JPH05269592A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶接作業性が良好で、かつ優れた
低温靱性を有する溶接金属を得ることができるガスシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。 【構成】 鋼製外皮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フラックス入りワイヤにおいて、充
填フラックス中にワイヤ全重量に対して重量％で、Ｔｉ
Ｏ₂ ：４．０〜７．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｓ
ｉ：０．２〜１．０％、Ａｌ：０．０８〜０．１５％、
Ｍｇ：０．３〜０．７％、金属酸化物：ＴｉＯ₂ 、Ｓｉ
Ｏ₂ を含めて８．０％以下を含有し、かつＴｉＯ₂ 、Ｓ
ｉＯ₂ がＳｉＯ₂ ／（ＴｉＯ₂ ＋ＳｉＯ₂） 重量比≦
０．０５であり、必要に応じてＮｉ：１．０〜３．０
％、Ｂ：０．００１〜０．０２％の１種または２種を含
有してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワ
イヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接作業性が良好で、
かつ優れた低温靱性を有する溶接金属を得ることができ
るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】チタニア系フラックスを充填材として使
用し、シールドガスとして、炭酸ガス、アルゴン、ヘリ
ウム等の単体あるいは混合ガスを使用するガスシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤは、優れたビード外
観、形状を与えると共に溶接作業性、作業能率の向上が
得られるため、軟鋼や５０キロ級の高張力鋼の構造物等
の溶接に広く用いられている。

【０００３】しかし、チタニア系のフラックス入りワイ
ヤの最大の欠点は、低温靱性が低いことである。また、
特公昭５６−６８４０号公報記載のワイヤにおいては、
チタニア系フラックスにＴｉ、Ｂを添加することによ
り、靱性改善が図られているが、−４５〜−６０℃での
高靱性が要求される低温用鋼用としては、性能的に不十
分である。

【０００４】一方、チタニア系以外のフラックスを用い
て低温靱性を改善するものとして、例えば特開昭５２−
１１６７４６号公報記載のものがあり、良好な低温靱性
が得られるが、チタニア系フラックスを用いたものに比
べてビードの外観、形状が悪く、全姿勢溶接作業性の点
で劣り、実用化に至っていない。さらにチタニア系フラ
ックス入りワイヤの特性を維持しつつ、その欠点である
低温靱性を改善する方法として、特公昭５９−４４１５
９号公報において、従来７００〜９００ppm 程度であっ
た溶接金属中の酸素量をＭｇ、Ｔｉ、Ｂの複合添加によ
り５００ppm 以下にすることによって低温靱性を改善す
る技術が提案されているが、−６０℃以下での高靱性が
要求される低温用鋼の溶接材料としては、性能的に不十
分である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、チタニア系
フラックスの特長である良好な溶接作業性を確保し、か
つ低温靱性をより低温域まで拡大することを目的とした
もので、弗化物を入れず、Ａｌの添加量を規定すること
により、チタニア系フラックスの最大の欠点であった溶
接金属中の酸素含有率を大幅に低減して５００ppm 以下
にし、併せてフェライトの生成核となる酸化物系介在物
を多く析出させ、ミクロ組織を微細化することにより、
低温靱性を改善して従来ワイヤの欠点を解消し、適用分
野を拡大することのできるフラックス入りワイヤを提供
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、下記のとおりである。 （１）鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、充填フ
ラックス中にワイヤ全重量に対して重量％で、 ＴｉＯ₂ ：４．０〜７．０％、 Ｍｎ：１．０〜３．０％、 Ｓｉ：０．２〜１．０％、 Ａｌ：０．０８〜０．１５％、 Ｍｇ：０．３〜０．７％、 金属酸化物：ＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ を含めて８．０％以下
を含有し、かつＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ がＳｉＯ₂ ／（Ｔｉ
Ｏ₂ ＋ＳｉＯ₂） 重量比≦０．０５であることを特徴と
するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

【０００７】（２）前項１記載のフラックス入りワイヤ
において、充填フラックス中にワイヤ全重量に対して重
量％で、Ｎｉ：１．０〜３．０％、Ｂ：０．００１〜
０．０２％の１種または２種を含有してなるガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

【０００８】

【作用】本発明者は、長年ガスシールドアーク溶接用フ
ラックス入りワイヤの研究に携わっており、長年にわた
りワイヤの試作を重ね研究した結果、溶接金属での優れ
た低温靱性を得るには、ミクロ組織を微細化することが
必要であり、そのためには、フェライトを形成する生成
核となる複合介在物（Ｔｉ酸化物）を多量に析出させる
ことが必要であることを確かめた。このフェライトの生
成核を多量に析出させるには、スラグ生成剤であるＴｉ
Ｏ₂ 、ＳｉＯ₂ を所定範囲の比率で配合し、強脱酸剤で
あるＡｌ、Ｍｎ、Ｓｉを一定範囲で添加することによっ
て達成される。かくして、ＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ とＡｌ、
Ｍｎ、Ｓｉの冶金反応（酸化還元反応）の中でフェライ
トを形成する核となる複合介在物（Ｔｉ酸化物）が多量
に形成され、これによってミクロ組織が微細化される。
さらに良好な溶接作業性を得るためには、スラグ生成剤
であるＴｉＯ₂ を一定範囲の比率で配合することが必要
であることを知見した。

【０００９】そこで、これらの知見から、充填フラック
ス中のスラグ生成剤であるＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂ を一定範
囲の比率で配合し、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉを一定範囲で添加
し、またＴｉＯ₂ を一定範囲配合し、実験を繰り返した
ところ、従来ワイヤには見られなかった溶接金属での優
れた低温靱性を得られ、さらに溶接作業性の優れたガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを得ること
ができ、本発明を構成するに至った。

【００１０】以下、充填フラックスの成分組成について
説明する。まずＴｉＯ₂ は、他のスラグ生成剤にはない
優れた被包性および剥離性を有する他、アーク安定剤と
して不可欠の成分である。添加量が４．０％未満では良
好なビード外観、形状が得られず、アークが不安定にな
り、７．０％を超えるとスラグ生成量が過剰となり、ス
ラグ巻込みが起こる。従って、添加量は４．０〜７．０
％の範囲とする。また低温靱性向上のためのミクロ組織
微細化のため、フェライトを形成する核となる複合介在
物（Ｔｉ酸化物）を多量に析出させるには、ＳｉＯ₂ ／
（ＴｉＯ₂ ＋ＳｉＯ₂） 重量比が０．０５以下となるよ
うに配合すべきである。ＴｉＯ₂ 源としては、ルチール
や合成ルチール、チタンスラグ等が使用される。

【００１１】Ｍｎは、スラグの流動性を調整し、ビード
形状を改善すると共に溶接金属の脱酸を促進し、かつ溶
接継手に適した強度を与えるために添加される。また、
低温靱性向上のためのミクロ組織微細化のため、フェラ
イトを形成する核となる複合介在物（Ｔｉ酸化物）を多
量に析出させる目的で添加される。Ｍｎ添加量が１．０
％未満では必要な強度が得られず、３．０％を超える
と、強度は向上するが逆に靱性が劣化する。また、フェ
ライトを形成する核となる複合介在物（Ｔｉ酸化物）を
多量に析出しなくなる。従ってＭｎの添加量は、１．０
〜３．０％とする。なお、Ｍｎは単体で用いられる他、
Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の鉄合金の形態でも使
用される。

【００１２】Ｓｉは、有効な脱酸剤であると共に、ビー
ド形状、外観および溶接作業を改善するが、添加量が
０．２％未満ではこれらの効果が得られず、１．０％を
超えると溶接金属中のＳｉが過剰となって靱性を劣化さ
せるので好ましくない。従って、Ｓｉの添加量は０．２
〜１．０％とする。なお、Ｓｉは単体あるいはＦｅ−Ｓ
ｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の鉄合金の形態でも使用でき
る。

【００１３】Ａｌは、有効な強脱酸剤であり、Ｔｉ酸化
物と反応してフェライトを形成する核となる複合介在物
（Ｔｉ酸化物）を多量に析出させ、ミクロ組織を微細化
し、低温靱性を向上させる作用があるが、添加量が０．
０８％未満では効果がなく、０．１５％を超えるとフェ
ライトを形成する核となる複合介在物（Ｔｉ酸化物）が
析出し難くなり、ミクロ組織が粗大化し、低温靱性を低
下させる。従って、添加量の下限を０．０８％、上限を
０．１５％とする。なお、Ａｌの添加方法としては、単
体もしくはＡｌ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ａｌ等の合金の形で添加
することができる。

【００１４】Ｍｇは、溶融池内で反応するＭｎ、Ｓｉの
脱酸反応を助け、溶接金属中の酸素量を減少させる。し
かし、添加量が０．３％未満では上記効果が不足し、ま
た０．７％を超えるとアーク長が過大となり、立向溶接
において溶融金属が垂れ下がり、ビード形成が不可能に
なるため、添加量を０．３〜０．７％とした。次に、Ｂ
は強力な炭化物生成元素であるから、これをワイヤに添
加することによって溶接金属におけるミクロ組織を微細
化する。また、Ｂは溶接金属の焼入れ性を高める効果が
ある。このような効果を得るためには、最小限０．００
１％のＢ量が必要で、それ未満では効果がなく、また多
すぎると溶接金属の高温割れが発生し易くなるので、上
限を０．０２％とする。Ｂ源としては、Ｆｅ−Ｂ、アト
マイズＢ等の合金として添加することもできる。

【００１５】Ｎｉは、溶接金属の靱性を上昇させるのに
有効であり、特に再加熱しても靱性が低下しない利点を
有するが、添加量が１．０％未満では効果がなく、また
２．０％超であると溶接金属の高温割れを起こすので、
下限を１．０％とし、上限を３．０％とする。さらに本
発明では、スラグ形成剤として、酸化鉄、ＳｉＯ₂ 、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ 、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＢｉＯ₂ 、Ｎａ
₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏの酸化物を併用することができるが、前記
のＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ を含めた酸化物の添加量の総和が
８．０％を超えると、スラグ生成量が多なると共にスラ
グ巻き込みを起こし易くし、かつ溶接金属中の酸素量を
増加させるので、本発明の成果を達成することができな
い。

【００１６】本発明で用いられる充填フラックスに要求
される組成は以上の通りであるが、上記の要件を満足し
得る範囲で他の合金元素等を併用することもできる。例
えば、鉄粉は溶着量を多くし、高能率化が図られる。ま
た、６０〜８０キロ級の強度を確保するためにＣｕ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｖ等を添加して必要な強度を得ることもでき
る。

【００１７】鋼製外皮としては、充填加工性の点から深
絞り性の良好な冷間圧延鋼材および熱間圧延鋼材が用い
られる。また、フラックスの充填率は特に限定されない
が、伸線性を考慮してワイヤ重量に対して１０〜３０％
の範囲が最も適当である。なお、ワイヤの断面形状につ
いは何ら制限はなく、２．０mmφ以下の細径の場合は比
較的単純な円筒状のものがよく、また２．４〜３．２mm
φ程度の太径ワイヤの場合は鞘材を内部へ複雑に折り込
んだ構造のものが一般的である。またシームレスワイヤ
においては、表面にＣｕ等のメッキ処理を施すことも有
効である。さらに溶接対象鋼種は低温用鋼および高張力
鋼が一般的であるが、用途に応じて低合金鋼や高合金鋼
等の溶接に適用することも可能である。

【００１８】

【実施例】表１、表２（表１のつづき）に試作したワイ
ヤの構成を、また表３、表４（表３のつづき）に試験結
果を示す。表１〜４において、Ｎｏ．１〜６は比較例、
Ｎｏ．７〜１６が本発明になるワイヤの実施例である。
いずれも軟鋼外皮を用いて１．２mmφワイヤに仕上げた
ワイヤを使用し、下記の条件で溶接して得られた溶接金
属の引張特性および衝撃特性を調べたところ、表４の結
果が得られた。

【００１９】溶接条件 溶接電流：直流逆極性２７０Ａ 溶接電圧：２９Ｖ 溶接速度：３０cm／分 シールドガス：ＣＯ₂ ２５ｌ／分 ワイヤ突出し長さ：２０mm 開先形状：４５° Ｖ開先 ルートギャップ １２mm 裏当材 ９mm（板厚） 母材：板厚 ２０mm、材質：低温用鋼板 ＪＩＳ ＳＬ
Ａ３２５Ｂ、ＪＩＳＳＬＡ３６０ 積層法：６層にパス なお、溶接金属の物性は、板厚方向および開先幅方向の
中央部から取り出した試験片を用いて調査した。

【００２０】表４の試験結果から明らかなように、本発
明範囲外であるＮｏ．１のワイヤは、Ｍｎ量が少ないた
め焼入れ性が低く、溶接金属のミクロ組織が粗大化し、
遷移温度は−４０℃程度で、靱性の向上は見られなかっ
た。Ｎｏ．２のワイヤは、Ｓｉ量が多いため過脱酸とな
り、遷移温度は−３０℃程度で、靱性の向上は見られな
かった。

【００２１】Ｎｏ．３、４のワイヤは、ＳｉＯ₂ ／（Ｔ
ｉＯ₂ ＋ＳｉＯ₂） の比が大きいため、フェライトを形
成する生成核となる複合介在物（Ｔｉ酸化物）の析出が
少なくなるためミクロ組織が粗大化し、遷移温度が−４
５℃程度で、靱性の向上は見られなかった。Ｎｏ．５の
ワイヤは、Ｍｇ量が多いためアーク長が過大となり、立
向溶接において溶融金属が垂れ下がり、ビード形成が不
可能となった。

【００２２】Ｎｏ．６のワイヤは、Ａｌ量が多いためフ
ェライトを形成する核となる複合介在物（Ｔｉ酸化物）
が析出し難くなり、ミクロ組織が粗大化し、遷移温度が
−４５℃程度であり靱性の向上は見られなかった。これ
に対し、Ｎｏ．７〜８の本発明の実施例のワイヤは、
Ｂ、Ｎｉの添加はないが、ミクロ組織が微細化し、遷移
温度が−６０℃程度で、溶接作業性の良好なことが確認
できた。

【００２３】Ｎｏ．９〜１０の本発明の実施例のワイヤ
は、Ｂの添加があり、さらにミクロ組織が微細化し、遷
移温度が−６５℃程度で、溶接作業性の良好なことが確
認できた。Ｎｏ．１１〜１２の本発明の実施例のワイヤ
は、Ｎｉの添加があり、再熱部でのミクロ組織が微細化
し、遷移温度が−６５℃程度で、溶接作業性の良好なこ
とが確認できた。

【００２４】Ｎｏ．１３〜１６の本発明の実施例のワイ
ヤは、Ｎｉ、Ｂを添加したもので、さらにミクロ組織が
微細化し、遷移温度が−７５℃程度で、溶接作業の良好
なことが確認できた。また、図１からＳｉＯ₂ ／（Ｓｉ
Ｏ₂ ＋ＴｉＯ₂） 重量比≦０．０５の時に遷移温度が−
６０℃以下になることが確認できた。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【発明の効果】本発明のフラックス入りワイヤは以上の
ように構成された、溶接作業性に優れたチタニヤ系フラ
ックス入りワイヤであって、添加成分を規定することに
より、溶接金属中にフェライトを形成する核となる複合
介在物（Ｔｉ酸化物）を多量に析出させて溶接金属のミ
クロ組織を微細化することにより、低温靱性を改善する
ことができるので、チタニア系フラックス入りワイヤの
欠点が解消され、その用途を大幅に拡大し得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳｉＯ₂／（ＳｉＯ₂＋ＴｉＯ₂）重量比と破面
遷移温度との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 京 広之 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製外皮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フラックス入りワイヤにおい
   て、充填フラックス中にワイヤ全重量に対して重量％
   で、 ＴｉＯ₂ ：４．０〜７．０％、 Ｍｎ：１．０〜３．０％、 Ｓｉ：０．２〜１．０％、 Ａｌ：０．０８〜０．１５％、 Ｍｇ：０．３〜０．７％、 金属酸化物：ＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ を含めて８．０％以下
   を含有し、かつＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ がＳｉＯ₂ ／（Ｔｉ
   Ｏ₂ ＋ＳｉＯ₂） 重量比≦０．０５であることを特徴と
   するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のフラックス入りワイヤに
   おいて、充填フラックス中にワイヤ全重量に対して重量
   ％で、Ｎｉ：１．０〜３．０％、Ｂ：０．００１〜０．
   ０２％の１種または２種を含有してなるガスシールドア
   ーク溶接用フラックス入りワイヤ。