JP6726008B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼および低温用鋼などの溶接構造物を製造する際に好適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。
船舶、橋梁などの建造分野では、チタニア系全姿勢用フラックス入りワイヤが広く用いられており、高能率を目的として高電流かつ高溶接速度で使用されることが多い。また、突合せ溶接での衝撃靱性も重要視されており、安定かつ高い低温衝撃靱性が望まれる。
ここで、立向上進溶接においては、高電流かつ高溶接速度で溶接を行うとビード垂れが発生しやすいため、フラックス入りワイヤに高融点酸化物であるＡｌ２Ｏ３やＺｒＯ２などを多く含有させる必要がある。しかしながら、ビード垂れを抑制ないし防止するために高融点酸化物を多く含有させたフラックス入りワイヤでは、突合せ溶接での安定した低温衝撃靭性を確保することが難しい。
ここで、特許文献１では、立向上進溶接においてメタル垂れが発生しにくく、溶接金属の低温衝撃靱性を確保でき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。
また、特許文献２では、立向上進および上向溶接姿勢において、衝撃性能およびビード形状を劣化させることなく、高能率で優れた溶接作業性を得ることができるガスシールド溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。
しかしながら、本発明者らが鋭意研究を行ったところ、特許文献１に記載されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、低温衝撃靱性が十分ではないとの知見を得た。
また、特許文献２に記載されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、立向上進突合せ溶接での溶接継手の衝撃靱性が十分ではないとの知見を得た。
そこで、本発明は、特に立向上進溶接の溶接作業性の改良とともに、さらには溶接金属の低温衝撃靱性を向上かつ安定させた（靭性のバラツキを抑えた）ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、前述した課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの組成を特定範囲に調整することにより、前記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
ワイヤ全質量あたり、
Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、
Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、
Ｍｎ：１．５〜３．０質量％、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｍｇ：０．１〜１．０質量％、
Ｂ：０．００２０〜０．０１５０質量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．５０質量％、
Ｉ．Ｔｉ：２．５〜７．５質量％、
Ｓ．Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％、
Ｉ．Ａｌ：０．１〜１．０質量％、
Ｓ．Ａｌ：０．０２〜０．５０質量％、
Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計：０．０５〜０．３０質量％、
Ｆ：０．０５〜０．３０質量％、及び
Ｆｅ：８０質量％以上を含有し、
Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが１．６〜８．０であ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。
ワイヤ全質量あたり、
Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、
Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、
Ｍｎ：１．５〜３．０質量％、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｍｇ：０．１〜１．０質量％、
Ｂ：０．００２０〜０．０１５０質量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．５０質量％、
Ｉ．Ｔｉ：２．５〜７．５質量％、
Ｓ．Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％、
Ｉ．Ａｌ：０．１〜１．０質量％、
Ｓ．Ａｌ：０．０２〜０．５０質量％、
Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計：０．０５〜０．３０質量％、
Ｆ：０．０５〜０．３０質量％、及び
Ｆｅ：８０質量％以上を含有し、
Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが１．６〜８．０であ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。
前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいては、Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉが８〜８０であることが好ましい。
また、前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｎｉ：２．０質量％以下（０質量％を含まない）を含有していてもよい。
また、前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｍｏ：０．５質量％以下（０質量％を含まない）を含有していてもよい。
また、前記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｎｂ：０．１質量％以下、及び、Ｖ：０．１質量％以下からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、特に立向上進溶接の溶接作業性が良好であり、さらには溶接金属の低温衝撃靱性が良好かつ安定である（靭性のバラツキが抑制されている）。
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
本実施形態のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、単に「フラックス入りワイヤ」または「ワイヤ」ともいう）は、ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｍｎ：１．５〜３．０質量％、Ｐ：０．０３０質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｍｇ：０．１〜１．０質量％、Ｂ：０．００２０〜０．０１５０質量％、Ｚｒ：０．０１〜０．５０質量％、Ｉ．Ｔｉ：２．５〜７．５質量％、Ｓ．Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％、Ｉ．Ａｌ：０．１〜１．０質量％、Ｓ．Ａｌ：０．０２〜０．５０質量％、Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計：０．０５〜０．３０質量％、Ｆ：０．０５〜０．３０質量％、及びＦｅ：８０質量％以上を含有し、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが１．６〜８．０である。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、典型的には鋼製外皮にフラックスを充填したものである。詳細には、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、筒状を呈するステンレス鋼または軟鋼製の外皮とその外皮の内部（内側）に充填されるフラックスからなる。
なお、フラックス入りワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。また、フラックス入りワイヤは、ワイヤ表面（外皮の外側）にメッキ等が施されていても施されていなくてもよい。
なお、フラックス入りワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。また、フラックス入りワイヤは、ワイヤ表面（外皮の外側）にメッキ等が施されていても施されていなくてもよい。
次に、本実施形態のフラックス入りワイヤに含有される各成分量の数値限定理由について説明する。なお、以下における各成分量は、ワイヤ全質量あたりの含有量である。なお、ワイヤ全質量とは、外皮の全質量とフラックスの全質量の総和である。また、本明細書において、質量を基準とする百分率（質量％）は、重量を基準とする百分率（重量％）と同義である。
（Ｃ：０．０２〜０．１０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、溶接部の強度および靭性が不足する。また、靱性のバラつきが大きくなる。さらに、耐高温割れ性が低下する。Ｃ量が０．１０質量％を超えると、溶接部の強度が過大となり、靭性が低下し、靱性のバラつきが大きくなると共に、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量が多くなるため、凝固温度が低下し溶接部に高温割れが発生しやすくなる。さらに、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｃ量は０．０２〜０．１０質量％とする。Ｃ量は、好ましくは０．０４質量％以上であり、より好ましくは０．０６質量％以上である。
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、溶接部の強度および靭性が不足する。また、靱性のバラつきが大きくなる。さらに、耐高温割れ性が低下する。Ｃ量が０．１０質量％を超えると、溶接部の強度が過大となり、靭性が低下し、靱性のバラつきが大きくなると共に、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量が多くなるため、凝固温度が低下し溶接部に高温割れが発生しやすくなる。さらに、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｃ量は０．０２〜０．１０質量％とする。Ｃ量は、好ましくは０．０４質量％以上であり、より好ましくは０．０６質量％以上である。
（Ｓｉ：０．５〜１．５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０．５質量％未満では、脱酸不足のため溶接部の強度が低下し、靱性も低下する。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１．５質量％を超えると、溶接部の強度過大により、靱性が低下する。また、溶接部に高温割れが発生する。従って、Ｓｉ量は０．５〜１．５質量％とする。Ｓｉ量は、好ましくは０．７質量％以上であり、より好ましくは０．８質量％以上である。また、Ｓｉ量は、好ましくは１．３質量％以下であり、より好ましくは１．２質量％以下である。
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０．５質量％未満では、脱酸不足のため溶接部の強度が低下し、靱性も低下する。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１．５質量％を超えると、溶接部の強度過大により、靱性が低下する。また、溶接部に高温割れが発生する。従って、Ｓｉ量は０．５〜１．５質量％とする。Ｓｉ量は、好ましくは０．７質量％以上であり、より好ましくは０．８質量％以上である。また、Ｓｉ量は、好ましくは１．３質量％以下であり、より好ましくは１．２質量％以下である。
（Ｍｎ：１．５〜３．０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１．５質量％未満では、溶接部の焼入れ性が不足し、強度および靱性が低下する。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３．０質量％を超えると、溶接部の強度が過大となり、靭性不足となる。また、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｍｎ量は１．５〜３．０質量％とする。Ｍｎ量は、好ましくは１．７質量％以上であり、より好ましくは１．９質量％以上である。また、Ｍｎ量は、好ましくは２．７質量％以下であり、より好ましくは２．５質量％以下である。
Ｍｎは、溶接部の焼入れ性確保のために添加する。Ｍｎ量が１．５質量％未満では、溶接部の焼入れ性が不足し、強度および靱性が低下する。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３．０質量％を超えると、溶接部の強度が過大となり、靭性不足となる。また、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｍｎ量は１．５〜３．０質量％とする。Ｍｎ量は、好ましくは１．７質量％以上であり、より好ましくは１．９質量％以上である。また、Ｍｎ量は、好ましくは２．７質量％以下であり、より好ましくは２．５質量％以下である。
（Ｐ：０．０３０質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下）
Ｐ及びＳは不可避的不純物である。Ｐ量及びＳ量が、それぞれ０．０３０質量％を超えると、靭性のバラつきが大きくなる。また、溶接金属の耐高温割れ性が著しく劣化する。靱性および耐高温割れ性の劣化を防ぐには、Ｐ量及びＳ量が０．０３０質量％以下であることが必要である。ここで、Ｐ量は好ましくは０．０２０質量％以下であり、より好ましくは０．０１０質量％以下である。また、Ｓ量は好ましくは０．０２０質量％以下であり、より好ましくは０．０１０質量％以下である。
Ｐ及びＳは不可避的不純物である。Ｐ量及びＳ量が、それぞれ０．０３０質量％を超えると、靭性のバラつきが大きくなる。また、溶接金属の耐高温割れ性が著しく劣化する。靱性および耐高温割れ性の劣化を防ぐには、Ｐ量及びＳ量が０．０３０質量％以下であることが必要である。ここで、Ｐ量は好ましくは０．０２０質量％以下であり、より好ましくは０．０１０質量％以下である。また、Ｓ量は好ましくは０．０２０質量％以下であり、より好ましくは０．０１０質量％以下である。
（Ｍｇ：０．１〜１．０質量％）
Ｍｇは、強脱酸元素である。Ｍｇ量が０．１質量％未満では、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。また、脱酸が十分でなく、靭性も低下する。Ｍｇ量が１．０質量％を超えると、スパッタ発生量が多くなり、スラグ焼き付きも発生する。また、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｍｇ量は０．１〜１．０質量％とする。Ｍｇ量は、好ましくは０．３質量％以上であり、より好ましくは０．４質量％以上である。また、Ｍｇ量は、好ましくは０．８質量％以下であり、より好ましくは０．６質量％以下である。
Ｍｇは、強脱酸元素である。Ｍｇ量が０．１質量％未満では、溶接部（初層溶接部）に高温割れが発生する。また、脱酸が十分でなく、靭性も低下する。Ｍｇ量が１．０質量％を超えると、スパッタ発生量が多くなり、スラグ焼き付きも発生する。また、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｍｇ量は０．１〜１．０質量％とする。Ｍｇ量は、好ましくは０．３質量％以上であり、より好ましくは０．４質量％以上である。また、Ｍｇ量は、好ましくは０．８質量％以下であり、より好ましくは０．６質量％以下である。
（Ｂ：０．００２０〜０．０１５０質量％）
Ｂは、溶存してγ粒界に偏析し、初析フェライトの生成を抑制する効果を有し、溶接金属の靭性改善に有効である。Ｂ量が０．００２０質量％未満では、大部分のＢがＢＮとして窒化物に固定化され、初析フェライトの生成を抑制する効果が発揮されず、靭性改善効果が得られない。Ｂ量が０．０１５０質量％を超えると、溶接部の強度が過大となり、溶接金属の高温割れが発生しやすくなる。さらに、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｂ量は０．００２０〜０．０１５０質量％とする。Ｂ量は、好ましくは０．００４０質量％以上であり、より好ましくは０．００６０質量％以上である。また、Ｂ量は、好ましくは０．０１００質量％以下であり、より好ましくは０．００８０質量％以下である。
なお、Ｂは、金属、合金、酸化物のいずれの形態で含有されていてもよい。
Ｂは、溶存してγ粒界に偏析し、初析フェライトの生成を抑制する効果を有し、溶接金属の靭性改善に有効である。Ｂ量が０．００２０質量％未満では、大部分のＢがＢＮとして窒化物に固定化され、初析フェライトの生成を抑制する効果が発揮されず、靭性改善効果が得られない。Ｂ量が０．０１５０質量％を超えると、溶接部の強度が過大となり、溶接金属の高温割れが発生しやすくなる。さらに、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｂ量は０．００２０〜０．０１５０質量％とする。Ｂ量は、好ましくは０．００４０質量％以上であり、より好ましくは０．００６０質量％以上である。また、Ｂ量は、好ましくは０．０１００質量％以下であり、より好ましくは０．００８０質量％以下である。
なお、Ｂは、金属、合金、酸化物のいずれの形態で含有されていてもよい。
（Ｚｒ：０．０１〜０．５０質量％）
Ｚｒは、溶接金属中に炭化物を析出させ、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。また、靭性のバラつきを抑制する効果を有する。上記効果を有するためには、Ｚｒを０．０１質量％以上添加する必要がある。一方で、Ｚｒを、０．５０質量％を超えて添加した場合、スパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が劣化する。また、溶接金属の強度が過度に大きくなり、靭性が低下し、靱性のバラつきも大きくなる。従って、Ｚｒ量は０．０１〜０．５０質量％とする。Ｚｒ量は、好ましくは０．０３質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上である。また、Ｚｒ量は、好ましくは０．３０質量％以下であり、より好ましくは０．１０質量％以下である。
Ｚｒは、溶接金属中に炭化物を析出させ、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。また、靭性のバラつきを抑制する効果を有する。上記効果を有するためには、Ｚｒを０．０１質量％以上添加する必要がある。一方で、Ｚｒを、０．５０質量％を超えて添加した場合、スパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が劣化する。また、溶接金属の強度が過度に大きくなり、靭性が低下し、靱性のバラつきも大きくなる。従って、Ｚｒ量は０．０１〜０．５０質量％とする。Ｚｒ量は、好ましくは０．０３質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上である。また、Ｚｒ量は、好ましくは０．３０質量％以下であり、より好ましくは０．１０質量％以下である。
（Ｉ．Ｔｉ：２．５〜７．５質量％）
Ｉ．Ｔｉは酸にほとんど溶解しないＴｉをＴｉＯ２に換算した値を表す。Ｉ．Ｔｉ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。
ここで、酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解する。これにより、ワイヤに含まれる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する。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する。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る。分析液中のＴｉ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定する。このＴｉ濃度をＴｉＯ２量に換算してＴｉＯ２量を算出し、Ｉ．Ｔｉ量とする。
Ｉ．Ｔｉは２６０Ａ程度の高電流での立向上進溶接性を確保するために必要である。Ｉ．Ｔｉ量が２．５質量％未満では、立向上進溶接においてスラグおよび溶融金属自体の粘性不足によりビードが垂れ、溶接作業性が低下する。一方、Ｉ．Ｔｉ量が７．５質量％を超えると、溶接金属の強度が過度に大きくなり、靭性が低下する。従って、Ｉ．Ｔｉ量は２．５〜７．５質量％とする。Ｉ．Ｔｉ量は、好ましくは３．５質量％以上であり、より好ましくは４．０質量％以上である。また、Ｉ．Ｔｉ量は、好ましくは６．０質量％以下であり、より好ましくは５．０質量％以下である。
Ｉ．Ｔｉは酸にほとんど溶解しないＴｉをＴｉＯ２に換算した値を表す。Ｉ．Ｔｉ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。
ここで、酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解する。これにより、ワイヤに含まれる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する。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する。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る。分析液中のＴｉ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定する。このＴｉ濃度をＴｉＯ２量に換算してＴｉＯ２量を算出し、Ｉ．Ｔｉ量とする。
Ｉ．Ｔｉは２６０Ａ程度の高電流での立向上進溶接性を確保するために必要である。Ｉ．Ｔｉ量が２．５質量％未満では、立向上進溶接においてスラグおよび溶融金属自体の粘性不足によりビードが垂れ、溶接作業性が低下する。一方、Ｉ．Ｔｉ量が７．５質量％を超えると、溶接金属の強度が過度に大きくなり、靭性が低下する。従って、Ｉ．Ｔｉ量は２．５〜７．５質量％とする。Ｉ．Ｔｉ量は、好ましくは３．５質量％以上であり、より好ましくは４．０質量％以上である。また、Ｉ．Ｔｉ量は、好ましくは６．０質量％以下であり、より好ましくは５．０質量％以下である。
（Ｓ．Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％）
Ｓ．Ｔｉは、酸に溶解するＴｉを表す。Ｓ．Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等として存在し、ＴｉＯ２等はほとんど含まない）は、以下のようにして測定される。まず、上述した「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）をろ過する。そして、ろ過後の溶液をワイヤに含まれるＴｉ源（Ｆｅ−Ｔｉ等）として得ることで、「ＩＣＰ発光分光分析法」を用い、Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等）として存在を求め、Ｓ．Ｔｉ量とする。
Ｓ．Ｔｉは結晶粒を微細化させ、靭性を向上させる効果がある。Ｓ．Ｔｉ量が０．０５質量％未満では、その効果が確認できない。一方、Ｓ．Ｔｉ量が０．５０質量％を超えると、溶接時のアーク不安定によるスパッタ発生量の増加が起き、溶接作業性が劣化する。従って、Ｓ．Ｔｉ量は０．０５〜０．５０質量％とする。Ｓ．Ｔｉ量は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．１５質量％以上である。また、Ｓ．Ｔｉ量は、好ましくは０．４０質量％以下であり、より好ましくは０．３０質量％以下である。
Ｓ．Ｔｉは、酸に溶解するＴｉを表す。Ｓ．Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等として存在し、ＴｉＯ２等はほとんど含まない）は、以下のようにして測定される。まず、上述した「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）をろ過する。そして、ろ過後の溶液をワイヤに含まれるＴｉ源（Ｆｅ−Ｔｉ等）として得ることで、「ＩＣＰ発光分光分析法」を用い、Ｔｉ量（Ｆｅ−Ｔｉ等）として存在を求め、Ｓ．Ｔｉ量とする。
Ｓ．Ｔｉは結晶粒を微細化させ、靭性を向上させる効果がある。Ｓ．Ｔｉ量が０．０５質量％未満では、その効果が確認できない。一方、Ｓ．Ｔｉ量が０．５０質量％を超えると、溶接時のアーク不安定によるスパッタ発生量の増加が起き、溶接作業性が劣化する。従って、Ｓ．Ｔｉ量は０．０５〜０．５０質量％とする。Ｓ．Ｔｉ量は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．１５質量％以上である。また、Ｓ．Ｔｉ量は、好ましくは０．４０質量％以下であり、より好ましくは０．３０質量％以下である。
（Ｉ．Ａｌ：０．１〜１．０質量％）
Ｉ．Ａｌは酸にほとんど溶解しないＡｌをＡｌ２Ｏ３に換算した値を表す。Ｉ．Ａｌ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。
ここで、酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解する。これにより、ワイヤに含まれる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する。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する。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る。分析液中のＡｌ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定する。このＡｌ濃度をＡｌ２Ｏ３量に換算してＡｌ２Ｏ３量を算出し、Ｉ．Ａｌ量とする。
Ｉ．Ａｌはスラグ粘度を低減させ、スラグ凝固温度を増加させる効果がある。この効果により水平すみ肉溶接および立向上進溶接でのビード垂れ防止が可能となる。Ｉ．Ａｌ量が０．１質量％未満では、水平すみ肉溶接および立向上進溶接でのなじみが悪く、オーバラップ気味なビード形状となる。一方、Ｉ．Ａｌ量が１．０質量％を超えると、開先内でスラグ焼き付きが発生しやすくなる。従って、Ｉ．Ａｌ量は０．１〜１．０質量％とする。Ｉ．Ａｌ量は、好ましくは０．３質量％以上であり、より好ましくは０．４質量％以上である。また、Ｉ．Ａｌ量は、好ましくは０．８質量％以下であり、より好ましくは０．６質量％以下である。
Ｉ．Ａｌは酸にほとんど溶解しないＡｌをＡｌ２Ｏ３に換算した値を表す。Ｉ．Ａｌ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。
ここで、酸分解法に使用する溶媒は王水を用い、ワイヤ全量を溶解する。これにより、ワイヤに含まれる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する。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する。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る。分析液中のＡｌ濃度を「ＩＣＰ発光分光分析法」で測定する。このＡｌ濃度をＡｌ２Ｏ３量に換算してＡｌ２Ｏ３量を算出し、Ｉ．Ａｌ量とする。
Ｉ．Ａｌはスラグ粘度を低減させ、スラグ凝固温度を増加させる効果がある。この効果により水平すみ肉溶接および立向上進溶接でのビード垂れ防止が可能となる。Ｉ．Ａｌ量が０．１質量％未満では、水平すみ肉溶接および立向上進溶接でのなじみが悪く、オーバラップ気味なビード形状となる。一方、Ｉ．Ａｌ量が１．０質量％を超えると、開先内でスラグ焼き付きが発生しやすくなる。従って、Ｉ．Ａｌ量は０．１〜１．０質量％とする。Ｉ．Ａｌ量は、好ましくは０．３質量％以上であり、より好ましくは０．４質量％以上である。また、Ｉ．Ａｌ量は、好ましくは０．８質量％以下であり、より好ましくは０．６質量％以下である。
（Ｓ．Ａｌ：０．０２〜０．５０質量％）
Ｓ．Ａｌは、酸に溶解するＡｌを表す。Ｓ．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、以下のようにして測定される。まず、上述した「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）をろ過する。そして、ろ過後の溶液をワイヤに含まれるＡｌ源（Ａｌ金属粉等の合金粉）として得ることで、「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、Ｓ．Ａｌ量とする。
Ａｌは強脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を減少させ、靭性を向上させる役割がある。Ｓ．Ａｌ量が０．０２質量％未満では、脱酸が効かず溶接金属の酸素量が高く、十分な強度および靭性の確保が困難となる。一方、Ｓ．Ａｌ量が０．５０質量％を超えると、Ａｌ化合物が多量に析出して強度が著しく上昇し、靭性が低下する。また、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｓ．Ａｌ量は０．０２〜０．５０質量％とする。Ｓ．Ａｌ量は、好ましくは０．０５質量％以上であり、より好ましくは０．１０質量％以上である。また、Ｓ．Ａｌ量は、好ましくは０．４０質量％以下であり、より好ましくは０．３０質量％以下である。
Ｓ．Ａｌは、酸に溶解するＡｌを表す。Ｓ．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、以下のようにして測定される。まず、上述した「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）をろ過する。そして、ろ過後の溶液をワイヤに含まれるＡｌ源（Ａｌ金属粉等の合金粉）として得ることで、「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、Ｓ．Ａｌ量とする。
Ａｌは強脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を減少させ、靭性を向上させる役割がある。Ｓ．Ａｌ量が０．０２質量％未満では、脱酸が効かず溶接金属の酸素量が高く、十分な強度および靭性の確保が困難となる。一方、Ｓ．Ａｌ量が０．５０質量％を超えると、Ａｌ化合物が多量に析出して強度が著しく上昇し、靭性が低下する。また、溶接部の強度過大により、耐低温割れ性が低下する。従って、Ｓ．Ａｌ量は０．０２〜０．５０質量％とする。Ｓ．Ａｌ量は、好ましくは０．０５質量％以上であり、より好ましくは０．１０質量％以上である。また、Ｓ．Ａｌ量は、好ましくは０．４０質量％以下であり、より好ましくは０．３０質量％以下である。
（Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌ：１．６〜８．０）
本実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌは１．６〜８．０であることが必要である。ここで、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌは、Ｓ．Ａｌ量に対するＩ．Ａｌ量の比であり、以下において、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌをｘと表す。ｘが１．６〜８．０の場合、靭性向上に寄与する溶接金属中のＡｌ２Ｏ３介在物量を一定量に制御でき、良好な靱性が得られる。一方、ｘが１．６未満又は８．０より大きい場合、Ａｌ２Ｏ３介在物量が過剰となり、靭性が劣化し、バラつきも大きくなる。従って、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、ｘは１．６〜８．０とする。ｘは、好ましくは２．０〜５．０である。
本実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌは１．６〜８．０であることが必要である。ここで、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌは、Ｓ．Ａｌ量に対するＩ．Ａｌ量の比であり、以下において、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌをｘと表す。ｘが１．６〜８．０の場合、靭性向上に寄与する溶接金属中のＡｌ２Ｏ３介在物量を一定量に制御でき、良好な靱性が得られる。一方、ｘが１．６未満又は８．０より大きい場合、Ａｌ２Ｏ３介在物量が過剰となり、靭性が劣化し、バラつきも大きくなる。従って、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、ｘは１．６〜８．０とする。ｘは、好ましくは２．０〜５．０である。
（Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計：０．０５〜０．３０質量％）
ＮａおよびＫは、溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化させる効果を有する。ワイヤ全質量あたりのＮａ換算量とＫ換算量との合計量が０．０５質量％未満では、溶接中におけるアークの溶滴移行が不安定であり、スパッタ発生量が増加する。一方、前記合計量が０．３０質量％を超えると、耐吸湿性が劣化し、溶接金属中の拡散性水素量が増加するため、低温割れが発生しやすくなる。従って、Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計量は０．０５〜０．３０質量％とする。前記合計量は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．１５質量％以上である。また、前記合計量は、好ましくは０．２５質量％以下であり、より好ましくは０．２０質量％以下である。なお、Ｎａ化合物中のＮａ換算量およびＫ化合物中のＫ換算量は、いずれか一方が０質量％であってもよい。
ＮａおよびＫは、溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化させる効果を有する。ワイヤ全質量あたりのＮａ換算量とＫ換算量との合計量が０．０５質量％未満では、溶接中におけるアークの溶滴移行が不安定であり、スパッタ発生量が増加する。一方、前記合計量が０．３０質量％を超えると、耐吸湿性が劣化し、溶接金属中の拡散性水素量が増加するため、低温割れが発生しやすくなる。従って、Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計量は０．０５〜０．３０質量％とする。前記合計量は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．１５質量％以上である。また、前記合計量は、好ましくは０．２５質量％以下であり、より好ましくは０．２０質量％以下である。なお、Ｎａ化合物中のＮａ換算量およびＫ化合物中のＫ換算量は、いずれか一方が０質量％であってもよい。
（Ｆ：０．０５〜０．３０質量％）
Ｆは、フラックス中にフッ素化合物として存在する。Ｆは溶接雰囲気下の水素分圧を減少させ、溶接金属中の拡散性水素量を低下させる。ワイヤ全質量あたりのＦ量が０．０５質量％未満では、拡散性水素量が増加し、溶接部に低温割れが発生する。一方、Ｆ量が０．３０質量％を超えると、ヒューム発生量が増加し、溶接作業性が劣化する。従って、Ｆ量は０．０５〜０．３０質量％とする。Ｆ量は、好ましくは０．０８質量％以上であり、より好ましくは０．１０質量％以上である。また、Ｆ量は、好ましくは０．２０質量％以下であり、より好ましくは０．１５質量％以下である。
Ｆは、フラックス中にフッ素化合物として存在する。Ｆは溶接雰囲気下の水素分圧を減少させ、溶接金属中の拡散性水素量を低下させる。ワイヤ全質量あたりのＦ量が０．０５質量％未満では、拡散性水素量が増加し、溶接部に低温割れが発生する。一方、Ｆ量が０．３０質量％を超えると、ヒューム発生量が増加し、溶接作業性が劣化する。従って、Ｆ量は０．０５〜０．３０質量％とする。Ｆ量は、好ましくは０．０８質量％以上であり、より好ましくは０．１０質量％以上である。また、Ｆ量は、好ましくは０．２０質量％以下であり、より好ましくは０．１５質量％以下である。
（Ｆｅおよび不可避的不純物）
本実施形態のフラックス入りワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
残部のＦｅは、外皮を構成するＦｅ、フラックスに添付されている鉄粉、合金粉のＦｅが相当する。本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｆｅを８０質量％以上含有し、好ましくは８３質量％以上含有し、さらに好ましくは８５質量％以上含有する。
特に上限はないが、他の成分組成との関係から、Ｆｅの上限は９０質量％以下とする。
残部の不可避的不純物とは、前記成分以外の成分（Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｎ、Ｏ）や、後述する成分であって選択的に添加する成分（Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ）等が不可避的に含まれるものも該当し、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。なお、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、ＯやＮも含まれる。
本実施形態のフラックス入りワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
残部のＦｅは、外皮を構成するＦｅ、フラックスに添付されている鉄粉、合金粉のＦｅが相当する。本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｆｅを８０質量％以上含有し、好ましくは８３質量％以上含有し、さらに好ましくは８５質量％以上含有する。
特に上限はないが、他の成分組成との関係から、Ｆｅの上限は９０質量％以下とする。
残部の不可避的不純物とは、前記成分以外の成分（Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｎ、Ｏ）や、後述する成分であって選択的に添加する成分（Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ）等が不可避的に含まれるものも該当し、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。なお、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、ＯやＮも含まれる。
また、本実施形態のフラックス入りワイヤは、上述した各成分に加えて、さらに、下記の少なくとも１種の成分を所定量含有させてもよい。
（Ｎｉ：２．０質量％以下（０質量％を含まない））
Ｎｉは、溶接金属の靭性を向上させるのに極めて有効な効果を有する元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、Ｎｉを含有させる場合、Ｎｉ量が２．０質量％を超えると、溶接金属中のＮの飽和溶解度が低下し、ブローホールが発生し、靱性が低下する。したがって、Ｎｉを含有させる場合には、Ｎｉ量を２．０質量％以下とする。また、Ｎｉを含有させる場合、Ｎｉ量は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．２０質量％以上である。また、Ｎｉ量は、好ましくは０．５０質量％以下であり、より好ましくは０．４０質量％以下である。
Ｎｉは、溶接金属の靭性を向上させるのに極めて有効な効果を有する元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、Ｎｉを含有させる場合、Ｎｉ量が２．０質量％を超えると、溶接金属中のＮの飽和溶解度が低下し、ブローホールが発生し、靱性が低下する。したがって、Ｎｉを含有させる場合には、Ｎｉ量を２．０質量％以下とする。また、Ｎｉを含有させる場合、Ｎｉ量は、好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．２０質量％以上である。また、Ｎｉ量は、好ましくは０．５０質量％以下であり、より好ましくは０．４０質量％以下である。
（Ｍｏ：０．５質量％以下（０質量％を含まない））
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じて強度調整の目的のために含有させることが可能である。ただし、Ｍｏを含有させる場合、０．５質量％を超えて添加すると、溶接金属の強度が過度に大きくなり、靱性が低下する。また、高温割れや低温割れが発生しやすくなる。したがって、Ｍｏを含有させる場合には、Ｍｏ量を０．５質量％以下とする。また、Ｍｏを含有させる場合、Ｍｏ量は、好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは０．２質量％以上である。また、Ｍｏ量は、好ましくは０．４質量％以下であり、より好ましくは０．３質量％以下である。
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じて強度調整の目的のために含有させることが可能である。ただし、Ｍｏを含有させる場合、０．５質量％を超えて添加すると、溶接金属の強度が過度に大きくなり、靱性が低下する。また、高温割れや低温割れが発生しやすくなる。したがって、Ｍｏを含有させる場合には、Ｍｏ量を０．５質量％以下とする。また、Ｍｏを含有させる場合、Ｍｏ量は、好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは０．２質量％以上である。また、Ｍｏ量は、好ましくは０．４質量％以下であり、より好ましくは０．３質量％以下である。
（Ｎｂ：０．１質量％以下、Ｖ：０．１質量％以下）
Ｎｂ及びＶは、結晶粒界に偏析することで靱性を劣化させ、バラつきを大きくする。したがって、ＮｂやＶを含有させる場合において、靱性の劣化を防ぐためには、ワイヤ全質量あたりのＮｂ量及びＶ量が、それぞれ０．１質量％以下であることが必要である。なお、各々０質量％であってもよい。
Ｎｂ及びＶは、結晶粒界に偏析することで靱性を劣化させ、バラつきを大きくする。したがって、ＮｂやＶを含有させる場合において、靱性の劣化を防ぐためには、ワイヤ全質量あたりのＮｂ量及びＶ量が、それぞれ０．１質量％以下であることが必要である。なお、各々０質量％であってもよい。
（Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉ：好ましくは８〜８０）
また、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉは８〜８０であることが好ましい。ここで、Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉは、Ｓ．Ｔｉ量に対するＩ．Ｔｉ量の比であり、以下において、Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉをｙと表す。ｙが８以上であると、溶接金属の酸素量が減少し、結晶粒が微細化され、靭性が向上され、靭性のバラつきもさらに抑制される。一方、ｙが８０を超えると溶接金属の酸素量が増加し、靭性が安定しないおそれがある。また、スラグの密着性も高くなり、スラグの焼き付きが発生するおそれがある。従って、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、ｙの範囲は８〜８０とすることが好ましい。ｙは１０以上であることがより好ましい。また、ｙは５０以下であることがより好ましい。
また、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉは８〜８０であることが好ましい。ここで、Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉは、Ｓ．Ｔｉ量に対するＩ．Ｔｉ量の比であり、以下において、Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉをｙと表す。ｙが８以上であると、溶接金属の酸素量が減少し、結晶粒が微細化され、靭性が向上され、靭性のバラつきもさらに抑制される。一方、ｙが８０を超えると溶接金属の酸素量が増加し、靭性が安定しないおそれがある。また、スラグの密着性も高くなり、スラグの焼き付きが発生するおそれがある。従って、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、ｙの範囲は８〜８０とすることが好ましい。ｙは１０以上であることがより好ましい。また、ｙは５０以下であることがより好ましい。
つづいて、本実施形態のフラックス入りワイヤの製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態のフラックス入りワイヤを製造する際は、先ず、鋼製外皮内にフラックスを充填する。その際、外皮には、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが好ましい。また、フラックスの組成及び充填率は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲になるよう外皮の組成や厚さなどに応じて適宜調整することができる。
次に、外皮内にフラックスが充填されたワイヤを、孔ダイスやローラダイスを用いて伸線することにより縮径し、所定の外径を有するフラックス入りワイヤを得る。
本実施形態のフラックス入りワイヤを製造する際は、先ず、鋼製外皮内にフラックスを充填する。その際、外皮には、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが好ましい。また、フラックスの組成及び充填率は、ワイヤ全体の組成が前述した範囲になるよう外皮の組成や厚さなどに応じて適宜調整することができる。
次に、外皮内にフラックスが充填されたワイヤを、孔ダイスやローラダイスを用いて伸線することにより縮径し、所定の外径を有するフラックス入りワイヤを得る。
本実施形態のフラックス入りワイヤの外径は、特に限定されるものではないが、ワイヤの生産性の観点から、好ましくは１．０〜２．０ｍｍであり、より好ましくは１．２〜１．６ｍｍである。
また、フラックス充填率は、ワイヤ中の各成分が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができるが、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点から、ワイヤ全質量の１０〜２５質量％であることが好ましく、１３〜１６質量％であることがより好ましい。なお、このフラックス充填率は、外皮内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ（外皮＋フラックス）の全質量に対する割合で規定したものである。
また、フラックス充填率は、ワイヤ中の各成分が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができるが、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点から、ワイヤ全質量の１０〜２５質量％であることが好ましく、１３〜１６質量％であることがより好ましい。なお、このフラックス充填率は、外皮内に充填されるフラックスの質量を、ワイヤ（外皮＋フラックス）の全質量に対する割合で規定したものである。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、特に立向上進溶接の溶接作業性が良好であり、さらには溶接金属の低温衝撃靱性が良好かつ安定である（靭性のバラツキが抑制されている）。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、特に、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼および低温用鋼などの溶接構造物を製造する際に好適に使用される。なお、本実施形態のフラックス入りワイヤは、立向上進溶接に好適に使用されるほか、下向溶接、横向溶接、上向溶接、水平すみ肉等の各種溶接にも特に制限なく使用することができる。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、特に、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼および低温用鋼などの溶接構造物を製造する際に好適に使用される。なお、本実施形態のフラックス入りワイヤは、立向上進溶接に好適に使用されるほか、下向溶接、横向溶接、上向溶接、水平すみ肉等の各種溶接にも特に制限なく使用することができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。
表１及び表２に示すワイヤ成分を有するフラックス入りワイヤを用いて、表３又は表４に示す条件にて溶接を実施した。なお、表中のワイヤ成分において、本発明の範囲を満たさないものについては数値に下線を引いて示す。また、残部はＦｅ及び不可避的不純物である。また、表１及び表２中のＮａ量及びＫ量は、それぞれ、Ｎａ化合物中のＮａ換算量及びＫ化合物中のＫ換算量である。
なお、Ｎｏ．１〜３１は実施例であり、Ｎｏ．３２〜５７は比較例である。
なお、Ｎｏ．１〜３１は実施例であり、Ｎｏ．３２〜５７は比較例である。
なお、フラックス入りワイヤに含有される各成分の量は、ＣおよびＳは燃焼−赤外線吸収法で、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｂ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＶおよびＰはＩＣＰ発光分光分析方法で、ＮａおよびＫは原子吸光分析方法で、Ｆは中和滴定法で、それぞれ測定した。
また、Ｉ．Ａｌ、Ｓ．Ａｌ、Ｉ．Ｔｉ及びＳ．Ｔｉの各量は、上述した酸分解法に基づき、ＩＣＰ発光分光分析法により測定した。
また、Ｉ．Ａｌ、Ｓ．Ａｌ、Ｉ．Ｔｉ及びＳ．Ｔｉの各量は、上述した酸分解法に基づき、ＩＣＰ発光分光分析法により測定した。
そして、各フラックス入りワイヤについて、以下の評価を行った。各評価結果を表６及び表７に示す。
（機械的性質）
表３に示す溶接条件で立向上進突合せ溶接継手を作製した。そして、強度については板厚中央部における強度を評価し、靭性については裏面から２ｍｍの位置で試験片を採取し、−２０℃吸収エネルギーについて評価した。
強度の評価基準は、４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下のときに「合格：○」、４９０ＭＰａ未満または６４０ＭＰａ超のときに「不合格：×」とした。
靱性の評価基準は、各例３つずつの試験片についての−２０℃吸収エネルギーの平均値が１００Ｊ以上のときに「大変優れている：◎」、８０Ｊ以上１００Ｊ未満のときに「優れている：○」、６０Ｊ以上８０Ｊ未満のときに「劣っている：△」、６０Ｊ未満のときに「非常に劣っている：×」とした。そして、「大変優れている：◎」又は「優れている：○」と評価されたものを合格とした。
また、靱性の安定性の評価基準は、各例３つずつの試験片についての−２０℃吸収エネルギーの標準偏差が３未満のときに「非常に優れている：◎」、３以上５未満のときに「優れている：○」、５以上１０未満のときに「劣っている：△」、１０以上のときに「非常に劣っている：×」とした。そして、「大変優れている：◎」又は「優れている：○」と評価されたものを合格とした。
表３に示す溶接条件で立向上進突合せ溶接継手を作製した。そして、強度については板厚中央部における強度を評価し、靭性については裏面から２ｍｍの位置で試験片を採取し、−２０℃吸収エネルギーについて評価した。
強度の評価基準は、４９０ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下のときに「合格：○」、４９０ＭＰａ未満または６４０ＭＰａ超のときに「不合格：×」とした。
靱性の評価基準は、各例３つずつの試験片についての−２０℃吸収エネルギーの平均値が１００Ｊ以上のときに「大変優れている：◎」、８０Ｊ以上１００Ｊ未満のときに「優れている：○」、６０Ｊ以上８０Ｊ未満のときに「劣っている：△」、６０Ｊ未満のときに「非常に劣っている：×」とした。そして、「大変優れている：◎」又は「優れている：○」と評価されたものを合格とした。
また、靱性の安定性の評価基準は、各例３つずつの試験片についての−２０℃吸収エネルギーの標準偏差が３未満のときに「非常に優れている：◎」、３以上５未満のときに「優れている：○」、５以上１０未満のときに「劣っている：△」、１０以上のときに「非常に劣っている：×」とした。そして、「大変優れている：◎」又は「優れている：○」と評価されたものを合格とした。
（溶接作業性）
表３に示す溶接条件で立向上進すみ肉溶接にて作業性を官能評価した。なお、評価基準は、アーク安定性、スパッタ発生量、ヒューム発生量、ビード外観、ビード垂れ、及びスラグ焼き付きの各項目について、以下の５段階で評価した。そして、「大変優れている：５」、「優れている：４」又は「やや優れている：３」と評価されたものを合格とした。
「大変優れている：５」
「優れている：４」
「やや優れている：３」
「劣っている：２」
「非常に劣っている：１」
表３に示す溶接条件で立向上進すみ肉溶接にて作業性を官能評価した。なお、評価基準は、アーク安定性、スパッタ発生量、ヒューム発生量、ビード外観、ビード垂れ、及びスラグ焼き付きの各項目について、以下の５段階で評価した。そして、「大変優れている：５」、「優れている：４」又は「やや優れている：３」と評価されたものを合格とした。
「大変優れている：５」
「優れている：４」
「やや優れている：３」
「劣っている：２」
「非常に劣っている：１」
（耐高温割れ性）
表４に示す溶接条件で下向突合せ溶接継手を作製した。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 Ｚ３１０４）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を測定し、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。具体的には、割れ率が５％以下の場合を「優れている：○」と評価し、割れ率が５％より大きい場合を「劣っている：×」と評価した。そして、「優れている：○」と評価されたものを合格とした。
表４に示す溶接条件で下向突合せ溶接継手を作製した。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 Ｚ３１０４）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を測定し、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。具体的には、割れ率が５％以下の場合を「優れている：○」と評価し、割れ率が５％より大きい場合を「劣っている：×」と評価した。そして、「優れている：○」と評価されたものを合格とした。
（耐低温割れ性）
表５に示す溶接条件で溶接後９６時間放置した後、裏当て金を切削し、超音波探傷試験（ＪＩＳ Ｚ ３０６０）、磁粉探傷試験（ＪＩＳ Ｇ ０５６５）により欠陥の有無を確認した。更に、破面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察し、割れの形態を確認した。具体的には、低温割れが確認されない場合を「優れている：○」と評価し、低温割れが確認された場合を「劣っている：×」と評価した。そして、「優れている：○」と評価されたものを合格とした。
表５に示す溶接条件で溶接後９６時間放置した後、裏当て金を切削し、超音波探傷試験（ＪＩＳ Ｚ ３０６０）、磁粉探傷試験（ＪＩＳ Ｇ ０５６５）により欠陥の有無を確認した。更に、破面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察し、割れの形態を確認した。具体的には、低温割れが確認されない場合を「優れている：○」と評価し、低温割れが確認された場合を「劣っている：×」と評価した。そして、「優れている：○」と評価されたものを合格とした。
以上の結果より、以下のことが分かる。
Ｎｏ．３２のワイヤは、Ｃ量が０．０２質量％未満のため、強度が低く、靱性に劣り、靱性の安定性にもやや劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３３のワイヤは、Ｃ量が０．１０質量％より大きいため、強度が過大であり、靱性に劣り、靱性の安定性にも劣っていた。また、アーク安定性に劣り、スパッタ発生量及びヒューム発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。さらに、耐高温割れ性及び耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３４のワイヤは、Ｓｉ量が０．５質量％未満のため、強度が低く、靱性もやや劣っていた。また、ビード外観が悪く、ビード垂れが発生し、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．３５のワイヤは、Ｓｉ量が１．５質量％より大きいため、靱性がやや劣っており、また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３６のワイヤは、Ｍｎ量が１．５質量％未満のため、強度が低く、靱性もやや劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３７のワイヤは、Ｍｎ量が３．０質量％より大きいため、強度が過大であり、靱性も劣っていた。また、耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３２のワイヤは、Ｃ量が０．０２質量％未満のため、強度が低く、靱性に劣り、靱性の安定性にもやや劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３３のワイヤは、Ｃ量が０．１０質量％より大きいため、強度が過大であり、靱性に劣り、靱性の安定性にも劣っていた。また、アーク安定性に劣り、スパッタ発生量及びヒューム発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。さらに、耐高温割れ性及び耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３４のワイヤは、Ｓｉ量が０．５質量％未満のため、強度が低く、靱性もやや劣っていた。また、ビード外観が悪く、ビード垂れが発生し、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．３５のワイヤは、Ｓｉ量が１．５質量％より大きいため、靱性がやや劣っており、また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３６のワイヤは、Ｍｎ量が１．５質量％未満のため、強度が低く、靱性もやや劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３７のワイヤは、Ｍｎ量が３．０質量％より大きいため、強度が過大であり、靱性も劣っていた。また、耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３８のワイヤは、Ｐ量が０．０３０質量％より大きいため、靱性の安定性がやや劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．３９のワイヤは、Ｓ量が０．０３０質量％より大きいため、靱性の安定性がやや劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．４０のワイヤは、Ｍｇ量が０．１質量％未満のため（Ｍｇを含有しないため）、靱性に劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．４１のワイヤは、Ｍｇ量が１．０質量％より大きいため、強度が過大であった。また、スパッタ発生量が多く、スラグ焼き付きが発生し、溶接作業性に劣っていた。さらに、耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．４２のワイヤは、Ｂ量が０．００２０質量％未満のため、靱性に劣っていた。
Ｎｏ．４３のワイヤは、Ｂ量が０．０１５０質量％より大きいため、強度が過大であった。また、耐高温割れ性及び耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．４４のワイヤは、Ｚｒ量が０．０１質量％未満のため（Ｚｒを含有しないため）、靱性の安定性がやや劣っていた。
Ｎｏ．４５のワイヤは、Ｚｒ量が０．５０質量％より大きく、またＩ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが１．６未満のため、強度が過大であり、靱性に劣り、靱性の安定性にもやや劣っていた。また、アーク安定性に劣り、スパッタ発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．３９のワイヤは、Ｓ量が０．０３０質量％より大きいため、靱性の安定性がやや劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．４０のワイヤは、Ｍｇ量が０．１質量％未満のため（Ｍｇを含有しないため）、靱性に劣っていた。また、耐高温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．４１のワイヤは、Ｍｇ量が１．０質量％より大きいため、強度が過大であった。また、スパッタ発生量が多く、スラグ焼き付きが発生し、溶接作業性に劣っていた。さらに、耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．４２のワイヤは、Ｂ量が０．００２０質量％未満のため、靱性に劣っていた。
Ｎｏ．４３のワイヤは、Ｂ量が０．０１５０質量％より大きいため、強度が過大であった。また、耐高温割れ性及び耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．４４のワイヤは、Ｚｒ量が０．０１質量％未満のため（Ｚｒを含有しないため）、靱性の安定性がやや劣っていた。
Ｎｏ．４５のワイヤは、Ｚｒ量が０．５０質量％より大きく、またＩ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが１．６未満のため、強度が過大であり、靱性に劣り、靱性の安定性にもやや劣っていた。また、アーク安定性に劣り、スパッタ発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．４６のワイヤは、Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計が０．０５質量％未満のため、また、スパッタ発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．４７のワイヤは、Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計が０．３０質量％より大きいため、耐低温割れ性に劣っていた。
Ｎｏ．４８のワイヤは、Ｆ量が０．０５質量％未満のため、耐低温割れ性に劣っていた。
Ｎｏ．４９のワイヤは、Ｆ量が０．３０質量％より大きいため、アークの安定性に劣り、ヒューム発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．４７のワイヤは、Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計が０．３０質量％より大きいため、耐低温割れ性に劣っていた。
Ｎｏ．４８のワイヤは、Ｆ量が０．０５質量％未満のため、耐低温割れ性に劣っていた。
Ｎｏ．４９のワイヤは、Ｆ量が０．３０質量％より大きいため、アークの安定性に劣り、ヒューム発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．５０のワイヤは、Ｉ．Ｔｉ量が２．５質量％未満のため、アークの安定性に劣り、ビード垂れが発生し、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．５１のワイヤは、Ｉ．Ｔｉ量が７．５質量％より大きいため、強度が過大であり、靱性も劣っていた。また、耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．５２のワイヤは、Ｓ．Ｔｉ量が０．０５質量％未満のため、靱性に劣っていた。
Ｎｏ．５３のワイヤは、Ｓ．Ｔｉ量が０．５０質量％より大きいため、アーク安定性に劣り、スパッタ発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．５１のワイヤは、Ｉ．Ｔｉ量が７．５質量％より大きいため、強度が過大であり、靱性も劣っていた。また、耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．５２のワイヤは、Ｓ．Ｔｉ量が０．０５質量％未満のため、靱性に劣っていた。
Ｎｏ．５３のワイヤは、Ｓ．Ｔｉ量が０．５０質量％より大きいため、アーク安定性に劣り、スパッタ発生量が多く、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．５４のワイヤは、Ｉ．Ａｌ量が０．１質量％未満のため（Ｉ．Ａｌを含有しないため）、アーク安定性に劣り、ビード外観が悪く、ビード垂れが発生し、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．５５のワイヤは、Ｉ．Ａｌ量が１．０質量％より大きいため、スラグ焼き付きが発生し、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．５６のワイヤは、Ｓ．Ａｌ量が０．０２質量％未満であり、また、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが８．０より大きいため、強度が低く、靱性にやや劣り、靱性の安定性にもやや劣っていた。
Ｎｏ．５７のワイヤは、Ｓ．Ａｌ量が０．５０質量％より大きく、また、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが１．６未満のため、強度が過大であり、靱性に劣り、靱性の安定性にもやや劣っていた。また、耐低温割れ性にも劣っていた。
Ｎｏ．５５のワイヤは、Ｉ．Ａｌ量が１．０質量％より大きいため、スラグ焼き付きが発生し、溶接作業性に劣っていた。
Ｎｏ．５６のワイヤは、Ｓ．Ａｌ量が０．０２質量％未満であり、また、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが８．０より大きいため、強度が低く、靱性にやや劣り、靱性の安定性にもやや劣っていた。
Ｎｏ．５７のワイヤは、Ｓ．Ａｌ量が０．５０質量％より大きく、また、Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが１．６未満のため、強度が過大であり、靱性に劣り、靱性の安定性にもやや劣っていた。また、耐低温割れ性にも劣っていた。
一方、Ｎｏ．１〜３１のワイヤは、本発明の範囲を満足するものであるため、適切な強度を有し、靱性に優れ、靱性の安定性にも優れていた。また、溶接作業性に優れ、耐高温割れ性及び耐低温割れ性にも優れていた。
Claims (5)
- ワイヤ全質量あたり、
Ｃ：０．０２〜０．１０質量％、
Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、
Ｍｎ：１．５〜３．０質量％、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｍｇ：０．１〜１．０質量％、
Ｂ：０．００２０〜０．０１５０質量％、
Ｚｒ：０．０１〜０．５０質量％、
Ｉ．Ｔｉ：２．５〜７．５質量％、
Ｓ．Ｔｉ：０．０５〜０．５０質量％、
Ｉ．Ａｌ：０．１〜１．０質量％、
Ｓ．Ａｌ：０．０２〜０．５０質量％、
Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量の合計：０．０５〜０．３０質量％、
Ｆ：０．０５〜０．３０質量％、及び、
Ｆｅ：８５質量％以上を含有し、
Ｉ．Ａｌ／Ｓ．Ａｌが１．６〜８．０であるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - Ｉ．Ｔｉ／Ｓ．Ｔｉが８〜８０である請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
- さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ｎｉ：２．０質量％以下（０質量％を含まない）
を含有する請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ｍｏ：０．５質量％以下（０質量％を含まない）
を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。 - さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ｎｂ：０．１質量％以下、及び
Ｖ：０．１質量％以下
からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
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