み合わ
せて用いることを特徴とする。
高張力鋼、特に60〜80kgf/mrn’級鋼をサブ
マージアーク溶接する場合、その溶接金属の健全性を決
定する因子として、溶接金属の切欠き靭性と耐低温割れ
性が挙げられる。前者に対しては溶接金属の化学組成が
同一の場合、その酸素含有量を200〜250ppmの
範囲に制御することが必要である。後者に対しては溶接
金属中の拡散性水素量を極微量化することが必要であり
、80kgf/mrn’級高張力鋼を100℃以下の予
熱温度で溶接しようとする場合には、水素量を0、5 
m fL / 100 g以下にする必要がある。酸素
量の低減にはフラックス塩基度の上昇が効果的であるこ
とは周知の通りで、これを実現するためには、ガラス化
の条件より高塩基性化に限界のある溶融型フラックスよ
りも、原料を500〜600°Cで焼成して作製する焼
成型フラックスの方が有利である。一方、水素量の低減
に対しても溶融型フラックスは製造時に大気中水分を一
〇H基として構造的にとらえて、これが溶接時に水素源
として働らくこと、および炭酸塩は1000℃以下の温
度で分解するので炭酸塩を添加しても製造上溶接時の炭
酸ガス発生源として使用出来ないことなどから、溶融型
フラックスによって溶接金属中杭散性水素量を0.5m
l/100r以下とすることは不可能である。
これに対して焼成型フラックスは前述の如く。
(+)高塩基性化によって溶接金属中酸素量低減が  
        □可能である。
(目)適量の炭酸塩添加によって溶接時に発生するCo
2ガスで大気を効果的にシールド出来る、 (1ii)溶接時に溶融金属に溶解した水素の一部はス
ラブ中に移行するが、その度合はスラグ塩基度が高い程
大きく、フラックスへの適量弗化物添加がその度合をさ
らに増加させる、 などの特性がある。従って適量の弗化物および炭酸塩を
含有する高塩基性フラックスを合金ワイヤと組み合わせ
ることによって、高靭性で耐低温割れ性に優れた高張力
鋼用サブマージアーク溶接金属を得ることが出来る。近
年非破壊検査技術の進歩によって多層サブマージアーク
溶接金属最終層の表層部に第1図に示した微細欠陥が検
出され、その原因について種々検討した結果、これはワ
イヤ中Mn量を制御する目的でフラックス中に添加され
ているMnの偏析に基づくもので、第1表に示すように
フラックス中Mn量が1.20重量%を第 1 表  
多層溶接金属最終層おけるMn偏祈とフラックス中Mn
量の関係 超えると偏析が生じ、この場合拡散性水素量が0.4 
m fL / l OOgを超えると劃れに発展するこ
とが明らかとなった。
従って、上述のMn偏析に基づく微細欠陥を防止するに
は、 (11フラックス中M n !kを低減すること■拡散
性水素量を低減すること が必要不可欠である。かかる目的を達成することができ
る本発明に用いる焼成型フラックスは基本的に、40重
量%以下かつ少くとも10重量%のCO2を含むCaC
O3およびまたはCaOおよびまたはMgOと5〜15
%のCaF2とを含有し、0.2〜1.20重量%のM
nを含む、塩基度BLが1.60以上の組成であること
を必須とする。
ここに塩基度BLは次式で示される。
但し、 N (i)=i酸化物のモル分率 a(i)=次に示す常数 a (Cab)=6.05 a (S i02 ) =−6,31 a (TiO2)w−4,97 a (Al103 ) =−0.2 a (MnO) −4,8 a (MgO) −4,O a (Fed) −3,4 ここにCaCO3およびまたはlVIgcO34t。
スラグの塩基度保持と溶接中のCO2ガス発生源であり
、その上限値40重量%は、この量を超えた場合に懸念
される作業性の阻害がなく、有効量のCO2の発生によ
る溶解水素の低減を図るべく規制される。
5i02は溶接作業性を良好に保持するために配合し、
6重量%未満では効果が無く、1B!重量%よりも適量
に用いると塩基度不足の原因となる。
A1203は10重量%に満たないとスラグの剥離性が
悪く、28重量%よりも多いと作業性が劣化する。
CaF2は5%より少ないとフラックスの融点を高め、
また15%を超えると融点を低下させて作業性を害する
そして溶接時のCO2ガス発生源として作用する炭酸塩
はCo2として10重量%以上含まれていることが肝要
で、これより少ないと拡散性水素量を0.4 m l 
/ l 00 g以下にすることは不可能である。なお
、coz源としてはCa CO3、MgC0.のほかに
BaCO3、Na2 CO3およびMnCO3なども補
助的に使用することができる。
また、フラックス組成はそれによって形成されるスラグ
の塩基度を1.60以上とすることが本発明の枢要事項
であり、これよりも塩基度が低いと溶接金属組成素およ
び拡散性水素量の増加を生じ、所期した実効が得られな
い。
Mnは0.2 重量%より少ないと溶接金属の強度保持
のためにワイヤ中Mnが必要以上に高くなり、ワイヤ製
造上好ましくなく、1.20重量%を超えると前述の溶
接欠陥を誘発する。
次に溶接金属に優れた靭性と十分な強度を付与するには
その化学組成が重要であり、本発明においては、 C:0.03〜0.07重量% Si:0.20〜0.65重量% Mn : 1.35〜1.95j重量%Mo : 0.
20〜0.70重量% Cr:0.lO〜1.20重量% Nt:O,lO〜3.3重量% Ti:0.006〜0.07重量%の 範囲におさまる溶接金属組成を得ることを目標とする。
Cは0.03 重量%未満では延性が低下し。
0、07重量%を超えると脆化する。
Siは0.20ii%未満では脱酸不足による酸素量増
加をもたらし、0.65 fL量%を超えると脆化する
Mnは1.3s11%未満では強度不足を生じ、1.9
5重量%を超えると脆化する。
MOは0.20重に%未満では靭性改善効果が得られず
、0.7OfEi%超では著しい脆化を生じる。
Crは0.lO9量%に達しないと合金成分としての効
果がほとんどなく、1.209i11%を超えると脆化
する。
Niは0.10重量%に満たないと靭性改善が生じず、
3.3重量%を超えると高温割れの原因となる。
本発明においてはこれらの合金成分は主としてワイヤか
ら供給する。そのため、ワイヤはSi:0.25〜0.
601量% Mn : 180〜2.5J[(Ji%Mo:0.25
〜1.20ii景% Cr:0.lO〜l。50重量% Ni:0.lO〜3.6重量% Ti:0.02〜0.24重量% を必須成分として残部主としてFeの組成になることを
基本とする。
なお、Niについては母材成分の如何によって母材から
の補給が期待されるが、それとともに、または別個に、
溶接金属の合金成分としてNiのほか、Cu 、 Ai
 、 V 、 N beとヲ、4合ニJ: ’Jワイヤ
に配合することが必要とされる。かかるワイヤ補助成分
としては、 Cu:0.4重量%以下 Al:0.0ai重量%以下 V:0.06重量%以下 N It : 0.10重量%以下 の一種以上を選択して用いられる。
〔実施例〕
以下に実施例を比較例とともに詳しく説明する。
第2表に示す7ラツクス・ 本発明に使われるもの:FA 従来法で使われたちの:FB 及び比較剤:FC と、第3表に示すワイヤ 本発明に使われるもの:WA 従来法で使われるもの:WB 第 2 表 フラックスの組成   (wt%)とを組
み合わせて、第4表に示す溶接条件で多層サブマージア
ーク溶接金属の拘束割れ試験およびその機械的性能試験
を行った。
その結果を第5表および第6表に示す。
本発明による溶接法(FA、WA)では高靭性で微小欠
陥の皆無の良好な溶接金属が得られた。
本発明によるフラックスFAと従来使用ワイヤWBを組
み合わせた場合には微小欠陥は生じないが、Siおよび
Mnが低く靭性が不足する。従来使用フラックスFBと
本発明ワイヤWAを組み合わせた場合にはMnの偏析が
多数認められ、そのうち約属が微小欠陥に発展している
のが認められた。塩基度、炭酸塩含有量が本発明範囲よ
り低い比較フラックスF C@WAと組み合わせた場合
には、偏析は認められなかったが水素による横割れが発
生し、靭性も低い値を示した。
【図面の簡単な説明】
第1図は80kgf/mrn’級強度の多層サブマージ
アーク溶接金属最終層の表層部に認められた微小欠陥の
例の説明図であり、(a)は溶接に用いた鋼板の側面図
、(b)は正面図、(c)は溶接金属の表面を削りとっ
た平面図、(d)は(C)のA−A矢視図、第2図は微
小欠陥の認められた部分のEPMA分析欠陥を示すグラ
フである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 合計40重量%以下でかつ少なくとも 10重量%のCO_2を含むCaCO_3およびまたは
    MgCO_3、6〜18重量%のSiO_2および10
    〜28重量%のAl_2O_3と、残部主としてCaO
    およびまたはMgOと、5〜15%CaF_2とを含有
    し、0.2〜1.20重量%のMnを含む塩基度が1.
    60以上である焼成型フラックスを用いると共に、Si
    :0.25〜0.60重量% Mn:1.80〜2.5重量% Mo:0.25〜1.20重量% Cr:0.10〜1.50重量% Ni:0.10〜3.6重量% Ti:0.02〜0.24重量% を必須成分として、残部実質的にFeの組成になるワイ
    ヤを、上記フラックスと組み合わせて用いることを特徴
    とするサブマージアーク溶接方法。 2 合計量40重量%以下でかつ少なくとも10重量%
    のCO_2を含むCaCO_3およびまたはMgCO_
    3、6〜18重量%のSiO_2および10〜28重量
    %のAl_2O_3と、残部主としてCaOおよびまた
    はMgOと、5〜15%のCaF_2とを含有し、0.
    2〜1.20重量%のMnを含む塩基度が1.60以上
    である焼成型フラックスを用いると共にSi:0.25
    〜0.60重量% Mn:1.80〜2.5重量% Mo:0.25〜1.20重量% Cr:0.10〜1.50重量% Ni:0.10〜3.6重量% Ti:0.02〜0.24重量% を必須成分とし、かつ Cu:0.4重量%以下 Al:0.08重量%以下 V:0.06重量%以下 Nb:0.10重量%以下 の少なくとも一種を補助成分として含有し、残部実質的
    にFeの組成になるワイヤを、上記フラックスと組み合
    わせて用いることを特徴とするサブマージアーク溶接方
    法。
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