專利名稱：：焊接金屬及二氧化鈦系藥芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及由Ti02(二氧化鈦)系藥芯焊絲(以下稱FCW:Fluxcoredwire)焊接的焊接金屬及此二氧化鈦系藥芯焊絲，特別涉及將焊接金屬的耐高溫裂紋性改善得與實芯焊絲同等或在其之上的技術(shù)。
背景技術(shù)：
：在造船、橋梁等制作大型焊接結(jié)構(gòu)物的領(lǐng)域中，為了實現(xiàn)焊接的效率化，當進行由中板厚板鋼板構(gòu)成的對焊接頭的焊接時，要實現(xiàn)接頭的狹坡口化，另一方面，要增多每1層焊道的的熔敷量，以13層焊道左右的盡可能少的焊道數(shù)完成焊接，因此采用在借助氣體保護電弧焊的少焊道高熱能輸入下實施的高效率焊接法。在這種高效率焊接法中，對于焊接用焊絲而言，比起實芯焊絲，多采用熔敷速度大的FCW。此二氧化鈦系的全姿勢用FCW，不僅能夠以1根焊絲進行全姿勢焊接，而且還具有良好的焊接作業(yè)性、高效率性及良好的焊接金屬性能等特征(專利文獻1)。但是，作為二氧化鈦系FCW的缺點之一可列舉的一點是，二氧化鈦系FCW與實芯焊絲相比，其耐高溫裂紋性能、特別是坡口初層部及狹窄部在焊接時的耐高溫裂紋性能差。在這樣的現(xiàn)狀下，關(guān)于焊接金屬的高溫裂紋性能的提高就受到研究(例如，非專利文獻1)。在該非專利文獻1的出版物中，記述有P、S及B等元素使耐高溫裂紋性顯著劣化，另外還記述作為該高溫裂紋的防止，Mn的添加有效等。這些P、S及B等的元素，被推測為在焊接金屬凝固時最終凝集在凝固部，成為低熔點的共晶。該共晶的部分以熔融狀態(tài)殘留，并受到來自周圍的凝固收縮，在凝固結(jié)束后使裂紋發(fā)生。另一方面，在專利文獻2中，是對于焊接金屬添加Nb造成組成的過冷，以及添加Al和Ti帶來核生成催化效果，利用這兩種復(fù)合效果而使焊接金屬中央部的柱狀晶等軸晶化，由此抑制高溫裂紋。專利文獻1特開2002-137090號公報專利文獻2特開2004-358552號公報非專利文獻1焊接學(xué)會志第49巻U980年)第1號第1923頁及第44巻(1975年)第7號第2025頁等非專利文獻2金屬材料，VoU7，No.7，1824頁然而，如前述，非專利文獻1所公開的二氧化鈦系FCW，無法滿足最近對于二氧化鈦系藥芯焊絲的耐高溫裂紋性能的要求。近來，作為耐高溫裂紋性能，具體來說要求具有與實芯焊絲同等的耐高溫裂紋性能。另外在專利文獻2中，要過剩地添加A1，而這種過剩的A1添加會成為焊接金屬的延性降低的原因，因此不為優(yōu)選。如此，具有良好的作業(yè)性，并具有實芯焊絲水平的耐高溫裂紋性能的二氧化鈦系FCW目前尚不存在。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于這一問題點而做，其目的在于提供一種二氧化鈦系藥芯焊絲，其能夠取得具有與實芯焊絲同等或在其之上的耐高溫裂紋性能的焊接金屬，以及能夠以高焊接作業(yè)性(全姿勢焊接)得到該焊接金屬。本發(fā)明的焊接金屬其特征為，在由二氧化鈦系藥芯焊絲焊接的焊接金屬中，(3的含量為0.029%以上，以相對于焊接金屬總質(zhì)量的質(zhì)量°/。計，分別設(shè)B、C、Mn、N、P、S、Si、Ti的含量為[B]、[C]、[Mn]、[N]、[P]、[S]、[Si]、[Ti]時，由下述數(shù)式l定義的固相線溫度Ts為1355X:以上，如此來含有前述各成分。數(shù)式1Ts=1538—8903X[B]—982X[C]—6.64X[Mn]—511X[N]—368X[P]—3603X[S]—47.0X[Si]—205X[Ti]—17本發(fā)明的焊接金屬，優(yōu)選具有如下組成含有B:0.005質(zhì)量％以下(不含0)、N:0,00450.02質(zhì)量％、Ti:0.0250.1質(zhì)量％、Mn:L01.7質(zhì)量％、Si:0.20.7質(zhì)量％、C:0,050.09質(zhì)量％及O:0.050.09質(zhì)量％，此外還含有Cu、Ni、Cr、Mo、Al、Nb及V之中的至少1種元素0.5質(zhì)量%以下(不含O)，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。本發(fā)明的二氧化鈦系藥芯焊絲，是在鋼制外皮之中填充焊劑而成，以普通鋼為焊接對象，是用于得到權(quán)利要求13中任一項所述的焊接金屬的二氧化鈦系藥芯焊絲，其中，每焊絲總質(zhì)量中，含有N:0.0010.022質(zhì)量％、Ti02:57質(zhì)量％、Mn:2.303.75質(zhì)量％及C:0.0300.055質(zhì)量％，此外，以相對于焊絲總質(zhì)量的含量(質(zhì)量％)計，分別設(shè)B、C、Mn、N、P、S、Si、Ti、Ti02的含量為[B]、[C]、[Mn]、[N]、[P]、[S]、[Si]、[Ti]、[Ti02]時，由下述數(shù)式2定義的固相線溫度Ts為1355。C以上，如此來含有前述各成分。數(shù)式2Ts=1538—2938X[B]—1640X[C]—3.05X[Mn]—327X[N]—261X[P]—2594X[S]—26.3X[Si]—17.5X[Ti]—1.95X[Ti02]—25.5在該二氧化鈦系藥芯焊絲中，優(yōu)選還含有B:0.0155質(zhì)量°/。以下(不含0)、Si:0.85質(zhì)量％以下(不含0)或Ti:0.60質(zhì)量％以下(不含0)。在本發(fā)明中，通過以焊接金屬成分的含量為基礎(chǔ)由數(shù)式1計算的固相線溫度為1355"C以上，，能夠改善焊接金屬的耐高溫裂紋性能。根據(jù)本發(fā)明，能夠得到耐高溫裂紋性能優(yōu)異的焊接金屬，并且作為用于得到該焊接金屬的二氧化鈦系藥芯焊絲，能夠得到合姿勢焊接中的焊接作業(yè)性得到提高的藥芯焊絲。圖1是表示耐高溫裂紋性試驗中使用的焊接母材的坡口形狀的剖面圖。圖2是表示比較例15、實施例623的固相線溫度和裂紋率的關(guān)系的曲線圖。符號的說明1:母材2:耐火材3:鋁帶具體實施例方式以下，參照附圖對于本發(fā)明進行具體地說明。首先，就本發(fā)明的焊接金屬的成分添加理由及組成限定理由進行說明。"B:0.005質(zhì)量％以下(不含O)"P作為使焊接金屬部的韌性提高的元素而被添加，但B的含量若超過0.005質(zhì)量％，則耐高溫裂紋性差，因此優(yōu)選為0.005質(zhì)量％以下。"N:0.00450.02質(zhì)量％"N是確保焊接金屬部的強度的元素。另外，N將B作為BN固化，從而具有改善耐高溫裂紋敏感性的效果。但是，這些效果在N低于0.0045質(zhì)量％時其效果不充分。另一方面，若N含量超過0.02質(zhì)量M，則使焊接金屬部的韌性顯著降低。因此，N優(yōu)選為0.00450.02質(zhì)量。/。。"Ti:0.0250.1質(zhì)量％"Ti作為脫氧劑以及用于提高作業(yè)性而添加，但是當Ti低于0.025質(zhì)量%時，其效果不充分，反之若含有Ti超過O.l質(zhì)量％，則焊接金屬的韌性降低。因此，Ti優(yōu)選為0.0250.1質(zhì)量％。"Mn:1.01.7質(zhì)量％"Mn作為脫氧劑以及用于調(diào)整焊接金屬的機械的性質(zhì)而添加，但是當Mn低于1.0質(zhì)量。/。時，焊接金屬的韌性(沖擊值)低。另夕卜，若Mn超過1.7質(zhì)量％，則焊接金屬的強度過高。因此，Mn量優(yōu)選為1.01.7質(zhì)量％。"Si:0.20.7質(zhì)量％"Si作為脫氧劑以及用于調(diào)整焊接金屬的流動性以優(yōu)化焊道的熔合而添加。但是，當Si低于0.2質(zhì)量M時，焊道容易變成凸狀焊道，另外因脫氧不足導(dǎo)致的氣泡(氣孔)多發(fā)。另一方面，若Si超過1.7質(zhì)量n/。，則焊接金屬的強度過高，焊接金屬的韌性顯著降低，并且耐高溫裂紋性惡化。因此，Si量優(yōu)選為0.20.7質(zhì)量°/。。"C:0.029質(zhì)量％以上，優(yōu)選C:0.050.09質(zhì)量°/0"C是使焊接金屬的強度增加的元素，因此需要添加0.029質(zhì)量％以上。另外，當C低于0.05質(zhì)量M時，則不能獲得期望的強度。另一方面，若C超過0,09質(zhì)量％，則焊接金屬的韌性降低，因此不為優(yōu)選。因此優(yōu)選C為0.050.09質(zhì)量％。"O:0.050.09質(zhì)量％"一般來說，鋼中的氧有著使韌性及延展性特性降低的傾向，優(yōu)選使o為0.09質(zhì)量％以下。另一方面與之相對的是，在焊接金屬內(nèi)含有0.05質(zhì)量%以上的氧，微細分散的夾雜物被形成，從而能夠得到良好的韌性。根據(jù)以上，氧含量優(yōu)選為0.050.09質(zhì)量％。"Ts《D55。C"在關(guān)于焊接金屬的高溫裂紋性能的研究(例如非專利文獻2)中，對焊接金屬的高溫裂紋的發(fā)生機理有如下公開。若焊接金屬開始凝固，同在凝固中存在延性極的凝固脆性溫度區(qū)域(BTR)，在固相和液相混雜的該溫度域(BTR)中，低熔點元素在液相中偏析，由于在該凝固結(jié)束之前存在的低熔點元素的液相區(qū)域無法對抗收縮應(yīng)變，從而導(dǎo)致裂紋發(fā)生。因此，作為高溫裂紋抑制方法，認為有效的是縮小凝固脆性溫度區(qū)域(BTR)。但是，來自本發(fā)明者等的實驗研究的結(jié)果判明，在根據(jù)焊接金屬部的組成來估計液相的熔點的手法中，依據(jù)偏析等的影響實際上并不能正確地評價高溫裂紋發(fā)生的凝固結(jié)束部的液相的熔點。其結(jié)果是，不能得到正確的高溫裂紋抑制指標，存在不能開發(fā)出耐高溫裂紋性得以改善的焊絲的現(xiàn)狀。因此本發(fā)明者在對焊接頭這樣以少焊道高熱能輸入進行的氣體保護電弧焊中，為了改善初層焊道的耐高溫裂紋性而進行各處的實驗，另外，考慮焊接金屬部的冷卻速度及焊接金屬成分的擴散、固相和液相之間的成分的分配、焊接金屬的柱狀晶的凝固形態(tài)，計算焊接金屬成分的偏析程度，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由數(shù)式1定義的參數(shù)Ts(固相線溫度)是對初層焊道的耐高溫裂紋性造成影響的參數(shù)。而且，以該參數(shù)Ts為基礎(chǔ)進行了各種實驗，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將Ts控制在1355'C以上的范圍，對于改善初層焊道的耐高溫裂紋性極其有效。"Cu、Ni、Cr、Mo、Al、Nb、V:0.5質(zhì)量％以下(不含0)"另外在本發(fā)明中，為了調(diào)整焊接金屬的強度及韌性，如果使Cu、Ni、Cr、Mo、Al、Nb、V的至少l種以上在0.5質(zhì)量。/。以下的范圍內(nèi)，則不會對固相線溫度Ts造成影響，因此也可以含有。"P:0.015質(zhì)量％以下"P是雜質(zhì)元素，但是若P含量超過0.015質(zhì)量％，則而高溫裂紋性顯著變差，因此P優(yōu)選為0.015質(zhì)量％以下。"S:0.015質(zhì)量％以下"S是雜質(zhì)元素，但是若S含量超過0.015質(zhì)量％，則而高溫裂紋性顯著變差，因此S優(yōu)選為0.015質(zhì)量％以下。其次，對于本發(fā)明的二氧化鈦系藥芯焊絲進行說明。該二氧化鈦系藥芯焊線具有的組成為，B:0.0155質(zhì)量％以下(不含O)、P:0.025質(zhì)量％以下、S:0.021質(zhì)量％以下、N:0.0020.022質(zhì)量％、Ti:00.60質(zhì)量%、Ti02:57質(zhì)量％、Mn:2.303.75質(zhì)量％、Si:0.85質(zhì)量％以下(不含0)、C:0.0300.055質(zhì)量％。還有，在藥芯焊絲中，作為B源，有Fe-B、Fe-Si-B、8203等。P、S來自鋼制外皮及焊劑原料的雜質(zhì)，并包含在焊絲中。N源來自鋼制外皮及氮化鉻、氮化鈦、焊劑原料的雜質(zhì)等，并包含在焊絲中。作為Ti源，有金屬Ti、Fe-Ti等。Ti02源有金紅石(rutile)、鈦酸鉀玻璃及>-**>(礦產(chǎn)名)等。還有，若Ti02比此下限值(5%)低，則立向的作業(yè)性劣化，若超過上限值(7%)，則焊接金屬的氧量處于高的傾向。作為Mn源，有鋼制外皮中的Mn、焊劑中的金屬Mn、Fe-Mn、Fe-Si-Mn等。作為Si源，有鋼制外皮中的Si、焊劑中的Fe-Si、Fe-Si-Mb、Fe-Si-B、Fe-Si-Mg、REM-Ca-Si等。作為C源有鋼制外皮中的C、焊劑中的C單體、鐵粉及金屬粉的C等。本發(fā)明的焊絲中的Fe含有80。/。以上，該Fe外皮、鐵粉、Fe合金中的Fe等。其他余量，含有作為前述的B、P、S、N、Ti、Ti02、Mn、Si、C源使用的原料的該成分以外的成分，和金屬Cu、Ni、Cr、Mo、Al、Nb、Mg、V、Ca、Zn等不可避免的雜質(zhì)，以及熔渣生成劑。還有，作為熔渣生成劑，有SiCh、CaO、Na20、Zr02、K20、A1203、Li20、Bi203、K2SiF6、CaF2、BaF2、NaF、V205、FeO、Nb205、Cr203、Fe203、Sn02、SrF2、A1F3、MgF2、LiF、CaC03、MgC03、BaC03、Li2CC>3、Na2C03、Sr2C03等。另外，藥芯焊絲的焊劑填充率為焊絲總質(zhì)量的1020質(zhì)量％。還有，焊接對象母材例如為焊接結(jié)構(gòu)用軋制鋼板(SM400B、SM490A)或造船用鋼板(AH32、DH36)等的普通鋼。這些鋼種的組成的一例顯示表i<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例其次，將本發(fā)明的實施例的特性與脫離本發(fā)明的范圍的比較例進行比較，對于本發(fā)明的效果進行說明。焊接條件如下。焊接姿勢下向保護氣體100體積n/。CO2焊接電流240A焊接電壓30V焊接速度375mm/分焊絲直徑1.2mm供試鋼板SM400B坡口形狀35°V坡口坡口間隙-4mm還有，焊接速度375mm/分為目標值，在實際的焊接試驗中，會產(chǎn)生一些速度差。各實施例、比較例中的焊接速度顯示在表2-2中。但是，該表2-2所示程度的焊接速度的波動對試驗結(jié)果造成的影響很小。還有，試驗對象的鋼種為SM400B鋼(組成參照表1)。由此焊接試驗得到的焊接金屬的組成(質(zhì)量％)表示在下述表2-1、2-2中。另外，使用的二氧化鈦系藥芯焊絲的組成顯示在下述表3-1、3-表2-l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2-2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3-l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3-2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>圖1是表示耐高溫裂紋性能試驗中使用的焊接母材的坡口形狀的剖面圖。如圖1所示，焊接母材1具有V形的坡口，在該V形的坡口部的背面，配置有作為襯材的耐火物2，該耐火物2由鋁帶3粘貼在母材1的背面。該V形的坡口角度為35。，配置有襯材的部分的根部間隔為4mm。而且，焊接電流240A，運條方法為直線，重復(fù)數(shù)為2次，進行單面焊接，對此初層焊接通過X射線透射試驗(JISZ3104)確認內(nèi)部裂紋，測定其全長。裂紋率根據(jù)裂紋率W=(裂紋總長)/(焊接長)X100計算。該焊接試驗的耐高溫裂紋性能的結(jié)果一起顯示在前述的表2-1、2-2中。在表2-l、2-2的耐高溫裂紋性的欄中，對裂紋率\￥低于5.0%，比現(xiàn)有的品質(zhì)最高的通用焊絲裂紋率小的附加"〇"，對裂紋率W在5.0質(zhì)量%以上，與現(xiàn)有的通用焊絲為同程度的附加"X"，從而表示評價結(jié)果。如表2-l、2-2所示，固相線溫度Ts低于1355。C的比較例15，裂紋率均超過5%，耐高溫裂紋性差。還有，比較例4、5是現(xiàn)有的通用焊絲，其裂紋率分別為8.0%、9.0%。作為比較例雖然并不突出，但在現(xiàn)有的通用焊絲之中，即使使用品質(zhì)最高的焊絲，其裂紋率仍以5.0%為界限。另外，圖2橫軸設(shè)為固相線溫度Ts，縱軸設(shè)為裂紋率，將表2-l、2-2及表3-l、3-2所示的關(guān)系(實施例623和比較例15的全部的數(shù)據(jù))曲線化。如該圖2所示，固相線溫度Ts為1355t:以上的情況，與在此之外的情況相比較，其裂紋率極小。權(quán)利要求1.一種焊接金屬，是由二氧化鈦系藥芯焊絲焊接而成的焊接金屬，其特征在于，含有如下各成分C的含量為0.029質(zhì)量％以上，以相對于焊接金屬總質(zhì)量的質(zhì)量％計，在分別將B、C、Mn、N、P、S、Si、Ti的含量定為[B]、[C]、[Mn]、[N]、[P]、[S]、[Si]、[Ti]時，由下式定義的固相線溫度Ts為1355℃以上，Ts＝1538-8903×[B]-982×[C]-6.64×[Mn]-511×[N]-368×[P]-3603×[S]-47.0×[Si]-205×[Ti]-17。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的焊接金屬，其特征在于，含有N:0.00450.02質(zhì)量％、Ti:0.0250.1質(zhì)量％、Mn:1.01.7質(zhì)量％、Si:0.20.7質(zhì)量％、C:0.050.09質(zhì)量％及0:0.050.09質(zhì)量％，還含有0.5質(zhì)量％以下但不含0質(zhì)量X的從Cu、Ni、Cr、Mo、Al、Nb及V中選出的至少l種元素，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接金屬，其特征在于，含有B:0.005質(zhì)量。/。以下但不含0質(zhì)量Q^。4.一種二氧化鈦系藥芯焊絲，其在鋼制外皮中填充焊劑而成，以普通鋼為焊接對象，用于得到權(quán)利要求3所述的焊接金屬，其特征在于，含有如下各成分以焊絲總質(zhì)量計，含有N:0.0010.022質(zhì)量％、Ti02:57質(zhì)量％、Mn:2.303.75質(zhì)量％及C:0.0300,055質(zhì)量％，并且，以相對于焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量百分比含量計，在分別將B、C、Mn、N、P、S、Si、Ti、Ti02的含量定為[B]、[C]、[Mn]、[N]、[P]、[S]、[Si]、[Ti]、[Ti02]時，由下式定義的固相線溫度Ts為1355°。以上，Ts=1538—2938X[B]—1640X[C]—3,05X[Mn]—327X[N]—261X[P]—2594X[S]—26.3X[Si]—17.5X[Ti]—1.95X[Ti02]—25.5。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二氧化鈦系藥芯焊絲，其特征在于，還含有B:0.0155質(zhì)量％以下但不含0質(zhì)量％、Si:0.85質(zhì)量°/。以下但不含0質(zhì)量％、或Ti:0.60質(zhì)量％以下但不含0質(zhì)量％。全文摘要提供一種二氧化鈦系藥芯焊絲，其能夠取得具有與實芯焊絲同等或在其之上的耐高溫裂紋性能的焊接金屬，以及能夠以高焊接作業(yè)性(全姿勢焊接)得到該焊接金屬。由二氧化鈦系藥芯焊絲焊接的焊接金屬，C的含量為0.029％以上，以相對于焊接金屬總質(zhì)量的質(zhì)量％計，分別設(shè)B、C、Mn、N、P、S、Si、Ti的含量為[B]、[C]、[Mn]、[N]、[P]、[S]、[Si]、[Ti]時，由下述數(shù)式定義的固相線溫度Ts為1355℃以上，如此含有前述各成分。Ts＝1538-8903×[B]-982×[C]-6.64×[Mn]-511×[N]-368×[P]-3603×[S]-47.0×[Si]-205×[Ti]-17。文檔編號B23K35/368GK101352790SQ20081013021公開日2009年1月28日申請日期2008年6月16日優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日發(fā)明者坂本浩一,島本正樹,石崎圭人,石田齊申請人:株式會社神戶制鋼所