JP4655475B2

JP4655475B2 - 炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ

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Publication number: JP4655475B2
Application number: JP2003409404A
Authority: JP
Inventors: 時彦片岡; 倫正池田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2023-12-08
Also published as: JP2005169415A

Description

本発明は、炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（以下、溶接用鋼ワイヤという）に係り、特に鋼素線の表面にCuめっき層を形成しておらず、しかも正極性（すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極）で、かつ高い電流で使用してもスパッタの発生を抑制し、かつ送給性に優れた溶接用鋼ワイヤに関する。

シールドガスとしてＣＯ₂ガスを用いるガスシールドアーク溶接は、ＣＯ₂ガスが安価であるとともに、能率の良い溶接法であるので、鉄鋼材料の溶接に広く利用されている。特に自動溶接の急速な普及によって、造船，建築，橋梁，自動車，建設機械等の種々の分野で使用されている。造船，建築，橋梁の分野では厚板の高電流多層溶接に使用され、自動車，建築機械の分野では薄板の隅肉溶接に使用されることが多い。

このようなガスシールドアーク溶接では、従来から、鋼素線の表面にCuめっきを施した溶接ワイヤが使用されている。その理由は、鋼素線の表面にCuめっき層を形成することによって防錆性を確保するとともに、通電性を良好にして、給電時の溶接ワイヤと鉄鋼材料との融着を防止することができるからである。

ArガスとＣＯ₂ガスとの混合ガス（ＣＯ₂の混合比率：２〜40体積％）をシールドガスとする溶接法（いわゆる混合ガスアーク溶接）は、溶滴が溶接ワイヤの直径よりも小さい微細なスプレー移行が可能となる。この溶滴のスプレー移行は、溶滴移行形態の中で最も優れており、スパッタの発生が少なくなる。したがって混合ガスアーク溶接では、Cuめっきを施していない鋼素線を使用した溶接ワイヤ（以下、ノーメッキワイヤという）であっても、安定した溶接が可能である。

しかしながらArガスのコストは、ＣＯ₂ガスの５倍と高価であるから、実際の溶接施工においてはArガスの使用量を削減して、ＣＯ₂ガスの混合比率を50体積％以上とした混合ガスをシールドガスとして使用する場合が多い。このようなＣＯ₂ガスの混合比率が50体積％以上のシールドガスを用いると、通常の混合ガスアーク溶接（シールドガスのＣＯ₂混合比率：２〜40体積％）に比べて10〜20倍の粗大な溶滴が溶接ワイヤ先端に懸垂し、アーク力によって揺れ動きながら移行（いわゆるグロビュール移行）する。このようなグロビュール移行が生じると、母材（すなわち鋼板）との短絡や再アークによるスパッタが多量に発生し、ビード形状が安定しない。

したがってＣＯ₂ガスを主成分とするシールドガスを使用するガスシールドアーク溶接（以下、炭酸ガスシールドアーク溶接という）では、グロビュール移行が生じやすく、スパッタの発生量が増加する。そのため、炭酸ガスシールドアーク溶接ではノーメッキワイヤの適用は困難であり、Cuめっき層を表面に形成した鋼素線を使用した溶接ワイヤが広く採用されている。

一方、鋼素線にCuめっきを施さなければ、溶接ワイヤの製造工程におけるめっき工程を省略でき、生産性を向上できる。しかも、めっき廃液等の有害物質の取り扱いが不要になるという利点もある。

そこでノーメッキワイヤの給電時の融着を防止し、送給性を良好にするために、鋼素線の表面にMoＳ₂，グラファイト，フッ素系潤滑剤およびその他の防錆油等の皮膜を形成したノーメッキワイヤが提案されている（たとえば特許文献１，２参照）。

しかしながら、これらの技術では、炭酸ガスシールドアーク溶接を高い電流で行なう際にグロビュール移行が生じやすく、スパッタの発生量を低減することは困難である。しかも、グロビュール移行に起因するスパッタのみならず、潤滑剤や防錆油の皮膜によって給電が不安定になり、スパッタの発生量が一層増加するという問題がある。
特公昭59-13956号公報特2000-141080 号公報

本発明は上記の問題に鑑み開発されたもので、ＣＯ₂ガスを主成分とするシールドガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接において、スパッタの発生量を低減するとともに優れた送給性が得られ、しかもCuめっき層を形成していない鋼素線を使用した溶接用鋼ワイヤを提供することを目的とする。

なお通常の炭酸ガスシールドアーク溶接ではArガスとＣＯ₂ガスとを混合したシールドガス（ＣＯ₂の混合比率：２〜40体積％）を用いるが、本発明では、ＣＯ₂ガスを主成分（すなわちＣＯ₂の混合比率：60体積％超え）とするシールドガスを使用する。したがって本発明における炭酸ガスシールドアーク溶接とは、ＣＯ₂の混合比率が60体積％を超えるようにArガスとＣＯ₂ガスとを混合したシールドガスを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接を指す。

本発明者らは、ＣＯ₂ガスを主成分（すなわちＣＯ₂の混合比率：60体積％超え）とするシールドガスを使用する炭酸ガスシールドアーク溶接へのノーメッキワイヤの適用について、炭酸ガスシールドアーク溶接におけるスパッタ低減と溶接用鋼ワイヤの送給性改善の観点から鋭意検討した。従来はノーメッキワイヤの表面形状や潤滑剤組成が主な検討課題であり、種々の改善がなされているが、上記したような炭酸ガスシールドアーク溶接における問題点は依然として残されている。そこで本発明者らは、従来の技術とは視点を変えて、炭酸ガスシールドアーク溶接の極性と鋼素線の成分について詳細に調査し、以下に述べる知見を得た。

(1) 油脂，潤滑油、あるいは油脂と潤滑油の混合物を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01〜2.00ｇの割合で塗布することによって、溶接用鋼ワイヤの送給性が著しく改善される。

(2) 鋼素線の表面に高級脂肪酸，アルカリ石鹸，金属石鹸，MoＳ₂，黒鉛，ＢＮ，フッ化物，タルク，マイカ等の固形潤滑剤を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01〜2.00ｇの割合で塗布することによって、給電時の溶接用鋼ワイヤと鋼板との融着を防止し、高電流で炭酸ガスシールドアーク溶接を行なっても溶接用鋼ワイヤの優れた送給性を安定して維持できる。

(3) 正極性（すなわち溶接用鋼ワイヤをマイナス極）で炭酸ガスシールドアーク溶接を行なうことによって、溶滴の安定した移行が可能となる。その結果、一般に広く行なわれている逆極性（すなわち溶接用鋼ワイヤをプラス極）の炭酸ガスシールドアーク溶接でノーメッキワイヤを使用した場合には得られなかったアークの安定性とスパッタの低減を達成できる。

(4) 正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において、鋼素線に希土類元素（以下、REM という）を添加し、かつＰ，Ｓの含有量を適正範囲に規定することによって、低電圧領域におけるアーク切れを防止するとともに、高電流領域においてＭＡＧ溶接のスプレー移行と同等の安定した微細溶滴移行が可能となる。

(5) 鋼素線に REMを添加し、さらにAl，Ｏ，Tiの含有量を適正範囲に規定することによって、マイナス極におけるアーク発生点が安定し、しかも溶滴の表面張力を適正範囲に維持できるので、溶滴の安定した移行が可能となる。

(6) 鋼素線に REMを添加し、さらにCaの含有量を適正範囲に規定することによって、マイナス極におけるアーク発生点が安定し、溶滴の安定した移行が可能となる。

本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明は、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する溶接用鋼ワイヤであって、Ｃ：0.20質量％以下，Si：0.05〜2.50質量％，Mn：0.25〜3.50質量％，REM ： 0.015〜0.100 質量％，Ｐ：0.05質量％以下，Ｓ：0.05質量％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつCuめっき層を形成していない鋼素線の表面に、高級脂肪酸，アルカリ石鹸，金属石鹸，MoＳ₂，黒鉛，ＢＮ，フッ化物，タルクおよびマイカのうちの１種または２種以上からなる固形潤滑剤皮膜を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01〜2.00ｇ有し、さらに固形潤滑剤皮膜の外周面に脂肪酸エステルおよび潤滑油のうちの１種または２種からなる液体潤滑剤皮膜を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1〜2.0 ｇ有するとともに、鉄粉の付着量が溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1ｇ以下、かつ遊離Ｃの付着量が溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1〜0.4 ｇの範囲内を満足する炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。

本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤでは、鋼素線が、前記した組成に加えて、Al：0.02〜3.00質量％，Ｏ：0.0070質量％以下を含有し、かつTi：0.02〜0.50質量％およびZr：0.02〜0.50質量％のうちの１種または２種を含有することが好ましい。

また鋼素線が、前記した組成に加えて、Ca：0.0008質量％以下を含有することが好ましい。

本発明によれば、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において不可能とされていた低スパッタ化が達成でき、厚鋼板の溶接を安定して行なうことができる。

まず、本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（すなわち溶接用鋼ワイヤ）で使用する鋼素線の表面に塗布する潤滑剤の種類とその皮膜の量を限定した理由について説明する。

なお、本発明の溶接用鋼ワイヤは、溶接用フラックスを内装せず、鋼素線を主体とするワイヤ（いわゆるソリッドワイヤ）である。また本発明の溶接用鋼ワイヤでは、鋼素線にCuめっきを施さずに使用する。

鋼素線の表面に、高級脂肪酸，アルカリ石鹸，金属石鹸，MoＳ₂，黒鉛，ＢＮ，フッ化物，タルクおよびマイカのうちの１種または２種以上からなる固形潤滑剤を塗布し、固形潤滑剤皮膜を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01〜2.00ｇの割合で形成する。

溶接電流 350Ａで１分以上連続して溶接を行なうと、給電チップの温度は 450℃以上の高温となる。通常の潤滑油は、このような高温では、その潤滑性を維持できない。また正極性の溶接では、逆極性の溶接に比べて、給電にともなう給電チップと溶接用鋼ワイヤの融着によってトーチが激しく振動する。

そこで、高温における潤滑性を確保し、かつ鋼板と溶接用鋼ワイヤの融着を防止するために、鋼素線の表面に、高級脂肪酸，アルカリ石鹸，金属石鹸，MoＳ₂，黒鉛，ＢＮ，フッ化物，タルクおよびマイカのうちの１種または２種以上からなる固形潤滑剤を塗布して、固形潤滑剤皮膜を形成する。このようにして形成される固形潤滑剤皮膜が、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01ｇ未満では、高電流の溶接における溶接用鋼ワイヤの温度上昇によって潤滑性が低下（すなわち溶接用鋼ワイヤの送給性が劣化）する。一方、固形潤滑剤皮膜が、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり2.00ｇを超えると、給電が不安定になり、スパッタの発生量が増加する。したがって固形潤滑剤皮膜は、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01〜2.00ｇとした。

ここで、高級脂肪酸とは、高融点ワックス（たとえばステアリン酸，オレイン酸，パルミチン酸等）を指す。アルカリ石鹸とは、ステアリン酸とアルカリ金属との化合物（たとえばステアリン酸カリウム，ステンリン酸ソーダ等）を指す。金属石鹸とは、ステアリン酸と金属元素との化合物（たとえばステアリン酸カルシウム，ステンリン酸亜鉛，ステンリン酸バリウム等）を指す。

また、MoＳ₂，黒鉛，ＢＮは、いずれも粒径の微細なもの（たとえば粒径10μｍ以下が80質量％以上，３μｍ以下が40質量％以上）を使用するのが好ましい。フッ化物は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（商品名）と呼ばれるポリフッ化エチレン等）を使用するのが好ましい。

タルクとは、耐熱性に優れている滑石である。マイカとは、雲母である。

本発明では、固形潤滑剤を塗布する手段は特定の構成に限定しない。スプレー，はけ等の従来から知られている手段を用いて塗布すれば良い。

こうして形成した固形潤滑剤皮膜の外周面に、脂肪酸エステルおよび潤滑油のうちの１種または２種からなる液体潤滑剤を塗布し、液体潤滑剤皮膜を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1〜2.0 ｇの割合で形成する。

溶接用鋼ワイヤの送給抵抗を軽減し、安定して送給できるようにするために、常温で液体の油脂、あるいは鉱物油，動物油および植物油からなる潤滑油が不可欠である。したがって本発明では、これら液体の油脂や潤滑油を使用する。ただし、油脂または潤滑油をそれぞれ単独で使用しても良いし、あるいは油脂および潤滑油を混合して使用しても良い。これらの液体の油脂，潤滑油（あるいはその混合物）を、固形潤滑剤と区別するために、液体潤滑剤と記す。

このようにして形成される液体潤滑剤皮膜が、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1ｇ未満では、溶接用鋼ワイヤの送給抵抗を軽減する効果が得られない。一方、液体潤滑剤皮膜が、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 2.0ｇを超えると、溶接用鋼ワイヤが送給ロール上でスリップして送給が不安定になり、スパッタの発生量が増加する。したがって液体潤滑剤皮膜は、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1〜2.0 ｇとした。

ここで、潤滑油とは、鉱物油（たとえばスピンドル油，マシン油，タービン油等）あるいは鉱物油（たとえばナタネ油，ヤシ油，パーム油等）を指す。アルカリ石鹸とは、ステアリン酸とアルカリ金属との化合物（たとえばステアリン酸カリウム，ステンリン酸ソーダ等）を指す。金属石鹸とは、ステアリン酸と金属元素との化合物（たとえばステアリン酸カルシウム，ステンリン酸亜鉛，ステンリン酸バリウム等）を指す。また、油脂とは、牛脂，ラード，鯨油とその精製油を指す。

本発明では、液体潤滑剤を塗布する手段は特定の構成に限定しない。スプレー，はけ等の従来から知られている手段を用いて塗布すれば良い。

以上に述べた固形潤滑剤や液体潤滑剤の他に、鉄粉や遊離Ｃが付着する。なお、遊離Ｃとは、ワイヤ表面固体付着物中のＣ（黒鉛，石けん中のＣ，鉄粉中のＣ）を指す。

鉄粉は、鋼素線の伸線工程で発生する。鉄粉の付着量が、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1ｇを超えると、給電チップに鉄粉が堆積して溶着し、瞬間的な送給停止が起こる。したがって鉄粉の付着量は、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1ｇ以下とする。逆に、遊離Ｃは、給電チップの溶着を防止する効果がある。ただし遊離Ｃの付着量が、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1ｇ未満では溶着防止の効果が得られない。一方、遊離Ｃの付着量が、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.4ｇを超えると、給電チップの目詰まりが生じる。したがって遊離Ｃの付着量は、溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1〜0.4 ｇの範囲内とする。

次に、本発明の溶接用鋼ワイヤの素材となる鋼素線の成分を限定した理由について説明する。

Ｃ：0.20質量％以下
Ｃは、溶接金属の強度を確保するのに必要な元素であり、溶融メタルの粘性を低下させて流動性を向上させる効果がある。しかしＣ含有量が0.20質量％を超えると、正極性の溶接において溶滴および溶融メタルの挙動が不安定となるのみならず、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｃは0.20質量％以下とした。一方、Ｃ含有量を過剰に減少させると溶接金属の強度を確保できない。そのため、 0.003〜0.20質量％とするのが好ましい。なお、0.01〜0.10質量％が一層好ましい。

Si：0.05〜2.50質量％
Siは、脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Si含有量が0.05質量％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブロー欠陥が発生する。一方、2.50質量％を超えると、溶接金属の靱性が著しく低下する。したがって、Siは0.05〜2.50質量％の範囲内を満足する必要がある。さらに正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接におけるアークの広がりを抑える効果も有するが、0.65質量％を超えると、微細なスパッタが増加する傾向がある。そのため、0.05〜0.65質量％とするのが好ましい。

Mn：0.25〜3.50質量％
Mnは、Siと同様に脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸のためには不可欠な元素である。Mn含有量が0.25質量％未満では、溶融メタルの脱酸が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。一方、3.50質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Mnは0.25〜3.50質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、溶融メタルの脱酸を促進し、ブローホールを防止するためには、0.45質量％以上が望ましい。そのため、0.45〜3.50質量％とするのが好ましい。

REM ： 0.015〜0.100 質量％
REM は、製鋼および鋳造時の介在物の微細化，溶接金属の靱性改善のために有効な元素である。ただし、通常の逆極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、鋼素線中にREM を添加するとアークの集中が生じて、スパッタを低減する効果が得られない。しかし正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、溶滴を微細化して、溶滴の移行を安定化するために不可欠な元素である。この溶滴の微細化と移行の安定化によって、固形潤滑剤を塗布したノーメッキワイヤを用いて正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際にも、スパッタの発生量を低減できる。REM 含有量が 0.015質量％未満では、このような効果は得られない。一方、 0.100質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤの製造工程で割れが生じたり、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、REM は 0.015〜0.100 質量％の範囲内を満足する必要がある。なお、好ましくは 0.025〜0.050 質量％である。

ここで REMとは、周期表の３族に属する元素の総称である。本発明では、原子番号57〜71の元素を使用するのが好ましく、特にCe，Laが好適である。Ce，Laを鋼素線に添加する場合は、CeまたはLaを単独で添加しても良いし、CeおよびLaを併用しても良い。なお、CeおよびLaをともに添加する場合は、あらかじめCe：45〜80質量％，La：10〜45質量％の範囲内で混合して得られた混合物を使用するのが好ましい。

Ｐ：0.05質量％以下
Ｐは、鋼の融点を低下させるとともに、電気抵抗率を向上させ、溶融効率を向上させる元素である。さらに正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において、溶滴を微細化し、アークを安定化する作用も有する。しかしＰ含有量が0.05質量％を超えると、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において溶融メタルの粘性が著しく低下し、アークが不安定となり、小粒のスパッタが増加する。また、溶接金属の高温割れを生じる危険性が増大する。したがって、Ｐは0.05質量％以下とした。なお、好ましくは0.03質量％以下である。一方、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でＰを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量％以上が望ましい。そのため、 0.002〜0.03質量％とするのが好ましい。

Ｓ：0.05質量％以下
Ｓは、溶融メタルの粘性を低下させ、溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴の離脱を促進し、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを安定化する。またＳは、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においてアークを広げ、溶融メタルの粘性を低下させてビードを平滑にする効果も有する。しかしＳ含有量が0.05質量％を超えると、小粒のスパッタが増加するとともに、溶接金属の靭性が低下する。したがって、Ｓは0.05質量％以下とした。なお、好ましくは0.03質量％以下である。一方、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階でＳを低減するためには長時間を要するので、生産性向上の観点から 0.002質量％以上が望ましい。そのため、 0.002〜0.03質量％とするのが好ましい。

上記した成分に加えて、本発明では下記の元素を鋼素線に添加することができる。

Al：0.02〜3.00質量％
Alは、強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸によって粘性を低下してビード形状を安定化（すなわちハンピングビードを抑制）する効果がある。逆極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、 350Ａ以上の高電流溶接において溶滴移行の安定化効果が顕著に発揮される。また、Ｏとの親和力によって、溶接用鋼ワイヤの製造段階における REMの酸化ロスを低減する効果も有する。Alが0.02質量％未満では、このような効果は得られない。一方、 Alが3.00質量％を超える場合は、溶接金属の結晶粒が粗大化し、靭性が著しく低下する。したがって、Alは0.02〜3.00質量％の範囲内を満足する必要がある。

Ｏ：0.0070質量％以下
Ｏは、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において溶接用鋼ワイヤの先端に懸垂した溶滴に発生するアーク点を不安定にし、溶滴を微細化する作用がある。しかし、Ｏ含有量が 0.0700質量％を超えると、正極性の高電流溶接におけるアークの安定化というREM 添加の効果が損なわれ、溶滴の揺動が増大してスパッタが多量に発生する。また固形潤滑剤中にもＯが含まれているので、Cuめっきを施した溶接ワイヤに比べて、鋼素線中のＯ含有量を低く制限する。さらにＯは、鋼素線の鋼材を溶製する製鋼段階で REMと激しく反応してスラグを形成する作用を有している。Ｏ含有量が0.0070質量％を超えると、スパッタの発生が著しく増加する。したがって、Ｏは0.0070質量％以下とした。ただし、Ｏ含有量が0.0010質量％未満では、Ｏ添加の効果は充分に得られない。したがって、 0.0010〜0.0070質量％が好ましく、さらに0.0010〜0.0050質量％が一層好ましい。

Ti：0.02〜0.50質量％および／またはZr：0.02〜0.50質量％
Ti，Zrは、いずれも強脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を増加する元素である。さらに溶融メタルの脱酸によって粘性を低下してビード形状を安定化（すなわちハンピングビードを抑制）する効果がある。このような効果を有する故に 350Ａ以上の高電流溶接において有効な元素であり、必要に応じて添加する。Tiが0.02質量％未満，Zrが0.02質量％未満では、この効果は得られない。一方、 Tiが0.50質量％を超える場合，Zrが0.50質量％を超える場合は、溶滴が粗大化して大粒のスパッタが多量に発生する。したがって、Tiおよび／またはZrを含有する場合は、Ti：0.02〜0.50質量％，Zr：0.02〜0.50質量％の範囲内を満足するのが好ましい。

Ca：0.0008質量％以下
Caは、製鋼および鋳造時に不純物として溶鋼に混入したり、あるいは伸線加工時に不純物として鋼素線に混入する。正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接では、Ca含有量が0.0008質量％を超えると、高電流溶接におけるアークの安定化というREM 添加の効果が損なわれる。したがって、Caは0.0008質量％以下とするのが好ましい。

さらに必要に応じて下記の元素を添加しても、本発明の効果を減じるものではない。

Cr： 3.0質量％以下，Ni： 3.0質量％以下，Mo： 1.5質量％以下，Cu： 3.0質量％以下，Ｂ： 0.015質量％以下，Mg： 0.2質量％以下，Nb： 0.5質量％以下，Ｖ： 0.5質量％以下，Ｎ：0.02質量％以下
Cr，Ni，Mo，Cu，Ｂ，Mgは、いずれも溶接金属の強度を増加し、耐候性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果は得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Cr，Ni，Mo，Cu，Ｂ，Mgを含有する場合は、 Cr： 3.0質量％以下，Ni： 3.0質量％以下，Mo： 1.5質量％以下，Cu： 3.0質量％以下，Ｂ： 0.015質量％以下，Mg： 0.2質量％以下とするのが好ましい。さらに好ましくはCr：0.02〜3.0 質量％，Ni：0.05〜3.0 質量％，Mo：0.05〜1.5 質量％，Cu：0.05〜3.0 質量％，Ｂ：0.0005〜0.015 質量％，Mg： 0.001〜0.2 質量％である。

Nb，Ｖは、いずれも溶接金属の強度，靭性を向上し、アークの安定性を向上させる元素である。これらの元素の含有量が微少である場合は、このような効果は得られない。一方、過剰に添加すると、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Nb，Ｖを含有する場合は、Nb： 0.5質量％以下，Ｖ： 0.5質量％以下とするのが好ましい。さらに好ましくはNb： 0.005〜0.5 質量％，Ｖ： 0.005〜0.5 質量％である。

上記した鋼素線の成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。たとえば、鋼材を溶製する段階や鋼素線を製造する段階で不可避的に混入する代表的な不可避的不純物であるＮは、0.020質量％以下に低減するのが好ましい。

次に、本発明の溶接用鋼ワイヤの製造方法について説明する。

転炉または電気炉等を用いて、上記した組成を有する溶鋼を溶製する。この溶鋼の溶製方法は、特定の技術に限定せず、従来から知られている技術を使用する。次いで、得られた溶鋼を、連続鋳造法や造塊法等によって鋼材（たとえばビレット等）を製造する。この鋼材を加熱した後、熱間圧延を行ない、さらに乾式の冷間圧延（すなわち伸線）を施して鋼素線を製造する。熱間圧延や冷間圧延の操業条件は、特定の条件に限定せず、所望の寸法形状の鋼素線を製造する条件であれば良い。

さらに鋼素線は、必要に応じて焼鈍と酸洗を施した後、冷間で乾式あるいは湿式の伸線加工を行ない、さらに固形潤滑剤および液体潤滑剤を塗布して、所定の製品すなわち溶接用鋼ワイヤとなる。

このようにして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際に、給電の安定性を高めて、溶滴のスプレー移行を安定して維持するために、溶接用鋼ワイヤの平坦度（すなわち実表面積／理論表面積）を1.0005以上，1.0100未満とすることが好ましい。溶接用鋼ワイヤの平坦度は、伸線加工におけるダイス管理を厳格に行なうことによって1.0005以上，1.0100未満の範囲に維持することが可能である。

このようして製造した溶接用鋼ワイヤを用いて正極性炭酸ガスシールドアーク溶接を行なう際の好適な溶接条件について、以下に説明する。

シールドガスは、ArとＣＯ₂との混合ガスを用いる。シールドガス中のＣＯ₂の混合比率は60体積％以上とする。なお、ＣＯ₂ガスを単独（すなわちＣＯ₂の混合比率：100体積％）でシールドガスとして使用しても、支障なく正極性炭酸ガスシールドアーク溶接を行なうことができる。

溶接電流は 250〜450 Ａ，溶接電圧は27〜38Ｖ（電流とともに上昇），溶接速度は20〜250 cm／分，突き出し長さは15〜30mm，ワイヤ径は 0.8〜1.6mm ，溶接入熱は５〜40kJ／cmの範囲内が好ましい。厚さが10mm以上の厚鋼板の溶接を行なう場合は、多層溶接も可能である。

溶接する母材（すなわち鋼板）の鋼種は特に限定されないが、ＪＩＳ規格G3106 に規定されるSi−Mn系の溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ材）や、ＪＩＳ規格G3136 に規定される建築構造用鋼材（ＳＮ材）に適用するのが好ましい。

製鋼段階で成分を調整し、連続鋳造によって製造されたビレットを熱間圧延して、直径 5.5〜7.0mm の線材とした。次いで冷間圧延（すなわち伸線）によって直径 2.0〜2.8mm の鋼素線とし、窒素雰囲気中で焼鈍した後、酸洗を行なった。得られた鋼素線の成分は表１に示す通りである。

これらの鋼素線に固形潤滑剤を塗布して、冷間で乾式伸線を行ない、次いで乾式伸線を施して直径を 1.4mmとした後、固形潤滑剤皮膜の外周面に液体潤滑剤を塗布して溶接用鋼ワイヤを製造した。使用した固形潤滑剤と固形潤滑剤は表２，３に示す通りである。固形潤滑剤と固形潤滑剤の付着量も表２，３に併せて示す。

これらの溶接用鋼ワイヤを用いて正極性炭酸ガスシールドアーク溶接を行ない、溶接中に発生したスパッタを全量捕集して、その重量を測定した。スパッタ発生量が0.35ｇ／min 以下を良（○），0.35ｇ／min 超え〜0.50ｇ／min 以下を可（△），0.50ｇ／min 超えを不可（×）として評価した。その結果は表４に示す通りである。なお、溶接条件を表５に示す。

溶接用鋼ワイヤの送給性は、長さ６ｍのコンジットケーブルに円形（直径300mm ）の曲りを２回付与して溶接時の送給抵抗が39.2Ｎ（すなわち4.0kgf）以下を良（○），39.2Ｎ（すなわち4.0kgf）超え〜58.8Ｎ（すなわち6.0kgf）以下を可（△），58.8Ｎ（すなわち6.0kgf）超えを不可（×）として評価した。その結果は表４に示す通りである。

表４から明らかなように、発明例では、高電流の正極性炭酸ガスシールドアーク溶接において、Cuめっき層を形成していない鋼素線を用いた溶接用鋼ワイヤであってもスパッタ発生量が減少し、送給抵抗が軽減される。特に、Ｏ：0.0070質量％以下，Al：0.02〜3.0 質量％，TiまたはZr：0.02〜0.5 質量％，Ca：0.0008質量％以下とすることによって、スパッタ発生量が著しく減少した。

一方、鋼素線の成分が本発明の範囲を外れる比較例では、スパッタが多量に発生した。

Claims

正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接に使用する溶接用鋼ワイヤであって、Ｃ：0.20質量％以下、Si：0.05〜2.50質量％、Mn：0.25〜3.50質量％、希土類元素： 0.015〜0.100 質量％、Ｐ：0.05質量％以下、Ｓ：0.05質量％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつCuめっき層を形成していない鋼素線の表面に、高級脂肪酸、アルカリ石鹸、金属石鹸、MoＳ₂、黒鉛、ＢＮ、フッ化物、タルクおよびマイカのうちの１種または２種以上からなる固形潤滑剤皮膜を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.01〜2.00ｇ有し、さらに前記固形潤滑剤皮膜の外周面に脂肪酸エステルおよび潤滑油のうちの１種または２種からなる液体潤滑剤皮膜を溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1〜2.0 ｇ有するとともに、鉄粉の付着量が溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1ｇ以下、かつ遊離Ｃの付着量が溶接用鋼ワイヤ10kgあたり 0.1〜0.4 ｇの範囲内を満足することを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
前記鋼素線が、前記組成に加えて、Al：0.02〜3.00質量％、Ｏ：0.0070質量％以下を含有し、かつTi：0.02〜0.50質量％およびZr：0.02〜0.50質量％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
前記鋼素線が、前記組成に加えて、Ca：0.0008質量％以下を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。