(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼心線を被覆剤で被覆したステンレス鋼被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、金属炭酸塩：ＣＯ２換算値で４乃至１２質量％、チタン酸化物：ＴｉＯ２換算値で３０乃至６０質量％、金属弗化物：Ｆ換算値で１．５乃至５質量％及び珪酸化合物の１種又は２種以上の合計：ＳｉＯ２換算値で１乃至１３質量％を含有し、更に、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンからなる群から選択された１種又は２種以上を総量で０．１乃至１８質量％含有し、金属粉末が３０質量％以下に規制され、チタン酸化物、珪酸化合物、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンは粒径が３５０μｍ以下のものをこれらの酸化物全質量に対して９５．８質量％以上含有し、粒径が１０μｍ以下の微粒のものをこれらの酸化物全質量に対して５乃至３０質量％含有することを特徴とするステンレス鋼被覆アーク溶接棒。
【請求項２】
前記チタン酸化物、珪酸化合物、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンは、粒径が１０μｍ以下の微粒のものをこれらの酸化物全質量に対して１０乃至２５質量％含有することを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接作業性が優れたステンレス鋼被覆アーク溶接棒に関し、特にアークの安定性に優れスパッタの発生量が少なく耐棒焼け性に優れたステンレス鋼被覆アーク溶接棒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は化学機器及び食品関連機器等の耐食性はもとより、意匠性を重視する機器に使用される。この分野では薄板が多いことから、ステンレス鋼被覆アーク溶接棒に対してはアークがソフトで溶け込みが過剰とならず、スパッタの発生が極力少ないことが求められる一方で、アークの安定性及び耐棒焼性に優れていることが要求される。
【０００３】
この種のステンレス鋼被覆アーク溶接棒としては、特開平１１−１１４６９３号公報には珪灰石、酸化ジルコニウムの粒径の調整、特開昭６３−１５４２９３号公報には石灰石の粒径の調整したステンレス鋼被覆棒が提案されている。しかしながら、前者は炭酸塩及び蛍石を主体としたステンレス鋼被覆棒であり、チタン酸化物（ルチル）を主体としたステンレス鋼被覆棒（チタニア系という）につての言及はなく、また、後者は石灰石に関して言及したものである。この石灰石は高温で分解してＣＯ２ガスを発生させる目的のため使用するが、アーク雰囲気のような高温では微粒ほど分解が起こりやすく、逆に保護筒の形成を脆弱にする作用、即ち、耐棒焼け性を劣化させることがわかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、溶接中の保護筒の形成を強固にして耐棒焼け性を向上させることと、アークをソフトにして溶け込みが過剰とならず、スパッタの発生を極力少なくすることとは相反することである。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接作業性、特にアークがソフトで安定性に優れ、スパッタの発生量が少なく、耐棒焼け性に優れたチタニア系のステンレス鋼被覆アーク溶接棒を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るステンレス鋼被覆アーク溶接棒は、ステンレス鋼心線を被覆剤で被覆したステンレス鋼被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、金属炭酸塩：ＣＯ２換算値で４乃至１２質量％、チタン酸化物：ＴｉＯ２換算値で３０乃至６０質量％、金属弗化物：Ｆ換算値で１．５乃至５質量％及び珪酸化合物の１種又は２種以上の合計：ＳｉＯ２換算値で１乃至１３質量％を含有し、更に、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンからなる群から選択された１種又は２種以上を総量で０．１乃至１８質量％含有し、金属粉末が３０質量％以下に規制され、チタン酸化物、珪酸化合物、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンは粒径が３５０μｍ以下のものをこれらの酸化物全質量に対して９５．８質量％以上含有し、粒径が１０μｍ以下の微粒のものをこれらの酸化物全質量に対して５乃至３０質量％含有することを特徴とする。
【０００７】
この場合に、前記チタン酸化物、珪酸化合物、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンは、粒径が１０μｍ以下の微粒のものをこれらの酸化物全質量に対して１０乃至２５質量％含有することが好ましい。なお、本発明においては、チタン酸化物、珪酸化合物、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンを総称して特定酸化物という。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係るステンレス鋼被覆アーク溶接棒について詳細に説明する。アークがソフトで安定性に優れ、スパッタの発生量を少なくすることと、溶接中の保護筒の形成を強固にして耐棒焼け性を向上させることとの両立について、被覆剤の成分及び粒度について種々検討した。
【０００９】
その結果、高温でも容易には分解しにくい、特定酸化物の微粉末が、アークをソフトで安定にしてスパッタの発生量を少なくし、更に粗粒原料の粒子間に入り込んで被覆を強固にして耐棒焼け性を向上させる作用のあることを得て本発明をなしたものである。
【００１０】
その要旨とするところは、ステンレス鋼心線を被覆剤で被覆したステンレス鋼被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、金属炭酸塩：ＣＯ２換算値で４乃至１２質量％、チタン酸化物：ＴｉＯ２換算値で３０乃至６０質量％、金属弗化物：Ｆ換算値で１．５乃至５質量％及び珪酸化合物の１種又は２種以上の合計：ＳｉＯ２換算値で１乃至１３質量％を含有し、更に、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンからなる群から選択された１種又は２種以上を総量で０．１乃至１８質量％含有し、金属粉末が３０質量％以下に規制され、前記チタン酸化物、珪酸化合物、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンは粒径が３５０μｍ以下のものをこれらの酸化物全質量に対して９０質量％以上含有し、粒径が１０μｍ以下の微粒のものをこれらの酸化物全質量に対して５乃至３０質量％含有することを特徴とするステンレス鋼被覆アーク溶接棒である。
【００１１】
以下、本発明の作用を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の特徴は、被覆剤に特定酸化物の微粉末を特定量添加することにより、アークをソフトで安定にしてスパッタの発生量を少なくし、更にこの微粉末を粗粒原料の粒子間に分散させて被覆を強固にし耐棒焼け性の改善を行ったことにある。
【００１３】
即ち、被覆剤のチタン酸化物、珪酸化合物、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンのような特定酸化物の粒径は３５０μｍ以下のものがこれらの酸化物の全質量に対して９０質量％以上で、且つ粒径が１０μｍ以下の微粒がこれらの酸化物全質量に対して５乃至３０質量％となる被覆剤をステンレス鋼心線に被覆したことを特徴とするステンレス鋼被覆アーク溶接棒で、更には特定酸化物の粒径は３５０μｍ以下のものがこれらの酸化物の全質量に対して９０質量％以上で、且つ粒径が１０μｍ以下の微粒がこれらの酸化物全質量に対して１０乃至２５質量％となる被覆剤をステンレス鋼心線に被覆したことを特徴とするステンレス鋼被覆アーク溶接棒である。
【００１４】
図１は横軸に粒径１０μｍ以下のチタン酸化物及び珪酸化合物と全体のチタン酸化物及び珪酸化合物との比をとり、縦軸に保護筒の長さをとって、チタン酸化物及び珪酸化合物の粒径の１０μｍ以下のチタン酸化物及び珪酸化合物全質量に対する比率と耐棒焼け性との関係を示すグラフ図である。図１に示す溶接においては、心線径が３．２ｍｍ、長さが３５０ｍｍ、被覆径が５．４ｍｍ、被覆率が３５％である被覆アーク溶接棒を使用して、下向、ビードオンプレートで、溶接電流が１１５Ａ（交流）の溶接条件で、残棒長が１００ｍｍになるまで溶接したものである。耐棒焼け性の評価としては、残棒長が１００ｍｍまで連続溶接したときの保護筒の長さを使用した。保護筒の長さが１．０ｍｍあれば、通常の安定した溶接は可能である。しかし、保護筒の長さが約０．２ｍｍ未満では溶接が困難であり、且つシールドが不完全となり、健全な溶接金属が得られなくなる。
【００１５】
粒径が１０μｍ以下の微粒がチタン酸化物及び珪酸化合物全質量に対して５質量％未満では、耐棒焼け性を改善する効果が見られず、アークが不安定でスパッタの発生量も多い。逆に、３０質量％を超える場合は、製造時の高温加熱において被覆剤の割れが発生して生産性が劣化することから、５乃至３０質量％とした。この効果を充分に発揮するには、１０乃至２５質量％が好ましい。なお、これらの特性を有した被覆剤をステンレス鋼心線に問題なく被覆するためには、チタン酸化物及び珪酸化合物の粒径は３５０μｍ以下のものがチタン酸化物及び珪酸化合物全質量に対して９０質量％以上であることが必要である。
【００１６】
なお、図１の説明における粒径とはＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ社製のレーザ回折式粒度分布測定装置により測定したものである。また、チタン酸化物及び珪酸化合物以外の特定酸化物においても、図１と同様の効果を示す。
【００１７】
以下、本発明のステンレス鋼被覆アーク溶接棒の組成及び数値限定理由について説明する。
【００１８】
金属炭酸塩：ＣＯ２換算値で４乃至１２質量％
金属炭酸塩の配合は、アーク中で分解してＣＯ２ガスを発生し溶融金属を大気から遮断する作用及びスラグの塩基度を高めて溶接金属のＳ又はＯ等を抑えて清浄度を上げる作用がある。被覆剤全質量に対してＣＯ２換算値で金属炭酸塩の含有量が４質量％未満では、この働きが不十分である。逆に、被覆剤全質量に対してＣＯ２換算値で金属炭酸塩の含有量が１２質量％を超えると、アーク力が低下して溶接作業性が劣化する。従って、被覆剤全質量に対してＣＯ２換算値で金属炭酸塩の含有量は４乃至１２質量％とする。なお、金属炭酸塩には、石灰石、炭酸バリウム、炭酸マンガン、炭酸ソーダ、炭酸マグネシウム及び炭酸リチウム等がある。
【００１９】
チタン酸化物：ＴｉＯ２換算値で３０乃至６０質量％
チタン酸化物の配合は、アークを安定にし、スラグの流動性、被包性及び剥離性を良好にし、ビード外観及びビード形状を良好にする。被覆剤全質量に対してチタン酸化物の含有量がＴｉＯ２換算値で３０質量％未満では、この効果が得られない。逆に、被覆剤全質量に対してチタン酸化物の含有量がＴｉＯ２換算値で６０質量％を超えると、スラグの流動性がなくなり、スパッタが増える。従って、被覆剤全質量に対してチタン酸化物の含有量はＴｉＯ２換算値で３０乃至６０質量％とする。なお、チタン酸化物としては、ルチル、酸化チタン、イルミナイト、チタン酸カリ及びチタン酸カルシウム等がある。
【００２０】
金属弗化物：Ｆ換算値で１．５乃至５質量％
金属弗化物の配合は、スラグの流動性を確保してビード形状を良好にすると共に、ピットの発生を防止する作用がある。被覆剤全質量に対して金属弗化物の含有量がＦ換算値で１．５質量％未満では、この作用が不十分である。逆に、被覆剤全質量に対して金属弗化物の含有量がＦ換算値で５質量％を超えると、アークが不安定になり、スラグの剥離性が劣化する。従って、被覆剤全質量に対して金属弗化物の含有量はＦ換算値で１．５乃至５質量％とする。なお、金属弗化物としては、蛍石、氷晶石、弗化マグネシウム、弗化ソーダ、弗化アルミニウム、弗化バリウム、弗化リチウム及び弗化カリ等がある。
【００２１】
珪酸化合物：ＳｉＯ２換算値で１乃至１３質量％
珪酸化合物は、スラグの粘性を調節してビード形状を良好にする作用等がある。被覆剤全質量に対して珪酸化合物の含有量がＳｉＯ２換算値で１質量％未満では、この作用が得られない。逆に、被覆剤全質量に対して珪酸化合物の含有量がＳｉＯ２換算値で１３質量％を超えると、スラグの剥離性が劣化する。従って、被覆剤全質量に対して珪酸化合物の含有量はＳｉＯ２換算値で１乃至１３質量％にする。なお、珪酸化合物としては長石、珪砂、珪灰石、マイカ、タルク、カオリン、珪酸ソーダ、珪酸カリ及び珪酸リチウム等がある。
【００２２】
アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンからなる群から選択された１種又は２種以上：総量で０．１乃至１８質量％
アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンは、スラグの流動性、被包性及び剥離性を良好にし、ビード外観及びビード形状を良好にするために、添加する。アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンの合計が総量で０．１質量％未満では、この作用がない。一方、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンが総量で１８質量％を超えると、スラグの剥離性が劣化する。このため、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンからなる群から選択された１種又は２種以上の含有量は総量で０．１乃至１８質量％とする。
【００２３】
金属粉末：３０質量％以下
金属粉末はＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｍｎ、Ａｌ及びＭｇ等の脱酸剤を添加する他に、使用する心線の成分と目的とする溶接金属の成分により、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ又はこれらの鉄合金を添加することにより被覆剤中に含有させることができる。脱酸剤は溶接金属の酸素量を下げて延性及び靭性を改善する効果がある。脱酸剤以外のその他の金属粉末は成分調整のために添加される。これらの金属粉末の含有量が３０質量％を超えると、溶接時の心線による発熱で保護筒が軟化する所謂棒焼けが発生する。このため、金属粉末の含有量は３０質量％以下に規制する。
【００２４】
本発明の被覆剤の構成は以上のとおりであるが、更に、アークの安定性及びスラグの特性を変更するため、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＭｇＯ等の酸化物の合計が１５質量％以下となるように添加しても、本発明の溶接棒の特性は本発明の目的を損なうものではない。
【００２５】
次に、本発明におけるステンレス鋼心線について説明する。本発明の心線は、ＪＩＳ  Ｚ３２２１及びＡＷＳ  Ａ５．４に規定されているＣｒ−Ｎｉ系又はＣｒ系ステンレス鋼溶着金属が得られることを前提とした心線である。また、本発明のステンレス鋼被覆アーク溶接棒は被覆率が２５乃至４５％であることが望ましい。被覆率が２５％未満では、保護筒の形成が不十分でアークが不安定である虞がある。一方、被覆率が４５％を超えると、被覆の乾燥割れ等が発生し、生産性が低下する虞がある。被覆率とは、溶接棒全質量あたりの被覆剤の質量の百分率（％）のことである。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の特許請求の範囲に入る実施例について、その特性を本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。先ず、本実施例のステンレス鋼被覆アーク溶接棒の製造方法について説明する。始めに、ステンレス鋼心線と被覆剤とを準備する。被覆剤に水ガラス（珪酸カリ、珪酸ソーダ及び珪酸リチウムの１種又は２種以上の混合水溶液）等の適当な固着剤を添加して混練した後、この被覆剤を心線に被覆する。その後、被覆心線を２００乃至４５０℃の範囲の温度で１時間程度乾燥させて焼成する。これにより、ステンレス鋼被覆アーク溶接棒が得られる。
【００２７】
下記表１及び２は実施例及び比較例に使用するステンレス鋼心線の組成を示す。ステンレス鋼心線は直径が３．２ｍｍ、長さが３５０ｍｍである。また、下記表３乃至８は心線と被覆剤との組み合わせ並びに被覆剤の組成及び原料の組み合わせを示す。なお、下記表３乃至８に示す「−」は添加されていないことを示す。また、下記表６乃至８に示す「Ｆｅ−４５％Ｓｉ」はＳｉを４５質量％含有しているＦｅ−Ｓｉ合金であることを示しており、他の元素についても同じである。なお、本実施例のステンレス鋼被覆アーク溶接棒は被覆径が５．４ｍｍであり、被覆率が３５％である。
【００２８】
これらの被覆アーク溶接棒の生産性について試験した。この生産性は製品歩留で評価した。この場合、製品歩留（％）とは製品量（ｋｇ）／原材料投入量（ｋｇ）×１００で求められた値のことであり、心線も含む溶接棒全体の歩留まりのことである。また、下記表６乃至８の欄に示す「粒径」はＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ社製のレーザ回折式粒度分布測定装置により測定したものである。
【００２９】
また、これらの溶接棒を使用して後述する各溶接条件で溶接し、溶接作業性の評価を行った。溶接作業性については、板厚が６ｍｍのＳＵＳ３０４の板材を溶接電流が１０５Ａ（ＡＣ）の条件で水平すみ肉溶接を行った。溶接作業性の評価は、優秀であったものを◎とし、良好であったものを○とし、不良であったものを×とした。下記表９に生産性及び溶接作業性の試験結果を示す。
【００３０】
【表１】
0003856650.tif 000002
【００３１】
【表２】
0003856650.tif 000003
【００３２】
【表３】
0003856650.tif 000004
【００３３】
【表４】
0003856650.tif 000005
【００３４】
【表５】
0003856650.tif 000006
【００３５】
【表６】
0003856650.tif 000007
【００３６】
【表７】
0003856650.tif 000008
【００３７】
【表８】
0003856650.tif 000009
【００３８】
【表９】
0003856650.tif 000010
【００３９】
上記表９に示すように、実施例No.１乃至６はいずれも生産性及び溶接作業性において良好な結果を得ることができた。一方、比較例No.７は金属炭酸塩の含有量がＣＯ２換算値で本発明の下限値（４．０質量％）未満であるため、シールドが不十分でピットが発生した。比較例No.８は金属炭酸塩の含有量がＣＯ２換算値で本発明の上限値（１２質量％）を超えているため、アーク力が不足し、スラグが邪魔をして溶接が困難であった。比較例No.９はチタン酸化物の含有量がＴｉＯ２換算値で本発明の下限値（３０質量％）未満であるため、アークの安定性及びスラグの剥離性が劣化した。比較例No.１０はチタン酸化物の含有量がＴｉＯ２換算値で本発明の上限値（６０質量％）を超えているため、スパッタの発生量が極端に増加した。比較例No.１１は金属弗化物の含有量がＦ換算値で本発明の下限値（１．５質量％）未満であるため、スラグの流動性がなくピットが発生した。比較例No.１２は金属弗化物の含有量がＦ換算値で本発明の上限値（５質量％）を超えているため、アークが不安定となり、溶接が困難であった。比較例No.１３は珪酸化合物がＳｉＯ２換算値で本発明の下限値（１質量％）未満であるため、スラグの被りが不均一でビード形状が劣った。比較例No.１４は珪酸化合物がＳｉＯ２換算値で本発明の上限値（１３質量％）を超えているため、スラグの剥離性が劣化した。比較例No.１５はアルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンの１種又は２種以上の合計が本発明の下限値（０．１質量％）未満であるため、スラグの被りが不均一で剥離性が劣った。比較例No.１６はアルミナ、酸化ジルコニウム、酸化鉄及び酸化マンガンの１種又は２種以上の合計が本発明の上限値（１８質量％）を超えているため、スラグの剥離性が劣化し、溶接が困難であった。比較例No.１７は金属粉末の合計が本発明の上限値（３０質量％）を超えているため、溶接中に保護筒が不十分となり、棒焼けが発生して溶接が困難であった。比較例No.１８は粒径が３５０μｍ以下の特定酸化物の含有量が特定酸化物全質量に対して本発明の下限値（９０質量％）未満であるため、生産性が劣り、耐棒焼け性も劣った。比較例No.１９は粒径が１０μｍ以下の特定酸化物の含有量が特定酸化物全質量に対して本発明の下限値（５質量％）未満であるため、保護筒が十分できず、棒焼けを起こして溶接が困難であった。比較例No.２０は粒径が１０μｍ以下の特定酸化物の含有量が特定酸化物全質量に対して本発明の上限値（３０質量％）を超えているため、高温焼成時に被覆が割れて生産性が劣化した。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、各成分を適切に規定することにより、溶接作業性、特にアークがソフトで安定性に優れ、スパッタの発生量が少なく、耐棒焼け性に優れたチタニア系のステンレス鋼被覆アーク溶接棒を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横軸に粒径１０μｍ以下のチタン酸化物及び珪酸化合物と全体のチタン酸化物及び珪酸化合物との比をとり、縦軸に保護筒の長さをとって、チタン酸化物及び珪酸化合物の粒径の１０μｍ以下のチタン酸化物及び珪酸化合物全質量に対する比率と耐棒焼け性との関係を示すグラフ図である。
【図１】
0003856650.tif 000011