WO2022130905A1 - フラックス入りワイヤ - Google Patents

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WO2022130905A1
WO2022130905A1 PCT/JP2021/042699 JP2021042699W WO2022130905A1 WO 2022130905 A1 WO2022130905 A1 WO 2022130905A1 JP 2021042699 W JP2021042699 W JP 2021042699W WO 2022130905 A1 WO2022130905 A1 WO 2022130905A1
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WO
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wire
less
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respect
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PCT/JP2021/042699
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French (fr)
Inventor
啓史 馬庭
良彦 北川
正道 鈴木
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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Publication date
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Priority to EP21906268.4A priority patent/EP4265370A1/en
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Definitions

  • the present invention relates to a flux-cored wire.
  • gas is liquefied at a low temperature and stored in a tank in order to improve the efficiency of transportation and storage. Therefore, the structural members of the storage tank are required to have low temperature toughness in the liquefaction temperature range of the gas to be stored.
  • a structural member such as a storage tank for liquefied ethylene gas, a 5% Ni steel sheet having good tensile strength and low temperature toughness is used.
  • a Ni-based alloy welding material is often used as the welding material for the 5% Ni steel sheet, but a stainless steel welding material, which is cheaper than the Ni-based alloy, is also used.
  • Patent Document 1 discloses a wire containing stainless steel flux for a 5% Ni steel sheet.
  • the flux-cored wire is improved in low temperature toughness by adjusting the components of the weld metal so as to have a complete austenite structure.
  • the storage tank for liquefied natural gas is required to have toughness characteristics in a lower temperature range than the tank for liquefied ethylene gas, so it has better low temperature toughness and higher strength than 5% Ni steel sheet. % Ni steel sheet is used.
  • a Ni-based alloy welding material is generally used as the welding material, but if the stainless steel welding material can be applied, the cost can be reduced.
  • the stainless steel flux-cored wire described in Patent Document 1 cannot be used because the strength may be insufficient for a 9% Ni steel sheet.
  • good welding workability is also required at the time of arc welding.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned situation, and is a flux-welded wire capable of obtaining a weld metal having good welding workability at the time of gas shielded arc welding and excellent tensile strength and low temperature toughness.
  • the purpose is to provide.
  • the present inventors control the ratio of the austenite phase and the ferrite phase in the weld metal by defining the components in the flux-containing wire within a predetermined range, and solidify them. It has been found that the tensile strength and low temperature toughness can be improved by setting the morphology to F mode, which is a ferrite single-phase solidification, and precipitating fine Widmanstentten austenite.
  • the present invention has been made based on these findings.
  • a flux-cored wire for gas shielded arc welding in which the outer skin is filled with flux for the total mass of the wire Fe: 40% by mass or more and 70% by mass or less, Cr: 15.0% by mass or more and 25.0% by mass or less, Ni: 5.0% by mass or more and 11.0% by mass or less, Si: 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less, Mn: 0.5% by mass or more and 5.0% by mass or less, Total amount of Na and K: 0.05% by mass or more and 1.0% by mass or less, TiO 2 : 3.0% by mass or more and 9.0% by mass or less, ZrO 2 : More than 1.0% by mass and less than 4.0% by mass, Al 2 O 3 : Containing 0.3% by mass or more and 2.0% by mass or less, C: Less than 0.015% by mass, Ti: 1.0% by mass or less, Mo: 2.0% by mass or less, Cu: 0.5% by mass or less, Al: 0.9% by mass or less, N: 0.040% by mass or less
  • the Si content with respect to the total mass of the wire is [Si] by mass%
  • the Cr content with respect to the total mass of the wire is [Cr] with mass%
  • the Mo content with respect to the total mass of the wire is [Mo] with mass%
  • the total mass of the wire is [Si] by mass%
  • the Ti content with respect to the total mass of the wire is [Ti]
  • the C content with respect to the total mass of the wire is [C] with respect to the total mass of the wire
  • the N content with respect to the total mass of the wire is [N] with respect to the total mass of the wire
  • the Mn content with respect to the total mass of the wire is When the mass% is [Mn]
  • the Cu content with respect to the total mass of the wire is [Cu] by mass%
  • the Ni content with respect to the total mass of the wire is [Ni] by mass%.
  • one embodiment relating to the flux-cored wire is as follows.
  • Bi For the total mass of the wire Bi: It is characterized by containing 0.001% by mass or more and 0.10% by mass or less.
  • a flux-containing wire capable of obtaining a weld metal having good welding workability at the time of gas shielded arc welding and excellent tensile strength and low temperature toughness.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the tensile strength of the invention example and the comparative example and ⁇ .
  • the flux-cored wire (hereinafter, also simply referred to as “wire”) according to the present embodiment has a steel outer skin filled with flux.
  • the outer diameter of the wire is not particularly limited, but is preferably 0.9 mm or more and 1.6 mm or less, for example.
  • the flux filling rate can be set to any value as long as the content of each element in the wire is within the range of the present invention, but from the viewpoint of wire drawability and wire feedability at the time of wire production. For example, it is preferably 10% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the total mass of the wire.
  • the wire has no limitation on the shape of the seam and the shape of the cross section, such as when the outer skin has a seam or when the wire has no seam.
  • the wire according to this embodiment can be used for gas shielded arc welding, for example, using 100% by volume CO 2 gas as a shield gas.
  • Fe 40% by mass or more and 70% by mass or less> Fe is the main component of the wire according to this embodiment.
  • the Fe content with respect to the total mass of the wire is 40% by mass or more, preferably 45% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more.
  • the Fe content with respect to the total mass of the wire is 70% by mass or less, preferably 67.5% by mass or less, and more preferably 65% by mass or less.
  • Cr 15.0% by mass or more and 25.0% by mass or less> Cr is an important component that determines the amount of ferrite in the weld metal, and is also an important element in the oxidation resistance of the weld metal, the stability of ferrite, and the suppression of embrittlement behavior due to thermal cycles. If the Cr content with respect to the total mass of the wire is less than 15.0% by mass, it becomes insufficient to obtain a weld metal having a high ferrite structure. Therefore, the Cr content with respect to the total mass of the wire is 15.0% by mass or more, preferably 15.5% by mass or more, and more preferably 16.0% by mass or more.
  • the Cr content with respect to the total mass of the wire exceeds 25.0 mass%, the embrittlement tendency due to the multiple thermal cycles during welding becomes remarkable. Therefore, the Cr content with respect to the total mass of the wire is 25.0% by mass or less, preferably 24.5% by mass or less, and more preferably 24.0% by mass or less.
  • Ni is an important component that determines the amount of ferrite in the weld metal, and is also an important element in the oxidation resistance of the weld metal, the stability of austenite, and the suppression of embrittlement behavior due to the thermal cycle. .. If the Ni content with respect to the total mass of the wire is less than 5.0% by mass, it is insufficient to obtain a weld metal having a high austenite structure. Therefore, the Ni content with respect to the total mass of the wire is preferably 5.0% by mass or more, preferably 5.5% by mass or more, and more preferably 6.0% by mass or more.
  • the Ni content with respect to the total mass of the wire exceeds 11.0% by mass, it becomes difficult to secure the ferrite amount considered to be necessary in the present invention. Therefore, the Ni content with respect to the total mass of the wire is 11.0% by mass or less, preferably 10.8% by mass or less, and more preferably 10.6% by mass or less.
  • Si 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less>
  • Si is an important element as a deoxidizing agent for weld metals and is a component having an effect of improving the familiarity of weld beads. If the Si content with respect to the total mass of the wire is less than 0.5% by mass, it causes insufficient deoxidation, causes pore defects such as blow holes, and causes a decrease in toughness of the weld metal. Therefore, the Si content with respect to the total mass of the wire is 0.5% by mass or more, preferably 0.6% by mass or more, and more preferably 0.8% by mass or more.
  • the Si is a ferrite stabilizing element, but if it is added in an excessive amount in the wire, the toughness decreases even if the amount of ferrite is the same. Therefore, the Si content with respect to the total mass of the wire is 3.0% by mass or less, preferably 2.5% by mass or less, and more preferably 2.0% by mass or less. In the present embodiment, the Si content represents the content of all Si derived from Si simple substance, Si compound and Si alloy contained in the wire.
  • Mn is an important element as a deoxidizing agent for weld metals. If the Mn content with respect to the total mass of the wire is less than 0.5% by mass, it may cause insufficient deoxidation, cause pore defects such as blow holes, or reduce the toughness of the weld metal. .. Therefore, the Mn content with respect to the total mass of the wire is 0.5% by mass or more, preferably 1.0% by mass or more, and more preferably 1.5% by mass or more. On the other hand, if the Mn content with respect to the total mass of the wire exceeds 5.0% by mass, the slag peelability may decrease. Therefore, the Mn content with respect to the total mass of the wire is 5.0% by mass or less, preferably 4.0% by mass or less, and more preferably 3.0% by mass or less.
  • ⁇ Total amount of Na and K 0.05% by mass or more and 1.0% by mass or less>
  • Na and K are components having an effect of stabilizing the arc, and a good bead shape can be obtained by adding them in an appropriate amount in the wire. If the total amount of Na and K with respect to the total mass of the wire is less than 0.05% by mass, a good bead shape cannot be obtained. Therefore, the total amount of Na and K with respect to the total mass of the wire is 0.05% by mass or more, preferably 0.10% by mass or more, and more preferably 0.50% by mass or more. On the other hand, when the total amount of Na and K with respect to the total mass of the wire exceeds 1.0% by mass, the low temperature toughness decreases.
  • the total amount of Na and K with respect to the total mass of the wire is 1.0% by mass or less, preferably 0.9% by mass or less, and more preferably 0.8% by mass or less. It should be noted that both Na and K may be contained in the wire, or only one of them may be contained in the wire, and the total amount thereof is 0.05% by mass or more and 1.0% by mass or less. good.
  • TiO 2 is a component that is added to the wire as a slag forming agent and has an effect of forming a slag having good encapsulation. If the TiO 2 content with respect to the total mass of the wire is less than 3.0% by mass, the slag encapsulation property deteriorates. Therefore, the TiO 2 content with respect to the total mass of the wire is preferably 3.0% by mass or more, preferably 5.0% by mass or more, and more preferably 7.0% by mass or more.
  • the TiO 2 content with respect to the total mass of the wire exceeds 9.0 mass%, the amount of slag generated becomes excessive, and slag entrainment is likely to occur in the welded portion. Therefore, the TiO 2 content with respect to the total mass of the wire is 9.0% by mass or less, preferably 8.5% by mass or less, and more preferably 8.0% by mass or less. In this embodiment, the TiO 2 content is a TiO 2 conversion value of the Ti compound.
  • ZrO 2 is a high melting point oxide, which is a component for adjusting the viscosity and melting point of slag, and has an effect of raising the solidification temperature of slag and improving the bead shape at the time of welding. If the ZrO 2 content with respect to the total mass of the wire is 1.0% by mass or less, the bead shape becomes poor. Therefore, the ZrO 2 content with respect to the total mass of the wire is preferably more than 1.0% by mass, preferably 1.3% by mass or more, and more preferably 1.6% by mass or more.
  • the ZrO 2 content with respect to the total mass of the wire exceeds 4.0% by mass, the melting point of the molten slag may become excessive and the bead appearance and bead shape may deteriorate. Therefore, the ZrO 2 content with respect to the total mass of the wire is 4.0% by mass or less, preferably 3.0% by mass or less, and more preferably 2.0% by mass or less.
  • the ZrO 2 content is defined as a ZrO 2 conversion value of all Zr contained in Zr simple substance, Zr alloy and Zr compound.
  • Al 2 O 3 is a component having an effect of increasing the viscosity of the molten slag, improving the fluidity, and improving the bead appearance and the bead shape. If the Al 2 O 3 content with respect to the total mass of the wire is less than 0.3% by mass, the bead appearance and the bead shape cannot be kept good, and in particular, the workability of vertical welding is deteriorated. Therefore, the Al 2 O 3 content with respect to the total mass of the wire is 0.3% by mass or more, preferably 0.6% by mass or more, and more preferably 0.9% by mass or more.
  • the Al 2 O 3 content with respect to the total mass of the wire exceeds 2.0% by mass, the viscosity of the molten slag becomes too high and the bead shape becomes poor. Therefore, the Al 2 O 3 content with respect to the total mass of the wire is 2.0% by mass or less, preferably 1.5% by mass or less, and more preferably 1.0% by mass or less. In this embodiment, the Al 2 O 3 content is an Al 2 O 3 conversion value of the Al compound.
  • the C content with respect to the total mass of the wire is preferably less than 0.015% by mass, preferably 0.012% by mass or less, and more preferably 0.009% by mass or less.
  • Ti is not an essential component in the wire of the present embodiment, but since it is an element having a deoxidizing action, Ti can be contained in the wire as an optional component.
  • the Ti content with respect to the total mass of the wire exceeds 1.0% by mass, carbon in the weld metal increases due to the effect as a strong deoxidizing agent, and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, the Ti content with respect to the total mass of the wire is 1.0% by mass or less, preferably 0.8% by mass or less, and more preferably 0.6% by mass or less.
  • the lower limit of the Ti content with respect to the total mass of the wire is not particularly limited and may be 0% by mass, but may be 0.001% by mass or more. Further, in the present embodiment, the Ti content is the total amount of Ti contained in the Ti simple substance and the Ti alloy.
  • Mo is not an essential component in the wire of the present embodiment, but Mo can be contained in the wire as an optional component for the purpose of improving the strength of the weld metal.
  • Mo content with respect to the total mass of the wire exceeds 2.0% by mass, the low temperature toughness decreases. Therefore, the Mo content with respect to the total mass of the wire is 2.0% by mass or less, preferably 1.8% by mass or less, and more preferably 1.6% by mass or less.
  • the lower limit of the Mo content with respect to the total mass of the wire is not particularly limited and may be 0% by mass, but may be 0.001% by mass or more.
  • Cu is not an essential component in the wire of the present embodiment, but Cu can be contained in the wire as an optional component for the purpose of stabilizing the austenite structure.
  • the Cu content with respect to the total mass of the wire exceeds 0.5% by mass, the low temperature toughness decreases. Therefore, the Cu content with respect to the total mass of the wire is 0.5% by mass or less, preferably 0.3% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or less.
  • the lower limit of the Cu content with respect to the total mass of the wire is not particularly limited and may be 0% by mass, but may be 0.001% by mass or more.
  • Al is not an essential component in the wire of the present embodiment, but since it is an element having a deoxidizing action, Al can be contained in the wire as an optional component.
  • the Al content with respect to the total mass of the wire exceeds 0.9% by mass, the solidified structure of ferrite changes from columnar crystals to equiaxed crystals, and the shape of austenite produced thereafter changes from Widmansttenten-like to granular. , The toughness is lowered and the slag removability is deteriorated. Therefore, the Al content with respect to the total mass of the wire is 0.9% by mass or less, preferably 0.6% by mass or less, and more preferably 0.2% by mass or less.
  • the lower limit of the Al content with respect to the total mass of the wire is not particularly limited and may be 0% by mass, but may be 0.001% by mass or more.
  • the Al content is the total amount of Al contained in the simple substance of Al and the Al alloy.
  • N 0.040% by mass or less>
  • N is not an essential component in the wire of the present embodiment, it is an element having an effect of improving the strength of the weld metal, lowering the surface tension and improving the familiarity of the bead, and therefore N is contained in the wire as an optional component. Can be made to.
  • the N content with respect to the total mass of the wire exceeds 0.040% by mass, the surface tension of the molten metal becomes too low, spatter increases, the bead shape deteriorates, and the slag peelability also deteriorates. Therefore, the N content with respect to the total mass of the wire is 0.040% by mass or less, preferably 0.030% by mass or less, and more preferably 0.020% by mass or less.
  • the lower limit of the N content with respect to the total mass of the wire is not particularly limited and may be 0% by mass, but may be 0.001% by mass or more.
  • F is not an essential component in the wire of the present embodiment, it is an element having an effect of increasing the viscosity of the molten slag, improving the fluidity, and improving the bead appearance and the bead shape.
  • the lower limit of the F content with respect to the total mass of the wire is not particularly limited and may be 0% by mass, but may be 0.001% by mass or more.
  • the content of each of the above elements is appropriately controlled, and ⁇ calculated by the following formula (I) is controlled based on the amount of each alloy element contained in the wire to control the weld metal. Can be maintained at a predetermined amount of ferrite to obtain desired strength and toughness. If ⁇ calculated by the formula (I) is less than 10.0, the amount of ferrite is insufficient and the strength of the weld metal is insufficient. Therefore, ⁇ is preferably 10.0 or more, preferably 12.0 or more, and more preferably 24.0 or more.
  • ⁇ is preferably 30.0 or less, and preferably 29.0 or less.
  • the Si content with respect to the total mass of the wire is [Si] by mass%
  • the Cr content with respect to the total mass of the wire is [Cr] with mass%
  • the Mo content with respect to the total mass of the wire is [Mo] with mass%
  • the total mass of the wire is [Si] by mass%
  • the Ti content with respect to the total mass of the wire is [Ti]
  • the C content with respect to the total mass of the wire is [C] with respect to the total mass of the wire
  • the N content with respect to the total mass of the wire is [N] with respect to the total mass of the wire
  • the Mn content with respect to the total mass of the wire is When the mass% is [Mn]
  • the Cu content with respect to the total mass of the wire is [Cu] by mass%
  • the Ni content with respect to the total mass of the wire is [Ni] by mass%.
  • the wire according to this embodiment may further contain Bi.
  • Bi is a component having an effect of improving the slag peelability, but if it is excessively contained in the wire, Bi segregates in the final solidification region of the weld metal, and the high temperature crack resistance of the weld metal deteriorates.
  • the Bi content with respect to the total mass of the wire is preferably 0.001% by mass or more, and more preferably 0.01% by mass or more.
  • the Bi content with respect to the total mass of the wire is 0.10% by mass or less, deterioration of the high temperature crack resistance of the weld metal can be suppressed. Therefore, the Bi content with respect to the total mass of the wire is preferably 0.10% by mass or less, and more preferably 0.08% by mass or less.
  • the Bi content is the total Bi content contained in the Bi simple substance, the Bi alloy, and the Bi compound.
  • the wire according to the present embodiment contains unavoidable impurities in the range of 2.0% by mass or less as the balance of components other than the above. Further, the remaining portion of the wire may contain C Cincinnati, V, W, etc. in the range of 1.0% by mass or less, respectively.
  • the wire according to this embodiment includes Fe, Cr, Ni, Si, Mn, Na and K, TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , C, Ti, Mo, Cu, Al, N and F in total. It is preferably contained in an amount of 90% by mass or more, more preferably 93% by mass or more, further preferably 95% by mass or more, and particularly preferably 98% by mass or more.
  • the chemical composition of the wire was adjusted to various contents, and a flux-cored wire for gas shielded arc welding having a diameter of 1.20 mm was produced.
  • Tensile strength was evaluated, and V-notch test pieces were taken and low temperature toughness was evaluated by Charpy impact test at -196 ° C.
  • As the evaluation criteria for mechanical properties those with a tensile strength of 640 MPa or more and a Charpy impact value of 25 J or more at -196 ° C were evaluated as ⁇ (good), and among these, the tensile strength was 670 MPa or more. The ones that were given were marked as ⁇ (excellent). Further, those having a tensile strength of less than 640 MPa or a Charpy impact value of less than 25 J at -196 ° C. were defined as x (defective).
  • the bead shape was evaluated according to AWS A5.22 15.2.2.
  • As the evaluation criteria for the bead shape those satisfying the above-mentioned AWS standard judgment criteria were evaluated as ⁇ (good), and those not satisfying the above-mentioned criteria and having a convex bead shape were evaluated as x (poor).
  • ⁇ Evaluation of slag peelability> The slag peelability was evaluated by giving a slight impact to the welded joint with a hammer and confirming the slag peeling. As the evaluation criteria for slag peelability, ⁇ (good) indicates that the slag spontaneously peels off or the slag peels off due to a slight impact, and ⁇ (good) indicates that the slag does not peel off due to seizure on the surface of the bead. Defective).
  • [Si] is a value expressing the Si content with respect to the total mass of the wire in mass%
  • [Cr] is a value expressing the Cr content with respect to the total mass of the wire in mass%
  • [Mo] is a value expressing the Mo content with respect to the total mass of the wire in mass%
  • [Ti] is a value expressing the Ti content with respect to the total mass of the wire in mass%
  • [C] is a value expressing the entire wire.
  • [N] is a value expressing the N content with respect to the total mass of the wire in mass%
  • [Mn] is a value expressing the Mn content with respect to the total mass of the wire by mass.
  • % [Cu] is a value expressing the Cu content with respect to the total mass of the wire in mass%
  • [Ni] is a value expressing the Ni content with respect to the total mass of the wire in mass%.
  • the wire No. which is an example of the invention.
  • the wire component and ⁇ obtained by the formula (1) are within the range of the present invention, the mechanical properties and the welding workability are excellent.
  • the wire No. which is a comparative example.
  • the content of each component was within the range of the present invention, but the ⁇ calculated by the mathematical formula (I) exceeded the upper limit of the range of the present invention, so that the low temperature toughness was lowered.
  • Wire No. 13 which is a comparative example.
  • the content of Cr, Ni and C in the wire exceeded the upper limit of the range of the present invention, and ⁇ exceeded the upper limit of the range of the present invention, so that the low temperature toughness was significantly reduced.
  • Wire No. which is a comparative example.
  • the wire No. No. 16 since the Al 2 O 3 content in the wire is less than the lower limit of the range of the present invention, the bead shape and the slag peeling property in the vertical fillet welding are poor, and the slag peeling property in the horizontal fillet welding is poor. Was also bad.
  • the wire No. No. 16 also had reduced low temperature toughness.
  • Wire No. which is a comparative example.
  • the Al content in the wire exceeds the upper limit of the range of the present invention, the bead shape and slag peelability in vertical fillet welding are poor, and the slag peelability in horizontal fillet welding is also poor. It became.
  • These wires also had reduced low temperature toughness.
  • Wire No. which is a comparative example.
  • the Mo content in the wire exceeded the upper limit of the range of the present invention, so that the low temperature toughness was lowered.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the tensile strength and ⁇ of the wires of the invention example and the comparative example when the vertical axis is the tensile strength (MPa) and the horizontal axis is ⁇ .
  • the broken line shown in FIG. 1 is an approximate straight line in which each point is linearly approximated. As shown in FIG. 1, it was shown that the tensile strength decreased as the value of ⁇ calculated by the mathematical formula (I) became smaller.
  • a weld metal having a good bead shape and slag peelability and an excellent balance between tensile strength and low temperature toughness can be obtained. I was able to.

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Abstract

ガスシールドアーク溶接時における溶接作業性が良好であり、引張強度及び低温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を提供する。外皮にフラックスが充填されているガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤは、各化学成分を適切に制御するとともに、下記数式（Ｉ）により算出されるθが１０．０以上３０．０以下である。θ＝４．１×α－３．２×γ－３２．３　・・・（Ｉ）　但し、ワイヤ全質量に対するＳｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃ、Ｎ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉの含有量を、それぞれ、質量％で［Ｓｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｔｉ］、［Ｃ］、［Ｎ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］としたとき、α＝０．０２×［Ｓｉ］＋［Ｃｒ］＋１．２０×［Ｍｏ］＋０．３×［Ｔｉ］＋０．３０、γ＝２４×［Ｃ］＋２８×［Ｎ］＋０．２５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ｃｕ］＋１．１０×［Ｎｉ］とする。

Description

フラックス入りワイヤ
　本発明は、フラックス入りワイヤに関する。
　一般的に、ガスは輸送・保管の効率を上げるため、低温で液化してタンクに貯蔵されるため、貯蔵タンクの構造部材には貯蔵するガスの液化温度域における低温靱性が求められる。
　液化エチレンガス用の貯蔵タンク等の構造部材としては、引張強度及び低温靱性が良好な５％Ｎｉ鋼板が使用されている。５％Ｎｉ鋼板の溶接材料には、Ｎｉ基合金溶接材料が使用されることが多いが、Ｎｉ基合金よりも低コストであるステンレス鋼の溶接材料も使用されている。
　ここで、特許文献１には、５％Ｎｉ鋼板用のステンレス鋼フラックス入りワイヤが開示されている。このフラックス入りワイヤは、完全オーステナイト組織となるように溶接金属の成分の調整を行うことにより、低温靱性の向上を図っている。
日本国特許第６７１９２１７号公報
　一方、液化天然ガス用の貯蔵タンクにおいては、液化エチレンガス用のタンクよりもさらに低い温度域での靱性特性が要求されるため、５％Ｎｉ鋼板よりも低温靱性に優れ、かつ高強度な９％Ｎｉ鋼板が使用されている。
　５％Ｎｉ鋼板同様、９％Ｎｉ鋼板においても、溶接材料にはＮｉ基合金溶接材料が使用されることが一般的であるが、ステンレス鋼溶接材料が適用できれば低コスト化が可能である。
　しかしながら、特許文献１に記載のステンレス鋼フラックス入りワイヤは、９％Ｎｉ鋼板用としては強度が不足することがあるため、使用出来ない。また、高温割れの発生を防止するためには完全オーステナイト組織ではなく、ある程度のフェライト相を含むことが望ましい。さらに、フラックス入りワイヤにおいては、アーク溶接時において、良好な溶接作業性も求められている。
　本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、ガスシールドアーク溶接時における溶接作業性が良好であり、引張強度及び低温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検討した結果、フラックス入りワイヤ中の成分を所定の範囲に規定することによって、溶接金属中のオーステナイト相とフェライト相の割合を制御し、凝固形態をフェライト単相凝固であるＦモードにしたうえで、微細なウィドマンステッテンオーステナイトを析出させることで、引張強度と低温靱性を向上させ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。
　本発明の上記目的は、フラックス入りワイヤに係る下記［１］の構成により達成される。
［１］　外皮にフラックスが充填されているガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、
　ワイヤ全質量に対して、
　Ｆｅ：４０質量％以上７０質量％以下、
　Ｃｒ：１５．０質量％以上２５．０質量％以下、
　Ｎｉ：５．０質量％以上１１．０質量％以下、
　Ｓｉ：０．５質量％以上３．０質量％以下、
　Ｍｎ：０．５質量％以上５．０質量％以下、
　Ｎａ及びＫの総量：０．０５質量％以上１．０質量％以下、
　ＴｉＯ２：３．０質量％以上９．０質量％以下、
　ＺｒＯ２：１．０質量％超４．０質量％以下、
　Ａｌ２Ｏ３：０．３質量％以上２．０質量％以下、を含有し、
　Ｃ：０．０１５質量％未満、
　Ｔｉ：１．０質量％以下、
　Ｍｏ：２．０質量％以下、
　Ｃｕ：０．５質量％以下、
　Ａｌ：０．９質量％以下、
　Ｎ：０．０４０質量％以下、
　Ｆ：０．３０質量％以下、であるとともに、
　下記数式（Ｉ）により算出されるθが１０．０以上３０．０以下であることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
　θ＝４．１×α－３．２×γ－３２．３　　　　・・・（Ｉ）
　但し、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量を質量％で［Ｓｉ］、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量を質量％で［Ｃｒ］、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量を質量％で［Ｍｏ］、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量を質量％で［Ｔｉ］、ワイヤ全質量に対するＣ含有量を質量％で［Ｃ］、ワイヤ全質量に対するＮ含有量を質量％で［Ｎ］、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量を質量％で［Ｍｎ］、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量を質量％で［Ｃｕ］、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量を質量％で［Ｎｉ］としたとき、
　α＝０．０２×［Ｓｉ］＋［Ｃｒ］＋１．２０×［Ｍｏ］＋０．３×［Ｔｉ］＋０．３０
　γ＝２４×［Ｃ］＋２８×［Ｎ］＋０．２５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ｃｕ］＋１．１０×［Ｎｉ］とする。
　また、フラックス入りワイヤに係る一実施態様は、
　ワイヤ全質量に対して、
　Ｂｉ：０．００１質量％以上０．１０質量％以下、を含有することを特徴とする。
　本発明によれば、ガスシールドアーク溶接時における溶接作業性が良好であり、引張強度及び低温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を提供することができる。
図１は、発明例及び比較例の引張強度とθとの関係を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
［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（以下、単に「ワイヤ」ともいう。）は、鋼製の外皮にフラックスが充填されている。
　本実施形態において、ワイヤの外径は特に限定されないが、例えば、０．９ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であることが好ましい。また、フラックス充填率は、ワイヤ中の各元素の含有量が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができるが、ワイヤ製造時の伸線性及びワイヤ送給性の観点から、例えば、ワイヤ全質量に対して１０質量％以上２０質量％以下とすることが好ましい。さらに、ワイヤは、外皮に継ぎ目を有する場合、継ぎ目を有しない場合など、その継ぎ目の形態や断面の形状に制限はない。本実施形態に係るワイヤは、例えば、１００体積％ＣＯ２ガスをシールドガスとして、ガスシールドアーク溶接に用いることができる。
　以下、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤに含有される成分について、その添加理由及び数値限定理由を詳細に説明する。
＜Ｆｅ：４０質量％以上７０質量％以下＞
　Ｆｅは、本実施形態に係るワイヤの主成分である。ワイヤ全質量に対するＦｅ含有量は、４０質量％以上とし、４５質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましい。また、ワイヤ全質量に対するＦｅ含有量は、７０質量％以下とし、６７．５質量％以下であることが好ましく、６５質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｃｒ：１５．０質量％以上２５．０質量％以下＞
　Ｃｒは、溶接金属のフェライト量を決定する重要な構成成分であるとともに、溶接金属の耐酸化性とフェライトの安定性、熱サイクルによる脆化挙動の抑制に重要な元素である。
　ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量が１５．０質量％未満であると、高フェライト組織の溶接金属を得るのに不十分となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、１５．０質量％以上とし、１５．５質量％以上であることが好ましく、１６．０質量％以上であることがより好ましい。
　一方、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量が２５．０質量％を超えると、溶接時の多重熱サイクルによる脆化傾向が顕著となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、２５．０質量％以下とし、２４．５質量％以下であることが好ましく、２４．０質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｎｉ：５．０質量％以上１１．０質量％以下＞
　Ｎｉは、Ｃｒと同様に、溶接金属のフェライト量を決定する重要な構成成分であるとともに、溶接金属の耐酸化性とオーステナイトの安定性、熱サイクルによる脆化挙動の抑制に重要な元素である。
　ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量が５．０質量％未満であると、高オーステナイト組織の溶接金属を得るのに不十分となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、５．０質量％以上とし、５．５質量％以上であることが好ましく、６．０質量％以上であることがより好ましい。
　一方、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量が１１．０質量％を超えると、本発明で必要と考えられるフェライト量を確保することが困難になる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、１１．０質量％以下とし、１０．８質量％以下であることが好ましく、１０．６質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｓｉ：０．５質量％以上３．０質量％以下＞
　Ｓｉは、溶接金属の脱酸剤として重要な元素であるとともに、溶接ビードのなじみをよくする効果を有する成分である。
　ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量が０．５質量％未満であると、脱酸不足を引き起こし、ブローホール等の気孔欠陥の発生原因となったり、溶接金属の靱性が低下する原因となったりする。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、０．５質量％以上とし、０．６質量％以上であることが好ましく、０．８質量％以上であることがより好ましい。
　一方、Ｓｉは、フェライト安定化元素であるが、ワイヤ中に過多に添加されると、同一フェライト量であっても靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、３．０質量％以下とし、２．５質量％以下であることが好ましく、２．０質量％以下であることがより好ましい。
　なお、本実施形態において、Ｓｉ含有量とは、ワイヤ中に含有されるＳｉ単体、Ｓｉ化合物及びＳｉ合金に由来する全Ｓｉの含有量を表す。
＜Ｍｎ：０．５質量％以上５．０質量％以下＞
　Ｍｎは、溶接金属の脱酸剤として重要な元素である。
　ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量が０．５質量％未満であると、脱酸不足を引き起こし、ブローホール等の気孔欠陥が発生する原因となったり、溶接金属の靱性が低下する原因となったりする。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は、０．５質量％以上とし、１．０質量％以上であることが好ましく、１．５質量％以上であることがより好ましい。
　一方、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量が５．０質量％を超えると、スラグ剥離性が低下するおそれがある。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は、５．０質量％以下とし、４．０質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｎａ及びＫの総量：０．０５質量％以上１．０質量％以下＞
　Ｎａ及びＫは、アークを安定化させる効果を有する成分であり、適正な量でワイヤ中に添加することにより、良好なビード形状を得ることができる。
　ワイヤ全質量に対するＮａ及びＫの総量が０．０５質量％未満であると、良好なビード形状を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮａ及びＫの総量は、０．０５質量％以上とし、０．１０質量％以上であることが好ましく、０．５０質量％以上であることがより好ましい。
　一方、ワイヤ全質量に対するＮａ及びＫの総量が１．０質量％を超えると、低温靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮａ及びＫの総量は、１．０質量％以下とし、０．９質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましい。
　なお、Ｎａ及びＫの両方がワイヤ中に含有されていても、いずれか一方のみがワイヤ中に含有されていてもよく、その総量が０．０５質量％以上１．０質量％以下であればよい。
＜ＴｉＯ２：３．０質量％以上９．０質量％以下＞
　ＴｉＯ２は、スラグ形成剤としてワイヤ中に添加され、被包性の良いスラグを形成する効果を有する成分である。
　ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２含有量が、３．０質量％未満であると、スラグの被包性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２含有量は、３．０質量％以上とし、５．０質量％以上であることが好ましく、７．０質量％以上であることがより好ましい。
　一方、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２含有量が、９．０質量％を超えると、スラグ生成量が過剰となって、溶接部にスラグ巻き込みが発生しやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２含有量は、９．０質量％以下とし、８．５質量％以下であることが好ましく、８．０質量％以下であることがより好ましい。
　なお、本実施形態においては、ＴｉＯ２含有量は、Ｔｉ化合物のＴｉＯ２換算値である。
＜ＺｒＯ２：：１．０質量％超４．０質量％以下＞
　ＺｒＯ２は、高融点酸化物であって、スラグの粘性及び融点を調整する成分であり、スラグの凝固温度を高くし、溶接時のビード形状を良好にする効果を有する。
　ワイヤ全質量に対するＺｒＯ２含有量が１．０質量％以下であると、ビード形状が不良になる。したがって、ワイヤ全質量に対するＺｒＯ２含有量は、１．０質量％超とし、１．３質量％以上であることが好ましく、１．６質量％以上であることがより好ましい。
　一方、ワイヤ全質量に対するＺｒＯ２含有量が４．０質量％を超えると、溶融スラグの融点が過大になってビード外観及びビード形状が悪化するおそれがある。したがって、ワイヤ全質量に対するＺｒＯ２含有量は、４．０質量％以下とし、３．０質量％以下であることが好ましく、２．０質量％以下であることがより好ましい。
　なお、本実施形態においては、ＺｒＯ２含有量はＺｒ単体、Ｚｒ合金及びＺｒ化合物に含まれるすべてのＺｒのＺｒＯ２換算値として規定されている。
＜Ａｌ２Ｏ３：０．３質量％以上２．０質量％以下＞
　Ａｌ２Ｏ３は、溶融スラグの粘性を高め、流動性を改良し、ビード外観及びビード形状を良好にする効果を有する成分である。
　ワイヤ全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量が０．３質量％未満であると、ビード外観及びビード形状を良好に保つことができず、特に、立向溶接の作業性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量は、０．３質量％以上とし、０．６質量％以上であることが好ましく、０．９質量％以上であることがより好ましい。
　一方、ワイヤ全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量が２．０質量％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなりすぎて、ビード形状が不良になる。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量は、２．０質量％以下とし、１．５質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以下であることがより好ましい。
　なお、本実施形態においては、Ａｌ２Ｏ３含有量は、Ａｌ化合物のＡｌ２Ｏ３換算値である。
＜Ｃ：０．０１５質量％未満＞
　ワイヤ中にＣを含有させることにより、溶接金属中の炭素量が増加し、低温靱性が低下するため、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、できるだけ低減することが好ましい。
　ワイヤ全質量に対するＣ含有量が０．０１５質量％以上であると、溶接金属の低温靱性が低下するとともに、溶接時に発生するスパッタ量が増加する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．０１５質量％未満とし、０．０１２質量％以下であることが好ましく、０．００９質量％以下であることがより好ましい。
＜Ｔｉ：１．０質量％以下＞
　Ｔｉは、本実施形態のワイヤにおける必須成分ではないが、脱酸作用を有する元素であるため、任意成分としてワイヤ中にＴｉを含有させることができる。
　ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量が１．０質量％を超えると、強脱酸剤としての効果から、溶接金属中の炭素が増加し、溶接金属の靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量は、１．０質量％以下とし、０．８質量％以下であることが好ましく、０．６質量％以下であることがより好ましい。
　なお、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量の下限値は特に限定されず、０質量％であってもよいが、０．００１質量％以上であってもよい。
　また、本実施形態おいて、Ｔｉ含有量は、Ｔｉ単体およびＴｉ合金に含まれるＴｉの総量である。
＜Ｍｏ：２．０質量％以下＞
　Ｍｏは、本実施形態のワイヤにおける必須成分ではないが、溶接金属の強度を向上させることを目的に、任意成分としてワイヤ中にＭｏを含有させることができる。
　ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量が２．０質量％を超えると、低温靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、２．０質量％以下とし、１．８質量％以下であることが好ましく、１．６質量％以下であることがより好ましい。
　なお、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量の下限値は特に限定されず、０質量％であってもよいが、０．００１質量％以上であってもよい。
＜Ｃｕ：０．５質量％以下＞
　Ｃｕは、本実施形態のワイヤにおける必須成分ではないが、オーステナイト組織を安定化させることを目的に、任意成分としてワイヤ中にＣｕを含有させることができる。
　ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量が０．５質量％を超えると、低温靱性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．５質量％以下とし、０．３質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。
　なお、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量の下限値は特に限定されず、０質量％であってもよいが、０．００１質量％以上であってもよい。
＜Ａｌ：０．９質量％以下＞
　Ａｌは、本実施形態のワイヤにおける必須成分ではないが、脱酸作用を有する元素であるため、任意成分としてワイヤ中にＡｌを含有させることができる。
　ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量が０．９質量％を超えると、フェライトの凝固組織が柱状晶から等軸晶に変化し、その後生成するオーステナイトの形状がウィドマンステッテン状から粒状に変化するため、靱性が低下するとともに、スラグ剥離性が悪化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は、０．９質量％以下とし、０．６質量％以下であることが好ましく、０．２質量％以下であることがより好ましい。
　なお、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量の下限値は特に限定されず、０質量％であってもよいが、０．００１質量％以上であってもよい。
　なお、本実施形態おいて、Ａｌ含有量は、Ａｌ単体およびＡｌ合金に含まれるＡｌの総量である。
＜Ｎ：０．０４０質量％以下＞
　Ｎは、本実施形態のワイヤにおける必須成分ではないが、溶接金属の強度向上や表面張力を低下させビードのなじみを良好にする効果を有する元素であるため、任意成分としてワイヤ中にＮを含有させることができる。
　ワイヤ全質量に対するＮ含有量が０．０４０質量％を超えると、溶融金属の表面張力が低くなり過ぎて、スパッタが増加するとともにビード形状が劣化し、スラグ剥離性も劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．０４０質量％以下とし、０．０３０質量％以下であることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
　なお、ワイヤ全質量に対するＮ含有量の下限値は特に限定されず、０質量％であってもよいが、０．００１質量％以上であってもよい。
＜Ｆ：０．３０質量％以下＞
　Ｆは、本実施形態のワイヤにおける必須成分ではないが、溶融スラグの粘性を高め、流動性を改良し、ビード外観及びビード形状を良好にする効果を有する元素であるため、任意成分としてワイヤ中にＦを含有させることができる。
　ワイヤ全質量に対するＦ含有量が０．３０質量％を超えると、気孔欠陥が増加するおそれがある。したがって、ワイヤ全質量に対するＦ含有量は、０．３０質量％以下とし、０．２５質量％以下であることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。
　なお、ワイヤ全質量に対するＦ含有量の下限値は特に限定されず、０質量％であってもよいが、０．００１質量％以上あってもよい。
＜数式（Ｉ）により算出されるθ：１０．０以上３０．０以下＞
　本実施形態においては、上記各元素の含有量を適切に制御するとともに、ワイヤ中に含有される各合金元素量に基づき、下記数式（Ｉ）によって算出されるθを制御することにより、溶接金属を所定のフェライト量に維持し、所望の強度及び靱性を得ることができる。
　数式（Ｉ）により算出されるθが１０．０未満であると、フェライト量が不足し溶接金属の強度が不十分となる。したがって、θは１０．０以上とし、１２．０以上であることが好ましく、２４．０以上であることがより好ましい。
　一方、数式（Ｉ）により算出されるθが３０．０を超えると、フェライト量が過剰となり低温靱性が低下し、所望のシャルピー衝撃値を得ることができない。したがって、θは３０．０以下とし、２９．０以下であることが好ましい。
　θ＝４．１×α－３．２×γ－３２．３　　　　・・・（Ｉ）
　但し、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量を質量％で［Ｓｉ］、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量を質量％で［Ｃｒ］、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量を質量％で［Ｍｏ］、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量を質量％で［Ｔｉ］、ワイヤ全質量に対するＣ含有量を質量％で［Ｃ］、ワイヤ全質量に対するＮ含有量を質量％で［Ｎ］、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量を質量％で［Ｍｎ］、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量を質量％で［Ｃｕ］、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量を質量％で［Ｎｉ］としたとき、
　α＝０．０２×［Ｓｉ］＋［Ｃｒ］＋１．２０×［Ｍｏ］＋０．３×［Ｔｉ］＋０．３０
　γ＝２４×［Ｃ］＋２８×［Ｎ］＋０．２５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ｃｕ］＋１．１０×［Ｎｉ］とする。
＜Ｂｉ：０．００１質量％以上０．１０質量％以下＞
　本実施形態に係るワイヤは、さらに、Ｂｉを含有していてもよい。
　Ｂｉは、スラグ剥離性を向上させる効果を有する成分であるが、ワイヤ中に過剰に含有させると、Ｂｉが溶接金属の最終凝固域に偏析し、溶接金属の耐高温割れ性が劣化する。
　ワイヤ中にＢｉを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＢｉ含有量が０．００１質量％以上であると、スラグ剥離性を向上させる効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＢｉ含有量は、０．００１質量％以上であることが好ましく、０．０１質量％以上であることがより好ましい。
　一方、ワイヤ全質量に対するＢｉ含有量が０．１０質量％以下であると、溶接金属の耐高温割れ性の劣化を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＢｉ含有量は、０．１０質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましい。
　なお、本実施形態において、Ｂｉ含有量とは、Ｂｉ単体、Ｂｉ合金、Ｂｉ化合物に含まれる合計のＢｉ量である。
＜残部＞
　本実施形態に係るワイヤは、上記以外の成分の残部として、不可避的不純物が２．０質量％以下の範囲で含まれる。また、ワイヤの残部には、Ｃо、Ｖ、Ｗ、などが、それぞれ１．０質量％以下の範囲で含まれても良い。
　本実施形態に係るワイヤは、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎａ及びＫ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎ、Ｆを合計で、９０質量％以上含むことが好ましく、９３質量％以上含むことがより好ましく、９５質量％以上含むことがさらに好ましく、９８質量％以上含むことが特に好ましい。
　以下、本実施形態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。
　ワイヤの化学成分が種々の含有量となるように調製し、直径が１．２０ｍｍであるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを作製した。
＜機械的特性の評価＞
　作製したフラックス入りワイヤを用いて、下記表１に示す機械的特性の評価試験用溶接条件により、ガスシールドアーク溶接を実施した。なお、本実施例においては、ＪＩＳ　Ｚ３１１１規定の記号１．３の試験板を用い、その開先面に、使用するワイヤを用いて２層のバタリングを施した後、ガスシールドアーク溶接を実施し、溶着金属試験体を作製した。溶着金属の機械的特性は、ＪＩＳ　Ｚ　３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠し、溶着金属試験体から、Ａ０号引張試験片を採取して、引張試験により引張強度を評価するとともに、Ｖノッチ試験片を採取して、－１９６℃におけるシャルピー衝撃試験により低温靱性を評価した。
　機械的特性の評価基準としては、引張強度が６４０ＭＰａ以上であるとともに、－１９６℃におけるシャルピー衝撃値が２５Ｊ以上であったものを〇（良好）とし、これらのうち、引張強度が６７０ＭＰａ以上であったものを◎（優良）とした。また、引張強度が６４０ＭＰａ未満であるか、又は－１９６℃におけるシャルピー衝撃値が２５Ｊ未満であったものを×（不良）とした。
［溶接作業性の評価］
　さらに、溶接作業性を評価するため、上記フラックス入りワイヤを用いて、下記表１に示す溶接作業性の評価試験用溶接条件により、ガスシールドアーク溶接を実施した。なお、本実施例においては、水平すみ肉溶接及び立向上進すみ肉溶接の２種類の溶接姿勢とした。
＜ビード形状の評価＞
　ＡＷＳ　Ａ５．２２　１５．２．２に準拠し、ビード形状を評価した。
　ビード形状の評価基準としては、上記ＡＷＳ規格の判断基準を満たしたものを〇（良好）とし、上記判断基準を満たさず、ビードが凸形状となったものを×（不良）とした。
＜スラグ剥離性の評価＞
　溶接後の継手に対して、ハンマーで軽度の衝撃を与え、スラグの剥離を確認することによりスラグ剥離性を評価した。
　スラグ剥離性の評価基準としては、スラグが自然剥離するか、又は軽度の衝撃によりスラグが剥離したものを〇（良好）とし、スラグがビードの表面に焼付いて、剥離しなかったものを×（不良）とした。
　作製したワイヤの成分組成及び特定成分に基づく算出値を下記表２及び３に示し、評価結果を下記表４に示す。
　なお、表２において、「Ｎａ＋Ｋ」は、ワイヤ中のＮａ含有量とＫ含有量との総量を表す。また、表３における「特定成分に基づく算出値」の欄において、
　α＝０．０２×［Ｓｉ］＋［Ｃｒ］＋１．２０×［Ｍｏ］＋０．３×［Ｔｉ］＋０．３０
　γ＝２４×［Ｃ］＋２８×［Ｎ］＋０．２５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ｃｕ］＋１．１０×［Ｎｉ］とし、θは下記数式（Ｉ）により算出される値とする。
　θ＝４．１×α－３．２×γ－３２．３　　　　・・・（Ｉ）
　但し、上記式中、［Ｓｉ］は、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］は、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］はワイヤ全質量に対するＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｔｉ］は、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］は、ワイヤ全質量に対するＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］は、ワイヤ全質量に対するＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｎ］はワイヤ全質量に対するＭｎ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］は、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］は、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量を質量％で表した値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　上記表２～４に示すように、発明例であるワイヤＮｏ．１～１１は、ワイヤの成分及び式（１）により得られるθが本発明の範囲内であるため、機械的特性及び溶接作業性が優れたものとなった。
　一方、比較例であるワイヤＮｏ．１２は、各成分の含有量は本発明の範囲内であるが、数式（Ｉ）により算出されるθが本発明範囲の上限を超えているため、低温靱性が低下した。
　比較例であるワイヤＮｏ．１３は、ワイヤ中のＣｒ、Ｎｉ及びＣの含有量が本発明範囲の上限を超えているとともに、θが本発明範囲の上限を超えているため、低温靱性が著しく低下した。
　比較例であるワイヤＮｏ．１４～１６は、ワイヤ中のＡｌ２Ｏ３含有量が本発明範囲の下限未満であるため、立向上進すみ肉溶接におけるビード形状及びスラグ剥離性が不良となり、水平すみ肉溶接におけるスラグ剥離性も不良となった。また、ワイヤＮｏ．１６は、低温靱性も低下した。
　比較例であるワイヤＮｏ．１７～２０は、ワイヤ中のＡｌ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、立向上進すみ肉溶接におけるビード形状及びスラグ剥離性が不良となり、水平すみ肉溶接におけるスラグ剥離性も不良となった。また、これらのワイヤは、低温靱性も低下した。
　比較例であるワイヤＮｏ．２１は、ワイヤ中のＭｏ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、低温靱性が低下した。
　図１は、縦軸を引張強度（ＭＰａ）とし、横軸をθとした場合の、発明例及び比較例のワイヤの引張強度とθとの関係を示すグラフである。なお、図１中に示す破線は、各点を線形近似した近似直線である。
　図１に示すように、数式（Ｉ）により算出されるθの値が小さくなるにしたがって、引張強度が低下していることが示された。
　以上詳述したように、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、ビード形状及びスラグ剥離性が良好であり、引張強度と低温靱性とのバランスが優れた溶接金属を得ることができた。
　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、２０２０年１２月１８日出願の日本特許出願（特願２０２０－２１０７９９）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。

Claims (2)

  1. 　外皮にフラックスが充填されているガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、
    　ワイヤ全質量に対して、
    　Ｆｅ：４０質量％以上７０質量％以下、
    　Ｃｒ：１５．０質量％以上２５．０質量％以下、
    　Ｎｉ：５．０質量％以上１１．０質量％以下、
    　Ｓｉ：０．５質量％以上３．０質量％以下、
    　Ｍｎ：０．５質量％以上５．０質量％以下、
    　Ｎａ及びＫの総量：０．０５質量％以上１．０質量％以下、
    　ＴｉＯ２：３．０質量％以上９．０質量％以下、
    　ＺｒＯ２：１．０質量％超４．０質量％以下、
    　Ａｌ２Ｏ３：０．３質量％以上２．０質量％以下、を含有し、
    　Ｃ：０．０１５質量％未満、
    　Ｔｉ：１．０質量％以下、
    　Ｍｏ：２．０質量％以下、
    　Ｃｕ：０．５質量％以下、
    　Ａｌ：０．９質量％以下、
    　Ｎ：０．０４０質量％以下、
    　Ｆ：０．３０質量％以下、であるとともに、
    　下記数式（Ｉ）により算出されるθが１０．０以上３０．０以下であることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
    　θ＝４．１×α－３．２×γ－３２．３　　　　・・・（Ｉ）
    　但し、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量を質量％で［Ｓｉ］、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量を質量％で［Ｃｒ］、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量を質量％で［Ｍｏ］、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量を質量％で［Ｔｉ］、ワイヤ全質量に対するＣ含有量を質量％で［Ｃ］、ワイヤ全質量に対するＮ含有量を質量％で［Ｎ］、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量を質量％で［Ｍｎ］、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量を質量％で［Ｃｕ］、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量を質量％で［Ｎｉ］としたとき、
    　α＝０．０２×［Ｓｉ］＋［Ｃｒ］＋１．２０×［Ｍｏ］＋０．３×［Ｔｉ］＋０．３０
    　γ＝２４×［Ｃ］＋２８×［Ｎ］＋０．２５×［Ｍｎ］＋０．５×［Ｃｕ］＋１．１０×［Ｎｉ］とする。
  2. 　さらに、
    　ワイヤ全質量に対して、
    　Ｂｉ：０．００１質量％以上０．１０質量％以下、を含有することを特徴とする、請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
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