JP2009291796A - ステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】極厚のステンレス鋼板を溶接する場合においても、開先内に融合不良及びアンダカットが発生せず、高い強度及び極低温環境における高い靭性を有する溶接金属を得ることができるステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】ステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス１１ｂ入りワイヤ１１において、ワイヤ全質量あたり、Ｃｒ：２２乃至２８質量％、Ｎｉ：８乃至１２質量％、及びＦｅ：５５乃至７０質量％を含有し、Ｃ含有量を０．０６質量％以下、Ｎ含有量を０．０５質量％以下に規制し、Ｃｒ含有量を［Ｃｒ］、Ｍｏ含有量を［Ｍｏ］、Ｎｉ含有量を［Ｎｉ］、Ｃ含有量を［Ｃ］、Ｎ含有量を［Ｎ］とするとき、下記式から計算されるＣｒ当量Ｅｑ（Ｃｒ）とＮｉ当量Ｅｑ（Ｎｉ）との比Ｅｑ（Ｃｒ）／Ｅｑ（Ｎｉ）が２．０乃至２．６である。

【選択図】図１

Description

本発明は強度及び靭性が求められるＬＮＧ（液化天然ガス）の球形タンクの脚部材並びに船舶等、ステンレス鋼からなり強度及び極低温環境における靭性を必要とする構造物の溶接に使用されるエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。

従来、ＬＮＧの球形タンクの脚部材等、大型構造物に使用され大気に露出した状態で使用されるステンレス鋼には、耐食性、強度及び極低温環境における靭性が求められるため、２０ｍｍ程度を超える厚さのステンレス鋼厚板が使用されている。従来、このようなステンレス鋼厚板の溶接には、電弧棒を使用した手動による被覆アーク溶接法、又はフラックス入りワイヤ及びシールドガスが自動的に供給される半自動ガスシールドアーク溶接法が行われている。

しかし、被覆アーク溶接法及び半自動ガスシールドアーク溶接法による施工は、溶着速度が小さく、立向溶接の作業効率が極めて低いため、軟鋼及び高張力鋼からなる厚板を使用する造船、橋梁並びに化学貯槽等の溶接には、溶着速度が大きく高い効率で立向溶接を実施することができるエレクトロガスアーク溶接法が使用されている。

極厚板の溶接においては、開先が深いために溶接部が多層になりやすく、この溶接部にスラグ巻き込み及びアンダカット等の欠陥が発生しやすい。溶接部にスラグ巻き込みが発生すると、溶接金属の強度及び靭性等の機械的性能が劣化し、アンダカットが発生すると応力集中により疲労強度が低下する。このため、エレクトロガスアーク溶接による施工を１パス溶接にすることが強く望まれており、更に、極厚板を１パス施工によって溶接する場合においても、開先部への溶け込みが良好で、溶接部に欠陥を生じず、健全、且つ十分な機械的性能を有する溶接金属が得られるエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤが強く望まれている。

例えば、特許文献１には、管状に形成されたステンレス鋼からなる外皮内に充填されるフラックス中にＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２及び金属フッ化物を含有するスラグ剤を含有し、このスラグ剤の含有量を特定することによって、厚板ステンレス鋼の立向姿勢において高能率且つ安定した溶け込み溶接が可能であり、更に溶接作業性に優れ、アンダカット及びピット等の発生がないため溶接金属の機械的性質が良好なステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。

また、入熱の大きなエレクトロガスアーク溶接は、溶接金属が凝固するまでの冷却速度が小さいため、溶接金属の組織が比較的粗大化する傾向にある。ＪＩＳ Ｚ３３２３に規定される３０８系等、従来使用されるステンレス鋼アーク溶接用フラックス入りワイヤをエレクトロガスアーク溶接に使用すると、粗大化した溶接金属組織によって耐力及び引張り強さが大きく低下する。特許文献１に開示されたステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、外皮及び／又は充填フラックス中にＮ若しくは窒化金属を添加し、その添加量を特定することによって、０．２％耐力を確保しつつ、ピット発生又はスパッタ発生量の増加等の問題を抑制することができることが開示されている。

特開平１１−１３８２９５号公報

しかしながら、前述の従来技術には以下のような問題点がある。

ステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにＮを多く添加すると、極低温環境における溶接部分の靭性が低下する。特許文献１に記載のステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは０．２％耐力を確保するために外皮及び／又は充填フラックス中にＮ若しくは窒化金属を添加しているが、その添加量が０．０５乃至０．１６質量％と多く、極低温環境での靭性が低下するため、ＬＮＧ用タンク等、極低温環境にて使用される構造物の溶接には不適となる。

また、特許文献１の記載の実施例において、板厚２０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板及びＳＵＳ３１６鋼板を用いた溶接試験が開示されているが、板厚が２０ｍｍを超えるステンレス鋼板の溶接においては、このステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いても、開先内に融合不良が発生することが避けられない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、極厚のステンレス鋼板を溶接する場合においても、開先内に融合不良及びアンダカットが発生せず、高い強度及び極低温環境における高い靭性を有する溶接金属を得ることができるステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

本発明に係るステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ステンレス鋼からなる外皮にフラックスを充填してなるステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたり、Ｃｒ：２２乃至２８質量％、Ｎｉ：８乃至１２質量％、及びＦｅ：５５乃至７０質量％を含有し、Ｃ含有量を０．０６質量％以下、Ｎ含有量を０．０５質量％以下に規制し、Ｃｒ含有量を［Ｃｒ］、Ｍｏ含有量を［Ｍｏ］、Ｎｉ含有量を［Ｎｉ］、Ｃ含有量を［Ｃ］、Ｎ含有量を［Ｎ］とするとき、下記式から計算されるＣｒ当量Ｅｑ（Ｃｒ）とＮｉ当量Ｅｑ（Ｎｉ）との比Ｅｑ（Ｃｒ）／Ｅｑ（Ｎｉ）が２．０乃至２．６であることを特徴とする。

更に、前記フラックスは、ワイヤ全質量あたりスラグ造滓剤を１．５乃至２．５質量％含有することが好ましい。ここで、スラグ造滓剤は外皮内に充填されるフラックス成分のうち、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｎ等の溶接金属の合金成分となる金属粉末を除いて、最終的にスラグ形成に関与する全ての原料が含まれ、アーク安定化を目的として添加される成分も含まれる。フラックス成分としてスラグ造滓剤の各成分が存在する形態は、酸化物、フッ化物、炭酸塩、ケイ酸塩、炭化物及び窒化物等の化合物であってもよい。

更に、前記スラグ造滓剤の一部として、ワイヤ全質量あたりＣａＦ_２を１．０乃至２．０質量％含有することが好ましい。

本発明によれば、ステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ中にＣｒを含有させることによって溶接金属を固溶強化しつつ、ワイヤ中のＣｒ含有量を特定することによって延性及び靭性を低下させることがない。また、オーステナイト系ステンレスにおいて侵入型元素であるＣ及びＮの含有量を制限することによって、耐衝撃性及び低温環境下における靱性の低下を抑制することができる。更に、ワイヤ中の金属元素のＣｒ当量とＮｉ当量との配分を特定することによって、溶接金属中の組織バランスが適正化され、延性及び低温環境下における靭性を低下させることなく、耐力及び引張強さを向上させることができるため、ＬＮＧ用タンク等、極低温環境にて使用される構造物の溶接に用いられる場合においても優れた機械的特性を有するステンレス鋼ガスアーク溶接用フラックス入りワイヤを得ることができる。

図１はエレクトロガスアーク溶接用のワイヤを示す断面図、図２はエレクトロガスアーク溶接の溶接部を一部鉛直方向及び水平方向の断面で示す斜視図である。

図２に示すように、エレクトロガスアーク溶接は立向姿勢にて母材５間の開先６に裏当て金３を設置し、更に作業者側に摺動銅板２を設置して、開先６に溶接トーチ１３によってワイヤ１１を供給しながら溶接金属４３とワイヤ１１間にアーク放電を発生させることによって行われる。溶接部には摺動銅板２に設けられたガス供給口２２からシールドガスが供給され、このシールドガスによってアーク１２及び溶接部４を覆うことによって溶接雰囲気内に空気が侵入することを防ぐことができる。摺動銅板２は溶接部４の移動に合わせて上下に摺動され、また、この摺動銅板２内には冷却水を流通する冷却管２３が設けられており、冷却管２３に水を流通することによって摺動銅板２を介して溶接部４を冷却することが可能になっている。

ワイヤ１１は図１に示すように、管状の外皮１１ａ及び外皮１１ａの内部に充填されたフラックス１１ｂからなる。外皮１１ａは溶接対象の母材と同一の金属からなる基材が、溶接金属の組織を安定化、耐力、引張強さ及び靭性といった機械的性質の向上、又は耐腐食性等の化学的性質の向上を目的としてＣ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｏ等の成分を含有するステンレス鋼である。また、これらのＣ、Ｓｉ等の成分は、外皮１１ａのステンレス鋼中の成分の他に、フラックス１１ｂ中にも単体又は化合物として存在し、溶接部４に外皮１１ａ及びフラックス１１ｂの両方によって供給される。

本発明のステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｃｒ：２２乃至２８質量％、Ｎｉ：８乃至１２質量％、及びＦｅ：５５乃至７０質量％を含有している。また、ワイヤが含有するＣ含有量を０．０６質量％以下、Ｎ含有量を０．０５質量％以下に規制している。更に、ワイヤ中のＣｒ含有量を［Ｃｒ］、Ｍｏ含有量を［Ｍｏ］、Ｎｉ含有量を［Ｎｉ］、Ｃ含有量を［Ｃ］、Ｎ含有量を［Ｎ］とするとき、ワイヤ中のＣｒ当量Ｅｑ（Ｃｒ）並びにＮｉ当量Ｅｑ（Ｎｉ）を下記数式３及び４によって定義するとき、Ｃｒ当量Ｅｑ（Ｃｒ）とＮｉ当量Ｅｑ（Ｎｉ）との比Ｅｑ（Ｃｒ）／Ｅｑ（Ｎｉ）が２．０乃至２．６である。

溶接部４ではアーク放電による入熱によって母材５及びワイヤ１１が溶融して溶融部４１を形成する。フラックス１１ｂはガス発生源としてアーク雰囲気を生成する他、フラックス中に含まれるスラグ造滓剤によって溶接スラグ４２を形成して溶融部４１内の脱酸精錬、合金成分の補充、及び溶融金属の急冷を緩和する。溶接部４の溶融部４１から浮上したスラグ４２は溶接金属と摺動銅板２との間に流れ込んでビード表面を被覆して大気を遮断し、平滑な溶接ビードを形成する。本発明のステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたりスラグ造滓剤を１．５乃至２．５質量％含有する。なお、このスラグ造滓剤は外皮内に充填されるフラックス成分のうち、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｎ等の溶接金属の合金成分となる金属粉末を除いて、最終的にスラグ形成に関与する全ての原料が含まれ、アーク安定化を目的として添加される成分も含まれる。このスラグ造滓剤の各成分がフラックス成分として存在する形態は、酸化物、フッ化物、炭酸塩、ケイ酸塩、炭化物及び窒化物等の化合物であってもよい。

ステンレスの溶接金属の融点は１４００乃至１５００℃であり、一般的な軟鋼に比して１００℃程度低い。従って、ステンレス鋼のエレクトロガスアーク溶接においては、溶接金属が凝固を開始するのが遅く、スラグ４２と溶融部４１の夫々が凝固を開始するタイミングの差が軟鋼に比して大きくなる。そして、溶融部４１から浮上したスラグ成分は、凝固を開始しているスラグ４２に取り込まれることができなくなると、スラグ成分が溶融部４１内に巻き込まれてしまい、この巻き込まれたスラグ成分を取り除くことができなくなる。

本発明者等は、スラグの融点を下げてステンレスの融点に近づけるスラグ造滓材の成分としてＣａＦ_２に着目し、ワイヤ中のＣａＦ_２含有量を調整することによって、２０ｍｍを超える厚板をエレクトロガスアーク溶接で溶接する場合においても、溶接部に融合不良及びスラグ巻き込みが発生せず、美しい溶接ビードを形成することが可能であることを発見し、本発明を見出した。本発明のステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたりＣａＦ_２を１．０乃至２．０質量％含有する。なお、本発明はステンレス鋼のフープ材を外皮とし、そのフープ材の内部にフラックスを充填することによって得られるフラックス入りワイヤに関するものであるが、溶接に使用する電流範囲に応じて細径から太径を使い分けるワイヤの線径は、半自動溶接にて一般的に用いられる１．０乃至２．０ｍｍであれば、いずれも本発明を適用できる。

以下、本発明のワイヤ組成における数値限定の理由について説明する。

「Ｃｒ：２２乃至２８質量％」
Ｃｒはステンレス合金鋼の表面に不動態皮膜を形成して、大気又は酸に対する耐食性を向上させる。また、Ｃｒは鉄に対して固溶強化する効果を有するため、Ｃｒを添加すると耐力及び引張強さが向上する。Ｃｒの添加によって溶接金属の固溶強化の効果を得るには、溶接金属中のＣｒ含有量を２０質量％以上にする必要がある。添加されたＣｒは母材の溶融によって希釈され、また、酸化されてスラグとして消耗されることによって溶接金属中に固溶するＣｒの含有量は減少するため、ワイヤ中のＣｒ含有量を２２質量％以上にすればよい。一方、ワイヤ中のＣｒ含有量が２８質量％を超えると、溶接金属中のフェライト組織が過多となって延性が低下したり、Ｆｅ、Ｃｒを主体とする金属間化合物が溶接金属中に析出して靭性及び延性が低下しやすくなる。従って、ワイヤ中のＣｒ含有量は２２乃至２８質量％であり、更に２２乃至２６質量％であることが好ましい。

「Ｎｉ：８乃至１２質量％」
Ｎｉは溶接金属の凝固組織にオーステナイトを形成させるために有効な成分であり、また、非酸化性の酸に対する溶接金属の耐食性を向上させる。エレクトロガスアーク溶接のように、溶接される母材の板厚によって溶接部への入熱量が大きく異なり、更に、入熱量の変化に伴って溶融部における母材の希釈率が異なる溶接法においては、ワイヤ中に含まれるＮｉ量が母材中に含まれるＮｉ量より小さくなると、溶接金属中のＮｉ量が母材より少なくなるために溶接金属の耐食性が母材より低下する。ワイヤ中のＮｉ含有量が８質量％未満であると、溶接金属中のＮｉ量が母材より少なくなって耐食性が低下する。一方、ワイヤ中のＮｉ含有量が１２質量％を超えると、溶接金属の凝固組織中に含まれるフェライト及びオーステナイト組織のバランスが母材の希釈率によって大きく変動してしまい、溶接金属の機械的性質を安定して得ることができなくなる。従って、ワイヤ中のＮｉ含有量は８乃至１２質量％である。

「Ｆｅ：５５乃至７０質量％」
Ｆｅは上述のＣｒ及びＮｉ成分を含有するステンレス鋼の残部である。本発明のステンレスエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、Ｃｒ及びＮｉの他に、スラグ造滓剤、Ｃ、Ｎ、Ｍｏ又は不可避的不純物を含有する。従って、ワイヤ中のＦｅ含有量は５５乃至７０質量％である。

「Ｃｒ当量Ｅｑ（Ｃｒ）のＮｉ当量Ｅｑ（Ｎｉ）に対する比Ｅｑ（Ｃｒ）／Ｅｑ（Ｎｉ）：２．０乃至２．６」
ワイヤ中のＣｒ当量Ｅｑ（Ｃｒ）のＮｉ当量Ｅｑ（Ｎｉ）に対する比を特定することで、溶接金属中の組織バランスが適正化される。ここで、ワイヤ中のＣｒ当量は溶接金属中のフェライト組織の形成を促進する成分に対応し、Ｎｉ当量は溶接金属中のオーステナイト組織の形成を促進する成分に対応する。本発明においては、溶接によってワイヤ中の含有金属が希釈されうること等を考慮し、下記数式５及び６によってワイヤが含有するＣｒ当量及びＮｉ当量を特定することによって、溶接金属中のフェライト組織及びオーステナイト組織の含有比率を適正化し、エレクトロガスアーク溶接のような大きな入熱による溶接金属においても、母材と同等の耐力、及び引張強さが得られる。ワイヤ中のＣｒ当量のＮｉ当量に対する比が２．０未満であると、溶接金属中のオーステナイト組織が増加し、耐力及び引張り強さが低下する。一方、ワイヤ中のＣｒ当量のＮｉ当量に対する比が２．６を超えると、溶接金属中のフェライト組織が多くなり、延性及び靭性が低下する。従って、ワイヤ中のＣｒ当量のＮｉ当量に対する比は２．０乃至２．６である。

「Ｃ：０．０６質量％以下」
Ｃはワイヤの外皮、フラックス原料及びワイヤ表面に塗布される潤滑剤に含まれる。また、シールドガス中のＣＯ_２がアーク放電によって還元され、還元されたＣが溶接金属中に取り込まれる。Ｃを添加すると、ＳＵＳ３０４Ｌ等のオーステナイト系ステンレスにおいて侵入型元素として固溶し、溶接金属の耐力及び引張強さが増加するが、その添加量の増加に伴って、溶接金属中にＣｒ炭化物が析出し始めるため、低温環境下における靱性が低下する。ワイヤ中のＣの含有量が０．０６質量％を超えると、耐衝撃性及び低温環境下における靱性が著しく低下する。従って、ワイヤ中のＣの含有量は０．０６質量％以下であり、更に０．０２質量％以下であることが好ましい。

「Ｎ：０．０５質量％以下」
Ｎはワイヤの外皮及びフラックス原料等に含まれる。Ｃと同様、Ｎはオーステナイト系ステンレスにおいて侵入型元素として固溶するため、Ｎの添加量の増加に伴って溶接金属の耐力及び引張強さが増加し、耐衝撃性及び低温環境下における靱性が低下する。また、Ｎの添加量が多いと溶融金属中に気体のＮが放出され、ブローホール及びピット等の気孔欠陥を生じやすくなる。ワイヤ中のＮの含有量が０．０５％を超えると耐衝撃性及び低温環境下における靱性が低下し、また、気孔欠陥を生じやすくなる。従って、ワイヤ中のＮの含有量は０．０５質量％以下であり、更に０．０３質量％以下であることが好ましい。

本発明のエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、上述のＣｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃ及びＮの他に、耐食性の向上を目的としてＭｏを含有することができる。しかし、ワイヤ中のＭｏ含有量が１．０質量％を超えると、溶接金属中に金属間化合物が析出して低温環境における溶接部の靭性が低下する。従って、ワイヤ中のＭｏ含有量は１．０質量％以下に抑制されることが望ましい。

「スラグ造滓剤合計：１．５乃至２．５質量％」
ワイヤ中に含まれるフラックス成分のうち、スラグ造滓剤はエレクトロガスアーク溶接においてアーク熱によって溶融した状態で溶接金属上部に浮上しながら、溶融金属の脱酸精錬作用及び溶融金属の急冷を緩和する作用を持つ。ワイヤ中のスラグ造滓剤の合計が１．５質量％未満であると、上述の作用を十分得られず、融合不良が発生しやすくなる。一方、ワイヤ中のスラグ造滓剤の合計が２．５質量％を超えると、発生するスラグが過多となり、アーク放電によるスラグ跳ね及びスパッタの発生が多くなるため、ビードの外観が損なわれやすくなる。更に、アーク放電が途切れやすくなるため、溶接金属内のスラグ巻き込み並びにピット及びブローホール等が発生しやすくなる。従って、ワイヤ中のスラグ造滓剤合計は１．５乃至２．５質量％である。

「ＣａＦ_２：１．０乃至２．０質量％」
スラグ造滓剤のうち、ＣａＦ_２はスラグの融点を下げてステンレスの融点に近付け、６０ｍｍ程度の極厚板のステンレス鋼板を溶接する場合においても、開先内に発生するスラグ巻き込み等の欠陥を抑制する作用を持ち、良好な溶接作業性及び健全な溶接金属を得ることができる。本発明者等は、スラグ造滓剤中に含まれる成分のうち、このＣａＦ_２の含有量に着目し、その添加量及び添加比率を検討した結果、ＣａＦ_２の添加量を１．０乃至２．０質量％にすることで良好な溶接作業性及び健全な溶接金属を得ることができることを見出した。ＣａＦ_２の含有量が１．０質量％未満であると、スラグの融点を下げる効果が十分に得られず、スラグ巻き込み及び融合不良が発生しやすくなり、更に、不均一に発生するスラグによってビード外観が損なわれやすくなる。一方、ＣａＦ_２の含有量が２．０質量％を超えると、従来のフラックスにおいて主成分であるＳｉＯ_２及びＴｉＯ_２等の成分が不足するため、スラグの高温粘度が低下して溶接ビードが表面に不均一な波目を生じるようになると共に、スラグ剥離性が低下する。従って、ワイヤ中のＣａＦ_２の含有量は１．０乃至２．０質量％である。また、ワイヤ中に含まれるスラグ造滓剤のうち、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２はスラグの流動性を高める効果を有するが、凝固が完了した溶接金属中に微小な複合酸化物介在物として分散・残留し、溶接金属の浸透探傷試験において点状の欠陥として検出されることがある。従って、その総含有量はＣａＦ_２の含有量に比して少ない方が好ましい。ワイヤ中のＣａＦ_２の含有量がＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２含有量の総和に対する比で５．０未満であると、浸透探傷試験において検出される点状の欠陥が著しく増加する。従って、ワイヤ中のＣａＦ_２含有量のＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２及びＺｒＯ_２含有量の総和に対する比は５．０以上であることが好ましく、１５．０以上であることが更に好ましい。

以下、本発明のエレクトロガス溶接用フラックス入りワイヤの効果を示す実施例を比較例とともに示す。

ＳＵＳ３０４Ｌからなるフープ材にフラックスを充填したワイヤを製造し、このワイヤを用いてエレクトロガスアーク溶接を行った。このフープ材の製造に使用した板材の組成及び寸法を表１に示す。

母材は表２に示す成分を含有するステンレス鋼からなる板厚５０ｍｍの厚板を使用し、この両厚板のＶ字形の開先を開先ギャップ５ｍｍでつき合わせて配置し、母材の裏側にセラミックス製の裏当て金を配置した。なお、つき合わせた母材間にてＶ字の開先がなす角度は２０°とし、このＶ字開先に対してＣＯ_２又はＡｒ−２０％ＣＯ_２をシールドガスとして供給しながらエレクトロガスアーク溶接を行った。溶接装置は直流逆極性（ＤＣ−ＥＰ）で４００Ａ−４３Ｖの溶接条件に設定し、シールドガスの流量は３５Ｌ／分とした。

表１に示す組成を有するフープ材に種々の組成を有するフラックスを充填して、実施例及び比較例のエレクトロガス溶接用フラックス入りワイヤの供試材とし、表２に示す母材に対してエレクトロガスアーク溶接を行った。そして、実施例及び比較例のワイヤを使用して溶接した溶接金属に対し、縦方向引張試験及び−１９６℃環境下におけるＶノッチシャルピー衝撃試験を行って０．２％耐力、引張強さ及び吸収エネルギを測定した。そして、０．２％耐力が２８０［Ｎ／ｍｍ^２］以上、引張強さが５８０［Ｎ／ｍｍ^２］以上、吸収エネルギが３４［Ｊ］以上であれば各性能の項目が良好であると判定した。すべての項目を満足したものを○、満足しない項目が１つでもあるものを×として表３に示す。

溶接金属の健全性については、ビード外観、融合不良の有無及びスラグ巻き込みの有無について評価し、判定した。ビード外観は目視による評価の結果、スラグの巻き込みがなく、平滑なビードが形成されているものを良好とした。また、Ｘ線透過試験によって融合不良並びにスラグ巻き込みのサイズ及び個数から欠陥の有無を判定し、欠陥が皆無のものを良好とした。ビード外観、融合不良及びスラグ巻き込みの有無の判定結果について、良好なものを○、従来と同等であるものを△として表３に示す。

表３に示すＮｏ．１乃至１０、１７は本発明の請求項１を満足する実施例である。実施例Ｎｏ．１乃至１０、１７はワイヤ中のＣｒ、Ｎｉ、Ｃ及びＮの含有量、並びにＣｒ当量のＮｉ当量に対する比が本発明の範囲を満足し、優れた耐力及び引張強さを示し、吸収エネルギから判定しうる良好な靭性が得られた。

Ｎｏ．１１はワイヤ中のＣｒ含有量が本発明の範囲を下回っており、Ｃｒの添加による固溶強化の効果が得られなかった比較例である。Ｎｏ．１２はワイヤ中のＣｒ含有量が本発明の範囲を超えており、溶接金属中の過剰なフェライト組織の増加によって引張強さが低下し、更に金属間化合物の析出によって靭性が低下した比較例である。Ｎｏ．１３はワイヤ中に含まれるＣｒ当量のＮｉ当量に対する比が本発明の範囲を下回り、溶接金属中のオーステナイト組織の増加によって引張強さが低下した比較例である。比較例Ｎｏ．１４はワイヤ中に含まれるＣｒ当量のＮｉ当量に対する比が本発明の範囲を超えており、溶接金属中のフェライト組織の増加によって靭性が低下した。比較例Ｎｏ．１５はワイヤ中のＣの含有量が本発明の範囲を超えており、靭性が低下した。比較例Ｎｏ．１６はワイヤ中のＮの含有量が本発明の範囲を超えており、靭性が低下した。

請求項１の範囲を満足する実施例Ｎｏ．１乃至１０、１７のうち、Ｎｏ．１乃至７は本発明の請求項２及び３を満足する実施例である。実施例Ｎｏ．１乃至６はワイヤ中のスラグ造滓材含有量及びＣａＦ_２の含有量が本発明の範囲を満足し、美しいビード外観を有し、溶接金属中にスラグ巻き込み及び融合不良を発生することがなかった。Ｎｏ．７は本発明の請求項２及び３を満足するが、スラグ造滓剤のうちＣａＦ_２を含有する割合が小さいため、スラグ造滓材の他の成分による作用によってビード外観が従来と同等となった例である。

実施例Ｎｏ．８はワイヤ中のＣａＦ_２含有量が請求項３の範囲を下回っており、スラグ融点を下げる効果が十分得られずに、融合不良の発生及びビード外観が従来と同等となった。Ｎｏ．１７は、ワイヤ中のＣａＦ_２含有量が多く、ビード外観が若干劣化した。Ｎｏ．９はワイヤ中のスラグ造滓剤の含有量が多く、発生スラグが過多となってビードの外観が損なわれ、更に、スラグ巻き込みを従来と同等に発生した例である。Ｎｏ．１０は、スラグ不足により溶接部の急冷が緩和されず、融合不良が従来と同等に発生した。

エレクトロガスアーク溶接用のワイヤを示す断面図である。 エレクトロガスアーク溶接の溶接部を鉛直方向及び水平方向に切り欠いて示す斜視図である。

符号の説明

１１：ワイヤ、１１ａ：外皮、１１ｂ：フラックス、１２：アーク、１３：溶接トーチ、２、２１：摺動銅板、２２：ガス供給口、２３：冷却管、３：裏当て金、４：溶接部、４１：溶融金属、４２：浮上したスラグ、４３：溶接金属、５：母材、６：開先

Claims (3)

1. ステンレス鋼からなる外皮にフラックスを充填してなるステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたり、Ｃｒ：２２乃至２８質量％、Ｎｉ：８乃至１２質量％、及びＦｅ：５５乃至７０質量％を含有し、Ｃ含有量を０．０６質量％以下、Ｎ含有量を０．０５質量％以下に規制し、Ｃｒ含有量を［Ｃｒ］、Ｍｏ含有量を［Ｍｏ］、Ｎｉ含有量を［Ｎｉ］、Ｃ含有量を［Ｃ］、Ｎ含有量を［Ｎ］とするとき、下記式から計算されるＣｒ当量Ｅｑ（Ｃｒ）とＮｉ当量Ｅｑ（Ｎｉ）との比Ｅｑ（Ｃｒ）／Ｅｑ（Ｎｉ）が２．０乃至２．６であることを特徴とするステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
   

   
2. 前記フラックスは、ワイヤ全質量あたりスラグ造滓剤を１．５乃至２．５質量％含有することを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
3. 前記スラグ造滓剤の一部として、ワイヤ全質量あたりＣａＦ_２を１．０乃至２．０質量％含有することを特徴とする請求項２に記載のステンレス鋼エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

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