JP4603399B2 - Metal-based flux-cored wire and welding method - Google Patents
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Description
本発明は、自動車分野のアーク溶接継手等に用いられているアーク溶接にかかわるもので、特に、メタル系フラックス入りワイヤを用いて溶接するときに発生する溶接ビード表面のスラグ量を低減することにより、ソリッドワイヤの代わりにメタル系フラックス入りワイヤを用いることを可能にしたメタル系フラックス入りワイヤおよび溶接方法に関するものである。 The present invention relates to arc welding used for arc welding joints in the automotive field, and in particular, by reducing the amount of slag on the surface of the weld bead generated when welding using a metal-based flux-cored wire. The present invention relates to a metal-based flux-cored wire and a welding method that make it possible to use a metal-based flux-cored wire instead of a solid wire.
自動車分野のアーク溶接継手は、溶接終了後の塗装工程のために、溶接中に発生するスラグ量が少ないソリッドワイヤを用いて作製されている。これは、溶接部がスラグに覆われている場合、スラグの上から塗装することになり、塗装膜と溶接部の密着性に問題が生じるためである。 An arc welded joint in the automotive field is manufactured using a solid wire that generates a small amount of slag during welding for the painting process after the end of welding. This is because when the welded portion is covered with slag, coating is performed from the top of the slag, causing a problem in the adhesion between the coating film and the welded portion.
一方、環境問題等の認識の高まりから、自動車分野でも燃費向上などの観点から軽量化を推し進めている。このため、より高強度の鋼材を使用し、板厚を低減する傾向にあるが、このときの大きな問題として、溶接部の疲労強度がある。すなわち、高強度鋼材を使用しても、溶接部疲労強度は鋼材強度に比例して高くなるわけではなく、疲労強度で設計する場合は、高強度鋼材を使うメリットがなくなるという問題がある。 On the other hand, with the increasing awareness of environmental issues, the automobile field is also promoting weight reduction from the viewpoint of improving fuel efficiency. For this reason, a steel material with higher strength tends to be used and the plate thickness tends to be reduced, but a major problem at this time is the fatigue strength of the weld. That is, even when a high strength steel material is used, the fatigue strength of the welded portion does not increase in proportion to the steel material strength, and there is a problem that the merit of using the high strength steel material is lost when designing with fatigue strength.
このような問題を解決する手段の１つとして、溶接材料の変態温度を低くなるよう成分設計し、溶接部の残留応力を低減することで疲労強度を向上させる方法が提案されている（特許文献１、２参照、以降このような溶接材料を高疲労強度溶接材料と呼ぶ）。この方法は、特に新たな製造工程を準備する必要がなく、従来溶接材料を取り替えるだけで高疲労強度を得る方法で、効率のよい方法であるといえる。 As one means for solving such a problem, a method of improving the fatigue strength by designing a component so as to lower the transformation temperature of the welding material and reducing the residual stress of the welded portion has been proposed (Patent Document). 1 and 2; hereinafter, such a welding material is referred to as a high fatigue strength welding material). This method does not require any particular new manufacturing process, and can be said to be an efficient method by which high fatigue strength is obtained simply by replacing the conventional welding material.
しかし、この方法にも問題が存在する。すなわち、高疲労強度溶接材料は、合金元素を多く含むように成分設計するため、製造コストが増加し、自動車分野におけるアーク溶接全てにこの溶接材料（溶接ワイヤ）を適用することは経済的に不可能である。そのため、高疲労強度溶接材料の適用を疲労が問題となる部位のみに限定し、できるだけワイヤ消費量が少なくなるようにする必要がある。しかし、ソリッドワイヤは、ワイヤ消費量が多い場合は経済性がフラックス入りワイヤより優れているものの、ワイヤ消費量が少なくなると、メタル系フラックス入りワイヤのようにフラックスの設計変更による成分調整ができない、一度ワイヤ作製用素材を準備するとその後の成分設計の変更ができない、などの問題があり、多品種少量使用の場合の経済性はむしろフラックス入りワイヤより劣るようになる。 However, there are problems with this method. In other words, since the high fatigue strength welding material is designed to contain many alloying elements, the manufacturing cost increases, and it is economically not possible to apply this welding material (welding wire) to all arc welding in the automotive field. Is possible. Therefore, it is necessary to limit the application of the high fatigue strength welding material only to the part where fatigue is a problem and to reduce the wire consumption as much as possible. However, solid wire is more economical than flux-cored wire when the wire consumption is large, but when the wire consumption is reduced, it is not possible to adjust the component by changing the flux design like metal-based flux-cored wire. Once the material for wire production is prepared, there is a problem that the subsequent component design cannot be changed, and the economic efficiency in the case of using various kinds and small quantities is rather inferior to flux-cored wire.
ソリッドワイヤにおけるワイヤ消費量が少ない場合の問題は、なにも高疲労強度溶接材料に限ったことではない。高強度用溶接材料についても、同様な問題が生じる。 The problem when the wire consumption of the solid wire is small is not limited to the high fatigue strength welding material. Similar problems arise with high-strength welding materials.
少ないワイヤ消費量で高強度の溶接金属が得られる成分調整が経済的に実現可能なものとしてはフラックス入りワイヤである。しかし、通常のアーク溶接用のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮に合金成分を主に含有するとともに、鋼製外皮内には合金成分の他に、溶接作業性およびワイヤ加工性を良好に維持するためにフラックス成分を充填するため、これをを自動車分野に適用してアーク溶接継手を製造する場合には、スラグ発生により塗装性に問題が生じる。この問題は、溶接工程の後にスラグ除去工程を新たに設備投資すれば解決するが、この場合は、設備投資のためのコスト増加が避けられないため好ましくない。 A flux-cored wire is an economically feasible component adjustment for obtaining a high strength weld metal with a small amount of wire consumption. However, the flux-cored wire for ordinary arc welding mainly contains an alloy component in the steel outer sheath, and maintains good welding workability and wire workability in addition to the alloy component in the steel outer sheath. Therefore, in order to fill the flux component, when this is applied to the automobile field to produce an arc welded joint, a problem arises in paintability due to the generation of slag. This problem can be solved by newly investing in the slag removal process after the welding process. However, in this case, an increase in cost for capital investment is unavoidable.
フラックス入りワイヤを用いる溶接でのスラグ量を低減する技術は、これまで種々提案されている。例えば、不活性ガスと炭酸ガスとの混合ガスを使用して溶接するワイヤについて、前記ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｓｉ：０．７乃至１．５質量％、Ｍｎ：１．０乃至３．０質量％を含有し、フラックスの充填率が１０乃至３０％であり、Ａｌを０．３質量％以下含有し、アーク安定剤をアルカリ金属換算で０．００５質量％以下、アルカリ土類金属フッ化物が０．２質量％以下、Ｔｉを０．００５質量％以下に規制した溶接ワイヤとし、水平すみ肉溶接をする場合であっても、スラグ発生量を抑えることができ、ビード形状がフラットなビードを得ることができる混合ガスシールドアーク溶接メタル系フラックス入りワイヤが提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この発明は、通常のフラックス入りワイヤのスラグ量より発生量は少ないが、ソリッドワイヤと比較しうるほどにスラグ量を抑えている技術ではない。 Various techniques for reducing the amount of slag in welding using a flux-cored wire have been proposed so far. For example, for a wire to be welded using a mixed gas of an inert gas and a carbon dioxide gas, C: 0.08% by mass or less, Si: 0.7 to 1.5% by mass, Mn: 1.0 to 3.0% by mass, flux filling rate is 10 to 30%, Al is 0.3% by mass or less, and arc stabilizer is 0.005% by mass or less in terms of alkali metal. Even when horizontal fillet welding is performed with alkaline earth metal fluorides controlled to 0.2% by mass or less and Ti being controlled to 0.005% by mass or less, slag generation can be suppressed. A mixed gas shielded arc-welded metal-based flux-cored wire that can obtain a bead with a flat bead shape has been proposed (see, for example, Patent Document 3). However, although the amount of generated slag is smaller than that of a normal flux-cored wire, the present invention is not a technique for suppressing the slag amount to be comparable to that of a solid wire.
また、フラックス充填率を低く抑え、鋼製外皮の割合を高くする技術もある（例えば、特許文献４、５、６参照）。すなわち、この方法は、フラックス入りワイヤの構造をできるだけソリッドワイヤに近づける技術である。ソリッドワイヤのスラグ発生量が少ないことを考えると、この技術を用いることによりスラグ量を抑えることは可能であろう。しかし、この方法はワイヤ中のフラックス量が少なくなるため、フラックス成分の調整だけでワイヤ全体の成分を設計することが難しくなるという、ソリッドワイヤと同様な問題が発生し、せっかくのフラックス入りワイヤが持つ経済性が犠牲になってしまう。 There is also a technique for suppressing the flux filling rate to be low and increasing the ratio of the steel outer shell (see, for example, Patent Documents 4, 5, and 6). That is, this method is a technique for bringing the structure of the flux-cored wire as close as possible to the solid wire. Considering that the amount of slag generated by a solid wire is small, it will be possible to reduce the amount of slag by using this technique. However, since this method reduces the amount of flux in the wire, it becomes difficult to design the entire wire component only by adjusting the flux component. The economy of having it is sacrificed.
また、アーク安定剤としてグラファイトを必須成分とするフラックスをワイヤ断面積比で５〜２５％の範囲内で充填するワイヤが公開されている（例えば、特許文献７参照）。このフラックス入りワイヤのワイヤ全体に対するフラックス（粉粒体）の含有割合は１２％程度であり、このフラックス（粉粒体）に対してアーク安定剤としてグラファイトを１％程度含有するものであるから、ワイヤ全体に対するグラファイトの含有量は０．１２％程度を含有するものである。また、フラックス（粉粒体）中にグラファイト以外のアーク安定剤または脱酸剤としてはＴｉ、ＭｎなどとＦｅ合金として含有し、金属酸化物は実質的に含有しないことにより、溶接時のスラグ発生量を低減するものである。しかし、高疲労強度または高強度の溶接金属を形成するためにフラックスとして多量の合金元素を含有するメタル系フラックス入りワイヤにおいては、合金元素を造粒、または、ワイヤを伸線するために欠かせない成分であり、酸化物を実質的に添加しない程度まで低減すると、ワイヤ製造上問題が生じる。一般に、フラックス入りワイヤでは、充填するフラックスを粒状にしてその表面に潤滑剤の役目をする雲母（ケイ酸塩）等を付着させワイヤ線引き中の抵抗を低くしており、フラックス中の酸化物を低減するとワイヤを伸線する際に破断が発生しやすくなる。 Moreover, the wire which fills the flux which uses graphite as an essential component as an arc stabilizer within the range of 5-25% by a wire cross-sectional area ratio is disclosed (for example, refer patent document 7). Since the content ratio of the flux (powder particles) with respect to the whole wire of the flux-cored wire is about 12%, and the flux (powder particles) contains about 1% of graphite as an arc stabilizer, The content of graphite with respect to the entire wire is about 0.12%. In addition, the flux (powder) contains an arc stabilizer or deoxidizer other than graphite as Ti, Mn, etc. as an Fe alloy, and contains virtually no metal oxides, thereby generating slag during welding. The amount is reduced. However, in metal-based flux-cored wires that contain a large amount of alloy elements as flux to form high fatigue strength or high-strength weld metals, it is indispensable for granulating alloy elements or drawing wires. If the component is reduced to such an extent that the oxide is not substantially added, a problem in wire production occurs. Generally, in a flux-cored wire, the flux to be filled is granulated, and mica (silicate) that acts as a lubricant is attached to the surface to reduce resistance during wire drawing. If it is reduced, breakage tends to occur when the wire is drawn.
このような従来技術の問題から、低充填率に頼らず、フラックス成分を工夫することによりスラグ発生量を少なくし、継手の塗装性を確保することができる技術が望まれていた。 Due to such problems of the prior art, there has been a demand for a technique that can reduce the amount of slag generated by devising the flux component and ensure the paintability of the joint without depending on the low filling rate.
これら従来技術の問題点に鑑み、本発明は、スラグ発生量が従来のフラックス入りワイヤより格段に少ないフラックス入りワイヤ及びそのワイヤを用いたガスシールドアーク溶接方法を提供することを目的とするものである。 In view of the problems of these conventional techniques, the present invention is intended to provide a flux-cored wire that generates much less slag than conventional flux-cored wires and a gas shielded arc welding method using the wire. is there.
本発明者らは、以上の観点から、フラックス成分とスラグ発生量の関係に着目し、その関係およびスラグ低減方法を鋭意研究してきた。そして、フラックス成分をコントロールすることにより、従来フラックス入りワイヤと比べ格段にスラグ量を低減さることが可能であることを見出したものである。本発明は、このような研究によってなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。 From the above viewpoint, the present inventors have paid attention to the relationship between the flux component and the amount of slag generation, and have intensively studied the relationship and the slag reduction method. And it discovered that the amount of slag could be reduced remarkably compared with the conventional flux cored wire by controlling a flux ingredient. This invention is made | formed by such a research, The summary is as follows.
（１） 鋼製外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全体の質量％で、グラファイト以外のＣ：０．００１〜０．２０％、グラファイト：０．１０〜０．７％、ＳｉＯ２以外のＳｉ：０．０５〜１．２％、Ｍｎ：０．２〜３．０％を含有し、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下に制限し、さらに、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの１種または２種以上を合計で０．０５〜０．４０％含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、かつ前記グラファイト、および、前記ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの１種または２種以上は少なくとも前記フラックスとして含有することを特徴とするメタル系フラックス入りワイヤ。 (1) In a metal-based flux-cored wire for gas shielded arc welding in which a steel sheath is filled with flux, C: 0.001 to 0.20% other than graphite, graphite: 0 in mass% of the whole wire 10 to 0.7%, Si other than SiO 2 : 0.05 to 1.2%, Mn: 0.2 to 3.0%, P: 0.03% or less, S: 0.02 %, And further contains one or more of SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O and K 2 O in a total of 0.05 to 0.40%, the balance being iron and inevitable impurities A metal-based flux-cored wire comprising at least one of graphite and one or more of SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O and K 2 O as the flux.
（２） 前記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、フラックス充填率が１０〜２０％であることを特徴とする前記（１）記載のメタル系フラックス入りワイヤ。 (2) The metal flux cored wire according to (1), wherein the metal flux cored wire has a flux filling rate of 10 to 20%.
（３） 前記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全体の質量％で、さらに、Ｎｉ：０．５〜１２．０％、Ｃｒ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜３．０％、Ｃｕ：０．１〜０．５％の１種または２種以上を合計で０．２〜１２．５％含有することを特徴とする、前記（１）または（２）記載のメタル系フラックス入りワイヤ。 (3) In the metal-based flux-cored wire, in terms of mass% of the whole wire, Ni: 0.5 to 12.0%, Cr: 0.1 to 3.0%, Mo: 0.1 to 3. The metal as described in (1) or (2) above, containing 0.2% to 12.5% in total of one or more of 0%, Cu: 0.1 to 0.5% Flux-cored wire.
（４） 前記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全体の質量％で、さらに、Ｂ：０．００１〜０．０３％を含有することを特徴とする前記（１）〜（３）の何れかに記載のメタル系フラックス入りワイヤ。 (4) In the metal-based flux-cored wire, any one of the above (1) to (3) is characterized by further containing B: 0.001 to 0.03% by mass% of the whole wire. Metal-based flux-cored wire as described.
（５） 前記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全体の質量％で、さらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの１種または２種以上を合計で０．００５〜０．３％含有することを特徴とする前記（１）〜（４）の何れかに記載のメタル系フラックス入りワイヤ。 (5) The metal-based flux-cored wire is characterized by containing 0.005 to 0.3% in total of one or more of Nb, V and Ti in mass% of the whole wire. The metal-based flux-cored wire according to any one of (1) to (4).
（６） 前記メタル系フラックス入りワイヤにおいて、酸化物系以外のアーク安定剤を、全体の質量％で、さらに、０．０５〜０．５％を前記フラックスとして含有することを特徴とする前記（１）〜（５）の何れかに記載のメタル系フラックス入りワイヤ。 (6) In the metal-based flux-cored wire, the arc stabilizer other than the oxide-based wire is contained in the total mass%, and further 0.05 to 0.5% is contained as the flux. The metal-based flux-cored wire according to any one of 1) to (5).
（７） 前記（１）〜（５）の何れかに記載のメタル系フラックス入りワイヤを用いて鋼板を溶接することを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。 (7) A gas shielded arc welding method comprising welding a steel plate using the metal-based flux-cored wire according to any one of (1) to (5).
（８） シールドガスとして、ＣＯ２を３〜２５％含有し、残部がＡｒガスおよび不可避不純物からなるシールドガスを用いることを特徴とする前記（７）記載のガスシールドアーク溶接方法。 (8) The gas shielded arc welding method as described in (7) above, wherein the shielding gas is a shielding gas containing 3 to 25% of CO 2 and the balance being Ar gas and inevitable impurities.
（９） 前記シールドガス中に、さらに、Ｏ２ガスを４％以下含有するシールドガスを用いることを特徴とする前記（８）記載のガスシールドアーク溶接方法。 (9) The gas shielded arc welding method according to (8), wherein a shielding gas containing 4% or less of O 2 gas is further used in the shielding gas.
（１０） 前記鋼板の板厚が１．０〜５．０ｍｍであり、かつ引張強度が４４０〜９８０ＭＰａであることを特徴とする前記（７）〜（９）のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接方法。 (10) The gas shield arc according to any one of (7) to (9), wherein the steel sheet has a thickness of 1.0 to 5.0 mm and a tensile strength of 440 to 980 MPa. Welding method.
本発明によれば、メタル系フラックス入りワイヤのスラグ生成量を、ソリッドワイヤ並に低く抑えることが可能となり、スラグ発生量が少ないため、メタル系フラックス入りワイヤを用いて作製された溶接継手の塗装性を格段に向上させることが可能となる。また、ワイヤ消費量が少ない場合のソリッドワイヤにおける経済性の問題を同時に解決することが可能である。 According to the present invention, the amount of slag generation of a metal-based flux-cored wire can be kept as low as that of a solid wire, and since the amount of slag generation is small, the coating of a welded joint produced using a metal-based flux-cored wire It is possible to significantly improve the nature. Moreover, it is possible to solve the problem of economical efficiency in the solid wire when the wire consumption is small.
以下に、本発明を詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
自動車分野におけるアーク溶接継手は、溶接終了後に塗装工程に入るが、その際に問題となるのは、溶接ビード表面に存在するスラグである。塗装膜と継手表面の密着性を確保するためには、スラグを極力減らすことが望ましい。そのため、従来技術ではソリッドワイヤが用いられてきた。 An arc welded joint in the automobile field enters a painting process after the end of welding, and a problem in that case is slag present on the surface of the weld bead. In order to ensure adhesion between the coating film and the joint surface, it is desirable to reduce slag as much as possible. Therefore, solid wire has been used in the prior art.
一般に、ソリッドワイヤは、フラックス入りワイヤよりスラグ生成量が極めて少なく、そのため、ソリッドワイヤを使用している限りにおいては、特にスラグ除去工程を考えずに塗装工程に進むことが可能である。しかし、高疲労強度溶接材料のような、適用継手成分が限定されるためにワイヤ消費量に限界がある場合は、ソリッドワイヤは経済的観点からフラックス入りワイヤより劣るという問題が生じる。これら問題を同時に解決するには、スラグ発生量をソリッドワイヤ並に低減したフラックス入りワイヤを発明する必要がある。 Generally, a solid wire generates much less slag than a flux-cored wire, and therefore, as long as the solid wire is used, it is possible to proceed to a painting process without considering a slag removal process. However, when the amount of wire consumption is limited due to limited application joint components, such as a high fatigue strength welding material, a problem arises that solid wires are inferior to flux-cored wires from an economic point of view. In order to solve these problems at the same time, it is necessary to invent a flux-cored wire in which the amount of slag generated is reduced to the same level as a solid wire.
フラックス入りワイヤには、通常タイプのワイヤと金属粉を多く含有させたメタル系フラックス入りワイヤの２種類がある。通常タイプのフラックス入りワイヤは、ビード形状を良好にし、かつ全姿勢溶接できるようにフラックス成分を所定の量確保するようにしている。それに対し、メタル系フラックス入りワイヤは、金属粉が多い分フラックス成分が少なく全姿勢溶接が難しくなるものの、スラグ生成を抑えることが可能となる。しかしながら、いずれのタイプのフラックス入りワイヤでも、従来技術の範囲では、スラグ生成量は、ソリッドワイヤに比べるとはるかに多い。ソリッドワイヤは、フラックス成分がないため、溶接姿勢は限定される。しかし、塗装性を考えると、従来技術の範囲ではソリッドワイヤの選択は避けられず、溶接姿勢の問題は、被溶接鋼板の位置を調整することで解決されてきた。 There are two types of flux-cored wires: a normal type wire and a metal-based flux-cored wire containing a large amount of metal powder. The normal type flux-cored wire has a good bead shape and ensures a predetermined amount of flux components so that it can be welded in all positions. On the other hand, the metal-based flux-cored wire has a smaller amount of flux components due to the larger amount of metal powder, but makes it difficult to weld all postures, but it is possible to suppress slag generation. However, any type of flux-cored wire produces much more slag than the solid wire in the prior art. Since the solid wire has no flux component, the welding posture is limited. However, considering the paintability, selection of a solid wire is inevitable in the range of the prior art, and the problem of the welding posture has been solved by adjusting the position of the steel plate to be welded.
フラックス入りワイヤに生じるスラグ成分を実際に分析すると、ほとんどが、ＳｉＯ２、ＭｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３のような酸化物である。そして、この傾向は、フラックス中にＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金元素を添加した場合でも変わらない。そのため、フラックス入りワイヤのスラグ発生量をソリッドワイヤ並まで低減するためには、酸化物の発生をできるだけ抑える必要がある。本発明が扱うワイヤが、フラックス入りワイヤの中でも特にメタル成分が多いフラックスを充填するメタル系フラックス入りワイヤに限定されているのは、このような理由による。 When the slag components generated in the flux-cored wire are actually analyzed, most of them are oxides such as SiO 2 , MnO, Al 2 O 3 , and Fe 2 O 3 . This tendency does not change even when an alloy element such as Ni, Cr, or Mo is added to the flux. Therefore, in order to reduce the slag generation amount of the flux-cored wire to the level of a solid wire, it is necessary to suppress the generation of oxide as much as possible. This is the reason why the wire handled by the present invention is limited to a metal-based flux-cored wire that is filled with a flux having a large metal component among the flux-cored wires.
では、従来のメタル系フラックス入りワイヤでは、なぜ、ソリッドワイヤ並にスラグ生成量を抑えることができないのであろうか。従来の技術ではフラックスに雲母を添加するが、これは、雲母によりワイヤ線引き時のフラックスの抵抗を抑えるためである。すなわち、雲母は潤滑材の働きをする。しかし、雲母の成分であるＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの酸化物はスラグ生成源であり、スラグ低減の観点からは好ましくはない。そのため、雲母にとって代わる、潤滑材の役目をする成分を見出す必要がある。一方、スラグ成分から推定できるように、溶接ワイヤ中の酸素量を下げるとスラグ生成量が低減することが期待できるが、フラックス入りワイヤを前提とする限り、これら酸化物の添加量を０にすることは困難である。そこで、溶接ワイヤ中の酸素をスラグという形態以外の形で溶接ビードの外に放出する必要がある。特許文献３、４、５および６で開示されている従来技術では、スラグ生成源のうち、最も影響が大きいＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３などのスラグ材を低減するまでに至っておらず、また、スラグ低減を従来技術内で実施すれば、今度は潤滑剤不足によるワイヤ製造上の効率劣化の問題が解決されない。そのため、従来技術の範囲内では、スラグ発生量を抑えるためには、フラックス充填率を低く抑える技術に頼らざるを得なかった。 So why is the conventional metal-based flux-cored wire unable to reduce the amount of slag produced as much as the solid wire? In the conventional technique, mica is added to the flux in order to suppress the resistance of the flux during wire drawing by mica. That is, mica acts as a lubricant. However, oxides such as SiO 2 and Al 2 O 3 which are components of mica are slag generation sources and are not preferable from the viewpoint of slag reduction. Therefore, it is necessary to find a component that acts as a lubricant instead of mica. On the other hand, as can be estimated from the slag component, when the amount of oxygen in the welding wire is lowered, it can be expected that the amount of slag generated will be reduced. However, as long as a flux-cored wire is assumed, the amount of addition of these oxides is made zero. It is difficult. Therefore, it is necessary to release oxygen in the welding wire out of the weld bead in a form other than the form of slag. In the prior art disclosed in Patent Documents 3, 4, 5, and 6, among the slag generation sources, slag materials such as SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, and Al 2 O 3 that have the greatest influence are reduced. However, if slag reduction is carried out within the prior art, the problem of efficiency deterioration in wire production due to lack of lubricant will not be solved. Therefore, within the range of the prior art, in order to suppress the amount of slag generation, it has been necessary to rely on a technique for reducing the flux filling rate.
本発明者らは、以上の背景から、種々のメタル系フラックスの成分に検討を加えていき、ついに、フラックスにＣ源としてグラファイトを添加する方法を見出した。 From the above background, the present inventors have studied various metal flux components, and have finally found a method of adding graphite as a C source to the flux.
一般に、レールのような高Ｃ鋼材を溶接する場合を除き、溶接ワイヤにＣを意識的に添加することはしない。それは、溶接金属のＣ量が高くなると、溶接割れの問題、硬化性の問題、靭性の問題など、継手特性としてはデメリットが大きくなるためである。そのため、溶接金属中のＣ量は０．２％、場合によっては０．１％に達しないように設計されるのが通常である。しかし、Ｃは酸素と結合し、ＣＯまたはＣＯ２を形成する元素でもある。ＣＯまたはＣＯ２は、たとえ形成されても溶接ビードの外へ放出され、スラグという形で残ることはない。そのため、Ｃで酸素を低減することはスラグ低減という観点からも望ましい。Ｃを添加する方法は、グラファイト添加以外にも、鋼製外皮のＣ量を増加させる方法もある。しかし、グラファイトには、それを添加することにより、ワイヤ線引き時のフラックスの抵抗を低減する働きがあることも見出した。そのため、雲母の代わりに用いることができ、雲母を低減することによるスラグ低減効果も期待できる。本発明において、Ｃ量の範囲について、グラファイト量とグラファイト以外のＣ量に分けて規定しているのは、このような背景による。 In general, unless a high C steel material such as a rail is welded, C is not intentionally added to the welding wire. This is because, as the C content of the weld metal increases, the disadvantages of joint properties such as weld cracking problems, curability problems, and toughness problems increase. Therefore, the amount of C in the weld metal is usually designed to be 0.2%, and in some cases, not to reach 0.1%. However, C is an element that combines with oxygen to form CO or CO 2 . Even if formed, CO or CO 2 is released out of the weld bead and does not remain in the form of slag. Therefore, reducing oxygen with C is desirable from the viewpoint of reducing slag. In addition to adding graphite, there is a method for increasing the amount of C in the steel outer shell. However, it has also been found that graphite has the function of reducing the resistance of the flux during wire drawing by adding it. Therefore, it can be used in place of mica, and a slag reduction effect by reducing mica can be expected. In the present invention, the range of the C amount is defined separately for the graphite amount and the C amount other than graphite because of such background.
図１は、本発明の技術思想を示す概念図で、横軸にワイヤ中のグラファイト量をプロットし、縦軸にワイヤ中の酸化物量および溶接後に生じたスラグ量をプロットした図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing the technical idea of the present invention, in which the amount of graphite in the wire is plotted on the horizontal axis, and the amount of oxide in the wire and the amount of slag generated after welding are plotted on the vertical axis.
図１では、グラファイト量と酸化物量の関係は破線で、グラファイト量とスラグ量の関係は実線で示している。破線の上側の領域は、ワイヤ製造効率が落ちない領域で、図１の破線からわかるように、グラファイトを増加させるとワイヤ製造効率を落とさずに酸化物を低減することができる。酸化物低減は、スラグ発生を抑える点からは好ましいことで、グラファイト添加の効用がわかる。 In FIG. 1, the relationship between the graphite amount and the oxide amount is indicated by a broken line, and the relationship between the graphite amount and the slag amount is indicated by a solid line. The region above the broken line is a region where the wire manufacturing efficiency does not decrease. As can be seen from the broken line in FIG. 1, when graphite is increased, the oxide can be reduced without decreasing the wire manufacturing efficiency. Oxide reduction is preferable from the point of suppressing generation of slag, and the effect of adding graphite can be seen.
図１の実線は、グラファイト量と溶接後生じたスラグ量の関係である。図１の実線が示すところは次のようなものである。すなわち、あるグラファイト量を添加すると（図１のＡ）、破線からワイヤ製造効率を落とさない最小の酸化物量（図１のＢ）が決定される。そして、このグラファイト量と酸化物量を含有するワイヤで溶接したときのスラグ発生量（図１のＣ）が実線で示される。したがって、グラファイトを図１のＡで示される分だけ添加しても、酸化物量を低減しなければ（例えば図１のＤで示されるグラファイト量と酸化物量）、実線で示されるスラグ量にはならず、それ以上のスラグ量が発生する。グラファイト添加の効用は、それによりスラグ生成の原因となる酸化物量を（図１の実線が示す量まで）ワイヤ製造効率を落とさずに低減できる点にある。 The solid line in FIG. 1 shows the relationship between the amount of graphite and the amount of slag generated after welding. The solid line in FIG. 1 shows the following. That is, when a certain amount of graphite is added (A in FIG. 1), the minimum oxide amount (B in FIG. 1) that does not decrease the wire manufacturing efficiency is determined from the broken line. And the amount of slag generation | occurrence | production (C of FIG. 1) when welding with the wire containing this graphite amount and oxide amount is shown as a continuous line. Therefore, even if graphite is added by the amount indicated by A in FIG. 1, unless the amount of oxide is reduced (for example, the amount of graphite and the amount of oxide indicated by D in FIG. 1), the amount of slag indicated by the solid line is not reached. However, more slag is generated. The effect of adding graphite is that the amount of oxide that causes slag formation can be reduced without reducing the wire production efficiency (up to the amount indicated by the solid line in FIG. 1).
しかし、図１は、グラファイト添加にはそれ以上の効用があることを示している。グラファイト添加量が少ない領域では、図１で実線と破線はほぼ一致しているが、グラファイト添加が多くなると実線のほうが下に位置するようになる。すなわち、酸化物低減以上の効果があることを意味する。この現象が生じるのは、グラファイトであるＣは酸素と結合し、ＣＯまたはＣＯ２になり、酸素そのものを低減するため、結果的にスラグである酸化物の生成が抑えられるためである。 However, FIG. 1 shows that the addition of graphite has more utility. In the region where the amount of graphite added is small, the solid line and the broken line in FIG. 1 almost coincide with each other. However, when the amount of graphite added increases, the solid line is positioned below. That is, it means that there is an effect more than the oxide reduction. This phenomenon occurs because C, which is graphite, is combined with oxygen and becomes CO or CO 2 to reduce oxygen itself, and as a result, the generation of oxide, which is slag, is suppressed.
従来技術としてアーク安定剤としてフラックス中にグラファイトを含有するフラックス入りワイヤが提案されている（例えば、特許文献７参照）。しかし、このフラックス入りワイヤに含有するグラファイトは、アーク安定剤として特定ワイヤ断面積比の範囲内で含有し、そのグラファイト含有量は、ワイヤ全体に対する割合で０．１２％程度と少なく、かつ溶接時のスラグ発生量を低減するためにフラックスとして金属酸化物は実質的に含有しないため、図１に示されるようなワイヤ製造効率を良好に維持しつつ溶接時のスラグ発生量を低減する効果が得られるものではない。 As a conventional technique, a flux-cored wire containing graphite in the flux as an arc stabilizer has been proposed (see, for example, Patent Document 7). However, the graphite contained in this flux-cored wire is contained within the range of the specific wire cross-sectional area ratio as an arc stabilizer, and the graphite content is about 0.12% as a percentage of the whole wire, and at the time of welding Since the metal oxide is not substantially contained as a flux in order to reduce the amount of slag generated, the effect of reducing the amount of slag generated during welding is obtained while maintaining good wire manufacturing efficiency as shown in FIG. It is not something that can be done.
以上のように、グラファイトにはいくつかの利点があるが、これまで用いられてこなかった理由は、次のように考えられる。つまり、一般に、ワイヤ中に含有する元素含有量（質量％）と溶着金属中の元素含有量（質量％）に大きな差は生じないと考えられており、例えば、ワイヤ中のＣ量を０．４％に設計すれば、溶着金属中のＣ量も０．４％に近い値になる、という常識があった。そのため、これまでワイヤ中にＣを多く添加することは溶接金属中のＣ含有量の増加による溶接継手特性の低下を招くため、できるだけ避ける傾向があった。 As described above, graphite has several advantages, but the reason why it has not been used so far is considered as follows. That is, in general, it is considered that there is no significant difference between the element content (mass%) contained in the wire and the element content (mass%) in the weld metal. There is a common sense that if the design is 4%, the amount of C in the weld metal is also close to 0.4%. For this reason, the addition of a large amount of C in the wire has so far tended to be avoided as much as possible because the weld joint characteristics are deteriorated due to an increase in the C content in the weld metal.
しかし、本発明者からの検討の結果、図２に示すようにフラックス中にグラファイトを添加する場合は、溶着金属中のＣ含有量は必ずしも高くならないことが明らかになった。 However, as a result of studies by the present inventors, it has been clarified that when graphite is added to the flux as shown in FIG. 2, the C content in the deposited metal is not necessarily increased.
図２は、メタル系フラックス入りワイヤにおけるフラックスに添加したグラファイト含有量（ワイヤ全体に対する質量％）と溶着金属中のＣ含有量（質量％）との関係を示す図である。なお、図２は、溶接ワイヤとして、鋼製外皮中のＣ含有量がワイヤ全質量に対して０．０５％であるメタル系フラックス入りワイヤを用いた場合である。また、横軸にプロットされているグラファイト量は、すべてフラックスに含有されているグラファイト量を示している。図２からわかるように、例えグラファイトを０．４％添加したとしても、溶着金属中のＣ含有量は０．２％未満に維持でき、この程度のＣ含有量では、溶接継手の機械的特性の低下は実用上問題のない程度である。仮に、同じ量のＣをワイヤの鋼製外皮中に添加すると、Ｃがそのまま溶着金属に残留するため、溶着金属の機械的特性が劣化すると考えられる。フラックス中にグラファイトを添加する場合に、溶接金属中のＣ含有量が増加しない理由は明らかではないが、溶接時に溶接金属中に添加されたグラファイトは、大気中の酸素及び溶接金属中の酸化物から供給される酸素によりＣＯまたはＣＯ２として溶接ビード外に放出されるため、添加されたグラファイト量に比べ、溶接金属中のＣ含有量は低減するのではないかと考える。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the graphite content (mass% with respect to the entire wire) added to the flux in the metal-based flux-cored wire and the C content (mass%) in the weld metal. In addition, FIG. 2 is a case where the metal type flux cored wire whose C content in a steel outer shell is 0.05% with respect to the wire total mass is used as a welding wire. Further, the amount of graphite plotted on the horizontal axis indicates the amount of graphite contained in the flux. As can be seen from FIG. 2, even if 0.4% of graphite is added, the C content in the deposited metal can be maintained at less than 0.2%, and at this level of C content, the mechanical properties of the welded joint can be maintained. The decrease in the level is not problematic in practical use. If the same amount of C is added to the steel outer sheath of the wire, it is considered that C remains as it is in the weld metal, so that the mechanical properties of the weld metal deteriorate. The reason why the C content in the weld metal does not increase when graphite is added to the flux is not clear, but the graphite added to the weld metal during welding is oxygen in the atmosphere and oxides in the weld metal. It is considered that the C content in the weld metal may be reduced as compared with the amount of added graphite because it is released out of the weld bead as CO or CO 2 by oxygen supplied from the steel.
一方、グラファイト添加量が０．７％を上回ると、溶着金属成分としてのＣ量は０．４０％以上、場合によっては０．５％を超えるようになり、機械的特性への影響が懸念される。そのため、本発明では、メタル系フラックス入りワイヤにおいて、少なくともフラックスとして含有するグラファイト添加量の上限を０．７％とする必要がある。この理由は、グラファイト添加量を０．７％未満とすることでワイヤ製造効率を良好に維持しつつワイヤ中の酸化物を低減し、その結果、溶接時のスラグ発生量を十分低減させるとともに、溶接金属中のＣ含有量が急激に増加することを抑制するためである。 On the other hand, when the amount of graphite added exceeds 0.7%, the amount of C as a deposited metal component is 0.40% or more, and in some cases exceeds 0.5%, and there is a concern about the influence on mechanical properties. The Therefore, in the present invention, in the metal-based flux-cored wire, at least the upper limit of the amount of graphite contained as flux needs to be 0.7%. The reason for this is to reduce the oxide in the wire while maintaining good wire production efficiency by making the graphite addition amount less than 0.7%, and as a result, sufficiently reduce the amount of slag generated during welding, This is to prevent the C content in the weld metal from rapidly increasing.
なお、図２において、グラファイト添加量が０でも溶着金属のＣ量が０にならないのは、鋼製外皮にＣが含まれているためである。 In FIG. 2, the C content of the deposited metal does not become 0 even when the graphite addition amount is 0 because the steel outer skin contains C.
本発明は、上記知見および技術思想をもとになされたものであり、メタル系フラックス入りワイヤにおいて、フラックスとしてグラファイトを所定量含有させることにより、従来のフラックスの造粒剤およびワイヤ伸線用潤滑材として添加していた酸化物を低減でき、かつグラファイトによる脱酸（ＣＯ、ＣＯ２化）作用の結果、溶接時のスラグ発生量の低減を達成することができる。また、本発明によれば、従来のソリッドワイヤを用いて溶接する場合と同程度にスラグ生成量を低減でき、高疲労強度および高強度が要求される溶接金属を構成外皮の成分を変えずに、フラックス中に含有する合金元素含有量の調整によって達成できるため、ソリッドワイヤに比べて経済性の点で優れるものである。 The present invention has been made on the basis of the above knowledge and technical idea. In a metal-based flux-cored wire, a predetermined amount of graphite is contained as a flux, whereby a conventional flux granulating agent and wire drawing lubrication are provided. The oxide added as a material can be reduced, and as a result of the deoxidation (CO, CO 2 conversion) action by graphite, a reduction in the amount of slag generated during welding can be achieved. In addition, according to the present invention, the amount of slag generation can be reduced to the same extent as in the case of welding using a conventional solid wire, and a weld metal that requires high fatigue strength and high strength can be formed without changing the components of the outer skin. Since it can be achieved by adjusting the content of alloying elements contained in the flux, it is superior in terms of economy compared to solid wires.
次に、本発明における数値限定理由について述べる。 Next, the reason for the numerical limitation in the present invention will be described.
初めに、メタル系フラックス入りワイヤにおける各成分元素についての数値限定理由について述べる。 First, the reasons for limiting the numerical values of each component element in the metal-based flux-cored wire will be described.
グラファイト以外のＣについては、ワイヤ全体に対するＣ量を質量％として、０．００１％をその下限とした。これに達しないＣ量では、鋼製外皮の強度を確保することが難しくなり、ワイヤ製造時の断線の問題を引き起こすため、下限値をこの値とした。また、グラファイト以外のＣの上限を０．２０％としたのは、これを上回るＣ量では、本発明のメタル系フラックス入りワイヤでは、フラックスにグラファイトを別途添加するため、溶接金属のＣ量が過大になるためその上限を０．２０％とした。 For C other than graphite, the amount of C relative to the entire wire was mass%, and 0.001% was the lower limit. If the amount of C does not reach this level, it becomes difficult to ensure the strength of the steel outer shell, which causes a problem of disconnection during wire production, so the lower limit is set to this value. In addition, the upper limit of C other than graphite is set to 0.20%. When the C amount exceeds this, the metal-based flux-cored wire of the present invention separately adds graphite to the flux, so the C amount of the weld metal is low. Since it becomes excessive, the upper limit was made 0.20%.
本発明においてグラファイトを添加する理由は、フラックスの潤滑材の役目をさせる、酸素と反応させＣＯまたはＣＯ２を形成させることにより酸素を外に逃がす、がある。これらの理由は、スラグ量を低減させることを狙ったものであるが、さらには、高疲労強度溶接材料としての役割を持たせるため、溶接金属のＣを適正に保ち、変態開始温度を低く抑える役目もある。本発明の目的の一つに塗装性の確保があるが、それは、本発明の利用分野として自動車分野が挙げられることにある。この分野で用いられる鋼板のＣ量は比較的低い場合が多く、０．０５％以下、場合によっては０．０１％以下となる場合がある。この場合、母材希釈も考慮した時の溶接金属中のＣ量を適正に保つことは難しくなる。このＣ量は、鋼製外皮からも導入させることができるが、グラファイトとしてワイヤ中に含有させることによりスラグ低減と潤滑材の働き両方を持たすことができるので、本発明では鋼製外皮のＣ量の上限は低く抑えている。その分、グラファイトは最低限添加する必要がある。本発明のグラファイトの下限は、溶接金属中のＣ量を最低限確保する、かつスラグ低減と潤滑材の効果を確保する、という２つの理由から０．１０％とした。上限の０．７％は、これを上回るグラファイト量では、溶接金属中のＣ量が増加し、溶接金属が硬くなりすぎるなど継手特性上問題が生じるためこの値を設定した。なお、グラファイトの潤滑剤としての働きを確実にするためには、好ましくはグラファイトの下限を０．１５％と設定することが望ましい。 The reason for adding graphite in the present invention is that it acts as a flux lubricant, and causes oxygen to escape by reacting with oxygen to form CO or CO 2 . These reasons are aimed at reducing the amount of slag, and furthermore, in order to have a role as a high fatigue strength welding material, keep the C of the weld metal properly and keep the transformation start temperature low. There is also a role. One of the objects of the present invention is to secure the paintability, and this is because the automobile field can be cited as a field of application of the present invention. The amount of C of the steel sheet used in this field is often relatively low, and may be 0.05% or less, and in some cases 0.01% or less. In this case, it becomes difficult to keep the amount of C in the weld metal properly when considering the dilution of the base material. This amount of C can be introduced also from the steel outer skin, but since it can have both the function of a slag reduction and a lubricant by being contained in the wire as graphite, in the present invention, the amount of C in the steel outer shell. The upper limit of is kept low. Therefore, it is necessary to add graphite at the minimum. The lower limit of the graphite of the present invention is set to 0.10% for the two reasons of ensuring the minimum amount of C in the weld metal and reducing the slag and the effect of the lubricant. The upper limit of 0.7% was set at a value exceeding this value, because the amount of C in the weld metal increased, causing problems in joint properties such as the weld metal becoming too hard. In order to ensure the function of graphite as a lubricant, the lower limit of graphite is preferably set to 0.15%.
ワイヤ中のＳｉは、酸化物であるＳｉＯ２のものとそうでないものとに分けられ、酸化物のＳｉＯ２は主としてフラックスに含有される。鋼製外皮に含有されるＳｉは、鋼中に固溶しているＳｉがほとんどであり、本発明では、鋼中のＳｉＯ２は不可避不純物である。フラックスに含まれるＳｉＯ２などの酸化物は、雲母以外にもワイヤに充填すべきフラックスを造粒するときに用いられるバインダーにも含有されており、メタル系といえどもフラックス入りワイヤを前提とする限り、バインダーを無添加にすることはできない。そのため、後述するように、本発明では酸化物の総量を規定している。但し、ＳｉＯ２以外のＳｉは、酸素成分を含んでいないため、スラグ生成という観点からはあまり規制する必要はない。しかし、最低限の脱酸をする必要があるため、下限を０．０５％とした。一方、過度のＳｉ添加は、溶接金属を硬化させ継手特性上の観点から好ましくないので上限を１．２％とした。 Si in the wire is divided into those of SiO 2 that is an oxide and those that are not, and SiO 2 of the oxide is mainly contained in the flux. Si contained in the steel outer shell is mostly Si dissolved in steel, and in the present invention, SiO 2 in steel is an unavoidable impurity. In addition to mica, oxides such as SiO 2 contained in the flux are also contained in a binder used when granulating the flux to be filled in the wire. As long as the binder can not be added. Therefore, as described later, the present invention defines the total amount of oxide. However, since Si other than SiO 2 does not contain an oxygen component, there is no need to restrict it from the viewpoint of slag generation. However, since the minimum deoxidation is necessary, the lower limit was made 0.05%. On the other hand, excessive Si addition hardens the weld metal and is not preferable from the viewpoint of joint characteristics, so the upper limit was made 1.2%.
Ｍｎは、強度確保に必要な元素である。Ｍｎの下限０．２％は、これを下回る場合は溶接金属強度の確保が難しくなるのでこの値を設定した。一方、その添加量が過度に多くなると、溶接金属の靱性劣化を引き起こすためその上限を３．０％とした。 Mn is an element necessary for ensuring strength. The lower limit of 0.2% of Mn is set to this value because it is difficult to ensure the strength of the weld metal when the lower limit is 0.2%. On the other hand, if the amount added is excessively large, the toughness of the weld metal is deteriorated, so the upper limit was made 3.0%.
ＰおよびＳは、不可避的不純物元素であり、本発明では、これら元素が溶接金属に多く存在するとその靭性が劣化するため、ＰおよびＳの含有量の上限をそれぞれ０．０３％、０．０２％とした。 P and S are unavoidable impurity elements, and in the present invention, when these elements are present in a large amount in the weld metal, the toughness deteriorates. Therefore, the upper limits of the P and S contents are 0.03% and 0.02 respectively. %.
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏはスラグ材と呼ばれているものである。これらを添加する理由は、メタル系フラックス入りワイヤ製造前に、フラックス成分を造粒する際のバインダーの役目を果たす、鋼製鉄皮内に充填してから所定のワイヤ径になるまで線引きする工程において、フラックスの抵抗を少なくする潤滑材の働きをすること、などである。フラックスの造粒工程は、ワイヤ中のフラックス含有量が均一になることから、良質のメタル系フラックス入りワイヤ製造には欠かせない工程である。一方、潤滑材の働きは、本発明ではグラファイトにその働きを持たせているので、これら酸化物を添加する理由は主としてフラックスの造粒のためである。但し、これらは全て酸化物であり、スラグ生成量を少なくするという観点からは、無添加のほうが好ましい。しかし、これら成分がないとフラックス造粒ができないため、最低限の量は添加しなければならない。下限の０．０５％は、これを下回ると上記効果が得られなくなり、ワイヤ品質と製造効率上問題が発生するためにこの値を設定した。上限の０．４０％は、これを上回る添加量である場合は、溶接後のスラグ発生量が多くなり、塗装性の問題が生じてくるためこの値を設定した。 SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O and K 2 O are called slag materials. The reason for adding these is to serve as a binder when granulating the flux component before the production of the metal-based flux-cored wire, in the process of drawing until filling to a predetermined wire diameter after filling in the steel iron skin , Act as a lubricant to reduce the resistance of the flux. The flux granulation step is an indispensable step for producing a high-quality metal-based flux-cored wire because the flux content in the wire becomes uniform. On the other hand, since the function of the lubricant is given to graphite in the present invention, the reason for adding these oxides is mainly for granulation of the flux. However, these are all oxides, and from the viewpoint of reducing the amount of slag produced, it is preferable to add no additives. However, since there is no flux granulation without these components, the minimum amount must be added. If the lower limit of 0.05% falls below this value, the above effect cannot be obtained, and this value is set because problems occur in wire quality and manufacturing efficiency. The upper limit of 0.40% is set at an amount exceeding this value, because the amount of slag generated after welding increases and causes paintability problems.
本発明において、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕは、主として溶接継手の引張り強度または疲労強度を向上させることを目的として添加する元素である。これらは、溶接材料の使用目的によってその添加量を選択すればよい。これら元素は、添加することによって、強度増加をもたらし、かつ、溶接金属の変態開始温度を低くすることによる疲労強度増加ももたらされる。しかし、これら元素に働きは同じであるものの、１％あたりの効果は必ずしも同じではないため、各元素に対して範囲を定めた。 In the present invention, Ni, Cr, Mo and Cu are elements added mainly for the purpose of improving the tensile strength or fatigue strength of the welded joint. What is necessary is just to select the addition amount of these by the use purpose of a welding material. When these elements are added, the strength is increased, and the fatigue strength is increased by lowering the transformation start temperature of the weld metal. However, although the functions of these elements are the same, the effect per 1% is not necessarily the same, so a range was defined for each element.
Ｎｉは、変態開始温度を低くし、強度や靭性などの継手特性を向上させる元素である。Ｎｉの下限０．５％は、添加することにより強度や靭性の向上が得られる最低限の値として定めた。上限の１２．０％は、これを上回る添加量では、溶接金属が変態せずオーステナイトのままで冷却が終了する可能性があり、疲労強度向上が期待できなくなるため上限をこの値にした。 Ni is an element that lowers the transformation start temperature and improves joint characteristics such as strength and toughness. The lower limit of 0.5% of Ni is determined as the minimum value at which improvement in strength and toughness can be obtained by addition. The upper limit of 12.0% was set to this value because an additive amount exceeding the upper limit could cause the weld metal to be transformed without being transformed and austenite to be cooled, and improvement in fatigue strength could not be expected.
ＣｒおよびＭｏは、本発明では、溶接金属の強度および焼入性を上げるために添加する元素である。溶接継手の疲労強度を向上させるためには、マルテンサイトなどの変態温度が低い組織にする必要があるが、そのためには、焼入性確保が欠かせない。ＣｒとＭｏは、添加することにより、強度向上および焼入性確保がしやすくなる元素である。そのため、これら元素の下限０．１％は、強度向上と焼入性確保の効果が得られる最低限の値として設定した。一方、ＣｒとＭｏは、Ｎｉ同様それを添加することにより変態開始温度を低くすることができるが、Ｎｉと異なり、溶接金属の靭性向上の点では、Ｎｉ添加ほど好ましくはない。そのため、これら元素の上限は、Ｎｉより低く設定する必要がある。これら元素の上限３．０％は、これを上回る添加では、継手の特性上問題が生じるためこの値を設定した。 In the present invention, Cr and Mo are elements added to increase the strength and hardenability of the weld metal. In order to improve the fatigue strength of the welded joint, it is necessary to form a structure having a low transformation temperature such as martensite. For this purpose, it is indispensable to ensure hardenability. Cr and Mo are elements that, when added, make it easier to improve strength and secure hardenability. Therefore, the lower limit of 0.1% of these elements is set as a minimum value that can achieve the effects of improving the strength and ensuring hardenability. On the other hand, Cr and Mo can lower the transformation start temperature by adding them in the same manner as Ni, but unlike Ni, it is not as preferable as Ni addition in terms of improving the toughness of the weld metal. Therefore, the upper limit of these elements needs to be set lower than Ni. The upper limit of 3.0% of these elements is set to this value because addition exceeding the upper limit causes problems in the characteristics of the joint.
Ｃｕも、ＣｒとＭｏ同様に、変態開始温度の低減、強度向上および焼入性確保の効果がある元素である。しかし、添加しすぎると溶接金属にＣｕ割れを発生させる危険がるため、ＣｒやＭｏより上限値は低く設定する必要がある。上限の０．５％は、Ｃｕ割れの危険を無くすために設定した。一方、Ｃｕは、主にワイヤにめっきをして通電性を確保するために用いることも可能である。Ｃｕの下限０．１％は、強度向上と焼入性向上の効果および通電性確保の点で必要最低限の値として設定した。 Cu, like Cr and Mo, is an element that has the effect of reducing the transformation start temperature, improving the strength, and ensuring hardenability. However, if added too much, there is a risk of causing Cu cracks in the weld metal, so the upper limit value needs to be set lower than Cr or Mo. The upper limit of 0.5% was set in order to eliminate the risk of Cu cracking. On the other hand, Cu can be used mainly for plating a wire to ensure conductivity. The lower limit of Cu of 0.1% was set as the minimum necessary value in terms of improving strength and improving hardenability and securing electric conductivity.
本発明では、これら４つの元素、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕの合計値に対しても制限を設けた。これら元素は、変態開始温度の低減、強度向上と焼入性確保の効果があり、働きとしては同等である。しかし、これら元素を添加しすぎると、溶接金属組織がオーステナイト組織になる、すなわち溶接後の冷却過程で変態しなくなるため、疲労強度向上の効果がなくなる。また、添加量が少ない場合は、引張り強度向上の効果も期待できなくなる。そのため、これら元素の合計も制限する必要がある。下限の０．２％は、これを下回る添加量では強度増加の効果が期待できなくなるためこの値を設定した。上限の１２．５％は、これを上回る添加量では、溶接金属がオーステナイトを主体とした組織になり、溶接中の冷却過程における変態膨張が不十分となり疲労強度向上が期待できなくなるためこの値を設定した。なお、これら元素を添加する目的が引張り強度の向上のみの場合は、添加量の上限を４．０％と設定し、後述するＮｂやＶの添加を併用するほうが経済的に好ましい。また、溶接継手の疲労強度向上を目的とする場合は、これら４つの元素、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕの合計添加量の下限を２．０％と設定することが望ましい。これは、添加量がこれを下回る場合は、溶接金属の変態開始温度が低くならず、疲労強度を向上させることが難しくなるためである。より確実に疲労強度を向上させるためには、この下限値を３．０％と設定することが望ましい。 In the present invention, a limit is also set for the total value of these four elements, Ni, Cr, Mo, and Cu. These elements have the effect of reducing the transformation start temperature, improving the strength and ensuring hardenability, and are equivalent in function. However, if these elements are added too much, the weld metal structure becomes an austenite structure, that is, it does not transform in the cooling process after welding, so the effect of improving fatigue strength is lost. Moreover, when there is little addition amount, the effect of a tensile strength improvement cannot also be anticipated. Therefore, it is necessary to limit the total of these elements. The lower limit of 0.2% was set to this value because the effect of increasing the strength could not be expected if the amount added was less than this. The upper limit of 12.5% is that when the added amount exceeds this value, the weld metal has a structure mainly composed of austenite, and the transformation expansion in the cooling process during welding becomes insufficient, so that improvement in fatigue strength cannot be expected. Set. When the purpose of adding these elements is only to improve the tensile strength, it is economically preferable to set the upper limit of the addition amount to 4.0% and use Nb or V, which will be described later, in combination. Moreover, when aiming at the fatigue strength improvement of a welded joint, it is desirable to set the minimum of the total addition amount of these four elements, Ni, Cr, Mo, Cu to 2.0%. This is because when the addition amount is less than this, the transformation start temperature of the weld metal is not lowered, and it is difficult to improve the fatigue strength. In order to improve the fatigue strength more reliably, it is desirable to set this lower limit value to 3.0%.
Ｂは焼入性元素である。Ｂ添加は、鋼板の焼入性を確保するためには質量％で０．００１％程度添加すれば充分であるが、溶接金属の場合は酸素が鋼板より高く、Ｂは酸素と結合しその効果を奪われてしまうため、鋼板の場合より多く添加する必要がある。焼入性を確保する理由は、溶接金属のミクロ組織をより高強度の組織にする、高温で変態開始する組織の出現を抑えより低い温度で変態するミクロ組織にする、などがある。これらの効果は、引張り強度確保、疲労強度確保、両面からも好ましいので、本発明では積極的に利用すべきであると考えた。Ｂの添加量の下限は溶接金属の焼入性を向上できる最低限の値として０．００１％と設定した。Ｂ添加量の上限は、これを上回る量を添加してもＢ添加で得られる効果が増加しないことから０．０３％と定めた。 B is a hardenable element. In order to ensure the hardenability of the steel sheet, it is sufficient to add about 0.001% by mass%. However, in the case of a weld metal, oxygen is higher than that of the steel sheet, and B combines with oxygen and its effect. Therefore, it is necessary to add more than in the case of a steel plate. Reasons for ensuring hardenability include making the microstructure of the weld metal have a higher strength structure, or suppressing the appearance of a structure that starts transformation at a high temperature and transforming it at a lower temperature. Since these effects are preferable from the viewpoints of securing tensile strength, ensuring fatigue strength, and both sides, it was considered that the present invention should be actively used. The lower limit of the addition amount of B was set to 0.001% as the minimum value that can improve the hardenability of the weld metal. The upper limit of B addition amount is set to 0.03% because the effect obtained by addition of B does not increase even if an amount exceeding this is added.
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは、いずれも炭化物を形成し強度を増加させる働きをもつ元素で、比較的少ない添加量で強度増加が期待できる。すなわち、本発明においては、これら３元素とも同等の効果を期待している元素である。そのため、本発明では、これら元素の合計を限定する。下限の０．００５％は、これを下回る添加量では強度増加をあまり期待できないためにこの値を設定した。一方、０．３％を上回る添加量では、溶接金属の強度が過大になり、継手特性上問題が生じるため、上限を０．３％とした。なお、Ｔｉに関しては、強度増加以外にも溶接アークを安定させる働きがあるため、好ましくはＴｉ含有量の下限を０．００３％と設定することが望ましい。 Nb, V, and Ti are all elements that have the function of forming carbides and increasing the strength, and an increase in strength can be expected with a relatively small addition amount. That is, in the present invention, these three elements are elements that are expected to have the same effect. Therefore, in the present invention, the total of these elements is limited. The lower limit of 0.005% was set to this value because an increase in strength cannot be expected with an addition amount below this lower limit. On the other hand, if the addition amount exceeds 0.3%, the strength of the weld metal becomes excessive and problems occur in the joint characteristics, so the upper limit was made 0.3%. In addition, regarding Ti, since there exists a function which stabilizes a welding arc besides an intensity increase, it is desirable to set the minimum of Ti content to 0.003% preferably.
アーク安定剤とは、それを添加することにより、溶接アークが安定になる元素であり、本発明の請求項１に記載されているＮａ２ＯやＫ２Ｏなどもアークを安定させる働きがあるため、これらもアーク安定剤と呼んでさしつかえない。そのため、本発明においては、アーク安定剤をこれ以上添加する必要は必ずしもなく、また、これらアーク安定剤を添加すると、本発明の第１の目的である、スラグ量の低減が達成できなくなる危険性すらある。しかし、Ｎａ、Ａｌ、Ｆの化合物であればアークを安定させる働きがあり、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏなどと異なり、氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）などのような酸化物系以外のものも存在する。酸化物以外であれば、溶接ワイヤに添加しても酸素供給源にならないため、酸化物で形成されるスラグを生成することにはならず、これらアーク安定剤を添加し、よりアークを安定させたいという要望に応えることが可能となる。そのため、本発明者らは、本発明における酸化物系以外のアーク安定剤の適用可能範囲を設けることは、産業上意義のあることと判断した。酸化物系以外のアーク安定剤の下限０．０５％は、添加することによりアーク安定効果が得られる最低限の値として設定した。一方、上限の０．５％は、既に酸化物系のスラグ材をバインダーとして添加しており、これら元素もアーク安定剤の働きがあるため、これを上回る添加しても効果が変わらないため上限を０．５％とした。
The arc stabilizer is an element that stabilizes the welding arc by adding it, and Na 2 O, K 2 O and the like described in
以上が、本発明におけるメタル系フラックス入りワイヤの成分を限定した理由である。 The above is the reason for limiting the components of the metal-based flux-cored wire in the present invention.
次に、フラックスの充填率を限定した理由について述べる。 Next, the reason why the filling rate of the flux is limited will be described.
本発明では、溶接後のスラグ生成量をワイヤに充填するフラックスの成分を限定することで低減させているため、通常のメタル系フラックス入りワイヤにおける充填率の範囲内であればその効果が得られ、特許文献４、５、６のように、意識的に充填率を低くする必要はない。また、フラックス充填率が低い場合でも、本発明の範囲内にワイヤ成分を限定すればその効果は十分発揮できる。そのため、本発明において、フラックス充填率の範囲を限定するのは、高疲労強度溶接材料のように合金元素の添加量が多い場合である。例えば、フラックス充填率を５％と限定したワイヤで、Ｎｉ添加量をワイヤ全体に対し１０％にしようとした場合、フラックス中に添加するＮｉだけでは不十分であり、Ｎｉが添加されたそれ専用の鋼製外皮を用いなければならない。この場合は、通常の鋼製外皮を用いることができなくなり、経済的問題が発生する。充填率が十分高ければこのような問題は発生しない。フラックス充填率の下限を１０％としたのは、ワイヤ成分設計の自由度を十分確保し、かつ高強度溶接材料、高疲労強度溶接材料が達成可能である範囲として設定した。上限の２０％は、これを上回る充填率の場合、ワイヤに占める鋼製外皮の割合が低くなり、ワイヤ製造中に断線の危険性がでてくるため、この値を設定した。 In the present invention, since the amount of slag generated after welding is reduced by limiting the flux component filling the wire, the effect can be obtained as long as it is within the filling rate range of a normal metal-based flux-cored wire. As in Patent Documents 4, 5, and 6, it is not necessary to consciously lower the filling rate. Even when the flux filling rate is low, the effect can be sufficiently exhibited if the wire component is limited within the scope of the present invention. Therefore, in the present invention, the range of the flux filling rate is limited when the amount of the alloy element added is large, such as a high fatigue strength welding material. For example, with a wire with a flux filling rate limited to 5%, when trying to make the amount of Ni added to 10% of the whole wire, Ni added to the flux alone is not sufficient, and it is dedicated to that with Ni added The steel shell must be used. In this case, a normal steel outer shell cannot be used, which causes an economic problem. Such a problem does not occur if the filling rate is sufficiently high. The lower limit of the flux filling rate was set to 10%, which was set as a range where a sufficient degree of freedom in wire component design was ensured and high strength welding material and high fatigue strength welding material could be achieved. The upper limit of 20% was set at a filling rate higher than this, because the ratio of the steel outer skin to the wire was low, and there was a risk of disconnection during wire production.
次に、シールドガスを限定した理由について述べる。 Next, the reason for limiting the shielding gas will be described.
ガスシールド溶接において、一般に、シールドガスは、１００％ＣＯ２またはＡｒガス中にＣＯ２ガスが含有されているものが用いられる。本発明の目的は、スラグ発生量の少ないメタル系フラックス入り溶接ワイヤの提供であり、スラグのほとんどがＳｉＯ２やＭｎＯなどの酸化物系であることを考えると、シールドガスにおいても酸素含有量の少ないものを選択することが望ましい。そのため、本発明における溶接方法では、シールドガスとしてＡｒ＋３〜２５％ＣＯ２ガスを採用することとした。なお、ＣＯ２ガスを０％にするのは溶接アークの安定性上好ましくないため、Ａｒガス中には３％以上のＣＯ２を含有するとした。２５％を上回るＣＯ２を含有したＡｒガスでは、スラグ生成上１００％ＣＯ２ガスの場合とほぼ同じになるので上限を２５％とした。 In gas shield welding, generally, a shielding gas containing CO 2 gas in 100% CO 2 or Ar gas is used. An object of the present invention is to provide a metal-based flux-cored welding wire with a small amount of slag generation, and considering that most of the slag is an oxide system such as SiO 2 and MnO, the oxygen content of the shield gas is also low. It is desirable to select fewer. Therefore, in the welding method in the present invention, Ar + 3 to 25% CO 2 gas is adopted as the shielding gas. In addition, since it is not preferable for the stability of the welding arc to make the CO 2 gas 0%, the Ar gas contains 3% or more of CO 2. In Ar gas containing CO2 exceeding 25%, the upper limit was set to 25% because it is almost the same as that of 100% CO2 gas in terms of slag generation.
シールドガス中のＯ２ガスは、本発明においては不純物である。しかし、Ａｒガス中にＯ２ガスが存在している場合で、Ｏ２ガスを取り除く場合、ＣＯ２ガスを除去する以上に製造上の負荷がかかるため、一般には、Ｏ２ガスがないシールドガスのほうが、Ｏ２ガスを含有しているシールドガスよりも高価である。そのため、本発明者らは、本発明におけるＯ２ガスの許容含有量の範囲を明確にすることは産業上意義のあることと考え、その許容範囲を定めることとした。Ｏ２ガスが４％を上回る場合は、スラグ生成量増加が避けられず、そのため、Ｏ２ガスの上限を４％に設定した。 In the present invention, O 2 gas in the shielding gas is an impurity. However, in the case where O 2 gas is present in the Ar gas, when removing the O 2 gas, the load on manufacturing than the removal of CO 2 gas is applied, generally, O 2 gas is not shielding gas This is more expensive than the shielding gas containing O 2 gas. Therefore, the present inventors considered that it is industrially significant to clarify the range of the allowable content of O 2 gas in the present invention, and decided to set the allowable range. When O 2 gas exceeds 4%, an increase in the amount of slag generation is unavoidable, and therefore the upper limit of O 2 gas is set to 4%.
次に、鋼板の板厚および鋼板強度を限定した理由について述べる。 Next, the reason for limiting the thickness and strength of the steel sheet will be described.
初めに板厚を限定した理由について述べる。 First, the reason for limiting the plate thickness will be described.
本発明は、スラグ生成量を少なくし、ソリッドワイヤ並みの塗装性を確保することを目的とするものであるため、鋼板の板厚を特に限定しなくても、本発明の範囲内にあるメタル系フラックス入りワイヤを用いればその効果を得ることが可能である。しかし、メタル系フラックス入りワイヤを用いるのはワイヤ消費量が少ない場合だけで、ワイヤ消費量が充分多い場合は、ソリッドワイヤのほうが経済性に優れており、特に本発明に頼る必要はない。本発明のメタル系フラックス入りワイヤのほうが経済性に優れる場合は、疲労強度を向上させるために合金元素添加量が高い場合、すなわち高疲労強度溶接材料として用いる場合などである。そのため、本発明では、疲労強度向上が期待できる鋼板の組み合わせを提示することは産業上意義のあることと判断した。板厚が１ｍｍを下回る場合は、本発明の範囲内にあるメタル系フラックス入りワイヤを用いて継手を作製しても、板厚に対する溶け込み深さが大きくなり、溶接金属が変態膨張してもその膨張を鋼板が充分拘束できないため、残留応力を充分低減することができなくなる。そのため、疲労強度向上は期待できない。このような場合は、向上が期待できる継手特性としては、塗装性を除くと引張り強度のみである。そのため、高疲労強度継手という観点から板厚の下限を１．０ｍｍと設定した。一方、溶接継手の塗装性が問題となる産業は自動車分野であり、造船分野などでは、溶接ビードにスラグが存在しても特に大きな問題が発生していない。一般に、自動車分野では板厚が５ｍｍを上回るような場合はほとんどなく、このような板厚を必要としている産業は造船分野である。そのため、鋼板板厚が５．０ｍｍを上回る場合は、産業上のメリットが少ないと判断し板厚の上限を５．０ｍｍと設定した。 The object of the present invention is to reduce the amount of slag produced and to ensure the same paintability as that of a solid wire. Therefore, even if the thickness of the steel plate is not particularly limited, the metal is within the scope of the present invention. The effect can be obtained by using a flux cored wire. However, the metal-based flux-cored wire is used only when the wire consumption is small, and when the wire consumption is sufficiently large, the solid wire is more economical and does not need to rely on the present invention. The case where the metal-based flux-cored wire of the present invention is more economical is when the amount of alloying element added is high in order to improve fatigue strength, that is, when it is used as a high fatigue strength welding material. Therefore, in the present invention, it was judged that it is industrially significant to present a combination of steel plates that can be expected to improve fatigue strength. If the plate thickness is less than 1 mm, even if a joint is made using a metal-based flux-cored wire within the scope of the present invention, the penetration depth with respect to the plate thickness increases, and even if the weld metal undergoes transformation expansion, Since the steel sheet cannot sufficiently restrain the expansion, the residual stress cannot be sufficiently reduced. Therefore, improvement in fatigue strength cannot be expected. In such a case, the joint properties that can be expected to be improved are only the tensile strength excluding the paintability. Therefore, the lower limit of the plate thickness is set to 1.0 mm from the viewpoint of a high fatigue strength joint. On the other hand, the industry in which the paintability of welded joints is a problem is in the automobile field, and in the shipbuilding field or the like, even if slag is present in the weld bead, no major problem has occurred. Generally, in the automobile field, there is almost no case where the plate thickness exceeds 5 mm, and the industry that requires such a plate thickness is the shipbuilding field. Therefore, when the steel plate thickness exceeds 5.0 mm, it is judged that there is little industrial merit and the upper limit of the plate thickness is set to 5.0 mm.
次に、鋼板強度を限定した理由について述べる。 Next, the reason why the steel plate strength is limited will be described.
本発明で、鋼板強度を限定しなければならない場合も、溶接継手の疲労強度を向上させる場合であり、塗装性のみを問題とする場合は特に限定する必要はない。 In the present invention, the case where the strength of the steel sheet must be limited is also a case where the fatigue strength of the welded joint is improved.
本発明が提供するメタル系フラックス入りワイヤを用いて溶接継手の疲労強度を向上させる場合、その実現手段は、溶接金属の変態膨張を利用した溶接部の残留応力を制御するという方法である。すなわち、変態膨張する溶接金属を鋼板が拘束し、溶接金属および鋼板両方に反力を発生させる方法である。鋼板強度が低い場合、この反力が充分高くならず結果的に残留応力が低減されない。溶接金属に関しては、合金元素添加が既に充分されているため、低強度の問題は発生しない。そのため、鋼板強度の下限値を設定する必要がある。鋼板強度の下限値、４４０ＭＰａは、充分な反力を得る最低限の値として設定した。一方、鋼板強度の上限値、９８０ＭＰａは、本発明の範囲内の溶接金属成分内では、溶接金属の強度そのものの上限が９８０ＭＰａ程度になってしまい、それ以上の強度を持つ鋼板を使用しても、継手の強度が溶接金属で規定されてしまうため、産業上意味がないと判断しこの値を設定した。 In the case where the fatigue strength of the welded joint is improved using the metal-based flux-cored wire provided by the present invention, the means for realizing it is a method of controlling the residual stress of the welded portion utilizing the transformation expansion of the weld metal. That is, this is a method in which the steel sheet restrains the weld metal that undergoes transformation expansion and generates a reaction force on both the weld metal and the steel sheet. When the steel plate strength is low, the reaction force is not sufficiently high, and as a result, the residual stress is not reduced. With respect to the weld metal, the alloy element addition has already been sufficiently performed, so the problem of low strength does not occur. Therefore, it is necessary to set a lower limit value of the steel plate strength. The lower limit of the steel plate strength, 440 MPa, was set as the minimum value for obtaining a sufficient reaction force. On the other hand, the upper limit value of the steel plate strength, 980 MPa, is within the weld metal component within the scope of the present invention, the upper limit of the strength of the weld metal itself is about 980 MPa, even if a steel plate having a higher strength is used. Because the strength of the joint is defined by the weld metal, it was judged that there was no industrial significance and this value was set.
以下に、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
表１および表２に、メタル系フラックス入りワイヤの成分値を示した。表１には、ワイヤに添加した成分の質量％、充填率が示されている。各成分は、ワイヤ全質量に対する質量％である。表２は、ワイヤに添加した成分のうち、鋼製外皮中に含まれている成分のみを示したものである。表２の各成分もワイヤ全質量に対する質量％で示した。すなわち、鋼製外皮から添加される成分は表２に示されている量だけであり、残りはワイヤ中に充填されているフラックスから添加されている。ワイヤ記号Ｗ０１、１６、１７、１９は比較例であり、Ｗ０１は、グラファイト以外はＷ１１と同じであるが、グラファイトが本発明の範囲外のものであり、Ｗ１６、Ｗ１７はスラグ材が本発明の範囲を超えているものである。Ｗ１９は、ワイヤ成分としては、スラグ材を除くと、Ｗ１４と同じものであり、Ｗ１４と同じＣ量にするため鋼製外皮にＣを含有させた場合のものである。また、表１におけるアーク安定剤は、Ｎａ、Ａｌ、Ｆの化合物である氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）である。
初めに、ワイヤ製造効率について調査した。
Tables 1 and 2 show the component values of the metal-based flux-cored wire. Table 1 shows the mass% of the component added to the wire and the filling rate. Each component is mass% with respect to the total mass of the wire. Table 2 shows only the components contained in the steel outer skin among the components added to the wire. Each component in Table 2 is also expressed in mass% with respect to the total mass of the wire. That is, only the amount shown in Table 2 is added from the steel shell, and the remainder is added from the flux filled in the wire. Wire symbols W01, 16, 17, and 19 are comparative examples. W01 is the same as W11 except for graphite, but graphite is outside the scope of the present invention, and W16 and W17 are slag materials of the present invention. It is out of range. W19 is the same as W14, except for the slag material, as a wire component, and is the case where C is contained in the steel outer sheath in order to obtain the same C amount as W14. Moreover, the arc stabilizer in Table 1 is cryolite (Na 3 AlF 6 ), which is a compound of Na, Al, and F.
First, wire production efficiency was investigated.
表１におけるワイヤを製造すると、Ｗ０１以外のワイヤは、製造上特に断線をすることなく製造することができた。しかし、比較例の１つであるＷ０１は、グラファイト以外はＷ１１と同じであるものの、グラファイトが添加されていないため途中で断線を起こし、ワイヤ製造ができなかった。比較例であるＷ１６、Ｗ１７については、グラファイトが添加されていない例であるが、スラグ材の量が従来ワイヤ並に添加されているため、製造上は特に問題はなかった。 When the wires in Table 1 were produced, wires other than W01 could be produced without any particular disconnection in production. However, W01, which is one of the comparative examples, is the same as W11 except for graphite. However, since graphite was not added, wire breakage occurred in the middle, and wire production was not possible. The comparative examples W16 and W17 are examples in which graphite is not added, but since the amount of slag material is added in the same manner as conventional wires, there was no particular problem in production.
次に、機械的特性として、Ｃを添加したときに問題視されるシャルピー吸収エネルギーを調査した。
シャルピー吸収エネルギーは、板厚３．２ｍｍの４７０ＭＰａ級鋼材を用意し、Ｉ開先溶接を実施し、そこから板厚２．５ｍｍの２Ｖノッチシャルピー試験片を採取した。板厚を２．５ｍｍに設定したのは、本発明の主目的が自動車分野への適用を念頭に置いているためである。ノッチ位置は、溶接材料の特性を調査する目的から、溶接金属中央部分になるようにした。シャルピー試験は、０℃で実施した。
表１には、その結果も示している。Ｗ０１ワイヤについては、ワイヤ製造中に断線したため試験を実施していない。ワイヤＷ１１〜Ｗ１８、Ｗ２０については、吸収エネルギーが２０Ｊを上回っており、十分な継手特性を有していることがわかる。しかし、比較例であるＷ１９については、鋼製外皮からＣを導入しているため、溶接金属のＣが高くなり、シャルピー値は１１Ｊと、他のワイヤより低い。Ｗ１９ワイヤは、ワイヤ中の全Ｃ量は０．５８％であり、本発明におけるＷ１４ワイヤと同じＣ量であることがわかる。しかし、Ｗ１４ワイヤでのシャルピー値は２０Ｊを上回っており、同じＣ量でも、グラファイトで添加した場合と、鋼製外皮から添加した場合とで機械的特性が大きく異なることがわかった。
Next, as a mechanical property, Charpy absorbed energy, which is regarded as a problem when C is added, was investigated.
For Charpy absorbed energy, a 470 MPa class steel material with a plate thickness of 3.2 mm was prepared, I groove welding was performed, and a 2 V notch Charpy test piece with a plate thickness of 2.5 mm was collected therefrom. The reason why the plate thickness is set to 2.5 mm is that the main object of the present invention is intended to be applied to the automobile field. The notch position was set at the center of the weld metal for the purpose of investigating the properties of the weld material. The Charpy test was performed at 0 ° C.
Table 1 also shows the results. The W01 wire was not tested because it was broken during wire manufacture. About the wires W11-W18 and W20, the absorbed energy exceeds 20J, and it turns out that it has sufficient joint characteristics. However, for W19 which is a comparative example, C is introduced from the steel outer sheath, so the C of the weld metal is high and the Charpy value is 11 J, which is lower than other wires. The W19 wire has a total C amount of 0.58% in the wire, which indicates that the C amount is the same as the W14 wire in the present invention. However, the Charpy value for the W14 wire exceeded 20 J, and it was found that the mechanical properties differed greatly when graphite was added and when it was added from the steel shell even with the same C amount.
次に、スラグ発生量の調査をした。 Next, the amount of slag generated was investigated.
表１にあるワイヤのうち、ワイヤ製造中に断線したＷ０１を除き、Ｗ１１からＷ１８を用いて、重ねすみ肉溶接を行った。ビード表面に発生したスラグの重さの測定方法は、まず、溶接終了後、スラグが表面に存在する状態で試験片全体の重さを測定し、その後、スラグを除去し、再び試験片全体の重さを測定し、両者の差を求めることによりスラグの重さを決定した。試験は、常に溶接ビード長さが２５０ｍｍと一定になるように実施し、ビード長さの影響が出ないようにした。表３にスラグ量の測定結果を示した。表３の結果から、スラグ材が本発明の範囲内にあるＷ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ１５、Ｗ１８、Ｗ２０はスラグ量がすべて０．１ｇを下回っているが、比較例のＷ１６、Ｗ１７を用いた場合は、スラグ量は０．３ｇを上回っていることがわかる。表１の実施例とは別に、同じスラグ量測定を、ソリッドワイヤで１００％ＣＯ２シールドガスの場合とＡｒ＋２０％ＣＯ２シールドガスの場合で実施したところ、スラグ発生量はそれぞれ０．０９ｇ、０．０５ｇであり、本発明例のワイヤがソリッドワイヤ並みのスラグ生成量に抑えられていることがわかった。 Of the wires in Table 1, except for W01 which was disconnected during wire production, overlap fillet welding was performed using W11 to W18. The method of measuring the weight of the slag generated on the bead surface is as follows. First, after welding is completed, the weight of the entire test piece is measured with the slag existing on the surface, then the slag is removed, and the entire test piece is again measured. The weight of the slag was determined by measuring the weight and calculating the difference between the two. The test was always performed so that the weld bead length was constant at 250 mm so as not to affect the bead length. Table 3 shows the measurement results of the slag amount. From the results in Table 3, the slag materials are within the scope of the present invention. W11, W12, W13, W14, W15, W18, W20 are all less than 0.1 g of slag, but the comparative examples W16, W17 When used, the slag amount is found to exceed 0.3 g. Separately from the examples in Table 1, when the same slag amount measurement was performed with a solid wire in the case of 100% CO 2 shield gas and Ar + 20% CO 2 shield gas, the slag generation amount was 0.09 g, 0 It was found that the wire of the example of the present invention was suppressed to a slag generation amount similar to that of a solid wire.
以上のことにより、スラグ材を抑えた本発明の範囲内であるＷ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ１５、Ｗ１８、Ｗ２０は、ワイヤ製造効率上も問題なく、シャルピー吸収エネルギーも十分な値を示し、継手の機械的特性も十分であり、かつスラグ発生量はソリッドワイヤ並でありスラグ量は十分低減されていることがわかった。 By the above, W11, W12, W13, W14, W15, W18, W20 within the scope of the present invention that suppresses the slag material has no problem in wire production efficiency, and shows a sufficient value of Charpy absorbed energy, It was found that the mechanical properties of the joint were sufficient, and the amount of slag generated was comparable to that of solid wire, and the amount of slag was sufficiently reduced.
表３には、疲労試験結果も示している。このときには、鋼板として、引張り強度２７０ＭＰａ、４７０ＭＰａ、５７０ＭＰａ、７８０ＭＰａクラスの４種類を用意した。表３には、ワイヤと鋼板の組み合わせを示した。 Table 3 also shows the fatigue test results. At this time, four types of tensile strengths of 270 MPa, 470 MPa, 570 MPa, and 780 MPa were prepared as steel plates. Table 3 shows combinations of wires and steel plates.
試験片形状は、図３に示す重ねすみ肉溶接継手と呼ばれるものである。まず、鋼板１の上に鋼板２を重ねる形で継手を作製し、すみ肉溶接を実施した。その後、機械加工した。鋼板１および２の板厚３，４とは図３に示すとおりである。図３のハッチング部分が溶接金属部分である。
The test piece shape is called a lap fillet weld joint shown in FIG. First, a joint was prepared in such a manner that the steel plate 2 was stacked on the
疲労試験は、図３に示す矢印の方向に応力を負荷することで実施した。この場合、疲労亀裂は、すみ肉溶接止端部に発生し、その後、鋼板１へ伝播して最終的には鋼板１が破断する形で終了する。すなわち、この継手においては、疲労亀裂が発生する鋼板とは、鋼板１のことをさす。なお、本実施例では、鋼板１および鋼板２は必ずしも同じ材料ではなく、異なる鋼板を用いた継手でも試験を実施している。また、疲労亀裂が鋼板１に発生するため、応力は溶接止端部、すなわち鋼板１の溶接ビード近傍に歪ゲージを貼り付けることにより測定した。また、疲労限は２００万回繰り返し荷重を負荷しても破断しない最大応力として決定した。
The fatigue test was performed by applying a stress in the direction of the arrow shown in FIG. In this case, the fatigue crack is generated at the fillet weld toe, then propagates to the
番号１は使用したワイヤが表１のＷ１１であり、ワイヤ成分としては本発明例の範囲内にあるもので、スラグ量が少ないワイヤである。しかし、鋼板１の強度が本発明の範囲外であることから疲労限は２２０ＭＰａと特に高疲労強度にはならなかった。一方、番号２は、疲労亀裂が発生する鋼板１の強度が４７０ＭＰａであり２００万回疲労限は３６０ＭＰａと高疲労強度が実現できた。
一方、番号３、４は、鋼板の板厚が１ｍｍに満たない場合であり、２００万回疲労限が２５０、２６０ＭＰａと高疲労強度ではなかった。この場合は、溶接ビードの溶け込み深さが板厚に対して相対的の大きくなり、溶接金属の変態膨張を充分拘束できず、残留応力が低減できなかったためと考えられる。それに対し、番号５は、板が１ｍｍ以上の厚みがあり、２００万回疲労限が３８０ＭＰａと高疲労強度であった。 On the other hand, Nos. 3 and 4 are cases where the plate thickness of the steel sheet is less than 1 mm, and the fatigue limit of 2 million times was not 250, 260 MPa and high fatigue strength. In this case, it is considered that the penetration depth of the weld bead is relatively large with respect to the plate thickness, the transformation expansion of the weld metal cannot be sufficiently restricted, and the residual stress cannot be reduced. In contrast, in No. 5, the plate had a thickness of 1 mm or more, and the fatigue limit of 2 million times was 380 MPa, which was a high fatigue strength.
番号６は、ワイヤ成分が本発明例の範囲内であり、スラグ量は充分低減されているものであり、かつ、疲労亀裂が発生する鋼板の強度が高いため、２００万回疲労限が３６０ＭＰａと高疲労強度が達成できているものである。番号１２も同様である。 No. 6 is that the wire component is within the range of the present invention example, the amount of slag is sufficiently reduced, and the strength of the steel plate where fatigue cracks are generated is high, so that the fatigue limit of 2 million times is 360 MPa. High fatigue strength can be achieved. The number 12 is the same.
番号７、９、１０、１３は、鋼板板厚が１ｍｍ以上で、強度も４７０ＭＰａ以上、かつ、ワイヤ成分すべて本発明の範囲内のもので、これら継手の２００万回疲労限はすべて３４０ＭＰａ以上であった。特に、Ｗ１３のワイヤを使用した番号９に比べ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕの合計量が多いワイヤを用いた番号７、１３は、２００万回疲労限が４００ＭＰａを上回っており、疲労強度向上効果は番号９より大きい。そのため、より確実に疲労強度向上を目指す場合は、合金元素添加量を多くすることが望ましいことがわかる。一方、番号１０は、ワイヤ成分としては、番号９とほぼ同じ成分であるが、Ｂを添加したワイヤＷ１４を用いたものである。この場合は、溶接金属の焼入性が向上し、低温度で変態するミクロ組織を番号９の場合より多くすることができるため、疲労強度向上効果は番号９の場合より大きくなった例である。このように、高疲労強度をより確実に実現するためには、Ｂを添加する、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕの合計量を多めに設定するなどの対策をすることが望ましい。 Nos. 7, 9, 10, and 13 have a steel plate thickness of 1 mm or more, a strength of 470 MPa or more, and all the wire components are within the scope of the present invention, and the 2 million times fatigue limit of these joints is 340 MPa or more. there were. In particular, compared to No. 9 using W13 wire, Nos. 7 and 13 using wires with a large total amount of Ni, Cr, Mo and Cu have a fatigue limit of 2 million times exceeding 400 MPa, improving fatigue strength. The effect is greater than number 9. Therefore, it can be seen that it is desirable to increase the addition amount of the alloy element in order to improve the fatigue strength more reliably. On the other hand, No. 10 is the same as No. 9 as a wire component, but uses a wire W14 to which B is added. In this case, the hardenability of the weld metal is improved, and the microstructure that transforms at a low temperature can be increased more than in the case of No. 9, so that the fatigue strength improvement effect is larger than that in the case of No. 9. . Thus, in order to realize high fatigue strength more reliably, it is desirable to take measures such as adding B or setting a larger total amount of Ni, Cr, Mo, and Cu.
それに対して、番号８および１１は、ワイヤ成分が本発明の範囲外である場合で、２００万回疲労限は２８０ＭＰａ、２６０ＭＰａと３００ＭＰａに達していない。 On the other hand, numbers 8 and 11 are cases where the wire component is outside the scope of the present invention, and the fatigue limit of 2 million times does not reach 280 MPa, 260 MPa and 300 MPa.
番号１４から２１までは、鋼板１の強度が７８０ＭＰａと比較的高強度の場合の実施例である。番号１４、１６、１７、１８、２０は、板厚が１ｍｍを上回り、かつ、ワイヤ成分すべてが本発明の範囲内の場合であり、スラグ量が０．１ｇを下回り、かつ疲労強度はすべて３００ＭＰａを上回り高疲労強度を実現しているものである。それに対し、番号１５、１９は、スラグ量が低減できていない例であり、かつ疲労強度も高くなっていない例である。番号２１は、表１のＷ１８ワイヤを用いているため本発明例であり、スラグ量は充分低減できている例であるが、疲労強度を向上させるという観点からは、表２にあるようにＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの合計が１．３％とＷ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ１５ワイヤより低く、疲労強度は高くはならなかった例である。同様に、番号２３は、鋼板１および２の組み合わせとしては、番号５と同じ場合で、用いたワイヤがＷ２０の場合のものである。番号２３も、鋼板強度およびワイヤ成分ともに本発明の範囲内であり、したがってスラグ発生量の少ない場合であるが、番号２１と同じように、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏが添加されていない場合であるため疲労強度が高くはならなかった例である。そのため、スラグ量を低減しつつかつ疲労強度を向上させるためには、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの合計を２％以上に設計することが望ましいことがわかる。番号２２は、比較ワイヤであるＷ１９を用いた場合の結果である。この場合は、溶接金属中のＣ量が高くなるため、変態温度が低くなり疲労強度は十分満足できる結果となっている。しかし、既に述べたように、スラグ生成およびシャルピー吸収エネルギーについては、本発明の範囲内のワイヤより劣っていることがわかる。
Numbers 14 to 21 are examples when the strength of the
以上のように、本発明に従えば、メタル系フラックス入りワイヤのスラグ生成量を、ソリッドワイヤ並に抑えることが可能となり、メタル系フラックス入りワイヤを用いて作製された溶接継手の塗装性を格段に向上させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, the amount of slag generation of a metal-based flux-cored wire can be suppressed to the same level as that of a solid wire, and the paintability of a welded joint manufactured using a metal-based flux-cored wire is remarkably improved. Can be improved.
１ 鋼板
２ 鋼板
３ 板厚
４ 板厚
1 Steel plate 2 Steel plate 3 Plate thickness 4 Plate thickness
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