(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ基合金を外皮とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤにおいて、内包するフラックスの充填率がワイヤ全重量に対して１０乃至３３重量％であり、フラックス組成が、ワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ2：２乃至１０重量％、ＳｉＯ2：０．１乃至３重量％、Ａｌ2Ｏ3：０．０１乃至２重量％、ＺｒＯ2：０．４乃至３重量％、Ｌｉ、Ｎａ及びＫ化合物からなる群から選択された少なくとも１種：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ換算値の総量で０．０１乃至０．４重量％、金属成分：総量で１乃至２５重量％、スラグ成分：総量で４乃至１５重量％を含有し、フラックス中の炭酸塩をＣＯ２換算でワイヤ全重量に対し０．０３重量％以下に規制することを特徴とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ全重量に対して、Ｐを０．０１０重量％以下、Ｓを０．０１５重量％以下、Ｂｉを０．００５重量％以下、Ｂを０．００３重量％以下に規制したことを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
Ｙ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された少なくとも１種の希土類金属の化合物を希土類金属換算値の総量で０．０１乃至０．４重量％含有することを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
フラックス中にＦｅ及びＭｎの酸化物を含まないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＮｉ基合金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ＬＮＧタンク等の１１重量％以下のＮｉを含有する低温鋼又は原子力及び石油・化学機器等に使用されるＮｉ基合金のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特にＡｒ＋約２０重量％ＣＯ2を使用したいわゆるＭＡＧ溶接においてアークの安定及び集中性が優れており、融合不良及びスラグ巻き等の溶接欠陥が発生しにくく、スパッタの発生量、スラグの被包性、スラグの剥離性及びビード形状等の溶接作業性が優れ、かつ耐高温割れ性が優れたＮｉ基合金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】
フラックス入りワイヤによるガスシールドアーク溶接は、被覆アーク溶接及びＴＩＧ溶接に比べて高能率であることから、近時、その適用が拡大しており、Ｎｉ基合金の溶接においても、フラックス入りワイヤが多用されてきている。この種のガスシールドアーク溶接用ワイヤが、特公平４−５２１９０、特開平６−１９８４８８及び特開平８−３０９５８３に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、アークの安定性及び集中性が欠けるため、融合不良及びスラグ巻き等の溶接欠陥が発生しやすく、また溶接金属の高温割れが多く、高能率で有るガスシールドアーク溶接の特性を十分に発揮することができないという難点がある。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、含Ｎｉ鋼及びＮｉ基合金のＭＡＧ溶接において、溶接作業性が優れていて溶接欠陥が少なく、かつ耐高温割れ性が優れたＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金を外皮とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤにおいて、内包するフラックスの充填率がワイヤ全重量に対して１０乃至３３重量％であり、フラックス組成が、ワイヤ全重量に対して、ＴｉＯ2：２乃至１０重量％、ＳｉＯ2：０．１乃至３重量％、Ａｌ2Ｏ3：０．０１乃至２重量％、ＺｒＯ2：０．４乃至３重量％、Ｌｉ、Ｎａ及びＫ化合物からなる群から選択された少なくとも１種：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ換算値の総量で０．０１乃至０．４重量％、金属成分：総量で１乃至２５重量％、スラグ成分：総量で４乃至１５重量％を含有し、フラックス中の炭酸塩をＣＯ２換算でワイヤ全重量に対し０．０３重量％以下に規制することを特徴とする。
【０００６】
このＮｉ基合金フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対して、Ｐを０．０１０重量％以下、Ｓを０．０１５重量％以下、Ｂｉを０．００５重量％以下、Ｂを０．００３重量％以下に規制することが好ましい。
【０００７】
また、Ｙ、Ｌａ及びＣｅからなる群から選択された少なくとも１種の希土類金属の化合物を希土類金属換算値の総量で０．０１乃至０．４重量％含有することが好ましい。
【０００８】
更に、フラックス中にＦｅ及びＭｎの酸化物を含まないことが好ましい。
【０００９】
上記課題を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、特に不活性ガスであるＡｒ濃度が高いシールドガス雰囲気においては、内包するフラックスの影響が大きく、特に酸化物ではＴｉＯ2を主体にＺｒＯ2は有効であるが、逆にＦｅ、Ｍｎの酸化物は有害であることが分かった。また、Ｙ及びＬｉ、Ｃｅ等の希土類金属成分はアークの安定及び集中性に極めて大きな効果を奏し、かつ耐割れ性に有効であることが判明した。本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における外皮及びフラックスの成分添加理由及び組成限定理由について説明する。
【００１１】
外皮
外皮金属として、Ｎｉ基合金を使用するのは、溶接金属の均一性を損なわないためと、フラックスが充填過剰とならないように、フラックス中からの合金添加量を抑えるためである。Ｎｉ基合金とは、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金等をいう。なお、外皮の形状としては、円筒形又は角筒形のもののいずれでもよい。
【００１２】
フラックス充填率
フラックス充填率は、ワイヤ全重量あたり、１０乃至３３重量％である。フラックス充填率を１０重量％以上とするのは、ワイヤ製造工程において安定した充填率を確保し、かつ溶接時に十分なスラグ被包を確保し、健全な溶接金属を得るためである。フラックス充填率を３３重量％以下とするのは、ワイヤ製造工程において断線等がなく、均一なワイヤを確保し、かつアークの集中力低下による溶接作業性の劣化、特にスラグの巻き込み等の溶接欠陥を防止するためである。
【００１３】
フラックス成分（ワイヤ全重量％あたり）
ＴｉＯ2：２乃至１０重量％
ＴｉＯ2はアークの安定性及び均一で被包性が良好なスラグ形成剤の主成分として添加する。ＴｉＯ2が２重量％未満ではこれらの特性が十分得られず、逆にＴｉＯ2が８重量％超ではスラグがビードに密着（焼き付き）して剥離性が低下する。ＴｉＯ2源としてはルチール、白チタン、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸力リ又はチタン酸ソーダ等がある。
【００１４】
ＳｉＯ2：０．１乃至３重量％
ＳｉＯ2はＴｉＯ2と同様にスラグ形成剤の一種として、スラグの粘性を上げてビード形状を良好なものとするために添加する。ＳｉＯ2が０．１重量％未満ではこれらの特性が十分得られず、逆に３重量％超ではスラグがビードに密着（焼き付き）して剥離性が低下する。ＳｉＯ2源としては、珪灰石、珪砂、マイカ、カリ長石又はソーダ長石等がある。
【００１５】
Ａｌ2Ｏ3：０．０１乃至２重量％
Ａｌ2Ｏ3はスラグの融点を変えて流動性を良好なものとするために添加する。Ａｌ2Ｏ3が０．０１重量％未満ではこれらの特性が十分得られず、逆に２重量％超ではスラグの被包性が低下してビード形状が劣化する。Ａｌ2Ｏ3源としてはアルミナ、カリ長石又はソーダ長石等がある。
【００１６】
ＺｒＯ2：０．４乃至３重量％
ＺｒＯ2はＴｉＯ2と同様にスラグ形成剤の一種として、スラグの粘性を上げてビード形状を良好なものとする作用を有するが、特にアークの安定性に有効である。ＺｒＯ2が０．４重量％未満ではこの効果がなく、逆に３重量％を超えるとスラグの被包性が低下する。ＺｒＯ2源としてはジルコンサンド又はジルコンフラワ等がある。
【００１７】
Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ化合物：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ換算値の総量で０．０１乃至０．４重量％
Ｌｉ、Ｎａ、Ｋはアーク安定剤として１種又は２種以上を添加することによりスパッタの発生を抑える作用を有する。Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ換算値の総量で０．０１重量％未満ではこれらの特性が十分得られず、逆に０．４重量％超ではスパッタが多くなる。Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ化合物源としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、Ｎａ3ＡｌＦ6、Ｋ2ＳｉＦ6、ソーダ長石又はカリ長石等がある。
【００１８】
金属成分：１乃至２５重量％
金属成分は脱酸及び目的の溶着金属を得るために添加する。脱酸剤のみの場合でも最低１重量％が必要であり、逆に２５重量％超では十分なスラグ量が確保できず、スラグの被包性及び剥離性等の溶接作業性が劣化する。金属成分にはＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃ等の単体金属粉又は合金粉がある。
【００１９】
スラグ成分：４乃至１５重量％
スラグ成分とは金属酸化物及び金属弗化物の非金属成分であり、アーク特性及びスラグ特性の微調整を目的として添加する。スラグ成分の総量が４重量％未満ではスラグの被包が十分でなく、ビード表面が荒れる。一方、スラグ成分が１５重量％超では、スラグが過剰で溶接時にスラグが邪魔し、溶接が困難となる。スラグ成分としては、前述のＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2の他に、Ｍｇ０、ＣａＯ、ＢａＯ、ＡｌＦ3、ＣａＦ2、ＢａＦ2、ＭｇＦ2、Ｎａ3ＡｌＦ6、Ｋ3Ａｌ6等がある。
【００２０】
Ｐ、Ｓ、Ｂｉ、Ｂ：夫々０．０１０重量％以下、０．０１５重量％以下、０．００５重量％以下、０．００３重量％以下
Ｐ、Ｓ、Ｂｉ、Ｂはいずれも高温割れの原因となる成分であることから、健全な溶接金属を得るためには、夫々０．０１０重量％以下、０．０１５重量％以下、０．００５重量％以下、０．００３重量％以下とすることが好ましい。
【００２１】
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの希土類金属化合物：Ｙ、Ｌａ、Ｃｅの希土類金属換算値の総量で０．０１乃至０．４重量％
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅからなる希土類金属は、Ａｒ等の不活性ガスの濃度が高いシールドガス雰囲気（例えば８０体積％Ａｒ−２０体積％ＣＯ2）では、アークの安定性及び集中性を著しく高めるため、スパッタが少なく、ビード形状が優れ、融合不良及びスラグの巻き込み低減に有効である。
【００２２】
更に、これらの金属は高温割れに有害なＳと結合してこれを無害化するため、耐割れ性を向上させる。Ｙ、Ｌａ、Ｃｅからなる希土類金属換算値の総量で０．０１重量％未満ではこれらの特性が十分得られず、逆に０．４重量％超ではスパッタが多くなる。このため、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅからなる希土類金属の化合物をＹ、Ｌａ、Ｃｅの希土類金属換算値の総量で０．０１乃至０．４重量％添加することが好ましい。Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ化合物源としては、ＹＦ3、ＣｅＦ3、Ｙ2Ｏ3、Ｃｅ2Ｏ3、又はレアアースＣａ−Ｓｉ等がある。
【００２３】
炭酸塩：ＣＯ2換算値で０．０３重量％以下
炭酸塩はアーク中で分解してＣＯ2ガスが発生し、スパッタが多発するので積極的には添加しない。本発明において、実質的に含まないとは、炭酸塩単体原料としては添加しないことを意味するが、他原料の不可避不純物して混入する場合は排除しない。但し、この場合でもＣＯ2換算でワイヤ全重量あたり０．０３重量％以下とする。
【００２４】
Ｆｅ、Ｍｎ酸化物：Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2換算で夫々０．０５重量％以下
また、Ｆｅ、Ｍｎ酸化物はスラグの被包性が劣るので積極的には添加しない。本発明において、実質的に含まないとは、Ｆｅ、Ｍｎ酸化物単体原料としては添加しないことを意味するが、他原料の不可避不純物として混入する場合は排除しない。但し、この場合でも夫々Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2換算でワイヤ全重量あたり０．０５重量％以下とする。
【００２５】
【実施例】
下記表１はＮｉ基合金外皮の組成を示す。この外皮は、厚さが０．４ｍｍ、幅が９ｍｍの帯を湾曲して円筒状に形成した。この外皮に下記表２乃至５に示すフラックスを内包し、直径１．２ｍｍに伸線加工した後、通電加熱にて水分をワイヤ全重量に対し４００ｐｐｍ以下となるように制御して供試ワイヤとした。
【００２６】
溶接作業性は、図１に示すように、板厚１２×巾８０×長さ３００ｍｍのＳＭ４９０Ａ鋼板を使用して水平すみ肉で行い、溶接欠陥は図２のようにＪＩＳＺ３３３２に準じて溶着金属を作製し、Ｘ線透過により検出した。溶接条件は電流２００Ａ、電圧３０Ｖであり、シールドガスにＡｒ−２０％ＣＯ2（流量２５リットル／min）を使用した。溶接作業性の評価は優れていたものを◎、良好なものを○、不良であったものを×とした。また、溶接欠陥の評価はＪＩＳ  Ｚ３１０４において１級のものを合格としこれを○、２級以下のものを×とした。
【００２７】
また、高温割れ試験は図３に示す板厚２０×巾１２５×長さ３００ｍｍのＳＭ４９０Ａ鋼板を用いた拘束割れ試験方法により行った。自動溶接機によるシングルビード溶接を行い、割れ率（溶接線方向の割れ長さの合計／ビード長）を算出し評価した。溶接条件は電流２００Ａ、電圧３０Ｖ、溶接速度４０cpmであり、シールドガスにＡｒ−２０％ＣＯ2（流量２５リットル／min）を使用した。高温割れの評価は割れ率が０％（割れなし）のものを◎、割れ率が５．０％未満のものを○、割れ率が５．０％以上のものを×とした。
【００２８】
水分の測定はカールフィッシャー法（キャリアガス：Ｏ2、加熱温度７５０℃）を使用した。
【００２９】
【表１】
0004447078.tif 000002
【００３０】
この表１において、単位（ppm）を記載した成分以外の外皮成分の単位は重量％である。また、上記表１に記載した化学成分以外の成分の組成は、Ｏ：０．００８重量％、Ｎ：０．０１０重量％、Ｈ：０．０００４重量％、Ｃｏ：０．０３１重量％、Ｖ：０．１２重量％である。
【００３１】
供試ワイヤの組成は下記表２乃至５に示すとおりである。また、溶接作業性、溶接欠陥（Ｘ線性能）及び高温割れの評価結果を下記表６に示す。
【００３２】
これらの表２乃至６に示すように、ワイヤＮｏ．１乃至６は本発明の請求項１乃至５を満足する実施例であり、溶接作業性、溶接欠陥（Ｘ線性能）及び高温割れのいずれの評価も優れている。
【００３３】
なお、ワイヤＮｏ．１９は請求項１は満足するものの、Ｙ、Ｃｅ、Ｌａ等の希土類金属の合計が請求項３の範囲を超えているので、溶接欠陥（Ｘ線性能）及び高温割れのいずれの評価も優れているが、溶接作業性がワイヤＮｏ．１乃至６よりも僅かに劣る。
【００３４】
ワイヤＮｏ．２０乃至２２は請求項１は満足するものの、炭酸塩及びＦｅ、Ｍｎ酸化物を含有しており、請求項４又は５の範囲から外れるため、溶接欠陥（Ｘ線性能）及び高温割れのいずれの評価も優れているが、溶接作業性がワイヤＮｏ．１乃至６よりも僅かに劣る。
【００３５】
ワイヤＮｏ．２７は請求項１は満足するものの、Ｐが請求項２の範囲を超えているので、溶接欠陥（Ｘ線性能）及び溶接作業性のいずれの評価も優れているが、高温割れ率が僅かに劣る。
【００３６】
ワイヤＮｏ．２８は請求項１は満足するものの、Ｓが請求項２の範囲を超えているので、溶接欠陥（Ｘ線性能）及び溶接作業性のいずれの評価も優れているが、高温割れ率が僅かに劣る。
【００３７】
ワイヤＮｏ．２９は請求項１は満足するものの、Ｂｉが請求項２の範囲を超えているので、溶接欠陥（Ｘ線性能）及び溶接作業性のいずれの評価も優れているが、高温割れ率が僅かに劣る。
【００３８】
ワイヤＮｏ．３０は請求項１は満足するものの、Ｂが請求項２の範囲を超えているので、溶接欠陥（Ｘ線性能）及び溶接作業性のいずれの評価も優れているが、高温割れ率が僅かに劣る。
【００３９】
一方、ワイヤＮｏ．７はＴｉＯ2が本発明の請求項１の範囲よりも少ないため、溶接作業性及び溶接欠陥（Ｘ線性能）が不十分であると共にビード形状が不良である。ワイヤＮｏ．８はＴｉＯ2が本発明の請求項１の範囲を超えているので、溶接作業性が不十分であると共にビード形状が不良である。
【００４０】
ワイヤＮｏ．９はＳｉＯ2が本発明の請求項１の範囲よりも少ないため、溶接作業性及び溶接欠陥（Ｘ線性能）が不十分であると共にビード形状が不良である。ワイヤＮｏ．１０はＳｉＯ2が本発明の請求項１の範囲を超えているので、溶接作業性が不十分であると共にビード形状が不良である。
【００４１】
ワイヤＮｏ．１１はＡｌ2Ｏ3が本発明の請求項１の範囲よりも少ないため、溶接作業性及び溶接欠陥（Ｘ線性能）が不十分であると共にビード形状が不良である。ワイヤＮｏ．１２はＡｌ2Ｏ3が本発明の請求項１の範囲を超えているので、溶接作業性が不十分であると共にビード形状が不良である。
【００４２】
ワイヤＮｏ．１３はＺｒＯ2が本発明の請求項１の範囲よりも少ないため、溶接作業性及び溶接欠陥（Ｘ線性能）が不十分であると共にビード形状が不良である。ワイヤＮｏ．１４はＺｒＯ2が本発明請求項１の範囲を超えているので、溶接作業性が不十分であると共にビード形状が不良である。
【００４３】
ワイヤＮｏ．１５、１６はＬｉ、Ｎａ、Ｋの合計が本発明の請求項１の範囲を超えているので、溶接作業性が不十分である。ワイヤＮｏ．１７、１８はフラックス率が本発明請求項１の範囲を超えているので、ワイヤ製造上問題があり、かつ溶接作業性及び溶接欠陥（Ｘ線性能）が不十分である。
【００４４】
ワイヤＮｏ．２３、２４はスラグの成分の合計が本発明の請求項１の範囲を超えているので、溶接作業性が不十分である。ワイヤＮｏ．２５はフラックス中の金属成分の合計が本発明の請求項１の範囲よりも少ないため、溶接作業性が不十分である。ワイヤＮｏ．２６はＺｒＯ2が本発明の請求項１の範囲よりも少なく、フラックス中の金属成分の合計が本発明の請求項１の範囲を超えているので、溶接作業性が不十分である。
【００４５】
【表２】
0004447078.tif 000003
【００４６】
【表３】
0004447078.tif 000004
【００４７】
【表４】
0004447078.tif 000005
【００４８】
【表５】
0004447078.tif 000006
【００４９】
【表６】
0004447078.tif 000007
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、含Ｎｉ鋼及びＮｉ基合金のＭＡＧ溶接において、溶接作業性を向上させることができ、溶接欠陥が少なく、高温割れの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水平すみ肉溶接作業性の確認試験要領を示す図である。
【図２】溶接金属の作成用開先の寸法形状を示す図である。
【図３】高温割れ試験板の開先の寸法形状を示す図である。
【図１】
0004447078.tif 000008
【図２】
0004447078.tif 000009
【図３】
0004447078.tif 000010