JPS6332558B2 - - Google Patents

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JPS6332558B2
JPS6332558B2 JP57044894A JP4489482A JPS6332558B2 JP S6332558 B2 JPS6332558 B2 JP S6332558B2 JP 57044894 A JP57044894 A JP 57044894A JP 4489482 A JP4489482 A JP 4489482A JP S6332558 B2 JPS6332558 B2 JP S6332558B2
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JP
Japan
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welding
less
toughness
wire
strength
Prior art date
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Expired
Application number
JP57044894A
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English (en)
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JPS58159994A (ja
Inventor
Kyoshi Nakajima
Kimio Yamada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP4489482A priority Critical patent/JPS58159994A/ja
Publication of JPS58159994A publication Critical patent/JPS58159994A/ja
Publication of JPS6332558B2 publication Critical patent/JPS6332558B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/3066Fe as the principal constituent with Ni as next major constituent

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、100Kgf/mm2級若しくはそれ以上の
強度を有する高張力鋼の溶接に適したワイヤに関
し、詳細には高強度と高切欠靭性の両面において
満足すべき溶接金属を与える不活性ガスシールド
アーク溶接用ワイヤに関するものである。 溶接金属の物性を母材の物性と同等若しくはそ
れ以上にすることは、溶接冶金におけるもつとも
重要で且つ基礎的な課題であるが、高張力鋼の溶
接においては特に重要な意義を有している。従つ
て高張力鋼の溶接においては、溶接材料や溶接方
法について通常程度以上の留意をなすことが要求
されており、例えば本出願人は80Kgf/mm2級以上
の高張力鋼の溶接に適したワイヤを提案している
(特開昭48−103047)。該ワイヤはMIG溶接用と
して開発されたものであり、同公報記載の実施例
に示した如く、83.3Kgf/mm2あるいは87.7Kgf/
mm2の引張強さを有する溶接金属を与えることに成
功し、当分野に多大の貢献を果している。しかし
その後十年に及ぶ技術の進歩は、100Kgf/mm2
あるいはそれ以上の高強度を有する超高張力鋼を
出現させ、これらを日常的に市場へ提供する程に
なつており、当然のことながらこれらに見合う溶
接材料が必要になつてきている。しかるに前述の
提案ワイヤでは、100Kgf/mm2級の高強度溶接金
属を与えることができず、超高張力鋼の溶接に対
応できる様な溶接ワイヤの開発が望まれている。
又この様な超高張力鋼が用いられる分野の使用環
境は益々厳しいものとなつており、高強度と同時
に高靭性であることも望まれる。 本発明はこの様な事情に着目してなされたもの
であつて、100Kgf/mm2級以上の超高張力鋼溶接
において、100Kgf/mm2以上の高強度を発揮し且
つ切欠靭性において遜色のない溶接金属を与える
溶接用ワイヤの提供を目的とするものである。し
かるに高強度鋼の溶接において、フラツクスを用
いた被覆アーク溶接棒による場合あるいは潜弧溶
接による場合拡散性水素による割れの問題がつき
まとい、溶接材料の乾燥及び再乾燥等を相当厳密
に行なう必要があり、それでも尚且つ強度と靭性
のバランスを保つことが困難である。そこで本発
明者等はMIG溶接やTIG溶接等の不活性ガスシ
ールドアーク溶接の方が適していると考え、これ
らの溶接手法に用いられる溶接ワイヤの開発によ
つて上記目的の達成を図ろうとした。 即ち本発明に係る溶接用ワイヤとは、C:0.15
%(重量%の意味、以下同じ)以下、Si:0.25〜
0.70%、Mn:1.1〜2.0%、Ni:2.0〜4.0%、Cr:
0.41〜1.50%、Mo:0.65〜1.30%、P:0.030%以
下、S:0.030%以下、Cu:0.30%以下、Ti:
0.15%以下、B:0.001%以下、Al:0.010%以下、
O:0.010%以下、N:0.007%以下、残部が実質
的にFeと0.03%以下のNbから成るものである点
に要旨を有するものである。 本発明の完成に当つては、高強度と高靭性の2
点に留意を払う必要があつたが、超高張力鋼を溶
接対象にするという点から、まず高強度溶接金属
を形成するということを第1目標とし、次いで高
靭性の付与を第2目標に置いた。第1目標の高強
度溶接金属については前出の公開公報を参照し
種々検討したところ、大枠的には同公報に従いつ
つ特にMoについて、同公報記載の実施例におけ
るMo含有率より多く配合したワイヤを用いるこ
とによつて見事に達成されることを見出した。し
かし靭性については同公報実施例の記載に比べて
かなり低下しており、第2目標の達成がかなり困
難であるとの見通しを持たざるを得なかつた。そ
こで靭性向上元素として知られているTi及びB
を配合してみたが、靭性改善の跡は認められず、
むしろTiやBの配合量が増えるにつれて靭性を
低下させるという傾向すらみられた。そこで全く
別の方策を考える必要に迫られ種々検討したとこ
ろ、Nbをごく微量加えても一気に靭性改善の気
ざしが現われ、且つ高強度性に対して如何なる悪
影響も与えないことを確認し、茲に第1、第2の
両目標を夫々不都合なく達成することに成功し
た。上述した様な本発明に至る経緯を実験データ
に基づいて説明すると以下の通りである。 まず第1表は前出の公開公報に基づいて試作し
たワイヤの化学組成を示す。
【表】 80Kgf/mm2級高張力鋼(19mmt)にV開先を形
成し、開先角度45゜、ルートギヤツプ:12mmで突
合わせ、MIG溶接(ワイヤA、B、シールドガ
ス:Ar+20%CO2)及びTIG溶接(ワイヤC、
シールドガス:純Ar)を行なつた。溶接条件及
び溶接結果は第2表に示す通りであつた。
【表】 の結果:以下同じ)
即ち靭性においてはまずまずの値を示したが、
引張強さが100Kgf/mm2に届かなかつた。そこで
ワイヤAをベースにとり、ワイヤ組成を改めてワ
イヤD、E、Fを試作した。
【表】 ワイヤD、E、Fは張力強さの向上を狙つて
Mn、Cr及びMoを増量させたものであり、この
うちワイヤE、Fは靭性の向上を狙つて更にNi
を増量させたものである。そして今度は100Kg
f/mm2級高張力鋼(19mmt)を母材とし、第2表
の場合と全く同様の開先を形成してMIG溶接
(ワイヤD、E、シールドガス:Ar+5%CO2
及びTIG溶接(ワイヤF、シールドガス:純Ar)
を行なつた。溶接条件及び溶接結果は第4表に示
す通りであつた。即ち張力強さは目標どおり100
Kgf/mm2を達成できたが、吸収エネルギーは意外
な程の低下を示し、到底実用できるものではなか
つた。
【表】 そこで溶接金属の靭性向上を狙つてTi及びB
を添加すると共に、O及びNの規制を厳しくして
試作ワイヤG、H、Iを作製した(第5表)。
【表】 ワイヤG、H、Iを用い、第3、4表の場合と
全く同じ母材を対象として溶接実験を行なつた。
シールドガス組成の選択も第3、4表の場合に準
じた。溶接条件及び溶接結果は第6表に示す。
【表】 第6表に示す様に、TiやBを入れたものは、
無配合のものより却つて低靭性となつており、従
来の一般的冶金概念と相入れないものであつた。
そこで前述の如く種々の合金元素について検討を
加えた結果、Nbを配合することによつて靭性の
改善が認められ、且つNbは溶接金属の高強度に
悪影響を及ぼすことがないという結論を得た。第
7表は試作ワイヤーの一例を示すものである。
【表】 第3〜6表の場合と全く同様の溶接実験を行な
つた。溶接条件及び溶接結果は第8表に一括して
示す通りである。
【表】 第8表に示す様に0.03%以下のNbを入れたも
の(ワイヤJ、K)では、吸収エネルギーが顕著
に高くなつており、しかも引張強さには実質的な
悪影響を全く与えておらず、本発明の目的を完全
に適えるものであることが分かつた。しかしワイ
ヤLに示す如くNbを0.05%配合したものでは再
び靭性の低下が認められ、Nbといえども過剰に
配合すべきでないことが分かつた。尚Nbの下限
については、実質的に定めようがなく、たとえ微
量といえども、それが実質的に存在する限りは靭
性改善効果を発揮することが確認された。 次に本発明における各合金元素の数値範囲限定
根拠を説明する。 C:0.15%以下 Cは溶接金属の強度を向上させる元素であるが
0.15%を越えると耐割れ性に問題が生じてくるの
で0.15%以下とすべきである。 Si:0.25〜0.70%、Mn:1.1〜2.0% Si及びMnはいずれも脱酸剤として作用するが、
前者は0.25%以上、後者は1.1%以上でないと脱
酸効果を発揮しない。しかし前者が0.70%を越え
たり後者が2.0%を越えると、靭性の劣化を招く
ので上述の範囲と定めた。 Ni:2.0〜4.0% 靭性向上元素であるが2.0%未満では十分な靭
性を確保することが困難となり、逆に4.0%を越
えると高温割れの恐れがある。 Cr:0.41〜1.50%、Mo:0.65〜1.30% 溶接金属に適正強度を与え、特に100Kgf/mm2
級の高張力を保障する元素であり、該効果を発揮
させるにはCr:0.41%以上、Mo:0.65%以上の
添加が必要である。しかしCr:1.50%超、Mo:
1.30%超では溶接金属の切欠靭性を悪化させるの
で除外した。 P、S:0.030%以下 いずれも溶接金属の切欠靭性に悪影響を与える
元素であるから、0.030%以下と定めた。 Cu:0.30%以下 Cuが0.30%を越えると耐割れ性及び靭性の低下
を招くので、不純元素と考え0.30%を上限と定め
た。 Ti:0.15%以下 本来ならば靭性改善効果を発揮する元素である
が、上述した様に却つて逆の作用を示した。そこ
で不純元素と考え0.15%以下と定めたが、アーク
熱雰囲気下で酸化されるとTiO2が生成され、特
にTIG溶接の場合はタングステン電極に付着して
溶接アークの安定性を劣化させるので、TIG溶接
用のフイラーワイヤとして利用する場合は特に厳
密に考え、0.01%を上限とすべきである。 B:0.001%以下 BもTiと同様本来は靭性改善元素であるが、
前に述べた様に却つて逆の作用を示し、しかもそ
の影響はTiよりも大きい様である。従つて上限
を0.001%と定めた。 Al:0.010%以下 Alは脱酸剤として作用し、他方ではスパツタ
の減少作用を発揮するが、0.01%を越えるとTi同
様靭性に悪影響を与え、特にTIG溶接では酸化物
がタングステン電極に付着してアークの安定性を
低下するので、0.01%を上限と定めた。 O:0.010%以下、N:0.007%以下 いずれも溶接金属の靭性に悪影響を与えるので
夫々上記の通り制限を設けた。尚Nについては後
述のNbと反応し、NbNを形成することによつて
結晶粒の微細化、ひいては靭性の向上に寄与する
ものである。 Nb:0.03%以下 溶接金属中においてNb化合物(例えばNbN)
を生成し、結晶粒を微細化する元素であるが、
0.03%を越えると却つて靭性を低下させるので
0.03%以下と定めた。 本発明のワイヤは上述の如く構成され、溶接金
属の引張強さ及び靭性を極めて高いレベルに発揮
させることができるから、100Kgf/mm2級の超高
張力鋼溶接において極めて有力な溶接材料が提供
されることとなつた。尚不活性ガスシールドアー
ク溶接に適用するに当つて、MIG溶接を選択す
るかTIG溶接を選択するかについては、ワイヤ組
成や溶接能率等を勘案して定めれば良い。 次に本発明の実施例を説明する。 実施例 1 第9表に示す成分組成のワイヤを試作し、第3
〜8表の場合と同様の溶接実験を行なつた。溶接
条件及び溶接結果は第10表に一括して示す。
【表】
【表】 第9、10表から明白である様に、本発明の条件
を満足するものは全て高強度の溶接金属を与え、
又極めて微量のNbが存在するだけでありながら
いずれも良好な靭性を示している。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 C:0.15%(重量%の意味、以下同じ)以
    下、Si:0.25〜0.70%、Mn:1.1〜2.0%、Ni;2.0
    〜4.0%、Cr:0.41〜1.50%、Mo:0.65〜1.30%、
    P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cu:0.30%
    以下、Ti:0.15%以下、B:0.001%以下、Al:
    0.010%以下、O:0.010%以下、N:0.007%以
    下、残部が実質的にFeと0.03%以下のNbから成
    るものであることを特徴とする100Kgf/mm2級若
    しくはそれ以上の高張力鋼溶接用不活性ガスシー
    ルドアーク溶接用ワイヤ。
JP4489482A 1982-03-19 1982-03-19 不活性ガスシ−ルドア−ク溶接用ワイヤ Granted JPS58159994A (ja)

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