JP2000263285A

JP2000263285A - ９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JP2000263285A
Application number: JP11069619A
Authority: JP
Inventors: Isao Kaneuchi; 勲金内; Satoyuki Miyake; 聰之三宅; Masahito Ogata; 雅人緒方
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高入熱での溶接作業性及び溶接金属の耐割れ
性が良好で、薄板の溶接において良好な機械的性質が得
られる９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基合金被覆アーク溶接棒を
提供する。【解決手段】Ｎｉ基被覆アーク溶接棒において、心線
にＮｉ：５５〜７５重量％を含有し、さらに心線と被覆
剤の一方又は両方にＣｕを、心線においては０．１〜
１．０重量％、被覆剤中には重量比で心線重量１００に
対して０．１１〜１．１を添加し、かつ、心線中のＣｕ
量＋心線重量１００に対する被覆剤中のＣｕ量が０．１
〜１．１となるようにし、さらに被覆剤としてＡｌ，Ｓ
ｉ，Ｔｉの１種又は２種以上からなる金属粉又は合金
粉、金属炭酸塩、金属ふっ化物、珪酸塩化合物、又はカ
リ化合物を含むスラグ剤を前記心線に被覆したことを特
徴とする９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基被覆アーク溶接棒。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＮＧ貯蔵タンク
用９％Ｎｉ鋼の溶接に使用されるＮｉ基合金の溶接材料
に係わり、さらに詳しくは優れた溶接作業性を有し、機
械的性質、耐高温割れ性が良好な溶接金属を容易に得る
ことができるＮｉ基合金被覆アーク溶接棒に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年ＬＮＧ貯蔵タンクの大型化に伴い、
９％Ｎｉ鋼等の極低温用鋼の使用される板厚が厚くなっ
ている。この鋼は低温靭性の優れたフェライト系合金鋼
であり、溶接には極低温靭性の良好なＮｉ−Ｃｒ系の溶
接材料が多く使用されている。

【０００３】被覆アーク溶接棒としては、Ｎｉ，Ｃｒ以
外にＭｎ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｗ等の合金成分を添加したもの
が主に使用されており、例えば特開昭５３−３７５５５
号公報においてＮｉ−Ｃｒ系心線を用い、心線または被
覆剤の一方または両方にＴａを含有し、被覆剤の全水分
量を制御することにより溶接金属の耐ミクロ割れ性を改
善した被覆アーク溶接棒がある。また、近年作業効率を
上げるため溶接電流を高くする傾向があり、Ｎｉ−Ｃｒ
合金を使用した被覆アーク溶接棒は、溶接中に心線が電
気抵抗熱により赤熱し、被覆剤が変質し棒焼け現象やス
ラグ焼付き等の溶接作業性の劣化が起こりやすい。

【０００４】棒焼け現象を改善する技術として、例えば
特公昭６２−５１７１６号公報には、Ｎｉ−Ｃｒ系心線
に被覆剤中の石灰石の粒度を制御し、Ｌｉ化合物を含有
する被覆剤を被覆することで溶接中の保護筒を強化し、
耐棒焼け性を改善した被覆アーク溶接棒がある。さら
に、スラグ焼付き等のスラグ剥離を改善する技術として
は、特開平９−３１４３８１号公報においてＭｎ，Ｎｂ
についてそれぞれ心線と被覆剤との含有量の比率を限定
し、スラグ剥離を改善した被覆アーク溶接棒がある。

【０００５】しかし、薄板を立向きで行うような過大の
入熱で溶接した場合、従来のＮｉ基被覆アーク溶接棒で
は、溶接金属の靱性が劣化するという問題があった。そ
こで高入熱の溶接でも強度と靱性共に良好な機械的性質
が得られ、良好な溶接作業性を有し、さらに溶接金属の
耐割れ性が良好なＮｉ基被覆アーク溶接棒の開発が望ま
れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような現
状に鑑み、被覆アーク溶接棒による９％Ｎｉ鋼の溶接に
際し、高入熱での溶接で良好な溶接作業性を有し、さら
に溶接金属の耐割れ性が良好で、薄板の溶接において目
的の機械的性質が得られるＮｉ基合金被覆アーク溶接棒
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、以上のよ
うな課題を解決するために心線および被覆剤中の組成に
ついて種々検討を行った結果、溶接棒中のＣｕ量が溶接
金属の機械的性質に大きな影響を及ぼすことを見いだ
し、且つ合金成分を限定した心線を使用することで、薄
板の高入熱溶接においても良好な機械的性質が得られ、
溶接作業性および溶接金属の耐割れ性が良好なＮｉ基合
金被覆アーク溶接棒が得られることが分かった。

【０００８】本発明は以上のような知見によりなされた
もので、その要旨とするところは次の通りである。（１）Ｎｉ基被覆アーク溶接棒において、心線にＮ
ｉ：５５〜７５重量％を含有し、さらに心線と被覆剤の
一方又は両方にＣｕを、心線においては０．１〜１．０
重量％、被覆剤中には重量比で心線重量１００に対して
０．１１〜１．１を添加し、かつ、心線中のＣｕ量＋心
線重量１００に対する被覆剤中のＣｕ量が０．１〜１．
１となるようにし、さらに被覆剤としてＡｌ，Ｓｉ，Ｔ
ｉの１種又は２種以上からなる金属粉又は合金粉、金属
炭酸塩、金属ふっ化物、珪酸塩化合物、又はカリ化合物
を含むスラグ剤を前記心線に被覆したことを特徴とする
９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基被覆アーク溶接棒。（２）心線に重量％で、Ｃｒ：１２〜２０％、Ｍｏ：
０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｎｂ：
０．５〜２．５％をさらに含有することを特徴とする前
記（１）記載の９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基被覆アーク溶接
棒。（３）心線に重量％で、Ｔｉ：０．１〜０．５％をさ
らに含有することを特徴とする前記（１）又は（２）記
載の９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基被覆アーク溶接棒。（４）被覆剤に、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂの１種又は
２種以上の混合粉からなる金属粉又は合金粉をスラグ剤
と共にさらに含有することを特徴とする前記（１）乃至
（３）記載のいずれか１項に記載の９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎ
ｉ基被覆アーク溶接棒。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の特長は、心線又は被覆剤
中のどちらか一方又は両方にＣｕを添加することにあ
り、心線にＣｕ：０．１〜１．０重量％、または重量比
で心線重量１００に対して０．１１〜１．１のＣｕを被
覆剤中に添加させると共に、心線中のＣｕ量＋心線重量
１００に対しての被覆剤中のＣｕ量が０．１〜１．１で
あることにある。

【００１０】本発明者らは数々の実験を行い、従来のＮ
ｉ基被覆アーク溶接棒では、薄板の９％Ｎｉ鋼を立向き
等の高入熱で溶接した場合、母材の希釈が大きくなり溶
接金属を構成する主要成分であるＮｉ、および靱性を確
保する場合に必要なＭｏ，Ｍｎが希釈により減少し、靱
性が劣化するすることがわかった。また希釈を抑えるた
めに電流を低くして溶接を行うと、良好な靱性は得られ
るが、溶接能率が低下するという問題点があった。さら
に、あらかじめ過大な母材の希釈による減少を考慮し、
Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｎ等を高めに設計した場合は、低電流で
希釈の少ない場合に目標成分を上回る結果となり問題と
なる。

【００１１】そこで本発明者らは、薄板を高電流で溶接
し、希釈が大きくなった場合の靱性向上を目的として種
々の金属を添加し試験した結果、溶接金属中にＣｕを添
加することで、薄板を高電流で溶接し希釈が大きくなっ
ても目的の靱性が得られることを見い出した。また希釈
が大きくならない厚板の溶接においても靱性が劣化する
ことはなく、良好な溶接作業性を有し、溶接金属の耐割
れ性が良好な溶接金属が得られることがわかった。

【００１２】以下に本発明の限定理由について述べる。
まず、心線における限定理由を説明する。成分含有量
は、％で示したものは重量％である。Ｎｉは溶接金属を
構成する主要元素であり、オーステナイト組織を有し極
低温での引張性質、延性、靭性等の基本的な特性を確保
するため、及び母材の希釈を考慮して５５％以上必要で
あるが、必要に応じてＣｒ，Ｍｏ，Ｎｂ等の合金成分を
含有させるためには７５％が限度である。従って、Ｎｉ
量は５５〜７５％とする。

【００１３】更に本発明心線には、以下の成分を含有さ
せることができる。Ｃｒは引張特性等を確保するための
主要元素であり、その効果を得るためには１２％以上必
要であり、２０％を超えると靱性や延性が劣化する。従
って、Ｃｒ量は１２〜２０％とする。

【００１４】Ｍｏは溶接金属に固溶して、強度を向上さ
せるのに効果があり、０．５未満では効果が少なく、
３．０％を超えると心線製造工程の鍛造性や伸線性が劣
化する。従って０．５〜３．０％に制限する。

【００１５】Ｍｎは、溶接金属の靭性等の特性を改善す
るのに有効であるが、０．５％未満では効果が少なく、
３．０％を超えると心線製造工程の鍛造性や伸線性が劣
化する。従って０．５〜３．０％に制限する。

【００１６】Ｎｂは溶接金属の強度向上に有効である
が、０．５％未満では効果が少なく、２．５％を超える
と靭性が劣化する。従って０．５〜２．５％に制限す
る。

【００１７】Ｔｉは溶接金属の耐気孔性を改善するため
に０．１％以上必要であるが、０．５％を超えると靱性
が劣化する。従って０．１〜０．５％に制限する。

【００１８】次に、被覆剤成分について述べる。Ａｌ，
Ｓｉ，Ｔｉは、脱酸剤として溶接金属の耐気孔性能を得
るために１種または２種以上からなる金属粉、或いはこ
れらの金属成分を含む合金粉末を添加する。また被覆成
分剤としては、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マ
グネシウム等の金属炭酸塩、蛍石、フッ化バリウム等の
金属フッ化物、珪石灰等の珪酸塩や珪酸塩化合物、およ
びカリガラス、Ｔｉ酸カリ等のカリ化合物等のいずれか
又は２種以上を複合して、通常被覆成分として使用され
ているものを使用することができる。

【００１９】溶接金属に必要な合金である金属成分は、
心線から添加した方が被覆剤から添加するより歩留りが
良く、従って心線から添加すべきであるが、心線の鍛造
性および加工性の点で無理な場合があり、溶接金属の要
求性能を得るためには心線からのみでは添加できないの
で、被覆剤から添加する場合があり、被覆剤からの合金
添加は避けられない。

【００２０】溶接金属にＣｕを適量添加することが本発
明の基本要件である。Ｃｕは溶接金属に固溶して強度を
向上させるのに効果があり、心線に０．１％、あるいは
被覆剤中に重量比で心線重量１００に対して０．１１以
上を添加すると、薄板の溶接において靭性が向上する。
又、心線に１．０％、あるいは被覆剤中に心線重量１０
０に対して１．１を超えて添加してもそれほど大きな効
果はなく、またＣｕがＣ，Ｓと共に冷却過程で低融点化
合物を形成しやすくなる。形成された低融点化合物は結
晶粒界に偏析し、割れ発生の起点となり耐ミクロ割れ性
が劣化する。従ってＣｕ量は、心線にＣｕ：０．１〜
１．０％、または被覆剤中に重量比で心線重量１００に
対して０．１１〜１．１とする。

【００２１】Ｃｕの添加は心線および被覆剤のどちらか
らでも良いが、被覆剤から添加する場合は心線から添加
する場合との歩留りを考慮し、心線重量１００に対して
０．１１〜１．１とする。さらに心線および被覆剤両方
から添加すると過剰に添加される場合があるので、心線
中のＣｕ量＋心線重量１００に対する被覆剤中のＣｕ量
を０．１〜１．１とする。

【００２２】また、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｎｂ量を
限定した心線を用い、金属炭酸塩、金属フッ化物、珪酸
塩、および珪酸塩化合物、カリ化合物等の被覆成分剤と
を適宜混合した、通常被覆成分として使用されているも
のを使用することで、高入熱での溶接で良好な溶接作業
性を有し、さらに良好な溶接金属の機械的性質、耐割れ
性が得られるＮｉ基合金被覆アーク溶接棒を得ることが
できる。

【００２３】

【実施例】以下に、実施例により本発明の効果を具体的
に説明する。表１に使用心線の化学成分を示す。心線は
溶解後、鍛造、圧延及び線引きを行って、φ３．２mm×
３５０mmの寸法に作成した。表２に、表１の心線に被覆
した被覆剤の組成を示す。溶接棒Ｎｏ．１〜６は本発明
に用いた溶接棒で、Ｎｏ．７〜１１は比較に用いた溶接
棒である。被覆アーク溶接棒は、表２に示す被覆剤を表
１に示す心線に被覆率が２５〜３５％の範囲で塗装した
後、４００〜４５０℃で約６０分焼成して製造した。表
３に、実験に供した９％Ｎｉ鋼の化学成分を示す。表４
に、溶着金属性能、継手金属性能、耐気孔性能、耐割れ
性能の評価結果を示す。

【００２４】溶着金属性能試験はＪＩＳＺ 3225 に準
拠して実施した。継手溶接金属性能は表３の９％Ｎｉ鋼
（６．５mmt ）に図１に示す開先形状を形成し、立向き
姿勢で溶接電流７０Ａ、溶接速度５０〜１００mm／min
の溶接条件で両面突き合わせ溶接を実施し、引張試験は
継手引張試験片（ＪＩＳＺ 3121 、１号）を採取し実
施した。衝撃試験は衝撃試験片ＪＩＳＺ 2202 、４号
サブサイズ（幅５mm）を採取し、試験温度−１９６℃に
て試験し、吸収エネルギーを求めた。

【００２５】耐気孔性能は、表３の９％Ｎｉ鋼（６．５
mmt ）に図１に示す開先形状を形成し、上向き姿勢で溶
接電流１００Ａ、溶接速度６０〜１２０mm／min の溶接
条件で両面突き合わせ溶接を溶接長４００mm実施し、Ｘ
線透過試験（ＪＩＳＺ 3106 ）により判定した。

【００２６】耐割れ性は、表３の９％Ｎｉ鋼（２０mmt
）に図２に示す溝形状を形成し、図３の拘束を施し、
溶接電流１５０Ａ、溶接速度２０cm／min の条件で試験
ビードを横向き姿勢で５００mm溶接し、ビード表面から
約１mmずつ３回研削してカラーチェック検査を行い、割
れの有無を判定した。

【００２７】図４に、心線中のＣｕ量＋心線重量１００
に対しての被覆剤中のＣｕ量と継手引張強さ、吸収エネ
ルギーの関係を示す。心線中のＣｕ量＋心線重量１００
に対する被覆剤中のＣｕ量が０．１未満では吸収エネル
ギーが目標以下であるが、心線中のＣｕ量＋心線重量１
００に対する被覆剤中のＣｕ量が０．１を超えると目標
値を超え上昇し、心線中のＣｕ量＋心線重量１００に対
する被覆剤中のＣｕ量が１．１を超えると低下する傾向
が見られる。引張強さは、心線中のＣｕ量＋心線重量１
００に対する被覆剤中のＣｕ量が１．１までは殆ど差は
無く、それを超えると低下する。

【００２８】表４において、溶接棒記号７はＣｕ量が多
いため靱性が劣る。記号８はＣｕ量が多いため継手引張
強さ、靱性が劣り、耐割れ性も劣化する。記号９はＣｕ
量が多いため靱性が劣る。記号１０はＣｕ量が少ないた
め靱性が劣る。記号１１はＣｕ量が多いため継手引張強
さ、靱性が劣り、耐割れ性も劣化する。これに対し本発
明の記号１〜６は、溶着金属性能、継手金属性能、耐気
孔性、耐割れ性ともに良好であった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明は、被覆アーク溶接
棒による９％Ｎｉ鋼の溶接において、薄板を立向きで行
うような過大の入熱で溶接した場合、強度と靱性ともに
良好な機械的性質が得られ、良好な溶接作業性を有し、
さらに溶接金属の耐割れ性が良好なＮｉ基被覆アーク溶
接棒を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた継手溶接用および耐気孔性調査
用の開先形状を示す断面図。

【図２】実施例で用いた割れ試験用の開先形状を示す断
面図。

【図３】実施例で用いた割れ試験材の拘束状態を示す図
で、（ａ）は側面、（ｂ）は平面を示す。

【図４】実施例で用いた心線中のＣｕ量および被覆剤中
のＣｕ量と継手引張強さ、吸収エネルギーの関係を示す
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者緒方雅人東京都中央区築地三丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社研究所内Ｆターム(参考） 4E084 AA17 AA23 AA36 AA39 BA01 BA04 BA06 BA08 BA09 BA10 BA11 BA13 BA21 CA03 CA14 CA22 CA26 DA01 FA03 FA12 GA04 HA05 HA06 HA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉ基被覆アーク溶接棒において、心線
にＮｉ：５５〜７５重量％を含有し、さらに心線と被覆
剤の一方又は両方にＣｕを、心線においては０．１〜
１．０重量％、被覆剤中には重量比で心線重量１００に
対して０．１１〜１．１を添加し、かつ、心線中のＣｕ
量＋心線重量１００に対する被覆剤中のＣｕ量が０．１
〜１．１となるようにし、さらに被覆剤としてＡｌ，Ｓ
ｉ，Ｔｉの１種又は２種以上からなる金属粉又は合金
粉、金属炭酸塩、金属ふっ化物、珪酸塩化合物、又はカ
リ化合物を含むスラグ剤を前記心線に被覆したことを特
徴とする９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基被覆アーク溶接棒。
【請求項２】心線に重量％で、Ｃｒ：１２〜２０％、
Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｎ
ｂ：０．５〜２．５％をさらに含有することを特徴とす
る請求項１記載の９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基被覆アーク溶
接棒。
【請求項３】心線に重量％で、Ｔｉ：０．１〜０．５
％をさらに含有することを特徴とする請求項１又は２記
載の９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎｉ基被覆アーク溶接棒。
【請求項４】被覆剤に、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂの１
種又は２種以上の混合粉からなる金属粉又は合金粉をス
ラグ剤と共にさらに含有することを特徴とする請求項１
乃至３記載のいずれか１項に記載の９％Ｎｉ鋼溶接用Ｎ
ｉ基被覆アーク溶接棒。