ステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ
【課題】２相ステンレス鋼等をアーク溶接する際に、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、優れた耐孔食性を維持しつつ、低温靱性がより優れた溶接部が得られるステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】ステンレス鋼製の外皮１a中に、ワイヤ全質量あたりCrを22.0〜30.0％、Niを6.0〜12.0％、Moを2.0〜5.0％、Nを0.20〜0.35％、TiO２を4.0〜9.0％、SiO２を0.1〜2.0％、ZrO２を0.5〜4.0％、Li２O、Na２O及びK２Oを総量で0.50〜1.50％、金属弗化物を弗素量換算値で0.10〜0.90％、希土類元素成分を0.10〜1.00％含有する。Cの含有量は0.04％以下、Wの含有量は4.0％以下、Cuの含有量は2.0％以下、Bi２O３の含有量は0.01％以下に規制され、上記以外の酸化物の含有量は3.0％以下に規制されている。
【解決手段】ステンレス鋼製の外皮１a中に、ワイヤ全質量あたりCrを22.0〜30.0％、Niを6.0〜12.0％、Moを2.0〜5.0％、Nを0.20〜0.35％、TiO２を4.0〜9.0％、SiO２を0.1〜2.0％、ZrO２を0.5〜4.0％、Li２O、Na２O及びK２Oを総量で0.50〜1.50％、金属弗化物を弗素量換算値で0.10〜0.90％、希土類元素成分を0.10〜1.00％含有する。Cの含有量は0.04％以下、Wの含有量は4.0％以下、Cuの含有量は2.0％以下、Bi２O３の含有量は0.01％以下に規制され、上記以外の酸化物の含有量は3.0％以下に規制されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステナイト相とフェライト相との２相ステンレス鋼等をアーク溶接する際に使用されるステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤに関し、特に、耐孔食性及び低温靭性に優れ、かつ、全姿勢溶接での溶接作業性が良好なステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラント機器、石油又は天然ガスの掘削用油井管、ラインパイプ、ケミカルタンカー及び水門等の構造物用の部材には、主として海水等の塩素イオンを含む環境での耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）性及び耐孔食性が優れ、高強度であることが要求される。そして、これらの要求を満足する部材として、例えばＪＩＳ ＳＵＳ ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ ３２９Ｊ４Ｌ及びＡＳＴＭ Ｓ３１８０３の２相ステンレス鋼等が使用されている。
【０００３】
これらの構造物用の部材の溶接においては、基本的には母材と同様な合金組成からなる溶接材料が使用されることが多い。従って、溶接材料の合金組成も母材と同様に、多岐に亘っている。また、溶接方法についても各種の方法が使用されているが、特に、高能率で使い易いフラックス入りワイヤによるアーク溶接が広く使用されている。
【０００４】
しかしながら、上述の２相ステンレス鋼材は、製造過程で圧延後に熱処理が施されており、２相ステンレス鋼材の組織は、熱処理温度での平衡状態に近い組織に安定化されている。これに対して、溶接金属は、フェライト単相で凝固した後、自然冷却の過程でフェライト相にオーステナイト相が析出する非平衡状態の比較的不安定な組織である。このため、２相ステンレス鋼材の溶接部には、鋼材と比較して耐孔食性又は低温靭性が不安定な面があり、これを適用した構造物によっては、耐孔食性及び／又は低温靱性の劣化が問題となり、溶接材料の改善が望まれている。
【０００５】
フラックス入りワイヤを使用したアーク溶接において、溶接部の耐孔食性を向上させる技術としては、例えば特許文献１及び２が挙げられる。これらの特許文献１及び２には、フラックス入りワイヤにＣｒ、Ｍｏ及びＮを添加することにより、溶接部の耐孔食性を向上させる技術が開示されている。また、フラックス入りワイヤへのＮの添加により、溶接金属の強度を高めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００９３３５２号明細書
【特許文献２】特開２００８−２２１２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術には以下のような問題点がある。近時、２相ステンレス鋼等の構造材は、例えば海溝及び海底等の塩素イオンを含み、高圧力で低温の環境において使用されるようになってきたため、溶接部には、より高い耐孔食性及び低温靱性が求められている。しかし、上述の従来のフラックス入りワイヤは、近時の耐孔食性及び低温靱性への要求に応えられるものではなかった。
【０００８】
また、特許文献１のフラックス入りワイヤは、アルカリ金属成分の含有量が少なく、特に立向上進溶接においてアークの安定性が得られず、溶接作業性が低下する。
【０００９】
更に、特許文献２の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤは、ＺｒＯ２の含有量が少なく、特に立向溶接及び上向溶接において、良好なスラグ被包性を得ることができず、これにより、スラグ剥離性及び耐気孔性が劣化して、溶接作業性が低下する。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、２相ステンレス鋼等をアーク溶接する際に、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、優れた耐孔食性を維持しつつ、低温靱性がより優れた溶接部が得られるステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ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】
【００１１】
本発明に係るステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤは、ステンレス鋼製の外皮中に、フラックスを充填したステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたりＣｒを２２．０乃至３０．０質量％、Ｎｉを６．０乃至１２．０質量％、Ｍｏを２．０乃至５．０質量％、Ｎを０．２０乃至０．３５質量％、ＴｉＯ２を４．０乃至９．０質量％、ＳｉＯ２を０．１乃至２．０質量％、ＺｒＯ２を０．５乃至４．０質量％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏを総量で０．５０乃至１．５０質量％、金属弗化物を弗素量換算値で０．１０乃至０．９０質量％、並びに希土類元素成分を０．１０乃至１．００質量％含有し、Ｃの含有量が０．０４質量％以下、Ｗの含有量が４．０質量％以下、Ｃｕの含有量が２．０質量％以下、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．０１質量％以下に規制され、前記Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量が３．０質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤは、適正な範囲でＮ、Ｃｒ及びＭｏを含有した上で、ワイヤ中のＢｉ２Ｏ３の含有量が規制され、ワイヤに希土類元素成分を適量添加しているので、２相ステンレス鋼等の溶接部において、優れた耐孔食性を維持しながら、より高い低温靱性を得ることができる。また、スラグ形成剤及びアーク安定剤を適正な範囲で含有し、必要な成分以外の酸化物の含有量が規制されているため、良好なスラグ被包性が得られ、溶接作業性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】フラックス入りワイヤの一例を示す図である。
【図２】（ａ）は、下向溶接における溶接母材の開先形状を示す断面図であり、（ｂ）は立向溶接及び上向溶接における溶接母材の開先形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。２相ステンレス鋼等の溶接部において高い耐孔食性を得るためには、従来からフラックス入りワイヤの成分としてＮ、Ｃｒ及びＭｏを添加することが行われてきた。しかしながら、Ｎを多量に添加することは、溶接部にピット及びガス溝等の溶接欠陥が発生する原因となり、溶接部の低温靱性も劣化しやすくなる。低温靱性が劣化した構造材は、例えば海溝又は海底等の高圧力で低温の環境において使用することができない。本願発明者等は、フラックス入りワイヤへのＮの添加による溶接欠陥の発生及び溶接部の低温靱性の劣化という問題点を解決しようと、鋭意実験検討を行った。そして、２相ステンレス鋼等の溶接部において、従来と同等以上の耐孔食性を維持しながら、優れた低温靱性を得るためには、Ｎ、Ｃｒ及びＭｏを添加したフラックスワイヤにおいて、Ｂｉ２Ｏ３の含有量を規制しながら、フラックス入りワイヤに希土類元素成分を適量添加すればよいことを知見した。
【００１５】
また、本願発明者等は、フラックス入りワイヤにスラグ形成剤としてのＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２、アーク安定剤としてのＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ、並びに金属弗化物としての弗素を適正な範囲で添加し、必要な成分以外の酸化物の含有量を規制すれば、良好なスラグ被包性が得られ、これにより、スラグ剥離性及び耐気孔性が良好であり、良好な溶接作業性も得られることを知見した。
【００１６】
本発明は、例えば２相ステンレス鋼等のステンレス鋼を母材とする溶接に使用できる他、例えば、軟鋼を母材としてその上に肉盛溶接する場合においても好適に使用することができる。
【００１７】
以下、本発明のステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤについて、数値限定の理由について説明する。
【００１８】
「Ｃｒ：ワイヤ全質量あたり２２．０乃至３０．０質量％」
Ｃｒは、溶接部の耐孔食性を向上させる作用を有する。Ｃｒの含有量がワイヤの全質量あたり２２．０質量％未満では、溶接部の耐孔食性を十分に向上させることができない。一方、Ｃｒの含有量がワイヤの全質量あたり３０．０質量％を超えると、溶接部にＦｅＣｒを主体とする金属間化合物であるσ相が析出し、低温靱性が劣化（σ相脆化）する。従って、本発明においては、Ｃｒの含有量は、ワイヤの全質量あたり２２．０乃至３０．０質量％と規定する。
【００１９】
「Ｎｉ：ワイヤ全質量あたり６．０乃至１２．０質量％」
Ｎｉは、２相ステンレス鋼等の溶接部において、オーステナイト相を安定化させ、溶着金属の低温靱性を向上させる作用を有する。Ｎｉの含有量がワイヤの全質量あたり６．０質量％未満であると、溶着金属の低温靱性を向上させる作用を十分に得ることができない。一方、Ｎｉの含有量がワイヤの全質量あたり１２．０質量％を超えると、溶着金属の延性を低下させてしまう。従って、本発明においては、Ｎｉの含有量をワイヤの全質量あたり６．０乃至１２．０質量％と規定する。
【００２０】
「Ｍｏ：ワイヤ全質量あたり２．０乃至５．０質量％」
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、溶接部の耐孔食性を向上させる目的で添加する。Ｍｏの含有量がワイヤの全質量あたり２．０質量％未満であると、溶接部の耐孔食性を十分に向上させることができない。一方、Ｍｏの含有量がワイヤの全質量あたり５．０質量％を超えると、２相ステンレス鋼等の溶接部において、ＦｅＣｒを主体とする金属間化合物であるσ相が析出し、溶着金属の低温靱性が劣化（σ相脆化）する。従って、本発明においては、Ｍｏの含有量は、ワイヤの全質量あたり２．０乃至５．０質量％と規定する。
【００２１】
「Ｎ：ワイヤ全質量あたり０．２０乃至０．３５質量％」
Ｎは、Ｃｒ及びＭｏと同様に、溶接部の耐孔食性を向上させる作用を有する。Ｎの含有量がワイヤの全質量あたり０．２０質量％未満であると、溶接部の耐孔食性を十分に向上させることができない。一方、Ｎの含有量がワイヤの全質量あたり０．３５質量％を超えると、溶接部の耐気孔性が劣化し、ピット及びガス溝等の溶接欠陥が発生する原因となったり、溶着金属の低温靱性が劣化する。従って、本発明において、Ｎの含有量は、ワイヤの全質量あたり０．２０乃至０．３５質量％と規定する。
【００２２】
「ＴｉＯ２：ワイヤ全質量あたり４．０乃至９．０質量％」
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤であり、スラグの流動性を改善し、スラグの被包性と剥離性を向上させる。また、ＴｉＯ２は、アークの安定性を向上させる作用がある。ＴｉＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり４．０質量％未満であると、スラグ被包性及びスラグ剥離性の向上効果、並びにアークの安定化が得られなくなる。一方、ＴｉＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり９．０質量％を超えると、スラグの流動性が低下し、溶接部にスラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。また、溶接時のスラグ剥離性及び耐気孔性が劣化する。従って、本発明においては、ＴｉＯ２の含有量は、ワイヤの全質量あたり４．０乃至９．０質量％と規定する。
【００２３】
「ＳｉＯ２：ワイヤ全質量あたり０．１乃至２．０質量％」
ＳｉＯ２は、ビードのなじみ性及びスラグの被包性を良好にする作用があり、ＳｉＯ２の添加により、良好なスラグ剥離性及び耐気孔性を得ることができる。ＳｉＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり０．１質量％未満であると、ビードのなじみ性及びスラグの被包性を向上させる効果を十分に得ることができない。一方、ＳｉＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり２．０質量％を超えると、スラグが焼き付きやすくなり、スラグ剥離性が劣化する。従って、本発明においては、ＳｉＯ２の含有量を０．１乃至２．０質量％と規定する。
【００２４】
「ＺｒＯ２：ワイヤ全質量あたり０．５乃至４．０質量％」
ＺｒＯ２は、スラグの粘性を向上させる作用があり、ＺｒＯ２の添加により、特に立向溶接及び上向溶接の際に良好なスラグ被包性を得ることができ、これにより、良好なスラグ剥離性及び耐気孔性を得ることができる。ＺｒＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり０．５質量％未満であると、スラグの粘性を向上させる効果を十分に得られなくなり、立向上進溶接性が劣化する。一方、ＺｒＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり４．０質量％を超えると、スラグの粘性が過剰に高くなり、スラグ剥離性が劣化し、溶接部にスラグ巻き込み等の溶接欠陥も発生しやすくなる。従って、本発明においては、ＺｒＯ２の含有量は、ワイヤの全質量あたり０．５乃至４．０質量％と規定する。
【００２５】
「Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量でワイヤ全質量あたり０．５０乃至１．５０質量％」
アルカリ金属であるＬｉ、Ｎａ及びＫの酸化物は、添加することにより、アークの安定性を向上させ、特に立向上進溶接において溶接作業性を向上させる作用を有する。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が総量でワイヤの全質量あたり０．５０質量％未満であると、全姿勢溶接において、良好な溶接作業性を得ることができなくなる。一方、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が総量でワイヤの全質量あたり１．５０質量％を超えると、ワイヤの耐吸湿性が劣化しやすくなる。従って、本発明においては、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量は、ワイヤの全質量あたり０．５０乃至１．５０質量％と規定する。
【００２６】
「金属弗化物：弗素量換算値でワイヤ全質量あたり０．１０乃至０．９０質量％」
弗素は、溶接部へのピット及びブローホール等の溶接欠陥の発生を抑制し、また、耐気孔性を向上させる作用があり、本発明においては、金属弗化物により添加する。金属弗化物の含有量が、弗素量換算値でワイヤの全質量あたり０．１０質量％未満であると、ピット及びブローホールが発生しやすくなり、スラグ剥離性も劣化する。一方、金属弗化物の含有量が、弗素量換算値でワイヤの全質量あたり０．９０質量％を超えると、溶接時のアーク安定性が低下してスパッタ及びヒュームの発生量が増加し、溶接作業性が劣化する。従って、本発明においては、金属弗化物の含有量は、弗素量換算値でワイヤの全質量あたり０．１０乃至０．９０質量％と規定する。また、より好ましい金属弗化物の含有量は、弗素量換算値でワイヤの全質量あたり０．３０乃至０．９０質量％である。
【００２７】
「希土類元素成分：ワイヤ全質量あたり０．１０乃至１．００質量％」
希土類元素成分は、本発明において、溶接部の低温靱性を向上させるために、最も重要な成分である。即ち、希土類元素成分は、強脱酸剤であるため、溶着金属中の酸素量を低減させると共に、酸化された介在物を起点として、溶着金属がフェライト相からオーステナイト相へ円滑に遷移しやすくなり、その結果、２相ステンレス鋼等の組織を微細化して溶接部の低温靱性を向上させる作用を有する。また、希土類元素成分は、スラグの被りを均一化し、スラグ剥離性を向上させる効果があり、溶着金属とスラグとの境界部分に滞留する窒素ガス等のガスによりガス溝及びピット等の溶接欠陥が発生することを防止する作用がある。希土類元素成分は、例えばＣｅ、Ｌａ及びＹ等を弗化物又は酸化物等の形態でフラックス中に添加することができる。希土類元素成分の含有量は、ワイヤの全質量あたり０．１０質量％以上であれば、溶接部の低温靱性を向上させることができる。一方、希土類元素成分の含有量が、ワイヤの全質量あたり１．００質量％を超えると、逆にスラグ剥離性が劣化しやすくなる。これは、希土類元素の酸化物がスラグ中に増加することによると考えられる。従って、本発明においては、希土類元素成分の含有量は、ワイヤの全質量あたり０．１０乃至１．００質量％と規定する。また、希土類元素成分の含有量は、ワイヤの全質量あたり０．３０質量％以上とすることにより、上述の効果を十分に得ることができる。
【００２８】
「Ｃ：ワイヤ全質量あたり０．０４質量％以下に規制」
Ｃは、Ｃｒ及びＭｏと反応して炭化物を生成し、溶接部の耐孔食性を劣化させる。Ｃの含有量がワイヤの全質量あたり０．０４質量％を超えると、溶接部の耐孔食性が劣化する。従って、本発明においては、Ｃの含有量をワイヤの全質量あたり０．０４質量％以下に規制する。
【００２９】
「Ｗ：ワイヤ全質量あたり４．０質量％以下に規制」
ワイヤ中のＷの含有量が４．０質量％を超えるような多量のＷを添加すると、２相ステンレス鋼等の溶接部において、窒化物及び金属間化合物が析出し、溶着金属の脆性及び低温靱性が劣化する。従って、本発明においては、Ｗの含有量をワイヤの全質量あたり４．０質量％以下に規制する。また、好ましくは、Ｗの含有量は、ワイヤの全質量あたり２．０質量％以下である。
【００３０】
「Ｃｕ：ワイヤ全質量あたり２．０質量％以下に規制」
Ｃｕは、添加量が微量であってもスラグ剥離性を劣化させる。また、Ｃｕの含有量がワイヤの全質量あたり２．０質量％を超えるような多量のＣｕを添加すると、スラグ剥離性が劣化し、耐気孔性も劣化する。従って、本発明においては、Ｃｕの含有量は、ワイヤの全質量あたり２．０質量％に規制する。また、好ましくは、Ｃｕの含有量は、ワイヤの全質量あたり１．０質量％以下である。
【００３１】
「Ｂｉ２Ｏ３：ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以下に規制」
Ｂｉ２Ｏ３は、溶着金属中の酸素量を増加させ、溶接部の低温靱性を劣化させる。Ｂｉ２Ｏ３の含有量がワイヤの全質量あたり０．０１質量％を超えると、溶接部の低温靱性が劣化する。従って、本発明においては、Ｂｉ２Ｏ３の含有量をワイヤの全質量あたり０．０１質量％以下に規制する。
【００３２】
「上記以外の酸化物：ワイヤ全質量あたり３．０質量％以下に規制」
上記Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物は、例えばスラグ剥離性及び耐気孔性といったスラグの特性を劣化させ、溶接作業性を劣化させる。Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量がワイヤの全質量あたり３．０質量％を超えると、スラグ剥離性が劣化し、耐気孔性も劣化する。従って、本発明においては、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量をワイヤの全質量あたり３．０質量％以下に規制する。また、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量は、ワイヤの全質量あたり１．２質量％以下であることが好ましい。
【００３３】
本発明においては、上述したワイヤ組成の数値範囲に加え、ワイヤ全質量に対するフラックスの質量比であるフラックス率を２５．０乃至４０．０質量％とすることが好ましい。フラックス率が２５．０質量％未満であると、スラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる場合があり、フラックス率が４０．０質量％を超えると、ワイヤの強度低下により送給性が劣化しやすくなり、安定した溶接作業ができなくなる場合がある。従って、フラックス率は２５．０乃至４０．０質量％であることが好ましく、更に好ましくは、フラックス率は３０．０乃至３８．０質量％である。
【００３４】
また、本発明においては、生産性の観点からフラックス入りワイヤの外皮としては、外皮の全質量あたりＣｒを１６．０乃至２２．０質量％、Ｎｉを１０．０乃至１４．０質量％、及びＭｏを２．０乃至３．０質量％含有するステンレス鋼を使用することが好ましい。この組成以外のステンレス鋼を外皮として使用する場合には、生産性が低下し、コストが増大しやすくなる場合がある。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の範囲を満足する実施例について、その効果を本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、表１に示す組成のステンレス鋼からなる厚さ０．４ｍｍ、幅９．０ｍｍの帯をその長手方向に移動させつつ、その上にフラックスを供給し、更に、その帯を幅方向に徐々に湾曲させて図１（ｂ）に示す円筒状に成形することにより、外皮１ａ（Ｎｏ．Ａ及びＢ）の中に、金属原料とスラグ成分とからなるフラックス１ｂを充填した。得られたフラックス入りワイヤ１（Ｎｏ．１乃至２４）を、直径が１．２ｍｍになるように伸線加工して供試ワイヤとした。このとき、外皮へのフラックスの充填率と、フラックスの組成を調整することにより、表２−１及び表２−２に示す組成を有する各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを作製した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２−１】
【００３８】
【表２−２】
【００３９】
前述の方法で製造したＮｏ．１乃至２４のステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ１を使用して表３に示す化学組成を有する溶接母材に対して下向溶接、立向溶接及び上向溶接を行い、溶接作業性について評価した。図２（ａ）は下向溶接における溶接母材の開先形状を示す断面図であり、図２（ｂ）は立向溶接及び上向溶接における溶接母材の開先形状を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、溶接母材２の端部に斜面２ａを形成し、溶接母材２の斜面２ａ同士が向き合うように設置して溶接を行った。立向溶接及び上向溶接は、図２（ｂ）に示すように、上板３の側面３ａに溶接母材４に形成された斜面４ａ側の端部を当接させて溶接を行った。このときの溶接条件を下記表４に示す。各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤについて、下向溶接、立向溶接及び上向溶接時のアーク安定性、スラグ剥離性及び耐気孔性により、溶接作業性を評価した。また、立向溶接については、立向上進性についてもあわせて評価した。各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤによる溶接作業性について、極めて良好だった場合を◎、良好だった場合を○、不良だった場合を×と評価し、下記表５に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
次に、下向溶接によって溶接した溶着金属からＡＳＴＭ Ｇ４８Ｅ法に準拠して試験片を採取し、この試験片に対して孔食試験を実施し、ＣＰＴ（孔食発生臨界温度、Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を測定することにより耐孔食性を評価した。ＣＰＴが４０℃以上であったものを◎、３５℃を超え４０℃未満であったものを○、３５℃以下であったものを×と評価した。各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを使用して溶接した溶着金属について、耐孔食性の評価結果を表５にあわせて示す。
【００４３】
また、各実施例及び比較例ごとに下向溶接で溶接した同一の溶着金属に対して、ＪＩＳ Ｚ ３１２８に準拠して−４０℃の温度でシャルピー衝撃試験を３回行い、測定した吸収エネルギの平均値により低温雰囲気における切欠靱性を評価した。なお、シャルピー衝撃試験による３回の吸収エネルギの測定値の平均が３５Ｊ以上であったものを◎、３５Ｊ未満であったものを×と評価した。
【００４４】
そして、総合評価として、溶接作業性（アーク安定性、スラグ剥離性、立向上進溶接性及び耐気孔性）及び溶着金属性能（耐気孔性及び低温靱性）の全ての項目が◎で合った場合を◎、いずれか１項目でも×の評価があった場合には×、評価が◎及び○であった場合には○と評価した。
【００４５】
【表５】
【００４６】
表５に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．９は、フラックス入りワイヤの組成が本発明の範囲を満足するので、フラックス入りワイヤの組成が本発明の範囲を満足しない比較例Ｎｏ．１０乃至Ｎｏ．２４に比して溶接作業性及び溶着金属の性能が良好であった。
【００４７】
比較例Ｎｏ．１０は、ワイヤ中のＣの含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属の耐孔食性が劣化し、ＴｉＯ２不足により、スラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１１は、ワイヤ中のＮｉの含有量が本発明の範囲を下回り、溶着金属の低温靱性が劣化し、ＳｉＯ２不足により、スラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１２は、ワイヤ中のＣｕの含有量が本発明の範囲を超え、溶接作業時のスラグ剥離性が劣化し、耐気孔性も劣化した。
【００４８】
比較例Ｎｏ．１３は、ワイヤ中のＢｉ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属の低温靱性が劣化し、ＳｉＯ２の含有量が過剰となり、スラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１４は、ワイヤ中のＭｏ不足により、溶着金属の耐孔食性を向上させることができず、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物が過剰となり、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、耐気孔性も劣化した。
【００４９】
比較例Ｎｏ．１５は、ワイヤ中のＮ及びＴｉＯ２の含有量が本発明の範囲を超え、溶接部の耐気孔性が劣化し、ＴｉＯ２が過剰となり、スラグ剥離性も劣化し、また、Ｎが過剰となり、低温靱性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．２４は、ワイヤ中のＴｉＯ２の含有量が本発明の範囲を超え、溶接部の耐気孔性及びスラグ剥離性が劣化したものの、ワイヤ中のＮの含有量が本発明の範囲を満足し、溶着金属の低温靱性は良好であった。
【００５０】
比較例Ｎｏ．１６は、ワイヤ中の希土類元素成分の含有量が本発明の範囲を超え、スラグ剥離性が劣化した。これは、希土類元素の酸化物がスラグ中に増加することによると考えられる。比較例Ｎｏ．１７は、ワイヤ中のＣｒの含有量が本発明の範囲を超え、低温靱性が劣化し、ＺｒＯ２不足によりスラグ剥離性及び立向上進溶接性が劣化した。
【００５１】
比較例Ｎｏ．１８は、ワイヤ中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの総量が本発明の範囲を下回り、十分なアーク安定性を得ることができず、立向上進溶接性も若干低下した。また、ＺｒＯ２の含有量が過剰となり、スラグの粘性が高くなってスラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１９は、ワイヤ中のＣｒの含有量が本発明の範囲を下回り、耐孔食性が劣化し、過剰な金属弗化物によりアーク安定性が低下した。比較例Ｎｏ．２０は、ワイヤ中のＷの含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属の低温靱性が劣化した。
【００５２】
比較例Ｎｏ．２１は、ワイヤ中の希土類元素成分の不足により、溶着金属の低温靱性を向上させることができず、耐気孔性も劣化した。比較例Ｎｏ．２２は、ワイヤ中のＭｏの含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属の低温靱性が劣化した。また、ワイヤ中の金属弗化物の含有量が本発明の範囲を下回り、スラグ剥離性及び耐気孔性が劣化した。比較例Ｎｏ．２３は、ワイヤ中のＮの含有量が本発明の範囲を下回り、溶着金属の耐孔食性が劣化した。また、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ不足により、アークの安定性を十分に向上させることができなかった。
【符号の説明】
【００５３】
１：フラックス入りワイヤ、１ａ：外皮、１ｂ：フラックス、２、４：溶接母材、２ａ、４ａ：斜面、３：上板、３ａ：側面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステナイト相とフェライト相との２相ステンレス鋼等をアーク溶接する際に使用されるステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤに関し、特に、耐孔食性及び低温靭性に優れ、かつ、全姿勢溶接での溶接作業性が良好なステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラント機器、石油又は天然ガスの掘削用油井管、ラインパイプ、ケミカルタンカー及び水門等の構造物用の部材には、主として海水等の塩素イオンを含む環境での耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）性及び耐孔食性が優れ、高強度であることが要求される。そして、これらの要求を満足する部材として、例えばＪＩＳ ＳＵＳ ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ ３２９Ｊ４Ｌ及びＡＳＴＭ Ｓ３１８０３の２相ステンレス鋼等が使用されている。
【０００３】
これらの構造物用の部材の溶接においては、基本的には母材と同様な合金組成からなる溶接材料が使用されることが多い。従って、溶接材料の合金組成も母材と同様に、多岐に亘っている。また、溶接方法についても各種の方法が使用されているが、特に、高能率で使い易いフラックス入りワイヤによるアーク溶接が広く使用されている。
【０００４】
しかしながら、上述の２相ステンレス鋼材は、製造過程で圧延後に熱処理が施されており、２相ステンレス鋼材の組織は、熱処理温度での平衡状態に近い組織に安定化されている。これに対して、溶接金属は、フェライト単相で凝固した後、自然冷却の過程でフェライト相にオーステナイト相が析出する非平衡状態の比較的不安定な組織である。このため、２相ステンレス鋼材の溶接部には、鋼材と比較して耐孔食性又は低温靭性が不安定な面があり、これを適用した構造物によっては、耐孔食性及び／又は低温靱性の劣化が問題となり、溶接材料の改善が望まれている。
【０００５】
フラックス入りワイヤを使用したアーク溶接において、溶接部の耐孔食性を向上させる技術としては、例えば特許文献１及び２が挙げられる。これらの特許文献１及び２には、フラックス入りワイヤにＣｒ、Ｍｏ及びＮを添加することにより、溶接部の耐孔食性を向上させる技術が開示されている。また、フラックス入りワイヤへのＮの添加により、溶接金属の強度を高めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００９３３５２号明細書
【特許文献２】特開２００８−２２１２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術には以下のような問題点がある。近時、２相ステンレス鋼等の構造材は、例えば海溝及び海底等の塩素イオンを含み、高圧力で低温の環境において使用されるようになってきたため、溶接部には、より高い耐孔食性及び低温靱性が求められている。しかし、上述の従来のフラックス入りワイヤは、近時の耐孔食性及び低温靱性への要求に応えられるものではなかった。
【０００８】
また、特許文献１のフラックス入りワイヤは、アルカリ金属成分の含有量が少なく、特に立向上進溶接においてアークの安定性が得られず、溶接作業性が低下する。
【０００９】
更に、特許文献２の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤは、ＺｒＯ２の含有量が少なく、特に立向溶接及び上向溶接において、良好なスラグ被包性を得ることができず、これにより、スラグ剥離性及び耐気孔性が劣化して、溶接作業性が低下する。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、２相ステンレス鋼等をアーク溶接する際に、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、優れた耐孔食性を維持しつつ、低温靱性がより優れた溶接部が得られるステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ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】
【００１１】
本発明に係るステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤは、ステンレス鋼製の外皮中に、フラックスを充填したステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたりＣｒを２２．０乃至３０．０質量％、Ｎｉを６．０乃至１２．０質量％、Ｍｏを２．０乃至５．０質量％、Ｎを０．２０乃至０．３５質量％、ＴｉＯ２を４．０乃至９．０質量％、ＳｉＯ２を０．１乃至２．０質量％、ＺｒＯ２を０．５乃至４．０質量％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏを総量で０．５０乃至１．５０質量％、金属弗化物を弗素量換算値で０．１０乃至０．９０質量％、並びに希土類元素成分を０．１０乃至１．００質量％含有し、Ｃの含有量が０．０４質量％以下、Ｗの含有量が４．０質量％以下、Ｃｕの含有量が２．０質量％以下、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．０１質量％以下に規制され、前記Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量が３．０質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤは、適正な範囲でＮ、Ｃｒ及びＭｏを含有した上で、ワイヤ中のＢｉ２Ｏ３の含有量が規制され、ワイヤに希土類元素成分を適量添加しているので、２相ステンレス鋼等の溶接部において、優れた耐孔食性を維持しながら、より高い低温靱性を得ることができる。また、スラグ形成剤及びアーク安定剤を適正な範囲で含有し、必要な成分以外の酸化物の含有量が規制されているため、良好なスラグ被包性が得られ、溶接作業性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】フラックス入りワイヤの一例を示す図である。
【図２】（ａ）は、下向溶接における溶接母材の開先形状を示す断面図であり、（ｂ）は立向溶接及び上向溶接における溶接母材の開先形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。２相ステンレス鋼等の溶接部において高い耐孔食性を得るためには、従来からフラックス入りワイヤの成分としてＮ、Ｃｒ及びＭｏを添加することが行われてきた。しかしながら、Ｎを多量に添加することは、溶接部にピット及びガス溝等の溶接欠陥が発生する原因となり、溶接部の低温靱性も劣化しやすくなる。低温靱性が劣化した構造材は、例えば海溝又は海底等の高圧力で低温の環境において使用することができない。本願発明者等は、フラックス入りワイヤへのＮの添加による溶接欠陥の発生及び溶接部の低温靱性の劣化という問題点を解決しようと、鋭意実験検討を行った。そして、２相ステンレス鋼等の溶接部において、従来と同等以上の耐孔食性を維持しながら、優れた低温靱性を得るためには、Ｎ、Ｃｒ及びＭｏを添加したフラックスワイヤにおいて、Ｂｉ２Ｏ３の含有量を規制しながら、フラックス入りワイヤに希土類元素成分を適量添加すればよいことを知見した。
【００１５】
また、本願発明者等は、フラックス入りワイヤにスラグ形成剤としてのＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２、アーク安定剤としてのＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ、並びに金属弗化物としての弗素を適正な範囲で添加し、必要な成分以外の酸化物の含有量を規制すれば、良好なスラグ被包性が得られ、これにより、スラグ剥離性及び耐気孔性が良好であり、良好な溶接作業性も得られることを知見した。
【００１６】
本発明は、例えば２相ステンレス鋼等のステンレス鋼を母材とする溶接に使用できる他、例えば、軟鋼を母材としてその上に肉盛溶接する場合においても好適に使用することができる。
【００１７】
以下、本発明のステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤについて、数値限定の理由について説明する。
【００１８】
「Ｃｒ：ワイヤ全質量あたり２２．０乃至３０．０質量％」
Ｃｒは、溶接部の耐孔食性を向上させる作用を有する。Ｃｒの含有量がワイヤの全質量あたり２２．０質量％未満では、溶接部の耐孔食性を十分に向上させることができない。一方、Ｃｒの含有量がワイヤの全質量あたり３０．０質量％を超えると、溶接部にＦｅＣｒを主体とする金属間化合物であるσ相が析出し、低温靱性が劣化（σ相脆化）する。従って、本発明においては、Ｃｒの含有量は、ワイヤの全質量あたり２２．０乃至３０．０質量％と規定する。
【００１９】
「Ｎｉ：ワイヤ全質量あたり６．０乃至１２．０質量％」
Ｎｉは、２相ステンレス鋼等の溶接部において、オーステナイト相を安定化させ、溶着金属の低温靱性を向上させる作用を有する。Ｎｉの含有量がワイヤの全質量あたり６．０質量％未満であると、溶着金属の低温靱性を向上させる作用を十分に得ることができない。一方、Ｎｉの含有量がワイヤの全質量あたり１２．０質量％を超えると、溶着金属の延性を低下させてしまう。従って、本発明においては、Ｎｉの含有量をワイヤの全質量あたり６．０乃至１２．０質量％と規定する。
【００２０】
「Ｍｏ：ワイヤ全質量あたり２．０乃至５．０質量％」
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、溶接部の耐孔食性を向上させる目的で添加する。Ｍｏの含有量がワイヤの全質量あたり２．０質量％未満であると、溶接部の耐孔食性を十分に向上させることができない。一方、Ｍｏの含有量がワイヤの全質量あたり５．０質量％を超えると、２相ステンレス鋼等の溶接部において、ＦｅＣｒを主体とする金属間化合物であるσ相が析出し、溶着金属の低温靱性が劣化（σ相脆化）する。従って、本発明においては、Ｍｏの含有量は、ワイヤの全質量あたり２．０乃至５．０質量％と規定する。
【００２１】
「Ｎ：ワイヤ全質量あたり０．２０乃至０．３５質量％」
Ｎは、Ｃｒ及びＭｏと同様に、溶接部の耐孔食性を向上させる作用を有する。Ｎの含有量がワイヤの全質量あたり０．２０質量％未満であると、溶接部の耐孔食性を十分に向上させることができない。一方、Ｎの含有量がワイヤの全質量あたり０．３５質量％を超えると、溶接部の耐気孔性が劣化し、ピット及びガス溝等の溶接欠陥が発生する原因となったり、溶着金属の低温靱性が劣化する。従って、本発明において、Ｎの含有量は、ワイヤの全質量あたり０．２０乃至０．３５質量％と規定する。
【００２２】
「ＴｉＯ２：ワイヤ全質量あたり４．０乃至９．０質量％」
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤であり、スラグの流動性を改善し、スラグの被包性と剥離性を向上させる。また、ＴｉＯ２は、アークの安定性を向上させる作用がある。ＴｉＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり４．０質量％未満であると、スラグ被包性及びスラグ剥離性の向上効果、並びにアークの安定化が得られなくなる。一方、ＴｉＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり９．０質量％を超えると、スラグの流動性が低下し、溶接部にスラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。また、溶接時のスラグ剥離性及び耐気孔性が劣化する。従って、本発明においては、ＴｉＯ２の含有量は、ワイヤの全質量あたり４．０乃至９．０質量％と規定する。
【００２３】
「ＳｉＯ２：ワイヤ全質量あたり０．１乃至２．０質量％」
ＳｉＯ２は、ビードのなじみ性及びスラグの被包性を良好にする作用があり、ＳｉＯ２の添加により、良好なスラグ剥離性及び耐気孔性を得ることができる。ＳｉＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり０．１質量％未満であると、ビードのなじみ性及びスラグの被包性を向上させる効果を十分に得ることができない。一方、ＳｉＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり２．０質量％を超えると、スラグが焼き付きやすくなり、スラグ剥離性が劣化する。従って、本発明においては、ＳｉＯ２の含有量を０．１乃至２．０質量％と規定する。
【００２４】
「ＺｒＯ２：ワイヤ全質量あたり０．５乃至４．０質量％」
ＺｒＯ２は、スラグの粘性を向上させる作用があり、ＺｒＯ２の添加により、特に立向溶接及び上向溶接の際に良好なスラグ被包性を得ることができ、これにより、良好なスラグ剥離性及び耐気孔性を得ることができる。ＺｒＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり０．５質量％未満であると、スラグの粘性を向上させる効果を十分に得られなくなり、立向上進溶接性が劣化する。一方、ＺｒＯ２の含有量がワイヤの全質量あたり４．０質量％を超えると、スラグの粘性が過剰に高くなり、スラグ剥離性が劣化し、溶接部にスラグ巻き込み等の溶接欠陥も発生しやすくなる。従って、本発明においては、ＺｒＯ２の含有量は、ワイヤの全質量あたり０．５乃至４．０質量％と規定する。
【００２５】
「Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ：総量でワイヤ全質量あたり０．５０乃至１．５０質量％」
アルカリ金属であるＬｉ、Ｎａ及びＫの酸化物は、添加することにより、アークの安定性を向上させ、特に立向上進溶接において溶接作業性を向上させる作用を有する。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が総量でワイヤの全質量あたり０．５０質量％未満であると、全姿勢溶接において、良好な溶接作業性を得ることができなくなる。一方、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量が総量でワイヤの全質量あたり１．５０質量％を超えると、ワイヤの耐吸湿性が劣化しやすくなる。従って、本発明においては、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量は、ワイヤの全質量あたり０．５０乃至１．５０質量％と規定する。
【００２６】
「金属弗化物：弗素量換算値でワイヤ全質量あたり０．１０乃至０．９０質量％」
弗素は、溶接部へのピット及びブローホール等の溶接欠陥の発生を抑制し、また、耐気孔性を向上させる作用があり、本発明においては、金属弗化物により添加する。金属弗化物の含有量が、弗素量換算値でワイヤの全質量あたり０．１０質量％未満であると、ピット及びブローホールが発生しやすくなり、スラグ剥離性も劣化する。一方、金属弗化物の含有量が、弗素量換算値でワイヤの全質量あたり０．９０質量％を超えると、溶接時のアーク安定性が低下してスパッタ及びヒュームの発生量が増加し、溶接作業性が劣化する。従って、本発明においては、金属弗化物の含有量は、弗素量換算値でワイヤの全質量あたり０．１０乃至０．９０質量％と規定する。また、より好ましい金属弗化物の含有量は、弗素量換算値でワイヤの全質量あたり０．３０乃至０．９０質量％である。
【００２７】
「希土類元素成分：ワイヤ全質量あたり０．１０乃至１．００質量％」
希土類元素成分は、本発明において、溶接部の低温靱性を向上させるために、最も重要な成分である。即ち、希土類元素成分は、強脱酸剤であるため、溶着金属中の酸素量を低減させると共に、酸化された介在物を起点として、溶着金属がフェライト相からオーステナイト相へ円滑に遷移しやすくなり、その結果、２相ステンレス鋼等の組織を微細化して溶接部の低温靱性を向上させる作用を有する。また、希土類元素成分は、スラグの被りを均一化し、スラグ剥離性を向上させる効果があり、溶着金属とスラグとの境界部分に滞留する窒素ガス等のガスによりガス溝及びピット等の溶接欠陥が発生することを防止する作用がある。希土類元素成分は、例えばＣｅ、Ｌａ及びＹ等を弗化物又は酸化物等の形態でフラックス中に添加することができる。希土類元素成分の含有量は、ワイヤの全質量あたり０．１０質量％以上であれば、溶接部の低温靱性を向上させることができる。一方、希土類元素成分の含有量が、ワイヤの全質量あたり１．００質量％を超えると、逆にスラグ剥離性が劣化しやすくなる。これは、希土類元素の酸化物がスラグ中に増加することによると考えられる。従って、本発明においては、希土類元素成分の含有量は、ワイヤの全質量あたり０．１０乃至１．００質量％と規定する。また、希土類元素成分の含有量は、ワイヤの全質量あたり０．３０質量％以上とすることにより、上述の効果を十分に得ることができる。
【００２８】
「Ｃ：ワイヤ全質量あたり０．０４質量％以下に規制」
Ｃは、Ｃｒ及びＭｏと反応して炭化物を生成し、溶接部の耐孔食性を劣化させる。Ｃの含有量がワイヤの全質量あたり０．０４質量％を超えると、溶接部の耐孔食性が劣化する。従って、本発明においては、Ｃの含有量をワイヤの全質量あたり０．０４質量％以下に規制する。
【００２９】
「Ｗ：ワイヤ全質量あたり４．０質量％以下に規制」
ワイヤ中のＷの含有量が４．０質量％を超えるような多量のＷを添加すると、２相ステンレス鋼等の溶接部において、窒化物及び金属間化合物が析出し、溶着金属の脆性及び低温靱性が劣化する。従って、本発明においては、Ｗの含有量をワイヤの全質量あたり４．０質量％以下に規制する。また、好ましくは、Ｗの含有量は、ワイヤの全質量あたり２．０質量％以下である。
【００３０】
「Ｃｕ：ワイヤ全質量あたり２．０質量％以下に規制」
Ｃｕは、添加量が微量であってもスラグ剥離性を劣化させる。また、Ｃｕの含有量がワイヤの全質量あたり２．０質量％を超えるような多量のＣｕを添加すると、スラグ剥離性が劣化し、耐気孔性も劣化する。従って、本発明においては、Ｃｕの含有量は、ワイヤの全質量あたり２．０質量％に規制する。また、好ましくは、Ｃｕの含有量は、ワイヤの全質量あたり１．０質量％以下である。
【００３１】
「Ｂｉ２Ｏ３：ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以下に規制」
Ｂｉ２Ｏ３は、溶着金属中の酸素量を増加させ、溶接部の低温靱性を劣化させる。Ｂｉ２Ｏ３の含有量がワイヤの全質量あたり０．０１質量％を超えると、溶接部の低温靱性が劣化する。従って、本発明においては、Ｂｉ２Ｏ３の含有量をワイヤの全質量あたり０．０１質量％以下に規制する。
【００３２】
「上記以外の酸化物：ワイヤ全質量あたり３．０質量％以下に規制」
上記Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物は、例えばスラグ剥離性及び耐気孔性といったスラグの特性を劣化させ、溶接作業性を劣化させる。Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量がワイヤの全質量あたり３．０質量％を超えると、スラグ剥離性が劣化し、耐気孔性も劣化する。従って、本発明においては、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量をワイヤの全質量あたり３．０質量％以下に規制する。また、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量は、ワイヤの全質量あたり１．２質量％以下であることが好ましい。
【００３３】
本発明においては、上述したワイヤ組成の数値範囲に加え、ワイヤ全質量に対するフラックスの質量比であるフラックス率を２５．０乃至４０．０質量％とすることが好ましい。フラックス率が２５．０質量％未満であると、スラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる場合があり、フラックス率が４０．０質量％を超えると、ワイヤの強度低下により送給性が劣化しやすくなり、安定した溶接作業ができなくなる場合がある。従って、フラックス率は２５．０乃至４０．０質量％であることが好ましく、更に好ましくは、フラックス率は３０．０乃至３８．０質量％である。
【００３４】
また、本発明においては、生産性の観点からフラックス入りワイヤの外皮としては、外皮の全質量あたりＣｒを１６．０乃至２２．０質量％、Ｎｉを１０．０乃至１４．０質量％、及びＭｏを２．０乃至３．０質量％含有するステンレス鋼を使用することが好ましい。この組成以外のステンレス鋼を外皮として使用する場合には、生産性が低下し、コストが増大しやすくなる場合がある。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の範囲を満足する実施例について、その効果を本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、表１に示す組成のステンレス鋼からなる厚さ０．４ｍｍ、幅９．０ｍｍの帯をその長手方向に移動させつつ、その上にフラックスを供給し、更に、その帯を幅方向に徐々に湾曲させて図１（ｂ）に示す円筒状に成形することにより、外皮１ａ（Ｎｏ．Ａ及びＢ）の中に、金属原料とスラグ成分とからなるフラックス１ｂを充填した。得られたフラックス入りワイヤ１（Ｎｏ．１乃至２４）を、直径が１．２ｍｍになるように伸線加工して供試ワイヤとした。このとき、外皮へのフラックスの充填率と、フラックスの組成を調整することにより、表２−１及び表２−２に示す組成を有する各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを作製した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２−１】
【００３８】
【表２−２】
【００３９】
前述の方法で製造したＮｏ．１乃至２４のステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ１を使用して表３に示す化学組成を有する溶接母材に対して下向溶接、立向溶接及び上向溶接を行い、溶接作業性について評価した。図２（ａ）は下向溶接における溶接母材の開先形状を示す断面図であり、図２（ｂ）は立向溶接及び上向溶接における溶接母材の開先形状を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、溶接母材２の端部に斜面２ａを形成し、溶接母材２の斜面２ａ同士が向き合うように設置して溶接を行った。立向溶接及び上向溶接は、図２（ｂ）に示すように、上板３の側面３ａに溶接母材４に形成された斜面４ａ側の端部を当接させて溶接を行った。このときの溶接条件を下記表４に示す。各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤについて、下向溶接、立向溶接及び上向溶接時のアーク安定性、スラグ剥離性及び耐気孔性により、溶接作業性を評価した。また、立向溶接については、立向上進性についてもあわせて評価した。各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤによる溶接作業性について、極めて良好だった場合を◎、良好だった場合を○、不良だった場合を×と評価し、下記表５に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
次に、下向溶接によって溶接した溶着金属からＡＳＴＭ Ｇ４８Ｅ法に準拠して試験片を採取し、この試験片に対して孔食試験を実施し、ＣＰＴ（孔食発生臨界温度、Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を測定することにより耐孔食性を評価した。ＣＰＴが４０℃以上であったものを◎、３５℃を超え４０℃未満であったものを○、３５℃以下であったものを×と評価した。各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを使用して溶接した溶着金属について、耐孔食性の評価結果を表５にあわせて示す。
【００４３】
また、各実施例及び比較例ごとに下向溶接で溶接した同一の溶着金属に対して、ＪＩＳ Ｚ ３１２８に準拠して−４０℃の温度でシャルピー衝撃試験を３回行い、測定した吸収エネルギの平均値により低温雰囲気における切欠靱性を評価した。なお、シャルピー衝撃試験による３回の吸収エネルギの測定値の平均が３５Ｊ以上であったものを◎、３５Ｊ未満であったものを×と評価した。
【００４４】
そして、総合評価として、溶接作業性（アーク安定性、スラグ剥離性、立向上進溶接性及び耐気孔性）及び溶着金属性能（耐気孔性及び低温靱性）の全ての項目が◎で合った場合を◎、いずれか１項目でも×の評価があった場合には×、評価が◎及び○であった場合には○と評価した。
【００４５】
【表５】
【００４６】
表５に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．９は、フラックス入りワイヤの組成が本発明の範囲を満足するので、フラックス入りワイヤの組成が本発明の範囲を満足しない比較例Ｎｏ．１０乃至Ｎｏ．２４に比して溶接作業性及び溶着金属の性能が良好であった。
【００４７】
比較例Ｎｏ．１０は、ワイヤ中のＣの含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属の耐孔食性が劣化し、ＴｉＯ２不足により、スラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１１は、ワイヤ中のＮｉの含有量が本発明の範囲を下回り、溶着金属の低温靱性が劣化し、ＳｉＯ２不足により、スラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１２は、ワイヤ中のＣｕの含有量が本発明の範囲を超え、溶接作業時のスラグ剥離性が劣化し、耐気孔性も劣化した。
【００４８】
比較例Ｎｏ．１３は、ワイヤ中のＢｉ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属の低温靱性が劣化し、ＳｉＯ２の含有量が過剰となり、スラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１４は、ワイヤ中のＭｏ不足により、溶着金属の耐孔食性を向上させることができず、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物が過剰となり、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、耐気孔性も劣化した。
【００４９】
比較例Ｎｏ．１５は、ワイヤ中のＮ及びＴｉＯ２の含有量が本発明の範囲を超え、溶接部の耐気孔性が劣化し、ＴｉＯ２が過剰となり、スラグ剥離性も劣化し、また、Ｎが過剰となり、低温靱性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．２４は、ワイヤ中のＴｉＯ２の含有量が本発明の範囲を超え、溶接部の耐気孔性及びスラグ剥離性が劣化したものの、ワイヤ中のＮの含有量が本発明の範囲を満足し、溶着金属の低温靱性は良好であった。
【００５０】
比較例Ｎｏ．１６は、ワイヤ中の希土類元素成分の含有量が本発明の範囲を超え、スラグ剥離性が劣化した。これは、希土類元素の酸化物がスラグ中に増加することによると考えられる。比較例Ｎｏ．１７は、ワイヤ中のＣｒの含有量が本発明の範囲を超え、低温靱性が劣化し、ＺｒＯ２不足によりスラグ剥離性及び立向上進溶接性が劣化した。
【００５１】
比較例Ｎｏ．１８は、ワイヤ中のＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの総量が本発明の範囲を下回り、十分なアーク安定性を得ることができず、立向上進溶接性も若干低下した。また、ＺｒＯ２の含有量が過剰となり、スラグの粘性が高くなってスラグ剥離性が劣化した。比較例Ｎｏ．１９は、ワイヤ中のＣｒの含有量が本発明の範囲を下回り、耐孔食性が劣化し、過剰な金属弗化物によりアーク安定性が低下した。比較例Ｎｏ．２０は、ワイヤ中のＷの含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属の低温靱性が劣化した。
【００５２】
比較例Ｎｏ．２１は、ワイヤ中の希土類元素成分の不足により、溶着金属の低温靱性を向上させることができず、耐気孔性も劣化した。比較例Ｎｏ．２２は、ワイヤ中のＭｏの含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属の低温靱性が劣化した。また、ワイヤ中の金属弗化物の含有量が本発明の範囲を下回り、スラグ剥離性及び耐気孔性が劣化した。比較例Ｎｏ．２３は、ワイヤ中のＮの含有量が本発明の範囲を下回り、溶着金属の耐孔食性が劣化した。また、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ不足により、アークの安定性を十分に向上させることができなかった。
【符号の説明】
【００５３】
１：フラックス入りワイヤ、１ａ：外皮、１ｂ：フラックス、２、４：溶接母材、２ａ、４ａ：斜面、３：上板、３ａ：側面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼製の外皮中に、フラックスを充填したステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたりＣｒを２２．０乃至３０．０質量％、Ｎｉを６．０乃至１２．０質量％、Ｍｏを２．０乃至５．０質量％、Ｎを０．２０乃至０．３５質量％、ＴｉＯ２を４．０乃至９．０質量％、ＳｉＯ２を０．１乃至２．０質量％、ＺｒＯ２を０．５乃至４．０質量％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏを総量で０．５０乃至１．５０質量％、金属弗化物を弗素量換算値で０．１０乃至０．９０質量％、並びに希土類元素成分を０．１０乃至１．００質量％含有し、Ｃの含有量が０．０４質量％以下、Ｗの含有量が４．０質量％以下、Ｃｕの含有量が２．０質量％以下、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．０１質量％以下に規制され、前記Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量が３．０質量％以下に規制されていることを特徴とするステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ。
【請求項１】
ステンレス鋼製の外皮中に、フラックスを充填したステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたりＣｒを２２．０乃至３０．０質量％、Ｎｉを６．０乃至１２．０質量％、Ｍｏを２．０乃至５．０質量％、Ｎを０．２０乃至０．３５質量％、ＴｉＯ２を４．０乃至９．０質量％、ＳｉＯ２を０．１乃至２．０質量％、ＺｒＯ２を０．５乃至４．０質量％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏを総量で０．５０乃至１．５０質量％、金属弗化物を弗素量換算値で０．１０乃至０．９０質量％、並びに希土類元素成分を０．１０乃至１．００質量％含有し、Ｃの含有量が０．０４質量％以下、Ｗの含有量が４．０質量％以下、Ｃｕの含有量が２．０質量％以下、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．０１質量％以下に規制され、前記Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ以外の酸化物の含有量が３．０質量％以下に規制されていることを特徴とするステンレス鋼アーク溶接フラックス入りワイヤ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１２５８７５（Ｐ２０１１−１２５８７５Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８４６０１（Ｐ２００９−２８４６０１）
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【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２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【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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