CN107921589B - 气体保护电弧焊用药芯焊丝 - Google Patents

气体保护电弧焊用药芯焊丝 Download PDF

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Abstract

一种气体保护电弧焊用药芯焊丝，其规定量含有C、Mn、TiO2、Ni，P、S在规定量以下，关于TiO2，设106μm以下的粒度在焊丝总质量中的含量为α1(质量％)，高于106μm的粒度在焊丝总质量中的含量为α2(质量％)时，(α1/α2)为0.90以上、1.50以下。

Description

气体保护电弧焊用药芯焊丝
技术领域
本发明涉及气体保护电弧焊用药芯焊丝。更详细地说，是涉及全姿势焊接用气体保护电弧焊用药芯焊丝。
背景技术
在海洋结构物领域和管线管领域，进行能源资源开发的海域的大水深化，面向北冰洋等的极限海域的资源探查·采掘区域的扩大以及设备的大型化正在进行。以这样的技术动向为背景，在海洋结构物和管线管的设计中，高强度化和高韧性化推进，对焊接接头的性能要求也更加严格。
另一方面，关于焊接材料，从高效率化的观点出发，要求有全姿势焊接用的药芯焊丝。另外，对于所得到的焊接金属也有高断裂韧性的要求。
但是，现有的全姿势焊接用的药芯焊丝因为所得到的焊接金属中的氧量高，所以用其进行气体保护电弧焊时，难以确保焊接接头部的低温韧性。
因此，例如，在专利文献1中，公开有一种限制钢制外皮成分并在填充焊剂中添加Cu、Ni、Ti、B，从而使焊接金属的耐海水腐蚀性大幅提高，且得到低温韧性的技术。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本国特开平4－224094号公报、
但是，在专利文献1所述的技术中，因为大量添加有金属氟化物，所以立焊时电弧变得不稳定，得不到良好的焊接操作性。另外在专利文献1所述的技术中，关于耐冷裂纹性没有予以特别考虑。
因此，在现有的药芯焊丝中，为了得到向上立焊中的焊接操作性优异，并且耐冷裂纹性也优异的焊接金属是个问题。另外，药芯焊丝还需要能够得到焊接金属的耐热裂纹性、低温韧性、机械特性、抗缺陷性等优异的良好的焊接金属。
发明内容
因此，本发明的课题在于，提供一种气体保护电弧焊用药芯焊丝，其在全姿势焊接中，特别是在立焊中，能够得到焊接操作性、耐热裂纹性、低温韧性、机械特性，抗缺陷性优异，并且耐冷裂纹性也优异的焊接金属。
还有，本申请中的所谓焊接操作性，指熔合和焊道形状是否良好(也包括电弧稳定性)。另外，本申请中的所谓机械特性，除了低温韧性以外，还指0.2％屈服强度和抗拉强度。另外，本申请中的所谓抗缺陷性，是指抗气孔性。
为了解决所述课题，本发明中指出如下技术手段。
本发明的气体保护电弧焊用药芯焊丝是在钢制外皮内填充有焊剂的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其中，在焊丝总质量中，含有C：0.01质量％以上并在0.20质量％以下、Mn：0.5质量％以上并在5.0质量％以下、TiO2：2.0质量％以上并在10.0质量％以下、Ni：0.10质量％以上并在5.00质量％以下，P：0.050质量％以下，S：0.050质量％以下，关于所述TiO2，设106μm以下的粒度在焊丝总质量中的含量为α1(质量％)，高于106μm的粒度在焊丝总质量中的含量为α2(质量％)时，作为两者之比的α1/α2的值为0.90以上并在1.50以下。
根据这一构成，气体保护电弧焊用药芯焊丝(以下，适宜称为药芯焊丝或仅称为焊丝)，通过规定既定元素的含量，焊接金属的强度、韧性提高。
另外，通过规定TiO2的粒度的比即粒度比(α1/α2)的值，由此焊接操作性(特别是电弧稳定性)适当，且扩散性氢量减少。
本发明的气体保护电弧焊用药芯焊丝，优选还含有下述(a)～(i)中的至少一个。
(a)在焊丝总质量中，Si和Si氧化物之中至少一种：以Si换算值的合计计为0.05质量％以上、1.00质量％以下；
(b)在焊丝总质量中，Cr：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、及Mo：0.50质量％以下之中至少一种；
(c)在焊丝总质量中，金属Mg和Mg合金：以Mg换算值的合计计为0.10质量％以上并在1.20质量％以下；
(d)在焊丝总质量中，金属Ti和Ti合金：以Ti换算值的合计计为0.80质量％以下；
(e)在焊丝总质量中，B和B化合物：以B换算值的合计计为0.0010质量％以上并在0.0200质量％以下；
(f)在焊丝总质量中，F化合物：以F换算值的合计计为0.01质量％以上并在0.50质量％以下，和Na化合物的Na换算值的合计和K化合物的K换算值的合计的合计：0.01质量％以上并在1.00质量％以下；
(g)在焊丝总质量中，Nb：0.10质量％以下和V：0.10质量％以下之中至少一种
(h)在焊丝总质量中，ZrO2：0.50质量％以下和Al2O3：0.05质量％以上并在1.00质量％以下；
(i)在焊丝总质量中，Fe：75.00质量％以上
根据上述(a)的构成，熔融池的粘性下降，另外，熔融焊渣的流动性增加。
根据上述(b)的构成，焊接金属的强度提高。
根据上述(c)的构成，脱氧作用得到促进。
根据上述(d)的构成，焊接金属的韧性提高。
根据上述(e)的构成，焊接金属的韧性提高。
根据上述(f)的构成，焊接金属的扩散性氢量减少，另外，电弧稳定。
根据上述(g)的构成，焊接金属的韧性提高。
根据上述(h)的构成，焊接金属的焊道形状提高。
根据上述(i)的构成，药芯焊丝因为熔敷量变得更充分，所以焊接操作性更优异。
本发明的气体保护电弧焊用药芯焊丝，能够得到焊接操作性、耐热裂纹性、低温韧性、机械特性、抗缺陷性优异，并且耐冷裂纹性也优异的焊接金属。
附图说明
图1(a)～(e)是说明药芯焊丝的制造方法的部分工序的示意图。
具体实施方式
以下，就用于实施本发明的方式详细加以说明。本实施方式的药芯焊丝是在钢制外皮内填充有焊剂的焊丝。而且，药芯焊丝中，以焊丝总质量计，按规定量含有C、Mn、TiO2、Ni，并且使P、S在规定量以下。另外，药芯焊丝中，关于TiO2，在设106μm以下的粒度在焊丝总质量中的含量为α1(质量％)，高于106μm的粒度在焊丝总质量中的含量为α2(质量％)时，对于作为两者之比的α1/α2的值进行了规定。
在药芯焊丝中，优选在焊丝总质量中，以Si换算值的合计计，还含有规定量的Si和Si氧化物之中至少一种。另外，在药芯焊丝中，优选以焊丝总质量计，还含有规定量的Cr、Cu和Mo之中至少一种。
另外，在药芯焊丝中，优选在焊丝总质量中，以Mg换算值的合计计，还含有规定量的金属Mg和Mg合金。另外，在药芯焊丝中，优选在焊丝总质量中，以Ti换算值的合计计，还含有规定量的金属Ti和Ti合金。另外，在药芯焊丝中，优选在焊丝总质量中，以B换算值的合计计，还含有规定量的B和B化合物。
另外，在药芯焊丝中，优选在焊丝总质量中，以规定量含有F化合物的F换算值的合计，以及Na化合物的Na换算值的合计与K化合物的K换算值的合计的合计。另外，在药芯焊丝中，优选在焊丝总质量中，还以规定量含有Nb和V之中至少一种。另外，在药芯焊丝中，优选在焊丝总质量中，还含有规定量的ZrO2和Al2O3。
还有，本实施方式的药芯焊丝的上述以外的成分，即余量是Fe和不可避免的杂质。而且，在药芯焊丝中，优选在焊丝总质量中，还以规定量含有Fe。
关于本实施方式的药芯焊丝，在焊丝总质量中，含有规定量的C、Mn、TiO2、Ni，并使P、S在规定量以下，其他的成分没有规定。即，Si和Si氧化物之中至少一种的Si换算值的合计，Cr、Cu、Mo、金属Mg和Mg合金的Mg换算值的合计，金属Ti和Ti合金的Ti换算值的合计，B和B化合物的B换算值的合计，F化合物的F换算值的合计，Na化合物的Na换算值的合计，K化合物的K换算值的合计，Nb、V、ZrO2、Al2O3等是任意的成分，其含量没有被规定。但是，它们的含量优选为后述的含量。
以下，对于药芯焊丝的成分限定理由和TiO2粒度比进行说明。
[C：0.01质量％以上并在0.20质量％以下]
C具有使焊接金属的强度提高的效果。但是，C含量在焊丝总质量中低于0.01质量％时，其效果无法充分取得，焊接金属的屈服强度降低。另一方面，若C含量在焊丝总质量中高于0.20质量％，则焊接金属中岛状地生成马氏体，韧性降低。因此，C含量在焊丝总质量中为0.01质量％以上、0.20质量％以下。从进一步提高所述效果的观点出发，C含量优选为0.02质量％以上，更优选为0.03质量％以上。另外，从进一步提高韧性的观点出发，优选为0.18质量％以下，更优选为0.16质量％以下。
[Mn：0.5质量％以上并在5.0质量％以下]
Mn促进焊接金属的脱氧，并且具有提高焊接金属的韧性和强度的效果。但是，Mn含量在焊丝总质量中低于0.5质量％时，所述效果不足，焊接金属发生气孔。另外，韧性和强度降低。另一方面，若Mn含量在焊丝总质量中高于5.0质量％，则焊接金属的强度过度增加，冷裂纹容易发生。因此，Mn含量在焊丝总质量中为0.5质量％以上并在5.0质量％以下。从进一步提高所述效果的观点出发，Mn含量优选为0.8质量％以上，更优选为1.0质量％以上。另外，从进一步抑制冷裂纹发生的观点出发，优选为4.0质量％以下，更优选为3.5质量％以下。
[TiO2：2.0质量％以上并在10.0质量％以下]
TiO2是熔渣的主成分。TiO2含量在焊丝总质量中低于2.0质量％时，下向以外的姿势(立向和上向等)下的焊接变得困难，不能确保全姿势焊接性。另一方面，若TiO2含量在焊丝总质量中高于10.0质量％，则焊接金属中TiO2作为微粒残留，焊接金属的韧性降低。因此，TiO2含量在焊丝总质量中为2.0质量％以上并在10.0质量％以下。从进一步提高所述效果的观点出发，TiO2含量优选为3.0质量％以上，更优选为4.0质量％以上。另外，从进一步提高韧性的观点出发，优选为9.0质量％以下，更优选为8.0质量％以下。
[Ni：0.10质量％以上并在5.00质量％以下]
Ni是通过母相强化而有助于焊接金属的韧性确保的元素。Ni含量在焊丝总质量中低于0.10质量％时，母相强化的效果不足，焊接金属的韧性降低。另一方面，若Ni含量在焊丝总质量中高于5.00质量％，则由于微观偏析导致焊接金属中容易发生热裂纹。因此，焊剂中的Ni含量，在焊丝总质量中为0.10质量％以上并在5.00质量％以下。从进一步提高所述效果的观点出发，Ni含量优选为0.20质量％以上，更优选为0.50质量％以上。另外，从进一步抑制热裂纹发生的观点出发，优选为4.50质量％以下，更优选为4.00质量％以下。
[P：0.050质量％以下(含0质量％)]
P是不可避免的杂质，但若P含量在焊丝总质量中高于0.050质量％，则由于微观偏析导致焊接金属的耐热裂纹性降低。因此，P含量在焊丝总质量限制在0.050质量％以下。从进一步提高耐热裂纹性的观点出发，P含量优选为0.040质量％以下，更优选为0.030质量％以下。还有，P含量也可以是0质量％。
[S：0.050质量％以下(含0质量％)]
S是不可避免的杂质，但是若S含量在焊丝总质量中高于0.050质量％，则由于微观偏析导致焊接金属的耐热裂纹性降低。因此，S含量在焊丝总质量中限制在0.050质量％以下。从进一步提高耐热裂纹性的观点出发，S含量优选为0.040质量％以下，更优选为0.030质量％以下。还有，S含量也可以是0质量％。
[Si和Si氧化物之中至少一种：以Si换算值的合计计为0.05质量％以上并在1.00质量％以下]
本实施方式的药芯焊丝中，优选含有Si和Si氧化物之中至少一种。金属Si在熔融焊渣中，通过脱氧作用，生成具有使流动性增加的效果的SiO2。还有，以氧化物的形态添加的Si，通过在熔融焊渣界面与熔融金属的氧化还原反应而被还原，在熔融金属中作为金属Si存在。
Si和Si氧化物之中至少一种的含量，如果以Si换算值的合计计在焊丝总质量中为0.05质量％以上，则脱氧效果进一步提高，焊接金属中难以发生气孔。另一方面，Si和Si氧化物之中至少一种的含量，如果以Si换算值的合计计在1.00质量％以下，则焊接金属的强度不会过度增加，冷裂纹难以发生。因此，添加Si和Si氧化物之中至少一种时，其含量以Si换算值的合计计，在焊丝总质量中优选为0.05质量％以上、1.00质量％以下。Si和Si氧化物之中至少一种的含量，以Si换算值的合计计，从进一步提高所述效果的观点出发，更优选为0.10质量％以上，进一步优选为0.30质量％以上。另外，从进一步抑制冷裂纹发生的观点出发，更优选为0.80质量％以下，进一步优选为0.50质量％以下。
还有，Si和Si氧化物的各自的优选含量中，Si为0.15～0.35质量％，Si氧化物为0.15～0.35质量％。
[Cr：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下和Mo：0.50质量％以下之中的至少一种]
Cr是有助于焊接金属的强度提高的元素。如果Cr含量在焊丝总质量中为0.50质量％以下，则焊接金属的强度不会过度增加，冷裂纹难以发生。因此，添加Cr时，Cr含量在焊丝总质量中优选为0.50质量％以下。从进一步抑制冷裂纹发生的观点出发，Cr含量更优选为0.45质量％以下，进一步优选为0.40质量％以下。另外，从进一步提高所述效果的观点出发，则优选含有0.05质量％以上。
Cu是有助于焊接金属的强度提高的元素。如果Cu含量在焊丝总质量中为0.50质量％以下，则焊接金属的强度过度增加，冷裂纹难以发生。另外，微观偏析造成的焊接金属的热裂纹难以发生。因此，添加Cu时，优选Cu含量在焊丝总质量中为0.50质量％以下。从进一步抑制冷裂纹发生和热裂纹发生的观点出发，Cu含量更优选为0.45质量％以下，进一步优选为0.40质量％以下。另外，从进一步提高所述效果的观点出发，优选含有0.05质量％以上。
Mo是有助于焊接金属的强度提高的元素。如果Mo含量在焊丝总质量中为0.50质量％以下，则焊接金属的强度不会过度增加，冷裂纹难以发生。因此，添加Mo时，优选Mo含量在焊丝总质量中为0.50质量％以下。从进一步抑制冷裂纹发生的观点出发，Mo含量更优选为0.45质量％以下，进一步优选为0.40质量％以下。另外，从进一步提高所述效果的观点出发，优选含有0.05质量％以上。
还有，Cr、Cu、Mo的含量的合计，优选为0.05质量％以上，优选为0.45质量以下。
[金属Mg和Mg合金：以Mg换算值的合计计为0.10质量％以上并在1.20质量％以下]
Mg是有脱氧作用的元素，本实施方式的药芯焊丝中，优选作为Mg源而含有金属Mg和Mg合金之中至少一种。金属Mg和Mg合金的含量，以Mg换算值的合计计，如果在焊丝总质量中为0.10质量％以上，则脱氧效果进一步提高，焊接金属中的氧量降低而冲击值提高，因此韧性进一步提高。另一方面，如果金属Mg和Mg合金的含量，以Mg换算值的合计计，在焊丝总质量为1.20质量％以下，则焊接金属的强度不会过度增加，冷裂纹难以发生。因此，添加金属Mg和Mg合金时，金属Mg和Mg合金的含量，以Mg换算值的合计计，如果在焊丝总质量中为0.10质量％以上并在1.20质量％以下。金属Mg和Mg合金的含量，以Mg换算值的合计计，从进一步提高所述效果的观点出发，更优选为0.20质量％以上，进一步优选为0.40质量％以上。另外，从进一步抑制冷裂纹发生的观点出发，更优选为0.80质量％以下，进一步优选为0.60质量％以下。
[金属Ti和Ti合金：以Ti换算值的合计计为0.80质量％以下]
Ti是有助于焊接金属的韧性提高的元素。Ti以金属或合金的形态添加。Ti源之中，金属Ti和Ti合金的总含量，以Ti换算值计，如果在焊丝总质量中为0.80质量％以下，则焊接金属中的固溶Ti量降低，再热部TiC不析出，韧性进一步提高。因此，添加金属Ti和Ti合金时，金属Ti和Ti合金的含量，以Ti换算值的合计计，优选在焊丝总质量中为0.80质量％以下。金属Ti和Ti合金的含量，以Ti换算值的合计计，从进一步提高焊接金属的韧性的观点出发，更优选为0.70质量％以下，进一步优选为0.60质量％以下。另外，从进一步提高所述效果的观点出发，优选含有0.10质量％以上。
[B和B化合物：以B换算值的合计计为0.0010质量％以上并在0.0200质量％以下]
B在原奥氏体(γ)晶界偏析，抑制先共析铁素体(α)的析出，具有使焊接金属的韧性提高的效果。以B换算值的合计计，B和B化合物的含量如果在焊丝总质量中为0.0010质量％以上，则能够更充分地获得其效果。另一方面，以B换算值的合计计，B和B化合物的含量如果在焊丝总质量中为0.0200质量％以下，则焊接金属中热裂纹(凝固裂纹)难以发生。
因此，添加B和B化合物时，以B换算值的合计计，B和B化合物的含量优选在焊丝总质量中为0.0010质量％以上并在0.0200质量％以下。从进一步提高所述效果的观点出发，以B换算值的合计计，B和B化合物的含量更优选为0.0020质量％以上，进一步优选为0.0030质量％以上。另外，从进一步抑制热裂纹发生的观点出发，更优选为0.0180质量％以下，进一步优选为0.0160质量％以下。
[F化合物：以F换算值的合计计为0.01质量％以上并在0.50质量％以下，以及Na化合物的Na换算值的合计与K化合物的K换算值的合计合计：0.01质量％以上并在1.00质量％以下]
F化合物具有降低电弧气氛中的H分压，减少焊接金属的扩散性氢量的效果，本实施方式的药芯焊丝具有一种或两种以上的F化合物。通过抑制焊接金属中的扩散性氢量，能够抑制冷裂纹。作为添加到本实施方式的药芯焊丝中的F化合物的具体例，可列举CaF、BaF2、NaF、K2SiF6、SrF2、AlF3、MgF2、LiF等。以F换算值的合计计，F化合物的含量如果在焊丝总质量中为0.01质量％以上，则焊接金属的扩散性氢量降低，冷裂纹难以发生。另一方面，以F换算值的合计计，F化合物的含量如果在焊丝总质量中为0.50质量％以下，则焊丝难以吸湿，因此焊接金属的扩散性氢量降低，冷裂纹难以发生。另外，电弧稳定性也难以劣化。因此，添加F时，以F换算值的合计计，F化合物的含量优选在焊丝总质量中为0.01质量％以上并在0.50质量％以下。从进一步提高所述效果的观点出发，F化合物的含量以F换算值的合计计，更优选为0.05质量％以上，进一步优选为0.10质量％以上。另外，从进一步抑制冷裂纹发生的观点出发，更优选为0.30质量％以下，进一步优选为0.25质量％以下。
Na和K具有使电弧稳定的效果。作为添加到本实施方式的药芯焊丝中的Na化合物的具体例，可列举NaF、Na2O、Na2CO3等。另外，作为添加到本实施方式的药芯焊丝中的K化合物的具体例，可列举K2O、KF、K2SiF6等。如果Na化合物的含量的Na换算值的合计和K化合物的含量的K换算值的合计的合计(以下，适宜称为Na化合物和K化合物的合计)，在焊丝总质量中为0.01质量％以上，则所述效果更充分，电弧更稳定。另一方面，如果Na化合物和K化合物的合计在1.00质量％以下，则焊丝的耐吸湿性提高，焊接金属的扩散性氢量降低，冷裂纹难以发生。因此，添加Na化合物和K化合物时，Na化合物与K化合物的合计，优选在焊丝总质量中为0.01质量％以上并在1.00质量％以下。从进一步提高所述效果的观点出发，Na化合物和K化合物的合计，更优选为0.05质量％以上，进一步优选为0.10质量％以上。另外，从进一步抑制冷裂纹发生的观点出发，更优选为0.50质量％以下，进一步优选为0.30质量％以下。还有，Na化合物和K化合物，也可以只含有任意一者。
还有，F化合物、和Na化合物与K化合物，优选均含有，但也可以只含有任意一者。
Nb：0.10质量％以下，和V：0.10质量％以下之中至少一种]
Nb是合金剂，但容易在晶界偏析。如果Nb含量在焊丝总质量中为0.10质量％以下，难以在晶界偏析，晶界破坏难以发生，焊接金属的韧性进一步提高。因此，添加Nb时，Nb含量优选在焊丝总质量中处于0.10质量％以下。从进一步提高韧性的观点出发，Nb含量更优选为0.05质量％以下，进一步优选为0.03质量％以下。
V是合金剂，容易在晶界偏析。如果V含量在焊丝总质量中为0.10质量％以下，则难以在晶界偏析，难以发生晶界破坏，焊接金属的韧性进一步提高。因此，添加V时，V含量优选在焊丝总质量中为0.10质量％以下。从进一步提高韧性的观点出发，V含量更优选为0.05质量％以下，进一步优选为0.03质量％以下。
还有，优选Nb、V的含量的合计为0.03质量以下。
[ZrO2：0.50质量％以下和Al2O3：0.05质量％以上并在1.00质量％以下]
ZrO2具有使焊道形状提高的效果，因此能够根据需要添加。如果ZrO2含量在焊丝总质量中为0.50质量％以下，则焊道缝边部的熔合提高，焊道形状难以变凸。因此，添加ZrO2时，优选在焊丝总质量中为0.50质量％以下。从使焊道形状更良好的观点出发，ZrO2含量更优选为0.30质量％以下，进一步优选为0.20质量％以下。另外，从进一步提高所述效果的观点出发，优选含有0.05质量％以上。
Al2O3具有使焊道形状提高的效果，因此能够根据需要添加。如果Al2O3含量在焊丝总质量中为0.05质量％以上，则能够更充分地取得所述效果。另一方面，如果Al2O3含量在焊丝总质量中为1.00质量％以下，则焊道缝边部的熔合提高，焊道形状难以变凸。因此，添加Al2O3时，优选在焊丝总质量中为0.05质量％以上并且1.00质量％以下。从进一步提高所述效果的观点出发，Al2O3含量更优选为0.10质量％以上，进一步优选为0.20质量％以上。另外，从使焊道形状更良好的观点出发，更优选为0.70质量％以下，进一步优选为0.50质量％以下。
还有，ZrO2和Al2O3优选均含有，但也可以是只含有任意一者的情况。
[余量：Fe和不可避免的杂质]
本实施方式的药芯焊丝的成分组成中的余量，是Fe和不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，可列举Sb、As等。另外，也有余量中含Ca、Li等的合金剂及其化合物，以及电弧稳定剂和焊渣形成剂的情况。还有，所述各元素作为氧化物和氮化物被添加时，本实施方式的药芯焊丝的余量中也包含O和N。另外，在本实施方式的药芯焊丝中，从确保熔敷量的观点出发，优选使Fe在焊丝总质量中含有75.00质量％以上。如果Fe含量为75.00质量％以上，则熔敷量更充分。更优选为80.00质量％以上。
还有，关于P、S、Sb、As等，如果在不损害本发明的特性的范围，则不仅作为不可避免的杂质而含有时，即使在积极添加的情况下，也不会妨碍本发明的效果。
另外，关于并非所述必须成分的任意的成分，也可以积极地添加，但也可以作为不可避免的杂质包含。
[关于TiO2，设106μm以下的粒度在焊丝总质量中的含量为α1(质量％)，高于106μm的粒度在焊丝总质量中的含量为α2(质量％)时，作为两者之比的α1/α2的值：0.90以上并在1.50以下]
在本实施方式中，为了一边适当确保焊接操作性(特别是电弧稳定性)，一边将扩散性氢量抑制得低，而规定TiO2的粒度的比(粒度比)。
在此，所谓TiO2的粒度，是TiO2的粒径，将拉丝后的TiO2粒子的短径作为TiO2的粒径。
关于TiO2，设106μm以下的粒度在焊丝总质量中的含量为α1(质量％)，高于106μm的粒度在焊丝总质量中的含量为α2(质量％)时，作为两者之比的α1/α2的值低于0.90时，焊接时TiO2的熔化方式变得不均匀，成为电弧不稳定的原因。另一方面，若α1/α2的值高于1.50，由于TiO2的表面积增大，从而容易吸收水分，焊接金属中的扩散性氢量增加。因此，α1/α2的值为0.90以上并在1.50以下。从进一步提高电弧稳定性的观点出发，α1/α2的值优选为1.0以上，更优选为1.1以上。另外，从减少TiO2的表面积的观点出发，优选为1.4以下，更优选为1.3以下。还有，作为TiO2的原料，除了TiO2以外，还能够使用钛酸钾等的Ti氧化物等。
还有，TiO2的粒度比的规定，是根据大量实验在统计上求得的。
(TiO2的粒度的调整方法)
TiO2的粒度的调整，例如，能够由以下的方法进行。
使用如下TiO2原料，即在TiO2原料总质量中，将粒径为106μm以下的调整至25质量％以上并在55质量％以下，高于106μm的调整至45质量％以上并在75质量％以下的原料。以焊丝总质量计，添加该TiO2原料2.0质量％以上并在10.0质量％以下。然后，如图1(c)→(d)所示，将含有TiO2的焊剂2填充到钢制外皮1的内部，以钢制外皮1的内部包有焊剂的方式成形钢制外皮1之后，如图1(d)→(e)所示进行拉丝。对于成型之后的丝径，作为一例，是从拉丝至由此能够使拉丝后的药芯焊丝中内含的焊剂的TiO2的粒度分布处于所述特定的范围。还有，用于本实施方式的药芯焊丝的TiO2原料，能够由通常的方法制造。另外，使TiO2原料的粒度分布处于特定的范围的方法，没有特别限定，可列举粉碎处理的方法、混合多种原料的方法等。
(TiO2的粒度的测量方法)
关于TiO2的粒度的测量，例如能够通过以下的方法进行。
从拉丝后的药芯焊丝中提取焊剂，使用株式会社セイシン企业制RPS－105，使用依据JIS Z 8801－1：2006的筛网，分离成(1)粒径为106μm以下的焊剂成分，(2)粒径高于106μm的焊剂成分。此时，筛分的条件为，声波频率80Hz，脉冲间隔1秒，分级时间2分钟。由此，能够测量粒度为106μm以下的TiO2的含量、和粒度高于106μm的TiO2的含量，根据这些分离的焊剂，能够计算粒度比。
在此，粒度为106μm以下的TiO2的含量，和粒度高于106μm的TiO2的含量，是通过ICP(Inductively Coupled Plasma；感应耦合等离子体)法，对于这些分离的焊剂成分经王水溶解而未溶成分的Ti含量(酸非可溶性Ti含量)进行分析而得到的值。所谓酸非可溶性Ti，是指不溶于王水(以体积比计，按浓盐酸:浓硝酸＝3:1进行混合而成的液体)的Ti。
[其他]
本实施方式的药芯焊丝，是在钢制外皮中填充有焊剂的焊丝，其外径(直径)，例如为0.9～2.0mm。另外，如果焊丝中的各成分在本发明的范围内，则焊剂填充率能够设定为任意的值，但从焊丝的拉丝性和焊接时的操作性(送给性等)的观点出发，优选为焊丝总质量的10～20质量％。
[制造方法]
本实施方式的药芯焊丝的制造方法，没有特别限定，例如，能够按以下所示的方法制造。如图1所示，首先，准备构成钢制外皮1的钢带(图1(a)：第一工序)，一边沿纵长方向输送该钢带一边用成形辊成形，成为U字状的开管(图1(b)：第二工序)。其次，以达成规定的化学组成的方式，将按照规定量调合有氧化物、金属或合金、Fe粉等的焊剂2填充到钢制外皮1中(图1(c)：第三工序)，其后，以使断面成为圆形的方式进行加工(图1(d)：第四工序)。其后，通过冷加工进行拉丝，例如成为0.9～2.0mm的丝径的药芯焊丝10(图1(e)：第五工序)。还有，冷加工途中也可以实施退火。另外，以下哪种结构的焊丝都能够采用，即，对于制造的过程中成形的钢制外皮1的接缝进行了焊接的无缝焊丝、和对所述接缝未进行焊接而原样保留有间隙的焊丝。
【实施例】
以下，列举本发明的实施例和比较例，对于本发明的效果具体加以说明。
在本实施例中，按照所述制造方法，在由成分组成处于下述表1所示范围的碳钢形成的管状的外皮(直径1.2mm)中填充焊剂，制作实施例和比较例的药芯焊丝。还有，下述表1所示的外皮成分的余量是Fe和不可避免的杂质。这时，焊剂的填充率在焊丝总质量中，使之处于13.0～14.0质量％的范围。
【表1】
在下述表2和表3中，显示实施例和比较例的TiO2粒度比和焊丝总体的成分组成。还有，下述表2和表3所示的焊丝成分的余量是不可避免的杂质。
另外，在表2和表3中，“total.Si”，“total.B”，“total.F”，“total.[Na+K]”，意思分别是“Si和Si氧化物之中至少一种的Si换算值的合计”，“B和B化合物的B换算值的合计”，“F化合物的F换算值的合计”，“Na化合物的以Na换算值计的合计和K化合物的K换算值的合计合计”。另外，“sol.Ti”，“sol.Mg”意思分别是“金属Ti和Ti合金的Ti换算值的合计”，“金属Mg和Mg合金的Mg换算值的合计”。
另外，在表2和表3中，对于不满足本发明的范围的焊丝成分、和关于任意成分和Fe不满足优选范围的焊丝成分，对数值引下划线表示。
【表2】
【表3】
接着，使用实施例和比较例的各药芯焊丝，对于下述表4所示的母材，进行气体保护电弧焊。还有，下述表4所示的母材组成的余量，是Fe和不可避免的杂质。
【表4】
另外，焊接条件如下。
·保护气体：80体积％Ar－20体积％CO2，25升/分钟
·丝径：
·焊接姿势：下向
·坡口形状：20°V
·坡口间隙：16mm
·焊接电流：280A
·电弧电压：29V
·焊接速度：350mm/分钟
然后，对于使用实施例和比较例的各药芯焊丝的经气体保护电弧焊得到的焊接金属，按以下所示的方法，评价机械的性质和抗气孔性(抗缺陷性)。
＜机械性质＞
焊接金属的机械性质，通过依据JIS Z 3111：2005所规定的“熔敷金属的拉伸和冲击试验方法”的拉伸试验和冲击试验进行评价。其结果中，关于低温韧性，－80℃的冲击值(CVN－80)在42.0J以上，并且，－50℃的冲击值(CVN－50)在47.0J以上的为合格。另外，0.2％屈服强度(0.2％PS)在500MPa以上的为合格。此外，抗拉强度(TS)在580～760MPa的范围的为合格。
＜抗气孔性＞
抗气孔性是削除熔敷金属试验体的余高、衬垫，以JIS Z 3104：1995的放射线透射试验进行评价。其结果是，在300mm长的焊接长度中，未发生气孔的为○，低于3mm的气孔发生1个以上且3个以下的为△，低于3mm的气孔超过3个或发生3mm以上的气孔的为×，○、△为合格。
另外，对于实施例和比较例的各药芯焊丝，按以下所示的方法，评价扩散性氢量(耐冷裂纹性)和耐热裂纹性。
＜扩散性氢量＞
焊接金属的扩散性氢量利用依据JIS Z 3118：2007的方法进行评价。还有，使用的母材显示在表4中。其结果是，扩散性氢量([H]d)在5.0ml/100g以下的为合格。
＜耐热裂纹性＞
关于耐热裂纹性，基于JIS Z 3155：1993所规定的“C形夹具拘束对接焊裂纹试验方法”进行评价。还有，使用的母材显示在表4中。其结果中，裂纹率是0％的为○，高于0％并低于10％的为△，10％以上的为×，×的情况判断为不可实施，○、△的为合格。
关于耐热裂纹性的试验中的焊接条件如下。
·保护气体：80体积％Ar－20体积％CO2，25升/分钟
·丝径：
·焊接姿势：下向
·坡口形状：90°Y
·坡口间隙：4mm
·焊接电流：200A
·电弧电压：20V
·焊接速度：200mm/分钟
另外，TiO2的粒度的调整和粒度的测量以如下方式进行。
(TiO2的粒度的调整方法)
TiO2的粒度的调整由以下的方法进行。
使用如下TiO2原料，即在TiO2原料总质量中，将粒径为106μm以下的调整至25质量％以上并在55质量％以下，将高于106μm的调整至45质量％以上并在75质量％以下的原料。添加该TiO2原料，使之在焊丝总质量中为2.0质量％以上并在10.0质量％以下。而后，如图1(c)→(d)所示，将含有TiO2的焊剂2填充到钢制外皮1的内部，以钢制外皮1的内部包有焊剂的方式成形钢制外皮1之后，按如图1(d)→(e)所示进行拉丝。从成型之后的丝径拉丝至由此使拉丝后的药芯焊丝中内含的焊剂的TiO2的粒度分布处于特定的范围。
(TiO2的粒度的测量方法)
TiO2的粒度的测量通过以下的方法进行。
从拉丝后的药芯焊丝中提取焊剂，使用株式会社セイシン企业制RPS－105，使用依据JIS Z 8801－1：2006的网眼106μm的筛网，分离成(1)粒径为106μm以下的焊剂成分，(2)粒径高于106μm的焊剂成分。此时，筛分的条件为，声波频率80Hz，脉冲间隔1秒，分级时间2分钟。由此，能够测量粒度为106μm以下的TiO2的含量、和粒度高于106μm的TiO2的含量，根据这些分离的焊剂，能够计算粒度比。
另外，对于实施例和比较例的各药芯焊丝，按以下所示的方法，评价焊接操作性。
＜焊接操作性＞
焊接操作性，对于上述表4所示的母材，进行向上立焊角焊，根据以下方式评价。其结果中，相对于光滑的角焊缝，凸部低于2mm时为○，凸部在2mm以上并低于3mm时为△，凸部在3mm以上、或者焊渣或熔融金属下垂而不能焊接时，或者因熔敷量不足导致焊道表面呈现凹形形状时为×。而后，○、△的为合格。
关于焊接操作性的试验中的焊接条件如下。
·保护气体：80体积％Ar－20体积％CO2，25升/分钟
·丝径：
·坡口间隙：0mm
·焊接电流：220A
·电弧电压：24V
·焊接速度：150mm/分钟
·横摆宽度：10mm
以上的结果与下述表5和表6一并显示。还有，在表5和表6中，关于机械性质和扩散性氢量不满足评价标准的，对数值引下划线表示。
【表5】
【表6】
如表5、6所示，满足本发明的范围的No.1～49、63～82合格。
另一方面，不满足本发明的范围的No.50～62为以下的结果。
No.50因为TiO2的粒度比高于上限值，所以扩散性氢量多。
No.51因为TiO2的粒度比低于下限值，所以电弧不稳定而成为凸焊道(ビート)，焊接操作性差。
No.52因为C含量高于上限值，所以韧性差。
No.53因为C含量低于下限值，所以屈服强度降低。
No.54因为P含量高于上限值，所以热裂纹发生。
No.55因为S含量高于上限值，所以热裂纹发生。
No.56因为Mn含量高于上限值，所以抗拉强度变得过高。
No.57因为Mn含量低于下限值，所以韧性差，另外，强度降低，另外，气孔发生。
No.58因为Ni含量高于上限值，所以热裂纹发生。
No.59因为，Ni含量低于下限值，所以韧性差。
No.60因为TiO2含量高于上限值，所以韧性差。
No.61因为TiO2含量低于下限值，所以成为凸焊道，焊接操作性差。
No.62因为TiO2的粒度比高于上限值，所以扩散性氢量多。另外，因为total.F含量多，所以焊接操作性稍差。
还有，No.62的药芯焊丝，设想的是专利文献1所述的现有药芯焊丝。如本实施例所示，现有的药芯焊丝，在所述的评价中不满足一定的水准。因此，根据本实施例，本发明的药芯焊丝与现有的药芯焊丝相比较，客观上表明更为优异。
以上，对于本发明展示实施的方式和实施例详细地进行了说明，但本发明的宗旨不受所述内容限定，其权利范围必须基于专利权利要求的范围所述广义解释。还有，本发明的内容，当然也可以基于前述记述进行宽泛改变·变更等。
本申请基于2015年8月28日申请的日本专利申请(特愿2015－169351)，其内容在此作为参照编入。
【产业上的可利用性】
本发明的气体保护电弧焊用药芯焊丝，特别在海洋结构物和管线管中有用。
【符号的说明】
1 钢制外皮
2 焊剂
10 药芯焊丝

Claims (2)

1.一种气体保护电弧焊用药芯焊丝，是在钢制外皮内填充有焊剂的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其中，
在焊丝总质量中，含有
C：0.01质量％以上并在0.20质量％以下、
Mn：0.5质量％以上并在5.0质量％以下
TiO2：2.0质量％以上并在10.0质量％以下、
Ni：0.10质量％以上并在5.00质量％以下，且
P：0.050质量％以下、
S：0.050质量％以下，
对于所述TiO2，设106μm以下的粒度在焊丝总质量中的含量以质量％计为α1、高于106μm的粒度在焊丝总质量中的含量以质量％计为α2时，作为两者之比的α1/α2的值为0.90以上并在1.50以下。
2.根据权利要求1所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其中，还含有下述(a)～(i)中的至少1个：
(a)在焊丝总质量中，Si和Si氧化物之中至少一种：以Si换算值的合计计为0.05质量％以上并在1.00质量％以下；
(b)在焊丝总质量中，Cr：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、和Mo：0.50质量％以下之中的至少一种；
(c)在焊丝总质量中，金属Mg和Mg合金：以Mg换算值的合计计为0.10质量％以上并在1.20质量％以下；
(d)在焊丝总质量中，金属Ti和Ti合金：以Ti换算值的合计计为0.80质量％以下；
(e)在焊丝总质量中，B和B化合物：以B换算值的合计计为0.0010质量％以上并在0.0200质量％以下；
(f)在焊丝总质量中，F化合物：以F换算值的合计计为0.01质量％以上并在0.50质量％以下、以及Na化合物的Na换算值的合计与K化合物的K换算值的合计的合计：0.01质量％以上并在1.00质量％以下；
(g)在焊丝总质量中，Nb：0.10质量％以下、和V：0.10质量％以下之中至少一种；
(h)在焊丝总质量中，ZrO2：0.50质量％以下、和Al2O3：0.05质量％以上且1.00质量％以下；
(i)在焊丝总质量中，Fe：75.00质量％以上。
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