ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤおよびそれを用いたガスシールドアーク溶接方法
【課題】REMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して製造することによって、溶接用鋼ワイヤの歩留りを向上し、その製造コストを低減する。
【解決手段】ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤ１であって、REMを２〜60質量％含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる合金鋼粉を鋼製外皮２に内包させ、合金鋼粉３の質量をＭPW（ｇ），鋼製外皮の質量をｍSH（ｇ）として、溶接用鋼ワイヤ中の合金鋼粉の内包率100×ＭPW／（ＭPW＋ｍSH）が0.01〜25.0質量％の範囲内を満足し、かつ合金鋼粉に含有されるREMの質量をＭRE（ｇ）として、溶接用鋼ワイヤ中のREMの含有率100×ＭRE／（ＭPW＋ｍSH）が0.01〜0.5質量％の範囲内を満足する溶接用鋼ワイヤ。
【解決手段】ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤ１であって、REMを２〜60質量％含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる合金鋼粉を鋼製外皮２に内包させ、合金鋼粉３の質量をＭPW（ｇ），鋼製外皮の質量をｍSH（ｇ）として、溶接用鋼ワイヤ中の合金鋼粉の内包率100×ＭPW／（ＭPW＋ｍSH）が0.01〜25.0質量％の範囲内を満足し、かつ合金鋼粉に含有されるREMの質量をＭRE（ｇ）として、溶接用鋼ワイヤ中のREMの含有率100×ＭRE／（ＭPW＋ｍSH）が0.01〜0.5質量％の範囲内を満足する溶接用鋼ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスでアーク点をシールドして行なう溶接（すなわちガスシールドアーク溶接）に好適な溶接用鋼ワイヤ、およびそれを用いたガスシールドアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールドガスとしてHe，Ar，ＣＯ2，Ｏ2，Ｈ2ガスあるいはこれらの混合ガスを用いるガスシールドアーク溶接（すなわちＭＩＧ溶接，ＭＡＧ溶接，炭酸ガスアーク溶接）は、高能率の溶接技術として造船，建築，橋梁，自動車，建設機械等の様々な分野で広く普及している。ガスシールドアーク溶接は高能率であるという利点を有する反面、溶接の際に溶融メタルの飛散（いわゆるスパッタ）が多量に発生するという問題がある。
【０００３】
そこでアークを安定化して、スパッタを減少させることによって、溶接作業性の改善および溶接能率の更なる向上を達成する技術が求められている。
近年、アーク現象の究明が進むにつれて、ガスシールドアーク溶接におけるスパッタの低減に寄与する溶滴のスプレー移行が可能となってきた。そしてスパッタの低減に加えて、さらに金属蒸気（いわゆるヒューム）およびアーク音の低減を達成して、溶接の作業環境を改善する技術が検討されている。
【０００４】
たとえば特許文献１には、Ｃ，Si，Mn，希土類元素（以下、REMという）等の含有量を規定した炭酸ガスシールドアーク溶接に好適なソリッドワイヤが開示されている。また特許文献２には、REMを0.015〜0.100質量％含有するソリッドワイヤを用い、かつ溶接電流，溶接電圧，溶接速度，開先角度，ルートギャップから算出される指標を所定の範囲内に維持してガスシールドアーク溶接を行なう技術が開示されている。
【０００５】
これらの技術は、いずれもガスシールドアーク溶接において安定したアークを得るために、REMを含有する溶接用鋼ワイヤを用いる。REMは、Feより比重が大きく、しかも強酸化性の金属であり、その酸化物の融点が高いので、素材となる溶鋼の製造過程にて偏析し易い。そのため溶接用鋼ワイヤ中にREMの濃淡が生じ、REM含有量が規定値を外れる部分を切断除去しなければならない。また、溶鋼から溶接用鋼ワイヤを製造する過程で割れが発生し易くなる。つまりREMの添加によって溶接用鋼ワイヤの歩留りが低下し、その製造コストが上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許3945396号公報
【特許文献２】特開2007-118068号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、REMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して製造することによって、溶接用鋼ワイヤの歩留りを向上し、その製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤにREMを含有させる技術について鋭意検討した。その結果、REMを含有する合金鋼の粉体（以下、合金鋼粉という）を予め製造し、その合金鋼粉を鋼製外皮に内包させることによって、所定量のREMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して製造できることが分かった。
またガスシールドアーク溶接において、アークを安定させてスパッタを減少するために合金鋼粉に含有させるREM量、および溶接用鋼ワイヤに占める合金鋼粉の割合等についても検討し、それぞれ好適な範囲を見出した。
【０００９】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤであって、REMを２〜60質量％含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる合金鋼粉を鋼製外皮に内包させ、合金鋼粉の質量をＭPW（ｇ），鋼製外皮の質量をｍSH（ｇ）として、溶接用鋼ワイヤ中の合金鋼粉の内包率100×ＭPW／（ＭPW＋ｍSH）が0.05〜25.0質量％の範囲内を満足し、かつ合金鋼粉に含有されるREMの質量をＭRE（ｇ）として、溶接用鋼ワイヤ中のREMの含有率100×ＭRE／（ＭPW＋ｍSH）が0.01〜0.5質量％の範囲内を満足する溶接用鋼ワイヤである。
【００１０】
本発明の溶接用鋼ワイヤにおいては、合金鋼粉のＣ含有量を0.01〜3.0質量％，Si含有量を0.1〜6.0質量％とすることが好ましい。また、合金鋼粉のＯ含有量を0.003〜0.02質量％とすることが好ましい。さらに、合金鋼粉に含有される各元素の質量と鋼製外皮に含有される各元素の質量とをそれぞれ合計してＭPW＋ｍSHに対する比率として得られる各元素の含有率が、Ｃの含有率0.01〜0.30質量％，Siの含有率0.10〜5.00質量％，Mnの含有率0.5〜5.0質量％，Crの含有率3.0質量％以下，Niの含有率3.0質量％以下，Moの含有率0.02〜1.5質量％，Cuの含有率3.0質量％以下，Ｂの含有率0.0001〜0.005質量％，Tiの含有率0.02〜0.20質量％，Alの含有率0.001〜0.20質量％，Ｐの含有率0.050質量％以下，Ｓの含有率0.050質量％以下，Caの含有率0.0008質量％以下の範囲内を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることが好ましい。
【００１１】
また本発明は、上記の溶接用鋼ワイヤを用いて、正極性でガスシールドアーク溶接を行なうガスシールドアーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、REMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して製造することができる。その結果、溶接用鋼ワイヤの歩留りを向上し、その製造コストを低減することが可能となる。さらに、本発明の溶接用鋼ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行なうと、アークが安定するので、スパッタが減少し、かつビード形状が改善されるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の溶接用鋼ワイヤの例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の溶接用鋼ワイヤの例を模式的に示す断面図である。本発明の溶接用鋼ワイヤ１は、鋼製外皮２の内側に合金鋼粉３を内包したものである。
合金鋼粉３は、REMを含有する合金鋼を溶製し、さらに鋳造した合金鋼塊（いわゆるインゴット）を粉砕して得ることができる。直径0.8〜1.6mm程度の溶接用鋼ワイヤ１を得るためには、合金鋼粉３の粒径は数十μｍ〜百μｍ程度が好ましい。まず、合金鋼粉３の成分について説明する。
【００１５】
REM含有量：２〜60質量％
REM（すなわち希土類元素）は、ＭＡＧ溶接あるいは炭酸ガスアーク溶接を正極性で行なう場合に、溶滴のスプレー移行を実現するために不可欠な元素である。また、ＭＩＧ溶接ではアークを安定させてビードの蛇行を抑制する作用を有する。
合金鋼粉３のREM含有量が２質量％未満では、合金鋼粉３とそれを内包する鋼製外皮２からなる溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、それらの効果が得られない。一方、60質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤ１中のREMの濃淡が助長されるばかりでなく、REMが酸化され易くなり、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、アークが不安定になり、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、REM含有量は２〜60質量％の範囲内とする。好ましくは５〜20質量％である。なお、REM含有量（質量％）は、合金鋼粉３に含有されるREMの質量ＭRE（ｇ）と合金鋼粉３の質量ＭPW（ｇ）の割合（＝100×ＭRE／ＭPW）を指す。
【００１６】
ここでREMは、周期表の３族に属する元素の総称である。本発明では、原子番号57〜71の元素を使用するのが好ましく、特にCe，Laが好適である。Ce，Laを合金鉄粉に添加する場合は、CeまたはLaを単独で添加しても良いし、CeおよびLaを併用しても良い。
合金鋼粉３は、REMを含有することを必須とするが、Ｃ，Si，Ｂを下記の範囲で含有することが好ましい。その理由は、これらの元素を鋼製外皮２のみから溶接金属に供給するように成分設計を行なうと、鋼製外皮２が脆化して、溶接用鋼ワイヤ１の製造工程にて断線を生じ易くなるからである。つまり、これらの元素を合金鋼粉３および鋼製外皮２から溶接金属に供給するように成分設計を行なうことが好ましい。
【００１７】
Ｃ含有量：0.01〜3.0質量％
Ｃは溶接金属の強度を確保するために重要な元素であるが、合金鋼粉３のＣ含有量が0.01質量％未満では、合金鋼粉３とそれを内包する鋼製外皮２からなる溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、ＭＩＧ溶接ではアークを安定させてビードの蛇行を抑制する効果が得られない。一方、3.0質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶滴が不安定になるばかりでなく、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｃ含有量は0.01〜3.0質量％の範囲内が好ましい。なお、Ｃ含有量（質量％）は、合金鋼粉３に含有されるＣの質量ＭC（ｇ）と合金鋼粉３の質量ＭPW（ｇ）の割合（＝100×ＭC／ＭPW）を指す。
【００１８】
Si含有量：0.1〜6.0質量％
Siは脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸に不可欠な元素であるが、合金鋼粉３のSi含有量が0.1質量％未満では、合金鋼粉３とそれを内包する鋼製外皮２からなる溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶融メタルが十分に脱酸されないので、溶接金属にブロー欠陥が生じる。一方、6.0質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量は増加するが、溶融メタル中で脱酸に寄与するSi量は飽和してしまう。しかも合金鋼粉３の硬度が高くなり、加工性が劣化する。したがって、Si含有量は0.1〜6.0質量％の範囲内が好ましい。なお、Si含有量（質量％）は、合金鋼粉３に含有されるSiの質量ＭSI（ｇ）と合金鋼粉３の質量ＭPW（ｇ）の割合（＝100×ＭSI／ＭPW）を指す。
【００１９】
Ｏ含有量：0.003〜0.02質量％
Ｏは、合金鋼粉３の素材となる合金鋼の溶製工程および合金鋼粉３の製造工程にて混入する元素であるが、溶滴の移行形態を微細にする作用を有する。Ｏ含有量を0.003質量％未満まで減少させるためには、溶製工程における真空精錬等に多大に時間を要し、生産性の低下，製造コストの上昇を招く。またＯ含有量が0.003質量％未満では、溶滴を微細化する効果が得られない。一方、0.02質量％を超えると、合金鋼粉中のREMが溶接時に酸化され易くなり、上記したREMの効果を阻害する。したがって、Ｏ含有量は0.003〜0.02質量％の範囲内が好ましい。より好ましくは0.003質量％以上0.008質量％未満である。なお、Ｏ含有量（質量％）は、合金鋼粉３に含有されるＯの質量ＭO（ｇ）と合金鋼粉３の質量ＭPW（ｇ）の割合（＝100×ＭO／ＭPW）を指す。
【００２０】
合金鋼粉３の上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。合金鋼粉３には、その製造過程（すなわちREMを含有する合金鋼を溶製し、さらに鋳造したインゴットを粉砕する工程）で他の元素（たとえばＰ，Ｓ，Ca等）が混入する。それらの不純物は、溶接用鋼ワイヤ１に占める各元素の割合が後述する範囲内であれば問題はない。
この合金鋼粉３を鋼製外皮２に内包させて溶接用鋼ワイヤ１とする。鋼製外皮２の外径は0.8〜1.6mm程度が好ましい。ここで、合金鋼粉３と鋼製外皮２の割合について説明する。
【００２１】
内包率：0.05〜25.0質量％
合金鋼粉３の質量をＭPW（ｇ）とし、鋼製外皮２の質量をｍSH（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１の質量はＭPW＋ｍSH（ｇ）となる。溶接用鋼ワイヤ１に占める合金鋼粉３の割合（以下、内包率という）は100×ＭPW／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、その内包率を0.05〜25.0質量％の範囲内とする。合金鋼粉３の内包率が0.05質量％未満では、溶接用鋼ワイヤ１中に十分な量のREMを確保できず、しかも溶接用鋼ワイヤ１長手方向の合金鋼粉３の分布が不均一になるので、上記したREMの効果が安定して得られない。一方、25.0質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤ１中に多量のREMが存在するので、REMが酸化され易くなり、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶接金属の靭性の低下を招く。また、溶接用鋼ワイヤ１の製造工程にて断線を生じ易くなる。
【００２２】
次に、溶接用鋼ワイヤ１に占める各元素の割合（以下、含有率という）について説明する。なお含有率は、溶接用鋼ワイヤ１の質量（＝ＭPW＋ｍSH）に対する各元素の質量比を指す。
REM含有率：0.01〜0.5質量％
合金鋼粉３に含有されるREMの質量をＭRE（ｇ）とし、溶接用鋼ワイヤ１に占めるREMの含有率は100×ＭRE／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのREM含有率を0.01〜0.5質量％の範囲内とする。REM含有率が0.01質量％未満では、上記したREMの効果が得られない。一方、0.5質量％を超えると、REM が酸化され易くなり、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、REM含有率は0.01〜0.5質量％とする。好ましくは0.025〜0.3質量％である。
【００２３】
Ｃ含有率：0.01〜0.30質量％
合金鋼粉３に含有されるＣの質量をＭC（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるＣの質量をｍC（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるＣの含有率は100×（ＭC＋ｍC）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのＣ含有率は0.01〜0.30質量％の範囲内が好ましい。Ｃは溶接金属の強度を確保するために重要な元素であるが、Ｃ含有率が0.01質量％未満では、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶接金属の強度が低下する。しかも溶融メタル中のＣの酸化反応によるＯ固溶量低減効果が得られない。また、溶接用鋼ワイヤ１の電気抵抗が低くなり、溶融効率が低下する。一方、0.30質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶滴が不安定になるばかりでなく、溶接金属の靭性の低下を招く。また、溶接用鋼ワイヤ１の製造工程にて断線を生じ易くなる。したがって、Ｃ含有率は0.01〜0.30質量％の範囲内が好ましい。より好ましくは0.01〜0.08質量％である。
【００２４】
Si含有率：0.10〜5.00質量％
合金鋼粉３に含有されるSiの質量をＭSI（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるSiの質量をｍSI（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるSiの含有率は100×（ＭSI＋ｍSI）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのSi含有率は0.10〜5.00質量％の範囲内が好ましい。Siは脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸に不可欠な元素であるが、Si含有率が0.10質量％未満では、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶融メタルが十分に脱酸されないので、溶接金属にブロー欠陥が生じる。また、溶接用鋼ワイヤ１の電気抵抗が低くなり、溶融効率が低下する。一方、5.00質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量が増加する一方で、溶融メタル中で脱酸に寄与するSi量は飽和してしまう。しかも溶接用鋼ワイヤ１の硬度が高くなり、加工性が劣化する。したがって、Si含有率は0.10〜5.00質量％の範囲内が好ましい。より好ましくは0.5〜1.5質量％である。
【００２５】
Mn含有率：0.5〜5.0質量％
合金鋼粉３に含有されるMnの質量をＭMN（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるMnの質量をｍMN（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるMnの含有率は100×（ＭMN＋ｍMN）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのMn含有率は0.5〜5.0質量％の範囲内が好ましい。Mnは、Siと同様に脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸に不可欠な元素であるとともに、溶接金属の靭性および強度を確保する作用も有する。Mn含有率が0.5質量％未満では、その効果が得られない。また、溶接用鋼ワイヤ１の電気抵抗が低くなり、溶融効率が低下する。一方、5.0質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量は増加する一方で、溶融メタル中で脱酸に寄与するMn量は飽和してしまう。しかも溶接用鋼ワイヤ１の硬度が高くなり、加工性が劣化する。したがって、Mn含有率は0.5〜5.0質量％の範囲内が好ましい。より好ましくは1.0〜3.0質量％である。
【００２６】
Ｐ含有率：0.050質量％以下
合金鋼粉３に含有されるＰの質量をＭP（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるＰの質量をｍP（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるＰの含有率は100×（ＭP＋ｍP）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのＰ含有率は0.050質量％以下が好ましい。Ｐは、溶接用鋼ワイヤ１の融点を低下させるとともに、電気抵抗を増加させて発熱性を高める作用を有するので、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、作業能率の向上に寄与する。しかも正極性の溶接においては、アークを安定させる作用も有する。ところが、Ｐ含有率が0.050質量％を超えると、溶融メタルの粘性が低下し、アークが不安定になるばかりでなく、小粒のスパッタが多量に発生する。しかも溶接金属に高温割れが発生し易くなる。
【００２７】
Ｓ含有率：0.050質量％以下
合金鋼粉３に含有されるＳの質量をＭS（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるＳの質量をｍS（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるＳの含有率は100×（ＭS＋ｍS）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのＳ含有率は0.050質量％以下が好ましい。Ｓは、溶融メタルの粘性を低下させて、溶接時に溶接用鋼ワイヤ先端に懸垂した溶滴の離脱を助けるとともに、正極性の溶接においてアークを安定させる作用を有する。ところが、Ｓ含有率が0.050質量％を超えると、小粒のスパッタが多量に発生し、しかも溶接金属の靭性が劣化する。
【００２８】
Ca含有率：0.0008質量％以下
合金鋼粉３に含有されるCaの質量をＭCA（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるCaの質量をｍCA（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるCaの含有率は100×（ＭCA＋ｍCA）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのCa含有率は0.0008質量％以下が好ましい。Caは、正極性の溶接においてアークを安定させる作用を有する元素であるが、Ca含有率が0.0008質量％を超えると、アークの安定性が阻害される。
【００２９】
Ti含有率：0.02〜0.20質量％
合金鋼粉３に含有されるTiの質量をＭTI（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるTiの質量をｍTI（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるTiの含有率は100×（ＭTI＋ｍTI）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのTi含有率は0.02〜0.20質量％の範囲内が好ましい。Tiは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を高める作用を有する元素であるが、Ti含有率が0.02質量％未満では、その効果が得られない。そのため、溶融メタルが十分に脱酸されず、その粘性が低下するので、ビード形状が劣化する。一方、0.20質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。
【００３０】
Al含有率：0.001〜0.20質量％
合金鋼粉３に含有されるAlの質量をＭAL（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるAlの質量をｍAL（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるAlの含有率は100×（ＭAL＋ｍAL）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのAl含有率は0.001〜0.20質量％の範囲内が好ましい。Alは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を高める作用を有する元素であるが、Al含有率が0.001質量％未満では、その効果が得られない。そのため、溶融メタルが十分に脱酸されず、その粘性が低下するので、ビード形状が劣化する。一方、0.20質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。
【００３１】
Mo含有率：0.02〜1.5質量％
合金鋼粉３に含有されるMoの質量をＭMO（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるMoの質量をｍMO（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるMoの含有率は100×（ＭMO＋ｍMO）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのMo含有率は0.02〜1.5質量％の範囲内が好ましい。Moは、溶接金属の強度を高める作用を有する元素であるが、Mo含有率が0.02質量％未満では、その効果が得られない。一方、1.5質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。
【００３２】
Ｂ含有率：0.0001〜0.005質量％
合金鋼粉３に含有されるＢの質量をＭB（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるＢの質量をｍB（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるＢの含有率は100×（ＭB＋ｍB）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのＢ含有率は0.0001〜0.005質量％の範囲内が好ましい。Ｂは、溶接金属の強度を高める作用を有する元素であるが、Ｂ含有率が0.0001質量％未満では、その効果が得られない。一方、0.005質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。
【００３３】
Cr含有率：3.0質量％以下
合金鋼粉３に含有されるCrの質量をＭCR（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるCrの質量をｍCR（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるCrの含有率は100×（ＭCR＋ｍCR）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのCr含有率は3.0質量％以下が好ましい。Crは、溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を改善する作用を有する元素であるが、Cr含有率が3.0質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。
【００３４】
Ni含有率：3.0質量％以下
合金鋼粉３に含有されるNiの質量をＭNI（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるNiの質量をｍNI（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるNiの含有率は100×（ＭNI＋ｍSH）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのNi含有率は3.0質量％以下が好ましい。Niは、溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を改善する作用を有する元素であるが、Ni含有率が3.0質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。
【００３５】
Cu含有率：3.0質量％以下
合金鋼粉３に含有されるCuの質量をＭCU（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるCuの質量をｍCU（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるCuの含有率は100×（ＭCU＋ｍCU）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのCu含有率は3.0質量％以下が好ましい。Cuは、溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を改善する作用を有する元素であるが、Cu含有率が3.0質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。
【００３６】
鋼製外皮２の上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
以上に説明した通り、本発明の溶接用鋼ワイヤ１は、鋼製外皮２の内側に合金鋼粉３を内包したものであるが、合金鋼粉３と溶接用フラックスを併用しても良い。つまり、鋼製外皮２の内側に合金鋼粉３と溶接用フラックスを内包した溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なうと、アークが安定し、スパッタが減少するという効果が一層向上する。
【００３７】
また、合金鋼粉３に加えて、REMを含有しない合金粉（たとえばFe-Si，Fe-Mn，Fe-S，Fe-Ti等）を鋼製外皮２に内包させても良い。その溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なうと、容易に溶接金属の強度および靭性を確保できるという効果が得られる他、脱酸素作用により鋼板側に形成される溶融プール表面が安定化し、アークそのものをより安定化させる効果が得られる。
【００３８】
合金鋼粉３に加えて、溶接用フラックスや合金粉を内包させた溶接用鋼ワイヤ１における各元素の含有率は、鋼製外皮２と合金鋼粉３の合計質量（＝ＭPW＋ｍSH）に対する比で上記の通り規定する。また、合金鋼粉３の内包率も鋼製外皮２と合金鋼粉３の合計質量（＝ＭPW＋ｍSH）に対する比で上記の通り規定する。
従来から正極性のガスシールドアーク溶接ではアークが不安定になることが知られているが、本発明の溶接用鋼ワイヤを用いると、REMが溶接用鋼ワイヤ全長にわたって均一に分布しているので、正極性であってもアークが安定する。
【実施例】
【００３９】
真空溶解して得られた溶鋼にミッシュメタル（Ce：La：Ｙ＝６：３：１）を添加して表１に示す成分の合金鋼を溶製し、さらに鋳造した合金鋼塊を粉砕して、粒径10〜150μｍの合金鋼粉を得た。表１中の発明例（合金鋼粉記号ａ〜ｅ）は、合金鋼粉のREM含有量が本発明の範囲を満足する例であり、比較例（合金鋼粉記号ｆ，ｇ）は、合金鋼粉のREM含有量が本発明の範囲を外れる例である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
その合金鋼粉を、図１に示すように鋼製外皮（すなわち直径4.1mmの軟鋼フープ線）に充填した後、冷間で伸線加工を施し、溶接用鋼ワイヤ（直径1.2mm）とした。さらに、溶接用鋼ワイヤの表面に潤滑油（溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.4〜1.7ｇ）を塗布した。
溶接用鋼ワイヤに占める合金鋼粉の内包率は表２に示す通りである。また溶接用鋼ワイヤに占める各元素の含有率は表２に示す通りである。表２中の発明例（溶接用鋼ワイヤNo.１〜12）は、発明例の合金鋼粉を使用し、かつ溶接用鋼ワイヤに占める合金鋼粉の内包率および溶接用鋼ワイヤに占めるREMの含有率が本発明の範囲を満足する例である。比較例のうち、溶接用鋼ワイヤNo.13，14は、比較例の合金鋼粉を使用しかつ溶接用鋼ワイヤに占めるREMの含有率が本発明の範囲を外れる例、溶接用鋼ワイヤNo.15は、溶接用鋼ワイヤに占めるREMの含有率が本発明の範囲を外れる例である。
【００４２】
【表２】
【００４３】
これらの溶接用鋼ワイヤを用いて溶接試験を行ない、スパッタの発生量とビードの形状を調査した。
(a)スパッタ発生量の調査
板厚12mmの鋼板を用いて、表３に示す溶接条件（炭酸ガスシールドアーク溶接）でビードオン溶接を行ない、Cu製捕集自具を用いて直径0.1mm以上のスパッタを補修した。溶接時間は１分とした。その捕集したスパッタが、溶着量100ｇ当り0.8ｇ以下を良（○）、0.8ｇ超え1.5ｇ以下を可（△）、1.5ｇ超えを不可（×）として評価した。その結果を表４に示す。
【００４４】
(b)ビード形状の調査
板厚3.2mmの鋼板を用いて、表３に示す溶接条件（ＭＩＧ溶接）で重ね隅肉溶接を行ない、ビードの断面を観察した。そのビードの幅の最大値と最小値との差が、溶接長さ250mm当り1.0mm以下を良（○）、1.0mm超え2.0mm以下を可（△）、2.0mm超えを不可（×）として評価した。その結果を表４に示す。
【００４５】
表３ではリットルをＬと記す。
【００４６】
【表３】
【００４７】
【表４】
【００４８】
表４から明らかなように、炭酸ガスシールドアーク溶接によるスパッタ発生量は、発明例では1.5ｇ以下であったのに対して、比較例では2.0ｇを超えた。
また、ＭＩＧ溶接によるビード形状は、発明例では良または可と評価されたのに対して、比較例では不可と評価された。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によればREMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して得ることができる。その結果、溶接用鋼ワイヤの歩留りを向上し、その製造コストを低減することが可能となる。さらに、本発明の溶接用鋼ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行なうと、アークが安定するので、スパッタが減少し、かつビード形状が改善されるという効果も得られるので、産業上格段の効果を奏する。
【符号の説明】
【００５０】
１ 溶接用鋼ワイヤ
２ 鋼製外皮
３ 合金鋼粉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスでアーク点をシールドして行なう溶接（すなわちガスシールドアーク溶接）に好適な溶接用鋼ワイヤ、およびそれを用いたガスシールドアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールドガスとしてHe，Ar，ＣＯ2，Ｏ2，Ｈ2ガスあるいはこれらの混合ガスを用いるガスシールドアーク溶接（すなわちＭＩＧ溶接，ＭＡＧ溶接，炭酸ガスアーク溶接）は、高能率の溶接技術として造船，建築，橋梁，自動車，建設機械等の様々な分野で広く普及している。ガスシールドアーク溶接は高能率であるという利点を有する反面、溶接の際に溶融メタルの飛散（いわゆるスパッタ）が多量に発生するという問題がある。
【０００３】
そこでアークを安定化して、スパッタを減少させることによって、溶接作業性の改善および溶接能率の更なる向上を達成する技術が求められている。
近年、アーク現象の究明が進むにつれて、ガスシールドアーク溶接におけるスパッタの低減に寄与する溶滴のスプレー移行が可能となってきた。そしてスパッタの低減に加えて、さらに金属蒸気（いわゆるヒューム）およびアーク音の低減を達成して、溶接の作業環境を改善する技術が検討されている。
【０００４】
たとえば特許文献１には、Ｃ，Si，Mn，希土類元素（以下、REMという）等の含有量を規定した炭酸ガスシールドアーク溶接に好適なソリッドワイヤが開示されている。また特許文献２には、REMを0.015〜0.100質量％含有するソリッドワイヤを用い、かつ溶接電流，溶接電圧，溶接速度，開先角度，ルートギャップから算出される指標を所定の範囲内に維持してガスシールドアーク溶接を行なう技術が開示されている。
【０００５】
これらの技術は、いずれもガスシールドアーク溶接において安定したアークを得るために、REMを含有する溶接用鋼ワイヤを用いる。REMは、Feより比重が大きく、しかも強酸化性の金属であり、その酸化物の融点が高いので、素材となる溶鋼の製造過程にて偏析し易い。そのため溶接用鋼ワイヤ中にREMの濃淡が生じ、REM含有量が規定値を外れる部分を切断除去しなければならない。また、溶鋼から溶接用鋼ワイヤを製造する過程で割れが発生し易くなる。つまりREMの添加によって溶接用鋼ワイヤの歩留りが低下し、その製造コストが上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許3945396号公報
【特許文献２】特開2007-118068号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、REMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して製造することによって、溶接用鋼ワイヤの歩留りを向上し、その製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤにREMを含有させる技術について鋭意検討した。その結果、REMを含有する合金鋼の粉体（以下、合金鋼粉という）を予め製造し、その合金鋼粉を鋼製外皮に内包させることによって、所定量のREMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して製造できることが分かった。
またガスシールドアーク溶接において、アークを安定させてスパッタを減少するために合金鋼粉に含有させるREM量、および溶接用鋼ワイヤに占める合金鋼粉の割合等についても検討し、それぞれ好適な範囲を見出した。
【０００９】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤであって、REMを２〜60質量％含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる合金鋼粉を鋼製外皮に内包させ、合金鋼粉の質量をＭPW（ｇ），鋼製外皮の質量をｍSH（ｇ）として、溶接用鋼ワイヤ中の合金鋼粉の内包率100×ＭPW／（ＭPW＋ｍSH）が0.05〜25.0質量％の範囲内を満足し、かつ合金鋼粉に含有されるREMの質量をＭRE（ｇ）として、溶接用鋼ワイヤ中のREMの含有率100×ＭRE／（ＭPW＋ｍSH）が0.01〜0.5質量％の範囲内を満足する溶接用鋼ワイヤである。
【００１０】
本発明の溶接用鋼ワイヤにおいては、合金鋼粉のＣ含有量を0.01〜3.0質量％，Si含有量を0.1〜6.0質量％とすることが好ましい。また、合金鋼粉のＯ含有量を0.003〜0.02質量％とすることが好ましい。さらに、合金鋼粉に含有される各元素の質量と鋼製外皮に含有される各元素の質量とをそれぞれ合計してＭPW＋ｍSHに対する比率として得られる各元素の含有率が、Ｃの含有率0.01〜0.30質量％，Siの含有率0.10〜5.00質量％，Mnの含有率0.5〜5.0質量％，Crの含有率3.0質量％以下，Niの含有率3.0質量％以下，Moの含有率0.02〜1.5質量％，Cuの含有率3.0質量％以下，Ｂの含有率0.0001〜0.005質量％，Tiの含有率0.02〜0.20質量％，Alの含有率0.001〜0.20質量％，Ｐの含有率0.050質量％以下，Ｓの含有率0.050質量％以下，Caの含有率0.0008質量％以下の範囲内を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることが好ましい。
【００１１】
また本発明は、上記の溶接用鋼ワイヤを用いて、正極性でガスシールドアーク溶接を行なうガスシールドアーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、REMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して製造することができる。その結果、溶接用鋼ワイヤの歩留りを向上し、その製造コストを低減することが可能となる。さらに、本発明の溶接用鋼ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行なうと、アークが安定するので、スパッタが減少し、かつビード形状が改善されるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の溶接用鋼ワイヤの例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の溶接用鋼ワイヤの例を模式的に示す断面図である。本発明の溶接用鋼ワイヤ１は、鋼製外皮２の内側に合金鋼粉３を内包したものである。
合金鋼粉３は、REMを含有する合金鋼を溶製し、さらに鋳造した合金鋼塊（いわゆるインゴット）を粉砕して得ることができる。直径0.8〜1.6mm程度の溶接用鋼ワイヤ１を得るためには、合金鋼粉３の粒径は数十μｍ〜百μｍ程度が好ましい。まず、合金鋼粉３の成分について説明する。
【００１５】
REM含有量：２〜60質量％
REM（すなわち希土類元素）は、ＭＡＧ溶接あるいは炭酸ガスアーク溶接を正極性で行なう場合に、溶滴のスプレー移行を実現するために不可欠な元素である。また、ＭＩＧ溶接ではアークを安定させてビードの蛇行を抑制する作用を有する。
合金鋼粉３のREM含有量が２質量％未満では、合金鋼粉３とそれを内包する鋼製外皮２からなる溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、それらの効果が得られない。一方、60質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤ１中のREMの濃淡が助長されるばかりでなく、REMが酸化され易くなり、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、アークが不安定になり、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、REM含有量は２〜60質量％の範囲内とする。好ましくは５〜20質量％である。なお、REM含有量（質量％）は、合金鋼粉３に含有されるREMの質量ＭRE（ｇ）と合金鋼粉３の質量ＭPW（ｇ）の割合（＝100×ＭRE／ＭPW）を指す。
【００１６】
ここでREMは、周期表の３族に属する元素の総称である。本発明では、原子番号57〜71の元素を使用するのが好ましく、特にCe，Laが好適である。Ce，Laを合金鉄粉に添加する場合は、CeまたはLaを単独で添加しても良いし、CeおよびLaを併用しても良い。
合金鋼粉３は、REMを含有することを必須とするが、Ｃ，Si，Ｂを下記の範囲で含有することが好ましい。その理由は、これらの元素を鋼製外皮２のみから溶接金属に供給するように成分設計を行なうと、鋼製外皮２が脆化して、溶接用鋼ワイヤ１の製造工程にて断線を生じ易くなるからである。つまり、これらの元素を合金鋼粉３および鋼製外皮２から溶接金属に供給するように成分設計を行なうことが好ましい。
【００１７】
Ｃ含有量：0.01〜3.0質量％
Ｃは溶接金属の強度を確保するために重要な元素であるが、合金鋼粉３のＣ含有量が0.01質量％未満では、合金鋼粉３とそれを内包する鋼製外皮２からなる溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、ＭＩＧ溶接ではアークを安定させてビードの蛇行を抑制する効果が得られない。一方、3.0質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶滴が不安定になるばかりでなく、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、Ｃ含有量は0.01〜3.0質量％の範囲内が好ましい。なお、Ｃ含有量（質量％）は、合金鋼粉３に含有されるＣの質量ＭC（ｇ）と合金鋼粉３の質量ＭPW（ｇ）の割合（＝100×ＭC／ＭPW）を指す。
【００１８】
Si含有量：0.1〜6.0質量％
Siは脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸に不可欠な元素であるが、合金鋼粉３のSi含有量が0.1質量％未満では、合金鋼粉３とそれを内包する鋼製外皮２からなる溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶融メタルが十分に脱酸されないので、溶接金属にブロー欠陥が生じる。一方、6.0質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量は増加するが、溶融メタル中で脱酸に寄与するSi量は飽和してしまう。しかも合金鋼粉３の硬度が高くなり、加工性が劣化する。したがって、Si含有量は0.1〜6.0質量％の範囲内が好ましい。なお、Si含有量（質量％）は、合金鋼粉３に含有されるSiの質量ＭSI（ｇ）と合金鋼粉３の質量ＭPW（ｇ）の割合（＝100×ＭSI／ＭPW）を指す。
【００１９】
Ｏ含有量：0.003〜0.02質量％
Ｏは、合金鋼粉３の素材となる合金鋼の溶製工程および合金鋼粉３の製造工程にて混入する元素であるが、溶滴の移行形態を微細にする作用を有する。Ｏ含有量を0.003質量％未満まで減少させるためには、溶製工程における真空精錬等に多大に時間を要し、生産性の低下，製造コストの上昇を招く。またＯ含有量が0.003質量％未満では、溶滴を微細化する効果が得られない。一方、0.02質量％を超えると、合金鋼粉中のREMが溶接時に酸化され易くなり、上記したREMの効果を阻害する。したがって、Ｏ含有量は0.003〜0.02質量％の範囲内が好ましい。より好ましくは0.003質量％以上0.008質量％未満である。なお、Ｏ含有量（質量％）は、合金鋼粉３に含有されるＯの質量ＭO（ｇ）と合金鋼粉３の質量ＭPW（ｇ）の割合（＝100×ＭO／ＭPW）を指す。
【００２０】
合金鋼粉３の上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。合金鋼粉３には、その製造過程（すなわちREMを含有する合金鋼を溶製し、さらに鋳造したインゴットを粉砕する工程）で他の元素（たとえばＰ，Ｓ，Ca等）が混入する。それらの不純物は、溶接用鋼ワイヤ１に占める各元素の割合が後述する範囲内であれば問題はない。
この合金鋼粉３を鋼製外皮２に内包させて溶接用鋼ワイヤ１とする。鋼製外皮２の外径は0.8〜1.6mm程度が好ましい。ここで、合金鋼粉３と鋼製外皮２の割合について説明する。
【００２１】
内包率：0.05〜25.0質量％
合金鋼粉３の質量をＭPW（ｇ）とし、鋼製外皮２の質量をｍSH（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１の質量はＭPW＋ｍSH（ｇ）となる。溶接用鋼ワイヤ１に占める合金鋼粉３の割合（以下、内包率という）は100×ＭPW／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、その内包率を0.05〜25.0質量％の範囲内とする。合金鋼粉３の内包率が0.05質量％未満では、溶接用鋼ワイヤ１中に十分な量のREMを確保できず、しかも溶接用鋼ワイヤ１長手方向の合金鋼粉３の分布が不均一になるので、上記したREMの効果が安定して得られない。一方、25.0質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤ１中に多量のREMが存在するので、REMが酸化され易くなり、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶接金属の靭性の低下を招く。また、溶接用鋼ワイヤ１の製造工程にて断線を生じ易くなる。
【００２２】
次に、溶接用鋼ワイヤ１に占める各元素の割合（以下、含有率という）について説明する。なお含有率は、溶接用鋼ワイヤ１の質量（＝ＭPW＋ｍSH）に対する各元素の質量比を指す。
REM含有率：0.01〜0.5質量％
合金鋼粉３に含有されるREMの質量をＭRE（ｇ）とし、溶接用鋼ワイヤ１に占めるREMの含有率は100×ＭRE／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのREM含有率を0.01〜0.5質量％の範囲内とする。REM含有率が0.01質量％未満では、上記したREMの効果が得られない。一方、0.5質量％を超えると、REM が酸化され易くなり、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶接金属の靭性の低下を招く。したがって、REM含有率は0.01〜0.5質量％とする。好ましくは0.025〜0.3質量％である。
【００２３】
Ｃ含有率：0.01〜0.30質量％
合金鋼粉３に含有されるＣの質量をＭC（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるＣの質量をｍC（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるＣの含有率は100×（ＭC＋ｍC）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのＣ含有率は0.01〜0.30質量％の範囲内が好ましい。Ｃは溶接金属の強度を確保するために重要な元素であるが、Ｃ含有率が0.01質量％未満では、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶接金属の強度が低下する。しかも溶融メタル中のＣの酸化反応によるＯ固溶量低減効果が得られない。また、溶接用鋼ワイヤ１の電気抵抗が低くなり、溶融効率が低下する。一方、0.30質量％を超えると、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶滴が不安定になるばかりでなく、溶接金属の靭性の低下を招く。また、溶接用鋼ワイヤ１の製造工程にて断線を生じ易くなる。したがって、Ｃ含有率は0.01〜0.30質量％の範囲内が好ましい。より好ましくは0.01〜0.08質量％である。
【００２４】
Si含有率：0.10〜5.00質量％
合金鋼粉３に含有されるSiの質量をＭSI（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるSiの質量をｍSI（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるSiの含有率は100×（ＭSI＋ｍSI）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのSi含有率は0.10〜5.00質量％の範囲内が好ましい。Siは脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸に不可欠な元素であるが、Si含有率が0.10質量％未満では、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、溶融メタルが十分に脱酸されないので、溶接金属にブロー欠陥が生じる。また、溶接用鋼ワイヤ１の電気抵抗が低くなり、溶融効率が低下する。一方、5.00質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量が増加する一方で、溶融メタル中で脱酸に寄与するSi量は飽和してしまう。しかも溶接用鋼ワイヤ１の硬度が高くなり、加工性が劣化する。したがって、Si含有率は0.10〜5.00質量％の範囲内が好ましい。より好ましくは0.5〜1.5質量％である。
【００２５】
Mn含有率：0.5〜5.0質量％
合金鋼粉３に含有されるMnの質量をＭMN（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるMnの質量をｍMN（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるMnの含有率は100×（ＭMN＋ｍMN）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのMn含有率は0.5〜5.0質量％の範囲内が好ましい。Mnは、Siと同様に脱酸作用を有し、溶融メタルの脱酸に不可欠な元素であるとともに、溶接金属の靭性および強度を確保する作用も有する。Mn含有率が0.5質量％未満では、その効果が得られない。また、溶接用鋼ワイヤ１の電気抵抗が低くなり、溶融効率が低下する。一方、5.0質量％を超えると、酸化によるスラグ生成量は増加する一方で、溶融メタル中で脱酸に寄与するMn量は飽和してしまう。しかも溶接用鋼ワイヤ１の硬度が高くなり、加工性が劣化する。したがって、Mn含有率は0.5〜5.0質量％の範囲内が好ましい。より好ましくは1.0〜3.0質量％である。
【００２６】
Ｐ含有率：0.050質量％以下
合金鋼粉３に含有されるＰの質量をＭP（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるＰの質量をｍP（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるＰの含有率は100×（ＭP＋ｍP）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのＰ含有率は0.050質量％以下が好ましい。Ｐは、溶接用鋼ワイヤ１の融点を低下させるとともに、電気抵抗を増加させて発熱性を高める作用を有するので、溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なう際に、作業能率の向上に寄与する。しかも正極性の溶接においては、アークを安定させる作用も有する。ところが、Ｐ含有率が0.050質量％を超えると、溶融メタルの粘性が低下し、アークが不安定になるばかりでなく、小粒のスパッタが多量に発生する。しかも溶接金属に高温割れが発生し易くなる。
【００２７】
Ｓ含有率：0.050質量％以下
合金鋼粉３に含有されるＳの質量をＭS（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるＳの質量をｍS（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるＳの含有率は100×（ＭS＋ｍS）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのＳ含有率は0.050質量％以下が好ましい。Ｓは、溶融メタルの粘性を低下させて、溶接時に溶接用鋼ワイヤ先端に懸垂した溶滴の離脱を助けるとともに、正極性の溶接においてアークを安定させる作用を有する。ところが、Ｓ含有率が0.050質量％を超えると、小粒のスパッタが多量に発生し、しかも溶接金属の靭性が劣化する。
【００２８】
Ca含有率：0.0008質量％以下
合金鋼粉３に含有されるCaの質量をＭCA（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるCaの質量をｍCA（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるCaの含有率は100×（ＭCA＋ｍCA）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのCa含有率は0.0008質量％以下が好ましい。Caは、正極性の溶接においてアークを安定させる作用を有する元素であるが、Ca含有率が0.0008質量％を超えると、アークの安定性が阻害される。
【００２９】
Ti含有率：0.02〜0.20質量％
合金鋼粉３に含有されるTiの質量をＭTI（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるTiの質量をｍTI（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるTiの含有率は100×（ＭTI＋ｍTI）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのTi含有率は0.02〜0.20質量％の範囲内が好ましい。Tiは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を高める作用を有する元素であるが、Ti含有率が0.02質量％未満では、その効果が得られない。そのため、溶融メタルが十分に脱酸されず、その粘性が低下するので、ビード形状が劣化する。一方、0.20質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。
【００３０】
Al含有率：0.001〜0.20質量％
合金鋼粉３に含有されるAlの質量をＭAL（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるAlの質量をｍAL（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるAlの含有率は100×（ＭAL＋ｍAL）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのAl含有率は0.001〜0.20質量％の範囲内が好ましい。Alは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度を高める作用を有する元素であるが、Al含有率が0.001質量％未満では、その効果が得られない。そのため、溶融メタルが十分に脱酸されず、その粘性が低下するので、ビード形状が劣化する。一方、0.20質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。
【００３１】
Mo含有率：0.02〜1.5質量％
合金鋼粉３に含有されるMoの質量をＭMO（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるMoの質量をｍMO（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるMoの含有率は100×（ＭMO＋ｍMO）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのMo含有率は0.02〜1.5質量％の範囲内が好ましい。Moは、溶接金属の強度を高める作用を有する元素であるが、Mo含有率が0.02質量％未満では、その効果が得られない。一方、1.5質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。
【００３２】
Ｂ含有率：0.0001〜0.005質量％
合金鋼粉３に含有されるＢの質量をＭB（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるＢの質量をｍB（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるＢの含有率は100×（ＭB＋ｍB）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのＢ含有率は0.0001〜0.005質量％の範囲内が好ましい。Ｂは、溶接金属の強度を高める作用を有する元素であるが、Ｂ含有率が0.0001質量％未満では、その効果が得られない。一方、0.005質量％を超えると、溶接金属の靭性が著しく低下する。
【００３３】
Cr含有率：3.0質量％以下
合金鋼粉３に含有されるCrの質量をＭCR（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるCrの質量をｍCR（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるCrの含有率は100×（ＭCR＋ｍCR）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのCr含有率は3.0質量％以下が好ましい。Crは、溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を改善する作用を有する元素であるが、Cr含有率が3.0質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。
【００３４】
Ni含有率：3.0質量％以下
合金鋼粉３に含有されるNiの質量をＭNI（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるNiの質量をｍNI（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるNiの含有率は100×（ＭNI＋ｍSH）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのNi含有率は3.0質量％以下が好ましい。Niは、溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を改善する作用を有する元素であるが、Ni含有率が3.0質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。
【００３５】
Cu含有率：3.0質量％以下
合金鋼粉３に含有されるCuの質量をＭCU（ｇ）とし、鋼製外皮２に含有されるCuの質量をｍCU（ｇ）とすると、溶接用鋼ワイヤ１に占めるCuの含有率は100×（ＭCU＋ｍCU）／（ＭPW＋ｍSH）で算出され、そのCu含有率は3.0質量％以下が好ましい。Cuは、溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を改善する作用を有する元素であるが、Cu含有率が3.0質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。
【００３６】
鋼製外皮２の上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
以上に説明した通り、本発明の溶接用鋼ワイヤ１は、鋼製外皮２の内側に合金鋼粉３を内包したものであるが、合金鋼粉３と溶接用フラックスを併用しても良い。つまり、鋼製外皮２の内側に合金鋼粉３と溶接用フラックスを内包した溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なうと、アークが安定し、スパッタが減少するという効果が一層向上する。
【００３７】
また、合金鋼粉３に加えて、REMを含有しない合金粉（たとえばFe-Si，Fe-Mn，Fe-S，Fe-Ti等）を鋼製外皮２に内包させても良い。その溶接用鋼ワイヤ１を用いてガスシールドアーク溶接を行なうと、容易に溶接金属の強度および靭性を確保できるという効果が得られる他、脱酸素作用により鋼板側に形成される溶融プール表面が安定化し、アークそのものをより安定化させる効果が得られる。
【００３８】
合金鋼粉３に加えて、溶接用フラックスや合金粉を内包させた溶接用鋼ワイヤ１における各元素の含有率は、鋼製外皮２と合金鋼粉３の合計質量（＝ＭPW＋ｍSH）に対する比で上記の通り規定する。また、合金鋼粉３の内包率も鋼製外皮２と合金鋼粉３の合計質量（＝ＭPW＋ｍSH）に対する比で上記の通り規定する。
従来から正極性のガスシールドアーク溶接ではアークが不安定になることが知られているが、本発明の溶接用鋼ワイヤを用いると、REMが溶接用鋼ワイヤ全長にわたって均一に分布しているので、正極性であってもアークが安定する。
【実施例】
【００３９】
真空溶解して得られた溶鋼にミッシュメタル（Ce：La：Ｙ＝６：３：１）を添加して表１に示す成分の合金鋼を溶製し、さらに鋳造した合金鋼塊を粉砕して、粒径10〜150μｍの合金鋼粉を得た。表１中の発明例（合金鋼粉記号ａ〜ｅ）は、合金鋼粉のREM含有量が本発明の範囲を満足する例であり、比較例（合金鋼粉記号ｆ，ｇ）は、合金鋼粉のREM含有量が本発明の範囲を外れる例である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
その合金鋼粉を、図１に示すように鋼製外皮（すなわち直径4.1mmの軟鋼フープ線）に充填した後、冷間で伸線加工を施し、溶接用鋼ワイヤ（直径1.2mm）とした。さらに、溶接用鋼ワイヤの表面に潤滑油（溶接用鋼ワイヤ10kgあたり0.4〜1.7ｇ）を塗布した。
溶接用鋼ワイヤに占める合金鋼粉の内包率は表２に示す通りである。また溶接用鋼ワイヤに占める各元素の含有率は表２に示す通りである。表２中の発明例（溶接用鋼ワイヤNo.１〜12）は、発明例の合金鋼粉を使用し、かつ溶接用鋼ワイヤに占める合金鋼粉の内包率および溶接用鋼ワイヤに占めるREMの含有率が本発明の範囲を満足する例である。比較例のうち、溶接用鋼ワイヤNo.13，14は、比較例の合金鋼粉を使用しかつ溶接用鋼ワイヤに占めるREMの含有率が本発明の範囲を外れる例、溶接用鋼ワイヤNo.15は、溶接用鋼ワイヤに占めるREMの含有率が本発明の範囲を外れる例である。
【００４２】
【表２】
【００４３】
これらの溶接用鋼ワイヤを用いて溶接試験を行ない、スパッタの発生量とビードの形状を調査した。
(a)スパッタ発生量の調査
板厚12mmの鋼板を用いて、表３に示す溶接条件（炭酸ガスシールドアーク溶接）でビードオン溶接を行ない、Cu製捕集自具を用いて直径0.1mm以上のスパッタを補修した。溶接時間は１分とした。その捕集したスパッタが、溶着量100ｇ当り0.8ｇ以下を良（○）、0.8ｇ超え1.5ｇ以下を可（△）、1.5ｇ超えを不可（×）として評価した。その結果を表４に示す。
【００４４】
(b)ビード形状の調査
板厚3.2mmの鋼板を用いて、表３に示す溶接条件（ＭＩＧ溶接）で重ね隅肉溶接を行ない、ビードの断面を観察した。そのビードの幅の最大値と最小値との差が、溶接長さ250mm当り1.0mm以下を良（○）、1.0mm超え2.0mm以下を可（△）、2.0mm超えを不可（×）として評価した。その結果を表４に示す。
【００４５】
表３ではリットルをＬと記す。
【００４６】
【表３】
【００４７】
【表４】
【００４８】
表４から明らかなように、炭酸ガスシールドアーク溶接によるスパッタ発生量は、発明例では1.5ｇ以下であったのに対して、比較例では2.0ｇを超えた。
また、ＭＩＧ溶接によるビード形状は、発明例では良または可と評価されたのに対して、比較例では不可と評価された。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によればREMを含有する溶接用鋼ワイヤを安定して得ることができる。その結果、溶接用鋼ワイヤの歩留りを向上し、その製造コストを低減することが可能となる。さらに、本発明の溶接用鋼ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行なうと、アークが安定するので、スパッタが減少し、かつビード形状が改善されるという効果も得られるので、産業上格段の効果を奏する。
【符号の説明】
【００５０】
１ 溶接用鋼ワイヤ
２ 鋼製外皮
３ 合金鋼粉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤであって、REMを２〜60質量％含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる合金鋼粉を鋼製外皮に内包させ、前記合金鋼粉の質量をＭPW（ｇ）、前記鋼製外皮の質量をｍSH（ｇ）として、前記溶接用鋼ワイヤ中の前記合金鋼粉の内包率100×ＭPW／（ＭPW＋ｍSH）が0.05〜25.0質量％の範囲内を満足し、かつ前記合金鋼粉に含有される前記REMの質量をＭRE（ｇ）として、前記溶接用鋼ワイヤ中の前記REMの含有率100×ＭRE／（ＭPW＋ｍSH）が0.01〜0.5質量％の範囲内を満足することを特徴とする溶接用鋼ワイヤ。
【請求項２】
前記合金鋼粉が、Ｃを0.01〜3.0質量％、Siを0.1〜6.0質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の溶接用鋼ワイヤ。
【請求項３】
前記合金鋼粉が、Ｏを0.003〜0.02質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接用鋼ワイヤ。
【請求項４】
前記合金鋼粉に含有される各元素の質量と前記鋼製外皮に含有される各元素の質量とをそれぞれ合計して前記ＭPW＋ｍSHに対する比率として得られる各元素の含有率が、Ｃの含有率0.01〜0.30質量％、Siの含有率0.10〜5.00質量％、Mnの含有率0.5〜5.0質量％、Crの含有率3.0質量％以下、Niの含有率3.0質量％以下、Moの含有率0.02〜1.5質量％、Cuの含有率3.0質量％以下、Ｂの含有率0.0001〜0.005質量％、Tiの含有率0.02〜0.20質量％、Alの含有率0.001〜0.20質量％、Ｐの含有率0.050質量％以下、Ｓの含有率0.050質量％以下、Caの含有率0.0008質量％以下の範囲内を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接用鋼ワイヤ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接用鋼ワイヤを用いて、正極性でガスシールドアーク溶接を行なうことを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤであって、REMを２〜60質量％含有し残部がFeおよび不可避的不純物からなる合金鋼粉を鋼製外皮に内包させ、前記合金鋼粉の質量をＭPW（ｇ）、前記鋼製外皮の質量をｍSH（ｇ）として、前記溶接用鋼ワイヤ中の前記合金鋼粉の内包率100×ＭPW／（ＭPW＋ｍSH）が0.05〜25.0質量％の範囲内を満足し、かつ前記合金鋼粉に含有される前記REMの質量をＭRE（ｇ）として、前記溶接用鋼ワイヤ中の前記REMの含有率100×ＭRE／（ＭPW＋ｍSH）が0.01〜0.5質量％の範囲内を満足することを特徴とする溶接用鋼ワイヤ。
【請求項２】
前記合金鋼粉が、Ｃを0.01〜3.0質量％、Siを0.1〜6.0質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の溶接用鋼ワイヤ。
【請求項３】
前記合金鋼粉が、Ｏを0.003〜0.02質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接用鋼ワイヤ。
【請求項４】
前記合金鋼粉に含有される各元素の質量と前記鋼製外皮に含有される各元素の質量とをそれぞれ合計して前記ＭPW＋ｍSHに対する比率として得られる各元素の含有率が、Ｃの含有率0.01〜0.30質量％、Siの含有率0.10〜5.00質量％、Mnの含有率0.5〜5.0質量％、Crの含有率3.0質量％以下、Niの含有率3.0質量％以下、Moの含有率0.02〜1.5質量％、Cuの含有率3.0質量％以下、Ｂの含有率0.0001〜0.005質量％、Tiの含有率0.02〜0.20質量％、Alの含有率0.001〜0.20質量％、Ｐの含有率0.050質量％以下、Ｓの含有率0.050質量％以下、Caの含有率0.0008質量％以下の範囲内を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接用鋼ワイヤ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接用鋼ワイヤを用いて、正極性でガスシールドアーク溶接を行なうことを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１３０９６７（Ｐ２０１２−１３０９６７Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８３８４（Ｐ２０１１−２５８３８４）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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