(57)【要約】【課題】スパッタ発生量が極めて少なく、全姿勢での溶接においても良好な溶接作業性およびビード形状が得られるオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】ステンレス鋼からなる外皮中にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤにおいて、前記フラックスはワイヤ全質量に対して質量％で、ＴｉＯ２  ：３〜６％、ＳｉＯ２  ：１〜２．５％、ＺｒＯ２  ：０．５〜０．９％、Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏの１種類以上で０．２〜０．４５％を含有し、かつＴｉＯ２  とＳｉＯ２  との質量比ＴｉＯ２  ／ＳｉＯ２  が３．４以下で、前記ＴｉＯ２  、ＳｉＯ２  、ＺｒＯ２  、Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏを含むスラグ成分の合計を９〜１１％とする。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼からなる外皮中にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤにおいて、前記フラックスはワイヤ全質量に対して質量％で、ＴｉＯ２  ：３〜６％、ＳｉＯ２  ：１〜２．５％、ＺｒＯ２  ：０．５〜０．９％、Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏの１種類以上で０．２〜０．４５％を含有し、かつＴｉＯ２  とＳｉＯ２  との質量比ＴｉＯ２  ／ＳｉＯ２  が３．４以下で、前記ＴｉＯ２  、ＳｉＯ２  、ＺｒＯ２  、Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏを含むスラグ成分の合計が９〜１１％であることを特徴とするオーステナイト系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、オーステナイト系ステンレス鋼をガスシールドアーク溶接する場合に使用されるフラックス入りワイヤに関し、特に、スパッタ発生量が極めて少なく、全姿勢での溶接においても良好な溶接作業性およびビード形状が得られるオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接において、フラックス入りワイヤは高能率で優れた溶接作業性を有し、かつ高品質な溶接金属が得られることから、被覆アーク溶接棒に代わり、近年急速にその需要が増えている。しかし、フラックス入りワイヤを使用してオーステナイト系ステンレス鋼の溶接を行うと、多量のスパッタが発生してステンレス鋼表面に付着し、このスパッタが腐食の起点となることからグラインダ研削等の後処理が必要となる。また、工程短縮のため、より良いビード形状が求められ、さらに、あらゆる姿勢で溶接可能なフラックス入りワイヤが強く要求されている。
【０００３】
スパッタ低減の方法としては、特開２０００−２１８３９３号公報および特開平１１−１９２５８６号公報に開示されているようにＴｉＯ２  、ＳｉＯ２  、ＺｒＯ２  、金属弗化物等の成分を規定することでスパッタの低減を図っている。しかし、前記公報に記載のフラックス入りワイヤでは、立向、上向溶接等の全姿勢溶接は溶融金属が垂れてしまうためできない。
【０００４】
一方、立向および上向溶接などの全姿勢溶接が可能なフラックス入りワイヤが特開２００１−３１４９９５号公報に記載されている。しかし、特開２００１−３１４９９５号公報に開示のフラックス入りワイヤはスパッタ発生が少なく、また全姿勢溶接が可能であるものの、溶接ビードが凸状になったり、また溶接ビード表面が酸化変色しやすく表面処理をする必要があるといった問題があった。
【０００５】
【引用文献】
（１）特開２０００−２１８３９３号公報
（２）特開平１１−１９２５８６号公報
（３）特開２００１−３１４９９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はスパッタ発生量が極めて少なく、全姿勢での溶接においても良好な溶接作業性およびビード形状が得られるオーステナイト系ステンレス鋼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。
【０００７】
【発明が解決しようとする手段】
本発明の要旨は、ステンレス鋼からなる外皮中にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤにおいて、前記フラックスはワイヤ全質量に対して質量％で、ＴｉＯ２  ：３〜６％、ＳｉＯ２  ：１〜２．５％、ＺｒＯ２  ：０．５〜０．９％、Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏの１種類以上で０．２〜０．４５％を含有し、かつＴｉＯ２  とＳｉＯ２  との質量比ＴｉＯ２  ／ＳｉＯ２  が３．４以下で、前記ＴｉＯ２  、ＳｉＯ２  、ＺｒＯ２  、Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏを含むスラグ成分の合計が９〜１１％であることを特徴とする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にある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者等は先に述べた特開２００１−３１４９９５号公報のフラックス入りワイヤの問題点について調べたところ、ＳｉＯ２  量に比べＴｉＯ２  量が多すぎると、スラグの粘性が過大で溶接ビードが凸状となり、また溶接金属が高温の状態でスラグが剥離するので溶接ビード表面に酸化変色が発生しやすくなることが判明した。本発明はこのような知見に基づいてなされたものであって、以下、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの各成分の限定理由について説明する。
【０００９】
ＴｉＯ２  は、スラグ形成剤としてスラグ包被性を改善し、特に立向、上向および横向姿勢溶接でのビード形状を良好にする作用がある。また、アーク安定剤として溶滴移行性を良好にする効果がある。ＴｉＯ２  が３質量％（以下、％という。）未満では、スラグ包被性が悪く、特に立向、上向および横向姿勢溶接でのビード形状が悪くなり、またアークも不安定となる。一方、６％を超えるとスラグの包被性が過大となり、スラグ剥離性が不良となるとともにスラグ巻き込み欠陥が発生し易くなる。
【００１０】
ＳｉＯ２  は、スラグ形成剤としてスラグ包被性を改善し、特に下向、水平すみ肉姿勢溶接でのビード形状を向上させる働きがある。１％未満では、スラグ被包性が悪く、特に下向および水平すみ肉姿勢溶接でのビード形状が悪くなる。一方、２．５％を超えるとスラグの粘性が低くなるので、ビード形状が不均一になる。
【００１１】
ＺｒＯ２  は、スラグ形成剤としてスラグ包被性を改善し、特に下向、水平すみ肉姿勢溶接でのビード形状を良好にする作用がある。また、アーク安定剤としてアークを集中させる効果が若干ある。０．５％未満では、スラグ被包性が悪く、特に下向および水平すみ肉姿勢溶接でのビード形状が悪くなる。またアークも不安定になる。一方、０．９％を超えると、スラグの包被性が過大となり、スラグ剥離性が悪くなるとともにスラグ巻き込み欠陥が発生し易くなる。また、アークの集中が過度に強くなりビード形状が凸状になり易い。
【００１２】
Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏは、アークの安定性を良くすると共に、溶滴を小さくして移行状態を改善してスパッタ発生量を少なくする効果がある。Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏの１種類以上が０．２％未満であるとこの効果が期待できない。一方、０．４５％を超えると、アーク温度下における蒸気圧が高いので、ヒュームを生じ易くかつスパッタ発生量が増加する傾向がある。
【００１３】
ＴｉＯ２  ／ＳｉＯ２  は、スラグ粘性を調整する因子で、３．４を超えるとスラグ粘性が過大となりビード形状が凸状になりやすい。また、溶接金属が高温の状態でスラグが剥離するので溶接ビード表面に酸化変色が発生し易くなる。
【００１４】
ＴｉＯ２  、ＳｉＯ２  、ＺｒＯ２  、Ｎａ２  Ｏ、Ｋ２  Ｏ、Ａｌ２  Ｏ３  、Ｂｉ２  Ｏ３  およびＦｅＯ等のスラグ成分の合計が９％未満であると、スラグ量が過少となり、スラグが均一に包被しないので、特に立向、上向および横向姿勢溶接でビードが垂れやすくなり、ビード形状が不良となる。一方、１１％を超えると、スラグ量が過多となり、スラグ剥離性が悪くなるとともにスラグ巻き込み等欠陥が発生しやすくなる。
【００１５】
なお、本発明においては、オーステナイト系ステンレス鋼からなる外皮の組成および上記成分以外の成分組成は、特に規定されない。従って溶着金属の化学組成、機械的性質および溶接作業性を考慮して、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ等の組成を種々に調整できる。
【００１６】
また、フラックスの充填率についても特に限定はしないが、溶接作業性の安定および溶接金属の機械的性質を考慮して、ワイヤ全質量対し２１％以上、ワイヤ製造時の断線等を防止するため２８％以下であることが望ましい。
さらに、フラックス入りワイヤの断面形状については特に限定されず、図１の（ａ）ないし（ｄ）に断面の形状例を示すように、種々の形状のフラックス入りワイヤを使用することができる。図中１は外皮、２はフラックスであって、（ａ）は外皮に継目を有しないが、（ｂ）ないし（ｄ）は継目を有している。
【００１７】
また、本発明のフラックス入りワイヤを使用し溶接する際のシールドガスについても、用途に応じてＣＯ２  ガスやＡｒガスとＣＯ２  ガスの混合ガス等が使用できる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
表１に示すオーステナイト系ステンレス鋼の帯鋼外皮を用いて、表２に示す種々の組成を有するフラックスを充填し、ワイヤを試作した。これらのワイヤを用いて溶接作業性を評価した。
【００１９】
【表１】
2004322108.tif 000002
【００２０】
【表２】
2004322108.tif 000003
【００２１】
溶接作業性評価試験は、オーステナイト系ステンレス鋼板ＳＵＳ３０４Ｌの板厚６ｍｍのものをＴ字形に仮組して立向および水平すみ肉姿勢溶接で、表３に示す溶接条件にて行った。なお、溶接作業性は、アークの安定性、スパッタの発生量、スラグの包被性、スラグの剥離性およびビード形状を観察することにより評価した。スパッタ発生量は、スパッタの飛散状況および母材へのスパッタ付着状況より評価した。立向姿勢および水平すみ肉姿勢の試験結果をそれぞれ表４および表５に示す。
【００２２】
【表３】
2004322108.tif 000004
【００２３】
【表４】
2004322108.tif 000005
【００２４】
【表５】
2004322108.tif 000006
【００２５】
なお、溶接作業性評価試験結果欄の○は良好であることを示し、×は不良であることを示す。表４、表５中ワイヤ記号１〜６が本発明例、ワイヤ記号７〜１７は比較例である。
本発明例であるワイヤ記号１〜６は、ＴｉＯ２  、ＳｉＯ２  、ＺｒＯ２  、Ｎａ２  ＯおよびＫ２  Ｏの１種類以上、ＴｉＯ２  ／ＳｉＯ２  およびスラグ成分の合計が適正であるので、立向および水平すみ肉姿勢溶接ともにアークが安定し、スパッタ発生量が少なく、スラグ包被性、スラグ剥離性およびビード形状が良好で、極めて満足な結果であった。
【００２６】
比較例中ワイヤ記号７は、ＴｉＯ２  が多いので、でスラグ剥離性が不良であった。
ワイヤ記号８は、ＴｉＯ２  が少ないのでアークが不安定で、スラグ包被性が劣り、立向姿勢溶接ではビード形状も不良であった。
【００２７】
ワイヤ記号９は、ＳｉＯ２  が多いので、スラグの粘性が低くなり、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号１０は、ＳｉＯ２  が少ないので、スラグ包被性が劣り、水平すみ肉姿勢溶接でビード形状が不良であった。
【００２８】
ワイヤ記号１１は、ＺｒＯ２  が多いので、スラグ剥離性およびビード形状が不良であった。
ワイヤ記号１２は、ＺｒＯ２  が低いので、アークが不安定でスラグ包被性が劣り、水平すみ肉姿勢溶接でビード形状が不良であった。
【００２９】
ワイヤ記号１３は、Ｎａ２  ＯとＫ２  Ｏの合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号１４は、Ｎａ２  ＯとＫ２  Ｏの合計が低いので、アークが不安定でスパッタ発生量も多くなった。
【００３０】
ワイヤ記号１５は、スラグ成分の合計が多いので、スラグ剥離が不良となった。
ワイヤ記号１６は、スラグ成分の合計が低いので、スラグ包被性が悪く、立向姿勢溶接でビードが垂れて溶接できなかった。
ワイヤ記号１７は、ＴｉＯ２  とＳｉＯ２  との質量比ＴｉＯ２  ／ＳｉＯ２  が高いので、ビードに酸化変色が過度に発生し、またビード形状が凸となった。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤよれば、スパッタ発生量が極めて少なく、全姿勢での溶接においても良好な溶接作業性およびビード形状の溶接金属が得られる。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接における品質および溶接能率が向上し、フラックス入りワイヤの適用拡大が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの形状例を示す断面図
【符号の説明】
１  外皮
２  フラックス
【図１】
2004322108.tif 000007