JP2711061B2 - ステンレス鋼フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパッタが少なく、スラ
グの被包性や剥離性等の溶接作業性が良好で、かつ耐気
孔性及び延性、靭性の優れたステンレス鋼フラックス入
りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】フラッ
クス入りワイヤによるガスシールドアーク溶接は、被覆
アーク溶接棒やＴＩＧ溶接に比べて高能率であることか
ら、近年適用範囲が拡大されてきており、ステンレス鋼
の溶接において高品質なフラックス入りワイヤの開発要
求が高くなってきている。

【０００３】従来、この種のステンレス鋼溶接用フラッ
クス入りワイヤとして、特公平１−５９０７９号、特開
昭５９−２１２１９２号、特開昭５８−７７７９３号、
特開昭５２−２６４９７号等で提案されているが、いず
れもＴiＯ₂系が主体であり、耐気孔性、延性、靭性が十
分ではない。

【０００４】一般にステンレス鋼は高温から極低温まで
の広い温度範囲で使用され、特に高温では延性が、低温
では靭性が要求される。このような仕様の場合、従来の
フラックス入りワイヤでは十分要求に応えられていなか
った。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消して、スパッタが少なく、スラグの被包性や剥離性等
の溶接作業性が良好で、特に耐気孔性に優れ、かつ延
性、靭性が良好なステンレス鋼フラックス入りワイヤを
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、ステンレス鋼を
外皮とするフラックス入りワイヤで、内包するフラック
スはＴiＯ₂を抑えて炭酸塩と弗化物を主体とすることに
より、耐気孔性、延性、靭性を向上させることができる
こと、またＹ或いは希土類元素を添加することにより、
逆に従来スラグの剥離性改良のために添加していたＢ
i、Ｐb、Ｓe等の低融点化合物形成元素を積極的に排除
することにより、延性、靭性、耐割れ性を更に向上させ
ることができることを知見して、ここに本発明を完成し
たものである。

【０００７】本発明に係るステンレス鋼フラックス入り
ワイヤは、Ｃｒを１１％以上含有するステンレス鋼を外
皮とするフラックス入りワイヤにおいて、内包するフラ
ックスのフラックス率がワイヤ全重量に対して１０〜３
０％であり、フラックス成分として、ワイヤ全重量に対
して、炭素塩を０．３〜８％、弗化物を０．５〜５％、
ＴｉＯ₂を０．１〜４％含み、更にＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＺｒＯ₂、ＭｇＯ及びＣａＯからなるスラグ形成剤の１
種又は２種以上を０．１〜５％と、金属粉末を１〜２７
％を含み、かつ、ＴｉＯ₂／（炭酸塩＋弗化物）比が
０．０５〜１．４であり、更に、フラックス成分とし
て、Ｙ及び希土類元素の金属単体又は化合物の１種又は
２種以上を合計で金属単体に換算した量にて０．０１〜
１％含むことを特徴とする。

【０００８】この場合に、フラックス成分として、単体
又は化合物の形でのＢｉ、Ｐｂ、Ｓｅを積極的に含まな
いことが好ましい。

【０００９】

【作用】以下に本発明における外皮、フラックス成分等
の限定理由について述べる。

【００１０】（１）外皮 外皮にステンレス鋼を使用するのは、溶接金属の均一性
を損なわないためとフラックスが充填過剰にならないよ
うにフラックス中からの合金添加量を抑えるためであ
る。このためには、ステンレス鋼として、Ｃrを１１％
以上含有したステンレス鋼を使用する必要がある。この
ようなステンレス鋼としてはＪＩＳ Ｇ ４３０６に記載
のＳＵＳ４１０Ｌ、４３０ＬＸ、３０４Ｌ、３１６Ｌ等
が挙げられる。

【００１１】（２）フラックス率 フラックス率(ワイヤ全重量に対する割合)は、ワイヤ製
造工程において安定した充填率を確保し、かつ溶接時に
十分なスラグ被包性を確保し健全な溶接金属を得るため
に１０％以上が必要である。しかし、３０％超ではアー
クの集中力低下による溶接作業性の悪化、特にスラグ巻
き込み等の溶接欠陥を生じやすくなるので、フラックス
率は１０〜３０％の範囲とする。

【００１２】 （３）フラックス成分及び添加量(対ワイヤ全重量)

【００１３】炭酸塩： 炭酸塩を０．３％以上添加するのは、スラグの溶融池へ
の被りすぎを防止し、かつ溶融熱により分解した炭酸ガ
スがアークの水蒸気分圧を下げてブローホール等の欠陥
発生を防止するためである。しかし、８％超ではスパッ
タが多発するので好ましくない。したがって、炭酸塩の
添加量は０．３〜８％とする。なお、炭酸塩としては、
ＣａＣＯ_３、Ｌｉ _２ ＣＯ _３ 、ＢａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３、
ＳｒＣＯ_３、ＭｎＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３等が挙げられ
る。

【００１４】弗化物：弗化物を０.５％以上添加するの
は、スラグの粘性を低下させて溶接金属へのスラグの被
りを均一にし、かつブローホール等の欠陥を防止するた
めである。しかし、５％超ではスパッタが多発するので
好ましくない。したがって、弗化物の添加量は０.５〜
５％とする。なお、弗化物としては、ＣaＦ₂、ＢaＦ₂、
ＮaＦ、ＬiＦ、ＣeＦ₃、ＹＦ、Ｋ₂ＳiＦ₆、Ｎa₃ＡlＦ₆
等が挙げられる。

【００１５】ＴiＯ₂：ＴiＯ₂が多いと耐気孔性、延性、
靭性の点で望ましくない。しかしながら、アークを安定
させ溶融池の母材へのなじみを良くして健全な溶接金属
を得るために少なくとも０.１％は必要であるが、４％
を超えるとスラグが溶接金属に密着し(焼き付という)剥
離が困難となるため、これを上限とする。なお、ＴiＯ₂
源としては、ルチール、白チタン、チタン酸カリ、チタ
ン酸ソーダ、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム等
がある。

【００１６】ＳiＯ₂、Ａl₂Ｏ₃、ＺrＯ₂、ＭgＯ、Ｃa
Ｏ：ＳiＯ₂、Ａl₂Ｏ₃、ＺrＯ₂、ＭgＯ、ＣaＯはスラグ
を形成して溶接金属の表面性状を良好ならしめるために
１種又は２種以上を添加するが、０.１％未満ではその
効果がなく、また５％を超えるとアークが不安定になり
スパッタが多発するので、これらの添加量は１種又は２
種以上の合計で０.１〜５％の範囲とする。ＳiＯ₂、Ａl
₂Ｏ₃、ＺrＯ₂、ＭgＯ、ＣaＯ源としては、硅砂、マイ
カ、カリ長石、アルミナ、ジルコンサンド、マグネシア
クリンカ、硅灰石、チタン酸カルシウム等がある。

【００１７】金属粉末：金属 粉末は酸化消耗分を補充し、かつ所定の溶接金属の
化学成分を確保するため、或いは脱酸剤として溶接金属
の清浄度を上げて、延性、靭性を確保するために添加す
る。しかし、１％未満では酸化消耗分を十分補充でき
ず、また延性、靭性も確保できなく、また２７％を超え
ると十分なスラグ量を確保できずスラグ被包性や剥離性
等の溶接作業性が悪化する。したがって、金属粉末の添
加量は１〜２７％の範囲とする。なお、金属粉末として
は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｎ、Ｓｉ、
Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ等の単体やこれらの合金が挙げ
られる。

【００１８】ＴiＯ₂／(炭酸塩＋弗化物)の比：ＴiＯ₂は
溶接金属の粘性を変化させる成分で気孔発生に大きく影
響し、炭酸塩や弗化物は気孔発生防止に有効な成分であ
る。本発明者は、ステンレス鋼フラックス入りワイヤに
おいてはＴiＯ₂／(炭酸塩＋弗化物)の比と気孔発生とは
密接な関係にあることを見い出した(図１)。

【００１９】すなわち、この比が０.０５未満ではアー
クが不安定となり、逆に１.４を超えるとブローホー
ル、ピットが急増する。このため、上述のＴiＯ₂、炭酸
塩、弗化物の添加量の範囲内でＴiＯ₂／(炭酸塩＋弗化
物)の比を０.０５〜１.４の範囲に規制することが重要
である。より好ましくは０.０５〜０.９の範囲が望まし
い。

【００２０】Ｙ、希土類元素： Ｙ及び希土類元素は溶接割れに有害な酸素、硫黄と結合
して無害化し耐割れ性を向上させる作用があるので、こ
れらの元素の金属単体又は化合物の１種又は２種以上を
合計で金属単体の換算した量にて０．０１〜１％を添加
する。０．０１％未満では溶接割れに対する効果がな
く、逆に１％を超えるとアークが不安定となりスパッタ
が増える。

【００２１】Ｂi、Ｐb、Ｓe：Ｂi、Ｐb、Ｓeは低融点化
合物を形成して粒界強度を低下させるため、高温延性や
低温靭性が低下するが、ＴiＯ₂の高い従来のステンレス
鋼フラックス入りワイヤではスラグの焼き付き防止のた
め、止むなく添加していた。しかし、本発明ワイヤでは
これらの成分を添加することなく良好なスラグ剥離性を
得ることができるので、これらの単体及び化合物を積極
的に添加しないものとする。

【００２２】なお、フラックスを内包させる際に加熱等
により水分を少なくするのが望ましく、水分量をワイヤ
全重量に対し４００ppm以下に積極的に調整するのが望
ましい。水分をこのように少なくすると、ピット、ブロ
ーホール等の気孔防止に効果的である。

【００２３】本発明のステンレス鋼フラックス入りワイ
ヤは、ステンレス鋼の共金溶接用として適用できるほ
か、炭素鋼とステンレス鋼等の異材溶接にも適用でき
る。

【００２４】次に本発明の実施例を示す。

【実施例】

【００２５】表１に示す成分組成のステンレス鋼からな
るフープ(０.４mm厚×９mm幅)に表２に示す成分組成の
フラックスを内包し、１.２mmφに仕上げ伸線した後、
通電加熱にて水分をワイヤ全重量に対して４００ppm以
下となるようにコントロールして試作ワイヤを製作し
た。なお、表３〜表６は表２に示したフラックス成分の
内訳である。

【００２６】溶接作業性試験は、図２に示すように９mm
厚×５０mm幅×３５０mm長のＳＵＳ３０４を用いて水平
すみ肉溶接を行った。溶接条件は、電流２００Ａ、電圧
３０Ｖで、シールドガスにＡr−２０％ＣＯ₂を用い、流
量２５リットル／minとした。ピットは水平すみ肉溶接
ビード表面について発生個数を測定し、ブローホールは
図３に示すようにビードを開口した断面について発生個
数を測定した。水分の測定はカールフィッシャー法(キ
ャリアーガス：Ｏ₂、加熱温度：７５０℃)により行っ
た。

【００２７】これらの試験結果を表７に示す。表７より
明らかなように、本発明例のＮｏ．１〜Ｎｏ．１５はい
ずれも良好な作業性を有している。なお、本発明例３及
び８はＹ、希土類元素を含まず、単なる参考例であっ
て、本発明の範囲に入るものではない。

【００２８】これに対し、比較例のうち、Ｎo.１６は炭
酸塩が少なすぎてスラグが被りすぎ、スラグの被包性が
劣っている。逆にＮo.１７は過剰で、アークが不安定と
なりスパッタが多発した。

【００２９】Ｎo.１８は弗化物が少なすぎてスラグの被
包性が劣り、逆にＮo.１９は過剰で、スパッタが多発し
た。

【００３０】Ｎo.２０はＴiＯ₂が少なすぎ、またＴiＯ₂
／(炭酸塩＋弗化物)の比が低すぎてアークが不安定とな
り、逆にＮo.２１は過剰で、スラグが焼き付いて剥離性
が劣っている。

【００３１】Ｎo.２２はスラグ形成剤が少なすぎてビー
ド形状が劣り、逆にＮo.２３は過剰で、アークが不安定
となりスパッタが多発した。

【００３２】Ｎo.２４はＴiＯ₂／(炭酸塩＋弗化物)の比
が高すぎてブローホール、ピットが多発した。Ｎo.２５
はフラックス率が高すぎてアークが不安定となり、逆に
Ｎo.２６は低すぎ、アークが不安定でスラグの被包性が
劣っている。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】

【表５】

【００３８】

【表６】

【００３９】

【表７】

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
スパッタが少なく、スラグの被包性や剥離性等の溶接作
業性が良好で、特に耐気孔性に優れ、かつ延性、靭性が
良好なステンレス鋼フラックス入りワイヤを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴiＯ₂／(炭酸塩＋弗化物)の比と欠陥発生の関
係を示す図である。

【図２】すみ肉溶接試験方法を説明する図である。

【図３】ブローホールの測定要領を示す説明図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−151993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−135793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−134048（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−38857（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｒを１１％以上含有するステンレス鋼
   を外皮とするフラックス入りワイヤにおいて、内包する
   フラックスのフラックス率がワイヤ全重量に対して１０
   〜３０％であり、フラックス成分として、ワイヤ全重量
   に対して、炭酸塩を０．３〜８％、弗化物を０．５〜５
   ％、ＴｉＯ₂を０．１〜４％含み、更にＳｉＯ₂、Ａｌ₂
   Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ及びＣａＯからなるスラグ形成剤
   の１種又は２種以上を０．１〜５％と、金属粉末を１〜
   ２７％を含み、かつ、ＴｉＯ₂／（炭酸塩＋弗化物）比
   が０．０５〜１．４であり、更に、フラックス成分とし
   て、Ｙ及び希土類元素の金属単体又は化合物の１種又は
   ２種以上を合計で金属単体に換算した量にて０．０１〜
   １％含むことを特徴とするステンレス鋼フラックス入り
   ワイヤ。
2. 【請求項２】 フラックス成分として、単体又は化合物
   の形でのＢｉ、Ｐｂ、Ｓｅを積極的に含まないことを特
   徴とする請求項１に記載のステンレス鋼フラックス入り
   ワイヤ。