JPH0520198B2

JPH0520198B2 -

Info

Publication number: JPH0520198B2
Application number: JP1011362A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Suzuki; Tsukasa Yoshimura; Hiroyuki Kyo; Yukihiko Horii
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1993-03-18
Also published as: JPH02192894A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、建築、土木及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ツ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、靱性も良好であると共に耐候性を有する溶接
金属を得ることができるガスシールドアーク溶接
用フラツクス入りワイヤに係るものである。〔従来の技術〕周知の通り、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ツクス入りワイヤは、
軟鋼及び高張力鋼用アーク溶接フラツクス入りワ
イヤ（JIS Ｚ 3313），耐候性鋼用炭酸ガスアー
ク溶接フラツクス入りワイヤ（JIS Ｚ 3320）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−
64195号公報，特公昭63−7879号公報等にはガス
シールドアーク溶接用フラツクス入りワイヤが開
示されている。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宅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すこ
とが義務づけられており、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。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おそれがある
ためである。このため、溶接部の表面にスラグウール，ロツ
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エ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、更に金属薄板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火被覆を入
念に施し、火災時における熱的損傷を防止するよ
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、建設コストが大幅に上昇する
ことを避けることが出来ない。〔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溶接ワイヤを利用
する場合、価格が安いが、高温特性が低いため無
被覆や軽被覆で利用することが出来ず、割高な耐
火被覆を施さねばならないため建設コストを高く
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。一方、周知のモリブデン鋼及びクロムモリブデ
ン鋼用マグ溶接フラツクス入りワイヤ（JIS Ｚ
3318）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
工面での利用は困難である。また、近年建築物の高層化が進展し、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
て見直しが行われ、昭和62年建築物の新耐火設計
法が規定されるに至り、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
に加わつてくる荷重により、耐火被覆の能力を決
定出来るようになり、場合によつては無被覆で使
用することも可能になつた。しかしながら、耐火性能の優れた溶接金属を得
るための溶接ワイヤは現在存在しない。本発明の目的は、600℃での高温特性が優れか
つ衝撃靱性も良好であると共に耐候性を有する溶
接金属を得ることのできるフラツクス入りワイヤ
を提供することにある。〔課題を解決するための手段〕本発明の要旨とするところは下記のとおりであ
る。 (1) 鋼製外皮にワイヤ全重量にたいしてTiO₂；
2.5〜8.5％，TiO₂以外の酸化物；0.3〜2.5％，
脱酸剤；1.0〜6.0％を含有するチタニア系フラ
ツクスを充填してなるガスシールドアーク溶接
用フラツクス入りワイヤにおいて、鋼製外皮と
充填フラツクスの一方又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
ク溶接用フラツクス入りワイヤ。 (2) 付加成分として Ti；0.05〜0.35％Ｂ；0.005〜0.015％の１種又は２種を鋼製外皮と充填フラツクスの
一方又は両方に含有してなる前項１に記載の耐
火鋼用ガスシールドアーク溶接用フラツクス入
りワイヤ。 (3) 付加成分として Cu；0.20〜0.60％ Cr；0.30〜0.75％ Ni；0.05〜0.70％の１種又は２種以上を鋼製外皮と充填フラツク
スの一方又は両方に含有してなる前項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
ラツクス入りワイヤ。〔作用〕耐火鋼材として現在開発されているものは、
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。このため、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見ても経済的であ
り、さらに高価な添加元素が微量ですみ、かつ溶
接部の耐火被覆を薄くすることが可能で、火災荷
重が小さい場合は、無被覆で使用するもできる。そこで、本発明者らはこのような溶接部が得ら
れる耐火性能の優れた溶接ワイヤを開発した。本発明の特徴は、少量のMo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。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。 Nb，Moは微細な炭窒化物を形成し、更にMo
は固溶体強化によつ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
十分な耐力を得ることが難しい。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、Mo量が多すぎると溶接性が悪く
なると共に靱性が劣化するので、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が得られる最少量とし
てそれぞれ0.005％、0.10％を含有せしめる。 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
を示すと共に衝撃靱性が良好になるので、
（0.5Mo＋10Nb）の和を0.1〜0.4％の範囲に限定
した。 Mo，Nbの添加方法は外皮、フラツクスの一方
又は両方に添加してもよい。なお、高温強度を上昇せしめるため、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、建築用に用いる溶接ワイヤとして微量
のMoに加えてNbを複合添加した耐火鋼溶接用フ
ラツクス入りワイヤは知られていない。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、靱性改善に有効であるが、0.05％
未満ではこの効果も望めず、下限を0.05％とす
る。又、0.35％を超えると靱性を著しく損なうの
で、上限を0.35％とする。Ｂは強力な脱酸性炭化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つて溶接金属に
おける結晶核生成作用が促進され、柱状晶の成長
が阻止される結果、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あり、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、又多すぎると溶
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。尚、Ti，ＢもMo，Nbと同様に
外皮，フラツクスの一方又は両方に添加してもよ
い。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、耐候性を併せ持
つことが出来ないか検討した。その結果、耐候性
鋼用炭酸ガスアーク溶接フラツクス入りワイヤ
（JIS Ｚ 3320）のＰ，Ｗタイプの成分範囲であ
れば、溶接ままでの強度が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
ことが確認出来た。従つてCu；0.20〜0.60％，
Cr；0.30〜0.75％，Ni；0.05〜0.70％の１種また
は２種以上を鋼製外皮と充填フラツクスの一方ま
たは両方に含有させることが出来る。尚、Cuは
ワイヤ表面のメツキ成分として添加することも出
来る。本発明では上記特性を踏まえ、各成分の含有率
を下記の様に定めた。 TiO₂；2.5〜8.5％ TiO₂はアークの安定性およびスラグ被包性を
高めるうえでも不可欠の成分であり、2.5％未満
ではその効果が得られない。しかし8.5％を超え
るとスラグの粘性が高くなりすぎてビード形状が
悪化し、更には溶接金属中に過剰の還元チタンが
歩留つて機械的性質（特に靱性）が低下する。 TiO₂以外の酸化物；0.3〜2.5％ TiO₂以外の酸化物としては、SiO₂，Ａ₂O₃，
ZrO₂，MnO，MgOやFeO，Fe₂O₃等の鉄酸化物
を示すがこれらは、スラグの粘性を調整すると共
にビード外観、形状をよくする他、全姿勢溶接性
を良好にする。0.3％未満ではこれらの効果を有
効に発揮することができない反面多すぎると溶融
スラグの粘性が著しく低下して溶接作業性が極端
に悪化するので2.5％以下に止めるべきである。脱酸剤；1.0〜6.0％脱酸剤はその名の通り脱酸作用によつて溶接金
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
はMn，Si，Ａ，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1.0％未満では
脱酸不足となつてＸ線性能等が悪くなるので1.0
％以上は含有させなければならない。しかし6.0
％を超えると脱酸過剰になつて溶接金属の靱性お
よび耐割れ性が低下する。以上が必須成分であるが溶接能率向上を目的と
して鉄粉を、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
て添加することが出来る。更に、本発明に係るフラツクス入りワイヤのフ
ラツクス充填率は８〜25％とすることが望まし
い。その理由は、充填率が25％を超えると伸線時
に断線トラブルが多発し生産性が悪くなるからで
あり、また８％より少なくなるとアークの安定性
が損なわれるからである。尚、ワイヤの断面形状には何等の制限もなく２
mm以下の細径の場合は比較的単純な円筒状のもの
が、また2.4〜3.2mm程度の太径ワイヤの場合は鞘
材を内部へ複雑に折り込んだ構造のものが一般的
である。更にシームレスワイヤにおいては表面に
Cu等のメツキ処理を施すことも有効である。〔実施例〕第１表に試験に用いた代表的な耐火鋼材を、第
２表に試験に用いた鋼製外皮成分を、第３表に耐
火鋼溶接用フラツクス入りワイヤ組成を示す。板厚25mmの第１表に示す鋼板を第１図に示す開
先形状（ｔ＝25mm、Ｇ＝５mm、φ45°）に加工した
後、第３表に示すフラツクス入りワイヤを用い、
第４表に示す溶接条件で溶接継手を作製した。溶接終了後、試験材より引張試験片とシヤルピ
ー試験片を採取し、その機械試験結果を第５表に
示す。

【表】

【表】＊その他：上記以外の酸化物、炭酸塩、鉄粉および
不可避的不純物を示す。

【表】

〔発明の効果〕

以上のように、本発明のワイヤによれば、高温
特性に優れ、衝撃靱性も良好であることは勿論、
耐候性をも有する溶接金属が得られると共に、溶
接施工時の溶接作業性も良く、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に用いた開先形状を示す正面断
面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１鋼製外皮にワイヤ全重量にたいしてTiO₂；
2.5〜8.5％，TiO₂以外の酸化物；0.3〜2.5％，脱
酸剤；1.0〜6.0％を含有するチタニア系フラツク
スを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラ
ツクス入りワイヤにおいて、鋼製外皮と充填フラ
ツクスの一方又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
接用フラツクス入りワイヤ。２付加成分として Ti；0.05〜0.35％Ｂ；0.005〜0.015％の１種又は２種を鋼製外皮と充填フラツクスの一
方又は両方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ツクス入りワ
イヤ。３付加成分として Cu；0.20〜0.60％ Cr；0.30〜0.75％ Ni；0.05〜0.70％の１種又は２種以上を鋼製外皮と充填フラツクス
の一方又は両方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ツ
クス入りワイヤ。