JPS6358077B2

JPS6358077B2 -

Info

Publication number: JPS6358077B2
Application number: JP56152324A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tanigaki; Teruhisa Yamada; Motohiro Ootawa
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-09-26
Filing date: 1981-09-26
Publication date: 1988-11-14
Also published as: JPS5853394A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は海洋構造物、低温貯蔵タンク、パイプ
ラインなど大型構造物の溶接に用いられ、COD
特性（Crack Opening Displacement：亀裂開口
変位量）のすぐれた溶接金属の得られる低水素系
被覆アーク溶接棒に関するものである。溶接金属のCOD特性を向上させるとともに、−
50℃程度の低温において高靭性を得るには溶接金
属中にTiとＢを適当添加してそのミクロ組織を
微細化・均一化することが有効であることが知ら
れている。通常Ｂを溶接金属に添加するにあたつ
てはＢの酸化物またはＢの酸化物の化合物の形で
添加するものがよいとされ、たとえば硼砂、無水
硼砂、灰硼石、カーン石などで添加されていた。
これは溶接中にＢの酸化物が還元されて溶接金属
中にＢが均一に分散して組織を微細化するととも
にＮを固定するものである。しかしながら、Ｂを添加するにあたつてＢの酸
化物またはＢの酸化物の化合物を被覆剤中に添加
すると溶接棒の製造工程で種々の問題点が生じ、
たとえば水ガラスを添加して混練後押出し用ブリ
ケツト製作時のブリケツトの軟弱化、乾燥時の被
覆のわれや乾燥の被覆剤の固着性の劣化などがあ
つた。また溶接時にも前記の固着性の劣化に起因
すると思われる保護筒の弱り現象がみられ、溶接
作業性を劣化させていた。本発明は溶接棒製造時の生産性および溶接作業
性がすぐれ、溶接金属中に適量のTiおよびＢを
含むことによりすぐれたCOD特性と低温靭性を
有する低水素系被覆アーク溶接棒に関するもの
で、その要旨とするところは、Ｎが0.007％以下
である炭素鋼心線にCaCO₃，MgCO₃，BaCO₃の
１種または２種以上の合計を25〜55％、チタン酸
化物をTiO₂に換算して２〜10％、CaF₂，
Na₃AlF₆，MgF₂，AlF₃の１種または２種以上の
合計を１〜25％、Siを１〜８％配合し、さらに
Fe，Ti，Al，Zr，Cr，Mo，Mn，NiのＢ合金ま
たはＢの炭化物の１種または２種以上の合計をＢ
に換算して0.1〜0.6％配合し、且つこれらのＢ合
金のうちでMnはＢ合金以外のMnとの合計が２
〜６％、TiはＢ合金以外のTiとの合計が0.5〜3.0
％であつて、さらにAl，Mg，Ca，Zrの１種また
は２種以上の合計がAl，ZrについてはＢ合金で
添加されるものを含めて0.1〜4.0％であつて、そ
の他は上記成分以外のスラグ剤、アーク安定剤、
粘結剤からなる被覆剤を軟鋼心線に被覆したこと
を特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒にある。次に本発明を詳細に説明する。まず心線中のＮ量が溶接金属のCOD値におよ
ぼす影響を調べる目的で、Ｎ量を0.0035〜0.011
％の範囲で段階的に変化させた炭鋼心線の表面に
CaCO₃42％，CaF₂18％，TiO₂4％，Fe―Si11％，
金属Ti2.5％，金属Mn4.5％，Fe―Al2％，Fe―
B3％，鉄粉７％で残りが固着剤の固質分からな
る被覆剤を通常の方法で押出塗装し、400℃にて
１時間乾燥して試験溶接棒を作成した。溶接は板厚30mmのアルミキルド鋼板に開先角度
60゜のＸ開先でルートギヤツプ１〜３mmとし、前
記溶接棒を用いて立向姿勢で入熱を約40kJ／cm
で行ない、その後英国規格BS5762―1979に従つ
て−50℃にて溶接金属のCOD試験を行なつた。
これらの試験結果として、心線のＮ量とCOD値
の関係を第１図に示す。これによると、３本のCOD試験の最低値を結
ぶ線は心線中のＮ量が低いほど高いところにある
ことがわかる。−50℃におけるCOD値の最低値が
0.2mm以上を良好とすれば、心線中のＮ量を0.007
％以下にする必要がある。次にＢ化合物の適正配合量を調べる目的でＮ量
が0.0035〜0.0092％の炭素鋼心線の表面に
CaCO₃40％，CaF₂20％，Fe―Si10％，TiO₂4％，
金属Ti2％，金属Mn4％，Fe―Al2％配合した被
覆剤に対しFe―Ｂ（Ｂ含有量８％）を１〜８％と
なるよう添加・混合し、さらに水ガラスを加えて
混練の上塗装、乾燥して試験溶接棒を作成した。
溶接およびCOD試験の要領は前述と同じである。試験の結果を第２図に示す。同図から明らかな
ように、心線中のＮ量が0.0078％の場合には被覆
剤中のＢ含有量によらず−50℃におけるCOD値
は0.2mmに達していない。しかしながら、心線中のＮ量が0.0065％となる
と被覆剤中のＢ量が0.1〜0.6％の範囲でCOD値は
0.2mmをこえている。心線中のＮ量がさらに低下
すればCOD値が0.2mmをこえるＢの添加範囲はさ
らに広くなつている。以上の結果より心線中のＮが0.007％以下の範
囲では被覆剤中のＢ量は0.1〜0.6％の範囲が適当
であることがわかる。なお、第２図ではFe―Ｂを用いた例を示した
が、Fe―Ｂ以外にもTi，Al，Zr，Cr，Mo，
Mn，NiのＢ合金を用いて同様な効果を得ること
ができ、またＢの炭化物を用いてもよいことが確
認された。これらのＢ合金は強脱酸剤あるいは溶
接金属の強度、靭性を向上させる合金元素を含有
しており、溶接構造物の使用目的、用途に応じて
適宜選択使用することができる。なお、Ｂ合金としては上記の他にNb―Ｂ，Ｖ
―ＢまたはＷ―Ｂなどについて検討したがいずれ
も靭性およびCOD特性を損なう元素（Nb，Ｖま
たはＷ）を伴なつており良好な結果が得られなか
つた。したがつてＢ合金の種類は前述のとおり限
定する。次にＢ合金以外の被覆剤についてその限定理由
を述べる。 CaCO₃，MgCO₃，BaCO₃の１種または２種以
上の合計は25〜55％必要である。これらの炭酸塩
は溶接中に分解してCO₂ガスを発生し溶融金属へ
のＮ，Ｏ，Ｈなどの有害ガスの侵入を防止するも
のであつて、被覆剤中への配合量が25％に満たな
いと大気シールド効果が十分でなくピツト、ブロ
ーホールなど溶接欠陥を生ずる。さらに高COD
を要求される材料にあつては溶接金属中にＮが増
加してCOD値を低下せしめる。よつて下限は25
％とする。一方55％をこえて配合するとスラグは
CaOが多くなつて流動性が乏しくなり溶接作業性
が劣つて実用的でない。チタン酸化物はTiO₂に換算して２〜10％必要
である、チタン酸化物としてはイルミナイト、ル
チル、チタンスラグなどが用いられるが、これら
は強脱酸剤であるAl，Mg，Ca，Zrなどとの併用
によつて一部が還元されてTiOあるいはTiとな
つて溶接金属中に入りその性質を改善するほか、
アークの安定化、スラグの粘性調整作用などもあ
り溶接作業を容易にするものである。Ti酸化物
の添加量がTiO₂に換算して２％に満たないと前
述の効果が十分でなく、逆に10％をこえて添加す
ると、スラグが著しく粘性を増してビード形状が
不揃いとなるばかりでなく特に立向姿勢で溶接が
困難となる。よつてチタン酸化物はTiO₂に換算
して２〜10％に限定する。次にCaF₂，Na₃AlF₆，MgF₂，AlF₃の１種ま
たは２種以上の合計は１〜25％必要である。これ
らの弗化物はスラグの粘性を調整してビードの被
包性を向上させるとともに溶接作業性を改善する
働きを有するものであるが、１％未満ではこの働
きが十分でなく、25％を超えて配合されるとスラ
グの流動性が大きくなりすぎて溶接が困難にな
る。したがつてCaF₂，Na₃AlF₆，MgF₂AlF₃の
１種または２種以上の合計は１〜25％と限定し
た。 Siは脱酸剤として添加される。Siの添加形態は
Si単独の他、Si以外の配合成分との合金、たとえ
ばFe―Si，Ca―Si，Si―MnあるいはZr―Siなど
いずれでもよいが、これらのSiの合計が１％未満
ではピツトあるいはブローホールが生じやすく、
一方８％をこえて添加すると溶接金属中にSiが過
剰に歩留つて衝撃靭性を著しく損なう。よつてSi
は１〜８％と限定する。 Mnは合金剤として、あるいはSiと同様に脱酸
剤として添加される。Mnを添加するにあたつて
は金属Mnの他Mn以外の配合成分との合金、た
とえばFe―Mn，Si―Mn、あるいはMnのＢ合金
などいずれでもよく、これらのMnの合計で２〜
６％必要である。Mnが２％に満たないと溶接金
属の引張強さが不足し、またTiとＢ，Mnの相乗
効果がなくCOD特性を向上させることができな
い。逆に６％をこえて添加すると溶接金属には多
量のMnが歩留ることと強度を過剰に高めるため
CODを損なうこととなる。よつてMnは２〜６％
と限定する。 Tiは0.5〜3.0％必要である。Tiは脱酸剤として
有効であると同時に、生ずるTi酸化物は溶接金
属の凝固時に微細な針状フエライトの生核とな
る。Tiの量が0.5％未満では前述の効果が十分で
なく3.0％をこえて添加すると溶接金属中にTiが
過剰に歩留つて靭性を損なう。なお、Tiの添加
形態としては金属Ti，Fe―Ti，TiB合金などが
ある。 Al，Mg，Ca，Zrの１種または２種以上の合計
は0.1〜4.0％必要である。これらはいずれもTiよ
り強力な脱酸剤として作用し、チタン酸化物を還
元して微細な針状フエライトの生成核を多数生ぜ
しめるものである。これらの合計が0.1％未満で
はその効果が十分でなく、4.0％をこえて添加す
ると生成するAl₂O₃，MgO，CaO，ZrO₂などの
酸化物によりスラグの物性が変化して溶接作業性
に好ましくない影響をおよぼす。なお、Alおよ
びZrについてはＢ合金の形で添加された場合に
も金属単体または合金として添加された場合と同
じ効果が得られるのでＢ合金より添加した場合に
はその量も含んでいる。上記成分の他は通常の低水素系被覆アーク溶接
棒と同様にSiO₂，Al₂O₃，MgOなどのスラグ生
成剤CaO，Li₂O，Na₂O，K₂O，KAlSi₃O₈，
NaAlSi₃O₈などのアーク安定剤および粘結剤と
して水ガラスを適量加えることができる。さらに溶接棒の用途に応じて被覆剤中には鉄
粉、Ｂ合金以外のNi，Cr，Moなどの合金剤を添
加してもよい。次に実施例により本発明の効果をさらに具体的
に説明する。実施例第１表に本発明溶接棒および比較溶接棒を示
す。溶接棒はいずれも4.0×400mmの炭素鋼心線に
被覆剤を被覆外径6.3mmで塗装したのち400℃にて
１時間乾燥して用いた。溶接方法は板厚30mmのアルミキルド鋼に60゜X
開先をとり、ルートギヤツプ２mmの立向溶接と
し、初層は130A，２層以降は150Aで溶接入熱は
40kJ／cmとした。溶接終了後英国規格BS5762―
1979に従つて試験片を採取の上、ノツチ加工をし
て溶接金属のCOD試験を実施した。なおノツチ
はサイドノツチ、試験温度は−50℃である。
COD値は0.2mm以上のものを良好とした。また最
終パス側の板厚表面下２mmより２mmＶノツチシヤ
ルピー衝撃試験片を採取し−50℃にて試験を行な
つた。この場合に、吸収エネルギーが５Kgｆ・ｍ
以上のものを良好とした。さらに溶接時に作業の難易を注意深く観察し溶
接作業性の判定を行なつた。試験の結果を第２表
に示す。本発明溶接棒No.１〜No.９では心線中のＮはすべ
て0.0066％以下であるとともに被覆剤中のＢ含有
量も0.1〜0.6％の範囲に入つており、またその他
の成分も本発明の範囲内であるため−50℃におけ
るCOD値は0.41mm以上と非常に良い値を示してい
る。シヤルピー衝撃試験でも14.5Kgｆ・ｍ以上で
あり、溶接作業性、生産歩留ともに良好である。
これに反して比較溶接棒No.10〜No.15では溶接金属
の衝撃値、COD値、溶接作業性あるいは生産歩
留のいずれかに問題があり総合的には良好とは言
えない。すなわちNo.10では心線中のＮは0.0062％と本発
明範囲内に入つているにもかかわらず被覆剤中の
Ｂが0.045％と低いため十分なCOD値が得られな
い。No.11では心線中のＮが高くまた被覆剤中のＢ
も0.64％と高いので溶接金属は衝撃値、COD値と
もに低い。No.12では被覆剤中のＢは適正であるが
心線中のＮが高すぎ、また被覆剤中の炭酸塩が少
なくてCaF₂およびTiO₂が多いので衝撃値、COD
値が低いばかりでなく溶接作業性にも問題があ
る。No.13〜No.15ではＢ源としてＢの酸化物の化合
物である硼砂を用いているため生産歩留が悪い。
さらにNo.13では心線のＮが高く、またNo.15では、
被覆剤中にTiを含まないので十分なCOD値が得
られなかつた。以上説明したように本発明溶接棒を用いて溶接
すれば低温における衝撃靭性、COD特性および
溶接作業性のすぐれた溶接金属が得られ、また生
産歩留が向上するので広く産業界に貢献できるも
のである。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は心線中のＮ量がCOD値におよぼす影
響を示す図、第２図は被覆剤中のＢ量がCOD値
におよぼす影響を示す図（数字は心線中のＮ％）
である。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｎが0.007％以下である炭素鋼心線に、
CaCO₃，MgCO₃，BaCO₃の１種または２種以上
の合計を25〜55％、チタン酸化物をTiO₂に換算
して２〜10％、CaF₂，Na₃AlF₆，MgF₂，AlF₃
の１種または２種以上の合計を１〜25％、Siを１
〜８％配合し、さらにFe，Ti，Al，Zr，Cr，
Mo，Mn，NiのＢ合金またはＢの炭化物の１種
または２種以上の合計をＢに換算して0.1〜0.6％
配合し、且つこれらのＢ合金のうちでMnはＢ合
金以外のMnとの合計が２〜６％、TiはＢ合金以
外のTiとの合計が0.5〜3.0％であつて、さらに
Al，Mg，Ca，Zrの１種または２種以上の合計が
Al，ZrについてはＢ合金で添加されるものを含
めて0.1〜4.0％であつて、その他は上記成分以外
のスラグ剤、アーク安定剤、粘結剤からなる被覆
剤を軟鋼心線に被覆したことを特徴とする低水素
系被覆アーク溶接棒。