(57)【要約】【課題】−４０℃を下回る低温においても低温靱性に優れる溶接金属を、溶接欠陥が生じることなく、また、良好な溶接作業性で得ることができる２相ステンレス鋼フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】Ａｌ、Ｍｇ、希土類元素、Ｃａ、Ｚｒ、及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の強脱酸元素と、金属酸化物および金属フッ化物を含むスラグ形成剤とを含有し、全質量あたりＮｉを８．００〜１０．５０質量％、Ｎを０．２０〜０．４０質量％、強脱酸元素を合計で０．５０〜２．００質量％、及び金属フッ化物をフッ素換算値で１．３０〜３．３０質量％含有し、全質量あたりのＮｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎが、２０≦Ｎｉ／Ｎ≦４０を満足する２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２相ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に用いる２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤであって、
Ａｌ、Ｍｇ、希土類元素、Ｃａ、Ｚｒ、及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の強脱酸元素と、金属酸化物および金属フッ化物を含むスラグ形成剤とを含有し、
前記２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり
Ｎｉを８．００〜１０．５０質量％、
Ｎを０．２０〜０．４０質量％、
前記強脱酸元素を合計で０．５０〜２．００質量％、及び
前記金属フッ化物をフッ素換算値で１．３０〜３．３０質量％含有し、
前記２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたりのＮｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎが、２０≦Ｎｉ／Ｎ≦４０を満足する２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
前記２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり
Ｃを０．００５〜０．０２０質量％、
Ｓｉを０．１０〜１．００質量％、
Ｍｎを０．４０〜１．００質量％、
Ｃｒを２１．０〜２５．０質量％、及び
Ｍｏを２．５０〜４．５０質量％
からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含有する請求項１に記載の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
前記２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり
Ｐを０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｓを０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、
Ａｌを０．７００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｍｇを１．００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃａを１．０００質量％以下（０質量％を含む）、
希土類元素を合計で１．０００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃｕを１．００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｌｉを０．５００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｎａを０．５００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｋを０．５００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｚｒを０．５０質量％以下（０質量％を含む）、及び
Ｔｉを０．５０質量％以下（０質量％を含む）
からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含有する請求項１または２に記載の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項５】
前記金属フッ化物は、ＢａＦ２のみ、または、ＢａＦ２と、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＳｒＦ２からなる群より選ばれる少なくとも１種とからなり、前記２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり前記ＢａＦ２を５．５０〜１５．００質量％含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項６】
前記金属酸化物の含有量は、前記２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり２．５０質量％以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項７】
前記強脱酸元素および前記スラグ形成剤はフラックスに含有され、前記２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤのフラックス充填率が２０〜４０質量％である請求項１〜６のいずれか１項に記載の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の２相ステンレス鋼溶接用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であって、前記２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ側の極性がマイナス、母材側の極性がプラスとなる正極性とし、シールドガス雰囲気中で溶接を行うガスシールドアーク溶接方法。
【請求項９】
前記シールドガスがＡｒを９０体積％以上含有する請求項８に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項１０】
前記シールドガスがＡｒとＯ２との混合ガスである請求項９に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項１１】
前記シールドガスがＡｒとＣＯ２との混合ガスである請求項９に記載のガスシールドアーク溶接方法。
【請求項１２】
溶接金属全質量あたり
Ｃを０．０１０〜０．０５０質量％、
Ｓｉを０．１０〜１．００質量％、
Ｍｎを０．４０〜１．４０質量％、
Ｐを０．０３０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｓを０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃｒを２４．０〜２７．０質量％、
Ｎｉを８．００〜１２．００質量％、
Ｎを０．２０〜０．３０質量％、
Ｍｏを２．５０〜４．５０質量％、
Ａｌを０．４００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｍｇを０．３０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃａを０．２００質量％以下（０質量％を含む）、
希土類元素を合計で０．２００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃｕを１．００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｚｒを０．２０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｔｉを０．２０質量％以下（０質量％を含む）、及び
Ｏを０．０３０質量％以下（０質量％を含む）含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
含有する円相当直径が４μｍ以上である介在物の個数密度が３３０個／ｍｍ２以下である溶接金属。
【請求項１３】
前記溶接金属全質量あたりのＮｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎが、２５≦Ｎｉ／Ｎ≦５０を満足する請求項１２に記載の溶接金属。
【請求項１４】
含有する円相当直径が１．２μｍ以上である介在物の個数密度が５００個／ｍｍ２以下であり、かつ円相当直径が４μｍ以上である介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以下である請求項１２または１３に記載の溶接金属。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ、当該フラックス入りワイヤを用いた溶接方法および当該溶接方法によって作製される溶接金属に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェライト（α）とオーステナイト（γ）が微細に混在した組織を有する２相ステンレス鋼は、耐食性、強度、低温靱性、疲労強度等に優れていることから、化学プラント機器、石油または天然ガスの掘削用油井管、ケミカルタンカー、海洋構造物、橋梁等、様々な分野で用いられている。しかしながら、これらの溶接部（溶接金属）は溶接時の溶接材料、施工条件および溶接条件によって、その性能が大きく変わってしまうため、従来、溶接に係る材料や条件の選定には注意が必要であった。
【０００３】
特に海洋構造物は高い低温靱性が要求されることから、純Ａｒガスを用いたＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接によって、介在物を極力少なくした清浄度の高い溶接金属を得ることで高い低温靱性を確保していた。しかしながら、ＴＩＧ溶接では能率性が悪いという問題があり、より能率性の高いＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｇａｓ）溶接の適用が望まれるが、ＭＡＧ溶接ではその清浄度の低さから低温靱性が確保し難いという課題があった。
【０００４】
上記課題に対し、特許文献１では、２相ステンレス鋼向けアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いたＭＡＧ溶接において、ワイヤ全質量あたりのＴｉ量、Ａｌ量および両者の関係を適切に制御することにより溶接金属中に残留する非金属介在物の組成を改質し、１．５μｍ以上の粗大介在物の個数密度を低下させることで、優れた低温靱性、耐孔食性および耐気孔性を得ることができることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、２相ステンレス鋼向けアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いたＭＡＧ溶接において、ワイヤに適正な範囲でＮ、Ｃｒ及びＭｏを含有させた上で、Ｂｉ２Ｏ３の含有量を規制し、さらに希土類元素成分を適量添加することで、２相ステンレス鋼等の溶接部において、優れた耐孔食性を維持しながら、より高い低温靱性を得ることができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−１４８８２１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２５８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、特許文献１に記載の発明は１．５μｍ以上の粗大介在物に着目し、その個数密度を低下せしめたものである。しかしながら、１．５μｍを下回る介在物であっても、例えばその介在物が連結している場合や、集合している場合等には、粗大介在物と同じく、低温靱性を劣化させる要因となる。
よって、溶接金属の低温靱性をより安定かつ向上させるためには、溶接金属に含まれる介在物を大きさに関わらず減少させ、溶接金属の清浄度を高める必要がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の発明では、ワイヤに希土類元素成分を適量添加し、溶接金属の組織を微細化することによって、溶接金属の低温靱性を向上させているが、清浄度については着目されていない。また、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２等を必須として、相当量の酸化物をワイヤに添加していることから、得られる溶接金属中には酸化物が介在物として残留する可能性が高い。
したがって、引用文献２では−４０℃で低温靱性を評価しているが、それを下回る温度においては低温靱性の要求を満たすことは困難であると考えられる。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、２相ステンレス鋼の溶接において、溶接割れと言ったような溶接欠陥が生じること無く、−４０℃を下回る厳しい環境においても良好な低温靱性を有する溶接金属を、良好な溶接作業性で得ることができる２相ステンレス鋼フラックス入りワイヤ、当該ワイヤを用いた溶接方法、および当該溶接方法によって作製された溶接金属を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する本発明の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤは、２相ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に用いる２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤであって、Ａｌ、Ｍｇ、希土類元素、Ｃａ、Ｚｒ、及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の強脱酸元素と、金属酸化物および金属フッ化物を含むスラグ形成剤とを含有し、２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり
Ｎｉを８．００〜１０．５０質量％、
Ｎを０．２０〜０．４０質量％、
強脱酸元素を合計で０．５０〜２．００質量％、及び
金属フッ化物をフッ素換算値で１．３０〜３．３０質量％含有し、
２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたりのＮｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎが、２０≦Ｎｉ／Ｎ≦４０を満足する。
【００１１】
本発明の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの一態様は、２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり
Ｃを０．００５〜０．０２０質量％、
Ｓｉを０．１０〜１．００質量％、
Ｍｎを０．４０〜１．００質量％、
Ｃｒを２１．０〜２５．０質量％、及び
Ｍｏを２．５０〜４．５０質量％
からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含有してもよい。
【００１２】
本発明の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの一態様は、２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり
Ｐを０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｓを０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、
Ａｌを０．７００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｍｇを１．００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃａを１．０００質量％以下（０質量％を含む）、
希土類元素を合計で１．０００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃｕを１．００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｌｉを０．５００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｎａを０．５００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｋを０．５００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｚｒを０．５０質量％以下（０質量％を含む）、及び
Ｔｉを０．５０質量％以下（０質量％を含む）
からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含有してもよい。
【００１３】
本発明の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの一態様は、残部がＦｅおよび不可避不純物からなってもよい。
【００１４】
本発明の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの一態様において、金属フッ化物は、ＢａＦ２のみ、または、ＢａＦ２と、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＳｒＦ２からなる群より選ばれる少なくとも１種とからなり、２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたりＢａＦ２を５．５０〜１５．００質量％含有してもよい。
【００１５】
本発明の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの一態様において、金属酸化物の含有量は、２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ全質量あたり２．５０質量％以下であってもよい。
【００１６】
本発明の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの一態様において、強脱酸元素およびスラグ形成剤はフラックスに含有され、２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤのフラックス充填率が２０〜４０質量％であってもよい。
【００１７】
また、本発明の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いた本発明のガスシールドアーク溶接方法は、２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ側の極性がマイナス、母材側の極性がプラスとなる正極性とし、シールドガス雰囲気中で溶接を行う。
【００１８】
本発明のガスシールドアーク溶接方法の一態様において、シールドガスはＡｒを９０体積％以上含有してもよい。
【００１９】
本発明のガスシールドアーク溶接方法の一態様において、シールドガスはＡｒとＯ２との混合ガスであってもよい。
【００２０】
本発明のガスシールドアーク溶接方法の一態様において、シールドガスはＡｒとＣＯ２との混合ガスであってもよい。
【００２１】
また、本発明の溶接金属は、溶接金属全質量あたり
Ｃを０．０１０〜０．０５０質量％、
Ｓｉを０．１０〜１．００質量％、
Ｍｎを０．４０〜１．４０質量％、
Ｐを０．０３０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｓを０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃｒを２４．０〜２７．０質量％、
Ｎｉを８．００〜１２．００質量％、
Ｎを０．２０〜０．３０質量％、
Ｍｏを２．５０〜４．５０質量％、
Ａｌを０．４００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｍｇを０．３０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃａを０．２００質量％以下（０質量％を含む）、
希土類元素を合計で０．２００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｃｕを１．００質量％以下（０質量％を含む）、
Ｚｒを０．２０質量％以下（０質量％を含む）、
Ｔｉを０．２０質量％以下（０質量％を含む）、及び
Ｏを０．０３０質量％以下（０質量％を含む）含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
含有する円相当直径が４μｍ以上である介在物の個数密度が３３０個／ｍｍ２以下である。
【００２２】
本発明の溶接金属の一態様において、溶接金属全質量あたりのＮｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎが、２５≦Ｎｉ／Ｎ≦５０を満足してもよい。
【００２３】
本発明の溶接金属の一態様において、含有する円相当直径が１．２μｍ以上である介在物の個数密度が５００個／ｍｍ２以下であり、かつ円相当直径が４μｍ以上である介在物の個数密度が２０個／ｍｍ２以下であってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の２相ステンレス鋼フラックス入りワイヤ、及び当該ワイヤを用いた溶接方法によれば、溶接欠陥を抑制でき、−４０℃を下回る低温においても低温靱性に優れる溶接金属を、良好な溶接作業性で得ることができる。また、本発明の溶接金属は、−４０℃を下回る低温においても低温靱性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、溶接継手の開先形状を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
［２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ］
本実施形態の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ（以下、単に「ワイヤ」ともいう。）は、筒状を呈する外皮と、その外皮の内側に充填されたフラックスとで構成される。なお、本実施形態のワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。また、本実施形態のワイヤは、外皮の外側であるワイヤ表面に銅メッキが施されていてもよく、施されていなくてもよい。外皮の材質は特に問わず、軟鋼であってもステンレス鋼であってもよい。
本実施形態のワイヤの製造方法も特に限定されないが、例えば、まず外皮内にフラックスを充填し、次いで穴ダイスやローラダイスを用いて伸線することにより縮径し、所定の外径を有するワイヤを得ることができる。
本実施形態のワイヤの外径は特に限定されないが、ワイヤ生産性の観点から例えば１．２〜１．６ｍｍとすることが好ましい
また、フラックス充填率も特に限定されないが、作業性の観点からは２０〜４０質量％であることが好ましい。なお、フラックス充填率はフラックスの質量のワイヤの全質量に対する割合である。
【００２８】
本実施形態のワイヤは、Ａｌ、Ｍｇ、希土類元素（以下、「ＲＥＭ」と記載する場合もある。）、Ｃａ、Ｚｒ、及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の強脱酸元素と、金属酸化物および金属フッ化物を含むスラグ形成剤とを含有する２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤであって、全質量あたりＮｉを８．００〜１０．５０質量％、Ｎを０．２０〜０．４０質量％、強脱酸元素を合計で０．５０〜２．００質量％、及び金属フッ化物をフッ素換算値で１．３０〜３．３０質量％含有し、ワイヤ全質量あたりのＮｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎが、２０≦Ｎｉ／Ｎ≦４０を満足する２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤである。
以下において、本実施形態のワイヤに含有される各成分量の数値限定理由について説明する。なお、以下において、ワイヤ中の各成分量は、ワイヤの全質量に対する含有量であり、すなわち、ワイヤ全質量あたりの含有量（質量％）である。ワイヤの全質量とは、特別な説明が無い限り、外皮とフラックスにおける成分量の総和を意味する。なお、ここでの外皮とは、表面にメッキが施されている場合には当該メッキも含むものである。
【００２９】
＜スラグ形成剤＞
本実施形態のワイヤは、金属酸化物および金属フッ化物を含むスラグ形成剤を含有する。スラグ形成剤は、ビード上にスラグを形成させ、あらゆる姿勢で良好なビード形状を得るために用いられる。スラグ形成剤は、フラックス中に含有されることが好ましい。
スラグ形成剤としては、一般的には金属酸化物が用いられているが、ワイヤが金属酸化物を含有する場合、溶接金属中に介在物として存在する酸化物の量が増加、即ち、溶接金属の清浄度が低下し、溶接金属の低温靱性に悪影響を与える。
そこで、本実施形態のワイヤにおいては、金属酸化物に加えて金属フッ化物を含むスラグ形成剤を使用することで、ビード形状を良好とする効果を得つつ、低温靱性を向上させた。
【００３０】
（金属フッ化物：フッ素換算値で１．３０〜３．３０質量％）
金属フッ化物は、スラグ形成剤としてビード形状を良好にする効果に加え、拡散性水素量を低減する効果や溶接金属の酸素量を維持する効果があり、低温靱性の向上に効果的な成分である。本実施形態においては、ビード形状を良好にし、また、溶接金属の酸素量を十分に低減し、優れた低温靱性を達成するために、ワイヤの金属フッ化物量を、ワイヤ全質量あたりフッ素換算値で１．３０質量％以上とする。また、当該ワイヤの金属フッ化物量を１．７０質量％以上とすることが好ましく、２．３０質量％以上とすることがより好ましい。
一方、フッ化物は蒸気圧が高いため、ワイヤの金属フッ化物含有量が増加すると、その蒸気によりアークが不安定化し、溶接作業性が劣化する。しかし、本実施形態のワイヤにおいては、後述するように強脱酸元素を含有すること、および正極性で溶接を行うことによって、通常溶接作業性に悪影響を及ぼす量の金属フッ化物を含有する場合においても、良好な溶接作業性を維持することができる。ただし、金属フッ化物量が過大になると、溶接作業性を維持することが困難になるおそれがある。したがって、本実施形態では、ワイヤ中の金属フッ化物量を、ワイヤ全質量あたりフッ素換算値で３．３０質量％以下とする。また、当該ワイヤ中の金属フッ化物量を３．００質量％以下とすることが好ましく、２．８０質量％以下とすることがより好ましい。
【００３１】
金属フッ化物の種類は特に限定されないが、ＢａＦ２のみからなること、またはＢａＦ２と、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＳｒＦ２からなる群より選ばれる少なくとも１種とからなることが、アーク安定性の観点から好ましい。また、ＢａＦ２の含有量はワイヤ全質量あたり５．５０質量％以上であることが好ましく、７．００質量％以上であることがより好ましく、１０．００質量％以上であることがさらに好ましい。また、ＢａＦ２の含有量は１５．００質量％以下であることが好ましく、１３．００質量％以下であることがより好ましく、１２．００質量％以下であることがさらに好ましい。
なかでも特に、ＢａＦ２とＮａＦとを含有することが好ましい。この場合のＢａＦ２含有量のＮａＦ含有量に対する比率であるＢａＦ２／ＮａＦの値は、ビード形状を整えるため、３０以上であることが好ましく、４０以上であることがより好ましい。また、アーク安定性の観点から、ＢａＦ２／ＮａＦの値は２５０以下であることが好ましく、２００以下であることがより好ましい。
【００３２】
（金属酸化物：２．５０質量％以下）
本実施形態のワイヤには、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物やＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、希土類酸化物等の金属酸化物が含有される。希土類酸化物とは、例えばＬａ２Ｏ３やＣｅＯ２といったような酸化物等が挙げられる。これらの金属酸化物は、スラグ形成成分として溶接作業性向上等の効果を得るために意図的に添加されたものや、不純物として含有されるものである。
本実施形態のワイヤにおいて、金属酸化物は先述のとおり溶接金属の低温靱性に悪影響を及ぼすため、含有量を抑制することが好ましい。具体的には、本実施形態のワイヤにおける金属酸化物の含有量は、２．５０質量％以下であることが好ましく、１．８０質量％以下であることがより好ましく、１．１０質量％以下であることがさらに好ましい。
【００３３】
酸化物は溶接金属の低温靱性を向上させるためには含有しないことが好ましいが、アルカリ金属酸化物、例えば、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、及びＮａ２Ｏは、アークの安定性を向上させ、溶接作業性を向上させる作用を有するため、溶接金属の低温靱性を損なわない範囲で意図的に含有させてもよい。本実施形態のワイヤにアルカリ金属酸化物を含有させる場合の含有量は、溶接作業性の観点からは合計で０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましく、０．１０質量％以上であることがさらに好ましい。一方、低温靱性の観点からはアルカリ金属酸化物の含有量は合計で０．５０質量％以下であることが好ましく、０．４５質量％以下であることがより好ましく、０．４０質量％以下であることがさらに好ましい。また、本実施形態のワイヤにアルカリ金属酸化物を含有させる場合は、アーク安定性等の観点からＬｉ２Ｏを含有させることがより好ましい。
【００３４】
ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３等の金属酸化物、即ち、アルカリ金属酸化物以外の金属酸化物は、スラグ形成剤中に不純物として含有される成分、または、溶接作業性を向上させるために意図的に含有させてもよい成分である。これらの成分は溶接金属の低温靱性を向上させるためには含有量を低減することが好ましい。したがって、本実施形態のワイヤにおけるアルカリ金属酸化物以外の金属酸化物の含有量は、合計で２．００質量％以下であることが好ましく、１．８０質量％以下であることがより好ましく、１．６０質量％以下であることがさらに好ましい。また、含有量の下限は特に限定されないが、通常は０．１０質量％以上である。
【００３５】
＜強脱酸元素：合計で０．５０〜２．００質量％＞
本実施形態のワイヤはＡｌ、Ｍｇ、希土類元素、Ｃａ、Ｚｒ、及びＴｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の強脱酸元素を含有する。また、好ましくはＡｌ、Ｍｇ、希土類元素、及びＣａからなる群より選ばれる少なくとも１種の強脱酸元素を含有する。これらの元素は、単体の金属粉やＦｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金からなる金属粉、すなわち複合金属粉の状態でフラックス中に含有されることが好ましい。
これらの強脱酸元素を含むワイヤを用いて正極性で溶接を行った場合、ワイヤ先端の溶融部下方において強脱酸元素が酸化物を形成する。当該酸化物は仕事関数が低く、アークの発生点となる陰極点として作用するため、ワイヤ先端の下部でアークを安定化させることができる。よって、先述のようにワイヤが所定量の金属フッ化物を含有する場合においても、アークの偏向を抑制でき、良好な溶接作業性を維持することができる。本実施形態のワイヤにおいては、当該良好な溶接作業性を維持するため、強脱酸元素の含有量は合計で０．５０質量％以上とする。また、強脱酸元素の含有量は合計で０．７０質量％以上とすることが好ましい。
一方、強脱酸元素の含有量が合計で２．００質量％を超えると、合金の歩留まりが高くなり、強度過多となり、溶接割れが発生する可能性が高くなる。よって、本実施形態のワイヤにおける強脱酸元素の含有量は、合計で２．００質量％以下とする。また、強脱酸元素の含有量は合計で１．８０質量％以下とすることが好ましい。
以下、強脱酸元素のそれぞれの含有量の好ましい範囲について説明する。
【００３６】
（Ａｌ：０．７００質量％以下（０質量％を含む））
本実施形態のワイヤにおいて、Ａｌの含有量は特に限定されないが、溶接金属中にＡｌＮが生成し靭性を劣化させるため、０．７００質量％以下であることが好ましく、０．５００質量％以下であることがより好ましい。また、他の強脱酸元素が含有されているのであれば下限は特に限定されない（０質量％であってもよい）が、不純物としてＡｌが０．００１質量％以上含まれる場合がある。また、立向溶接といった溶落ち等の溶接欠陥が特に問題になる溶接方法によっては、Ａｌは０．１００質量％以上含有されると良い。
なお、Ａｌは脱酸効果が高く、単体として添加させても化合物に変化しやすい性質を持つため、本発明におけるＡｌの含有量とは、Ａｌ単体およびＡｌ化合物のＡｌ換算値の合計である。
【００３７】
（Ｍｇ：１．００質量％以下（０質量％を含む））
本実施形態のワイヤにおいて、Ｍｇの含有量は特に限定されないが、溶接金属の強度過多による溶接割れ防止のため、１．００質量％以下であることが好ましく、０．８０質量％以下であることがより好ましい。また、他の強脱酸元素が含有されているのであれば下限は特に限定されないが（０質量％であってもよい）、溶接金属の脱酸のため、Ｍｇの含有量は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。
なお、Ｍｇは脱酸効果が高く、単体として添加させても化合物に変化しやすい性質を持つため、本発明におけるＭｇの含有量とは、Ｍｇ単体およびＭｇ化合物のＭｇ換算値の合計である。
【００３８】
（希土類元素：１．０００質量％以下（０質量％を含む））
本発明において、希土類元素とは、原子番号５７〜７１の全ての元素を意味する。これらの元素を一種のみ含んでいてもよいし、二種以上を含んでいてもよい。希土類元素は脱酸及び／又は脱硫効果が高く、希土類元素単体として添加させても化合物に変化しやすい性質を持つため、本発明における希土類元素の含有量とは、希土類元素単体および希土類元素化合物の希土類元素換算値の合計である。なお、二種以上の希土類元素の単体及び／又は化合物を含むときはそれらすべての含有量の合計である。希土類元素の内、Ｃｅ、Ｌａは脱酸および脱硫効果が強く、これらの酸化物および硫化物は仕事関数が低く、陰極点として良好な作用を有することから希土類元素の中でもＣｅ及び／又はＬａを用いることが好ましい。また、本実施形態のワイヤにおいて、希土類元素の含有量は特に限定されないが、強度過多による割れ防止のため、合計で１．０００質量％以下であることが好ましく、０．９５０質量％以下であることがより好ましい。また、他の強脱酸元素が含有されているのであれば下限は特に限定されない（０質量％であってもよい）が、溶接金属の脱酸のため、希土類元素の含有量は合計で０．０１０質量％以上であることが好ましく、０．１００質量％以上であることがより好ましい。
【００３９】
（Ｃａ：１．０００質量％以下（０質量％を含む））
本実施形態のワイヤにおいて、Ｃａの含有量は特に限定されないが、溶接金属の強度過多による溶接割れ防止のため、１．０００質量％以下であることが好ましく、０．８００質量％以下であることがより好ましい。また、他の強脱酸元素が含有されているのであれば下限は特に限定されない（０質量％であってもよい）が、溶接金属の脱酸のため、Ｃａの含有量は０．０１０質量％以上であることが好ましく、０．０３０質量％以上であることがより好ましい。
なお、Ｃａは脱酸及び／又は脱硫効果が高く、単体として添加させても化合物に変化しやすい性質を持つため、本発明におけるＣａの含有量とは、Ｃａ単体およびＣａ化合物のＣａ換算値の合計である。
【００４０】
（Ｚｒ：０．５０質量％以下（０質量％を含む））
本実施形態のワイヤにおいて、Ｚｒの含有量は特に限定されないが、溶接金属の強度過多による溶接割れ防止のため、０．５０質量％以下であることが好ましく、０．４０質量％以下であることがより好ましい。また、他の強脱酸元素が含有されているのであれば下限は特に限定されない（０質量％であってもよい）が溶接金属の脱酸のため、Ｚｒの含有量は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０３質量％以上であることがより好ましい。
なお、Ｚｒは脱酸効果が高く、単体として添加させても化合物に変化しやすい性質を持つため、本発明におけるＺｒの含有量とは、Ｚｒ単体およびＺｒ化合物のＺｒ換算値の合計である。
【００４１】
（Ｔｉ：０．５０質量％以下（０質量％を含む））
本実施形態のワイヤにおいて、Ｔｉの含有量は特に限定されないが、溶接金属の強度過多による溶接割れ防止のため、０．５０質量％以下であることが好ましく、０．４０質量％以下であることがより好ましい。また、他の強脱酸元素が含有されているのであれば下限は特に限定されない（０質量％であってもよい）が、溶接金属の脱酸のため、Ｔｉの含有量は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０３質量％以上であることがより好ましい。
なお、Ｔｉは脱酸効果が高く、単体として添加させても化合物に変化しやすい性質を持つため、本発明におけるＴｉの含有量とは、Ｔｉ単体およびＴｉ化合物のＴｉ換算値の合計である。
【００４２】
＜Ｎｉ：８．００〜１０．５０質量％＞
また、本実施形態のワイヤは、Ｎｉを含有する。Ｎｉはオーステナイト組織の安定化に寄与し、溶接金属の低温靱性向上に作用する。Ｎｉの含有量を８．００質量％以上とすることにより、得られる溶接金属において十分な低温靱性を得ることができる。一方、Ｎｉの含有量を１０．５０質量％以下とすることにより、得られる溶接金属において２相ステンレス鋼に必要とされる延性を得ることができる。したがって、本実施形態のワイヤにおけるＮｉ含有量は、８．００〜１０．５０質量％とする。また、本実施形態のワイヤにおけるＮｉ含有量は、得られる溶接金属の延性をより向上させるためには９．００質量％以下であることが好ましく、低温靱性をより向上させるためには８．０５質量％以上であることが好ましい。
【００４３】
＜Ｎ：０．２０〜０．４０質量％＞
また、本実施形態のワイヤは、Ｎを含有する。ＮはＮｉと同様に、オーステナイト組織の安定化に寄与し、溶接金属の低温靱性向上に作用する。Ｎの含有量を０．２０質量％以上とすることにより、得られる溶接金属において十分な低温靱性を得ることができる。一方、Ｎの含有量を０．４０質量％以下とすることにより、窒化物生成または過度な強度上昇により得られる溶接金属における低温靱性の低下を防ぎ、または溶接割れを防ぐことができる。したがって、本実施形態のワイヤにおけるＮ含有量は、０．２０〜０．４０質量％とする。また、本実施形態のワイヤにおけるＮ含有量は、得られる溶接金属の低温靱性をより向上させるためには０．２５質量％以上であることが好ましく、０．３９質量％以下であることが好ましい。
【００４４】
＜Ｎｉ／Ｎ：２０〜４０＞
本実施形態のワイヤにおいて、Ｎｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎの値が２０以上４０以下であると、得られる溶接金属のフェライト粒内で微細なオーステナイト相が生成し、低温靱性が良好となる。一方、Ｎｉ／Ｎの値が２０〜４０の範囲外であると、得られる溶接金属の粒界にオーステナイト相が生成しやすくなり、十分な低温靱性を得ることができない。したがって、本実施形態のワイヤにおいてＮｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎの値は２０〜４０とする。
また、得られる溶接金属の低温靱性をより向上させるために、本実施形態のワイヤにおけるＮｉ／Ｎの値は、２１以上であることが好ましく、２５以上であることがより好ましい。また、Ｎｉ／Ｎの値は３５以下であることが好ましく、３０以下であることがより好ましい。
【００４５】
＜Ｃ：０．００５〜０．０２０質量％＞
Ｃは溶接金属の強度を向上させる元素である一方で、溶接金属の最終凝固部に偏析し、融液の融点を低下させ、耐高温割れ性を劣化させる成分であるが、２相ステンレス鋼としての必要範囲内で任意で含有させてもよい。本実施形態のワイヤにＣを含有させる場合の含有量は、溶接金属の強度を向上させるためには０．００５質量％以上であることが好ましく、０．００６質量％以上であることがより好ましい。また、耐高温割れ性を向上させるためには、Ｃの含有量は０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１５質量％以下であることがより好ましい。
【００４６】
＜Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％＞
Ｓｉは脱酸元素であり、溶接金属の最終凝固部に偏析し、融液の融点を低下させ、耐高温割れ性を劣化させる成分であるが、２相ステンレス鋼としての必要範囲内で任意で含有させてもよい。本実施形態のワイヤにＳｉを含有させる場合の含有量は、脱酸作用により溶接金属中の酸素を低減し、溶接金属の低温靱性を向上させるためには０．１０質量％以上であることが好ましく、０．２０質量％以上であることがより好ましい。また、耐高温割れ性を向上させるためには、Ｓｉの含有量は１．００質量％以下であることが好ましく、０．８０質量％以下であることがより好ましい。
【００４７】
＜Ｍｎ：０．４０〜１．００質量％＞
ＭｎはＳｉと同じく脱酸元素であり、かつオーステナイト組織を安定化させる効果がある一方で溶接金属の最終凝固部に偏析し、融液の融点を低下させ、耐高温割れ性を劣化させる成分であるが、２相ステンレス鋼としての必要範囲内で任意で添加してもよい。本実施形態のワイヤにＭｎを含有させる場合の含有量は、脱酸作用により溶接金属中の酸素を低減し、溶接金属の低温靱性を向上させるためには０．４０質量％以上であることが好ましく、０．５０質量％以上であることがより好ましい。また、耐高温割れ性を向上させるためには、Ｍｎの含有量は１．００質量％以下であることが好ましく、０．９５質量％以下であることがより好ましい。
【００４８】
＜Ｐ：０．０２０質量％以下、Ｓ：０．０２０質量％以下（いずれも０質量％を含む）＞
Ｐ及びＳは、一般的に不純物として混入する元素である。本実施形態のワイヤにおいては、良好な耐高温割れ性を確保するためには、Ｐ及びＳの含有量は、それぞれ０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１８質量％以下であることがより好ましい。また、Ｐ及びＳの含有量は低ければ低いほど良く、不純物のため下限は特に限定されない（０質量％であってもよい）が実際的には０質量％超である。
【００４９】
＜Ｃｒ：２１．０〜２５．０質量％＞
Ｃｒは溶接金属の強度を向上させるとともにフェライト相を安定化させる効果があり、２相ステンレス鋼としての必要範囲内で任意で添加してもよい。本実施形態のワイヤにＣｒを含有させる場合の含有量は、溶接金属の強度を向上させるためには２１．０質量％以上であることが好ましく、２１．１質量％以上であることがより好ましい。また、溶接金属の靱性及び耐高温割れ性を向上させるためには、Ｃｒの含有量は２５．０質量％以下であることが好ましく、２４．０質量％以下であることがより好ましい。
【００５０】
＜Ｍｏ：２．５０〜４．５０質量％＞
ＭｏはＣｒと同じく、溶接金属の強度を向上させる効果があり、２相ステンレス鋼としての必要範囲内で任意で添加してもよい。本実施形態のワイヤにＭｏを含有させる場合の含有量は、溶接金属の強度を向上させるためには２．５０質量％以上であることが好ましく、２．６０質量％以上であることがより好ましい。また、溶接金属の靱性及び耐高温割れ性を向上させるためには、Ｍｏの含有量は４．５０質量％以下であることが好ましく、３．８０質量％以下であることがより好ましい。
【００５１】
＜Ｃｕ：１．００質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態のワイヤには、先述のとおり銅メッキが施される場合がある。
銅メッキを施す場合には、ワイヤ送給安定性及びワイヤ通電性の観点から、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。また、Ｃｕ粉の詰りによるワイヤ送給不良抑制の観点から、ワイヤ中のＣｕ含有量は１．００質量％以下であることが好ましく、０．５０質量％以下であることがより好ましい。
また、ワイヤ中の銅メッキ以外の部分に含有されるＣｕの含有量は、０．１０質量％以下であることが好ましく、０．０５質量％以下であることがより好ましい（０質量％であってもよい）。
【００５２】
＜残部＞
本実施形態のワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。
Ｆｅは、外皮を構成するＦｅ、フラックスに添加されている鉄粉、合金粉のＦｅとして含有される。本実施形態のワイヤにおいて、Ｆｅの含有量は好ましくは４０質量％以上、より好ましくは４５質量％以上である。
また、本実施形態のワイヤには、先述のスラグ形成剤中に不純物として含有されうる金属酸化物の他に、不可避的不純物としてＷ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｂ等が含有され得る。
また、本実施形態のワイヤには、前述した各成分の他に、本発明の効果が阻害されない範囲で、前述した元素以外の合金元素などが添加されていてもよい。例えば、アーク安定化のためにＬｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属をそれぞれ０．５００質量％以下の範囲で添加してもよいが、添加しなくてもよい（それぞれの含有量が０質量％であってもよい）。
【００５３】
［ガスシールドアーク溶接方法］
続いて、本実施形態のガスシールドアーク溶接方法（以下、単に「溶接方法」ともいう。）について説明する。
本実施形態の溶接方法は、上記の本実施形態のワイヤを用いた溶接方法であって、本実施形態のワイヤ側の極性がマイナス、母材側の極性がプラスとなる正極性とし、シールドガス雰囲気中で溶接を行うガスシールドアーク溶接方法である。
【００５４】
＜極性＞
本実施形態の溶接方法においては、先述のとおり、所定のワイヤを用いた溶接において、ワイヤ側の極性がマイナス、母材側の極性がプラスとなる正極性で溶接を行うことにより、溶接金属の低温靱性の向上と、溶接作業性の維持とを両立している。
本実施形態の溶接方法においては、正極性で溶接を行う限りにおいて特に溶接条件に制限はないが、例えば溶接電流を１２０〜３５０Ａ、アーク電圧を１５〜４０Ｖとして溶接を行うことが好ましい。
【００５５】
＜シールドガス＞
本実施形態の溶接方法において使用するシールドガスは特に限定されるものではないが、溶接金属部の清浄度をあげるため、Ａｒを９０体積％以上含有するガスを用いることが好ましい。また、アークを安定化させるため、Ａｒを９０体積％以上含有するＡｒとＯ２との混合ガスまたはＡｒを９０体積％以上含有するＡｒとＣＯ２との混合ガスを用いることがより好ましい。なお、ＡｒとＯ２との混合ガスにおいては、Ａｒを９８体積％以上、残部をＯ２および不純物とすることがより好ましく、ＡｒとＣＯ２との混合ガスにおいては、Ａｒを９５体積％以上、残部をＣＯ２および不純物とすることがより好ましい。
【００５６】
＜母材＞
本実施形態の溶接方法における溶接の対象、即ち母材は、２相ステンレス鋼であれば特に限定されない。
【００５７】
［溶接金属］
続いて、本実施形態の溶接金属について説明する。
本実施形態の溶接金属は、全質量あたりＣを０．０１０〜０．０５０質量％、Ｓｉを０．１０〜１．００質量％、Ｍｎを０．４０〜１．４０質量％、Ｐを０．０３０質量％以下（０質量％を含む）、Ｓを０．０２０質量％以下（０質量％を含む）、Ｃｒを２４．０〜２７．０質量％、Ｎｉを８．００〜１２．００質量％、Ｎを０．２０〜０．３０質量％、Ｍｏを２．５０〜４．５０質量％、Ａｌを０．４００質量％以下（０質量％を含む）、Ｍｇを０．３０質量％以下（０質量％を含む）、Ｃａを０．２００質量％以下（０質量％を含む）、希土類元素を合計で０．２００質量％以下（０質量％を含む）、Ｃｕを１．００質量％以下（０質量％を含む）、Ｚｒを０．２０質量％以下（０質量％を含む）、Ｔｉを０．２０質量％以下（０質量％を含む）、Ｏを０．０３０質量％以下（０質量％を含む）含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる。
本実施形態の溶接金属は、上述の溶接方法により得られる溶接金属である。以下において、本実施形態の溶接金属に含有される各成分量の数値限定理由について説明する。
【００５８】
＜Ｃ：０．０１０〜０．０５０質量％＞
本実施形態の溶接金属は、Ｃを０．０１０〜０．０５０質量％含有する。溶接金属中のＣ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＣ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＣ含有量は、０．０１５質量％以上であることが好ましく、また、０．０４０質量％以下であることが好ましい。
【００５９】
＜Ｓｉ：０．１０〜１．００質量％＞
本実施形態の溶接金属は、Ｓｉを０．１０〜１．００質量％含有する。Ｓｉ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＳｉ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＳｉ含有量は、０．２０質量％以上であることが好ましく、また、０．８０質量％以下であることが好ましい。
【００６０】
＜Ｍｎ：０．４０〜１．４０質量％＞
本実施形態の溶接金属は、Ｍｎを０．４０〜１．４０質量％含有する。Ｍｎ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＭｎ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＭｎ含有量は、０．５０質量％以上であることが好ましく、また、１．３０質量％以下であることが好ましい。
【００６１】
＜Ｐ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、Ｐの含有量は０．０３０質量％以下とする。Ｐ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＰ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＰ含有量は０．０２５質量％以下であることが好ましい。また、Ｐの含有量は低ければ低いほど良く、不純物のため下限は特に限定されない（０質量％であってもよい）が、０質量％超であることが実際的である。
【００６２】
＜Ｓ：０．０２０質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、Ｓの含有量は０．０２０質量％以下とする。Ｓ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＳ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＳ含有量は０．０１０質量％以下であることが好ましい。また、Ｓの含有量は低ければ低いほど良く、不純物のため下限は特に限定されない（０質量％であってもよい）が、０質量％超であることが実際的である。
【００６３】
＜Ｃｒ：２４．０〜２７．０質量％＞
本実施形態の溶接金属は、Ｃｒを２４．０〜２７．０質量％含有する。Ｃｒ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＣｒ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＣｒ含有量は、２４．１質量％以上であることが好ましく、また、２６．５質量％以下であることが好ましい。
【００６４】
＜Ｎｉ：８．００〜１２．００質量％＞
本実施形態の溶接金属は、Ｎｉを８．００〜１２．００質量％含有する。Ｎｉ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＮｉ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＮｉ含有量は、８．０５質量％以上であることが好ましく、また、１０．５０質量％以下であることが好ましい。
【００６５】
＜Ｎ：０．２０〜０．３０質量％＞
本実施形態の溶接金属は、Ｎを０．２０〜０．３０質量％含有する。Ｎ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＮ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＮ含有量は、０．２１質量％以上であることが好ましく、また、０．２９質量％以下であることが好ましい。
【００６６】
＜Ｍｏ：２．５０〜４．５０質量％＞
本実施形態の溶接金属は、Ｍｏを２．５０〜４．５０質量％含有する。Ｍｏ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＭｏ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＭｏ含有量は、３．００質量％以上であることが好ましく、また４．００質量％以下であることが好ましい。
【００６７】
＜Ａｌ：０．４００質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、Ａｌの含有量は０．４００質量％以下（０質量％を含む）とする。Ａｌ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＡｌ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＡｌ含有量は、０．００１質量％以上であることが好ましく、また、０．３００質量％以下であることが好ましい。
【００６８】
＜Ｍｇ：０．３０質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、Ｍｇの含有量は０．３０質量％以下（０質量％を含む）とする。Ｍｇ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＭｇ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＭｇ含有量は、０．０００１質量％以上であることが好ましく、また、０．２０質量％以下であることが好ましい。
【００６９】
＜Ｃａ：０．２００質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、Ｃａの含有量は０．２００質量％以下（０質量％を含む）とする。Ｃａ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＣａ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＣａ含有量は、０．０００１質量％以上であることが好ましく、また、０．０５０質量％以下であることが好ましい。
【００７０】
＜希土類元素：合計で０．２００質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、希土類元素の含有量は合計で０．２００質量％以下（０質量％を含む）とする。希土類元素含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中の希土類元素含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中の希土類元素含有量は合計で、０．０００１質量％以上であることが好ましく、また、０．０５０質量％以下であることが好ましい。
【００７１】
＜Ｃｕ：１．００質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、Ｃｕの含有量は１．００質量％以下（０質量％を含む）とする。Ｃｕ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＣｕ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＣｕ含有量は、０．００１質量％以上であることが好ましく、また、０．５０質量％以下であることが好ましい。
【００７２】
＜Ｚｒ：０．２０質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、Ｚｒの含有量は０．２０質量％以下（０質量％を含む）とする。Ｚｒ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＺｒ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＺｒ含有量は、０．０００１質量％以上であることが好ましく、また、０．１０質量％以下であることが好ましい。
【００７３】
＜Ｔｉ：０．２０質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態の溶接金属において、Ｔｉの含有量は０．２０質量％以下（０質量％を含む）とする。Ｔｉ含有量の数値限定理由は、上述したワイヤ中のＴｉ含有量の数値限定理由と同様である。また、溶接金属中のＴｉ含有量は、０．０００１質量％以上であることが好ましく、また、０．１０質量％以下であることが好ましい。
【００７４】
＜Ｏ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
溶接金属中に酸化物が介在物として存在すると低温靱性が劣化する。本実施形態の溶接金属においては、Ｏの含有量が０．０３０質量％を超えると得られる溶接金属において十分な低温靱性を得ることができない。したがって、本実施形態の溶接金属においては、Ｏの含有量を０．０３０質量％以下とする。また、Ｏの含有量は０．０２５質量％以下とすることが好ましい。
なお、Ｏの含有量の下限は特に限定されず、０質量％であってもよいが、通常０．００１質量％以上である。
【００７５】
＜Ｎｉ／Ｎ：２５〜５０＞
本実施形態の溶接金属において、Ｎｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎの値は２５以上５０以下であることが好ましい。当該好ましい範囲の理由は、上述したワイヤ中のＮｉ含有量のＮ含有量に対する比率であるＮｉ／Ｎの数値限定理由と同様である。
また、本実施形態の溶接金属におけるＮｉ／Ｎの値は３０以上であることがより好ましく、また、４５以下であることがより好ましい。
【００７６】
＜残部＞
本実施形態の溶接金属の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂ等が含有され得る。
【００７７】
＜溶接金属の低温靱性＞
先述のとおり、本実施形態の溶接金属は低温靱性に優れ、特に−４０℃を下回る低温においても優れた低温靱性を発揮する。低温靱性を評価する方法としては、特に限定されないが、例えばシャルピー試験が挙げられる。
本実施形態の溶接金属は、実施例の欄に記載のシャルピー試験により測定される−４６℃における吸収エネルギーの値が２７Ｊ以上であることが好ましく、３４Ｊ以上であることがより好ましく、４７Ｊ以上であることがさらに好ましい。
また、実施例の欄に記載のシャルピー試験により測定される０℃における吸収エネルギーの値が４０Ｊ以上であることが好ましく、４７Ｊ以上であることがより好ましく、７０Ｊ以上であることがさらに好ましい。
また、本実施形態の溶接金属は、低温靱性の値が均一であることが好ましく、実施例の欄に記載のシャルピー試験により測定される−４６℃、又は０℃における吸収エネルギーの３回の測定結果のばらつきが少ないことが好ましく、３回の測定値における最高値と最低値の差がそれぞれ２０Ｊ以下であることがより好ましい
【００７８】
＜介在物の個数密度＞
本実施形態の溶接金属は、溶接ワイヤまたは母材に由来する成分によって、例えばＡｌＮ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２又はＳｉＯ２等の介在物を一つ以上不可避的に含有する。これらの介在物を多く含む場合、およびこれらの介在物が粗大になる場合に溶接金属の靱性が劣化する恐れがある。したがって、本実施形態の溶接金属において、円相当直径が４μｍ以上である粗大な介在物の個数密度を３３０個／ｍｍ２以下と規定する。
【００７９】
また、−４０℃を下回る厳しい環境における溶接金属の低温靱性をより確保するためには、円相当直径が１．２μｍ以上である介在物の個数密度を５００個／ｍｍ２以下とし、かつ円相当直径が４μｍ以上である介在物の個数密度を２０個／ｍｍ２以下とすることが好ましい。さらに、円相当直径が１．２μｍ以上である介在物の個数密度を２００個／ｍｍ２以下とし、かつ円相当直径が４μｍ以上である介在物の個数密度を１０個／ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【００８０】
なお、円相当直径が４μｍ以上である粗大な介在物の個数密度は低ければ低いほどよく、下限は特に限定されないが、存在しない、すなわち、０個／ｍｍ２であることが好ましい。また、円相当直径が１．２μｍ以上である介在物の個数密度も低ければ低いほどよく、下限は特に限定されない（０個／ｍｍ２であってもよい）が、０個／ｍｍ２超であることが実際的である。
なお、円相当直径とは、各介在物の面積と同一面積の円の直径を意味する。
溶接金属中に含有される介在物の個数密度は、実施例の欄に記載の方法により測定することができる。
【実施例】
【００８１】
以下、実施例及び比較例により、本発明の効果について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８２】
まず、オーステナイト系ステンレス鋼を外皮とし、この外皮を円筒状に成型しながら、その内部にフラックスを充填することで、ワイヤ全質量あたりで表１及び２に示す組成を有する実施例（Ｗ１〜Ｗ７、Ｗ１３〜Ｗ１７）および比較例（Ｗ８〜Ｗ１２）の２相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを作製した。なお、フラックス充填率はいずれも３４質量％とし、残部はＦｅおよび不純物で構成されている。
表中の各欄の数値は各成分のワイヤ全質量あたりの含有量（質量％）を示し、「ＲＥＭ」欄の数値は希土類元素の含有量（質量％）の合計を示し、「Ｎｉ／Ｎ」欄の数値は、Ｎｉ含有量のＮ含有量に対する比率を示す。また、表２に示している酸化物の内、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、意図的に添加したものではなく、不純物として含まれたものである。
【００８３】
【表１】
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【００８４】
【表２】
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【００８５】
次に、図１に示すように、板厚が２０ｍｍの溶接構造用圧延鋼板（ＪＩＳ  Ｇ３１０６：２０１５年、ＳＭ４９０Ａ）からなる母材１の開先面に同一ワイヤで４層バタリングを行ってバタリング層３を形成し、開先角度が４５°となるように斜面を形成した。その後、母材１同士をルートギャップが１０ｍｍとなるように配置し、開先が狭まる側に同一ワイヤで３層バタリングした裏当金２を配置した。
【００８６】
次に、Ｗ１〜１７のフラックス入りワイヤをそれぞれ用いて、以下に示す溶接条件で母材１を溶接し、４００ｍｍ長さの溶接継手（溶接金属）Ｍ１〜Ｍ１９を作製した。得られた溶接金属Ｍ１〜Ｍ１９の化学成分組成を表３に示す。なお、表３中の「溶接時の作業性」は母材に付着したスパッタを目視で観測する官能評価で判断し、「溶接時の作業性」欄の「Ａ」は、溶接時の作業性が良好でスパッタ除去の補修作業が必要とされない場合であることを意味し、溶接時の作業性が粗悪でスパッタ除去の補修作業が必要とされるものは「Ｂ」と判定したが、いずれも「Ａ」であった。
（溶接条件）
溶接姿勢：下向
極性：正極性（ワイヤ側の極性がマイナス、母材側の極性がプラス）
溶接電流：２５０〜３００Ａ
アーク電圧：２７〜３０Ｖ
溶接速度：２４〜６９ｃｍ／ｍｉｎ
シールドガス：９０体積％Ａｒ＋１０体積％Ｏ２（溶接金属Ｍ１〜Ｍ１７）
９５体積％Ａｒ＋５体積％ＣＯ２（溶接金属Ｍ１８）
９８体積％Ａｒ＋２体積％Ｏ２（溶接金属Ｍ１９）
シールドガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
ワイヤ突出し長さ：２０ｍｍ
予熱：１５〜１００℃
パス間温度：５０〜１５０℃
積層：６層１２パス
【００８７】
【表３】
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【００８８】
得られた各例の溶接金属について、以下に示す方法で引張試験、硬さ試験、シャルピー試験、溶接欠陥及び含有する介在物に関する評価を行った。
【００８９】
（引張試験）
各例の溶接金属について、ＡＷＳ  Ａ５．２２に準じた引張試験により、０．２％耐力、及び引張強度を測定した。結果を表４に示す。
なお、表中「※１」は溶接金属に欠陥があり、試験開始直後に破断したことを示す。
また、表中「※２」は溶接金属に割れが多発しており、引張試験に用いる試験片を採取できず、試験を行えなかったことを示す。
【００９０】
（硬さ試験）
各例の溶接金属について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９年に準じた硬さ試験により、ビッカース硬さを測定した。結果を表４の「硬さ」の欄に示す。試験力は９８Ｎで、溶接金属中央からビード表面に向かって１ｍｍピッチで５点測定した平均値を示す。
【００９１】
（シャルピー試験）
各例の溶接金属について、溶接継手の板厚方向中央かつ溶接金属の幅方向中央部よりＡＷＳ  Ａ５．２２に準じたシャルピー衝撃試験片を採取し、シャルピー試験により、吸収エネルギーの測定を行った。試験は、０℃と−４６℃においてそれぞれ３回ずつ行った。結果を表４の「吸収エネルギー（Ｊ）」の欄に示す。表４中「Ｎ１」〜「Ｎ３」欄の数値は、それぞれ１〜３回目の測定値を、「平均」欄の数値は３回の測定値の平均値を、「最大値と最小値の差」欄の数値は３回の測定値の内の最大値と最小値の差を示す。
また、表中「※３」は溶接金属に割れが多発しており、シャルピー衝撃試験片を採取できず、試験を行えなかったことを示す。
【００９２】
（溶接欠陥の評価）
各例の溶接金属について、目視により溶接欠陥の有無を確認した。結果を表４の「溶接欠陥」の欄に示す。「無」は溶接欠陥が確認されなかったことを示し、「溶接割れ」は溶接割れが発生しており、引張試験及びシャルピー試験を実施できなかったことを意味する。
【００９３】
（介在物の評価）
各例の溶接金属について、溶接方向に垂直な面で切断し、鏡面研磨した。つづいて、溶接金属部を光学顕微鏡により４００倍で４視野撮影することにより、含有する介在物の個数密度を求めた。介在物は円相当直径が１．２μｍ以上の物と、４μｍ以上の物の個数密度をそれぞれ求めた。なお、円相当直径とは、対象となる介在物の面積と同一面積となる円の直径を示す。結果を表３の「１．２μｍ以上の介在物個数密度  個／ｍｍ２」及び「４μｍ以上の介在物個数密度  個／ｍｍ２」にそれぞれ示す。
【００９４】
【表４】
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【００９５】
ワイヤＷ８は、強脱酸元素の含有量が合計で２．０４質量％と多かった。ワイヤＷ８を用いて得られた溶接金属Ｍ８は、Ｍｏの含有量が４．７５質量％と多く、Ａｌの含有量が１．４３０質量％と多く、Ｎの含有量が０．１６質量％と少なかった。溶接金属Ｍ８は、シャルピー試験に使用する試験片を採取できないほど割れが多発しており、品質に劣った。また、円相当直径が４μｍ以上の介在物の個数密度が４３５個／ｍｍ２と多かった。
ワイヤＷ９は、強脱酸元素の含有量が合計で２．０４質量％と多かった。ワイヤＷ９を用いて得られた溶接金属Ｍ９は、Ｃｒの含有量が２３．１質量％と少なく、Ａｌの含有量が１．２００質量％と多く、Ｎの含有量が０．１８質量％と少なかった。溶接金属Ｍ９は、引張試験及びシャルピー試験に使用する試験片を採取できないほど割れが多発しており、品質に劣った。また、円相当直径が４μｍ以上の介在物の個数密度が３３１個／ｍｍ２と多かった。
ワイヤＷ１０は、Ｎｉの含有量が７．８７質量％と少なく、Ｎの含有量が０．４８質量％と多く、Ｎｉ／Ｎの値が１６と小さく、強脱酸元素の含有量が合計で２．０４質量％と多かった。ワイヤＷ１０を用いて得られた溶接金属Ｍ１０は、Ｃｒの含有量が２３．１質量％と少なく、Ａｌの含有量が０．９８０質量％と多かった。溶接金属Ｍ１０は、引張試験及びシャルピー試験に使用する試験片を採取できないほど割れが多発しており、品質に劣った。また、円相当直径が４μｍ以上の介在物の個数密度が３５２個／ｍｍ２と多かった。
ワイヤＷ１１は、強脱酸元素の含有量が合計で２．０４質量％と多かった。ワイヤＷ１１を用いて得られた溶接金属Ｍ１１は、Ａｌの含有量が０．９４０質量％と多く、Ｎの含有量が０．１６質量％と少なかった。溶接金属Ｍ１１は、引張試験及びシャルピー試験に使用する試験片を採取できないほど割れが多発しており、品質に劣った。また、円相当直径が４μｍ以上の介在物の個数密度が３５２個／ｍｍ２と多かった。
ワイヤＷ１２は、Ｎｉの含有量が７．９６質量％と少なかった。ワイヤＷ１２を用いて得られた溶接金属Ｍ１２は、Ａｌの含有量が０．４９０質量％と多く、Ｎの含有量が０．１８質量％と少なかった。溶接金属Ｍ１２は、引張試験及びシャルピー試験に使用する試験片を採取できないほど割れが多発しており、品質に劣った。
【００９６】
一方、ワイヤＷ１〜７及びＷ１３〜１７を使用して得られた溶接金属Ｍ１〜７及びＭ１３〜１９は、円相当直径が４μｍ以上の介在物の個数密度が非常に小さく、０℃及び−４６℃におけるシャルピー試験により測定された吸収エネルギーが大きく、低温靱性に優れるものであった。また、溶接作業性にも優れ、溶接割れ等の溶接欠陥も生じなかった。
【符号の説明】
【００９７】
１：母材
２：裏当金
３：バタリング層
【図１】
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