(57)【要約】【課題】低温用鋼を狭開先で溶接施工する場合でも、溶接作業性が良好で、かつ高靭性の溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを提供する。【解決手段】サブマージアーク溶接用ボンドフラックスを、ＭｇＯ：２５〜４５質量％、Ａｌ２Ｏ３：５〜２５質量％、ＣａＦ２：５〜２５質量％、金属炭酸塩：２〜１０質量％、ＣａＯ及び／又はＢａＯ：合計で２〜１０質量％、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の１種以上：合計で２〜１０質量％、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物のうち１種以上：合計で０．３〜２．０質量％、金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物のうち１種以上：合計で０．０５〜０．３質量％、Ｓ：０．００５〜０．１５質量％を含有すると共に、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量が０．１質量％以下に規制され、更に、金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量が０．３〜２．０質量％で、かつ、総Ｓｉ量／総Ｔｉ量が５〜１５である組成にする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯ：２５〜４５質量％、
Ａｌ２Ｏ３：５〜２５質量％、
ＣａＦ２：５〜２５質量％、
金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：２〜１０質量％、
ＣａＯ及び／又はＢａＯ：合計で２〜１０質量％、
金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物のうち少なくとも１種（Ｓｉ換算）：合計で２〜１０質量％、
金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物のうち少なくとも１種（Ｔｉ換算）：合計で０．３〜２．０質量％、
金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物のうち少なくとも１種（Ｂ換算）：合計で０．０５〜０．３質量％、
Ｓ：０．００５〜０．１５質量％、
を含有すると共に、
金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量（Ａｌ換算値）が０．１質量％以下
に規制され、
金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量（Ｓｉ換算値）が０．３〜２．０質量％であり、
かつ、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（Ｓｉ換算値）と、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物の総含有量（Ｔｉ換算値）との比（総Ｓｉ量／総Ｔｉ量）が５〜１５である
サブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
【請求項２】
ＭｇＯが３０〜４０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
【請求項３】
Ａｌ２Ｏ３が１０〜２０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
【請求項４】
ＣａＦ２が１０〜２０質量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
【請求項５】
金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（Ｓｉ換算値）と、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物の総含有量（Ｔｉ換算値）との比（総Ｓｉ量／総Ｔｉ量）が５〜１０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
【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に用いられるボンドフラックスに関する。より詳しくは、主に海洋構造物や液化石油ガス（Liquefied petroleum gas：ＬＰＧ）タンクなどに用いられる低温用鋼に適したサブマージアーク溶接用ボンドフラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー産業の発展に伴い、低温用鋼が広く用いられている。そして、低温用鋼を使用した寒冷地のラインパイプ、ＬＰＧタンク、海洋における石油採掘基地などの海洋構造物では、安全性及び耐久性の確保のために、更なる品質向上が求められている。特に、溶接部に対する性能要求はより厳しいものとなっており、脆性破壊力学の観点から、溶接部及び溶接材料に対して、高い破壊靱性性能が要求されている。靭性の評価基準として代表的なものとしては、シャルピー衝撃試験における破面遷移温度（ｖＴｒｓ）、設計温度での破壊靱性値（ＣＴＯＤ）などがある。
【０００３】
また、特に海洋構造物などのように板厚が極めて大きい構造物では、溶接材料の使用量減少及び作業時間の短縮などを目的として、狭開先で施工が行われる場合があり、スラグ巻込みや融合不良などの欠陥が生じやすい。このため、これらの構造物に使用される溶接材料は、前述した破壊靱性性能に加えて、溶接作業性の観点から、スラグ剥離性及び開先面でのなじみ性が重要となる。
【０００４】
従来、低温用鋼を使用した重構造物の厚板溶接では、被覆アーク溶接棒を用いた手溶接やＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接などが多用されているが、溶接能率を向上させるため、サブマージアーク溶接材料の開発が望まれている。しかしながら、サブマージアーク溶接による厚板の狭開先溶接には施工上の問題があり、溶接作業性に優れた低温用鋼用サブマージアーク溶接材料に対する要望が高まっている。
【０００５】
具体的には、サブマージアーク溶接で発生するスラグは他の溶接方法に比べて厚いため、スラグが開先内に噛み込み、剥離が困難になることが多い。このため、厚板の狭開先溶接の施工では、止端形状を改善するためにグラインダー処理が必要となったり、スラグ巻込みが発生しやすくなったりする。そこで、融合不良などの溶接欠陥を避けるために開先を広幅化すると、能率が低下する。
【０００６】
一方、サブマージアーク溶接用のフラックスは、ボンドフラックスと溶融型フラックスに大別される。そのうち、ボンドフラックスは、脱酸剤やスラグ形成剤などのフラックス原料に水ガラスを添加し、適当な大きさに造粒した後、５００℃前後の温度で乾燥することにより製造される。
【０００７】
ボンドフラックスには、金属炭酸塩の分解で発生するＣＯ２ガスにより、アーク雰囲気中の水蒸気分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を抑制するという特徴がある。また、ボンドフラックスは、耐吸湿性に優れた性能を有し、更に、塩基度を高くすることにより、溶接金属中の酸素量を低減させて靭性を向上させることが可能であるため、耐割れ性及び靭性性能に優れた溶接金属を得ることができる。このような理由から、ボンドフラックスは、低温用鋼の溶接材料として適しており、溶接施工条件及び溶接環境などによらず、良好な溶接金属性能が得られるようなものとすることが重要となる。
【０００８】
そこで、本出願人は、低温用鋼のサブマージアーク溶接用として、溶接作業性に優れ、低温靭性が優れた溶接金属が得られるボンドフラックスを提案している（特許文献１，２参照）。例えば特許文献１に記載のボンドフラックスでは、金属酸化物、金属炭酸塩、金属弗化物などの種類や含有量を特定することで、溶接金属中の酸素量や窒素量を抑制している。また、特許文献２に記載のボンドフラックスでは、溶接金属中の酸素量及び窒素量の低減に加えて、Ｓ含有量を特定の範囲にすることで、開先面でのなじみを良好にして、溶接作業性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−１３７１９５号公報
【特許文献２】特開平７−２５６４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した特許文献１，２に記載のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、溶接作業性が良好で、靭性に優れた溶接金属が得られる。しかしながら、近年、低温鋼を使用した構造物では、安全性及び耐久性確保の観点から、更なる品質向上が求められており、それに用いられる溶接材料にも、溶接金属の更なる高靭化及び溶接作業性の向上が求められている。特に、低温用鋼のサブマージアーク溶接においては、狭開先でのスラグ剥離性及び開先面でのビードのなじみを向上させた溶接能率に優れるボンドフラックスが求められている。
【００１１】
そこで、本発明は、低温用鋼を狭開先で溶接施工する場合でも、溶接作業性が良好で、かつ高靭性の溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用ボンドフラックスを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、ＭｇＯ：２５〜４５質量％、Ａｌ２Ｏ３：５〜２５質量％、ＣａＦ２：５〜２５質量％、金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：２〜１０質量％、ＣａＯ及び／又はＢａＯ：合計で２〜１０質量％、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物のうち少なくとも１種（Ｓｉ換算）：合計で２〜１０質量％、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物のうち少なくとも１種（Ｔｉ換算）：合計で０．３〜２．０質量％、金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物のうち少なくとも１種（Ｂ換算）：合計で０．０５〜０．３質量％、Ｓ：０．００５〜０．１５質量％を含有すると共に、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量（Ａｌ換算値）が０．１質量％以下に規制され、金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量（Ｓｉ換算値）が０．３〜２．０質量％であり、かつ、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（Ｓｉ換算値）と、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物の総含有量（Ｔｉ換算値）との比（総Ｓｉ量／総Ｔｉ量）が５〜１５である。
本発明のボンドフラックスは、ＭｇＯが３０〜４０質量％でもよい。
また、Ａｌ２Ｏ３が１０〜２０質量％でもよい。
更に、ＣａＦ２が１０〜２０質量％でもよい。
更にまた、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（Ｓｉ換算値）と、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物の総含有量（Ｔｉ換算値）との比（総Ｓｉ量／総Ｔｉ量）は５〜１０でもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、狭開先でのスラグ剥離及び開先面でのビードのなじみが向上し、低温鋼を高能率で溶接することができると共に、従来よりも高靭性の溶接金属を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】溶接試験で用いた試験片の開先形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
本発明の実施形態に係るボンドフラックスは、サブマージアーク溶接に用いられるものであり、ＭｇＯと、Ａｌ２Ｏ３と、ＣａＦ２と、金属炭酸塩と、ＣａＯ及び／又はＢａＯと、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物のうち少なくとも１種と、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物のうち少なくとも１種と、金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物のうち少なくとも１種と、Ｓを特定量含有すると共に、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量が特定量以下に規制されてる。
【００１７】
また、本実施形態のボンドフラックスは、金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量がＳｉ換算で０．３〜２．０質量％となっている。更に、本実施形態のボンドフラックスでは、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（Ｓｉ換算値）と、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物の総含有量（Ｔｉ換算値）との比（総Ｓｉ量／総Ｔｉ量）を、５〜１５の範囲にしている。
【００１８】
［ＭｇＯ：２５〜４５質量％］
ＭgＯは、塩基度を高めると共に、脱酸剤として溶接金属中の酸素を抑える働きをするため、酸素低減に効果がある。しかしながら、フラックス中のＭｇＯ量が２５質量％未満の場合、前述した酸素低減効果が得られない。一方、フラックス中のＭｇＯ量が４５質量％を超えると、スラグ剥離性及びビード外観が劣化する。よって、ＭｇＯ含有量は２５〜４５質量％とする。なお、ＭｇＯ含有量は３０〜４０質量％であることが好ましく、これにより溶接金属中の酸素量低減効果、スラグ剥離性及びビード外観を更に高めることができる。
【００１９】
［Ａｌ２Ｏ３：５〜２５質量％］
Ａｌ２Ｏ３は、スラグ形成剤として作用すると共に、アークの集中性及び安定性を高める効果もある。しかしながら、フラックス中のＡｌ２Ｏ３量が５質量％未満の場合、アークが不安定化し、溶接が困難になる。一方、フラックス中のＡｌ２Ｏ３量が２５質量％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加し、靭性が劣化する。よって、Ａｌ２Ｏ３含有量は５〜２５質量％とする。なお、Ａｌ２Ｏ３含有量は１０〜２０質量％であることが好ましく、これによりアーク安定性が向上すると共に、溶接金属の靭性を高めることができる。
【００２０】
［ＣａＦ２：５〜２５質量％］
ＣａＦ２には、一般的に知られている生成スラグの融点を調整し、ビードのなじみ及び外観を改善するという作用と共に、溶接金属中の酸素量を低減させる効果もある。しかしながら、フラックス中のＣａＦ２量が５質量％未満の場合、前述した効果が得られない。一方、フラックス中のＣａＦ２量が２５質量％を超えると、アークが不安定になり、ビード形状が劣化すると共に、ビード上にポックマークが発生することがある。よって、ＣａＦ２含有量は５〜２５質量％とする。なお、生成スラグの融点調整によるビードのなじみ性改善効果、溶接金属中の酸素量低減効果、アーク安定性及びビード外観向上の観点から、ＣａＦ２含有量は１０〜２０質量％であることが好ましい。
【００２１】
［金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：２〜１０質量％］
金属炭酸塩は、溶接熱によりガス化し、アークを大気から遮断（シールド）して溶接金属中の酸素量を低下させる効果がある。しかしながら、フラックス中の金属炭酸塩量が、ＣＯ２換算で２質量％未満の場合、前述した効果が発揮されない。一方、フラックス中の金属炭酸塩量が、ＣＯ２換算で１０質量％を超えると、スラグの剥離性が低下し、ビード上にポックマークが発生するなどして、ビード外観を劣化させる。よって、金属炭酸塩含有量は、ＣＯ２換算で２〜１０質量％とする。なお、本実施形態のボンドフラックスに添加される金属炭酸塩としては、例えばＣａＣＯ３及びＢａＣＯ３などが挙げられる。
【００２２】
［ＣａＯ及び／又はＢａＯ：合計で２〜１０質量％］
ＣａＯ及びＢａＯは、ＭｇＯと同様に、塩基度を高め、溶接金属中の酸素低減に効果がある。しかしながら、ＣａＯ及びＢａＯの総含有量が２質量％未満の場合、前述した効果が発揮されず、また、ＣａＯ及びＢａＯの総含有量が１０質量％を超えると、アーク安定性及びビード外観が劣化する。よって、ＣａＯ及びＢａＯは、いずれか一方又は両方を、合計で２〜１０質量％となるように添加する。
【００２３】
［金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物（Ｓｉ換算）：合計で２〜１０質量％］
金属Ｓｉ及びＳｉ合金は溶接金属中の酸素量を抑制する脱酸効果を有し、Ｓｉ酸化物はスラグ形成剤としてビード外観及びビード形状を整える作用がある。ただし、ボンドフラックスにおけるこれらの総含有量（総Ｓｉ量）が、Ｓｉ換算で２質量％未満の場合、前述した脱酸効果やスラグ形成剤としての効果が発揮されない。一方、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（総Ｓｉ量）が、Ｓｉ換算で１０質量％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。
【００２４】
よって、本実施形態のボンドフラックスでは、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物のうち１種又は２種以上を、総含有量（総Ｓｉ量）がＳｉ換算で２〜１０質量％となるように添加する。なお、本実施形態のボンドフラックスに添加されるＳｉ合金としては、例えばＦｅ−ＳｉやＲＥＭ（希土類元素）−Ｃａ−Ｓｉなどが挙げられ、Ｓｉ酸化物としては、例えばＳｉＯ２（珪砂）やＣａ３Ｓｉ３Ｏ９（珪灰石）などが挙げられる。
【００２５】
［金属Ｓｉ及びＳｉ合金（Ｓｉ換算）：合計で０．３〜２．０質量％］
本実施形態のボンドフラックスでは、前述した金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量と共に、金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量も規定する。具体的には、金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量を、Ｓｉ換算で０．３〜２．０質量％の範囲にする。これは、金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量がＳｉ換算で０．３質量％未満の場合、前述した脱酸効果が得られず、また、２．０質量％を超えると、脱酸効果が向上しなくなり、溶接金属の靭性が劣化すると共に強度が高くなり過ぎるからである。
【００２６】
［金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物（Ｔｉ換算）：合計で０．３〜２．０質量％］
金属Ｔｉ及びＴｉ合金は、前述した金属Ｓｉ及びＳｉ合金と同様に、溶接金属中の酸素量を抑制する脱酸効果を有し、更に、溶接金属の微細化に関わり低温靭性の向上に非常に有効である。一方、Ｔｉ酸化物は、スラグ形成剤としてスラグの粘性や流動性を調整し、ビードの外観となじみを改善する効果がある。
【００２７】
ただし、ボンドフラックスにおけるこれらの総含有量（総Ｔｉ量）が、Ｔｉ換算で０．３質量％未満の場合、前述した脱酸効果やスラグ形成剤としての効果が発揮されない。一方、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物の総含有量（総Ｔｉ量）が、Ｔｉ換算で２．０質量％を超えると、ビード表面に焼き付きが生じ、スラグ剥離性が劣化する。よって、本実施形態のボンドフラックスでは、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物のうち１種又は２種以上を、総含有量（総Ｔｉ量）がＴｉ換算で０．３〜２．０質量％となるように添加する。
【００２８】
なお、フラックスに金属Ｔｉ及び／又はＴｉ合金を選択添加し、Ｔｉ酸化物は添加しない場合でも、その添加量は前述した総Ｔｉ量の範囲とする。また、本実施形態のボンドフラックスに添加されるＴｉ合金としては、例えばＦｅ−Ｔｉなどが挙げられ、Ｔｉ酸化物としては、例えばＴｉＯ２（ルチール）やＦｅＴｉＯ３（イルミナイト）などが挙げられる。
【００２９】
［総Ｓｉ量／総Ｔｉ量：５〜１５］
前述したように、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金、金属Ｔｉ及びＴｉ合金は、溶接金属中の酸素量を抑える脱酸効果を持つとと共に、凝固過程における酸化反応により、酸化物としてスラグ形成に関与する。また、Ｓｉ酸化物やＴｉ酸化物は、スラグ形成剤としての効果を有する。
【００３０】
しかしながら、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（Ｓｉ換算値）と、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物の総含有量（Ｔｉ換算値）との比（総Ｓｉ量／総Ｔｉ量）が５未満の場合、Ｓｉ不足によるビード止端のなじみ不良やＴｉ過多によるスラグの焼き付が発生し、溶接欠陥の原因となる。一方、総Ｓｉ量／総Ｔｉ量が１５を超えると、溶接金属の脱酸効果が充分に得られず、溶接金属の靭性が著しく劣化する。
【００３１】
よって、金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物の総含有量（Ｓｉ換算値）と、金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物の総含有量（Ｔｉ換算値）との比（総Ｓｉ量／総Ｔｉ量）は５〜１５とする。これにより、溶接金属の靭性を確保しつつ、ビード表面へのスラグ焼き付を防止することができる。なお、総Ｓｉ量／総Ｔｉ量は５〜１０とすることが好ましく、これにより溶接金属の脱酸効果が向上すると共に、溶接金属の靭性を向上させることができる。
【００３２】
［金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物（Ｂ換算）：０．０５〜０．３質量％］
金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物は、溶接金属中で、冷却時にオーステナイト粒界に生成する初析フェライトを抑制して焼入性を高め、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。ただし、金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物の総含有量が、Ｂ換算で０．０５質量％未満の場合、前述した溶接金属の靭性向上の効果が得られず、また、０．３質量％を超えると、靭性が劣化する。
【００３３】
よって、本実施形態のボンドフラックスでは、金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物のうち１種又は２種以上を、総含有量がＢ換算で０．０５〜０．３質量％となるように添加する。なお、本実施形態のボンドフラックスに添加されるＢ合金としては、例えばＦｅ−ＢやＦｅ−Ｓｉ−Ｂなどが挙げられ、Ｂ酸化物としては、例えばＢ２Ｏ３（酸化硼素）などが挙げられる。
【００３４】
［Ｓ：０．００５〜０．１５質量％］
Ｓは、溶融池の表面エネルギーを下げ、溶接作業性、特に開先面でのなじみを良好にして、ビード外観及び止端形状を整える効果がある。しかしながら、フラックス中のＳ量が０．００５質量％未満の場合、前述した効果が発揮されず、疲れ強さが低下する。一方、フラックス中のＳ量が０．１５質量％を超えると、延性及び靭性が劣化する。なお、Ｓは硫化鉄鉱などの形態で添加することができる。
【００３５】
［金属Ａｌ及びＡｌ合金（Ａｌ換算）：合計で０．１質量％以下］
金属Ａｌ及びＡｌ合金は、一般に、溶接金属中の酸素量を抑える脱酸剤として、フラックスに添加される。しかしながら、これら金属Ａｌ及びＡｌ合金には、溶接金属中に粗大なＡｌ系酸化物を形成して溶接金属の靭性を劣化させることに加えて、前述した金属Ｓｉ、Ｓｉ合金、金属Ｔｉ及びＴｉ合金の酸化反応を阻害し、溶接金属の強度を過度に上昇させる作用もある。
【００３６】
具体的には、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量が、Ａｌ換算で０．１質量％を超えると、溶接金属の靭性が劣化したり、溶接金属の強度が高くなり過ぎたりする。そこで、本実施形態のボンドフラックスでは、金属Ａ１及びＡｌ合金の総含有量は、Ａｌ換算で０．１質量％以下に規制する。
【００３７】
以上詳述したように、本実施形態のボンドフラックスでは、成分組成を特定の範囲にし、特に、金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量、並びに総Ｓｉ量／総Ｔｉ量を特定の範囲にしているため、狭開先であっても、スラグ剥離及び開先面でのビードのなじみが良好で、低温鋼を欠陥なく、高能率で溶接することが可能となる。また、本実施形態のボンドフラックスを使用することにより、従来よりも高靭性の溶接金属を得ることができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記表１に示すワイヤと、下記表２及び表３に示す実施例及び比較例の各ボンドフラックス用いて、サブマージアーク溶接での溶接試験を行い、その性能を評価した。なお、下記表１に示すワイヤ組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、実施例及び比較例の各ボンドフラックスは、下記表２及び表３に示す各成分の他に、Ｆｅ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＦｅＯ及びＬｉ２Ｏなどを含む。
【００３９】
【表１】
2014091135.tif 000002
【００４０】
【表２】
2014091135.tif 000003
【００４１】
【表３】
2014091135.tif 000004
【００４２】
＜溶接試験＞
図１は溶接試験で用いた試験片の開先形状を示す図である。溶接試験では、板厚２５ｍｍの溶接構造用圧延鋼材（ＪＩＳ  Ｇ３１０６  ＳＭ４００Ｂ）を、図１に示すＶ開先に加工し、溶接条件を５００〜６５０Ａ−２６〜３０Ｖ−３０ｃｐｍ（ワイヤ径：４．８ｍｍφ、予熱・パス間温度：１５０℃）として、溶接を行った。その後、溶接金属から引張試験片（ＪＩＳ  Ｚ３１１１  Ａ２号）、シャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ  Ｚ３１１１  Ｖ  ノッチ）を採取し、各種試験を実施した。
【００４３】
「引張試験」は、ＪＩＳ  Ｚ３１１１に基づいて行い、０．２％耐力、引張強さ（ＴＳ）及び伸び（ＥＬ）を測定した。「シャルピー衝撃試験」もＪＩＳ  Ｚ３１１１に基づいて行い、−６０℃におけるシャルピー吸収エネルギーを測定した。そして、「引張試験」における各項目の評価は、０．２％耐力については、４００ＭＰａ以上のものを合格、４００ＭＰａ未満のものを不合格とした。また、引張強さ（ＴＳ）は、４８３〜６５５ＭＰａの範囲のものを合格、この範囲から外れているものを不合格とした。更に、伸び（ＥＬ）は、２２％以上のものを合格、２２％未満のものを不合格とした。一方、「シャルピー衝撃試験」は、シャルピー吸収エネルギーが１００Ｊ以上であったものを合格、１００Ｊ未満のものを不合格とした。
【００４４】
また、同時に、溶接作業性及び溶接金属の酸素量も調査し、溶接作業性の劣るフラックスは機械試験を中止した。溶接作業性は、スラグ剥離性、ビード外観、ビードのなじみ及びアーク安定性について評価した。「スラグ剥離性」の評価では、スラグが自然に剥離したものを◎、エアーチッパーで容易にスラグを剥離できたものを○、それ以外のもの（エアーチッパーでもスラグが剥離しなかったものなど）を×とした。
【００４５】
「ビード外観」の評価は、ビードを目視により観察し、波目が揃っておりかつポックマークなどの表面欠陥が全く認められなかったものを◎、波目が揃っておりかつポックマークなどの表面欠陥が少なかったものを○、それ以外のもの（波目が揃っていないものやポックマークなどの表面欠陥が多いものなど）を×とした。
【００４６】
「ビードのなじみ」の評価もビードを目視により観察し、溶接金属と母材の濡れ性が良好でかつよくなじんでいたものを◎、溶接金属と母材の濡れ性が比較的良好でかつ実用上問題にならない程度になじんでいたものを○、それ以外のもの（溶接金属と母材の濡れ性が不良でなじんでいなかったものなど）を×とした。「アーク安定性」の評価では、溶接電流の振れが極めて少なかったものを◎、溶接電流の振れが少なかったものを○、それ以外のもの（溶接電流の振れが多かったものなど）を×とした。
【００４７】
そして、「総合判定」は、引張試験及びシャルピー衝撃試験の結果が全て合格でかつ溶接作業性の各項目の評価が全て◎であったものを“◎”とし、引張試験及びシャルピー衝撃試験の結果が全て合格でかつ溶接作業性の評価に×がなかったものを“○”とし、それ以外（引張試験若しくはシャルピー衝撃試験の結果に不合格があるか又は溶接作業性の評価に×があったもの）を“×”とした。
【００４８】
一方、溶接金属の酸素量は、赤外吸収法により測定した。以上の結果を下記表４及び表５にまとめて示す。
【００４９】
【表４】
2014091135.tif 000005
【００５０】
【表５】
2014091135.tif 000006
【００５１】
表４に示すように、本発明の実施例であるＮｏ．１〜８のボンドフラックスは、溶接作業性が良好で、溶接金属の強度（０．２％耐力・引張強さ）、延性（伸び）及び靭性（シャルピー吸収エネルギー）のいずれも良好な値を示した。
【００５２】
これに対して、表４及び表５に示すように、本発明の比較例であるＮｏ．９〜３５のボンドフラックスは、溶接金属の強度、延性、靭性又は溶接作業性が劣っていた。具体的には、Ｎｏ．９のボンドフラックスは、ＭｇＯが４９質量％と本発明の範囲を超えているため、スラグの剥離性及びビード外観が劣化した。また、このＮｏ．９のボンドフラックスは、溶接金属中の酸素量が多く、低靭性であった。一方、Ｎｏ．２３のボンドフラックスでは、ＭｇＯが２４質量％と本発明の範囲よりも少ないため、溶接金属の強度が上昇し、靭性が低下した。
【００５３】
Ｎｏ．１０のボンドフラックスは、Ａｌ２Ｏ３が２６質量％と本発明の範囲を超えているため、溶接金属中の酸素量が増加して低靭性となり、更にビードのなじみ及び外観も劣っていた。一方、Ｎｏ．２４のボンドフラックスは、Ａｌ２Ｏ３が４質量％と本発明の範囲よりも少ないため、アーク安定性の確保が困難となり、試験を中止した。また、Ｎｏ．１１のボンドフラックスは、ＣａＦ２が２６質量％と本発明の範囲を超えているため、アーク安定性が劣り、ビードのなじみ及び外観も劣化した。一方、Ｎｏ．２５のボンドフラックスは、ＣａＦ２が４質量％と本発明の範囲よりも少ないため、溶接金属の強度が上昇し、靭性が低下した。更にこのＮｏ．２５のボンドフラックスは、ビードのなじみ及び外観も劣っていた。
【００５４】
金属炭酸塩（ＣＯ２）が１１質量％と本発明の範囲を超えているＮｏ．１２のボンドフラックスは、スラグ剥離が著しく困難となり、またポックマークの多発が確認されたため、試験を中止した。一方、金属炭酸塩（ＣＯ２）が１質量％と本発明の範囲よりも少ないＮｏ．２６のボンドフラックスは、ビード表面にシールド不良に起因する欠陥が発生したため、試験を中止した。Ｎｏ．１３のボンドフラックスは、ＣａＯ及びＢａＯの総含有量が１１質量％と本発明の範囲を超えているため、ビード外観及びアーク安定性が劣化した。一方、Ｎｏ．２７のボンドフラックスは、ＣａＯ及びＢａＯの総含有量が１質量％と本発明の範囲よりも少ないため、溶接金属の強度が上昇し、靭性が低下した。
【００５５】
Ｎｏ．１４のボンドフラックスは、脱酸効果を有する金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量が２．２質量％と本発明の範囲を超えているため、溶接金属の強度が上昇して、延性及び靭性が低下した。一方、Ｎｏ．２８のボンドフラックスは、金属Ｓｉ及びＳｉ合金の総含有量が０．２質量％と本発明の範囲よりも少ないため、溶接金属の強度が上昇し、靭性が低下した。また、Ｎｏ．１５のボンドフラックスは、脱酸効果がある金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量が０．１２質量％と本発明の範囲を超えているため、溶接金属中に粗大なＡｌ系酸化物が形成され、溶接金属の靭性及び延性が劣化すると共に、強度が大幅に上昇した。
【００５６】
Ｎｏ．１６のボンドフラックスは、総Ｔｉ量が２．１質量％と本発明の範囲を超えているため、スラグ剥離性が劣化した。一方、Ｎｏ．２９のボンドフラックスは、総Ｔｉ量が０．２質量％と本発明の範囲よりも少ないため、溶接金属の強度が上昇し、靭性が低下した。また、Ｎｏ．１７のボンドフラックスは、総Ｓｉ量が１１質量％と本発明の範囲を超えているため、溶接金属の靭性及び延性が低下すると共に、強度が上昇した。一方、Ｎｏ．３０のボンドフラックスは、総Ｓｉ量が１質量％と本発明の範囲よりも少ないため、溶接金属中の酸素量が増加して溶接金属の靭性が劣化すると共に、強度が大幅に上昇した。また、このＮｏ．３０のボンドフラックスでは、スラグ剥離性及びビードのなじみも劣っていた。
【００５７】
Ｎｏ．１８のボンドフラックスは、総Ｓｉ量／総Ｔｉ量が１９と本発明の範囲を超えているため、溶接金属中の酸素量が高くなり、靭性が低下した。一方、Ｎｏ．３１のボンドフラックスは、総Ｓｉ量／総Ｔｉ量が４と本発明の範囲よりも低いため、スラグ剥離性及びビードのなじみが劣化し、更に溶接金属の強度上昇もみられた。また、Ｎｏ．１９のボンドフラックスは、金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物の総含有量（Ｂ換算）が０．３７質量％と本発明の範囲を超えているため、溶接金属が低靭性であった。一方、Ｎｏ．３２のボンドフラックスは、金属Ｂ、Ｂ合金及びＢ酸化物の総含有量（Ｂ換算）が０．０３質量％と本発明の範囲よりも少ないため、溶接金属が低靭性となり、強度も上昇していた。
【００５８】
Ｎｏ．２０のボンドフラックスは、Ｓが０．１６０質量％と本発明の範囲を超えているため、溶接金属が低延性及び低靭性で、強度の上昇も見られた。一方、Ｎｏ．３３のボンドフラックスは、Ｓが０．００４質量％と本発明の範囲よりも少ないため、溶接作業性が劣化し、スラグ剥離性、ビードの外観及びなじみが劣っていた。また、このＮｏ．３３のボンドフラックスでは、溶接金属が低延性となり、強度も上昇した。Ｎｏ．２１のボンドフラックスは総Ｓｉ量／総Ｔｉ量が２５であり、また、Ｎｏ．２２のボンドフラックスは総Ｓｉ量／総Ｔｉ量が１６であり、いずれも本発明の範囲を超えているため、溶接金属の靭性が低下した。加えて、Ｎｏ．２１のボンドフラックスでは、溶接金属の強度上昇も確認された。
【００５９】
Ｎｏ．３４のボンドフラックスは、総Ｓｉ量／総Ｔｉ量が４と本発明の範囲よりも低く、更に、ＭｇＯが４６質量％と本発明の範囲を超えているため、スラグ剥離性やビードの外観及びなじみが劣化し、溶接作業性が劣っていた。また、Ｎｏ．３５のボンドフラックスは、総Ｔｉ量が２．８質量％と本発明の範囲を超えており、更に、総Ｓｉ量／総Ｔｉ量が１と本発明の範囲よりも低いため、著しくスラグ焼付が発生した。このＮｏ．３５のボンドフラックスは、スラグ剥離性だけでなく、ビードのなじみ及びアーク安定性も劣っており、溶接作業性全般で劣化が見られた。
【００６０】
以上の結果から、本発明のボンドフラックスは、低温用鋼を狭開先で溶接施工する場合でも、溶接作業性が良好で、かつ高靭性の溶接金属が得られることが確認された。
【図１】
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