WO2021006040A1 - Ａｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ - Google Patents

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智史 今
直哉 澤口
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Definitions

  • the present invention relates to a flux-cored wire for an Ar-CO 2 mixed gas.
  • Patent Document 2 the amount of fume generated is determined by adjusting the content of the metal component in the mild steel outer skin and appropriately adjusting the content of the metal component, oxide, and fluoride in the flux. Gas shielded arc welded metal flux-cored wires that can be reduced are disclosed.
  • Patent Document 3 the content of the components in the steel outer skin and the flux is limited, and the contents of the fluorine compound, SiO 2 , Na compound and K compound, and iron powder in the flux are appropriately adjusted.
  • a metal flux-cored wire capable of obtaining a weld metal having good slag peelability, bead appearance and shape, excellent crack resistance, and good mechanical properties has been proposed.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is a flux for an Ar—CO 2 mixed gas capable of obtaining a weld metal having good slag cohesiveness and slag peelability and excellent low temperature toughness. It is intended to provide an incoming wire.
  • the present inventors have found that the slag cohesiveness can be remarkably enhanced by controlling the Mg content in the wire and the weld metal. It is presumed that this is because Mg has the effect of increasing the difference between the surface tension of the weld metal and the surface tension of the slag.
  • the present inventors have found that the balance between the Mg content and the slag slag-forming agent also greatly affects the slag cohesiveness. That is, when a large amount of slag slag slag is contained, the amount of slag increases even if an appropriate amount of Mg is contained, and the slag aggregation effect cannot be obtained.
  • the present inventors have found that a weld metal having excellent low temperature toughness can be obtained by limiting other components in the wire to a predetermined range. The present invention has been made based on these findings.
  • the flux-containing wire is a flux-containing wire for an Ar-CO 2 mixed gas obtained by filling a steel outer skin with flux.
  • the steel skin and the flux are in total Per total wire mass Fe: 92% by mass or more, Total Si: 0.50% by mass or more and 1.50% by mass or less, Mn: 1.00% by mass or more and 3.00% by mass or less, Total Li: 0.010% by mass or more and 0.10% by mass or less, Total Mg: 0.02% by mass or more and less than 0.50% by mass, C: 0.15% by mass or less, P: 0.030% by mass or less, S: 0.030% by mass or less, Slag slag slag slag: 0.50% by mass or less.
  • the slag slag slag slag is It is preferable to contain any one or more of Mg compound, Li compound, Ti compound, Si compound, Zr compound, Fe compound, Al compound, Na compound and fluoride.
  • the above-mentioned flux-cored wire is The total of the steel outer skin and the flux Per total wire mass Metal Ti: preferably less than 0.17% by mass.
  • a flux-cored wire for an Ar—CO 2 mixed gas capable of obtaining a weld metal having good slag cohesiveness and slag peelability and excellent low temperature toughness.
  • FIG. 1 shows Example No. 1 of the present invention. It is a drawing substitute photograph which shows the surface of the weld metal welded using the wire of 1.
  • FIG. 2 shows Comparative Example No. It is a drawing substitute photograph which shows the surface of the weld metal welded using the wire of 1.
  • the flux-cored wire according to the present embodiment is a stainless steel outer skin (hoop) filled with flux.
  • the flux-cored wire of the present embodiment comprises a tubular steel outer skin and a flux filled inside the outer skin.
  • the flux-cored wire may be in any form of a seamless type having no seam on the outer skin, a C cross section, a laminated cross section, or the like, and a seam type having a seam on the outer skin.
  • each element for obtaining a weld metal having a required property may be added from either a steel outer skin or a filling flux. Therefore, unless otherwise specified in the following description, the amount of each component in the flux-cored wire is the total amount of the components contained in the steel outer skin and the flux, and the total weight of the wire (in the steel outer skin and the inner skin). It is specified by the value as the content with respect to the total amount of flux).
  • Fe is a main component of the flux-cored wire according to the present embodiment.
  • the content of Fe in the steel outer skin and the flux is 92.00% by mass or more, preferably 95.00% by mass or more, more preferably 96% by mass, based on the welding amount and the composition of other components. It shall be 0.00% by mass or more. Further, it is practical that Fe is 98.00% by mass or less.
  • C 0.15% by mass or less>
  • C is a component having an effect of ensuring the desired strength of the weld metal, but when the C content in the wire exceeds 0.15% by mass, the slag cohesiveness decreases due to the increase in the slag amount. Therefore, the C content in the wire is 0.15% by mass or less, preferably 0.13% by mass or less, and more preferably 0.11% by mass or less.
  • Total Si 0.50% by mass or more and 1.50% by mass or less>
  • the total Si means a value obtained by converting the total amount of metallic Si and Si compounds contained in the steel outer skin and the flux into Si.
  • the metallic Si means the total amount of Si contained in the simple substance of Si and the alloy.
  • Si is a component having an effect of ensuring the desired strength of the weld metal. If the total Si content is less than 0.50% by mass, it becomes difficult to obtain the above effect. Therefore, the total Si content in the steel outer skin and the flux is 0.50% by mass or more, preferably 0.60% by mass or more, and more preferably 0.70% by mass or more, based on the total mass of the wire.
  • the total Si content in the steel outer skin and the flux is 1.50% by mass or less, preferably 1.35% by mass or less, and more preferably 1.20% by mass or less, based on the total mass of the wire.
  • the Si compound is preferably contained in the range of 0.20% by mass or less in terms of SiO 2 .
  • the Si compound is a Si oxide or the like.
  • Mn is a component having an effect of ensuring the desired strength of the weld metal. If the Mn content is less than 1.00% by mass, it becomes difficult to obtain the above effect. Therefore, the Mn content in the steel outer skin and the flux is 1.00% by mass or more, preferably 1.15% by mass or more, and more preferably 1.30% by mass or more, based on the total mass of the wire. On the other hand, when the Mn content exceeds 3.00% by mass, the amount of slag increases and the slag cohesiveness decreases. Therefore, the Mn content in the steel outer skin and the flux is 3.00% by mass or less, preferably 2.75% by mass or less, and more preferably 2.50% by mass or less, based on the total mass of the wire.
  • the total Li means a value obtained by converting the total amount of the metallic Li and the Li compound contained in the steel outer skin and the flux into Li.
  • the metal Li means the total of Li contained in a simple substance of Li and an alloy.
  • Li is a component that can improve arc stability. Although Na and K also have the effect of improving arc stability, the amount of fume generated may increase. Therefore, in the present embodiment, Li that can suppress the generation of fume as compared with Na and K is contained. ing. If the total Li content is less than 0.010% by mass, it becomes difficult to obtain the above effect.
  • the total Li content in the steel outer skin and the flux is 0.010% by mass or more, preferably 0.015% by mass or more, and more preferably 0.020% by mass or more, based on the total mass of the wire.
  • the total Li content in the steel outer skin and the flux is 0.10% by mass or less, preferably 0.085% by mass or less, and more preferably 0.070% by mass or less, based on the total mass of the wire.
  • the Li source includes Li compounds such as fluoride and Li oxide and Li alloys such as Li—Fe, and these can be used alone or in combination, but it is preferable to use Li alloy.
  • the total Mg means a value obtained by converting the total of the metallic Mg and the Mg compound contained in the steel outer skin and the flux into Mg.
  • the metallic Mg means the total amount of Mg contained in the simple substance of Mg and the alloy.
  • Mg is a component having an effect of enhancing slag cohesiveness. It is presumed that the effect of this slag aggregation is that Mg has an effect of increasing the difference between the surface tension of the weld metal and the surface tension of the slag. If the total Mg content is less than 0.02% by mass, it becomes difficult to obtain the above effect.
  • the total Mg content in the steel outer skin and the flux is 0.02% by mass or more, preferably 0.03% by mass or more, and more preferably 0.04% by mass or more, based on the total mass of the wire.
  • the total Mg content in the steel rind and flux is less than 0.50% by mass, preferably less than 0.48% by mass, per total weight of the wire.
  • the Mg compound is MgO or the like.
  • P 0.030% by mass or less (including 0% by mass)>
  • P is an impurity element
  • the P content in the steel outer skin and the flux is 0.030% by mass or less, preferably 0.020% by mass or less, based on the total mass of the wire.
  • S 0.030% by mass or less (including 0% by mass)>
  • S is also an impurity element, and when the S content in the wire exceeds 0.030% by mass, the toughness of the weld metal decreases and the high temperature cracking sensitivity increases. Therefore, the S content in the steel outer skin and the flux is 0.030% by mass or less, preferably 0.020% by mass or less, based on the total mass of the wire.
  • Ti is a component that can improve arc stability, but the flux-cored wire of the present embodiment containing Li as an essential component does not necessarily have to contain metallic Ti.
  • the metal Ti content in the wire is less than 0.17% by mass, excessive slag formation is suppressed and slag cohesiveness is improved. Therefore, the metal Ti content in the steel outer skin and the flux is less than 0.17% by mass, preferably 0.14% by mass or less, and more preferably 0.10% by mass or less, based on the total mass of the wire.
  • the slag slag maker refers to compounds such as oxides in flux, fluorides, alkali metal compounds and the like.
  • the flux-cored wire of the present embodiment does not necessarily contain a slag slag-forming agent. When the content of the slag slag-forming agent exceeds 0.50% by mass, the amount of slag increases and the slag cohesiveness decreases. That is, if the amount of slag is more than a predetermined amount, the effect of the wire of the present embodiment cannot be obtained even if Mg is controlled within the above range.
  • the content of the slag slag slag in the steel outer skin and the flux is 0.50% by mass or less, preferably 0.40% by mass or less, and more preferably 0.30% by mass or less, based on the total mass of the wire. And.
  • the slag slag maker is preferably one or more of Mg compound, Li compound, Ti compound, Si compound, Zr compound, Fe compound, Al compound, Na compound, and fluoride.
  • the contents of each of the above oxides and fluorides are preferably in the range shown below.
  • Ti compound 0.50% by mass or less (including 0% by mass)>
  • the Ti compound is, for example, a Ti oxide, and is 0.50% by mass or less, preferably 0.30% by mass or less in terms of TiO 2 .
  • Ti oxide exceeds 0.50% by mass in terms of TIO 2 , the slag cohesiveness decreases.
  • Si compound 0.20% by mass or less (including 0% by mass)>
  • the Si compound is, for example, a Si oxide, and is 0.20% by mass or less, preferably 0.10% by mass or less in terms of SiO 2 . When the Si compound exceeds 0.20% by mass in terms of SiO 2 , the slag cohesiveness is lowered.
  • the Zr compound is, for example, a Zr oxide, and is 0.20% by mass or less, preferably 0.10% by mass or less in terms of ZrO 2 .
  • the Zr compound exceeds 0.20% by mass in terms of ZrO 2 , the slag cohesiveness decreases.
  • the Fe compound is, for example, a Fe oxide, and is 0.50% by mass or less, preferably 0.30% by mass or less in terms of Fe 2 O 3 conversion value. When the Fe compound exceeds 0.50% by mass in terms of Fe 2 O 3 , the slag cohesiveness decreases.
  • Al compound 0.50% by mass or less (including 0% by mass)>
  • the Al compound is, for example, an Al oxide, and is 0.50% by mass or less, preferably 0.30% by mass or less in terms of Al 2 O 3 conversion value.
  • the Al compound exceeds 0.50% by mass in terms of Al 2 O 3 , the slag cohesiveness decreases.
  • Na oxide 0.50% by mass or less (including 0% by mass)>
  • the Na oxide is 0.50% by mass or less, preferably 0.30% by mass or less in terms of Na 2 O.
  • the Na oxide exceeds 0.50% by mass in terms of Na 2 O, the slag cohesiveness decreases.
  • the fluoride content is 0.30% by mass or less, preferably 0.20% by mass or less in terms of F.
  • the F source includes alkali metal fluorides such as K 2 SiF 6 , Na 3 AlF 6 , LiF and CeF 3 , and metal fluorides such as alkaline earth metal fluorides and rare earth element fluorides, which are used alone. Alternatively, it can be used in combination.
  • the flux-cored wire of the present embodiment in addition to the components of each wire described above, various metal components and slag slag-forming agents can be added to the flux as long as the effect is not impaired. No restrictions are placed on the type or quantity.
  • the metal component Cu, V, W, N and the like may be contained in the wire from the viewpoint of corrosion resistance and mechanical performance, and the total amount thereof is, for example, less than 0.30% by mass.
  • the balance of the flux-cored wire of the present embodiment contains unavoidable impurities, and the unavoidable impurities include R 2 O 3 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5, and the like in addition to P and S described above. Can be mentioned.
  • the flux-cored wire according to the present embodiment uses an Ar—CO 2 mixed gas as a shield gas.
  • Ar—CO 2 mixed gas the CO 2 gas suppresses the oxidation of the deoxidizing agent and reduces the amount of slag, so that the slag cohesiveness is improved and the arc stability is also improved.
  • the ratio of the Ar—CO 2 mixed gas for example, 80% Ar-20% CO 2 mixed gas or the like can be used in volume%.
  • the welding posture using the flux wire according to the present embodiment is not particularly limited, but a particularly effect can be obtained when welding is performed by horizontal fillet welding.
  • the thickness of the steel outer skin of the flux-filled wire and the wire diameter (diameter) according to the present embodiment are not particularly limited, but are applied to a wire having a diameter specified in a welding material standard such as AWS or JIS. be able to.
  • a flux-cored wire having a wire diameter of 1.2 mm was produced so that the contained components of the wire had various contents.
  • the chemical components in the steel skin and flux, and their contents (% by mass) per total wire mass are shown in Table 1 below. Further, the balance of the wire excluding the chemical components shown in Table 1 below is an unavoidable impurity. Further, "-" in Table 1 indicates that the corresponding component is not added or the content is at the impurity level.
  • the slag slag slag slag slag-forming agent in the table means the total of the oxides, the F-converted values of fluorides, the Mg compounds, and the Li compounds described in the table.
  • Test steel plate SM490A whose surface is ground with a grinder Steel plate size: thickness 12 mm x width 85 mm x length 430 mm
  • Welding posture Horizontal fillet welding Welding current: 250-300A
  • Welding voltage Appropriate (26-31)
  • V Welding speed 50 cm / min
  • ⁇ Bead appearance The appearance of the bead was evaluated by observing the slag cohesiveness on the surface of the weld metal after welding. If the slag is of an appropriate size and is well aggregated, it is marked as ⁇ (good), and the slag is mottled on the weld metal surface, or the slag does not aggregate and covers the weld metal surface thinly. Those were marked as x (defective).
  • ⁇ Slag peelability The slag peelability was evaluated by hitting the surface of the weld metal with a chisel and inspecting whether or not the slag fell off. Those in which the slag easily peeled off from the surface of the weld metal were marked with ⁇ (good), and those in which the slag did not peel off were marked with x (bad).
  • FIG. 1 shows Example No. of the present invention. It is a drawing substitute photograph which shows the surface of the weld metal welded using the wire of 1. As shown in FIG. 1, since the slag 2 having a uniform size is neatly aggregated on the surface of the weld metal 1, the bead appearance after the slag peeling is good.
  • FIG. 2 shows Comparative Example No. It is a drawing substitute photograph which shows the surface of the weld metal welded using the wire of 1. As shown in FIG. 2, since the slag 12 is mottled on the surface of the weld metal 11, the appearance of the bead after the slag is peeled off is poor.

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Abstract

スラグの凝集性及びスラグ剥離性が良好であるとともに、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤを提供する。鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤであって、鋼製外皮及び前記フラックスは合計で、ワイヤ全質量あたり、Ｆｅ：９２質量％以上、全Ｓｉ：０．５０質量％以上１．５０質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以上３．００質量％以下、全Ｌｉ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、全Ｍｇ：０．０２質量％以上０．５０質量％未満、を含有し、Ｃ：０．１５質量％以下、Ｐ：０．０３０質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、スラグ造滓剤：０．５０質量％以下、である、Ａｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ。

Description

Ａｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ
　本発明は、Ａｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤに関する。
　一般に、鉄骨、橋梁及び造船の分野においては、溶接構造物の高能率な溶接施工を可能にするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが多用されている。例えば、特許文献１には、ワイヤ中のフラックス成分及び金属成分を適切に制御することにより、溶接施工を高効率で行うことができ、ビード形状の不良の発生を抑制す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が提案されている。
　また、近年、溶接が容易であり、高い溶接効率で溶接することができるとともに、スラグの発生量が少ないという特長を有するメタル系フラックス入りワイヤについても、種々の研究がなされている。
　例えば、特許文献２には、軟鋼製外皮中の金属成分の含有量を調整するとともに、フラックス中の金属成分、酸化物、及びフッ化物の含有量を適切に調整することにより、ヒューム発生量を低減することができる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、鉄骨、橋梁及び造船分野における水平すみ肉溶接施工の場面においては、近時、良好なスラグ剥離性が得られるフラックス入りワイヤが要求されており、上記特許文献１及び２に記載のフラックス入りワイヤでは優れたスラグ剥離性を得ることができないことがある。スラグ剥離性が悪い領域が存在すると、その領域でスラグが固着し、まだら模様となってビード外観を損ねるという問題がある。また、スラグの焼き付きによりスラグ剥離性が劣化した場合、健全な溶接部を得るためのスラグ除去作業は余計な人力を要し、著しい手間とコスト増加の原因ともなる。
　そこで、特許文献３には、鋼製外皮とフラックスの中の成分含有量を限定するとともに、フラックス中のフッ素化合物、ＳｉＯ２、Ｎａ化合物及びＫ化合物、並びに鉄粉の含有量を適切に調整することにより、スラグ剥離性、ビード外観・形状が良好で、耐割れ性に優れ、良好な機械的性質を有する溶接金属を得ることができるメタル系フラックス入りワイヤが提案されている。
日本国特開平８－９９１９２号公報 日本国特開平６－２２６４９２号公報 日本国特開２０１７－７４５９９号公報
　しかしながら、上記特許文献３に記載のフラックス入りワイヤを用いた場合であっても、スラグ凝集性が悪いと、ビードに対するスラグの被包状態が不均一になることがあり、スラグの厚さが薄い部分においてスラグがビードに焼き付き、スラグ剥離性が悪化するという問題が発生する。また、－４０℃程度の温度領域で靱性が優れた溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤの更なる開発も求められている。
　本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、スラグの凝集性及びスラグ剥離性が良好であるとともに、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ワイヤ及び溶接金属中のＭｇ含有量を制御することにより、スラグ凝集性を著しく高められることを見出した。これは、Ｍｇが溶接金属の表面張力とスラグの表面張力との差を大きくする効果を有するためであると推測される。また、本発明者らは、Ｍｇ含有量とスラグ造滓剤とのバランスもスラグ凝集性に大きく影響することを見出した。すなわち、スラグ造滓剤を多量に含有させると、適切な量のＭｇを含有させてもスラグ量が増加して、スラグ凝集効果を得ることができない。また、Ｍｇ含有量が多い場合には、スラグとして析出する量が多くなり、その結果、スラグ凝集効果を得ることができなくなる。
　更に、本発明者らは、ワイヤ中の他の成分を所定の範囲に制限することにより、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができることを見出した。
　本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
　本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤであって、
　前記鋼製外皮及び前記フラックスは合計で、
　ワイヤ全質量あたり、
　Ｆｅ：９２質量％以上、
　全Ｓｉ：０．５０質量％以上１．５０質量％以下、
　Ｍｎ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
　全Ｌｉ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
　全Ｍｇ：０．０２質量％以上０．５０質量％未満、を含有し、
　Ｃ：０．１５質量％以下、
　Ｐ：０．０３０質量％以下、
　Ｓ：０．０３０質量％以下、
　スラグ造滓剤：０．５０質量％以下、である。
　また、上記フラックス入りワイヤは、
　前記スラグ造滓剤が、
　Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物、Ｔｉ化合物、Ｓｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｆｅ化合物、Ａｌ化合物、Ｎａ化合物、フッ化物のうちいずれか一つ以上を含むことが好ましい。
　また、上記フラックス入りワイヤは、
　前記鋼製外皮及び前記フラックスが合計で、
　ワイヤ全質量あたり、
　金属Ｔｉ：０．１７質量％未満、であることが好ましい。
　本発明によれば、スラグの凝集性及びスラグ剥離性が良好であるとともに、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤを提供することができる。
図１は、本発明例Ｎｏ．１のワイヤを用いて溶接した溶接金属の表面を示す図面代用写真である。 図２は、比較例Ｎｏ．１のワイヤを用いて溶接した溶接金属の表面を示す図面代用写真である。
　以下、本発明を実施するための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。まず、本実施形態に係るＡｒ－ＣＯ２混合ガス用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〕
　本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ステンレス鋼製外皮（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、本実施形態のフラックス入りワイヤは、筒状の鋼製外皮と、その外皮の内部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管状に成形され、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。
　次に、本実施形態に係るＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤのフラックス及び外皮に含有される化学成分について、その添加理由及び数値限定理由を詳細に説明する。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、及び充填フラックスのいずれから添加されていてもよい。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）に対する含有量とした値で規定される。
＜Ｆｅ：９２．００質量％以上＞
　Ｆｅは、本実施形態に係る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、鋼製外皮及びフラックス中のＦｅの含有量は、ワイヤ全質量あたり９２．００質量％以上、好ましくは９５．００質量％以上とし、より好ましくは９６．００質量％以上とする。また、Ｆｅは９８．００質量％以下であることが実際的である。
＜Ｃ：０．１５質量％以下＞
　Ｃは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分であるが、ワイヤ中のＣ含有量が０．１５質量％を超えると、スラグ量の増加によって、スラグ凝集性が低下する。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は０．１５質量％以下とし、好ましくは０．１３質量％以下質量％以下、より好ましくは０．１１質量％以下とする。
＜全Ｓｉ：０．５０質量％以上１．５０質量％以下＞
　全Ｓｉとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｓｉ及びＳｉ化合物の合計をＳｉに換算した値を意味する。また、金属Ｓｉとは、Ｓｉの単体と合金に含まれるＳｉの合計を意味する。
　Ｓｉは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分である。
　全Ｓｉ含有量が０．５０質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｓｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％以上とし、好ましくは０．６０質量％以上とし、より好ましくは０．７０質量％以上とする。
　一方、全Ｓｉ含有量が１．５０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｓｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１．５０質量％以下とし、好ましくは１．３５質量％以下、より好ましくは１．２０質量％以下とする。
　なお、Ｓｉ化合物は、ＳｉＯ２換算値で０．２０質量％以下の範囲で含むことが好ましい。また、Ｓｉ化合物とは、Ｓｉ酸化物などである。
＜Ｍｎ：１．００質量％以上３．００質量％以下＞
　Ｍｎは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分である。
　Ｍｎ含有量が１．００質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１．００質量％以上とし、好ましくは１．１５質量％以上、より好ましくは１．３０質量％以上とする。
　一方、Ｍｎ含有量が３．００質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、３．００質量％以下とし、好ましくは２．７５質量％以下、より好ましくは２．５０質量％以下とする。
＜全Ｌｉ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下＞
　全Ｌｉとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｌｉ及びＬｉ化合物の合計をＬｉに換算した値を意味する。また、金属Ｌｉとは、Ｌｉの単体と合金に含まれるＬｉの合計を意味する。
　Ｌｉは、アーク安定性を向上させることができる成分である。ＮａやＫもアーク安定性向上の効果があるがヒューム発生量が多くなる場合があるため、本実施形態においては、ＮａやＫと比較してヒュームの発生を抑制することができるＬｉを含有させている。
　全Ｌｉ含有量が０．０１０質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｌｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１０質量％以上とし、好ましくは０．０１５質量％以上とし、より好ましくは０．０２０質量％以上とする。
　一方、全Ｌｉ含有量が０．１０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｌｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０８５質量％以下、より好ましくは０．０７０質量％以下とする。
　なお、Ｌｉ源としてはフッ化物、Ｌｉ酸化物などのＬｉ化合物及びＬｉ－Ｆｅ等のＬｉ合金があり、これらを単独又は複合で用いることができるが、Ｌｉ合金を用いることが好ましい。
＜全Ｍｇ：０．０２質量％以上０．５０質量％未満＞
　全Ｍｇとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｍｇ及びＭｇ化合物の合計をＭｇに換算した値を意味する。また、金属Ｍｇとは、Ｍｇの単体と合金に含まれるＭｇの合計を意味する。
　ここで、Ｍｇはスラグ凝集性を高める効果を有する成分である。このスラグ凝集の効果は、Ｍｇが溶接金属の表面張力とスラグの表面張力との差を大きくする効果を有するためであると推測される。
　全Ｍｇ含有量が０．０２質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｍｇ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０２質量％以上とし、好ましくは０．０３質量％以上、より好ましくは０．０４質量％以上とする。
　一方、全Ｍｇ含有量が０．５０質量％以上になると、Ｍｇ酸化物を形成することによりスラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｍｇ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％未満とし、好ましくは０．４８質量％未満とする。
　なお、Ｍｇ化合物とは、ＭｇＯなどである。
＜Ｐ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
　Ｐは不純物元素であり、ワイヤ中のＰ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靱性が低下するとともに、高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Ｐ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とする。
＜Ｓ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
　Ｓも、Ｐと同様に不純物元素であり、ワイヤ中のＳ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靱性が低下するとともに、高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Ｓ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とする。
＜金属Ｔｉ：０．１７質量％未満（０質量％を含む）＞
　Ｔｉは、アーク安定性を向上させることができる成分であるが、Ｌｉを必須成分とする本実施形態のフラックス入りワイヤは、必ずしも金属Ｔｉを含有する必要はない。ワイヤ中の金属Ｔｉ含有量が０．１７質量％未満であると、スラグが過剰に生成されることが抑制され、スラグ凝集性が向上する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の金属Ｔｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１７質量％未満とし、好ましくは０．１４質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下とする。
＜スラグ造滓剤：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
　スラグ造滓剤とは、フラックス中の酸化物などの化合物、弗化物、アルカリ金属化合物等を示す。本実施形態のフラックス入りワイヤは、スラグ造滓剤は必ずしも含有する必要はない。スラグ造滓剤の含有量が０．５０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。すなわち、スラグの量が所定量よりも多すぎると、上記した範囲にＭｇを制御しても本実施形態のワイヤの効果を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、スラグ造滓剤の含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下、より好ましくは０．３０質量％以下とする。
　なお、スラグ造滓剤は、Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物、Ｔｉ化合物、Ｓｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｆｅ化合物、Ａｌ化合物、Ｎａ化合物、フッ化物のうちいずれか一つ以上とされることが好ましい。上記各酸化物及びフッ化物の各含有量は、以下に示す範囲とされていることが好ましい。
＜Ｔｉ化合物：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
　Ｔｉ化合物は例えばＴｉ酸化物であり、ＴｉＯ２換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｔｉ酸化物がＴｉＯ２換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
＜Ｓｉ化合物：０．２０質量％以下（０質量％を含む）＞
　Ｓｉ化合物は例えばＳｉ酸化物であり、ＳｉＯ２換算値で０．２０質量％以下、好ましくは０．１０質量％以下とする。Ｓｉ化合物がＳｉＯ２換算値で０．２０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
＜Ｚｒ化合物：０．２０質量％以下（０質量％を含む）＞
　Ｚｒ化合物は例えばＺｒ酸化物であり、ＺｒＯ２換算値で０．２０質量％以下、好ましくは０．１０質量％以下とする。Ｚｒ化合物がＺｒＯ２換算値で０．２０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
＜Ｆｅ化合物：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
　Ｆｅ化合物は例えばＦｅ酸化物であり、Ｆｅ２Ｏ３換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｆｅ化合物がＦｅ２Ｏ３換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
＜Ａｌ化合物：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
　Ａｌ化合物は例えばＡｌ酸化物であり、Ａｌ２Ｏ３換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ａｌ化合物がＡｌ２Ｏ３換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
＜Ｎａ酸化物：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
　本実施形態において、Ｎａ酸化物はＮａ２Ｏ換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｎａ酸化物がＮａ２Ｏ換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
＜フッ化物：０．３０質量％以下（０質量％を含む）＞
　本実施形態において、フッ化物はＦ換算値で０．３０質量％以下、好ましくは０．２０質量％以下とする。フッ化物がＦ換算値で０．３０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
　なお、Ｆ源としては、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＣｅＦ３等のアルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、希土類元素フッ化物等の金属フッ化物があり、これらを単独又は複合で用いることができる。
＜その他の成分＞
　なお、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいては、上記した各ワイヤの成分の他、フラックス中に、その効果を妨げない範囲で、種々の金属成分やスラグ造滓剤を添加することができ、その種類や量については規制しない。例えば金属成分としては、耐食性及び機械性能の観点から、Ｃｕ、Ｖ、Ｗ、Ｎ等がワイヤ中に含有されていてもよく、その合計量としては例えば０．３０質量％未満とする。
　その他、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、不可避的不純物が含まれ、不可避的不純物としては、上記したＰやＳ以外に、Ｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５等が挙げられる。
＜シールドガス：Ａｒ－ＣＯ２混合ガス＞
　本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、Ａｒ－ＣＯ２混合ガスをシールドガスとして用いるものとする。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスを用いると、ＣＯ２ガスにより脱酸剤の酸化が抑制されて、スラグ量が減少するため、スラグ凝集性が良好となるとともに、アーク安定性も良好となる。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスの比率としては、例えば、体積％で、８０％Ａｒ－２０％ＣＯ２混合ガス等を使用することができる。
　また、本実施形態に係るフラックスワイヤを使用した溶接姿勢は特に限定されないが、水平すみ肉溶接で溶接する場合に特に効果を得ることができる。更に、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）についても、特に限定されないが、ＡＷＳ又はＪＩＳ等の溶接材料規格に規定された直径のワイヤに適用することができる。
　以下、本発明に係る発明例及び比較例を挙げて、本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　［ワイヤの製造］
　ワイヤの含有成分が種々の含有量となるように、ワイヤ径が１．２ｍｍであるフラックス入りワイヤを製作した。鋼製外皮及びフラックス中の化学成分、及び、ワイヤ全質量あたりの各含有量（質量％）を、下記表１に示す。また、ワイヤ中の下記表１に示す化学成分を除く残部は不可避的不純物である。また、表１中の「－」は、該当する成分が添加されていないか、不純物レベルの含有量であることを示す。表中のスラグ造滓剤とは、表中に記載された酸化物、フッ化物のＦ換算値、Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物の合計を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　［ワイヤの評価］
　＜ガスシールドアーク溶接＞
　２枚の板状鋼板を使用し、一方の鋼板（横板）上に、この鋼板と垂直な方向となるように他方の鋼板を立て、本発明例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して、すみ肉部に対し下記溶接条件により、水平すみ肉溶接を実施した。
　（溶接条件）
　供試鋼板：鋼板表面をグラインダにて削ったＳＭ４９０Ａ
　鋼板サイズ：厚さ１２ｍｍ×幅８５ｍｍ×長さ４３０ｍｍ
　溶接姿勢：水平すみ肉溶接
　溶接電流：２５０～３００Ａ
　溶接電圧：適正（２６～３１）Ｖ
　溶接速度：５０ｃｍ／ｍｉｎ
　シールドガスの種類、流量：８０％Ａｒ－２０％ＣＯ２ガス（体積％）、２５リットル／分
　≪ビード外観≫
　溶接後の溶接金属の表面におけるスラグ凝集性を観察することにより、ビード外観を評価した。スラグが適切な大きさで、きれいに凝集しているものを○（良好）とし、スラグがまだらに溶接金属表面に被着しているか、又はスラグが凝集せず、溶接金属表面を薄く覆っているものを×（不良）とした。
　≪スラグ剥離性≫
　溶接金属の表面をタガネで叩き、スラグが落ちるかどうかを検査することにより、スラグ剥離性を評価した。スラグが溶接金属表面から容易に剥がれて落ちたものを○（良好）とし、スラグが剥がれ落ちなかったものを×（不良）とした。
　≪低温靱性≫
　上記ガスシールドアーク溶接により得られた溶接金属から試験片を採取し、各試験片に対して－４０℃でシャルピー衝撃試験を実施することにより、吸収エネルギーｖＥ－４０℃（Ｊ）を測定して、低温靱性を評価した。ｖＥ－４０℃が５０Ｊ以上であったものを低温靱性に優れると評価し、５０Ｊ未満であったものを低温靱性が低いと評価した。
　各試験の評価結果を、まとめて下記表２に示す。なお、低温靱性の評価結果欄における、「－」は測定していないことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記表１及び表２に示すように、本発明例Ｎｏ．１～１１は、各ワイヤ成分が本発明で規定する数値範囲内であるため、スラグの凝集性及びスラグ剥離性が良好であるとともに、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができた。
　図１は、本発明例Ｎｏ．１のワイヤを用いて溶接した溶接金属の表面を示す図面代用写真である。図１に示すように、溶接金属１の表面に均一な大きさのスラグ２がきれいに凝集しているため、スラグ剥離後のビード外観が良好なものとなった。
　一方、比較例Ｎｏ．１、２、４、５、８～１１は、ワイヤ中の全Ｍｇ含有量が本発明で規定する数値範囲の下限未満であるので、スラグ凝集性が低下してビード外観が悪くなった。特に、比較例Ｎｏ．１、４、５、８～１１は、スラグ剥離性も不良となった。
　比較例Ｎｏ．３、６及び７は、ワイヤ中の全Ｍｇ含有量が本発明で規定する数値範囲の上限を超えているので、スラグ凝集性が低下してビード外観が悪くなった。特に、比較例Ｎｏ．６及び７は、スラグ剥離性も不良となり、更に低温靱性も低下した。
　比較例Ｎｏ．１２は、ワイヤ中のスラグ造滓剤の含有量が本発明で規定する数値範囲の上限を超えており、スラグ凝集性及びスラグ剥離性が低下した。
　なお、比較例Ｎｏ．８～１０及び１２は、ワイヤ中の全Ｌｉ含有量が本発明で規定する数値範囲の下限未満であるので、アーク安定性が良好ではなかった。
　図２は、比較例Ｎｏ．１のワイヤを用いて溶接した溶接金属の表面を示す図面代用写真である。図２に示すように、溶接金属１１の表面にスラグ１２がまだらに被着しているため、スラグ剥離後のビード外観が不良となった。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０１９年７月９日出願の日本特許出願（特願２０１９－１２７６９７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１、１１　溶接金属
２、１２　スラグ

Claims (3)

  1. 　鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤであって、
    　前記鋼製外皮及び前記フラックスは合計で、
    　ワイヤ全質量あたり、
    　Ｆｅ：９２質量％以上、
    　全Ｓｉ：０．５０質量％以上１．５０質量％以下、
    　Ｍｎ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
    　全Ｌｉ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
    　全Ｍｇ：０．０２質量％以上０．５０質量％未満、を含有し、
    　Ｃ：０．１５質量％以下、
    　Ｐ：０．０３０質量％以下、
    　Ｓ：０．０３０質量％以下、
    　スラグ造滓剤：０．５０質量％以下、
    であることを特徴とする、Ａｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ。
  2. 　前記スラグ造滓剤は、
    　Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物、Ｔｉ化合物、Ｓｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｆｅ化合物、Ａｌ化合物、Ｎａ化合物、フッ化物のうちいずれか一つ以上を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ。
  3. 　前記鋼製外皮及び前記フラックスは合計で、
    　ワイヤ全質量あたり、
    　金属Ｔｉ：０．１７質量％未満、
    であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ。
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