(57)【要約】【課題】非常に安定し、かつ優れた低温靭性を有する溶接金属が得られるこガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、金属フッ化物のＦ換算値：０．５〜３．０％、鋼製外皮とフラックスの一方または両方の合計で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ化合物のＳｉ換算値：０．１〜０．８％、金属Ｍｎ、Ｍｎ合金およびＭｎ化合物のＭｎ換算値：０．７〜２．０％、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金およびＴｉ化合物のＴｉ換算値：０．０３〜（０．１５／Ｆ＋０．１）％、金属Ｂ、Ｂ合金およびＢ化合物のＢ換算値：０．００１〜０．０１％、Ｎｉ：０．３〜３．０％を含有し、金属Ａｌ、Ａｌ合金およびＡｌ化合物のＡｌ換算値：０．１％以下、かつＦ換算値が１．５〜３．０％ではＡｌ換算値を（０．０１５／Ｆ換算値）％以下を含有することを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、
金属フッ化物のＦ換算値：０．５〜３．０％、
鋼製外皮とフラックスの一方または両方の合計で、
Ｃ：０．０３〜０．０８％、
金属Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ化合物のＳｉ換算値：０．１〜０．８％、
金属Ｍｎ、Ｍｎ合金およびＭｎ化合物のＭｎ換算値：０．７〜２．０％、
金属Ｔｉ、Ｔｉ合金およびＴｉ化合物のＴｉ換算値：０．０３〜（０．１５／Ｆ換算値＋０．１）％、
金属Ｂ、Ｂ合金およびＢ化合物のＢ換算値：０．００１〜０．０１％、
Ｎｉ：０．３〜３．０％を含有し、
金属Ａｌ、Ａｌ合金およびＡｌ化合物のＡｌ換算値：０．１％以下、かつＦ換算値が１．５〜３．０％ではＡｌ換算値を（０．０１５／Ｆ換算値）％以下とし、残部は鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分、アーク安定剤および不可避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。
【請求項２】
フラックスにＭｇを０．１〜０．６％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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼構造物等を溶接するにあたり、非常に安定し、かつ優れた低温靭性を有する溶接金属が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼を被溶接材とするガスシールドアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤは、溶接作業性、溶接能率、姿勢溶接性において非常に優れているので、造船、橋梁、海洋構造物、鉄骨など広く適用されている。特に、ルチール（チタン酸化物）系フラックス入りワイヤは、全姿勢溶接が可能で溶接作業性も優れている。しかし、ルチール系フラックス入りワイヤには、酸性酸化物であるＴｉＯ2をはじめとする酸化物主体のフラックスが鋼製外皮中に充填されているために、溶接時に生成する酸化物が十分に溶融金属から浮上・分離できず溶接金属中に残留し、溶接金属の酸素量を高め、溶接金属の低温靭性が得られにくくなるという欠点がある。したがって、従来、特許文献１や特許文献２では、ルチール系フラックス入りワイヤにおいて溶接金属の低温靭性を向上させる技術が検討されていが、−４０℃〜−８０℃程度の温度における靭性にとどまっており、−８０℃以下の温度における靭性が優れる溶接金属が得られていない。また、特許文献３では、破面遷移温度（ｖＴｒｓ）が−７０℃〜−１００℃程度の溶接金属が得られるルチール系フラックス入りワイヤが開示されているが、本発明者らが検証した結果、破面遷移温度（ｖＴｒｓ）はせいぜい−７０℃程度であり、−８０℃以下の温度における靭性が優れる溶接金属は得られなかった。
【０００３】
したがって、−８０℃以下の温度における靭性が優れる溶接金属を得るには、他のフラックス系のフラックス入りワイヤである必要がある。特許文献４には、金属フッ化物を主成分とするフラックス入りワイヤが開示されている。金属フッ化物には、溶接時に生成する酸化物を溶融金属中から浮上・分離させる作用があるため、溶接金属中の酸素量低減に有効であり、これにより−８０℃〜−１０１℃の温度における靭性を確保させることが可能になったが、より安定した低温靭性が得られることが望まれる。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９０８５８５号公報
【特許文献２】特許第３２０３５２７号公報
【特許文献３】特許第２６７９８８０号公報
【特許文献４】特許第３１２０９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、非常に安定した低温靭性で、かつ優れた低温靭性を有する溶接金属が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ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】
【０００６】
本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、金属フッ化物のＦ換算値：０．５〜３．０％、鋼製外皮とフラックスの一方または両方の合計で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ化合物のＳｉ換算値：０．１〜０．８％、金属Ｍｎ、Ｍｎ合金およびＭｎ化合物のＭｎ換算値：０．７〜２．０％、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金およびＴｉ化合物のＴｉ換算値：０．０３〜（０．１５／Ｆ換算値＋０．１）％、金属Ｂ、Ｂ合金およびＢ化合物のＢ換算値：０．００１〜０．０１％、Ｎｉ：０．３〜３．０％を含有し、金属Ａｌ、Ａｌ合金およびＡｌ化合物のＡｌ換算値：０．１％以下、かつＦ換算値が１．５〜３．０％ではＡｌ換算値を（０．０１５／Ｆ換算値）％以下とし、残部は鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分、アーク安定剤および不可避不純物からなることを特徴とする。
【０００７】
また、フラックスにＭｇを０．１〜０．６％含有することも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にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、−１００℃における靭性が非常に安定し、かつ優れた低温靭性を有する溶接金属が得られ、溶接部の品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、溶接して得られる溶接金属の低温靭性が非常に安定して良好なワイヤ成分を得るべく、ワイヤ成分組成について種々検討を行った。
【００１０】
その結果、金属フッ化物のＦ換算値、合金成分および脱酸剤の適正添加量を見出した。
以下、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成の限定理由を説明する。なお、ここで記載の％は質量％を意味する。
【００１１】
（金属フッ化物のＦ換算値：０．５〜３．０％）
フラックスの金属フッ化物は、溶接時にスラグとなって溶融金属を被包して溶接ビード外観を良好にするとともに、溶融金属からのスラグの浮上分離を促進し、溶接金属中の酸素量を低下させる効果があり、低温における靭性値のバラツキを少なく安定にし、かつ良好にする。金属フッ化物のＦ換算値が０．５％（以下、％という。）未満では上記効果が得られず、３．０％を超えると溶接時にスパッタやヒュームが多量に発生する。
金属フッ化物としてはＣａＦ2、ＭｇＦ2、ＢａＦ2、ＭｎＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＮａＦなどがあり、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦの量である。
【００１２】
（Ｃ：０．０３〜０．０８％）
Ｃは、溶接時のアークを安定にし、溶接金属の強度を高める。鋼製外皮とフラックスの合計のＣが０．０３％未満では上記効果が得られず、０．０８％を超えるとＣが溶接金属に過剰に歩留まり、強度が高くなり、低温靭性が低下する。
【００１３】
（金属Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ化合物のＳｉ換算値：０．１〜０．８％）
Ｓｉは、溶接時に一部溶接スラグとなって溶接ビードの外観や形状を良好にする。また、溶接金属に歩留まり、溶接金属の強度を高める効果がある。金属Ｓｉ、Ｓｉ合金およびＳｉ化合物のＳｉ換算値が０．１％未満であると、上記効果が得られない。一方、０．８％を超えると溶接金属のミクロ組織中の硬化相生成を促進して低温靭性を低下させる。なお、Ｓｉ換算値とは、鋼製外皮、フラックス中の金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−ＭｎなどのＳｉ合金およびＳｉＣなどのＳｉ炭化物、ＳｉＯ2などのＳｉ酸化物Ｋ2ＳｉＦ6などのＳｉフッ化物のＳｉ化合物のＳｉ量を合算した値である。Ｓｉ換算値としたのは、本発明におけるＳｉは形態によらず、同じ効果を発揮するためであり、本発明ではＳｉ以外にもＭｎ換算値、Ａｌ換算値、Ｔｉ換算値、Ｂ換算値の記載があるが、いずれも同じ理由によるものである。
【００１４】
（金属Ｍｎ、Ｍｎ合金およびＭｎ化合物のＭｎ換算値：０．７〜２．０％）
Ｍｎは、Ｓｉと同様溶接時に一部溶接スラグとなって溶接ビードの外観や形状を良好にする。また溶接金属に歩留まり、溶接金属の強度と靭性を高める効果がある。金属Ｍｎ、Ｍｎ合金およびＭｎ化合物のＭｎ換算値が０．７％未満ではこれらの効果が得られず、２．０％を超えると強度が過剰になり、低温靭性が低下する。
【００１５】
なお、Ｍｎ換算値とは、鋼製外皮、フラックス中の金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−ＭｎなどのＭｎ合金およびＭｎ3ＣなどのＭｎ炭化物、ＭｎＯなどのＭn酸化物、ＭｎＦ2などのＭｎフッ化物のＭｎ化合物のＭｎ量を合算した値である。
【００１６】
（金属Ｔｉ、Ｔｉ合金およびＴｉ化合物のＴｉ換算値：０．０３〜（０．１５／Ｆ換算値＋０．１）％）
Ｔｉは、一部がＴｉ酸化物として溶接金属に歩留まり、溶接金属のミクロ組織を微細化して低温靭性を向上させる。金属Ｔｉ、Ｔｉ合金およびＴｉ化合物のＴｉ換算値が０．０３％未満では上記効果が得られない。一方、過度に添加すると固溶Ｔｉとして溶接金属中に存在する量が増え、溶接金属が過度に硬化して低温靭性が著しく低下する。また、溶接金属へのＴｉの歩留率は、Ｆ換算値の増加とともに増加するため、Ｔｉ換算値は０．１５／Ｆ換算値＋０．１％以下に制限する。
【００１７】
なお、Ｔｉ換算値とは、鋼製外皮、フラックス中の金属Ｔｉ、Ｆｅ−ＴｉなどのＴｉ合金およびＴｉＣなどのＴｉ炭化物、ＴｉＯ2などのＴｉ酸化物のＴｉ化合物のＴｉ量を合算した値である。
【００１８】
（金属Ｂ、Ｂ合金およびＢ化合物のＢ換算値：０．００１〜０．０１％）
Ｂは、微量の添加で溶接金属のミクロ組織を微細にし、低温靭性を向上させる。金属Ｂ、Ｂ合金およびＢ化合物のＢ換算値が０．００１％未満では上記効果が得られず、０．０１％を超えると溶接金属が過度に硬化し低温靭性が低下するとともに、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。なお、Ｂ換算値とは、鋼製外皮、フラックス中の金属Ｂ、Ｆｅ−Ｂ、Ｍｎ−ＢなどのＢ合金およびＢ4ＣなどのＢ炭化物、Ｂ2Ｏ3、Ｎａ2Ｂ4０7などのＢ酸化物のＢ化合物のＢ量を合算した値である。
【００１９】
（Ｎｉ：０．３〜３％）
Ｎｉは、溶接金属の低温靭性を向上させる。鋼製外皮とフラックスの合計のＮｉが０．３％未満では上記効果がなく、３％を超えて添加すると、高温割れが発生しやすくなり健全な溶接金属が得られなくなる。
【００２０】
（金属Ａｌ、Ａｌ合金およびＡｌ化合物のＡｌ換算値：０．１％以下、かつＦ換算値が１．５〜３．０％ではＡｌ換算値：０．０１５／Ｆ換算値％以下）
Ａｌは、溶接時にスラグとして溶融金属中から排出されるが、一部Ａｌ酸化物として溶接金属に取り込まれて低温靭性を低下させるため、金属Ａｌ、Ａｌ合金およびＡｌ化合物のＡｌ換算値は０．０１％以下とする。なお、Ａｌ酸化物の溶接金属中への歩留率はＴｉと同様、金属フッ化物のＦ換算値の増加とともに増加し、Ｆ換算値が１．５〜３．０％のときは金属Ａｌ、Ａｌ合金およびＡｌ化合物のＡｌ換算値が０．０１％以下であっても溶接金属の低温靭性を著しく低下させるため、Ａｌ換算値は（０．０１５／Ｆ換算値）％以下とする。
【００２１】
なお、Ａｌ換算値とは、鋼製外皮、フラックス中の金属Ａｌ、Ｆｅ−ＡｌなどのＡｌ合金およびＡｌ2Ｏ3などのＡｌ酸化物、ＡｌＦ3、Ｎａ3ＡｌＦ6などのＡｌフッ化物のＡｌ化合物のＡｌ量を合算した値である。
【００２２】
（Ｍｇ：０．１〜０．６％）
フラックスのＭｇは、０．１％以上で強脱酸剤として、溶接金属の酸素を低減し、溶接金属の低温靭性を高める効果があるが、０．６％を超えるとアーク中で激しく酸素と反応しスパッタやヒュームの発生量が多くなる。
【００２３】
なお、フラックス中の合金成分は、鋼製外皮の成分とその含有量を考慮してフラックス中の合金成分を調整することにより、目的とする強度、低温靭性が得られるフラックス入りワイヤとすることができる。
【００２４】
また、ＰおよびＳは溶接金属中において低融点化合物を生成して粒界の強度を低下させ、溶接金属の靭性を低下させるため、できるだけ低いことが望ましい。
【００２５】
フラックス充填率は特に制限しないが、ワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが生産性から好ましい。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
表１に示す成分の鋼製外皮を使用して表２および表３に示すワイヤ径１．２ｍｍの各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
【表３】
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【００３０】
表２および表３に示すフラックス入りワイヤを用いて、板厚１２ｍｍの鋼板（ＪＩＳ  Ｇ３０１６  ＳＭ４９０Ａ）をＴ字すみ肉試験体とし、表３に示す溶接作業性評価の条件で水平すみ肉溶接による溶接作業性の評価を行うとともに、ＪＩＳ  Ｚ３１１１に準じて、板厚２０ｍｍの鋼板（ＪＩＳ  Ｇ３１２７  ＳＬ３Ｎ２５５）を用いて表４に示す溶着金属試験の条件で溶着金属試験を行った。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
水平すみ肉溶接は、半自動溶接で行い、アーク安定性、スパッタ発生状況、ヒューム発生状況、ビード形状およびビード外観について評価した。
【００３３】
溶着金属試験では、引張試験片、衝撃試験片（ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１）をそれぞれ溶着金属の板厚中央から採取して試験に供した。機械的性質の評価は、−１００℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上、かつ破面遷移温度が−１００℃以下を合格とした。これらの結果を表５に示す。
【００３４】
【表５】
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【００３５】
表２、表３および表５のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１１〜Ｗ２５が比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１０は各成分が適量であるため、溶接作業性が良好で、溶着金属の−１００℃の吸収エネルギーおよび破面遷移温度も良好な値が得られ、極めて満足な結果であった。
【００３６】
比較例中のワイヤ記号Ｗ１１は、金属フッ化物のＦ換算値が少ないので溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００３７】
ワイヤ記号Ｗ１２は、金属フッ化物のＦ換算値が多いのでスパッタおよびヒューム発生量多く、またＢ換算値が少ないので溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００３８】
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｃが少ないためアークが不安定であった。また、Ｍｇを含まないので溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００３９】
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｃが多いので溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００４０】
ワイヤ記号Ｗ１５は、Ｓｉ換算値が少ないのでビード形状およびビード外観が不良であった。
【００４１】
ワイヤ記号Ｗ１６は、Ｍｇが多いのでスパッタおよびヒューム発生量多く、またＳｉ換算値が多いので溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００４２】
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｍｎ換算値が少ないのでビード形状およびビード外観が不良で、溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００４３】
ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｍｎ換算値が多いので溶着金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００４４】
ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｔｉ換算値が少ないので溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００４５】
ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｔｉ換算値が多いので溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００４６】
ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｂ換算値が多いのでクレータ割れが生じ、また溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００４７】
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｎｉが少ないので溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。
【００４８】
ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｎｉが多いのでクレータ割れが生じた。
【００４９】
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ａｌ換算値が多いので、またワイヤ記号Ｗ２５はＦ換算値が２．４６％でＡｌ換算値が０．０１５／Ｆ換算値（０．０６１％）を超えているので、いずれも溶着金属の吸収エネルギーが低値で、破面遷移温度も高温であった。