(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ステンレス鋼外皮中に、フラックスをワイヤ全重量に対して１０〜２５％充填し、前記フラックス中にワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ2 ：３．５〜７．５％、ＳｉＯ2 ：０．１〜０．５％、金属弗化物：０．１〜３．０％を含有し、かつスラグ剤成分の合計が５．４〜９．１％であり、外皮およびフラックス中の一方または両方にＮｉ：９．０〜１４．０％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ｍｏ：０．５〜１．２％、Ｎ：０．１４〜０．１８％を含有してい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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステンレス鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの開発に係り、さらに詳しくは、耐隙間腐食性に優れた溶接金属が得られ、なおかつアークが安定でスパッタ発生量が少なく、スラグの被包性および剥離性等の溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐食性の要求される環境に使用するオーステナイト系ステンレス鋼の溶接用には、特開昭５８−２０５６９６号公報、特開昭６２−６８６９６号公報に開示されているような３０８、３１６、３０８Ｌ、３１６Ｌ系のオーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤが用いられており、さらに耐隙間腐食性の向上を目的に開発されたものとしては３１７Ｌ系のオーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤがある。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、従来のオーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤでは、近年、さらに強まる高耐食性の要求、特に耐隙間腐食性に優れた溶接金属を得ることができなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するものであって、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ステンレス鋼外皮中に、フラックスをワイヤ全重量に対して１０〜２５％充填し、前記フラックス中にワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ2 ：３．５〜７．５％、ＳｉＯ2 ：０．１〜０．５％、金属弗化物：０．１〜３．０％を含有し、かつスラグ剤成分の合計が５．４〜９．１％であり、外皮およびフラックス中の一方または両方にＮｉ：９．０〜１４．０％、Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、Ｍｏ：０．５〜１．２％、Ｎ：０．１４〜０．１８％を含有してい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である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のフラックス入りワイヤとは、図１の（ａ）〜（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なる外皮１によって充填フラックス２を被包したものであり、同図（ｂ）〜（ｄ）のごとく継ぎ目３を有するもの、あるいは同図（ａ）に示すような継ぎ目のないものでもよい。外皮としては、フェライト系ステンレス鋼およびオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。
【０００６】
本発明においては合金成分としてＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎを外皮およびフラックス中の一方または両方に含有せしめる。
ＮｉはＣｒ、Ｍｏ、Ｎと共存して用いられ、耐食性、耐酸化性を向上させ、かつオーステナイト相を安定化するために９．０％以上必要である。一方、１４．０％を超えると耐食性は飽和し経済的にも高価となるため９．０〜１４．０％とした。
【０００７】
Ｃｒは不動態皮膜を形成し、硫酸を含む環境など高い耐食性を要求される環境ではＮｉ、Ｍｏ、Ｎと共存の形でも２０．０％以上必要であり、多いほど耐食性、耐酸化性は向上する。しかしながら２５．０％を超えるとその耐食性は飽和し経済的にも高価となるため２０．０〜２５．０％とした。
【０００８】
ＭｏはＣｒ、Ｎｉ、Ｎと共存の形で高い耐食性を得るために極めて効果的であり、０．５％未満では耐食性が不十分となるが、１．２％を超えても顕著な耐食性の向上は得られず、かつ高価となるため０．５〜１．２％とした。
【０００９】
Ｎは強力なオーステナイト生成元素であり、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏと共存の形で高い耐食性を得るために効果的であり、Ｎ化合物中Ｎ換算値として０．１４％以上必要である。しかし０．１８％を超えるとその効果は飽和し、なおかつ溶接金属にブローホールが発生し、溶接欠陥となるため０．１４〜０．１８％とした。
【００１０】
さらにスラグ剤であるが、前述した成分系でＮを含有した場合、従来のスラグ系では溶接後にスラグの飛散および焼付きが発生し健全な溶接部を得ることが困難である。そこで、スラグ剤主成分を以下の通りとした。
【００１１】
まずＴｉＯ2 であるが、ＴｉＯ2 はスラグ被包性および剥離性さらには耐飛散性の良いスラグを形成するが、３．５％未満ではその効果は発揮されず、７．５％を超えるとスラグの流動性が劣化し、スラグの被包性を確保するために必要なスラグ量が増大し、スパッタが発生しやすくなる。原料としては、ルチル、チタンスラグ、イルミナイト、さらにはチタン酸カリ、チタン酸ソーダ等が望ましい。
【００１２】
ＳｉＯ2 はスラグの流動性調整に必要な成分であるが、０．１％未満ではその効果は見られず、０．５％を超えるとスラグが流れやすくなり被包性が劣化すると共に、スラグの焼付きを生じスラグ剥離性および耐飛散性が劣化する。なお、原材料としては珪砂、珪灰石の他、カリ長石等の複合成分を利用できる。
【００１３】
金属弗化物は、耐ピット性を向上させ、スラグの融点を調整し被包性を改善するために添加する。その分量が０．１％未満では耐ピット性が確保できず、逆に３．０％を超えるとスラグの融点が低くなり過ぎビード形状が劣化すると共に、弗素ガス発生によりスパッタが発生しやすくなる。金属弗化物としては、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2 、ＡｌＦ2 、Ｋ2 Ｚｒ2 Ｆ6 等を単独もしくは複合で用いるが、上記範囲内であればその効果はどの弗化物もほぼ同等である。
【００１４】
本発明において、スラグ剤成分とは酸化物、弗化物等の非金属成分を意味するものであり、上記の他に、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Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、アーク状態の調整に用いるＫ2 Ｏ等、さらにはこれらの原料からもたらされる不純物としてＰ、Ｓ等も含まれる。これらを含めた全スラグ成分をワイヤ全重量に対して５．４〜９．１％の範囲とすることが本発明のポイントの一つである。これはスラグ成分が９．１％を超えた場合にはスラグ量が過剰となり、スパッタの発生量が多くなると共にスラグの巻込みが生じやすくなり、一方５．４％未満ではスラグ量が不足し、ビード全体を覆うことが不可能となってビード形状が劣化するからである。
【００１５】
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、例えば水ガラスの場合では、ＳｉＯ2 、Ｎａ2 Ｏ、Ｋ2 Ｏ等が増加するこ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。
【００１６】
【実施例】
表１に示すステンレス鋼のパイプおよび帯鋼を用い表２ないし表５に示す組成の１．２ｍｍ径のワイヤを製造した。なおこれらの表における外皮記号ＡおよびＢは図１（ｂ）に示すタイプ、外皮記号Ｃは図１（ａ）に示すシームレスタイプの断面形状とした。これらの表においてワイヤＮｏ．１〜１０が本発明例のステンレス鋼溶接用ワイヤ、Ｎｏ．１１〜２２が比較例である。表２ないし表５の各ワイヤを用いて、板厚２０ｍｍのＳＵＳ３１６ＬＮ鋼を、ＤＣＲＰ（直流逆極性）２００Ａ、３１Ｖ、３５ｃｍ／ｍｉｎの溶接条件で下向にて５パス６層溶接を行い、それぞれの溶接作業性を比較した。その結果を表４および表５に示す。ここで溶接作業性評価は、実用上良好な場合を○、実用に供し得ない場合を×と判定した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【表２】
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【００１９】
【表３】
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【００２０】
【表４】
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【００２１】
【表５】
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【００２２】
またその肉盛溶接金属の最終層より腐食試験片を採取し、ＡＳＴＭ  Ｇ４８Ｍｅｔｈｏｄ  Ｂに準拠した腐食試験を行い、耐隙間腐食性を評価した。試験条件は、１００ｇＦｅＣｌ・６Ｈ2Ｏ＋９００ｍｌＨ2Ｏ（６％ＦｅＣｌ3 ）の溶液中に試験片を７２時間浸漬させ、０℃から１５℃まで２．５℃間隔で隙間腐食の発生有無を調べた。なお、対比としてＳＵＳ３１６ＬＮ系のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いて、同様の条件にて作製した試験片により評価した。その結果を表６に示す。ここで隙間腐食試験結果は、隙間腐食なしを○、隙間腐食発生を×とした。
【００２３】
【表６】
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【００２４】
まず溶接作業性は、ＴｉＯ2 量が不足したＮｏ．１１のワイヤはスラグの被包性および剥離性に問題が生じ、さらにはスラグが溶接直後に飛散した。また、ＴｉＯ2 量が過剰なＮｏ．１６のワイヤは、スパッタの発生量に問題があり、金属弗化物の量も不足しているためピットの発生が認められた。
【００２５】
ＳｉＯ2 量が過剰なＮｏ．１２のワイヤは、スラグの焼付きを生じスラグ剥離性および飛散性において問題が生じた。また、ＳｉＯ2 量が不足したＮｏ．１７のワイヤは、スラグの被包性に問題が発生した。
【００２６】
金属弗化物の量が不足したＮｏ．１３のワイヤは、耐ピット性が劣化しピットが発生し、スラグ剤成分量も不足しているためビード形状が劣化した。また、金属弗化物の量が過剰なＮｏ．１４のワイヤは、弗素ガス発生量が過剰となりスパッタの発生量に問題を生じると共に、スラグの融点が下がりすぎビード形状に問題が生じた。
【００２７】
全スラグ剤成分量が過剰なＮｏ．１５のワイヤは、スラグ量が過剰となり、スパッタの発生量に問題を生じると共に、スラグの巻込みを生じた。また、Ｎ量が過剰なＮｏ．２２のワイヤは、ブローホールが発生した。
【００２８】
次に隙間腐食試験の結果は、Ｃｒ量の不足したＮｏ．１８、Ｎｉ量の不足したＮｏ．１９、Ｎ量の不足したＮｏ．２０、ＣｒおよびＭｏ量の不足したＮｏ．２１の各ワイヤ共に、比較として実施したＳＵＳ３１６ＬＮ系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤと同等もしくはそれ以下の耐食性しか示さなかった。
【００２９】
これらに対し、ＴｉＯ2 、ＳｉＯ2 、金属弗化物をフラックス中に適正量含有し、かつフラックス中のスラグ成分の総量が適正なＮｏ．１〜１０の本発明ワイヤは、溶接作業性、耐隙間腐食性のいずれも極めて良好であった。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明はステンレス鋼の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、スラグ成分および量、金属成分および量を限定することにより、耐隙間腐食性に優れた溶接金属が得られ、なおかつアークが安定で、スパッタ発生量が少なく、スラグの被包性および剥離性等の溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤを提供するものであって、溶接施工物の品質向上に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はフラックス入りワイヤの断面形状の例を示す図
【符号の説明】
１    外皮
２    充填フラックス
３    継ぎ目
【図１】
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