JP6766867B2 - フラックス入りワイヤ、溶接継手の製造方法、及び溶接継手 - Google Patents

Description

本発明は、フラックス入りワイヤ、溶接継手の製造方法、及び溶接継手に関する。特に本発明は、建設機械分野及び産業機械分野等で利用される炭素量が高い高硬度鋼板を溶接する際に、低温割れを防止するための予熱作業を省略または予熱温度を低下させることができ、かつ高温割れを発生させることなく溶接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と、そのフラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接方法と、その溶接方法によって得られる溶接継手とに関する。

鉱山での掘削及び土木作業用の建設機械の部品は、摩耗のために交換が必要となりやすい。このような部品の使用寿命を長くするために、部品は、硬さを高めた耐摩耗鋼及び鋳鋼を用いて製造される。

特に、耐摩耗性が要求される部品では、硬さがブリネル硬さＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼板及び高合金の鋳鋼が用いられることがある。このような鋼板は、硬さを高めるために、Ｃを多く含有するとともに、高い焼入性を有する。このような高炭素鋼を溶接した場合、溶接部、特に溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」という）が著しく硬化するので、低温割れが非常に発生しやすい。低温割れとは、溶接後、溶接部の温度が常温付近に低下してから溶接部に発生する割れであり、溶接時に溶接部に侵入する水素によって引き起こされる。この低温割れを抑制するためには、板厚や溶接入熱等にもよるが予熱を行ったり、予熱温度をさらに高くしたりすることが必要になる。しかしながら、板厚が大きい場合、高温での予熱は長い加熱時間を必要とするので、作業負荷を増大させる。従って、Ｃ含有量が多い鋼板の溶接時に、予熱作業を省略または予熱作業における予熱温度を低下させた場合であっても低温割れを十分抑制できる技術が望まれている。

また、ＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼板及び高合金の鋳鋼のＣ含有量は、少なくとも０．２％であり、０．５％を超える場合もある。Ｃ含有量が高い鋼板を用いて溶接継手を製造した場合、溶接時の母材希釈（溶融した溶加材から構成される溶接金属が、溶融した母材によって希釈される現象）により、溶接金属のＣ含有量が高くなり、高温割れが生じやすくなる。高温割れとは、溶接後、溶接部の温度が凝固温度範囲又はその直下のような高温である際に、溶接部に発生する割れである。高温割れ抑制のために、開先形状、積層要領、並びに溶接電流及び電圧などの溶接施工条件に関する様々な制約が生じる。従って、Ｃ含有量が多い鋼板の溶接時に、高温割れを十分抑制できる技術が望まれている。

上述された種々の要求を達成するための溶接材料として、例えば、特許文献１〜１２のワイヤが提案されている。

特許文献１には、被覆アーク溶接材料の被覆材にＭｇを適量配合することによって、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量を３．０〜４．０ｍｌ／１００ｇ程度に低減して、引張強さ８８０〜１１８０ＭＰａの鋼材から製造される溶接継手の溶接金属の耐低温割れ性を改善する技術が示されている。

特許文献２には、ガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤに含まれる水素量を制限することで、溶接金属の低温割れを抑制する技術が示されている。

特許文献３には、外皮又はフラックスにＶを含有させることにより、溶接金属の耐低温割れ性を向上させた４９０〜７８０ＭＰａ級高張力鋼用フラックス入りワイヤが示されている。

特許文献４には、チタニア系フラックスを含み、ワイヤ断面積に対する外皮断面積の割合が９０〜９７％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が開示されている。特許文献４によれば、隅肉溶接の際に、溶接変形量を低減させることができる。

特許文献５には、弗化物量、Ｃ含有量、Ｍｎ含有量、及びＶ含有量が所定の範囲内に制御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が開示されている。特許文献５によれば、延性低下割れを抑制することができる。

特許文献６には、金属弗化物と、中性酸化物または塩基性酸化物と、ＡｌおよびＭｇの１種または２種と、脱酸剤と、粘結材とを含み、Ｃ、Ｓｉ、及びＭｎの含有量が所定の範囲内にあるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献６によれば、溶接作業性に優れ、かつ低温靱性が良好な溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤが提供される。

特許文献７には、アルカリ金属を１種又は２種以上含む酸化物と、弗化物と、炭酸塩とからなる群から選択された１種以上の化合物を含有し、比表面積が所定範囲内に制御されているガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献７によれば、溶込み性が優れ、溶接金属の機械的性質及び溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤが提供される。

特許文献８には、ＴｉＯ_２、アルカリ金属弗化物、およびＰＴＦＥを含有し、アルカリ金属弗化物の含有量とＰＴＦＥの含有量との比が所定範囲内に制御され、アルカリ土類金属弗化物の含有量が所定量以下に制限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が開示されている。特許文献８によれば、アーク溶接の際に拡散性水素が溶接部に進入することを防止し、耐吸湿性が優れ、良好な溶接作業性を示すフラックス入りワイヤが提供される。

特許文献９には、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎａ化合物およびＫ化合物、並びに金属弗化物を含み、Ａｌ酸化物の見掛密度及び平均粒径が所定範囲内に制御されている耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献９によれば、耐候性鋼を溶接する際に、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、強度及び靭性に優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが提供される。

特許文献１０には、金属弗化物及びＴｉＯ_２を含み、Ｍｇ含有量およびＡｌ含有量が所定の数式によって規定される範囲内に制御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が開示されている。特許文献１０によれば、溶接作業性が良好で、かつ優れた低温靱性を有する溶接部が得られるフラックス入りワイヤが提供される。

特許文献１１には、金属粉を７５重量％以上含み、鋼製外皮およびフラックスの片方または両方がＶを含有するアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１１によれば、４９０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接の際に、予熱を省略するか又は予熱温度を大幅に低下させることが可能であり、耐割れ性が優れた溶接部が得られるフラックス入りワイヤが提供される。

特許文献１２には、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、及び弗化物を含み、これらの含有量が所定の数式によって規定される範囲内に制御され、水素量が所定量以下に制限されている高張力鋼ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１２によれば、溶接作業性に優れ、機械的性質が優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが提供される。

特許文献１３には、拡散性水素量を低減させることができる弗化物含有フラックス入りワイヤによる溶接継手の製造方法が開示されている。特許文献１３によれば、ＨＶ３８０以上の鋼板を、１０℃以上に予熱することなく低温割れの発生を防止することが可能な溶接継手の製造方法が提供される。

しかしながら、これらの技術はいずれも、ＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼及び高合金の鋳鋼などの高炭素鋼よりも炭素量が低い鋼板の溶接を対象にしたものである。これら技術は、高炭素鋼を溶接する際のＨＡＺの低温割れを、十分に抑制できない。さらに、特許文献１〜３において、高温割れについては、特に考慮されていない。

特許文献４では、溶接金属の拡散性水素量を低減する手段についてなんら考慮されていない。開示された化学成分を考慮すると、特許文献４に記載のフラックス入りワイヤは、低温割れを回避するための予熱を省略できる程度に拡散性水素量を低減させることはできない。

特許文献５に記載のフラックス入りワイヤは、多量のＣａＦ_２を必要とする。ＣａＦ_２は、１００％ＣＯ_２ガスをシールドガスとして用いる溶接においてスパッタ量を増大させるので、特許文献５の技術は、溶接性を向上させることができない。

特許文献６に記載のフラックス入りワイヤも、多量のＣａＦ_２を必要とするので、溶接性を向上させることができない。また、特許文献６に記載のフラックス入りワイヤは、多量のＭｇを含んでいるので、溶接金属の拡散性水素量を十分に低減することができないと考えられる。

特許文献７に記載のフラックス入りワイヤは、フラックスがスラグ形成剤を含まないメタル系ワイヤである。スラグ形成剤によって得られる溶接スラグは、溶融池から不純物を除去する効果、ビード幅及びビード波を整えて溶接金属の外観を良好にする効果、及び凝固直後の溶接金属の酸化及び窒化を防ぐ効果を有するが、特許文献７に開示されたワイヤによれば、これら溶接スラグの効果が得られない。

特許文献８に記載のフラックス入りワイヤは、溶接金属中の拡散性水素量を１．９ｍｌ／１００ｇ未満に低減させることができない。本発明者らは、溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ以下に低減させなければ、溶接金属の低温割れ性を向上させて、予熱を省略または予熱温度を低下させることができないことを知見した。さらに特許文献８には、シールドガスとして１００％ＣＯ_２ガスを用いる溶接においてスパッタ量を減少させる手段が開示されていない。１００％ＣＯ_２ガスを用いた溶接に特許文献８のワイヤを適用した場合、過剰量のスパッタが発生して溶接作業性が低下すると考えられる。

特許文献９には、溶接金属の低温割れ性を向上させる手段が開示されていない。特に、特許文献９に開示された弗化物の量は、溶接金属の拡散性水素量を低減させるために十分ではない。

特許文献１０に記載のフラックス入りワイヤは、多量のＣａＦ_２を必要とする。ＣａＦ_２は、１００％ＣＯ_２ガスをシールドガスとして用いる溶接においてスパッタ量を増大させるので、特許文献１０の技術は、溶接性を向上させることができない。

特許文献１１に記載のフラックス入りワイヤは、１．５％以上の多量のＣａＦ_２を必要とする。ＣａＦ_２は、１００％ＣＯ_２ガスをシールドガスとして用いる溶接においてスパッタ量を増大させるので、特許文献１１の技術は、溶接性を向上させることができない。

特許文献１２に記載のフラックス入りワイヤは、２．５％以上のＴｉＯ_２を必要とするので、特許文献１２に開示された技術から製造される溶接継手は低温靱性に劣ると考えられる。

特許文献１３に記載の溶接継手の製造方法は、多量のＣａＦ_２を含有する必要があるフラックス入りワイヤを溶加材として用いるので、１００％ＣＯ_２ガスをシールドガスとして用いた場合にスパッタ量を増大させるので、溶接性を向上させることができない。

さらに、一般に、オーステナイト系ステンレス溶接材料を用いて溶接を行うと、溶接金属中に侵入する水素の量が大きく低減されるので、低温割れ感受性を下げることができる。しかし、溶接継手の母材となる鋼板のＣ含有量が高い場合、オーステナイト系ステンレス溶接材料を用いて得られた溶接金属でも高温割れが生じやすい。また、オーステナイト系ステンレス溶接材料は高価である。

このようなことから、ＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼及び高合金の鋳鋼などの高炭素鋼を母材とする溶接継手の製造において、低温割れ及び高温割れが発生しにくい溶接金属を、ガスシールドアーク溶接によって形成することが求められている。さらに、低廉な１００％ＣＯ_２ガスをシールドガスとして使用した溶接において、スパッタ発生量を抑制することが求められている。

日本国特開平１１−１４７１９６号公報 日本国特開２００９−２５５１６８号公報 日本国特開平０８−２５７７８５号公報 日本国特開２００５−１４４５３９号公報 日本国特許５４４０７４４号 日本国特開平１−２７１０９８号公報 日本国特開２００２−３３１３８４号公報 日本国特開２００７−９０３７６号公報 日本国特開２０１３−１５１００１号公報 日本国特開平６−１５５０７９号公報 日本国特開平８−２５７７８５号公報 日本国特開２０１３−１８０１２号公報 日本国特許第５６９６８２４号

本発明は、高靭性であり、耐低温割れ性及び耐高温割れ性に優れる溶接部が得られ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができるフラックス入りワイヤの提供を目的とする。
また、本発明は、溶接金属の低温割れを防止するための予熱作業を省略可能または予熱温度を低下させることが可能であり、溶接金属の高温割れを抑制可能であり、スパッタ発生量を大幅に低減可能である溶接継手の製造方法の提供を目的とする。
さらに本発明は、高強度且つ高靭性であり、良好なビード形状を有する溶接部を備える溶接継手の提供を目的とする。

本発明の詳細は以下のとおりである。

（１）本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックスが弗化物であって、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ_２ＺｒＦ_６、ＢａＦ_２、及びＫ_２ＳｉＦ_６からなる群から選択される１種又は２種以上であり、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する前記弗化物のＦ換算値の合計値αが０．２１％以上である前記弗化物と、酸化物であって、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種又は２種以上を含み、ＣａＯを除き、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での前記酸化物の含有量の合計値βが０．３０〜３．５０％である前記酸化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計値が０〜３．５０％であり、ＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＬｉＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＦｅＣＯ_３及びＭｎＣＯ_３からなる群から選択される１種又は２種以上を含む炭酸塩と、を含み、前記フラックス中の前記ＣａＯの含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜０．２０％であり、前記フラックス中の鉄粉の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上１０．０％未満であり、式１を用いて算出されるＹ値が５．０％以下であり、前記ＣａＦ_２の含有量が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．５０％未満であり、前記Ｔｉ酸化物の含有量が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．１０〜２．５０％であり、前記βに対する前記αの比が０．１０〜４．００であり、前記ＭｇＣＯ_３、前記Ｎａ_２ＣＯ_３、および前記ＬｉＣＯ_３の含有量の合計値が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜３．００％であり、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、Ｃ：０．００３〜０．０３０％、Ｓｉ：０．１０〜１．５０％、Ｍｎ：０．５０〜３．５０％、Ｍｇ：０．１０％以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．１００％、Ｃｕ：０〜０．５０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜１．００％、Ｍｏ：０〜１．００％、Ｎｂ：０〜０．１００％、Ｖ：０〜０．４０％、Ｔｉ：０〜０．３００％、Ｂ：０〜０．０１００％、Ｂｉ：０〜０．０１００％、Ｃａ：０〜０．５０％、及びＲＥＭ：０〜０．０１００％を含み、残部が鉄及び不純物からなり、下記の式２を用いて算出されるＣｅｑが０．１０〜０．４４％である。
Ｙ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ_２］＋［Ｎａ_３ＡｌＦ_６］＋１．５０×（［Ｋ_２ＳｉＦ_６］＋［Ｋ_２ＺｒＦ_６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ_２］）＋３．５０×（［ＣａＦ_２］）：式１ 但し、［］付化学式は、それぞれの前記化学式に対応する弗化物の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で示す。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４：式２
但し、［］付元素記号は、前記弗化物、前記酸化物及び前記炭酸塩を除く前記化学成分に含まれる各前記元素記号に対応する元素の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で表す。
（２）上記（１）に記載のフラックス入りワイヤは、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、Ｍｇ：０．０７％以下を含有してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載のフラックス入りワイヤは、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、式３を満たしてもよい。
（［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］）≦０．４５：式３
但し、［］付元素記号は、前記弗化物、前記酸化物及び前記炭酸塩を除く前記化学成分に含まれる、各前記元素記号に対応する元素の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で示す。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記炭酸塩の含有量の合計が０．３０％超３．５０％以下であり、前記ＭｇＣＯ_３、前記Ｎａ_２ＣＯ_３、及び前記ＬｉＣＯ_３の１種又は２種以上の含有量の合計が０．３０％超３．００％以下であってもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記弗化物の含有量の合計が、Ｆ換算値で０．５０％以上であってもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記Ｙ値が４．０％以下であってもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記Ｔｉ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．１０〜１．８０％であってもよい。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記ＣａＦ_２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．２０％以下であってもよい。
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記βに対する前記αの比が０．５０〜２．５０であってもよい。
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、Ｎａ_３ＡｌＦ_６およびＮａＦの、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する単位質量％の合計含有量が、前記弗化物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する単位質量％の合計含有量の５０％以上であってもよい。
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮がシームレス形状を有してもよい。
（１２）上記（１）〜（１０）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有してもよい。
（１３）上記（１）〜（１２）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、さらに、前記フラックス入りワイヤの表面に塗布されたパーフルオロポリエーテル油を備えてもよい。
（１４）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記（１）〜（１３）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤを用いて、鋼材を、ガスシールドアーク溶接する工程を備える。
（１５）上記（１４）に記載の溶接継手の製造方法は、前記鋼材が、板厚が１２〜１００ｍｍであり、Ｃ含有量が単位質量％で０．２０〜０．５５％であり、式４を用いて計算されるＣＥＮが０．２０〜０．７０％である鋼板、又は、前記板厚が１２〜２０ｍｍであり、前記Ｃ含有量が単位質量％で０．２０〜０．５５％であり、前記ＣＥＮが０．７０％超０．８５％以下である鋼板であり、前記鋼材を、前記ガスシールドアーク溶接をする際、前記鋼材の温度が１０℃未満の場合には前記鋼材の温度が１０℃以上になるように予熱してガスシールドアーク溶接を行い、又は、前記鋼材の温度が１０℃以上の場合には予熱せずにガスシールドアーク溶接を行ってもよい。
ＣＥＮ＝［Ｃ］＋（０．７５＋０．２５×ＴＡＮＨ（２０×（［Ｃ］−０．１２）））×（［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｃｕ］／１５＋［Ｎｉ］／２０＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｎｂ］＋［Ｖ］）／５＋５×［Ｂ］）：式４
ただし、［］付元素記号は、前記鋼材に含まれるそれぞれの前記元素記号に対応する元素の含有量を単位質量％で表す。
（１６）上記（１４）に記載の溶接継手の製造方法は、前記鋼材が、板厚が２０ｍｍ超５０ｍｍ以下であり、Ｃ含有量が単位質量％で０．２０〜０．５５％であり、式４を用いて計算されるＣＥＮが０．７０％超、０．８５％以下である鋼板であり、前記ガスシールドアーク溶接の前に、前記鋼材の温度が１００℃以上になるように前記鋼材を予熱する工程をさらに備えてもよい。
ＣＥＮ＝［Ｃ］＋（０．７５＋０．２５×ＴＡＮＨ（２０×（［Ｃ］−０．１２）））×（［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｃｕ］／１５＋［Ｎｉ］／２０＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｎｂ］＋［Ｖ］）／５＋５×［Ｂ］）・・・（式３）
ただし、［］付元素記号は、前記鋼材に含まれるそれぞれの前記元素記号に対応する元素の含有量を単位質量％で表す。
（１７）上記（１）〜（１３）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ Ｚ ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ_２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生する径が１．０ｍｍ以上のスパッタの溶接時間あたりの重量が５．０ｇ／ｍｉｎ以下である。

本発明に係るフラックス入りワイヤは、高靭性であり、耐低温割れ性及び耐高温割れ性に優れる溶接部が得られ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができる。
本発明に係る溶接継手の製造方法は、溶接金属の割れを防止するための予熱作業を省略可能または予熱温度を低下させることが可能であり、溶接金属の高温割れを防止可能であり、及びスパッタ発生量を大幅に低減可能である。
本発明に係る溶接継手は、高強度及び高靭性を有し、並びに良好なビード形状を有する溶接部を備える。
本発明に係るフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法は、いかなる鋼材にも適用可能であるが、通常のフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を適用することが難しいＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼及び高合金の鋳鋼等の溶接に適用された場合、特に著しい効果を奏する。この場合であっても、本発明は低温割れを防止するための予熱作業を省略又は予熱作業時の予熱温度を低下させることができ、かつ高温割れの発生を抑制できる。さらに、本発明に係るフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法は、いかなるシールドガスと組み合わせることができるが、通常のフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法と組み合わせることが難しい１００％ＣＯ_２ガスと組み合わせた場合、特に著しい効果を奏する。この場合であっても、本発明は、スパッタの発生を抑制することができる。

ＨＡＺ硬さがＨｖ５５０〜７００の場合の、溶接金属の拡散性水素量と割れ発生限界予熱温度との関係を示す図である。 フラックス入りワイヤのＹ値と、フラックス入りワイヤを用いた溶接の際のスパッタ量との関係を示す図である。 母材のＣ含有量及び溶接材料のＣ含有量と、高温割れとの関係を示す図である。 フラックス入りワイヤのＦ換算値と、フラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属の拡散性水素量との関係を示す図である。 フラックス入りワイヤのＣａＦ_２含有量と、フラックス入りワイヤを用いた溶接の際のスパッタ量との関係を示す図である。 フラックス入りワイヤのＮａＦ＋Ｎａ_３ＡｌＦ_６率と、フラックス入りワイヤを用いた溶接の際のスパッタ量との関係を示す図である。 フラックス入りワイヤのＭｇ含有量と、フラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属の拡散性水素量との関係を示す図である。 フラックス入りワイヤの「Ｍｇ＋１０×Ａｌ」と、フラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属の拡散性水素量との関係を示す図である。 エッジ面を突合せて溶接して作ったワイヤの切断面の写真である。 エッジ面を突合せて作ったワイヤの切断面の写真である。 エッジ面をかしめて作ったワイヤの切断面の写真である。

まず、本発明者らが知見した、溶接継手における低温割れの発生を抑制する方法について説明する。溶接時にＨＡＺに低温割れを生じさせる因子は、ＨＡＺの硬さ、継手拘束力、及び溶接金属中の拡散性水素量である。ＨＡＺの硬さは、同一の溶接条件下では、母材の板厚、並びにＨＡＺのＣ含有量及びその他の合金元素量から算出されるＨＡＺの焼入性で決まることが知られている。本発明者らは、様々な板厚、Ｃ含有量及びその他合金元素の含有量を有するＨＢ４５０〜６００級の、耐摩耗鋼及び高合金鋳鋼などの高炭素鋼において、ＨＡＺでの低温割れを確実に抑制するための方法を種々検討した。このような高炭素鋼のＣ含有量は最大０．５５％程度であり、これを溶接して得られる溶接継手のＨＡＺの硬さは最大Ｈｖ７００程度である。発明者らの検討の結果、溶接金属中の拡散性水素量を十分低くすることによって、ＨＡＺへの水素侵入を抑制できれば、ＨＡＺの硬さが著しく高い場合でも、ＨＡＺにおける低温割れを抑制できることが明らかになった。

図１は、ＨＡＺ硬さがＨｖ５５０〜７００の場合の、溶接金属の拡散性水素量と割れ発生限界予熱温度との関係を示す図である。割れ発生限界予熱温度とは、ＪＩＳ Ｚ３１５８−１９９３「ｙ形溶接割れ試験方法」に規定されたｙ型溶接割れ試験を溶接継手に行った場合に、溶接継手に低温割れを生じさせない最低予熱温度である。例えば、割れ発生限界予熱温度が５０℃である溶接継手は、予熱温度が５０℃以上であれば低温割れが生じない溶接継手であり、割れ発生限界予熱温度が０℃である溶接継手は、通常の環境であれば予熱を省略しても低温割れが生じない溶接継手である。本発明者らは、溶接金属の拡散性水素量が異なる種々の溶接継手の割れ発生限界予熱温度を測定することにより、図１に示されるグラフを作成した。ｙ形溶接割れ試験では、試験温度が２５℃とされ、溶接部の表面及び断面において割れの有無が確認された。拡散性水素量は、ＪＩＳ Ｚ３１１８−２００７「鋼溶接部の水素量測定方法」に準拠したガスクロマトグラフ法で測定された。

図１に示されるように、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ未満であれば、ＨＡＺ硬さがＨｖ５５０〜７００であっても、割れ発生限界予熱温度を５０℃以下にすることができることを本発明者らは知見した。

しかしながら、従来の技術によれば、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満まで低減させることは困難であった。本発明者らは、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満とするために、フラックス成分の種類及び配合比を種々変化させたフラックス入りワイヤを用いて、検討を重ねた。

その結果、所定量の弗化物及び酸化物をフラックスに含有させる、且つ弗化物と酸化物との配合比を所定範囲内とすることにより、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量を安定して１．０ｍｌ／１００ｇ未満に抑制することができることを本発明者らは知見するに至った。

しかし、フラックスに含まれる弗化物は、スパッタ量を増大させる場合があった。特に、シールドガスが１００％ＣＯ_２ガスである溶接を、弗化物を含有するフラックス入りワイヤを用いて行った場合、スパッタ量が非常に多くなることがあった。本発明者らは、スパッタ量を抑制するために、フラックスに含まれる弗化物の種類を異ならせたフラックスワイヤを用いて、検討を重ねた。

その結果、本発明者らは、弗化物の含有量のＦ換算値と、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量との間に良好な相関関係があること、及び、下記式を用いて算出されるスパッタ発生指数Ｙとスパッタ発生量との間に良好な相関関係があることを見いだした。
Ｙ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ_２］＋［Ｎａ_３ＡｌＦ_６］＋１．５０×（［Ｋ_２ＳｉＦ_６］＋［Ｋ_２ＺｒＦ_６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ_２］）＋３．５０×（［ＣａＦ_２］）
上述の式において、括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。上述の式は、各弗化物の量を種々変化させたフラックス入りワイヤをＣＯ_２１００％シールドガスの溶接に供した際に発生するスパッタ量を測定し、各弗化物量とスパッタ量との関係を重回帰分析することにより得られた。図２は、Ｙ値とスパッタ量との関係を示すグラフである。このグラフから、Ｙ値とスパッタ量との間に良好な相関関係があることがわかる。従って、フラックス中に含まれる弗化物のＦ換算値を可能な限り大きくし、且つフラックス中に含まれる弗化物から算出されるＹ値を可能な限り小さくするように、フラックス中に含まれる弗化物の種類及び配合比を決定すれば、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満とし、且つシールドガスが１００％ＣＯ_２ガスである溶接の作業性を損なわないフラックス入りワイヤを提供することができる。

次に、本発明者らが知見した、溶接継手における高温割れの発生を抑制する方法について説明する。溶接金属の高温割れは、溶接金属中のＣ含有量が高いほど生じやすい。溶接金属は、溶融した溶加材（即ちフラックス入りワイヤ）と溶融した被溶接材（即ち母材）とが混じり合った領域を含む。従って、溶接金属のＣ含有量は、溶加材及び被溶接材の両方のＣ含有量に影響される。

図３は、母材のＣ含有量及び溶加材のＣ含有量と、高温割れとの関係を示した図である。本発明者らは、母材のＣ含有量及び溶接材料のＣ含有量が異なる種々の溶接継手における高温割れの有無を確認することにより、図３に示されるグラフを作成した。高温割れの有無は、ＪＩＳ Ｚ３１５５−１９９３「Ｃ形ジグ拘束突合せ溶接割れ試験」に準拠した高温割れ試験により確認された。高温割れ試験では、試験温度が２５℃とされた。

図３に示されるように、フラックス入りワイヤのＣ含有量を０．０３０％以下とすれば、Ｃ含有量が０．５５％以下の被溶接材における高温割れを抑制することができる。

本発明は、このような検討に基づいてなされたものであり、以下、本発明のフラックス入りワイヤについて、フラックス成分と合金成分とに分けて説明する。なお、溶接ワイヤについての説明中の成分の含有量は、溶接ワイヤ全質量に対する質量％を表す。

本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、鋼製外皮の内部に充填されたフラックスとを備える。以下、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを構成する要件の限定理由について説明する。
最初に、フラックス成分について説明する。本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、弗化物と、ＣａＯを除く酸化物とを含み、好ましくは、さらに炭酸塩を含む。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスには、ＣａＯ及び鉄粉がさらに含まれても良いが、ＣａＯ及び鉄粉は本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題を解決するために不要であるので、含まれないほうが良い。特にＣａＯは、後述されるように、大気に触れると水素を含む化合物であるＣａＯＨに変化して、溶接金属の拡散性水素量を増大させる。従って、ＣａＯＨの含有量は可能な限り減少させることが好ましい。
以下に、これら成分について詳細に説明する。なお、以下の説明において「％」は、特に説明がない限り、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。

（フラックス入りワイヤの全質量に対する弗化物のＦ換算値の合計値：０．２１％以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値で合計０．２１％以上の弗化物を含む。フラックス入りワイヤの全質量に対する弗化物のＦ換算値とは、フラックス中の弗化物に含まれる弗素（Ｆ）の量を、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示すものである。後述されるように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ_２ＺｒＦ_６、ＢａＦ_２、及びＫ_２ＳｉＦ_６からなる群から選択される１種以上であり、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計は、以下の数式によって求められる。
（Ｆ換算値の合計）＝０．４８７×［ＣａＦ_２］＋０．６１０×［ＭｇＦ_２］＋０．７３２×［ＬｉＦ］＋０．４５２×［ＮａＦ］＋０．４０２×［Ｋ_２ＺｒＦ_６］＋０．２１７×［ＢａＦ_２］＋０．５１７×［Ｋ_２ＳｉＦ_６］＋０．５４３×［Ｎａ_３ＡｌＦ_６
上述の式において、括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。以下、「フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値」を「Ｆ換算値」と記載する場合がある。また、記号「α」は、フラックス入りワイヤの全質量に対する弗化物のＦ換算値の合計である。
なお、上記の各弗化物のＦ換算値の係数は、各弗化物が含む弗素の個数及び原子量と、各弗化物の分子量とから算出したものである。例えば、ＣａＦ_２のＦ換算値の係数０．４８７は、弗素原子量１９．００を２倍した値をＣａＦ_２の化学式量７８．０８を徐することで得られた値である。

フラックス中の弗化物は、溶接金属の拡散性水素量を減少させて、溶接金属の耐低温割れ性を顕著に向上させる働きを有する。この理由は明らかではないが、弗化物中のＦと水素（Ｈ）とが溶接中に結合して弗化水素（ＨＦ）となり、このＨＦが溶接金属外に放出されるからであると推測される。しかしながら、フラックス中の弗化物のＦ換算値の合計が０．２１％未満である場合、溶接金属の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満にすることができないので、溶接金属の耐低温割れ性が不十分になる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、Ｆ換算値で合計０．２１％以上の弗化物を含むことが必要とされる。溶接金属の拡散性水素量をさらに低減させるために、Ｆ換算値の合計量の下限を０．３５％、０．４０％、０．４５％、０．５０％、０．６０％、０．７０％、０．８０％、又は、０．９０％としてもよい。一方、拡散性水素量の低減よりスパッタ発生量の低減を優先させたい場合には、Ｆ換算値の合計量の上限を２．００％、１．７０％、１．５０％、１．３０％、１．１０％、１．００％、０．９０％、０．８０％、０．７０％、０．６０％、０．５０％、又は、０．４０％としても差し支えない。

本発明者らが上述の知見を得た実験について以下に説明する。上述のＦ換算値の合計が異なる種々のフラックスワイヤを、以下の条件の直流ガスシールドアーク溶接に供し、この溶接によって得られた溶接金属の拡散性水素量を、ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７「鋼溶接部の水素量測定方法」に準拠する方法で測定した。
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接ガス種：１００％ＣＯ_２
ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流：２７０Ａ
溶接速度３５ｃｍ／ｍｉｎ
溶接環境の温度：２０℃
溶接環境の湿度：６０％
姿勢：下向
極性：ワイヤ＋（プラス）
上述の実験により得られた、フラックス入りワイヤのＦ換算値の合計と溶接金属の拡散性水素量との関係を図４のグラフに示す。このグラフから、フラックス入りワイヤのＦ換算値の合計が０．２１％以上である場合に、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下に低減されることがわかった。また、このグラフから、フラックス入りワイヤのＦ換算値の合計が０．５０％以上である場合に、拡散性水素量が０．６ｍｌ／１００ｇ以下に低減されることがわかった。

弗化物の含有量が過剰である場合、溶接中のスパッタ量が増大する。しかしながら本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、弗化物のＦ換算値の上限値を定める必要はない。本発明者らは、弗化物の含有量の上限値を、後述するスパッタ発生指数Ｙを用いて制限すべきである旨を見いだしたからである。弗化物のＦ換算値は、スパッタ発生指数Ｙが以下に説明される範囲内となるように選択することができる。

（弗化物の種類：ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ_２ＺｒＦ_６、ＢａＦ_２、及びＫ_２ＳｉＦ_６からなる群から選択される１種又は２種以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ_２ＺｒＦ_６、ＢａＦ_２、及びＫ_２ＳｉＦ_６からなる群から選択される１種または２種以上である。これら弗化物が電離して生じたＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｓｉ、およびＡｌは、酸素と結合して溶接金属中の酸素量を低減させる、脱酸元素として作用する。

（弗化物のＹ値：５．０％以下）
弗化物の含有量が大きすぎる場合、溶接の際に生じるスパッタの量が過剰になり、溶接性が劣化する。本発明者らは、Ｆ値を可能な限り増加させ、かつスパッタ量を許容範囲内まで減少させる方法について検討を行った。その結果、本発明者らは、弗化物がスパッタ量に与える影響が弗化物の種類に応じて異なることを知見した。そして本発明者らはさらなる検討を行った結果、以下の式によって算出されるスパッタ発生指数Ｙ（Ｙ値）とスパッタ量との間に良好な相関関係があることを見いだした。
Ｙ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ_２］＋［Ｎａ_３ＡｌＦ_６］＋１．５０×（［Ｋ_２ＳｉＦ_６］＋［Ｋ_２ＺｒＦ_６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ_２］）＋３．５０×（［ＣａＦ_２］）
上述の式において、括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。フラックスに含まれない弗化物の含有量は０％とみなす。上述の式は、各弗化物の量を種々変化させたフラックス入りワイヤをＣＯ_２１００％シールドガスの溶接に供した際に発生するスパッタ量を測定し、各弗化物量とスパッタ量との関係を重回帰分析することにより得られた。

本発明者らがＹ値に関する知見を得た実験について以下に説明する。上述のＹ値の合計が異なる種々のフラックスワイヤを、以下の条件の直流ガスシールドアーク溶接に供した。
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接ガス種：１００％ＣＯ_２ガス
溶接ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流：２７０Ａ
溶接電圧：２９〜３２Ｖ
溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
溶接姿勢：下向き
溶接時間：６０秒
極性：ワイヤ＋
上述の条件での溶接を、銅製スパッタ捕集箱の内部で実施することにより、溶接中に発生したスパッタを捕集し、捕集されたスパッタのうち径が１．０ｍｍ以上のものの総重量（１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量）を測定した。
上述の実験により得られた、フラックス入りワイヤのＹ値と、１分あたりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量との関係を図２のグラフに示す。このグラフから、フラックス入りワイヤのＹ値が５．０％以下である場合に、１分あたりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量が５．０ｇ／ｍｉｎ以下に低減されることがわかった。この実験結果に基づいて、本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＹ値の上限値を５．０％と定めた。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｙ値が上述の条件を満たすように、弗化物の含有量及び種類を制御する必要がある。Ｙ値の好ましい上限値は４．０％である。スパッタ発生量をさらに低減させたい場合、Ｙ値の上限値を３．５％、３．０％、２．５％、２．０％、１．８％、１．６％、１．４％、１．２％、又は、１．０％としてもよい。

Ｙ値の下限値を限定する必要はない。しかしながら、Ｆ換算値の合計を０．２１％以上とする必要があるので、Ｆ換算値の規定を満たし得るＹ値の最小値を、Ｙ値の下限値としてもよい。具体的には、Ｙ値が最小となるのは、Ｆ換算値の合計が最低値（０．２１％）であり、且つ、弗化物がＭｇＦ_２のみからなる場合である。ＭｇＦ_２のみ弗化物として含有するケースでは、ＭｇＦ_２の必要最小量は０．３４４％（＝０．２１／０．６１０）である。従って、Ｙ値の下限値が０．３４４％を下回る可能性はない。このため、Ｙ値の下限値を０．３４４％としてもよい。拡散性水素量の一層の低減を図る場合には、Ｙ値の下限値を０．４０％、０．６０％、０．８０％、１．００％、１．２０％、１．４０％、１．６０％、又は、１．８０％としても差し支えない。

（ＣａＦ_２の含有量：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．５０％未満）
ＣａＦ_２は、特にスパッタ量を増大させやすい弗化物である。本発明者らは、弗化物のＹ値が５．０％以下であったとしても、０．５０％以上のＣａＦ_２は、大量のスパッタを発生させ、溶接作業性を悪化させることを知見した。本発明者らがＣａＦ_２の含有量に関する知見を得た実験について以下に説明する。ＣａＦ_２の含有量が異なり、Ｙ値が上述の規定範囲内である種々のフラックスワイヤを、図２のグラフを作成した際と同じ条件の溶接に供し、図２のグラフを作成した際と同じ方法で１分当たりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量を求めた。この実験により得られた、ＣａＦ_２の含有量と１分あたりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量との関係を図５のグラフに示す。このグラフから、ＣａＦ_２含有量が０．５％以上である場合、１分あたりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量が５．０ｇ／ｍｉｎを上回ることがわかった。一方、このグラフから、ＣａＦ_２含有量が０．２％以下である場合、１分あたりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量が３．０ｇ／ｍｉｎ以下となることがわかった。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＣａＦ_２の含有量が０．５０％未満と定められる。ＣａＦ_２の含有量のより好ましい上限値は０．２０％である。必要に応じて、ＣａＦ_２の含有量を、０．１０％未満、０．０６％未満、０．０４％未満、又は、０．０２％未満としてもよい。

上述されたＦ換算値およびＹ値に関する条件が満たされる限り、ＣａＦ_２以外の弗化物それぞれの含有量を、個別に規定する必要は無い。しかしながら、Ｎａ_３ＡｌＦ_６およびＮａＦの、ワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量が、弗化物のワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量の５０％以上であることが好ましい。以下、Ｎａ_３ＡｌＦ_６およびＮａＦの、ワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量が、弗化物のワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量に占める割合を、Ｎａ_３ＡｌＦ_６＋ＮａＦ率と称する。

本発明者らが上述の知見を得た実験について以下に説明する。本発明者らは、Ｎａ_３ＡｌＦ_６＋ＮａＦ率が異なる種々のフラックスワイヤを、図２のグラフを作成した際と同じ条件の溶接に供し、図２のグラフを作成した際と同じ方法で１分当たりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量を求めた。この実験により得られた、Ｎａ_３ＡｌＦ_６＋ＮａＦ率と１分あたりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量との関係を図６のグラフに示す。このグラフから、Ｎａ_３ＡｌＦ_６＋ＮａＦ率が５０％以上である場合、１分あたりの１．０ｍｍ以上のスパッタ発生量が２．０ｇ／ｍｉｎを下回ることがわかった。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｎａ_３ＡｌＦ_６＋ＮａＦ率が５０％以上であることが好ましい。必要に応じて、このＮａ_３ＡｌＦ_６＋ＮａＦ率を６０％以上、８０％以上、９０％以上又は１００％としてもよい。このＮａ_３ＡｌＦ６＋ＮａＦ率に代えて、スパッタ発生指数Ｘの算出式において係数が１であるＮａ_３ＡｌＦ_６、ＮａＦ、及びＭｇＦ_２のワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量が、弗化物のワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量に占める割合（Ｎａ_３ＡｌＦ_６＋ＮａＦ＋ＭｇＦ_２率）を、５０％以上、６０％以上、８０％以上、９０％以上又は１００％としてもよい。

（酸化物の種類：Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種以上を含み、ＣａＯを除く）
（ＣａＯを除く酸化物の含有量の合計値β：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．３０〜３．５０％）
（Ｔｉ酸化物の含有量：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．１０〜２．５０％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、酸化物を合計０．３０〜３．５０％含む。この酸化物の種類は、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物の１種または２種以上を含み、ＣａＯを除く。本実施形態では、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での、ＣａＯを除く酸化物の含有量の合計値を「β」と定義する。本実施形態では、「ＣａＯを除く酸化物」を単に「酸化物」と称する場合がある。

ＣａＯを除く酸化物は、溶接ビード形状を良好に維持する効果を有する。その効果を得るために、βの下限値を０．３０％とする必要がある。βの下限値を０．４０％、０．５０％、又は０．６０％としてもよい。しかし、βが３．５０％超である場合、溶接金属の靭性を低下させることがある。βの上限値を３．００％、２．５０％、２．００％、１．５０％、１．２５％、１．００％、０．９０％、０．８０％、又は、０．７０％としてもよい。

ＣａＯを除く酸化物の種類は特に限定されない。なお、本実施形態においてβは、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物の合計量に加え、フラックスの造粒に使用されるバインダーなどに含まれる酸化物も合計した含有量である。

Ｔｉ酸化物は、溶接ビード形状の改善に寄与する。酸化物の含有量が０．３０〜３．５０％である場合でも、Ｔｉ酸化物が０．１０％未満である場合、溶接ビード形状が悪くなることがある。従って、Ｔｉ酸化物の含有量の下限値を０．１０％とする必要がある。Ｔｉ酸化物をアーク安定剤として用いることで、さらに良好な溶接ビード形状を得るために、Ｔｉ酸化物の下限を０．１５％、０．２０％、０．２５％、０．３０％、又は、０．４０％としてもよい。一方、Ｔｉ酸化物の含有量が２．５０％超である場合、溶接金属の靭性を低下させることがある。従って、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を２．５０％とする必要がある。溶接金属の靱性のさらなる改善のために、Ｔｉ酸化物の上限を２．２０％、１．８０％、１．４０％、０．８０％、０．７０％、０．６０％、０．５０％、０．４０％、０．３５％、又は、０．３０％としてもよい。

（βに対するαの比：０．１０〜４．００）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満とするために、βに対するαの比（即ち、α／β）を０．１０〜４．００とする必要がある。βに対するαの比が０．１０未満である場合、溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満とすることができないため、α／βの下限値を０．１０とする。必要に応じて、α／βの下限値を０．２０、０．３０、０．５０、又は、０．７０としてもよい。βに対するαの比が４．００超である場合、溶接ヒューム及びスラグが過剰に発生するので、溶接作業性が著しく低下する。βに対するαの比の好ましい上限値は３．８０、３．５０、３．００、２．５０、２．００、又は、１．５０である。

（炭酸塩の含有量の合計値：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０〜３．５０％）
（炭酸塩の種類：ＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＬｉＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＦｅＣＯ_３、及び、ＭｎＣＯ_３からなる群から選択される１種又は２種以上を含む）
（ＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、及びＬｉＣＯ_３の含有量の合計：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０〜３．００％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、炭酸塩を含む必要がない。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、炭酸塩の含有量の下限値は０％である。しかしながら炭酸塩は、アークによって電離し、ＣＯ_２ガスを発生させる。ＣＯ_２ガスは、溶接雰囲気中の水素分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を低減させる。この効果を得るために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは炭酸塩を含んでも良い。炭酸塩の含有量の合計値の好ましい下限値は０．３０％超である。溶接金属中の拡散性水素量をさらに低減するために、炭酸塩の含有量の合計の下限を０．５０％、０．７５％、又は、１．００％としてもよい。
一方、炭酸塩の含有量の合計が３．５０％超である場合、溶接ビードが垂れやすくなり、溶接作業性が悪化する。溶接ビードの垂れを抑制するために、炭酸塩の含有量の合計の上限を３．００％、２．５０％、２．００％、１．５０％、１．００％、０．５０％、又は、０．１０％としてもよい。

本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに含まれる炭酸塩の種類は、ＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＬｉＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＦｅＣＯ_３、及び、ＭｎＣＯ_３からなる群から選択される１種又は２種以上を含むが、これに限定されない。炭酸塩の含有量が上述の範囲内である限り、炭酸塩の種類および組成は限定されない。

上述された炭酸塩に含まれるＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、及びＬｉＣＯ_３の含有量の合計は、０〜３．００％とされる必要がある。炭酸塩の合計含有量が０〜３．５０％であったとしても、ＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、及びＬｉＣＯ_３の含有量の合計が３．００％超である場合、溶接ビードが垂れやすくなり、溶接作業性が悪化する。溶接ビードの垂れを抑制するために、ＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、及びＬｉＣＯ_３の含有量の合計の上限を２．７０％、２．５０％、又は、２．００％としてもよい。一方、溶接金属中の水素をより低減するために、ＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＬｉＣＯ_３の含有量の合計の下限を０．３０％超、０．５０％、０．７５％、又は、１．００％としてもよい。

（ＣａＯ：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０〜０．２０％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスにＣａＯが含まれる場合がある。しかしながら、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、フラックス中のＣａＯの含有量を０．２０％以下にする必要がある。ＣａＯは、水素を含む化合物であるＣａＯＨに変化するので、溶接金属の拡散性水素を増加させ、溶接金属の耐低温割れ性を損なう。ＣａＯの含有量の好ましい上限値は０．１８％、０．１０％、０．０５％、または０．０１％である。ＣａＯは含まれないほうが好ましいので、ＣａＯの含有量の下限値は０％である。

（鉄粉：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０％以上１０．０％未満）
上述の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに鉄粉が含まれていても良い。鉄粉は、フラックス入りワイヤにおけるフラックスの充填率の調整のために、または溶着効率の向上のために必要に応じて含有させる場合がある。しかし、鉄粉の表層に付着した酸素が、溶接金属の酸素量を増加させて靭性を低下させる場合がある。したがって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、鉄粉の含有量を１０．０％未満にする必要がある。鉄粉の含有量の好ましい上限値は８．０％、６．０％、４．０％、２．０％、又は、１．０％である。鉄粉が含まれないことが好ましいので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、鉄粉の含有量の下限値は０％である。なお、鉄粉と上述のＦｅ酸化物とは異なるものである。鉄粉は、主に酸化されていないＦｅから構成されるものであり、Ｆｅ酸化物は、赤鉄鉱、褐鉄鉱、及び磁鉄鉱等の、主に酸化鉄から構成されるものである。両者は、ＥＰＭＡ等の公知の成分分析装置を用いて判別可能である。

本実施形態に係るフラックスは、上述された成分以外の成分を含んでも良い。例えば、後述される溶着金属の化学成分およびＣｅｑを制御するための合金成分を、フラックス中に弗化物、酸化物、または炭酸塩ではない状態（例えば金属粉または合金粉の状態）で含有させてもよい。

次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、Ｔｉ酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、および鉄粉を除く化学成分について説明する。以下の説明において、特に説明がない限り、「％」は、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。以下に説明する化学成分は、鋼製外皮に含まれても良いし、上述されたように金属粉又は合金粉としてフラックスに含まれても良いし、鋼製外皮の外表面のめっきに含まれても良い。弗化物、ＣａＯを除く酸化物、Ｔｉ酸化物、ＣａＯ、及び炭酸塩は、主に溶接の際にスラグとして溶接金属外に排出され、金属または合金の状態で含まれる元素は、主に溶接金属中に溶け込む。以下の説明において「フラックス入りワイヤの、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、および鉄粉を除く化学成分」を単に「フラックス入りワイヤの化学成分」と称する場合がある。

（Ｃ：０．００３〜０．０３０％）
上述したように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量を０．０３０％以下にすることにより、溶接金属のＣ含有量を減少させて、溶接金属の高温割れの発生を抑制することができる。このため、ワイヤ中のＣ含有量は０.０３０％以下とする。Ｃ含有量の上限は、０．０２５％以下、又は０．０２２％以下としてもよい。ワイヤ中のＣ含有量は、外皮材を製造する際の製鋼上の制約から、０．００３％未満とすることは難しいので、これを下限とする。

（Ｓｉ：０．１０〜１．５０％）
Ｓｉは、脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を低減して溶接金属の清浄度を高め、溶接金属の靱性を向上させる働きを有する。この効果を得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量を０．１０％以上とする必要がある。必要に応じて、Ｓｉ含有量の下限を０．１５％、又は、０．２０％としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量が１．５０％を超える場合、Ｓｉが溶接金属の靱性を劣化させることがある。溶接金属の靭性改善のために、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量の上限を０．８０％、０．７０％、０．６０％、又は、０．５０％としてもよい。

（Ｍｎ：０．５０〜３．５０％以下）
Ｍｎは、溶接部の固液共存温度の幅を狭めることにより、高温割れの発生を抑制する効果がある。この効果を得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量を０．５０％以上とする必要がある。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量の下限を０．６０％、０．７０％、０．８０％又は０．９０％としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量が３．５０％を超える場合、Ｍｎによる粒界脆化感受性が増加して溶接金属の靱性が劣化するおそれがある。溶接金属の靭性改善のために、Ｍｎ含有量の上限を２．３０％、２．１０％、１．９０％、１．７０％、又は、１．５０％に制限してもよい。

（Ｍｇ：０．１０％以下）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＭｇ含有量は、その上限値が０．１０％であり、少ない方が好ましい。本発明者らは、フラックス入りワイヤ中のＭｇが、たとえ微量であっても、溶接金属の拡散性水素量を増大させることを知見した。

本発明者らが上述の知見を得た実験について以下に説明する。Ｍｇ含有量が異なる種々のフラックスワイヤを、図４のグラフを作成した際と同じ条件の溶接に供し、図４のグラフを作成した際と同じ方法で溶接金属の拡散性水素量を求めた。上述の実験により得られた、フラックス入りワイヤのＭｇ含有量と溶接金属の拡散性水素量との関係を図７のグラフに示す。このグラフから、フラックス入りワイヤのＭｇ含有量が０．１０％以下である場合に、溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下に低減されることがわかった。この実験結果に基づいて、本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量は０．１０％以下にされる必要があり、０．０７％以下にされることが好ましいと知見した。なお、ＴｉＯ_２量が少ない場合、Ｍｇによる拡散性水素量の増大効果が顕著になる。

Ｍｇは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｇは、溶接金属中の酸素を低減して、溶接金属の靭性を向上させる効果を有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量を０．０５％以上としてもよい。

（Ｐ：０．０２０％以下）
Ｐは、不純物元素であり、高温割れ感受性を高める。従って、Ｐ含有量は極力低減される必要がある。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量が０．０２０％以下である場合、Ｐによる高温割れ感受性への悪影響が許容される。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量の上限を０．０１５％、０．０１０％、０．００８％、又は、０．００６％に制限してもよい。

（Ｓ：０．０２０％以下）
Ｓは、不純物元素であり、高温割れ感受性を高める。従って、Ｓ含有量は極力低減される必要がある。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量が０．０２０％以下である場合、Ｓによる高温割れ感受性への悪影響が許容される。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量の上限を０．０１５％、０．０１０％、０．００８％、又は、０．００６％に制限してもよい。

（Ａｌ：０．００１〜０．１００％）
Ａｌは、脱酸元素であり、Ｓｉと同様に、溶接金属中の酸素量を低減させ、溶接金属の清浄度を高め、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する。この効果を得るために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量を０．００１％以上とする。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量が０．１００％を超える場合、Ａｌが窒化物及び酸化物を形成して、溶接金属の靱性を劣化させる。溶接金属の靭性改善のために、フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の上限を０．０９０％、０．０８０％、０．０７０％、又は、０．０６０％にしてもよい。

（Ｎｉ：０〜０．５０％）
Ｎｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｎｉは、靱性向上効果を有するので、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｉ含有量を０．０５％以上としてもよい。しかし、Ｎｉは溶接金属の高温割れ感受性を高めるので、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｉ含有量は０．５０％以下とする必要がある。フラックス入りワイヤの化学成分のＮｉ含有量の上限を０．４０％、又は、０．２０％としてもよい。

（Ｖ：０〜０．４０％）
Ｖは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の下限値は０％である。一方、Ｖは溶接金属の焼入性を高めるので、溶接金属の強度を向上させることができる。この効果を得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の下限値を０．０１％としてもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量が０．４０％を超える場合、Ｖが溶接金属の靱性を低下させることがある。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の上限値を０．４０％とする。必要に応じて、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の上限値を０．３０％、０．２０％、０．１０％又は、０．０４％としてもよい。

（Ｃｕ：０〜０．５０％）
Ｃｕは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量の下限値は０％である。一方、Ｃｕは、溶接金属の強度と靭性とを向上させることができるので、この効果を得るためにフラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量を０．１０％以上としてもよい。Ｃｕは、フラックス入りワイヤの鋼製外皮の表面のめっきに含まれてもよく、および、フラックスに単体または合金として含まれても良い。Ｃｕメッキは、防錆性、通電性、及び、耐チップ磨耗性を向上させる効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量は、鋼製外皮及びフラックスに含有されているＣｕと、ワイヤ表面のめっきに含まれるＣｕとの合計量である。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量が０．５０％を超えると靭性が低下することがある。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量は０．５０％以下とする。必要に応じて、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量の上限を０．４０％、又は、０．３０％としてもよい。

（Ｃｒ：０〜１．００％）
Ｃｒは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量の下限値は０％である。一方、Ｃｒは、溶接金属の焼入性を高めるので、溶接金属の強度向上のために、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量を０．１０％以上としてもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量が１．００％を超える場合、Ｃｕが溶接金属の靱性を低下させることがある。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量の上限値を１．００％とする。必要に応じて、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量の上限値を０．８０％、０．６０％、又は、０．４０％としてもよい。

（Ｍｏ：０〜１．００％）
Ｍｏは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｏは、溶接金属の焼入性を高めるので、溶接金属の強度向上のために、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量を０．０５％以上としてもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量が１．００％を超える場合、Ｍｏが溶接金属の靱性を低下させることがあるので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の上限値は１．００％とする。必要に応じて、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の上限値を０．７０％、０．６０％、０．４０％又は０．２０％としてもよい。

（Ｔｉ：０〜０．３００％）
Ｔｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の下限値は０％である。一方、ＴｉもＡｌと同様に脱酸元素であり、溶接金属中の酸素量を低減させる効果を有する。また、Ｔｉは、溶接金属の固溶Ｎを固定して、固溶Ｎの靱性への悪影響を緩和する効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量を０．０１０％以上としてもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量が０．３００％を超える場合、粗大な酸化物の形成に起因した靱性劣化、または過度な析出強化による靱性劣化が溶接金属中で生じる可能性が大きくなる。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の上限値は０．３００％とする。必要に応じて、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の上限値を０．１００％、０．０５０％、０．０３０％又は０．０２０％としてもよい。

（Ｎｂ：０〜０．１００％）
Ｎｂは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の下限値は０％である。一方、Ｎｂは、固溶により溶接金属の強度を向上させる効果を有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量を０．０１０％以上としてもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量が０．１００％を超える場合、Ｎｂが粗大な析出物を溶接金属中で形成して、溶接金属の靭性を劣化させる。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の上限値を０．１００％とする。必要に応じて、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の上限値を０．０８０％、０．０５０％、０．０３０％又は０．０２０％としてもよい。

（Ｂ：０〜０．０１００％）
Ｂは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の下限値は０％である。一方、溶接金属中に適正量含有されるＢは、固溶Ｎと結びついてＢＮを形成して、固溶Ｎが靭性に及ぼす悪影響を減じる。またＢは、溶接金属の焼入性を高めて、溶接金属の強度向上に寄与する効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量を０．００１０％以上としてもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量が０．０１００％超である場合、溶接金属中のＢ含有量が過剰となり、粗大なＢＮ及びＦｅ_２３（Ｃ、Ｂ）_６等のＢ化合物を形成して、溶接金属の靭性を逆に劣化させる。そこで、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の上限値は、０．０１００％とする。必要に応じて、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の上限値を０．００８０％、０．００６０％、０．００４０％、又は、０．００２０％としてもよい。

（Ｂｉ：０〜０．０１００％）
Ｂｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｂｉは、スラグの剥離性を改善する元素である。このため、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量を０．００１０％以上としても良い。フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量が０．０１００％を超える場合、溶接金属に凝固割れが発生しやすくなるので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は０．０１００％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は、好ましくは０．００８０％である。

（Ｃａ：０〜０．５０％）
（ＲＥＭ：０〜０．０１００％）
Ｃａ及びＲＥＭは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量及びＲＥＭ含有量の下限値は０％である。一方、Ｃａ及びＲＥＭは、いずれも溶接金属中での硫化物の構造を変化させ、また、硫化物及び酸化物のサイズを微細化させ、これにより溶接金属の延性及び靭性を向上させる働きを有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量を０．００２％以上としてもよく、フラックス入りワイヤの化学成分のＲＥＭ含有量を０．０００２％以上としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量及びＲＥＭ含有量が過剰である場合、硫化物及び酸化物を粗大化させ、溶接金属の延性及び靭性が劣化する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量の上限値は０．５０％であり、好ましい上限値は０．４０％または０．３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＲＥＭ含有量の上限値は０．０１００％であり、好ましい上限値は０．００８０％または０．００５０％である。

以上が本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分に含まれる各元素の含有量に関する限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅと不純物である。Ｆｅ成分としては、鋼製外皮のＦｅ、フラックス中に含まれる合金粉中のＦｅ等が含まれる。不純物とは、鋼製外皮、及びフラックス中の合金粉等に混入された成分であって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤに悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

（Ｃｅｑ：０．１０〜０．４４％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分は、Ｃｅｑが０．１０〜０．４４％となるように制御される必要がある。Ｃｅｑは、以下の式によって算出される、焼入性を示す指標（炭素当量）である。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４
上述の式において、括弧で囲まれた元素記号は、フラックス入りワイヤの、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、および鉄粉を除く化学成分に含まれる各元素記号に対応する元素の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。フラックス入りワイヤの化学成分に含まれない元素の含有量は０％とみなす。すなわち、本実施形態のフラックス入りワイヤの化学成分から算出されるＣｅｑ（フラックス入りワイヤのＣｅｑ）は、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、又は炭酸塩の状態でフラックス入りワイヤに含まれている元素の含有量を考慮せずに算出される。弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、又は炭酸塩の状態でフラックス入りワイヤに含まれている元素は、溶接の際にスラグとして溶接金属の外部に排出されるので、溶接金属の焼入性に影響しない。

フラックス入りワイヤのＣｅｑは、溶接金属の焼入性に影響する。Ｃｅｑが高い場合、溶接金属が硬化するので溶接金属の引張強さが向上するが、一方で溶接金属の靭性及び耐高温割れ性が低下する。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｃｅｑが０．１０〜０．４４％となるように、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、および鉄粉を除く化学成分を制御する必要がある。Ｃｅｑが０．１０％未満である場合、溶接金属の引張強さが不足する。溶接金属の強度を高めるために、Ｃｅｑの下限値を０．１５％、０．２０％、又は、０．２５％としてもよい。一方、Ｃｅｑが０．４４％を超える場合、溶接金属の靭性及び耐高温割れ性が不足する。靱性及び低温割れ性の劣化を防ぐために、Ｃｅｑの上限値を０．４２％、０．３８％、０．３６％、０．３２％、又は、０．３０％としてもよい。

さらに本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分が、以下の式を満たすことが好ましい旨を知見した。
（［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］）≦０．４５
［Ｍｇ］及び［Ａｌ］は、フラックス入りワイヤの弗化物、ＣａＯを除く酸化物、及び炭酸塩を除く化学成分に含まれるＭｇ及びＡｌそれぞれの、フラックス入りワイヤの全質量に対する含有量を単位質量％で示すものである。本発明者らは、フラックス入りワイヤの化学成分に含まれるＭｇ及びＡｌの量と、溶接金属中の拡散性水素量との間に関係があり、特に、溶接雰囲気が高温多湿である場合に「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」の制御が溶接金属の拡散性水素量の低減に貢献することを知見した。さらに本発明者らは、Ｍｇ含有量及びＡｌ含有量が異なる種々のフラックス入りワイヤから得られる溶接金属の拡散性水素量を重回帰分析することにより、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」と拡散性水素量との間に、図８に示される良好な線形関係があることを見いだした。

本発明者らが上述の知見を得た実験について以下に説明する。上述の「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」が異なる種々のフラックスワイヤを、以下の条件の溶接に供し、図４のグラフを作成した際と同じ方法で、この溶接によって得られた溶接金属の拡散性水素量を測定した。
溶接ガス種：１００％ＣＯ_２
溶接電流：２７０Ａ
溶接環境の温度：３５℃
溶接環境の湿度：８０％
上述の実験により得られた、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」と溶接金属の拡散性水素量との関係を図８のグラフに示す。このグラフから、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」が０．４５％以下である場合に、溶接環境が高温多湿環境であっても、拡散性水素量がさらに低減されることがわかった。この実験結果に基づいて、本発明者らは、本実施形態に係るワイヤの化学成分が、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」が０．４５％以下となるように制御されることが好ましく、０．４０％以下、０．３８％以下または０．３５％以下とされることがさらに好ましい旨を知見した。高温多湿環境で溶接を行った場合、溶接金属の拡散性水素量が高くなりやすいので、この特徴は、高温多湿環境での溶接性の改善という顕著な効果を奏する。ただし、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」が０．４５％を上回っていても、Ｍｇ含有量及びＡｌ含有量が上述された数値範囲内である限り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの特性は損なわれない。

続いて、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの形状について説明する。
通常、フラックス入りワイヤには、図９Ａに示すような、鋼製外皮の継ぎ目が溶接されているのでスリット状の隙間がない形状（シームレス形状）を有するワイヤと、図９Ｂ、及び図９Ｃに示すような、鋼製外皮の継ぎ目が溶接されていないのでスリット状の隙間１を含む形状を有するワイヤとのいずれかに区別される。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、いずれの形状も採用することができる。しかしながら、溶接金属の低温割れの発生を抑制するためには、鋼製外皮にスリット状の隙間がないことが好ましい。

溶接時に溶接部に侵入する水素は、溶接金属及び被溶接材中に拡散し、応力集中部に集積して低温割れの発生原因となる。水素の供給源は様々であるが、溶接部の清浄性、及びガスシールドの条件が厳密に管理された状態で溶接が行われる場合、ワイヤ中に含まれる水分（Ｈ_２Ｏ）が、主な水素の供給源となり、この水分の量が、溶接継手の拡散性水素に強く影響する。

このため、鋼製外皮のシームを除去することにより、ワイヤ製造後からワイヤ使用までの間に、大気中の水分が鋼製外皮を通じてフラックス中に侵入することを抑制することが望ましい。

鋼製外皮がシームを有し、且つワイヤ製造からワイヤ使用までの期間が長い場合には、水分等の水素供給源がフラックス入りワイヤ内に侵入することを防止するために、フラックス入りワイヤ全体を真空包装する、フラックス入りワイヤを乾燥した状態に保持できる容器内で保存する、又は、ろう付けなどの方法でフラックス入りワイヤの鋼製外皮の隙間を埋めるなどの水素源侵入防止策をとることが望ましい。

本実施形態に係るフラックス入りワイヤの直径は、特に規定されないが、例えばφ１．０〜φ２．０ｍｍである。一般的なフラックス入りワイヤの直径はφ１．２〜φ１．６ｍｍである。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの充填率は、上述された条件が満たされる限り特に限定されない。しかし、充填率の下限値は１０％または１２％とすることが好ましい。また、充填率の上限値は２０％または１７％とすることが好ましい。

本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に塗布された潤滑剤をさらに備えても良い。ワイヤ表面に塗布された潤滑油は、溶接時のワイヤの送給性を向上させる効果を有する。溶接ワイヤ用の潤滑剤としては、様々な種類のものを使用できるが、溶接金属の低温割れを抑制するためには、水素を含まないパーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ）を使用することが好ましい。また、上述したように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に形成されためっきをさらに備えても良い。この場合、潤滑剤はめっきの表面に塗布される。

本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含まれる水素量は特に規定されない。フラックス入りワイヤ中の水素量は、製造から使用までの間に変動するからである。しかし、製造直後の段階で、フラックス入りワイヤの全質量に対して１２ｐｐｍ以下であることが好ましい。フラックス入りワイヤ中の水素量は、フラックス入りワイヤの保管の間に、フラックス入りワイヤ内に水分が侵入することにより増大するおそれがある。従って、ワイヤ製造からワイヤ使用までの期間が長い場合は、上述の手段によって水分の侵入を防止することが望ましい。

次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法について説明する。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、通常のフラックス入りワイヤの製造方法によって製造することができる。以下に、製造方法の一例を説明する。

シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、フラックスを調製する工程と、鋼帯を長手方向に送りながら、成形ロールを用いて成形してＵ字型のオープン管を得る工程と、オープン管の開口部を通じてオープン管内にフラックスを供給する工程と、オープン管の端部を突合せ溶接してシームレス管を得る工程と、シームレス管を伸線して所定の線径を有するフラックス入りワイヤを得る工程と、伸線する工程の途中または完了後にフラックス入りワイヤを焼鈍する工程とを備える。フラックスは、フラックス入りワイヤの弗化物量、化学成分、ＣａＯを除く酸化物量、ＣａＯ量、及び炭酸塩量等が上述された所定の範囲内になるように調製される。なお、鋼製外皮の材料である鋼帯の幅及び厚さ、並びにフラックスの充填量等によって決定されるフラックスの充填率も、フラックス入りワイヤの弗化物量、ＣａＯを除く酸化物量、ＣａＯ量、炭酸塩量、及び化学成分などに影響することに留意する必要がある。突合せ溶接は、電縫溶接、レーザー溶接、又は、ＴＩＧ溶接等により行われる。また、伸線工程の途中又は伸線工程の完了後に、フラックス入りワイヤ中の水分を除去するために、フラックス入りワイヤは焼鈍される。フラックス入りワイヤの水素含有量を１２ｐｐｍ以下とする場合、焼鈍温度を６５０〜９００℃とし、焼鈍時間を４時間以上とすること必要とされる。

スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、オープン管の端部を突き合わせ溶接してシームレス管を得る工程の代わりに、オープン管を成形してオープン管の端部を突き合わせてスリット状の隙間有りの管を得る工程を有する点以外は、シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法と同じである。スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、突き合わせられたオープン管の端部をかしめる工程をさらに備えても良い。スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法では、スリット状の隙間有りの管を伸線する。

図９Ａ〜図９Ｃは、ワイヤの切断面の写真である。具体的に説明すると、図９Ａはエッジ面を突合せて溶接して作ったワイヤの切断面の写真、図９Ｂはエッジ面を突合せて作ったワイヤの切断面の写真、及び図９Ｃはエッジ面をかしめて作ったワイヤの切断面の写真である。図９Ａの切断面では、切断面を研磨してエッチングすれば溶接跡が観察されるが、研磨及びエッチングなしで溶接跡を確認することはできない。そのため、エッジ面を突合せ、溶接して作ったスリット状の隙間がないワイヤを、シームレスワイヤと呼ぶことがある。例えば、溶接学会編「新版 溶接・接合技術入門」（２００８年）産報出版、ｐ．１１１には、突合せシーム溶接された、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤは、シームレスタイプのワイヤと記載されている。

図９Ｂに示すようにエッジ面を突合せてから、又は、図９Ｃに示すようにエッジ面をかしめてから、ろう付けしても、スリット状の隙間がないワイヤが得られる。また、図９Ｂ、及び図９Ｃにおいて、ろう付けせず、そのままのワイヤは、スリット状の隙間が有るワイヤとなる。

以上説明した本実施形態のフラックス入りワイヤは、あらゆる種類の鋼材の溶接に対して適用可能であり、特に、ＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼及び高合金の鋳鋼等のガスシールドアーク溶接に使用するのに適している。本実施形態のフラックス入りワイヤを用いて溶接することにより、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下である溶接金属が得られ、溶接金属の低温割れの発生が抑制される。低温割れ感受性が高い高炭素鋼材をアーク溶接する場合であっても、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、予熱なしで、あるいは低い予熱温度で、低温割れを防止できる。

ここで、本実施形態における拡散性水素量は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８：２００７「鋼溶接部の水素量測定方法」に準拠する方法で測定された拡散性水素量である。また、鋼材のＰｃｍ（％）は、下記の式により計算した値をいう。
Ｐｃｍ＝（Ｃ）＋（Ｓｉ）／３０＋（Ｍｎ）／２０＋（Ｃｕ）／２０＋（Ｎｉ）／６０＋（Ｃｒ）／２０＋（Ｍｏ）／１５＋（Ｖ）／１０＋５×（Ｂ）
なお、上記式に含まれる、括弧で囲まれた各元素は、鋼材に含まれる各元素の含有量（質量％）を示す。鋼材中に含有されない元素の含有量は０質量％とみなされる。

次に、本実施形態に係る溶接継手の製造方法について説明する。

（溶接継手の製造方法：本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いる）
本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、上述された本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いて、鋼材を、ガスシールドアーク溶接する工程を備える。本実施形態に係る溶接継手の製造方法において、鋼材（被溶接材）の種類は特に限定されない。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、低温割れを抑制することができる本実施形態に係る溶接ワイヤを用いるので、予熱を省略または予熱温度を低下させながら低温割れの発生を抑制することができる。また、本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、Ｃ含有量が低い本実施形態に係る溶接ワイヤを用いるので、高温割れの発生を防ぐことができる。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、Ｃｅｑ及び酸素量が好ましく制御された本実施形態に係る溶接ワイヤを用いて、良好な機械特性を有する溶接金属を得ることができる。
しかしながら、通常のフラックス入りワイヤを用いた場合に好ましく溶接を行うことが難しい、ＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼及び高合金の鋳鋼等の高炭素鋼板を被溶接材とした場合、本実施形態に係る溶接継手は従来技術に対する優位性を特に発揮することができる。高炭素鋼板とは、例えば、Ｃ含有量が０．２０〜０．５５％である鋼板である。また、通常のフラックス入りワイヤを用いた場合に好ましく溶接を行うことが特に難しい、ＣＥＮが０．２０〜０．８５％であり、板厚が１２ｍｍ〜１００ｍｍである高炭素鋼板が被溶接材である場合、本実施形態に係る溶接継手は、従来技術に対する優位性を、より一層発揮することができる。ＣＥＮは、以下の式を用いて算出される、予熱温度を推定するために用いられる指数である。
ＣＥＮ＝［Ｃ］＋（０．７５＋０．２５×ＴＡＮＨ（２０×（［Ｃ］−０．１２）））×（［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｃｕ］／１５＋［Ｎｉ］／２０＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｎｂ］＋［Ｖ］）／５＋５×［Ｂ］）
上式において、［］付元素記号は、鋼材に含まれるそれぞれの元素記号に対応する元素の含有量（質量％）を表す。含有されない元素の含有量は０とみなす。ＣＥＮ算出のための上式は、溶接選書１０．「鉄鋼材料の溶接」産報出版（１９９９）、Ｐ．１６３に記載の式である。

このような高炭素鋼板は、土木・建築作業用の機械などにおいて、耐摩耗性が必要な個所に広く用いられている。本実施形態に係る溶接継手の製造方法に好適な高炭素鋼板の化学組成は、例えば、Ｃ：０．２０〜０．５５％、Ｓｉ：０．１０〜０．５５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｕ：０〜０．５％、Ｃｒ：０．１〜１．２％、Ｍｏ：０〜０．６％、Ｎｂ：０〜０．０５％、Ｂ：０〜０．００５０％を含有し、残部が鉄及び不純物を含む。

本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、溶接条件は特に限定されず、被溶接材の種類および形状、並びに溶接環境等に応じて適宜選択することができる。
本実施形態に係る溶接継手の製造方法の好適な例は、上記の高炭素鋼板を母材とし、該母材２枚を、間に開先を形成するように溶接位置にセットする工程と、本実施形態に係るフラックス入り溶接ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行い、母材間に溶接金属を生成させる工程とを備える。本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、溶接継手の低温割れを防ぐための予熱の条件について特に限定されないが、作業性を向上させるために、溶接後に予熱が行われないことが好ましい。例えば、板厚が１２〜１００ｍｍであり、質量％で、Ｃ含有量が０．２０〜０．５５％であり、ＣＥＮが０．２０〜０．７０％である鋼板、又は、板厚が１２〜２０ｍｍであり、質量％で、Ｃ含有量が０．２０〜０．５５％以下であり、ＣＥＮが０．７０％超０．８５％以下である鋼板を、本実施形態に係る溶接継手の製造方法に従ってガスシールドアーク溶接する場合、鋼板の温度が１０℃未満の場合には鋼板温度が１０℃以上になるように予熱すればよく、鋼板の温度が１０℃以上の場合には予熱が不要である。例えば、板厚が２０ｍｍ超５０ｍｍ以下であり、質量％で、Ｃ含有量が０．２０〜０．５５％であり、ＣＥＮが０．７０％超０．８５％以下である鋼板を、本実施形態に係る溶接継手の製造方法に従ってガスシールドアーク溶接する場合、鋼板の温度が１００℃以上になるように予熱すればよい。本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、溶接金属の耐低温割れ性を十分に高めることができるフラックス入りワイヤが用いられているので、ＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼及び高合金の鋳鋼等が被溶接材である場合であっても、予熱を省略するか、または予熱温度を低下させて、溶接作業性を一層向上させることができる。

ガスシールドアーク溶接の方法は、特に限定されず、通常用いられる方法を採用することができる。シールドガスの種類は特に限定されない。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、シールドガスの種類に関わらず、優れた溶接作業性を発揮し、高強度及び高靱性を有する溶接継手を得ることができる。しかしながら、一般的に多用されている１００ｖｏｌ％の炭酸ガス、及びＡｒと３〜３０ｖｏｌ％ＣＯ₂との混合ガス等が、本実施形態に係る溶接継手の製造方法のシールドガスであることが好ましい。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いた溶接の際のシールドガスは５Ｖｏｌ％以下のＯ_２ガスを含んでいても良い。これらガスは廉価であるので、これらガスを用いた溶接は産業利用上有利である。通常、これらガスは、Ｔｉ酸化物を含むフラックス入りワイヤと組み合わせて用いられた際に、多量のスパッタを生じさせて溶接作業性を悪化させる。しかしながら本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、スパッタ量を十分に抑制することができる本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いるので、これらガスがシールドガスである場合でも、良好な溶接作業性を発揮することができる。また、電流、電圧などの溶接条件についても、通常用いられている条件で良い。

次に、本実施形態に係る溶接継手について説明する。
本実施形態に係る溶接継手は、上述された本実施形態に係る溶接方法によって得られる。本実施形態に係る溶接継手は、Ｃｅｑ、酸素量、及びスラグ形成剤の量が好ましく制御された本実施形態に係る溶接ワイヤを用いて製造されるので、高強度及び高靱性を有し、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、且つ良好なビード形状を有する溶接金属を備える。拡散性水素量は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８（鋼溶接部の水素量測定方法 ２００７年）に準拠したガスクロマトグラフ法により測定する。

本実施形態に係る溶接継手の溶着金属（主に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤが溶融および凝固して形成される金属）の引張強度は約４９０ＭＰａ以上となる。また、高温割れを防ぐために、溶着金属の引張強度は１１８０ＭＰａ以下とすることが好ましい。本実施形態に係る溶接継手の母材は特に限定されない。

製造される溶接継手の形状は、用途等に応じて決定され、特に限定されるものではない。通常の突合せ継手、角継手、Ｔ継手など、開先を形成する溶接継手に適用できる。したがって、溶接される鋼板の形状も、少なくとも溶接継手を形成する部分が板状であればよく、全体が板でなくともよく、例えば、形鋼なども含むものである。また、別々の鋼板から構成されるものに限定されず、１枚の鋼板を管状などの所定の形状に成形したものの突合せ溶接継手であってもよい。

本発明の別の態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ Ｚ ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ_２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生する径が１．０ｍｍ以上のスパッタの溶接時間あたりの重量が５．０ｇ／ｍｉｎ以下である。本発明の別の態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックス入りワイヤは、前記全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物の含有量が全質量に対する質量％で０．１０〜２．５０％であり、Ｎｉ：０〜０．５％を含み、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ Ｚ ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ_２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生する径が１．０ｍｍ以上のスパッタの溶接時間あたりの重量が、５．０ｇ／ｍｉｎ以下である。ワイヤの極性は、溶接金属の拡散性水素量およびスパッタ発生量に及ぼす影響が無視できる程度に小さいので、プラス及びマイナスのいずれであってもよいが、プラスであることが好ましい。例えば、ワイヤ側がプラス、姿勢が下向き、電流値が２８０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ_２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いて直流ガスシールドアーク溶接を行った場合、溶接金属の拡散性水素量を確実に１．０ｍｌ／１００ｇ以下とすることができる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、耐低温割れ性に優れる溶接部を得ることができ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができる。特に、ＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼及び高合金の鋳鋼などの高炭素鋼に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを適用した場合、低温割れを防止するための予熱作業を省略または予熱作業の際の予熱温度を低下させることができ、かつシールドガスが１００％ＣＯ_２ガスである場合でもスパッタの発生量を抑制できる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

表１に示す成分（残部Ｆｅ及び不純物）の鋼板１〜６を、被溶接材（母材）として使用した。また、溶接の際、裏当金と母材とは同じ鋼板とした。

鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管に成形し、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給し、開口部の相対するエッジ面を突合わせスリット状の隙間を溶接することでスリット状の隙間ない管とし、造管したワイヤの伸線作業の途中で焼鈍を加え、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。また、一部は、スリット状の隙間を溶接しないスリット状の隙間有りの管とし、それを伸線することで、ワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。試作したフラックス入りワイヤのフラックス成分の組成を表２Ａ〜表３Ｂに示し、金属成分の組成を表４及び表５に示す。ただし、ワイヤ全体の残部は、Ｆｅ及び不純物である。表中で「隙間あり」という記載が付されたフラックス入りワイヤは、鋼製外皮がスリット状の隙間を含むフラックス入りワイヤである。表中で「ＰＴＦＥ塗布」という記載が付されたフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にパーフルオロポリエーテル油が塗布されたフラックス入りワイヤである。

このフラックス入りワイヤを用い、前記の母材を、ルートギャップ１６ｍｍ、開先角度２０°で突き合わせ、母材を裏当金として用いて、特に断りが無い場合予熱をせずに、溶接を実施した。ここで、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、及び、Ａｌ酸化物は、それぞれＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、及び、Ａｌ_２Ｏ_３を使用した。

シャルピー衝撃試験、低温割れ試験、高温割れ試験、拡散性水素量測定、及び溶接作業性評価に供した試料の溶接条件は、表６及び表７に示される。表６及び表７に示されない溶接条件は以下の通りである。
電流：２８０Ａ
電圧：３０Ｖ
溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
入熱：１６．８ｋｊ／ｃｍ
姿勢：下向き
パス間温度：１５０℃以下
ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
極性：ワイヤ＋（プラス）
電流：直流

シャルピー吸収エネルギーは、上述の溶接によって得られた溶接金属から、ＪＩＳ Ｚ３１１１（２００５年）に準拠した４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）を採取し、−４０℃でシャルピー衝撃試験を行うことにより測定した。−４０℃でのシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上となる溶接金属を作成できたフラックス入りワイヤを、靱性に関し合格とした。
低温割れ試験は、ＪＩＳ Ｚ３１５８（ｙ型溶接割れ試験方法 １９９３年）に準拠し、表８及び９に記載の雰囲気で、一部を除き予熱せずに実施した。表面及び断面に割れがない溶接継手を作成できたフラックス入りワイヤを、耐低温割れ性に関し合格とした。
高温割れ試験は、ＪＩＳ Ｚ３１５５（Ｃ形ジグ拘束突合せ溶接割れ試験方法 １９９３年）に準拠し、表８及び９に記載の雰囲気で、鋼板温度を１０℃ないし１００℃にて試験を実施し、冷却後、溶接部を折り曲げて長手方向に破断し、その破面について割れの有無を調べることにより行った。割れの発生が認められない溶接継手を作成できたフラックス入りワイヤを、耐高温割れ性に関し合格とした。
拡散性水素量測定試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１１８（鋼溶接部の水素量測定方法 ２００７年）に準拠したガスクロマトグラフ法にて実施した。拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下である溶接金属を作成したフラックス入りワイヤを、拡散性水素量に関し合格とした。

溶接スパッタ量評価、及び溶接作業性評価に供した試料の溶接条件は、以下の通りである。
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接ガス種：１００％ＣＯ_２ガス（実施例２９及び３０の溶接ガス種はＡｒ＋２０％ＣＯ_２ガス）
溶接ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流：２７０Ａ
溶接電圧：２９〜３２Ｖ
溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
溶接姿勢：下向き
溶接時間：６０秒
上述の条件での溶接を、銅製スパッタ捕集箱の内部で実施することにより、溶接中に発生したスパッタを捕集し、捕集されたスパッタのうち径が１．０ｍｍ以上のものの総重量(１．０ｍｍ以上のスパッタ量）を測定した。１分あたりの１．０ｍｍ以上のスパッタ量が２．５ｇ／ｍｉｎ以下となるフラックス入りワイヤを、スパッタ特性に関し合格とした。また、上記溶接時に著しい量のヒューム又はスラグを発生させたフラックス入りワイヤは、溶接作業性に関し不良と判定した。ヒューム及びスラグの両方の発生量が少ないフラックス入りワイヤは、溶接作業性に関し良好と判定した。

表８及び表９に、−４０℃でのシャルピー吸収エネルギー試験の結果、低温割れ試験の結果、高温割れ試験の結果、拡散性水素量の測定結果、溶接スパッタ量の測定結果、及び、溶接作業性の評価結果を示す。

表８及び表９に示されるように、実施例１〜３１は、靭性、耐低温割れ性、耐高温割れ性、拡散性水素量の低さ、溶接スパッタ量、溶接作業性のすべてが優れ、合格であった。さらに、実施例１〜３０は、予熱を行うことなく優れた溶接作業性と優れた特性を有する溶接金属とを達成することができた。一方、比較例１０１〜１２９は、本発明で規定する要件を満たしていないので、靭性、耐低温割れ性、及び溶接作業性の少なくとも１つ以上が不合格となった。

本発明に係るフラックス入りワイヤは、高強度及び高靭性を有し、耐低温割れ性に優れ、並びに良好なビード形状を有する溶接部を得ることができ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができる。本発明に係る溶接方法は、溶接金属の低温割れを防止するための予熱作業を省略可能または予熱作業の際の予熱温度を低下させることが可能であり、溶接金属の高温割れを防止することができ、及びスパッタ発生量を大幅に低減可能である。本発明に係る溶接継手は、高強度且つ高靭性であり、良好なビード形状を有する溶接部を備える。特に、ＨＢ４５０〜ＨＢ６００クラスの耐摩耗鋼及び高合金の鋳鋼などの高炭素鋼に、本発明に係るフラックス入りワイヤ、及び本発明に係る溶接継手の製造方法を適用した場合、低温割れを防止するための予熱作業を省略または予熱作業の際の予熱温度を低下させることができ、かつ高温割れを防止し、さらに、シールドガスが１００％ＣＯ_２ガスである場合でもスパッタの発生量を抑制できるので、溶接施工能率を著しく向上させることができ、産業界における価値はきわめて高い。

１ 隙間

Claims (17)

1. 鋼製外皮と、
   前記鋼製外皮に充填されたフラックスと、
   を備えるフラックス入りワイヤであって、
   前記フラックスが
   弗化物であって、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ_２ＺｒＦ_６、ＢａＦ_２、及びＫ_２ＳｉＦ_６からなる群から選択される１種又は２種以上であり、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する前記弗化物のＦ換算値の合計値αが０．２１％以上である前記弗化物と、
   酸化物であって、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種又は２種以上を含み、ＣａＯを除き、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での前記酸化物の含有量の合計値βが０．３０〜３．５０％である前記酸化物と、 前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計値が０〜３．５０％であり、ＭｇＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＬｉＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＦｅＣＯ_３及びＭｎＣＯ_３からなる群から選択される１種又は２種以上を含む炭酸塩と、
   を含み、
   前記フラックス中の前記ＣａＯの含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜０．２０％であり、
   前記フラックス中の鉄粉の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上１０．０％未満であり、
   式１を用いて算出されるＹ値が５．０％以下であり、
   前記ＣａＦ_２の含有量が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．５０％未満であり、
   前記Ｔｉ酸化物の含有量が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．１０〜２．５０％であり、
   前記βに対する前記αの比が０．１０〜４．００であり、
   前記ＭｇＣＯ_３、前記Ｎａ_２ＣＯ_３、および前記ＬｉＣＯ_３の含有量の合計値が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜３．００％であり、
   前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、
   Ｃ：０．００３〜０．０３０％、
   Ｓｉ：０．１０〜１．５０％、
   Ｍｎ：０．５０〜３．５０％、
   Ｍｇ：０．１０％以下、
   Ｐ ：０．０２０％以下、
   Ｓ ：０．０２０％以下、
   Ａｌ：０．００１〜０．１００％、
   Ｃｕ：０〜０．５０％、
   Ｎｉ：０〜０．５０％、
   Ｃｒ：０〜１．００％、
   Ｍｏ：０〜１．００％、
   Ｎｂ：０〜０．１００％、
   Ｖ ：０〜０．４０％、
   Ｔｉ：０〜０．３００％、
   Ｂ ：０〜０．０１００％、
   Ｂｉ：０〜０．０１００％、
   Ｃａ：０〜０．５０％、及び
   ＲＥＭ：０〜０．０１００％を含み、
   残部が鉄及び不純物からなり、
   下記の式２を用いて算出されるＣｅｑが０．１０〜０．４４％である
   ことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
   Ｙ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ_２］＋［Ｎａ_３ＡｌＦ_６］＋１．５０×（［Ｋ_２ＳｉＦ_６］＋［Ｋ_２ＺｒＦ_６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ_２］）＋３．５０×（［ＣａＦ_２］）：式１ 但し、［］付化学式は、それぞれの前記化学式に対応する弗化物の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で示す。
   Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４：式２
   但し、［］付元素記号は、前記弗化物、前記酸化物及び前記炭酸塩を除く前記化学成分に含まれる各前記元素記号に対応する元素の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で表す。
2. 前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、
   Ｍｇ：０．０７％以下
   を含有す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。
3. 前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、式３を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のフラックス入りワイヤ。
   （［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］）≦０．４５：式３
   但し、［］付元素記号は、前記弗化物、前記酸化物及び前記炭酸塩を除く前記化学成分に含まれる、各前記元素記号に対応する元素の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で示す。
4. 前記炭酸塩の含有量の合計が０．３０％超３．５０％以下であり、
   前記ＭｇＣＯ_３、前記Ｎａ_２ＣＯ_３、及び前記ＬｉＣＯ_３の１種又は２種以上の含有量の合計が０．３０％超３．００％以下である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
5. 前記弗化物の含有量の合計が、Ｆ換算値で０．５０％以上である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
6. 前記Ｙ値が４．０％以下である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
7. 前記Ｔｉ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．１０〜１．８０％である
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
8. 前記ＣａＦ_２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．２０％以下である
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
9. 前記βに対する前記αの比が０．５０〜２．５０である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
10. Ｎａ_３ＡｌＦ_６およびＮａＦの、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する単位質量％の合計含有量が、前記弗化物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する単位質量％の合計含有量の５０％以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
11. 前記鋼製外皮がシームレス形状を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
12. 前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
13. 前記フラックス入りワイヤが、さらに、前記フラックス入りワイヤの表面に塗布されたパーフルオロポリエーテル油を備える
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤを用いて、鋼材を、ガスシールドアーク溶接する工程
    を備える溶接継手の製造方法。
15. 前記鋼材が、
    板厚が１２〜１００ｍｍであり、Ｃ含有量が単位質量％で０．２０〜０．５５％であり、式４を用いて計算されるＣＥＮが０．２０〜０．７０％である鋼板、又は、
    前記板厚が１２〜２０ｍｍであり、前記Ｃ含有量が単位質量％で０．２０〜０．５５％であり、前記ＣＥＮが０．７０％超０．８５％以下である鋼板であり、
    前記鋼材を、前記ガスシールドアーク溶接をする際、前記鋼材の温度が１０℃未満の場合には前記鋼材の温度が１０℃以上になるように予熱してガスシールドアーク溶接を行い、又は、前記鋼材の温度が１０℃以上の場合には予熱せずにガスシールドアーク溶接を行うことを特徴とする請求項１４に記載の溶接継手の製造方法。
    ＣＥＮ＝［Ｃ］＋（０．７５＋０．２５×ＴＡＮＨ（２０×（［Ｃ］−０．１２）））×（［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｃｕ］／１５＋［Ｎｉ］／２０＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｎｂ］＋［Ｖ］）／５＋５×［Ｂ］）：式４
    ただし、［］付元素記号は、前記鋼材に含まれるそれぞれの前記元素記号に対応する元素の含有量を単位質量％で表す。
16. 前記鋼材が、
    板厚が２０ｍｍ超５０ｍｍ以下であり、Ｃ含有量が単位質量％で０．２０〜０．５５％であり、式４を用いて計算されるＣＥＮが０．７０％超、０．８５％以下である鋼板であり、
    前記ガスシールドアーク溶接の前に、前記鋼材の温度が１００℃以上になるように前記鋼材を予熱する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の溶接継手の製造方法。
    ＣＥＮ＝［Ｃ］＋（０．７５＋０．２５×ＴＡＮＨ（２０×（［Ｃ］−０．１２）））×（［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｃｕ］／１５＋［Ｎｉ］／２０＋（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋［Ｎｂ］＋［Ｖ］）／５＋５×［Ｂ］）・・・（式３）
    ただし、［］付元素記号は、前記鋼材に含まれるそれぞれの前記元素記号に対応する元素の含有量を単位質量％で表す。
17. 鋼製外皮と、
    前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、
    を備えるフラックス入りワイヤであって、
    前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ Ｚ ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、
    前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ_２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生する径が１．０ｍｍ以上のスパッタの溶接時間あたりの重量が５．０ｇ／ｍｉｎ以下である
    ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。