JP2004249353A - 炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤおよびそれを用いた溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課 題】炭酸ガスシールドアーク溶接において、脱酸元素のスラグロスを低減し、アークの安定性向上と溶接金属の強度向上，靭性向上とを低コストで両立させる溶接用鋼ワイヤと、それを用いた溶接方法を提供する。
【解決手段】Ｃ： ０．００５〜０．２０質量％，Ｓｉ：０．０５〜０．６５質量％，Ｍｎ：０．８０〜１．８０質量％，希土類元素： ０．０１５〜０．１００ 質量％を含有するとともに、Ｔｉ，ＺｒおよびＡｌのうちの１種を０．０５〜０．２０質量％あるいは２種以上を合計０．０５〜０．２０質量％含有する鋼素線からなる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。
【選択図】 図１
【解決手段】Ｃ： ０．００５〜０．２０質量％，Ｓｉ：０．０５〜０．６５質量％，Ｍｎ：０．８０〜１．８０質量％，希土類元素： ０．０１５〜０．１００ 質量％を含有するとともに、Ｔｉ，ＺｒおよびＡｌのうちの１種を０．０５〜０．２０質量％あるいは２種以上を合計０．０５〜０．２０質量％含有する鋼素線からなる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、 ４９０Ｎ／ｍｍ２ ， ５２０Ｎ／ｍｍ２ ， ５４０Ｎ／ｍｍ２ 級高張力鋼の溶接を行なう際に使用する炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（以下、溶接用鋼ワイヤという）とそれを用いた溶接方法に関し、高入熱高パス間温度で溶接を行なってもアークの安定性に優れ、かつ溶接金属の強度と靭性を向上できる安価な溶接用鋼ワイヤとそれを用いた溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールドガスとして安価な炭酸ガスを用いるＭＡＧ溶接法は、もっとも普及した溶接法であり、高能率な溶接法であることから、鉄鋼材料の溶接に広く利用されている。特に溶接ロボットの急速な普及によって、造船，建築，橋梁，自動車，建設機械等の分野で使用されている。
【０００３】
近年、高能率，高パス間温度の溶接に対してＪＩＳ規格Ｚ３３１２ＹＧＷ−１８ が制定された。この規定を満足するために、特許第３１９９６５６ 号公報や特開２００２−１０３０８２ 号公報には、溶接金属の脱酸促進と強度確保を目的としてＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉを多量に添加した溶接用鋼ワイヤが開示されている。
しかしながら、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉを添加するためには高価な原料を使用せざるを得ないので、溶接用鋼ワイヤの製造コストが上昇する。しかも、これらの元素を多量に添加すると鋼素線の硬度が高くなり、溶接用鋼ワイヤの製造工程において伸線加工等の加工性が著しく低下する。そのため鋼素線に焼鈍を施して、硬度を低下させなければならない。
【０００４】
鋼素線の加工性を回復するために焼鈍を施す際には、焼鈍温度の上昇，焼鈍時間の延長，焼鈍回数の増加が必要であり、溶接用鋼ワイヤの製造コストの上昇は避けられない。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１９９６５６ 号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０３０８２ 号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した通り、高入熱，高パス間温度炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する高強度の溶接用鋼ワイヤは、製造コストが高いという問題があった。
この発明は、このような現状に鑑み開発されたもので、炭酸ガス（すなわちＣＯ２ ガス）を主成分とするシールドガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接において、脱酸元素のスラグロスを低減し、アークの安定性向上と溶接金属の強度向上，靭性向上とを低コストで両立させる溶接用鋼ワイヤと、それを用いた溶接方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、溶接用鋼ワイヤの組成について、その脱酸元素のスラグロス，アーク安定性，溶接金属の機械的性質について鋭意検討した。その結果、
（ａ） 溶接用鋼ワイヤの素材である鋼素線に希土類元素を添加することによって、溶滴を微細化し、低電圧でのアーク安定性の確保が可能である、
（ｂ） 適正アーク電圧を低電圧化することによって、脱酸元素であるＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ等のスラグロスの低減が可能である、
（ｃ） 正極性（すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極）として溶接を行なうことによって、アークの安定化と適正アーク電圧の低電圧化を達成することが可能である
という知見を得た。
【０００８】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。すなわち本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する溶接用鋼ワイヤであって、Ｃ： ０．００５〜０．１５質量％，Ｓｉ：０．１５〜０．６５質量％，Ｍｎ：０．８０〜１．８０質量％，希土類元素： ０．０１５〜０．１００ 質量％を含有するとともに、Ｔｉ，ＺｒおよびＡｌのうちの１種を０．０５〜０．２０質量％あるいは２種以上を合計０．０５〜０．２０質量％含有する鋼素線からなる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。
【０００９】
前記した炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの発明においては、好適態様として、鋼素線が前記した組成に加えて、Ｍｏ：０．１０〜１．５０質量％，Ｂ：０．００１０〜０．０２００質量％を含有することが好ましい。
また本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接方法において、前記した炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて正極性で溶接を行なう炭酸ガスシールドアーク溶接方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（すなわち溶接用鋼ワイヤ）の素材となる鋼素線の成分の限定理由について説明する。
Ｃ： ０．００５〜０．２０質量％
Ｃは、溶接金属の強度を確保するのに必要な元素である。Ｃ含有量が ０．００５質量％未満では、溶接金属の強度が不足し、酸化反応による溶接金属の酸素固溶量の低減が十分ではない。一方、 ０．２０質量％を超えると、溶滴および溶融メタルの挙動が不安定となり、しかも溶接金属の靭性が低下する。したがって、Ｃは ０．００５〜０．２０質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、好ましくは ０．０３０〜０．１０質量％である。
【００１１】
Ｓｉ：０．０５〜０．６５質量％
Ｓｉは、脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Ｓｉ含有量が０．０５質量％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブロー欠陥が発生する。一方、０．６５質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量は多くなるが、溶接金属中へのＳｉ移行率が小さく（すなわち歩留りが悪く）なる。結果として鋼素線の硬度が高くなり、加工性が低下する。しかもＳｉの過剰な添加は、溶接金属の靭性低下を招く。したがって、Ｓｉは０．０５〜０．６５質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１２】
Ｍｎ：０．８０〜１．８０質量％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素であるとともに、溶接金属の強度および靱性を向上させるために必須な元素である。Ｍｎ含有量が０．８０質量％未満では、溶接金属粒界へのＳ濃化に起因する靱性低下を生じ、構造物の溶接継手として十分な靭性が得られない。一方、１．８０質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量が増大し、スラグの剥離性が低下するとともに、鋼素線の硬度が高くなり、加工性が低下する。したがって、Ｍｎは０．８０〜１．８０質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１３】
希土類元素： ０．０１５〜０．１００ 質量％
希土類元素（以下、ＲＥＭ という）は、製鋼および鋳造時の介在物を微細化し、かつ溶接金属中のＳを固定して靱性を改善するために有用な元素である。ただし、通常の逆極性（すなわち溶接用鋼ワイヤをプラス極）の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、鋼素線にＲＥＭ を添加するとアークの集中が生じて、スパッタの発生量が増大するので、積極的には添加されない。しかしながら正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、溶滴の微細移行を実現する上で不可欠な元素である。ＲＥＭ 含有量が ０．０１５質量％未満では、この効果が得られない。一方、 ０．１００質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤの製造工程で割れが生じたり、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、ＲＥＭ は ０．０１５〜０．１００ 質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、好ましくは ０．０２５〜０．１００ 質量％である。
【００１４】
ここで ＲＥＭとは、周期表の原子番号５７〜７１の元素を指し、特にＣｅ，Ｌａ等の比較的安価で入手しやすい元素を用いるのが好ましい。
Ｔｉ，ＺｒおよびＡｌのうちの１種を０．０５〜０．２０質量％あるいは２種以上を合計０．０５〜０．２０質量％
Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌは、強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素であり、溶融メタルの脱酸によって粘性を低下して良好なビード形状を維持（溶接線方向の凹凸を抑制）する効果がある。このような効果は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを１種添加する場合は各々０．０５質量％以上で顕著に発揮され、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを２種以上添加する場合も合計０．０５質量％以上で顕著に発揮される。一方、 Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを１種添加する場合は各々０．２０質量％を超えると溶接金属の靭性が低下し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを２種以上添加する場合も合計０．２０質量％を超えると溶接金属の靭性が低下する。したがって、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを１種添加する場合は各々０．０５〜０．２０質量％の範囲内を満足し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを２種以上添加する場合も合計０．０５〜０．２０質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１５】
上記した成分に加えて、本発明では下記の元素を含有することができる。
Ｍｏ：０．０５〜１．５０質量％，Ｂ：０．００１０〜０．０２００質量％
Ｍｏ，Ｂは、いずれも溶接金属の強度を増加する元素であり、必要に応じて添加する。しかし過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｍｏ，Ｂを含有する場合は、Ｍｏ：０．０５〜１．５０質量％，Ｂ：０．００１０〜０．０２００質量％の範囲内を満足するのが好ましい。
【００１６】
さらに下記の元素を鋼素線に添加することができる。
Ｋ：０．０００１〜０．０１５０質量％
Ｋは、正極性炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを広げ、スプレー移行の低電流化を促進し、溶滴を微細化する効果を有する。この効果は、Ｋ含有量が０．０００１質量％以上で発揮される。一方、 ０．０１５０質量％を超えると、アーク長が長くなり、溶接用鋼ワイヤ先端に懸垂した溶滴が不安定となり、スパッタの発生量が増加する。したがって、Ｋは０．０００１〜０．０１５０質量％の範囲内を満足するのが好ましい。なお、好ましくは０．０００３〜０．００３０質量％である。
【００１７】
またＫは、沸点が約 ７６０℃と低いので、溶接用鋼ワイヤの素材となる溶鋼の溶製段階での歩留りが著しく低い。そのためＫは、溶接用鋼ワイヤの製造段階で、鋼素線の表面にカリウム塩溶液を塗布して焼鈍を行なうことによって、溶接用鋼ワイヤ内部にＫを安定して含有させるのが好ましい。
Ｃｒ： ３．０質量％以下，Ｎｉ： ３．０質量％以下，Ｃｕ： ３．０質量％以下
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕは、いずれも溶接金属の強度を増加し、耐候性を向上させる元素であり、必要に応じて添加する。しかし過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕを含有する場合は、Ｃｒ： ３．０質量％以下，Ｎｉ： ３．０質量％以下，Ｃｕ： ３．０質量％以下とするのが好ましい。
【００１８】
Ｎｂ：０．０５質量％以下，Ｖ：０．０５質量％以下
Ｎｂ，Ｖは、いずれも溶接金属の強度，靭性を向上し、アークの安定性を向上させる元素であり、必要に応じて添加する。しかし過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｎｂ，Ｖを含有する場合はＮｂ：０．０５質量％以下，Ｖ：０．０５質量％以下とするのが好ましい。
【００１９】
Ｐ： ０．０５０質量％以下
Ｐは、鋼の融点を低下させるとともに、電気抵抗率を向上させ、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する作用を有する元素である。しかしＰ含有量が ０．０５０質量％を超えると、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において溶融メタルの粘性を低下させ、アークが不安定となり、小粒のスパッタが増加する。また、溶接金属の高温割れを生じる危険性が増大する。したがって、Ｐは ０．０５０質量％以下とするのが好ましい。
【００２０】
Ｓ：０．０５質量％以下
Ｓは、溶融メタルの粘性を低下させ、溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴の離脱を促進し、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する。またＳは、溶融メタルの粘性を低下させることによってビードを平滑にし、溶落ちを抑制する効果も有する。しかしＳ含有量が０．０５質量％を超えると、小粒のスパッタが増加するとともに、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Ｓは０．０５質量％以下とした。なお、好ましくは ０．０１５〜０．０３質量％である。
【００２１】
Ｃａ：０．０００８質量％以下
Ｃａは、製鋼および鋳造時の不純物として、あるいは伸線加工時の不純物として鋼素線に混入する元素であるが、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する作用を有する元素である。しかしＣａ含有量が０．０００８質量％を超えると、アークの安定化を阻害する。したがって、Ｃａは０．０００８質量％以下とするのが好ましい。
【００２２】
上記した鋼素線の成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。たとえばＯあるいはＮが代表的な不可避的不純物であり、鋼材を溶製する段階や鋼素線を製造する段階で不可避的に混入する。Ｏは ０．０３０質量％以下，Ｎは ０．０２０質量％以下が許容できる。特にＯは、溶接に際して溶滴径を微細化する効果を有するので、０．００１０〜０．０２０ 質量％とするのが好ましく、さらに０．００１０〜０．００８０質量％とするのが一層好ましい。
【００２３】
次に、本発明の溶接用鋼ワイヤの製造方法について説明する。
転炉または電気炉等を用いて、上記した組成を有する溶鋼を溶製する。この溶鋼の溶製方法は、特定の技術に限定せず、従来から知られている技術を使用する。次いで、得られた溶鋼を、連続鋳造法や造塊法等によって鋼材（たとえばビレット等）を製造する。この鋼材を加熱した後、熱間圧延を施し、さらに乾式の冷間圧延（すなわち伸線）を施して鋼素線を製造する。熱間圧延や冷間圧延の操業条件は、特定の条件に限定せず、所望の寸法形状の鋼素線を製造する条件であれば良い。
【００２４】
さらに鋼素線は、焼鈍−酸洗−銅めっき−伸線加工−潤滑剤塗布の工程を順次施して、所定の製品すなわち溶接用鋼ワイヤとなる。
正極性炭酸ガスシールドアーク溶接においては、逆極性の溶接に比べて、給電不良によってアークが不安定になりやすい。しかし、鋼素線の表面に厚さ ０．５μｍ以上の銅めっきを施すことによって、溶接用鋼ワイヤの給電不良に起因するアークの不安定化を防止できる。なお、銅めっきの厚さを ０．８μｍ以上とするのが一層好ましい。一方、銅めっきを施さない溶接用鋼ワイヤは、高溶着化を達成できる。
【００２５】
このようにして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際に、給電の安定性を高めて、溶滴のスプレー移行を安定して維持するために、溶接用鋼ワイヤの平坦度（すなわち実表面積／理論表面積）を１．０１未満とすることが好ましい。溶接用鋼ワイヤの平坦度は、伸線加工におけるダイス管理を厳格に行なうことによって１．０１未満の範囲に維持することが可能である。
【００２６】
また給電の安定性を高めるために、溶接用鋼ワイヤの表面に付着した不純物（固形）を溶接用鋼ワイヤ１０ｋｇあたり０．０１ｇ以下とするのが好ましい。
溶接用鋼ワイヤの送給性を向上するために、溶接用鋼ワイヤの表面に潤滑油を塗布しても良い。潤滑油の塗布量は、溶接用鋼ワイヤ１０ｋｇあたり０．３５〜１．７ ｇの範囲内が好ましい。
【００２７】
本発明の溶接用鋼ワイヤを用いる際には、直流の正極性（いわゆるＥＮ）炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう。
通常の炭酸ガスシールドアーク溶接は、直流の逆極性（いわゆるＥＰ）で行なう。その理由は、直流の正極性炭酸ガスシールドアーク溶接に比べて、直流の逆極性炭酸ガスシールドアーク溶接の方が、アークの安定性が高く、溶滴の微細化が可能であり、かつ深い溶け込みが得られる点にある。
【００２８】
しかし本発明の溶接用鋼ワイヤは、直流の正極性炭酸ガスシールドアーク溶接で使用することで、逆極性に比べて安定性の高いアークが得られ、溶滴の微細化，安定したスプレー移行が達成できる。
また本発明の溶接用鋼ワイヤを用いる際には、シールドガスは炭酸ガスを５０体積％以上含有するガスを使用する。
【００２９】
一般のガスシールドアーク溶接法は、シールドガスとして酸化性ガスを含まない不活性ガス（たとえばＡｒガス）を用いるＭＩＧ溶接，不活性なＡｒガスと活性な炭酸ガス（５〜４０体積％）を混合して用いる混合ガスシールドアーク溶接，炭酸ガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接に大別される。シールドガスとしてＡｒガスを用いた溶接法では溶滴のスプレー移行は可能であるが、炭酸ガスシールドアーク溶接では、溶滴が大きい球となって移行するグロビュール移行が生じることが知られている。
【００３０】
しかし本発明の溶接用鋼ワイヤを用いることによって、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では不可能と考えられていた溶滴のスプレー移行を達成できる。ただし、シールドガス中の炭酸ガス濃度が４０体積％未満では、従来の溶接用鋼ワイヤでも溶滴のスプレー移行を容易に達成できる。ところが本発明の溶接用鋼ワイヤでは、炭酸ガス濃度が５０体積％以上のシールドガスを用いても、溶滴のスプレー移行を容易に達成できる。したがって本発明の溶接用鋼ワイヤを用いて炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際には、炭酸ガス濃度が５０体積％以上のシールドガスを用いるのが好ましい。
【００３１】
図１は、アーク電圧と脱酸元素の歩留りとの関係を示すグラフである。溶接条件は、 １００体積％の炭酸ガスをシールドガスとして使用し、溶接電流 ３００Ａ，溶接速度４０ｃｍ／ｍｉｎ として、ＪＩＳ規格ＳＭＡ４９０鋼板への正極性４層１６パス溶接を行なった。溶接用鋼ワイヤは、表１に示すワイヤ番号１のものを使用し、突き出し長さを２０ｍｍとした。溶接が終了した後、 溶接金属の成分を分析し、各元素の歩留りを算出した。
【００３２】
図１から明らかなように、脱酸元素の歩留りはアーク電圧に応じて変動し、アーク電圧が高くなると、歩留りが低下する。このことは、アーク電圧が高くなると、脱酸元素の酸化ロスが大きくなることを示している。
図２は、溶接電流と適正アーク電圧との関係を示すグラフである。溶接条件は、 １００体積％の炭酸ガスをシールドガスとして使用し、溶接速度４０ｃｍ／ｍｉｎ として、ＪＩＳ規格ＳＭＡ４９０鋼板へのビードオン溶接を行なった。溶接用鋼ワイヤは、表１に示すワイヤ番号１のものを使用し、突き出し長さを２０ｍｍとした。極性は、逆極性（すなわちＥＰ）および正極性（すなわちＥＮ）とした。
【００３３】
図２から明らかなように、正極性の溶接では、逆極性に比べて適正アーク電圧が３〜６Ｖ低下した。この適正アーク電圧の低下によって、図１に示すように脱酸歩留りが上昇し、同一成分のの溶接金属を得るための溶接用鋼ワイヤの鋼素線に含有される脱酸元素の含有量を低減できる。
また逆極性（すなわちＥＰ）の溶接に対して、正極性（すなわちＥＮ）の溶接では、溶接電流に対する適正アーク電圧の変化が小さく、低電流から高電流域まで溶接金属中の脱酸元素の変動が少なく、安定した溶接金属の強度と靭性を得ることが可能である。
【００３４】
さらに適正アーク電圧の低電圧化は、 溶接電力の節約に寄与するほか、鋼板側の熱影響を低減し、鋼板側の設計余裕度を増す効果もある。
【００３５】
【実施例】
連続鋳造によって製造されたビレットを熱間圧延して、直径５．５ｍｍ の線材とした。次いで冷間圧延（すなわち伸線）によって直径２．８ｍｍ の鋼素線とし、さらに２〜３０質量％のクエン酸３カリウム水溶液を鋼素線１ｋｇあたり３０〜５０ｇ塗布した。
【００３６】
得られた鋼素線の成分を表１，２に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
その後、この鋼素線を、露点−２〜−１０℃，酸素濃度 ２００体積ｐｐｍ 以下，二酸化炭素濃度 ０．１体積％以下の窒素雰囲気中で焼鈍（ ８００℃，１０分）した。このとき、クエン酸３カリウム水溶液の濃度，焼鈍時間，焼鈍温度を調整して、鋼素線の内部酸化によるＯ含有量とＫ含有量を所定の範囲に調整した。
このようにして焼鈍した後、 鋼素線の表面に必要に応じて銅めっきを施し、次いで冷間で伸線加工（乾式伸線）を施して、直径１．４ｍｍ の溶接用鋼ワイヤを製造した。さらに、溶接用鋼ワイヤの表面に潤滑油を溶接用鋼ワイヤ１０ｋｇあたり ０．４〜０．８ ｇ塗布した。
【００４０】
これらの溶接用鋼ワイヤを用いて、正極性炭酸ガスシールドアーク溶接試験を行ない、適正アーク電圧，溶接金属の強度と靭性，下記の （１）式で算出されるＤ値を評価した。溶接試験では表３に示す成分の鋼板を使用し、溶接条件は表４に示す通りである。
【００４１】
【表３】
【００４２】
【表４】
【００４３】
適正アーク電圧，溶接金属の強度と靭性，Ｄ値は下記の方法で評価した。その評価の結果は表５に示す通りである。
（Ａ） 適正アーク電圧
適正アーク電圧が３５Ｖ以下を良（○），３５Ｖ超えを不可（×）として評価した。
（Ｂ） 溶接金属の強度と靭性
溶接金属から試験片を採取し、室温で引張試験を行ない引張強さＴＳを測定し、０℃でシャルピー衝撃試験を行ない吸収エネルギー ｖＥ０ を測定した。 ｖＥ０ が １００Ｊ以上を良（○）， １００Ｊ未満を不可（×）として評価した。
（Ｃ） Ｄ値
溶接用鋼ワイヤの加工性は、その素材となる鋼素線の硬度で評価できる。鋼素線の硬度が上昇するにつれて、伸線加工の際にダイスにかかる負荷が増大し、ダイスの寿命を短縮する。特に硬度がＨｖ４００を超えると、ダイスの損耗が著しく増大する。したがって鋼素線に焼鈍を適宜施して、軟化させる必要がある。そこで下記の （１）式でＤ値を算出し、 １．１以上を良（○）， １．１未満を不可（×）として評価した。
【００４４】
Ｄ＝ １．５［Ｈｖ ］／［ＴＳ］ ・・・ （１）
［Ｈｖ ］：鋼素線のビッカース硬さ
［ＴＳ］：溶接金属の引張強さ（ＭＰａ ）
【００４５】
【表５】
【００４６】
表５から明らかなように、発明例では適正アーク電圧の低電流化と溶接金属の靭性，強度の向上とを両立させることが可能である。また、ＲＥＭ 含有量を ２５０質量ｐｐｍ 以上，Ｋを１質量ｐｐｍ 以上含有することによって、一層安定した炭酸ガスシールドアーク溶接が可能となる。
一方、本発明の範囲を外れる比較例では、適正アーク電圧の低電流化と溶接金属の靭性，強度の向上との両立はできなかった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、正極性炭酸ガスシールドアーク溶接において、適正アーク電圧の低電流化と溶接金属の靭性，強度の向上とを達成できる溶接用鋼ワイヤを安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】アーク電圧と脱酸元素の歩留りとの関係を示すグラフである。
【図２】溶接電圧と適正アーク電圧との関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、 ４９０Ｎ／ｍｍ２ ， ５２０Ｎ／ｍｍ２ ， ５４０Ｎ／ｍｍ２ 級高張力鋼の溶接を行なう際に使用する炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（以下、溶接用鋼ワイヤという）とそれを用いた溶接方法に関し、高入熱高パス間温度で溶接を行なってもアークの安定性に優れ、かつ溶接金属の強度と靭性を向上できる安価な溶接用鋼ワイヤとそれを用いた溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールドガスとして安価な炭酸ガスを用いるＭＡＧ溶接法は、もっとも普及した溶接法であり、高能率な溶接法であることから、鉄鋼材料の溶接に広く利用されている。特に溶接ロボットの急速な普及によって、造船，建築，橋梁，自動車，建設機械等の分野で使用されている。
【０００３】
近年、高能率，高パス間温度の溶接に対してＪＩＳ規格Ｚ３３１２ＹＧＷ−１８ が制定された。この規定を満足するために、特許第３１９９６５６ 号公報や特開２００２−１０３０８２ 号公報には、溶接金属の脱酸促進と強度確保を目的としてＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉを多量に添加した溶接用鋼ワイヤが開示されている。
しかしながら、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉを添加するためには高価な原料を使用せざるを得ないので、溶接用鋼ワイヤの製造コストが上昇する。しかも、これらの元素を多量に添加すると鋼素線の硬度が高くなり、溶接用鋼ワイヤの製造工程において伸線加工等の加工性が著しく低下する。そのため鋼素線に焼鈍を施して、硬度を低下させなければならない。
【０００４】
鋼素線の加工性を回復するために焼鈍を施す際には、焼鈍温度の上昇，焼鈍時間の延長，焼鈍回数の増加が必要であり、溶接用鋼ワイヤの製造コストの上昇は避けられない。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１９９６５６ 号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０３０８２ 号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した通り、高入熱，高パス間温度炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する高強度の溶接用鋼ワイヤは、製造コストが高いという問題があった。
この発明は、このような現状に鑑み開発されたもので、炭酸ガス（すなわちＣＯ２ ガス）を主成分とするシールドガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接において、脱酸元素のスラグロスを低減し、アークの安定性向上と溶接金属の強度向上，靭性向上とを低コストで両立させる溶接用鋼ワイヤと、それを用いた溶接方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、溶接用鋼ワイヤの組成について、その脱酸元素のスラグロス，アーク安定性，溶接金属の機械的性質について鋭意検討した。その結果、
（ａ） 溶接用鋼ワイヤの素材である鋼素線に希土類元素を添加することによって、溶滴を微細化し、低電圧でのアーク安定性の確保が可能である、
（ｂ） 適正アーク電圧を低電圧化することによって、脱酸元素であるＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ等のスラグロスの低減が可能である、
（ｃ） 正極性（すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極）として溶接を行なうことによって、アークの安定化と適正アーク電圧の低電圧化を達成することが可能である
という知見を得た。
【０００８】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。すなわち本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する溶接用鋼ワイヤであって、Ｃ： ０．００５〜０．１５質量％，Ｓｉ：０．１５〜０．６５質量％，Ｍｎ：０．８０〜１．８０質量％，希土類元素： ０．０１５〜０．１００ 質量％を含有するとともに、Ｔｉ，ＺｒおよびＡｌのうちの１種を０．０５〜０．２０質量％あるいは２種以上を合計０．０５〜０．２０質量％含有する鋼素線からなる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。
【０００９】
前記した炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの発明においては、好適態様として、鋼素線が前記した組成に加えて、Ｍｏ：０．１０〜１．５０質量％，Ｂ：０．００１０〜０．０２００質量％を含有することが好ましい。
また本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接方法において、前記した炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて正極性で溶接を行なう炭酸ガスシールドアーク溶接方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（すなわち溶接用鋼ワイヤ）の素材となる鋼素線の成分の限定理由について説明する。
Ｃ： ０．００５〜０．２０質量％
Ｃは、溶接金属の強度を確保するのに必要な元素である。Ｃ含有量が ０．００５質量％未満では、溶接金属の強度が不足し、酸化反応による溶接金属の酸素固溶量の低減が十分ではない。一方、 ０．２０質量％を超えると、溶滴および溶融メタルの挙動が不安定となり、しかも溶接金属の靭性が低下する。したがって、Ｃは ０．００５〜０．２０質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、好ましくは ０．０３０〜０．１０質量％である。
【００１１】
Ｓｉ：０．０５〜０．６５質量％
Ｓｉは、脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Ｓｉ含有量が０．０５質量％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブロー欠陥が発生する。一方、０．６５質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量は多くなるが、溶接金属中へのＳｉ移行率が小さく（すなわち歩留りが悪く）なる。結果として鋼素線の硬度が高くなり、加工性が低下する。しかもＳｉの過剰な添加は、溶接金属の靭性低下を招く。したがって、Ｓｉは０．０５〜０．６５質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１２】
Ｍｎ：０．８０〜１．８０質量％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素であるとともに、溶接金属の強度および靱性を向上させるために必須な元素である。Ｍｎ含有量が０．８０質量％未満では、溶接金属粒界へのＳ濃化に起因する靱性低下を生じ、構造物の溶接継手として十分な靭性が得られない。一方、１．８０質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量が増大し、スラグの剥離性が低下するとともに、鋼素線の硬度が高くなり、加工性が低下する。したがって、Ｍｎは０．８０〜１．８０質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１３】
希土類元素： ０．０１５〜０．１００ 質量％
希土類元素（以下、ＲＥＭ という）は、製鋼および鋳造時の介在物を微細化し、かつ溶接金属中のＳを固定して靱性を改善するために有用な元素である。ただし、通常の逆極性（すなわち溶接用鋼ワイヤをプラス極）の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、鋼素線にＲＥＭ を添加するとアークの集中が生じて、スパッタの発生量が増大するので、積極的には添加されない。しかしながら正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、溶滴の微細移行を実現する上で不可欠な元素である。ＲＥＭ 含有量が ０．０１５質量％未満では、この効果が得られない。一方、 ０．１００質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤの製造工程で割れが生じたり、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、ＲＥＭ は ０．０１５〜０．１００ 質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、好ましくは ０．０２５〜０．１００ 質量％である。
【００１４】
ここで ＲＥＭとは、周期表の原子番号５７〜７１の元素を指し、特にＣｅ，Ｌａ等の比較的安価で入手しやすい元素を用いるのが好ましい。
Ｔｉ，ＺｒおよびＡｌのうちの１種を０．０５〜０．２０質量％あるいは２種以上を合計０．０５〜０．２０質量％
Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌは、強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素であり、溶融メタルの脱酸によって粘性を低下して良好なビード形状を維持（溶接線方向の凹凸を抑制）する効果がある。このような効果は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを１種添加する場合は各々０．０５質量％以上で顕著に発揮され、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを２種以上添加する場合も合計０．０５質量％以上で顕著に発揮される。一方、 Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを１種添加する場合は各々０．２０質量％を超えると溶接金属の靭性が低下し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを２種以上添加する場合も合計０．２０質量％を超えると溶接金属の靭性が低下する。したがって、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを１種添加する場合は各々０．０５〜０．２０質量％の範囲内を満足し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌを２種以上添加する場合も合計０．０５〜０．２０質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１５】
上記した成分に加えて、本発明では下記の元素を含有することができる。
Ｍｏ：０．０５〜１．５０質量％，Ｂ：０．００１０〜０．０２００質量％
Ｍｏ，Ｂは、いずれも溶接金属の強度を増加する元素であり、必要に応じて添加する。しかし過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｍｏ，Ｂを含有する場合は、Ｍｏ：０．０５〜１．５０質量％，Ｂ：０．００１０〜０．０２００質量％の範囲内を満足するのが好ましい。
【００１６】
さらに下記の元素を鋼素線に添加することができる。
Ｋ：０．０００１〜０．０１５０質量％
Ｋは、正極性炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを広げ、スプレー移行の低電流化を促進し、溶滴を微細化する効果を有する。この効果は、Ｋ含有量が０．０００１質量％以上で発揮される。一方、 ０．０１５０質量％を超えると、アーク長が長くなり、溶接用鋼ワイヤ先端に懸垂した溶滴が不安定となり、スパッタの発生量が増加する。したがって、Ｋは０．０００１〜０．０１５０質量％の範囲内を満足するのが好ましい。なお、好ましくは０．０００３〜０．００３０質量％である。
【００１７】
またＫは、沸点が約 ７６０℃と低いので、溶接用鋼ワイヤの素材となる溶鋼の溶製段階での歩留りが著しく低い。そのためＫは、溶接用鋼ワイヤの製造段階で、鋼素線の表面にカリウム塩溶液を塗布して焼鈍を行なうことによって、溶接用鋼ワイヤ内部にＫを安定して含有させるのが好ましい。
Ｃｒ： ３．０質量％以下，Ｎｉ： ３．０質量％以下，Ｃｕ： ３．０質量％以下
Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕは、いずれも溶接金属の強度を増加し、耐候性を向上させる元素であり、必要に応じて添加する。しかし過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕを含有する場合は、Ｃｒ： ３．０質量％以下，Ｎｉ： ３．０質量％以下，Ｃｕ： ３．０質量％以下とするのが好ましい。
【００１８】
Ｎｂ：０．０５質量％以下，Ｖ：０．０５質量％以下
Ｎｂ，Ｖは、いずれも溶接金属の強度，靭性を向上し、アークの安定性を向上させる元素であり、必要に応じて添加する。しかし過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｎｂ，Ｖを含有する場合はＮｂ：０．０５質量％以下，Ｖ：０．０５質量％以下とするのが好ましい。
【００１９】
Ｐ： ０．０５０質量％以下
Ｐは、鋼の融点を低下させるとともに、電気抵抗率を向上させ、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する作用を有する元素である。しかしＰ含有量が ０．０５０質量％を超えると、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において溶融メタルの粘性を低下させ、アークが不安定となり、小粒のスパッタが増加する。また、溶接金属の高温割れを生じる危険性が増大する。したがって、Ｐは ０．０５０質量％以下とするのが好ましい。
【００２０】
Ｓ：０．０５質量％以下
Ｓは、溶融メタルの粘性を低下させ、溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴の離脱を促進し、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する。またＳは、溶融メタルの粘性を低下させることによってビードを平滑にし、溶落ちを抑制する効果も有する。しかしＳ含有量が０．０５質量％を超えると、小粒のスパッタが増加するとともに、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Ｓは０．０５質量％以下とした。なお、好ましくは ０．０１５〜０．０３質量％である。
【００２１】
Ｃａ：０．０００８質量％以下
Ｃａは、製鋼および鋳造時の不純物として、あるいは伸線加工時の不純物として鋼素線に混入する元素であるが、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する作用を有する元素である。しかしＣａ含有量が０．０００８質量％を超えると、アークの安定化を阻害する。したがって、Ｃａは０．０００８質量％以下とするのが好ましい。
【００２２】
上記した鋼素線の成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。たとえばＯあるいはＮが代表的な不可避的不純物であり、鋼材を溶製する段階や鋼素線を製造する段階で不可避的に混入する。Ｏは ０．０３０質量％以下，Ｎは ０．０２０質量％以下が許容できる。特にＯは、溶接に際して溶滴径を微細化する効果を有するので、０．００１０〜０．０２０ 質量％とするのが好ましく、さらに０．００１０〜０．００８０質量％とするのが一層好ましい。
【００２３】
次に、本発明の溶接用鋼ワイヤの製造方法について説明する。
転炉または電気炉等を用いて、上記した組成を有する溶鋼を溶製する。この溶鋼の溶製方法は、特定の技術に限定せず、従来から知られている技術を使用する。次いで、得られた溶鋼を、連続鋳造法や造塊法等によって鋼材（たとえばビレット等）を製造する。この鋼材を加熱した後、熱間圧延を施し、さらに乾式の冷間圧延（すなわち伸線）を施して鋼素線を製造する。熱間圧延や冷間圧延の操業条件は、特定の条件に限定せず、所望の寸法形状の鋼素線を製造する条件であれば良い。
【００２４】
さらに鋼素線は、焼鈍−酸洗−銅めっき−伸線加工−潤滑剤塗布の工程を順次施して、所定の製品すなわち溶接用鋼ワイヤとなる。
正極性炭酸ガスシールドアーク溶接においては、逆極性の溶接に比べて、給電不良によってアークが不安定になりやすい。しかし、鋼素線の表面に厚さ ０．５μｍ以上の銅めっきを施すことによって、溶接用鋼ワイヤの給電不良に起因するアークの不安定化を防止できる。なお、銅めっきの厚さを ０．８μｍ以上とするのが一層好ましい。一方、銅めっきを施さない溶接用鋼ワイヤは、高溶着化を達成できる。
【００２５】
このようにして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際に、給電の安定性を高めて、溶滴のスプレー移行を安定して維持するために、溶接用鋼ワイヤの平坦度（すなわち実表面積／理論表面積）を１．０１未満とすることが好ましい。溶接用鋼ワイヤの平坦度は、伸線加工におけるダイス管理を厳格に行なうことによって１．０１未満の範囲に維持することが可能である。
【００２６】
また給電の安定性を高めるために、溶接用鋼ワイヤの表面に付着した不純物（固形）を溶接用鋼ワイヤ１０ｋｇあたり０．０１ｇ以下とするのが好ましい。
溶接用鋼ワイヤの送給性を向上するために、溶接用鋼ワイヤの表面に潤滑油を塗布しても良い。潤滑油の塗布量は、溶接用鋼ワイヤ１０ｋｇあたり０．３５〜１．７ ｇの範囲内が好ましい。
【００２７】
本発明の溶接用鋼ワイヤを用いる際には、直流の正極性（いわゆるＥＮ）炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう。
通常の炭酸ガスシールドアーク溶接は、直流の逆極性（いわゆるＥＰ）で行なう。その理由は、直流の正極性炭酸ガスシールドアーク溶接に比べて、直流の逆極性炭酸ガスシールドアーク溶接の方が、アークの安定性が高く、溶滴の微細化が可能であり、かつ深い溶け込みが得られる点にある。
【００２８】
しかし本発明の溶接用鋼ワイヤは、直流の正極性炭酸ガスシールドアーク溶接で使用することで、逆極性に比べて安定性の高いアークが得られ、溶滴の微細化，安定したスプレー移行が達成できる。
また本発明の溶接用鋼ワイヤを用いる際には、シールドガスは炭酸ガスを５０体積％以上含有するガスを使用する。
【００２９】
一般のガスシールドアーク溶接法は、シールドガスとして酸化性ガスを含まない不活性ガス（たとえばＡｒガス）を用いるＭＩＧ溶接，不活性なＡｒガスと活性な炭酸ガス（５〜４０体積％）を混合して用いる混合ガスシールドアーク溶接，炭酸ガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接に大別される。シールドガスとしてＡｒガスを用いた溶接法では溶滴のスプレー移行は可能であるが、炭酸ガスシールドアーク溶接では、溶滴が大きい球となって移行するグロビュール移行が生じることが知られている。
【００３０】
しかし本発明の溶接用鋼ワイヤを用いることによって、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では不可能と考えられていた溶滴のスプレー移行を達成できる。ただし、シールドガス中の炭酸ガス濃度が４０体積％未満では、従来の溶接用鋼ワイヤでも溶滴のスプレー移行を容易に達成できる。ところが本発明の溶接用鋼ワイヤでは、炭酸ガス濃度が５０体積％以上のシールドガスを用いても、溶滴のスプレー移行を容易に達成できる。したがって本発明の溶接用鋼ワイヤを用いて炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際には、炭酸ガス濃度が５０体積％以上のシールドガスを用いるのが好ましい。
【００３１】
図１は、アーク電圧と脱酸元素の歩留りとの関係を示すグラフである。溶接条件は、 １００体積％の炭酸ガスをシールドガスとして使用し、溶接電流 ３００Ａ，溶接速度４０ｃｍ／ｍｉｎ として、ＪＩＳ規格ＳＭＡ４９０鋼板への正極性４層１６パス溶接を行なった。溶接用鋼ワイヤは、表１に示すワイヤ番号１のものを使用し、突き出し長さを２０ｍｍとした。溶接が終了した後、 溶接金属の成分を分析し、各元素の歩留りを算出した。
【００３２】
図１から明らかなように、脱酸元素の歩留りはアーク電圧に応じて変動し、アーク電圧が高くなると、歩留りが低下する。このことは、アーク電圧が高くなると、脱酸元素の酸化ロスが大きくなることを示している。
図２は、溶接電流と適正アーク電圧との関係を示すグラフである。溶接条件は、 １００体積％の炭酸ガスをシールドガスとして使用し、溶接速度４０ｃｍ／ｍｉｎ として、ＪＩＳ規格ＳＭＡ４９０鋼板へのビードオン溶接を行なった。溶接用鋼ワイヤは、表１に示すワイヤ番号１のものを使用し、突き出し長さを２０ｍｍとした。極性は、逆極性（すなわちＥＰ）および正極性（すなわちＥＮ）とした。
【００３３】
図２から明らかなように、正極性の溶接では、逆極性に比べて適正アーク電圧が３〜６Ｖ低下した。この適正アーク電圧の低下によって、図１に示すように脱酸歩留りが上昇し、同一成分のの溶接金属を得るための溶接用鋼ワイヤの鋼素線に含有される脱酸元素の含有量を低減できる。
また逆極性（すなわちＥＰ）の溶接に対して、正極性（すなわちＥＮ）の溶接では、溶接電流に対する適正アーク電圧の変化が小さく、低電流から高電流域まで溶接金属中の脱酸元素の変動が少なく、安定した溶接金属の強度と靭性を得ることが可能である。
【００３４】
さらに適正アーク電圧の低電圧化は、 溶接電力の節約に寄与するほか、鋼板側の熱影響を低減し、鋼板側の設計余裕度を増す効果もある。
【００３５】
【実施例】
連続鋳造によって製造されたビレットを熱間圧延して、直径５．５ｍｍ の線材とした。次いで冷間圧延（すなわち伸線）によって直径２．８ｍｍ の鋼素線とし、さらに２〜３０質量％のクエン酸３カリウム水溶液を鋼素線１ｋｇあたり３０〜５０ｇ塗布した。
【００３６】
得られた鋼素線の成分を表１，２に示す。
【００３７】
【表１】
【表２】
その後、この鋼素線を、露点−２〜−１０℃，酸素濃度 ２００体積ｐｐｍ 以下，二酸化炭素濃度 ０．１体積％以下の窒素雰囲気中で焼鈍（ ８００℃，１０分）した。このとき、クエン酸３カリウム水溶液の濃度，焼鈍時間，焼鈍温度を調整して、鋼素線の内部酸化によるＯ含有量とＫ含有量を所定の範囲に調整した。
このようにして焼鈍した後、 鋼素線の表面に必要に応じて銅めっきを施し、次いで冷間で伸線加工（乾式伸線）を施して、直径１．４ｍｍ の溶接用鋼ワイヤを製造した。さらに、溶接用鋼ワイヤの表面に潤滑油を溶接用鋼ワイヤ１０ｋｇあたり ０．４〜０．８ ｇ塗布した。
【００４０】
これらの溶接用鋼ワイヤを用いて、正極性炭酸ガスシールドアーク溶接試験を行ない、適正アーク電圧，溶接金属の強度と靭性，下記の （１）式で算出されるＤ値を評価した。溶接試験では表３に示す成分の鋼板を使用し、溶接条件は表４に示す通りである。
【００４１】
【表３】
【表４】
適正アーク電圧，溶接金属の強度と靭性，Ｄ値は下記の方法で評価した。その評価の結果は表５に示す通りである。
（Ａ） 適正アーク電圧
適正アーク電圧が３５Ｖ以下を良（○），３５Ｖ超えを不可（×）として評価した。
（Ｂ） 溶接金属の強度と靭性
溶接金属から試験片を採取し、室温で引張試験を行ない引張強さＴＳを測定し、０℃でシャルピー衝撃試験を行ない吸収エネルギー ｖＥ０ を測定した。 ｖＥ０ が １００Ｊ以上を良（○）， １００Ｊ未満を不可（×）として評価した。
（Ｃ） Ｄ値
溶接用鋼ワイヤの加工性は、その素材となる鋼素線の硬度で評価できる。鋼素線の硬度が上昇するにつれて、伸線加工の際にダイスにかかる負荷が増大し、ダイスの寿命を短縮する。特に硬度がＨｖ４００を超えると、ダイスの損耗が著しく増大する。したがって鋼素線に焼鈍を適宜施して、軟化させる必要がある。そこで下記の （１）式でＤ値を算出し、 １．１以上を良（○）， １．１未満を不可（×）として評価した。
【００４４】
Ｄ＝ １．５［Ｈｖ ］／［ＴＳ］ ・・・ （１）
［Ｈｖ ］：鋼素線のビッカース硬さ
［ＴＳ］：溶接金属の引張強さ（ＭＰａ ）
【００４５】
【表５】
表５から明らかなように、発明例では適正アーク電圧の低電流化と溶接金属の靭性，強度の向上とを両立させることが可能である。また、ＲＥＭ 含有量を ２５０質量ｐｐｍ 以上，Ｋを１質量ｐｐｍ 以上含有することによって、一層安定した炭酸ガスシールドアーク溶接が可能となる。
一方、本発明の範囲を外れる比較例では、適正アーク電圧の低電流化と溶接金属の靭性，強度の向上との両立はできなかった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、正極性炭酸ガスシールドアーク溶接において、適正アーク電圧の低電流化と溶接金属の靭性，強度の向上とを達成できる溶接用鋼ワイヤを安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】アーク電圧と脱酸元素の歩留りとの関係を示すグラフである。
【図２】溶接電圧と適正アーク電圧との関係を示すグラフである。
Claims (4)
- 炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する溶接用鋼ワイヤであって、Ｃ： ０．００５〜０．２０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．６５質量％、Ｍｎ：０．８０〜１．８０質量％、希土類元素： ０．０１５〜０．１００ 質量％を含有するとともに、Ｔｉ、ＺｒおよびＡｌのうちの１種を０．０５〜０．２０質量％あるいは２種以上を合計０．０５〜０．２０質量％含有する鋼素線からなることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
- 前記鋼素線が前記組成に加えて、Ｂ：０．００１０〜０．０２００質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
- 前記鋼素線が前記組成に加えて、Ｍｏ：０．１０〜１．５０質量％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
- 炭酸ガスシールドアーク溶接方法において、請求項１、２または３に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて正極性で溶接を行なうことを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接方法。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006198623A (ja) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Kobe Steel Ltd | ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ |
| JP2006205204A (ja) * | 2005-01-27 | 2006-08-10 | National Institute For Materials Science | 溶接ワイヤ |
| EP3623096A4 (en) * | 2017-09-20 | 2020-06-24 | JFE Steel Corporation | HYBRID ARC LASER WELDING PROCESS |
| WO2023149239A1 (ja) * | 2022-02-04 | 2023-08-10 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 正極性ｍａｇ溶接用ワイヤおよびそれを用いた正極性ｍａｇ溶接方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5910493A (ja) * | 1982-07-09 | 1984-01-19 | Kawasaki Steel Corp | 極低温用オ−ステナイト系ステンレス鋼の純アルゴン被包ガス溶接用ワイヤ |
| JPH07195193A (ja) * | 1993-12-29 | 1995-08-01 | Kobe Steel Ltd | 薄板高張力鋼用ソリッドワイヤ |
| JPH0825080A (ja) * | 1994-07-08 | 1996-01-30 | Kobe Steel Ltd | 溶接用ソリッドワイヤ及び溶接方法 |
| JPH1128594A (ja) * | 1997-07-09 | 1999-02-02 | Nippon Steel Weld Prod & Eng Co Ltd | Ｐ添加薄板鋼用ガスシールドアーク溶接ワイヤおよびｍａｇ溶接方法 |
| JP2000141080A (ja) * | 1998-11-06 | 2000-05-23 | Kobe Steel Ltd | ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ |
| JP2002144081A (ja) * | 2000-11-10 | 2002-05-21 | Kawasaki Steel Corp | Ｍａｇ溶接用鋼ワイヤおよびそれを用いたｍａｇ溶接方法 |
| JP2002239725A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Kawasaki Steel Corp | 鋼板のガスシールドアーク溶接方法 |
| JP2003001423A (ja) * | 2001-06-19 | 2003-01-08 | Kawasaki Steel Corp | 溶接継手の製造方法 |
-
2003
- 2003-02-21 JP JP2003044278A patent/JP3969323B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5910493A (ja) * | 1982-07-09 | 1984-01-19 | Kawasaki Steel Corp | 極低温用オ−ステナイト系ステンレス鋼の純アルゴン被包ガス溶接用ワイヤ |
| JPH07195193A (ja) * | 1993-12-29 | 1995-08-01 | Kobe Steel Ltd | 薄板高張力鋼用ソリッドワイヤ |
| JPH0825080A (ja) * | 1994-07-08 | 1996-01-30 | Kobe Steel Ltd | 溶接用ソリッドワイヤ及び溶接方法 |
| JPH1128594A (ja) * | 1997-07-09 | 1999-02-02 | Nippon Steel Weld Prod & Eng Co Ltd | Ｐ添加薄板鋼用ガスシールドアーク溶接ワイヤおよびｍａｇ溶接方法 |
| JP2000141080A (ja) * | 1998-11-06 | 2000-05-23 | Kobe Steel Ltd | ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ |
| JP2002144081A (ja) * | 2000-11-10 | 2002-05-21 | Kawasaki Steel Corp | Ｍａｇ溶接用鋼ワイヤおよびそれを用いたｍａｇ溶接方法 |
| JP2002239725A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Kawasaki Steel Corp | 鋼板のガスシールドアーク溶接方法 |
| JP2003001423A (ja) * | 2001-06-19 | 2003-01-08 | Kawasaki Steel Corp | 溶接継手の製造方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006198623A (ja) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Kobe Steel Ltd | ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ |
| JP2006205204A (ja) * | 2005-01-27 | 2006-08-10 | National Institute For Materials Science | 溶接ワイヤ |
| EP3623096A4 (en) * | 2017-09-20 | 2020-06-24 | JFE Steel Corporation | HYBRID ARC LASER WELDING PROCESS |
| WO2023149239A1 (ja) * | 2022-02-04 | 2023-08-10 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 正極性ｍａｇ溶接用ワイヤおよびそれを用いた正極性ｍａｇ溶接方法 |
| JP7541650B2 (ja) | 2022-02-04 | 2024-08-29 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 正極性ｍａｇ溶接用ワイヤおよびそれを用いた正極性ｍａｇ溶接方法 |
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