JP2007319910A - フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】極薄鋼板での耐溶落ち性に優れ、不良を発生し難いフェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
【解決手段】フェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤにおいて、フラックス入りワイヤが鋼合金製のワイヤ素線からなるものであり、ワイヤ全質量に対するＳｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒの含有量および、フラックス全質量中のスラグ造宰剤の含有量を所定範囲に規定し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、不可避的不純物のうちＣ、Ｐ、Ｎｉを抑制し、かつ、下記式（１）
Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（１）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）を満足することを特徴とする。
【選択図】なし
【解決手段】フェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤにおいて、フラックス入りワイヤが鋼合金製のワイヤ素線からなるものであり、ワイヤ全質量に対するＳｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒの含有量および、フラックス全質量中のスラグ造宰剤の含有量を所定範囲に規定し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、不可避的不純物のうちＣ、Ｐ、Ｎｉを抑制し、かつ、下記式（１）
Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（１）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）を満足することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、フェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いられるフラックス入りワイヤに係り、特に、自動車等の排気系部品に使われるフェライト系ステンレス鋼のアーク溶接に用いられる耐溶落ち性に優れたフラックス入りワイヤに関する。
従来より、自動車のエンジンから排出される高温のガスを誘導するエキゾーストマニホールドやマフラといった排気系部品には、高温での耐酸化性を重視して、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０９、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４４４等のフェライト系ステンレス鋼が多く使われている。これらのフェライト系ステンレス鋼には、軽量化のため、その板厚が薄いもので１．０ｍｍ未満のものや、０．５ｍｍ程度まで極薄のものもある。
これらのフェライト系ステンレス鋼に使用する溶接ワイヤとしては、一般的には、１７〜１９質量％程度のＣｒを添加し、溶接金属がフェライト単相を呈するようにＣ、Ｓｉ、Ｍｎを調整したソリッドワイヤまたはメタル系フラックス入りワイヤが多く実用化されている。また、高温割れを防止すべく、結晶粒微細化のためにＮｂを適量添加したものも実用化されている。
これらのフェライト系ステンレス鋼に使用する溶接ワイヤとしては、一般的には、１７〜１９質量％程度のＣｒを添加し、溶接金属がフェライト単相を呈するようにＣ、Ｓｉ、Ｍｎを調整したソリッドワイヤまたはメタル系フラックス入りワイヤが多く実用化されている。また、高温割れを防止すべく、結晶粒微細化のためにＮｂを適量添加したものも実用化されている。
具体的には、耐割れ性や高温強度の改善を目的として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒの基本元素の他に、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｏ等を含有させたソリッドワイヤが提案されており（例えば、特許文献１）、また、延性、靭性を改善する目的で、Ｍｇを添加したワイヤが提案されている（例えば、特許文献２）。
一方、フラックス入りワイヤとしては、高い入熱で割れを防止すべく、Ｍｏ、Ｎｂ、Ａｌを添加したワイヤや（例えば、特許文献３）、耐溶接割れ性を改善する目的でＮｂ、Ａｌ、Ｔｉ、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩等を添加したワイヤが提案されている（例えば、特許文献４）。また、スラグ剥離性、耐割れ性、靭性の改善を目的としたＣｒ系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが提案されている（例えば、特許文献５）。さらに、耐溶落ち性に着目し、溶接作業性の向上を図ったフラックス入りワイヤが提案されている（例えば、特許文献６、７）。
特開２００２−３５９８８号公報（段落００１１〜００２８）
特開平９−２２５６８０号公報（段落０００６〜００２０）
特開平６−６９１号公報（段落０００８、００１３〜００２２）
特開２００４−３５８５５２号公報（段落００１４〜００３４）
特開平３−４２１９５号公報（第２頁右上欄７行目〜１３行目）
特公平５−３０５５７号公報（第２頁右欄３３行目〜第４頁右欄３０行目）
特開２００１−２９３５９６号公報（段落０００７、０００９〜００３０）
しかしながら、従来より使用されているステンレス鋼用ワイヤでは、以下に示す問題があった。
自動車の排気系部品等に使用されるＳＵＳ鋼板は、その薄さによって、アーク溶接時に溶落ちが発生しやすいため、その改善が望まれていることから、使用するワイヤにおいても、耐溶落ち性が必要とされている。
そこで、耐溶落ち性に優れたＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接法やプラズマ溶接法が用いられているが、これらの溶接法では、能率が悪くコストも高いという問題がある。そのため、溶接能率とコストに優れる消耗電極式ガスシールドアーク溶接法、いわゆるＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ）溶接法やＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接法での耐溶落ち性改善が望まれていた。
自動車の排気系部品等に使用されるＳＵＳ鋼板は、その薄さによって、アーク溶接時に溶落ちが発生しやすいため、その改善が望まれていることから、使用するワイヤにおいても、耐溶落ち性が必要とされている。
そこで、耐溶落ち性に優れたＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接法やプラズマ溶接法が用いられているが、これらの溶接法では、能率が悪くコストも高いという問題がある。そのため、溶接能率とコストに優れる消耗電極式ガスシールドアーク溶接法、いわゆるＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ）溶接法やＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接法での耐溶落ち性改善が望まれていた。
しかし、特許文献１〜４に記載のワイヤは、フェライト系ステンレス鋼での耐溶落ち性の改善に着目したものではないため、これらのワイヤでは、耐溶落ち性の向上を図ることができないという問題があった。
また、特許文献５のフラックス入りワイヤは、スラグが大量に発生するタイプであり、溶接後にスラグ除去工程が組まれない自動車分野では適用することはできないという問題があった。
また、特許文献５のフラックス入りワイヤは、スラグが大量に発生するタイプであり、溶接後にスラグ除去工程が組まれない自動車分野では適用することはできないという問題があった。
特許文献６、７に記載のフラックス入りワイヤは、ステンレス鋼用ソリッドワイヤでの耐溶落ち性の改善に着目しているが、最近では、軽量化の要求が益々高まり、溶接する板の厚みをさらに薄くする方向で設計が行われ始めていることから、さらなる耐溶落ち性の改善が望まれている。しかし、これらのステンレス鋼用ソリッドワイヤは、主にスラグ造宰剤やフラックスの添加量を制限することで溶接作業性を向上させることを目的としているものであり、未だステンレス鋼の極薄化に対応した十分な耐溶落ち性を得るには至っていない。
本発明はこれらの状況を鑑みて開発した技術であり、極薄鋼板での耐溶落ち性に優れ、不良を発生し難いフェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、請求項１に係るフラックス入りワイヤは、金属外皮中にフラックスを充填して、フェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤにおいて、前記フラックス入りワイヤが鋼合金製のワイヤ素線からなるものであって、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が５〜３０質量％であり、ワイヤ全質量に対し、Ｓｉ：０．６０〜１．５０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、Ｓ：０．０１２〜０．１００質量％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０質量％含有し、更に、フラックス全質量中のスラグ造宰剤を５質量％以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｃ：０．０７質量％以下、Ｐ：０．０２５質量％以下、Ｎｉ：０．３０質量％以下であり、かつ、下記式（１）
Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（１）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）
を満足することを特徴とする。
Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（１）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）
を満足することを特徴とする。
このような構成によれば、Ｓｉ、Ｍｎを所定量含有することで、ワイヤ自身の電気抵抗が高まり、チップ／ワイヤ通電点(主にチップ先端)からアーク発生点までのいわゆる突出し部分および先端に形成される溶滴自体の抵抗発熱が高まることで温度が上昇し、アーク熱による溶融が低減することにより溶接入熱が減少する。
また、Ｓを所定量含有することで、アーク直下から溶接線後方に形成される溶融池の粘性、表面張力が低下し、アーク力＋表面張力による溶融池の押し上げが小さくなることで、溶融池自体の重力が勝り、溶融池がアーク直下に落ち込みやすくなる。これにより、アーク直下での溶融池の深さが大きくなり、溶込み深さが低減する。
これらの作用により、耐溶落ち性が向上する。
その他、フラックス、スラグ造宰剤、所定の元素等を所定範囲に規定することで、耐溶落ち性、耐高温酸化性、耐割れ性等が向上する。
また、Ｓを所定量含有することで、アーク直下から溶接線後方に形成される溶融池の粘性、表面張力が低下し、アーク力＋表面張力による溶融池の押し上げが小さくなることで、溶融池自体の重力が勝り、溶融池がアーク直下に落ち込みやすくなる。これにより、アーク直下での溶融池の深さが大きくなり、溶込み深さが低減する。
これらの作用により、耐溶落ち性が向上する。
その他、フラックス、スラグ造宰剤、所定の元素等を所定範囲に規定することで、耐溶落ち性、耐高温酸化性、耐割れ性等が向上する。
請求項２に係るフラックス入りワイヤは、金属外皮中にフラックスを充填して、フェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤにおいて、前記フラックス入りワイヤが鋼合金製のワイヤ素線の表面にＣｕメッキ層を設けたものであって、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が５〜３０質量％であり、ワイヤ全質量に対し、Ｓｉ：０．６０〜１．５０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、Ｓ：０．０１２〜０．１００質量％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０質量％含有し、更に、フラックス全質量中のスラグ造宰剤を５質量％以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｃ：０．０７質量％以下、Ｐ：０．０２５質量％以下、Ｎｉ：０．３０質量％以下であり、前記Ｃｕメッキ層がＣｕ：０．２４質量％以下であり、かつ、下記式（１）
Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（１）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）
を満足することを特徴とする。
Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（１）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）
を満足することを特徴とする。
このような構成によれば、ワイヤ素線の表面にＣｕメッキ層を設けることで、チップ磨耗が抑制され、また、耐錆性、製造時の伸線性等が向上する。
請求項３に係るフラックス入りワイヤは、前記記載のフラックス入りワイヤにおいて、更に、Ｎ：０．０５０質量％以下、Ｎｂ：１．００質量％以下、Ｖ：１．００質量％以下、Ａｌ：０．６０質量％以下、Ｔｉ：０．６０質量％以下、Ｍｏ：２．５０質量％以下、Ｆ：０．３質量％以下のうち１種以上を含有し、かつ、下記式（２）
Ｘ＝０．３２Ｒ２ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（２）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ２ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％＋０．５（Ｎｂ質量％＋Ｖ質量％）である）
を満足することを特徴とする。
Ｘ＝０．３２Ｒ２ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（２）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ２ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％＋０．５（Ｎｂ質量％＋Ｖ質量％）である）
を満足することを特徴とする。
このような構成によれば、さらに所定の元素を所定量含有することにより、耐割れ性、耐腐食性・耐酸化性、アーク安定性等がさらに向上する。
請求項４に係るフラックス入りワイヤは、前記Ｎが０．００４０〜０．０５０質量％、前記Ｎｂが０．１０〜１．００質量％、前記Ｖが０．１０〜１．００質量％、前記Ａｌが０．０５〜０．６０質量％、前記Ｔｉが０．０５〜０．６０質量％、前記Ｍｏが０．０５〜２．５０質量％、前記Ｆが０．０１〜０．３質量％であることを特徴とする。
このような構成によれば、所定の元素の含有量の範囲をさらに規定することで、耐割れ性、耐腐食性・耐酸化性、アーク安定性等がさらに向上する。
請求項５に係るフラックス入りワイヤは、前記記載のフラックス入りワイヤにおいて、更に、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉの１種以上を合計０．３０質量％以下含有することを特徴とする。
このような構成によれば、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉを所定量含有することで、アーク安定性が向上し、耐溶落ち性がさらに向上する。
請求項６に係るフラックス入りワイヤは、前記Ｋ、Ｎａ、Ｌｉの１種以上の合計が０．００２〜０．３０質量％であることを特徴とする。
このような構成によれば、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉの含有量の範囲をさらに規定することで、アーク安定性が向上し、耐溶落ち性がさらに向上する。
本発明に係るフラックス入りワイヤによれば、ワイヤの諸成分を適正範囲に規定することにより、耐高温酸化性に加え、耐溶落ち性が極めて良好となると共に、金属組織状態、耐割れ性、アーク安定性、曲げ性能（延性）等も良好となる。そのため、自動車の軽量化を図るために、排気系部品の板厚を薄くしても、当該ワイヤの適用によって、溶落ち不良が低減し、溶接工程における生産性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、フラックス入りワイヤの成分を所定範囲に規定することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤである。
前記フラックス入りワイヤは、鋼合金製のワイヤ素線からなるものであり、所定量のＳｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒを含有し、スラグ造宰剤を所定量以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物として、Ｃ、Ｐ、Ｎｉを所定量以下に抑制したものである。
また、このワイヤ素線の表面に、Ｃｕメッキ層を設けてもよい。
本発明は、フラックス入りワイヤの成分を所定範囲に規定することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤである。
前記フラックス入りワイヤは、鋼合金製のワイヤ素線からなるものであり、所定量のＳｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒを含有し、スラグ造宰剤を所定量以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、不可避的不純物として、Ｃ、Ｐ、Ｎｉを所定量以下に抑制したものである。
また、このワイヤ素線の表面に、Ｃｕメッキ層を設けてもよい。
まず、図を参照して、従来のワイヤを用いた場合および本発明に係るワイヤを用いた場合のアーク溶接について説明する。
図１は、アーク溶接の様子を模式的に示した模式図であり、（ａ）は、従来のワイヤを用いた場合を示す模式図、（ｂ）は、本発明に係るワイヤを用いた場合を示す模式図である。
図１は、アーク溶接の様子を模式的に示した模式図であり、（ａ）は、従来のワイヤを用いた場合を示す模式図、（ｂ）は、本発明に係るワイヤを用いた場合を示す模式図である。
図１（ａ）に示すように、従来のワイヤ３１を用いたアーク溶接では、溶融池６の粘性、表面張力が大きいため、アーク力＋表面張力による溶融池６の押し上げＰ１が、重力Ｐ２に対して大きく、よって、溶融池６自体の重力Ｐ２による降下が小さい。また、アーク直下での溶融池６の深さＬ１が小さく、溶込み深さＬ２が大きい。
また、チップ２／ワイヤ３１通電点(主にチップ２先端)からアーク５の発生点までのいわゆる突出し部分Ａおよび先端に形成される溶滴４自体の抵抗発熱が低い。
また、チップ２／ワイヤ３１通電点(主にチップ２先端)からアーク５の発生点までのいわゆる突出し部分Ａおよび先端に形成される溶滴４自体の抵抗発熱が低い。
そこで、本発明者らは、図１（ｂ）に示すように、（１）ワイヤ３自身の電気抵抗を高めることにより、突出し部分Ａおよび溶滴４自体の抵抗発熱を高めて温度を上昇させ、アーク熱による溶融を低減することにより溶接入熱を減らす、（２）アーク５直下から溶接線後方に形成される溶融池６の粘性、表面張力を低下させ、Ｐ１が小さくなることで、Ｐ２が勝り、溶融池６をアーク直下に落とし込ませる。これにより、アーク直下での溶融池６の深さＬ１を大きくし、アーク力の作用を防御させることで、溶込み深さＬ２を低減させる、という（１）（２）の２つの手段を組み合わせることで、極薄板の耐溶落ち性を改善することに成功した。
ちなみに、ソリッドワイヤよりもフラックス入りワイヤのほうが一般的に耐溶落ち性に優れるが、その理由は、形状的にワイヤ３自身の電気抵抗が高まることと、熱容量が小さくなるからである。本発明ではその効果に加え、組成的にワイヤ３自身の電気抵抗のみならず、溶滴４の電気抵抗をも高め、かつ溶融池６の粘性と表面張力の調整によって、鋼材（母材）１へのアーク力の影響力を緩和させることを手段としている。
具体的には（１）の電気抵抗増大にはＳｉ、Ｍｎ、必要に応じてＮｂ、Ｖの増大を、（２）の溶融池の表面張力と粘性の低下にはＳの増大を図ることで達成した。
以下、ワイヤの成分の限定理由について説明する。
具体的には（１）の電気抵抗増大にはＳｉ、Ｍｎ、必要に応じてＮｂ、Ｖの増大を、（２）の溶融池の表面張力と粘性の低下にはＳの増大を図ることで達成した。
以下、ワイヤの成分の限定理由について説明する。
＜フラックス充填率：５〜３０質量％＞
前記のとおり、ソリッドワイヤよりもフラックス入りワイヤのほうが一般的に耐溶落ち性に優れる。
しかし、フラックスの充填率(ワイヤ全質量に対するフラックスの質量)が５質量％未満の場合は金属外皮により形成される円筒部分に多くの空隙が生じ、フラックスが均一に配分されず、ワイヤを安定して製造することが困難となり、アーク安定性が低下する。したがって、フラックス充填率は５質量％以上とする。一方、フラックスの充填率が３０質量％を超えると、相対的に金属外皮の厚さが薄くなり、ワイヤの強度が著しく損なわれ、折れやすくなるため、ワイヤを安定して製造することが困難となる。したがって、フラックス充填率は、３０質量％以下とする。
前記のとおり、ソリッドワイヤよりもフラックス入りワイヤのほうが一般的に耐溶落ち性に優れる。
しかし、フラックスの充填率(ワイヤ全質量に対するフラックスの質量)が５質量％未満の場合は金属外皮により形成される円筒部分に多くの空隙が生じ、フラックスが均一に配分されず、ワイヤを安定して製造することが困難となり、アーク安定性が低下する。したがって、フラックス充填率は５質量％以上とする。一方、フラックスの充填率が３０質量％を超えると、相対的に金属外皮の厚さが薄くなり、ワイヤの強度が著しく損なわれ、折れやすくなるため、ワイヤを安定して製造することが困難となる。したがって、フラックス充填率は、３０質量％以下とする。
＜Ｓｉ：０．６０〜１．５０質量％＞
Ｓｉは脱酸反応に必要で、かつ突出し部分と溶滴の電気抵抗上昇に効果的である。耐溶落ち性向上に対して最低０．６０質量％が必要であるため、Ｓｉの含有量は、０．６０質量％以上、好ましくは０．８０質量％以上とする。一方、１．５０質量％を超えると溶滴が大粒化し、スパッタが増加すると共に、延性が低下する。したがって、Ｓｉの含有量は、１．５０質量％以下、好ましくは１．３０質量％以下とする。
Ｓｉは脱酸反応に必要で、かつ突出し部分と溶滴の電気抵抗上昇に効果的である。耐溶落ち性向上に対して最低０．６０質量％が必要であるため、Ｓｉの含有量は、０．６０質量％以上、好ましくは０．８０質量％以上とする。一方、１．５０質量％を超えると溶滴が大粒化し、スパッタが増加すると共に、延性が低下する。したがって、Ｓｉの含有量は、１．５０質量％以下、好ましくは１．３０質量％以下とする。
＜Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％＞
Ｍｎもまた脱酸反応に必要な元素であり、かつ突出し部分と溶滴の電気抵抗上昇に効果的である。しかし、マルテンサイトを生成しやすくする元素のため、通常は０．４０質量％未満に抑えられているのが一般的である。本発明ではＣ含有量の低減、Ｓｉ含有量の増加等によるフェライト相の安定化を図ることによりマルテンサイト生成を抑制しつつ、Ｍｎ含有量の増大を図っている。０．４０質量％以上で耐溶落ち性向上に有効であるため、Ｍｎの含有量は０．４０質量％以上、好ましくは０．７５質量％以上、さらに好ましくは、１．００質量％以上とする。一方、２．００質量％を超えると溶滴が大粒化し、スパッタが増加すると共に、延性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量は、２．００質量％以下とする。
Ｍｎもまた脱酸反応に必要な元素であり、かつ突出し部分と溶滴の電気抵抗上昇に効果的である。しかし、マルテンサイトを生成しやすくする元素のため、通常は０．４０質量％未満に抑えられているのが一般的である。本発明ではＣ含有量の低減、Ｓｉ含有量の増加等によるフェライト相の安定化を図ることによりマルテンサイト生成を抑制しつつ、Ｍｎ含有量の増大を図っている。０．４０質量％以上で耐溶落ち性向上に有効であるため、Ｍｎの含有量は０．４０質量％以上、好ましくは０．７５質量％以上、さらに好ましくは、１．００質量％以上とする。一方、２．００質量％を超えると溶滴が大粒化し、スパッタが増加すると共に、延性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量は、２．００質量％以下とする。
＜Ｓ：０．０１２〜０．１００質量％以下＞
Ｓは溶融池の粘性と表面張力を低下させる効果がある。それによってアーク後方からアーク直下に溶湯が流れ込み、深い溶融池を形成する。これによって溶込み深さが低減され、耐溶落ち性が向上する。この溶湯の流れ込みによる耐溶落ち性向上の効果を得るには、最低０．０１２質量％の含有が必要である。したがって、Ｓの含有量は、０．０１２質量％以上、好ましくは０．０１６質量％以上、より好ましくは０．０２５質量％以上とする。さらに、０．０５０質量％以上とすると、より効果的である。一方、０．１００質量％を超えると耐高温割れ性が発生し、また、延性が低下するため、Ｓの含有量は、０．１００質量％以下とする。
Ｓは溶融池の粘性と表面張力を低下させる効果がある。それによってアーク後方からアーク直下に溶湯が流れ込み、深い溶融池を形成する。これによって溶込み深さが低減され、耐溶落ち性が向上する。この溶湯の流れ込みによる耐溶落ち性向上の効果を得るには、最低０．０１２質量％の含有が必要である。したがって、Ｓの含有量は、０．０１２質量％以上、好ましくは０．０１６質量％以上、より好ましくは０．０２５質量％以上とする。さらに、０．０５０質量％以上とすると、より効果的である。一方、０．１００質量％を超えると耐高温割れ性が発生し、また、延性が低下するため、Ｓの含有量は、０．１００質量％以下とする。
＜Ｃｒ：１６．０〜２０．０質量％＞
Ｃｒはステンレス鋼用としての耐食性や耐酸化性を得るために必須な元素である。ＳＵＳ４３０等の排気系部品に使われる鋼材と同等の耐食性・耐酸化性とするためにはＣｒ含有量も同等であることが好ましい。１６．０質量％以上であれば耐食性・耐酸化性に問題は無いため、Ｃｒの含有量は、１６．０質量％以上とする。一方２０．０質量％を超えると高コスト化し、スパッタが増加すると共に、延性が低下するため、Ｃｒの含有量は、２０．０質量％以下とする。
Ｃｒはステンレス鋼用としての耐食性や耐酸化性を得るために必須な元素である。ＳＵＳ４３０等の排気系部品に使われる鋼材と同等の耐食性・耐酸化性とするためにはＣｒ含有量も同等であることが好ましい。１６．０質量％以上であれば耐食性・耐酸化性に問題は無いため、Ｃｒの含有量は、１６．０質量％以上とする。一方２０．０質量％を超えると高コスト化し、スパッタが増加すると共に、延性が低下するため、Ｃｒの含有量は、２０．０質量％以下とする。
＜ワイヤ中のスラグ造宰剤の質量の合計：５質量％以下＞
スラグ発生量を減少させるにはワイヤ中のスラグ造宰剤を減らすことが不可欠である。
ここでスラグ造宰剤とは金属粉末以外を指し、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｎＯ、ＭｇＯ等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ２、ＫＦ、ＡｌＦ３等のフッ化物が挙げられる。
５質量％を超えるとスラグ過剰で後工程の塗装に問題が生じ、また、アーク安定性が低下することからワイヤ中のスラグ造宰剤の質量の合計は、５質量％以下とし、好ましくは３質量％以下とする。なお、スラグ造宰剤は、本発明の効果を妨げない範囲において含有することは許容されるが、スラグ造宰剤は少ないほうが好ましい。そのため、下限は設定しないが０質量％でもよい。
スラグ発生量を減少させるにはワイヤ中のスラグ造宰剤を減らすことが不可欠である。
ここでスラグ造宰剤とは金属粉末以外を指し、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｎＯ、ＭｇＯ等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ２、ＫＦ、ＡｌＦ３等のフッ化物が挙げられる。
５質量％を超えるとスラグ過剰で後工程の塗装に問題が生じ、また、アーク安定性が低下することからワイヤ中のスラグ造宰剤の質量の合計は、５質量％以下とし、好ましくは３質量％以下とする。なお、スラグ造宰剤は、本発明の効果を妨げない範囲において含有することは許容されるが、スラグ造宰剤は少ないほうが好ましい。そのため、下限は設定しないが０質量％でもよい。
以下、不可避的不純物として含まれる元素であるＣ、Ｐ、Ｎｉの含有量を制限した理由について説明する。これらの不可避的不純物は含有しないこと（すなわち、０質量％）が好ましいが、本発明の効果を妨げない範囲においてこれらを含有することは許容され、以下に示す含有量以下であれば問題なく使用することができる。
＜Ｃ：０．０７質量％以下＞
Ｃは耐食性・耐酸化性を低下させ、マルテンサイトを生成させやすくし、また、延性の低下や、割れを発生しやすくするため、極力少ない方が好ましい。上限としては０．０７質量％まで許容可能である。好ましくは０．０３質量％以下である。下限は設けないが、溶製が困難なため、現実的には０．００１質量％程度が工業的に下限となる。
Ｃは耐食性・耐酸化性を低下させ、マルテンサイトを生成させやすくし、また、延性の低下や、割れを発生しやすくするため、極力少ない方が好ましい。上限としては０．０７質量％まで許容可能である。好ましくは０．０３質量％以下である。下限は設けないが、溶製が困難なため、現実的には０．００１質量％程度が工業的に下限となる。
＜Ｐ：０．０２５質量％以下＞
Ｐは耐割れ性を劣化させる元素のため、極力低減する。上限としては０．０２５質量％までであれば実用上問題ないため、これを上限とする。なお、Ｐは少ないほうが好ましいため下限は設定しないが０質量％でもよい。
Ｐは耐割れ性を劣化させる元素のため、極力低減する。上限としては０．０２５質量％までであれば実用上問題ないため、これを上限とする。なお、Ｐは少ないほうが好ましいため下限は設定しないが０質量％でもよい。
＜Ｎｉ：０．３０質量％以下＞
Ｎｉはフェライト系ステンレス鋼には不要な元素である。Ｎｉが多いほどフェライト層が不安定化し耐高温酸化性が低下するのでＮｉの含有量は少ない方が好ましい。工業的に０．３０質量％以下に抑制してあれば問題ないので、Ｎｉの含有量は０．３０質量％以下とする。なお、Ｎｉは少ないほうが好ましいため下限は設定しないが０質量％でもよい。
Ｎｉはフェライト系ステンレス鋼には不要な元素である。Ｎｉが多いほどフェライト層が不安定化し耐高温酸化性が低下するのでＮｉの含有量は少ない方が好ましい。工業的に０．３０質量％以下に抑制してあれば問題ないので、Ｎｉの含有量は０．３０質量％以下とする。なお、Ｎｉは少ないほうが好ましいため下限は設定しないが０質量％でもよい。
不可避的不純物として、Ｃ、Ｐ、Ｎｉの他、例えば、Ｏ、Ｚｒ等を含有することが考えられるが、本発明の効果を妨げない範囲においてこれらを含有することは許容され、これらの含有量は、それぞれ０．０５０質量％以下が好ましい。
＜Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０＞
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）
ここで、ＮｅｑはＮｉ当量を表し、Ｒ１ ｅｑはＣｒ当量を表す。Ｘ≧０の時に形成される溶接金属はフェライト層となる。逆にＸ＜０の場合はマルテンサイト層が析出し、耐腐食性・耐酸化性の低下、熱サイクルに対する疲労性能低下、延性の低下が発生するのでＸ≧０を必須とする。
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）
ここで、ＮｅｑはＮｉ当量を表し、Ｒ１ ｅｑはＣｒ当量を表す。Ｘ≧０の時に形成される溶接金属はフェライト層となる。逆にＸ＜０の場合はマルテンサイト層が析出し、耐腐食性・耐酸化性の低下、熱サイクルに対する疲労性能低下、延性の低下が発生するのでＸ≧０を必須とする。
本発明に係るフラックス入りワイヤにおいては、ワイヤ素線の表面にＣｕメッキ層を設けてもよい。
＜メッキ層のＣｕ：０．２４質量％以下＞
チップ磨耗の抑制、耐錆性の向上、製造時の伸線性の向上といった目的でＣｕメッキを施しても良いが、ワイヤ通電点の電気抵抗を低下させ、ワイヤの発熱効果が低下して耐溶落ち性が低下しやすい。したがって、Ｃｕメッキを施す場合、フラックス入りワイヤでは、０．２４質量％以下であれば許容範囲であるため、メッキ層のＣｕ含有量は、０．２４質量％以下とする。
＜メッキ層のＣｕ：０．２４質量％以下＞
チップ磨耗の抑制、耐錆性の向上、製造時の伸線性の向上といった目的でＣｕメッキを施しても良いが、ワイヤ通電点の電気抵抗を低下させ、ワイヤの発熱効果が低下して耐溶落ち性が低下しやすい。したがって、Ｃｕメッキを施す場合、フラックス入りワイヤでは、０．２４質量％以下であれば許容範囲であるため、メッキ層のＣｕ含有量は、０．２４質量％以下とする。
本発明に係るフラックス入りワイヤは、前記成分に加えて、更に、Ｎ、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｆのうち１種以上を含有することが好ましい。以下、これらの限定理由について説明する。
＜Ｎ：０．０５０質量％以下＞
Ｎは無添加でも問題ないが、少量の添加で焼入れ性を高め、結晶粒を微細化して耐高温割れ性を向上させる。しかし、０．０５０質量％を超えるとブローホールが発生し、また、延性が低下するため、Ｎの含有量は、０．０５０質量％以下とする。また、この効果は０．００４０質量％以上で顕著となるため、Ｎの含有量は、０．００４０質量％以上とするのが好ましい。
Ｎは無添加でも問題ないが、少量の添加で焼入れ性を高め、結晶粒を微細化して耐高温割れ性を向上させる。しかし、０．０５０質量％を超えるとブローホールが発生し、また、延性が低下するため、Ｎの含有量は、０．０５０質量％以下とする。また、この効果は０．００４０質量％以上で顕著となるため、Ｎの含有量は、０．００４０質量％以上とするのが好ましい。
＜Ｎｂ:１．００質量％以下、Ｖ:１．００質量％以下＞
Ｎｂ、Ｖは無添加でも問題ないが、添加することによりフェライトを安定化し、耐割れ性を向上させると共に、耐腐食性・耐酸化性も向上させることが出来る。しかし、それぞれ１．００質量％を超えると延性が低下するので、Ｎｂ、Ｖの含有量は、それぞれ１．００質量％以下とする。また、この効果はそれぞれ０．１０質量％以上で顕著となるため、Ｎｂ、Ｖの含有量は、それぞれ０．１０質量％以上とするのが好ましい。
Ｎｂ、Ｖは無添加でも問題ないが、添加することによりフェライトを安定化し、耐割れ性を向上させると共に、耐腐食性・耐酸化性も向上させることが出来る。しかし、それぞれ１．００質量％を超えると延性が低下するので、Ｎｂ、Ｖの含有量は、それぞれ１．００質量％以下とする。また、この効果はそれぞれ０．１０質量％以上で顕著となるため、Ｎｂ、Ｖの含有量は、それぞれ０．１０質量％以上とするのが好ましい。
なお、Ｎｂ、Ｖを含む場合には、「Ｘ＝０．３２Ｒ２ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０」（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ２ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％＋０．５（Ｎｂ質量％＋Ｖ質量％））である。
ここで、ＮｅｑはＮｉ当量を表し、Ｒ２ ｅｑはＣｒ当量を表す。Ｘ≧０の時に形成される溶接金属はフェライト層となる。逆にＸ＜０の場合はマルテンサイト層が析出し、耐腐食性・耐酸化性の低下、熱サイクルに対する疲労性能低下、延性の低下が発生するのでＸ≧０を必須とする。
ここで、ＮｅｑはＮｉ当量を表し、Ｒ２ ｅｑはＣｒ当量を表す。Ｘ≧０の時に形成される溶接金属はフェライト層となる。逆にＸ＜０の場合はマルテンサイト層が析出し、耐腐食性・耐酸化性の低下、熱サイクルに対する疲労性能低下、延性の低下が発生するのでＸ≧０を必須とする。
＜Ａｌ:０．６０質量％以下、Ｔｉ:０．６０質量％以下＞
Ａｌ、Ｔｉは無添加でも問題ないが、Ｎｂ、Ｖと同様に添加することにより結晶粒を微細化し、耐割れ性を向上させると共に、耐腐食性・耐酸化性も向上させることが出来る。しかし、それぞれ０．６０質量％を超えると延性が低下すると共に、スラグが多く発生して塗装性を低下させるので、Ａｌ、Ｔｉの含有量は、それぞれ０．６０質量％以下とする。また、この効果はそれぞれ０．０５質量％以上で顕著となるため、Ａｌ、Ｔｉの含有量は、それぞれ０．０５質量％以上とするのが好ましい。
Ａｌ、Ｔｉは無添加でも問題ないが、Ｎｂ、Ｖと同様に添加することにより結晶粒を微細化し、耐割れ性を向上させると共に、耐腐食性・耐酸化性も向上させることが出来る。しかし、それぞれ０．６０質量％を超えると延性が低下すると共に、スラグが多く発生して塗装性を低下させるので、Ａｌ、Ｔｉの含有量は、それぞれ０．６０質量％以下とする。また、この効果はそれぞれ０．０５質量％以上で顕著となるため、Ａｌ、Ｔｉの含有量は、それぞれ０．０５質量％以上とするのが好ましい。
＜Ｍｏ:２．５０質量％以下＞
Ｍｏは無添加でも問題ないが、添加することにより結晶粒を微細化し、耐割れ性を向上させると共に、耐腐食性・耐酸化性も向上させることが出来る。しかし、２．５０質量％を超えると延性が低下するので、Ｍｏの含有量は、２．５０質量％以下とする。また、この効果は０．０５質量％以上で顕著となるため、Ｍｏの含有量は、０．０５質量％以上とするのが好ましい。特に、鋼板がＭｏを必須添加とするＳＵＳ４４４等に適用する場合は、溶接金属にも必須となるため、この場合は、同程度添加させる。
Ｍｏは無添加でも問題ないが、添加することにより結晶粒を微細化し、耐割れ性を向上させると共に、耐腐食性・耐酸化性も向上させることが出来る。しかし、２．５０質量％を超えると延性が低下するので、Ｍｏの含有量は、２．５０質量％以下とする。また、この効果は０．０５質量％以上で顕著となるため、Ｍｏの含有量は、０．０５質量％以上とするのが好ましい。特に、鋼板がＭｏを必須添加とするＳＵＳ４４４等に適用する場合は、溶接金属にも必須となるため、この場合は、同程度添加させる。
＜Ｆ:０．３質量％以下＞
Ｆは無添加でも問題ないが、添加することによりアークの安定性と集中性の向上に効果がある。しかし、０．３質量％を超えるとかえってアークの安定性が低下し、スパッタが増加する。したがって、Ｆの含有量は、０．３質量％以下とする。また、この効果は０．０１質量％以上で顕著となるため、Ｆの含有量は、０．０１質量％以上とするのが好ましい。なお、一般的にはＦは金属外皮から添加することは困難であり、フラックスから添加される。Ｆを添加するためのフッ化物としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＢａＦ、ＣａＦ２、ＡｌＦ３等が代表的である。
Ｆは無添加でも問題ないが、添加することによりアークの安定性と集中性の向上に効果がある。しかし、０．３質量％を超えるとかえってアークの安定性が低下し、スパッタが増加する。したがって、Ｆの含有量は、０．３質量％以下とする。また、この効果は０．０１質量％以上で顕著となるため、Ｆの含有量は、０．０１質量％以上とするのが好ましい。なお、一般的にはＦは金属外皮から添加することは困難であり、フラックスから添加される。Ｆを添加するためのフッ化物としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＢａＦ、ＣａＦ２、ＡｌＦ３等が代表的である。
更に、本発明に係るフラックス入りワイヤは、前記成分に加えて、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉの１種以上を合計０．３０質量％以下含有することが好ましい。以下、これらの限定理由について説明する。
＜Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ合計：フラックスとして合計０．３０質量％以下＞
Ｋ、Ｎａ、Ｌｉは無添加でも問題ないが、Ａｒ＋酸化性ガス（Ｏ２、ＣＯ２）を用いた溶接においてアーク安定剤として働く。アーク不安定時には、アーク長が変化し、アーク力も変動するが、これによって耐溶落ち性が劣化するので、アークはできるだけ安定であることが好ましい。しかし、０．３０質量％を超えると逆にアーク安定性が損なわれるのでＫ、Ｎａ、Ｌｉの合計は、０．３０質量％以下とする。また、アーク安定剤を含有させると耐溶落ち性向上に有効となるが、その効果は０．００２質量％以上で有効であるため、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉの合計は、０．００２質量％以上とするのが好ましい。なお、フラックスとしての添加方法はＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等の酸化物、Ｌｉ２ＣＯ３等の炭酸塩、Ｌｉフェライト等の合金を原料として用いるのが一般的である。
＜Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ合計：フラックスとして合計０．３０質量％以下＞
Ｋ、Ｎａ、Ｌｉは無添加でも問題ないが、Ａｒ＋酸化性ガス（Ｏ２、ＣＯ２）を用いた溶接においてアーク安定剤として働く。アーク不安定時には、アーク長が変化し、アーク力も変動するが、これによって耐溶落ち性が劣化するので、アークはできるだけ安定であることが好ましい。しかし、０．３０質量％を超えると逆にアーク安定性が損なわれるのでＫ、Ｎａ、Ｌｉの合計は、０．３０質量％以下とする。また、アーク安定剤を含有させると耐溶落ち性向上に有効となるが、その効果は０．００２質量％以上で有効であるため、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉの合計は、０．００２質量％以上とするのが好ましい。なお、フラックスとしての添加方法はＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等の酸化物、Ｌｉ２ＣＯ３等の炭酸塩、Ｌｉフェライト等の合金を原料として用いるのが一般的である。
＜その他＞
添加成分は金属外皮から添加するか、フラックスから添加するかは特に問わないが、ワイヤの突出し部分でより発熱させるためには、金属外皮に成分添加し、電気抵抗を高めることが効果的である。
添加成分は金属外皮から添加するか、フラックスから添加するかは特に問わないが、ワイヤの突出し部分でより発熱させるためには、金属外皮に成分添加し、電気抵抗を高めることが効果的である。
次に、本発明に係るフラックス入りワイヤについて、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを比較して具体的に説明する。
先ず、表１に示す金属外皮α,βを用いて、１．２mmφのフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤの成分組成、使用した鋼板（試験板）を表２、３に示す。なお、表１〜３において成分を含有していないものについては「−」で示し、表３において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。なお、表２、３において、ＦＣＷは、フラックス入りワイヤのことである。
先ず、表１に示す金属外皮α,βを用いて、１．２mmφのフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤの成分組成、使用した鋼板（試験板）を表２、３に示す。なお、表１〜３において成分を含有していないものについては「−」で示し、表３において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。なお、表２、３において、ＦＣＷは、フラックス入りワイヤのことである。
次に、ワイヤについて、以下に示す、耐溶落ち性、耐高温酸化性、金属組織状態、耐割れ性、アーク安定性、曲げ性能の試験と共に、Ｘ線透過試験により、耐ブローホール性、ワイヤ送給性、スラグ発生量等の官能評価を行った。
＜耐溶落ち性＞
耐溶落ち性については、ＳＵＳ４３０または一部ＳＵＳ４４４の２．０ｍｍ厚さのステンレス鋼板を用いて、開先無し、ルートギャップなしの下向Ｉ型突合せを速度８０ｃｍ／ｍｉｎで行った。シールドガスはＡｒ８０体積％＋ＣＯ２２０体積％、溶接機は定電圧インバータ制御機(パルス無し)である。ワイヤ送給速度を変化させて、溶落ちが発生しない限界の最大溶着量を限界溶着量として求めた。限界溶着量が大きい方が耐溶落ち性に優れていると評価した。４０ｇ／ｍｉｎ以上を良好、それ未満は不合格とした。
耐溶落ち性については、ＳＵＳ４３０または一部ＳＵＳ４４４の２．０ｍｍ厚さのステンレス鋼板を用いて、開先無し、ルートギャップなしの下向Ｉ型突合せを速度８０ｃｍ／ｍｉｎで行った。シールドガスはＡｒ８０体積％＋ＣＯ２２０体積％、溶接機は定電圧インバータ制御機(パルス無し)である。ワイヤ送給速度を変化させて、溶落ちが発生しない限界の最大溶着量を限界溶着量として求めた。限界溶着量が大きい方が耐溶落ち性に優れていると評価した。４０ｇ／ｍｉｎ以上を良好、それ未満は不合格とした。
＜耐高温酸化性＞
耐高温酸化性については、ＪＩＳ Ｚ３３２１に従い全溶着金属試験を行い、その溶接金属中央から厚さ１．５ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの酸化試験片を採取し、大気中で９００℃×２００時間保持して試験前後の重量を測定した。その酸化増量が少ない方が耐高温酸化性に優れていると判断した。５ｇ／ｍ２以下を良好、それを超えたものは不合格とした。
耐高温酸化性については、ＪＩＳ Ｚ３３２１に従い全溶着金属試験を行い、その溶接金属中央から厚さ１．５ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍの酸化試験片を採取し、大気中で９００℃×２００時間保持して試験前後の重量を測定した。その酸化増量が少ない方が耐高温酸化性に優れていると判断した。５ｇ／ｍ２以下を良好、それを超えたものは不合格とした。
＜金属組織状態＞
金属組織状態については、溶接金属のミクロ組織観察により、フェライト単相となっているものを合格、マルテンサイト相が析出しているものはフェライト系マルテンサイト鋼用として不適切と判断した。
金属組織状態については、溶接金属のミクロ組織観察により、フェライト単相となっているものを合格、マルテンサイト相が析出しているものはフェライト系マルテンサイト鋼用として不適切と判断した。
＜耐割れ性＞
ＪＩＳ Ｚ３１５５「Ｃ型冶具拘束突合せ溶接割れ試験方法」に従い、溶接条件を耐溶落ち性の限界溶着量を求めた時の電流、電圧、溶接速度にて行った。割れが生じたものは不合格、生じないものを合格とした。
ＪＩＳ Ｚ３１５５「Ｃ型冶具拘束突合せ溶接割れ試験方法」に従い、溶接条件を耐溶落ち性の限界溶着量を求めた時の電流、電圧、溶接速度にて行った。割れが生じたものは不合格、生じないものを合格とした。
＜アーク安定性＞
アーク安定性については、耐溶落ち性の試験の際に官能にて安定性を評価した。溶滴移行が安定でスパッタが少ない場合やワイヤ送給性が良く、アーク長が乱れない場合は良好とした。溶滴移行が不安定でスパッタが多い場合やワイヤ送給性が悪く、アーク長が乱れる場合は不合格（×）とした。
アーク安定性については、耐溶落ち性の試験の際に官能にて安定性を評価した。溶滴移行が安定でスパッタが少ない場合やワイヤ送給性が良く、アーク長が乱れない場合は良好とした。溶滴移行が不安定でスパッタが多い場合やワイヤ送給性が悪く、アーク長が乱れる場合は不合格（×）とした。
＜曲げ性能（延性）＞
曲げ性能については、全溶着金属試験の継手から板厚の表側５ｍｍをスライスして切り出し、ＪＩＳ Ｚ３１２２「突合せ溶接継手の曲げ試験方法」に従って表曲げ試験を行った。Ｒ１０ｍｍで１８０°曲げを行い、割れの有無を確認した。無欠陥を延性良好として合格、割れが生じたものは不合格（×）とした。
曲げ性能については、全溶着金属試験の継手から板厚の表側５ｍｍをスライスして切り出し、ＪＩＳ Ｚ３１２２「突合せ溶接継手の曲げ試験方法」に従って表曲げ試験を行った。Ｒ１０ｍｍで１８０°曲げを行い、割れの有無を確認した。無欠陥を延性良好として合格、割れが生じたものは不合格（×）とした。
＜その他＞
Ｘ線透過試験にて溶接金属にブローホールが発見された場合、ワイヤ送給性が悪い場合、スラグ量が多く塗装性劣化の懸念が高い場合等を記し、不合格とした。
これらの結果を表４、５に示す。なお、表５において、耐溶落ち性および耐高温酸化性が不合格のものについては、数値に下線を引いて示す。
Ｘ線透過試験にて溶接金属にブローホールが発見された場合、ワイヤ送給性が悪い場合、スラグ量が多く塗装性劣化の懸念が高い場合等を記し、不合格とした。
これらの結果を表４、５に示す。なお、表５において、耐溶落ち性および耐高温酸化性が不合格のものについては、数値に下線を引いて示す。
表４に示すように、実施例Ｎｏ．１〜２３は、全てのワイヤ成分が本発明の範囲を満足しているため、耐溶落ち性、耐高温酸化性、金属組織状態、耐割れ性、アーク安定性、曲げ性能（延性）、ワイヤ送給性等すべてが優れている。
一方、表５に示すように、Ｎｏ.２４はＣの含有量が上限を超えるため、マルテンサイトが生成し、かつ割れが生じた。曲げ試験でも割れが生じ、また、耐高温酸化性も劣っていた。Ｎｏ.２５はＳｉの含有量が下限未満のため、突出し部分と溶滴の電気抵抗が不足し、耐溶落ち性が向上しなかった。Ｎｏ.２６はＳｉの含有量が上限を超えるため、溶滴が大きくなりスパッタが過剰となった。また、延性も低下し、曲げ試験で割れが生じた。Ｎｏ.２７はＭｎの含有量が下限未満のため、突出し部分と溶滴の電気抵抗が不足し、耐溶落ち性が向上しなかった。Ｎｏ.２８はＭｎの含有量が上限を超えるため、溶滴が大きくなりスパッタが過剰となった。また、延性も低下し、曲げ試験で割れが生じた。
Ｎｏ.２９はＰの含有量が上限を超えるため、高温割れが生じた。Ｎｏ.３０はＳの含有量が下限未満のため、溶融池の粘性が低下せず、アーク直下の溶融池の深さが過少となり耐溶落ち性が向上しなかった。Ｎｏ.３１はＳの含有量が上限を超えるため、高温割れが生じた。また、延性が低下し、曲げ試験で割れが生じた。Ｎｏ.３２はＣｒの含有量が下限未満のため、耐高温酸化性が低かった。Ｎｏ.３３はＣｒの含有量が上限を超えるため、溶滴の粘性が過剰となり、スパッタが増加した。また、延性が低下し、曲げ試験で割れが生じた。Ｎｏ.３４はＮｉの含有量が上限を超えるため、耐高温酸化性が低かった。Ｎｏ.３５はＮの含有量が上限を超えるため、溶接中にブローホール欠陥が生じた。また、脆化により延性も低下し、曲げ試験で割れが生じた。
Ｎｏ.３６はワイヤにＣｕメッキが施されているが、そのメッキのＣｕ含有量が上限を超えるため、通電点での電気抵抗が不足し、耐溶落ち性が向上しなかった。Ｎｏ.３７、３８、３９は各元素個々の含有量は問題ないが、パラメータＸが０未満となっており、溶接金属がフェライト単相になっていないものである。マルテンサイト相が析出しているため、延性が低下し曲げ試験で割れが生じた。また、耐高温酸化性も劣っていた。Ｎｏ.４０、４１はそれぞれＮｂ、Ｖの含有量が上限を超えるため、延性が低下し、曲げ試験で割れが生じた。Ｎｏ.４２、４３はそれぞれＡｌ、Ｔｉの含有量が上限を超えるため、延性が低下し、曲げ試験で割れが生じた。さらにスラグ発生量も非常に多かった。
Ｎｏ.４４はＭｏの含有量が上限を超えるため、延性が低下し、曲げ試験で割れが生じた。Ｎｏ.４５はフッ化物が過剰であり、アーク安定性が悪くスパッタが多かった。Ｎｏ.４６はアルカリ金属であるＫ、Ｎａ、Ｌｉの含有量の合計が上限を超えるため、アーク安定性が悪くスパッタが多かった。Ｎｏ.４７はフラックス充填率が下限未満であるため、フラックスの長さ方向に均一なワイヤを安定して製造することが困難であった。そのため、アーク安定性も悪かった。Ｎｏ.４８はフラックス充填率が上限を超えるため、外皮厚さが薄くなりすぎて強度が不足し、伸線中に断線が多発して、ワイヤを安定して製造することが出来なかった。Ｎｏ.４９はフラックスにおける造宰剤の比率が上限を超えるため、スラグが過剰に発生した。また、薄板溶接で使われる２００Ａ以下の低電流域ではアークの安定性が悪かった。
Ｎｏ.５０、５１は一般に流通しているＳＵＳ４３０系、ＳＵＳ４４４系フラックス入りワイヤの一例である。Ｎｏ.５０はＳｉ、Ｍｎ、Ｓが下限未満であるため、突出し部分と溶滴の電気抵抗の不足、溶融池の粘性不足によるアーク直下の溶融池の深さが過少と、両方ともに効果が得られず耐溶落ち性が悪かった。Ｎｏ.５１はＳｉ、Ｍｎ、Ｓが下限未満であるため、突出し部分と溶滴の電気抵抗の不足、溶融池の粘性不足によるアーク直下の溶融池の深さが過少と、両方ともに効果が得られず耐溶落ち性が悪かった。さらに、Ｐが上限を超えるため、割れが発生した。また、Ｔｉが上限を超えるため、スラグ量が薄板用としては過剰であり、延性も低下し、曲げ試験で割れが生じた。また、フラックスにおける造宰剤の比率が上限を超えるため、アーク安定性が悪かった。
Ｎｏ.５２は各元素個々の含有量は問題ないが、パラメータＸが０未満となっており、溶接金属がフェライト単相になっていないものである。マルテンサイト相が析出しているため、延性が低下し曲げ試験で割れが生じた。また、耐高温酸化性も劣っていた。Ｎｏ.５３はＳの含有量が下限未満のため、溶融池の粘性が低下せず、アーク直下の溶融池の深さが過少となり耐溶落ち性が向上しなかった。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく本発明の範囲を逸脱しない範囲で変更することができる。
１ 鋼材（母材）
２ チップ
３、３１ ワイヤ
４ 溶滴
５ アーク
６ 溶融池
２ チップ
３、３１ ワイヤ
４ 溶滴
５ アーク
６ 溶融池
Claims (6)
- 金属外皮中にフラックスを充填して、フェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤにおいて、
前記フラックス入りワイヤが鋼合金製のワイヤ素線からなるものであって、
ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が５〜３０質量％であり、ワイヤ全質量に対し、Ｓｉ：０．６０〜１．５０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、Ｓ：０．０１２〜０．１００質量％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０質量％含有し、更に、フラックス全質量中のスラグ造宰剤を５質量％以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｃ：０．０７質量％以下、Ｐ：０．０２５質量％以下、Ｎｉ：０．３０質量％以下であり、かつ、下記式（１）
Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（１）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）
を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤ。 - 金属外皮中にフラックスを充填して、フェライト系ステンレス鋼用ガスシールド溶接に用いるフラックス入りワイヤにおいて、
前記フラックス入りワイヤが鋼合金製のワイヤ素線の表面にＣｕメッキ層を設けたものであって、
ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が５〜３０質量％であり、ワイヤ全質量に対し、Ｓｉ：０．６０〜１．５０質量％、Ｍｎ：０．４０〜２．００質量％、Ｓ：０．０１２〜０．１００質量％、Ｃｒ：１６．０〜２０．０質量％含有し、更に、フラックス全質量中のスラグ造宰剤を５質量％以下に抑制し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｃ：０．０７質量％以下、Ｐ：０．０２５質量％以下、Ｎｉ：０．３０質量％以下であり、前記Ｃｕメッキ層がＣｕ：０．２４質量％以下であり、かつ、下記式（１）
Ｘ＝０．３２Ｒ１ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（１）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ１ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％である）
を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤ。 - 請求項１または請求項２に記載のフラックス入りワイヤにおいて、更に、Ｎ：０．０５０質量％以下、Ｎｂ：１．００質量％以下、Ｖ：１．００質量％以下、Ａｌ：０．６０質量％以下、Ｔｉ：０．６０質量％以下、Ｍｏ：２．５０質量％以下、Ｆ：０．３質量％以下のうち１種以上を含有し、かつ、下記式（２）
Ｘ＝０．３２Ｒ２ ｅｑ−３．８６−Ｎｅｑ、 Ｘ≧０ ・・・（２）
（式中、Ｎｅｑ＝Ｎｉ質量％＋３０Ｃ質量％＋０．５Ｍｎ質量％、Ｒ２ ｅｑ＝Ｃｒ質量％＋１．５Ｓｉ質量％＋０．５（Ｎｂ質量％＋Ｖ質量％）である）
を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤ。 - 前記Ｎが０．００４０〜０．０５０質量％、前記Ｎｂが０．１０〜１．００質量％、前記Ｖが０．１０〜１．００質量％、前記Ａｌが０．０５〜０．６０質量％、前記Ｔｉが０．０５〜０．６０質量％、前記Ｍｏが０．０５〜２．５０質量％、前記Ｆが０．０１〜０．３質量％であることを特徴とする請求項３に記載のフラックス入りワイヤ。
- 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤにおいて、
更に、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉの１種以上を合計０．３０質量％以下含有することを特徴とするフラックス入りワイヤ。 - 前記Ｋ、Ｎａ、Ｌｉの１種以上の合計が０．００２〜０．３０質量％であることを特徴とする請求項５に記載のフラックス入りワイヤ。
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