JPS63123596A - ステンレス鋼溶接用フラツクス入りワイヤ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に用
いるフラックス入シワイヤの改良に係り、さらに詳しく
は、１００％ＣＯ□のシールドガスにおいてもスノッタ
の発生が少なく良好な溶接作業性を示すと共に、ワイヤ
製造時においては、伸線性が良好で、断線発生頻度が極
めて少ないステンレス鋼溶接用スラックス入シワイヤに
関するものである。

〔従来の技術〕

ステンレス鋼の溶接には従来被覆アーク溶接棒による手
溶接が主に用いられていたが、能率面からガスシールド
アーク溶接による自動、半自動化が進んでいる。

フラックス入）ワイヤを用いるステンレス鋼のガスシー
ルドアーク溶接は、ワイヤに内蔵されたフラックスによ
るスラグシールドとシールドガスによるガスシールドの
両方によって溶接金属を保護するので、ソリッドワイヤ
によるミグ溶接にくらベビード形状が良好で、プローホ
ール、融合不良などの欠陥が発生しにくいという特長が
あるため急速に普及している。

特に近年、姿勢溶接やよシ薄板への適用性から細径ワイ
ヤへの関心が高まシ、１．０隨φあるいはそれ以下のワ
イヤの需要が増大しつつある。

しかしながら、ステンレス鋼溶接用フラックス式シワイ
ヤの場合には、軟鋼用フラックス人シワイヤにくらべ、
外皮として用いるステンレス鋼自体の加工硬化性が大き
い上に、外皮のステンレス鋼成分と、目的とする溶着金
属成分との差を調整し九ル、溶接による合金成分の消耗
を補償したシするための合金元素を７ラツクス中に多量
に含有しなければならず、必然的に７ラツクスの充填率
が高く、外皮の肉厚が薄くなるため、伸線加工性が劣化
し、ワイヤ製造時の伸線工程においてしばしば断線トラ
ブルが生じ、しかもこの傾向は細径となるほど顕著で、
細径ステンレス鋼７ラツクス入シワイヤの生産性は低い
ものとなっていた。

また、溶接時には外皮ステンレス鋼の電気抵抗が大きい
上に、外皮肉厚が薄く電流密度が高くなるためスパッタ
発生量の増加が避けられなかった。

特にステンレス鋼の溶接においては、腐食の起点となシ
得るので、スパッタの除去が必要であシ、その作業工数
低減の観点からも、スバ。

夕発生量の低減が各方面よシ強く求められていた。

この点に関し、本発明者らは先に、７ラツクス人シワイ
ヤによるステンレス鋼のガスシールドアーク溶接におけ
るスパッタ低減を目的に種種検討した結果、スパッタ発
生量はワイヤ中のスラグ成分含有量が少ない程減少する
傾向を見出し、スラグ量が少なくても十分なスラグ被包
性と良好なスラグ剥離性を示すスラグ系として５ｉＯｚ
　−ＺｒＯ□−Ｔｉｅ２系成分組成分範囲すに到シ特願
昭６０−２０６２２２号として提案した。

しかし、実生産においては、用いる外皮ステンレス鋼の
チャージによっては伸線中にしばしば断線が発生し、特
にワイヤ径１．　Ｏｍｙｘ以下の極細径ワイヤの断線頻
度が高いため、極めて生産性が低く、新たに断線防止対
策を講する必要に迫られた。

このような問題点の改善方法として、充填するフラック
スの粒度を細かくし、粗粒原料粒子の外皮内壁へのくい
込みを減少させることによ　〔って断線を防止する技術
が特開昭５６−１３１０９７号公報あるいは特開昭５６
−１５４３００号公報に開示されているが、これらの方
法をステンレス鋼を外皮とするフラックス入シワイヤの
製造に適用した場合、断線回数の若干の減少効果は認め
られるものの、７ラツクス充填率が高い場合や極細径ワ
イヤの断線回数を皆無にするまでに　【は到らないはか
シか、細粒化による原料コストの増加やフラックスの充
填工程におけるフラックスの供給性が劣化し、フラック
スフィーダーやホラＡ−からの７ラツクスの定常的な排
出ができなくなることによる充填むらの原因ともなる。

また、特開昭５９−１３０６９８号公報には熱処理を施
すことＫよって外皮のビッカース硬度を３００以下に維
持して伸線を行う技術が開示されているが、このような
方法は熱処理回数が増し、生産能率が劣シ、コスト高と
ならざるを得ない。

：発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、以上のような問題点を解決すべくなされたも
のでありて、その目的とするところは、スパッタ発生量
が少なく溶接作業性が良好で、しかも伸線性にすぐれ、
特に細径ワイヤの伸線時にも断線が極めて発生しにくい
ステンレス鋼溶接用フラックス式）ワイヤの提供にある
。

：問題を解決するための手段〕 本発明者らは、７ラツクス人シワイヤによるステンレス
鋼のガスシールドアーク溶接におけるスパッタ低減を目
的に鋭意検討した結果、スパッタ発生量はワイヤ中に含
まれるスラグ成分量が少ない程減少する傾向が認められ
、少ないスラグ量でも十分なスラグ被包性と良好なスラ
グ剥離性を示すスラグ系としてＳ１０□−ＺｒＯｚ　−
Ｔ１０２系成分範囲を見出すに到りた。

一方、ステンレス鋼フ２ツクス入シワイヤの伸線時に発
生する断線の防止には、前述のようなフラックスの細粒
化や熱処理による効果もさるととなから１本質的には、
外皮として用いるステンレス鋼自体の伸線性を改善する
ことが必要で、そのためには外皮ステンレス鋼の合金成
分Ｎｉ　、　Ｃｒの含有量を従来よシも高くすることが
有効であるとの結論に達した。

本発明は、上記の知見に基づくものであって、その要旨
とするところは、Ｎｉ含有量が９．５〜１５チ、Ｃｒ含
有量が１６〜２７％で、かつ３．２ＸＮｉ（４）＋Ｃｒ
（！ｌ）が５０％以上であるオーステナイト系ステンレ
ス鋼外皮内に、フラックス成分として少なくともワイヤ
全重量に対し１．６〜３．７％のＳｉＯ０，７〜２．０
％のＺ　Ｔ０２．０．７〜４．２％の２’ Ｔ１０□、０．１〜０．７％の金属フッ化物、０．３〜
２．３％のＭｎを含有し、かつフラックス中のスラグ成
分の合計がワイヤ全重量の４．５〜９．５％であること
を特徴とするステンレス鋼溶接用フラククス入シワイヤ
にある。

以下に本発明を作用と共に詳細に説明する。

〔作用〕

まず、本発明の７ラツクス人シワイヤとは第１図（、）
〜（ｄ）にその−例を示すような断面形状のワイヤで、
パイプあるいは帯鋼から成る外皮１によって充填７ラツ
クス２を被包したものを意味する。

本発明は以下の実験結果に基づくものである。

まず、ＳＵＳ　３０４Ｌ鋼の帯鋼およびパイプを用いて
、第１図に示すような断面形状のフラックス組成および
充填率の異なるＪＩＳ　Ｚ　３３２３ＹＦ−３０８Ｌ相
当のワイヤ径１．２ｎのフラックス木シワイヤを製造し
、ＳＵＳ　３０４Ｌ鋼平板上にＤＣＲＰ　２００Ａ　３
１　Ｎ３０　ａｎ／―の溶接条件で炭酸ガスアーク溶接
を行ない、その時発生したスパッタを銅製捕集容器内に
集収、秤量することによって、比較し、スパッタ発生量
に影響を及ぼす要因について検討した。との時の充填率
の検討範囲は９〜３０％であった。

その結果、ワイヤ中のスラグ成分量とスパッタ発生量の
間に明らか壜相関が認められた。

すなわち第２図は、ワイヤ中のスラグ成分含有量とスパ
ッタ発生量との関係を示すものであシ、スノ々ツタの発
生量は、フラックス処方、ワイヤ断面形状、フラックス
充填率にはほとんど関係なく、ワイヤ中のスラグ成分量
の減少と共に減少するととが明らかとなりた。これはワ
イヤ中のスラグ成分含有量の低いワイヤは、フラックス
充填率が低く、外皮肉厚が厚いか、もしくはフラックス
中の金属成分量が多くなってお）、ワイヤ断面における
金属物質の占める割合が多くなる結果、溶接時の電流密
度が実質的に低下したことによるものと考えられる。

しかし々から、ガスシールドアーク溶接用７２，２１人
シワイヤにおけるスラグは、ビード形状を整え、溶接金
属を保護する働きがあわ、一般にその量が不足すれば、
上記の効果が発揮できず、ビード形状、ビード外観が悪
化したシ、スラグがビード表面にこびシついたシするた
め、単純にはスラグ量を低下させることはできない。

そとで少ないスラグ量でもスラグ被包性やスラグ剥離性
を損なわないスラグ成分系とするためにスラグ融点、流
動性について検討を重ねた結果、後述するような数値範
囲の５１０２−　ＺｒＯ２−Ｔ１０２系スラグを見出し
た。

次Ｋ、ワイヤの伸線性の改善を目的に、伸線性におよぼ
す外皮ステンレス鋼成分の影響を調査するため、第１表
に示すようにＮｉ　、　ｃｒ量を変化させた１５８１類
の帯鋼から外径８Ｂ、肉厚１．１順のパイプを作成し、
その中に５ＩＯ２１０％。

ＺｒＯ２６％、　ＴｉＯ□５　％　ｔ　ＦｅＯ２％、　
Ａｔ２０．１％。

ＮａＦ　１％、　Ｍｎ　５　％　、　Ａｔ−Ｍｇ　１％
、　Ｎｉ　１８　％　、　Ｃｒ４８チから成るフラック
スを充填率が２４％となるように充填し、光管伸線、お
よび３回の光輝焼鈍を経て１．６謁φの７ラツクス人シ
ワイヤを得た。

そして、１．６　ｍ＋φにおける最終焼鈍の後、１．０
ｍｉφの仕上げ径に到るまでの各ワイヤの断線回数を各
ダイス毎に調査した。

その結果は第２表に示すとおシでＮｌ　、　Ｃｒの合金
成分含有量の多い外皮を用いたワイヤ程断線頻度が少な
く、細径まで断線なく伸線が可能な傾向を示した。

そこで、さらに詳しくこれらＮｉ　、　Ｃｒ含有量の影
響を確認するため横軸に外皮ステンレス鋼中のＣｒ含有
量、縦軸にＮｉ含有量をとシ、伸線性た。

この図が示すように、外皮ステンレス鋼中のＮｉ　、　
Ｃｒ含有量が増加する程断線しにくくなシ、特に３．２
ＸＮｉ（％）＋Ｃｒ（％）　　の値が５０以上になると
ほとんど断線が発生しないことが判った。

なお、第３図におけるＯ印（外皮ムロ、７゜９）は最終
伸線で数回の断線が発生したが、この程度の断線であれ
ば、実生産時のダイススケジュールの若干の調整によっ
て防止可能な範囲と判断した。

以上に本発明において規定した、上記以外の各数値の限
定理由について述べる。

まず、ステンレス鋼外皮中のＮｉ含有量を９．５〜１５
ｑ６としたのは、９．５４未満では溶着金属中のＮｉ量
が少なくなシ、例えばＪＩＳ　Ｚ　３３２３に規定され
るようなフラックス人クワイヤの処方設計が困難になる
。またＣｒ含有量が比較的多い場合にはフェライト量が
多くなシ、熱間圧延時に割れが発生し帯鋼やパイプにす
ることができなくなる。

１５チを超えた場合には、溶着金属中のＮｉが多くなシ
すぎ、フラックス人シワイヤの現行規格からして、１５
チを超えたＮｉ量は必要がない。

ステンレス鋼外皮中のＣｒ含有量を１６〜２７チとした
のも、１６％未満では溶着金属中のＣｒ量が少なくな）
すぎ、ワイヤの処方設計ができなくなることによる。

Ｃｒ含有量が２７チを超えた場合にはフェライトが多く
なシ、前述のように熱間圧延時に割れが発生する。また
、現行のワイヤ規格からして２７％を超えたＣｒ量は必
要がない。

次に、フラックス成分については、　８１０２は被包性
の良いスラグを形成するに必要な成分であるが、１．６
チ未満ではその効果が発揮できず、スラグ被包性が劣化
し、３．７％を超えるとスラグの焼付きを生じ剥離性が
劣化する。５１０２原材料としてはケイ砂、ケイ石、お
よびケイ灰石。

ジルコンサンド、カリ長石等の原料の副成分を利用でき
る。

Ｚ　ｒｏ　２は、スラグに流動性を与え、スラグ量低減
に有効な成分であシ、０．７％未満ではその効果が不十
分であシ、逆に２．０％を超えた場合にはフラックスが
溶けにくくなシ、ワイヤ外皮と内部フラックスとの溶融
時間°差が拡がシアーク状態が劣化する。原材料として
は酸化ジルコニウム、ジルコンフラワー、ジルコンサン
ド等を用い得る。

ＴｌＯ２は、ち密で剥離性の良いスラグを形成するが０
．７チ未満ではその効果が発揮されず、４．２％を超え
るとスラグの流動性が劣化し、スラグ被包性を確保する
ために必要なスラグ量が増大し、スノ４　ｙりが発生し
やすくなる。原材料としては、ルチール、チタン白、チ
タンスラグ。

イルミナイト、さらにはチタン酸カリ、チタン酸ソーダ
、チタン酸カルシウム等のチタン酸塩が単独、あるいは
複合で用いられる。

金属フッ化物はスラグの融点調整や耐ピツト性改善のた
めに添加され、０．１　ｑ６未満では耐ピツト性が確保
できず、逆に０．７　％を超えるとスラグ融点が低くな
シ過ぎ、ビード形状が劣化すると共に、フッ素ガス発生
によってスノ臂ツタ量が増す。金属フッ化物としてはＣ
ａＦ２　、　ＮａＦ　。

ＡｔＩＰ、　ＭｇＦ２．　ＬｉＦ等を単独又は複合で用
いるが、上記範囲内であれば、その効果はどの７゜化物
も特に差違は認められなかった。

本発明においてスラグ成分とは、酸化物、フッ化物等の
非金属成分を意味するものであシ、先に述べた酸化物、
７ツ化物の他には、スラグ塩基度の調整やスラグの融点
、流動性の微調整に用いるＡｔ２０３　ｇ　Ｆ＊Ｏｅ　
ＭｇＯ＊　ＣａＯｅ　ＭｎＯｔＢａＯ、合金歩留シの調
整に用いるＣｒ２Ｏ３，Ｎｉｐ。

アーク状態の調整に用いるＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ
３。

さらにはスラグ剥離性の改善に用いるｐｂｏ　。

Ｂ１□０３等さらには、これら原料の不純物とじてのｐ
、ｓ等も含まれる。

本発明では、これらをも含めた全スラグ成分がワイヤ全
重量に対し４．５〜９．５％の範囲とすることがひとつ
のポイントであるが、これはスラグ成分量が９，５％を
超えた場合には前述のようにスノ母ツタ発生量が急激に
多くなるばかシでなく、ワイヤの伸線性も劣化する。

４．５％未満では、いかに被包性の良いスラグ系といえ
どもスラグ量が不足しスラグがビード表面を覆うことが
不可能となることによる。

なお、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物は過多
となるとスノぐツタ増加の原因となるので合計０．６チ
以内が、Ｂｉ２Ｏ，、ＰｂＯ等低融点化合物は、ビード
形状の劣化や靭性の低下をもたらすので総：ｆｉ　０．
２　％以下がそれぞれ望ましい。

また、フラックスは原材料粒度、フラックス成分、充填
方法等に応じて、固着剤によって造粒して用いることも
あるが、その場合には固着剤からもたらされる成分１例
えば水ガラスの場合では８１０２　、　Ｎａ２Ｏ、Ｋ２
Ｏ等が増加するととをあらかじめ考慮して原料配合を行
うことが必要である。

次に、Ｍｎは脱酸剤として添加するものであシ、耐割れ
性を改善しアークの安定化の効果もあるが、０．３チ未
満ではその効果が発揮できず、２．３％を超えるとスラ
グの流動性、スラグ剥離性を損う。

なお、ことで言うＭｎは、金属マンガンあるいはフェロ
マンガンを用いるものであ夛、鉄粉やステンレス鋼粉か
らもたらされるＭｎは含まないものとする。

これは鉄粉やステンレス鋼粉中に含まれるたかだか２チ
程度のＭｎでは脱酸剤としての効果が期待できないこと
による。

さて次に、ワイヤ断面形状について言及するならば、最
初に述べたように本発明では特にワイヤ断面形状にはと
られれない。しかしながら第１図（ａ）〜（ｃ）のよう
な単純円型断面のワイヤにおいては、溶接電流がワイヤ
の外皮のみに流れ、芯部のフラックスの溶融が遅れる結
果、アークが乱れた）、アークの集中性が悪くなって、
スラグ巻込みが発生したシする傾向が認められるが、こ
のような場合には７ラツクス中の金属成分量を多く（例
えば６５チ以上）にすることが望ましい。これはスラグ
主成分を形成する８１０　　＊　ＴｉＯｅ　ＺｒＯ２な
ど高融点酸化物の間に比較的低融点の金属粉が多量に入
シこむことにより℃、金属自体がアークの発生点になっ
たシ、アーク発生点にならなくても高融点酸化物よシ先
に゛溶融されるため７ラツクス全体が極めて溶融されや
すくなる結果、外皮との溶融のタイミングのずれがなく
なることによるものと考えられる。

それには、用いる外皮成分、目的とする溶着金属成分に
よって、用いる合金剤の合金成分濃度やフラックス充填
率を決定する必要がある。

以下に実施例によシ本発明の効果をさらに具体的に示す
。

〔実施例〕

第３表に示す組成のステンレス鋼の／４イブおよび帯鋼
を用いて、第４表に示す組成のＪＩＳＺ　３３２３相当
の各種ワイヤを製造した。すなわち、外皮として・ぐイ
ブを用いたものは第１図（＆）に示すシームレスタイプ
とし、ワイヤ径１．１゜ｎで最終焼鈍した後０．８　ｆ
ｆ１ｌφまで線引きし仕上げ径とした。さらに断線なく
仕上ったワイヤについては、ＤＣＲＰ　１３０Ａ　２７
　Ｖ　２０　ｃｍ／５ｋｃｌ溶接条件でＳＵＳ　３０４
Ｌ鋼板上に平板溶接を行い溶接作業性を調査した。

また外皮として帯鋼を用いたものは第１図（ｄ）に示す
断面形状とし、２．　Ｏｔｓｘφで成型した後、１．２
ｆｌφの仕上げ径まで線引きした。さらに断線なく仕上
ったワイヤについては、ＤＣＲＰ　２００Ａ３１Ｖ３０
ｃＩｎ／−の溶接条件で上記同様の平板溶接を行ない溶
接作業性を比較した。

その結果は第４表に合わせて示すとおシで、Ｎｉ含有量
や３．２　Ｘ　Ｎｉ（４）＋Ｃｒ（イ）値が低いステン
レス鋼の帯鋼やツクイブを外皮として用いたワイヤ憲１
，２，３，４，５，６，７，２０．４８では、いずれも
伸線性が劣シ、伸線工程でワイヤの断線が発生した。

また、ｓｉｏ□、　ＺｒＯ□、金属フッ化物含有量の少
ないワイヤ扁１２，１５，１７，２６，３０゜３１．３
８，４１，４２．スラグ成分量の少ないワイヤＡ　１２
　、２３　、　Ｔｉｅ２含有量の多いワイヤＡ４３では
スラグの被包性が不十分であった。

さらに、５１０２あるいはＭｎ含有量の多いワイヤ扁１
９　、２４　、３７　、　Ｔｉｅ２含有量の少ないワイ
ヤ４２３，２５．４１ではスラグの剥離性が劣ったＯ Ｚ　ｒＯ２含有量の多いワイヤ憲１６，２５．およびＭ
ｎ含有量の低いワイヤ４１０ではアーク状態が劣りた。

また、金属フッ化物あるいはワイヤ中のスラグ成分量の
多いワイヤ憲１８，３８，１１，３６゜５３の場合には
いずれもスパッタ発生量が増加する結果となった。

特にスラグ成分量が多く、しかも７ラツクス充填率の高
いワイヤｌ６２７の場合には、外皮ステンレス鋼の伸線
性は良好であるにもかかわらず断線が発生した。

これらに対し、外皮ステンレス鋼のＮｌ　、　Ｃｒ含有
量が高くしかも３．２　Ｘ　Ｎｌ　（％）＋　Ｃｒ（４
）の値が５０以上の帯鋼、パイプを用い、フラックス成
分範囲、スラグ成分量が適正な本発明７ラツクス人シワ
イヤの場合は、いずれも断線の発生がなく、アーク状態
が良好で、スパッタ発生量が少なく、スラグ被包性、ス
ラグ剥離性にも問題はなく、極めて良好な溶接作業性を
示した。

なお、第４表における溶接作業性の評価は。

◎：極めて良好、Ｏ：良好、Δ：やや不良、×：不良を
示すものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、外皮として用いるステンレス鋼
合金成分量を特定し、かつ、内包される７ラツクス成分
、スラグ成分量を特定することによシ、伸線工程におけ
るワイヤ断線を防止し、溶接作業性の良好なステンレス
鋼溶接用フラックス入シワイヤの生産性を高めたもので
あシ、特に極細径ワイヤの生産において効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　＃　（ｂ）　ｔ　（ｅ）　＃　（ｄ）は
各種フラックス人シワイヤの断面形状を示す模式図、第
２図はワイヤ中のスラグ成分含有量とスパッタ発生量の
関係を示す図、第３図は外皮ステンレス鋼の伸線におよ
ほすＮｉおよびＣｒ含有量の影響を示す図である。 １・・・外皮　　　　　　２・・・充填フラックス３・
・・継目。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎｉ含有量が９．５〜１５％、Ｃｒ含有量が１６〜２７
   ％で、かつ３．２×Ｎｉ（％）＋Ｃｒ（％）が５０％以
   上であるオーステナイト系ステンレス鋼外皮内に、フラ
   ックス成分として少なくともワイヤ全重量に対し１．６
   〜３．７％のＳｉＯ＿２、０．７〜２．０％のＺｒＯ＿
   ２、０．７〜４．２％のＴｉＯ＿２、０．１〜０．７％
   の金属フッ化物、０．３〜２．３％のＭｎを含有し、か
   つフラックス中のスラグ成分の合計がワイヤ全重量の４
   ．５〜９．５％であることを特徴とするステンレス鋼溶
   接用フラックス入りワイヤ。