JP2021007982A - オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ、溶接金属及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ、優れた極低温靱性を有する溶接金属及び溶接方法を提供する。【解決手段】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、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃ、Ｐ及びＮをそれぞれ所定範囲で含有するとともに、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、下記式（１）により算出されるＸ１が１７．５以上２２．０以下である、オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。Ｘ１＝［Ｎｉ］Ｗ＋０．５×［Ｃｒ］Ｗ＋１．６×［Ｍｎ］Ｗ＋０．５×［Ｓｉ］Ｗ＋１５×［Ｃ］Ｗ・・・（１）ただし、式（１）中において、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ及び［Ｃ］Ｗは、それぞれ、ワイヤ全質量あたり、ワイヤ中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量（質量％）を表す。【選択図】なし

Description

本発明は、極低温靱性に優れる溶接金属を得ることができるオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ、溶接金属及び溶接方法に関する。

近年、二酸化炭素（温室効果ガス）の排出を削減する観点から、エネルギー源として液化天然ガス（ＬＮＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）が汎用されており、液化天然ガスを貯蔵する貯蔵タンクの建設も進められている。このような貯蔵タンクは、液体の温度域である−１６２℃以下で液化天然ガスを貯蔵する必要があるため、構造物（タンク等）を構成する母材及び溶接金属は、例えば−１９６℃付近の温度領域における優れた極低温靱性を有していることが要求される。

極低温での靱性を有する鋼材としては、例えばオーステナイト系ステンレス鋼が公知であり、上記ステンレス鋼と同様の組成を有する溶接金属を得る溶接方法としては、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ：Ｇａｓ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ａｒｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ）が一般的に使用されている。

しかしながら、ガスタングステンアーク溶接は溶接金属の溶着速度が遅いため、施工効率が悪いという問題点がある。
そこで、特許文献１には、ワイヤ中の不可避的不純物であるＡｌ、Ｂ及びＯの含有量を低減することにより、優れた溶接作業性を得ることができるミグ溶接（ＭＩＧ溶接：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ Ｗｅｌｄｉｎｇ）用のオーステナイト系ステンレス鋼ワイヤが開示されている。
また、特許文献２には、フラックスの組成を制御することにより、溶接作業性を向上させるとともに、高温割れを防止することができる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。
さらに、特許文献３には、ステンレス鋼外皮中のＣ含有量並びにワイヤ中の金属成分及びフラックス成分の含有量を調整することにより、安定した低温靱性を有する溶接金属を得ることができる、低温用鋼の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。

特開平６−６９０号公報 特開２００２−１５８０号公報 特開２０１９−８８７号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２に記載のワイヤは、いずれも極低温靱性については考慮されていないため、液化天然ガス等の貯蔵用タンクの建設に適用することは困難である。また、特許文献３に記載のワイヤは、−１４０℃において良好な低温靱性を有するものであるが、より低温である−１９６℃の靱性が十分であるとはいえない。
したがって、従来の溶接ワイヤと比較して、より一層極低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるワイヤ及び溶接方法の開発が要求されている。

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、極低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ、優れた極低温靱性を有する溶接金属及び溶接方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ワイヤ又は溶接金属中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量を用いた式により算出される値を適切に調整することにより、破壊亀裂進展時にオーステナイト相からマルテンサイト相に変態する変態誘起塑性（ＴＲＩＰ：Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）を発現させることができ、極低温靱性を向上させることができることを見出した。

また、本発明者らは、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量、並びにＭｎ含有量を適切に調整することにより、極低温靱性が極めて優れた溶接金属を得ることができることを見出した。

さらに、本発明者らは、ワイヤ及び溶接金属中の金属成分を所定の範囲に制限することにより、強度等の過剰な上昇を抑制し、その結果、極低温靱性を向上させることができることも見出した。また更に、種々の金属含有量を上記の通り調整したワイヤを用いて、所定のシールドガスでアーク溶接を実施することにより、溶接効率を向上させることができることも見出した。本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。

本発明の上記目的は、オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤに係る下記［１］の構成により達成される。
［１］ 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、
Ｃ：０．０１８質量％以下、
Ｓｉ：０．５７質量％以上１．００質量％以下、
Ｍｎ：０．７０質量％以上３．００質量％以下、
Ｐ：０．０２１質量％以下、
Ｎｉ：７．００質量％以上１３．００質量％以下、
Ｃｒ：１２．００質量％以上２１．００質量％以下、
Ｎ：０．０３０質量％以下、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
下記式（１）により算出されるＸ_１が１７．５以上２２．０以下であることを特徴とする、オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
Ｘ_１＝［Ｎｉ］_Ｗ＋０．５×［Ｃｒ］_Ｗ＋１．６×［Ｍｎ］_Ｗ＋０．５×［Ｓｉ］_Ｗ＋１５×［Ｃ］_Ｗ・・・（１）
ただし、式（１）中において、［Ｎｉ］_Ｗ、［Ｃｒ］_Ｗ、［Ｍｎ］_Ｗ、［Ｓｉ］_Ｗ及び［Ｃ］_Ｗは、それぞれ、ワイヤ全質量あたり、ワイヤ中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量（質量％）を表す。

オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤに係る本発明の好ましい実施形態は、下記［２］〜［６］に関する。
［２］ さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ｌｉ_２Ｏ：０．１３質量％以上、を含有することを特徴とする上記［１］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
［３］ さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ａｌ：２．００質量％以下、
Ｍｇ：２．００質量％以下、
ＲＥＭ：０．７０質量％以下、
Ｃａ：０．５０質量％以下、
Ｚｒ：０．４０質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
［４］ さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ｎａ及びＫのいずれか一方又は両方の合計：０．６０質量％以下、
Ｆ：０．５０質量％以下、
Ｌｉ_２Ｏ：０．５０質量％以下、
ＢａＦ_２：１０．０質量％以下、
ＳｒＦ_２：１０．０質量％以下、
ＣａＦ_２：１０．０質量％以下、
Ｆｅ_２Ｏ_３：２．００質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
［５］ さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ｃｕ：１.０質量％以下、
Ｍｏ：１.０質量％以下、
Ｔｉ：０．５質量％以下、
Ｗ：１．０質量％以下、
Ｂ：０．０１質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする上記［１］〜［４］のいずれか１つに記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
［６］ さらに、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、及びＺｒ酸化物から選択された少なくとも１種を含有し、
ワイヤ全質量あたり、
前記Ｓｉ酸化物、前記Ａｌ酸化物、前記Ｔｉ酸化物、及び前記Ｚｒ酸化物の合計量が０質量％超５質量％以下であることを特徴とする上記［１］〜［５］のいずれか１つに記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。

また、本発明の上記目的は、溶接金属に係る下記［７］の構成により達成される。
［７］ 溶接金属全質量あたり、
Ｃ：０．０６５質量％以下、
Ｓｉ：０．５９質量％以上１．００質量％以下、
Ｍｎ：０．８０質量％以上３．００質量％以下、
Ｐ：０．０２５質量％以下、
Ｎｉ：８．００質量％以上１５．００質量％以下、
Ｃｒ：１５．００質量％以上２４．００質量％以下、
Ｎ：０．０８０質量％以下、
Ｏ：０．０３０質量％以下、
残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
下記式（２）により算出されるＸ_２が１８．８以上２３．０以下であることを特徴とする、溶接金属。
Ｘ_２＝［Ｎｉ］_Ｍ＋０．５×［Ｃｒ］_Ｍ＋１．６×［Ｍｎ］_Ｍ＋０．５×［Ｓｉ］_Ｍ＋１５×［Ｃ］_Ｍ・・・（２）
ただし、式（２）中において、［Ｎｉ］_Ｍ、［Ｃｒ］_Ｍ、［Ｍｎ］_Ｍ、［Ｓｉ］_Ｍ及び［Ｃ］_Ｍは、それぞれ、溶接金属全質量あたり、溶接金属中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量（質量％）を表す。

溶接金属に係る本発明の好ましい実施形態は、下記［８］〜［１０］に関する。
［８］ 溶接金属全質量あたり、
前記Ｍｎ：０．９０質量％以上であり、
下記式（３）により算出されるＸ_３が０．０５４以下であることを特徴とする、上記［７］に記載の溶接金属。
Ｘ_３＝［Ｃ］_Ｍ＋［Ｎ］_Ｍ・・・（３）
ただし、式（３）中において、［Ｃ］_Ｍ及び［Ｎ］_Ｍは、それぞれ、溶接金属全質量あたり、溶接金属中のＣ及びＮの含有量（質量％）を表す。
［９］ さらに、溶接金属全質量あたり、
Ａｌ：０．８０質量％以下、
Ｍｇ：０．０４０質量％以下、
ＲＥＭ：０．０８０質量％以下、
Ｃａ：０．００５質量％以下、
Ｚｒ：０．１００質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする上記［７］又は［８］に記載の溶接金属。
［１０］ さらに、溶接金属全質量あたり、
Ｃｕ：１.０質量％以下、
Ｍｏ：１.０質量％以下、
Ｗ：１．０質量％以下、
Ｔｉ：０．５質量％以下、
Ｂ：０．０１質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする上記［７］〜［８］のいずれか１つに記載の溶接金属。

また、本発明の上記目的は、溶接方法に係る下記［１１］の構成により達成される。
［１１］ 上記［１］〜［６］のいずれか１つに記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤを使用し、
シールドガスとして、１００体積％Ａｒガス、Ｏ_２ガスを２０体積％以下含有するＡｒ−Ｏ_２混合ガス及びＣＯ_２ガスを５体積％以下含有するＡｒ−ＣＯ_２混合ガスから選択される１種を使用して溶接することを特徴とする溶接方法。

本発明のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤによれば、溶接金属の極低温靱性をより一層向上させることができる。また、本発明の溶接方法によれば、極低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるとともに、溶接の施工効率を向上させることができる。

図１は、本実施例における溶接方法を示す模式図である。 図２は、シャルピー衝撃試験の試験片の採取位置を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）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。
まず、本実施形態に係る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、鋼製外皮（フープ）内にフラックスが充填されたものである。詳細には、フラックス入りワイヤは、筒状の鋼製外皮と、その外皮の内部に充填されるフラックスとからなる。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、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。
なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの鋼製外皮の厚さ、及びワイヤ径（直径）は、特に限定されるものではないが、ワイヤ送給安定性の観点から、好ましいワイヤ径は１．０〜２．８ｍｍであり、より好ましいワイヤ径は１．２〜２．４ｍｍである。

次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分組成について、その成分添加理由及び組成限定理由について詳細に説明する。なお、所要の特性を有する溶接金属を得るための各元素は、鋼製外皮、充填フラックスのいずれから添加されていても良い。したがって、以下の説明において特に断りのない限り、フラックス入りワイヤ中の各成分量は鋼製外皮中及びフラックス中に含有される成分の合計量を、ワイヤ全質量（鋼製外皮と、外皮内のフラックスの合計量）あたりの含有量とした値で規定される。
また、本明細書において、フラックス入りワイヤの化学成分組成（質量割合）はいずれも設計値であるが、該設計値と概ね同組成のフラックス入りワイヤが得られる。また、ワイヤの化学成分組成は、電子線マイクロアナライザやＸ線回折法によるフラックス粒子の組成同定とワイヤ全体を溶解した溶液の化学分析（ＩＣＰ発光分光分析法、原子吸光光度法等）により同定することができる。なお、後述する溶接金属の化学成分組成についても同様にして同定することができる。

＜Ｃ：０．０１８質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｃは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。また、Ｃは、溶接金属の強度上昇に寄与する成分でもある。
ワイヤ中のＣ含有量が０．０１８質量％を超えると、強度が過剰に上昇して、優れた極低温靱性を得ることが困難となる。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、後述するように、低温靱性をより一層向上させるために、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量を低減することが好ましい。したがって、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量を低減するためには、ワイヤ中のＣ含有量を低減することが好ましい。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は０．０１８質量％以下とし、好ましくは０．０１５質量％以下とし、より好ましくは０．０１０質量％以下とする。

＜Ｓｉ：０．５７質量％以上１．００質量％以下＞
Ｓｉは、脱酸を促進させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＳｉ含有量が０．５７質量％未満では、脱酸効果が不足して、溶接金属中の酸素量が上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＳｉ含有量は０．５７質量％以上とし、好ましくは０．６０質量％以上とし、より好ましくは０．６５質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＳｉ含有量が１．００質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰に上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＳｉ含有量は１．００質量％以下とし、好ましくは０．９０質量％以下とし、より好ましくは０．８５質量％以下とする。

＜Ｍｎ：０．７０質量％以上３．００質量％以下＞
Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であるとともに、脱酸剤として溶接金属中の酸素をスラグとして除去し、機械的強度を向上させる効果を有する成分である。
ワイヤ中のＭｎ含有量が０．７０質量％未満では、脱酸効果が不足して、溶接金属中の酸素量が上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は０．７０質量％以上とし、好ましくは０．９０質量％以上とし、より好ましくは１．００質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が３．００質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰に上昇して、極低温靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は３．００質量％以下とし、好ましくは２．５０質量％以下とし、より好ましくは２．２０質量％以下とする。

＜Ｐ：０．０２１質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、Ｐは不純物元素である。
ワイヤ中のＰ含有量が０．０２１質量％を超えると、粒界が脆化して、極低温靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＰ含有量は０．０２１質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とし、より好ましくは０．０１９質量％以下とする。

＜Ｎｉ：７．００質量％以上１３．００質量％以下＞
Ｎｉは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。
ワイヤ中のＮｉ含有量が７．００質量％未満では、オーステナイト相が不安定となって、溶接まま（すなわち、溶接が終わった段階）で、部分的にフェライト変態が起こる。その結果、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）効果の前提となるオーステナイト相が不足し、極低温靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＮｉ含有量は７．００質量％以上とし、好ましくは７．５０質量％以上とし、より好ましくは８．００質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＮｉ含有量が１３．００質量％を超えると、オーステナイト相が過度に安定化して、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果を発現させることができないため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＮｉ含有量は１３．００質量％以下とし、好ましくは１２．８０質量％以下とし、より好ましくは１２．５０質量％以下とする。

＜Ｃｒ：１２．００質量％以上２１．００質量％以下＞
Ｃｒは、溶接金属中でフェライト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。
ワイヤ中のＣｒ含有量が１２．００質量％未満では、フェライト相が不安定となって、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果を発現させることができないため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＣｒ含有量は１２．００質量％以上とし、好ましくは１３．００質量％以上とし、より好ましくは１４．００質量％以上とする。
一方、ワイヤ中のＣｒ含有量が２１．００質量％を超えると、フェライト相が過度に安定化して、溶接ままで、部分的にフェライト変態が起こる。その結果、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果の前提となるオーステナイト相が不足し、極低温靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＣｒ含有量は２１．００質量％以下とし、好ましくは２０．５０質量％以下とし、より好ましくは２０．００質量％以下とする。

＜Ｎ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｎは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。また、Ｎは溶接金属の強度上昇に寄与する成分でもある。
ワイヤ中のＮ含有量が０．０３０質量％を超えると、強度が過剰に上昇して、優れた極低温靱性を得ることが困難となる。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、後述するように、低温靱性をより一層向上させるために、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量を低減することが好ましい。したがって、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量を低減するためには、ワイヤ中のＮ含有量を低減することが好ましい。したがって、ワイヤ中のＮ含有量は０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２５質量％以下とし、より好ましくは０．０２０質量％以下とする。

＜残部：Ｆｅ及び不可避的不純物＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含有しうるその他の成分としては、Ｆｅ及び不可避的不純物があり、不可避的不純物としては、例えばＡｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｓ、Ｎｂ、Ｖ及びＯ等が挙げられる。

＜式（１）により算出されるＸ_１：１７．５以上２２．０以下＞
上述の通り、ワイヤ中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量をバランスよく調整することにより、破壊亀裂進展時にオーステナイト相からマルテンサイト相に変態するＴＲＩＰを発現させて、極低温靱性を向上させることができる。すなわち、本実施形態はワイヤ中の上記成分を所定の範囲で調整するとともに、下記式（１）により算出されるＸ_１が所望の範囲となるように各元素を調整するものである。
Ｘ_１＝［Ｎｉ］_Ｗ＋０．５×［Ｃｒ］_Ｗ＋１．６×［Ｍｎ］_Ｗ＋０．５×［Ｓｉ］_Ｗ＋１５×［Ｃ］_Ｗ・・・（１）
ただし、式（１）中において、［Ｎｉ］_Ｗ、［Ｃｒ］_Ｗ、［Ｍｎ］_Ｗ、［Ｓｉ］_Ｗ及び
［Ｃ］_Ｗは、それぞれ、ワイヤ全質量あたり、ワイヤ中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量（質量％）を表す。

式（１）により算出されるＸ_１が１７．５未満であると、オーステナイト相が不安定となって、溶接ままで、部分的にフェライト変態が起こる。その結果、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果の前提となるオーステナイト相が不足し、極低温靱性が低下する。したがって、式（１）により算出されるＸ_１は１７．５以上とし、好ましくは１８．０以上とし、より好ましくは１８．５以上とする。
一方、式（１）により算出されるＸ_１が２２．０を超えると、オーステナイト相が過度に安定化して、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果を発現させることができないため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、式（１）により算出されるＸ_１は２２．０以下とし、好ましくは２１．０以下とし、より好ましくは２０．０以下とする。

以上の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは上記各元素、Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、以下に示す成分を、任意成分として所定の含有量で含有していてもよい。

Ａｌ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｃａ、及びＺｒは脱酸元素であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、更にＡｌ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｃａ、及びＺｒの少なくとも１種を所定の範囲で含有していてもよい。以下に各成分の限定範囲について説明する。

＜Ａｌ：２．００質量％以下（０質量％を含む）＞
Ａｌは脱酸元素であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、更にＡｌを含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＡｌ含有量が２．００質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＡｌを含有させる場合は、ワイヤ中のＡｌ含有量は２．００質量％以下とし、好ましくは１．８０質量％以下とし、より好ましくは１．５０質量％以下とする。

＜Ｍｇ：２．００質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｍｇは脱酸元素であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、更にＭｇを含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＭｇ含有量が２．００質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＭｇを含有させる場合は、ワイヤ中のＭｇ含有量は２．００質量％以下とし、好ましくは１．５０質量％以下とし、より好ましくは０．６０質量％以下とする。

＜ＲＥＭ：０．７０質量％以下（０質量％を含む）＞
ＲＥＭ（希土類元素）は脱酸元素であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは更にＲＥＭを含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＲＥＭ含有量が０．７０質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＲＥＭを含有させる場合は、ワイヤ中のＲＥＭ含有量は０．７０質量％以下とし、好ましくは０．６０質量％以下とし、より好ましくは０．５０質量％以下とする。
なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤ中のＲＥＭは、周期律表のＬａからＬｕまでの１５のランタノイド系列希土類元素を意味する。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種類以上を併用しても良い。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、ＲＥＭとしてＬａ及びＣｅが好適に用いられる。

＜Ｃａ：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｃａは脱酸元素であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは更にＣａを含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＣａ含有量が０．５０質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＣａを含有させる場合は、ワイヤ中のＣａ含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とし、より好ましくは０．３０質量％以下とする。

＜Ｚｒ：０．４０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｚｒは脱酸元素であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは更にＺｒを含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＺｒ含有量が０．４０質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＺｒを含有させる場合は、ワイヤ中のＺｒ含有量は０．４０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とし、より好ましくは０．２０質量％以下とする。

Ｎａ及びＫ、Ｆ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＣａＦ_２、並びにＦｅ_２Ｏ_３は、溶接作業性を向上させることができる成分であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、更にＮａ及びＫ、Ｆ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＣａＦ_２、並びにＦｅ_２Ｏ_３の少なくとも１種を所定の範囲で含有していてもよい。以下に各成分の限定範囲について説明する。

＜Ｎａ及びＫのいずれか一方又は両方の合計：０．６０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｎａ及びＫは、アーク安定性を向上させ、溶滴移行及びビード形成を安定化する等、溶接作業性を向上させることができる元素であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接作業性を高める観点で、更にＮａ及びＫのいずれか一方又は両方を含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＮａ及びＫ含有量が合計で０．６０質量％を超えると、かえって溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＮａ及びＫのいずれか一方又は両方を含有させる場合は、ワイヤ中のＮａ及びＫのいずれか一方又は両方の合計の含有量は０．６０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とし、より好ましくは０．３０質量％以下とする。

＜Ｆ：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｆは、アーク安定性を向上させ、溶滴移行及びビード形成を安定化する等、溶接作業性を向上させることができる元素であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接作業性を高める観点で、更にＦを含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＦ含有量が０．５０質量％を超えると、かえって溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＦを含有させる場合は、ワイヤ中のＦ含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とし、より好ましくは０．３０質量％以下とする。なお、ここで規制するＦとは、後述するＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、及びＣａＦ_２以外の化合物から添加されるＦであり、例えばＮａＦやＫ_２ＳｉＦ_６、氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）、及びＮａ_２ＳｉＦ_６等の化合物から添加できる。

＜Ｌｉ_２Ｏ：０．１３質量％以上０．５０質量％以下＞
Ｌｉ_２Ｏは、アーク安定性を向上させ、溶滴移行及びビード形成を安定化する等、溶接作業性を向上させることができる成分であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接作業性を高める観点で、スラグ形成剤として、更にＬｉ_２Ｏを含有していてもよい。
なお、後述するように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、低温靱性をより一層向上させるために、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量を低減することが好ましい。ワイヤ中に適切な含有量でＬｉ_２Ｏが含有されていると、溶接時のアーク中において、Ｌｉイオンと酸素イオンとに分離し、その後、Ｌｉイオンと窒素とが結合して、Ｌｉ窒化物が形成される。このＬｉ窒化物は、最終的に溶接金属の中からスラグとして排出されるため、ワイヤ中に所定量のＬｉ_２Ｏが含有されると、結果として、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量を低減することができる。したがって、低温靱性をより一層向上させるためには、ワイヤ中に０．１３質量％以上の含有量でＬｉ_２Ｏを含有させることが好ましく、０．１４質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ中のＬｉ_２Ｏ含有量が０．５０質量％を超えると、かえって溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＬｉ_２Ｏを含有させる場合は、ワイヤ中のＬｉ_２Ｏ含有量は０．５０質量％以下であることが好ましく、０．４０質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることが更に好ましい。

＜ＢａＦ_２：１０．０質量％以下（０質量％を含む）＞
ＢａＦ_２は、アーク安定性を向上させ、溶滴移行及びビード形成を安定化する等、溶接作業性を向上させることができる成分であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接作業性を高める観点で、スラグ形成剤として更にＢａＦ_２を含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＢａＦ_２含有量が１０．０質量％を超えると、かえって溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＢａＦ_２を含有させる場合は、ワイヤ中のＢａＦ_２含有量は１０．０質量％以下とし、好ましくは９．０質量％以下とし、より好ましくは８．０質量％以下とする。

＜ＳｒＦ_２：１０．０質量％以下（０質量％を含む）＞
ＳｒＦ_２は、アーク安定性を向上させ、溶滴移行及びビード形成を安定化する等、溶接作業性を向上させることができる成分であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接作業性を高める観点で、スラグ形成剤として更にＳｒＦ_２を含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＳｒＦ_２含有量が１０．０質量％を超えると、かえって溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＳｒＦ_２を含有させる場合は、ワイヤ中のＳｒＦ_２含有量は１０．０質量％以下とし、好ましくは９．０質量％以下とし、より好ましくは７．０質量％以下とする。

＜ＣａＦ_２：１０．０質量％以下（０質量％を含む）＞
ＣａＦ_２は、アーク安定性を向上させ、溶滴移行及びビード形成を安定化する等、溶接作業性を向上させることができる成分であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接作業性を高める観点で、スラグ形成剤として更にＣａＦ_２を含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＣａＦ_２含有量が１０．０質量％を超えると、かえって溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＣａＦ_２を含有させる場合は、ワイヤ中のＣａＦ_２含有量は１０．０質量％以下とし、好ましくは９．０質量％以下とし、より好ましくは７．０質量％以下とする。

＜Ｆｅ_２Ｏ_３：２．００質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｆｅ_２Ｏ_３は、アーク安定性を向上させ、溶滴移行及びビード形成を安定化する等、溶接作業性を向上させることができる成分であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接作業性を高める観点で、スラグ形成剤として更にＦｅ_２Ｏ_３を含有していてもよい。しかし、ワイヤ中のＦｅ_２Ｏ_３含有量が２．００質量％を超えると、かえって溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中にＦｅ_２Ｏ_３を含有させる場合は、ワイヤ中のＦｅ_２Ｏ_３含有量は２．００質量％以下とし、好ましくは１．５０質量％以下とし、より好ましくは１．００質量％以下とする。

＜Ｃｕ：１.０質量％以下、Ｍｏ：１.０質量％以下、Ｗ：１．０質量％以下、Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｂ：０．０１質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＢは、溶接金属の強度向上に有効な成分であるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、強度を高める観点で、更にＣｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＢの少なくとも１種を所定の範囲で含有していてもよい。しかし、所定の量を超えて添加されると、強度が過剰に上昇して靭性低下を招く。したがって、ワイヤ中にＣｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＢを含有させる場合は、ワイヤ中のＣｕ、Ｍｏ、Ｗ含有量はそれぞれ１．０質量％以下とし、好ましくは０．８質量％以下とし、より好ましくは０．５質量％以下とする。また、ワイヤ中のＴｉ含有量は０．５質量％以下とし、好ましくは０．３質量％以下とし、より好ましくは０．２質量％以下とする。また、ワイヤ中のＢ含有量は０．０１質量％以下とし、好ましくは０．００８質量％以下とし、より好ましくは０．００５質量％以下とする。

＜その他の成分＞
また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上記した任意成分以外のその他の成分として、更にＳｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、及びＺｒ酸化物等を含有していてもよい。なお、これらの合計量として、例えば、０質量％超５質量％以下の範囲で含むことができる。

〔溶接金属〕
本実施形態に係る溶接金属は、上記したオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤを用いて溶接することにより形成することができる。以下、本実施形態に係る溶接金属の化学成分組成について、その成分添加理由及び組成限定理由について詳細に説明する。
なお、各元素は、母材の組成に影響されない所定の領域の溶接金属中に含有される成分の合計量を、溶接金属全質量あたりの含有量とした値で規定される。

＜Ｃ：０．０６５質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｃは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。また、Ｃは、溶接金属の強度上昇に寄与する成分でもある。
溶接金属中のＣ含有量が０．０６５質量％を超えると、強度が過剰に上昇して、優れた極低温靱性を得ることが困難となる。したがって、溶接金属中のＣ含有量は０．０６５質量％以下とし、好ましくは０．０５０質量％以下とし、より好ましくは０．０４５質量％以下とする。

＜Ｓｉ：０．５９質量％以上１．００質量％以下＞
Ｓｉは、脱酸を促進させる効果を有する成分である。
溶接金属中のＳｉ含有量が０．５９質量％未満では、脱酸効果が不足して、溶接金属中の酸素量が上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属中のＳｉ含有量は０．５９質量％以上とし、好ましくは０．６０質量％以上とし、より好ましくは０．６１質量％以上とする。
一方、溶接金属中のＳｉ含有量が１．００質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰に上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属中の金属Ｓｉの含有量は１．００質量％以下とし、好ましくは０．９０質量％以下とし、より好ましくは０．８０質量％以下とする。

＜Ｍｎ：０．８０質量％以上３．００質量％以下＞
Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であるとともに、脱酸剤として溶接金属中の酸素をスラグとして除去し、機械的強度を向上させる効果を有する成分である。
溶接金属中のＭｎ含有量が０．８０質量％未満では、脱酸効果が不足して、溶接金属中の酸素量が上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属中のＭｎ含有量は０．８０質量％以上とし、好ましくは０．９０質量％以上とし、より好ましくは１．００質量％以上とする。
一方、溶接金属中のＭｎ含有量が３．００質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰に上昇して、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＭｎ含有量は３．００質量％以下とし、好ましくは２．２０質量％以下とし、より好ましくは１．８０質量％以下とする。

＜Ｐ：０．０２５質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態に係る溶接金属において、Ｐは不純物元素である。
溶接金属中のＰ含有量が０．０２５質量％を超えると、粒界が脆化して、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＰ含有量は０．０２５質量％以下とし、好ましくは０．０２２質量％以下とし、より好ましくは０．０２０質量％以下とする。

＜Ｎｉ：８．００質量％以上１５．００質量％以下＞
Ｎｉは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。
溶接金属中のＮｉ含有量が８．００質量％未満では、オーステナイト相が不安定となって、溶接ままで、部分的にフェライト変態が起こる。その結果、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果の前提となるオーステナイト相が不足し、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＮｉ含有量は８．００質量％以上とし、好ましくは８．２０質量％以上とし、より好ましくは９．００質量％以上とする。
一方、溶接金属中のＮｉ含有量が１５．００質量％を超えると、オーステナイト相が過度に安定化して、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果を発現させることができないため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属中のＮｉ含有量は１５．００質量％以下とし、好ましくは１３．００質量％以下とし、より好ましくは１２．００質量％以下とする。

＜Ｃｒ：１５．００質量％以上２４．００質量％以下＞
Ｃｒは、溶接金属中でフェライト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。
溶接金属中のＣｒ含有量が１５．００質量％未満では、フェライト相が不安定となって、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果を発現させることができないため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属中のＣｒ含有量は１５．００質量％以上とし、好ましくは１５．５０質量％以上とし、より好ましくは１６．００質量％以上とする。
一方、溶接金属中のＣｒ含有量が２４．００質量％を超えると、フェライト相が過度に安定化して、溶接ままで、部分的にフェライト変態が起こる。その結果、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果の前提となるオーステナイト相が不足し、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＣｒ含有量は２４．００質量％以下とし、好ましくは２１．００質量％以下とし、より好ましくは２０．００質量％以下とする。

＜Ｎ：０．０８０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｎは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。また、Ｎは、溶接金属の強度上昇に寄与する成分でもある。
溶接金属中のＮ含有量が０．０８０質量％を超えると、強度が過剰に上昇して、優れた極低温靱性を得ることが困難となる。したがって、溶接金属中のＮ含有量は０．０８０質量％以下とし、好ましくは０．０５０質量％以下とし、より好ましくは０．０３０質量％以下とする。

＜Ｏ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｏは、溶接金属中で酸化物を形成する元素である。
溶接金属中のＯ含有量が０．０３０質量％を超えると、酸化物が増加し、酸化物を起点とする破壊が発生しやすくなって靱性を低下させる。したがって、溶接金属中のＯ含有量は０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２７質量％以下とし、より好ましくは０．０２２質量％以下とする。

＜残部：Ｆｅ及び不可避的不純物＞
本実施形態に係る溶接金属に含有しうるその他の成分としては、Ｆｅ及び不可避的不純物があり、不可避的不純物としては、例えばＮｂ、Ｖ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ及びＳ等が挙げられる。

＜式（２）により算出されるＸ_２：１８．８以上２３．０以下＞
上述の通り、溶接金属中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量をバランスよく調整することにより、破壊亀裂進展時にオーステナイト相からマルテンサイト相に変態するＴＲＩＰを発現させて、極低温靱性を向上させることができる。すなわち、本実施形態は溶接金属中の上記成分を所定の範囲で調整するとともに、下記式（２）により算出されるＸ_２が所望の範囲となるように各元素を調整するものである。
Ｘ_２＝［Ｎｉ］_Ｍ＋０．５×［Ｃｒ］_Ｍ＋１．６×［Ｍｎ］_Ｍ＋０．５×［Ｓｉ］_Ｍ＋１５×［Ｃ］_Ｍ・・・（２）
ただし、式（２）中において、［Ｎｉ］_Ｍ、［Ｃｒ］_Ｍ、［Ｍｎ］_Ｍ、［Ｓｉ］_Ｍ及び［Ｃ］_Ｍは、それぞれ、溶接金属全質量あたり、溶接金属中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量（質量％）を表す。

式（２）により算出されるＸ_２が１８．８未満であると、オーステナイト相が不安定となって、溶接ままで、部分的にフェライト変態が起こる。その結果、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果の前提となるオーステナイト相が不足し、極低温靱性が低下する。したがって、式（２）により算出されるＸ_２は１８．８以上とし、好ましくは１９．８以上とし、より好ましくは２０．５以上とする。
一方、式（２）により算出されるＸ_２が２３．０を超えると、オーステナイト相が過度に安定化して、破壊亀裂進展時にＴＲＩＰ効果を発現させることができないため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、式（２）により算出されるＸ_２は２３．０以下とし、好ましくは２２．８以下とし、より好ましくは２２．６以下とする。

＜式（３）により算出されるＸ_３：０．０５４以下、かつ、Ｍｎ：０．９０質量％以上＞
溶接金属における上記Ｘ_２の値を調整した上で、更に、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量を低減するとともに、Ｍｎ含有量を適切に調整すると、オーステナイトの積層欠陥エネルギーが低下し、ＨＣＰ（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ−ｐａｃｋｅｄ：稠密六方構造）マルテンサイト（εマルテンサイト）がより一層生成しやすくなる。εマルテンサイトは、破壊亀裂進展時に、オーステナイトからＢＣＣ（ｂｏｄｙ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ：体心立方格子構造）マルテンサイトに変態するＴＲＩＰの前駆体となることで、ＴＲＩＰを促進し、その結果、より一層極低温靱性を向上させることができる。

上記効果は、下記式（３）により算出されるＸ_３が０．０５４以下であるとともに、溶接金属中のＭｎ含有量が０．９０質量％以上である場合に得ることができる。したがって、溶接金属中において、Ｘ_３は０．０５４以下、かつ、Ｍｎは０．９０質量％以上であることが好ましい。なお、Ｘ_３は０．０５２以下であることがより好ましく、０．０５０以下であることが更に好ましい。また、Ｍｎは１．００質量％以上であることが更に好ましい。
Ｘ_３＝［Ｃ］_Ｍ＋［Ｎ］_Ｍ・・・（３）
ただし、式（３）中において、［Ｃ］_Ｍ及び［Ｎ］_Ｍは、それぞれ、溶接金属全質量あたり、溶接金属中のＣ及びＮの含有量（質量％）を表す。

以上の通り、本実施形態に係る溶接金属は上記各元素、Ｆｅ及び不可避的不純物からなるが、以下に示す成分を、任意成分として所定の含有量で含有していてもよい。

Ａｌ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｃａ、及びＺｒは、脱酸元素であるため、本実施形態に係る溶接金属は、更にＡｌ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｃａ、及びＺｒの少なくとも１種を所定の範囲で含有していてもよい。以下に各成分の限定範囲について説明する。

＜Ａｌ：０．８０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ａｌは脱酸元素であるため、本実施形態に係る溶接金属は、更にＡｌを含有していてもよい。しかし、溶接金属中のＡｌ含有量が０．８０質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、溶接金属中にＡｌを含有させる場合は、溶接金属中のＡｌ含有量は０．８０質量％以下とし、好ましくは０．７０質量％以下とし、より好ましくは０．５０質量％以下とする。

＜Ｍｇ：０．０４０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｍｇは脱酸元素であるため、本実施形態に係る溶接金属は、更にＭｇを含有していてもよい。しかし、溶接金属中のＭｇ含有量が０．０４０質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、溶接金属中にＭｇを含有させる場合は、溶接金属中のＭｇ含有量は０．０４０質量％以下とし、好ましくは０．０３０質量％以下とし、より好ましくは０．０２０質量％以下とする。

＜ＲＥＭ：０．０８０質量％以下（０質量％を含む）＞
ＲＥＭ（希土類元素）は脱酸元素であるため、本実施形態に係る溶接金属は、更にＲＥＭを含有していてもよい。しかし、溶接金属中のＲＥＭ含有量が０．０８０質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、溶接金属中にＲＥＭを含有させる場合は、溶接金属中のＲＥＭ含有量は０．０８０質量％以下とし、好ましくは０．０５０質量％以下とし、より好ましくは０．０３０質量％以下とする。
なお、本実施形態に係る溶接金属中のＲＥＭは、周期律表のＬａからＬｕまでの１５のランタノイド系列希土類元素を意味する。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種類以上を併用しても良い。また、本実施形態に係る溶接金属においては、ＲＥＭとしてＬａ及びＣｅが好適に用いられる。

＜Ｃａ：０．００５質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｃａは脱酸元素であるため、本実施形態に係る溶接金属は、更にＣａを含有していてもよい。しかし、溶接金属中のＣａ含有量が０．００５質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、溶接金属中にＣａを含有させる場合は、溶接金属中のＣａ含有量は０．００５質量％以下とし、好ましくは０．００４質量％以下とし、より好ましくは０．００３質量％以下とする。

＜Ｚｒ：０．１００質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｚｒは脱酸元素であるため、本実施形態に係る溶接金属は、更にＺｒを含有していてもよい。しかし、溶接金属中のＺｒ含有量が０．１００質量％を超えると、溶接作業性が低下する。したがって、溶接金属中にＺｒを含有させる場合は、溶接金属中のＺｒ含有量は０．１００質量％以下とし、好ましくは０．０８０質量％以下とし、より好ましくは０．０５０質量％以下とする。

＜Ｃｕ：１.０質量％以下、Ｍｏ：１.０質量％以下、Ｗ：１．０質量％以下、Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｂ：０．０１質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＢは、溶接金属の強度向上に有効な成分であるため、本実施形態に係る溶接金属は、強度を高める観点で、更にＣｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＢの少なくとも１種を含有していてもよい。しかし、所定の量を超えて含有されると、強度が過剰に上昇して靭性低下を招く。したがって、溶接金属中にＣｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ及びＢを含有させる場合は、溶接金属中のＣｕ、Ｍｏ、Ｗ含有量はそれぞれ１．０質量％以下とし、好ましくは０．８質量％以下とし、より好ましくは０．５質量％以下とする。また、溶接金属中のＴｉ含有量は０．５質量％以下とし、好ましくは０．３質量％以下とし、より好ましくは０．２質量％以下とする。また、溶接金属中のＢ含有量は０．０１質量％以下とし、好ましくは０．００８質量％以下とし、より好ましくは０．００５質量％以下とする。

〔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。

〔溶接方法〕
本発明は、ガスシールドアーク溶接方法に関するものでもある。上記した本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤは、種々の溶接方法に適用することができるが、ガスタングステンアーク溶接と比較して、溶接の施工効率が優れたガスシールドアーク溶接（ＦＣＡＷ：Ｆｌｕｘ Ｃｏｒｅｄ Ａｒｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ）用として好適に用いることができる。なお、以下に示す溶接方法以外の溶接条件に関しては、一般的に使用されている条件と同様にすることができるため、詳細な説明は省略する。

上記オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤを使用して、ガスシールドアーク溶接により溶接する場合に、シールドガスとして、１００体積％Ａｒガス、Ａｒ−Ｏ_２混合ガス又はＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いることができる。ただし、所定の濃度を超えるＯ_２ガス、ＣＯ_２ガスを含む混合ガスを使用すると、溶接金属中の酸素量が上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。
また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、溶接金属中のＣ含有量とＮ含有量との合計量を低減することが好ましいが、ＣＯ_２ガス含有量が多いシールドガスを使用して溶接を行うと、溶接金属中のＣ含有量が増加するため、シールドガス中のＣＯ_２ガス含有量は少ない方が好ましい。

したがって、本実施形態に係る溶接方法は、上記オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤを使用してガスシールドアーク溶接により溶接するものであり、シールドガスとしては、１００体積％Ａｒガス、Ｏ_２ガスを２０体積％以下含有するＡｒ−Ｏ_２混合ガス及びＣＯ_２ガスを５体積％以下含有するＡｒ−ＣＯ_２混合ガスから選択される１種のガスを使用して溶接することができる。
なお、シールドガスとしてＡｒ−Ｏ_２混合ガスを用いる場合、Ｏ_２ガスの含有量は１０体積％以下であることが好ましい。また、シールドガスとしてＡｒ−ＣＯ_２混合ガスを用いる場合、ＣＯ_２ガスの含有量は２体積％以下であることが好ましい。

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。

［ワイヤの製造］
ＡＷＳ Ａ５．２２／Ａ５．２２Ｍに準拠して、鋼製外皮にフラックスが充填された種々の化学成分組成を有するフラックス入りワイヤを作製した。得られたフラックス入りワイヤ中に含有される化学成分の含有量を、下記表１に示す。なお、表１に示すワイヤの化学成分組成はいずれも設計値である。また、表１中において「０」とは、ワイヤ作製時に該成分を意図的に添加していないことを示す。また、ワイヤＮｏ．Ｊ〜Ｎ、Ｎｏ．Ｖ及びＮｏ．Ｗは、その他の成分としてＳｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、及びＺｒ酸化物等を含有している（表１の「その他」の欄を参照）。

［ワイヤの評価］
作製したフラックス入りワイヤを用いて、ガスシールドアーク溶接を実施することにより、溶接金属の極低温靱性を評価した。
図１は、本実施例における溶接方法を示す模式図である。図１に示すように、板厚が２０ｍｍである２枚の炭素鋼板１を準備し、開先角度が４５°となるように加工した後、作製したワイヤを使用して、開先部の表面と裏当て材２の表面に２〜３層のバタリング層１ａ、２ａを形成し、炭素鋼板１をＶ開先となるように配置した。その後、以下に示す溶接条件で溶接を実施し、開先部に溶接金属３を形成した。母材とした炭素鋼板１の化学成分組成を、下記表２に示す。

（溶接条件）
供試鋼板：炭素鋼板 ＳＭ４９０
溶接電流：２００−３００Ａ
溶接電圧：２８−３０Ｖ
溶接速度：３０−５０ｃｍ／分
溶接入熱：７−１６ｋＪ／ｃｍ
コンタクトチップ距離：１５〜２０ｍｍ
電源極性：ＤＣ−ＥＮ又はＤＣ−ＥＰ
溶接姿勢：下向
シールドガス：９８体積％Ａｒ−２体積％Ｏ_２、９０体積％Ａｒ−１０体積％Ｏ_２、９８体積％Ａｒ−２体積％ＣＯ_２、９０体積％Ａｒ−１０体積％ＣＯ_２、８０体積％Ａｒ−２０体積％ＣＯ_２、１００体積％ＣＯ_２

（シャルピー衝撃試験）
上記ガスシールドアーク溶接により得られた溶接金属３から、試験片を採取した。
図２は、シャルピー衝撃試験の試験片の採取位置を示す模式図である。図２に示すように、鋼板１の表面から１０ｍｍの深さの位置から、溶接線に直角にＪＩＳ Ｚ２２４２に準じてＶノッチを形成した、シャルピーＶノッチ試験片４を採取した。
その後、各試験片に対して−１９６℃及び０℃でシャルピー衝撃試験を実施することにより吸収エネルギーｖＥ（Ｊ）を測定し、極低温靱性を評価した。試験片は、３箇所で採取し、平均値を算出した。なお、０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ_０℃）が８０Ｊを超え、かつ、−１９６℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ_{−１９６℃}）が３６Ｊを超えたものを、極低温靱性に優れると評価した。

さらに、作製した溶接金属３の中央部から切粉を採取し、化学成分組成を分析した。
各試験片における溶接金属の化学成分組成を下記表３に示し、溶接条件及びシャルピー衝撃試験による吸収エネルギーの測定結果を下記表４に示す。なお、下記表３中において、「０」とは、ワイヤ作製時及び溶接時に該成分を意図的に添加していないか、又は、検出限界以下であることを示し、下記表３及び表４中において、「−」は、分析又は測定を実施していないことを示す。

上記表１、表３及び表４に示すように、発明例であるワイヤＮｏ．Ａ〜Ｎは、ワイヤ全質量あたりのワイヤ成分の含有量、及び上述の式（１）により算出されるＸ_１が、本発明で規定する数値範囲内であるため、極低温靱性に優れる溶接金属を得ることができた。
また、発明例である溶接金属の試験片Ｎｏ．１〜１４は、溶接金属全質量あたりの溶接金属成分の含有量、及び上述の式（２）により算出されるＸ_２が、本発明で規定する数値範囲内であるため、−１９６℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ_{−１９６℃}）が３６Ｊ以上となり、極低温靱性に優れていた。
さらに、試験片Ｎｏ．１〜１４は、本発明で規定する溶接方法を用いているので、優れた溶接作業性を得ることができた。

また、ワイヤＮｏ．Ａ〜Ｉは、ワイヤ中に更にＡｌ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｚｒの少なくとも一部が添加されているが、これらの含有量が本発明の好ましい条件として規定する数値範囲内であるため、脱酸効果により優れた極低温靱性を得ることができた。さらに、溶接金属の試験片Ｎｏ．８及びＮｏ．９についても、Ａｌ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｚｒの含有量が、本発明の好ましい条件として規定する数値範囲内であるため、優れた極低温靱性を得ることができた。

なお、溶接金属の試験片Ｎｏ．１〜７、及び１０〜１４については、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｃａ及びＺｒの含有量を測定していないが、溶接母材である炭素鋼板にはこれらの元素は含まれてないため、ワイヤに含有される含有成分から、溶接金属中のＭｇ、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｚｒについても、本発明の好ましい条件として規定する数値範囲内であると推測される。
また、溶接金属の試験片Ｎｏ．８及びＮｏ．９は、０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ_０℃）は測定していないが、−１９６℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ_{−１９６℃}）が優れた値を示しているため、０℃でも優れた値を示すと推測される。

続いて、発明例のうち、ワイヤＮｏ．Ａ〜Ｉは、ワイヤ中に本発明の好ましい条件として規定する数値範囲内、すなわち０．１３質量％以上でＬｉ_２Ｏが添加されているため、溶接金属中のＮ含有量が低減された。よって、溶接金属の試験片Ｎｏ．１〜９については、溶接金属中のＭｎ含有量が０．９０質量％以上、かつ、式（３）により算出されるＸ_３が本発明の好ましい条件として規定する数値範囲内、すなわち０．０５４以下を満足するため、−１９６℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ_{−１９６℃}）が５７Ｊを超える、より優れた極低温靱性を得ることができた。

なお、発明例のうち、溶接金属の試験片Ｎｏ．１０〜１３については、上記Ｘ_３が０．０５４を超えたため、また、溶接金属の試験片Ｎｏ．１４については、溶接金属中のＭｎ含有量が０．９０質量％未満であったため、ｖＥ_{−１９６℃}は５７Ｊ以下の値となった。

さらに、ワイヤＮｏ．Ａ〜Ｉは、ワイヤ中に更にＮａ、Ｆ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＦ_２、ＳｒＦ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３の少なくとも一部が添加されているが、これらの各含有量が本発明の好ましい条件として規定する数値範囲内であるため、溶接作業性が良好となった。

一方、比較例であるワイヤＮｏ．Ｏ〜Ｓは、ワイヤ全質量あたりのＳｉ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。
ワイヤＮｏ．Ｔ及びＮｏ．Ｖは、ワイヤ全質量あたりのＳｉ含有量が本発明範囲の下限未満であるとともに、式（１）により算出されるＸ_１が本発明範囲の上限を超えているため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。
ワイヤＮｏ．Ｕは、ワイヤ全質量あたりのＭｎ含有量及びＮ含有量、並びに、式（１）により算出されるＸ_１が本発明範囲の上限を超えているため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。
ワイヤＮｏ．Ｗは、式（１）により算出されるＸ_１が本発明範囲の下限未満であるため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。

なお、溶接金属の試験片Ｎｏ．２２は、−１９６℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ_{−１９６℃}）を測定していないが、０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ_０℃）が極めて低い値を示しているため、−１９６℃においてもより低い値を示すと推測される。

また、溶接金属の試験片Ｎｏ．１５〜１８及びＮｏ．２０は、溶接金属全質量あたりのＳｉ含有量が本発明範囲の下限未満であるとともに、式（２）により算出されるＸ_２が本発明範囲の上限を超えているため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。
溶接金属の試験片Ｎｏ．１９は、溶接金属全質量あたりのＳｉ含有量が本発明範囲の下限未満であるとともに、溶接金属全質量あたりのＯ含有量及び式（２）により算出されるＸ_２が本発明範囲の上限を超えているため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。
溶接金属の試験片Ｎｏ．２１は、溶接金属全質量あたりのＭｎ含有量及びＮ含有量、並びに式（２）により算出されるＸ_２が本発明範囲の上限を超えているため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。
溶接金属の試験片Ｎｏ．２２は、溶接金属全質量あたりのＯ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。
溶接金属の試験片Ｎｏ．２３は、式（２）により算出されるＸ_２が本発明範囲の下限未満であるため、優れた極低温靱性を有する溶接金属を得ることができなかった。

１ 炭素鋼板
１ａ、２ａ バタリング層
２ 裏当て材
３ 溶接金属
４ 試験片

Claims (11)

1. 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、
   Ｃ：０．０１８質量％以下、
   Ｓｉ：０．５７質量％以上１．００質量％以下、
   Ｍｎ：０．７０質量％以上３．００質量％以下、
   Ｐ：０．０２１質量％以下、
   Ｎｉ：７．００質量％以上１３．００質量％以下、
   Ｃｒ：１２．００質量％以上２１．００質量％以下、
   Ｎ：０．０３０質量％以下、
   残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
   下記式（１）により算出されるＸ_１が１７．５以上２２．０以下であることを特徴とする、オーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
   Ｘ_１＝［Ｎｉ］_Ｗ＋０．５×［Ｃｒ］_Ｗ＋１．６×［Ｍｎ］_Ｗ＋０．５×［Ｓｉ］_Ｗ＋１５×［Ｃ］_Ｗ・・・（１）
   ただし、式（１）中において、［Ｎｉ］_Ｗ、［Ｃｒ］_Ｗ、［Ｍｎ］_Ｗ、［Ｓｉ］_Ｗ及び［Ｃ］_Ｗは、それぞれ、ワイヤ全質量あたり、ワイヤ中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量（質量％）を表す。
2. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   Ｌｉ_２Ｏ：０．１３質量％以上、を含有することを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
3. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   Ａｌ：２．００質量％以下、
   Ｍｇ：２．００質量％以下、
   ＲＥＭ：０．７０質量％以下、
   Ｃａ：０．５０質量％以下、
   Ｚｒ：０．４０質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
4. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   Ｎａ及びＫのいずれか一方又は両方の合計：０．６０質量％以下、
   Ｆ：０．５０質量％以下、
   Ｌｉ_２Ｏ：０．５０質量％以下、
   ＢａＦ_２：１０．０質量％以下、
   ＳｒＦ_２：１０．０質量％以下、
   ＣａＦ_２：１０．０質量％以下、
   Ｆｅ_２Ｏ_３：２．００質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
5. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   Ｃｕ：１.０質量％以下、
   Ｍｏ：１.０質量％以下、
   Ｗ：１．０質量％以下、
   Ｔｉ：０．５質量％以下、
   Ｂ：０．０１質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
6. さらに、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、及びＺｒ酸化物から選択された少なくとも１種を含有し、
   ワイヤ全質量あたり、
   前記Ｓｉ酸化物、前記Ａｌ酸化物、前記Ｔｉ酸化物、及び前記Ｚｒ酸化物の合計量が０質量％超５質量％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤ。
7. 溶接金属全質量あたり、
   Ｃ：０．０６５質量％以下、
   Ｓｉ：０．５９質量％以上１．００質量％以下、
   Ｍｎ：０．８０質量％以上３．００質量％以下、
   Ｐ：０．０２５質量％以下、
   Ｎｉ：８．００質量％以上１５．００質量％以下、
   Ｃｒ：１５．００質量％以上２４．００質量％以下、
   Ｎ：０．０８０質量％以下、
   Ｏ：０．０３０質量％以下、
   残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
   下記式（２）により算出されるＸ_２が１８．８以上２３．０以下であることを特徴とする、溶接金属。
   Ｘ_２＝［Ｎｉ］_Ｍ＋０．５×［Ｃｒ］_Ｍ＋１．６×［Ｍｎ］_Ｍ＋０．５×［Ｓｉ］_Ｍ＋１５×［Ｃ］_Ｍ・・・（２）
   ただし、式（２）中において、［Ｎｉ］_Ｍ、［Ｃｒ］_Ｍ、［Ｍｎ］_Ｍ、［Ｓｉ］_Ｍ及び［Ｃ］_Ｍは、それぞれ、溶接金属全質量あたり、溶接金属中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量（質量％）を表す。
8. 溶接金属全質量あたり、
   前記Ｍｎ：０．９０質量％以上であり、
   下記式（３）により算出されるＸ_３が０．０５４以下であることを特徴とする、請求項７に記載の溶接金属。
   Ｘ_３＝［Ｃ］_Ｍ＋［Ｎ］_Ｍ・・・（３）
   ただし、式（３）中において、［Ｃ］_Ｍ及び［Ｎ］_Ｍは、それぞれ、溶接金属全質量あたり、溶接金属中のＣ及びＮの含有量（質量％）を表す。
9. さらに、溶接金属全質量あたり、
   Ａｌ：０．８０質量％以下、
   Ｍｇ：０．０４０質量％以下、
   ＲＥＭ：０．０８０質量％以下、
   Ｃａ：０．００５質量％以下、
   Ｚｒ：０．１００質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項７又は８に記載の溶接金属。
10. さらに、溶接金属全質量あたり、
    Ｃｕ：１.０質量％以下、
    Ｍｏ：１.０質量％以下、
    Ｗ：１．０質量％以下、
    Ｔｉ：０．５質量％以下、
    Ｂ：０．０１質量％以下、の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の溶接金属。
11. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤを使用し、
    シールドガスとして、１００体積％Ａｒガス、Ｏ_２ガスを２０体積％以下含有するＡｒ−Ｏ_２混合ガス及びＣＯ_２ガスを５体積％以下含有するＡｒ−ＣＯ_２混合ガスから選択される１種を使用して溶接することを特徴とする溶接方法。

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