JP7323497B2 - フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、フラックス入りワイヤに関する。
従来、オーステナイト系ステンレス鋼SUS304と同程度の高強度な溶接継手性が得られ、曲げ性が良好で、低温靱性が高く、且つ溶接作業性が良好な高強度ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する検討がなされている。
例えば特許文献1では、オーステナイト系ステンレス鋼外皮の内部にフラックスが充填された高強度ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、Ni:8.0~10.0%、Cr:17.0~22.0%、Ti:0.5~2.0%、Bi:0.10%以下、弗化物:0.05~0.70%、スラグ剤の合計:5~10%を含有し、その他は脱酸剤、Feおよび不可避不純物であり、脱酸剤成分により溶接金属中の酸素量が0.07~0.20質量%である高強度ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかしながら、特許文献1に開示されたフラックス入りワイヤでは、ワイヤ中にBiが0.01~0.10%添加されているため、溶接金属の耐高温割れ性、耐腐食性、低温靱性が劣る。
例えば特許文献1では、オーステナイト系ステンレス鋼外皮の内部にフラックスが充填された高強度ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、Ni:8.0~10.0%、Cr:17.0~22.0%、Ti:0.5~2.0%、Bi:0.10%以下、弗化物:0.05~0.70%、スラグ剤の合計:5~10%を含有し、その他は脱酸剤、Feおよび不可避不純物であり、脱酸剤成分により溶接金属中の酸素量が0.07~0.20質量%である高強度ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかしながら、特許文献1に開示されたフラックス入りワイヤでは、ワイヤ中にBiが0.01~0.10%添加されているため、溶接金属の耐高温割れ性、耐腐食性、低温靱性が劣る。
Biを含有しないフラックス入りワイヤとして、例えば特許文献2には、C:0.005~0.10%、Si:0.1~1.0%、Mn:0.5~4.5%、Ni:7~12%、Cr:18~25%、Mo:0.01~1.0%、Ti:0.1~0.5%、N:0.1~0.3%、Nb:0.05%以下を含有し、フラックスに、TiO2:4.5~7.5%、SiO2:0.2~1.8%、ZrO2:0.01~0.10%、Al2O3:0.01~0.20%、Na化合物のNa2O換算値およびK化合物のK2O換算値の1種または2種:0.01~0.20%、弗素化合物のF換算値:0.1~1.0%を含有し、残部は、Feおよび不可避不純物からなるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
しかしながら、特許文献2に記載のフラックス入りワイヤは、Biを含有していないためスラグ剥離性などの溶接作業性が不足する場合があり、特に、固定管等の継手の溶接施工に対し溶接作業性の点で改良が求められている。
本発明は上述した状況に鑑みてなされたものであり、良好な溶接作業性を有するステンレス溶接用のフラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、Biの含有量が規制されたステンレス鋼用のフラックス入りワイヤについて鋭意検討した結果、特定の金属成分を添加するとともにその含有量を制御することにより、良好な作業性を実現できることを見出した。
すなわち、本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Cr:16.0~22.0質量%、
Ni:6.0~11.0質量%、
Mn:0.7~2.6質量%、
Si:0.1~1.1質量%、
Zr:0.2~0.8質量%、
Fe:45.0~65.0質量%、
TiO2:5.0~9.0質量%、
SiO2:0.1~2.0質量%、及び
ZrO2:0.5~3.0質量%を含有し、
Bi:0.0020質量%未満(0質量%を含む)に規制され、
質量%表示での、Siの含有量を[Si]、Zrの含有量を[Zr]とした場合、A=[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値が1.5~2.5を満たすことを特徴とする。
すなわち、本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Cr:16.0~22.0質量%、
Ni:6.0~11.0質量%、
Mn:0.7~2.6質量%、
Si:0.1~1.1質量%、
Zr:0.2~0.8質量%、
Fe:45.0~65.0質量%、
TiO2:5.0~9.0質量%、
SiO2:0.1~2.0質量%、及び
ZrO2:0.5~3.0質量%を含有し、
Bi:0.0020質量%未満(0質量%を含む)に規制され、
質量%表示での、Siの含有量を[Si]、Zrの含有量を[Zr]とした場合、A=[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値が1.5~2.5を満たすことを特徴とする。
上記フラックス入りワイヤは、フラックス率が23~29質量%であることが好ましい。
上記フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、
前記Si:0.5~1.1質量%、及び
前記Zr:0.3~0.7質量%を含有し、
前記パラメータAの値が1.7~2.3を満たすことが好ましい。
前記Si:0.5~1.1質量%、及び
前記Zr:0.3~0.7質量%を含有し、
前記パラメータAの値が1.7~2.3を満たすことが好ましい。
上記フラックス入りワイヤは、さらにアルカリ金属化合物及び金属フッ化物を含有し、
前記アルカリ金属化合物は、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計の含有量が、ワイヤ全質量あたり0.1~3.0質量%であり、
前記金属フッ化物は、フッ素換算値の含有量が、ワイヤ全質量あたり0.01~0.50質量%であることが好ましい。
前記アルカリ金属化合物は、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計の含有量が、ワイヤ全質量あたり0.1~3.0質量%であり、
前記金属フッ化物は、フッ素換算値の含有量が、ワイヤ全質量あたり0.01~0.50質量%であることが好ましい。
本発明によれば、良好な溶接作業性を有するステンレス溶接用のフラックス入りワイヤを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
[フラックス入りワイヤ]
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであり、以下の組成を満たすものである。
ワイヤ全質量あたり、
Cr:16.0~22.0質量%、
Ni:6.0~11.0質量%、
Mn:0.7~2.6質量%、
Si:0.1~1.1質量%、
Zr:0.2~0.8質量%、
Fe:45.0~65.0質量%、
TiO2:5.0~9.0質量%、
SiO2:0.1~2.0質量%、及び
ZrO2:0.5~3.0質量%を含有し、
Bi:0.0020質量%未満(0質量%を含む)に規制され、
質量%表示での、Siの含有量を[Si]、Zrの含有量を[Zr]とした場合、A=[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値が1.5~2.5を満たすものである。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであり、以下の組成を満たすものである。
ワイヤ全質量あたり、
Cr:16.0~22.0質量%、
Ni:6.0~11.0質量%、
Mn:0.7~2.6質量%、
Si:0.1~1.1質量%、
Zr:0.2~0.8質量%、
Fe:45.0~65.0質量%、
TiO2:5.0~9.0質量%、
SiO2:0.1~2.0質量%、及び
ZrO2:0.5~3.0質量%を含有し、
Bi:0.0020質量%未満(0質量%を含む)に規制され、
質量%表示での、Siの含有量を[Si]、Zrの含有量を[Zr]とした場合、A=[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値が1.5~2.5を満たすものである。
なお、フラックス入りワイヤとは、鋼製外皮内にフラックスが充填されたものである。なお、フラックス入りワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、重ね断面等のように外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。また、フラックス入りワイヤは、ワイヤ表面(外皮の外側)にCuなどのメッキなどが施されていても、施されていなくてもよい。
(成分組成)
以下に本実施形態に係るフラックス入りワイヤの各成分の含有量について説明する。所要の特性を有する溶接金属を得るための各成分は、鋼製外皮、充填フラックスのいずれから添加されていてもよい。したがって、以下の説明において特に断りのない限り、フラックス入りワイヤ中の各成分の含有量は、鋼製外皮中及びフラックス中に含有される成分の合計量を、ワイヤ全質量とした値で規定される。
以下に本実施形態に係るフラックス入りワイヤの各成分の含有量について説明する。所要の特性を有する溶接金属を得るための各成分は、鋼製外皮、充填フラックスのいずれから添加されていてもよい。したがって、以下の説明において特に断りのない限り、フラックス入りワイヤ中の各成分の含有量は、鋼製外皮中及びフラックス中に含有される成分の合計量を、ワイヤ全質量とした値で規定される。
また、以下に示す成分は、単体、化合物及び合金等の種々の形態で、鋼製外皮中やフラックス中に添加される。本実施形態においては、どのような形態で各成分が添加されているかを特定するものではなく、原料の由来は問わない。
<Cr:16.0~22.0質量%>
Crは、フェライト安定化元素としてフェライト相/オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、不動態被膜の形成元素として溶接部の耐孔食性を向上させる作用を有する。Crの含有量を16.0質量%以上とすることにより、この作用を十分に得ることができる。一方、Crの含有量を22.0質量%以下とすることにより、金属間化合物であるσ相が析出し溶接部の低温靱性が低下することを抑制できる。このため、Crの含有量を16.0~22.0質量%に規定する。Crの含有量は17.5質量%以上が好ましく、18.5質量%以上がより好ましい。また、Crの含有量は21.0質量%以下が好ましく、20.0質量%以下がより好ましい。
Crは、フェライト安定化元素としてフェライト相/オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、不動態被膜の形成元素として溶接部の耐孔食性を向上させる作用を有する。Crの含有量を16.0質量%以上とすることにより、この作用を十分に得ることができる。一方、Crの含有量を22.0質量%以下とすることにより、金属間化合物であるσ相が析出し溶接部の低温靱性が低下することを抑制できる。このため、Crの含有量を16.0~22.0質量%に規定する。Crの含有量は17.5質量%以上が好ましく、18.5質量%以上がより好ましい。また、Crの含有量は21.0質量%以下が好ましく、20.0質量%以下がより好ましい。
<Ni:6.0~11.0質量%>
Niは、オーステナイト安定化元素としてフェライト相/オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、溶接部の低温靱性向上に有効な元素である。Niの含有量を6.0質量%以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Niの含有量を11.0質量%以下とすることにより、溶接金属中のオーステナイト相が過多となり溶接部の強度が低下することを抑制できる。このため、Niの含有量を6.0~11.0質量%に規定する。Niの含有量は7.5質量%以上が好ましく、8.0質量%以上がより好ましい。また、Niの含有量は10.0質量%以下が好ましく、9.0質量%以下がより好ましい。
Niは、オーステナイト安定化元素としてフェライト相/オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、溶接部の低温靱性向上に有効な元素である。Niの含有量を6.0質量%以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Niの含有量を11.0質量%以下とすることにより、溶接金属中のオーステナイト相が過多となり溶接部の強度が低下することを抑制できる。このため、Niの含有量を6.0~11.0質量%に規定する。Niの含有量は7.5質量%以上が好ましく、8.0質量%以上がより好ましい。また、Niの含有量は10.0質量%以下が好ましく、9.0質量%以下がより好ましい。
<Mn:0.7~2.6質量%>
Mnは、オーステナイト安定化元素としてフェライト相/オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、脱酸元素として作用する。Mnの含有量を0.7質量%以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Mnの含有量を2.6質量%以下とすることにより、MnS形成による溶接部の低温靱性低下を抑制できる。このため、Mnの含有量を0.7~2.6質量%に規定する。Mnの含有量は1.0質量%以上が好ましく、1.5質量%以上がより好ましい。また、Mnの含有量は2.5質量%以下が好ましい。
Mnは、オーステナイト安定化元素としてフェライト相/オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、脱酸元素として作用する。Mnの含有量を0.7質量%以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Mnの含有量を2.6質量%以下とすることにより、MnS形成による溶接部の低温靱性低下を抑制できる。このため、Mnの含有量を0.7~2.6質量%に規定する。Mnの含有量は1.0質量%以上が好ましく、1.5質量%以上がより好ましい。また、Mnの含有量は2.5質量%以下が好ましい。
<Si:0.1~1.1質量%>
Siは、ステンレス鋼外皮、金属シリコン、フェロシリコンおよびフェロシリコンマンガン等から添加され、ビード形状やスラグ被包性を改善する効果を有する。Siの含有量を0.1質量%以上とすることにより、溶接時の脱酸反応によって形成されるスラグ量を適正とし、良好なビード形状が得られる。一方、Siの含有量を1.1質量%以下とすることにより、スラグ量が過多となってスラグ被包性が悪くなるのを防ぐことができる。このため、Siの含有量を0.1~1.1質量%に規定する。Siの含有量は0.5質量%以上が好ましく、0.7質量%以上がより好ましい。また、Siの含有量は1.0質量%以下が好ましく、0.9質量%以下がより好ましい。なお、Siとは金属Siであり、その含有量とは、Si単体と合金中に含まれるSiの合計の含有量を意味する。
Siは、ステンレス鋼外皮、金属シリコン、フェロシリコンおよびフェロシリコンマンガン等から添加され、ビード形状やスラグ被包性を改善する効果を有する。Siの含有量を0.1質量%以上とすることにより、溶接時の脱酸反応によって形成されるスラグ量を適正とし、良好なビード形状が得られる。一方、Siの含有量を1.1質量%以下とすることにより、スラグ量が過多となってスラグ被包性が悪くなるのを防ぐことができる。このため、Siの含有量を0.1~1.1質量%に規定する。Siの含有量は0.5質量%以上が好ましく、0.7質量%以上がより好ましい。また、Siの含有量は1.0質量%以下が好ましく、0.9質量%以下がより好ましい。なお、Siとは金属Siであり、その含有量とは、Si単体と合金中に含まれるSiの合計の含有量を意味する。
<Zr:0.2~0.8質量%>
Zrは、ステンレス鋼外皮、金属Zr及びFe-Zr-Si等から添加され、強力な脱酸元素であり、溶接金属の靱性を高めると共に、溶接作業性を改善する効果を有する。ステンレス鋼用のフラックス入りワイヤでは、Biの含有量が0.0020質量%未満の場合、耐食性は良好であるものの、スラグ剥離性などの溶接作業性が不足することがある。このため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、金属Zrを添加することによりスラグ剥離性などの溶接作業性を向上させているのである。Zrの含有量を0.2質量%以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Zrの含有量を0.8質量%以下とすることにより、析出効果による強度過多に伴う靱性低下を抑制し、良好なスラグ剥離性を得ることができる。このため、Zrの含有量を0.2~0.8質量%に規定する。Zrの含有量は0.3質量%以上が好ましく、0.4質量%以上がより好ましい。また、Zrの含有量は0.7質量%以下が好ましく、0.6質量%以下がより好ましい。なお、Zrとは金属Zrであり、その含有量とは、Zr単体と合金中に含まれるZrの合計の含有量を意味する。
Zrは、ステンレス鋼外皮、金属Zr及びFe-Zr-Si等から添加され、強力な脱酸元素であり、溶接金属の靱性を高めると共に、溶接作業性を改善する効果を有する。ステンレス鋼用のフラックス入りワイヤでは、Biの含有量が0.0020質量%未満の場合、耐食性は良好であるものの、スラグ剥離性などの溶接作業性が不足することがある。このため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、金属Zrを添加することによりスラグ剥離性などの溶接作業性を向上させているのである。Zrの含有量を0.2質量%以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Zrの含有量を0.8質量%以下とすることにより、析出効果による強度過多に伴う靱性低下を抑制し、良好なスラグ剥離性を得ることができる。このため、Zrの含有量を0.2~0.8質量%に規定する。Zrの含有量は0.3質量%以上が好ましく、0.4質量%以上がより好ましい。また、Zrの含有量は0.7質量%以下が好ましく、0.6質量%以下がより好ましい。なお、Zrとは金属Zrであり、その含有量とは、Zr単体と合金中に含まれるZrの合計の含有量を意味する。
<Bi:0.0020質量%未満(0質量%を含む)>
Biは、溶接部が高温に長時間保持された場合、オーステナイト粒界にBiが濃化しやすく、耐割れ性を悪化させる。また、Biを0.0020質量%以上含有する場合、耐食性が低下する。そのため、Biの含有量は0.0020質量%未満に規制する。Biの含有量は少ないほど好ましく、0.0005質量%未満が好ましく、0質量%(含まない)であってもよい。
Biは、溶接部が高温に長時間保持された場合、オーステナイト粒界にBiが濃化しやすく、耐割れ性を悪化させる。また、Biを0.0020質量%以上含有する場合、耐食性が低下する。そのため、Biの含有量は0.0020質量%未満に規制する。Biの含有量は少ないほど好ましく、0.0005質量%未満が好ましく、0質量%(含まない)であってもよい。
<パラメータA=[Si]+2×[Zr]:1.5~2.5>
本発明者らは、各成分の含有量が上記範囲を満たすことで、良好な低温靱性と溶接作業性を達成できるが、さらに良好な低温靱性と溶接作業性を達成するためには、各成分の含有量に加えて、SiとZrの含有量の関係も重要であることを見出した。Siの含有量を[Si]、Zrの含有量を[Zr]とした場合に、A=[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値を1.5以上とすることにより、これらの効果を十分に得ることができる。また、パラメータAの値を2.5以下とすることにより、焼入れ性過多による低温靱性の劣化やスラグ剥離性の低下を抑制することができる。さらに、立向溶接ビードをフラットにし、スラグ剥離性を向上させ、固定管溶接施工における良好な溶接ビードを得る観点から、パラメータAの値は1.7以上が好ましく、1.9以上がより好ましい。また、パラメータAの値は2.3以下が好ましく、2.1以下がより好ましい。
本発明者らは、各成分の含有量が上記範囲を満たすことで、良好な低温靱性と溶接作業性を達成できるが、さらに良好な低温靱性と溶接作業性を達成するためには、各成分の含有量に加えて、SiとZrの含有量の関係も重要であることを見出した。Siの含有量を[Si]、Zrの含有量を[Zr]とした場合に、A=[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値を1.5以上とすることにより、これらの効果を十分に得ることができる。また、パラメータAの値を2.5以下とすることにより、焼入れ性過多による低温靱性の劣化やスラグ剥離性の低下を抑制することができる。さらに、立向溶接ビードをフラットにし、スラグ剥離性を向上させ、固定管溶接施工における良好な溶接ビードを得る観点から、パラメータAの値は1.7以上が好ましく、1.9以上がより好ましい。また、パラメータAの値は2.3以下が好ましく、2.1以下がより好ましい。
<TiO2:5.0~9.0質量%>
TiO2はスラグ形成剤の主成分であり、溶接金属へのスラグの被りを向上させビード形状を良好にする作用を有するとともに、スラグの凝固を早め、立向・上向溶接時の溶接作業性を向上させる効果がある。また、TiO2を所定量含有することは、アークを安定化する効果を有する。TiO2の含有量を5.0質量%以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、TiO2の含有量を9.0質量%以下とすることにより、溶接時にスラグが硬化して剥離性が低下するのを抑制し、耐気孔欠陥性の低下を抑制する。このため、TiO2の含有量を5.0~9.0質量%に規定する。TiO2の含有量は6.0質量%以上が好ましく、6.5質量%以上がより好ましい。また、TiO2の含有量は8.0質量%以下が好ましく、7.5質量%以下がより好ましい。なお、TiO2は、Ti化合物のTiO2換算値を意味する。
TiO2はスラグ形成剤の主成分であり、溶接金属へのスラグの被りを向上させビード形状を良好にする作用を有するとともに、スラグの凝固を早め、立向・上向溶接時の溶接作業性を向上させる効果がある。また、TiO2を所定量含有することは、アークを安定化する効果を有する。TiO2の含有量を5.0質量%以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、TiO2の含有量を9.0質量%以下とすることにより、溶接時にスラグが硬化して剥離性が低下するのを抑制し、耐気孔欠陥性の低下を抑制する。このため、TiO2の含有量を5.0~9.0質量%に規定する。TiO2の含有量は6.0質量%以上が好ましく、6.5質量%以上がより好ましい。また、TiO2の含有量は8.0質量%以下が好ましく、7.5質量%以下がより好ましい。なお、TiO2は、Ti化合物のTiO2換算値を意味する。
<SiO2:0.1~2.0質量%>
SiO2は、溶接金属へのスラグの被りを向上させビード形状を良好にする作用を有するとともに、ビードなじみ性を向上させる効果がある。SiO2の含有量を0.1質量%以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、SiO2の含有量を2.0質量%以下とすることにより、スラグが硬化して剥離性が著しく低下するのを抑制できる。このため、SiO2の含有量を0.1~2.0質量%に規定する。SiO2の含有量は0.5質量%以上が好ましく、0.8質量%以上がより好ましい。また、SiO2の含有量は1.5質量%以下が好ましく、1.2質量%以下がより好ましい。なお、SiO2は、Si化合物のSiO2換算値を意味し、金属Siとは明確に区別される。
SiO2は、溶接金属へのスラグの被りを向上させビード形状を良好にする作用を有するとともに、ビードなじみ性を向上させる効果がある。SiO2の含有量を0.1質量%以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、SiO2の含有量を2.0質量%以下とすることにより、スラグが硬化して剥離性が著しく低下するのを抑制できる。このため、SiO2の含有量を0.1~2.0質量%に規定する。SiO2の含有量は0.5質量%以上が好ましく、0.8質量%以上がより好ましい。また、SiO2の含有量は1.5質量%以下が好ましく、1.2質量%以下がより好ましい。なお、SiO2は、Si化合物のSiO2換算値を意味し、金属Siとは明確に区別される。
<ZrO2:0.5~3.0質量%>
ZrO2は、スラグの凝固を早め、立向・上向溶接時の溶接作業性を向上させる効果がある。ZrO2の含有量を0.5質量%以上とすることにより、この作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、ZrO2の含有量を3.0質量%以下とすることにより、スラグ剥離性の低下を抑制できる。このため、ZrO2の含有量を0.5~3.0質量%に規定する。ZrO2の含有量は1.0質量%以上が好ましく、1.5質量%以上がより好ましい。また、ZrO2の含有量は2.6質量%以下が好ましく、2.1質量%以下がより好ましい。なお、ZrO2は、Zr化合物のZrO2換算値を意味し、金属Zrとは明確に区別される。
ZrO2は、スラグの凝固を早め、立向・上向溶接時の溶接作業性を向上させる効果がある。ZrO2の含有量を0.5質量%以上とすることにより、この作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、ZrO2の含有量を3.0質量%以下とすることにより、スラグ剥離性の低下を抑制できる。このため、ZrO2の含有量を0.5~3.0質量%に規定する。ZrO2の含有量は1.0質量%以上が好ましく、1.5質量%以上がより好ましい。また、ZrO2の含有量は2.6質量%以下が好ましく、2.1質量%以下がより好ましい。なお、ZrO2は、Zr化合物のZrO2換算値を意味し、金属Zrとは明確に区別される。
<アルカリ金属化合物 Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計:0.1~3.0質量%>
アルカリ金属化合物であるNa化合物及びK化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を低減する効果がある。アルカリ金属化合物は含有しなくてもよいが、含有する場合には、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計を0.1質量%以上とすることにより、この作用を十分に得ることができる。一方、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計を3.0質量%以下とすることにより、スラグの凝固が早くなることに伴うビード形状不良を抑制できる。したがって、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計は0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1.0質量%以上がさらに好ましい。また、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計は3.0質量%以下が好ましく、2.5質量%以下がより好ましく、2.0質量%以下がさらに好ましい。
アルカリ金属化合物であるNa化合物及びK化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を低減する効果がある。アルカリ金属化合物は含有しなくてもよいが、含有する場合には、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計を0.1質量%以上とすることにより、この作用を十分に得ることができる。一方、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計を3.0質量%以下とすることにより、スラグの凝固が早くなることに伴うビード形状不良を抑制できる。したがって、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計は0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1.0質量%以上がさらに好ましい。また、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計は3.0質量%以下が好ましく、2.5質量%以下がより好ましく、2.0質量%以下がさらに好ましい。
Na化合物のNa2O換算値の含有量は0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましい。また、Na化合物のNa2O換算値の含有量は3.0質量%以下が好ましく、1.5質量%以下がより好ましく、1.0質量%以下がさらに好ましい。
K化合物のK2O換算値の含有量は0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましい。また、K化合物のK2O換算値の含有量は3.0質量%以下が好ましく、1.5質量%以下がより好ましく、1.0質量%以下がさらに好ましい。
K化合物のK2O換算値の含有量は0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましい。また、K化合物のK2O換算値の含有量は3.0質量%以下が好ましく、1.5質量%以下がより好ましく、1.0質量%以下がさらに好ましい。
<金属フッ化物 フッ素換算値:0.01~0.50質量%>
金属フッ化物は、スラグの流動性を調整する作用があると共に、スラグ剥離性を向上させる。また、ピット・ブローホール等の気孔欠陥を抑制させる作用を有する。金属フッ化物は含有しなくてもよいが、含有する場合には、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量を0.01質量%以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、フッ素換算値の含有量を0.50質量%超としても、さらなるスラグ剥離性改善や、耐気孔欠陥性改善の効果は得られない。また、フッ素換算値の含有量を0.50質量%以下とすることにより、スラグの流動性が過大となるのを抑制し、立向・上向溶接を行いやすくすると共に、ヒューム発生量が過大となるのを防ぎ、良好なアーク安定性が得られる。したがって、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量は、0.01質量%以上が好ましく、0.10質量%以上がより好ましく、0.15質量%以上がさらに好ましい。また、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量は0.50質量%以下が好ましく、0.35質量%以下がより好ましく、0.25質量%以下がさらに好ましい。
金属フッ化物は、スラグの流動性を調整する作用があると共に、スラグ剥離性を向上させる。また、ピット・ブローホール等の気孔欠陥を抑制させる作用を有する。金属フッ化物は含有しなくてもよいが、含有する場合には、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量を0.01質量%以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、フッ素換算値の含有量を0.50質量%超としても、さらなるスラグ剥離性改善や、耐気孔欠陥性改善の効果は得られない。また、フッ素換算値の含有量を0.50質量%以下とすることにより、スラグの流動性が過大となるのを抑制し、立向・上向溶接を行いやすくすると共に、ヒューム発生量が過大となるのを防ぎ、良好なアーク安定性が得られる。したがって、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量は、0.01質量%以上が好ましく、0.10質量%以上がより好ましく、0.15質量%以上がさらに好ましい。また、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量は0.50質量%以下が好ましく、0.35質量%以下がより好ましく、0.25質量%以下がさらに好ましい。
なお、金属フッ化物として含まれ得る成分としては、CaF2、BaF2、MgF2、LiF、NaF、KF等が挙げられる。中でも、アーク安定性向上の点からNaF、KFを含有することが好ましい。
<Fe:45.0~65.0質量%>
Feはフラックス入りワイヤの主成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、Feの含有量は45.0質量%以上であり、50.0質量%以上が好ましく、55.0質量%以上がより好ましい。また、Feの含有量は65.0質量%以下であり、62.0質量%以下が好ましく、60.0質量%以下がより好ましい。
Feはフラックス入りワイヤの主成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、Feの含有量は45.0質量%以上であり、50.0質量%以上が好ましく、55.0質量%以上がより好ましい。また、Feの含有量は65.0質量%以下であり、62.0質量%以下が好ましく、60.0質量%以下がより好ましい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上述したCr、Ni、Mn、Si、Zr、Fe、TiO2、SiO2、ZrO2およびBiを、合計で85質量%以上含有することが好ましく、より好ましくは88質量%以上、さらに好ましくは92質量%以上、特に好ましくは95質量%以上とすることができる。
<その他の成分>
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、不可避不純物が含まれる。その他の成分として、必要に応じて、Al≦0.010質量%、Ta≦0.010質量%、W≦0.010質量%、Sn≦0.010質量%、Mg≦0.010質量%、希土類元素(REM)≦0.010質量%などを含有してもよい。また、これら成分は、本発明の効果を損なわない範囲において、積極的に添加してもよい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、不可避不純物が含まれる。その他の成分として、必要に応じて、Al≦0.010質量%、Ta≦0.010質量%、W≦0.010質量%、Sn≦0.010質量%、Mg≦0.010質量%、希土類元素(REM)≦0.010質量%などを含有してもよい。また、これら成分は、本発明の効果を損なわない範囲において、積極的に添加してもよい。
(フラックス率:23~29質量%)
フラックス入りワイヤのフラックス率とは、フラックス質量/ワイヤ全質量×100(%)で表される値である。
フラックス率は特に限定されないが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤをSUS304ステンレス鋼材に用いる場合には、溶接金属における機械性能確保の点から23質量%以上が好ましく、24質量%以上がより好ましく、25質量%以上がさらに好ましい。また、溶接作業性確保の点から、フラックス率は29質量%以下が好ましく、28質量%以下がより好ましく、27質量%以下がさらに好ましい。
フラックス入りワイヤのフラックス率とは、フラックス質量/ワイヤ全質量×100(%)で表される値である。
フラックス率は特に限定されないが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤをSUS304ステンレス鋼材に用いる場合には、溶接金属における機械性能確保の点から23質量%以上が好ましく、24質量%以上がより好ましく、25質量%以上がさらに好ましい。また、溶接作業性確保の点から、フラックス率は29質量%以下が好ましく、28質量%以下がより好ましく、27質量%以下がさらに好ましい。
[フラックス入りワイヤの製造方法]
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。
まず、鋼製外皮を構成する鋼帯を準備し、この鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールにより成形して、U字状のオープン管にする。次に、所定の成分組成となるように、各種原料を配合したフラックスを鋼製外皮に充填し、その後、断面が円形になるように加工する。その後、冷間加工により伸線し、所望するワイヤ径のフラックス入りワイヤとする。
ワイヤ径は特に限定されるものではないが、例えば1.2mm~1.6mmである。
なお、冷間加工途中に焼鈍を施してもよい。また、製造の過程で成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目が無いワイヤと、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残すワイヤのいずれの構造も採用することができる。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。
まず、鋼製外皮を構成する鋼帯を準備し、この鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールにより成形して、U字状のオープン管にする。次に、所定の成分組成となるように、各種原料を配合したフラックスを鋼製外皮に充填し、その後、断面が円形になるように加工する。その後、冷間加工により伸線し、所望するワイヤ径のフラックス入りワイヤとする。
ワイヤ径は特に限定されるものではないが、例えば1.2mm~1.6mmである。
なお、冷間加工途中に焼鈍を施してもよい。また、製造の過程で成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目が無いワイヤと、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残すワイヤのいずれの構造も採用することができる。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
原料を適宜配合したフラックスを、鋼製外皮中に充填し、ワイヤ全質量に対するフラックスの割合が26質量%となるようにして、ワイヤ径1.2mmのフラックス入りワイヤを作製した。
下記表1に、実施例及び比較例のフラックス入りワイヤ中の化学成分の含有量(質量%)を示す。表1中、金属フッ化物とは、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量を意味し、アルカリ金属化合物とは、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計の含有量を意味する。
下記表1に、実施例及び比較例のフラックス入りワイヤ中の化学成分の含有量(質量%)を示す。表1中、金属フッ化物とは、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量を意味し、アルカリ金属化合物とは、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計の含有量を意味する。
得られたフラックス入りワイヤを用いて、表2に示す組成の鋼板を母材として用い、表3に示す試験条件によって水平すみ肉溶接及び立向上進すみ肉溶接を行い、その際の溶接作業性の評価を行った。なお、表2の組成は、Fe以外の主な化学成分を示したものである。
溶接作業性の評価方法は下記に示すとおりであり、評価結果を表4に示す。
溶接作業性の評価方法は下記に示すとおりであり、評価結果を表4に示す。
アーク安定性の評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
○:アークが非常に安定であった。
△:アークがやや安定であった。
×:アークが不安定であった。
○:アークが非常に安定であった。
△:アークがやや安定であった。
×:アークが不安定であった。
スパッタ量の評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
○:スパッタが非常に少なかった。
△:スパッタがやや少なかった。
×:スパッタが多かった。
○:スパッタが非常に少なかった。
△:スパッタがやや少なかった。
×:スパッタが多かった。
ヒューム量の評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
○:ヒューム量が非常に少なかった。
△:ヒューム量がやや少なかった。
×:ヒューム量が多かった。
○:ヒューム量が非常に少なかった。
△:ヒューム量がやや少なかった。
×:ヒューム量が多かった。
ビード外観は、溶接金属の目視により評価を行った。評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
○:ビード外観が良好であった。
△:ビード外観がやや良好であった。
×:ビード外観が不良であった。
○:ビード外観が良好であった。
△:ビード外観がやや良好であった。
×:ビード外観が不良であった。
ビード形状は、溶接金属の目視により評価を行った。評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
○:ビード形状が良好であった。
△:ビード形状がやや良好であった。
×:ビード形状が不良であった。
○:ビード形状が良好であった。
△:ビード形状がやや良好であった。
×:ビード形状が不良であった。
スラグ剥離の評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
○:スラグ剥離が良好であった。
△:スラグ剥離がやや良好であった。
×:スラグ剥離が不良であった。
○:スラグ剥離が良好であった。
△:スラグ剥離がやや良好であった。
×:スラグ剥離が不良であった。
なじみ・揃いは、溶接金属の目視により評価を行った。評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
○:なじみ・揃いが良好であった。
△:なじみ・揃いがやや良好であった。
×:なじみ・揃いが不良であった。
○:なじみ・揃いが良好であった。
△:なじみ・揃いがやや良好であった。
×:なじみ・揃いが不良であった。
上記結果から、水平すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接のいずれにおいても、Zrを含まない比較例1及び2に対し、実施例1~3はいずれもスラグ剥離性が良好な結果となった。立向上進すみ肉溶接においては、さらにビード外観及びビード形状も優れる結果となった。
また、ZrやSiを所定量含有していても、[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値が1.5未満である比較例3は、立向上進すみ肉溶接においてビード形状が不良となるが、実施例1~3はいずれもビード形状も良好であった。
また、ZrやSiを所定量含有していても、[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値が1.5未満である比較例3は、立向上進すみ肉溶接においてビード形状が不良となるが、実施例1~3はいずれもビード形状も良好であった。
得られたフラックス入りワイヤを用いて、表5に示す試験条件によって下向溶接を行い、得られた溶接金属に対して、機械的性質の評価として、0.2%耐力、引張強さ、及び熱応力についての試験を行った。
機械的性質の評価方法は下記に示すとおりであり、評価結果を表6に示す。
機械的性質の評価方法は下記に示すとおりであり、評価結果を表6に示す。
0.2%耐力、引張強さは、表5に示す条件の全溶着金属溶接により引張試験片を作製し、AWS A5.22:2012に準じて試験を行った。0.2%耐力は、350MPa以上400MPa未満の場合は良好、400MPa以上の場合は特に良好と評価した。引張試験は、550MPa以上600MPa未満の場合は良好、600MPa以上の場合は特に良好と評価した。
シャルピー衝撃値は表5に示す条件の全溶着金属溶接によりVノッチ試験片を作製して、0℃で試験を行うことにより測定した。0℃におけるνEの値はいずれも47J以上であり、良好であった。
以上の結果から、実施例1~3のフラックス入りワイヤは、得られる溶接金属が求められる機械的性質を満たしつつ、溶接作業性も非常に良好であることが分かった。
Claims (4)
- 鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Cr:16.0~22.0質量%、
Ni:6.0~11.0質量%、
Mn:0.7~2.6質量%、
Si:0.1~1.1質量%、
Zr:0.2~0.8質量%、
Fe:45.0~65.0質量%、
TiO2:5.0~9.0質量%、
SiO2:0.1~2.0質量%、及び
ZrO2:0.5~3.0質量%を含有し、
Bi:0.0020質量%未満(0質量%を含む)に規制され、
質量%表示での、Siの含有量を[Si]、Zrの含有量を[Zr]とした場合、A=[Si]+2×[Zr]で表されるパラメータAの値が1.5~2.5を満たすフラックス入りワイヤ。 - フラックス率が23~29質量%である、請求項1に記載のフラックス入りワイヤ。
- ワイヤ全質量あたり、
前記Si:0.5~1.1質量%、及び
前記Zr:0.3~0.7質量%を含有し、
前記パラメータAの値が1.7~2.3を満たす、請求項1又は2に記載のフラックス入りワイヤ。 - さらにアルカリ金属化合物及び金属フッ化物を含有し、
前記アルカリ金属化合物は、Na化合物のNa2O換算値とK化合物のK2O換算値の合計の含有量が、ワイヤ全質量あたり0.1~3.0質量%であり、
前記金属フッ化物は、フッ素換算値の含有量が、ワイヤ全質量あたり0.01~0.50質量%である、請求項1~3のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
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