JP7063657B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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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に関する。
従来から、溶接作業を高能率に行うために、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接が様々な分野で行われている。例えば、特許文献１では、メタル系フラックス入りワイヤの特長である高溶着速度、溶接作業性を損なうことなく、ヒューム発生量の少ないガスシールドアーク溶接メタル系フラックス入りワイヤが開示されている。
しかしながら、特許文献１に係る技術においては、溶接での入熱量が３０ｋＪ／ｃｍ以上のような大入熱溶接において、アーク安定性が高く、スパッタ発生量の少ない、優れた溶接作業性を保ち、かつ、良好な機械的性質の溶接金属を得ることについては検討されておらず、これらの両立を満足することはできなかった。
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、大入熱溶接での溶接作業性が優れるとともに、得られる溶接金属の機械的性質が良好な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、ガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以上２．５質量％以下、金属Ｔｉ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、金属Ａｌ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、Ｆｅ：９０質量％以上、ＺｒＯ２：０．０１質量％以上１．００質量％以下、ＴｉＯ２：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、ＮａＦ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下を含有するとともに、
ＺｒＯ２の含有量を［ＺｒＯ２］、ＮａＦの含有量を［ＮａＦ］とした場合、１≦［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］≦５０を満たすものである。
ＺｒＯ２の含有量を［ＺｒＯ２］、ＮａＦの含有量を［ＮａＦ］とした場合、１≦［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］≦５０を満たすものである。
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、ワイヤ全質量あたり、Ａｌ２Ｏ３：０．０１質量％以上０．５０質量％以下をさらに含有していてもよい。
また、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、ワイヤ全質量あたり、Ｋ２ＯのＫ換算量：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、Ｎａ２ＯのＮａ換算量：０．０１質量％以上０．５０質量％以下の一つ以上をさらに含有していてもよい。
また、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、ワイヤ全質量あたり、Ｋ２ＯのＫ換算量：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、Ｎａ２ＯのＮａ換算量：０．０１質量％以上０．５０質量％以下の一つ以上をさらに含有していてもよい。
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によれば、大入熱溶接での溶接作業性が優れるとともに、得られる溶接金属の機械的性質が良好なものとすることができる。
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（以下、単に「フラックス入りワイヤ」または「ワイヤ」ともいう）は、ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以上２．５質量％以下、金属Ｔｉ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、金属Ａｌ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、Ｆｅ：９０質量％以上、ＺｒＯ２：０．０１質量％以上１．００質量％以下、ＴｉＯ２：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、ＮａＦ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下を含有するとともに、
ＺｒＯ２の含有量を［ＺｒＯ２］、ＮａＦの含有量を［ＮａＦ］とした場合、１≦［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］≦５０を満たすものである。
また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、メタル系のフラックス入りワイヤである。ここで、メタル系のフラックス入りワイヤは、フラックスの主成分が金属成分とされており、例えば、ワイヤ全質量あたりで酸化物成分（スラグ形成成分）が３質量％以下とされているフラックス入りワイヤを意味している。酸化物成分は、好ましくは２質量％以下であり、さらに好ましくは１質量％以下である。
ＺｒＯ２の含有量を［ＺｒＯ２］、ＮａＦの含有量を［ＮａＦ］とした場合、１≦［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］≦５０を満たすものである。
また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、メタル系のフラックス入りワイヤである。ここで、メタル系のフラックス入りワイヤは、フラックスの主成分が金属成分とされており、例えば、ワイヤ全質量あたりで酸化物成分（スラグ形成成分）が３質量％以下とされているフラックス入りワイヤを意味している。酸化物成分は、好ましくは２質量％以下であり、さらに好ましくは１質量％以下である。
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、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、好ましくは１．２～４．０ｍｍであり、より好ましくは１．２～２．４ｍｍ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、ワイヤ全質量に対して各成分が所定の含有量となるとともに、一部の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の各成分の含有量を限定した理由について説明する。
なお、以下の説明において、フラックス入りワイヤ中の各成分量は、特に断りのない限り、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て規定される。
本実施形態において、Ｔｉ酸化物として、ＴｉＯ２が代表的なＴｉ酸化物として含まれている。Ｔｉ酸化物としては、その他の酸化物が含まれる可能性もあるが、本実施形態では、これらの他の酸化物も含めてＴｉＯ２として記載している。酸化物成分について、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの他の酸化物成分についても同様である。
［Ｃ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下］
Ｃは、溶接金属の焼き入れ性と靱性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｃの含有量が０．０１質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ不足となり、大入熱溶接時に靱性が十分に得られないことから、Ｃの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、Ｃの含有量が０．１０質量％を超えると、アークの吹きつけが強くなり、スパッタ発生量が増加することから、Ｃの含有量は０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０７質量％以下、特に好ましくは０．０５質量％以下とする。
Ｃは、溶接金属の焼き入れ性と靱性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｃの含有量が０．０１質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ不足となり、大入熱溶接時に靱性が十分に得られないことから、Ｃの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、Ｃの含有量が０．１０質量％を超えると、アークの吹きつけが強くなり、スパッタ発生量が増加することから、Ｃの含有量は０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０７質量％以下、特に好ましくは０．０５質量％以下とする。
［Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下］
Ｍｎは、溶接金属の焼き入れ性と靱性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｍｎの含有量が１．５質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ不足となり、溶接金属の引張強さが十分に得られないことから、Ｍｎの含有量は１．５質量％以上とし、好ましくは２．０質量％以上とする。一方、Ｍｎの含有量が４．０質量％を超えると、溶接金属中のＭｎ量が過剰となり、溶接金属の引張強さが上昇し過ぎることから、Ｍｎの含有量は４．０質量％以下とし、好ましくは３．１質量％以下とする。
ここで、Ｍｎは、純金属のＭｎや合金に含まれるＭｎ、ＭｎＯなどの酸化物Ｍｎに含まれるＭｎ成分を意味している。Ｍｎ源としては、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等の金属粉、合金粉が挙げられるが、これらの他、Ｍｎ酸化物を加えてもよい。
Ｍｎは、溶接金属の焼き入れ性と靱性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｍｎの含有量が１．５質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ不足となり、溶接金属の引張強さが十分に得られないことから、Ｍｎの含有量は１．５質量％以上とし、好ましくは２．０質量％以上とする。一方、Ｍｎの含有量が４．０質量％を超えると、溶接金属中のＭｎ量が過剰となり、溶接金属の引張強さが上昇し過ぎることから、Ｍｎの含有量は４．０質量％以下とし、好ましくは３．１質量％以下とする。
ここで、Ｍｎは、純金属のＭｎや合金に含まれるＭｎ、ＭｎＯなどの酸化物Ｍｎに含まれるＭｎ成分を意味している。Ｍｎ源としては、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等の金属粉、合金粉が挙げられるが、これらの他、Ｍｎ酸化物を加えてもよい。
［Ｓｉ：０．１質量％以上２．５質量％以下］
Ｓｉは、溶接金属の焼き入れ性と靱性を向上させる効果や、ビード形状を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ不足となり、溶接金属の引張強さが十分に得られない場合があることから、Ｓｉの含有量は０．１質量％以上とし、好ましくは０．２質量％以上とする。一方、Ｓｉの含有量が２．５質量％を超えると、溶接金属中のＳｉ量が過剰となり、溶接金属の引張強さが上昇し過ぎる場合などがあることから、Ｓｉの含有量は２．５質量％以下とし、好ましくは１．４質量％以下とする。ここで、Ｓｉは、純金属のＳｉや合金に含まれるＳｉ、ＳｉＯ２などの酸化物Ｓｉに含まれる全Ｓｉ成分を意味している。
Ｓｉは、溶接金属の焼き入れ性と靱性を向上させる効果や、ビード形状を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｓｉの含有量が０．１質量％未満であると、溶接金属の焼き入れ不足となり、溶接金属の引張強さが十分に得られない場合があることから、Ｓｉの含有量は０．１質量％以上とし、好ましくは０．２質量％以上とする。一方、Ｓｉの含有量が２．５質量％を超えると、溶接金属中のＳｉ量が過剰となり、溶接金属の引張強さが上昇し過ぎる場合などがあることから、Ｓｉの含有量は２．５質量％以下とし、好ましくは１．４質量％以下とする。ここで、Ｓｉは、純金属のＳｉや合金に含まれるＳｉ、ＳｉＯ２などの酸化物Ｓｉに含まれる全Ｓｉ成分を意味している。
なお、金属Ｓｉの含有量は、０．１質量％以上２．０質量％以下とされることが好ましい。金属Ｓｉの含有量はより好ましくは０．２質量％以上である。金属Ｓｉの含有量はより好ましくは０．８質量％以下である。また、ＳｉＯ２の含有量（Ｓｉ換算値）は、０．０１質量％以上１．００質量％以下とされることが好ましい。ＳｉＯ２の含有量（Ｓｉ換算値）がこの範囲の場合、アーク安定性がより向上するとともに、スパッタ発生量もより抑えることができる。ＳｉＯ２の含有量（Ｓｉ換算値）は、より好ましくは０．２０質量％以上である。ＳｉＯ２の含有量（Ｓｉ換算値）は、より好ましくは０．６０質量％以下である。
［金属Ｔｉ：０．０１質量％以上１．００質量％以下］
金属Ｔｉは、溶接金属の機械的性質、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、金属Ｔｉの含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性の向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、金属Ｔｉの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。一方、金属Ｔｉの含有量が１．００質量％を超えると、溶接金属中のＴｉ量が過剰となり、大入熱溶接時に溶接金属の引張強さが上昇し過ぎることから、金属Ｔｉの含有量は１．００質量％以下とし、好ましくは０．５０質量％以下とする。
金属Ｔｉは、溶接金属の機械的性質、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、金属Ｔｉの含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性の向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、金属Ｔｉの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．１０質量％以上とする。一方、金属Ｔｉの含有量が１．００質量％を超えると、溶接金属中のＴｉ量が過剰となり、大入熱溶接時に溶接金属の引張強さが上昇し過ぎることから、金属Ｔｉの含有量は１．００質量％以下とし、好ましくは０．５０質量％以下とする。
［金属Ａｌ：０．０１質量％以上１．００質量％以下］
金属Ａｌは、溶接金属の機械的性質、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、金属Ａｌの含有量が０．１０質量％未満であると、アーク安定性の向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、金属Ａｌの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とする。一方、金属Ａｌの含有量が１．００質量％を超えると、溶接金属成分の歩留りが過大となり、大入熱溶接時に靱性が十分に得られないことから、金属Ａｌの含有量は１．００質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とする。ここで、金属Ａｌとは、金属単体や合金に含まれるＡｌの合計である。
金属Ａｌは、溶接金属の機械的性質、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、金属Ａｌの含有量が０．１０質量％未満であると、アーク安定性の向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、金属Ａｌの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とする。一方、金属Ａｌの含有量が１．００質量％を超えると、溶接金属成分の歩留りが過大となり、大入熱溶接時に靱性が十分に得られないことから、金属Ａｌの含有量は１．００質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下とする。ここで、金属Ａｌとは、金属単体や合金に含まれるＡｌの合計である。
［Ｆｅ：９０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９０質量％以上であることが好ましく、より好ましくは９２質量％以上である。
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９０質量％以上であることが好ましく、より好ましくは９２質量％以上である。
［ＺｒＯ２：０．０１質量％以上１．００質量％以下］
ＺｒＯ２は、アーク安定性、スラグ形成剤として溶接金属のビード形状を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、ＺｒＯ２の含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性の向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＺｒＯ２の含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．２０質量％以上とする。一方、ＺｒＯ２の含有量が１．００質量％を超えると、アークの吹きつけが強くなり、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＺｒＯ２の含有量は１．００質量％以下とし、好ましくは０．８０質量％以下とする。
ＺｒＯ２は、アーク安定性、スラグ形成剤として溶接金属のビード形状を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、ＺｒＯ２の含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性の向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＺｒＯ２の含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．２０質量％以上とする。一方、ＺｒＯ２の含有量が１．００質量％を超えると、アークの吹きつけが強くなり、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＺｒＯ２の含有量は１．００質量％以下とし、好ましくは０．８０質量％以下とする。
［ＴｉＯ２：０．０１質量％以上０．５０質量％以下］
ＴｉＯ２は、アーク安定性、スラグ形成剤として溶接金属のビード形状を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、ＴｉＯ２の含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＴｉＯ２の含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とする。一方、ＴｉＯ２の含有量が０．５０質量％を超えると、溶滴移行が不安定となり、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＴｉＯ２の含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。
ＴｉＯ２は、アーク安定性、スラグ形成剤として溶接金属のビード形状を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、ＴｉＯ２の含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＴｉＯ２の含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とする。一方、ＴｉＯ２の含有量が０．５０質量％を超えると、溶滴移行が不安定となり、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＴｉＯ２の含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。
［ＮａＦ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下］
ＮａＦは、アークをシャープにし、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、ＮａＦの含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＮａＦの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とする。一方、ＮａＦの含有量が０．５０質量％を超えると、アークの吹きつけが強くなり、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＮａＦの含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。
ＮａＦは、アークをシャープにし、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、ＮａＦの含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られず、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＮａＦの含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０５質量％以上とする。一方、ＮａＦの含有量が０．５０質量％を超えると、アークの吹きつけが強くなり、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、ＮａＦの含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。
［１≦［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］≦５０］
ＺｒＯ２の含有量（質量％）を［ＺｒＯ２］、ＮａＦの含有量（質量％）を［ＮａＦ］とした場合の［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］は、溶接金属の機械的性質と良好な溶接作業性を両立させる重要な指標である。そして、この式によって算出される値を所定範囲内とすることにより、高電流負荷時のアーク安定性が高く、スパッタ発生量の少ない、優れた溶接作業性を保つことができる。
ただし、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値が１未満であると、アークの吹きつけが強くなり、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値は１以上とし、好ましくは３以上、より好ましくは５以上とする。一方、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値が５０を超えると、アーク長が変動し、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値は５０以下とし、好ましくは４０以下、より好ましくは３０以下とする。
ＺｒＯ２の含有量（質量％）を［ＺｒＯ２］、ＮａＦの含有量（質量％）を［ＮａＦ］とした場合の［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］は、溶接金属の機械的性質と良好な溶接作業性を両立させる重要な指標である。そして、この式によって算出される値を所定範囲内とすることにより、高電流負荷時のアーク安定性が高く、スパッタ発生量の少ない、優れた溶接作業性を保つことができる。
ただし、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値が１未満であると、アークの吹きつけが強くなり、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値は１以上とし、好ましくは３以上、より好ましくは５以上とする。一方、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値が５０を超えると、アーク長が変動し、高電流負荷時のアーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加することから、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値は５０以下とし、好ましくは４０以下、より好ましくは３０以下とする。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、任意成分として、以下の成分（Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ）を含有していてもよい。
［Ａｌ２Ｏ３：０．０１質量％以上０．５０質量％以下］
Ａｌ２Ｏ３は、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ａｌ２Ｏ３の含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られないことから、Ａｌ２Ｏ３をワイヤに含有させる場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の酸素量が増加し、靱性が低下することから、Ａｌ２Ｏ３をワイヤに含有させる場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以上とする。
Ａｌ２Ｏ３は、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ａｌ２Ｏ３の含有量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られないことから、Ａｌ２Ｏ３をワイヤに含有させる場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の酸素量が増加し、靱性が低下することから、Ａｌ２Ｏ３をワイヤに含有させる場合、Ａｌ２Ｏ３の含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以上とする。
［Ｋ２ＯのＫ換算量：０．０１質量％以上０．５０質量％以下］
Ｋ２Ｏは、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｋ２ＯのＫ換算量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られないことから、Ｋ２Ｏをワイヤに含有させる場合、Ｋ２ＯのＫ換算量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、Ｋ２ＯのＫ換算量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の酸素量が増加し、靱性が低下することから、Ｋ２Ｏをワイヤに含有させる場合、Ｋ２Ｏの含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。
Ｋ２Ｏは、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｋ２ＯのＫ換算量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られないことから、Ｋ２Ｏをワイヤに含有させる場合、Ｋ２ＯのＫ換算量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、Ｋ２ＯのＫ換算量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の酸素量が増加し、靱性が低下することから、Ｋ２Ｏをワイヤに含有させる場合、Ｋ２Ｏの含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。
［Ｎａ２ＯのＮａ換算量：０．０１質量％以上０．５０質量％以下］
Ｎａ２Ｏは、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｎａ２ＯのＮａ換算量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られないことから、Ｎａ２Ｏをワイヤに含有させる場合、Ｎａ２ＯのＮａ換算量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、Ｎａ２ＯのＮａ換算量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の酸素量が増加し、靱性が低下することから、Ｎａ２Ｏをワイヤに含有させる場合、Ｎａ２Ｏの含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。
Ｎａ２Ｏは、アーク安定性を向上させる効果を発揮する成分である。ただし、Ｎａ２ＯのＮａ換算量が０．０１質量％未満であると、アーク安定性向上効果が得られないことから、Ｎａ２Ｏをワイヤに含有させる場合、Ｎａ２ＯのＮａ換算量は０．０１質量％以上とし、好ましくは０．０２質量％以上とする。一方、Ｎａ２ＯのＮａ換算量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の酸素量が増加し、靱性が低下することから、Ｎａ２Ｏをワイヤに含有させる場合、Ｎａ２Ｏの含有量は０．５０質量％以下とし、好ましくは０．３０質量％以下とする。
［残部］
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの残部は、前記したＦｅ及び不可避的不純物などである。そして、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、メタル系のフラックス入りワイヤであるが、前記したワイヤの成分の他、フラックス中に、その効果を妨げない範囲で、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ等を溶接金属のさらなる硬化剤として、Ｖ２Ｏ５等をスラグ形成剤として、また、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６等をアーク安定剤として少量含有させてもよい。例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ等が各々０．１質量％未満、Ｖ２Ｏ５を各々０．５質量％未満、含有してもよい。また、Ｐ、Ｓ、Ｓｎ、Ｖ等が各々０．０３０質量％以下、含有してもよい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの残部は、前記したＦｅ及び不可避的不純物などである。そして、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、メタル系のフラックス入りワイヤであるが、前記したワイヤの成分の他、フラックス中に、その効果を妨げない範囲で、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ等を溶接金属のさらなる硬化剤として、Ｖ２Ｏ５等をスラグ形成剤として、また、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６等をアーク安定剤として少量含有させてもよい。例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ等が各々０．１質量％未満、Ｖ２Ｏ５を各々０．５質量％未満、含有してもよい。また、Ｐ、Ｓ、Ｓｎ、Ｖ等が各々０．０３０質量％以下、含有してもよい。
［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、溶接作業性が劣化することから、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１４質量％以上とする。一方、フラックス充填率が２５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、生産性が劣化することから、フラックス充填率は好ましくは２５質量％以下とし、より好ましくは２０質量％以下とする。
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、溶接作業性が劣化することから、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１４質量％以上とする。一方、フラックス充填率が２５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、生産性が劣化することから、フラックス充填率は好ましくは２５質量％以下とし、より好ましくは２０質量％以下とする。
続いて、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法を説明する。
［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。
［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。
［各種試験に使用するフラックス入りワイヤの製造］
鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管に成形する。続いて、表１又は表２の成分組成となるように、フラックス中に金属、合金、Ｆｅ粉、各種原料を適宜、所定範囲で添加する。次に、断面が円形になるように加工した後、加工したワイヤに対して冷間引き抜き加工を施し、ワイヤ径を約１．２ｍｍとする。以上の製造方法によってフラックス入りワイヤを製造する。
鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管に成形する。続いて、表１又は表２の成分組成となるように、フラックス中に金属、合金、Ｆｅ粉、各種原料を適宜、所定範囲で添加する。次に、断面が円形になるように加工した後、加工したワイヤに対して冷間引き抜き加工を施し、ワイヤ径を約１．２ｍｍとする。以上の製造方法によってフラックス入りワイヤを製造する。
なお、表１又は表２に示す各成分の含有量は、ワイヤ全質量あたりの含有量（質量％）である。また、表１又は表２に示すＳｉＯ２はＳｉ換算量を、Ｋ２ＯはＫ換算量を、Ｎａ２ＯはＮａ換算量を示しており、［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］は、ＺｒＯ２の含有量（質量％）を［ＺｒＯ２］、ＮａＦの含有量（質量％）を［ＮａＦ］とした場合の［ＮａＦ］に対する［ＺｒＯ２］の割合である。また、残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物を示す。さらに、表２中の「－」は、該当する成分が積極的に添加されていないことを示す。
［溶接作業性の評価］
（溶接条件）
溶接作業性を評価するため、各フラックス入りワイヤを用いて、表３に示す成分組成の鋼板を母材とし、表４に示す各条件にてガスシールドアーク溶接を行った。なお、表３に示す鋼板の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
（溶接条件）
溶接作業性を評価するため、各フラックス入りワイヤを用いて、表３に示す成分組成の鋼板を母材とし、表４に示す各条件にてガスシールドアーク溶接を行った。なお、表３に示す鋼板の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
（アーク安定性）
アーク安定性について、上記と同様、各フラックス入りワイヤを用いて、表３に示す成分組成の鋼板を母材とし、表４に示す各条件にてガスシールドアーク溶接を行った。官能評価により、アークが安定であると判断したものを「○」、アークが不安定であると判断したものを「×」と評価している。なお、アーク安定性については「○」を合格と判断し、「×」を不合格と判断している。
アーク安定性について、上記と同様、各フラックス入りワイヤを用いて、表３に示す成分組成の鋼板を母材とし、表４に示す各条件にてガスシールドアーク溶接を行った。官能評価により、アークが安定であると判断したものを「○」、アークが不安定であると判断したものを「×」と評価している。なお、アーク安定性については「○」を合格と判断し、「×」を不合格と判断している。
（スパッタ発生量）
スパッタ発生量について、上記と同様、発明例及び比較例の各フラックス入りワイヤを用いて、表３に示す成分組成の鋼板を母材とし、表４に示す各条件にてガスシールドアーク溶接を行い、溶接試験の際に生じたスパッタの量に基づいて定量的に評価している。具体的には、ＷＥＳ２８０７：２０００に準じて、スパッタを確保する捕集箱を設置した環境内で溶接を行っている。アークタイムは６０秒とし、溶接完了後、捕集箱のスパッタを採取し重量を計測し、これを２回繰り返し、平均値をスパッタ発生量としている。各発明例及び比較例において、スパッタ発生量が２ｇ／ｍｉｎ未満であったものを「○」、スパッタ発生量が２ｇ／ｍｉｎ以上であったものを「×」と評価している。なお、表中において、「○」が合格で「×」が不合格である。
スパッタ発生量について、上記と同様、発明例及び比較例の各フラックス入りワイヤを用いて、表３に示す成分組成の鋼板を母材とし、表４に示す各条件にてガスシールドアーク溶接を行い、溶接試験の際に生じたスパッタの量に基づいて定量的に評価している。具体的には、ＷＥＳ２８０７：２０００に準じて、スパッタを確保する捕集箱を設置した環境内で溶接を行っている。アークタイムは６０秒とし、溶接完了後、捕集箱のスパッタを採取し重量を計測し、これを２回繰り返し、平均値をスパッタ発生量としている。各発明例及び比較例において、スパッタ発生量が２ｇ／ｍｉｎ未満であったものを「○」、スパッタ発生量が２ｇ／ｍｉｎ以上であったものを「×」と評価している。なお、表中において、「○」が合格で「×」が不合格である。
［溶接金属の機械的性質の評価］
（溶接条件）
溶接金属の機械的性質の評価においても、溶接作業性の評価と同様の条件で、ガスシールドアーク溶接を行った。
（溶接条件）
溶接金属の機械的性質の評価においても、溶接作業性の評価と同様の条件で、ガスシールドアーク溶接を行った。
（機械的性質）
溶接金属の機械的性質は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した引張試験及び衝撃試験により評価した。
引張試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＡ０号試験片を用いた。また、衝撃試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＶノッチ試験片を用いた。
溶接金属の機械的性質は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した引張試験及び衝撃試験により評価した。
引張試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＡ０号試験片を用いた。また、衝撃試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＶノッチ試験片を用いた。
引張強さ（ＴＳ）は、４９０～６７０ＭＰａのものを「〇」、４９０ＭＰａ未満又は６７０ＭＰａを超えるものを「×」と評価している。
靭性（ｖＥ０℃）は、０℃での吸収エネルギーが７０Ｊ以上のものを「◎」、４７Ｊ以上７０Ｊ未満のものを「○」、４７Ｊ未満のものを「×」と評価している。
靭性（ｖＥ０℃）は、０℃での吸収エネルギーが７０Ｊ以上のものを「◎」、４７Ｊ以上７０Ｊ未満のものを「○」、４７Ｊ未満のものを「×」と評価している。
以上の各種試験の結果を、下記表５及び表６に示す。
表５に示すように、発明例であるワイヤＮｏ．Ｗ１～Ｗ２４を用いた試験Ｎｏ．１～２４では、大入熱溶接でのアーク安定性が高く、かつ、スパッタ発生量が少なかったことから、大入熱溶接での溶接作業性が優れていることがわかる。また、得られた溶接金属について、引張強さ（ＴＳ）及び靭性（ｖＥ０℃）ともに優れていることから、良好な機械的性質の溶接金属を得ることができている。なお、本発明における大入熱溶接とは、例えば、３０ｋＪ／ｃｍ以上の入熱の溶接を想定している。
一方、表６に示すように、比較例であるワイヤＮｏ．Ｗ２５～Ｗ４１を用いた試験Ｎｏ．２５～４１では、いずれかの評価項目において合格の結果が得られていない。具体的には、以下の通りである。
例えば、試験Ｎｏ．３４（ワイヤＮｏ．Ｗ３４）は、ワイヤのＺｒＯ２の含有量が上限値を超えているため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。試験Ｎｏ．３５（ワイヤＮｏ．Ｗ３５）は、ワイヤのＺｒＯ２の含有量が下限値未満であるため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
試験Ｎｏ．３８（ワイヤＮｏ．Ｗ３８）は、ワイヤのＮａＦの含有量が上限値を超えているため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
試験Ｎｏ．３９（ワイヤＮｏ．Ｗ３９）は、ワイヤのＮａＦの含有量が下限値未満であるため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
試験Ｎｏ．４０（ワイヤＮｏ．Ｗ４０）は、ワイヤの［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値が上限値を超えているため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
試験Ｎｏ．４１（ワイヤＮｏ．Ｗ４１）は、ワイヤの［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値が下限値未満であるため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
試験Ｎｏ．３８（ワイヤＮｏ．Ｗ３８）は、ワイヤのＮａＦの含有量が上限値を超えているため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
試験Ｎｏ．３９（ワイヤＮｏ．Ｗ３９）は、ワイヤのＮａＦの含有量が下限値未満であるため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
試験Ｎｏ．４０（ワイヤＮｏ．Ｗ４０）は、ワイヤの［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値が上限値を超えているため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
試験Ｎｏ．４１（ワイヤＮｏ．Ｗ４１）は、ワイヤの［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］によって算出される値が下限値未満であるため、アーク安定性が劣化及びスパッタ発生量が増加し、溶接作業性に劣っている。
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
Claims (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のフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Ｃ ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下、
Ｓｉ：０．１質量％以上１．８０質量％以下、
金属Ｔｉ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
金属Ａｌ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｆｅ：９０質量％以上、
ＺｒＯ２：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
ＴｉＯ２：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、
ＮａＦ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、
Ａｌ ２ Ｏ ３ ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、
Ｋ ２ ＯのＫ換算量：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、Ｎａ ２ ＯのＮａ換算量：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、の一つ以上、
を含有するとともに、
ＺｒＯ２の含有量を［ＺｒＯ２］、ＮａＦの含有量を［ＮａＦ］とした場合、１≦［ＺｒＯ２］／［ＮａＦ］≦５０を満たす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。
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