Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ
【課題】 アークを安定させて溶接作業性を改善し、しかも低温靭性、耐割れ性を高めることができるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】 Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックス粉末を充填し、フラックス粉末にワイヤ全重量に対し４〜１０重量％の非金属粉末を含有する。非金属粉末中に非金属粉末に対して１０〜３７重量％のＴｉＯ２と、２０〜６５重量％のフッ化物と、０．１〜１５重量％のＭｇＴｉＯ３と、１〜３０重量％のＫ２ＴｉＯ３またはＣａＴｉＯ３と、アークの安定とスラグの流動性を高める役割を果たすその他の酸化金属と、不可避不純物とを含有する。
【解決手段】 Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックス粉末を充填し、フラックス粉末にワイヤ全重量に対し４〜１０重量％の非金属粉末を含有する。非金属粉末中に非金属粉末に対して１０〜３７重量％のＴｉＯ２と、２０〜６５重量％のフッ化物と、０．１〜１５重量％のＭｇＴｉＯ３と、１〜３０重量％のＫ２ＴｉＯ３またはＣａＴｉＯ３と、アークの安定とスラグの流動性を高める役割を果たすその他の酸化金属と、不可避不純物とを含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食、耐熱が要求される構造物及びＬＮＧタンク等の極低温構造物の溶接に多用されるＮｉ基合金フラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−３０９５８３号（特許文献１）、特開平１０−１８０４８６号（特許文献２）、特開平１０−２９６４８６号（特許文献３）には、Ｎｉ基合金からなる外皮内に、非金属粉末を含むフラックス粉末が充填されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤが示されている。この種のワイヤは、Ｎｉ鋼からなる極低温構造物の溶接に用いられることが多い。これらのワイヤにおいては、フラックス粉末の非金属粉末として、ＴｉＯ２等の金属酸化物やフッ化物が用いられている。ＴｉＯ２はアークを安定させて溶接作業性を改善する役割を果たしている。しかしながら、ＴｉＯ２が用いられると、溶接金属の低温靭性、耐割れ性等の機械的性質が低下する。そこで、ＣａＯやＭｇＯを含む複酸化物等を加えて溶接金属の低温靭性、耐割れ性を高めている。
【特許文献１】特開平８−３０９５８３号
【特許文献１】特開平１０−１８０４８６号
【特許文献１】特開平１０−２９６４８６号
【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、従来のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、ＣａＯやＭｇＯを加えても低温靭性、耐割れ性を十分に高めることはできなかった。特に外皮としてＮｉ基合金を用いた場合には、溶融金属の湯流れが悪くなり、低温靭性、耐割れ性を十分に高めるには限界があった。
【０００４】
本発明の目的は、アークを安定させて溶接作業性を改善し、しかも低温靭性、耐割れ性を高めることができるＮｉ基合金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】
【０００５】
本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックス粉末が充填され、フラックス粉末にワイヤ全重量に対し４〜１０重量％の非金属粉末が含有されている。そして、非金属粉末は、非金属粉末全量を１００重量％とした場合における１０〜３７重量％のＴｉＯ２と、２０〜６５重量％のフッ化物と、０．１〜１５重量％のＭｇＴｉＯ３と、１〜３０重量％のＫ２ＴｉＯ３またはＣａＴｉＯ３と、アークの安定とスラグの流動性を高める役割を果たすその他の酸化金属と、不可避不純物とを含有する。本発明によれば、特に、ＭｇＴｉＯ３（チタン酸マグネシウム）の量がフラックス粉末に対して０．１〜１５重量％であり、Ｋ２ＴｉＯ３（チタン酸カリウム）またはＣａＴｉＯ３（チタン酸カルシウム）の量がフラックス粉末に対して１〜３０重量％であるため、溶接金属の低温靭性、耐割れ性を高めることができる。これは、ＣａＯ成分やＭｇＯ成分がチタン酸マグネシウムや他のチタン酸塩により安定して存在し、溶接金属中の酸素量を低下できるためであると考えられる。このため、ＴｉＯ２成分の量を高くしてアークを安定させて溶接作業性を改善し、しかも低温靭性、耐割れ性を高めることができるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを得ることができる。ＭｇＴｉＯ３（チタン酸マグネシウム）のフラックス粉末に対する量が０．１重量％を下回ったり、１５重量％を上回る場合や、Ｋ２ＴｉＯ３（チタン酸カリウム）またはＣａＴｉＯ３（チタン酸カルシウム）のフラックス粉末に対する量が１重量％を下回ったり、３０重量％を上回る場合は、溶接金属の低温靭性、耐割れ性を十分に高めることができない。
【０００６】
また、ＴｉＯ２とＴｉＯ２を含む複酸化物中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、フッ化物、ＣａＯを含む複酸化物中のＣａＯからなるＣａＯ成分、ＭｇＯを含む複酸化物中のＭｇＯからなるＭｇＯ成分の非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ重量％と定義したときに、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％、Ｂｅｑ＝フッ化物成分重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、ＴｉＯ２成分、フッ化物、ＣａＯ成分及びＭｇＯ成分の量を定めるのが好ましい。
【０００７】
また、その他の酸化金属に、ＳｉＯ２と、ＳｉＯ２を含む複酸化物と、ＺｒＯ２と、ＺｒＯ２を含む複酸化物と、Ａｌ２Ｏ３と、Ａｌ２Ｏ３を含む複酸化物と、ＣａＯと、ＣａＯを含む複酸化物と、ＭｇＯと、ＭｇＯを含む複酸化物との少なくとも一つを含む場合は、ＳｉＯ２とＳｉＯ２を含む複酸化物中のＳｉＯ２とを合わせたＳｉＯ２成分、ＺｒＯ２とＺｒＯ２を含む複酸化物中のＺｒＯ２とを合わせたＺｒＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３を含む複酸化物中のＡｌ２Ｏ３とを合わせたＡｌ２Ｏ３成分、ＣａＯとＣａＯを含む複酸化物中のＣａＯとを合わせたＣａＯ成分、ＭｇＯとＭｇＯを含む複酸化物中のＭｇＯとを合わせたＭｇＯ成分の非金属粉末に対する重量％を、それぞれＳｉＯ２成分重量％、ＺｒＯ２成分重量％、Ａｌ２Ｏ３成分重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％＋０．６５×ＺｒＯ２成分重量％＋０．７８×Ａｌ２Ｏ３成分重量％、Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、ＴｉＯ２成分、ＳｉＯ２成分、ＺｒＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分、フッ化物、ＣａＯ成分及びＭｇＯ成分の量が定めるのが好ましい。なお、ここでいう複酸化物とは、複数の金属と酸素との化合物である。
【０００８】
ＴｉＯ２を含む複酸化物としては、Ｋ２ＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＭｇＴｉＯ３等がある。ＳｉＯ２を含む複酸化物としては、ＣａＳｉＯ３，ＭｇＳｉＯ３，Ｋ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ１２・２Ｈ２Ｏ，Ｎａ２ＳｉＯ３，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２，Ｎａ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２等がある。ＺｒＯ２を含む複酸化物としては、ＺｒＳｉＯ４等がある。Ａｌ２Ｏ３を含む複酸化物としては、Ｋ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ１２・２Ｈ２Ｏ，Ｋ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２，Ｎａ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２等がある。フッ化物としては、ＣａＦ２、ＮａＦ、ＭｇＦ２、ＢａＦ２、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ４等がある。ＣａＯを含む複酸化物としては、ＣａＣＯ３、ＣａＳｉＯ３、ＣａＴｉＯ３等がある。ＭｇＯを含む複酸化物としては、ＭｇＣＯ３、ＭｇＳｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３等がある。
【０００９】
このようにすれば、通常のフラックス入りワイヤによる溶接金属中の酸素量が０．１重量％程度であるのに対し、０．０７重量％以下に低減できる。フッ化物、ＣａＯ、ＭｇＯは、溶接金属中の酸素量を減少させるように作用し、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、溶接金属中の酸素量を増加させるように作用するためであると考えられる。そのため、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５と設定することにより、溶接金属中の酸素量を低減して、溶接金属の低温靭性、耐割れ性を高めることができる。Ａｅｑが６０を上回ったり、Ｂｅｑが３５を下回ると、溶接金属中の酸素量を低減させることができない。
【００１０】
ＴｉＯ２及び／またはフッ化物が天然原料からなるＴｉＯ２結晶及び／またはフッ化物結晶から生成されている場合、ＴｉＯ２及び／またはフッ化物は、ＴｉＯ２結晶及び／またはフッ化物結晶が６５０℃〜１，０００℃の温度で焼成されて生成されているのが好ましい。天然原料から生成したＴｉＯ２結晶及び／またはフッ化物結晶は、地殻内で液相(マグマ)から晶出し、結晶内にＨ２Ｏを含んでいる。このＨ２Ｏは、そのままでは溶接時アーク熱により溶接金属に放出され、溶接金属の機械的性質の悪化や、溶接割れの原因となる。そのため、本発明によれば、６５０℃〜１，０００℃の温度での焼成により、結晶内のＨ２Ｏが除去されて、溶接金属の機械的性質が良好になり、溶接割れを防ぐことができる。６５０℃を下回ると十分にＨ２Ｏを除去することができない。１，０００℃を上回ると、Ｈ２Ｏがほとんど無くなり、焼結等の生じる。
【００１１】
フラックス粉末内にはワイヤ全重量に対し２重量％〜２０重量％のＮｉ基合金からなる芯線を配置することができる。このような芯線を配置すれば、アークをさらに安定させることができ、耐割れ性を改善できる。
【００１２】
特に、非金属粉末中に非金属粉末に対して１４〜３０重量％のＴｉＯ２と、２６〜４４重量％のＣａＦ２と、８〜１０重量％のＭｇＴｉＯ３と、１３〜２８重量％のＣａＴｉＯ３と、０．９〜１６重量％のＣａＳｉＯ３と、０．１〜３．０重量％のＦｅ酸化物と、０．１〜３．０重量％のＭｎ酸化物と、０．１〜４重量％のＮａ２Ｏと、０．１〜１．２重量％のＫ２Ｏと、不可避不純物とを含有すれば、上向きの溶接姿勢が可能になることが確認された。
【００１３】
この場合、ＴｉＯ２とＭｇＴｉＯ３及びＣａＴｉＯ３中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、ＣａＳｉＯ３中のＳｉＯ２からなるＳｉＯ２成分、フッ化物、ＣａＴｉＯ３及びＣａＳｉＯ３中のＣａＯからなるＣａＯ成分、ＭｇＴｉＯ３中のＭｇＯからなるＭｇＯ成分の非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、ＳｉＯ２成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％、Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、ＴｉＯ２成分、ＳｉＯ２成分、フッ化物、ＣａＯ成分及びＭｇＯ成分の量を定めればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤを用いて溶接を行えば、溶接金属中の酸素量を低下させることができる。これは、チタン酸マグネシウムと、１重量％以上のチタン酸マグネシウム以外のチタン酸塩１種以上が安定しているためであると考えられる。また、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％＋０．６５×ＺｒＯ２成分重量％＋０．７８×Ａｌ２Ｏ３成分重量％、Ｂｅｑ＝フッ化物成分重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％で算出される式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５であるため、通常のフラックス入りワイヤによる溶接金属中の酸素量が０．１重量％程度であるのに対し、０．０７重量％以下に低減できる。そのため、溶接金属の低温靭性、耐割れ性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの断面図である。本例のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、外皮１と、外皮１内に配置されたフラックス粉末３とを有している。外皮１は、表２に示すようなＮｉまたはＮｉを主とする合金（Ｎｉ基合金）からなり、厚み約０．２ｍｍの管状の形状を有している。外皮１は、細長い外皮用金属板が成形されて構成されており、相互に重なる外皮１の合わせ目１ｃ，１ｄを有している。
【００１６】
フラックス粉末３は、ワイヤ全重量に対し１０〜３０重量％であり、非金属粉末と金属粉末とが混合されている。非金属粉末は、平均粒子径１０μｍ〜８０μｍであり、ワイヤ全重量に対し４〜１０重量％である。非金属粉末の内訳は、下記の表１の実施例１〜１２，１４，１７〜２２に示される。その他はアークの安定とスラグの流動性を高める役割を果たす酸化金属と、不可避不純物とを含んでいる。非金属粉末中のＴｉＯ２及びＣａＦ２が天然原料から生成したＴｉＯ２結晶及びＣａＦ２結晶からなる場合、ＴｉＯ２及びＣａＦ２は、ＴｉＯ２結晶及びＣａＦ２結晶を６５０℃〜１，０００℃の温度で焼成している。焼成により結合して固まりになった場合は、粉砕を行えばよい。金属粉末は、Ｎｉ，Ｎｉ合金，Ｃｒ，Ｃｒ合金，Ｍｎ，Ｍｎ合金等が用いられている。
【００１７】
図２は、本発明の他の実施の形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの断面図である。本例のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、外皮１１と、外皮１１内に配置されたフラックス粉末１３と、フラックス粉末１３内に配置された芯線１５とを有している。芯線１５を有している点以外は、図１に示す実施例と同じ構造である。芯線１５は、ＮｉまたはＮｉ合金からなり、約０．３ｍｍの径寸法を有している。外皮１１の内周面と芯線１５の外周面とは部分的に接触していてもよい。
【００１８】
なお、後述する下記の表１の実施例１３，１５及び１６は、本例のワイヤの仕様の例を示している。
【００１９】
また、上記図１及び図２に示すワイヤは、合わせ目を有する外皮を用いた例を示したが、合わせ目を持たない外皮（シームレス）を用いたワイヤにも本発明を適用できるのは勿論である。
【００２０】
図１及び図２に示すＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、例えば、特開２００３−１０３３９４号公報等に示される公知の方法により製造することができる。
【００２１】
次に、表１〜表５に示すように１．２ｍｍ径のＮｉ基合金フラックス入りワイヤを作り、本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの効果を確認する試験を行った。表１は、本発明の実施例のワイヤの非金属粉末に関する仕様であり、表２は比較例のワイヤの非金属粉末に関する仕様であり、表３は、表１及び表２のワイヤのその他の仕様を示す表である。表３に示す金属粉末は、溶接金属の性能を高められるように、外皮や非金属粉末の成分に合わせて調整した。表４は、表１及び表２に示す各ワイヤに用いた外皮の成分表であり、表５は、表１の内、実施例１７〜実施例２０のワイヤの成分の表である。なお、実施例１〜３及び１８〜２２は耐食、耐熱に主な作用を有するワイヤであり、実施例４〜１７はＬＮＧタンク等の極低温用途に用いるのに好適なワイヤである。また、表１において、ＴｉＯ２成分とは、ＴｉＯ２と、ＴｉＯ２を含む複酸化物（Ｋ２ＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＭｇＴｉＯ３等）中のＴｉＯ２とを合わせた成分である。ＳｉＯ２成分とは、ＳｉＯ２と、ＳｉＯ２を含む複酸化物（ＣａＳｉＯ３，ＭｇＳｉＯ３，Ｋ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ１２・２Ｈ２Ｏ，Ｎａ２ＳｉＯ３，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２，Ｎａ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２等）中のＳｉＯ２とを合わせた成分である。ＺｒＯ２成分とは、ＺｒＯ２と、ＺｒＯ２を含む複酸化物（ＺｒＳｉＯ４等）中のＺｒＯ２とを合わせた成分である。Ａｌ２Ｏ３成分とは、Ａｌ２Ｏ３と、Ａｌ２Ｏ３を含む複酸化物（Ｋ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ１２・２Ｈ２Ｏ，Ｋ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２，Ｎａ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２等）中のＡｌ２Ｏ３とを合わせた成分である。フッ化物成分とは、フッ化物（ＣａＦ２、ＮａＦ、ＭｇＦ２、ＢａＦ２、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ４等）の成分である。ＣａＯ成分とは、ＣａＯと、ＣａＯを含む複酸化物（ＣａＣＯ３、ＣａＳｉＯ３、ＣａＴｉＯ３等）中ＣａＯとを合わせた成分である。ＭｇＯ成分とは、ＭｇＯと、ＭｇＯを含む複酸化物（ＭｇＣＯ３、ＭｇＳｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３等）中のＭｇＯとを合わせた成分である。以上の各成分の量は非金属粉末に対する重量％である。また、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉＯ３）、チタン酸マグネシウム以外のチタン酸塩１種以上（Ｋ２ＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３）の量はフラックス粉末に対する重量％である。
【００２２】
また、Ａｅｑとは、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％＋０．６５×ＺｒＯ２成分重量％＋０．７８×Ａｌ２Ｏ３成分重量％の式から算出した値であり、Ｂｅｑとは、Ｂｅｑ＝フッ化物成分重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％の式から算出した値である。なお、ＺｒＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分、ＣａＯ成分が含まれていない場合は、それらの成分を０重量％として算出した。また、表１及び表２に示すワイヤにおいては、ＴｉＯ２及び／またはＣａＦ２（フッ化物）が天然原料からなるＴｉＯ２結晶及び／またはＣａＦ２（フッ化物）結晶から生成されている場合は、ＴｉＯ２結晶及び／またはＣａＦ２結晶を６５０℃〜１，０００℃の温度で焼成してＴｉＯ２及び／またはＣａＦ２（フッ化物）を生成した。即ち、表１及び表２において、「焼成した非金属結晶」に記載されているＴｉＯ２及び／またはＣａＦ２が記載されている場合は、ＴｉＯ２及び／またはＣａＦ２は、天然原料からなるＴｉＯ２結晶及び／またはＣａＦ２（フッ化物）結晶を焼成した生成したものである。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【００２３】
なお、表５におけるＦｅ酸化物、Ｍｎ酸化物は、スラグの流動性を高める役割を果たし、ＮａＯ２及びＫ２Ｏは、アークの安定性を高める役割を果たす。これらの非金属粉末は、母材（Ｎｉ鋼）に合わせて調合されている。
【００２４】
次に、各ワイヤを８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを用いて、２００Ａ−３０Ｖ−３０ｃｐｍ（ＤＣＲＰ）の条件で溶接を行った。そして、溶接金属中の酸素量と、溶接作業性と割れ試験とを行った。溶接作業性及び割れ試験結果を表５に示す。表５の溶接作業性の評価は、◎：非常に良い、○：良い、△：やや劣る、×：劣るにより行った。溶接作業性の総合の評価は、◎：３点、○：２点、△：１点、×：０点の合計点から求めた。割れ試験は、Ｔ字割れ試験とビード縦曲げ試験を行った。Ｔ字割れ試験は、ＪＩＳ・Ｚ・３１５３：１９９３に準拠して行った。ただし、Ｔ字型に配置した２つの板材は１ｍｍの間隔をあけて配置した。具体的には、図３に示すように、間隙Ｇを隔ててＴ字形に配置された２つの板材２１，２３を試験ビード２５と拘束ビード２７により接合し、試験ビード２５のクレータ部以外での割れの有無を染色浸透探傷試験方法により調べた。ビード縦曲げ試験は、ＪＩＳ・Ｚ・３１２２に準拠して行った。ただし曲げ半径は３＋（１／３）ｔ（ｔは試験片の厚み）とした。具体的には、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、２つの板材３１，３３の側面が溶接金属３５により結合された試験片を作り、縦曲げを行って割れの有無を調べた。さらに、各ワイヤを８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを用いて、１５０Ａ−２８Ｖ（ＤＣＲＰ）の条件で、半自動溶接により立向上進姿勢の溶接を行い、立向上進姿勢溶接の難易度を判定した。
【表６】
【００２５】
表６より、実施例１〜２２のワイヤを用いた溶接では、比較例１〜２０のワイヤを用いた場合に比べて、溶接金属中の酸素量を少なくでき、しかも溶接作業性が向上しているのが分かる。表１及び表６からＢｅｑと溶接金属中の酸素量とをプロットした関係を図５に示し、Ａｅｑと溶接金属中の酸素量とをプロットした関係を図６に示す。なお、溶接金属中の酸素量は、ＪＩＳ・Ｚ・２６１３の金属材料の酸素定量方法通則に従い測定した。図５及び図６より、Ｂｅｑが３５以上でＡｅｑが６０以下であれば、溶接金属中の酸素量が０．０７重量％以下になるのが分かる。これは、フッ化物、ＣａＯ、ＭｇＯは、溶接金属中の酸素量を減少させるように作用し、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、溶接金属中の酸素量を増加させるように作用するからである。なお、比較材１は、Ｂｅｑが３５以上でＡｅｑが６０以下であるが、溶接金属中の酸素量が０．０９重量％と高くなっている。これは、チタン酸マグネシウムを含まないことに起因していると考えられる。また、ＭｇＴｉＯ３が０．０９重量％の比較例１９のワイヤでは、２種の割れ試験いずれでも割れが生じてい、１７．１４重量％の比較例２０のワイヤでは、Ｔ字割れ試験において割れが生じている。これより、ＭｇＴｉＯ３は０．１〜１５重量％が必要なのが分かる。
【００２６】
また、表６より、実施例１〜２２のワイヤを用いた溶接では、比較例１〜２０のワイヤを用いた場合に比べて、割れが生じにくいのが分かる。
【００２７】
次にＬＮＧタンク等への溶接を想定して、極低温における溶接金属中の酸素量と靭性との関係を調べた。靭性は、ＪＩＳ・Ｚ・３１１１の溶着金属の引張及び衝撃試験方法に準じ、−１９６℃で衝撃試験を行い、その吸収エネルギ値（ｖＥ−１９６）で評価した。図７はその測定結果を示している。図７より、酸素量が０．０７重量％以下の溶接金属は、８９Ｊ以上の良好な低温靭性を有しているのが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの断面図である。
【図３】試験に用いたＮｉ基合金フラックス入りワイヤによる溶接のＴ字割れ試験の態様を説明するための図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、試験に用いたＮｉ基合金フラックス入りワイヤによる溶接のビード縦曲げ試験の態様を説明するための図である。
【図５】Ｂｅｑと溶接金属中の酸素量との関係を示す図である。
【図６】Ａｅｑと溶接金属中の酸素量との関係を示す図である。
【図７】低温における溶接金属中の酸素量と靭性との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，１１ 外皮
３，１３ フラックス粉末
１５ 芯線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食、耐熱が要求される構造物及びＬＮＧタンク等の極低温構造物の溶接に多用されるＮｉ基合金フラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−３０９５８３号（特許文献１）、特開平１０−１８０４８６号（特許文献２）、特開平１０−２９６４８６号（特許文献３）には、Ｎｉ基合金からなる外皮内に、非金属粉末を含むフラックス粉末が充填されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤが示されている。この種のワイヤは、Ｎｉ鋼からなる極低温構造物の溶接に用いられることが多い。これらのワイヤにおいては、フラックス粉末の非金属粉末として、ＴｉＯ２等の金属酸化物やフッ化物が用いられている。ＴｉＯ２はアークを安定させて溶接作業性を改善する役割を果たしている。しかしながら、ＴｉＯ２が用いられると、溶接金属の低温靭性、耐割れ性等の機械的性質が低下する。そこで、ＣａＯやＭｇＯを含む複酸化物等を加えて溶接金属の低温靭性、耐割れ性を高めている。
【特許文献１】特開平８−３０９５８３号
【特許文献１】特開平１０−１８０４８６号
【特許文献１】特開平１０−２９６４８６号
【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、従来のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、ＣａＯやＭｇＯを加えても低温靭性、耐割れ性を十分に高めることはできなかった。特に外皮としてＮｉ基合金を用いた場合には、溶融金属の湯流れが悪くなり、低温靭性、耐割れ性を十分に高めるには限界があった。
【０００４】
本発明の目的は、アークを安定させて溶接作業性を改善し、しかも低温靭性、耐割れ性を高めることができるＮｉ基合金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】
【０００５】
本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックス粉末が充填され、フラックス粉末にワイヤ全重量に対し４〜１０重量％の非金属粉末が含有されている。そして、非金属粉末は、非金属粉末全量を１００重量％とした場合における１０〜３７重量％のＴｉＯ２と、２０〜６５重量％のフッ化物と、０．１〜１５重量％のＭｇＴｉＯ３と、１〜３０重量％のＫ２ＴｉＯ３またはＣａＴｉＯ３と、アークの安定とスラグの流動性を高める役割を果たすその他の酸化金属と、不可避不純物とを含有する。本発明によれば、特に、ＭｇＴｉＯ３（チタン酸マグネシウム）の量がフラックス粉末に対して０．１〜１５重量％であり、Ｋ２ＴｉＯ３（チタン酸カリウム）またはＣａＴｉＯ３（チタン酸カルシウム）の量がフラックス粉末に対して１〜３０重量％であるため、溶接金属の低温靭性、耐割れ性を高めることができる。これは、ＣａＯ成分やＭｇＯ成分がチタン酸マグネシウムや他のチタン酸塩により安定して存在し、溶接金属中の酸素量を低下できるためであると考えられる。このため、ＴｉＯ２成分の量を高くしてアークを安定させて溶接作業性を改善し、しかも低温靭性、耐割れ性を高めることができるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを得ることができる。ＭｇＴｉＯ３（チタン酸マグネシウム）のフラックス粉末に対する量が０．１重量％を下回ったり、１５重量％を上回る場合や、Ｋ２ＴｉＯ３（チタン酸カリウム）またはＣａＴｉＯ３（チタン酸カルシウム）のフラックス粉末に対する量が１重量％を下回ったり、３０重量％を上回る場合は、溶接金属の低温靭性、耐割れ性を十分に高めることができない。
【０００６】
また、ＴｉＯ２とＴｉＯ２を含む複酸化物中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、フッ化物、ＣａＯを含む複酸化物中のＣａＯからなるＣａＯ成分、ＭｇＯを含む複酸化物中のＭｇＯからなるＭｇＯ成分の非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ重量％と定義したときに、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％、Ｂｅｑ＝フッ化物成分重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、ＴｉＯ２成分、フッ化物、ＣａＯ成分及びＭｇＯ成分の量を定めるのが好ましい。
【０００７】
また、その他の酸化金属に、ＳｉＯ２と、ＳｉＯ２を含む複酸化物と、ＺｒＯ２と、ＺｒＯ２を含む複酸化物と、Ａｌ２Ｏ３と、Ａｌ２Ｏ３を含む複酸化物と、ＣａＯと、ＣａＯを含む複酸化物と、ＭｇＯと、ＭｇＯを含む複酸化物との少なくとも一つを含む場合は、ＳｉＯ２とＳｉＯ２を含む複酸化物中のＳｉＯ２とを合わせたＳｉＯ２成分、ＺｒＯ２とＺｒＯ２を含む複酸化物中のＺｒＯ２とを合わせたＺｒＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３を含む複酸化物中のＡｌ２Ｏ３とを合わせたＡｌ２Ｏ３成分、ＣａＯとＣａＯを含む複酸化物中のＣａＯとを合わせたＣａＯ成分、ＭｇＯとＭｇＯを含む複酸化物中のＭｇＯとを合わせたＭｇＯ成分の非金属粉末に対する重量％を、それぞれＳｉＯ２成分重量％、ＺｒＯ２成分重量％、Ａｌ２Ｏ３成分重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％＋０．６５×ＺｒＯ２成分重量％＋０．７８×Ａｌ２Ｏ３成分重量％、Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、ＴｉＯ２成分、ＳｉＯ２成分、ＺｒＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分、フッ化物、ＣａＯ成分及びＭｇＯ成分の量が定めるのが好ましい。なお、ここでいう複酸化物とは、複数の金属と酸素との化合物である。
【０００８】
ＴｉＯ２を含む複酸化物としては、Ｋ２ＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＭｇＴｉＯ３等がある。ＳｉＯ２を含む複酸化物としては、ＣａＳｉＯ３，ＭｇＳｉＯ３，Ｋ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ１２・２Ｈ２Ｏ，Ｎａ２ＳｉＯ３，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２，Ｎａ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２等がある。ＺｒＯ２を含む複酸化物としては、ＺｒＳｉＯ４等がある。Ａｌ２Ｏ３を含む複酸化物としては、Ｋ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ１２・２Ｈ２Ｏ，Ｋ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２，Ｎａ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２等がある。フッ化物としては、ＣａＦ２、ＮａＦ、ＭｇＦ２、ＢａＦ２、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ４等がある。ＣａＯを含む複酸化物としては、ＣａＣＯ３、ＣａＳｉＯ３、ＣａＴｉＯ３等がある。ＭｇＯを含む複酸化物としては、ＭｇＣＯ３、ＭｇＳｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３等がある。
【０００９】
このようにすれば、通常のフラックス入りワイヤによる溶接金属中の酸素量が０．１重量％程度であるのに対し、０．０７重量％以下に低減できる。フッ化物、ＣａＯ、ＭｇＯは、溶接金属中の酸素量を減少させるように作用し、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、溶接金属中の酸素量を増加させるように作用するためであると考えられる。そのため、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５と設定することにより、溶接金属中の酸素量を低減して、溶接金属の低温靭性、耐割れ性を高めることができる。Ａｅｑが６０を上回ったり、Ｂｅｑが３５を下回ると、溶接金属中の酸素量を低減させることができない。
【００１０】
ＴｉＯ２及び／またはフッ化物が天然原料からなるＴｉＯ２結晶及び／またはフッ化物結晶から生成されている場合、ＴｉＯ２及び／またはフッ化物は、ＴｉＯ２結晶及び／またはフッ化物結晶が６５０℃〜１，０００℃の温度で焼成されて生成されているのが好ましい。天然原料から生成したＴｉＯ２結晶及び／またはフッ化物結晶は、地殻内で液相(マグマ)から晶出し、結晶内にＨ２Ｏを含んでいる。このＨ２Ｏは、そのままでは溶接時アーク熱により溶接金属に放出され、溶接金属の機械的性質の悪化や、溶接割れの原因となる。そのため、本発明によれば、６５０℃〜１，０００℃の温度での焼成により、結晶内のＨ２Ｏが除去されて、溶接金属の機械的性質が良好になり、溶接割れを防ぐことができる。６５０℃を下回ると十分にＨ２Ｏを除去することができない。１，０００℃を上回ると、Ｈ２Ｏがほとんど無くなり、焼結等の生じる。
【００１１】
フラックス粉末内にはワイヤ全重量に対し２重量％〜２０重量％のＮｉ基合金からなる芯線を配置することができる。このような芯線を配置すれば、アークをさらに安定させることができ、耐割れ性を改善できる。
【００１２】
特に、非金属粉末中に非金属粉末に対して１４〜３０重量％のＴｉＯ２と、２６〜４４重量％のＣａＦ２と、８〜１０重量％のＭｇＴｉＯ３と、１３〜２８重量％のＣａＴｉＯ３と、０．９〜１６重量％のＣａＳｉＯ３と、０．１〜３．０重量％のＦｅ酸化物と、０．１〜３．０重量％のＭｎ酸化物と、０．１〜４重量％のＮａ２Ｏと、０．１〜１．２重量％のＫ２Ｏと、不可避不純物とを含有すれば、上向きの溶接姿勢が可能になることが確認された。
【００１３】
この場合、ＴｉＯ２とＭｇＴｉＯ３及びＣａＴｉＯ３中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、ＣａＳｉＯ３中のＳｉＯ２からなるＳｉＯ２成分、フッ化物、ＣａＴｉＯ３及びＣａＳｉＯ３中のＣａＯからなるＣａＯ成分、ＭｇＴｉＯ３中のＭｇＯからなるＭｇＯ成分の非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、ＳｉＯ２成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％、Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、ＴｉＯ２成分、ＳｉＯ２成分、フッ化物、ＣａＯ成分及びＭｇＯ成分の量を定めればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤを用いて溶接を行えば、溶接金属中の酸素量を低下させることができる。これは、チタン酸マグネシウムと、１重量％以上のチタン酸マグネシウム以外のチタン酸塩１種以上が安定しているためであると考えられる。また、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％＋０．６５×ＺｒＯ２成分重量％＋０．７８×Ａｌ２Ｏ３成分重量％、Ｂｅｑ＝フッ化物成分重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％で算出される式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５であるため、通常のフラックス入りワイヤによる溶接金属中の酸素量が０．１重量％程度であるのに対し、０．０７重量％以下に低減できる。そのため、溶接金属の低温靭性、耐割れ性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの断面図である。本例のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、外皮１と、外皮１内に配置されたフラックス粉末３とを有している。外皮１は、表２に示すようなＮｉまたはＮｉを主とする合金（Ｎｉ基合金）からなり、厚み約０．２ｍｍの管状の形状を有している。外皮１は、細長い外皮用金属板が成形されて構成されており、相互に重なる外皮１の合わせ目１ｃ，１ｄを有している。
【００１６】
フラックス粉末３は、ワイヤ全重量に対し１０〜３０重量％であり、非金属粉末と金属粉末とが混合されている。非金属粉末は、平均粒子径１０μｍ〜８０μｍであり、ワイヤ全重量に対し４〜１０重量％である。非金属粉末の内訳は、下記の表１の実施例１〜１２，１４，１７〜２２に示される。その他はアークの安定とスラグの流動性を高める役割を果たす酸化金属と、不可避不純物とを含んでいる。非金属粉末中のＴｉＯ２及びＣａＦ２が天然原料から生成したＴｉＯ２結晶及びＣａＦ２結晶からなる場合、ＴｉＯ２及びＣａＦ２は、ＴｉＯ２結晶及びＣａＦ２結晶を６５０℃〜１，０００℃の温度で焼成している。焼成により結合して固まりになった場合は、粉砕を行えばよい。金属粉末は、Ｎｉ，Ｎｉ合金，Ｃｒ，Ｃｒ合金，Ｍｎ，Ｍｎ合金等が用いられている。
【００１７】
図２は、本発明の他の実施の形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの断面図である。本例のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、外皮１１と、外皮１１内に配置されたフラックス粉末１３と、フラックス粉末１３内に配置された芯線１５とを有している。芯線１５を有している点以外は、図１に示す実施例と同じ構造である。芯線１５は、ＮｉまたはＮｉ合金からなり、約０．３ｍｍの径寸法を有している。外皮１１の内周面と芯線１５の外周面とは部分的に接触していてもよい。
【００１８】
なお、後述する下記の表１の実施例１３，１５及び１６は、本例のワイヤの仕様の例を示している。
【００１９】
また、上記図１及び図２に示すワイヤは、合わせ目を有する外皮を用いた例を示したが、合わせ目を持たない外皮（シームレス）を用いたワイヤにも本発明を適用できるのは勿論である。
【００２０】
図１及び図２に示すＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、例えば、特開２００３−１０３３９４号公報等に示される公知の方法により製造することができる。
【００２１】
次に、表１〜表５に示すように１．２ｍｍ径のＮｉ基合金フラックス入りワイヤを作り、本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの効果を確認する試験を行った。表１は、本発明の実施例のワイヤの非金属粉末に関する仕様であり、表２は比較例のワイヤの非金属粉末に関する仕様であり、表３は、表１及び表２のワイヤのその他の仕様を示す表である。表３に示す金属粉末は、溶接金属の性能を高められるように、外皮や非金属粉末の成分に合わせて調整した。表４は、表１及び表２に示す各ワイヤに用いた外皮の成分表であり、表５は、表１の内、実施例１７〜実施例２０のワイヤの成分の表である。なお、実施例１〜３及び１８〜２２は耐食、耐熱に主な作用を有するワイヤであり、実施例４〜１７はＬＮＧタンク等の極低温用途に用いるのに好適なワイヤである。また、表１において、ＴｉＯ２成分とは、ＴｉＯ２と、ＴｉＯ２を含む複酸化物（Ｋ２ＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＭｇＴｉＯ３等）中のＴｉＯ２とを合わせた成分である。ＳｉＯ２成分とは、ＳｉＯ２と、ＳｉＯ２を含む複酸化物（ＣａＳｉＯ３，ＭｇＳｉＯ３，Ｋ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ１２・２Ｈ２Ｏ，Ｎａ２ＳｉＯ３，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２，Ｎａ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２等）中のＳｉＯ２とを合わせた成分である。ＺｒＯ２成分とは、ＺｒＯ２と、ＺｒＯ２を含む複酸化物（ＺｒＳｉＯ４等）中のＺｒＯ２とを合わせた成分である。Ａｌ２Ｏ３成分とは、Ａｌ２Ｏ３と、Ａｌ２Ｏ３を含む複酸化物（Ｋ２Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ１２・２Ｈ２Ｏ，Ｋ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２，Ｎａ２Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１２等）中のＡｌ２Ｏ３とを合わせた成分である。フッ化物成分とは、フッ化物（ＣａＦ２、ＮａＦ、ＭｇＦ２、ＢａＦ２、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ４等）の成分である。ＣａＯ成分とは、ＣａＯと、ＣａＯを含む複酸化物（ＣａＣＯ３、ＣａＳｉＯ３、ＣａＴｉＯ３等）中ＣａＯとを合わせた成分である。ＭｇＯ成分とは、ＭｇＯと、ＭｇＯを含む複酸化物（ＭｇＣＯ３、ＭｇＳｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３等）中のＭｇＯとを合わせた成分である。以上の各成分の量は非金属粉末に対する重量％である。また、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉＯ３）、チタン酸マグネシウム以外のチタン酸塩１種以上（Ｋ２ＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３）の量はフラックス粉末に対する重量％である。
【００２２】
また、Ａｅｑとは、Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％＋０．６５×ＺｒＯ２成分重量％＋０．７８×Ａｌ２Ｏ３成分重量％の式から算出した値であり、Ｂｅｑとは、Ｂｅｑ＝フッ化物成分重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％の式から算出した値である。なお、ＺｒＯ２成分、Ａｌ２Ｏ３成分、ＣａＯ成分が含まれていない場合は、それらの成分を０重量％として算出した。また、表１及び表２に示すワイヤにおいては、ＴｉＯ２及び／またはＣａＦ２（フッ化物）が天然原料からなるＴｉＯ２結晶及び／またはＣａＦ２（フッ化物）結晶から生成されている場合は、ＴｉＯ２結晶及び／またはＣａＦ２結晶を６５０℃〜１，０００℃の温度で焼成してＴｉＯ２及び／またはＣａＦ２（フッ化物）を生成した。即ち、表１及び表２において、「焼成した非金属結晶」に記載されているＴｉＯ２及び／またはＣａＦ２が記載されている場合は、ＴｉＯ２及び／またはＣａＦ２は、天然原料からなるＴｉＯ２結晶及び／またはＣａＦ２（フッ化物）結晶を焼成した生成したものである。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【００２３】
なお、表５におけるＦｅ酸化物、Ｍｎ酸化物は、スラグの流動性を高める役割を果たし、ＮａＯ２及びＫ２Ｏは、アークの安定性を高める役割を果たす。これらの非金属粉末は、母材（Ｎｉ鋼）に合わせて調合されている。
【００２４】
次に、各ワイヤを８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを用いて、２００Ａ−３０Ｖ−３０ｃｐｍ（ＤＣＲＰ）の条件で溶接を行った。そして、溶接金属中の酸素量と、溶接作業性と割れ試験とを行った。溶接作業性及び割れ試験結果を表５に示す。表５の溶接作業性の評価は、◎：非常に良い、○：良い、△：やや劣る、×：劣るにより行った。溶接作業性の総合の評価は、◎：３点、○：２点、△：１点、×：０点の合計点から求めた。割れ試験は、Ｔ字割れ試験とビード縦曲げ試験を行った。Ｔ字割れ試験は、ＪＩＳ・Ｚ・３１５３：１９９３に準拠して行った。ただし、Ｔ字型に配置した２つの板材は１ｍｍの間隔をあけて配置した。具体的には、図３に示すように、間隙Ｇを隔ててＴ字形に配置された２つの板材２１，２３を試験ビード２５と拘束ビード２７により接合し、試験ビード２５のクレータ部以外での割れの有無を染色浸透探傷試験方法により調べた。ビード縦曲げ試験は、ＪＩＳ・Ｚ・３１２２に準拠して行った。ただし曲げ半径は３＋（１／３）ｔ（ｔは試験片の厚み）とした。具体的には、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、２つの板材３１，３３の側面が溶接金属３５により結合された試験片を作り、縦曲げを行って割れの有無を調べた。さらに、各ワイヤを８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを用いて、１５０Ａ−２８Ｖ（ＤＣＲＰ）の条件で、半自動溶接により立向上進姿勢の溶接を行い、立向上進姿勢溶接の難易度を判定した。
【表６】
【００２５】
表６より、実施例１〜２２のワイヤを用いた溶接では、比較例１〜２０のワイヤを用いた場合に比べて、溶接金属中の酸素量を少なくでき、しかも溶接作業性が向上しているのが分かる。表１及び表６からＢｅｑと溶接金属中の酸素量とをプロットした関係を図５に示し、Ａｅｑと溶接金属中の酸素量とをプロットした関係を図６に示す。なお、溶接金属中の酸素量は、ＪＩＳ・Ｚ・２６１３の金属材料の酸素定量方法通則に従い測定した。図５及び図６より、Ｂｅｑが３５以上でＡｅｑが６０以下であれば、溶接金属中の酸素量が０．０７重量％以下になるのが分かる。これは、フッ化物、ＣａＯ、ＭｇＯは、溶接金属中の酸素量を減少させるように作用し、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、溶接金属中の酸素量を増加させるように作用するからである。なお、比較材１は、Ｂｅｑが３５以上でＡｅｑが６０以下であるが、溶接金属中の酸素量が０．０９重量％と高くなっている。これは、チタン酸マグネシウムを含まないことに起因していると考えられる。また、ＭｇＴｉＯ３が０．０９重量％の比較例１９のワイヤでは、２種の割れ試験いずれでも割れが生じてい、１７．１４重量％の比較例２０のワイヤでは、Ｔ字割れ試験において割れが生じている。これより、ＭｇＴｉＯ３は０．１〜１５重量％が必要なのが分かる。
【００２６】
また、表６より、実施例１〜２２のワイヤを用いた溶接では、比較例１〜２０のワイヤを用いた場合に比べて、割れが生じにくいのが分かる。
【００２７】
次にＬＮＧタンク等への溶接を想定して、極低温における溶接金属中の酸素量と靭性との関係を調べた。靭性は、ＪＩＳ・Ｚ・３１１１の溶着金属の引張及び衝撃試験方法に準じ、−１９６℃で衝撃試験を行い、その吸収エネルギ値（ｖＥ−１９６）で評価した。図７はその測定結果を示している。図７より、酸素量が０．０７重量％以下の溶接金属は、８９Ｊ以上の良好な低温靭性を有しているのが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態のＮｉ基合金フラックス入りワイヤの断面図である。
【図３】試験に用いたＮｉ基合金フラックス入りワイヤによる溶接のＴ字割れ試験の態様を説明するための図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、試験に用いたＮｉ基合金フラックス入りワイヤによる溶接のビード縦曲げ試験の態様を説明するための図である。
【図５】Ｂｅｑと溶接金属中の酸素量との関係を示す図である。
【図６】Ａｅｑと溶接金属中の酸素量との関係を示す図である。
【図７】低温における溶接金属中の酸素量と靭性との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，１１ 外皮
３，１３ フラックス粉末
１５ 芯線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックス粉末が充填され、前記フラックス粉末にワイヤ全重量に対し４〜１０重量％の非金属粉末が含有され、
前記非金属粉末は、前記非金属粉末全量を１００重量％とした場合における１０〜３７重量％のＴｉＯ２と、２０〜６５重量％のフッ化物と、０．１〜１５重量％のＭｇＴｉＯ３と、１〜３０重量％のＫ２ＴｉＯ３またはＣａＴｉＯ３と、アークの安定とスラグの流動性を高める役割を果たすその他の酸化金属と、不可避不純物とを含有することを特徴とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
前記ＴｉＯ２とＴｉＯ２を含む複酸化物中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、前記フッ化物、ＣａＯを含む複酸化物中のＣａＯからなるＣａＯ成分、ＭｇＯを含む複酸化物中のＭｇＯからなるＭｇＯ成分の前記非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、
Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％
Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％
の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、前記ＴｉＯ２成分、前記フッ化物、前記ＣａＯ成分及び前記ＭｇＯ成分の量が定められていることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
前記その他の酸化金属には、ＳｉＯ２と、ＳｉＯ２を含む複酸化物と、ＺｒＯ２と、ＺｒＯ２を含む複酸化物と、Ａｌ２Ｏ３と、Ａｌ２Ｏ３を含む複酸化物と、ＣａＯと、ＣａＯを含む複酸化物と、ＭｇＯと、ＭｇＯを含む複酸化物との少なくとも一つが含まれており、
前記ＴｉＯ２とＴｉＯ２を含む複酸化物中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、前記ＳｉＯ２とＳｉＯ２を含む複酸化物中のＳｉＯ２とを合わせたＳｉＯ２成分、前記ＺｒＯ２とＺｒＯ２を含む複酸化物中のＺｒＯ２とを合わせたＺｒＯ２成分、前記Ａｌ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３を含む複酸化物中のＡｌ２Ｏ３とを合わせたＡｌ２Ｏ３成分、前記フッ化物、前記ＣａＯとＣａＯを含む複酸化物中のＣａＯとを合わせたＣａＯ成分、前記ＭｇＯとＭｇＯを含む複酸化物中のＭｇＯとを合わせたＭｇＯ成分の前記非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、ＳｉＯ２成分重量％、ＺｒＯ２成分重量％、Ａｌ２Ｏ３成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、
Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％＋０．６５×ＺｒＯ２成分重量％＋０．７８×Ａｌ２Ｏ３成分重量％
Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％
の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、前記ＴｉＯ２成分、前記ＳｉＯ２成分、前記ＺｒＯ２成分、前記Ａｌ２Ｏ３成分、前記フッ化物、前記ＣａＯ成分及び前記ＭｇＯ成分の量が定められていることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
前記ＴｉＯ２及び／または前記フッ化物は、天然原料からなるＴｉＯ２結晶及び／またはフッ化物結晶が６５０℃〜１，０００℃の温度で焼成されてそれぞれ生成されていることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ
【請求項５】
前記フラックス粉末内にはワイヤ全重量に対し２重量％〜２０重量％のＮｉ基合金からなる芯線が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ
【請求項６】
Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックス粉末が充填され、前記フラックス粉末にワイヤ全重量に対し４〜１０重量％の非金属粉末が含有され、
前記非金属粉末中に前記非金属粉末に対して１４〜３０重量％のＴｉＯ２と、２６〜４４重量％のＣａＦ２と、８〜１０重量％のＭｇＴｉＯ３と、１３〜２８重量％のＣａＴｉＯ３と、０．９〜１６重量％のＣａＳｉＯ３と、０．１〜３．０重量％のＦｅ酸化物と、０．１〜３．０重量％のＭｎ酸化物と、０．１〜４重量％のＮａ２Ｏと、０．１〜１．２重量％のＫ２Ｏと、不可避不純物とを含有することを特徴とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項７】
前記ＴｉＯ２と前記ＭｇＴｉＯ３及び前記ＣａＴｉＯ３中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、前記ＣａＳｉＯ３中のＳｉＯ２からなるＳｉＯ２成分、前記フッ化物、前記ＣａＴｉＯ３及びＣａＳｉＯ３中のＣａＯからなるＣａＯ成分、前記ＭｇＴｉＯ３中のＭｇＯからなるＭｇＯ成分の前記非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、ＳｉＯ２成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、
Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％
Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％
の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、前記ＴｉＯ２成分、前記ＳｉＯ２成分、前記フッ化物、前記ＣａＯ成分及び前記ＭｇＯ成分の量が定められていることを特徴とする請求項６に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項１】
Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックス粉末が充填され、前記フラックス粉末にワイヤ全重量に対し４〜１０重量％の非金属粉末が含有され、
前記非金属粉末は、前記非金属粉末全量を１００重量％とした場合における１０〜３７重量％のＴｉＯ２と、２０〜６５重量％のフッ化物と、０．１〜１５重量％のＭｇＴｉＯ３と、１〜３０重量％のＫ２ＴｉＯ３またはＣａＴｉＯ３と、アークの安定とスラグの流動性を高める役割を果たすその他の酸化金属と、不可避不純物とを含有することを特徴とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
前記ＴｉＯ２とＴｉＯ２を含む複酸化物中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、前記フッ化物、ＣａＯを含む複酸化物中のＣａＯからなるＣａＯ成分、ＭｇＯを含む複酸化物中のＭｇＯからなるＭｇＯ成分の前記非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、
Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％
Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％
の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、前記ＴｉＯ２成分、前記フッ化物、前記ＣａＯ成分及び前記ＭｇＯ成分の量が定められていることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
前記その他の酸化金属には、ＳｉＯ２と、ＳｉＯ２を含む複酸化物と、ＺｒＯ２と、ＺｒＯ２を含む複酸化物と、Ａｌ２Ｏ３と、Ａｌ２Ｏ３を含む複酸化物と、ＣａＯと、ＣａＯを含む複酸化物と、ＭｇＯと、ＭｇＯを含む複酸化物との少なくとも一つが含まれており、
前記ＴｉＯ２とＴｉＯ２を含む複酸化物中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、前記ＳｉＯ２とＳｉＯ２を含む複酸化物中のＳｉＯ２とを合わせたＳｉＯ２成分、前記ＺｒＯ２とＺｒＯ２を含む複酸化物中のＺｒＯ２とを合わせたＺｒＯ２成分、前記Ａｌ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３を含む複酸化物中のＡｌ２Ｏ３とを合わせたＡｌ２Ｏ３成分、前記フッ化物、前記ＣａＯとＣａＯを含む複酸化物中のＣａＯとを合わせたＣａＯ成分、前記ＭｇＯとＭｇＯを含む複酸化物中のＭｇＯとを合わせたＭｇＯ成分の前記非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、ＳｉＯ２成分重量％、ＺｒＯ２成分重量％、Ａｌ２Ｏ３成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、
Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％＋０．６５×ＺｒＯ２成分重量％＋０．７８×Ａｌ２Ｏ３成分重量％
Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％
の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、前記ＴｉＯ２成分、前記ＳｉＯ２成分、前記ＺｒＯ２成分、前記Ａｌ２Ｏ３成分、前記フッ化物、前記ＣａＯ成分及び前記ＭｇＯ成分の量が定められていることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
前記ＴｉＯ２及び／または前記フッ化物は、天然原料からなるＴｉＯ２結晶及び／またはフッ化物結晶が６５０℃〜１，０００℃の温度で焼成されてそれぞれ生成されていることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ
【請求項５】
前記フラックス粉末内にはワイヤ全重量に対し２重量％〜２０重量％のＮｉ基合金からなる芯線が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ
【請求項６】
Ｎｉ基合金からなる外皮内にフラックス粉末が充填され、前記フラックス粉末にワイヤ全重量に対し４〜１０重量％の非金属粉末が含有され、
前記非金属粉末中に前記非金属粉末に対して１４〜３０重量％のＴｉＯ２と、２６〜４４重量％のＣａＦ２と、８〜１０重量％のＭｇＴｉＯ３と、１３〜２８重量％のＣａＴｉＯ３と、０．９〜１６重量％のＣａＳｉＯ３と、０．１〜３．０重量％のＦｅ酸化物と、０．１〜３．０重量％のＭｎ酸化物と、０．１〜４重量％のＮａ２Ｏと、０．１〜１．２重量％のＫ２Ｏと、不可避不純物とを含有することを特徴とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項７】
前記ＴｉＯ２と前記ＭｇＴｉＯ３及び前記ＣａＴｉＯ３中のＴｉＯ２とを合わせたＴｉＯ２成分、前記ＣａＳｉＯ３中のＳｉＯ２からなるＳｉＯ２成分、前記フッ化物、前記ＣａＴｉＯ３及びＣａＳｉＯ３中のＣａＯからなるＣａＯ成分、前記ＭｇＴｉＯ３中のＭｇＯからなるＭｇＯ成分の前記非金属粉末に対する重量％を、それぞれＴｉＯ２成分重量％、ＳｉＯ２成分重量％、フッ化物重量％、ＣａＯ成分重量％及びＭｇＯ成分重量％と定義したときに、
Ａｅｑ＝ＴｉＯ２成分重量％＋１．３×ＳｉＯ２成分重量％
Ｂｅｑ＝フッ化物重量％＋０．７×ＣａＯ成分重量％＋０．９８×ＭｇＯ成分重量％
の式で算出されるＡｅｑ、Ｂｅｑが、Ａｅｑ≦６０、Ｂｅｑ≧３５となるように、前記ＴｉＯ２成分、前記ＳｉＯ２成分、前記フッ化物、前記ＣａＯ成分及び前記ＭｇＯ成分の量が定められていることを特徴とする請求項６に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−５６４７８（Ｐ２００９−５６４７８Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２４８７９（Ｐ２００７−２２４８７９）
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（０００２２７９６２）日本ウエルディング・ロッド株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（０００２２７９６２）日本ウエルディング・ロッド株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]