JP6891630B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ、及び溶接継手の製造方法 - 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、及び溶接継手の製造方法に関する。
ガス精製過程では、低炭素数の炭化水素ガスが副次的に生成される。この炭化水素ガスは、石油化学製品の原材料となる可能性が高い。このため、近年、炭化水素ガスの運搬船及び地上式タンクの建造需要が高まっている。
低炭素数の炭化水素ガスは、約−１００℃以下で保持される。約−１００℃以下の低温環境下で使用可能なタンク構造部材の候補としては、Ｎｉ添加鋼、Ａｌ合金、及び、ステンレス鋼が挙げられる。Ｎｉ添加鋼は、Ａｌ合金やステンレス鋼に比べて、鋼材コストや強度の点で優れており、更に、低温環境下においても靭性が良好である。炭化水素ガス用タンクの建造にあたっては、このＮｉ添加鋼を接合する溶接金属についても、−１００℃以下での低温環境下における良好な靭性が求められる。
このような低温環境下で使用される溶接構造物を構築するにあたっては、様々な溶接方法が適用されているが、作業効率に優れるという観点からすれば、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の適用が好ましい。しかし、現状として、Ｎｉ添加鋼の接合に対して、溶接金属の低温靭性を確保できる安価なフラックス入りワイヤが存在しない。厳格な安全性を満足する必要性があることから、現在は、６０〜８０％のＮｉを含むＮｉ基合金溶接材料が使用されている。
Ｎｉ基合金溶接材料は、多量のＮｉを含有しているため、極めて高価であり、また高温割れを発生し易い。更に、Ｎｉ基合金溶接材料は、溶融金属の湯流れが悪いため、融合不良などの溶接欠陥を発生し易い。溶接欠陥を防止するために、Ｎｉ基合金溶接材料を使用する溶接では低入熱での溶接が必要とされるので、Ｎｉ基合金溶接材料には溶接施工効率に関しても課題がある。さらに、仮付け溶接では安価な１００％ＣＯ２ガスをシールドに用いて溶接を用いることが一般的であるが、後述する特許文献５の溶接材料は、１００％ＣＯ２ガスと組み合わせて用いられた場合、スパッタを多量に発生させる。多量のスパッタは、溶接後の塗装ムラ及び後続溶接における欠陥発生をもたらす。
このような現状に対し、低温用鋼のフラックス入りワイヤとして、たとえば、次のような溶接材料が提案されている。
特許文献１には、−１００℃において優れた靭性を有する溶接金属を得るために、溶接金属中の酸素量が低減するように、フラックス中のＴｉ酸化物を低減した金属フッ化物を主体とするフラックス入りワイヤが開示されている。
特許文献２には、フラックス中に金属弗化物を添加し、酸素量を低減し、併せてＮｉ添加で靭性を向上させるフラックス入りワイヤが開示されている。
特許文献３には、フラックス中のスラグ成分をＴｉ酸化物系から金属弗化物系に置き換えることで溶接金属酸素量を低減させ、弗化物と酸化物の比を規定させて低温靭性を向上させるフラックス入りワイヤが開示されている。
特許文献４には、強度７８０ＭＰａ以上の溶接金属において−４０℃の靭性を確保するためにフラックスをＴｉ酸化物系から金属弗化物系に置き換え、Ｍｏ添加量を規定している。
特許文献５には弗化物及び酸化物の含有量の比が所定範囲内とされ、さらにＣｅｑの含有量が所定範囲内に制限されたフラックス入りワイヤを用いたパルスガスシールドアーク溶接方法が開示されている。特許文献５に記載のフラックス入りワイヤは多量のＣａＦ２を含有しているため、１００％ＣＯ２シールドガス溶接時には、多量のスパッタを発生することにより、溶接施工効率は著しく低下する。
非特許文献１には、Ｎｉを２％程度含有したフラックス入りワイヤを使用することで、−９０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ程度となることが開示されている。
しかし、これら文献に開示されているフラックス入りワイヤを用いて溶接して得られた溶接金属に対して、−１００℃で低温靭性を評価した場合、要求される水準に達しないことがあった。
特許文献２には、フラックス中に金属弗化物を添加し、酸素量を低減し、併せてＮｉ添加で靭性を向上させるフラックス入りワイヤが開示されている。
特許文献３には、フラックス中のスラグ成分をＴｉ酸化物系から金属弗化物系に置き換えることで溶接金属酸素量を低減させ、弗化物と酸化物の比を規定させて低温靭性を向上させるフラックス入りワイヤが開示されている。
特許文献４には、強度７８０ＭＰａ以上の溶接金属において−４０℃の靭性を確保するためにフラックスをＴｉ酸化物系から金属弗化物系に置き換え、Ｍｏ添加量を規定している。
特許文献５には弗化物及び酸化物の含有量の比が所定範囲内とされ、さらにＣｅｑの含有量が所定範囲内に制限されたフラックス入りワイヤを用いたパルスガスシールドアーク溶接方法が開示されている。特許文献５に記載のフラックス入りワイヤは多量のＣａＦ２を含有しているため、１００％ＣＯ２シールドガス溶接時には、多量のスパッタを発生することにより、溶接施工効率は著しく低下する。
非特許文献１には、Ｎｉを２％程度含有したフラックス入りワイヤを使用することで、−９０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ程度となることが開示されている。
しかし、これら文献に開示されているフラックス入りワイヤを用いて溶接して得られた溶接金属に対して、−１００℃で低温靭性を評価した場合、要求される水準に達しないことがあった。
Ｋａｚｕｈｉｒｏ Ｋｏｊｉｍａ ｅｔ ａｌ．， ＯＭＡＥ９９／ＭＡＴ−２１０２，「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｔｅｅｌｓ ａｎｄ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ ３− Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」
本発明は、このような実情に鑑み、引張強さ、伸び、及び−１００℃における靭性に優れた溶接金属が得られ、溶接作業性が高く、さらに高価な合金元素の量が削減されたフラックス入りワイヤ、並びにこれを用いた溶接継手の製造方法を提供することを課題とする。
本発明が要旨とするところは以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係るガスシールドアーク溶接用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、前記フラックスが、前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計が０．２１％以上である、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６からなる群から選択される１種又は２種以上の弗化物と、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０．３０％以上３．５０％未満である、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種以上の酸化物と、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％である、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上の炭酸塩と、を含み、前記フラックス中の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％以上０．２０％未満であり、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（Ａ）を用いて算出されるＸ値が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対して５．００％以下であり、前記ＣａＦ２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％以上２．５０％未満であり、前記ＭｇＣＯ３、前記Ｎａ２ＣＯ３、及び前記Ｌｉ２ＣＯ３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、さらに、前記弗化物、前記酸化物、及び前記炭酸塩を除く化学成分が、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：０．００１％以上０．０８０％以下、Ｓｉ：０．００１％以上０．８００％以下、Ｍｎ：０．１０％以上１．５０％以下、Ａｌ：０．００５％以上０．５００％以下、Ｎｉ：３．０％以上４．９％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｍｇ：０．２０％以上０．８０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、及び、Ｓ：０．０３０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）・・・（Ａ）
なお、前記式（Ａ）の［］付化学式は、それぞれの化学式に係る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質量％での含有量を表し、含有されない弗化物の含有量は０とみなす。
（２）上記（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は、前記炭酸塩を、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、合計で２．００％以下含有してもよい。
（３）上記（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は、更に、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、Ｂ：０％以上０．０１００％以下、Ｃｕ：０．５％以下、及びＲＥＭ：０．０５０％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
（４）上記（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は、下記式（Ｂ）で示される焼入れ性指標αが０．２５％以上０．５１％以下であってもよい。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５・・・（Ｂ）
なお、式（Ｂ）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。
（５）上記（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は、下記式（Ｃ）で示される高温割れ感受性指標βが３．１以下であってもよい。
β＝［Ｓｉ］／６＋［Ｍｎ］／１．５＋［Ｎｉ］／３＋２００×［Ｂ］・・・（Ｃ）
なお、式（Ｃ）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。
（６）上記（１）〜（５）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は、下記式（Ｄ）で示される伸び指標γが１．８以下であってもよい。
γ＝［Ｍｎ］＋［Ｍｇ］・・・（Ｄ）
なお、式（Ｄ）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。
（７）上記（１）〜（６）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では、前記鋼製外皮がスリット状の隙間の無い形状であってもよい。
（８）上記（１）〜（６）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では、前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有する形状であってもよい。
（９）上記（１）〜（８）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は、前記鋼製外皮の表面にパーフルオロポリエーテル油を備えてもよい。
（１０）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記（１）〜（９）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を用いて鋼板を溶接する工程を備える。
（１１）上記（１０）に記載の溶接継手の製造方法は、前記溶接する工程の、仮付け溶接において用いられるシールドガスが、１００％ＣＯ２ガスであり、前記溶接する工程の、本溶接において用いられるシールドガスが、Ａｒと２．５〜３０．０体積％のＣＯ２との混合ガスであってもよい。
（１）本発明の一態様に係るガスシールドアーク溶接用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、前記フラックスが、前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計が０．２１％以上である、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６からなる群から選択される１種又は２種以上の弗化物と、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０．３０％以上３．５０％未満である、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種以上の酸化物と、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％である、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上の炭酸塩と、を含み、前記フラックス中の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％以上０．２０％未満であり、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（Ａ）を用いて算出されるＸ値が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対して５．００％以下であり、前記ＣａＦ２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％以上２．５０％未満であり、前記ＭｇＣＯ３、前記Ｎａ２ＣＯ３、及び前記Ｌｉ２ＣＯ３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、さらに、前記弗化物、前記酸化物、及び前記炭酸塩を除く化学成分が、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：０．００１％以上０．０８０％以下、Ｓｉ：０．００１％以上０．８００％以下、Ｍｎ：０．１０％以上１．５０％以下、Ａｌ：０．００５％以上０．５００％以下、Ｎｉ：３．０％以上４．９％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｍｇ：０．２０％以上０．８０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、及び、Ｓ：０．０３０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）・・・（Ａ）
なお、前記式（Ａ）の［］付化学式は、それぞれの化学式に係る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質量％での含有量を表し、含有されない弗化物の含有量は０とみなす。
（２）上記（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は、前記炭酸塩を、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、合計で２．００％以下含有してもよい。
（３）上記（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は、更に、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、Ｂ：０％以上０．０１００％以下、Ｃｕ：０．５％以下、及びＲＥＭ：０．０５０％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
（４）上記（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は、下記式（Ｂ）で示される焼入れ性指標αが０．２５％以上０．５１％以下であってもよい。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５・・・（Ｂ）
なお、式（Ｂ）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。
（５）上記（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は、下記式（Ｃ）で示される高温割れ感受性指標βが３．１以下であってもよい。
β＝［Ｓｉ］／６＋［Ｍｎ］／１．５＋［Ｎｉ］／３＋２００×［Ｂ］・・・（Ｃ）
なお、式（Ｃ）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。
（６）上記（１）〜（５）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は、下記式（Ｄ）で示される伸び指標γが１．８以下であってもよい。
γ＝［Ｍｎ］＋［Ｍｇ］・・・（Ｄ）
なお、式（Ｄ）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。
（７）上記（１）〜（６）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では、前記鋼製外皮がスリット状の隙間の無い形状であってもよい。
（８）上記（１）〜（６）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では、前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有する形状であってもよい。
（９）上記（１）〜（８）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は、前記鋼製外皮の表面にパーフルオロポリエーテル油を備えてもよい。
（１０）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記（１）〜（９）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を用いて鋼板を溶接する工程を備える。
（１１）上記（１０）に記載の溶接継手の製造方法は、前記溶接する工程の、仮付け溶接において用いられるシールドガスが、１００％ＣＯ２ガスであり、前記溶接する工程の、本溶接において用いられるシールドガスが、Ａｒと２．５〜３０．０体積％のＣＯ２との混合ガスであってもよい。
本発明によれば、Ｎｉ含有量をＮｉ系低温用鋼並みの５．５質量％以下に低減することで、ガスシールドアーク溶接において溶接施工効率に優れ、かつ安価なフラックス入りワイヤとし、更に、フラックス入りワイヤ中の合金成分を所定範囲内とし、溶接金属の酸素量を低減することで、引張強さ及び−１００℃での低温靭性に優れる溶接金属を提供することができる。かつ、本発明によれば、１００％ＣＯ２シールドガス溶接時においてもスパッタ発生量を低減することができる。
（１）溶接金属の低温靭性について
本発明者らは、溶接金属の低温靭性が向上するフラックス入りワイヤについて検討した。低温環境下で使用される鋼材、特に、Ｎｉ系低温用鋼の接合で形成される溶接金属に対しては、−１００℃での靭性（低温靭性）が３４Ｊ以上であることが要求される。この低温靭性を確保するために、本発明者らは、（１−１）溶接金属中の酸素量の低減、及び（１−２）溶接金属の組織細粒化を行う必要があると考えた。更に本発明者らは、（１−３）溶接金属中での粒界フェライト生成の抑制、及び（１−４）溶接金属中での第二相生成の抑制を行うことが好ましいと考えた。なお、（１−５）溶接金属中のＮｉ量も靭性に大きく影響を与える。ただし、フラックス入りワイヤのＮｉ量を増大させると製造コストが増大するので、本発明者らは、Ｎｉ含有量は最低限とし、その他の（１−１）〜（１−４）の手段を用いて低温靭性を向上させることを試みた。
本発明者らは、溶接金属の低温靭性が向上するフラックス入りワイヤについて検討した。低温環境下で使用される鋼材、特に、Ｎｉ系低温用鋼の接合で形成される溶接金属に対しては、−１００℃での靭性（低温靭性）が３４Ｊ以上であることが要求される。この低温靭性を確保するために、本発明者らは、（１−１）溶接金属中の酸素量の低減、及び（１−２）溶接金属の組織細粒化を行う必要があると考えた。更に本発明者らは、（１−３）溶接金属中での粒界フェライト生成の抑制、及び（１−４）溶接金属中での第二相生成の抑制を行うことが好ましいと考えた。なお、（１−５）溶接金属中のＮｉ量も靭性に大きく影響を与える。ただし、フラックス入りワイヤのＮｉ量を増大させると製造コストが増大するので、本発明者らは、Ｎｉ含有量は最低限とし、その他の（１−１）〜（１−４）の手段を用いて低温靭性を向上させることを試みた。
（１−１）酸素量の低減
溶接金属中の酸素量の低減手段としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ２、及びＭｇＦ２などの弗化物成分をフラックス入りワイヤに含有させること、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、及びＡｌなどの脱酸元素を脱酸成分として（即ち弗化物、酸化物、及び炭酸塩を構成しない形態で）フラックス入りワイヤに含有させること、及び不活性ガスを使用してガスシールドアーク溶接を行うことが考えられた。しかし、不活性ガスを使用したガスシールドアーク溶接は、アークが不安定となること、溶込み深さが十分に得られないこと、及び、溶接欠陥がない健全な溶接金属を得ることができないことがあるので、溶接金属中の酸素量の低減手段として使用することが難しい場合もあると本発明者らは考えた。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は、溶接金属中の酸素量を低減させるために、弗化物成分及び金属脱酸成分が所定範囲内とされる。
溶接金属中の酸素量の低減手段としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＣａＦ２、及びＭｇＦ２などの弗化物成分をフラックス入りワイヤに含有させること、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、及びＡｌなどの脱酸元素を脱酸成分として（即ち弗化物、酸化物、及び炭酸塩を構成しない形態で）フラックス入りワイヤに含有させること、及び不活性ガスを使用してガスシールドアーク溶接を行うことが考えられた。しかし、不活性ガスを使用したガスシールドアーク溶接は、アークが不安定となること、溶込み深さが十分に得られないこと、及び、溶接欠陥がない健全な溶接金属を得ることができないことがあるので、溶接金属中の酸素量の低減手段として使用することが難しい場合もあると本発明者らは考えた。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は、溶接金属中の酸素量を低減させるために、弗化物成分及び金属脱酸成分が所定範囲内とされる。
（１−２）組織細粒化
低温靭性を確保するための組織細粒化手段として、本発明者らは、微細な粒内変態組織の生成核と言われているＴｉ、Ａｌ化合物（主に、Ｔｉ酸化物及びＡｌ酸化物）を活用することとした。溶接金属に微細分散されたＴｉ酸化物及びＡｌ酸化物は、結晶粒の個数を増やすことにより、溶接金属の組織における結晶粒径を微細化させることができる。溶接金属に含まれるＴｉ酸化物及びＡｌ酸化物の個数を増大させるために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、合金Ａｌ含有量、合金Ｔｉ含有量、及びＴｉ酸化物の含有量が所定範囲内とされる。なお、後述されるスラグ成分としてのＴｉ酸化物及びＡｌ酸化物は、その大半が溶接の際に溶接金属から排出されてスラグとなるので、溶接金属に含まれるＴｉ酸化物及びＡｌ酸化物とは区別される。
低温靭性を確保するための組織細粒化手段として、本発明者らは、微細な粒内変態組織の生成核と言われているＴｉ、Ａｌ化合物（主に、Ｔｉ酸化物及びＡｌ酸化物）を活用することとした。溶接金属に微細分散されたＴｉ酸化物及びＡｌ酸化物は、結晶粒の個数を増やすことにより、溶接金属の組織における結晶粒径を微細化させることができる。溶接金属に含まれるＴｉ酸化物及びＡｌ酸化物の個数を増大させるために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、合金Ａｌ含有量、合金Ｔｉ含有量、及びＴｉ酸化物の含有量が所定範囲内とされる。なお、後述されるスラグ成分としてのＴｉ酸化物及びＡｌ酸化物は、その大半が溶接の際に溶接金属から排出されてスラグとなるので、溶接金属に含まれるＴｉ酸化物及びＡｌ酸化物とは区別される。
（１−３）粒界フェライト生成の抑制
上記（１−１）及び（１−２）の手段により、Ｎｉ含有量を十分に低減させながら溶接金属の低温靭性を高めることができる。しかしながら、溶接金属における粒界フェライトの生成を抑制することにより、一層の低温靭性向上が可能となる。溶接による溶融・凝固後の溶接金属では、温度低下の際にオーステナイト組織から粒界フェライトが生成し、この粒界フェライトが溶接金属の低温靭性を劣化させる場合がある。低温靭性の向上のためには、溶接金属における粒界フェライト生成を抑制することが好ましい。本発明者らは、粒界フェライト生成の抑制のために、Ｂを活用することが有効であると知見した。フラックス入りワイヤのＢ含有量を増加させることにより、オーステナイト粒界の焼入れ性を向上させて、粒界フェライト生成を抑制することができる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、好ましくは所定量のＢをさらに含有する。
上記（１−１）及び（１−２）の手段により、Ｎｉ含有量を十分に低減させながら溶接金属の低温靭性を高めることができる。しかしながら、溶接金属における粒界フェライトの生成を抑制することにより、一層の低温靭性向上が可能となる。溶接による溶融・凝固後の溶接金属では、温度低下の際にオーステナイト組織から粒界フェライトが生成し、この粒界フェライトが溶接金属の低温靭性を劣化させる場合がある。低温靭性の向上のためには、溶接金属における粒界フェライト生成を抑制することが好ましい。本発明者らは、粒界フェライト生成の抑制のために、Ｂを活用することが有効であると知見した。フラックス入りワイヤのＢ含有量を増加させることにより、オーステナイト粒界の焼入れ性を向上させて、粒界フェライト生成を抑制することができる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、好ましくは所定量のＢをさらに含有する。
（１−４）第二相生成の抑制
上記（１−１）〜（１−３）の手段により、Ｎｉ含有量を十分に低減させながら溶接金属の低温靭性を高めることができる。しかしながら、溶接金属における第二相の生成を抑制することにより、一層の低温靭性向上が可能となる。第二相とは、ＭＡ（島状マルテンサイト）などである。本発明者らは、以下の式によって定義される焼入れ性指標αを所定範囲内とすることにより、溶接金属において第二相の生成が抑制されることを知見した。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５・・・（２）
なお、式（２）の［］付元素は、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元素の前記フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
上記（１−１）〜（１−３）の手段により、Ｎｉ含有量を十分に低減させながら溶接金属の低温靭性を高めることができる。しかしながら、溶接金属における第二相の生成を抑制することにより、一層の低温靭性向上が可能となる。第二相とは、ＭＡ（島状マルテンサイト）などである。本発明者らは、以下の式によって定義される焼入れ性指標αを所定範囲内とすることにより、溶接金属において第二相の生成が抑制されることを知見した。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５・・・（２）
なお、式（２）の［］付元素は、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元素の前記フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
溶接金属における第二相の生成は、溶接金属の焼入れ性を好適な範囲内とすることにより抑制できる。また、αを制御することにより、溶接金属の焼入れ性を制御することができる。本発明者らは、第二相の生成を抑制できる好適なαの数値範囲を知見したので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは好ましくはαが所定範囲内とされる。
（２）溶接金属の伸び及び引張強さについて
溶接金属の伸びは、溶接金属の硬さ及び引張強さと反比例する傾向にある。従って本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、溶接金属に必要とされる引張強さを確保可能な範囲内で、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、及びＮｉなどの焼入れ性を高める元素の量を減少させることで、溶接金属の伸びが確保される。また、Ｂ含有によりオーステナイト粒界の焼入れ性を高めることで、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉなどの焼入れ性を高める元素の添加量を抑えることができるため、溶接金属の強度が過剰に上昇せず、靭性と伸びの確保に繋がる。
溶接金属の伸びは、溶接金属の硬さ及び引張強さと反比例する傾向にある。従って本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、溶接金属に必要とされる引張強さを確保可能な範囲内で、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、及びＮｉなどの焼入れ性を高める元素の量を減少させることで、溶接金属の伸びが確保される。また、Ｂ含有によりオーステナイト粒界の焼入れ性を高めることで、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉなどの焼入れ性を高める元素の添加量を抑えることができるため、溶接金属の強度が過剰に上昇せず、靭性と伸びの確保に繋がる。
さらに好ましくは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、以下の式によって定義される伸び指標γを所定範囲内とする。
γ＝［Ｍｎ］＋［Ｍｇ］・・・（４）
なお、式（４）の［］付元素は、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元素の前記フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
γ＝［Ｍｎ］＋［Ｍｇ］・・・（４）
なお、式（４）の［］付元素は、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元素の前記フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
本発明者らは、フラックス入りワイヤに含まれる合金成分のＭｎ及びＭｇの合計量と、溶接金属の伸びとの間に比較的強い相関関係があることを見いだした。Ｍｎ及びＭｇの合計含有量を伸び指標γとして管理し、所定範囲内とすることで、溶接金属の伸びを一層向上させることができる。従って本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、好ましくは伸び指標γも所定範囲内とされる。
（３）溶接の際のスパッタ量について
上述したように、低温靭性に優れた溶接金属を得るためには、フラックス入りワイヤに弗化物を含有させて溶接金属の酸素量を低減することが必須である。しかしながら弗化物は、溶接の際に生じるスパッタ量を著しく増大させる。多量のスパッタは、溶接後の塗装ムラ及び後続溶接における欠陥発生をもたらす。
上述したように、低温靭性に優れた溶接金属を得るためには、フラックス入りワイヤに弗化物を含有させて溶接金属の酸素量を低減することが必須である。しかしながら弗化物は、溶接の際に生じるスパッタ量を著しく増大させる。多量のスパッタは、溶接後の塗装ムラ及び後続溶接における欠陥発生をもたらす。
溶接金属の低温靭性を確保しながらスパッタ量を低減させるための手段について本発明者らは鋭意検討した。その結果、本発明者らは、弗化物種に応じてスパッタ量が変化することを見いだした。そこで、弗化物の種類及び量とスパッタ量との関係を定量的に調査し、重回帰分析することにより、以下の式によって定義されるＸ値とスパッタ量との間に良好な線形関係があることを本発明者らは見いだした。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）・・・（１）
なお、前記式（１）の［］付化学式は、それぞれの化学式に係る弗化物のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表し、含有されない弗化物の含有量は０とみなす。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）・・・（１）
なお、前記式（１）の［］付化学式は、それぞれの化学式に係る弗化物のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表し、含有されない弗化物の含有量は０とみなす。
Ｘ値が所定の上限値を下回るように弗化物の種類を選定し、その範囲内で弗化物のＦ換算値の合計を増大させることで、スパッタ量を抑制しながら溶接金属の低温靭性を向上させられることを本発明者らは知見した。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｘ値とＦ換算値の合計とによって弗化物の種類及び量が規定される。
本発明者らは、以上のような検討過程を経て本発明に至ったものであり、そのような本発明について、さらに、必要な要件や好ましい要件について順次説明する。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、この鋼製外皮に充填されたフラックスとを備える。まず、鋼製外皮及びフラックス中に含有される合金成分及び金属脱酸成分の成分組成及びその限定理由について説明する。なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、合金成分及び金属脱酸成分とは、弗化物、酸化物、又は炭酸塩を構成しない成分のことである。従って、弗化物、金属酸化物、又は炭酸塩を構成する元素の含有量は、合金成分及び金属脱酸成分に含まれない。以下に説明する合金成分及び金属脱酸成分は、金属粉又は合金粉の状態でフラックスに含まれても、鋼製外皮に合金元素として含まれても、鋼製外皮にめっきされてもよい。各成分の含有量は、ワイヤ全質量に対する鋼製外皮及びフラックス中の各成分の質量％の合計となる成分含有量を意味するものとする。
（Ｃ：０．００１％以上０．０８０％以下）
Ｃは、溶接金属の焼入れ性を向上させ、粒内変態を促進させ、これにより溶接金属の強度を確保する元素である。粒内変態を促進するためには、Ｃをフラックス入りワイヤに０．００１％以上含有させる必要がある。溶接金属の強度の向上のために、Ｃ含有量の下限を０．００５％、０．００８％、０．０１０％、又は、０．０１３％としてもよい。一方で、３．０〜５．５％のＮｉを含有する溶接金属では、焼入れ性が高い組織となるので、フラックス入りワイヤにＣを０．０８０％超含有させると、溶接金属が極めて硬化し、その靭性及び伸びが大きく低下し、また、高温割れ及び低温割れが溶接金属に発生する。安定して靭性を確保するためには、Ｃ含有量の上限を０．０７０％、又は、０．０６０％としてもよい。
Ｃは、溶接金属の焼入れ性を向上させ、粒内変態を促進させ、これにより溶接金属の強度を確保する元素である。粒内変態を促進するためには、Ｃをフラックス入りワイヤに０．００１％以上含有させる必要がある。溶接金属の強度の向上のために、Ｃ含有量の下限を０．００５％、０．００８％、０．０１０％、又は、０．０１３％としてもよい。一方で、３．０〜５．５％のＮｉを含有する溶接金属では、焼入れ性が高い組織となるので、フラックス入りワイヤにＣを０．０８０％超含有させると、溶接金属が極めて硬化し、その靭性及び伸びが大きく低下し、また、高温割れ及び低温割れが溶接金属に発生する。安定して靭性を確保するためには、Ｃ含有量の上限を０．０７０％、又は、０．０６０％としてもよい。
（Ｓｉ：０．００１％以上０．８００％以下）
Ｓｉは、溶接金属の清浄度を向上し、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制するために必要な元素である。これらの効果を得るためには、フラックス入りワイヤにおいて０．００１％以上のＳｉの含有が必要である。溶接欠陥の発生を一層防止するために、Ｓｉの下限を０．２５０％、又は、０．３００％としてもよい。一方で、３．０〜５．５％のＮｉを含有する溶接金属では、Ｓｉはミクロ偏析しやすく、０．８００％超のＳｉをフラックス入りワイヤに含有させると、Ｓｉ偏析部で顕著な脆化が生じる。従ってＳｉ含有量の上限値は０．８００％とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するためには、Ｓｉ上限を０．６００％、又は、０．５５０％としてもよい。
Ｓｉは、溶接金属の清浄度を向上し、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制するために必要な元素である。これらの効果を得るためには、フラックス入りワイヤにおいて０．００１％以上のＳｉの含有が必要である。溶接欠陥の発生を一層防止するために、Ｓｉの下限を０．２５０％、又は、０．３００％としてもよい。一方で、３．０〜５．５％のＮｉを含有する溶接金属では、Ｓｉはミクロ偏析しやすく、０．８００％超のＳｉをフラックス入りワイヤに含有させると、Ｓｉ偏析部で顕著な脆化が生じる。従ってＳｉ含有量の上限値は０．８００％とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するためには、Ｓｉ上限を０．６００％、又は、０．５５０％としてもよい。
（Ｍｎ：０．１０％以上１．５０％以下）
Ｍｎは、溶接金属の清浄度を向上し、さらにＭｎＳを形成することで、Ｓを無害化し、溶接金属の靭性を向上させるのに必要な元素である。その効果を得るためには、フラックス入りワイヤにＭｎを０．１０％以上含有させる必要がある。靭性の一層の向上のために、Ｍｎ含有量の下限を０．２０％、０．３０％、又は、０．４０％としてもよい。一方、３．０〜５．５％のＮｉを含有する溶接金属では、Ｍｎはミクロ偏析しやすく、フラックス入りワイヤにＭｎを１．５０％超含有させると、Ｍｎ偏析部で顕著な脆化が生じる。また、溶接金属の靭性を一層安定して確保するためには、Ｍｎ含有量の上限を１．１０％、１．００％、又は、０．９５％としてもよい。
Ｍｎは、溶接金属の清浄度を向上し、さらにＭｎＳを形成することで、Ｓを無害化し、溶接金属の靭性を向上させるのに必要な元素である。その効果を得るためには、フラックス入りワイヤにＭｎを０．１０％以上含有させる必要がある。靭性の一層の向上のために、Ｍｎ含有量の下限を０．２０％、０．３０％、又は、０．４０％としてもよい。一方、３．０〜５．５％のＮｉを含有する溶接金属では、Ｍｎはミクロ偏析しやすく、フラックス入りワイヤにＭｎを１．５０％超含有させると、Ｍｎ偏析部で顕著な脆化が生じる。また、溶接金属の靭性を一層安定して確保するためには、Ｍｎ含有量の上限を１．１０％、１．００％、又は、０．９５％としてもよい。
（Ａｌ：０．００５％以上０．５００％以下）
Ａｌは、強脱酸剤であり、スラグ剤であるＴｉ酸化物からＴｉを還元し、溶接金属のミクロ組織微細化に有効な微細Ｔｉ酸化物を確保する上で必須の元素である。しかし、フラックス入りワイヤにおけるＡｌ含有量が０．００５％未満では、Ａｌによるスラグ剤Ｔｉ酸化物の還元効果が不足するので、粒内フェライトの核となる溶接金属中の微細Ｔｉ酸化物が確保できない。この場合、溶接金属のミクロ組織が細粒化されないので、溶接金属の低温靭性が改善されない。靭性の一層の向上のために、Ａｌ含有量の下限を０．０３０％、又は、０．０４０％としてもよい。一方、０．５００％超のＡｌをフラックス入りワイヤに含有させると、Ａｌ酸化物量が大幅に増加して、Ａｌ酸化物とＴｉ酸化物との大形の複合酸化物が溶接金属中に形成される。この結果、溶接金属中のＴｉ酸化物が粒内フェライトの核として機能しなくなり、溶接金属のミクロ組織が微細化されないので、溶接金属の靭性が低下する。また、この場合、Ａｌ窒化物の生成量が多くなることによっても溶接金属の靭性が低下する。従ってＡｌ含有量の上限を０．５００％とする。また、溶接金属の靭性を一層安定して確保するためには、Ａｌ含有量の上限を０．２００％、０．１００％、又は０．０５０％としてもよい。
Ａｌは、強脱酸剤であり、スラグ剤であるＴｉ酸化物からＴｉを還元し、溶接金属のミクロ組織微細化に有効な微細Ｔｉ酸化物を確保する上で必須の元素である。しかし、フラックス入りワイヤにおけるＡｌ含有量が０．００５％未満では、Ａｌによるスラグ剤Ｔｉ酸化物の還元効果が不足するので、粒内フェライトの核となる溶接金属中の微細Ｔｉ酸化物が確保できない。この場合、溶接金属のミクロ組織が細粒化されないので、溶接金属の低温靭性が改善されない。靭性の一層の向上のために、Ａｌ含有量の下限を０．０３０％、又は、０．０４０％としてもよい。一方、０．５００％超のＡｌをフラックス入りワイヤに含有させると、Ａｌ酸化物量が大幅に増加して、Ａｌ酸化物とＴｉ酸化物との大形の複合酸化物が溶接金属中に形成される。この結果、溶接金属中のＴｉ酸化物が粒内フェライトの核として機能しなくなり、溶接金属のミクロ組織が微細化されないので、溶接金属の靭性が低下する。また、この場合、Ａｌ窒化物の生成量が多くなることによっても溶接金属の靭性が低下する。従ってＡｌ含有量の上限を０．５００％とする。また、溶接金属の靭性を一層安定して確保するためには、Ａｌ含有量の上限を０．２００％、０．１００％、又は０．０５０％としてもよい。
（Ｎｉ：３．０％以上５．５％以下）
Ｎｉは、固溶靭化（固溶により靭性を高める作用）により、溶接金属の組織、成分によらず、その靭性を向上できる唯一の元素である。特に、−１００℃での溶接金属の低温靭性を確保するためには、Ｎｉは必須の元素である。この効果を得るためには、３．０％以上のＮｉをフラックス入りワイヤに含有させる必要がある。一層安定して低温靭性を確保するためには、Ｎｉ含有量の下限を３．１％、３．２％、又は、３．５％としてもよい。一方、５．５％超のＮｉをフラックス入りワイヤに含有させると、その効果が飽和するのに加え、溶接材料コストが高騰し、さらに溶接金属の高温割れが発生する。従って、Ｎｉ含有量を５．５％以下とする。Ｎｉ含有量の上限を５．３％、５．２％又は、５．０％にしてもよい。
Ｎｉは、固溶靭化（固溶により靭性を高める作用）により、溶接金属の組織、成分によらず、その靭性を向上できる唯一の元素である。特に、−１００℃での溶接金属の低温靭性を確保するためには、Ｎｉは必須の元素である。この効果を得るためには、３．０％以上のＮｉをフラックス入りワイヤに含有させる必要がある。一層安定して低温靭性を確保するためには、Ｎｉ含有量の下限を３．１％、３．２％、又は、３．５％としてもよい。一方、５．５％超のＮｉをフラックス入りワイヤに含有させると、その効果が飽和するのに加え、溶接材料コストが高騰し、さらに溶接金属の高温割れが発生する。従って、Ｎｉ含有量を５．５％以下とする。Ｎｉ含有量の上限を５．３％、５．２％又は、５．０％にしてもよい。
（Ｔｉ：０．００５％以上０．１００％以下）
Ｔｉは、強脱酸剤であり、フラックス入りワイヤに含まれる金属Ｔｉのうち一部が酸化されスラグオフされ、その残りが溶接金属中に留まる。この溶接金属中に留まるＴｉは、微細なＴｉ介在物を形成して、粒内変態核として働き、溶接金属の組織を微細化させる。従って、Ｔｉは溶接金属の低温靱性を向上させる働きがある。また、フラックス入りワイヤにＢが含まれる場合、ＴｉはＢの効果を促進させる働きを有する。初期の溶融金属凝固過程の高温域で、ＴｉはＢより先に窒化物を形成してＮを固定する。これにより、以降の溶融金属凝固過程でＢがＢＮを形成することがない。つまりＴｉは、ＢをフリーＢとしてオーステナイト粒界に偏析させる上で必須の成分である。このフリーＢは、粒界での粗大なフェライトの生成を抑制することにより、Ｔｉ酸化物による粒内フェライト微細化効果と相乗して、溶接金属の低温靭性の改善効果を奏する。この効果は、Ｔｉ酸化物の還元によるＴｉ量確保のみでは不十分であり、金属Ｔｉをフラックス入りワイヤに含有させることにより初めて上記効果が得られる。しかし、フラックス入りワイヤにおけるＴｉ含有量が０．００５％未満では、金属Ｔｉのほとんどが酸化消耗され、溶接金属にＴｉＮを形成する上で十分なＴｉが留まらないので、上記効果が十分得られず、ミクロ組織の微細化が不十分となり、靭性改善効果が得られない。靭性の一層の向上のために、Ｔｉ含有量の下限を０．０３０％、又は、０．０４０％としてもよい。また、０．１００％超のＴｉをフラックス入りワイヤに含有させると、固溶Ｔｉが増加し、溶接金属が過度に硬化し、著しく靭性が低下する。従って、Ｔｉ含有量は０．１００％以下とする。また、溶接金属の靭性を一層安定して確保するためには、Ｔｉ含有量の上限を０．０８０％、又は、０．０７０％としてもよい。
Ｔｉは、強脱酸剤であり、フラックス入りワイヤに含まれる金属Ｔｉのうち一部が酸化されスラグオフされ、その残りが溶接金属中に留まる。この溶接金属中に留まるＴｉは、微細なＴｉ介在物を形成して、粒内変態核として働き、溶接金属の組織を微細化させる。従って、Ｔｉは溶接金属の低温靱性を向上させる働きがある。また、フラックス入りワイヤにＢが含まれる場合、ＴｉはＢの効果を促進させる働きを有する。初期の溶融金属凝固過程の高温域で、ＴｉはＢより先に窒化物を形成してＮを固定する。これにより、以降の溶融金属凝固過程でＢがＢＮを形成することがない。つまりＴｉは、ＢをフリーＢとしてオーステナイト粒界に偏析させる上で必須の成分である。このフリーＢは、粒界での粗大なフェライトの生成を抑制することにより、Ｔｉ酸化物による粒内フェライト微細化効果と相乗して、溶接金属の低温靭性の改善効果を奏する。この効果は、Ｔｉ酸化物の還元によるＴｉ量確保のみでは不十分であり、金属Ｔｉをフラックス入りワイヤに含有させることにより初めて上記効果が得られる。しかし、フラックス入りワイヤにおけるＴｉ含有量が０．００５％未満では、金属Ｔｉのほとんどが酸化消耗され、溶接金属にＴｉＮを形成する上で十分なＴｉが留まらないので、上記効果が十分得られず、ミクロ組織の微細化が不十分となり、靭性改善効果が得られない。靭性の一層の向上のために、Ｔｉ含有量の下限を０．０３０％、又は、０．０４０％としてもよい。また、０．１００％超のＴｉをフラックス入りワイヤに含有させると、固溶Ｔｉが増加し、溶接金属が過度に硬化し、著しく靭性が低下する。従って、Ｔｉ含有量は０．１００％以下とする。また、溶接金属の靭性を一層安定して確保するためには、Ｔｉ含有量の上限を０．０８０％、又は、０．０７０％としてもよい。
（Ｐ：０．０３０％以下）
Ｐは、不純物元素であり、溶接金属の靭性を劣化させるので、極力低減する必要があるが、この悪影響が許容できる範囲として、フラックス入りワイヤのＰ含有量を０．０３０％以下に制限する。溶接金属の靭性の一層の向上のために、Ｐ含有量の上限を０．０１５％、０．０１０％、０．００８％、又は、０．００６％としてもよい。
Ｐは、不純物元素であり、溶接金属の靭性を劣化させるので、極力低減する必要があるが、この悪影響が許容できる範囲として、フラックス入りワイヤのＰ含有量を０．０３０％以下に制限する。溶接金属の靭性の一層の向上のために、Ｐ含有量の上限を０．０１５％、０．０１０％、０．００８％、又は、０．００６％としてもよい。
（Ｓ：０．０３０％以下）
Ｓは、不純物元素であり、溶接金属の靭性を著しく劣化させるので、極力低減することが好ましい。靭性への悪影響が許容できる範囲として、フラックス入りワイヤのＳ含有量を０．０３０％以下に制限する。溶接金属の靭性の一層の向上のために、Ｓ含有量の上限を０．００８％、０．００６％、０．００４％、又は、０．００３％としてもよい。
Ｓは、不純物元素であり、溶接金属の靭性を著しく劣化させるので、極力低減することが好ましい。靭性への悪影響が許容できる範囲として、フラックス入りワイヤのＳ含有量を０．０３０％以下に制限する。溶接金属の靭性の一層の向上のために、Ｓ含有量の上限を０．００８％、０．００６％、０．００４％、又は、０．００３％としてもよい。
（Ｍｇ：０．２０％以上０．８０％以下）
Ｍｇは、強脱酸元素であり、溶接金属の酸素を低減し、溶接金属の靭性の改善に効果がある。この効果を得るために、フラックス入りワイヤにおけるＭｇ含有量を０．２０％以上とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、Ｍｇ含有量の下限を０．２５％又は０．３０％としてもよい。一方、０．８０％超のＭｇをフラックス入りワイヤに含有させると、溶接時にスパッタ量が増加し、溶接作業性を劣化させる。溶接作業性の向上のために、Ｍｇ含有量の上限を０．７０％、０．６０％、又は、０．５０％としてもよい。
Ｍｇは、強脱酸元素であり、溶接金属の酸素を低減し、溶接金属の靭性の改善に効果がある。この効果を得るために、フラックス入りワイヤにおけるＭｇ含有量を０．２０％以上とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、Ｍｇ含有量の下限を０．２５％又は０．３０％としてもよい。一方、０．８０％超のＭｇをフラックス入りワイヤに含有させると、溶接時にスパッタ量が増加し、溶接作業性を劣化させる。溶接作業性の向上のために、Ｍｇ含有量の上限を０．７０％、０．６０％、又は、０．５０％としてもよい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、合金成分又は脱酸成分として、上述された基本成分（必須元素）に加え、さらに、溶接する鋼板の強度レベル又は求める靭性の程度に応じて、Ｂ、Ｃｕ及びＲＥＭの１種又は２種以上を選択元素として含有することができる。しかしながら、これら選択元素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必須ではないので、これら選択元素の含有量の下限値は０％である。選択元素の含有の有無によらず、フラックス入りワイヤ中の必須元素の含有量が上述の規定範囲内にあれば、そのフラックス入りワイヤは本実施形態に係るフラックス入りワイヤの範囲内にあると見なされる。
（Ｂ：０．０１００％以下）
Ｂは、フラックス入りワイヤを介して溶接金属中に適正量含有させると、固溶Ｎと結びついてＢＮを形成して、溶接金属の靭性に対する固溶Ｎの悪影響を減じる効果があり、また、溶接金属においてオーステナイト粒界の焼入れ性を高めることで、粗大な粒界フェライト生成を抑制し、低温靭性を確保できる効果があるので、添加してもよい。しかし、フラックス入りワイヤにＢを０．０１００％超含有させると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮやＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６などのＢ化合物を形成して靭性を逆に劣化させる。靭性の一層の向上のため、Ｂ含有量の上限を０．００８０％、又は、０．００６０％としてもよい。Ｂ含有の効果を一層確実に得るためには、Ｂ含有量の下限を０．０００１％、０．０００２％、または０．００１０％としてもよい。
Ｂは、フラックス入りワイヤを介して溶接金属中に適正量含有させると、固溶Ｎと結びついてＢＮを形成して、溶接金属の靭性に対する固溶Ｎの悪影響を減じる効果があり、また、溶接金属においてオーステナイト粒界の焼入れ性を高めることで、粗大な粒界フェライト生成を抑制し、低温靭性を確保できる効果があるので、添加してもよい。しかし、フラックス入りワイヤにＢを０．０１００％超含有させると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮやＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６などのＢ化合物を形成して靭性を逆に劣化させる。靭性の一層の向上のため、Ｂ含有量の上限を０．００８０％、又は、０．００６０％としてもよい。Ｂ含有の効果を一層確実に得るためには、Ｂ含有量の下限を０．０００１％、０．０００２％、または０．００１０％としてもよい。
（Ｃｕ：０．５％以下）
Ｃｕは、ワイヤの外皮表面のめっき、及び、フラックスに単体又は合金として含有される場合があり、溶接金属の強度を向上させる効果があるので、添加してもよい。０．５％超のＣｕをフラックス入りワイヤに含有させると、溶接金属の靭性が低下する。溶接金属の靭性の一層の向上のために、Ｃｕ含有量の上限を０．３％、０．２％、又は、０．１％としてもよい。なお、Ｃｕの含有量については、外皮自体やフラックス中に含有されている分に加えて、ワイヤ表面に銅めっきされる場合には、その分も含む。上述の効果を得るためには、Ｃｕ含有量の下限を０．０１％としてもよい。
Ｃｕは、ワイヤの外皮表面のめっき、及び、フラックスに単体又は合金として含有される場合があり、溶接金属の強度を向上させる効果があるので、添加してもよい。０．５％超のＣｕをフラックス入りワイヤに含有させると、溶接金属の靭性が低下する。溶接金属の靭性の一層の向上のために、Ｃｕ含有量の上限を０．３％、０．２％、又は、０．１％としてもよい。なお、Ｃｕの含有量については、外皮自体やフラックス中に含有されている分に加えて、ワイヤ表面に銅めっきされる場合には、その分も含む。上述の効果を得るためには、Ｃｕ含有量の下限を０．０１％としてもよい。
（ＲＥＭ：０．０５０％以下）
ＲＥＭは、溶接金属中での硫化物及び酸化物のサイズを微細化して、溶接金属の靭性向上に寄与することができる元素であるので、添加してもよい。しかし、フラックス入りワイヤに０．０５０％超のＲＥＭを含有させると、スパッタが激しくなり、溶接作業性が劣悪となる。また、スパッタの低減及びアークの安定に寄与するために、ＲＥＭ含有量の上限を、０．０３０％、０．０２０％、０．０１０％、０．００５％、又は０．００１％としてもよい。なお「ＲＥＭ」との用語は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドからなる合計１７元素を指し、上記「ＲＥＭの含有量」とは、これらの１７元素の合計含有量を意味する。ランタノイドをＲＥＭとして用いる場合、工業的には、ＲＥＭはミッシュメタルの形で添加される。
ＲＥＭは、溶接金属中での硫化物及び酸化物のサイズを微細化して、溶接金属の靭性向上に寄与することができる元素であるので、添加してもよい。しかし、フラックス入りワイヤに０．０５０％超のＲＥＭを含有させると、スパッタが激しくなり、溶接作業性が劣悪となる。また、スパッタの低減及びアークの安定に寄与するために、ＲＥＭ含有量の上限を、０．０３０％、０．０２０％、０．０１０％、０．００５％、又は０．００１％としてもよい。なお「ＲＥＭ」との用語は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドからなる合計１７元素を指し、上記「ＲＥＭの含有量」とは、これらの１７元素の合計含有量を意味する。ランタノイドをＲＥＭとして用いる場合、工業的には、ＲＥＭはミッシュメタルの形で添加される。
（焼入れ性指標α：０．２５％以上０．５１％以下）
溶接金属の靭性を高めるために、下記（２）式で示される焼入れ性の指標αが０．２５％以上０．５１％以下となるように、合金成分又は脱酸成分（即ち弗化物、酸化物、及び炭酸塩を除く化学成分）の含有量を調整することが好ましい。焼入れ性指標αが０．２５％以上である場合、溶接金属の靭性を損なう粒界フェライトの生成を一層抑制することができるので好ましい。一方、焼入れ性指標αが０．５１％以下である場合、溶接金属の靭性を損なう第二相（例えばＭＡ等）の生成を一層抑制し、さらに溶接金属の過剰な硬化を確実に防ぐこともできるので好ましい。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５・・・（２）
なお、式（２）の［］付元素は、合金成分又は脱酸成分として含まれるそれぞれの元素のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
溶接金属の靭性を高めるために、下記（２）式で示される焼入れ性の指標αが０．２５％以上０．５１％以下となるように、合金成分又は脱酸成分（即ち弗化物、酸化物、及び炭酸塩を除く化学成分）の含有量を調整することが好ましい。焼入れ性指標αが０．２５％以上である場合、溶接金属の靭性を損なう粒界フェライトの生成を一層抑制することができるので好ましい。一方、焼入れ性指標αが０．５１％以下である場合、溶接金属の靭性を損なう第二相（例えばＭＡ等）の生成を一層抑制し、さらに溶接金属の過剰な硬化を確実に防ぐこともできるので好ましい。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５・・・（２）
なお、式（２）の［］付元素は、合金成分又は脱酸成分として含まれるそれぞれの元素のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
（高温割れ感受性指標β：３．１以下）
フラックス入りワイヤに含有される合金成分は、高温割れを発生させやすくする場合があり、これを抑制するべく、下記式（３）で示される高温割れ感受性の指標βが３．１以下となるように、合金成分又は脱酸成分の含有量を調整することが好ましい。Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、及びＢは特に高温割れ感受性に影響を及ぼす元素であるので、これら元素の量を上述の限定に加えて式（３）によっても限定することが、高温割れを防止しながら各元素の効果を得るために好ましい。
β＝［Ｓｉ］／６＋［Ｍｎ］／１．５＋［Ｎｉ］／３＋２００×［Ｂ］・・・（３）
なお、式（３）の［］付元素は、合金成分又は脱酸成分として含まれるそれぞれの元素のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
フラックス入りワイヤに含有される合金成分は、高温割れを発生させやすくする場合があり、これを抑制するべく、下記式（３）で示される高温割れ感受性の指標βが３．１以下となるように、合金成分又は脱酸成分の含有量を調整することが好ましい。Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、及びＢは特に高温割れ感受性に影響を及ぼす元素であるので、これら元素の量を上述の限定に加えて式（３）によっても限定することが、高温割れを防止しながら各元素の効果を得るために好ましい。
β＝［Ｓｉ］／６＋［Ｍｎ］／１．５＋［Ｎｉ］／３＋２００×［Ｂ］・・・（３）
なお、式（３）の［］付元素は、合金成分又は脱酸成分として含まれるそれぞれの元素のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
（伸び指標γ：１．８以下）
溶接金属の伸びを改善するために、下記（４）式で示される伸びの指標γが１．８以下となるように合金成分又は脱酸成分の含有量を調整することが好ましい。Ｍｎ及びＭｇは、溶接金属を硬化させて伸びを低下させる作用が特に強い元素であるので、これら元素の量を上述の限定に加えて式（４）によっても限定することが、溶接金属の伸びを確保しながら各元素の効果を得るために好ましい。
γ＝［Ｍｎ］＋［Ｍｇ］・・・（４）
なお、式（４）の［］付元素は、合金成分又は脱酸成分として含まれるそれぞれの元素のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
溶接金属の伸びを改善するために、下記（４）式で示される伸びの指標γが１．８以下となるように合金成分又は脱酸成分の含有量を調整することが好ましい。Ｍｎ及びＭｇは、溶接金属を硬化させて伸びを低下させる作用が特に強い元素であるので、これら元素の量を上述の限定に加えて式（４）によっても限定することが、溶接金属の伸びを確保しながら各元素の効果を得るために好ましい。
γ＝［Ｍｎ］＋［Ｍｇ］・・・（４）
なお、式（４）の［］付元素は、合金成分又は脱酸成分として含まれるそれぞれの元素のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表す。
続いて、ワイヤの鋼製外皮の内部に挿入されるスラグ成分について説明する。以下に説明されるスラグ成分は弗化物、酸化物、又は炭酸塩であり、上述された合金成分及び金属脱酸成分とは区別される。
（ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６からなる群から選択された１種又は２種以上の弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計値：０．２１％以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６からなる群から選択された１種以上の弗化物を、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％以上含有させる。フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値とは、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。例えば、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％でｎ％のＣａＦ２がフラックス入りワイヤに含まれる場合、ＣａＦ２のＦ換算値は以下の式５で求められる。
（ＣａＦ２のＦ換算値）＝ｎ×（１９．００×２／７８．０８）・・・（式５）
上の式４中の「１９．００」は、Ｆの原子量であり、「２」は、１個のＣａＦ２に含まれるＦ原子の個数であり、「７８．０８」は、ＣａＦ２の分子量である。ＣａＦ２以外の弗化物に関しても、同様にＦ換算値が算出できる。フラックス中に複数種類の弗化物が含まれる場合、各弗化物のＦ換算値の合計値が、フラックスに含まれる弗化物のＦ換算値とみなされる。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６からなる群から選択された１種以上の弗化物を、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％以上含有させる。フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値とは、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。例えば、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％でｎ％のＣａＦ２がフラックス入りワイヤに含まれる場合、ＣａＦ２のＦ換算値は以下の式５で求められる。
（ＣａＦ２のＦ換算値）＝ｎ×（１９．００×２／７８．０８）・・・（式５）
上の式４中の「１９．００」は、Ｆの原子量であり、「２」は、１個のＣａＦ２に含まれるＦ原子の個数であり、「７８．０８」は、ＣａＦ２の分子量である。ＣａＦ２以外の弗化物に関しても、同様にＦ換算値が算出できる。フラックス中に複数種類の弗化物が含まれる場合、各弗化物のＦ換算値の合計値が、フラックスに含まれる弗化物のＦ換算値とみなされる。
フラックスに含まれる弗化物は、溶接金属の酸素量を低減させることにより溶接金属の低温靭性を高め、且つ溶接金属の拡散性水素量を低減させることにより溶接金属における低温割れを抑制する。弗化物のＦ換算値の合計が０．２１％未満では、上述の効果が得られないので、好ましい低温靭性を有する溶接金属及び予熱工程の簡略化又は省略が達成できない。溶接金属の酸素量及び拡散性水素量をより低減するために、Ｆ換算値合計の下限を０．３０％、０．４０％、又は、０．５０％としてもよい。
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、後述するスパッタ生成指数Ｘ（Ｘ値）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、Ｘ値が以下に説明される範囲内である限り、適宜選択可能である。
（ＣａＦ２：フラックス入りワイヤの全質量に対して０．５０％未満）
ＣａＦ２は、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６と比べて、１００％ＣＯ２ガスを使用するガスシールドアーク溶接において、スパッタを多量に発生させるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤに添加しないことが好ましい。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤではＣａＦ２含有量を０．５０％未満に制限する。ＣａＦ２含有量を０．５０％未満に制限すれば、スパッタの問題は無視できる。スパッタの発生をさらに確実に回避するために、ＣａＦ２含有量の上限値を０．４０％、又は、０．３０％としてもよい。また、ＣａＦ２含有量の下限値を０．１０％又は、０．００％としてもよい。
ＣａＦ２は、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６と比べて、１００％ＣＯ２ガスを使用するガスシールドアーク溶接において、スパッタを多量に発生させるため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤに添加しないことが好ましい。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤではＣａＦ２含有量を０．５０％未満に制限する。ＣａＦ２含有量を０．５０％未満に制限すれば、スパッタの問題は無視できる。スパッタの発生をさらに確実に回避するために、ＣａＦ２含有量の上限値を０．４０％、又は、０．３０％としてもよい。また、ＣａＦ２含有量の下限値を０．１０％又は、０．００％としてもよい。
（スパッタ生成指数Ｘ（Ｘ値）：フラックス入りワイヤの全質量に対して５．００％以下）
ガスシールドアーク溶接、特にシールドガスが１００％ＣＯ２ガスであるガスシールドアーク溶接において、弗化物のうち、ＣａＦ２がスパッタを増加させることは上述した。さらに、本発明者らは、弗化物の種類とスパッタ量との関係を調査するために、多種の弗化物を含有させて、鋼製外皮にスリット状の隙間のない（植物油を外皮に塗布した）１．２ｍｍφのワイヤを多数作成した。銅製の捕集箱内で、鋼板上に、ビードオンプレートで、溶接電流２８０Ａ、電圧２７Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、入熱１４．０ｋＪ／ｃｍ、シールドガス１００％ＣＯ２、ガス流量２５ｌ／ｍｉｎ、及び予熱なしの条件で、上述の種々のフラックス入りワイヤを用いて、１分間、溶接ビードを作製した。この溶接ビードの作成の間に箱内に飛散したスパッタ及び鋼板に付着したスパッタを回収し、これらのうち直径１．０ｍｍ超のものの総重量を測定した。スパッタ発生量、弗化物の種類、及び各弗化物の含有量のデータを多元解析した結果、式１を用いて算出されるＸ値とスパッタ発生量との間に、図１に示される良好な相関関係があることが見出された。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）・・・（式１）
なお、式（１）の［］付化学式は、それぞれの化学式に係る弗化物のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表し、含有されない弗化物の含有量は０とみなす。
ガスシールドアーク溶接、特にシールドガスが１００％ＣＯ２ガスであるガスシールドアーク溶接において、弗化物のうち、ＣａＦ２がスパッタを増加させることは上述した。さらに、本発明者らは、弗化物の種類とスパッタ量との関係を調査するために、多種の弗化物を含有させて、鋼製外皮にスリット状の隙間のない（植物油を外皮に塗布した）１．２ｍｍφのワイヤを多数作成した。銅製の捕集箱内で、鋼板上に、ビードオンプレートで、溶接電流２８０Ａ、電圧２７Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、入熱１４．０ｋＪ／ｃｍ、シールドガス１００％ＣＯ２、ガス流量２５ｌ／ｍｉｎ、及び予熱なしの条件で、上述の種々のフラックス入りワイヤを用いて、１分間、溶接ビードを作製した。この溶接ビードの作成の間に箱内に飛散したスパッタ及び鋼板に付着したスパッタを回収し、これらのうち直径１．０ｍｍ超のものの総重量を測定した。スパッタ発生量、弗化物の種類、及び各弗化物の含有量のデータを多元解析した結果、式１を用いて算出されるＸ値とスパッタ発生量との間に、図１に示される良好な相関関係があることが見出された。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）・・・（式１）
なお、式（１）の［］付化学式は、それぞれの化学式に係る弗化物のフラックス入りワイヤ全質量に対する質量％での含有量を表し、含有されない弗化物の含有量は０とみなす。
式１において、括弧が付された化学式は、化学式に係る化合物（弗化物）の含有量を、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示す。フラックス入りワイヤに含まれない化合物の含有量は０％とみなす。式１で定義するＸ値をフラックス入りワイヤの全質量に対して５．００％以下とすることで、上述の試験においてスパッタ増加量が約５．０ｇ／ｍｉｎ以下となることがわかった。上述の試験でスパッタ発生量を約５．０ｇ／ｍｉｎ以下とすることができるフラックス入りワイヤは、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスである溶接で用いられた際に良好な溶接作業性を提供することができる。なお、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、弗化物のＸ値の下限値を定める必要はない。弗化物の含有量の下限値は、上述されたＦ換算値を用いて規定されるからである。
フラックス入りワイヤに含まれる弗化物が溶接金属の酸素量を低減する理由については、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、弗化物が溶融池内で分解され、溶融池内の酸素と再結合し、浮上するためと推測している。また、弗化物の種類によって、スパッタの発生量が異なる理由については、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、弗素と化学結合している元素が、何らかの理由でスパッタ生成量に影響していると推測している。フラックス入りワイヤに含まれる弗化物が溶接金属の拡散性水素量を低減する理由については、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、弗化物が溶接アークにより分解し、生成されたフッ素が水素と結合してＨＦガスとして大気中に散逸したか、又は、そのまま溶接金属中に水素がＨＦとして固定されたためではないかと考えている。
（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種以上又は２種以上の酸化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での合計含有量：０．３０％以上３．５０％未満）
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、酸化物を合計で０．３０％以上３．５０％未満含有する。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酸化物からなる群から選択される１種又は２種以上であり、後述するＣａＯは含まれない。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。
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、酸化物を合計で０．３０％以上３．５０％未満含有する。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酸化物からなる群から選択される１種又は２種以上であり、後述するＣａＯは含まれない。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、溶接ビードの形状を良好に維持する効果を有する。ＣａＯを除く酸化物の含有量の合計が０．３０％未満である場合、溶接ビードの形状が悪くなることがある。溶接ビードの形状をさらに良好に維持するために、ＣａＯを除く酸化物の合計量の下限を０．４０％、０．５０％、０．６０％、又は、０．７０％としてもよい。しかし、ＣａＯを除く酸化物の合計量が３．５０％以上である場合、溶接金属の酸素量を増大させて、溶接金属の靭性を低下させることがある。溶接金属の靭性の改善のために、ＣａＯを除く酸化物の合計量の上限を３．００％、２．５０％、２．２５％、２．００％、１．７５％、１．５０％、１．２５％、１．００％、０．９０％、０．８０％、又は０．７０％としてもよい。
なお、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がフラックス入りワイヤに含まれる場合がある。この場合、酸化物の含有量の合計値を、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とみなしてもよい。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酸化物それぞれは、例えばＦｅＯ、ＢａＯ、Ｎａ２Ｏ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、及びＫ２Ｏであってもよい。
（Ｔｉ酸化物の、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：０．１０％以上２．５０％未満）
フラックスに含まれるＴｉＯ２等のＴｉ酸化物は、溶接中にその大半がスラグとして溶接金属の外部に放出される。しかし上述されたように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックス中のＴｉ酸化物の一部は、Ａｌによって一旦還元されて金属Ｔｉとなった後、溶接金属中の酸素と結びついて、溶接金属中で、溶接金属のミクロ組織微細化に有効なＴｉ酸化物となる。従って、Ｔｉ酸化物は、合金成分としてのＡｌとの相乗効果として、溶接金属の微細化及び低温靭性向上に寄与する。さらにＴｉ酸化物は、溶接ビード形状の改善にも寄与する。ＣａＯを除く酸化物の含有量の合計が０．３０％以上３．５０％未満である場合でも、ＣａＯを除く酸化物に含まれる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。これら効果を得るために、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酸化物の含有量の下限値を０．１５％、０．２０％、０．２５％、０．３０％、０．４０％、又は、０．４５％としてもよい。一方、Ｔｉ酸化物の含有量が２．５０％以上である場合、溶接金属の酸素量を増大させて、溶接金属の靭性を低下させることがある。従って、Ｔｉ酸化物の含有量を２．５０％未満とする必要がある。溶接金属の靭性のさらなる改善のために、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を２．４０％、２．２０％、２．００％、１．８０％、１．５０％、１．２５％、１．００％、０．９０％、０．８０％、０．７０％、０．６０％、又は０．５０％としてもよい。
フラックスに含まれるＴｉＯ２等のＴｉ酸化物は、溶接中にその大半がスラグとして溶接金属の外部に放出される。しかし上述されたように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックス中のＴｉ酸化物の一部は、Ａｌによって一旦還元されて金属Ｔｉとなった後、溶接金属中の酸素と結びついて、溶接金属中で、溶接金属のミクロ組織微細化に有効なＴｉ酸化物となる。従って、Ｔｉ酸化物は、合金成分としてのＡｌとの相乗効果として、溶接金属の微細化及び低温靭性向上に寄与する。さらにＴｉ酸化物は、溶接ビード形状の改善にも寄与する。ＣａＯを除く酸化物の含有量の合計が０．３０％以上３．５０％未満である場合でも、ＣａＯを除く酸化物に含まれる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。これら効果を得るために、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酸化物の含有量の下限値を０．１５％、０．２０％、０．２５％、０．３０％、０．４０％、又は、０．４５％としてもよい。一方、Ｔｉ酸化物の含有量が２．５０％以上である場合、溶接金属の酸素量を増大させて、溶接金属の靭性を低下させることがある。従って、Ｔｉ酸化物の含有量を２．５０％未満とする必要がある。溶接金属の靭性のさらなる改善のために、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を２．４０％、２．２０％、２．００％、１．８０％、１．５０％、１．２５％、１．００％、０．９０％、０．８０％、０．７０％、０．６０％、又は０．５０％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％以上０．２０％未満）
ＣａＯは、他の酸化物とは異なる性質を有し、０．２０％以上含有されると、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスであるガスシールドアーク溶接において、スパッタを多く発生させる。さらに、ＣａＯは、大気に触れると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る。ＣａＯはフラックス原料に不純物として含まれる場合があるので、ＣａＯ含有量が０．２０％未満になるように、フラックスの原料を選定する必要がある。ＣａＯ含有量は好ましくは０．１０％以下、又は０．１０％未満である。ＣａＯは本実施形態に係るフラックス入りワイヤに必要とされないので、ＣａＯ含有量の下限値は０％である。ＣａＯ含有量の下限値を０．０１％、０．０２％、又は０．０５％としてもよい。
ＣａＯは、他の酸化物とは異なる性質を有し、０．２０％以上含有されると、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスであるガスシールドアーク溶接において、スパッタを多く発生させる。さらに、ＣａＯは、大気に触れると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る。ＣａＯはフラックス原料に不純物として含まれる場合があるので、ＣａＯ含有量が０．２０％未満になるように、フラックスの原料を選定する必要がある。ＣａＯ含有量は好ましくは０．１０％以下、又は０．１０％未満である。ＣａＯは本実施形態に係るフラックス入りワイヤに必要とされないので、ＣａＯ含有量の下限値は０％である。ＣａＯ含有量の下限値を０．０１％、０．０２％、又は０．０５％としてもよい。
（ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及び、ＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上の炭酸塩の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での合計含有量：０〜３．５０％）
（ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉ２ＣＯ３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０〜３．００％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、炭酸塩を含有する必要はない。従って本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおける炭酸塩の合計含有量の下限値は０％である。しかし本実施形態に係るフラックス入りワイヤには、更に、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及び、ＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上の炭酸塩を、合計で３．５０％以下含有させることが好ましい。
（ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉ２ＣＯ３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０〜３．００％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、炭酸塩を含有する必要はない。従って本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおける炭酸塩の合計含有量の下限値は０％である。しかし本実施形態に係るフラックス入りワイヤには、更に、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及び、ＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上の炭酸塩を、合計で３．５０％以下含有させることが好ましい。
炭酸塩は、アークによって電離し、ＣＯ２ガスを発生させる。炭酸塩から生成されたＣＯ２ガスは、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炭酸塩をフラックス入りワイヤに添加する場合、炭酸塩の含有量の合計を０．３０％以上とすることが好ましい。溶接金属中の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％又は１．００％としてもよい。一方、炭酸塩が過剰である場合、炭酸塩が溶接中に溶接金属に溶け込み、溶接金属の炭素量及び酸素量を増大させる恐れがある。この場合、溶接金属の過剰な硬化と、溶接金属の低温靭性低下が生じる。また、炭酸塩の含有量が過剰である場合、溶接ヒュームの発生量が著しくなって溶接作業性が悪化する。これら事態を回避するために、炭酸塩の含有量の合計を３．５０％以下とする必要がある。溶接ヒューム発生の回避のために、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％、０．１０％、０．０４％、０．０２％、又は、０．０１％としてもよい。
上述された炭酸塩に含まれる場合があるＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉ２ＣＯ３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、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉ２ＣＯ３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、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉ２ＣＯ３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、溶接金属中の水素の量を一層低減するために、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３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。
（鉄粉：０％以上１０．０％未満）
鉄粉（Ｆｅ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、鉄粉の表層は酸化されているので、フラックスが鉄粉を過剰に含有すると、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、鉄粉は含有させなくてもよい。充填率の調整のために鉄粉を含有させる場合には、溶接金属の靭性を確保するために、鉄粉の含有量を１０．０％未満にする。鉄粉の含有量の上限値を５．０％、３．０％、２．０％、又は１．７％としてもよい。一方、鉄粉は本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題解決のために必須ではないので、鉄粉の含有量の下限値は０％である。
鉄粉（Ｆｅ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、鉄粉の表層は酸化されているので、フラックスが鉄粉を過剰に含有すると、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、鉄粉は含有させなくてもよい。充填率の調整のために鉄粉を含有させる場合には、溶接金属の靭性を確保するために、鉄粉の含有量を１０．０％未満にする。鉄粉の含有量の上限値を５．０％、３．０％、２．０％、又は１．７％としてもよい。一方、鉄粉は本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題解決のために必須ではないので、鉄粉の含有量の下限値は０％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成分組成に関する限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅ及び不純物を含む。Ｆｅ成分としては、鋼製外皮のＦｅ、フラックス中に添加された鉄粉及び合金成分中のＦｅが含まれる。不純物とは、フラックス入りワイヤを工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、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。
続いて、フラックス入りワイヤの形態について説明する。
図２に、フラックス入りワイヤの切断面を示す。図２（ａ）に、エッジ面を突合せて溶接して作ったフラックス入りワイヤ、図２（ｂ）に、エッジ面を突合せて作ったフラックス入りワイヤ、及び、図２（ｃ）に、エッジ面をかしめて作ったフラックス入りワイヤを示す。このように、フラックス入りワイヤには、図２（ａ）に示すように鋼製外皮にスリット状の隙間がないワイヤと、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように鋼製外皮のスリット状の隙間を有するワイヤとに大別できる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、いずれの断面構造も採用することができるが、溶接金属の低温割れを抑制するためには、スリット状の隙間がないワイヤ（シームレスワイヤ）とすることが好ましい。
図２に、フラックス入りワイヤの切断面を示す。図２（ａ）に、エッジ面を突合せて溶接して作ったフラックス入りワイヤ、図２（ｂ）に、エッジ面を突合せて作ったフラックス入りワイヤ、及び、図２（ｃ）に、エッジ面をかしめて作ったフラックス入りワイヤを示す。このように、フラックス入りワイヤには、図２（ａ）に示すように鋼製外皮にスリット状の隙間がないワイヤと、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように鋼製外皮のスリット状の隙間を有するワイヤとに大別できる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、いずれの断面構造も採用することができるが、溶接金属の低温割れを抑制するためには、スリット状の隙間がないワイヤ（シームレスワイヤ）とすることが好ましい。
溶接時に溶接部に侵入する水素は、溶接金属内及び鋼材側に拡散し、応力集中部に集積して低温割れの発生原因となる。この水素源は溶接材料が保有する水分、大気から混入する水分、鋼表面に付着した錆びやスケールなどが上げられるが、十分に溶接部の清浄性、ガスシールドの条件が管理された溶接の下では、ワイヤ中に主として水分で含有される水素が、溶接継ぎ手の拡散性水素の主要因となる。
このため、鋼製外皮をスリット状の隙間がない管とし、ワイヤ製造後から使用するまでの間に、鋼製外皮からフラックスへの大気中の水素の侵入を抑制することが望ましい。鋼製外皮にスリット状の隙間（シーム）を有する管とした場合には、大気中の水分は外皮のスリット状の隙間部からフラックス中に侵入しやすく、そのままでは、水分等の水素源の侵入を防止することはできないので、製造後使用するまでの期間が長い場合は、ワイヤ全体を真空包装するか、乾燥した状態に保持できる容器内で保存することが望ましい。
また、ワイヤの送給性を向上させるために、ワイヤ表面に潤滑剤を塗布することができる。ワイヤ表面に塗布される潤滑剤としては、様々な種類のもの、例えば植物油等を使用できるが、溶接金属の低温割れを抑制するためには、パーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ油）のように水素分を含まない油が好ましい。
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と同様の製造工程によって製造することができる。
すなわち、まず、外皮となる鋼帯、及び、合金成分、酸化物、弗化物、炭酸塩及びアーク安定剤が所定の含有量になるように配合したフラックスを準備する。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（Ｕ字型）に成形して鋼製外皮とし、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せスリット状の隙間を溶接する。溶接方法は電縫溶接、レーザー溶接、又は、ＴＩＧ溶接が用いられる。溶接により得られたスリット状の隙間のない管を伸線し、伸線途中又は伸線工程完了後に焼鈍処理して、所望の線径を有するスリット状の隙間のないワイヤを得る。また、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スリット状の隙間を有するワイヤを得る。
突合せシーム溶接されて作ったスリット状の隙間が無いワイヤを切断した断面は、図２（ａ）のように見える。この断面は、研磨して、エッチングすれば、溶接跡が観察されるが、エッチングしないと溶接跡は観察されない。そのため、上記のようにシームレスと呼ぶことがある。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、シームレスタイプと記載されている。
図２（ｂ）にエッジ面を突き合わせた例を、図２（ｃ）にエッジ面をかしめた例を示すが、図２（ｂ）のように突合せてから、ろう付けしたり、図２（ｃ）のようにかしめてから、ろう付けしたりしても、スリット状の隙間が無いワイヤが得られる。また、図２（ｂ）、（ｃ）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。
図２（ｂ）にエッジ面を突き合わせた例を、図２（ｃ）にエッジ面をかしめた例を示すが、図２（ｂ）のように突合せてから、ろう付けしたり、図２（ｃ）のようにかしめてから、ろう付けしたりしても、スリット状の隙間が無いワイヤが得られる。また、図２（ｂ）、（ｃ）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。
次に、以上説明した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。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ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて鋼板を溶接する工程を備える。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの用途は特に制限されない。従って、本実施形態に係る溶接継手の製造方法においても、母材鋼板の種類及びシールドガス種などは特に制限されない。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、スパッタ量及び溶接金属の拡散性水素量を低減させるフラックス入りワイヤを用いるので、作業性に優れる。また、本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、合金成分及び金属脱酸成分が好ましく調節され、さらに溶接金属中の酸素量を低減可能な弗化物を含むフラックス入りワイヤを用いるので、引張強さ、伸び、及び低温靭性に優れた溶着金属を含む溶接金属を備えた溶接継手を製造可能である。
本実施形態に係る溶接方法は、３．５％Ｎｉ鋼などの低温用鋼のガスシールドアーク溶接に適用することができる。この場合、従来技術に対する一層の優位性を示す。溶接金属の機械特性を保つことができる一方で、従来の低温用鋼の溶接用フラックス入りワイヤよりも高価なＮｉ等の合金元素量が削減されたフラックス入りワイヤを使用するので、本実施形態に係る溶接方法は経済性に優れる。
また、本実施形態に係る溶接方法では、仮付け溶接の際に用いるシールドガスを１００％ＣＯ２ガスとし、本溶接の際に用いるシールドガスを、純Ａｒガス又は純Ｈｅガスと、２．５〜３０．０体積％のＯ２又は２．５〜３０．０体積％のＣＯ２との混合ガスとすることができる。この場合、スパッタによって溶接作業環境を悪化させることなく溶接費用を低減させることができるので、従来技術に対する一層の優位性を示す。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。
製造される溶接継手の形状は、用途などに応じて決定され、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、たとえば、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。
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に示す化学成分（外皮全質量に対する質量％で表示。残部は鉄及び不純物）の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シーム溶接することで継目無し管とし（ワイヤ番号に「かしめ」との表記が付されたワイヤを除く）、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。このようにして得られたワイヤの成分を表２−１〜表３−２に示す。「ワイヤの合金の化学成分」とは、弗化物、酸化物、又は炭酸塩を形成していない金属成分又は合金成分を意味する。なおワイヤ全体の成分の残部は、Ｆｅ及び不純物である。試作後、ワイヤ表面に潤滑剤を塗布して、後述する溶接に供した。表４−１及び表４−２に、潤滑剤の種類及び本溶接で用いられたシールドガス種を示す。なお、全ての発明例及び比較例における仮付け溶接用シールドガスは１００％ＣＯ２とした。シールドガスの組成の単位はｖｏｌ％である。表４−１及び表４−２において、ＰＦＰＥ油と記載していないものには、すべて、植物油が塗布された。また、ワイヤ番号に「かしめ」との表記が付されたワイヤは、シーム溶接をしない継目有りの管とし、それを伸線することで得られた、ワイヤ径がφ１．２ｍｍの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て、ＪＩＳ Ｚ３１１１（２００５年）に準拠して溶接金属の機械特性を評価した。すなわち、板厚が２０ｍｍの鋼板同士を、ルートギャップ１６ｍｍ、開先角度２０°で突き合わせ、同鋼板の裏当金を用いて、表４−１及び表４−２に示す溶接条件で溶接を実施した。鋼板の開先面及び裏当金の表面には、試験を行うフラックス入りワイヤを用いて２層以上、かつ余盛高さ３ｍｍ以上のバタリングを実施し、試験体を作成した。このバタリングにより、溶接材料の成分が母材により希釈されることが防止され、溶接材料の特性を正確に評価することができる。
作製した試験体から、機械試験片として、図３に示されるＪＩＳ Ｚ３１１１（２００５年）に準拠したＡ０号引張り試験片（丸棒）（径＝１０ｍｍ）とシャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）とを採取し、それぞれの機械特性試験を行って、溶接金属の引張強さ及び全伸びと、−１００℃でのシャルピー吸収エネルギーを測定した。得られた機械特性の測定結果を表５−１及び表５−２に示す。引張強さは４５０ＭＰａ以上、全伸びは２５％以上、シャルピー吸収エネルギーは３４Ｊ以上を合格とした。
仮付け時のスパッタ量の測定は以下のように行なった。銅製の捕集箱内で、鋼板上を、ビードオンプレートで、溶接電流２８０Ａ、電圧２７Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／分、入熱１４．０ｋＪ／ｃｍ、シールドガス種類１００％ＣＯ２、ガス流量２５ｌ／分、予熱なしの条件で、１分間、溶接ビードを作製した。箱内に飛散したスパッタおよび鋼板に付着したスパッタをそれぞれ回収し、発生したスパッタにおける直径１．０ｍｍ超のものについて重量を測定した。結果をｇ／ｍｉｎを単位として表５−１及び５−２に示す。スパッタ発生量５．０ｇ／ｍｉｎ以下となる試料を合格とした。
表５−１及び表５−２に示されるように、実施例であるワイヤ番号Ａ１〜Ａ１０は、溶接金属の引張強さ、低温靭性、及び全伸びに優れ、さらに仮付溶接性に関しても優れ、合格であった。
一方、比較例であるワイヤ番号Ｂ１〜Ｂ９は、本発明で規定する要件を満たしていないため、溶接金属の引張強さ、全伸び、及び低温靭性、並びに仮付溶接性の１つ以上を満足できず、不合格となった。
一方、比較例であるワイヤ番号Ｂ１〜Ｂ９は、本発明で規定する要件を満たしていないため、溶接金属の引張強さ、全伸び、及び低温靭性、並びに仮付溶接性の１つ以上を満足できず、不合格となった。
本発明によれば、Ｎｉ含有量をＮｉ系低温用鋼並みの５．０質量％以下に低減することで、ガスシールドアーク溶接において溶接施工効率に優れ、かつ安価なフラックス入りワイヤとし、更に、フラックス入りワイヤ中の合金成分を低減し、溶接金属の酸素量を低減することで、−１００℃での低温靭性の優れる溶接金属を提供することができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。
Claims (11)
- 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ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
前記フラックスが、
前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計が０．２１％以上である、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６からなる群から選択される１種又は２種以上の弗化物と、
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０．３０％以上３．５０％未満である、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種以上の酸化物と、
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％である、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上の炭酸塩と、
を含み、
前記フラックス中の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％以上０．２０％未満であり、
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Ｘ値が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対して５．００％以下であり、
前記ＣａＦ２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％以上２．５０％未満であり、
前記ＭｇＣＯ３、前記Ｎａ２ＣＯ３、及び前記Ｌｉ２ＣＯ３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、
さらに、前記弗化物、前記酸化物、及び前記炭酸塩を除く化学成分が、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 ：０．００１％以上０．０８０％以下、
Ｓｉ：０．００１％以上０．８００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上１．５０％以下、
Ａｌ：０．００５％以上０．５００％以下、
Ｎｉ：３．０％以上４．９％以下、
Ｔｉ：０．００５％以上０．１００％以下、
Ｍｇ：０．２０％以上０．８０％以下、
Ｐ ：０．０３０％以下、及び、
Ｓ ：０．０３０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる
ことを特徴とするガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）・・・（１）
なお、前記式（１）の［］付化学式は、それぞれの化学式に係る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質量％での含有量を表し、含有されない弗化物の含有量は０とみなす。 - 前記炭酸塩を、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、合計で２．００％以下含有する
ことを特徴とする請求項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。 - 更に、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、
Ｂ ：０．０１００％以下、
Ｃｕ：０．５％以下、及び
ＲＥＭ：０．０５０％以下
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項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。 - 下記式（２）で示される焼入れ性指標αが０．２５％以上０．５１％以下であることを特徴とする請求項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。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋（［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］）／１５・・・（２）
なお、式（２）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。 - 下記式（３）で示される高温割れ感受性指標βが３．１以下であることを特徴とする請求項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。β＝［Ｓｉ］／６＋［Ｍｎ］／１．５＋［Ｎｉ］／３＋２００×［Ｂ］・・・（３）
なお、式（３）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。 - 下記式（４）で示される伸び指標γが１．８以下であることを特徴とする請求項１〜５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。
γ＝［Ｍｎ］＋［Ｍｇ］・・・（４）
なお、式（４）の［］付元素は、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質量％での含有量を表す。 - 前記鋼製外皮がスリット状の隙間の無い形状であることを特徴とする請求項１〜６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。
- 前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有する形状であることを特徴とする請求項１〜６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。
- 前記鋼製外皮の表面に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１〜８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。
- 請求項１〜９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を用いて鋼板を溶接する工程を備えることを特徴とする溶接継手の製造方法。
- 前記溶接する工程の、仮付け溶接において用いられるシールドガスが、１００％ＣＯ２ガスであり、
前記溶接する工程の、本溶接において用いられるシールドガスが、Ａｒと２．５〜３０．０体積％のＣＯ２との混合ガスであることを特徴とする請求項１０に記載の溶接継手の製造方法。
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