フラックス入りワイヤ
【課題】軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の片面突合せ継手溶接の初層溶接部で問題となる耐高温割れ性に優れ、全姿勢溶接における溶接作業性および溶接金属の機械的特性が優れたフラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接に使用され、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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：０．０２〜０．１０質量％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、Ｍｎ：１．７〜４．０質量％、Ｔｉ：０．０５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．２０〜１．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜１．０質量％、Ｍｇ：０．３〜２．０質量％、Ｎ：０．００５〜０．０３５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
【解決手段】軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接に使用され、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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：０．０２〜０．１０質量％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、Ｍｎ：１．７〜４．０質量％、Ｔｉ：０．０５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．２０〜１．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜１．０質量％、Ｍｇ：０．３〜２．０質量％、Ｎ：０．００５〜０．０３５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板のガスシールドアーク溶接に使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】
従来から、鋼板の溶接、特に、片面突合せ継手溶接においては、初層溶接部（溶接金属）に発生する高温割れを抑制することが要望されている。このような高温割れの発生を抑制する方法として、以下のような技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、耐高温割れ性を改善する方法として、溶接速度を下げ、溶接電流を低くするなど溶接能率を犠牲にした溶接施工にすることが提案されている。また、特許文献１では、耐高温割れ性を改善する方法として、溶接金属中のＢ量を低減すること、または、溶接用ワイヤ中の不純物中のＳ含有量を低減することも提案されている。
【０００４】
特許文献２では、耐高温割れ性を改善する方法として、溶接用ワイヤにＣａＯを含有させて、溶接中に発生する溶融スラグ中にＣａＯが添加されるようにして、裏ビード形状の凹凸を無くすことが提案されている。また、特許文献２では、耐高温割れ性を改善する方法として、ワイヤ成分としてのＣ量を高めにして、裏ビード形成を安定化させることも提案されている。
【０００５】
特許文献３では、耐高温割れ性を改善する方法として、フェライト系ステンレス鋼の溶接部の溶接金属の結晶粒径を微細にするために、ワイヤ成分としてＡＩ、ＴｉおよびＮを含有させ、溶接金属中にＡｌおよびＴｉの窒化物を存在させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１３０４５２号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９４０４号公報
【特許文献３】特開２００２−３３６９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の改善方法では、近時、溶接能率を向上した溶接施工条件の適用が拡大しつつあること、また、ワイヤ成分の不純物元素としてのＳの含有量の低減にも限界があるため、溶接金属に発生する高温割れを抑制できないという問題がある。また、特許文献１で提案されたワイヤ成分としてのＢの含有量の低減は、耐高温割れ性の改善には効果があるものの、低温靭性の低下を招くという問題がある。
【０００８】
特許文献２の改善方法では、溶融スラグへのＣａＯの添加は、溶融スラグの粘性と融点を低減させ、流動性が過剰となり、立向姿勢の溶接においてビード垂れ等が発生し、作業性が低下するという問題がある。また、高温割れの発生が最も問題となる片面突合せ継手溶接の初層パスでは、母材希釈の影響を大きく受けるため、特許文献２で提案されたＣ量を高めに限定したワイヤにおいては、安定した母材希釈が得られず、安定した耐高温割れ性を得ることができない。その結果、ワイヤの使用できる母材選択範囲が限られるという問題がある。
【０００９】
特許文献３の改善方法では、ワイヤが１５〜２５質量％のＣｒを含有するため、フェライト系ステンレス鋼の溶接部へのＮの溶解度が増加する。そのため、溶接部の結晶粒径を微細にすべく、ＡｌおよびＴｉの窒化物を活用するためにＮを多量（０．０４〜０．２質量％）に添加しても問題が生じない。
【００１０】
しかしながら、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板を溶接する場合、溶接部へのＮの溶解度が小さく、多量のＮ添加は、溶接部の溶解度を超えるため、ブローホールなどの欠陥を発生しやすいという問題がある。
【００１１】
また、ＴｉＯ２を含有するワイヤを使用した場合には、溶接金属中に多量（５００〜７００ｐｐｍ）の酸素が存在し、Ｔｉ窒化物を生成すべく添加したＴｉの大部分は酸化物として消費される。そのため、Ｔｉ窒化物を生成すべく多量のＴｉを添加する必要があるが、その場合には、溶接金属中にＴｉの大部分が溶存し、溶接金属の凝固温度を下げるため、かえって高温割れが発生しやすくなるという問題がある。また、靭性などの機械的特性なども劣化すると共に、多量のＴｉ添加は経済性の面からも好ましくないという問題もある。
【００１２】
したがって、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接において、溶接部に発生する高温割れを抑制する手段として、Ｔｉの窒化物を活用し、溶接部の結晶粒を微細化することは、従来困難であった。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の片面突合せ継手溶接の初層溶接部で問題となる耐高温割れ性に優れ、全姿勢溶接における溶接作業性および溶接金属の機械的特性が優れた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】
【００１４】
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、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接に使用され、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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：０．０２〜０．１０質量％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、Ｍｎ：１．７〜４．０質量％、Ｔｉ：０．０５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．２０〜１．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜１．０質量％、Ｍｇ：０．３〜２．０質量％、Ｎ：０．００５〜０．０３５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１５】
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、ＭｇおよびＮを含有することによって、溶接部（溶接金属）での高温割れが抑制されると共に、機械的強度が向上し、かつ、溶接作業性が向上する。特に、所定量のＴｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＮを含有することによって、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ＴｉＮに制御できる。その結果、溶接部（溶接金属）の凝固組織を微細化でき、高温割れが抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
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およびＮを含有することによって、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の片面突合せ継手溶接の初層溶接部で問題となる耐高温割れ性に優れ、全姿勢溶接における溶接作業性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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
本発明に係るフラックス入りワイヤは、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接に使用される。また、本発明に係るフラックス入りワイヤは、ガスシールドアーク溶接に好適に使用され、片面突合せ継手溶接において優れた効果を発揮するもので、特に溶接方法は限定されない。
【００１９】
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。
【００２０】
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、ＭｇおよびＮを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。
【００２１】
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表したものである。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表したものである。なお、ワイヤ１を構成する成分のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇおよびＮ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。
【００２２】
（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すると共に、ビード外観不良が発生し、溶接作業性が低下する。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。
【００２３】
（Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、好ましくは、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０．０２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量により溶接部に高温割れが発生する。Ｃ量が０．１０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、Ｆｅ−Ｍｎ等の合金粉、鉄粉等を用いる。
【００２４】
（Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、好ましくは、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０．０５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１．５０質量％を超えると、溶接部に高温割れが発生する。なお、Ｓｉ源としては、例えば、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。
【００２５】
（Ｍｎ：１．７〜４．０質量％、好ましくは、２．４〜３．７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１．７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、溶接部に高温割れが発生する。Ｍｎ量が４．０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。なお、Ｍｎ源としては、例えば、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金を用いる。
【００２６】
（Ｔｉ：０．０５〜１．００質量％、好ましくは、０．２０〜１．００質量％）
Ｔｉ（金属Ｔｉ）は、溶接部（溶接金属）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Ｎと結合し、溶接金属中の介在物を核生成促進に効果的なＴｉＮに制御できる。その結果、溶接継手（溶接部）の凝固組織が微細され、溶接部の高温割れ抑制作用が改善される。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が０．０５質量％未満では、上記効果が十分ではなく、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。さらに、溶接金属中のＴｉが溶存として存在し、溶接金属の凝固温度を低下させ高温割れが発生する。なお、Ｔｉ源としては、例えば、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉を用いる。
【００２７】
（ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％）
ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）は、全姿勢溶接における溶接作業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。
【００２８】
（Ａｌ：０．２０〜１．５０質量％、好ましくは、０．２０〜０．５０質量％）
Ａｌは、強脱酸剤であり溶接継手（溶接金属）中に生成する介在物から、Ａｌに比べ脱酸力の弱いＴｉからなるＴｉ酸化物を還元し、核生成促進に効果的なＴｉＮを生成させる効果がある。その結果、溶接金属の凝固組織が微細化される。さらに、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりも安定する。これらの効果から、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０．２０質量％未満では、脱酸が十分でなく、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１．５０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、Ａｌ金属粉、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉を用いる。
【００２９】
（Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜１．０質量％、好ましくは、０．０５〜０．５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１．０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。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。
【００３０】
（Ｍｇ：０．３〜２．０質量％、好ましくは、０．３〜１．０質量％）
Ｍｇは、強脱酸剤であり溶接継手（溶接金属）中に生成する介在物から、Ｍｇに比べ脱酸力の弱いＴｉからなるＴｉ酸化物を還元し、核生成促進に効果的なＴｉＮを生成させる効果がある。その結果、溶接金属の凝固組織が微細化される。さらに、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりも安定する。これらの効果から、溶接部の高温割れ抑制作用が改善し、靭性も安定化する。Ｍｇ量が０．３質量％未満では、前記効果が十分ではなく、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２．０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、スパッタ発生量が多くなる。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。
【００３１】
（Ｎ：０．００５〜０．０３５質量％）
Ｎは、核生成促進に効果的なＴｉＮを生成させるためには不可欠なものである。そして、ＴｉＮの生成により、溶接金属の凝固組織が微細化され、耐高温割れ性が改善される。Ｎ量が０．００５質量％未満では、上記効果が十分ではなく、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。Ｎ量が０．０３５質量％を超えると、溶接金属中にブローホールが発生する。また溶接部の強度が過多となり、靭性が低下する。なお、Ｎ源としては、例えば、Ｎ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｎ−Ｃｒ、Ｎ−Ｓｉ、Ｎ−Ｍｎ、Ｎ−Ｔｉ等の金属窒化物を使用する。
【００３２】
（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である。
【００３３】
（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。
【００３４】
なお、本発明に係るワイヤ１では、ワイヤ作製時にワイヤ成分（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、本発明に係るワイヤ１は、その表面に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。
【００３５】
また、本発明に係るワイヤ１の製造方法は、例えば、所定の組成を有する帯鋼で筒状の鋼製外皮２を形成する工程と、その鋼製外皮２の内部に所定の組成を有するフラックス３を充填する工程と、フラックス３が充填された鋼製外皮２を所定の外径まで伸線加工してワイヤ１とする工程と、必要に応じてワイヤ１の表面にＣｕ鍍金を行う工程とを含むものである。しかしながら、ワイヤ１が製造できれば、前記製造方法に限定されるものではない。
【実施例】
【００３６】
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。
【００３７】
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：０．００８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）の内側にフラックスを充填して、表１、表２に示すワイヤ成分からなるワイヤ径１．２ｍｍの図１（ｂ）に示すシームタイプのフラックス入りワイヤ（実施例：Ｎｏ．１〜２０、比較例：Ｎｏ．２１〜４０）を作製した。
【００３８】
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「燃焼赤外線吸収法」によって、Ｎ量は「不活性ガス融解熱伝導度法」によって、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｍｇ量は「ＩＣＰ発光分光分析法」によって、測定した。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。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。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
作製されたフラックス入りワイヤを用いて、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フラックス入りワイヤの総合評価を行った。
【００４５】
（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。
【００４６】
【表３】
【００４７】
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、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、セラミック製の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。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。評価基準は、割れ率０％のとき「優れている：○」、割れ有りのとき「劣っている：×」とした。その結果を表４、表５に示す。
【００４８】
（機械的性質）
ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、引張強さ、靭性の評価基準としての０℃吸収エネルギーについて評価した。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。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。その結果を表４、表５に示す。
【００４９】
（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。なお、評価基準は、スパッタ発生、ヒューム発生、ビード垂れ、ビード外観不良等に加え、低温割れやブローホール、生産中の断線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。その結果を表４、表５に示す。
【００５０】
（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「○」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「優れている：○」、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。
【００５１】
【表４】
【００５２】
【表５】
【００５３】
表１、表４に示すように、実施例（Ｎｏ．１〜２０）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、総合評価においても、優れていた。
【００５４】
表２、表５に示すように、比較例（Ｎｏ．２１）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．２２）は、Ｃ量が上限値を超えるため、機械的性質および耐高温割れ性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．２３）は、Ｓｉ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．２４）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。
【００５５】
比較例（Ｎｏ．２５）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．２６）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．２７）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．２８）は、Ｔｉ量が上限値を超えるため、耐高温割れ性および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。
【００５６】
比較例（Ｎｏ．２９）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．３０）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．３１）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．３２）は、Ａｌ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。
【００５７】
比較例（Ｎｏ．３３）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．３４）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．３５）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．３６）は、Ｍｇ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。
【００５８】
比較例（Ｎｏ．３７）は、Ｎ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．３８）は、Ｎ量が上限値を超えるため、機械的特性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、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．４０）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。
【００５９】
以上の結果から、実施例（Ｎｏ．１〜２０）は、比較例（Ｎｏ．２１〜４０）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。
【符号の説明】
【００６０】
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、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板のガスシールドアーク溶接に使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】
従来から、鋼板の溶接、特に、片面突合せ継手溶接においては、初層溶接部（溶接金属）に発生する高温割れを抑制することが要望されている。このような高温割れの発生を抑制する方法として、以下のような技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、耐高温割れ性を改善する方法として、溶接速度を下げ、溶接電流を低くするなど溶接能率を犠牲にした溶接施工にすることが提案されている。また、特許文献１では、耐高温割れ性を改善する方法として、溶接金属中のＢ量を低減すること、または、溶接用ワイヤ中の不純物中のＳ含有量を低減することも提案されている。
【０００４】
特許文献２では、耐高温割れ性を改善する方法として、溶接用ワイヤにＣａＯを含有させて、溶接中に発生する溶融スラグ中にＣａＯが添加されるようにして、裏ビード形状の凹凸を無くすことが提案されている。また、特許文献２では、耐高温割れ性を改善する方法として、ワイヤ成分としてのＣ量を高めにして、裏ビード形成を安定化させることも提案されている。
【０００５】
特許文献３では、耐高温割れ性を改善する方法として、フェライト系ステンレス鋼の溶接部の溶接金属の結晶粒径を微細にするために、ワイヤ成分としてＡＩ、ＴｉおよびＮを含有させ、溶接金属中にＡｌおよびＴｉの窒化物を存在させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１３０４５２号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９４０４号公報
【特許文献３】特開２００２−３３６９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の改善方法では、近時、溶接能率を向上した溶接施工条件の適用が拡大しつつあること、また、ワイヤ成分の不純物元素としてのＳの含有量の低減にも限界があるため、溶接金属に発生する高温割れを抑制できないという問題がある。また、特許文献１で提案されたワイヤ成分としてのＢの含有量の低減は、耐高温割れ性の改善には効果があるものの、低温靭性の低下を招くという問題がある。
【０００８】
特許文献２の改善方法では、溶融スラグへのＣａＯの添加は、溶融スラグの粘性と融点を低減させ、流動性が過剰となり、立向姿勢の溶接においてビード垂れ等が発生し、作業性が低下するという問題がある。また、高温割れの発生が最も問題となる片面突合せ継手溶接の初層パスでは、母材希釈の影響を大きく受けるため、特許文献２で提案されたＣ量を高めに限定したワイヤにおいては、安定した母材希釈が得られず、安定した耐高温割れ性を得ることができない。その結果、ワイヤの使用できる母材選択範囲が限られるという問題がある。
【０００９】
特許文献３の改善方法では、ワイヤが１５〜２５質量％のＣｒを含有するため、フェライト系ステンレス鋼の溶接部へのＮの溶解度が増加する。そのため、溶接部の結晶粒径を微細にすべく、ＡｌおよびＴｉの窒化物を活用するためにＮを多量（０．０４〜０．２質量％）に添加しても問題が生じない。
【００１０】
しかしながら、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板を溶接する場合、溶接部へのＮの溶解度が小さく、多量のＮ添加は、溶接部の溶解度を超えるため、ブローホールなどの欠陥を発生しやすいという問題がある。
【００１１】
また、ＴｉＯ２を含有するワイヤを使用した場合には、溶接金属中に多量（５００〜７００ｐｐｍ）の酸素が存在し、Ｔｉ窒化物を生成すべく添加したＴｉの大部分は酸化物として消費される。そのため、Ｔｉ窒化物を生成すべく多量のＴｉを添加する必要があるが、その場合には、溶接金属中にＴｉの大部分が溶存し、溶接金属の凝固温度を下げるため、かえって高温割れが発生しやすくなるという問題がある。また、靭性などの機械的特性なども劣化すると共に、多量のＴｉ添加は経済性の面からも好ましくないという問題もある。
【００１２】
したがって、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接において、溶接部に発生する高温割れを抑制する手段として、Ｔｉの窒化物を活用し、溶接部の結晶粒を微細化することは、従来困難であった。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の片面突合せ継手溶接の初層溶接部で問題となる耐高温割れ性に優れ、全姿勢溶接における溶接作業性および溶接金属の機械的特性が優れた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】
【００１４】
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、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接に使用され、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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：０．０２〜０．１０質量％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、Ｍｎ：１．７〜４．０質量％、Ｔｉ：０．０５〜１．００質量％、ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、Ａｌ：０．２０〜１．５０質量％、Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜１．０質量％、Ｍｇ：０．３〜２．０質量％、Ｎ：０．００５〜０．０３５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１５】
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、ＭｇおよびＮを含有することによって、溶接部（溶接金属）での高温割れが抑制されると共に、機械的強度が向上し、かつ、溶接作業性が向上する。特に、所定量のＴｉ、Ａｌ、ＭｇおよびＮを含有することによって、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ＴｉＮに制御できる。その結果、溶接部（溶接金属）の凝固組織を微細化でき、高温割れが抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
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およびＮを含有することによって、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の片面突合せ継手溶接の初層溶接部で問題となる耐高温割れ性に優れ、全姿勢溶接における溶接作業性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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
本発明に係るフラックス入りワイヤは、軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接に使用される。また、本発明に係るフラックス入りワイヤは、ガスシールドアーク溶接に好適に使用され、片面突合せ継手溶接において優れた効果を発揮するもので、特に溶接方法は限定されない。
【００１９】
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。
【００２０】
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、ＭｇおよびＮを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。
【００２１】
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表したものである。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表したものである。なお、ワイヤ１を構成する成分のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇおよびＮ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。
【００２２】
（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すると共に、ビード外観不良が発生し、溶接作業性が低下する。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。
【００２３】
（Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、好ましくは、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０．０２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量により溶接部に高温割れが発生する。Ｃ量が０．１０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、Ｆｅ−Ｍｎ等の合金粉、鉄粉等を用いる。
【００２４】
（Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、好ましくは、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０．０５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１．５０質量％を超えると、溶接部に高温割れが発生する。なお、Ｓｉ源としては、例えば、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。
【００２５】
（Ｍｎ：１．７〜４．０質量％、好ましくは、２．４〜３．７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１．７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、溶接部に高温割れが発生する。Ｍｎ量が４．０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。なお、Ｍｎ源としては、例えば、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金を用いる。
【００２６】
（Ｔｉ：０．０５〜１．００質量％、好ましくは、０．２０〜１．００質量％）
Ｔｉ（金属Ｔｉ）は、溶接部（溶接金属）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Ｎと結合し、溶接金属中の介在物を核生成促進に効果的なＴｉＮに制御できる。その結果、溶接継手（溶接部）の凝固組織が微細され、溶接部の高温割れ抑制作用が改善される。Ｔｉ量（金属Ｔｉ）が０．０５質量％未満では、上記効果が十分ではなく、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。さらに、溶接金属中のＴｉが溶存として存在し、溶接金属の凝固温度を低下させ高温割れが発生する。なお、Ｔｉ源としては、例えば、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉を用いる。
【００２７】
（ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％）
ＴｉＯ２（Ｔｉ酸化物）は、全姿勢溶接における溶接作業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。
【００２８】
（Ａｌ：０．２０〜１．５０質量％、好ましくは、０．２０〜０．５０質量％）
Ａｌは、強脱酸剤であり溶接継手（溶接金属）中に生成する介在物から、Ａｌに比べ脱酸力の弱いＴｉからなるＴｉ酸化物を還元し、核生成促進に効果的なＴｉＮを生成させる効果がある。その結果、溶接金属の凝固組織が微細化される。さらに、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりも安定する。これらの効果から、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０．２０質量％未満では、脱酸が十分でなく、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１．５０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、Ａｌ金属粉、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉を用いる。
【００２９】
（Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜１．０質量％、好ましくは、０．０５〜０．５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１．０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。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。
【００３０】
（Ｍｇ：０．３〜２．０質量％、好ましくは、０．３〜１．０質量％）
Ｍｇは、強脱酸剤であり溶接継手（溶接金属）中に生成する介在物から、Ｍｇに比べ脱酸力の弱いＴｉからなるＴｉ酸化物を還元し、核生成促進に効果的なＴｉＮを生成させる効果がある。その結果、溶接金属の凝固組織が微細化される。さらに、溶接金属の酸素量を低下させ、Ｍｎの歩留まりも安定する。これらの効果から、溶接部の高温割れ抑制作用が改善し、靭性も安定化する。Ｍｇ量が０．３質量％未満では、前記効果が十分ではなく、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２．０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、スパッタ発生量が多くなる。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。
【００３１】
（Ｎ：０．００５〜０．０３５質量％）
Ｎは、核生成促進に効果的なＴｉＮを生成させるためには不可欠なものである。そして、ＴｉＮの生成により、溶接金属の凝固組織が微細化され、耐高温割れ性が改善される。Ｎ量が０．００５質量％未満では、上記効果が十分ではなく、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。Ｎ量が０．０３５質量％を超えると、溶接金属中にブローホールが発生する。また溶接部の強度が過多となり、靭性が低下する。なお、Ｎ源としては、例えば、Ｎ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｎ−Ｃｒ、Ｎ−Ｓｉ、Ｎ−Ｍｎ、Ｎ−Ｔｉ等の金属窒化物を使用する。
【００３２】
（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である。
【００３３】
（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。
【００３４】
なお、本発明に係るワイヤ１では、ワイヤ作製時にワイヤ成分（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、本発明に係るワイヤ１は、その表面に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。
【００３５】
また、本発明に係るワイヤ１の製造方法は、例えば、所定の組成を有する帯鋼で筒状の鋼製外皮２を形成する工程と、その鋼製外皮２の内部に所定の組成を有するフラックス３を充填する工程と、フラックス３が充填された鋼製外皮２を所定の外径まで伸線加工してワイヤ１とする工程と、必要に応じてワイヤ１の表面にＣｕ鍍金を行う工程とを含むものである。しかしながら、ワイヤ１が製造できれば、前記製造方法に限定されるものではない。
【実施例】
【００３６】
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。
【００３７】
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：０．００８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）の内側にフラックスを充填して、表１、表２に示すワイヤ成分からなるワイヤ径１．２ｍｍの図１（ｂ）に示すシームタイプのフラックス入りワイヤ（実施例：Ｎｏ．１〜２０、比較例：Ｎｏ．２１〜４０）を作製した。
【００３８】
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「燃焼赤外線吸収法」によって、Ｎ量は「不活性ガス融解熱伝導度法」によって、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｍｇ量は「ＩＣＰ発光分光分析法」によって、測定した。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。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。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
作製されたフラックス入りワイヤを用いて、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フラックス入りワイヤの総合評価を行った。
【００４５】
（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。
【００４６】
【表３】
【００４７】
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、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、セラミック製の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。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。評価基準は、割れ率０％のとき「優れている：○」、割れ有りのとき「劣っている：×」とした。その結果を表４、表５に示す。
【００４８】
（機械的性質）
ＪＩＳ Ｚ３３１３に準じて、引張強さ、靭性の評価基準としての０℃吸収エネルギーについて評価した。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。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。その結果を表４、表５に示す。
【００４９】
（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。なお、評価基準は、スパッタ発生、ヒューム発生、ビード垂れ、ビード外観不良等に加え、低温割れやブローホール、生産中の断線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。その結果を表４、表５に示す。
【００５０】
（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「○」かつ機械的性質および溶接作業性が「○」のとき「優れている：○」、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。
【００５１】
【表４】
【００５２】
【表５】
【００５３】
表１、表４に示すように、実施例（Ｎｏ．１〜２０）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、総合評価においても、優れていた。
【００５４】
表２、表５に示すように、比較例（Ｎｏ．２１）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．２２）は、Ｃ量が上限値を超えるため、機械的性質および耐高温割れ性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．２３）は、Ｓｉ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．２４）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。
【００５５】
比較例（Ｎｏ．２５）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．２６）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．２７）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．２８）は、Ｔｉ量が上限値を超えるため、耐高温割れ性および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。
【００５６】
比較例（Ｎｏ．２９）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．３０）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．３１）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．３２）は、Ａｌ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。
【００５７】
比較例（Ｎｏ．３３）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．３４）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．３５）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．３６）は、Ｍｇ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。
【００５８】
比較例（Ｎｏ．３７）は、Ｎ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．３８）は、Ｎ量が上限値を超えるため、機械的特性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、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．４０）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。
【００５９】
以上の結果から、実施例（Ｎｏ．１〜２０）は、比較例（Ｎｏ．２１〜４０）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。
【符号の説明】
【００６０】
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】
軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接に使用され、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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：０．０２〜０．１０質量％、
Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、
Ｍｎ：１．７〜４．０質量％、
Ｔｉ：０．０５〜１．００質量％、
ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、
Ａｌ：０．２０〜１．５０質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜１．０質量％、
Ｍｇ：０．３〜２．０質量％、
Ｎ：０．００５〜０．０３５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
【請求項１】
軟鋼または高張力鋼からなる鋼板の溶接に使用され、鋼製外皮内にフラックスを充填してなる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：０．０２〜０．１０質量％、
Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、
Ｍｎ：１．７〜４．０質量％、
Ｔｉ：０．０５〜１．００質量％、
ＴｉＯ２：５．０〜８．０質量％、
Ａｌ：０．２０〜１．５０質量％、
Ａｌ２Ｏ３：０．０５〜１．０質量％、
Ｍｇ：０．３〜２．０質量％、
Ｎ：０．００５〜０．０３５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２５２７１（Ｐ２０１１−２５２７１Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２５０４（Ｐ２００９−１７２５０４）
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【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２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]