JPS6199598A - 低温用鋼の溶接用心線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は低温用鋼の溶接用心線、と＜　ＶＣＬＰＧ　。

ＬＮＧ等の極低温で使用される９　Ｎｉ鋼等の低温用８
３合金鋼の溶接用心線に関ゴるものである。

（従来の技術） 近年、エネルギー貯蓄の一環として、ＬＰＧやＬＮＧの
タンクが各地で建造されており、９　Ｎｉ鋼をはじめと
するＮ１合金鋼が非常に多く使用されているＯ しかしながら、その使用される状況や安全性の面から、
溶接材料においても非常に厳しい性能が要求されている
。溶接材料として一般には、低温靭性が安定していて、
強度の高いＮｉ基合金が実用化されており、被覆アーク
溶接、潜弧溶接、ガスシールドアーク溶接で用いられて
いる。

このＮｉ基合金の中でも、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ　　を主成
分とするインコネル系は潜弧溶接に用いると高温割れが
発生しやすいことから、Ｎｉ−Ｍｏを主成分とするハス
テロイ系が倣多く開発され、例えば、特公昭４９−２７
７３２号公報および特公昭５１−２９１０４号公報記載
のＮｉ基合金が実用化されているが、溶接金属の粒界に
微小な割れが発生しやすい欠点がある。また、Ｎ！、Ｍ
ｏ、Ａｌを含有しているワイヤが、特開昭５８−６１９
９３号公報および特公昭５９−６７５６号公報九より提
案されている。しかしながら、特開昭５８−６１９９３
号公報記載のワイヤでは、ｋｔ含含有跡０．００５〜０
．１５％で、耐割れ性防止には不充分である。特公昭５
９−６７５６号公報記載のワイヤについては、Ａｌ含有
量が０．０１〜１．５％で耐割れ性良好な範囲も存在す
るが、この種のＮ１−Ｍｏ基ワイヤにおいてＡｌを多量
（約０．１０％以上）に含有する場合、鍛造性が著しく
劣化し、特公昭５９−６７５６号公報記載の実施例ワイ
ヤの成分では実際に生産すると歩留りが極端に低下する
。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、低温用鋼の溶接用心線として溶接金属の粒界
に発生する微小な割れを防止し、割れ感受性が良好で、
低温靭性や引張強さが良好な溶接金属を与えると共に、
心線を製造する上で、鍛造性や圧延性に優れた新規な溶
接用心線を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨は、ｈｔ　：　０．１６〜ｚ、ｏ％（Ｘｉ
％以下同様）、Ｍｏ：１２〜３６％、Ｎｉ：６０〜８５
％を含有し、かつ、Ｍｇ：０．００１〜０．０２チ含有
する（　。ｈ’ｖａｍｈｔａｔ−ヨ。。ヨ、。つ、あう
。

なお、必要に応じて上記以外の成分を含むことも可能で
ある。その様な成分とは、（１）　Ｃｐ　Ｗ　、Ｆｅ　
。

Ｃｒ　、　Ｃｏ　、　Ｍｎ等、（２）ｓｔ　ｌＴ１　ｔ
ｃａｐｖｐｚｒｒＹｔＨｆ　、　ＲＥＭ等、（３）Ｂ等
で、（１）は強度を高めるため、（２）は脱酸能力を高
めるため、（３）は溶接金属の曲げ性能を高めるための
効果がある。

Ｎｌを含有する低温用鋼の溶接継手部は、厳しい環境に
さらされるため、母材にまさるとも劣らない性能が要求
される。そのため、引張強さ、低温靭性に優れたＮｉ基
合金が使用されている。しかしながら、前述のように溶
接金属の粒界に微小な割れが発生しやすく、実際の施工
では、補修作業が頻繁に行なわれており、この点の改良
が、強く望まれている。

この溶接金属の粒界和発生する微小な割れＫは、主に凝
固割れと後続パスの再加熱によって熱影響部に発生する
割れとがある。Ｎ１基合金におけるこのような割れは、
偏析による結晶粒界の溶融温度の低下が原因と考えられ
ているが、有効な対策が講じられていないのが現状であ
る。

本発明者らは、割れが溶接金属の粒界に発生しているこ
とに着目し、種々検討した結果、溶接金属中の酸素が粒
界に酸化物を形成し、粒界脆化を　′起すとの知見を得
た。

そこで溶接金属の粒界の酸化物を低減するため、その原
因である酸素を低減する脱酸元素について更に研究を重
ねた結果、Ａｌが強烈な脱酸作用により、結晶粒界を清
浄化し、割れ防止に極めて有効であることが判明した。

又、溶接金属中に歩留ったＡｌにより溶接金属の高温延
性が著しく増加し、前述した後続パスの再加熱による熱
歪を受けた場合も、耐割れ性の面で効果があることが判
明した。

即ち、本発明の目的の一つである溶接金属の粒界の微小
な割れを防止するには、 （１）粒界の酸化物を低減する事 （２）溶接金属の高温延性を増加する事との結論に基づ
いてなし得たのである。

ところが、Ｎｉ　−Ｍｏ系合金においてＡｌを添加して
いくと鍛造性が著しく劣化し、歩留りは極端に低下する
。本発明者らは、Ｎｉ　ｒ　Ｍｏ　＃　ＡＺを含有する
合金において、鍛造性、圧延性の面で更に検討な重ねた
結果、ある一定量のＭｇの添加が極めて有効であるとの
知見を得た。

即ち、本発明は、Ｎｌ　−Ｍｏ系合金において、（１）
溶接金属の粒界の微小割れ対策としてＡｌ　を添加する
事、 （２）　ｈｔ添加による鍛造性、圧延性の劣化を一定量
のＭｇを添加する事により防止する事、 の２点によりなし得たのである。

以下に本発明の成分およびその含有量の限定理由につい
て説明する。なお以下の成分のチは、すべて重量％であ
る。

Ａｌ　： 第１図は、横向潜弧溶接におけるＡＡの添加が、溶接金
属の酸素量及び微小割れに及ぼす影響を示すものである
。Ａｌ添加と共に通常の溶接金属酸素量１５０〜２５０
　ｐｐｍを４０　ｐｐｍ迄低減する効果がある。特に、
Ａｌを０．１６％以上添加すると、酸素量４０〜８０　
ｐｐｍで微小割れは皆無になる。さらに、Ａｌが溶接金
属中に歩留ることにより、溶接金属の高温延性も飛躍的
に増大し、微小割れ防止に椿めて有効圧作用する事を見
出した。

なお、第１図における溶接および微小割れ検査の要領は
溶接材料以外は後述の実施例と同様である。

一方、Ａｌ以外の脱酸剤について、Ｓｌ　ｐ　ＴＩ　Ｆ
　Ｚｒを添加し、実験に供した。Ｓｔは添加するにつれ
て、割れを助長する元素であり、＠に粒界にＮｉ−Ｍｏ
−８ｔ系低融点共品物を生成し、後続パスにより再加熱
された場合、粒界に液化反応を起し、微小割れを発生さ
せる原因となる。従って、Ｓｉは酸素とともに微小割れ
に対して極めて有害であり、極力低減する必要がある。

特に、Ｓｔが０．１５チを超えるとＡｌをいくら添加し
ても微小割れを皆無にすることは不可能である。ＴＩは
、ＴＩＣを生成し、粒界の析出硬化を起し、かえって割
れ感受性を高める。Ｚｒは、粒界を脆化させ、割れ感受
性を上げるので、ｔ　　極カ低下イ、ゎう、が必要アあ
う。但５、工１゜、５チ以下、ＺｒＯ，２％以下の範囲
であれば、Ａｌを０．１６チ添加すると割れは防止でき
る。

即ち、Ａｌのみが脱酸剤として微小割れ防止に極めて効
果がある事が判明した。他の元素は使用される環境圧よ
っては、さらに脱酸を強化する必要があり、その場合は
本発明の効果を損なわない程度に、添加すればよいと考
える。この場合、Ａｌを含有しているのは当然である。

以上、説明したよ５に、Ａｌは溶接金属の粒界に発生す
る微小な割れ防止に著しい効果があるが、ｋｌの添加量
が０．１０％を超えると鍛造性、圧延性が急激に低下し
、実用に供しえない。そこで、本発明者らは後述のＭｇ
の添加量より、鍛造性、圧延性を改善したが、それでも
Ａｌの添加量が２．０チを超えるとＭｇの添加にかかわ
らず心線の製造は困難であった。従りて、Ａｌ含有量は
、０．１６〜２．０％とする＠ ＭＯ： Ｍｏは溶接金属の強度を増すとともに、高温割れを防止
するが、１２％未満では、上記効果は認められず、３６
％を超えると溶接金属の低温靭性が低下し好ましくない
。従って、ＭＯ含有量は１２〜３６チである。

Ｎｌ　： Ｎ１は低温用鋼溶接部の低温靭性な確保する上から６０
％以上必要である。しかし、溶接部の強度を確保する上
から、他の元素（Ｍｏ　ｖ　Ｗ　ｙ　Ｃｒ等）を添加す
る事を考慮すると８５チが上限である。従ってＮ１含有
量は、６０〜８５％とする。

Ｍｇ： 第２図は、）Ｌを０．２５〜０．４０％を含有する心線
についてＭｇ添加量が鍛造歩留り率に及はす影響を示す
ものである。尚、ここで言う鍛造歩留り率とは、２３５
°瓢の３００時溶解品（インゴット）を６５φ■まで鍛
造した時の割れ発生部分を削除した残量を示している。

Ｍｇの添加と共に歩留り率は急激に上昇し、０．００１
％添加すると歩留り率は約６０％、Ｏ，００６％以上添
加すると歩留り率は９０チ以上となった。即ち、Ｍｇを
０．００１％以上添加する事が、鍛造性の改善に極めて
有効に作用する事を見出した◇ 一方、Ｍｇ以外にＣｍについても同様の実験を行なりた
。しかし、Ｃａ単独の添加では鍛造性の改善は、見出せ
ず、逆に０．０１％を超えると溶接金属の微小割れに有
害である事が判明した。但し、０．００１チ以上のＭｇ
と共に用いれば、０．０１％以下のＣａの添加は、鍛造
性忙悪影響を及はさず、脱酸性元素として作用する。

以上、説明したようにＮｉ　、　Ｍｏ　、　Ａｌを含有
する合金において、Ｍｇの添加は鍛造性の改善に著しい
効果があるが、Ｍｇの添加量が０．０２チを超えると不
活性ガスシールド溶接でスラグが多愈忙発生し、溶接作
業性が低下する。従って、Ｍｇ含有量は、０．００１〜
０．０２％である。

以上が本発明で特に定める成分およびその範囲であるが
、Ｐ、Ｓ等の不可避的不純物は、もちろんのこと使用目
的によって他の成分を含むことも本発明に含まれる。例
えば、溶接金属の強度を高めるために、Ｃ、Ｗ　、　Ｆ
ｅ　、　Ｃｒ　、　Ｃｏ　、　Ｍｎ等の効果があるが、
Ｃは０．０４％、Ｗは１０チ、Ｃｒは５チ、Ｃｏは１０
チを超えると低温靭性が低下し、特に、ＣおよびＣｒは
靭性においてばかりでなく、耐割れ性を損なうものであ
り、Ｃ：０．０４％以下、Ｃｒ：５チ以下が好ましい。

Ｆａは２０％を超えると逆に強度が低下し、Ｍｎは５チ
を超えろとビードが極端に凸形になり、溶接欠陥を生じ
やすい。従って、各々の上限がＣ：０．０４％、Ｗ：１
０％、Ｆｅ：２０チ、Ｃｒ：５％、Ｃｏ　：　１０％、
Ｍｎ　：　５％であればこれらを１ね又は２種以上含ん
でも本発明の特性を損なうものではない。

さらに、脱酸能力を高めるために８１　、　Ｔｉ　＊　
Ｃａ　ｔＶ　、　Ｚｒ　、　Ｙ　、　Ｈｆ　、　ＲＥＭ
等の添加が効果があるが、Ｓｌは０．１５％、Ｃａは０
．０１％、■は０．２％、ｚｒは０．２％、Ｙは０．１
俤、Ｈｆは０．１チ、ＲＥＭは０．１％を超えると溶接
時の耐割れ性が劣化し、Ｔｉは０．５チを超えると潜弧
溶接や被覆アーク溶接においてスラグがこびりつき溶接
欠陥を生じやすい。従って、各々の上限がＳｔ　：　０
．１５％、Ｔｉ：０．５９６、Ｃａ：０．０１％、Ｖ：
０．２％、Ｚｒ：０．２％、Ｙ：０．１％、Ｈｆ：０．
１％、　ＲＥＭ　：　０．１　％？あ、イ、ｊｈ６’＆
１種又は２種以上含んでも本発明の特性を損なうもので
はない。

又、溶接金属の曲げ性能を高めるためにＢ等の添加が効
果があるが、Ｂは０．０２％を超えると耐割れ性が劣化
するので０．０２　％以下であれば、本発明の効果を損
なわない。

本発明は以上述べた如（、Ｎｉ−Ｍｏ合金においてＡｌ
およびＭｇを適量添加することで溶接金属の粒界に発生
する微小な割れを防止すると共に、鍛造性、圧延性にも
著しい効果があるとの知見を得てなしえたものである。

（実施例） 以下に実施例により本発明の効果を、さらに具体的に示
す。

第１表に示す組成の合金を真空溶解炉にて作製し、鍛造
、圧延、ｉ引きを行って４．０■’、　３．２　ｍ’＋
２．４ｍ、１．２ｍｍ　　のワイヤを得た。４．０　ｍ
’のものは被覆アーク溶接棒心線、３．２ｍφｐよび２
．４ｍｍのものは潜弧溶接用ワイヤ、１．２ｍ　　のも
のはＴＩＧ溶接用ワイヤとして実験に供した。第１表に
おいてＷ−１〜Ｗ−７は本発明例であり、Ｗ−８〜Ｗ−
１５は比較例を示したものである。

なお、潜弧溶接については、ＣａＦ２　：　３４．５％
、ＣａＯ：　２９．８　％、Ａｌ２０３：　３５．５　
％、その他からなる溶融形フラックスを７ラツクス全体
九対して４３チ、さらにＣ凰Ｃｏ３．：　５．５％、Ｍ
ｇＯ：　５チ、ＣａＦ２　：　３９　Ｔｏ　ｓ金属Ｍｎ
：１．５％、Ｆｅ−Ａｌ：６％を原料粉として水ガラス
で混和し、５００℃×１ｈｒの条件で焼成した焼成形フ
ラックスを用いた。

本フラックスはＦｅ　−Ａｌを含有している＠これは、
潜弧溶接では、フラックス中のＣａ　ＣＯ３等の炭酸塩
が適量添加してあり、この場合分解したＣＯ２によ、す
、Ａｌが消耗する。従って、Ａｌの不足を防止する必要
があり、Ｆｅ　−Ａｌが添加しである。被覆アーク溶接
用については、石灰石＝３ｏチ、金石：３０％、炭酸バ
リウム二８チ、炭酸マグネシウム＝７％、Ｆｅ−Ａｌ：
　７％、その他よりなる原料粉と水ガラスを混合し、前
述の４．０　ｍ’　の心線に塗布した。被榎率は３０％
とし、４００℃Ｘ　２　ｈｒｓで乾燥した。

上記溶接用心線について第２表に示す母材を用い、第３
表に示す溶接条件で、溶接金属の耐割れ性、引張強さ、
伸び、低温靭性、ビード外観を調査した。試験結果を第
４表に示す。

潜弧溶接は、横向が第３図−）、下向が第３図（ｂ）の
要領、被覆アーク溶接は第３図（ｃ）の要領、ＴＩＧ溶
接は第３図（ｄ）の要領で、いずれも前述のように第２
表に示す鋼板で第３表の溶接条件にて実施した。

なお、溶接部の割れ検査は、第４図のように、余盛ビー
ドを板面まで研削し、板面（Ａ、、Ｂ、）およびさらに
２１１１１削った面（Ａ２．Ｂりについてカラーチェ、
りを行ない割れの発生数を観察した。

第４表には、溶接部の表側および裏側の割れ発生数の合
計を１ｍ当りの発生数で示した。試験結果は第４表に示
すように本発明の溶接用心線Ｗ−１〜Ｗ−７は、熱間鍛
造性、溶接金属の耐割れ性、引張強さ、衝撃値、ビード
外観とも良好であった。

しかし、比較例として示したＷ−８〜Ｗ−１５はＷＪ４
表にその個々の理由について示した如く、ワイヤ中のＮ
ｌ　、　Ｍｏ　、　Ａｌ１およびＭｇ含有量の不適正に
より、熱間鍛造性の不良、耐割れ性の不良、機械的性質
の不満足、ビード外観の不良の問題が発生した。

（発明の効果） 以上の結果から明らかなよう忙、Ｎｉ−Ｍｏ合金に：　
ＡｌおよびＭｇを適量添加することにより、溶接金属の
粒界に発生する微小な割れを防止し、溶接部の機械的性
質およびピード外観が良好であると共に、生産の面では
鍛造性、圧延性の良好な溶接用心線が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡｌ添加量が割れ発生数に及ぼす影響を示す図
、纂２図はＭｇ添加量が鍛造歩留り率に及ぼす影響を示
す図、第３図（ａ）　ｅ　（ｂ）　＊　（ｅ）　ｐ　（
ｄ）は実施例に用いた被溶接鋼板の開先形状と積層要領
を示す図、第４図は割れ検査要領を示す図である。 １〜１３・・・溶接ビード積層順序 第１図 ０　　　０、ｌＯ，２θ：Ｊ　　　Ｏ，４０！；　　　
０．６　　０．’／　　　０．１ｊＡｌ　　ｈ　　カロ
　】ヒ　（％） 第３図 （α）（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ａｌ；０．１６〜２．０％（重量％以下同様）Ｍｏ；１
   ２〜３６％ Ｎｉ；６０〜８５％ を含有し、かつ、 Ｍｇ；０．００１〜０．０２％含有することを特徴とす
   る低温用鋼の溶接用心線。