JPS63264297A

JPS63264297A - 非溶融型サブマ−ジア−ク溶接用フラツクス

Info

Publication number: JPS63264297A
Application number: JP9728287A
Authority: JP
Inventors: Masami Yamaguchi; 山口　将美; Kaneo Kumagai; 熊谷　金男; Masao Kamata; 政男鎌田; Takashi Kato; 隆司加藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-04-22
Filing date: 1987-04-22
Publication date: 1988-11-01

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］本発明は船舶、海洋構造物、貯槽、鉄骨、橋梁等の鋼構
造物の溶接に用いられるサブマージアーク溶接用フラッ
クスに係り、さらに詳しくは優れたビード形状と共に良
好な機械的性質を得ることのできるサブマージアーク溶
接用フラックスに関するものである。

［従来の技術］鋼構造物の溶接には一般にアーク溶接が用いられるが、
現在実用されている主なアーク溶接法としては、被覆ア
ーク溶接法、ガス被包アーク溶接法およびサブマージア
ーク溶接法があげられる。

このうちサブマージアーク溶接法は比較的大電流を用い
ることが可能であるため、溶接能率が最も良好であり、
突合わせ溶接やすみ肉溶接に広く用いられている。

サブマージアーク溶接法は、電極ワイヤとフラックスと
を組み合わせて行う自動溶接法であるが、ｉｔｉ極ワイ
ヤは開先部への金属の充填と合金の添加が主な［ｉ的で
あり、一方フラッグスの目的は大気からの溶融池の保護
と、フラックスが溶融して生成するスラグによるビード
の整形および脱酸脱硫等による溶接金属特性の向上にあ
り、溶接部品質に対するフラックスの役割は極めて重要
である。

ところで、フラックスの形態としては製造方法により、
溶融型フラックス、焼成型フラックス（焼結型フラック
スも含む）、原料混合型フラックスに大別されるが、溶
融型フラックスは原料を電気炉等の溶解炉で溶融し、冷
却後適正粒度に粉砕しフラックスとしたものであり、焼
成型フラックス（焼結型フラックスも含む）は原料粉を
水ガラス等の固着剤で適正粒度に造粒した後、所定温度
で加熱脱水しスラックスとするものである。また原料混
合型フラックスは、適正粒度の原料をそのまま機械混合
して製造したものである。

以上のフラックスのうち、溶融型フラックスは溶融処理
されて均一な化学組成のものとなっているため、その品
質特性は主に化学組成に依存するものである。一方、他
のフラックスは、原料の状態が殆どでそのまま製品フラ
ックスに持ちきたされるので、フラックスの組成と共に
原料の特性が。

フラックスの品質にとって極めて重要なものとなる。即
ち、原料の物理的または化学的形態、有害な不純物の含
有、結晶水等の水分の含有あるいは吸湿特性等の要因は
、直接フラックス品質に大きく影響するものである。一
般に、これら焼成型フラックス（焼結型フラックスも含
む）および原料混合型フラックスに添加される成分とし
ては、Ｃａｂ。

ＭｇＯ，Ｔｉｅ、　、　Ｓｉｎ、　、　Ａ　Ｑ　、０３
等の金属酸化物、ＣａＦ。

のような金属弗化物、ＣａＣ０，のような金属炭酸塩あ
るいは金属類等であるが、特に金属酸化物においては、
単一組成物ばかりでなく、珪灰石（Ｓｉｎ、　。

Ｃａｂ）、オ′リビンサンド（Ｓｉｎ、　ｔ　Ｍｇ０）
、ドロマイト（Ｃａｂ、　Ｍｇ０）、紅柱石（Ｓｉｎ、
　、　Ａ　Ｑ　、Ｏ，）のような複合酸化物も原料とし
て用いられる。これは、安価な天然鉱石の利用あるいは
入手の容易性等にもよるが、フラックスの品質面からい
えば単一成分よりも多成分系の方が共晶組成の生成によ
り１本来の成分の場合より溶融点が低下し、溶融しやす
くなるためビード形状の改善即ち表面の平滑化および祉
端部のなじみの向上に有効なことによる。たとえば、特
に高溶融点のＣａＯ（溶融点２５７２℃）を多址に用い
る場合は、ＣａＯを含有する複合酸化物で添加した方が
溶融特性が改善され低入熱溶接、高速溶接あるいはすみ
肉溶接におけるビード形状の改善に有効であるが、Ｃａ
Ｏを含有する有用な複合酸化物としては、高炉操業時に
発生するスラグ（以下高炉スラグという）があげられる
。

高炉スラグに含有される成分は、主にＣａｂ、　ＳｉＯ
□であり、さらにＡ”　＊Ｏｘ　＊　ＭｇＯ等が含有さ
れ、サブマージアーク溶接用フラックスの組成と近似し
た組成からなっている。従来この高炉スラグの化学組成
が、通常の溶接フラックスの成分と近似していることに
着目し、特開昭５５−１３６５９４号公報に高炉スラグ
を原料として溶融型フラックスを製造する方法が提案さ
れている。

しかしこの提案は、従来組成の溶融型フラックスを製造
するにあたり原料を低置に得ることが目的であり、フラ
ッ、クス性能を向上させるものではなかった。また同提
案は、高炉スラブに含まれ溶接用フラックス成分として
は好ましくないＳを除去するために溶解処理するもので
あるが、その際溶融状ＪｒＩＡで長時間の保持を必要と
することは、生産コストの増大となっていた。

［発明が解決しようとする、問題点］本発明は靭性向上を目的としてＣａＯおよびＭｇＯを多
麓に含有する焼成型フラックス（焼結型フラックス２を
償む）あるいは原料混合型フラックスにおいて７、低入
熱溶接、高速溶接あるいはすみ肉溶接時に発生しゃすい
ビード形状不良、ビード匿端部のなじみ不良およびアン
ダーカット等の欠陥を防止することを［１的とするもの
である。

［問題点を解決するための手段］本発明の要旨は、高炉スラグを２０〜８７重量％（以下
％という）、ＭｇＯを１２〜４０％、　Ｃａ、　Ｍｇ、
　Ａ　Ｑ　。

ＳＬ、Ｍｎのうち１種又は２種以上の合計を０．２〜ｌ
Ｏ％含有することを特徴とする非溶融型サブマージアー
ク溶接用スラックスにある。

［作用］本発明における高炉スラグとは、高炉操業時に発生する
スラグを意味するもので、その組成はＣａＯ：　３８〜
４６％　、　ＳｊＯ，＝　２９〜３５％、　ＡＱ＊０３
：　１０〜１４％、にｇＯ：４〜９％、　Ｔｉｅ、　：
　０．３〜１．５％等から通常構成されるものである。

本発明は、上記のような高炉スラグを２０〜８７％含有
するものであるが、これは第１には、高炉スラ／中ニ含
有すｈ　ルＣａＯ，Ｓｉｎ、　、　Ａ　Ｑ　、Ｏ，、Ｍ
ｇＯ，ＴｉＯ□の成分がサブマージアーク溶接用フラッ
クスとして極めて有用な成分である事による。

ＣａＯやＮｇＯは塩基性酸化物であり、これにより溶接
金ＪＩ４中の酸素量を低減し、溶接金属の靭性を向上す
るのに極めて有効な成分であり、この観点からフラック
スは多量のＣａｎやＭｇＯを添加することが望ましい。

即ち、フラックス組成として、　ＣａＯをほぼ１０％以
上、ＭｇＯは１２〜４０％含有することが靭性確保の観
点から必要である。

一方、ＣａＯ（溶融点２５７２℃）やＭｇ０（溶融点２
１１００℃）はその溶融点が高い成分であり、比較的高
電流を用いる溶接においては、溶接スラグの耐火性を上
げビード形状に均一性を付与する効果も有する。

しかしこれら成分の両者が上記の如く多量に含有された
場合は、フラックスの耐火性が上がり過ぎ、スムースに
溶は難いため溶接スラグの流動性が阻害され、馬の背状
のビード形状、鉦端部のなじみ不良の欠陥が生ずる。

この場合、　ＣａＯあるいはＭｇＯの少なくともいずれ
かが、その溶融特性が改善されれば上記問題を解決し得
る。

そこで本発明において用いる高炉スラグは、ＣａＯを多
量に含有するとはいえ、ＳｉＯ，、ｉ□０３．ＭｇＯ等
との多成分の複合酸化物であるため、それぞれの単一酸
化物あるいは従来から用いられている複合酸化物に比べ
、溶融点が１４００℃程度まで大幅に低下し、溶融特性
が著しく改善され上記のような欠陥発生を防！ヒする事
ができる。即ち、高炉スラブは、多量のＣａＯを添加す
るのに極めて有用なフラックス原料であり、多量のＭｇ
Ｏと併用しても十分優れたビード形状を得る事ができる
。

さらに高炉スラグ中に含有されるＳｉｎ、は溶融スラグ
中において、スラグの粘性を上げ平滑でなじみの良いビ
ード形状を生成するのに有用な成分であり、特に高速溶
接およびすみ肉溶接におけるビード形状の改善に有効で
ある。またＡＱ２０３もＳｉｎ。

、　と同様のビード形成能を有する成分であり、しかも
５ｉｎ２はどには溶接金属中の酸素量を増加させないた
め、高靭性な溶接金属を得る目的からしても極めて有用
な成分である。これらＳｉＯ□、、ｌ、０３の場合も、
単一酸化物の場合ではその溶融点が５ｉｎ２：　１７１
０℃、　Ａ　Ｑ　、０３：　２０５０℃で、複合酸化物
である紅柱石（Ｓｉｎ２−Ａ　０　、０３）でも１８０
０℃以上とかなり高く、これらを溶融点がほぼ１４００
℃である高炉スラグに置き換える事は、ビード形状、鉦
端部のなじみの改良に著しく有効であると言える。

ところで本発明においては、フラックス全体に対して高
炉スラブ含有琥を２０〜８７％に特定するものであるが
、高炉スラブが２０％未満では以上のような効果が得ら
れず、また溶接金属靭性の向上およびビード形状の安定
化に必要なＣａＯ成分を確保する事ができない。また高
炉スラグの址が８７％を超えると、酸性成分であるＳｉ
ｎ、が過剰となり溶接金属の靭性を阻害する。さらに本
発明フラックスは高炉スラブの他に多量のＭｇＯおよび
脱酸剤等をも含有するものであり、高炉スラブの添加は
８７％以下にする事が必要である。

次に本発明は、高炉スラブから添加されるＭｇＯも含め
てフラックス全体に対するＭｇＯ含有麓を１２〜４０％
に特定するものである。これは、　ＭｇＯがＣａＯと同
様に高塩基性成分であり、優れた溶接金属の靭性を得る
ために有効である事と、ビード形状を均一化するのに効
果的である事の２点によるものであり、これらの効果を
得るにはＭｇＯが１２％以上必要であり、一方ＭｇＯが
４０％を超えると、高融点となり過ぎるため、ビード形
状が劣化することによる。

ＭｇＯの添加原料としては、マグネシアクリンカ−のよ
うな単一酸化物、炭酸マグネシウムのようなＭｇＯを含
む炭酸塩、又はスピネル（ＭｇＯ，Ａ　Ｑ　ｘ０３’）
のようなＭｇＯを含む複合酸化物で、ＭｇＯ相当域に基
いて本特定範囲内で添加する。

さらに、Ｃａ、Ｍｇ、ＡＱ、Ｓｊ、Ｍｎの１種又はは２
種以上の合計を０．２〜ｌθ％とすることも必須であり
、０．２％未満ではビード表面に微小アバタが発生し、
１０％超では溶接金属中の脱酸性金属の址が過剰となり
、靭性および曲げ延性が損われる。なお、Ｃａ、　Ｍｇ
、　Ａ　Ｑ　、　Ｓｔ、　Ｍｎは単独の金属粉か又はＣ
ａ−５ｉ、　ＡＱ−Ｍｇ、　Ｆｅ−Ａ　Ｑ　、　Ｆｅ−
８ｉ、　Ｆｅ−Ｍｎ等他の金属との合金粉で用いる。

本・発明における上記の必須成分以外の他の成分は、通
常のサブマージアーク溶接に用いられる原料であり、Ｍ
ｎＯ，ＭｎＯ，、Ｂａｄ、　ＺｒＯ，等の金属酸化物。

また高炉スラグ中に含まれるＣａｂ、　Ｓｉｎ、　、　
Ａ　Ｑ　、０．　。

ＴｊＯ□も場合により追加して添加することも可能であ
る。さらにＣａＣＯ３，Ｎａ２Ｃｏ、の如き金属炭酸塩
。

ＣａＦ２．　ＮａＦ、　Ａ　Ｑ　Ｆ、　、　Ｎａ５Ａ　
Ｑ　Ｆ、の如き金属弗化物、Ｃａ、　Ｍｇ、　Ａ　Ｑ　
、　Ｓｉ、　Ｍｎの他に、Ｎｉ、Ｍｏ。

Ｃｒのような合金剤等を添加できる。また上記原料の他
に、−辻製造された溶融型フラックスも原料として用い
ることができる。

なお、高炉スラグの形態は、溶融状態から自然冷却した
もの、水冷したもの、あるいは落下させた溶融状態のス
ラグに風圧を当てて粒状としたもの等を、適当な粒度に
調整したものである。

本発明フラックスの形態としては、焼成型フラックス、
焼結型フラックスあるいは原料混合型フラックスである
。

なお、高炉スラグには、Ｓが０．５〜１．０％程度含有
され、従来の溶接用フラックスに比べ多い点で。

溶接金属の耐高温割れ性および靭性の劣化が懸念された
。しかし本発明において、高炉スラグはＣａ０を多斌に
含むこと、さらにＭｇＯを別途添加することにより溶接
中における脱Ｓ作用が極めて大きく、溶接金属へのＳの
歩留が少なく、高温割れや靭性劣化の問題は生じない。

また、高炉スラブ以外に添加する成分として、　ＭｇＯ
のほかにもＣａＦ、等の脱Ｓ作用を有する成分を添加す
れば、全く問題ないことが判明した。

［実施例］以下に本発明の実施例について述べる。

まず第１表に示すようなＦ１〜ＦＩＯの１０ｉｔｊ類の
フラックスを作製した。Ｆ１〜■パ６は本発明例のフラ
ックスで、１・７〜ＦＩＯは本発明の効果を明確にする
ための比較例である。比較例Ｆ７は本発明例の１７１、
同じ＜Ｆ８はＦ４の組成に近似するが高炉スラグの含有
社が不足する場合、Ｆ９はＭｇＯが不足の場合、ｌ？ｌ
Ｏは高炉スラグが過剰の場合である。

第１表の最下側にそれぞれのフラックスの形態を示すが
、焼成形および焼結形フラックスの場合は、　ＪＭ料粉
を水ガラスで１２〜１００メツシユに造粒し、前者は５
００℃Ｘ２ｈｒ、後者は８００℃Ｘ　２ｈｒの条件で加
熱脱水した。原料混合形フラックスでは、粒径が２０メ
ツシユ以下で調整した原料を単純機械混合して作製した
。なお、ここで用いた高炉スラグの組成を第２表に示す
。

次に本フラックスを用いて第５表に示す溶接条件で、水
平すみ肉溶接（ＣＩ）および突合わせ溶接（Ｃ２，Ｃ３
）を実施した。この場合の供試ワイヤと供試鋼板を第３
表（Ｗｌ、　Ｗ２）および第４表（ＰＩ、　Ｐ２）に、
開先形状を第１図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）にそれぞ
れ示す。

溶接実施後、水平すみ肉溶接（Ｃｔ）および突合わせ溶
接（Ｃ２）での溶接作業性について評価すると共に、突
合わせ溶接（Ｃ３）による溶接金属の衝撃試験を、第２
図に示すような位置よりＶノツチシャルピー試験片３（
ＪＩＳ　Ｚ　３１１２４号）を採取し実施した。なお、
溶接金属の耐高温割れ性評価として、水平すみ肉溶接（
Ｃ１）のビードについては５０１１ＩＩＩｌ毎に作製し
たマクロ断面試験片の断面＆ｌＩ　ＦＡにより、突合わ
せ溶接（Ｃ２，Ｃ３）でのビードについてはＸ線透過試
験により、それぞれ割れの有無を調査した。

以」―の結果を第６表に示すが、本発明によるフラック
スＦｔ〜ト”６を用いた場合は、充分満足し得る結果が
得られた。これに対し比較例のフラックスＦ７〜ＦＩＯ
を用いた場合には、高炉スラグの不足あるいは過剰等が
原因して不満足な結果となった。

［発明の効果］以＝ｌ二述べた如く本発明フラックスにおいては、高炉
スラグの適正ｂｔ添加の効果により、ビード形状および
踵端部のなじみ等が優れた溶接ビードが得られ、かつ良
好な靭性および耐割れ性の優れた溶接金属を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は開先形状を示
す図、第２図は衝撃試験片の採取位置を示す図である。ｌａ、　ｌｂ・・・母材、２・・・裏はつり形状、３・
・・衝撃試験片。

Claims

【特許請求の範囲】

重量％で、高炉スラグを２０〜８７％、ＭｇＯを１２〜
４０％、Ｃａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎのうち１種又は
２種以上の合計を０．２〜１０％含有することを特徴と
する非溶融型サブマージアーク溶接用フラックス。