JPH0246314B2

JPH0246314B2 -

Info

Publication number: JPH0246314B2
Application number: JP62134123A
Authority: JP
Inventors: Norio Seike; Osamu Tanaka; Kazuo Ikemoto
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1990-10-15
Also published as: JPS63299889A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は溶接用フラツクス入りワイヤに関すｃ
る。［従来技術］溶接用フラツクス入りワイヤには管状外皮中
に、脱酸剤、合金成分剤、アーク安定剤、スラグ
剤等よりなるフラツクスが充填されている。しかし、脱酸剤、合金成分剤、アーク安定剤、
スラグ剤等は、衆知の如く、溶接作業性等に直接
影響を及ぼすものであり、多量に充填されるわけ
ではなく、しかも、体積的に小さいため脱酸剤、
合金成分剤、アーク安定剤、スラグ剤等のみでは
管状外皮内をフラツクスで満たす事ができず、管
状外皮内には空隙が生じる。かかる空隙が管状外皮内に生じると、伸線、焼
鈍、メツキ（継ぎ目なしフラツクス入りワイヤの
場合）等のワイヤを加工する段階でフラツクスが
管状外皮中を長手方向に移動し、ワイヤ長手方向
でフラツクスの偏在が生じかねない。このような
フラツクスの偏在したワイヤを用いて溶接を行う
と、溶接金属の成分偏析をまねくのみならず、ア
ークが不安定となつたり、要するに、良好な溶接
を行い得ない。そこで、上記偏在を防止するために、従来より
フラツクス組成のバランスをとるべく、特開昭58
−84696号に示されている如く、フラツクス中に
鉄粉を添加する等の対策を講じてきた。［発明が解決しようとする問題点］しかし、従来より使用されている鉄粉は比較的
安価で入手容易な還元鉄粉で、この還元鉄粉を用
い、フラツクス組成のバランスをとりつつ、パイ
プ内の空隙をなくした従来のワイヤを用いて溶接
を行うと、溶接金属の靭性がばらつきやすいとい
う問題があつた。本発明は、溶接金属に、靭性のばらつきがな
く、しかも、良好な溶接が可能なフラツクス入り
ワイヤを提供することを目的とする。［問題点を解決するための手段］上記問題点を解決する本発明は、Ｃ≦0.2重量
％、Al、Mn、Siの総和が0.1〜２重量％、残部
Fe及び不可避的不純物からなるアトマイズド鉄
粉を、フラツクスに添加したことを特徴とするフ
ラツクス入りワイヤにその要旨を有する。なお、従来においても溶接材料中にアトマイズ
ド鉄粉あるいはアトマイズド金属粉を添加するこ
とは特公昭54−8340号や特開昭54−8347号に開示
されている。特公昭54−8340号は被覆アーク溶接棒に関する
もので被覆材中に配合する鉄粉中のＣ、Si、Mn
百分比と溶接棒心線中のＣ、Si、Mnの百分比と
の比をそれぞれの元素について特定することによ
り、ピツトおよびブローホールの発生を少なくし
たもので、鉄粉としてアトマイズド鉄粉を用いる
のは被覆剤の固着性向上のためであり、本発明と
は対象とする溶材も添加する目的も全く異なつて
いる。一方特開昭54−5837号は、フラツクス入ワ
イヤに関するもので0.5重量％より多く、10.0重
量％以下のＢを含むアトマイズド金属粉を1.5〜
30.0重量％含有するフラツクスを鋼製外皮内に充
填することによつてボロンの偏析防止をはかつた
ものであり、本発明におけるアトマイズド鉄粉と
はその成分も異なり且つ添加する目的も異なつて
いる。本発明は前記従来技術とは全く異なつた技術思
想にもとづき、特定のアトマイズド鉄粉をフラツ
クス入りワイヤに用いることにより、溶接金属の
靭性のばらつきを小さくしたものである。［作用］本発明者は、還元鉄粉を用いた場合の溶接金属
の靭性がばらつく原因について、金属組成、介在
物、析出物、化学成分等、各種数多くの調査を行
つた結果、溶接金属の靭性のばらつきは酸素に原
因があり、その酸素は還元鉄粉から混入してくる
という知見を得た。還元鉄粉は、通常、スケール粉を還元して製造
されるので、第３図及び第４図（第３図は還元鉄
粉の表面を示す走査電子顕微鏡（SEM）写真で
あり、第４図は還元鉄粉の断面を示す走査電子顕
微鏡写真である）に示すように、外形には凹凸が多く、その内部には空隙が数多く存在する。しかるに、外形に凹凸が多いと比表面積が大きくなり、
比表面積が大きくなると、フラツクスの造粒工
程や、ワイヤの焼鈍工程等で、鉄粉が酸化され
る割合が高くなる。従つて、還元鉄粉には酸化
物として酸素を含有する割合が高くならざるを
得ず、また、内部に空隙が数多く存在するとその空隙に酸
素が入りやすくなり、鉄粉は酸素を包含した状
態にならざるを得ない。以上のことから、鉄粉からの酸素の混入を防止
するためには、鉄粉の比表面積を小さくし、鉄粉の酸化を抑
制する、鉄粉の空隙を少なくする、等の対策が有効であることを知見した。かかる知見に基づき、アトマイズド鉄粉を還元
鉄粉の代りに添加した所、非常に良好な結果が得
られた。これは、アトマイズド鉄粉の形状が球状に近
く、かつ、粒子表面が滑らかで同一粒度であれ
ば、還元鉄粉に比較し表面積が小さいということ
のみならず、アトマイズド鉄粉が粒子内部に殆ど
空隙を持たないので、比表面積も小さいというこ
とに起因していると考えられる。ちなみに、アトマイズド鉄粉のかさ密度が一般
に３±１ｇ／cm³と還元鉄粉の2.5±１ｇ／cm³に比
較し大きいことは、アトマイズド鉄粉が粒内部に
空隙を有していないことを裏付けている。第１図及び第２図にアトマイズド鉄粉の表面及
び断面の走査電子顕微鏡写真像を示す。第１図か
ら明らかなように、アトマイズド鉄粉の形状は球
形に近く、また、第２図から明らかなように粒子
内部にはほとんど空隙を有していない。なお、電解鉄粉も粒子内部に殆ど空隙を有して
いないので、電解鉄粉を還元鉄粉の代わりに適用
した所、アトマイズド鉄粉の場合と同様良好な結
果が得られた。しかし、電解鉄粉は価格が高く、
コスト的に適用困難な場合が多いので、本発明で
はアトマイズド鉄粉に限定した。本発明においては、上記アトマイズド鉄粉の組
成はＣ≧0.2重量％、0.1重量％≦（Al、Mn、Siの
総和）≦２重量％、残部Fe及び不可避的不純物か
らなるものであるが、このような組成とした理由
は次の通りである。まず、Ｃについては、0.2％を越えると、他の
化学組成とは無関係にＣと酸素との反応によりア
トマイズド鉄粉の内部に気泡が生じたり、表面の
凹凸が多くなることが多く、その為、比表面積が
増加し、造粒、焼鈍工程で鉄粉の酸素量が増加す
る割合が多くなる。従つて、Ｃ≦0.2重量％とす
る。次にAl、Mn、Siについては、Ｃが主に溶鋼中
の酸素と反応するため、アトマイズド鉄粉の空隙
率及び表面の凹凸を減少させるには、溶鋼中に存
在するフリーの酸素量をAl、Mn、Siで低下させ
なければならないという知見に基づき、Al、
Mn、Siの総和は0.1重量％以上とした。一方、総和が２重量％を越えると、鉄粉内部の
空隙については問題ないが、Al、Mn、Siが酸化
物を形成し、形成された酸化物に起因して、アト
マイズド鉄粉の酸素量が増加し、溶接金属の靭性
が悪化する傾向が認められるので、Al、Mn、Si
の総和は２重量％以下とする。もちろん、これに
限定されるものではない。なお、溶接金属の酸素量により靭性が大きく影
響を受ける様な場合においては、使用されるフラ
ツクス入りワイヤに適用するアトマイズド鉄粉の
化学組成は、Ｃ＜0.1％、0.2≦Al、Mn、Si≦1.0
％にすることがさらに望ましい。また、粉体表面の酸化被膜量を低減するために
は、金属表面に酸化被膜を形成しやすい元素、例
えば、Ｂのような元素は、0.5％未満にすべきで
あり、さらに、より安定した靭性を得るために
は、0.1％以下にすることがより望ましい。また、特に溶接金属の低酸素化が必要な時は、
アトマイズド鉄粉を無機酸や有機酸で洗浄し、造
粒後の乾燥を非酸化性乃至還元性雰囲気で行うこ
とにより、一層の低酸素化が可能となる。なお、本発明におけるフラツクス入りワイヤと
しては、いわゆる継ぎ目なしワイヤであつても、
継ぎ目ありワイヤであつてもよい。また、フラツクスは造粒したものでもよいし、
造粒しないものでもよい。フラツクス中のFe配合率が５％以上であると、
フラツクとしての鉄粉が溶接金属に持ち込む酸素
量が多くなるので、靭性のばらつきが発生しやす
くなるが、本発明はこのように、フラツクス中の
Fe配合率が５％以上のフラツクス入りワイヤに
適用することにより、特に有効である。さらに本発明は、鉄粉ほど顕著ではないが、ワ
イヤ外皮中の酸素量も溶接金属の靭性に影響を与
えていることを知見し、150ppm以下とすること
で靭性向上に効果があることを知見した。ただ、外皮中には非金属介在物（主に酸化物）
などが存在するため、外皮の酸素量を20ppm以下
にすることがコスト面等で困難と考えられるの
で、150〜20ppmの範囲内にすることが望ましい。実施例１アトマイズド鉄粉を製造する際、原料となる鉄
の組成を種々調整し、第１表に示す様な組成を有
するアトマイズド鉄粉を作成した。上記アトマイズド鉄粉を用い、継ぎ目なしフラ
ツクス入りワイヤ用造粒フラツクスを常法により
製造し、第２表(a)に示す組成のフラツクスを得
た。なお、造粒フラツクスの乾燥温度は350℃×
1Hrとした。得られた造粒フラツクスを、フラツクス率15％
で第２表(b)の組成を有するパイプ（溶接管）に充
填し、伸線→焼鈍→伸線→メツキ→仕上巻取工程
等を経て、最終ワイヤ径1.2mmφの継ぎ目なしフ
ラツクス入りワイヤを製造した。このワイヤを使用して下記の溶接条件で溶接を
行つた。溶接条件電圧：29V 電流：280A 速度：25〜40cpm 極性：DC−RP シールドガス：CO₂ガス開先形状：開先角度45゜（第５図）材質：SM41B 溶接層：５層10パス以上の溶接後、溶接金属の靭性を調査したとこ
ろ、第３表に示す結果が得られた。なお、靭性
は、JISZ2202 ４号試験片を用い、JISZ2242に基
づき、シヤルピー試験により評価した。なお、シ
ヤルピー試験は−20℃において行つた。試験片は
表面から７mmの位置において採取した。第３表よ
り明らかな様に、還元鉄粉を用いた試験No.１−
４、１−９は、Ｃ、Si、Mn、Al量が本発明範囲
内にあるにもかかわらず、還元鉄粉の表面、内部
性状に起因し、ワイヤ製造工程中に酸素量が増
え、その為に溶接金属の酸素量も増加し、靭性の
ばらつきが大きくなつている。また、試験No.１−５、１−６、１−12はアトマ
イズド鉄粉を用いた例であるが、試験No.１−５
は、Si、Mn、Al量の総和が本発明の下限より小
さく、試験No.１−６は、Si、Mn、Al量の総和が
本発明の上限を越えており、また、試験No.１−12
はＣ量が本発明範囲の上限を越えているので、溶
接金属の酸素量が増加し、靭性のばらつきも大き
くなつている。これらに対し、すべての条件が本発明の範囲内
にある試験No.１−１、１−２、１−３、１−７、
１−８、１−10、１−11は、低レベルの酸素量、
ばらつきの小さい靭性値を示している。実施例２実施例１と同様に、第１表に示される各種鉄粉
を用い、継ぎ目なしフラツクス入りワイヤ用造粒
フラツクスを常法により製造し、第４表(a)に示す
組成のフラツクスを得た。なお、造粒フラツクスの乾燥温度は350℃×
1Hrとした。得られたフラツクスをフラツクス率14％で第４
表(b)に示す組成を有するパイプ（溶接管）に充填
し、実施例１の場合と同様にして、最終ワイヤ径
1.2mmφの継ぎ目なしフラツクス入りワイヤを製
造した。この様にして得られた継ぎ目なしフラツクス入
リワイヤを使用して下記の条件で溶接を行つた。溶接条件電圧：29V 電流：280A 速度：26〜42cpm 極性：DC−RP シールドガス：80％Ar−20％CO₂ガス開先形状：開先角度45゜（第６図）材質：SM41B 溶接層：５層10パス以上の溶接後、溶接金属の靭性を実施例１と同
様にして調査したところ、第５表に示す結果が得
られた。第５表より明らかな様に、還元鉄物を用いた試
験No.２−４、２−９は、Ｃ、Si、Mn、Al量がす
べて本発明範囲内であるにもかかわらず、還元鉄
粉の表面、内部性状に起因し、ワイヤ製造中に酸
素量が増え、その為に溶接金属の酸素量も増加
し、靭性のばらつきが大きくなつている。試験No.２−５、２−６、２−12はアトマイズド
鉄粉を用いた例であるが、試験No.２−５は、Si、
Mn、Al量の総和が本発明の下限より小さく、試
験No.２−６は、Si、Mn、Al量の総和が本発明の
上限を越えており、また、試験No.２−12はＣ量が
本発明範囲の上限を越えているので、溶接金属の
酸素量が増加し、靭性のばらつきも大きくなつて
いる。これらに対し、すべての条件が本発明の範囲内
にある試験No.２−１、２−２、２−３、２−７、
２−８、２−10、２−11は低レベルの酸素量、ば
らつきの小さい靭性値を示している。また、試験No.２−３は還元鉄粉Fe−３とを重
量比１：１にして混合したものを適用した例であ
るが、この様な場合においても、低レベルの酸素
量、ばらつきの小さい靭性値が得られた。実施例３実施例１、２と同様、第１表に示される各種鉄
粉を用い、継ぎ目なしフラツクス入りワイヤ用造
粒フラツクスを常法により製造し、第６表(a)に示
す組成のフラツクスを得た。なお、造粒フラツクスの乾燥温度は350℃×
1Hrとした。得られたフラツクスをフラツクス率15％で第６
表(b)の組成を有するパイプ（溶接管）に充填し、
実施例１、２の場合と同様にして、最終ワイヤ径
1.2mmφの継ぎ目なしフラツクス入りワイヤを製
造した。この様にして得られた継ぎ目なしフラツクス入
リワイヤを使用して下記の溶接条件にて溶接を行
つた。溶接条件電圧：30V 電流：270A 速度：30cpm 極性：DC−RP シールドガス：80％Ar−20％CO₂ガス開先形状：開先角度45゜（第７図）材質：SM41B 溶接層：６層13パス以上の溶接後、溶接金属の靭性を実施例１と同
様にして調査したところ、第７表に示す結果が得
られた。第７表から明らかなように、実施例１、２の場
合と同様、還元鉄物を用いた試験No.３−４、３−
９は、Ｃ、Si、Mn、Al量がすべて本発明の範囲
内にあるにもかかわらず、還元鉄粉の表面、内部
性状に起因し、ワイヤ製造中に酸素量が増え、そ
の為に溶接金属の酸素量も増加し、靭性のばらつ
きが大きくなつている。試験No.３−５、３−６、３−12は、アトマイズ
ド鉄粉を用いた例であるが、試験No.３−５は、
Si、Mn、Al量の総和が本発明の下限より小さ
く、試験No.３−６は、Si、Mn、Al量の総和が本
発明の上限を越えており、また、試験No.３−12は
Ｃ量が本発明範囲の上限を越えているので、溶接
金属の酸素量が増加し、靭性のばらつきも大きく
なつている。これらに対し、すべての条件が本発明の範囲内
にある試験No.３−１、３−２、３−３、３−７、
３−８、３−10、３−11は、低レベルの酸素量、
ばらつきの少ない靭性値を示している。実施例４ワイヤ外皮中の酸素量の影響を調べるために、
実施例３の試験No.３−１とフラツクス組成および
溶接管（パイプ）組成が同じで、パイプ中の酸素
量を変えた継ぎ目なしフラツクス入りワイヤを試
作し、実施例３と同様の溶接条件にて溶接試験を
行つた。試験結果を第８表に示す。第８表の結果から明らかなように、ワイヤ外皮
（パイプ）の酸素量が150ppm以下の試験No.４−
２、４−３は溶接金属の靭性が試験No.４−１に比
較して一段と良好な結果を示している。［発明の効果］本発明は以上のように構成したので、次のよう
な効果が得られる。フラツクス中の酸素含有量が少なく、溶接を
行つた場合においても溶接金属の靭性のばらつ
きがない。ワイヤ加工時にフラツクスが偏在せず、溶接
を行つた場合においても溶接金属において成分
偏析がない。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、アトマイズド鉄粉の粒子
構造を示す走査電子顕微鏡写真である。第３図及
び第４図は、還元鉄粉の粒子構造を示す走査電子
顕微鏡写真である。第５図から第７図は実施例に
おける溶接時の開先形状を示す概念図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ≦0.2重量％、Al、Mn、Siの総和が0.1〜
２重量％、残部Fe及び不可避的不純物からなる
アトマイズド鉄粉を、フラツクスに添加したこと
を特徴とする溶接用フラツクス入りワイヤ。２ワイヤ外皮の酸素量を150〜20ppmとする特
許請求の範囲第１項記載の溶接用フラツクス入り
ワイヤ。