JP2021003732A - ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ、及び溶接継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電着塗装性及び機械特性に優れた溶接部を形成することが可能であるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ、及び溶接継手の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係るソリッドワイヤは、複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．１８％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｔｉ：０．０６〜０．２５％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｂ：０〜０．０１００％、Ｐ：０超〜０．０１５％、Ｓ：０超〜０．０１５％、及び任意元素を含み、残部が鉄および不純物からなり、Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０及び（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０を満たし、さらにＣｅｑが０．４０〜０．９０％である。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ、及び溶接継手の製造方法に関する。

ガスシールドアーク溶接は、様々な分野で広く用いられており、例えば、自動車分野では足廻り部材などの溶接に用いられている。

鋼部材に対し、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接を行うと、シールドガス中の酸化性ガスに含まれる酸素が鋼材やワイヤに含まれるＳｉやＭｎなどの元素と反応し、Ｓｉ酸化物やＭｎ酸化物を主体とするＳｉ，Ｍｎ系スラグが生成する。その結果、溶融凝固部である溶接ビードの表面にＳｉ，Ｍｎ系スラグが多く残存するようになる。

ところで、自動車の足廻り部材など、耐食性が要求される部材では、溶接組み立て後に電着塗装が施される。この電着塗装を行う際に、溶接ビードの表面にＳｉ，Ｍｎ系スラグが残存していると、その部分の電着塗装性が悪くなる。その結果、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの残存箇所の耐食性が低下する。ここで、電着塗装性とは、電着塗装処理後に塗装がされなかった部位（電着塗装不良部位）の面積により評価される特性をいう。

Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの残存箇所で電着塗装性が低下する理由は、絶縁体であるＳｉ酸化物やＭｎ酸化物が電着塗装時に通電されず、塗装が溶接部の全面に付着しないためである。

Ｓｉ，Ｍｎ系スラグは溶接部の脱酸過程の副産物であり、また、ソリッドワイヤに含まれるＳｉ及びＭｎは、溶接金属の強度を確保したり、溶接ビード形状を安定化させたりする効果もある。例えば、溶接対象が９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板である場合、溶接金属の強度を高く保つ（例えば７８０ＭＰａ以上とする）ために、これら元素の含有は必須である。そのため、ソリッドワイヤ等を用いたガスシールドアーク溶接では、このＳｉ，Ｍｎ系スラグを発生させないようにすることは難しい。その結果、電着塗装した部材でも溶接部の腐食を防ぐことは困難であった。

そのため、自動車の足回り部材などの設計においては、腐食による減肉を考慮した板厚設計がなされており、これが高張力鋼材の薄板化に対する障害になっている。

このような問題に対し、特許文献１では、ソリッドワイヤ中のＡｌ含有量を制御することにより溶接ビード上のスラグの面積率を減少させ、電着塗装性を改善する対策が提案されている。また、特許文献２には、Ｓｉ含有量が０．１０％未満に制御されたパルスＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤが提案されている。特許文献２には、このようなソリッドワイヤにより、薄鋼板の溶接におけるスパッタ発生量が少なく、溶接部材とのなじみが良好で、平坦かつ幅広なビード形状を得ることが可能であることが記載されている。特許文献３には、Ｃ：０．００５〜０．０５ｗｔ％、Ｓｉ：０．２５ｗｔ％以下、Ｍｎ：１．００〜２．７０ｗｔ％、Ｐ：０．０１５ｗｔ％以下およびＳ：０．００４ｗｔ％以下を、Ｍｎ／Ｓの比が３５０の範囲において含有し、残部は実質的にＦｅの組成になるガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。

しかしながら、特許文献１の技術では、例えばＳｉ含有量やＭｎ含有量が高い鋼部材を溶接する場合には、特に溶接ビードの止端部に沿ってＳｉ，Ｍｎ系スラグが筋状に発生することがあり、電着塗装不良の対策としては不十分であった。

また、溶接部におけるＳｉ含有量やＭｎ含有量が低くなるように鋼部材とソリッドワイヤの成分設計を行った場合には、電着塗装不良の問題点は解消されるものの、溶接部の引張強さを確保できなくなり、また、脱酸不足に起因するブローホールによる内部欠陥が生じる虞もあった。

また、特許文献２に記載のワイヤを用いると、ワイヤのＳｉ量の低下によるスラグ量の減少効果が得られるが、本ワイヤを用いても特許文献１と同様にＳｉ含有量やＭｎ含有量が高い鋼部材に対しては電着塗装不良の対策としては不十分であった。そもそも特許文献２では溶接部の電着塗装性に対する効果が検証されておらず、Ｓｉ以外のワイヤ成分の効果が不明である。
特許文献３に記載のワイヤも、溶接部の電着塗装性に対する効果が検証されていない。また、特許文献３に記載のワイヤは、橋梁や海洋構造物等において、変動応力が繰り返し作用する個所の耐割れ性を向上させるためのものであり、多量のＣを含む。そのため、特許文献３に記載のワイヤは、自動車の足廻り部材などの溶接に適したものではない。

特許第５６５２５７４号公報 特許第５０３７３６９号公報 特開平１−９１９９４号公報

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、電着塗装性及び機械特性に優れた溶接部を形成することが可能であるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ、及び溶接継手の製造方法を提供することを課題とする。

本発明の具体的方法は以下のとおりである。

（１）本発明の一態様に係るソリッドワイヤは、複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．１８％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｔｉ：０．０６〜０．２５％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｂ：０〜０．０１００％、Ｐ：０超〜０．０１５％、Ｓ：０超〜０．０１５％、Ｓｂ：０〜０．１０％、Ｓｎ：０〜０．４％、Ｃｕ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜１．５％、Ｎｂ：０〜０．３％、Ｖ：０〜０．３％、Ｍｏ：０〜１．０％、Ｎｉ：０〜３．０％、であり、残部が鉄および不純物からなり、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌが下記式１及び式２を満たし、さらに下記式３によって算出されるＣｅｑが０．４０〜０．９０％である。
Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０・・・（式１）
（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０・・・（式２）
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４・・・（式３）
ただし、式１、式２及び式３における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。（２）上記（１）に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、前記ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｂ：０．００３０〜０．０１００％であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、前記ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｎ：１．８〜３．０％であってもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、前記ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０６〜０．２０％であってもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、前記ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ：０．１２〜０．２５％であってもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、前記ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｐ：０超〜０．０１１％であってもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、前記ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｓｉ：０．０３〜０．１８％であってもよい。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、前記Ｃｅｑが０．５０〜０．９０％であってもよい。
（９）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを用いて、母材をガスシールドアーク溶接する工程を含む。
（１０）上記（９）に記載の溶接継手の製造方法では、前記ガスシールドアーク溶接におけるシールドガスを、５〜３０体積％ＣＯ_２、及び２〜５体積％Ｏ_２のうちから１種または２種を混合したＡｒガスとしてもよい。

本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ及び溶接継手の製造方法によれば、ソリッドワイヤの成分組成が適切に制御されていることにより、電着塗装性及び機械特性（引張強さや伸び等）に優れた溶接部を形成することが可能となる。

低温割れ評価用の溶接継手の模式図である。

本発明者等は、上記課題を解決するための方策について鋭意検討し、下記の知見を得た。
（Ａ）ソリッドワイヤのＳｉ量を極力低下させ、Ｓｉ系スラグの生成を抑制することで電着塗装性の改善が可能となる。Ｓｉの少ない成分系ではＭｎスラグによる電着塗装性の劣化の程度は小さい。
（Ｂ）ソリッドワイヤのＴｉ含有量を適正範囲に制御することにより、溶接ビードの表面に導電性のＴｉ系スラグが生成するため、電着塗装性が向上する。
（Ｃ）ソリッドワイヤのＣｅｑを適正範囲に制御することにより、溶接金属の強度を向上させることができる。
（Ｄ）ソリッドワイヤのＴｉ含有量とＡｌ含有量を適正範囲に制御することにより、絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグの生成が抑制されるため、電着塗装性が向上する。
本発明者らは、上述の知見に基づいて、複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの適切な成分組成を見出した。本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、各成分組成それぞれの単独および共存による相乗効果により、本発明が目的とする効果が達成されたものであるが、以下にそれぞれの各成分組成の限定理由を述べる。

ソリッドワイヤは、所定の成分を有する鋼線、またはその鋼線の表面に銅めっきがされてなるものである。ワイヤ全質量とはめっきを含めたソリッドワイヤの全質量を意味する。また、以下においては、ソリッドワイヤの化学成分をワイヤの全質量に対する割合である質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載して説明する。

尚、本明細書において、「溶接金属（ｗｅｌｄｅｄ ｍｅｔａｌ）」とは、鋼板母材と溶接ワイヤとが溶けて、混ざり合った成分を意味し、「溶着金属（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｍｅｔａｌ）」とは、多層盛り溶接を行い溶接ワイヤの成分のみで作成した金属を意味する。このように、溶接金属と溶着金属とは厳密には異なる概念であるが、例えば溶接部の機械特性を論じる際などには、両者を同一視することができる。例えば、溶着金属の引張強さを向上させた場合、溶接金属の引張強さの向上も達成されることになる。
また、薄鋼板（ｔｈｉｎ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ）とは、板厚が０．８ｍｍ〜３．６ｍｍの鋼板を意味し、厚鋼板（ｔｈｉｃｋ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ）とは、板厚が６ｍｍ〜３０ｍｍ程度の鋼板を意味する。なお、板厚が１．２ｍｍ〜３．６ｍｍの鋼板を薄鋼板と称する場合もある。

〔Ｃ：０．０５〜０．２０％〕
Ｃ含有量が０．０５％未満では、溶接金属の引張強さを得ることができない場合がある。従って、Ｃ含有量は０．０５％以上であり、好ましくは０．０６％以上である。
一方、Ｃ含有量が０．２０％を超えれば、溶接金属が硬化することにより耐割れ性が低下する。従って、Ｃ含有量は０．２０％以下であり、好ましくは０．１６％以下、又は０．１４％以下である。

〔Ｓｉ：０．０１〜０．１８％〕
通常の溶接ワイヤでは脱酸元素としてＳｉを積極的に添加している。また、Ｓｉでアーク溶接時に溶融池の脱酸を促進することにより溶接金属の引張強さを向上させる。しかしながら、電着塗装性の観点では絶縁性のＳｉ酸化物を極力低減させることが望ましい。このため、Ｓｉは０．１８％以下、好ましくは０．１０％以下、更に好ましくは０．０８％以下とした。一方、Ｓｉが少なすぎると、溶接金属強度が低下する。具体的には、脱酸元素として作用するＳｉが不足する場合、フェライトの生成核として機能する酸化介在物が溶接金属中に増加し、軟質なフェライトの生成が過剰に促進される。このため、０．０１％以上、望ましくは０．０３％以上のＳｉ量が必要となる。

〔Ｍｎ：１．０〜３．０％〕
ＭｎもＳｉと同様に脱酸元素であって、アーク溶接時における溶融池の脱酸を促進すると共に、溶接金属の引張強さを向上させる元素である。従って、Ｍｎ含有量は１．０％以上であり、好ましくは１．８％以上である。
一方、Ｍｎが過剰に含有されれば、絶縁性のＭｎ系スラグが溶接ビードの表面に著しく発生するため、電着塗装不良が発生する傾向となるものの、Ｓｉ系スラグの少ない成分系ではＭｎ系スラグによる塗装性劣化の程度は大きくない。従って、Ｍｎ含有量は３．０％以下であり、好ましくは２．４％以下である。

上述の通り、ＳｉとＭｎは、電着塗装性に悪影響を及ぼす元素であるが、Ｓｉの少ない成分系ではＭｎスラグによる塗装性の劣化の程度は小さい。
そこで、本実施形態に係るソリッドワイヤでは、下記の式１を満たすようにＳｉ及びＭｎの含有量が設定される。なお、式１における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。
Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０・・・（式１）

Ｓｉ×Ｍｎの値が０．３０を超える場合、絶縁性のＳｉ系スラグ，Ｓｉ−Ｍｎ系スラグが溶接ビードの表面に著しく発生するため、電着塗装不良が発生する虞がある。従って、Ｓｉ×Ｍｎの値は０．３０以下であり、好ましくは０．２０以下である。Ｓｉ×Ｍｎの値の下限値を定める必要はなく、上述したＳｉ含有量及びＭｎ含有量の下限値を考慮すると、Ｓｉ×Ｍｎの値の下限値は実質的に０．０１となる。

〔Ｔｉ：０．０６〜０．２５％〕
鋼部材に対し、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接を行うと、シールドガス中の酸化性ガスに含まれる酸素が鋼材やワイヤに含まれるＳｉやＭｎなどの元素と反応し、Ｓｉ酸化物やＭｎ酸化物を主体とするＳｉ，Ｍｎ系スラグが生成する。その結果、溶融凝固部である溶接ビードの表面にＳｉ，Ｍｎ系スラグが多く残存するようになる。

Ｔｉは、ガスシールドアーク溶接を行う際に用いるシールドガス中の酸素と反応し、Ｔｉ系酸化物を主体とするＴｉ系スラグを生成する。Ｔｉ系スラグは、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグとは異なり導電性であるため、溶接ビードの表面に発生しても電着塗装不良が発生しにくくなる。従って、ソリッドワイヤにＴｉを積極的に含有させてシールドガス中の酸素をＴｉに反応させれば、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの生成量を減少させることができ、これにより電着塗装性を改善することができる。従って、Ｔｉ含有量は０．０６％以上であり、好ましくは０．１２％以上である。

なお、塗装性改善の観点でソリッドワイヤのＳｉ、Ｍｎ含有量を低減させると、アーク溶接時の溶融金属の脱酸効果が不十分となり、ＣＯガスの生成によるブローホールが発生してしまう。Ｔｉは脱酸元素としてＣＯガスの生成によるブローホールを抑制する効果もある。一方、Ｔｉが過剰に含有されると、Ｔｉ系酸化物が過剰に生成し、溶接金属の伸びが低下するため、Ｔｉ含有量は０．２５％以下であり、好ましくは０．２０％以下である。

〔Ａｌ：０．００３〜０．１０％〕
Ａｌは絶縁性のＡｌ系スラグを生成するが、Ａｌ含有量が０．００３％以上である場合、Ｔｉと同様にＳｉ，Ｍｎ系スラグの生成量を減少させることができ、これにより電着塗装性を改善することができる。従って、電着塗装不良を一層確実に防ぐために、Ａｌ含有量は０．００３％以上であることが必要である。Ａｌは０．００５％以上であることが好ましく、０．０１％以上であると、さらに好ましい。

一方、Ａｌが過剰に含有されると、Ａｌ系酸化物が過剰に生成し、溶接金属の伸びが低下する。また、Ａｌ系スラグは、Ｓｉ系スラグやＭｎ系スラグと同様に絶縁性であるため、溶接ビードの表面に著しく発生すると、電着塗装不良が発生する虞がある。従って、Ａｌ含有量は０．１０％以下である。

上述の通り、ＴｉとＡｌは、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグによる電着塗装性への悪影響を抑制することが可能な元素である。そこで、本発明では、下記の式２を満たすように、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、及びＡｌの含有量が設定される。なお、式２における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。
（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０・・・（式２）

（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）の値が３．０以下である場合には、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグによる電着塗装性への悪影響を確実に抑制することができ、優れた電着塗装性を得ることができる。（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）の値は、２．９以下であることが好ましい。２．５以下であると、さらに好ましい。

なお、式１ではＳｉとＭｎの積を指標に用いたが、式２ではＳｉとＭｎ／５との和を指標としている。これは、Ｔｉ及びＡｌはＳｉ−Ｍｎ系スラグの絶対量を低減させることが添加の目的のためである。（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）の値の下限値を定める必要はなく、上述したＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、及びＡｌの含有量の上下限値を考慮すると、その実質的な下限値は０．７である。

〔Ｐ：０超〜０．０１５％〕
Ｐは、一般に鋼中に不純物として混入する元素であって、またアーク溶接用ソリッドワイヤ中にも不純物として含まれるのが通常である。ここでＰは、溶接金属の高温割れを発生させる主要元素の一つであるから、できる限り抑制することが望ましい。Ｐ含有量が０．０１５％を越えれば、溶接金属の高温割れが顕著になるから、Ｐ含有量は０．０１５％以下である。なお、Ｐの下限は、特に制限されないため、Ｐ含有量は０％超であるが、脱Ｐのコスト及び生産性の観点から、０．００１％以上であってもよい。

〔Ｓ：０超〜０．０１５％〕
Ｓも、Ｐと同様に一般に鋼中に不純物として混入する元素であって、またアーク溶接用ソリッドワイヤ中にも不純物として含まれるのが通常である。従って、Ｓ含有量は０％超であればよい。

また、Ｓは、溶融池の中央部の表面張力を溶融池の周辺部の表面張力よりも増加させる効果があり、溶接池の内向き対流を発生させてスラグを溶接ビードの中央に集めることを可能とする。これは、表面張力の温度依存に起因する効果で、Ｓを添加すると温度の低い溶融池周辺の表面張力よりも、温度の高い溶融池中央部の表面張力が高くなる現象を利用したものである。従って、溶接ビードの止端部にＳｉ，Ｍｎ系スラグが残存することを防止することが可能となり、電着塗装性を高めることができる。このため、Ｓ含有量は０．００１％以上であることが好ましい。

一方、Ｓが０．０１５％を超えると、溶接金属に凝固割れが発生する。従って、Ｓ含有量は０．０１５％以下である。

〔Ｃｅｑ：０．４０〜０．９０％〕
引張強さ９８０ＭＰａ以上の鋼板の溶接継手強度を確保するためには、溶接金属を高強度化する必要がある。そのためには、ソリッドワイヤの合金成分量を増加させる必要がある。溶接金属の強度特性を示す指標として、下記式３によって算出される炭素当量（Ｃｅｑ）が知られている。なお、式３における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４・・・（式３）

Ｃｅｑを０．４０％以上、好ましくは０．４３以上、更に好ましくは０．５０％以上とすることで、９８０ＭＰａ級鋼板を母材とする継手の強度を確保することができる。従って、本実施形態に係るソリッドワイヤの化学成分は、Ｃｅｑが０．４０％以上となるように制御される。一方で、合金成分の含有量が過剰になると、溶接金属の延性低下、及び溶接部の水素脆化割れ等を招くおそれがある。そのため、Ｃｅｑの上限は０．９０％とする。

Ｓｂ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂは、必須の元素ではないが、必要に応じて１種又は２種以上を同時に含有してよい。各元素を含有させることにより得られる効果と上限値について説明する。なお、これらの元素を含有させない場合の下限は０％である。

〔Ｓｂ：０〜０．１０％〕
Ｓｂは、Ｓと同様に、溶融池の表面張力を増加させることで、溶接池の内向き対流を発生させてスラグを溶接ビードの中央に集めることを可能とする。従って、溶接ビードの止端部にＳｉ，Ｍｎ系スラグが残存することを防止することが可能となり、電着塗装性を高めることができる。この効果を得るためには、Ｓｂ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｓｂ含有量が過剰であると、溶接金属に凝固割れが発生する。従って、Ｓｂ含有量は０．１０％以下である。

〔Ｓｎ：０〜０．４％〕
Ｓｎは、溶接金属自体の耐食性を向上させる重要な元素である。本実施形態に係るソリッドワイヤは、溶接金属の電着塗装性を向上させることを介して、電着塗装後の溶接金属の耐食性を向上させているので、Ｓｎの含有は必須ではないが、溶接金属自体の耐食性を高めることも、機械部品にとって非常に有利である。Ｓｎによる耐食性向上効果を得るために、Ｓｎを０．０５％以上としてもよい。一方、Ｓｎが０．４％を超えると、溶接金属の割れ感受性が高くなり、高温割れが発生しやすくなる。また、溶接金属の粒界にＳｎが偏析して靭性が低下する。したがって、Ｓｎは０〜０．４％とする。好ましくは、Ｓｎは０．０２〜０．４０％である。

〔Ｃｕ：０〜０．５０％〕
アーク溶接用ソリッドワイヤには、ワイヤ送給性及び通電性を安定化するために銅めっきが施されることが多い。従って、銅めっきを施した場合、ソリッドワイヤにはある程度の量のＣｕが含有される。一方、Ｃｕの含有量が過剰となると、溶接割れが発生しやすくなるため、Ｃｕ含有量は０．５０％以下である。

〔Ｃｒ：０〜１．５％〕
Ｃｒは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びが低下する。従って、Ｃｒ含有量は１．５％以下である。

〔Ｎｂ：０〜０．３％〕
Ｎｂは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びが低下する。従って、Ｎｂ含有量は０．３％以下であり、より好ましくは０．００５％以下である。

〔Ｖ：０〜０．３％〕
Ｖは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びが低下する。従って、Ｖ含有量は０．３％以下である。

〔Ｍｏ：０〜１．０％〕
Ｍｏは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びが低下する。従って、Ｍｏ含有量は１．０％以下である。

〔Ｎｉ：０〜３．０％〕
Ｎｉは、溶接部の引張強さと伸びを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接割れが発生しやすくなる。従って、Ｎｉ含有量は３．０％以下である。

〔Ｂ：０〜０．０１００％〕
Ｂは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びとが低下する。従って、Ｂの上限は０．０１０％以下である。Ｂは、０．００３０％以上含有することが好ましい。

上記で説明した成分の残部は鉄（Ｆｅ）及び不純物からなる。不純物とは、原材料に含まれる成分や、製造の過程で混入される成分であって、ソリッドワイヤに意図的に含有させた成分ではない成分をいう。

次に、本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法について説明する。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、本実施形態に係るソリッドワイヤを用いて母材をガスシールドアーク溶接する工程を含む。母材となる鋼板は特に限定されない。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、溶接金属を高強度化することが可能であるので、母材も高強度鋼板（例えば引張強さ９８０ＭＰａ以上の鋼板）にすると、極めて機械的特性が優秀な溶接継手を得ることができるので好ましい。また、本実施形態に係る溶接継手の製造方法の主な用途としては、自動車部品が想定されている。従って、その具体的な適用対象は、１パス溶接で製造される隅肉継手、及び突合せ継手等である。このため、鋼板は、１パス溶接での継手製造が可能な０．８ｍｍ〜３．６ｍｍ程度の比較的薄手の鋼板（薄鋼板）とすることが好ましい。母材の枚数も特に限定されず、１枚であっても、複数枚であってもよい。

ガスシールドアーク溶接の条件も特に限定されないが、例えば、シールドガスを５〜３０体積％ＣＯ_２または２〜５体積％Ｏ_２のうちから１種または２種を混合したＡｒガスを用いてガスシールドアーク溶接をすると、スラグの生成が一層抑制され、溶接金属の電着塗装性を一層向上させることができるので好ましい。また、溶接時の酸化に伴う合金元素の脱酸消耗抑制や溶接アークの安定化に伴う溶接ビード形状の扁平化、応力集中低減の観点からも、Ａｒ混合比率の高いシールドガスを用いることが有効である。

以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。

原料鋼を真空溶解し、鍛造、圧延、伸線、焼鈍し、直径１．２ｍｍの製品径まで仕上伸線した後、必要に応じてワイヤ表面に銅めっきし、２０ｋｇ巻きスプールとしたものを試作品とした。試作したソリッドワイヤの化学成分と計算値を表１〜表３に示す。なお、本発明の範囲外の数値には下線を付した。また、含有しない成分は、表において空白とした。

試作したソリッドワイヤを用いて、表４に示す鋼板ａ同士に対して重ね隅肉溶接を行い、電着塗装不良面積の測定を行った。溶着金属の引張強さは、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準拠した溶着金属性能試験にて行った。

（溶着金属の引張試験）
溶着金属の引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準拠して行った。溶接ワイヤの規格であるＪＩＳＺ ３１１２ ＹＧＷ１２に準拠して、引張強さ（ＴＳ）の下限が７８０ＭＰａ以上であった場合に引張強さが良好であると判断し、引張試験後の試験片の破断面における脆性破面率が２０％以下であった場合に伸びが良好であると判断した。

（電着塗装不良の面積率の測定）
溶接試験片を脱脂、化成処理した後に、膜厚が２０μｍとなるように電着塗装を施した。そして、溶接ビードの電着塗装部を写真撮影し、その画像から溶接ビード面積に対する電着塗装不良の面積の比率を測定した。尚、溶接試験片のビード長さは１２０ｍｍで、溶接開始部と終端部の１５ｍｍを除いた９０ｍｍ長さの溶接ビードから電着塗装の不良率を求めた。電着塗装には灰色の塗料を用いて塗装することで、赤茶色や黒色のスラグが露出する電着塗装不良部を識別した。塗装不良面積が面積率で５％以下の場合に電着塗装率が良好であると判断した。

（耐水素脆化割れ特性の評価）
溶接部の耐低温割れ性も、表４の鋼板を重ね隅肉溶接することによって評価した。低温割れを誘発するために、図１に示される低温割れ評価用の溶接継手１を作製した。ここでは、薄板試験片（図１中の鋼板（上板）１４及び鋼板（下板）１５）の端部に溶接を施し（図１中の拘束溶接部１２）、これにより薄板試験片を板厚２０ｍｍの拘束板１１に拘束した。この状態で、低温割れ評価用の重ね隅肉溶接を実施して、重ね隅肉溶接部１３を形成した。溶接後２日以上経過した後に重ね隅肉溶接部１３の断面を観察し、観察用断面作成部１６における３断面で割れ発生の有無を調査した。なお、溶接条件および使用した鋼板は電着塗装性の評価と同じである。

その結果を表５に示す。

本発明例に係る実験Ｎｏ．１〜２１及び実験Ｎｏ．３５〜４１では、成分組成が適正であることにより、電着塗装性及び機械特性に優れた溶接部を形成することができた。

比較例に係る実験Ｎｏ．２２では、Ｃ含有量が適正範囲を下回ったため、溶着金属における引張強さが不十分であった。

比較例に係る実験Ｎｏ．２３では、Ｃ含有量が適正範囲を上回ったため、ルート割れが発生し、優れた耐割れ性を得ることができなかった。

比較例に係る実験Ｎｏ．２４では、Ｓｉ含有量が適正範囲を下回ったため、溶着金属における引張強さが不十分であった。

比較例に係る実験Ｎｏ．２５では、Ｓｉ含有量が適正範囲を上回ったため、絶縁性のＳｉ系スラグが溶接ビードの表面に発生し、電着塗装不良が発生した。

比較例に係る実験Ｎｏ．２６では、Ｍｎ含有量が適正範囲を上回ったため、絶縁性のＭｎ系スラグが溶接ビードの表面に発生し、電着塗装不良が発生した。

比較例に係る実験Ｎｏ．２７では、Ｔｉ含有量が適正範囲を下回ったため、スラグへの導電性付与効果が不十分であり、電着塗装不良の発生を防ぐことができなかった。

比較例に係る実験Ｎｏ．２８では、Ｔｉ含有量が適正範囲を上回ったため、Ｔｉ系酸化物が延性を低下させ、溶接部の伸びが不十分であった。

比較例に係る実験Ｎｏ．２９では、Ｍｎ含有量が適正範囲を下回ったため、溶着金属における引張強さが不十分であった。

比較例に係る実験Ｎｏ．３０では、Ｃｅｑが適正範囲を下回ったため、溶着金属における引張強さが不十分であった。

比較例に係る実験Ｎｏ．３１では、Ｓｉ×Ｍｎの値が適正範囲を上回ったため、溶接ビードにＳｉ，Ｍｎ系スラグが多量に生成した。従って、電着塗装不良の発生を防ぐことができなかった。

比較例に係る実験Ｎｏ．３２では、（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）の値が適正範囲を上回ったため、ＴｉとＡｌによるＳｉ，Ｍｎ系スラグの生成抑制効果、及び、Ｔｉによる導電性付与効果が不十分であった。このため、電着塗装不良の発生を防ぐことができなかった。

比較例に係る実験Ｎｏ．３３では、Ａｌ含有量が適正範囲を上回ったため、延性が低下し、溶接部の伸びが不十分であった。

比較例に係る実験Ｎｏ．３４では、Ａｌが含有されなかったので、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの生成量を減少させることができず、電着塗装性を改善することができなかった。

本発明によれば、電着塗装性及び機械特性に優れた溶接部を形成することが可能であるガスシールドアーク溶接ワイヤ及び溶接継手の製造方法を提供することができ、産業上の利用価値が高い。

１ 溶接継手
１１ 拘束板
１２ 拘束溶接部
１３ 重ね隅肉溶接部
１４ 鋼板（上板）
１５ 鋼板（下板）
１６ 観察用断面作成部

Claims (10)

1. 複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、
   ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｃ：０．０５〜０．２０％、
   Ｓｉ：０．０１〜０．１８％、
   Ｍｎ：１．０〜３．０％、
   Ｔｉ：０．０６〜０．２５％、
   Ａｌ：０．００３〜０．１０％、
   Ｂ：０〜０．０１００％、
   Ｐ：０超〜０．０１５％、
   Ｓ：０超〜０．０１５％、
   Ｓｂ：０〜０．１０％、
   Ｓｎ：０〜０．４％、
   Ｃｕ：０〜０．５０％、
   Ｃｒ：０〜１．５％、
   Ｎｂ：０〜０．３％、
   Ｖ：０〜０．３％、
   Ｍｏ：０〜１．０％、
   Ｎｉ：０〜３．０％、
   であり、残部が鉄および不純物からなり、
   Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌが下記式１及び式２を満たし、
   さらに下記式３によって算出されるＣｅｑが０．４０〜０．９０％である
   ことを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
   Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０・・・（式１）
   （Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０・・・（式２）
   Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４・・・（式３）
   ただし、式１、式２及び式３における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。
2. 前記ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｂ：０．００３０〜０．０１００％
   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ソリッドワイヤ。
3. 前記ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｍｎ：１．８〜３．０％
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
4. 前記ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｃ：０．０６〜０．２０％
   であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
5. 前記ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｔｉ：０．１２〜０．２５％
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
6. 前記ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｐ：０超〜０．０１１％
   であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
7. 前記ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｓｉ：０．０３〜０．１８％
   であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
8. 前記Ｃｅｑが０．５０〜０．９０％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを用いて、母材をガスシールドアーク溶接する工程を含む溶接継手の製造方法。
10. 前記ガスシールドアーク溶接におけるシールドガスを、５〜３０体積％ＣＯ_２または２〜５体積％Ｏ_２のうちから１種または２種を混合したＡｒガス
    とすることを特徴とする請求項９に記載の溶接継手の製造方法。

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