JP5592810B2 - ガスシールドアーク溶接用耐火材 - Google Patents
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Description
この溶接金属の高温割れの発生を抑制するために、以下のような溶接方法が提案されている。
特に、ワイヤについては、チタニヤ系フラックス入りワイヤの中でも、7.0≦TiO2+ZrO2+SiO2≦8.0質量%以下という極めて狭い成分範囲を満たすもののみに限られており、その条件を満たさないチタニヤ系フラックス入りワイヤを使用した場合については、溶接金属の耐高温割れ性の向上を確保することができなかった。
このように、本発明に係るガスシールドアーク溶接用耐火材は、より好ましい量のNを含有することにより、溶接金属中にTiNが生成されることによる耐高温割れ性の向上を確保することができる。
このように、本発明に係るガスシールドアーク溶接用耐火材は、より好ましい量のTiO2を含有することにより、溶接金属中にTiNが生成されることによる耐高温割れ性の向上を確保することができる。
また、所定量のSiO2、Al2O3、MgOを含有することにより、良好なビード形状(アンダーカット、ブローホール、ピットのような欠陥が無いビード形状)を保持することができる。
さらに、本発明に係るガスシールドアーク溶接用耐火材によると、使用するワイヤがTiを含有すれば溶接金属中にTiNを生成させることができる。よって、使用するワイヤがチタニヤ系フラックス入りワイヤであれば、特に成分に限定されることなく溶接金属の耐高温割れ性の向上という効果を得ることができる。したがって、新たにチタニヤ系フラックス入りワイヤを作製しなくとも、市販のチタニヤ系フラックス入りワイヤを使用することにより溶接金属の耐高温割れ性を向上させることができる。
まず、本発明に係るガスシールドアーク溶接用耐火材(以下、適宜、耐火材という)について説明する。
以下に、本発明に係る耐火材に含まれる各成分を数値限定した理由について説明する。
Nを耐火材に含有させることにより、耐火材から初層溶接金属に間接的にNを添加することとなり、このNがチタニヤ系フラックス入りワイヤ中のTiと反応することにより、核生成促進に効果的であるTiNが育成される。その結果、溶接金属の凝固組織が微細化し、溶接金属の耐高温割れ性が向上する。N(窒化物中のN)量が0.001質量%未満では、上記効果が十分に得られず、N(窒化物中のN)量が0.100質量%を超えると、溶接金属にブローホールの発生が確認される。したがって、N(窒化物中のN)量は、0.001〜0.100質量%とする。
ここで、N(窒化物中のN)とは、窒化物全体を示すものではなく、窒化物の中のNのみを示すものである。そして、この窒化物とは、例えば、N−Cr、Fe−N−Cr、N−Si、N−Mn、N−Ti、N−Al等である。
SiO2は、耐火材の主構成成分である。SiO2量が30質量%未満では熱衝撃性に劣るため裏ビードが出すぎてしまい、SiO2量が60質量%を超えると生成スラグの流動性が過大となり、均一な裏ビードが劣化してしまう。したがって、SiO2量は30〜60質量%とする。
なお、SiO2源としては、シリカ、ろう石、シャモット、コージライト、ムライト等を使用すればよい。
Al2O3は、耐火材の融点を高め、かつ生成スラグの粘性を高めて裏ビード形状を整える上で不可欠の成分である。Al2O3量が15質量%未満では熱衝撃性に劣り上記特性が発現せず、Al2O3量が40質量%を超えると耐火性が上がり過ぎるため裏ビードが劣化し、生成スラグの粘性が過大となることでガス抜けが悪くなりピットやブローホール等の欠陥が生じ易くなる。したがって、Al2O3量は15〜40質量%とする。
なお、Al2O3源としては、アルミナ、長石、マイカ、シャモット、コージライト、ムライト、ろう石等を使用すればよい。
MgOは、耐火性調整材としての機能を有するとともに、他スラグ剥離性を改善する効果を有する成分である。この効果を発現させるには耐火材にMgOを5質量%以上含有させる必要がある。しかし、MgO量が25質量%を越えると耐火度が上がりすぎて生成スラグの粘性が過大となり、ガス抜けが悪くなり、ピットやブローホール等の欠陥が生じ易くなる。したがって、MgO量は5〜25質量%とする。
なお、MgO源としては、マグネシア、タルク、ドロマイト、スピネル、フォルステライト等を使用すればよい。
残部の不可避的不純物としては、P、S、W、Ta、Cr、Cu、Nb、V等が挙げられ、本発明の効果を妨げない範囲で含有することが許容される。P量は0.1質量%以下が好ましく、S量は0.1質量%以下が好ましく、W量は1.0質量%以下が好ましく、Ta量は0.1質量%以下が好ましく、Cr量は0.5質量%以下が好ましく、Cu量は1.0質量%以下が好ましく、Nb量は0.1質量%以下が好ましく、V量は0.1質量%以下が好ましい。P、Sが上限値を超えると、耐高温割れ性が劣化し、W、Ta、Cr、Cu、Nb、Vが上記値を超えると、溶接金属の強度が大きくなり、靭性が低下するからである。
<TiO2:5〜40質量%>
TiO2を耐火材に含有させることにより、耐火材から初層溶接金属に間接的にTiO2を添加することとなり、このTiO2が溶接金属凝固の核生成サイトとなるとともに、溶接中にNと反応することでTiNを形成する。その結果、溶接金属の凝固組織が一層微細化し、溶接金属の耐高温割れ性が向上する。TiO2量が5%未満では上記効果が十分ではなく、TiO2量が40%を超えると、耐火性が上がり過ぎるため裏ビードが出にくく、生成スラグの粘性が過大となることでガス抜けが悪くなり、ピットやブローホール等の欠陥が生じ易くなる。したがって、TiO2を耐火材に含有させる場合は、TiO2量は5〜40質量%とするのが好ましい。
なお、TiO2源としては、例えばルチール等を使用すればよい。
<N(窒化物中のN):0.003〜0.050質量%、TiO2:10〜30質量%>
N(窒化物中のN)が0.003〜0.050質量%、TiO2が10〜30質量%、のうち少なくとも1つを満たすことで、十分な量のTiNを溶接金属中に生成させることができる。その結果、溶接金属の凝固組織が微細化し、溶接金属の耐高温割れ性の向上を確保することができるからである。
≪チタニヤ系フラックス入りワイヤ≫
チタニヤ系フラックス入りワイヤとは、TiO2を含んだフラックス入りワイヤである。Ti源を含有しているものであれば、耐火材のNと反応することにより、溶接金属中にTiNが形成されるため、溶接金属の耐高温割れ性を向上させることができる。よって、使用するワイヤはチタニヤ系フラックス入りワイヤであれば、溶接金属の耐高温割れ性の向上という効果を得ることができるため、その他の組成については、特に限定されない。例えば、JIS Z3313 T49J0T1−1CA−Uの規格分類のもの等を用いることができる。
溶接母材の組成は特に限定されないが、例えば、下記の表1に化学成分例を示すようなJIS G3106 SM400A〜C鋼等を用いることができる。
≪ガスシールドアーク溶接用耐火材の製造方法≫
耐火材の製造方法については、特に限定されない。例えば、原料粉末を配合し、粘結剤を添加し混錬したものをプレス成形する。そして、プレス成形したものを乾燥させた後、窒化物に適する焼成方法を行い、耐火材を製造すればよい。
溶接方法に関しては、溶接効率等を考慮すると、ガスシールドアーク溶接を行うことが好ましい。
ガスシールドアーク溶接の方法は、特に限定されず、通常用いられる方法を採用することができる。例えば、シールドガスとしては、100%CO2ガスの他、ArガスとCO2ガスとの混合ガス、ArガスとO2ガスとの混合ガス、ArガスとCO2ガスとO2ガスとの3種類の混合ガス等が用いられる。
ただし、本発明に用いられる溶接方法は、上記のガスシールドアーク溶接法のみに限定されず、例えば、被覆アーク溶接法、ティグ溶接、サブマージアーク溶接法等のいずれの溶接法にも適用可能である。
前記方法により、表2に示す本発明の要件を満たす耐火材(耐火材No.1〜21)と、表3に示す本発明の要件を満たさない耐火材(耐火材No.22〜30)を作製した。
溶接終了後、初層溶接部(クレータ部を除く)について、X線透過試験(JIS Z 3104)にて、内部割れの有無を確認し、割れ発生部分のトータル長さを測定し、割れ率を算出した。ここで、割れ率は、割れ率W=(割れ発生部分のトータル長さ)/(初層溶接部長さ(クレータ部を除く))×100により算出される。その割れ率で耐高温割れ性を評価した。
なお、評価基準は、溶接電流240Aで割れ率0%かつ溶接電流260Aで割れ率0%の場合を「より一層優れている:◎」とし、溶接電流240Aで割れ率0%かつ溶接電流260Aで割れ率5%以下の場合を「優れている:○〜◎」とし、溶接電流240Aで割れ率0%かつ溶接電流260Aで割れ率5%超の場合を「良好である:○」とし、溶接電流240Aで割れ有りかつ溶接電流260Aで割れ有りの場合を「劣っている:×」とした。
溶接終了後、初層溶接部(クレータ部を除く)について、ビード形状の評価を実施(目視による観察)した。裏面ビード形状が欠陥なしの場合は「良好である:○」とし、アンダーカット、ピット、ブローホール等の欠陥が生じた場合は「劣っている:×」とした。
総合評価の評価基準は、前記評価項目のうち、耐高温割れ性が「◎」であり、ビード形状が「○」である場合を、「より一層優れている:◎」とし、耐高温割れ性が「○〜◎」であり、ビード形状が「○」である場合を、「優れている:○〜◎」とし、耐高温割れ性が「○」であり、ビード形状が「○」である場合を、「良好である:○」とし、前記評価項目の少なくとも1つが「×」の場合を、「劣っている:×」とした。
一方、表7に示すように、比較例No.43〜60は、本発明の規定するいずれかの要件を満たさないため、良好な結果とならなかった。
また、本発明に係る耐火材を用いると、成分の異なるチタニヤ系フラックス入りワイヤ(ワイヤNo.1、2)を使用した場合であっても、耐高温割れ性とビード形状について同じように良好な結果が得られることがわかった。
2 アルミテープ
Claims (4)
- チタニヤ系フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接に裏当て材として使用されるガスシールドアーク溶接用耐火材であって、
耐火材全質量に対して、
N(窒化物中のN):0.001〜0.100質量%、
SiO2:30〜60質量%、
Al2O3:15〜40質量%、
MgO:5〜25質量%、を含有し、残部が不可避的不純物からなることを特徴とするガスシールドアーク溶接用耐火材。 - より好ましい範囲として、前記N(窒化物中のN)が、0.003〜0.050質量%、であることを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接用耐火材。
- さらに、耐火材全質量に対して、TiO2:5〜40質量%を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガスシールドアーク溶接用耐火材。
- より好ましい範囲として、前記TiO2が、10〜30質量%であることを特徴とする請求項3に記載のガスシールドアーク溶接用耐火材。
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