JP5726017B2 - サブマージアーク溶接用ボンドフラックス及び溶接方法 - Google Patents
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Description
ボンドフラックスにMgOを添加することにより、MgOは、スラグ中の塩基度を高めると共に、脱酸剤として溶接金属中の酸素を抑制する作用を有し、溶接金属の酸素低減に効果があり、スラグの耐火性も増加する。MgOが25質量%未満では、この作用が得られない。また、MgOが35質量%を超えると、スラグの剥離が生じ、ビード外観が悪化する。
Al2O3はスラグ形成剤としての作用を有し、ビードのスラグ剥離性を確保する効果がある。また、Al2O3はアークの集中性及び安定性を高める作用を有する。しかし、Al2O3が10質量%未満では、スラグの剥離性が悪化し、アークが不安定で、溶接が困難になり、またAl2O3が20質量%を超えると、溶接金属中の酸素を増加させて、靭性を劣化させる。
CaF2は一般的に知られている生成スラグの融点を調整するという作用と共に、溶接金属中の酸素を低減させる効果を有している。しかし、CaF2が12質量%未満では、この効果が発揮されず、またCaF2が22質量%を超えると、アークが不安定になり、ビード外観が劣化し、また、ビード上にポックマークが発生することがある。
SiO2はスラグ形成剤としてビード外観及びビード形状を整える作用を有する。しかし、SiO2が10質量%未満ではこの効果が発揮されず、またSiO2が20質量%を超えると、溶接金属中の酸素を増加させて靭性を劣化させる。
CaOは塩基度を高め、溶接金属中の酸素量を低減させる効果を有する。しかし、CaOが10質量%未満では、この効果が発揮されず、またCaOが15質量%を超えると、アーク安定性及びビード外観が劣化する。
金属炭酸塩は溶接熱によりガス化し、アーク雰囲気中の水蒸気分圧を下げて、溶接金属中の拡散性水素量を低下させるというアークのシールド効果を奏する。しかし、金属炭酸塩が3.0質量%未満では、この効果が発揮されない。また、金属炭酸塩が9.0質量%を超えると、スラグの剥離性が悪化し、場合によってはビード上にポックマークが発生し、作業性が不良となる。一般的に、金属炭酸塩としては、CaCO3、及びBaCO3等がある。
金属Caは溶接金属中の酸素量[O]を減少させ、溶接金属の靭性の向上に有効な成分である。しかし、金属Caが0.10質量%未満では、酸素量[O]の低減効果が認められず、一方、金属Caが0.40質量%を超えると、フラックス製造時に発熱反応を生じ、製造が困難となる。また、金属Caが0.40質量%を超えると、ビードの焼き付きが発生し、ビード外観も劣化する。Caは、例えば、レア・アースCa−Si又はCa−Si等で添加される。
金属Siは溶接金属中の酸素量を抑制する脱酸効果を有する。このSiは、Fe−Si、Fe−Si−Mn合金等の合金として添加されるが、合金中のSiの合計(これを金属Siという)が0.3質量%未満では、上記脱酸効果が発揮されない。また、金属Siが1.0質量%を超えると、脱酸効果が向上せず、溶接金属のビード形状が劣化すると共に、溶接金属の強度が上がり過ぎて、靭性が低下する。
Alは主に酸化物として溶接金属中に存在し、溶接金属のγ粒径を小さくして、組織を微細化し、靭性を向上させる効果がある。フラックス中の金属Alが0.10質量%未満であると、溶接金属中の介在物はSi−Mn系となるため、溶接金属の組織の微細化による靭性の向上効果が得られず、金属Alが0.80質量%を超えると、溶接金属中にAl2O3等の大型の酸化物が析出して、溶接金属の靭性を低下させる。金属Alは、例えば、Fe−Al、Al−Mg合金等で添加される。
アルカリ金属Na、K、Liの夫々酸化物Na2O,K2O,Li2Oは、アークを安定させる作用を有する。この酸化物の量の合計が2.0質量%未満では、アーク安定化効果が得られない。また、酸化物の量の合計が5.0質量%を超えると、脱酸効果が向上せず、溶接金属の靭性が劣化すると共に、強度が上がりすぎてしまう。このため、Na、K、Liの酸化物Na2O,K2O,Li2Oへの換算値の合計で2.0乃至5.0質量%になるように、金属Na,金属K、金属Liを添加する。
図1は横軸にSiO2の含有量をとり、縦軸に金属Al,金属Ca,金属Siの合計含有量をとって、低温靭性及び溶接作業性が優れている範囲を、太線で囲んで示すグラフ図である。フラックス中の金属Al、金属Si、金属Caの含有量を夫々[Al]+[Si]+[Ca]とし、SiO2の量を[SiO2]とすると、図1における線分(1)は、([Al]+[Si]+[Ca])/[SiO2]=0.15を表し、線分(2)は([Al]+[Si]+[Ca])/[SiO2]=0.04を表す。また、線分(3)は[Al]+[Si]+[Ca]=2.20を表し、線分(4)は[SiO2]=20を表す。図1中、黒丸は、ボンドフラックスの実施例及び比較例を示す。線分(3)は金属Al,金属Si,金属Caの上限値の和であり、線分(4)はSiO2含有量の上限値である。そして、線分(1)よりも[Al]+[Si]+[Ca]が多い領域では、溶接作業性が劣化し、線分(2)よりも[Al]+[Si]+[Ca]が少ない領域では、低温靭性が劣化する。よって、低温靭性と溶接作業性の双方を確保するためには、([Al]+[Si]+[Ca])/[SiO2]の値を0.04乃至0.15とすることが必要である。前述のごとく、フラックス組成を調整することにより、破壊靭性と溶接作業性の双方をある程度向上させることができるが、上述の式([Al]+[Si]+[Ca])/[SiO2]の値が0.04乃至0.15の範囲になるように、金属Al等の組成のバランスを図ることにより、低温靭性及び溶接作業性の双方を十分向上させることができる。
Cは良好な靭性を得るために低くする必要があり、溶接金属で良好な低温靭性を得るためにはCを0.15質量%以下にすることが好ましい。但し、Cが0.09質量%未満では、脱酸不足となり、かえって靭性が劣化する。
Mnは溶接金属の焼入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成する上で必要な元素である。このようなMnの作用効果を得るためには、Mnを1.0質量%以上添加することが好ましい。一方、Mnを3.0質量%を超えて添加すると、溶接金属の焼入れ性が過大となり、靭性が劣化する。
Niは溶接金属のマトリックスに固溶してフェライトそのものを高靭性化する。このようなNiの作用はNiを1.8質量%以上添加することで得られる。一方、Niが3.5質量%を超えると、P及びSが粒界に析出しやすく、高温割れが生じ易くなる。
Moは溶接金属の焼入れ性を向上させる作用を有する。Moが0.4質量%未満では、この効果が少なく、またMoが1.2質量%を超えると、溶接金属の焼入れ性が大幅に上がり、かえって靭性が低下する。
Nは靭性を劣化させる元素であるため、Nの量は可及的に低い方がよい。このため、Nの量は0.008質量%以下とすることが好ましい。
図2は、横軸にMn及びMoの含有量合計をとり、縦軸にNiの含有量をとって、低温靭性及び耐高温割れ性の双方が優れている領域を太線で囲んで示すグラフ図である。ワイヤ中のNi、Mn、Moの含有量を夫々[Ni]、[Mn]、[Mo]とすると、図2中、線分(5)は[Ni]/([Mn]+[Mo]=1.7を表し、線分(6)は[Ni]/([Mn]+[Mo]=0.4を表し、線分(7)はNi含有量の上限値を表し、線分(8)はNi含有量の下限値を表し、線分(9)はMn及びMoの下限値の合計を表し、線分(10)はMn及びMoの上限値の合計を表す。この図2に示すように、低温靭性と耐高温割れ性の双方を向上させるためには、上記式[Ni]/([Mn]+[Mo])の値が0.4乃至1.7を満足する値になるように、Ni等の含有量のバランスをとることが好ましい。前述のように、ワイヤの各成分の組成を適切に設定することによって、低温靭性及び耐高温割れ性をある程度向上させることができるが、本発明者等は、更に、[Ni]/([Mn]+[Mo])を0.4乃至1.7の範囲にすることにより、低温靭性と耐高温割れ性の双方を更に向上させることができることを見いだした。[Ni]/([Mn]+[Mo])が0.4未満であると、溶接金属の焼入れ性が高く、低温靭性が低下する。また、[Ni]/([Mn]+[Mo])が1.7を超えると、高温割れが生じ易くなる。ワイヤの[Ni]/([Mn]+[Mo])値のより好ましい範囲は、0.7乃至1.3である。
本発明のソリッドワイヤの残部は、Fe及び不可避的不純物である。
溶接金属中にAlが含有されると、初析フェライトの生成を抑制することができる。溶接金属のAl含有量が0.005質量%未満では、初析フェライトの抑制効果が発揮されず、靭性が劣化する。一方、溶接金属のAlが0.020質量%を超えると、溶接金属の焼入れ性が大きくなり、大型酸化物が生成して、靭性が劣化する。
溶接金属中のSiは粒内アシキュラーフェライトの変態核を生成して靭性を向上させる。しかし、溶接金属中のSi量が0.10質量%未満では、粒内アシキュラーフェライトの変態核の生成が少なく、靭性が劣化する。一方、Siが0.30質量%を超えると、粗大なラス状ベイナイトが生成することにより、溶接金属の靭性が劣化する。
溶接金属中のAl及びOの含有量を、夫々[Al]及び[O]とすると、[Al]/[O]が0.25未満では、脱酸不足のため、粗大な初析フェライトが生成することにより、溶接金属の靭性が劣化する。一方、[Al]/[O]が0.55を超えると、粗大なラス状ベイナイトが生成することにより、溶接金属の靭性が劣化する。
Claims (2)
- MgO:25乃至35質量%、Al2O3:10乃至20質量%、CaF2:12乃至22質量%、SiO2:10乃至20質量%、CaO:10乃至15質量%、金属炭酸塩(CO2換算):3.0乃至9.0質量%を含有すると共に、金属Ca:0.10乃至0.40質量%、金属Si:0.3乃至1.0質量%、金属Al:0.10乃至0.80質量%、アルカリ金属Na、K、Li:夫々Na、K、Liの酸化物への換算値の合計で2.0乃至5.0質量%を含有し、([Al]+[Si]+[Ca])/[SiO2]:0.04乃至0.15を満たす組成を有することを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
- 前記請求項1に記載のボンドフラックスを使用するとともに、C:0.09乃至0.15質量%、Mn:1.0乃至3.0質量%、Ni:1.8乃至3.5質量%、Mo:0.4乃至1.2質量%を含有し、N:0.008質量%以下に規制され、[Ni]/([Mn]+[Mo]):0.4乃至1.7を満たし、残部がFe及び不可避的不純物である組成を有するサブマージアーク溶接用ワイヤを使用してサブマージアーク溶接することにより、Al:0.005乃至0.020質量%、Si:0.10乃至0.30質量%を含有し、[Al]/[O]:0.25乃至0.55を満たす組成の溶接金属を得ることを特徴とするサブマージアーク溶接方法。
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