JP2020175433A - Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＨＴ後における強度及び靱性に優れ、耐ＳＲ割れ性にも優れる溶接金属を得ることができ、さらに溶接作業性にも優れるフラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】鋼製外皮内にフラックスが充填されているＮｉ基合金フラックス入りワイヤであり、ワイヤ全質量あたり、Ｎｉ：４５〜７５質量％、Ｃｒ：２０質量％以下、Ｍｏ：１０〜２０質量％、Ｆｅ：１０．０質量％以下、ＴｉＯ２：３〜１１質量％、Ｃａ：０．０１〜２．０質量％、Ｆ：１．０質量％以下（０％を含む）、及びＮｂ：０．５質量％未満（０％を含む）を含有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。【選択図】なし

Description

本発明は、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤに関する。

低温用鋼として代表的な５〜９％Ｎｉ鋼等の各種高Ｎｉ合金は、ＬＮＧ、液体窒素、また液体酸素などの貯蔵タンク等に広く用いられている。
このような高Ｎｉ合金の溶接では、溶接継手部に母材と同等の低温靱性を確保するため、フェライト組織の高Ｎｉ合金に類似した成分を有する溶接ワイヤ（いわゆる、共金系ワイヤ）ではなく、Ｎｉ基合金溶接ワイヤを使用するのが一般的である。

近年、高Ｎｉ合金の溶接においても被覆アーク溶接やＴＩＧ溶接に比べて、より高い作業能率が期待できるＮｉ基合金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拡大しつつあり、溶接品質や溶接作業性等の向上を目的として、種々の検討がなされている。

例えば、特許文献１においては、全姿勢における溶接作業性が優れていると共に、良好な耐ピット性及びビード外観が得られ、良好な耐高温割れ性を有する溶着金属が得られるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供することを目的とし、ワイヤ中の成分の含有量が特定の範囲に制限されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤが開示されている。

特開２０１１−１４００６４号公報 特許第５９６８８５５号公報

ここで、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤを用いた溶接においては、溶融金属内で発生したガスによる気孔欠陥が発生しやすいという問題があった。
このような問題に対して、特許文献２では、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ中の成分の含有量を特定の範囲に制限して耐気孔欠陥性の向上を図っている。
しかしながら、特許文献２においては、立向突合せ溶接における耐気孔欠陥性の向上を図っており、特に気孔欠陥の抑制が困難である横向溶接においては、改善の余地があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、溶接作業性に優れ、横向溶接を行った場合においても耐気孔欠陥性に優れるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

本発明者らは、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤの横向溶接について、鋭意検討した結果、横向溶接時に溶融金属から発生した気泡は、溶融金属中を上方向に移動して溶融金属と溶融スラグとの界面に到達し、その後溶融スラグ中を移動して外部に放出されることを確認した。そして、スラグの凝固が早いと、溶融金属とスラグとの界面に到達した気泡の外部への放出が妨げられることにより、気孔欠陥が生じる。耐気孔欠陥性を向上させるには、スラグの融点を下げてスラグが凝固するまでの時間を長くすることが有効であり、そのためにはワイヤにＣａを含有させることが効果的であることを本発明者らは見出し、本発明をなすに至った。

即ち、本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスが充填されているＮｉ基合金フラックス入りワイヤであり、ワイヤ全質量あたり、Ｎｉ：４５〜７５質量％、Ｃｒ：２０質量％以下、Ｍｏ：１０〜２０質量％、Ｆｅ：１０．０質量％以下、ＴｉＯ_２：３〜１１質量％、Ｃａ：０．０１〜２．０質量％、Ｆ：１．０質量％以下（０％を含む）、及びＮｂ：０．５質量％未満（０％を含む）を含有する。
上記のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、金属Ｔｉ、金属Ａｌ、金属Ｍｇからなる群より選ばれる少なくとも１種：合計０．０１〜１．０質量％を含有し、Ｃ：０．０５質量％以下（０％を含む）に制限されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤであってもよい。
上記のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｓｉ：０．１〜１．５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１．０質量％以下（０％を含む）、ＺｒＯ_２：０．５〜３．０質量％、及びＮａ、Ｋ、Ｌｉからなる群より選ばれる少なくとも１種：合計で０．１〜１．０質量％を含有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤであってもよい。
上記のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｗ：１．０〜５．０質量％、及びＭｎ：１．５〜５．５質量％を含有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤであってもよい。
上記のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、さらにワイヤ全質量あたり、Ｂ：０．１０質量％以下（０％を含む）、を含有し、Ｖ：０．０３質量％以下（０％を含む）、Ｐ：０．０１０質量％以下（０％を含む）、及びＳ：０．０１０質量％以下（０％を含む）に制限された、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤであってもよい。

本発明によれば、溶接作業性に優れ、横向溶接を行った場合においても耐気孔欠陥性に優れるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供することができる。

図１は、試験板形状を示す概略説明図である。

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。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。

本実施形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ（以下単に「フラックス入りワイヤ」又は「ワイヤ」とも記載する）は、Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックスが充填されているフラックス入りワイヤである。詳細には、本実施形態のワイヤは、筒状の外皮と、その外皮の内部に充填されるフラックスとからなる。

本実施形態のワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、Ｃ断面、重ね断面等のように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。ワイヤにおける外皮を形成するＮｉ基合金の組成も特に限定されないが、例えばハステロイＣ２７６系合金により外皮を形成することが好ましい。ワイヤの直径も、特に限定されないが、好ましくは０．９〜１．６ｍｍである。ワイヤのフラックス率（ワイヤ全質量に対するフラックス質量の比率）も特に限定されないが、好ましくは１５〜３０質量％である。

次に、本実施形態のワイヤの組成について説明する。なお、本実施形態のワイヤに含まれる各成分は、外皮、フラックスのいずれに含まれていても良い。以下の説明において特に断りのない限り、ワイヤ中の各成分の含有量は、ワイヤ全質量に対する当該成分の質量の比率（質量％）である。

＜ＴｉＯ_２：３〜１１質量％＞
ＴｉＯ_２は均一で被包性の良いスラグを形成する成分であり、スラグ形成剤の主成分として本実施形態のワイヤに添加される。本実施形態のワイヤにおけるＴｉＯ_２の含有量が３質量％未満だとスラグの被包性が劣化する。一方、ＴｉＯ_２の含有量が１１質量％超だとスラグ生成量が過剰となって、溶接部にスラグ巻き込みが発生しやすくなる。したがって、本実施形態のワイヤのＴｉＯ_２の含有量は３〜１１質量％とする。
また、本実施形態のワイヤにおいてＴｉＯ_２の含有量は好ましくは４質量％以上、より好ましくは５質量％以上であり、また、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは９質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＴｉＯ_２源として例えばルチール、白チタン、チタン酸カリウム、チタン酸ソーダ、チタン酸カルシウム等がある。
ここで、本実施形態において、ワイヤ中のＴｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値を上述のＴｉＯ_２含有量としている。

＜Ｃａ：０．０１〜２．０質量％＞
Ｃａはスラグの融点を下げる成分である。
横向溶接時に溶融金属から発生した気泡は、溶融金属中を上方向に移動して溶融金属と母材との界面に到達し、次いで溶融金属中を当該界面に沿って移動して溶融金属と溶融スラグとの界面に到達し、その後溶融スラグ中を移動して外部に放出される。または、溶融金属と母材との界面に到達せずに、直接溶融金属と溶融スラグとの界面に到達し、その後溶融スラグ中を移動して外部に放出される。したがって、スラグの凝固が早いと、溶融金属とスラグとの界面に到達した気泡の外部への放出が妨げられ、その結果、気孔欠陥が生じる。よって、耐気孔欠陥性を向上させるには、スラグの融点を下げてスラグが凝固するまでの時間を長くすることが有効であり、そのためにはワイヤにＣａを含有させることが効果的であることを本発明者らは見出した。
本実施形態のワイヤにおけるＣａの含有量が０．０１質量％未満だと上記の耐気孔欠陥性向上の効果を得ることができない。一方、Ｃａの含有量が２．０質量％超だと、ビード形状の劣化、及び、スパッタ発生量の増加が生じる恐れがある。したがって、ワイヤのＣａの含有量は０．０１〜２．０質量％とする。
また、本実施形態のワイヤにおいてＣａの含有量は好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上である。また、ワイヤのＣａ含有量は、好ましくは１．５質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下である。
Ｃａ源として例えばＣａＯ、ＣａＣＯ_３、ＣａＦ_２等があり、本実施形態ではＣａＯを用いる。ここで、本実施形態において、Ｃａ含有量は、ワイヤ中に含まれるすべてのＣａの含有量を意味しており、Ｃａ単体、Ｃａ合金、Ｃａ化合物に含まれるＣａを合計したものである。

＜Ｆ：１．０質量％以下＞
Ｆは、アーク中の水素分圧を低下させ、溶接金属への水素の侵入を抑制する成分であり、本実施形態のワイヤに添加してもよいが、過剰に添加すると、気孔欠陥が増加する恐れがある。したがって、本実施形態のワイヤにＦを含有させる場合、その含有量は１．０質量％以下、好ましくは０．５質量％以下、より好ましくは０．３質量％以下とする。
気孔欠陥抑制の観点からは、本実施形態のワイヤはＦを含有しなくてもよく、したがって、本実施形態のワイヤのＦの含有量の下限は特に限定されない。即ち、本実施形態のワイヤのＦの含有量は０％であってもよく、例えば０．０５質量％以上であってもよく、０．１質量％以上であってもよい。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＦ源としては、ＮａＦ、Ｋ_２ＳｉＦ_６、ＣａＦ_２等がある。ここで、ワイヤ中に含まれる種々のフッ化物に含まれるＦの含有量を合計した量、即ち、ワイヤ中のフッ化物量のＦ換算値をＦの含有量とする。

＜金属Ｔｉ＋金属Ｍｇ＋金属Ａｌ：０．０１〜１．０質量％＞
金属状態のＴｉ、Ｍｇ及びＡｌ（以下それぞれ「金属Ｔｉ」、「金属Ｍｇ」、及び「金属Ａｌ」とも記載する）は脱酸成分であり、溶接金属中の溶存酸素量を低下させ、溶融金属内におけるＣとＯの反応によるＣＯガスの発生を抑制し、気孔欠陥発生量を減少させる作用を有する。したがって、本実施形態のワイヤは金属Ｔｉ、金属Ｍｇ、及び金属Ａｌからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有してもよい。一方、本実施形態のワイヤにおいてこれらの成分の含有量が過剰だと、耐高温割れ性が劣化したり、スパッタ発生量が増加したりする恐れがある。
したがって、本実施形態のワイヤにおいて、金属Ｔｉ、金属Ｍｇ及び金属Ａｌの含有量の合計（以下「金属Ｔｉ＋金属Ｍｇ＋金属Ａｌ」とも記載する）は好ましくは０．０１質量％以上、より好ましくは０．０３質量％以上、更に好ましくは０．０５質量％以上であり、また、好ましくは１．０質量％以下、より好ましくは０．７質量％以下、更に好ましくは０．３質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおける金属Ｔｉ源、金属Ｍｇ源、金属Ａｌ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金や、フラックスに含まれ得る単体のＴｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｍｇ合金等がある。
本実施形態においては、ワイヤ中にこのように金属状態で含まれるＴｉ、即ち硫酸に溶解するＴｉの含有量を合計した値を金属Ｔｉの含有量とする。すなわち、硫酸に溶解しない酸化物に由来するＴｉの含有量は、金属Ｔｉの含有量には算入しない。金属Ｍｇ及び金属Ａｌの含有量についても同様である

＜Ｃ：０．０５質量％以下＞
Ｃは、本実施形態のワイヤに不可避不純物として含有される。溶融金属内におけるＣとＯの反応によるＣＯガスの発生を抑制し、気孔欠陥発生量を減少させるためには、本実施形態のワイヤのＣの含有量は、０．０５質量％以下に抑制することが好ましい。

＜Ｓｉ：０．１〜１．５質量％＞
Ｓｉはスラグの粘性を高める成分であり、良好なビード形状を得るために有効な成分であるため、本実施形態のワイヤに含有させてもよいが、過剰に含有させるとスラグ剥離性が低下する恐れがある。
したがって、本実施形態のワイヤにおいて、Ｓｉの含有量は、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上、更に好ましくは０．３質量％以上であり、また、好ましくは１．５質量％以下、より好ましくは１．２質量％以下、更に好ましくは１．０質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＳｉ源としては、珪砂、カリ長石、珪灰石、珪酸ナトリウム及び珪酸カリウム等のＳｉ酸化物や、Ｓｉ単体、フラックスに含まれ得るＦｅ−Ｓｉ等のＳｉ合金がある。本実施形態においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＳｉの含有量を合計した量をＳｉ含有量とする。

＜ＺｒＯ_２：０．５〜３．０質量％＞
ＺｒＯ_２はアークの吹き付け性を向上させ、低溶接電流域においてもアークの安定性を向上させる成分であり、本実施形態のワイヤに含有させてもよいが、過剰に含有させるとスラグ剥離性が低下する恐れ、及び、スラグの融点が上昇して耐気孔欠陥性が低下する恐れがある。
したがって、本実施形態のワイヤにおいて、ＺｒＯ_２の含有量は、好ましくは０．５質量％以上、より好ましくは０．７質量％以上、更に好ましくは１．０質量％以上であり、また、好ましくは３．０質量％以下、より好ましくは２．７質量％以下、更に好ましくは２．５質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＺｒＯ_２源としては、例えばジルコンサンド及びジルコニア等が挙げられる。ここで、本実施形態において、ワイヤ中のＺｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値を上述のＺｒＯ_２の含有量としている。

＜Ｎａ＋Ｋ＋Ｌｉ：０．１〜１．０質量％＞
Ｎａ、Ｋ、及びＬｉは、アークの安定性を向上させる成分であり、本実施形態のワイヤはＮａ、Ｋ、及びＬｉからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有してもよいが、これらの成分の含有量が過剰だとスパッタ発生量が増加する恐れがある。
したがって、本実施形態のワイヤにおいて、Ｎａ、Ｋ、及びＬｉの含有量の合計（以下「Ｎａ＋Ｋ＋Ｌｉ」とも記載する）は好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上、更に好ましくは０．３質量％以上であり、また、好ましくは１．０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以下、更に好ましくは０．６質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＮａ源、Ｋ源、及びＬｉ源としては、例えば、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｋ_２ＴｉＦ_６、ソーダ長石及びカリウム長石等が挙げられる。本実施形態においては、ワイヤ中に含まれる種々のＮａ化合物に含まれるＮａの含有量を合計した量、即ち、ワイヤ中のＮａ化合物量のＮａ換算値をＮａの含有量とする。Ｋの含有量及びＬｉの含有量についても同様である。

＜Ａｌ_２Ｏ_３：１．０質量％以下＞
Ａｌ_２Ｏ_３はスラグの粘性を高める成分であり、良好なビード形状を得るために有効な成分であるので本実施形態ワイヤに含有させてもよいが、過剰に含有させるとスラグ剥離性が低下する恐れがある。
したがって、本実施形態のワイヤにおいて、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１．０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以下、さらに好ましくは０．６質量％以下である。
本実施形態のワイヤはＡｌ_２Ｏ_３を含有しなくてもよく、したがって、本実施形態のワイヤのＡｌ_２Ｏ_３の含有量の下限は特に限定されない。即ち、本実施形態のワイヤのＡｌ_２Ｏ_３の含有量は０％であってもよく、例えば０．１質量％以上であってもよく、０．２質量％以上であってもよい。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＡｌ_２Ｏ_３源としては、例えばアルミナ、マイカ等が挙げられる。ここで、本実施形態において、ワイヤ中のＡｌ酸化物のＡｌ_２Ｏ_３換算値をＡｌ_２Ｏ_３の含有量としている。

＜Ｎｉ：４５〜７５質量％＞
Ｎｉは種々の金属と合金化して、溶接金属に優れた機械性能及び耐食性を付与する。本実施形態のワイヤのＮｉ含有量が４５質量％未満だと、溶接金属が希釈されたときに安定したオーステナイト組織が形成されない。一方、Ｎｉ含有量が７５質量％超だと、他の合金元素の添加量が不十分となり、機械性能が確保できなくなる。したがって、本実施形態のワイヤのＮｉの含有量は４５〜７５質量％とする。
また、本実施形態のワイヤにおいて、Ｎｉの含有量は好ましくは４７質量％以上、より好ましくは５０質量％以上であり、また、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは６５質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＮｉ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックス中に含まれる金属Ｎｉ及びＮｉ−Ｍｏ合金等がある。本実施形態においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＮｉの含有量を合計した量をＮｉ含有量とする。

＜Ｍｏ：１０〜２０質量％＞
Ｍｏは溶接金属の耐食性及び強度を向上させる効果があるが、含有量が２０質量％超であると耐高温割れ性が低下する。したがって、本実施形態のワイヤのＭｏ含有量は１０〜２０質量％とする。
また、本実施形態のワイヤにおいて、Ｍｏの含有量は好ましくは１１質量％以上、より好ましくは１２質量％以上であり、また、好ましくは１９質量％以下、より好ましくは１８質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＭｏ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる金属Ｍｏ及びＦｅ−Ｍｏ合金等がある。本実施形態においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＭｏの含有量を合計した量をＭｏ含有量とする。

＜Ｗ：１．０〜５．０質量％＞
Ｗは溶接金属の強度を向上させる成分だが、含有量が過剰だと耐高温割れ性が低下する恐れがある。
したがって、本実施形態のワイヤにおいて、Ｗの含有量は好ましくは１．０質量％以上、より好ましくは１．２質量％以上、更に好ましくは１．５質量％以上であり、また、好ましくは５．０質量％以下、より好ましくは４．５質量％以下、更に好ましくは４．０質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＷ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる単体のＷ金属、Ｆｅ−Ｗ合金、ＷＣ等がある。本実施形態においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＷの含有量を合計した量をＷ含有量とする。

＜Ｍｎ：１．５〜５．５質量％＞
ＭｎはＮｉと低融点化合物を形成して耐高温割れ性を劣化させるＳと結合してＳを無害化する効果があるが、含有量が過剰だとスラグ剥離性が低下する恐れがある。
したがって、本実施形態のワイヤにおいて、Ｍｎの含有量は好ましくは１．５質量％以上、より好ましくは２．０質量％以上、更に好ましくは２．５質量％以上であり、また、好ましくは５．５質量％以下、より好ましくは５．０質量％以下、更に好ましくは４．５質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＭｎ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる単体のＭｎ金属、Ｆｅ−Ｍｎ合金、ＭｎＯ_２及びＭｎＣＯ_３等がある。本実施形態においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＭｎの含有量を合計した量をＭｎ含有量とする。

＜Ｃｒ：２０質量％以下＞
Ｃｒは溶接金属の耐食性及び強度を向上させる効果があるが、ワイヤ中のＣｒ量が２０質量％超だと、耐高温割れ性が低下する。したがって、本実施形態のワイヤのＣｒの含有量は２０質量％以下とする。
また、本実施形態のワイヤにおいて、Ｃｒの含有量は好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、更に好ましくは３質量％以上であり、また、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１９質量％以下、更に好ましくは１８質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＣｒ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる単体のＣｒ金属、Ｆｅ−Ｃｒ合金及びＣｒ_２Ｏ_３等がある。本実施形態においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＣｒの含有量を合計した量をＣｒ含有量とする。

＜Ｆｅ：１０．０質量％以下＞
Ｆｅは溶接金属の延性を向上させる成分だが、ワイヤ中のＦｅ量が１０．０質量％超だと、耐高温割れ性が劣化する。したがって、本実施形態のワイヤのＦｅの含有量は１０．０質量％以下とする。
また、本実施形態のワイヤにおいて、Ｆｅの含有量は好ましくは０．５質量％以上、より好ましくは１．０質量％以上、更に好ましくは２．０質量％以上であり、また、好ましくは９．０質量％以下、より好ましくは８．０質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＦｅ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる単体のＦｅ金属、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｍｏ合金及びＦｅ−Ｔｉ合金等がある。本実施形態においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＦｅの含有量を合計した量をＦｅ含有量とする。
ここで、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅの合計の含有量は、６５％以上であることが好ましく、７２％以上であることがより好ましく、７８％以上であることが特に好ましい。

＜Ｂ：０．１０質量％以下＞
Ｂは、溶接金属中において結晶粒界に偏析し、水素が結晶粒界に偏析することによる伸びの低下を防ぐ作用を有する成分であり、本実施形態のワイヤに含有させてもよいが、過剰に含有させると耐高温割れ性が低下する恐れがある。
したがって、本実施形態のワイヤにおいて、Ｂの含有量は好ましくは０．１質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以下、更に好ましくは０．０２質量％以下である。
気孔欠陥抑制の観点からは、本実施形態のワイヤはＢを含有しなくてもよく、したがって、本実施形態のワイヤのＢの含有量の下限は特に限定されない。即ち、本実施形態のワイヤのＢの含有量は０％であってもよく、例えば０．００５質量％以上であってもよく、０．０１質量％以上であってもよい。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＢ源としては、Ｂ_２Ｏ_３等の酸化物や、Ｆｅ−Ｂ合金等の金属等がある。本明細書においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＢの含有量を合計した量をＢ含有量とする。

＜Ｎｂ：０．５質量％未満＞
ＮｂはＮｉ基合金において強度を向上させるために添加される元素だが、過剰に添加すると耐高温割れ性が低下する。よって、本実施形態のＮｂ含有量は０．５％未満に抑制する。本実施形態のＮｂ含有量はより好ましくは０．１０質量％以下、更に好ましくは０．０５質量％以下である。
なお、本実施形態のワイヤにおけるＮｂ源としては、外皮を形成するＮｉ基合金、フラックスに含まれる単体のＮｂ金属、Ｆｅ−Ｎｂ合金、Ｎｂ_２Ｏ_５等がある。本実施形態においては、ワイヤ中にこのように種々の形態で含まれるＮｂの含有量を合計した量をＮｂ含有量とする。
＜Ｖ：０．０３質量％以下＞
Ｖは、本実施形態のワイヤに不可避不純物として含有される成分である。ワイヤ中のＶ量が０．０３０質量％を超えると、Ｎｉと化合して低融点化合物を生成するため、耐高温割れ性が低下する恐れがある。よって、本実施形態のワイヤのＶ含有量は、０．０３０質量％以下に抑制することが好ましい。

＜Ｐ：０．０１０質量％以下＞
＜Ｓ：０．０１０質量％以下＞
Ｐ及びＳは、本実施形態のワイヤに不可避不純物として含有される成分である。ワイヤ中のＰ量又はＳ量が０．０１質量％を超えると、結晶粒界中にこれらの元素とＮｉとの低融点化合物が生成するため、耐高温割れ性が低下する。よって、本実施形態のワイヤのＰ含有量及びＳ含有量は、それぞれ０．０１質量％以下に抑制することが好ましい。

＜残部＞
本実施形態のワイヤは、本発明の効果を奏する範囲において上記の成分以外の成分を含有してもよい。例えば、酸化Ｆｅ、ＭｇＯなどを本実施形態のワイヤの効果を損なわない範囲で、合計で３％以下含むことができる。
また、本実施形態のワイヤの残部には不可避不純物が含まれる。不可避不純物としては、Ｎ、Ｔａ等が含有され得る。

本実施形態のワイヤの製造方法は特に限定されないが、例えば、以下に示す方法が挙げられる。
まず、外皮を構成するＮｉ基合金の帯を準備し、この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、所望の成分組成となるように、各種原料を配合したフラックスをオープン管に充填し、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、所望の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外皮の合わせ目を溶接して継ぎ目が無いワイヤとしてもよく、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残してもよい。

以下、実施例を挙げて本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

Ｎｉ基合金の外皮中に、原料を適宜配合したフラックスを充填し、直径が１．２ｍｍとなるように伸線加工し、ワイヤ全体の組成が表１に示すとおりである例１〜７のワイヤを製造した。

図１に示すように、上方に３５°、下方に２５°開口した深さが７ｍｍ、底部のＲが３ｍｍの溝が形成されたＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ鋼板を用意した。当該鋼板の溝に対し、各例のワイヤを用いて以下の条件で４パスの溶接を行い、耐気孔欠陥性、アーク安定性、スパッタ抑制性、ビード形状、スラグ剥離性を評価した。
（溶接条件）
溶接姿勢：横向
電流：２００Ａ
電圧：３１Ｖ
シールドガス種類：１００％ＣＯ_２
シールドガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ

＜耐気孔欠陥性＞
放射線透過試験（ＪＩＳ Ｚ３１０４）を行い、溶接長２５０ｍｍの範囲でφ０．５ｍｍ以上の気孔欠陥数を計測し、気孔欠陥数に応じて以下のように耐気孔欠陥性を評価した。
◎（特に良好）：０〜５個
○（良好）：６〜１０個
△（やや不良）：１１〜１５個
×（不良）：１６個以上

＜スラグ剥離性＞
ハンマー、又はエアチッパーを用いてスラグの除去を行い、以下の基準でスラグ剥離性を評価した。
◎（特に良好）：ハンマーで容易にスラグを除去できた
○（良好）：ハンマーでスラグを除去できた
△（やや不良）：ハンマーでは困難であったが、エアチッパーでスラグを除去できた
×（不良）：エアチッパーを用いてもスラグ除去が困難であった

＜アーク安定性、スパッタ抑制性、ビード形状＞
溶接時のアーク安定性及びスパッタ抑制性と、溶接部のビード外観は、夫々、官能評価により極めて良好であった場合を◎、良好であった場合を○、やや不良であった場合を△、不良であった場合を×と評価した。

例１〜４のワイヤは、本実施例の発明例であり、評価結果が良好であった。
例５のワイヤは、Ｃａの含有量が本発明において規定する範囲の下限を下回るため、耐気孔欠陥性がやや不良であった。
例６のワイヤは、Ｃａの含有量が本発明において規定する範囲の下限を下回るため、耐気孔欠陥性が不良であった。
例７のワイヤは、ＴｉＯ_２の含有量が本発明において規定する範囲の下限を下回り、Ｆの含有量が本発明において規定する範囲の上限を上回り、Ｍｏの含有量が本発明において規定する範囲の下限を下回り、Ｎｂの含有量が本発明において規定する範囲の上限を上回るため、耐気孔欠陥性が不良であり、アーク安定性及びビード形状がやや不良であった。

Claims (5)

1. 鋼製外皮内にフラックスが充填されているＮｉ基合金フラックス入りワイヤであり、
   ワイヤ全質量あたり、
   Ｎｉ：４５〜７５質量％、
   Ｃｒ：２０質量％以下、
   Ｍｏ：１０〜２０質量％、
   Ｆｅ：１０．０質量％以下、
   ＴｉＯ_２：３〜１１質量％、
   Ｃａ：０．０１〜２．０質量％、
   Ｆ：１．０質量％以下（０％を含む）、及び
   Ｎｂ：０．５質量％未満（０％を含む）
   を含有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
2. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   金属Ｔｉ、金属Ａｌ、金属Ｍｇからなる群より選ばれる少なくとも１種：合計０．０１〜１．０質量％
   を含有し、
   Ｃ：０．０５質量％以下（０％を含む）
   に制限された、請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
3. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   Ｓｉ：０．１〜１．５質量％、
   Ａｌ_２Ｏ_３：１．０質量％以下（０％を含む）、
   ＺｒＯ_２：０．５〜３．０質量％、及び
   Ｎａ、Ｋ、Ｌｉからなる群より選ばれる少なくとも１種：合計で０．１〜１．０質量％
   を含有する、請求項１又は２に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
4. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   Ｗ：１．０〜５．０質量％、及び
   Ｍｎ：１．５〜５．５質量％
   を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
5. さらにワイヤ全質量あたり、
   Ｂ：０．１０質量％以下（０％を含む）、
   を含有し、
   Ｖ：０．０３質量％以下（０％を含む）、
   Ｐ：０．０１０質量％以下（０％を含む）、及び
   Ｓ：０．０１０質量％以下（０％を含む）
   に制限された、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。

Images