JPH0118836B2

JPH0118836B2 -

Info

Publication number: JPH0118836B2
Application number: JP59047585A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Nagano; Hiroshi Naganuma; Koichi Shinada; Motonori Tamura; Shigenobu Soneda
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1989-04-07
Also published as: US4566916A; JPS60191691A; DE3446609C2; DE3446609A1

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、溶接金属の低酸素、低窒素、低水素
を同時に実現し、かつビード形状が良好で溶接欠
陥のない溶接を実現することを可能にする鋼のサ
ブマージド・アーク溶接用フラツクスに関するも
のである。（従来の技術）溶接金属の靭性を向上させるには、溶接金属中
の酸素量を減少させることが一つの有力な手段で
ある。サブマージド・アーク溶接のようにフラツ
クスを使用する溶接においては、フラツクスの塩
基度を高めると溶接金属中の酸素量は効果的に減
少する。それ故、溶接金属の靭性を向上させる目
的で、溶接用フラツクスの塩基度を高める努力が
行なわれてきた。しかし、フラツクスの塩基度を高めると下に述
べる諸々の問題が生じ、従来の市販フラツクスで
は溶接金属の酸素量を300ppm程度まで減少させ
ることが限度であつた。第一の問題は、フラツクスの塩基度が高くなる
とフラツクスの物性の調整が困難になり、ビード
形状が悪化したり、スラグ巻込み、アンダカツト
その他諸々の溶接欠陥が発生するなどのトラブル
が生ずることである。第二の問題は、フラツクス原料を電気炉などで
溶解し、排出・冷却して適当なサイズに粉砕し、
乾燥して製造する溶融型フラツクスでは、製造時
に大気中の湿分などの水分を吸収し、溶接金属の
拡散性水素量を増加させ、溶接金属の低温割れや
ピツト発生の原因になることである。フラツクス
は溶融状態で大気中の湿分などの水分を吸収する
が、溶融型フラツクスの水分吸収能（飽和水分
量）は、第１図に示すように、フラツクスが中性
程度で最も少く、それより塩基度が小さくても大
きくても、増大する。フラツクスの塩基度が中性
より高塩基度側では、塩基度が大きくなればなる
ほどフラツクス製造時に吸収する水分量が増加す
る。したがつて、溶融型フラツクスの場合、溶接
金属の低酸素化を図るためフラツクスの塩基度を
大きくすればするほど溶接金属中の拡散性水素量
が増加し、溶接金属の低温割れやピツト発生の危
険性が増大するという問題が起る。第三の問題は、多くの成分系のフラツクスを用
いて溶接するとき、溶接金属中の酸素量が減少す
るにともない窒素量が増加することである。これ
は、酸素量の減少によつて溶接溶融池におけるＣ
＋Ｏ→CO↑の反応が減少し、大気（したがつて
窒素）の巻込みを防止するCOのシールド作用が
低下することが一つの原因と考えられている。ま
た、ガス−メタル界面、溶融フラツクス−メタル
界面における窒素の吸収機構に酸素が作用すると
の説もある。窒素は溶接金属の靭性を阻害する元素として知
られている。低酸素化によつて窒素量が増加する
ことは、低酸素化の本来の目的が損なわれるとい
う問題が発生する。（発明が解決しようとする課題）本発明の目的とするところは、溶接金属の低酸
素、低窒素、低水素を同時に実現し、かつビード
形状が良好で溶接欠陥のない溶接を実現すること
を可能にする鋼のサブマージド・アーク溶接用フ
ラツクスを提供するにある。（課題を解決するための手段・作用）本発明者らは、高塩基度のフラツクスによる低
酸素溶接における前記の諸問題をフラツクスによ
つて解決することについて種々検討した結果、以
下に述べる知見を得た。第２図は各種成分系の溶融型フラツクスを用い
て鋼板のサブマージド・アーク溶接を行つたとき
のフラツクスの塩基度と溶接金属中の酸素量との
関係を示すものである。ただし、この塩基度は下
記（）式に記す塩基度：Ｂ（本明細書で塩基度
Ｂというときは全てこの塩基度で示す。）である。Ｂ＝6.50N BaO＋6.05N CaO＋4.8N MnO＋4.0N MgO＋3.4N
FeO＋5.1N CaF₂ ＋0.3N ZrO₂−0.2N Al₂O₃−2.2N TiO₂−6.3N SiO₂…
……（）ここで、 N_k；成分ｋのモル分率ただし、K₂Oなどのアルカリ金属酸化物の添加
量は通常極めて少いので、含まれていないとして
除外した。また、CO₂成分も含まれていないとして計算か
ら除外した。同図に示すように、フラツクスの塩基度(B)が増
大するにともない溶接金属の酸素量は減少し、塩
基度(B)が1.0以上では、酸素量は300ppm下にな
り、塩基度(B)が2.0以上では100ppm以下の酸素量
をも実現している。このような高塩基度のフラツクスにおいてビー
ド形状を良好にし、諸々の溶接欠陥を防止する方
策を検討した。先ず、軟化溶融温度、粘度などの
フラツクスの溶融物性のコントロールが重要であ
ることが分つた。本発明はCaO、MgO、SiO₂、
Al₂O₃系を対象とするものであるが、この成分系
の溶融型フラツクスでの溶接において、CaOを多
量に含む組成領域およびCaOが少く、Al₂O₃の多
い組成領域では粘度が大きくなり、軟化溶融温度
が上昇する。これらの領域ではビード形状が不安
定になり、後者の組成領域ではその上にビード表
面中央部に馬背状の突起物が発生した。また、こ
れらの領域では、ポツクマークが発生した。これ
はＣ＋Ｏ→COで発生したCOガスが溶融フラツク
スの粘度が大きいときには、溶融フラツクス層を
通過できず、フラツクス−溶接金属界面に集積し
た結果発生したものと考えられた。一方、MgO
の量を変化させた場合には、フラツクスの軟化溶
融温度、粘度は、あまり変化しなかつたにもかか
わらず、MgOの多い領域ではビード形状が不安
定になり、アンダカツトが発生した。また、
MgOが増加するにともない、スラグ巻込数が増
加した。また、フラツクス中のMgO量が増加す
るにともない溶込み深さの変動が大きくなつた。
スラグ巻込み数は溶込み深さの変動に対応して変
化し、溶込み変動が大きくなるにしたがい、スラ
グ巻込み数が増加していることが分つた。MgO
はアークの状態を不安定にしビード余盛、溶込み
形状やスラグ巻込み、アンダカツトの発生に影響
を及ぼすものと考えられる。スラグ巻込みの防止
には、フラツクス中のSiO₂増量やCaF₂の添加が
有効であり、これの成分が増加すると溶込み深さ
の変動も小さくなることが分つた。 SiO₂やCaF₂はフラツクスの溶融物性を調整す
るのに都合のよい成分であるが、SiO₂量が多く
なると溶接金属の酸素量が増加し、CaF₂の量が
多くなり過ぎるとCaF₂のガス化によつてビード
表面にポツクマークやヘリンボーンが発生するよ
うになる。溶接後に生じたスラグを分析すると、
フラツクスに比べCaF₂、SiO₂、Al₂O₃量が減少
し、CaO量が増加していた。CaF₂がそれ自身の
揮発、または次の反応によつてガス化するものと
考えられた。 2CaF₂＋SiO₂→2CaO＋SiF₄↑ 3CaF₂＋Al₂O₃→3CaO＋2Al₂F₃↑ また、CaOの多い領域ではピツトが発生した。
これは後に述べるようにCaOの増加によつてフラ
ツクスの塩基度が増大し、フラツクス中の水分が
多くなる結果、溶接金属中の拡散性水素量が増加
することによつて発生したものと考えられる。このように溶接金属の低酸素を実現する高塩基
性フラツクスでは、フラツクス成分が、フラツク
スの溶融物性、アーク状態、ガス成分の発生など
に与える影響を考慮して成分組合わせを総合的に
コントロールすることが必要である。次に高塩基性フラツクスの拡散性水素の問題に
ついて述べる。第３図はいろいろの塩基度のフラ
ツクスを用いて溶接したときの、フラツクス塩基
度と溶接金属中の拡散性水素量の関係を示したも
のである。拡散性水素量の測定はJIS Z3116の方法によつ
て行つた。本明細書における拡散性水素量は全て
この測定方法によつて行つたものである。同図中の〇印のものは、フラツクス原料を電気
炉で溶解した後、排出時にジエツト水流によつて
水冷処理をした溶融型フラツクスに関するもので
ある。△印および×印のものは、電気炉で溶解後
鉄板上に排出し大気中で放冷した空冷処理した溶
融型フラツクスに関するものであり、前者（△
印）は10％以下のCaF₂を含み、後者（×印）は
25％以上のCaF₂を含むフラツクスである。同図
に見るように水冷処理されたフラツクスでは、塩
基度(B)が増大するにともない拡散性水素量は次第
に増加している。拡散性水素量を６c.c.／100ｇ
DM以下にしようとするには、フラツクスの塩基
度(B)を2.7以下にすることが必要である。少量のCaF₂を含む空冷処理されたフラツクス
では塩基度(B)が2.5以下では、拡散性水素量は少
いが2.5を超えると急激に増加している。水素量
を６c.c.／100ｇDM以下にするためには、フラツ
クスの塩基度(B)を3.0以下にすることが必要であ
る。水冷処理されたフラツクスに含まれる水分は、
電気炉での溶解中に大気中の湿分などを吸収した
水分、冷却中に冷却水から直接吸収した水分など
であり、この合計量はフラツクスの水分吸収能に
対応して増減するものと考えられる。一方、空冷処理されたフラツクスで得られる水
素量が塩基度が2.5を超えると急激に増加する主
原因は、高塩基組成領域で晶出する水和性鉱物で
あることを見出した。この水和鉱物の種類はフラ
ツクスの成分系によつて異なるが、本発明の成分
系では12CaO・7Al₂O₃（以下この鉱物をC₁₂A₇と
略記する。）であつた。したがつて、この水和鉱
物の生成を防止することが(B)＞2.5の空冷処理フ
ラツクスによる拡散性水素量を減少させる手段と
なる。 C₁₂A₇の晶出を防止する手段として本発明者ら
は２つの方法を見出した。一つは、第３図（×
印）に見るとおりフラツクス中のCaF₂量を増加
することである。CaF₂が増加するにともない
C₁₂A₇が減少する。これは、CaF₂の増加とともに
Cuspidine：3CaO・2SiO₂・CaF₂や3CaO・
3Al₂O₃・CaF₂が生成・増加し、C₁₂A₇の生成が
阻止されるようになることに起因することが分つ
た。他の一つは、電気炉で溶融状態になつている
フラツクスを排出時に急速度で空冷処理すること
である。溶融フラツクスを棚を設けた鉄板上に排出し、
溶融フラツクスの層厚を８mm、16mm、55mmに変化
させた。厚さ方向の中間点の冷却速度を測定し
た。1650℃から1000℃までの平均冷却速度は、そ
れぞれ、50℃／sec、５℃／sec、0.5℃／secであ
つた。それぞれの空冷処理で得られたフラツクス
を用いて測定した拡散性水素量は、第４図に示す
ように、冷却速度が大きくなるにともない減少
し、５℃／sec以上では極めて少くなる。この領
域ではフラツクス中のC₁₂A₇も極めて少くなつて
いることをＸ線回折などで確認した。 CaF₂の増量によつてC₁₂A₇の生成を減少させる
方法においてはフラツクス中のCaF₂量を25％以
上にする必要がある。また、冷却速度によつて
C₁₂A₇の生成量を減少させには、1650℃→1000℃
の平均冷却速度を約５℃／sec以上にすることが
必要である。このことは排出した溶融フラツクス
の層厚を約20mm以下にして大気中で放冷するこ
と、また排出時に溶融フラツクスをジエツト空気
流によつて吹き飛ばすことなどによつて達成され
る。このような方法で処理されることを本明細書で
は「急速空冷処理された」と称し、冷却速度を問
題にしない空冷処理を意味する「空冷処理され
た」と区別して用いることにする。また、電気炉から排出された溶融フラツクスを
ジエツト水流で吹き飛ばすこと、または水中に投
入することなど水によつて冷却処理されることを
「水冷処理された」と称することにする。また他の方法で溶接金属中の拡散性水素量を減
少させることができる。第５図は２種類の溶解フ
ラツクスにいろいろの量の石灰石（鉱物名方解
石CaCO₃）を添加して、溶接時に分解して放出
されるCO₂ガスによつてアーク空胴の水素分圧を
低下させようとした実験結果を示すものである。
フラツクスへのCO₂（石灰石）添加量が増加する
にともな拡散性水素量は減少する。しかし、CO₂
量が３％以上になるとその効果は飽和状態にな
る。この方法と前述したフラツクスの製造方法と
を組合せればさらに効果的に水素量を減少させる
ことができる。次に溶接金属中の窒素量を減少させる検討結果
を述べる。多くの成分系のフラツクスで溶接して
得られる溶接金属中の酸素量と窒素量が反比例的
に変化するメカニズムとして、前述のようにいろ
いろな説が提起されているが、定説とはなつてい
ない。本発明者らはガス成分によるシールド作用
が、溶接金属の酸素量を減少し、または、少くと
も増加させずに、窒素量を減少させる２つの方法
を見出した。第６図に４種類のフラツクスをベースにCaF₂
量を変化させ、それらのフラツクスで得られたた
溶接金属の窒素量を示す。ここでの窒素量は、次
式で示すΔNを示す。 ΔN＝Ｎ−N₁w₁＋N₂w₂／w₁＋w₂ ここでＮ：溶接金属の窒素分析値（ppm） N₁：母材の窒素量（ppm） N₂：ワイヤの窒素量（ppm） w₁：母材の溶解量 w₂：ワイヤの溶解量溶接金属の窒素量：Ｎは母材、ワイヤの窒素量
の影響をうけるが、ΔNは、それらの影響を消去
し、フラツクスの作用による窒素量の変化を示す
と考えることができる。フラツクス中のCaF₂が増加するにともない、
ΔNは減少し、CaF₂＞20％ではΔN＜20ppmにな
つている。この効果は前述したようにCaF₂がア
ーク熱によつてCaF₂↑、SiF₄↑、Al₂O₃↑の形で
気化するガスのシールド効果によつて大気からの
窒素吸収を防止したことに起因するものである。
これらのガスは酸素量を増加させる気づかいはな
く、実際CaF₂の増加とともに溶接金属中の酸素
は減少していた。第７図は、第５図の実験と同様にしてフラツク
ス中のCO₂量を変化させ、ΔNへの影響度を調べ
たものである。〇印は250メツシユより小さい粒
度を20％以上含むフラツクスに関するものであ
り、△印は250メツシユより小さい粒度を20％以
下含むフラツクスに関するものである。CO₂量の
増加とともにΔNは減少していることが分る。そ
の限界効果は徐々に小さくなり、CO₂量が５％以
上ではCO₂の効果は飽和状態になると考えられ
る。CO₂は、溶接金属中の酸素量を増加させるこ
とが懸念されたが、第８図に示すように、他成分
系のフラツクス（△印）では酸素量の増加が認め
られたが本発明成分系フラツクス（〇印）では、
CO₂量が増加しても、酸素量の増加率は小さいこ
とが分つた。これらの方法またはこれらの組合せの方法を用
いることにより溶接金属酸素量を増加させず、ま
たは、大きくは増加させずに窒素量を減少させる
ことができる。（発明の要旨）本発明は以上の知見に基いて行なわれたもので
あり、その要旨は以下に示すとおりである。 (1) 下記要件(1)、(2)−(b)、(3)および(5)−(a)を同
時
に満足するサブマージド・アーク溶接用フラツ
クス。 (2) 下記要件(1)、(2)−(b)、(3)および(5)−(b)を同
時
に満足するサブマージド・アーク溶接用フラツ
クス。 (3) 下記要件(1)、(2)−(a)、(3)、(4)、(5)−(b)およ
び
(6)を同時に満足するサブマージド・アーク溶接
用フラツクス。 (4) 下記要件(1)、(2)−(b)、(3)、(4)、(5)−(a)およ
び
(6)を同時に満足するサブマージド・アーク溶接
用フラツクス。 (5) 下記要件(1)、(2)−(b)、(3)、(4)、(5)−(b)およ
び
(6)を同時に満足するサブマージド・アーク溶接
用フラツクス。 (6) 下記要件(1)、(2)−(b)、(3)、(4)、(5)−(a)、(5
)−
(b)および(6)を同時に満足するサブマージド・ア
ーク溶接用フラツクス。要件(1) CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂の４成分
系においてそれら４成分の合計量を100としたと
き、これらの成分量が CaO；10〜60％ MgO；30％以下 Al₂O₃；20〜70％ SiO₂；５〜40％の組成を有し、かつ、それらの合計量がCO₂成分
を除くフラツクス全重量の35％以上を占めるこ
と。要件(2) CO₂成分を除くフラツクス全重量に対
し次の量のCaF₂を含むこと。 −(a) 15〜65％ −(b) 25〜65％要件(3) 下記（）式で計算されるフラツクス
の塩基度(B)が3.0以上であること。Ｂ＝6.50N BaO＋6.05N CaO＋4.8N MnO＋4.0N MgO＋3.4N
FeO＋5.1N CaF₂ ＋0.3N ZrO₂−0.2N Al₂O₃−2.2N TiO₂−6.3N SiO₂…
……（）ここで、 N_k；成分ｋのモル分率要件(4) 溶解物および非溶解物の両者を含むこ
と。要件(5)−(a) 空冷処理された溶解物で、かつ溶
解物が25％以上のCaF₂を含むこと。 −(b) 急速空冷処理された溶解物であること。要件(6) 非溶解物が炭酸塩鉱物を含み、かつ、
その炭酸塩鉱物を構成するCO₂をCO₂ガスに換算
して、CO₂成分を除くフラツクス全重量の0.2〜
5.0％に相当する量のCO₂を含む炭酸塩鉱物を含
むこと。以下に本発明の詳細について説明する。先ず、CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃系溶融型フ
ラツクスをベースに検討を行つて本発明に至つ
た。溶接用フラツクスの塩基度を高めるには、
CaO、BaO、MgOなどの塩基性酸化物を多量に
配合する必要がある。これらの成分の原料は、
CaOについては石灰石（CaCO₃）、硅灰石
（CaSiO₃）など、BaOについては炭酸バリウム
（BaCO₃）、MgOについては、マグネシアクリン
カー（MgO）、オリビンサンド（Mg₂SiO₄）など
が通常用いられる。しかし、CaSiO₃やMg₂SiO₄
のようにSiO₂を含む原料を用いては思うように
フラツクスの塩基度を高めることができない。一
方、CaCO₃やBaCO₃のような炭酸塩原料を多量
に配合し、フラツクス中のCO₂量が多くなり過ぎ
ると、後に述べるように、ポツクマークの発生な
どのトラブルが発生する。このため、フラツクス
の原料の鉱物形態がそのままフラツクスに保存さ
れるボンド型フラツクス、すなわち、配合原料に
水ガラスのような結合剤を添加し適当なサイズに
造粒し、500℃前後の温度で焼成して製造される
フラツクスでは、成分設計の自由度を著しく欠
き、ビード形状および成分コントロール上の要請
を全て満足することは困難である。したがつて本
発明は溶融型フラツクスをベースにしたものであ
るが、例えば前述の水冷処理されるフラツクスの
塩基度を制限（第３図から拡散性水素量を６c.c.／
100ｇDM以下にするためには(B)＜2.7にする必要
がある）すること、あるいは、フラツクスにCO₂
を含有させることなどについては次のような方法
で解決した。配合される種々の原料を二つのグループに分け
る。一つのグループは電気炉などで溶解し、冷却後
適当なサイズに破砕して使用するもの（本明細書
においては「溶解物」と称する。）とし、他のグ
ループは溶解せずに配合原料そのままの状態で使
用するもの（本明細書においては「非溶解物」と
称する。）とし、両者を混合して溶接用フラツク
スとする。溶解物の塩基度を2.7以下にし、非溶
解物の塩基度を2.7以上にし、両者の混合物を溶
接用フラツクスとすれば、溶解物を水冷処理して
も拡散性水素量を６c.c.／100ｇDM以下にするこ
とができ、また、非溶解物の塩基度を2.7以上に
することによつてフラツクスの塩基度が2.7以上
の溶接金属の低酸素化を実現できる。また、非溶
解物に炭酸塩原料を配合することによつてフラツ
クス中のCO₂量を自由に変化させることができ、
第５図、第７図に示したような、水素量、窒素量
のコントロールを行うことができる。溶接金属中の窒素の許容量は、溶接構造物の用
途、他の合金成分などによつて決定される。ま
た、溶接金属中の窒素量は母材の窒素量、ワイヤ
の窒素量によつて大きく影響をうける。したがつ
て、これらの諸条件が決定されなければ、溶接フ
ラツクスによつてΔNをいくらにする必要がある
かは決定されない。しかし、一般的にこれ以下に
コントロールできれば、用途が拡大できるものと
して本発明は、ΔN＜200ppm、必要ならばΔN＜
10ppmを可能にするということで構成されてい
る。同様に、拡散性水素の許容量も、溶接施工方
法、溶接構造物の用途、母材の強度などによつて
決定されるものであるが、本発明は、拡散性水素
量：６c.c.／100ｇDM以下、必要ならば３c.c.／100
ｇDM以下さらに、１c.c.／100ｇDM以下を可能
にするということで構成されている。これらと同時に、溶接金属中の酸素量は
300ppm以下、および、溶接欠陥がなくビード形
状が良好なことを可能にするということで本発明
は構成されている。次に各要件が前記のとおりに設定された理由に
ついて説明する。要件(1)について：溶接金属の低酸素化を図るためにはフラツクス
の塩基度を高塩基度に保たねばならない。そのた
めフラツクスの物性の調整には好ましいが酸性度
の大きいSiO₂の使用量を制限し、物性調整に必
要な酸性成分としては中性〜残性を示すAl₂O₃を
主成分とするようにし、それに代表的な塩基性成
分であるCaO、MgOを加えたCaO、MgO、
Al₂O₃、SiO₂系を基本とするものである。 CaOはフラツクスの高塩基度を維持するために
使用される塩基性酸化物であるが、上記の４成分
の合計量を100としたとき、CaO量が60％を超え
ると粘度が大きくなり過ぎビード余盛形状が不安
定になり、ポツクマークやピツトが発生する。ま
た、CaO量が10％未満になると粘度が大きく、軟
化溶融温度が高くなり過ぎ溶接スラグを通しての
ガス抜けが困難になりポツクマークが発生した
り、CaOの減少分増加したMgOやAl₂O₃の作用も
加つてビード中央部に馬背状の突起物やアンダカ
ツトが発生する。Al₂O₃量が70％を超える領域で
はCaO量が10％未満の領域とほぼ同様のビード形
状、溶接欠陥上の問題が発生し、Al₂O₃が20％未
満の領域ではCaO量が60％を超える領域とほぼ同
様の問題が発生する。 MgOもフラツクスを高塩基度にするため使用
される酸化物であるが、その量が30％を超えると
溶込み形状が不安定になつてスラグ巻込みが増加
し、後に述べるようにCaF₂の添加によつてもス
ラグ巻込みを防止できなくなる。また、MgO量
が30％を超えるとビード余盛形状も不安定にな
り、アンダカツトが発生する。SiO₂は物性を調
整し良好なビードを得るためには好ましい成分で
あるが、40％を超えると溶接金属の酸素量を後に
述べるような量値300ppm以下にすることが困難
になる。また、SiO₂量が５％未満ではビード形
状がやや不安定になるし、塩基度が大きくなるに
も拘らず溶接金属の酸素量が若干増加する。した
がつて、CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂の量は前記
の範囲にすべきである。またこれらの４成分の合
計量はフラツクス重量の35％以上にすべきであ
る。35％未満では、この成分系の有する効果を発
揮することができなくなり良好なビードを保持す
ることができなくなる。要件(2)について CaF₂は本発明フラツクスでは種々の働きをし
ている。先ず、CaF₂は塩基性の弗化物でフラツ
クスを高塩基度にするのに有効な成分である。
CaF₂はフラツクスの粘度、軟化溶融温度を低下
させるので適量配合すれば良好なビードを得るた
めに好ましい成分である。さらに、CaF₂は溶込
み形状を安定化し、スラグ巻込みを防止する顕著
な効果をもつている。これら目的、特に、スラグ
巻込みを防止するためには、フラツクス重量の６
％以上あれば充分である。しかし、以下に述べるように、溶接金属の窒素
吸収量と拡散性水素量を同時に減少させようとす
るとこの量のCaF₂量では不充分である。要件(2)−(a)において下限を15％としたのは、要
件(6)との組合せでΔNを20ppm以下にするためで
ある。CaF₂量が65％を超えると、要件(1)に述べ
た本発明の特徴を失つてしまう。要件(2)−(b)において下限を25％としたのは、第
６図に示すように、窒素量を20ppm以下にするた
めである。実際には15〜20ppm以下にもすること
ができる。CaF₂の上限を65％としたのは、要件
(2)−(a)の場合と同じ理由である。要件(3)について：フラツクスの塩基度を3.0以上としたのは、第
２図から、溶接金属中の酸素量を300ppm以下に
するためである。要件(4)について：フラツクス原料を二つのグループに分け、一方
を溶解物とし、他方を非溶解物とし、両者を混合
して溶接フラツクスとすることは、前述のとお
り、溶融型フラツクスおよびボンド型フラツクス
の長所を活かし、短所を補う方法として有効なも
のである。溶解物は溶解・冷却後の破砕方法を加減するこ
とで自由に所要の粒度に調整できるが、非溶解物
中の原料のうちに細か過ぎるようなものも含まれ
ることがある。このようなときは、成分の偏析が
懸念される。このような場合には溶解物、非溶解
物の混合物に、少量の水ガラス、アルミン酸ソー
ダなどの結合剤を添加して造粒したボンド型フラ
ツクスとして使用することができる。なお、通常、フラツクス原料は僅かに水分を含
んでいる。その主なものは、液体包有物としての
水分、不可避的に混入する微量鉱物の結晶水など
である。また、溶解物も非溶解物も通常若干付着
水をもつている。さらに、ボンド型フラツクスで
は水ガラスによつて持ちこまれる水分がある。し
たがつて、これらの水分を除去するため通常の溶
接フラツクスの製造と同様に一般に300〜600℃の
温度で約２時間程度乾燥、または、焼成すること
が必要である。温度を600℃以上にすると炭酸塩
鉱物が分解し、CaOなどの水和性鉱物が生ずる
し、CaF₂が25％以上含まれない溶解物では再結
晶によつてC₁₂A₇などの水和性鉱物が晶出し、フ
ラツクスの水分が増加することがあるので、フラ
ツクス処方によつてこれらの点に充分注意して温
度を決定する必要がある。要件(5)について：要件(5)−(a)において、空冷処理された溶解物で
かつ溶解物25％以上のCaF₂を含むとしたのは第
３図（×印）に示すように、CaF₂を25％以上配
合することによつて、C₁₂A₇の晶出を少くして拡
散性水素量を６c.c.／100ｇDM以下、実際には同
図に示すように４〜５c.c.／100ｇDM以下にする
ことができるからである。要件(5)−(b)において、溶解物を急速空冷処理さ
れた溶解物と限定したのは、急速空冷処理した溶
解物ではC₁₂A₇の晶出を極めて少くすることがで
き、拡散性水素量を６c.c.／100ｇDM以下にする
ことができるからである。実際には第４図に示す
ように３c.c.／100ｇDM以下、１c.c.／100ｇDM強
程度まで減少させることができる。要件(6)について：要件(6)において、非溶解物が炭酸塩鉱物を含
み、かつ、その炭酸塩鉱物を構成するCO₂をCO₂
ガスに換算して、CO₂成分を除くフラツクス全重
量の0.2〜5.0％に相当する量のCO₂を含む炭酸塩
鉱物を含むことと規定したのは、溶接時にアーク
熱によつて分解しCO₂を発生させるためであり、
そのため、非溶解物に炭酸塩鉱物を含有させるも
のである。このCO₂ガスは、第５図、第７図に示
すとおり、溶接金属中の拡散性水素量、窒素量を
減少させる。両図に見るとおり、若干でも含有す
ればその作用をするが、実効ある程度の量とし
て、すなわち、拡散性水素量を1.5c.c.／100ｇDM
以上、ΔNを5ppm以上減少させるものとして下
限の0.2％を設定した。また、上限を5.0％とした
のはこれ以上含ませても水素量に対しても勿論の
こと、ΔNの減少についても限界効果が見込まれ
ないためである。またこの上限を超えると、ビー
ド表面にポツクマークやヘリンボーン状のガス溝
が発生する。さらに、溶接金属中の酸素量が
300ppmを超えることも懸念される。これらの要件を組合せることによつて、種々の
窒素量、拡散性水素量をもつビード形状の良好な
低酸素フラツクスを得ることができる。溶接欠陥のない形状の良好なビードを得るため
には要件(1)と(2)を同時に満足させれば良い。溶接金属の酸素量を300ppm以下にするには要
件(3)を備えたフラツクスにする必要がある。 ΔNを20ppm以下にするためには、要件(2)−(a)
と要件(6)（当然のことながら要件４も。以下同
じ。）を組合せるか、もしくは、要件(2)−(b)を満
足すればよい。要件(2)−(b)と要件(6)とを組合せれ
ばΔNを約10ppm以下にすることもできる。要件(5)の(a)、(b)いずれも拡散性水素量を６c.c.／
100ｇDM以下にすることができる。(a)では４〜
５c.c.／100ｇDM以下、(b)では３c.c.／100ｇDM以
下にすることができる。したがつて、要件(5)−(a)
と要件(6)を組合せれば拡散性水素量を約３c.c.／
100ｇDM以下にすることができ、要件(5)−(b)と
要件(6)を組合せれば確実に３c.c.以下にすることが
できる。要件(5)−(a)と要件(5)−(b)の組合せでも拡
散性水素量を確実に３c.c.／100ｇDM以下にする
ことができる。さらに要件(5)−(a)、５−(b)と(6)を
同時に満足せしめれば拡散性水素量を１c.c.／100
ｇDM以下にすることができる。本発明はこれらの要件の組合せによつて溶接欠
陥がなく形状良好で、酸素量、窒素量、拡散性水
素量の少い溶接金属を得ることができる溶接用フ
ラツクスを得ることを目的としたものである。次に以上の要件を組合せた第１〜第６の発明に
ついて説明する。第１の発明は、溶接金属中の酸素量：300ppm
以下、ΔN：200ppm以下、拡散性水素量：６
c.c.／100ｇDM以下を同時に実現し、溶接欠陥の
ない良好なビードを得ることを可能にする溶接用
フラツクスに関するものである。要件(1)と要件(2)
−(b)の組合せによつて健全な形状のビードを得る
ことができる。要件(3)によつて酸素量を300ppm
以下にすることができる。要件(2)−(b)によつて
ΔNを20ppm以下にすることができる。要件(5)−
(a)によつて拡散性水素量を６c.c.／100ｇDM以下
にすることができる。第２および第３の発明は溶接金属中の酸素量：
300ppm以下、ΔN：20ppm以下、拡散性水素量
３c.c.／100ｇDM以下を同時に実現し、溶接欠陥
のない良好なビードを得ることを可能にする溶接
用フラツクスに関するものである。第２の発明について：要件(1)と要件(2)−(b)の組合せによつて健全な形
状のビードを得ることができる。要件(3)によつて
酸素量を300ppm以下にすることができる。要件
(2)−(b)によつてΔNを20ppm以下にすることがで
きる。要件(5)−(b)によつて拡散性水素量を３c.c.／
100ｇDM以下にすることができる。第３の発明について：要件(1)および要件(2)−(a)の組合せによつて健全
な形状のビードを得ることができる。要件(3)によ
つて酸素量を300ppm以下にすることができる。
要件(2)−(a)、要件(4)および要件(6)の組合せによつ
てΔNを20ppm以下にすることができる。要件
(4)、要件(5)−(b)および要件(6)の組合せによつて拡
散性水素量を３c.c.／100ｇDM以下にすることが
できる。第４および第５の発明は溶接金属中の酸素量：
300ppm以下、ΔN：約10ppm以下、拡散性水素
量：３c.c.／100ｇDM以下を同時に実現し、溶接
欠陥のない良好なビードを得ることを可能にする
溶接用フラツクスに関するものである。第４の発明について：要件(1)および要件(2)−(b)の組合せによつて健全
な形状のビードを得ることができる。要件(3)によ
つて酸素量を300ppm以下にすることができる。
要件(2)−(b)、要件(4)および要件(6)の組合せによつ
て窒素量を約10ppm以下にすることができる。要
件(4)、要件(5)−(a)および要件(6)の組合せによつて
拡散性水素量を約３c.c.／100ｇDM以下にするこ
とができる。第５の発明について：要件(1)および要件(2)−(b)の組合せによつて健全
な形状のビードを得ることができる。要件(3)によ
つて酸素量を300ppm以下にすることができる。
要件(2)−(b)、要件(4)および要件(6)の組合せによつ
て窒素量を約10ppm以下にすることができる。要
件(4)、要件(5)−(b)および要件(6)の組合せによつて
拡散性水素量を３c.c.／100ｇDM以下にすること
ができる。第６の発明は溶接金属中の酸素量：300ppm以
下、ΔN：約10ppm以下、拡散性水素量１c.c.／
100ｇDM以下を同時に実現し、溶接欠陥のない
良好なビードを得ることを可能にする溶接用フラ
ツクスに関するものである。要件(1)および要件(2)
−(b)の組合せによつて健全な形状のビードを得る
ことができる。要件(3)によつて酸素量を300ppm
以下にすることができる。要件(2)−(b)、要件(4)お
よび要件(6)の組合せによつてΔNを約10ppm以下
にすることができる。要件(4)、要件(5)−(a)、要件
(5)−(b)および要件(6)の組合せによつて拡散性水素
量を１c.c.／100ｇDM以下にすることができる。
ここで要件(5)−(a)と要件(5)−(b)を満足するとは、
溶解物が急速空冷処理された溶解物であつてかつ
該溶解物が25％以上のCaF₂を含むことである。本発明においては、これまで述べた成分の他に
フラツクスの物性調整のため、BaO、MnO、
ZrO₂、TiO₂、K₂Oなどの成分を併用することが
できる。この場合、これらの成分は要件(3)の塩基度(B)に
従い、これらの要件を満足する必要がある。ただ
し、K₂Oなどのアルカリ金属酸化物は通常極めて
少量しか使用されないので、これらの計算から除
外してよく、少量を適宜添加することができる。
また、それらの成分の合計量は要件(1)のCaO、
MgO、Al₂O₃、SiO₂の量および要件(2)にもとづ
くCaF₂量によつて、制限を受ける。以下に本発明の実施例について述べる。第１表は使用したベース・フラツクスの化学成
分、第２表は溶接条件、第３表は溶接に使用した
鋼板とワイヤの合金成分を示す。第４表にフラツ
クスの処理方法および特性、ならびに、溶接結果
を示す。Ｆ−１の化学組成を得るフラツクス原料を電気
炉で溶解した後、空冷処理して製造したのが実施
例１のフラツクスであり、急速空冷処理したのが
実施例２のフラツクスであり、水冷処理して製造
したのが実施例７（比較例）のフラツクスである。
実施例１、２においては、ビード形状も良好で、
溶接金属中の酸素量、窒素量、拡散性水素量も少
かつたが、実施例７（比較例）では拡散性水素量
が極めて多量でありピツトが発生した。Ｆ−２をベースとし、フラツクス原料から石灰
石の一部（CO₂量に換算して1.0％）を取り出し
て非溶解物とし、残りの原料を電気炉で溶解した
後急速空冷処理して溶解物としたのが実施例３の
フラツクスである。酸素量、窒素量、水素量、ビ
ード形状などはいずれも問題がなかつた。また、
Ｆ−２をベースとし、フラツクス原料からマグネ
シア・クリンカーおよび螢石のみを取り出し非溶
解物とし、残りの原料を電気炉で溶解した後空冷
処理を行つて製造したフラツクスを実施例９のフ
ラツクスとした。溶接金属の窒素量が多くなつ
た。実施例４および５のフラツクスは、Ｆ−１をベ
ースにし、フラツクス原料から一部の石灰石を取
り出し（CO₂：1.0％に相当）非溶解物とし、残
りの原料は電気炉で溶解した後空冷処理または急
速空冷処理を行つたものである。溶接金属中の酸
素量、窒素量、水素量も充分少く、ビード形状も
良好で、溶接欠陥もなかつた。実施例６のフラツクスは、Ｆ−４をベースと
し、フラツクス原料から螢石全量と石灰石の一部
（CO₂量に換算し１％）を取り出して非溶解物と
し、残りの原料は電気炉で溶解した後急速空冷処
理を行つたものである。溶接金属中の酸素量、窒
素量、水素量も充分少く、ビード形状も良好で、
溶接欠陥の発生もなく、所期の目的を達成した。実施例８（比較例）のフラツクスは、フラツク
ス原料を全量電気炉で溶解した後、急速空冷処理
をして製造したものである。CaO、MgO、SiO₂、
Al₂O₃の量が少いため、ビード形状は不安定にな
り、アンダカツトが発生した。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は溶融フラツクスの塩基度と水分吸収能
を示す図、第２図はフラツクスの塩基度と溶接金
属の酸素量の関係を示す図、第３図はフラツクス
の塩基度と拡散性水素量の関係を示す図、第４図
はフラツクス製造時の冷却速度と拡散性水素量と
の関係を示す図、第５図はフラツクス中のCO₂量
と拡散性水素量の関係を示す図、第６図はフラツ
クス中のCaF₂量と溶接金属が大気などから吸収
する窒素量との関係を示す図、第７図はフラツク
ス中のCO₂量と溶接金属が大気などから吸収する
窒素量との関係を示す図、第８図はフラツクス中
のCO₂量と溶接金属中の酸素量との関係を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】１ CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂の４成分系にお
いてこれら４成分の合計量を100としたとき、こ
れらの成分量が CaO；10〜60％ MgO；30％以下 Al₂O₃；20〜70％ SiO₂；５〜40％の組成を有し、かつこれらの合計量がフラツクス
全重量の35％以上を占めること、フラツクス全重量に対し25〜65％のCaF₂を含
むこと、後記（）式で計算されるフラツクスの塩基度
(B)が3.0以上であること、空冷処理された溶解物であること、を特徴とする低水素、低窒素、低酸素溶接用フラ
ツクス。２ CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂の４成分系にお
いてこれら４成分の合計量を100としたとき、こ
れらの成分量が CaO；10〜60％ MgO；30％以下 Al₂O₃；20〜70％ SiO₂；５〜40％の組成を有し、かつこれらの合計量がフラツクス
全重量の35％以上を占めること、フラツクス全重量に対し、25〜65％のCaF₂を
含むこと、後記（）式で計算されるフラツクスの塩基度
(B)が3.0以上であること、急速空冷処理された溶解物であること、を特徴とする低水素、低窒素、低酸素溶接用フラ
ツクス。３ CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂の４成分系にお
いてこれら４成分の合計量を100としたとき、こ
れらの成分量が CaO；10〜60％ MgO；30％以下 Al₂O₃；20〜70％ SiO₂；５〜40％の組成を有し、かつこれらの合計量がCO₂成分を
除くフラツクス全重量の35％以上を占めること、 CO₂成分を除くフラツクス全重量に対し15〜65
％のCaF₂を含むこと、後記（）式で計算されるフラツクスの塩基度
(B)が3.0以上であること、溶解物および非溶解物の両者を含むこと、前記溶解物は急速空冷処理された溶解物である
こと、前記非溶解物が炭酸塩鉱物を含みかつ該炭酸塩
鉱物を構成するCO₂をCO₂ガスに換算して、CO₂
成分を除くフラツクス全重量の0.2〜5.0％に相当
する量のCO₂を含む炭酸塩鉱物を含むこと、を特徴とする低水素、低窒素、低酸素溶接用フラ
ツクス。４ CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂の４成分系にお
いてこれら４成分の合計量を100としたとき、こ
れらの成分量が CaO；10〜60％ MgO；30％以下 Al₂O₃；20〜70％ SiO₂；５〜40％の組成を有し、かつこれらの合計量がCO₂成分を
除くフラツクス全重量の35％以上を占めること、 CO₂成分を除くフラツクス全重量に対し25〜65
％のCaF₂を含むこと、後記（）式で計算されるフラツクスの塩基度
(B)が3.0以上であること、溶解物および非溶解物の両者を含むこと、前記溶解物は空冷処理された溶解物でかつ該溶
解物が25％以上のCaF₂を含むこと、前記非溶解物が炭酸塩鉱物を含みかつ該炭酸塩
鉱物を構成するCO₂をCO₂ガスに換算して、CO₂
成分を除くフラツクス全重量の0.2〜5.0％に相当
する量のCO₂を含む炭酸塩鉱物を含むこと、を特徴とする低水素、低窒素、低酸素溶接用フラ
ツクス。５ CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂の４成分系にお
いてこれら４成分の合計量を100としたとき、こ
れらの成分量が CaO；10〜60％ MgO；30％以下 Al₂O₃；20〜70％ SiO₂；５〜40％の組成を有し、かつこれらの合計量がCO₂成分を
除くフラツクス全重量の35％以上を占めること、 CO₂成分を除くフラツクス全重量に対し25〜65
％のCaF₂を含むこと、後記（）式で計算されるフラツクスの塩基度
(B)が3.0以上であること、溶解物および非溶解物の両者を含むこと、前記溶解物は急速空冷処理された溶解物である
こと、前記非溶解物が炭酸塩鉱物を含みかつ該炭酸塩
鉱物を構成するCO₂をCO₂ガスに換算して、CO₂
成分を除くフラツクス全重量の0.2〜5.0％に相当
する量のCO₂を含む炭酸塩鉱物を含むこと、を特徴とする低水素、低窒素、低酸素溶接用フラ
ツクス。６ CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂の４成分系にお
いてこれら４成分の合計量を100としたとき、こ
れらの成分量が CaO；10〜60％ MgO；30％以下 Al₂O₃；20〜70％ SiO₂；５〜40％の組成を有し、かつこれらの合計量がCO₂成分を
除くフラツクス全重量の35％以上を占めること、 CO₂成分を除くフラツクス全重量に対し25〜65
％のCaF₂を含むこと、後記（）式で計算されるフラツクスの塩基度
(B)が3.0以上であること、溶解物および非溶解物の両者を含むこと、前記溶解物は急速空冷処理された溶解物でかつ
該溶解物が25％以上のCaF₂を含むこと、前記非溶解物が炭酸塩鉱物を含みかつ該炭酸塩
鉱物を構成するCO₂をCO₂ガスに換算して、CO₂
成分を除くフラツクス全重量の0.2〜5.0％に相当
する量のCO₂を含む炭酸塩鉱物を含むこと、を特徴とする低水素、低窒素、低酸素溶接用フラ
ツクス。記Ｂ＝6.50N BaO＋6.05N CaO＋4.8N MnO＋4.0N MgO＋3.4N
FeO＋5.1N CaF₂ ＋0.3N ZrO₂−0.2N Al₂O₃−2.2N TiO₂−6.3N SiO₂…
……（）ここで、 N_k；成分ｋのモル分率