JPS62224497A

JPS62224497A - 低水素系被覆ア−ク溶接棒

Info

Publication number: JPS62224497A
Application number: JP6817286A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Koshio; 小塩　威; Hisao Maeda; 前田　久雄; Masaru Mizogami; 溝上　勝
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1987-10-02

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Ｃｒ　−Ｍ　ｏ　系高温用鋼用溶接材料、詳し
くは２）　Ｃｒ−ｌＭｏ及び３ｃｒ−ｌＭｏ鋼等のＣｒ
−Ｍｏ系高温用鋼を対象とし、長時間熱処理後でも高温
特性に優れた溶接金属を与える低水素系被覆アーク溶接
棒に関するものである。

（従来の技術）近年、石油精製プラント等の操業効率を高めるため、そ
れに使用される圧力容器の大型化あるいは操業温度の高
温化が要求されてきている。

このような要求に対し、母材については高温用鋼の高強
度化がすでに進められてきている。一方、これら高強度
母材の溶接に用いられる被覆アーク溶接神による溶接金
属についても同様であシ、長時間熱処理後でも優れた高
温特性を有する溶接金属を与える被覆アーク溶接棒の開
発が要望されている。

このような状況に対し、特開昭５９−１７８１９７号公
報では、心線中のＣ，Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ。

■の添加量を限定すると同時に、この心線にＣａ　ＣＯ
ｓ　、　Ｃａ　Ｆ＊を必須成分とする被覆剤を塗布した
ことを特徴とする高温用鋼用被覆アーク溶接材料が開示
されているが、これは高Ｃｒ鋼と低Ｃｒ鋼とを溶接する
際に、高Ｃｒ側の溶接ゼンド部における溶接後熱処理時
の組織変化を抑制し、健全な異材溶接部を得るためのも
のであって、高温強度およびクリープ破断強度などの高
温特性を積極的に向上させようとするものではなく、高
温特性に優れた２キル３％Ｃｒ　−１％ＭＯ鋼用被援用
被覆アーク溶接棒するに至っていない。また、特開昭６
０−４０６８９号公報は、被覆剤成分としてＣａｃＯ３
゜金属弗化物、Ｓ　１ｃ）２　、　Ｓ　ｉ、　Ｍｇを必
須成分とし、かつ心線含有量との関係でＴｉ０１　、　
Ｃ，Ｍｎ、　Ｃｒ、　Ｍｏ。

■を添加しうる任意成分とからなる被覆剤を、心線成分
としてＣ，Ｓ　ｉ、　Ｍｎ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｔｉ、
　Ｖを限定し、残部がＰ″ｅ及び不可避不純物からなる
心線に、粘結剤として硅酸ソーダ、硅酸カリ及び硅酸リ
チウムなどの混合物を用いて被覆せしめた被覆アーク溶
接棒によシ、Ｃｒ　−Ｍｏ　　系高温用鋼をアーク溶接
し、更に溶接金属成分としてＣ，Ｓｔ、Ｍ、、。

Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖを含ませることによシ、特に低温
靭性に優れたＣ　ｒ　−Ｍｏ　　系高温用鋼のアーク溶
接方法を開示しているが、高温強度およびり１７一プ破
断強度を積極的に向上しようというものではなく、高温
特性に優れた２キル３％Ｃｒ　−１％ＭＯ鋼用被援用被
覆アーク溶接棒するに至っていない。

以上の観点から、長時間熱処理後においても高温強度お
よびクリープ破断強度などの高温特性において優れた性
能を発揮する２）〜３％Ｃｒ　−１％Ｍｏ鋼用被覆アー
ク溶接棒の開発が望まれている。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は２キル３％Ｃ【−１％ＭＯ鋼の溶接において優
れた高温特性を有する溶接金属を与える低水素系被覆ア
ーク溶接棒を提供するものである。

（問題点を解決するための手段）本発明の要旨とするところは、Ｃ；０．０５〜０．１６重量％、Ｓｔ；０．２５重置火以下、Ｍｎ　ｇ　Ｏ−５０〜１．１０重量％、Ｃｒ　二２．０
０〜３．５０重量％、Ｍｏ　：　０．８０〜１．５０重量％、Ｖ”０．４０〜
０゜６０重量％、？Ｆｅ及び不可避不純物：残部、からなる化学成分を有する心線の周囲に、金属炭酸塩；
３０〜７０重景％、重量弗化物；　５〜３０重量％、Ｍｇ　　　　”　０．５〜５重量％、その他に、上記以外の脱酸剤、アーク安定剤、粘結剤を
含む被覆剤を被覆塗装したことを特徴とする低水素系被
覆アーク溶接棒である。

２＋〜３％Ｃｒ　−１％Ｍｏ鋼の溶接において、溶接金
属の高温強度およびクリープ破断強度の低下原因は、溶
接金属が高温に長時間加熱される過程、すなわち長時間
熱処理の過程においてまず、溶接金属中のＣとＦｅが結
合してＦｅ５Ｃを析出し、次にこの炭化物がＭ２．　Ｃ
，、Ｍ、Ｃ（Ｍは金属元素を指す）に変化し、炭化物が
粗大化することによるものとされている。

そこで本発明者らは鋭意研究の結果、溶接金属中の炭化
物の過剰生成によるＣの減少を起さない範囲でＶを添加
することにより高強度化を計るとともに、溶接金属に微
細なり’４ｃ３を析出させ、Ｍ、、Ｃ，、Ｍ、　Ｃの析
出状態を長時間にわたって粗大化しないようコントロー
ルし、長時間熱処理後でも４５０〜５００　’ＣＫおけ
る高温強度およびクリープ破断強度の維持向上が可能で
あることを見出した。

本発明はかかる知見に基づいてなされたものであシ、以
下に作用とともに本発明の詳細な説明する。

（作　用）本発明の最大の特徴は、高強度化に対し溶接棒中にＴｉ
、Ｎｂなどの元素は積極的に添加せず、■のみを多量に
添加すること、すなわち溶接して得られる２＋〜３％Ｃ
ｒ　−１％Ｍｏ鋼溶接金属に析出する炭化物の粗大化を
Ｖ２Ｏ３の析出で長時間にわたシ抑制することによって
４５０〜５００℃での高温強度及びクリープ破断強度を
格段に高めることに゛ある。

第１図は、チタンスラグ３．４％、炭酸石灰４３８％、
はたる石２０．４％、炭酸ノζリウム４．５Ｘ、Ｆｅ−
８ｔ（４５％Ｓ　ｉ　）　６．８％、金属Ｍｇ２．３％
、金属Ｍ。０．６％、弗化アルミ１．１％、粘結剤９．
６％、残部が鉄粉からなる被覆剤をＣ０，０５〜０．１
６％、Ｓｔ　Ｏ，０５〜０．２４％、Ｍｎ　０．５〜１
．１０％、Ｃｒ２．０１〜３．４８％、Ｍｏ　０．８２
〜１．４８　Ｘ、Ｖｏ、０３〜０．８０％の直径４．Ｏ
ｅｍ、長さ４００ｍｍの心線に被榎外径６．３日に被８
ｉ塗装した後に乾燥、焼成して４１１１類の溶接棒を作
成し、ＡＷＳ　Ａ　５．４に準じて溶接し、溶接作業性
、短時間高温引張及びクリープ破断試験を実施しだ結果
を示すものであり、第１表の結果から心線中に添加した
Ｖ量と溶接作業性、短時間高温引張強度及びクリープ破
断強度との関係を図示したものである。

また、この場合の溶接施工条件は、予熱、パス間温度２
００〜２５０℃、電流１６０Ａ、溶接入熱２５　ＫＪ／
　ｃｍなる条件で溶着金属を作成した。なお、溶接作業
性調査は前記溶接時に行い、評価した。また、溶着金属
は溶接後７１０℃、３０ｈｒの後熱処理を施した後に短
時間高温引懺試験片及びクリープ破断試験片を採取し、
短時間高温引張試験は４８２℃での引張強度、クリープ
破断試験は５００℃、３０００ｈｒ時の破断強度をそれ
ぞれ求めたものである。

なお、第１表における溶接作業性評価は、○印：良好、 Δ印：やや不良、 ×印：不良を示す。また、第１表の総合判定においては、○印：良
好、 Δ印：やや良好、 ×印：不良である。

その結果、被覆アーク溶接棒として心線中にＶを炭化物
の過剰生成による０の減少による強度低下を起さない範
囲で添加することにより、溶接作業性を劣化させること
なく良好な短時間引張伽藍及びクリープ破断強度の得ら
几ることが判明した。

第１表及び第１図の結果から明らかな如く、心線中の０
　、８ｉ、　Ｍｎ、　Ｏｒ及びＭｏ量が本発明の要件金
満たしていてもＶ債が０．４Ｎ未満のものＮ１１．Ｎ１
３、随１３〜醜１７．醜２５〜随３０．またＶ量が０６
％を超えるもの随９〜随１２．随２１〜随２４．随３４
〜随３６は短時間高温引張強度が５０ｋｆｆ／−未満、
クリープ破断強度が３υ１ｗｆ／−未満と低かつ九す、
■！ｋが０、６　Ｘ　ｔ−超えると浴接作業性が劣化す
るという結果が得らｎてお９．被覆アーク溶接棒として
心線中のｖｔを０．４〜０．６Ｘの範囲内にする必要の
あることが判明した。

以下、不発明における各成分の作用と成分範囲限定の理
由を述べる。

〔心線中ｃ：ｏ、ｕｓ〜０，１６重童％〕０は浴接金属
中の酸素低減と同時に炭化物生成ｊこ不可欠な成分であ
るが、０．０５％未満ではその効果が得らｎない。他方
、０．１６Ｘｔ−超えると溶接高温側ｎ性が劣化してく
るので０．１６％を上限とした。

〔心線中！３ｉ：０．２５重量％以下〕Ｓｉは溶接金属
中の酸素低減に効果的な取分であるが、０．２５　Ｎを
超えると特に長時間熱処理後の靭性や長時間使用中脆化
特性が劣化するので０．２５Ｘを上限とした。

〔心線中Ｍｎ　：ｏ、りｕ　〜１．１　ｕＭｌｊ［〕Ｍ
ｎに０　、８ｉと同様に溶接金属中の酸素低減に有効で
あると同時に、鋼の焼入ｆ性を同上さぜ強度。

靭性維持に不可欠の成分であるが、０．５　（ｊ　Ｘ未
満ではその作用効果が得られない。他方、１．１１Ｊ　
にを超えると靭性が大幅に劣化してくるので１．１０に
を上限とする。

〔心線中Ｏｒ　、’　Ｚ　Ｕ　Ｕ　〜３．５　ｔ）重ｔ
に〕Ｏｒ＆！耐酸化性を確保するために不可欠の成分で
あって、耐熱鋼にはその用途に合せ適量のＯｒが必らず
添加されており、　Ｍ２３０６　、　Ｎ６０　（但しＭ
は金属・ｉｌ：素を示す）の微細析出により特に高温強
度を高めている。しかし、その量が２に未満では十分な
強度が確保できない。他方、３．５Ｎを超えると適用鋼
材の０「量に合致しなくなるので３．５Ｘを上限とした
。

〔心線中Ｍｏ　：　０．８　ｕ〜１．５０重量に〕Ｍｏ
はクリープ破断強度を高める成分であるが。

０．８％未満ではその効果が得らｎない。他方、１．５
Ｘ２ｉｉ−超えると焼き戻し脆化特性が劣化するので１
，５Ｘを上限とじ九。

（心線中Ｖ　：　０．４　ｕ　〜０．６υ重ｔ％〕■は
高温強度を著しく高める成分であり、析出の場合にはＶ
、０３としての他ｔ　Ｍｎ’ｓ　＊　Ｍｈｏの一部に入
り析出物の粗大化の抑制に優れた効果ｔｒｉ揮するが、
０．４１）　Ｘ未満では所望の効果を得ることができな
い。他方、０．６にを超えると炭化物の生成過剰を招き
、溶接金属中のＯが減少し、逆に強度の低下をきたす。

また、溶接時のアークが不安定になると同時にスラグの
剥離性が劣化するので、０、６％を上限とした。

〔金属炭酸塩；３ｏ〜７０重量に〕本発明でいう金属炭酸塩とｎ　０ａＯ０３、ＢａＯ０３
。

Ｍｇ０Ｏ，などを指すが、こｆＬらの金属炭酸塩はアー
ク中で分解することにより　ｃｏ２ガスｔ−発生し、溶
融金属を大気からしゃ断するとともにアーク雰囲気中の
水素、窒素のガス分圧を下げる効果がある。

これらの添加量が３０に未満では、スラグの融点が低下
するためスラグの被包性が悲〈なって良好な浴接ビード
外観、形状を得ることができない。

また、　００．ガスの発生型が不足するためビットやプ
ローホールが発生したり、浴接金属中の水素量が増加し
低温割几性が劣化してくる。他方％　７０にを超えると
がス発生量が過剰となるためビットが多発する。また、
スラグの融点が上昇してスラグの流動性が悪くなり、溶
接ビード外観、Ｊ形状が劣化してくるので７υにを上限
とした。

〔金属弗化物：５〜３０重ｆｉｔに〕本発明でいう金属弗化物とｒｚ　０ａＦ２　！　Ｂａｌ
’２　、　ＭｇＦ２ＬｒＦ　、　ＡｌＦ２などを指すが
、いずｆｌもスラグの融点を低下させるため溶接中のス
ラグ流動性を良好にする、また、アーク中で分解した弗
化物は溶融金属や溶融スラグの水素と反応し、浴接金属
中の水素量を低下させ、低温割れ性の良好な溶接金属を
つくる。

これらの添加量が５に未満でに、適当なスラグの流動性
が得らｎないため浴接ビード外観、形状が劣化すると同
時にピットが発生し易く、また溶接金属中の水素量が増
加して低温割ｎ性が著しく劣化してぐる。他方、３０に
を超えるとスラグの粘性が不足するため浴接ビード外観
、形状が悪くなったり、また被覆筒が脆弱になり溶接作
業性が劣化してくるので３０にを上限とした。

（Ｍｇ　：　０．５〜５．　（Ｊ重ＩＩＩＸ〕Ｍｇは溶
接金属中の酸素量を低減し、微細炭化物の析出促進によ
る０の固足により針側ｎ性を同上させると同時に、延性
の同上に効果がある。その添加量が０．５に未満でにそ
の効果が得ら几ない。

他方、５Ｘｔ−超えると溶接時のアークが不安定となり
％スパッタ量が増加し、溶接作業性が劣化するので５Ｘ
を上限とする。

なお、被覆剤に添加するＭｇＨＭｇ単体の他Ｍ　−Ｍｇ
などの合金として添加することもできる。この場合１合
金中のＭｇの竜が上記範囲内であ几ば同様の効果の得ら
几ることか確認さｎている。

本発明の被覆アーク溶接棒は、被覆剤中に前述の成分の
細説酸剤として８ｉ、Ｍｒ＋、Ｔｉ、Ａｆｆｉ　などの
単体金属やＦｅ−８１，ｒｅ−Ｍｎ　、　Ｆｅ−Ｔｉ　
、Ｆｅ−Ｍｌなどの鉄合金などのいずれかを含有せしめ
るが、前述のＭｇを含め２５％以下の範囲が脱酸および
ｍ接作注性の面で望でしい。なお、これら脱酸剤の添加
範囲は特に規定するものでにない。

矢に、アーク安定剤としては被覆剤中にチタンスラグ、
ルチール、鉄粉、アルカリ成分などを添加するが、その
添加範囲は４５Ｘ以下が望ましい。

さらに、粘結剤としては王に硅酸ンーダ、硅酸カリを含
有する水硝子を用いるが、水硝子中の８ｉ０２とＮａ２
ＯＨＫｔＯなどのアルカリ成分のモル分率で示さ几るモ
ル比が１．５二３．　ｓの範囲の水硝子を使用すること
が望ましい。

本発明の被覆アーク溶接棒は１以上述べた被覆剤を心線
の周囲に被覆剤重量がｆ＃接棒重量に対して２５〜３５
％となるように、通常のｆｉ−接棒塗装機により被覆塗
装した後、水分を除去するため３００〜５５０℃で焼成
して製造する。

以下に本発明の効果を更に具体的に示す。

（実施例）第２表に本発明被覆アーク溶接棒および比較被覆アーク
溶接棒の心線成分（各４．０　ｍ径）、被覆剤組成とこ
れらＩ！！１接棒による各種試験結果を示す。

第２表において人１〜Ａｌｌが本発明溶接棒であり、８
１〜８１５は比較溶接棒である。

こｎら被覆アーク溶接棒による溶着金属の４８２℃短時
間高渥引張強度および５（３０℃、３０すＵｈｒに、お
けるクリープ破断強Ｖを求めた。また、ｆ＃接接作注性
調査行った。

なお、短時間高温引張試験片およびクリープ破断試験片
を採板するＭＷ金金属、ＡＷａ人５．４　に準じて溶接
電流１６１ＪＡ、ｇ侵入熱２５に、ｒ／１１テ行い。

溶接後７１０℃、３Ｕｈｒの後熱処理を施した後に作成
した。また、溶接作業性にｍ１ＩＦ金属作成時と同時に
調査を行い、ｆ８接ビード外観、形状、アーク状態、ス
ラグ状態およびスラグ剥離性などの面から総合評価し念
。

本発明溶接棒Ａ１〜Ａｌｌはいずｎにおいても５Ｕｋｆ
ｆ／−以上の短時間高温引張強要、また３ｕ１ｗｆ／−
以上のクリープ破断強腋さらに良好な岱妥作業性が得ら
ｎ九。

比較＃［棒Ｂ１は心線中Ｃおよび被覆剤中のＭｇが不足
しているため適正な炭化物生成効果による高強度が得ら
几ていないとともに、浴接金属の延性低化が認めらまた
。

Ｂ２は心線中のＯが過剰であるため耐高添削ｎ。

性が劣化した。また心線中のＶが不足しているため高強
度が得られていない。

Ｂ３ｉ心線中の８＋が過剰であると同時にＶが不足して
いるため、靭性の劣化とともに高強度が得らｎなかった
。

８４に心線中のＭｎが不足しているため多層盛り溶接金
属の焼入ｎ性が劣化し、適正な強要が得られなかった。

Ｂ５は心線中のＭｎが過剰であると同時にＶが不足して
いるため、靭性の劣化ととも高強度が得らｎていない。

Ｂ６μ心線中のＯｒが不足しているため十分な強度が得
られなかった。

８７は心線中のＯｒおよび被覆剤中のＭｇが過剰である
ため５Ｏｒｆｋが適用鋼材のＣ「量に合致しないととも
に、浴接中のスパッタの発生量が多く浴接作業性が劣化
した。

Ｂ８Ｕ心線中のＭｏが不足しているため適正な強度が得
ら几ていない。

８９は心線中のＭｏが過剰であると同時にＶが不足して
いるため、焼き戻し脆化による靭性劣化とともに十分な
強度が得ら几なかりた。

Ｂ　Ｉ　ＬｌｒＸ心線中のＶが不足しているため過圧な
強度が得らｎていない。

Ｂｌｌは心線中のＶが過剰であるため炭化物の過剰生成
により強度が低下し、かつ溶接中のアークが不安定ズス
ラグの剥離性が悪く、浴接作業性が劣化した。

Ｂ１２に被覆剤中の金属炭酸塩が不足しているためスラ
グの被包性が劣化し、溶接ビーｒ外観、形状が劣化した
。

Ｂ１３　　は被覆剤中の金属炭酸塩が過剰であるためス
ラグの流動性が悪くなり、浴接ビード外観、。

形状が劣化した。

８１４　Ｈ金属弗化物が不足しているためスラグのＲ，
動性が悪く、浴接ビード外観、形状が劣化した。

８１５　　は金属弗化物が過剰であるためスラグの粘性
が不足し、溶接ビード外観、形状が劣化した。

（発明の効果）以上の様に１本発明溶接棒は従来の２７〜３ＸＯｒ−１
ｘＭｏ鋼の被覆アーク溶接棒に比較し、４８２℃短時間
高温引張強および５００℃におけるクリープ破断強度１
に著しく同上させ、更に優れた浴接作業性を発揮するも
のであり、従来の２１〜３ＸＯｒ　−１にＭｏ鋼浴溶接
では到底達成し得ないもので、各［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】

＠１図は良好な短時間高温引張強１ｆ、クリープ破断強
度および浴接作業性の得らｎるＶ量の好適範囲を示す図
である。代理人　弁理士　　秋　沢　政　党他１名自発手続補正書昭和６１年４月３０日特菖午庁艮″自′殿１、事件の表示特願昭６１．６８１７２号２、発明の名称低水素系被覆アーク溶接棒３、補正をする者事件との関係　　出　願　人住　　　　所　東京都千代田区大手町２丁目６番３号名
　　　　称　（８６５）新日本９１鐵株式会社４、代理
人居　　　　所　東京都中央区日本橋兜町１２番１号６、
補正の対象　　図面

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ；０．０５〜０．１６重量％、Ｓｉ；０．３６重量％以下、Ｍｎ；０．５０〜１．１０重量％、Ｃｒ；２．００〜３．５０重量％、Ｍｏ；０．８０〜１．５０重量％、Ｖ；０．４０〜０．６０重量％、Ｆｅ及び不可避不純物；残り、から成る化学成分を有する心線の周囲に、金属炭酸塩；３０〜７０重量％、金属弗化物；５〜３０重量％、Ｍｇ；０．５〜５重量％、その他に、上記以外の脱酸剤、アーク安定剤、粘結剤を
含む被覆剤を被覆塗装したことを特徴とする低水素系被
覆アーク溶接棒。