JP5086652B2

JP5086652B2 - エレクトロスラグ肉盛溶接用フラックス

Info

Publication number: JP5086652B2
Application number: JP2007016852A
Authority: JP
Inventors: 博久渡辺; 覚加納
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: CN101229609A; KR20080070558A; JP2008183570A; KR100992306B1

Description

本発明は、エレクトロスラグ肉盛溶接用フラックスに関し、リアクター等の化学反応容器の内面などに耐食機能を付与するために施される帯状電極を用いるエレクトロスラグ肉盛溶接の溶接用フラックスに関するものである。

従来、この種のエレクトロスラグ肉盛溶接用フラックス（以下、単に肉盛溶接用フラックスということがある）として、特公昭６２−４９１５５号公報に開示されたものがある。この従来の肉盛溶接用フラックスは、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎという高速溶接時におけるスラグの剥離性及び耐焼付き性を改善することを目的としたものであり、その第１の肉盛溶接用フラックスは、ＣａＦ_２：３０〜６０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜３０重量％、ＳｉＯ_２：５〜１５重量％、ＣａＯ：１０重量％以下、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３：合計で３〜２０重量％、ＭｇＯ及び／又はＢａＯ：合計で２〜１５重量％、をそれぞれ含有し、かつ、（ＭｇＦ_２＋ＡｌＦ_３）／ＳｉＯ_２：０．５０以上の条件を満足するものである。また、その第２の肉盛溶接用フラックスは、前記第１の肉盛溶接用フラックスのフラックス成分に加え、さらに、Ｓの単体及び／又は化合物：合計で０．０１〜０．１重量％（Ｓ換算）を含有するものである。

そして、前記第１の肉盛溶接用フラックスは、スラグの剥離性及び耐焼付き性を改善する成分として、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３を合計で３〜２０重量％含有することをもっとも特徴的構成としており、さらに、スラグの剥離性を改善する成分として、ＭｇＯ及び／又はＢａＯを合計で２〜１５重量％含有している。

また、前記第２の肉盛溶接用フラックスは、スラグの耐焼付き性をさらに改善するため、Ｓの単体及び／又は化合物を合計で０．０１〜０．１重量％（Ｓ換算）含有している。

しかしながら、前記従来の肉盛溶接用フラックスでは、ＳＵＳ３４７系で代表されるステンレス鋼製の帯状電極を用いるエレクトロスラグ肉盛溶接を行うに際し、肉盛厚さの上限が４ｍｍであり、高能率化すべくそれ以上溶接電流を高くしても、溶融プールが湯流れを起こしてしまい、肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの肉盛溶接を行うことができなかった。

特公昭６２−４９１５５号公報（全文）

そこで、本発明の課題は、帯状電極を用いるエレクトロスラグ肉盛溶接の溶接用フラックスにおいて、肉盛厚さ４ｍｍが上限であった従来の溶接用フラックスとは違って、肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの肉盛溶接を可能とするエレクトロスラグ肉盛溶接用フラックスを提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、帯状電極を用いるエレクトロスラグ肉盛溶接の溶接用フラックスであって、質量％で、ＣａＦ_２：３５〜５０％、ＳｉＯ_２：１５％超２０％以下、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２０％、ＣａＯ：１０％以下、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３：合計で５〜１０％、ＭｇＯ：５〜１５％、をそれぞれ含有することを特徴とするエレクトロスラグ肉盛溶接用フラックスである。

請求項２の発明は、請求項１のフラックス成分に加えて、質量％で、Ｃｒ−Ｆｅ化合物又は金属Ｃｒ：１２％以下、金属Ｎｉ：７％以下、のうちの１種又は２種を含有することを特徴とするエレクトロスラグ肉盛溶接用フラックスである。

本発明のエレクトロスラグ肉盛溶接用フラックスは、溶融スラグに粘性を与えて溶融プールの湯流れを防ぐ成分であるＳｉＯ_２を従来フラックスに比べて増加するとともに、スラグ剥離性にかかわる成分である、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３、及びＭｇＯの含有量を適正範囲に定めることで、ＳｉＯ_２の増加に伴うスラグ剥離性の悪化を防ぐようにしている。したがって、ＳＵＳ３４７系で代表されるステンレス鋼製の帯状電極を用いるエレクトロスラグ肉盛溶接を行うに際し、溶融プールが湯流れすることで肉盛厚さ４ｍｍが上限であった従来の溶接用フラックスとは違って、肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの肉盛溶接を行うことができる。

本発明の肉盛溶接用フラックスの特徴は、溶融スラグに粘性を与えて溶融プールの湯流れを防ぐ成分であるＳｉＯ_２を従来フラックスに比べて増加するとともに、スラグ剥離性にかかわる成分である、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３、及びＭｇＯの含有量を適正範囲に定めることで、ＳｉＯ_２の増加に伴うスラグ剥離性の悪化を防ぐようにした点にある。これにより、標準肉盛厚さとされている肉盛厚さ４ｍｍの肉盛溶接を、溶接速度３５ｃｍ／ｍｉｎという従来フラックスに比べて高溶接速度にまでわたって行うことができ（従来：３０ｃｍ／ｍｉｎ）、また、肉盛厚さ４ｍｍが上限であった従来の溶接用フラックスとは違って、肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの肉盛溶接を行うことができるものである。

以下、本発明による肉盛溶接用フラックスの成分選択理由及び各成分範囲設定理由について説明する。なお、各フラックス成分の含有量は質量％で示す。

ＣａＦ_２は、エレクトロスラグ溶接に必要なスラグの電気伝導性を高める成分である。しかし、３５％未満では十分な電気伝導性が得られない。一方、５０％を超えるとスラグ剥離性が悪化したり、スラグの流動性が過大となってビード形状が悪化したりする、したがって、ＣａＦ_２の含有量は、３５〜５０％の範囲がよく、より好ましくは３８〜４７％、特に好ましくは４１〜４４％である。

ＳｉＯ_２は、溶融スラグに適切な粘性を与えることによってビード形状及びビード外観を良好に整える成分である。しかし、１５％以下では、肉盛厚さ４ｍｍの肉盛溶接を高溶接電流にて溶接速度３５ｃｍ／ｍｉｎという高溶接速度で行う場合、また、肉盛厚さ４ｍｍのときに比べて高溶接電流・低溶接速度にて肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの肉盛溶接を行う場合、その効果が発揮されず溶融プールの湯流れが発生しやすくなる。一方、２０％を超えるとスラグの粘性が過剰になってスラグ剥離性が悪化するとともに、スラグの焼付きが著しくなる。したがって、ＳｉＯ_２の含有量は、１５％超２０％以下の範囲がよく、より好ましくは１５％超１７％以下である。

ＭｇＦ_２とＡｌＦ_３は、スラグの剥離性及び耐焼付き性を改善する成分であり、両者は単独・併用の如何を問わずスラグの剥離性を良好にする効果を発揮する。しかし、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３が合計で５％未満では、スラグ剥離性の改善効果が不十分である。一方、１０％を超えると溶融スラグの流動性が過大になってビード止端部が不揃いになる等、ビード形状の悪化を招く。したがって、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３の含有量は、合計で５〜１０％の範囲がよく、より好ましくは７〜８％である。

ＭｇＯは、スラグの剥離性を改善する成分である。しかし、５％未満ではスラグ剥離性の改善効果が不十分である。一方、１５％を超えるとビード形状が悪化し、スラグ巻込み、融合不良、さらにはアンダーカット等の欠陥が発生し易くなる。したがって、ＭｇＯの含有量は、５〜１５％の範囲がよく、より好ましくは８〜１３％である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ビードの平滑性、ビード止端部の濡れ性や直線性を良好にする成分である。しかし、１０％未満では前記効果が発揮されず、２０％を超えるとスラグの電気伝導性の低下によって通電性が悪くなることで溶接作業性が悪化する。したがって、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、１０〜２０％の範囲がよく、より好ましくは１４〜１６％である。

ＣａＯは、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高める成分である。この効果はその存在量に比例するものであって、１％以上含有させることがよい。一方、上限については、１０％を超えると溶融スラグの流動性が過大になってビード形状及び外観が悪化する。したがって、ＣａＯの含有量は、１０％以下がよく、より好ましくは８％以下、特に好ましくは６％以下である。

Ｃｒ−Ｆｅ化合物又は金属Ｃｒは、帯状電極が溶融してなる溶接金属中のＣｒの減少分を補うために添加する成分である。２５ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接時には、溶接金属が母材からの過剰な希釈を大きく受けることや、溶融プール中でＣｒの消費が加速されることにより、溶接金属中のＣｒ量が過剰に減少する。溶接金属中のＣｒが過剰に減少すると、溶接金属の耐食性の低下を招くとともに、溶接金属が少量のフェライトしか含まず高温割れに対し非常に敏感になる。

これらの問題を回避するためには、フラックス中へＣｒ−Ｆｅ化合物又は金属Ｃｒを添加することで、溶接金属におけるＣｒの減少分を補うことが可能となる．これにより、母材希釈が大きい高速溶接においても十分な耐食性と耐割れ性を有する溶接金属を得ることが可能となる。

ところが、Ｃｒ−Ｆｅ化合物又は金属Ｃｒは、元来フラックス中に添加するとスラグの耐焼付き性及びスラグ剥離性の悪化を招く成分であり、その添加量はスラグの耐焼付き性及びスラグ剥離性と密接に関係している。

そこで、ＣａＦ_２：３５〜５０％、ＳｉＯ_２：１５％超２０％以下、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２０％、ＣａＯ：１０％以下、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３：合計で５〜１０％、ＭｇＯ：５〜１５％というフラックス成分に加えて、Ｃｒ−Ｆｅ化合物又は金属Ｃｒを１２％以下、より好ましくは９％以下、特に好ましくは５％以下含有させることがよい。Ｃｒ−Ｆｅ化合物又は金属Ｃｒが１２％を超えるとスラグの耐焼付き性及びスラグ剥離性が悪化するのでよくない。

また、金属Ｎｉは、帯状電極が溶融してなる溶接金属中のＮｉの減少分を補うために添加する成分である。２５ｃｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接時には、溶接金属が母材からの過剰な希釈を大きく受け、溶接金属中のＮｉ量が過剰に減少する。このＮｉの過剰な減少は、溶接金属の組織の不安定化を促進し、耐食性を劣化させる。この問題を回避するためには、フラックス中へ金属Ｎｉを添加することで、溶接金属におけるＮｉの減少分を補うことが可能となる．

ところが、金属Ｎｉは、元来フラックス中に添加するとスラグの耐焼付き性及びスラグ剥離性の悪化を招く成分であり、その添加量はスラグの耐焼付き性及びスラグ剥離性と密接に関係している。

そこで、ＣａＦ_２：３５〜５０％、ＳｉＯ_２：１５％超２０％以下、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２０％、ＣａＯ：１０％以下、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３：合計で５〜１０％、ＭｇＯ：５〜１５％というフラックス成分に加えて、金属Ｎｉを７％以下、より好ましくは５％以下、特に好ましくは３％以下含有させることがよい。金属Ｎｉが７％を超えるとスラグの耐焼付き性及びスラグ剥離性が悪化するのでよくない。

表２にそのフラックス成分組成を示すＮｏ．１〜Ｎｏ．９の比較例の肉盛溶接用フラックスを用いて、表１に示す溶接条件にて１層肉盛溶接を行い、その溶接結果について評価した。結果を表２に示す。なお、表２と後述の表３及び表４とにおけるフラックス成分組成のうちの「その他」は、Ｎａ_２Ｏ、Ｍｎなどである。また、表２〜表４において、評価は、◎：極めて良好、○：良好、△：やや不良、×：不良とした。

表２に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．９の比較例の肉盛溶接用フラックスは、前述した特公昭６２−４９１５５号公報に記載された発明例Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．２０の肉盛溶接用フラックスとフラックス組成が同じものである。表２に示すように、ＳｉＯ_２量が１５％以下のＮｏ．１〜Ｎｏ．９の比較例では、溶融プールが湯流れを起こしてしまい、肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの肉盛溶接を行うことができなかった。

表３にそのフラックス成分組成を示すＮｏ．１０〜Ｎｏ．１８の比較例の肉盛溶接用フラックスを用いて、表１に示す溶接条件にて１層肉盛溶接を行い、その溶接結果について評価した。結果を表３に示す。

表３に示すように、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１８の比較例では本発明で規定する要件のいずれかを欠くため、次のような問題があった。Ｎｏ．１０はＳｉＯ_２量が下限値を下回るために溶融プールの粘性が低く、肉盛厚さ４ｍｍの肉盛溶接ではビード外観、ビード形状がやや不良であった。また、肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの各肉盛溶接では、溶融プールの湯流れが発生しやすく、溶接不可（溶接困難）であった。Ｎｏ．１１はＳｉＯ_２量が上限値を上回るためにスラグ剥離性が悪く、また、スラグの焼付きが著しかった。Ｎｏ．１２はＣａＦ_２量が上限値を上回るためにビード形状、スラグ剥離性などがやや不良であった。Ｎｏ．１３はＳｉＯ_２量が下限値を下回るとともに、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３の量が合計で上限値を上回るために、肉盛厚さ４ｍｍの肉盛溶接ではビード外観、ビード形状が不良であり、スラグ剥離性、スラグの耐焼付き性も不良であった。また、肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの各肉盛溶接では、溶融プールの湯流れが発生しやすく、溶接不可（溶接困難）であった。

また、比較例のＮｏ．１４はＣａＯ量が上限値を上回るためにビード外観、ビード形状がやや不良であった。Ｎｏ．１５はＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３の量が合計で上限値を上回るためにビード形状が不良であった。Ｎｏ．１６はＭｇＯ量が上限値を上回るためにビード外観、ビード形状が不良であり、また、スラグ巻込み、融合不良、アンダーカット等の欠陥が発生した。Ｎｏ．１７は金属Ｎｉ量が上限値を上回るためにスラグの耐焼付き性及びスラグ剥離性が不良であった。Ｎｏ．１８はＣｒ−Ｆｅ化合物又は金属Ｃｒの量が上限値を上回るためにスラグの耐焼付き性及びスラグ剥離性が不良であった。

表４にそのフラックス成分組成を示すＮｏ．１〜Ｎｏ．１１の実施例の肉盛溶接用フラックスを用いて、表１に示す溶接条件にて１層肉盛溶接を行い、その溶接結果について評価した。結果を表４に示す。

表４に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１の実施例では、肉盛厚さ４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍの各肉盛溶接において良好な溶接結果が得られた。

図１はＮｏ．１の実施例における肉盛厚さ４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍでの溶接条件範囲（溶接電流と溶接速度との関係）を示すグラフである。この図１中、○印はＮｏ．７の比較例において肉盛厚さ４ｍｍでの溶接条件範囲を示すものである。

図２はＮｏ．３の実施例における肉盛厚さ４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍでの溶接条件範囲（溶接電流と溶接速度との関係）を示すグラフである。この図１中、○印はＮｏ．８の比較例において肉盛厚さ４ｍｍでの溶接条件範囲を示すものである。

図３はＮｏ．９の実施例における肉盛厚さ４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍでの溶接条件範囲（溶接電流と溶接速度との関係）を示すグラフである。この図１中、○印はＮｏ．９の比較例において肉盛厚さ４ｍｍでの溶接条件範囲を示すものである。

図１〜図３に示すように、肉盛厚さ４ｍｍの肉盛溶接についてみると、Ｎｏ．７，８，９の比較例では、溶接速度が１４〜３０ｃｍ／ｍｉｎ（溶接電流：１２００〜２１００Ａ）の範囲であった。これに対しＮｏ．１，３，９の実施例では、溶接速度が１４〜３５ｃｍ／ｍｉｎ（溶接電流：１１００〜１９００Ａ）の範囲であり、フラックス中のＳｉＯ_２量を従来フラックスに比べて高め、かつ、スラグ剥離性の悪化を阻止することにより、Ｎｏ．７，８，９の比較例（従来技術）に比べて３５ｃｍ／ｍｉｎという高溶接速度にまでわたって肉盛溶接を行うことができた。

また、図１〜図３に示すように、Ｎｏ．１，３，９の実施例では、肉盛厚さ４ｍｍが上限であったＮｏ．７，８，９の比較例（従来技術）とは違って、フラックス中のＳｉＯ_２量を従来フラックスに比べて高めて溶融プールの湯流れを防止し、かつ、スラグ剥離性の悪化を阻止することにより、肉盛厚さ５ｍｍ、６ｍｍの肉盛溶接が可能であった。特に、溶融プールの湯流れが発生しやすい低溶接速度で行う肉盛厚さ６ｍｍの肉盛溶接をも可能とすることができた。なお、他の実施例においても、Ｎｏ．１，３，９の各実施例と同様の結果が得られている。

Ｎｏ．１の実施例における肉盛厚さ４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍでの溶接条件範囲（溶接電流と溶接速度との関係）を示すグラフである。Ｎｏ．３の実施例における肉盛厚さ４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍでの溶接条件範囲（溶接電流と溶接速度との関係）を示すグラフである。Ｎｏ．９の実施例における肉盛厚さ４ｍｍ、５ｍｍ及び６ｍｍでの溶接条件範囲（溶接電流と溶接速度との関係）を示すグラフである。

Claims

帯状電極を用いるエレクトロスラグ肉盛溶接の溶接用フラックスであって、質量％で、ＣａＦ_２：３５〜５０％、ＳｉＯ_２：１５％超２０％以下、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２０％、ＣａＯ：１０％以下、ＭｇＦ_２及び／又はＡｌＦ_３：合計で５〜１０％、ＭｇＯ：５〜１５％、をそれぞれ含有することを特徴とするエレクトロスラグ肉盛溶接用フラックス。
請求項１のフラックス成分に加えて、質量％で、Ｃｒ−Ｆｅ化合物又は金属Ｃｒ：１２％以下、金属Ｎｉ：７％以下、のうちの１種又は２種を含有することを特徴とするエレクトロスラグ肉盛溶接用フラックス。