JP4694245B2

JP4694245B2 - サブマージアーク溶接用溶融型フラックス

Info

Publication number: JP4694245B2
Application number: JP2005117587A
Authority: JP
Inventors: 圭人石▲崎▼; 繁樹西山
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: JP2005329462A

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シーム溶接においては、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が増大する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７参照。）。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、特許文献７には、６本以上の電極を使用した高速サブマージアーク溶接法が提案されている。

また、近時、パイプラインに使用される鋼管には、操業圧力を増加させて輸送効率の向上及び低コスト化を図るため、高強度化される傾向にあり、更に、海底及び寒冷地等の厳しい環境での使用にも対応できるように、高靱性化も求められている。このため、溶接金属にも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。溶接金属を高強度化する方法としては、炭素当量を増加したり、適量のＴｉ及びＢ等を複合添加等したりする方法が知られている。一方、これらの方法により、溶接金属の靱性もある程度は改善することができるが、近時の高靱性化の要求には不十分である。特に、サワー環境で使用されるパイプの溶接金属のように硬さに制約がある場合、これらの方法を適用することはできず、目的とする靱性が得られない。そこで、溶接金属の靱性を向上させる方法としては、フラックスの塩基性を高め、溶接金属中の酸素含有量を低減させる方法が適用されている。

また、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８参照。）。特許文献８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号公報特開平４−１４７７７０号公報特公平５−３８６７７号公報

しかしながら、前述の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という問題点がある。また、特許文献７に記載の溶接方法においては、電極数を増やすことにより溶接速度の高速化は実現できるが、溶接欠陥発生の危険率の増大、設備費の増加及びオペレーションの複雑化等の問題が発生する。更に、特許文献１乃至７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。

一方、低温靱性を向上させるためにフラックスの塩基性を高くすると、ポックマーク及びビード蛇行等が発生してビード外観が劣化しやすくなり、特に、高速溶接においてその傾向が顕著になる。また、フラックスの塩基性を高くすると、ビード中央部に収縮孔が断続的に発生しやすくなる。この収縮孔は、溶接金属の機械性能に関しては大きな問題とはならないものの、後工程において溶接構造物にペイントを施す場合、ペイントが剥がれ落ちやすく、その剥がれた部分が選択的に腐食することがある。このように、フラックスの塩基性を高くすることにより溶接金属中の酸素量を低減する方法は、ビード外観の劣化及び収縮孔発生という問題があり、高速溶接において低温靱性が要求される場合には適用することができない。

特許文献８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、両面一層の高速溶接における溶接作業性が優れ、更に、高塩基化することなく溶接金属中の酸素量を低減し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。

本発明に係る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、ＳｉＯ_２：２３乃至３３質量％、Ｃａ化合物：Ｃａ換算で５乃至２５質量％、Ｂａ化合物：Ｂａ換算で５乃至３５質量％、Ｆ化合物：Ｆ換算で１乃至１４質量％、ＭｇＯ：７乃至１８質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１乃至１３質量％、ＭｎＯ：１乃至９質量％、ＺｒＯ_２：０．５乃至５．０質量％、ＦｅＯ：０．５乃至５．０質量％を含有し、ＴｉＯ_２：８質量％以下、Ｃａ化合物及びＢａ化合物：夫々Ｃａ換算値及びＢａ換算値の総量で４０質量％以下に規制し、ＳｉＯ_２含有量（質量％）を［ＳｉＯ_２］、Ｃａ化合物のＣａ換算含有量（質量％）を［Ｃａ］、Ｂａ化合物のＢａ換算含有量（質量％）を［Ｂａ］、Ｆ化合物のＦ換算含有量（質量％）を［Ｆ］、ＭｇＯ含有量（質量％）を［ＭｇＯ］、Ａｌ_２Ｏ_３含有量を［Ａｌ_２Ｏ_３］、ＭｎＯ含有量（質量％）を［ＭｎＯ］、ＺｒＯ_２含有量（質量％）を［ＺｒＯ_２］、ＦｅＯ含有量（質量％）を［ＦｅＯ］、ＴｉＯ_２含有量（質量％）を［ＴｉＯ_２］としたとき、下記数式１により与えられる［Ｍ］が３００以下であり、下記数式２により与えられる［Ｎ］が０よりも大きく、且つ下記数式３により与えられる［Ｐ］が０以下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ＳｉＯ_２、Ｃａ化合物、Ｂａ化合物、Ｆ化合物、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｒＯ_２、ＦｅＯ及びＴｉＯ_２の含有量を夫々上述の範囲にしているため、溶接作業性が向上する。また、溶接金属中の酸素量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３００以下にしているため、溶接金属中の酸素量を３００ｐｐｍ以下にすることができる。これにより、低温靱性が優れた溶接金属が得られる。更に、収縮孔の発生に影響を及ぼす、Ｃａ化合物、Ｂａ化合物及びＦ化合物の含有量により規定され、上記数式２により与えられる［Ｎ］を０よりも大きくしているため、収縮孔の発生を抑制することができる。更にまた、上記数式３により与えられる［Ｐ］を０以下にしているため、ビード蛇行の発生を抑制することができる。

本発明によればＳｉＯ_２、Ｃａ化合物、Ｂａ化合物、Ｆ化合物、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｒＯ_２、ＦｅＯ及びＴｉＯ_２の含有量を適正化することにより、溶接作業性を向上することができ、また、ＳｉＯ_２、Ｃａ化合物、Ｂａ化合物、Ｆ化合物、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｒＯ_２、ＦｅＯ及びＴｉＯ_２の含有量から求められる［Ｍ］を３００以下に規制することにより、溶接金属中の酸素量を低減することができ、更に、Ｃａ化合物、Ｂａ化合物及びＦ化合物の含有量により求められる［Ｎ］を０よりも大きくすることにより、収縮孔の発生を抑制することができ、更にまた、Ｃａ化合物及びＭｇＯの含有量により求められる［Ｐ］を０以下にすることにより、ビード蛇行の発生を抑制することができる。

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、フラックス成分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。

ＳｉＯ _２：２３乃至３３質量％
ＳｉＯ_２は溶融型フラックスの基本成分であって、溶融スラグの粘度及び融点を調節するために有効な成分である。但し、ＳｉＯ_２含有量が２３質量％未満であると、溶融スラグの粘度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３３質量％を超えると、溶融スラグの粘度が高くなり過ぎ、ビード形状が凸状になる。従って、ＳｉＯ_２含有量は２３乃至３３質量％とする。

Ｃａ化合物：Ｃａ換算で５乃至２５質量％、Ｂａ化合物：Ｂａ換算で５乃至３５質量％、Ｃａ化合物＋Ｂａ化合物：夫々Ｃａ換算値及びＢａ換算値の総量で４０質量％以下
Ｃａ化合物及びＢａ化合物、溶接金属中の酸素量を低減させる効果が高く、溶接金属の高靱性化に有用な成分であると共に、収縮孔の発生を防止する効果がある。但し、Ｃａ化合物含有量又はＢａ化合物含有量が５質量％未満の場合、その効果が十分に得られず、収縮孔が発生する。一方、Ｃａ化合物及びＢａ化合物は、不規則網目構造であるガラス状ケイ酸のＳｉ−Ｏ結合を分断するため、これらの添加量が多いと溶融スラグの粘度が低下し、更に過度に添加すると溶融金属の押さえが不足してビード蛇行が発生する。また、Ｃａ化合物及びＢａ化合物は、過剰に添加すると、結晶質化しやすく、具体的には、Ｃａ化合物の含有量が２５質量％を超えるか、Ｂａ化合物の含有量が３５質量％を超えると、耐吸湿性が低下してポックマークが発生しやすくなる。更に、Ｃａ化合物及びＢａ化合物の総含有量が４０質量％を超えると、フラックスが結晶質化し、耐吸湿性が低下してポックマークが発生すると共に、溶融スラグの粘性が低下してビード蛇行が発生する。

よって、Ｃａ化合物及びＢａ化合物の含有量は、夫々適正な粘度を保つことができ、ビード蛇行が発生しない量とする。即ち、Ｃａ化合物の含有量はＣａ換算で５乃至２５質量％、Ｂａ化合物含有量は５乃至３５質量％、Ｃａ化合物及びＢａ化合物の総含有量を４０質量％以下とする。なお、本発明におけるＣａ化合物の含有量とは、フラックス中に含まれる全てのＣａ化合物をＣａで換算した値であり、Ｂａ化合物の含有量とは、フラックス中に含まれる全てのＢａ化合物をＢａで換算した値であり、以下の説明においても同様である。また、本発明のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスに添加されるＣａ化合物及びＢａ化合物としては、例えば、ＣａＯ、ＣａＦ_２、ＢａＯ、ＢａＦ_２等が挙げられる。

Ｆ化合物：Ｆ換算で１乃至１４質量％
Ｆ化合物は、溶接金属中の酸素量を低減させる効果が高く、溶接金属の高靱性化に有用な成分である。但し、Ｆ化合物の含有量が１質量％未満では、その効果が十分得られず、また、粘度が高くなり、ビード形状が凸状になる。一方、Ｆ化合物は不規則網目構造であるガラス状ケイ酸のＳｉ−Ｏ結合を分断するため、Ｆ化合物の添加量が多いと溶融スラグの粘度が低下し、更に過度に添加すると溶融金属の押さえが不足してビード蛇行が発生する。また、本発明者等は、Ｆ化合物の含有量によっても収縮孔の発生傾向が変化し、Ｆ化合物は収縮孔の発生を助長する成分であることを見出した。Ｆ化合物の含有量が１４質量％を超えると、粘度が低下してビードが蛇行すると共に、収縮孔が発生する。よって、Ｆ含有量は１乃至１４質量％とする。なお、本発明におけるＦ化合物の含有量とは、フラックス中に含まれる全てのＦ化合物をＦで換算した値であり、以下の説明においても同様である。また、本発明のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスに添加されるＦ化合物としては、例えば、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＮａＦ、ＡｌＦ_３、ＭｇＦ_２等が挙げられる。

ＭｇＯ：７乃至１８質量％
ＭｇＯは溶融スラグの粘度を調節するために有効な成分であり、溶接金属中の酸素量を低減させる効果が高い。但し、ＭｇＯ含有量が７質量％未満であると、溶融スラグの粘度が不足し、ビード蛇行が発生しやすくなる。一方、ＭｇＯ含有量が１８質量％を超えると、フラックスが結晶質化し、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１８質量％とする。

Ａｌ _２Ｏ _３：１乃至１３質量％
本発明のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの成分系においては、Ａｌ_２Ｏ_３はＳｉＯ_２と同様の網目構造を構成し、溶融スラグの粘度及び融点を調節するために有効な成分である。但し、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が１質量％未満であると、溶融スラグの粘度が不足し、ビード蛇行が発生しやすくなる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が１３質量％を超えると、溶融スラグの粘度が高くなり過ぎて、ビード形状が凸状になる。従って、Ａｌ_２Ｏ_３含有量は、１乃至１３質量％とする。

ＭｎＯ：１乃至９質量％
ＭｎＯは溶融スラグの粘度を調節するために有効な成分であり、収縮孔の発生を抑制する効果もある。但し、ＭｎＯの含有量が１質量％未満であると、十分な効果が得られず、収縮孔が発生する。一方、ＭｎＯは溶鋼に酸素を供給しやすい成分でもあり、溶接金属中の酸素量を低減するためには、その添加量を抑制することが好ましく、具体的には、ＭｎＯの含有量は９質量％以下とする。ＭｎＯ含有量が９質量％を超えると、溶融スラグの粘度が高くなり、ビード形状が凸状になると共に焼き付きが発生する。従って、ＭｎＯ含有量は１乃至９質量％とする。

ＺｒＯ _２：０．５乃至５．０質量％
ＺｒＯ_２はビード幅を安定させる効果が極めて高い。但し、ＺｒＯ_２含有量が０．５質量％未満であると、十分な効果が得られず、ビード蛇行が発生する。但し、ＺｒＯ_２は溶接金属中の酸素量を高める成分でもあるため、その含有量は低い方が好ましい。また、ＺｒＯ_２含有量が５．０質量％を超えると、スラグの焼き付きが発生する。従って、ＺｒＯ_２含有量は０．５乃至５．０質量％とする。

ＦｅＯ：０．５乃至５．０質量％
ＦｅＯは収縮孔の発生を抑制する効果がある。但し、ＦｅＯ含有量が０．５質量％未満であると、十分な効果が得られず、収縮孔が発生する。また、ＦｅＯは前述のＭｎＯと同様に、溶鋼に酸素を供給しやすい成分であるため、溶接金属中の酸素量を低減するためには、その添加量を抑制することが好ましく、具体的には、ＦｅＯ含有量は５．０質量％以下とする。ＦｅＯ含有量が５．０質量％を超えると、スラグの焼き付きが発生する。従って、ＦｅＯ含有量は０．５乃至５．０質量％とする。

ＴｉＯ _２：８質量％以下
ＴｉＯ_２は収縮孔の発生を抑制するために有効な成分であるが、その効果は比較的小さい。また、ＴｉＯ_２は溶接金属中の酸素量を高める成分であり、その含有量は低い方が好ましい。更に、ＴｉＯ_２含有量が８質量％を超えると、スラグの焼き付きの発生が著しい。従って、ＴｉＯ_２含有量は８質量％以下に規制する。

［Ｍ］：３００以下
また、本発明においては、下記数式４により与えられる［Ｍ］を３００以下にする。なお、下記数式４における［ＳｉＯ_２］はＳｉＯ_２含有量（質量％）、［Ｃａ］はフラックス中に含まれるＣａ化合物の総含有量（質量％）をＣａで換算した値、［Ｂａ］はフラックス中に含まれるＢａ化合物の総含有量（質量％）をＢａで換算した値、［Ｆ］はフラックス中に含まれるＦ化合物の総含有量（質量％）をＦで換算した値、［ＭｇＯ］はＭｇＯ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％）、［ＺｒＯ_２］はＺｒＯ_２含有量（質量％）、［ＦｅＯ］はＦｅＯ含有量（質量％）、［ＴｉＯ_２］はＴｉＯ_２含有量（質量％）である。

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、上記数式４により与えられる［Ｍ］を溶接金属中の酸素量との間に強い相関関係があることを見出した。図１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。本発明者等は、溶接金属の低温靱性を向上させるため、溶接金属中の酸素量を３００ｐｐｍ以下に低減することを目標としているが、図１に示すように、［Ｍ］を３００以下にすることにより、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍ以下になること見出した。また、上記数式３に示すように、溶接金属中の酸素量低減に寄与する度合いは、Ｃａ化合物が最も大きく、Ｍｇ、Ｂａ化合物、「Ｆ化合物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ及びＦｅＯ」、「ＴｉＯ_２及びＺｒＯ_２」、ＳｉＯ_２の順に小さくなる。なお、図１に示す溶接金属中の酸素量は、鋼板及びワイヤの酸素量が共に１００ｐｐｍ以下である場合は、鋼板及びワイヤの酸素量にかからわらず、同じ傾向を示す。

［Ｎ］：０よりも大きい
更に、本発明においては、下記数式５により表される［Ｎ］を０よりも大きくする。

上述のように、［Ｍ］を調節することにより溶接金属中の酸素量を低減することができるが、本発明者等が［Ｍ］が３００以下であるフラックスを使用して高速溶接を行ったところ、ほとんどのフラックスで収縮孔が発生した。図２（ａ）は高速溶接における溶接金属及び溶融池の形状を模式的に示す平面図であり、図２（ｂ）は低速溶接における溶接金属及び溶融池の形状を模式的に示す平面図である。一般に、溶鋼が凝固する際には収縮を伴うが、図２（ａ）に示すように、高速溶接の場合、溶融池３の形状は涙滴型となり、溶鋼は両側の止端部から柱状晶２が成長して凝固収縮するため、溶接金属１のビード中央部には隙間が形成されやすくなる。更に、溶接金属１中の酸素量が低くなると、溶融金属の表面張力が高くなるため、ビード中央部に形成された隙間に溶融金属が十分に満たされなくなり、収縮孔４が発生する。一方、溶接金属中の酸素量が比較的多い場合は、溶融金属の表面張力が低く、凝固収縮した隙間を埋めやすいので、収縮孔４は発生しにくい。また、図２（ｂ）に示すように、溶接速度が遅い場合は、溶融池３の形状が楕円形になり、柱状晶２がビード中央部で会合しにくくなるため、収縮孔は形成されにくい。

本発明者等は、溶融金属の表面張力が高い場合でも、凝固収縮した際に生じる隙間に、溶融金属が浸入しやすくなるようなフラックス成分について検討を行った結果、Ｃａ化合物、Ｂａ化合物、ＭｎＯ、ＦｅＯ及びＴｉＯ_２には、収縮孔の発生を抑制する効果があることを見出した。しかしながら、前述したように、ＭｎＯ、ＦｅＯ及びＴｉＯ_２は、溶接金属中の酸素量を高める成分であり、過度に添加すると、スラグの焼き付き等の問題が発生する。一方、Ｃａ化合物及びＢａ化合物は、収縮孔の発生を抑制する効果だけでなく、溶接金属中の酸素量を低減する効果もあるが、過剰に添加すると、溶融金属の表面張力が高くなり過ぎて、収縮孔が発生することがある。

そこで、本発明者等は更に検討を進めた結果、Ｃａ化合物及びＢａ化合物の含有量だけでなく、Ｆ化合物の含有量によっても収縮孔の発生傾向が変化することを見出した。そして、Ｃａ化合物及びＢａ化合物は［Ｍ］を大幅に増加させることなく、収縮孔の発生を抑制することができる成分であり、Ｆ化合物は収縮孔の発生を助長する成分であることを見出した。図３は横軸にＣａ化合物及びＢａ化合物の総含有量（［Ｃａ］＋［Ｂａ］）をとり、縦軸にＦ化合物の含有量（［Ｆ］）をとって、Ｃａ化合物及びＢａ化合物の総含有量並びにＦ化合物含有量と収縮孔との関係を示すグラフ図である。図３に示すように、上記数式４により与えられる［Ｎ］を０よりも大きくすることにより、収縮孔の発生を抑制することができる。

［Ｐ］：０以下
更にまた、本発明においては、下記数式６により表される［Ｐ］を０以下とする。

ＭｇＯの含有量が９質量％以上の場合は、フラックスの組成が上述の範囲を満足していればビード蛇行の発生は認められない。しかしながら、ＭｇＯ含有量が７質量％以上９質量％未満である場合は、フラックスの組成が上述の範囲を満足していてもビード蛇行が発生することがある。そこで、本発明者等は、更に検討を重ねた結果、Ｃａ化合物含有量とＭｇＯ含有量との間に適正なバランスがあることを見出した。具体的には、ＭｇＯ含有量が少なくなると、溶融スラグの粘度が低くなる傾向にある。また、上述したように、Ｃａ化合物は不規則網目構造であるガラス状ケイ酸のＳｉ−Ｏ結合を分断するため、Ｃａ化合物含有量が多いと溶融スラグの粘度が低下する。なお、Ｂａ化合物も同様の傾向を示すが、Ｂａ化合物はＣａ化合物に比べて原子量が大きいため、ＭｇＯ含有量が７質量％以上９質量％未満である場合は、Ｂａ化合物による溶融スラグの粘度低下の影響は少ない。よって、Ｃａ化合物含有量とＭｇＯ含有量とのバランスを適正化することが、ビード蛇行の抑制に最も有効である。

図４は横軸にＭｇＯ含有量（［ＭｇＯ］）をとり、縦軸にＣａ化合物含有量（［Ｃａ］）をとって、ＭｇＯ含有量とＣａ化合物含有量との関係を示すグラフ図である。図４に示すように、上記数式６により与えられる［Ｐ］を０以下にすることにより、ビード蛇行の発生を抑制することができる。但し、ＭｇＯ含有量が７質量％未満である場合は、［Ｐ］が０以下であっても粘性が不足し、ビード蛇行が発生する。

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、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｐ及び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５（ａ）は４電極溶接における電極配置を示す模式図であり、図５（ｂ）はその際の開先形状を示す断面図である。また、図６（ａ）は３電極溶接における電極配置を示す模式図であり、図６（ｂ）はその際の開先形状を示す断面図である。先ず、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、下記表１に示す成分組成（ＪＩＳ規格Ｇ３１０６ＳＭ４９０Ａ）で板厚が２０ｍｍ、開先１２の角度が７０°である１対の供試鋼板１１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乃至５に示す組成のフラックスを使用し、下記表６、図５（ａ）及び図６（ａ）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、ポックマーク、ビード形状、スラグ焼付き、収縮孔）及び溶接金属中の酸素量を評価した。なお、本実施例においては、前述の方法で溶接する前に、供試鋼板１１の２ｎｄ側を、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を使用して仮付溶接している。このため、得られた溶接継手の２ｎｄ側には、仮付溶接部１３が形成されている。また、下記表２における残部はＦｅ及び不可避的不純物であり、「ｔｒ．」は検出限界以下であることを示す。更に、下記表３乃至５における残部は、Ｃａ化合物及びＢａ化合物に含まれる酸素、Ｆ化合物に含まれるＣａ及びＢａ以外の成分、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、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。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、ビード表面に収縮孔が発生していなかったものを◎、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。図７は溶接金属中の酸素分析用の試験片の採取位置を示す断面図である。溶接金属中の酸素量は、供試鋼板１１を本実施例及び比較例のフラックスを使用して溶接して得た溶接継手の溶接金属１３から試験片１５を採取し、酸素分析により評価した。なお、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍ以下であれば優れた低温靱性が得られるため、低酸素化が図れたとした。以上の結果を下記表７及び表８にまとめて示す。

上記表３に示すＮｏ．１乃至Ｎｏ．２１及びＮｏ．６１乃至Ｎｏ．６４のフラックスが本発明の実施例であり、上記表４及び表５に示すＮｏ．２２乃至Ｎｏ．６０及びＮｏ．６５乃至Ｎｏ．６７が比較例である。なお、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１、Ｎｏ．４２及びＮｏ．４３のフラックスでは図６（ａ）及び（ｂ）に示す３電極溶接を行い、それ以外は図５（ａ）及び（ｂ）に示す４電極溶接を行った。

上記表７に示すように、本発明の範囲内である実施例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．２１及びＮｏ．６１乃至Ｎｏ．６４のフラックスは、溶接作業性が良好であり、溶接金属中の酸素量も３００ｐｐｍ以下であった。一方、上記表８に示すように、本発明の範囲から外れた比較例Ｎｏ．２２のフラックスは、ＳｉＯ_２含有量が２３質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。また、比較例Ｎｏ．２３のフラックスは、ＳｉＯ_２含有量が３３質量％を超えていると共にＣａ含有量が５質量％未満であるため、ビード形状が凸状になり、更に収縮孔が発生した。比較例Ｎｏ．２４のフラックスは、［Ｐ］が０よりも大きいため、ビード蛇行が生じた。また、比較例Ｎｏ．２５のフラックスは、ＭｇＯ含有量が１８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．２６のフラックスは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。また、比較例Ｎｏ．２７のフラックスは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１３質量％を超えているため、ビード形状が凸状になった。比較例Ｎｏ．２８のフラックスは、ＭｎＯ含有量が１質量％未満であるため、収縮孔が発生した。また、比較例Ｎｏ．２９のフラックスは、ＭｎＯ含有量が９質量％を超えているため、ビード形状が凸状になると共にスラグの焼き付きが発生した。比較例Ｎｏ．３０のフラックスは、ＴｉＯ_２含有量が８質量％を超えているため、スラグの焼き付きが発生した。比較例Ｎｏ．３１のフラックスは、ＺｒＯ_２含有量が０．５質量％未満であるため、ビード蛇行が生じた。また、比較例Ｎｏ．３２のフラックスは、ＺｒＯ_２含有量が５．０質量％を超えているため、スラグの焼き付きが発生した。比較例Ｎｏ．３３のフラックスは、ＦｅＯ含有量が０．５質量％未満であるため、収縮孔が発生した。また、比較例Ｎｏ．３４は、ＦｅＯ含有量が５．０質量％を超えているため、スラグの焼き付きが発生した。

比較例Ｎｏ．３５のフラックスは、Ｃａ化合物量が５質量％未満であるため、収縮孔が発生した。また、比較例Ｎｏ．３６のフラックスは、Ｃａ化合物量が２５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．３７のフラックスは、Ｆ化合物含有量が１質量％未満であるため、ビード形状が凸状になった。また、比較例Ｎｏ．３８のフラックスは、Ｆ化合物含有量が１４質量％を超えているため、ビード蛇行及び収縮孔が生じた。比較例Ｎｏ．３９のフラックスは、Ｂａ化合物含有量が５質量％未満であるため、収縮孔が発生した。また、比較例Ｎｏ．４０のフラックスは、Ｂａ化合物含有量が３５質量％を超えていると共にＣａ化合物及びＢａ化合物の総含有量が４０質量％を超えているため、ビード蛇行が生じ、更にポックマークが発生した。比較例Ｎｏ．４１のフラックスは、Ｃａ化合物及びＢａ化合物の総含有量が４０質量％を超えているため、ビード蛇行が生じ、更にポックマークが発生した。

比較例Ｎｏ．４２、Ｎｏ．４４乃至Ｎｏ．５０のフラックスは、［Ｎ］が０以下であるため、収縮孔が発生した。また、比較例Ｎｏ．４３のフラックスは、［Ｐ］が０よりも大きく、［Ｎ］が０以下であるため、ビード蛇行及び収縮孔が生じた。比較例Ｎｏ．５１、Ｎｏ．５３及びＮｏ．６０のフラックスは、［Ｍ］が３００を超えているため、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍを超えていた。比較例Ｎｏ．５２及びＮｏ．５４のフラックスは、［Ｍ］が３００を超えていると共にＡｌ_２Ｏ_３含有量が１３質量％を超えているため、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍを超え、更にビード形状が凸状になった。比較例Ｎｏ．５５のフラックスは、［Ｍ］が３００を超え、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１３質量％を超え、ＭｎＯ含有量が９質量％を超え、ＺｒＯ_２含有量が０．５質量％未満であるため、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍを超え、更に、ビード形状が凸状になり、ビード蛇行及びスラグの焼き付きが生じた。比較例Ｎｏ．５６のフラックスは、［Ｍ］が３００を超え、ＳｉＯ_２含有量が３３質量％を超え、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１３質量％を超え、ＺｒＯ_２含有量が０．５質量％未満であるため、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍを超え、更に、ビード形状が凸状になると共にビード蛇行が生じた。

比較例Ｎｏ．５７及びＮｏ．５８のフラックスは、［Ｍ］が３００を超えていると共にＺｒＯ_２含有量が０．５質量％未満であるため、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍを超え、更にビード蛇行が生じた。比較例Ｎｏ．５９のフラックスは、［Ｍ］が３００を超え、ＳｉＯ２含有量が３３質量％を超え、ＺｒＯ_２含有量が０．５質量％未満であるため、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍを超え、更に、ビード形状が凸状になると共にビード蛇行が生じた。なお、比較例Ｎｏ．５５乃至Ｎｏ．５９のフラックスは、Ｂａ化合物の含有量が５質量％未満であるにもかかわらず収縮孔が発生しなかった。これは、［Ｍ］が３００を超えているため、溶接金属中の酸素量が３００ｐｐｍを超えて、溶融金属の表面張力が低くなったためである。

比較例Ｎｏ．６５のフラックスは、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．６６のフラックスは、ＭｇＯ含有量が７質量％未満であると共に、［Ｐ］が０よりも大きいため、ビード蛇行が生じた。比較例Ｎｏ．６７のフラックスは、［Ｐ］が０よりも大きいため、ビード蛇行が生じた。

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）は高速溶接における溶接金属及び溶融池の形状を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は低速溶接における溶接金属及び溶融池の形状を模式的に示す平面図である。横軸にＣａ化合物及びＢａ化合物の総含有量をとり、縦軸にＦ化合物含有量をとって、Ｃａ化合物及びＢａ化合物の総含有量とＦ化合物含有量との関係を示すグラフ図である。横軸にＭｇＯ含有量をとり、縦軸にＣａ化合物含有量をとって、ＭｇＯ含有量とＣａ化合物含有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；溶接金属
２；柱状晶
３；溶融池
４；収縮孔
１１；供試鋼板
１２；開先
１３；仮付溶接部
１４；溶接金属
１５；酸素量分析用試験片

Claims

フラックス全質量あたり、ＳｉＯ_２：２３乃至３３質量％、Ｃａ化合物：Ｃａ換算で５乃至２５質量％、Ｂａ化合物：Ｂａ換算で５乃至３５質量％、Ｆ化合物：Ｆ換算で１乃至１４質量％、ＭｇＯ：７乃至１８質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１乃至１３質量％、ＭｎＯ：１乃至９質量％、ＺｒＯ_２：０．５乃至５．０質量％、ＦｅＯ：０．５乃至５．０質量％を含有し、ＴｉＯ_２：８質量％以下、Ｃａ化合物及びＢａ化合物：夫々Ｃａ換算値及びＢａ換算値の総量で４０質量％以下に規制し、ＳｉＯ_２含有量（質量％）を［ＳｉＯ_２］、Ｃａ化合物のＣａ換算含有量（質量％）を［Ｃａ］、Ｂａ化合物のＢａ換算含有量（質量％）を［Ｂａ］、Ｆ化合物のＦ換算含有量（質量％）を［Ｆ］、ＭｇＯ含有量（質量％）を［ＭｇＯ］、Ａｌ_２Ｏ_３含有量を［Ａｌ_２Ｏ_３］、ＭｎＯ含有量（質量％）を［ＭｎＯ］、ＺｒＯ_２含有量（質量％）を［ＺｒＯ_２］、ＦｅＯ含有量（質量％）を［ＦｅＯ］、ＴｉＯ_２含有量（質量％）を［ＴｉＯ_２］としたとき、下記数式により与えられる［Ｍ］が３００以下であり、下記数式により与えられる［Ｎ］が０よりも大きく、且つ下記数式により与えられる［Ｐ］が０以下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。