エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ
【課題】 良好な低温靭性を有する溶接部を形成できるようにする。
【解決手段】 フラックス充填率が20〜30重量％であり、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｃ（外皮中のＣを含む）：0.02〜0.10％、Si（外皮中のSiを含む）：0.20〜0.60％、Mn（外皮中のMnを含む）：1.5〜2.5％、Ni：1.5〜3.5％、Ti：0.10〜0.30％、Ｂ：0.004〜0.025％、Mg：0.10〜0.50％、金属弗化物（Ｆ換算）：0.20〜1.00％、Ca：0.20〜1.20％とし、Ｐ：0.02％以下、Ｓ：0.02％以下とし、Ti／Ｂ比を５〜50とし、外皮中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣH、フラックス中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣFとしたとき、ＣH／ＣF比が0.10〜2.50とする。
【解決手段】 フラックス充填率が20〜30重量％であり、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｃ（外皮中のＣを含む）：0.02〜0.10％、Si（外皮中のSiを含む）：0.20〜0.60％、Mn（外皮中のMnを含む）：1.5〜2.5％、Ni：1.5〜3.5％、Ti：0.10〜0.30％、Ｂ：0.004〜0.025％、Mg：0.10〜0.50％、金属弗化物（Ｆ換算）：0.20〜1.00％、Ca：0.20〜1.20％とし、Ｐ：0.02％以下、Ｓ：0.02％以下とし、Ti／Ｂ比を５〜50とし、外皮中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣH、フラックス中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣFとしたとき、ＣH／ＣF比が0.10〜2.50とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高能率な大入熱用のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、溶接部の低温靱性を改善したエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】エレクトロガスアーク溶接部の低温靭性を改善する技術として、特開平４−８９１９６号公報又は特開平４−２７９２９５号公報に開示されたものがある。
【０００３】特開平４−８９１９６号公報には、スラグ生成剤が金属弗化物のみからなるフラックスを鋼製外皮中に充填して、複合ワイヤ全重量に対して、金属弗化物：０．７〜１．５％、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｓｉ：０．１５〜０．５％、Ｍｇ：０．１〜０．６％、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％、Ｎｉ：１．５〜４．５％、Ｂ：０．００２〜０．０２％、鉄粉：１０〜２５％を含有させたエレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤが開示されている。また、特開平４−２７９２９５号公報には、スラグ生成剤が金属弗化物と金属酸化物からなり、金属弗化物／金属酸化物＝０．３〜０．８であるフラックスを鋼製外皮中に充填して、複合ワイヤ全重量に対して、スラグ生成剤：０．７〜１．５％、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｓｉ：０．１５〜０．５％、Ｍｇ：０．１〜０．６％、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％、Ｎｉ：１．５〜４．５％、Ｂ：０．００２〜０．０２％、鉄粉：１０〜２５％、必要に応じてＡｌ：０．００５〜０．２５％をフラックスに含有させ、かつ鋼製外皮＋フラックス中のＣの総和を０．０２〜０．０６％としたエレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これらの従来技術で開示されているエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、比較的入熱量が低い（約１００ｋＪ／ｃｍ）場合に有効であり、大入熱溶接（２００ｋＪ／ｃｍ以上）においては、溶接金属の靭性を改善できるまでは至っていない。
【０００５】最近のコンテナ船のシャーストレーキに代表されるように、肉厚部へのエレクトロガスアーク溶接の適用が近時注目されているが、従来、この肉厚部に大入熱のエレクトロガスアーク溶接を適用すると、溶接施工能率は優秀であるものの、溶接部において、充分な靭性が得られず、このため、この種の分野において、大入熱エレクトロガスアーク溶接は未だ適用されていないのが現実である。
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、大入熱溶接において、良好な低温靭性を有する溶接部を形成することができる高能率なエレクトロガスアーク溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係るエレクトロガスアーク溶接用ワイヤは、フラックス充填率が２０乃至３０重量％であり、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｃ（外皮中のＣを含む）：０．０２乃至０．１０％、Ｓｉ（外皮中のＳｉを含む）：０．２０乃至０．６０％、Ｍｎ（外皮中のＭｎを含む）：１．５乃至２．５％、Ｎｉ：１．５乃至３．５％、Ｔｉ：０．１０乃至０．３０％、Ｂ：０．００４乃至０．０２５％、Ｍｇ：０．１０乃至０．５０％、金属弗化物（Ｆ換算）：０．２０乃至１．００％、Ｃａ：０．２０乃至１．２０％を含有し、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下に規制され、Ｔｉ／Ｂ比が５乃至５０であり、外皮中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣH、フラックス中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣFとしたとき、ＣH／ＣF比が０．１０乃至２．５０となることを特徴とする。
【０００８】このエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ａｌ：０．１０％以下を含有することができる。
【０００９】また、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｍｏ：０．５０％以下及びＣｒ：０．５０％以下の少なくとも一方を含有することができる。
【００１０】更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、アルカリ金属化合物をアルカリ元素換算値で０．０１乃至０．５０％含有することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおける各成分の添加理由及び組成限定理由について説明する。なお、以下、各成分の％は、ワイヤ全重量に対する割合である。
【００１２】Ｃ（炭素）：０．０２乃至０．１０％（外皮中のＣも含む）Ｃが０．０２％未満では、焼入性が不足し、溶接部の靭性及び引張性能が劣化する。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接部の強度が高くなりすぎ、靭性が劣化すると共に、高温割れが生じやすくなる。このため、外皮も含めて、Ｃ量を０．０２乃至０．１０％、好ましくは０．０４乃至０．０７％にする。
【００１３】Ｓｉ（シリコン）：０．２０乃至０．６０％（外皮中のＳｉも含む）Ｓｉが０．２０％未満では、溶接部の延性が低下し、逆にＳｉが０．６０％を超えると、溶接部の強度が過剰に高くなり、靭性が劣化して高温割れが生じやすくなる。このため、Ｓｉ量は０．２０乃至０．６０％、好ましくは０．３０乃至０．５０％とする。このＳｉ量を調節するための、Ｓｉ源としては、Ｆｅ−Ｓｉ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金等がある。
【００１４】Ｍｎ（マンガン）：１．５乃至２．５％（外皮中のＭｎも含む）Ｍｎが１．５％未満では、焼入性が不足し、溶接金属部の靭性及び引張性能が劣化する。一方、Ｍｎが２．５％を超えると、強度が高くなりすぎ、靭性が劣化して高温割れが生じやすくなる。このため、Ｍｎ量は１．５乃至２．５％、好ましくは１．５乃至２．０％とする。このＭｎ源としては、金属Ｍｎ及びＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金がある。
【００１５】Ｎｉ（ニッケル）：１．５乃至３．５％Ｎｉは溶接部の低温靭性を安定させる作用を有し、常に低温靱性が優れた溶接部を得ることができる。Ｎｉが１．５％未満では、溶接部の低温靭性が低下する。また、Ｎｉが３．５％を超えると、強度が高くなりすぎ、靭性が劣化して高温割れが生じやすくなる。このため、Ｎｉは１．５乃至３．５％、好ましくは１．８乃至２．８％とする。Ｎｉ源としては、金属Ｎｉ及びＮｉ−Ｍｇ等の合金がある。
【００１６】Ｔｉ（チタン）：０．１０乃至０．３０％Ｂ（ボロン）：０．００４乃至０．０２５％ＴｉとＢとを複合添加すると、組織が微細化することにより、靭性が強化される。Ｔｉが０．１０％未満又はＢが０．００４％未満では、靭性強化効果が発揮されず、得られる溶接部の靭性が低いものとなる。一方、Ｔｉが０．３０％を超えるか、又はＢが０．０２５％を超えると、強度が過剰となり、靭性が劣化して高温割れが生じやすくなる。このため、Ｔｉは０．１０乃至０．３０％、好ましくは０．１５乃至０．２５％にする。また、Ｂは０．００４乃至０．０２５％、好ましくは０．００８乃至０．０１５％とする。Ｔｉ源としては、金属Ｔｉ及びＦｅ−Ｔｉ等の合金がある。Ｂ源としては、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ等の合金又は特殊ガラス等の酸化物がある。なお、酸化物で添加する場合には、Ｂ換算量で上記範囲とする。ＴｉとＢとの個別の添加量は上記範囲であるが、後述するように、本願発明の目的である大入熱溶接において良好な低温靱性を得るためには、Ｔｉ／Ｂ比も調整する必要がある。
【００１７】Ｍｇ（マグネシウム）：０．１０乃至０．５０％Ｍｇは強脱酸剤であるため、その添加により溶接金属の酸素量を低減し、靭性を向上させることができる。Ｍｇ量が０．１０％未満では、溶接金属の脱酸不足により靭性が向上しない。一方、Ｍｇ量が０．５０％を超えると、溶接作業性が劣化し、スパッタ発生量が増加し、スラグ発生量が増加することにより、アークが不安定となる。このため、Ｍｇ含有量は０．１０乃至０．５０％とする。Ｍｇ源としては、金属Ｍｇ及びＮｉ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金がある。
【００１８】Ｐ（リン）：０．０２％以下Ｐ量が多くなると、靭性及び耐割れ性が劣化するため、０．０２％以下とする。Ｐ量が０．０２％を超えると溶接部の靭性が劣化し、高温割れが生じやすくなる。
【００１９】Ｓ（硫黄）：０．０２％以下Ｓ量が多くなると、靭性及び耐割れ性が劣化する。このため、Ｓ量は０．０２％以下とする。Ｓ量が０．０２％を超えると、溶接部の靭性が劣化し、高温割れが生じやすくなる。
【００２０】金属弗化物（フッ素量に換算して）：０．２０乃至１．００％金属弗化物は溶接金属の酸素量を低減すると共に、アークを安定させるために添加する。金属弗化物の量がＦ換算で０．２０％未満では、溶接金属の酸素量が低減されず、靭性が劣化してアークが不安定となる。金属弗化物の量が１．００％を超えると、蒸気圧が高いため、ヒューム発生量が増大して溶接作業性が劣悪となる。このため、金属弗化物の量は０．２０乃至１．００％、好ましくは０．３０乃至０．７０％とする。この金属弗化物源としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6、ＣａＦ2等がある。
【００２１】なお、金属弗化物としてアルカリ金属の弗化物を使用した場合には、後述するアルカリ金属化合物（アルカリ元素換算値）としての効果も得られる。
【００２２】Ｃａ（カルシウム）：０．２０乃至１．２０％Ｃａは強脱酸剤であるため、溶接金属の酸素量を低減し、靭性を向上させることができる。Ｃａが０．２０％未満では、酸素量が低減されず、このため靭性が向上しない。一方、Ｃａが１．２０％を超えると、スラグが過剰に生成し、アークが不安定となる。このため、Ｃａは０．２０乃至１．２０％、好ましくは０．３０乃至０．８０％とする。なお、Ｃａは、Ｃａのフッ化物（ＣａＦ2）及び／又はＣａ合金（Ｃａ−Ｓｉ）により添加することができ、添加量はそのＣａ換算量で決めればよい。
【００２３】充填率：２０乃至３０重量％フラックスの充填率が２０重量％未満では、スパッタが増加すると共に、電流密度が小さくなるため、高能率施工を達成できない。一方、フラックス充填率が３０重量％を超えると、外皮金属の肉厚が薄くなるため、ワイヤ強度が不足し、溶接中にワイヤが断線する虞れがある。
【００２４】ＣH／ＣF比＝０．１０乃至２．５０エレクトロガスアーク溶接は、母材希釈の程度が大きい溶接法である。母材希釈率は以下のように定義される。図４に示す溶接部の断面形状において、符号Ａは全溶接金属を示し、符号Ｂはそのうち母材が溶融した部分である。この場合に母材希釈率とは、下記数式１にて表される。
【００２５】
【数１】母材希釈率＝｛（母材溶融断面積：Ｂの部分）／（全溶接金属断面積：Ａの部分）｝×１００このように、母材希釈率とは、全溶接金属に対し、溶接金属となる母材の割合をいう。
【００２６】そして、機械的性質は、この母材希釈の影響を大きく受ける。而して、ＣH／ＣF比が０．１０乃至２．５０の範囲を外れると、アークが不安定となり、母材の希釈率のバラツキが大きくなるため、設計通りの溶接金属を得ることができない。このため、溶接金属の機械的性質（特に低温靭性）のバラツキが大きくなる。また、アークが安定しないため、スパッタ発生量が増大する等、溶接作業性も劣化する。このため、ＣH／ＣF比は０．１０乃至２．５０、好ましくは０．５０乃至１．５０にする。
【００２７】図１は横軸にＣH／ＣF比をとり、縦軸にシャルピ衝撃値及び母材希釈率をとって、夫々の関係を示すグラフ図である。なお、この図１のデータの溶接条件は下記表２に示すとおりである。また、図１のデータは表３、４の実施例４３乃至４８である。この図１から明らかなように、ＣH／ＣF比が０．１０未満又は２．５０超になると、母材希釈率のバラツキが大きくなり、シャルピ吸収エネルギが低下する。
【００２８】Ｔｉ／Ｂ比＝５乃至５０Ｔｉ／Ｂ比が５乃至５０の範囲内では、アーク安定性が向上し、母材希釈率のバラツキが小さく、一定の母材希釈率が得られるため、Ｔｉ及びＢによる靭性強化作用が十分に発揮される。しかし、上記範囲を外れると、靭性のバラツキが大きくなる。このため、Ｔｉ／Ｂ比は５乃至５０、好ましくは１０乃至３０とする。
【００２９】図２は横軸にＴｉ／Ｂ比をとり、縦軸にシャルピ衝撃値及び母材希釈率をとって、夫々の関係を示すグラフ図である。なお、この図２のデータの溶接条件は下記表２に示すとおりであり、図２のデータは表３、４の実施例４９乃至５４である。この図２から明らかなように、Ｔｉ／Ｂ比が５未満又は５０超の場合は、母材希釈率のバラツキが大きく、またシャルピ吸収エネルギも小さい。
【００３０】以上のように、大入熱溶接において、溶接金属が良好な低温靭性を有するためには、ＣH／ＣF比及びＴｉ／Ｂ比が上記範囲内にあることが必要である。
【００３１】Ａｌ：０．１０％以下Ａｌはビードのなじみ（形状）を向上させるために必要に応じて添加する。このＡｌ量が０．１０％を超えると、靱性が低下する。Ａｌ源としては、金属Ａｌ及びＦｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等のＡｌ合金がある。
【００３２】Ｍｏ及びＣｒ：０．５０％以下Ｍｏ及びＣｒは溶接金属部を高強度に設定する場合に、引張強さを確保するために添加することができる。このＭｏ及びＣｒが０．５０％を超えると、靱性が低下する。Ｍｏ源としては、金属Ｍｏ及びＦｅ−Ｍｏ等の合金があり、Ｃｒ源としては、金属Ｃｒ及びＦｅ−Ｃｒ等の合金がある。
【００３３】アルカリ金属化合物（アルカリ元素換算値）：０．０１乃至０．５０％アルカリ金属化合物を添加することにより、更にアーク安定性が向上すると共に、母材希釈率が安定した溶接部を得ることができる。従って、溶接部は、安定した衝撃性能を具備する。このため、必要に応じて、アルカリ金属化合物を添加することが好ましい。アルカリ金属化合物が０．０１％未満の場合は、上記効果が少ない。一方、アルカリ金属化合物が０．５０％を超えると、スラグ量が若干増加するため、多少アークが不安定となり、アルカリ金属化合物の添加効果が減少する。このため、アルカリ金属化合物はアルカリ元素換算値で０．０１乃至０．５０％とする。
【００３４】図３は横軸にアルカリ金属化合物の量（アルカリ元素換算値）をとり、縦軸にシャルピ衝撃値及び母材希釈率をとって、各関係を示すグラフ図である。この図３に示すように、アルカリ金属化合物の量が０．０１乃至０．５０％の場合に、母材希釈率が安定し、シャルピ吸収エネルギも高い。これに対し、アルカリ金属化合物の量が０．００６％の場合及び０．６０％の場合は母材希釈率のばらつきが若干大きく、シャルピ衝撃エネルギも若干低い。
【００３５】なお、アルカリ金属化合物の原料としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6等の弗化物、Ｌｉ2ＣＯ3等の炭酸塩、長石等の酸化物がある。また、アルカリ金属化合物がアルカリ金属弗化物の場合は、その弗素量は前述の金属弗化物の弗素量にも換算する。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の実施例について、その比較例と比較して説明する。下記表１は軟鋼製外皮の組成（外皮全重量に対する重量％）を示す。また、表２は溶接条件を示し、下記表３、４はワイヤ組成（ワイヤ全重量に対する重量％）を示す。その試験結果を下記表５に示す。なお、表５の備考欄に記載の◎、○、×は総合判定を表し、◎は極めて良好、○は良好、×は不良を示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
【００４２】表３、４、５において、試験例１、６〜１１、１６〜１８、２３〜２５、３０〜３４、３９〜４３、４８、４９、５４は本発明の範囲から外れる比較例である。このため、表５の備考欄に示した種々の欠点がある。これに対し、その他の試験例２〜５、１２〜１５、１９〜２２、２６〜２９、３５〜３８、４４〜４７、５０〜５３は本願請求項１の実施例であり、更に、試験例５５〜５７は請求項２、３の条件も満足する実施例である。これらの実施例は強度及び低温靱性が優れており、高温割れが防止されていると共に、スパッタ等も少なく溶接作業性も良好である。
【００４３】次に、アルカリ金属化合物の添加効果について、試験した実施例についてその比較例と比較して説明する。下記表６は溶接条件を示す。アルカリ金属化合物の添加効果をより明らかにするため母材希釈率の不安定な低電流（３２０Ａ）についても試験を行った。なお、表７〜９において、各試験例の組成は表３、４の試験例３（本願請求項１を満足する）の組成を基本とするものである。そして、試験例３はアルカリ金属化合物が本願請求項４にて規定する範囲よりも低いもの、試験例６１はアルカリ金属化合物が本発明の請求項４にて規定する範囲よりも多いものであり、試験例５８〜６０，６２〜６４は本願請求項４にて規定する範囲に入るものである。
【００４４】
【表６】
【００４５】また、下記表７、８はワイヤ組成（ワイヤ全重量に対する重量％）を示す。その試験結果を下記表９に示す。なお、表９の溶接作業性欄に記載の◎、○、×は総合判定を表し、◎は極めて良好、○は良好、×は不良を示す。
【００４６】表９に示すように、試験例３，６１は本願請求項４の範囲から外れる比較例であるため、他の試験例５８〜６０，６２〜６４に比して、溶接作業性が若干劣り、またシャルピ吸収エネルギが若干低い。これに対し、試験例５８〜６０，６２〜６４は溶接作業性及び衝撃性能の双方が優れたものであった。
【００４７】
【表７】
【００４８】
【表８】
【００４９】
【表９】
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、入熱量が２００ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接においても、優れた低温靱性を有する溶接金属部を得ることができ、高温割れも防止され、スパッタ等も少なく、溶接作業性も優れている。また、アルカリ金属化合物の量を適切に設定することにより、溶接作業性を更に向上でき、また衝撃性能も更に安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣH／ＣF比と、母材希釈率及びシャルピ吸収エネルギとの関係を示すグラフ図である。
【図２】Ｔｉ／Ｂ比と、母材希釈率及びシャルピ吸収エネルギとの関係を示すグラフ図である。
【図３】アルカリ金属化合物の量と、母材希釈率及びシャルピ吸収エネルギとの関係を示すグラフ図である。
【図４】母材希釈率の定義を示す図である。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高能率な大入熱用のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、溶接部の低温靱性を改善したエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】エレクトロガスアーク溶接部の低温靭性を改善する技術として、特開平４−８９１９６号公報又は特開平４−２７９２９５号公報に開示されたものがある。
【０００３】特開平４−８９１９６号公報には、スラグ生成剤が金属弗化物のみからなるフラックスを鋼製外皮中に充填して、複合ワイヤ全重量に対して、金属弗化物：０．７〜１．５％、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｓｉ：０．１５〜０．５％、Ｍｇ：０．１〜０．６％、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％、Ｎｉ：１．５〜４．５％、Ｂ：０．００２〜０．０２％、鉄粉：１０〜２５％を含有させたエレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤが開示されている。また、特開平４−２７９２９５号公報には、スラグ生成剤が金属弗化物と金属酸化物からなり、金属弗化物／金属酸化物＝０．３〜０．８であるフラックスを鋼製外皮中に充填して、複合ワイヤ全重量に対して、スラグ生成剤：０．７〜１．５％、Ｍｎ：０．７〜１．５％、Ｓｉ：０．１５〜０．５％、Ｍｇ：０．１〜０．６％、Ｔｉ：０．０５〜０．２５％、Ｎｉ：１．５〜４．５％、Ｂ：０．００２〜０．０２％、鉄粉：１０〜２５％、必要に応じてＡｌ：０．００５〜０．２５％をフラックスに含有させ、かつ鋼製外皮＋フラックス中のＣの総和を０．０２〜０．０６％としたエレクトロガスアーク溶接用複合ワイヤが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これらの従来技術で開示されているエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、比較的入熱量が低い（約１００ｋＪ／ｃｍ）場合に有効であり、大入熱溶接（２００ｋＪ／ｃｍ以上）においては、溶接金属の靭性を改善できるまでは至っていない。
【０００５】最近のコンテナ船のシャーストレーキに代表されるように、肉厚部へのエレクトロガスアーク溶接の適用が近時注目されているが、従来、この肉厚部に大入熱のエレクトロガスアーク溶接を適用すると、溶接施工能率は優秀であるものの、溶接部において、充分な靭性が得られず、このため、この種の分野において、大入熱エレクトロガスアーク溶接は未だ適用されていないのが現実である。
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、大入熱溶接において、良好な低温靭性を有する溶接部を形成することができる高能率なエレクトロガスアーク溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係るエレクトロガスアーク溶接用ワイヤは、フラックス充填率が２０乃至３０重量％であり、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｃ（外皮中のＣを含む）：０．０２乃至０．１０％、Ｓｉ（外皮中のＳｉを含む）：０．２０乃至０．６０％、Ｍｎ（外皮中のＭｎを含む）：１．５乃至２．５％、Ｎｉ：１．５乃至３．５％、Ｔｉ：０．１０乃至０．３０％、Ｂ：０．００４乃至０．０２５％、Ｍｇ：０．１０乃至０．５０％、金属弗化物（Ｆ換算）：０．２０乃至１．００％、Ｃａ：０．２０乃至１．２０％を含有し、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下に規制され、Ｔｉ／Ｂ比が５乃至５０であり、外皮中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣH、フラックス中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣFとしたとき、ＣH／ＣF比が０．１０乃至２．５０となることを特徴とする。
【０００８】このエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ａｌ：０．１０％以下を含有することができる。
【０００９】また、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｍｏ：０．５０％以下及びＣｒ：０．５０％以下の少なくとも一方を含有することができる。
【００１０】更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、アルカリ金属化合物をアルカリ元素換算値で０．０１乃至０．５０％含有することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおける各成分の添加理由及び組成限定理由について説明する。なお、以下、各成分の％は、ワイヤ全重量に対する割合である。
【００１２】Ｃ（炭素）：０．０２乃至０．１０％（外皮中のＣも含む）Ｃが０．０２％未満では、焼入性が不足し、溶接部の靭性及び引張性能が劣化する。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接部の強度が高くなりすぎ、靭性が劣化すると共に、高温割れが生じやすくなる。このため、外皮も含めて、Ｃ量を０．０２乃至０．１０％、好ましくは０．０４乃至０．０７％にする。
【００１３】Ｓｉ（シリコン）：０．２０乃至０．６０％（外皮中のＳｉも含む）Ｓｉが０．２０％未満では、溶接部の延性が低下し、逆にＳｉが０．６０％を超えると、溶接部の強度が過剰に高くなり、靭性が劣化して高温割れが生じやすくなる。このため、Ｓｉ量は０．２０乃至０．６０％、好ましくは０．３０乃至０．５０％とする。このＳｉ量を調節するための、Ｓｉ源としては、Ｆｅ−Ｓｉ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金等がある。
【００１４】Ｍｎ（マンガン）：１．５乃至２．５％（外皮中のＭｎも含む）Ｍｎが１．５％未満では、焼入性が不足し、溶接金属部の靭性及び引張性能が劣化する。一方、Ｍｎが２．５％を超えると、強度が高くなりすぎ、靭性が劣化して高温割れが生じやすくなる。このため、Ｍｎ量は１．５乃至２．５％、好ましくは１．５乃至２．０％とする。このＭｎ源としては、金属Ｍｎ及びＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金がある。
【００１５】Ｎｉ（ニッケル）：１．５乃至３．５％Ｎｉは溶接部の低温靭性を安定させる作用を有し、常に低温靱性が優れた溶接部を得ることができる。Ｎｉが１．５％未満では、溶接部の低温靭性が低下する。また、Ｎｉが３．５％を超えると、強度が高くなりすぎ、靭性が劣化して高温割れが生じやすくなる。このため、Ｎｉは１．５乃至３．５％、好ましくは１．８乃至２．８％とする。Ｎｉ源としては、金属Ｎｉ及びＮｉ−Ｍｇ等の合金がある。
【００１６】Ｔｉ（チタン）：０．１０乃至０．３０％Ｂ（ボロン）：０．００４乃至０．０２５％ＴｉとＢとを複合添加すると、組織が微細化することにより、靭性が強化される。Ｔｉが０．１０％未満又はＢが０．００４％未満では、靭性強化効果が発揮されず、得られる溶接部の靭性が低いものとなる。一方、Ｔｉが０．３０％を超えるか、又はＢが０．０２５％を超えると、強度が過剰となり、靭性が劣化して高温割れが生じやすくなる。このため、Ｔｉは０．１０乃至０．３０％、好ましくは０．１５乃至０．２５％にする。また、Ｂは０．００４乃至０．０２５％、好ましくは０．００８乃至０．０１５％とする。Ｔｉ源としては、金属Ｔｉ及びＦｅ−Ｔｉ等の合金がある。Ｂ源としては、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ等の合金又は特殊ガラス等の酸化物がある。なお、酸化物で添加する場合には、Ｂ換算量で上記範囲とする。ＴｉとＢとの個別の添加量は上記範囲であるが、後述するように、本願発明の目的である大入熱溶接において良好な低温靱性を得るためには、Ｔｉ／Ｂ比も調整する必要がある。
【００１７】Ｍｇ（マグネシウム）：０．１０乃至０．５０％Ｍｇは強脱酸剤であるため、その添加により溶接金属の酸素量を低減し、靭性を向上させることができる。Ｍｇ量が０．１０％未満では、溶接金属の脱酸不足により靭性が向上しない。一方、Ｍｇ量が０．５０％を超えると、溶接作業性が劣化し、スパッタ発生量が増加し、スラグ発生量が増加することにより、アークが不安定となる。このため、Ｍｇ含有量は０．１０乃至０．５０％とする。Ｍｇ源としては、金属Ｍｇ及びＮｉ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金がある。
【００１８】Ｐ（リン）：０．０２％以下Ｐ量が多くなると、靭性及び耐割れ性が劣化するため、０．０２％以下とする。Ｐ量が０．０２％を超えると溶接部の靭性が劣化し、高温割れが生じやすくなる。
【００１９】Ｓ（硫黄）：０．０２％以下Ｓ量が多くなると、靭性及び耐割れ性が劣化する。このため、Ｓ量は０．０２％以下とする。Ｓ量が０．０２％を超えると、溶接部の靭性が劣化し、高温割れが生じやすくなる。
【００２０】金属弗化物（フッ素量に換算して）：０．２０乃至１．００％金属弗化物は溶接金属の酸素量を低減すると共に、アークを安定させるために添加する。金属弗化物の量がＦ換算で０．２０％未満では、溶接金属の酸素量が低減されず、靭性が劣化してアークが不安定となる。金属弗化物の量が１．００％を超えると、蒸気圧が高いため、ヒューム発生量が増大して溶接作業性が劣悪となる。このため、金属弗化物の量は０．２０乃至１．００％、好ましくは０．３０乃至０．７０％とする。この金属弗化物源としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6、ＣａＦ2等がある。
【００２１】なお、金属弗化物としてアルカリ金属の弗化物を使用した場合には、後述するアルカリ金属化合物（アルカリ元素換算値）としての効果も得られる。
【００２２】Ｃａ（カルシウム）：０．２０乃至１．２０％Ｃａは強脱酸剤であるため、溶接金属の酸素量を低減し、靭性を向上させることができる。Ｃａが０．２０％未満では、酸素量が低減されず、このため靭性が向上しない。一方、Ｃａが１．２０％を超えると、スラグが過剰に生成し、アークが不安定となる。このため、Ｃａは０．２０乃至１．２０％、好ましくは０．３０乃至０．８０％とする。なお、Ｃａは、Ｃａのフッ化物（ＣａＦ2）及び／又はＣａ合金（Ｃａ−Ｓｉ）により添加することができ、添加量はそのＣａ換算量で決めればよい。
【００２３】充填率：２０乃至３０重量％フラックスの充填率が２０重量％未満では、スパッタが増加すると共に、電流密度が小さくなるため、高能率施工を達成できない。一方、フラックス充填率が３０重量％を超えると、外皮金属の肉厚が薄くなるため、ワイヤ強度が不足し、溶接中にワイヤが断線する虞れがある。
【００２４】ＣH／ＣF比＝０．１０乃至２．５０エレクトロガスアーク溶接は、母材希釈の程度が大きい溶接法である。母材希釈率は以下のように定義される。図４に示す溶接部の断面形状において、符号Ａは全溶接金属を示し、符号Ｂはそのうち母材が溶融した部分である。この場合に母材希釈率とは、下記数式１にて表される。
【００２５】
【数１】母材希釈率＝｛（母材溶融断面積：Ｂの部分）／（全溶接金属断面積：Ａの部分）｝×１００このように、母材希釈率とは、全溶接金属に対し、溶接金属となる母材の割合をいう。
【００２６】そして、機械的性質は、この母材希釈の影響を大きく受ける。而して、ＣH／ＣF比が０．１０乃至２．５０の範囲を外れると、アークが不安定となり、母材の希釈率のバラツキが大きくなるため、設計通りの溶接金属を得ることができない。このため、溶接金属の機械的性質（特に低温靭性）のバラツキが大きくなる。また、アークが安定しないため、スパッタ発生量が増大する等、溶接作業性も劣化する。このため、ＣH／ＣF比は０．１０乃至２．５０、好ましくは０．５０乃至１．５０にする。
【００２７】図１は横軸にＣH／ＣF比をとり、縦軸にシャルピ衝撃値及び母材希釈率をとって、夫々の関係を示すグラフ図である。なお、この図１のデータの溶接条件は下記表２に示すとおりである。また、図１のデータは表３、４の実施例４３乃至４８である。この図１から明らかなように、ＣH／ＣF比が０．１０未満又は２．５０超になると、母材希釈率のバラツキが大きくなり、シャルピ吸収エネルギが低下する。
【００２８】Ｔｉ／Ｂ比＝５乃至５０Ｔｉ／Ｂ比が５乃至５０の範囲内では、アーク安定性が向上し、母材希釈率のバラツキが小さく、一定の母材希釈率が得られるため、Ｔｉ及びＢによる靭性強化作用が十分に発揮される。しかし、上記範囲を外れると、靭性のバラツキが大きくなる。このため、Ｔｉ／Ｂ比は５乃至５０、好ましくは１０乃至３０とする。
【００２９】図２は横軸にＴｉ／Ｂ比をとり、縦軸にシャルピ衝撃値及び母材希釈率をとって、夫々の関係を示すグラフ図である。なお、この図２のデータの溶接条件は下記表２に示すとおりであり、図２のデータは表３、４の実施例４９乃至５４である。この図２から明らかなように、Ｔｉ／Ｂ比が５未満又は５０超の場合は、母材希釈率のバラツキが大きく、またシャルピ吸収エネルギも小さい。
【００３０】以上のように、大入熱溶接において、溶接金属が良好な低温靭性を有するためには、ＣH／ＣF比及びＴｉ／Ｂ比が上記範囲内にあることが必要である。
【００３１】Ａｌ：０．１０％以下Ａｌはビードのなじみ（形状）を向上させるために必要に応じて添加する。このＡｌ量が０．１０％を超えると、靱性が低下する。Ａｌ源としては、金属Ａｌ及びＦｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等のＡｌ合金がある。
【００３２】Ｍｏ及びＣｒ：０．５０％以下Ｍｏ及びＣｒは溶接金属部を高強度に設定する場合に、引張強さを確保するために添加することができる。このＭｏ及びＣｒが０．５０％を超えると、靱性が低下する。Ｍｏ源としては、金属Ｍｏ及びＦｅ−Ｍｏ等の合金があり、Ｃｒ源としては、金属Ｃｒ及びＦｅ−Ｃｒ等の合金がある。
【００３３】アルカリ金属化合物（アルカリ元素換算値）：０．０１乃至０．５０％アルカリ金属化合物を添加することにより、更にアーク安定性が向上すると共に、母材希釈率が安定した溶接部を得ることができる。従って、溶接部は、安定した衝撃性能を具備する。このため、必要に応じて、アルカリ金属化合物を添加することが好ましい。アルカリ金属化合物が０．０１％未満の場合は、上記効果が少ない。一方、アルカリ金属化合物が０．５０％を超えると、スラグ量が若干増加するため、多少アークが不安定となり、アルカリ金属化合物の添加効果が減少する。このため、アルカリ金属化合物はアルカリ元素換算値で０．０１乃至０．５０％とする。
【００３４】図３は横軸にアルカリ金属化合物の量（アルカリ元素換算値）をとり、縦軸にシャルピ衝撃値及び母材希釈率をとって、各関係を示すグラフ図である。この図３に示すように、アルカリ金属化合物の量が０．０１乃至０．５０％の場合に、母材希釈率が安定し、シャルピ吸収エネルギも高い。これに対し、アルカリ金属化合物の量が０．００６％の場合及び０．６０％の場合は母材希釈率のばらつきが若干大きく、シャルピ衝撃エネルギも若干低い。
【００３５】なお、アルカリ金属化合物の原料としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6等の弗化物、Ｌｉ2ＣＯ3等の炭酸塩、長石等の酸化物がある。また、アルカリ金属化合物がアルカリ金属弗化物の場合は、その弗素量は前述の金属弗化物の弗素量にも換算する。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の実施例について、その比較例と比較して説明する。下記表１は軟鋼製外皮の組成（外皮全重量に対する重量％）を示す。また、表２は溶接条件を示し、下記表３、４はワイヤ組成（ワイヤ全重量に対する重量％）を示す。その試験結果を下記表５に示す。なお、表５の備考欄に記載の◎、○、×は総合判定を表し、◎は極めて良好、○は良好、×は不良を示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
【００４２】表３、４、５において、試験例１、６〜１１、１６〜１８、２３〜２５、３０〜３４、３９〜４３、４８、４９、５４は本発明の範囲から外れる比較例である。このため、表５の備考欄に示した種々の欠点がある。これに対し、その他の試験例２〜５、１２〜１５、１９〜２２、２６〜２９、３５〜３８、４４〜４７、５０〜５３は本願請求項１の実施例であり、更に、試験例５５〜５７は請求項２、３の条件も満足する実施例である。これらの実施例は強度及び低温靱性が優れており、高温割れが防止されていると共に、スパッタ等も少なく溶接作業性も良好である。
【００４３】次に、アルカリ金属化合物の添加効果について、試験した実施例についてその比較例と比較して説明する。下記表６は溶接条件を示す。アルカリ金属化合物の添加効果をより明らかにするため母材希釈率の不安定な低電流（３２０Ａ）についても試験を行った。なお、表７〜９において、各試験例の組成は表３、４の試験例３（本願請求項１を満足する）の組成を基本とするものである。そして、試験例３はアルカリ金属化合物が本願請求項４にて規定する範囲よりも低いもの、試験例６１はアルカリ金属化合物が本発明の請求項４にて規定する範囲よりも多いものであり、試験例５８〜６０，６２〜６４は本願請求項４にて規定する範囲に入るものである。
【００４４】
【表６】
【００４５】また、下記表７、８はワイヤ組成（ワイヤ全重量に対する重量％）を示す。その試験結果を下記表９に示す。なお、表９の溶接作業性欄に記載の◎、○、×は総合判定を表し、◎は極めて良好、○は良好、×は不良を示す。
【００４６】表９に示すように、試験例３，６１は本願請求項４の範囲から外れる比較例であるため、他の試験例５８〜６０，６２〜６４に比して、溶接作業性が若干劣り、またシャルピ吸収エネルギが若干低い。これに対し、試験例５８〜６０，６２〜６４は溶接作業性及び衝撃性能の双方が優れたものであった。
【００４７】
【表７】
【００４８】
【表８】
【００４９】
【表９】
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、入熱量が２００ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接においても、優れた低温靱性を有する溶接金属部を得ることができ、高温割れも防止され、スパッタ等も少なく、溶接作業性も優れている。また、アルカリ金属化合物の量を適切に設定することにより、溶接作業性を更に向上でき、また衝撃性能も更に安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣH／ＣF比と、母材希釈率及びシャルピ吸収エネルギとの関係を示すグラフ図である。
【図２】Ｔｉ／Ｂ比と、母材希釈率及びシャルピ吸収エネルギとの関係を示すグラフ図である。
【図３】アルカリ金属化合物の量と、母材希釈率及びシャルピ吸収エネルギとの関係を示すグラフ図である。
【図４】母材希釈率の定義を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 フラックス充填率が２０乃至３０重量％であり、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｃ（外皮中のＣを含む）：０．０２乃至０．１０％、Ｓｉ（外皮中のＳｉを含む）：０．２０乃至０．６０％、Ｍｎ（外皮中のＭｎを含む）：１．５乃至２．５％、Ｎｉ：１．５乃至３．５％、Ｔｉ：０．１０乃至０．３０％、Ｂ：０．００４乃至０．０２５％、Ｍｇ：０．１０乃至０．５０％、金属弗化物（Ｆ換算）：０．２０乃至１．００％、Ｃａ：０．２０乃至１．２０％を含有し、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下に規制され、Ｔｉ／Ｂ比が５乃至５０であり、外皮中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣH、フラックス中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣFとしたとき、ＣH／ＣF比が０．１０乃至２．５０となることを特徴とするエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】 更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ａｌ：０．１０％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】 更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｍｏ：０．５０％以下及びＣｒ：０．５０％以下の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】 更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、アルカリ金属化合物をアルカリ元素換算値で０．０１乃至０．５０％含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項１】 フラックス充填率が２０乃至３０重量％であり、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｃ（外皮中のＣを含む）：０．０２乃至０．１０％、Ｓｉ（外皮中のＳｉを含む）：０．２０乃至０．６０％、Ｍｎ（外皮中のＭｎを含む）：１．５乃至２．５％、Ｎｉ：１．５乃至３．５％、Ｔｉ：０．１０乃至０．３０％、Ｂ：０．００４乃至０．０２５％、Ｍｇ：０．１０乃至０．５０％、金属弗化物（Ｆ換算）：０．２０乃至１．００％、Ｃａ：０．２０乃至１．２０％を含有し、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下に規制され、Ｔｉ／Ｂ比が５乃至５０であり、外皮中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣH、フラックス中のＣ量（ワイヤ全重量あたり）をＣFとしたとき、ＣH／ＣF比が０．１０乃至２．５０となることを特徴とするエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】 更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ａｌ：０．１０％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】 更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｍｏ：０．５０％以下及びＣｒ：０．５０％以下の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】 更に、ワイヤ全重量に対する重量％で、アルカリ金属化合物をアルカリ元素換算値で０．０１乃至０．５０％含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開平１０−１０９１８９
【公開日】平成１０年（１９９８）４月２８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−７４７５０
【出願日】平成９年（１９９７）３月２７日
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【公開日】平成１０年（１９９８）４月２８日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）３月２７日
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
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