(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯを２０乃至３５質量％、Ａｌ2Ｏ3を５乃至１５質量％、鉄粉を１０乃至３０質量％、ＳｉＯ2を５乃至２０質量％、ＣａＦ2を３乃至１０質量％、ＴｉＯ2を５乃至１５質量％、ＣａＯを３乃至１０質量％、ＣＯ2を２乃至８質量％、Ａｌを０．５乃至３質量％、Ｍｎを０．５乃至３質量％、Ｓｉ及びＴｉの双方を総量で０．２乃至３質量％、Ｂ2Ｏ3を０．１乃至２質量％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、ＦｅＯ、ＺｒＯ２及びＭｎＯを総量で５重量％以下含有し、残部が不可避的不純物からなり、前記ＣａＯとＴｉＯ2との重量比ＣａＯ／ＴｉＯ2が０．４乃至０．９であることを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サブマージアーク溶接用ボンドフラックスに係り、軟鋼又は高張力鋼の入熱量５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱サブマージアーク溶接に関し、特に低温においても良好な靭性を得ることができるボンドフラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、構造物の大型化又は複雑化により、板厚又は溶接工数が増加している。このため、継手を大入熱で１パス又は２パス施工する方法が採用されている。１パスの代表的な施工法としては、鉄骨ボックスの角継手一層溶接又は片面一層溶接が挙げられる。この片面一層溶接には、裏ビード形成用ガラステープ、裏ビードの余盛り調整用固形フラックス、耐火材、ダンボールパット、被包フィルム及び両面接着テープから構成されている裏当材を開先裏面に押し当て、表面側から裏ビードを形成しながら溶接を行なう方法（以下  ＦＡＢ法という。）、また、銅板の上に裏当てフラックスを均一な厚さに敷き、それをエアホース等の簡単な押し上げ機構により開先裏面に押し当て、表面側から、裏ビードを形成しながら溶接を完了させる方法（ＦＣＢ法）、更に、熱硬化性樹脂を含んだ粉末の裏当てフラックスをベルト式又は桶型の溶接裏当て冶具内フラックス袋の中の下敷フラックスの上層にまき、下方のエアホースを膨張させることにより、フラックスを開先裏面に押し当て、表面側から一度に裏ビードも形成しながら溶接を完成させる方法（ＲＦ法）等がある。
【０００３】
また、２パスの代表的な施工法としては、両面一層溶接が挙げられる。
【０００４】
これらの大入熱溶接においては、溶接金属部の冷却速度が遅くなることから、溶接金属のミクロ組織は粗大な初析フェライトが大部分を占めるようになるため、溶接金属の靭性が低下する問題点がある。また、片面溶接又は両面一層溶接では、−４０℃乃至−６０℃程度の低温領域でも使用されるため低温靭性が要求される場合がある。
【０００５】
大入熱においても良好な靭性が得られる溶接方法として、特開平９−１５５５８８号公報に焼入れ性向上成分（Ｍｎ又はＭｏ等）の含有量を増加させ、靭性を向上させる方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には、大入熱溶接において、Ｍｎは、酸化されてスラグに移行しやすくなり、溶接金属中に安定して歩留まりにくいため、十分な焼入れ効果がないためにミクロ組織が微細になりにくく、−４０℃乃至−６０℃程度の低温において良好な靭性が得られない場合が認められるという問題点がある。
【０００７】
一方、Ｍｏは、析出強化又は固溶強化による溶接金属の強度向上には有効な成分であり、強度向上面からは焼入れ性向上成分といえるが、溶接金属のミクロ組織を微細にする効果は少なく、−４０℃乃至−６０℃程度の低温において良好な靭性が得られない場合が認められるという問題点がある。
【０００８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであって、５０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱溶接において、−４０℃乃至−６０℃程度の低温においても良好な靭性を有する溶接金属を得ることができるサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、ＭｇＯを２０乃至３５質量％、Ａｌ2Ｏ3を５乃至１５質量％、鉄粉を１０乃至３０質量％、ＳｉＯ2を５乃至２０質量％、ＣａＦ2を３乃至１０質量％、ＴｉＯ2を５乃至１５質量％、ＣａＯを３乃至１０質量％、ＣＯ2を２乃至８質量％、Ａｌを０．５乃至３質量％、Ｍｎを０．５乃至３質量％、Ｓｉ及びＴｉの双方を総量で０．２乃至３質量％、Ｂ2Ｏ3を０．１乃至２質量％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ、ＦｅＯ、ＺｒＯ２及びＭｎＯを総量で５重量％以下含有し、残部が不可避的不純物からなり、前記ＣａＯとＴｉＯ2との重量比ＣａＯ／ＴｉＯ2が０．４乃至０．９であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本願発明者等は、大入熱で良好な溶接金属靭性が得られないのは、溶接金属中に粗大初析フェライトが析出するためであり、更に、高い焼入れ性を確保し粗大初析フェライトの析出を抑えることが必要である。しかし、その場合に上部ベイナイトが生成すると強度が上昇し、０℃程度の靭性改善は認められるが、低温での靭性改善は認められない。上述のＭｏ添加の場合がこの代表例である。そこで、Ｍｎ又はＭｏに代わる焼入れ性向上成分について種々検討を重ねた。その結果本願発明者等は、溶接金属に含まれる微量のＡｌ添加により溶接金属の靭性に大きく影響を及ぼすことを新たに見出した。即ち、微量のＡｌ添加により溶接金属の組織が下部ベイナイト主体の微細組織になるため、靭性が向上する。
【００１１】
また、大入熱において良好な溶接作業性を確保するためにＣａＯとＴｉＯ２との重量比を規制する必要がある。この知見に基づき、溶接金属中の酸素量又は全体の溶接作業性を考慮して各成分を適正範囲内に決定したのが本発明のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスである。
【００１２】
以下、本発明に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスに含有される化学成分の成分限定理由について説明する。
【００１３】
ＭｇＯ：２０乃至３５質量％
ＭｇＯは、塩基成分であり、溶接金属中の酸素量を低減するのに有効な成分であり、粘性調整剤としての作用も有している。フラックス中のＭｇＯの含有量が２０質量％未満であると、溶接金属の酸素量が高くなり靭性が低下すると共に、ビードの蛇行又はアンダカットが発生しやすくなる。一方、フラックス中のＭｇＯの含有量が３５質量％を超えると、スラグは焼付き、剥離性が劣化すると共に、ポックマークが多発する。従って、ＭｇＯ量は２０乃至３５質量％とする。
【００１４】
Ａｌ2Ｏ3：５乃至１５質量％
Ａｌ2Ｏ3は中性成分であり、スラグの塩基度を下げることなく、スラグの粘性及び凝固温度を調整するのに有効な成分である。フラックス中のＡｌ2Ｏ3の含有量が５質量％未満であるとアンダカットが発生しやすくなる。一方、フラックス中のＡｌ2Ｏ3の含有量が１５質量％を超えると粘性が高くなりすぎてスラグ巻き込みが発生しやすくなると共に、ビードが凸になりやすい。従って、Ａｌ2Ｏ3量は、５乃至１５質量％とする。
【００１５】
鉄粉：１０乃至３０質量％
鉄粉は、一度に多量の溶着金属を必要とする片面サブマージアーク溶接の場合、溶着金属量を補うのに必要な成分である。フラックス中の鉄粉の含有量が１０質量％未満であると溶耀着金属を補う効果が得られない。一方、フラックス中の鉄粉の含有量が３０質量％を超えると溶融スラグの流動性が阻害されビード幅が不安定になり、アンダカットも発生しやすくなる。従って、鉄粉量は１０乃至３０質量％とする。
【００１６】
ＳｉＯ2：５乃至２０質量％
ＳｉＯ2は、酸性成分であり、スラグの粘性及び凝固温度を調整するのに有効な成分である。フラックス中のＳｉＯ2の含有量が５質量％未満であるとスラグの粘性が低くなりすぎるためビードが蛇行する。一方、フラックス中のＳｉＯ2の含有量が２０質量％を超えるとフラックスの塩基度が低下し溶接金属の酸素量が高くなり、靭性が低下する。従って、ＳｉＯ2量は、５乃至２０質量％とする。
【００１７】
ＣａＦ2：３乃至１０質量％
ＣａＦ2は、塩基性成分であり、溶接金属中の酸素量を低下させる効果があると共に、スラグの流動性を調整し、溶接中のスラグ−メタル間の反応を促進させるために有効な成分である。フラックス中のＣａＦ2の含有量が３質量％未満であると溶接スラグを形成するスラグ量が不足するためにビードが蛇行すると共に、溶接金属の酸素量が高くなり、靭性が低下する。一方、フラックス中のＣａＦ2の含有量が１０質量％を超えるとアークが不安定になりアーク切れを発生しやすくなる。従って、ＣａＦ2量は、３乃至１０質量％とする。好ましくは、ＣａＦ2量は、４乃至９質量％である。
【００１８】
ＴｉＯ2：５乃至１５質量％
ＴｉＯ2は、酸性成分であり、スラグの流動性を調整し、更に溶融時に還元されて溶接金属中にＴｉとして歩留まるため溶接金属の靭性向上に有効な成分である。フラックス中のＴｉＯ2の含有量が５質量％未満であると溶接金属中に供給されるＴｉ量が不足し、靭性が低下する。一方、フラックス中のＴｉＯ2の含有量が１５質量％を超えるとスラグが焼付き、剥離が劣化する。従って、ＴｉＯ2量は、５乃至１５質量％とする。
【００１９】
ＣａＯ：３乃至１０質量％
ＣａＯは、塩基性成分であり、フラックスの塩基度を高め溶接金属の酸素量低減に極めて効果のある成分である。フラックス中のＣａＯの含有量が３質量％未満であると溶接金属の酸素量が高くなり靭性が低下する。一方、フラックス中のＣａＯの含有量が１０質量％を超えるとスラグが焼付き、剥離性が悪くなる。従って、ＣａＯ量は、３乃至１０質量％とする。
【００２０】
金属炭酸塩（ＣＯ2換算）：２乃至８質量％
ＣＯ2は、溶接金属中の窒素量と拡散性酸水素量の低減に有効な成分である。フラックス中のＣＯ2の含有量が２質量％未満であると溶接金属中の拡散性水素量が高くなり、低温割れを発生しやすくする。一方、フラックス中のＣＯ2の含有量が８質量％を超えるとガス発生量が増えすぎてポックマークが発生しやすくなる。従って、ＣＯ2量は、２乃至８質量％とする。なお、フラックス中のＣＯ2成分は、金属炭酸塩として添加される。
【００２１】
Ａｌ：０．５乃至３質量％
Ａｌは、溶接金属のミクロ組織を微細にして、靭性を高めるのに有効な成分である。特に、大入熱溶接時に溶接金属に着実に歩留まり効果を発揮する。フラックス中のＡｌの含有量が０．５質量％未満であると大入熱溶接時の焼入れ性が不足し、靭性が低下する。一方、フラックス中のＡｌの含有量が３質量％を超えると焼入れが過度になり強度が上昇し、低温割れが発生しやすくなる。従って、Ａｌ量は、０．５乃至３質量％とする。好ましくは、０．５乃至２質量％である。なお、Ａｌは、Ａｌ単体の他、Ｆｅ−Ａｌ又はＡｌ−Ｍｇ等で添加することができる。
【００２２】
Ｍｎ：０．５乃至３質量％
Ｍｎは、焼入れ性を向上させて、強度及び靭性を高めるのに有効な成分である。フラックス中のＭｎの含有量が０．５質量％未満であると大入熱溶接時の焼入れ性が不足し、靭性が低下する。一方、フラックス中のＭｎの含有量が３質量％を超えるとスラグが焼付き、剥離が劣化する。従って、Ｍｎ量は、０．５乃至３質量％とする。好ましくは、０．５乃至２質量％である。なお、Ｍｎは、Ｍｎ単体の他、Ｆｅ−Ｍｎ等で添加することができる。
【００２３】
Ｓｉ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも１種又は２種の総量：０．２乃至３質量％
Ｓｉ又はＴｉは共に、溶接金属中の酸素量を抑えるのに有効な成分である。フラックス中のＳｉ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも１種又は２種の含有量が０．２質量％未満であると溶接金属の酸素量が高くなり、靭性が低下する。一方、フラックス中のＳｉ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも１種又は２種の含有量が３質量％を超えるとスラグが焼付き、剥離が劣化する。従って、Ｓｉ及びＴｉからなる群から選択された少なくとも１種又は２種の総量は、０．２乃至３質量％とする。なお、Ｓｉ、Ｔｉは単体の他、Ｆｅ−Ｓｉ又はＦｅ−Ｔｉ等で添加することができる。
【００２４】
Ｂ2Ｏ3：０．１乃至２質量％
Ｂ2Ｏ3は、溶接熱で還元され、Ｂ（ホウ素）として溶接金属中に歩留まって、溶接金属の靭性を向上させるのに有効な成分である。フラックス中のＢ2Ｏ3の含有量が０．１質量％未満であると溶接金属に歩留まるＢが不足し、靭性が低下する。一方、フラックス中のＢ2Ｏ3の含有量が２質量％を超えると溶接金属中のＢが過度に存在することにより高温割れが発生しやすくなる。従って、Ｂ2Ｏ3量は、０．１乃至２質量％とする。
【００２５】
ＣａＯ／ＴｉＯ２：０．４乃至０．９
ＣａＯ／ＴｉＯ２は、大入熱において良好な溶接作業性を確保するために制限する必要がある。フラックス中のＣａＯ及びＴｉＯ２の含有量比ＣａＯ／ＴｉＯ２が０．４未満であるとアークが不安定となりビードに凹凸が生じやすくなる。一方、フラックス中のＣａＯ／ＴｉＯ２が０．９を超えるとビードが蛇行する。従って、ＣａＯ／ＴｉＯ２は、０．４乃至０．９とする。
【００２６】
上記成分の他にフラックス中には、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＢａＯ、ＦｅＯ、ＺｒＯ2及びＭｎＯ等の成分を含有することができ、その含有量は全ての総量が５質量％以下とする。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスの実施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。図１は、本発明の実施例に係る開先形状を示す断面図である。図２は、本発明の実施例に係るサブマージアーク溶接方法を示す模式図である。
【００２８】
表１に示す化学組成の鋼板１に斜面を形成し、夫々、鋼板１の斜面を対向させて突き合わせ、開先を得る。この場合、開先角αは５０°である。表２に示す化学組成のワイヤ及び表３乃至９に示すフラックスを使用し、表９に示す溶接条件で図２に示すように裏当材２を両面粘着テープにより開先裏面に取付ける。その後、裏当材２に裏当て補助材３を、開先が開口されていない鋼板１の裏面１ａ側に、マグネット４を取付け，クランプ５のねじ部６を操作して鋼板１に裏当材２を固定する。このように裏当材２を固定した後にＦＡＢ法で溶接を行なった。なお、裏当補助材３は、例えば、厚さが３乃至４ｍｍのアルミニウム板を使用することができる。溶接終了後に、溶接金属の酸素量としてデポ酸素量を測定し、溶接金属の−６０℃における吸収エネルギ値及びビード外観を調べた。その結果を表１０乃至１２に示す。
【００２９】
【表１】
0003617605.tif 000002
【００３０】
【表２】
0003617605.tif 000003
【００３１】
【表３】
0003617605.tif 000004
【００３２】
【表４】
0003617605.tif 000005
【００３３】
【表５】
0003617605.tif 000006
【００３４】
【表６】
0003617605.tif 000007
【００３５】
【表７】
0003617605.tif 000008
【００３６】
【表８】
0003617605.tif 000009
【００３７】
【表９】
0003617605.tif 000010
【００３８】
【表１０】
0003617605.tif 000011
【００３９】
【表１１】
0003617605.tif 000012
【００４０】
【表１２】
0003617605.tif 000013
【００４１】
上記表１０乃至１２に示すように、フラックス中のフラックスの成分及び含有量比が本実施例の範囲にある実施例Ｎｏ．１乃至１４は、溶接作業性について良好なものとなった。また、その他についても問題はなかった。
【００４２】
一方、比較例Ｎｏ．１５は、フラックス中のＭｇＯの含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、アンダカットが発生すると共に、溶接金属中の酸素量が増加して、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．１６は、フラックス中のＭｇＯの含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、スラグ剥離が劣化すると共に、ポックマークが発生した。
【００４３】
比較例Ｎｏ．１７は、フラックス中のＡｌ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、アンダカットが発生した。比較例Ｎｏ．１８は、フラックス中のＡｌ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、スラグの巻込みが発生すると共に、ビードが凸になった。
【００４４】
比較例Ｎｏ．１９は、フラックス中の鉄粉の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶着金属が不足したために余盛り不足が発生した。比較例Ｎｏ．２０は、フラックス中の鉄粉の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、アンダカットが発生した。
【００４５】
比較例Ｎｏ．２１は、フラックス中のＳｉＯ２の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、ビードが蛇行した。比較例Ｎｏ．２２は、フラックス中のＳｉＯ２の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、溶接金属中の酸素量が増加し、靭性が低下した。
【００４６】
比較例Ｎｏ．２３は、フラックス中のＣａＦ２の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、ビードが蛇行すると共に、溶接金属中の酸素量が増加し、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．２４は、フラックス中のＣａＦ２の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、アーク切れが発生した。
【００４７】
比較例Ｎｏ．２５は、フラックス中のＴｉＯ２の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属中のＴｉが不足し、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．２６は、フラックス中のＴｉＯ２の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、スラグが焼付き剥離が劣化した。
【００４８】
比較例Ｎｏ．２７は、フラックス中のＣａＯの含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属中の酸素量が増加し、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．２８は、フラックス中のＣａＯの含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、スラグが焼付き剥離が劣化した。
【００４９】
比較例Ｎｏ．２９は、フラックス中のＣＯ２の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属中の拡散性水素量が増加し、低温割れが発生した。比較例Ｎｏ．３０は、フラックス中のＣＯ２の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、ポックマークが発生した。
【００５０】
比較例Ｎｏ．３１は、フラックス中のＡｌの含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属の焼入れ性が不足し、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．３２は、フラックス中のＡｌの含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、溶接金属の強度が上昇し、靭性が低下した。
【００５１】
比較例Ｎｏ．３３は、フラックス中のＭｎの含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属の焼入れ性が不足し、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．３４は、フラックス中のＭｎの含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、スラグが焼付き、剥離が劣化した。
【００５２】
比較例Ｎｏ．３５は、フラックス中のＳｉ及び又はＴｉの総量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属中の酸素量が増加し、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．３６は、フラックス中のＳｉ及び又はＴｉの総量が本発明の範囲の上限を超えているので、スラグが焼付き、剥離が劣化した。
【００５３】
比較例Ｎｏ．３７は、フラックス中のＢ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲の下限未満であるので、溶接金属中のホウ素が不足し、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．３８は、フラックス中のＢ２Ｏ３の含有量が本発明の範囲の上限を超えているので、溶接金属中のホウ素に起因する高温割れが発生した。
【００５４】
比較例Ｎｏ．３９は、フラックス中のＣａＯ／ＴｉＯ２が本発明の範囲の下限未満であるので、ビードが凹凸になった。比較例Ｎｏ．４０は、フラックス中のＣａＯ／ＴｉＯ２が本発明の範囲の上限を超えているので、ビードが蛇行した。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、サブマージアーク溶接用ボンドフラックスにおけるフラックス中の酸化物の含有量及び含有量の比率を適切に規制しているので、大入熱溶接においても、−４０℃乃至−６０℃程度の低温においても良好な靭性を有する溶接金属を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るサブマージアーク溶接の開先形状を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るサブマージアーク溶接方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１；鋼板
２；裏当材
３；裏当補助材
４；マグネット
５；クランプ
６；ねじ部
ｔ；板厚
α；開先角
【図１】
0003617605.tif 000014
【図２】
0003617605.tif 000015