JPS5847957B2 - 低温鋼用低水素系被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

低温鋼用低水素系被覆ア−ク溶接棒

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JPS5847957B2
JPS5847957B2 JP7827078A JP7827078A JPS5847957B2 JP S5847957 B2 JPS5847957 B2 JP S5847957B2 JP 7827078 A JP7827078 A JP 7827078A JP 7827078 A JP7827078 A JP 7827078A JP S5847957 B2 JPS5847957 B2 JP S5847957B2
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welding
welding rod
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威 小塩
基弘 太田和
尚 谷垣
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低温鋼用低水素系被覆アーク溶接棒に係り、特
に−60〜−110℃の低温において衝撃じん性がきわ
めてすぐれた溶接金属を得るための被覆アーク溶接棒に
関するものである。
最近、液化エタンガス、液化エチレンガスなどの冷凍貯
蔵タンクあるいは運搬船などにNiを325〜3.75
%含有する鋼、たとえばASTMA203グレードD,
E鋼が使用されているが、これらの鋼を接合するには従
来溶接金属にNiを3.00〜375%含有する溶接棒
、たとえばAWS E8016C2またはAWS E
8018C2該当溶接棒あるいは溶着金属にNiを約3
9%、Crを約9%、Mo を約6%含有する溶接棒
、さらにまたNiを約68%、Crを約15%、Nbを
約2%、Mnを約2%含有するインコネル系溶接棒たと
えばAWS ENiCrFe2該当溶接棒など、Niを
35〜75%程度含有する高Ni系溶接棒が使用されて
いる。
しかし溶接金属にNiを3、00〜3.75%含有する
従来の溶接棒は、溶接金属中の酸素量が400〜5 0
0 ppm 程度で非常に高く、また溶接金属の結
晶粒が粗大であるために、たとえば液化エチレンガス冷
凍貯蔵タンクの溶接金属に要求される−101℃におけ
る2mmVノンチシャルビー衝撃値(以下VE−1o1
と示す)2.8kg・m以上に対して溶接のままで1.
5〜3. 5 kg・m程度の低い値を示している。
また6 2 0 ’Cで1時間応力除去焼鈍を行なうと
VE−101は更に低下し、0.5〜2kg−mのきわ
めて低い値を示し満足すべき衝撃値は得られなかった。
また他方Ni35〜75%程度含有する高Ni系溶接棒
による溶接金属のVE−101は10kg・mのきわめ
て良好な値を示すがNi量が多いため高価格となり経済
的でない。
そこで安価で溶接のままおよび620℃で1時間応力除
去焼鈍しても溶接金属のVE−101が28kg・mを
十分に満足する溶接棒が強く要望されていた。
本発明者らは低温鋼用低水素系被覆アーク溶接棒の被覆
剤組戒を種々検討した結果、被覆剤中に含む脱酸剤とし
てMn,Si ,Tiの単独もしくはこれらの共同脱酸
では溶接金属の酸素量を低減できず、また溶接金属の結
晶粒も微細化できなかったがSi,TiやAl又はMg
あるいはこれらのすべての強脱酸剤による相乗効果によ
って初めて溶接金属の酸素量を2 7 0 ppm 以
下に低下せしめることを見出した。
また従来の低水素系溶接棒は溶接作業性の点から被覆剤
中にSiが多量に添加されているため溶着金属のSi量
が過大となり、そのため適量のNiを含有せしめても溶
接金属の結晶粒の粗大化のために良好な低温じん性が得
られなかったが、被覆剤中の炭酸塩、金属弗化物やSi
以外の脱酸剤の添加量の調整によって溶接作業性を劣化
させずにSiを大巾に減少せしめることにより溶接金属
の結晶粒の微細化が可能となることを見出した。
さらに後でのべるように使用する炭素鋼心線中のMn0
.35〜0.65%の範囲内で被覆剤中にMnを添加す
ると溶接金属のMn量が0.4%以上となって応力除去
焼鈍後のしん性が大巾に劣化することを見出し、被覆剤
中に脱酸剤としてMnを実質的に添加しないことによっ
て溶接金属のMn量を0.4%未満におさえ、溶接後応
力除去焼鈍しても溶接金属の低温じん性を大巾に向上せ
しめることを可能としたものである。
すなわち、本発明溶接棒は従来の低水素系溶接棒の被覆
剤中のSiを大巾に減少せしめ、Mnを実質的に添加せ
ずTiの他にALMgの一方又は双方を添加し、従来の
溶接棒にくらべて溶接金属中のSi量および酸素量を大
巾に低減するとともに溶接金属の結晶粒を微細化し、さ
らに被覆剤中に適量のNiを添加することにより、−6
0〜110℃におげるじん性のきわめてすぐれた溶接金
属が得られるものである。
すなわち、本発明は炭酸塩を25〜55%、金属弗化物
を12〜35%、Siを0.5〜25%、Tiを1.2
〜35%、ALMg の一方又は双方を0.3〜5%、
Niを14〜22%含み、かつMnを実質的に含まない
被覆剤を炭素鋼心線に被覆してなる低温鋼用低水素系被
覆アーク溶接棒を要旨とするものである。
以下に本発明を詳細に説明する。
最初に本発明溶接棒の被覆剤組戒とその限定理由につい
て説明する。
まず、本発明にいう炭酸塩とはCaCOa、BaCO3
、MgCO3、MnC03、L i CO3 、K2
CO3、N a 2 C 0 3などを指し、これらの
内1種以上の合計を25〜55%含有せしめることとす
る。
これらの炭酸塩はアーク中で分解し、CO2ガスを発生
するので溶接金属や溶融スラグを大気から遮断し、塩基
性のスラグを生或する効果を有する。
この添加量が25%未満ではスラグの溶融点が低下しス
ラグの被包性が悪くなり、良好なビードを得ることがで
きない。
また、ガス発生量が不足するために大気の影響を受けピ
ットやブロホールが発生するので不適当である。
そして55%を超えて添加した場合はガス発生量が過剰
となり、ピットが非常に多く発生するとともにスラグの
溶融点が上昇してスラグの流動性が悪くなりビード形状
は不良となる。
次に本発明にいう金属弗化物とはCaF2、MgF2、
AlF3、NaF,Na2A13F6 などを指し、こ
れらの内1種以上の合計を12〜35%含有せしめるこ
ととする。
これらの金属弗化物はスラグの融点を下げ流動性の良い
スラグをつくるために添加するものである。
金属弗化物が12%未満では適当な流動性が得られない
ためビード形状が悪く、35%を超えて添加するとスラ
グの流動性が不適当となり良好なビード形状が得られな
い。
Siは0.5%未満ではスラグの流動性が悪く良好なビ
ードが得られず、また2.5%を超えて添加すると溶接
金属の結晶粒が粗大化してじん性が著しく劣化する。
Tiは脱酸およびアーク安定のため添加するのであって
、1.2%未満ではアークが不安定となりスパツタが多
く発生し、また3.5%を超えて添加した場合スラグの
はくり性が劣化し、溶接作業がきわめて困難となる。
被覆剤中のALMgはそれぞれ単独添加もしくは両者を
同時に配合添加しても効果を有するのであるがALMg
の一方又は双方が03%未満では溶接金属中の酸素を
大巾に低減できず良好なじん性が得られない。
AI,Mg の一方又は双方が03%以上含有せしめて
いくと溶接金属の酸素は急激に低減し、また溶接金属の
結晶粒が微細化されて適量のNi との併用によって
溶接ままおよび応力除去焼鈍後の−60〜−110℃に
おげるじん性がきわめて良好となる。
しかしAl,Mgの一方又は双方を5%超えて添加する
と溶接時のアークが不安定となりスパツタが増加しスラ
ク゛の粘性も低下してスラグのぱくり性が劣化する。
Niは溶接金属の低温じん性を向上せしめるために添加
するのであるが被覆剤中に14%未満の添加では溶接金
属中のNiが5%以下になり、たとえ被覆剤中のTi,
Al 又はMg量が適当量で溶接金属中の酸素量を大巾
に低下しても溶接人熱が30KJ/crIlより太きい
ときVE −101 2.8kg・m以上を満足せず、
また22%を超えて添加すると溶接金属中のNiが8%
を超えるため経済的でなく、かつ溶接金属の耐われ性も
劣化してくる。
なお、被覆剤中に添加するSi,Ti,AI、Mg,N
iはSi,Ti,Al,Mg,Niの金属粉、Al−T
i,AI−Mg,Mg−Ni なとの合金粉、Fe
−Ti , Fe −Si , Fe −AI など
の鉄合金粉などいずれでもよい。
次に、Mnの影響について検討するためにJIS G
3503に規定されている「被覆アーク溶接棒心線」で
Mn量の種々異なる心線を用い、被覆剤組戒はこれまで
に説明した本発明溶接棒の範囲内にある被覆剤を組合せ
溶接棒とし、さらに心線中のMnが0,65%の心線に
本発明溶接棒の被覆剤組成にさらにMnを1%まで添加
して溶接金属中のMn量とVE−101の関係を溶接の
まま(AW)を620℃で1時間応力除去焼鈍した場合
(SR)について調査し、第1図のような結果を得た。
すなわち、被覆剤中にMnを添加しない場合は溶接金属
中のMnは0.4%未満となって(AW)、(SR)と
もVE−101が7ky・m以上得られるが、被覆剤中
にMnを添加しはじめると溶接金属中のMnが0.4%
以上となって、その場合は応力除去後のしん性が著しく
劣化することを見出した。
そこで本発明溶接棒の被覆剤中には実質的にMnを添加
しないことを必須とした。
上記被覆剤は、硅酸ソーダ、硅酸カリなどの粘結剤によ
り被覆率が20〜40%になるように心線に被覆される
心線としては炭素鋼心線を用いる。
ここでいう炭素鋼心線とはJ I S G3503に
規定される「被覆アーク溶接棒用心線」を指す。
このような心線と被覆剤の組合せにより、0.1〜02
%Si、5〜8%Ni の溶接金属を得ることができ
溶接のままにおいてはもちろん620゜Cの応力除去焼
鈍後の−60〜1 1 0 ’Cにおげるじん性がきわ
めて良好な溶接金属の得られる溶接棒となる。
次に実施例により本発明の効果をさらに具体的に示す。
実施例 第1表に本発明溶接棒および比較のために用いた溶接棒
(4關φ)の被覆剤の組戒、溶着金属の化学或分、衝撃
および溶接作業性試験結果を示す。
第1表においてA1〜A7が本発明溶接棒でありB1〜
B12は比較溶接棒である。
各溶接棒による低温じん性を比較するために被溶接鋼板
の組成に影響されない溶着金属を作威し試験した。
各供試棒による溶着金属はAWSA5.5−69に従い
、棒径4mrn、溶接電流170A、溶接電圧20〜2
4V、溶接速度120罷/朋、平均溶接人熱17〜20
KJ/l予熱パス間温度100〜150’Cで作成した
溶接のままの試1験板のほかに前記溶接終了後620℃
で1時間、応力除去焼鈍(SR)処理した試1験板も作
成した。
溶着金属の衝撃試験の判定としては6個のVE−101
の最低値が5. 6 kg・m以上のものを良好とした
本発明溶接棒によろ溶着金属中の酸素量は比較棒Bl,
B2、B4〜B8、BIO,B12にくらべ極めて少な
くなっており、VE −1o1がいずれも5. 8kg
・m以上で極めて良好な値であった。
なお、本発明溶接棒による溶着金属のミクロ組織は比較
溶接棒B1、B2に示される従来溶接棒のものにくらべ
結晶粒が著しく微細化されていることを確認した。
比較溶接棒B1、B2は−45〜−75℃にさらされる
構造物の接合用として用いられている従*ド来の3.5
%、N1、2.5%Ni溶接棒であって被覆剤中のSi
量が過剰でTi量が不足しており、Mnが添加されてお
りさらにALMgが溶接されていないためにVE−10
1が極めて低かった.っ比較溶接棒B3、B4やB5、
B6は炭酸塩や金属弗化物が適正量範囲をはずれており
、B8はSiが含まれてなく、B9、BIOはTiが過
剰または不足のため、B−11はAI とMgの合計量
が過剰のためいずれも溶接作業性の評価が不良であった
比較溶接棒B7は本発明溶接棒と同程度良好な溶接作業
性を示したが、溶着金属のSi量が過大となって、じん
性が劣化した。
またB12はMnが添加されており、ALMg が全く
含まれていないために溶着金属の酸素量が多く、溶接の
ままおよび焼鈍後のVE−101が極めて低かった。
次に第1表の本発明溶接棒A4を用いて ASTM A203グレードD鋼板厚201n1rL
の下向及び立向突合せ溶接を行ない、溶接金属の性能試
験結果を示す。
第2表は鋼板の化学成分および機械的性質を示した。
継手溶接は第2表の鋼板をルートフエイス2mmで60
0V開先とし表側溶接終了後裏側を深さ6m11lでア
ークエアーガウジングして裏溶接した。
第4表の試験結果のとおり、3.5%Ni鋼の継手試験
において本発明溶接棒による溶接金属は溶接のままおよ
び応力除去焼鈍後いずれも−101゜Cにおいてすぐれ
たしん性を示し、強度、延性とともに十分満足するもの
であった。
以上説明したとおり、本発明溶接棒は被覆剤組成を種々
検討した結果、溶着金属中の酸素量を従来溶接棒にくら
べて2分の1程度に低減し、溶着金属の結晶粒を微細化
し、さらに被覆剤中の適量のNi との相剰効果によっ
て、溶接のままおよび応力除去焼鈍後の−110゜Cま
での低温じん性を大巾に改良したものである。
このような効果をもたらす本発明溶接棒は液化エチレン
ガス、冷凍貯蔵タンクなど−60〜−110℃の低温に
さらされる構造物の製作に使用され、その安全性や経済
性の向上に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は低温鋼用低水素系溶接棒による溶接金属中のM
n量とVE−101℃の関係を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 炭酸塩を25〜55%、金属弗化物を12〜35%
    、Siを0.5〜2.5%、Tiを1.2〜35%、A
    LMg の一方又は双方を0.3〜5%、Niを14〜
    22%含み、かつMnを実質的に含まない被覆剤を炭素
    鋼心線に被覆してなる低温鋼用低水素系被覆アーク溶接
    棒。
JP7827078A 1978-06-28 1978-06-28 低温鋼用低水素系被覆ア−ク溶接棒 Expired JPS5847957B2 (ja)

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JPS555170A JPS555170A (en) 1980-01-16
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