JP2010017717A - フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた耐高温割れ性を有するフラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２０質量％であり、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、Ｓｉ（ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和）：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ（ワイヤに含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和）：２．３０〜３．７５質量％、Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｔｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、前記ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足する。
【選択図】なし
【解決手段】フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２０質量％であり、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、Ｓｉ（ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和）：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ（ワイヤに含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和）：２．３０〜３．７５質量％、Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｔｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、前記ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足する。
【選択図】なし
Description
本発明は、ガスシールドアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤに関するものである。
従来、ガスシールドアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤとしては、以下に示すような構成を備えたものが提案されている。例えば、特許文献１には、ワイヤ全質量に対し、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＴｉＯ２およびＮを含有することを特徴とする溶接用フラックス入りワイヤが記載され、このフラックス入りワイヤは、前記成分に加えて、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｍｇ、ＮｂおよびＴａの群から選ばれた１種または２種以上の成分を所定量含有してもよいことが記載されている。また、特許文献２には、フラックスがワイヤ全質量に対し、所定量のＴｉＯ２、希土類フッ化物、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＢおよびＮｉを含有し、かつ金属状Ｔｉを実質的に含まないことを特徴とするガスシールドアーク溶接用ワイヤが記載されている。
特開昭６２−３３０９４号公報
特開昭６３−２７３５９４号公報
しかしながら、特許文献１のフラックス入りワイヤは、溶接部の靭性を向上させることで衝撃特性を改善し、併せて溶接作業性をも改善し得るものであるが、耐高温割れ性において満足できるものではないという問題があった。また、特許文献２のフラックス入りワイヤは、拡散性水素量が少なくかつ優れた低温靭性を有するが、耐高温割れ性において満足できるものではないという問題があった。
そこで、本発明は、このような問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、優れた耐高温割れ性を有するフラックス入りワイヤを提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２０質量％であり、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、Ｓｉ（ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和）：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ（ワイヤに含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和）：２．３０〜３．７５質量％、Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記Ｔｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、前記ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足することを特徴とする。
前記構成によれば、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が所定量であって、ワイヤ全質量に対して、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、ＡｌおよびＡｌ２Ｏ３を含有することによって、溶接の際、スパッタ発生、ヒューム発生が抑制され、スラグ剥離性が改善されると共に、溶接継手の強度が向上し、かつ、高温割れが抑制される。また、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量とが、所定の関係を満足する、すなわち、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０を満足することによって、溶接時にＴｉが脱酸反応に寄与し、溶接金属中に生成するＴｉ系酸化物の組成を核生成促進に効果的な組成に制御できる。その結果、溶接継手の凝固組織を微細化でき、高温割れの抑制作用が向上する。
本発明に係るフラックス入りワイヤによれば、フラックス充填率が所定量であって、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、ＡｌおよびＡｌ２Ｏ３を含有し、かつ、フラックス入りワイヤに含まれるＴｉ量とＳｉ量とが所定の関係を満足することによって、優れた溶接作業性（ビード外観を含む）、継手強度および耐高温割れ性を有する。
本発明に係るフラックス入りワイヤについて詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、フラックス入りワイヤの構成を示す断面図である。
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、フラックス入りワイヤ（以下、ワイヤと称す）１は、筒状に形成された鋼製外皮２と、その筒内に充填されたフラックス３とからなる。また、ワイヤ１は、図１（ａ）に示すような継目のない鋼製外皮２の筒内にフラックス３が充填されたシームレスタイプ、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すような継目４のある鋼製外皮２の筒内にフラックス３が充填されたシームタイプのいずれの形態でもよい。
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、フラックス入りワイヤ（以下、ワイヤと称す）１は、筒状に形成された鋼製外皮２と、その筒内に充填されたフラックス３とからなる。また、ワイヤ１は、図１（ａ）に示すような継目のない鋼製外皮２の筒内にフラックス３が充填されたシームレスタイプ、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すような継目４のある鋼製外皮２の筒内にフラックス３が充填されたシームタイプのいずれの形態でもよい。
そして、ワイヤ１は、フラックス充填率が所定量であって、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、ＡｌおよびＡｌ２Ｏ３を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量とが所定の関係を満足する（具体的には、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）が所定値を超える）。
以下に、ワイヤ成分（フラックス充填率および成分量）の数値範囲を、その限定理由と共に記載する。フラックス充填率は、鋼製外皮２内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ１（鋼製外皮２＋フラックス３）の全質量に対する割合で規定する。また、成分量は、鋼製外皮２とフラックス３における成分量の総和で表し、ワイヤ１（鋼製外皮２＋フラックス３）に含まれる各成分の質量を、ワイヤ１の全質量に対する割合で規定する。なお、ワイヤ１を構成する成分のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、ＡｌおよびＡｌ２Ｏ３は、鋼製外皮２から添加するか、フラックス３から添加するかは特に問わず、鋼製外皮２およびフラックス３の少なくとも一方に添加されていればよい。
（フラックス充填率：１０〜２０質量％）
フラックス充填率が１０％未満では、アークの安定性が悪くなり、スパッタ発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、フラックス充填率が２０％超では、ワイヤ１の断線等が発生し、生産性が著しく劣化する。
フラックス充填率が１０％未満では、アークの安定性が悪くなり、スパッタ発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、フラックス充填率が２０％超では、ワイヤ１の断線等が発生し、生産性が著しく劣化する。
（Ｃ：０．０３〜０．０８質量％）
Ｃは、溶接部の焼入れ性を確保するために添加する。Ｃ量が０．０３質量％未満の場合、焼入れ性不足により、溶接部の強度・靭性が不足する。また、低Ｃ量により溶接部に高温割れが発生する。Ｃ量が０．０８質量％を超えると、溶接時のスパッタ発生量またはヒューム発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、被溶接材である鋼材のＣ量が多い場合、溶接部（溶接金属）のＣ量が多くなる。そして、Ｃが包晶反応を起こす領域になると、溶接部に高温割れが発生しやすくなる。なお、Ｃ源としては、例えば、フープ、Ｆｅ−Ｍｎ等の合金粉、鉄粉等を用いる。
Ｃは、溶接部の焼入れ性を確保するために添加する。Ｃ量が０．０３質量％未満の場合、焼入れ性不足により、溶接部の強度・靭性が不足する。また、低Ｃ量により溶接部に高温割れが発生する。Ｃ量が０．０８質量％を超えると、溶接時のスパッタ発生量またはヒューム発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、被溶接材である鋼材のＣ量が多い場合、溶接部（溶接金属）のＣ量が多くなる。そして、Ｃが包晶反応を起こす領域になると、溶接部に高温割れが発生しやすくなる。なお、Ｃ源としては、例えば、フープ、Ｆｅ−Ｍｎ等の合金粉、鉄粉等を用いる。
（Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％）
Ｓｉは、溶接部の延性確保、ビード形状維持のために添加する。Ｓｉ量が０．１０質量％未満では、溶接部の延性不足となる。また、ビード形状が悪くなり、特に、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。Ｓｉ量が１．００質量％を超えると、靭性が低下しやすくなる。また、溶接部に高温割れが発生する。なお、Ｓｉ源としては、例えば、フープ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金、Ｋ２ＳｉＦ６等のフッ化物、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物を用いる。
Ｓｉは、溶接部の延性確保、ビード形状維持のために添加する。Ｓｉ量が０．１０質量％未満では、溶接部の延性不足となる。また、ビード形状が悪くなり、特に、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。Ｓｉ量が１．００質量％を超えると、靭性が低下しやすくなる。また、溶接部に高温割れが発生する。なお、Ｓｉ源としては、例えば、フープ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金、Ｋ２ＳｉＦ６等のフッ化物、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物を用いる。
（Ｍｎ：２．３０〜３．７５質量％）
Ｍｎは、溶接部の焼入れ性確保のために添加する。Ｍｎ量が２．３０質量％未満では、溶接部の焼入れ性が不足し、靭性が低下する。また、不可避的不純物として含有されるＳと結合して得られるＭｎＳ量も少なくなるため、ＭｎＳによる高温割れの抑制作用が小さくなり、溶接部に高温割れが発生する。Ｍｎ量が３．７５質量％を超えると、溶接部の強度が過多となり、靭性不足となる。また、溶接部に低温割れが発生する。なお、Ｍｎ源としては、例えば、フープ、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金を用いる。
Ｍｎは、溶接部の焼入れ性確保のために添加する。Ｍｎ量が２．３０質量％未満では、溶接部の焼入れ性が不足し、靭性が低下する。また、不可避的不純物として含有されるＳと結合して得られるＭｎＳ量も少なくなるため、ＭｎＳによる高温割れの抑制作用が小さくなり、溶接部に高温割れが発生する。Ｍｎ量が３．７５質量％を超えると、溶接部の強度が過多となり、靭性不足となる。また、溶接部に低温割れが発生する。なお、Ｍｎ源としては、例えば、フープ、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金を用いる。
（Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、好ましくは０．２０〜１．００質量％）
Ｔｉ（金属Ｔｉ）は、溶接部（溶接金属）の耐高温割れ性を改善するために添加する。Ｔｉ（金属Ｔｉ）は溶接時に脱酸反応に寄与し、溶接金属中の介在物がＴｉ系酸化物組成に制御でき、その結果、溶接継手（溶接部）の凝固組織を微細にでき、溶接部の耐高温割れ性が改善される。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が０．１５質量％未満では、溶接部に高温割れが発生する。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が１．００質量％を超えると、溶接金属再熱部が硬くて脆いベイナイト、マルテンサイトになりやすく、靭性が低下する。また、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ｔｉ源としては、例えば、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉を用いる。
Ｔｉ（金属Ｔｉ）は、溶接部（溶接金属）の耐高温割れ性を改善するために添加する。Ｔｉ（金属Ｔｉ）は溶接時に脱酸反応に寄与し、溶接金属中の介在物がＴｉ系酸化物組成に制御でき、その結果、溶接継手（溶接部）の凝固組織を微細にでき、溶接部の耐高温割れ性が改善される。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が０．１５質量％未満では、溶接部に高温割れが発生する。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が１．００質量％を超えると、溶接金属再熱部が硬くて脆いベイナイト、マルテンサイトになりやすく、靭性が低下する。また、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ｔｉ源としては、例えば、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉を用いる。
（ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％）
ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）は、全姿勢溶接性を確保するために添加する。ＴｉＯ２量（Ｔｉ酸化物）が５．０質量％未満では、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。ＴｉＯ２量（Ｔｉ酸化物）が８．０質量％を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。また、フラックスのかさ比重が小さくなり、生産性が劣化する。なお、ＴｉＯ２源としては、例えば、ルチール等を用いる。
ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）は、全姿勢溶接性を確保するために添加する。ＴｉＯ２量（Ｔｉ酸化物）が５．０質量％未満では、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。ＴｉＯ２量（Ｔｉ酸化物）が８．０質量％を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。また、フラックスのかさ比重が小さくなり、生産性が劣化する。なお、ＴｉＯ２源としては、例えば、ルチール等を用いる。
（Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、好ましくは０．０５〜０．４０質量％）
Ａｌは強脱酸剤であり、適正量の添加であれば、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりが安定し、溶接部の耐高温割れ性が改善し、靭性も安定化する。Ａｌ量が０．０５質量％未満では脱酸が十分でなく、溶接部に高温割れが発生する。Ａｌ量が０．５０質量％を超えると、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ａｌ源としては、例えば、Ａｌ金属粉、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉を用いる。
Ａｌは強脱酸剤であり、適正量の添加であれば、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりが安定し、溶接部の耐高温割れ性が改善し、靭性も安定化する。Ａｌ量が０．０５質量％未満では脱酸が十分でなく、溶接部に高温割れが発生する。Ａｌ量が０．５０質量％を超えると、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ａｌ源としては、例えば、Ａｌ金属粉、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉を用いる。
（Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、好ましくは０．０５〜０．４０質量％）
Ａｌ２Ｏ３は、水平すみ肉姿勢でのビード形状、立向上進姿勢でのビードの垂れ防止のために添加する。Ａｌ２Ｏ３量が０．０５質量％未満では、水平すみ肉溶接でのビード形状（なじみ）が悪く、また、立向上進溶接でビード垂れが発生し、溶接作業性が低下する。Ａｌ２Ｏ３量が０．５０質量％を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。なお、Ａｌ２Ｏ３源としては、例えば、アルミナや長石等の複合酸化物を用いる。
Ａｌ２Ｏ３は、水平すみ肉姿勢でのビード形状、立向上進姿勢でのビードの垂れ防止のために添加する。Ａｌ２Ｏ３量が０．０５質量％未満では、水平すみ肉溶接でのビード形状（なじみ）が悪く、また、立向上進溶接でビード垂れが発生し、溶接作業性が低下する。Ａｌ２Ｏ３量が０．５０質量％を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。なお、Ａｌ２Ｏ３源としては、例えば、アルミナや長石等の複合酸化物を用いる。
（（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０）
ワイヤ１に含まれるＴｉ量（金属Ｔｉ）を所定範囲内に制御することで、溶接時にＴｉ（金属Ｔｉ）が脱酸反応に寄与し、溶接継手（溶接金属）中に生成する介在物の組成を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成の介在物に制御できる。その結果、溶接金属の凝固組織を微細にでき、耐高温割れ性を著しく改善できるものである。さらに、核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物にはＳｉＯ２を含有しないことが好ましい。そのため、ワイヤ１に含まれるＴｉ量（金属Ｔｉ）を、ワイヤ１に含まれるＳｉ量との関係で規定し、具体的には、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量との比、すなわち、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）を規定することで、Ｔｉ系酸化物組成を凝固組織微細化により効果的な組成に制御可能となり、溶接金属の凝固組織を耐高温割れ性の改善において好ましいものに制御可能となる。
ワイヤ１に含まれるＴｉ量（金属Ｔｉ）を所定範囲内に制御することで、溶接時にＴｉ（金属Ｔｉ）が脱酸反応に寄与し、溶接継手（溶接金属）中に生成する介在物の組成を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成の介在物に制御できる。その結果、溶接金属の凝固組織を微細にでき、耐高温割れ性を著しく改善できるものである。さらに、核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物にはＳｉＯ２を含有しないことが好ましい。そのため、ワイヤ１に含まれるＴｉ量（金属Ｔｉ）を、ワイヤ１に含まれるＳｉ量との関係で規定し、具体的には、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量との比、すなわち、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）を規定することで、Ｔｉ系酸化物組成を凝固組織微細化により効果的な組成に制御可能となり、溶接金属の凝固組織を耐高温割れ性の改善において好ましいものに制御可能となる。
（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）≦０．２０であると、溶接継手の凝固組織が微細化しない。したがって、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０、好ましくは（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２５、更に好ましくは（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．３７である。
ここで、Ｔｉ算出量とは、ワイヤ１に含有される前記Ｔｉ（金属Ｔｉ）のみから算出されるＴｉ量で、ワイヤ１に含有された前記ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）から算出（換算）されるＴｉ量は含まない。
また、Ｓｉ算出量とは、ワイヤ１に含有される前記Ｓｉ源の全てから算出されるＳｉ量の総和である。なお、前記ＳｉＯ２は、Ｓｉ源として用いられる、例えば、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物に含まれる。
また、Ｓｉ算出量とは、ワイヤ１に含有される前記Ｓｉ源の全てから算出されるＳｉ量の総和である。なお、前記ＳｉＯ２は、Ｓｉ源として用いられる、例えば、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物に含まれる。
（Ｆｅ）
残部のＦｅは、鋼製外皮２を構成するＦｅに相当し、Ｆｅ量は鋼製外皮２におけるＦｅ量である。
（不可避的不純物）
残部の不可避的不純物としては、Ｓ、Ｐ、Ｎｉ、Ｏ、Ｚｒ等が挙げられ、本発明の効果を妨げない範囲で含有することが許容される。Ｓ量、Ｐ量、Ｎｉ量、Ｏ量、Ｚｒ量は、それぞれ、０．０５０質量％以下が好ましく、鋼製外皮２とフラックス３における各成分量の総和である。
なお、鋼製外皮２およびフラックス３は、ワイヤ作製時に前記ワイヤ成分（成分量）が前記範囲内になるように、鋼製外皮２およびフラックス３の各成分（各成分量）を選択する。
残部のＦｅは、鋼製外皮２を構成するＦｅに相当し、Ｆｅ量は鋼製外皮２におけるＦｅ量である。
（不可避的不純物）
残部の不可避的不純物としては、Ｓ、Ｐ、Ｎｉ、Ｏ、Ｚｒ等が挙げられ、本発明の効果を妨げない範囲で含有することが許容される。Ｓ量、Ｐ量、Ｎｉ量、Ｏ量、Ｚｒ量は、それぞれ、０．０５０質量％以下が好ましく、鋼製外皮２とフラックス３における各成分量の総和である。
なお、鋼製外皮２およびフラックス３は、ワイヤ作製時に前記ワイヤ成分（成分量）が前記範囲内になるように、鋼製外皮２およびフラックス３の各成分（各成分量）を選択する。
本発明に係るフラックス入りワイヤについて、本発明の要件を満足する実施例と、本発明の要件を満足しない比較例とを比較して具体的に説明する。
鋼製外皮（鋼は、Ｃ：０．０２質量％、Ｓｉ：０．０１質量％、Ｍｎ：０．２０質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．００７質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものを使用）の内側にフラックスを充填して、表１、表２に示すワイヤ成分からなるワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤ（実施例：Ｎｏ．１〜２３、比較例：Ｎｏ．２４〜４０）を作製した。
鋼製外皮（鋼は、Ｃ：０．０２質量％、Ｓｉ：０．０１質量％、Ｍｎ：０．２０質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．００７質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものを使用）の内側にフラックスを充填して、表１、表２に示すワイヤ成分からなるワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤ（実施例：Ｎｏ．１〜２３、比較例：Ｎｏ．２４〜４０）を作製した。
なお、ワイヤ成分は、以下の測定方法で測定、算出した。
Ｃ量は、「赤外線吸収法」によって測定した。Ｓｉ量およびＭｎ量は、ワイヤ全量を溶解し「ＩＣＰ発光分光分析法」によって測定した。
Ｃ量は、「赤外線吸収法」によって測定した。Ｓｉ量およびＭｎ量は、ワイヤ全量を溶解し「ＩＣＰ発光分光分析法」によって測定した。
ＴｉＯ２量（ＴｉＯ２等として存在し、Ｆｅ−Ｔｉ等は含まない）は、「酸分解法」により測定される。酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解した。これにより、ワイヤ１に含まれるＴｉ源（Ｆｅ−Ｔｉ等）は王水へ溶解するが、ＴｉＯ２源（ＴｉＯ２等）は王水に対し不溶なため、溶け残る。この溶液を、フィルター（ろ紙は５Ｃの目の細かさ）を用いてろ過し、フィルターごと残渣をニッケル製るつぼに移し、ガスバーナーで加熱して灰化した。次いで、アルカリ融剤（水酸化ナトリウムと過酸化ナトリウムの混合物）を加え、再度ガスバーナーで加熱して残渣を融解した。次に、１８質量％塩酸を加えて融解物を溶液化した後、メスフラスコに移し、さらに純水を加えてメスアップして分析液を得た。分析液中のＴｉ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定した。このＴｉ濃度をＴｉＯ２量に換算し、ＴｉＯ２量を算出した。
Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等として存在し、ＴｉＯ２等は含まない）は、「酸分解法」によりワイヤ全量を王水へ溶解して、不溶であったＴｉＯ２源（ＴｉＯ２等）をろ過し、その溶液をワイヤ１に含まれるＴｉ源（Ｆｅ−Ｔｉ等）とし得ることで、「ＩＣＰ発光分光分析法」を用い、Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等）として存在を求めた。
Ａｌ２Ｏ３量（アルミナや長石等の複合酸化物として存在し、Ａｌ金属粉等の合金粉は含まない）は、「酸分解法」により測定される。酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解した。これにより、ワイヤ１に含まれるＡｌ源（Ａｌ金属粉等の合金粉）は王水へ溶解するが、Ａｌ２Ｏ３源（アルミナや長石等の複合酸化物）は王水に対し不溶なため、溶け残る。この溶液を、フィルター（ろ紙は５Ｃの目の細かさ）を用いてろ過し、フィルターごと残渣をニッケル製るつぼに移し、ガスバーナーで加熱して灰化した。次いで、アルカリ融剤（水酸化ナトリウムと過酸化ナトリウムの混合物）を加え、再度ガスバーナーで加熱して残渣を融解した。次に、１８質量％塩酸を加えて融解物を溶液化した後、メスフラスコに移し、さらに純水を加えてメスアップして分析液を得た。分析液中のＡｌ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定した。このＡｌ濃度をＡｌ２Ｏ３量に換算し、Ａｌ２Ｏ３量を算出した。
Ａｌ量（Ａｌ金属粉等の合金粉として存在し、アルミナや長石等の複合酸化物は含まない）は、「酸分解法」によりワイヤ全量を王水へ溶解して、不溶であったＡｌ２Ｏ３源（アルミナや長石等の複合酸化物）をろ過し、その溶液をワイヤ１に含まれるＡｌ源（Ａｌ金属粉等の合金粉）とし得ることで、「ＩＣＰ発光分光分析法」を用い、Ａｌ量（Ａｌ金属粉等の合金粉）として存在を求めた。
作製されたフラックス入りワイヤを用いて、以下に示す方法で、耐高温割れ性、機械的性質（引張強さ、吸収エネルギー）、溶接作業性について評価した。その評価結果に基づいて、実施例および比較例のフラックス入りワイヤの総合評価を行った。
（耐高温割れ性）
ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４００Ｂ鋼（Ｃ：０．１２質量％、Ｓｉ：０．２質量％、Ｍｎ：１．１質量％、Ｐ：０．００８質量％、Ｓ：０．０１３質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物）からなる溶接母材を、表３に示す溶接条件で片面溶接（下向突合せ溶接）した。
ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４００Ｂ鋼（Ｃ：０．１２質量％、Ｓｉ：０．２質量％、Ｍｎ：１．１質量％、Ｐ：０．００８質量％、Ｓ：０．０１３質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物）からなる溶接母材を、表３に示す溶接条件で片面溶接（下向突合せ溶接）した。
図２は、耐高温割れ性の評価に使用する溶接母材の開先形状を示す断面図である。図２に示すように、溶接母材１１はＶ形状の開先を有し、このＶ形状の開先の裏面には、耐火物１２およびアルミニウムテープ１３等からなる裏当て材が配置されている。そして、開先角度を３５°として、裏当て材が配置されている部分のルート間隔を４ｍｍとした。
溶接終了後、初層溶接部（クレータ部を除く）について、Ｘ線透過試験（ＪＩＳ Ｚ ３１０４）にて、内部割れの有無を確認し、割れ率を算出した。その割れ率で耐高温割れ性を評価した。その結果を表４、表５に示す。
なお、評価基準は、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率０％のとき「より一層優れている：◎」、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率５％以下のとき「優れている：○〜◎」、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率５％超のとき「良好である：○」、溶接電流２４０Ａで割れ有りかつ溶接電流２６０Ａで割れ有りのとき「劣っている：×」とした。
（機械的性質）
ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、引張強さ、吸収エネルギーについて評価した。
なお、引張強さの評価基準は、４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下のとき「優れている：○」、４９０ＭＰａ未満または６４０ＭＰａ超のとき「劣っている：×」とした。また、吸収エネルギーの評価基準は、６０Ｊ以上のとき「優れている：○」、６０Ｊ未満のとき「劣っている：×」とした。さらに、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、伸びを評価する場合には、その評価基準は、２２％以上のとき「優れている：○」、２２％未満のとき「劣っている：×」とした。
ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、引張強さ、吸収エネルギーについて評価した。
なお、引張強さの評価基準は、４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下のとき「優れている：○」、４９０ＭＰａ未満または６４０ＭＰａ超のとき「劣っている：×」とした。また、吸収エネルギーの評価基準は、６０Ｊ以上のとき「優れている：○」、６０Ｊ未満のとき「劣っている：×」とした。さらに、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、伸びを評価する場合には、その評価基準は、２２％以上のとき「優れている：○」、２２％未満のとき「劣っている：×」とした。
（溶接作業性）
耐高温割れ性と同様の溶接母材を使用して、下向きすみ肉溶接、水平すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接、立向下進すみ肉溶接の４種の溶接を行い、作業性を官能評価した。ここで、溶接条件は、前記耐高温割れ性と同様とした（表３参照）。
なお、評価基準は、スパッタ発生、ヒューム発生、ビード垂れ等の溶接不良が発生しないとき「優れている：○」、溶接不良が発生したとき「劣っている：×」とした。
耐高温割れ性と同様の溶接母材を使用して、下向きすみ肉溶接、水平すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接、立向下進すみ肉溶接の４種の溶接を行い、作業性を官能評価した。ここで、溶接条件は、前記耐高温割れ性と同様とした（表３参照）。
なお、評価基準は、スパッタ発生、ヒューム発生、ビード垂れ等の溶接不良が発生しないとき「優れている：○」、溶接不良が発生したとき「劣っている：×」とした。
（総合評価）
総合評価の評価基準は、前記評価項目のうち、耐高温割れ性が「◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「より一層優れている：◎」、耐高温割れ性が「○〜◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「優れている：○〜◎」、耐高温割れ性が「○」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「良好である：○」、前記評価項目の少なくとも1つが「×」のとき「劣っている：×」とした。
総合評価の評価基準は、前記評価項目のうち、耐高温割れ性が「◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「より一層優れている：◎」、耐高温割れ性が「○〜◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「優れている：○〜◎」、耐高温割れ性が「○」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「良好である：○」、前記評価項目の少なくとも1つが「×」のとき「劣っている：×」とした。
表１、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するため、耐高温割れ性、機械的性質および溶接作業性の全てにおいて、優れ（または良好で）、総合評価においても、優れていた（または良好であった）。
表２、表５に示すように、比較例（Ｎｏ．２４）は、Ｃ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．２５）は、Ｃ量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．２６）は、Ｓｉ量が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．２７）は、Ｓｉ量が上限値を超えるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。
比較例（Ｎｏ．２８）は、Ｍｎ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．２９）は、Ｍｎ量が上限値を超えるため、機械的性質および溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３０）は、Ｔｉ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３１）は、Ｔｉ量が上限値を超えるため、機械的性質および溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。
比較例（Ｎｏ．３２）は、ＴｉＯ２量が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３３）は、ＴｉＯ２量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３４）は、Ａｌ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３５）は、Ａｌ量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。
比較例（Ｎｏ．３６）は、Ａｌ２Ｏ３量が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３７）は、Ａｌ２Ｏ３量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３８）は、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）が下限値未満であるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３９）は、フラックス充填率が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４０）は、フラックス充填率が上限値を超えるため、ワイヤ生産中に断線が発生し、総合評価としては劣っていた。
以上の結果から、実施例（Ｎｏ．１〜２３）は、比較例（Ｎｏ．２４〜４０）と比べて、フラックス入りワイヤ１として優れていることが確認された。
１ フラックス入りワイヤ（ワイヤ）
２ 鋼製外皮
３ フラックス
４ 継目
１１ 溶接母材
１２ 裏当て材
１３ アルミニウムテープ
２ 鋼製外皮
３ フラックス
４ 継目
１１ 溶接母材
１２ 裏当て材
１３ アルミニウムテープ
Claims (1)
- 鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２０質量％であり、
ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、Ｓｉ（ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和）：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ（ワイヤに含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和）：２．３０〜３．７５質量％、Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、
前記Ｔｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、前記ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤ。
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