フラックス入りワイヤ
【課題】耐高温割れ性、溶接作業性および溶接金属の機械的性質に優れたフラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２５質量％であり、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ：２．３０〜３．７５質量％、Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、Ｍｇ：０．３０〜１．００質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、ワイヤに含有されるＴｉＯ２およびＴｉのうちのＴｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足する。
【解決手段】フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２５質量％であり、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ：２．３０〜３．７５質量％、Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、Ｍｇ：０．３０〜１．００質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、ワイヤに含有されるＴｉＯ２およびＴｉのうちのＴｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟鋼、高張力鋼などからなる鋼板のガスシールドアーク溶接に適用されるフラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板のガスシールドアーク溶接に適用されるフラックス入りワイヤには、以下のような構成を備えたものが提案されている。例えば、特許文献１では、ワイヤ全質量に対して質量％で、所定量のＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｂｉを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、Ｍｎ／Ｓｉ、Ａｌ＋Ｍｇが所定量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が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２８９４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載されたワイヤは、Ｔｉを含有せず、また、Ｍｎの含有量も少量であるため、鋼板の片面突き合わせ継手溶接において、初層溶接部で高温割れが発生するという問題がある。また、ワイヤがＡｌ２Ｏ３を含有しないため、全姿勢溶接における溶接作業性が劣るという問題がある。なお、ワイヤのＭｎ量が少量であるため、溶接金属の機械的性質が劣るという問題もある。
【０００４】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、耐高温割れ性、溶接作業性および溶接金属の機械的性質に優れたフラックス入りワイヤ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】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２５質量％であり、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、Ｓｉ（ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和）：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ（ワイヤに含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和）：２．３０〜３．７５質量％、Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、Ｍｇ：０．３０〜１．００質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記ワイヤに含有される前記ＴｉＯ２および前記Ｔｉのうちの前記Ｔｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、前記ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足することを特徴とする。
【０００６】
前記構成によれば、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が所定量であって、ワイヤ全質量に対して、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇ含有することによって、溶接の際、スパッタ発生、ヒューム発生が抑制され、スラグ剥離性が改善されると共に、溶接継手（溶接金属）の強度が向上し、かつ、初層溶接部における高温割れが抑制される。また、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量とが、所定の関係を満足する、すなわち、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０を満足することによって、溶接時にＴｉが脱酸反応に寄与し、溶接金属中に生成する介在物の組成を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成に制御できる。その結果、溶接金属の凝固組織を微細化でき、高温割れの抑制作用が向上する。
【０００７】
また、このフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対して、さらに希土類化合物の１種または２種以上を希土類元素換算値で０．５００質量％以下含有することを特徴とする。
【０００８】
前記構成によれば、所定量の希土類化合物の１種または２種以上をさらに含有することにより、溶接金属へのＴｉの歩留まりが向上し、溶接金属中に生成する介在物の組成をＴｉ系酸化物組成に制御がしやすくなり、高温割れの抑制作用がさらに向上する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るフラックス入りワイヤによれば、フラックス充填率が所定量であって、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇを含有し、かつ、フラックス入りワイヤに含まれるＴｉ量とＳｉ量とが所定の関係を満足することによって、初層溶接部における耐高温割れ性が優れると共に、全姿勢溶接における溶接作業性（ビード外観を含む）および溶接金属の機械的特性が優れたものとなる。その結果、品質の優れた溶接製品を提供することができる。
【００１０】
また、ワイヤが希土類化合物の１種または２種以上をさらに含有することにより、初層溶接部における耐高温割れ性がさらに優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るフラックス入りワイヤについて詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、フラックス入りワイヤの構成を示す断面図である。
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、フラックス入りワイヤ（以下、ワイヤと称す）１は、筒状に形成された鋼製外皮２と、その筒内に充填されたフラックス３とからなる。また、ワイヤ１は、図１（ａ）に示すような継目のない鋼製外皮２の筒内にフラックス３が充填されたシームレスタイプ、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すような継目４のある鋼製外皮２の筒内にフラックス３が充填されたシームタイプのいずれの形態でもよい。
【００１２】
そして、ワイヤ１は、フラックス充填率が所定量であって、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量とが所定の関係を満足する（具体的には、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）が所定値を超える）。
【００１３】
以下に、ワイヤ成分（フラックス充填率および成分量）の数値範囲を、その限定理由と共に記載する。フラックス充填率は、鋼製外皮２内に充填されるフラックス３の質量を、ワイヤ１（鋼製外皮２＋フラックス３）の全質量に対する割合で規定する。また、成分量は、鋼製外皮２とフラックス３における成分量の総和で表し、ワイヤ１（鋼製外皮２＋フラックス３）に含まれる各成分の質量を、ワイヤ１の全質量に対する割合で規定する。なお、ワイヤ１を構成する成分のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇは、鋼製外皮２から添加するか、フラックス３から添加するかは特に問わず、鋼製外皮２およびフラックス３の少なくとも一方に添加されていればよい。
【００１４】
（フラックス充填率：１０〜２５質量％）
フラックス充填率が１０質量％未満では、アークの安定性が悪くなり、スパッタ発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、フラックス充填率が２５質量％超では、ワイヤ１の断線等が発生し、生産性が著しく劣化する。
【００１５】
（Ｃ：０．０３〜０．０８質量％）
Ｃは、溶接部の焼入れ性を確保するために添加する。Ｃ量が０．０３質量％未満の場合、焼入れ性不足により、溶接部の強度・靭性が不足する。また、低Ｃ量により溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。Ｃ量が０．０８質量％を超えると、溶接時のスパッタ発生量またはヒューム発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、被溶接材である鋼材のＣ量が多い場合、溶接部（溶接金属）のＣ量が多くなる。そして、Ｃが包晶反応を起こす領域になると、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生しやすくなる。なお、Ｃ源としては、例えば、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎ等の合金粉、鉄粉等を用いる。
【００１６】
（Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％）
Ｓｉは、溶接部の延性確保、ビード形状維持のために添加する。Ｓｉ量が０．１０質量％未満では、溶接部の延性（伸び）不足となる。また、ビード形状が悪くなり、特に、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。Ｓｉ量が１．００質量％を超えると、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。ここで、Ｓｉ量とは、ワイヤ１に含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和である。なお、Ｓｉ源としては、例えば、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金、Ｋ２ＳｉＦ６等のフッ化物、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物を用いる。
【００１７】
（Ｍｎ：２．３０〜３．７５質量％）
Ｍｎは、溶接部の焼入れ性確保のために添加する。Ｍｎ量が２．３０質量％未満では、溶接部の焼入れ性が不足し、靭性が低下する。また、不可避的不純物として含有されるＳと結合して得られるＭｎＳ量も少なくなるため、ＭｎＳによる高温割れの抑制作用が小さくなり、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。Ｍｎ量が３．７５質量％を超えると、溶接部の強度が過多となり、靭性不足となる。また、溶接部に低温割れが発生する。ここで、Ｍｎ量とは、ワイヤ１に含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和である。なお、Ｍｎ源としては、例えば、鋼製外皮、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金を用いる。
【００１８】
（Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、好ましくは０．２０〜１．００質量％）
Ｔｉ（金属Ｔｉ）は、溶接部（初層溶接部）の耐高温割れ性を改善するために添加する。Ｔｉ（金属Ｔｉ）は溶接時に脱酸反応に寄与し、溶接金属中の介在物をＴｉ系酸化物組成に制御でき、その結果、溶接部（溶接金属）の凝固組織を微細にでき、溶接部（初層溶接部）の高温割れ抑制作用が改善される。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が０．１５質量％未満では、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が１．００質量％を超えると、溶接金属再熱部が硬くて脆いベイナイト、マルテンサイトになりやすく、靭性が低下する。また、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ｔｉ源としては、例えば、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉を用いる。
【００１９】
（ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％）
ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）は、全姿勢溶接性を確保するために添加する。ＴｉＯ２量（Ｔｉ酸化物）が５．０質量％未満では、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。ＴｉＯ２量（Ｔｉ酸化物）が８．０質量％を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。また、フラックス３のかさ比重が小さくなり、生産性が劣化する。なお、ＴｉＯ２源としては、例えば、ルチール等を用いる。
【００２０】
（Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、好ましくは０．０５〜０．４０質量％）
Ａｌは強脱酸剤であり、適正量の添加であれば、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりが安定し、溶接部（初層溶接部）の高温割れ抑制作用が改善し、靭性も安定化する。Ａｌ量が０．０５質量％未満では脱酸が十分でなく、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。また、靭性も低下する。Ａｌ量が０．５０質量％を超えると、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ａｌ源としては、例えば、鋼製外皮、Ａｌ金属粉、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉を用いる。
【００２１】
（Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、好ましくは０．０５〜０．４０質量％）
Ａｌ２Ｏ３は、水平すみ肉姿勢でのビード形状、立向上進姿勢でのビードの垂れ防止のために添加する。Ａｌ２Ｏ３量が０．０５質量％未満では、水平すみ肉溶接でのビード形状（なじみ）が悪く、また、立向上進溶接でビード垂れが発生し、溶接作業性が低下する。Ａｌ２Ｏ３量が０．５０質量％を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。なお、Ａｌ２Ｏ３源としては、例えば、アルミナや長石等の複合酸化物を用いる。
【００２２】
（Ｍｇ：０．３０〜１．００質量％）
Ｍｇは強脱酸剤であり、適正量の添加であれば、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりが安定し、高温割れ抑制作用が改善し、靭性も安定化する。Ｍｇ量が０．３０質量％未満では脱酸が十分でなく、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。また、靭性も低下する。Ｍｇ量が１．００質量％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。その他、Ｍｇを添加することでＴｉの溶接金属への歩留りが向上し、実質的なＴｉ使用量低減を可能とする。また、Ｔｉの溶接金属への歩留りが向上し、溶接金属中の介在物を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成に制御が可能となる。なお、Ｍｇ源としては、例えば、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ等の金属粉、合金粉を用いる。
【００２３】
（（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０）
（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）は、溶接金属の凝固組織の微細化の度合いを制御して耐高温割れ性を向上させるために設定されたものである。すなわち、ワイヤ１に含まれるＴｉ量（金属Ｔｉ）を所定範囲内に制御することで、溶接時にＴｉ（金属Ｔｉ）が脱酸反応に寄与し、溶接金属中に生成する介在物の組成を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成に制御できる。その結果、溶接金属の凝固組織を微細にでき、高温割れ抑制作用を著しく改善できるものである。さらに、核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物には、凝固組織の微細化を抑制するＳｉＯ２を含有しないことが好ましい。そのため、ワイヤ１に含まれるＴｉ量（金属Ｔｉ）を、ワイヤ１に含まれるＳｉ量との関係で規定し、具体的には、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量との比、すなわち、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）を規定することで、Ｔｉ系酸化物組成を凝固組織微細化により効果的な組成に制御可能となり、溶接金属の凝固組織を高温割れ抑制作用の改善において好ましいものに制御可能となる。
【００２４】
（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）≦０．２０であると、溶接金属の凝固組織が微細化しない。したがって、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０、好ましくは（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２５、さらに好ましくは（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．３７である。
【００２５】
ここで、Ｔｉ算出量とは、ワイヤ１に含有される前記ＴｉＯ２および前記Ｔｉのうちの前記Ｔｉ（金属Ｔｉ）のみから算出されるＴｉ量で、ワイヤ１に含有された前記ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）から算出（換算）されるＴｉ量は含まない。
また、Ｓｉ算出量とは、ワイヤ１に含有される前記Ｓｉ源の全てから算出されるＳｉ量の総和である。なお、前記ＳｉＯ２は、Ｓｉ源として用いられる、例えば、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物に含まれる。
【００２６】
（Ｆｅ）
残部のＦｅは、鋼製外皮２を構成するＦｅ、および／または、フラックス３に添加されている鉄粉、合金粉のＦｅが相当する。
（不可避的不純物）
残部の不可避的不純物としては、Ｓ、Ｐ、Ｎｉ、Ｏ、Ｚｒ等が挙げられ、本発明の効果を妨げない範囲で含有することが許容される。Ｓ量、Ｐ量、Ｎｉ量、Ｏ量、Ｚｒ量は、それぞれ、０．０５０質量％以下が好ましく、鋼製外皮２とフラックス３における各成分量の総和である。
【００２７】
なお、鋼製外皮２およびフラックス３は、ワイヤ作製時に前記ワイヤ成分（成分量）が前記範囲内になるように、鋼製外皮２およびフラックス３の各成分（各成分量）を選択する。
また、ワイヤ１の表面にＣｕ鍍金を施すことも可能であり、ワイヤ全質量に対し、０．３５質量％以下のＣｕを含有してもよい。
【００２８】
また、本発明に係るワイヤ１は、前記ワイヤ成分に、さらに希土類化合物の１種または２種以上を含有してもよい。そして、希土類化合物量は、希土類元素換算値で０．５００質量％以下とする。
【００２９】
（希土類化合物：希土類元素換算値で０．５０0質量％以下）
希土類元素は強脱酸剤であり、適正量の添加であればＴｉの溶接金属への歩留りが向上し、実質的なＴｉ使用量低減を可能とする。また、Ｔｉの溶接金属への歩留りが向上し、溶接金属中の介在物を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成に制御が可能となり、溶接部（初層溶接部）の耐高温割れ性がさらに改善される。しかし、その含有量が希土類元素換算値で０．５００質量％を超えるとスパッタ発生量が多くなり、アークが不安定となりビード外観が不良となる。なお、本発明にいう希土類元素とは、Ｓｃ、Ｙおよび原子番号５７（Ｌａ）乃至７１（Ｌｕ）をいう。また、希土類化合物とは、希土類元素の酸化物（Ｎｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３等の単体の酸化物やこれらの複合酸化物およびモナザイト、バストネサイト、アラナイト、セライト、ゼノタイム、ガドリナイト等の希土類酸化物の鉱石を含む）、弗化物（ＣｅＦ３、ＬｎＦ３、ＰｍＦ３、ＳｍＦ３、ＧｄＦ３、ＴｂＦ３等）および合金（希土類元素−Ｆｅ、希土類元素−Ｆｅ−Ｂ、希土類元素−Ｆｅ−Ｃｏ、希土類元素−Ｆｅ−Ｓｉ、希土類元素−Ｃａ−Ｓｉ等）、ミッシュメタルをいう。
【実施例】
【００３０】
本発明に係るフラックス入りワイヤについて、本発明の要件を満足する実施例と、本発明の要件を満足しない比較例とを比較して具体的に説明する。
鋼製外皮（鋼は、Ｃ：０．０３質量％、Ｓｉ：０．０２質量％、Ｍｎ：０．２５質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．００７質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものを使用）の内側に、表１、表２に示す充填率（Ｆｌｕｘ充填率）でフラックスを充填して、ワイヤ径１．２ｍｍの図１（ｂ）に示すワイヤ１（実施例：Ｎｏ．１〜３２、比較例：Ｎｏ．３３〜５２）を作製した。
【００３１】
なお、ワイヤ成分は、以下の測定方法で測定、算出した。
Ｃ量は、「赤外線吸収法」によって測定した。Ｓｉ量およびＭｎ量は、ワイヤ全量を溶解し「ＩＣＰ発光分光分析法」によって測定した。
【００３２】
ＴｉＯ２量（ＴｉＯ２等として存在し、Ｆｅ−Ｔｉ等は含まない）は、「酸分解法」により測定される。酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解した。これにより、ワイヤ１に含まれるＴｉ源（Ｆｅ−Ｔｉ等）は王水へ溶解するが、ＴｉＯ２源（ＴｉＯ２等）は王水に対し不溶なため、溶け残る。この溶液を、フィルター（ろ紙は５Ｃの目の細かさ）を用いてろ過し、フィルターごと残渣をニッケル製るつぼに移し、ガスバーナーで加熱して灰化した。次いで、アルカリ融剤（水酸化ナトリウムと過酸化ナトリウムの混合物）を加え、再度ガスバーナーで加熱して残渣を融解した。次に、１８質量％塩酸を加えて融解物を溶液化した後、メスフラスコに移し、さらに純水を加えてメスアップして分析液を得た。分析液中のＴｉ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定した。このＴｉ濃度をＴｉＯ２量に換算し、ＴｉＯ２量を算出した。
【００３３】
Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等として存在し、ＴｉＯ２等は含まない）は、「酸分解法」によりワイヤ全量を王水へ溶解して、不溶であったＴｉＯ２源（ＴｉＯ２等）をろ過し、その溶液をワイヤ１に含まれるＴｉ源（Ｆｅ−Ｔｉ等）とし得ることで、「ＩＣＰ発光分光分析法」を用い、Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等）として存在を求めた。
【００３４】
Ａｌ２Ｏ３量（アルミナや長石等の複合酸化物として存在し、Ａｌ金属粉等の合金粉は含まない）は、「酸分解法」により測定される。酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解した。これにより、ワイヤ１に含まれるＡｌ源（Ａｌ金属粉等の合金粉）は王水へ溶解するが、Ａｌ２Ｏ３源（アルミナや長石等の複合酸化物）は王水に対し不溶なため、溶け残る。この溶液を、フィルター（ろ紙は５Ｃの目の細かさ）を用いてろ過し、フィルターごと残渣をニッケル製るつぼに移し、ガスバーナーで加熱して灰化した。次いで、アルカリ融剤（水酸化ナトリウムと過酸化ナトリウムの混合物）を加え、再度ガスバーナーで加熱して残渣を融解した。次に、１８質量％塩酸を加えて融解物を溶液化した後、メスフラスコに移し、さらに純水を加えてメスアップして分析液を得た。分析液中のＡｌ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定した。このＡｌ濃度をＡｌ２Ｏ３量に換算し、Ａｌ２Ｏ３量を算出した。
【００３５】
Ａｌ量（Ａｌ金属粉等の合金粉として存在し、アルミナや長石等の複合酸化物は含まない）は、「酸分解法」によりワイヤ全量を王水へ溶解して、不溶であったＡｌ２Ｏ３源（アルミナや長石等の複合酸化物）をろ過し、その溶液をワイヤ１に含まれるＡｌ源（Ａｌ金属粉等の合金粉）とし得ることで、「ＩＣＰ発光分光分析法」を用い、Ａｌ量（Ａｌ金属粉等の合金粉）として存在を求めた。
【００３６】
Ｍｇ量、希土類化合物量（希土類元素量）は、ワイヤ全量を溶解し「ＩＣＰ発光分光分析法」によって測定した。なお、希土類化合物としてはミッシュメタルを用い、希土類元素（Ｃｅ、Ｌａ）を測定した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
作製されたワイヤ１を用いて、以下に示す方法で、耐高温割れ性、機械的性質（引張強さ、吸収エネルギー）、溶接作業性について評価した。その評価結果に基づいて、実施例および比較例のワイヤ１の総合評価を行った。
【００４０】
（耐高温割れ性）
ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４００Ｂ鋼（Ｃ：０．１２質量％、Ｓｉ：０．２質量％、Ｍｎ：１．１質量％、Ｐ：０．００８質量％、Ｓ：０．００３質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物）からなる溶接母材を、表３に示す溶接条件で片面溶接（下向突合せ溶接）した。
【００４１】
【表３】
【００４２】
図２は、耐高温割れ性の評価に使用する溶接母材の開先形状を示す断面図である。図２に示すように、溶接母材１１はＶ形状の開先を有し、このＶ形状の開先の裏面には、セラミック製の耐火物１２およびアルミニウムテープ１３等からなる裏当て材が配置されている。そして、開先角度を３５°として、裏当て材が配置されている部分のルート間隔を４ｍｍとした。
【００４３】
溶接終了後、初層溶接部（クレータ部を除く）について、Ｘ線透過試験（ＪＩＳ Ｚ ３１０４）にて、内部割れの有無を確認し、割れ発生部分のトータル長さ測定し、割れ率を算出した。ここで、割れ率は、割れ率Ｗ＝（割れ発生部分のトータル長さ）／（初層溶接部長さ（クレータ部を除く））×１００により算出される。その割れ率で耐高温割れ性を評価した。その結果を表４、表５に示す。
【００４４】
なお、評価基準は、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２８０Ａで割れ率０％のとき「極めて優れている：◎◎」、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２８０Ａで５％以下のとき「より優れている：◎」、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率５％以下かつ溶接電流２８０Ａで割れ率５％超〜１０％以下のとき「優れている：○〜◎」、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率５％超かつ溶接電流２８０Ａで割れ率１０％超のとき「良好である：○」、溶接電流２４０Ａで割れ有りかつ溶接電流２６０Ａで割れ有りかつ溶接電流２８０Ａで割れ有りのとき「劣っている：×」とした。
【００４５】
（機械的性質）
ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、引張強さ、０℃吸収エネルギー（靭性）について評価した。その結果を表４、表５に示す。
なお、引張強さの評価基準は、４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下のとき「優れている：○」、４９０ＭＰａ未満または６４０ＭＰａ超のとき「劣っている：×」とした。また、０℃吸収エネルギーの評価基準は、６０Ｊ以上のとき「優れている：○」、６０Ｊ未満のとき「劣っている：×」とした。さらに、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、伸びを評価する場合には、その評価基準は、２２％以上のとき「優れている：○」、２２％未満のとき「劣っている：×」とした。
【００４６】
（溶接作業性）
耐高温割れ性と同様の溶接母材を使用して、下向すみ肉溶接、水平すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接、立向下進すみ肉溶接の４種の溶接を行い、作業性を官能評価した。ここで、下向すみ肉溶接試験、水平すみ肉溶接試験および立向下進溶接試験の溶接条件は、前記耐高温割れ性と同様とした（表３参照）。立向上進すみ肉溶接試験の溶接条件は、溶接電流２００〜２２０Ａ、アーク電圧２４〜２７Ｖとした。その結果を表４、表５に示す。
なお、評価基準は、スパッタ発生、ヒューム発生、ビード垂れ、ビード外観等の溶接不良が発生しないとき「優れている：○」、溶接不良が発生したとき「劣っている：×」とした。
【００４７】
（総合評価）
総合評価の評価基準は、前記評価項目のうち、耐高温割れ性が「◎◎または◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「より一層優れている：◎」、耐高温割れ性が「○〜◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「優れている：○〜◎」、耐高温割れ性が「○」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「良好である：○」、前記評価項目の少なくとも1つが「×」のとき「劣っている：×」とした。その結果を表４、表５に示す。
【００４８】
【表４】
【００４９】
【表５】
【００５０】
表１、表４に示すように、実施例（Ｎｏ．１〜３２）は、全てのワイヤ成分が本発明の範囲を満足するため、耐高温割れ性、機械的性質および溶接作業性の全てにおいて、優れ（または良好で）、総合評価においても、優れていた（または良好であった）。
【００５１】
表２、表５に示すように、比較例（Ｎｏ．３３）は、Ｃ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３４）は、Ｃ量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３５）は、Ｓｉ量が下限値未満であるため、溶接作業性および機械的性質（伸び）が劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３６）は、Ｓｉ量が上限値を超えるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。
【００５２】
比較例（Ｎｏ．３７）は、Ｍｎ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３８）は、Ｍｎ量が上限値を超えるため、機械的性質および溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３９）は、Ｔｉ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４０）は、Ｔｉ量が上限値を超えるため、機械的性質および溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。
【００５３】
比較例（Ｎｏ．４１）は、ＴｉＯ２量が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４２）は、ＴｉＯ２量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４３）は、Ａｌ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４４）は、Ａｌ量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。
【００５４】
比較例（Ｎｏ．４５）は、Ａｌ２Ｏ３量が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４６）は、Ａｌ２Ｏ３量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４７）は、Ｍｇ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４８）は、Ｍｇ量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４９）は、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）が下限値未満であるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．５０）は、フラックス充填率が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．５１）は、フラックス充填率が上限値を超えるため、ワイヤ生産中に断線が発生し、総合評価としては劣っていた。比較例（Ｎｏ．５２）は、希土類元素量が上限値を超えているため、アークが不安定となり、スパッタ発生量が増加した。また、ビード外観が不良であった。
【００５５】
以上の結果から、実施例（Ｎｏ．１〜３２）は、比較例（Ｎｏ．３３〜５２）と比べて、フラックス入りワイヤ１として優れていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るフラックス入りワイヤの構成を示す断面図である。
【図２】耐高温割れ性の評価に使用する溶接母材の開先形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ フラックス入りワイヤ（ワイヤ）
２ 鋼製外皮
３ フラックス
４ 継目
１１ 溶接母材
１２ 耐火物
１３ アルミニウムテープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟鋼、高張力鋼などからなる鋼板のガスシールドアーク溶接に適用されるフラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板のガスシールドアーク溶接に適用されるフラックス入りワイヤには、以下のような構成を備えたものが提案されている。例えば、特許文献１では、ワイヤ全質量に対して質量％で、所定量のＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｆ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｂｉを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、Ｍｎ／Ｓｉ、Ａｌ＋Ｍｇが所定量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が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２８９４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載されたワイヤは、Ｔｉを含有せず、また、Ｍｎの含有量も少量であるため、鋼板の片面突き合わせ継手溶接において、初層溶接部で高温割れが発生するという問題がある。また、ワイヤがＡｌ２Ｏ３を含有しないため、全姿勢溶接における溶接作業性が劣るという問題がある。なお、ワイヤのＭｎ量が少量であるため、溶接金属の機械的性質が劣るという問題もある。
【０００４】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、耐高温割れ性、溶接作業性および溶接金属の機械的性質に優れたフラックス入りワイヤ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】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２５質量％であり、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、Ｓｉ（ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和）：０．１０〜１．００質量％、Ｍｎ（ワイヤに含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和）：２．３０〜３．７５質量％、Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、Ｍｇ：０．３０〜１．００質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、前記ワイヤに含有される前記ＴｉＯ２および前記Ｔｉのうちの前記Ｔｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、前記ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足することを特徴とする。
【０００６】
前記構成によれば、ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が所定量であって、ワイヤ全質量に対して、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇ含有することによって、溶接の際、スパッタ発生、ヒューム発生が抑制され、スラグ剥離性が改善されると共に、溶接継手（溶接金属）の強度が向上し、かつ、初層溶接部における高温割れが抑制される。また、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量とが、所定の関係を満足する、すなわち、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０を満足することによって、溶接時にＴｉが脱酸反応に寄与し、溶接金属中に生成する介在物の組成を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成に制御できる。その結果、溶接金属の凝固組織を微細化でき、高温割れの抑制作用が向上する。
【０００７】
また、このフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対して、さらに希土類化合物の１種または２種以上を希土類元素換算値で０．５００質量％以下含有することを特徴とする。
【０００８】
前記構成によれば、所定量の希土類化合物の１種または２種以上をさらに含有することにより、溶接金属へのＴｉの歩留まりが向上し、溶接金属中に生成する介在物の組成をＴｉ系酸化物組成に制御がしやすくなり、高温割れの抑制作用がさらに向上する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るフラックス入りワイヤによれば、フラックス充填率が所定量であって、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇを含有し、かつ、フラックス入りワイヤに含まれるＴｉ量とＳｉ量とが所定の関係を満足することによって、初層溶接部における耐高温割れ性が優れると共に、全姿勢溶接における溶接作業性（ビード外観を含む）および溶接金属の機械的特性が優れたものとなる。その結果、品質の優れた溶接製品を提供することができる。
【００１０】
また、ワイヤが希土類化合物の１種または２種以上をさらに含有することにより、初層溶接部における耐高温割れ性がさらに優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るフラックス入りワイヤについて詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、フラックス入りワイヤの構成を示す断面図である。
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、フラックス入りワイヤ（以下、ワイヤと称す）１は、筒状に形成された鋼製外皮２と、その筒内に充填されたフラックス３とからなる。また、ワイヤ１は、図１（ａ）に示すような継目のない鋼製外皮２の筒内にフラックス３が充填されたシームレスタイプ、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すような継目４のある鋼製外皮２の筒内にフラックス３が充填されたシームタイプのいずれの形態でもよい。
【００１２】
そして、ワイヤ１は、フラックス充填率が所定量であって、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量とが所定の関係を満足する（具体的には、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）が所定値を超える）。
【００１３】
以下に、ワイヤ成分（フラックス充填率および成分量）の数値範囲を、その限定理由と共に記載する。フラックス充填率は、鋼製外皮２内に充填されるフラックス３の質量を、ワイヤ１（鋼製外皮２＋フラックス３）の全質量に対する割合で規定する。また、成分量は、鋼製外皮２とフラックス３における成分量の総和で表し、ワイヤ１（鋼製外皮２＋フラックス３）に含まれる各成分の質量を、ワイヤ１の全質量に対する割合で規定する。なお、ワイヤ１を構成する成分のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇは、鋼製外皮２から添加するか、フラックス３から添加するかは特に問わず、鋼製外皮２およびフラックス３の少なくとも一方に添加されていればよい。
【００１４】
（フラックス充填率：１０〜２５質量％）
フラックス充填率が１０質量％未満では、アークの安定性が悪くなり、スパッタ発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、フラックス充填率が２５質量％超では、ワイヤ１の断線等が発生し、生産性が著しく劣化する。
【００１５】
（Ｃ：０．０３〜０．０８質量％）
Ｃは、溶接部の焼入れ性を確保するために添加する。Ｃ量が０．０３質量％未満の場合、焼入れ性不足により、溶接部の強度・靭性が不足する。また、低Ｃ量により溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。Ｃ量が０．０８質量％を超えると、溶接時のスパッタ発生量またはヒューム発生量が増加し、溶接作業性が低下する。また、被溶接材である鋼材のＣ量が多い場合、溶接部（溶接金属）のＣ量が多くなる。そして、Ｃが包晶反応を起こす領域になると、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生しやすくなる。なお、Ｃ源としては、例えば、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｍｎ等の合金粉、鉄粉等を用いる。
【００１６】
（Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％）
Ｓｉは、溶接部の延性確保、ビード形状維持のために添加する。Ｓｉ量が０．１０質量％未満では、溶接部の延性（伸び）不足となる。また、ビード形状が悪くなり、特に、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。Ｓｉ量が１．００質量％を超えると、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。ここで、Ｓｉ量とは、ワイヤ１に含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和である。なお、Ｓｉ源としては、例えば、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金、Ｋ２ＳｉＦ６等のフッ化物、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物を用いる。
【００１７】
（Ｍｎ：２．３０〜３．７５質量％）
Ｍｎは、溶接部の焼入れ性確保のために添加する。Ｍｎ量が２．３０質量％未満では、溶接部の焼入れ性が不足し、靭性が低下する。また、不可避的不純物として含有されるＳと結合して得られるＭｎＳ量も少なくなるため、ＭｎＳによる高温割れの抑制作用が小さくなり、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。Ｍｎ量が３．７５質量％を超えると、溶接部の強度が過多となり、靭性不足となる。また、溶接部に低温割れが発生する。ここで、Ｍｎ量とは、ワイヤ１に含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和である。なお、Ｍｎ源としては、例えば、鋼製外皮、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金を用いる。
【００１８】
（Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、好ましくは０．２０〜１．００質量％）
Ｔｉ（金属Ｔｉ）は、溶接部（初層溶接部）の耐高温割れ性を改善するために添加する。Ｔｉ（金属Ｔｉ）は溶接時に脱酸反応に寄与し、溶接金属中の介在物をＴｉ系酸化物組成に制御でき、その結果、溶接部（溶接金属）の凝固組織を微細にでき、溶接部（初層溶接部）の高温割れ抑制作用が改善される。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が０．１５質量％未満では、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が１．００質量％を超えると、溶接金属再熱部が硬くて脆いベイナイト、マルテンサイトになりやすく、靭性が低下する。また、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ｔｉ源としては、例えば、鋼製外皮、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉を用いる。
【００１９】
（ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％）
ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）は、全姿勢溶接性を確保するために添加する。ＴｉＯ２量（Ｔｉ酸化物）が５．０質量％未満では、立向上進溶接でビードが垂れ、溶接作業性が低下する。ＴｉＯ２量（Ｔｉ酸化物）が８．０質量％を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。また、フラックス３のかさ比重が小さくなり、生産性が劣化する。なお、ＴｉＯ２源としては、例えば、ルチール等を用いる。
【００２０】
（Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、好ましくは０．０５〜０．４０質量％）
Ａｌは強脱酸剤であり、適正量の添加であれば、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりが安定し、溶接部（初層溶接部）の高温割れ抑制作用が改善し、靭性も安定化する。Ａｌ量が０．０５質量％未満では脱酸が十分でなく、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。また、靭性も低下する。Ａｌ量が０．５０質量％を超えると、溶接時のスパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が低下する。なお、Ａｌ源としては、例えば、鋼製外皮、Ａｌ金属粉、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉を用いる。
【００２１】
（Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、好ましくは０．０５〜０．４０質量％）
Ａｌ２Ｏ３は、水平すみ肉姿勢でのビード形状、立向上進姿勢でのビードの垂れ防止のために添加する。Ａｌ２Ｏ３量が０．０５質量％未満では、水平すみ肉溶接でのビード形状（なじみ）が悪く、また、立向上進溶接でビード垂れが発生し、溶接作業性が低下する。Ａｌ２Ｏ３量が０．５０質量％を超えると、溶接時のスラグ剥離性が劣化し、溶接作業性が低下する。なお、Ａｌ２Ｏ３源としては、例えば、アルミナや長石等の複合酸化物を用いる。
【００２２】
（Ｍｇ：０．３０〜１．００質量％）
Ｍｇは強脱酸剤であり、適正量の添加であれば、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりが安定し、高温割れ抑制作用が改善し、靭性も安定化する。Ｍｇ量が０．３０質量％未満では脱酸が十分でなく、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。また、靭性も低下する。Ｍｇ量が１．００質量％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。その他、Ｍｇを添加することでＴｉの溶接金属への歩留りが向上し、実質的なＴｉ使用量低減を可能とする。また、Ｔｉの溶接金属への歩留りが向上し、溶接金属中の介在物を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成に制御が可能となる。なお、Ｍｇ源としては、例えば、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ等の金属粉、合金粉を用いる。
【００２３】
（（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０）
（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）は、溶接金属の凝固組織の微細化の度合いを制御して耐高温割れ性を向上させるために設定されたものである。すなわち、ワイヤ１に含まれるＴｉ量（金属Ｔｉ）を所定範囲内に制御することで、溶接時にＴｉ（金属Ｔｉ）が脱酸反応に寄与し、溶接金属中に生成する介在物の組成を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成に制御できる。その結果、溶接金属の凝固組織を微細にでき、高温割れ抑制作用を著しく改善できるものである。さらに、核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物には、凝固組織の微細化を抑制するＳｉＯ２を含有しないことが好ましい。そのため、ワイヤ１に含まれるＴｉ量（金属Ｔｉ）を、ワイヤ１に含まれるＳｉ量との関係で規定し、具体的には、Ｔｉ算出量とＳｉ算出量との比、すなわち、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）を規定することで、Ｔｉ系酸化物組成を凝固組織微細化により効果的な組成に制御可能となり、溶接金属の凝固組織を高温割れ抑制作用の改善において好ましいものに制御可能となる。
【００２４】
（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）≦０．２０であると、溶接金属の凝固組織が微細化しない。したがって、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０、好ましくは（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２５、さらに好ましくは（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．３７である。
【００２５】
ここで、Ｔｉ算出量とは、ワイヤ１に含有される前記ＴｉＯ２および前記Ｔｉのうちの前記Ｔｉ（金属Ｔｉ）のみから算出されるＴｉ量で、ワイヤ１に含有された前記ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）から算出（換算）されるＴｉ量は含まない。
また、Ｓｉ算出量とは、ワイヤ１に含有される前記Ｓｉ源の全てから算出されるＳｉ量の総和である。なお、前記ＳｉＯ２は、Ｓｉ源として用いられる、例えば、ジルコンサンド、珪砂、長石等の酸化物に含まれる。
【００２６】
（Ｆｅ）
残部のＦｅは、鋼製外皮２を構成するＦｅ、および／または、フラックス３に添加されている鉄粉、合金粉のＦｅが相当する。
（不可避的不純物）
残部の不可避的不純物としては、Ｓ、Ｐ、Ｎｉ、Ｏ、Ｚｒ等が挙げられ、本発明の効果を妨げない範囲で含有することが許容される。Ｓ量、Ｐ量、Ｎｉ量、Ｏ量、Ｚｒ量は、それぞれ、０．０５０質量％以下が好ましく、鋼製外皮２とフラックス３における各成分量の総和である。
【００２７】
なお、鋼製外皮２およびフラックス３は、ワイヤ作製時に前記ワイヤ成分（成分量）が前記範囲内になるように、鋼製外皮２およびフラックス３の各成分（各成分量）を選択する。
また、ワイヤ１の表面にＣｕ鍍金を施すことも可能であり、ワイヤ全質量に対し、０．３５質量％以下のＣｕを含有してもよい。
【００２８】
また、本発明に係るワイヤ１は、前記ワイヤ成分に、さらに希土類化合物の１種または２種以上を含有してもよい。そして、希土類化合物量は、希土類元素換算値で０．５００質量％以下とする。
【００２９】
（希土類化合物：希土類元素換算値で０．５０0質量％以下）
希土類元素は強脱酸剤であり、適正量の添加であればＴｉの溶接金属への歩留りが向上し、実質的なＴｉ使用量低減を可能とする。また、Ｔｉの溶接金属への歩留りが向上し、溶接金属中の介在物を核生成促進に効果的なＴｉ系酸化物組成に制御が可能となり、溶接部（初層溶接部）の耐高温割れ性がさらに改善される。しかし、その含有量が希土類元素換算値で０．５００質量％を超えるとスパッタ発生量が多くなり、アークが不安定となりビード外観が不良となる。なお、本発明にいう希土類元素とは、Ｓｃ、Ｙおよび原子番号５７（Ｌａ）乃至７１（Ｌｕ）をいう。また、希土類化合物とは、希土類元素の酸化物（Ｎｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３等の単体の酸化物やこれらの複合酸化物およびモナザイト、バストネサイト、アラナイト、セライト、ゼノタイム、ガドリナイト等の希土類酸化物の鉱石を含む）、弗化物（ＣｅＦ３、ＬｎＦ３、ＰｍＦ３、ＳｍＦ３、ＧｄＦ３、ＴｂＦ３等）および合金（希土類元素−Ｆｅ、希土類元素−Ｆｅ−Ｂ、希土類元素−Ｆｅ−Ｃｏ、希土類元素−Ｆｅ−Ｓｉ、希土類元素−Ｃａ−Ｓｉ等）、ミッシュメタルをいう。
【実施例】
【００３０】
本発明に係るフラックス入りワイヤについて、本発明の要件を満足する実施例と、本発明の要件を満足しない比較例とを比較して具体的に説明する。
鋼製外皮（鋼は、Ｃ：０．０３質量％、Ｓｉ：０．０２質量％、Ｍｎ：０．２５質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．００７質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものを使用）の内側に、表１、表２に示す充填率（Ｆｌｕｘ充填率）でフラックスを充填して、ワイヤ径１．２ｍｍの図１（ｂ）に示すワイヤ１（実施例：Ｎｏ．１〜３２、比較例：Ｎｏ．３３〜５２）を作製した。
【００３１】
なお、ワイヤ成分は、以下の測定方法で測定、算出した。
Ｃ量は、「赤外線吸収法」によって測定した。Ｓｉ量およびＭｎ量は、ワイヤ全量を溶解し「ＩＣＰ発光分光分析法」によって測定した。
【００３２】
ＴｉＯ２量（ＴｉＯ２等として存在し、Ｆｅ−Ｔｉ等は含まない）は、「酸分解法」により測定される。酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解した。これにより、ワイヤ１に含まれるＴｉ源（Ｆｅ−Ｔｉ等）は王水へ溶解するが、ＴｉＯ２源（ＴｉＯ２等）は王水に対し不溶なため、溶け残る。この溶液を、フィルター（ろ紙は５Ｃの目の細かさ）を用いてろ過し、フィルターごと残渣をニッケル製るつぼに移し、ガスバーナーで加熱して灰化した。次いで、アルカリ融剤（水酸化ナトリウムと過酸化ナトリウムの混合物）を加え、再度ガスバーナーで加熱して残渣を融解した。次に、１８質量％塩酸を加えて融解物を溶液化した後、メスフラスコに移し、さらに純水を加えてメスアップして分析液を得た。分析液中のＴｉ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定した。このＴｉ濃度をＴｉＯ２量に換算し、ＴｉＯ２量を算出した。
【００３３】
Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等として存在し、ＴｉＯ２等は含まない）は、「酸分解法」によりワイヤ全量を王水へ溶解して、不溶であったＴｉＯ２源（ＴｉＯ２等）をろ過し、その溶液をワイヤ１に含まれるＴｉ源（Ｆｅ−Ｔｉ等）とし得ることで、「ＩＣＰ発光分光分析法」を用い、Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等）として存在を求めた。
【００３４】
Ａｌ２Ｏ３量（アルミナや長石等の複合酸化物として存在し、Ａｌ金属粉等の合金粉は含まない）は、「酸分解法」により測定される。酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解した。これにより、ワイヤ１に含まれるＡｌ源（Ａｌ金属粉等の合金粉）は王水へ溶解するが、Ａｌ２Ｏ３源（アルミナや長石等の複合酸化物）は王水に対し不溶なため、溶け残る。この溶液を、フィルター（ろ紙は５Ｃの目の細かさ）を用いてろ過し、フィルターごと残渣をニッケル製るつぼに移し、ガスバーナーで加熱して灰化した。次いで、アルカリ融剤（水酸化ナトリウムと過酸化ナトリウムの混合物）を加え、再度ガスバーナーで加熱して残渣を融解した。次に、１８質量％塩酸を加えて融解物を溶液化した後、メスフラスコに移し、さらに純水を加えてメスアップして分析液を得た。分析液中のＡｌ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定した。このＡｌ濃度をＡｌ２Ｏ３量に換算し、Ａｌ２Ｏ３量を算出した。
【００３５】
Ａｌ量（Ａｌ金属粉等の合金粉として存在し、アルミナや長石等の複合酸化物は含まない）は、「酸分解法」によりワイヤ全量を王水へ溶解して、不溶であったＡｌ２Ｏ３源（アルミナや長石等の複合酸化物）をろ過し、その溶液をワイヤ１に含まれるＡｌ源（Ａｌ金属粉等の合金粉）とし得ることで、「ＩＣＰ発光分光分析法」を用い、Ａｌ量（Ａｌ金属粉等の合金粉）として存在を求めた。
【００３６】
Ｍｇ量、希土類化合物量（希土類元素量）は、ワイヤ全量を溶解し「ＩＣＰ発光分光分析法」によって測定した。なお、希土類化合物としてはミッシュメタルを用い、希土類元素（Ｃｅ、Ｌａ）を測定した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
作製されたワイヤ１を用いて、以下に示す方法で、耐高温割れ性、機械的性質（引張強さ、吸収エネルギー）、溶接作業性について評価した。その評価結果に基づいて、実施例および比較例のワイヤ１の総合評価を行った。
【００４０】
（耐高温割れ性）
ＪＩＳ Ｇ３１０６ ＳＭ４００Ｂ鋼（Ｃ：０．１２質量％、Ｓｉ：０．２質量％、Ｍｎ：１．１質量％、Ｐ：０．００８質量％、Ｓ：０．００３質量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物）からなる溶接母材を、表３に示す溶接条件で片面溶接（下向突合せ溶接）した。
【００４１】
【表３】
【００４２】
図２は、耐高温割れ性の評価に使用する溶接母材の開先形状を示す断面図である。図２に示すように、溶接母材１１はＶ形状の開先を有し、このＶ形状の開先の裏面には、セラミック製の耐火物１２およびアルミニウムテープ１３等からなる裏当て材が配置されている。そして、開先角度を３５°として、裏当て材が配置されている部分のルート間隔を４ｍｍとした。
【００４３】
溶接終了後、初層溶接部（クレータ部を除く）について、Ｘ線透過試験（ＪＩＳ Ｚ ３１０４）にて、内部割れの有無を確認し、割れ発生部分のトータル長さ測定し、割れ率を算出した。ここで、割れ率は、割れ率Ｗ＝（割れ発生部分のトータル長さ）／（初層溶接部長さ（クレータ部を除く））×１００により算出される。その割れ率で耐高温割れ性を評価した。その結果を表４、表５に示す。
【００４４】
なお、評価基準は、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２８０Ａで割れ率０％のとき「極めて優れている：◎◎」、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２８０Ａで５％以下のとき「より優れている：◎」、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率５％以下かつ溶接電流２８０Ａで割れ率５％超〜１０％以下のとき「優れている：○〜◎」、溶接電流２４０Ａで割れ率０％かつ溶接電流２６０Ａで割れ率５％超かつ溶接電流２８０Ａで割れ率１０％超のとき「良好である：○」、溶接電流２４０Ａで割れ有りかつ溶接電流２６０Ａで割れ有りかつ溶接電流２８０Ａで割れ有りのとき「劣っている：×」とした。
【００４５】
（機械的性質）
ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、引張強さ、０℃吸収エネルギー（靭性）について評価した。その結果を表４、表５に示す。
なお、引張強さの評価基準は、４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下のとき「優れている：○」、４９０ＭＰａ未満または６４０ＭＰａ超のとき「劣っている：×」とした。また、０℃吸収エネルギーの評価基準は、６０Ｊ以上のとき「優れている：○」、６０Ｊ未満のとき「劣っている：×」とした。さらに、ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、伸びを評価する場合には、その評価基準は、２２％以上のとき「優れている：○」、２２％未満のとき「劣っている：×」とした。
【００４６】
（溶接作業性）
耐高温割れ性と同様の溶接母材を使用して、下向すみ肉溶接、水平すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接、立向下進すみ肉溶接の４種の溶接を行い、作業性を官能評価した。ここで、下向すみ肉溶接試験、水平すみ肉溶接試験および立向下進溶接試験の溶接条件は、前記耐高温割れ性と同様とした（表３参照）。立向上進すみ肉溶接試験の溶接条件は、溶接電流２００〜２２０Ａ、アーク電圧２４〜２７Ｖとした。その結果を表４、表５に示す。
なお、評価基準は、スパッタ発生、ヒューム発生、ビード垂れ、ビード外観等の溶接不良が発生しないとき「優れている：○」、溶接不良が発生したとき「劣っている：×」とした。
【００４７】
（総合評価）
総合評価の評価基準は、前記評価項目のうち、耐高温割れ性が「◎◎または◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「より一層優れている：◎」、耐高温割れ性が「○〜◎」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「優れている：○〜◎」、耐高温割れ性が「○」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「良好である：○」、前記評価項目の少なくとも1つが「×」のとき「劣っている：×」とした。その結果を表４、表５に示す。
【００４８】
【表４】
【００４９】
【表５】
【００５０】
表１、表４に示すように、実施例（Ｎｏ．１〜３２）は、全てのワイヤ成分が本発明の範囲を満足するため、耐高温割れ性、機械的性質および溶接作業性の全てにおいて、優れ（または良好で）、総合評価においても、優れていた（または良好であった）。
【００５１】
表２、表５に示すように、比較例（Ｎｏ．３３）は、Ｃ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３４）は、Ｃ量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３５）は、Ｓｉ量が下限値未満であるため、溶接作業性および機械的性質（伸び）が劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３６）は、Ｓｉ量が上限値を超えるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。
【００５２】
比較例（Ｎｏ．３７）は、Ｍｎ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３８）は、Ｍｎ量が上限値を超えるため、機械的性質および溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．３９）は、Ｔｉ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４０）は、Ｔｉ量が上限値を超えるため、機械的性質および溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。
【００５３】
比較例（Ｎｏ．４１）は、ＴｉＯ２量が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４２）は、ＴｉＯ２量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４３）は、Ａｌ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４４）は、Ａｌ量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。
【００５４】
比較例（Ｎｏ．４５）は、Ａｌ２Ｏ３量が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４６）は、Ａｌ２Ｏ３量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４７）は、Ｍｇ量が下限値未満であるため、耐高温割れ性および機械的性質に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４８）は、Ｍｇ量が上限値を超えるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．４９）は、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）が下限値未満であるため、耐高温割れ性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．５０）は、フラックス充填率が下限値未満であるため、溶接作業性に劣り、総合評価も劣っていた。比較例（Ｎｏ．５１）は、フラックス充填率が上限値を超えるため、ワイヤ生産中に断線が発生し、総合評価としては劣っていた。比較例（Ｎｏ．５２）は、希土類元素量が上限値を超えているため、アークが不安定となり、スパッタ発生量が増加した。また、ビード外観が不良であった。
【００５５】
以上の結果から、実施例（Ｎｏ．１〜３２）は、比較例（Ｎｏ．３３〜５２）と比べて、フラックス入りワイヤ１として優れていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るフラックス入りワイヤの構成を示す断面図である。
【図２】耐高温割れ性の評価に使用する溶接母材の開先形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ フラックス入りワイヤ（ワイヤ）
２ 鋼製外皮
３ フラックス
４ 継目
１１ 溶接母材
１２ 耐火物
１３ アルミニウムテープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２５質量％であり、ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、
Ｓｉ（ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和）：０．１０〜１．００質量％、
Ｍｎ（ワイヤに含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和）：２．３０〜３．７５質量％、
Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、
ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、
Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、
Ｍｇ：０．３０〜１．００質量％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、
前記ワイヤに含有される前記ＴｉＯ２および前記Ｔｉのうちの前記Ｔｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、前記ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤ。
【請求項２】
前記ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、さらに希土類化合物の１種または２種以上を希土類元素換算値で０．５００質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項１】
鋼製外皮内にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量に対するフラックス充填率が１０〜２５質量％であり、ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０３〜０．０８質量％、
Ｓｉ（ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和）：０．１０〜１．００質量％、
Ｍｎ（ワイヤに含有される全てのＭｎ源から算出されるＭｎ量の総和）：２．３０〜３．７５質量％、
Ｔｉ：０．１５〜１．００質量％、
ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、
Ａｌ：０．０５〜０．５０質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜０．５０質量％、
Ｍｇ：０．３０〜１．００質量％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、
前記ワイヤに含有される前記ＴｉＯ２および前記Ｔｉのうちの前記Ｔｉのみから算出されるＴｉ量をＴｉ算出量、前記ワイヤに含有される全てのＳｉ源から算出されるＳｉ量の総和をＳｉ算出量としたとき、（Ｔｉ算出量／Ｓｉ算出量）＞０．２０の関係を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤ。
【請求項２】
前記ワイヤは、ワイヤ全質量に対して、さらに希土類化合物の１種または２種以上を希土類元素換算値で０．５００質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１４２８７３（Ｐ２０１０−１４２８７３Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２６５８１（Ｐ２００８−３２６５８１）
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【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２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]