JPS63242491A

JPS63242491A - 低水素系被覆ア−ク溶接棒

Info

Publication number: JPS63242491A
Application number: JP7706087A
Authority: JP
Inventors: Masaru Mizogami; 溝上　勝; Hisao Maeda; 前田　久雄
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1988-10-07

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Ｃｒ　−Ｍ　ｏ系高温用鋼用溶接材料、詳し−
ＭｏｉｆＳ高温用鋼を対象とし、長時間熱処理後でも高
温特性に優れた溶接金属を与える低水素系被覆アーク溶
接棒に関するものである。

（従来の技術）近年、石油精製プラント等の操業効率を高めるため、そ
れに使用される圧力容器の大型化あるいは操業温度の高
温化が要求されてきている。

このような要求に対し、母材については高温用鋼の高強
度化がすでに進められてきている。一方、これら高強度
母材の溶接に用いられる被覆アーク溶接棒による溶接金
属についても同様であり、長時間熱処理後でも優れた高
温特性を有する溶接金属を与える被覆アーク溶接棒の開
発が要望されている。

このような状況に灯し、特開昭５９−１７８１９７号公
報では、心線中のＣ，Ｓｉ、Ｍｎ％Ｃｒ、ＭＯ１■の添
加量を限定すると同時に、この心線にＣｐＣＯｚ、Ｃａ
Ｆ２を必須成分とする被覆剤を塗布したことをＵ徴とす
る高温用鋼用被覆アーク溶接材料が開示されているが、
これは高Ｃｒ鋼と低Ｃｒ鋼とを溶接する際に、高Ｃｒ側
の溶接ボンド部における溶接後熱処理時の組織変化を抑
制し、健全な異材溶接部を得るためのものであって、高
温強度およびクリープ破断強度などの高温特性を積極的
に向上させようとするものではなく、高温特り溶接棒を
提供するに至っていない、また、特開昭６０−４０６８
９号公報は、被覆剤成分としてＣａ　ＣＯ３、金属弗化
物、Ｓｉｆ□、Ｓｉ、Ｍｇを必須成分とし、かつ心ｍ含
有量との関係でＴｉＯ２、ＣｌＭｎ％Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを
添加しうる任意成分とからなる被覆剤を、心＃ａＩ＆分
としてＣ，Ｓｉ％Ｍｎ、Ｃｒ。

ＭＯｌＴｉ、Ｖを限定し、残部がＦｅ及び不可避不純物
からなる心線に、粘結剤として硅酸ソーブ、硅酸カリ及
び硅酸リチウムなどの混合物を用いて被覆せしめた被覆
アーク溶接棒により、Ｃｒ−Ｍ。

系高温用鋼をアーク溶接し、更に溶接金属成分としてＣ
，Ｓｉ、Ｍｎ％Ｃｒ％Ｍｏ、Ｔｉ％Ｖを含ませることに
より、特に低温靭性に優れたＣ　ｒ　−Ｍ　ｏ系高温用
鋼のアーク溶接方法をｌ１ｔｌ示しているが、高温強度
およびクリープ破断強度を積極的に向上しようというも
のではなく、高温特性に優れた２Ｌ〜３％Ｃｒ−１％Ｍ
ｏ鋼用被覆アーク溶接棒を提供するに至っていない。

前記問題点に対し、本発明者らが特願昭６１−０８１７
２号ですでに提案している如く、溶接金属中の炭化物の
過剰生成によるＣの減少を起さない範囲で■を添加する
ことにより高強度化を計るとともに、溶接金属に′４１
ｔＩ／ａなＶ、Ｃ，を析出させ、Ｍ　２３　ＣいＭ、Ｃ
の析出状態を長時間にわたって粗大化しないようコント
ロールし、長時間熱処理後でも４５０〜５００℃におけ
る高温強度およびクリープ破断強度の維持向上が可能で
あることを見出している。しかしながら、高温強度およ
びクリープ破断強度は圧力容器などを設計する上で重要
な特性であることからその安全性を高めるためには更に
高温強度及びクリープ破断強度などの高温特性の向上を
計る必要がある。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は２７〜３％Ｃ「−１％Ｍｏａの溶接において、
安全性の高い優れた高温特性を有する溶接金属を与える
低水素系被覆アーク溶接棒を提供するものである。

（問題点を解決するための手段）本発明の要旨とするところは、Ｃ：０．０５〜０．１６重量％、Ｓ　ｉ　　　　：０．０２〜０．２５重量％、Ｍ　ｎ　
　　　　：０．５０−１．１０重量％、Ｃｒ　　　　　
：２，００−３．５０重量％、Ｍｏ　　　　：０．８０
−１．５０ｉ１！ｆｆｉ％、Ｖ　　　　　　：０．４０
〜０．６０重量％、Ｗ　　　　　　：０．１０−０．４
０重量％を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物から成
る心線の周囲に、金属炭酸塩：３０〜７０重量％、金属弗化物：５〜３０重量％、Ｍｇ　　　　：０．５〜５重量％、その他に、上記以外の脱酸剤、アーク安定剤、粘結剤を
含む被覆剤を被覆塗装したことを特徴とする低水素系被
覆アーク溶接棒である。

接金属の高温強度およびクリープ破断強度の低下原因は
、溶接金属が高温に長時間加熱される過程、すなわち長
時間熱処理の過程においてまず、溶接金属中のＣとＦｅ
が結合してＦｅ５Ｃを析出し、−次にこの炭化物がＭ　
２３　Ｃａ、Ｍ、Ｃ（Ｍは金属元素を指す）に変化゛し
、炭化物が粗大化することによるものとされている。

そこで本発明者らは鋭意研究の結果、溶接金属中の炭化
物の過剰生成によるＣの減少を起さない範囲で■を添加
することにより溶接金属に微細なＶ、Ｃ，を析出させ、
Ｍ　２３ＣいＭ、Ｃの析出状態を長時間にわたって粗大
化しないようコントロールすることを基本技術として、
更に溶接棒中にＷを添加することにより溶接金属にＷ２
Ｃを析出させ長時間熱処理後でも４５０〜５００℃にお
いて、高温強度、高温延性およびクリープ破断強度など
の高温特性をより一層向上できることを見出した。

本発明はかかる知見に基づいてなされたらのであり、以
下に作用とともに本発明の詳細な説明する。

（作用）本発明の最大の特徴は、高温特性のより一層の向上と安
定化に対し、溶接棒中にＷを添加するこ１％Ｍｏ１ｉｌ
ｉ４溶接金属にＷ２Ｃを析出させ４５０〜５００℃での
高温強度、高温延性およびクリープ破断強度を格段に高
め、高温特性の安定化を計ることにある。

第１図は、チタンスラグ３．６％、炭酸石灰４４．３％
、はたる石１８．９％、炭酸バリウム４．２％、Ｆｅ−
３ｉ（Ｓ　ｉ分４５％）６．４％、金属Ｍｇ２．２％、
金属Ｍｎ０．７％、弗化アルミ１．２％、粘結剤９．５
％、残部が鉄粉からなる被覆剤をＣ０，０５〜０．１６
％、Ｓ　ｉｏ、０４−０．２４％、Ｍｎ０．５１−１．
１０％、Ｃｒ２．０２−３．４４％、Ｍｏ０．８１−１
．４４％、Ｖ　Ｏ，４１−０，５７％、Ｗｏ、０２−０
．５６％の直径４．０■、長さ４００ｍ論の心線に被覆
外径６、３＋ｍに被覆塗装した後に乾燥、焼成して４４
種類の溶接棒を作成し、ＡＷＳ　　Ａ５．４に準じて溶
接し、短時間高温引張およびクリープ破断試験を実施し
た結果を示すものであり、第１表の結果から心線中に添
加したＷｆｉと短時間高温引張強度、高温延性およびク
リープ破断強度との関係を図示したものである。＊た、
この場合の溶接施工条件は、予熱、バス間温度２００〜
２５０℃、電流１ＧＯＡ、溶接入熱２５ｋＪ／ｃｍなる
条件で溶着金属を作成した。また、溶ｙａ金属は溶接後
７１０℃、３０１＋ｒの後熱処理を施した後に短時間高
温引張試験片及びクリープ破断試験片を採取し、短時間
高ｔｊシ引張試験は４８２℃での引張強度および伸び率
、クリープ破断試験はＳＯＯ℃、３０００１＋ｒ時の破
断強度をそれぞれ求めたものである。

なお、第１表の総合判定は、 ○印：良好、 Δ印：やや良好、 ×印：不良を示す。

その結果、被覆アーク溶接棒として心線中にＷを適量添
加することにより、良好な短時間高温引張強度、高温延
性およびクリープ破断強度の得られることがｆｌＩ明し
た。

第１表および第１図の結果から明らかな如く、心線中の
Ｃ，Ｓｉ、Ｍｎ５Ｃｒ、ＭｏＢよびＶｆｉが本発明の要
件を満たしていてもＷ量が０．１％未満のものＮＯ，１
，２，１７，１８，３２，３３は短時間高温引張強度が
５４　ｋｇｆ／ＩＩＩｍ”未満、クリープ破断強度が３
３　ｋｇｆ／１２未満と低かったり、Ｗ量が０．４％を
超えるものＮＯ，１３〜１６．２７〜３１．４２〜４４
は短時間高温引張伸び率が２０％未満と高温延性の劣化
が認められており、被覆アーク溶接棒として心線中のＷ
量を０．１０〜０．４０％の範囲にする必要のあること
が判明した。

以下、本発明における各ｔｉｔ分の作用と成分範囲限定
の理由を述べる。

［心線中Ｃ：０．０５−０．１６ｆｉｆｉ％］Ｃは溶接
金属中の酸素量低減と同時に炭化物生成に不可欠な成分
であるが、０．０５％未満ではその効果が得られない、
他方、０．１６％を超えると溶接金属に高温割れが発生
し易くなるので０．１６％を上限とした。

［心線中Ｓｉ：０，０２〜０．２５重量％ＩＳｉは溶接
金属中の酸素量低減に効果的な成分であるが、０．０２
％未満ではその効果が得られない。

他方、０．２５％を超えると特に長時間熱処理後の靭性
や長時間使用中脆化特性が劣化するので０．２５％を上
限とした。

［心線中Ｍ　ｎ：０，５０−１．１０重量％］ＭｎはＣ
，Ｓｉと同様に溶接金属中の酸素量低減に有効であると
同時に、鋼の焼入れ性を向上させ強度、靭性に不可欠の
成分であるが、０．５％未満ではその作用効果が得られ
ない。他方、１．１０％を超えると靭性が大幅に劣化し
てくるので１．１０％を上限とする。

［心線中Ｃｒ：２．ｏｏ　−３，５０１！ｆ１％１Ｃｒ
は高温環境下での耐酸化性を確保するために不可欠の成
分であって、耐熱鋼にはその用途に合せ適量のＣｒが必
ず添加されており、Ｍ２３ＣいＭ、Ｃ（但しＭｌ、を金
属元素を示す）めＶ＆細析出により特に高温強度を高め
ている。しかし、その量が２％未満では十分な強度が確
保できない。他方、３．５％を超えると適用鋼材のＣｒ
ｉに合致しなくなるので３．５％を上限とした。

［心線中Ｍ　ｏ：０．８０−１．５０重量％］Ｍｏはク
リープ破断強度を高める成分であるが、０．８％未満で
はその効果が得られない。他方、１．５％を超えると焼
戻し脆化特性が劣化するので１．５％を上限とした。

［心線中■：０．４０−０．６０重量％］■は高温強度
を者しく高める成分であり、析出の場合にはＶ、Ｃ，と
しての他、Ｍ　２３Ｃａ　、Ｍ　ａ　Ｃの一部に入り析
出物の粗大化の抑制に優れた効果を発揮するが、０，４
％未満では所望の効果を得ることができない。他方、０
．６％を超えると炭化物の生成過剰を招き、溶接金属中
のＣが減少し、逆に強度の低下をきたすと同時にスラグ
の剥離性が劣化するので０．６％を上限とした。

［心線中ｗ　：ｏ、　ｉｏ〜０．４０重重量ＪＷは高温
強度およびクリープ破断強度を者しく高める成分であり
、焼戻しによってＷ２Ｃが析出し、特に高温長時間側で
のクリープ破断強度向上への効果は極めて大きい、しか
しながら０．１％未満ではその効果が得られない、他方
、０．４％を超えると溶接金属の高温延性が劣化するの
で上限を０．４％とした。

［金属炭酸塩：３０〜７０重量％１本発明でいう金属炭酸塩とはＣａ　ＣＯ＊、Ｂ　ａＣＯ
、、ＭｇＣ０，などを指すが、これらの金属炭酸塩はア
ーク中で分解することによりＣＯ２ガスを発生し、溶融
金属を大気がら遮断保護するとともにアーク雰囲気中の
水素、窒素のガス分圧を下げる効果がある。

これらの添加量が３０％未満ではスラグの融点が低下す
るためスラグ被包性が悪（なって良好な溶接ビード外観
、形状を得ることができない。また、ＣＯ２がスの発生
量が不足するためピットやブローホールが発生したり、
溶接金属中の水素量が増加し耐低温謂れ性が劣化しでく
る。他方、７０％を超えると〃ス発生量が過剰となるた
めビットが多発する。また、スラグ融点が上昇してスラ
グの流動性が悪くなり、溶接ビード外観、形状が劣化し
てくるので７０％を上限とした。

［金属弗化物：５〜３０重量％１本発明でいう金属弗化物とはＣａ　Ｆ　２、ＢａＦ２、
Ｍ、Ｆ２、Ｉ−ｉＦ　、　Ａ　ＩＦ　＊などを指すが、
いずれもスラグの融点を低下させるため溶接中のスラグ
流動性を良好にする。また、アーク中で分解した弗化物
は溶融金属や溶融スラグの水素と反応し、溶接金属中の
水素量を低下させ耐低温割れ性の良好な溶接金属をつく
る。

これらの添加量が５％未満では、適当なスラグの流動性
が得られないため溶接ビード外観、形状が劣化すると同
時にビットが発生し易く、また溶接金属中の水素量が増
加して耐低温割れ性が着しく劣化してくる。他方、３０
％を超えるとスラグの粘性が不足するため溶接ビード外
観、形状が悪くなったり、また保護筒が脆弱になり溶接
作業性が劣化してくるので３０％を上限とした。

［Ｍｇ：０．５〜５．０重量％］Ｍｇは溶接金属中の酸素量を低減し、微細炭化物の析出
促進によるＣの固定により耐割れ性を向上させると同時
に、溶接金属の延性向上に効果がある。その添加量が０
．５％未満ではその効果が得られない、他方、５％を超
えると溶接時のアークが不安定となりスパッタの発生量
が増加し溶接作業性が劣化するので５％を上限とした。

なお、被覆剤に添加するＭｇはＭｇ単体の他Ａ１−Ｍ、
などの合金として添加することもできる。

この場合、合金中のＭｇの量が上記範囲内であれば同様
の効果の得られることが確認されている。

本発明の被覆アーク溶接棒は、被覆剤中に前述の成分の
他、脱酸剤としてＳｉ％Ｍｎ％Ｔｉ、ＡＩなど単体金属
やＦｅ　　Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ％Ｆｅ−Ｔｉ。

Ｆ　ｅ　−Ａ　Ｉなどの鉄合金などのいずれかを含有せ
しめるが、前述のＭｇを含め２５％以下の範囲が脱酸お
よび溶接作業性の面で望ましい、なお、これら脱酸剤の
添加範囲は特に規定するものではない。

次に、アーク安定剤としては被覆剤中にチタンスラグ、
ルチール、鉄粉、アルカリ成分などを添加するが、その
添加範囲は４５％以下が望ましい。

さらに、粘結剤としては主−に硅酸ソーブ、硅酸カリを
含有する水硝子を用いるが、水硝子中の５ｉＯｚとＮａ
ｎｏ、Ｋ２Ｏなどのアルカリ成分のモル分率で示される
モル比が１．５〜３．５の範囲の水硝子を使用すること
が望ましい。

本発明の被覆アーク溶接棒は、以上述べた被覆剤を心線
の周囲に被覆剤ｆｆｌ量が溶接棒重量に対して２５〜３
５％となるように、通常の溶接棒塗装機により被覆塗装
した後、水分を除去するため３００〜５５０℃で焼成し
て製造する。

以下に本発明の効果を更に具体的に示す。

（実施例）第２表に本発明被覆アーク溶接棒および比較被覆アーク
溶接棒の心＃ｌ成分（各４．ＯＩ径）、被覆剤組成とこ
れら溶接棒による各種試験結果を示す。

第２表においてＡ１−Ａ１２が本発明溶接棒であり、８
１〜Ｂ１５は比較溶接棒である。

これら被覆アーク溶接棒による溶着金属の４８２℃短時
間高温引張強度、伸び率および５００℃、３０００ｈｒ
におけるクリープ破断強度を求めた。

また溶接作業性調査を行った。

なお、短時間高温引張試験片およびクリープ破断試験片
を採取する溶着金属は、ＡＷＳ　　Ａ５．４に準じて溶
接電流１６０Ａ１溶接人熱２５ｋＪ／ａｍで行い、溶接
後７１０℃、３０ｈｒの後熱処理を施した後に作成した
。また、溶接作業性は溶着金属作成と同時に調査を行い
、溶接ビード外観、形状、アーク状態、スラグ状態およ
びスラグ剥離性などの面から総合評価した。

本発明溶接棒Ａ１〜Ａ１２はいずれにおいても５４　ｋ
Ｈｒ／　■”以上の短時間高温引張強度、２０％以上の
伸び率、また３３ｋｇｒ／１Ｉ１１２以上のクリープ破
断強度さらに良好な溶接作業性が得られた。

比較溶接棒Ｂ１は心線中Ｃ１心線中Ｓｉおよび被覆剤中
のＭｇが不足しているため適正な炭化物生成効果による
高強度が得られていないとともに、脱酸不足による酸素
量増加から溶接金属の延性低下が認められた。

Ｂ２は心線中のＣが過剰であるため耐高湯側れ性が劣化
した。また、心線中のＷが不足しているため高強度が得
られなかった。

Ｂ３は心線中のＳｉが過剰であると同時にＷが不足して
いるため、靭性の劣化とともに高強度が得られていない
。

Ｂ４は心線中のＭｎが不足しているため多層盛り溶接金
属の焼入れ性が劣化し、適正な強度が得られなかった。

Ｂ５は心線中のＭｎが過剰であると同時にＷが不足して
いるため、靭性の劣化とともに高強度が得られていない
。

Ｂ６は心線中のＣ「が不足しているため十分な強度が得
られなかった。

Ｂ７は心線中のＣｒおよび被覆剤中のＭｇが過剰である
ため、Ｃｒ１ｉｌが適用鋼材のＣｒ量に合致しないとと
もに、溶接中のスパッタの発生量が多く溶接作業性が劣
化した。

Ｂ８は心線中のＭｏが不足しているため適性な強度が得
られていない。

Ｂ９は心線中のＭｏが過剰であると同時にＷが不足して
いるため、焼戻しによる靭性劣化とともに十分な強度が
得られなかった。

ＢＩＯは心線中の■が不足しているため適性な強度が得
られていない。

Ｂｌｌは心線中の■が過剰であるためスラグの剥離性が
悪く溶接作業性が劣化した。

Ｂ１２は心線中のＷおよび被覆剤中の金属炭酸塩が不足
しているため、適性な強度が得られないとともにスラグ
の被包性が悪くなり、溶接ビード外観、形状が劣化した
。

Ｂ１３は心線中のＷお上り被覆剤中の金属炭酸塩が過剰
であるため溶接金属の延性が低下するとともに、スラグ
の流動性が悪くなり、溶接ビード外観、形状が劣化した
。

Ｂ１４は被覆剤中の金属弗化物が不足しているため、ス
ラグの流動性が悪く、溶接ビード外観、形状が劣化した
。

Ｂ１５は被覆剤中の金属弗化物が過剰であるためスラグ
の粘性が不足し、溶接ビード外観、形状が劣化した。

（発明の効果）以上の様に、本発明溶接棒は従来の２τ〜３％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼の被覆アーク溶接棒に比較
し、４８２℃短時間高温引張強度、高温延性および４５
０〜５００℃におけるクリープ破断強度を着しく向上、
かつ安定化させ、更に優れた溶接作業性を発揮するもの
であり、従来の２１〜３％Ｃｒ　　１％Ｍｏｇｑｌ接で
は到底達成し得ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は良好な短時間高温引張強度、高温延性およびク
リープ破断強度の得られるＷ量の好適範囲を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ：０．０５〜０．１６重量％、Ｓｉ：０．０２〜０．２５重量％、Ｍｎ：０．５０〜１．１０重量％、Ｃｒ：２．００〜３．５０重量％、Ｍｏ：０．８０〜１．５０重量％、Ｖ：０．４０〜０．６０重量％、Ｗ：０．１０〜０．４０重量％を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物から成る心線の
周囲に、金属炭酸塩：３０〜７０重量％、金属弗化物：５〜３０重量％、Ｍｇ：０．５〜５重量％、その他に、上記以外の脱酸剤、アーク安定剤、粘結剤を
含む被覆剤を被覆塗装したことを特徴とする低水素系被
覆アーク溶接棒。