ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤおよび亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法
【課題】 耐食性が良好で、ブローホールやピットの発生が極めて少なく、溶接作業性が良好なステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤおよび亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼の溶接方法を提供する。
【解決手段】 金属外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、金属外皮およびフラックス中にワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０５％、Ｓｉ：０．１０〜０．４５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：１３〜２０％、Ｎｂ：０．５〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ａｌ：０．２〜０．８％、Ｔｉ：０．１〜０．８％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。また、前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて亜鉛めっき鋼板または亜鉛めっき棒鋼とステンレス鋼板の重ね継手、Ｔ継手またはフレア継手溶接を行うことも特徴とする。
【解決手段】 金属外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、金属外皮およびフラックス中にワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０５％、Ｓｉ：０．１０〜０．４５％、Ｍｎ：０．２〜１．０％、Ｃｒ：１３〜２０％、Ｎｂ：０．５〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．３％、Ａｌ：０．２〜０．８％、Ｔｉ：０．１〜０．８％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。また、前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて亜鉛めっき鋼板または亜鉛めっき棒鋼とステンレス鋼板の重ね継手、Ｔ継手またはフレア継手溶接を行うことも特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼板または亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接に使用され、溶接割れが発生せず、溶接金属中または表面にブローホールまたはピットの発生が極めて少く、タッチアップ等の後処理を行わなくとも耐食性が良好で、溶接作業性が良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤおよび亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車排気系部品特に、排気マニフォルドは、燃費向上や軽量化の動きの中で厚肉構造の耐熱鋳物から薄板や薄肉鋼管を利用した溶接構造物へと変遷し、これによりフェライト系ステンレス鋼板の使用量が拡大した。これまで、フェライト系ステンレス鋼板としてＳＵＳ４３０ＬＸ（低Ｃ―１７％Ｃｒ−Ｎｂ）等が用いられてきた。現在は、高価なＣｒ量を低減して１％程度のＳｉを含有させることにより耐酸化性や高温強度の確保を図った新しいタイプのＳＵＳ４２５、ＳＵＳ４２９（低Ｃ−１％Ｓｉ−１３〜１５％Ｃｒ−Ｎｂ系）等が開発され、この種の低コスト指向フェライト系ステンレス鋼の適用が急増してきている。溶接方法としては、シールドガスとしてＡｒ−２％Ｏ２やＡｒ−２０％ＣＯ２を用いたミグまたはマグ溶接の適用例が多い。また、Ｎｂを含まないＳＵＳ４３０Ｌ系溶接用ワイヤも適用されているが、炭酸ガスを含むシールドガスを用いたマグ溶接ではシールドガスからのCのピックアップの影響によりフェライト相とその粒界の一部がマルテンサイト変態した二相組織となり、繰返し熱サイクルを伴う環境下では、熱疲労特性にも難があった。
【０００３】
フェライト系ステンレス鋼板の溶接で溶接割れを軽減するために、鋼中のＰ、Ｓ等の不純物元素を抑制することは周知の事実であるが、その低減には経済的にも限界があり、十分な効果が得られなかった。さらに、従来から種々のフェライト系ステンレス鋼板の溶接用ワイヤが提案されている。これらは溶接ワイヤ中に微細化元素の添加を行って、力学的あるいはミクロ偏析の見地から溶接割れ感受性の低下を図ろうというものである。例えば、溶接ワイヤ中に微細化元素であるＴｉ、Ａｌ、Ｎを添加したソリッドワイヤが開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような微細化元素の添加を行うだけの手法では、溶接割れは防止できるが、耐酸化性に極めて有害なＮを添加することから、窒化アルミ（ＡｌＮ）を酸化皮膜上に形成する。窒化アルミ自体は耐酸化性の効果を持たないことから、これを起点として酸化が進行し異常酸化現象を生じさせることが知られており、溶接金属の清浄度を悪くさせ結果的に耐食性を損なうことになる。
【０００４】
一方、めっき鋼板は、建築、橋梁、自動車などの分野において構造物材の耐食性向上の観点から幅広く用いられている。従来構造物の耐食性向上については、非めっき材を溶接し、その後、亜鉛またはクロム系合金浴に浸漬し、鋼材および溶接部表面に付着させ、構造物全体の耐食性を確保する方法が用いられてきた。しかし、この方法では溶接した後にめっき工程が行われるため、生産性が劣るとともに、めっき浴等の設備が必要になり、製造コストを増加させる原因になっていた。最近では、あらかじめめっきが施された鋼板を溶接し、製造を行う方法が適用されるようになってきた。しかし、亜鉛めっき鋼板を溶接して構造物を製造する場合には、めっき鋼板および溶接材料が溶融凝固して形成された溶接金属では、めっき層が蒸発離散するため、溶接部の耐食性が劣化するという課題があった。このため従来、亜鉛めっき鋼板を溶接して溶接構造物を製造する場合は、溶接部の耐食性を確保するために、ＪＩＳ Ｚ ３３１２ ＹＧＷ１１やＪＩＳ Ｚ ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ等の炭素鋼ワイヤを適用した溶接部に、タッチアップと呼ばれる刷毛塗りやスプレーによる補修塗装が行われているが、溶接後に塗装作業が必要となるため構造物の生産性の低下をもたらすという課題があった。また、溶接部表面に塗装した防食塗料は永年の使用環境において剥離し、特に塗装が困難である狭隘な個所の耐食性は不十分であった。
【０００５】
ある建設物において、ステンレス鋼板のみまたは亜鉛めっき鋼板のみの構造物はほとんど存在しない。排気系部品を車両本体に装着する際、排気系部品に亜鉛めっきを施した棒状のハンガ−を接合し、車両に取り付けている。上述した通り、排気系部品にはフェライト系ステンレス鋼板が主流であり、ＪＩＳ Ｚ ３３１２ ＹＧＷ１１やＪＩＳ Ｚ ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ等の炭素鋼ワイヤを用いると、溶接金属が完全なマルテンサイト組織となり、溶接割れが発生することは必至である。このため溶接部に耐食性をもたせるためステンレス鋼溶接材料を使用されるケースが多くなっている。例えば、ステンレス鋼と炭素鋼の異材すみ肉溶接において健全な溶接金属が得られるとしているが（例えば、特許文献２参照）、炭素鋼に塗装処理が施されている異材すみ肉溶接においてはその健全性が得られなし、Ｎｉを９％程度、Ｃｒを２８％程度含有しており、非常に高価で製造コストが上がり実用的ではない。また、ハンガーの鋼種をステンレス鋼板に変更することが検討されているが、これも製造コストが上がり実用的ではない。また、最近、環境問題等により、六価クロム規制が始まり、めっき方法がクロムめっきから亜鉛めっきへとめっき方法が変更されてきているが、耐食性の観点から、亜鉛めっき付着量が厚めっき傾向にある。そのため従来使用されてきた安価なステンレス鋼ソリッドワイヤを用いても溶接金属中に多量の気孔欠陥（ブローホールまたはピット）が発生し、腐食環境下で生じた孔食や粒界腐食が、それを起点として溶接金属を貫通する割れへと進展する可能性がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１９２９１号公報
【特許文献２】特開平７−１５５９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ステンレス鋼板または亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板を溶接する場合において、耐食性が良好で、ブローホールやピットの発生が極めて少なく、溶接作業性が良好なステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤおよび亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
【０００９】
（１）金属外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、金属外皮およびフラックス中にワイヤ全質量に対して質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．０５％、
Ｓｉ：０．１〜０．４５％、
Ｍｎ：０．２〜１．０％、
Ｃｒ：１３〜２０％、
Ｎｂ：０．５〜１．０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．３％、
Ａｌ：０．２〜０．８％、
Ｔｉ：０．１〜０．８％、
アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の１種または２種以上：０．０５〜０．２５％を含有し、
Ｎ：０．０１５％以下で、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１０】
（２）ワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％を含有し、Ｎｉ：０．２％以下であることを特徴とする（１）記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【００１１】
（３）亜鉛めっき鋼板または亜鉛めっき棒鋼とステンレス鋼板の重ね継手、Ｔ継手またはフレア継手を（２）記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて溶接を行うことを特徴とする。
【００１２】
（４）Ａｒに５体積％以下のＯ２またはＡｒに２５体積％以下のＣＯ２を混合したガスおよび溶接電源にパルス波形制御を用いることを特徴とする（３）記載の亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤおよび亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法によれば、ステンレス鋼または亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板を溶接する場合において、溶接後めっき処理工程が不用で、耐食性が良好で、ブローホールやピットの発生が極めて少なく、溶接作業性が良好であり、高能率で高品質な溶接部を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明におけるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ全質量に対する含有成分の組成限定理由について説明する。
【００１５】
Ｃ：０．０１〜０．０５質量％
Ｃは、Ｃｒと炭化物を形成し、溶接金属の高温酸化性および耐塩害腐食性を低下させる。一方、Ｃはオーステナイト安定化元素としてフェライトの成長を抑制し、Ｎｂと炭化物を形成して等軸晶の生成に有効で、溶接割れの抑制に効果がある。Ｃが０．０１質量％（以下、％という。）未満の場合、等軸晶の生成効果が期待できない。Ｃが０．０５％を超えると、溶摘移行がスムーズに行かずスパッタ発生量が増大する。また、溶接金属の耐酸化性を低下させる。
【００１６】
さらに、亜鉛めっき鋼板または亜鉛めっき棒鋼（以下、亜鉛めっき鋼板という。）とステンレス鋼板との溶接を行う場合は、異材溶接となり溶接金属にマルテンサイト組織が析出する可能性があり、オーステナイト安定化元素の添加を抑える必要がある。特に、Ｃは割れ感受性を最も敏感にする元素であるため、ＣＯ２ガスを含有するシールドガスの使用を想定し、Ｃを０．０３％以下とする。
【００１７】
Ｓｉ：０．１〜０．４５％
Ｓｉは、フェライト安定化元素として溶接金属の柱状組織の粗大化を促進する作用があり、さらに脱酸効果があり酸化物として粒界に偏析して脆弱化させる作用も有するため、梨型ビード形状割れと延性低下での割れによる溶接割れ感受性を高める元素である。
【００１８】
一方、ＳｉはＣｒとの共存で耐酸化性を改善する作用がある。また、アーク安定性やビード形状を良化させる作用も有する。Ｓｉが０．１％未満では、溶接金属の耐酸化性およびアーク安定性やビード形状を良化させる作用が不十分である。０．４５％を超えると、耐溶接割れ性が劣化する。また、亜鉛めっきから発生する蒸気と結合し、ピット発生の要因となる。
【００１９】
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、高融点のＭｎＳを形成して高温割れ抑制に有効である。０．２％未満ではその効果が不十分であり、１．０％を超えると、溶接金属の高温酸化性を劣化させる。また、溶接金属を硬化させるとともに、亜鉛めっき鋼板の溶接する際に発生する蒸気を溶接金属内に閉じ込めやすくなり、ブローホールの原因となるため、上限を１．０％とする。
【００２０】
Ｃｒ：１３〜２０％
Ｃｒは、フェライト系ステンレス鋼の主要な元素である。Ｃｒは、高温でＣｒ２Ｏ３主体の酸化物を形成し、緻密で酸素の拡散が阻止できるので、耐酸化性の機能を発揮する。また、高温強度および耐塩害腐食性などの耐食性を確保する上でも必須である。Ｃｒが１３％未満だとマルテンサイト組織が析出しやすくなり溶接割れを助長する。一方、２０％を超えると溶接金属の延性低下が懸念され耐溶接割れ性が劣化する。
【００２１】
Ｎｂ：０．５〜１．０％
Ｎｂは、溶接金属のミクロ組織改善と梨型ビード形状割れの抑制に最も効果がある。Ｎｂは、炭素および窒素と結合してフェライト形成核となる炭窒化物を生成する成分であり、炭窒化物を生成させ結晶粒の微細化および高温強度の改善が見込まれる。その効果を得るためには、炭素含有量の７倍の添加が必要であり０．５％以上とする。しかし、過剰な添加は、低融点のＮｂＣを粒界に過剰形成させ、かえって溶接割れ感受性を高める作用があるため、上限を１．０％以下とする。
【００２２】
Ｃｕ：０．０１〜０．３％
Ｃｕは、溶接時の溶融池の粘性を下げる効果があり、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、Ｃ、Ｓｉの添加を低く抑えているため溶接ビード形状を改善させる。また、亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板との溶接を行う場合、Ｃｒを含有していない亜鉛めっき鋼板では、溶接金属のＣｒ量が減少して耐食性が劣化するが、Ｃｕを含むことによって溶接金属組織中の粒内を強化し、全面腐食の発生を抑制する効果がある。Ｃｕが０．０１％未満だとこの効果が期待できない。一方、０．３％を超えると溶接金属の融点が下がり、溶接割れを助長するとともに、重ね継手、Ｔ継手およびフレア継手の溶接時、溶接ビード形状が劣化する。
【００２３】
Ａｌ：０．２〜０．８％
Ａｌは、等軸晶の生成には必須元素である。溶接金属の脱酸作用により酸化物を形成し、この酸化物が等軸晶の生成を促進して梨型ビード形状割れを防止する作用を有する。Ａｌが０．２％未満では、これら効果は不十分である。一方、０．８％を超えると、スパッタ発生量が多くなり好ましくない。
【００２４】
Ｔｉ：０．１〜０．８％
Ｔｉは、脱酸効果と等軸晶の生成に有効な元素である。等軸晶生成のメカニズムはＡｌと同じであり梨型ビード形状割れ防止する作用を有する。また、アーク安定性を良化させる作用がある。Ｔｉが０．１％未満では、これら効果は不十分である。一方、０．８％を超えると、アーク吹付け力が過剰となり、スパッタ発生量が多くなるとともにビードが凸形状となるので好ましくない。
【００２５】
アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の１種または２種以上：０．０５〜０．２５％
Ｎａ２ＣＯ３，Ｋ２ＣＯ３，Ｌｉ２ＣＯ３等のアルカリ金属炭酸塩およびＣａＣＯ３，ＢａＣＯ３等のアルカリ土類金属炭酸塩は、アーク安定性作用とアーク集中性を高める。その効果は０．０５％未満では得られない。一方、０．２５％を超えると、アークの集中性が強すぎてスパッタ発生量が多くなる。したがって、本発明ではアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の１種または２種以上の含有量を０．０５〜０．２５％とした。
【００２６】
Ｎ：０．０１５％以下
Ｎは、オーステナイト安定化元素してフェライト相析出を抑制する効果がある。しかし、本発明の対象とする金属組織は、フェライト単相組織であり溶接のままの状態では延性が少なく、オーステナイト安定化元素であるＮの添加は、更なる延性劣化の要因となる。亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板との溶接を行う場合、異材溶接となり溶接金属にマルテンサイト組織が析出する可能性があり、耐食性が劣化するためオーステナイト安定化元素の添加を抑える必要がる。また、亜鉛めっき鋼板を溶接する際に発生する蒸気とともにブローホールの原因となるため、０．０１５％以下とする。
【００２７】
Ｎｉ：０．２％以下
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属組織中のオーステナイト相を安定化させ溶接金属の延性を得るが、非常に高価な原料であり、コスト上昇にもつながる。特に、亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板との溶接を行う場合、異材溶接となり溶接金属にマルテンサイト組織が析出する可能性があり、耐食性が劣化してしまう。また、多量の添加はＰ、Ｓ等の割れに有害な微量成分の偏析を促進し、溶接割れが発生しやすくなるため０．２％以下とする。
【００２８】
Ａｒに５体積％以下（ただし、０％は含まない）のＯ２またはＡｒに２５体積％以下（ただし、０％は含まない）のＣＯ２を混合したガス
Ａｒガスを主体とした混合ガスは、溶接金属組織の清浄度が上がり耐食性が向上する。また、溶接時のアークを安定させ、溶接作業性を良好にする効果がある。Ａｒに５％を超えるＯ２を混合したガスを用いると、溶接金属中にＴｉ、Ｓｉ等と結合した酸化物が溶接部表面に多量に発生し、ビード外観を損ないビード形状を劣化させる。Ａｒに２５％を超えるＣＯ２を混合したガスを用いると、アークがグロビュール移行となりスパッタが多量に発生し溶接作業性を劣化させる。また、亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼の溶接の場合、異材溶接となりマルテンサイト組織が析出する可能性があるため、ワイヤ成分を規定してもシールドガス中のＣのピックアップにより、組織変態の要因となるとともに耐食性を劣化させる要因となる。
【００２９】
溶接電源のパルス波形制御
パルス波形制御によって溶接を行うことにより、アークが安定し、スパッタの飛散の少ない良好な溶接作業性が得られる。亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接時には、パルスの振幅により発生した振動が、亜鉛めっきが蒸発して発生した気泡を溶融池に浮上させ、ブローホールおよびピットの発生を抑制する効果がある。インバータ制御またはサイリスタ制御の溶接電源を使用しても、溶融池に与える振動が小さくなるためブローホールおよびピットの発生を抑制する効果が得にくい。
【００３０】
なお、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいては、上記成分以外の成分組成は、特に規定されない。従って溶着金属の化学組成、機械的性質および溶接作業性を考慮して、Ｍｏ、Ｗ等の組成を種々に調整できる。しかし、高温割れを助長するＰおよびＳはできるだけ少ないのが好ましく、Ｐは０．０２５％以下、Ｓは０．０１５％以下でＰ＋Ｓで０．０３０％以下であることが好ましい。
【００３１】
フラックスの充填率は特に限定はしないが、溶接作業性の安定および溶接金属の機械的性質を考慮して、ワイヤ全質量対し１８％以上、ワイヤ製造時の断線等を防止するため２３％以下であることが好ましい。
【００３２】
また、フラックス入りワイヤの断面形状は、図１（ａ）に形状例を示すように、外皮１内にフラックス２を内包した合わせ目３がなくとも、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように合わせ目３がある形状のフラックス入りワイヤいずれも使用することができる。
【００３３】
また、Ｃｕの添加に関しては、金属外皮中およびフラックス中に添加する方法とは別に、ワイヤ表面にＣｕめっきを施すこともできる。
【００３４】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
表１に示す化学成分の金属外皮を用いて、表２に示す化学成分のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍであり、またフラックス充填率は１８〜２３％とした。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２のワイヤと表３に示すフェライト系ステンレス鋼板（板厚１．５ｍｍ）を用いて、溶接割れ、溶接作業性および耐酸化性を調査した。
【００３９】
【表３】
【００４０】
溶接割れ評価試験は、図２に示す自拘束形式の薄板材を対象としたＨｏｕｌｄｃｒｏｆｔ魚骨形割れ試験に準じて薄板に対する溶接割れ性を評価した。図２において、試験片の寸法は長さ１００ｍｍ、幅４６ｍｍで、スリット４は幅０．８ｍｍで試験片幅方向の両端から中心に向かって延び、溶接のスタート点Ｓ側から３８ｍｍスリット４のない部分を残し、溶接終了点Ｅ側で１０ｍｍスリット４のない部分を残して、その間に７．８ｍｍ間隔でスリット４を設け、合計８個のスリットのない部分が残るように漸減で狭くなっている。
【００４１】
溶接は、表３に示すフェライト系ステンレス鋼板の母材記号Ｍ２を使用し、試験片の溶接のスタート点Ｓから表４に示す溶接条件でバックシールドせずに溶接終了点Ｅまでビードを作製し、割れ発生の有無を評価した。
【００４２】
【表４】
【００４３】
溶接作業性評価試験は、表３に示すフェライト系ステンレス鋼板の母材記号Ｍ１を使用し、重ね継手部をすみ肉姿勢溶接で、表４に示す溶接条件にて行った。なお、溶接作業性は、アークの安定性、スパッタの発生量およびビード形状を観察することにより評価した。スパッタ発生量は、スパッタの飛散状況および母材へのスパッタ付着状況より評価した。また、ビード形状については、図３に示す母材５の重ね継手部の溶接金属６の縦脚長ａおよび横脚長ｂを測定し、横脚長ｂ／縦脚長ａが１．１以上を良好と評価した。
【００４４】
さらに、前記割れ試験でわれの発生がなかった試験板から１．５ｍｍ厚×１０ｍｍ幅×４０ｍｍ長さの酸化試験片を採取して、大気中で９００℃×２００時間保持して試験前後の重量を測定して酸化増量を求め、溶接継手の耐酸化性を評価した。なお、酸化増量が少ないほど、耐酸化性が優れることを意味し、１５ｇ／ｍ２以下を良好とした。それらの試験結果を表５にまとめて示す。
【００４５】
【表５】
【００４６】
表５中ワイヤ記号Ｓ１〜Ｓ１５が本発明例、ワイヤ記号Ｓ１６〜Ｓ３１は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｓ１〜Ｓ１５は、フラックス入りワイヤの化学成分が適正であるので、溶接作業性が良好で溶接割れがなく、耐酸化性に優れていた。
【００４７】
比較例中ワイヤ記号Ｓ１６はＮｂが多く、ワイヤ記号Ｓ１７はＮｂが少なく、ワイヤ記号Ｓ１９はＣが少なく、ワイヤ記号Ｓ２２はＳｉが多く、ワイヤ記号Ｓ２４はＣｒが多く、ワイヤ記号Ｓ２５はＣｒが少なく、ワイヤ記号Ｓ２７はＡｌが少なく、ワイヤ記号Ｓ２９はＣｕが多いので、いずれも溶接割れが生じた。
【００４８】
ワイヤ記号Ｓ１８は、Ｃが多いので、スパッタ発生量が多くなった。また、酸化試験で酸化増量が多く耐酸化性が不良であった。
【００４９】
ワイヤ記号Ｓ２０は、アルカリ金属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩の合計量が多いので、スパッタの発生量が多くなった。また、Ｍｎが多いので、酸化試験で酸化増量が多く耐酸化性が不良であった。
【００５０】
ワイヤ記号Ｓ２１は、アルカリ金属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩の合計量が少ないので、アークが不安定であった。また、Ｍｎが少ないので、溶接割れが生じた。
【００５１】
ワイヤ記号Ｓ２３は、Ｓｉが少ないので、アークが不安定でビード形状が不良であった。また、酸化試験で酸化増量が多く耐酸化性も不良であった。
【００５２】
ワイヤ記号Ｓ２６は、Ｔｉが少ないので、アークが不安定であった。また、溶接割れも生じた。
ワイヤ記号Ｓ２８は、Ｃｕが少ないので、ビード形状が不良であった。また、酸化試験で酸化増量が多く耐酸化性も不良であった。
【００５３】
ワイヤ記号Ｓ３０は、Ａｌが多いので、スパッタ発生量が多くなった。また、Ｎが多いので、溶接割れが生じた。
【００５４】
ワイヤ記号Ｓ３１は、Ｔｉが多いので、スパッタ発生量が多く、ビード形状も不良であった。
【００５５】
（実施例２）
表１に示す化学成分の金属外皮を用いて、表６に示す化学成分のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍであり、またフラックス充填率は１８〜２３％とした。
【００５６】
【表６】
【００５７】
表６のワイヤと亜鉛めっき処理（めっき膜厚：１２μｍ）した表７に示す成分の丸棒と表３に示すフェライト系ステンレス鋼板の母材記号Ｍ３を使用し、図４に示すフレア継手部を片側約１００ｍｍずつすみ肉溶接姿勢で、表８に示す溶接条件で溶接を行い、耐割れ性、耐気孔性、溶接作業性および耐食性の調査を行った。
【００５８】
【表７】
【００５９】
【表８】
【００６０】
割れの有無は、染色浸透探傷試験を行った。ピット発生の有無確認は、目視により評価した。ブローホール発生の有無確認は、溶接割れおよびピットの発生が無い試験例で行い、片側の溶接ビードを溶接ビード長手方向に切断し、断面を観察した。評価方法は、気孔発生率（％）＝ブローホール長さ（ｍｍ）／溶接長さ（ｍｍ）×１００を算出し、１０％以下の場合を良好とした。
【００６１】
溶接作業性評価試験は、耐気孔性試験時の官能評価により評価した。なお、溶接作業性は、アークの安定性、スパッタの発生量およびビード形状を観察することにより評価した。スパッタ発生量は、スパッタの飛散状況および母材へのスパッタ付着状況より評価した。また、ビード形状については、図４に示すフレア継手部の溶接金属６の平滑性および長手方向の端部の直進性により評価した。
【００６２】
耐食性は、耐気孔性試験において、割れおよびピットが生じなかった試験例のもう片側の溶接部を用い、フレア継手のままの状態でＪＩＳ Ｚ ２３７１の塩水噴霧試験（ＳＳＴ）に準拠し、試験時間を４８時間とした。評価は、目視による外観検査を行い、母材切断端面部を除き、溶接部および熱影響部の赤さび発生状況の観察を行い、さび発生なしを良好とした。それらの結果を表９にまとめて示す。
【００６３】
【表９】
【００６４】
表９中、試験Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ１１が本発明例、試験Ｎｏ．Ｔ１２〜Ｔ２０は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ５およびＴ８〜Ｔ１１は、ワイヤ記号Ｓ３２〜Ｓ３６の化学成分、シールドガス、溶接電源の制御形態が適正であるので、溶接作業性が良好で溶接割れがなく、耐気孔性も良好で耐食性に優れていた。試験Ｎｏ．６およびＮｏ．７は、溶接電源がインバータ制御であるので、気孔発生率が若干大きくなった。
【００６５】
比較例中、試験Ｎｏ．Ｔ１２はワイヤ記号Ｓ３７のＣが多く、試験Ｎｏ．Ｔ１４はワイヤ記号Ｓ３９のＭｎが少なく、試験Ｎｏ．Ｔ１６はワイヤ記号Ｓ４１のＮｉが多いのでいずれも溶接割れが生じた。
【００６６】
試験Ｎｏ．Ｔ１３は、ワイヤ記号Ｓ３８のＳｉが多く、ピットが発生した。また、溶接割れが生じた。
【００６７】
試験Ｎｏ．Ｔ１５は、ワイヤ記号Ｓ４０のＭｎが多いため、ブローホールの発生が多く気孔発生率が高くなった。また、シールドガス中のＣＯ２比率が高いため、スパッタ発生量が多く、耐食性も不良であった。
【００６８】
試験Ｎｏ．Ｔ１７は、ワイヤ記号Ｓ４２のＮが高いため、ブローホールの発生が多く気孔発生率が高くなった。また、耐食性も不良であった。
【００６９】
試験Ｎｏ．Ｔ１８は、ワイヤ記号Ｓ４３のＣが少ないため、スパッタ発生量が多く、Ｃｒが少ないので、溶接割れが生じた。
【００７０】
試験Ｎｏ．Ｔ１９は、ワイヤ記号Ｓ４４にＣｕを含まないため、耐食性が不良であった。また、パルス波形制御を用いていないため、ブローホールが発生して気孔発生率がやや高くなった。
【００７１】
試験Ｎｏ．Ｔ２０は、ワイヤ記号Ｓ４５のＣｕが多いため溶接割れが生じた。また、シールドガス中のＯ２比率が高いため、ビード外観および形状が不良であった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】フラックス入りワイヤの断面形状例を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いた高温割れ試験の試験片形状を示す図である。
【図３】本発明の実施例における重ね継手溶接ビード形状の断面を示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるフレア継手溶接ビード形状の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 外皮
２ フラックス
３ 合わせ目
４ スリット
５ 母材
６ 溶接金属
７ 亜鉛皮膜
Ｓ 溶接のスタート点
Ｅ 溶接終了点
ａ 縦脚長
ｂ 横脚長
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼板または亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接に使用され、溶接割れが発生せず、溶接金属中または表面にブローホールまたはピットの発生が極めて少く、タッチアップ等の後処理を行わなくとも耐食性が良好で、溶接作業性が良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤおよび亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車排気系部品特に、排気マニフォルドは、燃費向上や軽量化の動きの中で厚肉構造の耐熱鋳物から薄板や薄肉鋼管を利用した溶接構造物へと変遷し、これによりフェライト系ステンレス鋼板の使用量が拡大した。これまで、フェライト系ステンレス鋼板としてＳＵＳ４３０ＬＸ（低Ｃ―１７％Ｃｒ−Ｎｂ）等が用いられてきた。現在は、高価なＣｒ量を低減して１％程度のＳｉを含有させることにより耐酸化性や高温強度の確保を図った新しいタイプのＳＵＳ４２５、ＳＵＳ４２９（低Ｃ−１％Ｓｉ−１３〜１５％Ｃｒ−Ｎｂ系）等が開発され、この種の低コスト指向フェライト系ステンレス鋼の適用が急増してきている。溶接方法としては、シールドガスとしてＡｒ−２％Ｏ２やＡｒ−２０％ＣＯ２を用いたミグまたはマグ溶接の適用例が多い。また、Ｎｂを含まないＳＵＳ４３０Ｌ系溶接用ワイヤも適用されているが、炭酸ガスを含むシールドガスを用いたマグ溶接ではシールドガスからのCのピックアップの影響によりフェライト相とその粒界の一部がマルテンサイト変態した二相組織となり、繰返し熱サイクルを伴う環境下では、熱疲労特性にも難があった。
【０００３】
フェライト系ステンレス鋼板の溶接で溶接割れを軽減するために、鋼中のＰ、Ｓ等の不純物元素を抑制することは周知の事実であるが、その低減には経済的にも限界があり、十分な効果が得られなかった。さらに、従来から種々のフェライト系ステンレス鋼板の溶接用ワイヤが提案されている。これらは溶接ワイヤ中に微細化元素の添加を行って、力学的あるいはミクロ偏析の見地から溶接割れ感受性の低下を図ろうというものである。例えば、溶接ワイヤ中に微細化元素であるＴｉ、Ａｌ、Ｎを添加したソリッドワイヤが開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような微細化元素の添加を行うだけの手法では、溶接割れは防止できるが、耐酸化性に極めて有害なＮを添加することから、窒化アルミ（ＡｌＮ）を酸化皮膜上に形成する。窒化アルミ自体は耐酸化性の効果を持たないことから、これを起点として酸化が進行し異常酸化現象を生じさせることが知られており、溶接金属の清浄度を悪くさせ結果的に耐食性を損なうことになる。
【０００４】
一方、めっき鋼板は、建築、橋梁、自動車などの分野において構造物材の耐食性向上の観点から幅広く用いられている。従来構造物の耐食性向上については、非めっき材を溶接し、その後、亜鉛またはクロム系合金浴に浸漬し、鋼材および溶接部表面に付着させ、構造物全体の耐食性を確保する方法が用いられてきた。しかし、この方法では溶接した後にめっき工程が行われるため、生産性が劣るとともに、めっき浴等の設備が必要になり、製造コストを増加させる原因になっていた。最近では、あらかじめめっきが施された鋼板を溶接し、製造を行う方法が適用されるようになってきた。しかし、亜鉛めっき鋼板を溶接して構造物を製造する場合には、めっき鋼板および溶接材料が溶融凝固して形成された溶接金属では、めっき層が蒸発離散するため、溶接部の耐食性が劣化するという課題があった。このため従来、亜鉛めっき鋼板を溶接して溶接構造物を製造する場合は、溶接部の耐食性を確保するために、ＪＩＳ Ｚ ３３１２ ＹＧＷ１１やＪＩＳ Ｚ ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ等の炭素鋼ワイヤを適用した溶接部に、タッチアップと呼ばれる刷毛塗りやスプレーによる補修塗装が行われているが、溶接後に塗装作業が必要となるため構造物の生産性の低下をもたらすという課題があった。また、溶接部表面に塗装した防食塗料は永年の使用環境において剥離し、特に塗装が困難である狭隘な個所の耐食性は不十分であった。
【０００５】
ある建設物において、ステンレス鋼板のみまたは亜鉛めっき鋼板のみの構造物はほとんど存在しない。排気系部品を車両本体に装着する際、排気系部品に亜鉛めっきを施した棒状のハンガ−を接合し、車両に取り付けている。上述した通り、排気系部品にはフェライト系ステンレス鋼板が主流であり、ＪＩＳ Ｚ ３３１２ ＹＧＷ１１やＪＩＳ Ｚ ３３１３ ＹＦＷ−Ｃ５０ＤＲ等の炭素鋼ワイヤを用いると、溶接金属が完全なマルテンサイト組織となり、溶接割れが発生することは必至である。このため溶接部に耐食性をもたせるためステンレス鋼溶接材料を使用されるケースが多くなっている。例えば、ステンレス鋼と炭素鋼の異材すみ肉溶接において健全な溶接金属が得られるとしているが（例えば、特許文献２参照）、炭素鋼に塗装処理が施されている異材すみ肉溶接においてはその健全性が得られなし、Ｎｉを９％程度、Ｃｒを２８％程度含有しており、非常に高価で製造コストが上がり実用的ではない。また、ハンガーの鋼種をステンレス鋼板に変更することが検討されているが、これも製造コストが上がり実用的ではない。また、最近、環境問題等により、六価クロム規制が始まり、めっき方法がクロムめっきから亜鉛めっきへとめっき方法が変更されてきているが、耐食性の観点から、亜鉛めっき付着量が厚めっき傾向にある。そのため従来使用されてきた安価なステンレス鋼ソリッドワイヤを用いても溶接金属中に多量の気孔欠陥（ブローホールまたはピット）が発生し、腐食環境下で生じた孔食や粒界腐食が、それを起点として溶接金属を貫通する割れへと進展する可能性がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１９２９１号公報
【特許文献２】特開平７−１５５９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ステンレス鋼板または亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板を溶接する場合において、耐食性が良好で、ブローホールやピットの発生が極めて少なく、溶接作業性が良好なステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤおよび亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
【０００９】
（１）金属外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、金属外皮およびフラックス中にワイヤ全質量に対して質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．０５％、
Ｓｉ：０．１〜０．４５％、
Ｍｎ：０．２〜１．０％、
Ｃｒ：１３〜２０％、
Ｎｂ：０．５〜１．０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．３％、
Ａｌ：０．２〜０．８％、
Ｔｉ：０．１〜０．８％、
アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の１種または２種以上：０．０５〜０．２５％を含有し、
Ｎ：０．０１５％以下で、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１０】
（２）ワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％を含有し、Ｎｉ：０．２％以下であることを特徴とする（１）記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【００１１】
（３）亜鉛めっき鋼板または亜鉛めっき棒鋼とステンレス鋼板の重ね継手、Ｔ継手またはフレア継手を（２）記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて溶接を行うことを特徴とする。
【００１２】
（４）Ａｒに５体積％以下のＯ２またはＡｒに２５体積％以下のＣＯ２を混合したガスおよび溶接電源にパルス波形制御を用いることを特徴とする（３）記載の亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤおよび亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法によれば、ステンレス鋼または亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板を溶接する場合において、溶接後めっき処理工程が不用で、耐食性が良好で、ブローホールやピットの発生が極めて少なく、溶接作業性が良好であり、高能率で高品質な溶接部を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明におけるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ全質量に対する含有成分の組成限定理由について説明する。
【００１５】
Ｃ：０．０１〜０．０５質量％
Ｃは、Ｃｒと炭化物を形成し、溶接金属の高温酸化性および耐塩害腐食性を低下させる。一方、Ｃはオーステナイト安定化元素としてフェライトの成長を抑制し、Ｎｂと炭化物を形成して等軸晶の生成に有効で、溶接割れの抑制に効果がある。Ｃが０．０１質量％（以下、％という。）未満の場合、等軸晶の生成効果が期待できない。Ｃが０．０５％を超えると、溶摘移行がスムーズに行かずスパッタ発生量が増大する。また、溶接金属の耐酸化性を低下させる。
【００１６】
さらに、亜鉛めっき鋼板または亜鉛めっき棒鋼（以下、亜鉛めっき鋼板という。）とステンレス鋼板との溶接を行う場合は、異材溶接となり溶接金属にマルテンサイト組織が析出する可能性があり、オーステナイト安定化元素の添加を抑える必要がある。特に、Ｃは割れ感受性を最も敏感にする元素であるため、ＣＯ２ガスを含有するシールドガスの使用を想定し、Ｃを０．０３％以下とする。
【００１７】
Ｓｉ：０．１〜０．４５％
Ｓｉは、フェライト安定化元素として溶接金属の柱状組織の粗大化を促進する作用があり、さらに脱酸効果があり酸化物として粒界に偏析して脆弱化させる作用も有するため、梨型ビード形状割れと延性低下での割れによる溶接割れ感受性を高める元素である。
【００１８】
一方、ＳｉはＣｒとの共存で耐酸化性を改善する作用がある。また、アーク安定性やビード形状を良化させる作用も有する。Ｓｉが０．１％未満では、溶接金属の耐酸化性およびアーク安定性やビード形状を良化させる作用が不十分である。０．４５％を超えると、耐溶接割れ性が劣化する。また、亜鉛めっきから発生する蒸気と結合し、ピット発生の要因となる。
【００１９】
Ｍｎ：０．２〜１．０％
Ｍｎは、高融点のＭｎＳを形成して高温割れ抑制に有効である。０．２％未満ではその効果が不十分であり、１．０％を超えると、溶接金属の高温酸化性を劣化させる。また、溶接金属を硬化させるとともに、亜鉛めっき鋼板の溶接する際に発生する蒸気を溶接金属内に閉じ込めやすくなり、ブローホールの原因となるため、上限を１．０％とする。
【００２０】
Ｃｒ：１３〜２０％
Ｃｒは、フェライト系ステンレス鋼の主要な元素である。Ｃｒは、高温でＣｒ２Ｏ３主体の酸化物を形成し、緻密で酸素の拡散が阻止できるので、耐酸化性の機能を発揮する。また、高温強度および耐塩害腐食性などの耐食性を確保する上でも必須である。Ｃｒが１３％未満だとマルテンサイト組織が析出しやすくなり溶接割れを助長する。一方、２０％を超えると溶接金属の延性低下が懸念され耐溶接割れ性が劣化する。
【００２１】
Ｎｂ：０．５〜１．０％
Ｎｂは、溶接金属のミクロ組織改善と梨型ビード形状割れの抑制に最も効果がある。Ｎｂは、炭素および窒素と結合してフェライト形成核となる炭窒化物を生成する成分であり、炭窒化物を生成させ結晶粒の微細化および高温強度の改善が見込まれる。その効果を得るためには、炭素含有量の７倍の添加が必要であり０．５％以上とする。しかし、過剰な添加は、低融点のＮｂＣを粒界に過剰形成させ、かえって溶接割れ感受性を高める作用があるため、上限を１．０％以下とする。
【００２２】
Ｃｕ：０．０１〜０．３％
Ｃｕは、溶接時の溶融池の粘性を下げる効果があり、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、Ｃ、Ｓｉの添加を低く抑えているため溶接ビード形状を改善させる。また、亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板との溶接を行う場合、Ｃｒを含有していない亜鉛めっき鋼板では、溶接金属のＣｒ量が減少して耐食性が劣化するが、Ｃｕを含むことによって溶接金属組織中の粒内を強化し、全面腐食の発生を抑制する効果がある。Ｃｕが０．０１％未満だとこの効果が期待できない。一方、０．３％を超えると溶接金属の融点が下がり、溶接割れを助長するとともに、重ね継手、Ｔ継手およびフレア継手の溶接時、溶接ビード形状が劣化する。
【００２３】
Ａｌ：０．２〜０．８％
Ａｌは、等軸晶の生成には必須元素である。溶接金属の脱酸作用により酸化物を形成し、この酸化物が等軸晶の生成を促進して梨型ビード形状割れを防止する作用を有する。Ａｌが０．２％未満では、これら効果は不十分である。一方、０．８％を超えると、スパッタ発生量が多くなり好ましくない。
【００２４】
Ｔｉ：０．１〜０．８％
Ｔｉは、脱酸効果と等軸晶の生成に有効な元素である。等軸晶生成のメカニズムはＡｌと同じであり梨型ビード形状割れ防止する作用を有する。また、アーク安定性を良化させる作用がある。Ｔｉが０．１％未満では、これら効果は不十分である。一方、０．８％を超えると、アーク吹付け力が過剰となり、スパッタ発生量が多くなるとともにビードが凸形状となるので好ましくない。
【００２５】
アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の１種または２種以上：０．０５〜０．２５％
Ｎａ２ＣＯ３，Ｋ２ＣＯ３，Ｌｉ２ＣＯ３等のアルカリ金属炭酸塩およびＣａＣＯ３，ＢａＣＯ３等のアルカリ土類金属炭酸塩は、アーク安定性作用とアーク集中性を高める。その効果は０．０５％未満では得られない。一方、０．２５％を超えると、アークの集中性が強すぎてスパッタ発生量が多くなる。したがって、本発明ではアルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の１種または２種以上の含有量を０．０５〜０．２５％とした。
【００２６】
Ｎ：０．０１５％以下
Ｎは、オーステナイト安定化元素してフェライト相析出を抑制する効果がある。しかし、本発明の対象とする金属組織は、フェライト単相組織であり溶接のままの状態では延性が少なく、オーステナイト安定化元素であるＮの添加は、更なる延性劣化の要因となる。亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板との溶接を行う場合、異材溶接となり溶接金属にマルテンサイト組織が析出する可能性があり、耐食性が劣化するためオーステナイト安定化元素の添加を抑える必要がる。また、亜鉛めっき鋼板を溶接する際に発生する蒸気とともにブローホールの原因となるため、０．０１５％以下とする。
【００２７】
Ｎｉ：０．２％以下
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属組織中のオーステナイト相を安定化させ溶接金属の延性を得るが、非常に高価な原料であり、コスト上昇にもつながる。特に、亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板との溶接を行う場合、異材溶接となり溶接金属にマルテンサイト組織が析出する可能性があり、耐食性が劣化してしまう。また、多量の添加はＰ、Ｓ等の割れに有害な微量成分の偏析を促進し、溶接割れが発生しやすくなるため０．２％以下とする。
【００２８】
Ａｒに５体積％以下（ただし、０％は含まない）のＯ２またはＡｒに２５体積％以下（ただし、０％は含まない）のＣＯ２を混合したガス
Ａｒガスを主体とした混合ガスは、溶接金属組織の清浄度が上がり耐食性が向上する。また、溶接時のアークを安定させ、溶接作業性を良好にする効果がある。Ａｒに５％を超えるＯ２を混合したガスを用いると、溶接金属中にＴｉ、Ｓｉ等と結合した酸化物が溶接部表面に多量に発生し、ビード外観を損ないビード形状を劣化させる。Ａｒに２５％を超えるＣＯ２を混合したガスを用いると、アークがグロビュール移行となりスパッタが多量に発生し溶接作業性を劣化させる。また、亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼の溶接の場合、異材溶接となりマルテンサイト組織が析出する可能性があるため、ワイヤ成分を規定してもシールドガス中のＣのピックアップにより、組織変態の要因となるとともに耐食性を劣化させる要因となる。
【００２９】
溶接電源のパルス波形制御
パルス波形制御によって溶接を行うことにより、アークが安定し、スパッタの飛散の少ない良好な溶接作業性が得られる。亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接時には、パルスの振幅により発生した振動が、亜鉛めっきが蒸発して発生した気泡を溶融池に浮上させ、ブローホールおよびピットの発生を抑制する効果がある。インバータ制御またはサイリスタ制御の溶接電源を使用しても、溶融池に与える振動が小さくなるためブローホールおよびピットの発生を抑制する効果が得にくい。
【００３０】
なお、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいては、上記成分以外の成分組成は、特に規定されない。従って溶着金属の化学組成、機械的性質および溶接作業性を考慮して、Ｍｏ、Ｗ等の組成を種々に調整できる。しかし、高温割れを助長するＰおよびＳはできるだけ少ないのが好ましく、Ｐは０．０２５％以下、Ｓは０．０１５％以下でＰ＋Ｓで０．０３０％以下であることが好ましい。
【００３１】
フラックスの充填率は特に限定はしないが、溶接作業性の安定および溶接金属の機械的性質を考慮して、ワイヤ全質量対し１８％以上、ワイヤ製造時の断線等を防止するため２３％以下であることが好ましい。
【００３２】
また、フラックス入りワイヤの断面形状は、図１（ａ）に形状例を示すように、外皮１内にフラックス２を内包した合わせ目３がなくとも、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように合わせ目３がある形状のフラックス入りワイヤいずれも使用することができる。
【００３３】
また、Ｃｕの添加に関しては、金属外皮中およびフラックス中に添加する方法とは別に、ワイヤ表面にＣｕめっきを施すこともできる。
【００３４】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
表１に示す化学成分の金属外皮を用いて、表２に示す化学成分のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍであり、またフラックス充填率は１８〜２３％とした。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２のワイヤと表３に示すフェライト系ステンレス鋼板（板厚１．５ｍｍ）を用いて、溶接割れ、溶接作業性および耐酸化性を調査した。
【００３９】
【表３】
【００４０】
溶接割れ評価試験は、図２に示す自拘束形式の薄板材を対象としたＨｏｕｌｄｃｒｏｆｔ魚骨形割れ試験に準じて薄板に対する溶接割れ性を評価した。図２において、試験片の寸法は長さ１００ｍｍ、幅４６ｍｍで、スリット４は幅０．８ｍｍで試験片幅方向の両端から中心に向かって延び、溶接のスタート点Ｓ側から３８ｍｍスリット４のない部分を残し、溶接終了点Ｅ側で１０ｍｍスリット４のない部分を残して、その間に７．８ｍｍ間隔でスリット４を設け、合計８個のスリットのない部分が残るように漸減で狭くなっている。
【００４１】
溶接は、表３に示すフェライト系ステンレス鋼板の母材記号Ｍ２を使用し、試験片の溶接のスタート点Ｓから表４に示す溶接条件でバックシールドせずに溶接終了点Ｅまでビードを作製し、割れ発生の有無を評価した。
【００４２】
【表４】
【００４３】
溶接作業性評価試験は、表３に示すフェライト系ステンレス鋼板の母材記号Ｍ１を使用し、重ね継手部をすみ肉姿勢溶接で、表４に示す溶接条件にて行った。なお、溶接作業性は、アークの安定性、スパッタの発生量およびビード形状を観察することにより評価した。スパッタ発生量は、スパッタの飛散状況および母材へのスパッタ付着状況より評価した。また、ビード形状については、図３に示す母材５の重ね継手部の溶接金属６の縦脚長ａおよび横脚長ｂを測定し、横脚長ｂ／縦脚長ａが１．１以上を良好と評価した。
【００４４】
さらに、前記割れ試験でわれの発生がなかった試験板から１．５ｍｍ厚×１０ｍｍ幅×４０ｍｍ長さの酸化試験片を採取して、大気中で９００℃×２００時間保持して試験前後の重量を測定して酸化増量を求め、溶接継手の耐酸化性を評価した。なお、酸化増量が少ないほど、耐酸化性が優れることを意味し、１５ｇ／ｍ２以下を良好とした。それらの試験結果を表５にまとめて示す。
【００４５】
【表５】
【００４６】
表５中ワイヤ記号Ｓ１〜Ｓ１５が本発明例、ワイヤ記号Ｓ１６〜Ｓ３１は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｓ１〜Ｓ１５は、フラックス入りワイヤの化学成分が適正であるので、溶接作業性が良好で溶接割れがなく、耐酸化性に優れていた。
【００４７】
比較例中ワイヤ記号Ｓ１６はＮｂが多く、ワイヤ記号Ｓ１７はＮｂが少なく、ワイヤ記号Ｓ１９はＣが少なく、ワイヤ記号Ｓ２２はＳｉが多く、ワイヤ記号Ｓ２４はＣｒが多く、ワイヤ記号Ｓ２５はＣｒが少なく、ワイヤ記号Ｓ２７はＡｌが少なく、ワイヤ記号Ｓ２９はＣｕが多いので、いずれも溶接割れが生じた。
【００４８】
ワイヤ記号Ｓ１８は、Ｃが多いので、スパッタ発生量が多くなった。また、酸化試験で酸化増量が多く耐酸化性が不良であった。
【００４９】
ワイヤ記号Ｓ２０は、アルカリ金属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩の合計量が多いので、スパッタの発生量が多くなった。また、Ｍｎが多いので、酸化試験で酸化増量が多く耐酸化性が不良であった。
【００５０】
ワイヤ記号Ｓ２１は、アルカリ金属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩の合計量が少ないので、アークが不安定であった。また、Ｍｎが少ないので、溶接割れが生じた。
【００５１】
ワイヤ記号Ｓ２３は、Ｓｉが少ないので、アークが不安定でビード形状が不良であった。また、酸化試験で酸化増量が多く耐酸化性も不良であった。
【００５２】
ワイヤ記号Ｓ２６は、Ｔｉが少ないので、アークが不安定であった。また、溶接割れも生じた。
ワイヤ記号Ｓ２８は、Ｃｕが少ないので、ビード形状が不良であった。また、酸化試験で酸化増量が多く耐酸化性も不良であった。
【００５３】
ワイヤ記号Ｓ３０は、Ａｌが多いので、スパッタ発生量が多くなった。また、Ｎが多いので、溶接割れが生じた。
【００５４】
ワイヤ記号Ｓ３１は、Ｔｉが多いので、スパッタ発生量が多く、ビード形状も不良であった。
【００５５】
（実施例２）
表１に示す化学成分の金属外皮を用いて、表６に示す化学成分のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍであり、またフラックス充填率は１８〜２３％とした。
【００５６】
【表６】
【００５７】
表６のワイヤと亜鉛めっき処理（めっき膜厚：１２μｍ）した表７に示す成分の丸棒と表３に示すフェライト系ステンレス鋼板の母材記号Ｍ３を使用し、図４に示すフレア継手部を片側約１００ｍｍずつすみ肉溶接姿勢で、表８に示す溶接条件で溶接を行い、耐割れ性、耐気孔性、溶接作業性および耐食性の調査を行った。
【００５８】
【表７】
【００５９】
【表８】
【００６０】
割れの有無は、染色浸透探傷試験を行った。ピット発生の有無確認は、目視により評価した。ブローホール発生の有無確認は、溶接割れおよびピットの発生が無い試験例で行い、片側の溶接ビードを溶接ビード長手方向に切断し、断面を観察した。評価方法は、気孔発生率（％）＝ブローホール長さ（ｍｍ）／溶接長さ（ｍｍ）×１００を算出し、１０％以下の場合を良好とした。
【００６１】
溶接作業性評価試験は、耐気孔性試験時の官能評価により評価した。なお、溶接作業性は、アークの安定性、スパッタの発生量およびビード形状を観察することにより評価した。スパッタ発生量は、スパッタの飛散状況および母材へのスパッタ付着状況より評価した。また、ビード形状については、図４に示すフレア継手部の溶接金属６の平滑性および長手方向の端部の直進性により評価した。
【００６２】
耐食性は、耐気孔性試験において、割れおよびピットが生じなかった試験例のもう片側の溶接部を用い、フレア継手のままの状態でＪＩＳ Ｚ ２３７１の塩水噴霧試験（ＳＳＴ）に準拠し、試験時間を４８時間とした。評価は、目視による外観検査を行い、母材切断端面部を除き、溶接部および熱影響部の赤さび発生状況の観察を行い、さび発生なしを良好とした。それらの結果を表９にまとめて示す。
【００６３】
【表９】
【００６４】
表９中、試験Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ１１が本発明例、試験Ｎｏ．Ｔ１２〜Ｔ２０は比較例である。本発明例である試験Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ５およびＴ８〜Ｔ１１は、ワイヤ記号Ｓ３２〜Ｓ３６の化学成分、シールドガス、溶接電源の制御形態が適正であるので、溶接作業性が良好で溶接割れがなく、耐気孔性も良好で耐食性に優れていた。試験Ｎｏ．６およびＮｏ．７は、溶接電源がインバータ制御であるので、気孔発生率が若干大きくなった。
【００６５】
比較例中、試験Ｎｏ．Ｔ１２はワイヤ記号Ｓ３７のＣが多く、試験Ｎｏ．Ｔ１４はワイヤ記号Ｓ３９のＭｎが少なく、試験Ｎｏ．Ｔ１６はワイヤ記号Ｓ４１のＮｉが多いのでいずれも溶接割れが生じた。
【００６６】
試験Ｎｏ．Ｔ１３は、ワイヤ記号Ｓ３８のＳｉが多く、ピットが発生した。また、溶接割れが生じた。
【００６７】
試験Ｎｏ．Ｔ１５は、ワイヤ記号Ｓ４０のＭｎが多いため、ブローホールの発生が多く気孔発生率が高くなった。また、シールドガス中のＣＯ２比率が高いため、スパッタ発生量が多く、耐食性も不良であった。
【００６８】
試験Ｎｏ．Ｔ１７は、ワイヤ記号Ｓ４２のＮが高いため、ブローホールの発生が多く気孔発生率が高くなった。また、耐食性も不良であった。
【００６９】
試験Ｎｏ．Ｔ１８は、ワイヤ記号Ｓ４３のＣが少ないため、スパッタ発生量が多く、Ｃｒが少ないので、溶接割れが生じた。
【００７０】
試験Ｎｏ．Ｔ１９は、ワイヤ記号Ｓ４４にＣｕを含まないため、耐食性が不良であった。また、パルス波形制御を用いていないため、ブローホールが発生して気孔発生率がやや高くなった。
【００７１】
試験Ｎｏ．Ｔ２０は、ワイヤ記号Ｓ４５のＣｕが多いため溶接割れが生じた。また、シールドガス中のＯ２比率が高いため、ビード外観および形状が不良であった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】フラックス入りワイヤの断面形状例を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いた高温割れ試験の試験片形状を示す図である。
【図３】本発明の実施例における重ね継手溶接ビード形状の断面を示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるフレア継手溶接ビード形状の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 外皮
２ フラックス
３ 合わせ目
４ スリット
５ 母材
６ 溶接金属
７ 亜鉛皮膜
Ｓ 溶接のスタート点
Ｅ 溶接終了点
ａ 縦脚長
ｂ 横脚長
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、金属外皮およびフラックス中にワイヤ全質量に対して質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．０５％、
Ｓｉ：０．１〜０．４５％、
Ｍｎ：０．２〜１．０％、
Ｃｒ：１３〜２０％、
Ｎｂ：０．５〜１．０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．３％、
Ａｌ：０．２〜０．８％、
Ｔｉ：０．１〜０．８％、
アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の１種または２種以上：０．０５〜０．２５％、を含有し、
Ｎ：０．０１５％以下で、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％を含有し、Ｎｉ：０．２％以下であることを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
亜鉛めっき鋼板または亜鉛めっき棒鋼とステンレス鋼板の重ね継手、Ｔ継手またはフレア継手を請求項２記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて溶接を行うことを特徴とする亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法。
【請求項４】
Ａｒに５体積％以下のＯ２またはＡｒに２５体積％以下のＣＯ２を混合したガスおよび溶接電源にパルス波形制御を用いることを特徴とする請求項３記載の亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法。
【請求項１】
金属外皮内にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、金属外皮およびフラックス中にワイヤ全質量に対して質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．０５％、
Ｓｉ：０．１〜０．４５％、
Ｍｎ：０．２〜１．０％、
Ｃｒ：１３〜２０％、
Ｎｂ：０．５〜１．０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．３％、
Ａｌ：０．２〜０．８％、
Ｔｉ：０．１〜０．８％、
アルカリ金属炭酸塩およびアルカリ土類金属炭酸塩の１種または２種以上：０．０５〜０．２５％、を含有し、
Ｎ：０．０１５％以下で、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ全質量に対して質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０３％を含有し、Ｎｉ：０．２％以下であることを特徴とする請求項１記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
亜鉛めっき鋼板または亜鉛めっき棒鋼とステンレス鋼板の重ね継手、Ｔ継手またはフレア継手を請求項２記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて溶接を行うことを特徴とする亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法。
【請求項４】
Ａｒに５体積％以下のＯ２またはＡｒに２５体積％以下のＣＯ２を混合したガスおよび溶接電源にパルス波形制御を用いることを特徴とする請求項３記載の亜鉛めっき鋼板とステンレス鋼板の溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１９４７２４（Ｐ２００８−１９４７２４Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２０１３（Ｐ２００７−３２０１３）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【出願人】（３９１０１１８５８）株式会社ユーメックス (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【出願人】（３９１０１１８５８）株式会社ユーメックス (16)
【Ｆターム（参考）】
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