JPH0335033B2

JPH0335033B2 -

Info

Publication number: JPH0335033B2
Application number: JP20111882A
Authority: JP
Inventors: Rokuro Fujimoto; Satoyuki Myake; Takahiro Ichimura
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-11-18
Filing date: 1982-11-18
Publication date: 1991-05-24
Also published as: JPS5992195A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、低炭素Ni−Cr基被覆アーク溶接棒、
特に全姿勢での溶接作業性が優れ、心線材に比べ
て溶接金属の炭素増加量の少ない低炭素Ni−Cr
基被覆アーク溶接棒の改良に関するものである。近年における化学工業及び原子力工業等の技術
的な発展は目覚しいものがあり、技術革新に伴な
い諸設備は高温化、高圧化、環境の激化等の条件
のもとで大型化してきている。それに伴ない、こ
れら設備用の材料として、耐食性、耐熱性が優れ
熱膨張係数が比較的小さい等の特長を持つNi−
Cr基のいわゆるインコネル合金板あるいはイン
コネル系溶接材料による肉盛材が多用される傾向
にある。インコネル合金同志の接合や肉盛に用い
られる溶接材料の中でも、被覆アーク溶接棒は現
地組立作業での全姿勢溶接やパイプの全姿勢容
接、補修容接等の増加に伴ない需要増の傾向にあ
り、その品質特性と溶接施工面の点で向上が強く
望まれている。インコネル系の被覆アーク溶接棒においては、
TiO₂、CaCO₃を主成分とするいわゆるライムチ
タニヤ系被覆と、CaCO₃、CaF₂を主成分とする
いわゆるライム系被覆の二つが最も一般的であ
る。ライム系被覆は一般に全姿勢での溶接作業性が
良好であるが、使用している心線材に対して溶接
金属中の炭素増加量が多く粒界腐食や応力腐食割
れ等の感受性が高いことが知られている。一方ライムチタニヤ系被覆は下向姿勢でのビー
ド外観の美しさに特長があるものの立向や上向姿
勢での溶接作業性はやや劣るという問題点があ
る。また、心線材に対して溶接金属中の炭素増加
量はライム系被覆に比べ少ないものの、インコネ
ル系被覆アーク溶接棒では通常ブローホール等の
発生のない健全な溶接を可能とすることを目的と
して心線又は被覆剤中にTi、Al、Si等の強脱酸
元素が含有されているため、ステンレス鋼被覆ア
ーク溶接棒に比べると炭素増加量は多い。そのた
め溶接部の耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性が十
分ではないという問題点がある。これらの問題を解決すべく種々検討した結果、
溶接部の粒界腐食や応力腐食割れの主な原因は粒
界に析出する炭化物であり、溶接金属中の炭素量
を低くすることにより、溶接部の耐粒界腐食、耐
応力腐食割れ性が著しく改善されるという知見を
得た。本発明者らはこの知見をもとにして、心線材に
対して溶接金属中の炭素増加量が少く、全姿勢で
の溶接作業性が良好でかつ溶接欠陥のない健全な
溶接が可能となるインコネル系被覆アーク溶接棒
を得るため多大な研究実験を行つた結果、ライム
チタニヤ系被覆において微細なMn酸化物を配合
することにより満足できる効果が得られることが
明らかとなつた。即ち、単にMn酸化物を配合しても前記Ti、
Al、Si等の強脱酸元素の存在により炭素増加の
抑制効果はほとんどないが、配合するMn酸化物
を微細なものにすることによりこれら強脱酸元素
の酸化が適度になされCaCO₃の分解により発生
するシールドガスとしてのCO₂の還元反応が抑制
され、さらに一部CO₂の分解によつて生ずる炭素
の酸化が促進されるため、溶接金属中に入る炭素
量がきわめて少なくなるものである。また同時
に、微細なMn酸化物の配合により溶接時のスラ
グの流動性が一層良好となり、スパツタの発生が
きわめて少なくなるとともに保護筒の形成が安定
かつ強固になるため、全姿勢特に立向や上向姿勢
での溶接作業性が良好となり平らで健全な溶接ビ
ードが得られるものである。本発明は以上の知見に基づいてなされたもので
ありその要旨とするところは、(1)；心線が60％以
上のNi、10〜25％のCrを含有し、かつ心線およ
び／又はその被覆剤中にAl、Ti、Siの１種又は
２種以上の合計が心線重量比で0.3〜5.0％含有
し、被覆剤全重量に対して粒度を100ミクロン以
下に制御したマンガン酸化物をMnO₂に換算して
４〜25％、TiO₂に換算したチタン化合物７〜30
％、金属炭酸塩７〜25％、金属弗化物８〜25％、
SiO₂に換算した硅砂及び硅酸塩化合物の１種又
は２種以上の合計５〜15％、金属粉末40％以下か
らなる被覆剤を被覆したことを特徴とするNi−
Cr基被覆アーク溶接棒および(2)；前記(1)にさら
に酸化鉄、酸化クロム、酸化ニツケル及び酸化ジ
ルコンの１種又は２種以上の合計15％以下を配合
してなる被覆剤を被覆したことを特徴とするNi
−Cr基被覆アーク溶接棒にある。以下、本発明を詳細に説明する。まず、本発明におけるNi−Cr基心線について
述べる。 Niは耐食性及びオーステナイト組織の安定化
のための基本成分であり60％以上必要である。 Crは耐食性及び強度を維持するための基本成
分であり、10％未満では耐食性が劣化し、25％を
超えてもそれほど効果はないので10〜23％とす
る。またその他の合金成分として心線又は被覆剤中
に心線重量比でMo10％以下、Mn10％以下、
Nb4％以下、W4％以下の１種又は２種以上を適
宜添加してもNi−Cr基の特性を損なわない。次に、脱酸剤としてのAl、Ti、Siは心線へ添
加しても被覆剤へ添加しても大きな違いはなく、
心線及び／又は被覆剤中に１種又は２種以上の合
計が心線重量比で0.3％未満では脱酸の効果はな
く、5.0％を超えると高温割れ感受性が高くなる
ので0.3〜5.0％とする。次に被覆剤成分について述べる。粒度を100ミクロン以下に調整したマンガン酸
化物を配合する。このような粒度のマンガン酸化
物の配合は本発明の重要な構成要件である。即ち
微細なマンガン酸化物の存在により、溶接時に
Ti、Al、Si等の強脱酸元素の酸化が溶接金属の
健全性を損なわない程度になされ、このことによ
り金属炭酸塩の分解により発生するCO₂の還元反
応が抑制されると同時に１部CO₂の分解によつて
生ずる炭素の酸化も促進されるため、心線に対す
る溶接金属中の炭素増加量は極めて少なくなるも
のである。さらには、溶接作業性上、特にスラグ
の流動性を良くし、スパツタの発生を抑え保護筒
の形成を安定強固にする。しかしその粒度が100
ミクロンを超えると効果がほとんどなくなるので
100ミクロン以下とする。また被覆剤全重量に対
しMnO₂に換算して４％未満では効果がなく、25
％を超えるとスラグの剥離性が劣化しスパツタが
増えるので、４〜25％とする。なお、ここで言う
マンガン酸化物とは、二酸化マンガン、マンガン
スラグ、硅酸マンガン等を指す。チタン化合物はアーク安定剤およびスラグ剤と
して配合するがTiO₂に換算して７％未満ではア
ークが不安定となり又スラグの被包性が悪くな
る。30％を超えるとスラグの流動性が悪くなり立
向溶接が困難となる。従つて７〜30％とする。な
お、ここで言うチタン化合物とはルチール、チタ
ン白、チタン酸カリ、イルミナイト、チタンスラ
グ等を指す。金属炭酸塩の配合は分解生成するCO₂ガスによ
つて溶融金属をシールドし、ピツト、ブローホー
ル等の溶接欠陥の発生を防止するガス発生剤とし
て７％以上配合する。しかし25％を超える配合は
炭素増加量が多くなりすぎる。従つて７〜25％と
する。なおここで言う金属炭酸塩とは石灰石、炭
酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム等
を指す。金属弗化物の配合はスラグの流動性を良くしビ
ード形状を平らにするが、８％未満では効果がな
く、25％を超えるとスラグの剥離性が悪くなりか
つスパツタの発生が多くなる。従つて８〜25％と
する。なおここで言う金属弗化物とは螢石、氷晶
石、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム、弗化
バリウム、弗化ソーダ等を指す。硅砂及び硅酸塩化合物は、保護筒の維持強化の
ため及びスラグ剤として配合するがSiO₂に換算
して５％未満では効果がなく15％を超えるとスラ
グの剥離性が悪くなる。従つて５〜15％とする。
なお、ここで言う硅酸塩化合物とは硅灰石、カリ
長石、マイカ、タルク、カオリン、硅酸カリ、硅
酸ソーダ等を指す。金属粉末は使用するNi−Cr基心線の化学成分
によつて目的とする溶着金属成分の組成を満足し
ない場合に、Mo、Fe−Mo、Nb、Fe−Nb、Ｗ、
Cr、Fe−Cr、Mn、Fe−Mnなどを合金剤として
配合し溶着金属の耐食性、機械的性質の向上を計
る。 Ni、Cr、Mo、Mn、Nb、Ｗの大部分を心線に
含有させた場合、溶接の際に酸化消耗する成分を
補なうための合金剤の量は各成分の被覆剤から溶
着金属へ移行する歩留を考慮すると40％以下で十
分であり、従つて前記金属粉末の１種以上の合計
を40％以下とする。本発明の構成は以上のとおりであるが、さらに
溶接金属中の炭素増加抑制の安定化を目的とする
場合には酸化鉄、酸化クロム、酸化ニツケル及び
酸化ジルコンを配合する。これらの成分な溶接金属中の炭素増加量を少な
くする効果があるが１種又は２種以上の合計が15
％を超すとスラグの剥離と流動性が劣化する。従
つて、酸化鉄、酸化クロム、酸化ニツケル及び酸
化ジルルコンの１種又は２種以上の合計を被覆剤
全重量に対して15％以下とする。以上のように本発明は、Ni−Cr基心線に粘度
100ミクロン以下のマンガン酸化物とチタン化合
物、金属炭酸塩、金属弗化物、硅砂及び硅酸塩化
合物の１種又は２種以上及び金属粉末及び必要が
あるときはさらに酸化鉄、酸化クロム、酸化ニツ
ケル及び酸化ジルコンの１種又は２種以上からな
る被覆剤を被覆した溶接棒を用いることにより
Ni−Cr基合金の溶接において溶接金属の炭素増
加量が少なく、しかもアークの発生状態、スラグ
の流動性及び保護筒の形成が良好で、立向溶接を
含む全姿勢での溶接作業性のすぐれた溶接が可能
となつた。ここで本発明の溶接棒の製造方法の一例につい
て言及すると、Ni−Cr基心線と被覆剤粉末を準
備し、被覆剤粉末と水ガラス（硅酸カリ水溶液＋
硅酸ソーダ水溶液）などの適当なバインダーで混
和して心線に被覆して300〜450℃で１時間程度乾
燥焼成する。以下本発明の実施例について述べる。実施例第１表にNi−Cr基心線の化学成分を示す。心
線寸法は直径4.0mm、長さ350mmである。第２表は上記心線と被覆剤の組合せによる溶接
棒の組成を示す。第３表はこれら溶接棒の溶着金属の化学成分を
示す。溶接方法はJIS Z3224「ニツケル合金被覆
アーク溶接棒」により、溶接電流は140A直流逆
極性である。これら溶接棒の溶着金属の心線材の炭素含有量
に対する炭素増加量、外径250mm、肉厚20mmのイ
ンコネル600パイプを用いてパイプを鉛直に固定
（鉛直固定管）した横向姿勢での突合せ溶接とパ
イプを水平に固定（水平固定管）した全姿勢での
突合せ溶接を行つた場合の溶接作業性及び水平固
定管の突合せ溶接部のストライカー粒界腐食試験
の結果を表４に示す。開先は60°V開先、ルート
ギヤツプは６mm、ルートフエイスは１mm、裏当金
は板厚３mmのインコネル600を用いた。溶接条件
は、鉛直固定管では120〜140A（直流逆極性）−14
〜25cm／min、水平固定管では100〜140A（直流
逆極性）−６〜22cm／minである。これにより、本発明の溶接棒記号No.１、２、
３、６、７、９、10、12、13、15、16、18、20、
21、22、25、26、28及び29は心線材に比べた溶着
金属の炭素量の増加が0.015％未満と少なく、下
向及び立向姿勢での溶接作業性が良好で、かつ耐
粒界腐食性能も優れている。これに対し、比較例No.４はMnO₂換算値が25％
を超えており、No.５はMnO₂換算値が４％未満で
あり、No.８はマンガン酸化物の粒度が100ミクロ
ンを超えかつSiO₂換算値が15％を超えており、
No.11はTiO₂換算値が30％を超えかつ心線と被覆
剤中のAl、Ti、Siの合計が心線重量比で5.0％を
超えており、No.14は金属炭酸塩の合計が25％を超
えており、No.17は金属弗化物の合計が25％を超え
ており、No.19はマンガン酸化物の粒度が100ミク
ロンを超えておりかつ金属弗化物の合計が８％未
満であり、No.23はTiO₂換算値が７％未満であり、
No.24はMnO₂換算値が４％未満でかつ酸化鉄、酸
化クロム、酸化ニツケル、酸化ジルコンの合計が
15％を超えており、No.30はTiO₂換算値が30％を
超えておりかつ金属炭酸塩の合計が25％を超えて
いるので、いずれも第４表に見られるように心線
の炭素量に対して溶着金属の炭素増加量が0.015
％以上増加して耐粒界腐食性能が劣化するか、あ
るいは溶接作業性が劣化する等の問題がある。以上説明したように、本発明溶接棒は心線材に
比べて溶接金属の炭素増加量が少なくかつ立向溶
接を含めた全姿勢溶接での作業性を良好とするも
のである。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１心線が60％以上のNi、10〜25％のCrを含有
し、かつ心線および／またはその被覆剤中にAl、
Ti、Siの１種又は２種以上の合計が心線重量比
で0.3〜5.0％含有し、被覆剤全重量に対して粒度
100ミクロン以下のマンガン酸化物をMnO₂に換
算して４〜25％、TiO₂に換算したチタン化合物
７〜30％、金属炭酸塩７〜25％、金属弗化物８〜
25％、SiO₂に換算した硅砂、硅酸塩化合物の１
種又は２種以上の合計５〜15％、金属粉末40％以
下からなる被覆剤を被覆したことを特徴とする
Ni−Cr基被覆アーク溶接棒。２心線が60％以上のNi、10〜25％のCrを含有
し、かつ心線および／またはその被覆剤中にAl、
Ti、Siの１種又は２種以上の合計が心線重量比
で0.3〜5.0％含有し、被覆剤全重量に対して粒度
100ミクロン以下のマンガン酸化物をMnO₂に換
算して４〜25％、酸化鉄、酸化クロム、酸化ニツ
ケル及び酸化ジルコンの１種又は２種以上の合計
15％以下、TiO₂に換算したチタン化合物７〜30
％、金属炭酸塩７〜25％、金属弗化物８〜25％、
SiO₂に換算した硅砂、硅酸塩化合物の１種又は
２種以上の合計５〜15％、金属粉末40％以下から
なる被覆剤を被覆したことを特徴とするNi−Cr
基被覆アーク溶接棒。