JP4639598B2 - エレクトロガスアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
希土類元素(すなわちREM )は、製綱および鋳造時の介在物微細化,溶接金属の靭性改善のために有効な元素である。ただし、通常の逆極性(すなわち溶接用鋼ワイヤをプラス極)のエレクトロガスアーク溶接においては、鋼素線に REMを添加するとアークの集中が生じて、スパッタを低減する効果が得られない。しかし、正極性(すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極)のエレクトロガスアーク溶接においては、溶滴の微細化と移行の安定化を図るために不可避的な元素である。この溶滴の微細移行と電流変動に対する溶滴移行の安定化によって、スパッタの発生を抑制し、安定したエレクトロガスアーク溶接が可能となる。REM含有量が 0.015質量%未満では、この溶滴の微細移行の安定化効果が得られない。一方、 0.100質量%を超えると、溶接用鋼ワイヤの製造工程で割れが生じたり、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、REM は 0.015〜0.100質量%の範囲を満足する必要がある。なお、好ましくは 0.025〜0.050 質量%である。
Cは、溶接金属の強度を確保するために重要な元素であり、溶融メタルの粘性を低下させて流動性を向上する効果がある。しかしC含有量が0.20質量%を超えると、正極性の溶接において溶滴および溶融メタルの挙動が不安定となるのみならず、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Cは0.20質量%以下とした。一方、C含有量を過剰に減少させると溶接金属の強度を確保できない。そのため、 0.003〜0.20質量%とするのが好ましい。なお、0.01〜0.10質量%が一層好ましい。
Siは、脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。エレクトロガスアーク溶接では、Si含有量が0.05質量%未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。さらに正極性のエレクトロガスアーク溶接におけるアークの広がりを抑え、溶滴を微細化し挙動を安定化する作用を有する。一方、 2.5質量%を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。したがって、Siは0.05〜2.5 質量%の範囲内を満足する必要がある。ただしSi含有量が0.65質量%を超えると、小粒のスパッタが増加する傾向が現われるので、0.05〜0.65質量%の範囲内が好ましい。
Mnは、Siと同様に脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Mn含有量が0.25質量%未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。一方、3.5 質量%を超えると、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Mnは0.25〜3.5 質量%の範囲内を満足する必要がある。なお、溶融メタルの脱酸を促進し、ブローホールを防止するためには、0.45質量%以上が望ましい。そのため、0.45〜3.5 質量%とするのが好ましい。
Pは、鋼の融点を低下させるとともに、電気抵抗率を向上させ、溶融効率を向上させる元素である。さらに正極性のエレクトロガスアーク溶接において、溶滴を微細化し、アークを安定化させる作用も有する。しかしP含有量が 0.05質量%を超えると、正極性のエレクトロガスアーク溶接における溶融メタルの粘性が著しく低下し、アークが不安定となり、小粒のスパッタが多量に発生する。また、溶接金属の高温割れを生じる危険性が増大する。したがって、Pは0.05質量%以下とした。なお、好ましくは0.03質量%以下である。一方、鋼素線の鋼剤を溶製する製鋼段階でPを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量%以上が好ましい。そのため、 0.002〜0.03質量%とするのが一層好ましい。
Sは、溶融メタルの粘性を低下させ、溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴の離脱を促進し、正極性のエレクトロガスアーク溶接においてアークを安定化する。またSは、正極性のエレクトロガスアーク溶接においてアークを広げ、溶融メタルの粘性を低下させてビードを平滑にする効果も有する。しかしS含有量が0.02質量%を超えると、小粒のスパッタが増加するとともに、REM 析出物が粗大化し鋼材の加工性および歩留りが低下する。したがって、Sは0.02質量%以下とした。一方、鋼素線の鋼剤を溶製する製鋼段階でSを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量%以上が好ましい。そのため、 0.002〜0.02質量%とするのが好ましい。
Alは、強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸によって粘性を低下してビード形状を安定化(すなわちハンピングビードを抑制)する効果がある。逆極性のエレクトロガスアーク溶接では、明確な溶滴移行の安定化効果は認められないが、正極性のエレクトロガスアーク溶接では、350A以上の高電流溶接において溶滴移行の安定化効果が顕著に発揮される。一方、低電流溶接においては、短絡移行回数を増加させて溶滴移行の均一化とビード形状の改善を達成できる。また、Oとの親和力によって、溶接用鋼ワイヤの製造段階における REMの酸化ロスを低減する効果を有する。Alが 0.005質量%未満では、このような効果は得られない。一方、Alが3.00質量%を超える場合は、溶接金属の結晶粒が粗大化し、靭性が著しく低下する。したがって、Alは 0.005〜3.00質量%の範囲内が好ましい。
Oは、正極性のエレクトロガスアーク溶接において溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴に発生するアーク点を不安定にするとともに、溶滴の挙動を不安定にする作用がある。しかし、O含有量が0.0080質量%を超えると、正極性の高電流溶接におけるアーク安定化というREM 添加の効果が損なわれ、溶滴の揺動が増大してスパッタが多量に発生する。またOは、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階で REMと激しく反応してスラグを形成する作用を有しており、O含有量が0.0080質量%を超えると、REM の歩留りが著しく低下する。したがって、Oは0.0080質量%以下が好ましい。ただし、O含有量が0.0010質量%未満では、O添加の効果は十分に得られない。したがって、0.0010〜0.0080質量%が好ましく、さらに0.0010〜0.0050質量%が一層好ましい。
Caは、製綱および鋳造時に不純物として溶鋼に混入したり、あるいは伸線加工時に不純物として鋼素線に付着する。正極性のエレクトロガスアーク溶接では、Caが0.0008質量%を超えると、高電流溶接におけるアークの安定化というREM 添加の効果が損なわれる。したがって、Ca0.0008質量%以下が好ましい。
Moは、アシュキュラーフェライトの安定化元素としてオーステナイト粒の粗大化を抑制し、オーステナイト粒径を微細化すると同時に、オーステナイトからαフェライトへの変態時には焼入れ性増大元素として有効に機能し、結晶粒内のベイナイトあるいはアシュキュラーフェライトの生成を促進するので、本発明の大入熱溶接となるエレクトロガスアーク溶接における溶接金属の靭性向上のために重要な元素である。この効果を得るためには、0.05質量%以上含有する必要がある。しかし、過剰な添加は、著しい靭性低下を招くので 1.5質量%以下とする必要がある。したがってMoを含有させる場合は、0.05〜1.5 質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
Bは、溶接金属中のオーステナイト粒界に偏析してオーステナイト粒界における靭性に有害な初析フェライトの変態を抑止する働きがある。しかし、0.0005質量%未満ではこの抑止効果がない。また、過剰な添加は、著しい靭性低下を招くので 0.015質量%以下とする必要がある。したがってBを含有させる場合は、0.0005〜0.015 質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
Cr,Ni,Cu,Mgは、いずれも溶接金属の強度を増加し、耐候性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果が得られない。一方、過剰に含有すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Cr,Ni,Cu,Mgを含有させる場合、Cr:0.02〜3.0 質量%,Ni:0.05〜3.0 質量%,Cu:0.05〜3.0 質量%,Mg: 0.001〜0.20質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
Nb,Vは、いずれも溶接金属の強度,靭性を向上し、アークの安定性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果が得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Nb,Vを含有する場合は、Nb: 0.005〜0.5 質量%,V: 0.005〜0.5 質量%の範囲内を満足するのが好ましい。
Claims (4)
- 2個以上の電極を用いてエレクトロガスアーク溶接を行なうエレクトロガスアーク溶接方法において、前記電極のうちの1個または2個以上を正極性とし、かつ前記正極性の電極にCを0.20質量%以下、Siを0.05〜2.5質量%、Mnを0.25〜3.5質量%、希土類元素を0.015〜0.100 質量%、Pを0.05質量%以下、Sを0.02質量%以下、Oを0.0080質量%以下、Alを0.005〜3.00質量%、Caを0.0008質量%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である鋼素線からなるエレクトロガスアーク溶接用鋼ワイヤを使用することを特徴とするエレクトロガスアーク溶接方法。
- 前記鋼素線が、前記組成に加えて、Ti:0.02〜0.50質量%およびZr:0.02〜0.50質量%のうちの1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
- 前記鋼素線が、前記組成に加えて、Mo:0.05〜1.5 質量%、B:0.0005〜0.015 質量%を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
- 前記電極を2個使用して、一方を正極性とし、他方を逆極性とすることを特徴とする請求項1、2または3に記載のエレクトロガスアーク溶接方法。
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