ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
【課題】強度として０．２％耐力（σ0.2）で６００ＭＰａ以上、−６０℃でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ-60が３０Ｊ以上を確保できるような溶接金属が実現できると共に、溶接作業性も良好であり、高張力鋼の溶接材料として最適なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】鋼製外皮の中にＴｉＯ2系フラックスを主体とする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、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｇを０．０１％以上を含有し、溶接時に形成されるスラグがＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグであり、このスラグの組成がスラグ全質量に対する質量％で、ＴｉＯ2:５０％以上、Ａｌ2Ｏ3:１．０〜２５％、ＭｇＯ:８〜３０％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。
【解決手段】鋼製外皮の中にＴｉＯ2系フラックスを主体とする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、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｇを０．０１％以上を含有し、溶接時に形成されるスラグがＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグであり、このスラグの組成がスラグ全質量に対する質量％で、ＴｉＯ2:５０％以上、Ａｌ2Ｏ3:１．０〜２５％、ＭｇＯ:８〜３０％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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製外皮の中にＴｉＯ2を主体とするＴｉＯ2系（チタニア系）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関するものであり、特に溶接作業性が良好であると共に、良好な靭性を発揮する溶接金属を得ることができ、高張力鋼の溶接に最適なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶や海洋構造物などは、高張力鋼を溶接することによって構築されるが、こうした構造物を構築するには、高強度でしかも良好な靭性（特に低温靭性）を発揮する溶接材料の実現が望まれている。
【０００３】
被覆アーク溶接やサブマージアーク溶接の分野では、低温靭性に優れた溶接材料が開発されているが、作業能率や溶接姿勢の点で問題がある。
【０００４】
一方、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接は、ビード外観が良好であることや優れた溶接作業性が得られることが知られている。この溶接作業性については、全姿勢溶接が可能であることが基本になるのであるが、特に「立向上進」の溶接が可能でしかも良好な形状の溶接金属が形成されることも溶接作業性の良否を判断する上で重要な要件となる。
【０００５】
ところで、ガスシールドアーク溶接で用いられるフラックス入りワイヤに関しては、チタニア（ＴｉＯ2）を主成分とするフラックスを鋼製外皮中に充填したチタニア系フラックス入りワイヤが広く使用されている。しかしながら、チタニア系フラックスを充填した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実施した場合には、溶接金属中の酸素濃度が５００〜６００ｐｐｍ程度と高くなりやすく、溶接金属の低温靭性が低下しやすいという問題がある。
【０００６】
こうしたことから、フラックス入りワイヤに関して、これまでにも溶接金属の機械的特性（特に、低温靭性）と溶接作業性の両立を目指して様々な溶接材料の開発が行われている。
【０００７】
こうした技術として、例えば特許文献１には、塩基性フラックス入りワイヤにおいて、フラックスによって形成されるスラグをＴｉＯ2−ＣａＦ2系とし、Ｍｇ，Ｓｉ，Ｍｎその他の金属の酸化物を添加することによって、溶接作業性と機械的特性でＫＳ（韓国国家規格）およびＡＷＳ（米国溶接協会）の規格を満足し得ることが示されている。またこの技術では、ワイヤ全質量に対して０．２〜１．５％のＡｌ2Ｏ3を含有させることにより、スラグ凝固点を上昇させ、溶滴を微細化させてスプレーアーク移行を形成させることによって溶接作業性が良好になり得ることも示唆されている。
【０００８】
また特許文献２には、引張強度ＴＳが４９０ＭＰａ級の鋼材を溶接する際に用いるチタニア系フラックス入りワイヤとして、フラックス中にＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3を添加することによって、溶接部（溶接金属）の残留応力を低減し、疲労強度を向上させ得ることが示されている。また、この技術ではワイヤ全質量に対して０．２〜０．９％のＡｌ2Ｏ3を含有させることによりスラグの融点を上げ、スラグの凝固を早めて溶融金属の垂れを防止することによって溶接作業性が良好になり得ることも示唆されている。
【０００９】
更に、特許文献３には、ガスシールドアーク溶接に適用するチタニア系フラックス入りワイヤにおいて、ＴｉＯ2と共に、ＭｇＯとＦｅＯのうちの１種以上、およびＳｉＯ2，ＭｎＯを併用してフラックス中に添加することによって、溶接作業性と機械的特性（抗張力：約５８０ＭＰａ以上、０℃でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ0が約１５０Ｊ以上）のいずれも良好な溶接金属が得られることが示されている。また、この技術ではワイヤ全質量に対して０．１〜１．０％のＡｌ2Ｏ3を含有させることによってスラグの流動性、剥離性を改善したり、スパッタ量を調整し得ることが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１５４４８７号公報
【特許文献２】特開２００２−３０７１８９号公報
【特許文献３】特開平７−３１４１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記各種技術の開発によって、溶接金属の靭性が比較的良好な溶接構造物が得られたのであるが、溶接構造物には更に高強度および高靭性の溶接金属が得られるようなフラックス入りワイヤが望まれているのが実情である。即ち、溶接母材（被溶接材）として用いられる高張力鋼との強度バランス上、強度として０．２％耐力（σ0.2）で６００ＭＰａ以上、−６０℃の低温でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ-60が３０Ｊ以上を確保できるような溶接金属の実現が望まれている。しかしながら、これまで提案されている技術では、そのような高強度・高靭性の溶接金属が得られるようなガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが実現できていないのが実情である。
【００１１】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、強度として０．２％耐力（σ0.2）で６００ＭＰａ以上、−６０℃でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ-60が３０Ｊ以上を確保できるような溶接金属が実現できると共に、溶接作業性も良好であり、高張力鋼の溶接材料として最適なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成することのできた、本発明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とは、鋼製外皮の中にＴｉＯ2系フラックスを主体とする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、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｇ：０．０１％以上を含有し、溶接時に形成されるスラグがＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグであり、このスラグの組成がスラグ全質量に対する質量％で、ＴｉＯ2:５０％以上、Ａｌ2Ｏ3:１．０〜２５％、ＭｇＯ:８〜３０％である点に要旨を有するものである。
【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においては、前記ＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの液相線温度が、１６００〜２２００℃であることが好ましく、特にこの液相線温度が、１６００〜２２００℃であると共に、固相線温度が１１８０〜１４２０℃であり、且つ固液共存温度幅（液相線温度−固相線温度）が３４０℃以上であることがより好ましい要件である。
【００１４】
本発明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の化学成分組成については、特に限定されないが、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．４％、Ｍｎ：１．２〜３．５％、Ｎｉ：０．２〜３．４％、Ｔｉ：２．０〜６．０％、Ｍｇ：０．０１〜１．０％およびＭｏ：０．１〜２．２％を夫々含有するものであることが好ましい。またフラックスの充填率は１０〜３０質量％程度が適切である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフラックス入りワイヤでは、フラックス入りワイヤ中のＭｇおよびＡｌの含有量を適切に調整すると共に、溶接時に主にフラックスによって形成されるＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの化学成分組成を適正に制御することによって、良好な特性を有する溶着金属を主構成部分とする溶接金属の靭性を著しく改善できると共に、良好な溶接作業性も確保できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
高強度化と低温靭性とは、相反する特性であり（強度を上げると靭性が低下する）、これらの両特性を兼ね備えることは困難であった。本発明者らは、溶接作業性が比較的良好とされるチタニア系フラックス入りワイヤにおいて、上記両特性を改善するために様々な角度から検討してきた。
【００１７】
その研究の一環として、フラックス入りワイヤの全体としての化学成分組成を適切に調整すると共に、フラックスへ所定量のＭｇＯを添加することによって、ＴｉＯ2の酸素に対する活量を低下させることができること、およびこれによってワイヤ全体としてのＴｉ含有量を増加させても、最終的に溶着金属に移行する酸素濃度を低減することができて溶着金属中の介在物（酸化物）を低減することができ、その結果として良好な特性の溶着金属を主構成部分とする溶接金属の靭性を著しく改善できることを見出し、その技術的意義が認められたので先に出願している（特願２００６―３３８９４１号）。
【００１８】
上記技術によって、強度および靭性の両特性が改善されると共に、溶接作業性も良好となるチタニア系フラックス入りワイヤが実現できたのであるが、ＭｇＯを比較的多く含むことは、チタニア系フラックス入りワイヤの基本的特性である溶接作業性が若干低下することがあることが判明した。
【００１９】
本発明者らは、先に改善した技術における中心的構成を維持しつつ、溶接作業性を更に改善するため、特にチタニア系フラックス成分（特に、溶接後のスラグ成分）が溶接作業性に与える影響について更に検討を重ねた。その結果、ワイヤ全質量に対する質量％でＭｇ：０．０１％以上を含有させると共に、溶接時に主にフラックスによって形成されるＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの組成を適切は範囲となるように制御し、スラグの液相線温度、固相線温度および固液共存温度幅（液相線温度−固相線温度）を所定の範囲内となるようにすれば、強度および靭性に影響を与えることなく、溶接作業性が良好に改善されることを見出し、本発明を完成した。
【００２０】
本発明のフラックス入りワイヤにおいては、Ｍｇの含有量をワイヤ全質量に対する質量％で０．０１％以上含有させる必要があるが、これらの範囲を特定した理由は下記の通りである。
【００２１】
［Ｍｇ：０．０１％以上］
Ｍｇには脱酸効果があり、Ｍｇ含有量（ワイヤ全体に対する質量％）が０．０１％未満では、脱酸効果が不足して溶接金属の靭性が低下することになる。こうした効果は、その含有量が増加するにつれて増大するが、Ｍｇ含有量が過剰になると溶接時のヒューム量が増加して溶接作業性が低下するので、１．０％以下とすることが好ましい。尚、Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．１％であり、より好ましい上限は０．８％である。
【００２２】
本発明のフラックス入りワイヤにおいては、フラックスによって形成されるスラグがＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの組成を適切な範囲となるように制御する必要があるが、この範囲を特定した理由は下記の通りである。
【００２３】
［ＴｉＯ2:５０％以上（スラグ全質量に対する質量％）］
本発明のフラックッス入りワイヤにおけるフラックス成分は、少なくともＴｉＯ2を主成分として含むものであるが、このＴｉＯ2の含有量も適切な範囲にする必要がある。即ち、スラグ中のＴｉＯ2含有量が少なくなれば、ＴｉＯ2系フラックス入りワイヤとしての作用（主に溶接作業性）が発揮されにくくなる。こうした観点からして、スラグ中のＴｉＯ2含有量は、スラグ全質量に対する質量％で５０％以上とする必要がある。
【００２４】
［Ａｌ2Ｏ3:１．０〜２５％（スラグ全質量に対する質量％）］
スラグ中のＡｌ2Ｏ3は、スラグの粘性を適切に調整すると共に、溶接作業性を確保する上でも有効な成分であり、こうした観点からスラグ中のＡｌ2Ｏ3含有量はスラグ全質量に対する質量％で１．０％以上とする必要がある。しかしながら、スラグ中のＡｌ2Ｏ3含有量が過剰になると、溶接作業性が低下するので２５％以下とする必要がある。
【００２５】
［ＭｇＯ:８〜３０％（スラグ全質量に対する質量％）］
本発明のフラックス入りワイヤでは、フラックスへＭｇＯを添加することによって、フラックス中のＴｉＯ2活量を低下させ、これによって溶着金属中の酸素濃度を低下させることができる。こうした現象を進行させることによって、溶着金属中の介在物（酸化物系介在物）を低減させ、特に低温靭性の良好な（具体的には、−６０℃でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ-60が３０Ｊ以上）溶接金属が実現できることになる。こうした効果（酸素濃度低減効果）は、スラグ中のＭｇＯ含有量が８％以上で有効に発揮されるが、溶接作業性の観点からすれば、酸素低減効果に相反して悪化することになる。少なくとも溶接作業性を確保するという観点からして、スラグ中のＭｇＯ含有量は３０％以下とする必要がある。
【００２６】
本発明のフラックス入りワイヤでは、スラグ中のＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＭｇＯの含有量を適切に規定することによって、溶接作業性に優れたものとなるのであるが、スラグ中のＴｉＯ2含有量［ＴｉＯ2］とＭｇＯ含有量［ＭｇＯ］が下記（１）式の関係を満足することも好ましい要件となる。
［ＴｉＯ2］／［ＭｇＯ］≧４．７ …（１）
但し、［ＴｉＯ2］および［ＭｇＯ］は、スラグ中に含まれるＴｉＯ2およびＭｇＯの含有量（スラグ全質量に対する質量％）
【００２７】
上記した作用（酸素濃度低減効果）は、ＭｇＯ含有量が多いほど有効に発揮されるが、溶接作業性の観点からすれば、酸素低減効果に相反して悪化することになる。こうした観点からこれらの含有量は上記のように調整する必要があるが、少なくとも溶接作業性を確保するという観点からして、これらの含有量の比［ＴｉＯ2］／［ＭｇＯ］を４．７以上とすることが好ましい。しかしながら、ＴｉＯ2に対するＭｇＯ含有量の割合が少なくなると、溶接作業性は良好であるが、酸素低減効果が却って低下して溶接金属の靭性が劣化するので、ＴｉＯ2／ＭｇＯは１６．９となる程度までとすることが好ましい。またＴｉＯ2／ＭｇＯの好ましい下限は８．０程度である。
【００２８】
本発明のフラックッス入りワイヤでは、ワイヤ中のＭｇ含有量、およびスラグ中のＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3並びにＭｇＯの含有量が上記の範囲内に設定されていれば、その目的を達成することができるのであるが、フラックス成分としてはＴｉＯ2およびＭｇＯ以外に他の酸化物（例えば、ＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3,ＣａＯ，Ｋ2ＳｉＦ6，ＺｒＯ2，Ｋ2Ｏ，Ｎａ2Ｏ等の造滓剤やアーク安定剤）も含み得るものである。
【００２９】
本発明のフラックス入りワイヤでは、上記のような要件を満足することによって、良好な溶接作業性が確保できたのであるが、こうした効果が得られる理由について検討したところ、上記のように制御したＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグでは、スラグの液相線温度、固相線温度および固液共存温度幅（液相線温度−固相線温度）が適切な範囲に調整され、これらが溶接作業性に好ましい結果をもたらしているものと思われた。このうち、液相線温度が所定の範囲となることが特に好ましい結果をもたらすものと考えられる。これらの好ましい範囲、これらに関して得られた知見は下記の通りである。
【００３０】
［スラグの液相線温度：１６００〜２２００℃］
スラグの液相線温度は、立向上進溶接の作業性に影響を及ぼし、スラグの液相線温度がある程度高い状態では、溶着金属における溶融金属部分よりも先にスラグの凝固が進行し、溶着金属部の溶融金属がスラグの凝固殻で覆われて保持される。こうした現象によって、立向上進溶接の場合に、溶着金属部の溶融金属が垂れでしまうことが防止できることになる。こうした観点から、スラグの液相線温度は１６００℃以上であることが好ましい。
【００３１】
しかしながら、スラグの液相線温度が高くなり過ぎると、スラグが早く固まり過ぎて、溶着金属部の溶融金属部分上にスラグが均一に広がらなくなり、溶接ビード表面に凹凸が発生し、溶接作業性とスラグ剥離性が悪くなる。こうした観点から、スラグの液相線温度は２２００℃以下であることが好ましい。
【００３２】
［スラグの固相線温度：１１８０〜１４２０℃］
スラグの固相線温度は、上記液相線温度と同様に、立向上進溶接の作業性に影響を及ぼし、スラグの固相線温度が高くなり過ぎると、溶着金属部における溶融金属部分よりも先にスラグの凝固が進行し、溶着金属部の溶融金属部分上にスラグが均一に広がらなくなり、溶接ビード表面が凹凸状になり、溶接作業性とスラグ剥離性が悪くなる。逆に、固相線温度が低くなり過ぎると、スラグか完全に凝固しにくくなって、スラグが垂れ易くなり、立向上進溶接の場合に溶着金属部における溶融金属が垂れてしまうことが防止できなくなる。こうした観点から、スラグの固相線温度は１１８０〜１４２０℃の範囲内であることが好ましい。
【００３３】
［スラグの固液共存温度幅：３４０℃以上］
スラグの固液共存温度幅は溶接作業の安定性に影響し、温度幅が広くなると、温度変化の影響を受けにくくなり、溶接時に多少の温度変化が起こっても、スラグの凝固状態が変化しにくくなるため、溶接作業性が安定することになる。逆に、温度幅が狭くなると、凝固進行が温度変化に敏感になって、溶接作業が不安定となる。こうした観点からして、この温度幅は３４０℃以上であることが好ましい。
【００３４】
尚、上記液相線温度、固相線温度および固液共存温度幅は、計算力学研究センター製、熱力学ソフト「Ｆａｃｔ Ｓａｇｅ」（商品名）を使用して計算することができる。また、液相線温度は液相率が１００％の状態、固相線温度は液相率が０％の状態を意味する。
【００３５】
本発明のフラックス入りワイヤは、上記のようなフラックスを鋼製外皮内に充填することよって構成されるのであるが、フラックスの充填率（以下、「フラックス充填率」と呼ぶ）も適切な範囲にすることが好ましい。フラックス充填率は１０〜３０質量％程度が適切である。フラックス充填率が１０質量％未満では、必要な合金元素の添加がフラックスのみから添加することが困難になり、それら元素を外皮から添加することは原材料のコストアップとなり、また合金元素の添加による外皮強度の増加で伸線性の劣化を招くことになる。またフラックス充填率が３０質量％を超えると、外皮が薄くなり、断線しやすくなって伸線性の劣化を招くことになる。フラックス充填率の好ましい下限は１２質量％程度であり、好ましい上限は２０質量％程度である。
【００３６】
尚、上記フラックス充填率は、下記の式によって定義される値である。
フラックス充填率（質量％）＝｛（フラックスの質量）／（フラックス入りワイヤ全体の質量）｝×１００
【００３７】
本発明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おいては、ＡｌおよびＭｇが上記した範囲で含有する必要があるが、基本成分であるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，ＴｉおよびＭｏ等の含有量（ワイヤ全質量に対する質量％）を適切に規定することも好ましい。これらの成分の含有量の好ましい範囲限定理由は下記の通りである。尚、これらの成分は、ワイヤ全体としての含有量が溶着金属の特性に影響を与えるものであり、同一の成分はその形態（金属もしくは酸化物）を問わずその合計量を意味する。例えば、ＴｉやＭｇについては、酸化物の形態としても含有するものであるが、下記含有量は酸化物を形成する金属元素量をも含めた値である。
【００３８】
［Ｃ：０．０２〜０．１５％］
Ｃは、溶接金属（上記溶着金属と母材の一部が融合して「溶接金属」を形成する）の強度を確保する上で重要な元素である。０．２％耐力（σ0.2）で６００ＭＰａ以上を確保するためには、Ｃ含有量は０．０２％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｃ含有量が過剰となると、強度過多となって低温割れ感受性が高くなるので、０．１５％以下とするのがよい。尚、Ｃ含有量のより好ましい下限は０．０４％であり、より好ましい上限は０．０８％である。
【００３９】
［Ｓｉ：０．３〜１．４％］
Ｓｉは、脱酸剤として機能し、溶接金属の強度確保と酸素低減に有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｓｉ含有量は０．３％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になって１．４％を超えると、溶着金属の粘性が高くなって溶接作業性が低下することになる。尚、Ｓｉ含有量のより好ましい下限は０．４％であり、より好ましい上限は０．９％である。
【００４０】
［Ｍｎ：１．２〜３．５％］
Ｍｎは、溶接金属の強度確保と酸素低減に有効な元素である。Ｍｎ含有量が１．２％未満では、脱酸不足となって溶接金属の強度・靭性が確保できなくなる。一方、Ｍｎ含有量が３．５％を超えて過剰になると、強度が高くなって低温割れ感受性が高くなる。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は１．７％であり、好ましい上限は２．９％である。
【００４１】
［Ｎｉ：０．２〜３．４％］
Ｎｉは、溶接金属の強度と靭性を確保する上で重要な元素である。Ｎｉ含有量が０．２％未満では、十分な靭性改善効果が発揮されず、３．４％を超える高温割れ感受性が高くなる。尚、Ｎｉ含有量の好ましい下限は１．７％であり、好ましい上限は２．４％である。
【００４２】
［Ｔｉ：２．０〜６．０％］
Ｔｉは、脱酸効果を有する元素であり、また結晶粒の微細化に有効な元素である。これらの効果を発揮させるためには、Ｔｉ含有量は２．０％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｔｉ含有量が過剰になると強度が高くなり過ぎると共に、スラグ発生量が多くなって溶接作業性が低下することになる。尚、Ｔｉ含有量のより好ましい下限は３．３％であり、より好ましい上限は４．０％である。
【００４３】
［Ｍｏ：０．１〜２．２％］
Ｍｏは、溶接金属の強度を確保する上で有用な元素である。Ｍｏ含有量が０．１％未満では、十分な強度を確保することができず、２．２％を超えると著しく硬化して靭性が却って低下することになる。尚、Ｍｏ含有量のより好ましい下限は０．２％であり、より好ましい上限は１．０％である。
【００４４】
本発明のフラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全体に対する元素含有量は、基本的にフラックス中の酸化物に含まれる金属元素量、および鋼製外皮中に含まれる含有量等に影響されることになるのであるが、フラックス中に含み得る酸化物量や充填率、および鋼製外皮中に含み得る元素量などの制約からして、フラックス中の酸化物中の金属元素量や鋼製外皮中に含まれる含有量だけではワイヤ全体の元素含有量を調整しにくい場合がある。特に、本発明のフラックス入りワイヤにおけるＴｉ含有量は、酸化物中の元素含有量や鋼製外皮中の含有量だけでは調整しにくいことがある。このような場合には、フラックス中にＴｉ，Ａｌ，Ｍｇの金属粉末を添加することによって、ワイヤ全体としてのＴｉ含有量、Ａｌ含有量およびＭｇ含有量を調整することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４６】
［実施例１］
まず、軟鋼製フープ（鋼製外皮：ＨＴ８０相当鋼）を円筒状に曲げながら、各種酸化物（ＴｉＯ2，ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＺｒＯ2その他：下記表２参照）および鉄粉並びに合金粉を下記表２となるように配合したフラックスを充填し、次に伸線加工を行い、フラックス充填率：１３．５％、ワイヤ径：１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作製した。こうした構成を基本とし、鋼製外皮の化学成分を調整したものを用いたり、フラックス中に金属粉末を混合したものを用いることによって、ワイヤ全体としての各元素含有量を調整した各種フラックス入りワイヤを作製した。作製した各フラックス入りワイヤの化学成分組成を下記表１（ワイヤ全体に対する割合）、フラックス中の酸化物の配合割合（ワイヤ全体に対する質量％）を下記表２に夫々示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
作製した各フラックス入りワイヤを用い、下記の条件にて溶接を行い、溶着金属を作製した。この溶着金属から引張試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ１号）およびシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ４号）を採取し、各試験を行って０．２％耐力（σ0.2）および−６０℃の低温でのＶシャルピー衝撃値（ｖＥ-60）を測定した。
【００５０】
［溶接条件］
姿勢：立向上進
シールドガス：８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2（ガス流量：２５Ｌ／分）
溶接電流：２２０Ａ
溶接電圧：２２〜２４Ｖ
溶接速度：１４ｃｍ／ｍｉｎ
開先形状：Ｔ隅肉
ウイービング幅：７ｍｍ
予熱・パス間温度：１５０℃
入熱量：１．７ｋＪ／ｍｍ
供試鋼板（溶接母材）：ＪＩＳ Ｇ ３１２８ ＳＨＹ６８５（Ｃ：０．３０％、Ｍｎ：１．４０％、Ｐ：０．０１０％、Ｓ：０．００５％、Ｃｕ：０．００２％、Ｎｉ：１．２０％、Ｃｒ：０．３０％、Ｍｏ：０．１０％、Ｖ：０．０７％、Ｂ：０．００３％；残部鉄および不可避不純物）
母材形状料：厚さ１２ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ３００ｍｍ
【００５１】
溶接後のフラックス成分組成（スラグの成分組成）、液相線温度、固相線温度および固液共存温度幅を下記表３に示す。
【００５２】
【表３】
【００５３】
また溶接時の溶接作業性についても評価した。溶接作業性の評価は、立向上進が可能で溶接後の溶着金属表面が滑らかな場合を良好（１００点と評価）、立向上進が可能であるが溶接後の溶着金属表面に大きな凹凸が発生する場合をやや不良（７５点と評価）、スラグおよび溶融金属（溶滴）が垂れ落ちて溶接ができない場合を不良（５０点と評価）とした。
【００５４】
測定結果（σ0.2、ｖＥ-６0および溶接作業性）を、溶着金属の化学成分組成と共に下記表４に一括して示す（評価基準：σ0.2≧６００ＭＰａ、ｖＥ-６0≧３０Ｊで合格）。尚、表４には、不活性ガス融解法によって求めた溶着金属中の酸素濃度についても示した。
【００５５】
【表４】
【００５６】
このデータに基づき、スラグの液相線温度と溶接作業性の関係を図１に示す。スラグの固相線温度と溶接作業性の関係を図２に示す。固液共存温度幅と溶接作業性の関係を図３に示す。
【００５７】
この結果から明らかなように、本発明で規定する要件を満足するもの（試験Ｎｏ．１〜６）では、強度および靭性のいずれも良好な溶着金属が得られており、しかも溶接作業性も良好であることが分かる。また良好な溶接作業性を実現するためには、スラグの液相線温度、固相線温度、固液共存温度幅を適切は範囲に制御することが好ましいことが分かる。
【００５８】
これに対して本発明で規定する要件にいずれかを欠くもの（試験Ｎｏ．７〜１４）では強度的には満足していても、靭性および溶接作業性の少なくともいずれかの性能が劣化していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】スラグの液相線温度と溶接作業性の関係を示すグラフである。
【図２】スラグの固相線温度と溶接作業性の関係を示すグラフである。
【図３】固液共存温度幅と溶接作業性の関係を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製外皮の中にＴｉＯ2を主体とするＴｉＯ2系（チタニア系）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関するものであり、特に溶接作業性が良好であると共に、良好な靭性を発揮する溶接金属を得ることができ、高張力鋼の溶接に最適なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶や海洋構造物などは、高張力鋼を溶接することによって構築されるが、こうした構造物を構築するには、高強度でしかも良好な靭性（特に低温靭性）を発揮する溶接材料の実現が望まれている。
【０００３】
被覆アーク溶接やサブマージアーク溶接の分野では、低温靭性に優れた溶接材料が開発されているが、作業能率や溶接姿勢の点で問題がある。
【０００４】
一方、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接は、ビード外観が良好であることや優れた溶接作業性が得られることが知られている。この溶接作業性については、全姿勢溶接が可能であることが基本になるのであるが、特に「立向上進」の溶接が可能でしかも良好な形状の溶接金属が形成されることも溶接作業性の良否を判断する上で重要な要件となる。
【０００５】
ところで、ガスシールドアーク溶接で用いられるフラックス入りワイヤに関しては、チタニア（ＴｉＯ2）を主成分とするフラックスを鋼製外皮中に充填したチタニア系フラックス入りワイヤが広く使用されている。しかしながら、チタニア系フラックスを充填した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実施した場合には、溶接金属中の酸素濃度が５００〜６００ｐｐｍ程度と高くなりやすく、溶接金属の低温靭性が低下しやすいという問題がある。
【０００６】
こうしたことから、フラックス入りワイヤに関して、これまでにも溶接金属の機械的特性（特に、低温靭性）と溶接作業性の両立を目指して様々な溶接材料の開発が行われている。
【０００７】
こうした技術として、例えば特許文献１には、塩基性フラックス入りワイヤにおいて、フラックスによって形成されるスラグをＴｉＯ2−ＣａＦ2系とし、Ｍｇ，Ｓｉ，Ｍｎその他の金属の酸化物を添加することによって、溶接作業性と機械的特性でＫＳ（韓国国家規格）およびＡＷＳ（米国溶接協会）の規格を満足し得ることが示されている。またこの技術では、ワイヤ全質量に対して０．２〜１．５％のＡｌ2Ｏ3を含有させることにより、スラグ凝固点を上昇させ、溶滴を微細化させてスプレーアーク移行を形成させることによって溶接作業性が良好になり得ることも示唆されている。
【０００８】
また特許文献２には、引張強度ＴＳが４９０ＭＰａ級の鋼材を溶接する際に用いるチタニア系フラックス入りワイヤとして、フラックス中にＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3を添加することによって、溶接部（溶接金属）の残留応力を低減し、疲労強度を向上させ得ることが示されている。また、この技術ではワイヤ全質量に対して０．２〜０．９％のＡｌ2Ｏ3を含有させることによりスラグの融点を上げ、スラグの凝固を早めて溶融金属の垂れを防止することによって溶接作業性が良好になり得ることも示唆されている。
【０００９】
更に、特許文献３には、ガスシールドアーク溶接に適用するチタニア系フラックス入りワイヤにおいて、ＴｉＯ2と共に、ＭｇＯとＦｅＯのうちの１種以上、およびＳｉＯ2，ＭｎＯを併用してフラックス中に添加することによって、溶接作業性と機械的特性（抗張力：約５８０ＭＰａ以上、０℃でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ0が約１５０Ｊ以上）のいずれも良好な溶接金属が得られることが示されている。また、この技術ではワイヤ全質量に対して０．１〜１．０％のＡｌ2Ｏ3を含有させることによってスラグの流動性、剥離性を改善したり、スパッタ量を調整し得ることが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１５４４８７号公報
【特許文献２】特開２００２−３０７１８９号公報
【特許文献３】特開平７−３１４１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記各種技術の開発によって、溶接金属の靭性が比較的良好な溶接構造物が得られたのであるが、溶接構造物には更に高強度および高靭性の溶接金属が得られるようなフラックス入りワイヤが望まれているのが実情である。即ち、溶接母材（被溶接材）として用いられる高張力鋼との強度バランス上、強度として０．２％耐力（σ0.2）で６００ＭＰａ以上、−６０℃の低温でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ-60が３０Ｊ以上を確保できるような溶接金属の実現が望まれている。しかしながら、これまで提案されている技術では、そのような高強度・高靭性の溶接金属が得られるようなガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが実現できていないのが実情である。
【００１１】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、強度として０．２％耐力（σ0.2）で６００ＭＰａ以上、−６０℃でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ-60が３０Ｊ以上を確保できるような溶接金属が実現できると共に、溶接作業性も良好であり、高張力鋼の溶接材料として最適なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成することのできた、本発明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とは、鋼製外皮の中にＴｉＯ2系フラックスを主体とする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、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｇ：０．０１％以上を含有し、溶接時に形成されるスラグがＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグであり、このスラグの組成がスラグ全質量に対する質量％で、ＴｉＯ2:５０％以上、Ａｌ2Ｏ3:１．０〜２５％、ＭｇＯ:８〜３０％である点に要旨を有するものである。
【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においては、前記ＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの液相線温度が、１６００〜２２００℃であることが好ましく、特にこの液相線温度が、１６００〜２２００℃であると共に、固相線温度が１１８０〜１４２０℃であり、且つ固液共存温度幅（液相線温度−固相線温度）が３４０℃以上であることがより好ましい要件である。
【００１４】
本発明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の化学成分組成については、特に限定されないが、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．４％、Ｍｎ：１．２〜３．５％、Ｎｉ：０．２〜３．４％、Ｔｉ：２．０〜６．０％、Ｍｇ：０．０１〜１．０％およびＭｏ：０．１〜２．２％を夫々含有するものであることが好ましい。またフラックスの充填率は１０〜３０質量％程度が適切である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフラックス入りワイヤでは、フラックス入りワイヤ中のＭｇおよびＡｌの含有量を適切に調整すると共に、溶接時に主にフラックスによって形成されるＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの化学成分組成を適正に制御することによって、良好な特性を有する溶着金属を主構成部分とする溶接金属の靭性を著しく改善できると共に、良好な溶接作業性も確保できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
高強度化と低温靭性とは、相反する特性であり（強度を上げると靭性が低下する）、これらの両特性を兼ね備えることは困難であった。本発明者らは、溶接作業性が比較的良好とされるチタニア系フラックス入りワイヤにおいて、上記両特性を改善するために様々な角度から検討してきた。
【００１７】
その研究の一環として、フラックス入りワイヤの全体としての化学成分組成を適切に調整すると共に、フラックスへ所定量のＭｇＯを添加することによって、ＴｉＯ2の酸素に対する活量を低下させることができること、およびこれによってワイヤ全体としてのＴｉ含有量を増加させても、最終的に溶着金属に移行する酸素濃度を低減することができて溶着金属中の介在物（酸化物）を低減することができ、その結果として良好な特性の溶着金属を主構成部分とする溶接金属の靭性を著しく改善できることを見出し、その技術的意義が認められたので先に出願している（特願２００６―３３８９４１号）。
【００１８】
上記技術によって、強度および靭性の両特性が改善されると共に、溶接作業性も良好となるチタニア系フラックス入りワイヤが実現できたのであるが、ＭｇＯを比較的多く含むことは、チタニア系フラックス入りワイヤの基本的特性である溶接作業性が若干低下することがあることが判明した。
【００１９】
本発明者らは、先に改善した技術における中心的構成を維持しつつ、溶接作業性を更に改善するため、特にチタニア系フラックス成分（特に、溶接後のスラグ成分）が溶接作業性に与える影響について更に検討を重ねた。その結果、ワイヤ全質量に対する質量％でＭｇ：０．０１％以上を含有させると共に、溶接時に主にフラックスによって形成されるＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの組成を適切は範囲となるように制御し、スラグの液相線温度、固相線温度および固液共存温度幅（液相線温度−固相線温度）を所定の範囲内となるようにすれば、強度および靭性に影響を与えることなく、溶接作業性が良好に改善されることを見出し、本発明を完成した。
【００２０】
本発明のフラックス入りワイヤにおいては、Ｍｇの含有量をワイヤ全質量に対する質量％で０．０１％以上含有させる必要があるが、これらの範囲を特定した理由は下記の通りである。
【００２１】
［Ｍｇ：０．０１％以上］
Ｍｇには脱酸効果があり、Ｍｇ含有量（ワイヤ全体に対する質量％）が０．０１％未満では、脱酸効果が不足して溶接金属の靭性が低下することになる。こうした効果は、その含有量が増加するにつれて増大するが、Ｍｇ含有量が過剰になると溶接時のヒューム量が増加して溶接作業性が低下するので、１．０％以下とすることが好ましい。尚、Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．１％であり、より好ましい上限は０．８％である。
【００２２】
本発明のフラックス入りワイヤにおいては、フラックスによって形成されるスラグがＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの組成を適切な範囲となるように制御する必要があるが、この範囲を特定した理由は下記の通りである。
【００２３】
［ＴｉＯ2:５０％以上（スラグ全質量に対する質量％）］
本発明のフラックッス入りワイヤにおけるフラックス成分は、少なくともＴｉＯ2を主成分として含むものであるが、このＴｉＯ2の含有量も適切な範囲にする必要がある。即ち、スラグ中のＴｉＯ2含有量が少なくなれば、ＴｉＯ2系フラックス入りワイヤとしての作用（主に溶接作業性）が発揮されにくくなる。こうした観点からして、スラグ中のＴｉＯ2含有量は、スラグ全質量に対する質量％で５０％以上とする必要がある。
【００２４】
［Ａｌ2Ｏ3:１．０〜２５％（スラグ全質量に対する質量％）］
スラグ中のＡｌ2Ｏ3は、スラグの粘性を適切に調整すると共に、溶接作業性を確保する上でも有効な成分であり、こうした観点からスラグ中のＡｌ2Ｏ3含有量はスラグ全質量に対する質量％で１．０％以上とする必要がある。しかしながら、スラグ中のＡｌ2Ｏ3含有量が過剰になると、溶接作業性が低下するので２５％以下とする必要がある。
【００２５】
［ＭｇＯ:８〜３０％（スラグ全質量に対する質量％）］
本発明のフラックス入りワイヤでは、フラックスへＭｇＯを添加することによって、フラックス中のＴｉＯ2活量を低下させ、これによって溶着金属中の酸素濃度を低下させることができる。こうした現象を進行させることによって、溶着金属中の介在物（酸化物系介在物）を低減させ、特に低温靭性の良好な（具体的には、−６０℃でのＶシャルピー衝撃値ｖＥ-60が３０Ｊ以上）溶接金属が実現できることになる。こうした効果（酸素濃度低減効果）は、スラグ中のＭｇＯ含有量が８％以上で有効に発揮されるが、溶接作業性の観点からすれば、酸素低減効果に相反して悪化することになる。少なくとも溶接作業性を確保するという観点からして、スラグ中のＭｇＯ含有量は３０％以下とする必要がある。
【００２６】
本発明のフラックス入りワイヤでは、スラグ中のＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＭｇＯの含有量を適切に規定することによって、溶接作業性に優れたものとなるのであるが、スラグ中のＴｉＯ2含有量［ＴｉＯ2］とＭｇＯ含有量［ＭｇＯ］が下記（１）式の関係を満足することも好ましい要件となる。
［ＴｉＯ2］／［ＭｇＯ］≧４．７ …（１）
但し、［ＴｉＯ2］および［ＭｇＯ］は、スラグ中に含まれるＴｉＯ2およびＭｇＯの含有量（スラグ全質量に対する質量％）
【００２７】
上記した作用（酸素濃度低減効果）は、ＭｇＯ含有量が多いほど有効に発揮されるが、溶接作業性の観点からすれば、酸素低減効果に相反して悪化することになる。こうした観点からこれらの含有量は上記のように調整する必要があるが、少なくとも溶接作業性を確保するという観点からして、これらの含有量の比［ＴｉＯ2］／［ＭｇＯ］を４．７以上とすることが好ましい。しかしながら、ＴｉＯ2に対するＭｇＯ含有量の割合が少なくなると、溶接作業性は良好であるが、酸素低減効果が却って低下して溶接金属の靭性が劣化するので、ＴｉＯ2／ＭｇＯは１６．９となる程度までとすることが好ましい。またＴｉＯ2／ＭｇＯの好ましい下限は８．０程度である。
【００２８】
本発明のフラックッス入りワイヤでは、ワイヤ中のＭｇ含有量、およびスラグ中のＴｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3並びにＭｇＯの含有量が上記の範囲内に設定されていれば、その目的を達成することができるのであるが、フラックス成分としてはＴｉＯ2およびＭｇＯ以外に他の酸化物（例えば、ＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3,ＣａＯ，Ｋ2ＳｉＦ6，ＺｒＯ2，Ｋ2Ｏ，Ｎａ2Ｏ等の造滓剤やアーク安定剤）も含み得るものである。
【００２９】
本発明のフラックス入りワイヤでは、上記のような要件を満足することによって、良好な溶接作業性が確保できたのであるが、こうした効果が得られる理由について検討したところ、上記のように制御したＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグでは、スラグの液相線温度、固相線温度および固液共存温度幅（液相線温度−固相線温度）が適切な範囲に調整され、これらが溶接作業性に好ましい結果をもたらしているものと思われた。このうち、液相線温度が所定の範囲となることが特に好ましい結果をもたらすものと考えられる。これらの好ましい範囲、これらに関して得られた知見は下記の通りである。
【００３０】
［スラグの液相線温度：１６００〜２２００℃］
スラグの液相線温度は、立向上進溶接の作業性に影響を及ぼし、スラグの液相線温度がある程度高い状態では、溶着金属における溶融金属部分よりも先にスラグの凝固が進行し、溶着金属部の溶融金属がスラグの凝固殻で覆われて保持される。こうした現象によって、立向上進溶接の場合に、溶着金属部の溶融金属が垂れでしまうことが防止できることになる。こうした観点から、スラグの液相線温度は１６００℃以上であることが好ましい。
【００３１】
しかしながら、スラグの液相線温度が高くなり過ぎると、スラグが早く固まり過ぎて、溶着金属部の溶融金属部分上にスラグが均一に広がらなくなり、溶接ビード表面に凹凸が発生し、溶接作業性とスラグ剥離性が悪くなる。こうした観点から、スラグの液相線温度は２２００℃以下であることが好ましい。
【００３２】
［スラグの固相線温度：１１８０〜１４２０℃］
スラグの固相線温度は、上記液相線温度と同様に、立向上進溶接の作業性に影響を及ぼし、スラグの固相線温度が高くなり過ぎると、溶着金属部における溶融金属部分よりも先にスラグの凝固が進行し、溶着金属部の溶融金属部分上にスラグが均一に広がらなくなり、溶接ビード表面が凹凸状になり、溶接作業性とスラグ剥離性が悪くなる。逆に、固相線温度が低くなり過ぎると、スラグか完全に凝固しにくくなって、スラグが垂れ易くなり、立向上進溶接の場合に溶着金属部における溶融金属が垂れてしまうことが防止できなくなる。こうした観点から、スラグの固相線温度は１１８０〜１４２０℃の範囲内であることが好ましい。
【００３３】
［スラグの固液共存温度幅：３４０℃以上］
スラグの固液共存温度幅は溶接作業の安定性に影響し、温度幅が広くなると、温度変化の影響を受けにくくなり、溶接時に多少の温度変化が起こっても、スラグの凝固状態が変化しにくくなるため、溶接作業性が安定することになる。逆に、温度幅が狭くなると、凝固進行が温度変化に敏感になって、溶接作業が不安定となる。こうした観点からして、この温度幅は３４０℃以上であることが好ましい。
【００３４】
尚、上記液相線温度、固相線温度および固液共存温度幅は、計算力学研究センター製、熱力学ソフト「Ｆａｃｔ Ｓａｇｅ」（商品名）を使用して計算することができる。また、液相線温度は液相率が１００％の状態、固相線温度は液相率が０％の状態を意味する。
【００３５】
本発明のフラックス入りワイヤは、上記のようなフラックスを鋼製外皮内に充填することよって構成されるのであるが、フラックスの充填率（以下、「フラックス充填率」と呼ぶ）も適切な範囲にすることが好ましい。フラックス充填率は１０〜３０質量％程度が適切である。フラックス充填率が１０質量％未満では、必要な合金元素の添加がフラックスのみから添加することが困難になり、それら元素を外皮から添加することは原材料のコストアップとなり、また合金元素の添加による外皮強度の増加で伸線性の劣化を招くことになる。またフラックス充填率が３０質量％を超えると、外皮が薄くなり、断線しやすくなって伸線性の劣化を招くことになる。フラックス充填率の好ましい下限は１２質量％程度であり、好ましい上限は２０質量％程度である。
【００３６】
尚、上記フラックス充填率は、下記の式によって定義される値である。
フラックス充填率（質量％）＝｛（フラックスの質量）／（フラックス入りワイヤ全体の質量）｝×１００
【００３７】
本発明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おいては、ＡｌおよびＭｇが上記した範囲で含有する必要があるが、基本成分であるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，ＴｉおよびＭｏ等の含有量（ワイヤ全質量に対する質量％）を適切に規定することも好ましい。これらの成分の含有量の好ましい範囲限定理由は下記の通りである。尚、これらの成分は、ワイヤ全体としての含有量が溶着金属の特性に影響を与えるものであり、同一の成分はその形態（金属もしくは酸化物）を問わずその合計量を意味する。例えば、ＴｉやＭｇについては、酸化物の形態としても含有するものであるが、下記含有量は酸化物を形成する金属元素量をも含めた値である。
【００３８】
［Ｃ：０．０２〜０．１５％］
Ｃは、溶接金属（上記溶着金属と母材の一部が融合して「溶接金属」を形成する）の強度を確保する上で重要な元素である。０．２％耐力（σ0.2）で６００ＭＰａ以上を確保するためには、Ｃ含有量は０．０２％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｃ含有量が過剰となると、強度過多となって低温割れ感受性が高くなるので、０．１５％以下とするのがよい。尚、Ｃ含有量のより好ましい下限は０．０４％であり、より好ましい上限は０．０８％である。
【００３９】
［Ｓｉ：０．３〜１．４％］
Ｓｉは、脱酸剤として機能し、溶接金属の強度確保と酸素低減に有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｓｉ含有量は０．３％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になって１．４％を超えると、溶着金属の粘性が高くなって溶接作業性が低下することになる。尚、Ｓｉ含有量のより好ましい下限は０．４％であり、より好ましい上限は０．９％である。
【００４０】
［Ｍｎ：１．２〜３．５％］
Ｍｎは、溶接金属の強度確保と酸素低減に有効な元素である。Ｍｎ含有量が１．２％未満では、脱酸不足となって溶接金属の強度・靭性が確保できなくなる。一方、Ｍｎ含有量が３．５％を超えて過剰になると、強度が高くなって低温割れ感受性が高くなる。尚、Ｍｎ含有量の好ましい下限は１．７％であり、好ましい上限は２．９％である。
【００４１】
［Ｎｉ：０．２〜３．４％］
Ｎｉは、溶接金属の強度と靭性を確保する上で重要な元素である。Ｎｉ含有量が０．２％未満では、十分な靭性改善効果が発揮されず、３．４％を超える高温割れ感受性が高くなる。尚、Ｎｉ含有量の好ましい下限は１．７％であり、好ましい上限は２．４％である。
【００４２】
［Ｔｉ：２．０〜６．０％］
Ｔｉは、脱酸効果を有する元素であり、また結晶粒の微細化に有効な元素である。これらの効果を発揮させるためには、Ｔｉ含有量は２．０％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｔｉ含有量が過剰になると強度が高くなり過ぎると共に、スラグ発生量が多くなって溶接作業性が低下することになる。尚、Ｔｉ含有量のより好ましい下限は３．３％であり、より好ましい上限は４．０％である。
【００４３】
［Ｍｏ：０．１〜２．２％］
Ｍｏは、溶接金属の強度を確保する上で有用な元素である。Ｍｏ含有量が０．１％未満では、十分な強度を確保することができず、２．２％を超えると著しく硬化して靭性が却って低下することになる。尚、Ｍｏ含有量のより好ましい下限は０．２％であり、より好ましい上限は１．０％である。
【００４４】
本発明のフラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全体に対する元素含有量は、基本的にフラックス中の酸化物に含まれる金属元素量、および鋼製外皮中に含まれる含有量等に影響されることになるのであるが、フラックス中に含み得る酸化物量や充填率、および鋼製外皮中に含み得る元素量などの制約からして、フラックス中の酸化物中の金属元素量や鋼製外皮中に含まれる含有量だけではワイヤ全体の元素含有量を調整しにくい場合がある。特に、本発明のフラックス入りワイヤにおけるＴｉ含有量は、酸化物中の元素含有量や鋼製外皮中の含有量だけでは調整しにくいことがある。このような場合には、フラックス中にＴｉ，Ａｌ，Ｍｇの金属粉末を添加することによって、ワイヤ全体としてのＴｉ含有量、Ａｌ含有量およびＭｇ含有量を調整することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４６】
［実施例１］
まず、軟鋼製フープ（鋼製外皮：ＨＴ８０相当鋼）を円筒状に曲げながら、各種酸化物（ＴｉＯ2，ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＺｒＯ2その他：下記表２参照）および鉄粉並びに合金粉を下記表２となるように配合したフラックスを充填し、次に伸線加工を行い、フラックス充填率：１３．５％、ワイヤ径：１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作製した。こうした構成を基本とし、鋼製外皮の化学成分を調整したものを用いたり、フラックス中に金属粉末を混合したものを用いることによって、ワイヤ全体としての各元素含有量を調整した各種フラックス入りワイヤを作製した。作製した各フラックス入りワイヤの化学成分組成を下記表１（ワイヤ全体に対する割合）、フラックス中の酸化物の配合割合（ワイヤ全体に対する質量％）を下記表２に夫々示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
作製した各フラックス入りワイヤを用い、下記の条件にて溶接を行い、溶着金属を作製した。この溶着金属から引張試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ１号）およびシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ Ａ４号）を採取し、各試験を行って０．２％耐力（σ0.2）および−６０℃の低温でのＶシャルピー衝撃値（ｖＥ-60）を測定した。
【００５０】
［溶接条件］
姿勢：立向上進
シールドガス：８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2（ガス流量：２５Ｌ／分）
溶接電流：２２０Ａ
溶接電圧：２２〜２４Ｖ
溶接速度：１４ｃｍ／ｍｉｎ
開先形状：Ｔ隅肉
ウイービング幅：７ｍｍ
予熱・パス間温度：１５０℃
入熱量：１．７ｋＪ／ｍｍ
供試鋼板（溶接母材）：ＪＩＳ Ｇ ３１２８ ＳＨＹ６８５（Ｃ：０．３０％、Ｍｎ：１．４０％、Ｐ：０．０１０％、Ｓ：０．００５％、Ｃｕ：０．００２％、Ｎｉ：１．２０％、Ｃｒ：０．３０％、Ｍｏ：０．１０％、Ｖ：０．０７％、Ｂ：０．００３％；残部鉄および不可避不純物）
母材形状料：厚さ１２ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ３００ｍｍ
【００５１】
溶接後のフラックス成分組成（スラグの成分組成）、液相線温度、固相線温度および固液共存温度幅を下記表３に示す。
【００５２】
【表３】
【００５３】
また溶接時の溶接作業性についても評価した。溶接作業性の評価は、立向上進が可能で溶接後の溶着金属表面が滑らかな場合を良好（１００点と評価）、立向上進が可能であるが溶接後の溶着金属表面に大きな凹凸が発生する場合をやや不良（７５点と評価）、スラグおよび溶融金属（溶滴）が垂れ落ちて溶接ができない場合を不良（５０点と評価）とした。
【００５４】
測定結果（σ0.2、ｖＥ-６0および溶接作業性）を、溶着金属の化学成分組成と共に下記表４に一括して示す（評価基準：σ0.2≧６００ＭＰａ、ｖＥ-６0≧３０Ｊで合格）。尚、表４には、不活性ガス融解法によって求めた溶着金属中の酸素濃度についても示した。
【００５５】
【表４】
【００５６】
このデータに基づき、スラグの液相線温度と溶接作業性の関係を図１に示す。スラグの固相線温度と溶接作業性の関係を図２に示す。固液共存温度幅と溶接作業性の関係を図３に示す。
【００５７】
この結果から明らかなように、本発明で規定する要件を満足するもの（試験Ｎｏ．１〜６）では、強度および靭性のいずれも良好な溶着金属が得られており、しかも溶接作業性も良好であることが分かる。また良好な溶接作業性を実現するためには、スラグの液相線温度、固相線温度、固液共存温度幅を適切は範囲に制御することが好ましいことが分かる。
【００５８】
これに対して本発明で規定する要件にいずれかを欠くもの（試験Ｎｏ．７〜１４）では強度的には満足していても、靭性および溶接作業性の少なくともいずれかの性能が劣化していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】スラグの液相線温度と溶接作業性の関係を示すグラフである。
【図２】スラグの固相線温度と溶接作業性の関係を示すグラフである。
【図３】固液共存温度幅と溶接作業性の関係を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮の中にＴｉＯ2系フラックスを主体とする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、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｇ：０．０１％以上を含有し、溶接時に形成されるスラグがＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグであり、このスラグの組成がスラグ全質量に対する質量％で、ＴｉＯ2:５０％以上、Ａｌ2Ｏ3:１．０〜２５％、ＭｇＯ:８〜３０％であ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】
前記ＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの液相線温度が、１６００〜２２００℃である請求項１に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】
前記ＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの液相線温度が、１６００〜２２００℃であると共に、固相線温度が１１８０〜１４２０℃であり、且つ固液共存温度幅（液相線温度−固相線温度）が３４０℃以上である請求項１に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４】
ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．４％、Ｍｎ：１．２〜３．５％、Ｎｉ：０．２〜３．４％、Ｔｉ：２．０〜６．０％、Ｍｇ：０．０１〜１．０％およびＭｏ：０．１〜２．２％を夫々含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の高張力鋼用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５】
フラックスの充填率が１０〜３０質量％である請求項１〜４のいずれかに記載の高張力鋼用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１】
鋼製外皮の中にＴｉＯ2系フラックスを主体とする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、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｇ：０．０１％以上を含有し、溶接時に形成されるスラグがＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグであり、このスラグの組成がスラグ全質量に対する質量％で、ＴｉＯ2:５０％以上、Ａｌ2Ｏ3:１．０〜２５％、ＭｇＯ:８〜３０％であ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】
前記ＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの液相線温度が、１６００〜２２００℃である請求項１に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】
前記ＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグの液相線温度が、１６００〜２２００℃であると共に、固相線温度が１１８０〜１４２０℃であり、且つ固液共存温度幅（液相線温度−固相線温度）が３４０℃以上である請求項１に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４】
ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．３〜１．４％、Ｍｎ：１．２〜３．５％、Ｎｉ：０．２〜３．４％、Ｔｉ：２．０〜６．０％、Ｍｇ：０．０１〜１．０％およびＭｏ：０．１〜２．２％を夫々含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の高張力鋼用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５】
フラックスの充填率が１０〜３０質量％である請求項１〜４のいずれかに記載の高張力鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１８３３７（Ｐ２００９−１８３３７Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８４８７８（Ｐ２００７−１８４８７８）
【出願日】平成１９年７月１３日（２００７．７．１３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１３日（２００７．７．１３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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