JPH04309491A - 耐火鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築、土木および海洋
構造物の分野において、使用される耐火鋼を溶接するガ
スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する
もので、さらに詳しくは６００℃での高温耐力に優れ、
靭性も良好な溶接金属を得ることができると共に、耐候
性をも有するガスシールドアーク溶接用フラックス入り
ワイヤに係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】建築、土木及び海洋構造物の分野におけ
る各種構造物用フラックス入りワイヤは、軟鋼及び高張
力鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳＺ３３
１３）、耐候性鋼用炭酸ガスアーク溶接フラックス入り
ワイヤ（ＪＩＳ　　Ｚ３３２０）が広く使用されている
。 例えば特公昭５９−４４１５９号公報、特開昭５９−６
４１９５号公報、特公昭６３−７８７９号公報にはチタ
ニア系のワイヤが開示されている。また特公昭６４−２
４１２４号公報、特開昭５２−１２５４３７号公報等に
示されるように金属弗化物を主成分としたワイヤが開示
されている。

【０００３】ところで各種構造物のうち、特に生活に密
着したビルや事務所及び住居などの建築物に前記溶接ワ
イヤを用いて構築した溶接部は、火災における安全性を
確保するため十分な耐火被覆を施こすことが義務付けら
れており、建築関係諸法令では、火災時に溶接部温度が
３５０℃以上にならぬように規定されている。

【０００４】これは３５０℃程度で耐力が常温時の６０
〜７０％に低下し建築物の倒壊を引き起こす恐れがある
ためである。このため溶接部の表面にスラグウール、ロ
ックウール、ガラスウール、アスベストなどを基材とす
る吹き付け材やフェルトを展着するほか、防火モルタル
で包被する方法及び前記断熱材層の上に更に金属薄膜即
ちアルミニウムやステンレス、スチール薄板等で保護す
る方法など耐被覆を入念に施し、火災時における熱的損
害を防止するようにしている。そのため溶接材料価格そ
のものより耐火被覆施工費が高額になり、建築コストが
大幅に上昇することを避けることができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように建築物に
周知のワイヤを利用する場合、価格は安いが高温特性が
低いため無被覆や軽被覆で利用することができず、割高
な耐火被覆を施さねばならないため建設コストが高くす
るとともに、建築物の利用空間を狭くし、経済効率を低
下させているという課題がある。

【０００６】一方モリブデン鋼及びクロムモリブデン鋼
マグ溶接フラックス入りワイヤ、（ＪＩＳ　　Ｚ３３１
８）に示された耐熱鋼用ワイヤによれば、高温特性は良
好であるが価格が非常に高く、溶接施工面での利用が困
難である。

【０００７】また近年建築物の高層化が進み、設計技術
の向上とその信頼性の高さから耐火設計について見直し
が行なわれ、昭和６２年建築物の新耐火設計法が制定さ
れるに至り、前述の３５０℃の温度制限によることなく
溶接部の高温強度と建物に実際に加わる荷重により、耐
火被覆の能力を決定できることも可能となった。しかし
ながら耐火性能の優れた溶接金属が得られるワイヤは現
在はない。６００℃での高温特性が優れ、かつ衝撃靭性
も良好で、耐候性をも有する溶接金属が得られるワイヤ
を開発するとともに近年建築物の高層化に伴って溶接部
の疲労の問題が取り上げられており、本発明者らはこれ
らの問題を解決すべく研究を進めた結果、フラックス組
成の組合せにより解決できることを見い出した。本発明
の目的は耐火性能と疲労強度を向上できる溶接金属が得
られるフラックス入りワイヤを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、鋼製外
皮の腔部にワイヤ全重量に対してＴｉＯ２　：０．５〜
２．４％（ｗｔ％：以下同じ）、ＳｉＯ２　：０．３〜
３％、ＺｒＯ２　：０．５〜４％、ＭｇＯ：０．５〜３
％、鉄酸化物：ＦｅＯ換算で０．５〜３％、脱酸剤：１
．０〜６．０％を含有するフラックスを充填してなるガ
スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて
鋼製外皮と充填フラックスの一方または両方においてワ
イヤ全重量に対してＭｏ：０．１０〜０．５０％、Ｎｂ
：０．００５〜０．０２５％を含有し、（０．５Ｍｏ＋
１０Ｎｂ）が０．１〜０．４％であることを特徴とする
耐火鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤである。更に本発明は付加成分としてＴｉ：０．０５
〜０．３５％、Ｂ：０．００５〜０．０１５％の一種ま
たは二種を鋼製外皮と充填フラックスの一方又は両方に
含有してなり、必要により付加成分としてＣｕ：０．２
０〜０．６０％、Ｃｒ：０．３０〜０．７５％、Ｎｉ：
０．０５〜０．７０％の一種又は二種以上を鋼製外皮と
充填フラックスの一方又は両方に含有してなる耐火鋼用
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである
。

【０００９】

【作用】現在開発されている耐火鋼材は６００℃での高
温耐力が常温時の７０％以上となるよう成分設計され製
造されているので、溶接部もこの耐火鋼材の高温耐力値
以上を有すれば建築物全体からみても経済的であり、高
価な金属元素の添加量が微量ですみかつ、溶接部の耐火
被覆を薄くすることが可能になる。また火災荷重が小さ
い場合は、無被覆で使用することができる。本発明はこ
のような条件に合致する耐火性能の優れた溶接部が得ら
れるワイヤを開発した。

【００１０】ここで本発明に係る特徴的な成分元素とそ
の添加量について説明する。本発明の特徴は、小量のＭ
ｏとＮｂを複合添加し（０．５Ｍｏ＋１０Ｎｂ）の和を
０．１〜０．４％に限定することにある。Ｎｂ，Ｍｏは
微細な炭窒化物を形成し、さらにＭｏは固溶体強化によ
って高温強度を増加させるが、Ｍｏ単独添加では６００
℃という高温領域においては十分な耐力を得ることは難
しい。

【００１１】本発明者らは各種試作ワイヤによる試験研
究の結果、該高温領域における耐力増加にはＮｂとＭｏ
を複合添加させることが極めて有効であることを見いだ
した。しかし、ＮｂとＭｏ量が多すぎると溶接性が悪く
なるとともに靭性が劣化するのでＮｂ，Ｍｏ含有量の上
限はそれぞれ０．０２５％，０．５０％とする必要があ
り、また下限は複合効果か得られる最小量としてはそれ
ぞれ０．００５％，０．１０％を含有せしめる。

【００１２】Ｎｂ，Ｍｏ量は前述する範囲内において（
０．５Ｍｏ＋１０Ｎｂ）の和が０．１〜０．４％の場合
に６００℃での高温耐力が耐火鋼材と同等かそれ以上の
強度を示すとともに衝撃靭性が良好になるので（０．５
Ｍｏ＋１０Ｎｂ）の和を０．１〜０．４％の範囲に限定
した。Ｎｂ，Ｍｏの添加方法は外皮、フラックスの一方
又は両方に添加しても良い。なお高温強度を高めるため
にはＭｏを利用することは従来の耐熱鋼用ワイヤでは知
られているが、建築用に用いるワイヤとして微量Ｍｏに
加えてＮｂを複合添加した耐火鋼溶接用フラックス入り
ワイヤは知られていない。

【００１３】つぎに前記ワイヤに加えてＴｉ，Ｂを添加
する理由を説明する。ＴｉはＴｉ酸化物を形成し溶接金
属のミクロ組織を微細化し靭性改善に有効であるが、０
．０５％未満ではこの効果は望めず下限を０．０５％と
する。また０．３５％を超えると靭性を著しく損なうの
で上限を０．３５％とする。

【００１４】Ｂは強力な脱酸性耐火物生成元素であるか
ら、これをワイヤに添加することによって溶接金属にお
ける結晶核生成作用が促進され、柱状晶の成長が阻止さ
れることにより結晶粒は微細化する。又、溶接金属の焼
入れ性を高める効果が有り、このような効果を得るため
には最小限０．００５％のＢ量が必要でそれ未満では効
果がなく、多すぎると溶接金属に高温割れが発生し易く
なるので上限を０．０１５％とする。なお、Ｔｉ，Ｂも
Ｎｂ，Ｍｏと同様に外皮、フラックスの一方又は両方に
添加しても良い。

【００１５】以上が耐火性能を向上させる手段であるが
、本発明者らは更に耐火被覆しない無被覆で使用するこ
と（利用分野の拡大）を考え、耐候性を合せ持つことが
できないか検討した。その結果、耐候性鋼用炭酸ガスア
ーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ　　Ｚ３３２０
）のＰ，Ｗタイプの成分範囲であれば溶接のままでの強
度はやや高いものの、本発明の目的である６００℃での
高温特性は十分満足することが確認できた。従ってＣｕ
：０．２０〜０．６０％、Ｃｒ：０．３０〜０．７５％
、Ｎｉ：０．０５〜０．７０％の一種または二種以上を
鋼製外皮と充填フラックスの一方又は両方に含有させる
ことができる。なお、Ｃｕはワイヤ表面のメッキ成分と
して添加することもできる。

【００１６】本発明では上記特性を踏まえ各成分の含有
率を下記のように定めた。 ＴｉＯ２　：０．５〜２．４％ ＴｉＯ２　はアーク安定剤として有効な成分であるとと
もに生成したスラグによりビード形状を改善する効果が
ある。０．５％未満では上記効果が得られない。一方２
．４％を超えて添加するとアークは安定であるがスラグ
の粘性が過大となり、本発明の特徴の一つである溶接部
の疲労強度向上するビード止端部のなじみ性が劣化する
。 従ってＴｉＯ２　の添加量は０．５〜２．４％の範囲と
する。なお、ＴｉＯ２　源としては、ルチール、チタン
スラグ、イルミナイト等がある。

【００１７】ＳｉＯ２　：０．３〜３％ＳｉＯ２　はス
ラグの粘性を調整するとともにビード形状を改善する。 しかし０．３％未満ではこれらの効果が得られない。一
方３％を超えて添加するとスラグの流動性が悪くなりビ
ード形状も劣化させる。従ってＳｉＯ２　量は０．３〜
３％の範囲とする。なお、ＳｉＯ２　源としては珪砂、
長石、ジルコンサンド、珪灰石等がある。

【００１８】ＺｒＯ２　：０．５〜４％ＺｒＯ２　はス
ラグの凝固点を高めると共にスラグの焼付きを防止し、
スラグはくり性を改善しビードに光沢を与える効果があ
る。しかし、０．５％未満では上記効果がなく、一方４
％を超えて添加するとスラグの粘性が過大となりビード
形状を悪化させる。従ってＺｒＯ２　の添加量は０．５
〜４％の範囲とする。なお、ＺｒＯ２　源としてはジル
コンサンド、ジルコン等がある。

【００１９】ＭｇＯ：０．５〜３％ ＭｇＯは本発明の特徴の一つである疲労強度向上に対し
て水平すみ肉溶接におけるビード形状、特にビード止端
部の形状を平滑化する効果がある。０．５％ではビート
形状の改善効果がなく３％を超えて添加するとスラグの
被包性が悪化し、ビード形状を悪くする。従ってＭｇの
添加量は０．５〜３％の範囲とする。ＭｇＯ源としては
、マグネシヤクリンカー、オリビンサンド、電融マグネ
シヤ、タルク等がある。

【００２０】鉄酸化物：０．５〜３％（ＦｅＯ換算）鉄
酸化物はＭｇＯと同様に水平すみ肉溶接におけるビード
形状、特にビード止端部の形状を平滑化する効果がある
。０．５％未満では上記効果が得られず、一方３％を超
えて添加すると脱酸剤として添加するＳｉ，Ｍｎ等と反
応して脱酸不足を生じて溶接金属中にブローホール等の
欠陥を発生させる。従って鉄酸化物の添加量はＦｅＯ換
算で０．５〜３％の範囲とする。鉄酸化物としてはミル
スケール、ヘマタイト、フェライト化合物等がある。

【００２１】脱酸剤：１．０〜６．０％脱酸剤はその名
の通り脱酸作用によって溶接金属中の非金属介在物を減
少し溶接金属の物性を高めるのに有効な成分であり、代
表的なものとしてＳｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｍｇ等の金属ある
いはこれらの鉄合金が挙げられる。脱酸剤がワイヤ全重
量に対して１．０％未満では脱酸不足となってＸ線性能
が悪くなるので下限を１．０％とした。 又、６．０％を超えると脱酸過剰となって溶接金属の靭
性及び耐割れ性が低下するので上限を６．０％とした。

【００２２】以上が必須成分であるが、溶接能率の向上
を目的として鉄粉を添加する。又、アーク安定剤として
はアーク中で電離しやすい物質、例えばＬｉ，Ｎａ，Ｋ
，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ等の酸化物、弗化物、炭酸塩等を必
要に応じて添加することができる。

【００２３】本発明ではフラックスの充填率をワイヤ全
重量に対して８〜２５％の範囲が好ましい。８％未満で
は十分な量のスラグ生成剤を含ませることができず良好
な溶接作業性を得ることができない。一方２５％を超え
ると逆にスラグ量が過剰となって溶接作業性を劣化させ
るとともにワイヤ製造時に断線等のトラブルが多発する
。

【００２４】ワイヤ断面形状には何の制限もなく、２ｍ
ｍφ以下に細径の場合は比較的単純な円筒状のものが又
、２．４〜３．２ｍｍφ程度の太径のワイヤの場合は鞘
材を内部に複雑に折り込んだ構造のものが一般的である
。又シームレスワイヤにおいては表面にＣｕ等のメッキ
処理を施すことも有効である。

【００２５】

【実施例】表１に試験に用いた代表的な耐火鋼材を、表
２に試験に用いた鋼製外皮成分を、表３に耐火鋼溶接用
フラックス入りワイヤの成分構成を、表４に溶接作業性
と機械的性能の調査結果を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】

【表６】

【００３２】

【表７】

【００３３】Ｎｏ．１〜１５は本発明例で、Ｎｏ．１６
〜２３が比較例である。いずれのワイヤも１．２ｍｍφ
に仕上げ溶接作業性の調査要領は、鋼種ＪＩＳＳＭ４０
０Ｂ　　１２．７ｔを用い水平すみ肉溶接で実施し、溶
接条件は電流２７０Ａ、電圧３０Ｖ、シールドガスＣＯ
２　１００％でビート止端部の形状により評価した。機
械的性能の調査要領は、板厚２０ｍｍの表１に示す鋼板
を用い開先はＪＩＳ開先、溶接条件は前述の溶接作業性
調査要領の条件と同じにした。

【００３４】表４の調査結果からも明らかなように、本
発明ワイヤＮｏ．１〜１５はすべて良好な常温及び高温
強度を有すると共に、衝撃靭性も高い値を示し溶接作業
性も良好である。これに対し比較例ワイヤＮｏ．１６は
ワイヤ成分の構成でＴｉＯ２　量とＭｏ量が本発例外で
溶接作業性が劣るとともに６００℃での高温耐力が低い
。Ｎｏ．１７はＦｅＯとＮｂ量が多すぎて溶接作業性と
靭性が悪い。Ｎｏ．１８はＭｇＯ量が不足して溶接作業
性が劣る。 Ｎｏ．１９は本発明の必須成分であるＮｂが添加されて
いないため高温耐力が不足している。Ｎｏ．２０，２１
は高温耐力、靭性は良好であるがＴｉＯ２　やＳｉＯ２
　量が過剰で溶接作業性の点で劣る。Ｎｏ．２２はＭｏ
量が本発明外で高温耐力が得られない。Ｎｏ．２３はフ
ラックス中のスラグ剤が不足して溶接作業性の点で劣る
。このように本発外であるワイヤは高温耐力が不足し、
衝撃靭性も低く、溶接作業性が劣り耐火鋼用ワイヤとし
ては不適である。

【００３５】

【発明の効果】本発明に従い、鋼製外皮と充填フラック
スの一方又は両方にＭｏ，Ｎｂを複合添加することによ
り得られる溶接金属の高温特性を改善でき、又これに加
えてＴｉ，Ｂを添加することにより、溶接金属の衝撃靭
性をも向上させることができる。更にＮｉ，Ｃｒ，Ｃｕ
を添加することにより、溶接金属に耐候性を付与するこ
とができ、耐火被覆せずに無被覆で使用できるとともに
、充填フラックス組成の組合せにより上記特性に加えて
すみ肉溶接部の止端のビード形状の平滑化が達成された
ことにより、溶接部の疲労強度が向上でき、溶接施工時
の溶接作業性も良好で溶接部への耐火施工にかかるコス
トを大幅に引き下げることが可能である。従って、本発
明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは
産業上極めて有用である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋼製外皮の腔部にワイヤ全重量に対し
   て、 ＴｉＯ２　：０．５〜２．４％、 ＳｉＯ２　：０．３〜３％、 ＺｒＯ２　：０．５〜４％、 ＭｇＯ　　：０．５〜３％、 鉄酸化物：０．５〜３％（ＦｅＯ換算）、脱酸剤：１．
   ０〜６．０％、 を含有するフラックスを充填してなるガスシールドアー
   ク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮と充
   填フラックスの一方または両方においてワイヤ全重量に
   対して、 Ｍｏ：０．１０〜０．５０％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０２５％、 を含有し、（０．５Ｍｏ＋１０Ｎｂ）が０．１〜０．４
   ％であることを特徴とする耐火鋼用ガスシールドアーク
   溶接用フラックス入りワイヤ。
2. 【請求項２】　　付加成分として、 Ｔｉ：０．０５〜０．３５％、 Ｂ　　：０．００５〜０．０１５％、 の一種または二種を鋼製外皮と充填フラックスの一方ま
   たは両方にさらに含有してなる請求項１に記載の耐火鋼
   用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
3. 【請求項３】　　付加成分として、 Ｃｕ：０．２０〜０．６０％、 Ｃｒ：０．３０〜０．７５％、 Ｎｉ：０．０５〜０．７０％、 の一種または二種以上を鋼製外皮と充填フラックスの一
   方または両方にさらに含有してなる請求項１または２記
   載の耐火鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入り
   ワイヤ。