JP2004285395A

JP2004285395A - Steel plate with excellent penetration characteristics of TIG welding

Info

Publication number: JP2004285395A
Application number: JP2003078136A
Authority: JP
Inventors: Yuji Inoue; 裕磁井上; Hiromasa Shoji; 浩雅莊司
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】溶接時に活性フラックスを塗布する工程を省略し、通常のＴＩＧ溶接条件でも深い溶け込みが得られ、高能率なＴＩＧ溶接を可能とする鋼板を提供する。
【解決手段】鋼板表面の少なくとも一部を、形成させたい酸化物の金属イオンとフッ素イオンを含有する処理溶液と鋼板とを接触させて鋼板表面に酸化物皮膜を形成する液相析出法（ＬＰＤ法）を用いて酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化珪素、および、酸化鉄のうちの１種または２種以上からなる皮膜を全膜厚０．０５μｍ以上で被覆してなることを特徴とするＴＩＧ溶接の溶け込み特性に優れた鋼板。形成された皮膜は鋼板との密着性が高く、膜圧も均一であってＴＩＧ溶接施行時に剥離しない。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a steel sheet which omits a step of applying an active flux at the time of welding, obtains deep penetration even under ordinary TIG welding conditions, and enables highly efficient TIG welding.
A liquid phase deposition method (LPD) for forming an oxide film on the surface of a steel sheet by bringing at least a part of the surface of the steel sheet into contact with a processing solution containing a metal ion and a fluorine ion of an oxide to be formed and a steel solution. Method), a film made of at least one of titanium oxide, zirconium oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, silicon oxide, and iron oxide having a total thickness of 0.05 μm or more. A steel sheet with excellent penetration characteristics for TIG welding, characterized by The formed film has high adhesion to the steel sheet, has a uniform film pressure, and does not peel off during TIG welding.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＩＧ溶接において、従来の鋼板に比べて溶接で深い溶け込みが得られ、より高能率なＴＩＧ溶接を可能とする鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＩＧ溶接は、不活性ガス中で溶接が行われるため、シールド効果が良好で、溶接部の酸化が抑制されるとともに、安定したビードが得られる。このため、原子力、化学プラントなど高品質が要求される継手に多く適用されている。
【０００３】
しかしながら、ＴＩＧ溶接の通常の溶接条件では、溶け込み深さが２〜３ｍｍ程度と比較的浅いため、厚鋼板を溶接する場合は、充分な継ぎ手強度を得るために予め接合部に開先加工を行い、多層盛溶接を行う必要がある。
【０００４】
また、各種配管に使用される薄肉パイプの造管にもＴＩＧ溶接が適用されるが、近年の製鋼技術の進歩により鋼中のＳ量が低減し、良好な溶け込みが得られない場合もある。
【０００５】
そこで、溶接部において溶け込み深さを増し、良好な溶け込み形状を得ること目的としたＴＩＧ溶接方法として、活性フラックスを使用したＴＩＧ溶接方法が古くから提案されている。
【０００６】
この溶け込み深さを大幅に促進させる方法は、Ａ−ＴＩＧ法またはＡｃｔｉｖｅＴＩＧ法と呼ばれ、酸化物を主体とした粉末状の活性フラックスを揮発性溶剤に溶いて刷毛で母材表面に塗布し、ＴＩＧ溶接を行うものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
市販活性フラックスの成分は、メーカーや対象材料によって異なり（例えば、非特許文献２参照）、そして、ＴＩＧ溶接用活性フラックス組成物も知られている（例えば、特許文献１参照）。また、最近では、刷毛による塗布方法の他にスプレーによる活性フラックスの塗布方法も開発されている。
【０００８】
しかしながら、このＡ−ＴＩＧ法では、予め溶接前に少なくとも鋼材の接合線を含む範囲に対して刷毛もしくはスプレーにより活性フラックスを塗布する必要があり、溶接効率が非常に悪く、かつ、塗布厚により溶け込み深さが変化しやすく、安定した溶接が困難であるという問題がある。
【０００９】
一方、液相析出法（以下、ＬＰＤ法ともいうこともある。）は水溶液中から金属酸化物薄膜を均一に合成する方法として知られ、例えば、酸化チタンの過飽和処理溶液と基材とを接触させて基材表面に酸化チタン被膜を製造する方法がある（例えば、特許文献２及び３参照）。
【００１０】
しかしながら、これらの手法では、鋼板表面の腐食と成膜速度が遅いため生産性が低い。また、処理液のｐＨが低いため、水素発生反応により健全な皮膜が得られない等の問題があり、本質的な改善が必要であった。
【００１１】
【非特許文献１】
「ＴＩＧ溶接における活性フラックスによる溶込み促進機構」２００２年第２号、ｐ９５−９９溶接学会
【非特許文献２】
「Ｗｅｌｄｉｎｇ＆ＭｅｔａｌＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」Ｆｅｂｒｕａｒｙ（２０００），ｐ７−１０
【特許文献１】
特開２０００−７１０９４号公報
【特許文献２】
特開平１−９３４４３号公報
【特許文献３】
特開平４−１３２６３６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の実情に鑑みて、溶接時に活性フラックスを塗布する工程を省略し、通常のＴＩＧ溶接条件でも深い溶け込みが得られ、高能率なＴＩＧ溶接を可能とする鋼板を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その発明の要旨は以下の通りである。
【００１４】
鋼板表面の少なくとも一部を、液相析出法を用いて酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化珪素、および、酸化鉄のうちの１種または２種以上からなる皮膜を全膜厚０．０５μｍ以上で被覆してなることを特徴とするＴＩＧ溶接の溶け込み特性に優れた鋼板。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を具体的に説明する。
【００１６】
活性フラックスを用いることによりＴＩＧ溶接時に溶け込み深さが増大する現象は、次のように説明される。
【００１７】
ＴＩＧ溶接時に鋼板表面に施された金属酸化物がアークによって加熱、気化し、さらにアーク中で酸素を放出し解離することで熱が奪われる。この時、熱の放散が抑えられるためにアーク柱の表面積が小さくなるよう熱的ピンチ力が働き、アークは中心部に収縮する。収縮すれば電磁ピンチ力によってアークはさらに収縮し、アークの電流密度が増加して被溶接物表面の単位面積当たりの入熱量が増加する。また、溶融池表面のこれら酸化物のスラグ化合物は溶融池の表面張力を減少させ、溶湯の流れを溶融池の外側から中心部に向かわせる。これら２つの効果により、ＴＩＧアークの入熱は集中し、熱効率の高いものとなって深い溶け込みが得られることになる。
【００１８】
従来、ＴＩＧ溶接時に上記活性フラックスによる溶け込み深さ向上効果を得るための方法として、予め溶接前に、活性フラックスを含有する揮発性溶剤を刷毛またはスプレーなどにより少なくとも溶接部を含む母材表面の範囲に塗布方法が用いられていた。しかし、このような活性フラックスの塗布処理方法では、鋼板表面に形成する活性フラックスの金属酸化物層と鋼板との密着性が低く剥離しやすく、また、塗布層厚にばらつきが生じやすいために、溶接時に上記活性フラックスによる溶け込み深さ向上効果を安定して確実に発揮することが困難であった。
【００１９】
また、従来の溶接前の活性フラックスの塗布処理工程は、溶接施工時の作業性を低下させる原因でもあった。特に、鋼板を加工後に溶接する場合のような場合には、作業スペースの制約上従来のような塗布処理を行なうことが困難であることがあった。
【００２０】
そこで、本発明者らは、ＴＩＧ溶接時に上記活性フラックスの溶け込み深さ向上効果を安定して確実に発揮でき、かつ溶接施工時の作業効率を向上することができる、活性フラックスの金属酸化皮膜を被覆した鋼板について検討した。
【００２１】
その結果、液相析出法を用いて活性フラックスの金属酸化皮膜を被覆した鋼板における金属酸化皮膜は、従来法の金属酸化物層に比べて、膜密度および鋼板との密着性が高く、かつ膜厚も均一となることを確認した。
【００２２】
本発明は、この知見をもとに液相析出法を用いて活性フラックスの金属酸化皮膜を被覆した鋼板をＴＩＧ溶接用鋼板として用いることにより、溶接時に活性フラックスの溶け込み深さ向上効果を安定して確実に発揮でき、かつ溶接施工時の作業効率を向上することを技術思想とするものである。
【００２３】
本発明において、液相析出法とは、金属イオンとハロゲンイオンをある濃度で含有する水溶液、例えばフルオロ錯体水溶液中に基材を浸漬、または基材をカソード電解することで、酸化物皮膜を形成する手法のことであり、鋼板を基材とする場合にも鋼板特性への影響はなく、均一な膜厚の特定金属の酸化皮膜を鋼板表面に形成することができる方法である。
【００２４】
また、本手法によれば成膜のみで酸化物および／または水酸化物膜が鋼板表面に形成されるが、必要に応じてこの鋼板を熱処理することも可能である。
【００２５】
液相析出法による鋼板表面への酸化皮膜の形成は、形成させたい酸化物の金属イオンとフッ素イオンをある比率で含有する水溶液、例えばフルオロ錯体水溶液をｐＨ３〜７に調整し、アルミニウムやホウ素を溶解させた処理液に、基材である鋼板を浸漬することで行う。さらに、生産性を考慮して成膜速度を上げるためには、または基材が低耐食性の場合は、形成させたい酸化物の金属イオンとフッ素イオンをある比率で含有する水溶液、例えばフルオロ錯体水溶液をｐＨ３〜７に調整した水溶液に基材とアルミニウムと短絡させて浸漬するか、対極にアルミニウムを用いてカソード電解すればよい。あるいは、予めアルミニウムを溶解した処理液で、対極に不活性電極を用いてカソード電解すればよい。このようにして、所定の厚さの金属酸化物を鋼板表面に形成させる。
【００２６】
本発明者らは、本手法により鋼板表面に形成された金属酸化皮膜は、従来からＡ−ＴＩＧ法において用いられていた酸化物を主体とした粉末状の活性フラックスを揮発性溶剤に溶いて刷毛で母材表面に塗布して鋼板表面に形成された酸化物層に比べて鋼板への密着性が向上できることを、例えば以下の密着性試験結果から確認している。
【００２７】
つまり、本発明者らは、▲１▼ＨＯＢＡＲＴ社製ＦＡＳＴＩＧ−ＳＳ７（Ｃｒ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＳｉＯ_２の混合物）の粉末、または、ＴｉＯ_２（粒径１〜２μｍ）の粉末をメタノール中で分散させた溶液（粉末１ｇ、メタノール５ｇ）を刷毛でＳＵＳ３０４鋼板表面に塗布し、自然乾燥して得られた鋼板と、▲２▼本手法（アルミニウムとＳＵＳ３０４鋼板を短絡し、０．０２Ｍの（ＮＨ_４）_２ＴｉＦ_６水溶液に浸漬により膜厚１００ｎｍと３００ｎｍのＴｉＯ_２皮膜を鋼板表面に形成させた鋼板について、ニチバン製セロハンテープによる剥離試験を行なった。
【００２８】
その結果、前者の従来手法による鋼板は、切り込み無でも簡単に全面剥離したが、後者の本手法による鋼板は、碁盤目（１ｍｍ間隔、１ｃｍ角）に切り込みを入れても、全く剥離しないほど、密着性が高いことを確認している。
【００２９】
本発明の液相析出法を用いて活性フラックスの金属酸化皮膜を被覆した鋼板は、鋼板表面に形成された金属酸化皮膜が、従来法の金属酸化物層に比べて、鋼板との密着性が高く、溶接施工時に剥離することがなく、また、膜厚も均一であるため、ＴＩＧ溶接時に活性フラックスの溶け込み深さ向上効果を安定して確実に発揮でき、かつ溶接施工時の作業効率を向上することができる。
【００３０】
鋼板表面に形成させる酸化皮膜は、アーク熱により鋼板表面から蒸発しやすく、かつ、酸素を解離しやすいものであり、また、スラグ化合物となったとき、溶融池表面の表面張力を減少させるものが溶け込み深さを深くするのに有効であるため、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化珪素、および、酸化鉄のうちの１種または２種以上からなる皮膜とする。この皮膜は、上記酸化物成分の単一成分皮膜でも、多成分皮膜でも良い。
【００３１】
ここで、多成分皮膜とは、上記酸化物成分からなる複合酸化物皮膜、濃度傾斜皮膜、その他の第３成分を分散させた皮膜等を意味する。また、この皮膜は炭層でも２層以上の積層皮膜であってもよい。
【００３２】
酸化皮膜の厚さは、０．０５μｍ未満では、溶け込み深さ改善に効果がみられないため、０．０５μｍ以上とする。
【００３３】
また、酸化皮膜の厚さの上限は特に限定するものではないが、１μｍを超えると上記効果が飽和するとともに成膜効率低下により鋼板の生産性が低下し経済性が悪化するため、１μｍ以下とするのが好ましい。
【００３４】
また、酸化皮膜は、鋼板表面の全てに形成させなくとも、少なくとも溶接により溶接金属が形成させる溶接部の範囲を被覆することで十分な効果が得られる。また、本発明において、母材鋼板は特に限定する必要はなく、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼などが用いられる。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例にて本発明を説明する。
【００３６】
表１に鋼板（母材）の板厚（ｍｍ）と化学組成（質量％）とを示す。表２に９．０ｍｍ厚材における酸化皮膜の性状と溶け込み深さとを示す。
【００３７】
表１に示す板厚９．０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板（幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）の表面に液相析出法（ＬＰＤ法）で表２に示した各種酸化皮膜を形成し、ＴＩＧ溶接法でメルトラン溶接を行った。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

【００４０】
本発明の酸化皮膜は以下の二通りの方法で作製した。
【００４１】
記号１、５、８は金属イオンとフッ化イオンのモル比が１：６の混合水溶液を用い、フッ酸とアンモニウム水でｐＨ４に調整した処理液を用いた。アルミニウムと前記ＳＵＳ３０４鋼板を短絡させて処理液に浸漬し、表中記載の膜厚になるまで処理後、水洗し、風乾した。
【００４２】
記号２〜４、６、７、９〜１５は表中「皮膜の種類」記載の各種金属のフルオロ錯体水溶液をｐＨ４に調整した処理液を用いた。アルミニウムを電極として、表中記載の膜厚になるまでカソード電解し、水洗し、風乾した。
【００４３】
試験片溶接時の溶接条件は、電流２００Ａ、電圧１４Ｖ、溶接速度１５ｃｍ／ｍｉｎで、シールドガスに１００％アルゴンを用い、その流量を２０リットル／ｍｉｎとした。溶接後、ビード断面を観察し、溶け込み深さを測定した。その結果を表２に併せて示す。
【００４４】
比較例の記号１６は、液相析出法を施さず、鋼板表面に酸化皮膜を形成させていない無垢のＳＵＳ３０４鋼板をＴＩＧメルトラン溶接した場合で、この時の溶け込み深さは２．８ｍｍである。また、比較例記号１７〜２１では、液相析出法で酸化皮膜を形成した鋼板であるが、その厚さが薄いため、溶け込み深さの増大は認められない。一方、本発明の記号１〜１５では、皮膜厚が０．０５μｍ以上であり、溶け込み深さが５ｍｍ以上に増大している。また、酸化皮膜の金属種による溶け込み深さの差は無く、本発明に規定した金属酸化皮膜を単独もしくは複合して形成することによって、顕著な溶け込み深さの向上が認められる。さらに、スパッタの発生や電極の損耗も見られず、溶接性も良好であり、かつ、溶接金属の靱性、延性などの機械的特性の劣化も認められない。
【００４５】
次に、表１に示す板厚５．０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板表面（幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）に液相析出法（ＬＰＤ法）で皮膜厚を変えた酸化チタン皮膜を形成させ、Ｉ開先にてＴＩＧメルトラン溶接した場合の溶け込み深さを図１に示す。皮膜形成は、９ｍｍ厚の場合記と同様に処理し、溶接条件も前記と同じく、電流２００Ａ、電圧１４Ｖ、溶接速度１５ｃｍ／ｍｉｎ、流量２０リットル／ｍｉｎの１００％アルゴンガスシールドである。酸化チタン皮膜の厚さが増すにしたがい、溶け込み深さは増加する傾向にあるが、皮膜厚が０．０５μｍ以上では急激に溶け込み深さが増し、板厚５．０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板の１パス貫通溶接が可能となる。
【００４６】
次に、表１に示す板厚１．０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板（幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍ）に液相析出法（ＬＰＤ法）で皮膜厚０．１μｍの酸化チタン皮膜を形成させ、Ｉ開先にてＴＩＧメルトラン溶接した場合に、裏ビードが１ｍｍ以上形成する溶接電流と溶接速度の関係（●）を図２に示す。また、比較のために酸化皮膜を形成させない無垢の同一鋼板の場合に、裏ビードが１ｍｍ以上形成する溶接電流と溶接速度の関係（○）を図２に併せて示す。酸化皮膜を形成させない場合に比べて、０．１μｍの酸化チタン皮膜を形成させた鋼板では、同一溶接速度において裏ビードが１ｍｍ幅以上形成する溶接電流は、約１／３に減少している。また、同一溶接電流では、酸化チタン皮膜を形成させた方が溶接速度にして約２〜３倍高速化が可能であることがわかる。さらに、表ビードの幅については、酸化皮膜を形成させない場合は３〜４ｍｍであるのに対し、酸化チタン皮膜を形成させた場合は１〜１．５ｍｍ程度と小さくなっており、溶接金属の縮小化に有効である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の鋼板を用いることにより、予め溶接前に少なくとも鋼材の接合線を含む範囲に対して刷毛もしくはスプレーにより活性フラックスを塗布する必要がなく、通常のＴＩＧ溶接条件でも従来に比べて溶け込み深さを安定して確実に向上することができ、かつ溶接施工時の作業効率を向上することが可能となる。板厚５ｍｍの鋼板の１パス貫通溶接が可能となり、高能率なＴＩＧ溶接が可能となる。また、５ｍｍ未満の薄鋼板の溶接では溶接電流を大幅に低減した溶接が可能となり、ビード幅も小さくなる。
【００４８】
さらに、溶接金属部の機械的特性は酸化皮膜を形成しない場合と同等である。
【図面の簡単な説明】
【図１】液相析出法による酸化皮膜の厚さと溶接時の溶け込み深さの関係グラフである。
【図２】本発明鋼板と比較鋼板におけるＴＩＧメルトラン溶接時の溶接速度と溶接電流の関係グラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel plate capable of obtaining a deeper penetration by welding in TIG welding as compared with a conventional steel plate and enabling more efficient TIG welding.
[0002]
[Prior art]
Since TIG welding is performed in an inert gas, the shielding effect is good, oxidation of a welded portion is suppressed, and a stable bead is obtained. For this reason, it is widely applied to joints requiring high quality, such as nuclear power plants and chemical plants.
[0003]
However, under normal welding conditions of TIG welding, since the penetration depth is relatively shallow, about 2 to 3 mm, when welding a thick steel plate, a groove is previously formed in the joint to obtain sufficient joint strength. It is necessary to perform multi-layer welding.
[0004]
Further, TIG welding is also applied to the production of thin-walled pipes used for various types of pipes. However, due to recent advances in steelmaking technology, the amount of S in steel has been reduced, and good penetration may not be obtained in some cases.
[0005]
Therefore, a TIG welding method using an active flux has long been proposed as a TIG welding method for increasing the penetration depth at a weld portion and obtaining a good penetration shape.
[0006]
A method of greatly increasing the penetration depth is called an A-TIG method or an Active TIG method, in which a powdery active flux mainly composed of an oxide is dissolved in a volatile solvent and applied to the surface of a base material with a brush. , And TIG welding (for example, see Non-Patent Document 1).
[0007]
The components of commercially available active flux vary depending on the manufacturer and the target material (for example, see Non-Patent Document 2), and an active flux composition for TIG welding is also known (for example, see Patent Document 1). Recently, in addition to the application method using a brush, a method for applying an active flux using a spray has also been developed.
[0008]
However, in the A-TIG method, it is necessary to apply an active flux by brush or spray to at least a region including a joint line of a steel material before welding, so that welding efficiency is very poor, and penetration is caused by a coating thickness. There is a problem that the depth is easily changed and stable welding is difficult.
[0009]
On the other hand, a liquid phase deposition method (hereinafter sometimes referred to as an LPD method) is known as a method for uniformly synthesizing a metal oxide thin film from an aqueous solution. For example, a supersaturated solution of titanium oxide is brought into contact with a substrate. There is a method of manufacturing a titanium oxide film on the surface of a base material (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
[0010]
However, in these methods, productivity is low due to corrosion of the steel sheet surface and a low film formation rate. In addition, since the pH of the treatment liquid is low, there is a problem that a sound film cannot be obtained due to the hydrogen generation reaction, and essential improvement is required.
[0011]
[Non-patent document 1]
"Mechanism for Promoting Penetration by Active Flux in TIG Welding", No. 2, 2002, p95-99, Japan Welding Society [Non-Patent Document 2]
"Welding & Metal Fabrication" February (2000), p7-10
[Patent Document 1]
JP 2000-71094 A [Patent Document 2]
JP-A-1-93443 [Patent Document 3]
JP-A-4-132636
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances of the prior art, and provides a steel sheet which omits a step of applying an active flux at the time of welding, obtains deep penetration even under ordinary TIG welding conditions, and enables highly efficient TIG welding. The purpose is to:
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, and the gist of the invention is as follows.
[0014]
At least a part of the surface of the steel sheet is subjected to a liquid phase deposition method to form a film made of one or more of titanium oxide, zirconium oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, silicon oxide, and iron oxide in a total thickness. A steel sheet excellent in the penetration characteristics of TIG welding, characterized by being coated at 0.05 μm or more.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
[0016]
The phenomenon that the penetration depth increases during TIG welding by using the active flux is explained as follows.
[0017]
The metal oxide applied to the steel sheet surface during TIG welding is heated and vaporized by the arc, and further releases oxygen in the arc to dissociate, so that heat is taken away. At this time, since the heat dissipation is suppressed, a thermal pinch force acts so as to reduce the surface area of the arc column, and the arc contracts to the center. If contracted, the arc is further contracted by the electromagnetic pinch force, the current density of the arc is increased, and the heat input per unit area of the surface of the workpiece is increased. In addition, the slag compounds of these oxides on the surface of the molten pool reduce the surface tension of the molten pool and direct the flow of the molten metal from the outside to the center of the molten pool. Due to these two effects, the heat input of the TIG arc is concentrated, the heat efficiency is high, and deep penetration is obtained.
[0018]
Conventionally, as a method for obtaining the effect of improving the penetration depth by the active flux at the time of TIG welding, a volatile solvent containing the active flux is previously brushed or sprayed with a volatile solvent containing at least a portion of the base material surface including the welded portion before welding. A coating method was used. However, in such an active flux coating method, the adhesion between the metal oxide layer and the steel sheet of the active flux formed on the surface of the steel sheet is low, and the steel sheet is easily peeled off. It has been difficult to stably and reliably exert the effect of improving the penetration depth by the active flux during welding.
[0019]
Further, the conventional process of applying an active flux before welding is also a cause of reducing workability during welding. In particular, in the case of welding a steel sheet after processing, it has been difficult in some cases to perform the conventional coating treatment due to the limitation of the work space.
[0020]
Accordingly, the present inventors have developed a metal oxide film of an active flux that can stably and surely exhibit the effect of improving the penetration depth of the active flux during TIG welding and can improve work efficiency during welding. The coated steel sheet was studied.
[0021]
As a result, the metal oxide film on the steel sheet coated with the active flux metal oxide film using the liquid phase deposition method has higher film density and adhesion to the steel sheet than the metal oxide layer of the conventional method, It was confirmed that the thickness was also uniform.
[0022]
The present invention stabilizes the effect of increasing the penetration depth of the active flux during welding by using a steel sheet coated with a metal oxide film of the active flux as a TIG welding steel sheet using the liquid phase precipitation method based on this finding. The technical idea is to be able to fully demonstrate and improve the work efficiency during welding work.
[0023]
In the present invention, the liquid phase deposition method is to form an oxide film by immersing a base material in an aqueous solution containing metal ions and halogen ions at a certain concentration, for example, a fluoro complex aqueous solution, or by subjecting the base material to cathodic electrolysis. This method does not affect the properties of a steel sheet even when a steel sheet is used as a base material, and is a method capable of forming an oxide film of a specific metal having a uniform film thickness on the steel sheet surface.
[0024]
Further, according to this method, an oxide and / or hydroxide film is formed on the surface of the steel sheet only by film formation. However, if necessary, the steel sheet can be heat-treated.
[0025]
The formation of an oxide film on the surface of a steel sheet by the liquid phase deposition method is performed by adjusting an aqueous solution containing a metal ion and a fluorine ion of an oxide to be formed in a certain ratio, for example, a fluoro complex aqueous solution to pH 3 to 7, and removing aluminum or boron. This is performed by immersing a steel sheet as a base material in the dissolved treatment liquid. Further, in order to increase the film forming rate in consideration of productivity, or when the substrate has low corrosion resistance, an aqueous solution containing a metal ion and a fluoride ion of an oxide to be formed in a certain ratio, for example, a fluoro complex aqueous solution The substrate and aluminum may be short-circuited and immersed in an aqueous solution adjusted to pH 3 to 7, or cathode electrolysis may be performed using aluminum as a counter electrode. Alternatively, cathodic electrolysis may be performed using a processing solution in which aluminum is dissolved in advance and using an inert electrode as a counter electrode. Thus, a metal oxide having a predetermined thickness is formed on the surface of the steel sheet.
[0026]
The present inventors disclose a metal oxide film formed on the surface of a steel sheet by this method by dissolving a powdery active flux mainly composed of an oxide conventionally used in the A-TIG method in a volatile solvent and brushing. For example, it has been confirmed from the following adhesion test results that the adhesion to a steel sheet can be improved as compared with an oxide layer formed on the surface of a steel sheet by applying the coating on the base material surface.
[0027]
That is, the present inventors disperse (1) powder of FASTIG-SS7 (mixture of Cr ₂ O ₃ + TiO ₂ + SiO ₂ ) or powder of TiO ₂ (particle size of 1 to ₂ μm) manufactured by HOBART in methanol. The solution (1 g of powder, 5 g of methanol) was applied to the surface of a SUS304 steel plate with a brush and air-dried. ₄ ) Peeling test was performed using Nichiban cellophane tape on a steel sheet having a TiO ₂ film having a thickness of 100 nm and 300 nm formed on the surface of the steel sheet by immersion in a ₂ TiF ₆ aqueous solution.
[0028]
As a result, the steel sheet according to the former conventional method easily peeled completely without cutting, but the steel sheet according to the latter method could not be peeled at all even if a cut was made in a grid (1 mm interval, 1 cm square). It has been confirmed that the adhesion is high.
[0029]
The steel sheet coated with the active flux metal oxide film using the liquid phase deposition method of the present invention has a metal oxide film formed on the surface of the steel sheet, which has higher adhesion to the steel sheet than the metal oxide layer of the conventional method. It is high, does not peel off during welding, and has a uniform film thickness, so that the effect of improving the penetration depth of active flux during TIG welding can be exhibited stably and reliably, and work efficiency during welding is improved. can do.
[0030]
The oxide film formed on the steel sheet surface is easily evaporated from the steel sheet surface by arc heat and easily dissociates oxygen, and when it becomes a slag compound, it reduces the surface tension of the molten pool surface. Since it is effective to increase the penetration depth, the coating is made of one or more of titanium oxide, zirconium oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, silicon oxide, and iron oxide. This film may be a single-component film of the oxide component or a multi-component film.
[0031]
Here, the multi-component film means a composite oxide film, a concentration-graded film, a film in which the other third component is dispersed, or the like composed of the above-mentioned oxide component. The coating may be a charcoal layer or a laminated coating of two or more layers.
[0032]
If the thickness of the oxide film is less than 0.05 μm, there is no effect in improving the penetration depth, so the thickness is set to 0.05 μm or more.
[0033]
The upper limit of the thickness of the oxide film is not particularly limited. However, when the thickness exceeds 1 μm, the above-described effect is saturated, and the productivity of the steel sheet is reduced due to a reduction in film formation efficiency. Is preferred.
[0034]
Further, even if the oxide film is not formed on the entire surface of the steel sheet, a sufficient effect can be obtained by covering at least the range of the welded portion formed by the weld metal by welding. In the present invention, the base steel sheet is not particularly limited, and for example, carbon steel, stainless steel, or the like is used.
[0035]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
[0036]
Table 1 shows the thickness (mm) and the chemical composition (% by mass) of the steel sheet (base material). Table 2 shows the properties of the oxide film and the penetration depth of the 9.0 mm thick material.
[0037]
Various oxide films shown in Table 2 are formed on a surface of a SUS304 steel plate (width: 100 mm, length: 150 mm) having a thickness of 9.0 mm shown in Table 1 by a liquid phase deposition method (LPD method), and melt-run welding is performed by a TIG welding method. Was done.
[0038]
[Table 1]

[0039]
[Table 2]

[0040]
The oxide film of the present invention was produced by the following two methods.
[0041]

Symbols

1, 5, and 8 used a mixed aqueous solution having a molar ratio of metal ion to fluoride ion of 1: 6, and used a treatment solution adjusted to pH 4 with hydrofluoric acid and ammonium water. Aluminum and the SUS304 steel plate were short-circuited, immersed in a treatment solution, treated to a film thickness shown in the table, washed with water, and air-dried.
[0042]
Symbols 2 to 4, 6, 7, and 9 to 15 used treatment liquids prepared by adjusting the pH of aqueous fluoro complex solutions of various metals described in “Type of coating” in the table. Cathodic electrolysis was performed using aluminum as an electrode until the film thickness described in the table was reached, washed with water, and air-dried.
[0043]
The welding conditions at the time of welding the test piece were a current of 200 A, a voltage of 14 V, a welding speed of 15 cm / min, 100% argon as a shielding gas, and a flow rate of 20 liter / min. After welding, the cross section of the bead was observed, and the penetration depth was measured. The results are shown in Table 2.
[0044]
Symbol 16 of the comparative example is a case where a pure SUS304 steel plate having no oxide film formed on the surface of the steel plate without the liquid phase precipitation method was subjected to TIG melt run welding, and the penetration depth at this time is 2.8 mm. Further, in Comparative Example Symbols 17 to 21, the steel sheet on which the oxide film was formed by the liquid phase deposition method, but because of its thin thickness, no increase in the penetration depth was observed. On the other hand, in symbols 1 to 15 of the present invention, the film thickness is 0.05 μm or more, and the penetration depth is increased to 5 mm or more. Further, there is no difference in the penetration depth depending on the metal species of the oxide film, and a remarkable improvement in the penetration depth is recognized by forming the metal oxide film prescribed in the present invention alone or in combination. Further, generation of spatter and wear of the electrode are not observed, weldability is good, and deterioration of mechanical properties such as toughness and ductility of the weld metal is not observed.
[0045]
Next, a titanium oxide film having a different film thickness was formed on a SUS304 steel plate surface (width 100 mm, length 150 mm) having a thickness of 5.0 mm shown in Table 1 by a liquid phase deposition method (LPD method). FIG. 1 shows the penetration depth when TIG melt-run welding was performed. The coating was formed in the same manner as in the case of a 9 mm thickness, and the welding conditions were the same as above, with a 100% argon gas shield having a current of 200 A, a voltage of 14 V, a welding speed of 15 cm / min, and a flow rate of 20 l / min. As the thickness of the titanium oxide film increases, the penetration depth tends to increase. However, when the coating thickness is 0.05 μm or more, the penetration depth sharply increases, and the SUS304 steel plate having a thickness of 5.0 mm passes through one pass. Welding becomes possible.
[0046]
Next, a titanium oxide film having a film thickness of 0.1 μm was formed on a SUS304 steel plate having a thickness of 1.0 mm (width 100 mm, length 500 mm) shown in Table 1 by a liquid phase deposition method (LPD method). FIG. 2 shows the relationship (●) between the welding current and welding speed at which the back bead forms 1 mm or more when TIG melt-run welding is performed. For comparison, the relationship (○) between the welding current and the welding speed for forming a back bead of 1 mm or more in the case of the same solid steel plate on which no oxide film is formed is also shown in FIG. Compared to the case where the oxide film is not formed, in the steel sheet on which the 0.1 μm titanium oxide film is formed, the welding current at which the back bead forms 1 mm or more in width at the same welding speed is reduced to about 1/3. Further, it can be seen that, with the same welding current, the formation of the titanium oxide film can increase the welding speed by about two to three times. Furthermore, the width of the front bead is 3 to 4 mm when an oxide film is not formed, whereas it is as small as 1 to 1.5 mm when a titanium oxide film is formed. It is effective for conversion.
[0047]
【The invention's effect】
By using the steel sheet of the present invention, it is not necessary to apply an active flux by brush or spray to a region including at least the joint line of the steel material before welding, and the penetration depth is lower than that of the conventional one even under normal TIG welding conditions. Can be improved stably and reliably, and the working efficiency at the time of welding construction can be improved. One-pass penetration welding of a steel plate having a thickness of 5 mm can be performed, and highly efficient TIG welding can be performed. Also, in welding thin steel sheets of less than 5 mm, welding with a significantly reduced welding current is possible, and the bead width is also reduced.
[0048]
Further, the mechanical properties of the weld metal part are equivalent to the case where no oxide film is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the thickness of an oxide film formed by a liquid deposition method and the penetration depth during welding.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between welding speed and welding current during TIG melt-run welding of the steel sheet of the present invention and a comparative steel sheet.

Claims

At least a part of the surface of the steel sheet is coated with a film made of one or more of titanium oxide, zirconium oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, silicon oxide, and iron oxide using a liquid phase deposition method. A steel sheet excellent in the penetration characteristics of TIG welding, characterized in that it is coated with a thickness of 0.05 μm or more.