专利名称：：气电立焊用药芯焊丝的制作方法
技术领域：
：本发明涉及可以进行YP460钢等的厚钢板的立向单道焊(verticalone-passwelding)的单电极气电立焊用药芯焊丝。
背景技术：
：气电立焊作为高能率立向焊接方法(high-efficiencyverticalweldingprocess),被应用于船舶、石油储藏罐及桥梁等的宽广领域。近来，中国东亚诸国的经济、产业的发业显著，随着物流量的增加，以集装箱货物的效率化的输送为目的，集装箱船的大型化急速推进。随着集装箱船的大型化，舷侧外板(sideshellplating)或舱口围板(hatchcoaming)等的厚壁化推进，集装箱载重量为8000TEU时，若使用屈服强度(yieldstrength)390N/mm2的钢材，则应用厚度为80mm左右。另一方面，钢材的屈服强度为460N/mm2以上，应用板厚能够减薄至60mm左右，可以使船体轻量化。由此，燃费效率提高，同时焊接施工效率也提高。因此，钢材的高强度化推进，就期望开发出与之相应的气电立焊用药芯焊丝。历来，有关气电立焊对于屈服强度为460N/mr^以上这样的高强度的钢材的应用的研究一直进行。例如专利文献l提出一种气电立焊方法，其是通过规定焊丝的化学组成和焊接金属的化学组成，使耐脆性破坏特性(ante-britteefracturecharacteristics)提高。但是，为了适用这种高强度的钢材，焊接接头强度的确保很重要。在进行气电立焊这样的高热能输入焊接(high-heatinputwelding)时，钢材的热影响部(heataffectedzone)的宽度大，因此热影响造成的钢材的软化宽度也大，就存在不能确保充分的接头强度这样的问题点。因此，为了解决这一课题而提出，较之以往进一步提高焊接金属的强度，约束热影响部的塑性变形，实现接头强度的确保。专利文献1特开2005-329460号公报然而，若单纯地在现有焊丝中进一步添加合金成分，以提高强度，则焊接时的熔渣的粘度变高，作业性变差，同时母材稀释(basematerialdilution)也变小，因此焊接金属的强度变得过高，存在韧性劣化的问题点。
发明内容本发明鉴于这一问题点而做，其目的在于，提供一种气电立焊用药芯焊丝，其在厚钢板的单电极气电立焊中的作业性优异，此外还能够得到强度高，且冲击性能优异的焊接金属。本发明的气电立焊用药芯焊丝(flux-coredwire),是为了配置形成有表面侧比背面侧宽广的坡口(groove)的l对被焊接板，使所述坡口在上下方向上延伸，在所述被焊接板的表面侧衬垫相对于所述被焊接板向上方滑动的滑动铜板，在所述被焊接板的背面侧衬垫对着所述被焊接板而被固定的衬垫材料(backingmaterial),通过单电极气电立焊对所述坡口内实施竖向对焊(verticalbuttwelding)而使用的药芯焊丝，其特征在于，焊丝总质量中，含有C:0.030.07质量yo、Si:0.30.6质量％、Mn:1.82.0质量°/。、Ni:0.91.2质量％、Mo:0.30.8质量％、Ti:0.100.27质量％、B:0.0080.014质量％、Mg:0.150.30质量％、熔渣生成剂1.02.0质量％、熔渣生成剂之中，F:0.40.7质量％(F换算值基于焊丝总质量)，规定Cr:0.1质量％以下、Al:0.05质量％以下、P:0.025质量％以下、S:0.025质量％以下。本发明的其他气电立焊用药芯焊丝，其特征在于，使金属碳酸盐以C02换算值计，焊丝总质量中含有C02:0.100.25质量％。根据本发明，厚钢板的单电极气电立焊的作业性提高，此外能够得到强度高，且冲击性能优异的焊接金属。图l是表示焊接方法的图。符号说明h被焊接板2:滑动铜板3:衬垫材4:保护气体供给部5:焊接金属6:烙渣和熔池7:电极8:管9:熔渣排出槽具体实施方式以下，对于本发明的实施的方式，参照附图具体说明。图1是表示使用本发明的药芯焊丝(flux-coredwire)，通过单电极气电立焊，进行竖向对焊(verticalbuttwelding)的方法的模式图。该图1是显示被焊接钢板1的V坡口(V-groove)的内部的图，图的右侧是被焊接钢板的表面，左侧是背面。在被焊接板l的背面侧的坡口部分，衬垫有相对于被焊接板1被固定的衬垫材料3，在被焊接板1的表面侧的坡口部分，衬垫有相对于被焊接板1而向上方滑动的滑动铜板2。在该滑动铜板2的上部，设有向坡口向供给保护气体的保护气体的供给部4。滑动铜板2自身被经由管8供给的冷却水冷却。然后，从被焊接板1的表面侧将悍接电极7插入坡口内，由焊接电极7生成电弧，边沿着被焊接板1的厚度方向横向摆动(weaving),边使滑动铜板2上升，焊接被焊接板1。由此，熔融渣(liquidslag)及熔池(weldpool)6被形成，熔池6凝固而形成焊接金属5。在滑动铜板2和被焊接板1之间，形成有熔渣排出槽(slagescapegroove)9。在运用这种单电极气电立焊进行的竖向对焊中，本发明者们进行锐意研究的结果发现，通过进一步适当规定焊丝的化学组成，即使在高强度的焊接接头中，作业性也良好，能够提高焊接金属的冲击性能。为了提高约束热影响部的塑性变形的约束力，历来都需要提高焊接金属的强度，因此，需要使焊接增加Si、Mn、Mo等的合金成分。但是，若这些成分增加，则熔融金属及熔融渣的粘度变高，不能从图l所示的熔渣排出槽良好地排出熔渣。因此，熔渣在熔池中过度存积，造成电弧不稳定。烙深(penetration)也变浅，容易发生融合不良(incompletefiision)，此外还有强度变得过高，韧性也劣化这样的问题。另外，对于韧性劣化，以前，主要能够通过添加具有使韧性稳定化效果的Ni而实现改善。但是，若是如此添加以Ni为主体的成分系的合金成分，以提高接头强度，则确认到韧性劣化的倾向。因此，本发明者们为了开发出可以实现前述的焊接作业性的改善，即熔渣排出性良好，且能够得到冲击性良好的焊接金属的焊丝的尬发系而锐意研究，其结果表明，添加到焊丝中的合金成分的适当化，以及严密规定熔渣生成剂的量及其中的F量是有效的。若熔融金属和熔融渣的粘度高，则如前述，熔渣的排出性变差。但是，通过调整Si、Mn添加量而不使之过度，则能够抑制熔融金属和熔融渣的粘度的上升。此外，通过增加熔渣生成剂(slagformingagent)的量，能够使熔融渣容易流向熔渣排出槽，防止粘度高的熔融金属堵塞熔渣排出槽。另外，通过增加熔渣生成剂之中的F量，能够降低熔融渣的粘度，优化排出性。关于冲击性能，可知通过比以往降低Ni量，添加Mo，可以使组织微细化，对厚板的强度及韧性的确保有效。但是，若过度降低Ni，则没有降低转变温度的效果，低温下的韧性劣化。另一方面，若Mo量过大，则淬火效果(quenchingeffect)高，因此强度变得过高，走向韧性劣化的方向。如此，Ni、Mo量的适当化对焊接金属的强度及韧性的稳定化很重要。以下，对于本发明的药芯焊丝的成分添加理由及组成限定理由进行说明。还有，在此所谓质量％，除非特别限定，否则均指占焊丝总质量的质"C:0.030.07质量％"c是用于确保焊接金属的强度不可或缺的元素，但是若出于提高强度的目的而过度地添加，则韧性劣化。因此，为了提高强度而添加c达到现有以上不为优选。C的质量低于0.03质量。/。时，焊接金属的强度降低，得不到目标强度。另一方面，若C超过0.07质量％，则焊接金属的强度过高，韧性劣化。还有，作为C源，有钢制外皮中(steelsheath)的C、C单体、铁粉及金属粉中的C等。但是，不含金属碳酸盐中的C03、co2。更优选C为0.040.04质量％。"Si:0.30.6质量％"为了提高焊接金属的强度，需要比以往更多地添加Si。另外，Si作为脱氧剂会降低焊接金属的氧量，也有使韧性提高的效果。Si的质量低于0.3质量％时，焊接金属的韧性劣化。另一方面，若Si超过0.6质量。/。，则熔融渣的粘度变高，熔渣排出性差，电弧不稳定，融合不良发生。还有，作为Si源，有钢制外皮中的Si、Fe-Si、Fe-Si-Mn、Fe-Si-B、Fe-Si-Mg、REM-Ca-Si等。"Mn:1.82.0质量％"为了提高焊接金属的强度，也需要比以往更多地添加Mn。另夕卜，Mn作为脱氧剂也有降低焊接金属的氧量，使韧性提高的效果。Mn的质量低于1.8质量％时，悍接金属的强度降低，得不到目标强度。另一方面，若Mn超过2.0质量。/。，则焊接金属的强度变得过高，韧性劣化。还有，作为Mn源，有有钢制外皮中的Mn、金属Mn、Fe-Mn、Fe-Si-Mn等。"Ni:0.91.2质量％"Ni是奥氏体形成元素，如前述，具有使焊接金属的韧性稳定的效果。但是，为了添加Mo等的合金成分，通过组织微细化效果(micmstructurerefinementeffect)来确保韧性，需要比以往减少Ni的添加量直至韧性不会不稳定的程度。但是，Ni的质量低于0.9质量。/。时，焊接金属的韧性不稳定并劣化。另一方面，若Ni超过1.2质量Q/。，则强度变得过高，韧性劣化。还有，作为Ni源，有金属Ni、Fe-Ni、Ni-Mg等。"Mo:0.30.8质量％"为了提高焊接金属的强度，需要比以往更多地添加Mo。另外，Mo是铁素体形成元素，具有提高焊接金属的淬火性的效果，是对凝固组织微细化(refinementofsoldidificationmicrostructure)有效的元素。因此，Mo使韧性提高。Mo的质量低于0.3质量M时，焊接金属的强度降低，得不到目标的焊接接头强度。另一方面，若Mo超过0.8质量。/。，则强度变高，韧性劣化。还有，作为Mo源，有金属Mo、Fe-Mo等。更优选Mo为0.40.6质量％。"Ti:0.100.27质量％"Ti利用与B的协同效果而使焊接金属组织微细化，具有使韧性提高的效果。Ti的质量低于0.10质量。/。时，得不到组织的微细化效果，焊接金属的韧性劣化。另一方面，若71超过0.27质量％，则在焊接金属中Ti过剩，韧性劣化。还有，作为Ti源，金属Ti、Fe-Ti等。更优选Ti为0.150.25质量％。"B:0.0080.014质量％"B通过少量的添加，在与Ti的协同效果下使焊接金属组织微细化，具有提高韧性的效果。B的质量低于0.008质量％时，得不到组织的微细化效果，焊接金属的韧性劣化。另一方面，若B超过0.014质量％，则焊接金属中B过剩，强度变得过高，韧性劣化。还有，作为B源，有Fe-B、Fe-Si-B、B203等。"Mg:0.150.30质量％"Mg作为脱氧剂而具有降低焊接金属的氧量，使韧性提高的效果。Mg的质量低于0.15质量％时，得不到焊接金属氧量降低效果，焊接金属的韧性劣化。另一方面，若Mg超过0.30质量。/。，则电弧不稳定，飞溅多发。还有，作为Mg源，有金属Mg、Al-Mg、Fe-Si-Mg、Ni-Mg等。更优选Mg为0.180.25质量％。"A1:0.05质量％以下" 若焊接金属的Al量高，则Ti氧化物带来的组织微细化效果受到抑制，韧性劣化，因此Al抑制在0.05质量％以下。更优选Al为0.03质量％以下。"Cu:0.3质量％以下"Cu没有刻意添加。但是，由于药芯焊丝的外周面的镀敷，会不可避免地被含有0.3质量％以下，但是允许该程度的量。更优选Cu为0.2质量%以下。"Cr:0.1质量％以下"Cr是铁素体形成元素，具有提高焊接金属的淬火性的效果，但是该效果与Mo相比较小，不用刻意添加，但不可避免地会含有0.1质量％并被允许。更优选Cr为0.06质量％以下。"P、S:0.025质量％以下"若P、S高，则容易发生高温裂纹发生，因此分别将其抑制在0.025质量％以下。更优选P、S分别在0.015质量％以下。"熔渣生成剂1.02.0质量％"熔渣生成剂对于电弧稳定化、飞溅降低、烧穿防止等焊接作业性的稳定化不可欠缺。本发明的焊接金属成分，合金元素多，熔融金属被氧化的成分量也多。因此，熔融金属及熔融渣的粘性变高，熔融金属会堵塞熔渣排出槽，此外，由于粘度高的熔融渣还会导致熔渣的排出性显著变差。因此，要比以往增加熔渣生成剂的量，使熔融金属不会来到熔渣排出槽，从而抑制作业性的劣化。若熔渣生成剂的量低于1.0质量％，则熔渣量不足，熔融金属会堵塞熔渣排出槽，熔渣的排出性变差，因此发生融合不良。此外，熔渣无法抑制熔融金属，容易发生烧穿。另一方面，若熔渣量超过2.0质量％，则所供给的熔渣量过大，熔渣的排出性反而变差。因此，电弧不稳定，发生融合不良。更优选熔渣生成剂为1.31.8质量％。"熔渣生成剂之中，F:0.40.7质量％(F换算值基于焊丝总质量)"只规定前述的熔渣生成剂的量，并不能实现作业性的提高。因此，对于熔渣生成剂的F量进行研究。F具有降低熔融渣的粘性，使熔渣的排出性降提高的效果。若其质量低于0.4质量％，则熔渣的排出性变差，电弧不稳定，发生融合不良。另一方面，若F超过0.7质量。/。，则熔融渣的粘性变得过低，排出性过于良好，因此无法保持熔融金属，熔融金属容易发生烧穿。F量更优选为0.50.7质量％。还有，作为F源，有CaF2、BaF2、NaF、K2SiF6、SrF2、AIF3、MgF2、LiF等。所谓F量，是将这些化合物的量换算成F量的值，是焊丝总质量中的含量。"C02:0.100.25质量％"C02通常通过碳酸盐被添加到焊丝中。因碳酸盐的分解而发生的co2具有稳定扩大电弧的效果。通过在焊丝中添加碳酸盐，电弧在宽阔的状态下稳定，因此熔融渣从熔渣排出槽被稳定地排出。若CO2量低于0.10质量％，则得不到该效果，易发生融和不良。另一方面，若CO2量超过0.25质量％，则气体发生量过大，电弧容易有一些不稳定。更优选CO2为0.150.2质量％。还有，作为碳酸盐，有CaC03、MgC03、BaC03、Li2C03、Na2C03、Sr2C03等。所谓002量，是这些碳酸盐的C02量换算值。还有，作为熔渣生成剂，有Si。2、CaO、Na20、MgO、A1203、Li20、CaF2、BaF2、NaF、SrF2、K20、K2SiF6、A1F3、MgF2、LiF、CaC03、MgC03、BaC03、Li2C03、Na2C03、Sr2CO^。药芯焊丝的余量，除了Fe、8203的O及REM以外，是不可避免的杂质。还有，余量之中，Fe含有90质量。/。以上，此Fe源为钢制外皮、铁粉、Fe的合金的Fe等。另外，本发明的药芯焊丝的助焊剂填充率为，占焊丝总质量的2030质量％。实施例在本发明的气电立焊中，因为受到母材的影响也不小，所以作为适用钢板，在一般结构用轧制钢材、焊接结构用轧制钢材、焊接结构用高屈服点钢板、建筑结构用轧制钢、船舶用所使用的钢板之中，优选下述表l所示的范围(单位为质量％)。在本实施例中使用的被焊接钢板，为下述表2所示的钢板(单位为质量％)。该供试钢板具有板厚60mm、宽500mm、长1000mm的尺寸。在此表1及2中，碳等量Ceq由下述数式1表现。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>数1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>然后，下述表3显示试验条件，表4显示焊接施工条件。以此表3及表4所示的条件进行单道焊。然而在焊接中确认作业性。焊接后，进行UT检查，确认有融合不良。还有，焊接不稳定的启动侧及弧坑(crater)侧的各100mm为检查对象。因此，有效长度为800mm。还有，途中烧穿的会变短。在有效长度的范围中，未确认到融合不良的为，融合不良的长度低于2%的为〇，超过2。/。的为X。还有，焊丝线径为1.6mm。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>关于焊接金属的冲击试验，根据JISZ3128所规定的方法，测定一20。C下的冲击值，3个冲击值的平均值为53J以上的判断为冲击性能良好。焊接金属的强度在焊接金属的中央部的位置，使用NKUIA号试验片进行测定(试验片直径10mm，标点距离50mm)，以600N/mm2以上为目标强度。下述表5及表6显示焊丝的化学组成(单位为质量％)。另外，用这些焊丝进行焊接时的焊接金属的特性显示在表7中。该表5及表6所示的组成的实施例114的焊丝，焊接作业性良好，韧性也良好，能够得到作为目标的焊接金属强度。比较例15的焊丝，焊丝的熔渣生成剂之中，F的量低于0.4质量。/。，熔渣的排出性差，融合不良发生。比较例16的焊丝，焊丝的C量低于0.03质量％，Mn量超过2.0质量%，Mo量低于0.3质量n/。，无法得到目标的强度。比较例17中，焊丝的C量超过0.07质量％，Mn量超过2.0质量％，Mo量超过0.8质量。/。，焊接金属的强度过高，韧性劣化。比较例18中，焊丝Si量低于0.3质量％，韧性劣化。比较例19中，焊丝的Ti量超过0.27质量％,B量超过0.014质量％，焊接金属强度过高，韧性劣化。比较例20中，焊丝的熔渣生成剂的量超过2.0质量％，熔渣的排出性变差，发生了融合不良。比较例21中，焊丝的熔渣生成剂的量低于1.0质量％，熔渣的排出性变差，发生了融合不良。此外，在焊接途中焊接金属烧穿。比较例22中，焊丝的Si量超过0.6质量％，熔渣的排出性变差，发生了融合不良。此外，焊比Ni量超过1.2质量。/。，焊接金属强度变得过高，韧性劣化。比较例23中，焊丝Ti量低于0.10质量％，B量低于0,008质量％，得不到焊接金属组织的微细化效果，韧性劣化。比较例24中，焊丝的熔渣生成剂之中F量超过0.7质量％，焊接途中烧穿。比较例25中，焊丝的Mn量低于1.8质量。/c)，得不到目标的强度。比较例26中，焊丝的Ni量低于0.9质量n/。，韧性劣化。比较例27中，焊丝的Mg量低于0.15质量n/。，韧性劣化。比较例28中，焊丝的Mg量超过0.30质量n/。，飞溅多发。比较例29中，焊丝的P量超过0.025质量％，高温裂纹发生，韧性劣化。比较例30中，焊丝的S量超过0.025质量％，高温裂纹发生，韧性劣化。比较例31中，焊丝的八1量超过0.05质量％，韧性劣化。比较例32中，焊丝的Cu量超过03质量y。，焊接途中烧穿。比较例33中，焊丝的0量超过0.10质量％，熔池中熔渣变多，飞溅多发。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表6N<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表7<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>权利要求1.一种气电立焊用药芯焊丝，其特征在于，是使用于下述焊接的药芯焊丝配置形成有表面侧比背面侧宽广的坡口的1对被焊接板，使所述坡口在上下方向上延伸，在所述被焊接板的表面侧衬垫与所述被焊接板在上方相对滑动的滑动铜板，在所述被焊接板的背面侧衬垫相对于所述被焊接板被固定的衬垫材，通过单电极气电立焊对所述坡口内实施竖向对焊，所述气电立焊用药芯焊丝以焊丝总质量计含有C0.03～0.07质量％、Si0.3～0.6质量％、Mn1.8～2.0质量％、Ni0.9～1.2质量％、Mo0.3～0.8质量％、Ti0.10～0.27质量％、B0.008～0.014质量％、Mg0.15～0.30质量％、熔渣生成剂1.0～2.0质量％，在熔渣生成剂中，基于焊丝总质量以F换算值计，F0.4～0.7质量％，并且，限定Cr0.1质量％以下、Cu0.3质量％以下、Al0.05质量％以下、P0.025质量％以下、S0.025质量％以下。2.根据权利要求1所述的气电立焊用药芯焊丝，其特征在于，将金属碳酸盐以C02换算值计，在焊丝总质量中含有CO"0.100.25质量％。全文摘要本发明提供一种气电立焊用药芯焊丝，其在厚钢板的单电极气电立焊中的作业性优异，此外能够得到强度高，且冲击性能优异的焊接金属。含有C0.03～0.07质量％、Si0.3～0.6质量％、Mn1.8～2.0质量％、Ni0.9～1.2质量％、Mo0.3～0.8质量％、Ti0.10～0.27质量％、B0.008～0.014质量％、Mg0.15～0.30质量％、Al0.05质量％以下、P0.025质量％以下、S0.025质量％以下、熔渣生成剂1.0～2.0质量％、熔渣生成剂之中F0.4～0.7质量％。文档编号B23K35/368GK101396777SQ200810148998公开日2009年4月1日申请日期2008年9月22日优先权日2007年9月28日发明者中野利彦,桥本哲哉,石崎圭人,角博幸申请人:杰富意钢铁株式会社;株式会社神户制钢所