JP6040125B2

JP6040125B2 - フラックス入りワイヤ

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Publication number: JP6040125B2
Application number: JP2013178982A
Authority: JP
Inventors: 鵬韓; 浩之川▲崎▼
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: RU2638483C2; EP3040153B1; JP2015047604A; US10449637B2; EP3040153A4; US20160193699A1; WO2015029751A1; RU2016111646A; EP3040153A1

Description

本発明は、引張強さが４９０〜５７０ＭＰａ級の鋼材溶接に使用されるフラックス入りワイヤに関し、特に、硫化水素を多く含む環境（サワー環境）に曝されるパイプライン等の構造物の初層溶接に使用されるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。

従来から、パイプラインの初層溶接に用いられるフラックス入りワイヤには、溶接作業性に優れること、および、溶接のまま（ＡＷ：Ａｓ−Ｗｅｌｄｅｄ）での溶接金属の機械的性質（引張強さおよび低温時の吸収エネルギー）、いわゆる、ＡＷ性能に優れることが要望されている。
特許文献１には、パイプラインの初層溶接において良好な裏波ビードが得られ溶接作業性に優れ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。そして、そのワイヤの構成は、Ｃ：０．０８質量％以下の鋼製外皮中に、アルカリ金属：０．１〜５質量％、（Ｎａ／Ｋ）比：１〜５０％、Ｃ：０．３〜２．５質量％、金属粉：８０質量％以上、ならびにスラグ形成剤を含有するフラックスを８〜２０質量％の割合で充填してなることを特徴とする。

また、特許文献２には、ＡＷ性能に優れるＡｒ−ＣＯ_２混合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。そして、そのワイヤの構成は、鋼製外皮にフラックスを充填し、そのフラックスは金属粉を９７質量％以上含み、かつ、金属粉中には酸素量が０．２５％以下である鉄粉を、ワイヤ全質量に対する質量％で、４．０〜１５．５％含有し、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、ワイヤ成分が、Ｃ：０．０３〜０．１２％、Ｓｉ：０．５〜１．２％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ｓ：０．００５〜０．０５％を含有し、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属弗化物および金属酸化物の１種または２種以上の合計：０．３５％以下で、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする。

特開昭６３−１８３７９５号公報特許第５２０７９９４号公報

しかしながら、特許文献１のワイヤでは、裏波溶接仕様のフラックスの成分設計が行われている。その結果、特許文献１のワイヤでは、裏波溶接作業性を確保するために、ＡＷ性能が犠牲となり、使用温度は−３０℃程度にとどまり、更なる低温側の仕様に対応できないという課題がある。また、特許文献１のワイヤでは、ＳＲ（ＳｔｒｅｓｓＲｅｌｉｅｆａｎｎｅａｌｉｎｇ、応力除去焼鈍）後の溶接金属の機械的性質（引張強さおよび低温時の吸収エネルギー）、いわゆる、ＳＲ性能が劣るという課題がある。

また、特許文献２のワイヤでは、フラックスの成分設計によって、溶接のまま（Ａｓ−Ｗｅｌｄｅｄ）での溶接金属のＡＷ性能が確保されるが、パイプラインの初層溶接においては溶接作業性(裏波ビードの形状) およびＳＲ性能が劣るという課題がある。

さらに、特許文献１、２のワイヤでは、パイプラインの初層溶接においてＡｒ−ＣＯ_２混合ガスのみがシールドガスとして使用され、１００％ＣＯ_２をガスシールドガスとして使用することができないという課題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、構造物、特にパイプラインの初層溶接において、シールドガスとして１００％ＣＯ_２ガスとＡｒ−ＣＯ_２混合ガスとを兼用でき、優れた溶接作業性、ＡＷ性能およびＳＲ性能を有するフラックス入りワイヤを提供することを課題とする。なお、本発明において、前記したように、ＡＷ性能とは、溶接のままでの溶接金属の機械的性質（引張強さおよび低温時の吸収エネルギー）、ＳＲ性能とは、ＳＲ後の溶接金属の機械的性質（引張強さおよび低温時の吸収エネルギー）を言う。

本発明に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量当たり、Ｍｎ：１．５〜３．１質量％、Ｎｉ：０．２質量％以上１．００質量％未満、Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ酸化物の少なくとも１種：Ｓｉ換算値で０．３〜１．０質量％、Ｔｉ：０．０５〜０．２９質量％、Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、Ｂ、Ｂ合金およびＢ酸化物の少なくとも１種：Ｂ換算値で０．００３０〜０．００９０質量％、Ｆｅ：９１〜９７質量％を含有し、残部が不可避的不純物からなることを特徴とする。

また、本発明のフラックス入りワイヤは、Ｓｉ源としてＳｉを用いた際のＳｉ含有量が、ワイヤ全質量当たり、０．３〜０．９質量％であることが好ましい。また、本発明のフラックス入りワイヤは、Ｓｉ源としてＳｉ酸化物を用いた際のＳｉ酸化物の含有量が、ワイヤ全質量当たり、０．１１〜０．４０質量％であることが好ましい。

また、本発明のフラックス入りワイヤは、前記Ｃの含有量が、０．１０〜０．３０質量％であることが好ましい。また、本発明のフラックス入りワイヤは、前記Ｃの含有量が、０．１２質量％を超え０．３０質量％以下であることが好ましい。

かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、Ｍｎ、Ｎｉ、（Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ酸化物の少なくとも１種）、Ｔｉ、Ｃ、（Ｂ、Ｂ合金およびＢ酸化物の少なくとも１種）、Ｆｅが所定量であることによって、構造物、特にパイプラインの初層溶接において、シールドガスとして１００％ＣＯ_２ガスとＡｒ−ＣＯ_２混合ガスとが兼用でき、良好な裏波ビード（裏ビード）が得られて溶接作業性が向上し、かつ、ＡＷ性能およびＳＲ性能が向上する。

また、本発明のフラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量当たり、Ｓ：０．００５〜０．０４０質量％を含有し、かつ、Ａｌ：０．１０質量％以下、Ｎａ化合物とＫ化合物の合計：Ｎａ換算値とＫ換算値の合計で０．２０質量％以下、Ｆ化合物：Ｆ換算値で０．２０質量％以下に規制することが好ましい。

かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、さらに、Ｓ、Ａｌ、Ｎａ化合物とＫ化合物の合計、Ｆ化合物が所定量であることによって、溶接作業性、ＡＷ性能およびＳＲ性能がさらに向上する。

さらに、本発明のフラックス入りワイヤは、Ｃ含有量、Ｓｉ換算値、Ｔｉ含有量およびＮｉ含有量を〔Ｃ〕、〔Ｓｉ〕、〔Ｔｉ〕および〔Ｎｉ〕としたとき、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が０．３０〜１．２であることが好ましい。

かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が所定量であることによって、脆性破壊の遷移温度を低温側へ移行できると共に、さらに良好な裏波ビード（裏ビード）が得られるため、溶接作業性、ＡＷ性能およびＳＲ性能がさらに向上する。

本発明に係るフラックス入りワイヤによれば、構造物、特にパイプラインの初層溶接において、シールドガスとして１００％ＣＯ２ガスとＡｒ−ＣＯ２混合ガスとを兼用できると共に、溶接作業性、ＡＷ性能およびＳＲ性能が優れたものとなる。その結果、低温環境下、特にサワー環境下に曝されるパイプライン等の構造物の安全性と溶接施工能率をより一層高めることができる。

フラックス入りワイヤにおける（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）と、裏波溶接作業性およびＡＷ性能との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
≪フラックス入りワイヤ≫
本発明のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスを充填してなるものである。そして、ワイヤ全質量当たり、Ｍｎ、Ｎｉ、（Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ酸化物の少なくとも１種）、Ｔｉ、Ｃ、（Ｂ、Ｂ合金およびＢ酸化物の少なくとも１種）、Ｆｅを所定量含有するものである。なお、前記成分以外の残部は、不可避的不純物からなるものである。

ここで、「酸化物」とは、「単一酸化物」および「複合酸化物」のうちの一種以上を意味する。「単一酸化物」とは、例えば、ＳｉならばＳｉ単独の酸化物（ＳｉＯ_２）をいい、「複合酸化物」とは、ＳｉとＳｉ以外の単一酸化物が複数種類集合したものと、ＳｉとＳｉ以外の複数の金属成分を含む酸化物との双方をいう。

以下、ワイヤ成分の数値限定理由について説明する。なお、各成分のそれぞれは、鋼製外皮およびフラックスのいずれか一方あるいは双方に添加する。

＜Ｍｎ：１．５〜３．１質量％＞
フラックス入りワイヤ中のＭｎの含有量は、ワイヤ全質量当たり１．５〜３．１質量％とする。Ｍｎの含有量が１．５質量％未満であると強度不足によりＡＷ性能およびＳＲ性能が低下する。Ｍｎの含有量が３．１質量％を超えると強度過多および焼入れ性過多によりＡＷ性能が低下する。なお、Ｍｎの含有量が多いとＳＲ性能が低下することがある。また、Ｍｎの含有量の上限値は、ＡＷ性能およびＳＲ性能を向上させる観点から、２．５質量％以下であると好ましい。
なお、Ｍｎ源としては、フラックスへの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｓｉ−Ｍｎ合金の添加、鋼製外皮への金属Ｍｎの添加等が挙げられる。

＜Ｎｉ：０．２質量％以上１．００質量％未満＞
フラックス入りワイヤ中のＮｉの含有量は、ワイヤ全質量当たり、０．２質量％以上１．００質量％未満である。従来、Ｎｉの含有量は、溶接金属のＡＷ性能を完全に確保するために、ワイヤ中に１．００質量％以上を添加していた。しかし、多量にＮｉを含有するワイヤは、サワー環境中で特別な硫化物が生成することにより、耐硫化物腐食割れ（ＳｕｌｆｉｄｅＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋｉｎｇ）性が低下する。ＮＡＣＥ（ＮａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｆＣｏｒｒｏｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｓ、防食技術協会）規格に合致させるため、本発明では、むしろ従来より低い範囲である０．２質量％以上１．００質量％未満とした。Ｎｉの含有量が０．２質量％未満であると、ＡＷ性能を向上させる作用が小さい。Ｎｉの含有量が１．００質量％以上であるとＮＡＣＥ規格に対応できない上に、高温割れが発生し、ＳＲ性能および溶接作業性が低下する。また、Ｎｉの含有量の下限値は、ＡＷ性能を向上させる観点から、０．２０質量％以上であると好ましく、０．４０質量％以上であるとより好ましい。
なお、Ｎｉ源としては、フラックスへの金属Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇ合金の添加、鋼製外皮へのＮｉの添加等が挙げられる。

＜Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ酸化物の少なくとも１種：Ｓｉ換算値で０．３〜１．０質量％＞
フラックス入りワイヤ中のＳｉ（金属Ｓｉ）、Ｓｉ合金およびＳｉ酸化物の少なくとも１種の含有量は、ワイヤ全質量当たり、Ｓｉ換算値で０．３〜１．０質量％とする。「Ｓｉ換算値」とは、「金属Ｓｉ」、「Ｓｉ合金」および「Ｓｉ酸化物」の少なくとも１種の含有量を「金属Ｓｉ」の含有量に換算した値である。Ｓｉ換算値が０．３質量％未満であると、脱酸不足によりブローホールが発生し易く、ＡＷ性能およびＳＲ性能が低下する。また、裏波溶接の作業性（特に裏ビードの形状）が低下する。Ｓｉ換算値が１．０質量％を超えるとマトリックスフェライトを脆化させて、ＡＷ性能およびＳＲ性能が低下する。
また、Ｓｉ換算値の下限値は、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性を向上させる観点から、０．５質量％以上であると好ましい。また、Ｓｉ換算値の上限値は、ＡＷ性能およびＳＲ性能を向上させる観点から、０．８質量％以下であると好ましい。
なお、Ｓｉ源としては、フラックスへのＦｅ−Ｓｉ合金、Ｓｉ−Ｍｎ合金、ＳｉＯ_２の添加、鋼製外皮への金属Ｓｉの添加等が挙げられる。

フラックス入りワイヤにおいて、Ｓｉ源として金属Ｓｉを用いた際には、金属Ｓｉの含有量は、ワイヤ全質量当たり、０．３〜０．９質量％であることが好ましい。また、フラックス入りワイヤにおいて、Ｓｉ源としてＳｉ酸化物（例えば、ＳｉＯ_２）を用いた際には、Ｓｉ酸化物（例えば、ＳｉＯ_２）の含有量は、０．１１〜０．４０質量％であることが好ましく、より好ましい範囲は０．１５〜０．４０質量％である。なお、Ｓｉ酸化物源（例えば、ＳｉＯ_２源）は、シリカ、カリガラス、ソーダガラス等が挙げられる。

＜Ｔｉ：０．０５〜０．２９質量％＞
フラックス入りワイヤ中のＴｉの含有量は、ワイヤ全質量当たり、０．０５〜０．２９質量％とする。Ｔｉの含有量が０．０５質量％未満であると、充分な核生成が出来ず、フェライトの粗大化によりＡＷ性能およびＳＲ性能が低下する。Ｔｉの含有量が０．２９質量％を超えると固溶Ｔｉが過多となり、強度過多に起因したＡＷ性能が低下する。
また、Ｔｉの含有量の下限値は、ＡＷ性能およびＳＲ性能を向上させる観点から、０．１０質量％以上であると好ましい。また、Ｔｉの含有量の上限値は、ＡＷ性能を向上させる観点から、０．２５質量％以下であると好ましい。
なお、Ｔｉ源としては、フラックスへのＦｅ−Ｔｉ合金の添加、鋼製外皮への金属Ｔｉの添加等が挙げられる。

＜Ｃ：０．０６〜０．３０質量％＞
フラックス入りワイヤ中のＣの含有量は、ワイヤ全質量当たり、０．０６〜０．３０質量％とする。Ｃの含有量が０．０６質量％未満であると、強度不足によりＡＷ性能およびＳＲ性能の安定化効果が小さい。また、裏波溶接の作業性（特に裏ビードの形状）が低下する。Ｃの含有量が０．３０質量％を超えると高温割れが発生して溶接作業性が低下し、過剰の強度過多に起因してＡＷ性能およびＳＲ性能も低下する。
また、Ｃの含有量の下限値は、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性を向上させる観点から、０．１０質量％以上であると好ましい。さらに、Ｃの含有量のより好ましい範囲は０．１２質量％を超え０．３０質量％以下である。
なお、Ｃ源としては、フラックスへのグラファイトの添加、フラックスへのＦｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金等からのＣの添加、鋼製外皮へのＣの添加等が挙げられる。

＜Ｂ、Ｂ合金およびＢ酸化物の少なくとも１種：Ｂ換算値で０．００３０〜０．００９０質量％＞
フラックス入りワイヤ中のＢ（金属Ｂ）、Ｂ合金およびＢ酸化物の少なくとも１種の含有量は、ワイヤ全質量当たり、Ｂ換算値で０．００３０〜０．００９０質量％とする。「Ｂ換算値」とは、「金属Ｂ」、「Ｂ合金」および「Ｂ酸化物」の少なくとも１種の含有量を「金属Ｂ」の含有量に換算した値である。Ｂ換算値が０．００３０質量％未満であるとＡＷ性能を向上させる作用が小さい。Ｂ換算値が０．００９０質量％を超えると高温割れ性能が発生し、溶接作業性が低下する。
また、Ｂ換算値の下限値は、ＡＷ性能を向上させる観点から、０．００４０質量％以上であると好ましい。また、Ｂ換算値の上限値は、溶接作業性を向上させる観点から、０．００８０質量％以下であると好ましい。
なお、Ｂ源としては、鋼製外皮またはフラックスへのＢ_２Ｏ_３、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金の添加等が挙げられる。

＜Ｆｅ：９１〜９７質量％＞
フラックス入りワイヤ中のＦｅの含有量は、ワイヤ全質量当たり、９１〜９７質量％とする。本発明のフラックス入りワイヤ（メタル系フラックス入りワイヤ）の場合、Ｆｅの含有量が９１質量％未満では、スラグ発生量が過多となり、スラグ巻込などの溶接欠陥が発生し易くなり、溶接作業性が低下する。Ｆｅの含有量が９７質量％を超えると、Ｆｅ以外の必須成分（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃ、Ｂ）の添加ができなくなる。なお、Ｆｅ源としては、鋼製外皮以外にフラックスへの鉄粉およびＦｅ系合金の添加等が挙げられる。

＜不可避的不純物＞
不可避的不純物として、本発明の目的には影響を及ぼさない範囲で所定量のＮｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ等を含有してもよい。また、その含有量は、Ｎｂ：０．０４０質量％以下、Ｖ：０．０４０質量％以下、Ｍｏ：０．０２質量％以下、Ｃｒ：０．３０質量％未満である。なお、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ等は合金として含有されていてもよい。

本発明に係るフラックス入りワイヤは、前記成分に加えて、さらに、ワイヤ全質量当たり、Ｓを所定量含有し、かつ、Ａｌ、（Ｎａ化合物とＫ化合物）、Ｆ化合物を所定量に規制するものであることが好ましい。なお、Ｓ、Ａｌ、Ｎａ化合物、Ｋ化合物およびＦ化合物のそれぞれは、鋼製外皮およびフラックスのいずれか一方または双方に添加される。

＜Ｓ：０．００５〜０．０４０質量％＞
フラックス入りワイヤ中のＳの含有量は、ワイヤ全質量当たり、０．００５〜０．０４０質量％であることが好ましい。Ｓの含有量が０．００５質量％未満であると、溶接作業性（特に裏ビード形状）が低下し易くなる。Ｓの含有量が０．０４０質量％を超えると、溶接金属の耐高温割れ性が劣化する。なお、Ｓ源は、鋼製外皮またはフラックスへの硫化鉄等の添加等が挙げられる。

＜Ａｌ：０．１０質量％以下＞
フラックス入りワイヤ中のＡｌの含有量は、ワイヤ全質量当たり、０．１０質量％以下に規制することが好ましい。Ａｌの含有量が０．１０質量％を超えるとスパッタが多く発生し、裏波溶接作業性が低下し易くなる。また、Ａｌの含有量は０質量％であってもよい。なお、Ａｌ源としては、鋼製外皮またはフラックスへのＡｌ金属、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金の添加等が挙げられる。

＜Ｎａ化合物とＫ化合物の合計：Ｎａ換算値とＫ換算値の合計で０．２０質量％以下＞
フラックス入りワイヤ中のＮａ化合物とＫ化合物の含有量の合計は、ワイヤ全質量当たり、Ｎａ換算値とＫ換算値の合計で０．２０質量％以下に規制することが好ましい。ここで、「Ｎａ換算値」は、「Ｎａ化合物」の含有量を「金属Ｎａ」の含有量に換算した値である。また、「Ｋ換算値」は、「Ｋ化合物」の含有量を「金属Ｋ」の含有量に加算した値である。

Ｎａ化合物、Ｋ化合物は、アーク安定剤として添加される成分である。しかしながら、Ｎａ換算値とＫ換算値の合計が０．２０質量％を超えると、スパッタ発生量が増加する傾向にあり、溶接作業性が低下し易い。したがって、Ｎａ換算値とＫ換算値の合計は、０．２０質量％以下とすることが好ましい。また、Ｎａ換算値とＫ換算値の合計の下限値については特に限定されるものではなく、０質量％であってもよいが、添加する場合は、その効果を得るため、０．０１質量％以上とすることが好ましい。

Ｎａ化合物源としては、鋼製外皮またはフラックスへのＮａ長石等のＮａ酸化物、ＮａＦ等のＮａ弗化物等の添加が挙げられる。また、Ｋ化合物源としては、鋼製外皮またはフラックスへのＫ長石等のＫ酸化物、Ｋ_２ＳｉＦ₆等のＫ弗化物等の添加等が挙げられる。なお、化合物源として、Ｎａフェライト、Ｋフェライト等を使用してもよい。

＜Ｆ化合物：Ｆ換算値で０．２０質量％以下＞
フラックス入りワイヤ中のＦ化合物の含有量は、ワイヤ全質量当たり、Ｆ換算値で０．２０質量％以下に規制することが好ましい。ここで、「Ｆ換算値」は、「Ｆ化合物」の含有量を「Ｆ」の含有量に換算した値である。

Ｆ化合物は、アーク安定剤として添加される成分である。しかしながら、Ｆ換算値が０．２０質量％を超えると、スパッタ発生量が増加する傾向にあり、溶接作業性が低下し易い。したがって、Ｆ換算値は、０．２０質量％以下とすることが好ましい。また、Ｆ換算値の下限値については特に限定されるものではなく、０質量％であってもよいが、添加する場合は、その効果を得るため、０．０１質量％以上とすることが好ましい。なお、Ｆ化合物源としては、鋼製外皮またはフラックスへのＬｉＦ、Ｋ_２ＳｉＦ_６、ＮａＦ等の添加等が挙げられる。

本発明に係るフラックス入りワイヤは、Ｃ含有量、Ｓｉ換算値、Ｔｉ含有量およびＮｉ含有量を〔Ｃ〕、〔Ｓｉ〕、〔Ｔｉ〕および〔Ｎｉ〕としたとき、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が所定範囲であることが好ましい。

＜（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕］＋〔Ｎｉ〕）：０．３０〜１．２＞
フラックス入りワイヤにおいて、ＡＷ性能と裏波溶接作業性の両方を確保するためには、前記のように、ワイヤの成分組成を限定することによって、ある程度達成できる。本発明者等は、フラックス入りワイヤにおいて、さらに、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）を０．３０〜１．２の範囲に特定することによって、ＡＷ性能と裏波溶接作業性の両方を確実に確保できることを見出した。

図１に示すように、直線の傾きで示された（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が０．３０未満であると、〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕の過小添加に起因して、裏ビードの形状が悪く、裏波溶接の作業性が低下し易くなる。また、〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕の過多添加に起因して、焼入れ性過多により、ＡＷ性能が低下し易くなる。一方、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が１．２を超えると、〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕の過多添加に起因して、焼入れ性過多により、ＡＷ性能が低下し易くなる。また、〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕の過小添加に起因して、ＡＷ性能が低下し易くなる。また、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が１．２を超えると、必ずしもＳＲ性能が低下するわけではないが、ＳＲ性能が低下することがある。なお、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）の上限値は、ＡＷ性能のおよびＳＲ性能を向上させる観点から、１．２０以下であると好ましい。

＜その他＞
本発明のフラックス入りワイヤは、必要に応じて前記以外の合金元素またはアーク安定剤等を添加してもよい。例えば、ワイヤ成分としてフラックス中に、Ｃａ、Ｌｉ等を脱酸等の微調整剤として、また、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎを溶接金属のさらなる硬化剤として、少量含有させることもできる。また、ＮａおよびＫ以外のアルカリ金属化合物を微量に含有してもよい。なお、これらの元素は、本発明の目的には影響を及ぼさない。

フラックス入りワイヤは、そのワイヤ径が直径１．０〜２．０ｍｍの間であれば、いかなるサイズであってもよいが、実用上のより好ましい範囲は、１．２〜１．６ｍｍである。また、フラックスの充填率（ワイヤ全質量に対するフラックスの質量）は、特に規定されるものではないが、フラックス入りワイヤの生産時の安定性の観点から１０〜３０質量％であることが好ましく、１３〜２０質量％がより好ましい。さらに、フラックス入りワイヤの断面形状については特に制限するものではなく、シームの有無及びワイヤ内部形状はいかなるものであってもよい。

フラックス入りワイヤの製造方法としては、帯鋼の長さ方向にフラックスを散布してから包み込むように円形断面に成形し伸線する方法や、太径の鋼管にフラックスを充填して伸線する方法がある。しかしながら、いずれの方法でも本発明には影響しないため、いずれの方法で製造しても良い。鋼製外皮の成分については何ら規定する必要はないが、コスト面と伸線性の面から軟鋼または低合金鋼の材質を用いるのが一般的である。また、ワイヤ表面にＣｕめっきを施す場合もあるが、めっきの有無は問わない。

以下、本発明の効果を説明するために、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説明する。

表１に示す組成の鋼製外皮にフラックスを充填して、表２、３に示すワイヤ成分を有するフラックス入りワイヤ（ワイヤ径１．２ｍｍ）を作製した。なお、フラックス入りワイヤに含有される各成分の量は、ＪＩＳＧ１２５３およびＪＩＳＺ２６１３に準じて、それぞれ測定した。なお、表２、３に示すワイヤ成分は、ワイヤ全質量当たりの質量％で、その残部が不可避的不純物である。

このワイヤを用いて、表４に示す組成の鋼板を表５に示す条件にて溶接し、ＡＷ性能、ＳＲ性能、溶接作業性および総合評価について、以下のように評価した。

＜ＡＷ性能＞
表６に示す試験方法によって、溶接のまま（ＡＷ：ＡｓＷｅｌｄｅｄ）の溶着金属から試験片を作製し、引張試験、衝撃試験を実施して、０．２％耐力、引張強さ、−５０℃の吸収エネルギー（ｖＥ）を測定した。
ＡＷ性能の判定は、ＡＷの溶接金属の引張強さ、および、−５０℃の吸収エネルギーで行い、その判定基準は、引張強さが４９０ＭＰａ以上、かつ、−５０℃の吸収エネルギーが５０Ｊ以上の場合を合格、それ以外の場合を不合格とした。その結果を表８に示す。

＜ＳＲ性能＞
表６に示す試験方法によって、応力除去焼鈍（ＳＲ）後の溶着金属から試験片を作製し、引張試験、衝撃試験を実施して、０．２％耐力、引張強さ、−５０℃の吸収エネルギー（ｖＥ）を測定した。焼鈍条件は、Ｌ．Ｍ．Ｐ．（ラーソンミラーパラメター）＝１８．９×１０^３に相当する６３５℃×５ｈｒｓとした。
ＳＲ性能の判定は、ＳＲ後の溶接金属の引張強さ、および、−５０℃の吸収エネルギーで行い、その判定基準は、引張強さが４９０ＭＰａ以上、かつ、−５０℃の吸収エネルギーが５０Ｊ以上の場合を合格、それ以外の場合を不合格とした。その結果を表８に示す。

＜溶接作業性（裏ビード形状、スパッタ発生量および割れ率）＞
（裏ビード形状）
裏ビード外観については、溶接時に官能にて評価した。
裏ビード垂れがなく、裏ビードの重ね目が良好なものを「◎（合格）」、溶接後の裏ビード形状が垂れ気味なものを「○（合格）」、裏ビード垂れが顕著なものを「×（不合格）」とした。その結果を表８に示す。

（スパッタ発生量）
スパッタ発生量については、溶接時に官能にて評価した。
溶滴移行がスムーズでスパッタ発生量が少ないものを「◎（合格）」、アークがやや不安定でスパッタ発生量も多いものを「○（合格）」、アークが不安定でスパッタ発生量が多い（商品として実用性がない）ものを「×（不合格）」とした。その結果を表８に示す。

（割れ率）
割れ率については、表２、３に示す組成のフラックス入りワイヤ、および、表４に示す組成の鋼板を使用して表７に示す溶接条件で溶接した溶接金属に対して、油圧式Ｃ形高速冶具による突合せ溶接割れ試験を実施（ＪＩＳ３１５５に準拠）することにより評価した。また、割れ率は、下式（１）に示すように、破断した裏ビードのビード長に対する割れ長さの比率（％）とし、１０％以下のものを合格、１０％を超えるものを不合格とした。なお、割れには、クレータ割れを含むものとする。その結果を表８に示す。
割れ率（％）＝割れ合計長さ／（裏ビード長−割れ合計長さ）×１００・・・（１）
裏ビード形状、スパッタ発生量および割れ率がすべて合格の場合に、溶接作業性が合格と評価し、それ以外の場合には、溶接作業性が不合格と評価した。

＜総合評価＞
ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性の全てが合格なものを（◎）（○）とし、溶接作業性に優れているものを（◎：優れている）、溶接作業性が（◎）のものより低下するが合格基準を満足するものを（○：良好）とした。また、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性のうち１つが不合格のものを（△：やや劣っている）とし、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性のうち２つ以上が不合格なものを（×：劣っている）とした。その結果を表８に示す。

表８に示すように、ワイヤＮｏ．１、１−Ａ、２〜１３（実施例、参考例）は、ＡＷ性能およびＳＲ性能において優れ、溶接作業性において良好または優れていた。その結果、総合評価において、（◎：優れている）または（○：良好）であった。
また、ワイヤＮｏ．３（参考例）はＳｉ源としてのＳｉの含有量が好ましい下限値未満のもの、ワイヤＮｏ．８（参考例）は（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい上限値を超えるもの、ワイヤＮｏ．９（参考例）はＦ化合物およびＳを含有しないもの、ワイヤＮｏ．１０（参考例）はＦ化合物を含有しないもの、ワイヤＮｏ．１１（参考例）はＳｉ源としてのＳｉの含有量が好ましい下限値未満で、Ｓを含有しないもの、ワイヤＮｏ．１３（実施例）はＳｉ源としてのＳｉの含有量が好ましい下限値未満で、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ_２）の含有量が好ましい上限値を超え、Ａｌを含有しないものであった。そして、ワイヤＮｏ．８（参考例）は、ＡＷ性能における吸収エネルギーが合格基準ぎりぎりであるため、総合号評価は（○：良好）であった。ワイヤＮｏ．９、１１〜１３（参考例、実施例）は、その他の実施例と比較して溶接作業性が若干劣るものの、問題ない性能であるため、総合評価は（○：良好）であった。

一方、ワイヤＮｏ．１４〜２８（比較例）は、本発明の要件を満たさないため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性において劣っていた。その結果、総合評価において、（△：やや劣っている）または（×：劣っている）であった。
ワイヤＮｏ．１４（比較例）は、Ｆｅの含有量が下限値未満、Ｍｎの含有量が上限値超え、Ｆ換算値が好ましい上限値超え、Ｎａ換算値等が好ましい上限値超えであるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。
ワイヤＮｏ．１５（比較例）は、Ｃの含有量が下限値未満、Ｎａ換算値等が好ましい上限値超えであるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。
ワイヤＮｏ．１６（比較例）は、Ｍｎの含有量が下限値未満、Ｓｉ源としてのＳｉの含有量が好ましい下限値未満、Ｔｉの含有量が上限値超え、Ｎｉの含有量が上限値超え、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい下限値未満であるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。

ワイヤＮｏ．１７（比較例）は、Ｓｉを含有せず、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい下限値未満であるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。
ワイヤＮｏ．１８（比較例）は、Ｓｉ源としてのＳｉの含有量が好ましい下限値未満、Ｔｉの含有量が上限値超え、Ｎａ換算値等が好ましい上限値超え、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい下限値未満であるため、ＡＷ性能が劣っていた。
ワイヤＮｏ．１９（比較例）は、Ｎｉの含有量が上限値超え、Ｎａ換算値等が好ましい上限値超え、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい下限値未満であるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。

ワイヤＮｏ．２０（比較例）は、Ｆｅの含有量が上限値を超え、Ｍｎの含有量が下限値未満、Ｓｉ源としてのＳｉの含有量が好ましい下限値未満、Ｎｉの含有量が下限値未満、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい上限値超えであるため、ＡＷ性能およびＳＲ性能が劣っていた。
ワイヤＮｏ．２１（比較例）は、Ｃの含有量が上限値超え、Ｓｉ源であるＳｉの含有量が好ましい下限値未満であるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。
ワイヤＮｏ．２２（比較例）は、Ｍｎの含有量が上限値超え、Ｂの含有量が下限値未満であるため、ＡＷ性能が劣っていた。

ワイヤＮｏ．２３（比較例）は、Ｓｉ換算値が上限値超え（Ｓｉ源としてのＳｉの含有量が好ましい上限値超え）、Ｂの含有量が上限値超え、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい上限値超えであるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。
ワイヤＮｏ．２４（比較例）は、Ｓｉ換算値が上限値超え（Ｓｉ源としてのＳｉの含有量が上限値超え）、Ｔｉの含有量が下限値未満、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい上限値超えであるため、ＡＷ性能およびＳＲ性能が劣っていた。
ワイヤＮｏ．２５（比較例）は、Ｎｉを含有せず、Ａｌの含有量が好ましい上限値超え、Ｎａ換算値等が好ましい上限値超え、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい上限値超えであるため、ＡＷ性能および溶接作業性が劣っていた。

ワイヤＮｏ．２６（比較例）は、Ｓｉ換算値が下限値未満（Ｓｉ源としてのＳｉの含有量が好ましい下限値未満）、（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）が好ましい上限値超えであるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。
ワイヤＮｏ．２７（比較例）は、Ｔｉの含有量が下限値未満、Ｎａ換算値等が好ましい上限値超え、（〔Ｃ〕+〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕+〔Ｎｉ〕）が好ましい上限値超えであるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。
ワイヤＮｏ．２８（比較例）は、Ｃの含有量が上限値超え、Ｂの含有量が上限値超えであるため、ＡＷ性能、ＳＲ性能および溶接作業性が劣っていた。

Claims

鋼製外皮にフラックスを充填してなるフラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全質量当たり、
Ｍｎ：１．５〜３．１質量％、
Ｎｉ：０．２質量％以上１．００質量％未満、
Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ酸化物の少なくとも１種：Ｓｉ換算値で０．３〜１．０質量％、
Ｔｉ：０．０５〜０．２９質量％、
Ｃ：０．１０〜０．３０質量％、
Ｂ、Ｂ合金およびＢ酸化物の少なくとも１種：Ｂ換算値で０．００３０〜０．００９０質量％、
Ｆｅ：９１〜９７質量％を含有し、残部が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。
前記フラックス入りワイヤにおいて、Ｓｉ源としてＳｉを用いた際のＳｉ含有量が、ワイヤ全質量当たり、０．３〜０．９質量％であ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。
前記フラックス入りワイヤにおいて、Ｓｉ源としてＳｉ酸化物を用いた際のＳｉ酸化物の含有量が、ワイヤ全質量当たり、０．１１〜０．４０質量％であ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。
前記Ｃの含有量が、０．１２質量％を超え０．３０質量％以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
前記フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量当たり、
Ｓ：０．００５〜０．０４０質量％を含有し、かつ、
Ａｌ：０．１０質量％以下、
Ｎａ化合物とＫ化合物の合計：Ｎａ換算値とＫ換算値の合計で０．２０質量％以下、
Ｆ化合物：Ｆ換算値で０．２０質量％以下に規制することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
前記フラックス入りワイヤにおいて、Ｃ含有量、Ｓｉ換算値、Ｔｉ含有量およびＮｉ含有量を〔Ｃ〕、〔Ｓｉ〕、〔Ｔｉ〕および〔Ｎｉ〕としたとき、
（〔Ｃ〕＋〔Ｓｉ〕）／（〔Ｔｉ〕＋〔Ｎｉ〕）：０．３０〜１．２
であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。