JPH09277087A

JPH09277087A - アーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JPH09277087A
Application number: JP8097166A
Authority: JP
Inventors: Masato Konishi; 正人小西; Koichi Hosoi; 宏一細井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】 −６０乃至−８０℃レベルのＡＳＷＥＬＤ
及びＰＷＨＴでのシャルピー吸収エネルギー及びＣＴＯ
Ｄ値等の靱性値が優れていると共に、全姿勢溶接におけ
る作業性が良好であるアーク溶接用フラックス入りワイ
ヤを提供する。【解決手段】フラックス入りワイヤは、ワイヤ全重量
に対して、チタン酸化物（ＴｉＯ₂換算値）：３．０乃
至９．０重量％、Ｍｇ：０．１乃至０．８重量％、Ｂ：
０．００１乃至０．０３重量％、Ｍｎ：１．０乃至３．
０重量％、Ｓｉ：０．１乃至１．２重量％を含有し、Ｎ
ｂ：０．０１２０重量％以下、Ｖ：０．０２００重量％
以下に規制されており、フラックス中に含まれる金属鉄
がフラックス全重量に対して５乃至５０重量％であり、
且つ前記金属鉄とトータル鉄との比率が０．８５以上で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチタニヤ系フラック
スを充填したアーク溶接用フラックス入りワイヤに関
し、特に全姿勢溶接における溶接作業性及び低温靱性が
優れており、溶接のまま仕様（以下ＡＳＷＥＬＤ仕様
という）に適用できると共に、溶接後熱処理仕様（以
下、ＰＷＨＴ仕様という）への適用が可能であるアーク
溶接用フラックス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エネルギー資源の開発は極地化及
び深海化の傾向にあり、低温靭性が優れた鋼材及び溶接
材料の開発が強く求められている。しかし、ガスシール
ドアーク溶接チタニヤ系フラックス入りワイヤは、全姿
勢溶接において優れた溶接作業性及び能率性を有してい
るが、造滓剤としてＴｉＯ₂等の酸化物をワイヤ中に多
量に含有し、スラグの塩基度も酸性である。このため、
溶接金属の酸素量は一般に７００〜９００重量ｐｐｍと
高く、靱性面からはＡＳＷＥＬＤ仕様で−３０℃程度
の温度域への適用が限度であった。一方、塩基性ワイヤ
は溶着金属の酸素量が比較的低く、ＡＳＷＥＬＤ仕様
及びＰＷＨＴ仕様のいずれの仕様においても良好な低温
靭性が得られるものの、全姿勢溶接の作業性がチタニヤ
系フラックス入りワイヤに比較すると格段に劣ってい
る。

【０００３】ここ数年、特許第１４０７５８１号に見ら
れるようにチタニヤ系フラックス入りワイヤにおいて、
Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｎｉ等の合金成分の相乗効果により、
−６０〜−８０℃までの低温仕様への適用を可能にした
技術も開発されてはきたが、これはあくまでもＡＳＷ
ＥＬＤ仕様に主体をおいた技術であり、応力除去焼鈍
（以下、ＳＲ）等のＰＷＨＴ仕様において、靱性向上の
要求がある用途への適用については不十分といわざるを
得なかった。

【０００４】また、特公平５−４５３６０号等において
は、ＣＯＤ特性を含めた低温靭性を改善するためにフラ
ックス入りワイヤの弗化物添加量を高くしているが、そ
うすると溶接ヒューム及びスパッタの発生量が多くなる
ことに加え、ＣａＦ₂及びＢａＦ₂等を使用すると、スラ
グの塩基度が上昇して、立向姿勢での溶接性が極端に劣
化するという問題点がある。このため、この従来技術は
全姿勢溶接への適用が困難であった。

【０００５】また、本発明者等は溶接金属中に歩留まる
微量元素（例えば、Ｎｂ、Ｖ、Ｐ）に制限を加えること
により、ＡＳＷＥＬＤ仕様及びＰＷＨＴ仕様の両仕様
において良好な低温靭性を有し、かつ、全姿勢での優れ
た作業性をも有する技術を既に提案した（特開平８−１
０９８２号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その後
の研究により、先願の技術範囲では未だ−６０℃〜−８
０℃の低温靭性が十分安定しているとはいえず、場合に
よっては所定の低温靱性が得られず、実際の適用部分で
はスペックアウトを引き起こす可能性があることが明ら
かとなった。本発明はかかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、ＡＳＷＥＬＤ仕様及びＰＷＨＴ仕様の
両仕様において−６０℃〜−８０℃の低温靭性が十分安
定していると共に、全姿勢での作業性が優れているアー
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアーク溶接
用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮中にフラックスを
充填してなるアーク溶接用フラックス入りワイヤにおい
て、ワイヤ全重量に対する割合で、少なくとも、チタン
酸化物（ＴｉＯ₂換算）：３．０乃至９．０重量％、Ｍ
ｇ：０．１乃至０．８重量％、Ｂ：０．００１乃至０．
０３重量％、Ｍｎ：１．０乃至３．０重量％、Ｓｉ：
０．１乃至１．２重量％を含有し、ワイヤ中に含まれる
Ｎｂ及びＶを、ワイヤ全重量に対する割合で、Ｎｂ：
０．０１２０重量％以下、Ｖ：０．０２００重量％以下
に規制し、更に、フラックス中に含まれる金属鉄が、フ
ラックス全重量に対して、５乃至５０重量％であり、前
記金属鉄とトータル鉄の比率が、（金属鉄（重量％）／
トータル鉄（重量％））≧０．８５を満足するものであ
ることを特徴とする。

【０００８】また、ワイヤ全重量に対する割合で、全水
分量を２０乃至１０００重量ｐｐｍ（ＫＦ法、７５０℃
Ｏ₂雰囲気）の範囲に規定することが好ましく、不純
物としてのＰが０．０３０重量％以下であることが望ま
しい。更に、ワイヤ全重量に対する割合で、金属弗化
物：フッ素量として０．０１乃至０．３０重量％、酸化
物：ＴｉＯ₂を含めて９．０重量％以下を含有すること
が好ましい。

【０００９】更にまた、ワイヤ全重量に対する割合で、
Ｎｉ：０．３乃至５．０重量％を含有することが好まし
く、充填するフラックスは、嵩比重が１．０乃至４．
０、粒度が最大粒径５００μｍ以下であることが望まし
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】本願発明者等は、前述の課題を解
決すべく、種々実験研究を繰り返した結果、ＡＳＷＥ
ＬＤ及びＰＷＨＴの両仕様における低温靭性安定化のた
めには、溶接金属中の酸素量を更に一層低減することが
有効であるとの知見を得た。そこで、特開平８−１０９
８２号に開示された技術よりも更に溶接金属中の酸素量
を低減するための手段として、フラックス中の金属鉄と
トータル鉄との比率を（金属鉄（重量％）／トータル鉄
（重量％））≧０．８５とすることが有効であることを
知見した。

【００１１】なお、フラックス中のトータル鉄量と金属
鉄量との差は、鉄化合物量であり、この鉄化合物の主成
分は鉄酸化物である。そして、この鉄酸化物が溶接金属
の酸素量を大きく左右するファクターであり、この量を
制限することにより溶接金属の酸素量をより低く抑える
ことが可能となり、低温靭性が安定し、向上することが
わかった。

【００１２】なお、ここでいう金属鉄とはフラックス中
に配合される鉄粉及び各種鉄合金（Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−
Ｔｉ、Ｆｅ−Ｂ等）に含まれる金属鉄分の全てをいう。
また、これらのフラックス原料中に含まれる不純物は酸
化鉄等の酸化物が主体である。従って、本発明において
は、（金属鉄（重量％）／トータル鉄（重量％））≧
０．８５と規定する。このことにより、溶接金属中の酸
素量が低減され、特開平８−１０９８２号に開示された
不純物元素量の範囲を拡大しても十分な低温靭性がＡＳ
ＷＥＬＤ及びＰＷＨＴの両仕様で得られることが判明
した。即ち、Ｎｂに関しては溶接金属中に全く存在しな
くなっても両仕様いずれでも低温靭性を損なわなくなる
という新規の知見が得られた。

【００１３】本発明は、ＬＰＧ船・ＬＮＧ船、氷海域に
おける海洋構造物の建造などにおいて要求される−６０
〜−８０℃レベルの、ＡＳＷＥＬＤ及びＰＷＨＴでの
シャルピー衝撃値並びにＣＯＤ値などの靭性値が優れ、
同時に全姿勢溶接での優れた作業性を可能にするフラッ
クス入りワイヤを提供するものである。

【００１４】以下、本発明のガスシールドアーク溶接用
フラックス入りワイヤの成分添加理由及び組成限定理由
について説明する。

【００１５】本発明者等は構成が異なるフラックス入り
ワイヤを使用し、溶接試験により、その性能を種々比較
検討した。供試ワイヤは、ワイヤ径が１．２ｍｍ、断面
形状は後述の図５（ａ）に示すものである。フラックス
率は１５重量％である。また、下記表１に示す組成のワ
イヤを用いて溶接試験を行った。溶接条件は以下のとお
りである。

【００１６】１．シャルピー衝撃試験…ＪＩＳＺ３１
１１に準ず極性：ＤＣＥＰ溶接電流：２８０Ａ溶接電圧：２９Ｖ供試鋼板：ＢＳ４３６０Ｇｒ５０Ｄシールドガス：８０％Ａｒ−２０％ＣＯ₂、流量２５リ
ットル／ｍｉｎその他：ＪＩＳＺ３３１３に準ずる溶接２．ＣＯＤ試験…ＢＳ７４４８‐１９９１に準ず極性：ＤＣＥＰ溶接電流：１８０〜２５０Ａ溶接電圧：適正供試鋼板：ＢＳ４３６０Ｇｒ５０Ｄ、板厚４０ｍｍ，
５０°Ｋ開先溶接姿勢：立向上進シールドガス：８０％Ａｒ−２０％ＣＯ₂、流量２５リ
ットル／ｍｉｎ

【００１７】溶接金属のシャルピー衝撃試験及びＣＯＤ
試験の結果を図１、２及び３に示す。図１は横軸に金属
鉄（重量％）／トータル鉄（重量％）をとり、縦軸にシ
ャルピー衝撃値及び溶接金属中の酸素量をとって、それ
らの関係を示すグラフ図である。この図１に示すよう
に、（金属鉄（重量％）／トータル鉄（重量％））≧
０．８５となると、溶接金属中の酸素量が極端に低減さ
れ、靭性が飛躍的に向上している。

【００１８】また、図２は横軸にワイヤ中のＮｂ量をと
り、図３は横軸にワイヤ中のＶ量をとり、いずれも縦軸
にシャルピー衝撃値をとって、Ｎｂ及びＶ量と靭性との
関係を示すグラフ図である。Ｎｂ量が０．０１２０重量
％以下、Ｖが０．０２００重量％以下の場合にシャルピ
ー衝撃値が極めて高く、特開平８−１０９８２号に示し
たものとは異なり、靱性の絶対値自体が向上している。
特に、Ｎｂに関しては溶接金属中に全く存在しなくても
両仕様で良好な低温靱性を示すようになっている。この
ように、チタニヤ系フラックス入りワイヤの低温靭性の
向上因子として、Ｎｂ及びＶの成分規制が重要である。

【００１９】以上の如く、チタニヤ系フラックス入りワ
イヤの低温靱性の向上のためには、Ｎｂ、Ｖの規制が必
要であることに変わりはないが、使用するフラックス中
に含まれる金属鉄とトータル鉄の比率を規制することに
より、溶接金属中の酸素レベルが大きく低減され、Ｎｂ
の規制範囲にも変化が生じることが見い出された。した
がって、上記因子を規制することによって、ＡＳＷＥ
ＬＤ仕様、ＳＲなどＰＷＨＴ仕様のいずれでも画期的に
低温靱性が向上し、且つ、低温靱性の安定したチタニヤ
系フラックス入りワイヤが達成できるものである。

【００２０】次に、以上の実験結果に基づいて完成した
本発明におけるチタニヤ系フラックス入りワイヤの含有
元素量の限定理由ならびにその原料特性の規定理由を示
す。

【００２１】チタン酸化物（ＴｉＯ₂換算）：３．０乃
至９．０重量％チタン酸化物はチタニヤ系フラックス入りワイヤのフラ
ックスの主成分であって、スラグ形成剤として、またア
ーク安定剤として不可欠の成分であり、ＴｉＯ₂換算で
ワイヤ全重量比で３．０乃至９．０重量％含有させる必
要がある。チタン酸化物は他のスラグ形成剤には見られ
ない優れたスラグ被包性及び剥離性を有するスラグ形成
剤としての性質と、アーク安定剤としての性質とを有し
ている。このチタン酸化物が３．０重量％未満では良好
なビード外観・ビード形状が得られず、スパッタも増加
する。特に、立向・上向姿勢でビードの垂れが著しくな
り、良好な溶接部が得られない。一方、チタン酸化物が
９．０重量％を超えると、スラグ生成量及びスラグ粘度
が過剰になり、スラグ巻込みが起こると共に、溶接作業
性が低下する。

【００２２】なお、チタン酸化物源としては天然及び工
業用酸化チタン（合成ルチールを含む）、ルチール、還
元イルミナイト、ルコキシン、イルミナイト、チタン酸
カリウム等の酸化物がある。しかし、後述するように、
チタン酸化物源によりワイヤ中に不可避的に含まれるＮ
ｂ及びＶの量を制約する必要があり、これらの不純物の
少ない原料が望ましい。

【００２３】Ｍｇ（マグネシウム）：０．１乃至０．８
重量％Ｍｇは溶接金属中の酸素量を低下させる効果を有し、溶
接金属中の酸素量が約６００重量ｐｐｍ以下に抑制され
ると、溶接金属の低温靱性が飛躍的に向上する。このよ
うに、Ｍｇ含有量が上昇するにつれて、溶接金属のシャ
ルピー衝撃値は高レベルになり、破面遷移温度は低温度
側に移行する。即ち、ＴｉＯ₂を主成分とするチタニヤ
系フラックスを使用しても、Ｍｇ含有量を０．１重量％
以上にすることにより溶接金属中の酸素量を抑制し、溶
接金属の破面遷移温度を低下させると共に、低温におけ
る衝撃値を高くすることができる。一方、Ｍｇ含有量が
増加すると、スラグ中において高融点のＭｇＯが増加し
て、流動性が低下するので、スラグの被包性が低下する
と共に、スパッタ及びヒューム量が増大する。従って、
ワイヤ全重量に対するＭｇ含有量は０．１乃至０．８重
量％とする。なお、Ｍｇは金属Ｍｇの他に、Ａｌ−Ｍ
ｇ、Ｓｉ−Ｍｇ、Ｓｉ−Ｃａ−Ｍｇ、Ｃａ−Ｍｇ及びＮ
ｉ−Ｍｇ等のＭｇ合金から添加されるものである。この
ようなＭｇ合金を使用すると、Ｍｇ合金は金属Ｍｇと比
較して反応が比較的緩慢であるので、スパッタ量を低減
することができる。

【００２４】Ｂ（ホウ素）：０．００１乃至０．０３重
量％Ｂは切欠靱性を向上させる効果を有する。Ｂ含有量が
０．００１重量％未満であると、その効果が低下する。
一方、Ｂ含有量が０．０３重量％を超えると、靱性を向
上させる効果が急激に低下すると共に、焼入れ硬化によ
り抗張力が過大になって、溶接金属の割れが発生しやす
くなる。従って、ワイヤ全重量に対するＢ含有量は０．
００１乃至０．０３重量％とする。なお、ＢはＦｅ−Ｂ
等のＢ合金から添加されるが、酸化ボロンから添加され
ることもできる。これは、酸化ボロンが溶接中において
還元されてボロンとなるからである。

【００２５】Ｍｎ（マンガン）：１．０乃至３．０重量
％Ｍｎはビードの外観及び形状を向上させ、溶接作業性を
改善する効果を有する。また、溶接金属の脱酸を促進す
ると共に、一部が溶接金属中に歩留まって焼入れ性を向
上させ、結晶組織の原質部を微細化して靱性及び強度を
高める効果も有している。Ｍｎ含有量が１．０重量％未
満であると、これらの効果が低下する。一方、Ｍｎ含有
量が３．０重量％を超えると、溶接金属への歩留まり量
が増加することによって強度が必要以上に高くなるの
で、溶接金属の割れが発生しやすくなる。従って、ワイ
ヤ全重量に対するＭｎ含有量は１．０乃至３．０重量％
とする。なお、Ｍｎは電解Ｍｎの他に、Ｆｅ−Ｍｎ及び
Ｓｉ−Ｍｎ等のＭｎ合金から添加される。

【００２６】Ｓｉ（ケイ素）：０．１乃至１．２重量％ＳｉはＭｎと同様に、ビードの外観及び形状を向上さ
せ、良好な溶接作業性を維持する効果を有する。また、
溶接金属の脱酸を促進すると共に、一部が溶接金属中に
歩留まって溶接金属の強度を高める効果も有する。Ｓｉ
含有量が０．１重量％未満であると、これらの効果が低
下する。一方、Ｓｉ含有量が１．２重量％を超えると、
溶接金属への歩留まり量が増加することによって溶接金
属の結晶粒が粗大化するため、切欠靱性が低下する。従
って、ワイヤ全重量に対するＳｉ含有量は０．１乃至
１．２重量％とする。なお、ＳｉはＦｅ−Ｓｉ及びＳｉ
−Ｍｎ等のＳｉ合金から添加される。

【００２７】Ｎｂ（ニオブ）：０．０１２０重量％以
下、Ｖ（バナジウム）：０．０２００重量％以下ワイヤ中に含まれるＮｂ、Ｖは主として、ＴｉＯ₂の原
料であるチタン酸化物中（天然及び工業用酸化チタン
（合成ルチールを含む）、ルチール、還元イルミナイ
ト、ルコキシン、イルミナイト、チタン酸カリウム等）
に存在し、Ｎｂ及びＶはいずれも微量で溶接金属の結晶
組成及び機械的性質に影響を及ぼす。即ち、Ｎｂが０．
０１２０重量％を超えて、またＶが０．０２００重量％
を超えてワイヤ中に含まれた場合、溶接金属の再熱領域
において炭化物・窒化物の形成が著しくなり、硬化と共
に靱性を劣化させる。ＳＲ処理等のＰＷＨＴを施すと、
ＡＳＷＥＬＤの再熱域の場合と同様にＮｂ及びＶの炭化
物析出が結晶組織全体に広がり、更に靭性劣化が著しく
なる。

【００２８】また、Ｎｂ及びＶのより好ましい範囲は、
Ｎｂ：０．０００５０重量％以下、Ｖ：０．０１５０重
量％以下である。更に、好ましくはＮｂ：０．０００１
０重量％以下、Ｖ：０．０１００重量％以下である。こ
れにより、高い切欠き靱性を得ることができると共に、
高い破壊靱性（例えば、ＡＳＷＥＬＤ又はＰＷＨＴ仕
様でＣＴＯＤ値−１０℃、０．２５ｍｍ以上）を得るこ
とができる。

【００２９】以上のように、Ｎｂ及びＶ量を規制するこ
とにより、靭性を著しく改善することができる。これ
は、（金属鉄（重量％）／トータル鉄（重量％））≧
０．８５の規制により、溶接金属中の酸素量が大きく低
減されたことによるものと考えられる。

【００３０】金属鉄：５乃至５０重量％（フラックス全
重量％）金属鉄は、専ら鉄粉及び各種鉄合金（Ｆｅ−Ｍｎ及びＦ
ｅ−Ｔｉ等）に含まれる金属鉄分を示す。金属鉄は溶接
金属量を増加させたり、ビード形状を整えたり、アーク
安定性を高めるために、適量添加される。この効果を得
るためには、金属鉄をフラックス全重量に対して５重量
％以上添加することが必要である。また、金属鉄の割合
が５０重量％を超えると、融合不良等の欠陥が生じやす
くなると共に、スパッタ発生量も著しく増加する。従っ
て、フラックス入りワイヤ中に占める金属鉄の比率はフ
ラックス全重量に対して５乃至５０重量％に規定する。

【００３１】なお、一般的には鉄粉及び各種鉄合金には
鉄酸化物を主体とする鉄化合物が含まれており、このう
ち鉄酸化物は溶接金属中の酸素量を著しく増大させる作
用がある。従って、本発明で規定するごとく、良好な低
温靱性を得るためにフラックス入りワイヤのフラックス
中の金属鉄（重量％）／トータル鉄（重量％）の比率を
次項で示すように規制する。

【００３２】金属鉄とトータル鉄との比率：０．８５以
上本願発明においては金属鉄とトータル鉄の比率を規定す
ることで、全フラックス中に含まれる鉄分に関して、純
粋に金属の状態で含まれるもの（金属鉄、鉄合金等）と
鉄酸化物を主体とする鉄化合物の状態で含まれるものと
の比率を規定している。図１に示すように、この比率が
０．８５未満となると溶接金属中の酸素量が著しく増加
して低温靱性が劣化する。従って、金属鉄（重量％）／
トータル鉄（重量％）は０．８５以上であることが必要
である。なお、より好ましい範囲は０．９５以上であ
る。

【００３３】なお、（トータル鉄）とはアルカリ溶媒
（苛性ソーダと過酸化ソーダ）で溶解する鉄分をアスコ
ルビン酸還元ヨウ素酸カリウム滴定法により測定した
（トータル鉄）量をいう。

【００３４】ワイヤ全水分量：２０乃至１０００重量ｐ
ｐｍワイヤ中のＮｂ、Ｖの量を抑制するためには、Ｎｂ及び
／又はＶの含有量が少ない工業用酸化チタンをチタン酸
化物原料として使用することが望ましい。しかし、市販
さている工業用酸化チタンは、顔料、触媒、電子材料等
の原料として用いられているため、粒度が極めて細か
く、嵩比重も小さい。また、水分量については考慮され
ていなかったり、また考慮されていたとしてもフラック
ス入りワイヤ用の原料として用いるには水分量が高すぎ
るため、予備処理によりワイヤ水分量をあるレベルに管
理する必要がある。

【００３５】本発明者等の研究によれば、ワイヤ水分量
の上限はＫＦ法（カールフィッシャー電量滴定法（ＪＩ
ＳＫ０１１３−１９７９）により雰囲気温度が７５０
℃、酸素雰囲気中で測定）で表面潤滑剤を含んだ最終製
品の状態で１０００重量ｐｐｍであり、これを超えた場
合、溶接金属中のガス欠陥及び高い拡散性水素量に起因
する割れが発生し易くなる。しかし、水分量が２０重量
ｐｐｍを下回ると、溶接中のアーク安定性が劣化し溶接
作業性が劣悪となる。従って、フラックス入りワイヤ中
の水分量は２０乃至１０００重量ｐｐｍ（ＫＦ法，７５
０℃、Ｏ₂雰囲気）に規定する必要がある。なお、水分
量のより好ましい範囲としては、５０乃至５００重量ｐ
ｐｍである。

【００３６】また、予備処理はチタン酸化物原料単体の
段階、各種フラックス原料を混合した段階、ワイヤの成
型・伸線の段階及びその後の何れで実施されてもよく、
また、その方法も何ら限定されるものではない。

【００３７】Ｐ（燐）：０．０３０重量％以下Ｐは低温靭性に強い影響を及ぼす元素であり、その含有
量が増加すると、靭性が劣化する傾向にあった。図４は
横軸にワイヤ中のＰ量をとり、縦軸にシャルピー衝撃値
をとって両者の関係を示すグラフ図である。図４に示す
如く、ＳＲ処理等のＰＷＨＴにより結晶粒界に脆いＰの
化合物が析出するため、靭性劣化をもたらし、Ｐ量がワ
イヤ全重量に対して０．０１０重量％の範囲において
は、その含有量に関係なくほぼ同一の衝撃値を得ている
が、０．０１５重量％にてやや低下の傾向を示し、０．
０３０重量％では大きく劣化している。

【００３８】また、Ｐ量はＣＴＯＤ値にもシャルピー吸
収エネルギーと同様の効果を示す。このためＰの含有量
は０．０３０重量％以下に抑えるべきであり、好ましく
は０．０２０重量％以下である。この図も特開平８−１
０９８２号に示したものとは異なるが、これもＮｂ及び
Ｖの場合と同様に、（金属鉄（重量％）／トータル鉄
（重量％））≧０．８５とすることによる効果である。

【００３９】また、鋼製外皮から溶接金属中に歩留まる
Ｐ量とフラックスから溶接金属中に歩留まるＰ量とでは
歩留まりに差がある。即ち、鋼製外皮からの方が、Ｐが
溶接金属中により多く歩留まるため、鋼製外皮のＰ量を
上記理由から０．０１５重量％以下に抑えることが好ま
しい。

【００４０】Ｆ（フッ素）：０．０１乃至０．３０重量
％Ｆはアークの安定性を向上させると共に、脱水素作用に
より溶接金属の低温靱性を向上させる効果を有する。Ｆ
含有量が０．０１重量％未満であると、その効果が低下
する。一方、Ｆ含有量が０．３０重量％を超えると、ス
パッタ及びヒューム量が増加して溶接作業性が低下する
と共に、スラグの流動性が過大になるのでビード形状が
悪くなる。従って、ワイヤ全重量に対するＦ含有量は
０．０１乃至０．３０重量％とする。なお、Ｆはフラッ
クス中に含有されるＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂及
びＣａＦ₂等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金
属との金属フッ化物から添加されるものであり、Ｆ含有
量はそれらに含有されるＦ換算値とする。

【００４１】酸化物の総量：９．０重量％以下スラグ形成剤として前記ＴｉＯ₂の他、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＺｒＯ₂及びＢｉ₂Ｏ₃等の酸化物を併用することが
できるが、ＴｉＯ₂を含めた酸化物の総和が９．０重量
％を超えると生成スラグ量が多くなり過ぎてスラグの巻
き込みが起こり易くなると共に溶接作業性が低下する。
但し、鉄酸化物についてはフラックス全体の構成上（金
属鉄（重量％）／トータル鉄（重量％））≧０．８５を
満足する範囲内で添加する必要がある。

【００４２】Ｎｉ（ニッケル）：０．３乃至５．０重量
％Ｎｉは溶接金属の焼入れ性を向上させる効果を有する。
Ｎｉ含有量が０．３重量％未満であると、その効果が低
下する。一方、Ｎｉ含有量が５．０重量％を超えると、
溶接金属中へのＮｉの歩留まり量が増加するので、溶接
金属が必要以上に高強度となり、割れ発生の頻度が高く
なる。従って、ワイヤ全重量に対するＮｉ含有量は０．
３乃至５．０重量％とする。なお、Ｎｉは金属Ｎｉの
他、Ｎｉ合金からも添加される。

【００４３】充填するフラックスの特性チタン酸化物原料は、工業用酸化チタン等の粒度が極め
て細かく、嵩比重も小さいものが多いため、フラックス
入りワイヤ用のフラックス原料として用いるには、造粒
・焼成・粉砕・篩い等の予備処理をワイヤ成形前に充填
フラックスに対して施す必要があることが多い。なお、
充填するフラックスの特性としては、より安定したフラ
ックス率を有するフラックス入りワイヤを製造するため
に、嵩比重が１．０乃至４．０、フラックス粒度が最大
粒径５００μｍ以下であることが望ましい。また、粒度
に関してはワイヤの製造面から最大粒径５００μｍ以下
が望ましく、それ以上のサイズの場合、ワイヤの成形・
伸線時に断線を生じたり、フラックスの偏析を起こし、
安定した溶接が実施できなくなる場合がある。なお、ワ
イヤ製造上、より好ましい粒度範囲は５０乃至４００μ
ｍである。

【００４４】また、予備処理はチタン酸化物原料単体の
段階、各種フラックス原料を混合した段階のいずれで施
してもよくその方法についても特に制限はない。

【００４５】本発明は前記条件の限定範囲内であれば、
他の種々の合金元素等をフラックス又は鋼製外皮に添加
することができる。例えば、ワイヤ全重量に対して０．
５重量％以下のＡｌ、Ｔｉ又はＺｒ等が、金属及びその
合金化鉄の形で添加されていると、脱酸又は脱窒効果が
向上し、立向姿勢における溶融金属の垂れを防止するこ
とができる。更に、少量のＣｒ又はＣｕが含有されてい
ると、耐候性が改善される。この効果は本発明において
限定しているＮｉ又はＰによっても得られる。また、ア
ーク安定剤として、Ｋ、Ｎａ及びＬｉ等のアルカリ金属
の酸化物若しくは炭酸塩、Ｃｅ及びＬａ等の希土類元素
の化合物等を添加することができる。

【００４６】本発明に係るフラックス入りワイヤは、通
常の方法と同様に、軟鋼製外皮にチタニヤ系フラックス
を充填して製作することができるが、この軟鋼製外皮と
しては充填加工性を考慮して、深絞り性が良好である冷
間圧延鋼材及び熱間圧延鋼材が使用される。また、フラ
ックスの充填率は特に限定しないが、ワイヤの全重量に
対して１０乃至３０重量％であることが好ましい。

【００４７】また、ワイヤ断面形状についても何等制限
はなく、例えば図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）、（ｄ）
等に例示する種々の形状のものが使用できる。（ｄ）の
形状の場合はワイヤ表面にＡｌ、Ｃｕ等のメッキ処理を
施してもよく、メッキ量は０．０５乃至０．３５重量％
が適当である。ワイヤ径も用途に応じて任意に決めるこ
とができる。

【００４８】更に、溶接時において使用するシールドガ
スは、酸化性、中性又は還元性のガスを適用することが
できる。一般的には、ＣＯ₂ガス又はＡｒ、ＣＯ₂、Ｏ₂
及びＨｅ等から２種以上の混合ガスを使用することがで
きる。

【００４９】

【実施例】次に、本発明の実施例について、その比較例
と比較して説明する。先ず、図５（ｂ）の断面形状の供
試ワイヤを、下記表１乃至６に示す組成となるよう作製
した。次いで、各供試ワイヤを使用し、前述のシャルピ
ー衝撃試験、ＣＯＤ試験欄に記載した条件で溶接を行
い、ＡＳＷＥＬＤ及びＰＷＨＴとしてのＳＲ（６２０
℃×１０時間）後の靱性、溶接作業性等について調査し
た。試験結果は下記表７乃至１０に示すとおりである。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表３】

【００５３】

【表４】

【００５４】

【表５】

【００５５】

【表６】上記表１乃至６に示す実施例及び比較例のフラックス入
りワイヤを用いて、シャルピー衝撃試験及びＣＯＤ試験
を実施すると共に、溶接作業性等について評価した。こ
れらの結果を下記表７乃至１０に示す。なお、シャルピ
ー衝撃試験については前述の溶接条件と同様の方法を適
用し、ＣＯＤ試験における溶接条件は以下に示す。

【００５６】溶接条件（ＣＯＤ試験用）供試ワイヤワイヤ径：１．２ｍｍ断面形状：図５（ａ）フラックス率：１５重量％極性：ＤＣＥＰ（直流逆極性）溶接電流：１８０乃至２５０Ａ溶接電圧：適正供試鋼板：ＢＳ４３６０Ｇｒ５０Ｄ、板厚４０ｍｍ、
５０°のＫ開先溶接姿勢：立向上進シールドガス：８０％Ａｒ−２０％ＣＯ₂混合ガス、流
量２５リットル／ｍｉｎまた、ＣＯＤ試験はＢＳ７４４８−１９９１に準じて実
施した。

【００５７】なお、表８及び１０において、溶接作業性
の評価基準は１（不良）から５（良好）までの５段階と
した。

【００５８】

【表７】

【００５９】

【表８】

【００６０】

【表９】

【００６１】

【表１０】

【００６２】上記表１乃至１０に示すように、ワイヤ中
の化学成分等が全て本発明の範囲内である実施例につい
ては、シャルピー衝撃試験及びＣＯＤ試験による評価及
びビードの外観等を含む溶接作業性についても良好であ
った。

【００６３】一方、比較例Ｎｏ．１４はチタン酸化物の
含有量が本発明範囲の下限未満であるので、ビードの外
観及び形状が不良であった。また、チタン酸化物の含有
量が本発明範囲の上限を超えている比較例Ｎｏ．１５は
スラグ巻込みが発生した。比較例Ｎｏ．１６はＭｇ含有
量が本発明範囲の下限未満であるので、溶接金属中の酸
素量が増加して、シャルピー吸収エネルギー及びＣＴＯ
Ｄ値が著しく低下した。比較例Ｎｏ．１７はＭｇ含有量
が本発明範囲の上限を超えているので、スパッタ及びヒ
ューム量が増加して、作業性が低下した。また、比較例
Ｎｏ．１８はＢ含有量が本発明範囲の下限未満であるの
で、シャルピー吸収エネルギー及びＣＴＯＤ値が著しく
低下すると共に、Ｆ含有量が本発明の上限を超えている
ので、スパッタ及びヒューム量が増加した。比較例Ｎ
ｏ．１９はＢ含有量が本発明範囲の上限を超えているの
で、溶接金属に割れが発生した。

【００６４】また、比較例Ｎｏ．２０はＭｎ含有量が本
発明範囲の下限未満であるので、シャルピー吸収エネル
ギー及びＣＴＯＤ値が低下すると共に、ビードの外観及
び形状が不良であった。比較例Ｎｏ．２１はＭｎ含有量
が本発明範囲の上限を超えているので、強度が必要以上
に高くなり、溶接金属に割れが発生した。比較例Ｎｏ．
２２はＳｉ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、
ビードの外観及び形状が不良であった。また、比較例Ｎ
ｏ．２３はＳｉ含有量が本発明範囲の上限を超えている
ので、結晶粒が粗大化して、溶接金属に割れが発生し
た。

【００６５】更に、比較例Ｎｏ．２４乃至２５はＮｂ又
はＶ含有量が本発明範囲の上限を超えているので溶接作
業性等は良好であるがシャルピー吸収エネルギー及びＣ
ＴＯＤ値が著しく低下した。比較例Ｎｏ．２６乃至２８
は金属鉄（重量％）／トータル鉄（重量％）の比率が本
発明範囲の下限より小さいため、シャルピー吸収エネル
ギー及びＣＴＯＤ値が低下した。

【００６６】

【発明の効果】以上、表７乃至１０に詳述したように本
発明によれば、ＡＳＷＥＬＤおよびＰＷＨＴ後の靭性
（特に、ＬＰＧ・ＬＮＧ船や海洋構造物において要求さ
れる−６０℃〜−８０℃程度の低温靭性）が良好で、全
姿勢での溶接作業性にも優れたフラックス入りワイヤを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラックス中の金属鉄（重量％）／トータル鉄
（重量％）の比率と溶接金属の酸素量および吸収エネル
ギーとの関係を示す図である。

【図２】ワイヤ中のＮｂ量と溶接金属の吸収エネルギー
との関係を示す図である（横軸：対数）。

【図３】ワイヤ中のＶ量と溶接金属の吸収エネルギーと
の関係を示す図である（横軸：対数）。

【図４】ワイヤ中のＰ量と溶接金属の吸収エネルギーと
の関係を示す図である。

【図５】フラックス入りワイヤの断面形状の例を示す図
である。

【符号の説明】Ｍ；鋼製外皮Ｆ；フラックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼製外皮中にフラックスを充填してなる
アーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全
重量に対する割合で、少なくとも、チタン酸化物（Ｔｉ
Ｏ₂換算）：３．０乃至９．０重量％、Ｍｇ：０．１乃
至０．８重量％、Ｂ：０．００１乃至０．０３重量％、
Ｍｎ：１．０乃至３．０重量％、Ｓｉ：０．１乃至１．
２重量％を含有し、ワイヤ中に含まれるＮｂ及びＶを、
ワイヤ全重量に対する割合で、Ｎｂ：０．０１２０重量
％以下、Ｖ：０．０２００重量％以下に規制し、更に、
フラックス中に含まれる金属鉄が、フラックス全重量に
対して、５乃至５０重量％であり、前記金属鉄とトータ
ル鉄の比率が、（金属鉄（重量％）／トータル鉄（重量
％））≧０．８５を満足するものであることを特徴とす
るアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】ワイヤ全重量に対する割合で、全水分量
を２０乃至１０００重量ｐｐｍ（ＫＦ法、７５０℃ Ｏ
₂雰囲気）の範囲に規定することを特徴とする請求項１
に記載のアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】ワイヤ全重量に対する割合で、不純物と
してのＰが０．０３０重量％以下であることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のアーク溶接用フラックス入り
ワイヤ。
【請求項４】ワイヤ全重量に対する割合で、金属弗化
物：フッ素量として０．０１乃至０．３０重量％、酸化
物：ＴｉＯ₂を含めて９．０重量％以下を含有すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のア
ーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項５】ワイヤ全重量に対する割合で、Ｎｉ：
０．３乃至５．０重量％を含有することを特徴とする請
求項１乃至４のいずれか１項に記載のアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤ。
【請求項６】更に、充填するフラックスは、嵩比重が
１．０乃至４．０、粒度が最大粒径５００μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記
載のアーク溶接用フラックス入りワイヤ。