(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２：１３〜２４ｍａｓｓ％、ＴｉＯ２：２〜７ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：４〜８ｍａｓｓ％、ＢａＯ：５〜１９ｍａｓｓ％、ＣａＦ２：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１０〜３０ｍａｓｓ％、ＭｎＯ：２〜７ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜７ｍａｓｓ％を含有し、残部が不可避的不純物からなると共に、２．１≦（ＣａＦ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ）／ＳｉＯ２≦４．３を満足するフラックスであって、粒子径が３５５μｍより粗粒のものが全体の５ｍａｓｓ％以下で、７５μｍより細粒のものが全体の５〜２０ｍａｓｓ％を占めることを特徴とするサブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラックス。
【請求項２】
ＳｉＯ２：１３〜２４ｍａｓｓ％、ＴｉＯ２：２〜７ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：４〜８ｍａｓｓ％、ＢａＯ：５〜１９ｍａｓｓ％、ＣａＦ２：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１０〜３０ｍａｓｓ％、ＭｎＯ：２〜７ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜７ｍａｓｓ％を含有し、さらに、酸化物あるいは合金の形で含まれるＢをＢ＜０．０３０ｍａｓｓ％で含み、残部が不可避的不純物からなると共に、２．１≦（ＣａＦ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ）／ＳｉＯ２≦４．３を満足するフラックスで、粒子径が３５５μｍより粗粒のものが全体の５ｍａｓｓ％以下で、７５μｍより細粒のものが全体の５〜２０ｍａｓｓ％を占めることを特徴とするサブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、サブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラックスに関するもので、とくに、ラインパイプ、原油タンク、ＬＰＧタンクなどに用いられる高張力鋼のサブマ−ジア−ク溶接に主として用いられ、ビ−ド形状、外観が優れているとともに、スラグ剥離性が良く作業性が良好で、溶接金属内の酸素量が低く、溶接金属の低温靭性が極めて良好な溶接金属が得られるサブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラックスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＯＥパイプや原油タンクの自動溶接方法として、ＭＩＧ溶接方法、ＣＯ２溶接方法およびサブマ−ジア−ク溶接方法などが用いられる。その中でもサブマ−ジア−ク溶接法は高能率で高性能な溶接金属を得ることができるために、よく用いられている。
【０００３】
このサブマ−ジア−ク溶接用のフラックスとしては溶融型と焼成型がある。溶融型フラックスは、各種鉱物質の原材料を約１２００℃以上の高温度で溶融し、冷却後粉末状に粉砕したものであり、吸湿性が比較的少ないうえに、取扱いや保管が容易であるという特徴をもつ。一方、焼成型フラックスは、原材料に水ガラスのような結合剤を少量加えて造粒したのち、６００℃付近で焼成したものであり、溶接金属の化学組成を自由に調節できる反面、吸湿しやすい欠点がある。
【０００４】
何れのフラックスにおいても、溶接部を大気から遮断して溶接金属の窒化、酸化を防ぐとともに、溶接金属と冶金反応を行ない短時間で清浄な溶着鋼をつくり、良好なビ−ドを形成させるなど、溶接において重要な働きをしている。
【０００５】
特に、溶融型フラックスは多電極の高速溶接に適しており、ビ−ド外観も優れるなどの利点がある。このため、ラインパイプ用のＵＯＥ鋼管用溶接材料のように高速溶接性とともに厳しい機械的特性が要求されるような場合には、溶接金属中の酸素量を低減させる溶融型フラックスが適用されることが多い。
【０００６】
フラックスの成分組成を調節することによって、溶接金属内に入る酸素量をコントロ−ルし、このように溶接金属中の酸素量の低減をはかることによって、溶接金属の靭性を良好に保つことが行なわれている。
【０００７】
すなわち、溶融型フラックスを使用して溶接金属内の酸素量を低減させるために、フラックスの成分組成を調節する一つの手段として、フラックスの塩基度を上げる方法が知られている。しかし、単にフラックスの塩基度を上げただけでは、酸素量の低減がある程度達成できても、正常なビ−ド形状が得られないし、その上、溶接スラグの剥離性が劣化するなどの問題点が残る。
【０００８】
これらの問題点を解決させる高塩基性フラックスが、特開昭６２−２４８９４、特開昭６０−１８７４９５、特開昭６４−５３７９９、あるいは特開平４−５１２７９などの各号公報に提案されている。
【０００９】
これら高塩基性フラックスは何れもフラックスの成分範囲を規定し、フラックスの粒度等を規定することにより、溶接金属の高靭化を達成するとともに溶接作業上の問題点を解決することを目的としたものである。
【００１０】
しかしながら、近年の鋼管需要の増加に伴い、ラインパイプ、原油タンク、ＬＰＧタンクなどは、これまで以上に苛酷な環境で使用されるようになり、これらの鋼管に用いられる鋼板は、これまで以上の特性を要求されている。
【００１１】
これに伴って、鋼管の溶接金属についても一段と厳しい特性が要求されている。すなわち、一般にサワ−と呼ばれる、硫化物が存在するような厳しい環境で使用される鋼管の溶接金属は、溶接金属の硬化性を低くし、その上で、溶接金属の靭性を格段に高めることが要求されている。このように、溶接金属を低硬度化した上でかつ靭性を高めるためには、溶接金属中の合金元素量を非常に低く抑えるほか、溶接金属中の酸素量も充分に低減させることが必要とされる。換言すれば、サワ−環境で使用される鋼管などのサブマ−ジア−ク溶接には、溶接金属中の酸素量を充分に低減させるようなフラックスが要求される。
【００１２】
ところが、上記の各高塩基性フラックスは、サワ−環境で使用することを前提として開発されておらず、溶接金属内の酸素量を下げることに関しては限界がある。
【００１３】
要するに、低温に加え、サワ−環境で使用される鋼管のように低硬度と高低温靭性が要求される溶接金属をつくるのには、上記の如き各高塩基性フラックスでは全く役に立たない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
耐サワ−環境で用いられる鋼管用の溶接金属は、硬化性を下げるために溶接金属内の合金元素量を非常に低く抑える必要があり、これに併せて、酸素量もこれまで以上に下げる必要がある。また、溶接金属内の酸素量をこれまで以上に下げた場合においても、ビ−ド形状およびスラグの剥離性、作業性等はこれまでと同等、あるいはそれ以上に良好であることが必要とされている。
【００１５】
ところが、耐サワ−用の鋼管のサブマ−ジア−ク溶接に使用されるような溶接材料として、充分な靭性と溶接作業性が同時に確保できるようなフラックスは得られていないし、現在のところ、これを満足させる技術もない。このような鋼管を製造する上で、作業性を確保しつつ鋼管溶接部の特性を満足させることが困難である。
【００１６】
この発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、具体的には、低硬度で、しかも、高い靭性が要求される鋼管において、サブマ−ジア−ク溶接による溶接金属の特性が充分に優れており、しかもビ−ド形状およびスラグの剥離性なども良好なフラックスを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、サブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラックスに関するもので、とくに、ラインパイプ、原油タンク、ＬＰＧタンクなどに用いられる比較的薄板から厚鋼板までの高張力鋼のサブマ−ジア−ク溶接に主として用いられ、ビ−ド形状やスラグの剥離性等が良好であり、溶接金属内の酸素量がこれまで以上に低く、溶接金属の低温靭性が極めて良好となるフラックスに関するものである。
【００１８】
その要旨とするところは、
（１）ＳｉＯ２：１３〜２４ｍａｓｓ％、ＴｉＯ２：２〜７ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：４〜８ｍａｓｓ％、ＢａＯ：５〜１９ｍａｓｓ％、ＣａＦ２：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１０〜３０ｍａｓｓ％、ＭｎＯ：２〜７ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜７ｍａｓｓ％を含有し、残部が不可避的不純物からなると共に、２．１≦（ＣａＦ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ）／ＳｉＯ２≦４．３を満足するフラックスであって、粒子径が３５５μｍより粗粒のものが全体の５ｍａｓｓ％以下で、７５μｍより細粒のものが全体の５〜２０ｍａｓｓ％を占めることを特徴とするサブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラックス、
である。
（２）ＳｉＯ２：１３〜２４ｍａｓｓ％、ＴｉＯ２：２〜７ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：４〜８ｍａｓｓ％、ＢａＯ：５〜１９ｍａｓｓ％、ＣａＦ２：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１０〜３０ｍａｓｓ％、ＭｎＯ：２〜７ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜７ｍａｓｓ％を含有し、さらに、酸化物あるいは合金の形で含まれるＢをＢ＜０．０３０ｍａｓｓ％で含み、残部が不可避的不純物からなると共に、２．１≦（ＣａＦ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ）／ＳｉＯ２≦４．３を満足するフラックスで、粒子径が３５５μｍより粗粒のものが全体の５ｍａｓｓ％以下で、７５μｍより細粒のものが全体の５〜２０ｍａｓｓ％を占めることを特徴とするサブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラックス、
である。
【００１９】
【作用】
この発明に係るサブマ−ジア−ク溶接用溶融型フラックスについて、まず、成分組成の限定理由から説明する。
【００２０】
（ａ）ＳｉＯ２
ＳｉＯ２は、スラグを構成する上で重要な成分である。ＳｉＯ２は、スラグをガラス化させるとともに、ビ−ド外観およびスラグの靭性に大きな影響を及ぼす。配合量が１３ｍａｓｓ％未満ではビ−ド幅が出にくく、良好なビ−ド形状が得られない。
【００２１】
一方、２４ｍａｓｓ％を超えると、良好なビ−ド外観は得られるが、溶接金属内の酸素量が増加して靭性を劣化させることから、１３ｍａｓｓ％〜２４ｍａｓｓ％の範囲内とした。
【００２２】
（ｂ）ＭｎＯ
ＭｎＯはスラグの流動性を向上させる成分である。ＭｎＯは、ビ−ド外観を滑らかにする作用を有するが、その含有量が２ｍａｓｓ％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方、７ｍａｓｓ％を超えて含有させると、溶接金属内の酸素量が増加して溶接金属の靭性が劣化することから、その含有量を２ｍａｓｓ％〜７ｍａｓｓ％とした。
【００２３】
（ｃ）ＴｉＯ２
ＴｉＯ２はスラグの剥離性に大きく影響し、２ｍａｓｓ％未満ではスラグがビ−ドに焼け付きやすい。７ｍａｓｓ％を超えると、ビ−ド形状が劣化することから、その含有量を２ｍａｓｓ％〜７ｍａｓｓ％の範囲とした。
【００２４】
（ｄ）ＣａＯ
ＣａＯは、フラックス塩基度を高めて溶接金属の酸素量を低減して靭性を改善させる。その含有量が１０ｍａｓｓ％未満では塩基度が低くなりすぎると同時に、ビ−ド形状も悪くなる。３０ｍａｓｓ％を超えて含有すると、ビ−ド表面にあばたが生じやすくなることから、その含有量を１０ｍａｓｓ％〜３０ｍａｓｓ％とした。
【００２５】
（ｅ）ＣａＦ２
ＣａＦ２は、溶接金属内の酸素量を低減して靭性を改善させるのに非常に有効な成分である。その効果を得るためには少なくとも２０ｍａｓｓ％は必要である。しかし、４０ｍａｓｓ％を超えて添加した場合は、スラグの剥離性が劣化することから、その含有量を２０ｍａｓｓ％〜４０ｍａｓｓ％の範囲に限定した。
【００２６】
（ｆ）ＢａＯ
ＢａＯは、スラグの融点を調節するとともにスラグの酸素量を低減させるのに有効な成分である。そのため、ＣａＦ２、ＣａＯ等の強塩基成分との複合効果により溶接金属内の酸素量を低減し、低温靭性を十分に改善し、耐サワ−性を向上させる。
【００２７】
その含有量が５ｍａｓｓ％未満では前記の効果が期待できない。一方、１９ｍａｓｓ％を超えて含有させると、溶接ビ−ドの外観が悪くなることから、その含有量を５ｍａｓｓ％〜１９ｍａｓｓ％と限定した。
【００２８】
（ｇ）Ａｌ２Ｏ３
Ａｌ２Ｏ３は、スラグのガラス化を促進させて溶接金属内の水素量を低下させる。４ｍａｓｓ％未満の添加では前記の効果が得られない。一方、８ｍａｓｓ％を超えて含有させると、フラックスの融点が上がりすぎて良好なビ−ドが得られなくなることから、４ｍａｓｓ％〜８ｍａｓｓ％とした。
【００２９】
（ｈ）ＭｇＯ
ＭｇＯは、フラックスの塩基度を上げるのに必要な成分である。その含
有量が２ｍａｓｓ％未満ではその効果が小さく、一方、７ｍａｓｓ％を超えて含有させると、融点が高くなりすぎてビ−ド形状が悪くなることから、その含有量を２ｍａｓｓ％〜７ｍａｓｓ％の範囲とした。
【００３０】
（ｉ）Ｂ
Ｂは溶接時に溶接金属内に入り、溶接金属の組織を均一な微細フェライト組織の形成に寄与し、溶接金属の高靭化が達成することができる。
【００３１】
しかしながら、０．０３ｍａｓｓ％以上含有させると、スラグの剥離性が劣化するとともに、溶接金属に割れが発生するようになるために、その含有量を０．０３ｍａｓｓ％未満とした。
【００３２】
次に、この発明に係るフラックスは、成分組成において上記範囲を満足させるほか、以下の通りに各成分を調整する。
【００３３】
すなわち、発明者等の研究によると、上記の成分範囲を満足していても、以下の式に満足するように各成分を調節しなければ、充分に溶接金属内の酸素量を低減させることが困難であることがわかった。
【００３４】
この条件は、
２．１≦（ＣａＦ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ）／ＳｉＯ２≦４．３……（１）
である。
【００３５】
ＣａＦ２、ＣａＯ、ＢａＯは何れも塩基度を高めて溶接金属の酸素量を低下させるのに必要な成分であり、ＳｉＯ２はビ−ド外観やスラグの剥離性等を良好に保つために必要な成分である。
【００３６】
ここで、（１）式で示す比を上記の通りに（１）式の範囲内に限定したのは、発明者等が種々検討した結果、（１）式で示す比が溶接金属内の酸素量と溶接時の作業性およびビ−ド形状のバランスをとる上で、最も重要な関係にあることを見出したためである。
【００３７】
更に詳しく説明すると、（１）式に示す比が２．１未満の領域においては溶接金属の酸素量が高くなり、溶接金属の機械的性質がとりわけ低温靭性が悪くなる。一方、（１）式に示す比が４．３を超える領域においてはビ−ド形状が悪くなる傾向があり、また、スラグの剥離性も極端に悪くなる。このため、４．３以下に抑える。
【００３８】
さらに、上記のように成分組成を調節するほかに、以下の通りにフラックスの粒度を調整する。
【００３９】
すなわち、上記のように成分調整しても、フラックスの粒度を適正に調節しない場合には、良好なビ−ド形状が得等得られない。
【００４０】
フラックスの粒子径が３５５μｍより粗粒のものが全体の５ｍａｓｓ％を超えると、ビ−ド幅が不均一になりやすくビ−ド形状が劣化する。これと同時に、溶接金属内の酸素量が増加して溶接金属の靭性を著しく劣化させる。
【００４１】
また、良好なビ−ドを得るには、フラックスの粒子径が７５μｍより細かいものが、全体の５ｍａｓｓ％は必要である。しかし、２０ｍａｓｓ％を超える場合には、溶接時にガスの抜けが悪くなり、溶融金属が突沸する危険性があり、作業性が著しく劣化するために、５ｍａｓｓ％〜２０ｍａｓｓ％の範囲とした。
【００４２】
【実施例】
実施例１
原材料の配合を変えることにより、種々の化学組成を有するフラックスを、表３に示すように、試作し、１．３Ｍｎ−０．２Ｍｏ系のワイヤと組み合せて、角度：７０°、深さ１１ｍｍのＶ溝加工を施した２３ｍｍ厚の耐サワ−用ＨＴ６０鋼板に、４電極サブマ−ジア−ク溶接法により片面一層溶接を行ない、ビ−ド形状、溶接欠陥、作業性、耐サワ−性および溶接金属の特性（−４６℃におけるシャルピ−衝撃値）について評価した。
【００４３】
なお、耐サワ−性についてはロックウエル硬さ試験で評価した。
【００４４】
このとき使用した耐サワ−用ＨＴ６０鋼板およびワイヤ成分の化学組成は表１に示し、Ｖ溝一層の溶接条件は表２に示す。
【００４５】
【表１】
0003550770.tif 000002
【００４６】
【表２】
0003550770.tif 000003
【００４７】
上述のような条件で、表３に示す化学組成のフラックスを用いてサブマ−ジア−ク溶接を行ない、そのときに得られた溶接金属の特性を、ビ−ド外観、スラグ剥離性、スラグ巻込み、耐サワ−性、溶接金属靭性の面から、評価した。この結果を示すと、表４の通りであった。
【００４８】
【表３】
0003550770.tif 000004
【００４９】
【表４】
0003550770.tif 000005
【００５０】
表４に示した通り、この本発明の範囲内のフラックスにおいては、溶接部の低硬度化を満足しつつ溶接金属の酸素が低いため低温靭性（−４６℃におけるシャルピ−衝撃値（Ｊ））は極めて優れており、ビ−ド形状、スラグ剥離性、溶接作業性も良好であることがわかる。
【００５１】
これに対し、比較例１のフラックスにおいては、何れかの特性が優れているものも見受けられるが、溶接金属の特性とともに、耐サワ−性、作業性、ビ−ド外観などまでを全て同時に満足させるようなフラックスは見受けられなかった。
【００５２】
すなわち、比較例１において、Ａ１、Ａ２ではＳｉＯ２、Ａ３ではＴｉＯ２ならびにＡｌ２Ｏ３、Ａ４ではＡｌ２Ｏ３、Ａ５ではＢａＯ、Ａ７ではＣａＦ２、Ａ８ではＭｎＯ、Ａ９ではＭｇＯのように、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＯ、ＣａＦ２、ＭｎＯ、ＭｇＯの成分の組成がこの発明に係るフラックスの組成範囲から外れている。
【００５３】
このために、何れも溶接金属の靭性、低硬度化が充分に得られなかった。
【００５４】
また、Ａ６は、ＢａＯを除いて他の成分がこの発明に係るフラックスの範囲内にあることから、溶接金属の低温靭性に優れている。しかし、ＢａＯ成分がこの発明から外れるため、硬度が高く、ビ−ドの外観が劣化しており、スラグ巻き込みの発生も認められた。
【００５５】
また、Ａ１０は、個々の成分はこの発明に係るフラックスの範囲内であるが、（１）式の（ＣａＦ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ）／ＳｉＯ２の比が４．６で４．３をこえるため、靭性は優れているもののビ−ド外観が劣化している。
【００５６】
Ａ１１は、（１）式の（ＣａＦ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ）／ＳｉＯ２の比が２．０で２．１より小さいため、溶接金属の靭性が劣化して硬度が高くなる傾向が認められた。
【００５７】
更に、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４は、個々の成分はこの発明に係るフラックスの範囲内であり、（１）式の（ＣａＦ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ）／ＳｉＯ２の比が２．１〜４．３の範囲内にあるが、粒度がこの発明に係るフラックスの範囲から外れるため、何れもビ−ド外観が劣化している傾向が認められた。
【００５８】
また、比較例２において、Ａ１５、Ａ１６、Ａ１７は何れも溶接金属の靭性向上を目的に開示されている比較的高塩基性フラックスの一例である。なかでも、Ａ１５は特開平４−５１２７９号公報の請求範囲内のフラックスであり、Ａ１６は特開昭６０−１８７４９５号公報の請求範囲内のフラックスであり、Ａ１７は特開昭６２−２４８９４号公報の請求範囲内のフラックスである。しかし、何れのフラックスにおいても、溶接金属の靭性および耐サワ−性が劣化している傾向が認められた。
【００５９】
要するに、この発明によると、低硬度化を満足しつつ低温靭性は極めて優れており、ビ−ド形状、スラグ剥離性、溶接作業性も良好となるようなフラックスが得られ、サワ−環境においても使用可能な溶接金属が得られる。
【００６０】
実施例２
実施例１で使用したフラックスＢ１およびＢ２に対し、さらにＢを０．０２ｍａｓｓ％添加したフラックスをＢ８およびＢ９とした。
【００６１】
Ｂ８およびＢ９を用いて、実施例１と同様の溶接条件、鋼板およびワイヤを用いてサブマ−ジア−ク溶接し、溶接金属の特性およびスラグ巻き込みについて評価したところ、表５に示す通りであった。
【００６２】
【表５】
0003550770.tif 000006
【００６３】
すなわち、Ｂ８、Ｂ９ともに溶接金属の特性はＢを添加しない場合に比べて一段と向上していることがわかる。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この発明に係るサブマ−ジア−ク溶接用の溶融型フラックスは、各成分が上記の通りに構成され、粒子径も適正範囲に調整されているため、厳しい環境で使用される原油タンクやラインパイプ等の溶接金属において、ビ−ド外観が美麗な上に、溶接金属の性能が極めて優れている。
【００６５】
その上、溶接時の作業性も良好である溶接金属が得られるから、従来のものに較べて格段に性能の優れた鋼管が製造でき、その工業的価値は極めて高い。