JP2011189349A

JP2011189349A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

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Publication number: JP2011189349A
Application number: JP2010055037A
Authority: JP
Inventors: Ho Kan; 鵬韓
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: EP2374571B1; CN102189353A; JP5415998B2; SG174674A1; EP2374571A1

Abstract

【課題】溶着金属中のＮｉの含有量が少ない場合においても、溶着金属に良好な低温靱性が得られ、溶接作業性が良好なガスシールド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】ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全体で、ワイヤの全質量あたりＣ：０．０３乃至０．０７質量％、Ｓｉ：０．１０乃至０．５０質量％、Ｍｎ：１．０乃至４．０質量％、Ｔｉ：０．０６乃至０．３０質量％、Ｎｉ：０．５０乃至０．９５質量％、Ｍｏ：０．０１乃至０．３０質量％、Ｂ：０．００２乃至０．００８質量％、Ｆ：０．０５乃至０．４０質量％、及びＦｅ：８５乃至９３質量％を含有し、Ａｌの含有量を０．０５質量％以下に規制した組成を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、引張強さが４９０乃至６７０ＭＰａ級の鋼材の溶接に使用されるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、良好な低温靱性を有する溶着金属が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。

近年、エネルギー開発はより寒冷の地域及び海域へと展開されており、これらの寒冷地域及び寒冷海域の構造物には、低温用鋼が使用されるに至っている。しかしながら、これらの寒冷地域及び寒冷海域の構造物には、従来の低温靭性の要求に加え、構造物の稼動地域及び海域における気象条件を加味した構造物設計が実施されるようになっており、より高靭性の鋼材が求められている。更には、溶接の高能率化及び脱技能化を目的として、この種の低温用鋼の溶接にフラックス入りワイヤの適用の要求が高まっている。

このような低温靱性の要求に応えるべく、例えば特許文献１及び２のフラックス入りワイヤが提案されている。特許文献１には、フラックス入りワイヤにＮｉを０．３０乃至３．００質量％含有させることにより、脆性破壊の遷移温度を低温側へと移行させ、これにより、溶着金属の低温靱性を向上させる技術が提案されている。この特許文献１に提案されたフラックス入りワイヤにおいては、Ｎｉを多量に含有することにより、例えば溶着金属中のＮｉ量が１．０質量％を超えた場合に、耐硫化物応力腐食割れ性が低下するという問題点がある。この硫化物応力腐食割れは、硫化水素雰囲気中で顕著に発生するものであり、腐食反応により発生した水素が、硫化水素の存在によって鋼中に多量に侵入し、これにより発生する水素腐食割れの１形態であり、特に、溶接による熱影響部、最終溶接パス及び焼き戻しが施されていない取り付け溶接部の表面に顕著に発生する。従って、例えば石油パイプライン及びＬＰＧタンク等の圧力容器の溶接において、得られる溶着金属中のＮｉは、例えばＮＡＣＥ（ＮａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｆＣｏｒｒｏｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｓ、防食技術者協会）規格により、１．０質量％以下となるように規制されている。

特許文献２には、フラックス入りワイヤにＭｎを１．５乃至３．０質量％、及びＡｌを０．０７乃至０．２０質量％含有させることにより、溶着金属の低温靱性を高めることが開示されている。この特許文献２のフラックス入りワイヤには、必要に応じて、Ｎｉが０．４乃至２．５質量％添加されることが開示されている。

特開平１１−２４５０６６号公報特開２００６−１０４５８０号公報

しかしながら、上述の従来技術には以下のような問題点がある。上述の如く、特許文献１のフラックス入りワイヤは、Ｎｉを多量に含有することにより、例えば溶着金属中のＮｉ量が１．０質量％を超えた場合に、耐硫化物応力腐食割れ性が低下する。

特許文献２のフラックス入りワイヤは、Ｍｎ及びＡｌの添加により、溶着金属の低温靱性を向上させているが、フラックス入りワイヤ中のＡｌ成分は、溶接時のスパッタ量を増加させてしまい、溶接作業性を劣化させるという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶着金属中のＮｉの含有量が少ない場合においても、溶着金属に良好な低温靱性が得られ、溶接作業性が良好なガスシールド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。

本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮中にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、ワイヤ全体で、ワイヤの全質量あたりＣ：０．０３乃至０．０７質量％、Ｓｉ：０．１０乃至０．５０質量％、Ｍｎ：１．０乃至４．０質量％、Ｔｉ：０．０６乃至０．３０質量％、Ｎｉ：０．５０乃至０．９５質量％、Ｍｏ：０．０１乃至０．３０質量％、Ｂ：０．００２乃至０．００８質量％、Ｆ：０．０５乃至０．４０質量％、及びＦｅ：８５乃至９３質量％を含有し、Ａｌの含有量を０．０５質量％以下に規制した組成を有することを特徴とする。

上述のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、前記フラックスは、ワイヤの全質量あたりＴｉＯ_２：４．５乃至８．５質量、ＺｒＯ_２：０．０４乃至０．５０質量％、ＳｉＯ_２：０．１０乃至０．５０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：０．０２乃至０．８０質量％、及びＭｇ：０．２０乃至０．７０質量％を含有することが好ましい。

ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、例えばワイヤ中のＴｉ、Ｍｏ、Ｆ及びＡｌの含有量を夫々［Ｔｉ］、［Ｍｏ］、［Ｆ］及び［Ａｌ］としたときに、Ｆ及びＡｌの含有量の総量に対するＴｉ及びＭｏの含有量の総量の比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が０．５乃至２．５である。

本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、得られる溶着金属中のＮｉの含有量が１．０質量％と小さく、この場合においても、他の成分の含有量を最適化することにより、溶着金属に良好な低温靱性が得られ、溶接作業性も良好である。

横軸にＦ及びＡｌの含有量の総量をとり、縦軸にＴｉ及びＭｏの含有量の総量をとって、両者の関係を示す図である。（ａ）乃至（ｄ）は、フラックス入りワイヤの断面形状を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、詳細に説明する。本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製の外皮中にフラックスを充填したものであり、ワイヤ径が１．０乃至２．０ｍｍである。このフラックス入りワイヤは、ワイヤ全体で、ワイヤの全質量あたりＣ：０．０３乃至０．０７質量％、Ｓｉ：０．１０乃至０．５０質量％、Ｍｎ：１．０乃至４．０質量％、Ｔｉ：０．０６乃至０．３０質量％、Ｎｉ：０．５０乃至０．９５質量％、Ｍｏ：０．０１乃至０．３０質量％、Ｂ：０．００２乃至０．００８質量％、Ｆ：０．０５乃至０．４０質量％、及びＦｅ：８５乃至９３質量％を含有し、Ａｌの含有量を０．０５質量％以下に規制した組成を有する。

ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが上記組成を有することにより、溶着金属中のＮｉの含有量を１．０質量％未満とすることができる。これにより、本発明のフラックス入りワイヤによって溶接された溶接部は、例えば硫化水素雰囲気中にある場合においても、腐食反応により発生した水素が鋼中に多量に侵入することが抑制され、耐硫化物応力腐食割れ性が高い。また、Ｎｉ以外の成分の含有量を最適化することにより、溶着金属に良好な低温靱性が得られ、溶接作業性も良好である。

ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、フラックス中に例えばワイヤの全質量あたりＴｉＯ_２：４．５乃至８．５質量、ＺｒＯ_２：０．０４乃至０．５０質量％、ＳｉＯ_２：０．１０乃至０．５０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：０．０２乃至０．８０質量％、及びＭｇ：０．２０乃至０．７０質量％を含有することが好ましい。このように、本発明においては、各フラックス成分を最適な範囲とすることにより、溶着金属の靱性を低下させることなく、良好な溶接作業性及びビード形状を得ることができる。

本発明においては、フラックス入りワイヤが上記組成を有している状態で、Ｆ及びＡｌの含有量の総量に対するＴｉ及びＭｏの含有量の総量の比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が、０．５乃至２．５の範囲にあることが好ましい。これにより、溶着金属の靱性を高めるＴｉ及びＭｏの含有量をＡｌ及びＦの含有量に対する比により最適化して、溶接作業性が良好な状態において、溶着金属の靱性を高めることができる。

次に、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤから得られる溶着金属について、その好ましい組成範囲について説明する。

「Ｃ：０．０４乃至０．０８質量％」
ある程度の量のＣは、セメンタイトの安定化により、靭性を安定化する作用がある。溶着金属中のＣの含有量が０．０４質量％未満であると、溶着金属の強度が不足しやすくなり、靭性の安定化効果が小さく、０．０８質量％を超えると、耐高温割れ性が若干劣化する。よって、溶着金属中のＣの含有量は０．０４乃至０．０８質量％であることが好ましい。

「Ｓｉ：０．２０乃至０．４５質量％」
Ｓｉは脱酸剤として作用すると共に、ミクロ組織へも影響を及ぼす。Ｓｉの量が多くなると旧γ粒界から発生するフェライトサイドプレートが多くなり、靭性の低下をもたらしやすくなる。溶着金属中のＳｉの含有量が０．２０質量％未満であると、脱酸不足によりブローホールが発生し易く、０．４５質量％を超えると、上述の旧γ粒界におけるフェライトサイドプレートの発生を抑制しにくくなくなり、靭性が低下しやすくなるため、溶着金属中のＳｉの含有量は、０．２５乃至０．４５質量％であることが好ましい。

「Ｍｎ：０．５乃至２．０質量％」
Ｍｎは脱酸剤として作用すると共に、強度及び靭性へも影響を及ぼす。溶着金属中のＭｎの含有量が０．５質量％未満であると、溶着金属の強度が不足しやすくなり、靭性が若干劣化する。溶着金属中のＭｎの含有量が２．０質量％を超えると、強度が過多となり、焼入れ性過多により靭性が低下しやすくなる。よって、Ｍｎの好ましい含有量は、０．５乃至２．０質量％である。

「Ｔｉ：０．０３０乃至０．０８０質量％」
Ｔｉは溶着金属中では酸化物又は固溶体として存在するが、酸化物による旧γ粒内でのアシキュラーフェライトの核として靭性向上に寄与する。即ち、旧γ粒内においては、Ｔｉ酸化物を核としてアシキュラーフェライトが生成する。アシキュラーフェライトは組織の微細化に寄与し、靭性を向上させる作用を有する。溶着金属中のＴｉの含有量が０．０３０質量％未満であると、十分な核生成が出来ないことによりフェライトが粗大化して靭性が低下しやすくなる。一方、Ｔｉの含有量が０．０８０質量％を超えると、固溶Ｔｉが過多となり、強度が過多となり、靭性が低下しやすくなる。よって、溶着金属中の好ましいＴｉの含有量は０．０３０乃至０．０８０質量％である。

「Ｎｉ：０．５０乃至１．０質量％」
Ｎｉは、脆性破壊の遷移温度をより低温側へ移行し靭性を向上する作用があるが、添加量が多すぎると、高温割れ（凝固割れ）が発生し易くなる。また、本発明においては、ＮＡＣＥ規格に準拠し、溶着金属中のＮｉの含有量を１質量％以下となるように規制する。ただし、溶着金属中のＮｉの含有量が０．５０質量％未満であると、Ｎｉの添加による靭性向上の効果が小さいため、０．５０質量％以上とすることが好ましい。

「Ｍｏ：０．０８乃至０．１５質量％」
Ｍｏは、強度を確保するために０．０８質量％以上添加するが、Ｍｏの添加量が多すぎると、脆性破壊への遷移温度を高温側へ移行させ、靭性が低下しやすくなる。溶着金属中のＭｏ含有量が０．１５質量％以下であれば、この靭性低下への影響は殆ど無い。よって、溶着金属中の好ましいＭｏの含有量は、０．０８乃至０．１５質量％である。

「Ｂ：０．００３乃至０．００６質量％」
Ｂは、旧γ粒界へ偏析し、粒界フェライトの発生を抑制することによって、靭性を向上させる作用がある。しかし、Ｂの添加量が多すぎると、高温割れ（凝固割れ）が発生し易くなる。溶着金属中のＢが０．００３質量％未満では、靭性を向上させる作用が小さく、０．００６質量％を超えると、耐高温割れ性が劣化する。よって、溶着金属中のＢの含有量は、０．００３乃至０．００６質量％であることが好ましい。

「Ａｌ：０．０１質量％以下に規制」
Ａｌは溶着金属中では酸化物として存在し、旧γ粒界中におけるＴｉ酸化物によるアシキュラーフェライトの核生成を妨げやすくなる。溶着金属中のＡｌの含有量が０．０１質量％以下であれば、このアシキュラーフェライトの核生成の阻害が抑制される。

「Ｏ（酸素）」
溶着金属中のＯは、その殆どが酸化物で存在すると考えられるが、Ｏの増加により、衝撃試験における上部棚エネルギー（アッパシェルフエネルギー）は低下しやすくなる。従って、溶着金属においてより高靭性を得ようとすれば、Ｏを低く抑制することが好ましい。しかしながら、フラックス入りワイヤにおいてＯを低く抑制すると、溶接作業性が著しく劣化（スパッタの増大及び全姿勢溶接性能の劣化など）するため、実用的ではない。即ち、溶着金属中のＯの含有量が例えば０．０４０質量％未満であると、溶接作業性が劣化しやすくなる。一方、Ｏの含有量が例えば０．０７０質量％を超えると、アッパシェルフエネルギーが低下することにより靭性が低下する。よって溶着金属中のＯの含有量は、０．０４０乃至０．０７０質量％であり、より好ましくは０．０４０乃至０．０６０質量％である。

次に、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、その組成の数値限定の理由について説明する。

「Ｃ：ワイヤの全質量あたり０．０３乃至０．０７質量％」
Ｃの含有量が０．０４乃至０．０８質量％の溶着金属を得るために、フラックス入りワイヤ中のＣの含有量をワイヤの全質量あたりＣ：０．０３乃至０．０７質量％とする。より好ましいＣの含有量は、ワイヤの全質量あたり０．０４乃至０．０６質量％である。なお、Ｃ源としては、グラファイト、Ｆｅ−Ｍｎ，Ｆｅ−Ｓｉ、及び鋼製外皮へのＣの添加などが挙げられるが、フラックス又は鋼製外皮のいずれからＣを添加してもよい。フラックス入りワイヤ中のＣの含有量が０．０３質量％未満であると、溶着金属の強度が不足しやすくなり、靱性を安定化する効果が小さく、０．０７質量％を超えると、耐高温割れ性が劣化する。

「Ｓｉ：ワイヤの全質量あたり０．１０乃至０．５０質量％」
Ｓｉの含有量が０．２０乃至０．４５質量％の溶着金属中を得るために、フラックス入りワイヤ中のＳｉの含有量をワイヤの全重量あたりＳｉ：０．１０乃至０．５０質量％とする。Ｓｉのより好ましい含有量は、ワイヤの全重量あたり０．１５乃至０．４５質量％である。なお、Ｓｉ源としては、Ｆｅ−Ｓｉ，Ｓｉ−Ｍｎ、鋼製外皮へのＳｉの添加などが挙げられるが、フラックス又は鋼製外皮のいずれから添加してもよい。フラックス入りワイヤ中のＳｉの含有量が０．１０質量％未満であると、脱酸不足により溶着金属にブローホールが発生し易く、Ｓｉの含有量が０．５０質量％を超えると、マトリックスフェライトを脆化させて、溶着金属の低温靱性が低下する。

「Ｍｎ：ワイヤの全質量あたり１．０乃至４．０質量％」
Ｍｎの含有量が０．５乃至２．０質量％の溶着金属を得るために、フラックス入りワイヤ中のＭｎの含有量をワイヤの全質量あたり１．０乃至４．０質量％とする。Ｍｎのより好ましい含有量は、ワイヤの全質量あたり１．５乃至３．５質量％である。なお、Ｍｎ源としては、金属Ｍｎ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｓｉ−Ｍｎ、鋼製外皮へのＭｎの添加などが挙げられるが、フラックス又は鋼製外皮のいずれから添加してもよい。フラックス入りワイヤ中のＭｎの含有量が１．０質量％未満であると、溶着金属の強度が不足し、靭性が低下する。一方、Ｍｎの含有量が４．０質量％を超えると、溶着金属の強度が過多となり、焼入れ性過多により靭性が低下する。

「Ｎｉ：ワイヤの全質量あたり０．５０乃至０．９５質量％」
従来では、Ｎｉは、溶着金属中に高い低温靱性を確保するために、フラックス入りワイヤ中には、１．０質量％を超えて多量に添加されていた。この場合において、溶着金属中のＮｉ量が例えば１．０質量％を超えた場合に、耐硫化物応力腐食割れ性が低下する。本発明においては、この硫化物応力腐食割れを防止するために、上述の如く、溶着金属中のＮｉ量をＮＡＣＥ規格に準拠した範囲である１．０質量％以下とする。本発明においては、Ｎｉ量が１．０質量％以下である溶着金属を得るために、フラックス入りワイヤ中のＮｉ量を０．９５質量％以下とする。ただし、溶着金属中のＮｉの含有量が０．５０質量％未満であると、Ｎｉの添加による靭性向上の効果が小さいため、本発明においては、Ｎｉの含有量が０．５０質量％以上の溶着金属を得るために、フラックス入りワイヤに０．５０質量％以上のＮｉを含有させる。なお、Ｎｉ源としては、金属Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇ、鋼製外皮へのＮｉの添加等が挙げられるが、フラックス又は鋼製外皮のいずれから添加してもよい。

「Ｂ：ワイヤの全質量あたり０．００２乃至０．００８質量％」
溶着金属中のＢの含有量を０．００３乃至０．００６質量％とするために、フラックス入りワイヤ中のＢの含有量をワイヤ全質量あたり０．００２乃至０．００８質量％とする。より好ましいワイヤ中のＢ含有量はＢ：０．００３乃至０．００７質量％である。なお、Ｂ源としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金等があるフラックス入りワイヤ中のＢの含有量が０．００２質量％未満であると、溶着金属の靱性を向上させる作用が小さく、０．００８質量％を超えると、耐高温割れ性が劣化する。

「Ｆｅ：ワイヤの全質量あたり８５乃至９３質量％」
低合金鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいては、合金成分の他に用途によってスラグ形成剤及びアーク安定剤などを添加する。全姿勢溶接用フラックス入りワイヤの場合、Ｆｅの含有量がワイヤ全重量あたり８５質量％未満であると、スラグ発生量が過多となり、スラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。また、Ｆｅが９３質量％を超えると、必須合金成分の添加ができなくなる。なお、Ｆｅ源としては、鋼製外皮以外にフラックスでは鉄粉及びＦｅ系合金等がある。

本発明においては、上述の各成分に加えて、特に、以下のＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ及びＦの４成分の含有量とこれらの４成分の関係は重要である。

「Ｔｉ：ワイヤの全質量あたり０．０６乃至０．３０質量％」
溶着金属中のＴｉの含有量を０．０３０乃至０．０８０質量％とするために、フラックス入りワイヤ中のＴｉは、０．０６乃至０．３０質量％とする。なお、ＴｉがＴｉ酸化物及びＴｉ合金である場合においては、Ｔｉ酸化物及びＴｉ合金の含有量をＴｉに換算した量とする。Ｔｉのより好ましい添加量は、０．１０乃至０．２５質量％である。なお、Ｔｉ源としては、ルチル、酸化チタン、Ｆｅ−Ｔｉ、鋼製外皮へのＴｉの添加などが挙げられるが、フラックス及び鋼製外皮のいずれから添加してもよい。フラックス入りワイヤ中のＴｉの含有量が０．０６質量％未満であると、十分な核生成が出来ないことによりフェライトが粗大化して靭性が低下しやすくなり、Ｔｉの含有量が０．３０質量％を超えると、溶着金属中の固溶Ｔｉの量が過多となり、強度が過多となり、靭性が低下しやすくなる。

「Ｍｏ：ワイヤの全質量あたり０．０１乃至０．３０質量％」
溶着金属中のＭｏの含有量を０．０８乃至０．１５質量％とするために、フラックス入りワイヤ中のＭｏの含有量をワイヤの全質量あたりＭｏ：０．０１乃至０．３０質量％とする。より好ましいＭｏの範囲はＭｏ：０．０５乃至０．２０質量％である。なお、Ｍｏ源としては、金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ、鋼製外皮へのＭｏの添加などが挙げられるが、フラックス及び鋼製外皮のいずれから添加してもよい。フラックス入りワイヤ中のＭｏの含有量が０．０１質量％未満であると、溶着金属が強度不足となり、Ｍｏの含有量が０．３０質量％を超えると、脆性破壊への遷移温度を高温側へ移行させ、靭性が低下しやすくなる。

「Ａｌ：ワイヤの全質量あたり０．０５質量％以下に規制」
溶着金属中のＡｌ含有量を０．０１質量％以下に抑制するために、フラックス入りワイヤ中のＡｌ含有量をフラックス全質量あたり０．０５質量％以下に抑制する。フラックス入りワイヤ中のＡｌの含有量が０．０５質量％を超えると、溶着金属中に酸化物として存在するＡｌの量が増えることにより、旧γ粒界中におけるＴｉ酸化物によるアシキュラーフェライトの核生成を妨げやすくなる。また、フラックス入りワイヤ中のＡｌは、スパッタ発生の原因となり、含有量が０．０５質量％を超えると、スパッタ発生量の増加により、溶接作業性が劣化する。

「Ｆ：ワイヤの全質量あたり０．０５乃至０．４０質量％」
Ｆはフラックス中に例えば弗素化合物として添加する。本発明においては、フラックス入りワイヤには、弗素化合物を、Ｆ換算で０．０５乃至０．４０質量％添加する。フラックス入りワイヤ中のＦの含有量がワイヤの全質量あたり０．０５質量％未満であると、ワイヤの低水素化効果が低下し、溶接金属中の拡散性水素量が増加するため、溶接金属の低温割れが発生しやすくなる。一方、Ｆの含有量が０．４０質量％を超えた場合においては、スパッタの発生量が増加して、溶接作業性が劣化する。

本発明においては、フラックス入りワイヤは、上記成分に加えて、フラックス中に以下の組成を有することが好ましい。

「ＴｉＯ_２：ワイヤの全質量あたり４．５乃至８．５質量」
本発明においては、高い靱性を有する溶着金属を得るために、フラックス中にＴｉＯ_２をワイヤの全質量あたり４．５乃至８．５質量％含有させる。フラックス中のＴｉＯ_２の含有量がワイヤの全質量あたり４．５質量未満であると、靱性を高めるために有効なＴｉ酸化物量を確保しにくくなると共に、粒界フェライトを生成するため、溶着金属の靱性を高めにくくなる。フラックス中のＴｉＯ_２の含有量がワイヤの全質量あたり８．５質量％を超えると、溶着金属中の酸素量が増加し、靱性が低下しやすくなる。より好ましくは、フラックス中のＴｉＯ_２の含有量は、５．０乃至８．０質量％である。なお、ＴｉＯ_２源としては、ルチル、酸化チタン等が挙げられる。

「ＺｒＯ_２：ワイヤの全質量あたり０．０４乃至０．５０質量％」
ＺｒＯ_２は、フラックス中にワイヤの全質量あたり０．０４乃至０．５０質量％含有することが好ましい。フラックス中のＺｒＯ_２が０．０４質量％未満であると、下向及び水平すみ肉溶接におけるビードの平滑性が劣化しやすくなる。一方、ＺｒＯ_２の含有量が０．５０質量％を超えると、水平すみ肉溶接において、等脚性が劣化しやすくなり、また、立向姿勢でのビード形状が凸形状に近くなる。より好ましくは、フラックス中のＺｒＯ_２の含有量は０．０５乃至０．４５質量％である。なお、ＺｒＯ_２源としては、ジルコンサンド、ジルコニア等が挙げられる。

「Ａｌ_２Ｏ_３：ワイヤの全質量あたり０．０２乃至０．８０質量％」
Ａｌ_２Ｏ_３は、フラックス中にワイヤの全質量あたり０．０２乃至０．８０質量％含有することが好ましい。フラックス中のＡｌ_２Ｏ_３が０．０２質量％未満であると、下向及び水平すみ肉溶接におけるビードの平滑性が劣化しやすくなる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が０．８０質量％を超えると、下向及び水平すみ肉溶接におけるビードのなじみ性が劣化しやすくなる。また、スパッタ発生量が増大しやすくなる。より好ましくは、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０．０３乃至０．６０質量％である。なお、Ａｌ_２Ｏ_３源としては、アルミナなどが挙げられる。

「ＳｉＯ_２：ワイヤの全質量あたり０．１０乃至０．５０質量％」
ＳｉＯ_２は、フラックス中にワイヤの全質量あたり０．１０乃至０．５０質量％含有することが好ましい。フラックス中のＳｉＯ_２の含有量が０．１０質量％未満であると、下向及び水平すみ肉溶接におけるビードの平滑性が劣化しやすくなる。一方、ＳｉＯ_２の含有量が０．５０質量％を超えると、水平すみ肉溶接における耐気孔性が劣化しやすくなる。また、立向姿勢でのビード形状が凸形状に近くなる。より好ましくは、ＳｉＯ_２の含有量は０．１５乃至０．４５質量％である。なお、ＳｉＯ_２源としては、シリカ、カリガラス、ソーダガラスなどが挙げられる。

「Ｍｇ：ワイヤの全質量あたり０．２０乃至０．７０質量％」
Ｍｇは、フラックス中にワイヤの全質量あたり０．２０乃至０．７０質量％含有することが好ましい。フラックス中のＭｇの含有量が０．２０質量％未満であると、十分な脱酸がなされず靭性が低下しやすくなる。Ｍｇの含有量が０．７０質量％を超えると、スパッタが増大し、溶接作業性が劣化しやすくなる。より好ましくは、Ｍｇの含有量は０．２５乃至０．６５質量％である。なお、Ｍｇ源としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇなどが挙げられる。

「比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）：０．５乃至２．５」
本発明においては、フラックス入りワイヤが上記組成を有している状態で、Ｆ及びＡｌの含有量の総量に対するＴｉ及びＭｏの含有量の総量の比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が、０．５乃至２．５の範囲にあることが好ましい。比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が０．５未満であると、スパッタの発生量が増えて溶接作業性が劣化しやすくなり、比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が２．５を超えると、溶着金属の靱性が低下しやすくなる。このように、本発明においては、比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）を０．５乃至２．５の範囲とすることにより、溶着金属の靱性を高めるＴｉ及びＭｏの含有量をＡｌ及びＦの含有量に対する比により最適化して、溶接作業性が良好な状態において、溶着金属の靱性を高めることができる。

本発明においては、更に、必要に応じて、アーク安定剤等をフラックス入りワイヤに含有させることができる。なお、本発明のフラックス入りワイヤは、ワイヤ径が１．２乃至２．０ｍｍであればよいが、実用上好ましいワイヤ径は、１．２乃至１．６ｍｍである。また、本発明のフラックス入りワイヤは、例えばシームの有無等により制限されるものではなく、ワイヤの断面形状によっても制限されるものではない。本発明のフラックス入りワイヤは、例えば、図２（ａ）乃至（ｄ）に示すような断面形状でもよい。

軟鋼製の鋼製外皮にフラックスを１３〜２０質量％充填して第１表に示す組成のフラックス入りワイヤ（ワイヤ径１．２ｍｍ）を作製した。このフラックス入りワイヤを用いて、以下に示すとおりの性能確認試験を実施した。

「試験１．全溶着金属溶接」
下記表１に示すフラックス入りワイヤ及び下記表２に示す組成の鋼板を用い、下記表３に示す試験条件によって溶接した溶着金属の機械的性質、化学成分及びミクロ組織を下記表４に示す試験方法によって求めた。機械的性質においては、引張強さが６４０ＭＰａ以上及び吸収エネルギーが５０Ｊ以上を合格とした。なお、表１のワイヤＮｏ．１乃至６は、本発明の範囲を満足するフラックス入りワイヤであり、ワイヤＮｏ．７乃至Ｎｏ．１３は本発明の範囲を満足しないものである。なお、表１中の下線は本発明の範囲を満足していない組成を示す。

「試験２．耐高温割れ性能」
表１に示すフラックス入りワイヤ及び表２に示す組成の鋼板を使用し、下記表５に示す試験条件によって溶接した溶着金属の耐高温割れ性をＣ形ジグ拘束突合せ溶接割れ試験によって求めた。割れ率は、破断したビードのビード長に対する割れ長さの比率（質量％）とし、１０質量％以下を合格（クレータ割れを含む）とした。

「試験３．すみ肉溶接試験（溶接作業性）」
表１に示すフラックス入りワイヤ及び表２に示す組成の溶接構造用鋼板（無機ジンクプライマー塗布）を使用し、下記表６に示す試験条件によって溶接し、溶接作業性を試験した。

上記試験１乃至３の試験結果を下記表７及び表８、並びに図１に示す。なお、表７は、実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを使用して溶接した場合において、得られた溶着金属の組成を示す。この表７に示された成分以外の溶着金属の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物を示す。また、表８は、上記試験１乃至３により得られた溶着金属の機械的性質、溶接作業性及び割れ率を示す。この表８において、溶接作業性欄（ビードの平滑性以外の項目）の○は良好、×は不良を示す。溶接作業性のうち、ビードの平滑性については、良好であった場合を○、良好であったが平滑性が若干低下した場合を△として表８に示す。

表８に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至６は、フラックス入りワイヤ中の各組成が本発明の範囲を満足するので、溶着金属中のＮｉの含有量が少ない場合においても、溶着金属に良好な機械的性質が得られ、溶接作業性も良好であった。

これらの実施例Ｎｏ．１乃至６のうち、実施例Ｎｏ．１、実施例Ｎｏ．２、実施例Ｎｏ．４及び５は、ＺｒＯ_２の含有量が本発明の好ましい範囲を満足するので、ＺｒＯ_２の含有量が本発明の好ましい範囲未満である実施例Ｎｏ．３及び６に比してビードの平滑性が良好であった。

比較例Ｎｏ．７は、Ｓｉの含有量が少なく、脱酸不足により耐気孔性が劣化し、Ｂの含有量が多く、耐高温割れ性が劣化した。また、比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が本発明の好ましい範囲を超え、溶着金属の低温靱性が低下した。比較例Ｎｏ．８は、Ｍｎの含有量が多く、溶着金属の低温靱性が低下した。比較例Ｎｏ．９は、Ｍｏの含有量が多く、低温靱性が低下し、Ａｌ量過多によりスパッタ発生量が増加し、これにより耐気孔性も劣化した。

比較例Ｎｏ．１０は、Ｎｉの含有量が少なく、低温靱性が低下したが、他の成分の含有量が本発明の範囲を満足していたので、低温靱性の低下を若干抑制できた。比較例Ｎｏ．１１は、Ｃの含有量が少なく、溶着金属の強度（０．２％耐力及び引張強さ）が低下した。また、比較例１１は、Ｎｉの含有量が本発明の範囲を超え、溶着金属中のＮｉの含有量が１．０質量％を超えた。また、比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が本発明の好ましい範囲未満であり、スパッタの発生量が多くなり、溶接作業性が劣化した。比較例Ｎｏ．１２は、Ｎｉ及びＢの含有量が少なく、低温靱性が低下したと共に、Ｆが低いため、低温割れが発生した。比較例Ｎｏ．１３は、Ｔｉの含有量が少なく、低温靱性が低下した。

表８に示す各実施例及び比較例のフラックス入りワイヤにより得られた溶着金属の機械的性質、及び溶接作業性について、図１に示す。なお、図１においては、横軸にＦ及びＡｌの含有量の総量（［Ｆ］＋［Ａｌ］）、縦軸にＴｉ及びＭｏの含有量の総量（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）をとって、比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が０．５及び２．５である場合を実線にて示してある。また、本発明においては、これらの各成分の含有量は、Ｔｉ：０．０６乃至０．３０質量％、Ｍｏ：０．０１乃至０．３０質量％、Ｆ：０．０５乃至０．４０質量％、Ａｌ：０．０５質量％以下であることから、Ｆ及びＡｌの含有量の総量（［Ｆ］＋［Ａｌ］）は０．０５乃至０．４５質量％であり、Ｔｉ及びＭｏの含有量の総量（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）は０．０７乃至０．６０質量％である。図１においては、これらの総量の範囲についても、細線にて示してある。

表８及び図１に示すように、比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が０．５乃至２．５であり、各組成が本発明の範囲を満足する実施例１乃至６は、図１の網掛け部内にあり、低温靱性及び溶接作業性が良好である。一方、比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が０．５未満である比較例Ｎｏ．８及び１１は、スパッタの発生量が多くなって溶接作業性が劣化し、比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が２．５以上である比較例Ｎｏ．７、比較例Ｎｏ．９及び１２は、焼入れ性が過剰となって溶着金属の低温靱性が低下した。

１：フラックス、２：外皮

Claims

鋼製外皮中にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、ワイヤ全体で、ワイヤの全質量あたりＣ：０．０３乃至０．０７質量％、Ｓｉ：０．１０乃至０．５０質量％、Ｍｎ：１．０乃至４．０質量％、Ｔｉ：０．０６乃至０．３０質量％、Ｎｉ：０．５０乃至０．９５質量％、Ｍｏ：０．０１乃至０．３０質量％、Ｂ：０．００２乃至０．００８質量％、Ｆ：０．０５乃至０．４０質量％、及びＦｅ：８５乃至９３質量％を含有し、Ａｌの含有量を０．０５質量％以下に規制した組成を有することを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
前記フラックスは、ワイヤの全質量あたりＴｉＯ_２：４．５乃至８．５質量、ＺｒＯ_２：０．０４乃至０．５０質量％、ＳｉＯ_２：０．１０乃至０．５０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：０．０２乃至０．８０質量％、及びＭｇ：０．２０乃至０．７０質量％を含有することを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
ワイヤ中のＴｉ、Ｍｏ、Ｆ及びＡｌの含有量を夫々［Ｔｉ］、［Ｍｏ］、［Ｆ］及び［Ａｌ］としたときに、Ｆ及びＡｌの含有量の総量に対するＴｉ及びＭｏの含有量の総量の比（［Ｔｉ］＋［Ｍｏ］）／（［Ｆ］＋［Ａｌ］）が０．５乃至２．５であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。