(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
心線に被覆剤が塗布されているＮｉ基合金被覆アーク溶接棒であって、
前記心線は、心線全質量あたり、
Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％
Ｓｉ≦０．５質量％
Ｍｎ≦０．５質量％
Ｐ＋Ｓ≦０．０１０質量％
Ｃ≦０．０２質量％
を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなり、
前記被覆剤は、Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒全質量あたり、
Ｍｎ≦１０．０質量％
Ｃｒ≦３０質量％
Ｍｏ≦３０質量％
Ｎｂ＋Ｔａ≦４．０質量％
Ｗ≦５．０質量％
Ｎｉ≦５．０質量％
Ｃｏ≦３．０質量％
Ｆｅ≦２０．０質量％
Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｗ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ：１６〜３０質量％
Ｓｉ：０．２〜１．０質量％
Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｍｇ：０．３０〜１．０質量％
金属炭酸塩のＣＯ２量換算値：２．５〜６．５質量％
金属フッ化物のＦ換算値：１．５〜５．０質量％
スラグ形成剤：５．０〜１０．０質量％
アルカリ金属の酸化物：０．８〜２．０質量％
を含有し、残部が不可避的不純物からなり、
前記被覆剤の被覆率：３０〜５０質量％であることを特徴とするＮｉ基合金被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮｉ基合金被覆アーク溶接棒に関し、より詳しくは、純Ｎｉ心線を使用し、被覆剤から合金を添加するＮｉ基合金被覆アーク溶接棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子炉や圧力容器等の溶接材料として、Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒が用いられている。
このようなＮｉ基合金被覆アーク溶接棒として、例えば特許文献１には、フラックス成分を含有する被覆剤をＮｉ基合金からなる心線の外周に被覆してなるＮｉ基合金被覆アーク溶接棒において、前記心線は、心線の全質量あたりＣｒ：２８．０乃至３１．５質量％、Ｆｅ：７．０乃至１１．０質量％、Ｎｂ及びＴａ：総量で１．０乃至２．０質量％、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｍｎ：４．０乃至５．５質量％、Ｎ：０．００１乃至０．０２質量％、Ｓｉ：０．７０質量％以下、Ｍｇ：０．００１０質量％以下、Ａｌ：０．５０質量％以下、Ｔｉ：０．５０質量％以下、Ｍｏ：０．５０質量％以下、Ｃｕ：０．５０質量％以下を含有し、Ｂの含有量をＢ：０．００１０質量％以下、Ｚｒの含有量をＺｒ：０．００１０質量％以下に規制した組成を有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物中のＣｏの含有量をＣｏ：０．１０質量％以下、Ｐの含有量をＰ：０．０１５質量％以下、Ｓの含有量をＳ：０．０１５質量％以下に規制した組成を有し、前記被覆剤は、前記フラックス成分として、被覆アーク溶接棒の全質量あたりスラグ形成剤：３．５乃至６．５質量％、金属弗化物（Ｆ量換算値）：２乃至５質量％、炭酸塩（ＣＯ２量換算値）：２．５乃至６．５質量％を含有し、前記フラックス中のＭｎの含有量をＭｎ：２．０質量％以下、Ｎｂ及びＴａの含有量を総量でＮｂ＋Ｔａ：１．５質量％以下、Ｆｅの含有量をＦｅ：２．５質量％以下に規制した組成を有することを特徴とするＮｉ基合金被覆アーク溶接棒が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１５８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒は、合金心線を使用し、被覆剤からの合金添加量を抑えたタイプ（Ａタイプとする）と、純Ｎｉ心線を使用し、被覆剤から多量の合金添加を行うことで目的の溶接金属を得るタイプ（Ｂタイプとする）に大別される。
特許文献１に記載のようなＡタイプのＮｉ基合金被覆アーク溶接棒では、合金粉末の添加量が少ないので、溶接時に溶融金属中に導入される酸素量が少なくなる。そのため、Ａタイプではブローホール等の気孔欠陥発生は少ない。しかし、Ａタイプでは心線の電気抵抗が高いため、棒焼け現象が発生し易い。その結果、Ａタイプでは高い溶接電流での施工ができず、施工能率に関しては改善の余地がある。
【０００５】
そこで、施工能率の観点から、ＢタイプのＮｉ基合金被覆アーク溶接棒が着目されている。Ｂタイプでは心線の電気抵抗が低いため、高電流で高能率の施工が実施できる。しかし、Ｂタイプは合金粉末の添加量が多いため、合金粉末の表面に多量に含まれる酸素が溶接時に溶融金属中に導入されるため、気孔欠陥が発生し易い。溶融金属中の酸素と炭素は反応により一酸化炭素ガスとなり、気孔欠陥の原因となる。そして、気孔欠陥は溶接継手の性能に影響するため、実工事においては放射線透過試験等の検査が実施される。そして、検査の結果不合格の場合には、溶接部をはつった後に再溶接を行う等、多大な労力を必要とする。そのため、溶接金属に気孔欠陥が発生しない、もしくは発生の少ないＮｉ基合金被覆アーク溶接棒が望まれる。
【０００６】
また、Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒は、強度や衝撃性能等の機械的性質に優れた溶接金属が得られることが要求される。さらには、Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒は、経済性に優れることも要求される。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、純Ｎｉ心線を使用したＮｉ基合金被覆アーク溶接棒において、経済性に優れ、高能率の施工が可能であり、且つ、機械的性質に優れるとともに気孔欠陥の発生が少ない溶接金属が得られるＮｉ基合金被覆アーク溶接棒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するため、本発明では、次の技術手段を講じている。
本発明に係るＮｉ基合金被覆アーク溶接棒は、心線に被覆剤が塗布されているＮｉ基合金被覆アーク溶接棒であって、前記心線は、心線全質量あたり、Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％、Ｓｉ≦０．５質量％、Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ＋Ｓ≦０．０１０質量％、Ｃ≦０．０２質量％、を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなり、前記被覆剤は、Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒全質量あたり、Ｍｎ≦１０．０質量％、Ｃｒ≦３０質量％、Ｍｏ≦３０質量％、Ｎｂ＋Ｔａ≦４．０質量％、Ｗ≦５．０質量％、Ｎｉ≦５．０質量％、Ｃｏ≦３．０質量％、Ｆｅ≦２０．０質量％、Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｗ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ：１６〜３０質量％、Ｓｉ：０．２〜１．０質量％、Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｍｇ：０．３０〜１．０質量％、金属炭酸塩のＣＯ２量換算値：２．５〜６．５質量％、金属フッ化物のＦ換算値：１．５〜５．０質量％、スラグ形成剤：５．０〜１０．０質量％、アルカリ金属の酸化物：０．８〜２．０質量％、を含有し、残部が不可避的不純物からなり、前記被覆剤の被覆率：３０〜５０質量％であることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒（以下、適宜、被覆アーク溶接棒あるいは、単に溶接棒という）は、心線に所定量のＭｇを添加することで、Ｍｇが脱酸元素として作用し、溶接金属の気孔欠陥が低減される。また、心線のＳｉ含有量およびＭｎ含有量を規定することで、心線の電気抵抗が低く保たれる。また、心線のＰ、Ｓの含有量の合計を規定することで、溶接金属の凝固割れが抑制される。また、心線のＣ含有量を規定することで、溶接金属の気孔欠陥が低減される。
【００１０】
そして、被覆アーク溶接棒は、被覆剤中のＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅの含有量の合計を規定することで、溶接金属の強度、耐食性等が向上し、また、ＡＷＳ  Ａ５．１１に規定される代表的な成分系の溶接金属が得られる。また、被覆剤中のＳｉ含有量、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇの含有量の合計を規定することで、被覆剤に含まれる合金成分が保有する大過剰な酸素が除去される。また、被覆剤中の金属炭酸塩のＣＯ２量換算値を規定することで、溶接作業性が向上するとともに健全な溶接金属が得られる。また、被覆剤中の金属フッ化物のＦ換算値を規定することで、アーク強度が高まるとともに、スラグの粘性および凝固温度が下がり流動性が向上する。これにより、スラグ剥離性の向上、融合不良防止、ピット・ブローホール防止が達成される。また、被覆剤中のスラグ形成剤を規定することで、アークの安定性、スパッタ発生量、スラグの剥離性等に関して溶接作業性が向上し、また、ビード形状が良好となる。また、被覆剤中のアルカリ金属の酸化物を規定することで、アーク安定性が向上し、スパッタ発生量が低減し、スラグ被包性が改善される。また、被覆剤の被覆率を規定することで、溶接作業性が向上するとともに溶接欠陥が抑制される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＮｉ基合金被覆アーク溶接棒は、経済性に優れ、高能率の施工が可能である。また、本発明のＮｉ基合金被覆アーク溶接棒は、機械的性質に優れるとともに気孔欠陥の発生が少ない溶接金属を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に用いた全溶着金属試験板の開先形状を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明のＮｉ基合金被覆アーク溶接棒は、心線に被覆剤が塗布されているものである。そして、前記心線は、心線全質量あたり、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、「Ｐ＋Ｓ」、Ｃを所定量含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる。
また、前記被覆剤は、Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒全質量あたり、「Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｗ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ」、Ｓｉ、「Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｍｇ」、金属炭酸塩のＣＯ２量換算値、金属フッ化物のＦ換算値、スラグ形成剤、アルカリ金属の酸化物を所定量含有し、残部が不可避的不純物からなる。さらに、本発明のＮｉ基合金被覆アーク溶接棒は、前記被覆剤の被覆率を規定したものである。
以下、Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒の成分限定理由について説明する。
【００１４】
＜心線＞
［Ｍｇ：０．０５〜０．５質量％］
Ｍｇは、強力な脱酸元素として心線に含有させる。被覆アーク溶接棒は、被覆剤中に脱酸元素を含有させた場合にも気孔欠陥の低減効果は見られる。Ａタイプの被覆アーク溶接棒では被覆剤からの脱酸元素添加で十分に効果が見られ、実施工に十分耐えうる。しかし、Ｂタイプのように溶融金属中に多量の酸素が導入される場合には、被覆剤中の脱酸元素は溶融金属中に入る前に酸化消耗してしまう。そのため、被覆剤に脱酸元素を含ませるのみでは、溶融金属中の気孔欠陥に有害な酸素を十分に低減させることができない。
【００１５】
心線に含まれる脱酸元素は効率良く溶融金属になり、気孔欠陥に有害な酸素と結合し、酸素を排出する効果を発揮する。その効果はＭｇ含有量が０．０５質量％未満では十分では無い。一方、多量に添加した場合にも気孔欠陥の低減効果は得られるが、Ｍｇが粒界偏析し、心線製造時の熱間加工性が低下する弊害がある。そのため、Ｍｇ含有量は０．５質量％以下に制限する。
したがって、心線全質量あたりのＭｇ含有量は、０．０５〜０．５質量％とする。Ｍｇ含有量は、その効果をより高める観点から、好ましくは０．１０質量％以上、より好ましくは０．１５質量％以上とする。また、前記した弊害をより抑制する観点から、好ましくは０．４質量％以下、より好ましくは０．３質量％以下とする。
【００１６】
［Ｓｉ≦０．５質量％、Ｍｎ≦０．５質量％］
心線の純Ｎｉ素材にはＳｉ、Ｍｎが少量含まれることが多いが、心線の電気抵抗を低く保つため、心線中のＳｉ含有量、Ｍｎ含有量は、それぞれ０．５質量％以下とする。また、Ｓｉは、含有量が０．５質量％を超えると、溶接金属の衝撃性能を劣化させる。したがって、衝撃性能の劣化を抑制するためにも、Ｓｉ含有量は０．５質量％以下とする。Ｓｉ含有量、Ｍｎ含有量は、心線の電気抵抗をより低くする観点から、また、Ｓｉについては衝撃性能の劣化をより抑制する観点から、それぞれ、好ましくは０．３５質量％以下、より好ましくは０．２０質量％以下とする。ただし、Ｓｉ、Ｍｎは不可避的に混入するため、実質的に、Ｓｉ含有量は０．０５質量％, Ｍｎ含有量は０．１質量％が下限値となる。
【００１７】
［Ｐ＋Ｓ≦０．０１０質量％］
Ｎｉ基合金溶接金属は凝固割れが発生し易いことが一般的に知られており、これを防止するには不純物であるＰ、Ｓを低減することが有効である。溶接金属は凝固割れを防止するため、Ｐ、Ｓは、Ｐ含有量とＳ含有量の合計で０．０１０質量％以下とする。Ｐ含有量とＳ含有量の合計は、凝固割れの発生をより抑制する観点から、より好ましくは０．００８質量％以下とする。なお、分析下限がＰ＜０．００２，Ｓ＜０．０００５となっていることから、下限値を限定することは困難である。
【００１８】
［Ｃ≦０．０２質量％］
Ｃ（炭素）は酸素とともに気孔欠陥の直接的な要因となる元素である。よって、心線に含まれるＣ量は少ないことが好ましく、本発明では、０．０２質量％以下とする。Ｃ含有量は、気孔欠陥をより抑制する観点から、好ましくは０．０１質量％以下、より好ましくは０．００８質量％以下とする。ただし、Ｃは不可避的に混入するため、実質的に０．０００５質量％が下限値となる。
【００１９】
［残部：Ｎｉおよび不可避的不純物］
心線の残部は、Ｎｉおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Ｆｅ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｗ等が挙げられる。
【００２０】
＜被覆剤＞
被覆剤はフラックス成分として心線の周囲に被覆するものである。
本発明の被覆アーク溶接棒は、ＡＷＳ Ａ５．１１における、ＥＮｉＣｒＦｅ−１、ＥＮｉＣｒＦｅ−９、ＥＮｉＣｒＭｏ−３、ＥＮｉＣｒＭｏ−６、ＥＮｉＭｏ−８等のＮｉ基合金溶接金属を得るため、被覆剤に多量の合金を含有させる。
【００２１】
［Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｗ＋Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｆｅ：１６〜３０質量％］
Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｏ，Ｆｅは、溶接金属の固溶強化、耐食性強化等を目的に添加される金属成分である。溶接金属における有効な物理的、機械的性能が得られる成分系はいくつか規格化されており、ＡＷＳ  Ａ５．１１に多くの例が示されている。このような有効な成分系を得るためには、多種かつ多量の合金添加が必要である。また、一部の原料はＮｉ合金として添加することが経済的である。Ｎｉは性能向上が目的の合金ではないが、このような場合のＮｉは、気孔欠陥に対して上記の金属成分と同様に作用する。そのため、本発明では、被覆剤の成分において、金属成分としてＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅにおける、それぞれの含有量の和（合計）を規定する。
【００２２】
上記金属成分の合計量が１６質量％未満では、溶接金属の固溶強化、耐食性強化等を達成することができない。また、ＡＷＳ  Ａ５．１１に規定される代表的な成分系の溶接金属が得られない。なお、上記金属成分の合計量が１６質量％未満の場合は、心線に脱酸元素を添加した特殊な合金を使用しなくても、被覆剤への脱酸元素添加のみで気孔欠陥について目立った問題は見られなくなる。一方、３０質量％を超えると、必然的に被覆剤の被覆率が高くなる。被覆アーク溶接棒は、過剰な被覆率とすると、溶接作業性が劣化する他、アーク熱で被覆剤中の金属成分を溶融させることができず、溶接金属に未溶融の金属粒子が混入する。そして、この未溶融の金属粒子により溶接欠陥を生じてしまう。
【００２３】
したがって、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅの合計量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり１６〜３０質量％とする。Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅの合計量は、溶接金属の固溶強化、耐食性強化等をより向上させる観点から、好ましくは１８質量％以上、より好ましくは１９質量％以上とする。また、被覆剤の被覆率をより適度にする観点から、好ましくは２８質量％以下、より好ましくは２７質量％以下とする。
【００２４】
また、ＡＷＳ  Ａ５．１１に規定される代表的な成分系の溶接金属を得るためには、それぞれの金属成分は以下のような範囲となる。
Ｍｎ≦１０．０質量％、Ｃｒ≦３０質量％、Ｍｏ≦３０質量％、Ｎｂ＋Ｔａ≦４．０質量％、Ｗ≦５．０質量％、Ｎｉ≦５．０質量％、Ｃｏ≦３．０質量％、Ｆｅ≦２０．０質量％
【００２５】
［Ｓｉ：０．２〜１．０質量％］
Ｓｉは被覆剤に含まれる合金成分が保有する大過剰な酸素を除去する目的で、被覆剤に少量含ませる。Ｓｉ含有量が０．２質量％未満ではその効果が発揮されない。一方、Ｓｉ含有量が１．０質量％を超えると、溶接金属の歩留り、および、溶接金属の衝撃性能を劣化させる。したがって、Ｓｉ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．２〜１．０質量％とする。Ｓｉ含有量は、前記効果をより高める観点から、好ましくは０．３質量％以上、より好ましくは０．４質量％以上とする。また、溶接金属の歩留りおよび衝撃性能をより向上させる観点から、好ましくは０．８質量％以下、より好ましくは０．７質量％以下とする。
【００２６】
［Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｍｇ：０．３０〜１．０質量％］
Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇは、Ｓｉと同様に、被覆剤に含まれる合金成分が保有する大過剰な酸素を除去する目的で、被覆剤に少量含ませる。
Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇの含有量が、合計で０．３０質量％未満ではその効果が発揮されない。一方、Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇの含有量が、合計で１．０質量％を超えると、溶接金属中にＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯといった酸化物として多量に分布し、溶接金属の衝撃性能の劣化につながる。また、溶接金属の延性や耐欠陥性が劣化する場合もある。したがって、Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇの合計量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．３０〜１．０質量％とする。Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇの合計量は、前記効果をより高める観点から、好ましくは０．３５質量％以上、より好ましくは０．４５質量％以上とする。また、溶接金属の衝撃性能をより向上させる観点から、好ましくは０．９質量％以下、より好ましくは０．８５質量％以下とする。
なお、ここでのＴｉ，Ａｌ，Ｍｇには、スラグ形成剤など酸化物に由来するＴｉ，Ａｌ，Ｍｇは含まれない。
【００２７】
［金属炭酸塩のＣＯ２量換算値：２．５〜６．５質量％］
金属炭酸塩は、高温分解により発生したガスにより、アークをシールドし、また、溶接金属を高塩基性に保って、健全な溶接金属を確保する。また、金属炭酸塩の添加は、スラグの流動正の適正化に寄与し、良好な溶接作業性の確保に有効である。本発明においては、これらの効果を十分に得るために、金属炭酸塩の含有量は、ＣＯ２量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり２．５質量％以上とする。一方、金属炭酸塩の多量の添加は、スラグ剥離性およびビード外観等を劣化させるため、本発明においては、金属炭酸塩の含有量の上限値を、ＣＯ２量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり６．５質量％とする。したがって、金属炭酸塩の含有量は、ＣＯ２量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり２．５〜６．５質量％とする。金属炭酸塩の含有量は、前記効果をより高める観点から、ＣＯ２量換算値で、好ましくは２．７質量％以上、より好ましくは３．０質量％以上とする。また、スラグ剥離性の向上およびビード外観をより良好にする等の観点から、好ましくは５．０質量％以下、より好ましくは４．０質量％以下とする。
金属炭酸塩としては、例えばＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３等が挙げられる。
【００２８】
［金属フッ化物のＦ換算値：１．５〜５．０質量％］
金属フッ化物は、アーク強度を高めるとともに、スラグの粘性および凝固温度を下げて流動性を向上させることで、スラグ剥離性の向上、融合不良防止、ピット・ブローホール防止に効果がある。これらの効果を十分に得るために、金属フッ化物の含有量は、Ｆ量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり１．５質量％以上とする。しかし、金属フッ化物の含有量が過多になると、アーク強度が強くなり過ぎてスパッタが増加し、アンダーカットが生じ易くなって、ビード形状が凸になる。よって、本発明においては、金属フッ化物の含有量の上限値を、Ｆ量換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり５．０質量％とする。
【００２９】
したがって、金属フッ化物の含有量は、Ｆ換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり１．５〜５．０質量％とする。金属フッ化物の含有量は、前記効果をより高める観点から、Ｆ換算値で、好ましくは１．６質量％以上、より好ましくは１．７質量％以上とする。また、スパッタの抑制およびビード形状をより良好にする観点から、好ましくは４．０質量％以下、より好ましくは３．０質量％以下とする。
金属フッ化物としては、例えば、ＣａＦ２等が挙げられる。
なお、金属フッ化物は、Ｆ量換算値で、フッ化ソーダ（ＮａＦ）を被覆アーク溶接棒全質量あたり１．５〜４．０質量％含有することが好ましい。これにより、スラグ剥離性が著しく向上する。
【００３０】
［スラグ形成剤：５．０〜１０．０質量％］
被覆剤中のスラグ形成剤は、アークの安定性、スパッタ発生量、スラグの剥離性等に関して良好な溶接作業性を確保するため、また、良好なビード形状を得るため、被覆アーク溶接棒全質量あたり５．０質量％以上添加する。一方、フラックス成分として被覆アーク溶接棒全質量あたり１０．０質量％を超える多量のスラグ形成剤を含有させると、スパッタの発生量が過多となったり、アーク安定性が低下したりする等、溶接作業性が低下する。したがって、スラグ形成剤の含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり５．０〜１０．０質量％とする。スラグ形成剤の含有量は、前記効果をより高める観点から、好ましくは６．５質量％以上、より好ましくは７．０質量％以上とする。また、溶接作業性をより向上させる観点から、好ましくは９．５質量％以下、より好ましくは９．０質量％以下とする。
スラグ形成剤としては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣａＯ、ＢａＯ等が挙げられる。
【００３１】
［アルカリ金属の酸化物：０．８〜２．０質量％］
アルカリ金属の酸化物は、適正範囲で添加することにより、アーク安定性が向上し、スパッタ発生量の低減およびスラグ被包性の改善に寄与する。本発明においては、アルカリ金属の酸化物の上記適正範囲を、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．８〜２．０質量％と規定する。アルカリ金属の酸化物は、前記効果をより高める観点から、好ましくは１．１質量％以上、より好ましくは１．２質量％以上とする。また、前記効果をより高める観点から、好ましくは１．９質量％以下、より好ましくは１．８質量％以下とする。
アルカリ金属の酸化物としては、例えば、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等が挙げられる。なお、アルカリ金属の酸化物としては、被覆アーク溶接棒の被覆剤中に含まれる水ガラス由来のアルカリ金属の酸化物も含まれる。
【００３２】
［残部：不可避的不純物］
被覆剤の残部は、不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Ｃ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｈ等が挙げられる。
【００３３】
［被覆率：３０〜５０質量％］
被覆率は被覆アーク溶接棒全質量あたりの被覆剤の質量である。被覆剤の被覆率が３０質量％未満では、被覆剤が少なすぎて所定の溶接作業性が得られない。一方、被覆率が５０質量％を超えると、溶接作業性が劣化する他、アーク熱で被覆中の金属成分を溶融させることができず、溶接金属に未溶融の金属粒子が混入する。そして、この未溶融の金属粒子により溶接欠陥を生じてしまう。したがって、被覆剤の被覆率は、被覆アーク溶接棒全質量あたり３０〜５０質量％とする。被覆剤の被覆率は、溶接作業性をより向上させる観点から、好ましくは３２質量％以上、より好ましくは３３質量％以上とする。また、溶接作業性をより向上させる観点から、また、未溶融の金属粒子の混入をより防止する観点から、好ましくは４８質量％以下、より好ましくは４６質量％以下とする。
【００３４】
＜Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒の製造方法＞
本発明の被覆アーク溶接棒は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、前記した被覆剤を珪酸ソーダ、珪酸カリで代表される水ガラスなどの粘結剤により、前記した心線の周囲に被覆率が３０〜５０質量％となるように通常の溶接棒塗装機により被覆塗装する。その後、水分を除去するため、１００〜５５０℃で焼成する。
【００３５】
＜その他＞
本発明の被覆アーク溶接棒は、前記したとおり、心線のＭｇ含有量を０．０５〜０．５質量％としたことに特徴を有するものである。ただし、被覆アーク溶接棒は、Ｍｇの一部をＴｉおよびＡｌのいずれか一種以上に置き換えることも考えられる。心線に含有させるＭｇの一部をＴｉおよびＡｌのいずれか一種以上に置き換えることでＭｇ含有量が０．０５質量％未満となった場合にも、溶接金属の欠陥数は減少傾向を示す。ただし、溶接金属の耐欠陥性は不合格水準となる（表７のＮｏ．１５）。すなわち、心線のＭｇ含有量を０．０５〜０．５質量％とした場合のほうが、心線に含有させるＭｇの一部をＴｉおよびＡｌのいずれか一種以上に置き換えた場合に比べ、気孔欠陥の発生が大幅に抑制される。
【００３６】
また、被覆アーク溶接棒は、心線に含有させるＭｇの全てをＹおよびＬａ，Ｃｅ等のランタノイド（以下ＲＥＭとする）に置き換えることも考えられる。心線に含有させるＭｇの全てをＲＥＭに置き換えることでも、本発明の効果を奏する。ただし、希土類元素の添加は、心線の製造を通常よりも困難とし、また、希土類原料が高価であることから、経済的ではない（表７のＮｏ．１８）。すなわち、心線のＭｇ含有量を０．０５〜０．５質量％とした場合のほうが、心線に含有させるＭｇの全てをＲＥＭに置き換えた場合に比べ、経済性に優れたものとなる。
したがって、被覆アーク溶接棒は、心線のＭｇ含有量を０．０５〜０．５質量％とした場合のほうが好ましく、本発明では、心線のＭｇ含有量を０．０５〜０．５質量％とすることとした。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の範囲に入る実施例について、その効果を本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
まず、表１に示す化学成分の心線、および、表２、３に示す化学成分の被覆剤からなる被覆アーク溶接棒（試験材）を試作した。試作は全て心線径を３．２φとして実施した。そして、試作した被覆アーク溶接棒を用いて、ＡＷＳ  Ａ５．１１に従って全溶着金属を作製し、各種試験を行った。具体的には、図１に示す開先形状で全溶着金属試験体を作製し、Ｘ線透過試験、引張試験、−１９６℃でのシャルピー衝撃試験に供した。そして、これらの試験により、溶接金属の耐欠陥性、機械的性質の評価を行った。
【００３８】
表中、本発明の範囲を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。また、表３において、「ＣＯ２計」は金属炭酸塩のＣＯ２量換算値であり、「Ｆ（ＣａＦ２中）」は金属フッ化物のＦ換算値であり、「ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２＋ＣａＯ＋ＢａＯ」はスラグ形成剤であり、「Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ」はアルカリ金属の酸化物である。
【００３９】
全溶着金属作製時の溶接条件を表４に示す。ここで、試験Ｎｏ．９は合金心線を使用したＡタイプであるため、棒焼け対策として他の試験材と比較して溶接電流を低くしている。そのため、試験Ｎｏ．９は施工能率が悪かった。また、試験Ｎｏ．２１では他と同等の溶接電流での施工は可能であったが、溶接棒の最終部付近で軽度の棒焼け現象が発生した。
【００４０】
【表１】
0006296550.tif 000002
【００４１】
【表２】
0006296550.tif 000003
【００４２】
【表３】
0006296550.tif 000004
【００４３】
【表４】
0006296550.tif 000005
【００４４】
各試験項目の評価基準は以下のとおりである。
［耐欠陥性］
耐欠陥性はＸ線透過試験により評価した。Ｘ線透過試験は、全長３００ｍｍの試験板のうち、アークスタート部及びエンド部を除いた２５０ｍｍ長さの溶接金属中に０．５ｍｍφ以上の欠陥数が１５個以下の場合を合格とした。
【００４５】
［引張試験］
全溶着金属の強度および延性は丸棒引張試験により評価した。引張試験では、成分系によって結果が大きく異なるため、ＡＷＳ  Ａ５．１１に規定される各成分系の要求値を満足するものを合格とした。表５にＡＷＳ  Ａ５．１１の引張性能の要求値を記す。なお、試験片は直径６．５ｍｍφ、評点距離２６．０ｍｍとした。
【００４６】
【表５】
0006296550.tif 000006
【００４７】
［シャルピー衝撃試験］
全溶着金属の衝撃性能は、−１９６℃でのシャルピー衝撃試験により評価した。Ｎｉ基合金の溶接棒は、低温での使用が想定される成分系が多い。そのため、シャルピー衝撃試験の試験温度は−１９６℃とした。また、３本の試験結果の平均値が５０Ｊ以上の場合を合格とした。なお、ＥＮｉＣｒＭｏ−３の成分系では強度が期待され、低温での使用は想定されないため、シャルピー衝撃試験は実施しなかった。
【００４８】
全溶着金属の化学成分および評価結果を表６、７に示す。表中、評価基準を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。
【００４９】
【表６】
0006296550.tif 000007
【００５０】
【表７】
0006296550.tif 000008
【００５１】
表６、７に示すように、本発明の範囲を満足する試験Ｎｏ．１〜８は、どの評価項目においても良好な結果が得られている。
一方、本発明の範囲を満足しない試験Ｎｏ．９〜２１は、以下の結果となった。
【００５２】
Ｎｏ．９は合金心線を使用した例であり、溶接金属の評価結果は良好であるが、溶接電流を下げて使用する必要があり、施工能率が低い問題があった。
Ｎｏ．１０は被覆率が発明の範囲を超えている。また、アルカリ金属の酸化物が上限を超えている。そのため、溶接作業性、スラグ被包性が劣化し、またアーク熱の不足による添加金属の未溶融により、耐欠陥性が不合格となった。
Ｎｏ．１１はフラックス中のＳｉ添加量が低い例である。したがって、脱酸能の不足により耐欠陥性が不合格となった。
【００５３】
Ｎｏ．１２はフラックス中のＳｉ添加量が過剰な例である。この例では溶接金属のＳｉ含有量が規格上限を外れてしまった。また溶接金属のＳｉが衝撃性能を劣化させ、衝撃性能が不合格となった。
Ｎｏ．１３はフラックス中の「Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｍｇ」の添加量が低い例である。したがって、脱酸能の不足により耐欠陥性が不合格となった。
Ｎｏ．１４はフラックス中の「Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｍｇ」の添加量が過剰な例である。したがって、過剰な脱酸元素が酸化物として溶接金属中に浮遊し、欠陥として作用したため、伸び、衝撃性能の劣化が見られ、耐欠陥性においても不合格となった。
【００５４】
Ｎｏ．１５は心線のＭｇ添加量が低く、Ａｌを少量添加した例であり、脱酸元素の効果がわずかに不足した例である。したがって、耐欠陥性は不合格であったが、欠陥数は、耐欠陥性が不合格であった他の試験材と比べると少なかった。
Ｎｏ．１６、１７は心線にＭｇの代わりにＴｉもしくはＡｌを添加した例である。Ｔｉ、Ａｌの単独添加では、溶融金属中の脱酸は不十分となり、耐欠陥性が不合格となった。
Ｎｏ．１８は心線にＭｇの代わりにＲＥＭを添加したものである。この場合は溶接金属の評価結果は良好であるが、心線の製造が通常よりも困難であり、また、希土類原料が高価であることから経済的では無く、実用的ではない。
【００５５】
Ｎｏ．１９、２０は心線にＭｇを添加せずに、被覆剤中のＭｇ量を増加させた例である。被覆剤に添加したＭｇは効率良く溶融金属に溶け込むことができないため、十分に気孔欠陥を防止することができていない。したがって、耐欠陥性が不合格となった。
Ｎｏ．２１は心線のＳｉ、Ｍｎが過剰な例である。この例では、溶接金属のＳｉ含有量が高いために衝撃性能が不合格となった他、溶接施工時に耐棒焼け性の劣化を観測している。
【００５６】
以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。
【図１】
0006296550.tif 000009