JPH0462837B2

JPH0462837B2 -

Info

Publication number: JPH0462837B2
Application number: JP29455985A
Authority: JP
Inventors: Isao Nagano; Kunihide Yamane
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1992-10-07
Also published as: JPS62156097A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、溶接作業性および低温じん性の良好
な低水素系被覆アーク溶接棒に関するものであ
る。〔従来の技術〕近年、エネルギー資源開発の寒冷地化、深海化
を背景に溶接構造物は大型化、高性能化が進み溶
接継手に対する要求が一段と厳しくなり、貯蔵タ
ンクあるいは海洋構造物等はとりわけ低温じん性
の良好なことが必要である。この様な状況の中で
従来、低温じん性の良好な溶接継手を得るために
0.5％Niから3.5％Niまでの低水素系低Ni系溶接
棒が用いられてきた。例えば特開昭58−138591号
公報に示されるようにMgCO₃−CaF₂系の被覆剤
にSiCを添加することにより、耐ピツト性、ビー
ド形状およびビード外観が良好で溶接作業性のす
ぐれた低水素系被覆アーク溶接棒が知られてい
る。しかしながらこの溶接棒は作業性に重点をお
いて設計されているために低温におけるじん性を
確保するためには、比較的低溶接入熱で溶接して
溶接金属の組織を細粒化して高じん化を計るとい
う非能率的な施工法をとらなければならず、しか
も低溶接入熱に起因して母材の熱影響部が硬化す
るという問題点も生じてくる。さらにまた、じん
性を得るためのNiは高価であり溶接棒がコスト
高となり経済的でない欠点もある。一方、通常の溶接入熱で溶接して低温じん性の
良好な継手が得られる低水素系被覆アーク溶接棒
として特公昭60−5397号公報に示されるように
CaCO₃−CaF₂系の被覆剤にTiおよびB₂O₃を添加
することにより溶接金属中に適当量のTiとＢを
含有させて主にTiとＢの効果で溶接金属の組織
の均一細粒化を計つて低温じん性を良好ならしめ
たものがある。しかし、この溶接棒は溶接作業性が悪く、特に
水平すみ肉溶接ではビード形状が凸になるなどの
欠点がある。さらに本発明者等は、良好な低温じん性を得
て、かつビード形状の凸状化防止対策に関してさ
きに特開昭59−4997号の発明を開示した。これは
主にTiO₂、炭酸塩、弗化物の量を規制すること
によりビード外観、ビード形状を改良したもので
かなりの効果をみているが、この方法は被覆剤を
高塩基性寄りにする必要があるため必ずしも溶接
作業性（耐アンダーカツト性、スラグ剥離性）に
おいて十分満足できる結果が得られない面を残し
ている。〔発明が解決しようとする問題点〕本発明は、低温じん性の良好な溶接金属が得ら
れ、しかもビード形状、ビード外観おび溶接作業
性がすぐれた低水素系被覆アーク溶接棒を提供す
るものである。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、前述の実情に対して種々の研究を重
ねた結果、開発された低水素系被覆アーク溶接棒
であつて、その要旨とするところはチタン酸化物
をTiO₂に換算して13〜23重量％、Ti、Si、SiC、
Mg、Alの一種以上の合計を0.1〜８重量％、硼素
の酸化物または硼素の酸化物の化合物をB₂O₃に
換算して0.05〜２重量％、MgCO₃4〜18重量％、
金属弗化物0.1〜17重量％、SiO₂1〜15重量％、
MgO9〜22重量％、Mn1〜10重量％、鉄粉10〜50
重量％を含有し、かつSiO₂含有率をＹ（重量％）、
Ti＋Si＋SiC＋Mg＋Alで計算される脱酸剤含有
率をＸ（重量％）としたとき５≦Ｙ＋2X≦16なる
条件を満足し、更にNi0.5〜6.5重量％を含む被覆
剤に粘結剤を添加し、鋼心線に塗装してなる低水
素系被覆アーク溶接棒にある。本発明の特徴はCO₂源に主としてMgCO₃を用
い（CaCO₃、MnCO₃等他の炭酸塩との併用も考
慮する）これにTiO₂、MgOおよびSiO₂を適量添
加することにより溶接作業性、ビード形状、ビー
ド外観を良化し、且つ硼素酸化物および硼素酸化
物の化合物にさらにTi、Si、SiC、Mg、Alの一
種以上を適量添加することによつて溶接金属中に
Ti、Ｂが一様に固溶され細粒の均一組織となつ
て、その溶接金属の低温じん性を著しく高めるも
のである。すなわち、MgCO₃−CaF₂系被覆剤は
CaCO₃−CaF₂系被覆剤に比べてSiO₂を多量に添
加しており酸性寄りになつているため、前述のご
とく溶接作業性は良好である。しかしながら、この被覆剤に強脱酸剤である
Ti、Si、SiC、Mg、Alの一種以上を添加するこ
とによりSiO₂が還元され溶接金属中のSi量が多
くなりじん性を劣化させてしまうという欠点があ
る。この現象を防止するために本発明者等は前述
の様な知見に基づき、SiO₂とTi、Si、SiC、Mg、
Alの関係を広範にわたつて比較検討したところ、
第１図に示される(B)の範囲に限定することによつ
て本発明の目的に合致し得る低温じん性の良好な
溶接金属が得られ、しかもビード形状、ビード外
観および溶接作業性が優れた性能を有する低水素
系被覆アーク溶接棒が得られるのである。以下本発明について詳細に述べる。〔作用〕チタン酸化物としてはルチール、イルミナイ
ト、砂鉄、チタンスラグなどが用いられるが、ス
ラグ生成およびスラグの粘性を調整しスラグの被
包性を高める機能のほか、強脱酸剤であるSi、
Mg、Al、Ti、SiCの一種以上によつて溶接金属
中にTiを還元させるために添加するのであつて、
TiO₂換算値で13重量％未満ではその効果がなく、
23重量％を超えて添加するとスラグの流動性が増
大してスラグが先行しビード形状が劣化するので
13〜23重量％の範囲が適当である。 Ti、Si、SiC、Mg、Alは強力な脱酸作用を有
しており酸化物を還元する。Tiを除くSi、SiC、
Mg、Alを被覆に添加することによりTiそのもの
を被覆中に添加しなくてもチタン酸化物が還元さ
れて溶接金属中に適量のTiを存在させることが
できる。またTiは脱酸のほか溶接金属中のＢと
の関係で低温じん性を向上させるために添加する
ものであり、Ti、Si、SiC、Mg、Alの一種以上
の合計が0.1重量％未満ではその効果がなく、８
重量％を超えて添加するとスラグの流動性が悪く
なつてビード形状が劣化したり溶接金属が硬化し
低温じん性が劣化するので0.1〜８重量％の範囲
が適当である。なお、Ti、Si、Mg、AlはFe−
Ti、Fe−Si、Si−Mn、Al−Mgなどで添加され
る。硼素の酸化物または硼素の酸化物の化合物は、
溶接金属にＢを供給し、あわせて溶接金属中の
Tiとの関係で低温じん性を向上させるために添
加するものである。B₂O₃のような酸化された形
で被覆から添加する理由は、Fe−ＢなどのＢ合
金から溶接金属に添加すると偏析が生じ安定した
低温じん性が得られない場合があるためであり、
B₂O₃からＢを還元して溶接金属に添加すること
により一様にＢを分布させることができるため溶
接金属の組織の均一化が計れるのである。この場
合、硼素の酸化物または硼素の酸化物の化合物は
粘結剤である水ガラス中に添加して撹拌し、一様
に分散もしくは溶解させて被覆剤中に含有せしめ
ても同効果が得られることを確めている。硼素の
酸化物または硼素の酸化物の化合物の添加が
B₂O₃として0.05重量％未満であると溶接金属中
のＢが少なく低温じん性の向上には効果がなく、
２重量％を超えて添加すると溶接金属中のＢが多
くなり高温割れを生じ易くなり、低温じん性も低
下する。なお、ここでいう硼素の酸化物または硼
素の酸化物の化合物とは、硼砂、無水硼砂、天然
硼砂、灰硼石、カーン石などをさす。 MgCO₃は、ガス発生剤として作用し、溶接金
属を大気から保護する効果を与えるものであり、
MgCO₃が４重量％未満ではシールド不良が生じ
ピツトやブローホールが発生し易くなると共に窒
素ガスの吸収によつて溶接金属の低温じん性が低
下する。一方、18重量％を超えて添加するとアー
クが不安定になつてアーク切れを生じることがあ
るほか、スラグの粘性が増大してビード形状が凸
状になる。なお、CaCO₃、SrCO₃、MnCO₃は、
MgCO₃に準ずる作用を有するので、MgCO₃の一
部をこれらのもので代替すなわち、MgCO₃とこ
れらのものを併用しても相応の効果が得られる。金属弗化物は溶接金属の拡散性水素量を減少さ
せると共に、ピツトやブローホールの発生を防止
する作用があり、金属弗化物が0.1重量％未満で
は前記の機能が有意に発揮されず、拡散性水素量
の増大によつて耐割れ性が低下し、錆、油脂、ペ
イント等によるピツトやブローホールが発生し易
くなる。一方、17重量％を超えて添加するとアー
クが不安定になるほか、スラグの流動性が過大に
なつてビード形状が劣化する。ここでいう金属弗
化物とは、CaF₂、Na₃AlF₆、MgF₂、AlF₃など
をさす。 SiO₂はスラグ生成剤および粘性調整剤として
の作用があり、特に粘性に大きな影響を与える成
分で１重量％未満ではスラグの流動状態が不安定
になつてビード外観が悪化したり、ビード形状が
凸形になる。一方、15重量％を超えて添加すると
スラグが硬くなり剥離が著しく困難になるほか、
酸性酸化物であるために塩基度が大幅に低下し溶
接金属のじん性が劣化する。 MgOはスラグ生成剤および粘性調整剤として
の作用があり、スラグの被包性を向上させる。９
重量％未満では前記の効果が有意に発揮されず、
スラグの粘性不足によつてアンダーカツトが発生
する。一方22重量％を超えて添加するとスラグの
粘性が増大して被包性が劣化しビード形状が凸形
になる。 Mnは金属マンガンあるいはフエロマンガン等
として添加され、脱酸剤あるいは合金剤として機
能のほか、溶接時のアークの強さ、およびアーク
の広がりを確保するために添加するが、１重量％
未満では溶接金属の機械的性質を十分に改善でき
ない。一方10重量％を超えて添加すると高温割れ
が発生するので好ましくない。鉄粉はアーク安定性が向上すると共に溶着金属
量の増大によつて溶接能率を高めることができる
が、10重量％未満では溶接量が不足してビード伸
びが悪くなると共に溶接能率が悪い。一方50重量
％を超えて添加するとアークの広がりが阻害さ
れ、かつスラグの被包性が損なわれてビード形状
が凸形になる。次にSiO₂と強脱酸剤であるTi、Si、SiC、Mg、
Alの添加量を特定することが不可欠の要件であ
るが、適当なビード形状、ビード外観を確保し、
かつ良好な溶接金属の低温じん性を得るために
は、溶接金属中のSi量を考慮すべきであることが
確認された。即ち、第２図に溶接金属のvTrsに
およぼすSiの影響を調査した結果を示す。これに
よると溶接金属のSiが0.13〜0.38％の範囲におい
て低温じん性が大幅に改善できることが明らかで
ある。そこで、本発明者等は前記の知見によりSiO₂
と強脱酸剤であるTi、Si、SiC、Mg、Alとの量
的均衡の適正範囲を確認すべく検討した結果、
SiO₂含有率をＹ（重量％）とし、また強脱酸剤含
有率のＸ（重量％）はＸ＝Ti＋Si＋SiC＋Mg＋Al
としたとき５Ｙ＋2X16 ……(1) を満足する必要がある。第１図は(1)式の条件と前
記SiO₂と強脱酸剤の各条件を一つにまとめて表
示したグラフであつて、同図中のＡ部はSiO₂と
強脱酸剤がいずれも上限値以下という条件を満足
するが、Ｙ＋2X＞16になつて(1)式を満足しない
領域である。同図中Ｂ部は全ての条件を満足する
領域である。同図中Ｃ部はSiO₂と強脱酸剤がい
ずれも下限値以上という条件を満足するが、Ｙ＋2X＜５となつて(1)式を満足しない領域を
夫々示す。すなわち、同図中Ｂ部においては低温じん性の
良好な溶接金属が得られるだけでなく、ビード形
状、ビード外観および溶接作業性が極めて良好で
ある。ところが同図中Ａ部はＹ＋2X＞16の領域
であり、スラグが酸性寄りになつて溶接作業性は
良好になるが、SiO₂が過剰に還元されて溶接金
属中のSi量が0.38％を超えてしまい低温じん性が
劣化するという欠点がある。他方同図中Ｃ部はＹ
＋2X＜５の領域であり、スラグの塩基性が高く
なつて溶接作業性が劣化すると共に、溶接金属中
のSi量が0.13％未満になつてしまい低温じん性も
劣化して所期の目的が達成されなくなる。 Niは溶接金属の強度、じん性を補充するため
に添加され、0.5重量％未満ではこれらの効果が
有効に発揮されない。しかしこれらの効果は6.5
重量％で飽和状態に達し、それ以上含有させても
じん性はほとんど向上せず、かえつて溶接作業性
が低下する。前記した各成分を配合した被覆剤
は、水ガラスなどの粘着剤を用いて鋼心線に通常
の溶接棒製造工程により塗装、乾燥などを行なつ
て製造することができるものである。なお、本発明溶接棒に用いられる鋼心線とは
JIS Ｇ 3523の１種１号に相当する心線をさす。次に実施例に基づいて本発明の効果をさらに具
体的に述べる。〔実施例〕第１表、第２表に示すように各種成分組成の被
覆剤に適量の水ガラスを混入し、これを５mmφ×
700mmの軟鋼心線に被覆、最高温度400℃で乾燥
し溶接棒Ａ−１〜Ａ−８、Ｂ−１〜Ｂ−11を試作
した。前記の共試棒を用い板厚20mmのアルミキルド鋼
板に開先角度50°のＶ開先でルートギヤツプ１〜
３mmをとり、下向溶接を溶接電流220A、溶接入
熱18KJ／cmで行なつた。しかるのち最終パス側
の板厚表面下２mmより２mmＶノツチシヤルピー衝
撃試験片を採取し−60℃にて試験を行なつた。溶
接作業性試験は、表面に20μｍのウオツシユプラ
イマ塗布鋼板（板厚16mm）を水平すみ肉姿勢で、
溶接電流230A、運棒比1.3で行なつた。判定基準は−60℃での衝撃値は５Kgｆ−ｍ以上
を良好とした。また溶接作業性の○印は良好、△
印はやや不良、×印は不良を意味する。

【表】

〔発明の効果〕

以上述べたごとく本発明の溶接棒は、被覆剤を
構成する配合成分の種類を特定すると共に各成分
の配合割合を特定範囲に設定することにより、従
来の溶接棒より安価で低温でのシヤルピーの衝撃
じん性の良好な溶接金属が得られ、かつビード形
状、ビード外観およびその他の溶接性能を満足
し、海洋構造物あるいはその他の構造物の安全性
に大きく寄与することができるものであり、産業
上の効果は極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はSiO₂含有率とTi、Si、SiC、Mg、Al
含有率の関係を示すグラフ、第２図は溶接金属の
vTrsと溶接金属中のSi量の関係を示すグラフで
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１チタン酸化物をTiO₂に換算して13〜23重量
％、Ti、Si、SiC、Mg、Alの一種以上の合計を
0.1〜８重量％、硼素の酸化物または硼素の酸化
物の化合物をB₂O₃に換算して0.05〜２重量％、
MgCO₃を４〜18重量％、金属弗化物0.1〜17重量
％、SiO₂1〜15重量％、MgO9〜22重量％、Mn1
〜10重量％、鉄粉10〜50重量％を含有し、かつ
SiO₂含有率をＹ（重量％）、Ti＋Si＋SiC＋Mg＋
Alで計算される脱酸剤含有率をＸ（重量％）とし
たとき、５≦Ｙ＋2X≦16なる条件を満足し、更
にNi0.5〜6.5重量％を含む被覆剤に粘結剤を添加
し、鋼心線に塗装してなることを特徴とする低水
素系被覆アーク溶接棒。