JPS6114100A - Ｎｉ基被覆ア−ク溶接棒 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、９％Ｎ１ｔＲ等のＮ１含有隋或はＮｉ基合金
を溶接対象とする場合に、耐凝固割れ性能、耐再熱割れ
性能及び低温靭性等の優れた溶接金属を得ることのでき
るＮｉ基被覆アーク溶接枠関するものである。

〔従来の技術〕

Ｎｉ基被覆アーク溶接棒Ｎｉを主成分とする金属心線の
外周にフラックスを被覆してなるものであり、耐食性、
耐熱性、低温靭性等の優れた溶接金属を得ることができ
るので、Ｎ１基合金同士の溶接や９％Ｎｉ鋼の様な低温
用鋼の溶接、或はＮｉ基合金に対する異材溶接（例えば
フェライト鋼との溶接）等に幅広く使用されている。殊
に最近９％Ｎ１ｆｉｆｉＬＮＧタンクの建造が盛んに行
なわれてあり、Ｎｉ基被覆アーク溶接棒需要は急増する
傾向が見られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Ｎｉ基被覆アーク溶接棒は■Ｎ１−ｃｒ系の組成を有す
るインコネル系被覆アーク溶接棒と、■Ｎ１−Ｍ、系の
組成を有するハステロイ系被覆ア−り溶接棒に大別され
るが、前者は溶接金属の凝固割れが発生し易（、この問
題を回避する為には低電流、低速度で溶接せざるを得ず
作業能率が非常に悪いという欠点があり、一方後者には
前者の様な問題がなく優れた溶接能率のもとて耐凝固割
れ性の良好な溶接金属を得ることができるが、反面、多
層溶接の様に繰返し熱履歴を受けたときには再熱割れが
発生し易く、また溶接金属の曲げ性能が悪くなるという
欠点があり、用途が狭い範囲に限定される。

本発明はこうした状況のもとで、優れた耐凝固割れ性及
び低温靭性を有すると共に耐再熱割れ性においても良好
な性能を示す溶接金属を得ることのできる、ハステロイ
系のＮｉ基被覆アーク溶接棒提供しようとするものであ
る。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は、Ｎｉ：６０％（重量％二以下同じ）以上及び
”パ１２〜３０″″ｆ′含有する他・　　　　　　　　
　−Ｆｅ：８〜１５％ Ｃｒ：５％以下 Ｗ　　：５＊以下 よりなる群から選択される１種以上の元素を含有するＮ
１基合金心線の外周に、 少なくとも金属弗化物を弗素元素換算で５〜２５％含有
する被覆剤を塗布してなり、 更にＮｉ基合金心線中及び被覆剤中のむ）ずれか一方又
は双方には、下記の計算式で与えられる値の諸元素を含
めてなるところに要旨を有するものである。

（Ｓｉ）：０．２〜１．（Ｉ ＣＭｎ：］　：　０．１５〜２．０％ ＣＡＩ）：０．１０〜０．８％。

（Ｍｇｌ　ｉ　Ｏ，ＯＺ〜０．２％ （Ｙ）、（Ｃａ）、〔希土類元素〕よりなる群から選択
される１種以上：０．０８〜０．５％但しＣＳ　ｉ　）
　＝　ＳｉＣｗ）＋　０．９　ＨＸ　Ｓｊ、（Ｆ）ＣＭ
　ｎ　、：）　＝　Ｍｎ（９ｉ９＋　０．９　ＨＸ　Ｍ
ｎ（Ｆ）［Ａ　ｌ　）　＝　ＡＩ（Ｗ）＋〇、５　ＨＸ
　Ａｌ（Ｆ）ＣＭ　ｇ　：）　＝　Ｍｇ（Ｗ）＋　０．
２　ＨＸ　Ｍｇ（Ｆ）ＣＹ）　　＝Ｙ（Ｗ）＋’０．２
Ｈ×Ｙ（Ｐ″）（Ｃａ　）　＝　Ｃａ（Ｗ）＋〇、２　
ＨＸ　Ｃ＝Ｊ）〔希土類元素〕＝希土類元素（Ｆ）＋０
．２ＨＸ希土類元素（Ｆ） 上記式において各元素記号の後に（Ｗ）を付したものは
当該元素の心線中の含有率（ホ）を、また各元素記号の
後に０を付したものは、°当該光・素の被覆剤中の含有
率（ホ）を夫々示し、Ｈは下〔作用〕 以下本発明の完成に至るまでの研究経緯を踏まえつつ、
構成４分の種類及び含有率を定めた理由を説明する。

まず本発明者等は、ハステロイ系被覆アーク溶接棒を用
いたときに見られる溶接金属の再熱割れについてその発
生原因を明確にする為調査・実験を行なった結果、溶接
部の結晶粒界に低融点のＭＯ酸化物やＮｉ硫化物等が偏
析する為に再熱割れを生じることが確認された。

ところで本発明者等は、ハステロイ系の潜弧溶接材料に
おいてフラックス中に金属弗化物やＡ１及び希土類元素
を少飛含有させた場合は、溶接金属の結晶粒界に前記の
様なＭ、酸化物やＮｉ硫化物等が偏析することがなく、
耐再熱割れ性を防止することができるという事実を先に
ｗＡ認している。

そこでこうした効果はハステロイ系の被覆アーク溶接棒
についても同様に発揮されるのではないかと考え実験を
行なった。その結果ハステロイ系被覆アーク溶接棒にお
いても、■被覆剤中に金属弗化物を含有させると共に、
心線及び／又は被覆剤中にＡ１及び希土類元素を適ｎ含
有させてやれば溶接金属の耐再熱割れ性を改善し得るこ
と、また■ＣａとＹは上記希土類元素と同様の添加効果
を示し、Ｃａ及びＹは希土類元素と同効物質として取扱
うことができるという事実を知った。そして十分に満足
のいく溶接金属を得る為には、被覆剤中に３０％以上の
金属弗化物（弗素元素換算：以下同じ）を含有させると
共に、心線及び／又は被覆剤中に、前記計算式で与えら
れる〔Ａ１〕を０．１０％以上、又・同じ様に計算され
る〔希土類元素〕、〔Ｃａ〕、〔Ｙ〕から選ばれる１種
以上を合計で０．０３％以上含有させればよいことを確
認した。

ところが被覆アーク溶接棒においては、被覆剤中の金属
弗化物量が３０％以上になると、囚下向溶接において溶
融スラグが先行しスラグ巻込みが頻発する、（６）立向
溶接でビードが゛凸状となり、グラインダによるビート
整形作業が必要になる、といった問題が生じる為実用化
は困難である。一方被覆剤中の金属弗化物を２５％以下
に抑えてやればどの様な溶接姿勢でも良好な作業性を得
ることができるが、こうした要件のもとて十分な耐再熱
割れ性を得る為には心線及び又は被覆剤中に多量の〔Ａ
１〕及び〔希土類元素〕（或は（Ｃａ）又は〔Ｙ〕の１
種以上）を含有させなければならず、それに伴って耐凝
固割れ性が低下するという問題が生じてくる。　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　９こ
の様にハステロイ系被覆アーク溶接棒においでは、被覆
剤中の金属弗化物量や溶接棒中の（Ａｌ　）や〔希土類
元素〕等の含有率のみを調整してみても、要求性能のす
べてを満足させることはできず、耐凝固割れ性や耐再熱
割れ性に加えて冒頭で示した様な溶接対象母材（Ｎｉ基
合金や９％Ｎ　ｉ　Ｐ’ｉ等）に匹敵する物性の溶接金
属ヲ得る為には、溶接金属として歩留右各穏の合金成分
量を厳密に調整すべきであることは明白である。

この様に被覆アーク溶接棒の方がサブマージアーク溶接
材料に比べて再熱側れ防止が困難な理由としては、■良
好な作業性を確保するという点から弗化物の添加が制限
される他、■シールド性が悪く溶接金属の酸素が高い事
、及び■適用する溶接姿勢により溶接入熱が５〜４５Ｋ
Ｊ／ｃｒｎと変化し、入熱が変化した場谷に、ＡＩ、〔
ＲＥＭ類〕の作用が不安定となる事、等が考えられる。

本発明はこうした予備実験結果を基に更に研究を進めた
結果、先に示した本発明の構成に到達したものであり、
各含有成分の作用及び含有率設定の理由は以下に分脱す
る通りである。

まず心線の含有成分は下記の通りである。

Ｎ　ｉ　：　６０％以上 ハステロイ系溶接棒の基本成分であり、溶接金属のオー
ステナイト組織を安定に保ち低温靭性を高める為には、
心線中に６０％以上含有させなければならない。

ＭＯ＝１２〜３０％ ハステロイ系溶接棒のもう一つの基本成分であり、引張
強さ及び耐割れ性の向上に寄与する。心線中のＭＯが１
２％未満では溶接金属の耐割れ性が劣悪となり、一方′
３０％を超えると低温靭性及び延性が低下する。

Ｆｅ：８〜１５％、Ｃｒ　：　５４以下及びＷ：５％以
下のうち１種以上 この８元素はハステロイ系溶接金属の延性向上効果を発
揮するという点で同効物質であり、特に２種以上を併用
することによってその効果は一段と有効に発揮される。

このうちＦｅが８％未満であると上記の効果が十分に発
揮されず、一方１５％を超えると溶接金属の強度が低下
すると共に低温靭性も不十分となる。またＣｒ及びＷは
延性向上効果に加えて引張強さを高める効果も有してい
るが、５％を超えると耐凝固割れ性に悪影響が現われて
くる。

尚心線中の過剰のＰ、Ｓ、０は再熱割れの発生原因とな
るので、心線中のＰ、Ｓは０．０１５％以下に１．０は
０．０１％以下に抑える必要がある。また、心線の加工
性向上を目的として、心線にＴ　ｌ　％Ｚ　ｒ　％　Ｖ
％　Ｈｆ’　％　Ｂ％　Ｃｕなどを添加する場合もある
が、前述の基本的構成から逸脱しない限りの組成変更は
全て本発明に含まれる。但し過剰の添゛加は、凝固割れ
性能、低温靭性の劣化をもたらすのでＴｉ、Ｖは０．５
％以下に、Ｚｒｓ　Ｈｆｓ　ＢはＯ，Ｏａ＊以下に、Ｃ
ｕは２％以下に抑えるのが好ましい。

次に被覆剤としては、金属弗化物（弗素元素換算）を６
〜２５％含有するものを使用しなければならず、その理
由は下記の通りである。

即ち金属弗化物は溶接時のスラグ−メタル反応によって
脱酸、脱燐及び脱硫の各反応を促進し、溶接金属中のＯ
ＳＰ及びＳを低減させて耐再熱割れ性を高める作用があ
り、殊に後述する様なＡ１や希土類元素等による脱酸反
応を効果的に進行させるうえで不可欠の成分である。金
属弗化物量が６％未満であると上記の効果が不十分にな
る他、アークの広がりが少な（なって溶接作業性が低下
するという問題も現れてくる。しかし２５％を超えると
、スラグの粘性が乏しくなって下向溶接時にスラグの巻
込みが起こり易くなる他、立向溶接や上向溶接にかいて
ビードが凸状になり易くなる等、溶接作業性が劣悪にな
る。金属弗化物としては、蛍石、弗化バリウム、弗化ナ
トリウム、弗化ストロンチウム、弗化マグネシウム、弗
化リチウム等が挙げられ、これらは単独で或は２種以上
を組合せて使用することができる。

尚被覆剤の他の成分としては各種金属酸化物や金属炭酸
塩等が使用されるが、これらの配合率は一般的な範囲に
収ま°つている限り本発明の効果に木質的な影蕃を及ぼ
すことはない。　　　　　　　　　　　　　１“上記の
心線又は被覆剤の一方若しくは双方に含有させ、溶接金
属中に歩留まらせるべき必須成分としてＳ　Ｉ　Ｎ　Ｍ
　ｎ　％　Ａ’　ｌ、Ｍｇの４種と、更にＹｌＣａ及び
希土類元素のうち１種以上の成分が挙げられる。これら
の成分の作用及び好適含有率は下記の通りであるが、そ
の含有率設定に当たっては心線からの歩留り及び被覆剤
からの歩留りを８６し、前記式によって含有率を定めて
いる。

即ちＳｉ及びＭｎについては心線に対する被覆剤からの
溶接金属への歩留りを夫々９０％、Ａ１については同歩
留りを５０％、Ｍ　ｇ　％　Ｙ　１Ｃａ　Ｎ希土類元素
については同歩留りを夫々２０？りとして、下記の含有
率範囲番定めている。

Ｃ８ｉ）”：　０．２〜１．０％、（Ｍｎ）　：　０．
１５〜〜２．０％ Ｓｉ及びＭｎはハステロイ系溶接棒において広い入熱範
囲で低−温靭性の優れた溶接金属を確保するうえで必須
の成分であり、夫々下限値未満では溶接金属の低温靭性
が低く且つ不安定になる。しかし〔Ｓｉ〕が１．０％を
超えると溶接金属の清か度が低下して凝固割れが発生し
易くなり、また〔Ｍｎ）が２．０％を超えると延性が低
下し、曲げ試験で延性不足による割れが発生し易くなる
。

〔Ａｌ〕：０．１０〜０．８％ 脱酸剤として極めて重要な成分であり、溶接金属中の酸
素量を低減させて耐再熱割れ性を改善する。しかも希土
類元素、ｙＳｃａの脱燐及び脱硫作用を著しく助長する
作用があり、これらの作用を有効に発揮させる為には０
．１（１以上含有させなければならない。しかし０．８
％を超えると溶接金属の清浄度が低下して耐凝固割れ性
が劣悪になる。

〔Ｍｇ）：　０．０２〜０．２％多 層盛溶接で次パスビードによる再加熱を受けた場合に、
低融点介在物の生成原因となる溶接金属中のＰ、Ｓ、０
等を結晶粒内に固定して粒界への移動を阻止し、再熱割
れの発生を防止する。粒界への移動阻止作用はＭｇの添
加によってはじめて発揮されるがこうしたＭｇの効果は
０．０２％以上含有させることによって有効に発揮され
るが、０．２％を超えると耐凝固割れ性に悪影蕃が現れ
てくる。尚この様なＭｇの効果は、前記金属弗化物やＡ
ｌ及び後記希土類元素得によって溶接金属中のｐＳｓ、
ｏｘが十分低レベルに押えられたときに初めて有効に発
揮されるものである。

〔希土類元素〕、（Ｙ）及び（Ｃａ：］の１種以上：Ｏ
，Ｏａ〜０．５％ 優れた脱硫、脱燐性能を有しており、溶接金属中のＰｌ
Ｓを低下させて耐再熱割れ性を高めるのに不可欠の成分
であり、ｏ、ｏａ％未満では上記の効果が乏しく十分な
耐再熱割れ改善効果が得られない。一方０．５４を超え
ると耐凝固割れ性が急激に悪化する。尚これらの元素は
同時に強力な脱酸剤であり、酸素が多量に存在すると脱
酸反応に優先的に消費されて脱硫、脱燐が不十分になる
ので、溶接金早中の酸素量を低レベルに抑えるという意
味から前記金属弗化物及びＡ１との共存が不可欠の要件
となる。希土類元素としてはランタン、セリウム、プラ
セオジウム等があるが、経済性を加味すれば最も好まし
いのはランタン及びセリウムである。またＣａ及びＹが
希土類元素の同効物質として作用することは先に説明し
た通りである。

〔実施例〕

第１表に示す化学成分の心線（４間φ）と第２表に示す
成分組成の被覆剤を組合せてハステロイ系の被覆アーク
溶接棒を作製し、夫々について溶接試験を行なった。尚
被覆剤の塗布に当たっては、各被覆剤原料に珪酸ナトリ
ウムを加えて均一に混練し、各心線の外局に塗布した後
乾燥した。このとき被覆比（＝被覆剤重量／溶接棒全重
量）は何れも約０．８となる様に調整した。

また溶接試験は、板厚３０解の９％Ｎｉ＃１板（ＪＩＳ
　　Ｇ　　８１２７　５Ｌ９Ｎ６０）を用いて第１図に
示す開先加工を施し、まず下向姿勢で裏面側（Ｂ、Ｓ）
のルートパス溶接（１５０Ａ、２０ｃｒｎＺ分）を行な
って凝固割れ発生の有無を観察し、次いで２パス目以降
を立向姿勢で溶接（１１０〜１２　ＯＡ、　８５〜４５
　Ｋ　Ｊ／ｍ）　して継手を形成した後、継手引張試験
（ＪＩＳ　　Ｚ　　８１２１）ッ、衝撃試験（，１８□
　８□１゜）並、−、。曲　　　　　　　　）げ試験（
ＪＩｓ　　Ｚ　　８１２２）を行ない、溶接金属の機械
的性能及び再熱割れ発生の有無を調べた。

結果を第２表に一括して示す。

第１．２゛表より次の様に考察することができる。

溶接棒〜０．　５．６．２０及び２１は本発明で規定す
る要件をすべて満足する実施例であり、耐凝固割れ性、
強度、靭性、曲げ性能（延性及び耐再熱割れ性）のすべ
てにおいて極めて優秀な溶接金属が得られている。これ
に対し他の溶接棒は以下に示す如く本発明で規定する要
件の何れかを欠く比較例であり、要求性能の一部に問題
がある。

〜０．　１　：心線中のＭ　ｏ　Ｊｉが１２％未満であ
る為凝固割れが発生している。

〜０．　２　：心線中のＭｏｆｆ１が３０％を超えてい
る為靭性が乏しく、且つ延性不足による割 れが発生している。

〜０．　８　：心線中にｐｅ、ｗ及びＣｒが何れも含ま
れていない為、延性不足による割れ が発生している。

、〜０．４：心線中のＦｅ量が１５％を超えている為、
強度及び靭性が低い。

Ｎα７：被覆剤中の金属弗化物量が５％未満である為再
熱側れが発生してかり且つ溶接 作業性も悪い。

〜０．　８　：被覆剤中の金属弗化物量が不足する為溶
接作業性が悪く、また心線重量比で Ａｌ及び希土類元素量が規定範囲を超 えている為凝固割れが発生している。

〜０．９．：被覆剤中の金属弗化物量が、２５％を超え
ている為溶接作業性が悪い。

ＮＯ，１０：溶接棒中のＣＭｎ：］量が不足する為靭性
が低い。

〜０．１１：溶接棒中の〔Ｓｉ〕量が不足する為靭性が
低い。

ＮＯ，１２：溶接棒中の（Ｓｉ）量が多過ぎる為、凝固
割れが発生している。

ＮＯ，１８：溶接棒中の（Ｍｎ：］量が多過ぎる為、−
延性不足による割れが発生している。

〜０．１４：溶接棒中の〔Ａ１〕量が不足する為再熱側
れが発生している。

〜０．１５：［”希土類元素〕、ＣＣａ）、〔Ｙ〕の総
和が規定量未満である為再熱側れが 発生している。

〜０．１５：溶接棒中の（Ａｌ：）ｆｆｉが多過ぎる為
凝固割れが見られる。

〜０．１７：溶接棒中の〔希土類元素〕、（ｌ：Ｃａ）
及び（Ｙ）の総和が規定範囲を超えて いる為凝固割れが発生している。

ＮＯ，１８：溶接棒中の（Ｍｇ）ｆｆｉが不足する為再
熱側れが発生している。

ＮＯ，１９：溶接棒中のＣＭｇ）量が多過ぎる為凝固割
れが発生している。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様に構成されているので、ノ＼ステロイ
系Ｎｉ基被覆アーク溶接棒の特徴である「高電流、高速
度溶接を行なった場合でも耐凝固割れ性が損なわれない
」という利点を維持しつつ、強度、靭性及び曲げ性能（
延性）並びに耐再熱割れ性能等のすべてにおいて要求を
満たす溶接金属を得ることが可能となった。その結果、
耐食性、耐熱性及び低温靭性等において優れた特性を有
しているＮｉ基合金や９　＊Ｎ　ｉＭの溶接に適用した
場合でも溶接部に問題を生じることがなく、これら高級
金属板自体の適用範囲を大幅に拡大するこ　　　　゛と
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接実験で採用した開先形状を示す説明図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｎｉ：６０％（重量％：以下同じ）以上、及びＭｏ：１
   ２〜３０％を含有する他、 Ｆｅ：３〜１５％ Ｃｒ：５％以下 Ｗ：５％以下 よりなる群から選択される１種以上の元素を含有するＮ
   ｉ基合金心線の外周に、 少なくとも金属弗化物を弗素元素換算で５〜２５％含有
   する被覆剤を塗布してなり、 更にＮｉ基合金心線中及び被覆剤中のいずれか一方又は
   双方には、下記の計算式で与えられる値の諸元素を含め
   たものであることを特徴とするＮｉ基被覆アーク溶接棒
   。 〔Ｓｉ〕：０．２〜１．０％ 〔Ｍｎ〕：０．１５〜２．０％ 〔Ａｌ〕：０．１０〜０．８％ 〔Ｍｇ〕：０．０２〜０．２％ 〔Ｙ〕、〔Ｃａ〕、〔希土類元素〕よりなる群から選択
   される１種以上：０．０８〜０．５％但し〔Ｓｉ〕＝Ｓ
   ｉ（Ｗ）＋０．９Ｈ×Ｓｉ（Ｆ）〔Ｍｎ〕＝Ｍｎ（Ｗ）
   ＋０．９Ｈ×Ｍｎ（Ｆ）〔Ａｌ〕＝Ａｌ（Ｗ）＋０．５
   Ｈ×Ａｌ（Ｆ）〔Ｍｇ〕＝Ｍｇ（Ｗ）＋０．２Ｈ×Ｍｇ
   （Ｆ）〔Ｙ〕＝Ｙ（Ｗ）＋０．２Ｈ×Ｙ（Ｆ） 〔Ｃａ〕＝Ｃａ（Ｗ）＋０．２Ｈ×Ｃａ（Ｆ）〔希土類
   元素〕＝希土類元素（Ｗ）＋０．２Ｈ×希土類元素的 上記式において各元素記号の後に（Ｗ）を付したものは
   当該元素の心線中の含有率（％）を、また各元素記号の
   後に（Ｆ）を付したものは、当該元素の被覆剤中の含有
   率（％）を夫々示し、Ｈは下記式によつて求められる被
   覆比を示す。 Ｈ：被覆比＝被覆剤重量／溶接棒全重量