專利名稱：低氫型藥皮電弧焊條的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)屈服強(qiáng)度為690MPa級(jí)以上的高張力鋼的焊接有效的低氫型藥皮電弧焊條，特別是涉及能夠得到耐裂紋性和低溫韌性優(yōu)異的焊接部，在全姿勢(shì)焊接中的焊接操作性良好的高張力鋼用低氫型藥皮電弧焊條。

背景技術(shù)：
隨著近年來(lái)的鋼結(jié)構(gòu)物的大型化，要實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)物的輕量化，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)物的高張力鋼的應(yīng)用推進(jìn)。特別是在海洋結(jié)構(gòu)物和壓力容器等的領(lǐng)域，必須要有良好的低溫韌性，滿足這一點(diǎn)的焊接材料的需求提高。至今為止，被覆電弧焊和潛弧焊等雖然應(yīng)用低溫韌性和耐裂紋性比較良好的焊接材料，但現(xiàn)狀是在焊接操作性和適用姿勢(shì)等方面仍存在課題。另外，在海洋結(jié)構(gòu)物領(lǐng)域，在屈服強(qiáng)度為690MPa以上的高張力鋼時(shí)使用100mm以上的極厚板的情況增加，需要進(jìn)行預(yù)熱·焊道間溫度的嚴(yán)格管理、焊接之后的熱量的賦予等。因此，為了降低裂紋的危險(xiǎn)性及提高焊接效率，耐裂紋性的更進(jìn)一步提高成為課題。特別是近年來(lái)，國(guó)外的建造成為主體，大部分是直流電弧焊。直流電弧焊接法與交流電弧焊接法相比，有擴(kuò)散氫含量增加的傾向，需要確保對(duì)應(yīng)直流電源的藥皮電弧焊條的耐裂紋性。因此，能夠得到具有優(yōu)異的耐裂紋性和低溫韌性的焊接部，即使在全姿勢(shì)焊接下的焊接操作性也優(yōu)異的直流規(guī)格的高張力鋼用低氫型藥皮電弧焊條的開發(fā)被強(qiáng)烈要求。
關(guān)于高張力鋼用低氫型藥皮電弧焊條，至今為止仍進(jìn)行著各種開發(fā)。作為其一例，在特開平9-327793號(hào)中，公開有一種抗拉強(qiáng)度950MPa級(jí)高張力鋼低氫型藥皮電弧焊條，記述如下通過(guò)規(guī)定金屬碳氧鹽、金屬氟化物、Mg等的含量、燒成溫度等，可以借助焊接金屬中的氧含量降低提高低溫韌性，以及借助低氫化提高耐裂紋性。
另外，在特開平11-123589號(hào)中，公開有一種抗拉強(qiáng)度為880MPa以上的高張力鋼用低氫型藥皮電弧焊條。該焊條提出有一種方法，其規(guī)定金屬碳酸鹽及金屬氟化物等的量佳成分范圍，此外，以抑制由晶界能降低造成的晶界的裂紋發(fā)生及裂紋傳播為目的而添加適量的B，以確保良好的耐裂紋性。
此外，在特開平3-294088號(hào)中，公開有一種抗拉強(qiáng)度70～90公斤級(jí)高張力鋼的低氫型藥皮電弧焊條，提出的方法是，通過(guò)SiC和Si的復(fù)合添加來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接金屬的氧含量降低，以確保低溫韌性，此外，通過(guò)C、Si的控制，Nb、V的微量添加而得到高強(qiáng)度和高韌性的焊接金屬。
但是，在特開平9-327793號(hào)中，雖然規(guī)定能夠確保使焊接金屬中的擴(kuò)散氫含量為5ml/100g以下的金屬碳酸鹽及金屬氟化物的適當(dāng)量，但在考慮了極厚板的焊接施工的耐裂紋性確保中，5ml/100g以下的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不充分，基于更嚴(yán)格的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)不可或缺。此外，對(duì)于SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3等被覆劑中的金屬氧化物和擴(kuò)散氫含量的關(guān)連性也沒(méi)有任何認(rèn)識(shí)。另外，雖然出于電弧穩(wěn)定性和熔渣剝離性等理由而規(guī)定了被覆劑成分范圍，但是，對(duì)于考慮了全姿勢(shì)焊接的焊接操作性的提高卻沒(méi)有進(jìn)行任何研究。
另外，特開平11-123589號(hào)中，焊接金屬中的擴(kuò)散氫含量為3～5ml/100g，在屈服強(qiáng)度690MPa以上的高張力鋼的耐裂紋確保中，這一擴(kuò)散氫含量范圍并不充分，需要使焊接金屬中的擴(kuò)散氫含量為3ml/100g以下。另外，在本專利文獻(xiàn)中，對(duì)于-60℃左右的低溫區(qū)域的韌性并沒(méi)有任何意識(shí)，此外與特開平9-327793號(hào)同樣，對(duì)于考慮了全姿勢(shì)焊接的焊接操作性的提高卻沒(méi)有進(jìn)行任何研究。
此外，在特開平3-294088號(hào)中，雖然對(duì)于抗拉強(qiáng)度70～90公斤級(jí)焊接金屬在-40℃左右的低溫區(qū)域的韌性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，但是，對(duì)于如近年來(lái)-60℃左右的低溫區(qū)域的韌性等所代表的嚴(yán)格的高韌性化要求來(lái)說(shuō)，仍是不充分的狀況。另外，關(guān)于可以實(shí)現(xiàn)低溫韌性和全姿勢(shì)焊接的焊接操作性和耐裂紋性的并立的構(gòu)成還沒(méi)有任何公開。
如此，近來(lái)雖然滿足考慮了極厚板的耐裂紋性確保、全姿勢(shì)焊接的良好的焊接操作性、低溫區(qū)域的韌性確保的高張力鋼用低氫型藥皮電弧焊條的開發(fā)受到強(qiáng)烈期望，但是尚沒(méi)有開發(fā)出可以使這些特性并立的技術(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的問(wèn)題點(diǎn)而做，其目的在于，提供一種高張力鋼用的低氫型藥皮電弧焊條，其在屈服強(qiáng)度為690MPa級(jí)以上的高張力鋼的焊接中，能夠得到耐裂紋性和低溫韌性優(yōu)異的焊接金屬，在全姿勢(shì)焊接中能夠確保良好的焊接操作性。
本發(fā)明的低氫型涂焊電弧焊條，是在鋼焊芯上涂布被覆劑的低氫型藥皮電弧焊條，其中， 所述被覆劑的被覆率以焊條總質(zhì)量計(jì)，為25～45質(zhì)量％， 所述鋼焊芯以鋼焊芯總質(zhì)量計(jì)，含有C為0.06質(zhì)量％以下， 所述被覆劑以被覆劑總質(zhì)量計(jì)，含有 金屬碳酸鹽(以CO2換算)14.7～22.4質(zhì)量％； CaF213.1～24.8質(zhì)量％； SiO21.1～3.0質(zhì)量％； C0.01～0.05質(zhì)量％； Si2.5～6.0質(zhì)量％； Mn2.2～8.0質(zhì)量％； Ni1.8～7.0質(zhì)量％； Cr+Mo(總量)0.2～3.7質(zhì)量％，和 TiO28質(zhì)量％以下、ZrO28質(zhì)量％以下及Al2O30.8質(zhì)量％以下之中的至少1種， 余量除Fe以外，還允許含有堿金屬氟化物、堿金屬氧化物、堿土類金屬氟化物(除去CaF2)、堿土類金屬氧化物、B、Al或Mg、和以總量計(jì)為0.1質(zhì)量％以下的不可避免的雜質(zhì)。
所述不可避免的雜質(zhì)為P、S、V、Nb或Sn， [CO2]、[CaF2]、[TiO2]、[SiO2]、[Al2O3]和[ZrO2]分別作為各化合物的含量，由下式1所表示的D值為3.8以下。
式1
D＝8.42-0.18×[CO2]+0.05×[CaF2]+0.50×[TiO2]-1.36×[SiO2]-4.36×[Al2O3]+0.71×[ZrO2] 這時(shí)，[CaO]、[CaF2]、[BaO]、[TiO2]、[SiO2]、[Al2O3]和[ZrO2]分別作為各化合物的含量，優(yōu)選由下式2表示的Z值為20.8以下。
式2
Z＝-63.45+1.97×[CaO]+0.13×[CaF2]+6.36×[BaO]-13.52×[TiO2]+15.61×[SiO2]+41.00×[Al2O3]-16.70[ZrO2] 此外，所述金屬碳酸鹽優(yōu)選為碳酸鈣或碳酸鋇。
根據(jù)本發(fā)明的高張力鋼用低氫型藥皮電弧焊條，能夠得到具有良好的低溫韌性和耐裂紋性的焊接金屬，并且能夠得到在全姿勢(shì)焊接中優(yōu)異的焊接操作性。



圖1是表示D值和擴(kuò)散氫含量的關(guān)系的曲線圖。
圖2是表示Z值和H/L×100的關(guān)系的曲線圖。
圖3是表示焊道形狀的評(píng)價(jià)方法的模式化的平面圖。

具體實(shí)施例方式 以下，對(duì)于本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。本發(fā)明者們就用于提高由高張力鋼用低氧型藥皮電弧焊條焊接的焊接金屬的耐裂紋性有效被覆劑成分進(jìn)行了各種研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)了被覆劑中的造渣劑(金屬氟化物、金屬碳酸鹽、金屬氧化物)的添加量和擴(kuò)散氫含量的關(guān)系、被覆劑中的造渣劑和全姿勢(shì)焊接中的焊接操作性的關(guān)系。另外，還發(fā)現(xiàn)了被覆劑中的合金成分的添加量和焊接金屬的強(qiáng)度及低溫韌性的關(guān)系。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)的焊接金屬中，為了得到在考慮到超過(guò)100mm這樣的極厚板的焊接施工、焊接操作環(huán)境和焊接效率的預(yù)熱溫度下，即在100℃左右的預(yù)熱溫度下能夠防止焊接裂紋的焊接金屬，需要使焊接金屬中的擴(kuò)散氫含量以氣相色譜(Gas Chromatograph)法的測(cè)定值度保持在3ml/100g以下。
此外，本發(fā)明者等還發(fā)現(xiàn)，為了使焊接金屬中的擴(kuò)散氫量在3ml/100g以下，以下的方法有效。即，被覆劑中金屬碳酸鹽在電弧中分解，使CO2氣體發(fā)生，將熔池與大氣遮斷，降低電弧氣氛中的氫氣和氮?dú)獾臍怏w分壓，另外還具有生成堿性熔渣這樣的作用效果。本發(fā)明者等進(jìn)行各種研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將被覆劑中所含的金屬碳酸鹽限定為CaCO3和BaCO3，對(duì)于使分解生成物不含具有親水性以外的其他金屬碳酸鹽(MgCO3等)，并將被覆劑中的使CO2量限制為14.7質(zhì)量％以上有效。
另外，不僅使被覆劑中的金屬碳酸鹽、金屬氟化物最佳化，還要通過(guò)整理還含有金屬氧化物的造渣劑和擴(kuò)散氫含量的關(guān)系，以式1所表示的D值規(guī)定各造渣劑量對(duì)擴(kuò)散氫的影響度。為了實(shí)現(xiàn)焊接金屬的低氫化，需要使該D值為3.8以下。
除了上述的被覆劑的成分最佳化以外，組合比以往高的燒成溫度也有效。另一方面，在評(píng)價(jià)全姿勢(shì)焊接中的焊接操作性上，雖然作為主成分的金屬碳酸鹽、金屬氟化物必須適當(dāng)化，但僅是如此，在用于評(píng)價(jià)全姿勢(shì)焊接下的焊接操作性上并不充分。全姿勢(shì)焊接，特別是向上立焊的焊道形狀，與熔渣的總量、粘性、熔點(diǎn)、固液共存溫度幅度等都有很大的關(guān)系，重要的是進(jìn)行將金屬碳酸鹽、金屬氟化物、金屬氧化物的相互作用考慮在內(nèi)的成分規(guī)定。熔渣量過(guò)少的情況下，在向上立焊中抑制焊接金屬的熔渣絕對(duì)量不能確保，因此發(fā)生凸焊道或下垂。反之，當(dāng)熔渣量過(guò)多時(shí)，電弧會(huì)埋在熔融渣中，電弧穩(wěn)定性劣化，飛濺發(fā)生量顯著增加。另外，若熔渣的粘性變低或熔渣的熔點(diǎn)降低，則熔融渣難以凝固，抑制在向上立焊中的由熔渣造成的熔融金屬的下垂變得困難。
為了全面地評(píng)價(jià)這些影響，通過(guò)整理也含有被覆劑中的金屬碳酸鹽、金屬氟化物、金屬氧化物的造渣劑與焊道形狀的關(guān)系，由式2所表示的值Z規(guī)定各造渣劑量對(duì)焊道形狀的影響程度。為了確保全姿勢(shì)焊接，特別是向上立焊中良好的焊接操作性，該Z值需要為20.8以下。
此外，焊接金屬的韌性會(huì)受到合金成分的相互的作用帶來(lái)的影響，因此，就被覆劑中的各種合金成分對(duì)于焊接金屬的低溫韌性的影響進(jìn)行調(diào)整的結(jié)果，得到以下的結(jié)論。在屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)以上的高張力鋼的焊接中，隨著被覆劑中的C、Cr、Ti、Mo的增加，韌性有降低的傾向，特別是C、Ti對(duì)韌性降低的影響很大。由于Ti的增加，導(dǎo)致焊接金屬的固溶Ti增大，在再加熱部TiC析出，因此晶核生成能降低。由此，粗大的板條狀的貝氏體成為支配性的組織，韌性大大降低。還有，所謂再加熱部，是指焊接金屬的后述焊道的熱影響部。另外，由于C的增加，島狀馬氏體生成，韌性劣化。Si、Mn和Ni的添加有韌性提高的傾向，特別是Si和Mn的韌性提高的效果強(qiáng)大。通過(guò)Mn和Si的增加，焊接金屬中的氧含量被降低，能夠確保良好的韌性。
由此，通過(guò)規(guī)定將被覆劑中的金屬碳酸鹽、金屬氟化物、金屬氧化物與擴(kuò)散氫含量、在向上立焊中的與焊接形狀的關(guān)系也考慮在內(nèi)的最佳成分范圍，能夠得到具有優(yōu)異的耐裂紋性的焊接金屬，此外還能夠確保全姿勢(shì)焊接中的良好的焊接操作性。除此以外，通過(guò)與上述的合金成分最優(yōu)化相結(jié)合，還能夠使低溫韌性提高。
本發(fā)明基于以上的發(fā)現(xiàn)，通過(guò)被覆劑中的合金成分的適當(dāng)化和造渣劑的成分最佳化，從而解決了前述的課題。
以下，對(duì)于本發(fā)明的低氫型藥皮電弧焊條的數(shù)值限定理由進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。
“被覆率25～45質(zhì)量％” 藥皮電弧焊條的被覆劑的被覆率，根據(jù)被覆劑的重量/焊條總重量×100計(jì)算。若該被覆率低于25質(zhì)量％，則熔池的保護(hù)不足，焊接金屬中的N量t和擴(kuò)散氫含量增加，因此焊接金屬的韌性和耐裂紋性劣化。反之，若被覆率超過(guò)45質(zhì)量％，則電弧不穩(wěn)定，焊道形狀不良。另外，來(lái)自被覆劑的合金成分添加增加，強(qiáng)度過(guò)剩，耐裂紋性和韌性劣化。
“鋼焊芯C0.06質(zhì)量％以下” 若鋼焊芯中的C以芯線總質(zhì)量計(jì)超過(guò)0.06質(zhì)量％，則焊接金屬中的C量增加，強(qiáng)度過(guò)剩，不能防止低溫裂紋。另外，煙塵和飛濺的發(fā)生量增加，無(wú)法獲得良好的焊接操作性。因此，鋼焊芯中的C規(guī)定在0.06質(zhì)量％以下。更優(yōu)選鋼焊芯中的C以芯絲總質(zhì)量計(jì)為0.01～0.06質(zhì)量％。還有，本發(fā)明的藥皮電弧焊條的鋼焊芯的組成的示例記載在后述的表4中，但本發(fā)明并不限于此，根據(jù)其使用目的，例如也能夠使用由含有Ni、Cr、Mo等的低合金鋼構(gòu)成的芯絲。
“金屬碳酸鹽(以CO2換算)14.7～22.4質(zhì)量％” 以下，對(duì)于被覆劑的成分限定理由進(jìn)行說(shuō)明。還有，被覆劑中的各成分的含量是在被覆劑總質(zhì)量中的含量。被覆劑中的金屬碳酸鹽(CaCO3、BaCO3等)具有的效果是，其在電弧中分解，使CO2發(fā)生，將熔融金屬與大氣遮斷而對(duì)其保護(hù)，降低電弧氣氛中的氫氣和氮?dú)獾臍怏w分壓，另外生成堿性熔渣。被覆劑中的金屬碳酸鹽以CO2換算低于14.7質(zhì)量％時(shí)，氣體發(fā)生量不足，無(wú)法保證良好的保護(hù)性，焊接金屬中的氫量和氮量增加，韌性和耐裂紋性劣化。另一方面，若被覆劑中的金屬碳酸鹽以CO2換算超過(guò)22.4質(zhì)量％，則電弧不穩(wěn)定，飛濺發(fā)生量增加。還有，金屬碳酸鹽的含量如上述由CO2換算值規(guī)定，但在本發(fā)明中，CaCO3含量?jī)?yōu)選為32～48質(zhì)量％，BaCO3含量?jī)?yōu)選為2～11質(zhì)量％。
“CaF213.1～24.8質(zhì)量％” 金屬氟化物降低熔渣的熔點(diǎn)，使流動(dòng)性提高而使焊道形狀良好。另外，分解的氟與熔融金屬和熔融渣中的氫反應(yīng)，降低熔融金屬中的氫分壓，可以實(shí)現(xiàn)低氫化。被覆劑中的CaF2含量低于13.1質(zhì)量％時(shí)，熔融渣的粘性不足，焊道形狀劣化。另一方面，若被覆劑中的CaF2含量超過(guò)24.8質(zhì)量％，則電弧穩(wěn)定性不良。更優(yōu)選CaF2含量為16.2～19.8質(zhì)量％。還有，除了CaF2以外，添加其他金屬氟化物(BaF2等)也能夠取得上述的作用效果。
“TiO20～8質(zhì)量％” 在被覆劑中，作為造渣劑能夠添加TiO2，通過(guò)TiO2的適量添加，能夠提高焊道形狀和外觀。若TiO2含量超過(guò)8質(zhì)量％，則焊接金屬中的固溶Ti增大，在再加熱部有TiC析出，因此晶核生成能降低。由此，粗大的板條狀的貝氏體成為支配性的組織，韌性大大降低。因此，被覆劑中的TiO2含量控制在8質(zhì)量％以下。在本發(fā)明中不添加TiO2時(shí)韌性提高(Kv-60℃≥80J)。另外，即使不添加TiO2，也可以確保良好的焊接操作性。
“ZrO20～8質(zhì)量％” 在被覆劑中，作為造渣劑能夠添加ZrO2，通過(guò)ZrO2的適量添加，能夠提高焊道形狀和外觀。若ZrO2含量超過(guò)8質(zhì)量％，則熔渣變成玻璃狀，熔渣剝離性劣化。因此，被覆劑中的ZrO2含量控制在8質(zhì)量％以下。但是在本發(fā)明中，即使不添加ZrO2，也可以確保良好的焊接操作性。
“SiO21.1～3.0質(zhì)量％” 在被覆劑中，作為造渣劑或粘結(jié)劑，需要添加SiO2。若SiO2含量在被覆劑總重量中超過(guò)3.0質(zhì)量％，則熔渣變成玻璃狀，熔渣剝離性劣化。另一方面，SiO2含量低于1.1質(zhì)量％時(shí)，難以得到作為造渣劑或粘結(jié)劑的效果，實(shí)際生產(chǎn)中的涂裝性劣化，生產(chǎn)性劣化。因此，被覆劑中的SiO2含量為1.1～3.0質(zhì)量％。
“Al2O30～0.8質(zhì)量％” 在被覆劑中，作為造渣劑能夠添加Al2O3。若Al2O3含量超過(guò)0.8質(zhì)量％，則熔渣變成玻璃狀，熔渣剝離性劣化。因此，被覆劑中的Al2O3含量控制在0.8質(zhì)量％以下。但是在本發(fā)明中，即使不添加Al2O3，也可以確保良好的焊接操作性。還有，在本發(fā)明中，前述的TiO2、ZrO2和上述Al2O3含有其至少1種即可。
“C0.01～0.05質(zhì)量％” C在焊接金屬的強(qiáng)度確保中是極其重要的成分。C低于0.01質(zhì)量％時(shí)，不能確保690MPa級(jí)以上的屈服強(qiáng)度。另外，若C超過(guò)0.05質(zhì)量％，則強(qiáng)度過(guò)剩，低溫裂紋敏感性顯著提高。
“Si2.5～6.0質(zhì)量％” Si是脫氧劑，是具有確保焊接金屬的強(qiáng)度和降低氧含量的效果的元素。Si含量低于2.5質(zhì)量％時(shí)，脫氧不足，氣孔發(fā)生以及韌性不良。另一方面，若Si含量超過(guò)6.0質(zhì)量％，則焊接金屬的粘性變高，對(duì)母材的融合差等焊接操作性劣化。因此，Si含量為2.5～6.0質(zhì)量％。更優(yōu)選Si含量為3.5～4.6質(zhì)量％。
“Mn2.2～8.0質(zhì)量％” Mn與Si一樣，作為脫氧劑添加，除此以外，其對(duì)于焊接金屬的韌性提高也有效。Mn含量低于2.2質(zhì)量％時(shí)，脫氧不足，氣孔發(fā)生。另一方面，若Mn含量超過(guò)8質(zhì)量％，則焊接金屬的強(qiáng)度增加，低溫裂紋敏感性提高。因此，Mn含量為2.2～8.0質(zhì)量％。
“Ni1.8～7.0質(zhì)量％” Ni在焊接金屬的強(qiáng)度和韌性上是極其重要的成分。Ni含量低于1.8質(zhì)量％時(shí)，得不到充分的韌性改善效果，若Ni含量超過(guò)7.0質(zhì)量％，則高溫裂紋的危險(xiǎn)性提高。因此，Ni含量為1.8～7.0質(zhì)量％。更優(yōu)選Ni含量為4.5～7.0質(zhì)量％。
“Cr+Mo0.2～3.7質(zhì)量％” Cr和Mo能夠穩(wěn)定地確保強(qiáng)度。Cr+Mo含量(如果是Cr或Mo單獨(dú)添加則為其含量，如果是復(fù)合添加則為總量)低于0.2質(zhì)量％時(shí)，不能確保充分的強(qiáng)度。另一方面，若Cr+Mo含量超過(guò)3.7質(zhì)量％，則焊接金屬的強(qiáng)度增加，并且韌性劣化，另外也成為低溫裂紋的原因。因此，Cr+Mo含量為0.2～3.7質(zhì)量％。更優(yōu)選Cr+Mo含量為1.4～1.7質(zhì)量％。
“D≤3.8” D值根據(jù)前述式1計(jì)算。求得該D值的公式是表示被覆劑成分的含量和擴(kuò)散氫含量的關(guān)系公式，是實(shí)驗(yàn)性地求得的值。該關(guān)系式是在以下所示的各種被覆劑的成分范圍內(nèi)制造數(shù)十種藥皮電弧焊條，針對(duì)使用該藥皮電弧焊條進(jìn)行焊接時(shí)得到的焊接金屬測(cè)定擴(kuò)散氫含量，根據(jù)統(tǒng)計(jì)處理計(jì)算該測(cè)定結(jié)果和被覆劑成分的關(guān)系。更優(yōu)選D值為2.3以下。
CaO15～35質(zhì)量％ BaO0～10質(zhì)量％ CO214～24質(zhì)量％ CaF210～30質(zhì)量％ TiO20～10質(zhì)量％ ZrO20～10質(zhì)量％ SiO20.8～5.0質(zhì)量％ Al2O30～1.5質(zhì)量％ C0.01～0.05質(zhì)量％ Si2.0～8.0質(zhì)量％ Mn1.5～10質(zhì)量％ Ni1.0～10質(zhì)量％ MO0～5質(zhì)量％ Cr0～5質(zhì)量％ Fe2～40質(zhì)量％ 圖1是相對(duì)于D值描繪在該實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的擴(kuò)散氫含量的曲線圖。如該圖1所示可知，D≤3.8時(shí)，擴(kuò)散氫含量為3.0ml/100g以下，在抗拉強(qiáng)度為780MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼的焊接金屬中，用于確保良好的耐裂紋性所需要的低氫化得以實(shí)現(xiàn)。如此，根據(jù)該D值，可以推定高強(qiáng)度鋼用低氫型藥皮電弧焊條的被覆劑成分和擴(kuò)散氫含量的關(guān)系，難過(guò)使D值為3.8以下，能夠?qū)U(kuò)散氫含量控制在用于確保耐裂紋性所需要的低氫含量。
“Z≤20.8” 另外，由前式2賦予的Z值是表示實(shí)驗(yàn)性地求得的被覆劑成分和焊道形狀H/L×100的關(guān)系的公式。該式2是在上述各種被覆劑的成分范圍內(nèi)，制造數(shù)十種藥皮電弧焊條，并測(cè)定使用該藥皮電弧焊條進(jìn)行向上立焊時(shí)所得到的焊接焊道的焊道形狀，根據(jù)統(tǒng)計(jì)處理計(jì)算該測(cè)定結(jié)果和被覆劑成分的關(guān)系。
圖3是表示焊道形狀的評(píng)價(jià)方法的模式化的平面圖。通過(guò)向上立焊對(duì)焊線在垂直方向上延伸的1對(duì)被焊板1進(jìn)行角焊，測(cè)定得到的角焊焊道2的腳長(zhǎng)L和余高H，將該比H/L×100作為焊道形狀的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在圖2中顯示H/L×100的測(cè)定結(jié)果和被覆劑成分的關(guān)系。H/L×100小的時(shí)候，焊道很難下垂，焊道形狀優(yōu)異。如圖2所示，Z為20.8以下時(shí)，H/L×100為20以下，能夠得到優(yōu)異的焊道形狀，焊接操作性良好。如此，根據(jù)該Z值可以推定高強(qiáng)度鋼用低氫型藥皮電弧焊條的被覆劑成分和全姿勢(shì)焊接的焊接操作性的關(guān)系，通過(guò)使Z值為20.8以下，能夠確保良好的焊接操作性。更優(yōu)選Z值為-80.8以下。
“余量” 本發(fā)明的藥皮電弧焊條，余量除Fe以外，還有堿金屬氟化物、堿金屬氧化物、堿土類金屬氟化物(除去CaF2)、堿土類金屬氧化物、B、Al或Mg。但是，這些元素及化合物也可不被含有。堿金屬氟化物、堿金屬氧化物、堿土類金屬氟化物(除去CaF2)、堿土類金屬氧化物使電弧穩(wěn)定性提高，減少飛濺發(fā)生量。另外，B使焊接金屬的韌性提高，Al和Mg作為脫氧劑被添加。
另外，本發(fā)明的被覆劑，作為雜質(zhì)允許包含總量為0.1質(zhì)量％以下的P、S、V、Nb或Sn。
本發(fā)明的低氫型藥皮電弧焊條的被覆劑的剩余的主成分，是各種Fe合金(Fe-Si，F(xiàn)e-Mn，F(xiàn)e-Cr，F(xiàn)e-Mo等)及來(lái)自鐵粉的Fe。若Fe含量增加，則熔敷速度增加，可以實(shí)現(xiàn)焊接操作效率的改善。在本發(fā)明中，在Fe含量為4.0～33.1質(zhì)量％的范圍評(píng)價(jià)焊接操作性。其結(jié)果是，在該范圍內(nèi)，可以確保良好的焊接操作性。
“其他” 本發(fā)明的藥皮電弧焊條，涂裝上述被覆劑后，為了除去水分，以470～540℃進(jìn)行燒成制造。
實(shí)施例
以下，就用于證實(shí)本發(fā)明的效果而進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，將在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的實(shí)施例和脫離本發(fā)明的范圍的比較例進(jìn)行對(duì)比而進(jìn)行說(shuō)明。下述表1顯示下向焊接試驗(yàn)的焊接條件。焊條直徑4.0mm。焊接姿勢(shì)為向上，極性為DCEP(直流正接)，焊接氣氛為溫度30℃，濕度80％。為了被覆劑的再干燥，加熱至350℃的溫度1小時(shí)。供試鋼板為JIS G 3128SHY 685(板厚20mm)。坡口形狀為20°V坡口，坡口間隙16mm。
表1
下述表2顯示立向上角焊試驗(yàn)的焊接條件。焊條直徑4.0mm。焊接姿勢(shì)為向上，預(yù)熱溫度為室溫，極性為DCEP(直流正接)。為了被覆劑的再干燥，加熱至350℃的溫度1小時(shí)。供試鋼板為JIS G 3128SHY 685(板厚12mm)。坡口形狀為T接頭，間隙0mm。
表2
下述表3顯示擴(kuò)散氫試驗(yàn)的焊接條件。焊條直徑4.0mm。焊接姿勢(shì)向下。極性為DCEP(直流正接)，焊接氣氛為，溫度20℃，濕度20％RH。為了被覆劑的再干燥，加熱至350℃的溫度1小時(shí)。
表3
另外，下述表4顯示用于試驗(yàn)的鋼焊芯的成分組成(數(shù)值為質(zhì)量％)。此外，被覆劑的成分組成和D值顯示在下述表5～表8中(組成的數(shù)值為質(zhì)量％)。還有，在表7中，余量一欄記述的數(shù)值的明細(xì)為堿金屬氟化物、堿金屬氧化物、堿土類金屬氟化物(除去CaF2)、堿土類金屬氧化物、B、N及Mg和不可避免的雜質(zhì)(P、S、V、Nb、Sn)的總量。但是，不可避免的雜質(zhì)的量總計(jì)為0.1質(zhì)量％，因此，例如余量為1.0質(zhì)量％時(shí)，堿金屬氟化物、堿金屬氧化物、堿土類金屬氟化物(除去CaF2)、堿土類金屬氧化物、B、N及Mg為0.9質(zhì)量％，不可避免的雜質(zhì)為0.1質(zhì)量％。
在表8中顯示在實(shí)施例和比較例中使用的鋼焊芯的種類A、B。該鋼焊芯A、B的組成顯示在下述表4中。還有，被覆劑的其他成分為P、S、Al、Nb、V。
表9顯示下向焊接的試驗(yàn)結(jié)果。另外，表10顯示向上立焊的試驗(yàn)結(jié)果。還有，擴(kuò)散氫含量顯示在表8中。
表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

然后，使用實(shí)施例和比較例的藥皮電弧焊條，以表3所示的焊接條件進(jìn)行焊接，測(cè)定其熔敷金屬的擴(kuò)散氫含量。測(cè)定方法依據(jù)JIS Z 3118。還有，如果擴(kuò)散氫含量為3.0ml/100g以下，則判斷為良好。該擴(kuò)散氫含量顯示在表8中。
另外，以表1所示的焊接條件，對(duì)高強(qiáng)度鋼HT780鋼進(jìn)行下向焊接，制作熔敷金屬。從該熔敷金屬提取拉伸試驗(yàn)片(JIS Z 3111A1號(hào))和擺錘沖擊試驗(yàn)片(JIS Z 3111A4號(hào))，實(shí)施機(jī)械試驗(yàn)。其結(jié)果是將得到0.2％屈服強(qiáng)度(MPa)和擺錘沖擊值的測(cè)定值Kv-60℃(J)顯示在表9中。還有，如果熔敷金屬的0.2％屈服強(qiáng)度為690MPa以上，-60℃下的擺錘沖擊值為50J以上，則強(qiáng)度和韌性能夠判斷為良好。另外，低溫裂紋的評(píng)價(jià)結(jié)果也顯示在表9中。在該下向焊接試驗(yàn)中，低溫裂紋的評(píng)價(jià)方法如下。焊接后，放置96小時(shí)后，切削襯墊，通過(guò)超聲波探傷試驗(yàn)(JIS Z 3060)及磁粉探傷試驗(yàn)(JIS G 0565)，確認(rèn)有無(wú)缺陷。再通過(guò)SEM(掃描型電子顯微鏡)觀察斷面，確認(rèn)裂紋的斷面形態(tài)。即，由超聲波探傷試驗(yàn)及磁粉探傷試驗(yàn)檢測(cè)的缺陷，通過(guò)SEM觀察確認(rèn)有無(wú)低溫裂紋(氫裂紋)。在此SEM觀察中，斷面為準(zhǔn)解理斷口時(shí)，判定為低溫裂紋。其結(jié)果是，沒(méi)有低溫裂紋時(shí)為○，發(fā)生低溫裂紋時(shí)為×，該評(píng)價(jià)結(jié)果顯示在表9中。還有，缺陷的有無(wú)，首先通過(guò)超聲波探傷試驗(yàn)及磁粉探傷試驗(yàn)這雙方進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)裂紋時(shí)，以SEM觀察斷面形態(tài)。
接著，以表2所示的焊接條件，進(jìn)行立向上角焊，評(píng)價(jià)立向上角焊的焊接操作性。這時(shí)，測(cè)定角焊焊道的腳長(zhǎng)L和余高H，為了評(píng)價(jià)焊道的下垂容易度，使用H/L×100。該H/L×100的值顯示在表10中。如果H/L×100為20以下，則焊接操作性容易判斷為良好(綜合評(píng)價(jià)◎)。
如表8所示，實(shí)施例1～24的擴(kuò)散性氫含量少至3.0ml/100g以下。另外，如表9所示，在實(shí)施例1～24中，能夠得到0.2％屈服強(qiáng)度(PS)、-60℃下的低溫韌性、耐低溫裂紋性全部?jī)?yōu)異的特性。相對(duì)于此，在比較例25～37中，這些特性的某一種低。
比較例25其CaF2超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，SiO2超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，Mn超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，因此低溫裂紋發(fā)生，電弧不穩(wěn)定，熔渣剝離性劣化。
比較例26其TiO2超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，Si低于本發(fā)明范圍的下限，Cr+Mo低于本發(fā)明范圍的下限，D值超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，因此屈低強(qiáng)度低，擺錘沖擊值差。
比較例27其Si低于本發(fā)明范圍的下限，Cr+Mo超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，因此擺錘沖擊值差。
比較例28其Ni超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，因此高溫裂紋發(fā)生。
比較例29其ZrO2超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，D值超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，因此熔渣剝離性劣化。
比較例30其A12O3超過(guò)本發(fā)明范圍的上，Si低于本發(fā)明范圍的下限，因此擺錘沖擊值差，熔渣剝離性劣化，氣孔發(fā)生。
比較例31因此C低于本發(fā)明范圍的下限，所以0.2％屈服強(qiáng)度差。
比較例32因?yàn)镃超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，所以強(qiáng)度過(guò)剩，低溫裂紋發(fā)生。
比較例33因此SiO2低于本發(fā)明范圍的下限，D值超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，所以低溫裂紋發(fā)生，生產(chǎn)性也不良。
比較例34因?yàn)镈值超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，所以低溫裂紋發(fā)生。
比較例35因?yàn)镾i超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，金屬碳酸鹽(以CO2換算值)低于下限，D值超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，因此擺錘沖擊值差，低溫裂紋發(fā)生，融合不良。
比較例36因?yàn)镾i低于本發(fā)明范圍的下限，Ni低于本發(fā)明范圍的下限，金屬碳酸鹽(以CO2換算值)超過(guò)本發(fā)明范圍的上限，所以擺錘沖擊值差，電弧不穩(wěn)定。
比較例37因?yàn)镃aF2低于本發(fā)明范圍的下限，Mn低于本發(fā)明范圍的下限，所以氣孔發(fā)生。
另外，表10所示的實(shí)施例1～17因?yàn)閆值為20.8以下，所以除了上述表9所示的效果以外，還能夠得到向上立焊的良好的焊接操作性。因此，D值和Z值這兩方滿足本發(fā)明的范圍的實(shí)施例1～17，能夠確保焊接金屬的良好的低溫韌性和耐低溫裂紋性，以及全姿勢(shì)焊接的優(yōu)異的焊接操作性。但是，實(shí)施例18～24其Z值沒(méi)有達(dá)到20.8以下，因此全姿勢(shì)焊接中的焊道形狀無(wú)法達(dá)到最佳。
權(quán)利要求
1.一種低氫型藥皮電弧焊條，其在鋼焊芯上涂布有被覆劑，其特征在于，
所述被覆劑的被覆率以焊條總質(zhì)量計(jì)為25～45質(zhì)量％，
所述鋼焊芯以鋼焊芯總質(zhì)量計(jì)含有0.06質(zhì)量％以下的C，
所述被覆劑以被覆劑總質(zhì)量計(jì)含有
金屬碳酸鹽(以CO2換算)14.7～22.4質(zhì)量％；
CaF213.1～24.8質(zhì)量％；
SiO21.1～3.0質(zhì)量％；
C0.01～0.05質(zhì)量％；
Si2.5～6.0質(zhì)量％；
Mn2.2～8.0質(zhì)量％；
Ni1.8～7.0質(zhì)量％；
Cr+Mo的總量0.2～3.7質(zhì)量％；和
從TiO28質(zhì)量％以下、ZrO28質(zhì)量％以下及Al2O30.8質(zhì)量％以下中選出的至少1種，
余量除Fe以外，還允許含有堿金屬氟化物、堿金屬氧化物、堿土類金屬氟化物、堿土類金屬氧化物、B、Al或Mg、和以總量計(jì)為0.1質(zhì)量％以下的不可避免的雜質(zhì)，其中，上述堿土類金屬氟化物中不包括CaF2，
所述不可避免的雜質(zhì)為P、S、V、Nb或Sn，
將[CO2]、[CaF2]、[TiO2]、[SiO2]、[Al2O3]和[ZrO2]分別作為各化合物的含量時(shí)，由下式所表示的D值為3.8以下，
D＝8.42-0.18×[CO2]+0.05×[CaF2]+0.50×[TiO2]-1.36×
[SiO2]-4.36×[Al2O3]+0.71×[ZrO2]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低氫型藥皮電弧焊條，其特征在于，將[CaO]、[CaF2]、[BaO]、[TiO2]、[SiO2]、[Al2O3]和[ZrO2]分別作為各化合物的含量時(shí)，由下式表示的Z值為20.8以下，
Z＝-63.45+1.97×[CaO]+0.13×[CaF2]+6.36×[BaO]-13.52×
[TiO2]+15.61×[SiO2]+41.00×[Al2O3]-16.70[ZrO2]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低氫型藥皮電弧焊條，其特征在于，所述金屬碳酸鹽為碳酸鈣或碳酸鋇。
全文摘要
在屈服強(qiáng)度690MPa級(jí)以上的高張力鋼的焊接中，能夠得到耐裂紋性和低溫裂紋性優(yōu)異的焊接金屬，在全姿勢(shì)焊接中確保良好的焊接操作性。被覆率為25～45質(zhì)量％，在鋼焊芯總質(zhì)量中，含有C為0.06質(zhì)量％以下，被覆劑總質(zhì)量中，含有金屬碳酸鹽(以CO2換算)14.7～22.4質(zhì)量％；CaF213.1～24.8質(zhì)量％；SiO21.1～3.0質(zhì)量％；C0.01～0.05質(zhì)量％；Si2.5～6.0質(zhì)量％；Mn2.2～8.0質(zhì)量％；Ni1.8～7.0質(zhì)量％；Cr+Mo(總量)0.2～3.7質(zhì)量％，余量為Fe、堿金屬氟化物、堿金屬氧化物、堿土類金屬氟化物(除去CaF2)、堿土類金屬氧化物、B、Al或Mg和不可避免的雜質(zhì)(P、S、V、Nb、Sn)。另外，D＝8.42-0.18×[CO2]+0.05×[CaF2]+0.50×[TiO2]-1.36×[SiO2]-4.36×[Al2O3]+0.71×[ZrO2]≤3.8。
文檔編號(hào)B23K35/365GK101722388SQ20091016916
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月11日
發(fā)明者日高武史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所