JP3026899B2 - 低水素系被覆アーク溶接棒 - Google Patents
低水素系被覆アーク溶接棒Info
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Description
れ、且つHT60級以上の高強度な溶接金属を得ること
のできる低水素系被覆アーク溶接棒に関するものであ
る。
や低温じん性が優れていることから、拘束の大きな箇所
や高張力鋼の溶接に広く使用されている。一方、最近で
は、溶接構造物の大型化にともない、使用される鋼材も
厚くなる傾向を示すとともに、板厚減少のため高強度な
鋼材の使用も増加している。しかし、一般に溶接金属の
強度増加と、低温じん性確保は相反する傾向を示すた
め、高強度化とともにじん性を向上させる新たな手法が
必要となっている。
ば特公平2−42312号公報においては、Niを添加
し、且つMnとNiの合計を限定することによって、じ
ん性を向上させているが、平均値的には高じん性が得ら
れても安定化、すなわちばらつきの点からは十分な手法
とは言い難い問題点を残している。また、特公昭60−
5397号公報では被覆剤にチタン酸化物、硼素の酸化
物を添加することにより、溶接金属を細粒な均一組織と
し低温じん性、特にCTOD特性を向上することが開示
されているが、より高強度で高じん性な溶接金属の求め
られる要求に対しては、十分なものとはなっていない。
は、Cr−Mo系高温鋼用低水素系被覆アーク溶接棒に
Mgを添加して溶接金属中の酸素量を低減し、組織を微
細化して耐割れ性、溶接金属の延性を向上させる技術が
開示されているが、高強度、高じん性化に対して不十分
である。
な事情に着目し、高張力鋼、例えば60キロ級以上の高
張力鋼の溶接において、溶接金属の低温じん性が優れた
低水素系被覆アーク溶接棒を提供するものである。
ろは、重量%で、C:0.08%以下、P:0.006
%以下、S:0.004%以下、N:0.005%以
下、O:0.02%以下、に規制した鋼心線の周囲に、
金属炭酸塩:30〜60%、金属弗化物:13〜23
%、Mg:0.5〜5.0%を含有し、残部が脱酸剤、
合金剤、アーク安定剤、スラグ生成剤、粘結剤を含む被
覆剤を含有せしめ、被覆率(溶接棒全重量に対する被覆
剤重量の割合)が25〜45重量%となるように被覆
し、且つ被覆アーク溶接棒全重量に対して、Si:0.
2〜2.5%、Mn:0.2〜2.5%、Ni:1.0
〜7.5%、Ti:0.15%以下、Al:0.08%
以下に調整したことを特徴とする低水素系被覆アーク溶
接棒にある。更に平均粒径を75〜120μmに制限し
たMgを含有することも特徴とする。
属を低酸素化することが有効であることが知られてい
る。しかし、被覆アーク溶接棒においては、被覆剤の分
解によって発生する酸素や大気中の酸素が溶接時にアー
ク中に巻き込まれ、溶接金属中に入るため大幅な酸素量
低下には至らなかった。本発明者らは種々の検討を行っ
た結果、被覆剤中にMgを添加させること、溶接棒全体
のMnを管理すること、同様にAl,Tiを制限するこ
と、心線中のP,Sを制限することによって、高強度で
高じん性な溶接金属の得られる被覆アーク溶接棒を開発
したものである。以下に本発明における成分限定の理由
を詳細に説明する。
て、Cが0.08重量%を超えるとマルテンサイトを生
成してじん性が劣化する。且つ耐割れ性も劣る。また、
低温じん性を向上するために、P,S,N,Oを限定す
る。
てじん性が低下する。心線のP,Sは極力低下すること
が望ましいが、少なくするほど心線の製造コストが上昇
する。このため溶接金属の低温じん性低下に影響の少な
い範囲として、P,Sの量を、それぞれ0.006重量
%、0.004重量%以下とした。
じん性向上に有効である。溶接金属のN量は溶接中に大
気中から混入するものの他、溶接棒心線中のNによって
も影響される。このため心線のNをできるだけ低く抑え
ることが望ましいが、Nを低く抑えるには原料の厳選等
製造コストの上昇につながる。このため溶接金属の低温
じん性に悪影響の少ない範囲として、心線に使用するN
量を0.005重量%以下とした。
の脱酸剤や合金剤と反応してその歩留まりを低下させ、
溶接金属の性能のばらつきの原因となるほか、溶接金属
中に介在物を生じ、じん性低下の原因となる。このた
め、安定した溶接金属成分の得られる範囲として心線の
O量を0.02重量%以下とした。
は、C,P,S,N,O以外は特に規定しないが、他の
成分はJIS G3523に定められた範囲であること
が望ましい。
MgCO3 ,BaCO3 などを指し、アークの熱で分解
してガスを発生し、アーク雰囲気を大気から保護する働
きがある。それらの1種以上の合計が、30重量%未満
ではシールドガスが不足して溶接金属に大気中の窒素や
水素が多量に溶解し、じん性や耐割れ性の劣化を招く。
また、60重量%を超えるとアークが不安定になりビー
ド形状が悪化し、スラグの剥離性も悪くなるので30〜
60重量%の範囲とした。
lF3 などを指し、溶融スラグの流動性調整のため添加
するが、それらの1種以上の合計が、13重量%未満で
は溶融スラグの粘性が不足し、スラグの被包性が悪くな
り、ビード形状も劣化する。23重量%を超えて添加す
ると、被覆筒の形状が不完全となり、アークの安定性が
悪くなるので、13〜23重量%の範囲とした。
接金属を得るのに有効なほか、アーク安定剤として溶接
作業性確保の上でも非常に効果的である。その添加量が
0.5重量%未満では十分な脱酸効果が得られず、一方
5重量%を超えて添加すると溶接時アークが不安定とな
り、スパッタが増加するとともにスラグの粘性が低下
し、スラグの剥離性が劣化するので、Mgの添加範囲を
0.5〜5.0重量%とした。
須成分とするが、その他の成分は、主として脱酸剤、合
金剤、アーク安定剤、スラグ生成剤、粘結剤からなるも
のである。脱酸剤としては通常の脱酸剤でよい。合金剤
はMo,Cr,V,Nbなどを指し、溶接金属の強度増
加、耐熱性、耐食性などの向上の目的で、それぞれ必要
に応じて添加される。これらはそれぞれの金属粉のほ
か、鉄および他の金属との合金粉の形で添加される。ア
ーク安定剤、スラグ生成剤とは、鉄分、アルカリ成分、
ルチールなどを指す。また粘結剤としては、珪酸カリ、
珪酸ソーダなどを指す。
鋼心線の周囲に被覆剤重量が25〜45重量%となるよ
うに被覆する必要がある。被覆率とは、溶接棒全重量に
対する被覆剤の重量%を意味し、被覆率が25重量%未
満では保護筒としての機能が不十分になってシールド不
足を生じ、溶接金属中のNが増加してじん性が低下した
り、スパッタが増加したり、生成スラグ量の不足によっ
てビード外観が悪化する。一方、45重量%を超える
と、スラグ量が多くなりすぎるためにスラグ巻き込み等
の欠陥が発生し易くなると共に、開先幅の狭い溶接継手
に適用した場合に運棒が困難になる。
成分を溶接棒全体として調整する必要がある。この場
合、溶接棒全体の各成分の量は、Siの場合を例にとる
と、下記被覆率Aを考慮して、次式で表される量であ
る。 〔溶接棒のSi〕(%)=〔心線中のSi〕×(100
−A)/100+〔被覆剤中のSi〕×A/100
するものであるが、溶接作業性確保の上からも必要であ
る。溶接棒中の含有率が0.2重量%未満では、脱酸不
足によって溶接金属中に気孔が発生し易く、立向姿勢で
の溶接作業性が劣化する。一方、2.5重量%を超える
と溶接金属のじん性が低下するので、溶接棒のSi含有
率の範囲を0.2〜2.5重量%とした。
て重要であり、少なくとも0.2重量%含有させなけれ
ばならないが、2.5重量%を超えると上部ベイナイト
とマルテンサイトの混合組織となり、じん性を劣化させ
るので、溶接棒のMn含有率の範囲を0.2〜2.5重
量%とした。
金属で溶接棒のNiが1.0重量%未満になると高じん
性を得ることが困難となるので、1.0重量%以上とす
る必要がある。一方、7.5重量%を超えると溶接金属
の粒界が脆化して、粒界破壊が生じてじん性が低下する
ので、溶接棒のNi含有率の範囲を1.0〜7.5重量
%とした。
て有効であるが、0.15重量%を超えるとチタン炭化
物の析出が増加し、硬さを増したり硬さのばらつきも大
きくなり、じん性を劣化させるので溶接棒のTi含有率
の範囲を0.15重量%以下とした。
て有効であるが、0.08重量%を超えると、脱酸生成
物中のAl2 O3 が溶接金属中に多く残存して酸素量が
増加することによって、じん性が劣化するので溶接棒中
のAl含有率の範囲を0.08重量%以下とした。
最適添加率は上記のとおりであり、上記の要件を満足す
る限り本発明の目的は達成されるが、各元素の機能を総
合的に考慮し、溶接金属の低温じん性を一層効果的に高
めるためには、平均粒径を75〜120μmに制限した
Mgを使用するのが好ましい。これにより溶接金属にお
ける酸素量がより低減でき、溶接金属のじん性のばらつ
きが少なく、安定かつ向上するためである。平均粒径7
5μm未満では、Mgの平均粒径が小さすぎるため、本
発明が期待するじん性の安定化が少ない。この理由は、
低水素系被覆アーク溶接棒は、拡散性水素量低減のため
に高温乾燥を行っておりMgが酸化し、本来の機能を発
揮しないからである。平均粒径が120μmを超える場
合においては、溶接金属性能は良好で健全な溶接金属を
得ることができるが、塗装時におけるフラックスの流動
性に問題があり、生産性を阻害することがある。
例においては表1に示す化学成分を有する心線と、表2
及び表3に示す化学成分を有する被覆剤を用いて、心線
径4.0mmの外周に被覆剤を塗布し被覆アーク溶接棒
を作製した。
母材として厚さ25mmの鋼板にX開先をとりアーク溶
接を行った。なお溶接条件は、溶接電流150アンペ
ア、溶接入熱30kJ/cm、予熱・パス間温度100
〜200℃、立向姿勢で溶接継手を作製し、引張試験及
び試験温度−40℃での2mmVノッチ衝撃試験を行っ
た。また、溶接作業性、溶接金属の酸素量を調べた。そ
れらの調査結果を表4に示す。なお、酸素量は0.02
重量%未満を○印、0.02重量%以上を×印とした。
て満たしており、強度、じん性ともに良好な値を示し、
また溶接作業性も良好であった。
溶接棒E10,E11は、使用した心線のC,P,S,
N,Oが上限を超えるものがあり、いずれも本発明溶接
棒に比べ、著しく低温じん性が低い。溶接棒E12は、
溶接棒中のSi量が上限を超えるものであり、じん性が
低い。溶接棒E13は、金属炭酸塩と溶接棒中のTiが
上限を超えているので、溶接作業性が悪く、かつ強度が
高くなりすぎじん性が低い。溶接棒E14は、金属弗化
物および溶接棒中のMnが外れており、溶接作業性が悪
く、かつじん性が低下した。溶接棒E15は、被覆剤中
のMgが外れており脱酸効果が働かず酸素量が多くじん
性が劣った。溶接棒E16は、金属炭酸塩が下限を下回
っており、溶接作業性が悪かった。また、溶接棒中のA
1が外れており、酸素量が多くなりじん性が劣った。溶
接棒E17は、金属弗化物が上限を超えているため溶接
作業性が悪く、かつ溶接棒中のNi量が下限を下回って
おり、じん性が劣った。溶接棒E18は、被覆剤中のM
gが上限を超えているため、溶接作業性が劣った。溶接
棒E19は、溶接棒中のNiが上限を超えているため、
じん性が低い。溶接棒E20は、被覆率が下限を下回っ
ており、溶接作業性が悪く、窒素量が増加してじん性が
低い。
ク溶接棒において、心線、被覆剤および溶接棒全体の組
成、被覆率を規制したので、HT60級以上の高強度な
溶接金属を対象として優れたじん性が得られる。よっ
て、各種鋼構造物に対する溶接継手の信頼性を大幅に向
上することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C:0.08%以下 P:0.006%以下 S:0.004%以下 N:0.005%以下 O:0.02%以下 に規制した鋼心線の周囲に、 金属炭酸塩 :30〜60% 金属弗化物 :13〜23% Mg :0.5〜5.0% を含有し、残部が脱酸剤、合金剤、アーク安定剤、スラ
グ生成剤、粘結剤を含む被覆剤を含有せしめ、被覆率
(溶接棒全重量に対する被覆剤重量の割合)が25〜4
5重量%となるように被覆し、且つ被覆アーク溶接棒全
重量に対して、 Si:0.2〜2.5% Mn:0.2〜2.5% Ni:1.0〜7.5% Ti:0.15%以下 Al:0.08%以下 に調整したことを特徴とする低水素系被覆アーク溶接
棒。 - 【請求項2】 平均粒径を75〜120μmに制限した
Mgを含有することを特徴とする請求項1に記載の低水
素系被覆アーク溶接棒。
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- 1993-04-07 JP JP5103694A patent/JP3026899B2/ja not_active Expired - Fee Related
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