(57)【要約】【課題】  各種圧延用ロールなどのロール表面に帯状電極を使用し連続でサブマージアーク肉盛溶接を行った場合においても、アークの安定性、ビード形状・外観およびスラグ剥離性等の溶接作業性が良好で、肉盛溶接金属の耐高温割れ性が優れたサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスを提供する。【解決手段】  サブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスにおいて、フラックスの全質量に対する質量％で、ＳｉＯ2：１６〜２４％、ＣａＯ：１０〜２０％、ＭｇＯ：１０〜２０％、Ａｌ2Ｏ3：１８〜３０％、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの１種または２種の合計：０．５〜３％、金属弗化物の１種または２種以上の合計：５〜１５％、Ｂｉ2Ｏ3：０．００５〜０．０２％、金属炭酸塩のＣＯ2換算値：０．５〜２％、Ｍｎ：１〜３％を含有し、残部は、鉄合金中のＦｅ分および不可避不純物であ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】
サブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスにおいて、フラックスの全質量に対する質量％で、
ＳｉＯ2：１６〜２４％、
ＣａＯ：１０〜２０％、
ＭｇＯ：１０〜２０％、
Ａｌ2Ｏ3：１８〜３０％、
Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの１種または２種の合計：０．５〜３％、
金属弗化物の１種または２種以上の合計：５〜１５％、
Ｂｉ2Ｏ3：０．００５〜０．０２％、
金属炭酸塩のＣＯ2換算値：０．５〜２％、
Ｍｎ：１〜３％を含有し、残部は、鉄合金中のＦｅ分および不可避不純物であることを特徴とするサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックス。
【請求項２】
フラックスの全質量に対する質量％で、Ｃｒ：４．５％以下、Ｎｉ：１２％以下、Ｖ：０．５％以下を更に含有することを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックス。
【請求項３】
フラックスの全質量に対する質量％で、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３．５％以下の１種ま
たは２種を更に含有することを特徴とする請求項２に記載のサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスに関して、特に機械構造用合金鋼のＣｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼またはＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼からなる鉄鋼や非鉄金属製品圧延用ロールなどのロール表面に帯状電極を使用して連続でサブマージアーク肉盛溶接を行う際、アークの安定性、ビード形状・外観およびスラグ剥離性が良好で耐高温割れ性に優れたサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐摩耗性が要求される部材への肉盛溶接方法として、サブマージアーク溶接また
はエレクトロスラグ溶接が採用されている。しかし、機械構造用合金鋼のＣｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼またはＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼からなる鉄鋼や非鉄金属製品圧延用ロールなどのロール表面への肉盛溶接では、ロールを回転しながら溶接するのでエレクトロスラグ溶接は溶融スラグが垂れやすく溶接作業性が劣化しやすいのでサブマージアーク溶接を採用される場合が多い。また、サブマージアーク溶接は一般にソリッドワイヤが用いられるが、ロール表面への肉盛溶接には溶込みが浅く広幅のビードが得られる帯状電極とボンドフラックスを組み合わせたサブマージアーク溶接による連続肉盛溶接が一般的に行われている。
【０００３】
帯状電極を用いたサブマージアーク肉盛溶接は、例えば特開昭５８−９７９５号公報（
特許文献１）に、各種ロールを帯状電極と組み合わせて高靭性で高強度の肉盛溶接部を得ることができるサブマージアーク溶接用ボンドフラックスの開示がある。
また、特開平３−４９８号公報（特許文献２）や特開２０１３−７７１号公報（特許文献３）には、製鉄ロール等のように、高温および激しい摩耗に曝され、水蒸気腐食しやすい環境下で使用される部材の肉盛溶接において、帯状電極と組み合わせて優れた耐高温摩擦性および耐水蒸気腐食性が得られるサブマージアーク溶接用ボンドフラックスの開示がある。
【０００４】
しかし、特許文献１〜３に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを用いて、
特に鉄鋼や非鉄金属製品圧延用ロールなどのロールが小径な部材を連続してサブマージアーク肉盛溶接を実施すると、ロールの温度が上昇して溶接スラグが焼き付いて溶接を中断することが余儀なくされるという問題があった。
一方、溶接スラグの焼き付きを防止できるサブマージアーク溶接用ボンドフラックスとして、特開２０１４−３９９５０号公報（特許文献４）には、帯状電極を用いてサブマージアーク肉盛溶接の下盛溶接に適用して、下盛層の割れを抑制するとともにスラグ剥離性に優れたサブマージアーク肉盛溶接用のボンドフラックスの開示がある。
【０００５】
しかし、特許文献４に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを用いて、圧延
用ロールの連続肉盛溶接をした場合、スラグ剥離性は優れるものの、アークの安定性やビー形状・外観が不良で、肉盛溶接金属の上層部に高温割れが発生しやすいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−９７９５号公報
【特許文献２】特開平３−４９８号公報
【特許文献３】特開２０１３−７７１号公報
【特許文献４】特開２０１４−３９９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、特に機械構造用合金鋼のＣｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼またはＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼か
らなる鉄鋼や非鉄金属製品圧延用ロールなどのロール表面に帯状電極を使用し連続でサブマージアーク肉盛溶接を行った場合においても、アークの安定性、ビード形状・外観およびスラグ剥離性等の溶接作業性が良好で、肉盛溶接金属の耐高温割れ性が優れたサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックス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】
【０００８】
本発明の要旨は、サブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスにおいて、フラックス
の全質量に対する質量％で、ＳｉＯ2：１６〜２４％、ＣａＯ：１０〜２０％、ＭｇＯ：１０〜２０％、Ａｌ2Ｏ3：１８〜３０％、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの１種または２種の合計：０．５〜３％、金属弗化物の１種または２種以上の合計：５〜１５％、Ｂｉ2Ｏ3：０．００５〜０．０２％、金属炭酸塩のＣＯ2換算値：０．５〜２％、Ｍｎ：１〜３％を含有し、残部は、鉄合金中のＦｅ分および不可避不純物であることを特徴とする。
また、Ｃｒ：４．５％以下、Ｎｉ：１２％以下、Ｖ：０．５％以下を含有し、Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３．５％以下の１種または２種を更に含有することも特徴とするサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスによれば、特に機械構造用合金鋼のＣｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼またはＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼からなる鉄鋼や非鉄金属製品圧延用ロールなどのロール表面に帯鋼電極を用いて連続でサブマージアーク肉盛溶接を行った場合においても、アークが安定し、ビード形状・外観が良好でスラグ剥離性が優れ、かつ、耐高温割れ性も良好であるなど、高能率で高品質な肉盛溶接部を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者等は、鉄鋼や非鉄金属製品圧延用ロールなどのロール表面へのサブマージアー
ク肉盛溶接において、アークの安定性、ビード形状・外観およびスラグ剥離性などの溶接作業性が良好で、肉盛溶接金属の耐高温割れ性に優れたサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスを得るためにボンドフラックスの成分組成について種々検討を行った。
その結果、ロールを回転しながら帯状電極を用いてサブマージアークする場合、ボンドフラックスのＳｉＯ2、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、金属弗化物およびＭｎ量を調整することによって良好なビード形状およびビード外観が得られ、特に各種圧延用ロールを回転しながら溶接すると溶融スラグや溶融金属が垂れやすくなるのをＭｇＯ、金属弗化物およびＭｎの調整で防止できることを見出した。
【００１１】
また、アークの安定性はＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2ＯおよびＣＯ2換算値量の調整で、スラ
グ剥離性はＢｉ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＡｌ2Ｏ3量の調整、さらに高温割れの防止はＢｉ2Ｏ3、Ｃｒ、ＮｉおよびＶ量の調整で良好になることを見出した。
本発明のサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスは、各成分組成それぞれ単独および共存による相乗効果によりなし得たものであるが、以下に本発明を適用したサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスのフラックス成分組成の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量はサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックス全質量に対する質量％で表わすこととし、その質量％を表わすときは単に％と記載して表すこととする。       
【００１２】
ＳｉＯ2：１６〜２４％
珪砂、珪灰石、水ガラス（珪酸ソーダ、珪酸カリウム）などを原料とするＳｉＯ2は、アークを安定にし、スラグ剥離性およびビード形状を良好にする効果がある。ＳｉＯ2が１６％未満であると、アークが不安定となり、スラグ剥離性が不良で、ビードの止端部のなじみも不良となる。一方、ＳｉＯ2が２４％を超えると、ビード形状が凸状となる。したがって、ＳｉＯ2は１６〜２４％とする。
【００１３】
ＣａＯ：１０〜２０％
珪灰石、炭酸カルシウムなどを原料とするＣａＯは、ビード止端部のなじみを良好にする効果がある。ＣａＯが１０％未満であると、ビードの止端部のなじみが不良となる。一方、ＣａＯが２０％を超えると、スラグ剥離性が不良となる。したがって、ＣａＯは１０〜２０％とする。
【００１４】
ＭｇＯ：１０〜２０％
マグネシアクリンカー、炭酸マグネシウムなどを原料とするＭｇＯは、溶融スラグの粘性を調整してロールの肉盛溶接で生じやすい溶融スラグの垂れを防止する効果がある。ＭｇＯが１０％未満であると、溶融スラグの粘性が低くなりロール表面の肉盛溶接では溶融スラグが垂れてビード形状が不良となる。一方、ＭｇＯが２０％を超えると、スラグ剥離性が不良で、溶融スラグの粘性が高くなり過ぎてビード形状が不良になる。したがって、ＭｇＯは１０〜２０％とする。
【００１５】
Ａｌ2Ｏ3：１８〜３０％
アルミナを主原料とするＡｌ2Ｏ3は、溶融スラグの融点を調整してビード形状を整える効果がある。Ａｌ2Ｏ3が１８％未満であると、溶融スラグの融点が低くなりロール表面の肉盛溶接では溶融スラグが垂れてビード形状が不良となる。一方、Ａｌ2Ｏ3が３０％を超えると、溶融スラグの融点が高くなり過ぎて凸ビードとなりスラグ剥離性も不良となる。したがって、Ａｌ2Ｏ3は１８〜３０％とする。
【００１６】
Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの１種または２種の合計：０．５〜３％
水ガラス（珪酸ソーダ、珪酸カリウム）を主原料とするＮａ2ＯおよびＫ2Ｏは、アークを安定にする。Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの１種または２種の合計が０．５％未満であると、アークが不安定になる。一方、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの１種または２種の合計が３％を超えると、アンダーカットが生じる。したがって、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの１種または２種の合計は０．５〜３％とする。
【００１７】
金属弗化物の１種または２種以上の合計：５〜１５％
蛍石、弗化アルミニウム、弗化バリウム、弗化マグネシウムなどを原料とする金属弗化物は、溶融スラグの粘性を適度に保ちロール表面の肉盛溶接時のビード形状を良好にする効果がある。金属弗化物の１種または２種以上の合計が５％未満であると、溶融スラグの粘性が高くなりビードが凸状となる。一方、金属弗化物の１種または２種以上の合計が１５％を超えると、アークが不安定になる。また、溶融スラグの粘性が低くなりロール表面の肉盛溶接では溶融スラグが垂れてビード形状が不良となる。したがって、金属弗化物の１種または２種以上の合計は５〜１５％とする。
【００１８】
Ｂｉ2Ｏ3：０．００５〜０．０２％
酸化ビスマスを主原料とするＢｉ2Ｏ3は、微量でスラグ剥離性を良好にする効果がある。Ｂｉ2Ｏ3が０．００５％未満であると、スラグ剥離性を良好にする効果が得られない。一方、Ｂｉ2Ｏ3が０．０２％を超えると、ビード表面に高温割れが生じる。したがって、Ｂｉ2Ｏ3は０．００５〜０．０２％とする。
【００１９】
金属炭酸塩のＣＯ2換算値：０．５〜２％
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）などの金属炭酸塩からのＣＯ2換算値は、溶融金属を大気から遮断するとともにアークを安定にする効果がある。金属炭酸塩のＣＯ2換算値が０．５％未満であると、アークが不安定でビード形状が凸状となる。一方、金属炭酸塩のＣＯ2換算値が２％を超えると、ＣＯまたはＣＯ2ガスが過剰となってアークが不安定になる。また、ビード表面にポックマークが生じる。したがって、金属炭酸塩のＣＯ2換算値は０．５〜２％とする。
【００２０】
Ｍｎ：１〜３％
金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎなどを原料とするＭｎは、脱酸剤として作用する。Ｍｎが１％未満であると、脱酸不足でピットが発生しやすくなる。また、ロール表面の肉盛溶接では溶融金属が垂れてビード形状が不良となる。一方、Ｍｎが３％を超えると、ビードが広がらず凸ビードとなる。したがって、Ｍｎは１〜３％とする。
【００２１】
Ｃｒ：４．５％以下、Ｎｉ：１２％以下、Ｖ：０．５％以下
Ｃｒ、ＮｉおよびＶは、ロール表面の耐摩耗性を向上することを目的として含有する。しかし、金属ＣｒやＦｅ−Ｃｒなどを原料とするＣｒが４．５％超、金属ＮｉやＦｅ−Ｎｉを原料とするＮｉが１２％超およびＦｅ−Ｖを主原料とするＶが０．５％超になると高温割れが生じる。なお、耐摩耗性向上効果を得るためにＣｒの下限は０．５％、Ｎｉの下限は２％、Ｖの下限は０．１％であることが好ましい。
【００２２】
Ｍｏ：３％以下、Ｃｕ：３．５％以下の１種または２種
ＭｏおよびＣｕの１種または２種は、ロール表面の耐摩耗性を更に向上することを目的として含有する。しかし、金属ＭｏやＦｅ−Ｍｏを原料とするＭｏが３％超、金属ＣｕやＣｕ−Ｓｉを原料とするＣｕが３．５％超になると高温割れが生じる。
【００２３】
本発明のサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスのその他は、鉄合金のＦｅ分およびＦｅＯ、ＴｉＯ2、ＭｎＯ、Ｐ、Ｓなどの不可避不純物であり、ＰおよびＳは共に高温割れを助長するので、できるだけ低いことが好ましい。
なお、本発明のサブマージアーク肉盛溶接用ボンドフラックスと組み合わせる電極は、ロール表面での溶け込みが浅く広幅のビードが得られる帯状電極が好ましく、ロール表面の耐摩耗性を得るためにＣｒを１１〜１４％含有するマルテンサイト系ステンレス帯鋼であることが好ましい。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
表１に示す各種成分のボンドフラックスと表２に示す化学成分の帯状電極（厚さ：０．４ｍｍ、幅：５０ｍｍ）を用いて、表３に示す化学成分のＪＩＳ  Ｇ４０５３  ＳＣＭ４２０の熱間圧延棒鋼、ロール直径２００ｍｍの表面に、表４に示す溶接条件でサブマージアーク肉盛溶接をした。サブマージアーク肉盛溶接は、帯状電極の狙い位置をロールの垂直線から５°溶接進行方向側とし、ロールを３周溶接して停止し、サブマージアーク肉盛溶接を３層実施した。なお、表１に示すボンドフラックスは水ガラスを固着剤として造粒した後、４００〜５５０℃で２時間焼成し、１．４ｍｍ×０．１５ｍｍに整粒した。
【００２５】
【表１】
2016040047.tif 000002
【００２６】
【表２】
2016040047.tif 000003
【００２７】
【表３】
2016040047.tif 000004
【００２８】
【表４】
2016040047.tif 000005
各試作ボンドフラックスの評価は、サブマージアーク肉盛溶接時のアークの安定性、スラグ剥離性およびビード形状・外観を調査し、さらに溶接終了後、ＪＩＳ  Ｚ２３４３−１に準じて浸透探傷試験を行い割れの有無を調査した。これらの結果を表５にまとめて示す。
【００２９】
【表５】
2016040047.tif 000006
表１および表５中フラックス記号Ｆ１〜Ｆ１２が本発明例、フラックス記号Ｆ１３〜Ｆ２４は比較例である。
【００３０】
本発明例であるフラックス記号Ｆ１〜Ｆ１２は、フラックスのＳｉＯ2、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの合計、金属弗化物の合計、Ｂｉ2Ｏ3、ＣＯ2換算値、Ｍｎ量、耐摩耗性を向上させるためのＣｒ、Ｎｉ、Ｖ、さらにＭｏ、Ｃｕ量が適正であるので、アークが安定し、スラグ剥離性およびビード形状・外観が良好で、割れも生じることなく、極めて満足な結果であった。
【００３１】
比較例中フラックス記号Ｆ１３は、ＳｉＯ2が多いのでビード形状が凸状になった。また、Ｂｉ2Ｏ3が少ないのでスラグ剥離性が不良であった。フラックス記号Ｆ１４は、ＳｉＯ2が少ないのでアークが不安定で、スラグ剥離性およびビード止端部のなじみが不良であった。また、Ｂｉ2Ｏ3が多いので割れが生じた。フラックス記号Ｆ１５は、ＣａＯが多いのでフラグ剥離性が不良であった。また、Ｍｎが多いのでビードが広がらず凸ビードになった。
【００３２】
フラックス記号Ｆ１６は、ＣａＯが少ないのでビード止端部のなじみが不良であった。また、ＣＯ2換算値が多いのでアークが不安定で、ビード表面にポックマークが生じた。フラックス記号Ｆ１７は、ＭｇＯが多いので溶融スラグの粘性が高くなりビード形状が不良で、スラグ剥離性も不良であった。また、Ｍｏが多いので割れも生じた。フラックス記号Ｆ１８は、ＭｇＯが少ないので溶融スラグの粘性が低くなり溶融スラグが垂れてビード形状が不良であった。また、Ｃｕが多いので割れも生じた。
【００３３】
フラックス記号Ｆ１９は、Ａｌ2Ｏ3が多いので溶融スラグの融点が高くなりビードが凸状となりスラグ剥離性も不良であった。また、Ｃｒが多いので割れも生じた。フラックス記号Ｆ２０は、Ａｌ2Ｏ3が少ないので溶融スラグの融点が低くなり溶融スラグが垂れてビード形状が不良であった。また、スラグ剥離性も不良であった。フラックス記号Ｆ２１は、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの合計が多いのでアンダーカットが生じた、また、ＣＯ2換算値が少ないのでアークが不安定で、ビードが凸状となった。
【００３４】
フラックス記号Ｆ２２は、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの合計が少ないのでアークが不安定であった。また、Ｍｎが少ないので溶融メタルが垂れてビード形状が不良であった。フラックス記号Ｆ２３は、金属弗化物の合計が多いのでアークが不安定で溶融スラグの粘性が低くなり垂れてビード形状が不良であった。また、Ｎｉが多いので割れも生じた。フラックス記号Ｆ２４は、金属弗化物の合計が少ないので溶融スラグの粘性が高くなりビード形状が凸状となった。また、Ｖが多いので割れも生じた。
特許出願人  日鐵住金溶接工業株式会社
代理人    弁理士    椎  名    彊  他１