JPS6251716B2

JPS6251716B2 -

Info

Publication number: JPS6251716B2
Application number: JP5666283A
Authority: JP
Inventors: Motoi Tokura; Rokuro Fujimoto; Satoyuki Myake; Masahito Ogata; Yukihiko Horii; Yoshinori Ogata; Koichi Shinada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1987-10-31
Also published as: JPS59179292A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は低温用鋼用被覆アーク溶接棒に係り、
特にNiを含有する極低温用鋼、すなわち5.5％前
後のNiを含む5.5％Ni鋼と９％前後のNiを含む９
％Ni鋼等に用いられる低温鋼用被覆アーク溶接
棒に関するものである。最近、天然ガスが無公害エネルギーとして、ま
た石油資源の枯渇に伴ない世界的に脚光をあび、
その消費量は急速に伸びてきている。我が国でも
LNGタンクの建造が各地で進められ、９％Ni鋼
が多く使用され、溶接棒は70％Ni、15％Cr、1.5
％Nb、2.3％Mo系がもつとも多く使用されてい
る。この種の被覆アーク溶接棒は心線の電気抵抗
が軟鋼心線よりも大きく、溶接中に加熱され易
く、赤熱された溶接棒は保護筒の形成が困難とな
りアークの集中性がななり、溶接金属中にスラグ
巻き込みやブローホールの発生原因となる。保護筒強化による棒焼け防止については従来か
ら検討され、すでに特開昭50−33951号公報で開
示されているが本発明はこれをさらに発展させ、
一層の保護筒強化とさらに均一な保護筒の溶融に
より、溶接金属中に保護筒劣化によるスラグ巻き
込みや大気巻き込みによるブローホールの発生を
防止するにある。すなわち特開昭50−33951号公
報で開示されている被覆剤組成、石灰石25〜50
％、螢石５〜20％、硅灰石７〜25％の三元系にお
いて粒径が44〜350ミクロンの粗粒石灰石／粒径
が44ミクロン未満の微粒石灰石の比が保護筒強化
にさらに重要な因子であること、およびLi化合物
が均一な保護筒の溶融に対し重要な因子であると
云うまつたく新しい知見を得て本発明をなしたも
のである。本発明は以上のような新しい知見によつてなさ
れた低温鋼用被覆アーク溶接棒で、棒径に応じた
溶接姿勢（例えば、棒径3.2、4.0mmでは下向、横
向、立向、上向、水平すみ肉姿勢等、棒径5.0mm
では下向、横向、水平すみ肉姿勢等）の中でも特
に溶接欠陥の発生し易い横向、上向姿勢において
も、スラグ巻き込みやブローホール等の溶接欠陥
が極めて発生しにくくかついわゆる棒焼けによる
作業性劣化の少ない溶接棒を提供することを可能
としたものである。即ち本発明の要旨とするところは、被覆剤全重
量に対し螢石５〜20％、硅灰石７〜25％、石灰石
25〜50％で、その中特に（粒径44〜350ミクロン
の粗粒石灰石）／（粒径44ミクロン未満の微粒石
灰石）の比が0.5〜1.0、Li化合物をLiO₂に換算し
た合計が0.1〜3.5％、さらに脱ガス剤及び合金成
分としての単体及び／又は合金からなる金属粉末
50％以下を含む被覆剤を、Niが60％以上Crが10
〜25％含まれるNi基心線に被覆してなることを
特徴とする低温鋼用被覆アーク溶接棒にある。以下本発明を詳細に説明する。螢石の配合はスラグの流動性を増す。５％未満
では効果がなく、20％を超えると溶接棒が赤く加
熱されると保護筒の形成が困難となる。従つて５
〜20％に制限する。硅灰石の配合はスラグの流動性を増しかつ溶接
棒が赤く加熱されても保護筒の形成を持続させ
る。７％未満では効果がなく、25％を超えるとス
ラグのはくり性が悪くなる。従つて７〜25％に制
限する。石灰石の配合はスラグに塩基性を与え溶接金属
のＰ、Ｓ、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部の耐割れ性を良
好ならしめる主成分として被覆剤中へ25％以上配
合する。50％を超えるとスラグの流動性が悪くな
る。従つて25〜50％に制限する。この場合、配合
する石灰石の粒径を、（44〜350ミクロンの粗粒石
灰石）／（44ミクロン未満の微粒石灰石）の比が
0.5〜1.0になるように調整するが、このような石
灰石の粒径の規制は本発明の重要な構成要件の一
つである。即ち、石灰石の粒径の調整と粗粒／微
粒の比の規制とを適正に行なうことにより、保護
筒が強固になる。同時にLi化合物の存在と相まつ
て保護筒が過剰に長くなるのを防ぎ、保護筒の溶
融の均一性が得られ、さらには保護筒の形状がア
ークの集中性、安定性を損なうことなくアークに
広がりを持たせるものになる。従つてアーク長を
短く保つことが容易になりさらには溶融プールの
撹拌が十分かつ均一になされまたビード両端部の
なじみ性が良好になる。これらの特性によりスラ
グ巻き込み、大気の巻き込みから生ずるブローホ
ール等の溶接欠陥が極めて発生しにくくなる。第
１図に示すとおり（44〜350ミクロンの粗粒石灰
石）／（44ミクロン未満の微粒石灰石）の比が
0.5未満になると保護筒が過剰に長くなり保護筒
溶融の均一性が損なわれまたアークの広がりがな
くなり溶接欠陥が発生し易すくなる。この比が
1.0を超えると保護筒が弱くなりいわゆる棒焼け
による保護筒の劣化が生じ溶接欠陥が発生し易く
なる。従つて（44〜350ミクロンの粗粒石灰
石）／（44ミクロン未満の微粒石灰石）の比を
0.5〜1.0に制限する。なお、第１図は、Ni74％、Cr15％、Nb2％を主
成分とする寸法5.0φ×350mmの心線に石灰石33
％、螢石14％、硅灰石18％、金属Mn6％、金属
Cr5％、Fe−60％、Mo7％、Fe−50％Al5％の被
覆剤を被覆した溶接棒を用い、12t×200w×750
（mm）の９％Ni鋼にほつた深さ５mmのＵ溝内
に、電流180A、速度17cm／minの溶接条件で３パ
ス溶接した時の溶接棒本数12本の平均保護筒長さ
の測定、保護筒溶融状態の観察及び溶接部のＸ線
フイルムによる欠陥数の算定を行なつたものであ
る。また、Li化合物の配合も本発明の重要な構成要
件の一つであり、石灰石粒径の規制との相乗効果
により、保護筒の長さの適正化、保護筒の溶融の
均一化及びアークの広がりを持たせる形状の保護
筒形成の維持には、Li₂Oに換算して0.1％以上必
要である。3.5％を超えると保護筒の強さ及び保
護筒溶融の均一性が損なわれる。従つてLi化合物
の配合はLi₂Oに換算して0.1〜3.5％に制限する。
なお、ここで言うLi化合物とは弗化リチウム、水
酸化リチウム、炭酸リチウム等を指す。さらに、本発明では脱ガス剤及び合金成分とし
ての単体及び／又は合金からなる金属粉末50％以
下を被覆剤に含有せしめるものであるが、溶接金
属において性能的に必要な合金成分及び脱ガス剤
は母材との組合せにもよるが一般には心線へ添加
しても被覆剤へ添加しても耐溶接欠陥性能に対し
ては本質的に大きな違いはない。しかし性能上良
好な溶接金属を得るためには被覆剤中へ配合する
金属類は心線中の合金元素を補なう程度に留める
べきである。又これら金属粉末の添加が50％を超
えると溶接金属中に偏折が生じ易くなり諸特性の
劣化をもたらす。従つて本発明においては被覆剤
中のこれら金属粉末の添加範囲を、使用するNi
基心線に適応することのできるように50％以下に
制限する。本発明の被覆剤の構成は以上のとおりである
が、さらにアークの安定化、分解生成するCO₂ガ
スの増加によるシールド強化を目的とする場合に
は炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、炭酸ストロ
ンチウム、炭酸マンガン等の金属炭酸塩を配合す
ることが出来る。しかしこれらが過剰になるとス
ラグのはくり性、流動性が劣化するのでこれら成
分の１種又は２種以上の合計が15％を超えないこ
とが望ましい。又、スラグの流動性、ビード形状の向上を目的
とする場合には、弗化アルミニウム、弗化マグネ
シウム、弗化バリウム、氷晶石等の金属弗化物を
配合することが出来るが、過剰になるとスラグの
はくり性、保護筒の溶融の均一性が劣化するの
で、これら成分の１種又は２種以上の合計が10％
を超えないことが望ましい。さらには、アークの安定化を目的とする場合に
はチタン酸カリ、ルチール、カリ長石、アルミナ
等を配合することが出来るが、過剰になるとスラ
グの流動性、はくり性等が劣化するので、これら
成分のそれぞれが８％を超えないことが望まし
い。次に、本発明におけるNi基心線について述べ
る。 Niはオーステナイト組織の安定化による低温
靭性維持のための基本成分であり60％以上必要で
ある。 Crは強度を維持するための基本成分であり、
10％未満では強度が得られず、25％を超えてもそ
れほど効果はないので10〜25％に制限する。その他の成分については、Al、Ti、Si等の脱
ガス剤及び低温用鋼用の被覆アーク溶接棒として
溶接金属に要求される特性（強度、耐割れ性等）
を得るためにMo、Nb、Co、Ｖ、Mn等の合金元
素を必要に応じて適宜添加するものである。なお、不可避的に不純物として含まれるＳ、Ｐ
等は溶接金属の耐割れ性を劣化させるので0.02％
以下に抑えることが望ましい。又、Ｏ、Ｎ等のガ
ス成分についてはブローホール等の溶接欠陥の原
因となるので0.01％以下に抑えることが望まし
い。さらにＣについては高強度を得るに有効な元
素であり必要に応じて適宜添加するものである
が、過剰になると低温靭性が損なわれるので、
0.2％以下が望ましい。ここで本発明の溶接棒の製造方法の一例につい
て言及すると、Ni基心線と被覆剤粉末を準備
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
して心線に被覆して300〜450℃で１時間程度乾燥
焼成することによつて得ることができる。以下本発明の効果を実施例についてさらに具体
的に述べる。実施例第１表に供試心線の化学成分を示す。心線の寸
法は直径4.0mm及び5.0mm、長さは350mmとした。

【表】第２表にこれら心線と被覆剤の組合せによる溶
接棒の組成を示す。被覆外径は棒径4.0mmに対し
ては6.3mm、棒径5.0mmに対しては7.9mmとし、被覆
率は30％とした。第３表にこれら溶接棒の、棒径4.0mmについて
は横向及び上向姿勢、5.0mmについては横向姿勢
におけるＸ線性能試験結果を示す。なお、溶接は
板厚12mm、巾200mm、長さ750mmの９％Ni鋼板の
中央にほつた深さ５mmのＵ型溝中に棒径4.0mm横
向姿勢では３パス、上向姿勢で２層、5.0mm横向
姿勢では３パス行なつた。溶接条件は棒径4.0mm
横向姿勢では電流140A、速度17cm／min、上向姿
勢では電流120A、速度10cm／min、棒径5.0mm横
向姿勢では電流180A、速度17cm／minを用いた。以上から、本発明の溶接棒記号No.１、３、４、
６、７、９、11、12、14、16及びNo.18がいずれも
無欠陥１級でＸ線性能がきわめて良好であること
が明らかである。これに対し、比較例No.２は石灰石の粒径44〜
350μ／44μ未満の比が1.0を超えており、No.５は
石灰石の粒径44〜350μ／44μ未満の比が0.5未満
であり、No.８はLi化合物のLi₂O換算値が0.1％未
満であり、No.10は螢石が20％を超え又硅灰石が７
％未満であり、No.13は石灰石が25％未満であり又
Li化合物のLi₂O換算値が3.5％を超えさらに螢石
が20％を超えており、No.15は石灰石の粒径44〜
350μ／44μ未満の比が1.0を超え又硅灰石が25％
を超えており、No.17はLi化合物が添加されてなく
又螢石が５％未満であり、No.19は石灰石の粒径44
〜350μ／44μ未満の比が0.5未満であり又Li化合
物のLi₂O換算値の合計が3.5を超えているので、
いずれも第３表に見られるように溶接欠陥が多く
発生している。以上説明したように、本発明溶接棒は従来スラ
グ巻き込みやブローホール等の溶接欠陥が発生し
易すいとされていた横向や上向姿勢においても溶
接欠陥の発生を極めて少なくするものである。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は、石灰石の粒径44〜350μ／44μ未満
の比及びLi化合物の有無と保護筒長さ及び横向姿
勢における溶接欠陥数との関係を示す図である。第１図の下段の図表において、〇；LiO換算値
2.0％添加、保護筒の溶融状態均一、●；LiO換
算値2.0％添加、保護筒の溶融状態不均一、△；
Li化合物無添加、保護筒均一、▲；Li化合物無添
加、保護筒不均一、１：保護筒の長さ、２：被
覆、３：心線。

Claims

【特許請求の範囲】

１被覆剤全重量に対し螢石５〜20％、硅灰石７
〜25％、石灰石25〜50％で、その中特に（粒径44
〜350ミクロンの粗粒石灰石）／（粒径44ミクロ
ン未満の微粒石灰石）の比が0.5〜1.0、Li化合物
をLi₂Oに換算した合計が0.1〜3.5％、さらに脱ガ
ス剤および合金成分としての単体及び／又は合金
からなる金属粉末50％以下を含む被覆剤を、Ni
が60％以上、Crが10〜25％含まれるNi基心線に
被覆してなることを特徴とする低温鋼用被覆アー
ク溶接棒。