JP2022121316A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】溶接金属の耐食性が優れており、全姿勢溶接でのアーク安定性、ビード形状、スラグ剥離性等の溶接作業性が良好であるとともに、優れた機械的特性を有する溶接金属を得ることができる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】鋼製外皮にフラックスが充填された、耐食鋼用の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、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｎａ＋Ｋ、及びＦをそれぞれ所定範囲で含有するとともに、Ａｌ：０．１５質量％未満であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。【選択図】なし

Description

本発明は、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。

一般に、原油タンクには溶接構造用鋼が用いられており、母材の強度及び靱性、並びに、溶接部の強度及び靱性が求められている。さらに、以下に記述する理由から、最近では母材及び溶接部における耐食性が要求されている。

例えば、タンカーの原油タンクの内面、特に上甲板裏面及び側壁上部に用いられている鋼材には、全面腐食が生じることが知られている。この全面腐食が起こる原因としては、
（１）昼夜の温度差による鋼板表面への結露と乾燥（乾湿）の繰り返し、
（２）ボイラ又はエンジンの排ガス等を洗浄、冷却して作られ、原油タンク内に防爆用に封入されるイナートガス（例えば、Ｏ_２が約５体積％、ＣＯ_２が約１３体積％、ＳＯ_２が約０．０１体積％、残部がＮ_２である。）中のＯ_２、ＣＯ_２及びＳＯ_２の結露水への溶け込み、
（３）原油から揮発するＨ_２Ｓ等の腐食性ガスの結露水への溶け込み、
（４）原油タンクの洗浄に使用された海水の残留、
などが挙げられる。

一方、タンカーの原油タンク等の底板に用いられる鋼材には、原油そのものの腐食抑制作用や原油タンク内面に形成される原油由来の保護性コート（オイルコート）の腐食抑制作用によって、腐食は生じないものと考えられていた。しかし、最近の研究によって、タンク底板の鋼材においても、お椀型の局部腐食（孔食）が発生することが明らかになった。この局部腐食が起こる原因としては、
（１）塩化ナトリウムを代表とする塩類が高濃度に溶解した凝集水の存在、
（２）過剰な洗浄によるオイルコートの離脱、
（３）原油中に含まれる硫化物の高濃度化、
（４）結露水に溶け込んだ防爆用イナートガス中のＯ_２、ＣＯ_２、ＳＯ_２等の高濃度化、などが挙げられる。
上記のような全面腐食や局部腐食を防止する最も有効な方法としては、鋼材表面に重塗装を施し、鋼材を腐食環境から遮断する方法がある。しかし、原油タンクの塗装作業は、その塗布する面積が膨大であること、また、塗膜の劣化により、約１０年に１度は塗り替えが必要となることから、検査や塗装に膨大な費用が発生する。

そこで、鋼材自体及び溶接継手の耐食性を改善して、原油タンクの腐食環境下における耐食性を改善する種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１～４には、耐食性の向上を図った溶接継手が開示されている。また、特許文献５には、耐食性の向上を図った溶接ワイヤが開示されている。

特開２００５－２１９８１号公報 特開２００５－２３４２１号公報 特開２０１０－４３３４２号公報 特開２０１２－１８０９号公報 特開２０１３－２２６５７７号公報

しかしながら、上記特許文献１～４に記載の発明は、溶接継手に含有される成分を限定したものであり、溶接材料及び溶接母材の成分含有量を考慮する必要があるため、その調整が困難であった。
また、特許文献５に記載の溶接材料（フラックス入りワイヤ）は、ワイヤ中に含有される成分の含有量を規定することにより、耐食性の向上を図ったものであるが、溶接作業性については十分に検討されていない。特に、原油タンク等の製造時には、全姿勢溶接による溶接作業性が優れていることが要求されるため、アーク安定性、ビード形状、スラグ剥離性等が優れているとともに、良好な機械的特性（引張強度及び衝撃特性）を有する溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤについて、更なる検討の余地があった。

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、溶接金属の耐食性が優れており、全姿勢溶接でのアーク安定性、ビード形状、スラグ剥離性等の溶接作業性が良好であるとともに、優れた機械的特性を有する溶接金属を得ることができる、耐食鋼の全姿勢溶接に用いられる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。

ここで、耐食鋼とは、国際海事機関（ＩＭＯ）で規定される原油タンク底板用ならびに、原油タンク上板用それぞれの耐食性評価腐食試験において、所定の耐食性能を満足する鋼を指す。具体的には、底板用耐食鋼であれば、その評価腐食試験における腐食速度が１ｍｍ／年以下となり、上板用耐食鋼であれば、その評価腐食試験における２５年後の推定腐食量が２ｍｍ以下となる鋼を指す。

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、鋼製外皮にフラックスが充填された、耐食鋼用の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、
ＴｉＯ_２：３．５質量％以上７．０質量％以下、
ＳｉＯ_２：０．３質量％以上１．５質量％以下、
ＺｒＯ_２：０．１質量％以上１．０質量％以下、
Ａｌ_２Ｏ_３：０．１質量％以上０．７質量％以下、
ＭｎＯ：０．０３質量％以上０．５０質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、
Ｓｉ：０．１質量％以上１．０質量％以下、
Ｍｎ：０．５質量％以上３．５質量％以下、
Ｍｏ：０．０５質量％以上０．４質量％以下、
Ｃｕ：０．１０質量％以上０．５質量％以下、
Ｍｇ：０．２質量％以上０．８質量％以下、
Ｎａ＋Ｋ：０．０２質量％以上０．３０質量％以下、及び
Ｆ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、
を含有し、
Ａｌ：０．１５質量％未満であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、及びＢ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、から選択された少なくとも一種を含有することが好ましい。

また、上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｓｂ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、及びＳｎ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、から選択された少なくとも一種を含有することが好ましい。

本発明によれば、溶接金属の耐食性が優れており、全姿勢溶接でのアーク安定性、ビード形状等の溶接作業性が良好であるとともに、優れた機械的特性を有する溶接金属を得ることができる、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できる。

図１は、全面腐食試験に用いた腐食試験装置を示す図である。 図２は、局部腐食試験に用いた腐食試験装置を示す図である。

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。

本発明者らは上記課題を解決するため、フラックス入りワイヤ中の酸化物成分や金属成分等の各種成分の含有量について鋭意検討を行った。その結果、溶接金属の耐食性が優れており、全姿勢溶接でのアーク安定性、ビード形状、スラグ剥離性等の溶接作業性が良好であるとともに、優れた機械的特性を有する溶接金属を得ることができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが得られることを見出した。

すなわち、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対して各化学成分が所定の含有量となるものである。以下、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。

〔１．フラックス入りワイヤ〕
本実施形態の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、本実施形態に係る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（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、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。また、フラックス入りワイヤは、ワイヤ表面（外皮の外側）にＣｕなどのメッキなどが施されていても、施されていなくてもよい。

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０．８～４．０ｍｍ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よい。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。

＜ＴｉＯ_２：３．５質量％以上７．０質量％以下＞
ＴｉＯ_２は、一般的にスラグ形成剤として添加される成分であり、アークの安定性を向上させ、ビード表面を均一に被覆してビード形状を向上させる作用を有する。
ＴｉＯ_２含有量が３．５質量％未満では、溶融金属を支えるだけのスラグ量を確保することができず、溶融金属の垂れ落ちが生じたり、スラグの被包性の悪化のため、ビード形状が悪化する。したがって、ワイヤ中のＴｉＯ_２含有量は３．５質量％以上とし、好ましくは４．０質量％以上、より好ましくは４．５質量％以上とする。
一方、ＴｉＯ_２含有量が７．０質量％を超えると、アークが不安定となり、スパッタの発生が増加する。また、スラグ量が増加するためスラグ形成厚さが過剰となり、ビード形状が劣化する。したがって、ワイヤ中のＴｉＯ_２含有量は７．０質量％以下とし、好ましくは６．５質量％以下、より好ましくは６．０質量％以下とする。
なお、ＴｉＯ_２含有量とは、ワイヤ中に含有される全てのＴｉ化合物の含有量をＴｉＯ_２に換算した値を意味する。例えば、上記ＴｉＯ_２換算値は、ワイヤ中に化合物の状態で含まれるＴｉが全てＴｉＯ_２であるとして求められる。

＜ＳｉＯ_２：０．３質量％以上１．５質量％以下＞
ＳｉＯ_２は、一般的にスラグ形成剤として添加される成分であり、アークの安定性を向上させる作用を有する。
ＳｉＯ_２含有量が０．３質量％未満では、アークが不安定となってスパッタの発生量が増加する。したがって、ワイヤ中のＳｉＯ_２含有量は０．３質量％以上とし、好ましくは０．４質量％以上、より好ましくは０．５質量％以上とする。
一方、ＳｉＯ_２含有量が１．５質量％を超えると、スラグが固くなりスラグ剥離性が低下する。したがって、ワイヤ中のＳｉＯ_２含有量は１．５質量％以下とし、好ましくは１．３質量％以下、より好ましくは１．０質量％以下とする。
なお、ＳｉＯ_２含有量とは、ワイヤ中に含有される全てのＳｉ化合物の含有量をＳｉＯ_２に換算した値を意味する。

＜ＺｒＯ_２：０．１質量％以上１．０質量％以下＞
ＺｒＯ_２は、ビードの平滑性を向上させる効果を有する成分である。
ＺｒＯ_２含有量が０．１質量％未満では、下向及び水平すみ肉溶接におけるビードの平滑性が低下しやすくなる。したがって、ワイヤ中のＺｒＯ_２含有量は０．１質量％以上とし、好ましくは０．２質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上とする。
一方、ＺｒＯ_２含有量が１．０質量％を超えると、水平すみ肉溶接において、等脚性が低下しやすくなり、また、立向姿勢でのビード形状が凸形状に近くなる。したがって、ワイヤ中のＺｒＯ_２含有量は１．０質量％以下とし、好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下とする。
なお、ＺｒＯ_２含有量とは、ワイヤ中に含有される全てのＺｒ化合物の含有量をＺｒＯ_２に換算した値を意味する。

＜Ａｌ_２Ｏ_３：０．１質量％以上０．７質量％以下＞
Ａｌ_２Ｏ_３は、スラグ凝固点を上昇させる作用を有する成分である。
Ａｌ_２Ｏ_３含有量が０．１質量％未満では、スラグ凝固点を上昇させる効果を得ることができず、溶融金属が垂れてしまう。したがって、ワイヤ中のＡｌ_２Ｏ_３含有量は０．１質量％以上とし、好ましくは０．２質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上とする。
一方、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が０．７質量％を超えると、ビード形状が劣化する。したがって、ワイヤ中のＡｌ_２Ｏ_３含有量は０．７質量％以下とし、好ましくは０．６質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下とする。
なお、Ａｌ_２Ｏ_３含有量とは、ワイヤ中に含有される全てのＡｌ化合物の含有量をＡｌ_２Ｏ_３に換算した値を意味する。

＜ＭｎＯ：０．０３質量％以上０．５０質量％以下＞
ＭｎＯは、溶融金属の粘性を低下させるとともに、流動性を向上させる効果を有する成分である。
ＭｎＯ含有量が０．０３質量％未満では、これらの効果を十分に得ることができず、母材とのなじみ性が低下し、ビード形状が悪化する。したがって、ワイヤ中のＭｎＯ含有量は０．０３質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．１０質量％以上とする。
一方、ＭｎＯ含有量が０．５０質量％を超えると、ヒューム及びスパッタの発生量が増加するとともに、溶融スラグの粘性が低下し、ビード形状が不良となる。したがって、ワイヤ中のＭｎＯ含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２０質量％以下とする。
なお、ＭｎＯ含有量とは、ワイヤ中に含有される全てのＭｎ化合物の含有量をＭｎＯに換算した値を意味する。

＜Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下＞
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分である。
Ｃ含有量が０．０１質量％未満では、上記効果を十分に得ることができず、溶接金属の耐力が低下する。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上、より好ましくは０．０３質量％以上とする。
一方、Ｃ含有量が０．１０質量％を超えると、溶接金属にマルテンサイトが島状に生成し、靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は、０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０７質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以下とする。
なお、Ｃ源としては、鋼製外皮に添加されるもののほか、フラックスに添加される、炭素量の多い鉄粉や合金粉、グラファイト、黒鉛、カーボンナノチューブのような炭素単体、デンプン、コーンスターチのような有機物などが挙げられる。

＜Ｓｉ：０．１質量％以上１．０質量％以下＞
Ｓｉは、溶接部の延性確保、ビード形状維持のためにワイヤに添加される成分である。
Ｓｉ含有量が０．１質量％未満では、脱酸不足のため溶接部の強度が低下し、靱性も低下する。また、ビード形状が悪くなり、特に立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中のＳｉ含有量は０．１質量％以上とし、好ましくは０．２質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上とする。
一方、Ｓｉ含有量が１．０質量％を超えると、溶接部の強度が過大になり、靱性が低下する。また、溶接部に高温割れが発生する。したがって、ワイヤ中のＳｉ含有量は１．０質量％以下とし、好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下とする。
なお、Ｓｉ含有量とは、ワイヤ中に含まれる金属の単体及び合金に含まれるＳｉの含有量の合計を意味する。Ｓｉ酸化物等の化合物中に含まれるＳｉは、前述のＳｉ含有量には含まれない。

＜Ｍｎ：０．５質量％以上３．５質量％以下＞
Ｍｎは、脱酸剤として溶接金属中の酸素をスラグとして除去し、機械的性質を向上させる効果を有する成分である。
Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では、上記効果を十分に得ることができない。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は０．５質量％以上とし、好ましくは１．０質量％以上、より好ましくは１．５質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有量が３．５質量％を超えると、溶接金属の強度が過大になり、靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は３．５質量％以下とし、好ましくは３．０質量％以下、より好ましくは２．５質量％以下とする。
なお、Ｍｎ含有量とは、ワイヤ中に含まれる金属の単体及び合金に含まれるＭｎの合計を意味する。

＜Ｍｏ：０．０５質量％以上０．４質量％以下＞
Ｍｏは、タンカー油槽部底板における溶接金属部の孔食を抑制するだけではなく、タンカー上甲板裏面における溶接金属部の耐全面腐食を抑制する効果を有する成分である。Ｍｏがこのような耐食性向上効果を有する理由としては、鋼板の腐食に伴ってＭｏＯ_４ ^２－が生成し、このＭｏＯ_４ ^２－の存在によって、塩化物イオンの鋼板表面への侵入が抑制されるからと考えられる。
Ｍｏ含有量が０．０５質量％未満では、上記の効果を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＭｏ含有量は０．０５質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上、より好ましくは０．１５質量％以上とする。
一方、Ｍｏ含有量が０．４質量％を超えると、上記効果が飽和するばかりではなく、高温割れの発生や溶接金属部の靱性低下などの問題を引き起こす。したがって、ワイヤ中のＭｏ含有量は０．４質量％以下とし、好ましくは０．３質量％以下、より好ましくは０．２質量％以下とする。
なお、Ｍｏ含有量とは、ワイヤ中に含まれる金属の単体及び合金に含まれるＭｏの含有量の合計を意味する。

＜Ｃｕ：０．１０質量％以上０．５質量％以下＞
Ｃｕは、腐食によって生成した錆中に存在して耐食性を高める効果がある。
Ｃｕ含有量が０．１０質量％未満では、溶接金属の耐食性を高める効果を得ることができない。したがって、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．１０質量％以上とし、好ましくは０．１５質量％以上、より好ましくは０．２０質量％以上とする。
一方、Ｃｕ含有量が０．５質量％を超えると、耐食性を向上させる効果が飽和するばかりではなく、高温割れの発生や溶接金属部の靱性低下などの問題を引き起こす。したがって、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．５質量％以下とし、好ましくは０．４質量％以下、より好ましくは０．３質量％以下とする。

＜Ｍｇ：０．２質量％以上０．８質量％以下＞
Ｍｇは、脱酸元素であり、溶接金属の靱性向上に効果がある。
Ｍｇ含有量が０．２質量％未満では、十分な脱酸効果が得られず、溶接金属の靱性向上は期待できない。したがって、ワイヤ中のＭｇ含有量は０．２質量％以上とし、好ましくは０．３質量％以上、より好ましくは０．４質量％以上とする。
一方、Ｍｇ含有量が０．８質量％を超えると、スパッタ量が増加し、溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中のＭｇ含有量は０．８質量％以下とし、好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．６質量％以下とする。
なお、Ｍｇ含有量とは、ワイヤ中に含まれる金属単体及び合金に含まれるＭｇの含有量の合計を意味する。

＜Ｎａ＋Ｋ：０．０２質量％以上０．３０質量％以下＞
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アーク安定剤として、いずれか一方又は両方をフラックス中に添加する。ここで、Ｎａ＋Ｋは、Ｎａ化合物及びＫ化合物に含まれるＮａ及びＫの合計の含有量を意味する。
Ｎａ＋Ｋが総量で０．０２質量％未満では、アークの安定化効果が小さく、スパッタ発生量が多くなる。したがって、ワイヤ中のＮａ＋Ｋは０．０２質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上、より好ましくは０．１０質量％以上とする。
一方、Ｎａ＋Ｋが総量で０．３０質量％を超えると、ビード形状が劣化する。したがって、ワイヤ中のＮａ＋Ｋは０．３０質量％以下とし、好ましくは０．２０質量％以下、より好ましくは０．１５質量％以下とする。

＜Ｆ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下＞
フッ化物は、溶融プールに侵入した水素ガスの放出を促進する効果を有する。ここで、Ｆは、フッ化物のＦ換算値である。
Ｆ含有量が０．０１質量％未満では、上記効果が低下し、溶接金属中の拡散性水素量が増加するため、溶接金属の低温割れが発生しやすくなる。したがって、ワイヤ中のＦ含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０３質量％以上、より好ましくは０．０５質量％以上とする。
一方、Ｆ含有量が０．２０質量％を超えると、スパッタの発生量が増加して、溶接作業性が低下する。したがって、ワイヤ中のＦ含有量は０．２０質量％以下とし、好ましくは０．１５質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下とする。

＜Ａｌ：０．１５質量％未満＞
Ａｌは、脱酸剤として作用する元素である。
Ａｌが０．１５質量％を超えて過剰にワイヤ中に含有されると、介在物起点のアシキュラーフェライトの生成が低調となり、溶接金属の低温靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＡｌ含有量は０．１５質量％未満とし、０．１０質量％未満に制限することが好ましく、０．０５質量％未満に制限することがより好ましい。
なお、Ａｌ含有量とは、ワイヤ中に含まれる金属のＡｌ単体及び合金に含まれるＡｌ含有量の合計を意味する。

＜Ｔｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、さらに、任意成分として、Ｔｉを含有してもよい。ワイヤにＴｉを含有させることにより、得られる溶接金属の靱性を向上させることができる。
Ｔｉ含有量が０．０５質量％以上であれば、上記効果を得ることができる。したがって、ワイヤ中にＴｉを含有させる場合、ワイヤ中のＴｉ含有量は０．０５質量％以上とすることが好ましく、０．１０質量％以上とすることがより好ましく、０．１５質量％以上とすることが更に好ましい。
一方、Ｔｉ含有量が０．５０質量％以下であれば、得られる溶接金属の靱性と強度をバランスよく向上させることができる。したがって、ワイヤ中にＴｉを含有させる場合、ワイヤ中のＴｉ含有量は０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．３０質量％以下とすることがより好ましく、０．２０質量％以下とすることが更に好ましい。
なお、Ｔｉ含有量とは、ワイヤ中に含まれる金属の単体及び合金の状態のＴｉに含まれるＴｉの合計を意味する。

＜Ｂ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、さらに、任意成分として、Ｂを含有してもよい。ワイヤにＢを含有させることにより、得られる溶接金属の靱性を向上させることができる。Ｂは化合物の形態で含有される。
Ｂ含有量が０．００１質量％以上であれば、上記効果を得ることができる。したがって、ワイヤ中のＢ含有量は０．００１質量％以上とすることが好ましく、０．００３質量％以上とすることがより好ましく、０．００５質量％以上とすることが更に好ましい。
一方、Ｂ含有量が０．０２０質量％以下であれば、溶接金属の耐高温割れ性の低下を抑制することができる。したがって、ワイヤ中にＢを含有させる場合、ワイヤ中のＢ含有量は０．０２０質量％以下とすることが好ましく、０．０１５質量％以下とすることがより好ましく、０．０１０質量％以下とすることが更に好ましい。

＜Ｓｂ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、及びＳｎ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下から選択された少なくとも一種＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、さらに、任意成分として、Ｓｂ及びＳｎから選択された少なくとも一種を含有してもよい。Ｓｂ及びＳｎは、タンカー油槽部底板における溶接金属部の孔食を抑制するだけではなく、タンカー上甲板裏面における溶接金属部の耐全面腐食を抑制する効果を有する成分である。上記効果を得るためには、Ｓｂ及びＳｎから選択された少なくとも一種が所定の含有量でワイヤ中に含有されていることが好ましい。
Ｓｂ及びＳｎのいずれか一方又は両方が、Ｓｂ含有量が０．０１質量％以上又はＳｎ含有量が０．０１質量％以上の範囲でワイヤ中に含有されていれば、上記の効果を得ることができる。したがって、ワイヤ中にＳｂが含有される場合、ワイヤ中のＳｂ含有量は０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．０２質量％以上とすることがより好ましく、０．０３質量％以上とすることが更に好ましい。また、ワイヤ中にＳｎが含有される場合、ワイヤ中のＳｎ含有量は０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．０２質量％以上とすることがより好ましく、０．０３質量％以上とすることが更に好ましい。

一方、Ｓｂ含有量が０．２０質量％以下、及びＳｎ含有量が０．２０質量％以下であれば、上記効果が飽和することなく、高温割れの発生や溶接金属部の靱性低下などの問題が引き起こされるのを抑制することができる。したがって、ワイヤ中にＳｂが含有される場合、ワイヤ中のＳｂ含有量は０．２０質量％以下とすることが好ましく、０．１５質量％以下とすることがより好ましく、０．１０質量％以下とすることが更に好ましい。また、ワイヤ中にＳｎが含有される場合、ワイヤ中のＳｎ含有量は０．２０質量％以下とすることが好ましく、０．１５質量％以下とすることがより好ましく、０．１０質量％以下とすることが更に好ましい。
なお、Ｓｂ含有量、Ｓｎ含有量とは、ワイヤ中に含まれる金属Ｓｂ、Ｓｎ単体及びＳｂ合金、Ｓｎ合金に含まれるＳｂ、Ｓｎの含有量の合計を意味する。

＜Ｆｅ：８０質量％以上＞
Ｆｅは、フラックス入りワイヤの主要成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、ワイヤ中のＦｅ含有量は、ワイヤ全質量あたり８０質量％以上であることが好ましく、８３質量％以上であることがより好ましく、８５質量％以上であることが更に好ましい。また、ワイヤ中のＦｅ含有量は、ワイヤ全質量あたり９３質量％以下であることが好ましく、９０質量％以下であることがより好ましい。

＜残部＞
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る。
なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上述の含有量を規定した成分及びＦｅを合計で、ワイヤ全質量に対し９５質量％以上とすることが好ましい。

＜その他：フラックス充填率＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックス充填率（＝フラックス質量／ワイヤ全質量×１００）は、特に限定されない。
ただし、フラックス充填率が１０質量％未満であると、アークの安定性が悪くなるとともにスパッタ発生量が増加し、溶接作業性が低下することがあるため、フラックス充填率は好ましくは１０質量％以上とし、より好ましくは１２質量％以上とする。
一方、フラックス充填率が３０質量％を超えると、ワイヤの断線が発生したり、フラックスの充填中に粉がこぼれ落ちたりする等、生産性が低下することから、フラックス充填率は好ましくは３０質量％以下とし、より好ましくは２５質量％以下とする。

［２．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は特に限定されないが、例えば、以下に示す方法が挙げられる。
まず、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１．２～２．０ｍｍ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、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。

［フラックス入りワイヤの製造］
原料を適宜配合したフラックスを、鋼製外皮中に充填し、ワイヤ全質量に対するフラックスの割合が１２～２５質量％となるようにして、ワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作製した。下記表１～３に、発明例及び比較例のフラックス入りワイヤ中の化学成分の含有量（質量％）を示す。
なお、表１～３に示す各化学成分の含有量は、ワイヤ全質量あたりの含有量（質量％）である。また、残部は不可避的不純物である。さらに、表１～３において、各成分組成における“－”なる表記は、組成分析における検出限界値以下であることを意味する。

［フラックス入りワイヤの評価］
作製したワイヤを用い、以下に示す各溶接条件でガスシールドアーク溶接を実施し、溶接作業性を評価するとともに、得られた溶接金属の耐食性及び機械的性質を評価した。

（耐食性評価用の溶接条件）
供試鋼板：上甲板用耐食鋼及び底板用耐食鋼、２５ｍｍ×（１５０＋１５０）ｍｍ×５００ｍｍ
開先形状：４０°Ｖ開先、ルートギャップ４ｍｍ
裏当て材：セラミックバッキング
溶接方法：半自動溶接
溶接姿勢：下向き
電流－電圧：１８０Ａ－２５Ｖ（初層）、２８０Ａ－３２Ｖ（２層目以降）

（機械性能評価用の溶接条件）
供試鋼板：ＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＭ４９０Ａ、２０ｍｍ×（１２０＋１２０）ｍｍ×３００ｍｍ
開先形状：２０°Ｖ開先、ルートギャップ１６ｍｍ
裏当て材：ＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＳ４００
溶接方法：半自動溶接
溶接姿勢：下向き
電流－電圧：２８０Ａ－３２Ｖ

＜溶接作業性＞
≪アーク安定性≫
上記溶接条件によりガスシールドアーク溶接を実施し、溶接時のアーク安定性を評価した。アーク安定性の評価は、アーク安定性が良好であったものを「○」（良好）、アークが不安定となったものを「×」（不良）とした。

≪ビード形状≫
上記溶接条件によりガスシールドアーク溶接を実施した後、得られた溶接部を観察することにより、ビード形状を評価した。ビード形状は目視により評価し、ビード形状が平滑で良好であったものを「○」（良好）、凸形状や垂れた形状等となり不良となったものを「×」（不良）とした。

≪スラグ剥離性≫
上記溶接条件によりガスシールドアーク溶接を実施した後、得られた溶接部を観察することにより、スラグ剥離性を評価した。スラグ剥離性は、溶接ビード上全体にスラグがかぶっており、極めて除去しやすい状態であったものを「○」（良好）、溶接ビード上全体にスラグがかぶっていない、又はスラグを除去しにくかったものを「×」（不良）とした。

その後、溶接作業性が良好だったものについては、以下に記載する耐食性試験及び機械的性質試験を実施した。
＜耐食性＞
以下の要領で、上甲板裏を模擬した全面腐食試験と、タンカー底板環境を模擬した局部腐食（孔食）試験を行った。

（１）「タンカー上甲板環境を模擬した全面腐食試験」
タンカー上甲板裏面における全面腐食に対する耐食性を評価するため、上記表１～３に示すワイヤＮｏ．１～５８を使用した厚鋼板溶接継手から試験片を作製し、全面腐食試験を実施した。
全面腐食試験用試験片は、厚鋼板溶接継手の板厚１／４の位置において、溶接金属のみから幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚さ５ｍｍの矩形の小片を切り出し、その表面を６００番手のエメリー紙で研磨し、裏面及び端面は腐食しないよう、テープでシールすることにより作製した。

図１は、全面腐食試験に用いた腐食試験装置を示す。
腐食試験装置は、腐食試験槽２と温度制御プレート３とから構成されており、腐食試験槽２には温度が３６℃に保持された水６が注入されている。また、水６中には、１２体積％のＣＯ_２、５体積％のＯ_２、０．０１体積％のＳＯ_２及び０．３体積％のＨ_２Ｓを含有し、残部がＮ_２からなる混合ガス（導入ガス４）を導入するとともに、腐食試験槽２の上部から排出ガス５を排出させ、腐食試験槽２内を過飽和の水蒸気で充満することにより、原油タンク上甲板裏の腐食環境を再現した。
全面腐食試験は、腐食試験槽２の上裏面にセットした腐食試験片１に、ヒーターと冷却装置を内蔵した温度制御プレート３を介して２５℃×３時間＋５０℃×２１時間を１サイクルとする温度変化を１８０日間繰り返して付与し、試験片１の表面に結露水を生じさせて、全面腐食を起こさせる環境とした。

上記全面腐食試験後、各試験片表面の錆を除去し、試験前後の質量を測定して、腐食による質量の減少量を求め、この値から１年当たりの板厚減少量（片面の腐食速度）に換算することにより耐全面腐食性を評価した。
なお、これまでの知見から、本願発明のワイヤを用いた溶接の対象となる原油タンク用耐食鋼材母材の全面腐食速度は０．０８ｍｍ／年以下であることが分かっているため、上記試験による板厚減量の換算値が０．０８ｍｍ／年以下であったものを耐全面腐食性が良好（○）であるとし、０．０８ｍｍ／年を超えたものを耐全面腐食性が不良（×）であると評価した。上記耐全面腐食性の評価結果が良好であれば、溶接部のみでの著しい腐食を抑制することができる。

（２）「タンカー油槽部底板環境を模擬した局部腐食（孔食）試験」
タンカー油槽部底板における孔食に対する耐食性を評価するため、上記表１～３に示すワイヤＮｏ．１～５８を使用した厚鋼板溶接継手から試験片を作製し、局部腐食（孔食）試験を実施した。
局部腐食試験用試験片は、厚鋼板溶接継手の板厚１／４の位置において、溶接金属のみから幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚さ５ｍｍの矩形の小片を切り出し、その全面を６００番手のエメリー紙で研磨することにより作製した。

図２は、局部腐食試験に用いた腐食試験装置を示す。
腐食試験装置は、腐食試験槽８、恒温槽９の二重型の槽となっており、腐食試験槽８には試験溶液１０が入れられている。試験溶液１０は、１０質量％のＮａＣｌ水溶液を、濃塩酸を用いてＣｌイオン濃度が１０質量％、ｐＨが０．８５となるように調製した。なお、試験溶液１０の温度は、恒温槽９に入れた水１２の温度を調整することで保持されるものとした。そして、局部腐食試験用試験片７の上部に直径が３ｍｍとなる孔を開け、この孔にテグス１１を通して試験溶液１０に浸漬するように吊るし、１試験片につき２リットルの試験溶液中に１６８時間浸漬することにより局部腐食試験を実施した。試験溶液１０は、予め３０℃に加温・保持し、２４時間毎に新しい試験溶液と交換した。

上記局部腐食試験後、試験片表面に生成した錆を除去し、試験前後の質量を測定して、腐食による質量の減少量を試験片の全表面積で割り、１年当たりの板厚減少量（両面の腐食速度）に換算することにより耐局部腐食性を評価した。
なお、これまでの知見から、本願発明のワイヤを用いた溶接の対象となる原油タンク用耐食鋼材母材の局部腐食速度は０．１０ｍｍ／年以下であることが分かっているため、上記試験による板厚減量の換算値が０．１０ｍｍ／年以下であったものを耐局部腐食性が良好（○）であるとし、０．１０ｍｍ／年を超えたものを耐局部腐食性が不良（×）であると評価した。上記耐局部腐食性の評価結果が良好であれば、溶接部のみでの著しい腐食を抑制することができる。

＜機械的性質＞
ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準拠し溶接金属から試験片を作製し、引張試験により引張強度（ＴＳ）を測定するとともに、衝撃試験により－２０℃吸収エネルギー（ｖＥ_－２０℃）を測定し、機械的性質を評価した。引張試験片はタイプＩＡ０号、衝撃試験片はＶノッチ試験片とした。なお、引張強度ＴＳは５１０ＭＰａ以上であったものを良好（○）とし、５１０ＭＰａ未満であったものを不良（×）であると評価した。また、－２０℃吸収エネルギーｖＥ_－２０℃は４７Ｊ以上であったものを良好（○）とし、４７Ｊ未満であったものを不良（×）であると評価した。なお、溶接作業性が不良であったものについては、機械的性質の評価を実施しなかったため、“－”とした。
上記各試験の評価結果について、下記表４～６に示す。

上記表１～６に示すように、発明例Ｎｏ．１～４３は、ワイヤ中に含有される全ての成分組成が本発明範囲であるワイヤにより溶接したものであるため、良好な溶接作業性で溶接を行うことができ、耐食性及び機械的性質も優れた結果となった。

一方、比較例Ｎｏ．１は、ワイヤ中のＭｎＯ含有量が本発明範囲の下限値未満であるため、ビード形状が不良となった。また、ワイヤ中のＭｏ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、耐全面腐食性の評価結果が悪いものとなった。
比較例Ｎｏ．２～６及び１３は、ワイヤ中のＴｉＯ_２含有量、ＳｉＯ_２含有量、ＺｒＯ_２含有量、Ａｌ_２Ｏ_３含有量、ＭｎＯ含有量及びＮａ＋Ｋのいずれか一種が本発明範囲の下限未満であるため、溶接作業性の評価のうち、少なくとも一つが不良となった。

比較例Ｎｏ．７～９、１２、１４及び１５は、ワイヤ中のＣ含有量、Ｓｉ含有量、Ｍｎ含有量、Ｍｇ含有量、Ｆ含有量及びＡｌ含有量のいずれか一種が本発明範囲から外れているため、機械的性質が低下した。
また、比較例Ｎｏ．１０及び１１は、ワイヤ中のＭｏ含有量又はＣｕ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、耐食性が低下した。

１、７ 試験片
２、８ 腐食試験槽
３ 温度制御プレート
４ 導入ガス
５ 排出ガス
６、１２ 水
９ 恒温槽
１０ 試験溶液
１１ テグス

Claims (3)

1. 鋼製外皮にフラックスが充填された、耐食鋼用の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、
   ＴｉＯ_２：３．５質量％以上７．０質量％以下、
   ＳｉＯ_２：０．３質量％以上１．５質量％以下、
   ＺｒＯ_２：０．１質量％以上１．０質量％以下、
   Ａｌ_２Ｏ_３：０．１質量％以上０．７質量％以下、
   ＭｎＯ：０．０３質量％以上０．５０質量％以下、
   Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、
   Ｓｉ：０．１質量％以上１．０質量％以下、
   Ｍｎ：０．５質量％以上３．５質量％以下、
   Ｍｏ：０．０５質量％以上０．４質量％以下、
   Ｃｕ：０．１０質量％以上０．５質量％以下、
   Ｍｇ：０．２質量％以上０．８質量％以下、
   Ｎａ＋Ｋ：０．０２質量％以上０．３０質量％以下、及び
   Ｆ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、
   を含有し、
   Ａｌ：０．１５質量％未満であり、
   残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
2. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   Ｔｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、及び
   Ｂ：０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
   から選択された少なくとも一種を含有する、請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
3. さらに、ワイヤ全質量あたり、
   Ｓｂ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、及び
   Ｓｎ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、
   から選択された少なくとも一種を含有する、請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

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