JPS63199094A - 極低温鋼用被覆ア−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】 （産業上の利用分野） 本発明は、主として１０％以下のＮｉを含有している極
低温用鋼、たとえば、３．５チ前後のＮｉを含む３．５
％Ｎｌ鋼、５．５％前後のＮｉを含む５．５％Ｎｉ鋼、
９チ前後のＮｉ　ｑ含む９％Ｎｌ鋼に用いられる被覆ア
ーク溶接棒に係わり、さらに詳しくは全姿勢溶接でブロ
ーホール、スラグインクルージヨン、割れ等の欠陥がな
く且つ機械的性質の良好な溶接金属を得るインコネル系
被覆アーク溶接棒に関するものである。

（従来の技術） 現在工業用純Ｎｉ心線紫用いて被覆から合金ケ添加して
目的の成分系であるＡＷＳ規格のＥＮｉＣｒＭｏ−６を
得る溶接棒はすでに実用化されている。この種の溶接棒
は心線中に合金を含む溶接棒と比べて心線の電気比抵抗
が約１／１０程度であるため溶接時の耐棒焼は性が優れ
ており軟鋼棒なみの高電流の使用が可能で作業能率面で
有利である。しかし一方では、高電流を使うがゆえの耐
割れ社の劣化、合金成分を被覆から添加するがゆえの溶
接金属の健全性の劣化等が問題であった。特に最近では
、極低温用鋼のＮｉ基合金による溶接においても自動化
が進んだため溶接棒は上向姿製での溶接や自動化困難な
個所の溶接に使われる比率が高くなっていること。さら
には溶接部の安全性に対する要求が厳しくなり且つ溶接
部の非破壊検査技術が進歩したため溶接金属の健全性に
対する要求が一段と厳しくなったことなどから、上向姿
勢での溶接金属に発生し易い微小ブローホールや微小ス
ラグインクルージヨン等の微小欠陥までも大きな問題と
なっている。

全姿勢溶接における溶接金属の耐割れ性と健全性の改善
について、本発明者等は特開昭５６−４４７０９号公報
において、酸素量を規制した純Ｎｉ心線に合金成分と特
定した脱酸剤全台み且つ全水分ｔを低く制御した被覆剤
を被覆する技術を開示しているが、前記のごとき情勢の
中では特に上向姿勢での溶接金属の耐微小欠陥性能は満
足し得ないことが明らかとなった。

以上のごとく、最近の極低温用鋼の溶接において、厳し
い環境下でも溶接作業性が良好で１、耐割れ性機械的性
質が優れた溶接金属が得られ、しかも耐微小欠陥性能も
優れた溶接金属の得られる高能率被覆アーク溶接棒が強
く望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は以上のような問題点を解決すべくなされたもの
であって、その目的とするところは、いかなる厳しい環
境下にあっても微小ブローホールや微小スラグインクル
ージヨン等の微小欠陥でさえも発生し難く、しかも溶接
金属の耐割れ性も機械的性質も優れ且つ溶接作業性も良
好であり真に高能率溶接を可能とする極低温鋼用被覆ア
ーク溶接棒を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、極低温用鋼の純Ｎｉ心線使用の高Ｎｉ　
　系溶接棒による全姿勢溶接において、溶接金属の優れ
た耐割れ性と機械的性質及び優れた溶接作業性を確保し
ながら、最も欠陥の発生し易い上向姿勢での耐微小欠陥
性能を改善することを目的として鋭意検討した結果、適
当量の特定な脱酸剤と適当量の特定な酸化物を同時に被
覆剤中に含有することにより、　Ｎｉ基溶融メタルの反
応性と相まって溶接時の脱酸反応がかえって活発になり
、溶接金属中での比較的大きな気孔の生成を防止し、同
時にＮｉ基溶融メタルの粘性や表面張力等の物性と溶融
スラグの物性が相まって、メタルの凝固方向と重力方向
とが相反する上向姿勢の溶接金属においても微小な気孔
や微量のスラグも残らず溶接金属外に排出されること。

さらに金属炭酸塩と金属弗化物の比全特定の範囲にする
ことにより、分解生成されるガスの量と組成がそして溶
融スラグの流動性、粘性等の物性が上記効果を顕著にす
るのみならず、脱酸剤と酸化物の存在と相まってアンダ
ーカットやオーバーラツプ等の欠陥のない平らなビード
が形成されること等が明らかになった。

加えて、心線中の酸素量を低くすること、被覆剤中の合
金剤を種類、　量共に特定することおよび被覆剤中の全
水分量を低く抑制することにより、溶接金属の優れた耐
割れ性及び機械的性質示確保できることが明らかになっ
た。

本発明は以上の新たな知見に基づくものであって、その
要旨とするところは、Ｎｉを９８チ以上含有し且つ酸素
量をｏ、ｏｏｓ％以下に制御した心線に、被覆剤全重量
に対して金属炭酸塩１０−２５チ、金属弗化物１Ｏ−２
ｓｆ６を金属炭酸塩／金属弗化物の比が０．フ０〜１．
４０となるよう含有し、且つＴｉ酸化物ｏ、ｓ〜マチ、
Ｚｒ酸化物０．８〜７チ、Ｆｅ酸化物０．５〜６ｑｂ、
Ｍｎ酸化物０．５〜６％、Ｃｒ酸化物０．５〜６．５％
、Ｎｉ酸化物０．５〜６．ｓ％の１種又は２種以上をそ
の合計が１．５〜８％となるよう含有し、さらに心線重
量比を換算してＣｒ　１８〜３０％、Ｍｏ　６〜１５　
％　、　Ｍｎ　２〜ｌ　Ｏ％を必須とし、且つＡ１１．
０〜３．０％、’ｒｉｏ、５〜２．５％、及び８ｉ０．
５〜２．５チの１種又は２種以上をその合計が１．５〜
５．０チとなるよう含有し、さら也＝は全水分量を０．
２５９６以下ζ−制御した被覆剤を被覆したことを特徴
とする極低温鋼用被覆アーク溶接棒にある。

なおここで言う心線重量比とは次式の関係で示されるも
のを示し且つ同式中の被覆剤配合比とは被覆剤全重量に
対する添加原料の配合比を意味し、さらに被覆率とは溶
接棒全重量中の被覆剤重量の占める割合を意味する。

以下に本発明を作用と共に詳細に説明する。

（作用） 先ず、心線中のＮｉは、不純物の混入勿なるべく少なく
し電気比抵抗の増大を抑え、耐割れ性に悪影響を及ぼす
成分を少なくするために９８％以上に制限する。また心
線中の酸素は、溶接金属中の酸素量の増加による溶接金
属の耐割れ性、耐ブローホール性の劣化を防止するため
にｏ、ｏｏｓ％以下に規制する。

次に被覆剤組成について述べると、先ず金属炭酸塩は、
スラグに高塩基性に与え溶接金属のｐ、ｓ及びＳｌの増
加を抑制するとともに分解生成するＣｏ２ガス（＝よっ
て水素分圧を下げ、かつ軟鋼溶接棒と同等の高電流溶接
でも溶接金属の耐割れ狂を十分に良好たらしめるために
１０チ以上必要である。一方２５％を超えるとスラグの
剥離性及び流動性が悪くなるので１０〜２５％に制限す
る。なお、ここで言う金属炭酸塩とは、石灰石、炭酸バ
リウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸
リチウム、炭酸マンガン等を指す。

金属弗化物は、スラグの流動性を良好にしピード形状を
平らにするために１０チ以上必要である。

一方２５％を超えるとスラグの剥離１王が劣化しまたア
ークが不安定となるので１０〜２５チに制限する。なお
、ここで言う金属弗化物とは、螢石、氷晶石、弗化アル
ミニウム、弗化マグネシウム、弗化バリウム、弗化リチ
ウム、弗化ソーダ等を指す。

また、金属炭酸塩／金属弗化物の比に特定したことは本
発明の基本要件の一つであり、特定の酸化物ケ特定量添
加すること及び特定の脱酸剤を特定量添加することと相
まって、溶融金属中の脱酸還元反応を活発にしかつ下向
、立向、横向姿勢のみならず上向姿勢の溶接による溶融
金属中からのガス及びスラグ放出を容易にして、微小な
気孔及び微小なスラグインクルージヨンをも防止するこ
とを可能にすると同時に、全姿勢の溶接において適当な
スラグの流動性を持たせ平らなピードを形成することを
可能にする。

この比が０．７未満ではスラグの剥離性が劣化しアーク
が不安定となり溶接金属中に微小欠陥を生じやすくなる
。一方この比が１．４を超えるとスラグの流動性が劣化
し平らなビードが形成されずまた微小欠陥も生じやすく
なる。したがって金属炭酸塩／金属弗化物の比を０．７
０〜１．４０の範囲に制限する。

さらに特定の酸化物を特定量添加することも本発明の基
本要件の一つであり、前記のごとく金属炭酸塩／金属弗
化物の比を特定することと特定の脱酸剤ケ特定量添加す
ることの相乗効果により、溶接時のアーク雰囲気中、溶
融金属中、溶融スラグ中の脱酸還元反応を活発にし、か
つ溶融金属と溶融スラグの物性を溶融金属中からのガス
及びスラグ放出？容易ならしめるよう改善し、この種の
極低温鋼用被覆アーク溶接棒で従来得られなかった優れ
た耐微小欠陥性能を溶接作業性、耐割れ性、機械的性質
を全く損なうことなく確保することを可能にしたもので
ある。このような効果を持つ酸化物の種類及び量はルチ
ール、イルミナイト、チタン白、チタンスラグ等のＴｉ
酸化物０．８〜７％、酸化ジルコニウム等のＺｒ酸化物
０．８〜７チ、酸化鉄、ヘマタイト等のＦｅ酸化物０．
５〜６％、二酸化マンガン、マンガンスラグ等のＭｎ酸
化物０．５〜６チ、酸化クロミウム等のＣｒ酸化物０．
５〜６．５チ、酸化ニッケル、ニッケルスラグ等のＮｉ
酸化物０．５〜６．５％であり、それぞれの下限に満た
ない添加では効果が得られず、上限を超えた添加は溶接
金属中の酸素量を増加させ溶接金属の耐割れ性を劣化さ
せると共に、スラグの流動性を劣化させブローホールや
スラグインクルージヨンの原因となる。また、これら酸
化物の１種または２種以上の合計が１．５％未満では効
果がなく、８チを超えると溶接金属の耐割れ性が劣化す
ると同時にスラグの流動性が劣化し平らなビードが形成
できなくなる。したがって、これら酸化物の１種または
２種以上の合計′に１．５〜８チに制限する。

また、本発明においては被覆剤中にＯｒ　、　Ｍｏ　。

Ｍｎ　夫々含むものである。

先ずＣｒの添加は溶接金属の高強度化と耐ブローホール
性等の健全性確保に効果がある。心線重量比に換算して
被覆剤中のＣｒが１８％未満では効果が少なく、多けれ
ば多いほど効果は大であるが、３０％を超えると溶接金
属の衝撃値の低下が著しくなる。したがって被覆剤中の
Ｃｒを心線重量比に換算して１８〜３０％に制限する。

また、Ｍｏの添加は溶接金属の高強度化と軟鋼溶接棒な
みの高電流での溶接金属の耐割れ性を良好ならしめるた
めに非常に有効である。心線重量比に換算して被覆剤中
のＭｏが６％未満では効果が少なく、多いほど効果は大
であるが１５％を超えると溶接金属の衝撃値の低下が著
しくなる。したがって被覆剤中のＭＯを心線重量比に換
算して６〜１５チに制限する。

さらミニＭｎの添加は溶接金属の耐割れ性を良好にする
の（二有効であるが、心線重量比（二換算して被覆中に
Ｍｎが２％未満では効果が少なく、１０％を超えるとス
ラグ剥離性゛が悪くなる。したがって被覆剤中のＭｎを
心線重量比に換算して２〜１〔に制限する。

なお１本発明では上記合金に加えてさらに被覆剤中に心
線重量比（＝換算してＮｂ５％以下、Ｗ５％以下の一方
または両方を、溶接金属に要求される強度、靭性、耐割
れ性等の特性改善のため添加しても発明の効果は損なわ
れない。

次に特定の脱酸剤を特定量添加することも本発明の基本
要件の一つであり、金属炭酸塩／金属弗化物の比を特定
することと特定の酸化物ヶ特定量添加することとの相乗
効果によって初めて他の特性を損なうことなく全姿勢の
溶接で微小ブローホール、微小スラグインクルージヨン
等の微小溶接欠陥をも防止することができるものである
。すなわち、ｋＬ、　Ｔｉ　、　８１０１種又は２種以
上の添加は溶接金属の耐ブローホール性を良好にするの
に有効であるがＭについては心線重量比に換算して１．
０チ未満では効果が少な（，３，ｏ％を超えると溶接金
属の耐割れ注、衝撃値が低下する。したがって被覆剤中
のＭを心線重量比に換算して１．０〜３．０チに制限す
る。

また、Ｔｉについては心線重量比に換算して被覆剤中の
Ｔｉが０．５チ未満では効果が少なく、２．５チを超え
ると溶接金属の耐割れ性と溶接作業性の特にスラグの剥
離性が劣化する。したがって被覆剤中のＴｉを心線重量
比に換算して０．５〜２．５チに制限する。

さらにＳｌについては心線重量比に換算して被覆剤中の
８１が０．５％未満では効果が少なく、２．５チを超え
ると溶接金属の耐割れ注と衝撃値が劣化する。したがっ
て被覆剤中の８１を心線重量比に換算して０．５〜２．
５％（二制限する。

かつ、Ｍ　、　Ｔｉ　、　８ｉの１種又は２種以上の合
計が１．５％未満では酸化物の添加に関連して脱酸効果
が不十分となり、特に上向姿勢や横向姿勢ではピンホー
ルプローホール等のガスによる気孔の発生を防止できな
い。一方合計が５．０チを超えると溶接金属の耐割れ性
と衝撃値が劣化する。したがって被覆剤中のＡ１．Ｔｉ
、Ｓｔの１種又は２種以上の合計を心線重量比に換算し
て１．５〜５．０％に制限する。

次に、被覆剤中の全水分量は０．２５％以下に制御しな
ければならない。

一般に高Ｎｉ基の溶接材料では溶接金属中に微量の水素
を含有すると機械的性質に悪影響をおよぼすことが知ら
れている。この水素源となる被覆剤中の全水分量が０．
２５ｔｌ）を超えると溶接金属の引張性質特に引張強さ
と伸びが劣化すると同時に本発明の目的とする特性の１
つ耐微小欠陥性能も損なわれる。したがって被覆剤中の
全水分量を０．２５−以下に制限する。これは使用する
原材料を特に厳選し、また溶接棒の焼成条件、溶接前の
溶接棒の再乾燥条件等により水分全十分低くするような
管理が必要である。

以上のように、本発明は、低酸素の純Ｎｉ心線に、金属
炭酸塩と金属弗化物を特定比率で含有し、特定の酸化物
を特定量含有し特定の合金粉と脱酸剤を特定量含有しか
つ全水分量を低く規制した被覆剤を被覆した溶接棒を用
いることにより極低温用鋼のいかなる姿勢の溶接におい
ても微小な欠陥もない優れた機械的性質と耐割れ性を有
する溶接金属を高能率かつ容易に得ることが可能となっ
た。

本発明溶接棒の製造方法の一例について言及すると、上
記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）等の適当なバイン
ダーで混相して心線へ被覆し約４００℃で約１時間程度
乾燥焼成する。なお本発明溶接棒においては被覆剤中に
多量の合金成分を配合するため被覆外径を太くするもの
であって心線に対する被覆剤重量の比としては０．７〜
１．２が望ましい（Ｎｉ−Ｃｒ　　基の心線など全使用
する溶接棒は０．５前後）。

以下に実施例により本発明の効果を具体的に説明する。

（実施例） 第１表に供試心線を示す。これらのうち記号Ｃの心線は
酸素量が０．ｏｏｓ％を超えて含み本発明外のものであ
る。また記号りの心線はＮｉ　−Ｃｒ　　基のいわゆる
インコネル系の心線で電気比抵抗が大きく本発明外のも
のである。心線寸法は径３．２調φ、長さ４００＋ｍ＋
とじた記号りの心線のみ径は４．０ＬＩＩＩＩＩφとし
た。なお被覆外径を６．３■φ、被覆率を４８％とし記
号りの心線のみ３２チとした。

第２表にこれら心線と被覆剤との組合せによる溶接棒組
成を示す。なお被覆剤全水分量の測定はＡＳ　ＴＭ　　
Ａ３１６Ｔによった。

第３表にこれら溶接棒の溶着金属の化学成分を示す。溶
接方法はＪ　Ｉ　Ｓ　　Ｚ３２２５　　［９ｌＮｉＮｉ
核用被覆アーク溶接棒準じ、溶接電流は１５０Ａ交流で
ある。

第４表にこれら溶接棒の溶接金属の機械的性質、耐割れ
性、溶接作業性及び耐微小欠陥性能を示す。

溶接金属の機械的性質については、溶接方法はＪＩ８Ｚ
３２２５に準じ、溶接電流１５０Ａ又流で行い評価した
。引張性質は０．２％耐力≧３７　Ｋｇ　ｆ　／ｍｊ、
引張強さ≧６７にｇ　ｆ　／Ｊ、伸び≧３ｏ％を満足す
るものを○、満足しないものを×とした。

衝撃靭性は２ＶＥ−ＬＱ６≧５．１にｇｆ−ｍ　　を満
足するものを○、満足しないものを×とした。

溶接金属の割れ試験は、ＪＩ８Ｚ３１１５　　により板
厚２０ｍｔの９％Ｎｉ鋼を用い６０°Ｙ開先、ルート間
隙２１ｍ、溶接電流は１５０Ａ交流、溶接速度は２０　
ｃｍ　／　ｍｉｎで行い、割れ率２５チ以下を○、２５
％超を×とした。

溶接作業性及び耐微小欠陥性能は、板厚１２　ｍ　を長
さ３００ｔｔｍＬの９　％　Ｎｉ鋼を用い、ルートフェ
イス３■、ルートギャップ１＋ｍの６０６Ｖ開先とし、
下向姿勢は１３０〜１５０　Ａ　−１５〜２０ｃＩｒ１
／ｍ１ｎ−４層／６パス、横向姿勢は１２０〜１５０Ａ
−１６〜２５　ｃｍ／　Ｗｉｎ　−４層／マパス、立向
姿勢は１００〜１３　ＯＡ　−６〜１２　ｃｒｎ／ｍ１
ｎ−３層／３パス、上向姿勢は１００−１３０Ａ−７〜
１４　ｚ／ｍｉｎ　−３層／４パスでそれぞれ突合せ溶
接を行い評価した。

溶接作業性は、アークの安定性、スラグの流動性と剥離
性、ヌパツタの多少、耐棒焼は法、ビート形状等を評価
し、これら全てが良好なもの葡○、一つでも問題がある
ものはＸとした。

耐微小欠陥性能は、最終ビード表面から１ｍずつ１０回
切削研磨して各面に対しカラーチェックを行い欠陥数を
調べ、長さ０．５日未満の欠陥合計数が１０ケ以下のも
のを０．１０ケ超えのものを×とした。なお、０．５−
以上の比較的大きな欠陥の場合は３チ以上でＸとした。

これにより、本発明の溶接棒記号Ｎａｌ、２，３゜５．
７，８，９，１１，１３，１５，１６，１９゜２０．２
２，２３，２５，２７，２９．３０及び３１は、溶着金
属の機械的性質が優れ溶接金属の耐割れ性も良好で、か
つ下向、横向、立向及び上向のいずれの姿勢においても
良好な溶接作業性を有し同時に非常に優れた耐微小欠陥
性能を有していることがわかる。

これに対し、比較例Ｎｉ４及びＮｉ３２は金属炭酸塩／
金属弗化物の比が１．４０を超えており、溶接作業性と
耐微小欠陥性能に問題があり、Ｉ＠３２は全水分量が０
．２５％を超えてもいるため引張性質にも問題があった
。

比較例Ｎ［Ｌ６は金属炭酸塩／金属弗化物の比が０．７
０未満であり、溶接作業性と上向姿勢での耐微小欠陥性
能に問題があった。

比較例Ｎａ１０は、Ｔｉ酸化物が７％を超えかつ酸化物
の合計が８％を超えており、溶接作業性及び耐微小欠陥
性能に問題があるのみならず、溶接金属中の酸素の増加
による引張性質の劣化をももたらしている。

比較例ＮｌＬ１２は脱酸成分の心線重量比換算合計が１
．５チ未満であり、特に横向、上向姿勢の溶接における
耐微小欠陥性能と溶接金属の引張性質に問題があった。

比較例Ｎａ１４は、Ｔｉ酸化物及びＺｒ酸化物量が０．
８チ未満であり同時に酸化物合計量が１．５％未満であ
るため、特に横向と上向姿勢における耐微小欠陥性能に
問題があった。

比較例１＠１７はＭ量が３．ＯＬ％を超えており、溶接
作業性と上向姿勢での耐微小欠陥性能さらには衝撃靭性
と耐割れ性にも問題があった。

比較例随１８及び醜２８は脱酸成分の合計が５．０チを
超えており、溶接作業性と耐微小欠陥性能及び耐割れ性
に問題があった。

比較例Ｎｉ２１は全水分量が０．２５％を超えており、
引張性質と耐割れ性のみならず横向、上向姿勢における
耐微小欠陥性能にも問題があった。

比較例隘２４はＣｒ量が３０チを超え、同時に脱酸成分
の心線重量比換算合計が１．５％未満であるため、溶接
金属の衝撃靭性と耐割れ性に問題があるのみならず、横
向と上向姿勢における耐微小欠陥性能にも問題があった
。

比較例醜２６はＭＯ量が６％未満かつＴｌ量が２．５チ
を超えており、溶接金属の引張性質と耐割れ性に問題が
あるばかりでなく、溶接作業性にも問題があった。

比較例Ｎｉ３３及び醜３４は酸累虚の多い本発明外の心
線を使用しているため、溶接金属の引張性質及び横向と
上向姿勢における耐微小欠陥性能に問題があった。

比較例随３５は心線として本発明外のＮｉ−Ｃｒ基のい
わゆるインコネル系を使用したため、溶接作業性に根本
的な問題があった。

（発明の効果） 以上のように本発明は、低酸素の線肌心線に主要な合金
成分と脱酸剤及び酸化物を含有しかつ金属炭酸塩／金属
弗化物の比を限定しさらに全水分量を規制した被覆剤を
被覆することにより、溶接時のアーク、溶融スラグ、溶
融メタル中の反応を活発にし、いかなる姿勢においても
極めて微小な欠陥をも防止し非常に健全でかつ優れた機
械的性質と耐割れ性を有する溶接金属を容易に得ること
ができるようにし、このことによってこの種の溶接棒を
真に高能率たらしめることを可能にしたものであって、
極低温用鋼の溶接の作業能率向上に大きく貢献するもの
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｎｉを９８％以上含有し、且つ酸素量を０．００８％
   以下に制御した心線に、被覆剤全重量に対して金属炭酸
   塩１０〜２５％、金属弗化物１０〜２５％を金属炭酸塩
   ／金属弗化物の比が０．７０〜１．４０となるよう含有
   し、且つＴｉ酸化物０．８〜７％、Ｚｒ酸化物０．８〜
   ７％、Ｆｅ酸化物０．５〜６％、Ｍｎ酸化物０．５〜６
   ％、Ｃｒ酸化物０．５〜６．５％及びＮｉ酸化物０．５
   〜６．５％の１種又は２種以上をその合計が１．５〜８
   ％となるよう含有し、さらに心線重量比に換算してＣｒ
   １８〜３０％、Ｍｏ６〜１５％、Ｍｎ２〜１０％を必須
   とし且つＭ１．０〜３．０％、Ｔｉ０．５〜２．５％及
   びＳｉ０．５〜２．５％の１種又は２種以上をその合計
   が１．５〜５．０％となるよう含有し、さらに全水分量
   を０．２５％以下に制御した被覆剤が被覆されているこ
   とを特徴とする極低温鋼用被覆アーク溶接棒。