JP3850825B2

JP3850825B2 - サブマージアーク溶接用溶融型フラックス

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Publication number: JP3850825B2
Application number: JP2003361788A
Authority: JP
Inventors: 圭人石▲崎▼; 繁樹西山
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: CN1608791A; JP2005125345A; CN1276816C

Description

本発明は、ラインパイプ及び構造用パイプ等の大径鋼管の溶接に好適な高速サブマージアーク溶接に使用されるサブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関する。

天然ガス及び石油等を輸送するパイプラインに使用される鋼管の溶接においては、造管効率を向上させるために溶接速度の高速化が進められており、それに伴い、アンダーカット及びスラグ巻き込み等の溶接欠陥発生率の増大及び溶接金属酸素量の増加による溶接金属の靭性劣化等の問題が発生している。従来、このような大径の鋼管をシーム溶接する際には、高速溶接が可能な多電極サブマージアーク溶接法による両面一層溶接が適用されているが、この多電極サブマージアーク溶接法による両面一層溶接は、アンダーカット及びスラグ巻き込み等の溶接欠陥が発生しやすいという問題点がある。

そこで、鋼管の高速溶接における溶接欠陥の発生を軽減する方法が提案されている（例えば、特許文献１乃至６参照。）。特許文献１乃至６に記載の溶接方法では、多電極を使用し、溶接金属に磁気攪拌を与えながら溶接することにより、欠陥の軽減を図っている。

また、近時、パイプラインの操業圧力を増加させて輸送効率の向上を図るために、溶接金属の高強度化及び高靭性化が求められており、これらを同時に達成できる技術確立が望まれている。特に、寒冷地での使用にも耐えうる低温靱性が優れた溶接金属が得られる高速溶接方法が求められている。一般に、溶接金属の靭性を向上させるための方法としては、フラックスの塩基性を高くして溶接金属中の酸素含有量を低減させる方法が知られている。しかしながら、フラックスの塩基性を高くすると、ビード外観及びスラグの剥離性等が低下して、アンダーカット及びスラグ巻き込み等の溶接欠陥が増加する傾向がある。特に、高速溶接においてはその傾向が顕著になるため、この方法で靭性の向上及び高速溶接化の両方を実現することは困難であった。

従来、溶接金属の低温靭性を向上させるために溶接材料の検討がなされている（例えば、特許文献７参照。）。特許文献７においては、フラックスの成分を規定することにより、高速サブマージアーク溶接に適用した場合でも、溶接作業性が良好で低温靭性が優れた溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用溶融型フラックスが提案されている。

特開平９−８５４４０号公報特開平９−２７７０４３号公報特開平９−２３９５３６号公報特開平１０−４３８５９号公報特開平１０−２５８３６３号公報特開平１０−２５８３６４号公報特公平５−３８６７７号公報

しかしながら、上述した従来の技術には以下に示す問題点がある。先ず、特許文献１乃至６に記載の溶接方法は、溶接金属を磁気撹拌するための磁場を形成する設備が必要になるため、製造コストが増加する。また、特許文献１乃至６においては、溶接金属の靭性を向上させるための工夫がなされていない。

また、特許文献７に記載のフラックスは、２電極溶接法に関するフラックスであり、近時、溶接効率を向上させるために溶接速度が更に高速化されており、現在要求されている靱性に対して十分な性能であるとは言い難い。このため、サブマージアーク溶接用溶融型フラックスには、更なる性能向上が求められている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接金属の低温靱性が優れ、且つ両面一層の高速溶接における溶接作業性が優れたサブマージアーク溶接用溶融型フラックスを提供することを目的とする。

本発明のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、フラックス全質量あたり、ＣａＯ：１５乃至２１質量％、ＣａＦ_２：１１乃至１９質量％、ＭｇＯ：７乃至１４質量％、ＳｉＯ_２：２８乃至３５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：９乃至１７質量％、ＭｎＯ：６乃至１２質量％、ＦｅＯ：０．２乃至１．５質量％、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏ：総量で０．５乃至１．８質量％、Ｂ_２Ｏ_３：１．０質量％以下を含有し、ＴｉＯ_２を４質量％以下に規制し、ＣａＯ含有量（質量％）を［ＣａＯ］、ＭｇＯ含有量（質量％）を［ＭｇＯ］、ＣａＦ_２含有量（質量％）を［ＣａＦ_２］、Ｎａ_２Ｏ含有量（質量％）を［Ｎａ_２Ｏ］、Ｋ_２Ｏ含有量（質量％）を［Ｋ_２Ｏ］、ＳｉＯ_２含有量（質量％）を［ＳｉＯ_２］、ＦｅＯ含有量（質量％）を［ＦｅＯ］、ＴｉＯ_２含有量（質量％）を［ＴｉＯ_２］、Ａｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）を［Ａｌ_２Ｏ_３］、ＭｎＯ含有量（質量％）を［ＭｎＯ］としたとき、下記数式１により与えられる［Ｍ］が１．００乃至１．５０であることを特徴とする。

本発明においては、フラックス中に含まれ、溶接作業性に影響を及ぼすＣａＯ、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＴｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３の含有量を上述の範囲にしているため、溶接作業性が向上すると共に欠陥の発生が抑制される。更に、溶接金属中の酸素濃度に影響を及ぼす成分の含有量により規定され、上記数式１により与えられる［Ｍ］を１．００乃至１．５０にしているため、従来のフラックスに比べて、溶接金属中の酸素量が低減し、低温靱性が向上する。

本発明によれば、ＣａＯ、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ及びＴｉＯ_２の含有量を適正化することにより、高速溶接における溶接作業性を向上させることができ、また、ＣａＯ、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ及びＴｉＯ_２の含有量から求められるＭの値を規定することにより溶接金属中の酸素量が低減すると共に、Ｂ_２Ｏ_３の含有量を適正化することにより溶接金属の焼入れ性が向上するため、溶接金属の低温靱性を向上させることができる。

以下、本発明に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。本発明者等は、上述の目的を達成するために鋭意実験研究した結果、フラックスの塩基性と溶接金属の低温靭性に影響を及ぼす酸素量との関係を導き出し、更には、高速溶接における作業性が優れ、低温靭性が優れた溶接金属が得られるフラックス組成を見出した。具体的には、本発明者等は、溶接速度の更なる高速化及びそれに伴う設備コストの増大の両面を考慮して、３又は４電極溶接について検討を行った結果、サブマージアーク溶接用溶融型フラックスの組成を、以下に示す範囲にすることにより、溶接金属中の酸素量が低減し、溶接金属の高靭性化及び高速溶接における作業性の向上を実現できることを見出した。

以下、本発明に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの成分組成の限定理由について説明する。

ＣａＯ：１５乃至２１質量％
ＣａＯは塩基性成分であり、溶融スラグの粘性及び融点を調節するために有効な成分であると共に溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ＣａＯ含有量が１５質量％未満の場合、溶融スラグの粘性が不足して、ビード蛇行が発生しやすくなる。また、溶接金属の酸素量を低減する効果が低下して、溶接金属中の酸素量が増加する。一方、ＣａＯ含有量が２１質量％を超えると、フラックスが結晶質化するため、耐吸湿性が劣化してポックマークが発生しやすくなる。従って、ＣａＯ含有量は１５乃至２１質量％とする。なお、ＣａＯ含有量は、１６乃至２１質量％とすることがより好ましい。これにより、溶接金属の酸素量を低減させる効果が向上する。

ＣａＦ _２：１１乃至１９質量％
ＣａＦ_２もまた塩基性成分であり、溶融スラグの粘性及び融点を調節するために有効な成分である。ＣａＦ_２含有量が１１質量％未満であると、スラグの粘性が高くなり、ビードが凸状になる。一方、ＣａＦ_２含有量が１９質量％を超えると、アンダーカット及びスラグ巻き込みが発生しやすくなると共にスラグ剥離性が劣化する。従って、ＣａＦ_２含有量は１１乃至１９質量％とする。

ＭｇＯ：７乃至１４質量％
ＭｇＯもまた塩基性成分であり、溶融スラグの粘性及び融点を調整するために有効な成分であると共に溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ＭｇＯ含有量が７質量％未満の場合、溶融スラグの粘性が不足して、ビード蛇行が発生しやすくなる。また、溶融金属中の酸素を低減させるための十分な効果が得られない。一方、ＭｇＯ含有量が１４質量％を超えると、フラックスが結晶質化するため、耐吸湿性が劣化してポックマークが発生しやすくなる。従って、ＭｇＯ含有量は７乃至１４質量％とする。

ＳｉＯ _２：２８乃至３５質量％
ＳｉＯ_２は酸性成分であり、溶融スラグの粘性及び融点を調整するために有効な成分である。ＳｉＯ_２含有量が２８質量％未満であると、溶融スラグの粘性が不足して、ビード蛇行が発生しやすくなる。一方、ＳｉＯ_２含有量が３５質量％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなり、ビードが凸状になる。従って、ＳｉＯ_２含有量は２８乃至３５質量％とする。

Ａｌ _２Ｏ _３：９乃至１７質量％
Ａｌ_２Ｏ_３は、溶融スラグの粘性及び融点を調整するために有効な成分である。Ａｌ_２Ｏ_３含有量が９質量％未満の場合、溶融スラグの粘性が不足して、ビード蛇行が発生しやすくなる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１７質量％を超えると、フラックスの粘性が高くなり過ぎてビードが凸状になると共に、スラグの融点が高くなり過ぎてスラグ巻込みが発生しやすくなる。従って、Ａｌ_２Ｏ_３含有量は９乃至１７質量％とする。

ＭｎＯ：６乃至１２質量％
ＭｎＯは、溶融スラグの粘性及び融点を調整するために有効な成分である。ＭｎＯ含有量が６質量％未満であると、溶融スラグの粘性が不足して、ビード蛇行が発生しやすくなる。一方、ＭｎＯ含有量が１２質量％を超えると、ビード表面が鱗状になると共にスラグ焼付きが発生する。従って、ＭｎＯ含有量は６乃至１２質量％とする。また、ＭｎＯは、下記数式２により求められるＩＩＷ（国際溶接学会：International Institute of Welding）推奨の塩基度（Ｂ_ＩＩＷ：以下、ＩＩＷ塩基度という）（N. N. POTAPOV、外１名，「A QUANTITATIVE EVALUATION OF THE BASICITY OF WELDING FLUXES」，WELDING PRODUCTUON，１９７８年，第２５巻，第９号，ｐ．３９−４２参照）により分類すると、フラックスの塩基度を高め、溶接金属の酸素量を低減する成分とされているが、本発明者等が検討した結果、上述の範囲内においては、ＭｎＯ含有量が増加するに従い溶接金属中の酸素量が増加する傾向が認められた。このため、本発明においては、ＭｎＯは溶接金属中の酸素量を増加させる成分、即ち、フラックスの塩基度を低下させる成分として扱う。

なお、上記数式２における［ＣａＦ_２］はフラックス中のＣａＦ_２含有量（質量％）、［ＣａＯ］はＣａＯ含有量（質量％）、［ＭｇＯ］はＭｇＯ含有量（質量％）、［Ｎａ_２Ｏ］はＮａ_２Ｏ含有量（質量％）、［Ｋ_２Ｏ］はＫ_２Ｏ含有量（質量％）、［ＢａＯ］はＢａＯ含有量（質量％）、［ＭｎＯ］はＭｎＯ含有量（質量％）、［ＦｅＯ］はＦｅＯ含有量（質量％）、［ＳｉＯ_２］はＳｉＯ_２含有量（質量％）、［Ａｌ_２Ｏ_３］はＡｌ_２Ｏ_３含有量、［ＴｉＯ_２］はＴｉＯ_２含有量、［ＦｅＯ］はＦｅＯ含有量（質量％）である。

ＦｅＯ：０．２乃至１．５質量％
ＦｅＯは、ビード幅を安定化させるために有効な成分であり、微量の添加でその効果が得られる。但し、ＦｅＯ含有量が０．２質量％未満であると、ビード蛇行が発生しやすくなる。一方、ＦｅＯ含有量が１．５質量％を超えると、ビード表面が鱗状になると共に、スラグの焼付きが発生する。従って、ＦｅＯ含有量は０．２乃至１．５質量％とする。なお、ＦｅＯはＩＩＷの塩基度で分類すると、フラックスの塩基性を高める成分とされているが、本発明者等が検討した結果、上述の範囲内においては、ＦｅＯ含有量が増加するに従い溶接金属中の酸素量が増加する傾向が認められた。このため、本発明においては、ＦｅＯは、前述のＭｎＯと同様に溶接金属中の酸素量を増加させる成分、即ち、フラックスの塩基性を低下させる成分として扱う。

Ｎａ _２Ｏ、Ｋ _２Ｏ：総量で０．５乃至１．８質量％
Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、塩基性成分であり、溶接金属中の酸素量を低減させる効果があると共に、アーク安定剤としても有効な成分である。Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの総含有量が０．５質量％未満であると、アークが不安定になり、ビード蛇行が発生しやすくなる。一方、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの総含有量が１．８質量％を超えると、耐吸湿性が劣化してポックマークが発生する。従って、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの総含有量は０．５乃至１．８質量％とする。なお、本発明のフラックスにおいては、必ずしもＮａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの両方が含まれていなくてもよく、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの少なくとも一方が含まれていればよい。

Ｂ _２Ｏ _３：１．０質量％以下
Ｂ_２Ｏ_３は、還元されてＢになり、溶接金属の焼入れ性を高め、靭性を向上させる効果がある。但し、Ｂ_２Ｏ_３含有量が１．０質量％を超えると、溶接金属中のＢ量が多くなり過ぎて過剰な焼入れ組織を形成するため、溶接金属の靭性が劣化する。従って、Ｂ_２Ｏ_３含有量は１．０質量％以下にする。

但し、Ｂはフラックス及びワイヤのいずれかに含まれていればよく、例えば、ワイヤに必要な量のＢが添加されている場合は、フラックスにはＢ_２Ｏ_３が含まれていなくてもよい。ワイヤ及びフラックスにおけるＢ含有量としては、フラックス中のＢ_２Ｏ_３含有量（質量％）を［Ｂ_２Ｏ_３］とし、下記数式３から求められるワイヤ中のＢ含有量（質量％）を［Ｂ_Ｗ］としたとき、下記数式４により与えられる［Ｂ］が０．００１乃至０．０１０であることが好ましい。

なお、上記数式３におけるＢ_ＬはＬ極ワイヤのＢ含有量（質量％）、Ｂ_Ｔ１はＴ１極ワイヤのＢ含有量（質量％）、Ｂ_Ｔ２はＴ２極ワイヤのＢ含有量（質量％）、Ｂ_Ｔ３はＴ３極ワイヤのＢ含有量（質量％）であり、また、Ｉ_ＬはＬ極ワイヤの溶接電流（Ａ）、Ｉ_Ｔ１はＴ１極ワイヤの溶接電流（Ａ）、Ｉ_Ｔ２はＴ２極ワイヤの溶接電流（Ａ）、Ｉ_Ｔ３はＴ３極ワイヤの溶接電流（Ａ）である。

ＴｉＯ _２：４質量％以下
ＴｉＯ_２は溶融スラグの融点を上昇させる成分である。特に、ＴｉＯ_２含有量が４質量％を超えると、融点付近で粘度が急激に高くなるため、スラグ巻き込みが発生しやすくなる。従って、ＴｉＯ_２含有量は４質量％以下に規制する。

［Ｍ］：１．００乃至１．５０
また、本発明においては、下記数式５により表される［Ｍ］を１．００乃至１．５０にする。

なお、上記数式５における［ＣａＯ］はＣａＯ含有量（質量％）、［ＭｇＯ］はＭｇＯ含有量（質量％）、［ＣａＦ_２］はＣａＦ_２含有量（質量％）、［Ｎａ_２Ｏ］はＮａ_２Ｏ含有量（質量％）、［Ｋ_２Ｏ］はＫ_２Ｏ含有量（質量％）、［ＳｉＯ_２］はＳｉＯ_２含有量（質量％）、［ＦｅＯ］はＦｅＯ含有量（質量％）、［ＴｉＯ_２］はＴｉＯ_２含有量（質量％）、［Ａｌ_２Ｏ_３］はＡｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）、［ＭｎＯ］はＭｎＯ含有量（質量％）である。

溶接金属の靭性を向上させるための有力な方法として、フラックスの塩基度を高くして溶接金属中の酸素含有量を低減させる方法が知られている。しかしながら、フラックスの塩基度が高くなるに従い、ビード外観及びスラグの剥離性等が劣化し、アンダーカット及びスラグ巻き込み等の溶接欠陥が増加する傾向があり、特に、高速溶接ではその傾向が顕著である。

図１は横軸にフラックスのＩＩＷ塩基度（Ｂ_ＩＩＷ）をとり、縦軸に溶接金属中の酸素量をとって、フラックスのＩＩＷ塩基度（Ｂ_ＩＩＷ）と溶接金属中の酸素量との関係を示すグラフ図である。図１に示すように、従来使用されていたＩＩＷの塩基度（Ｂ_ＩＩＷ）により、フラックスの塩基度と溶接金属中の酸素量との関係を調べたところ、ＩＩＷ塩基度（Ｂ_ＩＩＷ）が高くなるに従い、溶接金属中の酸素量は低くなるが、塩基度に対する酸素量値にバラツキが大きく、ＩＩＷ塩基度（Ｂ_ＩＩＷ）が同じであっても溶接金属の酸素量には０．００５質量％程度の差が見られた。このため、例えば、ＩＩＷ塩基度によりフラックスの塩基度を規定しても、溶接金属中の酸素量が好ましい範囲を超えてしまい、溶接金属の靭性が低下する虞がある。

そこで、本発明者等は種々のフラックスについて、溶接金属中の酸素量とフラックス成分との関係について検討を行った結果、ＩＩＷの塩基度（Ｂ_ＩＩＷ）による分類では、ＭｎＯ及びＦｅＯはフラックスの塩基度を高める成分とされているが、本発明者等は、ＭｎＯ及びＦｅＯは、むしろ逆の傾向を示し、溶接金属中の酸素量を増大させることを見出した。また、ＣａＯ及びＭｇＯは、ＣａＦ_２等の他の塩基性成分よりも溶接金属中の酸素を低減させる効果が大きいことを見出した。

即ち、本発明者等は、多数の実験研究の結果、フラックス成分のうち、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣａＦ_２、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは塩基性成分であり、溶接金属の酸素量を低減させる効果があり、ＳｉＯ_２、ＦｅＯ、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＭｎＯは、溶接金属の酸素量を増加させることを見出し、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣａＦ_２、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量を、ＳｉＯ_２、ＦｅＯ、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＭｎＯの含有量で除して得られる数式［Ｍ］は、溶接金属中の酸素量に対して強い相関関係があることを実験的に見出した。なお、上記数式［Ｍ］における各係数は、本発明者等が実験データを回帰分析して導き出した値である。

図２は横軸に［Ｍ］をとり、縦軸に溶接金属中の酸素量をとって、［Ｍ］と溶接金属中の酸素量との関係を示すグラフ図である。図２に示すように、［Ｍ］の値が高くなるに従い溶接金属中の酸素量は低くなることが確認された。また、［Ｍ］に対する酸素量のばらつきはほとんど見られず、［Ｍ］の値が等しい場合、溶接金属中の酸素量の差は分析誤差範囲内である０．００２質量％であった。

そこで、本発明においては、上記数式５で表される［Ｍ］の値によりフラックス成分を規定する。図２に示すように、［Ｍ］を１．００以上にすることにより、溶接金属中の酸素量が０．０３９質量％より少なくなり、靭性が良好になる。一方、［Ｍ］が１．００未満であると、溶接金属中の酸素量が０．０３９質量％を超えるため、溶接金属の靭性が低下する。なお、より低温靭性が優れた溶接金属を得るためには、［Ｍ］の値を１．１０以上にすることが好ましい。

一方、［Ｍ］の値が１．５０を超えると溶接ビード表面の中央部に線状の収縮孔が形成されたり、一部のビード表面が鱗状になったりする。これは、溶接速度の高速化に伴い、溶融池形状が涙滴状になり、柱状晶は溶接線に対してほぼ垂直方向に向かい、ビード中央部で突合せ凝固の状態となるためである。これにより、液相がビード中央部で凝固収縮し、収縮孔を形成する。通常は、その収縮孔に溶融金属が浸入するが、溶融金属中の酸素が低いと表面張力が大きくなり、溶融金属が収縮孔を満たすことができなくなって、その代わりに溶融スラグが浸入するため、スラグ剥離時に線状となって現れる。従って、［Ｍ］は１．００乃至１．５０とする。これにより、溶接金属中の酸素量の低減を図ることができ、高速溶接における作業性が優れ且つ靭性が優れた溶接金属が得られる。

なお、本発明のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスにおける上記以外の成分は、例えば、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｐ、Ｓ等である。

以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

図３は（ａ）は４電極溶接における電極配置を示す模式図であり、（ｂ）はその際の開先形状を示す断面図である。また、図４（ａ）は３電極溶接における電極配置を示す模式図であり、（ｂ）はその際の開先形状を示す断面図である。先ず、下記表１に示す成分組成（ＪＩＳ規格Ｇ３１０６ＳＭ４９０Ａ）で板厚が２０ｍｍの供試鋼板を、下記表２に示す組成のワイヤ（ＪＩＳ規格Ｚ３３５１ＹＳ−Ｓ６、直径４．０ｍｍ）並びに下記表３．１及び表３．２に示す組成のフラックスを使用し、下記表４、図３（ａ）及び（ｂ）並びに図４（ａ）及び（ｂ）に示す条件で、多電極サブマージアーク溶接法による両面一層溶接を行い、溶接作業性（ビード蛇行、アンダーカット、スラグ巻き込み、スラグ剥離、ポックマーク、ビード形状、スラグ焼付き、収縮孔）、低温靱性及び溶接金属の酸素量を評価した。なお、２ｎｄ側の仮付溶接は、ＪＩＳ規格Ｚ３３１２ＹＧＷ１１のワイヤ（直径１．２ｍｍ）を使用し、電流を２６０Ａ、電圧を３２Ｖ、溶接速度を５０ｃｍ／分とし、シールドガスはＣＯ_２を使用して行った。また、下記表２における「ｔｒ．」は検出限界以下であることを示す。更に、下記表３．１及び表３．２における残部は、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｐ、Ｓ等である。

以下、各項目の評価基準について説明する。なお、各供試鋼板の溶接長は１．５ｍとし、１ｓｔ側及び２ｎｄ側のどちらか一方でも基準を満たさなかった場合は×とした。ビード蛇行については、溶接線の振れ幅が３ｍｍ以下の場合を○、溶接線の振れ幅が３ｍｍより大きい場合を×とした。アンダーカットについては、アンダーカット深さが０．３ｍｍ以下の場合を○、０．３ｍｍより深いものを×とした。スラグ巻込みについては、放射線透過試験を行い、スラグ巻込みの大きさが２ｍｍ以上のものをカウントし、溶接長１ｍあたりスラグ巻き込みが１個以下の場合を○、１個より多い場合を×とした。

スラグ剥離については、スラグハンマーによる打突で容易に除去可能な場合を○、スラグハンマーにより打突しても除去できなかった場合を×とした。ポックマークについては、溶接長１ｍあたりのポックマークが１個以下であった場合を○、１個より多かった場合を×とした。ビード形状については、余盛高さが３ｍｍ以下であったものを○、余盛高さが３ｍｍを超えていたものを×とした。スラグ焼付きについては、スラグ剥離後のビード止端部における焼付き長さが溶接長に対して２０％以下であったものを○、２０％を超えていたものを×とした。なお、ビード止端部の焼付きは、両側をそれぞれ測定して長い方を焼き付き長さとした。収縮孔については、ビード表面の収縮孔が溶接長に対して１０％以下であったものを○、ビード表面の収縮孔が溶接長に対して１０％を超えていたものを×とした。

また、溶接金属の酸素量及び靱性は、上述の方法で溶接した溶接継手から試験片を採取し、溶接金属中の酸素分析及び衝撃試験により評価した。図５は溶接金属中の酸素分析及び衝撃試験用の試験片の採取位置を示す断面図である。なお、衝撃試験は−２０℃の温度条件下で行い、３回の平均値が８０Ｊ以上のものを良好とした。以上の結果を下記表５．１及び表５．２にまとめて示す。

上記表４に示すＮｏ．１乃至Ｎｏ．３６のフラックスが本発明の実施例であり、Ｎｏ．３７乃至Ｎｏ．７１が比較例である。なお、Ｎｏ．２９、Ｎｏ．３０、Ｎｏ．６１のフラックスでは図４（ａ）及び（ｂ）に示す３電極溶接を行い、それ以外は図３（ａ）及び（ｂ）に示す４電極溶接を行った。また、Ｎｏ．３６のフラックスを使用する際は、Ｂ含有量が０．００９７質量％のワイヤＷ２を使用し、それ以外のフラックスを使用する際はＢを含まないワイヤＷ１を使用した。

上記表４に示すように、本発明の範囲内である実施例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．３６のフラックスは、溶接作業性が良好であり、且つ、−２０℃における衝撃値が８０Ｊ以上と優れた低温靱性を示した。

一方、本発明の範囲から外れた比較例Ｎｏ．３７のフラックスは、ＳｉＯ_２含有量が２８質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。また、比較例Ｎｏ．３８のフラックスでは、ＳｉＯ_２含有量が３５質量％を超えているため、ビード形状が凸になった。更に、比較例Ｎｏ．３９のフラックスでは、ＳｉＯ_２含有量が３５質量％を超え、［Ｍ］も１．０未満であるため、ビード形状が凸になり、靭性も劣化した。更にまた、比較例Ｎｏ．４０のフラックスでは、ＣａＯ含有量が１５質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。比較例Ｎｏ．４１及びＮｏ．４３のフラックスでは、ＣａＯ含有量が２１質量％を超えているため、ポックマークが発生した。比較例Ｎｏ．４２のフラックスでは、ＣａＯ含有量が２１質量％を超えており、且つ［Ｍ］の値が１．５０を超えているため、ポックマークが発生し、収縮孔も発生した。

比較例Ｎｏ．４４のフラックスでは、ＣａＦ_２含有量が１１質量％未満であるため、ビード形状が凸になった。比較例Ｎｏ．４５のフラックスでは、ＣａＦ_２含有量が１９質量％を超えているため、アンダーカット及びスラグ巻込みが発生し、スラグ剥離性も劣化した。比較例Ｎｏ．４６のフラックスでは、ＭｇＯ含有量が７質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。比較例Ｎｏ．４７及びＮｏ．４８のフラックスでは、ＭｇＯ含有量が１４質量％を超えているため、ポックマークが発生した。比較例Ｎｏ．４９のフラックスでは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が９質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。比較例Ｎｏ．５０のフラックスでは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１７質量％を超えているため、ビード形状が凸になり、スラグ巻込みも発生した。比較例Ｎｏ．５１のフラックスでは、ＭｎＯ含有量が６質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。比較例Ｎｏ．５２のフラックスでは、ＭｎＯ含有量が１２質量％を超えているため、スラグの焼付きが生じた。比較例Ｎｏ．５３のフラックスでは、ＴｉＯ_２含有量が４質量％を超えているため、スラグ巻込みが発生した。

比較例Ｎｏ．５４及びＮｏ．５５のフラックスでは、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの総含有量が０．５質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。比較例Ｎｏ．５６及びＮｏ．５７のフラックスでは、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの総含有量が１．８質量％を超えているため、ポックマークが生じた。比較例Ｎｏ．５８のフラックスでは、Ｂ_２Ｏ_３含有量が１．０質量％を超えているため、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．５９のフラックスでは、ＦｅＯ含有量が０．２質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。比較例Ｎｏ．６０のフラックスでは、ＦｅＯ含有量が１．５質量％を超えているため、スラグの焼付きが発生した。比較例Ｎｏ．６１乃至Ｎｏ．６５のフラックスでは、［Ｍ］が１．００未満であるため、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．６６乃至Ｎｏ．７１のフラックスでは、［Ｍ］が１．５０を超えているため、収縮孔が生じた。

なお、比較例Ｎｏ．６６乃至Ｎｏ．７１のフラックスでは、［Ｍ］が１．５０を超えているため、収縮孔が観察され、一部のビード表面は鱗状を呈していた。一方、本発明の実施例であるＮｏ．１２、Ｎｏ．２５、Ｎｏ．２７及びＮｏ．２８のフラックスにおけるＩＩＷ塩基度（Ｂ_ＩＩＷ）は、比較例Ｎｏ．６６乃至Ｎｏ．７１のフラックスと同程度である。このように、ＩＩＷ塩基度（Ｂ_ＩＩＷ）で規定した場合、ビード外観が良好なものと収縮孔が認められるものとが混在し、溶接作業性を判断することは困難である。従って、本発明の実施例であるＮｏ．１２、Ｎｏ．２５、Ｎｏ．２７及びＮｏ．２８のフラックスと、比較例Ｎｏ．６６乃至Ｎｏ．７１のフラックスとで異なる値を示す［Ｍ］は、収縮孔等の溶接作業性判断の評価にも有効である。

横軸にフラックスのＩＩＷ塩基度をとり、縦軸に溶接金属中の酸素量をとって、フラックスの塩基度と溶接金属中の酸素量との関係を示すグラフ図である。横軸に［Ｍ］をとり、縦軸に溶接金属中の酸素量をとって、［Ｍ］と溶接金属中の酸素量との関係を示すグラフ図である。（ａ）は４電極溶接における電極配置を示す模式図であり、（ｂ）は開先形状を示す断面図である。（ａ）は３電極溶接における電極配置を示す模式図であり、（ｂ）は開先形状を示す断面図である。溶接金属中の酸素分析及び衝撃試験用の試験片の採取位置を示す断面図である。

符号の説明

１；供試鋼板
２；開先
３；溶接金属
４；衝撃試験用試験片
５；酸素量分析用試験片
６；仮付溶接部

Claims

フラックス全質量あたり、ＣａＯ：１５乃至２１質量％、ＣａＦ_２：１１乃至１９質量％、ＭｇＯ：７乃至１４質量％、ＳｉＯ_２：２８乃至３５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：９乃至１７質量％、ＭｎＯ：６乃至１２質量％、ＦｅＯ：０．２乃至１．５質量％、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏ：総量で０．５乃至１．８質量％、Ｂ_２Ｏ_３：１．０質量％以下を含有し、ＴｉＯ_２を４質量％以下に規制し、ＣａＯ含有量（質量％）を［ＣａＯ］、ＭｇＯ含有量（質量％）を［ＭｇＯ］、ＣａＦ_２含有量（質量％）を［ＣａＦ_２］、Ｎａ２Ｏ含有量（質量％）を［Ｎａ_２Ｏ］、Ｋ_２Ｏ含有量（質量％）を［Ｋ_２Ｏ］、ＳｉＯ_２含有量（質量％）を［ＳｉＯ_２］、ＦｅＯ含有量（質量％）を［ＦｅＯ］、ＴｉＯ_２含有量（質量％）を［ＴｉＯ_２］、Ａｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）を［Ａｌ_２Ｏ_３］、ＭｎＯ含有量（質量％）を［ＭｎＯ］としたとき、下記数式により与えられる［Ｍ］が１．００乃至１．５０であることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。