JP2009202214A - 溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.02乃至0.25%、Si:0.05乃至1.80%、Mn:0.50乃至3.50%、Ni:3.00%以下、Mo:0.05乃至2.00%、Al:0.005乃至0.080%、Ti:0.05乃至0.35%、B:0.003乃至0.018%、Cr:0.30%以下、V:0.030%以下、Nb:0.030%以下、N:0.012%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる溶接用ワイヤと、SiO2:25乃至50%、CaO:5乃至25%、Al2O3:15%以下、CaF2:20%以下、MgO:16%以下、MnO:25%以下、TiO2:10%以下、FeO:4.5%以下、B2O3:1.5%以下を含有する溶接用フラックスと、を使用して溶接する。
【選択図】図3
Description
SiO2:25乃至50質量%、CaO:5乃至25質量%、Al2O3:15質量%以下、CaF2:20質量%以下、MgO:16質量%以下、MnO:25質量%以下、TiO2:10質量%以下、FeO:4.5質量%以下、B2O3:1.5質量%以下を含有する溶接フラックスと、
を使用して溶接すると共に、
前記溶接ワイヤ中のB含有量を[ワイヤ中のBの質量%]、前記溶接フラックス中のB2O3含有量を[フラックス中のB2O3の質量%]としたとき、下記数式(1)の値Xが0.122乃至1.022であり、
前記溶接フラックスはSiO2含有量(質量%)を[SiO2]、CaO含有量(質量%)を[CaO]、Al2O3含有量(質量%)を[Al2O3]、CaF2含有量(質量%)を[CaF2]、MgO含有量(質量%)を[MgO]、MnO含有量(質量%)を[MnO]、TiO2含有量(質量%)を[TiO2]、FeO含有量(質量%)を[FeO]、B2O3含有量(質量%)を[B2O3]としたとき、下記数式(2)で表される塩基度BLが0.5乃至1.5を満たし、
前記溶接ワイヤ中のB含有量と前記溶接フラックスの塩基度BLとにより求まる下記数式(3)の値Yが9.8乃至20.8であることを特徴とする。
Cは溶接金属の強度と靱性を確保するために有効な元素であるが、C含有量が0.02質量%未満では、その効果が得られない。一方、C含有量が0.25質量%を超えると溶接金属の靱性が低下すると共に高温割れ発生の懸念がある。よって、C含有量は0.02乃至0.25質量%とする。
Siは溶接金属の脱酸作用と焼入れ性を確保すると共に、溶接金属の湯流れを安定させるために必要な元素である。しかし、Si含有量が0.05質量%未満ではこの効果が得られない。一方、Si含有量が1.80質量%を超えると、高温割れ発生が懸念され、かつ、溶接金属部の硬化により靱性が劣化する。よってSi含有量は0.05乃至1.80質量%とする。
Mnは脱酸剤として作用すると共に焼入れ性を向上させる効果があり、溶接金属の靱性安定化のために必要な元素である。しかし、Mn含有量が0.50質量%未満の場合、十分な焼入れ性、靭性が得られない。一方、3.50質量%を超えると焼入れ性が高くなり過ぎ、強度が上がり、耐高温割れ性が劣化すると共に、靱性が劣化する。よって、Mn含有量は0.50乃至3.50質量%とする。
Niは一般的には添加することによりマトリックスを強化し、靱性を向上させる効果があるが、本発明では靱性向上はMo添加で補っている。一方、Ni含有量が3.00質量%を超えるとA3変態点の低下により固液共存域を増加させ、結果として耐高温割れ性が劣化する。よって、Ni含有量は3.00質量%以下とする。なお、靱性向上の効果を得るためには、Niを0.50質量%以上添加する必要がある。よって、Niを積極的に添加する場合は、そのNi含有量は0.50乃至3.00質量%とする。なお、Niを2.00質量%を超えて添加しても、もはや靱性向上は望めずコストが上昇するため、より好ましくはNi含有量は0.50乃至2.00質量%とする。
Moは焼入れ性を高め溶接金属の強度と靱性の向上に大きな効果があるが、Mo含有量が0.05質量%未満であると、上記効果が期待できない。一方、Mo含有量が2.00質量%を超えると、溶接金属の高温割れが発生する可能性があり、かつ、過剰な硬化により溶接金属の靭性が劣化する。よって、Mo含有量は0.05乃至2.00質量%とする。
Alは溶接金属の脱酸効果のため含有される元素である。しかし、Al含有量が0.005質量%未満の場合、その効果が発揮されず、溶接金属の焼入れ性低下、靱性劣化が生じる。一方、Al含有量が0.080質量%を超えるとAl酸化物が多量に形成され、アシキュラフェライト生成の核となるTi酸化物の生成を阻害するため靱性が劣化する。よって、Al含有量は0.005乃至0.080質量%とする。
TiはTi酸化物としてアシキュラフェライトを生成する核となり、粗大な粒界フェライトの生成を防止するために必要な元素である。しかし、Ti含有量が0.05質量%未満の場合、酸化物の生成が不十分で、溶接金属の靱性向上が得られない。一方、0.35質量%を超えると、溶接金属中のTi析出物が多くなりすぎて、靱性が低下する。よって、Ti含有量は0.05乃至0.35質量%とする。
Bは溶接金属の焼入れ性を向上させ、初析フェライトの成長の抑制により、靱性を向上させる元素である。しかし、B含有量が0.0030質量%未満の場合、上記効果が期待できない。一方、B含有量が0.0180質量%を超えると、溶接金属の焼入れ性が過剰となり、高温割れが発生し易くなったり、マルテンサイト相の生成により溶接金属の靱性が劣化する。よって、B含有量は0.003乃至0.018質量%とする。
Crは一般的には強度と靱性を向上させる成分であるが、本発明では上記性能はMoなどの他成分で補っており、Crの含有量が0.30質量%を超えると高温割れが発生したり、溶接金属の硬化により靱性が劣化する。よって、Cr含有量は0.30質量%以下とする。
Vは一般的には溶接金属の強度を向上させるが、本発明ではMoなどの他成分で強度を確保しており、Vの含有量が0.030質量%を超えると、溶接金属が硬化して靱性が劣化する。よって、V含有量は0.030質量%以下とする。
Nbは一般的にはVと同様に溶接金属の強度を向上させるが、本発明ではMoなどの他成分で強度を確保しており、Nbの含有量が0.030質量%を超えると溶接金属が硬化して靭性が劣化する。よって、Nb含有量は0.030質量%以下とする。
Nは溶接金属の靱性を低下させる元素であるため、その含有量は可及的に少なくすることが好ましい。N含有量が0.012質量%を超えると、靱性の劣化が著しい。よって、N含有量は0.012質量%以下とする。
SiO2は酸性成分であり、スラグ形成のために必須な成分である。SiO2含有量が25質量%未満の場合、スラグの粘性が不足して溶接停止が起こりやすくなる。一方、SiO2含有量が50質量%を超えると、溶接金属中の酸素量が過大となり、十分な靱性を確保できなくなる。よって、SiO2含有量は25乃至50質量%とする。
CaOは塩基性成分であり、溶融スラグの凝固温度を下げる効果及び粘性を下げる効果があり、適量添加されている。CaO含有量が5質量%未満の場合、溶接金属酸素量が過大になり靱性が劣化する。一方、CaO含有量が25質量%を超えると、スラグの粘性が低くなって溶接停止が発生しやすくなる。よって、CaO含有量は5乃至25質量%とする。
Al2O3はスラグ形成剤として作用し、溶融スラグの粘性を下げる効果があるが、この効果はCaOの添加により十分に補われている。一方、Al2O3含有量が15質量%を超えると、溶融スラグの流動性が悪くなり、溶接停止が発生しやすくなる。よって、Al2O3含有量は15質量%以下に規制する。
CaF2は溶接金属の酸素量を低減するのに極めて有効な成分であるが、この効果は他の成分の調整で補えるため、CaF2の添加は、必須成分とはいえない。一方、CaF2が20質量%を超えると、スラグの粘性が高くなり、溶接停止が起こりやすい。よって、CaF2含有量は20質量%以下に規制する。
MgOは塩基性成分であり、溶接金属の酸素量を低減すると共に粘度調整のために添加される。しかし、この効果はCaOの添加により期待されるため、必須成分とはいえない。一方、MgOが16質量%を超えると粘度が過大となり、溶接停止が起こりやすくなる。よって、MgO含有量は16質量%以下に規制する。
MnOはスラグの粘性を調整するのに有効である。しかし、この効果はSiO2の添加により確保することができるため、MnOの添加は必須ではない。一方、MnOの含有量が25質量%を超えると、スラグの粘性が増大し、溶接停止が起こりやすい。よって、MnO含有量は25質量%以下に規制する。
TiO2は一般的に溶接金属へのTiの歩留りを改善するが、本発明においては、TiO2の添加は特に必要とされない。一方、TiO2が10質量%を超えると、スラグの粘性が増大することにより、溶接停止が起こりやすい。よって、TiO2含有量は10質量%以下に規制する。
FeOは4.5質量%を超えると、溶接安定性が劣化し、場合によっては溶接停止が発生すると共に、溶接金属中の酸素が高くなる。それと共に、本発明では溶接線方向でのB量を安定させるため、B2O3を添加しており、B2O3からBへの還元反応により溶接金属酸素量が高くなる。このため、FeOが4.5質量%を超えると、更に溶接金属中の酸素量が多くなりすぎ、溶接金属B量と酸素量とのバランスが崩れて、良好な靱性が得られなくなるため、4.5質量%以下に規制する。
B2O3は、本発明においては、溶接金属中へ安定してBを供給するために補助的に必要な成分であり、エレクトロスラグ溶接ワイヤ中のB量が0.004質量%以下と少ないときには、フラックスからのB2O3添加は不要となる。一方、B2O3量が1.5質量%を超えると、溶接金属中のB量が過大となり、高温割れが発生し易くなると共に、マルテンサイト相の生成により溶接金属の靱性が劣化する。よって、B2O3含有量は1.5質量%以下に規制する。
次に、本発明における溶接フラックスの塩基度BLの規制に関して説明する。溶接フラックスは、スラグの融点、流動性及び粘性等の特性を考慮して、その組成が決められており、酸化物と弗化物から構成されている。本発明では、溶接金属中の酸素量を決める指標として、塩基度BLを使用する。この塩基度BLは数式2で算出される値である。塩基度BLが0.5未満の場合、溶接金属酸素量が過剰になり、靱性の向上が得られない。一方、塩基度BLが1.5を超えると、スラグの融点が高くなり過ぎて、溶接停止が発生しやすくなる。よって、塩基度BLは0.5乃至1.5とすることが必要である。
次に、溶接フラックスの塩基度BLと溶接ワイヤのB量との関係について説明する。上述のごとく、溶接フラックスの塩基度BLは溶接金属中の酸素量を規定する値である。一方、溶接ワイヤのB量は、適正な固溶Bの生成により初析フェライト相の成長を抑制するため、靱性に極めて有効である。このような固溶Bの生成には酸化物又は窒化物として固定されないだけのBの添加が必要である。エレクトロスラグ溶接のように安定した靱性を得にくい場合には、溶接金属のB量と溶接金属の酸素量を制御することにより固溶Bを生成させ、溶接線方向で安定した靱性を得ることが可能である。このためには、ワイヤ中のBの含有量と、塩基度BLとにより表される数式3が9.8乃至20.8を満足することが必要である。
次に、ワイヤ中のB量とフラックス中のB2O3量との関係について説明する。上述のごとく、溶接部の靱性確保のためには、溶接金属の酸素量とのバランスでB量の添加が不可欠である。しかし、溶接線方向で溶接金属B量が一定でないと、溶接金属酸素量とのバランスが崩れ、靱性が劣化する。溶接金属B量の均一添加のために、フラックス中のB2O3添加が有効であるが、フラックスB2O3が過剰であると、即ち、数式1の値X=128×[ワイヤ中のBの質量%]−[フラックス中のB2O3の質量%]が0.122未満であると、溶接金属B量も過大となり、固溶B量が過剰となり溶接金属が硬化し、靱性が劣化する。一方、フラックスB2O3が不足すると、即ち、数式1の値X=128×[ワイヤ中のBの質量%]−[フラックス中のB2O3の質量%]が1.022を超えると、固溶Bが生成されず、安定した靱性が得られない。よって、数式1の値X=128×[ワイヤ中のBの質量%]−[フラックス中のB2O3の質量%]は0.122乃至1.022とする。
Claims (3)
- 鋼板をエレクトロスラグ溶接するエレクトロスラグ溶接方法において、ワイヤ全質量当たり、C:0.02乃至0.25質量%、Si:0.05乃至1.80質量%、Mn:0.50乃至3.50質量%、Ni:3.00質量%以下、Mo:0.05乃至2.00質量%、Al:0.005乃至0.080質量%、Ti:0.05乃至0.35質量%、B:0.003乃至0.018質量%、Cr:0.30質量%以下、V:0.030質量%以下、Nb:0.030質量%以下、N:0.012質量%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤと、
フラックス全質量当たり,SiO2:25乃至50質量%、CaO:5乃至25質量%、Al2O3:15質量%以下、CaF2:20質量%以下、MgO:16質量%以下、MnO:25質量%以下、TiO2:10質量%以下、FeO:4.5質量%以下、B2O3:1.5質量%以下を含有する溶接フラックスと、
を使用して溶接すると共に、
前記溶接ワイヤ中のB含有量を[ワイヤ中のBの質量%]、前記溶接フラックス中のB2O3含有量を[フラックス中のB2O3の質量%]としたとき、下記数式(1)の値Xが0.122乃至1.022であり、
前記溶接フラックスはSiO2含有量(質量%)を[SiO2]、CaO含有量(質量%)を[CaO]、Al2O3含有量(質量%)を[Al2O3]、CaF2含有量(質量%)を[CaF2]、MgO含有量(質量%)を[MgO]、MnO含有量(質量%)を[MnO]、TiO2含有量(質量%)を[TiO2]、FeO含有量(質量%)を[FeO]、B2O3含有量(質量%)を[B2O3]としたとき、下記数式(2)で表される塩基度BLが0.5乃至1.5を満たし、
前記溶接ワイヤ中のB含有量と前記溶接フラックスの塩基度BLとにより求まる下記数式(3)の値Yが9.8乃至20.8であることを特徴とする溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法。
X=128×[ワイヤ中のBの質量%]−[フラックス中のB2O3の質量%]
・・・(1)
・・・(2)
Y=1000×[ワイヤ中のBの質量%]+5.1×BL ・・・(3) - 前記溶接ワイヤのNiの含有量は、ワイヤ全質量当たり、Ni:0.50乃至3.00質量%であることを特徴とする請求項1に記載の溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法。
- 前記溶接ワイヤのNiの含有量は、ワイヤ全質量当たり、Ni:0.50乃至2.00質量%であることを特徴とする請求項2に記載の溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法。
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