JP7007253B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

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に関する。

一般的に、重油、石炭などの化石燃料、液化天然ガスなどのガス燃料、都市ごみなどの一般廃棄物、及び木工屑、繊維屑、廃油、プラスチック、排タイヤ、医療廃棄物などの産業廃棄物及び下水汚泥などを燃焼させるボイラの排煙設備は、排ガス中の三酸化硫黄及び塩化水素に晒され、硫酸露点腐食又は塩酸露点腐食が発生しやすい環境下で使用される。
また、塩酸等の酸洗液を収容する鋼製めっき酸洗漕においても、長時間塩酸に晒されることにより、塩酸露点腐食が発生しやすい。したがって、ボイラの煙道ダクト、ケーシング、熱交換器、回転再生式空気予熱器のバスケット材及び伝熱エレメント板、減温塔、バグフィルター及び煙突等の排煙設備、並びに鋼製めっき酸洗漕等のように、硫酸及び塩酸環境下で使用される溶接構造物の材料としては、耐腐食鋼が使用されている。

上記溶接構造物は、鋼材同士を溶接して接合することにより製造されることが一般的であるが、溶接金属と母材との間で耐食性に差異があると、耐食性の劣る方が選択的に腐食され、構造物の寿命が著しく短くなる。また、溶接金属が選択的に腐食されると、腐食孔に応力集中が生じ、極端な場合は溶接構造物の破壊を招くおそれもある。このように、溶接構造物の利用において、腐食劣化が無視できない用途の場合には、母材のみならず、溶接部の耐食性も十分に確保する必要がある。

耐硫酸露点腐食鋼専用の溶接材料としては、耐食性元素としてＣｕを単独で含む材料や、Ｃｕ－Ｃｒを含む材料が公知である。しかしながら、これらの溶接材料を使用して得られる溶接金属は、重油専焼ボイラのプラント排煙装置で生じる硫酸露点腐食環境においては十分に優れた耐食性を示すが、石炭焚きボイラやごみ焼却またはごみのガス化溶融施設などでは、硫酸露点腐食と塩酸露点腐食が同時に生じるため、十分な耐食性を得ることができないという問題点がある。

そこで、溶接金属の耐硫酸露点腐食性及び耐塩酸露点腐食性の向上を目的として、鋼製外皮中または充填フラックス中の一方又は両方に、０．０１～０．５質量％のＳｂを含有させたフラックス入りワイヤが提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１には、ＳｂはＣｕと共存して耐硫酸性及び耐塩酸性を向上させる元素であることが記載されている。

特開２００４－９００４２号公報

しかしながら、ＳｂはＣｕと同様に表面割れを誘起する元素であるため、耐塩酸性を向上させるためにワイヤ中のＳｂ含有量を増加させると、溶接金属の表面割れが発生するおそれがある。また、フラックス中にＳｂを添加する場合に、添加するＳｂの平均粒径が制御されていないと、溶接作業中におけるアーク安定性、及びスラグの粘性が低下するとともに、フラックス中でＳｂが偏析することにより製造安定性が低下するという問題点がある。
したがって、フラックス中のＳｂの平均粒径を制御する必要がなく、また、ワイヤ中のＳｂ含有量を従来技術と比較して低い範囲で制御した場合であっても、良好な耐塩酸露点腐食性を有する溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤの開発が求められている。

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、耐塩酸露点腐食鋼の溶接に好適であって、耐塩酸腐食性が優れた溶接金属を得ることができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

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、鋼製外皮にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Ｃ ：０．０２質量％以上０．１０質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上１．００質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以上３．０質量％以下、
Ｓ ：０．００３質量％以上０．０３０質量％以下、
Ｃｕ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、
Ｎｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、
Ｍｏ：０．０５質量％以上０．３５質量％以下、
Ｃｏ：０．００５質量％以上０．３００質量％以下、
Ｓｂ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、
を含有し、
Ｐ ：０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：０．０５質量％以下、
に制限するとともに、
下記式（１）を満足することを特徴とする。
５７×［Ｍｏ］＋２２１×［Ｃｏ］≧１５ ・・・（１）
ただし、［Ｍｏ］は、ワイヤ全質量に対する前記鋼製外皮及び前記フラックス中のＭｏ含有量（質量％）を示し、［Ｃｏ］は、ワイヤ全質量に対する前記鋼製外皮及び前記フラックス中のＣｏ含有量（質量％）を示す。

上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ：２．０質量％以上４．５質量％以下を含有することが好ましい。

上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、スラグ形成剤を含有し、ワイヤ全質量あたり、前記スラグ形成剤中のＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ及びＦの含有量の合計が０．０１０質量％以上１．５００質量％以下であることが好ましい。

上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、Ｎｂ、Ｚｒ及びＶから選択された少なくとも１種を含有し、ワイヤ全質量あたり、前記Ｎｂ、Ｚｒ及びＶの含有量の合計が０質量％超０．５０質量％以下であることが好ましい。

上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｂ：０質量％超０．００８０質量％以下を含有することが好ましい。

本発明によれば、耐塩酸露点腐食鋼の溶接に好適であって、耐塩酸腐食性が優れた溶接金属を得ることができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することができる。

図１Ａは、耐塩酸腐食性試験に供する継手試験片の試験片採取位置を示す模式図である。 図１Ｂは、耐塩酸腐食性試験に供する基準試験片の試験片採取位置を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）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く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。

本発明者らは、溶接金属の表面割れの原因となるＳｂの含有量を低い範囲で制御し、Ｓｂの平均粒径の制御を不要とした場合であっても、耐塩酸腐食性が優れた溶接金属を得ることができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下において、単に「ワイヤ」等とも言う）について鋭意検討を行った。その結果、ワイヤ中に適切な含有量でＭｏ及びＣｏを含有させるとともに、両者の比率を所定の範囲に制御することが、溶接金属の耐塩酸腐食性の向上に対して効果的であることを見出した。

すなわち、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対して化学成分が所定の含有量となるとともに、一部の化学成分の含有量については、所定の関係式を満たすものである。以下、本実施形態に係るフラックス入りワイヤについて説明する。

〔フラックス入りワイヤ〕
本実施形態のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮（フープ）内にフラックスが充填されたものである。詳細には、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、筒状を呈する鋼製外皮と、その外皮の内部（内側）に充填されるフラックスとからなる。なお、フラックス入りワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、Ｃ断面、重ね断面等のように外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。また、フラックス入りワイヤは、ワイヤ表面（外皮の外側）にＣｕなどのメッキなどが施されていても、施されていなくてもよい。

なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの鋼製外皮の厚さ、及びワイヤ径（直径）は、特に限定されるものではないが、ワイヤ送給安定性の観点から、好ましいワイヤ径は０．８～４．０ｍｍであり、より好ましいワイヤ径は１．２～２．４ｍｍである。

次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの組成について、その成分添加理由及び組成限定理由について詳細に説明する。なお、所要の特性を有する溶接金属を得るための各元素は、鋼製外皮、充填フラックスのいずれから添加されていても良い。したがって、以下の説明において特に断りのない限り、フラックス入りワイヤ中の各成分量は鋼製外皮中及びフラックス中に含有される成分の合計量を、ワイヤ全質量（鋼製外皮と、外皮内のフラックスの合計量）あたりの含有量とした値で規定される。

また、以下に示す元素は、酸化物、単体、化合物及び合金等の種々の形態で、鋼製外皮中又はフラックス中に添加されるが、本実施形態においては、どのような形態で元素が添加されているかを特定するものではなく、原料の由来は問わない。したがって、以下に示す元素の含有量とは、単体元素、酸化物、化合物及び合金等の種々の形態を単体元素として換算したものの合計量とする。

＜Ｃ：０．０２質量％以上０．１０質量％以下＞
Ｃは、溶接金属の強度を向上させるが、溶接金属の高温割れ感受性を高める原因にもなる元素である。
Ｃ含有量が０．０２質量％未満では、溶接金属中に溶け込むＣが不足して強度が向上しないため、鋼製外皮及びフラックス中のＣは０．０２質量％以上とし、好ましくは０．０３質量％以上とする。
一方、Ｃ含有量が０．１０質量％を超えると、溶接金属中に溶け込むＣが過多となり、高温割れ感受性が高くなることから、鋼製外皮及びフラックス中のＣは０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０８質量％以下とする。
なお、Ｃ源としては、鋼製外皮に添加されるもののほか、フラックスに添加される、炭素量の多い鉄粉や合金粉、グラファイト、黒鉛、カーボンナノチューブのような炭素単体、デンプン、コーンスターチのような有機物などが挙げられる。

＜Ｓｉ：０．０５質量％以上１．００質量％以下＞
Ｓｉは、溶接金属の脱酸のために不可欠な元素である。
Ｓｉ含有量が０．０５質量％未満では、溶接金属中に溶け込むＳｉが不足して脱酸の効果が十分に得られないため、鋼製外皮及びフラックス中のＳｉは０．０５質量％以上とし、好ましくは０．２０質量％以上とする。
一方、Ｓｉ含有量が１．００質量％を超えると、高温割れ感受性が高くなるため、高温割れ感受性を低減させるために、Ｍｎ及びＮｉ等の溶接金属中の合金元素量をワイヤ中に添加することが必要となる。しかし、Ｍｎ及びＮｉ等の添加により高温割れ感受性を低減させた場合には、溶接金属の靱性が低下するとともに、溶接金属中の水素が起因する低温割れ感受性が高くなる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＳｉは１．００質量％以下とし、好ましくは０．９０質量％以下とする。
なお、ＳｉはＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物としてフラックスに添加される他、Ｆｅ－Ｓｉ合金やＳｉ金属等の形態でワイヤ中に添加されていてもよい。本実施形態においては、Ｓｉ酸化物、Ｓｉ金属及びＳｉ合金の含有量をＳｉに換算した値で規定し、この換算値を単にＳｉ含有量と記載する。

＜Ｍｎ：１．５質量％以上３．０質量％以下＞
Ｍｎは、溶接金属を脱酸し、かつ溶接金属の強度及び靱性を向上させる。また、高温割れ感受性を増大させるＳと化合物を形成することから、高温割れを抑制するために不可欠の元素である。
Ｍｎ含有量が１．５質量％未満では、溶接金属中に溶け込むＭｎが不足して、脱酸及び高温割れ抑制の効果を十分に得られず、かつ強度及び靱性が向上しないため、鋼製外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は１．５質量％以上とし、好ましくは１．８質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有量が３．０質量％を超えると、溶接金属中に溶け込むＭｎが過多となり、溶接金属の靱性が低下し、かつ溶接金属中の水素が起因する低温割れ感受性が高くなるため、鋼製外皮及びフラックス中のＭｎは３．０質量％以下とし、好ましくは２．８質量％以下とする。
なお、ＭｎはＭｎＯ、ＭｎＯ_２等のＭｎ酸化物としてフラックスに添加される他、Ｆｅ－Ｍｎ合金やＭｎ金属等の形態でワイヤ中に添加されていてもよい。本実施形態においては、Ｍｎ酸化物、Ｍｎ金属及びＭｎ合金の含有量をＭｎに換算した値で規定し、この換算値を単にＭｎ含有量と記載する。

＜Ｓ：０．００３質量％以上０．０３０質量％以下＞
Ｓは、溶接時の液滴の流れを改善する元素であるが、溶接金属の靱性を低下させ、かつ、高温割れ感受性を高める原因になる元素でもある。
Ｓ含有量が０．００３質量％未満では、溶接時の液滴の粘性が高くなり、液滴の流れが阻害されるため、鋼製外皮及びフラックス中のＳ含有量は０．００３質量％以上とし、好ましくは、０．００４質量％以上とする。
一方、Ｓ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属中に溶け込むＳが過多となり、溶接金属の靱性が低下し、かつ高温割れ感受性が高くなるため、鋼製外皮及びフラックス中のＳ含有量は０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２５質量％以下とする。
なお、Ｓ源としては、鋼製外皮に添加されるもののほか、フラックスに添加される、硫化鉄や硫化銅などの硫化物、硫酸塩などが挙げられる。さらに、Ｓ源としては、ワイヤ表面に塗布されるＳ化合物なども挙げられる。

＜Ｃｕ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下＞
Ｃｕは、溶接金属の耐食性を改善する元素である。
Ｃｕ含有量が０．０５質量％未満では、溶接金属中に溶け込むＣｕが不足して、溶接金属の耐食性を向上させる効果が得られないため、鋼製外皮及びフラックス中のＣｕ含有量は０．０５質量％以上とし、好ましくは、０．１０質量％以上とする。
一方、Ｃｕ含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属中に溶け込むＣｕが過多となり、溶接金属の高温割れ感受性が高くなるため、鋼製外皮及びフラックス中のＣｕ含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とする。
なお、Ｃｕは主にＦｅ－Ｃｕ合金やＣｕ金属等の形態でワイヤ中に添加されるが、Ｃｕ_２Ｏ、ＣｕＯ等のＣｕ酸化物としてフラックスに添加されていてもよい。本実施形態においては、Ｃｕ合金、Ｃｕ金属及びＣｕ酸化物の含有量をＣｕに換算した値で規定し、この換算値を単にＣｕ含有量と記載する。

＜Ｎｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下＞
Ｎｉは、溶接金属の高温割れ感受性を低減し、かつ、耐食性を改善する元素である。
Ｎｉ含有量が０．０５質量％未満では、溶接金属中に溶け込むＮｉが不足して、溶接金属の高温割れ抑制の効果及び耐食性を改善させる効果を十分に得ることができないため、鋼製外皮及びフラックス中のＮｉ含有量は０．０５質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。
一方、Ｎｉ含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属中に溶け込むＮｉが過多となり、高温割れ感受性が高くなるとともに、溶接金属の強度が高くなり、水素割れ感受性が高くなるため、鋼製外皮及びフラックス中のＮｉ含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とする。
なお、また、Ｎｉ源としては、鋼製外皮に添加されるもののほか、フラックスに添加される、単体金属や合金粉などが挙げられる。

＜Ｍｏ：０．０５質量％以上０．３５質量％以下＞
Ｍｏは、Ｃｏ、Ｃｕとともに、溶接金属の耐塩酸性を著しく向上させる元素であり、その効果はＣｕ－Ｓｂとの複合添加で更に増大する。
Ｍｏ含有量が０．０５質量％未満であると、溶接金属の耐塩酸性を向上させる効果を十分に得ることができないことから、鋼製外皮及びフラックス中のＭｏ含有量は０．０５質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上、より好ましくは０．１２質量％以上とする。
一方、Ｍｏ含有量が０．３５質量％を超えると、溶着金属の引張強度が高くなるため、鋼製外皮及びフラックス中のＭｏ含有量は０．３５質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下、より好ましくは０．２８質量％以下とする。なお、Ｍｏの最適添加量は０．１５％である。

＜Ｃｏ：０．００５質量％以上０．３００質量％以下＞
Ｃｏは、Ｍｏ、Ｃｕとともに添加することにより、溶接金属の耐塩酸性を著しく向上させるとともに、ニッケル－コバルト－モリブデン鋼（Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ）の特徴に見られるように靭性を向上させる元素である。
Ｃｏ含有量が０．００５質量％未満であると、溶接金属の耐塩酸性及び靱性を向上させる効果を十分に得ることができない。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＣｏ含有量は０．００５質量％以上とし、好ましくは０．０１０質量％以上、より好ましくは０．０２０質量％以上とする。
一方、Ｃｏ含有量が０．３００質量％を超えると、溶着金属の引張強度が高くなりすぎるため、鋼製外皮及びフラックス中のＣｏ含有量は０．３００質量％以下とし、好ましくは、０．２５０質量％以下、より好ましくは０．２００質量％以下とする。なお、Ｃｏの最適な添加量は０．０５０％である。

＜Ｍｏ含有量とＣｏ含有量の関係：５７×［Ｍｏ］＋２２１×［Ｃｏ］≧１５＞
本発明者らは、種々の比率でＭｏ及びＣｏを含有させたフラックス入りワイヤを使用してガスシールドアーク溶接を行い、得られた溶接金属の化学成分を分析して、分析値と溶接金属の腐食速度比との対応を回帰分析した。その結果、ワイヤ中のＭｏ含有量及びＣｏ含有量をパラメータとして、下記式（１）を満足することが、優れた耐塩酸性を有する溶接金属を得るための指標になることを見出した。
５７×［Ｍｏ］＋２２１×［Ｃｏ］≧１５ ・・・（１）
ただし、［Ｍｏ］は、ワイヤ全質量に対する鋼製外皮及びフラックス中のＭｏ含有量（質量％）を示し、［Ｃｏ］は、ワイヤ全質量に対する鋼製外皮及びフラックス中のＣｏ含有量（質量％）を示す。

上記式（１）の左辺により算出される値が１５未満であると、優れた耐塩酸性を有する溶接金属を得ることができないため、式（１）の左辺により算出される値が１５以上となるように、Ｍｏ含有量及びＣｏ含有量を所定の範囲に制御するものとする。なお、式（１）の左辺により算出される値は１６以上であることが好ましく、１８以上であることがより好ましく、２０以上であることが更に好ましい。一方、溶接金属における強度とのバランスを考慮すると、式（１）の左辺により算出される値は８６以下であることが好ましく、７２以下であることがより好ましく、６０以下であることが更に好ましい。

＜Ｓｂ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下＞
Ｓｂは、Ｃｕと共存して耐硫酸性及び耐塩酸性を更に向上させる元素である。
Ｓｂ含有量が０．０１質量％未満であると、十分な耐食性を得ることができないおそれがある。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＳｂ含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とする。
一方、Ｓｂ含有量が０．２０質量％を超えると、表面割れ及び偏析が発生するおそれがあるため、鋼製外皮及びフラックス中のＳｂ含有量は０．２０質量％以下とし、好ましくは０．１５質量％以下とする。

＜Ｐ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｐは、不可避的不純物としてワイヤ中に存在し、溶接金属の靱性を低下させる元素であるため、Ｐ含有量はできるだけ低減させることが好ましい。
Ｐ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属中に溶け込むＰが過多となり、溶接金属の靱性が低下するおそれがある。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＰ含有量は０．０３０質量％以下に制限するものとする。

＜Ｃｒ：０．０５質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｃｒは、特に排ガス中の硫黄酸化物含有量の多いプラントで生じる酸化性の硫酸露点腐食環境での耐食性を向上させるが、耐塩酸性を阻害する元素であるため、Ｃｒ含有量はできるだけ低減させることが好ましい。
Ｃｒ含有量が０．０５質量％を超えると、耐塩酸性が低下するおそれがある。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＣｒ含有量は０．０５質量％以下に制限するものとする。

＜Ｔｉ：２．０質量％以上４．５質量％以下＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、さらに、任意成分として、Ｔｉ：２．０質量％以上４．５質量％以下を含有することが好ましい。Ｔｉは、溶接時のアークの安定性及びスラグの被包性を向上させて、全姿勢溶接性を良好にする元素である。また、金属Ｔｉとしてワイヤ中に添加された場合には、溶接金属を脱酸する働きを有する元素である。
Ｔｉ含有量が２．０質量％以上では、溶接時のアークの安定性及びスラグの被包性を向上する効果がある。したがって、鋼製外皮及びフラックス中にＴｉが含まれる場合のＴｉ含有量は、２．０質量％以上であることが好ましく、２．５質量％以上であることがより好ましく、２．８質量％以上であることが更に好ましく、３．０質量％以上であることがより更に好ましい。
なお、Ｔｉは主にＴｉＯ_２等のＴｉ酸化物としてフラックスに添加されるが、Ｆｅ－Ｔｉ合金やＴｉ金属等の形態でワイヤ中に添加されていてもよい。本実施形態においては、Ｔｉ酸化物、Ｔｉ金属及びＴｉ合金の含有量をＴｉに換算した値で規定し、この換算値を単にＴｉ含有量と記載する。

＜スラグ形成剤中のＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ及びＦの合計：０．０１０質量％以上１．５００質量％以下＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、さらに、任意成分として、スラグ形成剤を含有することが好ましい。スラグ形成剤は、溶接金属中の不純物（酸素等）を除去する作用を有する成分であり、本実施形態においては、ワイヤ中に少なくとも１種のスラグ形成剤を含有することが好ましい。なお、ワイヤ中に含有されるスラグ形成剤としては、特定の種類に限定しないが、Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ及びＭｇ等のアルカリ金属、アルカリ土類金属及びこれらの化合物、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ及びＭｇＯ等の酸化物、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＦ及びＬｉＦ等のフッ化物、ＣａＣＯ_３、並びにＢａＣＯ_３等の炭酸塩を使用できる。

なお、スラグ形成剤中のＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ及びＦの含有量の合計が０．０１０質量％以上であると、溶接時のアーク安定性が向上する。したがって、ワイヤ全質量に対するこれらの元素の合計量は０．０１０質量％以上であることが好ましく、０．０２０質量％以上とすることがより好ましく、０．０３０質量％以上とすることがより好ましい。
一方、上記合計量が１．５００質量％以下の場合、ワイヤ中の水分量を低水準で維持でき、水素割れの発生を抑制できる。したがって、ワイヤ全質量に対するこれらの元素の合計量は１．５００質量％以下とすることが好ましく、１．０００質量％以下とすることがより好ましい。

＜Ｎｂ、Ｚｒ及びＶから選択された少なくとも１種の合計：０質量％超０．５０質量％以下＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、さらに、任意成分として、Ｎｂ、Ｚｒ及びＶから選択された少なくとも１種の合計：０．５０質量％以下で含有することが好ましい。これらの元素からなる酸化物は安定であり、ワイヤ中にこれらの元素が含まれることで、高い脱酸効果が得られやすいからである。これらの元素の合計量は０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．４０質量％以下とすることがより好ましい。

＜Ｂ：０質量％超０．００８０質量％以下＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、さらに、任意成分として、Ｂ：０質量％超０．００８０質量％以下を含有することが好ましい。Ｂは、溶接金属の焼入れ性を向上させることができる。
ワイヤ中にＢが含有されていると、Ｂ含有量が微量であっても、ワイヤを介して溶接金属にＢが添加され、焼入れ効果により溶接金属の強度を向上させることができる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中にＢが含まれる場合のＢ含有量は、０質量％超であることが好ましく、０．００４０質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｂ含有量が０．００８０質量％以下の場合、溶接金属の靱性の低下を抑制し、かつ高温割れ感受性を低くすることができる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中にＢが含まれる場合のＢ含有量は、０．００８０質量％以下とすることが好ましく、０．００７５質量％以下とすることがより好ましい。

＜Ｂｉ：０．０１０質量％以上０．１００質量％以下＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、さらに、任意成分として、Ｂｉ：０．０１０質量％以上０．１００質量％以下を含有することが好ましい。Ｂｉは、溶接の際に発生する溶接スラグの剥離性を改善するために不可欠の元素である。
上記Ｂｉが０．０１０質量％以上の場合、溶接スラグの剥離性を改善する効果がある。したがって、鋼製外皮及びフラックス中にＢｉが含まれる場合のＢｉ含有量は０．０１０質量％以上であることが好ましく、０．０１５質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｂｉが０．１００質量％以下の場合、溶接金属の高温割れ感受性を低くすることができる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中にＢが含まれる場合のＢｉ含有量は０．１００質量％以下とすることが好ましく、０．０８０質量％以下とすることがより好ましい。
なお、Ｂｉは主にＢｉ_２Ｏ_３等の酸化物としてフラックスに添加されるが、Ｆｅ－Ｂｉ合金やＢｉ金属等の形態でワイヤ中に添加されていてもよい。本実施形態においては、Ｂｉ酸化物、Ｂｉ金属及びＢｉ合金の含有量をＢｉに換算した値で規定し、このＢｉ換算値を単にＢｉ含有量と記載する。

＜Ｆｅ：８５質量％以上＞
Ｆｅは、フラックス入りワイヤの主要成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、Ｆｅの含有量は、ワイヤ全質量あたり８５質量％以上であることが好ましく、８７質量％以上であることが好ましく、また、９５質量％以下であることが好ましく、９３質量％以下であることが好ましい。

＜残部＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの残部は、不可避的不純物である。そして、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上記したワイヤの成分の他、更に必要に応じて、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、希土類元素（ＲＥＭ）、及びＣａが添加されていてもよい。なお、Ｓｎは、添加または不可避的不純物としてワイヤ中に含有されていても、溶接金属の耐塩酸露点腐食性を阻害するものではないが、Ｓｎ含有量が０．０５質量％を超えると、溶接継手の靭性を著しく低下させるため、鋼製外皮及びフラックス中のＳｎ含有量は０．０５質量％以下に制限することが好ましい。
なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上述の含有量を規定した元素、Ｆｅ、及び上記残部の元素を合計で、ワイヤ全質量に対し９６質量％以上とすることが好ましい。その他の成分としては、酸化物の酸素及び窒素等である。例えば、酸素は、１～５％の範囲であることが実際的である。

＜その他：フラックス充填率＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックス充填率（＝フラックス質量／ワイヤ全質量×１００）は、特に限定されない。
ただし、フラックス充填率が１０質量％未満であると、アークの安定性が悪くなるとともにスパッタ発生量が増加し、溶接作業性が低下することがあるため、フラックス充填率は好ましくは１０質量％以上とし、より好ましくは１２質量％以上とする。
一方、フラックス充填率が３０質量％を超えると、ワイヤの断線が発生したり、フラックスの充填中に粉がこぼれ落ちたりする等、生産性が低下することから、フラックス充填率は好ましくは３０質量％以下とし、より好ましくは２５質量％以下とする。

［フラックス入りワイヤの製造方法］
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。
まず、鋼製外皮を構成する鋼帯を準備し、この鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールにより成形して、Ｕ字状のオープン管にする。次に、所定の成分組成となるように、各種原料を配合したフラックスを鋼製外皮に充填し、その後、断面が円形になるように加工する。その後、冷間加工により伸線し、例えば１．２～２．４ｍｍのワイヤ径のフラックス入りワイヤとする。
なお、冷間加工途中に焼鈍を施してもよい。また、製造の過程で成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目が無いワイヤと、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残すワイヤのいずれの構造も採用することができる。

以下、発明例及び比較例を挙げて本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

原料を適宜配合したフラックスを、鋼製外皮中に充填し、ワイヤ全質量に対するフラックスの割合が１５質量％となるようにして、ワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作製した。下記表１及び表２に、発明例及び比較例のフラックス入りワイヤ中の化学成分の含有量（質量％）を示す。
なお、表１又は表２に示す各化学成分の含有量は、ワイヤ全質量あたりの含有量（質量％）である。また、残部は不可避的不純物である。さらに、表１に示す「５７［Ｍｏ］＋２２１［Ｃｏ］」は、式（１）の左辺により算出される値を示す。
また、表１及び表２において、各成分組成における“－”なる表記は、０．００５質量％未満を意味する。

続いて、図１Ａは、耐塩酸腐食性試験に供する継手試験片の試験片採取位置を示す模式図である。また、図１Ｂは、耐塩酸腐食性試験に供する基準試験片の試験片採取位置を示す模式図である。図１Ａに示すように、板厚が６ｍｍである２枚の鋼板１を使用し、開先角度が６０°となるように開先を形成した後、ルート間隔を５ｍｍとして突き合せ、溶接を行う面とは反対側の裏面に裏当て材４を配置した。鋼板１は耐硫酸・塩酸露点鋼として市販されているもの（いわゆる、市中鋼板）であり、Ｆｅ以外の主な化学成分及びその含有量は、下記表３に示す通りである。
その後、下記表４に示す溶接条件により２枚の鋼板１を突き合せ溶接し、接合された鋼板１の表面及び裏面をそれぞれ１ｍｍずつ研磨した。さらに、得られた溶接金属３の表面及び裏面も適宜研磨した後、側面を切断することにより、幅が２５ｍｍ、長さが６０ｍｍ、厚さが４ｍｍである継手試験片２を作製した。

また、図１Ｂに示すように、板厚が６ｍｍである鋼板１１に対し、その表面及び裏面をそれぞれ１ｍｍずつ研磨した。さらに、側面を切断することにより、幅が２５ｍｍ、長さが６０ｍｍ、厚さが４ｍｍである基準試験片１２を作製した。なお、基準試験片１２に用いられた鋼板１１についても、上記鋼板１と同様、下記表３に示す通りのものである。

その後、下記表５に示す腐食試験条件により、継手試験片２及び基準試験片１２を試験溶液に浸漬する腐食試験を実施し、腐食試験前後の重量差及び腐食前表面積から、腐食速度（ｍｇ／ｃｍ^２／ｈｒ）を算出した。ただし、腐食速度は１試験毎に変動するのが一般的であるため、１回の腐食試験毎に、基準試験片１２についても同等の腐食試験を実施し、基準試験片１２の腐食速度に対する継手試験片２の腐食速度を、腐食速度比として算出した。すなわち、腐食速度比が１．００であることは、溶接金属の腐食速度が、溶接していない基準試験片１２（すなわち、市中鋼板）の腐食速度と同等であることを示している。

各試験において算出された腐食速度比及び評価結果を、下記表６に示す。なお、腐食速度比は低い値であるほど、腐食が進行していないことを示している。評価基準としては、０．８５未満を評価Ａ（優良）、０．８５以上０．９５未満を評価Ｂ（良好）、０．９５以上１．００未満を評価Ｃ（やや良好）、１．００以上を評価Ｄ（不良）とした。

上記表６に示すように、比較例である試験Ｎｏ．１及び２は、Ｍｏ含有量及びＣｏ含有量が本発明の数値範囲の下限未満であるとともに、５７×［Ｍｏ］＋２２１×［Ｃｏ］≧１５（すなわち、式（１））を満足しないため、耐塩酸腐食性が優れた溶接金属を得ることができず、腐食試験の評価結果がＤ（不良）であった。
比較例である試験Ｎｏ．３及び８は、Ｃｏ含有量が本発明の数値範囲の下限未満であるとともに、式（１）を満足しないため、耐塩酸腐食性が優れた溶接金属を得ることができず、腐食試験の評価結果がＤ（不良）であった。

比較例である試験Ｎｏ．５は、Ｍｏ含有量及びＣｏ含有量が本発明の数値範囲内であるが、式（１）を満足しないため、耐塩酸腐食性が優れた溶接金属を得ることができず、腐食試験の評価結果がＤ（不良）であった。
比較例である試験Ｎｏ．１０は、Ｍｏ含有量及びＣｏ含有量が本発明の数値範囲の下限未満であり、式（１）を満足しないとともに、Ｓｂ含有量が本発明の数値範囲の下限未満であり、更には、Ｃｒ含有量が本発明の数値範囲の上限を超えているため、腐食試験の評価結果が極めて悪い結果（評価結果Ｄ、腐食速度比：１．１５）となった。

これに対し、発明例である試験Ｎｏ．４、６、７、９、１１～１３は、いずれも本発明で規定する数値範囲を全て満たしているため、耐塩酸腐食性が優れた溶接金属（評価結果Ａ～Ｃ）を得ることができた。
なお、試験Ｎｏ．１２及び１３は、Ｍｏ含有量及びＣｏ含有量が比較的高く、式（１）の左辺により算出される値が２０以上の大きな値となったため、耐塩酸腐食性が著しく優れた溶接金属（評価結果Ａ、Ｂ）を得ることができた。

以上詳述したように、本発明によれば、耐塩酸腐食性が優れた溶接金属を得ることができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを得ることができる。

Claims (1)

1. 鋼製外皮にフラックスが充填された、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、
   ワイヤ全質量あたり、
   Ｃ ：０．０２質量％以上０．１０質量％以下、
   Ｓｉ：０．０５質量％以上１．００質量％以下、
   Ｍｎ：１．５質量％以上３．０質量％以下、
   Ｓ ：０．００３質量％以上０．０３０質量％以下、
   Ｃｕ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、
   Ｎｉ：０．０５質量％以上０．５０質量％以下、
   Ｍｏ：０．０５質量％以上０．３５質量％以下、
   Ｃｏ：０．００５質量％以上０．３００質量％以下、
   Ｓｂ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、
   Ｔｉ：２．０質量％以上４．５質量％以下、
   Ｂ：０質量％超０．００８０質量％以下、
   Ｆｅ：８５質量％以上、
   を含有し、
   Ｐ ：０．０３０質量％以下、
   Ｃｒ：０．０５質量％以下、
   Ｓｎ：０．０５質量％以下、
   に制限するとともに、
   さらに、スラグ形成剤を含有し、ワイヤ全質量あたり、前記スラグ形成剤中のＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ及びＦの含有量の合計が０．０１０質量％以上１．５００質量％以下であり、
   Ｎｂ、Ｚｒ及びＶから選択された少なくとも１種を含有し、ワイヤ全質量あたり、前記Ｎｂ、Ｚｒ及びＶの含有量の合計が０質量％超０．５０質量％以下であり、
   前記Ｃ、前記Ｓｉ、前記Ｍｎ、前記Ｓ、前記Ｃｕ、前記Ｎｉ、前記Ｍｏ、前記Ｃｏ、前記Ｓｂ、前記Ｔｉ、前記Ｂ、前記Ｆｅ、不可避的不純物、前記Ｐ、前記Ｃｒ、前記Ｓｎ、前記スラグ形成剤中のＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ及びＦの含有量の合計、並びに前記Ｎｂ、Ｚｒ及びＶの含有量の合計、の各元素の合計が、ワイヤ全質量に対し９６質量％以上であり、
   下記式（１）を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤ。
   ５７×［Ｍｏ］＋２２１×［Ｃｏ］≧１５ ・・・（１）
   ただし、［Ｍｏ］は、ワイヤ全質量に対する前記鋼製外皮及び前記フラックス中のＭｏ含有量（質量％）を示し、［Ｃｏ］は、ワイヤ全質量に対する前記鋼製外皮及び前記フラックス中のＣｏ含有量（質量％）を示す。

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