耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
【課題】 ４００〜５７０Ｎ／ｍｍ２級の耐候性鋼の水平すみ肉溶接において、アーク状態が良好でスパッタ発生量が少なく良好なスラグ剥離性およびビード形状が得られるとともに溶接金属の機械的性能の優れた耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】 ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算：２．０〜４．０％、ＳｉＯ２：０．５〜１．５％、ＺｒＯ２：０．１〜０．６％、弗化物のＦ換算値：０．０２〜０．０８％、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、かつ、Ｍｎ／Ｓｉ：２．５〜６．０、Ａｌ：０．１５〜０．５％、Ｍｇ：０．１５〜０．５％、かつ、Ａｌ／Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｎｉ：０．３〜０．７％、Ｃｒ：０．４５〜０．８％、Ｃｕ：０．３〜０．６％を含有し、残部はＦｅ、アーク安定剤および不可避不純物であることを特徴とする。
【解決手段】 ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算：２．０〜４．０％、ＳｉＯ２：０．５〜１．５％、ＺｒＯ２：０．１〜０．６％、弗化物のＦ換算値：０．０２〜０．０８％、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、かつ、Ｍｎ／Ｓｉ：２．５〜６．０、Ａｌ：０．１５〜０．５％、Ｍｇ：０．１５〜０．５％、かつ、Ａｌ／Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｎｉ：０．３〜０．７％、Ｃｒ：０．４５〜０．８％、Ｃｕ：０．３〜０．６％を含有し、残部はＦｅ、アーク安定剤および不可避不純物であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４００〜５７０Ｎ／ｍｍ２級の耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に水平すみ肉溶接において、アーク状態が良好でスパッタ発生量が少なく良好なスラグ剥離性およびビード形状が得られるとともに溶接金属の機械的性能の優れた耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
耐候性鋼は、鋼材の表面が大気腐食により錆層を形成し、それよりも深層への腐食を抑制する鋼材であり、特に鉄骨・橋梁分野において多く適用されている。これらの溶接は水平すみ肉姿勢溶接が多く、溶接作業性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが求められている。
【０００３】
耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ＪＩＳ Ｚ ３３２０規定されており、一般に使用されている軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤに適量のＮｉ、ＣｒおよびＣｕを添加した各種溶接用フラックス入りワイヤが適用されている。
【０００４】
例えば、フラックス入りワイヤ成分（例えば、特許文献１〜３参照）に上記Ｎｉ、ＣｒおよびＣｕを適量添加して適用されている。
【０００５】
しかし、Ｎｉ、ＣｒおよびＣｕを添加した上記水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤを用いた場合、スラグの流動性が良くなってスラグの被包が悪くなってスラグ剥離性が不良となるとともにビード形状が不良となり満足できるものではなかった。
【０００６】
一方、耐候性鋼溶接用フラックス入りワイヤは種々提案されているが（例えば、特許文献４〜６参照）、これらはいずれも下向または立向姿勢における多層盛溶接用のフラックス入りワイヤであり、水平すみ肉溶接に適用した場合、溶接金属が垂れやすく凸ビードとなるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平２−２０５２９９号公報
【特許文献２】特開平６−２８５６７２号公報
【特許文献３】特開平８−２８１４７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１０２８９３号公報
【特許文献５】特開２０００−２８８７８１号公報
【特許文献６】特開２０００−３１７６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、４００〜５７０Ｎ／ｍｍ２級の耐候性鋼の水平すみ肉溶接において、アーク状態が良好でスパッタ発生量が少なく良好なスラグ剥離性およびビード形状が得られるとともに溶接金属の機械的性能の優れた耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用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】
【０００９】
本発明者らは、Ｎｉ、ＣｒおよびＣｕを含む種々の耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを耐候性鋼の水平すみ肉溶接に適用し、アーク状態、スパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード形状および耐ピット性等におよぼす影響について鋭意研究した。その結果、ワイヤ中に含有されるＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＺｒＯ２量を適量にし、また、Ｍｎ／ＳｉおよびＡｌ／Ｍｇを適正にし、さらに、生成スラグ量を抑えることにより、アーク状態が良好でスパッタ発生量が少なく良好なスラグ剥離性およびビード形状が得られるとともに溶接金属の機械的性能の優れた耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが得られることを見出して、本発明を完成した。
【００１０】
本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなる耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算：２．０〜４．０％、ＳｉＯ２：０．５〜１．５％、ＺｒＯ２：０．１〜０．６％、金属弗化物のＦ換算値：０．０２〜０．０８％、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、かつ、Ｍｎ／Ｓｉ：２．５〜６．０、Ａｌ：０．１５〜０．５％、Ｍｇ：０．１５〜０．５％、かつ、Ａｌ／Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｎｉ：０．３〜０．７％、Ｃｒ：０．４５〜０．８％、Ｃｕ：０．３〜０．６％を含有し、残部はＦｅ、アーク安定剤および不可避不純物であることを特徴とする耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の耐候性鋼用ガスシールド溶接用フラックス入りワイヤによれば、４００〜５７０Ｎ／ｍｍ２級の耐候性鋼の水平すみ肉溶接に適用してもアーク状態が良好で、スパッタの発生量が少なく、スラグがビード上に均一に被包するため優れたスラグ剥離性およびビード形状を得ることができる。また、軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級水平すみ肉用フラックス入りワイヤと同等の耐ピット性が得られるとともに溶接金属の機械的性能が優れており、高品質の溶接部が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明者らは、Ｎｉ、ＣｒおよびＣｕを含む種々の耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作して、耐候性鋼の水平すみ肉溶接に適用し、アーク状態、スパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード形状および耐ピット性等におよぼす影響を調べた。
【００１３】
その結果、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＺｒＯ２量を適量にすることにより、アークが安定してスラグ被包が均一でスラグ剥離性が良好になることを見いだした。また、Ｍｎ／ＳｉおよびＡｌ／Ｍｇを適正にすることによって、良好なビード形状が得られることを見いだした。さらに、生成スラグ量を抑えることにより優れた耐ピット性が得られることを見出した。
【００１４】
以下、本発明の耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成およびその含有量の限定理由について説明する。なお、以下に述べる各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で示す。
【００１５】
（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：２．０〜４．０％）
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤の主成分であり、Ｔｉ酸化物のルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。これらはビード全体を均一に包被してビード形状を整える作用を有する。また、アークを持続して安定させスパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が２．０％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを均一に包被できないためスラグ剥離が悪くビード形状を整えることができなくなる。また、アークを安定させる効果がなくなりスパッタ発生量も増加する。一方、４．０％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、ビード形状が垂れて凸ビードになりやすくなる。また、スラグが厚くなりガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。
【００１６】
（ＳｉＯ２：０．５〜１．５％）
ＳｉＯ２は、珪砂、ジルコンサンド等より添加されスラグ形成剤として作用し、少量でスラグ粘性を大きくする効果がある。ＳｉＯ２が０．５％未満であるとスラグ形成剤としての効果が無くスラグ被包性が悪くなりスラグ剥離およびビード形状が劣化する。一方、１．５％を超えるとスラグの粘性が増大しガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。また、アークも荒くなりスパッタ発生量が多くなる。
【００１７】
（ＺｒＯ２：０．１〜０．６％）
ＺｒＯ２は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等より添加され、少量でスラグ被包性を改善してビード形状を改善するスラグ形成剤として作用する。ＺｒＯ２を添加することによりスラグの凝固温度が高くなりスラグの凝固が早くなるが、他のスラグ形成剤と比較して、その添加量が同量であっても生成スラグの厚みが薄くなるので耐ピット性に有効である。ＺｒＯ２が０．１％未満であるとスラグ厚みが増加するので耐ピット性が悪くなる。一方、０．６％を超えるとアークが荒くなりスパッタ発生量が多くなるとともに、スラグが硬くなりビードにスラグが均一に被包し難くなるのでスラグ剥離性が悪くなる。
【００１８】
（金属弗化物のＦ換算値：０．０２〜０．０８％）
Ｆは、弗化ソーダ、珪弗化カリ、氷晶石、弗化アルミ、弗化リチウムおよびホタル石等より添加され、アークの安定性を向上させる。金属弗化物のＦ換算値が０．０２％未満であるとアークの集中性が弱くなり安定したアーク状態を得ることができな。一方、０．０８％を超えるとアークが荒くなりヒュームおよびスパッタ発生量が多くなる。
【００１９】
（Ｃ：０．０２〜０．０８％）
Ｃは、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎおよびグラファイト等より添加され、溶接金属の強度を調整する重要な元素の１つである。Ｃが０．０２％未満であると溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、０．０８％を超えるとアークが強くなりすぎてスパッタ発生量が多くなる。また、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。
【００２０】
（Ｓｉ：０．３〜０．７％）
Ｓｉは、金属Ｓｉ、Ｆｅ-ＳｉおよびＦｅ-Ｓｉ-Ｍｎ等より添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｓｉが０．３％未満であると脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生する。また、強度および靭性が低下する。一方、０．７％を超えると溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。
【００２１】
（Ｍｎ：１．５〜２．５％）
Ｍｎは、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎおよび鋼製外皮等より添加され、脱酸剤として作用するとともに溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｍｎが１．５％未満であると脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生する。また、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、２．５％を超えると溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。
【００２２】
（Ｍｎ／Ｓｉ：２．５〜６．０）
Ｍｎ／Ｓｉは、溶接金属の粘性に影響する。Ｍｎ／Ｓｉが大きくなれば溶接金属の粘性が低下し、逆にＭｎ／Ｓｉが小さくなると溶接金属の粘性は高くなる。溶接金属の粘性を低くすると溶接金属中から発生するガスを早く抜けさせるので、耐ピット性を向上させることができる。Ｍｎ／Ｓｉが２．５未満であるとＳｉに対するＭｎ量が少なくなるので靭性が劣化する。一方、６．０を超えると溶接金属の粘性が低くなりすぎてビード形状が凸になる。
【００２３】
（Ａｌ：０．１５〜０．５％）
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌおよびＡｌ-Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用するとともにＳｉ、Ｍｎの溶接金属中への歩留まりを上げて強度および靭性を調整する効果を有する。また、溶接金属の粘性を上げる作用を有しビード形状を整える効果がある。Ａｌが０．１５％未満であると脱酸剤としての効果が少なく溶接部にピット等の溶接欠陥が発生する。また、溶接金属の粘性が低下するためにビード形状が劣化する。一方、０．５％を超えるとアークの集中性が高くなりすぎるためスパッタ発生量が多くなる。また、強度が高くなりすぎて靭性が低下する。
【００２４】
（Ｍｇ：０．１５〜０．５％）
Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ-Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用するとともにＳｉ、Ｍｎの溶接金属への歩留まりを上げて強度および靭性を調整する効果を有する。Ｍｇが０．１５％未満であると脱酸剤としての効果がなく溶接部にピット等の溶接欠陥が発生する。一方、０．５％を超えるとアークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。
【００２５】
（Ａｌ／Ｍｇ：０．３〜３．０）
Ａｌ／Ｍｇは、溶接金属の粘性に影響する。Ａｌ／Ｍｇが大きくなれば溶接金属の粘性が高くなり、逆にＡｌ／Ｍｇが小さくなると溶接金属の粘性は低下する。Ａｌ／Ｍｇが０．３未満であると溶接金属の粘性が低くなるのでビード形状が垂れ気味になる。一方、３．０を超えると靭性が低下する。
【００２６】
（Ｎｉ：０．３〜０．７％、Ｃｒ：０．４５〜０．８％、Ｃｕ：０．３〜０．６％）
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕは金属Ｎｉ、金属Ｃｒ、金属Ｃｕ等から添加され、溶接金属が耐候性の性能を有するために必須である。Ｎｉが０．３％未満、Ｃｒが０．４５％未満およびＣｕが０．３％未満であると耐候性の性能を満足することができない。一方、Ｎｉが０．７％超、Ｃｒが０．８％超およびＣｕが０．６％を超えると強度が高くなりすぎる。また、コストが高くなりすぎ経済的ではない。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
【００２８】
まず、鋼製外皮にＪＩＳ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣ帯鋼を使用し、表１に示すワイヤ径１．２ｍｍの各種成分のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作した。
【００２９】
表１に示すガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて、板厚１２ｍｍの耐候性鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１１４ ＳＭＡ４９０ＢＷ）をＴ字すみ肉試験体（長さ１０００ｍｍ）とし、表２に示す条件Ｎｏ．１の溶接条件で水平すみ肉溶接を行い、アーク状態、スパッタ発生量、スラグ剥離性およびビード形状を調査した。スパッタ発生量の測定は、発生したスパッタ全量を捕集し、１分間当たりの発生量に換算した。なお、耐候性鋼板でのスパッタ発生量は２ｇ／ｍｉｎ以下が良好である。
【００３０】
また、耐ピット性の評価は、板厚１２ｍｍの無機ジンクプライマ塗布鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１１４ ＳＭＡ４９０ＢＷ、プライマ膜厚３５〜４０μｍ）をＴ字すみ肉試験体（長さ１０００ｍｍ）とし、片側づつ両側に表２に示す条件Ｎｏ．１の溶接条件で水平すみ肉溶接を行い、発生したピット数を調査した。
【００３１】
さらに、ＪＩＳ Ｚ ３３２０に準じて板厚２０ｍｍの耐候性鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１１４ ＳＭＡ４９０ＢＷ）を用いて溶着金属試験を表２に示す条件Ｎｏ．２の溶接条件で行い、引張試験片と衝撃試験片を採取して試験した。なお、引張強さは４９０Ｎ／ｍｍ２以上、吸収エネルギーは０℃で７０Ｊ以上を良好とした。それらの調査結果を表３にまとめて示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
表３中ワイヤＮｏ．１〜１０は本発明例、ワイヤＮｏ．１１〜２１は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１０は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、金属弗素化合物のＦ換算値、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ／ＳｉおよびＡｌ／Ｍｇも適正であるので、アーク状態が良好で、スパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性およびビード形状が良好でピットの発生もなく、機械性能も良好であるなど極めて満足な結果であった。
【００３６】
比較例中ワイヤＮｏ．１１は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が多いのでビード形状が不良でピットも発生した。また、Ｍｎ／Ｓｉが低いので吸収エネルギーが低かった。
ワイヤＮｏ．１２は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が少ないのでアークが不安定でスラグ剥離性およびビード形状が不良でスパッタ発生量も多かった。また、Ｓｉが少ないのでピットが生じ、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。
【００３７】
ワイヤＮｏ．１３は、ＳｉＯ２が多いのでスパッタ発生量が多く、ピットも生じた。また、Ａｌ／Ｍｇが高いので溶着金属の吸収エネルギーが低かった。
【００３８】
ワイヤＮｏ．１４は、ＳｉＯ２が少ないのでスラグ剥離性およびビード形状が不良であった。また、Ｍｎが少ないのでピットが生じ、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。
【００３９】
ワイヤＮｏ．１５は、ＺｒＯ２が多いのでスパッタ発生量が多くスラグ剥離性も不良であった。また、Ｃが少ないので溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。
【００４０】
ワイヤＮｏ．１６は、ＺｒＯ２が少ないのでピットが生じた。また、Ａｌが高いのでスパッタ発生量が多く、溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。
【００４１】
ワイヤＮｏ．１７は、金属弗素化合物のＦ換算値が多いのでスパッタ発生量が多かった。また、Ｍｎが高いので溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。
【００４２】
ワイヤＮｏ．１８は、金属弗素化合物のＦ換算値が少ないのでアークが不安定であった。また、Ａｌが少ないのでビード形状が不良でピットも生じた。
【００４３】
ワイヤＮｏ．１９は、Ｃが高いのでスパッタ発生量が多く、溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。また、Ａｌ／Ｍｇが低いのでビード形状も不良であった。
【００４４】
ワイヤＮｏ．２０は、Ｓｉが多いので溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。また、Ｍｇが少ないのでビード形状が不良でピットも生じた。
【００４５】
ワイヤＮｏ．２１は、Ｍｇが多いのでスパッタ発生量が多かった。また、Ｍｎ／Ｓｉが高いのでビード形状が不良であった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４００〜５７０Ｎ／ｍｍ２級の耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に水平すみ肉溶接において、アーク状態が良好でスパッタ発生量が少なく良好なスラグ剥離性およびビード形状が得られるとともに溶接金属の機械的性能の優れた耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
耐候性鋼は、鋼材の表面が大気腐食により錆層を形成し、それよりも深層への腐食を抑制する鋼材であり、特に鉄骨・橋梁分野において多く適用されている。これらの溶接は水平すみ肉姿勢溶接が多く、溶接作業性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが求められている。
【０００３】
耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ＪＩＳ Ｚ ３３２０規定されており、一般に使用されている軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤに適量のＮｉ、ＣｒおよびＣｕを添加した各種溶接用フラックス入りワイヤが適用されている。
【０００４】
例えば、フラックス入りワイヤ成分（例えば、特許文献１〜３参照）に上記Ｎｉ、ＣｒおよびＣｕを適量添加して適用されている。
【０００５】
しかし、Ｎｉ、ＣｒおよびＣｕを添加した上記水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤを用いた場合、スラグの流動性が良くなってスラグの被包が悪くなってスラグ剥離性が不良となるとともにビード形状が不良となり満足できるものではなかった。
【０００６】
一方、耐候性鋼溶接用フラックス入りワイヤは種々提案されているが（例えば、特許文献４〜６参照）、これらはいずれも下向または立向姿勢における多層盛溶接用のフラックス入りワイヤであり、水平すみ肉溶接に適用した場合、溶接金属が垂れやすく凸ビードとなるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平２−２０５２９９号公報
【特許文献２】特開平６−２８５６７２号公報
【特許文献３】特開平８−２８１４７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１０２８９３号公報
【特許文献５】特開２０００−２８８７８１号公報
【特許文献６】特開２０００−３１７６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、４００〜５７０Ｎ／ｍｍ２級の耐候性鋼の水平すみ肉溶接において、アーク状態が良好でスパッタ発生量が少なく良好なスラグ剥離性およびビード形状が得られるとともに溶接金属の機械的性能の優れた耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用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】
【０００９】
本発明者らは、Ｎｉ、ＣｒおよびＣｕを含む種々の耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを耐候性鋼の水平すみ肉溶接に適用し、アーク状態、スパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード形状および耐ピット性等におよぼす影響について鋭意研究した。その結果、ワイヤ中に含有されるＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＺｒＯ２量を適量にし、また、Ｍｎ／ＳｉおよびＡｌ／Ｍｇを適正にし、さらに、生成スラグ量を抑えることにより、アーク状態が良好でスパッタ発生量が少なく良好なスラグ剥離性およびビード形状が得られるとともに溶接金属の機械的性能の優れた耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが得られることを見出して、本発明を完成した。
【００１０】
本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなる耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算：２．０〜４．０％、ＳｉＯ２：０．５〜１．５％、ＺｒＯ２：０．１〜０．６％、金属弗化物のＦ換算値：０．０２〜０．０８％、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．３〜０．７％、Ｍｎ：１．５〜２．５％、かつ、Ｍｎ／Ｓｉ：２．５〜６．０、Ａｌ：０．１５〜０．５％、Ｍｇ：０．１５〜０．５％、かつ、Ａｌ／Ｍｇ：０．３〜３．０、Ｎｉ：０．３〜０．７％、Ｃｒ：０．４５〜０．８％、Ｃｕ：０．３〜０．６％を含有し、残部はＦｅ、アーク安定剤および不可避不純物であることを特徴とする耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の耐候性鋼用ガスシールド溶接用フラックス入りワイヤによれば、４００〜５７０Ｎ／ｍｍ２級の耐候性鋼の水平すみ肉溶接に適用してもアーク状態が良好で、スパッタの発生量が少なく、スラグがビード上に均一に被包するため優れたスラグ剥離性およびビード形状を得ることができる。また、軟鋼および４９０Ｎ／ｍｍ２級水平すみ肉用フラックス入りワイヤと同等の耐ピット性が得られるとともに溶接金属の機械的性能が優れており、高品質の溶接部が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明者らは、Ｎｉ、ＣｒおよびＣｕを含む種々の耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作して、耐候性鋼の水平すみ肉溶接に適用し、アーク状態、スパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード形状および耐ピット性等におよぼす影響を調べた。
【００１３】
その結果、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２およびＺｒＯ２量を適量にすることにより、アークが安定してスラグ被包が均一でスラグ剥離性が良好になることを見いだした。また、Ｍｎ／ＳｉおよびＡｌ／Ｍｇを適正にすることによって、良好なビード形状が得られることを見いだした。さらに、生成スラグ量を抑えることにより優れた耐ピット性が得られることを見出した。
【００１４】
以下、本発明の耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成およびその含有量の限定理由について説明する。なお、以下に述べる各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で示す。
【００１５】
（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：２．０〜４．０％）
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤の主成分であり、Ｔｉ酸化物のルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。これらはビード全体を均一に包被してビード形状を整える作用を有する。また、アークを持続して安定させスパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が２．０％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを均一に包被できないためスラグ剥離が悪くビード形状を整えることができなくなる。また、アークを安定させる効果がなくなりスパッタ発生量も増加する。一方、４．０％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、ビード形状が垂れて凸ビードになりやすくなる。また、スラグが厚くなりガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。
【００１６】
（ＳｉＯ２：０．５〜１．５％）
ＳｉＯ２は、珪砂、ジルコンサンド等より添加されスラグ形成剤として作用し、少量でスラグ粘性を大きくする効果がある。ＳｉＯ２が０．５％未満であるとスラグ形成剤としての効果が無くスラグ被包性が悪くなりスラグ剥離およびビード形状が劣化する。一方、１．５％を超えるとスラグの粘性が増大しガスの放出が阻害されるので、耐ピット性が悪くなる。また、アークも荒くなりスパッタ発生量が多くなる。
【００１７】
（ＺｒＯ２：０．１〜０．６％）
ＺｒＯ２は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等より添加され、少量でスラグ被包性を改善してビード形状を改善するスラグ形成剤として作用する。ＺｒＯ２を添加することによりスラグの凝固温度が高くなりスラグの凝固が早くなるが、他のスラグ形成剤と比較して、その添加量が同量であっても生成スラグの厚みが薄くなるので耐ピット性に有効である。ＺｒＯ２が０．１％未満であるとスラグ厚みが増加するので耐ピット性が悪くなる。一方、０．６％を超えるとアークが荒くなりスパッタ発生量が多くなるとともに、スラグが硬くなりビードにスラグが均一に被包し難くなるのでスラグ剥離性が悪くなる。
【００１８】
（金属弗化物のＦ換算値：０．０２〜０．０８％）
Ｆは、弗化ソーダ、珪弗化カリ、氷晶石、弗化アルミ、弗化リチウムおよびホタル石等より添加され、アークの安定性を向上させる。金属弗化物のＦ換算値が０．０２％未満であるとアークの集中性が弱くなり安定したアーク状態を得ることができな。一方、０．０８％を超えるとアークが荒くなりヒュームおよびスパッタ発生量が多くなる。
【００１９】
（Ｃ：０．０２〜０．０８％）
Ｃは、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎおよびグラファイト等より添加され、溶接金属の強度を調整する重要な元素の１つである。Ｃが０．０２％未満であると溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、０．０８％を超えるとアークが強くなりすぎてスパッタ発生量が多くなる。また、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。
【００２０】
（Ｓｉ：０．３〜０．７％）
Ｓｉは、金属Ｓｉ、Ｆｅ-ＳｉおよびＦｅ-Ｓｉ-Ｍｎ等より添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｓｉが０．３％未満であると脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生する。また、強度および靭性が低下する。一方、０．７％を超えると溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。
【００２１】
（Ｍｎ：１．５〜２．５％）
Ｍｎは、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎおよび鋼製外皮等より添加され、脱酸剤として作用するとともに溶接金属の強度および靭性を確保するために添加する。Ｍｎが１．５％未満であると脱酸不足となり溶接部にピット等の溶接欠陥が発生する。また、溶接金属の強度および靭性が低下する。一方、２．５％を超えると溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。
【００２２】
（Ｍｎ／Ｓｉ：２．５〜６．０）
Ｍｎ／Ｓｉは、溶接金属の粘性に影響する。Ｍｎ／Ｓｉが大きくなれば溶接金属の粘性が低下し、逆にＭｎ／Ｓｉが小さくなると溶接金属の粘性は高くなる。溶接金属の粘性を低くすると溶接金属中から発生するガスを早く抜けさせるので、耐ピット性を向上させることができる。Ｍｎ／Ｓｉが２．５未満であるとＳｉに対するＭｎ量が少なくなるので靭性が劣化する。一方、６．０を超えると溶接金属の粘性が低くなりすぎてビード形状が凸になる。
【００２３】
（Ａｌ：０．１５〜０．５％）
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌおよびＡｌ-Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用するとともにＳｉ、Ｍｎの溶接金属中への歩留まりを上げて強度および靭性を調整する効果を有する。また、溶接金属の粘性を上げる作用を有しビード形状を整える効果がある。Ａｌが０．１５％未満であると脱酸剤としての効果が少なく溶接部にピット等の溶接欠陥が発生する。また、溶接金属の粘性が低下するためにビード形状が劣化する。一方、０．５％を超えるとアークの集中性が高くなりすぎるためスパッタ発生量が多くなる。また、強度が高くなりすぎて靭性が低下する。
【００２４】
（Ｍｇ：０．１５〜０．５％）
Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ-Ｍｇ等から添加され、脱酸剤として作用するとともにＳｉ、Ｍｎの溶接金属への歩留まりを上げて強度および靭性を調整する効果を有する。Ｍｇが０．１５％未満であると脱酸剤としての効果がなく溶接部にピット等の溶接欠陥が発生する。一方、０．５％を超えるとアークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。
【００２５】
（Ａｌ／Ｍｇ：０．３〜３．０）
Ａｌ／Ｍｇは、溶接金属の粘性に影響する。Ａｌ／Ｍｇが大きくなれば溶接金属の粘性が高くなり、逆にＡｌ／Ｍｇが小さくなると溶接金属の粘性は低下する。Ａｌ／Ｍｇが０．３未満であると溶接金属の粘性が低くなるのでビード形状が垂れ気味になる。一方、３．０を超えると靭性が低下する。
【００２６】
（Ｎｉ：０．３〜０．７％、Ｃｒ：０．４５〜０．８％、Ｃｕ：０．３〜０．６％）
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕは金属Ｎｉ、金属Ｃｒ、金属Ｃｕ等から添加され、溶接金属が耐候性の性能を有するために必須である。Ｎｉが０．３％未満、Ｃｒが０．４５％未満およびＣｕが０．３％未満であると耐候性の性能を満足することができない。一方、Ｎｉが０．７％超、Ｃｒが０．８％超およびＣｕが０．６％を超えると強度が高くなりすぎる。また、コストが高くなりすぎ経済的ではない。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
【００２８】
まず、鋼製外皮にＪＩＳ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣ帯鋼を使用し、表１に示すワイヤ径１．２ｍｍの各種成分のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作した。
【００２９】
表１に示すガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて、板厚１２ｍｍの耐候性鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１１４ ＳＭＡ４９０ＢＷ）をＴ字すみ肉試験体（長さ１０００ｍｍ）とし、表２に示す条件Ｎｏ．１の溶接条件で水平すみ肉溶接を行い、アーク状態、スパッタ発生量、スラグ剥離性およびビード形状を調査した。スパッタ発生量の測定は、発生したスパッタ全量を捕集し、１分間当たりの発生量に換算した。なお、耐候性鋼板でのスパッタ発生量は２ｇ／ｍｉｎ以下が良好である。
【００３０】
また、耐ピット性の評価は、板厚１２ｍｍの無機ジンクプライマ塗布鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１１４ ＳＭＡ４９０ＢＷ、プライマ膜厚３５〜４０μｍ）をＴ字すみ肉試験体（長さ１０００ｍｍ）とし、片側づつ両側に表２に示す条件Ｎｏ．１の溶接条件で水平すみ肉溶接を行い、発生したピット数を調査した。
【００３１】
さらに、ＪＩＳ Ｚ ３３２０に準じて板厚２０ｍｍの耐候性鋼板（ＪＩＳ Ｇ３１１４ ＳＭＡ４９０ＢＷ）を用いて溶着金属試験を表２に示す条件Ｎｏ．２の溶接条件で行い、引張試験片と衝撃試験片を採取して試験した。なお、引張強さは４９０Ｎ／ｍｍ２以上、吸収エネルギーは０℃で７０Ｊ以上を良好とした。それらの調査結果を表３にまとめて示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
表３中ワイヤＮｏ．１〜１０は本発明例、ワイヤＮｏ．１１〜２１は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１０は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、金属弗素化合物のＦ換算値、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｎ／ＳｉおよびＡｌ／Ｍｇも適正であるので、アーク状態が良好で、スパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性およびビード形状が良好でピットの発生もなく、機械性能も良好であるなど極めて満足な結果であった。
【００３６】
比較例中ワイヤＮｏ．１１は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が多いのでビード形状が不良でピットも発生した。また、Ｍｎ／Ｓｉが低いので吸収エネルギーが低かった。
ワイヤＮｏ．１２は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が少ないのでアークが不安定でスラグ剥離性およびビード形状が不良でスパッタ発生量も多かった。また、Ｓｉが少ないのでピットが生じ、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。
【００３７】
ワイヤＮｏ．１３は、ＳｉＯ２が多いのでスパッタ発生量が多く、ピットも生じた。また、Ａｌ／Ｍｇが高いので溶着金属の吸収エネルギーが低かった。
【００３８】
ワイヤＮｏ．１４は、ＳｉＯ２が少ないのでスラグ剥離性およびビード形状が不良であった。また、Ｍｎが少ないのでピットが生じ、溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。
【００３９】
ワイヤＮｏ．１５は、ＺｒＯ２が多いのでスパッタ発生量が多くスラグ剥離性も不良であった。また、Ｃが少ないので溶着金属の引張強さおよび吸収エネルギーが低かった。
【００４０】
ワイヤＮｏ．１６は、ＺｒＯ２が少ないのでピットが生じた。また、Ａｌが高いのでスパッタ発生量が多く、溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。
【００４１】
ワイヤＮｏ．１７は、金属弗素化合物のＦ換算値が多いのでスパッタ発生量が多かった。また、Ｍｎが高いので溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。
【００４２】
ワイヤＮｏ．１８は、金属弗素化合物のＦ換算値が少ないのでアークが不安定であった。また、Ａｌが少ないのでビード形状が不良でピットも生じた。
【００４３】
ワイヤＮｏ．１９は、Ｃが高いのでスパッタ発生量が多く、溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。また、Ａｌ／Ｍｇが低いのでビード形状も不良であった。
【００４４】
ワイヤＮｏ．２０は、Ｓｉが多いので溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低かった。また、Ｍｇが少ないのでビード形状が不良でピットも生じた。
【００４５】
ワイヤＮｏ．２１は、Ｍｇが多いのでスパッタ発生量が多かった。また、Ｍｎ／Ｓｉが高いのでビード形状が不良であった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮にフラックスを充填してなる耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算：２．０〜４．０％、
ＳｉＯ２：０．５〜１．５％、
ＺｒＯ２：０．１〜０．６％、
金属弗化物のＦ換算値：０．０２〜０．０８％、
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．３〜０．７％、
Ｍｎ：１．５〜２．５％、
かつ、Ｍｎ／Ｓｉ：２．５〜６．０、
Ａｌ：０．１５〜０．５％、
Ｍｇ：０．１５〜０．５％、
かつ、Ａｌ／Ｍｇ：０．３〜３．０、
Ｎｉ：０．３〜０．７％、
Ｃｒ：０．４５〜０．８％、
Ｃｕ：０．３〜０．６％を含有し、残部はＦｅ、アーク安定剤および不可避不純物であることを特徴とする耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項１】
鋼製外皮にフラックスを充填してなる耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算：２．０〜４．０％、
ＳｉＯ２：０．５〜１．５％、
ＺｒＯ２：０．１〜０．６％、
金属弗化物のＦ換算値：０．０２〜０．０８％、
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．３〜０．７％、
Ｍｎ：１．５〜２．５％、
かつ、Ｍｎ／Ｓｉ：２．５〜６．０、
Ａｌ：０．１５〜０．５％、
Ｍｇ：０．１５〜０．５％、
かつ、Ａｌ／Ｍｇ：０．３〜３．０、
Ｎｉ：０．３〜０．７％、
Ｃｒ：０．４５〜０．８％、
Ｃｕ：０．３〜０．６％を含有し、残部はＦｅ、アーク安定剤および不可避不純物であることを特徴とする耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【公開番号】特開２００８−１１４２６４（Ｐ２００８−１１４２６４Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３００２１７（Ｐ２００６−３００２１７）
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月６日（２００６．１１．６）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【Ｆターム（参考）】
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