WO2022050400A1 - フラックス入りワイヤ - Google Patents

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WO2022050400A1
WO2022050400A1 PCT/JP2021/032558 JP2021032558W WO2022050400A1 WO 2022050400 A1 WO2022050400 A1 WO 2022050400A1 JP 2021032558 W JP2021032558 W JP 2021032558W WO 2022050400 A1 WO2022050400 A1 WO 2022050400A1
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flux
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wire
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鵬 韓
正道 鈴木
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a flux-cored wire.
  • flux-filled wires for welding high-strength stainless steel which are agents, Fe and unavoidable impurities, and have an oxygen content of 0.07 to 0.20% by mass in the weld metal due to the deoxidizing agent component.
  • the flux-containing wire disclosed in Patent Document 1 since 0.01 to 0.10% of Bi is added to the wire, the high temperature crack resistance, corrosion resistance, and low temperature toughness of the weld metal are inferior.
  • Patent Document 2 describes C: 0.005 to 0.10%, Si: 0.1 to 1.0%, Mn: 0.5 to 4.5%, Ni. : 7 to 12%, Cr: 18 to 25%, Mo: 0.01 to 1.0%, Ti: 0.1 to 0.5%, N: 0.1 to 0.3%, Nb: 0.
  • a flux-filled wire for stainless steel welding is disclosed, which contains 0.1 to 1.0% and the balance is Fe and unavoidable impurities.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a flux-cored wire for stainless steel welding having good welding workability.
  • the flux-cored wire according to one aspect of the present invention is a flux-cored wire for arc welding in which a steel outer skin is filled with flux.
  • the flux-cored wire preferably has a flux ratio of 23 to 29% by mass.
  • the above flux-cored wire is based on the total mass of the wire.
  • the Si: 0.5 to 1.1% by mass and the Zr: 0.3 to 0.7% by mass are contained. It is preferable that the value of the parameter A satisfies 1.4 to 2.3.
  • the flux-cored wire further contains an alkali metal compound and a metal fluoride
  • the alkali metal compound has a total content of the Na 2 O conversion value of Na and the K 2 O conversion value of K of 0.1 to 3.0% by mass per the total mass of the wire.
  • the content of the metal fluoride in terms of fluorine is preferably 0.01 to 0.50% by mass per the total mass of the wire.
  • the flux-cored wire is a flux-cored wire for arc welding in which a steel outer skin is filled with flux, and satisfies the following composition.
  • the flux-cored wire is a steel outer skin filled with flux.
  • the flux-cored wire may be in either a seamless type having no seam on the outer skin or a seam type having a seam on the outer skin such as a laminated cross section. Further, the flux-cored wire may or may not be plated with Cu or the like on the wire surface (outside of the outer skin).
  • each component of the flux-cored wire The content of each component of the flux-cored wire according to the present embodiment will be described below.
  • Each component for obtaining a weld metal having the required characteristics may be added from either a steel outer skin or a filling flux. Therefore, unless otherwise specified in the following description, the content of each component in the flux-cored wire is defined by the total amount of the components contained in the steel outer skin and the flux as the total mass of the wire. Ru.
  • the components shown below are added to the steel outer skin or flux in various forms such as simple substances, compounds and alloys. In this embodiment, it is not specified in what form each component is added, and the origin of the raw material does not matter.
  • Cr has a role of adjusting the balance of the ferrite phase / austenite phase as a ferrite stabilizing element, and also has an action of improving the pitting corrosion resistance of the welded portion as an element of forming a passivation film. This effect can be sufficiently obtained by setting the Cr content to 16.0% by mass or more.
  • the Cr content is specified to be 16.0 to 22.0% by mass.
  • the Cr content is preferably 17.5% by mass or more, more preferably 18.5% by mass or more.
  • the Cr content is preferably 21.0% by mass or less, more preferably 20.0% by mass or less.
  • Ni has a role of adjusting the balance of the ferrite phase / austenite phase as an austenite stabilizing element, and is an effective element for improving the low temperature toughness of the welded portion. This effect can be sufficiently obtained by setting the Ni content to 6.0% by mass or more. On the other hand, by setting the Ni content to 11.0% by mass or less, it is possible to prevent the austenite phase in the weld metal from becoming excessive and the strength of the welded portion from being lowered. Therefore, the Ni content is specified to be 6.0 to 11.0% by mass. The Ni content is preferably 7.5% by mass or more, more preferably 8.0% by mass or more. The Ni content is preferably 10.0% by mass or less, more preferably 9.0% by mass or less.
  • Mn has a role of adjusting the balance of the ferrite phase / austenite phase as an austenite stabilizing element and also acts as a deoxidizing element. This effect can be sufficiently obtained by setting the Mn content to 0.7% by mass or more.
  • the Mn content is specified to be 0.7 to 2.6% by mass.
  • the Mn content is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more.
  • the Mn content is preferably 2.5% by mass or less.
  • Si 0.1 to 1.1% by mass> Si is added from stainless steel outer skin, metallic silicon, ferrosilicon, ferrosilicon manganese and the like, and has the effect of improving the bead shape and slag encapsulation.
  • Si content 0.1% by mass or more, the amount of slag formed by the deoxidizing reaction during welding is appropriate, and a good bead shape can be obtained.
  • the Si content is specified to be 0.1 to 1.1% by mass.
  • the Si content is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.7% by mass or more.
  • the Si content is preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.9% by mass or less.
  • Si is metallic Si, and the content thereof means the total content of Si contained in a simple substance and an alloy.
  • Zr is a strong deoxidizing element added from a stainless steel outer skin, metal Zr, Fe-Zr-Si, etc., and has an effect of increasing the toughness of the weld metal and improving the welding workability.
  • the flux-containing wire for stainless steel when the Bi content is less than 0.0020% by mass, the corrosion resistance is good, but the welding workability such as slag peeling property may be insufficient. Therefore, in the flux-containing wire according to the present embodiment, welding workability such as slag peelability is improved by adding metal Zr. This effect can be sufficiently obtained by setting the Zr content to 0.2% by mass or more.
  • the Zr content is specified to be 0.2 to 0.8% by mass.
  • the Zr content is preferably 0.3% by mass or more, more preferably 0.4% by mass or more.
  • the Zr content is preferably 0.7% by mass or less, more preferably 0.6% by mass or less.
  • Zr is a metal Zr, and the content thereof means the total content of Zr alone and Zr contained in an alloy.
  • Bi Less than 0.0020% by mass (including 0% by mass)>
  • Bi tends to be concentrated at the austenite grain boundaries, and the crack resistance is deteriorated.
  • Bi is contained in an amount of 0.0020% by mass or more, the corrosion resistance is lowered. Therefore, the Bi content is restricted to less than 0.0020% by mass. The smaller the Bi content, the more preferably, less than 0.0005% by mass, and 0% by mass (not included).
  • ⁇ Parameter A [Si] + 2 x [Zr]: 1.4 to 2.5>
  • the value of the parameter A is preferably 1.5 or more, more preferably 1.7 or more. 1.9 or more is more preferable.
  • the value of the parameter A is preferably 2.3 or less, more preferably 2.1 or less.
  • TiO 2 is the main component of the slag forming agent, has the effect of improving the covering of slag on the weld metal and improving the bead shape, accelerates the solidification of slag, and welds workability during vertical and upward welding. Has the effect of improving. Further, containing a predetermined amount of TiO 2 has an effect of stabilizing the arc. By setting the content of TiO 2 to 5.0% by mass or more, these effects can be sufficiently obtained, and good welding workability can be obtained.
  • the content of TiO 2 is specified to be 5.0 to 9.0% by mass.
  • the content of TiO 2 is preferably 6.0% by mass or more, more preferably 6.5% by mass or more.
  • the content of TiO 2 is preferably 8.0% by mass or less, more preferably 7.5% by mass or less.
  • TiO 2 means the TiO 2 conversion value of the Ti compound.
  • SiO 2 has an effect of improving the covering of slag on the weld metal and improving the bead shape, and also has an effect of improving the bead compatibility.
  • the content of SiO 2 is specified to be 0.1 to 2.0% by mass.
  • the content of SiO 2 is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.8% by mass or more.
  • the content of SiO 2 is preferably 1.5% by mass or less, more preferably 1.2% by mass or less.
  • SiO 2 means the SiO 2 conversion value of the Si compound, and is clearly distinguished from metallic Si.
  • ZrO 2 has the effect of accelerating the solidification of slag and improving the welding workability during vertical / upward welding.
  • the content of ZrO 2 is specified to be 0.5 to 3.0% by mass.
  • the content of ZrO 2 is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more.
  • the content of ZrO 2 is preferably 2.6% by mass or less, more preferably 2.1% by mass or less.
  • ZrO 2 means the ZrO 2 conversion value of the Zr compound, and is clearly distinguished from the metal Zr.
  • ⁇ Total of Na 2 O conversion value of alkali metal compound Na and K 2 O conversion value of K 0.1 to 3.0% by mass>
  • the Na compound and K compound which are alkali metal compounds, have the effect of stabilizing the arc and reducing the amount of spatter generated.
  • Alkali metal compounds may not be contained, but if they are contained, this action can be achieved by setting the total of the Na 2 O conversion value of Na and the K 2 O conversion value of K to 0.1% by mass or more. You can get enough.
  • by setting the total of the Na 2 O conversion value of Na and the K 2 O conversion value of K to 3.0% by mass or less, it is possible to suppress the bead shape defect due to the rapid solidification of the slag.
  • the total of the Na 2 O conversion value of Na and the K 2 O conversion value of K is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, still more preferably 1.0% by mass or more.
  • the total of the Na 2 O conversion value of Na and the K 2 O conversion value of K is preferably 3.0% by mass or less, more preferably 2.5% by mass or less, still more preferably 2.0% by mass or less.
  • the content of Na in terms of Na 2O is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, still more preferably 0.5% by mass or more.
  • the content of Na in terms of Na 2O is preferably 3.0% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, and further preferably 1.0% by mass or less.
  • the content of K in terms of K2O is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, still more preferably 0.5% by mass or more.
  • the content of K in terms of K2O is preferably 3.0% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass or less.
  • Metal fluoride has an action of adjusting the fluidity of slag and improves slag exfoliation property. It also has the effect of suppressing pore defects such as pits and blow holes. It is not necessary to contain metal fluoride, but if it is contained, these effects can be sufficiently obtained by setting the content of the fluorine-equivalent value of the metal fluoride to 0.01% by mass or more. , Good welding workability can be obtained. On the other hand, even if the content in terms of fluorine is more than 0.50% by mass, the effect of further improving the slag peelability and the pore defect resistance cannot be obtained.
  • the fluorine content of the metal fluoride is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.10% by mass or more, and further preferably 0.15% by mass or more.
  • the fluorine content of the metal fluoride is preferably 0.50% by mass or less, more preferably 0.35% by mass or less, still more preferably 0.25% by mass or less.
  • Examples of the component that can be contained as the metal fluoride include CaF 2 , BaF 2 , MgF 2 , LiF, NaF, KF and the like. Above all, it is preferable to contain NaF and KF from the viewpoint of improving arc stability.
  • Fe is the main component of the flux-cored wire. From the viewpoint of the amount of welding and the composition of other components, the Fe content is 45.0% by mass or more, preferably 50.0% by mass or more, and more preferably 55.0% by mass or more. The Fe content is 65.0% by mass or less, preferably 62.0% by mass or less, and more preferably 60.0% by mass or less.
  • the flux-containing wire according to the present embodiment preferably contains the above-mentioned Cr, Ni, Mn, Si, Zr, Fe, TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 and Bi in a total amount of 85% by mass or more, more preferably. Can be 88% by mass or more, more preferably 92% by mass or more, and particularly preferably 95% by mass or more.
  • the flux-cored wire according to this embodiment contains unavoidable impurities.
  • REM rare earth element
  • the flux ratio of the flux-cored wire is a value expressed by flux mass / total wire mass ⁇ 100 (%).
  • the flux ratio is not particularly limited, but when the flux-cored wire according to the present embodiment is used for the SUS304 stainless steel material, 23% by mass or more is preferable, and 24% by mass or more is more preferable from the viewpoint of ensuring mechanical performance in the weld metal. 25% by mass or more is more preferable. Further, from the viewpoint of ensuring welding workability, the flux ratio is preferably 29% by mass or less, more preferably 28% by mass or less, and further preferably 27% by mass or less.
  • the method for manufacturing the flux-cored wire according to the present embodiment is not particularly limited, but for example, it can be manufactured by the method shown below.
  • a steel strip constituting the steel outer skin is prepared, and the steel strip is formed by a forming roll while being fed in the longitudinal direction to form a U-shaped open pipe.
  • the steel outer skin is filled with a flux containing various raw materials so as to have a predetermined composition, and then processed so that the cross section becomes circular.
  • the wire is drawn by cold working to obtain a flux-cored wire having a desired wire diameter.
  • the wire diameter is not particularly limited, but is, for example, 1.2 mm to 1.6 mm. Annealing may be performed during cold working. Further, it is possible to adopt either a seamless wire in which the seams of the steel outer skin formed in the manufacturing process are welded and a wire in which the seams are not welded and are left as gaps.
  • a flux containing a raw material was appropriately filled in a steel outer skin, and the ratio of the flux to the total mass of the wire was 26% by mass to prepare a flux-containing wire having a wire diameter of 1.2 mm.
  • Table 1 shows the content (% by mass) of the chemical components in the flux-filled wires of Examples and Comparative Examples.
  • the metal fluoride means the content of the fluorine-converted value of the metal fluoride
  • the alkali metal compound is the total content of the Na 2 O-converted value of Na and the K 2 O-converted value of K. Means.
  • a steel plate having the composition shown in Table 2 is used as a base material, and horizontal fillet welding and vertical fillet welding are performed according to the test conditions shown in Table 3, and welding workability at that time is performed. Was evaluated.
  • the composition in Table 2 shows the main chemical components other than Fe.
  • the welding workability evaluation method is as shown below, and the evaluation results are shown in Table 4.
  • the evaluation criteria for arc stability are as follows, and ⁇ and ⁇ are acceptable. ⁇ : The arc was very stable. ⁇ : The arc was somewhat stable. X: The arc was unstable.
  • the evaluation criteria for the amount of spatter are as follows, and ⁇ and ⁇ are acceptable. ⁇ : Very little spatter. ⁇ : Spatter was slightly low. X: There was a lot of spatter.
  • the evaluation criteria for the amount of fume are as follows, and ⁇ and ⁇ are acceptable. ⁇ : The amount of fume was very small. ⁇ : The amount of fume was slightly small. ⁇ : The amount of fume was large.
  • the appearance of the bead was evaluated by visual inspection of the weld metal. The evaluation criteria are as follows, and ⁇ and ⁇ are acceptable. ⁇ : The bead appearance was good. ⁇ : The appearance of the bead was slightly good. X: The appearance of the bead was poor.
  • the bead shape was evaluated by visual inspection of the weld metal. The evaluation criteria are as follows, and ⁇ and ⁇ are acceptable. ⁇ : The bead shape was good. ⁇ : The bead shape was slightly good. X: The bead shape was defective.
  • the evaluation criteria for slag peeling are as follows, and ⁇ and ⁇ are acceptable. ⁇ : Slag peeling was good. ⁇ : Slag peeling was slightly good. X: Slag peeling was poor.
  • Familiarity and alignment were evaluated by visual inspection of the weld metal. The evaluation criteria are as follows, and ⁇ and ⁇ are acceptable. ⁇ : Familiarity and alignment were good. ⁇ : Familiarity and alignment were slightly good. ⁇ : Familiarity / alignment was poor.
  • a tensile test piece was prepared by full welding metal welding under the conditions shown in Table 5, and the test was performed according to AWS A5.22: 2012.
  • the 0.2% proof stress was evaluated as good when it was 350 MPa or more and less than 400 MPa, and particularly good when it was 400 MPa or more.
  • the tensile test was evaluated as good when it was 550 MPa or more and less than 600 MPa, and particularly good when it was 600 MPa or more.
  • the Charpy impact value was measured by preparing a V-notch test piece by full welding metal welding under the conditions shown in Table 5 and conducting a test at 0 ° C.
  • the values of ⁇ E at 0 ° C. were all 47 J or more, which were good.

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Abstract

良好な溶接作業性を有するステンレス溶接用のフラックス入りワイヤを提供する。鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、Ｃｒ：１６．０～２２．０質量％、Ｎｉ：６．０～１１．０質量％、Ｍｎ：０．７～２．６質量％、Ｓｉ：０．１～１．１質量％、Ｚｒ：０．２～０．８質量％、Ｆｅ：４５．０～６５．０質量％、ＴｉＯ２：５．０～９．０質量％、ＳｉＯ２：０．１～２．０質量％、及びＺｒＯ２：０．５～３．０質量％を含有し、Ｂｉ：０．００２０質量％未満（０質量％を含む）に規制され、Ａ＝［Ｓｉ］＋２×［Ｚｒ］で表されるパラメータＡの値が１．４～２．５を満たすフラックス入りワイヤ。

Description

フラックス入りワイヤ
　本発明は、フラックス入りワイヤに関する。
　従来、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４と同程度の高強度な溶接継手性が得られ、曲げ性が良好で、低温靱性が高く、且つ溶接作業性が良好な高強度ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する検討がなされている。
　例えば特許文献１では、オーステナイト系ステンレス鋼外皮の内部にフラックスが充填された高強度ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、Ｎｉ：８．０～１０．０％、Ｃｒ：１７．０～２２．０％、Ｔｉ：０．５～２．０％、Ｂｉ：０．１０％以下、弗化物：０．０５～０．７０％、スラグ剤の合計：５～１０％を含有し、その他は脱酸剤、Ｆｅおよび不可避不純物であり、脱酸剤成分により溶接金属中の酸素量が０．０７～０．２０質量％である高強度ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかしながら、特許文献１に開示されたフラックス入りワイヤでは、ワイヤ中にＢｉが０．０１～０．１０％添加されているため、溶接金属の耐高温割れ性、耐腐食性、低温靱性が劣る。
　Ｂｉを含有しないフラックス入りワイヤとして、例えば特許文献２には、Ｃ：０．００５～０．１０％、Ｓｉ：０．１～１．０％、Ｍｎ：０．５～４．５％、Ｎｉ：７～１２％、Ｃｒ：１８～２５％、Ｍｏ：０．０１～１．０％、Ｔｉ：０．１～０．５％、Ｎ：０．１～０．３％、Ｎｂ：０．０５％以下を含有し、フラックスに、ＴｉＯ２：４．５～７．５％、ＳｉＯ２：０．２～１．８％、ＺｒＯ２：０．０１～０．１０％、Ａｌ２Ｏ３：０．０１～０．２０％、Ｎａ化合物のＮａ２Ｏ換算値およびＫ化合物のＫ２Ｏ換算値の１種または２種：０．０１～０．２０％、弗素化合物のＦ換算値：０．１～１．０％を含有し、残部は、Ｆｅおよび不可避不純物からなるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
日本国特開２００７－１６０３１４号公報 日本国特開２０１５－１３９８０７号公報
　しかしながら、特許文献２に記載のフラックス入りワイヤは、Ｂｉを含有していないためスラグ剥離性などの溶接作業性が不足する場合があり、特に、固定管等の継手の溶接施工に対し溶接作業性の点で改良が求められている。
　本発明は上述した状況に鑑みてなされたものであり、良好な溶接作業性を有するステンレス溶接用の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、Ｂｉの含有量が規制されたステンレス鋼用のフラックス入りワイヤについて鋭意検討した結果、特定の金属成分を添加するとともにその含有量を制御することにより、良好な作業性を実現できることを見出した。
　すなわち、本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、
　ワイヤ全質量あたり、
　Ｃｒ：１６．０～２２．０質量％、
　Ｎｉ：６．０～１１．０質量％、
　Ｍｎ：０．７～２．６質量％、
　Ｓｉ：０．１～１．１質量％、
　Ｚｒ：０．２～０．８質量％、
　Ｆｅ：４５．０～６５．０質量％、
　ＴｉＯ２：５．０～９．０質量％、
　ＳｉＯ２：０．１～２．０質量％、及び
　ＺｒＯ２：０．５～３．０質量％を含有し、
　Ｂｉ：０．００２０質量％未満（０質量％を含む）に規制され、
　質量％表示での、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］、Ｚｒの含有量を［Ｚｒ］とした場合、Ａ＝［Ｓｉ］＋２×［Ｚｒ］で表されるパラメータＡの値が１．４～２．５を満たすことを特徴とする。
　上記フラックス入りワイヤは、フラックス率が２３～２９質量％であることが好ましい。
　上記フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、
　前記Ｓｉ：０．５～１．１質量％、及び
　前記Ｚｒ：０．３～０．７質量％を含有し、
　前記パラメータＡの値が１．４～２．３を満たすことが好ましい。
　上記フラックス入りワイヤは、さらにアルカリ金属化合物及び金属フッ化物を含有し、
　前記アルカリ金属化合物は、ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計の含有量が、ワイヤ全質量あたり０．１～３．０質量％であり、
　前記金属フッ化物は、フッ素換算値の含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０１～０．５０質量％であることが好ましい。
　本発明によれば、良好な溶接作業性を有するステンレス溶接用のフラックス入りワイヤを提供することができる。
　以下、本発明の実施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く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
［フラックス入りワイヤ］
　本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであり、以下の組成を満たすものである。
　ワイヤ全質量あたり、
　Ｃｒ：１６．０～２２．０質量％、
　Ｎｉ：６．０～１１．０質量％、
　Ｍｎ：０．７～２．６質量％、
　Ｓｉ：０．１～１．１質量％、
　Ｚｒ：０．２～０．８質量％、
　Ｆｅ：４５．０～６５．０質量％、
　ＴｉＯ２：５．０～９．０質量％、
　ＳｉＯ２：０．１～２．０質量％、及び
　ＺｒＯ２：０．５～３．０質量％を含有し、
　Ｂｉ：０．００２０質量％未満（０質量％を含む）に規制され、
　質量％表示での、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］、Ｚｒの含有量を［Ｚｒ］とした場合、Ａ＝［Ｓｉ］＋２×［Ｚｒ］で表されるパラメータＡの値が１．４～２．５を満たすものである。
　なお、フラックス入りワイヤとは、鋼製外皮内にフラックスが充填されたものである。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、重ね断面等のように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Ｃｕなどのメッキなどが施されていても、施されていなくてもよい。
（成分組成）
　以下に本実施形態に係るフラックス入りワイヤの各成分の含有量について説明する。所要の特性を有する溶接金属を得るための各成分は、鋼製外皮、充填フラックスのいずれから添加されていてもよい。したがって、以下の説明において特に断りのない限り、フラックス入りワイヤ中の各成分の含有量は、鋼製外皮中及びフラックス中に含有される成分の合計量を、ワイヤ全質量とした値で規定される。
　また、以下に示す成分は、単体、化合物及び合金等の種々の形態で、鋼製外皮中やフラックス中に添加される。本実施形態においては、どのような形態で各成分が添加されているかを特定するものではなく、原料の由来は問わない。
＜Ｃｒ：１６．０～２２．０質量％＞
　Ｃｒは、フェライト安定化元素としてフェライト相／オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、不動態被膜の形成元素として溶接部の耐孔食性を向上させる作用を有する。Ｃｒの含有量を１６．０質量％以上とすることにより、この作用を十分に得ることができる。一方、Ｃｒの含有量を２２．０質量％以下とすることにより、金属間化合物であるσ相が析出し溶接部の低温靱性が低下することを抑制できる。このため、Ｃｒの含有量を１６．０～２２．０質量％に規定する。Ｃｒの含有量は１７．５質量％以上が好ましく、１８．５質量％以上がより好ましい。また、Ｃｒの含有量は２１．０質量％以下が好ましく、２０．０質量％以下がより好ましい。
＜Ｎｉ：６．０～１１．０質量％＞
　Ｎｉは、オーステナイト安定化元素としてフェライト相／オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、溶接部の低温靱性向上に有効な元素である。Ｎｉの含有量を６．０質量％以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Ｎｉの含有量を１１．０質量％以下とすることにより、溶接金属中のオーステナイト相が過多となり溶接部の強度が低下することを抑制できる。このため、Ｎｉの含有量を６．０～１１．０質量％に規定する。Ｎｉの含有量は７．５質量％以上が好ましく、８．０質量％以上がより好ましい。また、Ｎｉの含有量は１０．０質量％以下が好ましく、９．０質量％以下がより好ましい。
＜Ｍｎ：０．７～２．６質量％＞
　Ｍｎは、オーステナイト安定化元素としてフェライト相／オーステナイト相のバランスを調整する役割があると共に、脱酸元素として作用する。Ｍｎの含有量を０．７質量％以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Ｍｎの含有量を２．６質量％以下とすることにより、ＭｎＳ形成による溶接部の低温靱性低下を抑制できる。このため、Ｍｎの含有量を０．７～２．６質量％に規定する。Ｍｎの含有量は１．０質量％以上が好ましく、１．５質量％以上がより好ましい。また、Ｍｎの含有量は２．５質量％以下が好ましい。
＜Ｓｉ：０．１～１．１質量％＞
　Ｓｉは、ステンレス鋼外皮、金属シリコン、フェロシリコンおよびフェロシリコンマンガン等から添加され、ビード形状やスラグ被包性を改善する効果を有する。Ｓｉの含有量を０．１質量％以上とすることにより、溶接時の脱酸反応によって形成されるスラグ量を適正とし、良好なビード形状が得られる。一方、Ｓｉの含有量を１．１質量％以下とすることにより、スラグ量が過多となってスラグ被包性が悪くなるのを防ぐことができる。このため、Ｓｉの含有量を０．１～１．１質量％に規定する。Ｓｉの含有量は０．５質量％以上が好ましく、０．７質量％以上がより好ましい。また、Ｓｉの含有量は１．０質量％以下が好ましく、０．９質量％以下がより好ましい。なお、Ｓｉとは金属Ｓｉであり、その含有量とは、Ｓｉ単体と合金中に含まれるＳｉの合計の含有量を意味する。
＜Ｚｒ：０．２～０．８質量％＞
　Ｚｒは、ステンレス鋼外皮、金属Ｚｒ及びＦｅ－Ｚｒ－Ｓｉ等から添加され、強力な脱酸元素であり、溶接金属の靱性を高めると共に、溶接作業性を改善する効果を有する。ステンレス鋼用のフラックス入りワイヤでは、Ｂｉの含有量が０．００２０質量％未満の場合、耐食性は良好であるものの、スラグ剥離性などの溶接作業性が不足することがある。このため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、金属Ｚｒを添加することによりスラグ剥離性などの溶接作業性を向上させているのである。Ｚｒの含有量を０．２質量％以上とすることにより、この効果を十分に得ることができる。一方、Ｚｒの含有量を０．８質量％以下とすることにより、析出効果による強度過多に伴う靱性低下を抑制し、良好なスラグ剥離性を得ることができる。このため、Ｚｒの含有量を０．２～０．８質量％に規定する。Ｚｒの含有量は０．３質量％以上が好ましく、０．４質量％以上がより好ましい。また、Ｚｒの含有量は０．７質量％以下が好ましく、０．６質量％以下がより好ましい。なお、Ｚｒとは金属Ｚｒであり、その含有量とは、Ｚｒ単体と合金中に含まれるＺｒの合計の含有量を意味する。
＜Ｂｉ：０．００２０質量％未満（０質量％を含む）＞
　Ｂｉは、溶接部が高温に長時間保持された場合、オーステナイト粒界にＢｉが濃化しやすく、耐割れ性を悪化させる。また、Ｂｉを０．００２０質量％以上含有する場合、耐食性が低下する。そのため、Ｂｉの含有量は０．００２０質量％未満に規制する。Ｂｉの含有量は少ないほど好ましく、０．０００５質量％未満が好ましく、０質量％（含まない）であってもよい。
＜パラメータＡ＝［Ｓｉ］＋２×［Ｚｒ］：１．４～２．５＞
　本発明者らは、各成分の含有量が上記範囲を満たすことで、良好な低温靱性と溶接作業性を達成できるが、さらに良好な低温靱性と溶接作業性を達成するためには、各成分の含有量に加えて、ＳｉとＺｒの含有量の関係も重要であることを見出した。Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］、Ｚｒの含有量を［Ｚｒ］とした場合に、Ａ＝［Ｓｉ］＋２×［Ｚｒ］で表されるパラメータＡの値を１．４以上とすることにより、これらの効果を十分に得ることができる。また、パラメータＡの値を２．５以下とすることにより、焼入れ性過多による低温靱性の劣化やスラグ剥離性の低下を抑制することができる。さらに、立向溶接ビードをフラットにし、スラグ剥離性を向上させ、固定管溶接施工における良好な溶接ビードを得る観点から、パラメータＡの値は１．５以上が好ましく、１．７以上がより好ましく、１．９以上がさらに好ましい。また、パラメータＡの値は２．３以下が好ましく、２．１以下がより好ましい。
＜ＴｉＯ２：５．０～９．０質量％＞
　ＴｉＯ２はスラグ形成剤の主成分であり、溶接金属へのスラグの被りを向上させビード形状を良好にする作用を有するとともに、スラグの凝固を早め、立向・上向溶接時の溶接作業性を向上させる効果がある。また、ＴｉＯ２を所定量含有することは、アークを安定化する効果を有する。ＴｉＯ２の含有量を５．０質量％以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、ＴｉＯ２の含有量を９．０質量％以下とすることにより、溶接時にスラグが硬化して剥離性が低下するのを抑制し、耐気孔欠陥性の低下を抑制する。このため、ＴｉＯ２の含有量を５．０～９．０質量％に規定する。ＴｉＯ２の含有量は６．０質量％以上が好ましく、６．５質量％以上がより好ましい。また、ＴｉＯ２の含有量は８．０質量％以下が好ましく、７．５質量％以下がより好ましい。なお、ＴｉＯ２は、Ｔｉ化合物のＴｉＯ２換算値を意味する。
＜ＳｉＯ２：０．１～２．０質量％＞
　ＳｉＯ２は、溶接金属へのスラグの被りを向上させビード形状を良好にする作用を有するとともに、ビードなじみ性を向上させる効果がある。ＳｉＯ２の含有量を０．１質量％以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、ＳｉＯ２の含有量を２．０質量％以下とすることにより、スラグが硬化して剥離性が著しく低下するのを抑制できる。このため、ＳｉＯ２の含有量を０．１～２．０質量％に規定する。ＳｉＯ２の含有量は０．５質量％以上が好ましく、０．８質量％以上がより好ましい。また、ＳｉＯ２の含有量は１．５質量％以下が好ましく、１．２質量％以下がより好ましい。なお、ＳｉＯ２は、Ｓｉ化合物のＳｉＯ２換算値を意味し、金属Ｓｉとは明確に区別される。
＜ＺｒＯ２：０．５～３．０質量％＞
　ＺｒＯ２は、スラグの凝固を早め、立向・上向溶接時の溶接作業性を向上させる効果がある。ＺｒＯ２の含有量を０．５質量％以上とすることにより、この作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、ＺｒＯ２の含有量を３．０質量％以下とすることにより、スラグ剥離性の低下を抑制できる。このため、ＺｒＯ２の含有量を０．５～３．０質量％に規定する。ＺｒＯ２の含有量は１．０質量％以上が好ましく、１．５質量％以上がより好ましい。また、ＺｒＯ２の含有量は２．６質量％以下が好ましく、２．１質量％以下がより好ましい。なお、ＺｒＯ２は、Ｚｒ化合物のＺｒＯ２換算値を意味し、金属Ｚｒとは明確に区別される。
＜アルカリ金属化合物　ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計：０．１～３．０質量％＞
　アルカリ金属化合物であるＮａ化合物及びＫ化合物は、アークを安定にしてスパッタ発生量を低減する効果がある。アルカリ金属化合物は含有しなくてもよいが、含有する場合には、ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計を０．１質量％以上とすることにより、この作用を十分に得ることができる。一方、ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計を３．０質量％以下とすることにより、スラグの凝固が早くなることに伴うビード形状不良を抑制できる。したがって、ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計は０．１質量％以上が好ましく、０．５質量％以上がより好ましく、１．０質量％以上がさらに好ましい。また、ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計は３．０質量％以下が好ましく、２．５質量％以下がより好ましく、２．０質量％以下がさらに好ましい。
　ＮａのＮａ２Ｏ換算値の含有量は０．１質量％以上が好ましく、０．３質量％以上がより好ましく、０．５質量％以上がさらに好ましい。また、ＮａのＮａ２Ｏ換算値の含有量は３．０質量％以下が好ましく、１．５質量％以下がより好ましく、１．０質量％以下がさらに好ましい。
　ＫのＫ２Ｏ換算値の含有量は０．１質量％以上が好ましく、０．３質量％以上がより好ましく、０．５質量％以上がさらに好ましい。また、ＫのＫ２Ｏ換算値の含有量は３．０質量％以下が好ましく、１．５質量％以下がより好ましく、１．０質量％以下がさらに好ましい。
＜金属フッ化物　フッ素換算値：０．０１～０．５０質量％＞
　金属フッ化物は、スラグの流動性を調整する作用があると共に、スラグ剥離性を向上させる。また、ピット・ブローホール等の気孔欠陥を抑制させる作用を有する。金属フッ化物は含有しなくてもよいが、含有する場合には、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量を０．０１質量％以上とすることにより、これらの作用を十分に得ることができ、良好な溶接作業性が得られる。一方、フッ素換算値の含有量を０．５０質量％超としても、さらなるスラグ剥離性改善や、耐気孔欠陥性改善の効果は得られない。また、フッ素換算値の含有量を０．５０質量％以下とすることにより、スラグの流動性が過大となるのを抑制し、立向・上向溶接を行いやすくすると共に、ヒューム発生量が過大となるのを防ぎ、良好なアーク安定性が得られる。したがって、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量は、０．０１質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．１５質量％以上がさらに好ましい。また、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量は０．５０質量％以下が好ましく、０．３５質量％以下がより好ましく、０．２５質量％以下がさらに好ましい。
　なお、金属フッ化物として含まれ得る成分としては、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ等が挙げられる。中でも、アーク安定性向上の点からＮａＦ、ＫＦを含有することが好ましい。
＜Ｆｅ：４５．０～６５．０質量％＞
　Ｆｅはフラックス入りワイヤの主成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、Ｆｅの含有量は４５．０質量％以上であり、５０．０質量％以上が好ましく、５５．０質量％以上がより好ましい。また、Ｆｅの含有量は６５．０質量％以下であり、６２．０質量％以下が好ましく、６０．０質量％以下がより好ましい。
　本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上述したＣｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２およびＢｉを、合計で８５質量％以上含有することが好ましく、より好ましくは８８質量％以上、さらに好ましくは９２質量％以上、特に好ましくは９５質量％以上とすることができる。
＜その他の成分＞
　本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、不可避不純物が含まれる。その他の成分として、必要に応じて、Ａｌ≦０．０１０質量％、Ｔａ≦０．０１０質量％、Ｗ≦０．０１０質量％、Ｓｎ≦０．０１０質量％、Ｍｇ≦０．０１０質量％、希土類元素（ＲＥＭ）≦０．０１０質量％などを含有してもよい。また、これら成分は、本発明の効果を損なわない範囲において、積極的に添加してもよい。
（フラックス率：２３～２９質量％）
　フラックス入りワイヤのフラックス率とは、フラックス質量／ワイヤ全質量×１００（％）で表される値である。
　フラックス率は特に限定されないが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤをＳＵＳ３０４ステンレス鋼材に用いる場合には、溶接金属における機械性能確保の点から２３質量％以上が好ましく、２４質量％以上がより好ましく、２５質量％以上がさらに好ましい。また、溶接作業性確保の点から、フラックス率は２９質量％以下が好ましく、２８質量％以下がより好ましく、２７質量％以下がさらに好ましい。
［フラックス入りワイヤの製造方法］
　本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。
　まず、鋼製外皮を構成する鋼帯を準備し、この鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールにより成形して、Ｕ字状のオープン管にする。次に、所定の成分組成となるように、各種原料を配合したフラックスを鋼製外皮に充填し、その後、断面が円形になるように加工する。その後、冷間加工により伸線し、所望するワイヤ径のフラックス入りワイヤとする。
　ワイヤ径は特に限定されるものではないが、例えば１．２ｍｍ～１．６ｍｍである。
　なお、冷間加工途中に焼鈍を施してもよい。また、製造の過程で成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継ぎ目が無いワイヤと、前記合わせ目を溶接せず隙間のまま残すワイヤのいずれの構造も採用することができる。
　以下、実施例および比較例を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　原料を適宜配合したフラックスを、鋼製外皮中に充填し、ワイヤ全質量に対するフラックスの割合が２６質量％となるようにして、ワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作製した。
　下記表１に、実施例及び比較例のフラックス入りワイヤ中の化学成分の含有量（質量％）を示す。表１中、金属フッ化物とは、金属フッ化物のフッ素換算値の含有量を意味し、アルカリ金属化合物とは、ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計の含有量を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　得られたフラックス入りワイヤを用いて、表２に示す組成の鋼板を母材として用い、表３に示す試験条件によって水平すみ肉溶接及び立向上進すみ肉溶接を行い、その際の溶接作業性の評価を行った。なお、表２の組成は、Ｆｅ以外の主な化学成分を示したものである。
　溶接作業性の評価方法は下記に示すとおりであり、評価結果を表４に示す。
　アーク安定性の評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
　○：アークが非常に安定であった。
　△：アークがやや安定であった。
　×：アークが不安定であった。
　スパッタ量の評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
　○：スパッタが非常に少なかった。
　△：スパッタがやや少なかった。
　×：スパッタが多かった。
　ヒューム量の評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
　○：ヒューム量が非常に少なかった。
　△：ヒューム量がやや少なかった。
　×：ヒューム量が多かった。
　ビード外観は、溶接金属の目視により評価を行った。評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
　○：ビード外観が良好であった。
　△：ビード外観がやや良好であった。
　×：ビード外観が不良であった。
　ビード形状は、溶接金属の目視により評価を行った。評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
　○：ビード形状が良好であった。
　△：ビード形状がやや良好であった。
　×：ビード形状が不良であった。
　スラグ剥離の評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
　○：スラグ剥離が良好であった。
　△：スラグ剥離がやや良好であった。
　×：スラグ剥離が不良であった。
　なじみ・揃いは、溶接金属の目視により評価を行った。評価基準は下記のとおりであり、○及び△が合格である。
　○：なじみ・揃いが良好であった。
　△：なじみ・揃いがやや良好であった。
　×：なじみ・揃いが不良であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　上記結果から、水平すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接のいずれにおいても、Ｚｒを含まない比較例１及び２に対し、実施例１～４はいずれもスラグ剥離性が良好な結果となった。立向上進すみ肉溶接においては、さらにビード外観及びビード形状も優れる結果となった。
　また、ＺｒやＳｉを所定量含有していても、［Ｓｉ］＋２×［Ｚｒ］で表されるパラメータＡの値が１．４未満である比較例３は、立向上進すみ肉溶接においてビード形状が不良となるが、実施例１～４はいずれもビード形状も良好であった。
　得られたフラックス入りワイヤを用いて、表５に示す試験条件によって下向溶接を行い、得られた溶接金属に対して、機械的性質の評価として、０．２％耐力、引張強さ、及び熱応力についての試験を行った。
　機械的性質の評価方法は下記に示すとおりであり、評価結果を表６に示す。
　０．２％耐力、引張強さは、表５に示す条件の全溶着金属溶接により引張試験片を作製し、ＡＷＳ　Ａ５．２２：２０１２に準じて試験を行った。０．２％耐力は、３５０ＭＰａ以上４００ＭＰａ未満の場合は良好、４００ＭＰａ以上の場合は特に良好と評価した。引張試験は、５５０ＭＰａ以上６００ＭＰａ未満の場合は良好、６００ＭＰａ以上の場合は特に良好と評価した。
　シャルピー衝撃値は表５に示す条件の全溶着金属溶接によりＶノッチ試験片を作製して、０℃で試験を行うことにより測定した。０℃におけるνＥの値はいずれも４７Ｊ以上であり、良好であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　以上の結果から、実施例１～４のフラックス入りワイヤは、得られる溶接金属が求められる機械的性質を満たしつつ、溶接作業性も非常に良好であることが分かった。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０２０年９月７日出願の日本特許出願（特願２０２０－１５００４８）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

Claims (5)

  1. 　鋼製外皮にフラックスが充填されたアーク溶接用のフラックス入りワイヤであって、
    　ワイヤ全質量あたり、
    　Ｃｒ：１６．０～２２．０質量％、
    　Ｎｉ：６．０～１１．０質量％、
    　Ｍｎ：０．７～２．６質量％、
    　Ｓｉ：０．１～１．１質量％、
    　Ｚｒ：０．２～０．８質量％、
    　Ｆｅ：４５．０～６５．０質量％、
    　ＴｉＯ２：５．０～９．０質量％、
    　ＳｉＯ２：０．１～２．０質量％、及び
    　ＺｒＯ２：０．５～３．０質量％を含有し、
    　Ｂｉ：０．００２０質量％未満（０質量％を含む）に規制され、
    　質量％表示での、Ｓｉの含有量を［Ｓｉ］、Ｚｒの含有量を［Ｚｒ］とした場合、Ａ＝［Ｓｉ］＋２×［Ｚｒ］で表されるパラメータＡの値が１．４～２．５を満たすフラックス入りワイヤ。
  2. 　フラックス率が２３～２９質量％である、請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
  3. 　ワイヤ全質量あたり、
    　前記Ｓｉ：０．５～１．１質量％、及び
    　前記Ｚｒ：０．３～０．７質量％を含有し、
    　前記パラメータＡの値が１．４～２．３を満たす、請求項１又は２に記載のフラックス入りワイヤ。
  4. 　さらにアルカリ金属化合物及び金属フッ化物を含有し、
    　前記アルカリ金属化合物は、ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計の含有量が、ワイヤ全質量あたり０．１～３．０質量％であり、
    　前記金属フッ化物は、フッ素換算値の含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０１～０．５０質量％である、請求項１又は２に記載のフラックス入りワイヤ。
  5. 　さらにアルカリ金属化合物及び金属フッ化物を含有し、
    　前記アルカリ金属化合物は、ＮａのＮａ２Ｏ換算値とＫのＫ２Ｏ換算値の合計の含有量が、ワイヤ全質量あたり０．１～３．０質量％であり、
    　前記金属フッ化物は、フッ素換算値の含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０１～０．５０質量％である、請求項３に記載のフラックス入りワイヤ。
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