サブマージアーク溶接用溶融型フラックス及びその製造方法
【課題】 耐ポックマーク性が優れ、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができるサブマージアーク溶接用溶融型フラックス及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 フラックス組成を、全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０となるようにする。そして、このフラックスを製造する際は、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成する。
【解決手段】 フラックス組成を、全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０となるようにする。そして、このフラックスを製造する際は、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高張力鋼をサブマージアーク溶接する際に使用されるサブマージアーク溶接用溶融型フラックス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高張力鋼は、圧力容器及び水圧鉄管等の種々の用途で使用されている。しかしながら、近時、このような高張力鋼の溶接構造物の大型化に伴い、薄板化による使用鋼材量の削減を可能にするため、溶接構造物の更なる高強度化及び高靱性化が進められている。また、その製造工程においても、工程数低減によるコストダウン及び作業効率の向上を目的として、溶接時の予熱時間の低減及び予熱フリー化が求められている。これらを実現するためには、溶接金属部の拡散性水素量を従来よりも低減することが有効である。
【０００３】
一般に、高張力鋼の溶接構造物を製造する場合は、サブマージアーク溶接が利用されている。その際使用される溶接用溶融型フラックスは、原料粉を溶解した融液を凝固させた後粉砕したガラス状の粉末であり、耐吸湿性が良好で、フラックス中に含まれる水分量がボンドフラックスよりも少ないという特徴がある。しかしながら、この溶融型フラックスにも、溶接構造物の更なる高強度化及び高靱性化を実現するための高塩基性化、及び溶接時の予熱時間の低減及び予熱フリー化を実現するための低水素化が求められている。
【０００４】
溶融型フラックスを低水素化する方法に関しては、従来から検討されており、例えば、５５０℃以上で且つ結晶化温度以下で焼成すること（特許文献１参照）、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＣａＦ２の複合成分を含み、粉砕後に少なくとも１回、６５０℃以上の温度に１５分間以上保持すること（特許文献２参照）等が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−７３４３９号公報
【特許文献２】特公平５−２０１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。前述の特許文献１及び２では、フラックスの焼成温度を規定しているが、フラックスの焼成温度を特許文献１及び２で規定している範囲にしても、フラックス成分系によっては、ポックマークが発生して溶接作業性が劣化するという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、耐ポックマーク性が優れ、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができるサブマージアーク溶接用溶融型フラックス及びその製造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】
本願第１発明に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式１により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式２により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０である組成を有し、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成されたものであることを特徴とする。
【０００９】
【数１】
【００１０】
【数２】
【００１１】
本発明においては、焼成温度を５００℃以上で且つ結晶化温度以下としているため、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができる。また、上記数式１により表されるフラックス中のＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の総量［Ａ］を１６．０乃至３２．０質量％とすると共に、上記数式２により表されるＳｉ化合物及びＡｌ化合物の含有量と、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の含有量との比［Ｂ］を１．８乃至１０．０としているため、溶融スラグの融点及び粘度を適性化することができ、ポックマークの発生及びビード蛇行を防止することができる。
【００１２】
また、このフラックスは、［Ｔ．Ｓｉ］：１０．０乃至１７．０質量％、［Ｔ．Ａｌ］：１．０乃至７．０質量％、［Ｔ．Ｍｇ］：２．０乃至９．０質量％及び［Ｔ．Ｔｉ］：３．０質量％以下とすることもできる。これにより、ポックマーク及びビード蛇行の発生を防止する効果を高めることができる。
【００１３】
更に、Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が１１．０乃至４０．０質量％であってもよい。これにより、ポックマーク及びビード蛇行を発生させずに、溶接金属の靱性を向上させることができる。
【００１４】
更にまた、このフラックスは、Ｆ化合物を含有していてもよく、その場合、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］を２．５乃至１０．０質量％とすることができる。これにより、ポックマークを発生させずに、溶接金属中の拡散性水素量を低減する効果を高めることができる。
【００１５】
本願第２発明に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法は、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成することにより、フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式３により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式４により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０である組成のフラックスを得ることを特徴とする。
【００１６】
【数３】
【００１７】
【数４】
【００１８】
本発明においては、焼成温度を５００℃以上で且つ結晶化温度以下とし、更に、上記数式３により表されるフラックス中のＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の総量［Ａ］を１６．０乃至３２．０質量％とすると共に、上記数式４により表されるＳｉ化合物及びＡｌ化合物の含有量と、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の含有量との比［Ｂ］を１．８乃至１０．０としているため、溶接金属中の拡散性水素量を低減しても、ポックマークの発生及びビード蛇行が発生しにくい溶融型フラックスを得ることができる。
【００１９】
このサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法では、前記フラックスの組成を、［Ｔ．Ｓｉ］：１０．０乃至１７．０質量％、［Ｔ．Ａｌ］：１．０乃至７．０質量％、［Ｔ．Ｍｇ］：２．０乃至９．０質量％及び［Ｔ．Ｔｉ］：３．０質量％以下とすることもできる。
【００２０】
また、前記フラックスは、Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］を１１．０乃至４０．０質量％としてもよい。
【００２１】
更に、前記フラックスは、Ｆ化合物を含有していてもよく、その場合、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］を２．５乃至１０．０質量％とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、焼成温度、フラックス中のＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の総量、並びにＳｉ化合物及びＡｌ化合物の含有量と、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の含有量との比を規定しているため、耐ポックマーク性が優れ、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。本実施形態の溶融型フラックスは、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成することにより作製されたサブマージアーク溶接用溶融型フラックスである。
【００２４】
前述のように、フラックス粉末を５００℃以上の温度で焼成することにより、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができるが、焼成温度が結晶化温度を超えると、溶接金属中の拡散性水素量が増加するか又は低減効果が得られず、更に、ポックマークが多発する。このため、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成されている。フラックスの焼成温度が５００℃未満の場合、溶接金属の拡散性水素量を低減する効果が十分に得られず、また、ポックマークが発生しやすくなる。一方、焼成温度が結晶化温度を超えると、フラックスが、耐吸湿性が良好なガラス質から耐湿性が低い結晶質へと変化し、これにより、フラックス中のＣａ、Ｂａ及びＦ等の塩基性化合物が結晶化して水和物を生成しやすくなるため、溶接金属中の拡散性水素量を低減する効果が低下する。
【００２５】
なお、フラックスの結晶化温度は、その成分系により異なるが、示差熱分析により判断することができる。図１は横軸に温度をとり、縦軸に熱量をとって、フラックスの示差熱分析結果を示すグラフ図である。本実施形態の溶融型フラックスにおいては、図１に示す発熱ピークの立ち上がりの位置を結晶化温度としている。また、フラックスを焼成する際に、バッチ式焼成設備を使用する場合は、結晶化温度以上の雰囲気中に保持すると、フラックスは結晶化する。一方、回転式機キルン及びベルトコンベア式の焼成装置を使用する場合は、短時間であれば結晶化温度以上の雰囲気を通過しても、フラックスが結晶化しないことがあり、フラックスが結晶化していなければ、溶接金属中の拡散性水素量は増加しない。
【００２６】
フラックスの焼成温度を上記範囲とすることにより、溶接金属の低水素化を実現することはできるが、これだけでは、耐ポックマーク性の改善効果が不十分である。そこで、本発明者等は、焼成前後のフラックスを使用してサブマージアーク溶接を行い、その消費量を測定したところ、焼成後のフラックスの方が溶接時の消費量が少ないことが明らかになった。図１に示す示差熱分析の結果より、フラックス消費量低下の原因の１つとして、焼成後のフラックスは、焼成前のフラックスよりも吸熱量が多くなり、単位フラックス質量あたりのアークからの吸熱量が増加したためと考えられる。
【００２７】
溶接時には、溶接金属中のガスが溶融スラグに向かって浮上していくが、フラックスの消費量が少ないとスラグの厚さが薄くなり、溶接金属中のガスがスラグの上部に浮上しきれず、溶接金属とスラグとの界面に取り残されてポックマークが発生すると考えられる。このため、ポックマーク発生を抑制するためには、「ガス発生源となるフラックス中の水分量を少なくすること」、「ガス浮上を容易にするために溶融スラグの粘性を低くすること」、及び「溶融スラグの融点を低くしてガスが浮上可能な時間を確保すること」が有効である。
【００２８】
ここで、ガス発生源となるフラックス中の水分量を少なくすることは、前述の条件で焼成することにより実現することができる。また、「ガス浮上を容易にするために溶融スラグの粘性を低くすること」、及び「溶融スラグの融点を低くしてガスが浮上可能な時間を確保すること」に関して、溶融スラグの粘性及び融点を調節する場合に有効な成分としては、Ｓｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物が挙げられる。特に、Ｓｉ化合物及びＡｌ化合物は、溶融スラグの粘性に大きな影響を及ぼし、また、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物は、溶融スラグの融点に大きな影響を及ぼす。
【００２９】
しかしながら、溶融スラグの粘性が低すぎると、溶融スラグが溶融金属を抑えるため、ビード形状を安定化することが難しくなり、ビード蛇行が発生しやすくなる。また、溶融スラグの融点が低すぎると、溶融スラグ量が増加すると共に、溶融スラグが凝固するまでに時間を要するため、溶融金属が安定せず、ビード形状が劣化する。即ち、溶融スラグの粘性及び融点の両方を低くすると、アーク熱により溶融するフラックスの量も増加し、耐ポックマーク性の改善には有効であるが、ビード形状が劣化してしまう。
【００３０】
そこで、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、Ｓｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の総量を規定すると共に、溶融スラグの粘性と融点とを適正化するため、溶融スラグの粘性に大きな影響を及ぼすＳｉ化合物及びＡｌ化合物の含有量と、溶融スラグの融点に大きな影響を及ぼすＭｇ化合物及びＴｉ化合物の含有量との比を規定している。具体的には、組成を、フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式５により与えられる［Ａ］を１６．０乃至３２．０質量％とし、下記数式６により与えられる［Ｂ］を１．８乃至１０．０としている。
【００３１】
【数５】
【００３２】
【数６】
【００３３】
以下、本実施形態の溶融型フラックスの成分組成における数値限定理由について説明する。
【００３４】
［Ａ］：１６．０乃至３２．０質量％
Ｓｉ化合物の換算含有量、Ａｌ化合物のＡｌ換算含有量、Ｍｇ化合物のＭｇ換算含有量及びＴｉ化合物のＴｉ換算含有量の総量、即ち、上記数式５により与えられる［Ａ］が１６．０質量％未満であると、溶融スラグの粘性及び融点が低くなりすぎてビード形状が蛇行する。一方、［Ａ］が３２．０質量％を超えると、粘性及び融点が高くなりすぎて、ポックマークが発生する。よって、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、［Ａ］を１６．０乃至３２．０質量％とする。
【００３５】
［Ｂ］：１．８乃至１０．０
Ｓｉ化合物のＳｉ換算含有量及びＡｌ化合物のＡｌ換算含有量の総量と、Ｍｇ化合物のＭｇ換算含有量及びＴｉ化合物のＴｉ換算含有量の総量との比、即ち、上記数式６により与えられる［Ｂ］が１．８未満であると、粘性と融点とのバランスが、融点を高める方に移動するため、発生ガスがスラグ中を浮上するための時間が十分に得られず、ポックマークが発生する。一方、［Ｂ］が１０．０を超えると、粘性と融点とのバランスが粘性を高める方に移動するため、発生ガスがスラグ中を浮上しにくくなり、ポックマークが発生する。よって、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、［Ｂ］を１．８乃至１０．０とする。
【００３６】
また、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、Ｓｉ化合物のＳｉ換算含有量［Ｔ．Ｓｉ］を１０．０乃至１７．０質量％、Ａｌ化合物のＡｌ換算含有量［Ｔ．Ａｌ］を１．０乃至７．０質量％、Ｍｇ化合物のＭｇ換算含有量［Ｔ．Ｍｇ］を２．０乃至９．０質量％、及びＴｉ化合物のＴｉ換算含有量［Ｔ．Ｔｉ］を３．０質量％以下とすることが望ましい。
【００３７】
ＳｉＯ２等のＳｉ化合物は、溶融フラックスの基本成分であり、スラグの粘性及び融点を調節する効果がある。しかしながら、Ｓｉ化合物含有量、即ち、［Ｔ．Ｓｉ］が１０．０質量％未満の場合、スラグの粘性が不足し、ビード蛇行が発生しやすくなることがある。一方、［Ｔ．Ｓｉ］が１７．０質量％を超えると、スラグの粘性が高くなり、ポックマークが発生しやすくなる。よって、［Ｔ．Ｓｉ］は１０．０乃至１７．０質量％とすることが好ましい。なお、［Ｔ．Ｓｉ］は１４．０質量％以下とすることがより好ましい。これにより、他の成分の調整範囲が広がり、溶接作業性が良好で且つ高塩基性のフラックスを設計しやすくなる。
【００３８】
Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＦ３等のＡｌ化合物は、Ｓｉと同様にスラグの粘性及び融点を調節する効果がある。しかしながら、そのＡｌ換算含有量、即ち、［Ｔ．Ａｌ］が１．０質量％未満であると、スラグの粘性が不足し、ビード蛇行が発生しやすくなることがある。一方、［Ｔ．Ａｌ］が７．０質量％を超えると、スラグの粘性が高くなり、ポックマークが発生しやすくなる。よって、［Ｔ．Ａｌ］は、１．０乃至７．０質量％とすることが好ましい。
【００３９】
ＭｇＯ及びＭｇＦ２等のＭｇ化合物もスラグの粘性及び融点を調節する効果がある。しかしながら、そのＭｇ換算含有量、即ち、［Ｔ．Ｍｇ］が２．０質量％未満であると、スラグの融点が低くなり、ビード蛇行が生じやすくなることがある。一方、［Ｔ．Ｍｇ］が９．０質量％を超えると、スラグの融点が高くなり、ポックマークが発生しやすくなることがある。よって、［Ｔ．Ｍｇ］は、２．０乃至９．０質量％とすることが好ましい。
【００４０】
ＴｉＯ２等のＴｉ化合物は、スラグの粘性及び融点を調節する効果があり、特に、融点付近で融点を急激に高める成分であるため、必ずしも添加する必要はないが、ビードの安定性及び靭性向上を目的に添加する場合がある。しかしながら、そのＴｉ換算含有量、即ち、［Ｔ．Ｔｉ］が３．０質量％を超えると、スラグの融点が高くなり、ポックマークが発生しやすくなることがある。よって、［Ｔ．Ｔｉ］は、３．０質量％とすることが好ましい。
【００４１】
更に、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有していてもよく、その場合、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］を１１．０乃至４０．０質量％とすることが好ましい。
【００４２】
ＣａＯ及びＣａＦ２等のＣａ化合物並びにＢａＯ及びＢａＦ２等のＢａ化合物は、塩基性成分であり、靭性を向上させるために有効な成分であり、また、粘性及び融点を低下させる成分でもある。しかしながら、Ｃａ化合物のＣａ換算含有量とＢａ化合物のＢａ換算含有量との和、即ち、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が１１．０質量％未満の場合、スラグの粘性及び融点が高くなりすぎ、ポックマークが発生しやすくなることがある。一方、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が４０．０質量％を超えると、スラグの粘性及び融点が低くなりすぎ、ビード蛇行が生じやすくなることがある。
【００４３】
更にまた、本実施形態の溶融型フラックスは、Ｆ化合物を含有していてもよく、その場合、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］が２．５乃至１０．０質量％であることが好ましい。本実施形態の溶融型フラックスに添加されるＦ化合物としては、前述のＣａＦ２、ＢａＦ２、ＡｌＦ３及びＭｇＦ２に加えて、ＮａＦ、ＬｉＦ及びＫＦ等がある。このようなＦ化合物は、アーク熱により分解してガスを発生させるため、水素分圧が下がり、溶接金属の拡散性水素を低減する効果がある。しかしながら、そのＦ換算含有量、即ち、［Ｔ．Ｆ］が２．５質量％未満の場合、溶接金属中の拡散性水素量が高くなる傾向がある。一方、［Ｔ．Ｆ］が１０．０質量％を超えると、発生ガス量が多くなりすぎるため、ポックマークが発生しやすくなることがある。
【００４４】
なお、本実施形態の溶融型フラックスにおけるその他の成分としては、ＺｒＯ２、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｐ及びＳ等がある。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、バッチ式の焼成炉を使用して下記表１に示す焼成温度で１時間焼成し、下記表１に示す組成の溶融型フラックスを作製した。なお、下記表１に示す残部は、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｐ及びＳ等のＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物、Ｔｉ化合物、Ｃａ化合物及びＢａ化合物以外の成分の量、並びにＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物、Ｔｉ化合物、Ｃａ化合物及びＢａ化合物に含まれる酸素の量である。また、下記表１には、示差熱分析により求めた各フラックスの結晶化温度を併せて示す。各フラックスの結晶化の判断は、発熱ピークが認められた場合を「結晶化していない」とし、発熱ピークが認められなかった場合を「結晶化した」とした。
【００４６】
【表１】
【００４７】
図２（ａ）は４電極溶接における電極配置を示す模式図であり、図２（ｂ）はその際の開先形状を示す断面図である。次に、図２（ｂ）に示すように、下記表２に示す成分組成（ＪＩＳ規格 Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）で板厚が２０ｍｍ、開先１２の角度が７０°である１対の供試鋼板１１を、下記表３に示す組成のワイヤ（ＪＩＳ規格 Ｚ３３５１ ＹＳ−Ｓ６、直径４．０ｍｍ）並びに上記表１に示す組成のフラックスを使用し、下記表４、図２（ａ）に示す条件で、４電極サブマージアーク溶接法による両面１層溶接を行い、溶接作業性（ビード蛇行及びポックマーク）及び溶接金属中の拡散性水素量について評価した。なお、本実施例においては、前述の方法で溶接する前に、供試鋼板１１の２ｎｄ側を、ＪＩＳ規格 Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１のワイヤ（直径１．２ｍｍ）を使用し、電流を２６０Ａ、電圧を３２Ｖ、溶接速度を５０ｃｍ／分とし、シールドガスはＣＯ２を使用して仮付溶接している。このため、得られた溶接継手の２ｎｄ側には、仮付溶接部１３が形成されている。また、下記表３における「ｔｒ．」は検出限界以下であることを示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【００５１】
以下、各項目の評価基準について説明する。なお、各供試鋼板の溶接長は１．５ｍとし、１ｓｔ側及び２ｎｄ側のどちらか一方でも基準を満たさなかった場合は×とした。ビード蛇行については、溶接線の振れ幅が１．５ｍｍ以下の場合を◎、１．６乃至３．０ｍｍの場合を○、３．０ｍｍ未満の場合を×とした。また、ポックマークについては、発生しなかった場合を◎、溶接長１ｍあたり１個以下の場合を○、溶接長１ｍあたり１個よりも多い場合を×とした。なお、ビード蛇行及びポックマークは、１ｓｔ側及び２ｎｄ側のどちらかでも判断基準がクリアできなければ×とした。これらの評価結果を下記表５にまとめて示す。
【００５２】
【表５】
【００５３】
上記表５に示すように、本発明の実施例であるＮｏ．１乃至２８のフラックスは、溶接作業性が良好で、拡散性水素量も７ｍｌ／１００ｇ以下であった。一方、本発明の比較例であり、［Ａ］が１６．０質量％未満であるＮｏ．２９のフラックスは、ビード蛇行が生じた。また、［Ａ］が３２．０質量％を超えているＮｏ．３０のフラックスは、ポックマークが発生した。更に、［Ｂ］が１．８未満であるＮｏ．３１のフラックス及び［Ｂ］が１０．０を超えているＮｏ．３２のフラックスでは、ポックマークが発生した。更にまた、焼成温度が５００℃未満であるＮｏ．３３及びＮｏ．３５のフラックス、並びに焼成温度が結晶化温度を超えているＮｏ．３４及びＮｏ．３６のフラックスでは、拡散性水素量が７ｍｌ／１００ｇを超えていた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】横軸に温度をとり、縦軸に熱量をとって、フラックスの示差熱分析結果を示すグラフ図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例における電極配置を示す図であり、（ｂ）は開先形状を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１；供試鋼板
２；開先
３；仮付溶接部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高張力鋼をサブマージアーク溶接する際に使用されるサブマージアーク溶接用溶融型フラックス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高張力鋼は、圧力容器及び水圧鉄管等の種々の用途で使用されている。しかしながら、近時、このような高張力鋼の溶接構造物の大型化に伴い、薄板化による使用鋼材量の削減を可能にするため、溶接構造物の更なる高強度化及び高靱性化が進められている。また、その製造工程においても、工程数低減によるコストダウン及び作業効率の向上を目的として、溶接時の予熱時間の低減及び予熱フリー化が求められている。これらを実現するためには、溶接金属部の拡散性水素量を従来よりも低減することが有効である。
【０００３】
一般に、高張力鋼の溶接構造物を製造する場合は、サブマージアーク溶接が利用されている。その際使用される溶接用溶融型フラックスは、原料粉を溶解した融液を凝固させた後粉砕したガラス状の粉末であり、耐吸湿性が良好で、フラックス中に含まれる水分量がボンドフラックスよりも少ないという特徴がある。しかしながら、この溶融型フラックスにも、溶接構造物の更なる高強度化及び高靱性化を実現するための高塩基性化、及び溶接時の予熱時間の低減及び予熱フリー化を実現するための低水素化が求められている。
【０００４】
溶融型フラックスを低水素化する方法に関しては、従来から検討されており、例えば、５５０℃以上で且つ結晶化温度以下で焼成すること（特許文献１参照）、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＣａＦ２の複合成分を含み、粉砕後に少なくとも１回、６５０℃以上の温度に１５分間以上保持すること（特許文献２参照）等が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−７３４３９号公報
【特許文献２】特公平５−２０１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。前述の特許文献１及び２では、フラックスの焼成温度を規定しているが、フラックスの焼成温度を特許文献１及び２で規定している範囲にしても、フラックス成分系によっては、ポックマークが発生して溶接作業性が劣化するという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、耐ポックマーク性が優れ、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができるサブマージアーク溶接用溶融型フラックス及びその製造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】
本願第１発明に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式１により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式２により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０である組成を有し、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成されたものであることを特徴とする。
【０００９】
【数１】
【００１０】
【数２】
【００１１】
本発明においては、焼成温度を５００℃以上で且つ結晶化温度以下としているため、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができる。また、上記数式１により表されるフラックス中のＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の総量［Ａ］を１６．０乃至３２．０質量％とすると共に、上記数式２により表されるＳｉ化合物及びＡｌ化合物の含有量と、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の含有量との比［Ｂ］を１．８乃至１０．０としているため、溶融スラグの融点及び粘度を適性化することができ、ポックマークの発生及びビード蛇行を防止することができる。
【００１２】
また、このフラックスは、［Ｔ．Ｓｉ］：１０．０乃至１７．０質量％、［Ｔ．Ａｌ］：１．０乃至７．０質量％、［Ｔ．Ｍｇ］：２．０乃至９．０質量％及び［Ｔ．Ｔｉ］：３．０質量％以下とすることもできる。これにより、ポックマーク及びビード蛇行の発生を防止する効果を高めることができる。
【００１３】
更に、Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が１１．０乃至４０．０質量％であってもよい。これにより、ポックマーク及びビード蛇行を発生させずに、溶接金属の靱性を向上させることができる。
【００１４】
更にまた、このフラックスは、Ｆ化合物を含有していてもよく、その場合、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］を２．５乃至１０．０質量％とすることができる。これにより、ポックマークを発生させずに、溶接金属中の拡散性水素量を低減する効果を高めることができる。
【００１５】
本願第２発明に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法は、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成することにより、フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式３により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式４により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０である組成のフラックスを得ることを特徴とする。
【００１６】
【数３】
【００１７】
【数４】
【００１８】
本発明においては、焼成温度を５００℃以上で且つ結晶化温度以下とし、更に、上記数式３により表されるフラックス中のＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の総量［Ａ］を１６．０乃至３２．０質量％とすると共に、上記数式４により表されるＳｉ化合物及びＡｌ化合物の含有量と、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の含有量との比［Ｂ］を１．８乃至１０．０としているため、溶接金属中の拡散性水素量を低減しても、ポックマークの発生及びビード蛇行が発生しにくい溶融型フラックスを得ることができる。
【００１９】
このサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法では、前記フラックスの組成を、［Ｔ．Ｓｉ］：１０．０乃至１７．０質量％、［Ｔ．Ａｌ］：１．０乃至７．０質量％、［Ｔ．Ｍｇ］：２．０乃至９．０質量％及び［Ｔ．Ｔｉ］：３．０質量％以下とすることもできる。
【００２０】
また、前記フラックスは、Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］を１１．０乃至４０．０質量％としてもよい。
【００２１】
更に、前記フラックスは、Ｆ化合物を含有していてもよく、その場合、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］を２．５乃至１０．０質量％とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、焼成温度、フラックス中のＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の総量、並びにＳｉ化合物及びＡｌ化合物の含有量と、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の含有量との比を規定しているため、耐ポックマーク性が優れ、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。本実施形態の溶融型フラックスは、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成することにより作製されたサブマージアーク溶接用溶融型フラックスである。
【００２４】
前述のように、フラックス粉末を５００℃以上の温度で焼成することにより、溶接金属中の拡散性水素量を低減することができるが、焼成温度が結晶化温度を超えると、溶接金属中の拡散性水素量が増加するか又は低減効果が得られず、更に、ポックマークが多発する。このため、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成されている。フラックスの焼成温度が５００℃未満の場合、溶接金属の拡散性水素量を低減する効果が十分に得られず、また、ポックマークが発生しやすくなる。一方、焼成温度が結晶化温度を超えると、フラックスが、耐吸湿性が良好なガラス質から耐湿性が低い結晶質へと変化し、これにより、フラックス中のＣａ、Ｂａ及びＦ等の塩基性化合物が結晶化して水和物を生成しやすくなるため、溶接金属中の拡散性水素量を低減する効果が低下する。
【００２５】
なお、フラックスの結晶化温度は、その成分系により異なるが、示差熱分析により判断することができる。図１は横軸に温度をとり、縦軸に熱量をとって、フラックスの示差熱分析結果を示すグラフ図である。本実施形態の溶融型フラックスにおいては、図１に示す発熱ピークの立ち上がりの位置を結晶化温度としている。また、フラックスを焼成する際に、バッチ式焼成設備を使用する場合は、結晶化温度以上の雰囲気中に保持すると、フラックスは結晶化する。一方、回転式機キルン及びベルトコンベア式の焼成装置を使用する場合は、短時間であれば結晶化温度以上の雰囲気を通過しても、フラックスが結晶化しないことがあり、フラックスが結晶化していなければ、溶接金属中の拡散性水素量は増加しない。
【００２６】
フラックスの焼成温度を上記範囲とすることにより、溶接金属の低水素化を実現することはできるが、これだけでは、耐ポックマーク性の改善効果が不十分である。そこで、本発明者等は、焼成前後のフラックスを使用してサブマージアーク溶接を行い、その消費量を測定したところ、焼成後のフラックスの方が溶接時の消費量が少ないことが明らかになった。図１に示す示差熱分析の結果より、フラックス消費量低下の原因の１つとして、焼成後のフラックスは、焼成前のフラックスよりも吸熱量が多くなり、単位フラックス質量あたりのアークからの吸熱量が増加したためと考えられる。
【００２７】
溶接時には、溶接金属中のガスが溶融スラグに向かって浮上していくが、フラックスの消費量が少ないとスラグの厚さが薄くなり、溶接金属中のガスがスラグの上部に浮上しきれず、溶接金属とスラグとの界面に取り残されてポックマークが発生すると考えられる。このため、ポックマーク発生を抑制するためには、「ガス発生源となるフラックス中の水分量を少なくすること」、「ガス浮上を容易にするために溶融スラグの粘性を低くすること」、及び「溶融スラグの融点を低くしてガスが浮上可能な時間を確保すること」が有効である。
【００２８】
ここで、ガス発生源となるフラックス中の水分量を少なくすることは、前述の条件で焼成することにより実現することができる。また、「ガス浮上を容易にするために溶融スラグの粘性を低くすること」、及び「溶融スラグの融点を低くしてガスが浮上可能な時間を確保すること」に関して、溶融スラグの粘性及び融点を調節する場合に有効な成分としては、Ｓｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物が挙げられる。特に、Ｓｉ化合物及びＡｌ化合物は、溶融スラグの粘性に大きな影響を及ぼし、また、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物は、溶融スラグの融点に大きな影響を及ぼす。
【００２９】
しかしながら、溶融スラグの粘性が低すぎると、溶融スラグが溶融金属を抑えるため、ビード形状を安定化することが難しくなり、ビード蛇行が発生しやすくなる。また、溶融スラグの融点が低すぎると、溶融スラグ量が増加すると共に、溶融スラグが凝固するまでに時間を要するため、溶融金属が安定せず、ビード形状が劣化する。即ち、溶融スラグの粘性及び融点の両方を低くすると、アーク熱により溶融するフラックスの量も増加し、耐ポックマーク性の改善には有効であるが、ビード形状が劣化してしまう。
【００３０】
そこで、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、Ｓｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物及びＴｉ化合物の総量を規定すると共に、溶融スラグの粘性と融点とを適正化するため、溶融スラグの粘性に大きな影響を及ぼすＳｉ化合物及びＡｌ化合物の含有量と、溶融スラグの融点に大きな影響を及ぼすＭｇ化合物及びＴｉ化合物の含有量との比を規定している。具体的には、組成を、フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式５により与えられる［Ａ］を１６．０乃至３２．０質量％とし、下記数式６により与えられる［Ｂ］を１．８乃至１０．０としている。
【００３１】
【数５】
【００３２】
【数６】
【００３３】
以下、本実施形態の溶融型フラックスの成分組成における数値限定理由について説明する。
【００３４】
［Ａ］：１６．０乃至３２．０質量％
Ｓｉ化合物の換算含有量、Ａｌ化合物のＡｌ換算含有量、Ｍｇ化合物のＭｇ換算含有量及びＴｉ化合物のＴｉ換算含有量の総量、即ち、上記数式５により与えられる［Ａ］が１６．０質量％未満であると、溶融スラグの粘性及び融点が低くなりすぎてビード形状が蛇行する。一方、［Ａ］が３２．０質量％を超えると、粘性及び融点が高くなりすぎて、ポックマークが発生する。よって、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、［Ａ］を１６．０乃至３２．０質量％とする。
【００３５】
［Ｂ］：１．８乃至１０．０
Ｓｉ化合物のＳｉ換算含有量及びＡｌ化合物のＡｌ換算含有量の総量と、Ｍｇ化合物のＭｇ換算含有量及びＴｉ化合物のＴｉ換算含有量の総量との比、即ち、上記数式６により与えられる［Ｂ］が１．８未満であると、粘性と融点とのバランスが、融点を高める方に移動するため、発生ガスがスラグ中を浮上するための時間が十分に得られず、ポックマークが発生する。一方、［Ｂ］が１０．０を超えると、粘性と融点とのバランスが粘性を高める方に移動するため、発生ガスがスラグ中を浮上しにくくなり、ポックマークが発生する。よって、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、［Ｂ］を１．８乃至１０．０とする。
【００３６】
また、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、Ｓｉ化合物のＳｉ換算含有量［Ｔ．Ｓｉ］を１０．０乃至１７．０質量％、Ａｌ化合物のＡｌ換算含有量［Ｔ．Ａｌ］を１．０乃至７．０質量％、Ｍｇ化合物のＭｇ換算含有量［Ｔ．Ｍｇ］を２．０乃至９．０質量％、及びＴｉ化合物のＴｉ換算含有量［Ｔ．Ｔｉ］を３．０質量％以下とすることが望ましい。
【００３７】
ＳｉＯ２等のＳｉ化合物は、溶融フラックスの基本成分であり、スラグの粘性及び融点を調節する効果がある。しかしながら、Ｓｉ化合物含有量、即ち、［Ｔ．Ｓｉ］が１０．０質量％未満の場合、スラグの粘性が不足し、ビード蛇行が発生しやすくなることがある。一方、［Ｔ．Ｓｉ］が１７．０質量％を超えると、スラグの粘性が高くなり、ポックマークが発生しやすくなる。よって、［Ｔ．Ｓｉ］は１０．０乃至１７．０質量％とすることが好ましい。なお、［Ｔ．Ｓｉ］は１４．０質量％以下とすることがより好ましい。これにより、他の成分の調整範囲が広がり、溶接作業性が良好で且つ高塩基性のフラックスを設計しやすくなる。
【００３８】
Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＦ３等のＡｌ化合物は、Ｓｉと同様にスラグの粘性及び融点を調節する効果がある。しかしながら、そのＡｌ換算含有量、即ち、［Ｔ．Ａｌ］が１．０質量％未満であると、スラグの粘性が不足し、ビード蛇行が発生しやすくなることがある。一方、［Ｔ．Ａｌ］が７．０質量％を超えると、スラグの粘性が高くなり、ポックマークが発生しやすくなる。よって、［Ｔ．Ａｌ］は、１．０乃至７．０質量％とすることが好ましい。
【００３９】
ＭｇＯ及びＭｇＦ２等のＭｇ化合物もスラグの粘性及び融点を調節する効果がある。しかしながら、そのＭｇ換算含有量、即ち、［Ｔ．Ｍｇ］が２．０質量％未満であると、スラグの融点が低くなり、ビード蛇行が生じやすくなることがある。一方、［Ｔ．Ｍｇ］が９．０質量％を超えると、スラグの融点が高くなり、ポックマークが発生しやすくなることがある。よって、［Ｔ．Ｍｇ］は、２．０乃至９．０質量％とすることが好ましい。
【００４０】
ＴｉＯ２等のＴｉ化合物は、スラグの粘性及び融点を調節する効果があり、特に、融点付近で融点を急激に高める成分であるため、必ずしも添加する必要はないが、ビードの安定性及び靭性向上を目的に添加する場合がある。しかしながら、そのＴｉ換算含有量、即ち、［Ｔ．Ｔｉ］が３．０質量％を超えると、スラグの融点が高くなり、ポックマークが発生しやすくなることがある。よって、［Ｔ．Ｔｉ］は、３．０質量％とすることが好ましい。
【００４１】
更に、本実施形態の溶融型フラックスにおいては、Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有していてもよく、その場合、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］を１１．０乃至４０．０質量％とすることが好ましい。
【００４２】
ＣａＯ及びＣａＦ２等のＣａ化合物並びにＢａＯ及びＢａＦ２等のＢａ化合物は、塩基性成分であり、靭性を向上させるために有効な成分であり、また、粘性及び融点を低下させる成分でもある。しかしながら、Ｃａ化合物のＣａ換算含有量とＢａ化合物のＢａ換算含有量との和、即ち、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が１１．０質量％未満の場合、スラグの粘性及び融点が高くなりすぎ、ポックマークが発生しやすくなることがある。一方、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が４０．０質量％を超えると、スラグの粘性及び融点が低くなりすぎ、ビード蛇行が生じやすくなることがある。
【００４３】
更にまた、本実施形態の溶融型フラックスは、Ｆ化合物を含有していてもよく、その場合、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］が２．５乃至１０．０質量％であることが好ましい。本実施形態の溶融型フラックスに添加されるＦ化合物としては、前述のＣａＦ２、ＢａＦ２、ＡｌＦ３及びＭｇＦ２に加えて、ＮａＦ、ＬｉＦ及びＫＦ等がある。このようなＦ化合物は、アーク熱により分解してガスを発生させるため、水素分圧が下がり、溶接金属の拡散性水素を低減する効果がある。しかしながら、そのＦ換算含有量、即ち、［Ｔ．Ｆ］が２．５質量％未満の場合、溶接金属中の拡散性水素量が高くなる傾向がある。一方、［Ｔ．Ｆ］が１０．０質量％を超えると、発生ガス量が多くなりすぎるため、ポックマークが発生しやすくなることがある。
【００４４】
なお、本実施形態の溶融型フラックスにおけるその他の成分としては、ＺｒＯ２、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢａＯ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｐ及びＳ等がある。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、バッチ式の焼成炉を使用して下記表１に示す焼成温度で１時間焼成し、下記表１に示す組成の溶融型フラックスを作製した。なお、下記表１に示す残部は、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、Ｐ及びＳ等のＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物、Ｔｉ化合物、Ｃａ化合物及びＢａ化合物以外の成分の量、並びにＳｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｍｇ化合物、Ｔｉ化合物、Ｃａ化合物及びＢａ化合物に含まれる酸素の量である。また、下記表１には、示差熱分析により求めた各フラックスの結晶化温度を併せて示す。各フラックスの結晶化の判断は、発熱ピークが認められた場合を「結晶化していない」とし、発熱ピークが認められなかった場合を「結晶化した」とした。
【００４６】
【表１】
【００４７】
図２（ａ）は４電極溶接における電極配置を示す模式図であり、図２（ｂ）はその際の開先形状を示す断面図である。次に、図２（ｂ）に示すように、下記表２に示す成分組成（ＪＩＳ規格 Ｇ３１０６ ＳＭ４９０Ａ）で板厚が２０ｍｍ、開先１２の角度が７０°である１対の供試鋼板１１を、下記表３に示す組成のワイヤ（ＪＩＳ規格 Ｚ３３５１ ＹＳ−Ｓ６、直径４．０ｍｍ）並びに上記表１に示す組成のフラックスを使用し、下記表４、図２（ａ）に示す条件で、４電極サブマージアーク溶接法による両面１層溶接を行い、溶接作業性（ビード蛇行及びポックマーク）及び溶接金属中の拡散性水素量について評価した。なお、本実施例においては、前述の方法で溶接する前に、供試鋼板１１の２ｎｄ側を、ＪＩＳ規格 Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１のワイヤ（直径１．２ｍｍ）を使用し、電流を２６０Ａ、電圧を３２Ｖ、溶接速度を５０ｃｍ／分とし、シールドガスはＣＯ２を使用して仮付溶接している。このため、得られた溶接継手の２ｎｄ側には、仮付溶接部１３が形成されている。また、下記表３における「ｔｒ．」は検出限界以下であることを示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
【表４】
【００５１】
以下、各項目の評価基準について説明する。なお、各供試鋼板の溶接長は１．５ｍとし、１ｓｔ側及び２ｎｄ側のどちらか一方でも基準を満たさなかった場合は×とした。ビード蛇行については、溶接線の振れ幅が１．５ｍｍ以下の場合を◎、１．６乃至３．０ｍｍの場合を○、３．０ｍｍ未満の場合を×とした。また、ポックマークについては、発生しなかった場合を◎、溶接長１ｍあたり１個以下の場合を○、溶接長１ｍあたり１個よりも多い場合を×とした。なお、ビード蛇行及びポックマークは、１ｓｔ側及び２ｎｄ側のどちらかでも判断基準がクリアできなければ×とした。これらの評価結果を下記表５にまとめて示す。
【００５２】
【表５】
【００５３】
上記表５に示すように、本発明の実施例であるＮｏ．１乃至２８のフラックスは、溶接作業性が良好で、拡散性水素量も７ｍｌ／１００ｇ以下であった。一方、本発明の比較例であり、［Ａ］が１６．０質量％未満であるＮｏ．２９のフラックスは、ビード蛇行が生じた。また、［Ａ］が３２．０質量％を超えているＮｏ．３０のフラックスは、ポックマークが発生した。更に、［Ｂ］が１．８未満であるＮｏ．３１のフラックス及び［Ｂ］が１０．０を超えているＮｏ．３２のフラックスでは、ポックマークが発生した。更にまた、焼成温度が５００℃未満であるＮｏ．３３及びＮｏ．３５のフラックス、並びに焼成温度が結晶化温度を超えているＮｏ．３４及びＮｏ．３６のフラックスでは、拡散性水素量が７ｍｌ／１００ｇを超えていた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】横軸に温度をとり、縦軸に熱量をとって、フラックスの示差熱分析結果を示すグラフ図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例における電極配置を示す図であり、（ｂ）は開先形状を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１；供試鋼板
２；開先
３；仮付溶接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０である組成を有し、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成されたものであることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項２】
［Ｔ．Ｓｉ］：１０．０乃至１７．０質量％、［Ｔ．Ａｌ］：１．０乃至７．０質量％、［Ｔ．Ｍｇ］：２．０乃至９．０質量％及び［Ｔ．Ｔｉ］：３．０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項３】
Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が１１．０乃至４０．０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項４】
Ｆ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］が２．５乃至１０．０質量％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項５】
原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成することにより、フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０である組成のフラックスを得ることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法。
【請求項６】
前記フラックスは、［Ｔ．Ｓｉ］：１０．０乃至１７．０質量％、［Ｔ．Ａｌ］：１．０乃至７．０質量％、［Ｔ．Ｍｇ］：２．０乃至９．０質量％及び［Ｔ．Ｔｉ］：３．０質量％以下であることを特徴とする請求項５に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法。
【請求項７】
前記フラックスは、Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が１１．０乃至４０．０質量％であることを特徴とする請求項５又は６に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法。
【請求項８】
前記フラックスは、Ｆ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］が２．５乃至１０．０質量％であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法。
【請求項１】
フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０である組成を有し、原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成されたものであることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項２】
［Ｔ．Ｓｉ］：１０．０乃至１７．０質量％、［Ｔ．Ａｌ］：１．０乃至７．０質量％、［Ｔ．Ｍｇ］：２．０乃至９．０質量％及び［Ｔ．Ｔｉ］：３．０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項３】
Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が１１．０乃至４０．０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項４】
Ｆ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］が２．５乃至１０．０質量％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項５】
原料の融液をガラス状に凝固させた後粉砕し、５００℃以上で且つ結晶化温度以下の温度下で焼成することにより、フラックス全質量あたりのＳｉ化合物の含有量をＳｉ換算値で［Ｔ．Ｓｉ］（質量％）、Ａｌ化合物の含有量をＡｌ換算値で［Ｔ．Ａｌ］（質量％）、Ｍｇ化合物の含有量をＭｇ換算値で［Ｔ．Ｍｇ］（質量％）、Ｔｉ化合物の含有量をＴｉ換算値で［Ｔ．Ｔｉ］（質量％）としたとき、下記数式により与えられる［Ａ］が１６．０乃至３２．０質量％であると共に、下記数式により与えられる［Ｂ］が１．８乃至１０．０である組成のフラックスを得ることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法。
【請求項６】
前記フラックスは、［Ｔ．Ｓｉ］：１０．０乃至１７．０質量％、［Ｔ．Ａｌ］：１．０乃至７．０質量％、［Ｔ．Ｍｇ］：２．０乃至９．０質量％及び［Ｔ．Ｔｉ］：３．０質量％以下であることを特徴とする請求項５に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法。
【請求項７】
前記フラックスは、Ｃａ化合物及び／又はＢａ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＣａ化合物の含有量をＣａ換算値で［Ｔ．Ｃａ］（質量％）、Ｂａ化合物の含有量をＢａ換算値で［Ｔ．Ｂａ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｃａ］＋［Ｔ．Ｂａ］が１１．０乃至４０．０質量％であることを特徴とする請求項５又は６に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法。
【請求項８】
前記フラックスは、Ｆ化合物を含有し、フラックス全質量あたりのＦ化合物の含有量をＦ換算値で［Ｔ．Ｆ］（質量％）としたとき、［Ｔ．Ｆ］が２．５乃至１０．０質量％であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２７２３７５（Ｐ２００６−２７２３７５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９３０１６（Ｐ２００５−９３０１６）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【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１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【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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