JPH11347790A

JPH11347790A - Ｎｉ基高Ｃｒ合金用被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH11347790A
Application number: JP15871498A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kawaguchi; 聖一川口; Yoshihiro Tada; 好宏多田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高温引張特性及び耐溶接割れ性に優れた溶接
金属や溶接継手を得ることができ、コストが安価な直流
溶接機を用いて溶接できるＮｉ基高Ｃｒ合金用被覆アー
ク溶接棒を提供する。【解決手段】Ｎｉ基高Ｃｒ合金用被覆アーク溶接棒
を、特定割合のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｃｕ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ、Ｖ、不可避
不純物としてのＯとＮを含み、残部がＮｉからなる合金
を心線とし、該心線のまわりに、特定割合の金属炭酸
塩、金属ふっ化物、合金剤、脱酸剤、スラグ生成剤及び
粘結剤を含む被覆剤を被覆することによって構成してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加圧水型原子力発
電プラントなどに代表されるＮｉ基高Ｃｒ合金の溶接に
適した被覆アーク溶接棒に関する。さらに詳しくは、高
温引張延性、耐溶接割れ性に優れた溶接金属を得ること
ができる被覆アーク溶接棒に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、３００〜３５０℃の高温で稼働す
る加圧水型原子力発電プラントの蒸気発生器伝熱管材な
どには、耐食性に優れたインコネル６００合金（米国Ｉ
ＮＣＯ社の商品名）が用いられている。さらに、伝熱管
材として、信頼性向上を目指して新たに開発されたイン
コネル６９０合金（上記インコネル６００合金と同様に
米国ＩＮＣＯ社の商品名）が使われ始めている。これら
のインコネル６００合金及びインコネル６９０合金は、
ともにＮｉ基高Ｃｒ合金に分類されており、その代表的
な合金組成は表１に示すとおりである。なお、特にこと
わらない限り、本明細書では成分組成を重量％を用いて
表示する。

【０００３】

【表１】

【０００４】上記インコネル６９０合金を用いて構造物
を製造する際には、通常、溶接時に被覆アーク溶接棒を
溶融しながら合金を添加する被覆アーク溶接を伴う。一
般に、Ｎｉ基高Ｃｒ合金を溶接する際に用いる被覆アー
ク溶接棒には、ライム型溶接棒とライムチタニア型溶接
棒がある。このうち、ライム型溶接棒は、全姿勢での溶
接作業性が良好であるとともに、スラグに塩基性を与え
溶着金属中のＳｉ，Ｐ，Ｓ分を低下させるので、溶接割
れ感受性を低く抑えることができるという長所を備えて
いる。しかし、その反面、アークの安定性やアークの再
発生が悪く、コストが安価な交流溶接機ではアーク切れ
を起こして溶接ができない。また、その周りに有する被
覆剤の主成分はＣａＣＯ₃（炭酸カルシウム）であり、
溶接時にこのＣａＣＯ₃が分解して溶着金属のＣ量を増
加させ、耐食性を低下させるという短所がある。

【０００５】一方、上記ライムチタニア型溶接棒は、下
向姿勢では美しいビード外観が得られるとともに、交流
及び直流溶接機の両方で溶接することができるという長
所がある。しかし、立向及び上向姿勢ではビード形状が
凸形になってビード外観が劣り、溶接作業性が低下す
る。また、ＴｉＯ₂，ＳｉＯ₂等が主成分になり、溶着
金属のＰ，Ｓ，Ｓｉ，Ｏ量が増加するので、溶接割れ感
受性が高くなるという短所もある。上述したライム型と
ライムチタニア型溶接棒を比較考量すると、溶接割れ感
受性を低く抑制できるライム型溶接棒を、コストが安価
な交流溶接機で使用できることが望ましい。また、ライ
ム型のフラックスタイプの被覆アーク溶接棒は、溶接後
の強度を保持するため、及び耐溶接割れ性を確保するた
めに必要である。この被覆アーク溶接棒に関しては、ア
メリカ機械学会（The American Socieryof Mechanical
Engineers ; 以下、ASMEという。）のＡＳＭＥボイラ
及び圧力容器規程（ASME Boiler and Pressure Vessel
Code ; 以下、ＡＳＭＥＣｏｄｅという）の規定が用
いられている。その溶着金属の化学成分を表２に示す。

【０００６】

【表２】

【０００７】上記インコネル６９０合金母材の組成を示
した表１と比較すれば明らかなように、インコネル６９
０合金用被覆アーク溶接棒の主組成もインコネル６９０
合金とほとんど同組成である。しかし、溶接割れを防ぐ
ために、インコネル６９０合金被覆アーク溶接棒は、Ｓ
ｉ，Ｍｎ，Ｐ含有量に特に制限を加え、耐食性の劣化を
防ぐためにＮｂを添加している。この他、ＡＳＭＥＣ
ｏｄｅには定められていないが、実際には被覆アーク溶
接棒を製造するときに加える脱酸剤や大気から混入する
不可避不純物が含まれており、その種類と含有量は、本
発明者らの分析例によれば、Ｏ（酸素）：０．０８〜
０．１５％、Ｎ（窒素）：０．００３％である。上記イ
ンコネル６９０合金は、元来、高Ｃｒ性を有する材料で
あるから、このインコネル６９０合金被覆アーク溶接棒
を用いて溶接した構造物の溶接部も、室温の機械的性質
及び耐溶接割れ性などについても十分な性能を有してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の被覆アーク溶接棒においては、インコネル６９０合
金等のＮｉ基高Ｃｒ合金の溶接に用いる被覆アーク溶接
棒は、ＡＳＭＥＣｏｄｅに規定のものが用いられてい
たが、ＡＳＭＥＣｏｄｅの規格材は短時間の引張強度
は良好であっても、溶接部の高温強度まで考慮されたも
のではないので、高温引張強度特性が十分でなく、上述
したような３００〜３５０℃という高温で稼働する機器
の長時間使用に際しては、溶接部の強度不足を生じると
いう問題があった。すなわち、上記インコネル６９０合
金とその被覆アーク溶接棒を用いて溶接した溶着金属や
溶接継手の高温引張強度は母材に比べて弱いため、高温
強度の信頼性が十分ではなかった。例えば、３５０℃の
全溶着金属の高温引張試験を行ったとき、引張強さは４
７０〜４９０Ｎ／ｍｍ²という低い値しか得られなかっ
た。また、上記インコネル６９０合金用被覆アーク溶接
棒は、組織がオーステナイト組織を呈し、溶接割れ感受
性が高いため、耐溶接割れ性を十分考慮しなければなら
なかった。さらに、上述したように、溶接割れ感受性が
低いライム型溶接棒は、アークの安定性やアークの再発
生が悪く、交流溶接機ではアーク切れを起こして溶接が
できないので、専らコストが高い直流溶接機を用いてい
た。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、インコネ
ル６９０合金などのＮｉ基高Ｃｒ合金の溶接に用いら
れ、高温引張特性及び耐溶接割れ性に優れた溶接金属や
溶接継手を得ることができ、コストが安価な交流溶接機
を用いても溶接できるＮｉ基高Ｃｒ合金用被覆アーク溶
接棒を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｎｉ基高
Ｃｒ合金用被覆アーク溶接棒の材質について種々検討し
た結果、インコネル６９０合金被覆アーク溶接棒の組成
のうち、オーステナイトの固溶強化については、侵入型
元素のＣ，Ｎがもっとも大きく強化に寄与していること
を見い出した。しかし、このインコネル６９０合金被覆
アーク溶接棒の特徴の一つである耐食性が優れていると
いう特性上、Ｃ含有量を母材並の０．０５％を超えて添
加すると耐食性が劣化するため、Ｃ含有量を増して高温
引張強度を改善することは難しい。また、Ｎ量のみを増
加させた場合は、溶接欠陥が生じやすくなり好ましくな
いため、Ｎ以外にＷ及びＶを複合添加すれば、後述のよ
うに溶接欠陥を生じることなく高温強度を改善できるこ
とが判明した。

【００１１】さらに、γマトリックス相の固溶強化元素
として、Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｔｉ及びＡｌが挙げられる。し
かし、このインコネル６９０合金被覆アーク溶接棒の組
成のうち、Ｔｉ及びＡｌは脱酸剤として作用するが、溶
接作業性や耐溶接割れ性を考慮して規制している。ま
た、Ｍｏは耐食性を考慮して制限を加えているが、強度
の改善を考えれば、規制範囲内で高めに合金設計するこ
とが望ましい。なお、ＡＳＭＥＣｏｄｅには定められ
ていないが、Ｗ及びＶはその他の元素として０．５％以
下の元素添加は許されるので、Ｗ及びＶ量を０．５％範
囲内で増して固溶強化により高温引張強度の改善が図れ
ることが判明した。このインコネル６９０合金被覆アー
ク溶接棒の金属組織がオーステナイト組成を呈し、溶接
割れ感受性が高いので、溶接割れに影響を及ぼすＰ，
Ｓ，Ｓｉ，Ｏ量を低めに規制することによって、耐溶接
割れ性感受性を確保する。

【００１２】これらの元素を低めに抑えるには、使用す
る心線と被覆アーク溶接棒のフラックスタイプを考慮し
なければならない。上述したように、Ｎｉ基合金用被覆
アーク溶接棒には、石灰石や蛍石を被覆剤の主成分とす
るライム型溶接棒、及びルチールを被覆剤の主成分とす
るライムチタニア型溶接棒がある。このうち、特にライ
ム型溶接棒は脱Ｐ・脱Ｓ効果、低Ｓｉ化、低Ｏ化する作
用があるので、インコネル６９０合金用被覆アーク溶接
棒にライム型溶接棒を採用することにより、耐溶接割れ
性の改善を図ることができる。また、一般に流通してい
るコストが安価な交流溶接機を用いて溶接できるよう
に、ＣａＣＯ₃，ＣａＦ₂が主成分のライム型溶接棒に
チタン酸カリウム（ＴｉＫ₂Ｏ）などを添加してアーク
の安定性及びアークの再発生の改善を図っている。本発
明は、上記知見に基づき、ＡＳＭＥＣｏｄｅの化学成
分規格内でＷ及びＶを添加すると共に、Ｏ及びＮの含有
量範囲を規定し、さらに新しく成分規制をした被覆剤と
組み合わせることによって完成されたものである。

【００１３】即ち、本発明に係るＮｉ基高Ｃｒ合金用被
覆アーク溶接棒は、重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓ
ｉ：０．７５％以下、Ｍｎ：２〜５％、Ｐ：０．０３％
以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：２８〜３１．５
％、Ｍｏ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｂ：
１〜２．５％、Ａｌ：０．５％以下、Ｔｉ：０．５％以
下、Ｆｅ：７〜１２％、Ｃｏ：０．１％以下を含み、Ｗ
及びＶを最大２種、合計０．５％以下を含有し、さらに
不可避不純物として、Ｏ：０．１％以下、Ｎ：０．００
５〜０．０３０％を含み、残部がＮｉからなる合金を心
線とし、被覆剤の全重量に対して、重量％で、金属炭酸
塩の１種又は２種以上：２０〜５０％、金属ふっ化物の
１種又は２種以上：２０〜５０％、合金剤：３〜２０
％、脱酸剤：０．２〜５％、スラグ生成剤：３〜２０％
及び粘結剤：１〜５％を含む被覆剤を上記心線のまわり
に被覆したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るＮｉ基高Ｃｒ
合金用被覆アーク溶接棒の実施の形態について、詳細に
説明する。まず、上記被覆アーク溶接棒の心線における
各成分である、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｃｕ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ、Ｖ、Ｏ、
Ｎ、Ｎｉの作用及びその含有量の限定理由を説明する。Ｃ（炭素）：Ｃは、一般に固溶体強化元素であり、Ｃ量
の増加とともに引張強度は増加するが、一方、Ｃ量の増
加は耐応力腐食割れ性を劣化させる。したがって、これ
らの両特性を考慮して、Ｃの含有量は、０％を超え０．
０５％以下とする。好ましくは、０．０１０％〜０．０
４０％とする。Ｓｉ（ケイ素）：Ｓｉは、溶接時に脱酸作用に働き有効
であり、Ｓｉ量が多くなると、溶接高温割れ感受性が高
くなる。このため、ライム型溶接棒を採用することによ
りスラグに高塩基性を与え、溶接金属中のＳｉを低下さ
せることが可能であり、低Ｓｉ化を図る。したがって、
Ｓｉの含有量は、０％を超え０．７５％以下とする。好
ましくは、０．０５％〜０．６０％とする。Ｍｎ（マンガン）：Ｍｎは、溶接時に脱酸作用及び脱硫
作用を起こすので有効であり、溶接高温割れに有害なＳ
を固定し溶接割れ性を抑制する効果があり、この効果を
得るにはＭｎ添加量は、２％以上が好ましい。しかし、
Ｍｎ添加量が５％を超えると、溶接時にスラグの融点が
下がりビード表面にこげつき現象が発生し、溶接欠陥を
作りやすくなる。このため、Ｍｎの含有量は、２〜５％
とする。好ましくは、２．５％〜４．５％とする。

【００１５】Ｐ（リン）：Ｐは不可避不純物であり、ま
た、Ｎｉと低融点の共晶（Ｎｉ−Ｎｉ₃など）を形成
し、溶接高温割れ感受性を高める元素であるので、含有
量は少ないほどよいが、過度な制限は経済性の低下を招
く。また、ライム型溶接棒を採用することにより、スラ
グに高塩基性を与え脱Ｐ作用により低Ｐ化を図る。した
がって、Ｐの含有量は０．０３％以下とする。好ましく
は、０．０２０％以下とする。Ｓ（硫黄）：Ｓは、不可避不純物であり、Ｐと同じよう
に、Ｎｉと低融点の共晶（Ｎｉ−Ｎｉ₃Ｓ₂など）を作
り、溶接高温割れ感受性を高める元素であるので、含有
量は少ないほどよい。このため、Ｓの含有量は０．０１
５％以下とする。好ましくは、０．０１０％以下とす
る。Ｃｒ（クロム）：Ｃｒは、耐食性向上に必須の元素であ
るが、耐応力腐食割れ性の効果を十分ならしめるために
は２８％以上の添加が必要である。一方、Ｃｒの添加量
が３１．５％を超えると、心線の製造時における熱間加
工性が著しく劣化する。このため、Ｃｒの含有量は２８
〜３１．５％とする。好ましくは、２８．２％〜３１．
０％とする。

【００１６】Ｍｏ（モリブデン）：Ｍｏは、マトリック
スに固溶して引張強度を向上させるが、Ｍｏの添加量を
増加させると心線の製造時の熱間加工性が著しく劣化す
る。このため、Ｍｏの含有量は０％を超え０．５％以下
とする。好ましくは、０．０１％〜０．０４％とする。Ｃｕ（銅）：Ｃｕは、高温に加熱されるとマトリックス
中に微細分散析出して引張強度を高めるが、一方、過剰
に添加されると溶接割れ感受性を高める。このため、Ｃ
ｕの含有量は０％を超え０．５％以下とする。好ましく
は、０．００１％〜０．０４％とする。Ｎｂ（ニオブ）：Ｎｂは、炭窒化物形成元素であり引張
強度を向上させるが、１％未満ではその効果がなく、
２．５％を超える量の添加は溶接割れ感受性を高める。
このため、Ｎｂの含有量は１〜２．５％とする。好まし
くは、１．５％〜２．３％とする。Ａｌ（アルミニウム）：Ａｌは、心線を溶製するときに
脱酸剤として用いられるため不純物扱いとなる。また、
Ｎ安定化元素として溶接金属中のＮを固定し、強度の改
善に寄与することが考えられるが、過剰の添加は溶接中
にスラグを発生し、溶接作業性を劣化させる。このた
め、Ａｌの含有量は０％を超え０．５％以下とする。好
ましくは、０．０３％以下とする。

【００１７】Ｔｉ（チタン）：Ｔｉは、Ａｌと同様、そ
の酸化力を利用して脱酸剤として用いられるため、不純
物扱いとなる。また、ＴｉはＮとの親和力が強く、Ｔｉ
Ｎとして析出し、組織を微細化させて引張強度の改善に
寄与するが、Ａｌと同様に過剰の添加は溶接中にスラグ
を発生させ、溶接作業性を低下させる。このため、Ｔｉ
の含有量は０％を超え０．５％以下とする。好ましく
は、０．３０％〜０．４８％とする。Ｆｅ（鉄）：Ｆｅは、インコネル６９０合金のような高
Ｃｒ合金において、スケールの発生を防止又は抑制する
が、その添加量が７％未満ではスケール発生を十分に抑
制できない。また、１２％を超えて過剰に添加すると応
力腐食割れ性を劣化させる。したがって、Ｆｅの含有量
は７〜１２％とする。好ましくは、７．５％〜１１．５
％とする。Ｃｏ（コバルト）：軽水型原子炉用として、インコネル
６９０合金を使用する場合、半減期の長いＣｏを含有す
ると、放射化されたＣｏが原子炉系統内を酸化物などと
ともに循環し、定期検査時などに作業環境の放射能レベ
ルを高めるので、Ｃｏは添加しない方がよい。しかし、
Ｃｏは、元来Ｎｉ原材料中に１〜２％程度含有されてお
り、精錬によってＮｉの純度を上げても工業的に得られ
る低ＣｏＮｉ原料におけるＣｏ含有量は０．１％以下程
度となる。この点を考慮して、Ｃｏの含有量は０．１％
以下とする。好ましくは、０．０５％以下とする。

【００１８】Ｗ（タングステン）及びＶ（バナジウ
ム）：ＷとＶは、ＡＳＭＥＣｏｄｅに定められていな
いその他の元素０．５％以下の範囲内で、Ｗ及びＶを、
最大２種添加して高温引張強度の改善を図る。Ｗはマト
リックスに固溶して引張強度を向上させるが、添加量が
多くなると耐溶接割れ感受性が劣化する。また、Ｖは
Ｗ，Ｍｏとほぼ同じように、マトリックスに固溶して引
張強度を向上させるが、０．５％を超えると延性が低下
する。したがって、Ｗ及びＶを最大２種、その含有量を
合計で０％を超え０．５％以下とする。好ましくは、
０．００１％〜０．４％とする。Ｏ（酸素）：Ｏは、心線の溶製中に大気から侵入する不
可避不純物であり、溶接金属の結晶粒界に酸化物の形と
なって集まり、結晶粒界の高温強度を低下させる。ま
た、Ｏは溶接割れ感受性を高めるので、ライム型溶接棒
を採用することにより低Ｏ化を図る。したがって、Ｏの
含有量は０．１％以下にすることが望ましい。さらに好
ましくは、０．０９％以下とする。Ｎ（窒素）：Ｎは、Ｏと同じように不可避不純物であ
り、その含有量の限界値を定めることは重要である。し
かし、ＮはＴｉなどと窒化物（ＴｉＮ等）を形成し、引
張強度を改善するので積極的に添加する。Ｎは含有量の
増加とともに引張強度の向上に寄与するが、０．０３０
％を超えると高温延性が低下する。一方、０．００５％
未満の添加量では、その効果が小さい。したがって、Ｎ
の含有量は０．００５〜０．０３０％とする。好ましく
は、０．００６％〜０．０２８％とする。

【００１９】次いで、本発明に係る被覆アーク溶接棒に
用いる被覆剤について説明する。Ｎｉ基高Ｃｒ合金用被
覆アーク溶接棒は、インコネル系被覆アーク溶接棒に相
当するが、これに用いられる被覆剤には、一般にＴｉＯ
₂，ＣａＣＯ₃を主成分とするライムチタニア型フラッ
クスタイプと、ＣａＣＯ₃，ＣａＦ₂を主成分とするラ
イム型フラックスタイプのものがある。これらのうち、
本発明に係る被覆アーク溶接棒にはライム型フラックス
タイプを用いている。上記被覆剤は、金属炭酸塩、金属
ふっ化物及び酸化物、合金剤、脱酸剤、スラグ生成剤及
び粘結剤を含有しており、以下にその成分の範囲及び限
定理由を説明する。金属炭酸塩：金属炭酸塩には、ＣａＣＯ₃，ＭｎＣ
Ｏ₃，ＢａＣＯ₃などがあるが、これらはいずれもスラ
グに塩基性を与え、溶接金属のＰ，Ｓ，Ｓｉを低めに抑
える効果があるため、耐溶接割れ感受性を良好ならしめ
る。本発明に係る被覆剤においては、これらの金属炭酸
塩のうち１種又は２種以上を含んでおり、溶接中に分解
してＣＯ₂を発生し溶融金属を大気から遮断し、アーク
雰囲気中のＨ，Ｎのガス分圧を下げるので、被覆剤全重
量に対して２０％以上の添加が必要である。また、上記
金属炭酸塩の添加量の合計が５０％を超えるとガス発生
量が過剰になるので、ピットが多発するようになり、さ
らに、スラグの融点が上昇するためスラグの流動性が悪
くなり健全な溶接ビードが得られなくなる。このため、
金属炭酸塩の含有量を被覆剤全重量に対して２０〜５０
％とする。好ましくは、３０％〜４５％とする。

【００２０】金属ふっ化物：金属ふっ化物には、ＣａＦ
₂，ＣｅＦ₂，ＭｇＦ₂，ＢａＦ₂などがあり、これら
はいずれもスラグの流動性を増す効果があるが、添加量
が２０％未満の場合にはスラグの流動性が悪いため、ビ
ード外観が劣る。本発明に係る被覆剤においては、上記
金属ふっ化物のうち１種又は２種以上を含んでおり、そ
の添加量が５０％を超えると被覆アーク溶接棒の溶接時
のシリンダー形状が弱くなり、片溶けを起こすようにな
り溶接作業性が低下する。このため、金属ふっ化物の含
有量を被覆剤全重量に対して２０〜５０％とする。好ま
しくは、３０％〜４５％とする。合金剤：合金剤とは、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｆ
ｅ，Ｎｂ及びＣｒＮの中から選ばれる１種又は２種以上
の金属粉末で、心線にこれらの元素の大部分を含有させ
ている。その添加目的は、溶接時に酸化消耗する成分を
補うこと、及び溶着金属の目標成分を満足しない場合
に、合金剤として配合して溶着金属の機械的性質の向
上、耐食性及び耐割れ性の改善を図ることである。この
ため、合金剤の含有量は、被覆剤全重量に対して３〜２
０％とする。好ましくは、２％〜１５％とする。

【００２１】脱酸剤：脱酸剤は、単体金属（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｓｉなど）、鉄合金（Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ａｌ等）
及びＡｌ−Ｍｇ等から選ばれる１種以上のものであり、
これを被覆剤に含有させ、耐ブローホール性を改良す
る。このため、脱酸剤の含有量は、被覆剤全重量に対し
て０．２〜５％とする。好ましくは、０．３％〜４．０
％とする。スラグ生成剤：スラグ生成剤は、ＴｉＯ₂，ＳｉＯ₂，
ＴｉＫ₂Ｏ，Ｃｒ₂Ｏ ₃，Ａｌ₂Ｏ₃の中から選ばれる
１種又は２種以上の粉末で、スラグは溶融金属の上を覆
って、大気による酸化や窒化を防止すると共に、脱酸作
用を助け溶着金属の性能や溶接作業性にも大きく影響す
る。例えばスラグ剤の配合が少ないとスラグの被包性が
悪くなりアークが不安定になる。また、スラグ剤が多す
ぎるとスラグの流動性が悪くなり立向溶接性が劣るよう
になる。特に、ＴｉＯ₂，ＴｉＫ ₂Ｏはライム型溶接棒
の欠点である初アーク発生及び再アーク発生の安定性に
効果がある。また、ＳｉＯ₂は塗装時のスベリ剤の作用
として効果があり、溶接後はスラグになる。これらの添
加量が３％未満の場合にはアーク切れが発生し安定した
溶接ができない。一方、添加量が２０％を超えるとライ
ム型溶接棒の特長の一つである高塩基性というバランス
がくずれ、溶接金属のＰ，Ｓ，Ｓｉが増す傾向になり、
耐溶接割れ感受性が高くなる。このため、スラグ生成剤
の含有量は、被覆剤全重量に対して３〜２０％とする。
好ましくは、４．０％〜１８％とする。

【００２２】粘結剤（バインダ）：粘結剤は、硅酸カリ
ウム水溶液と硅酸ソーダ水溶液とからなる水ガラスであ
り、硅酸カリウムはアークの安定性に効果がある反面、
吸湿性が高い。また、硅酸ソーダはアークの安定性がや
や劣る反面、吸湿性は低いので、両者の特長を生かし、
混合してバインダとして使用する。本発明に係る被覆ア
ーク溶接棒では、特に吸湿性を考慮して硅酸ソーダを主
体としたものが好ましい。従って、粘結剤の含有量を被
覆剤全重量に対して１〜５％とする。好ましくは、１．
５％〜４．０％とする。なお、上記被覆剤を上記心線の
まわりに被覆するには、上記バインダが乾燥する前にバ
インダを含むフラックスを塗布して乾燥させればよい。

【００２３】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。まず、本発明材として、本発明の組成範囲内
である心線と被覆剤（フラックス）によって被覆アーク
溶接棒を２本作製する一方、比較材として、組成が本発
明の範囲外である心線と被覆剤によって被覆アーク溶接
棒を１本作製した。

【００２４】次いで、これらの本発明材と比較材の被覆
アーク溶接棒を用いて、図１に示す試験片１の継手部２
を溶接した。この試験片１の母材には、ＪＩＳＧ４３
０４（熱間圧延ステンレス鋼板及び鋼帯）のＳＵＳ３０
４を使用した。その理由は以下の３点である。(1) 実際
の構造物にＳＵＳ３０４を使用した箇所がある。(2) Ｓ
ＵＳ３０４の方がインコネル６９０よりもＰ，Ｓの含有
量が多く溶接割れが発生しやすく、割れ試験用としては
厳しい条件で評価できる。(3) 溶着金属の引張試験では
母材の全表面に肉盛溶接する（ＪＩＳ規定による）ので
材質の影響がない。また、溶接によって得られた溶接金
属の組成を表３に示す。

【００２５】

【表３】

【００２６】さらに、上記溶接金属を用いて常温引張試
験、３５０℃における高温引張試験、及びＴ型溶接割れ
試験を実施した。引張試験は、ＪＩＳＺ３１１１（溶
着金属の引張及び衝撃試験方法）に準じて行った。試験
片１（ＳＵＳ３０４）の母材開先面及び裏当て金表面に
は、規定どおり２層バタリング溶接したものを使用し
た。継手溶接は、予熱なし、パス間温度１７７℃以下、
溶接電流１４０Ａ（溶接棒径が４mm）で行った。継手溶
接金属からＪＩＳＺ３１１１Ａ２号（試験片の平行
部の直径が６mm）引張試験片１を機械加工により採取し
た後、ＪＩＳＺ２２４１（金属材料引張試験方法）に
準じて行った。これらの試験の結果を表４に示す。表４
は、溶着金属の常温及び高温引張試験における引張強さ
（σu ），０．２％耐力（σy ），伸び（ＥＬ），絞り
（ＲＡ）、及びＴ型溶接割れ試験における割れ率（％）
を示す。ここで、割れ率（％）＝割れ長さ(mm)／溶接ビ
ード長さ(mm)×１００である。

【００２７】

【表４】

【００２８】これらの結果から、本発明材を用いた場
合、常温及び高温ともに、引張強さ、０．２％耐力、伸
び、絞りのほぼ全てにおいて、比較材よりも向上してい
ることが判る。しかし、割れ率（溶接割れ感受性）は比
較材と同等であり、溶接割れ感受性を高めることなく、
高温強度及び高温引張延性が向上したことが判る。これ
により、ＡＳＭＥＣｏｄｅの被覆アーク溶接棒を用い
たとき、３５０℃の溶着金属の高温引張強度が４７６Ｎ
／ｍｍ²であったのに比べて、本発明の被覆アーク溶接
棒（溶加材）によれば、同一条件で少なくとも５０３Ｎ
／ｍｍ²以上の高温引張強度及び良好な高温引張延性が
得られた。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る被覆アーク溶接棒は、上述
したようにＡＳＭＥＣｏｄｅの規格材の組成を基本と
しているが、特にＭｏ量については、規格の成分範囲内
での上限を狙って合金設計することにより高温引張強度
の改善を図り、ＡＳＭＥＣｏｄｅに定められていない
Ｗ及びＶ元素の適正範囲を明確にしている。さらに、原
材料や溶製時の副原料から混入してくる不可避不純物の
残存量を検討し、これらの中でも高温引張強度の向上に
寄与するＮを重視し、その許容量を決定している。この
ため、本発明の被覆アーク溶接棒（溶加材）によれば、
従来のＡＳＭＥＣｏｄｅの被覆アーク溶接棒に比較し
て、高温引張強度及び高温引張延性が向上する。その結
果、インコネル６９０合金を使用する高温構造物の溶接
に対して大きな信頼性を付与することができる。また、
本発明によってライム型溶接棒を交流溶接機に使用でき
るようになり、コスト的に有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本図のうち、(a) はＴ型溶接割れ試験に用いた
試験片を示す正面図、(b) は側面図、(c) は平面図であ
る。

【符号の説明】

１試験片２継手部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：
０．７５％以下、Ｍｎ：２〜５％、Ｐ：０．０３％以
下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：２８〜３１．５％、
Ｍｏ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｂ：１〜
２．５％、Ａｌ：０．５％以下、Ｔｉ：０．５％以下、
Ｆｅ：７〜１２％、Ｃｏ：０．１％以下を含み、Ｗ及び
Ｖを最大で２種、合計で０．５％以下を含有し、さらに
不可避不純物として、Ｏ：０．１％以下、Ｎ：０．００
５〜０．０３０％を含み、残部がＮｉからなる合金を心
線とし、被覆剤の全重量に対して、重量％で、金属炭酸塩の１種
又は２種以上：２０〜５０％、金属ふっ化物の１種又は
２種以上：２０〜５０％、合金剤：３〜２０％、脱酸
剤：０．２〜５％、スラグ生成剤：３〜２０％及び粘結
剤：１〜５％を含む被覆剤を上記心線のまわりに被覆し
てなることを特徴とするＮｉ基高Ｃｒ合金用被覆アーク
溶接棒。