JPH03294093A

JPH03294093A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH03294093A
Application number: JP9825190A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kato; 清加藤; Tsukasa Yoshimura; 司吉村; Hiroyuki Kyo; 京　広之; Hirotoshi Ishide; 石出　広俊
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1991-12-25
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JP2723335B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、溶接作業性が良好で、かつ優れた低温じん性
を得るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
に関するものである。

（従来の技術）フラックス入りワイヤは、ビード外観・溶接作業性が良
好である。また溶接能率が向上することから軟鋼および
５０キロ級高張力鋼の溶接に広く使用されている。

一方、６０キロ級高張力鋼・低温用Ａ１ギルド鋼の溶接
には、例えば低水素系の被覆アーク溶接棒が多く使用さ
れているが、溶接能率を高めるため、更には溶接作業性
が良いことから、フラックス入りワイヤの開発が強く望
まれている。

従来軟鋼および５０キロ級高張力鋼の溶接に使用されて
いたフラックス入りワイヤは、ルチールを主成分とする
フラックスが充填剤として使用されている。このルチー
ル系フラックス入りワイヤは、上述したように溶接作業
性という面では優れた特徴を持つが、一方溶接金属の材
質面からはじん性確保が難しく、特に−２０℃以下の低
温域においてじん性を確保するのは困難とされていた。

この理由としては、ＴｉＯ２が酸化性酸化物であり、溶
接時において、溶融金属から溶融スラグが浮上・分離し
難いため、非金属介在物として溶接金属中に残留し、結
果として溶接金属中の酸素量が７００〜９００ｐＩ）腸
と著しくなることに起因する。

このような問題を解決する方法の一例として、特公昭５
９−４４１５９号公報においてフラックス中にＭｇを添
加し、更に金属ＴＩ或はＦｅ−Ｔｉなどの状態でＴＩを
添加し、溶接金属の酸素量を低減させることによって低
温じん性の改善を図るという発明が開示されている。し
かし、単にＭｇ及びＴｉを添加するだけでは溶接金属の
酸素量を減少させることはできず、従って低温じん性に
ついても何等の改善もなされていなかった。

また、特公昭５Ｂ　−６８４０号公報では、Ｔ１及びＴ
ｉｅ、量とＢ及びＢ２０．量を制限することにより、大
入熱溶接を行なった場合でも良好な低温じん性を得るガ
ス被包アーク溶接用複合ワイヤが開示されている。しか
し、該発明においても溶接金属中の酸素量の低減は不十
分であり、そのため溶接金属のじん性は何等の改善もな
されていなかった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記諸問題を解決し、溶接作業性が良好で、
かつ優れたじん性を得るガスシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤを提供することを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するための本発明の要旨は、■鋼製外皮
にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用
フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対して
重量％で、ＴｉＯ２：２．５〜５．５％、ＭｇＯ：０．１〜２．０％、金属弗化物二重量として０．３６〜２．５％、Ｓｉ　　
　　：０．２〜１．２％、Ｍｎ　　　：１．０〜４．０％、Ｍｇ　　　：　０．１０〜１．０％を含有し、かつＮｉ　　　　＋０．５〜５．０％、Ｃｒ　　　　：　０．３〜２，５％、Ｍｏ　　　　：０．１〜２，０％の１種または２種以上を含有するガスシールドアーク溶
接用フラックス入りワイヤ。

■鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重
量に対して重量％で、Ｔｉｅ２　：２．５〜５．５％、ＭｇＯ：０．１〜２．０％、金属弗化物二重量として０，３６〜２，５％、Ｓｉ　　
　　：０．２〜１．２％、Ｍｎ　　　　：１．Ｏ〜４．０％、Ｍｇ　　　：　０．１０〜１，０％を含有し、かつＮｌ　　　　　：０．５〜５．０％、Ｃｒ　　　　　：０．３〜２．５％、Ｍｏ　　　　　：　　０．１〜２．０％の１種または２
種以上を含有し、更にＡｌ）　　　：　０．０１〜０．２％、Ｔｉ　　　　：
　０．０２〜０．２％、Ｚｒ　　　：　０．０２〜０．
２％、Ｂ　　　　：　０．００２〜０．０１％の１種または２
種以上を含有することを特徴とするガスシールドアーク
溶接用フラックス入りワイヤにある。

（作　　用）上述した如く、ルチール系フラックス入りワイヤは溶接
作業性が優れる点にその最大の特徴があるが、従来のワ
イヤ組成に単にミクロ組織微細化に有効であるとされて
いるＴ１．Ｂを複合添加しても、溶接金属のミクロ組織
は微細化されず、低温じん性は何等の改善もみなかった
。この原因について本発明者らは種々検討した結果、■
溶接時、溶融金属から溶融スラグが浮上分離せず非金属
介在物として溶接金属中に残留するため溶接金属中の酸
素量が増加し、 ■これら溶接金属中に残留したＴｉＯ２などの非金属介
在物が大形の複合介在物を形成し、ミクロ組織の微細化
に有効な核生成サイトを減少させるため、ミクロ組織の
微細化が十分に達成されず、その結果じん性が改善され
ないためであることを見いだした。

そこで、低温じん性を改善するには、ｌ）スラグの流動性を高め、かつ溶融金属の攪拌を促進
することにより、溶融金属からスラグを浮上・分離させ
る。

２）更に、Ｓｉ＊Ｍｎ及びＭｇなどの脱酸剤の脱酸効果
を高め、溶接金属中に残留する大形の非金属介在物を極
力少なくすることが必要であるとして、種々検討を行っ
た結果見いだしたものである。

以下に、本発明における成分組成限定理由について述べ
る。

Ｔ　ｉ　０２　　：２．５〜５．５　％Ｔ　ｔ　Ｏ２は
、ルチール系フラックス入りワイヤの主要成分であり、
溶接ビードに対するスラグ形成剤およびアーク安定剤と
しての性質を示すが、ワイヤ全重量に対して２．５％未
満では良好なビード形状が得られない。また５、５％を
超えると溶接金属中に酸素量が増加し、大形の非金属介
在物が増加するためミクロ組織が微細化されず、じん性
が低下するのでＴｉＯ２は２．５〜５．５％とした。

ＭｇＯ＋０．１〜２．０％ＭｇＯは、少量の添加で溶融金属からの溶融スラグの浮
上分離を促進し、溶接金属中の酸素量を低減する上で効
果がある。また、副次的作用として溶接後のスラグ剥離
が容易になるという特徴を持つ。

しかし、０．１％未満では上記効果が得られず、また２
、０％を超えるとスラグの被包性が急激に低下し、ビー
ドが凸型となる、アンダーカットが発生するため、Ｍｇ
Ｏは０．１〜２．０％とした。

金属弗化物：Ｆ量として０．３６〜２．５％弗化物は、
アークを安定化させ、更に溶融スラグの粘性を調整しか
つアーク中で解離しガス化した弗素ガスが溶融金属の攪
拌を促進する結果、溶融金属からのスラグの浮上分離を
促し、溶接金属中の酸素量を低下させるため使用する。

この金属弗化物のＦ置換算値が０．３６％未満では上記
効果が得られず、また２、５％を超えるとスラグの流動
性が過剰となりビード形状が悪化するので、弗化物はＦ
ｊｌとして０．３６〜２．５％とした。

また、弗化物としてはＣａＦ２・ＭｇＦ２ＢａＦ２　＊
ＮａＦなどを使用する。

Ｓ　ｉ：０．２〜１．２％脱酸剤として使用し溶接金属の酸素量を低減させる上で
効果がある。しかし０．２％未満では脱酸力が不足しブ
ローホールが発生し、また１、２％を超えるとフェライ
トを固溶硬化させじん性を低下させるので上限を１．２
％とした。

Ｍｎ＋１．０〜４．０％Ｍｎは脱酸を補助し溶融金属の流動性を改善する上で効
果があり、又強度・じん性を改善する上でも効果がある
。しかし、１．０％未満では脱酸不足となり溶接欠陥が
発生し易く、又４６０％を超えると溶接金属が脱酸過剰
となりビットやブローホールが発生し易くなるので１．
０〜４．０％とした。

Ｍｇ：０．１０〜１．０％Ｍｇは、高温のアーク中において酸素と反応し、ワイヤ
先端の溶滴の段階で脱酸反応が行われる。

その結果、脱酸生成物が溶融池内に残留しないこと、更
には溶融池内で反応するＳｉ　・Ｍｎの脱酸反応を助け
、溶接金属の酸素量を減少させる上で効果がある。

第１表に示す２Ｎのワイヤについて第２表・第２図の溶
接条件・開先形状による検討例を第１図に示す。

ＴｉＯ□量が４．５％、ＭｇＯ量が０．６％、金属弗化
物がＦ量として０．６２％であるＡグループのワイヤで
は、Ｍｇ量が増加するに従って溶接金属中の酸素量は減
少し、またＭｇ量が０，１０％以上で溶接金属のしん性
が著しく改善されることが明らかである。

一方、ＴｉＯ２量が６．５％でＭｇＯを含まず、金属弗
化物がＦ量として０．０９％であるＢグループのワイヤ
では、Ｍｇ量が増加すると溶接金属中の酸素量は若干減
少する傾向を示すが、その絶対量は４００〜５００ｐｐ
■の間にある。即ち、ＴｉＯ２量が過剰であり、ＭｇＯ
・金属弗化物量が不足するＢグループのワイヤでは酸素
量は減少せず、また大形の非金属介在物が要員に存在す
るためミクロ組織の微細化が達成されず、従って溶接金
属のしん性が改善されないことが明らかである。

しかし、０゜１０％未満では、上記効果が不足し、また
１、０％を超えるとアーク長が過大となり立向溶接にお
いて溶融金属が垂れ下がり、ビード形成が不可能となる
のでＭｇは０．ｌＯ〜１．０％とした。

Ｎｉ：　０．５〜５．０％Ｎ１は強度・低温じん性を確保するために添加するが、
０．５％未満では十分なしん住改善効果が得られず、又
５．θ％を超えると高温割れが発生し易くなるので０．
５〜５．０％とした。

Ｃｒ：　　０．３〜２．５　％Ｃｒは強度を高めるため適量添加する。しかし、０．３
０％未満では強度を高める効果が十分得られず、又２，
５％を超えるとじん性が低下するので０．３〜２．５％
とした。

Ｍｏ：　０．１〜２．０％Ｍｏは、溶接金属の焼き戻し軟化抵抗を高め、大入熱溶
接におけるミクロ組織の粗大化による強度の低下を防ぐ
ため使用する。しかし、０，１％未満では上記効果が不
足し、又２，０％を超えるとＭｏ炭化物を析出し、溶接
金属を著しく硬化させじん性を低下させるので０．１〜
２．０％とした。

本発明は以上の成分と残部は実質的に鉄からなるワイヤ
であるが、更にこれに下記のようにＡｌ。

ＴＩ、Ｚｒ、Ｂの１種又は２種を含有した本発明ワイヤ
は更にじん性の向上が期待できる。

Ａ［：０．０１〜０，２％ＡＩは強膜酸剤であり、溶着金属の酸化を妨げ、かつミ
クロ組織を微細化しじん性を改善する上で効果がある。

しかし、０．０１％未満ではじん住改善効果は得られず
、又０．２％を超えるとＡＩ酸化物が急激に増加して、
じん性を低下させるので、ＡＩ量は０．Ｏ１〜０．２％
とした。

Ｔｉ：０．０２〜０．２　％Ｔ１は強膜酸剤であり溶着金属の酸化を妨げ、かつＴ１
酸化物の生成により溶接金属のミクロ組織を微細化し、
じん住改善に効果がある。しかし、０．０２％未満では
ミクロ組織の微細化によるじん住改善効果が得られず、
又０．２％を超えると炭化物を形成し著しくじん性を損
なうので０．０２〜０．２％とした。

Ｚ　ｒ：０．０２〜０．２％Ｚｒは強膜酸剤であり溶着金属の酸化を妨げ、かつ溶接
金属のミクロ組織を微細化し、じん住改善に効果がある
。しかし、０．０２％未満ではミクロ組織の微細化によ
るじん住改善効果が得られず、又０．２％を超えると炭
化物を形成し著しくしん性を損なうので０．０２〜０．
２％とした。

Ｂ　：０．００２〜０．０１％Ｂは溶接金属のミクロ組織を微細化し、じん住改善に効
果がある。しかし、（１，００２％未満ではミクロ組織
の微細化によるじん住改善効果が得られず、又０．０１
％を超えると炭化物を形成し著しくじん性を損なうので
０．００２〜０．０１％とした。

以下、実施例により本発明を説明する。

（実施例１）第３表に示すワイヤを用いて、第４表及び第３図に示す
溶接条件・開先形状により８０キロ級高張力綱溶看金属
を作製した。この溶着金属から引張試験片及びシャルピ
ー衝撃試験片を採取し、機械試験を行なった結果を第５
表に示した。

又、−４０℃の吸収エネルギーが４．８ｋｇｚｆ−ｒｎ
以上あれば良好な低温じん性を有するとした。

第３表において０１〜Ｃ４が本発明ワイヤであり、Ｄ１
〜Ｄ４が本発明の限定外にある比較ワイヤである。

フラックス組成を本発明の限定内とした０１〜Ｃ４のワ
イヤは、いずれも母材強度に適した強度を得、かつ良好
な低温じん性を得る。

一方、ＭｇＯ量が本発明を超え、金属弗化物量が本発明
の範囲未満である比較ワイヤＤ１は、ＭｇＯ量が過剰で
あるためスラグの被包性が低下しビード形状が不良であ
り、更に金属弗化物量が不足するためのスラグの分離浮
上が不十分であるため、溶接金属中の酸素量が多く、そ
のためじん性が不足する。

Ｍｎ量が本発明の範囲未満で、Ｍｏ　、金属弗化物量が
本発明を超えるＤ２は、Ｍｎ量が不足するため脱酸が不
十分であること、更にＭｏ量が過剰であるため溶接金属
が過度に硬化したこととが相乗して、著しくじん性が低
下している。また、金属弗化物量が過剰であるため、ス
ラグの流動性が悪くなったためビードが不揃いとなって
いる。

Ｎ１　・Ｚｒ量が本発明の範囲を超え、Ｔ　ｉ　Ｏ２が
本発明の範囲未満であるＤ３は、Ｎｉ量が過多であるた
め溶接金属にミクロ割れが発生し、更にＺｒ量が過剰で
あるため溶接金属が過度に硬化したため著しくじん性が
低い。また、Ｔｉｅ２が不足するためスラグによる溶融
金属の保持力が不足しビード形状が悪くなっている。

Ｃｒ　−ＴｆＯｚが本発明の範囲を超えるＤ４は、Ｃｒ
量が過剰であるため溶接金属が過度に硬化したこと、更
にＴｉｅ、が過多であるため溶接金属中の酸素量が多く
なったことが相乗して著しくしん性が低い。

即ち、本発明によりルチール系フラブクス入りワイヤの
特徴である良好な溶接作業性を確保し、かつ溶接金属酸
素量低下によりミクロ組織を微細化することにより低温
じん性が改善され、かつ母材強度とバランスの取れた溶
接金属強度を確保できることが明らかである。

（実施例２）第６表に示すワイヤを用いて、第７表及び第４図に示す
溶接条件・開先形状により６０キロ級高張力鋼溶接継手
を作製した。この溶接継手から引張試験片及びシャルピ
ー衝撃試験片を採取し、機械試験を行なった結果を第８
表に示した。

又、−６０℃の吸収エネルギーが４．８ｋｇ　ｆ　−ｍ
以上あれば良好な低温じん性を有するとした。

１１６表においてＥ１〜Ｅ４が本発明ワイヤであり、Ｆ
ｌ−Ｆ４が本発明の限定外にある比較ワイヤである。

フラックス組成を本発明の限定内としたＥ１〜Ｅ４のワ
イヤは、いずれも母材強度に適した強度を得、かつ良好
な低温じん性を得る。

一方、Ｍｎ　−Ｔｉ　・Ｂ量が本発明の範囲を超える比
較ワイヤＦ１は、溶接金属が過度に硬化するため溶接金
属強度が高く、またじん性が低い。

Ｎ１　・Ｃｒ−Ｍｏｊｌを含まず、金属弗化物量が本発
明の範囲を超える比較ワイヤＦ２は、合金量が不足する
ため母材強度に適した強度が得られず、更に金属弗化物
量が過剰であるため、スラグの流動性が悪くなったため
ど一ドが不揃いとなる。

Ａｊｌ量が本発明の範囲を超え、金属弗化物量が本発明
の範囲未満である比較ワイヤＦ３は、ＡＩ量が過剰であ
るため溶接金属中の酸素量が増加し、更に適値に硬化し
たこととが相乗して、著しくじん性が低下している。ま
た、金属弗化物量が過剰であるため、スラグの流動性が
悪くなったためビードが不揃いとなっている。

Ｓｉ量が本発明の範囲未満であり、ＴｉＯ□が本発明の
範囲を超える比較ワイヤＦ４は、Ｓｉ量が不足するため
脱酸不足となり、ＴｉＯｚが過多であるため溶接金属中
の酸素量が多くなったことが相乗してじん性が低い。

即ち、本発明によりルチール系フラックス入りワイヤの
特徴である良好な溶接作業性を確保し、かつ溶接金属酸
素量低下によりミクロ組織を微細化することにより低温
じん性が改善され、かつ母材強度とバランスの取れた溶
接金属強度を確保できることが明らかである。

以上が本発明の主要構成であるが、アーク安定化や、少
量のスラグの物性調整によると一ド形状良好化を図るた
め、５ｉＣｈ　・Ａｌ２Ｏ５・ＺｒＯ２などの酸化物を
、その総量が８％を超えない範囲で添加することができ
る。

（発明の効果）以上に示したように、本発明ワイヤにより初めてルチー
ル系フラックス入りワイヤの特徴である優れた作業性を
確保し、かつ清浄な溶着鋼を得ることにより低温でのし
ん性を改善でき、また母材強度とバランスの取れた溶接
継手強度を確保でき、更には溶接能率をも著しく改善で
きる。

従って、低温じん性を要求される高張力鋼を使用する構
造物の溶接加工において溶接部の品質向上、溶接能率の
改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接金属のじん性・酸素量に及ぼすＭｇ量及び
ＴｉＯ２・ＭｇＯ・金属弗化物量の影響を示す図、第２
図は第１図で用いた開先形状を示す図、及び第３図・第
４図は本発明の実施例で用いた開先形状を示す図である
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ
全重量に対して重量％で、ＴｉＯ＿２：２．５〜５．５％、ＭｇＯ：０．１〜２．０％、金属弗化物：Ｆ量として０．３６〜２．５％、Ｓｉ：０
．２〜１．２％、Ｍｎ：１．０〜４．０％、Ｍｇ：０．１０〜１．０％を含有し、かつＮｉ：０．５〜５．０％、Ｃｒ：０．３〜２．５％、Ｍｏ：０．１〜２．０％の１種または２種以上を含有することを特徴とするガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（２）鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ
全重量に対して重量％で、ＴｉＯ＿２：２．５〜５．５％、ＭｇＯ：０．１〜２．０％、金属弗化物：Ｆ量として０．３６〜２．５％、Ｓｉ：０
．２〜１．２％、Ｍｎ：１．０〜４．０％、Ｍｇ：０．１０〜１．０％を含有し、かつＮｉ：０．５〜５．０％、Ｃｒ：０．３〜２．５％、Ｍｏ：０．１〜２．０％の１種または２種以上を含有し、更にＡｌ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０２〜０．２％、Ｚｒ：０．０２〜０．２％、Ｂ：０．００２〜０．０１％の１種または２種以上を含有することを特徴とするガス
シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。