JP6104146B2

JP6104146B2 - サブマージアーク溶接用フラックス及びその製造方法

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Publication number: JP6104146B2
Application number: JP2013257686A
Authority: JP
Inventors: 覚加納; 太田　誠; 誠太田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2017-03-29
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Description

本発明は、サブマージアーク溶接に用いられるフラックスに関する。より詳しくは、高温焼成型フラックスに関する。

サブマージアーク溶接に用いられるフラックスは、その形態から、溶融型フラックスと焼成型フラックスに大別される。溶融型フラックスは、種々の原料を電気炉などで溶解し、粉砕することにより製造される。一方、焼成型フラックスは、種々の原料をケイ酸アルカリなどのバインダーにより結合し、造粒した後、焼成することにより製造される。

また、焼成型フラックスは、焼成温度によって分類され、一般に、４００〜６００℃で焼成したものを低温焼成型フラックス、６００〜１２００℃で焼成したものを高温焼成型フラックスという。そして、低温焼成型フラックスでは、従来、溶接金属中への水素の拡散を低減するため、種々の検討がなされている（特許文献１〜３参照）。例えば、特許文献１〜３には、フラックス中の炭酸塩の比率を特定の範囲にすることにより、溶接時にＣＯ_２ガスを発生させて、Ｈ_２分圧を低減する技術が開示されている。

また、炭酸塩を使用せずに吸湿特性を改善するために、主にフラックス成分由来の特性値であるＡ値及びフラックスの比表面積の最大値を規定して、溶接金属中への水素量を低減する手法も提案されている（特許文献４参照）。一方、高温焼成型フラックスについては、例えば、塩基性酸化物、アルカリ金属フッ化物及び酸性酸化物などの種類とその含有量を特定することにより、拡散水素量を低減する技術が提案されている（特許文献５参照）。

特開昭４９−７０８３９号公報特開昭５３−９５１４４号公報特開昭５１−８７４４４号公報特開平９−９９３９２号公報特開昭６２−６８６９５号公報

しかしながら、前述した焼成型フラックスにおける拡散水素量低減技術には、以下に示す問題点がある。先ず、特許文献１〜３に記載されている炭酸塩を添加した低温焼成型フラックスは、直流式の溶接電源を用いると、フラックス消費量が増大し、交流式の溶接電源を用いた場合よりも一層炭酸塩の分解が促進され、溶接中に大量に発生するＣＯガスやＣＯ_２ガスによってビード表面が粗くなり、また、これらポックマークが発生してビード外観やビード形状が劣化するという問題点がある。

特許文献４に記載の技術では、水和性を示す指標であるＡ値において、ＭｎＯを水和性の成分として捉えているが、ＭｎＯは、他のフラックス成分との併用により非水和性の成分にもなり得る。また、特許文献４に記載の技術では、比表面積の低下を図っているが、フラックスの比表面積は、溶接時のスラグのシールド性に大きく影響を与える。具体的には、フラックスの比表面積を低下させると、スラグのシールド性が損なわれて溶接金属中の窒素量が上昇し、溶接金属の靱性が劣化する。

一方、高温焼成型フラックスに関する特許文献５に記載の技術は、交流式の溶接電源への対応を主目的としてフラックス成分が設計されており、直流式の溶接電源使用時に最も懸念される溶接作業性の劣化については考慮されていない。即ち、特許文献５に記載のフラックスは、溶接電源に直流式を用いると、交流式を用いた場合と同等の効果は得られない。

そこで、本発明は、溶接電源が交流式及び直流式のいずれであっても、溶接作業性が良好でかつ、溶接金属中の拡散性水素量を低減することが可能なサブマージアーク溶接用フラックスを提供することを主目的とする。

本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスは、ＭｇＯ：２５〜３５質量％、Ｆ（ＣａＦ_２換算値）：１５〜３０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２５質量％、ＳｉＯ_２：１０〜２０質量％、Ｎａ（Ｎａ_２Ｏ換算値）及びＫ（Ｋ_２Ｏ換算値）のうち少なくとも一方：合計で０．５〜５．５質量％、Ｆｅ（ＦｅＯ換算値）：０．５〜５質量％、ＴｉＯ_２：１〜５質量％を含有すると共に、ＣａＯ：６質量％以下、Ｍｎ（ＭｎＯ換算値）：２．０質量％未満、水溶性ＳｉＯ_２：１質量％以下、Ｃ：０．２質量％以下に規制され、Ａｌ_２Ｏ_３含有量を［Ａｌ_２Ｏ_３］、ＭｇＯ含有量を［ＭｇＯ］、Ｆ含有量（ＣａＦ_２換算値）を［ＣａＦ_２］、ＴｉＯ_２含有量を［ＴｉＯ_２］としたとき、下記数式１を満たす。

また、本発明のサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法は、８００℃以上で焼成する。

本発明によれば、各成分の含有量を特定すると共に、ＭｇＯ含有量と、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆ及びＴｉＯ_２の総含有量との比を特定の範囲にしているため、溶接電源が交流式及び直流式のいずれであっても、溶接作業性が良好でかつ、溶接金属中の拡散性水素量を低減することが可能となる。

実施例の溶接試験で用いた試験片の開先形状を示す図である。

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い。

本発明者は、前述した課題を解決するために、鋭意実験検討を行った結果、以下に示す知見を得た。直流式の溶接電源を用いる場合、スラグ剥離性を良好に保つため、フラックスのＳｉＯ_２量は極力低減すべきである。また、ＭｇＯについては、特許文献５に記載のフラックスよりも添加量を多くしないと、スラグ剥離性を改善することはできない。

そこで、本発明の実施形態に係るサブマージアーク溶接用フラックス（以下、単にフラックスともいう。）では、ＳｉＯ_２含有量を１０〜２０質量％、ＭｇＯ含有量を２５〜３５質量％にすると共に、水溶性ＳｉＯ_２を１質量％未満に規制している。また、本実施形態のフラックスでは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量を［Ａｌ_２Ｏ_３］、ＭｇＯ含有量を［ＭｇＯ］、Ｆ含有量（ＣａＦ_２換算値）を［ＣａＦ_２］、ＴｉＯ_２含有量を［ＴｉＯ_２］、としたとき、下記数式２を満たすように、各成分を調整している。

以下、本実施形態のフラックスにおける組成限定理由について説明する。なお、本実施形態のフラックスにおける各成分の含有量は、特に断りのない限り、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法で定量した値を、酸化物又はフッ化物に換算した換算値である。

［ＭｇＯ：２５〜３５質量％］
ＭｇＯは、スラグ剥離性の向上に大きく寄与する成分であり、溶接電源の方式によらず、良好なスラグ剥離性を確保するために必須の成分である。しかしながら、ＭｇＯ含有量が２５質量％未満の場合、スラグ剥離性向上の効果が十分に得られず、また、３５質量％を超えると、ビード形状が劣化し、溶接電源の種別に依存してスラグ巻込み、融合不良、更にはアンダーカットなどの欠陥が発生しやすくなる。特に、交流式溶接電源においては、前述したスラグ巻き込み及び溶融不良などの溶接欠陥の発生が顕著になる。よって、ＭｇＯ含有量は２５〜３５質量％とする。

ＭｇＯ含有量は、欠陥発生抑制の観点から、３２質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは３０質量％以下である。なお、ここでいうＭｇＯ含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法（例えばＪＩＳＭ８２２２など）で分析して得たフラックスの全Ｍｇ量を、ＭｇＯで換算した値である。この方法で測定した全Ｍｇ量には、ＭｇＦ_２などのＭｇＯ以外の成分が含まれることがあるが、これらの成分は微量であるため、ＭｇＯ含有量（全Ｍｇ量のＭｇＯ換算値）が前述した範囲内であれば、前述したＭｇＯの効果には影響しない。

［Ｆ（ＣａＦ_２換算値）：１５〜３０質量％］
ＣａＦ_２などのフッ化物は、溶融スラグの電気伝導性や流動性を高める効果があり、溶融スラグの高温粘性に影響を与える成分の１つである。この作用は、後述するＣａＯと同様に、その含有量に比例する。具体的には、Ｆ含有量（ＣａＦ_２換算値）が１５質量％未満の場合、前述した効果が十分に得られず、また、溶融スラグからＣＯガスの排出を促進し、耐ポックマーク性を改善する効果も期待できない。

一方、Ｆ含有量（ＣａＦ_２換算値）が３０質量％を超えると、溶融スラグの流動性が高くなりすぎて、ビード形状が劣化する。よって、Ｆ含有量（ＣａＦ_２換算値）は１５〜３０質量％とする。Ｆ含有量（ＣａＦ_２換算値）は、耐ポックマーク性向上の観点から、１８質量％以上が好ましく、より好ましくは２０質量％以上である。また、ビード形状向上の観点からは、Ｆ含有量（ＣａＦ_２換算値）は、２７質量％以下が好ましく、より好ましくは２５質量％以下である。

なお、ここでいうＦ含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法（例えばＪＩＳＫ１４６８−２など）で分析して得たフラックスの全Ｆ量を、ＣａＦ_２で換算した値である。また、本実施形態のフラックスにおけるフッ化物成分は、主にＣａＦ_２であり、その他にＡｌＦ_３やＭｇＦ_２などが含まれることがあるが、Ｆ含有量（全Ｆ量のＣａＦ_２換算値）が前述した範囲内であれば、前述したフッ化物の効果には影響しない。

［Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２５質量％］
Ａｌ_２Ｏ_３は、溶融スラグの粘性及び融点を調整する成分であり、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。しかしながら、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１０質量％未満の場合は、前述した効果が十分に得られず、また、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が２５質量％を超えると、溶融スラグの融点が上昇しすぎて、溶接時にビード形状の劣化を招く。よって、Ａｌ_２Ｏ_３含有量は１０〜２５質量％とする。

Ａｌ_２Ｏ_３含有量は、溶融スラグの粘性及び融点の調整の観点から、１５質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは１７質量％以上である。また、溶融スラグの融点の観点からは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量は２２質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは２０質量％以下である。これにより、ビード形状を更に良好にすることができる。

なお、ここでいうＡｌ_２Ｏ_３含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法（例えばＪＩＳＭ８２２０など）で分析して得たフラックスの全Ａｌ量を、Ａｌ_２Ｏ_３で換算した値である。この方法で測定した全Ａｌ量には、ＡｌＦ_３などのＡｌ_２Ｏ_３以外の成分が含まれることがあるが、これらの成分は微量であるため、Ａｌ_２Ｏ_３含有量（全Ａｌ量のＡｌ_２Ｏ_３換算値）が前述した範囲内であれば、前述したＡｌ_２Ｏ_３の効果には影響しない。

［ＳｉＯ_２：１０〜２０質量％］
ＳｉＯ_２は、溶融スラグに適度の粘性を与えることによって、主にビード外観及びビード形状を良好にする効果がある。しかしながら、ＳｉＯ_２含有量が１０質量％未満の場合、前述した効果が十分に得られず、ビード外観及びビード形状が劣化する。また、ＳｉＯ_２含有量が２０質量％を超えると、スラグの粘性が過剰となり、スラグ剥離性が劣化すると共に、スラグの焼付きが激しくなる。よって、ＳｉＯ_２含有量は１０〜２０質量％とする。

ＳｉＯ_２含有量は、ビード外観及びビード形状の向上の観点から、１３質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは１５質量％以上である。また、溶融スラグの粘性の適正化の観点から、ＳｉＯ_２含有量は２２質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは１８質量％以下である。

なお、ここでいうＳｉＯ_２含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法（例えばＪＩＳＭ８２１４など）で分析して得たフラックスの全Ｓｉ量を、ＳｉＯ_２で換算した値である。この方法で測定した全Ｓｉ量には、Ｆｅ−Ｓｉなどの合金として添加されるＳｉなどＳｉＯ_２以外の成分が含まれているが、ＳｉＯ_２含有量（全Ｓｉ量のＳｉＯ_２換算値）が前述した範囲内であれば、前述したＳｉＯ_２の効果には影響しない。

［Ｎａ（Ｎａ_２Ｏ換算値）及びＫ（Ｋ_２Ｏ換算値）のうち少なくとも一方：合計で０．５〜５．５質量％］
Ｎａ及びＫは、主に溶接時のアーク安定性とフラックスの吸湿特性に影響を与える成分であり、主に、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏなどの酸化物の形態で添加される。しかしながら、Ｎａ含有量（Ｎａ_２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ_２Ｏ換算値）が合計で０．５質量％未満の場合、溶接時のアーク電圧が不安定となり、ビード外観及びビード形状が劣化する。

一方、Ｎａ含有量（Ｎａ_２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ_２Ｏ換算値）が合計で５．５質量％を超えると、フラックスの吸湿特性が劣化すると共に、アークが強くなりすぎて不安定となり、ビード外観及びビード形状が劣化する。よって、Ｎａ含有量（Ｎａ_２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ_２Ｏ換算値）は、合計で０．５〜５．５質量％とする。なお、本実施形態のフラックスは、Ｎａ及びＫの少なくとも一方が添加されていればよい。

Ｎａ含有量（Ｎａ_２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ_２Ｏ換算値）は、アーク電圧の安定化の観点から、合計で１．５質量％以上であることが好ましく、より好ましくは２．０質量％以上である。また、フラックスの吸湿特性の観点から、Ｎａ含有量（Ｎａ_２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ_２Ｏ換算値）は、合計で４．５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは３．５質量％以下である。

なお、ここでいうＮａ含有量及びＫ含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法（例えばＪＩＳＭ８８５２など）で分析して得たフラックスの全Ｎａ量及び全Ｋ量を、それぞれＮａＯ及びＫ_２Ｏで換算した値である。また、本実施形態のフラックスにおけるＮａ成分及びＫ成分は、主にＮａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏであるが、その他にＮａＡｌＳｉ_３Ｏ_８やＫＡｌＳｉ_３Ｏ_８などが含まれることがある。

［Ｆｅ（ＦｅＯ換算値）：０．５〜５質量％］
Ｆｅは、脱酸現象を促進し、耐ポックマーク性を高める効果があり、主に、Ｆｅ−Ｓｉなどの金属粉の形態で添加される。前述した効果は、その存在量に比例し、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が０．５質量％未満の場合、特に溶接電源が直流式の場合に、十分な効果が得られない。一方、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が５質量％を超えると、スラグの凝固温度に影響を与え、ビード外観、ビード形状及びスラグ剥離が劣化する。よって、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）は０．５〜５質量％とする。

Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）は、耐ポックマーク性の観点から、１質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは１．５質量％以上である。また、スラグの凝固温度への影響を考慮すると、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）は、４質量％以下であることが好ましく、より好ましくは３質量％以下である。

なお、ここでいうＦｅ含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法（例えばＪＩＳＭ８２０２など）で分析して得たフラックスの全Ｆｅ量を、ＦｅＯで換算した値であり、金属粉として添加されるＦｅ以外に、不可避的不純物として添加されるＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３及びＦｅ_３Ｏ_４などが含まれることがある。

［ＴｉＯ_２：１〜５質量％、］
ＴｉＯ_２は、スラグ剥離性向上に有効な成分であり、ビード形状を良好に整える効果もある。また、ＴｉＯ_２の一部は、溶接時の還元反応によりＴｉとなり、このＴｉは溶接金属中に添加されて、靭性向上に寄与する。前述した作用は、その存在量（ＴｉＯ_２含有量）に比例する。ただし、ＴｉＯ_２含有量の上限値が５質量％を超えると、ビード形状が劣化する。また、ＴｉＯ_２含有量が１質量％未満の場合は、スラグ剥離性及びビード形状が劣化する。よってＴｉＯ_２含有量は１〜５質量％とする。

なお、ここでいうＴｉＯ_２含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法（例えばＪＩＳＭ８２１９など）で分析して得たフラックスの全Ｔｉ量を、ＴｉＯ_２で換算した値である。

［ＣａＯ（換算値）：６質量％以下］
ＣａＯは、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高めると共に、溶融スラグの流動性にも影響を与える成分であり、その存在量に比例して、前述した効果が発揮される。しかしながら、ＣａＯ含有量が６質量％を超えると、溶融スラグの流動性が過大となり、ビードの外観及び形状が劣化する。よって、ＣａＯ含有量は６質量％以下に規制する。ＣａＯ含有量は、溶融スラグ流動性の観点から、４質量％以下であることが好ましく、より好ましくは２質量％以下である。

なお、本実施形態のフラックスには、Ｃａ成分としてＣａＯ以外に、前述したＣａＦ_２が含まれる。このため、ここでいうＣａＯ含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法で分析して得た全Ｃａ量及び全Ｆ量から求められる換算値である。従って、ＣａＦ_２量が多量の場合は、ＪＩＳＺ３３５２に準拠すると、ＣａＯが０となる場合も存在する。

［Ｍｎ（ＭｎＯ換算値）：２質量％未満］
Ｍｎは、溶融スラグの粘性及び凝固温度に影響を与えると共に、耐ポックマーク性改善に有効な成分である。しかしながら、本発明者が本発明の範囲内で種々の実験検討を行った結果、Ｍｎの添加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確認された。溶接金属中の酸素量増加は靭性を劣化させる原因の１つであるため、Ｍｎ含有量（ＭｎＯ換算値）が２質量％以上になると、溶接金属の靭性が劣化する。そこで、本実施形態のフラックスにおいては、Ｍｎを規制成分とし、その含有量を、ＭｎＯ換算値で、２質量%以下に規制する。

なお、本実施形態のフラックスに含有されるＭｎは、不可避的不純物として原料から混入されるものである。そして、ここでいうＭｎ含有量は、ＪＩＳＺ３３５２に規定される方法（例えばＪＩＳＭ８２３２など）で分析して得たフラックスの全Ｍｎ量を、ＭｎＯで換算した値である。

[水溶性ＳｉＯ_２：１質量％以下]
水溶性ＳｉＯ_２の含有量が１質量％を超えると、フラックスの耐吸湿性が劣化すると共に、溶接金属の拡散水素量が増加する。よって、水溶性ＳｉＯ_２含有量は１質量％以下に規制する。水溶性ＳｉＯ_２含有量は、耐吸湿性向上及び拡散水素量低減の観点から、０．８質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．６質量％以下である。

この水溶性ＳｉＯ_２は、主に水ガラスなどの結合剤に由来し、その量を低減するには、結合剤が難吸湿化する温度以上でフラックスを焼結することが有効である。具体的には、焼成温度を８００℃以上とすることが、特に好ましい。

フラックス中の水溶性ＳｉＯ_２量は、以下の方法により測定することができる。先ず、フラックスを振動ミルにて粒径３００μｍ以下に粉砕し、そこから測定用試料を約０．２ｇ採取する（ステップ１）。次に、石英製三角フラスコに、前述した試料と蒸留水１００ｍｌとを入れ、煮沸下で４時間、可溶性成分を抽出した（ステップ２）。その後、抽出液を１２時間以上放置した後、抽出液中の沈殿物及び浮遊物などを取り除き、吸光光度法にてＳｉを定量した（ステップ３）。

なお、ここでいう水溶性ＳｉＯ_２は、前述した方法で分析して得たフラックスの全Ｓｉ量を、ＳｉＯ_２で換算した値であり、前述した全ＳｉＯ_２とは区別して、その含有量を特定している。

［［ＭｇＯ］／（［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＣａＦ_２］＋［ＴｉＯ_２］）：０．５〜１．１］
ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆ及びＴｉＯ_２は、それぞれ個別にその含有量を規定しているが、本実施形態のフラックスでは、更に、ＭｇＯ含有量と、Ａｌ_２Ｏ_３含有量、Ｆ含有量（ＣａＦ_２）及びＴｉＯ_２含有量の合計量との比（＝［ＭｇＯ］／（［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＣａＦ_２］＋［ＴｉＯ_２］））も規定する。

本発明者は、ＭｇＯを添加したフラックスの吸湿特性及び溶接作業性について種々実験研究した結果、ＭｇＯ含有量と、Ａｌ_２Ｏ_３含有量、Ｆ含有量（ＣａＦ_２）及びＴｉＯ_２含有量の合計量との比（＝［ＭｇＯ］／（［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＣａＦ_２］＋［ＴｉＯ_２］））が、吸湿特性及び溶接作業性について大きな影響を及ぼすことを見出した。例えば、直流式の溶接電源を用いる場合は、交流式の溶接電源を用いる場合と比べて、フラックス消費量が増加する。このため、溶接金属中のＳｉが増加して、スラグ剥離性の劣化が顕著となるが、スラグ剥離性については、ＭｇＯの添加により改善することができる。

しかしながら、ＭｇＯは、水和性に富んでいるため、フラックス中に添加すると、吸湿特性が劣化し、溶接金属中の拡散性水素量が増加する。一方、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆ及びＴｉＯ_２は、非水和性の成分であり、添加による吸湿特性の向上効果は著しい。中でも、Ｆは、Ａｌ_２Ｏ_３やＴｉＯ_２と併用することにより、従来の知見とは異なり、フラックスの吸湿特性の向上をさせて、拡散性水素量低減に寄与する効果を有していることがわかった。

ただし、［ＭｇＯ］／（［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＣａＦ_２］＋［ＴｉＯ_２］）が０．５未満の場合、直流式の溶接電源にて溶接した場合に、スラグ剥離性が著しく劣化する。一方、［ＭｇＯ］／（［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＣａＦ_２］＋［ＴｉＯ_２］）が１．１を超えると、吸湿特性が劣化し、溶接金属中の拡散性水素量が増加する。よって、［ＭｇＯ］／（［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＣａＦ_２］＋［ＴｉＯ_２］）が０．５〜１．１となるように、各成分の添加量を調整する。これにより、吸湿特性の劣化を抑制することができる。

［Ｃ：０．２質量％以下］
Ｃは、フラックスの各原料に不純物として含まれる炭酸塩などに由来し、不可避的に導入される。一方、前述したように直流式の溶接電源を用いた場合、フラックスの消費量が増大し、交流式の溶接電源を用いた場合に比べて、炭酸塩の分解が一層促進される。このため、Ｃ含有量が微量であっても、溶接中にＣＯやＣＯ_２ガスが大量に発生し、耐ポックマーク性の劣化やビードの外観及び形状の劣化を招くこととなる。よって、溶接作業性の劣化を防止するため、フラックス中のＣ量は、０．２質量％以下に低減することが好ましい。

Ｃ含有量は、特に耐ポックマーク性向上の観点から、０．１質量％以下に規制することが好ましく、より好ましくは０．０５質量％以下である。なお、耐ポックマーク性を良好に維持するためには、Ｃ含有量はできるだけ少ない方が好ましい。また、ここでいうＣ含有量は、ＪＩＳＺ２６１５に規定される方法（例えばＪＩＳＭ８２１９など）で分析して得た値である。

［その他の成分］
本実施形態のフラックスにおける上記以外の成分は、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌｉ、Ｐ及びＳなどである。これらの不可避的不純物のうち、Ｚｒ、Ｂａ及びＬｉなどはそれぞれ１．０質量％以下に規制することが好ましく、特に溶接品質に影響するＰ及びＳはそれぞれ０．０５質量％以下に規制することが好ましい。

［製造方法］
本実施形態のフラックスを製造する場合は、例えば、前述した組成となるように原料粉を配合し、結合剤と共に混練した後、造粒し、焼成する。その際、結合剤（バインダ）としては、例えば、ポリビニルアルコールなどの水溶液や水ガラスを使用することができる。また、造粒法は、特に限定されるものではないが、転動式造粒機や押し出し式造粒機などを用いる方法が好ましい。

更に、造粒されたフラックスは、ダスト除去及び粗大粒の解砕などの整粒処理を行い、粒子径を２．５ｍｍ以下とすることが望ましい。一方、造粒後の焼成は、ロータリーキルン、定置式バッチ炉及びベルト式焼成炉などで行うことができる。その際の焼成温度は、例えば６００〜１２００℃とすることができるが、前述したように結合剤を難吸湿化する観点から、８００℃以上とすることが好ましい。

以上詳述したように、本実施形態のフラックスは、各成分の含有量を特定の範囲にすると共に、ＭｇＯ含有量と、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆ及びＴｉＯ_２の総含有量との比が特定の範囲になるように、これらの成分の量を調整しているため、溶接電源が交流式及び直流式のいずれであっても、溶接作業性が良好でかつ、溶接金属中の拡散性水素量を低減することが可能となる。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記表１に示す鋼板及び表２に示すワイヤを使用し、図１に示す開先形状で、下記表３に示す溶接条件（Ａ又はＢ）により、サブマージアーク溶接での溶接試験を実施し、下記表４に示す実施例のフラックス及び下記表５に示す比較例のフラックスについて、その性能を評価した。なお、本実施例では、下記表４及び表５に示す組成となるように原料を配合し、結合剤（水ガラス）と共に混練した後、造粒し、更にロータリーキルンを用いて下記表４及び表５に示す温度で焼成し、整粒することにより、粒子径が２．５ｍｍ以下のフラックスを得た。

なお、上記表１に示す鋼板組成及び上記表２に示すワイヤ組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、上記表４及び表５に示す「Ｍ」は［ＭｇＯ］／（［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＣａＦ_２］＋［ＴｉＯ_２］）の値である。

実施例及び比較例の各フラックスの評価は、溶接金属中の拡散水素量、衝撃試験、ビード外観、ビード形状、スラグ剥離性、溶接欠陥（内在・外在）について行った。

＜拡散水素量＞
溶接金属中の拡散水素量は、原則、ＪＩＳＺ３１１８に規定される方法に基づいて測定した。本実施例では、拡散水素量が３．５ｍｌ／１００ｇ以下であったものを合格とした。

＜衝撃試験＞
衝撃試験は、ＪＩＳＺ２２４２に規定される方法に基づいて実施し、−４０℃におけるシャルピー吸収エネルギーの値により評価した。本実施例では、シャルピー吸収エネルギーが１００Ｊ以上であったものを合格とした。

＜ビード外観＞
ビード外観は、主にビードの波目や光沢に関する評価であり、溶接部を目視観察することにより行った。その結果、ビードの波目に乱れがなくビードに金属光沢があるものを◎、単位溶接長（１ｍ）あたりにビード波目の乱れが１箇所でビードに金属光沢があるものを○、単位溶接長（１ｍ）あたりにビード波目の乱れが２〜４箇所でビードに金属光沢がないものを△、単位溶接長（１ｍ）あたりにビード波目の乱れが５箇所以上ありビードに金属光沢がないものを×とし、評価が◎又は○であったものを合格とした。

＜ビード形状＞
ビード形状は、主にビードの凹凸や母材へのなじみに関する評価であり、溶接部を目視観察することにより行った。その結果、ビード形状が、非常に良好であったものを◎、良好であったものを○、やや不良であったものを△、不良であったものを×とし、評価が◎又は○であったものを合格とした。

＜スラグ剥離性＞
スラグ剥離性は、スラグ除去の容易さや焼き付きの有無により評価した。具体的には、スラグが、自然剥離し、焼き付きがなかったものを◎、自然剥離するが、単位溶接長（１ｍ）あたり３箇所以下で焼き付きが発生したものを○、自然剥離せず、単位溶接長（１ｍ）あたり４〜９箇所で焼き付きが発生したものを△、自然剥離せず、単位溶接長（１ｍ）あたり１０箇所以上で焼き付きが発生したものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。

＜アーク安定性＞
アーク安定性は、溶接時の電流や電圧の振れにより評価した。具体的には、溶接電流が±５０Ａかつアーク電圧が±２Ｖであったものを◎、溶接電流が±１００Ａかつアーク電圧が±２Ｖであったものを○、溶接電流が±１００Ａかつアーク電圧が±４Ｖであったものを△、溶接困難であったものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。

＜溶接欠陥＞
溶接欠陥（内在）は、主に気孔欠陥、スラグ巻き込み及び融合不良などの溶接金属内部で発生する溶接欠陥に関する評価であり、これらの溶接欠陥の発生がなかったものを◎、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が０．５％以下であったものを○、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が０．５％を超え１．０％以下であったものを△、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が１．０％を超えていたものを×とし、評価が◎又は○であったものを合格とした。

一方、溶接欠陥（外在）は、主にアンダーカット及びポックマークなどの溶接金属表面で発生する溶接欠陥に関する評価であり、これらの溶接欠陥の発生がなかったものを◎、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が０．５％以下であったものを○、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が０．５％を超え１．０％以下であったものを△、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が１．０％を超えていたものを×とし、評価が◎又は○であったものを合格とした。

以上の評価結果を、下記表６及び表７にまとめて示す。

表７に示す比較例Ｎｏ．１のフラックスは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が２５質量％を超えているため、ビード形状が不良であった。一方、比較例Ｎｏ．２のフラックスは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１０質量％未満であるため、ビード形状が劣っていた。また、比較例Ｎｏ．３のフラックスは、ＳｉＯ_２含有量が２０質量％を超えているため、スラグ剥離性が劣っていた。一方、比較例Ｎｏ．４のフラックスは、ＳｉＯ_２含有量が１０質量％未満であるため、ビード外観及びビード形状が劣っていた。

比較例Ｎｏ．５のフラックスは、ＭｇＯ含有量が３５質量％を超えているため、ビード形状が劣り、更に、溶接金属の内部及び表面において溶接欠陥が発生した。一方、比較例Ｎｏ．６のフラックスは、ＭｇＯ含有量が２５質量％未満であるため、焼き付きが発生し、スラグ剥離性が不良であった。また、比較例Ｎｏ．７のフラックスは、Ｆ含有量が３０質量％を超えているため、ビード形状が劣っていた。一方、比較例８のフラックスは、Ｆ含有量が１５質量％未満であるため、アンダーカットやポックマークなどの溶接欠陥が発生した。

比較例Ｎｏ．９のフラックスは、Ｍｎ含有量（ＭｎＯ換算値）が２質量％以上であるため、溶接金属中の拡散水素量が増加し、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．１０のフラックスは、Ｎａ含有量（Ｎａ_２Ｏ換算値）とＫ含有量（Ｋ_２Ｏ換算値）の合計量が０．５質量％未満であるため、アーク安定性が著しく低下し、併せてビード外観やビード形状も劣化した。その結果、溶接が困難であった。一方、比較例Ｎｏ．１１のフラックスは、Ｎａ含有量（Ｎａ_２Ｏ換算値）とＫ含有量（Ｋ_２Ｏ換算値）の合計量が５．５質量％を超えているため、ビード外観及びビード形状が劣っていた。

比較例Ｎｏ．１２のフラックスは、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が０．５質量％未満であるため、溶接金属表面にアンダーカットやポックマークなどの溶接欠陥が発生した。一方、比較例Ｎｏ．１３のフラックスは、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が５質量％を超えているため、ビード外観及びビード形状が劣り、更に、スラグ剥離性も劣っていた。また、比較例Ｎｏ．１４のフラックスは、８質量％を超えてＴｉＯ_２を含有しているため、ビード形状が劣っていた。一方、比較例Ｎｏ．１５のフラックスは、ＴｉＯ_２含有量が１質量％未満であるため、スラグ剥離性及びビード形状が劣化した。

比較例Ｎｏ．１６のフラックスは、水溶性ＳｉＯ_２含有量が、１．０質量％を超えているため、溶接金属中の拡散水素量が増加した。比較例Ｎｏ．１７のフラックスは、Ｍ（＝［ＭｇＯ］／（［Ａｌ_２Ｏ_３］＋［ＣａＦ_２］＋［ＴｉＯ_２］））が０．５未満であるため、スラグ剥離性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．１８のフラックスは、Ｍが１．１０を超えているため、溶接金属中の拡散水素量が増加した。また、比較例Ｎｏ．１９のフラックスは、ＣａＯ含有量が６質量％を超えているため、ビードの外観及び形状が劣化した。

これに対して、表６に示す実施例Ｎｏ．１〜３２のフラックスは、本発明の範囲を満足するものであるため、ビード外観、ビード形状、スラグ剥離性及びアーク安定性に優れ、かつ溶接欠陥（内在・外在）の発生も見られなかった。また、Ｃ含有量が０．２質量％以下に規制した実施例Ｎｏ．１〜３２のフラックスは、Ｃ含有量が０．２質量％を超えている比較例Ｎｏ．２０のフラックスに比べて、ポックマークの発生を抑制する効果が高く、耐ポックマーク性に優れていた。

以上の結果から、本発明のフラックスを用いることにより、溶接が交流式及び直流式のいずれの場合でも、溶接作業性を良好にし、かつ溶接金属中の拡散性水素量を低減することが可能であることが確認された。

Claims

ＭｇＯ：２５〜３５質量％、
Ｆ（ＣａＦ_２換算値）：１５〜３０質量％、
Ａｌ_２Ｏ_３：１０〜２５質量％、
ＳｉＯ_２：１０〜２０質量％、
Ｎａ（Ｎａ_２Ｏ換算値）及びＫ（Ｋ_２Ｏ換算値）のうち少なくとも一方：合計で０．５〜５．５質量％、
Ｆｅ（ＦｅＯ換算値）：０．５〜５質量％、
ＴｉＯ_２：１〜５質量％、
を含有すると共に、
ＣａＯ：６質量％以下、
Ｍｎ（ＭｎＯ換算値）：２．０質量％未満、
水溶性ＳｉＯ_２：１質量％以下、
Ｃ：０．２質量％以下
に規制され、
ＭｇＯ含有量を［ＭｇＯ］、Ａｌ_２Ｏ_３含有量を［Ａｌ_２Ｏ_３］、Ｆ含有量（ＣａＦ_２換算値）を［ＣａＦ_２］、ＴｉＯ_２含有量を［ＴｉＯ_２］としたとき、下記数式（Ｉ）を満たすサブマージアーク溶接用フラックス。
請求項１に記載のサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法であって、８００℃以上で焼成するサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法。