JP2667635B2 - ステンレス鋼フラックス入りワイヤ - Google Patents
ステンレス鋼フラックス入りワイヤInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はステンレス鋼用フラック
ス入りワイヤに係り、特に高温用途用のステンレス鋼の
溶接に供することを目的に開発されたステンレス鋼用フ
ラックス入りワイヤに関するものである。
ス入りワイヤに係り、特に高温用途用のステンレス鋼の
溶接に供することを目的に開発されたステンレス鋼用フ
ラックス入りワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ステン
レス鋼用フラックス入りワイヤは、ここ数年間に急速に
普及を成し遂げた溶接材料であり、施工面における優れ
た能率性と良好な溶接作業性がその普及の大きな要因と
なっている。しかし、ワイヤの普及に伴い、一部の産業
分野においては、フラックス入りワイヤを使用すること
によって予期せぬ問題点が生じている。
レス鋼用フラックス入りワイヤは、ここ数年間に急速に
普及を成し遂げた溶接材料であり、施工面における優れ
た能率性と良好な溶接作業性がその普及の大きな要因と
なっている。しかし、ワイヤの普及に伴い、一部の産業
分野においては、フラックス入りワイヤを使用すること
によって予期せぬ問題点が生じている。
【０００３】すなわち、ステンレス鋼を耐熱鋼として使
用したり、厚板のステンレス鋼溶接物を溶体化処理や熱
間曲げ加工を行う分野である。このような高温用途分野
の材料を対象としてステンレス鋼用フラックス入りワイ
ヤを使用した場合、しばしば高温加熱／冷却中或いは熱
間曲げ加工中に溶接部に割れが生じることが知られてい
る。また、高温にて長時間操業運転中の機器等におい
て、フラックス入りワイヤを使用した溶接部にしばしば
割れが生じたり、溶接部のクリープ破断寿命が従来施工
法であるＴＩＧ溶接や被覆アーク溶接のそれと比較して
著しく低下したり、クリープ破断時の延性値が低下する
現象が最近になって確認されつつある(図１参照)。
用したり、厚板のステンレス鋼溶接物を溶体化処理や熱
間曲げ加工を行う分野である。このような高温用途分野
の材料を対象としてステンレス鋼用フラックス入りワイ
ヤを使用した場合、しばしば高温加熱／冷却中或いは熱
間曲げ加工中に溶接部に割れが生じることが知られてい
る。また、高温にて長時間操業運転中の機器等におい
て、フラックス入りワイヤを使用した溶接部にしばしば
割れが生じたり、溶接部のクリープ破断寿命が従来施工
法であるＴＩＧ溶接や被覆アーク溶接のそれと比較して
著しく低下したり、クリープ破断時の延性値が低下する
現象が最近になって確認されつつある(図１参照)。
【０００４】本発明は、現状のフラックス入りワイヤを
使用した場合の上記のような問題点を解決するために、
高温用途用の溶接材料として良好な特性を有し、かつ溶
接作業性、具体的には、スラグ剥離性に優れ、スパッタ
発生量の少ないステンレス鋼用フラックス入りワイヤを
提供することを目的としている。
使用した場合の上記のような問題点を解決するために、
高温用途用の溶接材料として良好な特性を有し、かつ溶
接作業性、具体的には、スラグ剥離性に優れ、スパッタ
発生量の少ないステンレス鋼用フラックス入りワイヤを
提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は、ステンレス鋼よりなる外皮に
フラックスを充填したステンレス鋼用フラックス入りワ
イヤにおいて、 該ステンレス鋼外皮全重量中の含有量として、 酸素量：５０〜１０００ppm、 Ｎb：０.０１５％以下、 Ｖ：０.１０％以下、 炭素：０.０１５％以下、 窒素：０.０２５％以下、 に規制し、かつ、 充填フラックス中に、炭素源、窒素源として、金属Ｃ
r、金属Ｍn又はこれら元素との各種合金原料或いは化合
物、及び／又は、グラファイト或いは炭酸塩を除く炭素
化合物原料の少なくとも１種から、ワイヤ重量比にて、 炭素：０.０２０〜０.１０％ 窒素：０.００８〜０.０８％ を含有し、 充填フラックス中には金属Ｓi及び／又はＳi合金を含
む脱酸剤を実質的に含有しておらず、 充填フラックス中にスラグ成分として、ワイヤ重量比
にて、 ＴiＯ2：５.５０〜１５.５０％、 ＳiＯ2：０.２０〜１.５０％、 Ａl2Ｏ3：０.２０〜１.５０％、 金属弗化物：０.２５〜１.３５％、 Ｆe、Ｍn、Ｍgの金属酸化物の少なくとも１種以上:０.
０２〜１.００％、を含有し、 充填フラックスより不可避的不純物として混入してく
るＮb、Ｖ、及びこれらの化合物を、ワイヤ重量比に
て、Ｎb、Ｖ換算量で、 Ｎb：０.０７５％以下、Ｖ：０.１０％以下、に規制
し、充填フラックス中に故意に添加、若しくは不可避
的に混入してくる低融点金属のＡs、Ｓb、Ｐb、Ｂi及び
これらの酸化物或いは化合物を、ワイヤ重量比にて、Ａ
s、Ｓb、Ｐb、Ｂi換算量で、Ａs：０.０１０％以下、Ｓ
b：０.０１０％以下、Ｐb：０.００８％以下、Ｂi：０.
００８％以下、に規制したことを特徴とするステンレス
鋼用フラックス入りワイヤを要旨としている。
の手段として、本発明は、ステンレス鋼よりなる外皮に
フラックスを充填したステンレス鋼用フラックス入りワ
イヤにおいて、 該ステンレス鋼外皮全重量中の含有量として、 酸素量：５０〜１０００ppm、 Ｎb：０.０１５％以下、 Ｖ：０.１０％以下、 炭素：０.０１５％以下、 窒素：０.０２５％以下、 に規制し、かつ、 充填フラックス中に、炭素源、窒素源として、金属Ｃ
r、金属Ｍn又はこれら元素との各種合金原料或いは化合
物、及び／又は、グラファイト或いは炭酸塩を除く炭素
化合物原料の少なくとも１種から、ワイヤ重量比にて、 炭素：０.０２０〜０.１０％ 窒素：０.００８〜０.０８％ を含有し、 充填フラックス中には金属Ｓi及び／又はＳi合金を含
む脱酸剤を実質的に含有しておらず、 充填フラックス中にスラグ成分として、ワイヤ重量比
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０２〜１.００％、を含有し、 充填フラックスより不可避的不純物として混入してく
るＮb、Ｖ、及びこれらの化合物を、ワイヤ重量比に
て、Ｎb、Ｖ換算量で、 Ｎb：０.０７５％以下、Ｖ：０.１０％以下、に規制
し、充填フラックス中に故意に添加、若しくは不可避
的に混入してくる低融点金属のＡs、Ｓb、Ｐb、Ｂi及び
これらの酸化物或いは化合物を、ワイヤ重量比にて、Ａ
s、Ｓb、Ｐb、Ｂi換算量で、Ａs：０.０１０％以下、Ｓ
b：０.０１０％以下、Ｐb：０.００８％以下、Ｂi：０.
００８％以下、に規制したことを特徴とするステンレス
鋼用フラックス入りワイヤを要旨としている。
【０００６】また、本発明は、ワイヤ中のＳ、Ａs、Ｓ
b、Ｐb、Ｂiを、ワイヤ重量比にて、Ｓ：０.００３〜
０.０３５％、 ５×(Ｂi＋Ｐb)＋２×(Ａs＋Ｓb)：０.０６５％以下、
と規制したことを特徴としている。
b、Ｐb、Ｂiを、ワイヤ重量比にて、Ｓ：０.００３〜
０.０３５％、 ５×(Ｂi＋Ｐb)＋２×(Ａs＋Ｓb)：０.０６５％以下、
と規制したことを特徴としている。
【０００７】
【作用】以下に本発明を更に詳述する。
【０００８】本発明者らは、前記課題を解決するに当た
り、ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ溶着金属の高
温での引張特性、その中でも特に延性に着目して、これ
に対して影響を及ぼす要因として、ワイヤを構成する原
材料であるステンレス鋼製の外皮成分と充填フラックス
原料組成の双方に着目した。
り、ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ溶着金属の高
温での引張特性、その中でも特に延性に着目して、これ
に対して影響を及ぼす要因として、ワイヤを構成する原
材料であるステンレス鋼製の外皮成分と充填フラックス
原料組成の双方に着目した。
【０００９】本発明者らは、前述した現状のステンレス
フラックス入りワイヤで生じている問題点がひとえに溶
着金属の高温延性の不足に起因しているものと考え、従
来施工法による溶着金属であるＴＩＧ溶着金属や被覆ア
ーク溶着金属と現行の市販フラックス入りワイヤによる
溶着金属についてそれぞれ５００〜８００℃での高温引
張試験を行って破断時の延性の比較を行った。この試験
結果の一例を図１に示す。これより明らかなように、ほ
ぼ６００℃程度までは両者に大差がみられないにも拘ら
ず、６００℃以上の高温では、明らかにフラックス入り
ワイヤ溶着金属の破断延性が低くなることが判明した。
フラックス入りワイヤで生じている問題点がひとえに溶
着金属の高温延性の不足に起因しているものと考え、従
来施工法による溶着金属であるＴＩＧ溶着金属や被覆ア
ーク溶着金属と現行の市販フラックス入りワイヤによる
溶着金属についてそれぞれ５００〜８００℃での高温引
張試験を行って破断時の延性の比較を行った。この試験
結果の一例を図１に示す。これより明らかなように、ほ
ぼ６００℃程度までは両者に大差がみられないにも拘ら
ず、６００℃以上の高温では、明らかにフラックス入り
ワイヤ溶着金属の破断延性が低くなることが判明した。
【００１０】このような高温での高温延性の低下の理由
については、従来より種々の原因が考えられており、従
来技術においては、溶着金属の低フェライト化(Delon
gＦＮ等でもってＦＮ値を下げ２〜６位の範囲とする)と
か、溶着金属の低酸素化等が有効であると論じられて
いる。しかし、本発明者らは、これら溶着金属の延性の
差異の原因について調査した結果、主たる原因は、溶着
金属中に含有される極微量の低融点元素及びそれら化合
物の存在にあることが推察された。ここで言うところの
低融点元素とは鉛(Ｐb)、ビスマス(Ｂi)、アンチモン
(Ｓb)、ヒ素(Ａs)等であるが、これらの元素のうちＰ
b、Ｂi等は、単体ではその融点は２７０、３２７℃と極
めて低く、溶着金属中には殆ど酸化物や各種化合物の形
で存在するものと考えられた。なお、Ｂi2Ｏ3の融点は
８２０℃、Ｐb3Ｏ4の融点は８３０℃、Ｎa3Ｓbの融点は
８６５℃、Ｋ3Ｓbの融点は８１２℃である。
については、従来より種々の原因が考えられており、従
来技術においては、溶着金属の低フェライト化(Delon
gＦＮ等でもってＦＮ値を下げ２〜６位の範囲とする)と
か、溶着金属の低酸素化等が有効であると論じられて
いる。しかし、本発明者らは、これら溶着金属の延性の
差異の原因について調査した結果、主たる原因は、溶着
金属中に含有される極微量の低融点元素及びそれら化合
物の存在にあることが推察された。ここで言うところの
低融点元素とは鉛(Ｐb)、ビスマス(Ｂi)、アンチモン
(Ｓb)、ヒ素(Ａs)等であるが、これらの元素のうちＰ
b、Ｂi等は、単体ではその融点は２７０、３２７℃と極
めて低く、溶着金属中には殆ど酸化物や各種化合物の形
で存在するものと考えられた。なお、Ｂi2Ｏ3の融点は
８２０℃、Ｐb3Ｏ4の融点は８３０℃、Ｎa3Ｓbの融点は
８６５℃、Ｋ3Ｓbの融点は８１２℃である。
【００１１】そこで、本発明者らは、これら低融点元素
又はそれら化合物の溶着金属中での含有量と溶着金属の
高温延性の低下挙動との関係を調査した結果、明確な関
係が存在することを発見した。すなわち、溶着金属の高
温延性の低下を防止するためには、これらの低融点元素
のワイヤ全重量中での含有量を、Ａs：０.０１０％以
下、Ｓb：０.０１０％以下、Ｐb：０.００８％以下、Ｂ
i：０.００８％以下、に規制することである。望ましく
は、 ５×(Ｂi＋Ｐb)＋２×(Ａs＋Ｓb)：０.０６５％以下、
である。
又はそれら化合物の溶着金属中での含有量と溶着金属の
高温延性の低下挙動との関係を調査した結果、明確な関
係が存在することを発見した。すなわち、溶着金属の高
温延性の低下を防止するためには、これらの低融点元素
のワイヤ全重量中での含有量を、Ａs：０.０１０％以
下、Ｓb：０.０１０％以下、Ｐb：０.００８％以下、Ｂ
i：０.００８％以下、に規制することである。望ましく
は、 ５×(Ｂi＋Ｐb)＋２×(Ａs＋Ｓb)：０.０６５％以下、
である。
【００１２】更に、この種の高温特性を求められるステ
ンレス鋼用溶接材料の特長として高温強度も大きなこと
が重要となる。このため、溶着金属の強度を十分に確保
する上では、ワイヤ中に添加される炭素(Ｃ)と窒素(Ｎ)
の量が極めて重要であることは周知のことである。しか
し、本発明者らは、溶接作業性の観点から、フラックス
入りワイヤに使用する外皮ステンレス鋼中に含有される
Ｃ、Ｎ等の元素は極力低くすることが重要であることを
見い出した。
ンレス鋼用溶接材料の特長として高温強度も大きなこと
が重要となる。このため、溶着金属の強度を十分に確保
する上では、ワイヤ中に添加される炭素(Ｃ)と窒素(Ｎ)
の量が極めて重要であることは周知のことである。しか
し、本発明者らは、溶接作業性の観点から、フラックス
入りワイヤに使用する外皮ステンレス鋼中に含有される
Ｃ、Ｎ等の元素は極力低くすることが重要であることを
見い出した。
【００１３】すなわち、本発明者らは、外皮ステンレス
鋼中の炭素量と溶接作業性との関係を調査した結果、外
皮中の炭素量が少ない程、スパッタ発生量が低下するこ
と、更には、充填フラックス中に添加する炭素量が増加
しても外皮中の炭素含有量が低い場合にはスパッタ発生
量が少ない事実を見い出した。
鋼中の炭素量と溶接作業性との関係を調査した結果、外
皮中の炭素量が少ない程、スパッタ発生量が低下するこ
と、更には、充填フラックス中に添加する炭素量が増加
しても外皮中の炭素含有量が低い場合にはスパッタ発生
量が少ない事実を見い出した。
【００１４】このため、外皮中の炭素量は少ないほど好
ましいものであるが、実質的にスパッタの低減化効果が
明確に認められる限界量として、本発明では外皮ステン
レス鋼中での炭素量を０.０１５％以下とした。
ましいものであるが、実質的にスパッタの低減化効果が
明確に認められる限界量として、本発明では外皮ステン
レス鋼中での炭素量を０.０１５％以下とした。
【００１５】また、外皮ステンレス鋼中の窒素含有量に
ついても、炭素と同様に、低窒素化によるスパッタ低減
化の効果が確認されたことから、外皮ステンレス鋼中の
窒素含有量は０.０２５％以下とした。
ついても、炭素と同様に、低窒素化によるスパッタ低減
化の効果が確認されたことから、外皮ステンレス鋼中の
窒素含有量は０.０２５％以下とした。
【００１６】しかるに、前述の如く、高温用途用のステ
ンレス鋼フラックス入りワイヤとして溶着金属の高温強
度を確保するためには、ワイヤ中にある程度の炭素源及
び／又は窒素源を添加することは必須である。本発明に
おいては、溶接作業性を高めるために、外皮中のＣ、Ｎ
量を上記のように規制することが必要であるため、本発
明者らは、溶接作業性を極力損なわないことに留意しつ
つ、充填フラックス側より添加し得るＣ、Ｎの供給原料
として以下のものを見い出し、これら原料について溶接
作業性(スパッタ発生量)の観点からの添加上限の検討を
行った。
ンレス鋼フラックス入りワイヤとして溶着金属の高温強
度を確保するためには、ワイヤ中にある程度の炭素源及
び／又は窒素源を添加することは必須である。本発明に
おいては、溶接作業性を高めるために、外皮中のＣ、Ｎ
量を上記のように規制することが必要であるため、本発
明者らは、溶接作業性を極力損なわないことに留意しつ
つ、充填フラックス側より添加し得るＣ、Ｎの供給原料
として以下のものを見い出し、これら原料について溶接
作業性(スパッタ発生量)の観点からの添加上限の検討を
行った。
【００１７】その結果、本発明のワイヤにおいては、充
填フラックス中に、炭素源、窒素源として、金属Ｃr、
金属Ｍn又はこれら元素との各種合金原料或いは化合
物、及び／又は、グラファイト或いは炭酸塩を除く炭素
化合物原料の少なくとも１種から、ワイヤ重量比にて、 炭素：０.０２０〜０.１０％ 窒素：０.００８〜０.０８％ を含有させる。なお、それぞれの添加下限は強度確保上
必要な最低量である。ここで、炭素源、窒素源として金
属Ｃr、金属Ｍnやこれらの元素との合金原料又は化合物
を挙げたのは、溶接に際して酸化反応にあずかるＣ量の
割合を極力小さくし、酸化の結果として生じるＣＯ2ガ
スの発生等をできる限り抑えることを狙ったからであ
る。これはＣＯ2ガス発生量が増加するとスパッタ発生
が増えるからであり、この理由により本発明では不純物
として混入する各種炭酸塩量をＣＯ2換算にてワイヤ全
重量当たり０.１％未満とすることが望ましい。なお、
炭素源として金属Ｃr、金属Ｍn等を挙げた理由はそれら
に不純物として炭素、窒素が含まれることによる。炭酸
塩を除く炭素化合物原料には例えばＣＦ(フッ化カーボ
ン)等がある。
填フラックス中に、炭素源、窒素源として、金属Ｃr、
金属Ｍn又はこれら元素との各種合金原料或いは化合
物、及び／又は、グラファイト或いは炭酸塩を除く炭素
化合物原料の少なくとも１種から、ワイヤ重量比にて、 炭素：０.０２０〜０.１０％ 窒素：０.００８〜０.０８％ を含有させる。なお、それぞれの添加下限は強度確保上
必要な最低量である。ここで、炭素源、窒素源として金
属Ｃr、金属Ｍnやこれらの元素との合金原料又は化合物
を挙げたのは、溶接に際して酸化反応にあずかるＣ量の
割合を極力小さくし、酸化の結果として生じるＣＯ2ガ
スの発生等をできる限り抑えることを狙ったからであ
る。これはＣＯ2ガス発生量が増加するとスパッタ発生
が増えるからであり、この理由により本発明では不純物
として混入する各種炭酸塩量をＣＯ2換算にてワイヤ全
重量当たり０.１％未満とすることが望ましい。なお、
炭素源として金属Ｃr、金属Ｍn等を挙げた理由はそれら
に不純物として炭素、窒素が含まれることによる。炭酸
塩を除く炭素化合物原料には例えばＣＦ(フッ化カーボ
ン)等がある。
【００１８】更に、本発明者らは、溶接材料中に通常は
脱酸剤として添加されるＳi、Ｔi、Ａl、Ｚr及びこれら
の鉄系合金や複合合金の溶接作業性に及ぼす影響を検討
した結果、金属Ｓiや、Ｃa−Ｓi、Ｆe−Ｓi、Ｆe−Ｓi
−Ｍn、Ｆe−Ｓi−Ｍg等のＳi合金系の脱酸剤を使用す
ると、溶接時のスラグ剥離性が低下することが明らかに
なった。このため、本発明においては、金属Ｓi及びＳi
合金系の脱酸剤を実質的に含有させないことにした。な
お、本発明で言うところの実質的に含有しないレベルと
しては、不純物としての混入を考慮して、充填フラック
ス中での金属Ｓi量として０.２％以下(充填フラックス
重量％)が目安とし得る。
脱酸剤として添加されるＳi、Ｔi、Ａl、Ｚr及びこれら
の鉄系合金や複合合金の溶接作業性に及ぼす影響を検討
した結果、金属Ｓiや、Ｃa−Ｓi、Ｆe−Ｓi、Ｆe−Ｓi
−Ｍn、Ｆe−Ｓi−Ｍg等のＳi合金系の脱酸剤を使用す
ると、溶接時のスラグ剥離性が低下することが明らかに
なった。このため、本発明においては、金属Ｓi及びＳi
合金系の脱酸剤を実質的に含有させないことにした。な
お、本発明で言うところの実質的に含有しないレベルと
しては、不純物としての混入を考慮して、充填フラック
ス中での金属Ｓi量として０.２％以下(充填フラックス
重量％)が目安とし得る。
【００１９】また、本発明のワイヤに充填されるフラッ
クス中のスラグ形成剤は、ＴiＯ2、ＳiＯ2、Ａl2Ｏ3、
金属弗化物、金属酸化物等を主成分とするものである
が、以下の如くこれら原料の含有量(ワイヤ全重量比)を
限定する必要がある。
クス中のスラグ形成剤は、ＴiＯ2、ＳiＯ2、Ａl2Ｏ3、
金属弗化物、金属酸化物等を主成分とするものである
が、以下の如くこれら原料の含有量(ワイヤ全重量比)を
限定する必要がある。
【００２０】ＴiＯ2：ＴiＯ2は本発明ワイヤのスラグ形
成剤のメインをなす原料であり、ワイヤ全重量比にて
５.５〜１５.５０％の範囲で添加される。５.５％未満
では溶接ビードの包被性が劣化すると共に、アークの安
定性が不十分となる。また、１５.５０％を超えるとス
ラグの粘性が高くなりすぎてスラグ巻や融合不良等の溶
接欠陥が発生し易くなる。
成剤のメインをなす原料であり、ワイヤ全重量比にて
５.５〜１５.５０％の範囲で添加される。５.５％未満
では溶接ビードの包被性が劣化すると共に、アークの安
定性が不十分となる。また、１５.５０％を超えるとス
ラグの粘性が高くなりすぎてスラグ巻や融合不良等の溶
接欠陥が発生し易くなる。
【００２１】ＳiＯ2：ＳiＯ2はＴiＯ2と共にスラグ形成
剤をなすものであり、特に溶接時のビード形状を整える
と共に母材とのなじみを向上させる効果がある。しか
し、ＳiＯ2が０.２０％未満ではこのような効果が期待
できず、また、逆に多すぎると溶融スラグの粘性が低下
してビード形状がかえって劣化する。また同時にＳiＯ2
の増加と共に溶接時のスラグ剥離性も低下する。よっ
て、ＳiＯ2量はワイヤ全重量比にて０.２０〜１.５０％
とする。
剤をなすものであり、特に溶接時のビード形状を整える
と共に母材とのなじみを向上させる効果がある。しか
し、ＳiＯ2が０.２０％未満ではこのような効果が期待
できず、また、逆に多すぎると溶融スラグの粘性が低下
してビード形状がかえって劣化する。また同時にＳiＯ2
の増加と共に溶接時のスラグ剥離性も低下する。よっ
て、ＳiＯ2量はワイヤ全重量比にて０.２０〜１.５０％
とする。
【００２２】Ａl2Ｏ3：Ａl2Ｏ3もＴiＯ2、ＳiＯ2と共に
スラグ形成剤をなすものであり、ＳiＯ2と同様に溶接時
のビード形状を整えると共に母材とのなじみを向上させ
る効果がある。特に適当にスラグの高温粘度を調整する
ことに有効な原料であり、０.２０％未満ではスラグの
粘性が低すぎて立向溶接等でのビードの垂れ落ちが生じ
易くなる。しかし、逆に多すぎるとスラグ粘性が高くな
りすぎてスラグ巻き等の溶接欠陥が生じやすくなると共
にスラグ剥離性の低下も引き起こす。このため、Ａl2Ｏ
3の添加範囲はワイヤ重量比にて０.２０〜１.５０％と
する。
スラグ形成剤をなすものであり、ＳiＯ2と同様に溶接時
のビード形状を整えると共に母材とのなじみを向上させ
る効果がある。特に適当にスラグの高温粘度を調整する
ことに有効な原料であり、０.２０％未満ではスラグの
粘性が低すぎて立向溶接等でのビードの垂れ落ちが生じ
易くなる。しかし、逆に多すぎるとスラグ粘性が高くな
りすぎてスラグ巻き等の溶接欠陥が生じやすくなると共
にスラグ剥離性の低下も引き起こす。このため、Ａl2Ｏ
3の添加範囲はワイヤ重量比にて０.２０〜１.５０％と
する。
【００２３】金属弗化物：ＣaＦ2、フッ化ソーダ、硅フ
ッ化カリ、氷晶石等の各種金属弗化物原料は一般的には
溶接時のスラグの高温粘性や塩基度の調整作用がよく知
られている。しかし、本発明者らは、本発明のワイヤに
おいてはこれら金属弗化物を添加することでスラグ剥離
性が向上することを見い出した。このようなスラグ剥離
性の改善効果は、ワイヤ重量比で０.２５％未満では明
確ではなく、金属弗化物の増加と共にスラグ剥離性は向
上し、５.０％程度までは良好なスラグ剥離性を維持す
ることが確認された。しかし、このような金属弗化物の
増加と共にスパッタの発生が顕著となることから、本発
明においては金属弗化物の添加上限を１.３５％とす
る。
ッ化カリ、氷晶石等の各種金属弗化物原料は一般的には
溶接時のスラグの高温粘性や塩基度の調整作用がよく知
られている。しかし、本発明者らは、本発明のワイヤに
おいてはこれら金属弗化物を添加することでスラグ剥離
性が向上することを見い出した。このようなスラグ剥離
性の改善効果は、ワイヤ重量比で０.２５％未満では明
確ではなく、金属弗化物の増加と共にスラグ剥離性は向
上し、５.０％程度までは良好なスラグ剥離性を維持す
ることが確認された。しかし、このような金属弗化物の
増加と共にスパッタの発生が顕著となることから、本発
明においては金属弗化物の添加上限を１.３５％とす
る。
【００２４】Ｆe、Ｍn、Ｍgの金属酸化物：本発明のワ
イヤの開発に当たり各種金属酸化物原料の溶接作業性に
対する影響を調査したところ、ＴiＯ2、ＦeＯ(Ｆe2Ｏ3
も含む)、ＭnＯ、ＭgＯ等はスラグ剥離性を向上させ、
ＳiＯ2、ＣrＯ(Ｃr2Ｏ3)、ＮbＯ、Ｖ2Ｏ3等は逆にこれ
を低下させること、またＡl2Ｏ3は最適な添加範囲があ
ることが判明した。このため、本発明においては、前述
のようにＴiＯ2、ＳiＯ2、Ａl2Ｏ3については総合的な
溶接作業性を考慮してその最適範囲を定めると共に、積
極的にＦeＯ、ＭnＯ、ＭgＯ等のＦe、Ｍn、Ｍgの各金属
酸化物の少なくとも１種以上を添加することとする。そ
の添加量の下限としては添加による改善効果の見られる
０.０２％とする。しかし、これら酸化物はいずれも過
度に添加することによってスパッタの発生が顕著となる
ことから、添加上限を１.００％とする。
イヤの開発に当たり各種金属酸化物原料の溶接作業性に
対する影響を調査したところ、ＴiＯ2、ＦeＯ(Ｆe2Ｏ3
も含む)、ＭnＯ、ＭgＯ等はスラグ剥離性を向上させ、
ＳiＯ2、ＣrＯ(Ｃr2Ｏ3)、ＮbＯ、Ｖ2Ｏ3等は逆にこれ
を低下させること、またＡl2Ｏ3は最適な添加範囲があ
ることが判明した。このため、本発明においては、前述
のようにＴiＯ2、ＳiＯ2、Ａl2Ｏ3については総合的な
溶接作業性を考慮してその最適範囲を定めると共に、積
極的にＦeＯ、ＭnＯ、ＭgＯ等のＦe、Ｍn、Ｍgの各金属
酸化物の少なくとも１種以上を添加することとする。そ
の添加量の下限としては添加による改善効果の見られる
０.０２％とする。しかし、これら酸化物はいずれも過
度に添加することによってスパッタの発生が顕著となる
ことから、添加上限を１.００％とする。
【００２５】Ｎb、Ｖ：前述の如くワイヤ中でのＮb酸化
物やＶ酸化物の存在は、たとえそれが極微量であっても
溶接スラグの剥離性を劣化させることが判明した。これ
ら酸化物は従来は不可避的不純物として考えられていた
が、本発明においては積極的に排除することでスラグ剥
離性の改善を図ることに成功した。
物やＶ酸化物の存在は、たとえそれが極微量であっても
溶接スラグの剥離性を劣化させることが判明した。これ
ら酸化物は従来は不可避的不純物として考えられていた
が、本発明においては積極的に排除することでスラグ剥
離性の改善を図ることに成功した。
【００２６】しかし、このような元素は外皮ステンレス
鋼中にも同成分が不純物として混入していることも多
く、これが溶接時に酸化されることでスラグ中に混入
し、スラグ剥離性の低下を招くことも確認された。この
ため、本ワイヤにおいては、外皮ステンレス鋼中での不
純物としてのＮb含有量を０.０１５％以下、Ｖ含有量を
０.１０％以下とし、更に、充填フラックス中より混入
してくるこれら元素並びにその酸化物等の化合物を、Ｎ
b、Ｖ換算値にて、ワイヤ重量比で、Ｎb：０.０７５％
以下、Ｖ：０.１０％以下とする。
鋼中にも同成分が不純物として混入していることも多
く、これが溶接時に酸化されることでスラグ中に混入
し、スラグ剥離性の低下を招くことも確認された。この
ため、本ワイヤにおいては、外皮ステンレス鋼中での不
純物としてのＮb含有量を０.０１５％以下、Ｖ含有量を
０.１０％以下とし、更に、充填フラックス中より混入
してくるこれら元素並びにその酸化物等の化合物を、Ｎ
b、Ｖ換算値にて、ワイヤ重量比で、Ｎb：０.０７５％
以下、Ｖ：０.１０％以下とする。
【００２７】Ｓ：通常のステンレス鋼用フラックス入り
ワイヤ中でのＳは不可避的不純物として外皮／充填フラ
ックスの双方より混入するものであり、Ｐと共にＳの存
在は溶着金属の高温割れ感受性を高めるため、従来技術
においてはこれを極力低下させる努力が行われてきた。
しかるに、本発明者らはワイヤ中に適量のＳを積極添加
することで、溶融金属の粘性を下げることに成功し、こ
れによって溶接中でのワイヤ先端部の溶融金属の離脱／
移行状態の大幅な安定化を図り、スパッタの発生を激減
させうることを発見した。この知見より、本発明におい
ては、必要に応じてＳを積極添加することができる。添
加する場合、このような効果の認められるＳの下限値と
してワイヤ全重量比で０.００３％とし、また添加の上
限は溶着金属の耐高温割れ性能の劣化挙動よりワイヤ全
重量比で０.０３５％とする。
ワイヤ中でのＳは不可避的不純物として外皮／充填フラ
ックスの双方より混入するものであり、Ｐと共にＳの存
在は溶着金属の高温割れ感受性を高めるため、従来技術
においてはこれを極力低下させる努力が行われてきた。
しかるに、本発明者らはワイヤ中に適量のＳを積極添加
することで、溶融金属の粘性を下げることに成功し、こ
れによって溶接中でのワイヤ先端部の溶融金属の離脱／
移行状態の大幅な安定化を図り、スパッタの発生を激減
させうることを発見した。この知見より、本発明におい
ては、必要に応じてＳを積極添加することができる。添
加する場合、このような効果の認められるＳの下限値と
してワイヤ全重量比で０.００３％とし、また添加の上
限は溶着金属の耐高温割れ性能の劣化挙動よりワイヤ全
重量比で０.０３５％とする。
【００２８】Ｏ：外皮に含有される酸素は、通常は大部
分が酸化物としての介在物の形態で存在している。この
ような酸化物は溶接時にワイヤ未溶融部でのアークの起
点として作用し、ワイヤ先端における安定したアーク発
生点となるものであり、ひいてはスパッタ発生量の低減
に効果をもたらすことが明らかになった。このようなア
ーク安定性を高める効果は、外皮中の酸素量が５０ppm
以上で明確となる。しかし、外皮中の酸素量が過多にな
ると、外皮中の酸化物(介在物)が伸線加工中において断
線の原因となるために、酸素量としての上限は３００pp
mに抑えることが望ましいことが明らかになった。しか
し、このようなアーク安定剤としての酸化物は溶接用ワ
イヤとしての表面に存在すれば良いことになるため、ワ
イヤの外皮中に含まれる酸化物として存在する必要はな
く、ワイヤ伸線後に表面を強制酸化させることであって
もその目的は達成されることになる。このような処理を
実施する場合を考慮すれば、ワイヤ外皮中の総酸素量と
して５０ppmから１０００ppmが望ましいレベルである。
ここで上限を１０００ppmとしたのは、表面酸化等の処
理を行った場合、過度の酸化処理による悪影響としてワ
イヤ表面の酸化によるワイヤ送給性の低下が生じるため
である。
分が酸化物としての介在物の形態で存在している。この
ような酸化物は溶接時にワイヤ未溶融部でのアークの起
点として作用し、ワイヤ先端における安定したアーク発
生点となるものであり、ひいてはスパッタ発生量の低減
に効果をもたらすことが明らかになった。このようなア
ーク安定性を高める効果は、外皮中の酸素量が５０ppm
以上で明確となる。しかし、外皮中の酸素量が過多にな
ると、外皮中の酸化物(介在物)が伸線加工中において断
線の原因となるために、酸素量としての上限は３００pp
mに抑えることが望ましいことが明らかになった。しか
し、このようなアーク安定剤としての酸化物は溶接用ワ
イヤとしての表面に存在すれば良いことになるため、ワ
イヤの外皮中に含まれる酸化物として存在する必要はな
く、ワイヤ伸線後に表面を強制酸化させることであって
もその目的は達成されることになる。このような処理を
実施する場合を考慮すれば、ワイヤ外皮中の総酸素量と
して５０ppmから１０００ppmが望ましいレベルである。
ここで上限を１０００ppmとしたのは、表面酸化等の処
理を行った場合、過度の酸化処理による悪影響としてワ
イヤ表面の酸化によるワイヤ送給性の低下が生じるため
である。
【００２９】なお、ステンレス鋼外皮の成分組成として
は、上記の各成分量を規制したものであれば、他の成分
はいわゆるステンレス鋼として含有する元素並びに含有
量が可能であるのは言うまでもない。ステンレス鋼の一
例として、ＪＩＳ Ｇ ４３０４“熱間圧延ステンレス鋼
板”、ＪＩＳ Ｇ ４３０５“冷間圧延ステンレス鋼
板”、ＪＩＳ Ｇ ４３０７“冷間圧延ステンレス鋼帯”
に記載されているオーステナイト系ステンレス鋼が挙げ
られ、これらに類似の成分組成のものも可能である。勿
論、本発明の対象とするステンレス鋼も高温用であれば
これらの成分系及び組成のものが可能である。また、フ
ラックス入りワイヤの断面形状、ワイヤ径等々も適宜決
められる。
は、上記の各成分量を規制したものであれば、他の成分
はいわゆるステンレス鋼として含有する元素並びに含有
量が可能であるのは言うまでもない。ステンレス鋼の一
例として、ＪＩＳ Ｇ ４３０４“熱間圧延ステンレス鋼
板”、ＪＩＳ Ｇ ４３０５“冷間圧延ステンレス鋼
板”、ＪＩＳ Ｇ ４３０７“冷間圧延ステンレス鋼帯”
に記載されているオーステナイト系ステンレス鋼が挙げ
られ、これらに類似の成分組成のものも可能である。勿
論、本発明の対象とするステンレス鋼も高温用であれば
これらの成分系及び組成のものが可能である。また、フ
ラックス入りワイヤの断面形状、ワイヤ径等々も適宜決
められる。
【００３０】次に本発明の実施例を示す。
【００３１】
【実施例】表１、表２、表３、表４に示す成分組成の各
種のフラックス入りワイヤ(ワイヤ径１.２φ)を試作
し、溶接試験を行い、高温特性、溶接作業性等を調べ
た。外皮には３０４Ｌ系ステンレス鋼(主成分として、
Ｃr：１９％、Ｎi：１０％を含む)を使用した。
種のフラックス入りワイヤ(ワイヤ径１.２φ)を試作
し、溶接試験を行い、高温特性、溶接作業性等を調べ
た。外皮には３０４Ｌ系ステンレス鋼(主成分として、
Ｃr：１９％、Ｎi：１０％を含む)を使用した。
【００３２】高温特性は、高温用の３０４系ステンレス
鋼(通称３０４Ｈ)を母材とし、電流２００Ａ、電圧３０
ＶのＪＩＳ Ｚ３３２３に従った溶接条件で炭酸ガスア
ーク溶接を行い、溶接部より引張試験片を採取して、高
温引張試験を実施した。７５０℃での高温引張延性及び
高温破断強度が、それぞれ２７％、２１０Ｎ／mm2以上
の場合を本発明設計範囲内で合格とした。
鋼(通称３０４Ｈ)を母材とし、電流２００Ａ、電圧３０
ＶのＪＩＳ Ｚ３３２３に従った溶接条件で炭酸ガスア
ーク溶接を行い、溶接部より引張試験片を採取して、高
温引張試験を実施した。７５０℃での高温引張延性及び
高温破断強度が、それぞれ２７％、２１０Ｎ／mm2以上
の場合を本発明設計範囲内で合格とした。
【００３３】溶接作業性は、上記の高温特性試験での溶
接時に評価するとともに、板厚６mmｔのＳＵＳ３０４鋼
を用いた水平すみ肉溶接を行うことで評価した。また、
その他の特性として、高温割れ感受性はフィスコ割れ試
験によってクレータ割れの発生状況により評価した。伸
線性は実生産ラインで用いる伸線条件でもって評価し
た。
接時に評価するとともに、板厚６mmｔのＳＵＳ３０４鋼
を用いた水平すみ肉溶接を行うことで評価した。また、
その他の特性として、高温割れ感受性はフィスコ割れ試
験によってクレータ割れの発生状況により評価した。伸
線性は実生産ラインで用いる伸線条件でもって評価し
た。
【００３４】試験結果を表５、表６に示すように、本発
明例では、いずれも優れた高温特性が得られていると共
に、スラグ剥離性に優れ、スパッタ発生量が少ない等で
溶接作業性も良好である。
明例では、いずれも優れた高温特性が得られていると共
に、スラグ剥離性に優れ、スパッタ発生量が少ない等で
溶接作業性も良好である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】
【表５】
【００４０】
【表６】
【００４１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高温用途用の溶接材料として良好な高温特性を有すると
共に、溶接作業性も優れ、特にスラグ剥離性に優れ、ス
パッタ発生量の少ないステンレス鋼用フラックス入りワ
イヤを提供することができ、フラックス入りワイヤの一
層の普及に寄与する効果は顕著である。
高温用途用の溶接材料として良好な高温特性を有すると
共に、溶接作業性も優れ、特にスラグ剥離性に優れ、ス
パッタ発生量の少ないステンレス鋼用フラックス入りワ
イヤを提供することができ、フラックス入りワイヤの一
層の普及に寄与する効果は顕著である。
【図１】ＴＩＧ溶接金属と従来のフラックス入りワイヤ
溶接金属との高温特性を示す図である。
溶接金属との高温特性を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夏目松吾 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (56)参考文献 特公 平７−83952（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で(以下、同じ)、ステンレス鋼よ
りなる外皮にフラックスを充填したステンレス鋼用フラ
ックス入りワイヤにおいて、 該ステンレス鋼外皮全重量中の含有量として、 酸素量：５０〜１０００ppm、 Ｎb：０.０１５％以下、 Ｖ：０.１０％以下、 炭素：０.０１５％以下、 窒素：０.０２５％以下、 に規制し、かつ、 充填フラックス中に、炭素源、窒素源として、金属Ｃ
r、金属Ｍn又はこれら元素との各種合金原料或いは化合
物、及び／又は、グラファイト或いは炭酸塩を除く炭素
化合物原料の少なくとも１種から、ワイヤ重量比にて、 炭素：０.０２０〜０.１０％ 窒素：０.００８〜０.０８％ を含有し、 充填フラックス中には金属Ｓi及び／又はＳi合金を含
む脱酸剤を実質的に含有しておらず、 充填フラックス中にスラグ成分として、ワイヤ重量比
にて、 ＴiＯ2：５.５０〜１５.５０％、 ＳiＯ2：０.２０〜１.５０％、 Ａl2Ｏ3：０.２０〜１.５０％、 金属弗化物：０.２５〜１.３５％、 Ｆe、Ｍn、Ｍgの金属酸化物の少なくとも１種以上:０.
０２〜１.００％、を含有し、 充填フラックスより不可避的不純物として混入してく
るＮb、Ｖ、及びこれらの化合物を、ワイヤ重量比に
て、Ｎb、Ｖ換算量で、 Ｎb：０.０７５％以下、 Ｖ：０.１０％以下、 に規制し、 充填フラックス中に故意に添加、若しくは不可避的に
混入してくる低融点金属のＡs、Ｓb、Ｐb、Ｂi及びこれ
らの酸化物或いは化合物を、ワイヤ重量比にて、Ａs、
Ｓb、Ｐb、Ｂi換算量で、 Ａs：０.０１０％以下、 Ｓb：０.０１０％以下、 Ｐb：０.００８％以下、 Ｂi：０.００８％以下、に規制したことを特徴とするス
テンレス鋼用フラックス入りワイヤ。 - 【請求項２】 ワイヤ中のＳ、Ａs、Ｓb、Ｐb、Ｂiを、
ワイヤ重量比にて、 Ｓ：０.００３〜０.０３５％、 ５×(Ｂi＋Ｐb)＋２×(Ａs＋Ｓb)：０.０６５％以下、
と規制したことを特徴とする請求項１に記載のステンレ
ス鋼用フラックス入りワイヤ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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