JPH0545360B2

JPH0545360B2 -

Info

Publication number: JPH0545360B2
Application number: JP1027551A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Suzuki; Tsukasa Yoshimura; Hiroyuki Kyo; Masakuni Wakabayashi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1993-07-08
Also published as: JPH02207996A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、ガスシールドアーク溶接用フラツク
ス入りワイヤであつて、特に耐海水腐食性と低温
靭性とくにCOD（Crack Opening
Displacement）特性に優れたワイヤに関する。〔従来の技術〕近年エネルギー資源の開発は、極地化、深海化
の方向にあり、このため砕氷船や海洋構造物の建
造においても、低温靭性や更には耐海水腐食性に
優れた鋼材及び溶接材料の開発が要望されてい
た。従来海中構造物用の鋼材及び溶接部の腐食防止
方法としては、十分な塗装を行なうのが一般的で
あつた。しかし北極海のように流氷が存在すると
ころでは、流氷の衝突によるひつかき疵が、塗装
表面に発生し、この部分から腐食が発生するので
十分な防食手段とは言えない。特に塗装が不十分
な場合には、鋼材全体腐食と局部的な腐食が発生
する。この内鋼材全体腐食は板厚を厚くするなど
の対策をとりうるが、局部的な腐食は応力集中を
生じ疲労その他破壊の原因ともなり、大きな問題
となつていた。とりわけ溶接部は、母材と化学成
分や熱履歴が異なることにより耐食性に差が出る
ため、特に局部腐食の問題となる箇所である。また海中構造物の建造では、その耐海水腐食性
が重視されてきたが、最近使用範囲が極地化して
くるに伴い、同時に低温靭性、特に脆性破壊の面
からCOD特性の優れた構造物であることが大き
な要求ポイントになつて来た。〔発明が解決しようとする課題〕従来から使用されているフラツクス入りワイヤ
は、ソリツドワイヤに比較して特にアークの安定
性、スパツターが少なく、溶接作業性やビード外
観の優れたチタニヤ系が主に使用されている。例えば特開昭58−119490号公報では、チタニヤ
系ワイヤにおいて鋼製外皮と鉄粉の窒素量を規制
して低温靭性の向上が図られているが、チタニヤ
の最大の欠点は、溶接金属中の酸素量が500ppm
以上と高いため、溶接金属の性能が劣ることにあ
る。また特開昭46−24124号、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に
金属炭酸塩やスラグ生成剤、強脱酸剤の調整によ
り、低温靭性の向上が図られているが、耐海水局
部腐食性を有し、かつ低温靭性とCOD特性を合
せ持つ性能を有するワイヤは無い。一方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）として、Cu、Ni、
Crの成分範囲が示されているが、これらは主に
建材、橋梁用に用いられる鋼材に使用され、大気
中における耐候性を向上させるのであつて、耐海
水腐食性に対してはCrは逆に局部腐食を促進さ
せる成分であり好ましくない。また、Cu、Niだ
けでは低温靭性とCOD特性を大幅に改善できる
ものには至つていない。本発明はかかる現状に鑑み、氷海域などにおけ
る海洋構造物や砕氷船の建造等において、耐海水
腐食性に優れると共に、優れたCOD特性を有す
る溶接金属が得られるワイヤを提供するものであ
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、鋼製外皮の成分
がＣ：0.06％以下、Ｐ：0.012％以下、Ｓ：0.010
％以下、Ｎ：0.0040％以下、Ｏ：0.0150％以下で
ある鋼製外皮で囲まれた腔部に、ワイヤ全重量に
対して金属弗化物：１〜10％、脱酸剤：１〜６
％、その他鉄粉、スラグ生成剤、アーク安定剤、
不可避的不純物からなるフラツクスをワイヤ全重
量に対して８〜25％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、Cu：0.1〜0.6％、Ni：0.2
〜2.5％、Ti：0.01〜0.3％、Ｂ：0.002〜0.02％を
必須成分として含有することを特徴とするガスシ
ールドアーク溶接用フラツクス入りワイヤ（以下
ワイヤと称す）にある。従来より溶接金属のCOD特性を向上するため
に、溶接金属中に適量のTi及びＢを添加し、そ
のミクロ組織を微細化・均一化することが有効で
あることが知られている。また鋼の耐海水腐食性
改善には、Cu、Crの添加が有効なことも知られ
ている。鋼構造物における溶接部は、母材とは化学成分
や熱履歴が異なるために特に局部腐食を受け易
く、溶接金属が母材より先に選択腐食を受ける場
合には、母材との面積比により急速に腐食が進み
重大な破壊につながるおそれがある。この防止に
は溶接金属を母材よりも電気化学的に貴にするこ
とが必要であり、とりわけCu、Niの添加が局部
腐食防止に有効なことを本発明者らは見い出した
ものである。本発明はかかる知見に基づいてなされたもので
あり、以下に作用と共に詳細に説明する。〔作用〕本発明におけるワイヤは、鋼製外皮の成分がワ
イヤ全重量に対してＣ：0.06％以下、Ｐ：0.012
％以下、Ｓ：0.010％以下、Ｎ：0.0040％以下で
且つＯ：0.0150％以下である鋼材を使用する必要
がある。即ち高靭性の溶接金属を得るためには、溶接金
属中のＣを0.07以下にする必要が、フラツクスや
ワイヤ表面の潤滑剤等の付着を考慮すると、鋼製
外皮のＣは0.06以下にすべきである。また、Ｐ、
Ｓ、ＮやＯは不可避不純物であるが、Ｐ、Ｓは溶
接金属の耐高温割れ性を阻害し、Ｎは靭性を著し
く劣化させるため、Ｐは0.012％以下、Ｓは0.010
％以下、Ｎは0.0040％以下にするのが好ましい。
さらにＯは溶接時の溶滴移行性に影響を与える
他、脱酸剤特にSi、Mn、Tiの歩留りを低下させ
るので、これらの成分変動要因とならないように
0.0150％以下にすべきである。さらに本発明ワイヤの特徴は、鋼製外皮と充填
フラツクスのの一方又は両方においてCu、Ni、
Ti、Ｂを添加して溶接金属の耐海水腐食性を大
幅に向上させ、なおかつCOD特性をも合せ持つ
性能を有する点にある。溶接部の局部腐食を防止するには、溶接金属の
成分を母材よりも電気化学的に貴にする必要があ
り、Cu、Niは非常に有効な成分である。まずＣ：0.05％、Ｐ：0.010％、Ｓ：0.008％、
Ｎ：0.0025％、Ｏ：0.0120％である軟鋼外皮材を
用いて、ワイヤ全重量に対しCaF₂3.0％、SiO₂0.5
％、MgO0.5％、Fe−Si（40％Si）1.0％、Mn2.5
％、Fe−Ti（40％Ti）0.2％、Mg0.5％、Ｂ（２％
Ｂ含有鉄粉）0.4％、Ni0.3％、Cu0〜0.9％、残部
鉄粉および不可避的不純物からなるフラツクスを
含有フラツクス入りワイヤ1.2mmφを10種類試作
した。このワイヤを用いて深さ10mmのＶ溝をもつ
Ｃ：0.1％、Si：0.3％、Mn：1.3％、Cu：0.4％、
Ni：0.3％、Mo：0.2％厚さ25mmの鋼材に溶接電
流250A、アーク電圧27V、溶接入熱15KJ／cm、
シールドガス（80％Ar−20％CO₂）25／分の
条件で溶接し、表面下１mmから厚さ５mmの試験片
を採取して、これを３％食塩水中で３ケ月間の回
転浸漬試験を行つた。その結果を第１図に示す。同図の横軸はワイヤ
中のCu量、縦軸は溶接金属の腐食減量である。
尚腐食減量とは、第３図に示すように腐食試験後
の測定部溶接金属の最低厚さを測定し、試験片
１の試験前の厚さｔ（５mm）との差を求めたもの
である。ワイヤ中にCuを含まない溶接金属の腐食減量
は1.5mmもあるのに対し、ワイヤ中にCuを添加す
ることにより腐食減量は低下する傾向を示してい
る。特にCu量が0.1％以上のものは、腐食減量が
0.4mm以下と全て良好な耐海水腐食性を示した。
Cuを0.6％を超えて添加しても耐食性に大きな改
善効果が見られず、逆に粒界偏析による脆化をお
こすので、Cuの添加量を0.1〜0.6％と限定した。
又Cu添加方法として、フラツクス中に添加せず
にCuメツキ分のみでも同等の効果が得られ、外
皮または充填フラツクスの一方又は両方から添加
しても同等の効果が得られることが判明した。次にNiは、通常フエライトへの固溶効果よる
靭性向上のため添加されているが、Cuと同様溶
接金属の耐海水腐食性向上に有効なことが判つ
た。第２図は、前期と同様の外皮とフラツクスで
Cuを0.3％に固定し、Ni添加量を０〜3.0％と変化
してワイヤを試作し、回転浸漬試験を行なつてワ
イヤ中のNi量と腐食減量の関係を調査したもの
である。ワイヤ中にNiを含まない溶接金属の腐
食減量は1.2mmなのに対し、Niの添加により腐食
減量は大幅に小さくなる。ワイヤ中のNi量が0.2
％未満では耐海水腐食性の向上が十分でなく、ま
た2.5％を超えて添加してもそれ以上の改善効果
が得られないばかりか高価となるので、Niのワ
イヤ中への添加範囲を0.2〜2.5％とした。Niは金
属Niの外、Fe−Ni、Ni−Mg等の合金として添
加しても良い。又、NiはCuと同様に外皮、フラツクスの一方
または両方に添加してもよい。次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、0.01％
未満ではこの効果も望めず、下限を0.01％とす
る。また0.3％を超えると、靭性を著しく損なう
ので、上限を0.3％とする。Tiは金属Tiの外、Fe
−Ti等の合金として、またTiO₂等の酸化物の形
で添加し、強脱酸剤により還元添加してもよい。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。また溶
接金属の焼入れ性を高める効果があり、この様な
効果を得るためには最少限0.002％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
0.02％とする。Ｂ源としては、Fe−Ｂ、アトマイ
ズＢ等の合金として、又B₂O₃等の酸化物の形で
添加し、脱酸剤による還元添加することもでき
る。尚Ti、Ｂも、Cu、Ni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。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。金属弗化物はスラグ剤として溶接金属を被包
し、ビート形状を良好にすると共に溶融金属内の
不純物を浮上させて溶接金属を清浄化し、靭性を
向上させる。金属弗化物としては、CaF₂、
MgF₂、BaF₂、MnF₂、SrF₂、等が有効である
が、アルカリ金属弗化物を用いる場合は、アーク
の安定性を向上させる。１％未満ではこれらの特
徴が十分発揮されず、一方10％を超えるとアーク
が不安定となる他、スラグ生成量が過剰となつて
溶接作業性を劣化させる。従つて金属弗化物は１
〜10％の範囲とする。なおアルカリ金属弗化物と
しては、K₂SiF₆、NaF、Na₂SiF₆、Na₂AlF₆等
が有効である。一方安価なCaF₂は、シールドガスとしてAr等
を混合させて使用する場合はCaF₂のみでもスパ
ツタの発生量を減少させることができるので、金
属弗化物としてCaF₂のみを用いることが出来る。
しかしシールドガスとしてCO₂ガスを用いる場合
は、CaF₂のみではスパツタの発生量が多くなる
ので、アルカリ金属弗化物との併用することが好
ましい。脱酸剤としてはSi、Mn、Al、Mg等を添加す
るが、その添加量は１〜６％である。これらの脱
酸剤の添加量が１％未満では、脱酸不足となるた
め溶接金属は多孔質となり、Ｘ線性能が劣化す
る。一方６％を超えて添加すると、脱酸剤が溶接
金属に多量に留まるため、溶接金属は硬化し、靭
性と耐割れ性の低下をきたす。このため本発明ワ
イヤではフラツクス中の脱酸剤は１〜６％の範囲
とする。尚脱酸剤の添加方法は、単体もしくは鉄合金や
合金の形態で添加してもよい。その他鉄粉は、溶着速度を高める目的として、
またスラグ生成剤は、スラグの粘性を調整すると
共にアーク安定剤としての効果があり、SiO₂、
CaO、Al₂O₃、TiO₂、MnO、MgO、FeO、ZrO₂
等の酸化物やCaCO₃、Li₂CO₃、K₂CO₃、BaCO₃、
MgCo₃、MnCO₃、SrCo₃等の炭酸塩が有効であ
るが、炭酸塩は過剰に添加すると、アーク雰囲気
中で分解されたCO₂ガス中のＣが溶接金属中に留
つて靭性を劣化させるので好ましくない。さらに
アーク安定剤としては、Ｋ、Na、Li等のアルカ
リ金属の酸化物や炭酸塩が有効である。本発明では、フラツクスの充填率をワイヤ重量
に対して８〜25％の範囲に設定した。８％未満で
は十分な量のスラグ形成剤を含ませることができ
なくなつて、溶接作業性を満足させることができ
ない。一方25％を超えると、逆にスラグ量は多く
なりすぎて溶接作業性を劣化させると共に、ワイ
ヤ製造時に断線等のトラブルが多くなるので好ま
しくない。ワイヤ外皮としては、成分規制範囲内である低
炭素鋼を用いるが、成分規則範囲を満足する低合
金鋼を用いることが出来る。尚ワイヤの断面形状は何ら制限は必要としない
が、２mmφ以下の細径の場合は比較的単純な円筒
状のものがよく、また2.4〜3.2mmφ程度の太径ワ
イヤの場合は、鞘材を内部に折り込んだ構造のも
のが一般的である。またシームレスワイヤにおい
ては、表面にメツキ処理を施すことも有効であ
る。〔実施例〕第１表に示す成分の外皮を用い、第２表に示す
フラツクス組成にて試作したワイヤを用いて溶接
をおこなつた、その試験結果を第３表に示す。第２、第３表において、ワイヤ記号No.１〜15が
本発明になるワイヤの実施例であり、No.16〜24は
比較例である。いずれも1.2mmφのワイヤに仕上
げ、前述と同様の方法により耐海水腐食性を調査
する回転浸漬試験を行なうと共に、同一鋼材を
50°V開先に組立て、平均入熱量30KJ／cmで立向
溶接を行ない、その際の溶接作業性および溶接部
の機械的性能を調査した。COD試験は英国規格
BS5762−1979に基づき溶接金属の中心部に疲労
ノツチを入れたCOD試験片を作製し、−50℃にお
いてCOD試験を行なつた。また、シールドガス
は80％Ar−20％CO₂の混合ガスを用いた。尚試験結果の判定は、COD値が0.3mm以上、腐
食減量が0.4mm以下を良好とした。第３表に示す試験結果から明らかなように、本
発明になるNo.１〜No.15のワイヤは、いずれも遷移
温度が全て−70℃以下であり、またCOD値も0.7
mm以上でかつ腐食減量も0.3mm以下であることか
ら、良好な性能が得られることが確認できた。一方比較例であるNo.16、17、19、21、24は、本
発明の必須成分であるCu、Ni、Ti、Ｂのいずれ
かの成分が範囲外で、耐腐食性およびCOD性能
を満足することができない。またNo.20、23は耐腐
食性およびCOD値共に良好であるが、No.20では
フラツクス充填率が少ないため溶接作業性が劣
り、No.23は金属弗化物量が多過ぎてメタルが垂れ
易く、溶接作業性が悪い。さらにNo.18、22は、外
皮成分が本発明外であり、耐腐食性は良好である
が、低温靭性およびCOD値の向上が認められな
かつた。

【表】

【表】＊１判定基準 ○は良好、×は不良を示す。
〔発明の効果〕以上説明したように極めて優れ、かつ耐海水腐
食性が格段に向上したワイヤである。これは従来
のガスシールドアーク溶接用フラツクス入りワイ
ヤでは到底達成し得ないものであり、特に、北極
海のような氷海域における海洋構造物や砕氷船の
建造等において優れた効果を発揮し、これら産業
の発展に貢献するところ極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は耐海水腐食性試験におけるワ
イヤに含まれるCu量、Ni量と腐食減量との関係
を示す図面、第３図は耐海水腐食性試験における
腐食減量の測定要領を示す側面図である。１……腐食減量の試験片。

Claims

【特許請求の範囲】１鋼製外皮の成分がＣ：0.06％（重量％：以下
同じ）以下、Ｐ：0.012％以下、Ｓ：0.010％以
下、Ｎ：0.0040％以下、Ｏ：0.0150％以下である
鋼製外皮で囲まれた腔部に、ワイヤ全重量に対し
て金属弗化物：１〜10％、脱酸剤：１〜６％、そ
の他鉄粉、スラグ生成剤、アーク安定剤、不可避
的不純物からなるフラツクスをワイヤ全重量に対
して８〜25％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、 Cu：0.1〜0.6％ Ni：0.2〜2.5％ Ti：0.01〜0.3％Ｂ：0.002〜0.02％を必須成分として含有することを特徴とするガス
シールドアーク溶接用フラツクス入りワイヤ。