超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲的制作方法
【專利摘要】一種超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，在所述焊絲中含有CaF2、BaF2、SrF2、MgF2之中的1種或2種以上，其含量的合計(jì)記為α?xí)r，所述α以相對(duì)于焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)大于2.0％且在8.0％以下，含有Ti氧化物、Si氧化物、Mg氧化物、Al氧化物之中的1種或2種以上，其含量的合計(jì)記為β時(shí)，所述β以相對(duì)于所述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)為0.01～1.20％，所述CaF2的含量相對(duì)于所述α的比為0.50以上，所述α相對(duì)于所述β的比為2.0以上800.0以下，用以下的a式定義的Ceq為0.60～1.20％。Ceq＝[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14···(a)。
【專利說明】超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及抗拉強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度）為950MPa以上1500MPa以下的超高強(qiáng)度鋼的 焊接所使用的藥芯焊絲。特別是涉及能夠防止在超高強(qiáng)度的焊縫金屬中發(fā)生的延展性降低 裂紋，得到具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性、伸長(zhǎng)率的焊縫金屬的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲。
[0002] 本申請(qǐng)基于在2012年5月8日在日本申請(qǐng)的專利申請(qǐng)2012-106607號(hào)要求優(yōu)先 權(quán)，將其內(nèi)容援引到這里。

【背景技術(shù)】
[0003] 近年來，建設(shè)起重機(jī)等的建設(shè)機(jī)械、產(chǎn)業(yè)機(jī)械的大型化、輕量化的要求正在增加， 與之相伴，所使用的鋼板也開始使用950MPa級(jí)鋼、1180MPa級(jí)鋼等的超高強(qiáng)度鋼板。使用這 些超高強(qiáng)度鋼板的理由是因?yàn)椋和ㄟ^制品的輕量化、以及減少鋼材使用量來使鋼材費(fèi)用和 搬運(yùn)費(fèi)用減少；通過鋼材變薄、單重減少，鋼材的處理良好，焊接量也減少，因此可期待制造 工期縮短、施工成本削減。
[0004] 但是，盡管對(duì)于超高強(qiáng)度鋼的使用要求變得非常高，但是950MPa級(jí)以上的超高強(qiáng) 度鋼的使用量，從總體量來看還是一點(diǎn)點(diǎn)。
[0005] 作為其原因，可舉出：在950MPa級(jí)以上的超高強(qiáng)度鋼的焊接中，得到與母材鋼板 的性能相稱的高強(qiáng)度高韌性的焊縫金屬變得更困難，因此適合于那樣的焊接的焊接材料的 開發(fā)未充分進(jìn)行。
[0006] 在超高強(qiáng)度鋼的焊接中，需要得到高合金的焊縫金屬。作為高合金的焊絲，藥芯焊 絲在制造性方面有利，因此特別需要開發(fā)能夠應(yīng)用于超高強(qiáng)度鋼的焊接的藥芯焊絲。
[0007] 在這樣的狀況中，以確保超高強(qiáng)度鋼的焊接所需要的強(qiáng)度和韌性為目的，曾提出 了如下那樣的藥芯焊絲。
[0008] 在專利文獻(xiàn)1中，適量添加對(duì)確保強(qiáng)度和韌性有效的Ni、和除此以外的Mo、W、Nb、 V等，來確保焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度和韌性。而且，提出了通過使焊絲中適量含有作為脫氧元 素的Si、Mn、Al、Ti、Mg，能夠防止由焊接時(shí)的焊縫金屬中的氧以及擴(kuò)散氫引起的焊縫金屬的 韌性以及延展性的降低，并且將y型裂紋焊接試驗(yàn)中的裂紋停止溫度降低到150°C以下的 藥芯焊絲。
[0009] 另外，在本發(fā)明人的專利文獻(xiàn)2中，提出了在抗拉強(qiáng)度為950MPa級(jí)以上的超高強(qiáng) 度鋼的焊接中，特別是為了能夠在l〇〇°C的預(yù)熱溫度下進(jìn)行焊接，向焊藥中添加 Mg,能夠得 到降低焊縫金屬的擴(kuò)散氫量、為高韌性且提高了耐低溫裂紋性的焊縫金屬的藥芯焊絲。
[0010] 在專利文獻(xiàn)3中，公開了一種添加金屬氟化物、金屬氧化物的490?780MPa級(jí)高 強(qiáng)度鋼用的藥芯焊絲。但是，關(guān)于對(duì)于超過780MPa級(jí)的強(qiáng)度水平的高強(qiáng)度鋼成為問題的延 展性降低裂紋，都沒有進(jìn)行任何研究。
[0011] 在專利文獻(xiàn)4中，公開了即使在涂布底漆和/或產(chǎn)生銹的鋼材的焊接中也不產(chǎn)生 凹坑（pit)和氣槽等的氣孔，能夠形成良好的焊道的添加有金屬氟化物的藥芯焊絲。但是， 由于是低強(qiáng)度的焊接材料，因此基本不含C、Mn和其他的合金成分，而且金屬氧化物為焊藥 組成的主體，對(duì)延展性降低裂紋以及焊縫金屬的韌性也沒有進(jìn)行研究。另外，雖然記載了金 屬氟化物降低擴(kuò)散氫量，但是金屬氟化物的含有量為2. 0%以下，沒有進(jìn)行對(duì)于其降低效果 的定量性的分析。
[0012] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)1:日本國(guó)特開2008-093715號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)2:日本國(guó)特開2011-005531號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)3:日本國(guó)特開平8-257785號(hào)公報(bào)
[0017] 專利文獻(xiàn)4:日本國(guó)特開平3-180298號(hào)公報(bào)
[0018] 非專利文獻(xiàn)
[0019] 非專利文獻(xiàn)1:日本焊接學(xué)會(huì)編，「新版焊接?接合技術(shù)特論」，2005年發(fā)行，東京， 產(chǎn)報(bào)出版株式會(huì)社，141頁


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 950MPa以上的超高強(qiáng)度鋼的焊接接頭，與鋼材同樣地要求焊縫金屬也為超高強(qiáng) 度，但超高強(qiáng)度的焊縫金屬新產(chǎn)生了發(fā)生延展性降低裂紋的問題。
[0021] 延展性降低裂紋，是在多層堆焊中，因原始Y晶界開裂而引起的現(xiàn)象。超高強(qiáng)度 鋼的焊接，希望限制每1道的線能量，因此采用多層堆焊來進(jìn)行。在多層堆焊中，先形成的 焊縫金屬因后面的焊層而受到再加熱。那時(shí)，主要是C和S在原始Y晶界偏析，由此脆化 了的原始Y晶界因冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱收縮而開裂，由此引起。
[0022] 這樣的延展性降低裂紋，在通常的高強(qiáng)度鋼的焊縫金屬中看不到，但在超過 950MPa的超高強(qiáng)度鋼的焊縫金屬中，為了確保強(qiáng)度?韌性，通過使焊縫金屬成為高合金，從 而不得不形成為馬氏體組織，在那樣的焊縫金屬中，延展性降低裂紋的發(fā)生變得顯著。
[0023] 延展性降低裂紋，是非常微小的裂紋，在拉伸試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力集中于裂紋的裂紋尖端， 由此以至于早期地?cái)嗔眩虼颂貏e是伸長(zhǎng)率變?yōu)榈椭?。?dāng)伸長(zhǎng)率為低值時(shí)，存在在制造時(shí)不 能充分地彎曲加工等等問題。
[0024] 因此，為了廣泛使用這樣的超高強(qiáng)度鋼，強(qiáng)烈要求能夠得到具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌 性、伸長(zhǎng)率的焊縫金屬的藥芯焊絲。
[0025] 但是，在專利文獻(xiàn)1、2、3、4中，對(duì)于在抗拉強(qiáng)度為950MPa級(jí)以上的高強(qiáng)度鋼的焊 接中成為問題的延展性降低裂紋，均沒有進(jìn)行任何研究，因此希望對(duì)其進(jìn)行解決。另外，在 該鋼的焊接時(shí)，也希望預(yù)熱溫度更加降低。
[0026] 再者，專利文獻(xiàn)1雖然考慮到焊縫金屬的延展性，但參照其表5等，用在_40°C的夏 比沖擊試驗(yàn)的吸收能評(píng)價(jià)了延展性，而且，通過氧量的降低來使延展性提高，因此該文獻(xiàn)中 所使用的"延展性"這一術(shù)語，以與韌性相同的意思來使用。
[0027] 另一方面，在本發(fā)明中成為問題的延展性降低裂紋，是例如如非專利文獻(xiàn)1中所 定義那樣的、原始Y晶界的微米單位的局部的延展性的不足所致的裂紋，其定義與在專利 文獻(xiàn)1中使用的延展性不同。實(shí)際上，在本發(fā)明中，延展性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是如后述的實(shí)施例 所示那樣在室溫進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)中的斷裂伸長(zhǎng)率。
[0028] 本發(fā)明的目的是，鑒于上述【背景技術(shù)】的問題，提供在950MPa以上1500MPa以下的 超高強(qiáng)度鋼的焊接時(shí)通過抑制延展性降低裂紋而能夠得到高強(qiáng)度高韌性且伸長(zhǎng)率優(yōu)異的 焊接區(qū)的藥芯焊絲。
[0029] 以往強(qiáng)度水平低時(shí)不會(huì)發(fā)生延展性降低裂紋，且迄今沒有成為問題，因此對(duì)于延 展性降低裂紋的抑制完全沒有進(jìn)行研究。
[0030] 本發(fā)明人以抑制延展性降低裂紋為目的進(jìn)行各種研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在鋼制外皮的 內(nèi)部填充有焊藥的藥芯焊絲中，通過在確保對(duì)950MPa以上的焊縫金屬所要求的強(qiáng)度和韌 性所必需的焊藥配合?合金成分范圍，將金屬氟化物和C、Mn以及、V以特定的條件添加到 焊絲中，能夠抑制延展性降低裂紋，并得到優(yōu)異的斷裂伸長(zhǎng)率，以該見解為基礎(chǔ)進(jìn)一步加以 研究，完成了本發(fā)明。
[0031] 即，將本發(fā)明的要旨與優(yōu)選實(shí)施方式一起示于以下。
[0032] (1)本發(fā)明的第一方式涉及的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，是在鋼制外皮的內(nèi)部 填充有焊藥的氣體保護(hù)電弧焊用藥芯焊絲，在上述焊絲中，含有CaF 2、BaF2、SrF2、MgF2之中 的1種或2種以上，其含量的合計(jì)記為α?xí)r，上述α以相對(duì)于焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)大 于2. 0%且在8. 0%以下，含有Ti氧化物、Si氧化物、Mg氧化物、Al氧化物之中的1種或2 種以上，其含量的合計(jì)記為β時(shí)，上述β以相對(duì)于上述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)為〇.〇1? 1. 20%，CaC03、BaC03、SrC03、MgCO3的含量的合計(jì)，以相對(duì)于上述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)低 于0. 60%，上述焊藥中的鐵粉的含量，以相對(duì)于上述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)低于5. 0%， 上述CaF2的含量相對(duì)于上述α的比為0.50以上，上述α相對(duì)于上述β的比為2.0以 上800.0以下，化學(xué)成分由以下元素組成：以相對(duì)于上述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)，C :大于 0.080%且在 0.200%以下；51:0.05?1.50%以11:1.0?2.2%汸1:0.001?0.400% ; Ni :1. 0 ?9. 0%;V :大于 0· 050%且在 0· 300% 以下；P :0· 020% 以下；S :0· 020% 以下；Cu : 0 ?0· 800 % ;Cr :0 ?2. 5 % ;Mo :0 ?2. 0 % ;Ti :0 ?0· 300 % ;Nb :0 ?0· 05 % ;B :0 ? 0· 0100% ;Mg :0?(λ 8% ;Ca :0?(λ 5% ;REM :0?(λ 0100% ;余量：鐵以及雜質(zhì)，用以下的 a式定義的Ceq為0· 60?L 20%，
[0033] Ceq= [C] + [Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+
[0034] [Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 · · · (a),
[0035] 其中，帶□的元素表示各元素的質(zhì)量％的含量。
[0036] (2)根據(jù)上述（1)所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，上述焊絲中的CaO的含量， 以相對(duì)于上述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)，可以低于〇. 15%。
[0037] (3)根據(jù)上述（1)或（2)所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，上述CaF2的含量相 對(duì)于上述α的比可以為〇. 90以上。
[0038] (4)根據(jù)上述（1)?（3)的任一項(xiàng)所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，在針對(duì)使用 上述焊絲的氣體保護(hù)電弧焊的日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISZ3111-2005所規(guī)定的熔敷金屬的拉伸試 驗(yàn)中，上述熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度可以成為950MPa以上且1500MPa以下。
[0039] (5)根據(jù)上述⑴?（4)的任一項(xiàng)所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，上述鋼制外 皮可以沒有縫狀的間隙。
[0040] (6)根據(jù)上述（1)?（5)的任一項(xiàng)所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，在上述焊絲 的表面也可以涂布有全氟聚醚油。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供用于抗拉強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度）為950MPa以上的超高強(qiáng)度鋼的 焊接的藥芯焊絲，該藥芯焊絲能夠得到高強(qiáng)度、高韌性、且因抑制延展性降低裂紋而具有優(yōu) 異的伸長(zhǎng)率的焊縫金屬。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1是表示在依據(jù)JIS Z3111 (1986年）標(biāo)準(zhǔn)的Al號(hào)的圓棒拉伸試件的拉伸試驗(yàn) 中所得到的斷裂伸長(zhǎng)率（標(biāo)點(diǎn)距離為50mm)與金屬氟化物量/金屬氧化物量的關(guān)系的圖。
[0043] 圖2是表示在依據(jù)JIS Z3111 (1986年）標(biāo)準(zhǔn)的Al號(hào)的圓棒拉伸試件的拉伸試驗(yàn) 中所得到的斷裂伸長(zhǎng)率（標(biāo)點(diǎn)距離為50mm)與焊絲中的C含量的關(guān)系的圖。
[0044] 圖3是表示實(shí)施例中的試件的制取位置的圖（JIS Z3111 (1986年））。
[0045] 圖4A是用于說明使用以往的焊絲焊接后的焊縫金屬中的氧化物的形態(tài)的圖，是2 個(gè)氧化物的透射型電子顯微鏡觀察照片的圖。
[0046] 圖4B是用于說明使用以往的焊絲焊接后的焊縫金屬中的氧化物的形態(tài)的圖，是 表示對(duì)圖4A的照片中的氧化物的表層C點(diǎn)進(jìn)行EDS分析的結(jié)果的圖。
[0047] 圖5A是用于說明使用本發(fā)明的焊絲焊接后的焊縫金屬中的氧化物的形態(tài)的圖， 是2個(gè)氧化物的透射型電子顯微鏡觀察照片的圖。
[0048] 圖5B是用于說明使用本發(fā)明的焊絲焊接后的焊縫金屬中的氧化物的形態(tài)的圖， 是表示對(duì)圖5A的照片中的氧化物的表層C點(diǎn)進(jìn)行EDS分析的結(jié)果的圖。
[0049] 圖6A是表示對(duì)于使用本發(fā)明的焊絲焊接后的焊縫金屬中的氧化物，使用透射型 電子顯微鏡觀察內(nèi)部的結(jié)果的一例的圖，是表示氧化物的圖像的圖。
[0050] 圖6B是表示對(duì)于使用本發(fā)明的焊絲焊接后的焊縫金屬中的氧化物，使用透射型 電子顯微鏡觀察內(nèi)部的結(jié)果的一例的圖，是表示氧化物的EDS分析映射圖（map)結(jié)果的圖。
[0051] 圖6C是表示對(duì)于使用本發(fā)明的焊絲焊接后的焊縫金屬中的氧化物，使用透射型 電子顯微鏡觀察內(nèi)部的結(jié)果的一例的圖，是表示氧的分布的圖。
[0052] 圖6D是表示對(duì)于使用本發(fā)明的焊絲焊接后的焊縫金屬中的氧化物，使用透射型 電子顯微鏡觀察內(nèi)部的結(jié)果的一例的圖，是表示S的分布的圖。
[0053] 圖7是表示實(shí)施例中的試件的制取位置的圖（JIS Z3111 (2005年））。
[0054] 圖8是表不CaO含量與擴(kuò)散氫量的關(guān)系的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0055] 本發(fā)明作為對(duì)象的鋼板1，所形成的焊縫金屬的強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度）高達(dá)950MPa以 上1500MPa以下，這樣的超高強(qiáng)度鋼板的焊縫金屬成為馬氏體為90%以上的組織。在焊態(tài) 的焊縫金屬中，原始Y晶界變得非常粗大。而且，由于馬氏體相變?yōu)闊o擴(kuò)散相變，因此焊接 時(shí)所形成的Y晶界，以包含偏析、雜質(zhì)的狀態(tài)殘留。因此，超高強(qiáng)度的焊縫金屬的原始Y 晶界的韌性本來就變低。
[0056] 而且，由于是馬氏體相變，因此C成為固溶了的狀態(tài)，這樣的焊縫金屬，在多層堆 焊時(shí)一受到再熱，C就向粗大的原始Y晶界偏析，引起顯著的脆化。同樣地，S也因多層堆 焊時(shí)的再熱而向原始Y晶界偏析，引起脆化。因在該狀態(tài)下冷卻時(shí)產(chǎn)生的熱收縮而在原始 Y晶界產(chǎn)生裂紋，由此發(fā)生延展性降低裂紋。
[0057] 對(duì)于該問題，本發(fā)明人研究將C和S有效地捕集到晶粒內(nèi)，防止向晶界偏析的手段 和提高焊縫金屬的伸長(zhǎng)率的手段，并發(fā)現(xiàn)通過適當(dāng)添加金屬氟化物、金屬氧化物、C、Mn以及 V，即使是超高強(qiáng)度的焊縫金屬也能夠抑制延展性降低裂紋，能夠確保優(yōu)異的斷裂伸長(zhǎng)率。
[0058] 對(duì)于得到了這樣的見解的實(shí)驗(yàn)示出其一例。
[0059] 本發(fā)明人與后述的實(shí)施例所示的例子同樣地調(diào)整焊絲的成分，制作了最終的焊絲 徑為Φ1. 2mm的無縫的藥芯焊絲。在制作的焊絲中，特別是使C、Mn、V的含量和金屬氟化物 以及金屬氧化物的含量變化了。
[0060] 使用該藥芯焊絲，實(shí)施950MPa級(jí)的鋼板1的對(duì)接焊，從所得到的焊縫金屬制取依 據(jù)JIS Z3111 (1986年）標(biāo)準(zhǔn)的Al號(hào)的圓棒拉伸試件，在室溫進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了焊縫金 屬的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率。
[0061] 圖1表示在拉伸試驗(yàn)中得到的斷裂伸長(zhǎng)率（標(biāo)點(diǎn)距離為50mm)與焊絲中的金屬氟 化物量/金屬氧化物量的關(guān)系。在此，記號(hào)〇和記號(hào)?表不V超過0. 05%，記號(hào)X表不V 為0.05%以下。另外，圖2表示在拉伸試驗(yàn)中得到的斷裂伸長(zhǎng)率（標(biāo)點(diǎn)距離為50mm)與焊 絲中的C含量的關(guān)系。
[0062] 從圖1可知：添加金屬氟化物使得金屬氟化物量/金屬氧化物量的值達(dá)到2. 0以 上、并且添加使得以質(zhì)量％計(jì)C超過0. 080 %、Mn為I. 0 %以上、V超過0. 05 %的焊絲，在拉 伸試驗(yàn)中得到了 12%以上的斷裂伸長(zhǎng)率。
[0063] 另外，從圖2來看，當(dāng)焊絲中的Mn含量為低于1%的范圍時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率隨著焊絲 中的C含量的增加而減少。另一方面，當(dāng)焊絲中的Mn含量為1 %以上的范圍時(shí)，直到焊絲中 的C含量為0. 07 %左右為止,顯示與Mn量少的情況同樣的傾向，但若C含量超過該值,則相 反地隨著焊絲中的C含量的增加，斷裂伸長(zhǎng)率急劇地增加。當(dāng)焊絲中的C含量為0. 080%以 上時(shí)，顯示12%以上的優(yōu)異的斷裂伸長(zhǎng)率。
[0064] 得到以上那樣的結(jié)果的原因可以考慮如下。
[0065] ⑴可以認(rèn)為，通過將金屬氟化物以特定的范圍向焊藥中添加，并且在其與金屬氧 化物之間特定的關(guān)系成立地添加，在凝固時(shí)使氧化物捕集S，來降低固溶S量，在再熱時(shí)抑 制S向原始Y晶界的偏析，由此對(duì)延展性降低裂紋的抑制有效果。
[0066] 該推測(cè)是基于圖4A、4B?圖6A?6D所示那樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0067] 圖4A、4B是關(guān)于2個(gè)氧化物1、2,表示用以往技術(shù)的焊絲焊接后，用透射型電子顯 微鏡觀察多個(gè)的焊縫金屬中的氧化物的結(jié)果的一例的圖，圖4A是氧化物的透射型電子顯 微鏡觀察照片，圖4B表示對(duì)照片中的氧化物的表層C點(diǎn)進(jìn)行了 EDS分析的結(jié)果。從EDS分 析的結(jié)果來看，在該例中基本沒有檢測(cè)出S。
[0068] 另一方面，圖5A、5B是關(guān)于2個(gè)氧化物A、B，與圖4A、4B同樣地表不用本發(fā)明的焊 絲（即，將金屬氟化物以特定的范圍添加，并且添加金屬氟化物使得在其與金屬氧化物之 間成立特定的關(guān)系的焊絲）焊接后的結(jié)果的一例的圖。從EDS分析的結(jié)果可知，在該例中， 在氧化物的表層中，S被檢測(cè)出，且明確地存在。
[0069] 圖6A?6D是表示將用本發(fā)明的焊絲焊接出的焊縫金屬中的氧化物通過離子銑削 處理而薄膜化，使用透射型電子顯微鏡觀察內(nèi)部的結(jié)果的一例的圖，從圖6B、6C、6D所示的 氧化物內(nèi)部的EDS元素映射圖明確可知，在氧化物的表層中存在S。
[0070] 根據(jù)這些結(jié)果可以認(rèn)為，用本發(fā)明的焊絲焊接出的焊縫金屬，通過在凝固過程中S 較多地進(jìn)入到氧化物表層中，固溶S大幅度降低，抑制了 S向原始Y晶界偏析，由此對(duì)延展 性降低裂紋的抑制有效果。
[0071] (ii)另外可以認(rèn)為，焊縫金屬中的Mn由于與C具有引力相互作用，因此具有使固 溶C向原始Y晶界的偏析延遲的效果。而且，V容易與C形成碳化物，而且凝固時(shí)的偏析 少，在焊縫金屬內(nèi)比較均勻地分散存在?？梢哉J(rèn)為，通過在焊縫金屬中復(fù)合添加 Mn和V，在 焊縫金屬受到再熱時(shí)，由于Mn的引力相互作用，使C向原始γ晶界的移動(dòng)速度降低，在該 期間在Y粒內(nèi)V與固溶C形成碳化物，由此抑制了 C向原始γ晶界的偏析。
[0072] (iii)而且，在原始Y粒內(nèi)析出的碳化物微細(xì)地分散，有助于強(qiáng)度提高，能夠減小 焊縫金屬內(nèi)的強(qiáng)度差。另外，C變高時(shí)，析出物增加，能夠減小焊縫金屬內(nèi)的強(qiáng)度差。因此 可以認(rèn)為，通過提高C含量，并復(fù)合添加 Mn和V，有下述效果：碳化物在原始Y粒內(nèi)微細(xì)地 分散析出，在加工時(shí)焊縫金屬整體均勻地塑性變形，斷裂伸長(zhǎng)率提高。
[0073] 接著，對(duì)于完成以上那樣的研究結(jié)果的實(shí)施例的藥芯焊絲，依次說明作為特征的 技術(shù)要件的限定理由。
[0074] 首先，說明構(gòu)成實(shí)施例的藥芯焊絲的鋼制外皮以及焊藥中所含有的合金成分、金 屬脫氧成分以及其他的各成分的含量的限定理由。
[0075] 在以下的說明中，只要沒有特別說明，則" ％ "意指"質(zhì)量％ "，各成分的含量，意指 鋼制外皮以及焊藥中的各成分的質(zhì)量％的合計(jì)相對(duì)于焊絲總質(zhì)量的成分含量。
[0076] (C:大于 0.080%且在 0.200% 以下）
[0077] 當(dāng)焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度達(dá)到950MPa以上時(shí)，組織成為馬氏體主體組織。C對(duì)馬氏 體組織的強(qiáng)度造成的影響較大，焊絲中的C含量越多，則焊縫金屬中的C含量也越增加，能 夠越提高焊縫金屬的強(qiáng)度。
[0078] 進(jìn)而以本發(fā)明范圍復(fù)合添加了 Μη、V的情況下，在原始Y粒內(nèi)碳化物微細(xì)地分散 析出，能夠減小焊縫金屬內(nèi)的強(qiáng)度差。由此，在加工時(shí)焊縫金屬均勻地塑性變形，因此能夠 使斷裂伸長(zhǎng)率提高。
[0079] 為了得到這些效果，C需要含有大于0.080%。但是，若超過0.200%地含有C，則 韌性的劣化變得顯著，因此不優(yōu)選。另外，為了穩(wěn)定地確保強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，也可以將C 的下限設(shè)為大于〇. 090%、大于0. 100%、或者大于0. 110%，也可以將C上限設(shè)為0. 180%、 0· 160%或者 0· 140%。
[0080] (Si :0· 05 ?1. 50% )
[0081] Si是脫氧元素，為了降低焊縫金屬的0量，提高潔凈度，需要含有0. 05%以上。但 是，若超過1. 50%地含有，則使焊縫金屬的韌性劣化，因此Si含量設(shè)為0. 05?1. 50%。另 夕卜，為了穩(wěn)定地確保焊縫金屬的韌性，也可以將Si的下限設(shè)為0. 20%、0. 30%或者0. 40%， Si的上限也可以設(shè)為1. 20%、1. 00%或者0. 80%。
[0082] (Mn :1. 0 ?2. 2% )
[0083] Mn,與C具有引力相互作用，抑制C向原始Y晶界的偏析，由此在延展性降低裂紋 的抑制上有效果。另外，當(dāng)為本發(fā)明的成分范圍內(nèi)時(shí)，促進(jìn)在原始Y粒內(nèi)的微細(xì)的碳化物 的生成，減小焊縫金屬內(nèi)的強(qiáng)度差，由此也有使斷裂伸長(zhǎng)率提高的效果。
[0084] 為了切實(shí)地發(fā)揮其效果，需要含有1.0 %以上。另一方面，若超過2. 2 %地含有，則 會(huì)在焊縫金屬中過量地生成殘余奧氏體。在殘余奧氏體內(nèi)C濃化，在該狀態(tài)下受到由焊接 所致的再熱時(shí)，在為殘余奧氏體的部位過量地生成碳化物，引起顯著的脆化。
[0085] 因此，Mn含量設(shè)為1.0?2.2%。另外，為了穩(wěn)定地確保提高斷裂伸長(zhǎng)率的效果， 也可以將Mn的下限設(shè)為1. 2%、1. 3%或者I. 4%，Mn的上限也可以設(shè)為2. 0%或者1. 8%。
[0086] (P :0.020% 以下）
[0087] P是雜質(zhì)元素，阻礙焊縫金屬的韌性和延展性，因此需要極力降低。作為能夠容許 對(duì)韌性和延展性的惡劣影響的范圍，P含量設(shè)為0. 020%以下。為了韌性和延展性的進(jìn)一步 的提高，也可以將P的上限限制為0.015%或者0.010%。不需要限制P的下限，其下限可 以為0!%。
[0088] (S :0.020% 以下）
[0089] S也是雜質(zhì)元素，促進(jìn)延展性降低裂紋的發(fā)生，而且若過多地存在，則使韌性和延 展性均劣化，因此優(yōu)選極力降低。作為能夠容許對(duì)韌性、延展性的惡劣影響的范圍，S含量 設(shè)為0. 020%以下。為了韌性的進(jìn)一步的提高，也可以將S的上限限制為0. 015%、0. 010% 或者0.008%。不需要限制S的下限，其下限可以為0%。
[0090] (Al :0· 001 ?0· 400% )
[0091] Al是脫氧元素，與Si同樣地對(duì)焊縫金屬中的0降低、潔凈度提高有效果，為了發(fā)揮 其效果，含有〇. 001%以上。另一方面，若超過〇. 400%地含有，則形成氮化物和氧化物，阻 礙焊縫金屬的韌性，因此將其含量設(shè)為〇. 001?〇. 400%。另外，為了充分得到提高焊縫金 屬的韌性的效果，也可以將Al的下限設(shè)為0.0012%、或者0.0015%，另外，為了抑制粗大氧 化物的生成，也可以將Al的上限設(shè)為0. 200 %、0. 100 %或者0. 080%。
[0092] (Ni :1. 0 ?9. 0% )
[0093] Ni是通過固溶韌化（通過固溶來提高韌性的作用），不依賴于組織、成分而能夠提 高韌性的唯一的元素，是在特別是抗拉強(qiáng)度為950MPa以上的高強(qiáng)度的焊縫金屬中對(duì)提高 韌性有效的元素。
[0094] 為了得到固溶韌化效果，優(yōu)選含有1.0%以上。Ni含量越多，則在提高韌性上越有 利，但若含量超過9. 0%，則其效果飽和，而且焊絲的制造成本變得過大，因此不優(yōu)選。因此， 將含有Ni的情況下的含量設(shè)為I. 0?9. 0%。再者，由于Ni的效果確實(shí)有助于韌性提高， 因此優(yōu)選將Ni的下限設(shè)為1.4%、1.6%、2. 1%。另外，Ni為高價(jià)格的元素，也可以將其上 限限制為7. 0%、6. 0%或者4. 8%。
[0095] (V:大于 0.050%且在 0.300% 以下）
[0096] V在焊接凝固時(shí)的偏析少，在焊縫金屬內(nèi)比較均勻地分散存在，在受到再熱時(shí)，捕 集固溶C而形成碳化物，由此抑制C向原始Y晶界的偏析，因此對(duì)抑制在超高強(qiáng)度的焊縫 金屬中發(fā)生的延展性降低裂紋有效果。而且，當(dāng)為本發(fā)明的成分范圍內(nèi)時(shí)，在原始Y粒內(nèi) 形成微細(xì)的碳化物并析出，減小焊縫金屬內(nèi)的強(qiáng)度差，因此具有提高斷裂伸長(zhǎng)率的效果。 [0097] 為了得到其效果，需要含有大于0.050%。V含量越多，則抑制延展性降低裂紋的 效果越大，但若含量超過〇. 300 %，則其效果飽和，而且使韌性劣化，因此不優(yōu)選。再者，為 了提高抑制延展性降低裂紋的效果，也可以將V的下限設(shè)為0.060 %、0. 080 %、0. 100%、 0. 120%，另外，為了抑制由V所致的韌性劣化，也可以將V的上限限制為0. 280%、0. 250%、 0· 230%。
[0098] 本發(fā)明的藥芯焊絲，作為合金成分或者金屬脫氧成分，除了以上的基本成分以外， 還可根據(jù)進(jìn)行焊接的鋼板1的強(qiáng)度水平和要求的韌性的程度進(jìn)一步地含有Cu、Cr、Mo、Ti、 Nb、B、Mg、Ca和REM之中的一種或兩種以上。不論有無有意地添加這些成分，如果在焊絲中 的含量在權(quán)利要求書記載的范圍內(nèi)，則該焊絲視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，在本發(fā)明中， 這些合金成分只規(guī)定了上限，因此權(quán)利要求的記載可以為"設(shè)為〇?上限"、"設(shè)為上限以下" 或者"限制為上限以下"的任一個(gè)。
[0099] (Cu :0 ?0· 800% )
[0100] Cu作為單質(zhì)或合金被添加到焊絲的外皮表面的鍍層以及焊藥中，抑制C向原始Y 粒內(nèi)的偏析，對(duì)延展性降低裂紋的抑制有效果。為了得到這些效果，可以含有0.800%以下。 另一方面，若含量超過〇. 800%，則韌性降低。因此，含有Cu的情況下的含量設(shè)為0. 800% 以下。
[0101] 再者，關(guān)于Cu的含量，除了在外皮自身和/或焊藥中含有的量以外，在焊絲表面鍍 銅的情況下，也包含鍍銅層中的銅量。為了更穩(wěn)定地得到Cu的效果，也可以將Cu的上限設(shè) 為0.600%、0. 500%、或者0.400%。不需要規(guī)定Cu的下限，其下限為0%。如果需要，也可 以將其下限設(shè)為〇. 050 %或者0. 100%。
[0102] (Cr:0?2.5%)
[0103] Cr是通過提高淬火性而對(duì)高強(qiáng)度化有效的元素。為了得到其效果，可以含有 0. 1 %以上的Cr。另一方面，若超過2. 5%地過量地含有Cr,則使貝氏體、馬氏體不均勻地硬 化，使韌性劣化，因此含有Cr的情況下的含量設(shè)為2. 5%以下。為了更穩(wěn)定地得到Cr的效 果，也可以將Cr的上限設(shè)為2.0%、1.8%、1.6%或者1.4%。不需要規(guī)定Cr的下限，其下 限為0%。
[0104] (Mo :0 ?2.0%)
[0105] Mo是淬火性提高元素，并且，形成微細(xì)碳化物，通過析出強(qiáng)化而對(duì)確?？估瓘?qiáng)度有 效。為了發(fā)揮這些效果，可以含有0.1%的Mo。另一方面，若超過2.0%地在焊絲中含有， 則產(chǎn)生粗大的析出物，使焊縫金屬的韌性劣化，因此在焊絲中含有Mo的情況下的含量設(shè)為 2.0%以下。為了更穩(wěn)定地得到Mo的效果，也可以將Mo的上限設(shè)為L(zhǎng) 8%、L 6%、L 4%或 者1.2%。不需要規(guī)定Mo的下限，其下限為0%。
[0106] (Ti :0 ?0· 300% )
[0107] Ti,也與Al同樣地，作為脫氧元素有效，有使焊縫金屬中的0量降低的效果。另外， 固定固溶N，對(duì)緩和對(duì)韌性的惡劣影響也有效。為了發(fā)揮這些效果，可以含有0. 005%以上。 但是，若在焊絲中的含量超過0.300%變得過量，則產(chǎn)生由粗大的氧化物的形成引起的韌性 劣化、由過度的析出強(qiáng)化所致的韌性劣化的可能性變大。
[0108] 因此，將在焊絲中含有Ti的情況下的含量設(shè)為0. 300%以下。不需要規(guī)定Ti的下 限，其下限為0%。另外，為了充分得到由Ti帶來的焊縫金屬的韌性提高效果，Ti的上限也 可以設(shè)為〇.200%、0.100%或者 0.050%。
[0109] (Nb :0 ?0.05%)
[0110] Nb形成微細(xì)碳化物，通過析出強(qiáng)化對(duì)確?？估瓘?qiáng)度有效。為了得到這些效果，即使 考慮與其他的具有同樣的效果的元素的復(fù)合效果也可以含有〇. 01%以上。另一方面，若超 過0.05%地含有，則在焊縫金屬中過量地含有，形成粗大的析出物，使韌性劣化，因此不優(yōu) 選。
[0111] 因此，在本發(fā)明中，在焊絲中含有的情況下的含量設(shè)為0.05%以下。不需要規(guī)定 Nb的下限，其下限為0%。為了更穩(wěn)定地得到Nb的效果，也可以根據(jù)需要將Nb的上限設(shè)為 0.04%、或者0.035%，也可以將Nb的下限設(shè)為0.02%、或者0.03%。
[0112] (B :0 ?0· 0100% )
[0113] B在焊縫金屬中含有適當(dāng)量時(shí)，與固溶N結(jié)合形成BN，具有減少固溶N對(duì)韌性的惡 劣影響的效果，另外，也有提高淬火性、有助于強(qiáng)度提高的效果。為了得到這些效果，可以使 焊絲中含有〇. 0003%以上的B。另一方面，若含量超過0. 0100%，則焊縫金屬中的B變得過 量，形成粗大的BN、Fe23 (C，B) 6等的B化合物，反倒使韌性劣化，因此不優(yōu)選。
[0114] 因此，在含有B的情況下，將其含量設(shè)為0.0100%以下。不需要規(guī)定B的下限，其 下限為0%。為了提高韌性，也可以將B的上限設(shè)為0. 0080%、0. 0060%、0. 0040%、或者 0. 0030%，也可以將B的下限設(shè)為0. 0004%、或者0. 0005%。
[0115] (Mg :0 ?0.8%)
[0116] Mg是強(qiáng)脫氧元素，降低焊縫金屬中的O量，使焊縫金屬的延展性以及韌性提高。為 了得到該效果，可以含有〇. 1 %以上。但是，若焊絲中的Mg含量超過0. 8 %，則在焊縫金屬 中形成粗大氧化物所致的韌性降低不能忽視，另外，焊接中的電弧的穩(wěn)定性劣化，也成為使 焊道形狀惡化的原因。
[0117] 因此，在含有Mg的情況下，將其含量設(shè)為0. 8%以下。不需要規(guī)定Mg的下限，其下 限為0%。為了確保焊接操作的穩(wěn)定性，也可以將Mg的上限設(shè)為0.7%、或者0.6%，也可以 將Mg的下限設(shè)為0· 2%、或者0· 3%。（Ca :0?0· 5% )
[0118] (REM :0 ?0· 0100% )
[0119] Ca、RHM都使硫化物的結(jié)構(gòu)變化，還將焊縫金屬中的硫化物、氧化物的尺寸微細(xì)化， 對(duì)延展性以及韌性提高有效。為了得到其效果，可以含有Ca或者REM。另一方面，若過量地 含有，則產(chǎn)生硫化物、氧化物的粗大化，招致延展性、韌性的劣化，另外，也產(chǎn)生焊道3的形 狀的劣化、焊接性的劣化的可能性，因此將各自的上限設(shè)為Ca :0. 5%、REM :0. 0100%。不需 要規(guī)定Ca和REM的下限，它們的下限為0%。
[0120] (碳當(dāng)量 Ceq :0.60 ?1.20% )
[0121] 在本發(fā)明的藥芯焊絲中，作為合金成分或者金屬脫氧成分，如以上那樣含有各元 素。為了確保焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度，進(jìn)一步調(diào)整(：、51^11、附、&^ 〇、￥的含量，使得由下述 a式表示的日本焊接協(xié)會(huì)（WES)所規(guī)定的碳當(dāng)量Ceq變?yōu)?. 60?1. 20%。
[0122] Ceq= [C] + [Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+
[0123] [Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 · · · (a)
[0124] 其中，帶有□的元素，表示各元素的質(zhì)量％的含量。
[0125] Ceq，其值越高，則焊縫金屬越硬化，因此抗拉強(qiáng)度提高，但另一方面，韌性降低，另 夕卜，焊接裂紋敏感性變高，因此需要抑制低溫裂紋的對(duì)策。當(dāng)該Ceq的值低于0. 60%時(shí)，不 滿足在焊縫金屬中作為目標(biāo)的強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度）950MPa以上。若Ceq的值超過1. 20 %，則焊 縫金屬的抗拉強(qiáng)度變得過量，焊縫金屬的韌性降低。因此，Ceq的范圍設(shè)為0. 60?1. 20%。 為了提高焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度，也可以將Ceq的下限設(shè)為0. 63%、0. 66%、0. 70%。為了減 小焊縫金屬的韌性的劣化，也可以將Ceq的上限設(shè)為1. 10%、1.00%或者0.90%。
[0126] 再者，作為以上的合金成分或者金屬脫氧成分而含有的元素的含量中不包括：這 些元素作為氟化物、金屬氧化物、金屬碳酸鹽而含有的情況下的含量。另外，這些元素未必 需要是純物質(zhì)（可以含有不可避免的雜質(zhì)），即使以Cu-Ni等的合金的形態(tài)含有也絲毫沒有 問題。另外，這些元素，不論是含在鋼制外皮中，還是作為焊藥而含有，其效果相同，因此不 論是鋼制外皮和焊藥的哪一個(gè)都可以含有。
[0127] 接著，對(duì)填入到焊絲的外皮內(nèi)的焊藥成分進(jìn)行說明。
[0128] 在實(shí)施例的藥芯焊絲中，含有CaF2、BaF2、SrF 2、MgF2中的金屬氟化物的1種或2種 以上，將其含量的合計(jì)（α)在焊絲中設(shè)為大于2.0%且在8.0%以下。
[0129] 金屬氟化物，使熔池的堿度變化。通過使熔池的堿度變化，在凝固時(shí)促進(jìn)S被氧化 物捕集。通過被氧化物捕集的S增加，凝固后的固溶S減少。由此，在焊縫金屬受到再熱時(shí)， 能夠抑制固溶S向原始Y晶界的偏析，抑制在超高強(qiáng)度的焊縫金屬中發(fā)生的延展性降低裂 紋。另外，通過堿度因金屬氟化物而變化，對(duì)降低焊縫金屬的氧也有效，由此，也能夠期待焊 縫金屬的韌性提高。
[0130] 為了得到這些效果，需要使金屬氟化物的含量的合計(jì)α大于2.0%。當(dāng)金屬氟化 物的含量的合計(jì)α為2.0%以下時(shí)，不能夠得到這些充分的效果。另外，若超過8.0%，則 焊接煙塵、熔渣過量地生成，因此焊接工藝性顯著劣化，從而不優(yōu)選。另外，為了較大地得到 降低氧量的效果，也可以將合計(jì)α的下限設(shè)為2.1 %以上、2. 2%以上、2. 5%以上、2. 8%以 上或者3.0%以上，為了抑制焊接工藝性的劣化，也可以將合計(jì)α的上限設(shè)為7.0%以下、 6. 5%以下、6. 0%以下。
[0131] 再者，作為金屬氟化物，從抑制延展性降低裂紋的效果方面來看，不論CaF2、BaF 2、 SrF2、MgF2中的哪一種都能夠使用，但從焊接工藝性的面來看，要含有CaF2來作為主成分。 而且，在電弧穩(wěn)定性確保、飛濺抑制等的焊接工藝性優(yōu)先的情況下，將添加的金屬氟化物之 中的CaF 2相對(duì)于合計(jì)α的比例設(shè)為50 %以上。也就是說，將CaF2含量相對(duì)于上述α的 比設(shè)為0. 50以上。也可以根據(jù)需要設(shè)為80%以上、90%以上或者100%。
[0132] 在實(shí)施例的藥芯焊絲中，作為造渣劑，添加 Ti氧化物（例如TiO2)、Si氧化物（例 如SiO2)、Mg氧化物（例如MgO)、A1氧化物（例如Al 2O3)中的1種或2種以上。這些物質(zhì)， 為了良好地維持焊道3的形狀而根據(jù)需要來添加，為了得到其適當(dāng)?shù)男Ч?，需要相?duì)于焊 絲總質(zhì)量添加0.01%以上。但是，若這些金屬氧化物的含量的合計(jì)β超過1.20%地添加， 則焊縫金屬的氧量增加，使韌性劣化，因此不優(yōu)選。
[0133] 因此，這些金屬氧化物的含量的合計(jì)β設(shè)為0. 01?1. 20%。這些金屬氧化物的 含量，是除了 Ti02、Si02、MgCKAl2O3的合計(jì)量以外，用于焊藥的造粒的粘合劑等中所含的上 述的金屬氧化物也合計(jì)了的含量。另外，為了極力抑制由金屬氧化物的添加所致的韌性的 劣化，也可以將合計(jì)β的上限設(shè)為1. 〇〇%、〇. 90%、0. 80%。也可以根據(jù)需要將合計(jì)β的 下限設(shè)為 0. 05%、0. 10%、0. 15%或者 0. 20%。
[0134] 為了抑制超高強(qiáng)度的焊縫金屬的延展性降低裂紋，除了上述的金屬氟化物和金屬 氧化物的各自的含量以外，還需要使由質(zhì)量％表示的金屬氟化物的含量相對(duì)于金屬氧化物 的含量的比（金屬氟化物量/金屬氧化物量，也就是合計(jì)α /合計(jì)β )的值滿足2. 0以上 800. 0以下。當(dāng)金屬氟化物的含量相對(duì)于金屬氧化物的含量的比（α / β )低于2. 0時(shí)，抑制 延展性降低裂紋所需要的S被氧化物捕集的效果消失。當(dāng)金屬氟化物的含量相對(duì)于金屬氧 化物的含量的比（α / β )超過800. 0時(shí)，電弧狀態(tài)變得不穩(wěn)定，焊道形狀變得不良，因此不 優(yōu)選。也可以根據(jù)需要將上述的比（α/β)的下限設(shè)為3. 0、4.0或者5.0,也可以將其上限 設(shè)為500、300或者200。
[0135] 鐵粉，為了調(diào)整藥芯焊絲的填充率的調(diào)整和提高熔敷效率，可以根據(jù)需要來添加。 鐵粉也可以不添加，其下限為〇 %。但是，鐵粉的表層被氧化，若添加鐵粉，則使焊縫金屬的 氧量增加，使韌性降低。當(dāng)抗拉強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度）為950MPa以上時(shí)，由于強(qiáng)度極高，因此難 以確保韌性，由鐵粉添加所致的氧增加不被容許。
[0136] 因此，鐵粉也可以不添加，但在為了調(diào)整填充率而添加的情況下，為了確保韌性， 鐵粉的含量限制為低于5. 0%。為了改善韌性，也可以將其上限限制為3. 0%、2. 0%或者 1. 0%。
[0137] 在本發(fā)明的藥芯焊絲中，出于提高穩(wěn)弧性作用和電弧集中性的目的，能夠進(jìn)一步 添加0&0) 3、8&0)3、5"03、1%0)3中的金屬碳酸鹽的1種或2種以上，但若添加0.60%以上， 則電弧的集中性過強(qiáng)，飛濺發(fā)生量變多。因此，在含有這些金屬碳酸鹽的情況下，將其含量 的合計(jì)設(shè)為低于〇. 60%。這些金屬碳酸鹽的含量的合計(jì)的下限為0%。
[0138] 在本發(fā)明中，優(yōu)選在焊藥中不有意地添加 CaO。可是，有時(shí)焊藥的原料中含有CaO。 CaO接觸大氣會(huì)變化為CaOH，使焊縫金屬的擴(kuò)散氫增加。在超高強(qiáng)度鋼的焊接中，若擴(kuò)散氫 增加，則為了抑制低溫裂紋而實(shí)施的預(yù)熱操作的負(fù)荷增大，因此不優(yōu)選。不論是作為雜質(zhì)而 混入的情況，還是有意地添加的情況，優(yōu)選以相對(duì)于焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)，使CaO的含量 低于0.20%。對(duì)于得到了這樣的見解的實(shí)驗(yàn)，示于圖8中。從圖8可知，隨著CaO增加，擴(kuò) 散氫增加，直到〇. 15%為止，擴(kuò)散氫得到l.Oml/lOOg以下。因此，為了抑制預(yù)熱操作的負(fù)荷 增大，CaO優(yōu)選為低于0.15%。也就是說，優(yōu)選選定焊藥的原料使得滿足該范圍。再者，也 可以根據(jù)需要將CaO的含量的上限設(shè)為0. 12%、0. 10%或者0.08%。
[0139] 以上是關(guān)于本發(fā)明的藥芯焊絲的成分組成的限定理由，但其他的余量成分為鐵和 雜質(zhì)。作為鐵成分，包含鋼制外皮的Fe、向焊藥中添加了的鐵粉以及合金成分中的Fe。另 夕卜，以鐵為主成分的余量，也可以在不損害本發(fā)明的特性的范圍內(nèi)含有在制造過程等中混 入的雜質(zhì)。
[0140] 除了以上之外，也可以根據(jù)需要進(jìn)一步含有穩(wěn)弧劑。作為穩(wěn)弧劑，有Na、K的氧 化物和氟化物（例如Na 20、NaF、K20、KF、K2SiF6、K2ZrF 6)等，其含量的合計(jì)優(yōu)選為0. 001? 0.40%。也可以不含有，因此其下限為0%。再者，在此例示的氧化物、氟化物，在金屬氧化 物、金屬氟化物中不包含。當(dāng)根據(jù)需要Na以及K的氧化物和/或氟化物多時(shí)，電弧變強(qiáng)，飛 濺等增加，因此也可以根據(jù)需要將它們的含量的合計(jì)限制為〇. 30%以下、0. 20%以下、低于 0. 10%、0. 08% 以下。
[0141] 藥芯焊絲可大體分為：鋼制外皮沒有縫狀的接縫的無縫焊絲；和鋼制外皮的接縫 有縫狀的間隙的有縫焊絲，在本發(fā)明中，哪一種截面結(jié)構(gòu)都能夠采用。當(dāng)有縫狀的間隙時(shí)， 在焊絲保管中大氣中的水分從其間隙侵入，焊藥吸濕。若以該狀態(tài)進(jìn)行焊接，則焊縫金屬中 的擴(kuò)散氫量增加。為了避免該問題，優(yōu)選為沒有縫狀的接縫的無縫焊絲。
[0142] 另外，一般進(jìn)行下述方法：在焊絲表面涂布具有潤(rùn)滑性的潤(rùn)滑劑，來使焊接時(shí)的焊 絲的送給性提高。作為這樣的焊絲用的潤(rùn)滑劑，能夠利用作為氟系的潤(rùn)滑油的全氟聚醚油 (PFPE油）。全氟聚醚油不含氫源，因此即使作為潤(rùn)滑劑涂布在焊絲上，也不使焊縫金屬的 擴(kuò)散氫增加。
[0143] 在本發(fā)明中，焊縫金屬或者熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度，設(shè)為與具有950MPa?1500MPa 的抗拉強(qiáng)度的超高強(qiáng)度鋼同等水平的抗拉強(qiáng)度。焊縫金屬或者熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度，可通 過由使用該藥芯焊絲制作的焊接接頭進(jìn)行焊縫金屬或者熔敷金屬的拉伸試驗(yàn)來進(jìn)行測(cè)定。 另外，已知硬度和抗拉強(qiáng)度存在好的相關(guān)關(guān)系。也可以利用該相關(guān)關(guān)系，測(cè)定焊接接頭的焊 縫金屬或者熔敷金屬的硬度，從硬度進(jìn)行換算，來求出焊縫金屬或者熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度。 另外，如果能夠取得藥芯焊絲，則即使不制作使用超高強(qiáng)度鋼的焊接接頭，也可以進(jìn)行日本 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS Z3111-2005所規(guī)定的熔敷金屬的拉伸試驗(yàn)，來求出焊縫金屬或者熔敷金屬的 抗拉強(qiáng)度。再者，如果需要，則也可以將焊縫金屬或者熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度的上限限制為 HOOMPa 或者 1350MPa。
[0144] 本發(fā)明的藥芯焊絲，能夠采用與通常的藥芯焊絲的制造方法同樣的制造工序制 造。
[0145] 即，首先，準(zhǔn)備成為外皮的鋼帶、以及進(jìn)行配合使得金屬氟化物、合金成分、金屬氧 化物、金屬碳酸鹽以及穩(wěn)弧劑成為規(guī)定的含量的焊藥。一邊將鋼帶沿長(zhǎng)度方向輸送，一邊利 用成形輥成形為開放管（U字型），制成為鋼制外皮，在該成形途中，從開放管的開口部供給 焊藥，將開口部的相對(duì)的邊緣面對(duì)接縫焊。將通過焊接得到的無接縫管進(jìn)行拉拔，在拉拔途 中或者拉拔工序完了后進(jìn)行退火處理，得到具有所希望的線徑的無縫焊絲。另外，一部分制 成為不進(jìn)行縫焊的有接縫的管，并對(duì)其進(jìn)行拉拔，由此得到有縫焊絲。
[0146] 實(shí)施例
[0147] 接著，通過實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明的實(shí)施可能性以及效果進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0148] 一邊將鋼帶沿長(zhǎng)度方向輸送，一邊利用成形輥成形為開放管，在該成形途中從 開放管的開口部供給焊藥。通過將開口部的相對(duì)的邊緣面對(duì)接縫焊而制成為無接縫管， 在已造管的焊絲的拉拔操作的途中施加退火，試制了最終的焊絲徑為Φ1. 2mm的藥芯焊 絲。另外，一部分制成為不進(jìn)行縫焊的有接縫的管，并對(duì)其進(jìn)行拉拔，由此試制了焊絲徑為 Φ1. 2mm的藥芯焊絲。將試制出的藥芯焊絲的成分組成示于表1-1?表1-5、表2-1?表 2-5 中。
[0149] 使用該藥芯焊絲，并將板厚為19mm的鋼板1如圖3所示那樣在根部間隙12mm、坡 口角度45°的條件下對(duì)接，使用焊接襯墊2,第1層以及第2層以1或2道，第3層至最終 層以2或3道進(jìn)行焊接。在表3-1?表3-5所示的焊接工藝條件下實(shí)施焊接。再者，鋼板1 以及焊接襯墊2使用了 JISG3106的SM490A，但在鋼板1的坡口面以及焊接襯墊2的表面， 使用進(jìn)行試驗(yàn)的藥芯焊絲實(shí)施2層以上、且3mm以上的隔離層堆焊來使用。在此，Ti氧化 物、Si氧化物、Mg氧化物、Al氧化物分別使用了 TiO2, SiO2, MgO, Al2O3。在表1-1?表1-7 中，所謂"金屬碳酸鹽"為0&〇) 3、8&〇)3、3"03、1%〇)3。在此，焊絲編號(hào)36為8 &〇)3，焊絲編號(hào) 37為SrCO3，焊絲編號(hào)51為MgCO 3，除了這些以外，全部為CaC03。所謂"穩(wěn)弧劑"是Na以及 K的氧化物和/或氟化物。
[0150]

【權(quán)利要求】
1. 一種超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，是在鋼制外皮的內(nèi)部填充有焊藥的氣體保護(hù)電弧 焊用藥芯焊絲，其特征在于， 在所述焊絲中， 含有CaF2、BaF2、SrF2、MgF2之中的1種或2種以上，其含量的合計(jì)記為α?xí)r，所述α 以相對(duì)于焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)，大于2. 0%且在8. 0%以下， 含有Ti氧化物、Si氧化物、Mg氧化物、Α1氧化物之中的1種或2種以上，其含量的合 計(jì)記為β時(shí)，所述β以相對(duì)于所述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)，為〇. 01?1. 20%, CaC03、BaC03、SrC03、MgC03的含量的合計(jì)，以相對(duì)于所述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)，低于 0. 60%, 所述焊藥中的鐵粉的含量，以相對(duì)于所述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)，低于5. 0%， 所述CaF2的含量相對(duì)于所述α的比為〇. 50以上， 所述α相對(duì)于所述β的比為2. 0以上800. 0以下， 化學(xué)成分由以下元素組成：以相對(duì)于所述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)， C :大于0. 080%且在0. 200%以下； Si :0. 05 ?1. 50% ; Μη :1· 0 ?2. 2% ; Α1 :0. 001 ?0. 400% ; Ni :1. 0 ?9. 0% ; V :大于0. 050%且在0. 300%以下； P :0. 020% 以下； S :0. 020% 以下； Cu :0 ?0· 800% ; Cr :0 ?2. 5% ; Mo :0 ?2. 0% ; Ti :0 ?0· 300% ; Nb :0 ?0. 05% ; B :0 ?0· 0100% ; Mg :0 ?0· 8% ; Ca :0 ?0· 5% ; REM :0 ?0. 0100% ; 余量：鐵以及雜質(zhì)， 用以下的a式定義的Ceq為0· 60?1. 20%， Ceq = [C] + [Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 · · · (a), 其中，帶□的元素表示各元素的質(zhì)量％的含量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，其特征在于，所述焊絲中的CaO 的含量，以相對(duì)于所述焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計(jì)，低于〇. 15%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，其特征在于，所述CaF2的 含量相對(duì)于所述ct的比為〇. 90以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3的任一項(xiàng)所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，其特征在于，在針 對(duì)使用所述焊絲的氣體保護(hù)電弧焊的日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISZ3111-2005所規(guī)定的熔敷金屬的 拉伸試驗(yàn)中，所述熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度成為950MPa以上且1500MPa以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4的任一項(xiàng)所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，其特征在于，所述 鋼制外皮沒有縫狀的間隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5的任一項(xiàng)所述的超高強(qiáng)度鋼焊接用藥芯焊絲，其特征在于，在所 述焊絲的表面涂布有全氟聚醚油。
【文檔編號(hào)】B23K9/12GK104271310SQ201380023982
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月8日
【發(fā)明者】中村修一, 兒島一浩, 戶?？等? 志村龍一 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社