JPS589795A - 帯状電極サブマ−ジア−ク溶接用フラツクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温靭性のすぐれた肉盛層を得るための帯状
電極サブマージアーク溶接に適するフラックスに関する
ものであり、特に高硬度肉盛層に使用中発生した割れ、
熱亀裂などが母材に急速に伝播することを防止するため
の高温靭性にすぐれた下盛層を得るための帯状電極サブ
マージアーク溶接用フラックスを提供することを目的と
している。

従来より製鉄所における各種ロール、ローラ類、例えば
連続鋳造用ピンチロール、熱延ワークロール、テーブル
ローラ、冷延ワークロール、バックアップロール、連続
酸洗ピンチロールなどには肉盛溶接法による再生修理し
たものが使用され耐用期間の向上に貢献している。

しかし、これらの＾盛施工の場合、直接耐摩耗性を要求
される上盛層を得るための溶接材料及び溶接法について
は数多く研究がなされており、それなりの成果が得られ
ているが、耐用期間向上を目的としだ下盛層を得るため
の溶接材料及び溶接法については、あまり研究がなσれ
てぃないのが現状である。

例えば肉盛層がうすくでも良い場合は、下盛をせず直接
上盛材で肉盛溶接したり、又厚い肉盛層を必要とする場
合、いわゆるビルドアップ材である軟鋼溶接材で下盛し
た後、肉盛溶接するなどの手段がとられている。

この伯母材の炭素当量が高い場合、直接母材上へ上盛材
を肉盛すると母材からの炭素の移行により肉盛層に割れ
が発生するのを防止するため、低炭素軟鋼材あるいはオ
ーステナイト系ステンレス鋼材で下盛するなどの手段が
用いられている。

このような下盛付選択の基準となるのは、溶接材料のコ
スト及び割れ発生防止の２点であり、耐用期間の延長を
はかるためには、上盛材の耐摩耗、耐割れ性等を改善す
ることに主力がおかれてぃた。

しかしながら、近年の飛躍的な生産性向上のすう勢の中
で、操業条件は一層苛酷となり、根本的に肉盛技術全般
を見直す必要が生じて来た。　゛このような実情に！！
み、−例を連鋳ピンチロールにとり、耐用期間の長短を
決定する因子について検討した結果、表面から順次摩耗
していく場合は上盛層の硬さが大きな因子であること、
使用中発生する割れ、熱亀裂による廃却、折損の場合は
割れ、熱亀裂発生に及ぼす因子としては、上盛材の耐割
れ性、耐熱亀裂性が挙げられるが、これが大きく成長し
ていく段階になると、下盛材あるいは母材の靭性が大き
な要因となり、下盛材あるいは母材の靭性が高い場合に
は、割れは深く伝播せず、上盛材が全面摩耗するまで実
用に供しうろことが判明した。

その反面最悪の状態である折損事故は、下盛材あるいは
母材の靭性低下が主な原因であることも判明した。尚、
軟鋼材で下盛した場合についてみると、靭性はある程度
のレベルを保つが強度が上盛層、母材にくらべてはるか
に低いため割れ、熱亀裂の応力に抗しきれずに破断する
場合の多いことが分った。

本発明者らは強度を高いレベルに保ちながら、なおかつ
靭性を高くすればよいことを見出し、造滓剤成分の検討
及び合金成分系の検討を行なった結果、本発明を完成し
たものである。

すなわち本発明の要旨は、造滓剤としてＣａＯ又はＣａ
Ｃ０，５〜２５％、ＣａＦ２５〜２５％、Ａ１２０３２
〜３０％、Ｍｇ０３〜３０％、ＳｉＯ□５〜２５％また
合金剤、脱酸剤としてＣ０１５％以下、ＳｉＯ，２〜３
．０％、Ｍｎ　１．９〜］　１．５％、ＮｉＯ，４〜４
．５％、Ｃｒ　１．３〜１０．２％、鉄分４０％以下を
含み、残部は不可避不純物よりなり、又はこれに合金剤
として３．６％以下のＭｏ２Ｓ、７％以下のＶの１種以
上を含み、又はこれに更に造滓剤の他の成分として１５
％以下の’ｌ’ｉ０２もしくは、ＺｒＯ２の１種又は２
種を含む帯状電極サブマージアーク゛溶接用フラックス
にある。

以下に本発明の詳細な説明する。

先ず（：ａＣＯ３は、溶接アークによる熱分解により発
生するＣＯｔガスの還元性雰囲気をもって大気よりアー
クを遮蔽するのに有効に作用するとともに、その分解生
成物であるＣａＯは強塩基性のスラグを゛形成し、精錬
作用が期待される。この場合、サブマージアーク溶接で
あるので、アーク周辺はフラックスで覆われており、必
らずしも強力なＣＯ２ガスによる雰囲気の保護を必要と
せず、むしろＣａＯによるスラグ精錬作用への効果が必
要となる。

ＣａＯ又はＣａＣＯ３が５％未満では精錬作用が期待で
きず合金の歩留も低くなる。又、２５％超の場合は、ス
ラグ自体が過剰に塩基性となりすぎスラグの粘性が増大
しすぎ、溶接作業性を損なうのでその配合量は５〜２５
％に限定゛されるべきである。

ＣａＦ２は５％以以上台することによりスラグの融点を
下げ、スラグの流動性を適度に保つのに有効であるが、
２５％超の配合は、アークも不安定になりがちであるの
で５〜２５％の範囲に限定した。

Ａｌ２Ｏ５は２％以以上台することによりスラグ形状が
安定し、肉盛溶接した場合、母材と溶接金属とのぬれ角
度が小さくなり、なじみがよくなりアンダーカットの防
止に効果があるが、多量に配合すると、スラグの融点が
上昇し、流動性が減じアークの不安定化を招くことにな
るので、３０％以下とした。

ＭｇＯは３％以上の配合によりアークの安定化とスラグ
の剥離性の向上、アンダーカットの防止に寄与しうるが
、３０％超の配合はビード形状が乱れる原因となるので
、３〜３０％の範囲とすべきである。

Ｓ　ｉ０２は５％以以上台することによりスラグの流動
性が良好になり、安定した溶接ができるが、２５％を超
えた配合では溶接金属中へＳｔが過剰に含まれるので好
ましくない。

更に、上記造滓剤にＴｔ０２　＋　　ＺｒＯ２の１種以
上を、スラグの流動性を良好に保ちピード幅を拡げ、ア
ークの安定性、を良好に保つ目的で添加することができ
、これにより溶融プールの安定化などに効果がある。し
かし１５％を超えると、逆にスラグの流動性が大となり
すぎスラグが先行する結果、ビード形状が乱れる傾向が
あるので１５％以下とする必要がある。

次に本発明において用いられる合金剤、脱酸剤について
述べると、まずＣは少量の添加で溶接金属強度を増すの
に有効な元素であるが、過度に含有されると靭性な低下
させる原因となり、肉盛溶接の如き母材が中高炭素鋼で
ある場合が多いことを想定すると、０．５％以下に押え
る必要がある。

なお、Ｃは鋳鉄粉、クロム力−ノくイドやＣを含む合金
剤、例えばＦｅ−Ｍｎ　＋　Ｆｅ−８ｔ　＋　Ｆｅ−Ｍ
ｏ　＋　Ｆｅ−Ｃｒなどの形で添加される。

Ｓｔは通常の帯状電極サブマージアーク溶接では、脱酸
のため０．２％は必要であるが、３．０％超になると溶
接金属の靭性の低下をきたしやすい傾向があるので、０
，２〜３．０％の範囲とすべきである。なお、ＳＩはＦ
ｅ−８ｔ　＋　５１−Ｍｎ　＋金属Ｓｉなどの形で添加
することが可能である。

Ｍｎについても通常の鋼に含有している程度の量を脱酸
のために必要とし、フラックスから添加する場合最低で
も１．９％を必要とするが、１１．５％超の添加によっ
ても溶接金属の機械的性質等の顕著な改善はみられない
ので、その含有量を１．９〜１１．５％に限定した。な
おＭｎはＦｅ　−Ｍｎ　＋　Ｓｔ　−Ｍｎなどの形で添
加することが可能である。

Ｎｉは溶接金属の靭性を改善し、衝撃値を向上させる元
素であるが、過剰に添加するとかえって衝撃値が低下す
る。

第１図は造滓剤としてＣａＣＯ３７％、ＣａＦ２２０　
％、ＡＩ！２０ｓ　２５％、Ｍｇ０１６％、５ｉ０２２
０％、脱酸前１１、合金剤として、ＣＯ，１％、Ｍｎ　
５　％、Ｃｒ　６　％を基本成分として、これにＮｉ添
加量を種々変えて、軟鋼帯状電極（ｏ、４ｔｘｓｏ闘幅
、０．０６％Ｃ，０，２９％Ｍｎ）を組合せて、溶接条
件９００Ａ、２４Ｖ、１８ｃｍ／ｍｉｘ　、予熱パス間
温度１５０〜２００℃で６層盛した溶接金属から採取し
た衝撃試験片について高温衝撃試験を行ない、試験温度
２００℃における衝撃値の変化をみたものである。

図から明らかなようにＮ１の添加は溶接金属の衝撃値の
向上に寄与し、０．４％以上のＮｉ添加により良好な値
を示すが、４．５％超のＮｉ添加量になると、かえって
衝撃値は低くなるのでＮｉ含有量は０４〜４，５％の範
囲に限定した。なお、Ｎｉは金属Ｎｉ　＋　Ｆｅ−Ｎｉ
などの形で添加しうる。

Ｃｒは溶接金属の強度を上げるのに必要な元素であり、
強度向上のためには、１．３％以上の添加が必要である
が、一方衝撃値についてみると、過剰のＣｒ添加は好ま
しいものではない。

第２．図は造滓剤としてＣａＣＯ３７％、ＣａＦ２２０
％。

Ｕ２ｏｓ　２５％、ＭｇＯ１６％、５ｉ０２２０％、脱
酸剤、合金剤として、Ｃ０１１％、Ｍｎ　５％、Ｎｉ２
．５％を基本成分として、これにＣｒ添加量を種々変え
て、軟鋼帯状電極（０，４ｔＸ５０朋幅、０．０６％Ｃ
，０，２９％Ｍｎ）を組合せて溶接条件９００Ａ、　２
４Ｖ、　１８（Ｉｎ／順、予熱パス間温度１５０〜２０
０℃で６層盛した溶接金属から採取した衝撃試験片につ
いて高温衝撃試験を行ない試験温度２００℃における衝
撃値の変化をみたものである。

図から明らかなように、Ｃｒの添加により衝撃値は漸次
低下の傾向を示すが、Ｃｒ含有量が、］０，２％までは
その低下傾向はゆるやかであり高い水準を保っているが
、１０２％超となると急激に低下するので、Ｃｒの範囲
は１．３〜１０．２％とした。

なお、Ｃｒは金属Ｃｒ　ｒ　Ｆｅ　−Ｃｒ　＋クロムカ
ーノ（イドなどの形で添加することが可能である。

５．７％以下のＶの１種以上を添加することができ、こ
れら元素の添加により、更に溶接金属の衝撃値を低下さ
せずに、強度レベルの向上をはかることができる。なお
、Ｍｏ　＋　Ｖは金属Ｍｏ　＋　Ｆａ　−Ｍｅ　＋金属
Ｖ、Ｆｅ−Ｖなどの形で添加することが可能である。

また、　Ｓｉ　ｔ　Ｍｒｚ　Ｃｒ＋　Ｍｏｓ　Ｖなどを
合金鉄の形で添加する場合、これら合金鉄に含まれる鉄
分がフラックス中の鉄源となることは勿論であるが、そ
の他アークの安定性、ビード外観、母材とのなじみの改
善に効果がある鉄粉自体を単独に添加することも有効で
ある。しかしながら鉄分の合計が４０％を超えると、ビ
ード外観の劣化、スラグ剥離性の劣化などが生じ適当で
ないので、適正成分範囲を４０％以下と規定した。

次に実施例に基いて本発明の効果を更に具体的に説ｒｊ
Ａｔ−る。

実施例 母材は全試験とも、第１表に示す５４５Ｃを使°用し、
第２表に示す条件で溶接を行なった。

第１表 第２表 使用した帯状電極を第３表に示した。又、第４、　表に
フラックスを一括して示した。

第３表 第３表の帯状電極と第４表のフラックスを組１せて溶接
した結果を第５表に示す。

比較例として示したフラックスＦ−８，Ｆ−９は造滓剤
成分の配合比率が適正でないため、溶接作業性が悪く、
ビード外観不良、スラグの剥離性が劣化し、多層盛が困
難であるので以後の試験を中断した。

又、フラックスＦ−１０，Ｆ−１１，Ｆ−１２は作業性
良好であり、健全な溶接は可能であるが、合金剤、脱酸
剤成分の配合比率が適正でないため溶接金属の衝撃値は
低く実用性があるとは云い難い。

Ｆ　−１３７ラツクスは溶接作業性も良好で、溶接金属
の衝撃値も高い水準を維持しているが、合金剤、脱酸剤
成分の配合比率が低いため引張強さが低く、これも又実
用性があるとは云い難い。

これと比較して本発明例では、溶接作業性は良好であり
、又溶接金属の衝撃値、引張強ざとも高い水準を維持で
き、良好な結果を示した。

以上詳細に説叩したように、本発明フラックスにより高
靭性、高強度肉盛層を容易に得ることができ、その意義
は大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮｉ含有量と溶接金属の衝撃値との関係を示す
グラフであり、第２図はＣｒ含有量と溶接金属の衝撃値
との関係を示すグラフである。 第２図 ５３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、造滓剤としてＣａＯ又はＣａＣ０，５〜２５　％、
   ＣａＦ２５〜２５％、Ａ１２ｏｓ　２〜３０％、Ｍｇ０
   ３〜３０％、５ｉ０２５〜２５％、また合金剤脱酸剤と
   して、Ｃ０，５％以下、Ｓｉ０．２〜３．０％、Ｍｎ１
   ．９〜１１．５％、Ｎｉ０．４〜４．５％、Ｃｒ１．３
   〜１０．２％、鉄分４０％以下を含み、残部は不可避不
   純物よりなる帯状電極サブマージアーク溶接用フラック
   ス。 ２、造滓剤としてＣａＯ又はＣａＣＯ３５〜２５　％、
   ＣａＦ２５〜２５％、Ａ１２ｏｓ　２〜３０％、Ｍｇ０
   ３〜３０％、５ｉＯｚ５〜２５％、また合金剤脱酸剤と
   して、ＣＯ３５％以下、８ｉ　０．２〜３．０　％、Ｍ
   ｎ　１．９〜１１．５％、Ｎｉ０．４〜４．５％、Ｃｒ
   　１．３〜１０．２％、鉄分４０％以下、更に合金剤と
   して３．６％以下のＭｏ、５．７％以下のＶの１種以上
   を含み、残部は不可避不純物よりなる帯状電極サブマー
   ジアーク溶接用スラックス。 ３、造滓剤としてＣａＯ又はＣａＣ０，５〜２５％、Ｃ
   ａＦ、　５〜２５％、Ａ４０ｓ　２〜３０％、ＭｇＯ３
   〜３０％、８１０２５〜２５％、また合金剤、脱酸剤と
   してＣ０，５％以下、ＳｉＯ，２〜３．０％、Ｍｎ　１
   ．９〜１１．５％、Ｎｉ０．４〜４．５％、Ｃｒ　１．
   ３〜１０．２％、鉄分４０％以下、更に造滓剤として１
   ５％以下のＴｉＯ２もしくはＺｒＯ２の１種又は２種を
   含み、残部の不可避不純物よりなる帯状電極サブマージ
   アーク溶接用フラックス。 ４、造滓剤としてＣａＯ又はＣａＣＯ３５〜２５％、Ｃ
   ａＦ２５〜２５％、Ａ１２ｏｓ　２〜３０％、Ｍｇ０３
   〜３０％、５ｉ０２５〜２５％、また合金剤、脱酸剤と
   してＳｉＯ，２〜３．０％、Ｍｎ　１．９〜１１．５％
   、ＮｉＯ，４〜４．５％、Ｃｒ　１．３〜１０．２％、
   鉄分４０％以下、更に合金剤としてＣ０１５％以下、３
   ．６％以下のＭｏ、５．７％以下のＶの１８１以上、造
   滓剤として１５％以下のＴｉｅ、もしくはＺｒＯ２の１
   種又は２種を夫々含み、残部は不可避不純物よりなる帯
   状電極サブマージアーク溶接用フラツクス。