JPS63160799A - レ−ル用被覆ア−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】 （並業上の利用分野） 本発明は鉄道用またはクレーン川レールを突き合わせ浴
接または肉盛溶接する際に用いられる被覆アークｆＪ従
棒に関するものである。

（従来の技術） レールを突き合わせ浴接または肉盛溶接するには、接合
レール端面を開先加工して遂次多層Ｉ＠接する方法、あ
るいはＩ型開光で突き合わせた後レール足部を多層溶接
した後、腹部と頭部をエンクローズ当金材で取口み、連
続的に浴接するエンクローズ浴後方法が用いられている
。また、レールの肉盛浴接には突き合わせ浴接部のレー
ル頭表面を硬化肉盛したり、レールの局部的な表面疵ま
たは摩耗部分を肉盛補修する方法がある。

レールはその使用目的から１頭表面では車輪とのころが
り接触に対する耐摩耗性と疲労き烈に対する抵抗力すな
わち耐疲労損傷性の大きい性質が要求されている。一方
、足部と腹部では車輪通過時の衝撃あるいは曲げ荷重に
耐え得るだけの静的強度と疲労強度が必要とされており
、さらにｆ６做割れ等の溶接欠陥についても皆無または
実用的に差しつかえない程度以下に他力束なくなってい
なければならない。

現任世界の鉄道用好適レールの化学成分は＠１表に示す
ようにｍｔＸでＯ：　０．４０−０．８２％、８ｉ：　
０．０５〜０．３５　％　、　Ｍｎ：　０．６０〜１．
２５　Ｋを含有しており、その金属組織はパーライトで
、引張り強さは７０神／−以上である。

最近、レール使用性能に関する研究は多く、耐摩耗性と
耐疲労損傷性はノゼーライト組織が最も優れ、マルテン
サイト組織は有害で、同じパーライト組織であれば硬さ
が大きくＣ含有量の多い方が優れていることが明らかに
されている。

ζ発明が解決しようとする問題点） これらの性能をさらに高めるため前記の普通レールの頭
表部または全体を熱処理した硬頭レールー１友は前記普
通レールの成分に８ｉ：１．ＯＸ以下。

Ｍｎ：　１．５０　Ｘ以下まで高め、さらにＯｒ、　Ｍ
ｏ、　Ｖ　。

Ｎｂ、　Ｎｉ、　（３ｕのうち１ｓま次は２橿以上でＯ
ｒ：　１．３に以下、　ＭｏまたはＶ　：　０．３　Ｘ
以下、Ｎｂ：　０．Ｉ　Ｘ以下、　Ｏｕ：　Ｏ−３に以
下添加した合金鋼レールおよび両方を併用した合金鋼熱
処理レールが実用化されている。

従来、レールを突き合わせ溶接または肉盛溶接する際に
用いられろ被覆アーク浴従俸は第２表に示すようにＪＩ
８Ｚ３２１３低合金高張力鋼用被覆アーク浴接棒である
。これらの溶接棒は通常厚鋼板等に使用されるため、Ｊ
Ｉ８３５０３被覆アーク溶接棒心線用線材またはＪＩＳ
Ｇ３５０５軟鋼線材で定められる０　：　０．２５　Ｘ
以下、　Ｍｎ：　０．６５　Ｎ以下の線材にＮ　＋　ｇ
　ＯｒおよびＭｏの１橿または２棟以上の合金成分剤を
含有するフラックスを被覆したものである。従って、こ
のような溶接棒をレールに適用した場合に形成される溶
接金属はＣ：　０．３％以下で、８ｉ、Ｍｎの他に、　
Ｎｉ、　Ｏｒ、　Ｍｏの１棟または２棟以上を０．１に
以上含有する。このためレール母材の溶融境界部近傍に
高温割れが発生する。この高温割れはレール鋼の浴融点
が約１４７０℃であるのに対し、溶接釜属はそれよりも
高く約１５３０℃であるために理論的には避けられない
。さらにこの浴融境界部近傍には溶接のままで多虜のマ
ルテンサイト組織を生成し、疲労強度が著しく低下する
ので、通常浴接後７１０℃以下の温度で焼もどしまたは
焼なｉしをしなければならない。その結果。

溶接金属の組織は耐摩耗性の低いベイナイト全生成する
ため、前記のｆｒｊｉ棒を用いたレールの浴潜部はたと
え硬さが母材レールと同じでも浴扱金精層が局部的に早
期に摩耗する。このような高温割れおよび局部摩耗は母
材レールが高Ｃで合金鋼化すなわち高ｉＭ［化すればす
る程顕著になり、高強度レールにおいては実際に浴接不
能の状態になっていた。

また、レールの肉感＠接法には第２表で示すようなＪＩ
８７，３２５１硬化肉盛用被覆アーク溶接俸の１）　Ｆ
　２　ＡまたはＤＦ’２Ｂに該当す、６溶接俸が用いら
れている。１）Ｆ２ＡｉＣ該当す６ｖＩ徽柿は前記低合
金高張力鋼用溶接棒とほとんど変らないので、前記の問
題がそのままあてはまる。ＤＦ２Ｂで形成される浴後金
Ｍは１６仮のままではマルテンサイト組織を生成するの
で、浴接後焼もどし処理を施さざるを得ない。このため
、溶接金用は境きもどしマルテンサイト組織となってパ
ーラ１ト組織が得られないだけでなく、熱処理レールで
はこのような後熱処理をするとこの熱影響を受ける母材
レール頭表部が軟化し、かえって摩耗が着しくなるとい
う事態が発生してい念。

本発明は、前記の従来技術における問題点を不買的に解
決するとともに熱処理または合金鋼レールの如き高強度
レールにも良好な継手性能を安定して確保することがで
きる鉄道用レールまたはクレーンレールに用いる被覆ア
ーク溶接棒を提供する。

この目的のために本発明者らは広範囲な研究を行なった
結果、第２表に示すような従来の被覆アーク溶接棒によ
って形成された浴着金属は母材レールと著しく異なった
成分となるため前記の如き問題が発生することを知見し
、溶着金属が従来浴後には不過当とされてきた母材レー
ルと類似の尚Ｃ型パーラ１ト組織となる全く新しいレー
ル用被機アーク弓接棒を発明した。

（問題点を解決するための手段） 本発明の賛旨は、ｍｉ＆Ｘで、　　Ｏ：　１−ＯＸ　以
下。

８ｉ：　１．Ｉ　Ｎ以下、　Ｍｎ：　１−６　Ｘ以下、
残部がｔ’ｅおよび不可避不純物からなる浴接心線に、
スラグ形成剤またはこれと合金成分剤からなるフラック
スを被覆したアーク溶接棒において、溶接棒全体に含有
される前記合金成分を浴接棒金″＆ｔにで、ｃ：０．４
〜３．Ｏ％、　８ｉ：　０．１〜１０．ＯＸ、Ｍｎ：　
０．６〜３．０にに調整したことを特徴とするレール用
被覆アーク溶接棒、および、°重量％で、Ｏ：１．ＯＸ
以下、　Ｓｒ：　１．Ｉ　Ｘ以下、　Ｍｎ：　１．６　
Ｘ以下、さらにＯｒ：　１．３　Ｘ以下、　Ｍｏ：　０
．３　ＸＡｔ下、Ｖ：０．３に以下、Ｎｂ：　０．Ｉ　
Ｘ以下、　Ｎｉ：　２．ＯＸ以下、　Ｏｕ：　Ｑ、３％
以下の１棟または２ａ以上を含有し、残部がＦｅおよび
不可避不純物からなる浴接心線に、スラグ形成剤または
これと合金成分剤からなるフラックスを被覆したアーク
溶接棒において、溶接棒全体に含有される前記合金成分
を溶接棒全型ｔＸで、０　：　０．４〜３．ＯＮ、　Ｓ
ｉ：　０−１〜１０．ＯＮ、Ｍｎ：Ｑ、５〜３．ＯＮで
、　　Ｏｒ：　１．３　Ｘ以下、Ｍｏ：　Ｑ、３　Ｘ以
下。

Ｖ：０．３Ｘ以下、　Ｎｂ：　０．Ｉ　Ｎ以下、　Ｎｉ
：　２．ＯＮ以下、　　Ｏｕ：　０．３％以下に調整し
たことを特徴とするレール用被僅アーク溶接捧である。

（作　用） 本発明の溶接棒で得られる！！金金属Ｏ：　０．４〜０
．９　Ｎ、　８ｉ：　０．１〜１．ＯＮ、　Ｍｎ：　０
．６〜１．５電あるいはさらにＯｒ：　１．３　Ｋ以下
％Ｍｏ：　０．３　Ｘ以下。

Ｖ　：　０．３　Ｎ以下、　Ｎｂ：　０−Ｉ　Ｎ以下、
　Ｎｉ：　２．ＯＸＩ下、　　Ｏｕ：　０．３％以下の
１種′１次は２橿以上を含み、残部がＦｅおよび不可避
不純物となるために、その成分は母材レールと類似の高
Ｏ鋼で母材レールの溶融境界層に萬温割れの発生がなく
、適切な後熱処理を施すことにより、母材レールと類似
のパーライト組織、硬さ、引張り強さ、および耐食性等
の継手性能が得られる。

以下に本発明について詳細に説明する。

被覆アーク溶接の浴着金属における合＠成分は溶接心線
またはフラックスの合金成分剤あるいはこの両方から添
加することができる。従って本発明の被覆アーク溶接棒
における浴接心線またはフラックスの合金成分剤および
１！８接棒全体に添加する合金成分量は溶接棒の浴着金
属に対する歩留を勘案して決定する。

本発明者等の知見によると浴着金属の合金成分は浴接心
線から添加する場合歩留が最も大きくなりｈ　　０９８
ｒｇ　Ｍｎ、では９ＯＮ以上＊　ＧｒＨＭＯ！　Ｖ　Ｈ
Ｎｂ、　Ｏｕ、　Ｎｉではほぼ１００Ｎが見込める。従
って本発明の溶接棒における溶接心線の合金成分は前記
浴着金属の上限値を歩留が最小の場合に相当する。すな
わち本発明の溶接心線はＯ：　１．ＯＮ以下。

８ｉ：　１．Ｉ　Ｎ以下、　Ｍｎ：　１．６に以下、ま
たはさらにＯｒ：　１．３　Ｎ以下、　Ｍｏ：　０．３
　Ｘ以下、　　’／　：　０．３％以下、　Ｎｂ：　０
．１％以下、　Ｎｉ：　２．０に以下のうち１８［また
は２棟以上を含む軟鋼、硬鋼、または特殊鋼線材を用い
ることができる。

一方、溶接心線に被覆するフラックスの合金成分剤は溶
接心線の合金成分量および合金供給物質の浴ｙ＃金属に
対する歩留に応じて添加量を調整する。この歩留は各々
の合金元素１合金供給物質の抽類および浴接条件によっ
て異なる。ので、゛溶接棒全体に含有される合金成分の
限定値は各々の合金元素毎にこの歩留の最大値すなわち
１００％および最小値から決定する。

以下に本発明のレール用被覆アーク＃接俸における各合
金成分の添加理由とその限定値について説明する。

Ｃは浴ｙ＃金属にレール鋼と類似のパーライト組織を生
成させるための必須成分であると同時に。

浴着金属を萬０鋼、すなわち０　：　０．４〜０．９％
に１％１４整して、この凝固温度をレール鋼とほぼ同等
にすることによって従来技術で発生していた母材レール
の溶融境界層における高温液化割れを防止するもので本
発明の最大の特徴をなすものである。

さらに浴着金属のＣ含有量が増加するに従い継手引張り
強さおよび硬さが増大するため＃３接金属の耐摩耗性お
よび耐疲労損傷性を同上させることができる。

！＠着金金属ＯｉはＦＩ接心線に含有されるＣ成分また
はフラックスの合金成分剤に黒鉛、Ｃ合金鉄。

鋳鉄および０化合物等の０供給物質あるいはこれらの両
方から添加する。従って溶接棒全体におけるＣｔの上限
値はＣ供給物質の浴着金属への歩留が最小となる場合か
ら決定される。すなわちＣ成分をほとんど含有しない軟
鋼心線を用いて、フラックスの合金成分剤に１６Ｍ金属
への歩留が最も低い３ＯＮの黒鉛粉末だけから添加した
場合、前記浴着金！！４を得るためには溶接棒全体にお
けるＣ含有量は最大３．ＯＮになる。これに対して溶接
棒全体におけるＣ言有量の下限値は溶接心線またはフラ
ックスの合金成分剤における浴着金属への歩留が最大す
なわち１００Ｎの場合に相当し、＊小０．４％となる。

従って１本発明における浴接棒全体に含有される０叶は
溶接棒全重量％で０．４〜３．０％とした。

溶接棒のＣ含有量が帆４％未満ではｆｆｊ＊金属のｃｌ
が０．４〜未満となる場合が生じ、母材レールの溶融境
界層に高温割れが発生すると共に溶着金属のパーライト
組織が少なくなり、継手引張り強さの７０呻／−以上が
得られない。溶接棒の０含有葉が３．０Ｘ超では浴着金
属のＯｉが０．９　％超となり、浴着金属に初析セメン
タイトが析出し、浴着＠塙が著しく脆化する。

Ｓｌは通常浴着雀属の脱酸剤として被覆アーク溶接棒の
フラックスにおける合金成分剤には必ず含有されるもの
で、合金鉄から添加される。レール鋼の８ｉ含有肴は通
常帆ＩＸ以上であり、８ｉはパーライト組織においてフ
ェライトを強化して強度を上昇させると同時に耐疲労損
傷性を同上させ、さらにパーライト変態の開始時間、温
度に及ぼす影＃が小さいため、溶着金属の８１葉をレー
ル鋼より多く含有しても１．０％以下であれば有害にな
らない。フ・ラックスの合金鉄に含有されるＳＲの歩留
は溶接心線の脱酸状態または浴接条件によって異なり、
本発明者等の矧見によると溶接心線のＳｉ＠有蛍が少い
とき８ｉの歩留は低くなり、最小１０％になる。促って
前記溶着金属のＳｉ含有量を得るためには溶接棒全体に
含有されるＳｉ量は溶接棒全重量にで帆１−１０．０％
になる。溶接棒のＳｉ量が０．１％未満では浴着金属の
脱酸が光分析なわれなくなり、溶着金属に酸化介在物が
増加する。溶接棒の８１′に＃が１０．０％超になると
、溶着金属に篩温凝固割れが発生するだけでなく、スラ
グのｆｉｔ　！＠Ｉ性が低下し、浴接が困難となる。

ＭｎはＳ１同様浴青金４の脱酸剤として被覆アーク溶接
棒のフラックスにおける合金成分剤には含有されるもの
で、合金鉄または金＃４Ｍｎから添加される。レール鋼
のＭｎｎ含有上帆６に以上であり、　Ｍｎはパーライト
変態を遅滞させる元素であって飽加肴によりパーライト
変態の開始が変化し強度も便化するので溶着金属のＭｎ
含肩檜はレール鋼とほぼ対応したものでなければならな
い。

Ｍｎの歩留は溶接棒のＣおよびＳｉ量によって変化し、
Ｃｌ５ｉｆｔが低いとＩＶｌｎの歩留が低下し最小５０
％になる。従って前記溶着金属のＭｎ量を得るための溶
接棒全体に含有されるＭｎｆは溶接棒全重量％で、０．
６〜３．０％になる。溶接棒の１Ｖｌｎｉ１が０．６９
ご未’１１’ｌｉでは溶着金属のＭｎ量が低くなり、溶
着金属の引張り強さまたは伸びすなわち姑性が低下する
。溶着金属のＭｎ　＠が３．０．９６超では溶着金属の
ｌＶｉ　ｎ量が増加し、溶着金属中に析出したマルテン
サイトをパーライトに変態させる後熱処理が著しく困難
となる。

なお被覆アーク・溶接棒の脱酸剤としてはＳｉおよびＭ
ｎの他にＴｉ　またはＡｔを２．０Ｘ以下ざ≦加する場
合もある。この場合のＴｉ龜浴着金属に０．３％以下含
有されてもよい。

母材レールが前記Ｃ，Ｓｉ、Ｍｎの他にＣｒ、Ｍｏ。

Ｖ　、　Ｎｂ、　Ｎｉ、　Ｃｕのうち１種または２種以
上含有する場合には、浴着金属にもこれらの合金成分を
母材レールと同等もしくはそれ以下の量だけ含有しなけ
ればならない場合がある。すなわちＣｒ。

Ｍｏ、ＶはＭｎ同様ノぞ−ライト変態を遅滞させる元素
であって、添加量によシバ−ライト変態の開始が変化し
、強度も変化するので、母材レールがこれらの合金成分
を含有する合金鋼である場合には少なくともレール頭頂
面に用いる溶接棒にもこれらの合金成分を含有していな
いと溶接のまままたは溶接後の熱処理によって母材レー
ルと類似の金属組織硬さおよび継手引張り強度が得られ
ない。

従って溶着金用のＣｒ、Ｍｏ、Ｖ含有量はＣｒ　：　１
．３％以下、Ｍｏ、　Ｖ　：　０．３％以下にする。

Ｎｂ　はノミ−ライト変態の終了時間を大巾に短縮させ
る元素であるため、溶接後の冷却中に生成する有害なマ
ルテンサイトを防止する効果がある。

しかし溶着金属のＮｂ含有量が０．１％を超えると巨大
な炭・窒化物を生じ靭性・疲労強度を低下させるので、
溶着金属のＮｂ含有′＃は０．１％以下とする。

Ｃｕはレール鋼の耐食性を向上するのに効果のある合金
成分であり、耐食性レールには０．３％以下含有される
。従って耐食性レールの溶接には溶着金属にも０．３％
以下のＣｕを含有しないと母材レールと同様の耐食性が
得られない。しかし溶着金属のＣｕ含有量が０．３％超
では熱間脆性を起こし表面疵が発生するので溶着金属の
Ｃｕ含有量は０．３％以下とする。

Ｎｉはレール鋼の延性または靭性を向上する合金成分で
あるが、レール鋼はもともと延性または靭性の低い鋼材
であるため、レールに添加する場合は少ない。しかし溶
着金属に２％以下含有するとこの延性または靭性が向上
するので、溶接金属にＮｉを添加する必要のある場合が
ある。しかし溶着金属がＮｉを２．０％超金含有ると、
溶着金゛属に高温凝固割れが発生し易くなるので、溶着
金属のＮｉ含有量ｔ−１２，０％以下とする。

溶着金属にＣｒ、　Ｍｏ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｎｉ　、　
Ｃｕ　の１株または２柚以上でＣｒ：１．３％以下、Ｍ
ｏ　ｅ　Ｏａ　３％以下、Ｖ　：　０，３％以下、Ｎｂ
　：　０．　Ｉ　Ｎ　以下、Ｎ’　”２．０％以下、Ｃ
ｕ：０．３％以下含有する場合には、これらの合金成分
剤をフラックスから添加しても歩留はほぼ１０ＯＸが見
込めるので、溶接棒全体に含有される前記合金成分量は
溶接棒全重量％でＣｒ　：　１．３％以下、ＭＯ：０．
３％以下、Ｖ　：　０．３％以下、Ｎｂ　：　０．１％
以下、Ｎｉ：２．ＯＮ以下、Ｃｕ二０．３％以下とする
。

本発明によるレール用被覆アーク溶接棒は溶接心線の線
径、フラックスの被葎率、およびフラックス構成物質の
配合等を適正に選択することにより、通常の溶接条件で
レールに溶接しても高温割れ等の溶接欠陥が発生するこ
となく施工でき、溶接後適切な後熱処理を組み合わせる
ことにより有害組織がなく母材レールと同等の硬さとパ
ーライト組織を有する溶接継手を得ることができる。

以下に実施例によって本発明の効果をさらに具体的に説
明する。

（実施例） 実施例１．突き合わせ多Ｎ俗徽 第３表の溶接心線に第４表の如く調整したフラックスを
被覆したアーク溶接りを用いて、第６表の普通レールに
突き合わせ溶接をした。溶接施工はレール接合端面に特
殊形状の開先加工を施し４００〜５００℃に予熱した後
、足部は下向き、腹部は立回き、頭部は下向きで多層溶
接し、溶接後レール断面全周を均等に加熱する多孔ノズ
ルバーナーを用いて９００〜１０００℃に加熱し放冷し
た。

第６表に溶接金属の化学成分、硬さおよび溶接継手の引
張試験結果を示す。溶接金属は、Ｊ−ライト組織で、高
温割れは全く見当らなかった。

実施例２　エンクローズアーク溶接 第７表の溶接心線に第８表の如く調整したフラックスを
被覆したアーク溶接棒を用いて第９表の高Ｃ鋼、低合金
鋼レールにエンクローズアーク溶接をした。溶接施工は
Ｉ型開先にて４００〜５００℃に予熱した後、足部は下
向きで多層溶接し、腹部から頭部にかけてエンクローズ
裏当金で連続溶接し、溶接後レール断面全周を均等に加
熱する多孔ノズルバーナーを用いて８００〜１ｏｏｏｃ
ｉ加熱し放冷した。

第１０表に溶接金属の化学成分、硬さおよび溶接継手の
引張り試験結果を示す。溶接金属はノソーライト組織で
高温われは全く見当らなかった。

実施例３　肉感溶接 第１１表の代表的な合金鋼レール頭部に底部の角度が６
０加深さ２０−のＶ型の横溝を作り、そこに第１２表の
如くレール鋼から製作した溶接心線に第１３表の如き７
ラツクスを第１４表の如き調整して被覆したアーク溶接
棒を用いて、肉盛溶接した。溶接施工は母材レールを４
００〜５００℃に予熱した後多層溶接し、溶接後、８０
０〜１０００ｔｌ：に加熱し放冷した。

第１５表に溶接金属の化学成分、硬さおよび溶接継手の
引張り試験結果を示す。溶接金属はパーライト組織で高
温われは全く見当らなかった。

（発明の効果） 本発明の被覆アーク溶接棒を用いてレールを突き合わせ
溶接または肉盛溶接すれば、溶接部には前記の如き従来
の溶接棒では避けることができなかった高温割れの発生
が防止できるだけでなく、溶接金属は溶接のまままたは
溶接後空気焼き入れ等の後熱処理によって母材レールと
類似のパーライト組織、硬さおよび継手強度が得られる
。すなわち、本発明は前記の如き母材レールと類似の高
Ｃ型ノぐ−ライト組織で、引張り強さが７０　ｋｙ／ａ
以上の溶着金属を得ることによって従来の溶接棒の致命
的な欠点を排除して高強度レールにも適用可能なレール
用被覆アーク溶接棒である。

代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他１名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：１．０％以下、 Ｓｉ：１．１％以下、 Ｍｎ：１．６％以下、 残部がＦｅおよび不可避不純物からなる溶接心線に、ス
   ラグ形成剤またはこれと合金成分剤からなるフラックス
   を被覆したアーク溶接棒において、溶接棒全体に含有さ
   れる前記合金成分を溶接棒全重量％で、 Ｃ：０．４〜３．０％、 Ｓｉ：０．１〜１０．０％、 Ｍｎ：０．６〜３．０％ に調整したことを特徴とするレール用被覆アーク溶接棒
   。
2. （２）重量％で、 Ｃ：１．０％以下、 Ｓｉ：１．１％以下、 Ｍｎ：１．６％以下、 さらに Ｃｒ：１．３％以下、 Ｍｏ：０．３％以下、 Ｖ：０．３％以下、 Ｎｂ：０．１％以下、 Ｎｉ：２．０％以下、 Ｃｕ：０．３％以下 の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
   避不純物からなる溶接心線に、スラグ形成剤またはこれ
   と合金成分剤からなるフラックスを被覆したアーク溶接
   棒において、溶接棒全体に含有される前記合金成分を溶
   接棒全重量％で、 Ｃ：０．４〜３．０％、 Ｓｉ：０．１〜１０．０％、 Ｍｎ：０．６〜３．０％ で、 Ｃｒ：１．３％以下、 Ｍｏ：０．３％以下、 Ｖ：０．３％以下、 Ｎｂ：０．１％以下、 Ｎｉ：２．０、以下、 Ｃｕ：０．３％以下 に調整したことを特徴とするレール用被覆アーク溶接棒
   。