JP5874068B2 - Flux for single-sided submerged arc welding - Google Patents
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Description
本発明は、1又は2以上の電極を使用して行う片面サブマージアーク溶接に用いられるフラックスに関する。より詳しくは、鉄粉を含有する片面サブマージアーク溶接用フラックスにおけるビード外観改善技術に関する。 The present invention relates to a flux used for single-sided submerged arc welding performed using one or two or more electrodes. More specifically, the present invention relates to a bead appearance improving technique in a single-sided submerged arc welding flux containing iron powder.
片面サブマージアーク溶接では、通常、溶着量を確保し、大入熱溶接においても安定したビード形成を実現させるために、鉄粉が添加されたフラックスが使用されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、特許文献1に記載されているような鉄粉を含有する従来の片面サブマージアーク溶接用フラックスには、表ビードの表面に微小な鉄粒突起物が発生しやすいという問題がある。このような表ビード表面の突起物は、塗装工程で障害となるため、例えば造船分野においては、建造工程における新塗装基準に対応し、鉄粒突起物除去のために、ビード全線に亘ってグラインダー処理を余儀なくされている。 In single-sided submerged arc welding, a flux to which iron powder is added is usually used in order to ensure the amount of welding and realize stable bead formation even in high heat input welding (see, for example, Patent Document 1). ). However, the conventional single-sided submerged arc welding flux containing iron powder as described in Patent Document 1 has a problem that minute iron particle projections are likely to be generated on the surface of the front bead. Since such protrusions on the surface bead obstruct the painting process, for example, in the shipbuilding field, it corresponds to the new painting standard in the construction process, and the grinder is spread over the entire bead line to remove the iron particle protrusions. Has been forced to process.
そこで、従来、片面サブマージアーク溶接用フラックスにおいて、鉄粒突起物の発生を抑制するための技術が提案されている(特許文献2,3参照。)。例えば、特許文献2に記載の片面サブマージアーク溶接用フラックスでは、粒径や見掛密度を特定の範囲にすることで、ビードの健全化を図っている。また、特許文献3に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスでは、鉄粒突起の発生を抑制するために、Fe成分の含有量を5質量%以下に規制している。
Therefore, conventionally, techniques for suppressing the generation of iron grain protrusions in a single-sided submerged arc welding flux have been proposed (see
しかしながら、特許文献2に記載の技術のように、フラックスの粒径や見掛密度を規制するだけででは、鉄粒突起の発生抑制に対する効果が小さい。また、特許文献3に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスのように、Fe含有量を規制すると、厚板の板継溶接において充分な溶着量を確保することが難しくなり、更に大入熱溶接においてビード形状が劣化する。このように、従来のビード外観改善技術では、片面サブマージアーク溶接において、フラックスへの鉄粉添加の効果を維持しつつ、鉄粒突起の発生を抑制して、ビード外観を健全化するには至っていない。
However, as in the technique described in
そこで、本発明は、健全な表ビード形状と機械的性能を得ることができる片面サブマージアーク溶接用フラックスを提供することを主目的とする。 Therefore, the main object of the present invention is to provide a single-sided submerged arc welding flux capable of obtaining a sound front bead shape and mechanical performance.
本発明者等は、前述した課題を解決するために、1又は2以上の電極を用いた片面サブマージアーク溶接において、表ビードの健全性を確保すべく、鋭意実験検討を行った結果、鉄粒突起の発生抑制には、フラックスに含有させる鉄粉の種類、酸素量及び粒径が、大きく影響することを見出し、本発明に至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive experimental studies to ensure the soundness of the front bead in single-sided submerged arc welding using one or two or more electrodes. The inventors have found that the type of iron powder contained in the flux, the amount of oxygen, and the particle size have a great influence on the suppression of the generation of protrusions, leading to the present invention.
即ち、本発明に係る片面サブマージアーク溶接用フラックスは、SiO2:10〜30質量%、CaO:3〜9質量%、MgO:15〜35質量%、TiO2:4〜20質量%、CaF2:2〜9質量%、Al2O3:5〜20質量%、CO2:2〜9質量%、Na2O:1〜3質量%、B2O3:0.1〜1質量%、Mo:0.2〜1質量%、鉄粉:10〜30質量%を含有すると共に、Si:2質量%以下、Mn:1.5質量%以下、Ti:1質量%以下、Al:3質量%以下に規制した組成を有し、前記鉄粉に、酸素含有量が0.5質量%以下のアトマイズ還元鉄粉を使用し、鉄粉全量に対して粒径が75μm以下のものが40質量%以上になるようにしている。
本発明の片面サブマージアーク溶接用フラックスでは、酸素含有量が0.5質量%以下のアトマイズ還元鉄粉を特定量添加し、更に、添加する鉄粉のうち粒径が75μm以下のものを40質量%以上としているため、表ビードに鉄粒が発生しにくくなり、鉄粒突起のない健全な表ビードを得ることができる。
この片面サブマージアーク溶接用フラックスは、Si:0.5〜2質量%及び/又はTi:0.3〜1質量%を含有していてもよい。
また、Mnを0.5〜1.5質量%含有していてもよい。
更に、Alを0.7〜3質量%含有していてもよい。
That is, the flux for single-sided submerged arc welding according to the present invention is SiO 2 : 10 to 30% by mass, CaO: 3 to 9% by mass, MgO: 15 to 35% by mass, TiO 2 : 4 to 20% by mass, CaF 2. : 2-9 wt%, Al 2 O 3: 5 to 20 wt%, CO 2: 2-9 wt%, Na 2 O: 1 to 3 wt%, B 2 O 3: 0.1 to 1 wt%, While containing Mo: 0.2-1 mass%, iron powder: 10-30 mass%, Si: 2 mass% or less, Mn: 1.5 mass% or less, Ti: 1 mass% or less, Al: 3 mass %, The atomized reduced iron powder having an oxygen content of 0.5% by mass or less is used for the iron powder, and the particle size is 40 μm or less with respect to the total amount of the iron powder. It is trying to become more than%.
In the single-sided submerged arc welding flux of the present invention, a specific amount of atomized reduced iron powder having an oxygen content of 0.5% by mass or less is added, and among the added iron powders, 40% by mass of which particle size is 75 μm or less. % Or more, it is difficult for iron particles to be generated on the surface beads, and a healthy surface bead without iron particle protrusions can be obtained.
This single-sided submerged arc welding flux may contain Si: 0.5-2% by mass and / or Ti: 0.3-1% by mass.
Moreover, you may contain 0.5-1.5 mass% of Mn.
Furthermore, you may contain 0.7-3 mass% of Al.
本発明によれば、フラックスの成分及びその含有量を特定すると共に、鉄粉の鉄粉の種類、酸素量及び粒径を限定しているため、1電極又は多電極を用いた片面サブマージアーク溶接においても、裏当て構造によらず、健全なビード形状と機械的性能を得ることができる。 According to the present invention, since the component of the flux and the content thereof are specified and the type of iron powder, the amount of oxygen, and the particle size of the iron powder are limited, single-sided submerged arc welding using one electrode or multiple electrodes However, a sound bead shape and mechanical performance can be obtained regardless of the backing structure.
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below.
図1は片面サブマージアーク溶接過程における鉄粒発生挙動の想定図である。図1に示すように、片面サブマージアーク溶接において、従来の鉄粉5を含有するフラックス3を用いた場合、溶融・凝固中のフラックス(スラグ)4内で鉄粉5が凝集し(鉄粉の凝集6)、この凝集鉄粉(鉄粒)7が沈降して、母材1の溶接部に形成された溶接金属2の表面(ビード表面2a)に付着して、微小な突起物が発生すると想定される。そこで、本発明者等は、フラックスの特性を改善することで、鉄粒突起発生の問題を解決することにした。
FIG. 1 is an assumption diagram of iron particle generation behavior in a single-sided submerged arc welding process. As shown in FIG. 1, in the single-sided submerged arc welding, when the
具体的には、本発明の実施形態に係るフラックスは、片面サブマージアーク溶接に用いられるものであり、少なくとも、SiO2、CaO、MgO、TiO2、CaF2、Al2O3、CO2、Na2O、B2O3、Mo及び鉄粉を特定量含有すると共に、Si、Mn、Ti及びAlを特定量以下に規制した組成を有する。そして、このフラックスでは、鉄粉に、酸素含有量が0.5質量%以下のアトマイズ還元鉄粉を使用し、鉄粉全量に対して粒径が75μm以下のものが40質量%以上になるように調整している。以下、本実施形態のフラックスにおける組成限定理由について説明する。 Specifically, the flux according to the embodiment of the present invention is used for single-sided submerged arc welding, and includes at least SiO 2 , CaO, MgO, TiO 2 , CaF 2 , Al 2 O 3 , CO 2 , Na. While containing a specific amount of 2 O, B 2 O 3 , Mo and iron powder, it has a composition in which Si, Mn, Ti and Al are regulated to a specific amount or less. In this flux, atomized reduced iron powder having an oxygen content of 0.5% by mass or less is used for the iron powder, and the particle size of 75 μm or less with respect to the total amount of iron powder is 40% by mass or more. It is adjusted to. Hereinafter, the reasons for limiting the composition of the flux of this embodiment will be described.
[SiO2:10〜30質量%]
SiO2はガラス化成分であるが、その含有量が30質量%を超えると、溶融スラグ全体の粘性が増加し、スラグの流動性が低下する。そして、高速片面サブマージアーク溶接の場合、表ビード幅が広がらず、かつ不安定になるため、アンダーカットが発生しやすくなる。一方、SiO2含有量が10質量%未満の場合、溶融スラグの凝固温度が高くなり過ぎるため、良好な表ビード形状が得られない。よって、SiO2含有量は10〜30質量%とする。
[SiO 2 : 10 to 30% by mass]
SiO 2 is a glass-forming component, if the content exceeds 30 mass%, increase the viscosity of the whole molten slag, fluidity of the slag is lowered. In the case of high-speed single-sided submerged arc welding, the front bead width does not widen and becomes unstable, so that undercut is likely to occur. On the other hand, when the SiO 2 content is less than 10% by mass, the solidification temperature of the molten slag becomes too high, so that a good surface bead shape cannot be obtained. Thus, SiO 2 content is 10 to 30 mass%.
[CaO:3〜9質量%]
CaOは、溶融スラグの粘度を低下させ、スラグの流動性を高めて、表ビード幅を広げる効果がある。しかしながら、CaO含有量が9質量%を超えると、溶融スラグの凝固温度が高くなり過ぎて、表ビード形状が損なわれる。一方、CaO含有量が3質量%未満の場合、溶融スラグの流動性を高める効果が得られず、表ビード幅が不足するため、アンダーカットが発生しやすくなる。よって、CaO含有量は3〜9質量%とする。
[CaO: 3 to 9% by mass]
CaO has the effect of reducing the viscosity of the molten slag, increasing the fluidity of the slag, and widening the surface bead width. However, if the CaO content exceeds 9% by mass, the solidification temperature of the molten slag becomes too high and the surface bead shape is impaired. On the other hand, when the CaO content is less than 3% by mass, the effect of increasing the fluidity of the molten slag cannot be obtained, and the surface bead width is insufficient, so that undercut is likely to occur. Therefore, the CaO content is 3 to 9% by mass.
[MgO:15〜35質量%]
MgOは、前述したCaOと同様に、溶融スラグの粘度を低下させ、スラグの流動性を高めて、表ビード幅を広げる効果がある。ただし、MgOの含有量が15質量%未満の場合、溶融スラグの流動性を高める効果が得られず、表ビード幅が不足し、アンダーカットが発生しやすくなる。一方、MgOは高融点の成分であることから、35質量%を超えて添加すると、フラックス全体の溶融性が損なわれ、特に、小入熱になる薄板の高速片面サブマージアーク溶接を行う場合に、安定したビードを確保できなくなる。よって、MgO含有量は15〜35質量%とする。
[MgO: 15 to 35% by mass]
Similar to CaO described above, MgO has the effect of reducing the viscosity of the molten slag, increasing the fluidity of the slag, and widening the surface bead width. However, when the content of MgO is less than 15% by mass, the effect of increasing the fluidity of the molten slag cannot be obtained, the surface bead width is insufficient, and undercut is likely to occur. On the other hand, since MgO is a component having a high melting point, if it is added in excess of 35% by mass, the meltability of the entire flux is impaired, particularly when performing high-speed single-sided submerged arc welding of a thin plate that has a low heat input. A stable bead cannot be secured. Therefore, MgO content shall be 15-35 mass%.
[TiO2:4〜20質量%]
TiO2は、片面溶接におけるスラグ剥離性の改善に、特に有効な成分である。しかしながら、その含有量が20質量%を超えると、表ビードの波目が粗くなり、また、4質量%未満の場合、前述したスラグ剥離性の改善効果が得られない。よって、TiO2含有量は4〜20質量%とする。
[TiO 2 : 4 to 20% by mass]
TiO 2 is a particularly effective component for improving the slag peelability in single-sided welding. However, when the content exceeds 20% by mass, the waviness of the surface bead becomes rough, and when it is less than 4% by mass, the above-described effect of improving the slag peelability cannot be obtained. Therefore, the TiO 2 content is 4 to 20% by mass.
[CaF2:2〜9質量%]
CaF2は、フラックス全体の溶融性を良好にする成分であり、特に片面サブマージアーク溶接のように、短時間にフラックスを溶かし、スラグを生成しなければならない溶接方法においては、不可欠な成分である。しかしながら、CaF2含有量が9質量%を超えると、アーク安定性が劣化し、アーク切れを発生しやすくなる。一方、CaF2含有量が2質量%未満の場合、フラックスの溶融性改善効果が得られず、ビード蛇行が発生する。よって、CaF2含有量は2〜9質量%とする。
[CaF 2 : 2 to 9% by mass]
CaF 2 is a component that improves the meltability of the entire flux, and is an indispensable component particularly in a welding method in which the flux must be melted in a short time and slag must be generated, such as single-sided submerged arc welding. . However, when the CaF 2 content exceeds 9% by mass, the arc stability is degraded and arc breakage is likely to occur. On the other hand, when the CaF 2 content is less than 2% by mass, the effect of improving the meltability of the flux cannot be obtained, and bead meandering occurs. Therefore, CaF 2 content is 2-9 wt%.
[Al2O3:5〜20質量%]
Al2O3は中性成分であり、スラグの粘性及び凝固温度の調整に有効な成分である。しかしながら、Al2O3含有量が5質量%未満の場合、スラグの粘性及び凝固温度が低下し、ビード幅が不揃いになる。一方、20質量%を超えてAl2O3を添加すると、スラグの凝固温度が高くなり過ぎて、ビードが広がり難くなり、ビード形状が凸型となる。よって、Al2O3含有量は5〜20質量%とする。
[Al 2 O 3 : 5 to 20% by mass]
Al 2 O 3 is a neutral component and is an effective component for adjusting the viscosity of the slag and the solidification temperature. However, when the Al 2 O 3 content is less than 5% by mass, the viscosity of the slag and the solidification temperature are lowered, and the bead width becomes uneven. On the other hand, when Al 2 O 3 is added in excess of 20% by mass, the solidification temperature of the slag becomes too high and the beads are difficult to spread, and the bead shape becomes convex. Thus, Al 2 O 3 content is 5 to 20 mass%.
[CO2:2〜9質量%]
CO2は、溶接金属への窒素の侵入抑制と、拡散性水素量の低減に有効な成分であり、金属炭酸塩としてフラックス中に添加される。しかしながら、CO2含有量が2質量%未満の場合、溶接金属中の拡散性水素量が高くなり、耐低温割れ性が劣化する。一方、CO2含有量が9質量%を超えると、ガス発生量が過大となり、表ビードにポックマークが発生する。よって、CO2含有量は2〜9質量%とする。
[CO 2: 2 to 9 wt%
CO 2 is an effective component for suppressing the penetration of nitrogen into the weld metal and reducing the amount of diffusible hydrogen, and is added to the flux as a metal carbonate. However, when the CO 2 content is less than 2% by mass, the amount of diffusible hydrogen in the weld metal becomes high, and the cold cracking resistance deteriorates. On the other hand, when the CO 2 content exceeds 9% by mass, the amount of gas generated becomes excessive, and a pock mark is generated on the front bead. Accordingly, CO 2 content is 2-9 wt%.
[Na2O:1〜3質量%]
Na2Oはアーク安定性の確保のために必要な成分である。具体的には、Na2O含有量が1質量%未満の場合、アークが極端に不安定となり、アーク切れが発生し、ビード形状及び溶込みが不均一となる。一方、Na2O含有量が3質量%を超えると、耐吸湿性が低下して、耐低温割れ性が劣化する。
[Na 2 O: 1 to 3% by mass]
Na 2 O is a component necessary for ensuring arc stability. Specifically, when the Na 2 O content is less than 1% by mass, the arc becomes extremely unstable, arc breakage occurs, and the bead shape and penetration become uneven. On the other hand, when the Na 2 O content exceeds 3% by mass, the hygroscopic resistance is lowered and the low temperature cracking resistance is deteriorated.
[B2O3:0.1〜1質量%]
B2O3は、溶接中に還元され、溶接金属中にBとして存在して、靭性の確保に有効に作用する。しかしながら、B2O3含有量が0.1質量%未満の場合、その効果が十分に発揮されず、靭性が劣化する。一方、B2O3含有量が1質量%を超えると、強度が過大となり、高温割れが発生する。よって、B2O3含有量は0.1〜1質量%とする。
[B 2 O 3 : 0.1 to 1% by mass]
B 2 O 3 is reduced during welding and exists as B in the weld metal, and effectively acts to ensure toughness. However, when the content of B 2 O 3 is less than 0.1% by mass, the effect is not sufficiently exhibited and the toughness is deteriorated. On the other hand, if the B 2 O 3 content exceeds 1% by mass, the strength becomes excessive and high temperature cracking occurs. Accordingly,
[Mo:0.2〜1質量%]
Moは、焼入れ性向上に有効な成分であり、Mo単体の他、Fe−Moなどの形態で添加される。ただし、Mo含有量が0.2質量%未満の場合、溶接金属の組織が粗大化し、靭性が劣化する。一方、1質量%を超えてMoを添加すると、溶接金属の強度が過大となり、高温割れが発生する。
[Mo: 0.2 to 1% by mass]
Mo is an effective component for improving hardenability, and is added in the form of Fe—Mo or the like in addition to Mo alone. However, when the Mo content is less than 0.2% by mass, the structure of the weld metal becomes coarse and the toughness deteriorates. On the other hand, if Mo is added in excess of 1% by mass, the strength of the weld metal becomes excessive and high temperature cracking occurs.
[鉄粉:10〜30質量%]
鉄粉は、一度に多量の溶着金属が必要とされる片面サブマージアークにおいて必須の添加成分である。そして、鉄粉含有量が10質量%未満の場合、溶着金属量を補う効果が得られなくなると共に、フラックスの見掛密度が小さくなるため、耐吹き上げ性が劣化する。一方、30質量%を超えて鉄粉を含有させると、溶融・凝固中のフラックス内で鉄粉が凝集しやすくなり、凝集鉄粉が沈降する量が多くなって、ビード表面に鉄粒が付着しやすくなる。加えて、フラックスの見掛密度が高くなり、ビード幅が確保できなくなる。よって、鉄粉の含有量は10〜30質量%とする。
[Iron powder: 10-30% by mass]
Iron powder is an essential additive component in a single-sided submerged arc that requires a large amount of deposited metal at a time. And when iron powder content is less than 10 mass%, while the effect which supplements the amount of welding metal cannot be acquired, since the apparent density of a flux becomes small, blowing-up resistance deteriorates. On the other hand, when iron powder is contained exceeding 30% by mass, the iron powder tends to aggregate in the flux during melting and solidification, and the amount of the aggregated iron powder settles, and iron particles adhere to the bead surface. It becomes easy to do. In addition, the apparent density of the flux increases and the bead width cannot be secured. Therefore, content of iron powder shall be 10-30 mass%.
また、本実施形態のフラックスでは、鉄粉として、アトマイズ還元鉄粉を使用する。一般に、鉄粉の種類としては、その製法から還元鉄粉とアトマイズ鉄粉とに分類される。このうち、アトマイズ鉄粉には還元タイプ又は未還元タイプが存在する。そして、これらの中でも、鉄粒突起物の低減に対しては、アトマイズ鉄粉の還元タイプのが有効である。 In the flux of the present embodiment, atomized reduced iron powder is used as the iron powder. Generally, as a kind of iron powder, it classifies into reduced iron powder and atomized iron powder from the manufacturing method. Among these, the atomized iron powder has a reduced type or an unreduced type. And among these, the reduction type of atomized iron powder is effective for the reduction of iron grain protrusions.
更に、鉄粉の酸素量も鉄粒の発生に影響を及ぼす。具体的には、鉄粉の酸素量が0.5質量%を超えると、スラグ内で鉄粉が溶けにくくなり、表ビードに鉄粒突起物として発生しやすくなる。よって、本実施形態のフラックスに配合する鉄粉は、酸素量が0.5質量%以下のものとする。なお、鉄粉の酸素量は、0.3質量%以下が好ましく、これにより、更なる鉄粒低減効果が得られる。ここで、鉄粉の酸素量は、例えば不活性ガス中での加熱融解法により測定することができる。 Furthermore, the amount of oxygen in the iron powder also affects the generation of iron particles. Specifically, when the oxygen content of the iron powder exceeds 0.5% by mass, the iron powder becomes difficult to dissolve in the slag, and is likely to be generated as iron grain protrusions on the surface bead. Therefore, the iron powder blended in the flux of this embodiment has an oxygen content of 0.5% by mass or less. In addition, the oxygen amount of the iron powder is preferably 0.3% by mass or less, and thereby further iron grain reduction effect can be obtained. Here, the oxygen content of the iron powder can be measured, for example, by a heating and melting method in an inert gas.
更にまた、鉄粉の粒径は、溶融スラグ内での凝集・沈降に影響を及ぼし、鉄粒の発生にも影響する。具体的には、鉄粉全量あたり、粒径が75μm以下のものが40質量%未満の場合、個々の鉄粉が溶けて沈降しやすくなる。その結果、ビード表面に鉄粒突起が発生しやすくなる。よって、本実施形態のフラックスに配合する鉄粉は、粒径が75μm以下のものが40質量%以上となるようにする。ここで、鉄粉の粒径は、例えばふるいとロータップシェーカーを用いた粒度測定装置により測定することができる。 Furthermore, the particle size of the iron powder affects the aggregation / sedimentation in the molten slag and also affects the generation of iron particles. Specifically, when the amount of particles having a particle size of 75 μm or less is less than 40% by mass with respect to the total amount of iron powder, the individual iron powder is melted and easily settled. As a result, iron grain protrusions are likely to occur on the bead surface. Therefore, the iron powder blended in the flux of the present embodiment has a particle size of 75 μm or less so as to be 40% by mass or more. Here, the particle size of the iron powder can be measured by, for example, a particle size measuring device using a sieve and a low tap shaker.
[Si:2質量%以下]
Siを2質量%を超えて含有していると、スラグがビード表面に焼付き、スラグの剥離性が劣化するため、Si含有量は2質量%以下に規制する。一方、Siは溶接金属中の酸素量低減に有効な成分でもあるため、Siを0.5質量%以上含有していると、更なる脱酸効果が発現し、靭性が改善する。そこで、本実施形態のフラックスにおいては、必要に応じて、Siを0.5〜2質量%の範囲で添加する。なお、Siは、Si単体の他、Fe−Siなどの形態で添加することができる。
[Si: 2% by mass or less]
If Si is contained in excess of 2% by mass, the slag is seized on the bead surface and the slag peelability deteriorates, so the Si content is restricted to 2% by mass or less. On the other hand, since Si is also an effective component for reducing the amount of oxygen in the weld metal, when Si is contained in an amount of 0.5% by mass or more, a further deoxidizing effect is exhibited and toughness is improved. Therefore, in the flux of the present embodiment, Si is added in a range of 0.5 to 2% by mass as necessary. Si can be added in the form of Fe—Si or the like in addition to Si alone.
[Ti:1質量%以下]
Tiは、前述したSiと同様に、溶接金属中の酸素量低減に有効な成分であるが、この効果はSiの添加などによって十分達成可能であるため、本実施形態のフラックスにおいて、Tiは必須の成分ではない。また、Ti含有量が1質量%を超えると、スラグがビード表面に焼付き、スラグ剥離性が劣化する。よって、Ti含有量は1質量%以下に規制する。一方、Tiを0.3質量%以上含有していると、溶接金属の更なる脱酸効果が実現し、靭性の向上を図ることができる。そこで、本実施形態のフラックスにおいては、必要に応じて、Tiを0.3〜1質量%の範囲で添加する。なお、Tiは、Ti単体の他、Fe−Tiなどの形態で添加することができる。
[Ti: 1% by mass or less]
Ti is an effective component for reducing the amount of oxygen in the weld metal, similar to Si described above. However, since this effect can be sufficiently achieved by adding Si or the like, Ti is essential in the flux of this embodiment. Is not an ingredient. Moreover, when Ti content exceeds 1 mass%, slag will seize on the bead surface and slag peelability will deteriorate. Therefore, the Ti content is restricted to 1% by mass or less. On the other hand, when 0.3 mass% or more of Ti is contained, the further deoxidation effect of a weld metal is implement | achieved and toughness can be aimed at. Therefore, in the flux of the present embodiment, Ti is added in the range of 0.3 to 1% by mass as necessary. Ti can be added in the form of Fe-Ti or the like in addition to Ti alone.
[Mn:1.5質量%以下]
Mnは、前述したMoと同様に、焼入れ性を向上させる効果があり、強度及び靭性の向上に有効な成分であるが、Mn含有量が1.5質量%を超えると、スラグがビード表面に焼付き、スラグ剥離性が劣化する。また、本実施形態のフラックスでは、Moを添加しており、それにより焼入れ性の効果が得られるため、Mn含有量は1.5質量%以下に規制する。一方、Mnを0.5質量%以上含有していると、更なる焼入れ性の向上が実現し、靭性が改善する。そこで、本実施形態のフラックスにおいては、必要に応じて、Mnを0.5〜1.5質量%の範囲で添加する。なお、Mnは、Mn単体の他、Fe−Mnなどの形態で添加することができる。
[Mn: 1.5% by mass or less]
Mn, like Mo described above, has an effect of improving hardenability and is an effective component for improving strength and toughness. However, when the Mn content exceeds 1.5% by mass, slag is formed on the bead surface. Seizure and slag peelability deteriorate. Further, in the flux of the present embodiment, Mo is added, and thereby the effect of hardenability is obtained, so the Mn content is restricted to 1.5% by mass or less. On the other hand, when Mn is contained in an amount of 0.5% by mass or more, further improvement in hardenability is realized and toughness is improved. Therefore, in the flux of the present embodiment, Mn is added in the range of 0.5 to 1.5 mass% as necessary. Mn can be added in the form of Fe—Mn or the like in addition to Mn alone.
[Al:3質量%以下]
Alは、溶接金属の組織を微細にして、靭性の向上に有効な成分である。しかしながら、この効果は他成分の添加により十分達成可能であるため、本実施形態のフラックスにおいて、Alは必須の成分ではない。また、Al含有量が3質量%を超えると、焼入れが過度となり強度が上昇し低温割れが発生する。よって、Al含有量は3質量%以下に規制する。一方、Alを0.7質量%以上含有していると、更なる組織の微細化が実現し、靭性が向上する。そこで、本実施形態のフラックスにおいては、必要に応じて、Alを0.7〜3質量%の範囲で添加する。なお、Alは、Al単体の他、Fe−AlやAl−Mgなどの形態で添加することができる。
[Al: 3% by mass or less]
Al is an effective component for improving the toughness by refining the structure of the weld metal. However, since this effect can be sufficiently achieved by adding other components, Al is not an essential component in the flux of the present embodiment. On the other hand, if the Al content exceeds 3% by mass, quenching becomes excessive, the strength increases, and low temperature cracking occurs. Therefore, the Al content is restricted to 3% by mass or less. On the other hand, if Al is contained in an amount of 0.7% by mass or more, further refinement of the structure is realized and toughness is improved. Therefore, in the flux of the present embodiment, Al is added in a range of 0.7 to 3% by mass as necessary. In addition to Al alone, Al can be added in the form of Fe—Al, Al—Mg, or the like.
[その他の成分]
本実施形態のフラックスにおける上記以外の成分は、例えばFeO、ZrO2、K2Oなどである。
[Other ingredients]
Components other than the above in the flux of the present embodiment are, for example, FeO, ZrO 2 , K 2 O, and the like.
以上詳述したように、本実施形態のフラックスは、酸素含有量が0.5質量%以下のアトマイズ還元鉄粉を特定量添加すると共に、鉄粉全量に対して粒径が75μm以下のものを40質量%以上にしているため、溶融・凝固中のフラックス内での鉄粉の凝集及び生成した鉄粒の表ビードへの付着を抑制することができる。その結果、片面サブマージアーク溶接において、機械的性能に優れ、鉄粒突起のない健全な表ビードを形成することが可能となる。 As described above in detail, the flux of the present embodiment has a specific amount of atomized reduced iron powder having an oxygen content of 0.5% by mass or less and a particle size of 75 μm or less with respect to the total amount of iron powder. Since it is 40 mass% or more, it is possible to suppress the agglomeration of iron powder in the flux during melting and solidification and the adhesion of the generated iron particles to the surface bead. As a result, in single-sided submerged arc welding, it is possible to form a sound surface bead that is excellent in mechanical performance and free from iron grain protrusions.
なお、本実施形態のフラックスは、主に片面サブマージアーク溶接方法で用いるものであるが、その裏当方法については、特に限定されるものではなく、フラックスと銅を裏当材とするフラックス銅裏当法、フラックスのみを裏当材とするフラックス裏当法、固形フラックスを用いた裏当法など、いずれの方法にも適用することができる。また、裏当フラックスについても、特に限定されるものではなく、従来のフラックスをそのまま適用することが可能である。 The flux of this embodiment is mainly used in the single-sided submerged arc welding method, but the backing method is not particularly limited, and the flux copper back using the flux and copper as the backing material. This method, a flux backing method using only a flux as a backing material, and a backing method using a solid flux can be applied to any method. Further, the backing flux is not particularly limited, and a conventional flux can be applied as it is.
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記表1に示す鋼板及び表2に示すワイヤを使用し、下記表3に示す溶接条件及び図2に示す鋼板(母材10)の開先形状により、片面サブマージアーク溶接を実施し、実施例及び比較例の各フラックスの性能を評価した。その際、充填剤11には、市販の充填剤(95質量%以上の鉄粉)を使用した。なお、下記表1に示す鋼板組成及び下記表2に示すワイヤ組成の残部は、Fe及び不可避的不純物である。
Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention. In this example, the steel plate shown in Table 1 and the wire shown in Table 2 are used, and the welding conditions shown in Table 3 below and the groove shape of the steel plate (base material 10) shown in FIG. The performance of each flux in the examples and comparative examples was evaluated. At that time, as the
実施例及び比較例の各フラックスの評価は、溶接作業性(ビード外観、アンダーカットなど)、JIS Z3060に準拠した超音波探傷(UT)試験(割れ、スラグ巻き込みなどの有無)及びJIS Z2242に準拠したシャルピー衝撃試験により行った。これらの評価結果、並びに実施例及び比較例の各フラックス組成を下記表4及び表5に示す。なお、下記表4及び表5に示す「75μm(質量%)」は、鉄粉全量に対して粒径が75μm以下の鉄粉の含有量(質量%)である。また、シャルピー衝撃試験は、試験温度−20℃におけるシャルピー吸収エネルギー(vE−20℃)が50J以上のものを合格、50J未満のものを不合格とした。 The evaluation of each flux in the examples and comparative examples is based on welding workability (bead appearance, undercut, etc.), ultrasonic flaw detection (UT) test based on JIS Z3060 (presence of cracks, slag entrainment, etc.) and JIS Z2242. The Charpy impact test was performed. Tables 4 and 5 below show the evaluation results and the respective flux compositions of Examples and Comparative Examples. In addition, "75 micrometers (mass%)" shown in the following Table 4 and Table 5 is content (mass%) of the iron powder whose particle size is 75 micrometers or less with respect to iron powder whole quantity. In the Charpy impact test, Charpy absorbed energy (vE-20 ° C) at a test temperature of -20 ° C passed 50J or more, and less than 50J was rejected.
表4に示すように、本発明の範囲内で作製した実施例1〜32のフラックスは、溶接作業性、超音波探傷(UT)試験及び靭性(vE−20℃)の全てにおいて、良好であった。 As shown in Table 4, the fluxes of Examples 1 to 32 produced within the scope of the present invention were good in all of welding workability, ultrasonic flaw detection (UT) test, and toughness (vE-20 ° C.). It was.
これに対して、表5に示すように、比較例1のフラックスは、フラックス中のMgOの含有量が、本発明範囲の下限未満であったため、アンダーカットが発生した。一方、比較例2のフラックスは、MgOの含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、オーバーラップが発生した。比較例3のフラックスは、Fe含有量が本発明範囲の下限未満であったため、余盛不足が発生した。比較例4のフラックスは、Fe含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビード表面に鉄粒が発生した。 On the other hand, as shown in Table 5, the flux of Comparative Example 1 had an undercut because the MgO content in the flux was less than the lower limit of the range of the present invention. On the other hand, the flux of Comparative Example 2 was overlapped because the MgO content exceeded the upper limit of the range of the present invention. Since the flux of Comparative Example 3 had an Fe content that was less than the lower limit of the range of the present invention, an underscore was generated. In the flux of Comparative Example 4, the Fe content exceeded the upper limit of the range of the present invention, so iron particles were generated on the bead surface.
比較例5のフラックスは、SiO2含有量が本発明範囲の下限未満であったため、オーバーラップが発生した。一方、比較例6のフラックスは、SiO2含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、アンダーカットが発生した。また、比較例7のフラックスは、Al2O3含有量が本発明範囲の下限未満であったため、ビード幅の揃いが不良であった。一方、比較例8のフラックスは、Al2O3含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビードが凸型となった。 The flux of Comparative Example 5 had an overlap because the SiO 2 content was less than the lower limit of the range of the present invention. On the other hand, the flux of Comparative Example 6 was undercut because the SiO 2 content exceeded the upper limit of the range of the present invention. Moreover, since the flux of Comparative Example 7 had an Al 2 O 3 content that was less than the lower limit of the range of the present invention, the bead width was not uniform. On the other hand, the flux of Comparative Example 8 had a convex bead because the Al 2 O 3 content exceeded the upper limit of the range of the present invention.
比較例9のフラックスは、TiO2含有量が本発明範囲の下限未満であったため、スラグ剥離性が劣化した。一方、比較例10のフラックスは、TiO2含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビードの波目が粗くなった。また、比較例11のフラックスは、CaO含有量が本発明範囲の下限未満であったため、アンダーカットが発生した。一方、比較例12のフラックスは、CaO含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビードが凸型となった。 Since the flux of Comparative Example 9 had a TiO 2 content less than the lower limit of the range of the present invention, the slag peelability was deteriorated. On the other hand, since the flux of Comparative Example 10 had a TiO 2 content exceeding the upper limit of the range of the present invention, the bead wave became rough. Moreover, since the flux of Comparative Example 11 had a CaO content that was less than the lower limit of the present invention range, undercut occurred. On the other hand, since the CaO content of the flux of Comparative Example 12 exceeded the upper limit of the range of the present invention, the bead became convex.
比較例13のフラックスは、CO2含有量が本発明範囲の下限未満であったため、溶接金属中の拡散性水素量が高くなり、低温割れが発生した。一方、比較例14のフラックスは、CO2含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビード表面にポックマークが発生した。また、比較例15のフラックスは、CaF2含有量が本発明範囲の下限未満であったため、ビード蛇行が発生した。一方、比較例16のフラックスは、CaF2含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、アーク切れが頻発した。 Since the flux of Comparative Example 13 had a CO 2 content that was less than the lower limit of the range of the present invention, the amount of diffusible hydrogen in the weld metal increased, and low temperature cracking occurred. On the other hand, since the flux of Comparative Example 14 had a CO 2 content exceeding the upper limit of the range of the present invention, a pock mark was generated on the bead surface. Moreover, since the CaF 2 content of the flux of Comparative Example 15 was less than the lower limit of the range of the present invention, bead meandering occurred. On the other hand, in the flux of Comparative Example 16, since the CaF 2 content exceeded the upper limit of the range of the present invention, arc breakage occurred frequently.
比較例17のフラックスは、Na2O含有量が本発明範囲の下限未満であったため、ビード蛇行が発生した。一方、比較例18のフラックスは、Na2O含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、低温割れが発生した。また、比較例19のフラックスは、Si含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、スラグ焼付きが発生し、靭性が劣化した。更に、比較例20のフラックスは、Mn含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、スラグ剥離性が劣化した。更にまた、比較例21のフラックスは、Ti含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、スラグ剥離性が劣化した。 In the flux of Comparative Example 17, the Na 2 O content was less than the lower limit of the range of the present invention, and therefore bead meandering occurred. On the other hand, since the Na 2 O content of the flux of Comparative Example 18 exceeded the upper limit of the range of the present invention, cold cracking occurred. Moreover, since the Si content exceeded the upper limit of the range of the present invention in the flux of Comparative Example 19, slag seizure occurred and toughness deteriorated. Furthermore, since the Mn content of the flux of Comparative Example 20 exceeded the upper limit of the range of the present invention, the slag peelability deteriorated. Furthermore, since the Ti content of the flux of Comparative Example 21 exceeded the upper limit of the range of the present invention, the slag peelability deteriorated.
比較例22のフラックスは、Mo含有量が本発明範囲の下限未満であったため、靭性が劣化した。一方、比較例23のフラックスは、Mo含有量が本発明範囲の上限を超えていため、溶接金属内に高温割れが発生した。また、比較例24のフラックスは、B2O3含有量が本発明範囲の下限未満であるので、靭性が劣化した。一方、比較例25のフラックスは、B2O3含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、溶接金属内に高温割れが発生した。更に、比較例26のフラックスは、Al含有量が本発明範囲の上限を超えていたため、低温割れが発生した。 The flux of Comparative Example 22 was deteriorated in toughness because the Mo content was less than the lower limit of the range of the present invention. On the other hand, in the flux of Comparative Example 23, since the Mo content exceeded the upper limit of the range of the present invention, hot cracking occurred in the weld metal. Also, the flux in Comparative Example 24, since the content of B 2 O 3 is less than the lower limit of the range of the present invention, the toughness is deteriorated. On the other hand, the flux in Comparative Example 25, since the content of B 2 O 3 exceeds the upper limit of the range of the present invention, hot cracking occurred in the weld metal. Further, in the flux of Comparative Example 26, since the Al content exceeded the upper limit of the range of the present invention, cold cracking occurred.
比較例27のフラックスは、鉄粉酸素量が本発明範囲の上限を超えていたため、ビード表面に鉄粒が発生した。一方、比較例28のフラックスは、使用した鉄粉の粒径の構成比率が本発明範囲の下限未満であったため、ビード表面に鉄粒が発生した。また、比較例29のフラックスは、アトマイズ法以外の方法で作製した還元鉄粉を使用したため、ビード表面に鉄粒が発生した。更に、比較例30のフラックスは、未還元鉄粉を使用したため、ビード表面に鉄粒が発生した。 In the flux of Comparative Example 27, the amount of iron powder oxygen exceeded the upper limit of the range of the present invention, so iron particles were generated on the bead surface. On the other hand, since the composition ratio of the particle size of the used iron powder was less than the lower limit of the range of the present invention in the flux of Comparative Example 28, iron particles were generated on the bead surface. Moreover, since the reduced iron powder produced by methods other than the atomizing method was used for the flux of the comparative example 29, the iron particle generate | occur | produced on the bead surface. Furthermore, since the unreduced iron powder was used for the flux of Comparative Example 30, iron particles were generated on the bead surface.
なお、前述した実施例及び比較例の各フラックスの評価では、固形フラックスで生成された裏当材を用いて片面サブマージアーク溶接を実施したが、銅板と裏当フラックスを用いるフラックス銅裏当法及び銅板を使用せずに裏当フラックスを固化させながら行うフラックス裏当法においても、ほぼ同様の結果が得られた。また、表4及び表5には1電極溶接の結果を示しているが、その他に2電極、3電極及び4電極溶接においても、溶接後のフラックスの溶融・凝固過程に違いは無いため、表4及び表5に示す1電極溶接の場合と同様の結果が得られた。 In addition, in the evaluation of each flux of the examples and comparative examples described above, single-sided submerged arc welding was performed using a backing material generated with a solid flux, but a flux copper backing method using a copper plate and a backing flux, and Similar results were obtained in the flux backing method performed while solidifying the backing flux without using a copper plate. Tables 4 and 5 show the results of 1-electrode welding. In addition, in 2-electrode, 3-electrode and 4-electrode welding, there is no difference in the flux melting and solidification process after welding. 4 and the same result as the case of 1 electrode welding shown in Table 5 were obtained.
以上の結果から、本発明のフラックスを使用することにより、1電極又は多電極の片面サブマージアーク溶接において、健全な表ビード形状と機械特性が得られることが確認された。 From the above results, it was confirmed that by using the flux of the present invention, a sound surface bead shape and mechanical characteristics can be obtained in single-electrode or multi-electrode single-sided submerged arc welding.
1、10 母材
2 溶接金属
2a ビード表面
3 未溶融のフラックス
4 溶融・凝固中のフラックス(スラグ)
5 鉄粉
6 鉄粉の凝集
7 凝集鉄粉(鉄粒)
11 充填剤
DESCRIPTION OF
5
11 Filler
Claims (4)
CaO:3〜9質量%、
MgO:15〜35質量%、
TiO2:4〜20質量%、
CaF2:2〜9質量%、
Al2O3:5〜20質量%、
CO2:2〜9質量%、
Na2O:1〜3質量%、
B2O3:0.1〜1質量%、
Mo:0.2〜1質量%、
鉄粉:10〜30質量%
を含有すると共に、
Si:2質量%以下、
Mn:1.5質量%以下、
Ti:1質量%以下、
Al:3質量%以下
に規制した組成を有し、
前記鉄粉は、酸素含有量が0.5質量%以下の還元タイプのアトマイズ鉄粉であり、鉄粉全量に対して粒径が75μm以下のものが40質量%以上である片面サブマージアーク溶接用フラックス。 SiO2: 10 to 30% by mass,
CaO: 3 to 9% by mass,
MgO: 15 to 35% by mass,
TiO2: 4 to 20% by mass,
CaF2: 2 to 9% by mass,
Al2O3: 5 to 20% by mass,
CO2: 2-9% by mass,
Na2O: 1-3% by mass,
B2O3: 0.1 to 1% by mass,
Mo: 0.2-1 mass%,
Iron powder: 10-30% by mass
And containing
Si: 2% by mass or less,
Mn: 1.5% by mass or less,
Ti: 1% by mass or less,
Al: having a composition regulated to 3% by mass or less,
The iron powder is a reduced type atomized iron powder having an oxygen content of 0.5% by mass or less, and a particle size of 75 μm or less with respect to the total amount of iron powder is 40% by mass or more for single-sided submerged arc welding. flux.
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