JP2017170518A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】大入熱溶接での溶接作業性が優れるとともに、得られる溶接金属の機械的性質が優れ、かつ、フラックス入りワイヤの耐吸湿性が良好なフラックス入りワイヤを提供することを課題とする。
【解決手段】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、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃ、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計、ＺｒＯ２、Ｍｎ、Ａｌ、ＮａＦ、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計、Ｍｇ、ＭｇＯ、ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計、ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量、が所定の範囲であるとともに、ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、Ａｌの含有量を［Ａｌ］とした場合、５．００≦［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］≦７０．００を満たすことを特徴とする。
【選択図】なし
【解決手段】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、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃ、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計、ＺｒＯ２、Ｍｎ、Ａｌ、ＮａＦ、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計、Ｍｇ、ＭｇＯ、ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計、ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量、が所定の範囲であるとともに、ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、Ａｌの含有量を［Ａｌ］とした場合、５．００≦［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］≦７０．００を満たすことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、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。
従来から、溶接作業を高能率に行うために、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接が様々な分野で行われている。
例えば、特許文献１では、溶接での入熱量が３０〜５０ｋＪ／ｃｍのような大入熱溶接において良好な溶接作業性を保ち、立向上進溶接で良好なビードを形成し、かつ良好な機械的性質の溶接金属を得ることができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
例えば、特許文献１では、溶接での入熱量が３０〜５０ｋＪ／ｃｍのような大入熱溶接において良好な溶接作業性を保ち、立向上進溶接で良好なビードを形成し、かつ良好な機械的性質の溶接金属を得ることができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
しかしながら、特許文献１に係る技術は、Ｍｇを添加することが必須となっており、フラックス入りワイヤの耐吸湿性に関して検討されておらず、フラックス入りワイヤの保管時に水分が増加してしまう。
フラックス入りワイヤの耐吸湿性の改善をする技術については、これまでにも様々な技術が創出されており、例えば、特許文献２に開示されている。
一般に、溶接金属中には水素が存在するが、その量が多くなると、低温割れが発生しやすくなる。しかしながら、従来のフラックス入りワイヤは保管時に吸湿してしまい、溶接金属中の水素量が増加するという問題点がある。これは、フラックス入りワイヤに内包されているフラックスが空気中の水分を吸湿するためである。
特許文献１に係る技術は、フラックス入りワイヤ中の原料にＭｇを添加することが必須となっており、耐吸湿性が劣っている。
一方、特許文献２に係る技術は、フラックス入りワイヤ中の水分量を抑制するために、鋼製外皮において継ぎ目をなくすだけでなく、フラックス入りワイヤを直径が１０．０ｍｍ以下となるまで縮径させた後、７００℃以上１０００℃以下の温度で焼鈍させている。
一方、特許文献２に係る技術は、フラックス入りワイヤ中の水分量を抑制するために、鋼製外皮において継ぎ目をなくすだけでなく、フラックス入りワイヤを直径が１０．０ｍｍ以下となるまで縮径させた後、７００℃以上１０００℃以下の温度で焼鈍させている。
しかしながら、特許文献１、２に係る技術では、大入熱溶接での溶接作業性、得られる溶接金属の機械的性質、更には、フラックス入りワイヤの耐吸湿性について、これらを同時に良好なレベルに到達させることは困難である。
そこで、本発明は、大入熱溶接での溶接作業性が優れるとともに、得られる溶接金属の機械的性質が優れ、かつ、フラックス入りワイヤの耐吸湿性が良好なフラックス入りワイヤを提供することを課題とする。
すなわち、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、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２：４．０質量％以上１０．０質量％以下、Ｎｉ：０．２質量％以上２．０質量％以下、Ｍｏ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計：０．２０質量％以上１．７０質量％以下、ＺｒＯ２：０．１質量％以上１．０質量％以下、Ｍｎ：１．３質量％以上３．５質量％以下、Ａｌ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、ＮａＦ：０．０５質量％以上０．６０質量％以下、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計：０．０００３質量％以上０．０３００質量％以下、Ｍｇ：０．１０質量％未満、ＭｇＯ：０．１０質量％未満、ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計：０．２０質量％以下、ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量：０．１０質量％以下、であるとともに、ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、Ａｌの含有量を［Ａｌ］とした場合、５．００≦［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］≦７０．００を満たす構成である。
こ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、ＮａＦの含有量を所定範囲内に特定することで、溶接中のアークの溶滴移行が安定し、アーク安定性を向上させ、大入熱溶接において優れた溶接作業性を実現することができる。更に、Ｎｉ及びＭｏを所定範囲内に特定することにより、大入熱溶接で得られる溶接金属の機械的性質が良好となる。加えて、耐吸湿性を劣化させるＭｇ及びＭｇＯを所定値未満に特定することで、良好な耐吸湿性を得ることができる。
また、こ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、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値を所定範囲内に特定することで、高電流だけでなく低電流でも溶接作業性が向上するとともに、溶接金属の機械的性質をより向上させることができる。
また、こ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、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値を所定範囲内に特定することで、高電流だけでなく低電流でも溶接作業性が向上するとともに、溶接金属の機械的性質をより向上させることができる。
また、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、ワイヤ全質量あたり、Ａｌ２Ｏ３：０．５質量％以下、Ｃａ：０．１０質量％以下、Ｔｉ：０．２５質量％以下、であってもよい。
こ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、Ａｌ２Ｏ３、Ｃａ、Ｔｉの含有量を所定値以下に特定することで、溶接作業性をより良くするとともに、溶接金属の機械的性質をより向上させることができる。
こ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、Ａｌ２Ｏ３、Ｃａ、Ｔｉの含有量を所定値以下に特定することで、溶接作業性をより良くするとともに、溶接金属の機械的性質をより向上させることができる。
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、大入熱溶接での溶接作業性が優れるとともに、得られる溶接金属の機械的性質が優れ、かつ、耐吸湿性が良好となる。
また、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、溶接電流が高電流であろうと低電流であろうと優れた溶接作業性を発揮することができ、溶接姿勢については、特に、立向上進溶接において優れた溶接作業性を発揮することができる。
また、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、溶接電流が高電流であろうと低電流であろうと優れた溶接作業性を発揮することができ、溶接姿勢については、特に、立向上進溶接において優れた溶接作業性を発揮することができる。
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。
本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（以下、適宜「ワイヤ」という）は、ガスシールドアーク溶接に使用するワイヤであって、鋼製外皮内にフラックスが充填されたものである。
本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（以下、適宜「ワイヤ」という）は、ガスシールドアーク溶接に使用するワイヤであって、鋼製外皮内にフラックスが充填されたものである。
詳細には、本実施形態に係るワイヤは、筒状を呈する鋼製外皮と、その鋼製外皮の内側に充填されるフラックスと、からなる。なお、ワイヤは、鋼製外皮に継目のないシームレスタイプ、鋼製外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。また、ワイヤは、表面（鋼製外皮の外側）にメッキなどが施されていても、施されていなくてもよい。
なお、本実施形態に係るワイヤのワイヤ径（直径）は、特に限定されないが、１．２〜２．４ｍｍであればよい。
なお、本実施形態に係るワイヤのワイヤ径（直径）は、特に限定されないが、１．２〜２．４ｍｍであればよい。
そして、本実施形態に係るワイヤは、ワイヤ全質量に対して各成分が所定の含有量となるとともに、一部の成分の含有量については、所定の関係式を満たす。
以下、本実施形態に係るワイヤの各成分の含有量を特定した理由について説明する。
以下、本実施形態に係るワイヤの各成分の含有量を特定した理由について説明する。
なお、以下の説明において、例えば、単に「Ｓｉ」と示す場合、「純金属Ｓｉ」、「合金Ｓｉ」のうち一種以上を意味する。
また、「酸化物」とは、「単一酸化物」および「複合酸化物」のうちの一種以上を意味する。「単一酸化物」とは、例えば、ＴｉならばＴｉ単独の酸化物（ＴｉＯ２）をいい、「複合酸化物」とは、これらの単一酸化物が複数種類集合したものと、例えば、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎといった複数の金属成分を含む酸化物との双方をいう。
また、「酸化物」とは、「単一酸化物」および「複合酸化物」のうちの一種以上を意味する。「単一酸化物」とは、例えば、ＴｉならばＴｉ単独の酸化物（ＴｉＯ２）をいい、「複合酸化物」とは、これらの単一酸化物が複数種類集合したものと、例えば、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎといった複数の金属成分を含む酸化物との双方をいう。
［ＴｉＯ２：４．０質量％以上１０．０質量％以下］
ＴｉＯ２は、溶接金属を支える重要な役割を担っている。ただし、ＴｉＯ２の含有量が４．０質量％未満であると、大入熱溶接時に溶接作業性が劣化し良好なビード形状及びビード外観を確保できない。一方、ＴｉＯ２の含有量が１０．０質量％を超えると、スラグ融点が高くなり、立向上進溶接でウィービングを行った場合にスラグが早く固まる。これにより、その運棒に沿い溶接金属が形成され、うろこ状（波目状）のビードとなってしまうとともに、良好なビード形状を確保できない。
したがって、ＴｉＯ２の含有量は、ワイヤ全質量あたり４．０質量％以上１０．０質量％以下である。
なお、ＴｉＯ２の含有量は、大入熱溶接時のビード形状をより良好なものとする観点から、６．０質量％以上が好ましい。また、ＴｉＯ２の含有量は、大入熱溶接時のビード形状をより良好なビード形状とする観点から、８．０質量％以下が好ましい。
ＴｉＯ２は、溶接金属を支える重要な役割を担っている。ただし、ＴｉＯ２の含有量が４．０質量％未満であると、大入熱溶接時に溶接作業性が劣化し良好なビード形状及びビード外観を確保できない。一方、ＴｉＯ２の含有量が１０．０質量％を超えると、スラグ融点が高くなり、立向上進溶接でウィービングを行った場合にスラグが早く固まる。これにより、その運棒に沿い溶接金属が形成され、うろこ状（波目状）のビードとなってしまうとともに、良好なビード形状を確保できない。
したがって、ＴｉＯ２の含有量は、ワイヤ全質量あたり４．０質量％以上１０．０質量％以下である。
なお、ＴｉＯ２の含有量は、大入熱溶接時のビード形状をより良好なものとする観点から、６．０質量％以上が好ましい。また、ＴｉＯ２の含有量は、大入熱溶接時のビード形状をより良好なビード形状とする観点から、８．０質量％以下が好ましい。
［Ｎｉ：０．２質量％以上２．０質量％以下］
Ｎｉは、溶接金属の機械的性質を向上させる効果がある。ただし、Ｎｉの含有量が０．２質量％未満では、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｎｉの含有量が２．０質量％を超えると、溶接金属は強度過多となる。
したがって、Ｎｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２質量％以上２．０質量％以下である。
なお、大入熱溶接における溶接金属の靱性及び強度をともにより良好とするためには、０．５質量％以上が好ましく、１．０質量％未満が好ましい。
Ｎｉは、溶接金属の機械的性質を向上させる効果がある。ただし、Ｎｉの含有量が０．２質量％未満では、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｎｉの含有量が２．０質量％を超えると、溶接金属は強度過多となる。
したがって、Ｎｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２質量％以上２．０質量％以下である。
なお、大入熱溶接における溶接金属の靱性及び強度をともにより良好とするためには、０．５質量％以上が好ましく、１．０質量％未満が好ましい。
［Ｍｏ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下］
Ｍｏは、溶接金属の機械的性質を向上させる効果がある。ただし、Ｍｏの含有量が０．０１質量％未満では、大入熱施工時の溶接金属の引張強さが十分に得られない。一方、Ｍｏの含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属は強度過多となる。
したがって、Ｍｏの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以上０．５０質量％以下である。
Ｍｏは、溶接金属の機械的性質を向上させる効果がある。ただし、Ｍｏの含有量が０．０１質量％未満では、大入熱施工時の溶接金属の引張強さが十分に得られない。一方、Ｍｏの含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属は強度過多となる。
したがって、Ｍｏの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以上０．５０質量％以下である。
［Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下］
Ｃは、溶接金属の焼き入れ性と靭性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｃの含有量が０．０１質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ性が不足し、溶接金属の引張強さが十分に得られない。一方、Ｃの含有量が０．１０質量％を超えると、アークの吹きつけが強く、溶接の際に母材をアーク力で掘ってしまうため、良好なビード形状及びビード外観を確保できない。
したがって、Ｃ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以上０．１０質量％以下である。
Ｃは、溶接金属の焼き入れ性と靭性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｃの含有量が０．０１質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ性が不足し、溶接金属の引張強さが十分に得られない。一方、Ｃの含有量が０．１０質量％を超えると、アークの吹きつけが強く、溶接の際に母材をアーク力で掘ってしまうため、良好なビード形状及びビード外観を確保できない。
したがって、Ｃ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以上０．１０質量％以下である。
［Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計：０．２０質量％以上１．７０質量％以下］
Ｓｉは、溶接作業性を向上させる。ただし、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計が０．２０質量％未満であると、溶接作業性が劣化し良好なビード形状及びビード外観を確保できない。一方、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計が１．７０質量％を超えると、粒界フェライト析出が促進され、溶接金属の靭性が劣化する。
したがって、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計は、ワイヤ全質量あたり０．２０質量％以上１．７０質量％以下である。
なお、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計は、より良好なビード形状とする観点から、０．３０質量％以上が好ましい。また、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計は、溶接金属の靱性の劣化を抑制する観点から、１．４０質量％以下が好ましい。
Ｓｉは、溶接作業性を向上させる。ただし、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計が０．２０質量％未満であると、溶接作業性が劣化し良好なビード形状及びビード外観を確保できない。一方、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計が１．７０質量％を超えると、粒界フェライト析出が促進され、溶接金属の靭性が劣化する。
したがって、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計は、ワイヤ全質量あたり０．２０質量％以上１．７０質量％以下である。
なお、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計は、より良好なビード形状とする観点から、０．３０質量％以上が好ましい。また、Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計は、溶接金属の靱性の劣化を抑制する観点から、１．４０質量％以下が好ましい。
前記のとおり、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物のどちらも溶接作業性を向上させる効果を発揮するが、厳密には作用が異なる。すなわち、Ｓｉは、溶接中に溶接金属の粘性を向上させ、溶接金属を垂れ難くする。一方、Ｓｉ酸化物は、スラグで溶接金属を覆い、溶接金属の垂れを防ぐ。
なお、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物の其々の含有量については、特に限定されないものの、仮に其々の含有量を規定する場合は、以下のとおりである。
なお、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物の其々の含有量については、特に限定されないものの、仮に其々の含有量を規定する場合は、以下のとおりである。
［Ｓｉ：０．１０質量％以上１．００質量％以下］
Ｓｉは、溶接金属の粘性を向上させ溶接金属を垂れ難くすることにより、溶接作業性を向上させる。ただし、Ｓｉの含有量が０．１０質量％未満であると、溶接金属の粘性が低下し、ビード形状が劣化する可能性がある。一方、Ｓｉの含有量が１．００質量％を超えると、オーステナイト粒が粗大となり溶接金属の靱性の劣化を招く可能性がある。
したがって、Ｓｉの含有量を規定する場合、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％以上１．００質量％以下が好ましい。
なお、Ｓｉの含有量は、より良好なビード形状とする観点から、０．２０質量％以上がより好ましい。また、Ｓｉの含有量は、溶接金属の靱性の劣化を抑制する観点から、０．８０質量％以下がより好ましい。
Ｓｉは、溶接金属の粘性を向上させ溶接金属を垂れ難くすることにより、溶接作業性を向上させる。ただし、Ｓｉの含有量が０．１０質量％未満であると、溶接金属の粘性が低下し、ビード形状が劣化する可能性がある。一方、Ｓｉの含有量が１．００質量％を超えると、オーステナイト粒が粗大となり溶接金属の靱性の劣化を招く可能性がある。
したがって、Ｓｉの含有量を規定する場合、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％以上１．００質量％以下が好ましい。
なお、Ｓｉの含有量は、より良好なビード形状とする観点から、０．２０質量％以上がより好ましい。また、Ｓｉの含有量は、溶接金属の靱性の劣化を抑制する観点から、０．８０質量％以下がより好ましい。
［ＳｉＯ２：０．２０質量％以上１．５０質量％以下］
ＳｉＯ２はスラグ形成剤として溶接金属を支える役割を担っている。ただし、ＳｉＯ２の含有量が０．２０質量％未満であると、スラグ量が不十分となり、ビードが垂れた形状となる可能性がある。一方、ＳｉＯ２の含有量が１．５０質量％を超えると、フラックスの脱酸力が低下し溶接金属の靱性が劣化する可能性がある。
したがって、ＳｉＯ２の含有量を規定する場合、ワイヤ全質量あたり０．２０質量％以上１．５０質量％以下とする。
なお、ＳｉＯ２の含有量は、より良好なビード形状とする観点から、０．４０質量％以上がより好ましい。また、ＳｉＯ２の含有量は、溶接金属の機械的性質の劣化を抑制する観点から、１．３０質量％以下がより好ましい。
ＳｉＯ２はスラグ形成剤として溶接金属を支える役割を担っている。ただし、ＳｉＯ２の含有量が０．２０質量％未満であると、スラグ量が不十分となり、ビードが垂れた形状となる可能性がある。一方、ＳｉＯ２の含有量が１．５０質量％を超えると、フラックスの脱酸力が低下し溶接金属の靱性が劣化する可能性がある。
したがって、ＳｉＯ２の含有量を規定する場合、ワイヤ全質量あたり０．２０質量％以上１．５０質量％以下とする。
なお、ＳｉＯ２の含有量は、より良好なビード形状とする観点から、０．４０質量％以上がより好ましい。また、ＳｉＯ２の含有量は、溶接金属の機械的性質の劣化を抑制する観点から、１．３０質量％以下がより好ましい。
［ＺｒＯ２：０．１質量％以上１．０質量％以下］
ＺｒＯ２は、ＳｉＯ２と同様、スラグ形成剤として溶接金属を支える役割を担っている。ただし、ＺｒＯ２の含有量が０．１質量％未満であると、スラグ融点が低くなり、ビードは垂れた形状となるとともに、良好なビード外観を確保できない。一方、ＺｒＯ２の含有量が１．０質量％を超えると、スラグ融点が高くなり過ぎて凸型のようなビード形状となるとともに、良好なビード外観を確保できない。
したがって、ＺｒＯ２の含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１質量％以上１．０質量％以下である。
なお、ＺｒＯ２の含有量は、より良好なビード形状とする観点から、０．２質量％以上が好ましい。また、ＺｒＯ２の含有量は、より良好なビード形状とする観点から、０．６％未満が好ましい。
ＺｒＯ２は、ＳｉＯ２と同様、スラグ形成剤として溶接金属を支える役割を担っている。ただし、ＺｒＯ２の含有量が０．１質量％未満であると、スラグ融点が低くなり、ビードは垂れた形状となるとともに、良好なビード外観を確保できない。一方、ＺｒＯ２の含有量が１．０質量％を超えると、スラグ融点が高くなり過ぎて凸型のようなビード形状となるとともに、良好なビード外観を確保できない。
したがって、ＺｒＯ２の含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１質量％以上１．０質量％以下である。
なお、ＺｒＯ２の含有量は、より良好なビード形状とする観点から、０．２質量％以上が好ましい。また、ＺｒＯ２の含有量は、より良好なビード形状とする観点から、０．６％未満が好ましい。
［Ｍｎ：１．３質量％以上３．５質量％以下］
Ｍｎは、溶接金属の焼き入れ性と靭性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｍｎの含有量が１．３質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ不足となり、靱性が十分に得られない。一方、Ｍｎの含有量が３．５質量％を超えると、溶接金属の引張強さが過多となり、靭性不足となる。
したがって、Ｍｎの含有量は、ワイヤ全質量あたり１．３質量％以上３．５質量％以下である。
なお、Ｍｎの含有量は、溶接金属の機械的性質をより良好とする観点から、２．０質量％以上が好ましい。また、Ｍｎの含有量は、溶接金属の靭性の劣化を抑制する観点から、３．１質量％以下が好ましい。
Ｍｎは、溶接金属の焼き入れ性と靭性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｍｎの含有量が１．３質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ不足となり、靱性が十分に得られない。一方、Ｍｎの含有量が３．５質量％を超えると、溶接金属の引張強さが過多となり、靭性不足となる。
したがって、Ｍｎの含有量は、ワイヤ全質量あたり１．３質量％以上３．５質量％以下である。
なお、Ｍｎの含有量は、溶接金属の機械的性質をより良好とする観点から、２．０質量％以上が好ましい。また、Ｍｎの含有量は、溶接金属の靭性の劣化を抑制する観点から、３．１質量％以下が好ましい。
Ｍｎ源としては、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の金属粉、合金粉で投入するが、これらの他、Ｍｎ酸化物を加えてもよい。
［Ａｌ：０．１０質量％以上１．００質量％以下］
Ａｌは、強力な脱酸元素であり、酸素と親和力のある溶接金属成分の歩留りを向上させることで機械的性質を向上させる役割がある。また、Ａｌは、脱窒元素としても効果があり、溶接金属中のＮの歩留まりを下げることで、機械的性質を向上させる効果がある。ただし、Ａｌの含有量が０．１０質量％未満であると、酸素と親和力のある溶接金属成分の歩留りが低く、脱窒効果も不十分であり、靱性が十分に得られない。一方、Ａｌの含有量が１．００質量％を超えると、溶接金属成分の歩留りが過大となり靭性が劣化する。
したがって、Ａｌの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％以上１．００質量％以下である。
なお、Ａｌの含有量は、溶接金属の靭性の劣化を抑制する観点から、０．４０質量％未満が好ましい。
Ａｌは、強力な脱酸元素であり、酸素と親和力のある溶接金属成分の歩留りを向上させることで機械的性質を向上させる役割がある。また、Ａｌは、脱窒元素としても効果があり、溶接金属中のＮの歩留まりを下げることで、機械的性質を向上させる効果がある。ただし、Ａｌの含有量が０．１０質量％未満であると、酸素と親和力のある溶接金属成分の歩留りが低く、脱窒効果も不十分であり、靱性が十分に得られない。一方、Ａｌの含有量が１．００質量％を超えると、溶接金属成分の歩留りが過大となり靭性が劣化する。
したがって、Ａｌの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％以上１．００質量％以下である。
なお、Ａｌの含有量は、溶接金属の靭性の劣化を抑制する観点から、０．４０質量％未満が好ましい。
［ＮａＦ：０．０５質量％以上０．６０質量％以下］
Ｎａは、溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化させる役割があるが、過剰なＮａの添加はワイヤの耐吸湿性を劣化させる。一方、Ｆは、フラックス中にフッ素化合物として存在し、溶接雰囲気下の水素分圧を減少させ、溶接金属中の拡散性水素量を低下させる効果があるが、過剰なＦは溶接時のヒューム発生量を増加させ、かつ、低電流領域でのアークの溶滴移行を劣化させる。
しかし、ＮａＦであれば溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化（特に低電流領域において安定化）させる効果を発揮するとともに、フッ化物による拡散水素量低減の効果を両立することができる。ただし、ＮａＦの含有量が０．０５質量％未満であると、低電流領域での溶接中におけるアークの溶滴移行が不安定となり、スパッタ発生量が増加し、更には溶接金属の拡散性水素量が上昇する。一方、ＮａＦの含有量が０．６０質量％を超えると、ワイヤの耐吸湿性が劣化し、更にはヒューム発生量が増加する。
したがって、ＮａＦの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０５質量％以上０．６０質量％以下である。
なお、ＮａＦの含有量は、アークの安定性の向上、スパッタ発生量の抑制、拡散性水素量の抑制の観点から、０．１５質量％以上が好ましい。また、ＮａＦの含有量は、耐吸湿性の劣化の抑制、ヒューム発生量の抑制の観点から、０．４０質量％以下が好ましい。
Ｎａは、溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化させる役割があるが、過剰なＮａの添加はワイヤの耐吸湿性を劣化させる。一方、Ｆは、フラックス中にフッ素化合物として存在し、溶接雰囲気下の水素分圧を減少させ、溶接金属中の拡散性水素量を低下させる効果があるが、過剰なＦは溶接時のヒューム発生量を増加させ、かつ、低電流領域でのアークの溶滴移行を劣化させる。
しかし、ＮａＦであれば溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化（特に低電流領域において安定化）させる効果を発揮するとともに、フッ化物による拡散水素量低減の効果を両立することができる。ただし、ＮａＦの含有量が０．０５質量％未満であると、低電流領域での溶接中におけるアークの溶滴移行が不安定となり、スパッタ発生量が増加し、更には溶接金属の拡散性水素量が上昇する。一方、ＮａＦの含有量が０．６０質量％を超えると、ワイヤの耐吸湿性が劣化し、更にはヒューム発生量が増加する。
したがって、ＮａＦの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０５質量％以上０．６０質量％以下である。
なお、ＮａＦの含有量は、アークの安定性の向上、スパッタ発生量の抑制、拡散性水素量の抑制の観点から、０．１５質量％以上が好ましい。また、ＮａＦの含有量は、耐吸湿性の劣化の抑制、ヒューム発生量の抑制の観点から、０．４０質量％以下が好ましい。
［Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計：０．０００３質量％以上０．０３００質量％以下］
Ｂ及びＢ酸化物（Ｂ２Ｏ３）は、溶接金属にＢを添加するためにフラックスに添加される。また、Ｂは、オーステナイト粒界に偏析することで初析フェライトの生成を抑制する効果があり、溶接金属の靭性改善に有効である。ただし、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計が０．０００３質量％未満であると、大部分のＢがＢＮとして窒化物に固定化され、初析フェライトの生成を抑制する効果が無く、溶接金属の靭性の向上が期待できない。一方、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計が０．０３００質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。
したがって、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計は、ワイヤ全質量あたり０．０００３質量％以上０．０３００質量％以下である。
Ｂ及びＢ酸化物（Ｂ２Ｏ３）は、溶接金属にＢを添加するためにフラックスに添加される。また、Ｂは、オーステナイト粒界に偏析することで初析フェライトの生成を抑制する効果があり、溶接金属の靭性改善に有効である。ただし、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計が０．０００３質量％未満であると、大部分のＢがＢＮとして窒化物に固定化され、初析フェライトの生成を抑制する効果が無く、溶接金属の靭性の向上が期待できない。一方、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計が０．０３００質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。
したがって、Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計は、ワイヤ全質量あたり０．０００３質量％以上０．０３００質量％以下である。
［Ｍｇ：０．１０質量％未満、ＭｇＯ：０．１０質量％未満］
Ｍｇ及びＭｇＯは酸化チタン等の天然原料から不純物として含まれる可能性がある成分である。そして、Ｍｇの含有量が０．１０質量％以上であると、スパッタ発生量が増加するとともに、Ｎａと化合物を形成することでワイヤの耐吸湿性が劣化する。また、ＭｇＯの含有量が０．１０質量％以上であると、スラグ粘度が高くなることでビードが凸状となるとともにビード外観の不良が発生し、更に、Ｍｇと同様の理由によりワイヤの耐吸湿性が劣化する。
したがって、Ｍｇの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％未満であり、０質量％でもよい。また、ＭｇＯの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％未満であり、０質量％でもよい。
Ｍｇ及びＭｇＯは酸化チタン等の天然原料から不純物として含まれる可能性がある成分である。そして、Ｍｇの含有量が０．１０質量％以上であると、スパッタ発生量が増加するとともに、Ｎａと化合物を形成することでワイヤの耐吸湿性が劣化する。また、ＭｇＯの含有量が０．１０質量％以上であると、スラグ粘度が高くなることでビードが凸状となるとともにビード外観の不良が発生し、更に、Ｍｇと同様の理由によりワイヤの耐吸湿性が劣化する。
したがって、Ｍｇの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％未満であり、０質量％でもよい。また、ＭｇＯの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％未満であり、０質量％でもよい。
［ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計：０．２０質量％以下］
Ｎａ及びＫは溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化させる効果があるが、この効果はＮａＦが担っている。一方、過剰なＮａ及びＫの添加はワイヤの耐吸湿性を劣化させる。具体的には、ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計が０．２０質量％を超えると、ワイヤの耐吸湿性が劣化するとともに、溶接金属の拡散性水素量が増加する。
したがって、ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計は、ワイヤ全質量あたり０．２０質量％以下である。
なお、ＮａＦ以外のＮａ化合物中のＮａ換算量およびＫ化合物中のＫ換算量は、いずれか一方が０質量％であってもよく、両方が０質量％であってもよい。
Ｎａ及びＫは溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化させる効果があるが、この効果はＮａＦが担っている。一方、過剰なＮａ及びＫの添加はワイヤの耐吸湿性を劣化させる。具体的には、ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計が０．２０質量％を超えると、ワイヤの耐吸湿性が劣化するとともに、溶接金属の拡散性水素量が増加する。
したがって、ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計は、ワイヤ全質量あたり０．２０質量％以下である。
なお、ＮａＦ以外のＮａ化合物中のＮａ換算量およびＫ化合物中のＫ換算量は、いずれか一方が０質量％であってもよく、両方が０質量％であってもよい。
［ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量：０．１０質量％以下］
Ｆは、フラックス中にフッ素化合物として存在し、溶接雰囲気下の水素分圧を減少させ、溶接金属中の拡散性水素量を低下させる効果があるが、この効果はＮａＦが担っている。一方、過剰なＦの添加は溶接中のヒューム発生量を増加させる。具体的には、ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量が０．１０質量％を超えると、ヒューム発生量が増加するだけでなく、スパッタ発生量も増加し、アーク安定性も劣化する。
したがって、ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％以下であり、０質量％でもよい。
Ｆは、フラックス中にフッ素化合物として存在し、溶接雰囲気下の水素分圧を減少させ、溶接金属中の拡散性水素量を低下させる効果があるが、この効果はＮａＦが担っている。一方、過剰なＦの添加は溶接中のヒューム発生量を増加させる。具体的には、ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量が０．１０質量％を超えると、ヒューム発生量が増加するだけでなく、スパッタ発生量も増加し、アーク安定性も劣化する。
したがって、ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％以下であり、０質量％でもよい。
［５．００≦［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］≦７０．００］
ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、Ａｌの含有量を［Ａｌ］とした場合の［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］は、溶接金属の機械的性質と良好な溶接作業性を両立させる重要な指標である。そして、この式によって算出される値を所定範囲内とすることにより、高電流のみならず低電流における短絡移行溶接においても良好な溶接作業性（特に、立向上進溶接）を保つことができる。ただし、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が５．００未満であると、Ａｌの脱酸力過大による溶接金属の引張強さの過大と靭性の劣化が発生し、更には立向上進溶接でビードが垂れ、ビード外観の不良も発生する。一方、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が７０．００を超えると、Ａｌの脱酸力不足による溶接金属の引張強さと靭性の劣化が発生する。
したがって、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値は、５．００以上７０．００以下である。
なお、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値は、溶接作業性と溶接金属の機械的性質をより良好なものとする観点から、７．００以上が好ましく、１４．００以上がより好ましい。また、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値は、溶接金属の機械的性質をより良好なものとする観点から、６０．００以下が好ましく、４０．００以下がより好ましい。
ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、Ａｌの含有量を［Ａｌ］とした場合の［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］は、溶接金属の機械的性質と良好な溶接作業性を両立させる重要な指標である。そして、この式によって算出される値を所定範囲内とすることにより、高電流のみならず低電流における短絡移行溶接においても良好な溶接作業性（特に、立向上進溶接）を保つことができる。ただし、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が５．００未満であると、Ａｌの脱酸力過大による溶接金属の引張強さの過大と靭性の劣化が発生し、更には立向上進溶接でビードが垂れ、ビード外観の不良も発生する。一方、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が７０．００を超えると、Ａｌの脱酸力不足による溶接金属の引張強さと靭性の劣化が発生する。
したがって、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値は、５．００以上７０．００以下である。
なお、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値は、溶接作業性と溶接金属の機械的性質をより良好なものとする観点から、７．００以上が好ましく、１４．００以上がより好ましい。また、［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値は、溶接金属の機械的性質をより良好なものとする観点から、６０．００以下が好ましく、４０．００以下がより好ましい。
本実施形態に係るワイヤは、任意成分として、以下の成分（Ａｌ２Ｏ３、Ｃａ、Ｔｉ、Ｎｉ）を含有していてもよい。
［Ａｌ２Ｏ３：０．５質量％以下］
Ａｌ２Ｏ３はスラグ形成剤としてビード形成に必要な成分であるが、この効果は他のスラグ形成剤が担っている。そして、Ａｌ２Ｏ３の含有量が０．５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、Ａｌ２Ｏ３をワイヤに含有させる場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、ワイヤ全質量あたり０．５質量％以下である。
Ａｌ２Ｏ３はスラグ形成剤としてビード形成に必要な成分であるが、この効果は他のスラグ形成剤が担っている。そして、Ａｌ２Ｏ３の含有量が０．５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、Ａｌ２Ｏ３をワイヤに含有させる場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、ワイヤ全質量あたり０．５質量％以下である。
［Ｃａ：０．１０質量％以下］
Ｃａは、Ｍｇと同様、酸化チタン等の天然原料から不純物として含まれる可能性がある成分である。そして、Ｃａの含有量が０．１０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、Ｃａをワイヤに含有させる場合、Ｃａの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％以下である。
Ｃａは、Ｍｇと同様、酸化チタン等の天然原料から不純物として含まれる可能性がある成分である。そして、Ｃａの含有量が０．１０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、Ｃａをワイヤに含有させる場合、Ｃａの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１０質量％以下である。
［Ｔｉ：０．２５質量％以下］
Ｔｉは、溶接金属の機械的性質を向上させる成分である。ただし、Ｔｉの含有量が０．２５質量％を超えると、溶接金属の著しい硬化を引き起こし、靱性の劣化が顕著となる。
したがって、Ｔｉをワイヤに含有させる場合、Ｔｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２５質量％以下である。
なお、Ｔｉの含有量は、溶接金属の靱性の劣化を抑制する観点から、０．１０質量％以下が好ましい。
Ｔｉは、溶接金属の機械的性質を向上させる成分である。ただし、Ｔｉの含有量が０．２５質量％を超えると、溶接金属の著しい硬化を引き起こし、靱性の劣化が顕著となる。
したがって、Ｔｉをワイヤに含有させる場合、Ｔｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２５質量％以下である。
なお、Ｔｉの含有量は、溶接金属の靱性の劣化を抑制する観点から、０．１０質量％以下が好ましい。
［Ｆｅ：７５．０質量％以上９２．０質量％以下］
Ｆｅは、ワイヤの主要成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、Ｆｅの含有量は、ワイヤ全質量あたり７５．０質量％以上９２．０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは、８０．０質量％以上９０．０質量％以下である。
Ｆｅは、ワイヤの主要成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、Ｆｅの含有量は、ワイヤ全質量あたり７５．０質量％以上９２．０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは、８０．０質量％以上９０．０質量％以下である。
［残部：Ｆｅ及び不可避的不純物］
本実施形態に係るワイヤの残部は、前記したＦｅ及び不可避的不純物である。そして、前記したワイヤの成分の他、フラックス中に、Ｃｕ、Ｃｒを溶接金属のさらなる硬化剤として、ＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｖ２Ｏ５をスラグ形成剤として少量含有させることもできる。これらの元素は、本発明の目的には影響を及ぼさない。
また、不可避的不純物として、Ｃｕ、Ｃｒ等が各々０．１質量％未満、ＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｖ２Ｏ５が各々０．５質量％未満、含有してもよい。これらの上限を超えると、強度過剰や溶接作業性の劣化などを招くおそれがある。また、Ｐ、Ｓ等が各々０．０３０質量％以下、含有してもよい。これらの上限を超えると、高温割れや靱性低下を招くおそれがある。
加えて、前記した含有量の上限値のみ規定している成分や任意成分については、積極的に添加してもよいが、不可避的不純物として含まれていてもよい。
なお、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、ＯやＮも含まれる。
本実施形態に係るワイヤの残部は、前記したＦｅ及び不可避的不純物である。そして、前記したワイヤの成分の他、フラックス中に、Ｃｕ、Ｃｒを溶接金属のさらなる硬化剤として、ＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｖ２Ｏ５をスラグ形成剤として少量含有させることもできる。これらの元素は、本発明の目的には影響を及ぼさない。
また、不可避的不純物として、Ｃｕ、Ｃｒ等が各々０．１質量％未満、ＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｖ２Ｏ５が各々０．５質量％未満、含有してもよい。これらの上限を超えると、強度過剰や溶接作業性の劣化などを招くおそれがある。また、Ｐ、Ｓ等が各々０．０３０質量％以下、含有してもよい。これらの上限を超えると、高温割れや靱性低下を招くおそれがある。
加えて、前記した含有量の上限値のみ規定している成分や任意成分については、積極的に添加してもよいが、不可避的不純物として含まれていてもよい。
なお、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、ＯやＮも含まれる。
［その他：フラックス充填率］
本実施形態に係るワイヤのフラック充填率（＝フラックス質量／ワイヤ全質量×１００）は、特に限定されない。ただし、フラックス充填率が１０質量％未満であると、アークの安定性が悪くなるとともにスパッタ発生量が増加し、溶接作業性が劣化する。一方、フラックス充填率が２５質量％を超えると、ワイヤの断線が発生したり、フラックスの充填中に粉がこぼれ落ちたりする等、生産性が著しく劣化する。
したがって、フラックス充填率は、１０質量％以上２５質量％以下が好ましい。
本実施形態に係るワイヤのフラック充填率（＝フラックス質量／ワイヤ全質量×１００）は、特に限定されない。ただし、フラックス充填率が１０質量％未満であると、アークの安定性が悪くなるとともにスパッタ発生量が増加し、溶接作業性が劣化する。一方、フラックス充填率が２５質量％を超えると、ワイヤの断線が発生したり、フラックスの充填中に粉がこぼれ落ちたりする等、生産性が著しく劣化する。
したがって、フラックス充填率は、１０質量％以上２５質量％以下が好ましい。
次に、本実施形態に係るワイヤの製造方法を説明する。
［ワイヤの製造方法］
本実施形態に係るワイヤの製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。
まず、鋼製外皮を構成する鋼帯を準備し、この鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールにより成形して、Ｕ字状のオープン管にする。次に、所定の化学組成となるように、各種原料を配合したフラックスを鋼製外皮に充填し、その後、断面が円形になるように加工する。その後、冷間加工により伸線し、例えば１．２〜２．４ｍｍのワイヤ径のフラックス入りワイヤとする。なお、冷間加工途中に焼鈍を施してもよい。また、製造の過程で成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目が無いワイヤと、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残すワイヤのいずれの構造も採用することができる。
［ワイヤの製造方法］
本実施形態に係るワイヤの製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。
まず、鋼製外皮を構成する鋼帯を準備し、この鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールにより成形して、Ｕ字状のオープン管にする。次に、所定の化学組成となるように、各種原料を配合したフラックスを鋼製外皮に充填し、その後、断面が円形になるように加工する。その後、冷間加工により伸線し、例えば１．２〜２．４ｍｍのワイヤ径のフラックス入りワイヤとする。なお、冷間加工途中に焼鈍を施してもよい。また、製造の過程で成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目が無いワイヤと、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残すワイヤのいずれの構造も採用することができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。
［各種試験に使用するワイヤの製造方法］
鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管に成形した。次に、表１、２の化学組成となるようにフラックス中に金属、合金、Ｆｅ粉、各種原料を適宜、所定量添加した。次に、断面が円形になるように加工した後、加工したワイヤに対して冷間引き抜き加工を施しワイヤ径を約１．２ｍｍとした。
以上の製造方法によってフラックス入りワイヤを製造した。
［各種試験に使用するワイヤの製造方法］
鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管に成形した。次に、表１、２の化学組成となるようにフラックス中に金属、合金、Ｆｅ粉、各種原料を適宜、所定量添加した。次に、断面が円形になるように加工した後、加工したワイヤに対して冷間引き抜き加工を施しワイヤ径を約１．２ｍｍとした。
以上の製造方法によってフラックス入りワイヤを製造した。
なお、表１、２に示す各成分の含有量はワイヤ全質量あたりの含有量である。また、表１、２に示す「Ｔ．Ｓｉ」はＳｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計を示し、「Ｔ．Ｂ」はＢ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計を示し、「Ｎａ＋Ｋ」はＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計を示し、「Ｆ」はＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量を示す。
［溶接作業性］
（溶接条件）
溶接作業性を確認するため、実施例及び比較例の各ワイヤを用いて、表３に示す組成の鋼板を母材とし、表４に示す条件にて溶接を行った。
なお、表３に示す鋼板の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
（溶接条件）
溶接作業性を確認するため、実施例及び比較例の各ワイヤを用いて、表３に示す組成の鋼板を母材とし、表４に示す条件にて溶接を行った。
なお、表３に示す鋼板の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
（アーク安定性）
アーク安定性については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件について、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した。そして、各溶接条件について、２種の姿勢でのアークが安定であったものを「〇」、１種の姿勢でのアークが安定かつ１種の姿勢でのアークがやや不安定であったもの、又は、２種の姿勢でのアークがやや不安定であったものを「△」、少なくとも１種の姿勢でのアークが不安定であったものを「×」と評価した。
なお、アーク安定性については、「〇」又は「△」を合格と判断し、「×」を不合格と判断した。
アーク安定性については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件について、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した。そして、各溶接条件について、２種の姿勢でのアークが安定であったものを「〇」、１種の姿勢でのアークが安定かつ１種の姿勢でのアークがやや不安定であったもの、又は、２種の姿勢でのアークがやや不安定であったものを「△」、少なくとも１種の姿勢でのアークが不安定であったものを「×」と評価した。
なお、アーク安定性については、「〇」又は「△」を合格と判断し、「×」を不合格と判断した。
（ビード形状）
ビード形状については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件において、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した後、形成した各溶接部を観察し、視覚的に評価した。具体的には、６種の溶接試験で得られた全ての溶接部のビード形状が平滑で良好であったものを「〇」、６種の溶接試験で得られた各溶接部のうち１つでもビード形状が凸状や垂れた形状等のような不良であったものを「×」と評価した。
ビード形状については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件において、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した後、形成した各溶接部を観察し、視覚的に評価した。具体的には、６種の溶接試験で得られた全ての溶接部のビード形状が平滑で良好であったものを「〇」、６種の溶接試験で得られた各溶接部のうち１つでもビード形状が凸状や垂れた形状等のような不良であったものを「×」と評価した。
（ビード外観）
ビード外観については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件において、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した後、形成した各溶接部を観察し、視覚的に評価した。具体的には、６種の溶接試験で得られた全ての溶接部のビード外観が波目状ではなく良好であったものを「〇」、６種の溶接試験で得られた各溶接部のうち１つでもビード外観が波目状等となり不良であったものを「×」と評価した。
ビード外観については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件において、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した後、形成した各溶接部を観察し、視覚的に評価した。具体的には、６種の溶接試験で得られた全ての溶接部のビード外観が波目状ではなく良好であったものを「〇」、６種の溶接試験で得られた各溶接部のうち１つでもビード外観が波目状等となり不良であったものを「×」と評価した。
（スパッタ発生量）
スパッタ発生量については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件において、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した後、各溶接試験の際に生じたスパッタの量に基づいて定量的に評価した。具体的には、ＷＥＳ２８０７：２０００に準じて、スパッタを確保する捕集箱を設置した環境内で溶接を行った。アークタイムは６０秒とし、溶接完了後、捕集箱のスパッタを採取し重量を計測し、これを２回繰り返し、平均値をスパッタ発生量とした。６種の溶接試験について全てのスパッタの発生量が２ｇ／ｍｉｎ未満であったものを「○」、６種の溶接試験のうち１つでもスパッタの発生量が２ｇ／ｍｉｎ以上であったものを「×」と評価した。
スパッタ発生量については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件において、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した後、各溶接試験の際に生じたスパッタの量に基づいて定量的に評価した。具体的には、ＷＥＳ２８０７：２０００に準じて、スパッタを確保する捕集箱を設置した環境内で溶接を行った。アークタイムは６０秒とし、溶接完了後、捕集箱のスパッタを採取し重量を計測し、これを２回繰り返し、平均値をスパッタ発生量とした。６種の溶接試験について全てのスパッタの発生量が２ｇ／ｍｉｎ未満であったものを「○」、６種の溶接試験のうち１つでもスパッタの発生量が２ｇ／ｍｉｎ以上であったものを「×」と評価した。
（ヒューム発生量）
ヒューム発生量については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件において、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した後、各溶接試験の際に生じたヒュームの量に基づいて定量的に評価した。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ３９３０：２０１３に準じて、ヒューム発生量に影響を及ぼさない環境内で溶接を行った。アークタイムは６０秒とし、溶接開始と同時にろ過材と装着したサンプラによる吸引を開始し、溶接完了後、３０秒間の吸引を行った。そして、ろ過材のヒューム捕集前後の質量差からヒューム発生量を算出し、これを２回繰り返し、平均値をヒューム発生量とした。６種の溶接試験について全てのヒュームの発生量が１．５ｇ／ｍｉｎ未満であったものを「○」、６種の溶接試験のうち１つでもヒュームの発生量が１．５ｇ／ｍｉｎ以上であったものを「×」と評価した。
ヒューム発生量については、表４に示す〔１〕〜〔３〕の３種の溶接条件において、其々、水平すみ肉・立向上進の２種の姿勢の溶接を実施、つまり、合計６種の溶接試験を実施した後、各溶接試験の際に生じたヒュームの量に基づいて定量的に評価した。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ３９３０：２０１３に準じて、ヒューム発生量に影響を及ぼさない環境内で溶接を行った。アークタイムは６０秒とし、溶接開始と同時にろ過材と装着したサンプラによる吸引を開始し、溶接完了後、３０秒間の吸引を行った。そして、ろ過材のヒューム捕集前後の質量差からヒューム発生量を算出し、これを２回繰り返し、平均値をヒューム発生量とした。６種の溶接試験について全てのヒュームの発生量が１．５ｇ／ｍｉｎ未満であったものを「○」、６種の溶接試験のうち１つでもヒュームの発生量が１．５ｇ／ｍｉｎ以上であったものを「×」と評価した。
［溶接金属の評価］
（溶接条件）
溶接金属の評価を行うため、実施例及び比較例の各ワイヤを用いて、表５に示す組成の鋼板を母材とし、表６に示す条件にて溶接を行った。
なお、表５に示す鋼板の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
（溶接条件）
溶接金属の評価を行うため、実施例及び比較例の各ワイヤを用いて、表５に示す組成の鋼板を母材とし、表６に示す条件にて溶接を行った。
なお、表５に示す鋼板の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
（機械的性質）
溶接金属の機械的性質は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した引張試験及び衝撃試験により評価した。
引張試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＡ０号試験片を用いた。また、衝撃試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＶノッチ試験片を用いた。
溶接金属の機械的性質は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した引張試験及び衝撃試験により評価した。
引張試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＡ０号試験片を用いた。また、衝撃試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＶノッチ試験片を用いた。
引張強さは、６１０〜７１０ＭＰaのものを「〇」、５９０〜７９０ＭＰa（６１０〜７１０ＭＰaのものは除く）を「△」、５９０ＭＰa未満又は７９０ＭＰaを超えるものを「×」と評価した。
靭性は、−５℃での吸収エネルギーが８０Ｊ以上のものを「〇」、４７Ｊ以上８０Ｊ未満のものを「△」、４７Ｊ未満のものを「×」と評価した。
なお、引張強さと靭性については、「〇」又は「△」を合格と判断し、「×」を不合格と判断した。
靭性は、−５℃での吸収エネルギーが８０Ｊ以上のものを「〇」、４７Ｊ以上８０Ｊ未満のものを「△」、４７Ｊ未満のものを「×」と評価した。
なお、引張強さと靭性については、「〇」又は「△」を合格と判断し、「×」を不合格と判断した。
［耐吸湿性］
耐吸湿性の評価は、まず、製造したワイヤを３ｃｍに切断した試料を３本用意し、１１０℃×１時間の試験前乾燥を施し、３０℃×相対湿度８０％ＲＨの雰囲気で２４時間吸湿させた。その後、ワイヤをアルゴン雰囲気中で７５０℃の加熱によって発生した水分量を計測した。吸湿後のワイヤの水分量が８００ｐｐｍ未満のものを「〇」、８００ｐｐｍ以上のものを「×」と評価した。
耐吸湿性の評価は、まず、製造したワイヤを３ｃｍに切断した試料を３本用意し、１１０℃×１時間の試験前乾燥を施し、３０℃×相対湿度８０％ＲＨの雰囲気で２４時間吸湿させた。その後、ワイヤをアルゴン雰囲気中で７５０℃の加熱によって発生した水分量を計測した。吸湿後のワイヤの水分量が８００ｐｐｍ未満のものを「〇」、８００ｐｐｍ以上のものを「×」と評価した。
以上の各種試験の結果を、下記表７、８に示す。
表７に示すように、本発明の発明特定事項を満足するワイヤＮｏ．Ｊ１〜Ｊ３１を用いたＮｏ．１〜３１では、大入熱溶接での溶接作業性が優れるとともに、得られた溶接金属の機械的性質が優れ、かつ、耐吸湿性が良好となった。
なお、本発明における大入熱溶接とは、例えば、４．１ｋＪ／ｍｍ以上の入熱の溶接（より厳しい条件としては入熱が５．５ｋＪ／ｍｍ以上の溶接）を想定している。
なお、本発明における大入熱溶接とは、例えば、４．１ｋＪ／ｍｍ以上の入熱の溶接（より厳しい条件としては入熱が５．５ｋＪ／ｍｍ以上の溶接）を想定している。
一方、表８に示すように、Ｎｏ．３２〜５７は、使用したワイヤＮｏ．Ｈ１〜Ｈ２６が本発明の発明特定事項を満足しなかったことから、いずれかの評価項目において合格の結果が得られなかった。詳細には、以下のとおりである。
Ｎｏ．３２（ワイヤＮｏ．Ｈ１）は、ワイヤのＴｉＯ２の含有量が上限値を超えていたため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．３３（ワイヤＮｏ．Ｈ２）は、ワイヤのＴｉＯ２の含有量が下限値未満であったため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．３４（ワイヤＮｏ．Ｈ３）は、ワイヤのＮｉの含有量が上限値を超えていたため、引張強さが上昇し過ぎた。
Ｎｏ．３５（ワイヤＮｏ．Ｈ４）は、ワイヤのＮｉの含有量が下限値未満であったため、靱性が低下した。
Ｎｏ．３６（ワイヤＮｏ．Ｈ５）は、ワイヤのＭｏの含有量が上限値を超えていたため、引張強さが上昇し過ぎた。
Ｎｏ．３７（ワイヤＮｏ．Ｈ６）は、ワイヤのＭｏの含有量が下限値未満であったため、引張強さが低下した。
Ｎｏ．３８（ワイヤＮｏ．Ｈ７）は、ワイヤのＣの含有量が上限値を超えていたため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．３９（ワイヤＮｏ．Ｈ８）は、ワイヤのＣの含有量が下限値未満であったため、引張強さが低下した。
Ｎｏ．４０（ワイヤＮｏ．Ｈ９）は、ワイヤのＴ．Ｓｉの含有量が上限値を超えていたため、靱性が低下した。
Ｎｏ．４１（ワイヤＮｏ．Ｈ１０）は、ワイヤのＴ．Ｓｉの含有量が下限値未満であったため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．４２（ワイヤＮｏ．Ｈ１１）は、ワイヤのＺｒＯ２の含有量が上限値を超えていたため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．４３（ワイヤＮｏ．Ｈ１２）は、ワイヤのＺｒＯ２の含有量が下限値未満であったため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．４４（ワイヤＮｏ．Ｈ１３）は、ワイヤのＭｎの含有量が上限値を超えていたため、引張強さが上昇し過ぎ、靱性が低下した。
Ｎｏ．４５（ワイヤＮｏ．Ｈ１４）は、ワイヤのＭｎの含有量が下限値未満であったため、靱性が低下した。
Ｎｏ．４６（ワイヤＮｏ．Ｈ１５）は、ワイヤのＡｌの含有量が上限値を超えていたため、靱性が低下した。
Ｎｏ．４７（ワイヤＮｏ．Ｈ１６）は、ワイヤのＡｌの含有量が下限値未満であるとともに、ワイヤの［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が上限値を超えていたため、靱性が低下した。
Ｎｏ．４８（ワイヤＮｏ．Ｈ１７）は、ワイヤのＮａＦの含有量が上限値を超えていたため、ヒューム発生量が増加し、耐吸湿性が劣化した。
Ｎｏ．４９（ワイヤＮｏ．Ｈ１８）は、ワイヤのＮａＦの含有量が下限値未満であったため、アーク安定性が劣化し、スパッタ発生量が増加した。
Ｎｏ．５０（ワイヤＮｏ．Ｈ１９）は、ワイヤのＴ．Ｂの含有量が上限値を超えていたため、引張強さが上昇し過ぎ、靱性が低下した。
Ｎｏ．５１（ワイヤＮｏ．Ｈ２０）は、ワイヤのＴ．Ｂの含有量が下限値未満であったため、靱性が低下した。
Ｎｏ．５２（ワイヤＮｏ．Ｈ２１）は、ワイヤの［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が上限値を超えていたため、引張強さが低下し、靭性が低下した。
Ｎｏ．５３（ワイヤＮｏ．Ｈ２２）は、ワイヤの［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が下限値未満であったため、ビード形状、ビード外観が劣化し、加えて、引張強さが上昇し、靭性が低下した。
Ｎｏ．５４（ワイヤＮｏ．Ｈ２３）は、ワイヤのＭｇの含有量が上限値を超えていたため、スパッタ発生量が増加し、耐吸湿性が劣化した。
Ｎｏ．５５（ワイヤＮｏ．Ｈ２４）は、ワイヤのＭｇＯの含有量が上限値を超えていたため、ビード外観が劣化し、耐吸湿性が劣化した。
Ｎｏ．５６（ワイヤＮｏ．Ｈ２５）は、ワイヤのＮａ＋Ｋの含有量が上限値を超えていたため、耐吸湿性が劣化した。
Ｎｏ．５７（ワイヤＮｏ．Ｈ２６）は、ワイヤのＦの含有量が上限値を超えていたため、スパッタ発生量及びヒューム発生量が増加した。
Ｎｏ．３３（ワイヤＮｏ．Ｈ２）は、ワイヤのＴｉＯ２の含有量が下限値未満であったため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．３４（ワイヤＮｏ．Ｈ３）は、ワイヤのＮｉの含有量が上限値を超えていたため、引張強さが上昇し過ぎた。
Ｎｏ．３５（ワイヤＮｏ．Ｈ４）は、ワイヤのＮｉの含有量が下限値未満であったため、靱性が低下した。
Ｎｏ．３６（ワイヤＮｏ．Ｈ５）は、ワイヤのＭｏの含有量が上限値を超えていたため、引張強さが上昇し過ぎた。
Ｎｏ．３７（ワイヤＮｏ．Ｈ６）は、ワイヤのＭｏの含有量が下限値未満であったため、引張強さが低下した。
Ｎｏ．３８（ワイヤＮｏ．Ｈ７）は、ワイヤのＣの含有量が上限値を超えていたため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．３９（ワイヤＮｏ．Ｈ８）は、ワイヤのＣの含有量が下限値未満であったため、引張強さが低下した。
Ｎｏ．４０（ワイヤＮｏ．Ｈ９）は、ワイヤのＴ．Ｓｉの含有量が上限値を超えていたため、靱性が低下した。
Ｎｏ．４１（ワイヤＮｏ．Ｈ１０）は、ワイヤのＴ．Ｓｉの含有量が下限値未満であったため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．４２（ワイヤＮｏ．Ｈ１１）は、ワイヤのＺｒＯ２の含有量が上限値を超えていたため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．４３（ワイヤＮｏ．Ｈ１２）は、ワイヤのＺｒＯ２の含有量が下限値未満であったため、ビード形状、ビード外観が劣化した。
Ｎｏ．４４（ワイヤＮｏ．Ｈ１３）は、ワイヤのＭｎの含有量が上限値を超えていたため、引張強さが上昇し過ぎ、靱性が低下した。
Ｎｏ．４５（ワイヤＮｏ．Ｈ１４）は、ワイヤのＭｎの含有量が下限値未満であったため、靱性が低下した。
Ｎｏ．４６（ワイヤＮｏ．Ｈ１５）は、ワイヤのＡｌの含有量が上限値を超えていたため、靱性が低下した。
Ｎｏ．４７（ワイヤＮｏ．Ｈ１６）は、ワイヤのＡｌの含有量が下限値未満であるとともに、ワイヤの［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が上限値を超えていたため、靱性が低下した。
Ｎｏ．４８（ワイヤＮｏ．Ｈ１７）は、ワイヤのＮａＦの含有量が上限値を超えていたため、ヒューム発生量が増加し、耐吸湿性が劣化した。
Ｎｏ．４９（ワイヤＮｏ．Ｈ１８）は、ワイヤのＮａＦの含有量が下限値未満であったため、アーク安定性が劣化し、スパッタ発生量が増加した。
Ｎｏ．５０（ワイヤＮｏ．Ｈ１９）は、ワイヤのＴ．Ｂの含有量が上限値を超えていたため、引張強さが上昇し過ぎ、靱性が低下した。
Ｎｏ．５１（ワイヤＮｏ．Ｈ２０）は、ワイヤのＴ．Ｂの含有量が下限値未満であったため、靱性が低下した。
Ｎｏ．５２（ワイヤＮｏ．Ｈ２１）は、ワイヤの［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が上限値を超えていたため、引張強さが低下し、靭性が低下した。
Ｎｏ．５３（ワイヤＮｏ．Ｈ２２）は、ワイヤの［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］によって算出される値が下限値未満であったため、ビード形状、ビード外観が劣化し、加えて、引張強さが上昇し、靭性が低下した。
Ｎｏ．５４（ワイヤＮｏ．Ｈ２３）は、ワイヤのＭｇの含有量が上限値を超えていたため、スパッタ発生量が増加し、耐吸湿性が劣化した。
Ｎｏ．５５（ワイヤＮｏ．Ｈ２４）は、ワイヤのＭｇＯの含有量が上限値を超えていたため、ビード外観が劣化し、耐吸湿性が劣化した。
Ｎｏ．５６（ワイヤＮｏ．Ｈ２５）は、ワイヤのＮａ＋Ｋの含有量が上限値を超えていたため、耐吸湿性が劣化した。
Ｎｏ．５７（ワイヤＮｏ．Ｈ２６）は、ワイヤのＦの含有量が上限値を超えていたため、スパッタ発生量及びヒューム発生量が増加した。
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 (2)
- ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：４．０質量％以上１０．０質量％以下、
Ｎｉ：０．２質量％以上２．０質量％以下、
Ｍｏ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、
Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉ換算量の合計：０．２０質量％以上１．７０質量％以下、
ＺｒＯ２：０．１質量％以上１．０質量％以下、
Ｍｎ：１．３質量％以上３．５質量％以下、
Ａｌ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
ＮａＦ：０．０５質量％以上０．６０質量％以下、
Ｂ及びＢ酸化物のＢ換算量の合計：０．０００３質量％以上０．０３００質量％以下、
Ｍｇ：０．１０質量％未満、
ＭｇＯ：０．１０質量％未満、
ＮａＦ以外のＮａ化合物のＮａ換算量とＫ化合物のＫ換算量との合計：０．２０質量％以下、
ＮａＦ以外のＦ化合物のＦ換算量：０．１０質量％以下、
であるとともに、
ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、Ａｌの含有量を［Ａｌ］とした場合、５．００≦［ＴｉＯ２］／［Ａｌ］≦７０．００を満たす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。 - ワイヤ全質量あたり、
Ａｌ２Ｏ３：０．５質量％以下、
Ｃａ：０．１０質量％以下、
Ｔｉ：０．２５質量％以下、
であ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。
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