JPH0331557B2 - - Google Patents
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- JPH0331557B2 JPH0331557B2 JP2197087A JP2197087A JPH0331557B2 JP H0331557 B2 JPH0331557 B2 JP H0331557B2 JP 2197087 A JP2197087 A JP 2197087A JP 2197087 A JP2197087 A JP 2197087A JP H0331557 B2 JPH0331557 B2 JP H0331557B2
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は低温高靭性鋼を溶接するためのサブマ
ージアーク溶接に関し、さらに詳しくは海洋構造
物、船舶、タンク、ラインパイプ等の低温用構造
物の鋼材を目的として開発されたTi脱酸鋼の溶
接に適応するサブマージアーク溶接法に関するも
のである。 〔従来の技術〕 近年、石油資源の開発がさかんに行なわれ、石
油掘削用の海洋構造物、運搬用の船舶あるいはラ
インパイプの建造あるいは敷設が活発であるが、
石油資源は北海あるいは北極海など寒冷地に求め
られており、上記構造物には厳しい低温靭性が求
められている。即ち、これら低温用鋼の溶接部に
は少くとも−40℃以下での低温靭性が必要とさ
れ、鋼材としてはCa、Mg、Zr、Alあるいは
REM等で脱酸を行なつたいわゆるキルド鋼が用
いられ、特に0.03〜0.08％のAlを含有する鋼が一
般的である。 一方溶接金属に関しては、溶接金属に微量の
TiとＢを添加してミクロ組織を微細化する事に
より低温靭性を確保する事が行なわれている。こ
のTi−Ｂ系溶接金属を生成する溶接材料を用い
て上記キルド鋼を溶接すると、鋼中に含有された
Al等の強脱酸性元素は母材希釈により溶接金属
中に移行して脱酸反応を行い、溶接金属中の酸素
量を低減し、TiおよびＢの効果を充分に発揮さ
せ、良好な溶接金属の低温靭性を得る事が出来
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが最近、母材の溶接熱影響部の低温靭性
を改善する事を目的として、Tiより脱酸力の強
い元素を殆んど含有しないTi脱酸鋼が提案され、
このTi脱酸鋼の溶接に従来のTi−Ｂ系溶接材料
を用いると溶接金属の低温靭性が著しく劣化する
事が判明した。即ち、Ti脱酸鋼はCa、Mg、Zr、
AlおよびREMを殆んど含有しないため、従来の
キルド鋼に比し溶接金属の脱酸力が低下し、その
影響により粒内には上部ベーナイト組織が、又粒
界には粗大な粒界フエライトが生成し、低温靭性
を劣化させるためである。そこで、新しく開発さ
れたTi脱酸鋼を実用構造物に適用するためこの
鋼の溶接に適合する溶接法を開発する事が急務と
なつた。 ところで、本発明法において用いる溶接材料は
Ti−Ｂ系溶接金属を生成するワイヤおよびフラ
ツクスの組み合わせに、さらにTiより脱酸力の
強い元素を適正量添加したものであるが、これと
類似したフラツクスが従来より特公昭52−46535
号公報、特公昭52−17507号公報および特公昭49
−20860号公報により開示されている。しかしな
がら、これらフラツクスは、いずれも従来鋼板と
の組み合わせが前提であり、Ti脱酸鋼板との租
み合わせにおいて必ずしも良好な低温靭性が得ら
れるものではない。 本発明は以上のようなTi脱酸鋼を溶接しても
均一微細な組織が得られ優れた低温靭性を有する
溶接金属が得られるサブマージアーク溶接法を提
供する事を目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の要旨とするところは、Ca、Mg、Zr、
AlおよびREMからなる群から選択された１種又
は２種以上の元素の合計が0.01％以下のTi脱酸鋼
を溶接するためのサブマージアーク溶接法であつ
て、前記(1)、(2)式を満足するワイヤと、同じく下
記(1)、(2)式を満足しかつ全重量に対しCa、Mg、
AlおよびREMからなる群から選択された１種又
は２種以上の元素を合計で0.05〜３％含有する焼
成型フラツクスとを組み合わせて行うことを特徴
とするサブマージアーク溶接法にある。 0.03≦0.01×（TiO2）F＋0.1×（Ti）F ＋３×〔Ti〕W≦0.45 ……(1) 0.01≦0.15×(B2O3)F＋６×〔Ｂ〕W≦0.10 ……(2) 但し、（TiO2）F：フラツクス中のTiO2含有量
（％） （Ti）F：フラツクス中のTi含有量（％） （B2O3）F：フラツクス中のB2O3含有量（％） 〔Ti〕W：ワイヤ中のTi含有量（％） 〔Ｂ〕W：ワイヤ中のＢ含有量（％） 〔作用〕 まず、本発明の対象とする鋼はCa、Mg、Zr、
AlおよびREMからなる群から選択された１種又
は２種以上の元素の合計が0.01％以下のTi脱酸鋼
であるが、Tiはまず脱酸剤として作用し、鋼中
の酸素を低減し、鋼中においては主にTi酸化物
粒子あるいはTi酸化物とTi窒化物の複合体とし
て存在する。これら粒子は溶接冷却過程において
オーステナイト→フエライト変態をコントロール
し、オーステナイト粒内に微細なフエライトを生
成させ、溶接熱影響部のミクロ組織を微細化し、
靭性劣化を防止する効果を有する。しかしながら
鋼中のCa、Mg、Zr、AlおよびREMからなる群
から選択された１種又は２種以上の元素の合計が
0.01％を超えるとこれら成分が優先的に酸素と結
合し、酸素量が不足するため、結晶コントロール
に有効なTi酸化物粒子が充分でなく、溶接熱影
響部の靭性向上効果が得られない。なお、Ti脱
酸鋼においては、Ti酸化物あるいはTi酸化物と
Ti窒化物の複合体の粒子は径が0.1〜3.0μｍ、粒
子数は５×103〜１×107個／〓である事が望まし
いと認められている。 本発明はこのTi脱酸鋼に適合するフラツクス
およびワイヤを用いる事を特徴とする方法である
が、まずフラツクスおよびワイヤは以下の(1)、(2)
式を満足する事が必要である。 0.03≦0.01×（TiO2）F＋0.1×（Ti）F ＋３×〔Ti〕W≦0.45 ……(1) 0.01≦0.15×（B2O3）F＋６×〔Ｂ〕W0.10 ……(2) 但し、（TiO2）F：フラツクス中のTiO2含有量
（％） （Ti）F：フラツクス中のTi含有量（％） （B2O3）F：フラツクス中のB2O3含有量（％） 〔Ti〕W：ワイヤ中のTi含有量（％） 〔Ｂ〕W：ワイヤ中のＢ含有量（％） 即ち、上記条件は溶接金属中にTiおよびＢを
添加するためであり、これら元素の添加は上記条
件式(1)、(2)を満足すれば、フラツクス中の酸化
物、金属あるいはワイヤ中の金属のいずれで行な
つてもよい。 溶接金属中に添加されたTiは殆んどはTi酸化
物として存在するが、このTi酸化物は溶接冷却
過程におけるオーステナイト→フエライト変態に
おいてフエライト結晶の生成核となり、微細なフ
エライト粒（アシキユラーフエライト）を形成さ
せ、低温靭性を著しく改善する。このようなTi
の効果は溶接金属中で0.003％以上で得られるが、
一方0.045％を超えるとTiが過剰となり、溶接金
属が硬化し、かえつて靭性が劣化する。 一方、Ｂは固溶Ｂとして冷却過程におけるオー
ステナイト粒界に偏析し、粒界に生成しやすい粗
大なフエライト粒の析出を抑制する。 溶接金属中の適正なＢ量は0.001〜0.010％であ
り、0.001％未満では、上記効果が得られず、一
方0.010％を超えると溶接金属の焼入性が過大と
なり、脆弱な上部ベーナイト組織が生成すると共
に耐割れ性も劣化する。 以上の如く、TiとＢの共存は、粒界と粒内を
同時に均一微細なものとし、溶接金属の低温靭性
の向上には不可欠な要件である。 ところで、ラテツクス中のTiO2は溶接過程に
おいて還元されTiとして溶融池に移行する。又
フラツクス中のTiおよびワイヤ中のTiはそのま
ま溶融池に混入するが、添加されたTiが全量溶
接金属中に残留する訳ではなく、殆んどは酸化消
耗し、有効なTi量は限られた量である。 即ち溶接金属中への移行率（歩留率）は、フラ
ツクス中のTiO2でほぼ0.1％、フラツクス中のTi
はほぼ１％、又ワイヤ中のTiは30％程度である。
従つて、溶接金属中のTiは、前述(1)式における
記号を用いれば0.001×（TiO2）F＋0.01×（Ti）＋
0.3〔Ti〕で表わされ、溶接金属中のTiの適正量
が0.003〜0.045％である事から0.030.01×
（TiO2）F＋0.1×（Ti）F＋３×〔Ti〕W0.45である事
が必要である。 一方、フラツクス中のB2O3の移行率はほぼ1.5
％、ワイヤ中のＢは60％である。従つて、溶接金
属中のＢは0.015×（B2O3）＋0.6×〔Ｂ〕で表わさ
れ、溶接金属中のＢの適正量が0.001〜0.010であ
る事から、0.010.15×（B2O3）F＋６×〔Ｂ〕W
0.10である事が必要である。 なお、金属Ｂのフラツクスへの添加は、偏析に
より溶接金属特性の劣化が懸念されるため、本発
明法においては用いない。 なお、TiO2フラツクスに添加する原料は、ル
チール、チタンスラグ、合成ルチール等のTiO2
又はTi3O5、Ti2O3を主成分とする鉱石又は合成
物質を用いる。Ti3O5、Ti2O3等の低次酸化物に
ついてはTiO2相当量に換算して添加量を決定す
る。Tiは金属Ti又はFe−Ti等の合金で添加す
る。 一方、B2O3は硼砂（Na2B4O7・10H2O）、溶融
硼砂（Na2B4O7）あるいはコレマナイト
（2CaO・3B2O3・5H2O）のようなB2O3の複合酸
化物あるいは硼砂ガラス、硼酸等により添加す
る。又、マグネシアクリンカーもB2O3を含有し
ているため、これによるB2O3添加も有効である。 さらに本発明法に用いるフラツクスはCa、
Mg、AlおよびREMからなる群から選択された
１種又は２種以上の元素を合計で0.05〜３％含有
する事が必要である。これは以下の理由によるも
のである。 即ち、低温靭性の改善に有効なアシキユラーフ
エライトの核となるTi酸化物の生成にはTiと結
合する適正量のフリー酸素を確保する事が必要で
あるが、一方酸素量が過剰な場合は、核生成作用
を持たない、Si、MnあるいはＢの酸化物がTiの
酸化に遅れて生成し、Ti酸化物の核生成作用を
低下させる事が判明した。これを防止するために
はTiの酸化に優先して酸化する元素により溶接
金属中の酸素量をTi酸化物生成に必要でかつ十
分な酸素量にコントロールする事が必要である。 即ち、Ca、Mg、AlおよびREMはいずれもTi
より酸素との親和力の強い元素であり、酸素量の
適正なコントロールに充分有効な成分である。 又、酸素量のコントロールはＢの酸化を防止す
る事を意味しているが、これは粗大な粒界フエラ
イトの抑制に必要な固溶Ｂを確保する効果を有す
るものであり、この点からも必要不可欠な事であ
る。 なお従来のキルド鋼においては、鋼中の強脱酸
元素が、母材希釈により溶接金属中に移行し、酸
素量コントロール作用をしていた。 フラツクス中のCa、Mg、AlおよびREMから
なる群から選択された１種又は２種以上の元素の
合計が0.05％未満であると上記のような効果が得
られず、一方３％を超えると脱酸作用が過剰とな
り、Ti酸化物の生成に必要な酸素量が不足する
と共に、固溶Ｂも過剰となつて、溶接金属の組織
が脆弱な上部ベーナイト組織と化し、低温靭性が
著しく劣化する。 Ca、Mg、AlあるいはREMの効果は以上のよ
うであるが、この効果はCa、Mg、Zr、Alおよび
REMからなる群から選択された１種又は２種以
上の元素の合計が0.01％以下のTi脱酸鋼の溶接に
適用して始めて得られるものであつて、従来のキ
ルド鋼に用いると脱酸過剰となり、良好な低温靭
性が得られない。 本発明で用いるフラツクスに添加する上記脱酸
剤は単体又は合金で添加するものであり、Mgは
金属Mg、Al−Mg、Alは金属Al、Fe−Al、Al−
Mg等、CaはCa−Si等で添加する。REMは原子
番号57〜71番のランタニド系の元素でランタン、
セリウムが一般的であり、単体又はレアアースカ
ルシウムシリコン（ランタン、セリウムを含有す
るCa−Si合金）等で添加する。 以上、本発明法に用いるフラツクスおよびワイ
ヤの必須成分について説明したが、フラツクスの
その他の成分は、目的に応じて通常フラツクス成
分として用いられるMgO、CaO、Al2O3、SiO2
等の金属酸化物、CaF2、AlF3等の金属弗化物、
CaCO3、MgCO3のような金属炭酸塩、Si、Mnの
如き脱酸剤あるいはNi、Mo、Crのような合金剤
を適宜添加する。この場合MgO、CaOは高温基
性成分として溶接金属の低酸化に有効であり、フ
ラツクス全体に対しMgO10〜35％、CaO5〜20％
が適当である。Al2O3は高耐火性でビードの整形
に作用し、かつスラグ剥離性にも有効であり、10
〜50％の範囲で添する。SiO2はスラグの粘性を
調整し同じくビード形の改善、均一化に有効であ
り、８〜25％添加する。CaF2、AlF3のような弗
化物はフラツクスの融点調整および溶接金属の低
酸素化に有効であり、５〜25％が適正である。 CaCO3、MgCO3のような金属炭酸塩は溶接過
程で分解し、アーク雰囲気中にCOガスを供給す
るため、アーク雰囲気中の水素分圧を低下させ溶
接金属中の水素を低減する効果がある。金属炭酸
塩の添加量はCO2相当量で１〜８％が適当であ
る。Siは脱酸剤としてばかりでなくビード表面の
ポツクマーク防止、表面の平滑化等にも有効で５
％以下添加する。Mnは脱酸作用と共に溶接金属
の強度を低下させる効果を有し、５％以下添加す
る。Ni、Cr、Mo等も合金剤としてそれぞれ５％
以下の範囲で添加してもよい。 なお、本発明におけるフラツクスは焼成形フラ
ツクスである事が必要であるが、これはフラツク
ス中にCa、Mg、AlあるいはREMのような脱酸
剤を添加するため、これらが製造過程において酸
化消耗しないよう600℃以下の比較的低温で処理
される焼成形フラツクスの形をとるためである。 次に本発明に用いるワイヤのTi、Ｂ以外の成
分は目的に応じて適宜選択するものであるが、低
温用材料である事から、各成分の望ましい範囲と
しては、C0.18％以下、Si0.80％以下、Mn0.4〜
2.5％、Ｐおよび0.020％以下、N0.0070％以下、
その他目的の強度、靭性に応じてNi5％、Cr2.0
％以下、Mo0.7％以下を添加してもよい。 〔実施例〕 まず第１表に示すＦ−１〜Ｆ−10の10種類の焼
成型フラツクスを作製した。 フラツクスの原料粉を均一に混合した後、水ガ
ラスで造粒し、その後500℃×2hrの条件で焼成を
行い、フラツクスとした。 フラツクスの粒度は12×100メツシユに調整し
た。 次に第２表に示すＷ−１〜Ｗ−７の７種類の成
分のワイヤを作成した。第２表に示す成分は銅メ
ツキを施す前の分析値である。 ワイヤ径は4.8mmφ又は6.4mmφとした。 以上のフラツクスおよびワイヤを組み合わせて
第５表に示すNo.１〜No.14の14種類の溶接を実施し
た。この場合の供試鋼板、溶接条件および開先形
状はそれぞれ第３表、第４表および第１図に示す
ものであり、これらの組み合わせは第５表左欄に
示す。第５表左欄において、No.１〜No.８は本発明
例、No.９〜No.14は本発明の効果を明らかにするた
めの比較例である。 又、溶接条件のうちＣ−１は両面多層溶接、Ｃ
−２は２電極による両面１層溶接、Ｃ−３は３電
極による片面１層溶接である。片面溶接の裏当法
としてはフラツクス−銅バツキング法を用い、裏
当フラツクスはCaO−MgO−SiO2系専用フラツ
クスを用いた。 これらの溶接において得られた溶接金属の衝撃
値および引張試験結果を第５表右欄に示す。 衝撃試験は第２図ａ，ｂに示すような位置
（C1＝１／４ｔ）よりＶノツチシヤルピー試験片１ （JISZ 3112 ４号）を採取し、又同図に示す如く
引張試験片２も同様な位置よりビード方向に平行
にJIS Z2201 10号に基いて採取した。なお、第
２図においてｔは板厚を示す。 以上の結果、No.１〜No.８は本発明効果に基き優
れた低温靭性の溶接金属が得られたが、No.９〜No.
14は比較例で第５表の靭性劣化理由欄に示した理
由により靭性が劣化した。
ージアーク溶接に関し、さらに詳しくは海洋構造
物、船舶、タンク、ラインパイプ等の低温用構造
物の鋼材を目的として開発されたTi脱酸鋼の溶
接に適応するサブマージアーク溶接法に関するも
のである。 〔従来の技術〕 近年、石油資源の開発がさかんに行なわれ、石
油掘削用の海洋構造物、運搬用の船舶あるいはラ
インパイプの建造あるいは敷設が活発であるが、
石油資源は北海あるいは北極海など寒冷地に求め
られており、上記構造物には厳しい低温靭性が求
められている。即ち、これら低温用鋼の溶接部に
は少くとも−40℃以下での低温靭性が必要とさ
れ、鋼材としてはCa、Mg、Zr、Alあるいは
REM等で脱酸を行なつたいわゆるキルド鋼が用
いられ、特に0.03〜0.08％のAlを含有する鋼が一
般的である。 一方溶接金属に関しては、溶接金属に微量の
TiとＢを添加してミクロ組織を微細化する事に
より低温靭性を確保する事が行なわれている。こ
のTi−Ｂ系溶接金属を生成する溶接材料を用い
て上記キルド鋼を溶接すると、鋼中に含有された
Al等の強脱酸性元素は母材希釈により溶接金属
中に移行して脱酸反応を行い、溶接金属中の酸素
量を低減し、TiおよびＢの効果を充分に発揮さ
せ、良好な溶接金属の低温靭性を得る事が出来
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが最近、母材の溶接熱影響部の低温靭性
を改善する事を目的として、Tiより脱酸力の強
い元素を殆んど含有しないTi脱酸鋼が提案され、
このTi脱酸鋼の溶接に従来のTi−Ｂ系溶接材料
を用いると溶接金属の低温靭性が著しく劣化する
事が判明した。即ち、Ti脱酸鋼はCa、Mg、Zr、
AlおよびREMを殆んど含有しないため、従来の
キルド鋼に比し溶接金属の脱酸力が低下し、その
影響により粒内には上部ベーナイト組織が、又粒
界には粗大な粒界フエライトが生成し、低温靭性
を劣化させるためである。そこで、新しく開発さ
れたTi脱酸鋼を実用構造物に適用するためこの
鋼の溶接に適合する溶接法を開発する事が急務と
なつた。 ところで、本発明法において用いる溶接材料は
Ti−Ｂ系溶接金属を生成するワイヤおよびフラ
ツクスの組み合わせに、さらにTiより脱酸力の
強い元素を適正量添加したものであるが、これと
類似したフラツクスが従来より特公昭52−46535
号公報、特公昭52−17507号公報および特公昭49
−20860号公報により開示されている。しかしな
がら、これらフラツクスは、いずれも従来鋼板と
の組み合わせが前提であり、Ti脱酸鋼板との租
み合わせにおいて必ずしも良好な低温靭性が得ら
れるものではない。 本発明は以上のようなTi脱酸鋼を溶接しても
均一微細な組織が得られ優れた低温靭性を有する
溶接金属が得られるサブマージアーク溶接法を提
供する事を目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の要旨とするところは、Ca、Mg、Zr、
AlおよびREMからなる群から選択された１種又
は２種以上の元素の合計が0.01％以下のTi脱酸鋼
を溶接するためのサブマージアーク溶接法であつ
て、前記(1)、(2)式を満足するワイヤと、同じく下
記(1)、(2)式を満足しかつ全重量に対しCa、Mg、
AlおよびREMからなる群から選択された１種又
は２種以上の元素を合計で0.05〜３％含有する焼
成型フラツクスとを組み合わせて行うことを特徴
とするサブマージアーク溶接法にある。 0.03≦0.01×（TiO2）F＋0.1×（Ti）F ＋３×〔Ti〕W≦0.45 ……(1) 0.01≦0.15×(B2O3)F＋６×〔Ｂ〕W≦0.10 ……(2) 但し、（TiO2）F：フラツクス中のTiO2含有量
（％） （Ti）F：フラツクス中のTi含有量（％） （B2O3）F：フラツクス中のB2O3含有量（％） 〔Ti〕W：ワイヤ中のTi含有量（％） 〔Ｂ〕W：ワイヤ中のＢ含有量（％） 〔作用〕 まず、本発明の対象とする鋼はCa、Mg、Zr、
AlおよびREMからなる群から選択された１種又
は２種以上の元素の合計が0.01％以下のTi脱酸鋼
であるが、Tiはまず脱酸剤として作用し、鋼中
の酸素を低減し、鋼中においては主にTi酸化物
粒子あるいはTi酸化物とTi窒化物の複合体とし
て存在する。これら粒子は溶接冷却過程において
オーステナイト→フエライト変態をコントロール
し、オーステナイト粒内に微細なフエライトを生
成させ、溶接熱影響部のミクロ組織を微細化し、
靭性劣化を防止する効果を有する。しかしながら
鋼中のCa、Mg、Zr、AlおよびREMからなる群
から選択された１種又は２種以上の元素の合計が
0.01％を超えるとこれら成分が優先的に酸素と結
合し、酸素量が不足するため、結晶コントロール
に有効なTi酸化物粒子が充分でなく、溶接熱影
響部の靭性向上効果が得られない。なお、Ti脱
酸鋼においては、Ti酸化物あるいはTi酸化物と
Ti窒化物の複合体の粒子は径が0.1〜3.0μｍ、粒
子数は５×103〜１×107個／〓である事が望まし
いと認められている。 本発明はこのTi脱酸鋼に適合するフラツクス
およびワイヤを用いる事を特徴とする方法である
が、まずフラツクスおよびワイヤは以下の(1)、(2)
式を満足する事が必要である。 0.03≦0.01×（TiO2）F＋0.1×（Ti）F ＋３×〔Ti〕W≦0.45 ……(1) 0.01≦0.15×（B2O3）F＋６×〔Ｂ〕W0.10 ……(2) 但し、（TiO2）F：フラツクス中のTiO2含有量
（％） （Ti）F：フラツクス中のTi含有量（％） （B2O3）F：フラツクス中のB2O3含有量（％） 〔Ti〕W：ワイヤ中のTi含有量（％） 〔Ｂ〕W：ワイヤ中のＢ含有量（％） 即ち、上記条件は溶接金属中にTiおよびＢを
添加するためであり、これら元素の添加は上記条
件式(1)、(2)を満足すれば、フラツクス中の酸化
物、金属あるいはワイヤ中の金属のいずれで行な
つてもよい。 溶接金属中に添加されたTiは殆んどはTi酸化
物として存在するが、このTi酸化物は溶接冷却
過程におけるオーステナイト→フエライト変態に
おいてフエライト結晶の生成核となり、微細なフ
エライト粒（アシキユラーフエライト）を形成さ
せ、低温靭性を著しく改善する。このようなTi
の効果は溶接金属中で0.003％以上で得られるが、
一方0.045％を超えるとTiが過剰となり、溶接金
属が硬化し、かえつて靭性が劣化する。 一方、Ｂは固溶Ｂとして冷却過程におけるオー
ステナイト粒界に偏析し、粒界に生成しやすい粗
大なフエライト粒の析出を抑制する。 溶接金属中の適正なＢ量は0.001〜0.010％であ
り、0.001％未満では、上記効果が得られず、一
方0.010％を超えると溶接金属の焼入性が過大と
なり、脆弱な上部ベーナイト組織が生成すると共
に耐割れ性も劣化する。 以上の如く、TiとＢの共存は、粒界と粒内を
同時に均一微細なものとし、溶接金属の低温靭性
の向上には不可欠な要件である。 ところで、ラテツクス中のTiO2は溶接過程に
おいて還元されTiとして溶融池に移行する。又
フラツクス中のTiおよびワイヤ中のTiはそのま
ま溶融池に混入するが、添加されたTiが全量溶
接金属中に残留する訳ではなく、殆んどは酸化消
耗し、有効なTi量は限られた量である。 即ち溶接金属中への移行率（歩留率）は、フラ
ツクス中のTiO2でほぼ0.1％、フラツクス中のTi
はほぼ１％、又ワイヤ中のTiは30％程度である。
従つて、溶接金属中のTiは、前述(1)式における
記号を用いれば0.001×（TiO2）F＋0.01×（Ti）＋
0.3〔Ti〕で表わされ、溶接金属中のTiの適正量
が0.003〜0.045％である事から0.030.01×
（TiO2）F＋0.1×（Ti）F＋３×〔Ti〕W0.45である事
が必要である。 一方、フラツクス中のB2O3の移行率はほぼ1.5
％、ワイヤ中のＢは60％である。従つて、溶接金
属中のＢは0.015×（B2O3）＋0.6×〔Ｂ〕で表わさ
れ、溶接金属中のＢの適正量が0.001〜0.010であ
る事から、0.010.15×（B2O3）F＋６×〔Ｂ〕W
0.10である事が必要である。 なお、金属Ｂのフラツクスへの添加は、偏析に
より溶接金属特性の劣化が懸念されるため、本発
明法においては用いない。 なお、TiO2フラツクスに添加する原料は、ル
チール、チタンスラグ、合成ルチール等のTiO2
又はTi3O5、Ti2O3を主成分とする鉱石又は合成
物質を用いる。Ti3O5、Ti2O3等の低次酸化物に
ついてはTiO2相当量に換算して添加量を決定す
る。Tiは金属Ti又はFe−Ti等の合金で添加す
る。 一方、B2O3は硼砂（Na2B4O7・10H2O）、溶融
硼砂（Na2B4O7）あるいはコレマナイト
（2CaO・3B2O3・5H2O）のようなB2O3の複合酸
化物あるいは硼砂ガラス、硼酸等により添加す
る。又、マグネシアクリンカーもB2O3を含有し
ているため、これによるB2O3添加も有効である。 さらに本発明法に用いるフラツクスはCa、
Mg、AlおよびREMからなる群から選択された
１種又は２種以上の元素を合計で0.05〜３％含有
する事が必要である。これは以下の理由によるも
のである。 即ち、低温靭性の改善に有効なアシキユラーフ
エライトの核となるTi酸化物の生成にはTiと結
合する適正量のフリー酸素を確保する事が必要で
あるが、一方酸素量が過剰な場合は、核生成作用
を持たない、Si、MnあるいはＢの酸化物がTiの
酸化に遅れて生成し、Ti酸化物の核生成作用を
低下させる事が判明した。これを防止するために
はTiの酸化に優先して酸化する元素により溶接
金属中の酸素量をTi酸化物生成に必要でかつ十
分な酸素量にコントロールする事が必要である。 即ち、Ca、Mg、AlおよびREMはいずれもTi
より酸素との親和力の強い元素であり、酸素量の
適正なコントロールに充分有効な成分である。 又、酸素量のコントロールはＢの酸化を防止す
る事を意味しているが、これは粗大な粒界フエラ
イトの抑制に必要な固溶Ｂを確保する効果を有す
るものであり、この点からも必要不可欠な事であ
る。 なお従来のキルド鋼においては、鋼中の強脱酸
元素が、母材希釈により溶接金属中に移行し、酸
素量コントロール作用をしていた。 フラツクス中のCa、Mg、AlおよびREMから
なる群から選択された１種又は２種以上の元素の
合計が0.05％未満であると上記のような効果が得
られず、一方３％を超えると脱酸作用が過剰とな
り、Ti酸化物の生成に必要な酸素量が不足する
と共に、固溶Ｂも過剰となつて、溶接金属の組織
が脆弱な上部ベーナイト組織と化し、低温靭性が
著しく劣化する。 Ca、Mg、AlあるいはREMの効果は以上のよ
うであるが、この効果はCa、Mg、Zr、Alおよび
REMからなる群から選択された１種又は２種以
上の元素の合計が0.01％以下のTi脱酸鋼の溶接に
適用して始めて得られるものであつて、従来のキ
ルド鋼に用いると脱酸過剰となり、良好な低温靭
性が得られない。 本発明で用いるフラツクスに添加する上記脱酸
剤は単体又は合金で添加するものであり、Mgは
金属Mg、Al−Mg、Alは金属Al、Fe−Al、Al−
Mg等、CaはCa−Si等で添加する。REMは原子
番号57〜71番のランタニド系の元素でランタン、
セリウムが一般的であり、単体又はレアアースカ
ルシウムシリコン（ランタン、セリウムを含有す
るCa−Si合金）等で添加する。 以上、本発明法に用いるフラツクスおよびワイ
ヤの必須成分について説明したが、フラツクスの
その他の成分は、目的に応じて通常フラツクス成
分として用いられるMgO、CaO、Al2O3、SiO2
等の金属酸化物、CaF2、AlF3等の金属弗化物、
CaCO3、MgCO3のような金属炭酸塩、Si、Mnの
如き脱酸剤あるいはNi、Mo、Crのような合金剤
を適宜添加する。この場合MgO、CaOは高温基
性成分として溶接金属の低酸化に有効であり、フ
ラツクス全体に対しMgO10〜35％、CaO5〜20％
が適当である。Al2O3は高耐火性でビードの整形
に作用し、かつスラグ剥離性にも有効であり、10
〜50％の範囲で添する。SiO2はスラグの粘性を
調整し同じくビード形の改善、均一化に有効であ
り、８〜25％添加する。CaF2、AlF3のような弗
化物はフラツクスの融点調整および溶接金属の低
酸素化に有効であり、５〜25％が適正である。 CaCO3、MgCO3のような金属炭酸塩は溶接過
程で分解し、アーク雰囲気中にCOガスを供給す
るため、アーク雰囲気中の水素分圧を低下させ溶
接金属中の水素を低減する効果がある。金属炭酸
塩の添加量はCO2相当量で１〜８％が適当であ
る。Siは脱酸剤としてばかりでなくビード表面の
ポツクマーク防止、表面の平滑化等にも有効で５
％以下添加する。Mnは脱酸作用と共に溶接金属
の強度を低下させる効果を有し、５％以下添加す
る。Ni、Cr、Mo等も合金剤としてそれぞれ５％
以下の範囲で添加してもよい。 なお、本発明におけるフラツクスは焼成形フラ
ツクスである事が必要であるが、これはフラツク
ス中にCa、Mg、AlあるいはREMのような脱酸
剤を添加するため、これらが製造過程において酸
化消耗しないよう600℃以下の比較的低温で処理
される焼成形フラツクスの形をとるためである。 次に本発明に用いるワイヤのTi、Ｂ以外の成
分は目的に応じて適宜選択するものであるが、低
温用材料である事から、各成分の望ましい範囲と
しては、C0.18％以下、Si0.80％以下、Mn0.4〜
2.5％、Ｐおよび0.020％以下、N0.0070％以下、
その他目的の強度、靭性に応じてNi5％、Cr2.0
％以下、Mo0.7％以下を添加してもよい。 〔実施例〕 まず第１表に示すＦ−１〜Ｆ−10の10種類の焼
成型フラツクスを作製した。 フラツクスの原料粉を均一に混合した後、水ガ
ラスで造粒し、その後500℃×2hrの条件で焼成を
行い、フラツクスとした。 フラツクスの粒度は12×100メツシユに調整し
た。 次に第２表に示すＷ−１〜Ｗ−７の７種類の成
分のワイヤを作成した。第２表に示す成分は銅メ
ツキを施す前の分析値である。 ワイヤ径は4.8mmφ又は6.4mmφとした。 以上のフラツクスおよびワイヤを組み合わせて
第５表に示すNo.１〜No.14の14種類の溶接を実施し
た。この場合の供試鋼板、溶接条件および開先形
状はそれぞれ第３表、第４表および第１図に示す
ものであり、これらの組み合わせは第５表左欄に
示す。第５表左欄において、No.１〜No.８は本発明
例、No.９〜No.14は本発明の効果を明らかにするた
めの比較例である。 又、溶接条件のうちＣ−１は両面多層溶接、Ｃ
−２は２電極による両面１層溶接、Ｃ−３は３電
極による片面１層溶接である。片面溶接の裏当法
としてはフラツクス−銅バツキング法を用い、裏
当フラツクスはCaO−MgO−SiO2系専用フラツ
クスを用いた。 これらの溶接において得られた溶接金属の衝撃
値および引張試験結果を第５表右欄に示す。 衝撃試験は第２図ａ，ｂに示すような位置
（C1＝１／４ｔ）よりＶノツチシヤルピー試験片１ （JISZ 3112 ４号）を採取し、又同図に示す如く
引張試験片２も同様な位置よりビード方向に平行
にJIS Z2201 10号に基いて採取した。なお、第
２図においてｔは板厚を示す。 以上の結果、No.１〜No.８は本発明効果に基き優
れた低温靭性の溶接金属が得られたが、No.９〜No.
14は比較例で第５表の靭性劣化理由欄に示した理
由により靭性が劣化した。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
以上、実施例においても実証した如く、新しく
開発されたCa、Mg、Zr、AlおよびREMからな
る群から選択された１種又は２種以上の元素の合
計が0.01％以下であるTi脱酸鋼に対し、従来の
Ti−Ｂ系溶接材料を適用すると著しく靭性が劣
化するのに対し、本発明法を用いれば優れた低温
靭性の溶接金属を得る事が出来る。
開発されたCa、Mg、Zr、AlおよびREMからな
る群から選択された１種又は２種以上の元素の合
計が0.01％以下であるTi脱酸鋼に対し、従来の
Ti−Ｂ系溶接材料を適用すると著しく靭性が劣
化するのに対し、本発明法を用いれば優れた低温
靭性の溶接金属を得る事が出来る。
第１図ａ，ｂ，ｃは本発明実施例に用いた開先
形状を示す正面図、第２図ａ，ｂは本発明実施例
において実施した衝撃試験および引張試験に用い
た試験片の採取位置を説明するための正面図であ
る。 １……シヤルピー試験片、２……引張試験片。
形状を示す正面図、第２図ａ，ｂは本発明実施例
において実施した衝撃試験および引張試験に用い
た試験片の採取位置を説明するための正面図であ
る。 １……シヤルピー試験片、２……引張試験片。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ca、Mg、Zr、AlおよびREMからなる群か
ら選択された１種又は２種以上の元素の合計が
0.01％（重量％）以下のTi脱酸鋼を溶接するため
のサブマージアーク溶接法であつて、下記(1)、(2)
式を満足するワイヤと、同じく下記(1)、(2)式を満
足しかつ全重量に対しCa、Mg、AlおよびREM
からなる群から選択された１種又は２種以上の元
素を合計で0.05〜３％含有する焼成型フラツクス
とを組み合わせて行うことを特徴とするサブマー
ジアーク溶接法。 0.03≦0.01×（TiO2）F＋0.1×（Ti）F ＋３×〔Ti〕W≦0.45 ……(1) 0.01≦0.15×（B2O3）F＋６×〔Ｂ〕W≦0.10 ……(2) 但し、（TiO2）F：フラツクス中のTiO2含有量
（％） （Ti）F：フラツクス中のTi含有量（％） （B2O3）F：フラツクス中のB2O3含有量（％） 〔Ti〕W：ワイヤ中のTi含有量（％） 〔Ｂ〕W：ワイヤ中のＢ含有量（％）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2197087A JPS63188491A (ja) | 1987-02-02 | 1987-02-02 | サブマ−ジア−ク溶接法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2197087A JPS63188491A (ja) | 1987-02-02 | 1987-02-02 | サブマ−ジア−ク溶接法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63188491A JPS63188491A (ja) | 1988-08-04 |
| JPH0331557B2 true JPH0331557B2 (ja) | 1991-05-07 |
Family
ID=12069899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2197087A Granted JPS63188491A (ja) | 1987-02-02 | 1987-02-02 | サブマ−ジア−ク溶接法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63188491A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI851193B (zh) * | 2023-05-09 | 2024-08-01 | 中國鋼鐵股份有限公司 | 銲線與其製造方法 |
-
1987
- 1987-02-02 JP JP2197087A patent/JPS63188491A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63188491A (ja) | 1988-08-04 |
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