JP2020199534A - 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】全姿勢における溶接作業性が優れるとともに高い耐気孔欠陥性を有する、二相ステンレス鋼の溶接に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を提供する。【解決手段】ステンレス鋼製外皮にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、フラックス中に、スラグ造滓剤、ＣａＯ、金属フッ化物のＦ換算値の合計をそれぞれ所定範囲で含有するとともに、ＮａＦを実質的に含有せず、Ｂｉ２Ｏ３が所定範囲に規制されており、かつ、ワイヤ全質量あたり、ステンレス鋼製外皮及びフラックスの合計で、メタルＦｅ、メタルＣｒ、メタルＮｉ、全Ｓｉ、全Ａｌ、全Ｍｇをそれぞれ所定範囲で含有するとともに、メタルＭｎ、全Ｔｉ、全Ｚｒがそれぞれ所定範囲に規制されている。【選択図】なし
Description
本発明は、全姿勢における溶接作業性が優れるとともに高い耐気孔欠陥性を有する、二相ステンレス鋼の溶接に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。
化学プラント機器やケミカルタンカー及び水門等の構造物には、ＪＩＳ ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、ＪＩＳ ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３１８０３、ＵＮＳ Ｎｏ．Ｓ３２２０５等の二相ステンレス鋼が使用され、溶接方法としてはフラックス入りワイヤによるガスシールドアーク溶接が普及している。また溶接姿勢は、下向、立向上進、横向、上向など様々な姿勢（以下、全姿勢）があり、溶接環境は工場建屋内から屋外まで多岐に渡る。
しかし従来のフラックス入りワイヤによるガスシールドアーク溶接では、ピットやウォームホールが発生しやすいという課題と、下向以外の溶接姿勢における溶接作業性の不良、具体的にはビード形状が不良（凸ビード化）になりやすいという課題があった。このためこれら２つの課題解決のために、フラックス入りワイヤ自身についてこれまで様々な改良が提案されてきた。
例えば特許文献１には、ワイヤ全質量に対して、所定量のＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２を含有させ、Ｃａ＋Ｍｇ、Ｎａ＋Ｋ及びこれらスラグ成分の合計を規定するとともに、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋとスラグ成分の合計を用いた計算式から得られる値が特定の範囲となるように調整したステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
また、特許文献２には、外皮及びフラックス中のＮ及び窒素化合物の含有量を限定するとともに、フラックス中のＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＮａＦ等の金属フッ化物の含有量を調整し、ＺｒＯ２及び金属炭酸塩を制限したＣｒ−Ｎｉ系ステンレス鋼溶接用高窒素フラックス入りワイヤが提案されている。
更に、特許文献３には、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆ換算値、Ｔｉ換算値及びスラグ剤成分の含有量を調整した高窒素含有ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。なお、特許文献３には、フラックス中のＦ含有量に対するＡｌ２Ｏ３含有量の値を所定量以下にすることにより、良好なスラグ剥離性を得ることができ、なおかつフラックス充填率を規定することによりスパッタの増加を抑制することが出来ることも記載されている。
しかしながら上記特許文献１に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤは、長期保管後と高温多湿雰囲気下のワイヤ吸湿を配慮したものではあるが、下向溶接姿勢のみで検討されており、下向以外の溶接姿勢において優れた溶接作業性を得ることが出来ないという課題があった。
また、上記特許文献２に記載のステンレス鋼溶接用高窒素フラックス入りワイヤは、溶接金属の耐孔食性及び耐隙間腐食性が優れているとともに、良好な溶接作業性を得ることが出来るが、耐気孔欠陥性については十分に検討されておらず、更なる改良の余地があった。
また同様に上記特許文献３に記載の高窒素含有ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいても、全姿勢溶接において、アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、更にビード形状、溶融スラグによる溶融金属の被包性及びスラグ剥離性が優れ、良好な溶接金属性能を得ることは出来るが、耐気孔欠陥性については十分に検討されておらず、更なる改良の余地があった。
このように、従来提案されているフラックス入りワイヤでは、全姿勢における良好な溶接作業性と、高い耐気孔欠陥性、これらを同時に満足することは困難であった。
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、全姿勢における溶接作業性が優れるとともに高い耐気孔欠陥性を有する、二相ステンレス鋼の溶接に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を提供することを目的とする。
本発明の一態様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、ステンレス鋼製外皮にフラックスが充填されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、前記フラックス中に、
スラグ造滓剤の含有量：９．３３質量％超１１．６１質量％未満、
ＣａＯ：０．０１質量％以上０．１６質量％未満、
金属フッ化物のＦ換算値の合計：０．１９質量％超０．３５質量％未満を含有し、
ＮａＦを実質的に含有せず、
Ｂｉ２Ｏ３：０．０６質量％未満に規制されており、
ワイヤ全質量あたり、前記ステンレス鋼製外皮及び前記フラックスの合計で、
メタルＦｅ：５２．００質量％以上６０．００質量％以下、
メタルＣｒ：１９．８３質量％以上２２．４７質量％以下、
メタルＮｉ：７．３３質量％以上９．２９質量％以下、
全Ｓｉ：０．８３質量％超１．２５％未満、
全Ａｌ：０．０２質量％超０．１５質量％未満、
全Ｍｇ：０．０１質量％以上０．２７質量％未満を含有し、
メタルＭｎ：１．３４質量％未満、
全Ｔｉ：４．６７質量％未満、
全Ｚｒ：１．５９質量％未満に規制されている。
ワイヤ全質量あたり、前記フラックス中に、
スラグ造滓剤の含有量：９．３３質量％超１１．６１質量％未満、
ＣａＯ：０．０１質量％以上０．１６質量％未満、
金属フッ化物のＦ換算値の合計：０．１９質量％超０．３５質量％未満を含有し、
ＮａＦを実質的に含有せず、
Ｂｉ２Ｏ３：０．０６質量％未満に規制されており、
ワイヤ全質量あたり、前記ステンレス鋼製外皮及び前記フラックスの合計で、
メタルＦｅ：５２．００質量％以上６０．００質量％以下、
メタルＣｒ：１９．８３質量％以上２２．４７質量％以下、
メタルＮｉ：７．３３質量％以上９．２９質量％以下、
全Ｓｉ：０．８３質量％超１．２５％未満、
全Ａｌ：０．０２質量％超０．１５質量％未満、
全Ｍｇ：０．０１質量％以上０．２７質量％未満を含有し、
メタルＭｎ：１．３４質量％未満、
全Ｔｉ：４．６７質量％未満、
全Ｚｒ：１．５９質量％未満に規制されている。
また上記フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率が２５．０質量％以上２９．０質量％以下であることが好ましい。
更に上記フラックス入りワイヤは、前記全Ｔｉが、メタルＴｉを０．２０質量％以上含有することが好ましい。
更に上記フラックス入りワイヤは、前記全Ｔｉが、メタルＴｉを０．２０質量％以上含有することが好ましい。
本発明によれば、全姿勢における溶接作業性が優れるとともに高い耐気孔欠陥性を有する、二相ステンレス鋼の溶接に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を提供することが出来る。
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出来る。
以下、全姿勢における溶接作業性及び耐気孔欠陥性について詳細に説明する。
＜全姿勢における溶接作業性＞
本発明者は、全姿勢における溶接作業性の劣化、すなわちビード形状不良（凸ビード化）は、溶接金属とスラグの垂れが原因であり、これらの原因に対して、（１）溶滴移行、（２）溶接金属の粘性、（３）スラグ量、（４）スラグの融点と粘性、が関与していることを見出し、更に研究を重ねて次の知見と解決策を得た。
本発明者は、全姿勢における溶接作業性の劣化、すなわちビード形状不良（凸ビード化）は、溶接金属とスラグの垂れが原因であり、これらの原因に対して、（１）溶滴移行、（２）溶接金属の粘性、（３）スラグ量、（４）スラグの融点と粘性、が関与していることを見出し、更に研究を重ねて次の知見と解決策を得た。
（１）溶滴移行
溶滴移行が不安定であると、溶接金属及びスラグの垂れが発生する。溶滴移行には、ワイヤ全質量に対するフラックス質量の割合、すなわちフラックス充填率（質量％）が影響している。具体的には、フラックス充填率が高くなるとワイヤのステンレス鋼製外皮が薄肉化し、溶接時にワイヤ先端に形成される溶滴が小粒になって溶融池への移行が安定化する。しかしフラックス充填率が低くなるとワイヤのステンレス鋼製外皮が厚肉化し、溶接時にワイヤ先端に形成される溶滴が大粒になって溶融池への移行が不安定化する。これらの知見から、本願ではワイヤ全質量あたりのフラックス充填率を所定の範囲とすることで、溶滴移行を安定化して、全姿勢における溶接金属とスラグの垂れの抑制を実現した。
溶滴移行が不安定であると、溶接金属及びスラグの垂れが発生する。溶滴移行には、ワイヤ全質量に対するフラックス質量の割合、すなわちフラックス充填率（質量％）が影響している。具体的には、フラックス充填率が高くなるとワイヤのステンレス鋼製外皮が薄肉化し、溶接時にワイヤ先端に形成される溶滴が小粒になって溶融池への移行が安定化する。しかしフラックス充填率が低くなるとワイヤのステンレス鋼製外皮が厚肉化し、溶接時にワイヤ先端に形成される溶滴が大粒になって溶融池への移行が不安定化する。これらの知見から、本願ではワイヤ全質量あたりのフラックス充填率を所定の範囲とすることで、溶滴移行を安定化して、全姿勢における溶接金属とスラグの垂れの抑制を実現した。
（２）溶接金属の粘性
溶接金属の粘性が低いと、溶接金属が垂れ、粘性が高いと溶接ビード形状が不良（凸ビード化）となる。更に溶接金属の粘性にはＳｉが影響している。Ｓｉは、ステンレス鋼製外皮のＳｉ成分、フラックス中のＳｉ合金やその他合金類のＳｉ成分、フラックス中の酸化物およびフッ化物等Ｓｉ化合物のＳｉ成分としてワイヤに含有され、（１）の溶滴移行を経て溶接金属に取り込まれてその粘性に影響を及ぼす。これらの知見から、本願では上記各Ｓｉ成分の合計を全Ｓｉと規定し、ワイヤ全質量あたりの全Ｓｉの含有量を所定の範囲とすることにより、溶接金属の粘性を適正化して、全姿勢おける溶接金属の垂れと溶接ビード形状の凸ビード化の抑制を実現した。なお、全Ｓｉを数式で記載すると次のようになる。
全Ｓｉ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＳｉ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＳｉ合金等各種合金類のＳｉ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＳｉ酸化物および含Ｓｉフッ化物等
Ｓｉ化合物のＳｉ成分［Ｓｉ換算値］
溶接金属の粘性が低いと、溶接金属が垂れ、粘性が高いと溶接ビード形状が不良（凸ビード化）となる。更に溶接金属の粘性にはＳｉが影響している。Ｓｉは、ステンレス鋼製外皮のＳｉ成分、フラックス中のＳｉ合金やその他合金類のＳｉ成分、フラックス中の酸化物およびフッ化物等Ｓｉ化合物のＳｉ成分としてワイヤに含有され、（１）の溶滴移行を経て溶接金属に取り込まれてその粘性に影響を及ぼす。これらの知見から、本願では上記各Ｓｉ成分の合計を全Ｓｉと規定し、ワイヤ全質量あたりの全Ｓｉの含有量を所定の範囲とすることにより、溶接金属の粘性を適正化して、全姿勢おける溶接金属の垂れと溶接ビード形状の凸ビード化の抑制を実現した。なお、全Ｓｉを数式で記載すると次のようになる。
全Ｓｉ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＳｉ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＳｉ合金等各種合金類のＳｉ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＳｉ酸化物および含Ｓｉフッ化物等
Ｓｉ化合物のＳｉ成分［Ｓｉ換算値］
（３）スラグ量
スラグ量が少ないと、均一な肉厚のスラグで溶接ビードの全面を被包することが出来ず、スラグによる溶接金属の保持力が弱まって溶接金属の垂れが発生する。一方、スラグ量が多いと、スラグ自体が垂れてやはり溶接金属の保持力が弱まり、その結果、溶接金属も垂れてしまう。更にスラグ量にはスラグ造滓剤の含有量が影響している。これらの知見から、本願ではスラグ造滓剤の含有量を適切に調整してスラグ量を適正化し、全姿勢における溶接金属とスラグの垂れの抑制を実現した。
スラグ量が少ないと、均一な肉厚のスラグで溶接ビードの全面を被包することが出来ず、スラグによる溶接金属の保持力が弱まって溶接金属の垂れが発生する。一方、スラグ量が多いと、スラグ自体が垂れてやはり溶接金属の保持力が弱まり、その結果、溶接金属も垂れてしまう。更にスラグ量にはスラグ造滓剤の含有量が影響している。これらの知見から、本願ではスラグ造滓剤の含有量を適切に調整してスラグ量を適正化し、全姿勢における溶接金属とスラグの垂れの抑制を実現した。
（４）スラグの融点と粘性
スラグの融点と粘性が高いと、均一な肉厚のスラグが得られず、スラグによる溶接金属の保持力が弱まって溶接金属の垂れが発生する。一方、スラグの融点と粘性が低いと、スラグ自体が垂れてスラグによる溶接金属の保持力が弱まり、その結果、溶接金属も垂れてしまう。更にスラグの融点にはＴｉ成分、Ａｌ成分、Ｚｒ成分、Ｍｇ成分が、スラグの粘性にはＣａＯ、金属フッ化物のＦ、及びＢｉ２Ｏ３が影響している。
スラグの融点と粘性が高いと、均一な肉厚のスラグが得られず、スラグによる溶接金属の保持力が弱まって溶接金属の垂れが発生する。一方、スラグの融点と粘性が低いと、スラグ自体が垂れてスラグによる溶接金属の保持力が弱まり、その結果、溶接金属も垂れてしまう。更にスラグの融点にはＴｉ成分、Ａｌ成分、Ｚｒ成分、Ｍｇ成分が、スラグの粘性にはＣａＯ、金属フッ化物のＦ、及びＢｉ２Ｏ３が影響している。
Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ及びＭｇの各成分は、ステンレス鋼製外皮、フラックス中の金属や合金、フラックス中の酸化物およびフッ化物等化合物からワイヤに含有され、上記（１）の溶滴移行を経てスラグに取り込まれ、スラグを高融点化する。
ＣａＯ、金属フッ化物のＦ、及びＢｉ２Ｏ３は、フラックスからワイヤに含有され、上記（１）の溶滴移行を経てスラグに取り込まれ、スラグを低粘性化する。
これらの知見から、本願では上記Ｔｉ成分の含有量の合計、Ａｌ成分の含有量の合計、Ｚｒ成分の含有量の合計及びＭｇ成分の含有量の合計を、ぞれぞれ、全Ｔｉ、全Ａｌ、全Ｚｒ、及び全Ｍｇと規定し、ワイヤ全質量あたりの全Ｔｉ、全Ａｌ、全Ｚｒ、及び全Ｍｇの含有量、ＣａＯの含有量、金属フッ化物のＦ換算値の合計及びＢｉ２Ｏ３の含有量を所定の範囲とすることにより、スラグの融点と粘性を調整して、全姿勢における溶接金属とスラグの垂れの抑制を実現した。
ＣａＯ、金属フッ化物のＦ、及びＢｉ２Ｏ３は、フラックスからワイヤに含有され、上記（１）の溶滴移行を経てスラグに取り込まれ、スラグを低粘性化する。
これらの知見から、本願では上記Ｔｉ成分の含有量の合計、Ａｌ成分の含有量の合計、Ｚｒ成分の含有量の合計及びＭｇ成分の含有量の合計を、ぞれぞれ、全Ｔｉ、全Ａｌ、全Ｚｒ、及び全Ｍｇと規定し、ワイヤ全質量あたりの全Ｔｉ、全Ａｌ、全Ｚｒ、及び全Ｍｇの含有量、ＣａＯの含有量、金属フッ化物のＦ換算値の合計及びＢｉ２Ｏ３の含有量を所定の範囲とすることにより、スラグの融点と粘性を調整して、全姿勢における溶接金属とスラグの垂れの抑制を実現した。
なお、改めて詳述すると、全Ｔｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＴｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＴｉ合金等各種合金類のＴｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＴｉ酸化物等Ｔｉ化合物のＴｉ成分［Ｔｉ換算値］、これらの合計を指し、数式で記載すると次のようになる。
全Ｔｉ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＴｉ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＴｉ合金等各種合金類のＴｉ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＴｉ酸化物等Ｔｉ化合物の
Ｔｉ成分［Ｔｉ換算値］
全Ｔｉ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＴｉ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＴｉ合金等各種合金類のＴｉ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＴｉ酸化物等Ｔｉ化合物の
Ｔｉ成分［Ｔｉ換算値］
また全Ａｌとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＡｌ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＡｌ合金等各種合金類のＡｌ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＡｌ酸化物および含Ａｌフッ化物等Ａｌ化合物のＡｌ成分［Ａｌ換算値］、これらの合計を指し、数式で記載すると次のようになる。
全Ａｌ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＡｌ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＡｌ合金等各種合金類のＡｌ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＡｌ酸化物および含Ａｌフッ化物等
Ａｌ化合物のＡｌ成分［Ａｌ換算値］
全Ａｌ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＡｌ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＡｌ合金等各種合金類のＡｌ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＡｌ酸化物および含Ａｌフッ化物等
Ａｌ化合物のＡｌ成分［Ａｌ換算値］
更にワイヤ全質量あたりの全Ｚｒとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＺｒ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＺｒ合金等各種合金類のＺｒ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＺｒ酸化物および含Ｚｒフッ化物等Ｚｒ化合物のＺｒ成分［Ｚｒ換算値］、これらの合計を指し、数式で記載すると次のようになる。
全Ｚｒ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＺｒ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＺｒ合金等各種合金類のＺｒ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＺｒ酸化物および含Ｚｒフッ化物等
Ｚｒ化合物のＺｒ成分［Ｚｒ換算値］
全Ｚｒ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＺｒ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＺｒ合金等各種合金類のＺｒ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＺｒ酸化物および含Ｚｒフッ化物等
Ｚｒ化合物のＺｒ成分［Ｚｒ換算値］
更にまたワイヤ全質量あたりの全Ｍｇとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＭｇ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＭｇ合金等各種合金類のＭｇ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＭｇ酸化物および含Ｍｇフッ化物等Ｍｇ化合物のＭｇ成分［Ｍｇ換算値］、これらの合計を指し、数式で記載すると次のようになる。
全Ｍｇ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＭｇ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＭｇ合金等各種合金類のＭｇ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＭｇ酸化物および含Ｍｇフッ化物等
Ｍｇ化合物のＭｇ成分［Ｍｇ換算値］
全Ｍｇ
＝（１−フラックス充填率／１００）×ステンレス鋼製外皮のＭｇ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＭｇ合金等各種合金類のＭｇ成分
＋（フラックス充填率／１００）×フラックス中のＭｇ酸化物および含Ｍｇフッ化物等
Ｍｇ化合物のＭｇ成分［Ｍｇ換算値］
＜耐気孔欠陥性＞
二相ステンレス鋼の溶接金属は、汎用のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接金属と比較して、基本的に窒素（以下、Ｎ）含有量が高いという特徴を有する。Ｎは、耐孔食性や強度を向上させるために有益な成分であり、二相ステンレス鋼の溶接金属の必須成分となっている。一方、公知の如く、Ｎはガス成分の一つであり耐気孔欠陥性を劣化させる。そこで本発明者は、耐孔食性と強度を確保する観点から所定量のＮを含有した上で、耐気孔欠陥性を改善する方法について検討を進めた。その結果、耐気孔欠陥性の劣化は、ガス成分が溶接金属に過剰に供給されることが原因であること、更に、ガス成分の溶接金属への過剰供給に下記（５）のワイヤ吸湿特性が関与していることを見出し、更に研究を重ねて次の知見と解決策を得た。
二相ステンレス鋼の溶接金属は、汎用のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接金属と比較して、基本的に窒素（以下、Ｎ）含有量が高いという特徴を有する。Ｎは、耐孔食性や強度を向上させるために有益な成分であり、二相ステンレス鋼の溶接金属の必須成分となっている。一方、公知の如く、Ｎはガス成分の一つであり耐気孔欠陥性を劣化させる。そこで本発明者は、耐孔食性と強度を確保する観点から所定量のＮを含有した上で、耐気孔欠陥性を改善する方法について検討を進めた。その結果、耐気孔欠陥性の劣化は、ガス成分が溶接金属に過剰に供給されることが原因であること、更に、ガス成分の溶接金属への過剰供給に下記（５）のワイヤ吸湿特性が関与していることを見出し、更に研究を重ねて次の知見と解決策を得た。
（５）ワイヤ吸湿特性
本発明者は、フラックス中に、金属フッ化物の一種であるＮａＦとともに、金属Ｍｎ、Ｍｎ合金、Ｍｇ合金及びＭｇＯのうち少なくとも１つを共存させたワイヤの吸湿特性が、著しく劣化することを見出した。一方、ＮａＦ以外の金属フッ化物、例えばＫ２ＳｉＦ６、ＬｉＦ、氷晶石（以下、Ｎａ３ＡｌＦ６）、ＣｅＦ３等を使用した場合には、このようなワイヤ吸湿特性の著しい劣化は認められないことも突き止めた。金属フッ化物の種類の違いによってワイヤ吸湿特性が変化するメカニズムは必ずしも明確ではないが、ワイヤが、製造時に衝撃、圧縮、せん断、摩擦、加熱等の機械的又は熱的エネルギーを受けることでメカノケミカル反応を起こし、フラックス中にＮａＦとともに、金属Ｍｎ、Ｍｎ合金、Ｍｇ合金及びＭｇＯのうち少なくとも１つを共存させた場合には、ワイヤ中に吸湿性の高いフッ素化合物が新たに生成され、これがワイヤ吸湿特性を著しく劣化させるのではないかと推測している。ワイヤ吸湿水分量の増加は、ガス成分である水素や酸素の溶接金属へ過剰供給の原因となるため、前述のようにＮ含有量が高いという特徴を持つ二相ステンレス鋼の溶接金属においては、耐気孔欠陥性を確保する、又は向上させるために、特にワイヤ吸湿水分量の抑制が必要である。
本発明者は、フラックス中に、金属フッ化物の一種であるＮａＦとともに、金属Ｍｎ、Ｍｎ合金、Ｍｇ合金及びＭｇＯのうち少なくとも１つを共存させたワイヤの吸湿特性が、著しく劣化することを見出した。一方、ＮａＦ以外の金属フッ化物、例えばＫ２ＳｉＦ６、ＬｉＦ、氷晶石（以下、Ｎａ３ＡｌＦ６）、ＣｅＦ３等を使用した場合には、このようなワイヤ吸湿特性の著しい劣化は認められないことも突き止めた。金属フッ化物の種類の違いによってワイヤ吸湿特性が変化するメカニズムは必ずしも明確ではないが、ワイヤが、製造時に衝撃、圧縮、せん断、摩擦、加熱等の機械的又は熱的エネルギーを受けることでメカノケミカル反応を起こし、フラックス中にＮａＦとともに、金属Ｍｎ、Ｍｎ合金、Ｍｇ合金及びＭｇＯのうち少なくとも１つを共存させた場合には、ワイヤ中に吸湿性の高いフッ素化合物が新たに生成され、これがワイヤ吸湿特性を著しく劣化させるのではないかと推測している。ワイヤ吸湿水分量の増加は、ガス成分である水素や酸素の溶接金属へ過剰供給の原因となるため、前述のようにＮ含有量が高いという特徴を持つ二相ステンレス鋼の溶接金属においては、耐気孔欠陥性を確保する、又は向上させるために、特にワイヤ吸湿水分量の抑制が必要である。
ところでフラックス中に含有される成分のうち、Ｍｎは溶接金属の主要化学成分の一つであり、Ｍｇは前述のようにＴｉ、Ａｌ、Ｚｒとともに全姿勢における溶接作業性を向上させるための必須成分である。このためＭｎやＭｇをフラックス成分から排除することは出来ない。また、金属フッ化物のＦも、同様の理由でフラックス成分から排除することは出来ない。そこで本発明者は、フラックス中に所定量のＭｎ及びＭｇは含有させた上で、ＮａＦ以外の金属フッ化物を使用することで、全姿勢における溶接作業性を劣化させることなくワイヤ吸湿特性を改善出来ることを見出した。
本発明に係る実施形態のフラックス入りワイヤは、上記の知見を基になされたものである。
以下、本実施形態に係る二相ステンレス鋼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説明する。
〔フラックス入りワイヤ〕
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ステンレス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、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、筒状のステンレス鋼製外皮とその内側に充填されるフラックスとからなる。
なお、フラックス入りワイヤには、鋼製外皮に継目がない、あるいは継ぎ目があっても溶接して封じられたシームレスタイプ、更には鋼製外皮に重なりや突合せ、折り目等の継目のあるシームありタイプの形態があるが、一般的にシームありタイプは、鋼製外皮の重なりや突合せ、折り目等の継目からワイヤ内部に水分を含有した空気が入り、ワイヤが吸湿する課題を有する。本願は、ワイヤ吸湿水分量を抑制することが出来るため、特に、シームありタイプのワイヤに好適である
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ステンレス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、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、筒状のステンレス鋼製外皮とその内側に充填されるフラックスとからなる。
なお、フラックス入りワイヤには、鋼製外皮に継目がない、あるいは継ぎ目があっても溶接して封じられたシームレスタイプ、更には鋼製外皮に重なりや突合せ、折り目等の継目のあるシームありタイプの形態があるが、一般的にシームありタイプは、鋼製外皮の重なりや突合せ、折り目等の継目からワイヤ内部に水分を含有した空気が入り、ワイヤが吸湿する課題を有する。本願は、ワイヤ吸湿水分量を抑制することが出来るため、特に、シームありタイプのワイヤに好適である
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのステンレス鋼製外皮及びフラックスに含有される成分について説明する。
まずは、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の成分添加理由及び数値限定理由について説明する。
＜スラグ造滓剤の含有量：９．３３質量％超１１．６１質量％未満＞
スラグ造滓剤とは、フラックス中の金属酸化物、金属フッ化物、アルカリ金属化合物等を示す。
ワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の含有量が９．３３質量％以下では、スラグ量が過少となり、均一な肉厚のスラグで溶接ビード全面を被包することが出来なくなるため、溶接金属の保持力が弱まり、溶接金属が垂れて全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の含有量は９．３３質量％超とする。
一方、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の含有量が１１．６１質量％以上になると、スラグ量が過剰となり、スラグが垂れ、それに伴って溶接金属が垂れてしまい、やはり全姿勢における溶接作業性が劣化する。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の含有量は１１．６１質量％未満とし、好ましくは１１．６０質量％以下とし、より好ましくは１０．２０質量％以下とする。
スラグ造滓剤とは、フラックス中の金属酸化物、金属フッ化物、アルカリ金属化合物等を示す。
ワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の含有量が９．３３質量％以下では、スラグ量が過少となり、均一な肉厚のスラグで溶接ビード全面を被包することが出来なくなるため、溶接金属の保持力が弱まり、溶接金属が垂れて全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の含有量は９．３３質量％超とする。
一方、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の含有量が１１．６１質量％以上になると、スラグ量が過剰となり、スラグが垂れ、それに伴って溶接金属が垂れてしまい、やはり全姿勢における溶接作業性が劣化する。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の含有量は１１．６１質量％未満とし、好ましくは１１．６０質量％以下とし、より好ましくは１０．２０質量％以下とする。
＜ＣａＯ：０．０１質量％以上０．１６質量％未満＞
ＣａＯは、スラグの融点と粘性を調整する効果を有し、ＣａＯ含有量を適切に調整することにより均一な肉厚のスラグで溶接ビード全面を被包して溶接金属の保持力を高め、全姿勢における溶接作業性を向上する効果を得ることが出来る。
ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＣａＯの含有量が０．０１質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中のＣａＯの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＣａＯの含有量が０．１６質量％以上になると、スラグの粘性が過度に低下して溶接金属の保持力が劣化し、全姿勢における溶接作業性が劣化する。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中のＣａＯの含有量は０．１６質量％未満とし、好ましくは０．１５質量％未満とする。
なお、ＣａＯ源としては、チタン酸塩及びケイ酸塩中の副成分等があり、これらを単独又は複合で用いる。
ＣａＯは、スラグの融点と粘性を調整する効果を有し、ＣａＯ含有量を適切に調整することにより均一な肉厚のスラグで溶接ビード全面を被包して溶接金属の保持力を高め、全姿勢における溶接作業性を向上する効果を得ることが出来る。
ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＣａＯの含有量が０．０１質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中のＣａＯの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＣａＯの含有量が０．１６質量％以上になると、スラグの粘性が過度に低下して溶接金属の保持力が劣化し、全姿勢における溶接作業性が劣化する。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中のＣａＯの含有量は０．１６質量％未満とし、好ましくは０．１５質量％未満とする。
なお、ＣａＯ源としては、チタン酸塩及びケイ酸塩中の副成分等があり、これらを単独又は複合で用いる。
＜金属フッ化物のＦ換算値の合計：０．１９質量％超０．３５質量％未満＞
金属フッ化物のＦは、スラグの融点と粘性を調整することが出来る成分であり、Ｆ換算値の合計量を適切に調整することにより、均一な肉厚のスラグで溶接ビード全面を被包して溶接金属の保持力を高め、全姿勢における溶接作業性を向上する効果を得ることが出来る。
ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物のＦ換算値の合計が０．１９質量％以下では、上記効果を得ることが困難となる。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物のＦ換算値の合計は０．１９質量％超とし、好ましくは０．２０質量％以上とする。
一方、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物のＦ換算値の合計が０．３５質量％以上になると、スラグの粘性が過度に低下し、溶接金属の保持力が弱まり、全姿勢における溶接作業性が劣化する。またスパッタ及びヒュームの発生量が増加して実用に耐えない。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物のＦ換算値の合計は０．３５質量％未満とし、好ましくは０．３０質量％未満とする。
なお、Ｆ源としては、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＣｅＦ３、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３等のアルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、希土類元素フッ化物等の金属フッ化物があり、これらを単独又は複合で用いる。
金属フッ化物のＦは、スラグの融点と粘性を調整することが出来る成分であり、Ｆ換算値の合計量を適切に調整することにより、均一な肉厚のスラグで溶接ビード全面を被包して溶接金属の保持力を高め、全姿勢における溶接作業性を向上する効果を得ることが出来る。
ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物のＦ換算値の合計が０．１９質量％以下では、上記効果を得ることが困難となる。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物のＦ換算値の合計は０．１９質量％超とし、好ましくは０．２０質量％以上とする。
一方、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物のＦ換算値の合計が０．３５質量％以上になると、スラグの粘性が過度に低下し、溶接金属の保持力が弱まり、全姿勢における溶接作業性が劣化する。またスパッタ及びヒュームの発生量が増加して実用に耐えない。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物のＦ換算値の合計は０．３５質量％未満とし、好ましくは０．３０質量％未満とする。
なお、Ｆ源としては、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＣｅＦ３、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３等のアルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、希土類元素フッ化物等の金属フッ化物があり、これらを単独又は複合で用いる。
＜ＮａＦ：実質的に含有しない＞
上述の通り、ＮａＦは、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｍｇ合金及びＭｇＯと反応してワイヤ吸湿特性を著しく劣化させ、結果として耐気孔欠陥性を劣化させる。本実施形態では、金属フッ化物のＦ換算値の合計をワイヤ全質量あたり０．１９質量％超０．３５質量％未満としているが、金属フッ化物としてはＮａＦ以外を使用することとする。従ってフラックス中にＮａＦは実質的に含有しない。
上述の通り、ＮａＦは、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｍｇ合金及びＭｇＯと反応してワイヤ吸湿特性を著しく劣化させ、結果として耐気孔欠陥性を劣化させる。本実施形態では、金属フッ化物のＦ換算値の合計をワイヤ全質量あたり０．１９質量％超０．３５質量％未満としているが、金属フッ化物としてはＮａＦ以外を使用することとする。従ってフラックス中にＮａＦは実質的に含有しない。
ここで、フラックス中のＮａＦの有無の判断方法を示す。フラックス中のＮａＦの有無は、エネルギー分散型Ｘ線分析により判断することが出来る。具体的には、まずフラックス入りワイヤを樹脂埋めしてワイヤ長手方向断面を研磨にて導出後、フラックス部分について所定成分のＥＤＸマッピング像を観察する。図１にフラックス入りワイヤの長手方向断面の組成像と所定元素のＥＤＸマッピング像（倍率：高・低の二水準）を示す。所定元素は、ワイヤ中に金属フッ化物として含有される可能性がある物質を勘案して選択すればよく、ここでは金属フッ化物としてＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６を想定して、Ｆ、Ｎａ、Ａｌ、Ｓｉ及びＫを選択した。観察の結果、各元素のＥＤＸマッピング像からＦと同位置（赤破線楕円位置）にはＮａのみが検出され、Ａｌ、Ｓｉ及びＫは検出されない。すなわち観察したフラックス入りワイヤには、フッ化物としてＮａＦは存在するが、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６は存在しないことが判る。このようにしてフラックス中のＮａＦの有無を判断することが出来る。
＜Ｂｉ２Ｏ３：０．０６質量％未満（０質量％を含む）＞
Ｂｉ２Ｏ３は、スラグの剥離性を向上する効果を有するとともに、スラグの融点と粘性を調整する効果を有し、Ｂｉ２Ｏ３の含有量を適切に調整することにより、均一な肉厚のスラグで溶接ビード全面を被包して、溶接金属の保持力を高め、全姿勢における溶接作業性を向上する効果を得ることが出来る。
しかし、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＢｉ２Ｏ３の含有量が０．０６質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に低下して、溶接金属の保持力が低下し、全姿勢における溶接作業性が劣化する。従ってフラックス中にＢｉ２Ｏ３を含有させる場合には、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＢｉ２Ｏ３の含有量は０．０６質量％未満とし、好ましくは０．０５質量％以下とする。
なお、Ｂｉ２Ｏ３源としては、Ｂｉ２Ｏ３単体及び各種チタン酸塩中の副成分があり、本願ではこれらを単独又は複合で用いることが出来る。
Ｂｉ２Ｏ３は、スラグの剥離性を向上する効果を有するとともに、スラグの融点と粘性を調整する効果を有し、Ｂｉ２Ｏ３の含有量を適切に調整することにより、均一な肉厚のスラグで溶接ビード全面を被包して、溶接金属の保持力を高め、全姿勢における溶接作業性を向上する効果を得ることが出来る。
しかし、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＢｉ２Ｏ３の含有量が０．０６質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に低下して、溶接金属の保持力が低下し、全姿勢における溶接作業性が劣化する。従ってフラックス中にＢｉ２Ｏ３を含有させる場合には、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＢｉ２Ｏ３の含有量は０．０６質量％未満とし、好ましくは０．０５質量％以下とする。
なお、Ｂｉ２Ｏ３源としては、Ｂｉ２Ｏ３単体及び各種チタン酸塩中の副成分があり、本願ではこれらを単独又は複合で用いることが出来る。
＜フラックス充填率：２５．０質量％以上２９．０質量％以下＞
フラックスには、金属や合金の他、酸化物やフッ化物等の化合物が含まれる。フラックス充填率が２５．０質量％以上であれば、ステンレス鋼製外皮の厚肉化とそれによる溶接中のワイヤ先端溶滴の肥大化、溶融池への溶滴移行の劣化を抑制出来る。そして結果として、溶接金属とスラグの垂れを抑制して全姿勢における溶接作業性を向上することが出来る。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス充填率は好ましくは２５．０質量％以上とし、より好ましくは２５．５質量％以上とする。
一方、ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率が２９．０質量％以下であれば、ワイヤ吸湿特性の劣化を抑制して耐気孔欠陥性を向上させることが出来る。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス充填率は好ましくは２９．０質量％以下とし、より好ましくは２８．５質量％以下とする。
フラックスには、金属や合金の他、酸化物やフッ化物等の化合物が含まれる。フラックス充填率が２５．０質量％以上であれば、ステンレス鋼製外皮の厚肉化とそれによる溶接中のワイヤ先端溶滴の肥大化、溶融池への溶滴移行の劣化を抑制出来る。そして結果として、溶接金属とスラグの垂れを抑制して全姿勢における溶接作業性を向上することが出来る。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス充填率は好ましくは２５．０質量％以上とし、より好ましくは２５．５質量％以上とする。
一方、ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率が２９．０質量％以下であれば、ワイヤ吸湿特性の劣化を抑制して耐気孔欠陥性を向上させることが出来る。従ってワイヤ全質量あたりのフラックス充填率は好ましくは２９．０質量％以下とし、より好ましくは２８．５質量％以下とする。
続いて、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮及びフラックス中の成分添加理由及び数値限定理由について説明する。
＜メタルＦｅ：５２．００質量％以上６０．００質量％以下＞
本願においてメタルＦｅとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＦｅ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の鉄粉、Ｆｅ合金、その他合金類のＦｅ成分、以上のＦｅ成分の含有量の合計を指す。メタルＦｅは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの主要成分である。フラックス充填率やスラグ造滓剤の量、合金成分の関係から、ワイヤ全質量あたりのメタルＦｅの含有量は５２．００質量％以上、好ましくは５２．５０質量％以上とし、また、６０．００質量％以下、好ましくは５９．５０質量％以下とする。
なお、Ｆｅ源は上述のとおりであり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
本願においてメタルＦｅとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＦｅ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の鉄粉、Ｆｅ合金、その他合金類のＦｅ成分、以上のＦｅ成分の含有量の合計を指す。メタルＦｅは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの主要成分である。フラックス充填率やスラグ造滓剤の量、合金成分の関係から、ワイヤ全質量あたりのメタルＦｅの含有量は５２．００質量％以上、好ましくは５２．５０質量％以上とし、また、６０．００質量％以下、好ましくは５９．５０質量％以下とする。
なお、Ｆｅ源は上述のとおりであり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
＜メタルＣｒ：１９．８３質量％以上２２．４７質量％以下＞
本願においてメタルＣｒとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＣｒ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ合金等合金類のＣｒ成分、以上のＣｒ成分の含有量の合計を指す。メタルＣｒは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの主要成分であり、溶接金属の耐酸化性及び耐食性等を確保するために必要不可欠である。またメタルＣｒはフェライト相を安定化させる効果を有する。そのため、フェライトとオーステナイトの二相組織を維持して、耐食性及び強度を両立させるために、メタルＣｒの含有量は１９．８３質量％以上とし、好ましくは１９．８５質量％以上とする。
一方、過剰にメタルＣｒを含有させると、二相組織バランスを確保する観点からＮｉやＮ等のオーステナイト生成元素の含有量も増加させなければならず、結果としてワイヤ加工性を低下させる。従ってメタルＣｒの含有量は２２．４７質量％以下とし、好ましくは２２．４５質量％以下とする。
なお、メタルＣｒ源は上述の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金もあり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
本願においてメタルＣｒとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＣｒ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ合金等合金類のＣｒ成分、以上のＣｒ成分の含有量の合計を指す。メタルＣｒは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの主要成分であり、溶接金属の耐酸化性及び耐食性等を確保するために必要不可欠である。またメタルＣｒはフェライト相を安定化させる効果を有する。そのため、フェライトとオーステナイトの二相組織を維持して、耐食性及び強度を両立させるために、メタルＣｒの含有量は１９．８３質量％以上とし、好ましくは１９．８５質量％以上とする。
一方、過剰にメタルＣｒを含有させると、二相組織バランスを確保する観点からＮｉやＮ等のオーステナイト生成元素の含有量も増加させなければならず、結果としてワイヤ加工性を低下させる。従ってメタルＣｒの含有量は２２．４７質量％以下とし、好ましくは２２．４５質量％以下とする。
なお、メタルＣｒ源は上述の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金もあり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
＜メタルＮｉ：７．３３質量％以上９．２９質量％以下＞
本願においてメタルＮｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＮｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇ合金等各種合金類のＮｉ成分、以上のＮｉ成分の含有量の合計を指す。メタルＮｉは耐食性向上に有用な元素であり、特に、塩化物環境における局部腐食抑制に効果を発揮する。またメタルＮｉは、低温靱性を向上させるのにも有効であり、更にオーステナイト相を安定化させて二相ステンレス鋼溶接金属としてミクロ組織を調整するためにも有用である。
上記効果を得るために、メタルＮｉの含有量は７．３３質量％以上とし、好ましくは７．３５質量％以上とする。一方、過剰にメタルＮｉを含有させると、二相組織バランスを確保する観点からＣｒやＭｏ等のフェライト生成元素の含有量も増加させなければならず、結果としてワイヤ加工性を低下させる。従ってメタルＮｉの含有量は９．２９質量％以下とし、好ましくは９．２５質量％以下とする。
なお、メタルＮｉ源は上述のとおりであり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
本願においてメタルＮｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＮｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇ合金等各種合金類のＮｉ成分、以上のＮｉ成分の含有量の合計を指す。メタルＮｉは耐食性向上に有用な元素であり、特に、塩化物環境における局部腐食抑制に効果を発揮する。またメタルＮｉは、低温靱性を向上させるのにも有効であり、更にオーステナイト相を安定化させて二相ステンレス鋼溶接金属としてミクロ組織を調整するためにも有用である。
上記効果を得るために、メタルＮｉの含有量は７．３３質量％以上とし、好ましくは７．３５質量％以上とする。一方、過剰にメタルＮｉを含有させると、二相組織バランスを確保する観点からＣｒやＭｏ等のフェライト生成元素の含有量も増加させなければならず、結果としてワイヤ加工性を低下させる。従ってメタルＮｉの含有量は９．２９質量％以下とし、好ましくは９．２５質量％以下とする。
なお、メタルＮｉ源は上述のとおりであり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
＜メタルＭｏ：３．７７質量％以下（０質量％を含む）＞
本願においてメタルＭｏとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＭｏ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ合金等各種合金類のＭｏ成分、以上のＭｏ成分の含有量の合計を指す。メタルＭｏはフェライト相を安定化させる元素であり、二相ステンレス鋼溶接金属としてミクロ組織を調整する効果と、耐孔食性を改善させる効果を有する。
本実施形態においては、ワイヤ中にメタルＭｏが含有されていなくてもよいが、メタルＭｏを含有させる場合は好ましくは２．２６質量％以上とし、より好ましくは２．３０質量％以上とする。
一方、ワイヤ中に過剰にメタルＭｏを含有させると、二相組織バランスを確保する観点からＭｎ、ＮｉやＮ等のオーステナイト生成元素の含有量も増加させなければならず、結果としてワイヤ加工性を低下させる。また過剰なメタルＭｏの含有は、溶接金属中にσ相等の金属間化合物の生成を助長することとなり、溶接金属の靭性や延性を劣化させる。従ってメタルＭｏの含有量は好ましくは３．７７質量％以下とし、より好ましくは３．７５質量％以下とする。
なお、メタルＭｏ源は上述のとおりであり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いることが出来る。
本願においてメタルＭｏとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＭｏ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ合金等各種合金類のＭｏ成分、以上のＭｏ成分の含有量の合計を指す。メタルＭｏはフェライト相を安定化させる元素であり、二相ステンレス鋼溶接金属としてミクロ組織を調整する効果と、耐孔食性を改善させる効果を有する。
本実施形態においては、ワイヤ中にメタルＭｏが含有されていなくてもよいが、メタルＭｏを含有させる場合は好ましくは２．２６質量％以上とし、より好ましくは２．３０質量％以上とする。
一方、ワイヤ中に過剰にメタルＭｏを含有させると、二相組織バランスを確保する観点からＭｎ、ＮｉやＮ等のオーステナイト生成元素の含有量も増加させなければならず、結果としてワイヤ加工性を低下させる。また過剰なメタルＭｏの含有は、溶接金属中にσ相等の金属間化合物の生成を助長することとなり、溶接金属の靭性や延性を劣化させる。従ってメタルＭｏの含有量は好ましくは３．７７質量％以下とし、より好ましくは３．７５質量％以下とする。
なお、メタルＭｏ源は上述のとおりであり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いることが出来る。
＜メタルＴｉ：０．２０質量％以上＞
本願においてメタルＴｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＴｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ合金等各種合金類のＴｉ成分、以上のＴｉ成分の含有量の合計を指す。メタルＴｉは、スラグの流動性を調整してスラグ被包性及びスラグ剥離性を良好にし、優れたビード形状を得る効果を有する。本実施形態においては、ワイヤ中にメタルＴｉが含有されていなくても構わないが、メタルＴｉが０．２０質量％以上であると、ビード形状の凸ビード化を一層抑制することができ、溶接作業性が良好となるため好ましい。
なお、メタルＴｉ源は上述のとおりであり、これらを単独あるいは複合して用いることが出来る。
本願においてメタルＴｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＴｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ合金等各種合金類のＴｉ成分、以上のＴｉ成分の含有量の合計を指す。メタルＴｉは、スラグの流動性を調整してスラグ被包性及びスラグ剥離性を良好にし、優れたビード形状を得る効果を有する。本実施形態においては、ワイヤ中にメタルＴｉが含有されていなくても構わないが、メタルＴｉが０．２０質量％以上であると、ビード形状の凸ビード化を一層抑制することができ、溶接作業性が良好となるため好ましい。
なお、メタルＴｉ源は上述のとおりであり、これらを単独あるいは複合して用いることが出来る。
＜全Ｓｉ：０．８３質量％超１．２５％未満＞
本願において全Ｓｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＳｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＦｅ−Ｓｉ合金等各種合金類のＳｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＳｉ酸化物、含Ｓｉフッ化物等Ｓｉ化合物のＳｉ成分［Ｓｉ換算値］、以上のＳｉ成分の含有量の合計を指す。
全Ｓｉは、溶接金属の粘性を調整し、溶接金属の垂れを抑制して全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
全Ｓｉの含有量が０．８３質量％以下では、上記効果を得ることが困難となる。従って全Ｓｉの含有量は０．８３質量％超とし、好ましくは０．８４質量％以上とする。
一方、全Ｓｉの含有量が１．２５質量％以上になると、溶接金属の粘性が過度に高くなり、ビード形状が凸ビードとなる。従って全Ｓｉの含有量は１．２５質量％未満とし、好ましくは１．２４質量％以下とする。
なお、全Ｓｉ源には上述の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金、Ｓｉ酸化物としては珪砂、珪石、珪灰石、ジルコンサンド、ソーダ長石、カリ長石等があり、含Ｓｉフッ化物としてはＫ２ＳｉＦ６等がある。本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
ＳｉＯ２としてはワイヤ全質量あたりフラックス中に１．００質量％以上１．８０質量％以下、Ｋ２ＳｉＦ６としてはワイヤ全質量あたりフラックス中に０．４５質量％以下の範囲で含まれることが好ましい。
本願において全Ｓｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＳｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＦｅ−Ｓｉ合金等各種合金類のＳｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＳｉ酸化物、含Ｓｉフッ化物等Ｓｉ化合物のＳｉ成分［Ｓｉ換算値］、以上のＳｉ成分の含有量の合計を指す。
全Ｓｉは、溶接金属の粘性を調整し、溶接金属の垂れを抑制して全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
全Ｓｉの含有量が０．８３質量％以下では、上記効果を得ることが困難となる。従って全Ｓｉの含有量は０．８３質量％超とし、好ましくは０．８４質量％以上とする。
一方、全Ｓｉの含有量が１．２５質量％以上になると、溶接金属の粘性が過度に高くなり、ビード形状が凸ビードとなる。従って全Ｓｉの含有量は１．２５質量％未満とし、好ましくは１．２４質量％以下とする。
なお、全Ｓｉ源には上述の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金、Ｓｉ酸化物としては珪砂、珪石、珪灰石、ジルコンサンド、ソーダ長石、カリ長石等があり、含Ｓｉフッ化物としてはＫ２ＳｉＦ６等がある。本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
ＳｉＯ２としてはワイヤ全質量あたりフラックス中に１．００質量％以上１．８０質量％以下、Ｋ２ＳｉＦ６としてはワイヤ全質量あたりフラックス中に０．４５質量％以下の範囲で含まれることが好ましい。
＜全Ａｌ：０．０２質量％超０．１５質量％未満＞
本願において全Ａｌとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＡｌ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ合金等各種合金類のＡｌ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＡｌ酸化物および含Ａｌフッ化物等Ａｌ化合物のＡｌ成分［換算値］、以上のＡｌ成分の含有量の合計を指す。
全Ａｌは、スラグ造滓剤の主要成分であり、スラグの融点と粘性を調整して溶接金属の保持力を高め、溶接金属の垂れを抑制して、全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
全Ａｌの含有量が０．０２質量％以下では、上記効果を得ることが困難となる。従って全Ａｌの含有量は０．０２質量％超とし、好ましくは０．０３質量％以上とする。
一方、全Ａｌの含有量が０．１５質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず、溶接金属の保持力が弱まって、全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って全Ａｌの含有量は０．１５質量％未満とし、好ましくは０．１４質量％以下とする。
なお、Ａｌ源は上述の他、Ａｌ酸化物としてはアルミナ、チタン酸塩、ケイ酸塩、含Ａｌフッ化物としてはＮａ３ＡｌＦ６、ＡｌＦ３等があり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
Ａｌ２Ｏ３としてはワイヤ全質量あたりフラックス中に０．０３質量％以上０．３０質量％以下の範囲で含まれることが好ましい。
本願において全Ａｌとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＡｌ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ合金等各種合金類のＡｌ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＡｌ酸化物および含Ａｌフッ化物等Ａｌ化合物のＡｌ成分［換算値］、以上のＡｌ成分の含有量の合計を指す。
全Ａｌは、スラグ造滓剤の主要成分であり、スラグの融点と粘性を調整して溶接金属の保持力を高め、溶接金属の垂れを抑制して、全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
全Ａｌの含有量が０．０２質量％以下では、上記効果を得ることが困難となる。従って全Ａｌの含有量は０．０２質量％超とし、好ましくは０．０３質量％以上とする。
一方、全Ａｌの含有量が０．１５質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず、溶接金属の保持力が弱まって、全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って全Ａｌの含有量は０．１５質量％未満とし、好ましくは０．１４質量％以下とする。
なお、Ａｌ源は上述の他、Ａｌ酸化物としてはアルミナ、チタン酸塩、ケイ酸塩、含Ａｌフッ化物としてはＮａ３ＡｌＦ６、ＡｌＦ３等があり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
Ａｌ２Ｏ３としてはワイヤ全質量あたりフラックス中に０．０３質量％以上０．３０質量％以下の範囲で含まれることが好ましい。
＜全Ｍｇ：０．０１質量％以上０．２７質量％未満＞
本願において全Ｍｇとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＭｇ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇ合金等各種合金類のＭｇ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＭｇ酸化物、含Ｍｇフッ化物等Ｍｇ化合物のＭｇ成分［Ｍｇ換算値］、以上のＭｇ成分の含有量の合計を指す。
全Ｍｇは、溶接金属を脱酸して靭性を向上する効果を有する。また、全Ｍｇはスラグ造滓剤の主要成分でもあり、スラグの融点と粘性を調整して溶接金属の保持力を高め、溶接金属の垂れを抑制して、全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
全Ｍｇの含有量が０．０１質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。従って全Ｍｇの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。
一方、全Ｍｇの含有量が０．２７質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず溶接金属の保持力が弱まって、全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って全Ｍｇの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２７質量％未満とし、好ましくは０．２６質量％以下とする。
なお、Ｍｇ源は上述の他、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金、Ｍｇ酸化物としては酸化マグネシウム、マグネシアクリンカ、含Ｍｇフッ化物としてはＭｇＦ２等がある。本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
本願において全Ｍｇとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＭｇ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇ合金等各種合金類のＭｇ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＭｇ酸化物、含Ｍｇフッ化物等Ｍｇ化合物のＭｇ成分［Ｍｇ換算値］、以上のＭｇ成分の含有量の合計を指す。
全Ｍｇは、溶接金属を脱酸して靭性を向上する効果を有する。また、全Ｍｇはスラグ造滓剤の主要成分でもあり、スラグの融点と粘性を調整して溶接金属の保持力を高め、溶接金属の垂れを抑制して、全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
全Ｍｇの含有量が０．０１質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。従って全Ｍｇの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。
一方、全Ｍｇの含有量が０．２７質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず溶接金属の保持力が弱まって、全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って全Ｍｇの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２７質量％未満とし、好ましくは０．２６質量％以下とする。
なお、Ｍｇ源は上述の他、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ合金、Ｍｇ酸化物としては酸化マグネシウム、マグネシアクリンカ、含Ｍｇフッ化物としてはＭｇＦ２等がある。本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
＜メタルＭｎ：１．３４質量％未満（０質量％を含む）＞
本願においてメタルＭｎとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＭｎ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ合金等各種合金類のＭｎ成分、以上のＭｎ成分の含有量の合計を指す。
メタルＭｎは溶接金属の主要成分の一種であるが、メタルＭｎの含有量が１．３４質量％以上になると、溶接時に多量のヒュームが発生して実用に耐えない。従ってメタルＭｎの含有量はワイヤ全質量あたり１．３４質量％未満とし、好ましくは１．３３質量％以下とする。
なお、Ｍｎ源は上述の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金があり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
本願においてメタルＭｎとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＭｎ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ合金等各種合金類のＭｎ成分、以上のＭｎ成分の含有量の合計を指す。
メタルＭｎは溶接金属の主要成分の一種であるが、メタルＭｎの含有量が１．３４質量％以上になると、溶接時に多量のヒュームが発生して実用に耐えない。従ってメタルＭｎの含有量はワイヤ全質量あたり１．３４質量％未満とし、好ましくは１．３３質量％以下とする。
なお、Ｍｎ源は上述の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ合金があり、本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
＜全Ｔｉ：４．６７質量％未満（０質量％を含む）＞
本願において全Ｔｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＴｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ合金等各種合金類のＴｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＴｉ酸化物のＴｉ成分［Ｔｉ換算値］、以上のＴｉ成分の含有量の合計を指す。全Ｔｉは、スラグ造滓剤の主要成分の一種であり、スラグの融点と粘性を調整して溶接金属の保持力を高め、溶接金属の垂れを抑制して、全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
全Ｔｉの含有量が４．６７質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず、溶接金属の保持力が弱まって全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って全Ｔｉの含有量は４．６７質量％未満とし、好ましくは４．６６質量％以下とする。
全Ｔｉ源には上述の他、Ｔｉ酸化物としてはルチール、チタンスラグ、イルミナイト、チタン酸カリ、チタン酸ソーダ、チタン酸カルシウム等がある。本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。なお、ＴｉＯ２としては６．００質量％以上８．００質量％以下の範囲で含まれることが好ましい。
本願において全Ｔｉとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＴｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ合金等各種合金類のＴｉ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＴｉ酸化物のＴｉ成分［Ｔｉ換算値］、以上のＴｉ成分の含有量の合計を指す。全Ｔｉは、スラグ造滓剤の主要成分の一種であり、スラグの融点と粘性を調整して溶接金属の保持力を高め、溶接金属の垂れを抑制して、全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
全Ｔｉの含有量が４．６７質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず、溶接金属の保持力が弱まって全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って全Ｔｉの含有量は４．６７質量％未満とし、好ましくは４．６６質量％以下とする。
全Ｔｉ源には上述の他、Ｔｉ酸化物としてはルチール、チタンスラグ、イルミナイト、チタン酸カリ、チタン酸ソーダ、チタン酸カルシウム等がある。本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。なお、ＴｉＯ２としては６．００質量％以上８．００質量％以下の範囲で含まれることが好ましい。
＜全Ｚｒ：１．５９質量％未満（０質量％を含む）＞
本願において全Ｚｒとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＺｒ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｚｒ、Ｆｅ−Ｚｒ合金等各種合金類のＺｒ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＺｒ酸化物、含Ｚｒフッ化物等Ｚｒ化合物のＺｒ成分［Ｚｒ換算値］、以上のＺｒ成分の含有量の合計を指す。
全Ｚｒは、スラグ造滓剤の主要成分の一種であり、スラグの融点と粘性を調整して溶接金属の保持力を高め、溶接金属の垂れを抑制して、全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
しかし全Ｚｒの含有量が１．５９質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず、溶接金属の保持力が弱まって全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って全Ｚｒの含有量は１．５９質量％未満とし、好ましくは１．５８質量％以下とする。
なお、全Ｚｒ源としては上述の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｚｒ合金、酸化物としてはジルコンサンド、酸化ジルコニウム、含Ｚｒ弗化物としてはＫ２ＺｒＦ６等がある。本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
本願において全Ｚｒとは、ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮のＺｒ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属Ｚｒ、Ｆｅ−Ｚｒ合金等各種合金類のＺｒ成分、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＺｒ酸化物、含Ｚｒフッ化物等Ｚｒ化合物のＺｒ成分［Ｚｒ換算値］、以上のＺｒ成分の含有量の合計を指す。
全Ｚｒは、スラグ造滓剤の主要成分の一種であり、スラグの融点と粘性を調整して溶接金属の保持力を高め、溶接金属の垂れを抑制して、全姿勢における溶接作業性を向上させる効果を有する。
しかし全Ｚｒの含有量が１．５９質量％以上になると、スラグの融点と粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず、溶接金属の保持力が弱まって全姿勢における溶接作業性が劣化する。従って全Ｚｒの含有量は１．５９質量％未満とし、好ましくは１．５８質量％以下とする。
なお、全Ｚｒ源としては上述の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｚｒ合金、酸化物としてはジルコンサンド、酸化ジルコニウム、含Ｚｒ弗化物としてはＫ２ＺｒＦ６等がある。本願ではこれらを単独あるいは複合して用いる。
＜その他の成分等＞
なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、上述の他、フラックス中に、その効果を妨げない範囲で、種々の金属成分やスラグ造滓剤を添加することができ、その種類や量については規制しない。
例えば該当するＡＷＳ、ＪＩＳ等の溶接材料規格に準拠して、又は耐食性及び機械性能の観点から、Ｃ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｎ等がワイヤ中に含有されていてもよく、その合計量としては例えばワイヤ全質量あたり２．０質量％未満である。また、スラグ造滓剤としては、スラグ量やスラグ剥離性の改善、及びアーク安定性等の調整のために、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏの他、Ｌｉ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３等の金属炭酸塩等がフラックス中に含有されていてもよく、その合計量としては例えばワイヤ全質量あたり１．０質量％未満である。更に、ＣｅＯ２の他、Ｒ２Ｏ３で表される希土類元素酸化物は、ワイヤ全質量あたり０．５質量％未満であれば含有されていてもよい。
その他、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの残部には、不可避的不純物が含まれ、不可避的不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５等が挙げられる。
なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、上述の他、フラックス中に、その効果を妨げない範囲で、種々の金属成分やスラグ造滓剤を添加することができ、その種類や量については規制しない。
例えば該当するＡＷＳ、ＪＩＳ等の溶接材料規格に準拠して、又は耐食性及び機械性能の観点から、Ｃ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｎ等がワイヤ中に含有されていてもよく、その合計量としては例えばワイヤ全質量あたり２．０質量％未満である。また、スラグ造滓剤としては、スラグ量やスラグ剥離性の改善、及びアーク安定性等の調整のために、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏの他、Ｌｉ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３等の金属炭酸塩等がフラックス中に含有されていてもよく、その合計量としては例えばワイヤ全質量あたり１．０質量％未満である。更に、ＣｅＯ２の他、Ｒ２Ｏ３で表される希土類元素酸化物は、ワイヤ全質量あたり０．５質量％未満であれば含有されていてもよい。
その他、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの残部には、不可避的不純物が含まれ、不可避的不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５等が挙げられる。
また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのステンレス鋼製外皮の厚さ、及びワイヤ径（すなわち、直径）は、特に限定されるものではないが、ＡＷＳ又はＪＩＳ等の溶接材料規格に規定された直径、例えば、φ０．８ｍｍ、φ０．９ｍｍ、φ１．０ｍｍ、φ１．２ｍｍ、φ１．４ｍｍ、φ１．６ｍｍ等のワイヤに適用することが出来る。
更に、シールドガス組成としては、ＡｒとＣＯ２又はＯ２等との混合ガスの他、１００％ＣＯ２を使用することができ、電源及び送給装置としては、サイリスタ、インバータ、パルスの他、各種波形制御電源及び各種送給制御装置を用いることが出来る。
更に、シールドガス組成としては、ＡｒとＣＯ２又はＯ２等との混合ガスの他、１００％ＣＯ２を使用することができ、電源及び送給装置としては、サイリスタ、インバータ、パルスの他、各種波形制御電源及び各種送給制御装置を用いることが出来る。
［フラックス入りワイヤの製造方法］
本実施形態に係るフラックス入り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出来る。
まず、ステンレス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型ロールにより成型して、Ｕ字状のオープン管にする。次に、所定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ステンレス鋼製外皮に充填し、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、適宜、光輝焼鈍も加え、例えばφ０．８〜φ１．６ｍｍのワイヤ径のフラックス入りワイヤとする。
なお、ワイヤ断面形状は、ステンレス鋼製外皮に継目のない、あるいは継ぎ目があっても溶接して封じられたシームレスタイプ、更には鋼製外皮に重なりや突合せ、折り目等の継目のあるシームありタイプ、いずれの形態であってもよい。
本実施形態に係るフラックス入り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出来る。
まず、ステンレス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型ロールにより成型して、Ｕ字状のオープン管にする。次に、所定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ステンレス鋼製外皮に充填し、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、適宜、光輝焼鈍も加え、例えばφ０．８〜φ１．６ｍｍのワイヤ径のフラックス入りワイヤとする。
なお、ワイヤ断面形状は、ステンレス鋼製外皮に継目のない、あるいは継ぎ目があっても溶接して封じられたシームレスタイプ、更には鋼製外皮に重なりや突合せ、折り目等の継目のあるシームありタイプ、いずれの形態であってもよい。
以下、発明例及び比較例を挙げて、本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
［ワイヤの製造］
厚さが０．４ｍｍ、幅が９ｍｍである鋼帯を準備し、この鋼帯を長手方向に送りながら成型ロールにより成型して、断面がＵ字状のオープン管にした。次に、所望の設計値となるように各種原料を配合したフラックスを上記オープン管に充填し、断面が円形になるように加工した。その後、冷間加工により伸線するとともに、６００〜８００℃の無酸化雰囲気での焼鈍を実施し、ワイヤ径がφ１．２ｍｍであるフラックス入りワイヤを製作した。ワイヤ断面形状はステンレス鋼製外皮に重なり目のあるシームありタイプとした。
厚さが０．４ｍｍ、幅が９ｍｍである鋼帯を準備し、この鋼帯を長手方向に送りながら成型ロールにより成型して、断面がＵ字状のオープン管にした。次に、所望の設計値となるように各種原料を配合したフラックスを上記オープン管に充填し、断面が円形になるように加工した。その後、冷間加工により伸線するとともに、６００〜８００℃の無酸化雰囲気での焼鈍を実施し、ワイヤ径がφ１．２ｍｍであるフラックス入りワイヤを製作した。ワイヤ断面形状はステンレス鋼製外皮に重なり目のあるシームありタイプとした。
ステンレス鋼製外皮の化学成分を表１に示す。ワイヤ全質量あたりのステンレス鋼製外皮及びフラックス中のメタル成分の合計した含有量と、ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率及びスラグ造滓剤の含有量を表２に示す。ワイヤ全質量あたりのフラックス中のスラグ造滓剤の化学成分を表３に示す。ワイヤ全質量あたりのフラックス中の金属フッ化物の化学成分（Ｆ換算値）とその合計、ステンレス鋼製外皮及びフラックス中の化学成分及びワイヤ全質量あたりの各含有量を表４に示す。
なお、ワイヤ中の下記表１〜４に示す成分を除く残部は不可避的不純物である。また表２〜表４において、各成分組成における“−”なる表記は、該当する成分が積極的に添加されていないことを示す。更に、表４中の全Ｎａ、全Ｋ、全Ｌｉは、それぞれ、ステンレス鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、Ｎａ成分とＮａ化合物のＮａ換算値の合計、Ｋ成分とＫ化合物のＫ換算値の合計、Ｌｉ成分とＬｉ化合物のＬｉ換算値の合計、を意味する。
なお、外皮記号ＤのＣｏは測定値が０．０１質量％未満であったため、外皮中のＣｏ含有量は０としてワイヤ成分を算出した。
その後、上記ワイヤを用いて溶接作業性と耐気孔欠陥性を評価した。
＜溶接作業性＞
全姿勢における溶接作業性は、最も困難な溶接姿勢である４５°上向姿勢で溶接することにより判断した。図２を用いて、溶接作業性試験の評価方法を説明する。図２に示すように、面の長手方向に沿ってＵ字状溝２を形成した供試鋼板１を準備し、これを４５°傾けた状態でＵ字状溝２を下方に向けて固定した。そして、４５°上向姿勢にて、Ｕ字状溝２の内部を２層２パス溶接し、溶接金属とスラグの垂れ、溶接ビード形状、ヒューム及びスパッタの発生量を官能評価した。供試鋼板１は、厚さが２２ｍｍ、幅が１２０ｍｍ、長さが２５０ｍｍであり、Ｕ字状溝２の深さは供試鋼板１の表面から１０ｍｍ、開先角度は６０°、溝底部の曲面半径は８ｍｍとした。供試鋼板の化学成分を下記表５に示し、溶接条件を下記表６に示す。
全姿勢における溶接作業性は、最も困難な溶接姿勢である４５°上向姿勢で溶接することにより判断した。図２を用いて、溶接作業性試験の評価方法を説明する。図２に示すように、面の長手方向に沿ってＵ字状溝２を形成した供試鋼板１を準備し、これを４５°傾けた状態でＵ字状溝２を下方に向けて固定した。そして、４５°上向姿勢にて、Ｕ字状溝２の内部を２層２パス溶接し、溶接金属とスラグの垂れ、溶接ビード形状、ヒューム及びスパッタの発生量を官能評価した。供試鋼板１は、厚さが２２ｍｍ、幅が１２０ｍｍ、長さが２５０ｍｍであり、Ｕ字状溝２の深さは供試鋼板１の表面から１０ｍｍ、開先角度は６０°、溝底部の曲面半径は８ｍｍとした。供試鋼板の化学成分を下記表５に示し、溶接条件を下記表６に示す。
評価基準としては、初層と２層目の溶接時に溶接金属とスラグが垂れる、溶接ビード形状が凸ビードとなるなど、実用に耐えないと判断したものを、全姿勢における溶接作業性が×（不良）であると判断した。また、溶接金属とスラグに軽微な垂れはあるが、実用レベルと判断したものを全姿勢における溶接作業性が○（良好）であると判断した。更に、溶接金属のスラグに垂れはほぼ認められず、溶接ビード形状が良好だったものを、全姿勢における溶接作業性が◎（優良）であると判断した。溶接作業性の評価結果を、下記表７に示す。なお、ヒュームやスパッタの発生量が実用に耐えないと判断したものについても、溶接作業性の評価結果欄に記録した。
＜耐気孔欠陥性＞
耐気孔欠陥性は、上記製作ワイヤを１１０℃の温度で１時間乾燥した後、３０℃の温度で湿度を８０％とした大気雰囲気下で１６８時間保持（強制吸湿処理）し、７５０℃の大気雰囲気でＪＩＳ Ｋ ００６８に準拠したカールフィッシャー法（ＫＦ法）によってワイヤの吸湿水分量を測定することにより評価した。評価基準としては、１６８時間吸湿後の水分量が、９００ｐｐｍ未満であったものを○（良好）とし、９００ｐｐｍ以上であったものを×（不良）と判断した。耐気孔欠陥性の評価結果を、下記表７に併せて示す。
耐気孔欠陥性は、上記製作ワイヤを１１０℃の温度で１時間乾燥した後、３０℃の温度で湿度を８０％とした大気雰囲気下で１６８時間保持（強制吸湿処理）し、７５０℃の大気雰囲気でＪＩＳ Ｋ ００６８に準拠したカールフィッシャー法（ＫＦ法）によってワイヤの吸湿水分量を測定することにより評価した。評価基準としては、１６８時間吸湿後の水分量が、９００ｐｐｍ未満であったものを○（良好）とし、９００ｐｐｍ以上であったものを×（不良）と判断した。耐気孔欠陥性の評価結果を、下記表７に併せて示す。
上記表２〜４及び表７に示すように、発明例１〜５は、ワイヤ成分が本発明で規定する数値範囲を全て満たしているため、全姿勢における溶接作業性及び耐気孔欠陥性が、いずれも比較例よりも優れたものとなった。特に、発明例１〜３及び発明例５は、表２に示すように、ワイヤ全質量あたり、ステンレス鋼製外皮及びフラックスの合計で、メタルＴｉの含有量が０．２０質量％以上の要件を満たしているため、発明例４よりも溶接ビード形状が良く、優れた溶接作業性が得られた。
一方、比較例１は、表２に示すように、スラグ造滓剤の含有量が本発明範囲の下限を下回り、また、表４に示すように、全Ａｌの含有量及び全Ｍｇの含有量が本発明範囲の下限を下回り、更に、表３に示すように、ＣａＯの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、スラグ量が過少かつスラグの融点と粘性が低下して、スラグによる溶接金属の保持力が低下して、全姿勢における溶接作業性が劣化した。
また、表２に示すように、メタルＭｎの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、ヒュームの発生量が多くなり、実用に耐えないものとなった。更に、表４に示すように、メタルＭｎとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して、耐気孔欠陥性が損なわれた。
また、表２に示すように、メタルＭｎの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、ヒュームの発生量が多くなり、実用に耐えないものとなった。更に、表４に示すように、メタルＭｎとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して、耐気孔欠陥性が損なわれた。
比較例２は、表３及び表４に示すように、Ｂｉ２Ｏ３の含有量と全Ｔｉの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、均一な肉厚のスラグが得られず、スラグによる溶接金属の保持力が弱まって、全姿勢における溶接作業性が劣化した。また、表４に示すように、全Ｓｉの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、溶接金属の粘性が過度に高まり、溶接ビード形状が凸ビードになった。更に、表４に示すように、メタルＭｎ、全ＭｇとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して耐気孔欠陥性が損なわれた。
比較例３は、表４に示すように、全Ｓｉの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、溶接金属の粘性が過度に高まり溶接ビード形状が凸ビードになった。また、表４に示すように、メタルＭｎ、全ＭｇとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して耐気孔欠陥性が損なわれた。
比較例４は、表４に示すように、メタルＭｎ、全ＭｇとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して耐気孔欠陥性が損なわれた。
比較例５は、表４に示すように、全Ｍｇの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、スラグの粘性が過度に高くなり、均一な肉厚のスラグが得られず、スラグによる溶接金属の保持力が弱まって、全姿勢における溶接作業性が劣化した。また、表４に示すように、メタルＭｎ、全ＭｇとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して耐気孔欠陥性が損なわれた。
比較例６は、表３及び表４に示すように、Ｂｉ２Ｏ３の含有量と全Ａｌの含有量が本発明範囲の上限を超え、金属フッ化物の合計及びＣａＯの含有量が本発明範囲の下限を下回っているため、スラグの融点と粘性が過度に低下して、均一な肉厚のスラグが得られず、スラグによる溶接金属の保持力が弱まって全姿勢における溶接作業性が劣化した。また、表４に示すように、メタルＭｎ、全ＭｇとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して耐気孔欠陥性が損なわれた。
比較例７は、表２及び表４に示すように、スラグ造滓剤の含有量及び全Ｚｒの含有量が本発明範囲の上限を超え、表３及び表４に示すように、ＣａＯの含有量と全Ｓｉの含有量が本発明範囲の下限を下回っているため、スラグ量が過剰となり、均一な肉厚のスラグが得られず、スラグと溶接金属の垂れが発生して全姿勢における溶接作業性が劣化した。また、表４に示すように、メタルＭｎ、全ＭｇとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して耐気孔欠陥性が損なわれた。
比較例８は、表４に示すように、金属フッ化物のＦ換算値の合計が本発明範囲の上限を超えているため、スラグの粘性が過度に低下して、スラグによる溶接金属の保持力が失われ、全姿勢における溶接作業性が劣化した。また、表７に示すように、ヒュームとスパッタの発生量も増加して、実用に耐えないものとなった。更に、表４に示すように、メタルＭｎ、全ＭｇとともにＮａＦを含有しているため、ワイヤ吸湿特性が劣化して耐気孔欠陥性が損なわれた。
１ 供試鋼板
２ Ｕ字状溝
２ Ｕ字状溝
Claims (3)
- ステンレス鋼製外皮にフラックスが充填されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、前記フラックス中に、
スラグ造滓剤：９．３３質量％超１１．６１質量％未満、
ＣａＯ：０．０１質量％以上０．１６質量％未満、
金属フッ化物のＦ換算値の合計：０．１９質量％超０．３５質量％未満を含有し、
ＮａＦを実質的に含有せず、
Ｂｉ２Ｏ３：０．０６質量％未満に規制されており、
ワイヤ全質量あたり、前記ステンレス鋼製外皮及び前記フラックスの合計で、
メタルＦｅ：５２．００質量％以上６０．００質量％以下、
メタルＣｒ：１９．８３質量％以上２２．４７質量％以下、
メタルＮｉ：７．３３質量％以上９．２９質量％以下、
全Ｓｉ：０．８３質量％超１．２５％未満、
全Ａｌ：０．０２質量％超０．１５質量％未満、
全Ｍｇ：０．０１質量％以上０．２７質量％未満を含有し、
メタルＭｎ：１．３４質量％未満、
全Ｔｉ：４．６７質量％未満、
全Ｚｒ：１．５９質量％未満に規制されていることを特徴とするフラックス入りワイヤ。 - ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率が２５．０質量％以上２９．０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
- 前記全Ｔｉは、メタルＴｉを０．２０質量％以上含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のフラックス入りワイヤ。
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| JP2011194412A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Nippon Steel & Sumikin Welding Co Ltd | オーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ |
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| JP2017148821A (ja) * | 2016-02-22 | 2017-08-31 | 株式会社神戸製鋼所 | ２相ステンレス鋼向けアーク溶接用フラックス入りワイヤおよび溶接金属 |
| JP2019048324A (ja) * | 2017-09-11 | 2019-03-28 | 新日鐵住金株式会社 | ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ、及び溶接継手の製造方法 |
-
2019
- 2019-06-11 JP JP2019108907A patent/JP2020199534A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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