JP7304829B2 - 亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤに関し、特にアークが安定して溶接作業性が良好で、割れが生じることなく、耐食性が良好で、延性の優れる溶接金属が得られる亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤに関する。
塗装鋼板は、耐食性を有するので家電製品、建築用鋼板及び自動車などに広く用いられている。
これらの塗装鋼板は、さらに耐食性を向上するために種々の技術が開示されている。例えば特許文献１には、耐食性と表面外観の良好な溶融Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇめっき鋼板が、特許文献２には、屋外などの厳しい使用環境でも十分な耐食性を有するＺｎ－Ｍｇ－Ａｌ－Ｓｉなどを有する塗装鋼板の開示がある。
これらのＺｎめっき鋼板を溶接する技術として、特許文献３及び特許文献４には、亜鉛めっき鋼板を特定成分のソリッドワイヤを用いて、マグパルスアーク溶接することによってピットやブローホールなどの気孔欠陥の発生を防止する技術の開示がある。しかし、特許文献３及び特許文献４に開示された技術で亜鉛めっき鋼板を溶接した場合は、ピットやブローホールの発生は低減されるが、亜鉛めっき鋼板を溶接構造物として使用する場合、溶接金属表面の耐食性が得られない。したがって、溶接金属表面の耐食性を確保するために溶接金属表面にジンクリッチペイントなどの塗料を塗布する必要がある。しかしながらこの方法においても、溶接後に塗装作業が必要になるので生産性が劣ることになる。さらに、塗料による防食は永年の使用環境において剥離したり、狭隘な箇所への塗装が困難であり、耐食性が十分ではないという問題があった。
また、特許文献５には、亜鉛めっき鋼板をＢａ化合物、Ａｌ及びＭｇを含むフラックス入りワイヤを用いて直流正極性を使用して溶接することによって、アークが安定して耐ピット性及び耐ブローホール性が優れるという技術の開示がある。しかし、特許文献５の技術においても、溶接金属表面の耐食性を得るために塗料を塗布する必要があり、生産性及び耐食性に問題があった。
一方、特許文献６には、亜鉛めっき鋼板をフェライト系ステンレス溶接ワイヤを用いて溶接することによって、溶接後に耐食性を維持することができるという技術の開示がある。しかし、特許文献６の技術においては、溶接後に溶接金属表面に塗装作業をする必要はないが、溶接金属部で溶融亜鉛めっきに起因する液体金属脆化割れ（以下、亜鉛脆化割れという。）が生じるという問題があった。
亜鉛脆化割れを防止する技術として特許文献７に、溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ量を適正にしたオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤを用いて亜鉛めっき鋼板を溶接することによって、溶接時に初晶から室温までフェライト単相で凝固が完了するため、亜鉛の粒界への浸入を防止して亜鉛脆化割れを防止するという技術の開示がある。しかし、特許文献７の技術においては、薄板の亜鉛めっき鋼板を溶接する場合には、溶接金属の溶け落ちを防止するために低電流の溶接条件で溶接する必要があり、この場合アークが不安定となり良好なビード形状が得られないという問題があった。
そこで本発明は、上述した問題に鑑みて案出されたものであり、アークが安定して溶接作業性が良好で、亜鉛脆化割れが生じることなく、耐食性が良好で、延性の優れる溶接金属が得られる亜鉛めっき鋼板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。
本発明の要旨とするところは、ステンレス鋼外皮内にフラックスが充填された亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．００５～０．０４０％、Ｓｉ：０．１０～０．８０％、Ｍｎ：０．５０～２．００％、Ｎｉ：７．０～１０．０％、Ｃｒ：２６．０～３０．０％、Ｔｉ：０．１０～０．５０％を含有し、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：４．０～７．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：２．０～４．０％、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上：Ｎａ換算値及びＫ換算値の合計で０．２０～１．００％、金属弗化物のＦ換算値の合計：０．２０～０．６０％、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計：０．０５０超～０．１２０％を含有し、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２０％以下、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．２０％以下であり、残部はステンレス鋼外皮のＦｅ分、鉄合金粉からのＦｅ分及び不純物からなる組成を備えることを特徴とする亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤにある。
本発明の亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤによれば、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性及びビード形状が良好であるなど溶接作業性が良好で、亜鉛脆化割れが生じることなく、溶接金属の耐食性が良好であるので溶接金属表面に塗装作業をする必要がなく、延性の優れる溶接金属が得られ、高能率に高品質の溶接が可能である。
本発明者らは、上述した課題を解決するために、溶接金属の耐食性を向上するために、Ｎｉ及びＣｒを含むオーステナイト組織にフェライトを比較的多く含む溶接金属となるようにすることを基本とし、さらに、亜鉛めっき鋼板を溶接した場合にアークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性及びビード形状観が良好で、亜鉛脆化割れが生じず延性に優れた溶接金属が得られる溶接用フラックス入りワイヤの成分組成について詳細に検討した。
その結果、アークの安定性は、Ｃ、Ｔｉ、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計及び金属弗化物のＦ換算値を適量にし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計量を低減することで得られることを見出した。
スパッタ発生量の低減は、Ｍｎ、Ｔｉ及びＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値及びＫ換算値の合計を適量にすることで、スラグ剥離性は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計及びＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計を適量にし、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計量を低減することで、さらに、ビード形状は、Ｓｉ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計及び金属弗化物のＦ換算値の合計量を適正にすることで良好になることを見出した。
また、溶接金属の亜鉛脆化割れは、Ｎｉ、Ｃｒ及びＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の適正化で生じなくなり、溶接金属の延性は、Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＣｒの適量添加により良好になることを見出した。
本発明の亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤは、各成分組成それぞれ単独及び共存による相乗効果によりなし得たもので、以下にそれぞれの各成分組成の限定理由を述べる。なお、各成分組成の含有率は、フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載して表すこととする。
［ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＣ：０．００５～０．０４０％］
Ｃは、アークを安定にする効果がある。Ｃが０．００５％未満であると、その効果が得られずアークが不安定になる。一方、Ｃが０．０４０％を超えると、溶接金属の延性が低下する。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＣは０．００５～０．０４０％とする。なお、Ｃは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉として添加できる。）
Ｃは、アークを安定にする効果がある。Ｃが０．００５％未満であると、その効果が得られずアークが不安定になる。一方、Ｃが０．０４０％を超えると、溶接金属の延性が低下する。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＣは０．００５～０．０４０％とする。なお、Ｃは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉として添加できる。）
［ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．１０～０．８０％］
Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともにビード形状を改善する効果がある。Ｓｉが０．１０％未満であると、脱酸により形成されるスラグ量が少なくなりビード形状が不良となる。一方、Ｓｉが０．８０％を超えると、溶接金属の粘性が低下してビード形状が不良となる。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＳｉは０．１０～０．８０％とする。なお、Ｓｉは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎなどの合金粉として添加できる。
Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともにビード形状を改善する効果がある。Ｓｉが０．１０％未満であると、脱酸により形成されるスラグ量が少なくなりビード形状が不良となる。一方、Ｓｉが０．８０％を超えると、溶接金属の粘性が低下してビード形状が不良となる。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＳｉは０．１０～０．８０％とする。なお、Ｓｉは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎなどの合金粉として添加できる。
［ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＭｎ：０．５０～２．００％］
Ｍｎは、溶接金属のオーステナイト相を安定化させて、溶接金属の延性を良好にする効果がある。Ｍｎが０．５０％未満であると、溶接金属の延性が低下する。一方、Ｍｎが２．００％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。また、Ｍｎが２．００％を超えると、溶接金属の延性が低下する。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＭｎは０．５０～２．００％とする。なお、Ｍｎは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｍｎ，Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎなどの合金粉として添加できる。
Ｍｎは、溶接金属のオーステナイト相を安定化させて、溶接金属の延性を良好にする効果がある。Ｍｎが０．５０％未満であると、溶接金属の延性が低下する。一方、Ｍｎが２．００％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。また、Ｍｎが２．００％を超えると、溶接金属の延性が低下する。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＭｎは０．５０～２．００％とする。なお、Ｍｎは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｍｎ，Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎなどの合金粉として添加できる。
［ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＮｉ：７．０～１０．０％］
Ｎｉは、オーステナイト形成元素であり、溶接金属中のオーステナイト相を安定化させ、溶接金属の延性を向上させる効果がある。Ｎｉが７．０％未満であると、溶接金属の延性が低下する。一方、Ｎｉが１０．０％を超えると、Ｐ、Ｓなどの割れに有害な微量成分の偏析を促進して亜鉛脆化割れが生じやすくなる。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＮｉは７．０～１０．０％とする。なお、Ｎｉは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉなどの合金粉として添加できる。
Ｎｉは、オーステナイト形成元素であり、溶接金属中のオーステナイト相を安定化させ、溶接金属の延性を向上させる効果がある。Ｎｉが７．０％未満であると、溶接金属の延性が低下する。一方、Ｎｉが１０．０％を超えると、Ｐ、Ｓなどの割れに有害な微量成分の偏析を促進して亜鉛脆化割れが生じやすくなる。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＮｉは７．０～１０．０％とする。なお、Ｎｉは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉなどの合金粉として添加できる。
［ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＣｒ：２６．０～３０．０％］
Ｃｒは、フェライト形成元素であり、溶接金属の凝固完了時にフェライト単相とし、溶接金属の亜鉛脆化割れを抑制する。Ｃｒが２６．０％未満であると、溶接金属に亜鉛脆化割れが生じやすくなる。なお、ステンレス鋼の溶接金属は、Ｃｒが１３％程度で良好な耐食性が得られるが、本発明は、Ｃｒを含有しない亜鉛めっき鋼板に適用し、母材希釈を５０％（一般的には母材希釈１０～４０％）受けても溶接金属のＣｒ量が１３％確保できることも考慮してＣｒの下限を２６．０％とした。一方、Ｃｒが３０．０％を超えると、Ｃｒ炭化物やσ相の析出が生じやすく、溶接金属の延性が低下する。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＣｒは２６．０～３０．０％とする。なお、Ｃｒは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｃｒ、Ｆｅ－Ｃｒなどの合金粉として添加できる。
Ｃｒは、フェライト形成元素であり、溶接金属の凝固完了時にフェライト単相とし、溶接金属の亜鉛脆化割れを抑制する。Ｃｒが２６．０％未満であると、溶接金属に亜鉛脆化割れが生じやすくなる。なお、ステンレス鋼の溶接金属は、Ｃｒが１３％程度で良好な耐食性が得られるが、本発明は、Ｃｒを含有しない亜鉛めっき鋼板に適用し、母材希釈を５０％（一般的には母材希釈１０～４０％）受けても溶接金属のＣｒ量が１３％確保できることも考慮してＣｒの下限を２６．０％とした。一方、Ｃｒが３０．０％を超えると、Ｃｒ炭化物やσ相の析出が生じやすく、溶接金属の延性が低下する。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＣｒは２６．０～３０．０％とする。なお、Ｃｒは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｃｒ、Ｆｅ－Ｃｒなどの合金粉として添加できる。
［ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．１０～０．５０％］
Ｔｉは、アークを安定にする効果がある。Ｔｉが０．１０％未満であると、アークが不安定となる。一方、Ｔｉが０．５０％を超えると、溶接時に溶滴が粗大に成長し、大粒のスパッタが発生する。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＴｉは０．１０～０．５０％とする。なお、Ｔｉは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉなどの合金粉として添加できる。
Ｔｉは、アークを安定にする効果がある。Ｔｉが０．１０％未満であると、アークが不安定となる。一方、Ｔｉが０．５０％を超えると、溶接時に溶滴が粗大に成長し、大粒のスパッタが発生する。従って、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計でＴｉは０．１０～０．５０％とする。なお、Ｔｉは、ステンレス鋼外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉなどの合金粉として添加できる。
［フラックス中に含有するＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計；４．０～７．０％］
Ｔｉ酸化物は、スラグ剥離性を向上させるとともに、ビード止端部にＳｉ酸化物と共に適正な厚みのスラグを形成して溶融亜鉛の止端部への進入を防いで母材熱影響部の亜鉛脆化割れを防止する効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が４．０％未満であると、スラグ剥離性が不良になり、母材熱影響部に亜鉛脆化割れが生じやすくなる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が７．０％を超えると、スラグ量が多くなってビード形状が不良になる。従って、フラックス中に含有するＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は４．０～７．０％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルミナイトなどとして添加できる。
Ｔｉ酸化物は、スラグ剥離性を向上させるとともに、ビード止端部にＳｉ酸化物と共に適正な厚みのスラグを形成して溶融亜鉛の止端部への進入を防いで母材熱影響部の亜鉛脆化割れを防止する効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が４．０％未満であると、スラグ剥離性が不良になり、母材熱影響部に亜鉛脆化割れが生じやすくなる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が７．０％を超えると、スラグ量が多くなってビード形状が不良になる。従って、フラックス中に含有するＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は４．０～７．０％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルミナイトなどとして添加できる。
［フラックスに含有するＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：２．０～４．０％］
Ｓｉ酸化物は、スラグ剥離性を良好にすると共に溶融スラグの流動性を調整してビード形状を良好にする。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が２．０％未満であると、スラグ剥離性及びビード形状が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が４．０％を超えると、溶融スラグが流れやすくなってビード形状が不良となる。従って、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は２．０～４．０％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスから珪砂、カリ長石、珪酸ソーダ、珪酸カリなどとして添加できる。
Ｓｉ酸化物は、スラグ剥離性を良好にすると共に溶融スラグの流動性を調整してビード形状を良好にする。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が２．０％未満であると、スラグ剥離性及びビード形状が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が４．０％を超えると、溶融スラグが流れやすくなってビード形状が不良となる。従って、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は２．０～４．０％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスから珪砂、カリ長石、珪酸ソーダ、珪酸カリなどとして添加できる。
［フラックスに含有するＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上：Ｎａ換算値及びＫ換算値の合計で０．２０～１．００％］
Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物は、アークをソフトにして安定にする。Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計が０．２０％未満であると、アークが不安定になりスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計が１．００％を超えると、アークが強くなりすぎ、スパッタ発生量が多くなる。また、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計が１．００％を超えると、ビード止端部の母材とのなじみが悪くなり、ビード形状が不良となる。従って、フラックス中に含有するＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計は０．２０～１．００％とする。なお、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物は、フラックスから珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質酸化物成分、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｋ2ＺｒＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6等の金属弗化物の粉末として添加できる。Ｎａ換算値及びＫ換算値はそれらに含有されるＮａ量及びＫ量の合計である。
Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物は、アークをソフトにして安定にする。Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計が０．２０％未満であると、アークが不安定になりスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計が１．００％を超えると、アークが強くなりすぎ、スパッタ発生量が多くなる。また、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計が１．００％を超えると、ビード止端部の母材とのなじみが悪くなり、ビード形状が不良となる。従って、フラックス中に含有するＮａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計は０．２０～１．００％とする。なお、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物は、フラックスから珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質酸化物成分、ＮａＦ、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｋ2ＺｒＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6等の金属弗化物の粉末として添加できる。Ｎａ換算値及びＫ換算値はそれらに含有されるＮａ量及びＫ量の合計である。
［フラックス中に含有する金属弗化物のＦ換算値の合計：０．２０～０．６０％］
金属弗化物は、アークを集中させて安定させる効果がある。金属弗化物のＦ換算値の合計が０．２０％未満では、この効果が得られず、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、金属弗化物のＦ換算値の合計が０．６０％を超えると、溶融スラグの融点が低下してビード形状が不良になる。従って、フラックス中に含有する金属弗化物のＦ換算値の合計は０．２０～０．６０％とする。なお、金属弗化物は、フラックスからのＣａＦ2、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｋ2ＺｒＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。
金属弗化物は、アークを集中させて安定させる効果がある。金属弗化物のＦ換算値の合計が０．２０％未満では、この効果が得られず、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、金属弗化物のＦ換算値の合計が０．６０％を超えると、溶融スラグの融点が低下してビード形状が不良になる。従って、フラックス中に含有する金属弗化物のＦ換算値の合計は０．２０～０．６０％とする。なお、金属弗化物は、フラックスからのＣａＦ2、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、Ｋ2ＺｒＦ6、Ｎａ3ＡｌＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。
［フラックス中に含有するＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計：０．０５０超～０．１２０％］
Ｂｉ及びＢｉ酸化物は、溶接スラグの溶接金属からの剥離を促進して、スラグ剥離性を良好にする。Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．０５０％以下であると、スラグ剥離を促進する効果が不十分である。一方、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．１２０％を超えると、溶接金属の延性が低下する。従って、フラックスに含有するＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値は０．０５０超～０．１２０％とする。なお、Ｂｉ及びＢｉ酸化物は、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等から添加される。
Ｂｉ及びＢｉ酸化物は、溶接スラグの溶接金属からの剥離を促進して、スラグ剥離性を良好にする。Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．０５０％以下であると、スラグ剥離を促進する効果が不十分である。一方、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．１２０％を超えると、溶接金属の延性が低下する。従って、フラックスに含有するＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値は０．０５０超～０．１２０％とする。なお、Ｂｉ及びＢｉ酸化物は、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等から添加される。
［フラックス中に含有するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２０％以下］
Ｚｒ酸化物は、Ｔｉ酸化物に不純物として含有されているが、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．２０％を超えると、アークが不安定となる。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．２０％以下とする。なお、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は、必須の元素ではなく、含有率が０％とされていてもよい。
Ｚｒ酸化物は、Ｔｉ酸化物に不純物として含有されているが、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．２０％を超えると、アークが不安定となる。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．２０％以下とする。なお、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は、必須の元素ではなく、含有率が０％とされていてもよい。
［フラックス中に含有するＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．２０％以下］
Ａｌ酸化物は、Ｓｉ酸化物に不純物として含有されているが、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．２０％を超えると、スラグ剥離性が不良となる。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．２０％以下とする。なお、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は、必須の元素ではなく、含有率が０％とされていてもよい。
Ａｌ酸化物は、Ｓｉ酸化物に不純物として含有されているが、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．２０％を超えると、スラグ剥離性が不良となる。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．２０％以下とする。なお、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は、必須の元素ではなく、含有率が０％とされていてもよい。
本発明の亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮（ステンレス鋼外皮）をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用することができる。
本発明の亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤの残部は、ステンレス鋼外皮のＦｅ、フラックスとしてのＦｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ―Ｍｎ、Ｆｅ－Ｎｉ、Ｆｅ－Ｃｒ、Ｆｅ－Ｔｉなどの鉄合金粉のＦｅ分及び不純物である。また、フラックス充填率は特に制限はしないが、生産性の観点から、ワイヤ全質量に対して１５～３０％とするのが好ましい。
なお、本発明が対象とする被溶接材の亜鉛めっき鋼板は、一般的なＪＩＳ Ｇ ３３０２に準拠した溶融亜鉛めっき鋼板、ＪＩＳ Ｇ ３３１７に準拠した溶融亜鉛―５％アルミニウム合金めっき鋼板、ＪＩＳ Ｇ ３３２１に準拠した溶融５５％アルミニウムー亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ－１１％Ａｌ－３％Ｍｇ－０．２％Ｓｉめっき鋼板（スーパーダイマ（登録商標））、Ｚｎ－７％Ａｌ－３％Ｍｇめっき鋼板（ＺＡＭ（登録商標））などの亜鉛めっき鋼板を含む。
以下、本発明の効果を具体的に説明する。
表１に示すステンレス鋼外皮を用い、ステンレス鋼外皮の帯鋼をＵ字形に成形してフラックスを充填し、ステンレス鋼外皮の合わせ目を溶接して縮径、焼鈍、伸線して表２及び表３に示す各種組成の亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤを試作した。なお、ワイヤ径は１．２ｍｍ、フラックス充填率は１８～２８％とした。
これらの試作ワイヤを用いて、溶接作業性、耐亜鉛脆化割れ性及び溶着金属性能について調査した。
溶接作業性の調査は、表４に示す亜鉛めっき鋼板の板厚６ｍｍを用いてＴ字に組み、表５に示す条件Ｎｏ．Ｔ１の溶接条件で水平すみ肉溶接をビード長さ４００ｍｍ実施した。水平すみ肉溶接は、片側の溶接が終了したら常温まで冷却した後、他方の側も水平すみ肉溶接を実施した。調査項目は、アークの安定性、スパッタ発生量、スラグ剥離性及びビード形状について目視で実施した。
耐亜鉛脆化割れ性は、水平すみ肉溶接試験のビード全長をＪＩＳ Ｚ ２３４３－１に準拠して浸透探傷試験で割れの有無を調査した。
溶着金属性能は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準拠して表５に示す条件Ｎｏ．Ｔ２の溶接条件で溶着金属試験を行った。なお、鋼板は板厚２０ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３１０６に準拠したＳＭ４９０Ｂ鋼の開先面に表２及び表３に示す各種試作のフラックス入りワイヤで２層バタリング溶接してＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて溶着金属試験を行い、溶着金属の板厚方向の中心部から引張試験（Ａ０号）を採取し、引張試験を実施した。引張試験の評価は、伸びが１５％以上を良好とした。それらの結果を表６にまとめて示す。
表２、表３及び表６中ワイヤ記号Ｗ１～Ｗ１２が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１３～Ｗ３６は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１～Ｗ１２は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計、金属弗化物のＦ換算値の合計、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計及びＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が適量であるので、水平すみ肉溶接試験において、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性及びビード形状が良好であり、溶接金属部及び熱影響部共に亜鉛脆化割れも生じなかった。また、溶着金属試験においても引張試験の伸びが良好であり、極めて満足な結果であった。
比較例中ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｃが少ないので、アークが不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｃが多いので、溶着金属の伸びが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｓｉが少ないので、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１６は、Ｓｉが多いので、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｍｎが少ないので、溶着金属の伸びが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｍｎが多いので、スパッタ発生量が多かった。また、Ｍｎが多いので、溶着金属の伸びが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｎｉが少ないので、溶着金属の伸びが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｎｉが多いので、溶接金属部に亜鉛脆化割れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｃｒが少ないので、溶接金属部に亜鉛脆化割れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｃｒが多いので、溶着金属の伸びが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｔｉが少ないので、アークが不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｔｉが多いので、大粒のスパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が少ないので、スラグ剥離性が不良で、母材熱影響部に亜鉛脆化割れが生じた。
ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が多いので、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２７は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が少ないので、スラグ剥離性及びビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が多いので、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ２９は、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ３０は、Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上のＮａ換算値とＫ換算値の合計が多いので、アークが強くスパッタ発生量が多く、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ３１は、金属弗化物のＦ換算値が少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。
ワイヤ記号Ｗ３２は、金属弗化物のＦ換算値が多いので、ビード形状が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ３３は、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計が少ないので、スラグ剥離性が不良であった。
ワイヤ記号Ｗ３４は、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計が多いので、溶着金属の伸びが低値であった。
ワイヤ記号Ｗ３５は、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が多いので、アークが不安定であった。
ワイヤ記号Ｗ３６は、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。
Claims (1)
- ステンレス鋼外皮内にフラックスが充填された亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全質量に対する質量％で、ステンレス鋼外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．００５～０．０４０％、
Ｓｉ：０．１０～０．８０％、
Ｍｎ：０．５０～２．００％、
Ｎｉ：７．０～１０．０％、
Ｃｒ：２６．０～３０．０％、
Ｔｉ：０．１０～０．５０％を含有し、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：４．０～７．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：２．０～４．０％、
Ｎａ酸化物、Ｎａ弗化物、Ｋ酸化物及びＫ弗化物の１種または２種以上：Ｎａ換算値及びＫ換算値の合計で０．２０～１．００％、
金属弗化物のＦ換算値の合計：０．２０～０．６０％、
Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計：０．０５０超～０．１２０％を含有し、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．２０％以下、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．２０％以下であり、
残部はステンレス鋼外皮のＦｅ分、鉄合金粉からのＦｅ分及び不純物からなる組成を備えることを特徴とする亜鉛めっき鋼板溶接用フラックス入りワイヤ。
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