JP6917170B2 - サブマージアーク溶接用フラックスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サブマージアーク溶接用フラックスおよびその製造方法に関する。

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により結合して、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℃で焼成したものは低温焼成型フラックスと呼称されており、６００〜１２００℃で焼成したものは高温焼成型フラックスと呼称されている。

高温焼成型フラックスは、ビード外観やスラグ剥離性などの溶接作業性が優れている。その一方で、高温焼成型フラックスは、溶接金属の拡散性水素量が溶融型フラックスや低温焼成型フラックスより高く、耐低温割れ性が劣るため、日本国内ではほとんど使用されることがなかった。なお、本明細書において「溶接金属」とは、溶接を施した際に溶接中に溶融して凝固した金属をいう。

このような状況下、溶接金属中の拡散性水素量を低減するとともに、フラックスの粉化に起因する作業性の低下を防止できる、耐吸湿性と耐粉化性に優れたサブマージアーク溶接用焼成型フラックスが特許文献１に記載されている。このサブマージアーク溶接用焼成型フラックスは、粒子径３００μｍ超えの比率が１０質量％以下、かつ粒子径７５μｍ未満の比率が３０質量％以下になるように調整した原料粉に結合剤を加えて混合した後、造粒し、焼成したフラックスである。また、このサブマージアーク溶接用焼成型フラックスは、その成分組成としてＳｉＯ_２：３０〜７０質量％、マンガン酸化物（ＭｎＯ換算）：５〜３０質量％、ＭｇＯ：３〜３０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：２〜２０質量％を含有することを特徴としている。

特開２００１−３８４８６号公報

特許文献１に記載されているサブマージアーク溶接用焼成型フラックスは、耐吸湿性に優れているものの、溶融型フラックスと比較すると耐吸湿性が若干劣っている。そのため、このサブマージアーク溶接用焼成型フラックスは、溶融型フラックスと比較して拡散性水素量が若干高い傾向にあり、また、これが原因で耐低温割れ性が劣る傾向にある。

本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、耐低温割れ性に優れたサブマージアーク溶接用フラックスおよびその製造方法を提供することを課題とする。

従来の高温焼成型フラックスには、溶融型フラックスのようにガラス質とすることで吸湿しないようにして拡散性水素量を低減する技術や、低温焼成型フラックスのように炭酸塩を最終製品に残存させて溶接時の水素分圧を下げて拡散性水素量を低減する技術はなかった。

本発明者は前記課題を解決するため鋭意研究開発した結果、粉体表面を覆う水ガラス構造中にアルカリ土類金属の酸化物を含めることで、ガラス構造が安定化し、吸湿量を溶融型フラックスと同程度に抑えることが可能であることを見出した。そして、これにより拡散性水素量を低減でき、耐低温割れ性に優れたものとできることを見出し、本発明を完成するに至った。

前記課題を解決した本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスは、アルカリ土類金属の酸化物を３質量％以上２５質量％以下で含むとともに、前記アルカリ土類金属の酸化物は、フラックス全質量あたり、ＢａＯ：３〜８質量％含み、水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれている。
このように、本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスは、粉体表面を覆う水ガラス構造中にアルカリ土類金属の酸化物を含んでいるので、ガラス構造が安定化し、吸湿量を溶融型フラックスと同程度に抑えることが可能となる。つまり、水ガラスのＳｉ−Ｏ鎖中にアルカリ土類金属の酸化物が含まれることでガラス構造がより安定化し、鎖端（−ＯＮａ、−ＯＨ）が減少するので吸湿量が減少する。これにより拡散性水素量が低減し、耐低温割れ性に優れたものとなる。

本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスは、前記アルカリ土類金属がさらにＣａを含むことが好ましい。
このようにすると、より確実に耐低温割れ性に優れたものとすることができる。

本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスは、ＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１に準拠して測定した水分量が、乾燥直後で２００ｐｐｍ以下、かつ乾燥器で２５０℃、１時間乾燥させた後、恒温恒湿器で気温３０℃、相対湿度８０％の雰囲気で２４時間保持して吸湿させた後、前記恒温恒湿器から取り出して５分以内に７５０℃の大気雰囲気でＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１に準拠して測定した水分量が、１０００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。
このようにすると、フラックスに含まれている水分量が少ないのに加えて、前記したように吸湿量が少ないので拡散性水素量をより低減でき、耐低温割れ性に優れたものとすることができる。

本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法は、アルカリ土類金属の酸化物を３質量％以上２５質量％以下で含むとともに、前記アルカリ土類金属の酸化物は、フラックス全重量あたり、ＢａＯ：３〜８質量％含み、水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれるサブマージアーク溶接用フラックスを製造する製造方法であって、アルカリ土類金属原料と水ガラスとを配合し、６００℃以上で焼成するのが好ましい。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法は、６００℃以上で焼成する際にアルカリ土類金属と水ガラスとを反応させて粉体表面を覆う水ガラス構造中にアルカリ土類金属の酸化物を含ませることができ、ガラス構造を安定化させることができる。

本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法は、前記アルカリ土類金属原料が、アルカリ土類金属の炭酸塩であるのが好ましい。
また、本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法は、前記アルカリ土類金属の炭酸塩が、ＣａＣＯ_３およびＢａＣＯ_３ の両方を含むことが好ましい。
これらのようにすると、製造時の取扱いが容易でありながら、低コストなサブマージアーク溶接用フラックスを得ることができる。

本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスおよびその製造方法は、耐低温割れ性に優れている。

実施例であるＮｏ．１０に係るフラックスのＳＥＭ写真（倍率は４００倍）である。同図中、右下のスケールバーは１０μｍを示す。 比較例であるＮｏ．２９に係るフラックスのＳＥＭ写真（倍率は４００倍）を示す。同図中、右下のスケールバーは１０μｍを示す。 （ａ）は、実施例であるＮｏ．１０に係るフラックスのＳＥＭ写真であり、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）と同じ位置でのＥＤＳによるＸ線マッピングである。なお、（ｂ）はＮａ、（ｃ）はＳｉ、（ｄ）はＢａに関するＸ線マッピングである。 実施例であるＮｏ．１０に係るフラックスのＥＤＳスペクトルである。 （ａ）は、比較例であるＮｏ．２９に係るフラックスのＳＥＭ写真であり、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）と同じ位置でのＥＤＳによるＸ線マッピングである。なお、（ｂ）はＮａ、（ｃ）はＳｉ、（ｄ）はＢａに関するＸ線マッピングである。 比較例であるＮｏ．２９に係るフラックスのＥＤＳスペクトルである。

以下、本発明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」と呼称することがある）の一実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係るフラックスは、６００℃以上で焼成した高温焼成型フラックスと呼称されるものである。
本実施形態に係るフラックスは、アルカリ土類金属の酸化物を１質量％以上２５質量％以下含み、水ガラス構造中に前記したアルカリ土類金属の酸化物が含まれている。

（アルカリ土類金属の酸化物：１質量％以上２５質量％以下）
アルカリ土類金属の酸化物は、ガラス構造を安定化させる効果があり、この効果を発揮するためにはフラックス中に１質量％以上含有している必要がある。その一方で、アルカリ土類金属の酸化物がフラックス中に２５質量％を超えて含有されていると、水ガラス構造中から排除されたフリーのアルカリ金属（Ｎａ、Ｋなど）が増加するため、フラックス中の水分量が多くなってしまう。そのため、拡散性水素量が多くなり、耐低温割れ性に劣ることになる。よって、アルカリ土類金属の酸化物は１質量％以上２５質量％以下とする。アルカリ土類金属の酸化物は、前記効果をより向上させる観点から、２質量％以上とするのが好ましく、３質量％以上とするのがより好ましい。また、アルカリ土類金属の酸化物は、耐低温割れ性をより向上させる観点から、２４質量％以下とするのが好ましく、２３質量％以下とするのがより好ましい。

なお、アルカリ土類金属としてはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａが挙げられる。これらの中でも、本実施形態においては、アルカリ土類金属としてＣａおよびＢａの一方または両方であるのが好ましい。つまり、本実施形態に係るフラックスは、アルカリ土類金属の酸化物として、ＣａＯおよびＢａＯの一方または両方を含んでいるのが好ましい。このようにすると、より確実に耐低温割れ性に優れたものとすることができる。アルカリ土類金属の酸化物を２種類以上含有する場合、前記したアルカリ土類金属の酸化物の含有量は合計量で１質量％以上２５質量％以下とする。

（水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれる）
水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれることによって、ガラス構造を安定化させることができる。水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれていないと、ガラス構造が安定化しないので、フラックスの粉体が吸湿してしまい、拡散性水素量が増加する。そのため、耐低温割れ性が劣ることとなる。水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれるか否かは、エネルギー分散形Ｘ線分析（Energy Dispersive ｘ-ray Spectrometry；ＥＤＳ）によるＸ線マッピングなどで把握することができる。なお、ＥＤＳによれば、アルカリ土類金属の元素の種類を分析することもできる。

（フラックスのその他の成分）
本実施形態においては、ＩＳＯ １４１７４：２０１２（Welding consumables - Fluxes for submerged arc welding and electroslag welding - Classification）またはＪＩＳ Ｚ ３３５２：２０１０「サブマージアーク溶接用フラックス」などのサブマージアーク溶接用フラックスに関する規格で規定されている「フラックスの化学成分の記号」で示されているいずれの化学成分もフラックスのその他の成分として含み得る。つまり、本実施形態に係るフラックスは、前記フラックスのその他の成分を前記規格で示されている含有量で含まれていれば、６００〜１２００℃で高温焼成した後でも本発明の効果を得ることができる。なお、フラックスのその他の成分としては、例えば、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、ＳｉＯ_２、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３およびＣＯ_２のうちから選択されるいずれか１種または２種以上が挙げられる。また、フラックスのその他の成分として、ケイ酸アルカリ（例えば、ケイ酸ナトリウム（水ガラス））などの結合剤も含まれる。これらは本発明の効果を妨げない範囲であれば含有していてもよい。また、フラックスのその他の成分として、Ｐ、Ｓ、ＡｓおよびＴａなどを不可避的不純物として含み得るものであり、本発明の効果を妨げない範囲でこれらを含有していてもよい。

フラックスのその他の成分として挙げたものの中でも、本実施形態の場合、例えば、ＳｉＯ_２、を５質量％以上５０質量％以下、ＣａＦ_２を３質量％以上４５質量％以下、ＭｇＯを１質量％以上３０質量％以下、ＭｎＯを１質量％以上２５質量％以下、Ａｌ_２Ｏ_３を１質量％以上３５質量％以下で含むことができる。

（ＳｉＯ_２：５質量％以上５０質量％以下）
ＳｉＯ_２には、滑らかなビード形状を得る効果がある。ＳｉＯ_２は、５質量％以上５０質量％以下で含有していると前記効果を有効に発揮させることができるため、当該範囲内とするのは好ましい態様といえる。しかし、本実施形態に係るフラックスはＳｉＯ_２を前記範囲の上限および下限をそれぞれ外れて含有していても優れた耐低温割れ性を得ることができるので、前記範囲に限定されることなくＳｉＯ_２を含有させることができる。ただし、ＳｉＯ_２を前記範囲の上限を超えて含有すると、スラグの粘性が高くなるので、スラグ剥離性が劣化する傾向があり、また、スラグの焼き付きが激しくなる傾向がある。前記した効果を有効に発揮する観点および良好なスラグ剥離性を確保する観点から、ＳｉＯ_２は５質量％以上５０質量％以下で含有するのが好ましい。ＳｉＯ_２は、滑らかなビード形状を得る効果をより向上させる観点から、６質量％以上とするのが好ましく、７質量％以上とするのがより好ましい。また、ＳｉＯ_２は、より良好なスラグ剥離性を得る観点から、４８質量％以下とするのが好ましく、４６質量％以下とするのがより好ましい。なお、ＳｉＯ_２は、例えば、水ガラスなどの結合剤から添加されるものも含まれる。

（ＣａＦ_２：３質量％以上４５質量％以下）
ＣａＦ_２には、溶融スラグの電気伝導性や流動性、スラグ剥離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作用がある。ＣａＦ_２は３質量％以上４５質量％以下で含有していると前記作用を有効に発揮させることができるため、当該範囲内とするのは好ましい態様といえる。しかし、本実施形態に係るフラックスはＣａＦ_２を前記範囲の上限および下限をそれぞれ外れて含有していても優れた耐低温割れ性を得ることができるので、前記範囲に限定されることなくＣａＦ_２を含有させることができる。なお、ＣａＦ_２は、前記効果をより向上させる観点から、４質量％以上とするのが好ましく、５質量％以上とするのがより好ましい。同様の観点から、ＣａＦ_２は、４３質量％以下とするのが好ましく、４１質量％以下とするのがより好ましい。

（ＭｇＯ：１質量％以上３０質量％以下）
ＭｇＯは、スラグ剥離性の向上に大きく寄与する成分であり、スラグ剥離性を良好にさせる作用がある。ＭｇＯは１質量％以上３０質量％以下で含有していると前記作用を有効に発揮させることができるため、当該範囲とするのは好ましい態様といえる。しかし、本実施形態に係るフラックスはＭｇＯを前記範囲の上限および下限をそれぞれ外れて含有していても優れた耐低温割れ性を得ることができるので、前記範囲に限定されることなくＭｇＯを含有させることができる。ＭｇＯは、前記効果をより向上させる観点から、２質量％以上とするのが好ましく、３質量％以上とするのがより好ましい。同様の観点から、ＭｇＯは、２９質量％以下とするのが好ましく、２８質量％以下とするのがより好ましい。

（ＭｎＯ：１質量％以上２５質量％以下）
ＭｎＯには、溶融スラグの粘性および凝固温度に影響を与えるとともに、耐ポックマーク性改善に有効な作用がある。ＭｎＯは、１質量％以上２５質量％以下で含有していると前記作用を有効に発揮させることができるため、当該範囲とするのは好ましい態様といえる。しかし、本実施形態に係るフラックスはＭｎＯを前記範囲の上限および下限をそれぞれ外れて含有していても優れた耐低温割れ性を得ることができるので、前記範囲に限定されることなくＭｎＯを含有させることができる。ＭｎＯは、前記効果をより向上させる観点から、２質量％以上とするのが好ましく、３質量％以上とするのがより好ましい。同様の観点から、ＭｎＯは、２４質量％以下とするのが好ましく、２３質量％以下とするのがより好ましい。

（Ａｌ_２Ｏ_３：１質量％以上３５質量％以下）
Ａｌ_２Ｏ_３は、スラグの融点に作用する成分であり、ビードの止端部の直線性を保つ効果やスラグ剥離性を向上させる効果がある。Ａｌ_２Ｏ_３は、１質量％以上３５質量％以下で含有していると前記作用を有効に発揮させることができるため、当該範囲とするのは好ましい態様といえる。しかし、本実施形態に係るフラックスはＡｌ_２Ｏ_３を前記範囲の上限および下限をそれぞれ外れて含有していても優れた耐低温割れ性を得ることができるので、前記範囲に限定されることなくＡｌ_２Ｏ_３を含有させることができる。Ａｌ_２Ｏ_３は、前記効果をより向上させる観点から、２質量％以上とするのが好ましく、３質量％以上とするのがより好ましい。同様の観点から、Ａｌ_２Ｏ_３は、３３質量％以下とするのが好ましく、３１質量％以下とするのがより好ましい。

（ＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１に準拠して測定した水分量）
本実施形態に係るフラックスは、ＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１「化学製品の水分測定方法」に準拠して測定した水分量が乾燥直後で２００ｐｐｍ以下、２４時間吸湿後に１０００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。このようにすると、フラックスに含まれている水分量が少ないのに加えて、前記したように吸湿量が少ないので拡散性水素量をより低減でき、耐低温割れ性に優れたものとすることができる。なお、ＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１に規定されているカールフィッシャー滴定法（水分気化−電量滴定法）により水分量を測定するのが好ましい。水分量の測定にあたって、測定用のフラックスは、粒度分布の影響を可能な限り排除するため、２０×３０ｍｅｓｈでふるったものを使用するのが好ましい。水分量の測定条件としては、抽出温度を７５０℃、抽出ガスを大気とすることが挙げられる。「乾燥直後」とは、乾燥器から試験材を取り出した後、５分以内に測定を行うことをいう。乾燥器による乾燥条件としては、例えば、２５０℃×１ｈｒとすることが挙げられる。「２４時間吸湿後」とは、恒温恒湿器から試験材を取り出した後、５分以内に測定を行うことをいう。恒温恒湿器による処理条件としては、例えば、３０℃、８０％Ｒ．Ｈ．×２４ｈｒとすることが挙げられる。
前記したフラックスの水分量は少ないほど好ましい。例えば、乾燥直後の水分量は１００ｐｐｍ以下であるのがより好ましく、２４時間吸湿後の水分量は５００ｐｐｍ以下であるのがより好ましい。

（フラックスの製造方法）
本実施形態に係るフラックスは、アルカリ土類金属の酸化物の成分組成が前記した範囲となるように原料を配合する。具体的には、アルカリ土類金属原料を１質量％以上２５質量％以下配合する。このとき、必要に応じてＳｉＯ_２、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などを配合することができる。そして、これを結合剤とともに混練した後、造粒し、焼成する。なお、結合剤として水ガラスを用いる場合は、これに含まれるＳｉＯ_２も前記含有量に含める。
前記したアルカリ土類金属原料は、全ての原料を混ぜて焼結する際に６００℃以上で分解するものを用いるのが好ましい。このようにすると、６００℃以上で焼成する際にアルカリ土類金属と水ガラスとを反応させて粉体表面を覆う水ガラス構造中にアルカリ土類金属の酸化物を含ませることができ、ガラス構造を安定化させることができる。焼成の上限温度は、例えば１２００℃である。
また、アルカリ土類金属原料は、アルカリ土類金属の炭酸塩であるのが好ましい。さらに、アルカリ土類金属の炭酸塩は、ＣａＣＯ_３およびＢａＣＯ_３の一方または両方であるのが好ましい。これらのようにすると、製造時の取扱いが容易でありながら、低コストなフラックスを得ることができる。
結合剤としては、例えば、ポリビニルアルコールを使用することもできる。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ことができる。

そして、造粒したフラックスについて、ダスト除去およびボールミルなどを用いた粗大粒の解砕などの整粒処理を行い、平均粒子径を２．５ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、造粒後の焼成は、ロータリーキルン、定置式バッチ炉およ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℃以上、より具体的には６００〜１２００℃とすることができる。フラックスの平均粒子径は、例えば、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１：２００６（試験用ふるい−第１部：金属製網ふるい）で規定されるふるいを用いて、ＪＩＳ Ｚ ８８１５：１９９４（ふるい分け試験方法通則）に準拠して測定できる。
こうして製造されたフラックスには、アルカリ土類金属の酸化物を１質量％以上２５質量％以下含み、水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれている。

（フラックスの用途）
本実施形態に係るフラックスは、多層溶接、両面一層溶接、片面１パス溶接など、全ての施工法に用いることが可能である。本実施形態に係るフラックスは、吸湿量が溶融型フラックスと同程度に抑えられている。そのため、このフラックスは、拡散性水素量を低減でき、耐低温割れ性に優れたものとすることができる。

（サブマージアーク溶接の溶接方法および溶接条件）
本実施形態に係るフラックスを用いたサブマージアーク溶接の溶接方法は、特定の条件に限定されない。溶接方法の一実施形態としては、例えば、溶接を行う部材の溶接部分、具体的には２枚の鋼板の端面を付き合わせた部分を本実施形態に係るフラックスで覆う工程と、当該フラックス中にワイヤ（電極）の先端を入れた状態でアークを発生させて溶接を行う工程と、を含み、これらの工程をこの順番で行う。
本実施形態に係るフラックスが用いられるサブマージアーク溶接の溶接条件としては、電極数は限定されず、単電極から多電極（２〜６電極など）に適用できる。また、極性は限定されず、直流、交流に適用できる。溶接電流は１００〜３０００Ａ、アーク電圧は１０〜１００Ｖ、溶接速度は１０〜６００ｃｍ／ｍｉｎの範囲で適用できる。

（その他）
本実施形態において、溶接の対象とするワークは、例えば軟鋼や低合金鋼である。

次に、本発明の効果を確認した確認実験について説明する。
アルカリ土類金属原料として、アルカリ土類金属の炭酸塩であるＣａＣＯ_３およびＢａＣＯ_３と、ＳｉＯ_２、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＡｌ_２Ｏ_３などの粉体原料を配合し、結合剤として水ガラスを配合して混練した後、造粒し、焼成した。なお、造粒は押出造粒機を用いて行った。造粒したフラックスをダスト除去およびボールミルを用いた粗大粒の解砕などの整粒処理を行い、平均粒子径を２．５ｍｍ以下とした。焼成はロータリーキルンを用いて行った。焼成の条件は、８５０℃×１ｈｒとした。このようにして、表１に示す組成のフラックスを得た。

このようにして製造したＮｏ．１〜３５に係るフラックスについて、乾燥直後の水分量の測定、２４時間吸湿後の水分量の測定、乾燥直後の拡散性水素量の測定、耐低温割れ性の確認を行った。また、これとあわせてスラグ剥離性およびビード外観についても評価した。これらの測定、確認および評価は次のようにして行った。

＜乾燥直後の水分量の測定＞
試験材に係るフラックスは、粒度分布の影響を可能な限り排除するため、２０ｘ３２ｍｅｓｈでふるったものを使用した。
乾燥器で試験材を２５０℃で１時間乾燥させた。乾燥終了後、乾燥器から試験材を取り出した後、５分以内にフラックスに含まれている水分量を７５０℃の大気雰囲気でＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１「化学製品の水分測定方法」に準拠したカールフィッシャー法（ＫＦ法（水分気化−電量滴定法））により測定した。

＜２４時間吸湿後の水分量の測定＞
試験材に係るフラックスは、粒度分布の影響を可能な限り排除するため、２０ｘ３２ｍｅｓｈでふるったものを使用した。
乾燥器で試験材を２５０℃で１時間乾燥させた後、恒温恒湿器で気温：３０℃、相対湿度：８０％の雰囲気で２４時間保持（吸湿処理）してフラックスに吸湿させた。吸湿終了後、試験材を恒温恒湿器から取り出し、５分以内にフラックスに含まれている水分量を７５０℃の大気雰囲気でＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１「化学製品の水分測定方法」に準拠したカールフィッシャー法（ＫＦ法（水分気化−電量滴定法））により測定した。

＜乾燥直後の拡散性水素量の測定＞
溶着金属の拡散性水素量は、ＡＷＳ Ａ４．３（ＧＣ）に準じて測定を行った。
なお、試験材に係るフラックスは、２５０℃×１ｈｒの予備乾燥を行い、ＡＷＳ Ａ５．１７ ＥＨ１４に該当する４．０ｍｍφのワイヤを使用して溶接を行った。
溶接条件は、電流５２５Ａ、電圧２９Ｖ、溶接速度４２ｃｍ／ｍｉｎで行い、極性は直流棒プラス（Direct Current Electrode Positive；ＤＣＥＰ）、フラックス散布高さおよびワイヤ突出し長さは３０ｍｍで行った。溶接される鋼板はＡＳＴＭ Ａ３６を使用した。

＜耐低温割れ性の確認＞
耐低温割れ性の評価は、窓枠拘束溶接割れ試験で行った。
窓枠拘束溶接割れ試験とは、厚板で作った窓のある大きい枠に試験板を拘束溶接したものに試験溶接を行い、主として高張力鋼溶接継手の横割れ感受性を調べる試験である。
なお、試験材に係るフラックスは、２５０℃×１ｈｒの予備乾燥を行い、組み合わせるワイヤはＡＷＳ Ａ５．１７ ＥＨ１４に該当する４．０ｍｍφのワイヤを使用した。
溶接条件は、電流５２５Ａ、電圧２９Ｖ、溶接速度４２ｃｍ／ｍｉｎで行い、極性はＤＣＥＰ、フラックス散布高さおよびワイヤ突出し長さは３０ｍｍで行った。溶接される鋼板の板厚は５０ｍｍとし、開先形状はＶ開先、開先角度６０°、ルートフェイス１０ｍｍとし、予熱およびパス間温度は２５℃以下とした。
そして、ＪＩＳ Ｚ ３０６０：２００２に準じて溶接部に対して超音波探傷試験を行い、低温割れの発生有無を確認した。
耐低温割れ性は、低温割れがないものを合格とし、低温割れがあったものを不合格とした。

＜スラグ剥離性の評価＞
スラグ剥離性は、スラグ除去の容易さおよび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“５”、自然剥離するが、焼き付きの発生数が単位溶接長（１ｍ）あたり３箇所以下であったものを“４”、自然剥離せず、焼き付きの発生数が単位溶接長（１ｍ）あたり３箇所以下であったものを“３”、自然剥離せず、焼き付きの発生数が単位溶接長（１ｍ）あたり４〜９箇所であったものを“２”、自然剥離せず、焼き付きの発生数が単位溶接長（１ｍ）あたり１０箇所以上であったものを“１”とした。スラグ剥離性については、評価が５から３であったものを好ましい態様であると判断した。

＜ビード外観の評価＞
ビード外観は、主にビードの波目および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“５”、ビード波目の乱れの発生数が単位溶接長（１ｍ）あたり１箇所以下であり、ビードに金属光沢があるものを“４”、ビード波目の乱れの発生数が単位溶接長（１ｍ）あたり１箇所以下であり、ビードに金属光沢がないものを“３”、ビード波目の乱れの発生数が単位溶接長（１ｍ）あたり２〜４箇所であり、ビードに金属光沢がないものを“２”、ビード波目の乱れの発生数が単位溶接長（１ｍ）あたり５箇所以上あり、ビードに金属光沢がないものを“１”とした。ビード外観については、評価が５から３であったものを好ましい態様であると判断した。

表１に、フラックスの成分組成と、前記した測定、確認および評価の結果を示す。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜２８、３２、３３に係るフラックスは、低温割れがなく、耐低温割れ性に優れていることが確認された（実施例）。これらのフラックスはいずれも乾燥直後の水分量が２００ｐｐｍ以下であり、２４時間吸湿後の水分量が１０００ｐｐｍ以下であり、拡散性水素量が５．０ｍＬ／１００ｇ以下であった。これらの中でも、Ｎｏ．１〜１２、１４、１５、１８、１９、２２、２３、２６、２７に係るフラックスは、ＳｉＯ_２、ＣａＦ_２、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３を好ましい範囲で含有していたので、耐低温割れ性だけでなく、スラグ剥離性およびビード外観にも優れていた。すなわち、これらのフラックスは、耐低温割れ性だけでなく、スラグ剥離性およびビード外観も重視する場合に好適であることが確認された。

これに対し、Ｎｏ．２９〜３１、３４、３５に係るフラックスは、低温割れがあり、耐低温割れ性に劣っていることが確認された（比較例）。
具体的には、Ｎｏ．２９〜３１に係るフラックスは、アルカリ土類金属の酸化物（ＣａＯ、ＢａＯ）を含んでいなかったので、耐低温割れ性に劣る結果となった。
Ｎｏ．３４、３５に係るフラックスは、アルカリ土類金属の酸化物が多過ぎたので、耐低温割れ性に劣る結果となった。

ここで、図１に、実施例であるＮｏ．１０に係るフラックスの走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；ＳＥＭ）写真を示す。また、図２に、比較例であるＮｏ．２９に係るフラックスのＳＥＭ写真を示す。
図１と図２を比較して分かるように、図１に示すＮｏ．１０に係るフラックスは、粉体表面がガラス状の析出物で覆われている。

また、図３に、実施例であるＮｏ．１０に係るフラックスのＳＥＭ写真（同図中、（ａ））と、同じ位置におけるＥＤＳによるＸ線マッピング（同図中、（ｂ）〜（ｄ））とを示す。なお、同図中、（ｂ）はＮａ、（ｃ）はＳｉ、（ｄ）はＢａに関するＸ線マッピングをそれぞれ示している。
図３に示すように、水ガラス成分のＮａ、Ｓｉと同じ位置にＢａが存在することから、Ｂａは水ガラス構造中に取り込まれていることが分かる。

さらに、図４に、実施例であるＮｏ．１０に係るフラックスのＥＤＳスペクトルを示す。図４に示すように、アルカリ土類金属としてＢａが検出される。

図５に、比較例であるＮｏ．２９に係るフラックスのＳＥＭ写真（同図中、（ａ））と、同じ位置におけるＥＤＳによるＸ線マッピング（同図中、（ｂ）〜（ｄ））とを示す。なお、同図中、（ｂ）はＮａ、（ｃ）はＳｉ、（ｄ）はＢａに関するＸ線マッピングをそれぞれ示している。
図５に示すように、水ガラス成分のＮａ、Ｓｉと同じ位置にＢａが存在しないことから、Ｂａは水ガラス構造中に取り込まれていないことが分かる。

さらに、図６に、比較例であるＮｏ．２９に係るフラックスのＥＤＳスペクトルを示す。図６に示すように、アルカリ土類金属のＢａは検出されない。

Claims (6)

1. アルカリ土類金属の酸化物を３質量％以上２５質量％以下で含むとともに、前記アルカリ土類金属の酸化物は、フラックス全質量あたり、ＢａＯ：３〜８質量％含み、
   水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれることを特徴とするサブマージアーク溶接用フラックス。
2. 前記アルカリ土類金属がさらにＣａを含むことを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
3. ＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１に準拠して測定した水分量が、乾燥直後で２００ｐｐｍ以下、かつ、乾燥器で２５０℃、１時間乾燥させた後、恒温恒湿器で気温３０℃、相対湿度８０％の雰囲気で２４時間保持して吸湿させた後、前記恒温恒湿器から取り出して５分以内に７５０℃の大気雰囲気でＪＩＳ Ｋ ００６８：２００１に準拠して測定した水分量が、１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
4. アルカリ土類金属の酸化物を３質量％以上２５質量％以下で含むとともに、前記アルカリ土類金属の酸化物は、フラックス全重量あたり、ＢａＯ：３〜８質量％含み、水ガラス構造中に前記アルカリ土類金属の酸化物が含まれるサブマージアーク溶接用フラックスを製造する製造方法であって、
   アルカリ土類金属原料と水ガラスとを配合し、６００℃以上で焼成することを特徴とするサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法。
5. 前記アルカリ土類金属原料が、アルカリ土類金属の炭酸塩であることを特徴とする請求項４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。
6. 前記アルカリ土類金属の炭酸塩が、ＣａＣＯ_３およびＢａＣＯ_３ の両方を含むことを特徴とする請求項５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。

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