溶接ワイヤに含まれる金属元素が溶接品質に及ぼす影響

Si、Mn、S、P、Cr、Al、Ti、Mo、V、その他の合金元素を含む溶接ワイヤ用。これらの合金元素が溶接性能に及ぼす影響を以下に説明します。

シリコン（Si）

シリコンは溶接ワイヤで最も一般的に使用される脱酸元素であり、鉄と酸化の結合を防ぎ、溶融池内の FeO を減少させることができます。しかし、シリコンの脱酸を単独で行うと、生成するSiO2の融点が高く（約1710℃）、粒子が小さいため溶融池から浮き上がりにくく、溶融炉内にスラグ介在物が発生しやすくなります。金属を溶接します。

マンガン(Mn)

マンガンの効果はシリコンと同様ですが、脱酸能力はシリコンより若干劣ります。マンガンの脱酸のみを使用すると、生成される MnO の密度が高く (15.11g/cm3)、溶融池から浮き上がりにくくなります。溶接ワイヤに含まれるマンガンは、脱酸作用に加え、硫黄と結合して硫化マンガン（MnS）を形成して除去（脱硫）することができるため、硫黄による高温割れの発生を抑制することができます。シリコンとマンガンは単独で脱酸に使用されるため、脱酸生成物の除去が困難です。したがって、現在ではシリコンとマンガンの結合脱酸が主に使用されており、生成したSiO2とMnOを複合してケイ酸塩（MnO・SiO2）にすることができます。 MnO・SiO2は融点が低く（約1270℃）、密度が低い（約3.6g/cm3）ため、凝結して大きなスラグとなり、溶融池中に浮遊して良好な脱酸効果が得られます。マンガンは鋼の重要な合金元素でもあり、溶接金属の靱性に大きな影響を与える重要な焼入性元素でもあります。 Mn含有量が0.05％未満では溶接金属の靱性が非常に高くなり、Mn含有量が0.05％未満では溶接金属の靱性が非常に高くなる。 Mn含有量が3%を超えると、非常に脆くなります。 Mn含有量が0.6〜1.8％の場合、溶接金属の強度と靭性がより高くなる。

硫黄(S)

硫黄は鋼中に硫化鉄の形で存在することが多く、粒界にネットワーク状に分布し、鋼の靱性を著しく低下させます。鉄と硫化鉄の共晶温度は低い (985°C)。そのため、熱間加工では、加工開始温度が一般的に1150～1200℃となり、鉄と硫化鉄の共晶が溶けて加工中に割れが発生する現象が、いわゆる「硫黄の熱間脆化」です。 。硫黄のこの性質により、溶接中に鋼に高温亀裂が発生します。したがって、鋼中の硫黄含有量は一般に厳密に管理されます。普通炭素鋼、高級炭素鋼、先進高級鋼の主な違いは硫黄とリンの量にあります。前述したように、マンガンは硫黄と高融点（1600℃）の硫化マンガン（MnS）を形成し、粒内に粒状に分布するため、脱硫効果を有します。熱間加工中、硫化マンガンは十分な可塑性を有するため、硫黄の悪影響が排除されます。したがって、鋼中に一定量のマンガンを維持することが有益です。

リン(P)

リンは鋼中のフェライトに完全に溶解します。鋼に対するその強化効果は炭素に次ぐもので、鋼の強度と硬度を高めます。リンは鋼の耐食性を向上させることができますが、可塑性と靭性は大幅に低下します。特に低温では、その影響はより深刻であり、これはリンの低温ニーリング傾向と呼ばれます。したがって、溶接には不利であり、鋼の亀裂の感受性が増加します。不純物としての鋼中のリンの含有量も制限する必要があります。

クロム(Cr)

クロムは、可塑性と靭性を低下させることなく、鋼の強度と硬度を高めることができます。クロムは耐食性、耐酸性に優れているため、オーステナイト系ステンレス鋼には一般にクロムが多く含まれています（13％以上）。クロムは耐酸化性や耐熱性にも優れています。したがって、クロムは12CrMo、15CrMo、5CrMoなどの耐熱鋼にも広く使用されています。鋼には一定量のクロムが含まれています [7]。クロムはオーステナイト鋼の重要な構成元素であり、フェライト化元素であり、合金鋼の耐酸化性と高温での機械的特性を向上させることができます。オーステナイト系ステンレス鋼では、クロムとニッケルの合計量が40％、Cr/Ni＝1の場合、熱間割れが発生しやすくなります。 Cr/Ni = 2.7 の場合、熱間割れの傾向はありません。そのため、一般的な18-8鋼においてCr/Ni＝2.2～2.3の場合、合金鋼中にクロムが炭化物を生成しやすくなり、合金鋼の熱伝導が悪くなり、酸化クロムが生成しやすくなり溶接が困難となる。

アルミニウム（AI）

アルミニウムは強力な脱酸元素の1つであるため、脱酸剤としてアルミニウムを使用すると、FeOの生成が少なくなるだけでなく、FeOを容易に還元でき、溶融池で発生するCOガスの化学反応を効果的に抑制し、耐CO性能を向上させることができます。毛穴。さらに、アルミニウムは窒素と結合して窒素を固定することができるため、窒素の細孔を減らすこともできます。しかし、アルミニウムを脱酸すると、生成するAl2O3は融点が高く（約2050℃）、溶融池中に固体の状態で存在するため、溶接部にスラグの介在が発生しやすい。同時に、アルミニウムを含む溶接ワイヤはスパッタを発生しやすく、アルミニウム含有量が高いと溶接金属の耐熱割れ性も低下するため、溶接ワイヤ中のアルミニウム含有量は厳密に管理する必要があり、多すぎないようにする必要があります。多くの。溶接ワイヤ中のアルミニウム含有量を適切に制御すると、溶接金属の硬度、降伏点、引張強さがわずかに向上します。

チタン(Ti)

チタンは強力な脱酸元素でもあり、窒素と TiN を合成して窒素を固定し、溶接金属の耐窒素気孔性を向上させることもできます。溶接組織中のＴｉとＢ（ボロン）の含有量が適切であれば、溶接組織を微細化することができる。

モリブデン(Mo)

合金鋼中のモリブデンは、鋼の強度と硬度を向上させ、結晶粒を微細化し、焼き戻し脆性と過熱傾向を防止し、高温強度、クリープ強度、耐久強度を向上させます。モリブデン含有量が0.6％未満の場合、可塑性を向上させ、熱伝導性を低下させることができます。亀裂が入りやすくなり、衝撃靱性が向上します。モリブデンは黒鉛化を促進する傾向があります。したがって、16Mo、12CrMo、15CrMoなどの一般的なモリブデン含有耐熱鋼には0.5%程度のモリブデンが含まれています。合金鋼中のモリブデンの含有量が0.6〜1.0％である場合、モリブデンは合金鋼の塑性と靭性を低下させ、合金鋼の焼入れ傾向を増加させます。

バナジウム(V)

バナジウムは鋼の強度を高め、結晶粒を微細化し、結晶粒の成長傾向を減少させ、焼入性を向上させることができます。バナジウムは比較的強力な炭化物形成元素であり、形成された炭化物は 650 °C 以下で安定です。時間硬化効果。バナジウム炭化物は高温安定性があり、鋼の高温硬度を向上させることができます。バナジウムは鋼中の炭化物の分布を変える可能性がありますが、バナジウムは耐火性酸化物を形成しやすいため、ガス溶接やガス切断の難易度が高くなります。一般に、溶接シーム中のバナジウム含有量が約 0.11% である場合、窒素固定に役割を果たし、不利な点が有利な方向に変わります。