JP2017100171A - 二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度及び靭性が優れた溶接金属が得られ、かつ溶接作業性等を向上させる二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法を提供する。【解決手段】溶接用ワイヤ及びフラックスに含有するＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮの（１）式から求められる各成分の換算値Ｍが、Ｓｉ：０．１〜０．９、Ｍｎ：１．０〜２．５、Ｎｉ：８〜１２、Ｃｒ：２１．５〜２５．０、Ｍｏ：２．５〜４．０、Ｎ：０．０８〜０．２５であり、溶接用ワイヤのＣ：０．０３％以下、焼成型フラックスのＳｉＯ2換算値：１５〜２５％、ＣａＯ：５〜１０％、Ａｌ2Ｏ3：１７〜２４％、ＭｇＯ：２５〜３３％、Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計：０．９〜２．３％、Ｆ換算値：３．３〜７．７％、Ｂｉ換算値：０．００５〜０．０４％、ＣａＣＯ3：３．５〜６％を含有する。Ｍ＝ＭW＋０．６×ＭF・・（１）但し、ＭWはワイヤの各成分の含有量、ＭFはフラックスの各成分の含有量【選択図】 なし

Description

本発明は、二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法に関し、強度及び靭性が優れた溶接金属が得られ、かつ、溶接作業性、特にスラグ剥離性が良好な二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法に関する。

ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ＵＮＳ Ｓ３１８０３等に代表される二相ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼の特徴をあわせ持ち、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）に比べ、高い強度と耐食性を有している。二相ステンレス鋼は、化学成分に含まれるＣｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｗを基にして、耐孔食性指数ＰＲＥ（Ｃｒ％＋３．３Ｍｏ％＋１６Ｎ％）やＰＲＥＷ（Ｃｒ％＋３．３（Ｍｏ％＋０．５Ｗ％）＋１．６Ｎ％）で分類されている。二相ステンレス鋼は、耐食性が要求される化学プラント、化学機器、油井及びガス井等の耐食材料として使用され、また強度も高いことから、鋼構造部材としても用いられている。

このような状況の中、溶接部の機械性能に優れ、かつ、溶接作業性が良好な二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接材料の開発が望まれている。しかし、Ｎを多く含有する二相ステンレス鋼をサブマージアーク溶接した場合、ブローホール等の溶接欠陥が発生するという問題がある。加えて、スラグ剥離性が極度に悪く、ジェットタガネ等によるスラグ除去の工程を追加する必要がある等の問題点があった。

これらの問題点を解決する技術として、例えば特許文献１には、溶接材料の鋼中水素含有量とフェライト量との積を所定値以下に抑えこむことにより、比較的低入熱で施工するＴＩＧ溶接用溶接材料が開示されている。しかし、この特許文献１の開示技術によれば、入熱が高いサブマージアーク溶接とは異なる技術であり、サブマージアーク溶接材料には適用できない。

また、特許文献２には、二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接に関し、溶接用フラックス中のＣａＦ₂、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯの含有量を規制することで溶接金属の機械性能を向上させる技術が開示されている。しかし、特許文献２に記載の溶接用フラックスは、溶融型フラックスに関する技術であり、Ｎの含有量が多い二相ステンレス鋼を適用した場合、十分な溶接作業性、特に、良好なスラグ剥離性が得られないという問題点があった。

特開２００１−９５８９号公報 特開昭６１−１４０９７号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたもので有り、二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法に関し、強度及び靭性が優れた溶接金属が得られ、かつ、溶接作業性、特にスラグ剥離性が良好な二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した課題を解決するために、各種成分組成の溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスを種々試作して詳細に検討した。その結果、溶接用ワイヤ成分及び焼成型フラックスの成分組成を適正化することにより、強度及び靭性に優れた溶接金属が得られ、かつ、溶接作業性、特に優れたスラグ剥離性が得られることを見出して、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の要旨は、溶接用ワイヤと焼成型フラックスとを組み合わせて溶接する二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法において、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの何れか一方または両方に含有するＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮにおける溶接用ワイヤ中の上記各成分元素の含有量を溶接用ワイヤ全質量に対する質量％でＭ_Wとし、焼成型フラックス中の上記各成分元素の含有量を焼成型フラックス全質量に対する質量％でＭ_Fとしたとき、（１）式から求められる換算値Ｍは、Ｓｉ：０．１〜０．９、Ｍｎ：１．０〜２．５、Ｎｉ：８〜１２、Ｃｒ：２１．５〜２５．０、Ｍｏ：２．５〜４．０、Ｎ：０．０８〜０．２５であり、溶接用ワイヤ全質量に対する質量％で、溶接用ワイヤ中に、Ｃ：０．０３％以下で、残部はＦｅ分及び不可避不純物であり、焼成型フラックス全質量に対する質量％で、焼成型フラックス中にＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：１５〜２５％、ＣａＯ：５〜１０％、Ａｌ₂Ｏ₃：１７〜２４％、ＭｇＯ：２５〜３３％、Ｎａ化合物及びＫ化合物におけるＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計：０．９〜２．３％、弗素化合物のＦ換算値：３．３〜７．７％、Ｂｉ酸化物のＢｉ換算値：０．００５〜０．０４０％、ＣａＣＯ₃：３．５〜６．０％を含有し、残部は鉄合金分のＦｅ分及び不可避不純物であることを特徴とする。Ｍ＝Ｍ_W＋０．６×Ｍ_F・・・・・（１）

また、本発明の要旨は、更に溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの何れか一方または両方に含有するＷの換算値Ｍは、Ｗ：０．０５〜０．４０であることを特徴とする。

本発明を適用した二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法によれば、強度、靭性が優れた溶接金属が得られ、かつ溶接作業性、特に良好なスラグ剥離性を得ることができるので、溶接能率の向上及び品質の向上を図ることができる。

本発明者らは、上述した課題を解決するために、各種成分組成のステンレス鋼の溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスを試作して詳細に検討した。その結果、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ及び焼成型フラックス中のＳｉ酸化物、ＭｇＯ、弗素化合物を適性化することにより、溶接金属の強度と靭性が向上することを見出した。また、Ｗを適量添加することで、溶接金属の強度を更に向上できることも見出した。

一方、Ｎは含有量が高くなるにつれ、ブローホールが多発する等の耐溶接欠陥性が劣下するといった問題が生じたので、更なる検討を加えた。その結果、フェライト生成元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｓｉや、オーステナイト生成元素であるＮｉを調整することによって、オーステナイトの晶出を安定化させ、オーステナイト相にＮを固溶させることでスラグ剥離性やブローホール等の耐溶接欠陥性の向上させることができることを見出した。

溶接作業性に関しては、スラグ剥離性は、Ｓｉ酸化物、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂｉを適正化することで、高Ｎ含有の二相ステンレス鋼板を用いても、ビード表面にスラグが焼き付かず、スラグ剥離性を向上させることができ、ジェットタガネ等によるスラグ除去工程を省略することができることを見出した。また、アーク安定性は、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ化合物及びＫ化合物、ＣａＣＯ₃を適量添加することで良好にでき、ビード外観及びビード形状は、Ｓｉ酸化物、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ化合物及びＫ化合物、弗素化合物、Ｂｉ酸化物、ＣａＣＯ₃を適量添加することで良好にできることを見出した。

なお、本発明では、溶接用ワイヤと焼成型フラックスの各成分組成の含有量を定義する上で換算値Ｍという概念を用いている。換算値Ｍは、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの何れか一方または両方に含有するＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮにおける溶接用ワイヤ中の各成分元素の含有量を溶接用ワイヤ全質量に対する質量％でＭ_Wとし、焼成型フラックス中の各成分元素の含有量を焼成型フラックス全質量に対する質量％でＭ_Fとしたとき、下記（１）式に基づいて求められる。

Ｍ＝Ｍ_W＋０．６×Ｍ_F ・・・（１）
Ｍ_W：溶接用ワイヤ中の各成分元素の含有量（溶接用ワイヤ全質量に対する質量％）
Ｍ_F：焼成型フラックス中の各成分元素の含有量（焼成型フラックス全質量に対する質量％）

この換算値Ｍは、溶接用ワイヤ中のＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮの各成分の質量％と、焼成型フラックス中の上記各成分の質量％から、溶接金属への歩留に寄与する重み付けを１：０．６として換算した値である。溶接用ワイヤの各成分の質量％と焼成型フラックスの各成分の質量％との重み付きを１：０．６とした理由は、サブマージアーク溶接において、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックから溶接金属中に各成分を添加する場合の成分歩留が溶接用ワイヤに対して焼成型フラックスが約６割であることに基づくものである。

すなわち、本発明では、サブマージアーク溶接方法に関するものであるので、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスのそれぞれの成分組成を規定するのではなく、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスにおけるＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮの含有量を成分歩留に応じて重み付けしたパラメータである換算値Ｍで規定するものである。

以下、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮにおける換算値Ｍの限定理由について説明する。

［Ｓｉの換算値Ｍ：０．１〜０．９］
Ｓｉは、溶接金属の強度の向上を目的に、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの金属シリコン、フェロシリコン及びフェロシリコンマンガン等の一方または両方から添加する。前記（１）式で求められるＳｉの換算値Ｍが０．１未満では、その効果が得られず、溶接金属の強度が低下する。また、脱酸不足によりビード表面にポックマークが生じるようになる。一方、Ｓｉの換算値Ｍが０．９を超えると、溶接金属の靱性が低下する。したがって、前記（１）式で求められるＳｉの換算値Ｍは０．１〜０．９とする。

［Ｍｎの換算値Ｍ：１．０〜２．５］
Ｍｎは、溶接金属の脱酸元素及び溶接金属中の低融点硫化物のＳを固定し、ＭｎＳとなって溶接金属の耐割れ性を高めることを目的に、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの金属マンガン、フェロマンガン及びフェロマンガンシリコン等の一方または両方から添加する。前記（１）式で求められるＭｎの換算値Ｍが１．０未満では、その効果が得られず、溶接金属に割れが発生する。一方、Ｍｎの換算値Ｍが２．５を超えると、Ｍｎ酸化物を多く生成してしまうため、溶接金属の靭性が低下する。したがって、前記（１）式で求められるＭｎの換算値Ｍは１．０〜２．５とする。

［Ｎｉの換算値Ｍ：８〜１２］
Ｎｉは、オーステナイト相を安定化させて溶接金属の靭性の改善や強度を調整することを目的に、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの金属ニッケル及びフェロニッケル等の一方または両方から添加する。前記（１）式で求められるＮｉの換算値Ｍが８未満では、オーステナイトの晶出量が減少して溶接金属の靭性が低化する。一方、Ｎｉの換算値Ｍが１２を超えると、オーステナイトの晶出量が増加して、フェライトの形態が変化し、溶接金属の強度が低下する。したがって、前記（１）式で求められるＮｉの換算値Ｍは８〜１２とする。

［Ｃｒの換算値Ｍ：２１．５〜２５．０］
Ｃｒは、フェライト相を安定化させる元素であり、溶接金属の強度の向上や耐割れ性の改善を目的に、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの金属クロム、フェロクロム及び窒化Ｃｒ等の一方または両方から添加する。前記（１）式で求められるＣｒの換算値Ｍが２１．５未満では、フェライトの晶出量が減少してオーステナイト量が多くなり、溶接金属の強度が低下する。一方、Ｃｒの換算値Ｍが２５．０を超えると、液相線温度の上昇に伴って固液共存領域の幅が増加し、割れ感受性が増加して溶接金属に割れが発生する。したがって、前記（１）式で求められるＣｒの換算値Ｍは２１．５〜２５．０とする。

［Ｍｏの換算値Ｍ：２．５〜４．０］
Ｍｏは、オーステナイト相中に固溶され、溶接金属の強度の向上を目的に、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの金属モリブデン及びフェロモリブデン等の一方または両方から添加する。前記（１）式で求められるＭｏの換算値Ｍが２．５未満では、固溶強化の効果は得られず、溶接金属の強度が低下する。一方、Ｍｏの換算値Ｍが４．０を超えると、フェライト中に極めて硬く脆いσ相が析出されるため、溶接金属の靭性が低下する。したがって、前記（１）式で求められるＭｏの換算値Ｍは２．５〜４．０とする。

［Ｎの換算値Ｍ：０．０８〜０．２５］
Ｎは、オーステナイト中に固溶され溶接金属の強度を向上させることを目的に、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの窒化クロム及び窒化マンガン等の一方または両方から添加する。前記（１）式で求められるＮの換算値Ｍが０．０８未満では、その効果は得られず、溶接金属の強度が低下する。一方、Ｎの換算値Ｍが０．２５を超えると、ブローホールが多発するとともに、溶接金属の靭性が低下する。したがって、前記（１）式で求められるＮの換算値Ｍは０．０８〜０．２５とする。

以下、溶接用ワイヤの成分組成の限定理由について説明する。溶接用ワイヤの各成分組成の含有量は、溶接用ワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。

［溶接用ワイヤ中のＣ：０．０３％以下］
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果があるが、その含有量が０．０３％を超えるとＣｒ炭化物を形成して溶接金属の靭性を著しく低下させるので、溶接用ワイヤ中のＣは０．０３％以下とする。

残部は、Ｆｅ分及び不可避不純物である。Ｆｅ分は、ステンレス鋼外皮のＦｅ分、フラックスの鉄粉、鉄合金（フェロシリコン、フェロマンガン、フェロシリコンマンガン等のフェロアロイ）粉などからのＦｅ分である。不可避不純物は、Ｐ、Ｓ等の不可避に混入される不純物をいい、０％であることが望ましいが、０％にすることは生産コストが高くなるという問題もあるために難しい。

特に、この不可避不純物であるＰ、Ｓは、耐割れ性の観点から、溶接用ワイヤ全質量に対する質量％でＰ：０．０４％以下、Ｓ：０．０２％以下であることが好ましい。

以下、焼成型フラックスの成分組成の限定理由について説明する。焼成型フラックス中の各成分組成の含有量は、焼成型フラックス全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。

［焼成型フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：１５〜２５％］
珪砂、ジルコンサンド、珪灰石、水ガラス（珪酸ソーダ、珪酸カリウム）等を原料とするＳｉ酸化物は、スラグの粘性を調整し、良好なビード外観及びビード形状を得るために重要な成分であるが、過剰に添加すると、溶接金属中の酸素量が増加して溶接金属の靭性が低化する。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が１５％未満では、ビード止端部のなじみが悪くなり、スラグ剥離性が劣化し、ビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が２５％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。したがって、焼成型フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値は１５〜２５％とする。

［焼成型フラックス中のＣａＯ：５〜１０％］
珪灰石、珪酸カルシウム等を原料とするＣａＯは、スラグ流動性を調整するために重要な成分である。ＣａＯが５％未満では、ビード止端部のなじみが悪く、ビード外観及びビード形状が不良となる。一方、ＣａＯが１０％を超えると、スラグ流動性が悪くなるので、ビード形状の平滑さが不均一となり、スラグ剥離性が不良になる。したがって、焼成型フラックス中のＣａＯは５〜１０％とする。

［焼成型フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃：１７〜２４％］
アルミナを主原料とするＡｌ₂Ｏ₃は、ビードのなじみ性を改善するとともに、良好なスラグ剥離性及びビード外観を得るために重要な成分である。またＡｌ₂Ｏ₃は、アーク安定性を良好にする効果もある。Ａｌ₂Ｏ₃が１７％未満では、その効果が得られず、アーク状態が不安定になり、スラグ剥離性およびビード外観が不良になる。一方、Ａｌ₂Ｏ₃が２４％を超えると、ビード形状が不均一となり、スラグ剥離性も不良になる。したがって、焼成型フラックス中のＡｌ₂Ｏ₃は１７〜２４％とする。

［焼成型フラックス中のＭｇＯ：２５〜３３％］
マグネシアクリンカーを主成分とするＭｇＯは、スラグの塩基度を向上させるとともに、スラグ流動性を調整する効果がある。ＭｇＯが２５％未満では、ビード止端部のなじみが悪く、ビード外観及びビード形状が不良となる。また、フラックスの塩基度が低くなり、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。一方、ＭｇＯが３３％を超えると、ビード形状が不均一になるため、スラグ剥離性及びビード外観が不良となる。したがって、焼成型フラックス中のＭｇＯは２５〜３３％とする。

［焼成型フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計：０．９〜２．３％］
Ｎａ及びＫは、カリ長石または珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪酸化カリ等の弗素化合物より添加され、平滑なビード形状にする効果がある。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が０．９％未満では、アークが不安定となり、ビード形状が不均一となる。一方、Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が２．３％を超えると、ビード表面の光沢が失われ、ビード外観及びスラグ剥離性が不良となる。したがって、焼成型フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計は０．９〜２．３％とする。

［焼成型フラックス中の弗素化合物のＦ換算値：３．３〜７．７％］
金属弗化物は、溶接金属の靭性改善に効果があるが、融点が低いために過剰に添加すると、ビードの平滑性が損なわれる。弗素化合物のＦ換算値が３．３％未満では、靭性改善の効果が得られず、溶接金属の靭性が低下する。一方、弗素化合物のＦ換算値が７．７％を超えると、ビード外観が不良となる。したがって、焼成型フラックス中の弗素化合物のＦ換算値は３．３〜７．７％とする。なお、弗素化合物としては、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＡｌＦ₃等が含まれる。

［焼成型フラックス中のＢｉ酸化物のＢｉ換算値：０．００５〜０．０４０％］
Ｂｉは、酸化Ｂｉ等により添加され、スラグ剥離性を向上させ、ビード表面に光沢を出し、ビード外観を良好にする作用を有する。Ｂｉ酸化物のＢｉ換算値が０．００５％未満では、その効果が得られず、スラグ剥離性およびビード外観が不良になる。一方、Ｂｉ酸化物のＢｉ換算値が０．０４０％を超えると、ビード外観及びビード形状が不良となる。したがって、焼成型フラックス中のＢｉ酸化物のＢｉ換算値は０．００５〜０．０４０％とする。

［焼成型フラックス中のＣａＣＯ₃：３．５〜６．０％］
ＣａＣＯ₃（炭酸カルシウム）は、アークを安定にするとともに、溶接金属の靭性向上に重要な元素であり、溶接中にＣａＣＯ₃が分解してＣＯまたはＣＯ₂ガスとなり、アークを安定にするとともに、アーク雰囲気中の窒素分圧を下げて溶接金属の窒素量を低減して靭性を改善する効果がある。ＣａＣＯ₃が３．５％未満では、アークが不安定となり、ビード形状及びビード外観が不良となり、また溶接金属の靭性が低下する。一方、ＣａＣＯ₃が６．０％を超えると、ＣＯまたはＣＯ₂ガスが過剰に発生してビード表面にポックマークが生じる。したがって、焼成型フラックス中のＣａＣＯ₃は３．５〜６．０％とする。

また焼成型フラックスにおいて、残部は鉄合金分のＦｅ分及び不可避不純物である。Ｆｅ分は、ステンレス鋼外皮のＦｅ分、フラックスの鉄粉、鉄合金（フェロシリコン、フェロマンガン、フェロシリコンマンガン等のフェロアロイ）粉などからのＦｅ分である。不可避不純物は、Ｐ、Ｓ等の不可避に混入される不純物をいい、０％であることが望ましいが、０％にすることは生産コストが高くなるという問題もあるために難しい。

以下、溶接金属の更なる強度向上のため、Ｗの添加理由及び換算値Ｍの限定理由について説明する。

［Ｗの換算値Ｍ：０．０５〜０．４０］
Ｗは、溶接金属の強度を更に向上させる効果を持ち、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮの添加量を増やすことなく、更なる溶接金属の強度の向上が可能であり、溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスのフェロタングステン等の一方または両方から添加する。前記（１）式で求められるＷの換算値Ｍが０．０５未満では、さらなる溶接金属の強度向上効果が得られない。一方、Ｗの換算値Ｍが０．４０を超えると、ラーベス相の析出が生じやすくなり、溶接金属の靭性が低下する。したがって、前記（１）式で求められるＷの換算値Ｍは０．０５〜０．４０とする。

以下、本発明を適用した二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法の実施例について詳細に説明する。

各種試作した溶接用ワイヤの成分組成を表１に、焼成型フラックスの成分組成を表２に示す。

表１の溶接用ワイヤと表２の焼成型フラックスとを組合せ、表３に示す化学成分からなる板厚２５ｍｍの二相ステンレス鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じ、開先角度３０°、ルート間隔１３ｍｍに開先加工した試験体に、溶接電流５００Ａ、アーク電圧３３Ｖ、溶接速度４０ｃｍ／分、予熱なしで、パス間温度１５０℃以下の溶接条件で溶着金属試験を実施した。また溶接用ワイヤと焼成型フラックスの組み合わせ、並びにＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮにおける換算値Ｍは表４に示す。

溶接作業性の評価は、溶着金属試験時に、アーク安定性、スラグ剥離性、ビード外観、ビード形状及びポックマークの有無について評価した。

溶接割れ及びブローホールの評価は、溶着金属試験後の溶接試験体に、ＪＩＳ Ｚ ３１０６に準じてＸ線透過試験を実施し、割れ及びブローホールの有無を調査した。

溶着金属試験の評価は、溶着金属の厚板方向の中心部からＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じた引張試験片及びＪＩＳ Ｚ ２２４２に準じた衝撃試験片を採取し、引張試験及び衝撃試験を実施した。引張強さの評価は、常温にて６９０ＭＰａ以上を良好とした。靭性の評価は、試験温度−２０℃で測定した吸収エネルギーの３本の平均値が６０Ｊ以上を良好とした。

なお、表１に示す溶接用ワイヤは、原線の素線を縮径、焼鈍して素線とし、それら素線を４．０ｍｍ径まで伸線したものを使用した。

また、表２に示す焼成型フラックスは、水ガラスを固着剤として造粒した後、焼成温度４５０〜５５０℃で焼成し、粒度構成が３００μｍ〜１．４ｍｍとなるものを使用した。上述した各試験結果を表４にまとめて示す。

本発明例である試験Ｎｏ．ＴＰ１〜ＴＰ１０は、（１）式で求められる換算値ＭのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｗ及び焼成型フラックスＢＦ−１〜ＢＦ−１０のＳｉＯ₂換算値、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計、Ｆ換算値、Ｂｉ換算値が本発明において規定した範囲内にあるので、Ｘ線透過試験においてブローホールや割れは無く、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーも良好であった。また、アーク安定性が良好で、ビード表面にポックマークの発生がなく、ビード形状、ビード外観、スラグ剥離性も良好であった。

なお、試験Ｎｏ．ＴＰ４、ＴＰ６、ＴＰ９、ＴＰ１０は、Ｗが本発明において規定した範囲内に亘り添加されているので、引張強さが７９０ＭＰａ以上で極めて良好であった。

比較中試験Ｎｏ．ＴＰ１１は、（１）式で求められるＳｉの換算値Ｍが少ないので、ビード表面にポップマークが発生した。また、溶着金属の引張強さが低かった。さらに、焼成型フラックスＢＦ１１のＡｌ₂Ｏ₃が少ないので、アークが不安定で、ビード外観及びスラグ剥離性が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ１２は、Ｓｉの換算値Ｍが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、焼成型フラックスＢＦ１２のＢｉ換算値が多いので、ビード外観及びビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ１３は、Ｍｎの換算値Ｍが少ないので、割れが発生した。また、溶接用ワイヤＷ１０のＣが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。さらに、焼成型フラックスＢＦ１３のＳｉＯ₂換算値が少ないので、ビード止端部のなじみが悪く、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ１４は、Ｍｎの換算値Ｍが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、焼成型フラックスＢＦ１４のＭｇＯが多いので、ビード止端部のなじみが悪く、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ１５は、Ｎｉの換算値Ｍが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、焼成型フラックスＢＦ１５のＣａＯが多いので、ビード形状が不均一で、スラグ剥離性が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ１６は、Ｎｉの換算値Ｍが多いので、溶着金属の引張強さが低かった。また、焼成型フラックスＢＦ１６のＦ換算値が少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。

試験Ｎｏ．ＴＰ１７は、Ｃｒの換算値Ｍが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、焼成型フラックスＢＦ１７のＣａＯが低いので、ビードのなじみが悪く、ビード外観及びビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ１８は、Ｃｒの換算値Ｍが多いので、割れが発生した。また、焼成型フラックスＢＦ１８のＦ換算値が多いので、ビード外観が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ１９は、Ｍｏの換算値Ｍが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、焼成型フラックスＢＦ１９のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、ビード形状が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ２０は、Ｍｏの換算値Ｍが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、焼成型フラックスＢＦ２０のＢｉ換算値が少ないので、スラグ剥離性及びビード外観が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ２１は、Ｎの換算値Ｍが少ないので、溶接金属の引張強さが低かった。また、焼成型フラックスＢＦ２１のＭｇＯが少ないので、ビード形状及びビード外観が不良で、溶着金属の吸収エネルギーも不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ２２は、Ｎの換算値Ｍが多いので、溶着金属部の吸収エネルギーが低く、またブローホールが発生した。さらに、焼成型フラックスＢＦ２２のＡｌ₂Ｏ₃が多いので、ビード形状が不均一で、スラグ剥離性が不良であった。

試験Ｎｏ．ＴＰ２３は、焼成型フラックスＢＦ２３のＳｉＯ₂換算値が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。また、ＣａＣＯ₃が多いので、ビード表面にポックマークが発生した。

試験Ｎｏ．ＴＰ２４は、焼成型フラックスＢＦ２４のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が多いので、スラグ剥離性及びビード外観が不良であった。また、Ｗの換算値Ｍが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。

試験Ｎｏ．ＴＰ２５は、Ｃｒの換算値Ｍが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、Ｗが添加されているが、Ｗの換算値Ｍが少ないので、十分な溶着金属の引張強さは得られなかった。

試験Ｎｏ．ＴＰ２６は、焼成型フラックスＢＦ２６のＣａＣＯ₃が少ないので、アークが不安定で、ビード外観及びビード形状が不良であった。また、溶着金属の吸収エネルギーが低かった。

Claims (2)

1. 溶接用ワイヤと焼成型フラックスとを組み合わせて溶接する二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法において、
   溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの何れか一方または両方に含有するＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮにおける溶接用ワイヤ中の上記各成分元素の含有量を溶接用ワイヤ全質量に対する質量％でＭ_Wとし、焼成型フラックス中の上記各成分元素の含有量を焼成型フラックス全質量に対する質量％でＭ_Fとしたとき、（１）式から求められる換算値Ｍは、
   Ｓｉ：０．１〜０．９、
   Ｍｎ：１．０〜２．５、
   Ｎｉ：８〜１２、
   Ｃｒ：２１．５〜２５．０、
   Ｍｏ：２．５〜４．０、
   Ｎ：０．０８〜０．２５であり、
   溶接用ワイヤ全質量に対する質量％で、溶接用ワイヤ中に、
   Ｃ：０．０３％以下で、残部はＦｅ分及び不可避不純物であり、
   焼成型フラックス全質量に対する質量％で、焼成型フラックス中に
   Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：１５〜２５％、
   ＣａＯ：５〜１０％、
   Ａｌ₂Ｏ₃：１７〜２４％、
   ＭｇＯ：２５〜３３％、
   Ｎａ化合物及びＫ化合物におけるＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計：０．９〜２．３％、
   弗素化合物のＦ換算値：３．３〜７．７％、
   Ｂｉ酸化物のＢｉ換算値：０．００５〜０．０４０％、
   ＣａＣＯ₃：３．５〜６．０％を含有し、残部は鉄合金分のＦｅ分及び不可避不純物であることを特徴とする二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法。
   Ｍ＝Ｍ_W＋０．６×Ｍ_F・・・・・（１）
2. 溶接用ワイヤ及び焼成型フラックスの何れか一方または両方に含有するＷの換算値Ｍは、Ｗ：０．０５〜０．４０であることを特徴とする請求項１に記載の二相ステンレス鋼のサブマージアーク溶接方法。