(57)【要約】【課題】  ワイヤ送給性良好で欠陥がなく、かつ溶接金属性能の優れた健全な溶接部が得られるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】  鋼製外皮にフラックスを充填してなるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮は質量％でＣ：０．００５〜０．１％、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１〜０．６％、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、ワイヤ成分はワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜４．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮にフラックスを充填してなるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮は質量％でＣ：０．００５〜０．１％、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１〜０．６％、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、ワイヤ成分はワイヤ全質量に対して質量％でＣ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜４．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ全質量に対して質量％でＢ：０．００２〜０．０１％を含有することを特徴とする請求項１記載のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に良好なワイヤ送給性と溶接金属性能が得られるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エレクトロスラグ溶接は、大入熱の１パス溶接により高能率な溶接が可能であるので、鉄骨のダイアフラムおよび仕口部や橋梁、造船などのロジン材などの立向溶接に多く用いられている。高能率で厚板の非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接を行う方法として、細径ワイヤを用いて溶融スラグ浴表面と溶接チップ先端間のワイヤ突き出し長さ（以下、ドライエクステンションという。）を一定に保持して溶接ノズルを自動上昇させながら溶接を行うという技術の開示がある（例えば、特許文献１参照）。図１に非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接方法の概要を示す。スキンプレート１、ダイアフラム２および側板３で囲まれた開先４の中央に消耗ノズル５を挿入し、通電と同時に溶接用ワイヤ６の先端と開先底部との間にアークを発生させ、フラックスを投入して溶融スラグ７を作り、エレクトロスラグ溶接を開始する。溶接が進行すると溶接用ワイヤ６のドライエクステンション８を設定値（３０〜４０ｍｍ）に保つように溶接電流を検知して、溶接金属９の上昇に伴って駆動するノズル上昇用ローラ１０によって非消耗ノズル５を引き上げながら溶接される。なお、板厚が厚くなる（開先幅が大きく）なると図示しない揺動装置で非消耗ノズルをダイアフラム板厚方向に揺動する。
【０００３】
溶接に供せられるワイヤは、大入熱１パス溶接で溶接金属の強度および靱性を確保するため従来から種々の成分組成の溶接用ワイヤが用いられている。例えば、高靱性を得るためのエレクトロスラグ溶接用ワイヤ（例えば、特許文献２参照）、極厚低合金高張力鋼用エレクトロスラグ溶接用ワイヤ（例えば、特許文献３参照）、高張力鋼用のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ（例えば、特許文献４、５参照）、さらに、大入熱エレクトロスラグ溶接用ワイヤ（例えば、特許文献６参照）がある。
【０００４】
しかし、非消耗ノズルの長さは１〜１．５ｍと長く、かつワイヤを送給する内径は２〜２．５ｍｍと細いので、前述の方法に記載の溶接用ワイヤでは、ワイヤの合金量が多いので硬く、溶接時にワイヤ矯正が十分に出来ず、非消耗ノズルの内部で屈曲したワイヤにより送給抵抗が増してワイヤ送給に緩急が生じて電流が不安定となり、母材を十分に溶融することができない場合がある。また、非消耗ノズル先端部よりワイヤが曲がった状態で供給されるので溶接金属が片溶けして、融合不良が生じる場合もあった。ワイヤの矯正を十分にするためにはワイヤ矯正ローラで強く矯正する必要があり、この場合矯正ローラ部での抵抗が大きくなって前述と同様な問題が生じていた。
【特許文献１】特開昭５７−１５６８８４号公報
【特許文献２】特開平７−１６７８６号公報
【特許文献３】特開昭５９−１７９２８９号公報
【特許文献４】特開平９−６６３７４号公報
【特許文献５】特開平９−３１４３７８号公報
【特許文献６】特開２００２−７９３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ワイヤ送給性良好で溶接欠陥がなく、かつ溶接金属性能の優れた健全な溶接部が得られるエレクトロスラグ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の要旨とするところは、鋼製外皮にフラックスを充填してなるエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤにおいて、鋼製外皮は質量％でＣ：０．００５〜０．１％、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１〜０．６％、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、ワイヤ成分はワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜４．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．０％、を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００７】
また、さらに、Ｂ：０．００２〜０．０１％を含有することも特徴とするエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤによれば、溶接時のワイヤ矯正が容易で非消耗ノズル部や矯正ローラ部での送給抵抗が少なくなる傾向にある。したがって、ワイヤ送給が安定し、ノズル部先端から曲がって送給されることがないので健全な溶接部が得られる。また、優れた機械的性質を有する溶接金属を提供することができるなど、構造物の安全性をおよび生産効率を著しく高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明のエレクトロスラグ溶接用フラックス入りワイヤ化学成分の限定理由について説明する。
【００１０】
まず、本発明において、送給時のワイヤ矯正を容易として溶接時のアークの安定性および溶接部の健全性を確保するために、軟質の鋼製外皮を用い、ワイヤ送給性を良好として機械的性能を満足させるために適量の合金をフラックスから充填する。
【００１１】
鋼製外皮のＣが０．１質量％（以下、％という。）、Ｓｉが０．２％およびＭｎが０．６％を超えると、ワイヤが硬くなってワイヤ矯正が十分にできず非消耗ノズル内での送給抵抗が大きくなってワイヤ送給に緩急が生じ電流が不安定になり母材を十分溶融できない。また、非消耗ノズル先端からワイヤが曲がって供給されて溶接金属が片溶けする場合がある。ワイヤ矯正を強くすると矯正ローラ部での送給抵抗が大きくなってワイヤ送給に緩急が生じ電流が不安定になり母材を十分溶融できない場合がある。
【００１２】
鋼製外皮のＣが０．００５％未満では、製鋼コストが非常に高くなり現実的ではない。また、Ｍｎが０．１％未満であるとフラックス入りワイヤ製造時のダイス伸線工程で断線する。
【００１３】
ワイヤ全質量に対するＣ（外皮中のＣとフラックス中のＣ量の合計）は、溶接金属の強度を向上させる成分であり、溶接金属の引張強度を確保するためには、Ｃを０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃは、オーステナイトの安定化元素であるために溶接金属に過剰に含有するとオーステナイト粒が粗大化して靱性に有害な粗大な初析フェライトや粗粒のベーナイトおよびアシキュラーフェライトが生成され、また、溶接金属の硬さが過剰となって溶接金属の靱性を劣化させるのでその含有量の上限を０．１５％とした。
【００１４】
ワイヤ全質量に対するＳｉ（外皮中のＳｉとフラックス中のＳｉ量の合計）は、脱酸元素として働き、溶接金属の不純物として酸素量を減少させる成分であるが、オーステナイトの粗大化を抑制し、オーステナイト粒径を微細化するために有効な元素として、また、オーステナイト粒内に生成する靱性に有害な粗大なセメンタイト（Ｆｅ3Ｃ）の生成を抑制する効果があり、ワイヤ全質量に対するＳｉで０．０５％以上含有させる必要がある。しかしながら、１．５％を超えてワイヤ中に含有すると溶接金属の硬さを過剰に高め、靱性を劣化させるので、その含有量の上限を１．５％とした。
【００１５】
ワイヤ全質量に対するＭｎ（外皮中のＭｎとフラックス中のＭｎ量の合計）は、溶接金属の強度の向上および脱酸作用を有し、その含有量が１．５％未満であると溶接金属の十分な強度が得られず、また、溶接金属の酸素量が高くなり、溶接金属の靱性を劣化させるので、その含有量の下限を１．５％とした。しかしながら、Ｍｎは、オーステナイトの安定化元素であるため、その含有量が４．０％を超えると、溶接金属中のオーステナイトの粒が粗大化して靱性に有害な粗大な初析フェライトや粗粒のベーナイトおよびアシキュラーフェライトが生成されるのでオーステナイト粒の微細化のために、その含有量の上限を４．０％とする。
【００１６】
Ｔｉは、溶接金属中で微量でもＴｉ酸化物等を形成して、強度、靱性の向上のために有効な効果を得るためにワイヤ中に０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、０．５％を超えてワイヤに含有されると、酸化物あるいは窒化物として固定されなかったＴｉが靱性を劣化させるので、その含有量の上限を０．５％とした。
【００１７】
Ｎｉは、溶接金属中の靱性を向上させる元素で、０．０５％以上を必要とするが、オーステナイトの安定化元素であり、過剰に含有されるとオーステナイト粒を粗大化して靱性に有害な粗大な初析フェライトや粗粒のベーナイトおよびアシキュラーフェライトが生成されるので、オーステナイト粒の微細化のために、その含有量の上限を３．０％とした。
【００１８】
Ｍｏは、オーステナイト粒径を微細化すると同時に、溶接金属の靱性向上に重要な元素である。この効果を得るために、溶接ワイヤ中に０．０５％以上含有される必要がある。しかしながら、過剰に含有されると溶接金属を過剰に硬化させ、溶接金属の靱性を劣化させるので、その含有量の上限を２．０％とした。
【００１９】
さらに、Ｂは、微量でも溶接金属中の靱性に有害な変態を抑制するので、０．００２％以上、好ましくは０．００５％以上含有することが好ましい。しかしながら、０．０１％を超えて含有されると、過剰なＢが靱性を劣化させるので、その含有量の上限を０．０１％とした。
【００２０】
なお、充填フラックスは前述の各成分組成を金属粉または合金粉で充填するが充填率の調整のために鉄粉を１０％以下充填することができる。また、スラグ剤は実質充填しないが、溶接時に銅当金を使用する場合は銅当金にフラックスが付着してフラグを消費して溶融スラグ浴深さが変化するので２％以下の範囲で添加は可能である。
【００２１】
フラックス入りワイヤには合わせ目有りのシームタイプおよび合わせ目なしのシームレスタイプがあるが、本発明においてはいずれのタイプも適用可能である。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例により本発明の効果を詳細に説明する。
【００２３】
表１に示す鋼製外皮を用いて表２に示す各種成分組成を有するワイヤ径１．６ｍｍのシームレスタイプのフラックス入りワイヤを試作した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
表３に示す化学成分および表４に示すサイズの鋼板を、図２に示すようにスキンプレート１、ダイアフラム２および側板３を、ギャップＧを２５ｍｍにして溶接試験板を組立てた。溶接は、表２に示すフラックス入りワイヤを用いて表５に示す溶接条件で行った。溶接長は５００ｍｍである。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
【表４】
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【００２９】
【表５】
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【００３０】
溶接時にアークの安定性を調査し、溶接終了後超音波探傷機で欠陥の有無を調べたのちに図３に示すように溶接金属９のスキンプレート１板厚方向の最大幅Ｗ２中心、かつダイアフラム２板厚方向の最大幅Ｗ１両端からそれぞれ１／４の２箇所の位置から引張試験片１１を採取し、溶接金属９のダイアフラム板厚方向の最大幅Ｗ２中心位置からシャルピー衝撃試験片１２を採取して、それぞれ機械試験を実施した。吸収エネルギーの評価は０℃におけるシャルピー衝撃試験１２を行い、各々繰返し３本の吸収エネルギーの平均が７０Ｊ以上を良好として評価した。引張強さは２本の平均値で５００〜７４６Ｍｐａを良好と評価した。
【００３１】
これらの調査結果も表２にまとめて示す。
【００３２】
表２中ワイヤ記号１〜１０が本発明例、ワイヤ記号１１〜２５は比較例である。本発明例であるワイヤ記号１〜１０は、外皮成分およびワイヤ成分が適正であるので、溶接時のワイヤ送給性が良好でアークが安定し、溶接金属の引張強さおよび吸収エネルギーとも良好な結果が得られるなど、極めて満足な結果であった。
【００３３】
比較例中ワイヤ記号１１は外皮記号ＤのＣが高いので、ワイヤ記号１２は外皮記号ＥのＳｉが高いので、またワイヤ記号１３は外皮記号ＦのＭｎが高いので、いずれもワイヤが硬くなってワイヤ矯正が十分にできず非消耗ノズル内での送給抵抗が大きくなってワイヤ送給に緩急が生じアークが不安定になり一部融合不良も生じた。また、ワイヤ記号１３は、ワイヤ成分中Ｂが高いので吸収エネルギーが低値であった。
【００３４】
ワイヤ記号１４は、ワイヤのＣが高いので、ワイヤ記号１６はワイヤのＳｉが高く、またワイヤ記号２４はワイヤのＭｏが高いので、いずれも引張強さが高くまた吸収エネルギーが低値であった。
【００３５】
ワイヤ記号１５は、ワイヤのＣが低いので、引張強さか低くなった。またＢが低いので吸収エネルギーも低値であった。
【００３６】
ワイヤ記号１７はワイヤのＳｉが低いので、ワイヤ記号１８はワイヤのＭｎが高いので、ワイヤ記号２０はワイヤのＴｉが高いので、ワイヤ記号２１はワイヤのＴｉが低いので、ワイヤ記号２２はＮｉが高いので、ワイヤ記号２３はワイヤのＮｉが低いので、またワイヤ記号２５はワイヤのＭｏが低いので、いずれも吸収エネルギーが低値であった。
【００３７】
ワイヤ記号１９は、ワイヤのＭｎが低いので、引張強さか低く、また吸収エネルギーも低値であった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】エレクトロスラグ溶接方法の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いた溶接試験板を示す図である。
【図３】本発明の実施例に用いた溶接金属の試験片採取位置を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    スキンプレート
２    ダイアフラム
３    側板
４    開先
５    非消耗ノズル
６    ワイヤ
７    溶融スラグ
８    ドライエクステンション
９    溶接金属
１０    ノズル上昇用ローラ
１１    引張試験片
１２    シャルピー衝撃試験片
Ｇ      ギャップ
Ｗ１    ダイアフラム板厚方向の最大幅
Ｗ２    スキンプレート板厚方向の最大幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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