CN109070285A - 药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

关于F、Li、酸可溶性Al、Mg、S、CO2、Ba、Ca、Sr、REM、P、不源于碳酸盐的C、Mn、Ni、Cu，使其以焊丝总质量计的含量为规定范围，并且使其配比在特定的范围。

Description

药芯焊丝
技术领域
本发明涉及药芯焊丝，更详细地说，是涉及自保护电弧焊用的药芯焊丝。
背景技术
作为通过焊接接合钢材的接合方法之一，有气体保护金属极电弧焊法。
该气体保护金属极电弧焊法是比较简易的接合方法，其只要通过焊接电源在焊接材料与母材之间外加电压便能够实施，并通过变更焊接材料的合金成分，能够宽泛地适用于各种母材的焊接。另外，气体保护金属极电弧焊法也不需要气体的供给等，因此在基础设施不十分完备的发展中国家成为有用的接合方法。
而且，气体保护金属极电弧焊法由于焊接装置简易，所以装置的搬运容易，并且抗风性也优异，因此作为适合户外接合的接合方法，也在发达国家使用。
但是，气体保护金属极电弧焊法所用的焊接材料，是1根数十cm左右的棒状的材料，需要每次结束使用而中断焊接操作，而给焊接装置补充新的焊接材料。因此，由气体保护金属极电弧焊法进行的焊接，不得不断断续续地施行，作业效率差，没有面向自动化。
相对于此，气体保护电弧焊法中，焊接材料是数kg～数十kg级的一串焊丝，因此焊接可以连续地施行，与气体保护金属极电弧焊法比较，操作效率良好，面向自动化。因此，由气体保护金属极电弧焊法切换成气体保护电弧焊法，使焊接操作自动化，从而可以使操作效率提高。
但是，用于气体保护电弧焊法的焊接材料，与用于气体保护金属极电弧焊法的焊接材料不同，作为保护熔融金属避免其接触大气的成分，除了形成焊渣的成分以外都不含有。因此，通过气体保护电弧焊法进行焊接操作时，需要将二氧化碳、氩气或它们混合后的气体等作为保护气体，一边供给到焊接金属的周围，一边进行操作。但是，作为该保护气体，因为容易被风扰乱，所以，若是在防风对策不充分的户外等进行焊接操作，则容易发生气孔缺陷、机械性质降低。
如以上，气体保护金属极电弧焊法和气体保护电弧焊法，由于优点和缺点并存，所以，例如在气体的供给困难的户外的环境中，想到使操作效率提高时，这些焊接方法都难以适合实施焊接操作。
能够解决这样的问题点的是自保护电弧焊法。
该自保护电弧焊法由于焊接材料与用于气体保护电弧焊法的焊接材料同样、可以连续供给的焊丝，因此可以连续地施行。另外，用于自保护电弧焊法的焊接材料，含有用于保护焊接金属免受大气影响的成分，因此与气体保护金属极电弧焊法同样，不需要保护气体的供给，因为保护熔融金属避免大气的影响不依存于保护气体，所以抗风性也优异。
如此，自保护电弧焊法兼备气体保护金属极电弧焊法和气体保护电弧焊法的优点，因此可以解决如上所述的问题。
还有，关于此自保护电弧焊法，例如，在专利文献1中，提出有一种耐火钢用自保护电弧焊用药芯焊丝，是在钢制外皮内填充焊剂而成的耐火钢用自保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，以相对于焊丝总质量的质量％计，在焊剂中，含有BaF2：6.5～11.0％、Sr复合氧化物：3.0～5.0％、Mg：1.0～3.0％，且以钢制外皮和焊剂的一者或两者合计计，含有C：0.02～0.07％、Mn：0.5～2.0％、Al：1.0～2.5％、Ni：1.6～3.0％、Mo：0.3～0.8％，此外，是钢制外皮的Fe、3％以下(含0％)的金属氟化物和金属碳酸盐中的一种或两种、10％以下(含0％)的铁粉和不可避免的杂质。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本国特开2009－119497号公报
如前述，自保护电弧焊法虽然具有很多优点，但是并没有充分普及。这是由于，与气体保护金属极电弧焊法和气体保护电弧焊法所用的焊接材料不同，在自保护电弧焊法所用的焊接材料中，成为满足所要求的性质(焊接操作性、焊接金属的机械性质、抗气孔性，抗裂纹性、扩散氢量的减少)的设计困难。
而且，难以成为满足所述的各性质的设计的理由在于，构成用于自保护电弧焊法的药芯焊丝的各成分因为各自相互造成影响，所以焊丝的成分设计非常复杂，尚处于摸索的状态。
具体来说，专利文献1的技术中，使规定量的Al含有，但该Al具有，防止焊接金属的气孔缺陷的方面，并且具有使显微组织粗大化，而使焊接金属的机械性质(强度、韧性等)劣化的另一方面。因此，在专利文献1的技术中，为了抑制因含有Al造成的显微组织的粗大化，以C、Mn、Ni作为必须成分，来确保机械性质。
但是，C、Mn、Ni不仅抑制微组织的粗大化，而且发挥着使焊接金属的强度提高的效果，因此强度会过度地提高(参照专利文献1的表3：常温下的抗拉强度为700N/mm2以上，0.2％屈服强度为600N/mm2以上)。
在此，想要使焊接金属的抗拉强度为430MPa以上(特别是430～670MPa左右)时，根据专利文献1的技术，需要减少C、Mn、Ni的含量，或使Al的含量增加，但这些方法不仅使强度降低，而且也使韧性降低。
发明内容
因此，本发明的课题在于，提供一种不仅焊接操作性优异，而且焊接金属的扩散氢量少，并且抗气孔性和抗裂纹性优异，此外，焊接金属的抗拉强度和韧性优异的药芯焊丝。
本发明者们为了解决所述课题而进行了锐意研究，其结果发现，通过详细地特定构成药芯焊丝的各成分的含量，能够解决所述课题，从而完成本发明。
即，本发明的药芯焊丝是在钢制外皮内填充焊剂而成的自保护电弧焊用的药芯焊丝，其中，以焊丝总质量计，为F：0.10质量％以上并在4.00质量％以下、Li：0.25质量％以上并在2.30质量％以下、酸可溶性Al：1.00质量％以上并在5.25质量％以下、Mg：0.80质量％以上并在3.10质量％以下、S：0.0005质量％以上并在0.2000质量％以下、CO2：0质量％以上并在2.00质量％以下、Ba：0质量％以上并在8.00质量％以下、Ca：0质量％以上并在5.00质量％以下、Sr：0质量％以上并在2.00质量％以下、REM：0质量％以上并在1.50质量％以下、P：0.070质量％以下，并含有不源于碳酸盐的C：0.65质量％以下、Mn：11.00质量％以下、Ni：11.00质量％以下、Cu：1.50质量％以下之中的一种以上，且满足下式(1)～(4)。
0.60≤10×[不源于碳酸盐的C]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≤15.00…(1)
7.5×[Li]－[酸可溶性Al]+10×[不源于碳酸盐的C]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≥1.50…(2)
0.33×[F]+[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≥3.00…(3)
[Mn]+[Ba]+[Ca]+[Sr]+[REM]－20×[S]≥－0.60…(4)
还有，前式中的[成分]是焊丝总质量中的该成分的含量(质量％)。
根据此药芯焊丝，由于F、Li、酸可溶性Al、Mg、S、CO2、Ba、Ca、Sr、REM、P、不源于碳酸盐的C、Mn、Ni、Cu的成分的含量在规定的范围内，并且满足式(1)～(4)，所以不仅焊接操作性优异，而且焊接金属的扩散氢量少，并且抗气孔性和抗裂纹性优异，此外，焊接金属的抗拉强度和韧性优异。
本发明的药芯焊丝也可以还含有Cr、Mo、V、W之中的一种以上，以焊丝总质量计的这些成分的总含量在4.00质量％以下。
根据此药芯焊丝，由于以总含量为规定值以下的方式含有Cr、Mo、V、W之中的一种以上，所以能够使焊接金属的抗拉强度进一步提高。
本发明的药芯焊丝也可以还含有Nb、Ta、Co之中的一种以上，且以焊丝总质量计的这些成分的总含量在1.00质量％以下。
根据此药芯焊丝，由于以总含量为规定值以下的方式含有Nb、Ta、Co之中的一种以上，所以能够使焊接金属的抗拉强度进一步提高。
本发明的药芯焊丝中，优选含有前述Ba、前述Ca、前述Sr、前述REM之中的一种以上，且以焊丝总质量计的这些成分的总含量为0.15质量％以上。
根据此药芯焊丝，由于以总含量为规定值以上的方式含有Ba、Ca、Sr、REM之中的一种以上，所以能够使焊接操作性更优异。
本发明的药芯焊丝，优选以焊丝总质量计，所述Ba的含量为0.50质量％以上，所述F的含量为0.50质量％以上，以焊丝总质量计，所述Ba、所述Ca、所述Sr和所述REM的总含量为1.40质量％以上。
根据此药芯焊丝，能够使正极性的焊接时形成于焊丝前端的熔滴减小(或几乎使之消失)，并减小飞溅。
本发明的药芯焊丝中，也可以还含有Ti、Zr之中的一种以上，以焊丝总质量计的这些成分的总含量为0.01质量％以上并在3.00质量％以下。
根据此药芯焊丝，由于以总含量在规定范围的方式含有Ti、Zr之中的一种以上，所以能够使焊接操作性更优异。
本发明的药芯焊丝，以焊丝总质量计，也可以含有以FeO换算为3.00质量％以上的铁氧化物。
根据此药芯焊丝，由于含有以FeO换算为规定值以上的铁氧化物，所以能够使韧性更优异。
在本发明的药芯焊丝中，所述Mg的含量之中，作为金属粉末或合金粉末含有的量以焊丝总质量计的含量，优选为0.80质量％以上。
根据此药芯焊丝，由于作为金属粉末或合金粉末而含有规定值以上的Mg，该Mg也发挥着作为脱氧剂的效果。
本发明的药芯焊丝中，也可以还含有Bi，以焊丝总质量计的所述Bi的含量为0.100质量％以下。
根据此药芯焊丝，由于含有规定值以下的含量的Bi，所以能够使焊渣剥离性提高。
本发明的药芯焊丝中，也可以还含有B，以焊丝总质量计的所述B的含量为0.100质量％以下。
根据此药芯焊丝，由于含有规定值以下的含量的B，所以能够确实地抑制韧性的降低。
本发明的药芯焊丝中，也可以还含有Na、K、Cs之中的一种以上，以焊丝总质量计，所述Li、所述Na、所述K和所述Cs的总含量为2.50质量％以下。
根据此药芯焊丝，由于含有Na、K、Cs之中的一种以上，并且使Li、Na、K、Cs的总含量为规定值以下而含有，所以能够使焊接操作性更优异。
本发明的药芯焊丝中，也可以还含有Si，以焊丝总质量计的所述Si的含量为0.01质量％以上、3.00质量％以下。
该药芯焊丝中，由于含有规定范围的含量的Si，所以能够恰当地保护熔融池，以免受大气影响。
本发明的药芯焊丝中，也可以还含有Zn，以焊丝总质量计的所述Zn的含量为1.00质量％以下。
本发明的药芯焊丝，优选满足式(5)所示的[F]+0.5×[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≤7.00。
该药芯焊丝，由于满足前式(5)，所以能够抑制烟尘的发生量。
本发明的药芯焊丝，由于详细地特定规定的成分的含量，所以不仅焊接操作性优异，而且焊接金属的扩散氢量少，并且抗气孔性和抗裂纹性优异，此外，焊接金属的抗拉强度和韧性优异。
附图说明
图1A是本发明中用于测量飞溅发生量的飞溅捕集方法的说明图，图1A是捕集箱和焊炬和被焊接材的立体图。
图1B是本发明中用于测量飞溅发生量的飞溅捕集方法的说明图，图1B是图1A的A－A线剖面图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的药芯焊丝的方式详细地进行说明。
《药芯焊丝》
本实施方式的药芯焊丝(以下，适宜称为“焊丝”)，为不使用保护气体的自保护电弧焊用，并且是在钢制外皮内部填充有焊剂的焊丝。
详细地说，本实施方式的焊丝，由呈筒状的钢制外皮、和填充到该钢制外皮的内侧的焊剂构成。还有，焊丝是以下任意哪种形态都可以，即在钢制外皮上没有接缝的无缝型，在钢制外皮上有接缝的有缝型。另外，焊丝也可以在表面(钢制外皮的外侧)实施镀覆等，也可以不实施。
而后，本实施方式的焊丝的丝径没有特别限定，可以为1.2～3.2mm。另外，焊丝的焊剂充填率也没有特别限定，可以为10～25质量％。
而且，本实施方式的焊丝，特定各成分相对于焊丝总质量(＝钢制外皮质量+焊剂质量)的含量。
以下，对于本实施方式的焊丝的各成分的含量的特定理由进行说明。
＜F：0.10质量％以上并在4.00质量％以下＞
F发挥着减少焊接金属的扩散氢量的效果。若F的含量低于0.10质量％，则不能充分降低焊接金属的扩散氢量。另一方面，若F的含量高于4.00质量％，则焊接时烟尘大量发生，焊接部的辨认困难，使焊接操作性降低。
因此，F的含量以焊丝总质量计为0.10质量％以上并在4.00质量％以下，优选的上限为3.5质量％。
还有，作为F源，可列举添加到焊剂中的LiF、BaF2、BaLiF3、K2SiF6这样的氟化物或复合氟化物，或含氟的树脂等。
＜Li：0.25质量％以上并在2.30质量％以下＞
Li作为Li+带电弧等离子体中的正电荷，使电弧等离子体稳定，由此发挥着使焊接操作性提高的效果。另外，Li保护熔融金属，以免受氮影响，使焊接金属的抗气孔性提高，发挥着使焊接金属的韧性良好的效果。
此外，Li通过降低熔融金属中的Al的量，也发挥着使焊接金属的韧性良好的效果。若Li的含量低于0.25质量％，则难以得到所述效果，特别是不能实现焊接金属的抗气孔性和韧性的并立。另一方面，若Li的含量高于2.30质量％，则焊接时飞溅大量发生，焊接操作性降低。
因此，Li的含量，以焊丝总质量计为0.25质量％以上并在2.30质量％以下，优选的下限为0.35质量％。
还有，作为Li源，可列举添加到焊剂中的LiF这样的氟化物、BaLiF3这样的复合氟化物、锂铁氧体和钛酸锂这样的复合氧化物、Al－Li系合金等。
＜酸可溶性Al：1.00质量％以上并在5.25质量％以下＞
酸可溶性Al(Sol.Al)具有脱氧作用和脱氮作用，使焊接金属的氧和氮的量减少，使抗气孔性提高，并且发挥着提高焊接金属的抗拉强度和韧性的效果。另外，酸可溶性Al与熔融金属中的氮结合而形成氮化物，从而也发挥着抑制因氮的存在引起的气孔发生这一效果。若酸可溶性Al的含量低于1.00质量％，则难以得到所述效果，特别是熔融金属中的氮固定化能力不足，不能充分抑制气孔发生。另一方面，由于Al是形成铁素体组织的元素，所以，若酸可溶性Al的含量高于5.25质量％，则焊接金属中容易粗大的铁素体组织，焊接金属的韧性降低。
因此，酸可溶性Al的含量，以焊丝总质量计为1.00质量％以上并在5.25质量％以下。
还有，所谓酸可溶性Al，是通过JIS G 1257－10－2：2013的8.1所规定的操作被分解的铝，关于酸可溶性Al的含量，能够通过JIS G 1257－10－2：2013所规定的方法测量。
另外，作为酸可溶性Al源，除了添加到钢制外皮中的以外，还可列举添加到焊剂中的Al金属粉、Fe－Al、Al－Mg、Al－Li－Cu、Mg－Al－Zn这样的合金粉等。
＜Mg：0.80质量％以上并在3.10质量％以下＞
Mg在焊接时气化，或在熔融池表面形成焊渣，由此保护焊接金属，以免受大气影响，其结果是，防止焊接金属的气孔发生，发挥着使焊接金属的韧性提高的效果。若Mg的含量低于0.80质量％，则难以得到所述效果。另一方面，若Mg的含量高于3.10质量％，则焊接时飞溅大量发生，焊接操作性降低。
因此，Mg的含量，以焊丝总质量计为0.80质量％以上并在3.10质量％以下。
还有，作为Mg源，可列举添加到焊剂中的Al－Mg、Ni－Mg、Fe－Si－Mg、Mg－Al－Zn这样的合金粉、MgO、MgCO3等。
＜S：0.0005质量％以上并在0.2000质量％以下＞
S使焊丝熔融时的熔滴的粘性和表面张力降低，使熔滴过渡圆滑，由此使飞溅小粒化，发挥着使焊接操作性提高的效果。若S的含量低于0.0005质量％，则难以得到所述效果。另一方面，若S的含量高于0.2000质量％，则由于S是使抗裂纹性降低的元素，所以，即使如后述那样另行含有防止抗裂纹性降低的成分，也难以抑制裂纹发生。
因此，S的含量，以焊丝总质量计为0.0005质量％以上并在0.2000质量％以下，优选的下限为0.0015质量％。
还有，作为S源，除了添加到钢制外皮中的以外，还可列举添加到焊剂中的硫化铁和硫化铜等的硫化物、硫酸盐等。此外，作为S源，也可列举涂布于焊丝表面的S化合物等。
＜CO2：0质量％以上并在2.00质量％以下＞
CO2是来自碳酸盐的CO2(碳酸盐所含的CO2)，焊接时气化，由此保护熔滴和熔融池，以免受大气影响，发挥着使焊接金属的抗气孔性和机械性质(抗拉强度和韧性)提高的效果。但是，在本发明中，所述效果可以由其他的成分确保，因此CO2不是必须成分，也可以是0质量％。另一方面，若CO2的含量高于2.00质量％，则焊接时飞溅大量发生，焊接操作性降低。
因此，CO2的含量以焊丝总质量计为0质量％以上并在2.00质量％以下。
作为CO2源，可列举石灰石、碳酸锂和碳酸钡等的各种碳酸盐。
＜Ba：0质量％以上并在8.00质量％以下，Ca：0质量％以上并在5.00质量％以下，Sr：0质量％以上并在2.00质量％以下，REM：0质量％以上并在1.50质量％以下＞
Ba、Ca、Sr、REM放出电子，发挥着使电弧等离子体稳定的效果。另外，这些成分也发挥着抑制S造成的热裂纹的效果。但是，在本发明中，因为所述效果可以由其他的成分确保，所以这些成分不是必须成分，也可以为0质量％。另一方面，Ba的含量高于8.00质量％时，Ca的含量高于5.00质量％时，Sr的含量高于2.00质量％时，或REM的含量高于1.50质量％，焊接时飞溅大量发生，焊接操作性降低。
因此，以焊丝总质量计，Ba的含量为0质量％以上并在8.00质量％以下，Ca的含量为0质量％以上并在5.00质量％以下，Sr的含量为0质量％以上并在2.00质量％以下，REM的含量为0质量％以上并在1.50质量％以下。
还有，所谓REM，是Ce和La等的稀土类元素，可以是一种，也可以是两种以上，但含有两种以上时，稀土类元素的合计的含量需要在所述REM的含量的范围内。
另外，Ba、Ca、Sr、REM源，可列举添加到焊剂中的碳酸盐、复合氧化物、氟化物等。
＜P：0.070质量％以下＞
P使抗裂纹性和焊接金属的机械性质降低。若P的含量高于0.070质量％，则抗裂纹性的降低和焊接金属的机械性能的降低会明确出现。
因此，P的含量以焊丝总质量计为0.070质量％以下。
还有，因为P的含量为0质量％有困难，所以不含0质量％，但优选限制得尽可能少量。
＜不源于碳酸盐的C：0.65质量％以下、Mn：11.00质量％以下、Ni：11.00质量％以下、Cu：1.50质量％以下之中的一种以上＞
不源于碳酸盐的C(以下，适宜仅称为“C”)、Mn、Ni、Cu，是奥氏体形成元素，抑制由于Al的存在而形成粗大的铁素体组织，发挥着使焊接金属的机械性质，特别是抗拉强度和韧性提高的效果。但是，C的含量高于0.65质量％时，Mn的含量高于11.00质量％时，Ni的含量高于11.00质量％，或Cu的含量高于1.50质量％时，则焊接金属的强度变得过高，韧性和抗裂纹性有可能降低。
因此，本实施方式的焊丝，以焊丝总质量计，含有C：0.65质量％以下、Mn：11.00质量％以下、Ni：11.00质量％以下、Cu：1.50质量％以下之中的一种以上。
在此，所谓“不源于碳酸盐的C”，碳酸盐的形态的C由于几乎不发挥所述效果，所以是将源自碳酸盐的C除外的有意识的规定，换言之，就是以碳酸盐以外的形态在焊丝中含有的C，再换言之，就是从焊丝总体中包含的C中除去源自碳酸盐的C。
于是，作为C源，除了添加到钢制外皮中的以外，还可列举添加到焊剂中的碳量多的铁粉和合金粉，碳精、石墨、碳纳米管这样的碳单质，淀粉、玉米淀粉这样的有机物等。另外，作为Mn、Ni、Cu源，除了添加到钢制外皮中的以外，还可列举添加到焊剂中的单质金属和合金粉等。此外，作为Cu源，也可列举焊丝表面所涂装的Cu镀覆等。
＜式(1)＞
关于C、Mn、Ni、Cu的含量，为了使焊接金属的抗拉强度成为预期的值，需要满足式(1)所示的“0.60≤10×[不源于碳酸盐的C]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≤15.00”(式中的[成分]是焊丝总质量中的该成分的含量(质量％))。
式(1)的各成分如所述，抑制因Al的存在而形成粗大的铁素体组织，发挥着使焊接金属的机械性质(抗拉强度和韧性)提高的效果。若由式(1)计算出的值低于0.60，则不能充分发挥所述焊接金属的机械性质(抗拉强度和韧性)的提高效果。另一方面，若由式(1)计算出的值高于15.00，则焊接金属的强度变得过高，韧性和抗裂纹性降低。
因此，由式(1)计算出的值为0.60以上并在15.00以下。
还有，式(1)的各[成分]所设的系数，是基于实验的结果而规定的，是考虑各成分对效果造成的影响的强度。
＜式(2)＞
关于Li、酸可溶性Al、C、Mn、Ni、Cu的含量，为了确保优异的韧性，需要满足式(2)所示的“7.5×[Li]－[酸可溶性Al]+10×[不源于碳酸盐的C]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≥1.50”(式中的[成分]是焊丝总质量中的该成分的含量(质量％))。
式(2)的酸可溶性Al是用于确保抗气孔性所需要的成分，但若含量过多，则在焊接金属中形成粗大的铁素体组织，会使焊接金属的韧性降低。另一方面，式(2)的Li，使焊接金属中的Al量减少，C、Mn、Ni、Cu抑制粗大的铁素体组织的形成。于是，若由式(2)计算出的值低于1.50，则无法充分取得抑制粗大的铁素体组织形成的效果，焊接金属的韧性降低。
因此，由式(2)计算出的值为1.50以上，优选的下限为3.00。
还有，式(2)的各[成分]所设的系数，是基于实验的结果而规定的，是考虑各成分对效果造成的影响的强度。
＜式(3)＞
关于F、酸可溶性Al、Li、Mg、CO2的含量，为了确保优异的抗气孔性，需要满足式(3)所示的“0.33×[F]+[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≥3.00”(式中的[成分]是焊丝总质量中的该成分的含量(质量％))。
式(3)的各成分，保护焊接金属，以免受大气影响，发挥着使抗气孔性提高的效果。若由式(3)计算出的值低于3.00，则不能充分发挥使抗气孔性提高的效果。
因此，由式(3)计算出的值为3.00以上。
还有，式(3)的各[成分]所设的系数，是基于实验的结果而规定的，设于[F]的系数0.33，考虑的是F对抗气孔性的贡献比较低，是其贡献程度。
＜式(4)＞
关于S、Mn、Ba、Ca、Sr、REM的含量，为了确保优异的抗裂纹性，需要满足式(4)所示的“[Mn]+[Ba]+[Ca]+[Sr]+[REM]－20×[S]≥－0.60”(式中的[成分]是焊丝总质量中的该成分的含量(质量％))。
式(4)的S是用于确保焊接操作性的必须成分，但若含量过多，则会使抗裂纹性降低。另一方面，Mn、Ba、Ca、Sr、REM抑制因S导致的抗裂纹性的降低。于是，若由式(4)计算出的值为－0.60以上，则能够确保优异的抗裂纹性。
因此，由式(4)计算出的值为－0.60以上。
还有，式(4)的各[成分]所设的系数，是基于实验的结果而规定的，是考虑各成分对效果造成的影响的强度。
＜余量：Fe和不可避免的杂质＞
本实施方式的焊丝中，含有71～91质量％的Fe，并且对本发明的效果不产生影响的范围，作为不可避免的杂质，也可以含有Sn、Pb、N等。而且，其含量以焊丝总质量计，为Sn：0.05质量％以下、Pb：0.05质量％以下、N：0.1质量％以下。
另外，关于Sn、Pb、N等，如果不高于所述规定的含量，则不仅作为不可避免的杂质被含有时，即使积极地添加时，也不妨碍本发明的效果。
另外，关于O，其作为构成碳酸盐和各种氧化物的成分，或作为钢制外皮和金属粉末中的微量成分，也可以被含有。
此外，关于所述下限值为0质量％的Ca、Sr、REM等，只对上限值进行规定的P，非必须成分的C、Mn、Ni、Cu，后述的Cr、Mo、V、W、Nb、Ta、Co、Ti、Zr、Bi、B、Na、K、Cs、Si、Zn，也可以作为不可避免的杂质，包含规定量以下(例如，以焊丝总质量计为0.1质量％以下)。
还有，作为不可避免的杂质列举的各元素的含量，当然，也可以为0质量％。
本实施方式的焊丝，如以下所述，除了所述各成分以外，也可以还含有其他成分，优选满足更多要件。
还有，作为后述的各成分源，除了添加到钢制外皮中的以外，还可列举添加到焊剂中的单体金属和合金粉等。
＜Cr、Mo、V、W之中的一种以上＞
Cr、Mo、V、W均不是必须成分、但由于发挥着使焊接金属的强度提高的效果，所以要求高强度时，使焊丝含有这些成分之中的一种以上即可。但是，若这些成分的总含量高于4.00质量％，则焊接金属的强度变得过高，韧性和抗裂纹性降低。
因此，本实施方式的焊丝中，含有Cr、Mo、V、W之中的一种以上时，这些成分的总含量，优选以焊丝总质量计为4.00质量％以下。
＜Nb、Ta、Co之中的一种以上＞
Nb、Ta、Co均不是必须成分，但由于发挥着使焊接金属的强度提高的效果，所以要求高强度时，使焊丝含有这些成分之中的一种以上即可。但是，若这些成分的总含量高于1.00质量％，则焊接金属的强度变得过高，韧性和抗裂纹性降低。
因此，本实施方式的焊丝含有Nb、Ta、Co之中的一种以上时，这些成分的总含量优选以焊丝总质量计为1.00质量％以下。
＜Ba、Ca、Sr、REM之中的一种以上＞
Ba、Ca、Sr、REM如前述，任意一个的含量均可以为0质量％，但如果想要借助这些成分，使电弧等离子体稳定，特别是使正极性(将+极侧连接于母材，－极侧连接于电焊钳的直流焊接)下的焊接操作性提高时，优选使这些成分的总含量以焊丝总质量计为0.15质量％以上而含有一种以上。
此外，想要在正极性下的焊接时减小形成于焊丝前端的熔滴(或几乎消除)，使飞溅减少时，优选一边使Ba的含量为0.50质量％以上，F的含量为0.50质量％以上，一边使Ba、Ca、Sr、REM的总含量以焊丝总质量计为1.40质量％以上，如此含有Ba、Ca、Sr、REM之中的一种以上。
＜Ti、Zr之中的一种以上＞
Ti、Zr均不是必须成分，但发挥着使电弧集中，使焊接操作性提高的效果。若这些成分的总含量低于0.01质量％，则难以得到所述效果。另一方面，若这些成分的总含量高于3.00质量％，则电弧过度集中，焊接操作性反而有可能降低。
因此，本实施方式的焊丝，含有Ti、Zr之中的一种以上时，这些成分的总含量优选以焊丝总质量计为0.01质量％以上并在3.00质量％以下。
＜铁氧化物：3.00质量％以上＞
铁氧化物不是必须成分，但将使焊接金属中的多余的Al作为焊渣排出，发挥着使韧性提高的效果。通过以FeO换算量计而含有3.00质量％以上的铁氧化物，即使要求高韧性时，也能够满足该要求。
因此，本实施方式的焊丝含有铁氧化物时，优选以焊丝总质量计，以FeO换算量计而使之含有3.00质量％以上。
还有，铁氧化物的含量的上限虽然没有特别限定，但是，例如以焊丝总质量计，以FeO换算量计为10质量％。
在此，所谓铁氧化物，是Fe2O3、Fe3O4这样的氧化铁；锂铁氧体、钛铁矿这样的含铁的复合氧化物。
＜Mg的含有形态＞
如前述，Mg防止焊接金属的气孔发生，发挥着使焊接金属的韧性提高的效果。但是，Mg作为金属粉末或合金粉末(金属粉或合金粉)被焊丝含有时，该Mg也发挥着作为脱氧剂的效果。Mg的含量之中，若作为金属粉末或合金粉末含有的量的含量低于0.80质量％，则难以得到所述效果。
因此，Mg的含量之中，作为金属粉末或合金粉末含有的这部分的含量，优选以焊丝总质量计为0.80质量％以上。
＜Bi：0.100质量％以下＞
Bi不是必须成分，但发挥着使焊渣剥离性提高的效果。但是，若Bi的含量高于0.100质量％，则韧性有可能降低。
因此，本实施方式的焊丝，如果含有Bi，则Bi的含量，优选以焊丝总质量计为0.100质量％以下。
＜B：0.100质量％以下＞
B不是必须成分，但发挥着防止焊接金属中的氮造成的韧性降低的效果。但是，若B的含量高于0.100质量％，则抗裂纹性有可能降低。
因此，本实施方式的焊丝含有B时，优选B的含量以焊丝总质量计为0.100质量％以下。
＜Na、K、Cs之中的一种以上：Li、Na、K、Cs的总含量＞
Na、K、Cs均不是必须成分，但与Li同样，发挥着使电弧等离子体稳定，使焊接操作性提高的效果。但是，若Li、Na、K、Cs的成分的总含量高于2.50质量％，则焊接时飞溅大量发生，焊接操作性降低。
因此，本实施方式的焊丝，含有Na、K、Cs之中的一种以上时，Li、Na、K、Cs的成分的总含量，优选以焊丝总质量计为2.50质量％以下。
＜Si：0.01质量％以上并在3.00质量％以下＞
Si不是必须成分，但使熔融池表面发生焊渣，发挥着保护熔融池，以免受大气影响的效果。若Si的含量低于0.01质量％，则难以得到所述效果。另一方面，若Si的含量高于3.00质量％，则焊渣剥离性有可能降低。
因此，本实施方式的焊丝，含有Si时，Si的含量优选以焊丝总质量计为0.01质量％以上并在3.00质量％以下。
＜Zn：1.00质量％以下＞
Zn不是必须成分，将Mg和Al作为合金粉末使焊丝含有时，有一起被含有的情况。但是，若Zn的含量高于1.00质量％，则焊接时烟尘大量发生，焊接部的辨认困难，使焊接操作性降低。
因此，本实施方式的焊丝如果含有Zn，则Zn的含量，优选以焊丝总质量计为1.00质量％以下。
＜式(5)＞
F、酸可溶性Al、Li、Mg、CO2的含量，想要对烟尘量不造成影响，更确实地减少烟尘量时，优选满足式(5)所示的“[F]+0.5×[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≤7.00”(式中的[成分]是焊丝总质量中的该成分的含量(质量％))。
式(5)的各成分为焊接时烟尘的发生的原因。若由式(5)计算出的值为7.00以下，则能够更确实地减少焊接时的烟尘量。
因此，优选由式(5)计算出的值为7.00以下。
还有，式(5)的各[成分]所设的系数，是基于实验的结果而规定的，设[Al]的系数为0.5，考虑的点是，Al在这些成分之中难以变为烟尘，添加量增加造成的烟尘增加量比较少。
＜其他＞
本实施方式的焊丝的钢制外皮的成分，没有特别限定，但通过使S相对于钢制外皮的质量含有0.0008质量％以上，能够防止焊丝整体的S的含量的偏差。
关于本实施方式的药芯焊丝的钢制外皮的组成，和其他未明示的特性等，为现有公知的即可，只要起到由所述特性得到的效果，当然不受限定。
接着，说明本实施方式的焊丝的制造方法。
《焊丝的制造方法》
作为本实施方式的焊丝的制造方法，在在带钢的长度方向上散布焊剂之后将其包起来，以成为圆形截面的方式成形拉丝的方法，和在粗径的钢管中填充焊剂而拉丝的方法。但是，无论哪种方法，对本发明的效果都没有影响，因此用哪种方法制造都可以。
本实施方式的焊丝的制造方法，如以上说明，但关于未明示的条件，使用现有公知的条件即可，只要起到本发明的效果，当然也能够适宜变更其条件。
【实施例】
接下来，关于本发明的药芯焊丝，将满足本发明的要件的实施例与不满足本发明的要件的比较例进行比较，具体加以说明。
《试验材制作》
在钢制外皮中填充焊剂，制作具有表1、2所示的焊丝成分的药芯焊丝(焊丝直径：1.6mm)。还有，药芯焊丝中所含各成分的量，依据JIS G 1253：2002和JIS Z 2613：1992进行测量。
表1、2所示的焊丝的成分，是焊丝总质量中的质量％，余量是Fe和不可避免的杂质。还有，表2的所谓“金属粉”，表示金属粉末或合金粉末。
另外，各试验中使用的钢板的成分显示在表3、4中。还有，钢材满足表3、4这两者的成分，同时余量是Fe和不可避免的杂质。
另外，各试验中的焊接条件显示在表5、6、7中。
【表1】
【表2】
※对于Na、K、Cs之中一种也不含有的不刊载数值
【表3】
钢材的的成分组成 C Si Mn P S Cu Ni Cr Mo
含量(质量％) 0·16 0.42 1·38 0.01 <0.001 0.007 0.005 0.021 <0.005
【表4】
钢材的的成分组成 Ti V Al B Nb Sn Zr O N
含量(质量％) <0.002 0.006 0.036 0.0005 <0.005 <0.002 <0.005 0.0006 0.0039
【表5】
【表6】
【表7】
《评价》
＜焊接操作性＞
焊接操作性根据单位焊丝熔融量的烟尘发生量、单位焊丝熔融量的飞溅发生总量、单位焊丝熔融量的大粒飞溅发生量定量性地进行评价。
＜焊接操作性：烟尘发生量＞
关于烟尘的发生量，以表5所示的条件实施焊接而进行评价。
单位焊丝熔融量的烟尘发生量，通过用单位时间的烟尘发生量除以单位时间的焊丝熔融量计算。单位时间的烟尘发生量，遵循JIS Z 3930：2013，以电流270A测量。单位时间的焊丝熔融量，以与烟尘发生量测量条件相同的焊接条件进行焊接，通过用焊丝重量减少量除以焊接时间计算。
单位焊丝熔融量的烟尘发生量高于8％时，烟尘发生量多，判定为不合格(×)，在8％以下并高于5％时判定为合格(△)，5％以下时判定为更理想的结果(○)。
＜焊接操作性：飞溅发生量＞
关于飞溅的发生量，以表6所示的条件实施焊接而进行评价。
单位焊丝熔融量的飞溅发生总量通过用单位时间的飞溅发生量除以单位时间的焊丝熔融量来计算。单位焊丝熔融量的大粒飞溅发生量，通过针对1mm以上的飞溅，用单位时间的发生量除以单位时间的焊丝熔融量而计算。详细地说，在图1A和图1B所示的2个铜制的捕集箱1内进行焊接，捕集飞溅。计测捕集到的飞溅的总重量，并且遵循JIS Z 8815：1994筛分飞溅，只计测1mm以上的大粒飞溅的重量。
然后，如图1A、图1B所示，在飞溅的发生量的测量中，在2个捕集箱1之间，放置被焊接材W，将焊炬2配置在被焊接材W上，如所述，以表6所示的条件进行焊接而实施测量。
单位焊丝熔融量的飞溅发生总量在9％以下，单位焊丝熔融量的大粒飞溅发生量为3％以下时，判定为合格(○)，单位焊丝熔融量的飞溅发生总量高于9％时，飞溅发生量多，判定为不合格(×)，单位焊丝熔融量的大粒飞溅发生量高于3％时，飞溅大，判定为不合格(×)。
＜抗气孔性＞
关于抗气孔性，在以表5所示的条件实施的“焊接操作性：烟尘发生量”的焊接操作途中，如果能够使焊道表面不发生凹坑和气体凹槽等的气孔缺陷而进行焊接，则为合格(○)，如果不能无气孔缺陷地焊接，则为不合格(×)。
还有，如果抗气孔性不合格，则不进行关于机械性质(抗拉强度和韧性)、抗裂纹性、扩散氢量的试验。
＜焊接金属的机械性质：抗拉强度和韧性＞
关于焊接金属的机械性质(抗拉强度和韧性)，以表7所示的条件制成焊接金属，从其上提取试验片，通过试验进行评价。
从焊接金属中央、板厚中央提取拉伸试验片(JISA1号片)，拉伸试验基于JIS Z3111：2005，在室温实施并进行评价。
焊接金属的抗拉强度中，低于430MPa判定为不合格(×)，430MPa以上判定为合格(○)，而且，相当于合格的试验片中，430MPa以上、670MPa以下时判定为特别良好(◎)。
从焊接金属中央、板厚中央提取冲击试验片(JISV切口试验片)，冲击试验也基于JIS Z 3111：2005，以0℃和－30℃实施并评价。
如果0℃下的冲击吸收能低于47J，则判定为不合格(×)，如果在47J以上，则判定为合格(○)，而且，相当于合格的试验片之中，0℃下的冲击吸收能为100J以上且－30℃下的冲击吸收能为47J以上时，判定为特别良好(◎)。
＜抗裂纹性＞
关于抗裂纹性，基于JIS Z 3155：1993，进行C型拘束裂纹试验，根据其试验的结果进行评价。详细地说，使焊接电流为280A，焊接速度为40cm/分钟，进行X射线透射试验，有裂纹发生的为不合格(×)，无裂纹发生的为合格(○)。
＜扩散氢量＞
关于扩散氢量，基于JIS Z 3118：2007，以气相色谱分析法测量，15mL/100g以下的为合格(○)，高于15mL/100g的为不合格(×)。
以上的各种试验的结果显示在下述表8中。
【表8】
《结果的探讨》
如表8所示，可知满足本发明的发明特定方案的焊丝No.1～48，不仅焊接操作性优异，而且焊接金属的扩散氢量少，并且抗气孔性和抗裂纹性优异，此外，焊接金属的抗拉强度和韧性也优异。
另一方面，如表8所示，焊丝No.49～74由于不满足本发明的发明特定方案，所以在任意一个评价项目得不到合格的结果。详情如下。
焊丝No.49，由于Li、S的含量少，由式(2)计算出的值小，所以飞溅大且飞溅发生量多，并且为韧性不合格这样的结果。
焊丝No.50，由于Li、Mg的含量少，由式(2)计算出的值小，所以为韧性不合格这样的结果。
焊丝No.51，由于Li、Mg的含量少，由式(2)计算出的值小，所以为韧性不合格这样的结果。
焊丝No.52，由于Li、Mg的含量少，由式(2)计算出的值小，所以为韧性不合格这样的结果。
焊丝No.53，由于F、Li的含量多，所以飞溅发生量和烟尘发生量多。
焊丝No.54，由于F的含量多，所以烟尘发生量多。
焊丝No.55，由于Li的含量少，由式(2)计算出的值小，所以韧性为不合格这样的结果。
焊丝No.56，由于Li的含量少，由式(2)计算出的值小，所以为韧性不合格这样的结果。
焊丝No.57，由于Li、Mg的含量少，由式(2)计算出的值小，所以为韧性不合格这样的结果。
焊丝No.58，由于Ni的含量多，为抗裂纹性不合格这样的结果。
焊丝No.59，由于F的含量少，Mn的含量多，所以为抗裂纹性、扩散氢量不合格这样的结果。
焊丝No.60，由于酸可溶性Al的含量，由式(2)计算出的值小，所以为韧性不合格这样的结果。
焊丝No.61，由于酸可溶性Al的含量少，所以为抗气孔性不合格这样的结果。
焊丝No.62，由于Mg、C、Cu的含量多，所以飞溅发生量多，成为韧性和抗裂纹性不合格这样的结果。
焊丝No.63，由于S的含量多，由式(4)计算出的值小，所以为抗裂纹性不合格这样的结果。
焊丝No.64，由于CO2、REM的含量多，所以飞溅发生量多。
焊丝No.65，由于Ba的含量多，所以飞溅发生量多。
焊丝No.66，由于Sr的含量多，所以飞溅发生量多。
焊丝No.67，由于F，Ca的含量多，所以飞溅发生量多。
焊丝No.68，由于P的含量多，所以为抗裂纹性不合格这样的结果。
焊丝No.69，由于由式(3)计算出的值小，所以为抗气孔性不合格这样的结果。
焊丝No.70，由于由式(2)计算出的值小，所以为韧性不合格这样的结果。
焊丝No.71，由于由式(1)计算出的值大，所以为抗裂纹性不合格这样的结果。
焊丝No.72，由于由式(4)计算出的值小，所以为抗裂纹性不合格这样的结果。
焊丝No.73，由于由式(1)计算出的值小，所以为抗拉强度不合格这样的结果。
焊丝No.74，由于Li的含量少，所以为韧性不合格这样的结果。
由以上能够确认，根据本发明的药芯焊丝，不仅焊接操作性优异，而且焊接金属的扩散氢量少，并且抗气孔性和抗裂纹性优异，此外，焊接金属的抗拉强度和韧性也优异。
详细并参照特定的实施方式说明了本发明，但能够不脱离本发明的精神和范围而加以各种变更和修改，这对于从业者很清楚。
本申请基于2016年4月28日申请的日本专利申请(专利申请2016－090988)，其内容在此作为参照编入。
【产业上的可利用性】
本发明的药芯焊丝，不仅焊接操作性优异，而且焊接金属的扩散氢量少，并且抗气孔性和抗裂纹性、焊接金属的抗拉强度、韧性优异，特别是对于自保护电弧焊法有用。

Claims (6)

1.一种药芯焊丝，其特征在于，是在钢制外皮内填充焊剂而成的自保护电弧焊用的药芯焊丝，以焊丝总质量计为：
F：0.10质量％以上并在4.00质量％以下、Li：0.25质量％以上并在2.30质量％以下、酸可溶性Al：1.00质量％以上并在5.25质量％以下、Mg：0.80质量％以上并在3.10质量％以下、S：0.0005质量％以上并在0.2000质量％以下、CO2：0质量％以上并在2.00质量％以下、Ba：0质量％以上并在8.00质量％以下、Ca：0质量％以上并在5.00质量％以下、Sr：0质量％以上并在2.00质量％以下、REM：0质量％以上并在1.50质量％以下、P：0.070质量％以下，
并含有不源于碳酸盐的C：0.65质量％以下、Mn：11.00质量％以下、Ni：11.00质量％以下、Cu：1.50质量％以下之中的一种以上，
且满足下式(1)～(4)，
0.60≤10×[不源于碳酸盐的C]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≤15.00…(1)
7.5×[Li]－[酸可溶性Al]+10×[不源于碳酸盐的C]+[Mn]+[Ni]+[Cu]≥1.50…(2)
0.33×[F]+[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≥3.00…(3)
[Mn]+[Ba]+[Ca]+[Sr]+[REM]－20×[S]≥－0.60…(4)
还有，前述式中的[成分]是焊丝总质量中的该成分以质量％计的含量。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，还含有下述(a)～(i)中任一个以上：
(a)Cr、Mo、V、W之中的一种以上，以这些成分的总含量计为4.00质量％以下；
(b)Nb、Ta、Co之中的一种以上，以这些成分的总含量计为1.00质量％以下；
(c)Ti、Zr之中的一种以上，以这些成分的总含量计为0.01质量％以上并在3.00质量％以下；
(d)铁氧化物以FeO换算计为3.00质量％以上；
(e)Bi为0.100质量％以下；
(f)B为0.100质量％以下；
(g)Na、K、Cs之中的一种以上，以所述Li、所述Na、所述K和所述Cs的总含量计为2.50质量％以下；
(h)Si为0.01质量％以上并在3.00质量％以下；
(i)Zn为1.00质量％以下。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，含有所述Ba、所述Ca、所述Sr、所述REM之中的一种以上，以焊丝总质量计的这些成分的总含量为0.15质量％以上。
4.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，所述Ba的含量为0.50质量％以上，所述F的含量为0.50质量％以上，
以焊丝总质量计，所述Ba、所述Ca、所述Sr和所述REM的总含量为1.40质量％以上。
5.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述Mg的含量之中，作为金属粉末或合金粉末含有的量以焊丝总质量计的含量为0.80质量％以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的药芯焊丝，其特征在于，满足下式(5)，
[F]+0.5×[酸可溶性Al]+[Li]+[Mg]+[CO2]≤7.00…(5)
还有，前式中的[成分]是焊丝总质量中的该成分以质量％计的含量。
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