(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮の内部にフラックスが充填された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た溶接方法であって、
前記ワイヤ中に、
ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２のうち１種または２種以上が含有され、その含有量の合計をαとしたとき、前記αがワイヤ全質量に対する質量％で２．０超〜８．０％であり、
Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物のうち１種または２種以上が含有され、その含有量の合計をβとしたとき、前記βが前記ワイヤ全質量に対する質量％で０．０１〜１．２０％であり、
ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３の含有量の合計を、前記ワイヤ全質量に対する質量％で０．６０％未満とし、
前記フラックス中の鉄粉の含有量を、前記ワイヤ全質量に対する質量％で５．０％未満であり、
前記αに対する前記ＣａＦ２の含有量の比が０．５０以上であり、
前記βに対する前記αの比が２．０以上８００．０以下であり、
Ｎａ若しくはＫの酸化物またはＮａ若しくはＫの弗化物の含有量の合計を、前記ワイヤ全質量に対する質量％で０．００１％〜０．４０％とし、
化学成分が、前記ワイヤ全質量に対する質量％で：
Ｃ：０．０８０超〜０．２００％；
Ｓｉ：０．０５〜１．５０％；
Ｍｎ：１．０〜２．２％；
Ａｌ：０．００１〜０．４００％；
Ｎｉ：１．０〜９．０％；
Ｖ：０．０５０超〜０．３００％；
Ｐ：０．０２０％以下；
Ｓ：０．０２０％以下；
Ｃｕ：０〜０．８００％；
Ｃｒ：０〜２．５％；
Ｍｏ：０〜２．０％；
Ｔｉ：０〜０．３００％；
Ｎｂ：０〜０．０５％；
Ｂ：０〜０．０１００％；
Ｍｇ：０〜０．８％；
Ｃａ：０〜０．５％；
ＲＥＭ：０〜０．０１００％；
残部：鉄および不純物；
からなり、
以下のａ式で定義されるＣｅｑが０．６０〜１．２０％であるワイヤを用いて、鋼材にガスシールドアーク溶接を行うことを特徴とする溶接方法。
Ｃｅｑ＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／２４＋[Ｍｎ]／６＋[Ｎｉ]／４０＋
[Ｃｒ]／５＋[Ｍｏ]／４＋[Ｖ]／１４      ・・・（ａ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。
【請求項２】
前記ワイヤ中のＣａＯの含有量が、前記ワイヤ全質量に対する質量％で０．１５％未満であることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記αに対する前記ＣａＦ２の含有量の比が０．９０以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記ワイヤを用いたガスシールドアーク溶接に対する、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ３１１１−２００５に規定された溶着金属の引張試験において、前記溶着金属の引張強度が９５０ＭＰａ以上かつ１５００ＭＰａ以下となることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記鋼製外皮にスリット状の隙間が無いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記ワイヤの表面にパーフルオロポリエーテル油が塗布されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の溶接方法において、
鋼材として、引張強さが９５０ＭＰａ以上の鋼材を用いることを特徴とする溶接継手の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の溶接継手の製造方法によって製造された溶接継手であって、
引張強さが９５０ＭＰａ以上の前記鋼材と、溶接金属を備えたことを特徴とする溶接継手。
【請求項９】
前記溶接金属の引張強さが９５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項８に記載の溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張強度（引張強さ）９５０ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下の超高張力鋼の溶接に用いられるフラックス入りワイヤを用いた溶接方法、溶接継手の製造方法及び溶接継手に関する。特に、超高強度の溶接金属で発生する延性低下割れを防止し、優れた強度、靭性、伸びを有する溶接金属が得られる超高張力鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いた溶接方法、溶接継手の製造方法及び溶接継手に関する。
本願は、２０１２年５月８日に、日本に出願された特願２０１２−１０６６０７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設クレーンなどの建設機械、産業機械の大型化、軽量化の要求が増加しており、それに伴って使用される鋼板も９５０ＭＰａ級鋼、１１８０ＭＰａ級鋼などの超高張力鋼板が使用されるようになっている。これら超高張力鋼板が使用される理由は、製品の軽量化、そして鋼材使用量が減ることで鋼材費用や運搬費用が減少することや、鋼材が薄手になり単重が減ることで、鋼材の取り回しが良く、溶接量も軽減することから、製造工期短縮、施工コスト削減が期待されるためである。
【０００３】
しかし、超高張力鋼に対する使用の要求は非常に高くなっているにも関わらず、９５０ＭＰａ級以上の超高張力鋼の使用量は全体量から見るとまだ僅かである。
この理由としては、９５０ＭＰａ級以上の超高張力鋼の溶接では、母材鋼板の性能に見合う高強度・高靱性の溶接金属を得ることがより困難となるため、そのような溶接に適合する溶接材料の開発が十分行われていなかったことがあげられる。
超高張力鋼の溶接では、高合金の溶接金属を得る必要がある。高合金の溶接ワイヤとしては、フラックス入りワイヤが製造性の点で有利であるため、特に、超高張力鋼の溶接に適用できるフラックス入りワイヤの開発が必要になっている。
【０００４】
このような状況の中で、超高張力鋼の溶接に必要な強度や靭性を確保することを目的に次のようなフラックス入りワイヤが提案されている。
特許文献１では、強度と靭性を確保するために有効なＮｉと、その他Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖなどを適量添加して、溶接金属の引張強度と靭性が確保される。さらにワイヤ中に脱酸元素であるＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇを適量含有させることにより、溶接時の溶接金属中の酸素及び拡散性水素に起因する溶接金属の靭性及び延性の低下を防止し、且つ、割れ溶接試験での割れ停止温度を１５０℃以下に低減できるフラックス入りワイヤが提案されている。
また、本発明者らによる特許文献２では、引張強度９５０ＭＰａ級以上の超高張力鋼の溶接において、特に、１００℃の予熱温度で溶接できるように、フラックス中にＭｇを添加して溶接金属の拡散性水素量を低減し、高靭性で耐低温割れ性を向上させた溶接金属を得ることが可能なフラックス入りワイヤが提案されている。
特許文献３では、金属弗化物、金属酸化物を添加した４９０〜７８０ＭＰａ級高張力鋼用のフラックス入りワイヤについて開示されている。しかし、７８０ＭＰａ級を超える強度レベルの高張力鋼に対して問題となる延性低下割れについては、いずれも何ら検討されていない。
特許文献４では、プライマ塗布や錆発生の鋼材の溶接においても、ピットやガス溝等の気孔は発生せずに良好なビードを形成し得る金属弗化物を添加したフラックス入りワイヤについて開示されている。しかし、低強度の溶接材料であるためＣ、Ｍｎやその他の合金成分を殆ど含有していない上、金属酸化物がフラックス組成の主体であり、延性低下割れ、及び、溶接金属の靭性についても検討されていない。また、金属弗化物は拡散性水素量を低減すると記されているが、金属弗化物の含有量も２．０％以下であり、その低減効果に関する定量的な分析は行われていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００８−０９３７１５号公報
【特許文献２】日本国特開２０１１−００５５３１号公報
【特許文献３】日本国特開平８−２５７７８５号公報
【特許文献４】日本国特開平３−１８０２９８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】溶接学会編、「新版 溶接・接合技術特論」、２００５年発行、東京、産報出版株式会社、１４１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接継手では、鋼材と同様に溶接金属も超高張力となることが要求されるが、超高張力の溶接金属では延性低下割れが発生するという問題が新たに生じてきた。
延性低下割れは、多層盛りの溶接において旧γ粒界が割れることで起こる現象である。超高張力鋼の溶接は、１パスあたりの入熱を制限することが望ましいことから多層盛り溶接で行われる。多層盛り溶接では、先に形成された溶接金属が次の溶接パスにより再加熱を受ける。その際、主としてＣとＳが旧γ粒界に偏析し、それにより脆化した旧γ粒界が、冷却される際に生じる熱収縮によって割れることで起こる。
このような延性低下割れは、通常の高張力鋼の溶接金属では見られないが、９５０ＭＰａを超える超高張力鋼の溶接金属では、強度・靭性を確保するために、溶接金属を高合金にすることでマルテンサイト組織とせざるを得ず、そのような溶接金属では延性低下割れの発生が顕著となる。
【０００８】
延性低下割れは、非常に微小な割れであり、引張試験時に割れの亀裂先端に応力が集中することで、早期に破断に至るようになるため、特に伸びが低値となる。伸びが低値であると、製造時に十分に曲げ加工ができないなど問題となる。
従って、このような超高張力鋼が広く使用されるようになるためには、優れた強度、靭性、伸びを有する溶接金属が得られるフラックス入り溶接ワイヤが強く要求される。
しかし、特許文献１、２、３、４では、引張強度９５０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において問題となる延性低下割れについては、いずれも何ら検討されておらず、その解決が望まれている。また、その鋼の溶接時に、予熱温度の一層の低減も望まれている。
【０００９】
なお、特許文献１でも溶接金属の延性について考慮されているが、その表５などを参照すると、延性を−４０℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーで評価しており、さらに、酸素量の低減により延性を向上させていることから、そこで用いられている「延性」という語は、靭性と同じ意味で用いられている。
一方、本発明で問題としている延性低下割れとは、例えば、非特許文献１に定義されているような、旧γ粒界のミクロ単位の局所的な延性の不足による割れであり、特許文献１で用いられている延性とは定義が異なる。実際、本発明において、延性の評価指標は、後述の実施例に示されるように室温で行う引張試験における破断伸びである。
【００１０】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑み、９５０ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下の超高張力鋼の溶接に際し、延性低下割れを抑制することで高強度高靭性かつ伸びの優れる溶接部を得ることができるフラックス入りワイヤを用いた溶接方法、溶接継手の製造方法及び溶接継手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】
【００１１】
従来、強度レベルが低いところでは、延性低下割れが発生することが無く、これまで問題とならなかったため、延性低下割れの抑制については全く検討されていない。
本発明者らは、延性低下割れを抑制することを目的に種々検討した結果、鋼製外皮の内部にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤにおいて、９５０ＭＰａ以上の溶接金属に要求される強度・靭性を確保するのに必要なフラックス配合・合金成分範囲で、金属弗化物とＣ、Ｍｎ及び、Ｖとを特定の条件でワイヤに添加することで、延性低下割れを抑制でき、優れた破断伸びが得られることを見出し、その知見を基にさらに検討を加えて本発明に到達した。
すなわち、本発明の要旨を好ましい実施形態とともに示すと、以下のとおりである。
【００１２】
（１）本発明の第一の態様に係る溶接方法は、鋼製外皮の内部にフラックスが充填された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た溶接方法であって、前記ワイヤ中に、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２のうち１種または２種以上が含有され、その含有量の合計をαとしたとき、前記αがワイヤ全質量に対する質量％で２．０超〜８．０％であり、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物のうち１種または２種以上が含有され、その含有量の合計をβとしたとき、前記βが前記ワイヤ全質量に対する質量％で０．０１〜１．２０％であり、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３の含有量の合計を、前記ワイヤ全質量に対する質量％で０．６０％未満とし、前記フラックス中の鉄粉の含有量を、前記ワイヤ全質量に対する質量％で５．０％未満であり、前記αに対する前記ＣａＦ２の含有量の比が０．５０以上であり、前記βに対する前記αの比が２．０以上８００．０以下であり、化学成分が、前記ワイヤ全質量に対する質量％で：Ｃ：０．０８０超〜０．２００％；Ｓｉ：０．０５〜１．５０％；Ｍｎ：１．０〜２．２％；Ａｌ：０．００１〜０．４００％；Ｎｉ：１．０〜９．０％；Ｖ：０．０５０超〜０．３００％；Ｐ：０．０２０％以下；Ｓ：０．０２０％以下；Ｃｕ：０〜０．８００％；Ｃｒ：０〜２．５％；Ｍｏ：０〜２．０％；Ｔｉ：０〜０．３００％；Ｎｂ：０〜０．０５％；Ｂ：０〜０．０１００％；Ｍｇ：０〜０．８％；Ｃａ：０〜０．５％；ＲＥＭ：０〜０．０１００％；残部：鉄および不純物；からなり、以下のａ式で定義されるＣｅｑが０．６０〜１．２０％であるワイヤを用いて、鋼材にガスシールドアーク溶接を行う。
Ｃｅｑ＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／２４＋[Ｍｎ]／６＋[Ｎｉ]／４０＋
[Ｃｒ]／５＋[Ｍｏ]／４＋[Ｖ]／１４      ・・・（ａ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の質量％での含有量を表す。
【００１３】
（２）上記（１）に記載の溶接方法では、前記ワイヤ中のＣａＯの含有量が、前記ワイヤ全質量に対する質量％で０．１５％未満であってもよい。
【００１４】
（３）上記（１）または（２）に記載の溶接方法では、前記αに対する前記ＣａＦ２の含有量の比が０．９０以上であってもよい。
【００１５】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の溶接方法では、前記ワイヤを用いたガスシールドアーク溶接に対する、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ３１１１−２００５に規定された溶着金属の引張試験において、前記溶着金属の引張強度が９５０ＭＰａ以上かつ１５００ＭＰａ以下となってもよい。
【００１６】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の溶接方法では、前記鋼製外皮にスリット状の隙間が無くてもよい。
【００１７】
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の溶接方法では、前記ワイヤの表面にパーフルオロポリエーテル油が塗布されていてもよい。
（７）本発明の第二の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記（１）乃至（６）の何れか一項に記載の溶接方法において、前記鋼材として、引張強さが９５０ＭＰａ以上の鋼材を用いる。
（８）本発明の第三の態様に係る溶接継手は、上記（７）に記載の溶接継手の製造方法によって製造された溶接継手であって、引張強さが９５０ＭＰａ以上の前記鋼材と、溶接金属を備える。
（９）上記（８）に記載の溶接継手では、記溶接金属の引張強さが９５０ＭＰａ以上である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、引張強度（引張強さ）９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接に用いられるフラックス入りワイヤにおいて、高強度、高靭性であり、かつ、延性低下割れを抑制することで優れた伸びを有する溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＪＩＳ  Ｚ３１１１（１９８６年）に準拠したＡ１号の丸棒引張試験片の引張試験で得られた破断伸び（標点距離５０ｍｍ）と金属弗化物量／金属酸化物量の関係を示した図である。
【図２】ＪＩＳ  Ｚ３１１１（１９８６年）に準拠したＡ１号の丸棒引張試験片の引張試験で得られた破断伸び（標点距離５０ｍｍ）とワイヤ中のＣ含有量の関係を示した図である。
【図３】実施例における試験片の採取位置を示す図である（ＪＩＳ  Ｚ３１１１（１９８６年））。
【図４Ａ】従来のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物の形態を説明するための図であり、２つの酸化物の透過型電子顕微鏡観察写真による図である。
【図４Ｂ】従来のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物の形態を説明するための図であり、図４Ａの写真中の酸化物の表層Ｃ点についてＥＤＳ分析した結果を示す図である。
【図５Ａ】本発明のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物の形態を説明するための図であり、２つの酸化物の透過型電子顕微鏡観察写真による図である。
【図５Ｂ】本発明のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物の形態を説明するための図であり、図５Ａの写真中の酸化物の表層Ｃ点についてＥＤＳ分析した結果を示す図である。
【図６Ａ】本発明のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物について、透過型電子顕微鏡を用いて内部を観察した結果の一例を示す図であり、酸化物のイメージを示す図である。
【図６Ｂ】本発明のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物について、透過型電子顕微鏡を用いて内部を観察した結果の一例を示す図であり、酸化物のＥＤＳ分析マップ結果を示す図である。
【図６Ｃ】本発明のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物について、透過型電子顕微鏡を用いて内部を観察した結果の一例を示す図であり、酸素の分布を示す図である。
【図６Ｄ】本発明のワイヤを用いて溶接した後の溶接金属中の酸化物について、透過型電子顕微鏡を用いて内部を観察した結果の一例を示す図であり、Ｓの分布を示す図である。
【図７】実施例における試験片の採取位置を示す図である（ＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５年））。
【図８】ＣａＯ含有量と拡散性水素量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明が対象とする鋼板１では、形成される溶接金属の強度（引張強さ）が９５０ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下と高く、このような超高強度鋼板の溶接金属はマルテンサイトが９０％以上の組織となる。溶接したままの状態の溶接金属では、旧γ粒界は非常に粗大となっている。加えて、マルテンサイト変態は無拡散変態であるため、溶接時に形成されたγ粒界は、偏析、不純物を含んだ状態で残る。このため、超高強度の溶接金属の旧γ粒界の靭性は元々低くなっている。
さらに、マルテンサイト変態であるため、Ｃは固溶した状態となっており、このような溶接金属が、多層盛り溶接の際に再熱を受けると、Ｃが粗大な旧γ粒界へ偏析し、顕著な脆化を引き起こす。同様にＳも多層盛り溶接の際の再熱によって旧γ粒界へ偏析し、脆化を引き起こす。その状態で、冷却される際に生じる熱収縮によって、旧γ粒界に割れが生じることで延性低下割れが発生する。
【００２１】
この問題に対し、本発明者らは、ＣとＳを粒内に効果的にトラップして、粒界への偏析を防止する手段や溶接金属の伸びを高める手段を検討し、金属弗化物、金属酸化物、Ｃ、Ｍｎ及び、Ｖを適正に添加することにより、超高強度の溶接金属であっても延性低下割れを抑制することができ、優れた破断伸びを確保することができることを見出した。
【００２２】
このような知見が得られた実験についてその一例を示す。
本発明者らは、後述する実施例に示す例と同様に、ワイヤの成分を調整し、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのシームレスのフラックス入りワイヤを作製した。作製したワイヤでは、特にＣ、Ｍｎ、Ｖの含有量と金属弗化物及び金属酸化物の含有量とを変化させた。
このフラックス入りワイヤを用い、９５０ＭＰａ級の鋼板１の突き合わせ溶接を実施し、得られた溶接金属からＪＩＳ  Ｚ３１１１（１９８６年）に準拠したＡ１号の丸棒引張り試験片を採取し、室温にて引張試験を行って、溶接金属の引張強度、破断伸びを評価した。
【００２３】
図１に、引張試験で得られた破断伸び（標点距離５０ｍｍ）と溶接ワイヤ中の金属弗化物量／金属酸化物量との関係を示す。ここで、記号○と記号●はＶが０．０５％超であることを示し、記号×はＶが０．０５％以下であることを示す。また、図２に、引張試験で得られた破断伸び（標点距離５０ｍｍ）とワイヤ中のＣ含有量との関係を示す。
【００２４】
図１より、金属弗化物を、金属弗化物量／金属酸化物量の値が２．０以上となるように添加し、かつ、Ｃが質量％で、０．０８０％超、Ｍｎが１．０％以上、Ｖが０．０５％超となるように添加したワイヤでは、引張試験において１２％以上の破断伸びが得られていることがわかった。
また、図２より、ワイヤ中のＭｎ含有量が１％を下回る範囲では、破断伸びはワイヤ中のＣ含有量の増加とともに減少する。一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が１％以上の範囲では、ワイヤ中のＣ含有量が０．０７％あたりまではＭｎ量が少ない場合と同様の傾向を示すが、それを超えると、逆にワイヤ中のＣ含有量の増加とともに破断伸びが急激に増加するようになる。ワイヤ中のＣ含有量０．０８０％以上では、１２％以上の優れた破断伸びを示すようになることがわかった。
【００２５】
以上のような結果が得られた理由は次のように考えられる。
（ｉ）フラックスに金属弗化物を特定の範囲で添加するとともに、金属酸化物との間に特定の関係が成り立つように添加することで、凝固時にＳを酸化物にトラップさせて固溶Ｓ量を低減し、再熱時に旧γ粒界へのＳの偏析を抑制することにより、延性低下割れの抑制に効果があったものと考えられる。
この推察は、図４Ａ、４Ｂ〜図６Ａ〜６Ｄに示すような実験結果に基づいている。
【００２６】
図４Ａ、４Ｂは、従来技術のワイヤで溶接した後、溶接金属中の酸化物を多数、透過型電子顕微鏡で観察した結果の一例を、２個の酸化物１、２について示すもので、図４Ａは酸化物の透過型電子顕微鏡観察写真であり、図４Ｂは写真中の酸化物の表層Ｃ点についてＥＤＳ分析した結果を示す。ＥＤＳ分析の結果から、この例ではＳがほとんど検出されていない。
一方、図５Ａ、５Ｂは、本発明のワイヤ（すなわち、金属弗化物を特定の範囲で添加するとともに、金属酸化物との間に特定の関係が成り立つように金属弗化物を添加したワイヤ）で溶接した後の結果の一例を、２個の酸化物Ａ、Ｂについて図４Ａ、４Ｂと同様に示したものである。ＥＤＳ分析の結果から、この例では酸化物の表層にＳが検出され、明瞭に存在していることがわかる。
【００２７】
図６Ａ〜６Ｄは、本発明のワイヤで溶接した溶接金属中の酸化物をイオンミリング処理によって薄膜化し、透過型電子顕微鏡を用いて内部を観察した結果の一例を示すもので、図６Ｂ、６Ｃ、６Ｄに示す酸化物内部のＥＤＳ元素マップから、酸化物の表層にＳが存在していることが明瞭にわかる。
これらの結果より、本発明のワイヤで溶接した溶接金属は、凝固過程において酸化物表層にＳが多く取り込まれることで、固溶Ｓが大幅に低下し、Ｓが旧γ粒界に偏析することが抑制され、これによって延性低下割れの抑制に効果があったと考えられる。
【００２８】
（ｉｉ）また、溶接金属中のＭｎはＣと引力相互作用を持つことから、固溶Ｃの旧γ粒界への偏析を遅らせる効果を持つと考えられる。それに加えて、ＶはＣと炭化物を形成しやすく、さらに凝固時の偏析が少なく、比較的、溶接金属内で均一に分散して存在する。溶接金属中にＭｎとＶとを複合添加することで、溶接金属が再熱を受けた際に、Ｍｎの引力相互作用によってＣの旧γ粒界への移動速度を低下させ、その間にγ粒内でＶが固溶Ｃと炭化物を形成することで、旧γ粒界へのＣの偏析を抑制したものと考えられる。
【００２９】
（ｉｉｉ）さらに、旧γ粒内で析出する炭化物は、微細に分散して強度向上に寄与し、溶接金属内の強度差を小さくすることができる。また、Ｃが高くなる方が、析出物が増加し、溶接金属内の強度差を小さくすることができる。そのため、Ｃ含有量を高め、ＭｎとＶとを複合添加することにより、炭化物が旧γ粒内で微細に分散して析出し、加工時に溶接金属全体が均一に塑性変形するようになり、破断伸びが向上する効果があったものと考えられる。
【００３０】
次に、以上のような検討の結果なされた実施例のフラックス入りワイヤについて、特徴とする技術要件の限定理由について順次説明する。
先ず、実施例のフラックス入りワイヤを構成する鋼製外皮およびフラックス中に含有される合金成分、金属脱酸成分およびその他の各成分の含有量の限定理由について説明する。
以下の説明において、「％」は特に説明がない限り、「質量％」を意味し、各成分の含有量は、ワイヤ全質量に対する鋼製外皮およ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。
【００３１】
（Ｃ：０．０８０超〜０．２００％）
溶接金属の引張強度が９５０ＭＰａ以上となると、組織はマルテンサイト主体組織となる。マルテンサイト組織の強度に及ぼすＣの影響は大きく、溶接ワイヤ中のＣ含有量が多いほど溶接金属中のＣ含有量も増加し、溶接金属の強度を高めることができる。
さらに、Ｍｎ、Ｖを本発明範囲で複合添加した場合は、旧γ粒内で炭化物が微細に分散して析出し、溶接金属内の強度差を小さくすることができる。これによって、加工時に溶接金属が均一に塑性変形するようになるため、破断伸びを向上させることができる。
これら効果を得るためには、Ｃは０．０８０％超含有する必要がある。ただし、０．２００％を超えてＣを含有すると、靭性の劣化が顕著となるため好ましくない。また、強度と破断伸びとを安定して確保するには、Ｃの下限を０．０９０％超、０．１００％超、又は０．１１０％超としてもよく、Ｃ上限を、０．１８０％、０．１６０％又は、０．１４０％としてもよい。
【００３２】
（Ｓｉ：０．０５〜１．５０％）
Ｓｉは、脱酸元素であり、溶接金属のＯ量を低減して清浄度を高めるために、０．０５％以上の含有が必要である。ただし、１．５０％を超えて含有させると溶接金属の靱性を劣化させるため、Ｓｉ含有量は０．０５〜１．５０％とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するには、Ｓｉの下限を０．２０％、０．３０％又は０．４０％としてもよく、Ｓｉの上限は、１．２０％、１．００％又は０．８０％としてもよい。
【００３３】
（Ｍｎ：１．０〜２．２％）
Ｍｎは、Ｃと引力相互作用を持っており、Ｃの旧γ粒界への偏析を抑制することで延性低下割れの抑制に効果がある。また、本発明の成分範囲内では、旧γ粒内での微細な炭化物の生成を促進し、溶接金属内の強度差を小さくすることで、破断伸びを向上させる効果もある。
その効果を確実に発揮するためには、１．０％以上含有させる必要がある。一方、２．２％を超えて含有させると、溶接金属中に残留オーステナイトが過剰に生成するようになる。残留オーステナイト内ではＣが濃化しており、その状態で溶接による再熱を受けると、残留オーステナイトであったところで炭化物が過剰に生成し、顕著な脆化を引き起こす。
このため、Ｍｎ含有量は１．０〜２．２％とする。また、破断伸びを向上する効果を安定して確保するには、Ｍｎの下限を１．２％、１．３％又は１．４％としてもよく、Ｍｎの上限は、２．０％又は１．８％としてもよい。
【００３４】
（Ｐ：０．０２０％以下）
Ｐは不純物元素であり、溶接金属の靱性と延性とを阻害するため極力低減する必要がある。靱性と延性とへの悪影響が許容できる範囲として、Ｐ含有量は０．０２０％以下とする。靭性と延性との一層の向上のため、Ｐの上限を０．０１５％又は０．０１０％に制限してもよい。Ｐの下限を制限する必要はなく、その下限は、０％としてもよい。
【００３５】
（Ｓ：０．０２０％以下）
Ｓも不純物元素であり、延性低下割れの発生を促進させ、さらに、過大に存在すると靱性と延性とをともに劣化させるため、極力低減することが好ましい。靱性、延性への悪影響が許容できる範囲として、Ｓ含有量は０．０２０％以下とする。靭性の一層の向上のため、Ｓの上限を０．０１５％、０．０１０％又は０．００８％に制限してもよい。Ｓの下限を制限する必要はなく、その下限は、０％としてもよい。
【００３６】
（Ａｌ：０．００１〜０．４００％）
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様、溶接金属中のＯ低減、清浄度向上に効果があり、その効果を発揮するために０．００１％以上含有させる。一方、０．４００％を超えて含有させると、窒化物や酸化物を形成して、溶接金属の靱性を阻害するため、その含有量を０．００１〜０．４００％とする。また、溶接金属の靭性を向上する効果を十分に得るには、Ａｌの下限を０．００１２％、又は０．００１５％としてもよく、また、粗大酸化物の生成抑制のため、Ａｌの上限を、０．２００％、０．１００％又は０．０８０％としてもよい。
【００３７】
（Ｎｉ：１．０〜９．０％）
Ｎｉは固溶靱化（固溶により靭性を高める作用）により組織、成分によらず靱性を向上できる唯一の元素であり、特に、引張強度が９５０ＭＰａ以上の高強度の溶接金属で靱性を高めるのに有効な元素である。
固溶靱化効果を得るためには１．０％以上含有させることが好ましい。Ｎｉ含有量が多いほど靱性を向上する上で有利であるが、含有量が９．０％を超えると、その効果が飽和するのに加え、溶接ワイヤの製造コストが過大となるため、好ましくない。そのため、Ｎｉを含有させる場合の含有量を１．０〜９．０％とする。なお、Ｎｉの効果が確実に靭性向上に寄与するためには、Ｎｉの下限を１．４％、１．６％、２．１％とするのがよい。また、Ｎｉは高価な元素であり、その上限を７．０％、６．０％又は４．８％に制限してもよい。
【００３８】
（Ｖ：０．０５０超〜０．３００％）
Ｖは溶接凝固時の偏析が少なく、比較的、溶接金属内で均一に分散して存在し、再熱を受けた際に固溶Ｃをトラップして炭化物を形成することで、旧γ粒界へのＣの偏析を抑制することで、超高強度の溶接金属で発生する延性低下割れの抑制に効果がある。さらに、本発明の成分範囲内では、旧γ粒内で微細な炭化物を形成して析出し、溶接金属内の強度差を小さくするため、破断伸びを向上する効果を持つ。
その効果を得るには、０．０５０％超含有させる必要がある。Ｖ含有量が多いほど、延性低下割れの抑制効果は大きいが、含有量が０．３００％を超えると、その効果が飽和するのに加え、靭性を劣化させるため好ましくない。なお、延性低下割れの抑制効果を高めるために、Ｖの下限を０．０６０％、０．０８０％、０．１００％、０．１２０％としても良く、また、Ｖによる靭性劣化を抑制するために、Ｖの上限を０．２８０％、０．２５０％、０．２３０％と制限してもよい。
【００３９】
本発明のフラックス入りワイヤは、合金成分あるいは金属脱酸成分として以上の基本成分に加え、さらに、溶接する鋼板１の強度レベルや求める靭性の程度に応じて、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、およびＲＥＭのうちの一種または二種以上を含有させることができる。これらの成分の意図的添加の有無によらず、ワイヤ中の含有量が請求範囲内にあれば、そのワイヤは本発明の範囲内であると見なす。このため、本発明では、これらの合金成分は上限のみを規定しているため、請求項の記載を「（０〜上限）とする」、「（上限以下）とする」又は「（上限以下に）制限する」のいずれでもよい。
【００４０】
（Ｃｕ：０〜０．８００％）
Ｃｕは、ワイヤの外皮表面のめっき、および、フラックスに単体または合金として添加され、Ｃの旧γ粒内への偏析を抑制し、延性低下割れの抑制に効果がある。それらの効果を得るために、０．８００％以下含有させてもよい。一方、含有量が０．８００％を超えると靭性が低下する。そのため、Ｃｕを含有させる場合の含有量は、０．８００％以下とする。
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。より安定してＣｕの効果を得るには、Ｃｕの上限を、０．６００％、０．５００％、又は０．４００％としてもよい。Ｃｕの下限を定める必要はなく、その下限は０％である。必要があれば、その下限を０．０５０％又は０．１００％としてもよい。
【００４１】
（Ｃｒ：０〜２．５％）
Ｃｒは、焼入性を高めることにより高強度化に有効な元素である。その効果を得るために、Ｃｒを０．１％以上含有させてもよい。一方、Ｃｒを２．５％を超えて過剰に含有させると、ベイナイトやマルテンサイトを不均一に硬化させ、靱性を劣化させるため、Ｃｒを含有させる場合の含有量は、２．５％以下とする。より安定してＣｒの効果を得るには、Ｃｒの上限を、２．０％、１．８％、１．６％又は１．４％としてもよい。Ｃｒの下限を定める必要はなく、その下限は０％である。
【００４２】
（Ｍｏ：０〜２．０％）
Ｍｏは、焼入性向上元素でありかつ、微細炭化物を形成して、析出強化により引張強度確保に有効である。これらの効果を発揮するために、Ｍｏを０．１％含有させてもよい。一方、２．０％を超えて溶接ワイヤ中に含有させると、粗大な析出物が生じて溶接金属の靭性を劣化させるため、溶接ワイヤ中にＭｏを含有させる場合の含有量は２．０％以下とする。より安定してＭｏの効果を得るには、Ｍｏの上限を、１．８％、１．６％、１．４％又は１．２％としてもよい。Ｍｏの下限を定める必要はなく、その下限は０％である。
【００４３】
（Ｔｉ：０〜０．３００％）
ＴｉもＡｌと同様、脱酸元素として有効であり、溶接金属中のＯ量を低減させる効果がある。また、固溶Ｎを固定して靱性への悪影響を緩和するためにも有効である。これら効果を発揮させるために、０．００５％以上含有させてもよい。ただし、溶接ワイヤ中の含有量が０．３００％を超えて過剰になると、粗大な酸化物の形成に起因した靱性劣化、過度な析出強化による靱性劣化が生じる可能性が大きくなる。
このため、溶接ワイヤ中にＴｉを含有させる場合の含有量を０．３００％以下とする。Ｔｉの下限を定める必要はなく、その下限は０％である。また、Ｔｉによる溶接金属の靭性向上効果を十分に得るには、Ｔｉの上限は、０．２００％、０．１００％又は０．０５０％としてもよい。
【００４４】
（Ｎｂ：０〜０．０５％）
Ｎｂは微細炭化物を形成して、析出強化により引張強度確保に有効である。これらの効果を得るために、他の同様の効果を有する元素との複合効果を考慮しても０．０１％以上含有させてもよい。一方、０．０５％を超えて含有させると、溶接金属中に過剰に含有され、粗大な析出物を形成して靭性を劣化させるため好ましくない。
そのため、本発明においては、溶接ワイヤ中に含有させる場合の含有量は０．０５％以下とする。Ｎｂの下限を定める必要はなく、その下限は０％である。より安定してＮｂの効果を得るには、必要に応じて、Ｎｂの上限を、０．０４％、又は０．０３５％としてもよく、Ｎｂの下限を、０．０２％、又は０．０３％としてもよい。
【００４５】
（Ｂ：０〜０．０１００％）
Ｂは、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、固溶Ｎの靭性に対する悪影響を減じる効果があり、また、焼入性を高めて強度向上に寄与する効果もある。これらの効果を得るために、溶接ワイヤ中にＢを０．０００３％以上含有させてもよい。一方、含有量が０．０１００％超になると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮやＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６等のＢ化合物を形成して靭性を逆に劣化させるため、好ましくない。
そこで、Ｂを含有させる場合は、その含有量を０．０１００％以下とする。Ｂの下限を定める必要はなく、その下限は０％である。靭性向上のため、Ｂの上限を、０．００８０％、０．００６０％、０．００４０％、又は０．００３０％としてもよく、Ｂの下限を、０．０００４％、又は０．０００５％としてもよい。
【００４６】
（Ｍｇ：０〜０．８％）
Ｍｇは強脱酸元素であり、溶接金属中のＯ量を低減し、溶接金属の延性及び靭性を向上させる。この効果を得るために０．１％以上含有させてもよい。しかし、溶接ワイヤ中のＭｇ含有量が０．８％を超えると、溶接金属中での粗大酸化物の形成による靭性低下が無視できなくなり、また、溶接中のアークの安定性が劣化し、ビード形状を悪化させる原因にもなる。
このため、Ｍｇを含有させる場合には、その含有量を０．８％以下とする。Ｍｇの下限を定める必要はなく、その下限は０％である。溶接作業の安定性の確保のために、Ｍｇの上限を０．７％、又は０．６％としても良く、Ｍｇの下限を、０．２％、又は０．３％としてもよい。
【００４７】
（Ｃａ：０〜０．５％）
（ＲＥＭ：０〜０．０１００％）
Ｃａ、ＲＥＭはいずれも硫化物の構造を変化させ、また溶接金属中での硫化物、酸化物のサイズを微細化して延性及び靭性向上に有効である。その効果を得るために、Ｃａ又はＲＥＭを含有してよい。一方、過剰に含有すると、硫化物や酸化物の粗大化を生じ、延性、靭性の劣化を招くため、また、溶接ビード３の形状の劣化、溶接性の劣化の可能性も生じるため、それぞれの上限を、Ｃａでは０．５％、ＲＥＭでは０．０１００％とする。ＣａとＲＥＭの下限を定める必要はなく、それらの下限は０％である。
【００４８】
（炭素当量Ｃｅｑ：０．６０〜１．２０％）
本発明のフラックス入りワイヤでは、合金成分あるいは金属脱酸成分として以上のように各元素を含有する。溶接金属の引張強度を確保するために、下記ａ式で表される日本溶接協会（ＷＥＳ）で定める炭素当量Ｃｅｑが０．６０〜１．２０％となるように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量をさらに調整する。
Ｃｅｑ＝[Ｃ]＋[Ｓｉ]／２４＋[Ｍｎ]／６＋[Ｎｉ]／４０＋
[Ｃｒ]／５＋[Ｍｏ]／４＋[Ｖ]／１４      ・・・（ａ）
但し、［］付元素は、それぞれの元素の質量％での含有量を示す。
【００４９】
Ｃｅｑは、その値が高い程、溶接金属が硬化するため引張強度が向上するが、一方で靭性が低下し、また溶接割れ感受性が高くなるため低温割れ抑制の対策が必要となる。このＣｅｑの値が０．６０％未満では、溶接金属において目的とする強度（引張強さ）９５０ＭＰａ以上を満足しない。Ｃｅｑの値が１．２０％を超えると、溶接金属の引張強度が過剰となり、溶接金属の靭性が低下する。そのため、Ｃｅｑの範囲は、０．６０〜１．２０％とする。溶接金属の引張強度を高めるために、Ｃｅｑの下限を０．６３％、０．６６％、０．７０％としてもよい。溶接金属の靭性の劣化を小さくするのに、Ｃｅｑの上限を１．１０％、１．００％又は０．９０％としてもよい。
【００５０】
なお、以上の合金成分あるいは金属脱酸成分として含有される元素の含有量には、それらの元素が弗化物、金属酸化物、金属炭酸塩として含有される場合の含有量は含めない。また、それらの元素は必ずしも純物質（不可避不純物の含有は可）である必要はなく、Ｃｕ−Ｎｉ等の合金の形態で含有されていても何ら問題はない。また、それらの元素は鋼製外皮中に含有されていても、フラックスとして含有されていても、その効果は同じであるため、鋼製外皮とフラックスの何れでも含有することが可能である。
【００５１】
次に、ワイヤの外皮内に挿入されるフラックス成分について説明する。
実施例のフラックス入りワイヤでは、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２の金属弗化物の１種または２種以上含有され、その含有量の合計（α）をワイヤ中に２．０超〜８．０％以下とする。
金属弗化物は、溶融池の塩基度を変化させる。溶融池の塩基度を変化させることで、凝固時にＳが酸化物にトラップされるのを促進する。酸化物にトラップされるＳが増加することで、凝固後の固溶Ｓが減少する。それによって、溶接金属が再熱を受けた際に旧γ粒界への固溶Ｓが偏析するのを抑制し、超高強度の溶接金属で発生する延性低下割れを抑制することができる。また、金属弗化物によって塩基度が変化することで、溶接金属の酸素を低減させることにも有効であり、それによって溶接金属の靭性の向上も期待できる。
【００５２】
これら効果を得るには、金属弗化物の含有量の合計αを２．０％超含有させる必要がある。金属弗化物の含有量の合計αが２．０％以下では、これら十分な効果を得ることができない。また、８．０％を超えると、溶接ヒューム、スラグが過剰に生成するため、溶接作業性が著しく劣化し、好ましくない。また、酸素量の低減効果を大きく得るには、合計αの下限を２．１％以上、２．２％以上、２．５％以上、２．８％以上又は３．０％以上としても良く、溶接作業性の劣化を抑えるために、合計αの上限を７．０％以下、６．５％以下、６．０％以下としてもよい。
【００５３】
なお、金属弗化物として、延性低下割れを抑制する効果の面からは、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２のいずれでも用いることができるが、溶接作業性の面からＣａＦ２を主成分として含むようにした。さらに、アーク安定性確保、スパッタ抑制などの溶接作業性を優先する場合には、添加する金属弗化物のうち、合計αに対するＣａＦ２の割合を５０％以上とする。つまり、上記αに対するＣａＦ２の含有量の比を０．５０以上とする。必要に応じて、８０％以上、９０％以上又は１００％としてもよい。
【００５４】
実施例のフラックス入りワイヤでは、スラグ形成剤として、Ｔｉ酸化物（例えば、ＴｉＯ２）、Ｓｉ酸化物（例えば、ＳｉＯ２）、Ｍｇ酸化物（例えば、ＭｇＯ）、Ａｌ酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）の１種または２種以上を添加する。これらは溶接ビード３の形状を良好に維持するために必要に応じて添加され、その適正な効果を得るためには、ワイヤ全質量に対して、０．０１％以上添加する必要がある。しかし、これらの金属酸化物の含有量の合計βが１．２０％を超えて添加すると、溶接金属の酸素量が増加し、靭性を劣化させるため好ましく無い。
したがって、これらの金属酸化物の含有量の合計βは、０．０１〜１．２０％とする。これらの金属酸化物の含有量は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の合計量に加え、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上記の金属酸化物も合計した含有量とする。また、金属酸化物の添加による靭性の劣化を極力抑制するために、合計βの上限を１．００％、０．９０％、０．８０％としてもよい。必要に応じて、合計βの下限を、０．０５％、０．１０％、０．１５％又は０．２０％としてもよい。
【００５５】
超高強度の溶接金属の延性低下割れを抑制するには、上記の金属弗化物と金属酸化物とのそれぞれの含有量に加え、質量％で表される金属酸化物の含有量に対する金属弗化物の含有量の比（金属弗化物量／金属酸化物量、つまり合計α／合計β）の値が２．０以上８００．０以下を満たすようにする必要がある。金属酸化物の含有量に対する金属弗化物の含有量の比（α／β）が２．０未満では、延性低下割れを抑制するのに必要な酸化物へのＳのトラップ効果が消失する。金属酸化物の含有量に対する金属弗化物の含有量の比（α／β）が８００．０を超えると、アーク状態が不安定となり、ビード形状が不良になるため好ましく無い。必要に応じて、上記の比（α／β）の下限を３．０、４．０又は５．０としてもよく、その上限を５００、３００又は２００としてもよい。
【００５６】
鉄粉は、フラックス入りワイヤの充填率の調整や溶着効率の向上のために必要に応じて添加してもよい。鉄粉は添加しなくてもよく、その下限は０％である。しかし、鉄粉の表層は酸化されており、鉄粉を添加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。引張強度（引張強さ）が９５０ＭＰａ以上では、強度が極めて高いため、靭性の確保が難しく、鉄粉添加による酸素増加は許容されなくなる。
したがって、鉄粉は添加しなくてもよいが、充填率の調整のために添加する場合には、靭性を確保するために、鉄粉の含有量は５．０％未満に制限する。靭性改善のため、その上限を３．０％、２．０％又は１．０％に制限してもよい。
【００５７】
本発明のフラックス入りワイヤでは、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３の金属炭酸塩の１種または２種以上を、アーク安定性作用とアーク集中性を高める目的でさらに添加できるが、０．６０％以上添加すると、アークの集中性が強すぎてスパッタ発生量が多くなる。したがって、これらの金属炭酸塩を含有させる場合には、その含有量を合計で０．６０％未満とする。これらの金属炭酸塩の含有量の合計の下限は０％である。
本発明においては、フラックスにＣａＯを意図的に添加しないことが好ましい。しかしながら、フラックスの原料にＣａＯが含有されている場合がある。ＣａＯは、大気に触れることで、ＣａＯＨに変化し、溶接金属の拡散性水素を増加させる。超高張力鋼の溶接においては、拡散性水素が増加すると低温割れを抑制するために実施する予熱作業の負荷が増大するため好ましくない。不純物として混入する場合であっても、意図的に添加する場合であっても、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＣａＯの含有量を０．２０％未満とすることが望ましい。このような知見が得られた実験について図８に示す。図８から、ＣａＯが増加するにつれて拡散性水素が増加し、０．１５％まででは、拡散性水素が１．０ｍｌ／１００ｇ以下が得られることがわかった。したがって、予熱作業の負荷増大を抑制するために、ＣａＯは０．１５％未満とすることが好ましい。つまり、この範囲を満たすように、フラックスの原料を選定することが好ましい。なお、必要に応じて、ＣａＯの含有量の上限を０．１２％、０．１０％又は０．０８％としてもよい。
【００５８】
以上が本発明の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鉄と不純物である。鉄成分としては、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。また鉄を主成分とする残部が本発明の特性を阻害しない範囲で、製造過程等で混入する不純物を含有してもよい。
【００５９】
以上の他、必要に応じてアーク安定剤をさらに含有させてもよい。アーク安定剤としては、Ｎａ、Ｋの酸化物や弗化物（例えば、Ｎａ２Ｏ、ＮａＦ、Ｋ２Ｏ、ＫＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＺｒＦ６）などがあり、その含有量の合計は０．００１〜０．４０％が適当である。含有しなくてもよいので、その下限は０％である。なお、ここで例示した酸化物、弗化物は、金属酸化物、金属弗化物には含めない。必要に応じて、ＮａおよびＫの酸化物や弗化物が多いと、アークが強くなりスパッタ等が増加するため、必要に応じて、これらの含有量の合計を０．３０％以下、０．２０％以下、０．１０％未満、０．０８％以下に制限してもよい。
【００６０】
フラックス入りワイヤには、鋼製外皮にスリット状の継目がないシームレスワイヤと、鋼製外皮の継目にスリット状の隙間を有するシームを有するワイヤとに大別できるが、本発明ではいずれの断面構造も採用することができる。スリット状の隙間があると、ワイヤ保管中にその隙間から大気中の水分が侵入し、フラックスが吸湿する。このまま溶接を行うと、溶接金属中の拡散性水素量が増加する。これを避けるため、スリット状の継目がないシームレスワイヤとする方がのぞましい。
また、ワイヤ表面に滑り性を有する潤滑剤を塗布して、溶接時のワイヤの送給性を向上させる方法が一般的に行われている。そのような溶接ワイヤ用の潤滑剤としては、ふっ素系の潤滑油であるパーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ油）が利用できる。パーフルオロポリエーテル油は水素源を含まないため、潤滑剤としてワイヤに塗布しても溶接金属の拡散性水素を増加させない。
本発明において、溶接金属又は溶着金属の引張強さは、９５０ＭＰａ以上１５００ＭＰａの引張強さを有する超高張力鋼と同等レベルの引張強度としている。溶接金属又は溶着金属の引張強さは、当該のフラックス入りワイヤを用いて製作された溶接継手から溶接金属又は溶着金属の引張試験を行うことで測定できる。また、硬さと引張強さにはよい相関関係があることが知られている。これを利用して、溶接継手の溶接金属又は溶着金属の硬さを測定し、硬さから換算して溶接金属又は溶着金属の引張強さを求めてもよい。また、フラックス入りワイヤが入手できるのであれば、超高張力鋼を用いた溶接継手を製作しなくとも、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ３１１１−２００５に規定された溶着金属の引張試験を行って、溶接金属又は溶着金属の引張強さを求めてもよい。なお、必要があれば、溶接金属又は溶着金属の引張強さの上限を、１４００ＭＰａ又は１３５０ＭＰａに制限してもよい。
【００６１】
本発明の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、金属弗化物、合金成分、金属酸化物、金属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シーム溶接する。溶接により得られた継目無し管を伸線し、伸線途中あるいは伸線工程完了後に焼鈍処理して、所望の線径を有するシームレスワイヤを得る。また、一部は、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シームを有するワイヤを得る。
【実施例】
【００６２】
次に、実施例により本発明の実施可能性及び効果についてさらに詳細に説明する。
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する。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、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。また、一部は、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、ワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。試作したフラックス入りワイヤの成分組成を［表１−１］〜［表１−５］、［表２−１］〜［表２−５］に示す。
【００６３】
このフラックス入りワイヤを用い、板厚が１９ｍｍの鋼板１を、図３に示すように、ルートギャップ１２ｍｍ、開先角度４５°で突き合わせ、裏当金２を用いて、１及び２層目は１又は２パス、３層目から最終層までは２又は３パスで溶接を行った。［表３−１］〜［表３−５］に示す溶接条件で溶接を実施した。なお、鋼板１及び裏当金２にはＪＩＳ  Ｇ３１０６のＳＭ４９０Ａを使用したが、鋼板１の開先面及び裏当金２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３ｍｍ以上のバタリングを実施して使用した。ここで、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物は、それぞれＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３を使用した。表１−１〜表１−７において、「金属炭酸塩」とはＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３である。ここで、ワイヤ番号３６はＢａＣＯ３であり、ワイヤ番号３７はＳｒＣＯ３であり、ワイヤ番号５１はＭｇＣＯ３であり、これら以外は全てＣａＣＯ３である。「アーク安定剤」とはＮａおよびＫの酸化物や弗化物である。
【００６４】
【表１−１】
0005565518.tif 000002
【００６５】
【表１−２】
0005565518.tif 000003
【００６６】
【表１−３】
0005565518.tif 000004
【００６７】
【表１−４】
0005565518.tif 000005
【００６８】
【表１−５】
0005565518.tif 000006
【００６９】
【表１−６】
0005565518.tif 000007
【００７０】
【表１−７】
0005565518.tif 000008
【００７１】
【表２−１】
0005565518.tif 000009
【００７２】
【表２−２】
0005565518.tif 000010
【００７３】
【表２−３】
0005565518.tif 000011
【００７４】
【表２−４】
0005565518.tif 000012
【００７５】
【表２−５】
0005565518.tif 000013
【００７６】
【表２−６】
0005565518.tif 000014
【００７７】
【表２−７】
0005565518.tif 000015
【００７８】
【表３−１】
0005565518.tif 000016
【００７９】
【表３−２】
0005565518.tif 000017
【００８０】
【表３−３】
0005565518.tif 000018
【００８１】
【表３−４】
0005565518.tif 000019
【００８２】
【表３−５】
0005565518.tif 000020
【００８３】
【表３−６】
0005565518.tif 000021
【００８４】
【表３−７】
0005565518.tif 000022
【００８５】
得られた溶接金属３から、図３に示すように、ＪＩＳ  Ｚ３１１１（１９８６年）に準拠したＡ１号引張り試験片（丸棒）（径＝１２．５ｍｍ）５とシャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）４を採取し、それぞれの機械特性試験を行って、溶接金属の降伏強度、引張強度、破断伸び、シャルピー吸収エネルギー及び拡散性水素量を測定した。
得られた機械特性の測定結果と評価結果を［表４−１］〜［表４−５］に示す。
なお、機械特性の評価は、引張強度が９５０ＭＰａ以上、破断伸びが１２％以上、且つ靭性が、−４０℃でのシャルピー衝撃試験で、吸収エネルギーが２７Ｊ以上であるものを合格とした。
【００８６】
［表４−１］〜［表４−５］の試験結果に示されるように、本発明例であるワイヤ番号１〜１０８は、強度、伸び、靭性のすべてが優れ、合格であった。
一方、比較例であるワイヤ番号１０９〜１６０は、フラックス組成、合金成分について本発明で規定する要件を満たしていないため、強度、伸び、靭性を満足できなかったり、溶接作業性不良などにより特性の評価ができなかったりして、いずれも総合判定で不合格となった。
【００８７】
ワイヤ番号１２７、１２９は、ワイヤに含まれる金属弗化物が本発明範囲よりも少ないため、延性低下割れを抑制できずに破断伸びが低値となり、靭性も低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１２８、１３０は、ワイヤに含まれる金属弗化物が本発明範囲を超えて多かったため、アークが不安定となりビード形状不良のため評価できず不合格となった。
ワイヤ番号１２４〜１２６、１３１、１３２は、金属酸化物の含有量に対する金属弗化物の含有量の比が、本発明範囲よりも小さいため延性低下割れを抑制できずに破断伸びが低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１３３、１３４は、ワイヤに含まれる金属酸化物、及び、鉄粉が本発明範囲を超えて多かったため、溶接金属の酸素量が増加したことで靭性が低下し、不合格となった。
ワイヤ番号１３５は、ワイヤに含まれる金属炭酸塩が本発明範囲を超えて多かったため、溶接性作業性が悪く不合格となった。
ワイヤ番号１４７は、金属弗化物中のＣａＦ２の割合が低く、溶接作業性が不良のため評価しなかった。
【００８８】
ワイヤ番号１０９〜１２３、１３６〜１４６、１４８〜１６０は、ワイヤに含まれる合金成分、金属脱酸成分が本発明範囲から外れており、強度、伸び、及び、靭性のいずれかを満足できず不合格となった。また、ワイヤ番号１４７は溶接作業性が不良のため、評価しなかった。
ワイヤ番号１０９〜１１０、１１５〜１１６、１３６は、Ｃが本発明範囲よりも少ないため、引張強度が低値となり不合格となった。また、ワイヤ番号１３７は、Ｃが本発明範囲よりも多いため、靭性が低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１３８は、Ｓｉが本発明範囲よりも少ないため、溶接金属の酸素量を低減できず靭性が低下し、不合格となった。また、ワイヤ番号１３９は、Ｓｉが本発明範囲よりも多いため、靭性が低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１１１〜１１２、１２２〜１２３、１４０は、Ｍｎが本発明範囲よりも少ないため、破断伸びが低値となり不合格となった。また、ワイヤ番号１１７〜１２１、１４１は、Ｍｎが本発明範囲よりも多いため、靭性が低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１４４は、Ａｌが本発明範囲よりも少ないため、溶接金属の酸素量を低減できず靭性が低下し、不合格となった。また、ワイヤ番号１４５は、Ａｌが本発明範囲よりも多いため、靭性が低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１４６は、Ｎｉが本発明範囲よりも少ないため、靭性が低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１１３〜１１４、１４８は、Ｖが本発明範囲よりも少ないため延性低下割れを抑制できず、破断伸びが低値となり不合格となった。また、ワイヤ番号１４９は、Ｖが本発明範囲よりも多いため、靭性が低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１４２は、Ｐが本発明範囲よりも多いため、破断伸びと靱性とが低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１４３は、Ｓが本発明範囲よりも多いため、破断伸びと靱性とが低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１５０〜１５８は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃａ、ＲＥＭがそれぞれ本発明範囲よりも多いため、靱性が低値となり不合格となった。
ワイヤ番号１５９は、Ｃｅｑの値が本発明範囲よりも少ないため、引張強度が低値となり不合格となった。また、ワイヤ番号１６０は、Ｃｅｑの値が本発明範囲よりも多いため、靭性が低値となり不合格となった。
【００８９】
［表１−６］、［表２−６］に示すワイヤ番号１６１〜１７５については、ＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５年）に準拠して評価した。すなわち、図７（試験板の記号１．３）に示すような要領とした。板厚が２０ｍｍの鋼板１をルートギャップ１６ｍｍ、開先角度２０°で突き合わせ、裏当金２を用いて、１及び２層目は１又は２パス、３層目から最終層までは２又は３パスで溶接を行った。溶接条件を［表３−６］に示す。なお、鋼板１及び裏当金２にはＳＭ４９０Ａを使用したが、鋼板１の開先面及び裏当金２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３ｍｍ以上のバタリングを実施して使用した。機械試験片はＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５年）に準拠したＡ０号引張り試験片（丸棒）（径＝１０ｍｍ）５とシャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）４を採取し、それぞれの機械特性試験を行って、溶接金属の降伏強度、引張強度、破断伸び及び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と評価結果を［表４−６］に示す。
本発明例であるワイヤ番号１６１〜１７０は、強度、伸び、靭性のすべてが優れ、合格であった。一方、比較例であるワイヤ番号１７１は、金属酸化物が本発明範囲よりも少ないため、溶接ビード３の形状が不良になったため、不合格となった。ワイヤ番号１７２、１７３は金属弗化物が少ない、または金属弗化物を含まない比較例であるが、金属弗化物が少ないため拡散性水素が低減されなかった。ワイヤ番号１７４はソリッドワイヤの比較例であるが、本発明のワイヤほど拡散性水素は低減されない。本発明例であるワイヤ番号１７５は、不純物としてのＣａＯ含有量が高いフラックスを使用したため、ワイヤ全質量に対する質量％で０．２８％のＣａＯが含有されていた。ワイヤ番号１７５の試験結果は、強度、伸び、靭性のすべてが優れ、合格であった。
［表１−７］、［表２−７］に示す、実施例のワイヤ番号５−２、６−２、３０−２、６１−２、６２−２、９０−２は、［表１−１］〜［表１〜３］の実施例のワイヤ番号５、６、３０、６１、６２、９０と同じワイヤである。このワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５年）に準拠して評価した。溶接条件を［表３−７］に示す。機械特性の測定結果と評価結果を［表４−７］に示す。ＪＩＳ  Ｚ３１１１（１９８６年）での評価結果と同様に強度、伸び、靭性のすべてが優れ、合格であった。従って、ＪＩＳ  Ｚ３１１１−２００５とＪＩＳ  Ｚ３１１１−１９８６の評価方法の違いによる特性の差は無い。
［表１−６］に示すワイヤ番号１６１〜１７５と、［表１−７］に示すワイヤ番号５−２、６−２、３０−２、６１−２、６２−２、９０−２においては、フラックス中のＣａＯ含有量の分析を行った。
【００９０】
拡散性水素量の測定は、鋼溶接部の水素量測定方法（ＪＩＳ Ｚ ３１１８（２００５年））に準拠したガスクロマトグラフ法にて実施した。溶接条件は、電流２８０Ａ、電圧３０Ｖ、溶接速度３５０ｍｍ／ｍｉｎとした。結果を［表４−１］〜［表４−７］に示す。いずれのワイヤも拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下と低水素が得られた。本発明のフラックス入りワイヤは、金属弗化物によって拡散性水素が低減されたと考えられる。従って、本発明のフラックス入りワイヤは、耐低温割れ性にも優れ、溶接をする際の予熱温度を低減できる。
実施例のワイヤ番号１６１〜１６４、１６６、１６９は、表３−６に示すように溶接継手を作る際の予熱を無しにして溶接を行った。いずれの溶接継手でも低温割れは認められず、本発明のフラックス入りワイヤは、優れた耐低温割れ性を有することが示された。
さらに、試作したワイヤの耐低温割れ性を評価するため、ワイヤ記号１６１〜１６３、１６８、１７０、１７２〜１７５について耐低温割れ性の評価試験を実施した。耐低温割れ性の評価試験は、雰囲気を温度２０℃−湿度６０％の一定に管理できる部屋の中で、板厚２５ｍｍのＴＳ１１８０ＭＰａ鋼を用いて、機械特性試験と同じ表３の溶接条件でＪＩＳ  Ｚ  ３１５７（ｙ形溶接割れ試験）に準拠した方法で実施した。表６にｙ形溶接割れ試験に使用した鋼板の成分と機械特性を示す。得られたｙ形溶接割れ試験の割れ停止温度を表５に示す。金属弗化物量の少ないワイヤ番号１７２、１７３では割れ停止温度が１５０℃、ソリッドワイヤのワイヤ番号１７４では割れ停止温度が１００℃であるのに対し、本発明ワイヤでは５０℃以下であり、本発明ワイヤは、拡散性水素が低減されることで耐低温割れ性にも優れることが示された。本発明ワイヤはフラックス入りワイヤであるため、内包されるフラックスには少なからず結晶水など、水素源となるものを含んでいる。このため、本発明ワイヤの溶接金属の拡散性水素量は、ソリッドワイヤのものより高くなる筈であるが、全く逆の結果であった。本発明ワイヤでの割れ停止温度も、ソリッドワイヤのものより低温となっている。このように拡散性水素量が低下し、割れ停止温度が低温となった理由は、溶接時に弗化物中のフッ素が水素と結合し弗化水素として大気中に放出されるため、溶接金属中の拡散性水素が低下したためと考えられる。つまり、本発明ワイヤを使用することにより、ソリッドワイヤを使用した場合より予熱温度を低くすることができる。
なお、ワイヤ番号１７５では、ＣａＯの含有量が高かったため、拡散性水素量が高くなり、耐低温割れ性が低下したものと考えられる。このことからも、耐低温割れ性を向上させるためには、ＣａＯの含有量の上限を制限することが望ましいことが判る。
【００９１】
【表４−１】
0005565518.tif 000023
【００９２】
【表４−２】
0005565518.tif 000024
【００９３】
【表４−３】
0005565518.tif 000025
【００９４】
【表４−４】
0005565518.tif 000026
【００９５】
【表４−５】
0005565518.tif 000027
【００９６】
【表４−６】
0005565518.tif 000028
【００９７】
【表４−７】
0005565518.tif 000029
【００９８】
【表５】
0005565518.tif 000030
【００９９】
【表６】
0005565518.tif 000031
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明によれば、引張強度９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接に用いられるフラックス入りワイヤにおいて、高強度、高靭性であり、かつ、延性低下割れを抑制することで優れた伸びを有する溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤを提供することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１    鋼板
２    裏当金
３    溶接ビード
４    シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）
５    引張り試験片（丸棒）
【図１】
0005565518.tif 000032
【図２】
0005565518.tif 000033
【図３】
0005565518.tif 000034
【図７】
0005565518.tif 000035
【図８】
0005565518.tif 000036
【図４Ａ】
0005565518.tif 000037
【図４Ｂ】
0005565518.tif 000038
【図５Ａ】
0005565518.tif 000039
【図５Ｂ】
0005565518.tif 000040
【図６Ａ】
0005565518.tif 000041
【図６Ｂ】
0005565518.tif 000042
【図６Ｃ】
0005565518.tif 000043
【図６Ｄ】
0005565518.tif 000044