(57)【要約】【課題】溶接後熱処理における靱性低下の抑制と、優れた溶接施工性の確保とを両立することが可能なサブマージアーク溶接用溶融型フラックスの提供。【解決手段】質量％で、ＣａＦ２：５．０％〜６０．０％、Ａｌ２Ｏ３：２．０％〜４０．０％、ＳｉＯ２：２．０％〜３０．０％、ＣａＯ：５．０％〜２５．０％、ＭｇＯ：１．０％〜１０．０％、ＲＥＭ酸化物の合計：１．０％〜１０．０％、ＴｉＯ２：０％〜２５．０％、ＢａＯ：０％〜１５．０％、ＭｎＯ：０％〜１０．０％、Ｂ２Ｏ３：０％〜１．０％を含有し、残部は不純物からなるサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
ＣａＦ２：５．０％〜６０．０％、
Ａｌ２Ｏ３：２．０％〜４０．０％、
ＳｉＯ２：２．０％〜３０．０％、
ＣａＯ：５．０％〜２５．０％、
ＭｇＯ：１．０％〜１０．０％、
ＲＥＭ酸化物の合計：１．０％〜１０．０％、
ＴｉＯ２：０％〜２５．０％、
ＢａＯ：０％〜１５．０％、
ＭｎＯ：０％〜１０．０％、
Ｂ２Ｏ３：０％〜１．０％、
を含有し、残部は不純物からなるサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項２】
前記ＲＥＭ酸化物の合計は、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、及びＮｄ２Ｏ３の合計である、請求項１に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項３】
各成分の含有量は、下記式（１）で求めるＸの値が下記式（２）を満たす、請求項２に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【数１】
2020075276.tif 000011
（ただし、式（１）中、［ＣａＦ２］、［ＣａＯ］、［ＭｇＯ］、［Ｌａ２Ｏ３］、［ＣｅＯ２］、［Ｎｄ２Ｏ３］、［ＢａＯ］、［ＭｎＯ］、［Ｂ２Ｏ３］、［Ａｌ２Ｏ３］、［ＳｉＯ２］、及び［ＴｉＯ２］は、溶融型フラックス中に含有されている各成分の質量％を表す。含有量が０質量％の成分がある場合には、式（１）中の該当する成分の含有量として０質量％を代入して計算する。）
【数２】
2020075276.tif 000012
【請求項４】
質量％で、
粒径（直径）７５μｍ〜５００μｍである粒子を７０％以上含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項５】
質量％で、
粒径（直径）７５μｍ未満である粒子を２０％以下含む、請求項４に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
原油や天然ガスを長距離輸送するパイプラインには、ＵＯＥ鋼管が用いられる場合が多い。パイプラインに接続されて使用される立ち上がり管に、ライザー管とよばれる溶接鋼管がある。このライザー管には、合金元素の多い鍛造品（例えばコネクタ）を現地溶接により接続される場合が多い。このとき、鍛造品の溶接により発生した残留応力の除去を目的として、しばしば応力除去焼鈍（ＳＲ；Ｓｔｒｅｓｓ  Ｒｅｌｉｅｆ）のような溶接後熱処理（ＰＷＨＴ；Ｐｏｓｔ  Ｗｅｌｄ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）が、鍛造品が溶接されたライザー管における溶接継手の部分だけでなく、ライザー管の本体の溶接金属部（通称、シーム溶接金属）に対しても行われる。
【０００３】
サブマージアーク溶接は、高能率で安定した溶接施工性および溶接金属の機械的性能が得られることから、幅広い分野の溶接に適用されている。溶接鋼管のシーム溶接には、品質と生産性を考慮して、サブマージアーク溶接が用いられることが多い。サブマージアーク溶接は、フラックスと溶接ワイヤとを用いて、フラックス中でアークを発生させて溶接する方法である。
【０００４】
従来、溶接用フラックスは、種々検討されてきた（例えば、特許文献１〜４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−０７７７９０号公報
【特許文献２】特開昭５９−２１２１９０号公報
【特許文献３】特開昭５９−２１２１９０号公報
【特許文献４】特開２０１５−１６６１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
溶接継手を溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）することにより、ライザー管本体におけるシーム溶接金属の靱性が低下する場合がある。また、溶接鋼管のシーム溶接に適用されるサブマージアーク溶接には、フラックスとして溶融型フラックスが使用されている。サブマージアーク溶接用の溶融型フラックスは、シーム溶接金属に影響を及ぼす。このため、耐ＰＷＨＴ脆化特性に優れた溶接金属を形成できる溶融型フラックスが要求される。さらに、溶接鋼管の大量生産時の製造安定化には、シーム溶接時の溶接施工性の確保（スラグ巻込み・アンダーカット発生防止、スラグ剥離性向上、ビード形状の適正化）が求められる。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、溶接後熱処理による溶接金属の靱性低下の抑制と、優れた溶接施工性の確保とを両立することが可能な、サブマージアーク溶接用溶融型フラックスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
【０００９】
＜１＞質量％で、
ＣａＦ２：５．０％〜６０．０％、
Ａｌ２Ｏ３：２．０％〜４０．０％、
ＳｉＯ２：２．０％〜３０．０％、
ＣａＯ：５．０％〜２５．０％、
ＭｇＯ：１．０％〜１０．０％、
ＲＥＭ酸化物の合計：１．０％〜１０．０％、
ＴｉＯ２：０％〜２５．０％、
ＢａＯ：０％〜１５．０％、
ＭｎＯ：０％〜１０．０％、
Ｂ２Ｏ３：０％〜１．０％、
を含有し、残部は不純物からなるサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜２＞
前記ＲＥＭ酸化物の合計は、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、及びＮｄ２Ｏ３の合計である、＜１＞に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【００１０】
＜３＞
各成分の含有量は、下記式（１）で求めるＸの値が下記式（２）を満たす、＜２＞に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【００１１】
【数１】
2020075276.tif 000002
【００１２】
（ただし、式（１）中、［ＣａＦ２］、［ＣａＯ］、［ＭｇＯ］、［Ｌａ２Ｏ３］、［ＣｅＯ２］、［Ｎｄ２Ｏ３］、［ＢａＯ］、［ＭｎＯ］、［Ｂ２Ｏ３］、［Ａｌ２Ｏ３］、［ＳｉＯ２］、及び［ＴｉＯ２］は、溶融型フラックス中に含有されている各成分の質量％を表す。含有量が０質量％の成分がある場合には、式（１）中の該当する成分の含有量として０質量％を代入して計算する。）
【００１３】
【数２】
2020075276.tif 000003
【００１４】
＜４＞
質量％で、
粒径（直径）７５μｍ〜５００μｍである粒子を７０％以上含む、＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜５＞
質量％で、
粒径（直径）７５μｍ未満である粒子を２０％以下含む、＜４＞に記載のサブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【発明の効果】
【００１５】
本実施形態によれば、溶接後熱処理による溶接金属の靱性低下の抑制と、優れた溶接施工性の確保とを両立することが可能な、サブマージアーク溶接用溶融型フラックスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】溶接後熱処理における処理条件の関係を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスについて、好ましい実施形態の一例について説明する。
【００１８】
なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書中において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されるのであれば、本用語に含まれる。
【００１９】
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、ＣａＦ２：５．０％〜６０．０％、Ａｌ２Ｏ３：２．０％〜４０．０％、ＳｉＯ２：２．０％〜３０．０％、ＣａＯ：５．０％〜２５．０％、ＭｇＯ：１．０％〜１０．０％、ＲＥＭ酸化物の合計：１．０％〜１０．０％、ＴｉＯ２：０％〜２５．０％、ＢａＯ：０％〜１５．０％、ＭｎＯ：０％〜１０．０％、及び、Ｂ２Ｏ３：０％〜１．０％、を含有し、残部は不純物からなる。
【００２０】
従来から検討されてきた溶接用フラックスでは、溶接継手の溶接後熱処理における溶接金属の靱性低下抑制と、優れた溶接施工性の確保とを両立する溶融型フラックスは得られていないのが実情である。溶接後熱処理は、例えば、図１に示すように、溶接金属に対して、昇温速度Ｒで昇温した後、保持温度及び保持時間Ｈで加熱保持し、冷却速度Ｃで冷却する熱処理である。各条件としては、鋼材の種類、厚みなどによって異なるが、例えば、Ｒ：５５℃／ｈｒ〜２２０℃／ｈｒ、Ｈ：５９５℃以上×１ｈｒ以上、Ｃ：５５℃／ｈｒ〜２８０℃／ｈｒが例示される。
【００２１】
特許文献１には、ＲＥＭ元素を特定量で含有する溶接用フラックスが開示されている。しかしながら、特許文献１に開示される溶接用フラックスには、溶接金属の再熱ミクロ割れを防止することを目的としており、溶接後熱処理による溶接金属の靱性低下抑制、及び優れた溶接施工性の確保を両立することは考慮されていない。また、ＲＥＭ金属をフラックス中に混合するのみでは、溶接後熱処理における靱性低下の抑制と、溶接施工性の確保とを両立する効果は得られない。特に、純金属のＲＥＭを含ませると、溶接時のアークの安定性が低下するため、溶接施工性が劣位となる。また、純金属のＡｌが含まれていることから、特許文献１に開示される溶接用フラックスは焼成型フラックスであり、溶融型フラックスとは異なる。
【００２２】
特許文献２には、ＲＥＭ酸化物を含む溶接用フラックスが開示されている。しかしながら、特許文献２に開示される溶接用フラックスには、水素に起因する溶接金属の剥離割れを防止することを目的としている。このため、溶接後熱処理による溶接金属の靱性低下抑制、及び優れた溶接施工性の確保を両立することは考慮されていない。また、サブマージアーク溶接用のフラックスとして、焼成型フラックスが用いられており、溶融型フラックスとは異なる。
【００２３】
特許文献３には、ＲＥＭ酸化物を含むフラックスが開示されている。しかしながら、特許文献３に開示される溶接用フラックスは、溶接部に亜鉛めっき層等が存在する鋼板をアーク溶接する場合におけるブローホール、ピットの発生等を防止することを目的としている。このため、溶接後熱処理による溶接金属の靱性低下抑制、及び優れた溶接施工性の確保を両立することは考慮されていない。また、めっき鋼板の溶接には、通常、サブマージアーク溶接は適用されない。このため、特許文献３に開示される溶接用フラックスは、サブマージアーク溶接用のフラックスとして適用されるものではない。
【００２４】
特許文献４には、サブマージアーク溶接用溶融型フラックスが開示されている。しかしながら、特許文献４に開示される溶接用フラックスは、溶接施工性については考慮されているものの、溶接後熱処理による溶接金属の靱性低下の抑制については考慮されていない。特許文献４に開示される溶接用フラックスは、ＲＥＭ酸化物の添加がないことから、溶接後熱処理における溶接金属の靱性低下を抑制することは難しい。
【００２５】
これに対し、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、ＲＥＭ酸化物を特定量で含んでいることで、溶接後熱処理による溶接金属の靱性低下が抑制される（耐ＰＷＨＴ脆化特性）とともに、優れた溶接施工性が確保される。
【００２６】
溶接後熱処理した後の溶接金属の靱性低下の主要因は、溶接金属中のＰ（リン）の粒界偏析による粒界脆化である。ＲＥＭ（例えば、Ｌａ、Ｃｅ、及びＮｄ）は、Ｐをリン化物として粒内に固定し、Ｐの粒界偏析を抑制する効果がある。この効果を得るためには、溶接金属中に固溶ＲＥＭを確保することが重要である。
【００２７】
溶接金属中に純金属のＲＥＭを添加できれば、固溶ＲＥＭを確保しやすくなる。しかしながら、ＲＥＭは、高温で溶接した際に、Ｏ（酸素）と優先して結合して酸化物を形成してしまう。このため、高温で溶接した後の溶接金属中に、固溶ＲＥＭを安定して確保することは困難である。また、前述のように、ＲＥＭはＯ（酸素）と優先して結合して酸化物を形成するため、溶接中のアークが不安定となり、溶接施工性の確保が難しくなる。
【００２８】
このため、サブマージアーク溶接用溶融型フラックスにＲＥＭ酸化物を含有させる。ＲＥＭ酸化物は、溶接中のアークにより、ＲＥＭとＯ（酸素）とに解離し、解離したＲＥＭが溶接金属へ固溶し、固溶ＲＥＭが生成される。それによって、固溶ＲＥＭとＰとが反応し、Ｐをリン化物として粒内に留めることが可能になる。その結果、溶接後熱処理における溶接金属の靱性低下が抑制される。また、ＲＥＭ酸化物を用いているため、溶接中のアークを安定化させることが可能となる。さらに、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、溶融スラグの粘性を高めるＳｉＯ２、及びＡｌ２Ｏ３と、粘性を低下させるＣａＯ、ＣａＦ２、及びＭｇＯとを組成バランスよく含んでいる。このため、溶接施工性も確保される。したがって、本実施形態に係るサブマージアーク溶接用溶融型フラックス（以下、「溶融型フラックス」とも称する）は、耐ＰＷＨＴ脆化特性及び溶接施工性のいずれの特性も優れる。
【００２９】
以下に、本実施形態に係る溶融型フラックスの成分組成の限定理由について説明する。なお、特段の断りのない限り、「％」は「質量％」を意味する。
【００３０】
（ＣａＦ２：５．０％〜６０．０％）
ＣａＦ２は、溶接金属の酸素量を低くして靭性改善に効果がある。ＣａＦ２が少ないと、溶接金属の酸素量が増加して靭性改善の効果が得られない。一方、ＣａＦ２は融点が低いため、過剰に含むとビードの平滑性が損なわれる。また、アークが不安定となりビード外観が不良となる。よって、ＣａＦ２の含有量は、５．０％〜６０．０％とする。好ましくは１０．０％〜５０．０％である。
【００３１】
（Ａｌ２Ｏ３：２．０％〜４０．０％）
Ａｌ２Ｏ３は、スラグをガラス化させ、ビード外観およびスラグ剥離性を改善する。一方で、Ａｌ２Ｏ３の過剰に含むと、フラックスの溶融点が高くなりスラグ巻込みが発生する。スラグ剥離性も低下する。よって、溶接施工性確保の観点から、Ａｌ２Ｏ３の含有量を２．０％〜４０．０％とする。Ａｌ２Ｏ３の好ましい含有量は、２０．０％〜３５．０％である。
【００３２】
（ＳｉＯ２：２．０％〜３０．０％）
ＳｉＯ２は、スラグを構成する重要な成分である。ＳｉＯ２はスラグをガラス化させ、ビード外観およびスラグ剥離性を改善する効果を有する。また、ＳｉＯ２の含有量が少ないと、アンダーカット、スラグ巻込み等の溶接欠陥を生じやすくなる。一方で、ＳｉＯ２はスラグの粘度を高くする成分である。そのため、ＳｉＯ２の含有量の増加は、スラグの粘度を増加させ、ビード形状不良が生じやすくなる。よって、溶接施工性確保の観点から、ＳｉＯ２の含有量を２．０％〜３０．０％とする。ＳｉＯ２の好ましい含有量は、１０．０〜２０．０％である。
【００３３】
（ＣａＯ：５．０％〜２５．０％）
ＣａＯは、溶融スラグの流動性を向上させ、アンダーカットやスラグ巻込みを抑制する効果を有する。ＣａＯの含有量が少ないと、ビード外観が不良となる。一方で、ＣａＯを過剰に含有すると、スラグ流動性が不良となり、ビード高さが不均一でスラグ剥離性も不良になる。よって、溶接施工性確保の観点から、ＣａＯの含有量を５．０％〜２５．０％とする。ＣａＯの好ましい含有量は１０．０％〜２０．０％である。
【００３４】
（ＭｇＯ：１．０％〜１０．０％）
ＭｇＯは、フラックス粒の表面性状に影響し、粒表面のくぼみ（細孔）の体積の総和（全細孔容積）を低減して、フラックスへの吸湿を抑制する効果を有する。この効果を得るために１．０％以上を添加する。一方で、ＭｇＯの含有量が過剰になると、フラックスの融点が上昇する。そのため、溶融スラグの流動性が低下して、溶接施工性を損なう。よって、ＭｇＯの含有量を１０．０％以下とする。好ましい上限は７．０％以下である。
【００３５】
（ＲＥＭ酸化物の合計：１．０％〜１０．０％）
「ＲＥＭ」とはＳｃ、Ｙ、及びランタノイドの合計１７元素の総称である。ＲＥＭ酸化物は、これら１７元素の酸化物を表す。ＲＥＭ酸化物の合計は、これら１７元素の酸化物の合計含有量を指す。ＲＥＭ酸化物は、これら１７元素の酸化物のうちの１種または２種以上を含んでいればよい。また、ＲＥＭ酸化物は、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、及びＮｄ２Ｏ３のうちの１種または２種以上であってもよい。ＲＥＭ酸化物が、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、及びＮｄ２Ｏ３のうちの１種または２種以上である場合、ＲＥＭ酸化物の合計は、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、及びＮｄ２Ｏ３の合計含有量である。
【００３６】
ＲＥＭ酸化物は、前述のように、溶接金属中で固溶ＲＥＭとなって、リン化物となり、Ｐの粒界偏析を抑制する。この効果を得るために、ＲＥＭ酸化物の合計含有量を１．０％以上とする。一方で、ＲＥＭ酸化物の合計含有量が過剰になると、溶接金属中に過剰のＲＥＭが固溶するため、溶接金属が脆化する。よって、耐ＰＷＨＴ脆化特性の観点から、ＲＥＭ酸化物の合計含有量を１０．０％以下とする。ＲＥＭ酸化物の好ましい合計含有量は、２．０％〜８．０％である。
【００３７】
また、本実施形態に係るフラックスは、上記の必須成分に加え、更に、必要に応じて、以下の成分を任意で含有することができる。
【００３８】
（ＴｉＯ２：０〜２５．０％）
ＴｉＯ２は、アーク安定性及びビード表面の平滑性が得られる効果を有する。ＴｉＯ２が過剰になると、スラグ剥離性が劣位となる。よって、ＴｉＯ２の含有量の上限を２５％以下とする。ＴｉＯ２は、任意の成分であるから、ＴｉＯ２の含有量は、０％であってもよい。ＴｉＯ２を含有する場合、０％超であってもよい。ＴｉＯ２を含有する効果を有効に得るには、ＴｉＯ２の含有量を０．２％以上とすることがよい。
【００３９】
（ＢａＯ：０〜１５．０％）
ＢａＯは、アーク安定性、及びフラックスの融点を調整する効果を有する。ＢａＯの含有量が過剰になると、ビード形状を低下させる。よって、ＢａＯの含有量を１５．０％以下とする。好ましい上限は１３．０％以下である。ＢａＯの含有量は、任意の成分であるから、０％であってもよい。ＢａＯを含有する場合、０％超であってもよい。ＢａＯを含有する効果を有効に得るには、ＢａＯの含有量を５．０％以上とすることがよい。
【００４０】
（ＭｎＯ：０％〜１０．０％）
ＭｎＯは、溶融スラグの流動性を向上させ、ビード外観を滑らかにする効果を有する。ＭｎＯの含有量が過剰になると、フラックスの溶融点が高くなりスラグ巻込みが発生する。更に、ビードの波目が粗く、スラグ剥離性及びビード外観が不良となる。よって、溶接施工性確保の観点から、ＭｎＯの含有量を１０．０％以下とする。好ましい上限は６．０％以下である。ＭｎＯの含有量は任意の成分であるから、０％であってもよい。ＭｎＯを含有する場合、０％超であってもよい。ＭｎＯを含有する効果を有効に得るには、ＭｎＯの含有量を１．０％以上とすることがよい。
【００４１】
（Ｂ２Ｏ３：０〜１．０％）
Ｂ２Ｏ３は、溶接金属の靱性を向上する効果を有する。Ｂ２Ｏ３の含有量が過剰になると、溶接金属が硬化し靱性を低下させる。よって、Ｂ２Ｏ３の含有量は、１．０％以下とする。好ましい上限は０．７％以下である。Ｂ２Ｏ３の含有量は、任意の成分であるから、０％であってもよい。Ｂ２Ｏ３を含有する場合、０％超であってもよい。Ｂ２Ｏ３を含有する効果を有効に得るには、Ｂ２Ｏ３の含有量を０．１％以上とすることがよい。
【００４２】
（残部）
残部は、不純物である。不純物は、溶融型フラックス製造時に、ＦｅＯ等が混入する場合がある。不純物の混入については、ＦｅＯでは、２．０％以下であれば耐ＰＷＨＴ脆化特性及び溶接施工性に対する影響は極めて少ない。
【００４３】
（溶接時のアーク内の酸素量）
本実施形態に係る溶融型フラックスは、溶接時のアーク空間内の酸素量を適度な量にすることで、溶接後熱処理の溶接金属の靱性低下がより一層抑制される。例えば、溶接時のアーク空間内の酸素量が過剰になると、溶接金属に固溶したＲＥＭがアーク空間内のＯ（酸素）と再び結合しやすくなる傾向がある。この場合、溶接金属中でＲＥＭ酸化物を形成し、固溶ＲＥＭが減少する場合がある。
【００４４】
溶接時のアーク空間内の酸素量を適度な量にするためには、下記式（１）で求められたＸの値が、下記式（２）に示す範囲を満足することが好ましい。下記式（１）では、各酸化物の酸化度合に応じて係数を定めているので、この式（１）で求められたＸは、溶接時のアーク空間内の酸素雰囲気の度合いを表す指標となる。この指標が式（２）で示す範囲を満足することにより、アーク空間内の酸素量が適度な量であることを表す。そして、溶接後熱処理の溶接金属の靱性低下がより一層抑制される。式（２）で示すＸの好ましい下限値は１．００以上であり、Ｘの好ましい上限値は４．２０以下である。
【００４５】
【数３】
2020075276.tif 000004
【００４６】
（ただし、式（１）中、［ＣａＦ２］、［ＣａＯ］、［ＭｇＯ］、［Ｌａ２Ｏ３］、［ＣｅＯ２］、［Ｎｄ２Ｏ３］、［ＢａＯ］、［ＭｎＯ］、［Ｂ２Ｏ３］、［Ａｌ２Ｏ３］、［ＳｉＯ２］、及び［ＴｉＯ２］は、溶融型フラックス中に含有されている各成分の質量％を表す。含有量が０質量％の成分がある場合には、式（１）中の該当する成分の含有量として０質量％を代入して計算する。）
【００４７】
【数４】
2020075276.tif 000005
【００４８】
なお、各成分の酸化物やフッ化物の質量％の測定は、公知の成分分析法（例えばフッ素についてはイオン電極法、フッ素以外の元素については誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析法）を用いて求めてもよい。具体的には、各元素の測定結果を用いて、各成分の分子量を考慮して換算することで、酸化物の質量％を求めてもよい。フッ化物については、フッ素の全量がＣａＦ２となっているとしてフッ化物の質量％を求め、フッ素と化合していない残部のＣａは酸化物になっているとしてＣａＯの質量％を求めてもよい。
【００４９】
（溶融型フラックスの粒径（直径））
本実施形態に係る溶融型フラックスは、全体の粒径（直径）を適度な範囲とすることで、溶接後熱処理の溶接金属の靱性低下がより一層抑制される。ＲＥＭ酸化物は、高融点である。そのため、溶融型フラックス全体の粒径（直径）が大きすぎると、同じ溶接条件では、アークにより、ＲＥＭとＯ（酸素）とが解離し難くなる傾向がある。それによって、溶接金属へのＲＥＭ固溶量が減少する場合がある。
【００５０】
溶融型フラックス全体の粒径（直径）は、５００μｍ以下である粒子を主体（例えば、７０質量％以上）として含むことがよい。耐ＰＷＨＴ脆化特性及び溶接施工性の確保をより一層両立させる観点から、本実施形態に係る溶融型フラックスは、全体の粒径（直径）が、７５μｍ〜５００μｍである粒子を７０質量％以上含むことが好ましい。７５μｍ〜５００μｍである粒子は、７５質量％以上含むことがより好ましい。なお、７５μｍ〜５００μｍである粒子の含有量の上限は特に定めない。より多いほど好ましい。また、全体の粒径（直径）が、７５μｍ未満である粒子を２０％以下含むことが好ましい。７５μｍ未満である粒子は、１５質量％以下含むことがより好ましい。なお、７５μｍ未満である粒子の含有量の下限は特に定めない。より少ないほど好ましい。
【００５１】
溶融型フラックス全体の粒径（直径）の測定方法は以下のとおりでもよい。
具体的には、０．２％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を分散媒に使用し、超音波バス内でフラックスを１分間分散させた後に、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（「ＬＡ−９１０」堀場製作所製）を用いて、フラックスの粒径（直径）毎の重量分布を測定してもよい。
【００５２】
本実施形態に係る溶融型フラックスの好ましい製造方法の一例としては、以下のような方法が挙げられる。
まず、目的とする組成になるように、ＲＥＭ酸化物を除いた、必須成分を構成する原料、及び必要に応じて任意成分を構成する原料を混合する（第１混合工程）。
次に、混合した原料を溶解炉（例えばアーク溶解炉）で、溶融して溶融スラグを得る（溶融工程）。
次に、溶融スラグの温度を１５００℃〜１５５０℃とし、ＲＥＭ酸化物（例えば、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、及びＮｄ２Ｏ３のうちの少なくとも１種）を混合して、５分〜１０分混合し、均一に近い状態の組成の溶融スラグとする（第２混合工程）。
次に、溶融スラグを冷却後（例えば、空冷）、粉砕して目的とする粒度（粒径）に調整する（粉砕工程）。
【００５３】
本実施形態に係る溶融型フラックスは、耐ＰＷＨＴ脆化特性及び溶接施工性の確保を両立する観点から、第２混合工程で、ＲＥＭ酸化物を混合することが好ましい。ＲＥＭ酸化物は、高温の溶融スラグ中で、ＲＥＭ金属と酸素とに分解され難い。このため、ＲＥＭ酸化物は、ＲＥＭ酸化物を混合した後の溶融スラグ中で、ＲＥＭ酸化物として存在する。このＲＥＭ酸化物は、実際に溶接をする際の高温下では酸素が分解され、溶接金属中に、固溶ＲＥＭを確保しやすくなる。
【００５４】
なお、第２混合工程でＲＥＭ酸化物を混合しても、溶解時間が１０分を超えると、ＲＥＭ酸化物がＲＥＭ金属と酸素に分解されやすくなり、ＲＥＭ酸化物として存在できなくなる。一方、第２混合工程でＲＥＭ酸化物を混合しても、溶解時間が５分未満であると、ＲＥＭ酸化物が均一に近い状態で溶けなくなる。このため、溶接後熱処理による溶接金属の靱性低下の抑制と、優れた溶接施工性の確保とを両立する効果が得られない。さらに、第２混合工程でＲＥＭ酸化物を混合する際の溶融スラグの温度が、１５００℃未満ではＲＥＭ酸化物を溶融化できない。一方、溶融スラグの温度が、１５５０℃超では、製造時に多大なエネルギーを費やすだけでなく、溶融スラグの鍋を損傷させる。このように、ＲＥＭ酸化物を所定の範囲の溶融温度と混合時間で溶融させ、フラックスを製造することで、本実施形態のＲＥＭ酸化物を含有した溶融フラックスを得ることができる。そして、この溶融フラックスを用いてサブマージアーク溶接をすれば、耐ＰＷＨＴ脆化特性及び溶接施工性が共に優れた溶接金属を形成することができる。
【実施例】
【００５５】
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。
【００５６】
（溶接継手の作製）
表１に示す化学成分を有する母材（板厚＝２５ｍｍ）に、６０°Ｖ型溝を、母材の表面から深さ６ｍｍの位置まで、長さ１ｍ以上にわたり加工を施した。そして、表２に示す２種類（Ａ及びＢ）の化学成分を有する溶接ワイヤ（φ（直径）４ｍｍ）、及び表４に示す化学成分を有する溶融型フラックスを用いて、表３に示す溶接条件で、４電極サブマージアーク溶接（第１電極及び４電極に溶接ワイヤＡ、第２電極及び３電極に溶接ワイヤＢを使用）を行った。溶接は、溶接長１ｍの１層溶接を行うことで溶接継手を作製した。より具体的には、第１電極から第４電極までを溶接方向に沿って、それぞれの間隔が２０ｍｍとなるように、次のように設置して溶接を行った。第１電極は母材の平面に垂直な方向から１５°溶接方向に傾け、第２電極は母材の平面に垂直な方向とし、第３電極は母材の平面に垂直な方向から１０°溶接方向とは逆側に傾け、第４電極は母材の平面に垂直な方向から１５°溶接方向とは逆側に傾けた。また、溶接速度は、２５００ｍｍ／分とした。そして、溶接継手を作製するときの溶接施工性を評価した。また、作製した溶接継手の溶接金属に対して、溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）を施し、ＰＷＨＴ後における靱性の評価を行った。
【００５７】
表４に示す溶融型フラックスは、次の手順で作製した。
ＲＥＭ酸化物を除く種々の酸化物及びフッ化物の鉱石原料を配合してアーク溶解炉で溶融スラグ化した。次に、溶融スラグの温度を１５５０℃とした状態で、表４に示すＲＥＭ酸化物（Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｎｄ２Ｏ３）を投入し、更に１０分間溶解した。次に、ＲＥＭ酸化物を含む溶融スラグ（配合された種々の鉱石原料の溶解されたもの）とした後、空冷凝固させた凝固物を得た。次に、得られた凝固物を粉砕して粉砕物とし、この粉砕物を３００℃以上で乾燥した後、目的とする粒径に調整して各例で用いる溶融型フラックスを得た。なお、比較例として記載したＲＥＭ金属が添加されたフラックスは、上述の方法でＲＥＭ酸化物を投入せずに溶融スラグを作成し、空冷凝固し粉砕して得られた溶融型フラックスに、後からＲＥＭ金属を添加したものである。このため、ＲＥＭ金属を添加したフラックスの成分測定では、ＲＥＭは酸化物とならず金属であるとし、ＲＥＭ以外の成分は酸化物又はフッ化物になっているとして、既述の成分測定方法で測定した。
表５に示す溶融型フラックスの各粒径範囲毎の粒子の重量割合は、既述の方法で測定したフラックスの粒径（直径）毎の重量分布から、粒径が７５μｍ〜５００μｍである粒子、及び、粒径が７５μｍ未満である粒子を求めたものである。
【００５８】
＜ＰＷＨＴ後の靱性評価＞
溶接金属のＰＷＨＴを以下の条件で行った後、シャルピー衝撃試験を実施した。
−ＰＷＨＴ条件−
昇温速度Ｒ：１５８℃／ｈｒ
保持温度及び保持時間Ｈ：６２０℃×４ｈｒ、
冷却速度Ｃ：１９０℃／ｈｒ
【００５９】
−シャルピー衝撃試験−
得られた溶接金属の中央部からＪＩＳ４号Ｖノッチシャルピー試験片を採取した。具体的には、母材の表面から１ｍｍまでの部分を削り、残部の表層から１０ｍｍ角（厚さ方向に１０ｍｍ×溶接方向に１０ｍｍ）の試験片を得た。試験片の方向は、溶接方向に対して垂直な方向である。Ｖノッチは、溶接金属の中央部（前述の６０°Ｖ型溝の中心部）の位置で、母材の板厚方向に沿って、Ｖノッチの先端の向きが溶接方向に向うように加工を施した。上述したＶノッチシャルピー試験片について、ＪＩＳ  Ｚ２２４２（２００５年）に準拠してシャルピー衝撃試験を実施した。衝撃試験温度は−３０℃とした。そして、下記の評価基準にしたがって評価した。評価結果を表５に示す。
・評価基準
Ａ（○）：シャルピー吸収エネルギーが８０Ｊ以上
Ｂ（△）：シャルピー吸収エネルギーが５０Ｊ以上８０Ｊ未満
Ｃ（×）：シャルピー吸収エネルギーが５０Ｊ未満
【００６０】
＜溶接施工性の評価＞
溶接施工性は、以下の項目を評価した。そして、各項目の評価結果に基づき、下記基準で総合評価を行った。評価結果を表５に示す。
Ａ（○）：全ての項目が「Ａ（○）」である場合
Ｂ（△）：アンダーカット（以後ＵＣと称す）及びスラグ巻込み（以後ＳＩと称す）の２つの評価が両方とも「Ａ（○）」であり、スラグ剥離性、溶接ビード形状、及びスラグ巻込みの評価で少なくとも一つが「Ｃ（×）」である場合
Ｃ（×）：ＵＣ及びＳＩのいずれか一方でも評価が「Ｃ（×）」である場合
【００６１】
溶接施工性の各評価項目及び評価基準は以下のとおりである。
【００６２】
（ＵＣ）
目視によりＵＣ（アンダーカット）の有無について評価を行った。
Ａ（○）：深さ０．５ｍｍ以上のＵＣが無い
Ｃ（×）：深さ０．５ｍｍ以上のＵＣが有る
【００６３】
（スラグ剥離性）
溶接継手の裏側をハンマーで数回叩いたときの溶接ビード表面端部を目視により観察し、溶接ビード表面に残るスラグ片の有無について、評価を行った。
Ａ（○）：スラグ片が溶接ビード表面に残らない
Ｃ（×）：スラグ片が溶接ビード表面に残る
【００６４】
（溶接ビード形状）
目視により、溶接ビード形状の良否を確認して評価を行った。
Ａ（○）：鋼板表面からの溶接金属の余盛り高さが３ｍｍ未満
Ｃ（×）：鋼板表面からの溶接金属の余盛り高さが３ｍｍ以上
【００６５】
（ＳＩ）
Ｘ線検査結果の写真を目視判定して溶接金属中に円相当直径１ｍｍ以上のＳＩ（スラグ巻込み）の有無を評価した。
Ａ（○）：溶接金属中に円相当直径１ｍｍ以上のスラグの巻込みが無い
Ｃ（×）：溶接金属中に円相当直径１ｍｍ以上のスラグの巻込みが有る
【００６６】
【表１】
2020075276.tif 000006
【００６７】
【表２】
2020075276.tif 000007
【００６８】
【表３】
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【００６９】
【表４】
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【００７０】
【表５】
2020075276.tif 000010
【００７１】
表４中、下線を付してある数値は、各規定の範囲外であることを表す。
フラックス記号Ｃ１〜Ｃ５及びＣ１１〜Ｃ１９の溶融型フラックスは、ＲＥＭ酸化物以外の組成が規定範囲から逸脱しているため、溶接施工性が不良となった。
Ｃ６の溶融型フラックスは、ＲＥＭ酸化物が規定範囲の下限値から逸脱しているため、Ｐの粒界偏析を抑制できず靱性不良となった。
Ｃ７の溶融型フラックスは、ＲＥＭ酸化物が規定範囲の上限値から逸脱しているため、溶接金属中に過剰のＲＥＭが混入して靱性不良となった。
Ｃ８〜１０の溶融型フラックスは、ＲＥＭの酸化物ではなく、純金属であるＲＥＭ金属を含有させたため、アーク発生が不安定となり溶接施工不良となった。特に、Ｃ９の溶融型フラックスは、ＲＥＭ金属が少ないため、Ｐの粒界偏析を抑制できず靱性不良となった。Ｃ１０の溶融型フラックスは、ＲＥＭ金属過剰で靱性不良となった。
【００７２】
一方、フラックス記号Ｅ１〜Ｅ１０の溶融型フラックスは、各規定の範囲内を満足していることにより、耐ＰＷＨＴ脆化特性及び溶接施工性がともに優れていた。
【図１】
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