JP2013158777A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】全姿勢溶接での溶接作業性が良好で、溶接金属の強度及び低温靭性に優れた可能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】ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、Ｍｇ：０．１〜０．８％、Ｖ：０．０２１〜（０．０５５−０．０１×［Ｍｎ％］）％、Ｔｉ酸化物及び金属ＴｉのＴｉＯ₂換算値の合計：３．０〜８．０％、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計：０．１〜１．２％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．１〜１．０％、金属弗化物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．３％を含有し、前記Ａｌ酸化物の平均粒径２０〜２００μm、見掛け密度：１．５〜２．５g／cm³であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、強度及び低温靭性に優れた溶接金属を得るうえで好適な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。

鋼を被溶接材とする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、例えば、ルチール系フラックス入りワイヤや塩基性系フラックスワイヤが知られている。このルチール系フラックス入りワイヤは、溶接能率、全姿勢溶接での溶接作業性において非常に優れた能力を発揮するため、造船、橋梁、海洋構造物、鉄骨等の広い分野で適用されている。

しかし、ルチール系フラックス入りワイヤの主原料であるルチールには不純物としてＮｂ及びＶが含まれており、これらは溶接後熱処理（溶接熱影響部の軟化、溶接部の靭性改善及び溶接残留応力の除去を目的に行われる熱処理：以下、ＰＷＨＴという。）後の溶接金属の低温靭性を劣化させる。このため、ルチール系フラックス入りワイヤはＰＷＨＴ仕様の鋼構造物の溶接にはあまり好適に適用されていなかった。

一方、塩基性系フラックス入りワイヤは、溶接金属の酸素量が低く、溶接のまま（以下、ＡＷという。）及びPＷＨＴ後のいずれにおいても良好な低温靭性の溶接金属が得られるが、全姿勢溶接での溶接作業性がルチール系フラックス入りワイヤに比べ劣り、実用化が困難であった。

そこで、従来より、ルチール系フラックス入りワイヤを用いた場合でも、ＰＷＨＴ後の低温靭性に優れた溶接金属を得るための技術が検討されている。例えば、特開平８−９９１９３号公報（特許文献１）には、ルチールの代わりに不純物としてのＮｂ、Ｖが非常に少ない酸化チタンを使用することにより、ＰＷＨＴ後の低温靭性に優れた溶接金属を得るという技術が開示されている。しかし、同技術では、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度がＡＷのものより大きく低下してしまうという問題があった。

また、特開平８−１０９８２号公報（特許文献２）及び特開平９−２７７０８７号公報（特許文献３）には、全ワイヤ中のＮｂ、Ｖの含有量を制限することにより、ＰＷＨＴ後の低温靭性に優れた溶接金属を得るという技術が開示されている。しかし、同技術でも、特許文献１と同様、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度がＡＷのものより大きく低下してしまうという問題があった。

特開平８−９９１９３号公報 特開平８−１０９８２号公報 特開平９−２７７０８７号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の強度及び低温靭性に優れた溶接金属が得られるとともに、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度がＡＷのものより大きく低下してしまうのを抑制することが可能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にある。

本発明の要旨は、
（１） 鋼製外皮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において、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、Ｍｇ：０．１〜０．８％、Ｖ：０．０２１〜（０．０５５−０．０１×［Ｍｎ％］）％、Ｔｉ酸化物及び金属ＴｉのＴｉＯ₂換算値の合計：３．０〜８．０％、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計：０．１〜１．２％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．１〜１．０％、金属弗化物のF換算値の合計：０．０１〜０．３０％を含有し、Ｐ：０．０２％以下、Ｎｂ：０．０１５％以下で、残部は鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分、アーク安定剤及び不可避不純物からなり、前記Ａｌ酸化物は、平均粒径：２０〜２００μm、見掛け密度：１．５〜２．５ｇ／ｍｍ³であることを特徴とする。但し、［Ｍｎ％］はワイヤ全質量に対する質量％でのＭｎの含有量を示す。

（２） ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｚｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計：０．１〜０．８％、Ａｌ：０．０１〜０．６％の１種又は２種を含有することを特徴とする（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。

（３） ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．０２〜０．３０％を含有することを特徴とする（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、にある。

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によれば、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の強度及び低温靱性に優れた溶接金属が安定して得られるとともに、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度がＡＷのものより大きく低下してしまうのを抑制することが可能となる。また、これによって、溶接部の品質向上を図ることが可能となる。

本発明者らは、ルチール系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、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、溶接のまま（以下、ＡＷという。）及び溶接後熱処理（溶接熱影響部の軟化、溶接部の靭性改善及び溶接残留応力の除去を目的に行われる熱処理：以下、ＰＷＨＴという。）後の強度及び低温靱性に非常に優れた溶接金属を得られるとともに、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度がＡＷのものより大きく低下してしまうのを抑制することが可能となるワイヤ成分組成について、種々検討を行った。

その結果、特にＶの含有量を適正量とすることによりＰＷＨＴ後の溶接金属の強度がＡＷのものより大きく低下するのを抑制することが可能となり、また、Ａｌ酸化物原料の平均粒径及び見掛け密度と添加量の適正化を図ることにより、溶接金属中のＡｌ酸化物の歩留りを抑制し、結果的に溶接金属中の酸素量を低減することで低温靭性が向上することを見出した。さらに、合金成分としてのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｂ、Ｔｉ並びにＮｂと、脱酸剤としてのＭｇと、酸化物としてのＴｉ酸化物、Ａｌ酸化物並びにＳｉ酸化物と、アーク安定剤としての金属弗化物とを適正量とすることによって、全姿勢溶接での溶接作業性を良好とし、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の低温靭性に優れた溶接金属が安定して得られることを見出した。

即ち、本発明を適用した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において、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜２．５％、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、Ｍｇ：０．１〜０．８％、Ｖ：０．０２１〜（０．０５５−０．０１×［Ｍｎ％］）％、Ｔｉ酸化物及び金属ＴｉのＴｉＯ₂換算値の合計：３．０〜８．０％、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計：０．１〜１．２％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．１〜１．０％、金属弗化物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．３０％を含有し、Ｐ：０．０２％以下、Ｎｂ：０．０１５％以下で、残部が鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分、アーク安定剤及び不可避不純物からなるものである。ちなみに［Ｍｎ％］はワイヤ全質量に対する質量％でのＭｎの含有量を示す。また本発明を適用したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、上述した組成の限定に加えて、Ａｌ酸化物の平均粒径を２０〜２００μm、見掛け密度を１．５〜２．５ｇ／ｍｍ³としている。

以下、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の成分と、その組成の限定理由とについて説明する。まず、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の基本的な成分から説明する。なお、各成分の組成は、ワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。

［Ｃ：０．０２〜０．０８％］
Ｃは、溶接時にアークの安定化に寄与する効果がある。しかし、Ｃの含有量が０．０２％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｃの含有量が０．０８％超では、Ｃが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の低温靱性の低下を招く。このため、Ｃの含有量は、０．０２〜０．０８％とする。

なお、Ｃは、鋼製外皮や、フラックス中の金属粉及び合金粉等から添加される。

［Ｓｉ：０．１〜１．０％］
Ｓｉは、溶接時に一部が溶接スラグとなることにより溶接ビードの外観や形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉの含有量が０．１％未満では、溶接ビードの外観や形状を良好にする効果が十分に得られない。また、Ｓｉの含有量が１．０％超では、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の低温靱性の低下を招く。このため、Ｓｉの含有量は、０．１〜１．０％とする。

なお、Ｓｉは、鋼製外皮や、フラックス中の金属Ｓｉの他、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−ＭｎのようなＳｉ合金形態等から添加される。

［Ｍｎ：１．０〜２．５％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接時に一部が溶接スラグとなることにより溶接ビードの外観や形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。また、Ｍｎは、溶接金属に歩留まることにより、溶接金属の強度と低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｎの含有量が１．０％未満では、これらの効果が十分に得られない。また、Ｍｎの含有量が２．５％超では、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が過剰になることにより、かえって溶接金属の低温靱性の低下を招く。このため、Ｍｎの含有量は、１．０〜２．５％とする。

なお、Ｍｎは、鋼製外皮や、フラックス中のＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−ＭｎのようなＭｎ合金形態等から添加される。

［Ｎｉ：０．１〜３．０％］
Ｎｉは、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。しかし、Ｎｉの含有量が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｎｉの含有量が３．０％超では、ＰＷＨＴ後の低温靭性の低下を招くうえ、溶接金属に高温割れが発生し易くなることにより外観、形状の良好な溶接ビードが得にくくなり、溶接作業性の低下を招いてしまう。このため、Ｎｉの含有量は、０．１〜３．０％とする。

なお、Ｎｉは、フラックス中の金属Ｎｉの他、Ｆｅ−ＮｉのようなＮｉ合金形態等から添加される。

［Ｂ：０．００２〜０．０１５％］
Ｂは、微量の添加により溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。しかし、Ｂの含有量が０．００２％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｂの含有量が０．０１５％超では、溶接金属が過度に硬化することにより低温靱性の低下を招くとともに、溶接金属に高温割れが発生し易くなることにより外観、形状の良好な溶接ビードが得にくくなり、溶接作業性の低下を招いてしまう。このため、Ｂの含有量は、０．００２〜０．０１５％とする。

なお、Ｂは、フラックス中の金属Ｂの他、Ｆｅ−Ｂ、Ｍｎ−ＢのようなＢ合金形態等から添加される。

［Ｍｇ：０．１〜０．８％］
Ｍｇは、強脱酸剤として作用することにより溶接金属中の酸素を低減し、溶接金属の低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｇの含有量が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｍｇの含有量０．８％超では、溶接時にアーク中で激しく酸素と反応してスパッタやヒュームの発生量が多くなることにより、溶接作業性の低下を招いてしまう。このため、Ｍｇの含有量は、０．１〜０．８％とする。

なお、Ｍｇは、フラックス中の金属Ｍｇの他、Ａｌ−ＭｇのようなＭｇ合金形態等から添加される。

［Ｖ：０．０２１〜（０．０５５−０．０１×［Ｍｎ％］）％］
Ｖは、その含有量を制限することにより、ＰＷＨＴ後の溶接金属の低温靭性向上を図ることが可能となるが、その含有量が低すぎると、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度がＡＷのものより低減してしまう。ここで、Ｖの含有量が０．０２１％以上であれば、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度がＡＷのものより低減するのを十分に抑制することが可能となる。また、ＰＷＨＴ後の溶接金属の低温靭性低下は、ＶとＭｎの複合添加によって助長されるため、Ｖの含有量がＭｎとの関係式（０．０５５−０．０１×［Ｍｎ％］）％から得られる値を超えないようにする必要がある。このため、Ｖの含有量は、０．０２１〜（０．０５５−０．０１×［Ｍｎ％］）％とする。但し、［Ｍｎ％］はワイヤ全質量に対する質量％でのＭｎの含有量を示す。

なお、Ｖは、フラックス中のルチール、チタンスラグ、イルメナイト等のＴｉ酸化物から主に添加されるが、その含有量を調整するためにＦｅ−ＶのようなＶ合金形態等から添加されていてもよい。

［Ｔｉ酸化物及び金属ＴｉのＴｉＯ₂換算値の合計：３．０〜８．０％］
Ｔｉ酸化物及び金属Ｔｉは、溶接時にアークの安定化に寄与するとともに、溶接時に溶接スラグとなることにより溶接ビードの形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する効果がある。また、Ｔｉ酸化物及び金属Ｔｉは、一部がＴｉ酸化物として溶接金属中に歩留まることにより、溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の低温靱性を向上させる効果もある。また、Ｔｉ酸化物及び金属Ｔｉは、立向上進溶接において、溶接スラグにＴｉ酸化物として含まれることによって溶融スラグの粘性や融点を調整し、溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、Ｔｉ酸化物及び金属Ｔｉにおけるスラグ形成剤の主成分であるＴｉＯ₂換算値の合計が３．０％未満では、これらの効果が十分に得られず、アークの不安定化、スパッタの増大による溶接ビードの外観、形状の劣化、溶接金属の低温靭性の劣化を招く。また、このＴｉＯ₂換算値の合計が３．０％未満では、立向上進溶接において溶融メタルが垂れ、溶接の継続が困難になる。一方、このＴｉＯ₂換算値の合計が８．０％超では、アークが安定してスパッタ発生量も少ないが、溶接金属にＴｉ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性の低下を招く。このため、Ｔｉ酸化物及び金属Ｔｉの含有量は、ＴｉＯ₂換算値の合計で３．０〜８．０％とする。

なお、Ｔｉ酸化物は、フラックス中のルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加される。また、金属Ｔｉは、鋼製外皮や、フラックス中の金属Ｔｉ、Ｆｅ−ＴｉのようなＴｉ合金等から添加される。

［Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計：０．１〜１．２％］
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌ酸化物中のＡｌ₂Ｏ₃換算値が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。また、このＡｌ₂Ｏ₃換算値が１．２％を超えると、溶接金属中にＡｌ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性の低下を招く。このため、Ａｌ酸化物の含有量は、Ａｌ₂Ｏ₃換算値で０．１〜１．２％とする。

［Ａｌ酸化物の平均粒径：２０μm〜２００μm、見掛け密度：１．５〜２．５g／cm³］
Ａｌ酸化物の平均粒径及び見掛け密度は、溶接金属中のＡｌ酸化物の歩留りを抑制し、結果的に溶接金属中の酸素量を低減することで低温靭性が向上する。Ａｌ酸化物の平均粒径が２０μm未満、又は見掛け密度が２．５ｇ／ｃｍ³を超えると、Ａｌ酸化物の浮力が小さいため、Ａｌ酸化物が溶融プールから浮上分離できず、溶着金属中に残留してしまう。Ａｌ酸化物の平均粒径が２００μmを超える、又は見掛け密度が１．５ｇ未満では、ワイヤ製造時のワイヤ伸線において断線が発生しやすくなる。また当該条件下では、アークが不安定でスパッタが多く発生し、さらに立向上進溶接における溶融メタル垂れが発生しやすくなる。このため、Ａｌ酸化物の平均粒径は２０μm〜２００μmであり、かつ見掛け密度は１．５〜２．５g／cm³とする。

なお、Ａｌ酸化物は、フラックス中のアルミナ等から添加される。平均粒径の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２５１０「金属粉―乾式ふるい分けによる粒度試験方法」により得られた、各粒度のふるい分級物の質量百分率を、粒度の小さいふるい分級物の質量百分率から積算して同質量百分率が５０％になったときの粒度とした。見掛け密度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２５０４「金属粉の見掛け密度測定法」に準拠して実施した。

［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．１〜１．０％］
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物中におけるこのスラグ被包性に寄与するＳｉＯ₂換算値の合計が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。また、ＳｉＯ₂換算値の合計が１．０％超では、溶融スラグの塩基度が低下することにより、溶接金属の酸素量が増加して低温靭性の低下を招く。このため、Ｓｉ酸化物の含有量は、ＳｉＯ₂換算値の合計で０．１〜１．０％とする。

なお、Ｓｉ酸化物は、フラックス中の珪砂、ジルコンサンド及び珪酸ソーダ等から添加される。

［金属弗化物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．３０％］
金属弗化物は、アークの指向性を高めて安定した溶融状態とする効果がある。しかし、金属弗化物のＦ換算値の合計が０．０１％未満では、この効果が十分に得られない。また、金属弗化物のＦ換算値の合計が０．３０％を超えて添加すると、アークが不安定になり、スパッタが多く発生する。さらに当該条件下では、立向上進溶接における溶融メタル垂れが発生しやすくなる。このため、金属弗化物のＦ換算値の合計は０．０１〜０．３０％とする。

なお、金属弗化物には、ＣａＦ₂、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆、ＡｌＦ₃等があり、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。

［Ｐ：０．０２％以下］
Ｐは、溶接金属の低温靱性を低下させる元素である。しかし、Ｐは、その含有量が０．０２％以下であれば、溶接金属の低温靭性について許容できる範囲となる。

［Ｎｂ：０．０１５％以下］
Ｎｂは、ＰＷＨＴにより溶接金属中にＮｂ炭化物やＮｂ窒化物を形成し、溶接金属の低温靱性を低下させる元素である。しかし、Ｎｂが０．０１５％を超えて添加すると、溶接金属の強度が高くなりすぎて却って低温靭性が低下してしまう。即ち、Ｎｂは、その含有量が０．０１５％以下であれば、溶接金属の低温靭性について許容できる範囲となるため、本発明では、Ｎｂの含有量をかかる範囲に限定している。

なお、Ｎｂは、フラックス中のルチール、チタンスラグ及びイルメナイト等のＴｉ酸化物から主に添加されるので、これらの酸化物から各種成分について本発明において規定した範囲内のものが得られるように厳選したものを用いる。

以上が、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の基本的な成分についての説明であるが、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では、以下に説明するように、必要に応じて、Ｚｒ酸化物及び金属Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｏを含有していてもよい。

即ち、本発明を適用したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、更にワイヤ全質量に対する質量％で、Ｚｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計：０．１〜０．８％、Ａｌ：０．０１〜０．６％の１種又は２種を含有するようにしてもよいし、またワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．０２〜０．３０％を含有するようにしてもよい。

［Ｚｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計：０．１〜０．８％］
Ｚｒ酸化物及び金属Ｚｒは、溶接時に溶接スラグにＺｒ酸化物として含まれることによって溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、Ｚｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。また、このＺｒＯ₂換算値の合計が０．８％超では、溶接スラグの剥離性の低下を招く。このため、Ｚｒ酸化物及び金属Ｚｒを含有させる場合、その含有量は、ＺｒＯ₂換算値の合計で０．１〜０．８％とする。

なお、Ｚｒ酸化物は、フラックス中のジルコンサンド及び酸化ジルコニウム等から添加される。また、金属Ｚｒは、鋼製外皮や、フラックス中の金属Ｚｒの他、Ｆｅ−ＺｒのようなＺｒ合金形態等から添加される。

［Ａｌ：０．０１〜０．６％］
Ａｌは、溶接時に溶接スラグにＡｌ酸化物として溶接スラグに含まれることなによって溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れ落ちるのを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌが０．０１％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ａｌが０．６％を超えると、Ａｌは、酸化物として過度に溶接金属に残留すると溶接金属の靭性が低下する。このため、Ａｌを含有させる場合、その含有量は０．０１〜０．６％とする。

なお、Ａｌは、鋼製外皮やフラックス中の金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−ＭｇのようなＡｌ合金等から添加される。

［Ｍｏ：０．０２〜０．３０％］
Ｍｏは、溶接金属の強度を高める効果がある。しかし、Ｍｏの含有量が０．０２％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｍｏの含有量が０．３０％超では、溶接金属の強度が高くなりすぎ、かえって溶接金属の低温靱性の低下を招く。このため、Ｍｏを含有させる場合、その含有量は、０．０２〜０．３０％とする。

なお、Ｍｏは、フラックス中の金属Ｍｏの他、Ｆｅ−ＭｏのようなＭｏ合金等から添加される。

ちなみに、上述した各成分の内、Ｚｒ酸化物及び金属Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｏについては、必ずしも上述した成分の範囲に含まなくとも、本発明の所期の効果を奏する。従って、Ｚｒ酸化物及び金属Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｏが上述した成分の範囲から逸脱したものであっても、本発明例として取り扱うものとする。

なお、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、鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継ぎ目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継ぎ目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用してもよい。但し、鋼製外皮に継ぎ目が無いワイヤは、ワイヤ中の水分量を低減することを目的に５００〜１０００℃での熱処理が可能であり、また製造後のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができるので、鋼製外皮に継ぎ目が無いワイヤを用いるのが好ましい。

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の残部は、鋼製外皮のＦｅ、成分調整のために添加する鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分、アーク安定剤及び不可避不純物である。アーク安定剤としては、アルカリ金属酸化物のＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ等が挙げられる。また、フラックス充填率は特に制限はしないが、生産性の観点から、ワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが好ましい。

次に、本発明を適用したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの実施例について詳細に説明する。

まず、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に記載のＳＰＣＣを鋼製外皮として使用して、表１に示す各種成分組成のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍとした。

なお、表１において、ワイヤの組成が本発明において規定した範囲外である成分については、下線を付すこととした。

表１に示すフラックス入りワイヤを用いて、板厚１２ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）をＴ字すみ肉溶接の試験体として、表２に示す溶接作業性評価の溶接条件で立向上進溶接による溶接作業性評価を行った。

また、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて、板厚２０ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ ３１２６ ＳＬＡ３２５Ａ）を試験体として、表２に示す溶着金属試験の溶接条件で溶着金属試験を行った。

立向上進溶接による溶接作業性の評価は、半自動ＭＡＧ溶接をしたときのアークの安定性、スパッタ発生状態、ヒューム発生状態、ビード形状、ビード外観及び溶融メタル垂れ状況について調査した。

溶着金属試験では、ＡＷの溶着金属と、ＰＷＨＴ後の溶着金属とを評価対象とした。ＰＷＨＴは、６２０℃、４時間の条件で行った。溶着金属試験では、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験、衝撃試験（ＪＩＳ Ｚ ３１１１）のためのサンプルを採取して各試験に供した。溶着金属試験での機械的性質の評価は、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の溶着金属について、−６０℃における吸収エネルギー（ｖＥ−６０）が５０Ｊ以上、ＡＷの引張強さ（以下、ＴＳＡという。）とＰＷＨＴ後の引張強さ（以下、ＴＳＰという。）がいずれも５００ＭＰａ以上、更にＴＳＡとＴＳＰの差（ΔＴＳ＝ＴＳＡ−ＴＳＰ：以下、ΔＴＳという。）が−３０〜３０ＭＰａのものを合格とした。これらの結果を表３にまとめて示す。

表３において、機械的性質が上述した範囲外であるものについては、下線を付すこととした。

表１及び表３のワイヤ記号１〜１６は本発明例、ワイヤ記号１７〜３３は比較例である。本発明例であるワイヤ記号１〜１６は、各成分の組成が本発明において規定した範囲内であるので、溶接作業性が良好であるとともに、ＴＳＡ、ＴＳＰ、ΔＴＳ、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーも良好な値が得られるなど極めて満足な結果であった。なお、本発明において規定した範囲よりＺｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値及びＡｌの１種又は２種が少ないワイヤ記号２、４、７、８、１１及び１３は、立向上進溶接において若干メタル垂れが生じた。ちなみに、表１において、ワイヤ成分のうち、Ｚｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値及びＡｌについては、必ずしも上述した成分の範囲に含まなくても、若干メタル垂れが生じるのみで本発明の所期の効果を奏する。従って、ＺｒＯ₂換算値及びＡｌが上述した成分の範囲から逸脱するものであっても、本発明例に含めている。

比較例中、ワイヤ記号１７は、本発明において規定した範囲よりＣが少ないので、アークが不安定であった。また、本発明において規定した範囲よりＡｌが多いので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号１８は、本発明において規定した範囲よりＣが多いので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＭｇが多いので、スパッタ及びヒュームの発生量が多かった。

ワイヤ記号１９は、本発明において規定した範囲よりＳｉが少ないので、溶接ビードの外観及び形状が不良であった。また、本発明において規定した範囲よりＡｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計が多いので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号２０は、本発明において規定した範囲よりＳｉが多いので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＺｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計及びＡｌの１種又は２種が少ないので、若干メタルに垂れが生じた。

ワイヤ記号２１は、本発明において規定した範囲よりＭｎが少ないので、溶接ビードの外観及び形状が不良であるとともに、ＴＳＡ及びＴＳＰが低いうえ、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーも低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＡｌ酸化物の平均粒径が大きいので、ワイヤ製造時に断線が多発し、溶接時にはアークが不安定でスッパタが多く発生し、メタル垂れも生じた。

ワイヤ記号２２は、本発明において規定した範囲よりＭｎが多いので、ＴＳＡ及びＴＳＰが高くなり、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＺｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計及びＡｌの１種又は２種が少ないので、若干メタル垂れが生じた。

ワイヤ記号２３は、本発明において規定した範囲よりＮｉが少ないので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＺｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計及びＡｌの１種又は２種が少ないので、若干メタル垂れが生じた。

ワイヤ記号２４は、本発明において規定した範囲よりＮｉ、Ｂが多いので、クレータに割れが生じたうえ、ＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＺｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。

ワイヤ記号２５は、本発明において規定した範囲よりＢが少ないので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＡｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計が少ないので、メタル垂れが生じた。

ワイヤ記号２６は、本発明において規定した範囲よりＢが多いので、クレータに割れが生じたうえ、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が少ないので、スラグ被包性が不良であった。

ワイヤ記号２７は、本発明において規定した範囲よりＭｇが少ないので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲より金属弗化物のＦ換算値の合計が少ないので、アークが不安定であった。

ワイヤ記号２８は、本発明において規定した範囲よりＶが少ないので、ＴＳＡよりＴＳＰが低くなり過ぎ、ΔＴＳが高値となった。また、本発明において規定した範囲よりＳｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計が多いので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。さらに、本発明において規定した範囲よりＡｌ酸化物の見掛け密度が低いので、ワイヤ製造時に断線が多発し、溶接時のアークが不安定で、スッパタが多く発生し、メタル垂れも生じた。

ワイヤ記号２９は、本発明において規定した範囲よりＶの量がＭｎとの関係式（０．０７−０．０２×［Ｍｎ％］）を超えているので、ＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＺｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計及びＡｌの１種または２種が少ないので、若干メタル垂れが生じた。

ワイヤ記号３０は、本発明において規定した範囲よりＴｉ酸化物及び金属ＴｉのＴｉＯ₂換算値の合計が少ないので、アークが不安定であるとともに、スパッタが多く溶接ビードも形状不良で、更にはメタル垂れも生じた。また、本発明において規定した範囲よりＮｂが多いので、ＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号３１は、本発明において規定した範囲よりＡｌ酸化物の平均粒径が小さいので、Ａｌ酸化物の溶融プールからの浮上分離が不十分であり、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、金属弗化物のＦ換算値の合計が多いので、アークが不安定でスパッタが多く発生し、メタル垂れも生じた。

ワイヤ記号３２は、本発明において規定した範囲よりＴｉ酸化物及び金属ＴｉのＴｉＯ₂換算値の合計が多いので、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＺｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計及びＡｌの１種または２種が少ないので、若干メタル垂れが生じた。

ワイヤ記号３３は、本発明において規定した範囲よりＡｌ酸化物見掛け密度が高いので、Ａｌ酸化物の溶融プールからの浮上分離が不十分であり、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。また、本発明において規定した範囲よりＺｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計及びＡｌの１種または２種が少ないので、若干メタル垂れが生じた。

次に、本発明の効果を実施例２により具体的に説明する。実施例２においては、実施例１と異なる条件についてのみ説明する。実施例２では、表４に示す各種成分組成のフラックス入りワイヤを試作した。

表４に示すフラックス入りワイヤを用いて、実施例１と同じ条件での立向上進溶接による溶接作業性評価と、溶着金属試験とを行った。

溶着金属試験での機械的性質の評価は、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の溶着金属について、−６０℃における吸収エネルギーが５０Ｊ以上、ＴＳＡとＴＳＰがいずれも５７０ＭＰａ以上、ΔＴＳが−３０〜３０ＭＰａのものを合格とした。これらの結果を表５にまとめて示す。

なお、表４において、ワイヤの組成が本発明において規定した範囲外である成分については、下線を付すこととした。また、表５において、機械的性質が上述した範囲外であるものについては、下線を付すこととした。

表４及び表５のワイヤ記号３４〜３６は本発明例、ワイヤ記号３７及び３８は比較例である。ちなみに、表４において、ワイヤ成分のうち、Ｚｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計、Ａｌについては必ずしも上述した成分の範囲に含まなくとも、本発明の所期の効果を奏する。従って、Ｚｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計、Ａｌが上述した成分の範囲から逸脱するものであっても、本発明例に含めている。本発明例であるワイヤ記号３４〜３６は、各成分の組成が本発明において規定した範囲内であるので、溶接作業性が良好で、ＴＳＡ、ＴＳＰ、ΔＴＳ、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーも良好な値が得られるなど極めて満足な結果であった。

ワイヤ記号３７は、本発明において規定した範囲よりＭｏが少ないので、ＴＳＡ及びＴＳＰが低値であった。

ワイヤ記号３８は、本発明において規定した範囲よりＭｏが多いので、ＴＳＡ及びＴＳＰが高くなり、ＡＷ及びＰＷＨＴ後の吸収エネルギーが低値であった。

Claims (3)

1. 鋼製外皮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において、
   ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｃ：０．０２〜０．０８％、
   Ｓｉ：０．１〜１．０％、
   Ｍｎ：１．０〜２．５％、
   Ｎｉ：０．１〜３．０％、
   Ｂ：０．００２〜０．０１５％、
   Ｍｇ：０．１〜０．８％、
   Ｖ：０．０２１〜（０．０５５−０．０１×［Ｍｎ％］）％、
   Ｔｉ酸化物及び金属ＴｉのＴｉＯ₂換算値の合計：３．０〜８．０％、
   Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値の合計：０．１〜１．２％、
   Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値の合計：０．１〜１．０％、
   金属弗化物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．３０％を含有し、
   Ｐ：０．０２％以下、
   Ｎｂ：０．０１５％以下で、
   残部が鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分、アーク安定剤及び不可避不純物からなり、前記Ａｌ酸化物は、平均粒径：２０〜２００μm、見掛け密度：１．５〜２．５ｇ／ｍｍ³であ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。
   但し、［Ｍｎ％］はワイヤ全質量に対する質量％でのＭｎの含有量を示す。
2. ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｚｒ酸化物及び金属ＺｒのＺｒＯ₂換算値の合計：０．１〜０．８％、Ａｌ：０．０１〜０．６％の１種又は２種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。
3. ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．０２〜０．３０％を含有することを特徴とする請求項１又は請求項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。