JP2019177415A - セルフ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】優れた溶接作業性・耐気孔性と良好な溶接金属の靱性・曲げ性能を兼ね備えたセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの提供。【解決手段】鋼製外皮内にフラックスを充填させてなるセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対して、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．６０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．６〜３．０％、Ａｌ：１．５〜３．５％、Ｍｇ：０．７〜２．５％、Ｎｉ：０．２〜１．０％、Ｓ：０．０１５％以下、Ｌｉ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．１５％以下、及びアルカリ金属およびアルカリ土類金属を含有し、かつ、０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０の関係を満足するセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。【選択図】なし
Description
本発明は、セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
土木工事の鋼管杭などの溶接は、屋外の工事現場で施工するので、耐風性および作業効率の面から、セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを適用することが多い。健全な溶接継手を得るために、良好な溶接ビード形状や外観、気孔などの溶接欠陥のないことはもちろん、ある程度の靱性や良好な曲げ性能が求められる。セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを適用する場合、気孔の発生を防ぐために、ワイヤにＡｌを大量に添加して、気孔の発生源である窒素を固定するのが必須である。しかし、Ａｌは溶接金属に多く歩留まると、溶接金属のミクロ組織は粗大なフェライトが形成され、溶接金属の靱性および曲げ性能を損なう恐れがある。
そこで、優れた溶接作業性を有すると共に、高靱性の溶接金属を得ることができ、しかも、製造コストが低いセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の溶接ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、Ａｌ：１．５〜９％、Ｍｇ−Ｆｅ系複合酸化物：２．０〜１５％、Ｍｎおよび／又はＮｉを合計で０．１〜５％、Ｍｇ：０．１〜４％、Ｌｉ−Ｆｅ系複合酸化物：０．０１〜１０％、金属フッ化物：０．０１〜５％、炭酸化合物：０．０１〜５％を含有する。
また、溶接作業性および耐気孔性に優れ、かつ、靱性の高い溶接金属を得ることができるセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載の溶接ワイヤは、ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．０１〜０．２０％、Ｍｎ：０．１〜３．０％、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜３．０％、Ａｌ：１．５〜４．０％、Ｍｇ：０．５〜２．０％、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの１種以上：３．０〜７．０％、Ｌｉ：０．０５〜０．３０％、Ｆ：０．５〜３．０％を含有する。
しかしながら、前述した特許文献１及び２に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、耐気孔性と靱性・曲げ性能との両立には不十分である。即ち、優れた溶接作業性・耐気孔性と良好な溶接金属の靱性・曲げ性能を兼ね備えるようなものではなかった。何れのワイヤも耐気孔性に良い影響を及ぼすＡｌなどの元素の含有量と、溶接金属の靱性・曲げ性能に良い影響を及ぼすＭｎやＮｉなどの元素の含有量とのバランスは適正ではなかった。
そこで、本発明は、優れた溶接作業性・耐気孔性と良好な溶接金属の靱性・曲げ性能を兼ね備えたセルフ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主目的とする。
すなわち、本発明の一態様に係るセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスを充填させてなるセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対して、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．６０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．６〜３．０％、Ａｌ：１．５〜３．５％、Ｍｇ：０．７〜２．５％、Ｎｉ：０．２〜１．０％、Ｓ：０．０１５％以下、Ｌｉ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．１５％以下、及びアルカリ金属およびアルカリ土類金属を含有し、かつ、下記式（１）の関係を満足する。
０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０ （１）
０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０ （１）
本発明の一態様において、上記セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対して、質量％で、Ｃａ：１．０〜５．０％、Ｆ：１．０〜５．０％、及びＯ：０．５〜 ３．０％からなる群から選択される少なくとも１つを含有してもよい。
本発明の一態様において、上記セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、前記フラックス中に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物とが、合計で２０〜６０質量％含有されていてもよい。
本発明の一態様において、上記セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、前記フラックス中のＡｌとＭｇの合計量（質量％）の値をＸとしたときに、Ｘが１５〜３０であってもよい。
本発明の一態様において、上記セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、単位長さあたりの前記ワイヤの電気抵抗（μΩ／ｃｍ）の値と、前記鋼製外皮の断面積（ｃｍ２）の値との積をＹとしたときに、Ｙが１０〜３０であってもよい。
本発明の一態様において、上記セルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、前記フラックス中のＡｌとＭｇの合計量（質量％）の値をＸとし、単位長さあたりの前記ワイヤの電気抵抗（μΩ／ｃｍ）の値と、前記鋼製外皮の断面積（ｃｍ２）の値との積をＹとしたときに、Ｘ／Ｙが１．０〜２．０であってもよい。
本発明のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、優れた溶接作業性および耐気孔性を有すると共に、良好な靱性や曲げ性能を有する溶接金属を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、本実施形態のワイヤともいう）は、鋼製外皮内にフラックスを充填させてなるセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対して、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．６０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．６〜３．０％、Ａｌ：１．５〜３．５％、Ｍｇ：０．７〜２．５％、Ｎｉ：０．２〜１．０％、Ｓ：０．０１５％以下、Ｌｉ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．１５％以下、及びアルカリ金属およびアルカリ土類金属を含有し、かつ、下記式（１）の関係を満足する。
０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０ （１）
本実施形態のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、本実施形態のワイヤともいう）は、鋼製外皮内にフラックスを充填させてなるセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対して、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．６０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、Ｍｎ：０．６〜３．０％、Ａｌ：１．５〜３．５％、Ｍｇ：０．７〜２．５％、Ｎｉ：０．２〜１．０％、Ｓ：０．０１５％以下、Ｌｉ：０．０５〜０．５０％、Ｚｒ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．１５％以下、及びアルカリ金属およびアルカリ土類金属を含有し、かつ、下記式（１）の関係を満足する。
０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０ （１）
以下において、本実施形態のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおける各成分量の数値限定の理由について説明する。なお、ワイヤ組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、以下における各成分量は、特に断りの無い限り、ワイヤ全質量あたりの含有量である。ここで、ワイヤ全質量とは、外皮の全質量とフラックスの全質量の総和である。また、本明細書において、質量を基準とする百分率（質量％）は、重量を基準とする百分率（重量％）と同義である。
＜Ｃ：０．０３〜０．６０質量％＞
Ｃの添加目的は、（１）溶接金属の強度を確保すること、（２）溶接金属に適正な焼入れ性を持たせて、粗大なフェライトの形成を抑制することなどである。ただし、Ｃ含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０３質量％未満の場合、これらの目的は十分に達成できない。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｃ含有量を０．０３質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。一方、Ｃ含有量が、ワイヤ全質量あたり０．６０質量％を超えると、溶接金属中に歩留まるＣ量が多くなり過ぎて、硬い組織が形成され、靱性および曲げ性能が劣化する。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｃ含有量を０．６０質量％以下とし、好ましくは０．５０質量％以下とする。
Ｃの添加目的は、（１）溶接金属の強度を確保すること、（２）溶接金属に適正な焼入れ性を持たせて、粗大なフェライトの形成を抑制することなどである。ただし、Ｃ含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０３質量％未満の場合、これらの目的は十分に達成できない。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｃ含有量を０．０３質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。一方、Ｃ含有量が、ワイヤ全質量あたり０．６０質量％を超えると、溶接金属中に歩留まるＣ量が多くなり過ぎて、硬い組織が形成され、靱性および曲げ性能が劣化する。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｃ含有量を０．６０質量％以下とし、好ましくは０．５０質量％以下とする。
＜Ｓｉ：０．０１〜０．５０質量％＞
Ｓｉを多量に添加すると、溶接金属は硬化して、靱性が劣化する。したがって、本実施形態のワイヤでは、Ｓｉ含有量を０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とする。一方、Ｓｉ含有量が少なすぎるとビードのなじみが劣化するため、本実施形態のワイヤでは、Ｓｉ含有量を０．０１質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。ここで、Ｓｉはワイヤ中に含まれるＳｉ元素の合計量を意味し、Ｓｉ単体、合金中のＳｉ、及び酸化物Ｓｉに含まれるＳｉの合計である。
Ｓｉを多量に添加すると、溶接金属は硬化して、靱性が劣化する。したがって、本実施形態のワイヤでは、Ｓｉ含有量を０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とする。一方、Ｓｉ含有量が少なすぎるとビードのなじみが劣化するため、本実施形態のワイヤでは、Ｓｉ含有量を０．０１質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。ここで、Ｓｉはワイヤ中に含まれるＳｉ元素の合計量を意味し、Ｓｉ単体、合金中のＳｉ、及び酸化物Ｓｉに含まれるＳｉの合計である。
＜Ｍｎ：０．６〜３．０質量％＞
Ｍｎは、溶接金属の靱性および曲げ性能の確保の目的で添加される。Ｍｎはオーステナイト安定化元素であり、フェライト組織の粗大化を抑制する効果がある。しかしながら、Ｍｎ含有量がワイヤ全質量あたり０．６質量％未満の場合、フェライトの粗大化を抑制する効果が過小である。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｍｎ含有量を０．６質量％以上とし、好ましくは０．９質量％以上とする。一方、３．０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎ、靱性の劣化を起こすおそれがある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｍｎ含有量を３．０質量％以下とし、好ましくは２．５質量％以下とする。ここで、Ｍｎはワイヤ中に含まれるＭｎ元素の合計量を意味している。
Ｍｎは、溶接金属の靱性および曲げ性能の確保の目的で添加される。Ｍｎはオーステナイト安定化元素であり、フェライト組織の粗大化を抑制する効果がある。しかしながら、Ｍｎ含有量がワイヤ全質量あたり０．６質量％未満の場合、フェライトの粗大化を抑制する効果が過小である。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｍｎ含有量を０．６質量％以上とし、好ましくは０．９質量％以上とする。一方、３．０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎ、靱性の劣化を起こすおそれがある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｍｎ含有量を３．０質量％以下とし、好ましくは２．５質量％以下とする。ここで、Ｍｎはワイヤ中に含まれるＭｎ元素の合計量を意味している。
＜Ｎｉ：０．２〜１．０質量％＞
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト安定化元素であり、フェライト組織の粗大化を抑制する効果がある。しかしながら、Ｎｉ含有量がワイヤ全質量あたり０．２質量％未満の場合、フェライトの粗大化を抑制する効果が過小で、溶接金属の靱性および曲げ性能が不十分となる。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｎｉ含有量を０．２質量％以上とし、好ましくは０．３質量％以上とする。一方、Ｎｉは高価であり、Ｎｉ含有量が１．０質量％を超えると、ワイヤのコストが必要以上に上昇する。また、溶接金属の強度が高くなりすぎ、靱性の劣化を起こすおそれがある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｎｉ含有量を１．０質量％以下とし、好ましくは０．７質量％以下とする。ここで、Ｎｉはワイヤ中に含まれるＮｉ元素の合計量を意味している。
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト安定化元素であり、フェライト組織の粗大化を抑制する効果がある。しかしながら、Ｎｉ含有量がワイヤ全質量あたり０．２質量％未満の場合、フェライトの粗大化を抑制する効果が過小で、溶接金属の靱性および曲げ性能が不十分となる。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｎｉ含有量を０．２質量％以上とし、好ましくは０．３質量％以上とする。一方、Ｎｉは高価であり、Ｎｉ含有量が１．０質量％を超えると、ワイヤのコストが必要以上に上昇する。また、溶接金属の強度が高くなりすぎ、靱性の劣化を起こすおそれがある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｎｉ含有量を１．０質量％以下とし、好ましくは０．７質量％以下とする。ここで、Ｎｉはワイヤ中に含まれるＮｉ元素の合計量を意味している。
＜Ｓ：０．０１５質量％以下＞
Ｓは溶接金属の靱性および曲げ性能に対して有害な元素である。したがって、本実施形態のワイヤでは、Ｓ含有量を０．０１５質量％以下とし、好ましくは０．０１２質量％以下とする。
Ｓは溶接金属の靱性および曲げ性能に対して有害な元素である。したがって、本実施形態のワイヤでは、Ｓ含有量を０．０１５質量％以下とし、好ましくは０．０１２質量％以下とする。
＜Ｌｉ：０．０５〜０．５０質量％＞
Ｌｉは溶接金属に歩留まるＡｌおよびＮを同時に低減できる元素である。そのメカニズムとしては、ＬｉはＡｌおよびＮと化学反応して、Ｌｉ３ＡｌＮを形成してスラグとなり、溶接金属へのＡｌおよびＮの歩留まりを低減させると考えられる。そして、溶接金属に含まれるＡｌおよびＮ量が少なくなると、靱性および曲げ性能が向上する。したがって、Ｌｉの添加は、溶接金属の靱性および曲げ性能の向上に顕著な効果がある。溶接金属の靱性および曲げ性能の向上の十分な効果を得るため、本実施形態のワイヤでは、Ｌｉ含有量を０．０５質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。一方、Ｌｉの添加により靱性は向上するが、Ｌｉ系化合物は電子放出しやすく、アークが偏向し、アーク不安定を起こしやすくなる。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｌｉ含有量を０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。なお、Ｌｉの添加形態としては、Ａｌ−Ｌｉ系合金、Ｌｉ−Ｆｅ系複合酸化物、Ｌｉのフッ化物、Ｌｉの炭酸化合物等の、含有されうる全てのＬｉ系合金およびＬｉ系化合物を対象とする。
Ｌｉは溶接金属に歩留まるＡｌおよびＮを同時に低減できる元素である。そのメカニズムとしては、ＬｉはＡｌおよびＮと化学反応して、Ｌｉ３ＡｌＮを形成してスラグとなり、溶接金属へのＡｌおよびＮの歩留まりを低減させると考えられる。そして、溶接金属に含まれるＡｌおよびＮ量が少なくなると、靱性および曲げ性能が向上する。したがって、Ｌｉの添加は、溶接金属の靱性および曲げ性能の向上に顕著な効果がある。溶接金属の靱性および曲げ性能の向上の十分な効果を得るため、本実施形態のワイヤでは、Ｌｉ含有量を０．０５質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。一方、Ｌｉの添加により靱性は向上するが、Ｌｉ系化合物は電子放出しやすく、アークが偏向し、アーク不安定を起こしやすくなる。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｌｉ含有量を０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。なお、Ｌｉの添加形態としては、Ａｌ−Ｌｉ系合金、Ｌｉ−Ｆｅ系複合酸化物、Ｌｉのフッ化物、Ｌｉの炭酸化合物等の、含有されうる全てのＬｉ系合金およびＬｉ系化合物を対象とする。
＜Ａｌ：１．５〜３．５質量％＞
Ａｌは強脱酸元素であると共に、窒素による気孔の発生を防ぐために不可欠な元素である。ここで、耐気孔性を向上させる手法としては、（１）大気から溶接金属に侵入した窒素を窒化物として固定して、気孔の発生を防止する手法、及び（２）ワイヤ成分を高温で蒸気化し、或いは、気体に分解して、その蒸気または気体でワイヤ先端の溶けている溶滴をシールドすることで、気孔の発生を防止する手法が挙げられる。一般的に、上記（１）の手法は溶接作業性に対しては大きく影響しないが、靱性および曲げ性能を劣化させる。一方、上記（２）の手法は靱性および曲げ性能に対しては大きく影響しないが、溶接作業性を劣化させる。そして、Ａｌによる耐気孔性の向上は、上記（１）の手法に該当する。
本実施形態においては、溶接作業性、耐気孔性、靱性および曲げ性能のバランスを考慮し、上記（１）及び（２）の手法を併用して、Ａｌ含有量を最適な範囲に調整している。すなわち、Ａｌ含有量が１．５質量％未満の場合、脱酸および窒素固定効果が不十分であり、気孔が発生することがある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ａｌ含有量を１．５質量％以上とし、好ましくは１．７質量％以上とする。一方、Ａｌ含有量が３．５質量％を超えると、溶接金属中に固溶されるＡｌ量が過多となり、粗大なフェライト組織が形成され、靱性および曲げ性能が劣化する。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ａｌ含有量を３．５質量％以下とし、好ましくは３．０質量％以下とし、より好ましくは２．７質量％以下とする。ここで、Ａｌはワイヤ中に含まれるＡｌ元素の合計量を意味している。
Ａｌは強脱酸元素であると共に、窒素による気孔の発生を防ぐために不可欠な元素である。ここで、耐気孔性を向上させる手法としては、（１）大気から溶接金属に侵入した窒素を窒化物として固定して、気孔の発生を防止する手法、及び（２）ワイヤ成分を高温で蒸気化し、或いは、気体に分解して、その蒸気または気体でワイヤ先端の溶けている溶滴をシールドすることで、気孔の発生を防止する手法が挙げられる。一般的に、上記（１）の手法は溶接作業性に対しては大きく影響しないが、靱性および曲げ性能を劣化させる。一方、上記（２）の手法は靱性および曲げ性能に対しては大きく影響しないが、溶接作業性を劣化させる。そして、Ａｌによる耐気孔性の向上は、上記（１）の手法に該当する。
本実施形態においては、溶接作業性、耐気孔性、靱性および曲げ性能のバランスを考慮し、上記（１）及び（２）の手法を併用して、Ａｌ含有量を最適な範囲に調整している。すなわち、Ａｌ含有量が１．５質量％未満の場合、脱酸および窒素固定効果が不十分であり、気孔が発生することがある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ａｌ含有量を１．５質量％以上とし、好ましくは１．７質量％以上とする。一方、Ａｌ含有量が３．５質量％を超えると、溶接金属中に固溶されるＡｌ量が過多となり、粗大なフェライト組織が形成され、靱性および曲げ性能が劣化する。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ａｌ含有量を３．５質量％以下とし、好ましくは３．０質量％以下とし、より好ましくは２．７質量％以下とする。ここで、Ａｌはワイヤ中に含まれるＡｌ元素の合計量を意味している。
＜Ｍｇ：０．７〜２．５質量％＞
Ｍｇは沸点が低いため、溶接時の高温により蒸発し、ワイヤ先端の溶けている溶滴近辺の窒素分圧を下げ、耐気孔性を向上させる効果がある。当該効果を十分に得るため、本実施形態のワイヤでは、Ｍｇ含有量を０．７質量％以上、好ましくは０．９質量％以上とする。一方、Ｍｇ含有量が２．５質量％を超えると、溶滴が暴れて、スパッタが多く発生する。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｍｇ含有量を２．５質量％以下とし、好ましくは２．２質量％以下とする。ここで、Ｍｇはワイヤ中に含まれるＭｇ元素の合計量を意味している。
Ｍｇは沸点が低いため、溶接時の高温により蒸発し、ワイヤ先端の溶けている溶滴近辺の窒素分圧を下げ、耐気孔性を向上させる効果がある。当該効果を十分に得るため、本実施形態のワイヤでは、Ｍｇ含有量を０．７質量％以上、好ましくは０．９質量％以上とする。一方、Ｍｇ含有量が２．５質量％を超えると、溶滴が暴れて、スパッタが多く発生する。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｍｇ含有量を２．５質量％以下とし、好ましくは２．２質量％以下とする。ここで、Ｍｇはワイヤ中に含まれるＭｇ元素の合計量を意味している。
＜Ｚｒ：０．２０質量％以下＞
Ｚｒは、Ａｌと同様に脱酸および窒素固定の効果がある。また、Ａｌの固定しきれなかった窒素を固定し、溶接金属中の固溶窒素を減らして、靱性を向上させる効果がある。ただし、これらの効果は顕著ではないほか、過度に添加すると溶接金属が硬化して、靱性が劣化する傾向がある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｚｒ含有量を０．２０質量％以下とし、好ましくは０．１０質量％以下とする。
Ｚｒは、Ａｌと同様に脱酸および窒素固定の効果がある。また、Ａｌの固定しきれなかった窒素を固定し、溶接金属中の固溶窒素を減らして、靱性を向上させる効果がある。ただし、これらの効果は顕著ではないほか、過度に添加すると溶接金属が硬化して、靱性が劣化する傾向がある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｚｒ含有量を０．２０質量％以下とし、好ましくは０．１０質量％以下とする。
＜Ｔｉ：０．１５質量％以下＞
Ｔｉは、Ｚｒと同様に固溶窒素を減らして、靱性を向上させる効果があるが、その効果は顕著ではない。また、過度に添加すると、溶接金属が硬化して、靱性が劣化する傾向がある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｔｉ含有量を０．１５質量％以下とする。
Ｔｉは、Ｚｒと同様に固溶窒素を減らして、靱性を向上させる効果があるが、その効果は顕著ではない。また、過度に添加すると、溶接金属が硬化して、靱性が劣化する傾向がある。そのため、本実施形態のワイヤでは、Ｔｉ含有量を０．１５質量％以下とする。
＜アルカリ金属およびアルカリ土類金属＞
本発明の実施形態に係るセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を含有する。これらアルカリ金属及びアルカリ土類金属は、フラックス中に含有されるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩や、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物などに由来するものであり、それらについての詳細は、後述する。
本発明の実施形態に係るセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を含有する。これらアルカリ金属及びアルカリ土類金属は、フラックス中に含有されるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩や、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物などに由来するものであり、それらについての詳細は、後述する。
＜０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０＞
上述したように、オーステナイト安定化元素であるＭｎおよびＮｉの含有量と、溶接金属へのＡｌおよびＮの歩留まりを抑制する元素であるＬｉの含有量を適正に規定することは、溶接金属の靱性および曲げ性能の向上に有利である。これらの含有量が過小の場合、溶接金属の靱性および曲げ性能の向上効果が不十分である。一方で、これらの含有量が過多であると、溶接金属の靱性が劣化したり、ワイヤの製造コストの大幅な上昇を招くことがある。一方、Ａｌは、靱性および曲げ性能に対して有益な元素ではないが、耐気孔性のために必須の元素である。耐気孔性と靱性および曲げ性能を兼ね備えると共に、ワイヤの製造コストを抑えるためには、これらの元素のバランスを最適にすることが必要である。
Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌは、このバランスを表すパラメータとして、多くの試験結果から見出された経験式である。ここで、当該パラメータ中のＭｎ、Ｎｉ、ＬｉおよびＡｌは、それぞれ、ワイヤ全質量あたりのＭｎ含有量（質量％）、Ｎｉ含有量（質量％）、Ｌｉ含有量（質量％）およびＡｌ含有量（質量％）を表す。
Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌが０未満の場合、靱性および曲げ性能は不十分である。したがって、本実施形態のワイヤでは、Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌは０以上であり、好ましくは０．２以上であり、より好ましくは０．４以上である。一方、Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌが２．０を超えると、溶接金属の硬化により靱性が劣化したり、ワイヤの製造コストの大幅な上昇を招くことがある。したがって、本実施形態のワイヤでは、Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌは２．０以下であり、好ましくは１．７以下であり、より好ましくは１．２以下である。
上述したように、オーステナイト安定化元素であるＭｎおよびＮｉの含有量と、溶接金属へのＡｌおよびＮの歩留まりを抑制する元素であるＬｉの含有量を適正に規定することは、溶接金属の靱性および曲げ性能の向上に有利である。これらの含有量が過小の場合、溶接金属の靱性および曲げ性能の向上効果が不十分である。一方で、これらの含有量が過多であると、溶接金属の靱性が劣化したり、ワイヤの製造コストの大幅な上昇を招くことがある。一方、Ａｌは、靱性および曲げ性能に対して有益な元素ではないが、耐気孔性のために必須の元素である。耐気孔性と靱性および曲げ性能を兼ね備えると共に、ワイヤの製造コストを抑えるためには、これらの元素のバランスを最適にすることが必要である。
Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌは、このバランスを表すパラメータとして、多くの試験結果から見出された経験式である。ここで、当該パラメータ中のＭｎ、Ｎｉ、ＬｉおよびＡｌは、それぞれ、ワイヤ全質量あたりのＭｎ含有量（質量％）、Ｎｉ含有量（質量％）、Ｌｉ含有量（質量％）およびＡｌ含有量（質量％）を表す。
Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌが０未満の場合、靱性および曲げ性能は不十分である。したがって、本実施形態のワイヤでは、Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌは０以上であり、好ましくは０．２以上であり、より好ましくは０．４以上である。一方、Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌが２．０を超えると、溶接金属の硬化により靱性が劣化したり、ワイヤの製造コストの大幅な上昇を招くことがある。したがって、本実施形態のワイヤでは、Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌは２．０以下であり、好ましくは１．７以下であり、より好ましくは１．２以下である。
（Ｆｅおよび不可避的不純物）
本実施形態のフラックス入りワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
残部のＦｅは、外皮を構成するＦｅ、フラックスに添付されている鉄粉、合金粉のＦｅが相当する。本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｆｅをたとえば７５質量％以上含有し、好ましくは８０質量％以上含有する。
なお、Ｆｅの上限は特に限定されないが、他の成分組成との関係から、たとえば９５質量％以下とする。
残部の不可避的不純物とは、前記成分以外の成分（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｗ、Ｐ、Ｎ等）や、後述する成分であって選択的に添加する成分等が不可避的に含まれるものなども該当し、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。
本実施形態のフラックス入りワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
残部のＦｅは、外皮を構成するＦｅ、フラックスに添付されている鉄粉、合金粉のＦｅが相当する。本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｆｅをたとえば７５質量％以上含有し、好ましくは８０質量％以上含有する。
なお、Ｆｅの上限は特に限定されないが、他の成分組成との関係から、たとえば９５質量％以下とする。
残部の不可避的不純物とは、前記成分以外の成分（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｗ、Ｐ、Ｎ等）や、後述する成分であって選択的に添加する成分等が不可避的に含まれるものなども該当し、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。
また、本実施形態のワイヤには、必要に応じて下記成分をさらに添加してもよい。
＜Ｃａ：１．０〜５．０質量％＞
Ｃａはアーク安定剤として作用するため、適正量添加することによりアーク安定性が向上し、溶接作業性を向上させる効果があるため、添加してもよい。これら効果を良好に得るためには、Ｃａは１．０質量％以上添加することが好ましく、２．０質量％以上添加することがより好ましい。一方、Ｃａが５．０質量％よりも多く含有されている場合、溶滴移行が不安定となり、スパッタ発生量が増加するおそれがあるため、Ｃａ量は５．０質量％以下が好ましく、４．０質量％以下とすることがより好ましい。
Ｃａはアーク安定剤として作用するため、適正量添加することによりアーク安定性が向上し、溶接作業性を向上させる効果があるため、添加してもよい。これら効果を良好に得るためには、Ｃａは１．０質量％以上添加することが好ましく、２．０質量％以上添加することがより好ましい。一方、Ｃａが５．０質量％よりも多く含有されている場合、溶滴移行が不安定となり、スパッタ発生量が増加するおそれがあるため、Ｃａ量は５．０質量％以下が好ましく、４．０質量％以下とすることがより好ましい。
＜Ｆ：１．０〜５．０質量％＞
＜Ｏ：０．５〜３．０質量％＞
ＦおよびＯはフッ化物や炭酸塩、酸化物およびこれらの複合化合物として含有される。Ｆはアーク中のＨと反応し、溶接金属中の拡散性水素量を低減する効果があるため、１．０質量％以上添加することが好ましい。一方、Ｆを多量に添加した場合、吸湿特性が低下し、拡散性水素量が増加してしまうおそれがあるため、５．０質量％以下とすることが好ましい。また、Ｏについては溶接スラグの発生を促すため、立向溶接等の作業性を向上させるためには、０．５質量％以上添加されていることが好ましい。一方、Ｏを多量に添加した場合は、溶接スラグ量が多くなりすぎてしまい、スラグ巻き込み等の欠陥が発生しやすくなるため、３．０質量％以下とすることが好ましい。
＜Ｏ：０．５〜３．０質量％＞
ＦおよびＯはフッ化物や炭酸塩、酸化物およびこれらの複合化合物として含有される。Ｆはアーク中のＨと反応し、溶接金属中の拡散性水素量を低減する効果があるため、１．０質量％以上添加することが好ましい。一方、Ｆを多量に添加した場合、吸湿特性が低下し、拡散性水素量が増加してしまうおそれがあるため、５．０質量％以下とすることが好ましい。また、Ｏについては溶接スラグの発生を促すため、立向溶接等の作業性を向上させるためには、０．５質量％以上添加されていることが好ましい。一方、Ｏを多量に添加した場合は、溶接スラグ量が多くなりすぎてしまい、スラグ巻き込み等の欠陥が発生しやすくなるため、３．０質量％以下とすることが好ましい。
＜フラックス中におけるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物との合計：２０〜６０質量％＞
アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩は溶接中にＣＯやＣＯ２に分解され、またアルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物は溶接中にフッ素に分解され、溶滴近辺の窒素分圧を下げて、耐気孔性を向上させる効果がある。しかしながら、フラックス中における（フラックス全質量あたりの、すなわちフラックス全体：１００質量％に対する）これらの合計の含有量が２０質量％未満の場合には、この効果は顕著ではないため、含有させる場合には２０質量％以上含有させることが好ましく、２７質量％以上含有させることがより好ましい。一方、これらの合計の含有量が６０質量％を超えると、スパッタおよびヒュームが多く発生して、溶接作業性が悪化するおそれがある。そのため、これらの合計の含有量は６０質量％以下とすることが好ましく、５０質量％以下とすることがより好ましい。ここで、アルカリ金属及びアルカリ土類金属としては、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ等が挙げられる。炭酸塩としては、Ｃａ系（例えば、ＣａＣＯ３）、Ｍｇ系（例えば、ＭｇＣＯ３）、Ｂａ系（例えば、ＢａＣＯ３）、Ｓｒ系（例えば、ＳｒＣＯ３）等の炭酸化合物が例示される。また、炭酸塩としては１種単独であってもよく、あるいは、２種以上であってもよい。フッ化物としては、Ｃａ系（例えば、ＣａＦ２）、Ｂａ系（例えば、ＢａＦ２）、Ｓｒ系（例えば、ＳｒＦ２）等のフッ化物が例示される。また、フッ化物としては１種単独であってもよく、あるいは、２種以上であってもよい。
アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩は溶接中にＣＯやＣＯ２に分解され、またアルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物は溶接中にフッ素に分解され、溶滴近辺の窒素分圧を下げて、耐気孔性を向上させる効果がある。しかしながら、フラックス中における（フラックス全質量あたりの、すなわちフラックス全体：１００質量％に対する）これらの合計の含有量が２０質量％未満の場合には、この効果は顕著ではないため、含有させる場合には２０質量％以上含有させることが好ましく、２７質量％以上含有させることがより好ましい。一方、これらの合計の含有量が６０質量％を超えると、スパッタおよびヒュームが多く発生して、溶接作業性が悪化するおそれがある。そのため、これらの合計の含有量は６０質量％以下とすることが好ましく、５０質量％以下とすることがより好ましい。ここで、アルカリ金属及びアルカリ土類金属としては、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ等が挙げられる。炭酸塩としては、Ｃａ系（例えば、ＣａＣＯ３）、Ｍｇ系（例えば、ＭｇＣＯ３）、Ｂａ系（例えば、ＢａＣＯ３）、Ｓｒ系（例えば、ＳｒＣＯ３）等の炭酸化合物が例示される。また、炭酸塩としては１種単独であってもよく、あるいは、２種以上であってもよい。フッ化物としては、Ｃａ系（例えば、ＣａＦ２）、Ｂａ系（例えば、ＢａＦ２）、Ｓｒ系（例えば、ＳｒＦ２）等のフッ化物が例示される。また、フッ化物としては１種単独であってもよく、あるいは、２種以上であってもよい。
＜フラックス中におけるＡｌとＭｇの合計量：１５〜３０質量％＞
また、フラックス中における（フラックス全質量あたりの、すなわちフラックス全体：１００質量％に対する）ＡｌとＭｇとの合計の含有量は、１５〜３０質量％とすることが好ましい。フラックス中におけるＡｌとＭｇとの合計の含有量が１５質量％以上であれば、ＡｌおよびＭｇはフープ（鋼製外皮）内で溶融することにより、フラックス中に電流を供給し、ジュール発熱することにより炭酸塩やフッ化物の反応を促進させ、耐気孔性を向上させることができる。一方、３０質量％を超えて多量に添加しすぎた場合、炭酸塩およびフッ化物が過剰に反応し、ワイヤ中に空洞が生じてしまい、溶接ワイヤの溶融不安定化が懸念される。フラックス中におけるＡｌとＭｇとの合計の含有量は１７質量％以上が好ましく、２０質量％以上がさらに好ましい。また、フラックス中におけるＡｌとＭｇとの合計の含有量は２５質量％以下が好ましく、２３質量％以下がさらに好ましい。
なお、以下において、フラックス中におけるＡｌ及びＭｇの合計の含有量をＸと表す場合がある。
また、フラックス中における（フラックス全質量あたりの、すなわちフラックス全体：１００質量％に対する）ＡｌとＭｇとの合計の含有量は、１５〜３０質量％とすることが好ましい。フラックス中におけるＡｌとＭｇとの合計の含有量が１５質量％以上であれば、ＡｌおよびＭｇはフープ（鋼製外皮）内で溶融することにより、フラックス中に電流を供給し、ジュール発熱することにより炭酸塩やフッ化物の反応を促進させ、耐気孔性を向上させることができる。一方、３０質量％を超えて多量に添加しすぎた場合、炭酸塩およびフッ化物が過剰に反応し、ワイヤ中に空洞が生じてしまい、溶接ワイヤの溶融不安定化が懸念される。フラックス中におけるＡｌとＭｇとの合計の含有量は１７質量％以上が好ましく、２０質量％以上がさらに好ましい。また、フラックス中におけるＡｌとＭｇとの合計の含有量は２５質量％以下が好ましく、２３質量％以下がさらに好ましい。
なお、以下において、フラックス中におけるＡｌ及びＭｇの合計の含有量をＸと表す場合がある。
＜単位長さあたりのワイヤの電気抵抗（μΩ／ｃｍ）×フープ断面積（ｃｍ２）：１０〜３０）
また、単位長さあたりのワイヤの電気抵抗（μΩ／ｃｍ）の値と、フープ（構成外皮）の断面積（ｃｍ２）の値との積をＹとした場合、Ｙが１０〜３０の範囲となることが好ましい。Ｙが１０以上であれば、フープからフラックスへ電流が流れやすくなり、ＡｌやＭｇと同様に、炭酸塩やフッ化物の反応を促進するため、耐気孔性を向上させることが出来る。しかし、Ｙが３０を超えると、フラックスへ流れる電流が過剰となり、ワイヤの溶融不安定化が懸念される。
また、単位長さあたりのワイヤの電気抵抗（μΩ／ｃｍ）の値と、フープ（構成外皮）の断面積（ｃｍ２）の値との積をＹとした場合、Ｙが１０〜３０の範囲となることが好ましい。Ｙが１０以上であれば、フープからフラックスへ電流が流れやすくなり、ＡｌやＭｇと同様に、炭酸塩やフッ化物の反応を促進するため、耐気孔性を向上させることが出来る。しかし、Ｙが３０を超えると、フラックスへ流れる電流が過剰となり、ワイヤの溶融不安定化が懸念される。
＜Ｘ／Ｙ：１．０〜２．０＞
また、上記Ｙに対する上記Ｘの比（Ｘ／Ｙ）が１．０〜２．０であることが好ましい。上述のようにＸとＹは、いずれも耐気孔性の向上に関連性がある。そして、これらのバランスが上記範囲内である場合、耐気孔性を向上させつつ、良好な溶接作業性とすることが出来る。
また、上記Ｙに対する上記Ｘの比（Ｘ／Ｙ）が１．０〜２．０であることが好ましい。上述のようにＸとＹは、いずれも耐気孔性の向上に関連性がある。そして、これらのバランスが上記範囲内である場合、耐気孔性を向上させつつ、良好な溶接作業性とすることが出来る。
本実施形態のワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填したものである。なお、フラックス入りワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、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、フラックス入りワイヤは、ワイヤ表面（外皮の外側）にメッキ等が施されていても施されていなくてもよい。
つづいて、本実施形態のフラックス入りワイヤの製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態のフラックス入りワイヤを製造する際は、先ず、鋼製外皮内にフラックスを充填する。その際、外皮には、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが好ましい。また、フラックスの組成及び充填率は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲になるよう外皮の組成や厚さなどに応じて適宜調整することができる。
次に、外皮内にフラックスが充填されたワイヤを伸線することにより縮径し、所定の外径を有するフラックス入りワイヤを得る。
本実施形態のフラックス入りワイヤを製造する際は、先ず、鋼製外皮内にフラックスを充填する。その際、外皮には、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが好ましい。また、フラックスの組成及び充填率は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲になるよう外皮の組成や厚さなどに応じて適宜調整することができる。
次に、外皮内にフラックスが充填されたワイヤを伸線することにより縮径し、所定の外径を有するフラックス入りワイヤを得る。
本実施形態のフラックス入りワイヤの外径は、特に限定されるものではないが、ワイヤの生産性の観点から、好ましくは１．６〜３．２ｍｍである。
また、フラックス充填率は、ワイヤ中の各成分が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができるが、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点から、ワイヤ全質量の１５〜２５質量％であることが好ましく、１８〜２２質量％であることがより好ましい。なお、このフラックス充填率は、外皮内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ（外皮＋フラックス）の全質量に対する割合で規定したものである。
また、フラックス充填率は、ワイヤ中の各成分が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができるが、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点から、ワイヤ全質量の１５〜２５質量％であることが好ましく、１８〜２２質量％であることがより好ましい。なお、このフラックス充填率は、外皮内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ（外皮＋フラックス）の全質量に対する割合で規定したものである。
以上詳述したように、本実施形態のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いると、優れた溶接作業性および耐気孔性を有すると共に、良好な靱性や曲げ性能を有する溶接金属を得ることができる。
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。表１〜２に記載したフラックス入りワイヤの成分となるように、下記成分の軟鋼製外皮にフラックスを充填し、ワイヤ径が約２．４ｍｍになるように伸線してセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを作製した。軟鋼製外皮成分（質量％）は、Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．２４％、Ｐ：０．００７％、Ｓ：０．００８％である。
なお、表１〜２に示す各成分量、フラックス中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物との合計量（表１〜２中「フラックス中の炭酸塩および炭酸塩」と表記）、並びにフラックス中のＡｌ及びＭｇの合計量（表１〜２中「フラックス中のＡｌ＋Ｍｇ（Ｘ）」と表記し、以下において「Ｘ」ともいう）は、いずれも質量％基準であり、ワイヤ組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
また、表１〜２中における「式１」の値は、下記式（１）に基づいてＭｎ、Ｎｉ、Ｌｉ及びＡｌ量から算出される値である。
０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０ （１）
０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０ （１）
また、表１〜２中に、単位長さあたりのワイヤの電気抵抗（μΩ／ｃｍ）×フープ断面積（ｃｍ２）（表１〜２中「単位長さあたりのワイヤの電気抵抗×フープ断面積（Ｙ）」と表記し、以下において「Ｙ」ともいう）の値と、Ｘ／Ｙの値をあわせて示す。
また、表１〜２に示すＮｏ．１〜４４は実施例であり、Ｎｏ．４５〜６２は比較例である。
下記に示す溶接条件で溶接を行い、溶接金属のじん性、曲げ性能、溶接金属の衝撃性能、及び溶接作業性を評価し、また、耐気孔性、吸湿性、耐スラグ巻込み性、ワイヤ溶融性等をあわせて評価した。各評価結果を表３〜４に示す。
（溶接条件）
溶接電流：３５０Ａ
溶接電圧：２８Ｖ
極性：ＤＣＥＮ
溶接姿勢：下向溶接
シールドガス：なし
パス間温度：１３５〜１６５℃
入熱：約１．８ｋＪ／ｍｍ
ワイヤ直径：２．４ｍｍ
ワイヤ突き出し長さ：３０ｍｍ
その他：ＪＩＳ Ｇ Ｇ３１０６に規定される溶接構造延鋼材（ＳＭ４９０Ａ）からなる板厚２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの試験板を母材とした。
溶接電流：３５０Ａ
溶接電圧：２８Ｖ
極性：ＤＣＥＮ
溶接姿勢：下向溶接
シールドガス：なし
パス間温度：１３５〜１６５℃
入熱：約１．８ｋＪ／ｍｍ
ワイヤ直径：２．４ｍｍ
ワイヤ突き出し長さ：３０ｍｍ
その他：ＪＩＳ Ｇ Ｇ３１０６に規定される溶接構造延鋼材（ＳＭ４９０Ａ）からなる板厚２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの試験板を母材とした。
溶接金属のじん性の評価は、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、０℃における衝撃性能の平均値が２７Ｊ未満の場合を不良（×）、２７Ｊ以上の場合を良好（○）、更に、３８Ｊ以上４７Ｊ未満の場合を良好−優良（○−◎）、４７Ｊ以上の場合を優良（◎）とした。
溶接金属の曲げ性能の評価は、はば１０ｍｍに切断後、半径２０ｍｍ、１２０°の側曲げ試験を実施し、破断したものを×、２mm以下の微小欠陥が３個以下のものを〇、欠陥が全く無かったものを◎とした。
溶接作業性の評価は、スパッタ発生量、ヒューム発生量、アーク安定性を官能評価にて評価した。
耐気孔性の評価は、風速１０ｍ／秒の環境で溶接を行い、長さ３００ｍｍの溶接ビードあたり、気孔発生個数が３個以上の場合を不良（×）、３個未満の場合を良好（○）、更に、０個の場合を優良（◎）とした。
溶接金属の吸湿性の評価は、３０℃−８０％の環境下に１６８時間ワイヤを放置したのちに、カールフィッシャー法にて抽出ガスをＡｒ、抽出温度を７５０℃とし測定し、５００ｐｐｍ以下を良好とした。
溶接金属の耐スラグ巻込み性の評価は、溶接後の試験体をＸ線透過試験し、評価した。
ワイヤ溶融性の評価は、官能評価により溶接時に周期的なアーク長変動が生じているかどうかで評価を行った。
本発明の要件を満足するＮｏ．１〜４４は、いずれの評価結果においても良好であった。
一方、Ｃ量が少なかったＮｏ．４５は、溶接金属の曲げ性能に劣っていた。また、Ｃ量が多かったＮｏ．４６は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。
Ｓｉ量が多かったＮｏ．４７は、溶接金属のじん性に劣っていた。
Ｍｎ量が少なかったＮｏ．４８は、溶接金属のじん性に劣っていた。また、Ｍｎ量が多かったＮｏ．４９も、溶接金属のじん性に劣っていた。
Ａｌ量が少なかったＮｏ．５０は、溶接金属の曲げ性能に劣り、また、曲げ試験時にブローホールが発生した。また、Ａｌ量が多かったＮｏ．５１は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。
Ｍｇ量が少なかったＮｏ．５２は、溶接金属の曲げ性能に劣り、また、曲げ試験時にブローホールが発生した。また、Ｍｇ量が多かったＮｏ．５３は、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｉ量が少なかったＮｏ．５４は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。また、Ｎｉ量が多かったＮｏ．５５は、溶接金属のじん性に劣っていた。
Ｓ量が多かったＮｏ．５６は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。
Ｌｉ量が少なかったＮｏ．５７は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。また、Ｌｉ量が多かったＮｏ．５８は、溶接作業性に劣っていた。
Ｚｒ量が多かったＮｏ．５９は、溶接金属のじん性に劣っていた。
Ｔｉ量が多かったＮｏ．６０は、溶接金属のじん性に劣っていた。
また、式（１）の値が小さかったＮｏ．６１は、溶接金属のじん性に劣っていた。式（１）の値が大きかったＮｏ．６２も、溶接金属のじん性に劣っていた。
一方、Ｃ量が少なかったＮｏ．４５は、溶接金属の曲げ性能に劣っていた。また、Ｃ量が多かったＮｏ．４６は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。
Ｓｉ量が多かったＮｏ．４７は、溶接金属のじん性に劣っていた。
Ｍｎ量が少なかったＮｏ．４８は、溶接金属のじん性に劣っていた。また、Ｍｎ量が多かったＮｏ．４９も、溶接金属のじん性に劣っていた。
Ａｌ量が少なかったＮｏ．５０は、溶接金属の曲げ性能に劣り、また、曲げ試験時にブローホールが発生した。また、Ａｌ量が多かったＮｏ．５１は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。
Ｍｇ量が少なかったＮｏ．５２は、溶接金属の曲げ性能に劣り、また、曲げ試験時にブローホールが発生した。また、Ｍｇ量が多かったＮｏ．５３は、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｉ量が少なかったＮｏ．５４は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。また、Ｎｉ量が多かったＮｏ．５５は、溶接金属のじん性に劣っていた。
Ｓ量が多かったＮｏ．５６は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。
Ｌｉ量が少なかったＮｏ．５７は、溶接金属のじん性及び曲げ性能に劣っていた。また、Ｌｉ量が多かったＮｏ．５８は、溶接作業性に劣っていた。
Ｚｒ量が多かったＮｏ．５９は、溶接金属のじん性に劣っていた。
Ｔｉ量が多かったＮｏ．６０は、溶接金属のじん性に劣っていた。
また、式（１）の値が小さかったＮｏ．６１は、溶接金属のじん性に劣っていた。式（１）の値が大きかったＮｏ．６２も、溶接金属のじん性に劣っていた。
Claims (6)
- 鋼製外皮内にフラックスを充填させてなるセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対して、質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．６０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｍｎ：０．６〜３．０％、
Ａｌ：１．５〜３．５％、
Ｍｇ：０．７〜２．５％、
Ｎｉ：０．２〜１．０％、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｌｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｚｒ：０．２０％以下、
Ｔｉ：０．１５％以下、及び
アルカリ金属およびアルカリ土類金属
を含有し、かつ、
下記式（１）の関係を満足するセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
０≦Ｍｎ＋１．８Ｎｉ＋８．７Ｌｉ−Ａｌ≦２．０ （１） - ワイヤ全質量に対して、質量％で、
Ｃａ：１．０〜５．０％、
Ｆ：１．０〜５．０％、及び
Ｏ：０．５〜 ３．０％
からなる群から選択される少なくとも１つを含有する請求項１に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - 前記フラックス中に、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の炭酸塩と、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化物とが、合計で２０〜６０質量％含有されている請求項１または２に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記フラックス中のＡｌとＭｇの合計量（質量％）の値をＸとしたときに、
Ｘが１５〜３０である請求項１〜３のいずれか１項に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - 単位長さあたりの前記ワイヤの電気抵抗（μΩ／ｃｍ）の値と、前記鋼製外皮の断面積（ｃｍ２）の値との積をＹとしたときに、
Ｙが１０〜３０である請求項１〜４のいずれか１項に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - 前記フラックス中のＡｌとＭｇの合計量（質量％）の値をＸとし、
単位長さあたりの前記ワイヤの電気抵抗（μΩ／ｃｍ）の値と、前記鋼製外皮の断面積（ｃｍ２）の値との積をＹとしたときに、
Ｘ／Ｙが１．０〜２．０である請求項１〜５のいずれか１項に記載のセルフシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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- 2018-03-30 JP JP2018069937A patent/JP7188899B2/ja active Active
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