JPH10277777A - Ｎｉ基被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 苛酷な施工条件での溶接で被覆ア−ク溶接棒
が棒焼け現象をおこしても合金成分の酸化消耗量を極力
減少することにより、ア−ク状態の劣化やスラグの焼き
付き現象を防止して良好な溶接作業性を有し、能率的な
溶接施工が行え、さらに機械的性能、耐気孔性能及び耐
高温割れ性能が良好な溶接金属が容易に得られるＮｉ基
被覆ア−ク溶接棒を提供する。 【解決手段】 Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒの合金成分を含
むＮｉーＣｒ基心線に、該心線を構成する合金成分から
選択した金属粉末或は合金粉末と、脱酸剤としてのＡ
ｌ、Ｓｉ、Ｔｉの１種又は２種以上の金属粉末或はこれ
らの金属成分を含む合金粉末とを３００〜１５０μｍに
造粒し、該造粒粒子と金属炭酸塩、金属弗化物、硅酸塩
及び硅酸塩化合物、カリ化合物等の被覆成分剤とを混合
して被覆剤となし、前記Ｎｉ−Ｃｒ基心線に該被覆剤を
被覆したことを特徴とするＮｉ基被覆ア−ク溶接棒。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＮＧ貯蔵タンク
用９％Ｎｉ鋼の溶接用に使用される高Ｎｉ合金の溶接材
料の改良に係わり、さらに詳しくは優れた溶接作業性を
有し、機械的性能、耐気孔性能及び耐高温割れ性能が良
好な溶接金属を容易に得ることができるＮｉ基被覆ア−
ク溶接棒に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石油に替わるクリーンエネルギーとして
天然ガスの消費量が急速に伸び、それに伴い天然ガスの
運搬・貯蔵タンクの建造量も増加している。天然ガスの
運搬、貯蔵を簡便にする目的で天然ガスを冷却（−１６
２℃）して液化したものが液化天然ガス（ＬＮＧ）であ
り、ＬＮＧの容器として９％Ｎｉ鋼が主に用いられてい
る。この鋼は低温じん性の優れたフェライト系合金鋼で
あり、強度が高く溶接性も優れており、溶接には極低温
じん性の良好なＮｉ−Ｃｒ系の溶接材料が多く使用され
ている。被覆アーク溶接棒としてはＮｉ、Ｃｒ以外にＭ
ｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ等の合金成分を適宜添加したものが
主に使用されており、例えば特開昭５３−３７５５５号
公報において本発明者等はＮｉ−Ｃｒ系心線を用い、心
線又は被覆剤の一方又は両方にＴａを含有し、被覆剤の
全水分量を制御することにより溶接金属の耐ミクロ割れ
性を改善した被覆ア−ク溶接棒を開示している。

【０００３】Ｎｉ−Ｃｒ合金を心線に使用した被覆ア−
ク溶接棒は、溶接中に心線が電気抵抗熱により赤熱し、
被覆剤が変質し溶接作業性が劣化する棒焼け現象が起こ
りやすい。棒焼け現象を改善する技術として、本発明者
等は特公昭６２−５１７１６号公報にＮｉ−Ｃｒ系心線
に被覆剤中の石灰石の粒度を制御し、Ｌｉ化合物を含有
する被覆剤を被覆することで溶接中の保護筒を強化し、
耐棒焼け性を改善した被覆ア−ク溶接棒を開示してい
る。

【０００４】近年、作業効率を上げるため溶接電流を高
くする傾向があり、電流値の上昇とともに、耐棒焼け性
が従来技術では不十分となり、脱酸剤や酸化しやすい合
金成分の酸化消耗が著しく、脱酸不足で耐気孔性能が劣
化したり、ア−クの不安定化やスラグ剥離性などの溶接
作業性の劣化や、性能改善目的で被覆剤から添加した合
金成分が不足して、機械的性質や耐割れ性が劣化するな
どの問題が発生している。特に大入熱での立向溶接でス
ラグの焼き付現象が起こり易く、スラグの除去作業に多
大な工数が必要となるばかりでなく、すみ肉溶接部のカ
ラーチェック検査においてはビード表面に欠陥の疑似模
様が発生するためビード表面を整形する必要があり、さ
らに工数が増加して施工効率が低下するという問題も提
起されている。高電流での溶接で良好な溶接作業性を有
し、さらに溶接金属の耐気孔性能、耐割れ性能が良好で
目的の機械的性能が容易に得られるＮｉ基被覆ア−ク溶
接棒の開発が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにＬＮＧ貯
蔵タンク用９％Ｎｉ鋼の溶接に用いられてきたＮｉ基被
覆ア−ク溶接棒は、高電流使用による被覆剤の棒焼け現
象に伴う合金成分の酸化消耗が原因となる溶接金属の耐
気孔性能、耐割れ性能、機械的性能の劣化や、ア−クの
不安定化、スラグ剥離性不良等の溶接作業性劣化による
施工能率の低下等の問題があった。

【０００６】本発明はこれらの現状を鑑み、被覆ア−ク
溶接棒による９％Ｎｉ鋼の溶接に際し、苛酷な施工条件
での溶接で被覆ア−ク溶接棒が棒焼け現象をおこしても
合金成分の酸化消耗量を極力減少することにより、ア−
ク状態の劣化やスラグの焼き付き現象を防止して良好な
溶接作業性を有し、能率的な溶接施工が行え、さらに機
械的性能、耐気孔性能及び耐高温割れ性能が良好な溶接
金属が容易に得られるＮｉ基被覆ア−ク溶接棒を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の様な問
題点を解決すべくＮｉ−Ｃｒ基心線に脱酸剤を含む合金
成分の種類、添加量及び添加方法を変化させた被覆剤を
被覆した、被覆ア−ク溶接棒を試作し、溶接作業性及び
溶接金属性能を調査した結果、金属成分の添加方法を造
粒工程を設けて予備処理して配合する事により、従来よ
り高電流で溶接することで溶接棒が赤熱し棒焼け現象を
おこしても合金成分の粒度を管理することにより合金成
分の酸化消耗量が減少し、歩留り率を改善できることを
見いだした。

【０００８】さらに詳しく述べると、被覆剤中に配合す
る金属成分の粉末を造粒し、特定の粒度に整粒する予備
処理を行い、この造粒合金成分を他の被覆剤と混合した
後、粘結剤を用いてＮｉ−Ｃｒ基心線に塗装してなる被
覆アーク溶接棒を試作し、溶接作業性能、溶接金属の機
械的性能、耐気孔性能及び耐割れ性能の調査を実施し
た。耐気孔性能は気孔が発生しやすい上向き溶接姿勢で
薄板の継手溶接を実施してＸ線透過試験で判定した。割
れ性能は耐高温割れ性を評価するＪＩＳＺ３１１５で規
定されているＣ型治具拘束溶接割れ試験では耐割れ性評
価が明確に判定できないため、本発明者等が、拘束状況
が過酷な補修溶接を想定して独自に考案した横向き姿勢
によるＵ溝内に１パス溶接を行い、その試験ビードを表
面から順次１ｍｍ程度毎に研削して割れの発生状況を数
回検査して判定した。

【０００９】その結果、合金成分を未処理の粒度分布が
１８０〜４５μｍのままで添加したものに比べ、造粒、
乾燥して所定の粒度範囲に処理したものは棒焼けによる
合金類の酸化消耗が減少し、酸化消耗防止の改善により
合金類のスラグ化量が減少し、ア−ク状態の劣化やスラ
グの焼き付き現象が防止され溶接作業性が改善できると
いう知見が得られた。また、脱酸効果が向上するため従
来よりも脱酸剤の添加量を減少しても良好な溶接金属の
耐気孔性能が得られ、溶接金属の耐高温割れ感受性を高
めるＳｉ、Ａｌ、Ｔｉの添加量の減少が可能となり溶接
金属の耐高温割れ性能をも改善できるという知見も得ら
れた。さらに、歩留り率が改善され良好な機械的性能や
耐気孔性能を得るための合金添加量が減少でき経済的効
果も得られるという知見も得た。

【００１０】すなわち金属成分粉末を所定の粒子に造粒
して添加することにより、数種の微細な粒子の金属成分
類を大きな一つの合金成分粒子に変換し、合金粒子を大
きくしたことにより溶接中に合金粒子が飛散して酸化、
消耗することを防止しつつ溶接ア−ク雰囲気中への移行
を容易にし、性能改善目的の合金類は歩留り率を向上
し、脱酸剤は脱酸効率が向上するという知見を得た。

【００１１】本発明は上記の知見によりなされたもので
あり、その要旨は、（１）Ｎｉ基被覆ア−ク溶接棒にお
いて、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒの合金成分を含むＮｉー
Ｃｒ基心線に、該心線を構成する合金成分から選択した
金属粉末或は合金粉末と、脱酸剤としてのＡｌ、Ｓｉ、
Ｔｉの１種又は２種以上の金属粉末或はこれらの金属成
分を含む合金粉末とを３００〜１５０μｍに造粒し、該
造粒粒子と金属炭酸塩、金属弗化物、硅酸塩及び硅酸塩
化合物、カリ化合物等の被覆成分剤とを混合して被覆剤
となし、前記Ｎｉ−Ｃｒ基心線に該被覆剤を被覆したこ
とを特徴とするＮｉ基被覆ア−ク溶接棒。（２）Ｎｉ−
Ｃｒ基心線が心線全重量に対して重量％でＮｉ；５５〜
７５％、Ｃｒ；１２〜２０％、Ｍｏ；０．５〜３．０
％、Ｍｎ；０．５〜３．０％、Ｎｂ；０．５〜２．５％
含有することを特徴とする（１）記載のＮｉ基被覆ア−
ク溶接棒。（３）被覆剤が被覆剤全重量に対して重量％
でＭｎ；０．５〜６．０％、Ｎｂ；０．５〜３．０
％、、Ｍｏ；０．５〜６．０％、更にＡｌ；１．５〜
４．０％、Ｓｉ；０．１〜２．０％、Ｔｉ；０．１〜
２．０％の１種又は２種以上を含むことを特徴とする
（１）、又は（２）記載のＮｉ基被覆ア−ク溶接棒にあ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は被覆に配合される合金類
に予備処理を施し被覆する事が最大の要件であり、金属
域は合金類を造粒し３００〜１５０μｍの粒度に整粒し
て配合・添加する事により、金属域は合金剤個々の粒度
で添加する場合に比べて歩留り率が改善されという知見
によりなされたものである。合金類を造粒することで添
加した合金剤が均一に撹拌され被覆剤での偏析が防止さ
れるとともに粒度を３００〜１５０μｍ以上に整粒する
ことで従来の微細な金属粉末での添加で顕著であった合
金類が溶接中に飛散し酸化、消耗する量が減少され性能
改善目的で添加する合金成分の歩留り率が向上し、脱酸
剤においては溶接金属の耐気孔性能を満足するための添
加量の減少が可能となり、耐気孔性を犠牲にすることな
く溶接金属の耐割れ性能が改善された。金属粒子の粒度
が１５０μｍ未満だと合金類を造粒した効果が殆どな
く、非造粒状態と同様に合金剤の酸化消耗量が増加し十
分な効果が得られず、ア−ク状態やスラグ剥離性及び溶
接金属の耐気孔性能も劣化する。また、粒度が３００μ
ｍを超えると被覆剤の塗装性が劣化し、被覆剤の均一性
が不充分で合金成分の偏析を起こす原因となることがあ
るため金属粒子の粒度を３００〜１５０μｍに制限す
る。なお、前記金属成分以外にＮｉ、Ｗ等の粉末等を添
加してもその効果に変わりなく、必要に応じて他の合金
剤を添加してもかまわない。

【００１３】Ｎｉ−Ｃｒ基心線成分とその量の限定理由
について述べる。

【００１４】Ｎｉは、マトリックスを構成する主要元素
であり溶接金属の諸特性を得るために５５％以上必要で
あるが、必要に応じてＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂ等の合金成分を
含有させるためには７５％が限度である。従って５５〜
７５％に制限する。

【００１５】Ｃｒは溶接金属強度特性等を保持するため
の主要元素であり、その効果を十分ならしめるために１
２％以上必要であるが、２０％を超えると靭性や延性が
劣化する。従って、１２〜２０％に制限する。

【００１６】Ｍｏは溶接金属マトリックスに固溶して、
強度を向上させるのに効果があり、０．５％未満では効
果が少なく、３．０％を超えると心線製造工程の鍛造性
や伸線性が劣化する。従って０．５〜３．０％に制限す
る。

【００１７】Ｍｎは、溶接金属の靭性を改善するのに有
効であるが０．５％未満では効果が少なく３．０％を超
えると心線製造工程の鍛造、圧延性が劣化する。従って
０．５〜３．０％に制限する。

【００１８】Ｎｂは溶接金属の強度向上に有効であるが
０．５％未満では効果が少なく２．５％を超えると靭性
が劣化する。従って０．５〜２．５％に制限する。

【００１９】次に被覆剤成分とその量の限定理由につい
て述べる 溶接金属に必要な合金である金属成分は心線から添加し
た方が被覆剤から添加するより歩留り率が良く、心線か
ら添加すべきであるが心線の鍛造性及び加工性の点で無
理な場合があり、溶接金属の要求性能を得るために心線
からのみでは添加できないので、被覆剤から添加する場
合があり、被覆剤からの合金剤の添加は避けられない。
先ず、被覆剤全重量に対する合金成分の配合量の制限理
由を述べる。

【００２０】Ｍｎは前述したように溶接金属の靭性を改
善し、耐気孔を改善するために有効であるが、０．５％
未満だと効果が少なく６．０％を超えると、ビード形状
が凸気味になり溶接作業性が劣化する傾向がある。従っ
て０．５％〜６．０％に制限する。好ましくは、１．０
〜６．０％の範囲である。

【００２１】Ｎｂはア−クを安定化し、溶接金属の強度
向上に有効であるが０．５％未満では効果が少なく３．
０％を超えると溶接金属の耐割れ性が劣化する傾向があ
る。従って０．５％〜３．０％に制限する。

【００２２】Ｍｏはア−クの安定化と溶接金属の強度向
上に有効であるが０．５％未満では効果が少なく６．０
％を超えると溶接中の保護筒の形成性が劣化する。従っ
て０．５％〜６．０％に制限する。

【００２３】Ａｌは溶接金属の耐気孔性能を改善するた
め非常に有効であり１．５％以上必要であるが４．０％
を超えると溶接金属の耐割れ性能が劣化する傾向があ
る。従って１．５％〜４．０％に制限する。

【００２４】Ｓｉは溶接金属の耐気孔性能を改善し、ス
ラグの流動性を改善するために有効である。０．１％以
上必要であるが２．０％を超えると溶接金属の耐割れ性
能が劣化する。従って０．１％〜２．０％に制限する。

【００２５】ＴｉはＳｉと同様に溶接金属の耐気孔性能
を改善し、スラグの流動性を改善するために有効であ
る。０．１％以上必要であるが２．０％を越えると溶接
金属の耐割れ性能が劣化する。従って０．１％〜２．０
％に制限する。

【００２６】また、被覆成分剤としては、炭酸カルシウ
ム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム等の金属炭酸塩、
蛍石、弗化バリウム等の金属弗化物、硅石灰等の硅酸塩
や硅酸塩化物、およびカリガラス、Ｔｉ酸カリ等のカリ
化合物等の通常被覆成分として使用されているものを使
用することができる。

【００２７】以下に実施例により本発明の効果を具体的
に説明する。

【００２８】

【実施例】実験に供した心線は溶解後、鍛造、圧延、伸
線を行い４．０ｍｍφ×３５０ｍｍの寸法に作成した。
表１に心線組成を示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】 表２に表１の心線に被覆した被覆剤の組成を示すが、Ｆ
１〜Ｆ５は本発明に用いた被覆剤で、Ｆ１Ｎ、Ｆ１Ｂ、
Ｆ２Ｎ、Ｆ３Ｂは比較例に用いた被覆剤である。

【００３１】被覆ア−ク溶接棒の製造方法について言及
すると、表２の被覆剤に硅酸カリ、硅酸ソーダ等の水ガ
ラスを被覆剤重量に対し約２０％前後添加し、湿式混合
した被覆剤を被覆率が３０％となるよう表１の心線に塗
装し、約４００℃で約６０分焼成して作成した。

【００３２】表３に実験に供した９％Ｎｉ鋼の化学成分
を示す。表４及び表５に表１の心線と表２の被覆剤との
組み合わせた溶接棒で表３の９％Ｎｉ鋼（２０ｍｍｔ）
を用い下向姿勢で従来よりも高い電流値の１５５Ａにて
溶接した溶着金属の化学成分、溶着金属の機械的性能を
示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】 表５には立向姿勢による継手溶接金属の機械的性能、溶
接作業性評価結果、上向姿勢による耐気孔性能評価結果
及び横向き姿勢による耐高温割れ性能評価結果を示す。
溶着金属性能試験はＪＩＳＺ３２２５に準拠して実施し
た。継手溶接金属性能は表３の９％Ｎｉ鋼（３０ｍｍ
ｔ）に図１に示す開先形状を形成し、立向姿勢で溶接電
流：１３０Ａ、速度：５０〜１００ｍｍ／ｍｉｎの溶接
条件で両面突き合わせ溶接を実施し短ゲージ引張試験
（継手引張試験片：ＪＩＳ Ｚ ３１２１、１号）、衝
撃試験（衝撃試験片：ＪＩＳ Ｚ ３１１１、４号）で
調査した。衝撃試験は−１９６℃にて試験し吸収エネル
ギーを求めた。溶接作業性は継手溶接で同時に判定し
た。

【００３５】耐気孔性能評価は表３の９％Ｎｉ鋼（８ｍ
ｍｔ）に図４に示す開先形状を形成し、上向姿勢で溶接
電流：１２０Ａ、速度：６０〜１２０ｍｍ／ｍｉｎの溶
接条件で溶接長４００ｍｍの両面突き合わせ溶接を実施
し、Ｘ線透過試験（ＪＩＳＺ ３１０６）により判定し
た。

【００３６】耐高温割れ性能は表３の９％Ｎｉ鋼（３０
ｍｍｔ）に図２の溝形状を形成し、図３の拘束を施し、
溶接電流：１５０Ａ、溶接速度：２０ｃｍ／ｍｉｎの条
件で試験ビードを横向き姿勢で５００ｍｍ溶接し、ビー
ド表面から約１ｍｍずつ３回研削してカラーチェック検
査を行い、割れの個数及び長さを測定し、３回の合計で
判定した。

【００３７】本発明例のＮｏ．１〜Ｎｏ．６は、同じ配
合処方で合金類が非造粒であったり粒度が３００〜１５
０μｍを外れて心線に被覆されている比較例のＮｏ．７
〜Ｎｏ．１９に比べ良好な溶接作業性を有しており、フ
ラックスから性能改善目的で添加した合金成分含有量が
多く比較例よりも良好な機械的性能が得られている。ま
た、溶接金属の耐気孔性能、耐高温割れ性能も比較例に
比べ良好な性能が得られた。比較例のＮｏ．７〜Ｎｏ．
１９は合金類が非造粒であったり、粒度が３００〜１５
０μｍを外れて心線に被覆されているため高電流で試験
すると本発明例に比べ溶接作業性、溶接金属の機械的性
能、耐気孔性能及び耐割れ性能が劣る。

【００３８】

【表５】 注１）耐気孔性能の判定基準は溶接長４００ｍｍに認め
られる欠陥の大きさ、個数で下記の等級をつけ判定し
た。 Ａ；無欠陥 Ｂ；０．５ｍｍを超える欠陥が無く０．５ｍｍ未満の欠
陥が５個以下 Ｃ；０．５ｍｍを超える欠陥が２個以下、又は０．５ｍ
ｍ未満の欠陥が５〜１０個 Ｄ；０．５ｍｍを超える欠陥が３〜５個、又は０．５ｍ
ｍ未満の欠陥が１０〜２０個 Ｅ；０．５ｍｍを超える欠陥が５個以上、又は０．５ｍ
ｍ未満の欠陥が２０個以上 注２）アーク安定性の判定は溶接中にアークの吹き付け
強さなどのアーク状態が最後まで変化せず溶接できた場
合を良好、、溶接の途中からアークの吹き付け強さが弱
くなる、アークが切れるなど、最後まで同じアーク状態
で溶接できなかった場合を不良とした。スラグ剥離性の
判定は溶接直後にスラグを除去した時、ビード表面にス
ラグ焼付きが残らない場合を良好、スラグ焼付きが認め
られた場合を不良とした。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明は、Ｎｉ基合金の被
覆ア−ク溶接棒において高電流での溶接においてアーク
状態やスラグ剥離性が良好で、且つ、耐高温割れ性能や
耐気孔性能が良好で、溶接欠陥のない健全な溶接属を容
易に得られる被覆ア−ク溶接棒を提供するものであり、
９％Ｎｉ鋼の溶接を能率的かつ経済的に溶接施工するた
めに大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において用いた継手溶接用の開先形状を
示す断面図である。

【図２】実施例において用いた割れ試験用の開先形状を
示す断面図である。

【図３】実施例において用いた割れ試験用の拘束状態を
示す図である。

【図４】実施例において用いた耐気孔性調査用の開先形
状を示す断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｉ基被覆ア−ク溶接棒において、Ｍ
   ｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒの合金成分を含むＮｉーＣｒ基心
   線に、該心線を構成する合金成分から選択した金属粉末
   或は合金粉末と、脱酸剤としてのＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉの１
   種又は２種以上の金属粉末或はこれらの金属成分を含む
   合金粉末とを３００〜１５０μｍに造粒し、該造粒粒子
   と金属炭酸塩、金属弗化物、硅酸塩及び硅酸塩化合物、
   カリ化合物等の被覆成分剤とを混合して被覆剤となし、
   前記Ｎｉ−Ｃｒ基心線に該被覆剤を被覆したことを特徴
   とするＮｉ基被覆ア−ク溶接棒。
2. 【請求項２】 Ｎｉ−Ｃｒ基心線が心線全重量に対して
   重量％でＮｉ；５５〜７５％、Ｃｒ；１２〜２０％、Ｍ
   ｏ；０．５〜３．０％、Ｍｎ；０．５〜３．０％、Ｎ
   ｂ；０．５〜２．５％含有することを特徴とする請求項
   １記載のＮｉ基被覆ア−ク溶接棒。
3. 【請求項３】 被覆剤が被覆剤全重量に対して重量％で
   Ｍｎ；０．５〜６．０％、Ｎｂ；０．５〜３．０％、、
   Ｍｏ；０．５〜６．０％、更にＡｌ；１．５〜４．０
   ％、Ｓｉ；０．１〜２．０％、Ｔｉ；０．１〜２．０％
   の１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載のＮｉ基被覆ア−ク溶接棒。