特許 6140069 ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6140069

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/30 20060101AFI20170522BHJP

   B23K 35/368 20060101ALI20170522BHJP

   C22C 38/50 20060101ALN20170522BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20170522BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/30 320B

   B23K35/368 A

   B23K35/30 A

   !C22C38/50

   !C22C38/00 302Z

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-264236(P2013-264236)

(22)【出願日】2013年12月20日

(65)【公開番号】特開2015-120174(P2015-120174A)

(43)【公開日】2015年7月2日

【審査請求日】2015年12月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】302040135

【氏名又は名称】日鐵住金溶接工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100105441

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 久喬

(74)【代理人】

【識別番号】100107892

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 俊太

(74)【代理人】

【識別番号】100166707

【弁理士】

【氏名又は名称】香取 英夫

(72)【発明者】

【氏名】行方 飛史

(72)【発明者】

【氏名】大泉 真吾

(72)【発明者】

【氏名】水本 学

【審査官】 市川 篤

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２６７２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３６２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１２９０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２２１２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１２２９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００９３３５２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／００−３５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステンレス鋼外皮にフラックスを充填してなるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．００５〜０．１０％、
Ｓｉ：０．１０〜１．０％、
Ｍｎ：０．５０〜４．５％、
Ｎｉ：７〜１２％、
Ｃｒ：１８〜２５％、
Ｍｏ：０．０１０〜１．０％、
Ｔｉ：０．１０〜０．５％、
Ｎｂ：０．０２〜０．５％を含有し、
フラックスに、
ＴｉＯ_２：４．５〜７．５％、
ＳｉＯ_２：０．２０〜１．８％、
ＺｒＯ_２：０．０１０〜０．１０％、
Ａｌ_２Ｏ_３：０．０１〜０．２０％、
Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０１０〜０．２０％、
弗素化合物のＦ換算値：０．１０〜１．０％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ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。

【請求項2】

ワイヤ全質量に対する質量％で、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、Ｎｂ：０．１〜０．５％を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、ステンレス鋼の溶接に適用され、特に高温環境下において、優れた高温引張強さおよび耐割れ性に優れる溶接金属が得られ、かつ溶接作業性が良好なステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する。

【背景技術】

【0002】

１９９０年代初頭、石油精製装置の高温環境で使用されるオーステナイト系ステンレス鋼製配管において、Ｂｉを含有したオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤで施工された溶接継手で割れの発生が相次いで報告された。特に、７００℃付近の温度域では、実用化後１年以内という短期間に割れが発生するトラブルが報告され、大きな問題となった。この割れの原因として、一般的なステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤには、スラグ剥離性の改善のためにＢｉが酸化物の形で添加されているが、このＢｉを添加した溶接継手は、７００℃以上の温度域に曝された場合、オーステナイト粒界にＢｉが濃化し、再熱割れが発生し、その再熱割れによって短時間で粒界強度が低下し、延性が著しく低下することが判明した。

【0003】

このような高温環境化でステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤで溶接した溶接金属の再熱割れ防止のする手段として、Ｂｉ量を１０ｐｐｍ程度にすれば、溶接金属の高温延性に影響がなく、実用上問題ないことが提言され、ＪＩＳでは、Ｂｉ無添加の溶接用フラックス入りワイヤとして、Ｂｉ≦０．００１質量％のワイヤが規定されており、米国石油学会（ＡＰＩ）においても、５５０℃以上で使用される配管の溶接にはＢｉ≦０．００２質量％のワイヤを使用することが推奨されている。このようなＢｉ無添加の溶接用フラックス入りワイヤは、高温強度が高く、耐割れ性が優れることから、高温環境下で使用される化学プラントなどに適用されている。しかし、スラグ剥離性の改善効果を有するＢｉが低く規制されているため、従来の溶接用フラックス入りワイヤと比較すると、スラグ剥離性が悪く、溶接施工の高能率化の観点を満足できないといった問題がある。したがって、Ｂｉを含有した溶接用フラックス入りワイヤと同等の溶接作業性を有し、高温強度が高く、耐割れ性に優れるＢｉ無添加のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの開発が望まれている。

【0004】

このように、高温用途用のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤは種々検討されており、例えば、特許文献１には、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、金属弗化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢｉおよびＢｉ化合物を規定するオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、この溶接用フラックス入りワイヤは、ＺｒＯ_２量が多く、溶接金属および溶接スラグ間に窒化物を生成するため、スラグ剥離性が悪いといった課題があった。

【0005】

また、特許文献２には、Ｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃ、Ｎ、Ｃｒ、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３および金属弗化物等を限定した高温用途用ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、この溶接用フラックス入りワイヤでは、溶接金属中のＮｂ含有量が多くなり、スラグ剥離性が悪くなる。また、Ｎ含有量が少なくなるので、オーステナイトとフェライトの晶出量によって安定した固溶強化が得られず、溶着金属の引張強さが低くなる。さらには、ＳＵＳ３０４Ｎ２などのオーステナイト系ステンレス鋼に適用した場合、希釈の影響によって溶接金属中のＮ含有量が多くなり、スラグ剥離性が悪くなるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１−１９２５８６号公報

【特許文献2】特開平７−２７６０８５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、ステンレス鋼の溶接に適用され、特に高温環境下において、優れた高温引張強さおよび耐割れ性に優れる溶接金属が得られ、かつ溶接作業性が良好なステンレス鋼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】

【0008】

本発明者らは、上記の課題を解決するために、各種成分組成の溶接用フラックス入りワイヤを試作して詳細に検討した。その結果、溶接用フラックス入りワイヤ中の成分(金属成分、フラックス成分)を適性化することによって、溶接金属の高温での引張強さ、靭性および耐割れ性が向上し、溶接作業性が良好となることを見出して、本発明を完成した。
本発明の要旨は、次の通りである。

【0009】

（１） ステンレス鋼外皮にフラックスを充填してなるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．００５〜０．１０％、Ｓｉ：０．１０〜１．０％、Ｍｎ：０．５０〜４．５％、Ｎｉ：７〜１２％、Ｃｒ：１８〜２５％、Ｍｏ：０．０１０〜１．０％、Ｔｉ：０．１０〜０．５％、Ｎｂ：０．０２〜０．５％を含有し、フラックスに、ＴｉＯ_２：４．５〜７．５％、ＳｉＯ_２：０．２０〜１．８％、ＺｒＯ_２：０．０１０〜０．１０％、Ａｌ_２Ｏ_３：０．０１〜０．２０％、Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０１０〜０．２０％、弗素化合物のＦ換算値：０．１０〜１．０％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ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。

【0010】

（２）ワイヤ全質量に対する質量％で、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、Ｎｂ：０．１〜０．５％を含有することを特徴とする上記（１）に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。

【発明の効果】

【0011】

本発明のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤによれば、特に高温環境下において、優れた高温引張強さおよび耐割れ性に優れる溶接金属が得られ、かつ溶接作業性が良好なステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明者らは、上記の課題を解決するために、各種成分組成の溶接用フラックス入りワイヤを試作して詳細に検討した。その結果、溶接用フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂを適性化することによって、高温での引張強さ、靭性および耐割れ性が向上することを見出した。

【0013】

また、高温で長時間保持した場合、フェライト／オーステナイト粒界へ炭化物やフェライト相中にσ相が析出してフェライト相内が脆化し、高温引張強さが低下するので、フェライト生成元素であるＣｒを適正化することによって、フェライト量を低く抑え、フェライト／オーステナイト粒界中の炭化物やσ相を低減できることを見出した。

【0014】

また、Ｃ量の調整を行うことで、オーステナイト相に適正な炭化物を析出させ、引張強さを向上できることを突き止めたが、それに伴って、靭性が低下したため、さらなる検討

【0015】

を行った。その結果、Ｔｉ量を適正化することで、脱酸を促進させて溶接金属中の酸化物を低減し、靭性を改善できることを見出した。

【0016】

一方、フェライト量が少なくなるとともに、耐割れ性が悪くなる傾向が認められたため、Ｍｎ添加量の適正化も行い、低融点化合物の偏析を低減させ、耐割れ性を改善できることを見出したこと等に基づいて、本発明を完成した。

【0017】

溶接作業性については、従来のＢｉを含有したステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤと比較すると、スラグ剥離性が劣化し、溶接施工の高能率化を満足できないといった問題があり、種々検討した結果、ＴｉＯ_２量を適正化し、溶接スラグの熱膨張率を調整して溶接金属と溶接スラグの熱膨張差を増加させることにより、スラグ剥離性を向上できることを見出した。上記の効果は、Ａｌ_２Ｏ_３、および弗素化合物を適量添加することにより良好にできる。また、アークの安定性およびスパッタ量の低減は、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＮａおよびＫのアルカリ金属化合物、弗素化合物を適量添加することで、また、ビード形状は、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３およびＮａおよびＫのアルカリ金属化合物を適量添加することで良好にできる。

【0018】

本発明のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤは、ステンレス鋼外皮およびフラックスの各成分組成それぞれの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、以下にそれぞれの各成分組成の添加理由および限定理由を述べる。なお、各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で示す。
まず、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、以下の通りに限定する。

【0019】

［Ｃ：０．００５〜０．１０％］
Ｃは、ステンレス鋼外皮、フェロマンガン、フェロシリコンマンガンおよびグラファイト等から添加され、Ｃｒ、ＴｉおよびＮｂ炭化物を生成して、溶着金属の高温引張強さを高める効果がある。Ｃが０．００５％未満では、Ｃｒ、ＴｉおよびＮｂ炭化物の生成が不十分で、高温での引張強さが低くなる。一方、Ｃが０．１０％を超えると、Ｃｒ、ＴｉおよびＮｂ炭化物が粗大化し、高温に保持した後の靭性が低くなる。従って、Ｃ量は０．００５〜０．１０％とする。

【0020】

［Ｓｉ：０．１０〜１．０％］
Ｓｉは、ステンレス鋼外皮、金属シリコン、フェロシリコンおよびフェロシリコンマンガン等から添加され、ビード形状やスラグ被包性を改善する効果を有する。Ｓｉが０．１０％未満では、溶接時の脱酸反応によって形成されるスラグ量が少なく、ビード形状が悪くなる。一方、Ｓｉが１．０％を超えると、スラグ量が過多となり、スラグ被包性が悪くなる。従って、Ｓｉは０．１０〜１．０％とする。

【0021】

［Ｍｎ：０．５０〜４．５％］
Ｍｎは、ステンレス鋼外皮、金属マンガン、フェロマンガンおよびフェロシリコンマンガン、窒化Ｍｎ等から添加され、低融点化合物の偏析を低減して耐割れ性を改善する効果を有する。Ｍｎが０．５０％未満では、オーステナイト粒界に低融点化合物が偏析するため、耐割れ性が悪くなる。一方、Ｍｎが４．５％を超えると、炭化物および窒化物を生成して常温での靭性が低下する。従って、Ｍｎは０．５０〜４．５％とする。

【0022】

［Ｎｉ：７〜１２％］
Ｎｉは、ステンレス鋼外皮、金属ニッケルおよびフェロニッケル等から添加され、オーステナイト相を安定化させる元素であり、フェライト量の調整および耐割れ性を改善する効果を有する。Ｎｉが７％未満では、オーステナイトの晶出量が減少してフェライト量が多くなり、常温での靭性が低下する。一方、Ｎｉが１２％を超えると、フェライトの晶出量が少なくなり、低融点化合物の偏析が助長されて耐割れ性が悪くなる。従って、Ｎｉは７〜１２％とする。

【0023】

［Ｃｒ：１８〜２５％］
Ｃｒは、ステンレス鋼外皮、金属クロムおよびフェロクロム、窒化Ｃｒ等から添加され、フェライト相を安定化させる元素であり、溶着金属の引張強さを増加させる効果を有する。Ｃｒが１８％未満では、フェライトの晶出量が減少してオーステナイト量が多くなり、常温での引張強さが低下する。一方、Ｃｒが２５％を超えると、Ｃｒ炭化物の生成が多くなり、高温での引張強さが低下する。従って、Ｃｒは１８〜２５％とする。

【0024】

［Ｍｏ：０．０１０〜１．０％］
Ｍｏは、ステンレス鋼外皮、金属モリブデンおよびフェロモリブデン等から添加され、オーステナイト相中に固溶され、引張強さを改善する効果を有する。Ｍｏが０．０１０％未満では、固溶強化の効果が得られず、常温での引張強さが低下する。一方、Ｍｏが１．０％を超えると、フェライト中より極めて硬く脆いσ相が析出され、高温に保持した後の靭性が低下する。従って、Ｍｏは０．０１０〜１．０％とする。

【0025】

［Ｔｉ：０．１０〜０．５％］
Ｔｉは、ステンレス鋼製外皮、金属チタンおよびフェロチタン等から添加され、脱酸を促進させて溶接金属中の酸化物を低減し、靭性を改善する効果を有する。Ｔｉが０．１０％未満では、脱酸が不十分で、常温での靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．５％を超えると、溶接時に溶滴が粗大に成長し、大粒のスパッタが発生する。従って、Ｔｉは０．１０〜０．５％とする。

【0026】

［Ｎｂ：０．０２〜０．５％］
Ｎｂは、ステンレス鋼外皮から不可避に混入する元素であるが、炭化物の生成を促進させ、高温に保持した後の靭性を改善する効果を有するものであり、フェロニオブ等で添加される。ステンレス鋼外皮からの混入を考慮し、下限は０．０２％をする。一方、Ｎｂが０．５％を超えると、溶接金属とスラグ間で化合物を生成してスラグ剥離性が悪くなる。従って、Ｎｂは、０．０２〜０．５％とする。
なお、機械的性質のさらなる改善の目的から、Ｎｂの含有量を０．１％以上にすることによって、溶接金属中に微細な炭化物の生成を促進して高温に保持した後の靭性の低下を防ぎ、さらなる機械的性質の向上を図ることができるので、Ｎｂの下限を０．１％とすることが好ましい。

【0027】

次に、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に含有する成分組成を、以下の通りに限定する。

【0028】

［ＴｉＯ_２：４．５〜７．５％］
ＴｉＯ_２は、ルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタンスラグ、イルミナイト等から添加される。これらは、溶接スラグの熱膨張率を調整し、溶接金属と溶接スラグの熱膨張差を増加させることによってスラグ剥離性を向上させる。ＴｉＯ_２が４．５％未満であると、溶接金属と溶接スラグの熱膨張差が少なくなり、スラグ剥離性が劣化する。一方、ＴｉＯ_２が７．５％を超えると、溶滴を被包するスラグ量が過多となり、溶滴の移行が阻害されるためアーク安定性が低下する。従って、ＴｉＯ_２は４．５〜７．５％とする。

【0029】

［ＳｉＯ_２：０．２０〜１．８％］
ＳｉＯ_２は、珪砂、ジルコンサンド等より添加されスラグ形成剤として作用し、スラグの粘性を調整しスラグ被包性を良好にする効果がある。ＳｉＯ_２が０．２０％未満であると、スラグの粘性が低くなり、スラグ被包性が悪くなる。一方、ＳｉＯ_２が１．８％を超えると、スラグ量が増加して溶接金属とスラグ量とのバランスが悪くなり、ビード形状が劣化する。従って、ＳｉＯ_２は０．２０〜１．８％とする。

【0030】

［ＺｒＯ_２：０．０１０〜０．１０％］
ＺｒＯ_２は、ジルコンサンドおよび酸化ジルコニウム等から添加され、スラグの粘性を調整し、溶滴移行の際に発生するスパッタ発生量を低減する効果を有する。ＺｒＯ_２が０．０１０％未満であると、スラグの粘性が低くなり、溶滴移行の際に小粒のスパッタが発生する。一方、ＺｒＯ_２が０．１０％を超えると、スラグの粘性が高くなり、溶滴が大きく成長し、溶滴移行が円滑に行われずアークが不安定になる。従って、ＺｒＯ_２は０．０１０〜０．１０％とする。

【0031】

［Ａｌ_２Ｏ_３：０．０１〜０．２０％］
Ａｌ_２Ｏ_３はアルミナから添加され、スラグの融点を調整してビード形状を向上させる効果を有する。Ａｌ_２Ｏ_３が０．０１％未満であると、スラグの融点が低くなるので、溶接金属とスラグの凝固が不均一となり、ビード形状が劣化する。一方、Ａｌ_２Ｏ_３が０．２０％を超えると、スラグの融点が高くなり、冷却速度の速いビード部にスラグが残ってスラグ剥離性が悪くなる。従って、Ａｌ_２Ｏ_３は０．０１〜０．２０％とする。

【0032】

［Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計：０．０１０〜０．２０％］
ＮａおよびＫのアルカリ金属化合物は、水ガラスのＮａ_２ＯおよびＫ_２Ｏ等から添加され、アークを安定にし、スパッタ発生量を低減する効果を有する。Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．０１０％未満では、アークが不安定となり、溶滴移行が短絡移行となってスパッタ発生量が増加する。一方、Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計が０．２０％を超えると、スラグの凝固が早くなり、ビード形状が悪くなる。従って、Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ_２Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ_２Ｏ換算値の１種または２種の合計は０．０１０〜０．２０％とする。

【0033】

［弗素化合物のＦ換算値：０．１０〜１．０％］
弗素化合物のＦ換算値は、弗化ソーダ、珪弗化カリ、ジルコンフッ化カリ、氷晶石、弗化アルミ、弗化リチウムおよび蛍石等から添加され、アークの安定性を向上する効果を有する。弗素化合物のＦ換算値が０．１０％未満では、上述の効果が不十分であり、アークが不安定になる。一方、弗素化合物のＦ換算値が１．０％を超えると、スラグの融点が低下して溶融金属よりスラグの凝固が早くなり、スラグ剥離性が悪くなる。従って、弗素化合物のＦ換算値は０．１０〜１．０％とする。
なお、フラックス中に含有される金属酸化物は、金属単体成分の含有量としない。

【0034】

残部は、Ｆｅおよび不可避不純物からなる。Ｆｅは、ステンレス鋼外皮のＦｅ、フラックスの鉄粉、鉄合金（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等のフェロアロイ）粉などからのＦｅである。不可避不純物は、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｂｉなどの不可避に混入される不純物をいう。

【0035】

なお、耐割れ性の観点から、Ｐは０．０４０％以下、Ｓは０．０３０％以下であることが好ましい。また、Ｂｉは、溶接部が高温に長時間保持された場合、オーステナイト粒界にＢｉが濃化し易く、再熱割れを発生させるとともに、短時間で粒界強度が低下して延性が著しく低下させるのでＢｉは、０．００１％以下とすることが好ましい。Ｎは特に上限を定めないが、０．０５％以下が不可避的に含有される。

【0036】

以上、本発明のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を述べたが、溶接用フラックス入りワイヤの製造方法について言及すると、例えば、ステンレス鋼外皮を帯鋼から管状に成形する場合、配合、撹拌、乾燥した充填フラックスをＵ形に成形した溝に満たした後に丸形に成形し、所定のワイヤ径まで伸線する。この際、成形した外皮シームを溶接してシームレスタイプの溶接用フラックス入りワイヤとすることもできる。また、ステンレス鋼外皮がパイプの場合、パイプを振動させてフラックスを充填し、所定のワイヤ径まで伸線することができる。いずれも製造方法も、ワイヤ径は０．８〜３．６ｍｍまで製造が可能である。

【0037】

フラックスは、供給および充填が円滑に行えるように、固着剤（珪酸カリおよび珪酸ソーダの水ガラス）を添加して造粒して用いることもできる。

【実施例】

【0038】

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

【0039】

表１に示す化学成分のステンレス鋼外皮を用い、表２−１、２−２に示す各種成分組成のフラックスを充填し、端面同士を溶接してシームレス状にした後、ワイヤ径１．２ｍｍまで縮径してステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを試作した。

【0040】

【表1】

【0041】

【表2-1】

【0042】

【表2-2】

【0043】

表２−１、２−２に示すステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用い、溶接作業性および機械的性質を調査した。

【0044】

溶接作業性の評価は、表３に示す成分のＳＵＳ３０４Ｌ鋼板を用い、表４に示す溶接条件で下向水平すみ肉溶接を行い、アーク安定性、スパッタ発生量、ビード形状、スラグ被包性およびスラグ剥離性を調査した。なお、それぞれの良否は目視にて判定した。

【0045】

【表3】

【0046】

【表4】

【0047】

溶着金属試験は、表３に示す成分の板厚２０ｍｍ、開先角度１０°を設けたＳＵＳ３０４Ｌ鋼板に２層バタリングを行い、ＪＩＳ Ｚ ３３２３に準拠し、表４に示す溶接条件にて多層盛溶接を行った。溶着金属部より、引張試験片および衝撃試験片を採取し、室温および６５０℃の高温で試験を行った。

【0048】

常温試験は、室温にて引張試験、試験温度−２０℃で衝撃試験行い、引張強さが５２０ＭＰａ以上、吸収エネルギーが３本の平均値で２５Ｊ以上を良好とした。

【0049】

高温試験は、引張試験は引張試験片を６５０℃まで加熱した直後に試験を行い、引張強さが２５０ＭＰａ以上を良好とし、衝撃試験は衝撃試験片を６５０℃×２ｈ保持し、室温まで空冷した後、試験温度−２０℃で吸収エネルギーが３本の平均値で３０Ｊ以上を良好とした。

【0050】

耐割れ性の評価は、表３に示す成分の板厚２０ｍｍ、開先角度１０°を設けたＳＵＳ３０４Ｌ鋼板を用い、表４に示す溶接条件で多層盛溶接して溶接継手を作製し、該溶接継手を８００℃×７２０ｈ保持し、室温まで空冷した後、ＪＩＳ Ｚ ３１２２に準拠して側曲げ試験片を採取して側曲げ試験を実施し、疵が３ｍｍ以下を良好とした。それら調査結果を表５にまとめて示す。

【0051】

【表5】

【0052】

表２−１、表２−２および表５のワイヤＮｏ．１〜１４が本発明例、ワイヤＮｏ．１５〜２６は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１２は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂおよびフラックス中のＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎａのアルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計、弗素化合物のＦ換算値が適正であるので、常温および高温での引張強さおよび吸収エネルギーが良好で、耐割れ性も良好であった。また、アーク安定性、ビード形状、スラグ被包性およびスラグ剥離性も良好で、スパッタ発生量も少なく、極めて満足な結果であった。

【0053】

なお、本発明例であるワイヤＮｏ．１３およびワイヤＮｏ．１４は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＮｂが少なく、高温での吸収エネルギーがやや低かったが、溶接部の品質上の問題は無かった。

【0054】

比較例中ワイヤＮｏ．１５は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＣが少ないので、高温での引張強さが低かった。また、フラックス中のＴｉＯ_２が少ないので、スラグ剥離性が不良であった。

【0055】

ワイヤＮｏ．１６は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＣが多いので、高温での吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＴｉＯ_２が多いので、アークが不安定であった。

【0056】

ワイヤＮｏ．１７は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＮｉが少ないので、常温での吸収エネルギーが低かった。また、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＳｉＯ_２が少ないので、スラグ被包性が不良であった。さらに、フラックス中のＺｒＯ_２が多いので、アークが不安定であった。

【0057】

ワイヤＮｏ．１８は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＮｉが多いので、耐割れ性が不良であった。また、フラックス中のＳｉＯ_２が多いので、ビード形状が不良であった。さらに、フラックス中のＺｒＯ_２が少ないので、スパッタ発生量が多かった。

【0058】

ワイヤＮｏ．１９は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＣｒが少ないので、常温での引張強さが低かった。また、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＴｉが少ないので、常温での吸収エネルギーが低かった。さらに、フラックス中のＡｌ_２Ｏ_３が少ないので、ビード形状が不良であった。

【0059】

ワイヤＮｏ．２０は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＣｒが多いので、高温での引張強さが低かった。また、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＴｉが多いので、スパッタ発生量が多かった。さらに、フラックス中のＡｌ_２Ｏ_３が多いので、スラグ剥離性が不良であった。

【0060】

ワイヤＮｏ．２１は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＭｏが少ないので、常温での引張強さが低かった。また、フラックス中のＮａのアルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値が少ないので、スパッタ発生量が多かった。

【0061】

ワイヤＮｏ．２２は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＭｏが多いので、高温での吸収エネルギーが低かった。また、フラックス中のＮａのアルカリ金属化合物のＮａ₂Ｏ換算値およびＫのアルカリ金属化合物のＫ₂Ｏ換算値の１種または２種の合計が多いので、ビード形状が不良であった。

【0062】

ワイヤＮｏ．２３は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＭｎが少ないので、耐割れ性が悪かった。また、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値が少ないので、アークが不安定であった。

【0063】

ワイヤＮｏ．２４は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＭｎが多いので、常温での靭性が低かった。また、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値が多いので、スラグ剥離性が不良であった。

【0064】

ワイヤＮｏ．２５は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＮｂが少ないので、高温での吸収エネルギーが低かった。また、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＳｉが少ないので、ビード形状が不良であった。

【0065】

ワイヤＮｏ．２６は、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＳｉが多いので、スラグ被包性が不良であった。また、ステンレス鋼外皮とフラックスとの合計のＮｂが多いので、スラグ剥離性が不良であった。