WO2021090953A1 - フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法 - Google Patents

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WO2021090953A1
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耕太郎 渡邊
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present application relates to a method for manufacturing a flux-cored wire and a welded joint.
  • the bead shape can be stabilized in gas shielded arc welding, and the bead shape is not particularly limited, but a high-strength steel having a tensile strength of 780 MPa or more.
  • the present invention relates to a flux-cored wire that can be suitably used for welding, and a method for manufacturing a welded joint using the flux-cored wire.
  • Gas shielded arc welding is the most popular welding method, and is widely used for welding steel materials because it enables the production of highly efficient welded joints.
  • Welding materials (filler materials) used for gas shielded arc welding are roughly classified into solid wires and flux-cored wires, but they are excellent in welding workability and show higher efficiency. Flux-filled wire is mainly used.
  • the role of the shield gas used in gas shielded arc welding is to allow a gas that does not react with the molten metal during welding to flow around the arc to break the contact between the molten metal and air. That is, it is necessary to protect the molten metal from the invasion of hydrogen due to moisture in the air, and if nitrogen or oxygen dissolves in the molten steel due to the reaction with air, it causes welding defects such as pores.
  • Inert gases such as argon (Ar) and helium (He) are generally used as the shield gas, and carbon dioxide (CO 2 , carbon dioxide) and oxygen (O) are further considered in consideration of weldability and cost. A mixture of 2) is used.
  • the bead shape may become convex without widening the bead width.
  • the allowable range of deviation of the wire aiming position (deviation with respect to the target position of the welding line) becomes small, and welding defects are likely to occur.
  • the pulse power supply is expensive and it is actually difficult to control the pulse waveform.
  • the weld metal may be embrittled due to the influence of other components of the steel material and the wire.
  • the relationship between the index (Pc) showing the weld crack sensitivity of high-strength steel and the preheating temperature is known based on the chemical composition of the steel material, the plate thickness of the steel material, and the amount of diffusible hydrogen of the weld metal. (See, for example, Non-Patent Document 1), and as the value of Pc increases, it is necessary to increase the preheating temperature for preventing low-temperature cracking.
  • the preheating work causes an increase in welding work cost and an increase in work load, it is ideal that the preheating work can be performed at the lowest possible temperature and the preheating work can be reduced or eliminated.
  • the present application can obtain a stable weld shape, reduce the amount of diffusible hydrogen in the weld metal, and for high-strength steel such as ferritic steel, which is easily hydrogen embrittled. Disclose a method of manufacturing a welded joint that is also applicable.
  • a stable weld shape can be obtained, the amount of diffusible hydrogen in the weld metal can be reduced, and a flux containing flux that can be suitably used for welding high-strength steel such as ferritic steel. Disclose the wire.
  • the present application discloses the following method for manufacturing a flux-cored wire and a welded joint as a means for solving the above problems.
  • a flux-cored wire having a steel outer skin and a flux filled inside the steel outer skin, wherein the total water content as a ratio to the total weight of the wire is 300 ppm or less, and the flux is fluoride.
  • the flux-cored wire of the present disclosure may have an increase rate of wire mass of 100 ppm or less after 72 hours in a moisture absorption test in an atmosphere of a temperature of 30 ° C. and a humidity of 80%.
  • the flux-cored wire of the present disclosure may have a total water content of 100 ppm or less as a ratio to the total mass of the wire.
  • the flux-containing wire of the present disclosure is tested using a shield gas containing 1% of H 2 as a shield gas at a volume fraction and the balance being CO 2 and impurities in accordance with JIS Z 3118: 2007.
  • the amount of diffusible hydrogen per mass of the weld metal may be 5.0 ml / 100 g or less.
  • the flux-containing wire of the present disclosure is tested using a shield gas containing 3% of H 2 as a shield gas at a volume fraction and the balance being CO 2 and impurities in accordance with JIS Z 3118: 2007.
  • the amount of diffusible hydrogen per mass of the weld metal may be 12.0 ml / 100 g or less.
  • the steel outer skin may have a seamless shape.
  • flux-cored wire of the present disclosure may be used for gas shielded arc welding with H 2 containing gas as a shielding gas.
  • a method for manufacturing a welded joint which comprises performing gas shielded arc welding of a steel material having a tensile strength of 780 MPa or more using the flux-cored wire of the present disclosure.
  • the gas shielded arc welding is performed using a shield gas containing H 2 having a volume fraction of 0.05% or more and 5% or less and the balance being CO 2 and impurities. , May be included.
  • the weld shape can be improved, the problem of embrittlement of the bead can be solved, and the amount of diffusible hydrogen in the weld metal can be reduced. Even when welding high-strength steel that tends to become brittle, low-temperature cracking can be prevented without imposing a special load on the preheating work.
  • the flux-containing wire of the present disclosure a stable weld shape can be obtained, and the amount of diffusible hydrogen in the weld metal can be reduced. Therefore, for welding high-strength steel such as ferritic steel, for example. It can be preferably used.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the total water content of the flux-cored wire as a ratio to the total wire mass and the total F conversion value with respect to the total wire mass used in the examples.
  • the flux-cored wire of the present disclosure has a steel outer skin and a flux filled inside the steel outer skin, and is characterized by having at least the following properties (i) and (ii). And.
  • the total water content as a ratio to the total mass of the wire is 300 ppm or less.
  • the flux contains fluoride, and the amount of fluoride as a percentage of the total mass of the wire is 0.11% by mass or more and 2.50% by mass or less in total of the F conversion value.
  • the flux-cored wire of the present disclosure may have the following properties (iii) in addition to the above properties (i) and (ii).
  • (Iii) The rate of increase in wire mass after 72 hours in the moisture absorption test in an atmosphere of temperature 30 ° C. and humidity 80% is 100 ppm or less.
  • the water content of the flux-filled wire affects the diffusible hydrogen content of the weld metal that migrates from the flux-filled wire to the weld during welding.
  • the total water content as a percentage of the total mass of the wire may be 200 ppm or less, 150 ppm or less, 100 ppm or less, 95 ppm or less, 90 ppm or less, 85 ppm or less, 80 ppm or less, 75 ppm or less, or 70 ppm or less.
  • the smaller the total water content with respect to the total mass of the wire the better, but it costs more to reduce the water content. From the viewpoint of reducing the cost, the total water content may be, for example, 10 ppm or more.
  • the annealing conditions of the flux-cored wire, the storage conditions of the flux-cored wire, the pretreatment conditions immediately before the wire production, etc. are set. It is effective to devise.
  • the total water content of the flux-cored wire can be reduced to 100 ppm or less.
  • the upper limit of the heat treatment temperature may be, for example, 730 ° C. or lower.
  • the flux-containing wire of the present disclosure is a seamless wire
  • the seamless wire when the seamless wire is heat-treated at a predetermined temperature, the moisture inside the steel outer skin reacts with the inner wall surface of the steel outer skin to become hydrogen.
  • the hydrogen can permeate the steel hull and be released out of the wire. That is, even when the flux-cored wire is a seamless wire, the initial water content can be remarkably reduced while appropriately softening the wire by devising an annealing treatment or the like.
  • the fluoride contained in the flux has a high vapor pressure at high temperature and gasifies during welding, so that the partial pressure of hydrogen in the welding atmosphere can be reduced.
  • the content of the fluoride is too large, the arc may become unstable during welding, or the moisture content of the welding material may increase due to the moisture adhering to the fluoride.
  • the above-mentioned problem can be avoided when the amount of the fluoride as a ratio to the total mass of the wire is 0.11% by mass or more and 2.5% by mass or less in total of the F conversion value.
  • the amount of the fluoride as a ratio to the total mass of the wire may be 0.21% by mass or more or 2.3% by mass or less in total of the F conversion values.
  • the fluoride is not particularly limited, but a fluoride containing at least one element selected from Ca, Mg, Ba, Li, Na and K may be used as a constituent element.
  • it may be one or more fluorides selected from the group consisting of CaF 2 , MgF 2 , LiF, NaF, K 2 ZrF 6 , BaF 2 , K 2 SiF 6 , and Na 3 AlF 6. ..
  • Each of these fluorides may be used alone, or may be used in the form of a molten flux obtained by melting and solidifying a mixture of a plurality of types of fluorides as described later.
  • the lower limit of the content of these various fluorides is not particularly limited as long as the total of the F conversion values is 0.11% by mass or more.
  • the F conversion value with respect to the total mass of the flux-cored wire indicates the amount of fluorine (F) contained in the fluoride in mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire. In the case of a compound, this F conversion value can be obtained from the following equation (1).
  • the chemical formula of the fluoride in the formula (1) indicates the mass% of the fluoride corresponding to each chemical formula with respect to the total mass of the flux-cored wire.
  • the coefficient of the chemical formula of each fluoride is calculated from the amount of the chemical formula of each fluoride.
  • the flux-containing wire of the present disclosure may have an increase rate of wire mass of 100 ppm or less after 72 hours in a moisture absorption test in an atmosphere of temperature 30 ° C. and humidity 80%, and may be 90 ppm or less, 80 ppm or less, 70 ppm. Hereinafter, it may be 60 ppm or less, 50 ppm or less, 40 ppm or less, 30 ppm or less, or 20 ppm or less.
  • This moisture absorption test can be calculated from the mass increment after placing the flux-cored wire in a constant temperature and humidity container maintained at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 80% and storing the flux for 72 hours. Theoretically, the lower limit of the increase rate of the wire mass is 0 (zero).
  • the means for the flux-cored wire to have such moisture absorption resistance is not particularly limited.
  • the steel outer skin of the flux-cored wire has a seamless shape, high moisture absorption resistance is likely to be ensured.
  • the "seamless shape" in the present technical field refers to a steel outer skin having no gap, and typically, a steel outer skin obtained by extending a seamless steel pipe and a steel outer skin. Is a concept that includes those that are seam welded without gaps.
  • the steel outer skin has a seamless shape.
  • a continuously supplied exodermis steel (steel exodermis) is molded into a U shape, filled with flux, and then both edge surfaces of the U-shaped exodermis steel are butted against each other, and the overlapped portion is gapped.
  • Perform pipe welding (seam welding).
  • the flux inside the steel outer skin can be sealed, and the sealed flux enables high-temperature dehydrogenation treatment to remove the moisture brought into the inside.
  • Wet surface treatment such as copper plating can also be performed.
  • a flux-cored wire having a seamless shape can be obtained by filling the inside of a seamless steel pipe with flux and extending the pipe.
  • the moisture absorption resistance of the flux-cored wire is likely to be further improved.
  • the molten flux is obtained, for example, by melting a predetermined fluoride or oxide by arc or high-frequency induction heating and then solidifying it, and then crushing the solidified material into an amorphous powder or amorphous by a gas atomization method. It can be obtained by making a quality powder or the like.
  • the flux-containing wire of the present disclosure has the above-mentioned properties and can reduce the amount of diffusible hydrogen in the weld metal.
  • the flux-containing wire of the present disclosure contains, for example, JIS Z 3118: 2007 (method for measuring the amount of hydrogen in a steel weld), H 2 as a shield gas at a volume fraction of 1%, and the balance is CO 2 and CO 2.
  • the amount of diffusible hydrogen per mass of the weld metal when the test is carried out using a shield gas composed of impurities may be 5.0 ml / 100 g or less.
  • a shield gas containing 3% of H 2 as a shield gas at a volume fraction and the balance being CO 2 and impurities is used.
  • the amount of diffusible hydrogen per mass of the weld metal at the time of the test may be 12.0 ml / 100 g or less.
  • the volume fraction of H 2 contained in the shield gas allows an error of ⁇ 0.2%.
  • the "shielding gas containing 1% of H 2 at a volume fraction” the volume fraction of H 2 may be a 1% ⁇ 0.2%.
  • an error of ⁇ 0.2% is allowed for the volume fraction of other gases (for example, CO 2 ) that can be contained in the shield gas.
  • the shield gas can suppress an increase in the amount of diffusible hydrogen of the weld metal even if it contains H 2, for example, tensile strength of 780MPa
  • preheating work can be performed at a lower temperature than before, preheating work can be reduced, and in some cases, preheating work can be eliminated.
  • a shield gas containing H 2 having a volume fraction of 0.05% or more and 5% or less and the balance being CO 2 and impurities is used for the purpose of improving the penetration shape in the welded portion.
  • Gas shielded arc welding of high-strength steel materials can be performed. As a result, the weld shape is improved, and the problem of convexity of the bead can be solved.
  • the flux-containing wire of the present disclosure has a predetermined amount because it is necessary to consider, for example, the strength level of the steel material to be welded and the required degree of toughness, and the formation of slag.
  • a metal oxide, a metal carbonate, or the like may be contained. That is, the flux-containing wire of the present disclosure can contain an alloy component for controlling the chemical component, carbon equivalent (Ceq), etc. of the weld metal, similarly to the known flux-containing wire.
  • metal oxides include oxides of Ti, Si, Zr, Fe, Mn, Al, Na, Mg, and Ca, and composite oxides thereof may be used.
  • the metal carbonate examples include CaCO 3 , MgCO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , FeCO 3 , LiCO 3, and the like, and a composite carbonate thereof may be used.
  • wire components are specifically defined in consideration of the type of steel material to be welded, welding workability, and the like.
  • a metal oxide, a metal carbonate, or the like can be filled inside the steel outer skin together with the above-mentioned fluoride.
  • the ratio of fluoride to components other than fluoride (metal oxides, metal carbonates, etc.) among the components filled inside the steel outer skin is not particularly limited, but for example, the steel outer skin is used.
  • the total content of the fluoride is 0.4% by mass or more and 32% by mass or less in terms of F, assuming that the total amount of the components filled in the inside (that is, the total amount of the components excluding the steel outer skin) is 100% by mass. There may be.
  • the chemical components of the flux-filled wire excluding the fluoride, the oxide, the metal oxide, and the metal carbonate are C: 0.001 to 0 in mass% with respect to the total mass of the flux-filled wire. .2%, Si: 0.001 to 2.00%, Mn: 0.4 to 3.5%, P: 0.030% or less, S: 0.020% or less, Cr: 0 to 25%, Ni : 0 to 16%, Mo: 0.1 to 3.5%, Al: 0.700% or less, Cu: 1.00% or less, Nb: 0.50% or less, V: 0.50% or less, Ti : 0.500% or less, B: 0 to 0.020%, Mg: 0 to 0.90%, Bi: 0 to 0.030%, and the balance is preferably composed of Fe and impurities.
  • the main slag forming agent is titania (TIO 2 )
  • the total amount of fluoride is 0.11% or more and less than 2.00% in terms of mass% of the total mass of the flux-filled wire, and Ti oxidation.
  • TIO 2 equivalent mass% of 2.50% or more and less than 8.50%, other oxides total 0.30% or more and less than 13.00%, carbonates total 2.00% or less, iron It is preferable that the powder is contained in the range of 0% or more and less than 7.5%.
  • the main slag-forming agent is lime-based
  • the total weight of fluoride is 0.11% or more in terms of F
  • Ti oxide is 0% or more in terms of TIO 2 in terms of mass% of the total mass of the flux-filled wire. .50% or less, other oxides in total 0.30% or more and less than 3.50%, carbonates in total 0 to 3.50%, iron powder in the range of 0% or more and less than 10.0% Is preferable.
  • the total mass of the flux-filled wire is 0 to 0.050% in terms of F conversion value, and the total amount of oxide is 0.01. It is preferable that the content is in the range of ⁇ 0.5% and iron powder in the range of 1.0 to 12.0%, and no Ti oxide is added.
  • the above is the reason for limitation regarding the component composition of the flux-cored wire of the present disclosure, but the other remaining components may be Fe and impurities.
  • the Fe component includes Fe in the steel outer skin, iron powder contained in the flux, and Fe in the alloy component. Further, the flux-cored wire may contain impurities mixed in during the manufacturing process or the like.
  • a lubricant may be applied to the surface of the flux-cored wire.
  • various kinds of lubricants can be used, and for example, perfluoropolyether oil (PFPE oil), vegetable oil and the like can be used.
  • the flux-cored wire of the present disclosure may have, for example, the following flux filling factor. That is, in the flux-cored wire of the present disclosure, when the total mass of the flux-cored wire is 100%, the flux may occupy 8.0% by mass or more, or occupy 25.0% by mass or less. May be.
  • the wire diameter (diameter) of the flux-cored wire of the present disclosure is not particularly limited, but may be, for example, 0.5 mm or more, or 5.0 mm or less.
  • the thickness of the steel outer skin of the flux-cored wire of the present disclosure is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 mm or more, or 2.0 mm or less.
  • the flux-cored wire of the present disclosure can be manufactured, for example, by going through the following steps. First, in the case of producing the above-mentioned seamlessly shaped wire, a steel strip to be a steel outer skin and a flux blended so as to have a predetermined content are prepared. Next, the steel strip is formed by a forming roll while being fed in the longitudinal direction to form an open pipe (U-shaped), which is used as a steel outer skin. Flux is supplied from the opening of the open pipe during the forming of the steel strip. After forming the steel strip, the opposing edge surfaces of the openings are butt-seam welded to obtain a flux-cored steel pipe.
  • This steel pipe is stretched, and the steel pipe is annealed during the pipe stretching process or after the pipe stretching process is completed. At this time, the total amount of water in the wire can be reduced by devising the annealing conditions and the like as described above.
  • a seamless wire having a desired wire diameter and having a flux filled inside the steel outer skin can be obtained.
  • a wire having a seamless shape according to the present disclosure can also be produced by filling the inside of a seamless steel pipe with flux and annealing after stretching the pipe.
  • Flux-cored wire of the application the disclosure of the flux cored wire may be used in gas shielded arc welding with H 2 containing gas as a shielding gas.
  • H 2 containing gas such as a high-strength steel material having a tensile strength of 780 MPa or more
  • the flux-cored wire of the present disclosure may be used for welding other steel materials, gas shielded arc welding using a shield gas to which H 2 is not added, self-shielded arc welding using no shield gas, and submerged arc. It may be used for welding or the like.
  • the flux-cored wire of the present disclosure can suppress the occurrence of low-temperature cracking without preheating or while significantly reducing the preheating even when welding a steel material having a high sensitivity to low-temperature cracking.
  • a welded joint can be manufactured by performing gas shielded arc welding of a steel material using the flux-containing wire of the present disclosure.
  • the method for manufacturing a welded joint of the present disclosure may include, for example, gas shielded arc welding of a steel material having a tensile strength of 780 MPa or more using the above-mentioned flux-cored wire. More specifically, it includes performing gas shielded arc welding using a shield gas containing H 2 having a volume fraction of 0.05% or more and 5% or less and the balance being CO 2 and impurities. May be good.
  • the type of steel material to be welded and the type of shield gas are not particularly limited.
  • a molten type and a non-melted type were adopted as a method for producing flux.
  • predetermined oxides and fluorides were arc-dissolved, taken out into a crucible, and pulverized to be finished as a powder. They were mixed with metal components to make a molten flux material.
  • a non-melt type flux production method a predetermined oxide, fluoride, and metal powder are mixed, a binder consisting of an aqueous solution of sodium silicate or potassium silicate is added, mixed, and dried. By making it into a powder, it became a non-melt type flux material. Then, each flux material was heat-treated at 350 ° C. for 1 to 10 hours, and then the flux was filled by the following two types of wire manufacturing methods to obtain a flux wire.
  • One is a seamless wire manufacturing method.
  • this seamless type a steel strip is formed into an open pipe by a forming roll while being fed in the longitudinal direction, flux is supplied from the opening of the open pipe during this forming, the opposite edge surfaces of the openings are abutted, and a slit is formed.
  • a slit-shaped gap-free pipe was obtained.
  • the wire is held in a temperature range of 600 to 800 ° C. for 1 to 10 hours, and then annealed by furnace cooling is added to obtain a flux-containing wire having a final wire diameter of ⁇ 1.2 mm. Obtained.
  • the total amount of water contained in the wire was adjusted. Specifically, the total water content could be reduced to 100 ppm or less by heat-treating the flux-cored wire at 600 ° C. or higher for 30 minutes or longer. When the heat treatment temperature was 500 ° C., the total water content was more than 100 ppm even if the heat treatment time was 10 hours.
  • the other is a winding type wire manufacturing method. In the winding mold, the steel strip is formed into an open pipe by a forming roll while being fed in the longitudinal direction, flux is supplied from the opening of the open pipe during this forming, and winding is performed by wire drawing with a roll rolling mill. A flux-containing wire having a final wire diameter of ⁇ 1.2 mm with a gap was obtained. The configurations of these flux-cored wires (wire numbers 1 to 40) are shown in Table 1-1, Table 1-2, Table 1-3 and Table 1-4.
  • the content of each fluoride, the content of each oxide, and the content of carbonate shown in Table 1-1 and Table 1-2 are mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire.
  • the oxide content is represented by a conversion value of a predetermined oxide, and is specifically as follows. That is, Ti oxide is TiO 2 , Si oxide is SiO 2 , Zr oxide is ZrO 2 , Fe oxide is FeO, Mn oxide is MnO 2 , Al oxide is Al 2 O 3 , and Na oxide is NaO. , Mg oxide represents MgO, and Ca oxide represents CaO. Further, the F conversion value is a value obtained from the above-mentioned equation (1).
  • the flux filling factor represents the mass ratio of the flux in the flux-cored wire.
  • the carbonate content represents the total amount of each carbonate.
  • Tables 1-3 and 1-4 the content of each element contained as an alloy component is shown by mass% with respect to the total mass of the flux-cored wire.
  • the balance of the flux-cored wire disclosed in the table (that is, components other than the components disclosed in Tables 1-1, 1-2, 1-3 and 1-4) is iron and impurities. It was. Further, each of the flux-cored wires of each wire number disclosed in the table was coated with vegetable oil as a lubricating oil.
  • the properties of the flux-cored wire obtained above were evaluated as follows. First, the total water content as a ratio to the total mass of the wire was measured by the Karl Fischer method (KF method) based on JIS K0068: 2001. As a measurement sample, a wire containing flux was cut to a length of 1 to 2 mm, and a total of 1 to 5 g of cut pieces was collected. This measurement sample was placed in a furnace heated to 900 ° C., and the vaporized water content was measured by a coulometric titration method. The mass increase rate of the flux-cored wire is such that when 1 kg of the produced flux-cored wire is prepared and stored in a constant temperature and humidity container maintained at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 80% for 72 hours, the mass increase after storage. Calculated from minutes.
  • the measurement of the amount of diffusible hydrogen per mass of the weld metal when welded using these flux-containing wires is a gas chromatograph method based on JIS Z 3118: 2007 (method for measuring the amount of hydrogen in steel welds). It was carried out at.
  • the shield gas in the case of 100 vol.% Of carbon dioxide gas (CO 2 ), in the case of a mixed gas of H 2 and CO 2 adjusted to contain 1 vol.% Hydrogen gas (H 2), and Three types were evaluated in the case of a mixed gas of H 2 and CO 2 adjusted to contain 3 vol.% Of H 2.
  • the welding conditions were within the range shown in Table 2.
  • bead welding was performed on the upper surface of a flat steel material.
  • the welding conditions are as shown in Table 4.
  • SM400A specified in JIS G 3106: 2015 was used as the steel material.
  • the dimensions of the steel material were 12 mm in thickness, 40 mm in width, and 300 mm in length, and a weld bead of 200 mm was produced.
  • a normal bead that cannot be formed by visual inspection of the appearance is defined as D
  • a normal bead that can be formed but the value obtained by dividing the penetration depth by the bead width is less than 0.3 is defined as C.
  • B is defined as B which can be formed and the value obtained by dividing the penetration depth by the bead width is 0.3 or more and less than 0.6, and the value obtained by dividing the penetration depth by the bead width is 0 when a normal bead can be formed.
  • Those having a value of 6.6 or more and less than 0.9 were evaluated as A. The results are shown in Table 3-2.
  • the flux-cored wires having wire numbers 1 to 20 had a good bead shape regardless of which shield gas was used.
  • the value obtained by dividing the penetration depth by the bead width becomes larger, and heat is concentrated to make the penetration shape at the weld more ideal.
  • the amount of diffusible hydrogen can be suppressed.
  • the shape of the bead was not stable with the flux-cored wires having wire numbers 21 to 32, and a normal bead could not be formed with the shield gas having 100 vol.% Of CO 2 gas.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the total water content of these flux-cored wires as a percentage of the total wire mass and the total F-converted value with respect to the total wire mass.
  • the components of the weld metal were analyzed according to the method for producing a weld metal for chemical analysis and the method for collecting a sample specified in JIS Z 3184: 2003.
  • the results are as shown in Table 5-1 and Table 5-2.

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Abstract

本開示のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を有し、ワイヤ全質量に対する割合での全水分量が３００ｐｐｍ以下であり、前記フラックスが弗化物を含有し、ワイヤ全質量に対する割合での前記弗化物の量がＦ換算値の合計で０．１１質量％以上２．５０質量％以下である。本開示のフラックス入りワイヤを用いて溶接を行った場合、安定した溶接形状を得ることができ、しかも、溶接金属の拡散性水素量の低減を図ることができる。そのため、本開示のフラックス入りワイヤは、例えばフェライト鋼のような高強度鋼の溶接に好適に用いることができる。

Description

フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法
　本願は、フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法に関し、詳しくは、ガスシールドアーク溶接においてビード形状を安定化することができ、特に限定するものではないが、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼の溶接に好適に用いることができるフラックス入りワイヤ、及びこれを用いた溶接継手の製造方法に関する。
　ガスシールドアーク溶接は最も普及した溶接法であり、特に、高能率な溶接継手の製造を可能にすることから、鉄鋼材料の溶接に広く利用されている。また、ガスシールドアーク溶接に用いられる溶接材料（溶加材）としては、ソリッドワイヤとフラックス入りワイヤとに大別されるが、溶接作業性に優れて、より高い能率性が示されることから、フラックス入りワイヤが主に使用されている。
　ここで、ガスシールドアーク溶接で用いられるシールドガスの役割は、溶接中に溶融金属と反応を起こさないようなガスをアークの周辺に流し、溶融金属と空気との接触を断つことである。すなわち、空気中の湿気による水素の侵入から溶融金属を護る必要があり、また、空気との反応により溶融鋼に窒素や酸素が溶解すると、気孔等の溶接欠陥の原因となってしまうことから、シールドガスとして、一般的にはアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスが用いられ、溶接性やコスト性を考慮して、更に二酸化炭素（ＣＯ２、炭酸ガス）や酸素（Ｏ２）を混合したものが使用される。
　ところが、ガスシールドアーク溶接においては、ビード幅が広がらずにビード形状が凸の状態となってしまうことがある。このようなビード形状の凸化が起こると、ワイヤ狙い位置のずれ（溶接線の狙い位置に対するずれ）の許容範囲が小さくなり、溶接不良が起き易くなってしまう。これを防ぐために、溶接電圧を低くしてビード形状を広げることが考えられるが、その場合には溶け込み量が小さくなり、ハンピングビードのような不整ビードを生じてしまうおそれがある。
　そこで、例えば、ワイヤの硫黄（Ｓ）濃度を高めることで、溶融金属に含まれるＳ濃度を多くして溶融金属の表面張力を下げると共に、パルス溶接におけるパルスピーク電流とパルスピーク期間とをそれぞれ所定の範囲に規定して、安定な溶滴移行を持続させることで、幅広かつ平坦なビード形状を得るようにする方法が提案されている（特許文献１参照）。
　しかしながら、このような方法により溶接継手を製造しようとしても、パルス電源は高価であることに加えて、実際にはパルス波形の制御は難しい。また、Ｓ量を増加させると、鋼材やワイヤの他成分の影響によっては溶接金属の脆化をもたらすおそれがある。
　一方で、電極を備えたアーク溶接トーチを用いて溶接を行う方法において、電極に接触させる中心ガス流とそれを取り囲む環状ガス流とを配送するようにして、その中心ガス流として２～８体積％の水素（Ｈ２）を含んだアルゴンと水素の混合ガスを使用する方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法においては、水素が二原子分子であるため、再結合中に放出されるエネルギーにより熱が供給され、しかも、水素は熱伝導率が高いことから、アークのエネルギーが高められて、自動ＴＩＧ溶接における高い移動速度（溶接速度）を達成できるとする。すなわち、上記のようなガスの組み合わせにより、溶融金属の体積の増加と溶接プールの温度上昇に伴う界面活性効果から溶接速度が高められ、ハンピングに関連するような欠陥をなくすことができる。
　しかしながら、一般に、水素はフェライト鋼で低温亀裂（低温割れ）を引き起こすことから、この方法は、非硬化性鋼やオーステナイト系ステンレス鋼の溶接に限られるとしており、また、混合ガス中の水素の含有量は厳しく制御する必要があるとしている（特許文献２の段落００４７参照）。
　この低温割れについては、鋼材の化学成分、鋼材の板厚、及び溶着金属の拡散性水素量を基に、高張力鋼の溶接割れ感受性を示した指数（Ｐｃ）と予熱温度との関係が知られており（例えば非特許文献１参照）、このＰｃの値が増加するに従い、低温割れを防止するための予熱温度を高める必要がある。ところが、予熱作業は溶接施工コストの増大や作業負荷の増加を招くため、できるだけ低い温度で予熱作業を実施したり、予熱作業を低減又は不要とできるのが理想である。そのため、予熱作業により低温割れを防ぐことができるとは言え、鋼の溶接におけるシールドガスへの水素添加は溶接欠陥を招くおそれがあり、特に、合金成分の高い高強度鋼や板厚の大きい鋼材においてはこれまで禁忌とされてきた。
特許第４７５５５７６号 特許第５７９７５６０号
社団法人溶接学会（編）（2005）新版 溶接・接合技術特論 産報出版株式会社（第146頁の図2.29）
　上記の背景技術に鑑み、本願は、安定した溶接形状を得ることができ、溶接金属の拡散性水素量の低減を図ることができ、例えばフェライト鋼のような水素脆化しやすい高強度鋼に対しても適用可能な溶接継手の製造方法を開示する。
　また、本願は、安定した溶接形状を得ることができ、溶接金属の拡散性水素量の低減を図ることができ、例えばフェライト鋼のような高強度鋼の溶接に好適に用いることができるフラックス入りワイヤを開示する。
　本願は、上記課題を解決するための手段として、以下のフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を開示する。
（１）鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を有するフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量に対する割合での全水分量が３００ｐｐｍ以下であり、前記フラックスが弗化物を含有し、ワイヤ全質量に対する割合での前記弗化物の量がＦ換算値の合計で０．１１質量％以上２．５０質量％以下である、ことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
（２）本開示のフラックス入りワイヤは、温度３０℃－湿度８０％雰囲気での吸湿試験における７２時間経過後のワイヤ質量の増加割合が１００ｐｐｍ以下であってもよい。
（３）本開示のフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対する割合での全水分量が１００ｐｐｍ以下であってもよい。
（４）本開示のフラックス入りワイヤは、ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７に準拠して、シールドガスとしてＨ２を体積分率で１％含有し、残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて試験を行ったときの溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が５．０ｍｌ／１００ｇ以下であってもよい。
（５）本開示のフラックス入りワイヤは、ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７に準拠して、シールドガスとしてＨ２を体積分率で３％含有し、残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて試験を行ったときの溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が１２．０ｍｌ／１００ｇ以下であってもよい。
（６）本開示のフラックス入りワイヤにおいて、前記鋼製外皮がシームレス形状を有していてもよい。
（７）本開示のフラックス入りワイヤは、Ｈ２含有ガスをシールドガスとして用いたガスシールドアーク溶接に用いられてもよい。
（８）本開示のフラックス入りワイヤを用いて、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼材のガスシールドアーク溶接を行うこと、を含む、溶接継手の製造方法。
（９）本開示の製造方法は、体積分率で０．０５％以上５％以下のＨ２を含有して残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて前記ガスシールドアーク溶接を行うこと、を含んでいてもよい。
　本開示の溶接継手の製造方法によれば、溶接形状が向上してビードの凸化の問題を解消することができ、しかも、溶接金属の拡散性水素量の低減を図ることができることから、水素脆化しやすい高強度鋼を溶接する場合でも、予熱作業に特段の負荷を掛けずに低温割れを防ぐことができる。
　また、本開示のフラックス入りワイヤによれば、安定した溶接形状が得られ、しかも、溶接金属の拡散性水素量の低減を図ることができることから、例えばフェライト鋼のような高強度鋼の溶接に好適に用いることができる。
図１は、実施例で用いたフラックス入りワイヤのワイヤ全質量に対する割合での全水分量とワイヤ全質量に対するＦ換算値の合計との関係を示すグラフである。
１．フラックス入りワイヤ
　本開示のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、当該鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を有し、少なくとも次の（ｉ）及び（ii）の性状を有することを特徴とする。
　（ｉ）ワイヤ全質量に対する割合での全水分量が３００ｐｐｍ以下であること。
　（ii）フラックスが弗化物を含有し、ワイヤ全質量に対する割合での当該弗化物の量がＦ換算値の合計で０．１１質量％以上２．５０質量％以下であること。
　また、本開示のフラックス入りワイヤは、上記の（ｉ）及び（ii）の性状に加えて、次の（iii）の性状を有していてもよい。
　（iii）温度３０℃－湿度８０％雰囲気での吸湿試験における７２時間経過後のワイヤ質量の増加割合が１００ｐｐｍ以下であること。
１．１　全水分量
　（ｉ）に関して、フラックス入りワイヤの水分量は、溶接中にフラックス入りワイヤから溶接部に移行する溶着金属の拡散性水素量に影響する。ワイヤ全質量に対する割合での全水分量が３００ｐｐｍ以下であることで、低温割れが抑制され易い。ワイヤ全質量に対する割合での全水分量は、２００ｐｐｍ以下、１５０ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、９５ｐｐｍ以下、９０ｐｐｍ以下、８５ｐｐｍ以下、８０ｐｐｍ以下、７５ｐｐｍ以下又は７０ｐｐｍ以下であってもよい。なお、ワイヤ全質量に対する全水分量は少ないほど良いが、水分量を下げるためにはコストが掛かる。コストを抑える観点から、全水分量は、例えば、１０ｐｐｍ以上であってもよい。
　本発明者の新たな知見によると、フラックス入りワイヤの全水分量を低減するためには、フラックス入りワイヤの焼鈍条件、フラックス入りワイヤの保管条件、或いは、ワイヤ製造直前の前処理の条件等を工夫することが有効である。特に、フラックス入りワイヤに対して６００℃以上の温度にて３０分以上に亘って熱処理を施すことによって、フラックス入りワイヤの全水分量を１００ｐｐｍ以下にまで低減することができる。熱処理温度の上限は例えば７３０℃以下であってよい。尚、本開示のフラックス入りワイヤがシームレスワイヤである場合においても、当該シームレスワイヤを所定温度で熱処理すると、鋼製外皮の内部の水分は鋼製外皮の内壁面と反応する等して水素となり、当該水素は鋼製外皮を透過してワイヤの外へと放出され得る。すなわち、フラックス入りワイヤがシームレスワイヤである場合も、焼鈍処理等を工夫することで、ワイヤを適宜軟化させつつ、初期水分量を顕著に低下させることができる。
　尚、従来においては、生産性の観点から、上記したような焼鈍処理等の工夫が行われず、フラックス入りワイヤに含まれる全水分量が多量となる傾向にあった。
１．２　弗化物
　（ii）については、フラックスに含まれる弗化物は高温での蒸気圧が高く、溶接中にガス化するため、溶接雰囲気での水素分圧を下げることができる。一方で、弗化物の含有量が多過ぎると、溶接時にアークの不安定を招いたり、弗化物に付着した水分によって溶接材料の水分量が増大する虞がある。フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する割合での当該弗化物の量がＦ換算値の合計で０．１１質量％以上２．５質量％以下であることで、上記した問題を回避できる。ワイヤ全質量に対する割合での当該弗化物の量は、Ｆ換算値の合計で、０．２１質量％以上であってもよいし、２．３質量％以下であってもよい。
　この弗化物については特に制限されないが、構成元素として、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｌｉ、Ｎａ及びＫから選ばれる少なくとも一つの元素を含む弗化物を用いてもよい。例えば、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＮａ３ＡｌＦ６からなる群から選ばれる１種又は２種以上の弗化物であってもよい。これら弗化物は各々単独で用いられてもよいし、後述するように複数種類の弗化物の混合物を溶融及び凝固させて得られる溶融フラックスの形で用いられてもよい。これら弗化物が電離して生じたＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｓｉ、及びＡｌは、酸素と結合して溶接金属中の酸素量を低減させる脱酸元素として作用するため、溶接金属の靱性を向上させる点で有利である。なお、これら各種の弗化物の含有量の下限値は、Ｆ換算値の合計が０．１１質量％以上となる限り、特に限定されない。また、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値は、弗化物に含まれる弗素（Ｆ）の量を、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示すものであることから、例えば上記のような弗化物の場合、このＦ換算値は次の式（１）より求めることができる。
　０．４８７×ＣａＦ２＋０．６１０×ＭｇＦ２＋０．７３２×ＬｉＦ＋０．４５２×ＮａＦ＋０．４０２×Ｋ２ＺｒＦ６＋０．２１７×ＢａＦ２＋０．５１７×Ｋ２ＳｉＦ６＋０．５４３×Ｎａ３ＡｌＦ６　・・・式（１）
　ここで、式（１）中の弗化物の化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％を示す。各弗化物の化学式の係数は、各弗化物の化学式量から算出したものである。
１．３　耐吸湿性
　（iii）については、溶接現場での使用環境やその保管の際にワイヤ内部のフラックスが吸湿すると、実際の溶接時に上記（ｉ）の全水分量が満たされ難くなり、溶着金属の拡散性水素量が低減され難くなる。この点、本開示のフラックス入りワイヤは、温度３０℃－湿度８０％雰囲気での吸湿試験における７２時間経過後のワイヤ質量の増加割合が１００ｐｐｍ以下であってもよく、９０ｐｐｍ以下、８０ｐｐｍ以下、７０ｐｐｍ以下、６０ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下、４０ｐｐｍ以下、３０ｐｐｍ以下又は２０ｐｐｍ以下であってもよい。なお、この吸湿試験は、温度３０℃、相対湿度８０％に保持された恒温恒湿容器内にフラックス入りワイヤを入れ、７２時間保管後の質量増分から算出することができる。また、このワイヤ質量の増加割合について、理論的には、下限値は０（ゼロ）である。
　フラックス入りワイヤがこのような耐吸湿性を備えるための手段については特に制限されない。例えば、フラックス入りワイヤの鋼製外皮がシームレス形状を有する場合に高い耐吸湿性が確保され易い。なお、本技術分野における「シームレス形状」とは、鋼製外皮に隙間が無いものを指し、代表的には、鋼製外皮がシームレス鋼管を伸管して得られたもの、および、鋼製外皮が隙間なくシーム溶接されたものなどを含む概念である。シームレスワイヤにおいては、鋼製外皮がシームレス形状を有する。例えば、連続的に供給される外皮帯鋼（鋼製外皮）をＵ型に成形し、フラックスを充填した後、Ｕ形に成形された外皮帯鋼の両エッジ面を突き合わせ、重なった部分を隙間なく溶接する造管溶接（シーム溶接）を行う。これにより、鋼製外皮の内部のフラックスを密閉することができ、また、フラックスが密閉されたことで、フラックスが内部に持ち込んだ水分を除去するための高温度脱水素処理が可能になるほか、銅めっきなどの湿式表面処理を行うこともできるようになる。また同様に、シームレス鋼管の内部にフラックスを充填し、伸管することによってシームレス形状を有するフラックス入りワイヤを得ることができる。
　鋼製外皮の内部に充填されるフラックスが溶融フラックスである場合、フラックス入りワイヤの耐吸湿性がさらに向上し易い。溶融フラックスは、例えば、所定の弗化物や酸化物をアークや高周波誘導加熱で溶融させたうえで凝固させ、その後、凝固物を粉砕して非晶質の粉体としたり、ガスアトマイズ法により非晶質の粉体にすることなどによって、得ることができる。
１．４　拡散性水素量
　本開示のフラックス入りワイヤは、上述したような性状を有して、溶接金属の拡散性水素量の低減を図ることができる。本開示のフラックス入りワイヤは、例えば、ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７（鋼溶接部の水素量測定方法）に準拠して、シールドガスとしてＨ２を体積分率で１％含有し、残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて試験を行ったときの溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が５．０ｍｌ／１００ｇ以下であってもよい。同様に、ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７（鋼溶接部の水素量測定方法）に準拠して、シールドガスとしてＨ２を体積分率で３％含有し、残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて試験を行ったときの溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が１２．０ｍｌ／１００ｇ以下であってもよい。
　尚、本願において、シールドガスに含まれるＨ２の体積分率は、±０．２％の誤差を許容するものである。例えば、「Ｈ２を体積分率で１％含有するシールドガス」において、Ｈ２の体積分率は１％±０．２％であってよい。シールドガスに含まれ得るその他のガス（例えばＣＯ２）の体積分率についても同様に±０．２％の誤差を許容する。
　このように、本開示のフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行う場合、シールドガスがＨ２を含む場合でも溶着金属の拡散性水素量の増加を抑制できることから、例えば引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼材の溶接において、従来に比べて低い温度で予熱作業を実施したり、予熱作業の低減が可能になり、場合によっては、予熱作業を不要とすることもできる。加えて、溶接部での溶け込み形状の改善等を目的として、例えば、体積分率で０．０５％以上５％以下のＨ２を含有し、残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて、高強度鋼材のガスシールドアーク溶接を行うことができる。これにより溶接形状が向上して、ビードの凸化の問題等が解消できるようになる。
１．５　フラックス入りワイヤを構成するその他の成分
　本開示のフラックス入りワイヤは、例えば、溶接する鋼材の強度レベルや求める靭性の程度に応じたり、スラグの形成を考慮するなどの必要から、所定量の弗化物に加えて、金属酸化物や金属炭酸塩等を含有するようにしてもよい。すなわち、本開示のフラックス入りワイヤにおいては、公知のフラックス入りワイヤと同様に、溶接金属の化学成分や炭素当量（Ｃｅｑ）等を制御するための合金成分を含有させることができる。このような金属酸化物としては、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａの酸化物等が挙げられ、これらの複合酸化物であってもよい。また、金属炭酸塩としては、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＦｅＣＯ３、ＬｉＣＯ３等が挙げられ、これらの複合炭酸塩であってもよい。このようなワイヤ成分については、溶接する鋼材の種類や溶接作業性等を考慮して具体的に規定される。金属酸化物や金属炭酸塩等は、上記の弗化物とともに鋼製外皮の内部に充填され得る。鋼製外皮の内部に充填される成分のうち、弗化物と弗化物以外の成分（金属酸化物や金属炭酸塩等）との割合は、特に限定されるものではないが、例えば、鋼製外皮の内部に充填される成分の全体（すなわち、鋼製外皮を除いた成分の全体）を１００質量％として、弗化物の含有量が、Ｆ換算値で０．４質量％以上３２質量％以下であってもよい。
　前記フラックス入りワイヤの、前記弗化物、前記酸化物、前記金属酸化物、および前記金属炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、Ｃ：０．００１～０．２％、Ｓｉ：０．００１～２．００％、Ｍｎ：０．４～３．５％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：０～２５％、Ｎｉ：０～１６％、Ｍｏ：０．１～３．５％、Ａｌ：０．７００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５００％以下、Ｂ：０～０．０２０％、Ｍｇ：０～０．９０％、Ｂｉ：０～０．０３０％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなることが好ましい。
　そして、主たるスラグ形成剤をチタニア（ＴｉＯ２）とした場合は、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、弗化物をＦ換算値の合計で０．１１％以上２．００％未満、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ２換算の質量％で２．５０％以上８．５０％未満、その他の酸化物を合計で０．３０％以上１３．００％未満、炭酸塩を合計で２．００％以下、鉄粉を０％以上７．５％未満の範囲で含むことが好ましい。
　主たるスラグ形成剤をライム系とした場合は、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、弗化物をＦ換算値の合計で０．１１％以上、Ｔｉ酸化物をＴｉＯ２換算で０％以上２．５０％未満、その他の酸化物を合計で０．３０％以上３．５０％未満、炭酸塩を合計で０～３．５０％、鉄粉を０％以上１０．０％未満の範囲で含むことが好ましい。
　一方で、スラグをほぼ形成しないメタル系とした場合は、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、弗素化合物をＦ換算値の合計で０～０．０５０％、酸化物を合計で０．０１～０．５％、鉄粉を１．０～１２．０％の範囲で含み、Ｔｉ酸化物は添加しないことが好ましい。
　以上が本開示のフラックス入りワイヤの成分組成に関する限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅ及び不純物であってよい。Ｆｅ成分としては、鋼製外皮のＦｅ、フラックス中に含まれる鉄粉及び合金成分中のＦｅが含まれる。また、フラックス入りワイヤは、製造過程等で混入する不純物を含有してもよい。
　また、溶接時にフラックス入りワイヤの送給性を向上させるために、フラックス入りワイヤの表面に潤滑剤を塗布するようにしてもよい。フラックス入りワイヤ用の潤滑剤としては、様々な種類のものが使用でき、例えば、パーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ油）や植物油等を使用することができる。
１．６　フラックスの充填率
　本開示のフラックス入りワイヤは、例えば、以下のフラックス充填率を有していてもよい。すなわち、本開示のフラックス入りワイヤは、当該フラックス入りワイヤの全体の質量を１００％とした場合に、フラックスが８．０質量％以上を占めていてもよいし、２５．０質量％以下を占めていてもよい。また、本開示のフラックス入りワイヤの線径（直径）は、特に限定されるものではないが、例えば、０．５ｍｍ以上であってもよく、５．０ｍｍ以下であってもよい。また、本開示のフラックス入りワイヤにおける鋼製外皮の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、０．１ｍｍ以上であってもよく、２．０ｍｍ以下であってもよい。
１．７　フラックス入りワイヤの製造方法
　本開示のフラックス入りワイヤは、例えば、以下の工程を経ることで製造することができる。先ず、上述したシームレス形状のワイヤを製造する場合には、鋼製外皮となる鋼帯と、所定の含有量になるように配合したフラックスとを準備する。次いで、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オープン管（Ｕ字型）とし、これを鋼製外皮とする。鋼帯の成形の途中でオープン管の開口部からフラックスを供給する。鋼帯の成形の後に、開口部の相対するエッジ面を突合せシーム溶接し、フラックス入りの鋼管を得る。この鋼管を伸管し、伸管工程の途中又は伸管工程の完了後に鋼管を焼鈍処理する。このとき、上記の通り焼鈍条件等を工夫することでワイヤにおける全水分量を低減することができる。以上の工程により、所望の線径を有し、鋼製外皮の内部にフラックスが充填されたシームレスワイヤを得ることができる。またほかに、シームレス鋼管の内部にフラックスを充填し、伸管後に焼鈍することによっても、本開示にかかるシームレス形状を有するワイヤを製造することができる。一方、シームレス形状を有さないフラックス入りワイヤについては、オープン管の開口部からフラックスを供給した後、開口部の相対するエッジ面を突合せて管とし、その管のシーム溶接をしないまま、伸管することで得ることができる。
２．フラックス入りワイヤの用途
　本開示のフラックス入りワイヤは、例えば、Ｈ２含有ガスをシールドガスとして用いたガスシールドアーク溶接に用いられてもよい。特に、Ｈ２含有ガスをシールドガスとして用いて、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度鋼材のような水素脆化しやすい鋼材をガスシールドアーク溶接する場合により好適に用いられる。ただし、本開示のフラックス入りワイヤは、これ以外の鋼材の溶接に用いてもよいし、Ｈ２が添加されないシールドガスを用いたガスシールドアーク溶接やシールドガスを用いないセルフシールドアーク溶接、サブマージアーク溶接等に用いてもよい。特に、本開示のフラックス入りワイヤは、低温割れ感受性が高い鋼材を溶接する場合でも、予熱を行わずに、又は予熱を著しく軽減しながら低温割れの発生を抑制することができる。
３．溶接継手の製造方法
　本開示のフラックス入りワイヤを用いて鋼材のガスシールドアーク溶接を行うことで、溶接継手を製造することができる。本開示の溶接継手の製造方法は、例えば、上記のフラックス入りワイヤを用いて、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼材のガスシールドアーク溶接を行うこと、を含んでいてもよい。より具体的には、体積分率で０．０５％以上５％以下のＨ２を含有して残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いてガスシールドアーク溶接を行うこと、を含んでいてもよい。溶接対象である鋼材の種類やシールドガスの種類については特に限定されない。
　次に、実施例及び比較例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。
　先ず、フラックスの作製方法としては、溶融型と非溶融型の２種類を採用した。このうち、溶融型のフラックス作製方法では、所定の酸化物及び弗化物をアーク溶解し、るつぼに取り出して粉砕することで、粉体として仕上げた。それらを金属成分と混合し、溶融型のフラックス素材とした。一方の非溶融型のフラックス作製方法では、所定の酸化物、弗化物、及び金属の粉体を混合し、珪酸ナトリウムや珪酸カリウムの水溶液からなる粘結剤を加えて混合して、乾燥させて粉体状にさせることで、非溶融型のフラックス素材とした。そして、それぞれのフラックス素材を３５０℃にて１～１０時間で熱処理した後、次のような２種類のワイヤ作製方法によりフラックスを充填して、フラックスワイヤとした。
　ひとつはシームレス型のワイヤ作製方法である。このシームレス型では、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し、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給して、開口部の相対するエッジ面を突合わせ、スリット状の隙間を溶接することで、スリット状の隙間のない管とした。そして、造管したワイヤの伸線作業の途中で６００～８００℃の温度範囲で１～１０時間で保持し、その後炉冷する焼鈍を加え、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを得た。焼鈍条件を工夫することで、ワイヤに含まれる全水分量を調整した。具体的には、フラックス入りワイヤに対して、６００℃以上で３０分以上に亘って熱処理を施すことで、全水分量を１００ｐｐｍ以下にまで低減できた。尚、熱処理温度が５００℃である場合は、熱処理時間を１０時間としても全水分量は１００ｐｐｍ超であった。もうひとつは巻締め型のワイヤ作製方法である。巻締め型では、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し、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給して、ロール圧延機による伸線加工による巻締めを行い、隙間がある最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを得た。これらフラックス入りワイヤ（ワイヤ番号１～４０）の構成を表１－１、表１－２、表１－３及び表１－４に示す。
　表１－１、表１－２に示された各弗化物の含有量、各酸化物の含有量、及び炭酸塩の含有量はフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％である。ここで、酸化物の含有量は所定の酸化物の換算値で表しており、具体的には次のとおりである。すなわち、Ｔｉ酸化物はＴｉＯ２、Ｓｉ酸化物はＳｉＯ２、Ｚｒ酸化物はＺｒＯ２、Ｆｅ酸化物はＦｅＯ、Ｍｎ酸化物はＭｎＯ２、Ａｌ酸化物はＡｌ２Ｏ３、Ｎａ酸化物はＮａＯ、Ｍｇ酸化物はＭｇＯ、及びＣａ酸化物はＣａＯを表す。また、Ｆ換算値は上述した式（１）より求めた値である。更に、フラックス充填率は、フラックス入りワイヤにおけるフラックスの質量割合を表す。更にまた、炭酸塩の含有量は各炭酸塩を合計した合計量を表す。一方、表１－３、表１－４では、合金成分として含まれる各元素の含有量をフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％で示している。なお、表に開示されたフラックス入りワイヤの残部（すなわち、表１－１、１－２、表１－３及び表１－４に開示された各成分以外の成分）は、鉄及び不純物であった。また、表に開示された各ワイヤ番号のフラックス入りワイヤは、それぞれ潤滑油として植物油を塗布した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　上記で得られたフラックス入りワイヤについて、それぞれの性状を次のようにして評価した。先ず、ワイヤ全質量に対する割合での全水分量は、ＪＩＳ Ｋ００６８：２００１に準拠したカールフィッシャー法（KF法）により測定した。測定試料としてフラックス入りワイヤを１～２ｍｍの長さに切断して、切断片を計１～５ｇ採取した。この測定試料を９００℃に加熱した炉内に装入し、気化させた水分を電量滴定法にて測定した。また、フラックス入りワイヤの質量増加割合は、作製したフラックス入りワイヤを１ｋｇ用意し、温度３０℃、相対湿度８０％に保持された恒温恒湿容器内に７２時間保管したときの保管後の質量増分から算出した。
　一方で、これらのフラックス入りワイヤを用いて溶接したときの溶着金属の質量当たりの拡散性水素量の測定は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７（鋼溶接部の水素量測定方法）に準拠したガスクロマトグラフ法にて実施した。溶接の際、シールドガスとしては、炭酸ガス（ＣＯ２）１００ｖｏｌ.％の場合、１ｖｏｌ.％の水素ガス（Ｈ２）を含むように調整したＨ２とＣＯ２との混合ガスの場合、及び、３ｖｏｌ.％のＨ２を含むように調整したＨ２とＣＯ２との混合ガスの場合の３種類で評価した。また、溶接条件としては、表２に記載の範囲で実施した。尚、拡散性水素量の測定用の母材としては、質量％で、Ｃ：０．１４％、Ｓｉ：０．２０％、Ｍｎ：０．７６％、Ｐ：０．０２０％、Ｓ：０．００８％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物からなる鋼板を用いた。これらの評価に基づくフラックス入りワイヤの性状について、結果を表３－１、表３－２にまとめて示す。ここで、表３－１、表３－２では、各フラックス入りワイヤでのフラックスの作製方法、ワイヤの作製方法を併せて示している。また、上記拡散性水素量の測定結果について、炭酸ガス（ＣＯ２）１００vol.％のシールドガスを用いたときに溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が４．０ｍｌ／１００ｇを超える場合、１ｖｏｌ.％の水素ガス（Ｈ２）とＣＯ２との混合ガスからなるシールドガスを用いたときに溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が５．０ｍｌ／１００ｇを超える場合、３ｖｏｌ.％の水素ガス（Ｈ２）とＣＯ２との混合ガスからなるシールドガスを用いたときに溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が１２．０ｍｌ／１００ｇを超える場合には、表３－２において数値に下線を付してある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　また、各フラックス入りワイヤを用いて、平坦な鋼材の上面にビード溶接を行った。ここで、溶接条件は表４の通りとした。また、鋼材はＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１５に規定されるＳＭ４００Ａを用いた。鋼材の寸法は厚さ１２ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ３００ｍｍとし、溶接ビードは２００ｍｍ作製した。外観の目視調査により正常なビードが形成できないものをＤとし、正常なビードが形成できるものの、溶け込み深さをビード幅で除した値が０．３未満となるものをＣとし、正常なビードが形成でき、かつ溶け込み深さをビード幅で除した値が０．３以上０．６未満となるものをＢとし、正常なビードが形成でき、かつ溶け込み深さをビード幅で除した値が０．６以上０．９未満となるものをＡとして評価した。結果は表３－２に示した通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　ワイヤ番号１～２０のフラックス入りワイヤでは、いずれのシールドガスを用いた場合でもビード形状は良好であった。特に、３ｖｏｌ.％のＨ２とＣＯ２との混合ガスの場合には、溶け込み深さをビード幅で除した値がより大きくなり、熱が集中して溶接部での溶け込み形状をより理想的にしながら、拡散性水素量を抑えることができる。一方で、ワイヤ番号２１～３２のフラックス入りワイヤではビードの形状が安定せずに、ＣＯ２ガス１００ｖｏｌ.％のシールドガスの場合には、正常なビードを形成することができなかった。更に、ワイヤ番号３３～４０のフラックス入りワイヤでは、正常なビードを形成することはできても溶接金属での拡散性水素量を抑えることはできなかった。なお、図１には、これらのフラックス入りワイヤのワイヤ全質量に対する割合での全水分量とワイヤ全質量に対するＦ換算値の合計との関係がグラフで示されている。
　尚、上記のフラックス入りワイヤのうち、いくつかのワイヤを用いて、引張強さが７８０ＭＰａ以上である鋼材（ＷＥＳ　３００１に規定されるＨＷ６８５）に対して同様にビード溶接を行ったところ、上記のＳＭ４００Ａを用いた場合とほぼ同様の結果が得られた。すなわち、当業者からすれば、溶接ビードの評価に関して、鋼材としてＳＭ４００Ａを用いた場合でもＨＷ６８５を用いた場合でも、同様の結果が得られることが明らかである。
　また、得られたフラックス入りワイヤに関して、ＪＩＳ Ｚ ３１８４：２００３に規定される化学分析用溶着金属の作製方法及び試料の採取方法に従い、溶接金属の成分を分析した。結果は表５－１、表５－２に示した通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010

Claims (9)

  1. 　鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を有するフラックス入りワイヤであって、
    　ワイヤ全質量に対する割合での全水分量が３００ｐｐｍ以下であり、
    　前記フラックスが弗化物を含有し、
    　ワイヤ全質量に対する割合での前記弗化物の量がＦ換算値の合計で０．１１質量％以上２．５０質量％以下である、
    　ことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
  2. 　温度３０℃－湿度８０％雰囲気での吸湿試験における７２時間経過後のワイヤ質量の増加割合が１００ｐｐｍ以下である、
    　請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
  3. 　ワイヤ全質量に対する割合での全水分量が１００ｐｐｍ以下である、
    　請求項１又は２に記載のフラックス入りワイヤ。
  4. 　ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７に準拠して、シールドガスとしてＨ２を体積分率で１％含有し、残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて試験を行ったときの溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が５．０ｍｌ／１００ｇ以下である、
    　請求項１～３のいずれかに記載のフラックス入りワイヤ。
  5. 　ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７に準拠して、シールドガスとしてＨ２を体積分率で３％含有し、残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて試験を行ったときの溶着金属の質量当たりの拡散性水素量が１２．０ｍｌ／１００ｇ以下である、
    　請求項１～４のいずれかに記載のフラックス入りワイヤ。
  6. 　前記鋼製外皮がシームレス形状を有する、
    　請求項１～５のいずれかに記載のフラックス入りワイヤ。
  7. 　Ｈ２含有ガスをシールドガスとして用いたガスシールドアーク溶接に用いられる、
    　請求項１～６のいずれかに記載のフラックス入りワイヤ。
  8. 　請求項１～７のいずれかに記載のフラックス入りワイヤを用いて、引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼材のガスシールドアーク溶接を行うこと、
    　を含む、溶接継手の製造方法。
  9. 　体積分率で０．０５％以上５％以下のＨ２を含有して残部がＣＯ２及び不純物からなるシールドガスを用いて前記ガスシールドアーク溶接を行うこと、
    　を含む、請求項８に記載の溶接継手の製造方法。
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