サブマージアーク溶接用溶融型フラックス
【課題】両面一層の高速溶接性が優れており、25mm以上の厚板の溶接においても、スラグの焼付きを防止することができるサブマージアーク溶接用溶融型フラックスを提供する。
【解決手段】SiO2:19〜32%、CaO:10〜28%、BaO:7〜18%、CaF2:7〜29%、MgO:0.5〜10%、Al2O3:0.5〜15%、MnO:0.5〜15%、TiO2:3〜13%、ZrO2:0.5〜15%、及びFeO:0.3〜4.0%を含有し、B2O3を0.8%以下、TiO2+ZrO2を総量で20%以下に規制し、A=([TiO2]+[ZrO2])−2.5×[FeO]−16としたとき、Aの値が0以下であり、B=([CaF2]+[CaO]+[BaO]+[MgO]+0.5×[MnO]+0.5×[FeO])/([SiO2]+0.5×[TiO2]+0.5×[Al2O3]+0.5×[ZrO2])としたとき、Bの値が1.0〜2.5であり、残部は不可避的不純物である。
【解決手段】SiO2:19〜32%、CaO:10〜28%、BaO:7〜18%、CaF2:7〜29%、MgO:0.5〜10%、Al2O3:0.5〜15%、MnO:0.5〜15%、TiO2:3〜13%、ZrO2:0.5〜15%、及びFeO:0.3〜4.0%を含有し、B2O3を0.8%以下、TiO2+ZrO2を総量で20%以下に規制し、A=([TiO2]+[ZrO2])−2.5×[FeO]−16としたとき、Aの値が0以下であり、B=([CaF2]+[CaO]+[BaO]+[MgO]+0.5×[MnO]+0.5×[FeO])/([SiO2]+0.5×[TiO2]+0.5×[Al2O3]+0.5×[ZrO2])としたとき、Bの値が1.0〜2.5であり、残部は不可避的不純物である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高速サブマージアーク溶接における溶接作業性を改善し、特に厚板の高速サブマージアーク溶接におけるビード表面の耐焼付き性が優れたサブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関する。
【背景技術】
【0002】
天然ガス又は石油を輸送するパイプラインに使用される鋼管のシーム溶接には、多電極サブマージアーク溶接法による両面一層溶接が用いられている。近時、パイプラインに使用される鋼管は、操業圧力を増加させることで輸送効率を高め、低コスト化を目的として厚板化及び高強度化を図っている。更に、海底及び寒冷地等、厳しい使用環境にも対応するため、鋼管には、高靭性化も要求されている。従って、サブマージアーク溶接用フラックスには、高靭性化と良好な溶接作業性、更には高速溶接化を兼ね備えたフラックスが求められてきた。
【0003】
そして、これらの要求に応えるために、従来、種々の技術が提案されている。特許文献1は、フラックス組成の調整により、高速サブマージアーク溶接において、溶接作業性が良好でかつ低温靭性が優れたフラックスを提案している。特許文献2は、耐吸湿性が優れ、高速溶接における作業性が良好でかつ低温靭性が優れたフラックスを提案している。更に、特許文献3は、高速サブマージアーク溶接で問題となるスラグ巻き込みを防止すると共に、高靭性の溶接金属が得られるようなフラックスを提案している。
【0004】
このように、従来、種々のフラックスが提案されており、これらの高塩基性タイプのフラックスでは、板厚が薄い場合には、高速溶接が可能となっている。
【0005】
【特許文献1】特開昭61−180694号公報
【特許文献2】特開昭61−169194号公報
【特許文献3】特開平7−256488号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。即ち、特許文献1及び特許文献3に記載されているフラックスでは、厚板での溶接作業性が十分に検討されていない。このため、これらのフラックスは板厚が25mm以上の厚板に関し、近年の更に一層の高速溶接の要求に十分適用可能とはいい難い。
【0007】
また、特許文献2に記載されているフラックスでは、溶接試験鋼板の厚さが16mmで溶接速度が1.5m/分程度であり、板厚が25mm以上の厚板の高速溶接化に対して限界がある。
【0008】
即ち、高塩基性タイプのフラックスでは、板厚が25mm以上の厚板を溶接する場合、ビード表面にスラグの焼付きが発生しやすくなることが認められた。後工程で焼付きはある程度剥がれるものの、焼付きが著しい場合には後工程で一部残ったスラグが、防錆剤のコーティング後に剥がれ、その部分に錆が発生するなどの問題がある。
【0009】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、従来の技術では不可能であった両面一層の高速溶接性が優れており、25mm以上の厚板の溶接においても、スラグの焼付きを防止することができるサブマージアーク溶接用溶融型フラックスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、SiO2:19乃至32質量%、CaO:10乃至28質量%、BaO:7乃至18質量%、CaF2:7乃至29質量%、MgO:0.5乃至10質量%、Al2O3:0.5乃至15質量%、MnO:0.5乃至15質量%、TiO2:3乃至13質量%、ZrO2:0.5乃至15質量%、及びFeO:0.3乃至4.0質量%を含有し、B2O3を0.8質量%以下、TiO2+ZrO2を総量で20質量%以下に規制し、TiO2の含有量を[TiO2]、ZrO2の含有量を[ZrO2]、及びFeOの含有量を[FeO]とし、A=([TiO2]+[ZrO2])−2.5×[FeO]−16としたとき、Aの値が0以下であり、CaF2の含有量を[CaF2]、CaOの含有量を[CaO]、BaOの含有量を[BaO]、MgOの含有量を[MgO]、MnOの含有量を[MnO]、SiO2の含有量を[SiO2]、及びAl2O3の含有量を[Al2O3]とし、B=([CaF2]+[CaO]+[BaO]+[MgO]+0.5×[MnO]+0.5×[FeO])/([SiO2]+0.5×[TiO2]+0.5×[Al2O3]+0.5×[ZrO2])としたとき、Bの値が1.0乃至2.5であり、残部は不可避的不純物からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、高速溶接性に優れ、25mm以上の厚板の高速サブマージアーク溶接においても、ビード表面におけるスラグ焼付きの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明者らは、ビード表面のスラグ焼付きを防止するため、フラックス組成について種々実験研究を行った結果、焼付きに悪影響を及ぼす成分としてTiO2、及びZrO2があり、焼付き防止に改善効果がある成分としてFeOがあることを見出した。そして、これらの成分を適正に規制することにより焼付きを防止できる関係式を導き出した。
【0013】
以下、本発明のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの組成限定理由について説明する。
【0014】
「SiO2:19乃至32質量%」
SiO2は溶融フラックスの基本成分であって、その添加により、スラグの粘性及び融点を高める。SiO2の含有量が19質量%未満であると溶融スラグの粘性が低くなり、ビード蛇行が生じやすくなる。一方、SiO2の含有量が32質量%を超えると溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。従って、SiO2の添加量を19乃至32質量%とする。
【0015】
「CaO:10乃至28質量%」
CaOは塩基性成分である上、その添加により、スラグの粘度が低下する。CaOの含有量が10質量%未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。一方、CaOの含有量が28質量%を超えると溶融スラグの粘性が低くなり、そのため、溶融金属の抑えが不足し、ビード蛇行が生じやすくなる。従って、CaOの添加量を10乃至28質量%とする。
【0016】
「BaO:7乃至18質量%」
BaOも塩基性成分である上、その添加により、粘度が低下するが、CaOよりも融点を下げる効果があるため、CaOと比較してフラックスの溶融量は大きくなる。BaOの含有量が7質量%未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。一方、BaOの含有量が18質量%を超えると溶融スラグの粘性が低くなり、そのため、溶融金属の抑えが不足し、ビード蛇行が生じやすくなる。従って、BaOの添加量を7乃至18質量%とするが、好ましくは15質量%以下である。
【0017】
「CaF2:7乃至29質量%」
CaF2は、その添加により、溶接金属の酸素量を低減させる効果が大きい。また、ビード蛇行が生じないように粘性を低下させる成分でもある。CaF2の含有量が7質量%未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。一方、CaF2の含有量が29質量%を超えると溶融スラグの粘性が低くなり、そのため、溶融金属の抑えが不足し、ビード蛇行が生じやすくなる。従って、CaF2の添加量を7乃至29質量%とするが、好ましくは9乃至24質量%である。
【0018】
「MgO:0.5乃至10質量%」
MgOは塩基性成分である上、その添加により、粘度を高める上で必要な成分であり、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。しかし、過度に添加するとフラックスが結晶化する。MgOの含有量が10質量%を超えるとフラックスは結晶化し、耐吸湿性が悪くなりポックマークが発生しやすくなる。また、MgOの含有量が0.5質量%未満であると溶融スラグの粘性が低くなり、ビード蛇行が生じやすくなる。従って、MgOの添加量を0.5乃至10質量%とする。
【0019】
「Al2O3:0.5乃至15質量%」
Al2O3は、その添加により、溶融スラグの粘度を高める有効な成分である。Al2O3の含有量が0.5質量%未満であると溶融スラグの粘性が低くなり、ビード蛇行が生じやすくなる。一方、Al2O3の含有量が15質量%を超えると溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。従って、Al2O3の添加量を0.5乃至15質量%とするが、Al2O3の粘性を高める効果は大きく、好ましくは12質量%以下である。
【0020】
「MnO:0.5乃至15質量%」
MnOは、その添加により、溶融スラグの粘度を高めるのに有効であるが、溶鋼に酸素を供給しやすい成分でもあり、溶接金属の酸素量を低減させるためには添加を低く抑える必要がある。また、収縮孔の抑制にも効果がある。MnOの含有量が0.5質量%未満であると収縮孔が発生する。一方、MnOの含有量が15質量%を超えると溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。従って、MnOの添加量を0.5乃至15質量%とするが、好ましくは10質量%以下である。
【0021】
「TiO2:3乃至13質量%」
TiO2は、その添加により、収縮孔を抑制するのに有効な成分である上、スラグの融点を著しく高める効果がある。また、スラグの焼付きが著しく発生しやすい。TiO2の含有量が3質量%未満であると収縮孔が発生する。一方、TiO2の含有量が13質量%を超えるとスラグの焼付きが著しくなる。従って、TiO2の添加量を3乃至13質量%とするが、好ましくは11質量%以下である。
【0022】
「ZrO2:0.5乃至15質量%」
ZrO2は、その添加により、ビード幅の安定に効果があり、特に、高速溶接におけるビード幅安定化には有効で、このためには、少なくとも0.5質量%添加する必要がある。しかし、ZrO2はTiO2と同様に焼付きが著しく発生しやすい。ZrO2の含有量が0.5質量%未満であるとビード蛇行が発生する。一方、ZrO2の含有量が15質量%を超えるとスラグの焼付きが著しくなる。従って、ZrO2の添加量を0.5乃至15質量%とするが、好ましくは2乃至13質量%、更に好ましくは、2.5質量%を超えて、13質量%以下である。
【0023】
「FeO:0.3乃至4.0質量%」
FeOは、その添加により、MnOと同様に溶鋼に酸素を供給しやすい成分であり、溶接金属の酸素量を低減させるためには添加を抑制しなければならないが、本発明フラックス成分系では、スラグの焼付きを抑制する効果がある。FeOの含有量が0.3質量%未満であると、スラグの焼付きが発生する。一方、FeOの含有量が4質量%を超えると溶接金属の酸素量が高くなる。従って、FeOの添加量を0.3乃至4質量%とするが、好ましくは0.4質量%以上である。また、FeOの含有量が多いと、ビード中央部が鱗状となるため、好ましくは3.7質量%以下である。
【0024】
「B2O3:0.8質量%以下」
B2O3は、その添加により、溶接金属の靭性を高める効果があるが、その含有量が高いと強度が高くなり過ぎて、割れが発生する。このため、B2O3の含有量を0.8質量%以下に規制する。
【0025】
「TiO2+ZrO2:総量で20質量%以下」
前述の如く、TiO2、及びZrO2はスラグの焼付きを助長する成分である。TiO2、及びZrO2の含有量が総量で20質量%を超えると、スラグの焼付きが著しくなる。従って、TiO2+ZrO2の添加量を総量で20質量%以下に規制するが、好ましくは18質量%以下である。
【0026】
「Aの値が0以下」
更に、本発明者らが、フラックス組成について種々実験研究した結果、TiO2、ZrO2、及びFeOに下記数式1に示す関係があることを見出した。即ち、本発明のFeOの範囲であっても、その含有量が比較的低く、かつTiO2+ZrO2の含有量が総量で本発明範囲の上限近傍の場合、焼付きが著しくなることを見出した。Aの値が0を超えるとスラグの焼付きが著しくなる。従って、Aの値を0以下とするが、好ましくは−2以下である。
【0027】
【数1】
【0028】
但し、上記数式1において、TiO2の含有量を[TiO2]、ZrO2の含有量を[ZrO2]、及びFeOの含有量を[FeO]とする。
【0029】
図5は本発明の実施例・比較例を、[TiO2]+[ZrO2]量と、[FeO]量とでまとめたものである。但し、比較例の場合は、[TiO2]+[ZrO2]量又は[FeO]量が外れたもののみをプロットした。図5の実線の内部がスラグ焼き付きが少なくて良好な範囲を示し、破線の内部がスラグ焼き付きが極めて少なくてより好ましい範囲を示す。
【0030】
「Bの値が1.0乃至2.5」
下記数式2はフラックスの塩基性を表す数式で、高い値を示すほど塩基性が高い。塩基性が高いと溶接金属の酸素量は低くなる傾向を示し、靭性の改善が期待できる。Bの値が1.0未満であると、溶接金属の酸素量は高くなる。一方、Bの値が2.5を超えると、収縮孔が発生しやすくなる。従って、Bの値を1.0乃至2.5とする。
【0031】
【数2】
【0032】
上記数式2において、CaF2の含有量を[CaF2]、CaOの含有量を[CaO]、BaOの含有量を[BaO]、MgOの含有量を[MgO]、MnOの含有量を[MnO]、SiO2の含有量を[SiO2]、及びAl2O3の含有量を[Al2O3]とする。
【0033】
なお、本発明において不可避不純物とは、Na2O、K2O、Cr2O3、V2O5、P、S等がある。
【実施例1】
【0034】
次に、本発明の効果を実証するための実施例、及び比較例について説明する。
【0035】
試験に使用した供試鋼板は下記表1に示す組成のJIS・G・3106・SM490Aであり、板厚が32mmである。そして下記表2に示す組成のワイヤ(ワイヤ直径=4.0mm)と、表4乃至6に示す種々のフラックスを用いてサブマージアーク溶接法により両面一層溶接を行った。図1は電極配置図を示している。4本の電極(L、T1、T2、T3)が溶接方向に沿って電極間隔18.0mmで一列に配置されている。Lは溶接面の法線方向から溶接方向に対して12°傾斜した後退角、T1は0°、T2は13°傾斜した前進角、T3は23°傾斜した前進角を形成している。Lの電流極性は直流であり、T1、T2、及びT3の電流極性は交流である。各電極における電流、電圧、溶接速度、及び入熱を下記表3に示す。図2は開先形状を示す断面図である。開先形状は両面にV形状であり、その開先角度は70°、開先の深さは最初に溶接される1st側が10.0mm、次に溶接される2nd側が13.5mmである。符号4で示す部分は仮付け溶接部である。この仮付け溶接はJISZ3312YGW11のワイヤ(直径1.2mm)を使用し、溶接条件は、溶接電流が260A、溶接電圧が32V、溶接速度が40cpmであり、シールドガスはCO2を使用した。表4乃至6のその他の欄に記載の成分はNa2O、K2O、Cr2O3、V2O5、P、S等である。
【0036】
図3に示す溶接継手と供試鋼板断面の中心線が交わる部分より試験片を採取し溶接金属中の酸素分析を実施した。なお、溶接金属の酸素量が400ppmを超えた場合、酸素量が高いと判断した。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
【表3】
【0040】
試験結果を下記表7乃至9に示す。溶接作業性の評価は1.5mの試験溶接において判断し、判断基準は下記に示す。評価方法は良好(◎)、概ね良好(○)、不合格(×)の3種類で評価する。図2に示すように、溶接面の1st側、2nd側どちらかでも下記の判断基準において不合格となれば不合格と評価した。
【0041】
ビード蛇行については、図4に示すように、溶接線におけるビート蛇行の振れ幅が2mmの場合は◎、2〜3mmの場合は○、3mmを超える場合は×とした。
【0042】
ポックマークについては、溶接線上のポックマークが溶接線1m中に1個以下の場合は◎、1個を超える場合は×とした。
【0043】
ビード凸については、ビード凸における余盛高さが4mm未満の場合は◎、4〜5mmの場合は○、5mmを超える場合には×とした。
【0044】
スラグ焼付きについては、スラグ剥離後、焼き付が認められない場合は◎、焼付きの長さが溶接長に対して20%以下の場合は○、20%を超える場合は×とした。
【0045】
収縮孔については、ビード表面の収縮孔が認められない場合は◎、溶接長に対して10%以下の場合は○、10%を超える場合は×とした。
【0046】
【表4】
【0047】
【表5】
【0048】
【表6】
【0049】
【表7】
【0050】
【表8】
【0051】
【表9】
【産業上の利用可能性】
【0052】
本発明のフラックスは、厚板、両面一層の高速サブマージアーク溶接において好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】電極配置を示す図である。
【図2】開先形状を示す図である。
【図3】試験片を採取する位置を示す図である。
【図4】溶接線の振れ幅を示す図である。
【図5】スラグ焼き付きに及ぼすTiO2+ZrO2とFeOの関係を表すグラフ図である。
【符号の説明】
【0054】
1・・・トーチ
2・・・ワイヤ
3・・・鋼板
4・・・
5・・・溶接金属酸素分析試験片
6・・・溶接金属
7・・・溶接線の振れ幅
8・・・ビード
【技術分野】
【0001】
本発明は、高速サブマージアーク溶接における溶接作業性を改善し、特に厚板の高速サブマージアーク溶接におけるビード表面の耐焼付き性が優れたサブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関する。
【背景技術】
【0002】
天然ガス又は石油を輸送するパイプラインに使用される鋼管のシーム溶接には、多電極サブマージアーク溶接法による両面一層溶接が用いられている。近時、パイプラインに使用される鋼管は、操業圧力を増加させることで輸送効率を高め、低コスト化を目的として厚板化及び高強度化を図っている。更に、海底及び寒冷地等、厳しい使用環境にも対応するため、鋼管には、高靭性化も要求されている。従って、サブマージアーク溶接用フラックスには、高靭性化と良好な溶接作業性、更には高速溶接化を兼ね備えたフラックスが求められてきた。
【0003】
そして、これらの要求に応えるために、従来、種々の技術が提案されている。特許文献1は、フラックス組成の調整により、高速サブマージアーク溶接において、溶接作業性が良好でかつ低温靭性が優れたフラックスを提案している。特許文献2は、耐吸湿性が優れ、高速溶接における作業性が良好でかつ低温靭性が優れたフラックスを提案している。更に、特許文献3は、高速サブマージアーク溶接で問題となるスラグ巻き込みを防止すると共に、高靭性の溶接金属が得られるようなフラックスを提案している。
【0004】
このように、従来、種々のフラックスが提案されており、これらの高塩基性タイプのフラックスでは、板厚が薄い場合には、高速溶接が可能となっている。
【0005】
【特許文献1】特開昭61−180694号公報
【特許文献2】特開昭61−169194号公報
【特許文献3】特開平7−256488号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。即ち、特許文献1及び特許文献3に記載されているフラックスでは、厚板での溶接作業性が十分に検討されていない。このため、これらのフラックスは板厚が25mm以上の厚板に関し、近年の更に一層の高速溶接の要求に十分適用可能とはいい難い。
【0007】
また、特許文献2に記載されているフラックスでは、溶接試験鋼板の厚さが16mmで溶接速度が1.5m/分程度であり、板厚が25mm以上の厚板の高速溶接化に対して限界がある。
【0008】
即ち、高塩基性タイプのフラックスでは、板厚が25mm以上の厚板を溶接する場合、ビード表面にスラグの焼付きが発生しやすくなることが認められた。後工程で焼付きはある程度剥がれるものの、焼付きが著しい場合には後工程で一部残ったスラグが、防錆剤のコーティング後に剥がれ、その部分に錆が発生するなどの問題がある。
【0009】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、従来の技術では不可能であった両面一層の高速溶接性が優れており、25mm以上の厚板の溶接においても、スラグの焼付きを防止することができるサブマージアーク溶接用溶融型フラックスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、SiO2:19乃至32質量%、CaO:10乃至28質量%、BaO:7乃至18質量%、CaF2:7乃至29質量%、MgO:0.5乃至10質量%、Al2O3:0.5乃至15質量%、MnO:0.5乃至15質量%、TiO2:3乃至13質量%、ZrO2:0.5乃至15質量%、及びFeO:0.3乃至4.0質量%を含有し、B2O3を0.8質量%以下、TiO2+ZrO2を総量で20質量%以下に規制し、TiO2の含有量を[TiO2]、ZrO2の含有量を[ZrO2]、及びFeOの含有量を[FeO]とし、A=([TiO2]+[ZrO2])−2.5×[FeO]−16としたとき、Aの値が0以下であり、CaF2の含有量を[CaF2]、CaOの含有量を[CaO]、BaOの含有量を[BaO]、MgOの含有量を[MgO]、MnOの含有量を[MnO]、SiO2の含有量を[SiO2]、及びAl2O3の含有量を[Al2O3]とし、B=([CaF2]+[CaO]+[BaO]+[MgO]+0.5×[MnO]+0.5×[FeO])/([SiO2]+0.5×[TiO2]+0.5×[Al2O3]+0.5×[ZrO2])としたとき、Bの値が1.0乃至2.5であり、残部は不可避的不純物からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、高速溶接性に優れ、25mm以上の厚板の高速サブマージアーク溶接においても、ビード表面におけるスラグ焼付きの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明者らは、ビード表面のスラグ焼付きを防止するため、フラックス組成について種々実験研究を行った結果、焼付きに悪影響を及ぼす成分としてTiO2、及びZrO2があり、焼付き防止に改善効果がある成分としてFeOがあることを見出した。そして、これらの成分を適正に規制することにより焼付きを防止できる関係式を導き出した。
【0013】
以下、本発明のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの組成限定理由について説明する。
【0014】
「SiO2:19乃至32質量%」
SiO2は溶融フラックスの基本成分であって、その添加により、スラグの粘性及び融点を高める。SiO2の含有量が19質量%未満であると溶融スラグの粘性が低くなり、ビード蛇行が生じやすくなる。一方、SiO2の含有量が32質量%を超えると溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。従って、SiO2の添加量を19乃至32質量%とする。
【0015】
「CaO:10乃至28質量%」
CaOは塩基性成分である上、その添加により、スラグの粘度が低下する。CaOの含有量が10質量%未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。一方、CaOの含有量が28質量%を超えると溶融スラグの粘性が低くなり、そのため、溶融金属の抑えが不足し、ビード蛇行が生じやすくなる。従って、CaOの添加量を10乃至28質量%とする。
【0016】
「BaO:7乃至18質量%」
BaOも塩基性成分である上、その添加により、粘度が低下するが、CaOよりも融点を下げる効果があるため、CaOと比較してフラックスの溶融量は大きくなる。BaOの含有量が7質量%未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。一方、BaOの含有量が18質量%を超えると溶融スラグの粘性が低くなり、そのため、溶融金属の抑えが不足し、ビード蛇行が生じやすくなる。従って、BaOの添加量を7乃至18質量%とするが、好ましくは15質量%以下である。
【0017】
「CaF2:7乃至29質量%」
CaF2は、その添加により、溶接金属の酸素量を低減させる効果が大きい。また、ビード蛇行が生じないように粘性を低下させる成分でもある。CaF2の含有量が7質量%未満であると、溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。一方、CaF2の含有量が29質量%を超えると溶融スラグの粘性が低くなり、そのため、溶融金属の抑えが不足し、ビード蛇行が生じやすくなる。従って、CaF2の添加量を7乃至29質量%とするが、好ましくは9乃至24質量%である。
【0018】
「MgO:0.5乃至10質量%」
MgOは塩基性成分である上、その添加により、粘度を高める上で必要な成分であり、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。しかし、過度に添加するとフラックスが結晶化する。MgOの含有量が10質量%を超えるとフラックスは結晶化し、耐吸湿性が悪くなりポックマークが発生しやすくなる。また、MgOの含有量が0.5質量%未満であると溶融スラグの粘性が低くなり、ビード蛇行が生じやすくなる。従って、MgOの添加量を0.5乃至10質量%とする。
【0019】
「Al2O3:0.5乃至15質量%」
Al2O3は、その添加により、溶融スラグの粘度を高める有効な成分である。Al2O3の含有量が0.5質量%未満であると溶融スラグの粘性が低くなり、ビード蛇行が生じやすくなる。一方、Al2O3の含有量が15質量%を超えると溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。従って、Al2O3の添加量を0.5乃至15質量%とするが、Al2O3の粘性を高める効果は大きく、好ましくは12質量%以下である。
【0020】
「MnO:0.5乃至15質量%」
MnOは、その添加により、溶融スラグの粘度を高めるのに有効であるが、溶鋼に酸素を供給しやすい成分でもあり、溶接金属の酸素量を低減させるためには添加を低く抑える必要がある。また、収縮孔の抑制にも効果がある。MnOの含有量が0.5質量%未満であると収縮孔が発生する。一方、MnOの含有量が15質量%を超えると溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸となる。従って、MnOの添加量を0.5乃至15質量%とするが、好ましくは10質量%以下である。
【0021】
「TiO2:3乃至13質量%」
TiO2は、その添加により、収縮孔を抑制するのに有効な成分である上、スラグの融点を著しく高める効果がある。また、スラグの焼付きが著しく発生しやすい。TiO2の含有量が3質量%未満であると収縮孔が発生する。一方、TiO2の含有量が13質量%を超えるとスラグの焼付きが著しくなる。従って、TiO2の添加量を3乃至13質量%とするが、好ましくは11質量%以下である。
【0022】
「ZrO2:0.5乃至15質量%」
ZrO2は、その添加により、ビード幅の安定に効果があり、特に、高速溶接におけるビード幅安定化には有効で、このためには、少なくとも0.5質量%添加する必要がある。しかし、ZrO2はTiO2と同様に焼付きが著しく発生しやすい。ZrO2の含有量が0.5質量%未満であるとビード蛇行が発生する。一方、ZrO2の含有量が15質量%を超えるとスラグの焼付きが著しくなる。従って、ZrO2の添加量を0.5乃至15質量%とするが、好ましくは2乃至13質量%、更に好ましくは、2.5質量%を超えて、13質量%以下である。
【0023】
「FeO:0.3乃至4.0質量%」
FeOは、その添加により、MnOと同様に溶鋼に酸素を供給しやすい成分であり、溶接金属の酸素量を低減させるためには添加を抑制しなければならないが、本発明フラックス成分系では、スラグの焼付きを抑制する効果がある。FeOの含有量が0.3質量%未満であると、スラグの焼付きが発生する。一方、FeOの含有量が4質量%を超えると溶接金属の酸素量が高くなる。従って、FeOの添加量を0.3乃至4質量%とするが、好ましくは0.4質量%以上である。また、FeOの含有量が多いと、ビード中央部が鱗状となるため、好ましくは3.7質量%以下である。
【0024】
「B2O3:0.8質量%以下」
B2O3は、その添加により、溶接金属の靭性を高める効果があるが、その含有量が高いと強度が高くなり過ぎて、割れが発生する。このため、B2O3の含有量を0.8質量%以下に規制する。
【0025】
「TiO2+ZrO2:総量で20質量%以下」
前述の如く、TiO2、及びZrO2はスラグの焼付きを助長する成分である。TiO2、及びZrO2の含有量が総量で20質量%を超えると、スラグの焼付きが著しくなる。従って、TiO2+ZrO2の添加量を総量で20質量%以下に規制するが、好ましくは18質量%以下である。
【0026】
「Aの値が0以下」
更に、本発明者らが、フラックス組成について種々実験研究した結果、TiO2、ZrO2、及びFeOに下記数式1に示す関係があることを見出した。即ち、本発明のFeOの範囲であっても、その含有量が比較的低く、かつTiO2+ZrO2の含有量が総量で本発明範囲の上限近傍の場合、焼付きが著しくなることを見出した。Aの値が0を超えるとスラグの焼付きが著しくなる。従って、Aの値を0以下とするが、好ましくは−2以下である。
【0027】
【数1】
【0028】
但し、上記数式1において、TiO2の含有量を[TiO2]、ZrO2の含有量を[ZrO2]、及びFeOの含有量を[FeO]とする。
【0029】
図5は本発明の実施例・比較例を、[TiO2]+[ZrO2]量と、[FeO]量とでまとめたものである。但し、比較例の場合は、[TiO2]+[ZrO2]量又は[FeO]量が外れたもののみをプロットした。図5の実線の内部がスラグ焼き付きが少なくて良好な範囲を示し、破線の内部がスラグ焼き付きが極めて少なくてより好ましい範囲を示す。
【0030】
「Bの値が1.0乃至2.5」
下記数式2はフラックスの塩基性を表す数式で、高い値を示すほど塩基性が高い。塩基性が高いと溶接金属の酸素量は低くなる傾向を示し、靭性の改善が期待できる。Bの値が1.0未満であると、溶接金属の酸素量は高くなる。一方、Bの値が2.5を超えると、収縮孔が発生しやすくなる。従って、Bの値を1.0乃至2.5とする。
【0031】
【数2】
【0032】
上記数式2において、CaF2の含有量を[CaF2]、CaOの含有量を[CaO]、BaOの含有量を[BaO]、MgOの含有量を[MgO]、MnOの含有量を[MnO]、SiO2の含有量を[SiO2]、及びAl2O3の含有量を[Al2O3]とする。
【0033】
なお、本発明において不可避不純物とは、Na2O、K2O、Cr2O3、V2O5、P、S等がある。
【実施例1】
【0034】
次に、本発明の効果を実証するための実施例、及び比較例について説明する。
【0035】
試験に使用した供試鋼板は下記表1に示す組成のJIS・G・3106・SM490Aであり、板厚が32mmである。そして下記表2に示す組成のワイヤ(ワイヤ直径=4.0mm)と、表4乃至6に示す種々のフラックスを用いてサブマージアーク溶接法により両面一層溶接を行った。図1は電極配置図を示している。4本の電極(L、T1、T2、T3)が溶接方向に沿って電極間隔18.0mmで一列に配置されている。Lは溶接面の法線方向から溶接方向に対して12°傾斜した後退角、T1は0°、T2は13°傾斜した前進角、T3は23°傾斜した前進角を形成している。Lの電流極性は直流であり、T1、T2、及びT3の電流極性は交流である。各電極における電流、電圧、溶接速度、及び入熱を下記表3に示す。図2は開先形状を示す断面図である。開先形状は両面にV形状であり、その開先角度は70°、開先の深さは最初に溶接される1st側が10.0mm、次に溶接される2nd側が13.5mmである。符号4で示す部分は仮付け溶接部である。この仮付け溶接はJISZ3312YGW11のワイヤ(直径1.2mm)を使用し、溶接条件は、溶接電流が260A、溶接電圧が32V、溶接速度が40cpmであり、シールドガスはCO2を使用した。表4乃至6のその他の欄に記載の成分はNa2O、K2O、Cr2O3、V2O5、P、S等である。
【0036】
図3に示す溶接継手と供試鋼板断面の中心線が交わる部分より試験片を採取し溶接金属中の酸素分析を実施した。なお、溶接金属の酸素量が400ppmを超えた場合、酸素量が高いと判断した。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
【表3】
【0040】
試験結果を下記表7乃至9に示す。溶接作業性の評価は1.5mの試験溶接において判断し、判断基準は下記に示す。評価方法は良好(◎)、概ね良好(○)、不合格(×)の3種類で評価する。図2に示すように、溶接面の1st側、2nd側どちらかでも下記の判断基準において不合格となれば不合格と評価した。
【0041】
ビード蛇行については、図4に示すように、溶接線におけるビート蛇行の振れ幅が2mmの場合は◎、2〜3mmの場合は○、3mmを超える場合は×とした。
【0042】
ポックマークについては、溶接線上のポックマークが溶接線1m中に1個以下の場合は◎、1個を超える場合は×とした。
【0043】
ビード凸については、ビード凸における余盛高さが4mm未満の場合は◎、4〜5mmの場合は○、5mmを超える場合には×とした。
【0044】
スラグ焼付きについては、スラグ剥離後、焼き付が認められない場合は◎、焼付きの長さが溶接長に対して20%以下の場合は○、20%を超える場合は×とした。
【0045】
収縮孔については、ビード表面の収縮孔が認められない場合は◎、溶接長に対して10%以下の場合は○、10%を超える場合は×とした。
【0046】
【表4】
【0047】
【表5】
【0048】
【表6】
【0049】
【表7】
【0050】
【表8】
【0051】
【表9】
【産業上の利用可能性】
【0052】
本発明のフラックスは、厚板、両面一層の高速サブマージアーク溶接において好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】電極配置を示す図である。
【図2】開先形状を示す図である。
【図3】試験片を採取する位置を示す図である。
【図4】溶接線の振れ幅を示す図である。
【図5】スラグ焼き付きに及ぼすTiO2+ZrO2とFeOの関係を表すグラフ図である。
【符号の説明】
【0054】
1・・・トーチ
2・・・ワイヤ
3・・・鋼板
4・・・
5・・・溶接金属酸素分析試験片
6・・・溶接金属
7・・・溶接線の振れ幅
8・・・ビード
【特許請求の範囲】
【請求項1】
SiO2:19乃至32質量%、CaO:10乃至28質量%、BaO:7乃至18質量%、CaF2:7乃至29質量%、MgO:0.5乃至10質量%、Al2O3:0.5乃至15質量%、MnO:0.5乃至15質量%、TiO2:3乃至13質量%、ZrO2:0.5乃至15質量%、及びFeO:0.3乃至4.0質量%を含有し、B2O3を0.8質量%以下、TiO2+ZrO2を総量で20質量%以下に規制し、TiO2の含有量を[TiO2]、ZrO2の含有量を[ZrO2]、及びFeOの含有量を[FeO]とし、A=([TiO2]+[ZrO2])−2.5×[FeO]−16としたとき、Aの値が0以下であり、CaF2の含有量を[CaF2]、CaOの含有量を[CaO]、BaOの含有量を[BaO]、MgOの含有量を[MgO]、MnOの含有量を[MnO]、SiO2の含有量を[SiO2]、及びAl2O3の含有量を[Al2O3]とし、B=([CaF2]+[CaO]+[BaO]+[MgO]+0.5×[MnO]+0.5×[FeO])/([SiO2]+0.5×[TiO2]+0.5×[Al2O3]+0.5×[ZrO2])としたとき、Bの値が1.0乃至2.5であり、残部は不可避的不純物からなることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項1】
SiO2:19乃至32質量%、CaO:10乃至28質量%、BaO:7乃至18質量%、CaF2:7乃至29質量%、MgO:0.5乃至10質量%、Al2O3:0.5乃至15質量%、MnO:0.5乃至15質量%、TiO2:3乃至13質量%、ZrO2:0.5乃至15質量%、及びFeO:0.3乃至4.0質量%を含有し、B2O3を0.8質量%以下、TiO2+ZrO2を総量で20質量%以下に規制し、TiO2の含有量を[TiO2]、ZrO2の含有量を[ZrO2]、及びFeOの含有量を[FeO]とし、A=([TiO2]+[ZrO2])−2.5×[FeO]−16としたとき、Aの値が0以下であり、CaF2の含有量を[CaF2]、CaOの含有量を[CaO]、BaOの含有量を[BaO]、MgOの含有量を[MgO]、MnOの含有量を[MnO]、SiO2の含有量を[SiO2]、及びAl2O3の含有量を[Al2O3]とし、B=([CaF2]+[CaO]+[BaO]+[MgO]+0.5×[MnO]+0.5×[FeO])/([SiO2]+0.5×[TiO2]+0.5×[Al2O3]+0.5×[ZrO2])としたとき、Bの値が1.0乃至2.5であり、残部は不可避的不純物からなることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【公開番号】特開2007−268541(P2007−268541A)
【公開日】平成19年10月18日(2007.10.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−94572(P2006−94572)
【出願日】平成18年3月30日(2006.3.30)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年10月18日(2007.10.18)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年3月30日(2006.3.30)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】
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