JPH0985486A - 極低温鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接金属が高強度であると共に、ビード表面
のスラグの発生を抑制するか又はスラグの剥離性を高め
ることによって、溶接性を向上させることができる極低
温鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤを提供する。 【解決手段】 極低温鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤ
は、Ｎｉ：６５乃至８０重量％、Ｃｒ：０．１乃至５．
０重量％、Ｍｏ：１６．０乃至２３．０重量％、Ｗ：
１．０乃至４．５重量％、Ｔｉ：０．０２乃至０．１０
重量％及びＡｌ：０．００３乃至０．０３０重量％を含
有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、前記不
可避的不純物は、Ｃｕ：０．１０重量％以下、Ｍｇ：
０．００２０重量％以下、Ｃａ：０．００２０重量％以
下、Ｃ：０．１０重量％以下、Ｓｉ：０．１０重量％以
下、Ｍｎ：０．１０重量％以下、Ｚｒ：０．０１０重量
％以下、Ｙ及び稀土類元素の総量：０．００５重量％以
下、Ｐ：０．００３重量％以下及びＳ：０．００３重量
％以下に規制されているものである。また、ワイヤ表面
のキズの深さが０．０５ｍｍ以下であると、より一層ス
ラグの発生量を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＬＮＧ（液体天然ガス）
及びＬＥＧ（液体エチレンガス）タンク等の極低温用９
％Ｎｉ鋼、５．５％Ｎｉ鋼又は３．５％Ｎｉ鋼の溶接に
使用され、溶接金属が高強度であると共に、ビード表面
のスラグの発生を抑制するか又はスラグの剥離性を高め
ることによって、溶接性を向上させることができる極低
温鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、タンクの大型化に伴って、タンク
の安全性を確保するために、高強度な溶接部を得るため
の要求が強くなってきている。そこで、他の施工法より
も品質的に優れた溶接金属が得られるＴＩＧ溶接におい
て、特に、高溶着施工が可能である自動ＴＩＧ溶接に対
する期待が高くなっている。

【０００３】しかしながら、自動ＴＩＧ溶接によって高
溶着溶接をする場合には、ビードの表面に発生するスラ
グ量が増加して、スラグ巻き込み等の欠陥が生じること
がある。従って、スラグをグラインダ等によって研磨す
る必要があるので、高溶着溶接によっても、高能率な施
工をすることができないことがある。

【０００４】また、このような自動ＴＩＧ溶接におい
て、液化ガスのタンク等に使用される極低温用９％Ｎｉ
鋼等のＴＩＧ溶接ワイヤには、Ｎｉ基合金が広く使用さ
れている。Ｎｉ基合金は極低温における耐衝撃特性は優
れているが、溶接部の強度は母材よりも低いので、強度
を確保するためにＣｒを添加したＮｉ基合金が使用され
ている。しかしながら、Ｎｉ基合金にＣｒを添加する
と、このＣｒは溶接中においてＯと結合してスラグを生
成するので、更にスラグ発生量が増加する。

【０００５】従って、高能率施工を可能にすると共に、
耐衝撃特性が優れた自動ＴＩＧ溶接ワイヤを得るために
は、スラグの発生量が少ないワイヤを開発することが必
要になっている。そこで、ワイヤ中のＴｉ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ａｌ及びＳｉ等の含有量を適正量に規定することに
より、スラグの発生量を抑制できることが公知である
（特開平６−２７７８７５公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記化
学成分の含有量を適正量に規定することによって、スラ
グの発生量を抑制することはできるものの、強度を確保
する効果を有するＣｒ含有量については制限されていな
いので、溶接部の強度が低いという問題点がある。この
ように従来技術では、自動ＴＩＧ溶接において、高強度
の溶接部とスラグ発生量の改善とを同時に実現できる極
低温鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤは開発されていな
い。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、溶接金属が高強度であると共に、ビード表
面のスラグの発生を抑制するか又はスラグの剥離性を高
めることによって、溶接性を向上させることができる極
低温鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤを提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る極低温鋼用
Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤは、Ｎｉ：６５乃至８０重
量％、Ｃｒ：０．１乃至５．０重量％、Ｍｏ：１６．０
乃至２３．０重量％、Ｗ：１．０乃至４．５重量％、Ｔ
ｉ：０．０２乃至０．１０重量％及びＡｌ：０．００３
乃至０．０３０重量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避
的不純物からなり、前記不可避的不純物は、Ｃｕ：０．
１０重量％以下、Ｍｇ：０．００２０重量％以下、Ｃ
ａ：０．００２０重量％以下、Ｃ：０．１０重量％以
下、Ｓｉ：０．１０重量％以下、Ｍｎ：０．１０重量％
以下、Ｚｒ：０．０１０重量％以下、Ｙ及び稀土類元素
の総量：０．００５重量％以下、Ｐ：０．００３重量％
以下及びＳ：０．００３重量％以下に規制されているこ
とを特徴とする。

【０００９】更に、ワイヤ表面のキズの深さは０．０５
ｍｍ以下であることが好ましい。

【００１０】

【作用】本願発明者等が前記課題を解決するために鋭意
実験研究を重ねた結果、Ｃａ、Ｍｇ及びＳｉを低減する
ことによってスラグの発生量を抑制するだけでなく、Ｔ
ｉ及びＡｌを積極的に添加することにより、発生したス
ラグを球状化して剥離しやすくすることができることを
見い出した。即ち、スラグの剥離性が良好であると、ス
ラグ巻き込み等の欠陥が発生することがないので、発生
スラグを無害化することができる。

【００１１】また、Ｎｉ基合金ワイヤ中にＣｕが存在す
ると、このＣｕが低融点化合物を形成し、ワイヤの熱間
鍛造及び冷間圧延等のワイヤ製作中に、ワイヤの表面に
割れが発生する。この割れは、伸線時のコーティング剤
及び主にＣａ等からなる潤滑剤の残留場所となり、スラ
グ発生の原因となる。更に、Ｚｒ、Ｙ及び稀土類元素も
スラグ発生の原因となるので、これらの成分を適正量に
規定することにより、スラグの発生量を抑制することが
できる。

【００１２】一方、本発明のワイヤに使用されるＮｉ−
Ｍｏ合金は、炭素鋼又はステンレス鋼と比較して伸線加
工性が極めて悪いものである。従って、伸線コストを低
減して安価なワイヤを得るためには、伸線性を向上させ
るコーティング剤及びＣａ等からなる潤滑剤を使用する
必要がある。このＣａはワイヤ表面のキズ等に残留して
溶接時にスラグを生成するので、ワイヤ表面のキズの深
さを制限することにより残留Ｃａを低下させて、スラグ
の発生量を更に一層低減することができる。

【００１３】以下、本発明におけるＴＩＧ溶接ワイヤ中
の含有成分の組成限定理由等について説明する。

【００１４】Ｎｉ（ニッケル）：６５乃至８０重量％ Ｎｉはオーステナイト組織を安定化する元素であり、極
低温における耐衝撃特性を確保する効果がある。Ｎｉ含
有量が６５重量％未満であると、十分な耐衝撃特性が確
保できない。一方、Ｎｉ含有量が８０重量％を超える
と、溶接部を高強度にするための成分を十分に添加する
ことができなくなる。従って、ワイヤ中のＮｉ含有量は
６５乃至８０重量％とする。

【００１５】Ｃｒ（クロム）：０．１乃至５．０重量％ Ｃｒは溶接金属の強度を向上させる効果を有する。Ｃｒ
含有量が０．１重量％未満であると、その効果が低下す
る。一方、Ｃｒ含有量が５．０重量％を超えると、スラ
グの発生量が多くなるため、溶接性が不良となる。従っ
て、ワイヤ中のＣｒ含有量は０．１乃至５．０重量％と
する。

【００１６】Ｍｏ（モリブデン）：１６．０乃至２３．
０重量％ Ｍｏは極低温における耐衝撃特性を確保する効果があ
る。Ｍｏ含有量が１６．０重量％未満であると、その効
果が低下する。一方、Ｍｏ含有量が２３．０重量％を超
えると、ワイヤの製造が困難になる。従って、ワイヤ中
のＭｏ含有量は１６．０乃至２３．０重量％とする。

【００１７】Ｗ（タングステン）：１．０乃至４．５重
量％ Ｗは溶接金属の強度を向上させる効果を有する。Ｗ含有
量が１．０重量％未満であると、その効果が低下する。
一方、Ｗ含有量が４．５重量％を超えると、極低温にお
ける耐衝撃特性が低下する。従って、ワイヤ中のＷ含有
量は１．０乃至４．５重量％とする。

【００１８】Ｔｉ（チタン）：０．０２乃至０．１０重
量％ Ｔｉは結晶粒を微細化して、溶接金属の強度を高める効
果を有する。また、耐ブローホール性を向上させると共
に、発生したスラグを無害化する作用も有している。Ｔ
ｉ含有量が０．０２重量％未満であると、その効果が低
下する。一方、Ｔｉ含有量が０．１０重量％を超える
と、スラグの発生量が増加するので、溶接性が不良とな
る。従って、ワイヤ中のＴｉ含有量は０．０２乃至０．
１０重量％とする。

【００１９】Ｃｕ（銅）：０．１０重量％以下 前述の如く、ＣｕはＮｉ基合金ワイヤ中において、低融
点化合物を生成する。この低融点化合物は、ワイヤ製作
中の特に高温となる鍛造中において、溶接金属に割れを
発生させ、この割れが伸線時のコーティング剤及び潤滑
剤の残留場所となって、スラグ発生の原因となる。Ｃｕ
含有量が０．１０重量％を超えると、スラグが発生しや
すくなる。従って、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．１０重
量％以下とする。

【００２０】Ｍｇ（マグネシウム）：０．００２０重量
％以下 Ｍｇは溶接金属のスラグ発生を促進する作用を有するの
で、できるだけワイヤ中の含有量を低減させることが好
ましい。Ｍｇが０．００２０重量％を超えると、スラグ
発生量の増加によって溶接性が不良となる。従って、ワ
イヤ中のＭｇ含有量は０．００２０重量％以下とする。
好ましくは、Ｍｇ含有量は０．００１０重量％以下であ
る。

【００２１】Ｃａ（カルシウム）：０．００２０重量％
以下 Ｃａは溶接金属のスラグ発生を促進する作用を有するの
で、できるだけワイヤ中の含有量を低減させることが好
ましい。Ｃａが０．００２０重量％を超えると、スラグ
発生量の増加によって溶接性が不良となる。従って、ワ
イヤ中のＣａ含有量は０．００２０重量％以下とする。
好ましくは、Ｃａ含有量は０．００１０重量％以下であ
る。

【００２２】Ａｌ（アルミニウム）：０．００３乃至
０．０３０重量％ Ａｌはビード表面に発生するスラグを無害化する効果を
有する。Ａｌ含有量が０．００３重量％未満であると、
その効果が低下する。一方、Ａｌ含有量が０．０３０重
量％を超えると、スラグ発生量が増加するので、溶接性
が不良となる。従って、ワイヤ中のＡｌ含有量は０．０
０３乃至０．０３０重量％とする。

【００２３】Ｃ（炭素）：０．１０重量％以下 Ｃは溶接金属の強度を高める効果を有する。しかしなが
ら、Ｃ含有量が０．１０重量％を超えると、耐衝撃特性
が低下する。従って、ワイヤ中のＣ含有量は０．１０重
量％以下とする。

【００２４】Ｓｉ（ケイ素）：０．１０重量％以下 Ｓｉは脱酸剤として有効に作用する元素である。しかし
ながら、Ｓｉ含有量が０．１０重量％を超えると、耐割
れ性を確保することができなくなる。また、スラグの発
生量が増加して溶接性が不良となる。従って、ワイヤ中
のＳｉ含有量は０．１０重量％以下とする。

【００２５】Ｍｎ（マンガン）：０．１０重量％以下 Ｍｎは脱酸剤として有効に作用する元素である。しかし
ながら、Ｍｎ含有量が０．１０重量％を超えると、溶接
プールの母材へのなじみが低下する。また、スラグの発
生量が増加して溶接性が不良となる。従って、ワイヤ中
のＭｎ含有量は０．１０重量％以下とする。

【００２６】Ｚｒ（ジルコニウム）：０．０１０重量％
以下 Ｚｒは溶接金属のスラグ発生を促進する作用を有するの
で、できるだけワイヤ中の含有量を低減させることが好
ましい。Ｚｒ含有量が０．０１０重量％を超えると、ス
ラグ発生量の増加によって溶接性が不良となる。従っ
て、ワイヤ中のＺｒ含有量は０．０１０重量％以下とす
る。

【００２７】Ｙ（イットリウム）及び稀土類元素の総
量：０．００５重量％以下 Ｙ及び稀土類元素はスラグ発生を促進する作用を有する
ので、できるだけワイヤ中の含有量を低減させることが
好ましい。Ｙ及び稀土類元素の総量が０．００５重量％
を超えると、スラグ発生量の増加によって溶接性が不良
となる。従って、ワイヤ中のＹ及び稀土類元素の含有量
の総量は０．００５重量％以下とする。

【００２８】Ｐ（リン）：０．００３重量％以下、Ｓ
（硫黄）：０．００３重量％以下 ワイヤ中のＰ及びＳの含有量が増加すると、溶接金属に
割れが発生しやすくなる。従って、ワイヤ中のＰ含有量
は０．００３重量％以下、Ｓ含有量は０．００３重量％
以下とする。

【００２９】ワイヤに不可避的に混入する元素として、
前記元素の他に、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｂ、Ｏ、Ｎ及びＨ等
がある。前記Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚ
ｒ、Ｐ、Ｓ、Ｙ及び稀土類元素を除く不可避的不純物の
総量は０．１重量％以下であることが好ましい。

【００３０】ワイヤ表面のキズ深さ：０．０５ｍｍ以下 前述の如く、ワイヤの表面に深いキズがあると、コーテ
ィング剤及び潤滑剤の原料であるＣａがこのキズに残留
し、スラグの発生量が増加する。従って、ワイヤ表面の
キズの深さは０．０５ｍｍ以下とする。

【００３１】

【実施例】以下、本発明に係る極低温鋼用Ｎｉ基合金Ｔ
ＩＧ溶接ワイヤの実施例についてその比較例と比較して
具体的に説明する。

【００３２】先ず、３０ｋｇの真空溶解炉において、ワ
イヤ中における全ての含有成分が本発明の範囲内とした
ものを実施例とし、少なくとも１種を本発明の範囲から
外したものを比較例として含有成分の調整を施した後、
鋳造によって３０ｋｇのインゴットを作製した。その
後、熱間鍛造及び冷間圧延によって直径が５．０ｍｍで
あるワイヤを形成した。次に、このワイヤを１１００℃
に加熱されたストランド炉において光輝焼鈍した後、硝
酸により酸洗し、目視によってワイヤの表面のキズ検査
を施した。そして、このワイヤを皮むきダイスに通すこ
とによって直径を４．０ｍｍにすると共に、ワイヤ表面
の圧延キズ等を削除した。

【００３３】更に、樹脂コーティング剤及びＣａを含有
した潤滑剤を使用して、４．０ｍｍワイヤに対して、中
間伸線及び光輝焼鈍を繰り返し、その直径を１．２８ｍ
ｍとした。その後、油を使用して仕上げ伸線を施し、ワ
イヤの直径を１．２０ｍｍにした後、高温蒸気によって
表面洗浄及び乾燥することによって、ＴＩＧ溶接ワイヤ
を作製した。各ＴＩＧ溶接ワイヤ中の含有成分及びワイ
ヤ表面のキズ深さを下記表１〜６に示す。但し、表面の
キズ深さは、ワイヤの断面を表面研磨した後、５０倍に
拡大して深さを測定したものである。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】

【表６】 上記表１〜６に示す化学成分を有するＴＩＧ溶接ワイヤ
を使用して、ＪＩＳＺ ３３３２に従ってＮｉ鋼を溶接
した。溶接条件を下記表７に示す。

【００４０】

【表７】

【００４１】図１は溶接試験方法を説明する模式的断面
図である。図１に示すように、９％Ｎｉ鋼からなる溶接
母材１に斜め開先を設け、両者を突き合わせてＶ形状の
開先部を形成して、このＶ形状の開先部の裏面に、裏当
材２を配置した。この開先部を実施例Ｎｏ．１〜１１及
び比較例Ｎｏ．１２〜３０のワイヤを使用してＴＩＧ溶
接し、図２及び３に示すように溶接金属を形成し、スラ
グの発生等の溶接作業性を評価した。

【００４２】更に、このようにして形成した溶接金属か
ら試験片を採取して、引張試験、衝撃試験及び縦曲げ試
験による機械試験を実施した。

【００４３】図２は衝撃試験及び引張試験用の試験片の
溶接金属からの採取位置を示す模式的断面図である。本
実施例及び比較例においては、図２に示すように、溶接
金属のＶ形状の開先角度を４５°として、その下部の裏
当材２が配置されている部分の開先幅を１２ｍｍとし
た。また、溶接母材１の板厚は２０ｍｍである。

【００４４】引張試験用の試験片４は、平行部の断面が
直径１２．５ｍｍの円形である棒状試験片であり、溶接
金属３の中央部が試験片断面の円の中心となるように、
試験片４を採取した。この試験片４を使用して、室温に
おいて、０．２％の伸びにおける耐力及び引張強さを測
定すると共に、破断伸びを算出することにより引張強さ
を評価した。また、衝撃試験用の試験片５は、平行部の
断面が１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形である棒状試験片で
あり、溶接母材１とこれに溶着された溶接金属３とに跨
るように試験片５を採取した。この試験片５に２ｍｍの
深さのＶノッチを形成し、−１９６℃において衝撃試験
を実施し、吸収エネルギーを測定することによって、耐
衝撃特性を評価した。

【００４５】図３は縦曲げ試験用の溶接金属からの採取
位置を示す模式的断面図である。溶接母材の板厚及び開
先角度等は、図２に示すものと同一とした。縦曲げ試験
用の試験片６は、厚さが１０ｍｍで幅が４０ｍｍの板状
試験片であり、衝撃試験用の試験片と同様に、溶接母材
１とこれに溶着された溶接金属３とに跨るように採取し
た。また、試験片６は、溶接金属及び溶接母材の中央部
よりも、若干Ｖ開先の表面よりから採取した。この試験
片６を使用して、曲げ半径３２ｍｍ、曲げ角度１８０°
で縦曲げ試験を実施し、割れ等の欠陥を観察することに
より耐割れ性を評価した。各評価結果を下記表８〜１１
に示す。但し、表中の溶接作業性の評価欄において、◎
は優良、○は良好、×は不良を示す。

【００４６】

【表８】

【００４７】

【表９】

【００４８】

【表１０】

【００４９】

【表１１】

【００５０】上記表１〜６及び８〜１１に示すように、
ワイヤ中の全ての含有成分が本発明の範囲内である実施
例Ｎｏ．１乃至１１については、スラグ発生量が抑制さ
れ、溶接作業性が良好であると共に、機械的性能も優れ
ていた。また、ワイヤ表面のキズの深さが浅い実施例Ｎ
ｏ．１乃至８は、更にスラグ発生量が低減され、溶接作
業性がより一層優れたものとなった。

【００５１】一方、比較例Ｎｏ．１２はＣ含有量が本発
明範囲の上限を超えているので、耐衝撃特性が低いもの
となった。比較例Ｎｏ．１３は、Ｓｉ含有量が本発明範
囲の上限を超えているので、スラグの発生量が増加する
と共に、縦曲げ試験において割れ欠陥が多量に発生し
た。比較例Ｎｏ．１４及び１５はＭｎ又はＣｒ含有量が
共に、本発明範囲の上限を超えているので、スラグ発生
量が増加した。また、比較例Ｎｏ．１６はＣｒ含有量が
本発明範囲の下限未満であるので、溶接金属の強度が不
十分であった。

【００５２】比較例Ｎｏ．１７はＭｏ含有量が本発明範
囲の下限未満であるので、耐衝撃特性が低いものとなっ
た。比較例Ｎｏ．１８はＭｏ含有量が本発明範囲の上限
を超えているので、鍛造中に割れが発生し、ワイヤを作
製することができなかった。比較例Ｎｏ．１９はＷ含有
量が本発明範囲の下限未満であるので、溶接金属の強度
が低いものとなり、比較例Ｎｏ．２０はＷ含有量が本発
明範囲の上限を超えているので、耐衝撃特性が低下し
た。比較例Ｎｏ．２１はＣｕ含有量が本発明範囲の上限
を超えているので、ワイヤの鍛造及び圧延中にキズが多
発し、スラグ発生量が増加した。

【００５３】また、比較例Ｎｏ．２２及び２４はＴｉ又
はＡｌ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、発生
するスラグが球状化せず、スラグの除去が困難であっ
た。比較例Ｎｏ．２３及び２５乃至３０については、Ｔ
ｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ又はＹと稀土類元素との総
含有量が本発明範囲の上限を超えているので、スラグ発
生量が増加すると共に、スラグの除去が困難となった。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ワイヤ中のスラグ生成元素を低減し、更に、Ｔｉ及びＡ
ｌを積極的に添加することによって、溶接金属が高強度
であると共に、ビード表面のスラグの発生を抑制するか
又はスラグの剥離性を高めて、溶接性を向上させること
ができる極低温鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤを得る
ことができる。また、ワイヤ表面のキズの深さを規制す
ることによって、更にスラグの発生量を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接試験方法を説明する模式的断面図である。

【図２】衝撃試験及び引張試験用の試験片の溶接金属か
らの採取位置を示す模式的断面図である。

【図３】縦曲げ試験用の溶接金属からの採取位置を示す
模式的断面図である。

【符号の説明】

１；母材 ２；裏当材 ３；溶接金属 ４、５、６；試験片

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉ：６５乃至８０重量％、Ｃｒ：０．
   １乃至５．０重量％、Ｍｏ：１６．０乃至２３．０重量
   ％、Ｗ：１．０乃至４．５重量％、Ｔｉ：０．０２乃至
   ０．１０重量％及びＡｌ：０．００３乃至０．０３０重
   量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からな
   り、前記不可避的不純物は、Ｃｕ：０．１０重量％以
   下、Ｍｇ：０．００２０重量％以下、Ｃａ：０．００２
   ０重量％以下、Ｃ：０．１０重量％以下、Ｓｉ：０．１
   ０重量％以下、Ｍｎ：０．１０重量％以下、Ｚｒ：０．
   ０１０重量％以下、Ｙ及び稀土類元素の総量：０．００
   ５重量％以下、Ｐ：０．００３重量％以下及びＳ：０．
   ００３重量％以下に規制されたことを特徴とする極低温
   鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤ。
2. 【請求項２】 更に、ワイヤ表面のキズの深さが０．０
   ５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の極
   低温鋼用Ｎｉ基合金ＴＩＧ溶接ワイヤ。