CN117241914A - 药芯焊丝及焊接接头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种药芯焊丝，其具备钢制外皮和填充于内部的焊剂，其包含C：0.02～0.8％、Si：0.2～0.8％、Mn：15～30％、Ni：1～10％、N：0.05～1％、规定量的其他任选元素，剩余部分：Fe及杂质，Ti氧化物的合计、Si氧化物的合计、Zr氧化物的合计、Al氧化物的合计、K2SiF6、K2ZrF6、NaF、Na3AlF6、CaF2及MgF2的氟化物的合计、Na氧化物、NaF及Na3AlF6的含Na化合物的合计、以及K氧化物、K2SiF6及K2ZrF6的含K化合物的合计为规定量。
Description
技术领域
本公开涉及药芯焊丝(充填焊剂的焊丝)及焊接接头的制造方法。
背景技术
近年来，由于基于地球变暖的问题的二氧化碳排放量限制强化，与石油及煤等相比没有二氧化碳排放的氢燃料、以及二氧化碳排放少的天然气的需求在提高，伴随于此，液氢储罐及LNG储罐建造的需求也在世界上提高。对于液氢储罐及LNG储罐中使用的钢材，从-196℃的极低温度下的韧性确保的要求出发，使用了包含6～9％Ni的Ni系低温用钢。
而且，对于这些Ni系低温用钢的焊接，使用了可得到优异的低温韧性的焊接金属的奥氏体系的药芯焊丝。该药芯焊丝主要以70％来设计Ni含量。
例如，作为Ni含量为70％的药芯焊丝，在专利文献1中公开了：“一种药芯焊丝，其Ni含量为35～70％，在焊剂中相对于焊丝总质量包含总量为4.0质量％以上的TiO2、SiO2及ZrO2，进而，以MnO2换算计包含0.6～1.2质量％的Mn氧化物，并且在将TiO2、SiO2、ZrO2及MnO2(换算量)的含量以质量％计分别设定为[TiO2]、[SiO2]、[ZrO2]及[MnO2]时，以[TiO2]/[ZrO2]为2.3～3.3、[SiO2]/[ZrO2]为0.9～1.5、及([TiO2]+[SiO2]+[ZrO2])/[MnO2]为5～13的Ni基合金作为外皮”。
此外，在专利文献2中公开了：“一种管状药芯电弧焊用焊丝，其以重量％计包含C：0.15～0.8％、Si：0.2～1.2％、Mn：15～34％、Cr：6％以下、Mo：1.5～4％、S：0.02％以下、P：0.02％以下、B：0.01％以下、Ti：0.09～0.5％、N：0.001～0.3％、TiO2：4～15％、选自SiO2、ZrO2及Al2O3中的1种以上的合计：0.01～9％、选自K、Na及Li中的1种以上的合计：0.5～1.7％、F和Ca中的1种以上：0.2～1.5％、剩余部分为Fe及其他的不可避免的杂质”。
专利文献1：日本特开2008-246507号公报
专利文献2：日本特开2017-502842号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，用于确保熔融金属的低温韧性的以70％设计了Ni含量的焊丝非常昂贵，要求廉价的焊丝。
昂贵的Ni作为奥氏体稳定化元素被熟知，但低廉的Mn也具有同样的效果。因此，如果降低Ni含量、提高Mn含量，则可廉价地得到低温韧性优异的焊接金属。但是，仅仅将Ni单纯地置换成Mn来提高Mn量时，因过量的Mn反而使低温韧性降低。
于是，本发明的课题是提供可廉价地得到低温韧性优异的焊接金属的药芯焊丝及使用了该药芯焊丝的焊接接头的制造方法。
用于解决课题的手段
用于解决课题的手段包含下述的方案。
<1>一种药芯焊丝，其是具备钢制外皮和填充于上述钢制外皮内部的焊剂的焊接用的药芯焊丝，
以相对于上述药芯焊丝总质量而言的质量％计，上述药芯焊丝的化学组成中的金属成分为：
C：0.020～0.800％、
Si：0.20～0.80％、
Mn：15.0～30.0％、
P：0～0.050％、
S：0～0.050％、
Cu：0～10.0％、
Ni：1.0～10.0％、
Cr：0～2.0％、
Mo：0～10.0％、
Nb：0～5.0％、
V：0～5.0％、
W：0～10.0％、
Mg：0～1.00％、
Al：0～3.0％、
Ca：0～0.100％、
Ti：0～3.000％、
B：0～0.1000％、
REM：0～0.100％、
Bi：0～0.050％、
N：0.050～1.000％、
O：0～0.020％、以及
剩余部分：Fe及杂质，
以相对于上述药芯焊丝总质量而言的质量％计，上述药芯焊丝的化学组成中的氧化物及氟化物为：
Ti氧化物的TiO2换算值的合计为3.00～8.00％，
Si氧化物的SiO2换算值的合计为0.10～1.00％，
Zr氧化物的ZrO2换算值的合计为0～0.80％，
Al氧化物的Al2O3换算值的合计为0～0.80％，
含有K2SiF6、K2ZrF6、NaF、Na3AlF6、CaF2及MgF2中的任1种以上的特定氟化物，其合计为0.10～2.00％，
含有Na氧化物、NaF及Na3AlF6中的任1种以上的含Na化合物，其合计(其中Na氧化物为Na2O换算值)为0.01～2.00％，
含有K氧化物、K2SiF6及K2ZrF6中的任1种以上的含K化合物，其合计(其中K氧化物为K2O换算值)为0.01～2.00％。
<2>根据<1>所述的药芯焊丝，其中，上述金属成分中的上述Mg、Al及Ca的合计含量以相对于上述药芯焊丝总质量而言的质量％计为0.01％以上。
<3>根据<1>或<2>所述的药芯焊丝，其中，上述金属成分中的上述Si的含量为Si：0.25～0.80％。
<4>根据<1>～<3>中任一项所述的药芯焊丝，其中，上述金属成分中的上述Mn含量与上述Ni含量的质量比(Mn/Ni)为1.20以上。
<5>根据<1>～<4>中任一项所述的药芯焊丝，其中，通过下述式A算出的X值为0.10～160.00。
X＝(8×CaF2+5×MgF2+5×NaF+5×K2SiF6+5×K2ZrF6+Na3AlF6)/(SiO2+Al2O3+ZrO2+0.5×MgO+CaO+0.5×Na2O+0.5×K2O+MnO2+FeO)式A
式A中，CaF2、MgF2、NaF、K2SiF6、K2ZrF6及Na3AlF6为各化学式所示的化合物的以相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％计的含量。此外，SiO2表示Si氧化物的SiO2换算值的合计，Al2O3表示Al氧化物的Al2O3换算值的合计，ZrO2表示Zr氧化物的ZrO2换算值的合计，MgO表示Mg氧化物的MgO换算值的合计，CaO表示Ca氧化物的CaO换算值的合计，Na2O表示Na氧化物的Na2O换算值的合计，K2O表示K氧化物的K2O换算值的合计，MnO2表示Mn氧化物的MnO2换算值的合计，FeO表示Fe氧化物的FeO换算值的合计。
此外，式A中的上述SiO2换算值、上述Al2O3换算值、上述ZrO2换算值、上述MgO换算值、上述CaO换算值、上述Na2O换算值、上述K2O换算值、上述MnO2换算值及上述FeO换算值以相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％来表示。
<6>根据<1>～<5>中任一项所述的药芯焊丝，其含有Mg氧化物及MgF2中的任1种以上的含Mg化合物，其合计(其中Mg氧化物为MgO换算值)为0.01～2.00％。
<7>根据<1>～<6>中任一项所述的药芯焊丝，其中，上述钢制外皮在接缝处不具有焊接部。
<8>根据<1>～<6>中任一项所述的药芯焊丝，其中，上述钢制外皮在接缝处具有焊接部。
<9>根据<1>～<8>中任一项所述的药芯焊丝，其在表面涂布有聚四氟乙烯油及全氟聚醚油中的一者或两者。
<10>一种焊接接头的制造方法，其具备使用<1>～<9>中任一项所述的药芯焊丝将钢材进行焊接的工序。
发明效果
根据本公开，能够提供可廉价地得到低温韧性优异的焊接金属的药芯焊丝及使用了该药芯焊丝的焊接接头的制造方法。
附图说明
图1是表示在实施例中对2块钢板进行角焊缝焊接时的焊道的缝边形状的状态的截面图。
具体实施方式
对作为本公开的一个例子的实施方式进行说明。
需要说明的是，在本说明书中，关于使用“～”表示的数值范围，在对“～”的前后所记载的数值未标注“超过”及“低于”的情况下，是指包含这些数值作为下限值及上限值的范围。此外，在对“～”的前后所记载的数值标注有“超过”或“低于”的情况下的数值范围是指不以这些数值作为下限值或上限值所包含的范围。
在本说明书中阶段性记载的数值范围内，某个阶段性的数值范围的上限值也可以置换成其他的阶段性记载的数值范围的上限值，此外，也可以置换成实施例中所示的值。进而，某个阶段性的数值范围的下限值也可以置换成其他的阶段性记载的数值范围的下限值，此外，也可以置换成实施例中所示的值。
此外，关于含量，“％”是指“质量％”。
作为含量(％)，“0～”是指该成分为任选成分，也可以不含有。
<药芯焊丝>
本公开的药芯焊丝(以下，有时简称为“焊丝”)具备钢制外皮(以下，有时也简称为“外皮”)和填充于钢制外皮内部的焊剂。
本公开的药芯焊丝中，药芯焊丝的化学组成中的金属成分为规定的组成，并且作为药芯焊丝的化学组成中的氧化物及氟化物，以规定量包含Ti氧化物、Si氧化物、氟化物、含Na化合物、含K化合物，不含Zr氧化物、Al氧化物或以规定量包含Zr氧化物、Al氧化物。
本公开的药芯焊丝通过上述构成，成为可廉价地得到低温韧性优异的焊接金属的焊丝。
而且，本公开的药芯焊丝通过下述的认知被发现。
发明者们对获得即使降低Ni含量、提高Mn含量也会提高焊接金属的低温韧性的焊丝的技术进行了研究。其结果是，得到下述的认知。
昂贵的Ni作为奥氏体稳定化元素被熟知，但低廉的Mn也具有同样的效果，如果提高Mn含量，则能够降低Ni含量，成为廉价的焊丝，并且可得到低温韧性优异的焊接金属。但是，仅仅将Ni单纯地置换成Mn来提高Mn量时，由于过量的Mn，导致焊接金属中的氧量增加，反而低温韧性降低。这是因为：Mn与氧容易结合，在焊接金属中形成氧化物。
与此相对，通过提高Mn含量，与此同时含有实现强脱氧且降低氢的成分即NaF、MgF等特定氟化物，能够降低焊接金属中的氧量，可确保低温韧性。
由以上的认知发现：本公开的药芯焊丝成为可廉价地得到低温韧性优异的焊接金属的焊丝。
以下，对构成本公开的药芯焊丝的要件(也包含任选要件的要件)的限定理由进行具体说明。
[药芯焊丝的化学组成中的金属成分]
以下，对本公开的药芯焊丝的化学组成中的金属成分进行说明。
需要说明的是，在药芯焊丝的金属成分的说明中，“％”只要没有特别说明，则是指“相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％”。
药芯焊丝的金属成分可以被包含于钢制外皮中，也可以被包含于焊剂中。
此外，当本公开的药芯焊丝在钢制外皮的外表面具有镀层的情况下，也可以被包含于镀层中。
这里，药芯焊丝的“化学组成中的金属成分”是指药芯焊丝中所含的成分中除了氧化物、氟化物、氮化物及金属碳酸盐以外的成分。此外，关于钢制外皮中存在的氧化物、氟化物、氮化物及金属碳酸盐，由于不含有或含量为极微量，因此在测定时不进行除去。即，上述的“除了氧化物、氟化物、氮化物及金属碳酸盐以外的成分”是指除了焊剂中所含的氧化物、氟化物、氮化物及金属碳酸盐以外的意思。
本公开的药芯焊丝的化学组成中的金属成分为：
C：0.020～0.800％、
Si：0.20～0.80％、
Mn：15.0～30.0％、
P：0～0.050％、
S：0～0.050％、
Cu：0～10.0％、
Ni：1.0～10.0％、
Cr：0～2.0％、
Mo：0～10.0％、
Nb：0～5.0％、
V：0～5.0％、
W：0～10.0％、
Mg：0～1.00％、
Al：0～3.0％、
Ca：0～0.100％、
Ti：0～3.000％、
B：0～0.1000％、
REM：0～0.100％、
Bi：0～0.050％、
N：0.050～1.000％、
O：0～0.020％、以及
剩余部分：Fe及杂质。
即，在本公开的药芯焊丝中，上述成分是除了氧化物、氟化物、氮化物及金属碳酸盐以外所含的成分的含量。
(C：0.020～0.800％)
C是提高焊接金属强度的元素，是用于确保焊接金属强度的元素。
另一方面，如果焊丝的C含量过量，则因焊接金属的强度上升而引起的使韧性劣化的影响非常大，焊接金属的低温韧性显著降低。
因而，焊丝的C含量设定为0.020～0.800％。
焊丝的C含量的下限优选为0.050％、0.100％或0.200％。
焊丝的C含量的上限优选为0.750％、0.700％、0％、0.650％、0.600％、0.550％、0.500％、0.450％、0.400％或0.350％。
(Si：0.20～0.80％)
Si会提高焊接金属的清洁度，抑制气孔等焊接缺陷的产生。
另一方面，如果焊丝的Si含量过量，则在Ni钢、Ni基合金钢的焊接中，在焊接金属中容易产生显微偏析，在偏析部产生显著的脆化。
因而，焊丝的Si含量设定为0.20～0.80％。
焊丝的Si含量的下限优选为0.25％、0.30％或0.35％。
焊丝的Si含量的上限优选为0.75％、0.70％或0.65％。
(Mn：15.0～30.0％)
Mn是奥氏体稳定化元素。如果焊丝的Mn含量过低，则焊接金属的奥氏体化变得难以进行，低温韧性劣化。
此外，Mn是作为脱氧剂发挥功能来提高焊接金属清洁度的元素。此外，Mn是通过形成MnS而将焊接金属中的S无害化、提高焊接金属的低温韧性的元素。此外，Mn还具有防止高温开裂的效果。
另一方面，如果焊丝的Mn含量过量，则在Ni钢、Ni基合金钢的焊接中，在焊接金属中容易产生显微偏析，在偏析部产生显著的脆化。此外，因过量的Mn而使焊接金属中的氧量增加，反而低温韧性降低。
因而，焊丝的Mn含量设定为15.0～30.0％。
焊丝的Mn含量的下限优选为17.0％、18.0％、19.0％或20.0％。
焊丝的Mn含量的上限优选为28.0％、25.0％、22.0％或20.0％。
(P：0～0.050％)
P是杂质元素，由于使焊接金属的韧性降低，因此焊丝的P含量优选极力降低。因而，焊丝的P含量的下限设定为0％。但是，从脱P成本的降低的观点出发，焊丝的P含量为0.003％以上为宜。
另一方面，如果焊丝的P含量为0.050％以下，则成为能够容许P对韧性的不良影响的范围内。为了有效地抑制焊接金属的韧性降低，焊丝的P含量优选为0.040％以下、0.030％以下、0.020％以下、0.015％以下或0.010％以下。
(S：0～0.050％)
S是杂质元素，由于使焊接金属的韧性降低，因此焊丝的S含量优选极力降低。因而，焊丝的S含量的下限设定为0％。但是，从脱S成本的降低的观点出发，焊丝的S含量为0.003％以上为宜。
另一方面，如果焊丝的S含量为0.050％以下，则成为能够容许S对韧性的不良影响的范围内。为了有效地抑制焊接金属的韧性降低，焊丝的S含量优选为0.040％以下、0.030％以下、0.020％以下、0.015％以下或0.010％以下。
(Cu：0～10.0％)
Cu是析出强化元素，为了焊接金属的强度提高，也可以被含有于焊丝中。此外，Cu是奥氏体稳定化元素，为了焊接金属的低温韧性提高，也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的Cu含量过量，则上述的效果饱和。
因而，焊丝的Cu含量设定为0～10.0％。
焊丝的Cu含量的下限优选为0.1％、0.3％、0.5％、0.7％或1.0％。
焊丝的Cu含量的上限优选为9.5％、9.0％或8.0％。
(Ni：1.0～10.0％)
Ni是奥氏体稳定化元素。如果焊丝的Ni含量过低，则焊接金属的奥氏体化变得难以进行，低温韧性劣化。此外，为了确保焊接金属的低温韧性，就会需要过度增加钢制外皮的Ni含量。
另一方面，如果增加焊丝的Ni含量，则焊丝的成本变高。
因而，焊丝的Ni含量设定为1.0～10.0％。
焊丝的Ni含量的下限优选为1.5％、2.0％或2.5％。
焊丝的Ni含量的上限优选为9.5％、9.0％或8.5％。
(Cr：0～2.0％)
Cr是奥氏体稳定化元素，为了焊接金属的低温韧性提高，也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的Cr含量过量，则熔融金属中的低熔点化合物的量增大，进而熔融金属的固液共存温度范围变宽，因此变得容易引起高温开裂。
因而，焊丝的Cr含量设定为0～2.0％。
焊丝的Cr含量的下限优选为0.1％、0.2％或0.3％。
焊丝的Cr含量的上限优选为1.9％、1.8％或1.7％。
(Mo：0～10.0％)
Mo是固溶强化元素，并且是析出强化元素，为了焊接金属的强度提高，也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的Mo含量过量，则焊接金属的强度变得过量，低温韧性降低。
因而，焊丝的Mo含量设定为0～10.0％。
焊丝的Mo含量的下限优选为2.0％、2.5％、3.0％或3.5％。
焊丝的Mo含量的上限优选为9.8％、9.5％、9.0％或8.0％。
(Nb：0～5.0％)
Nb是在焊接金属中形成碳化物、使焊接金属的强度上升的元素，因此也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的Nb含量过量，则有可能产生焊接金属的高温开裂。
因而，焊丝的Nb含量设定为0～5.0％。
焊丝的Nb含量的下限优选为0.5％、1.0％或1.5％。
焊丝的Nb含量的上限优选为4.5％、4.0％或3.5％。
(V：0～5.0％)
V是在焊接金属中形成碳氮化物、使焊接金属的强度上升的元素，因此也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的V含量过量，则有可能产生焊接金属的高温开裂。
因而，焊丝的V含量设定为0～5.0％。
焊丝的V含量的下限优选为0.5％、1.0％或1.5％。
焊丝的V含量的上限优选为4.5％、4.0％或3.5％。
(W：0～10.0％)
W是固溶强化元素，为了焊接金属的强度提高，也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的W含量过量，则焊接金属的强度变得过量，有可能产生韧性降低。
因而，焊丝的W含量设定为0～10.0％。
焊丝的W含量的下限优选为0.5％、1.0％或2.0％。
焊丝的W含量的上限优选为9.0％、8.0％、7.0％或6.0％。
(Mg：0～1.00％)
Mg是脱氧元素，降低焊接金属的氧，对焊接金属的韧性的改善具有效果，因此也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的Mg含量过量，则电弧不稳定化，飞溅及气孔增加，使焊接作业性劣化。
因而，焊丝的Mg含量设定为0～1.00％。
焊丝的Mg含量的下限优选为0.02％、0.05％、0.10％或0.20％。
焊丝的Mg含量的上限优选为0.90％、0.80％或0.70％。
(Al：0～3.0％)
Al是脱氧元素，对气孔等焊接缺陷的产生的抑制以及焊接金属的清洁度提高等具有效果，因此也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的Al含量过量，则Al在焊接金属中形成氮化物或氧化物，有可能使焊接金属的低温韧性降低。
因而，焊丝的Al含量设定为0～3.0％。
焊丝的Al含量的下限优选为0.05％、0.1％、0.5％或1.0％。
焊丝的Al含量的上限优选为2.5％、2.0％或1.5％。
(Ca：0～0.100％)
Ca具有在焊接金属中使硫化物的结构发生变化、此外将焊接金属中的硫化物及氧化物的尺寸微细化的作用，因此对焊接金属的延展性及韧性提高有效。因此，也可以在焊丝中含有Ca。
另一方面，如果焊丝的Ca含量过量，则有可能产生硫化物及氧化物的粗大化，导致焊接金属的低温韧性的劣化。此外，还有可能焊道形状劣化及因电弧的不稳定化而引起焊接性的劣化。
因而，焊丝的Ca含量设定为0～0.100％。
焊丝的Ca含量的下限优选为0.010％、0.020％或0.030％。
焊丝的Ca含量的上限优选为0.095％、0.090％或0.085％。
(Mg、Al及Ca的合计含量：0.01％以上)
Mg、Al及Ca对电弧稳定性有效，因此优选被含有于焊丝中。
因而，焊丝的Mg、Al及Ca的合计含量优选设定为0.01％以上。
焊丝的Mg、Al及Ca的合计含量的下限优选为0.03％、0.10％或0.30％。
需要说明的是，焊丝中的Mg、Al及Ca的合计含量是指钢制外皮及焊剂中所含的金属Mg、金属Al及金属Ca。从电弧稳定性的观点出发，优选将焊剂中所含的金属Mg、金属Al、金属Ca的合计含量设定为0.01％以上。焊剂的Mg、Al及Ca的合计含量的下限优选为0.10％、0.30％或0.50％。
(Ti：0～3.000％)
Ti是脱氧元素，对气孔等焊接缺陷的产生的抑制以及清洁度提高等具有效果，因此也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的Ti含量过量，则在焊接金属中生成碳化物，有可能使焊接金属的韧性劣化。
因而，焊丝的Ti含量设定为0～3.000％。
焊丝的Ti含量的下限优选为0.020％、0.050％或0.100％。
焊丝的Ti含量的上限优选为2.500％、2.000％或1.500％。
(B：0～0.1000％)
B具有提高焊接金属的淬透性、进一步提高焊接金属的抗拉强度的效果，因此也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的B含量过量，则焊接金属中的B也变得过量，形成粗大的BN或Fe23(C、B)6等B化合物，有可能使焊接金属的低温韧性劣化。
因而，焊丝的B含量设定为0～0.1000％。
焊丝的B含量的下限优选为0.0010％、0.0020％或0.0030％。
焊丝的B含量的上限优选为0.0900％、0.0700％或0.0500％。
(REM：0～0.100％)
REM是使电弧稳定化的元素，因此也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的REM含量过量，则飞溅变得剧烈，有可能焊接作业性变得恶劣。
因而，焊丝的REM含量设定为0～0.100％。
焊丝的REM含量的下限优选为0.001％、0.002％或0.005％。
焊丝的REM含量的上限优选为0.090％、0.080％或0.070％。
需要说明的是，“REM”是指包含Sc、Y及镧系元素的合计17种元素，上述“REM含量”是指上述这些17种元素的合计含量。在使用镧系元素作为REM的情况下，在工业上REM以混合稀土合金的形式被含有。
(Bi：0～0.050％)
Bi是改善熔渣的剥离性的元素，因此也可以被含有于焊丝中。
另一方面，如果焊丝的Bi含量过量，则有可能在焊接金属中产生凝固开裂。
因而，焊丝的Bi含量设定为0～0.050％。
焊丝的Bi含量的下限优选为0.005％、0.010％或0.020％。
焊丝的Bi含量的上限优选为0.048％、0.045％、0.040％或0.035％。
(N：0.050～1.000％)
N是奥氏体稳定化元素，并且也是侵入型固溶强化元素。此外，N是由焊接金属的强度上升而引起的对焊接金属的韧性的不良影响也比C少的元素。
如果焊丝的N含量少，则焊接金属的奥氏体化变得难以进行，焊接金属的低温韧性劣化。此外，焊接金属的强度也不足。
另一方面，如果焊丝的N含量过量，则熔断的产生增大，成为焊接缺陷的原因。
因而，焊丝的N含量设定为0.050～1.000％。
焊丝的N含量的下限优选为0.070％、0.100％或0.150％。
焊丝的N含量的上限优选为0.950％、0.900％或0.850％。
(O：0～0.020％)
O有可能作为杂质被含有于焊丝的金属成分中。然而，如果O的含量变得过量，则会导致焊接金属中的韧性及延展性的劣化，因此焊丝的O含量的上限设定为0.020％以下。
焊丝的O含量的上限优选为0.015％、0.010％或0.005％。
另一方面，从抑制由O含量的降低而引起的制造成本的上升的观点出发，焊丝的O含量的下限优选为0.0005％、0.001％或0.002％。
需要说明的是，这里所谓的O含量是指焊丝的金属成分中含有的氧的量，例如是指作为合金粉的氧化被膜等被包含的氧的量。因此，在焊丝中作为氧化物被包含的氧除外。
(剩余部分：Fe及杂质)
焊丝的金属成分中的其他的剩余成分为Fe和杂质。
剩余部分的Fe例如为钢制外皮中所含的Fe以及焊剂中含有的合金粉中的Fe(例如铁粉)等。
此外，杂质是指在工业上制造焊丝时来源于原料或通过制造工序的各种要因而混入的成分，是指在对焊丝不造成不良影响的范围内被容许的成分。
(Mn含量与Ni含量的质量比(Mn/Ni))
Mn及Ni分别是奥氏体稳定化元素，使焊接金属的低温韧性提高。另一方面，Ni是昂贵的金属，Mn是成为烟雾产生量增大的原因的元素。
因此，从抑制焊丝的成本、并且提高焊接金属的低温韧性的观点出发，焊丝中的Mn含量与Ni含量的质量比(Mn/Ni)优选为1.20以上。
焊丝中的Mn含量与Ni含量的质量比(Mn/Ni)的下限更优选为1.50或1.80。
焊丝中的Mn含量与Ni含量的质量比(Mn/Ni)的上限优选为28.0或25.0。
[药芯焊丝的化学组成中的氧化物及氟化物等]
接下来，对本公开的药芯焊丝的化学组成中的氧化物及氟化物等进行说明。
需要说明的是，在药芯焊丝的氧化物及氟化物等的说明中，“％”只要没有特别说明，则是指“相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％”。
此外，关于钢制外皮中存在的氧化物、氟化物、氮化物及金属碳酸盐，不含有或含量为极微量。因此，当在本说明书中，提及氧化物、氟化物、氮化物及金属碳酸盐的含量的情况下，是指焊剂中所含的氧化物、氟化物、氮化物及金属碳酸盐的含量。
(Ti氧化物的TiO2换算值的合计：以质量％计为3.00～8.00％)
Ti氧化物会使焊接金属的氧量增加，使低温韧性劣化。
另一方面，Ti氧化物是熔渣成分，具有使焊道整体均匀地由熔渣包覆的作用。此外，Ti氧化物具有使电弧的持续稳定、降低飞溅产生量的效果。因此，如果含有Ti氧化物，则焊接作业性(特别是立焊性)提高。
如果Ti氧化物的TiO2换算值的合计低于3.00％，则熔渣生成量不足而无法将焊道均匀地包覆，因此熔渣烧结于焊道表面而使焊道外观变得不良。此外，如果Ti氧化物的TiO2换算值的合计低于3.00％，则使电弧稳定的效果消失，飞溅产生量也增加。此外，无法确保焊接作业性(特别是立焊性)。
另一方面，如果Ti氧化物的TiO2换算值的合计超过8.00％，则焊接金属的氧量增加，无法确保低温韧性。此外，如果Ti氧化物的TiO2换算值的合计超过8.00％，则虽然因电弧稳定而使飞溅产生量减少，但随着熔渣的粘性提高，导致熔渣变厚，焊道的缝边部成为膨起的形状。此外，如果Ti氧化物的TiO2换算值的合计超过8.00％，则变得容易产生坑(pit)。此外，产生夹渣。
因而，Ti氧化物的TiO2换算值的合计设定为3.00～8.00％。
Ti氧化物的TiO2换算值的合计的下限优选为3.50％、4.00％或4.50％。
Ti氧化物的TiO2换算值的合计的上限优选为7.50％、7.00％或6.50％。
需要说明的是，Ti氧化物主要会以焊剂中的金红石、氧化钛、钛熔渣、电解抛光氧化铝制品、钛酸钠、钛酸钾等形式存在。因此，通过主要控制焊剂的Ti氧化物的含量，能够设定为上述范围的Ti氧化物的含量。
这里，Ti氧化物的TiO2换算值的合计是指将焊丝中所含的全部Ti氧化物(例如有TiO、TiO2、Ti2O3、Ti3O5等，以金红石、氧化钛、钛熔渣、电解抛光氧化铝制品、钛酸钠、钛酸钾等形式被添加)换算成TiO2的情况下的TiO2相对于焊丝总质量而言的质量％。
而且，Ti氧化物的TiO2换算值的合计通过下述方式来求出：使用荧光X射线分析装置及X射线衍射(XRD)装置，对焊丝中作为氧化物存在的Ti的质量进行分析。此外，在通过荧光X射线分析对焊剂中含有的成分进行分析的基础上，通过利用X射线衍射(XRD)对所含有的成分的分子结构进行解析，从而能够分开求出焊丝中作为氧化物存在的Ti的量与作为金属成分被包含的Ti的量。
具体而言，首先，从焊丝中采集焊剂，对该焊剂通过上述的方法进行分析。例如，如果是通过分析而检测到TiO2、Ti2O3、Ti3O5的情况，则在将各Ti氧化物的质量％以[TiO2]、[Ti2O3]、[Ti3O5]表示、将Ti氧化物的TiO2换算值的合计以[换算TiO2]表示时，通过以下的式C1来计算。
[换算TiO2]＝(0.60×[TiO2]+0.67×[Ti2O3]+0.64×[Ti3O5])×1.67式C1
式C1中的系数(0.60、0.67、0.64)是用于算出各氧化物中所含的Ti量的系数，末尾的乘数(1.67)是用于由焊丝中作为氧化物存在的Ti的总量算出TiO2换算值的乘数。
这里，对系数的求法进行说明。如果设定为检测到MxOy(例如：TiO2、Ti2O3、Ti3O5)的氧化物，则MxOy所涉及的系数由下述式C2进行计算。
[M元素的原子量]×x/([M元素的原子量]×x+[氧的原子量]×y)式C2
式C1中的0.60、0.67、0.64相当于由上述式C2求出的系数。
此外，对用于算出换算值的乘数的求法进行说明。用于换算成MaOb(例如：TiO2)的乘数由下述式C3进行计算。
([M元素的原子量]×a+[氧的原子量]×b)/([M元素的原子量]×a)式C3
式C1中的1.67相当于由上述式C3求出的乘数。
此外，也考虑有氧化物为与2种金属元素结合而成的化合物的情况。关于该情况下的系数的求法，如果设定为检测到MxOyM2 z(例如：TiO3·Fe、即M＝Ti、M2＝Fe、x＝1、y＝3、z＝1的氧化物)，则由下述式C4进行计算。
[M元素的原子量]×x/([M元素的原子量]×x+[氧的原子量]×y+[M2元素的原子量]×z)式C4
此外，Si氧化物的SiO2换算值的合计、Zr氧化物的ZrO2换算值的合计、Al氧化物的Al2O3换算值的合计、Mg氧化物的MgO换算值的合计、Na氧化物的Na2O换算值的合计、K氧化物的K2O换算值的合计、Ca氧化物的CaO换算值的合计、Mn氧化物的MnO2换算值的合计以及Fe氧化物的FeO换算值的合计也通过与Ti氧化物的TiO2换算值的合计同样的计算来获得。即，通过荧光X射线分析装置及X射线衍射(XRD)装置对所采集的焊剂进行分析，与所检测到的各种氧化物相应地，根据上述式C2、式C3、式C4来算出系数及乘数，与上述式C1同样地进行计算。
以下列举出通过分析而检测到的代表性氧化物。
Si氧化物：SiO、SiO2、Si2O3、Si2O4
Zr氧化物：ZrO2
Al氧化物：AlO、Al2O3、Al3O5
Mg氧化物：MgO、MgO2、Mg2O
Na氧化物：Na2O、Na2O2
K氧化物：K2O、KO2
Ca氧化物：CaO、CaO2
Mn氧化物：MnO、Mn2O、MnO2
Fe氧化物：FeO、Fe2O4、FeO3
此外，在Ti氧化物等各种组成的分析时，将钢制外皮与焊剂分开的方法如下所述。使用钳子等将药芯焊丝的钢制外皮打开，采集内部的焊剂。此外，对钢制外皮与焊剂的接触部即外皮的内表面使用钢丝刷及超声波洗涤等将附着的焊剂除去。由此，将钢制外皮与焊剂分离。
(Si氧化物的SiO2换算值的合计：以质量％计为0.10～1.00％)
Si氧化物使焊接金属的氧量增加，使低温韧性劣化。
另一方面，Si氧化物是熔渣成分，具有提高熔融熔渣的粘性、改善熔渣剥离性的作用。
Si氧化物的SiO2换算值的合计低于0.10％时，熔渣包覆状态差，熔渣剥离性变得不良，焊道形状及焊道外观也变得不良。此外，无法确保焊接作业性(特别是立焊性)。
另一方面，如果Si氧化物的SiO2换算值的合计超过1.00％，则焊接金属的氧量增加，无法确保低温韧性。此外，如果Si氧化物的SiO2换算值的合计超过1.00％，则飞溅产生量变多。进而，如果Si氧化物的SiO2换算值的合计超过1.00％，则变得容易产生坑及气槽等。此外，产生夹渣。
因而，Si氧化物的SiO2换算值的合计设定为0.10～1.00％。
Si氧化物的SiO2换算值的合计的下限优选为0.15％、0.20％或0.25％。
Si氧化物的SiO2换算值的合计的上限优选为0.95％、0.90％或0.85％。
需要说明的是，Si氧化物主要会以焊剂中的硅砂、锆砂、长石、硅酸钠、硅酸钾等形式存在。因此，通过主要控制焊剂的Si氧化物的含量，能够设定为上述Si氧化物的含量的范围。
(Zr氧化物的ZrO2换算值的合计：以质量％计为0～0.80％)
Zr氧化物使焊接金属的氧量增加，使低温韧性劣化。因此，从低温韧性的观点出发优选不含Zr氧化物，Zr氧化物的ZrO2换算值的合计的下限设定为0％。
但是，Zr氧化物是熔渣成分，具有在水平角焊缝焊接中提高熔渣包覆性而使焊道形状变得平滑的作用，因此从这种观点出发也可以被含有。
另一方面，如果Zr氧化物的ZrO2换算值的合计超过0.80％，则焊道形状容易成为凸状。此外，产生夹渣。
因而，Zr氧化物的ZrO2换算值的合计设定为0～0.80％。
Zr氧化物的ZrO2换算值的合计的上限优选为0.60％、0.40％、0.20％或0.10％。
需要说明的是，Zr氧化物主要会以焊剂中的锆砂、氧化锆等形式存在，此外，也有可能在Ti氧化物中被微量含有。因此，通过主要控制焊剂的Zr氧化物的含量，能够设定为上述Zr氧化物的含量的范围。
(Al氧化物的Al2O3换算值的合计：以质量％计为0～0.80％)
Al氧化物成为氧源，因此如果添加Al氧化物，则焊接金属中的氧量增加，成为韧性劣化的要因。因此，从低温韧性的观点出发优选不含Al氧化物，Al氧化物的Al2O3换算值的合计的下限设定为0％。
但是，Al氧化物在构成熔融熔渣的情况下，具有通过使熔渣包覆性变得良好，从而防止角焊缝焊道的上焊脚侧的咬边的作用，因此从这种观点出发也可以被含有。
另一方面，如果Al氧化物的Al2O3换算值的合计超过0.80％，则角焊缝焊道的下焊脚侧的焊道缝边部成为膨起的焊道形状。此外，产生夹渣。
因而，Al氧化物的Al2O3换算值的合计设定为0～0.80％。
Al氧化物的Al2O3换算值的合计的上限优选为0.70％、0.60％、0.40％、0.20％或0.10％。
需要说明的是，Al氧化物大多情况下主要以焊剂中的氧化铝、长石等成分的形式存在。因此，通过主要控制焊剂的Al氧化物的含量，能够设定为上述Al氧化物的含量的范围。
(特定氟化物的合计：以质量％计为0.10～2.00％)
K2SiF6、K2ZrF6、NaF、Na3AlF6、CaF2及MgF2(本说明书中，将这些氟化物称为“特定氟化物”)具有降低焊接金属的氧量的效果。
如果特定氟化物的合计低于0.10％，则焊接金属的氧量变高，在Mn含量多的本公开的焊丝中无法确保低温韧性。
另一方面，如果特定氟化物的合计超过2.00％，则大量产生焊接烟雾，产生焊接缺陷。
因而，含有特定氟化物中的任1种以上的氟化物，将其合计设定为0.10～2.00％。
特定氟化物的合计的下限优选为0.20％、0.30％或0.40％。
特定氟化物的合计的上限优选为1.90％、1.80％或1.70％。
(含Na化合物的合计：以质量％计为0.01～2.00％)
Na氧化物、NaF及Na3AlF6(以下，有时将这些含Na化合物称为“特定含Na化合物”)在焊接时所分解的Na作为脱氧剂起作用，降低焊接金属的氧量。由此，熔融金属的低温韧性提高。
如果特定含Na化合物的合计低于0.01％，则焊接金属的氧量的降低作用小，无法确保低温韧性。
另一方面，如果特定含Na化合物的合计超过2.00％，则焊接熔渣的凝固温度发生低温化，焊接作业性(特别是立焊性)劣化。
因而，含有特定含Na化合物中的任1种以上的含Na化合物，将其合计设定为0.01～2.00％。
特定含Na化合物的合计的下限优选为0.05％、0.15％、0.20％或0.30％。
特定含Na化合物的合计的上限优选为1.90％、1.80％、1.70％或1.50％。
需要说明的是，关于Na氧化物的含量，是指Na氧化物的Na2O换算值的合计。
(含K化合物的合计：以质量％计为0.01～2.00％)
K氧化物、K2SiF6及K2ZrF6(以下，有时将这些含K化合物称为“特定含K化合物”)在焊接时所分解的K作为脱氧剂起作用，降低焊接金属的氧量。由此，熔融金属的低温韧性提高。
如果特定含K化合物的合计低于0.01％，则焊接金属的氧量的降低作用小，无法确保低温韧性。
另一方面，如果特定含K化合物的合计超过2.00％，则焊接熔渣的凝固温度发生低温化，焊接作业性(特别是立焊性)劣化。
因而，含有特定含K化合物中的任1种以上的含K化合物，将其合计设定为0.01～2.00％。
特定含K化合物的合计的下限优选为0.05％、0.20％、0.30％或0.40％。
特定含K化合物的合计的上限优选为1.95％、1.90％、1.80％或1.50％。
需要说明的是，关于K氧化物的含量，是指K氧化物的K2O换算值的合计。
(含Mg化合物的合计：以质量％计为0.01～2.00％)
本实施方式的药芯焊丝除了含有特定含Na化合物及特定含K化合物以外，还可以含有Mg氧化物及MgF2中的任1种以上的含Mg化合物。
Mg氧化物及MgF2(以下，有时将这些含Mg化合物称为“特定含Mg化合物”)在焊接时所分解的Mg作为脱氧剂起作用，降低焊接金属的氧量。由此，熔融金属的低温韧性提高。
如果在焊丝中包含特定含Mg化合物(优选特定含Mg化合物的合计为0.01％以上)，则焊接金属的氧量的降低作用变大，进而低温韧性提高。
另一方面，如果特定含Mg化合物的合计为2.00％以下，则焊接熔渣的凝固温度发生高温化，进而焊接作业性(特别是立焊性)提高。
因而，特定含Mg化合物中的任1种以上的含Mg化合物的含量优选将其合计设定为0～2.00％，在含有含Mg化合物的情况下，优选将其合计设定为0.01～2.00％。
特定含Mg化合物的合计的下限更优选为0.05％、0.20％、0.30％或0.40％。
特定含Mg化合物的合计的上限更优选为1.90％、1.80％或1.70％。
需要说明的是，关于Mg氧化物的含量，是指Mg氧化物的MgO换算值的合计。
(在焊丝中含有特定含Na化合物及特定含K化合物的其他意义)
将特定含Na化合物的含量及特定含K化合物的含量分别设定为低于0.01％，即使增加包含作为脱氧剂发挥功能的Ca的CaF2，飞溅也增加，焊接作业性劣化。此外，即使增加作为脱氧剂发挥功能的金属Mg，金属Mg也使焊接金属的扩散性氢量增加，耐低温开裂性劣化。
因此，为了得到焊接作业性(特别是立焊性)优异、并且低温韧性及耐低温开裂性优异的焊接金属，需要使焊丝中分别以上述范围包含特定含Na化合物及特定含K化合物。
从同样的观点出发，还优选使焊丝中以上述范围包含特定含Mg化合物。
需要说明的是，特定含Na化合物、特定含K化合物及特定含Mg化合物的含量是以相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％计的含量。
(通过式A算出的X值)
在本公开的药芯焊丝中，通过下述式A算出的X值优选为0.10～160.00。
X＝(8×CaF2+5×MgF2+5×NaF+5×K2SiF6+5×K2ZrF6+Na3AlF6)/(SiO2+Al2O3+ZrO2+0.5×MgO+CaO+0.5×Na2O+0.5×K2O+MnO2+FeO)式A
式A中，CaF2、MgF2、NaF、K2SiF6、K2ZrF6及Na3AlF6为各化学式所示的化合物的以相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％计的含量。此外，SiO2表示Si氧化物的SiO2换算值的合计，Al2O3表示Al氧化物的Al2O3换算值的合计，ZrO2表示Zr氧化物的ZrO2换算值的合计，MgO表示Mg氧化物的MgO换算值的合计，CaO表示Ca氧化物的CaO换算值的合计，Na2O表示Na氧化物的Na2O换算值的合计，K2O表示K氧化物的K2O换算值的合计，MnO2表示Mn氧化物的MnO2换算值的合计，FeO表示Fe氧化物的FeO换算值的合计。此外，式A中的上述SiO2换算值、上述Al2O3换算值、上述ZrO2换算值、上述MgO换算值、上述CaO换算值、上述Na2O换算值、上述K2O换算值、上述MnO2换算值及上述FeO换算值以相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％来表示。
式A中，分子是包含在焊接时发生分解、作为脱氧剂发挥功能、降低焊接金属的氧量的成分(Ca、Mg、Na、K、Si)和降低焊接金属的扩散性氢量的氟的化合物量的指标。
另一方面，分母是包含增加焊接金属的氧量的氧(O)的化合物量的指标。
即，如果X值为0.10以上，则包含增加焊接金属的氧量的氧(O)的化合物量少，焊接金属的氧量降低作用变大，进而低温韧性提高。
另一方面，如果X值为160.00以下，则氟化物量不会过多，变得难以产生夹渣，变得容易制作健全的接头。
因而，通过式A算出的X值优选设定为0.10～160.00。
X值的下限更优选为1.00、5.00或10.00。
X值的上限更优选为130.00、100.00、70.00、50.00或20.00。
-其他氧化物的合计含量：0～10.00％-
当在本公开的药芯焊丝中，作为除Ti氧化物、Si氧化物、Zr氧化物及Al氧化物以外的氧化物，包含选自Fe氧化物、Mg氧化物、Na氧化物、K氧化物、Mn氧化物及Ca氧化物中的1种或2种以上氧化物的情况下，其合计含量优选为10.00％以下。有时将由Fe氧化物、Mg氧化物、Na氧化物、K氧化物、Mn氧化物及Ca氧化物构成的组中所含的氧化物简称为“其他氧化物”。此外，有时将其他氧化物中的各个氧化物的含量的合计值简称为“其他氧化物的合计含量”。
在本公开的药芯焊丝包含上述其他氧化物中的1种或2种以上氧化物的情况下，上述其他氧化物的合计含量以Fe氧化物的FeO换算值、Mg氧化物的MgO换算值、Na氧化物的Na2O换算值、K氧化物的K2O换算值、Mn氧化物的MnO2换算值及Ca氧化物的CaO换算值的合计来求出。
需要说明的是，在本公开的药芯焊丝中，其他氧化物不是必需成分，因此药芯焊丝中的其他氧化物的合计含量的下限值为0％。
另一方面，其他氧化物具有良好地维持焊道形状的效果和提高立焊性的效果。此外，Mg氧化物及Fe氧化物等还具有使电弧稳定的效果。为了得到上述那样的效果，也可以将其他氧化物的合计含量设定为超过0％。为了更加发挥这些效果，也可以将其他氧化物的合计含量的下限设定为0.05％、0.10％、0.15％或0.20％。另一方面，如果其他氧化物的合计含量为10.00％以下，则可抑制夹渣的产生，能够容易地制作健全的接头。因此，其他氧化物的合计含量的上限值优选设定为10.00％，也可以设定为9.00％、8.00％、7.00％、6.00％、3.00％、2.00％、1.00％、0.50％或0.30％。
本公开的药芯焊丝中的其他氧化物的含量不需要根据每个氧化物的种类进行限定。
此外，其他氧化物中的各个氧化物的含量及其他氧化物的合计含量与上述的Ti氧化物的含量同样地通过荧光X射线分析及X射线衍射(XRD)来进行测定。
(氮化物、金属碳酸盐)
氮化物(特别是焊剂中的氮化物)具有减少焊接金属中的扩散性氢量、显著提高焊接金属的耐低温开裂性的作用。其理由并不清楚，但据推测理由之一是：氮化物中的N在焊接中与氢(H)结合而成为氨(NH3)，该NH3被放出到焊接金属外。
因此，本公开的药芯焊丝也可以包含氮化物。
在本公开的药芯焊丝中，作为氮化物，例如也可以包含选自AlN、BN、Ca3N2、CeN、CrN、Cu3N、Fe4N、Fe3N、Fe2N、Mg3N、Mo2N、NbN、Si3N4、TiN、VN、ZrN、Mn2N及Mn4N中的1种或2种以上。
金属碳酸盐通过电弧而发生电离，产生CO2气体。CO2气体会降低焊接气氛中的氢分压，降低焊接金属中的扩散性氢量。
因此，本公开的药芯焊丝也可以在焊剂中包含金属碳酸盐。
在本公开的药芯焊丝中，作为金属碳酸盐，例如也可以包含选自MgCO3、Na2CO3、LiCO3、CaCO3、K2CO3、BaCO3、FeCO3、MnCO3及SrCO3中的1种或2种以上。
但是，金属碳酸盐的种类及组成没有限定。
此外，氮化物及金属碳酸盐的含量与上述的Ti氧化物的含量同样地通过荧光X射线分析及X射线衍射(XRD)来进行测定。
本公开的药芯焊丝也可以进一步具备涂布于焊丝表面的润滑剂。涂布于焊丝表面的润滑剂具有提高焊接时的焊丝的进给性的效果。作为焊丝用的润滑剂，可以使用各种种类的润滑剂(例如棕榈油等植物油)，但为了抑制焊接金属的低温开裂，优选使用不含有H的聚四氟乙烯油(PTFE油)及全氟聚醚油(PFPE油)中的一者或两者。此外，如上述那样，本公开的药芯焊丝也可以进一步具备形成于焊丝表面的镀层。该情况下，润滑剂被涂布于镀层的表面。
本公开的药芯焊丝中所含的氢量没有特别限定，但为了降低焊接金属的扩散性氢量，优选相对于药芯焊丝的总质量为12ppm以下。药芯焊丝中的氢量有可能在药芯焊丝的保管期间通过水分侵入药芯焊丝内而增大。因此，在从焊丝制造至焊丝使用为止的期间长的情况下，优选通过后述的手段来防止水分的浸入。
(焊丝形状)
接下来，对本公开的药芯焊丝的形状(焊丝结构)进行说明。
通常，药芯焊丝被区分为下述焊丝中的任一者：由于钢制外皮的接缝被焊接而具有没有狭缝状间隙的形状(无缝形状)的焊丝(在钢制外皮的接缝处不具有焊接部的焊丝)；和由于钢制外皮的接缝未被焊接而具有包含狭缝状间隙的形状(有缝形状)的焊丝(在钢制外皮的接缝处具有焊接部的焊丝)。
就本公开的药芯焊丝而言，可以采用任一形状。然而，为了抑制焊接金属的低温开裂的产生，优选在钢制外皮上没有狭缝状间隙。在焊接时侵入焊接部内的H(氢)扩散到焊接金属及被焊接材料中，聚集于应力集中部而成为低温开裂的产生原因。H的供给源各种各样，但当在焊接部的清洁度及气体保护的条件被严密管理的状态下进行焊接的情况下，焊丝中所含的水分(H2O)成为主要的H的供给源，该水分的量对焊接接头的扩散性氢量产生强烈影响。
在钢制外皮具有缝的情况下，大气中的水分容易经由缝而侵入焊剂中。因此，优选通过除去钢制外皮的缝来抑制在从焊丝制造后至焊丝使用为止的期间大气中的水分经由钢制外皮而侵入到焊剂中。在钢制外皮具有缝、并且从焊丝制造至焊丝使用为止的期间长的情况下，为了防止水分等H的供给源侵入，优选对药芯焊丝整体进行真空包装或在能够以干燥的状态保持的容器内保存药芯焊丝。
(焊丝直径)
本公开的药芯焊丝的直径没有特别限定，但例如为φ1.0～φ2.0mm。需要说明的是，一般的药芯焊丝的直径为φ1.2～φ1.6mm。
(填充率)
本公开的药芯焊丝的填充率只要满足上述的条件，则没有特别限定。鉴于一般的药芯焊丝的填充率，也可以将本公开的药芯焊丝的填充率的下限值设定为例如8％、10％或12％。此外，也可以将本公开的药芯焊丝的填充率的上限值设定为例如28％、25％、22％、20％或17％。
此外，在算出填充率时，分别测定钢制外皮和焊剂的质量。
<药芯焊丝的制造方法>
接下来，对本公开的药芯焊丝的制造方法进行说明。
需要说明的是，以下说明的制造方法为一个例子，制造本公开的药芯焊丝的方法并不限于以下的方法。
(具有无缝形状的药芯焊丝的情况)
具有无缝形状的药芯焊丝的制造方法具备下述工序：制备焊剂的工序；一边将钢带沿长度方向输送，一边使用成形辊进行成形来得到U字型的开管的工序；通过开管的开口部向开管内供给焊剂的工序；将开管的开口部的相对的边缘部(周向两端部)进行对焊来得到无缝管的工序；对无缝管进行拉丝来得到具有规定线径的药芯焊丝的工序；和在拉丝工序的过程中或完成后将药芯焊丝进行退火的工序。
焊剂按照使药芯焊丝的各成分成为上述的规定范围内的方式进行制备。此外，需要留意的是：由钢制外皮的材料即钢带的宽度及厚度以及焊剂的填充量等决定的焊剂的填充率也对药芯焊丝的各成分量产生影响。
对焊通过电阻焊、激光焊接或TIG焊接等来进行。
此外，在拉丝工序的过程中或拉丝工序的完成后，为了除去药芯焊丝中的水分，对药芯焊丝进行退火。为了将药芯焊丝的H含量设定为12ppm以下，优选退火温度设定为650℃以上、退火时间设定为4小时以上。此外，为了防止焊剂的变质，退火温度优选设定为900℃以下。
进行了对接缝焊后的没有狭缝状间隙的药芯焊丝的截面如果进行研磨并蚀刻，则可观察到焊痕，如果不进行蚀刻，则观察不到焊痕。因此，像上述那样有时称为无缝。例如，在焊接学会编“新版焊接·接合技术入门”(2008年)产报出版、p.111中，进行了对接缝焊后的没有狭缝状间隙的药芯焊丝被记载为无缝型的焊丝。将药芯焊丝的钢制外皮的间隙进行钎焊，也可得到没有狭缝状间隙的药芯焊丝。
(具有狭缝状间隙的药芯焊丝的情况)
具有狭缝状间隙的药芯焊丝的制造方法具有将开管进行成形并将开管的端部对接来得到有狭缝状间隙的管的工序来代替将开管的周向的两端部进行对焊来得到无缝管的工序，除了这一点以外，与具有无缝形状的药芯焊丝的制造方法是相同的。具有狭缝状间隙的药芯焊丝的制造方法也可以进一步具备将进行了对接后的开管的端部进行敛缝的工序。
在具有狭缝状间隙的药芯焊丝的制造方法中，将有狭缝状间隙的管进行拉丝。
<焊接接头的制造方法>
接下来，对本公开的焊接接头的制造方法(焊接方法)进行说明。
本公开的焊接接头的制造方法具备使用上述的本公开的药芯焊丝将钢材进行焊接的工序。
在本公开的焊接接头的制造方法中，焊接方式为气体保护电弧焊是适宜的。
在本公开的焊接接头的制造方法中，成为焊接接头的母材的钢材(被焊接材料)的种类没有特别限定，但例如可以适宜地使用PCM(焊接开裂敏感性组成)为0.24％以上的低温开裂敏感性高的钢材、特别是抗拉强度为590MPa～1700MPa、板厚为20mm以上的高强度钢板。
在本公开的焊接接头的制造方法中，在1道次～最终道次中的任1道次以上中，具备使用本公开的药芯焊丝将钢材进行焊接的工序为宜。在焊接仅为1道次的情况下，在这1道次中使用本公开的药芯焊丝。
药芯焊丝的极性由于小到对焊接金属的扩散性氢量及飞溅产生量造成的影响可以忽视的程度，因此可以为正及负中的任一者，但优选为正。
在本公开的焊接接头的制造方法中，在进行气体保护电弧焊的情况下，所使用的保护气体的种类没有特别限定。作为本公开的焊接接头的制造方法中的保护气体，可以优选使用一般经常使用的100体积％的碳酸气体及Ar与3～30体积％CO2的混合气体等。此外，使用了本公开的药芯焊丝的焊接时的保护气体也可以包含5体积％以下的O2气。这些气体由于廉价，因此使用了这些气体的焊接在产业利用上是有利的。
本公开的焊接接头的制造方法中的焊接姿势没有特别限定。本公开的焊接接头的制造方法中，焊接姿势可以为向下姿势、横向姿势、立向姿势及向上姿势中的任一种。
通过本公开的焊接接头的制造方法而得到的焊接接头具备成为母材的钢材和由焊接金属及焊接热影响部构成的焊接部。所得到的焊接金属的抗拉强度例如优选为590～1200MPa的高强度。
实施例
接下来，通过本公开例及比较例，对本公开的可实施性及效果进一步进行详细说明，但下述实施例并不限定本公开，遵循上述和后述的主旨进行设计变更都包含于本公开的技术范围内。
(药芯焊丝的制造)
本公开例及比较例的药芯焊丝通过以下说明的方法来制造。
首先，一边将钢带沿长度方向输送，一边使用成形辊进行成形来得到U型的开管。通过该开管的开口部向开管内供给焊剂，将开管的开口部的相对的边缘部进行对焊来得到无缝管。
将该无缝管进行拉丝，得到没有狭缝状间隙的药芯焊丝。其中，一部分试样制成不进行缝焊的有狭缝状间隙的管，对其进行拉丝。
像这样操作，试制了最终的焊丝直径为φ1.2mm的药芯焊丝。
此外，在这些药芯焊丝的拉丝作业的过程中，将药芯焊丝在650～950℃的温度范围内进行4小时以上退火。试制后，在焊丝表面涂布润滑剂。将这些药芯焊丝的构成示于表1-A～表1-F中。
表1-A～表1-F中所示的焊丝的金属成分的含量、氧化物的含量、氟化物(特定氟化物)的含量、含Na化合物的含量、含K化合物的含量及铁粉的含量的单位为相对于药芯焊丝总质量而言的质量％。在表中，“相对于药芯焊丝总质量而言的质量％”简称为“质量％”，“焊丝的化学组成中的金属成分”简称为“化学成分”。
[表1-A]
[表1-B]
[表1-C]
[表1-D]
[表1-E]
[表1-F]
表1-A～表1-F中所示的药芯焊丝的剩余部分(即，表中所示的各成分以外的成分)为铁及杂质。
在表中所示的药芯焊丝中，在“焊丝结构”栏中记载为“无缝”的药芯焊丝具有无缝形状，记载为“有狭缝状间隙”的药芯焊丝是具有狭缝状间隙的焊丝。在“备注”栏中只要没有特别说明，则是涂布有棕榈油作为润滑剂的焊丝，记载为“PTFE油”的焊丝为涂布有PTFE油的焊丝。
表1-A～表1-F中所示的药芯焊丝中所含的各元素为钢制外皮或金属粉的形态。
此外，在表1-A～表1-F中，对脱离本公开中规定的范围的数值标注有下划线。
此外，在表1-A～表1-F中，化学成分、化合物等的含量所涉及的表中的空栏是指未有意含有该化学成分、化合物等。这些化学成分、化合物等也有可能不可避免地被混入或生成。
[评价]
使用本公开例及比较例的药芯焊丝，通过向上立焊进行气体保护电弧焊，由此来进行评价。具体而言，通过以下说明的方法来进行评价。
作为焊接的钢板，使用板厚为50mm的抗拉强度为780MPa级钢，评价时的焊接气体的种类设定为Ar-20体积％CO2气体。此外，在评价时，焊接电流全部设定为直流，焊丝的极性全部设定为正。
此外，评价时的焊接条件设定为表2中记载的条件。
[表2]
| 电流 | 电压 | 速度 | 热量输入 |
| A | V | mm/分钟 | kJ/mm |
| 220 | 30 | 16 | 25 |
(焊接金属的氧量的评价)
对通过使用本公开例及比较例的药芯焊丝进行气体保护电弧焊而得到的焊接金属的氧量进行评价。
焊接金属的氧量的测定是从板厚中央部且焊接金属的宽度中央部的部位沿焊接接头的长度方向切取出焊接金属的氧测定用的分析试样的针(pin)，通过不活泼气体熔融红外线吸收法来进行测定。
将氧量为380ppm以下设定为A，将超过380ppm且为450ppm以下设定为B，将超过450ppm设定为C。
(低温韧性的评价)
使用本公开例及比较例的药芯焊丝，将钢板进行气体保护电弧焊，从焊接金属的板厚方向中心处采集3根冲击试验片(缺口深度为2mm的V缺口试验片)。
对于3根冲击试验片，在-196℃下实施依据JIS Z2242：2005的夏比冲击试验。
然后，将3根冲击试验片的-196℃下的夏比冲击吸收能平均值为34J以上的情况作为“合格”，将低于34J的情况设定为“不合格”。
(电弧稳定性(焊道成形性))
使用本公开例及比较例的药芯焊丝，进行角焊缝焊接，由侧面角来评价焊道成形性。需要说明的是，图1是表示将钢板(上板)6以相对于钢板(下板)7以T字型(即直角)接触的状态进行角焊缝焊接时的焊接金属8处的焊道形状的状态的图。在图1中示出侧面角5的定义。在本说明书中，如图1中所示的那样将钢板(上板)6与焊接金属8的焊道缝边所成的角度设定为侧面角5a，并且将钢板(下板)7与焊接金属8的焊道缝边所成的角度定义为侧面角5b。而且，将侧面角5a与侧面角5b的合计为200度以上的情况判定为“A”，将该角度低于200度的情况判定为“B”。
(综合判定)
将焊接金属的氧量的评价为“A”或“B”、并且低温韧性的评价为“合格”的情况作为“合格”，将满足焊接金属的氧量的评价为“C”、低温韧性的评价为“不合格”中的至少一者的情况判定为“不合格”。
此外，关于焊接后的焊接金属中的钢板(母材)的成分的影响，由于由母材成分产生的稀释率非常低，因此可以说评价试验中的母材的影响非常低。
[表3]
可知：就本公开例的药芯焊丝而言，焊接金属的氧量少，所得到的焊接金属的低温韧性优异。
另一方面，比较例由于不满足本公开中规定的要件中的某一者，因此在1个以上的评价项目中成为不合格。
需要说明的是，日本申请2021-162397的公开的整体内容通过参照的形式被纳入本说明书中。
本说明书中记载的全部文献、专利申请及技术标准与具体且分别记载了各个文献、专利申请及技术标准通过参照的形式被纳入的情况相同程度地通过参照的形式被纳入本说明书中。
符号的说明
5a、5b侧面角
6钢板(上板)
7钢板(下板)
8焊接金属
Claims (10)
1.一种药芯焊丝，其是具备钢制外皮和填充于所述钢制外皮内部的焊剂的焊接用的药芯焊丝，
以相对于所述药芯焊丝总质量而言的质量％计，所述药芯焊丝的化学组成中的金属成分为：
C：0.020～0.800％、
Si：0.20～0.80％、
Mn：15.0～30.0％、
P：0～0.050％、
S：0～0.050％、
Cu：0～10.0％、
Ni：1.0～10.0％、
Cr：0～2.0％、
Mo：0～10.0％、
Nb：0～5.0％、
V：0～5.0％、
W：0～10.0％、
Mg：0～1.00％、
Al：0～3.0％、
Ca：0～0.100％、
Ti：0～3.000％、
B：0～0.1000％、
REM：0～0.100％、
Bi：0～0.050％、
N：0.050～1.000％、
O：0～0.020％、以及
剩余部分：Fe及杂质，
以相对于所述药芯焊丝总质量而言的质量％计，所述药芯焊丝的化学组成中的氧化物及氟化物为：
Ti氧化物的TiO2换算值的合计为3.00～8.00％，
Si氧化物的SiO2换算值的合计为0.10～1.00％，
Zr氧化物的ZrO2换算值的合计为0～0.80％，
Al氧化物的Al2O3换算值的合计为0～0.80％，
含有K2SiF6、K2ZrF6、NaF、Na3AlF6、CaF2及MgF2中的任1种以上的特定氟化物，其合计为0.10～2.00％，
含有Na氧化物、NaF及Na3AlF6中的任1种以上的含Na化合物，其合计为0.01～2.00％，其中Na氧化物为Na2O换算值，
含有K氧化物、K2SiF6及K2ZrF6中的任1种以上的含K化合物，其合计为0.01～2.00％，其中K氧化物为K2O换算值。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其中，所述金属成分中的所述Mg、Al及Ca的合计含量以相对于所述药芯焊丝总质量而言的质量％计为0.01％以上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的药芯焊丝，其中，所述金属成分中的所述Si的含量为Si：0.25～0.80％。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述金属成分中的所述Mn含量与所述Ni含量的质量比即Mn/Ni为1.20以上。
5.根据权利要求1～权利要求4中任一项所述的药芯焊丝，其中，通过下述式A算出的X值为0.10～160.00，
X＝(8×CaF2+5×MgF2+5×NaF+5×K2SiF6+5×K2ZrF6+Na3AlF6)/
(SiO2+Al2O3+ZrO2+0.5×MgO+CaO+0.5×Na2O+0.5×K2O+MnO2+FeO)式A
式A中，CaF2、MgF2、NaF、K2SiF6、K2ZrF6及Na3AlF6为各化学式所示的化合物的以相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％计的含量，此外，SiO2表示Si氧化物的SiO2换算值的合计，Al2O3表示Al氧化物的Al2O3换算值的合计，ZrO2表示Zr氧化物的ZrO2换算值的合计，MgO表示Mg氧化物的MgO换算值的合计，CaO表示Ca氧化物的CaO换算值的合计，Na2O表示Na氧化物的Na2O换算值的合计，K2O表示K氧化物的K2O换算值的合计，MnO2表示Mn氧化物的MnO2换算值的合计，FeO表示Fe氧化物的FeO换算值的合计，
此外，式A中的所述SiO2换算值、所述Al2O3换算值、所述ZrO2换算值、所述MgO换算值、所述CaO换算值、所述Na2O换算值、所述K2O换算值、所述MnO2换算值及所述FeO换算值以相对于药芯焊丝的总质量而言的质量％来表示。
6.根据权利要求1～权利要求5中任一项所述的药芯焊丝，其含有Mg氧化物及MgF2中的任1种以上的含Mg化合物，其合计为0.01～2.00％，其中Mg氧化物为MgO换算值。
7.根据权利要求1～权利要求6中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述钢制外皮在接缝处不具有焊接部。
8.根据权利要求1～权利要求6中任一项所述的药芯焊丝，其中，所述钢制外皮在接缝处具有焊接部。
9.根据权利要求1～权利要求8中任一项所述的药芯焊丝，其在表面涂布有聚四氟乙烯油及全氟聚醚油中的一者或两者。
10.一种焊接接头的制造方法，其具备使用权利要求1～权利要求9中任一项所述的药芯焊丝将钢材进行焊接的工序。
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