JP2021133422A - Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】立向姿勢での溶接作業性、耐高温割れ性が優れ、スラグの焼付き及びビード表面のピットの発生を低減できるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを得る。【解決手段】Ｎｉ基合金からなる外皮にフラックスを充填してなるＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、及びＦｅをそれぞれ所定量で含有し、フラックスは、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２：５．４０質量％以上１０．００質量％以下、金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．４０質量％以上３．００質量％以下、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：２．７０質量％以下、Ａｌ２Ｏ３：０．０５質量％以上１．２０質量％以下、を含有し、ＭｎＯ２：０．８０質量％未満、Ｂｉ２Ｏ３：０．０１質量％以下、であり、（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）：２５．００以下である。【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。
フラックス入りワイヤによるガスシールドアーク溶接は、被覆アーク溶接やＴＩＧ溶接と比較すると作業効率が良く、様々な分野において、被覆アーク溶接やＴＩＧ溶接からフラックス入りワイヤによる溶接への切り替えが進みつつある。そのため、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）等に代表される各種Ｎｉ基合金、９％Ｎｉ鋼等の低温用鋼、及びスーパーステンレス鋼等の母材を対象とするガスシールドアーク溶接においても、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤの開発及び改良が進められている。上記のような溶接対象物の溶接に用いられるＮｉ基合金フラックス入りワイヤが要求される特性としては、良好な機械的性質を有する溶接金属を得るだけでなく、優れた溶接作業性が挙げられる。
特に、Ｎｉ基合金は他の合金系（軟鋼系やステンレス系）と比較すると、凝固点が低く、立向姿勢での溶接を行う際に溶融プールが垂れ易くなるという特徴がある。同様に、Ｎｉ基合金の特徴としては、高温割れが発生し易いことが挙げられる。例えば特許文献１には、ワイヤのフラックス充填率、スラグ成分及び金属成分の含有量を適切に調整することにより、溶接作業性や延性、靱性、耐割れ性などの溶接金属性能の向上を図ったＮｉ基合金フラックス入りワイヤが提案されている。
特許文献２には、上記特許文献１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤに対して、水平すみ肉溶接又は横向溶接時におけるビード表面のピットの発生を抑制することができるＮｉ基合金フラックス入りワイヤが提案されている。
上記特許文献２に記載のフラックス入りワイヤを使用した場合に、組成によっては、溶接時のアーク安定性が劣化したり、耐高温割れ性が低下したりすることがあり、これを改善するため、特許文献３には、フラックス成分を適切に調整するとともに、ＳｉＯ２含有量に対するＴｉＯ２含有量とＺｒＯ２含有量との比を規定したＮｉ基合金フラックス入りワイヤが開示されている。また、上記特許文献３には、上記Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤを用いて、Ａｒ−２０％ＣＯ２ガスをシールドガスとして立向上進溶接した場合に、優れた溶接作業性及び溶接金属の特性が得られることが記載されている。
しかしながら、上記特許文献３に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤを用いて、１００％ＣＯ２雰囲気下にて立向上進溶接した場合、溶接ビードが垂れやすくなるという問題点がある。これは、シールドガスがＡｒ−２０％ＣＯ２から１００％ＣＯ２となることで、溶接金属中の酸素量に変化が生じ、溶融プールの凝固点や粘性等が変化するため、及び、シールドガスの変化によりアークの緊縮等が生じ、溶融プールに与えられる熱量やプラズマ気流の流速に変化が生じるためと推測される。
９％Ｎｉ鋼等が使用されるＬＮＧ燃料タンクや、スーパーステンレス鋼等が使用されるスクラバーの溶接では、シールドガスに１００％ＣＯ２を使用することが多い。また、構造物の用途によって求められる性能が異なり、例えば、ＬＮＧ燃料タンクについては極低温での優れた靱性が要求され、スクラバーについては優れた耐食性が要求されるため、使用する溶接材料としては、ハステロイ系の合金成分を有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤが求められている。
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、１００％ＣＯ２シールドガス雰囲気下であっても、立向姿勢での溶接作業性が良好であるとともに、スラグの焼付き及びビード表面のピットの発生を低減することができ、かつ、優れた耐高温割れ性を有する溶接金属を得ることができる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。
本発明の上記目的は、Ｎｉ基合金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］ Ｎｉ基合金からなる外皮にフラックスを充填してなるＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Ｍｎ：０．１質量％以上５質量％以下、
Ｎｉ：４０質量％以上６０質量％以下、
Ｃｒ：５質量％以上２０質量％以下、
Ｍｏ：１０質量％以上２０質量％以下、
Ｗ ：２．０質量％以上４．０質量％以下、
Ｆｅ：３．０質量％以上７．０質量％以下、を含有し、
前記フラックスは、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：５．４０質量％以上１０．００質量％以下、
金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．４０質量％以上３．００質量％以下、
金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：２．７０質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０．０５質量％以上１．２０質量％以下、を含有し、
ＭｎＯ２：０．８０質量％未満、
Ｂｉ２Ｏ３：０．０１質量％以下、であり、
前記ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、前記ＳｉＯ２換算値を［ＳｉＯ２］、前記ＺｒＯ２換算値を［ＺｒＯ２］、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、
（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）：２５．００以下、
であることを特徴とする、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［１］ Ｎｉ基合金からなる外皮にフラックスを充填してなるＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Ｍｎ：０．１質量％以上５質量％以下、
Ｎｉ：４０質量％以上６０質量％以下、
Ｃｒ：５質量％以上２０質量％以下、
Ｍｏ：１０質量％以上２０質量％以下、
Ｗ ：２．０質量％以上４．０質量％以下、
Ｆｅ：３．０質量％以上７．０質量％以下、を含有し、
前記フラックスは、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：５．４０質量％以上１０．００質量％以下、
金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．４０質量％以上３．００質量％以下、
金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：２．７０質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０．０５質量％以上１．２０質量％以下、を含有し、
ＭｎＯ２：０．８０質量％未満、
Ｂｉ２Ｏ３：０．０１質量％以下、であり、
前記ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、前記ＳｉＯ２換算値を［ＳｉＯ２］、前記ＺｒＯ２換算値を［ＺｒＯ２］、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、
（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）：２５．００以下、
であることを特徴とする、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ。
また、Ｎｉ基合金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、以下の［２］〜［４］に関する。
［２］ 前記フラックスは、更に、Ｎａ、Ｋ及びＬｉから選択された少なくとも１種を含有し、
ワイヤ全質量に対する、前記Ｎａの含有量、前記Ｋの含有量、前記Ｌｉの含有量を、それぞれ［Ｎａ］、［Ｋ］、［Ｌｉ］としたとき、
［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］：０．１０質量％以上０．７０質量％以下、
であることを特徴とする［１］に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［２］ 前記フラックスは、更に、Ｎａ、Ｋ及びＬｉから選択された少なくとも１種を含有し、
ワイヤ全質量に対する、前記Ｎａの含有量、前記Ｋの含有量、前記Ｌｉの含有量を、それぞれ［Ｎａ］、［Ｋ］、［Ｌｉ］としたとき、
［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］：０．１０質量％以上０．７０質量％以下、
であることを特徴とする［１］に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［３］前記フラックスは、更に、ワイヤ全質量あたり、
金属弗化物のＦ換算値：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、を含有し、
金属Ｂ及びＢ化合物のＢ換算値：０．０３０質量％以下、
とすることを特徴とする［１］又は［２］に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［４］更に、ワイヤ全質量あたり、
Ｔｉ：０．５０質量％以下、
とすることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一つに記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
金属弗化物のＦ換算値：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、を含有し、
金属Ｂ及びＢ化合物のＢ換算値：０．０３０質量％以下、
とすることを特徴とする［１］又は［２］に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
［４］更に、ワイヤ全質量あたり、
Ｔｉ：０．５０質量％以下、
とすることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一つに記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
本発明によれば、１００％ＣＯ２シールドガス雰囲気下であっても、立向姿勢での溶接作業性が良好であるとともに、アーク安定性が優れ、スラグの焼付き及びビード表面のピットの発生を低減することができ、かつ、優れた耐高温割れ性を有する溶接金属を得ることができる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。
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。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究した結果、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ中のフラックス成分の組成を特定の範囲に制御することにより、立向上進溶接において溶融プールの垂れが発生せず、溶接作業性が良好であるとともに、アーク安定性が優れ、スラグの焼付き及びビード表面のピットの発生を低減することができ、かつ、優れた耐高温割れ性を有する溶接金属を得ることができることを見出した。
以下、本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤについて説明する。
以下、本実施形態に係るＮｉ基合金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、Ｎｉ基合金からなる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Ｎｉ基合金外皮と、その外皮の内部（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は、外皮に継目のないシームレスタイプ、及び、Ｃ断面、重ね断面等のように管状に成形され、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。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金からなる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Ｎｉ基合金外皮と、その外皮の内部（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は、外皮に継目のないシームレスタイプ、及び、Ｃ断面、重ね断面等のように管状に成形され、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。
本実施形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、特に、溶接金属の組成がハステロイ系となるように設計されたワイヤを対象としている。
次に、本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤのフラックス及び外皮に含有される成分について、その添加理由及び数値限定理由を詳細に説明する。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Ｎｉ基合金からなる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（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。
次に、本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤのフラックス及び外皮に含有される成分について、その添加理由及び数値限定理由を詳細に説明する。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Ｎｉ基合金からなる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（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。
＜フラックス充填率：２０質量％以上３０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。ワイヤ全質量に対するフラックス含有量、すなわち、フラックス充填率が２０質量％未満では、ワイヤ鋼製外皮の肉厚が過度に厚くなり、溶接中にワイヤ先端に形成される溶滴が肥大化し、溶融池への溶滴移行が劣化する。その結果、立向・横向・上向姿勢の溶接において、溶接金属とスラグの垂れが発生して、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス充填率は、２０質量％以上であることが好ましい。一方、フラックス充填率が３０質量％を超えると、ワイヤ吸湿特性が劣化して、耐気孔欠陥性が劣化する。したがって、フラックス充填率は、３０質量％以下であることが好ましい。
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。ワイヤ全質量に対するフラックス含有量、すなわち、フラックス充填率が２０質量％未満では、ワイヤ鋼製外皮の肉厚が過度に厚くなり、溶接中にワイヤ先端に形成される溶滴が肥大化し、溶融池への溶滴移行が劣化する。その結果、立向・横向・上向姿勢の溶接において、溶接金属とスラグの垂れが発生して、溶接作業性が低下する。したがって、フラックス充填率は、２０質量％以上であることが好ましい。一方、フラックス充填率が３０質量％を超えると、ワイヤ吸湿特性が劣化して、耐気孔欠陥性が劣化する。したがって、フラックス充填率は、３０質量％以下であることが好ましい。
まず、フラックス中に含まれる成分の含有理由及び数値限定理由について説明する。
＜ＴｉＯ２：５．４０質量％以上１０．００質量％以下＞
ＴｉＯ２は、均一で被包性の良いスラグを形成し、アーク安定性の向上に効果がある成分であるため、スラグ形成剤の主成分として添加する。また、ＴｉＯ２は、融点の高い酸化物であり、フラックス中に含有されることにより、立向姿勢における溶接作業性を向上させることができる。
ＴｉＯ２含有量が５．４０質量％未満であると、スラグ形成剤としての特性を十分に発揮できず、立向上進溶接においてビードが垂れ易くなる。したがって、フラックス中のＴｉＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり５．４０質量％以上とし、好ましくは５．５０質量％以上である。
一方、ＴｉＯ２含有量が１０．００質量％を超えると、ワイヤ中のスラグ成分が過多となり、溶接時のスラグ生成量が過剰となって、スラグが溶接部から垂れ落ち易くなる。また、スラグ巻き込みが発生し易くなり、耐ピット性が低下する。したがって、フラックス中のＴｉＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり１０．００質量％以下とし、好ましくは９．８０質量％以下である。
フラックス中のＴｉＯ２含有量がより好ましい上記範囲内であると、立向上進溶接時により一層溶接ビードの垂れを防止することができる。
ＴｉＯ２は、均一で被包性の良いスラグを形成し、アーク安定性の向上に効果がある成分であるため、スラグ形成剤の主成分として添加する。また、ＴｉＯ２は、融点の高い酸化物であり、フラックス中に含有されることにより、立向姿勢における溶接作業性を向上させることができる。
ＴｉＯ２含有量が５．４０質量％未満であると、スラグ形成剤としての特性を十分に発揮できず、立向上進溶接においてビードが垂れ易くなる。したがって、フラックス中のＴｉＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり５．４０質量％以上とし、好ましくは５．５０質量％以上である。
一方、ＴｉＯ２含有量が１０．００質量％を超えると、ワイヤ中のスラグ成分が過多となり、溶接時のスラグ生成量が過剰となって、スラグが溶接部から垂れ落ち易くなる。また、スラグ巻き込みが発生し易くなり、耐ピット性が低下する。したがって、フラックス中のＴｉＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり１０．００質量％以下とし、好ましくは９．８０質量％以下である。
フラックス中のＴｉＯ２含有量がより好ましい上記範囲内であると、立向上進溶接時により一層溶接ビードの垂れを防止することができる。
＜金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．４０質量％以上３．００質量％以下＞
金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物は、ＴｉＯ２と同様に、スラグの粘性を高めることができる成分であり、良好なビード形状を得るためにスラグ形成剤として添加する。
ＳｉＯ２換算値が０．４０質量％未満であると、スラグ形成剤としての上記効果を十分に得る事が出来ず、立向姿勢における溶接作業性が低下する。したがって、フラックス中のＳｉＯ２換算値は、ワイヤ全質量あたり０．４０質量％以上とし、好ましくは０．９０質量％以上、より好ましくは１．８０質量％以上である。
一方、ＳｉＯ２換算値が３．００質量％を超えると、スラグ焼付き性が低下する。したがって、フラックス中のＳｉＯ２換算値は、ワイヤ全質量あたり３．００質量％以下とし、好ましくは２．９０質量％以下である。
フラックス中のＳｉＯ２換算値がより好ましい上記範囲内であると、立向上進溶接時により一層溶接ビードの垂れを防止することができるとともに、より一層良好なスラグ焼付き性を得ることができる。
なお、金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値とは、フラックス中に含まれる単体Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物をＳｉＯ２に換算した合計値である。
金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物は、ＴｉＯ２と同様に、スラグの粘性を高めることができる成分であり、良好なビード形状を得るためにスラグ形成剤として添加する。
ＳｉＯ２換算値が０．４０質量％未満であると、スラグ形成剤としての上記効果を十分に得る事が出来ず、立向姿勢における溶接作業性が低下する。したがって、フラックス中のＳｉＯ２換算値は、ワイヤ全質量あたり０．４０質量％以上とし、好ましくは０．９０質量％以上、より好ましくは１．８０質量％以上である。
一方、ＳｉＯ２換算値が３．００質量％を超えると、スラグ焼付き性が低下する。したがって、フラックス中のＳｉＯ２換算値は、ワイヤ全質量あたり３．００質量％以下とし、好ましくは２．９０質量％以下である。
フラックス中のＳｉＯ２換算値がより好ましい上記範囲内であると、立向上進溶接時により一層溶接ビードの垂れを防止することができるとともに、より一層良好なスラグ焼付き性を得ることができる。
なお、金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値とは、フラックス中に含まれる単体Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物をＳｉＯ２に換算した合計値である。
＜金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：２．７０質量％以下＞
金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物は、アークの吹付性を向上させ、低電流域においてもアークの安定性を向上させる効果を有する成分である。また、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物は、スラグの凝固を速め、立向上進溶接において、溶接作業性を向上させる効果も有する。
しかしながら、ＺｒＯ２換算値が２．７０質量％を超えると、スラグの凝固温度が高くなり、スラグが速く凝固するため、凝固中の溶接金属から発生するガスが凝固中のスラグを通して排出されることが出来ず、溶接部にピットが発生し易くなる。したがって、フラックス中のＺｒＯ２換算値は、ワイヤ全質量あたり２．７０質量％以下とし、好ましくは２．２０質量％以下、より好ましくは１．３０質量％以下、特に好ましくは０．５０質量％以下である。
フラックス中のＺｒＯ２換算値がより好ましい上記範囲内であると、立向上進溶接時により一層溶接ビードの垂れを防止することができるとともに、より一層良好な耐ピット性及びアーク安定性を得る事が出来る。
なお、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値とは、フラックス中に含まれる金属Ｚｒ、Ｚｒ合金及びＺｒ酸化物をＺｒＯ２に換算した合計値である。
金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物は、アークの吹付性を向上させ、低電流域においてもアークの安定性を向上させる効果を有する成分である。また、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物は、スラグの凝固を速め、立向上進溶接において、溶接作業性を向上させる効果も有する。
しかしながら、ＺｒＯ２換算値が２．７０質量％を超えると、スラグの凝固温度が高くなり、スラグが速く凝固するため、凝固中の溶接金属から発生するガスが凝固中のスラグを通して排出されることが出来ず、溶接部にピットが発生し易くなる。したがって、フラックス中のＺｒＯ２換算値は、ワイヤ全質量あたり２．７０質量％以下とし、好ましくは２．２０質量％以下、より好ましくは１．３０質量％以下、特に好ましくは０．５０質量％以下である。
フラックス中のＺｒＯ２換算値がより好ましい上記範囲内であると、立向上進溶接時により一層溶接ビードの垂れを防止することができるとともに、より一層良好な耐ピット性及びアーク安定性を得る事が出来る。
なお、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値とは、フラックス中に含まれる金属Ｚｒ、Ｚｒ合金及びＺｒ酸化物をＺｒＯ２に換算した合計値である。
＜Ａｌ２Ｏ３：０．０５質量％以上１．２０質量％以下＞
Ａｌ２Ｏ３はＴｉＯ２などと同様にスラグ形成剤であり、ビード形状を整え、母材とのなじみを向上させる効果がある。また、スラグ粘性を調整することに有効な成分であり、立向上進溶接時にビード垂れを防ぐ効果がある。これらの効果を得るためには、Ａｌ２Ｏ３は０．０５質量％以上の添加が必要であり、好ましくは０．０６質量％以上である。一方で、Ａｌ２Ｏ３換算値が１．２０質量％を超えると、スラグ粘性が高くなりすぎるため、スラグ巻きを起こし易くなり、またスラグ剥離性も劣化する。従って、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量は１．２０質量％以下、好ましくは１．１０質量％以下、より好ましくは１．００質量％以下とする。
Ａｌ２Ｏ３はＴｉＯ２などと同様にスラグ形成剤であり、ビード形状を整え、母材とのなじみを向上させる効果がある。また、スラグ粘性を調整することに有効な成分であり、立向上進溶接時にビード垂れを防ぐ効果がある。これらの効果を得るためには、Ａｌ２Ｏ３は０．０５質量％以上の添加が必要であり、好ましくは０．０６質量％以上である。一方で、Ａｌ２Ｏ３換算値が１．２０質量％を超えると、スラグ粘性が高くなりすぎるため、スラグ巻きを起こし易くなり、またスラグ剥離性も劣化する。従って、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量は１．２０質量％以下、好ましくは１．１０質量％以下、より好ましくは１．００質量％以下とする。
＜（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）：２５．００以下＞
ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３は前述の通り、スラグの粘性を高めてビード形状を良好なものにする成分である。
ただし、フラックス中の上記ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、フラックス中の上記ＺｒＯ２換算値を［ＺｒＯ２］、フラックス中の上記ＳｉＯ２換算値を［ＳｉＯ２］、フラックス中の上記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、としたとき、ＳｉＯ２換算値及びＡｌ２Ｏ３含有量の総量に対するＴｉＯ２含有量及びＺｒＯ２換算値の総量の比（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）が２５．００を超えると、スラグの流動性が低下して、スラグが均一に形成されにくくなってスラグ巻き込みが発生しやすくなり、ビードのなじみ性も低下する。また、スラグの凝固開始温度が高くなってスラグの凝固が遅くなり、凝固中の溶接金属から発生するガスが凝固中のスラグを通して排出されることができず、溶接部に発生するピットの数が増加する。したがって、上記｛（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）｝は２５．００以下とし、好ましくは２０．００以下、より好ましくは１５．００以下、さらに好ましくは１０．００以下、特に好ましくは６．００以下、さらに好ましくは３．００以下である。
ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３は前述の通り、スラグの粘性を高めてビード形状を良好なものにする成分である。
ただし、フラックス中の上記ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、フラックス中の上記ＺｒＯ２換算値を［ＺｒＯ２］、フラックス中の上記ＳｉＯ２換算値を［ＳｉＯ２］、フラックス中の上記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、としたとき、ＳｉＯ２換算値及びＡｌ２Ｏ３含有量の総量に対するＴｉＯ２含有量及びＺｒＯ２換算値の総量の比（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）が２５．００を超えると、スラグの流動性が低下して、スラグが均一に形成されにくくなってスラグ巻き込みが発生しやすくなり、ビードのなじみ性も低下する。また、スラグの凝固開始温度が高くなってスラグの凝固が遅くなり、凝固中の溶接金属から発生するガスが凝固中のスラグを通して排出されることができず、溶接部に発生するピットの数が増加する。したがって、上記｛（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）｝は２５．００以下とし、好ましくは２０．００以下、より好ましくは１５．００以下、さらに好ましくは１０．００以下、特に好ましくは６．００以下、さらに好ましくは３．００以下である。
＜ＭｎＯ２：０．８０質量％未満（０質量％を含む）＞
ＭｎＯ２は、融点が低く、フラックス中に添加されることにより、溶融スラグの凝固温度を低下させる成分である。
ＭｎＯ２含有量が０．８０質量％以上であると、立向溶接時にビードが垂れ易くなる。したがって、フラックス中のＭｎＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり０．８０質量％未満とし、好ましくは０．５０質量％未満、より好ましくは０．３０質量％未満である。
ＭｎＯ２は、融点が低く、フラックス中に添加されることにより、溶融スラグの凝固温度を低下させる成分である。
ＭｎＯ２含有量が０．８０質量％以上であると、立向溶接時にビードが垂れ易くなる。したがって、フラックス中のＭｎＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり０．８０質量％未満とし、好ましくは０．５０質量％未満、より好ましくは０．３０質量％未満である。
＜Ｂｉ２Ｏ３：０．０１質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｂｉ２Ｏ３は、スラグ焼付きを防止する効果を有する成分であるため、ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ等ではフラックス中にＢｉ２Ｏ３が微量添加される場合がある。しかしながら、Ｂｉは耐高温割れを著しく劣化させる成分でもある。したがって、本実施形態では、フラックス中にＢｉ２Ｏ３を実質的に添加しないものとする。すなわち、フラックス中のＢｉ２Ｏ３は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以下であることが好ましく、０．００５質量％未満、すなわち、実質的に添加しないことが更に好ましい。
Ｂｉ２Ｏ３は、スラグ焼付きを防止する効果を有する成分であるため、ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ等ではフラックス中にＢｉ２Ｏ３が微量添加される場合がある。しかしながら、Ｂｉは耐高温割れを著しく劣化させる成分でもある。したがって、本実施形態では、フラックス中にＢｉ２Ｏ３を実質的に添加しないものとする。すなわち、フラックス中のＢｉ２Ｏ３は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以下であることが好ましく、０．００５質量％未満、すなわち、実質的に添加しないことが更に好ましい。
＜［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］：０．１０質量％以上０．７０質量％以下＞
本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤのフラックスは、更に、Ｎａ、Ｋ及びＬｉから選択された少なくとも１種を含有することが好ましい。フラックス中のＮａ、Ｋ及びＬｉに代表される塩基性化合物は、アーク安定剤として作用し、スパッタの発生を抑える等の効果を有する成分である。
ここで、ワイヤ全質量に対する、前記Ｎａの含有量、前記Ｋの含有量、前記Ｌｉの含有量を、それぞれ［Ｎａ］、［Ｋ］、［Ｌｉ］としたとき、｛［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］｝が０．１０質量％以上であると、アーク安定剤としての効果を十分に得ることができる。したがって、フラックスが、更に、Ｎａ、Ｋ及びＬｉから選択された少なくとも１種を含有する場合、上記｛［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］｝は０．１０質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．１５質量％以上、さらに好ましくは０．２０質量％以上である。
一方、上記｛［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］｝が０．７０質量％以下であると、アーク安定性が向上し、スパッタの発生量を低減することができる。したがって、上記｛［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］｝は０．７０質量％以下であることが好ましく、０．６０質量％以下であることがより好ましい。
本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤのフラックスは、更に、Ｎａ、Ｋ及びＬｉから選択された少なくとも１種を含有することが好ましい。フラックス中のＮａ、Ｋ及びＬｉに代表される塩基性化合物は、アーク安定剤として作用し、スパッタの発生を抑える等の効果を有する成分である。
ここで、ワイヤ全質量に対する、前記Ｎａの含有量、前記Ｋの含有量、前記Ｌｉの含有量を、それぞれ［Ｎａ］、［Ｋ］、［Ｌｉ］としたとき、｛［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］｝が０．１０質量％以上であると、アーク安定剤としての効果を十分に得ることができる。したがって、フラックスが、更に、Ｎａ、Ｋ及びＬｉから選択された少なくとも１種を含有する場合、上記｛［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］｝は０．１０質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．１５質量％以上、さらに好ましくは０．２０質量％以上である。
一方、上記｛［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］｝が０．７０質量％以下であると、アーク安定性が向上し、スパッタの発生量を低減することができる。したがって、上記｛［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］｝は０．７０質量％以下であることが好ましく、０．６０質量％以下であることがより好ましい。
＜フラックス中の金属弗化物：ワイヤ全質量に対するＦ換算値で０．０５質量％以上０．５０質量％以下＞
金属弗化物は、アーク安定性を向上させ、スラグの流動性を向上させる効果がある。金属弗化物源としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６等がある。金属弗化物がワイヤ全質量に対してＦ換算値で０．０５質量％以上であると、上記効果を十分に得ることができ、アーク安定性が向上する。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、フラックスが金属弗化物を含有する場合、その含有量は、Ｆ換算値で０．０５質量％以上であることが好ましく、０．０６質量％以上であることがより好ましい。一方、金属弗化物がワイヤ全質量に対してＦ換算値で０．５０質量％以下であると、スラグの粘性を適切に保つことができ、立向姿勢において溶融池の垂れが発生することを抑制することができる。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、金属弗化物の含有量は、Ｆ換算値で０．５０質量％以下であることが好ましく、０．４５質量％以下であることがより好ましい。
金属弗化物は、アーク安定性を向上させ、スラグの流動性を向上させる効果がある。金属弗化物源としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６等がある。金属弗化物がワイヤ全質量に対してＦ換算値で０．０５質量％以上であると、上記効果を十分に得ることができ、アーク安定性が向上する。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、フラックスが金属弗化物を含有する場合、その含有量は、Ｆ換算値で０．０５質量％以上であることが好ましく、０．０６質量％以上であることがより好ましい。一方、金属弗化物がワイヤ全質量に対してＦ換算値で０．５０質量％以下であると、スラグの粘性を適切に保つことができ、立向姿勢において溶融池の垂れが発生することを抑制することができる。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、金属弗化物の含有量は、Ｆ換算値で０．５０質量％以下であることが好ましく、０．４５質量％以下であることがより好ましい。
＜金属Ｂ及びＢ化合物のＢ換算値：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
金属Ｂ及びＢ化合物のＢ換算値を、ワイヤ全質量に対して０．０３０質量％以下にすると、高温割れの発生を防止することができる。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、金属Ｂ及びＢ化合物のＢ換算値は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０２０質量％以下とすることがより好ましい。
なお、金属Ｂ及びＢ化合物はフラックスに添加することができ、Ｂ換算値とは、フラックス中に含まれる単体Ｂ、Ｂ合金及びＢ化合物をＢに換算した合計値である。Ｂ化合物としてはＢ２Ｏ３等の酸化物が挙げられ、Ｂ合金としてはＦｅ−Ｂ合金等が挙げられる。
金属Ｂ及びＢ化合物のＢ換算値を、ワイヤ全質量に対して０．０３０質量％以下にすると、高温割れの発生を防止することができる。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、金属Ｂ及びＢ化合物のＢ換算値は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０２０質量％以下とすることがより好ましい。
なお、金属Ｂ及びＢ化合物はフラックスに添加することができ、Ｂ換算値とは、フラックス中に含まれる単体Ｂ、Ｂ合金及びＢ化合物をＢに換算した合計値である。Ｂ化合物としてはＢ２Ｏ３等の酸化物が挙げられ、Ｂ合金としてはＦｅ−Ｂ合金等が挙げられる。
＜Ｔｉ：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｔｉは、脱酸成分として溶融金属中の溶存酸素量を低下させ、「Ｃ＋Ｏ＝ＣＯ（ガス）」の反応を抑制し、ブローホール発生量を減少させる役割を持つが、過剰に添加すると耐高温割れ性を劣化させる。Ｔｉ含有量が、ワイヤ全質量に対して０．５０質量％以下（０質量％を含む）であると、ブローホール発生量を減少させることができるとともに、優れた耐高温割れ性を維持することができる。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、フラックス中のＴｉは０．５０質量％以下とすることが好ましく、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。Ｔｉ源としては、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金（Ｆｅ−Ｔｉ等）があり、本実施形態においては、これらの含有量をＴｉに換算した値をＴｉ含有量として規定する。ただし、このＴｉ含有量は、硫酸に溶解する金属Ｔｉ及びＴｉ合金に由来するＴｉの含有量とし、硫酸に溶解しないＴｉＯ２等の酸化物に由来するＴｉは含まない。なお、金属Ｔｉ及びＴｉ合金はフラックスに添加することができる一方で、フープからＴｉを添加してもよい。
Ｔｉは、脱酸成分として溶融金属中の溶存酸素量を低下させ、「Ｃ＋Ｏ＝ＣＯ（ガス）」の反応を抑制し、ブローホール発生量を減少させる役割を持つが、過剰に添加すると耐高温割れ性を劣化させる。Ｔｉ含有量が、ワイヤ全質量に対して０．５０質量％以下（０質量％を含む）であると、ブローホール発生量を減少させることができるとともに、優れた耐高温割れ性を維持することができる。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、フラックス中のＴｉは０．５０質量％以下とすることが好ましく、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。Ｔｉ源としては、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金（Ｆｅ−Ｔｉ等）があり、本実施形態においては、これらの含有量をＴｉに換算した値をＴｉ含有量として規定する。ただし、このＴｉ含有量は、硫酸に溶解する金属Ｔｉ及びＴｉ合金に由来するＴｉの含有量とし、硫酸に溶解しないＴｉＯ２等の酸化物に由来するＴｉは含まない。なお、金属Ｔｉ及びＴｉ合金はフラックスに添加することができる一方で、フープからＴｉを添加してもよい。
次に、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤの外皮及びフラックスから添加される各合金成分の添加理由及び数値限定理由について説明する。
各金属成分は、金属単体又は合金としてワイヤ中に含有されている。
各金属成分は、金属単体又は合金としてワイヤ中に含有されている。
＜Ｍｎ：０．１質量％以上５質量％以下＞
Ｍｎは、γ相形成元素であり、マトリックスの強化に有効な元素である。
Ｍｎ含有量が０．１質量％未満であると、上記効果を得ることができない。また、所望のＭｎ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有量が５質量％を超えると、スラグ剥離性の低下の原因になるとともに、所望のＮｉ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり５質量％以下とする。
Ｍｎは、γ相形成元素であり、マトリックスの強化に有効な元素である。
Ｍｎ含有量が０．１質量％未満であると、上記効果を得ることができない。また、所望のＭｎ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有量が５質量％を超えると、スラグ剥離性の低下の原因になるとともに、所望のＮｉ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり５質量％以下とする。
＜Ｎｉ：４０質量％以上６０質量％以下＞
Ｎｉは、Ｎｉ基合金からなる溶接金属において、マトリックスを構成する主要成分である。また、溶接金属の靱性及び延性を確保するとともに、耐食性を確保する効果を有する成分でもある。
Ｎｉ含有量が４０質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＮｉ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＮｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり４０質量％以上とする。
一方、Ｎｉ含有量が６０質量％を超えると、所望のＮｉ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＮｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり６０質量％以下とする。
Ｎｉは、Ｎｉ基合金からなる溶接金属において、マトリックスを構成する主要成分である。また、溶接金属の靱性及び延性を確保するとともに、耐食性を確保する効果を有する成分でもある。
Ｎｉ含有量が４０質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＮｉ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＮｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり４０質量％以上とする。
一方、Ｎｉ含有量が６０質量％を超えると、所望のＮｉ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＮｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり６０質量％以下とする。
＜Ｃｒ：５質量％以上２０質量％以下＞
Ｃｒは、酸化性酸に対する耐食性を向上させるために必要な成分である。
Ｃｒ含有量が５質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＣｒ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＣｒ含有量は、ワイヤ全質量あたり５質量％以上とする。Cr含有量は、８質量％以上であることが好ましく、１２質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｃｒ含有量が２０質量％を超えると、Ｃｒ炭窒化物が析出することにより、溶接金属の機械的性質が低下する懸念が生じる。また、所望のＣｒ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＣｒ含有量は、ワイヤ全質量あたり２０質量％以下とする。
Ｃｒは、酸化性酸に対する耐食性を向上させるために必要な成分である。
Ｃｒ含有量が５質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＣｒ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＣｒ含有量は、ワイヤ全質量あたり５質量％以上とする。Cr含有量は、８質量％以上であることが好ましく、１２質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｃｒ含有量が２０質量％を超えると、Ｃｒ炭窒化物が析出することにより、溶接金属の機械的性質が低下する懸念が生じる。また、所望のＣｒ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＣｒ含有量は、ワイヤ全質量あたり２０質量％以下とする。
＜Ｍｏ：１０質量％以上２０質量％以下＞
Ｍｏは、Ｃｒとともにワイヤ中に含有させることで、酸化性酸のみならず、非酸化性酸や塩類に対しても優れた耐食性を確保できる。
Ｍｏ含有量が１０質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＭｏ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＭｏ含有量は、ワイヤ全質量あたり１０質量％以上とする。
一方、Ｍｏ含有量が２０質量％を超えると、Ｎｉとの金属間化合物の析出が顕著になり、溶接金属の機械的性質が低下する懸念が生じる。また、所望のＭｏ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＭｏ含有量は、ワイヤ全質量あたり２０質量％以下とする。
Ｍｏは、Ｃｒとともにワイヤ中に含有させることで、酸化性酸のみならず、非酸化性酸や塩類に対しても優れた耐食性を確保できる。
Ｍｏ含有量が１０質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＭｏ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＭｏ含有量は、ワイヤ全質量あたり１０質量％以上とする。
一方、Ｍｏ含有量が２０質量％を超えると、Ｎｉとの金属間化合物の析出が顕著になり、溶接金属の機械的性質が低下する懸念が生じる。また、所望のＭｏ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＭｏ含有量は、ワイヤ全質量あたり２０質量％以下とする。
＜Ｗ：２．０質量％以上４．０質量％以下＞
Ｗは、ワイヤから溶接金属に添加されることにより、固溶体強化の効果により、γ相を安定化させ、溶接金属の引張強度を向上させる効果を得ることができる。
Ｗ含有量が２．０質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＷ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＷ含有量は、ワイヤ全質量あたり２．０質量％以上とする。
一方、Ｗ含有量が４．０質量％を超えると、Ｗの偏析が生じ、溶接金属の靱性が低下する懸念が生じる。また、所望のＷ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＷ含有量は、ワイヤ全質量あたり４．０質量％以下とする。
Ｗは、ワイヤから溶接金属に添加されることにより、固溶体強化の効果により、γ相を安定化させ、溶接金属の引張強度を向上させる効果を得ることができる。
Ｗ含有量が２．０質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＷ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＷ含有量は、ワイヤ全質量あたり２．０質量％以上とする。
一方、Ｗ含有量が４．０質量％を超えると、Ｗの偏析が生じ、溶接金属の靱性が低下する懸念が生じる。また、所望のＷ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＷ含有量は、ワイヤ全質量あたり４．０質量％以下とする。
＜Ｆｅ：３．０質量％以上７．０質量％以下＞
Ｆｅは、Ｎｉ基合金中に固溶することにより、溶接金属の引張強度を向上させる効果を得ることができる。
Ｆｅ含有量が３．０質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＦｅ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＦｅ含有量は、ワイヤ全質量あたり３．０質量％以上とする。
一方、Ｆｅ含有量が７．０質量％を超えると、低融点のラーベス相として粒界に析出し、多層盛溶接の再熱時に再溶融し、粒界の再熱液化割れの原因となる懸念が生じる。また、所望のＦｅ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＦｅ含有量は、ワイヤ全質量あたり７．０質量％以下とする。
Ｆｅは、Ｎｉ基合金中に固溶することにより、溶接金属の引張強度を向上させる効果を得ることができる。
Ｆｅ含有量が３．０質量％未満であると、上記効果を得ることができず、また、所望のＦｅ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＦｅ含有量は、ワイヤ全質量あたり３．０質量％以上とする。
一方、Ｆｅ含有量が７．０質量％を超えると、低融点のラーベス相として粒界に析出し、多層盛溶接の再熱時に再溶融し、粒界の再熱液化割れの原因となる懸念が生じる。また、所望のＦｅ含有量を有する溶接金属を得ることができない。したがって、外皮及びフラックス中のＦｅ含有量は、ワイヤ全質量あたり７．０質量％以下とする。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、前述の含有量を規定した各成分の合計（上記した［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］の合計、Ｆ換算値、Ｂ換算値、およびＴｉを除く）で、ワイヤ全質量あたり９０質量％以上とすることが好ましく、９５質量％以上とすることがより好ましく、９８質量％以上とすることがより好ましい。
＜その他成分、および、不可避的不純物＞
本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、上記成分の他に、その他成分として、Ｃ、外皮に含まれる金属Ｓｉ及びＣｕなどが含まれる。これら成分のうち、Ｃは０．１０質量％以下、外皮に含まれる金属Ｓｉは１．０質量％以下、Ｃｕは０．５質量％以下に規制することが好ましい。また、不可避的不純物として、Ｐ、Ｓ及び水分などがある。これらの不可避的不純物のうち、Ｐは０．０１０質量％以下に規制することが好ましく、Ｓは０．０１０質量％以下に規制することが好ましく、水分は０．０１０質量％以下に規制することが好ましい。
本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、上記成分の他に、その他成分として、Ｃ、外皮に含まれる金属Ｓｉ及びＣｕなどが含まれる。これら成分のうち、Ｃは０．１０質量％以下、外皮に含まれる金属Ｓｉは１．０質量％以下、Ｃｕは０．５質量％以下に規制することが好ましい。また、不可避的不純物として、Ｐ、Ｓ及び水分などがある。これらの不可避的不純物のうち、Ｐは０．０１０質量％以下に規制することが好ましく、Ｓは０．０１０質量％以下に規制することが好ましく、水分は０．０１０質量％以下に規制することが好ましい。
＜外皮の厚さ、ワイヤ径、シールドガス組成＞
また、本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤの外皮の厚さやワイヤ径（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、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍｍ、１．６ｍｍ等のワイヤに適用することができる。
さらに、シールドガス組成としては、１００％ＣＯ２を好適に使用することができるが、ＡｒとＣＯ２との混合ガスを使用しても、本実施形態の効果を得ることができる。
また、本実施形態に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤの外皮の厚さやワイヤ径（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、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍｍ、１．６ｍｍ等のワイヤに適用することができる。
さらに、シールドガス組成としては、１００％ＣＯ２を好適に使用することができるが、ＡｒとＣＯ２との混合ガスを使用しても、本実施形態の効果を得ることができる。
［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。また、製造の過程で成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目が無いワイヤと、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残すワイヤのいずれの構造も採用することができる。
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。また、製造の過程で成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目が無いワイヤと、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残すワイヤのいずれの構造も採用することができる。
以下、発明例及び比較例を挙げて本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［フラックス入りワイヤの製造］
まず、厚さが０．４ｍｍで幅が９．０ｍｍであるＮｉ基合金からなる金属帯を湾曲させて、外皮を作製した。この外皮に金属原料とスラグ成分からなるフラックスを内包させた後、直径１．２ｍｍになるように伸線加工し、フラックス入りワイヤを製造した。外皮及びフラックスに含有される各成分の含有量を、下記表１（発明例）及び表２（比較例）に示す。
なお、表１及び表２に示す各成分の含有量は、ワイヤ全質量あたりの含有量（質量％）である。また、残部はＣ、金属Ｓｉ及びＣｕ、並びに不可避的不純物である。さらに、表１及び表２に示す「（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）」は、ＳｉＯ２換算値及びＡｌ２Ｏ３含有量の総量に対するＴｉＯ２含有量及びＺｒＯ２換算値の総量の比を示す。「［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］」は、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＮａ含有量とＫ含有量とＬｉ含有量の総量を示す。また、フラックス中のＴｉとは、Ｔｉ酸化物を含まない金属Ｔｉ及びＴｉ合金由来のＴｉ含有量を表す。
また、表１及び表２において、各成分組成における「−」なる表記は、０．００５質量％未満を意味する。
まず、厚さが０．４ｍｍで幅が９．０ｍｍであるＮｉ基合金からなる金属帯を湾曲させて、外皮を作製した。この外皮に金属原料とスラグ成分からなるフラックスを内包させた後、直径１．２ｍｍになるように伸線加工し、フラックス入りワイヤを製造した。外皮及びフラックスに含有される各成分の含有量を、下記表１（発明例）及び表２（比較例）に示す。
なお、表１及び表２に示す各成分の含有量は、ワイヤ全質量あたりの含有量（質量％）である。また、残部はＣ、金属Ｓｉ及びＣｕ、並びに不可避的不純物である。さらに、表１及び表２に示す「（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）」は、ＳｉＯ２換算値及びＡｌ２Ｏ３含有量の総量に対するＴｉＯ２含有量及びＺｒＯ２換算値の総量の比を示す。「［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］」は、ワイヤ全質量あたりのフラックス中のＮａ含有量とＫ含有量とＬｉ含有量の総量を示す。また、フラックス中のＴｉとは、Ｔｉ酸化物を含まない金属Ｔｉ及びＴｉ合金由来のＴｉ含有量を表す。
また、表１及び表２において、各成分組成における「−」なる表記は、０．００５質量％未満を意味する。
［フラックス入りワイヤの評価］
次に、製造した上記Ｎｏ．１〜３５の各フラックス入りワイヤを使用して、立向溶接作業性の確認試験、耐高温割れ性の評価試験、並びに、スラグ焼付き、溶接ビード表面のピット及びアーク安定性についての評価試験を行った。各試験において、溶接母材としてはＳＭ４９０鋼板を使用した。使用したＳＭ４９０鋼板（母材）の成分含有量を、下記表３に示す。
次に、製造した上記Ｎｏ．１〜３５の各フラックス入りワイヤを使用して、立向溶接作業性の確認試験、耐高温割れ性の評価試験、並びに、スラグ焼付き、溶接ビード表面のピット及びアーク安定性についての評価試験を行った。各試験において、溶接母材としてはＳＭ４９０鋼板を使用した。使用したＳＭ４９０鋼板（母材）の成分含有量を、下記表３に示す。
＜立向溶接作業性＞
図１は、立向溶接作業性を評価するための溶接方法を示す模式図である。図１に示すように、幅が８０ｍｍ、長さが３００ｍｍ、厚さが１２ｍｍである鋼板１を立てて配置し、上記フラックス入りワイヤ２を用いて、鋼板１の長手方向に沿って表面を矢印Ｘに示す方向（上向き）にガスシールドアーク溶接した。溶接条件を下記表４に示す。
なお、立向溶接作業性の評価基準としては、問題なく溶接することができたものを◎、溶接可能であるが、溶融プールが垂れ気味で凝固したものを○とし、いずれも合格とした。また、溶融プールの一部が垂れることがあり、溶接が困難であったものを×とし、不合格とした。
図１は、立向溶接作業性を評価するための溶接方法を示す模式図である。図１に示すように、幅が８０ｍｍ、長さが３００ｍｍ、厚さが１２ｍｍである鋼板１を立てて配置し、上記フラックス入りワイヤ２を用いて、鋼板１の長手方向に沿って表面を矢印Ｘに示す方向（上向き）にガスシールドアーク溶接した。溶接条件を下記表４に示す。
なお、立向溶接作業性の評価基準としては、問題なく溶接することができたものを◎、溶接可能であるが、溶融プールが垂れ気味で凝固したものを○とし、いずれも合格とした。また、溶融プールの一部が垂れることがあり、溶接が困難であったものを×とし、不合格とした。
＜耐高温割れ性＞
図２は、耐高温割れ性を評価するための溶接条件を示す模式図である。図２に示すように、厚さが２０ｍｍ、長さが３００ｍｍである２枚の鋼板２１ａ、２１ｂに対して、長手方向端部を機械加工することにより開先を作製し、ルートギャップを２ｍｍとして両者を突き合せて配置して、Ｙ開先を形成した。開先角度は６０°とし、開先の深さは１０ｍｍとした。その後、ＪＩＳ Ｚ３１５５ Ｃ型ジグ拘束突合せ溶接割れ試験方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＦＩＳＣＯ ｔｅｓｔ）に準じて走行台車を使用して開先内を溶接した。溶接終了の１０分後に試験材を治具から取り出し、浸透探傷試験によって溶接金属２４の割れを観察した。また、内部に存在する割れを確認するため、ビード表面を２ｍｍ段削り後、改めて浸透探傷試験を実施した。耐高温割れ性の評価における溶接条件を下記表５に示す。
なお、耐高温割れ性の評価基準としては、クレータ部を除く定常部全線において、割れが確認されなかったものを〇（合格）とし、クレータ部を除く定常部にて、指示模様（割れ）が一部でも確認されたものを×（不合格）とした。
図２は、耐高温割れ性を評価するための溶接条件を示す模式図である。図２に示すように、厚さが２０ｍｍ、長さが３００ｍｍである２枚の鋼板２１ａ、２１ｂに対して、長手方向端部を機械加工することにより開先を作製し、ルートギャップを２ｍｍとして両者を突き合せて配置して、Ｙ開先を形成した。開先角度は６０°とし、開先の深さは１０ｍｍとした。その後、ＪＩＳ Ｚ３１５５ Ｃ型ジグ拘束突合せ溶接割れ試験方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＦＩＳＣＯ ｔｅｓｔ）に準じて走行台車を使用して開先内を溶接した。溶接終了の１０分後に試験材を治具から取り出し、浸透探傷試験によって溶接金属２４の割れを観察した。また、内部に存在する割れを確認するため、ビード表面を２ｍｍ段削り後、改めて浸透探傷試験を実施した。耐高温割れ性の評価における溶接条件を下記表５に示す。
なお、耐高温割れ性の評価基準としては、クレータ部を除く定常部全線において、割れが確認されなかったものを〇（合格）とし、クレータ部を除く定常部にて、指示模様（割れ）が一部でも確認されたものを×（不合格）とした。
＜スラグ焼付き＞
図３Ａ〜図３Ｃはスラグ焼付きの評価をするための溶接方法を示す模式図である。図３Ａに示すように、幅が８０ｍｍ、長さが４００ｍｍ、厚さが１２ｍｍである２枚の鋼板３１ａ及び３１ｂを準備し、水平に配置した鋼板３１ａの上に鋼板３１ｂを立てて配置して、上記フラックス入りワイヤ３２を用いて、鋼板３１ａと鋼板３１ｂとの間に形成された隅部に沿って矢印Ｘに示す方向にガスシールドアーク溶接した。なお、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、水平に配置された鋼板３１ａとワイヤ３２との角度（トーチ角度）を４５°に傾斜させるとともに、前進角及び後退角を０°としてワイヤ３２を保持しながらすみ肉溶接を実施した。上記すみ肉溶接の溶接条件を下記表６に示す。
なお、スラグ焼付きの評価基準としては、チッパーで４〜５回叩けばスラグが剥離するものを〇（合格）とし、チッパーで叩いてもスラグが取れないか、又は、かなりの回数を叩かなければスラグが取れなかったものを×（不合格）とした。
図３Ａ〜図３Ｃはスラグ焼付きの評価をするための溶接方法を示す模式図である。図３Ａに示すように、幅が８０ｍｍ、長さが４００ｍｍ、厚さが１２ｍｍである２枚の鋼板３１ａ及び３１ｂを準備し、水平に配置した鋼板３１ａの上に鋼板３１ｂを立てて配置して、上記フラックス入りワイヤ３２を用いて、鋼板３１ａと鋼板３１ｂとの間に形成された隅部に沿って矢印Ｘに示す方向にガスシールドアーク溶接した。なお、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、水平に配置された鋼板３１ａとワイヤ３２との角度（トーチ角度）を４５°に傾斜させるとともに、前進角及び後退角を０°としてワイヤ３２を保持しながらすみ肉溶接を実施した。上記すみ肉溶接の溶接条件を下記表６に示す。
なお、スラグ焼付きの評価基準としては、チッパーで４〜５回叩けばスラグが剥離するものを〇（合格）とし、チッパーで叩いてもスラグが取れないか、又は、かなりの回数を叩かなければスラグが取れなかったものを×（不合格）とした。
＜溶接ビード表面のピット＞
上記スラグ焼付きの評価における溶接方法で、上記表６に示す溶接条件と同様にして、水平すみ肉溶接を実施し、定常部３００ｍｍにおける溶接ビード表面のピットを観察した。
溶接ビード表面におけるピットの評価基準としては、直径が１．０ｍｍ以上であるピットが２個以下であったものを○（合格）とし、直径が１．０ｍｍ以上であるピットが３個以上確認されたものを×（不合格）とした。
上記スラグ焼付きの評価における溶接方法で、上記表６に示す溶接条件と同様にして、水平すみ肉溶接を実施し、定常部３００ｍｍにおける溶接ビード表面のピットを観察した。
溶接ビード表面におけるピットの評価基準としては、直径が１．０ｍｍ以上であるピットが２個以下であったものを○（合格）とし、直径が１．０ｍｍ以上であるピットが３個以上確認されたものを×（不合格）とした。
＜アーク安定性＞
上記スラグ焼付きの評価における溶接方法で、上記表６に示す溶接条件と同様にして、水平すみ肉溶接を実施し、アーク安定性を評価した。
アーク安定性の評価基準としては、溶接中、終始アークが安定していたものを○（合格）とし、実用上問題ないがやや劣るものを△（合格）とした。
上記スラグ焼付きの評価における溶接方法で、上記表６に示す溶接条件と同様にして、水平すみ肉溶接を実施し、アーク安定性を評価した。
アーク安定性の評価基準としては、溶接中、終始アークが安定していたものを○（合格）とし、実用上問題ないがやや劣るものを△（合格）とした。
上記で説明した立向溶接作業性、耐高温割れ性、スラグ焼付き、溶接ビード表面のピット及びアーク安定性の評価結果を下記表７にまとめて示す。
上記表７において、ワイヤＮｏ．１〜１９は発明例であり、ワイヤＮｏ．２０〜３５は比較例である。上記表１〜２及び表７に示すように、発明例であるワイヤＮｏ．１〜１９は各成分が本発明の範囲内であるため、立向溶接作業性、耐高温割れ性、スラグ焼付き、溶接ビード表面のピット及びアーク安定性についての評価結果が全て合格となった。特に、ワイヤＮｏ．１〜１６は、金属弗化物の含有量（Ｆ換算値）の値が本発明の好ましい範囲内であるため、アーク安定性がより優れた結果となった。
一方、比較例であるワイヤＮｏ．２３は、ＴｉＯ２の含有量が本発明範囲の下限未満であるため、立向溶接作業性が劣化していた。
また、ワイヤＮｏ．２７及び３５は、ＳｉＯ２の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、立向溶接作業性が劣化していた。
また、ワイヤＮｏ．２４、２５、２６、２７、２８、３１、３２、３３、及び３５は、Ａｌ２Ｏ３の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、立向溶接作業性が劣化していた。
また、ワイヤＮｏ．２９及び３０は、ＭｎＯ２の含有量が本発明範囲の上限以上であるため、立向溶接作業性が劣化していた。
また、ワイヤＮｏ．２７及び３５は、ＳｉＯ２の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、立向溶接作業性が劣化していた。
また、ワイヤＮｏ．２４、２５、２６、２７、２８、３１、３２、３３、及び３５は、Ａｌ２Ｏ３の含有量が本発明範囲の下限未満であるので、立向溶接作業性が劣化していた。
また、ワイヤＮｏ．２９及び３０は、ＭｎＯ２の含有量が本発明範囲の上限以上であるため、立向溶接作業性が劣化していた。
ワイヤＮｏ．２１及び２２は、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が本発明範囲の上限を超えているため、高温割れが発生した。
ワイヤＮｏ．２０は、ＳｉＯ２の含有量が本発明範囲の上限を超えているため、スラグ焼付き性が劣化した。
ワイヤＮｏ．３４は、ＴｉＯ２の含有量が本発明範囲の上限を超えているため、立向溶接作業性が不良となり、また、ビード表面にピットが発生した。
また、ワイヤＮｏ．３５は、｛（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）｝の値が本発明範囲の上限を超えているため、ビード表面にピットが発生した。
また、ワイヤＮｏ．３１、３２及び３３は、ＺｒＯ２の含有量が本発明範囲の上限を超えているため、ビード表面にピットが発生した。
また、ワイヤＮｏ．３５は、｛（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）｝の値が本発明範囲の上限を超えているため、ビード表面にピットが発生した。
また、ワイヤＮｏ．３１、３２及び３３は、ＺｒＯ２の含有量が本発明範囲の上限を超えているため、ビード表面にピットが発生した。
以上詳述したように、本発明によれば、フラックス組成を特定の範囲に調整することにより、１００％ＣＯ２シールドガス雰囲気下であっても、立向姿勢での溶接作業性が良好であるとともに、スラグの焼付き及びビード表面のピットの発生を低減することができ、かつ、優れたアーク安定性及び耐高温割れ性を有する溶接金属を得ることができるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを得ることができる。
Claims (4)
- Ｎｉ基合金からなる外皮にフラックスを充填してなるＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Ｍｎ：０．１質量％以上５質量％以下、
Ｎｉ：４０質量％以上６０質量％以下、
Ｃｒ：５質量％以上２０質量％以下、
Ｍｏ：１０質量％以上２０質量％以下、
Ｗ ：２．０質量％以上４．０質量％以下、
Ｆｅ：３．０質量％以上７．０質量％以下、を含有し、
前記フラックスは、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：５．４０質量％以上１０．００質量％以下、
金属Ｓｉ及びＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．４０質量％以上３．００質量％以下、
金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：２．７０質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０．０５質量％以上１．２０質量％以下、を含有し、
ＭｎＯ２：０．８０質量％未満、
Ｂｉ２Ｏ３：０．０１質量％以下、であり、
前記ＴｉＯ２の含有量を［ＴｉＯ２］、前記ＳｉＯ２換算値を［ＳｉＯ２］、前記ＺｒＯ２換算値を［ＺｒＯ２］、前記Ａｌ２Ｏ３の含有量を［Ａｌ２Ｏ３］としたとき、
（［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／（［ＳｉＯ２］＋［Ａｌ２Ｏ３］）：２５．００以下、
であることを特徴とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。 - 前記フラックスは、更に、Ｎａ、Ｋ及びＬｉから選択された少なくとも１種を含有し、
ワイヤ全質量に対する、前記Ｎａの含有量、前記Ｋの含有量、前記Ｌｉの含有量を、それぞれ［Ｎａ］、［Ｋ］、［Ｌｉ］としたとき、
［Ｎａ］＋［Ｋ］＋［Ｌｉ］：０．１０質量％以上０．７０質量％以下、
であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。 - 前記フラックスは、更に、ワイヤ全質量あたり、
金属弗化物のＦ換算値：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、を含有し、
金属Ｂ及びＢ化合物のＢ換算値：０．０３０質量％以下、
とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。 - 更に、ワイヤ全質量あたり、
Ｔｉ：０．５０質量％以下、
とす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Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ。
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