JP6953930B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ、及び溶接継手の製造方法 - Google Patents
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ、及び溶接継手の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ、及び溶接継手の製造方法に関する。
近年生産される石油・天然ガスは、湿潤な炭酸ガスや硫化水素を含有するものが増加している。こうした環境中で、炭素鋼や低合金鋼が著しく腐食することは周知の事実である。従って、かかる腐食性の石油・天然ガスの輸送に際しては、鋼管の防食対策として、腐食抑制剤の添加が従来から一般的であった。しかし、腐食抑制剤は、海洋油井では腐食抑制剤の添加・回収処理に要する費用が膨大なものとなり、また海洋汚染の問題もあって使用が困難になりつつある。従って、腐食抑制剤を添加する必要がない耐食材料に対するニーズが、最近大きくなっている。
こうした目的のために、炭酸ガス含有環境等で優れた耐食性を有し、溶接性にも優れる鋼あるいは鋼管が多く提案されている。これらの材料としては、炭酸ガス含有環境での耐食性を得るために、ステンレス鋼が用いられる。
耐食性の優れた高Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼や、Ｎｉ基超合金を溶接材料とした場合には、溶接部の選択腐食は発生せず、溶接金属の硬さが低く、溶接金属の靭性を確保することができる。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼やＮｉ基超合金は、その結晶構造上、強度が低いという問題点がある。溶接金属の強度が非常に低い場合、外部応力が負荷されると溶接金属が集中的に変形し、破壊に至る恐れがある（アンダーマッチングと称する）。
一方、フェライト系やマルテンサイト系ステンレス鋼の共金系材料では、Ｎｉを多量に含有したとしても、溶接金属の硬さが非常に硬くなる。この場合、アンダーマッチングを防ぐことはできるが、溶接金属の低温割れ感受性が高くなり、予熱処理もしくは後熱処理が必要となり、施工効率が悪化する。
特許文献１〜２では、溶接金属のミクロ組織をオーステナイト相＋フェライト相＋マルテンサイト相の３相組織とすることで、低温割れ感受性を低くし、かつ、強度と靱性を確保している。ただし、溶接金属の組織は溶接材料と鋼材成分とから決まるので、溶接金属のミクロ組織は溶接条件や開先形状に応じて変化する。特許文献１〜２に開示されたミクロ組織制御の制御技術のみでは、安定して溶接金属の組織を制御し、割れ感受性を低減することは困難である。
こうした現状に鑑みて、析出硬化系ステンレス鋼を溶接するに際して、全姿勢溶接（特に立向上進溶接）が可能であり、且つ予熱作業を行うことなく、又は簡易的な予熱作業のみで低温割れの発生を抑制可能な溶加材、及び溶接方法（溶接継手の製造方法）を提供することが待望されている。
上述のように、フェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼の共金系溶接材料において、予熱作業の省略又は簡略化が可能な程度に低温割れ感受性を低減させることは、従来技術によれば困難であった。本発明は、上記背景技術の問題点に鑑み、多量のＣｒを含みながら、溶接部に高い機械特性（引張強さ及び靱性）を付与し、耐低温割れ性に優れ、溶接作業性が高く、且つ全姿勢溶接が可能なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤと、溶接継手の製造方法とを提供することを目的とする。
本発明の要旨は次のとおりである。
（１）本発明の一態様に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックスが、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計０．１０〜３．００％の、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＮａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上である弗化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対するＴｉＯ２換算値が４．００〜７．５０％のＴｉ酸化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２及びＫ２Ｏの各々の換算値で合計０．０５〜２．００％の、Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上である酸化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で合計０〜０．６０％の、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上である炭酸塩と、を含み、前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜２．００％であり、ＣａＯ換算でのＣａ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．２０％未満であり、前記フラックス入りワイヤの、前記弗化物、前記酸化物、前記Ｔｉ酸化物、前記Ｃａ酸化物、および前記炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、Ｃ：０．００３〜０．１５０％、Ｓｉ：０．３５〜１．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｕ：１．００〜５．００％、Ｎｉ：０〜１０．００％、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｏ：０〜５．００％、Ｔｉ：０〜０．１０％、Ｎｂ：０．００１〜０．５００％、Ａｌ：０．００１〜０．５００％、Ｍｇ：０〜０．９０％、Ｂ：０〜０．０２００％、Ｖ：０〜０．２０％、Ｂｉ：０〜０．０３０％、Ｃａ：０〜０．２５％、及びＲＥＭ：０〜０．０１０％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる。
（２）上記（１）に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、式１によって算出されるＸ値が２．００％以下であってもよい。
Ｘ＝０．３×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．４×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．５×（［ＬｉＦ］）＋１．８×（［ＣａＦ２］）：式１
前記式１中の角括弧で囲まれた化学式は、各前記化学式に対応する化合物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量である。
（３）上記（１）又は（２）に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、式２によって算出されるＹ値が５．０以上２７．０以下であってもよい。
Ｙ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／２：式２
前記式２中の角括弧で囲まれた化学式について、［ＴｉＯ ２ ］はＴｉ酸化物のＴｉＯ ２ 換算値、［ＳｉＯ ２ ］はＳｉ酸化物のＳｉＯ ２ 換算値、［Ａｌ ２ Ｏ ３ ］はＡｌ酸化物のＡｌ ２ Ｏ ３ 換算値、［ＺｒＯ ２ ］はＺｒ酸化物のＺｒＯ ２ 換算値での、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量であり、前記式２中のＦは、前記弗化物のＦ換算値での合計含有量である。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、前記フラックスが、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上１５．０％未満の鉄粉をさらに含んでもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、前記鋼製外皮がシームレス形状を有してもよい。
（６）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有してもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、前記フラックス入りワイヤが、さらに、前記フラックス入りワイヤの表面にパーフルオロポリエーテル油を備えてもよい。
（８）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、１パスから最終パスのいずれか１つ以上において、上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて鋼板をガスシールドアーク溶接する。
（１）本発明の一態様に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックスが、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計０．１０〜３．００％の、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＮａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上である弗化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対するＴｉＯ２換算値が４．００〜７．５０％のＴｉ酸化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２及びＫ２Ｏの各々の換算値で合計０．０５〜２．００％の、Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上である酸化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で合計０〜０．６０％の、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上である炭酸塩と、を含み、前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜２．００％であり、ＣａＯ換算でのＣａ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．２０％未満であり、前記フラックス入りワイヤの、前記弗化物、前記酸化物、前記Ｔｉ酸化物、前記Ｃａ酸化物、および前記炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、Ｃ：０．００３〜０．１５０％、Ｓｉ：０．３５〜１．００％、Ｍｎ：０．０１〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｕ：１．００〜５．００％、Ｎｉ：０〜１０．００％、Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、Ｍｏ：０〜５．００％、Ｔｉ：０〜０．１０％、Ｎｂ：０．００１〜０．５００％、Ａｌ：０．００１〜０．５００％、Ｍｇ：０〜０．９０％、Ｂ：０〜０．０２００％、Ｖ：０〜０．２０％、Ｂｉ：０〜０．０３０％、Ｃａ：０〜０．２５％、及びＲＥＭ：０〜０．０１０％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなる。
（２）上記（１）に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、式１によって算出されるＸ値が２．００％以下であってもよい。
Ｘ＝０．３×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．４×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．５×（［ＬｉＦ］）＋１．８×（［ＣａＦ２］）：式１
前記式１中の角括弧で囲まれた化学式は、各前記化学式に対応する化合物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量である。
（３）上記（１）又は（２）に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、式２によって算出されるＹ値が５．０以上２７．０以下であってもよい。
Ｙ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／２：式２
前記式２中の角括弧で囲まれた化学式について、［ＴｉＯ ２ ］はＴｉ酸化物のＴｉＯ ２ 換算値、［ＳｉＯ ２ ］はＳｉ酸化物のＳｉＯ ２ 換算値、［Ａｌ ２ Ｏ ３ ］はＡｌ酸化物のＡｌ ２ Ｏ ３ 換算値、［ＺｒＯ ２ ］はＺｒ酸化物のＺｒＯ ２ 換算値での、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量であり、前記式２中のＦは、前記弗化物のＦ換算値での合計含有量である。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、前記フラックスが、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上１５．０％未満の鉄粉をさらに含んでもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、前記鋼製外皮がシームレス形状を有してもよい。
（６）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有してもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、前記フラックス入りワイヤが、さらに、前記フラックス入りワイヤの表面にパーフルオロポリエーテル油を備えてもよい。
（８）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、１パスから最終パスのいずれか１つ以上において、上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて鋼板をガスシールドアーク溶接する。
本発明に係るフラックス入りワイヤは、引張強さ、靱性、及び耐低温割れ性に優れ、良好なビード形状を有する溶接部を得ることができる。さらに、本発明に係るフラックス入りワイヤを用いて溶接をした場合、溶接作業性が高い。本発明に係るフラックス入りワイヤは、あらゆる種類のシールドガスと組み合わせても上述の効果を得ることができる。さらに、本発明に係る溶接継手の製造方法は、全姿勢溶接への適用が可能であり、且つ溶接金属の割れを防止するための予熱作業が不要となるか、または、予熱作業を著しく低減できる。
フェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼の共金系溶接材料は、１０〜２０％のＣｒを多量に含む必要があり、さらに必要に応じて最大１０％程度のＮｉをも含有する必要がある。このような成分系の溶接材料は、溶接金属の硬さが非常に大きくなるので、低温割れ感受性が高い。そこで本発明者らは、溶接材料の低温割れ感受性を抑制するために、溶接材料をフラックス入りワイヤとし、フラックスに弗化物を含有させることとした。低温割れ感受性を高める因子の一つは、溶接金属に含まれる拡散性水素であるが、本発明者らは、溶接材料に含まれる弗化物が溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性を向上させることを知見した。
ただし、溶接材料中の弗化物は、溶接中のスパッタ量を増大させ、溶接作業性を悪化させる。このため、単に弗化物量を増大させると、溶接作業性が悪化し、全姿勢溶接性が損なわれることが判明した。そこで、本発明者らがさらに検討を重ねた結果、弗化物種を限定し、さらにＴｉ酸化物を主体とする酸化物及び合金Ｓｉを所定量含有させることで、溶接作業性の改善が可能であることが分かった。さらに、耐低温割れ性を確保しながら全姿勢溶接作業性を向上させることができる、弗化物及び酸化物等の含有量の数値範囲も見出された。
以上の知見によって得られた本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、鋼製外皮の内部に充填されたフラックスとを備える。以下、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを構成する要件の限定理由について説明する。
まず、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに含まれる成分について説明する。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、弗化物と、Ｔｉ酸化物と、酸化物（Ｔｉ酸化物およびＣａ酸化物を除く）と、を含み、好ましくは、さらに炭酸塩を含む。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスには、Ｃａ酸化物及び鉄粉がさらに含まれても良いが、Ｃａ酸化物及び鉄粉は本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題を解決するために不要である。以下に、これら成分について詳細に説明する。なお、以下の説明において「％」は、特に説明がない限り、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、弗化物と、Ｔｉ酸化物と、酸化物（Ｔｉ酸化物およびＣａ酸化物を除く）と、を含み、好ましくは、さらに炭酸塩を含む。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスには、Ｃａ酸化物及び鉄粉がさらに含まれても良いが、Ｃａ酸化物及び鉄粉は本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題を解決するために不要である。以下に、これら成分について詳細に説明する。なお、以下の説明において「％」は、特に説明がない限り、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。
（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で４．００〜７．５０％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、ＴｉＯ２換算値で、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で４．００〜７．５０％のＴｉ酸化物を含む。なお、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値とは、Ｔｉの酸化物が全てＴｉＯ２であると仮定した場合の、ＴｉＯ２の含有量を意味する。以下、「Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値での含有量」を「Ｔｉ酸化物の含有量」と略す場合がある。ＴｉＯ２換算値は、フラックス入りワイヤに含まれる酸化物として存在するＴｉの質量をＥＰＭＡ等の分析機器を用いて分析し、この酸化物としてのＴｉの質量に基づき算出することで求められる。なお、以下で説明するＣａ酸化物などについても、Ｔｉ酸化物に関し上述した事項と同様とする。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、ＴｉＯ２換算値で、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で４．００〜７．５０％のＴｉ酸化物を含む。なお、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値とは、Ｔｉの酸化物が全てＴｉＯ２であると仮定した場合の、ＴｉＯ２の含有量を意味する。以下、「Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値での含有量」を「Ｔｉ酸化物の含有量」と略す場合がある。ＴｉＯ２換算値は、フラックス入りワイヤに含まれる酸化物として存在するＴｉの質量をＥＰＭＡ等の分析機器を用いて分析し、この酸化物としてのＴｉの質量に基づき算出することで求められる。なお、以下で説明するＣａ酸化物などについても、Ｔｉ酸化物に関し上述した事項と同様とする。
Ｔｉ酸化物は主にスラグ形成剤として作用する。Ｔｉ酸化物の含有量が４．００％未満であるフラックス入りワイヤを用いて立向上進溶接を行う場合、溶融金属を垂れ落ちないように支えるために十分な量のスラグを確保することができないので、立向溶接性が確保できない。従って、Ｔｉ酸化物の含有量の下限値を４．００％とする。Ｔｉ酸化物の含有量の下限値は、より好適には４．２０％である。立向溶接性を向上させるために、Ｔｉ酸化物の含有量の下限値を、４．４０％、４．６０％、４．８０％、又は、５．３０％としてもよい。
一方、７．５０％を超えるＴｉ酸化物は、スラグ量を過剰に増大させるので、スラグまきこみの欠陥を増加させる。従って、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を７．５０％とする。Ｔｉ酸化物の含有量の上限値は、より好適には７．００％である。必要に応じて、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を、６．７０％、６．４０％、６．２０％、６．００％、５．９０％、又は、５．８０％としてもよい。
（弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での合計含有量：０．１０〜３．００％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計０．１０〜３．００％の弗化物を含む。フラックス中の弗化物は、溶接金属中の拡散性水素量を減少させて、溶接金属の耐低温割れ性を顕著に向上させる働きを有する。この理由は明らかではないが、弗化物中のＦと水素（Ｈ）とが溶接中に結合して弗化水素（ＨＦ）となり、このＨＦが溶接金属外に放出されるからであると推測される。しかしながら、フラックス中の弗化物量の合計が０．１０％未満である場合、溶接金属中の拡散性水素量が十分に低減されないので、溶接金属の耐低温割れ性が不十分になる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、合計０．１０％以上の弗化物を含むことが必要とされる。溶接金属の拡散性水素量をさらに低減するために、弗化物の合計量の下限値を０．１５％、０．２０％、又は０．２５％としてもよい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計０．１０〜３．００％の弗化物を含む。フラックス中の弗化物は、溶接金属中の拡散性水素量を減少させて、溶接金属の耐低温割れ性を顕著に向上させる働きを有する。この理由は明らかではないが、弗化物中のＦと水素（Ｈ）とが溶接中に結合して弗化水素（ＨＦ）となり、このＨＦが溶接金属外に放出されるからであると推測される。しかしながら、フラックス中の弗化物量の合計が０．１０％未満である場合、溶接金属中の拡散性水素量が十分に低減されないので、溶接金属の耐低温割れ性が不十分になる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、合計０．１０％以上の弗化物を含むことが必要とされる。溶接金属の拡散性水素量をさらに低減するために、弗化物の合計量の下限値を０．１５％、０．２０％、又は０．２５％としてもよい。
一方、弗化物の含有量が過剰である場合、溶接中のスパッタ量が増大する。従って、弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での合計含有量は３．００％以下とされる。拡散性水素量の低減よりもスパッタ発生量の低減を優先させたい場合には、弗化物の合計量の上限値を２．５０％、２．００％、１．５０％、１．００％、又は、０．５０％としても差し支えない。
（弗化物の種類：ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＮａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＮａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上である。これら弗化物が電離して生じたＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｒ、Ｓｉ、およびＡｌは、酸素と結合して溶接金属中の酸素量を低減させる、脱酸元素として作用する。これら各種の弗化物の含有量の下限値は、弗化物の合計が０．１０％以上となる限り、特に限定されない。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＮａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上である。これら弗化物が電離して生じたＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｒ、Ｓｉ、およびＡｌは、酸素と結合して溶接金属中の酸素量を低減させる、脱酸元素として作用する。これら各種の弗化物の含有量の下限値は、弗化物の合計が０．１０％以上となる限り、特に限定されない。
上述された弗化物の合計含有量、および後述するＣａＦ２の含有量が規定範囲内である限り、弗化物の種類および組成は限定されない。しかし、Ｋ２ＺｒＦ６及びＫ２ＳｉＦ６はアーク安定剤としても機能するので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、Ｋ２ＺｒＦ６及びＫ２ＳｉＦ６を含むことが好ましい。また、アークの安定性の観点からは、複数種類の弗化物をフラックスに含有させ、これにより単一種類の弗化物の含有量を２．００％以下にすることが好ましい。さらに、弗化物は、後述するスパッタ発生指数Ｘを増大させにくいＮａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、及びＭｇＦ２のいずれかを含むことが好ましい。従って、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での弗化物の合計含有量に対する、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％でのＮａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、およびＭｇＦ２の合計含有量が、５０％以上であることがより好ましく、６０％以上、８０％以上、９０％以上又は１００％であることが一層好ましい。
（スパッタ発生指数Ｘ（Ｘ値）：好ましくは２．００％以下）
弗化物の含有量が大きすぎる場合、溶接の際に生じるスパッタの量が過剰になり、溶接性が劣化する。本発明者らは、弗化物量を可能な限り増加させ、かつスパッタ量を許容範囲内まで減少させる方法について検討を行った。その結果、本発明者らは、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、およびＭｇＦ２は他の種類の弗化物よりもスパッタ量を増大させにくく、ＣａＦ２は他の種類の弗化物よりもスパッタ量を増大させやすいことを見出した。そして本発明者らはさらなる検討を行った結果、以下の式１によって算出されるスパッタ発生指数Ｘ（Ｘ値）とスパッタ量との間に良好な相関関係があることを見いだした。
Ｘ＝０．３×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．４×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．５×（［ＬｉＦ］）＋１．８×（［ＣａＦ２］）：式１
なお、含有されない弗化物については、上式にゼロを代入する。
上述の式１において、角括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。本発明者らは、各種弗化物の添加量とスパッタ発生量との関係を調査し、各弗化物がスパッタの発生量に及ぼす影響を明らかにする回帰式を得た。Ｘ値とスパッタ量との間に良好な相関関係があり、スパッタ量を３．５ｇ／ｍｉｎ以下にするためにはＸ値を２．００％以下にすることが好ましいとわかった。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｘ値が２．００％以下となるように弗化物の含有量を制御することが好ましい。弗化物の含有量の単なる合計値を上述のように管理することによってもスパッタ量は制御可能であるが、Ｘ値を用いて弗化物の含有量を管理することは、スパッタ量抑制と溶接金属の水素量低減との両方を達成しやすくなるので、好ましい。Ｘ値の好ましい上限値は１．８０％である。スパッタ発生量をさらに低減させたい場合、Ｘ値の上限値を１．６０％、１．４０％、１．２０％、１．００％、０．９０％、０．８０％、又は、０．７０％としてもよい。
弗化物の含有量が大きすぎる場合、溶接の際に生じるスパッタの量が過剰になり、溶接性が劣化する。本発明者らは、弗化物量を可能な限り増加させ、かつスパッタ量を許容範囲内まで減少させる方法について検討を行った。その結果、本発明者らは、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、およびＭｇＦ２は他の種類の弗化物よりもスパッタ量を増大させにくく、ＣａＦ２は他の種類の弗化物よりもスパッタ量を増大させやすいことを見出した。そして本発明者らはさらなる検討を行った結果、以下の式１によって算出されるスパッタ発生指数Ｘ（Ｘ値）とスパッタ量との間に良好な相関関係があることを見いだした。
Ｘ＝０．３×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．４×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．５×（［ＬｉＦ］）＋１．８×（［ＣａＦ２］）：式１
なお、含有されない弗化物については、上式にゼロを代入する。
上述の式１において、角括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。本発明者らは、各種弗化物の添加量とスパッタ発生量との関係を調査し、各弗化物がスパッタの発生量に及ぼす影響を明らかにする回帰式を得た。Ｘ値とスパッタ量との間に良好な相関関係があり、スパッタ量を３．５ｇ／ｍｉｎ以下にするためにはＸ値を２．００％以下にすることが好ましいとわかった。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｘ値が２．００％以下となるように弗化物の含有量を制御することが好ましい。弗化物の含有量の単なる合計値を上述のように管理することによってもスパッタ量は制御可能であるが、Ｘ値を用いて弗化物の含有量を管理することは、スパッタ量抑制と溶接金属の水素量低減との両方を達成しやすくなるので、好ましい。Ｘ値の好ましい上限値は１．８０％である。スパッタ発生量をさらに低減させたい場合、Ｘ値の上限値を１．６０％、１．４０％、１．２０％、１．００％、０．９０％、０．８０％、又は、０．７０％としてもよい。
Ｘ値の下限値を限定する必要はない。しかしながら、弗化物の合計量を０．１０％以上とする必要があるので、弗化物量の規定を満たし得るＸ値の最小値を、Ｘ値の下限値としてもよい。すなわち、Ｘ値が最小となるのは、弗化物の合計が最低値であり、且つ、弗化物がＮａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、ＭｇＦ２のいずれかからなる場合である。従って、Ｘ値の下限値が０．０３％（＝０．３×０．１０）を下回る可能性はない。このため、Ｘ値の下限値を０．０３％としてもよい。拡散性水素量の一層の低減を図る場合には、Ｘ値の下限値を０．０５％、０．０７％、０．０９％、０．１１％としても差し支えない。Ｘ値は、弗化物の合計が上述した下限値以上である限り、小さい方が好ましい。
（ＣａＦ２の含有量：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０〜２．００％）
ＣａＦ２は、特にスパッタ量を増大させやすい弗化物である。本発明者らは、２．００％超のＣａＦ２は、多量のスパッタを発生させ、溶接作業性を悪化させることを知見した。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、ＣａＦ２の含有量を２．００％以下とする必要がある。ＣａＦ２の含有量の好ましい上限値は１．５０％である。必要に応じて、ＣａＦ２の含有量を、１．００％以下、０．５０％以下、又は０．０５％以下としてもよい。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤはＣａＦ２を必須としないので、ＣａＦ２の含有量の下限値は０％である。
ＣａＦ２は、特にスパッタ量を増大させやすい弗化物である。本発明者らは、２．００％超のＣａＦ２は、多量のスパッタを発生させ、溶接作業性を悪化させることを知見した。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、ＣａＦ２の含有量を２．００％以下とする必要がある。ＣａＦ２の含有量の好ましい上限値は１．５０％である。必要に応じて、ＣａＦ２の含有量を、１．００％以下、０．５０％以下、又は０．０５％以下としてもよい。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤはＣａＦ２を必須としないので、ＣａＦ２の含有量の下限値は０％である。
（Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く酸化物の含有量の合計量：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．０５〜２．００％）
（Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く酸化物の種類：Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、上述の通りＴｉ酸化物を含む。また、後述の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスでは、Ｃａ酸化物の含有量（ＣａＯ換算値）が０．１０％以下とされる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、これらＴｉ酸化物およびＣａ酸化物以外の酸化物も、スラグ形成剤として含む。本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、スラグ形成剤としての酸化物は、Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上である。以降、単に「酸化物」と記載した場合、その用語は上述の酸化物群を意味し、Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を含まない。
（Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く酸化物の種類：Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、上述の通りＴｉ酸化物を含む。また、後述の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスでは、Ｃａ酸化物の含有量（ＣａＯ換算値）が０．１０％以下とされる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、これらＴｉ酸化物およびＣａ酸化物以外の酸化物も、スラグ形成剤として含む。本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、スラグ形成剤としての酸化物は、Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上である。以降、単に「酸化物」と記載した場合、その用語は上述の酸化物群を意味し、Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を含まない。
ＴｉＯ２換算値で管理される上述のＴｉ酸化物の含有量と同様に、Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物の含有量は、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２及びＫ２Ｏの含有量それぞれに換算した値で管理される。以下「Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上である酸化物の、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２又はＫ２Ｏの各々の換算値での含有量の合計値」を、単に「酸化物の合計量」と略す。
酸化物は、溶接ビード形状を良好に維持する効果と、立向溶接性を向上させる効果とを有する。Ｎａ酸化物、Ｋ酸化物、Ｍｇ酸化物、及びＦｅ酸化物等は、アークを安定させる効果も有する。その効果を得るためには、酸化物の合計量を０．０５％以上にする必要がある。これらの効果をより発揮させるために、酸化物の合計量の下限値を、０．１０％、０．１５％、０．２０％、としてもよい。しかし、酸化物の合計量が２．００％を超えると、スラグの巻込みが生じる恐れがある。酸化物の合計量の好ましい上限値は１．５０％、１．００％、又は０．５０％である。
酸化物の含有量を、酸化物の種類ごとに規定する必要はないが、例えば、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ２換算値）：０．０８％以上０．９５％以下、Ｚｒ酸化物（ＺｒＯ２換算値）：０．８０％以下、Ａｌ酸化物（Ａｌ２Ｏ３換算値）：０．５０％以下である組成が好適である。
（Ｙ値：好ましくは５．０〜２７．０）
本実施形態に係るフラックスワイヤでは、以下の式２によって算出されるＹ値を５．０以上２７．０以下とすることが好ましい。
Ｙ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／２：式２
なお、含有されない酸化物についてはは、上式にゼロを代入する。
上の式２中の角括弧で囲まれた各化学式に対応する化合物は、各化合物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量を示し、先述のような各酸化物に対応する換算値での含有量を示す。式２中の「Ｆ」は、弗化物のＦ換算値での合計含有量であり、下記の式Ａにより表される。
０．４８７×［ＣａＦ２］＋０．６１０×［ＭｇＦ２］＋０．７３２×［ＬｉＦ］＋０．４５２×［ＮａＦ］＋０．４０２×［Ｋ２ＺｒＦ６］＋０．５１７×［Ｋ２ＳｉＦ６］＋０．５４３×［Ｎａ３ＡｌＦ６］：式Ａ
なお、含有されない弗化物については、上式にゼロを代入する。
上の式Ａ中の角括弧で囲まれた弗化物の化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％を示す。なお、弗化物のＦ換算値の合計含有量とは、弗化物に含まれるＦの含有量である。従って、上述の式を用いてＦ換算値を算出する代わりに、フラックス入りワイヤに含まれるＦの含有量を測定することにより、Ｆ換算値を特定してもよい。
本実施形態に係るフラックスワイヤでは、以下の式２によって算出されるＹ値を５．０以上２７．０以下とすることが好ましい。
Ｙ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／２：式２
なお、含有されない酸化物についてはは、上式にゼロを代入する。
上の式２中の角括弧で囲まれた各化学式に対応する化合物は、各化合物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量を示し、先述のような各酸化物に対応する換算値での含有量を示す。式２中の「Ｆ」は、弗化物のＦ換算値での合計含有量であり、下記の式Ａにより表される。
０．４８７×［ＣａＦ２］＋０．６１０×［ＭｇＦ２］＋０．７３２×［ＬｉＦ］＋０．４５２×［ＮａＦ］＋０．４０２×［Ｋ２ＺｒＦ６］＋０．５１７×［Ｋ２ＳｉＦ６］＋０．５４３×［Ｎａ３ＡｌＦ６］：式Ａ
なお、含有されない弗化物については、上式にゼロを代入する。
上の式Ａ中の角括弧で囲まれた弗化物の化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％を示す。なお、弗化物のＦ換算値の合計含有量とは、弗化物に含まれるＦの含有量である。従って、上述の式を用いてＦ換算値を算出する代わりに、フラックス入りワイヤに含まれるＦの含有量を測定することにより、Ｆ換算値を特定してもよい。
本発明者らは、酸化物のうちＴｉ酸化物（ＴｉＯ２換算値）、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ２換算値）、Ａｌ酸化物（Ａｌ２Ｏ３換算値）、及びＺｒ酸化物（ＺｒＯ２換算値）の量と弗化物量（Ｆ換算値）との関係を適正な範囲内にすることが好ましい旨を見いだした。弗化物量に対してＴｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、及びＺｒ酸化物の量が多すぎる、すなわち、Ｙ値が２７．０超であるフラックス入りワイヤを用いて溶接を行った場合、高融点を有する酸化物系スラグの量が多くなるので、スラグ巻込みが生じやすくなることを本発明者らは知見した。一方、弗化物量に対してＴｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、及びＺｒ酸化物の量が少なすぎる、すなわち、Ｙ値が５．０未満であるフラックス入りワイヤを用いて溶接を行った場合、弗化物によってアーク力が高まり、溶融金属が圧迫され、ビード形状の劣化と立向溶接性の劣化とが生じやすくなることを本発明者らは知見した。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＹ値は５．０〜２７．０とされることが好ましい。Ｙ値の下限値は、さらに好ましくは７．０、９．０、１０．０、１１．０、又は１２．０である。Ｙ値の上限値は、さらに好ましくは２５．０、２２．５、２０．０、１８．０、１６．０又は１５．０である。
（炭酸塩の含有量の合計：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０〜０．６０％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、炭酸塩を含む必要がない。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、炭酸塩の含有量の下限値は０％である。しかしながら炭酸塩は、アークによって電離し、ＣＯ２ガスを発生させる。ＣＯ２ガスは、溶接雰囲気中の水素分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を低減させる。この効果を得るために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは炭酸塩を含んでも良い。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、炭酸塩を含む必要がない。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、炭酸塩の含有量の下限値は０％である。しかしながら炭酸塩は、アークによって電離し、ＣＯ２ガスを発生させる。ＣＯ２ガスは、溶接雰囲気中の水素分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を低減させる。この効果を得るために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは炭酸塩を含んでも良い。
一方、０．６０％を超える量の炭酸塩は、溶接ビードの垂れを生じさせて溶接作業性を悪化させるおそれがある。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスが含む炭酸塩の上限値を、０．６０％とする必要がある。炭酸塩の含有量の好ましい上限値は０．４０％である。必要に応じて、炭酸塩の含有量の上限値を、０．３０％、０．２０％、０．１０％、０．０６％、又は０．０３％としてもよい。
（炭酸塩の種類：ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに含まれる炭酸塩の種類は、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上である。炭酸塩の含有量が上述の範囲内である限り、炭酸塩の種類および組成は限定されない。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに含まれる炭酸塩の種類は、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上である。炭酸塩の含有量が上述の範囲内である限り、炭酸塩の種類および組成は限定されない。
（Ｃａ酸化物：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、ＣａＯ換算で０％以上０．２０％未満）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスにＣａ酸化物が含まれる場合がある。しかしながら、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、フラックス中のＣａ酸化物の含有量を０．２０％未満（ＣａＯ換算）にする必要がある。Ｃａ酸化物はスパッタを増大させて溶接性を悪化させる場合がある。Ｃａ酸化物の含有量の好ましい上限値は０．１５％、０．１０％、０．０５％、０．０２％、又は、０．０１％である。Ｃａ酸化物は含まれないほうが好ましいので、Ｃａ酸化物の含有量の下限値は０％である。Ｃａ酸化物は、通常のフラックスの材料に不純物として含まれるおそれがあるので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造の際には、Ｃａ酸化物が少ない材料を選定する必要がある。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスにＣａ酸化物が含まれる場合がある。しかしながら、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、フラックス中のＣａ酸化物の含有量を０．２０％未満（ＣａＯ換算）にする必要がある。Ｃａ酸化物はスパッタを増大させて溶接性を悪化させる場合がある。Ｃａ酸化物の含有量の好ましい上限値は０．１５％、０．１０％、０．０５％、０．０２％、又は、０．０１％である。Ｃａ酸化物は含まれないほうが好ましいので、Ｃａ酸化物の含有量の下限値は０％である。Ｃａ酸化物は、通常のフラックスの材料に不純物として含まれるおそれがあるので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造の際には、Ｃａ酸化物が少ない材料を選定する必要がある。
（鉄粉：好ましくはフラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０％以上１５．０％未満）
上述の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに鉄粉が含まれていても良い。鉄粉は、フラックス入りワイヤにおけるフラックスの充填率の調整のために、または溶着効率の向上のために必要に応じて含有させる場合がある。
上述の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに鉄粉が含まれていても良い。鉄粉は、フラックス入りワイヤにおけるフラックスの充填率の調整のために、または溶着効率の向上のために必要に応じて含有させる場合がある。
鉄粉含有量は特に規定されない。しかし、鉄粉の表層に付着した酸素が、溶接金属の酸素量を増加させて靭性を低下させる場合がある。したがって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、鉄粉の含有量を１５．０％未満、又は１０．０％未満にすることが好ましい。必要に応じて、鉄粉の含有量の上限値を８．０％、６．０％、４．０％、２．０％、又は、１．０％に制限してもよい。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題を解決するために鉄粉は不要であるので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、鉄粉の含有量の下限値は０％である。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、上述された成分以外の成分を含んでも良い。例えば、溶接金属の化学成分等を制御するための合金成分を、フラックス中に弗化物、酸化物、または炭酸塩ではない状態（例えば金属粉または合金粉の状態）で含有させてもよい。なお、金属粉及び合金粉は、溶接の際に鋼製外皮と同様に溶融し、溶接金属に影響する。従って、後述する合金成分は、金属粉若しくは合金粉の形態でフラックス入りワイヤに含まれても、又は鋼製外皮の形態でフラックス入りワイヤに含まれても、同じ効果を奏する。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上述された成分以外の弗化物、酸化物、炭酸塩等も、その特性を損なわない範囲で含有しても良い。この場合、上述された成分以外の弗化物、酸化物、及び炭酸塩の含有量は、上述された弗化物、酸化物、及び炭酸塩の含有量には含まれないものとする。また、上述された成分以外の弗化物、酸化物、及び炭酸塩を構成する元素の含有量は、後述する合金成分には含まれないものとする。
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの、弗化物、酸化物（Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く）、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分について説明する。以下の説明において、特に説明がない限り、「％」は、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。以下に説明する化学成分は、鋼製外皮に含まれても良いし、上述されたようにフラックスに含まれても良いし、鋼製外皮の外表面のめっきに含まれても良い。以下の説明において「弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分」を単に「化学成分」又は「合金成分」と称する場合がある。
（Ｃ：０．００３〜０．１５０％）
Ｃは、固溶強化によって溶接金属の引張強さを確保するために重要な元素である。フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量が０．００３％未満では、溶接金属の引張強さを確保できない。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量が０．１５０％を超えると、溶接金属中のＣ含有量が過剰になり、溶接金属の引張強さが過度に上昇して、溶接金属の靭性が低下する。溶接金属の靭性、及び引張強さの両方を安定的に確保するためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量の下限値を０．００３％にすることが好ましく、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量の上限値を０．０８０％にすることが好ましい。必要に応じて、Ｃ含有量の下限値を０．０１０％、０．０２０％、０．０３０％、０．０４０％、０．０５０％、又は０．０６０％としてもよい。同様に、Ｃ含有量の上限値を０．１２０％、０．１００％、０．０９０％、０．０８０％、又は０．０７０％としてもよい。
Ｃは、固溶強化によって溶接金属の引張強さを確保するために重要な元素である。フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量が０．００３％未満では、溶接金属の引張強さを確保できない。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量が０．１５０％を超えると、溶接金属中のＣ含有量が過剰になり、溶接金属の引張強さが過度に上昇して、溶接金属の靭性が低下する。溶接金属の靭性、及び引張強さの両方を安定的に確保するためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量の下限値を０．００３％にすることが好ましく、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量の上限値を０．０８０％にすることが好ましい。必要に応じて、Ｃ含有量の下限値を０．０１０％、０．０２０％、０．０３０％、０．０４０％、０．０５０％、又は０．０６０％としてもよい。同様に、Ｃ含有量の上限値を０．１２０％、０．１００％、０．０９０％、０．０８０％、又は０．０７０％としてもよい。
（Ｓｉ：０．３５〜１．００％）
Ｓｉは、脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を低減して溶接金属の清浄度を高める働きを有する。さらに本発明者らは、フラックス入りワイヤに含まれるＳｉが溶接金属の粘性を高め、立向溶接時の溶接金属の垂れを防ぎ、立向溶接性を向上させることを知見した。具体的には、フラックス入りワイヤのＳｉ含有量を０．３５％以上にすることにより、垂れ落ち上限電流値が顕著に上昇した。以上の知見に基づき、本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＳｉ含有量の下限値を０．３５％と規定した。ただし、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量が１．００％を超える場合、Ｓｉが溶接金属の靱性を劣化させる。溶接金属の靭性を安定して確保するために、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量の上限値は、０．９０％、０．８０％、０．７０％又は０．６０％としてもよい。必要に応じて、Ｓｉ含有量の下限値を０．４０％、０．４５％、０．５０％、又は０．６０％としてもよい。
Ｓｉは、脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を低減して溶接金属の清浄度を高める働きを有する。さらに本発明者らは、フラックス入りワイヤに含まれるＳｉが溶接金属の粘性を高め、立向溶接時の溶接金属の垂れを防ぎ、立向溶接性を向上させることを知見した。具体的には、フラックス入りワイヤのＳｉ含有量を０．３５％以上にすることにより、垂れ落ち上限電流値が顕著に上昇した。以上の知見に基づき、本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＳｉ含有量の下限値を０．３５％と規定した。ただし、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量が１．００％を超える場合、Ｓｉが溶接金属の靱性を劣化させる。溶接金属の靭性を安定して確保するために、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量の上限値は、０．９０％、０．８０％、０．７０％又は０．６０％としてもよい。必要に応じて、Ｓｉ含有量の下限値を０．４０％、０．４５％、０．５０％、又は０．６０％としてもよい。
（Ｍｎ：０．０１〜２．００％）
Ｍｎは、溶接金属の焼入性を確保して溶接金属の強度を高めるために必要な元素である。その効果を確実に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量を０．０１％以上にする必要がある。溶接金属の強度をさらに高めるために、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量の下限値を０．０５％、０．１５％、０．２０％、０．３０％としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量が２．００％を超える場合、溶接金属の粒界脆化感受性が増加して溶接金属の靱性が劣化する。従って、Ｍｎ含有量の上限値を２．００％とする。好ましくは、Ｍｎ含有量の上限値は１．７０％、１．５０％、１．３０％、又は１．１０％である。
Ｍｎは、溶接金属の焼入性を確保して溶接金属の強度を高めるために必要な元素である。その効果を確実に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量を０．０１％以上にする必要がある。溶接金属の強度をさらに高めるために、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量の下限値を０．０５％、０．１５％、０．２０％、０．３０％としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量が２．００％を超える場合、溶接金属の粒界脆化感受性が増加して溶接金属の靱性が劣化する。従って、Ｍｎ含有量の上限値を２．００％とする。好ましくは、Ｍｎ含有量の上限値は１．７０％、１．５０％、１．３０％、又は１．１０％である。
（Ｐ：０．０３０％以下）
Ｐは不純物元素であり、溶接金属の靱性を低下させるので、フラックス入りワイヤ中のＰ含有量は極力低減させる必要がある。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量の下限値は０％である。また、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量が０．０３０％以下であれば、Ｐの靱性への悪影響が許容できる範囲内となる。溶接金属の凝固割れを防止するために、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量は、より好適には、０．０２０％以下、０．０１５％以下、又は０．０１０％以下である。
Ｐは不純物元素であり、溶接金属の靱性を低下させるので、フラックス入りワイヤ中のＰ含有量は極力低減させる必要がある。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量の下限値は０％である。また、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量が０．０３０％以下であれば、Ｐの靱性への悪影響が許容できる範囲内となる。溶接金属の凝固割れを防止するために、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量は、より好適には、０．０２０％以下、０．０１５％以下、又は０．０１０％以下である。
（Ｓ：０．０２０％以下）
Ｓも不純物元素であり、溶接金属中に過大に存在すると、溶接金属の靱性と延性とをともに劣化させるので、フラックス入りワイヤ中のＳ含有量は極力低減させることが好ましい。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量の下限値は０％である。また、フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量が０．０２０％以下であれば、溶接金属の靱性及び延性にＳが及ぼす悪影響が許容できる範囲内となる。フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量は、より好適には、０．０１０％以下、０．００８％以下、０．００６％以下、又は０．００５％以下である。
Ｓも不純物元素であり、溶接金属中に過大に存在すると、溶接金属の靱性と延性とをともに劣化させるので、フラックス入りワイヤ中のＳ含有量は極力低減させることが好ましい。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量の下限値は０％である。また、フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量が０．０２０％以下であれば、溶接金属の靱性及び延性にＳが及ぼす悪影響が許容できる範囲内となる。フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量は、より好適には、０．０１０％以下、０．００８％以下、０．００６％以下、又は０．００５％以下である。
（Ｃｒ：１０．００〜２０．００％）
Ｃｒは、溶接金属をフェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼とするために、１０．００％以上を含有させることが必要であるが、２０．００％を超えて含有させると、溶接金属の強度が過剰となり、靱性を確保することが困難となる。Ｃｒの含有量の好ましい下限値は、１１．００％、１２．００％、又は１３．００％である。Ｃｒの含有量の好ましい上限値は、１８．００％、１６．００％、又は１５．００％である。
Ｃｒは、溶接金属をフェライト系ステンレス鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼とするために、１０．００％以上を含有させることが必要であるが、２０．００％を超えて含有させると、溶接金属の強度が過剰となり、靱性を確保することが困難となる。Ｃｒの含有量の好ましい下限値は、１１．００％、１２．００％、又は１３．００％である。Ｃｒの含有量の好ましい上限値は、１８．００％、１６．００％、又は１５．００％である。
（Ａｌ：０．００１〜０．５００％）
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様に、溶接金属中の酸素量を低減させ、溶接金属の清浄度向上効果を有する。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量が０．００１％未満では、溶接金属中の酸素量が高くなり、靭性を確保できない。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量が０．５００％を超える場合、Ａｌが窒化物及び酸化物等を形成して、溶接金属の靱性を減少させ、さらにＡｌがスパッタも増加させる。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の上限値を０．５００％とする。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の上限値は、好ましくは０．４５０％、０．４００％、０．３００％、０．２５０％、０．２００％、０．１５０％、０．１４０％、又は０．１３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の下限値は、好ましくは０．００５％、０．０１０％、０．０５０％、０．１００％、０．１５０％又は０．２００％である。
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様に、溶接金属中の酸素量を低減させ、溶接金属の清浄度向上効果を有する。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量が０．００１％未満では、溶接金属中の酸素量が高くなり、靭性を確保できない。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量が０．５００％を超える場合、Ａｌが窒化物及び酸化物等を形成して、溶接金属の靱性を減少させ、さらにＡｌがスパッタも増加させる。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の上限値を０．５００％とする。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の上限値は、好ましくは０．４５０％、０．４００％、０．３００％、０．２５０％、０．２００％、０．１５０％、０．１４０％、又は０．１３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の下限値は、好ましくは０．００５％、０．０１０％、０．０５０％、０．１００％、０．１５０％又は０．２００％である。
（Ｃｕ：１．００〜５．００％）
Ｃｕは、溶接金属の強度と靭性を向上させる効果を有する。その効果を十分に得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量を１．００％以上とする。Ｃｕは、フラックス入りワイヤの鋼製外皮の表面のめっきに含まれてもよく、および、フラックスに単体または合金として含まれても良い。Ｃｕメッキは、防錆性、通電性、及び、耐チップ磨耗性を向上させる効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量は、鋼製外皮及びフラックスに含有されているＣｕと、ワイヤ表面のめっきに含まれるＣｕとの合計量である。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量が５．００％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量の下限値は、好ましくは１．５０％、２．００％、２．５０％、３．００％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量の上限値は、好ましくは４．８０％、４．５０％、４．３０％、４．００％である。
Ｃｕは、溶接金属の強度と靭性を向上させる効果を有する。その効果を十分に得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量を１．００％以上とする。Ｃｕは、フラックス入りワイヤの鋼製外皮の表面のめっきに含まれてもよく、および、フラックスに単体または合金として含まれても良い。Ｃｕメッキは、防錆性、通電性、及び、耐チップ磨耗性を向上させる効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量は、鋼製外皮及びフラックスに含有されているＣｕと、ワイヤ表面のめっきに含まれるＣｕとの合計量である。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量が５．００％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量の下限値は、好ましくは１．５０％、２．００％、２．５０％、３．００％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量の上限値は、好ましくは４．８０％、４．５０％、４．３０％、４．００％である。
（Ｎｂ：０．００１〜０．５００％）
Ｎｂは、溶接金属において微細炭化物を形成し、この微細炭化物が溶接金属中で析出強化を生じさせるので、Ｎｂは溶接金属の引張強さを向上させる。その効果を十分に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量が０．５００％を超えることは、Ｎｂが溶接金属中で粗大な析出物を形成して溶接金属の靭性を劣化させるので、好ましくない。フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の下限値は、好ましくは０．１００％、０．１５０％、０．１８０％、又は０．２００％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の上限値は、好ましくは０．４５０％、０．４００％、０．３５０％、又は０．３００％である。
Ｎｂは、溶接金属において微細炭化物を形成し、この微細炭化物が溶接金属中で析出強化を生じさせるので、Ｎｂは溶接金属の引張強さを向上させる。その効果を十分に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量を０．００１％以上とすることが好ましい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量が０．５００％を超えることは、Ｎｂが溶接金属中で粗大な析出物を形成して溶接金属の靭性を劣化させるので、好ましくない。フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の下限値は、好ましくは０．１００％、０．１５０％、０．１８０％、又は０．２００％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の上限値は、好ましくは０．４５０％、０．４００％、０．３５０％、又は０．３００％である。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分は、以上の基本的な成分のほかに、必要に応じて下記の任意成分を含むことができる。しかし、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは任意成分を含むことなくその課題を解決できるので、任意成分それぞれの含有量の下限値は０％である。
（Ｎｉ：０〜１０．００％）
Ｎｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｎｉは、溶接金属の組織中にオーステナイトを安定に生成させ、靭性と耐食性を溶接金属に付与することができる元素である。従って、Ｎｉをフラックス入りワイヤに含有させてもよい。ただし、Ｎｉの含有量が１０．００％を超えると、初晶凝固相がオーステナイト相となり、溶接高温割れが発生しやすくなるとともに、オーステナイト分率が過大になって、溶接金属の強度が低下する。Ｎｉの含有量の好ましい下限値は、１．００％、２．００％、又は３．００％である。Ｎｉの含有量の好ましい上限値は、９．００％、８．００％、又は７．００％である。
Ｎｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｎｉは、溶接金属の組織中にオーステナイトを安定に生成させ、靭性と耐食性を溶接金属に付与することができる元素である。従って、Ｎｉをフラックス入りワイヤに含有させてもよい。ただし、Ｎｉの含有量が１０．００％を超えると、初晶凝固相がオーステナイト相となり、溶接高温割れが発生しやすくなるとともに、オーステナイト分率が過大になって、溶接金属の強度が低下する。Ｎｉの含有量の好ましい下限値は、１．００％、２．００％、又は３．００％である。Ｎｉの含有量の好ましい上限値は、９．００％、８．００％、又は７．００％である。
（Ｍｇ：０〜０．９０％）
Ｍｇは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｇは脱酸剤であり、溶接金属の酸素量を低減し、これにより溶接金属の靭性を向上させる元素である。その効果を十分に得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量を０．１０％以上としてもよい。Ｍｇ含有量を０．１０％以上とした場合、溶接金属中の酸素量を低減して、溶接金属の靭性を一層向上させることができる。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量が０．９０％を超える場合、アーク中で激しくＭｇと酸素とが反応し、スパッタ及びヒュームの発生量が増大する。従って、Ｍｇ含有量を０．９０％以下とする。なお、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の好ましい下限値は、０．１５％、０．２０％、０．２５％、又は０．３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の好ましい上限値は、０．７０％、０．５５％、０．４５％、又は０．３５％である。
Ｍｇは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｇは脱酸剤であり、溶接金属の酸素量を低減し、これにより溶接金属の靭性を向上させる元素である。その効果を十分に得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量を０．１０％以上としてもよい。Ｍｇ含有量を０．１０％以上とした場合、溶接金属中の酸素量を低減して、溶接金属の靭性を一層向上させることができる。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量が０．９０％を超える場合、アーク中で激しくＭｇと酸素とが反応し、スパッタ及びヒュームの発生量が増大する。従って、Ｍｇ含有量を０．９０％以下とする。なお、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の好ましい下限値は、０．１５％、０．２０％、０．２５％、又は０．３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の好ましい上限値は、０．７０％、０．５５％、０．４５％、又は０．３５％である。
（Ｔｉ：０〜０．１０％）
Ｔｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｔｉは脱酸元素であり、溶接金属中の酸素量を低減させる効果がある。また、フラックス入りワイヤの化学成分に含まれるＴｉは、溶接金属中に僅かに残留して固溶Ｎを固定するので、固溶Ｎが溶接金属の靱性に及ぼす悪影響を緩和する効果を有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分が０．０１％以上のＴｉを含有してもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量が０．１０％を越えると、溶接金属において過度な析出物の生成による靱性劣化が生じるおそれがある。なお、フラックス入りワイヤの化学成分にＴｉを含有させる場合、一般的には、フェロチタン（鉄とチタンとの合金）をフラックス中に含有させる。フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の上限値は、好ましくは０．０８％、０．０６％、０．０４％、又は０．０２％である。
Ｔｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｔｉは脱酸元素であり、溶接金属中の酸素量を低減させる効果がある。また、フラックス入りワイヤの化学成分に含まれるＴｉは、溶接金属中に僅かに残留して固溶Ｎを固定するので、固溶Ｎが溶接金属の靱性に及ぼす悪影響を緩和する効果を有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分が０．０１％以上のＴｉを含有してもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量が０．１０％を越えると、溶接金属において過度な析出物の生成による靱性劣化が生じるおそれがある。なお、フラックス入りワイヤの化学成分にＴｉを含有させる場合、一般的には、フェロチタン（鉄とチタンとの合金）をフラックス中に含有させる。フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の上限値は、好ましくは０．０８％、０．０６％、０．０４％、又は０．０２％である。
（Ｂ：０〜０．０２００％）
Ｂは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の下限値は０％である。一方、Ｂは、溶接金属において固溶Ｎと結びついてＢＮを形成するので、固溶Ｎが溶接金属の靭性に及ぼす悪影響を減じる効果を有する。また、Ｂは溶接金属の焼入性を高めるので溶接金属の強度を向上させる効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分が０．０００５％以上のＢを含有してもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量が０．０２００％超になると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮ及びＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６等のＢ化合物を形成して溶接金属の靭性を劣化させるので、好ましくない。フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の上限値は、好ましくは０．０１５０％、０．０１００％、０．００５０％、０．００３０％、又は０．００１０％である。
Ｂは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の下限値は０％である。一方、Ｂは、溶接金属において固溶Ｎと結びついてＢＮを形成するので、固溶Ｎが溶接金属の靭性に及ぼす悪影響を減じる効果を有する。また、Ｂは溶接金属の焼入性を高めるので溶接金属の強度を向上させる効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分が０．０００５％以上のＢを含有してもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量が０．０２００％超になると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮ及びＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６等のＢ化合物を形成して溶接金属の靭性を劣化させるので、好ましくない。フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の上限値は、好ましくは０．０１５０％、０．０１００％、０．００５０％、０．００３０％、又は０．００１０％である。
（Ｍｏ：０〜５．００％）
Ｍｏは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｏは、溶接金属の焼入性を向上させる効果を有するので、溶接金属の高強度化に有効な元素である。その効果を得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量が５．００％を超える場合、溶接金属の靭性が劣化するので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量は、５．００％以下とする。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の下限値は、好ましくは０．０１％、０．１０％、０．１５％、０．２０％、０．２５％又は０．３５％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の上限値は、好ましくは４．７５％、４．００％、３．５０％、３．００％、又は２．００％である。
Ｍｏは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｏは、溶接金属の焼入性を向上させる効果を有するので、溶接金属の高強度化に有効な元素である。その効果を得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量が５．００％を超える場合、溶接金属の靭性が劣化するので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量は、５．００％以下とする。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の下限値は、好ましくは０．０１％、０．１０％、０．１５％、０．２０％、０．２５％又は０．３５％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の上限値は、好ましくは４．７５％、４．００％、３．５０％、３．００％、又は２．００％である。
（Ｖ：０〜０．２０％）
Ｖは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の下限値は０％である。一方、Ｖは溶接金属の焼入性を向上させるので、溶接金属の高強度化に有効な元素である。その効果を十分に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量が０．２０％を超える場合、溶接金属中のＶ炭化物の析出量が過剰となり、溶接金属が過剰に硬化し、溶接金属の靭性を劣化させる。フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の上限値は、好ましくは０．１６％、０．１２％、０．０８％、０．０４％、又は０．０２％である。
Ｖは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の下限値は０％である。一方、Ｖは溶接金属の焼入性を向上させるので、溶接金属の高強度化に有効な元素である。その効果を十分に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量が０．２０％を超える場合、溶接金属中のＶ炭化物の析出量が過剰となり、溶接金属が過剰に硬化し、溶接金属の靭性を劣化させる。フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の上限値は、好ましくは０．１６％、０．１２％、０．０８％、０．０４％、又は０．０２％である。
（Ｂｉ：０〜０．０３０％）
Ｂｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｂｉは、スラグの剥離性を改善する元素である。その効果を十分に得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量を０．００５％以上、０．０１０％以上又は０．０１２％以上とすることが好ましい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量が０．０３０％を超える場合、溶接金属に凝固割れが発生しやすくなり、これにより靱性が劣化する場合があるので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は０．０３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は、好ましくは０．０２５％、０．０２０％、０．０１７％、または０．０１５％である。
Ｂｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｂｉは、スラグの剥離性を改善する元素である。その効果を十分に得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量を０．００５％以上、０．０１０％以上又は０．０１２％以上とすることが好ましい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量が０．０３０％を超える場合、溶接金属に凝固割れが発生しやすくなり、これにより靱性が劣化する場合があるので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は０．０３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は、好ましくは０．０２５％、０．０２０％、０．０１７％、または０．０１５％である。
（Ｃａ：０〜０．２５％）
（ＲＥＭ：０〜０．０１０％）
Ｃａ及びＲＥＭは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量及びＲＥＭ含有量の下限値は０％である。一方、Ｃａ及びＲＥＭは、いずれも溶接金属中での硫化物の構造を変化させ、また、硫化物及び酸化物のサイズを微細化させ、これにより溶接金属の延性及び靭性を向上させる働きを有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量を０．００２％以上としてもよく、フラックス入りワイヤの化学成分のＲＥＭ含有量を０．０００２％以上としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量及びＲＥＭ含有量が過剰である場合、スパッタ量が増大し、溶接性が損なわれる。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量の上限値は０．２５０％であり、フラックス入りワイヤの化学成分のＲＥＭ含有量の上限値は０．０１０％である。
（ＲＥＭ：０〜０．０１０％）
Ｃａ及びＲＥＭは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量及びＲＥＭ含有量の下限値は０％である。一方、Ｃａ及びＲＥＭは、いずれも溶接金属中での硫化物の構造を変化させ、また、硫化物及び酸化物のサイズを微細化させ、これにより溶接金属の延性及び靭性を向上させる働きを有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量を０．００２％以上としてもよく、フラックス入りワイヤの化学成分のＲＥＭ含有量を０．０００２％以上としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量及びＲＥＭ含有量が過剰である場合、スパッタ量が増大し、溶接性が損なわれる。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量の上限値は０．２５０％であり、フラックス入りワイヤの化学成分のＲＥＭ含有量の上限値は０．０１０％である。
（残部：Ｆｅおよび不純物）
以上が本実施形態のフラックス入りワイヤの、弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分の限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅと不純物を含む。残部のＦｅは、例えば鋼製外皮に含まれるＦｅ、およびフラックス中に添加された合金粉中のＦｅ等である。不純物とは、フラックス入りワイヤを工業的に製造する際に、原料に由来して、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤに悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
以上が本実施形態のフラックス入りワイヤの、弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分の限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅと不純物を含む。残部のＦｅは、例えば鋼製外皮に含まれるＦｅ、およびフラックス中に添加された合金粉中のＦｅ等である。不純物とは、フラックス入りワイヤを工業的に製造する際に、原料に由来して、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤに悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
上述された事項が満たされる限り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの鋼製外皮は特に限定されないが、これを、例えば軟鋼外皮であって、その化学成分がＣ：０〜０．１％、Ｓｉ：０〜０．１０％、Ｍｎ：０〜３．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０〜０．１％、及びＮ：０〜０．０３０％を含み、残部が鉄及び不純物を含むものとしてもよい。
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの形状について説明する。
通常、フラックス入りワイヤは、鋼製外皮の継目が溶接されているのでスリット状の隙間がない形状（シームレス形状）を有するワイヤ（シームレスワイヤと呼ぶことがある）と、鋼製外皮の継目が溶接されていないのでスリット状の隙間を含む形状を有するワイヤとのいずれかに区別される。
通常、フラックス入りワイヤは、鋼製外皮の継目が溶接されているのでスリット状の隙間がない形状（シームレス形状）を有するワイヤ（シームレスワイヤと呼ぶことがある）と、鋼製外皮の継目が溶接されていないのでスリット状の隙間を含む形状を有するワイヤとのいずれかに区別される。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、いずれの形状も採用することができる。しかしながら、溶接金属の低温割れの発生を抑制するためには、鋼製外皮にスリット状の隙間がないことが好ましい。溶接時に溶接部に侵入するＨ（水素）は、溶接金属及び被溶接材中に拡散し、応力集中部に集積して低温割れの発生原因となる。Ｈの供給源は様々であるが、溶接部の清浄度、およびガスシールドの条件が厳密に管理された状態で溶接が行われる場合、ワイヤ中に含まれる水分（Ｈ２Ｏ）が、主なＨの供給源となり、この水分の量が、溶接継手の拡散性水素量に強く影響する。鋼製外皮がシームを有する場合、大気中の水分がシームを通じてフラックス中に侵入しやすい。このため、鋼製外皮のシームを除去することにより、ワイヤ製造後からワイヤ使用までの間に、大気中の水分が鋼製外皮を通じてフラックス中に侵入することを抑制することが望ましい。鋼製外皮がシームを有し、且つワイヤ製造からワイヤ使用までの期間が長い場合は、水分等のＨの供給源が侵入することを防止するために、フラックス入りワイヤ全体を真空包装するか、乾燥した状態に保持できる容器内でフラックス入りワイヤを保存することが望ましい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含まれる水素量は特に規定されないが、溶接金属の拡散性水素量を低減するためには、フラックス入りワイヤの全質量に対して１２ｐｐｍ以下であることが好ましい。フラックス入りワイヤ中の水素量は、フラックス入りワイヤの保管の間に、フラックス入りワイヤ内に水分が侵入することにより増大するおそれがある。従って、ワイヤ製造からワイヤ使用までの期間が長い場合は、上述の手段によって水分の浸入を防止することが望ましい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの直径は、特に規定されないが、例えばφ１．０〜φ２．０ｍｍである。一般的なフラックス入りワイヤの直径はφ１．２〜φ１．６ｍｍである。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの充填率は、上述された条件が満たされる限り、特に限定されない。一般的なフラックス入りワイヤの充填率に鑑みて、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの充填率の下限値を、例えば１０％、又は１２％としてもよい。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの充填率の上限値を、例えば２０％、又は１７％としてもよい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に塗布された潤滑剤をさらに備えても良い。ワイヤ表面に塗布された潤滑剤は、溶接時のワイヤの送給性を向上させる効果を有する。溶接ワイヤ用の潤滑剤としては、様々な種類のもの（例えばパーム油等の植物油）を使用できるが、溶接金属の低温割れを抑制するためには、Ｈを含有しないパーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ油）を使用することが好ましい。また、上述したように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に形成されためっきをさらに備えても良い。この場合、潤滑剤はめっきの表面に塗布される。
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法について説明する。本実施形態のフラックス入りワイヤは、通常のフラックス入りワイヤの製造工程によって製造することができる。以下に、製造方法の一例を説明する。
シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、フラックスを調製する工程と、鋼帯を長手方向に送りながら、成形ロールを用いて成形してＵ字型のオープン管を得る工程と、オープン管の開口部を通じてオープン管内にフラックスを供給する工程と、オープン管の開口部の相対するエッジ部を突合せ溶接してシームレス管を得る工程と、シームレス管を伸線して所定の線径を有するフラックス入りワイヤを得る工程と、伸線する工程の途中または完了後にフラックス入りワイヤを焼鈍する工程とを備える。フラックスは、フラックス入りワイヤの弗化物量、酸化物量、炭酸塩量、及び化学成分などが上述された所定の範囲内になるように調製される。なお、鋼製外皮の材料である鋼帯の幅及び厚さ、並びにフラックスの充填量等によって決定されるフラックスの充填率も、フラックス入りワイヤの弗化物量、酸化物量、炭酸塩量、及び化学成分などに影響することに留意する必要がある。突合せ溶接は、電縫溶接、レーザ溶接、またはＴＩＧ溶接等により行われる。また、伸線工程の途中または伸線工程の完了後に、フラックス入りワイヤ中の水分を除去するために、フラックス入りワイヤは焼鈍される。フラックス入りワイヤのＨ含有量を１２ｐｐｍ以下とするために、焼鈍温度は、６５０℃以上とし、焼鈍時間は、４時間以上とすることが必要とされる。なお、フラックスの変質を防ぐために、焼鈍温度は９００℃以下とされる必要がある。
スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、オープン管の端部を突き合わせ溶接してシームレス管を得る工程の代わりに、オープン管を成形してオープン管の端部を突き合わせてスリット状の隙間有りの管を得る工程を有する点以外は、シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法と同じである。スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、突き合わせられたオープン管の端部をかしめる工程をさらに備えても良い。スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法では、スリット状の隙間有りの管を伸線する。
突合せシーム溶接された、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤの断面は、研磨して、エッチングすれば、溶接跡が観察されるが、エッチングしないと溶接跡は観察されない。そのため、上記のようにシームレスと呼ぶことがある。例えば、溶接学会編「新版 溶接・接合技術入門」（２００８年）産報出版、ｐ．１１１には、突合せシーム溶接された、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤは、シームレスタイプのワイヤと記載されている。フラックス入りワイヤの鋼製外皮の隙間をろう付けしても、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤが得られる。
以上説明した本実施形態のフラックス入りワイヤは、あらゆる種類の鋼材の溶接に対して適用可能であり、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、予熱なしで、あるいは予熱温度５０℃以下で、低温割れを防止できる。
次に、本実施形態に係る溶接継手の製造方法（溶接方法）について以下に説明する。本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、１パスから最終パスのいずれか１つ以上において、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて、溶接継手の母材となる鋼板をガスシールドアーク溶接する工程を備える。溶接が１パスのみである場合、その１パスにおいて本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが用いられる。母材鋼板（母材）の種類は特に限定されない。ステンレス鋼を母材鋼板とした場合、母材及び溶接部の両方において耐食性が優れる溶接継手が得られるので、特に好適である。フラックス入りワイヤの極性は、溶接金属の拡散性水素量およびスパッタ発生量に及ぼす影響が無視できる程度に小さいので、プラス及びマイナスのいずれであってもよいが、プラスであることが好ましい。
本実施形態に係る溶接継手の製造方法において用いられるシールドガスの種類は特に限定されない。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、シールドガスの種類に関わらず、優れた溶接作業性を発揮し、高強度、及び高靱性を有する溶接継手を得ることができる。しかしながら、一般的に多用されている１００ｖｏｌ％の炭酸ガス、及びＡｒと３〜３０ｖｏｌ％ＣＯ２との混合ガス等が、本実施形態に係る溶接継手の製造方法のシールドガスであることが好ましい。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いた溶接の際のシールドガスは５Ｖｏｌ％以下のＯ２ガスを含んでいても良い。これらガスは廉価であるので、これらガスを用いた溶接は産業利用上有利である。通常、これらガスは、ルチル系ＦＣＷと組み合わせて用いられた際に、多量のスパッタを生じさせて溶接作業性を悪化させる。しかしながら本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、スパッタ量を十分に抑制することができる本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いるので、これらガスがシールドガスである場合でも、良好な溶接作業性を発揮することができる。
本実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶接姿勢は特に限定されない。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、スパッタ量を十分に抑制し、且つ溶融金属の粘性を十分に高めることができる本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いるので、溶接姿勢が下向姿勢、横向姿勢、立向姿勢、及び上向姿勢のいずれであっても、良好な溶接作業性を発揮することができる。
本実施形態に係る溶接継手の製造方法によって得られる溶接継手は、母材鋼板（母材）と、溶接金属及び溶接熱影響部から構成される溶接部とを備える。化学成分、弗化物の量、及びスラグ形成剤の量等が好ましく制御された本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いて製造されるので、この溶接継手は、高強度、及び高靱性を有し、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、且つ良好なビード形状を有する溶接金属を備える。溶接継手の母材は特に限定されない。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上述の特徴を有するので、耐低温割れ性、強度、及び靱性に優れる溶接部を得ることができ、且つ溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができ、さらに全姿勢溶接に適用可能である。
次に、実施例により、本発明の実施可能性及び効果についてさらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徹して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
発明例および比較例のフラックス入りワイヤは、以下に説明する方法により製造した。まず、鋼帯を長手方向に送りながら、成形ロールを用いて成形してＵ型のオープン管を得た。このオープン管の開口部を通じてオープン管内にフラックスを供給し、オープン管の開口部の相対するエッジ部を突合わせ溶接してシームレス管を得た。このシームレス管を伸線して、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤを得た。ただし、一部の試料は、シーム溶接をしないスリット状の隙間有りの管とし、それを伸線した。このようにして、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。なお、これらフラックス入りワイヤの伸線作業の途中で、フラックス入りワイヤを６５０〜９５０℃の温度範囲内で４時間以上焼鈍した。試作後、ワイヤ表面には潤滑剤を塗布した。これらフラックス入りワイヤの構成を表に示す。
表に開示された各弗化物の含有量、各酸化物の含有量及び酸化物（Ｔｉ酸化物、及びＣａ酸化物除く）の合計量、各炭酸塩の含有量及び炭酸塩の合計量、鉄粉の含有量、並びに弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分（合金成分として含まれる各元素の含有量）の単位は、フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％である。表中において「フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％」は、「質量％」と略し、「弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分」は、「合金成分」と略した。表に開示された酸化物合計量とは、Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物の、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２及びＫ２Ｏの各々の換算値での含有量の合計値であり、Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物の含有量は含まない。表に開示されたフラックス入りワイヤのＸ値（スパッタ発生指数Ｘ）及びＹ値は、それぞれ上述の式４及び式５によって求められた値である。ＣａＣＯ３及びＮａ２ＣＯ３以外の炭酸塩に関しては、その含有量の合計値を「Ｏｔｈｅｒ」列に記載した。
表に開示されたフラックス入りワイヤの残部（すなわち、表に開示された各成分以外の成分）は、鉄及び不純物であった。表に開示されたフラックス入りワイヤは、「ワイヤ構造」欄で特に断りが無い限り、シームレス形状を有し、「備考」欄で特に断りが無い限り、潤滑剤としてパーム油が塗布された。「ワイヤ構造」欄で「隙間有」と記載されたフラックス入りワイヤは、シーム状の隙間を有するワイヤであり、「備考」欄で「ＰＴＦＥ」と記載されたワイヤは、ＰＴＦＥ油が塗布されたワイヤであった。表に開示されたフラックス入りワイヤに合金成分として含まれる各元素は、鋼製外皮または金属粉の形態であった。なお、表においては、本発明で規定される範囲から外れる数値に下線を付してある。また、化学成分や化合物などの含有量に係る表中の空欄は、その化学成分や化合物などが意図的に添加されていないことを意味する。これらの化学成分や化合物などが不可避的に混入されるか生成することもある。
発明例および比較例のフラックス入りワイヤは、以下に説明する方法により評価された。ただし、溶接金属に高温割れが生じた試料については、評価が実施できなかったので、その評価結果欄には「高温割れ発生のため、未評価」と記載した。なお、評価の際の溶接ガスの種類は、Ａｒ−２０％ＣＯ２ガスとした。また、評価の際に、溶接電流は全て直流とし、ワイヤの極性は全てプラスとした。
（溶接金属の引張強さ及び靱性の評価）
フラックス入りワイヤを用いて得られる溶接金属の機械特性（引張強さと靭性）及び拡散性水素量を評価するために、このフラックス入りワイヤを用い、板厚が２０ｍｍの母材を、ルートギャップ１６ｍｍ及び開先角度２０度で突き合わせ、裏当金を用いて、表７に示す溶接条件１で下向溶接して、図１に示される評価用の継手を得た。母材１及び裏当金２はＳＵＳ６３１であった。母材１の開先面及び裏当金２の表面には、試験されるフラックス入りワイヤを用いて２層以上かつ余盛高さ３ｍｍ以上のバタリングを実施した。このようにして得られた溶接金属３の強度は引張試験によって評価し、靭性は−３０℃でのシャルピー衝撃試験によって評価した。下向溶接試験で得られた溶接金属３から、図１に示すように、ＪＩＳ Ｚ３１１１（２００５年）に準拠したＡ１号引張試験片（丸棒）５と４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）４とを採取し、引張試験及びシャルピー衝撃試験に供した。溶接金属の引張強さが７８０ＭＰａ以上となるフラックス入りワイヤを、引張強さに関し合格とした。溶接金属の−３０℃でのシャルピー吸収エネルギー６０Ｊ以上となるフラックス入りワイヤを、低温靱性に関し合格とした。
フラックス入りワイヤを用いて得られる溶接金属の機械特性（引張強さと靭性）及び拡散性水素量を評価するために、このフラックス入りワイヤを用い、板厚が２０ｍｍの母材を、ルートギャップ１６ｍｍ及び開先角度２０度で突き合わせ、裏当金を用いて、表７に示す溶接条件１で下向溶接して、図１に示される評価用の継手を得た。母材１及び裏当金２はＳＵＳ６３１であった。母材１の開先面及び裏当金２の表面には、試験されるフラックス入りワイヤを用いて２層以上かつ余盛高さ３ｍｍ以上のバタリングを実施した。このようにして得られた溶接金属３の強度は引張試験によって評価し、靭性は−３０℃でのシャルピー衝撃試験によって評価した。下向溶接試験で得られた溶接金属３から、図１に示すように、ＪＩＳ Ｚ３１１１（２００５年）に準拠したＡ１号引張試験片（丸棒）５と４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）４とを採取し、引張試験及びシャルピー衝撃試験に供した。溶接金属の引張強さが７８０ＭＰａ以上となるフラックス入りワイヤを、引張強さに関し合格とした。溶接金属の−３０℃でのシャルピー吸収エネルギー６０Ｊ以上となるフラックス入りワイヤを、低温靱性に関し合格とした。
（溶接金属の拡散性水素量の評価）
発明例及び比較例を用いて得られる溶接金属の拡散性水素量を評価する際の溶接条件は、表７に記載の条件４とした。溶接金属の拡散性水素量の測定は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８（鋼溶接部の水素量測定方法）に準拠したガスクロマトグラフ法によって実施した。溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下となるフラックス入りワイヤを、拡散性水素量に関し合格とした。
発明例及び比較例を用いて得られる溶接金属の拡散性水素量を評価する際の溶接条件は、表７に記載の条件４とした。溶接金属の拡散性水素量の測定は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８（鋼溶接部の水素量測定方法）に準拠したガスクロマトグラフ法によって実施した。溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下となるフラックス入りワイヤを、拡散性水素量に関し合格とした。
（溶接作業性（スパッタ発生量、立向溶接性、ビード形状、及びスラグ巻込み）の評価）
また、フラックス入りワイヤの立向溶接性、ビード形状、及びスラグ巻込みを評価するために、立向上進隅肉溶接と立向上進ビードオンプレート溶接とを、上述の母材に行った。溶接条件は、表７に示される溶接条件３とした。メタル垂れの有無、スラグ剥離性及びビード形状の目視調査結果に基づいて、立向溶接の作業性を評価した。その後、上述の方法で得られた溶接部の５箇所の断面において、スラグ巻込み欠陥の有無を目視で調査した。なお、メタル垂れの有無の判定、スラグ剥離性の評価、及びビード形状の評価は、立向上進隅肉溶接と立向上進ビードオンプレート溶接との両方で行われた。スラグ巻込み欠陥の有無の判定は、立向上進隅肉溶接のみで行われた。また、フラックス入りワイヤのスパッタ量を評価するために、下向溶接を表７に示される溶接条件２で実施した。１分あたりのスパッタ発生量に基づいて、フラックス入りワイヤのスパッタ発生量を評価した。
また、フラックス入りワイヤの立向溶接性、ビード形状、及びスラグ巻込みを評価するために、立向上進隅肉溶接と立向上進ビードオンプレート溶接とを、上述の母材に行った。溶接条件は、表７に示される溶接条件３とした。メタル垂れの有無、スラグ剥離性及びビード形状の目視調査結果に基づいて、立向溶接の作業性を評価した。その後、上述の方法で得られた溶接部の５箇所の断面において、スラグ巻込み欠陥の有無を目視で調査した。なお、メタル垂れの有無の判定、スラグ剥離性の評価、及びビード形状の評価は、立向上進隅肉溶接と立向上進ビードオンプレート溶接との両方で行われた。スラグ巻込み欠陥の有無の判定は、立向上進隅肉溶接のみで行われた。また、フラックス入りワイヤのスパッタ量を評価するために、下向溶接を表７に示される溶接条件２で実施した。１分あたりのスパッタ発生量に基づいて、フラックス入りワイヤのスパッタ発生量を評価した。
立向溶接性は、溶融金属の垂れが発生した場合を不合格とし、溶融金属の垂れが発生しない場合を合格とした。スラグの剥離性は、スチールブラシによるブラッシングで剥離しないものを不合格、剥離するものを合格とした。ビード形状の外観評価は、アンダーカット、凸ビードが発生した場合を不合格とし、これらの欠陥が発生しない場合を合格とした。スラグ巻込み欠陥の有無の判定は、５断面中に１断面でもスラグ巻込みがあった場合には不合格とし、５断面全てでスラグ巻込みがないものを合格とした。スパッタ発生量は、溶接中に発生したスパッタの重量を、溶接時間で割って得られる、アークタイム１分間当たりのスパッタ発生量で評価した。スパッタ発生量が３．５ｇ／ｍｉｎ以下となるフラックス入りワイヤを、スパッタ発生量に関し合格とした。
（耐低温割れ性の評価）
耐低温割れ性の評価は、温度５℃かつ湿度６０％の一定雰囲気管理下において、板厚が２０ｍｍであるＳＵＳ６３１鋼に、表７の溶接条件５で溶接を行い、これにより得られた溶接継手にＪＩＳ Ｚ ３１５７（Ｕ形溶接割れ試験方法）及びＪＩＳ Ｚ ３１５８（ｙ形溶接割れ試験方法）に準拠した試験を行うことにより実施した。Ｕ形溶接割れ試験及びｙ形溶接割れ試験の両方で割れが生じなかった溶接継手にかかるフラックス入りワイヤを、耐低温割れ性に関し合格とした。
耐低温割れ性の評価は、温度５℃かつ湿度６０％の一定雰囲気管理下において、板厚が２０ｍｍであるＳＵＳ６３１鋼に、表７の溶接条件５で溶接を行い、これにより得られた溶接継手にＪＩＳ Ｚ ３１５７（Ｕ形溶接割れ試験方法）及びＪＩＳ Ｚ ３１５８（ｙ形溶接割れ試験方法）に準拠した試験を行うことにより実施した。Ｕ形溶接割れ試験及びｙ形溶接割れ試験の両方で割れが生じなかった溶接継手にかかるフラックス入りワイヤを、耐低温割れ性に関し合格とした。
上述の方法により得られた試験結果を表に示す。発明例のフラックス入りワイヤを用いて溶接を行った場合、たとえ溶接環境の温度が、技術常識に鑑みて非常に低温条件であるとみなされる５℃であり、且つ鋼材の予熱が行われなくても、低温割れ試験のすべての断面において、断面割れ無し（断面割れが発生していないこと）であった。従って、発明例のフラックス入りワイヤが極めて高い耐低温割れ性を有していることが証明された。さらに、表の試験結果に示されるように、発明例のフラックス入りワイヤは、立向上進溶接に供された場合であってもスパッタ発生量評価、立向溶接性評価、ビード形状評価、及びスラグ巻込み評価の全てが合格であり、良好な溶接作業性を示した。加えて、発明例のフラックス入りワイヤは、溶接金属の引張強さ、溶接金属の靭性、及び溶接金属中の拡散性水素量の評価項目においても合格であり、優れた機械特性を有する溶接金属を製造することができた。一方、比較例は、本発明で規定する要件のいずれかを満たしていなかったので、１つ以上の評価項目において不合格となった。
１ 母材
２ 裏当金
３ 溶接金属
４ ４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）
５ Ａ１号引張試験片（丸棒）
２ 裏当金
３ 溶接金属
４ ４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）
５ Ａ１号引張試験片（丸棒）
Claims (8)
- 鋼製外皮と、
前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、
を備えるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
前記フラックスが、
前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で合計０．１０〜３．００％の、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＮａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上である弗化物と、
前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対するＴｉＯ２換算値が４．００〜７．５０％のＴｉ酸化物と、
前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２及びＫ２Ｏの各々の換算値で合計０．０５〜２．００％の、Ｆｅ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上である酸化物と、
前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で合計０〜０．６０％の、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上である炭酸塩と、
を含み、
前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜２．００％であり、
ＣａＯ換算でのＣａ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．２０％未満であり、
前記フラックス入りワイヤの、前記弗化物、前記酸化物、前記Ｔｉ酸化物、前記Ｃａ酸化物、および前記炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．００３〜０．１５０％、
Ｓｉ：０．３５〜１．００％、
Ｍｎ：０．０１〜２．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｕ：１．００〜５．００％、
Ｎｉ：０〜１０．００％、
Ｃｒ：１０．００〜２０．００％、
Ｍｏ：０〜５．００％、
Ｔｉ：０〜０．１０％、
Ｎｂ：０．００１〜０．５００％、
Ａｌ：０．００１〜０．５００％、
Ｍｇ：０〜０．９０％、
Ｂ：０〜０．０２００％、
Ｖ：０〜０．２０％、
Ｂｉ：０〜０．０３０％、
Ｃａ：０〜０．２５％、及び
ＲＥＭ：０〜０．０１０％を含み、
残部がＦｅ及び不純物からなることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - 式１によって算出されるＸ値が２．００％以下であることを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｘ＝０．３×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．４×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．５×（［ＬｉＦ］）＋１．８×（［ＣａＦ２］）：式１
前記式１中の角括弧で囲まれた化学式は、各前記化学式に対応する化合物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量である。 - 式２によって算出されるＹ値が５．０以上２７．０以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｙ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／２：式２
前記式２中の角括弧で囲まれた化学式について、［ＴｉＯ ２ ］はＴｉ酸化物のＴｉＯ ２ 換算値、［ＳｉＯ ２ ］はＳｉ酸化物のＳｉＯ ２ 換算値、［Ａｌ ２ Ｏ ３ ］はＡｌ酸化物のＡｌ ２ Ｏ ３ 換算値、［ＺｒＯ ２ ］はＺｒ酸化物のＺｒＯ ２ 換算値での、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量であり、前記式２中のＦは、前記弗化物のＦ換算値での合計含有量である。 - 前記フラックスが、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上１５．０％未満の鉄粉をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記鋼製外皮がシームレス形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- 前記フラックス入りワイヤが、さらに、前記フラックス入りワイヤの表面にパーフルオロポリエーテル油を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- １パスから最終パスのいずれか１つ以上において、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて鋼板をガスシールドアーク溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。
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