特開 2024-167274 Ｎｉ基合金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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024167274

(43)【公開日】2024-12-03

(54)【発明の名称】Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/30 20060101AFI20241126BHJP

   B23K 35/368 20060101ALI20241126BHJP

   C22C 19/03 20060101ALI20241126BHJP

【ＦＩ】

B23K35/30 320Q

B23K35/368 H

C22C19/03 G

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024141752

(22)【出願日】2024-08-23

(62)【分割の表示】P 2022532014の分割

【原出願日】2020-11-25

(31)【優先権主張番号】10-2019-0157246

(32)【優先日】2019-11-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】522208807

【氏名又は名称】エサブ セア コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110003579

【氏名又は名称】弁理士法人山崎国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100118647

【弁理士】

【氏名又は名称】赤松 利昭

(74)【代理人】

【識別番号】100123892

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 忠雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169993

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 千裕

(74)【代理人】

【識別番号】100173978

【弁理士】

【氏名又は名称】朴 志恩

(72)【発明者】

【氏名】イム、ヘ デ

(72)【発明者】

【氏名】キル、ウン

(72)【発明者】

【氏名】ペク、スン ヒュン

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ワイヤから、優れたビード形状、好ましいアーク安定性、スパッター抑止効果、好ましい強度、好ましい耐欠陥性および好ましい亀裂抵抗を有する溶接金属が得られる、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】シース成分とフラックス成分を含む全ワイヤ組成は、全フラックス入りワイヤの合計量に対して、特定割合のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｆｅ、の（Ｐ＋Ｓ）、Ｔｉ、Ｎａ_２Ｏ，Ｋ_２Ｏ，ＭｇＯおよびＣａＯから選択された少なくとも１つの酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２およびＺｒＯ_２から選択された少なくとも１つの酸化物、残部としてのＮｉ、および、不可避的不純物を備え、前記組成は、下記の関係式を満たす。
［関係式１］０．１Ｎａ_２Ｏ＋｛Ｋ_２Ｏ＋０．５（ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３）｝／｛ＣａＯ＋１．６（ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２）＋０．２（ＺｒＯ_２）｝＜０．５
［関係式２］０．０１Ｍｎ≦Ｎｂ≦（０．０１Ｍｎ）＋３．３
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フラックスを中に有するＮｉ基合金シースを有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、
シース成分と前記シースの中に提供されるフラックス成分を含む全ワイヤ組成は、全フラックス入りワイヤの合計量に対して、０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）のＣ、０．０１－０．５ｗｔ％のＳｉ、０．０１－３．０ｗｔ％のＭｎ、１５．０―２２．０ｗｔ％のＣｒ、０－２．９ｗｔ％（０ｗｔ％を除く）のＮｂ、５．０－１０．０ｗｔ％のＭｏ、３．０－９．０ｗｔ％のＦｅ，残部としてのＮｉ、および、不可避的不純物を備え、
ＳｉＯ_２が０．５－３．０ｗｔ％の量で含まれ、
Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯおよびＣａＯの少なくとも１つの酸化物が０．１－３．０ｗｔ％の量で含まれ、
Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２およびＺｒＯ_２の少なくとも１つの酸化物が５．０－１２．０ｗｔ％の量で含まれ、
前記組成は、下記の［関係式１］および［関係式２］を満たす、
Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［関係式１］
０．１Ｎａ_２Ｏ＋｛Ｋ_２Ｏ＋０．５（ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３）｝／｛ＣａＯ＋１．６（ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２）＋０．２（ＺｒＯ_２）｝＜０．５
［関係式２］
０．０１Ｍｎ≦Ｎｂ≦（０．０１Ｍｎ）＋３．３

【請求項2】

前記フラックス成分は、０．１ｗｔ％（０ｗｔ％を除く）のＭｎＯと、Ｆについて０．１－１．５ｗｔ％の量のフッ素化合物をさらに備える；
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】

フラックスで満たされたＮｉ基合金シースを有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、
前記フラックス入りワイヤから得られる溶着金属は、０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）のＣ、０．０１－０．５ｗｔ％のＳｉ、０．０１－３．０ｗｔ％のＭｎ、１５．０－２２．０ｗｔ％のＣｒ、０－２．９ｗｔ％（０ｗｔ％を除く）のＮｂ、５．０―１０．０ｗｔ％のＭｏ、３．０－９．０ｗｔ％のＦｅ、および、Ｎｉと不可避的不純物を含む残部とを備える組成を有し、
前記溶着金属の前記組成は［関係式３］を満足する、
Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［関係式３］
［Ｆｅ＋｛１５（２．８Ｎｂ＋０．８５Ｍｎ）｝］／（Ｃｒ＋Ｍｏ）＜７．０

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤに関し、より詳細には、そのワイヤから、好ましいビード外観、アーク安定性、スパッター抑止効果、優れた強度、耐欠陥性、および亀裂抵抗を有する溶接金属を得ることができるように、ＭｎおよびＮｂの含有量が調整される、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤに関する。

【背景技術】

【0002】

２０世紀においては、超耐熱合金（超合金と呼ばれる）が、航空宇宙、原子力、発電プラントおよび石油化学産業などのハイテク産業において基礎構造材料として広く用いられてきた。その中でも、Ｎｉ基合金は、面心立方格子（ＦＣＣ）のオーステナイト相の析出現象を用いる析出硬化合金である。Ｎｉ基合金は、超合金の中でも最高の性能を有し、ガスタービンのブレード、ディスク、燃焼室などの高温で高応力下で運転される多くの部品の構造材料として広く用いられる。それは、９８０℃のような高温において好ましい剛性、強度および靭性を有し、特に酸化と腐食に耐性がある。それはまた、リン酸溶液に耐性がある。したがって、化学処理や公害防止の設備の配管やオフショアバルブ機器に用いられる。

【0003】

成分としてＮｉ基合金を含む溶接材料は、高耐食性のオーステナイトステンレス鋼の溶接または化学プラントの構造部材や石油関連機器に用いられるＮｉ基合金の溶接に用いられる。あるいは、成分としてＮｉ基合金を含む溶接材料は、ＬＮＧ、液体窒素、液体酸素等の貯蔵タンクの構造部材として用いられる９％ニッケル鋼の溶接に用いられる。

【0004】

多くのＮｉ基合金の中で、インコネル６２５合金（Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ－Ｎｂ合金）は優れた溶接性を有する。ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）などのいくつかの溶接技術が、これらの合金にはしばしば用いられる。

【0005】

ＦＣＡＷ用の溶接材料の開発は、他の溶接材料に比べて遅れており、最近になって垂直上向き溶接姿勢で使える溶接材料が開発され、使用頻度は徐々に増えつつある。近年、Ｎｉ基合金などの特殊溶接材料と関連して、被覆アーク溶接やＴＩＧ溶接に比べて相対的に高い作業効率が得られる、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤを用いるガス被覆アーク溶接の使用が増えつつある。

【0006】

しかし、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤを用いるガス被覆溶接の場合には、Ｎｉ基合金が低融点を有するので、ガスがそれ自身と固化したスラグとの間の界面に溜まりやすく、溶接金属のピットを生ずる。さらに、マグネシウム（Ｍｎ）の含有量が、スラグ剥離性の低下を防止するために韓国特許第１０－１７０８９９７号および韓国特許第１０－１７６０８２８号に開示されるように、ごく微量に制限されなければならないという問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、上記課題を解決するＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、フラックスで満たされたＮｉ基合金シースを有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供し、シース成分とシースに提供されたフラックス成分を含めた全体組成は、フラックス入りワイヤの全重量に対して、０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）のＣ、０．０１－０．５Ｗｔ％のＳｉ、０．０１－０．３ｗｔ％のＭｎ、１５．０－２２．０ｗｔ％のＣｒ、０―２．９ｗｔ％（０％を除く）のＮｂ、５．０－１０．０ｗｔ％のＭｏ、３．０－９．０ｗｔ％のＦｅ、およびＮｉと不可避的不純物を含む残部とを含み、ＳｉＯ_２が０．５－３．０ｗｔ％の量で含まれ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯ、およびＣａＯから選択された少なくとも1つの酸化物が０．１―３．０ｗｔ％の量で含まれ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２およびＺｒＯ_２の少なくとも１種が５．０―１２．０ｗｔ％の量で含まれ、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤは、［関係式１］と［関係式２］を満足する。
［関係式１］
０．１Ｎａ_２Ｏ＋｛Ｋ_２Ｏ＋０．５（ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３）｝／｛ＣａＯ＋１．６（ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ_２）｝＜０．５
［関係式２］
０．０１Ｍｎ≦Ｎｂ≦（０．０１Ｍｎ）＋３．３

【0009】

さらに、上記目的を達成するために、本発明は、フラックスで満たされたＮｉ基合金シースを有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供し、前記フラックス入りワイヤから得られる溶着金属は、０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）のＣ、０．０１－０．５ｗｔ％のＳｉ、０．０１―３．０ｗｔ％のＭｎ、１５．０－２０．０ｗｔ％のＣｒ、０－３．５ｗｔ％（０ｗｔ％を除く）のＮｂ、５．０－１５．０ｗｔ％のＭｏ、３．０－９．０ｗｔ％のＦｅ、Ｎｉと不可避的不純物の残部を含む組成を有し、溶着金属の組成は、［関係式３］を満足する。
［関係式３］
［Ｆｅ＋｛１５（２．８Ｎｂ＋０．８５Ｍｎ）｝］／（Ｃｒ＋Ｍｏ）＜７．０

【発明の効果】

【0010】

本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金、９％Ｎｉ鋼および高耐食性オーステナイトステンレス鋼の溶接で優れたビード外観を有する溶接金属を生成し、好ましい強度、耐欠陥性および亀裂抵抗を有する溶接金属を生成できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の例示の組成による溶接ビードの亀裂を示す写真である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を詳細に説明する。

【0013】

本書では、フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金シースがフラックスで満たされたＮｉ基合金フラックス入りワイヤである。

【0014】

本明細書では、用語「溶接金属」は、溶接中に溶着金属と母材の溶融混合物の固化の結果として生ずる金属を指す。

【0015】

本明細書では、用語「溶着金属」は、溶接中に溶接金属領域に加えられる金属材料である、溶加材（すなわちワイヤ）から移動した金属を指す。

【0016】

本発明の一態様によれば、内部にシースを有するフラックス入りワイヤが提供される。
フラックス入りワイヤは、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｎおよびＮｉが、ワイヤの全重量に関して重量パーセントで表される所定の量が含まれるＮｉ基フラックス入りワイヤである。

【0017】

より詳細には、内部にフラックスを有するＮｉ基合金シースを有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤが提供され、シース成分とシースに提供されたフラックス成分を含む全ワイヤ組成は、全フラックス入りワイヤの合計重量に対して、０．０５－０．５ｗｔ％のＳｉ、０．０１－３．０ｗｔ％のＭｎ、１５．０―２２．０ｗｔ％のＣｒ、０―２．９ｗｔ％（０％を除く）のＮｂ、５．０－１０．０ｗｔ％のＭｏ、３．０－９．０ｗｔ％のＦｅ、残部のＮｉと不可避的不純物を含む。ＳｉＯ２が０．５－３．０ｗｔ％の量で含まれ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯおよびＣａＯの少なくとも1つの酸化物が０．１－３．０ｗｔ％の量で含まれ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２およびＺｒＯ_２の少なくとも1つの酸化物が５．０－１２．０ｗｔ％の量で含まれる。組成は、［関係式１］と［関係式２］とを満足する。
［関係式１］
０．１Ｎａ_２Ｏ＋｛Ｋ_２Ｏ＋０．５（ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３）｝／｛ＣａＯ＋１．６（ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ_２）｝＜０．５
［関係式２］
０．０１Ｍｎ≦Ｎｂ≦（０．０１Ｍｎ）＋３．３

【0018】

フラックス入りワイヤの成分限定の理由を以下に説明する。以下に別に規定されない限り、組成における各成分の含有量は、「重量の％（重量％）」で代表される。各成分の含有量は、合金シースに最初に含まれる成分量と、フラックスから追加される金属パウダまたは合金パウダの形の成分量を含む。

【0019】

Ｃｒ：１５．０－２２．０ｗｔ％
クロム（Ｃｒ）は、溶接金属の強度と耐食性を向上するために添加される。クロムの含有量が１５．０ｗｔ％より少ないと、耐食性が低下し、溶接金属の一定の強度を得るのが困難になる。一方、Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成する。クロムの含有量が２２．０ｗｔ％より多いと、炭化クロムが過度に生成され、溶接金属の靭性の低下という結果となる。したがって、フラックス入りワイヤにおけるクロムの含有量は、ワイヤの全体重量に対し１５．０－２２．０ｗｔ％に設定される。より詳細には、Ｃｒの含有量は１６－１８ｗｔ％である。

【0020】

Ｍｏ：５．０―１０ｗｔ％
モリブデン（Ｍｏ）は、炭素（Ｃ）と結合して炭化物を形成する成分であり、摩擦抵抗、硬度および耐食性を向上するのに有利な働きをする成分である。Ｍｏ含有量が５ｗｔ％より少ないと、上記の効果を得るのが難しく、一方、Ｍｏ含有量が１０．０ｗｔ％より多いと、Ｍｏは、ラーベス相として析出し、亀裂抵抗を低下させる結果となる。

【0021】

したがって、本発明では、ワイヤの全重量に対しＭｏの含有量を、５―１０ｗｔ％に限定するのが好ましい。さらに詳細には、Ｍｏ含有量は、５－８ｗｔ％に設定される。

【0022】

Ｃ：０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）
炭素（Ｃ）は、溶接金属の強度を向上する効果を有するが、過度に添加されると、炭化物が形成され、靭性が低下するという問題がある。したがって、Ｃの含有量は、ワイヤの全重量に基づいて０．１ｗｔ％以下に設定される。Ｃの含有量の下限は特に限定されない。溶接金属の靭性の低下を防止するためにＣの含有量は０．１ｗｔ％以下の範囲とされるのが好ましい。

【0023】

Ｍｎ：０．０１－３．０ｗｔ％
マンガン（Ｍｎ）は、溶接金属のビード形状を向上し、耐欠陥性と亀裂抵抗を向上するのに添加される。マンガンの含有量が１．０ｗｔ％より少ないと、充分な脱酸効果が得られないので好ましくない。マンガンの含有量が１０．０ｗｔ％より多いと、最終固化領域で溶接金属の偏析が加速し、よって、溶融金属の融点を低下させ、耐高温割れ性を低下する。したがって、マンガンの含有量は、１．０－１０．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。現存するＮｉ基フラックス入りワイヤでは、Ｍｎの含有量は、靭性の突然低下を棒牛するように限定された。しかし本発明では、Ｍｎの含有量は、亀裂抵抗を向上するように増加され、しかし、Ｎｂの含有量が、以下に説明するように靭性を低減するように限定される。

【0024】

Ｍｎは、Ｎｉと結合することで亀裂抵抗を減ずる、Ｓと結合することでＳの害を減ずる効果を有する。Ｍｎはまた、溶接領域の脱酸を推進することで機械的性質を改善する効果を有する。Ｍｎｍｐ含有量が０．０１ｗｔ％より少ないと、ＭｎがＳと十分に結合できないので、亀裂抵抗を改善する効果および十分な脱酸効果を得ることが難しい。したがって、Ｍｎの含有範囲が０．０１ｗｔ％より少ないのは、好ましくない。さらに、Ｍｎの含有量が３．０ｗｔ％を超えると、ＭｎＯの形成のためにスラグ溶融の融点が下がり、マルチポジション作業性能とスラグ剥離性の劣化という結果となるので、好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量は、ワイヤの全重量に基づいて０．０１―３．０ｗｔ％の範囲であるように設定される。より詳細には、Ｍｎは、０．５―３．０ｗｔ％の量で含まれる。

【0025】

Ｎｂ：０－２．９ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）
ニオブ（Ｎｂ）を、溶接金属の強度を向上することを目的に添加してもよい。ニオブ（Ｎｂ）は、炭素または窒素と結合して炭化物、窒化物または炭窒化物を形成し、それにより析出硬化効果を有する。しかし、含有量が過度に増加すると、ラーベス相として析出し、亀裂抵抗の冷夏という結果を生ずるという問題がある。

【0026】

したがって、本発明では、Ｎｂは全く添加されないか、Ｎｂの含有量は２．９ｗｔ％以下に限定される（すなわち、Ｎｂは０―２．９ｗｔ％）。好ましくは、Ｎｂは2ｗｔ％以下の量で添加され、より好ましくは０．５ｗｔ％以下である。加工性と物理的性質は、Ｎｂ含有量を限定しつつＭｎの含有量を調整することにより確保されるという特徴がある。

【0027】

Ｆｅ：３．０－９．０ｗｔ％
鉄（Ｆｅ）は、溶接材料またはＮｉ基合金び製造の原料物質では不可欠な要素であり、金属の延性を得るための成分である。Ｆｅの含有量が３．０ｗｔ％より少ないと、溶接金属の要求される延性が得られず、一方、Ｆｅの含有量が９．０ｗｔ％を超えると、高温亀裂抵抗が低下する。したがって、本発明では、Ｆｅの含有量をワイヤの全重量に基づいて３．０－９．０ｗｔ％の範囲に限定するのが好ましい。さらに、Ｃｕが含まれると、ＦｅはＣｕ（銅）と化合物を形成し亀裂を生ずるので、Ｆｅの含有量と共にＣｕの含有量をコントロールするのが好ましい。

【0028】

Ｓｉ：０．０１－０．５ｗｔ％
シリコン（Ｓｉ）は、脱酸作用と溶接性を向上する成分である。Ｓｉの含有量が０．０１ｗｔ％より少ないと、脱酸効果が不十分となる。Ｓｉの含有量が０．５ｗｔ％より多いと、ラーベス相の発生により割れ感受性が増大するので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、０．０１－０．５ｗｔ％の範囲に限定されるのが好ましい。

【0029】

Ｐ＋Ｓ：０．０１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）
リン（Ｐ）と硫黄（Ｓ）は、高温割れに影響する要素である。ＰとＳは、低融点であり、それにより高温割れを生ずる。本発明の場合には、ＰまたはＳが含まれてもよく、ＰとＳの合計含有量は０．０１ｗｔ％未満であるのが好ましい。

【0030】

本発明の残りの成分は、ニッケル（Ｎｉ）である。

【0031】

Ｎｉは、オーステナイト構造を安定化させ、Ｎｂと結合して析出物を形成し、それにより引張強さを向上する。好ましくは、Ｎｉの含有量は、４５－６０ｗｔ％の範囲に限定される。Ｎｉの含有量が４０ｗｔ％より少ないと、他の要素の含有量が増加するので、構造が不安定となり、靭性が低下する。Ｎｉの含有量が６０ｗｔ％より多いと、Ｃｒ、Ｍｏ当の量が相対的に低下するので、隊腐食性または強度が低下する。したがって、フラックス入りワイヤでのＮｉ含有量は、ワイヤの全重量に関して４５－６０ｗｔ％の範囲に設定される。より詳しくは、Ｎｉの含有量は５０－６０ｗｔ％の範囲とされる。

【0032】

ＳｉＯ _２ ：０．５－３．０ｗｔ％
ＳｉＯ_２は、スラグ形成物質であり、溶接ビードの流動性と展延性を増大する作用がある。この効果のために、ＳｉＯ_２は、０．５ｗｔ％以上の量で添加されるのが好ましい。
さらに、ＳｉＯ_２の含有量が３．０ｗｔ％より多いと、溶接金属中のＳｉ含有量が増え、亀裂抵抗の低下という結果となる。したがって、ＳｉＯ_２の含有量は０．５―３．０ｗｔ％の範囲に限定するのが好ましい。

【0033】

Ｎａ _２ ＯおよびＫ _２ Ｏから選択された１つ以上の酸化物：０．１―３．０ｗｔ％
アルカリ金属酸化物が０．１ｗｔ％以上の量で添加され、溶接中のアークのイオン化ポテンシャルを減じて、アークの発生を容易にし、溶接中の安定したアークを維持するのがよい。さらに、アルカリ金属酸化物の含有量が３．０ｗｔ％より多いと、高蒸気圧のために溶接ヒュームが過度に生成される。したがって、アルカリ金属酸化物の含有量を０．１―３．０ｗｔ％に限定するのが好ましい。アルカリ金属酸化物は、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの何れか1つまたは両方を含んでもよい。

【0034】

Ａｌ _２ Ｏ _３ 、ＴｉＯ _２ およびＺｒＯ _２ から選択された１つ以上の酸化物：合計５．０―１２．０ｗｔ％
Ａｌ、ＴｉおよびＺｒ酸化物が、スラグの融点を高めて多点溶接の加工性を向上するのに添加されてもよい。Ａｌ、ＴｉおよびＺｒ酸化物の含有量の合計が５．０ｗｔ％より少ないと、スラグの量が不十分となり、よってスラグ被りが低下する。それが１２．０ｗｔ％より多いと、スラグ巻き込み欠陥が生じ得る。よって、Ａｌ、ＴｉおよびＺｒ酸化物の合計含有量を５．０－１２．０ｗｔ％の範囲に限定するのが好ましい。

【0035】

本発明のフラックス入りワイヤは、０．２ｗｔ％以下の量のチタン（Ｔｉ）をさらに含んでもよい。Ｔｉは、Ｎｉ基合金中の析出硬化の効果のために強度を向上でき、脱酸成分としての作用のために細孔生成を減ずることができる。Ｔｉの含有量が０．２ｗｔ％より多いと、過度の析出のために溶接領域の低温衝撃靭性と亀裂抵抗が低下するので、好ましくない。

【0036】

一方、本発明のフラックス入りワイヤでは、以下に示す［関係式１］を満足するように各酸化物の含有量をコントロールするのが好ましい。特に、［関係式１］で定義される値が０．５より小さくなるようにコントロールが実行されるのが好ましい。値が０．５以上であると、溶接性の低下と亀裂特性のために溶接金属領域の品質が低下する。
［関係式１］
０．１Ｎａ_２Ｏ＋｛Ｋ_２Ｏ＋０．５（ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３）｝／｛ＣａＯ＋１．６（ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２）＋０．２（ＺｒＯ_２）｝＜０．５

【0037】

さらに本発明では、［関係式２］を満足するようにＭｎとＮｂの含有量をコントロールするのが好ましい。［関係式２］を満足しない化学成分の場合には、ＭｎとＮｂの含有量に応じて有害な相を生ずるので、溶接金属領域の好ましい物理的性質を確保するのが困難である。
［関係式２］
０．０１Ｍｎ≦Ｎｂ≦（０．０１Ｍｎ）＋３．３

【0038】

本発明によるフラックス入りワイヤのフラックス成分は、０．１ｗｔ％以下のＭｎＯと、Ｆに関して０．１－１．５ｗｔ％のフッ素化合物をさらに含んでもよい。上記の成分に加えて、通常の製造過程で原材料や周囲環境からの意図しない不純物が不可避的に組み込まれてもよい。

【0039】

本発明の他の態様によれば、Ｎｉ基合金シースがフラックスで満たされたＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、フラックス入りワイヤから得られた溶着金属は、０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）のＣ、０．０１－０．５ｗｔ％のＳｉ、０．０１ｗｔ％－３．０ｗｔ％のＭｎ、１５．０－２２．０ｗｔ％のＣｒ、０－２．９ｗｔ％（０ｗｔ％を除く）のＮｂ、５．０－１０．０ｗｔ％のＭｏ、３．０－９．０ｗｔ％のＦｅおよびＮｉと不可避的不純物を含む残部とを備え、溶着金属の組成は［関係式３］を満足する。［関係式３］は、［Ｆｅ＋｛１５（２．８Ｎｂ＋０．８５Ｍｎ）｝］／（Ｃｒ＋Ｍｏ）＜７．０である。

【0040】

本発明によるフラックス入りワイヤ合金の組成によれば、マルチポジション溶接が可能であり、優れた強度と靭性を有する溶接金属が得られる。各成分の含有量は、合金シースに最初に含まれていた成分の量と、フラックスから添加される金属パウダーまたは合金パウダーの形の成分の量とを含む。

【0041】

本発明によるフラックス入りワイヤから得られた溶着金属のＣｒ含有量は、１５－２０ｗｔ％であってもよい。クロム（Ｃｒ）は、溶接金属の強度と耐食性を向上する目的で添加される。Ｃｒの含有量が１５ｗｔ％より少ないと、耐食性が低下し、溶接金属の一定の強度を得ることが困難になる。一方、ＣｒはＣと結合して炭化物を形成する。Ｃｒの含有量が２０ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下し、炭化物の成長が抑制される。

【0042】

Ｍｏの含有量は、５－１５ｗｔ％の範囲であってもよい。モリブデン（Ｍｏ）は、炭素（Ｃ）と結合して炭化物を形成する成分であり、耐摩耗性、硬度および耐食性の向上において有利な役割を果たす成分である。Ｍｏの含有量が５ｗｔ％より少ないと、上述の効果を得ることgむずかhしく、一方、Ｍｏの含有量が１５ｗｔ％より多いと、Ｍｏが析出し、それにより亀裂抵抗を低下する。より詳細には、Ｍｏの含有量は、５－８ｗｔ％の範囲でよい。

【0043】

Ｃの含有量は０．１ｗｔ％以下であってもよい。炭素（Ｃ）は溶接金属の強度を向上する効果を有するが、過度に添加されると炭化物が形成され、靭性が低下するという問題がある。より好ましくは、溶接金属の靭性の低下を防ぐため、Ｃの含有量は、０．１ｗｔ％以下に設定されてもよい。

【0044】

Ｍｎの含有量は、０．０１―３．０ｗｔ％の範囲であってもよい。マンガン（Ｍｎ）は、溶接金属のビード形状を向上し、耐欠陥性や亀裂抵抗を向上するために添加される。本発明は、Ｍｎの含有量を増やすことにより亀裂抵抗を向上し、以下に説明するように、Ｎｂの含有量を制限することにより靭性低下を防止する。本発明では、Ｍｎの含有量が０．０１ｗｔ％より少ないと、Ｓとの接合が不十分なので亀裂抵抗を向上する効果が得られず、充分な脱酸効果が得られない。したがって、Ｍｎの含有量が０．０１ｗｔ％より少ないことは好ましくない。さらに、Ｍｎの含有量が３．０ｗｔ％より多いと、剥離性が低くなるであろう。したがって、Ｍｎの含有量が３．０ｗｔ％より多いことは好ましくない。より好ましくは、Ｍｎの含有量は、０．５―３．０ｗｔ％の範囲である。

【0045】

Ｎｂの含有量は、０－３．５ｗｔ％（０ｗｔ％は除く）の範囲であってもよい。ニオブ（Ｎｂ）は、溶接金属の強度を向上する目的で添加されてもよい。ニオブ（Ｎｂ）は、tン素または窒素と結合し、炭化物、窒化物または炭窒化物を形成し、それにより析出強化効果を有する。しかし、含有量が過度に増えると、亀裂抵抗が低下するという問題がある。したがって、本発明では、Ｎｂは全く添加されないか、Ｎｂの含有量は3.5ｗｔ％以下に限定される。好ましくは、Ｎｂは、２．９ｗｔ％以下の量で添加され、より好ましくは２．０ｗｔ％以下である。本発明は、Ｎｂの含有量が制限され、Ｍｎのが入寮が適切な範囲に調整されて、ある程度の強度を確保するという特徴を有する。

【0046】

Ｆｅの含有量は、３．０―９．０ｗｔ％の範囲であってもよい。Ｆｅは、Ｎｉ基合金の溶接材料または基礎材料では不可欠の要素である。鉄（Ｆｅ）は、Ｎｉ基合金の溶接材料または基礎材料で必須の要素であり、金属の延性を確保するための成分である。Ｆｅの含有量が３．０ｗｔ％より少ないと、溶接金属の要求される延性が得られず、一方、Ｆｅの含有量が９．０ｗｔ％より多いと、高温亀裂抵抗が低下する。よって、このようなＦｅ含有量範囲は好ましくない。したがって、本発明では、Ｆｅの含有量をワイヤの全重量に基づいて、３．０―９．０ｗｔ％の範囲に限定するのが好ましい。さらに、Ｃｕが追加で含まれると、ＦｅはＣｕ（銅）と化合物を形成し亀裂の原因となるので、Ｃｕの含有量に加えてＦｅの含有量もコントロールするのが好ましい。

【0047】

Ｓｉの含有量は、０．０１―０．５ｗｔ％の範囲であってもよい。Ｓｉの含有量が０．０１ｗｔ％より少ないと、脱酸効果が不十分となる。Ｓｉの含有量が０．５ｗｔ％より多いと、ラーベス相の生成のため亀裂感受性が高まるので好ましくない。したがって、Ｓｉ含有量は０．５ｗｔ％以下に制限されるのが好ましい。

【0048】

さらに、チタン（Ｔｉ）が０．２ｗｔ％以下の量で含まれてもよい。Ｔｉは、Ｎｉ基合金において析出硬化効果のために強度を向上し、脱酸成分として作用することで細孔生成を低減することができる。Ｔｉの含有量が０．２ｗｔ％より多いと、過度の析出のために溶接領域の低温衝撃靭性と亀裂抵抗が低下するので、好ましくない。

【0049】

残部は、Ｎｉと不可避的不純物であってもよい。

【0050】

一方、本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤから得られる溶着金属の成分が下記の［関係式３］を満足することが好ましい。
［関係式３］
［Ｆｅ＋｛１５（２．８Ｎｂ＋０．８５Ｍｎ）｝］／（Ｃｒ＋Ｍｏ）＜７．０

【0051】

詳細には、溶接金属の組成は、［関係式３］で定義される値が７．０より小さいように定められることが好ましい。その値が７．０以上であると、溶接性と亀裂抵抗の低下により優れた溶接品質を確保することが困難となる。

【0052】

本発明によるＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、タングステン（Ｗ）を含んでいないが、クロム（Ｃｒ）とマンガン（Ｍｎ）を多くの量で、そしてニオブ（Ｎｂ）を所定の限定された量で含み、スラグ剥離性と亀裂抵抗を向上して、所望の強度などの物理的性質を得る。

【0053】

以下に、例を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明は例によっては限定されない。

【0054】

表１に示す成分を含むフラックス入りワイヤが用意された。各成分の例を説明する。

【表1】

【0055】

フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）を各溶接材料で実施した。ＦＣＡＷの場合、溶接は、１００％ＣＯ_２保護ガス環境下で８．０―１２．０ｋＪ／ｃｍの入熱で実施された。直径１．２ｍｍのワイヤがＦＣＡＷに用いられた。板厚７ｍｍのＡ３６鋼板で溝面のベベル角が３０°となるようにベベルが形成され、溝は、テストワイヤでバタリングされバタリング層が形成された。その後、バタリングされた基礎材料をルート間隔が１２ｍｍとなるように並べ、同様にバタリングされた表面を有する当て板（鋼材）が、溝の狭い側に置かれた。このベベルで、溶接が実施され、溶接継手が形成された。

【0056】

その後、アーク安定性と得られた溶接継手のスラグ剥離性を勘案して、マルチポジション溶接を視覚的に比較し評価し、溶接品質を、◎（優）、O（良）、△（可）、X（不可）の４段階にクラス分けした。結果を表２に示す。

【表2】

【0057】

表２を参照すると、ＭｎとＮｂの含有量が本発明で提案された範囲内のフラックス入りワイヤの溶接継手では、亀裂抵抗とビード外観が向上することが確認された。特に、ビード外観、スラグ剥離性および亀裂抵抗が向上するマンガンとニオブの含有量の範囲を決定できることが可能である。

【0058】

組成例１―１１を参照すると、ニオブの含有量が２．５ｗｔ％以上であっても、マンガン含有量を増やすことにより亀裂抵抗とビード外観が向上した。

【0059】

組成例１２―２０を参照すると、マンガン含有量が２ｗｔ％より多くてもニオブの含有量が２．９ｗｔ％以下に限定されると亀裂抵抗およびスラグ剥離性については問題ないことが確認された。

【0060】

さらに、関係式１に関連して組成例２４を参照すると、関係式１の値が０．５より大きいと、亀裂抵抗に加え、アーク安定性、ビード外観、およびスラグ剥離性について問題が生ずる。

【0061】

一方、ニオブの含有量による亀裂比を調べた。異なるニオブ含有量の組成例１３－２０によるビードのクレータ割れ比とビード割れ比を下記の表３に示す。図１は、本発明の例示の組成による溶接ビードの亀裂（割れ）を示す写真である。図１において、（ａ）は組成例１５による溶接ビードの写真、（ｂ）は組成例１７による溶接ビードの写真、（ｃ）は組成例１８による溶接ビードの写真、（ｄ）は組成例２０による溶接ビードの写真である。

【表3】

【0062】

表３と図１を参照すると、ニオブの含有量をコントロールすることにより亀裂比を顕著に低減できる。特に、組成例１７と組成例１８の亀裂比を比較すると、本発明のニオブ含有範囲の上限である２．９ｗｔ％のＮｂ含有量で亀裂比が約２０％異なることが分かった。

【0063】

さらに、得られた溶接継手の降伏点（ＹＳ、ＭＰａ）、引張強さ（ＴＳ、ＭＰａ）、延び（Ｅ．Ｌ．、％）、および、―１９６℃でのシャルピ衝撃エネルギ（Ｊ）を測定した。
結果を下記の表４に示す。

【表4】

【0064】

表４を参照すると、従来のＮｉ基合金フラックス入りワイヤと異なり、マンガン含有量が増えてニオブ含有量が減っても、強度等の物理的性質が維持されることが確認された。
タングステンがなくてもニオブを加えることで所望の強度が得られた。従来のフラックス入りワイヤに比べてニオブ含有量が相対的に低いことにより生ずる問題は、クロム含有量を増やすことで解消されることが確認された。

【0065】

本発明によるＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、マンガンおよびニオブの含有量をコントロールすることにより優れた高温亀裂抵抗を有し、満足できる衝撃靭性と強度を有する。本発明によるＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、Ｎｉ合金によりもたらされる低い亀裂抵抗や低い加工性を含め、従来のワイヤの問題を解消できる。

【0066】

上記では、添付の請求項がより良く理解されるように、本発明の特徴と技術的利点を広く説明した。この技術分野の当業者は、本発明が、技術的思想または例示の実施形態の基本的特徴から逸脱することなく他の異なった形で実施できることを理解されよう。よって、上記に説明した例は説明の目的だけのためであり、全ての点で限定されるものではないことが理解できるであろう。本発明の範囲は、上記の詳細な説明ではなく、以下の特許請求の範囲により画定され、特許請求の範囲の意味と範囲から導かれる全ての変更または修正、および、その均等な概念は本発明の範囲内であると解されるべきである。

【図1】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フラックスを中に有するＮｉ基合金シースを有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、
シース成分と前記シースの中に提供されるフラックス成分を含む全ワイヤ組成は、全フラックス入りワイヤの合計量に対して、０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）のＣ、０．０１－０．５ｗｔ％のＳｉ、０．０１－３．０ｗｔ％のＭｎ、１５．０―２２．０ｗｔ％のＣｒ、０－２．９ｗｔ％（０ｗｔ％を除く）のＮｂ、５．０－１０．０ｗｔ％のＭｏ、３．０－９．０ｗｔ％のＦｅ、０－０．０１ｗｔ％（０ｗｔ％を除く）の（Ｐ＋Ｓ）、０－０．２ｗｔ％のＴｉ、Ｎａ _２ Ｏ，Ｋ _２ Ｏ，ＭｇＯおよびＣａＯから選択された少なくとも１つの酸化物、Ａｌ _２ Ｏ _３ 、ＴｉＯ _２ およびＺｒＯ _２ から選択された少なくとも１つの酸化物、残部としてのＮｉ、および、不可避的不純物を備え、
前記組成は、下記の［関係式１］および［関係式２］を満たす、
Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［関係式１］
０．１Ｎａ_２Ｏ＋｛Ｋ_２Ｏ＋０．５（ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３）｝／｛ＣａＯ＋１．６（ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２）＋０．２（ＺｒＯ_２）｝＜０．５
［関係式２］
０．０１Ｍｎ≦Ｎｂ≦（０．０１Ｍｎ）＋３．３

【請求項2】

溶着金属の前記組成は［関係式３］を満足する、
請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［関係式３］
［Ｆｅ＋｛１５（２．８Ｎｂ＋０．８５Ｍｎ）｝］／（Ｃｒ＋Ｍｏ）＜７．０

【外国語明細書】