JP2017001053A - 低水素系被覆アーク溶接棒 - Google Patents

Abstract

【課題】耐力が６９０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において、溶接金属の耐割れ性、強度及び靭性に優れ、全姿勢溶接における良好な溶接作業性を有し、被覆剤の耐吸湿性及び固着性に優れた低水素系被覆アーク溶接棒を提供する。
【解決手段】
鋼心線に被覆剤が塗布されている低水素系被覆アーク溶接棒において、被覆剤において、金属炭酸塩のＣＯ_２換算値、金属フッ化物のＦ換算値、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌｉ化合物のＬｉ換算値、Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計についての溶接棒全質量あたりの含有量を規定し、被覆アーク溶接棒全体において、ＭｏとＣｒとの合計、Ｃ、ＳｉとＳｉＯ_２との合計のＳｉ換算値、Ｍｎ、Ｎｉについての溶接棒全質量あたりの含有量を規定することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は低水素系被覆アーク溶接棒に関する。

高張力鋼用の低水素系被覆アーク溶接棒（以下、適宜、被覆アーク溶接棒あるいは、単に溶接棒という）に関しては、これまでも種々の開発が行われている。その一例として、特許文献１には、引張強度９５０ＭＰａ級の高張力鋼に用いる低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。この被覆アーク溶接棒は、金属炭酸塩、金属フッ化物、Ｍｇ等の含有量、焼成温度等を規定することにより、溶接金属中の酸素量低減による低温靭性の向上、及び低水素化による耐割れ性の向上を可能としている。また、特許文献１に記載のアーク溶接棒は、溶接金属中の拡散性水素量を５ｍｌ／１００ｇ以下を確保できる金属炭酸塩及び金属フッ化物の適正量を規定している。

また、特許文献２には、引張強度が８８０ＭＰａ以上の高張力鋼に用いる低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。この被覆アーク溶接棒は、金属炭酸塩及び金属フッ化物等の最適成分範囲を規定し、更に粒界エネルギー低減による粒界での割れ発生及び割れ伝播の抑制を目的として適量のＢを添加している。これにより、良好な耐割れ性を確保している。

また、特許文献３の低水素系被覆アーク溶接棒は、金属炭酸塩、金属酸化物、金属フッ化物の適正量を規定して、拡散性水素量を３ｍｌ／１００ｇ以下を確保しつつ、全姿勢溶接での良好な溶接作業性を実現している。

特開平９−３２７７９３号公報 特開平１１−１２３５８９号公報 特開２０１０−１１０８１７号公報

特許文献１に記載の被覆アーク溶接棒では、溶接金属中の拡散性水素量を５ｍｌ／１００ｇ以下としている。しかしながら、極厚板を考慮した溶接施工での耐割れ性に関しては、溶接金属中の拡散性水素量について更に厳しい基準とすることが望ましい。
特許文献２に記載の被覆アーク溶接棒では、溶接金属中の拡散性水素量は３〜５ｍｌ／１００ｇである。しかしながら、引張強度レベル７８０ＭＰａ以上（耐力レベル６９０ＭＰａ級以上）の高張力鋼における耐割れ性に関しては、溶接金属中の拡散性水素量について更に厳しい基準とすることが望ましい。また、特許文献２では、−６０℃程度の低温域での靭性については何ら意識されていない。
特許文献３に記載の被覆アーク溶接棒では、溶接金属の耐割れ性を向上させているものの、耐割れ性をさらに向上させるために、被覆剤の耐吸湿性を向上させることが望ましい。さらに、生産性の観点から被覆剤の固着性についても考慮することが望ましい。

また、被覆アーク溶接棒においては、溶接金属の耐割れ性、強度及び靭性の向上や、被覆剤の耐吸湿性及び固着性の向上に加え、良好な溶接作業性を達成できることが望まれている。なお、本願での溶接作業性とは、アーク安定性、スラグ剥離性、ビード形状の良劣をいう。

そこで、本発明の課題は、耐力が６９０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において、溶接金属の耐割れ性、強度及び靭性に優れ、全姿勢溶接における良好な溶接作業性を有し、被覆剤の耐吸湿性及び固着性に優れた低水素系被覆アーク溶接棒を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本発明では、次の技術手段を講じている。
本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、鋼心線に被覆剤が塗布されている低水素系被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤は、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたり、金属炭酸塩のＣＯ_２換算値：３．０〜７．５質量％、金属フッ化物のＦ換算値：０．９〜３．０質量％、ＴｉＯ_２≦０．３０質量％、ＺｒＯ_２：０．４〜１．８質量％、Ａｌ_２Ｏ_３≦０．１５質量％、Ｌｉ化合物のＬｉ換算値：０．０１〜０．１２質量％、Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計：０．３０〜０．９０質量％を含有し、前記低水素系被覆アーク溶接棒は、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたり、ＭｏとＣｒとの合計：０．０６〜１．２０質量％、Ｃ≦０．０６質量％、ＳｉとＳｉＯ_２との合計のＳｉ換算値：１．５〜３．０質量％、Ｍｎ：０．９〜２．７質量％、Ｎｉ：１．２〜３．０質量％、を含有することを特徴とする。

かかる構成によれば、低水素系被覆アーク溶接棒は、被覆剤において、金属炭酸塩のＣＯ_２換算値、金属フッ化物のＦ換算値、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌｉ化合物のＬｉ換算値、Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計についての低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたりの含有量を規定することで、耐割れ性、強度及び靭性に優れた溶接金属が得られる。さらに、溶接作業性が向上し、また、被覆剤の耐吸湿性及び固着性が向上する。
また、低水素系被覆アーク溶接棒は、ＭｏとＣｒとの合計、Ｃ、ＳｉとＳｉＯ_２との合計のＳｉ換算値、Ｍｎ、Ｎｉについての低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたりの含有量を規定することで、耐割れ性、強度及び靭性に優れた接金属が得られる。また、被覆剤の塗装性が向上し、また溶接金属のビード形状が良好となる。さらに、ブローホールの発生が抑制される。

また、本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、前記被覆剤が、低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたり、Ｆｅを１．２質量％以上含有することが好ましい。
かかる構成によれば、溶着速度がより向上する。

また、本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、前記金属炭酸塩が、粒径７５μｍ以下のものが前記金属炭酸塩全質量あたり５０〜８０質量％であることが好ましい。
かかる構成によれば、拡散性水素量を低減しやすく、また、アーク安定性がより向上する。

また、本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、下記式（１）の値が５〜５０であることが好ましい。
（１．２２×［Ｎａ］＋１．４９×［Ｋ］）／［Ｌｉ］・・・・（１）
ここで、［Ｎａ］、［Ｋ］、［Ｌｉ］は、それぞれ、前記被覆剤中における、Ｎａ化合物のＮａ換算値（質量％）、Ｋ化合物のＫ換算値（質量％）、Ｌｉ化合物のＬｉ換算値（質量％）である。
かかる構成によれば、被覆剤の塗装性及び耐吸湿性がより向上する。

本発明の低水素系被覆アーク溶接棒は、耐力が６９０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において、耐割れ性、強度及び靭性に優れる溶接金属を得ることができる。また、耐力が６９０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において、全姿勢溶接における溶接作業性が向上する。さらに、被覆剤の耐吸湿性及び固着性に優れる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の低水素系被覆アーク溶接棒は、鋼心線に被覆剤が塗布されているものである。そして、被覆剤は、低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたり、金属炭酸塩、金属フッ化物、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌｉ化合物を所定量含有し、Ｎａ化合物及びＫ化合物を合計量として所定量含有する。
また、低水素系被覆アーク溶接棒は、低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたり、Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉを所定量含有し、Ｍｏ及びＣｒを合計量として所定量含有し、Ｓｉ及びＳｉＯ_２を合計量として所定量含有する。
なお、金属炭酸塩はＣＯ_２換算値、金属フッ化物はＦ換算値、Ｌｉ化合物はＬｉ換算値、Ｎａ化合物とＫ化合物との合計は、Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計としたものである。また、ＳｉとＳｉＯ_２との合計は、Ｓｉ換算値としたものである。
以下、低水素系被覆アーク溶接棒の成分限定理由について説明する。

＜被覆剤＞
被覆剤はフラックス成分として鋼心線の周囲に被覆するものである。
以下、被覆剤中における、金属炭酸塩のＣＯ_２換算値、金属フッ化物のＦ換算値、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌｉ化合物のＬｉ換算値、Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計についての被覆アーク溶接棒全質量あたりの含有量について説明する。

［金属炭酸塩のＣＯ_２換算値：３．０〜７．５質量％］
金属炭酸塩の含有量がＣＯ_２換算値で３．０質量％未満では、ガス発生量が不足し、良好なシールド性が保てない。そのため、溶接金属中の水素量及び窒素量が増加し、溶接金属の靭性や耐割れ性が劣化する。一方、金属炭酸塩の含有量がＣＯ_２換算値で７．５質量％を超えると、アークが不安定となり、スパッタ発生量が増加する。
したがって、被覆剤中の金属炭酸塩の含有量は、ＣＯ_２換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり３．０〜７．５質量％とする。金属炭酸塩の含有量は、溶接金属の靭性や耐割れ性をより向上させる観点から、ＣＯ_２量換算値で、好ましくは３．５質量％以上、より好ましくは４．０質量％以上とする。また、アーク安定性をより向上させる観点から、好ましくは７．０質量％以下、より好ましくは６．５質量％以下とする。

［金属フッ化物のＦ換算値：０．９〜３．０質量％］
金属フッ化物の含有量がＦ換算値で０．９質量％未満では、溶融スラグの粘性が不足し、ビード形状が劣化する。一方、金属フッ化物の含有量がＦ換算値で３．０質量％を超えると、アークが不安定となる。
したがって、被覆剤中の金属フッ化物の含有量は、Ｆ換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．９〜３．０質量％とする。金属フッ化物の含有量は、ビード形状をより良好なものする観点から、Ｆ換算値で、好ましくは１．５質量％以上とする。また、アーク安定性をより向上させる観点から、好ましくは２．７量％以下とする。

［ＴｉＯ_２≦０．３０質量％］
ＴｉＯ_２は、溶接金属中の酸素量、固溶Ｔｉ量を増加させる。また、ＴｉＯ_２の含有により多層溶接の再熱部ではＴｉＣが析出するため、アシキュラー核生成能が低下する。これらにより、粗大なラス状ベイナイトが生成し、溶接金属の靭性が低下する。したがってＴｉＯ_２は抑制すべきである。ただし、ＴｉＯ_２は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．３０質量％までの含有は許容される。
したがって、被覆剤中のＴｉＯ_２の含有量は、０．３０質量％以下とする。ＴｉＯ_２の含有量は、溶接金属の靭性をより向上させる観点から、好ましくは０．２０質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下である。
なお、ＴｉＯ_２は０質量％が好ましいが、０質量％とすることは困難なため、０．００２質量％を下限とすればよい。

［ＺｒＯ_２：０．４〜１．８質量％］
ＺｒＯ_２は、適量添加することでビード形状及びビード外観を良好にすることができる。ＺｒＯ_２の含有量が０．４質量％未満では、造滓剤としての効果が不足し、ビード形状が劣化する。一方、ＺｒＯ_２の含有量が１．８質量％を超えると、スラグがガラス状になり、スラグ剥離性が劣化する。
したがって、ＺｒＯ_２の含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．４〜１．８質量％とする。ＺｒＯ_２の含有量は、ビード形状をより良好なものとする観点から、好ましくは０．６質量％以上とする。また、スラグ剥離性をより向上させる観点から、好ましくは１．５量％以下とする。

［Ａｌ_２Ｏ_３≦０．１５質量％］
被覆剤中には、造滓剤として通常Ａｌ_２Ｏ_３が添加されている。しかし本発明においては、被覆アーク溶接棒中のＳｉＯ_２を従来よりも増加させ、Ａｌ_２Ｏ_３は故意に添加せずに０．１５質量％以下とすることが、スラグ剥離性を改善するのに効果的であることを見出した。
したがって、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．１５質量％以下とする。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、スラグ剥離性をより向上させる観点から、好ましくは０．１０量％以下、より好ましくは０．０５質量％以下とする。
なお、Ａｌ_２Ｏ_３は０質量％が好ましいが、０質量％とすることは困難なため、０．００２質量％を下限とすればよい。

［Ｌｉ化合物のＬｉ換算値：０．０１〜０．１２質量％］
Ｌｉは被覆剤の耐吸湿性を向上させる目的で通常水ガラス中に添加される。Ｌｉ化合物の含有量がＬｉ換算値で０．０１質量％未満では、被覆剤の耐吸湿性を向上させる効果が得られない。一方、Ｌｉ化合物の含有量がＬｉ換算値で０．１２質量％を超えると、耐吸湿性においては優れるが、水ガラスの粘性が小さくなり被覆剤の被覆工程における潤滑剤としての性能が低下する。これにより、被覆作業が困難になると共に、固着強度が低下するため、被覆後における被覆剤の脱落及び乾燥時における乾燥割れが生じやすくなる。
したがって、被覆剤中のＬｉ化合物量の含有量は、Ｌｉ換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．０１〜０．１２質量％とする。Ｌｉ化合物の含有量は、被覆剤の耐吸湿性をより向上させる観点から、好ましくは０．０２質量％以上、より好ましくは０．０５質量％以上とする。また、被覆作業をより向上させると共に、被覆後における被覆剤の脱落及び乾燥時における乾燥割れの発生をより抑制する観点から、好ましくは０．１０量％以下、より好ましくは０．０８質量％以下とする。

［Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計：０．３０〜０．９０質量％］
Ｎａ及びＫは、被覆剤の固着性及びアーク安定性確保のために添加される。Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計が０．３０質量％未満では、アークが不安定になると共に、被覆剤の固着強度が低下するため、被覆後における被覆剤の脱落及び乾燥時における乾燥割れが生じやすくなる。一方、Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計が０．９０質量％を超えると、被覆剤の耐吸湿性が劣化する。
したがって、被覆剤中のＮａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．３０〜０．９０質量％とする。Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計は、アーク安定性をより向上させると共に、被覆後における被覆剤の脱落及び乾燥時における乾燥割れの発生をより抑制する観点から、好ましくは０．４０質量％以上、より好ましくは０．５０質量％以上とする。また、被覆剤の耐吸湿性をより向上させる観点から、好ましくは０．８０量％以下、より好ましくは０．７０質量％以下とする。

［残部］
被覆剤は、前記した各成分並びに鉄及び不可避的不純物からなることが好ましい。
被覆剤の残部の主成分は、各種Ｆｅ合金（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｍｏ等）及び鉄粉から由来するＦｅである。また、不可避的不純物としては、例えば、Ｐ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｎ等が挙げられる。また、残部には、ＣａＣＯ、ＢａＣＯ等も含まれる。

被覆剤は、被覆アーク溶接棒全質量あたりのＦｅの含有量を規定してもよい。
［Ｆｅ：１．２質量％以上］
前記のとおり、被覆剤の残部の主成分は、各種Ｆｅ合金（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｍｏ等）及び鉄粉から由来するＦｅである。Ｆｅ含有量が増加すると、溶着速度が向上し、溶接作業能率の改善を図ることが可能である。本発明では、Ｆｅ含有量が１．２質量％以上であれば、溶着速度が向上し、溶接作業能率が向上する。
したがって、被覆剤中のＦｅ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり１．２質量％以上とすることが好ましい。なお、上限については特に規定されるものではないが、例えば、１０．０質量％以下とすればよい。

＜低水素系被覆アーク溶接棒＞
次に、被覆アーク溶接棒全体中、すなわち、鋼心線と被覆剤とを合わせた溶接棒全体中における、ＭｏとＣｒとの合計、Ｃ、ＳｉとＳｉＯ_２との合計のＳｉ換算値、Ｍｎ、Ｎｉについての被覆アーク溶接棒全質量あたりの含有量について説明する。

［ＭｏとＣｒとの合計：０．０６〜１．２０質量％］
被覆アーク溶接棒は、Ｃｒ及びＭｏを適量添加することで安定的に溶接金属の強度を確保することができる。Ｃｒ及びＭｏは、Ｃｒ又はＭｏの単独添加、Ｃｒ及びＭｏの複合添加のいずれでもよいが、Ｍｏ含有量とＣｒ含有量との合計が、０．０６質量％未満では、溶接金属の十分な強度を確保することができない。一方、Ｍｏ含有量とＣｒ含有量との合計が１．２０質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰に増加すると共に靭性が劣化し、また低温割れの原因にもなる。
したがって、被覆アーク溶接棒全体中のＭｏ含有量とＣｒ含有量との合計は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．０６〜１．２０質量％とする。Ｍｏ含有量とＣｒ含有量との合計は、溶接金属の強度をより適度に向上させる観点から、好ましくは０．２０質量％以上、より好ましくは０．４０質量％以上である。また、溶接金属の強度の過剰な増加をより抑制すると共に靭性をより向上させる観点から、また、低温割れを抑制する観点から、好ましくは１．０質量％以下、より好ましくは０．８０質量％以下である。

［Ｃ：≦０．０６質量％］
Ｃは溶接金属の強度確保において有効な成分である。しかしながら、耐力が６９０ＭＰａ以上の溶接金属においては、Ｃの添加により強度が過剰になり、また島状マルテンサイトの生成により靱性が劣化する。
したがって、被覆アーク溶接棒全体中のＣ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．０６質量％以下に規制する。Ｃ含有量は、溶接金属の強度の過剰な増加及び靭性の劣化をより抑制する観点から、好ましくは０．０４質量％以下、より好ましくは０．０２質量％以下である。

［ＳｉとＳｉＯ_２との合計のＳｉ換算値：１．５〜３．０質量％］
Ｓｉは脱酸剤であり、溶接金属の強度の確保及び酸素量の低減の効果を有する元素である。また被覆剤中には、造滓剤又は粘結剤として、ＳｉＯ_２を添加する必要がある。Ｓｉ含有量とＳｉＯ_２含有量との合計がＳｉ換算値で１．５質量％未満では、粘結剤や脱酸剤としての効果を得られず、生産時における被覆剤の塗装性が劣化したり、脱酸不足によって溶接金属の靱性が劣化したりする。一方、Ｓｉ含有量とＳｉＯ_２含有量との合計がＳｉ換算値で３．０質量％を超えると、スラグがガラス状になってスラグ剥離性が劣化すると共に、溶融金属の粘性が高くなり、母材へのなじみが悪くなってビード形状が劣化する。
したがって、被覆アーク溶接棒全体中のＳｉ含有量とＳｉＯ_２含有量との合計は、Ｓｉ換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり１．５〜３．０質量％とする。Ｓｉ含有量とＳｉＯ_２含有量との合計は、被覆剤の塗装性をより向上させたり、溶接金属の靱性をより向上させたりする観点から、好ましくは１．８質量％以上、より好ましくは２．０質量％以上である。また、スラグ剥離性をより向上させると共にビード形状をより良好にする観点から、好ましくは２．７質量％以下、より好ましくは２．６質量％以下である。
なお、Ｓｉ及びＳｉＯ_２はそれぞれ必須の元素であるが、これらの個別の含有量は特に規定されるものではなく、上記のとおり、ＳｉとＳｉＯ_２との合計のＳｉ換算値が規定を満たせばよい。ただし、溶接金属の強度向上及び靱性向上の観点から、Ｓｉは０．３〜１．５質量％であることが好ましい。また、造滓剤又は粘結剤として塗装性向上及びビード形状を良好にする観点から、ＳｉＯ_２のＳｉ換算値は０．７〜１．５質量％であることが好ましい。

［Ｍｎ：０．９〜２．７質量％］
Ｍｎは、Ｓｉと同じく、脱酸剤として添加する他、溶接金属の靭性の向上に有効な元素である。Ｍｎ含有量が０．９質量％未満では、脱酸不足となり、ブローホールが発生する。一方、Ｍｎ含有量が２．７質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰に増加し、低温割れ感受性が高まる。
したがって、被覆アーク溶接棒全体中のＭｎ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．９〜２．７質量％とする。Ｍｎ含有量は、ブローホールの発生をより抑制する観点から、好ましくは１．０質量％以上である。また、低温割れ感受性をより低減させる観点から、好ましくは２．５質量％以下である。

［Ｎｉ：１．２〜３．０質量％］
Ｎｉは溶接金属の強度及び靭性の確保には極めて重要な成分である。しかしながら、Ｎｉ含有量が１．２質量％未満では、十分な靭性改善効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が３．０質量％を超えると、高温割れが発生する可能性が高まる。
したがって、被覆アーク溶接棒全体中のＮｉ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり１．２〜３．０質量％とする。Ｎｉ含有量は、靭性より向上させる観点から、好ましくは１．５質量％以上である。また、高温割れが発生する可能性をより低減させる観点から、好ましくは２．５質量％以下である。

［残部］
被覆アーク溶接棒は、前記した各成分並びに、鋼心線及び被覆剤において換算値で除外された成分、鉄、及び不可避的不純物からなることが好ましい。
被覆アーク溶接棒の全体としての残部は、鋼心線及び被覆剤において換算値で除外された成分、鋼心線及び被覆剤の不可避的不純物、鋼心線のＦｅである。

［金属炭酸塩のうち、粒径７５μｍ以下の金属炭酸塩：５０〜８０質量％］
また、低水素系被覆アーク溶接棒において、被覆剤中の金属炭酸塩は、粒径７５μｍ以下のものが金属炭酸塩全質量あたり、５０〜８０質量％とすることが好ましい。

金属炭酸塩の粒度は拡散性水素量及びアーク安定性に影響する。粒径７５μｍ以下の金属炭酸塩の含有量が５０質量％以上であれば、拡散性水素量が低減する。一方、粒径７５μｍ以下の金属炭酸塩の含有量が８０質量％以下であれば、アーク安定性をより良好に保つことが出来る。
したがって、金属炭酸塩のうち、粒径７５μｍ以下の金属炭酸塩の含有量は、金属炭酸塩全質量あたり５０〜８０質量％とすることが好ましい。粒径７５μｍ以下の金属炭酸塩の含有量は、拡散性水素量をより低減させる観点から、より好ましくは５５質量％以上である。また、アーク安定性をより良好に保つ観点から、より好ましくは７０質量％以下である。

粒径７５μｍ以下の金属炭酸塩の測定は、ふるい振とう機を用いて行うことができる。具体的には以下のとおりである。
株式会社セイシン企業製 ＲＰＳ−１０５を使用して、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１：２００６に準じたふるいを用いて、粒径が７５μｍ以下の金属炭酸塩を分離する。その際、篩い分けの条件は、音波周波数を８０Ｈｚ、パルス間隔を１秒、分級時間を２分とする。

粒径７５μｍ以下の金属炭酸塩の含有量は、粒度分布の異なる原料を用い、それらの配合率を変えることにより、５０〜８０質量％に制御する。

また、被覆アーク溶接棒は、下記式（１）の値が５〜５０であることが好ましい。
（１．２２×［Ｎａ］＋１．４９×［Ｋ］）／［Ｌｉ］・・・・（１）
ここで、［Ｎａ］、［Ｋ］、［Ｌｉ］は、それぞれ、被覆剤中における、Ｎａ化合物のＮａ換算値（質量％）、Ｋ化合物のＫ換算値（質量％）、Ｌｉ化合物のＬｉ換算値（質量％）である。

［式（１）の値：５〜５０］
被覆剤の固着強度と耐吸湿性におけるアルカリ成分の影響度は、それぞれの元素の原子半径と相関があると考えられる。Ｌｉの原子半径を１とした場合、Ｎａの原子半径は１．２２、Ｋの原子半径は１．４９と表され、ＮａとＫを分子、Ｌｉを分母に配置した前記式（１）のパラメータで被覆剤の固着強度と耐吸湿性を同時に評価することができる。

式（１）の値が５以上であれば、被覆剤の塗装性が向上する。一方、式（１）の値が５０以下でれば、被覆剤の吸湿性が向上する。したがって、式（１）の値は、５〜５０とすることが好ましい。式（１）の値は、塗装性をより向上させる観点から、より好ましくは２０以上である。また、吸湿性をより向上させる観点から、より好ましくは３０以下である。
なお、式（１）は、実験結果から統計的に求めたものである。

［被覆率］
被覆アーク溶接棒の被覆剤の被覆率は特に規定されるものではないが、２２〜４５質量％とすることが好ましい。被覆率は「被覆剤の質量／溶接棒全質量×１００」により算出される。被覆剤の被覆率が２２質量％以上であれば、溶融プールのシールド不足となりにくく、溶接金属中のＮ量及び拡散性水素量が低下しやすくなる。そのため、溶接金属の靭性及び耐割れ性が向上しやすい。一方、被覆率が４５質量％以下であれば、アークがより安定しやすくなる。なお、ここでの被覆率は、焼成後の棒全体における被覆剤の割合である。

＜低水素系被覆アーク溶接棒の製造方法＞
本発明の被覆アーク溶接棒は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、前記した被覆剤を珪酸ソーダ、珪酸カリで代表される水ガラスなどの粘結剤により、前記した鋼心線の周囲に被覆率が２２〜４５質量％となるように通常の溶接棒塗装機により被覆塗装する。その後、水分を除去するため、４７０〜５４０℃で焼成する。
なお、前記した被覆剤の成分は、被覆塗装した後の焼成後（溶接棒製品）の値である。また、被覆率は、焼成後の棒全体における被覆剤の割合である。

以下、本発明の範囲に入る実施例について、その効果を本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
径４．０ｍｍの鋼心線の周囲に、被覆剤の被覆率が被覆アーク溶接棒全質量あたり２２〜４５質量％の範囲となるように、通常の溶接棒塗装機により被覆塗装した。その後、水分を除去するため、４７０〜５４０℃で焼成した。このようにして、表１、２に示す化学成分からなる各被覆アーク溶接棒を試作した。なお、被覆剤の成分は、被覆塗装した後の焼成後（溶接棒製品）の値である。また、被覆率は、焼成後の棒全体における被覆剤の割合である。
この各被覆アーク溶接棒を使用して溶接を行い、溶接作業性を評価すると共に、得られた溶接金属の機械的性能、拡散水素量を評価した。また、被覆剤の耐吸湿性及び固着性を評価した。なお、機械性能、耐吸湿性、拡散性水素量の試験における再乾燥は、それぞれの試験前に行ったものであり、重複して行ったものではない。

表中、本発明の範囲を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。また、表２において、「ｔｒ．」は検出不能なほどの微量であることを示す。また、表２において、成分の残部は、鋼心線及び被覆剤において換算値で除外された成分、鋼心線及び被覆剤の不可避的不純物、鋼心線のＦｅである。

各試験項目の評価基準は以下のとおりである。
＜機械的性能＞
ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に準拠した方法で、溶接金属の機械的性能を評価した。溶接用鋼板（母材）には、ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２００８ ＳＭ４９０Ａ（板厚２０ｍｍ）を用いた。開先形状は２０°Ｖ開先、ルート間隔は１６ｍｍとした。溶接姿勢は下向、極性はＤＣＥＰ（直流棒プラス）とし、溶接電流は１５０〜１６０Ａ、アーク電圧は２２〜２３Ｖ、溶接入熱は２．０〜２．１ｋＪ／ｍｍ、予熱・パス間温度は９０〜１１０℃とした。なお、被覆剤の再乾燥のため、溶接前に、溶接棒を３５０℃の温度条件下で１時間加熱した。
機械的性能は、溶接金属の強度を０．２％耐力により評価し、溶接金属の靭性を−６０℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー（ｖＥ―６０℃）により評価した。そして、０．２％耐力が６９０〜９００ＭＰａ、かつ吸収エネルギーが６９Ｊ以上であったものを良好と判断した。

＜溶接作業性＞
機械的性能を評価する際の溶接時に、溶接作業性の評価を行った。溶接作業性は、アーク安定性、スラグ剥離性、ビード形状により評価した。それぞれ官能により１〜５の５段階で評価し、３以上を良好と判断した。
ビード形状は、ビードの平滑性を評価し、スラグ剥離性は、溶接後、スラグをエアチッパで除去する際の剥がれ易さを評価した。

＜被覆剤の耐吸湿性＞
被覆剤の耐吸湿性は、３５０℃の温度条件下で、１時間の加熱により再乾燥させた被覆アーク溶接棒を、温度３０℃、相対湿度８０％の雰囲気中に６時間暴露し、被覆剤が吸湿した水分量をカールフィッシャー法（気化法）で測定することにより評価した。測定時、被覆剤から水分を気化させるために７５０℃で加熱を行い、乾燥空気をキャリアガスとして測定装置へ導いた。その結果、被覆剤中の水分量（表中、ＫＦ吸湿と記す）が３０００質量ｐｐｍ以下のものを良好と判断した。

＜被覆剤の固着性＞
被覆剤の固着性は、先ず、焼成後に、目視により被覆剤表面の割れの有無を観察し、その後、溶接中の保護筒の安定性を、官能により１〜５の５段階で評価した。その結果、３以上のものを良好と判断した。

＜拡散水素量＞
溶接金属中の拡散性水素量を、ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７に準拠した方法で測定した。下向の溶接姿勢で、極性をＤＣＥＰ（直流棒プラス）とし、溶接電流１５０〜１６０Ａ、アーク電圧２２Ｖ、溶接速度１８０ｍｍ／分の条件で１パスの溶接を行った。その際、溶接雰囲気は、温度を２０℃、湿度を１０％ＲＨとした。なお、被覆剤の再乾燥のために、溶接前に、各溶接棒を３５０℃の温度条件下で１時間加熱した。
溶接により得られた溶接金属中の拡散性水素量を測定し、その結果、拡散性水素量（表中、［Ｈ］Ｄと記す）が３．０ｍＬ／１００ｇ以下のものを、良好と判断した。

評価結果を表３に示す。表中、評価基準を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。

表３に示すように、本発明の範囲を満足する試験Ｎｏ．１〜２６（実施例）は、どの評価項目においても良好な結果が得られている。
一方、本発明の範囲を満足しない試験Ｎｏ．２７〜４０（比較例）は、以下の結果となった。

Ｎｏ．２７は、被覆剤中のＬｉ含有量が下限値未満のため、被覆剤の耐吸湿性に劣った。
Ｎｏ．２８は、被覆剤中のＬｉ含有量が上限値を超えるため、被覆剤の固着性に劣った。
Ｎｏ．２９は、被覆剤中のＺｒＯ_２含有量が上限値を超えるため、スラグ剥離性に劣った。

Ｎｏ．３０は、被覆剤中のＡｌ_２Ｏ_３含有量が上限値を超えるため、スラグ剥離性に劣った。また、「鋼心線＋被覆剤中」のＣ含有量が上限値を超えるため、強度が高くなりすぎると共に靭性に劣った。
Ｎｏ．３１は、被覆剤中のＺｒＯ_２含有量が下限値未満ため、ビード形状に劣った。また、「鋼心線＋被覆剤中」のＭｎ含有量が上限値を超えるため、強度が高くなりすぎた。
Ｎｏ．３２は、被覆剤中の金属フッ化物の含有量が上限値を超えるため、アーク安定性に劣った。また、「鋼心線＋被覆剤中」のＭｏ含有量とＣｒ含有量の合計が下限値未満のため、強度に劣った。

Ｎｏ．３３は、被覆剤中の金属炭酸塩の含有量が下限値未満のため、拡散水素量が高く、靭性に劣った。また、「鋼心線＋被覆剤中」のＳｉ含有量とＳｉＯ_２含有量の合計が上限値を超えるため、スラグ剥離性、ビード形状に劣った。
Ｎｏ．３４は、「鋼心線＋被覆剤中」のＮｉ含有量が上限値を超えるため、高温割れが発生した。
Ｎｏ．３５は、被覆剤中の金属炭酸塩の含有量が上限値をこえるため、アーク安定性に劣った。また、「鋼心線＋被覆剤中」のＭｏ含有量とＣｒ含有量の合計が上限値を超えるため、強度が高くなりすぎると共に靭性に劣った。

Ｎｏ．３６は、「鋼心線＋被覆剤中」のＮｉ含有量が下限値未満のため、靭性に劣った。なお、被覆剤中のＦｅ含有量が下限値未満のため、溶着速度が低くなった。
Ｎｏ．３７は、「鋼心線＋被覆剤中」のＭｎ含有量が下限値未満のため、ブローホールが発生した。また、被覆剤中のＮａ含有量とＫ含有量の合計が下限値未満のため、アーク安定性、被覆剤の固着性に劣った。
Ｎｏ．３８は、被覆剤中の金属フッ化物の含有量が下限値未満のため、ビード形状に劣った。また、被覆剤中のＮａ含有量とＫ含有量の合計が上限値を超えるため、被覆剤の耐吸湿性に劣った。

Ｎｏ．３９は、被覆剤中のＴｉＯ_２含有量が上限値を超えるため、靭性に劣った。
Ｎｏ．４０は、「鋼心線＋被覆剤中」のＳｉ含有量とＳｉＯ_２含有量の合計が下限値未満のため、靭性に劣り、また、塗装性が劣化したことにより被覆剤の固着性が劣化した。

以上、本発明について実施の形態及び実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。

Claims (4)

1. 鋼心線に被覆剤が塗布されている低水素系被覆アーク溶接棒において、
   前記被覆剤は、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたり、
   金属炭酸塩のＣＯ_２換算値：３．０〜７．５質量％
   金属フッ化物のＦ換算値：０．９〜３．０質量％
   ＴｉＯ_２≦０．３０質量％
   ＺｒＯ_２：０．４〜１．８質量％
   Ａｌ_２Ｏ_３≦０．１５質量％
   Ｌｉ化合物のＬｉ換算値：０．０１〜０．１２質量％
   Ｎａ化合物のＮａ換算値とＫ化合物のＫ換算値との合計：０．３０〜０．９０質量％
   を含有し、
   前記低水素系被覆アーク溶接棒は、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたり、
   ＭｏとＣｒとの合計：０．０６〜１．２０質量％
   Ｃ≦０．０６質量％
   ＳｉとＳｉＯ_２との合計のＳｉ換算値：１．５〜３．０質量％
   Ｍｎ：０．９〜２．７質量％
   Ｎｉ：１．２〜３．０質量％
   を含有することを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。
2. 前記被覆剤は、低水素系被覆アーク溶接棒全質量あたり、Ｆｅを１．２質量％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
3. 前記金属炭酸塩は、粒径７５μｍ以下のものが前記金属炭酸塩全質量あたり５０〜８０質量％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
4. 下記式（１）の値が５〜５０であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
   （１．２２×［Ｎａ］＋１．４９×［Ｋ］）／［Ｌｉ］・・・・（１）
   ここで、［Ｎａ］、［Ｋ］、［Ｌｉ］は、それぞれ、前記被覆剤中における、Ｎａ化合物のＮａ換算値（質量％）、Ｋ化合物のＫ換算値（質量％）、Ｌｉ化合物のＬｉ換算値（質量％）である。