(57)【要約】  本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックスが、Ｆ換算値の合計値αが０．２１％以上である弗化物と、含有量の合計値βが０．３０％以上３．５０％未満である酸化物と、含有量の合計値が０〜３．５０％である炭酸塩と、を含み、ＣａＯの含有量が０％以上０．２０％未満であり、鉄粉の含有量が０％以上１０．０％未満であり、Ｘ値が５．０％以下であり、ＣａＦ２の含有量が０．５０％未満であり、Ｔｉ酸化物の含有量が０．１０％以上２．５０％未満であり、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉＣＯ３の含有量の合計値が０〜３．００％であり、その他の化学成分が所定範囲内であり、Ｃｅｑが０．４５〜１．２０％である。
2017154120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮と、
前記鋼製外皮に充填されたフラックスと、
を備えるフラックス入りワイヤであって、
前記フラックスが、
弗化物であって、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６からなる群から選択される１種又は２種以上であり、前記弗化物の前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計値αが０．２１％以上である前記弗化物と、
酸化物であって、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種又は２種以上を含み、ＣａＯを除き、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での前記酸化物の含有量の合計値βが０．３０％以上３．５０％未満である前記酸化物と、
前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計値が０〜３．５０％であり、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上を含む炭酸塩と、
を含み、
前記フラックス中の前記ＣａＯの含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．２０％未満であり、
前記フラックス中の鉄粉の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上１０．０％未満であり、  式１を用いて算出されるＸ値が５．０％以下であり、
前記ＣａＦ２の含有量が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．５０％未満であり、
前記Ｔｉ酸化物の含有量が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．１０％以上２．５０％未満であり、
前記ＭｇＣＯ３、前記Ｎａ２ＣＯ３、及び前記ＬｉＣＯ３の含有量の合計値が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜３．００％であり、
前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、
Ｃ  ：０．００３〜０．２００％、
Ｓｉ：０．２０〜１．５０％、
Ｍｎ：１．００〜３．５０％、
Мｇ：０．１０％以下、
Ｐ  ：０．０２０％以下、
Ｓ  ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．３００％、
Ｎｉ：０．５０〜４．００％、
Ｍｏ：０．１０〜２．００％、
Ｃｕ：０〜０．５０％、
Ｃｒ：０〜１．５０％、
Ｎｂ：０〜０．１０％、
Ｖ  ：０〜０．４０％、
Ｔｉ：０〜０．３０％、
Ｂ  ：０〜０．０１００％、
Ｂｉ：０〜０．０１００％、
Ｃａ：０〜０．５０％、及び
ＲＥＭ：０〜０．０１００％を含み、
残部が鉄及び不純物からなり、
下記の式２を用いて算出されるＣｅｑが０．４５〜１．２０％である
ことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）：式１
但し、［］付化学式は、それぞれの前記化学式に対応する弗化物の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で示す。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４：式２
但し、［］付元素記号は、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く前記化学成分に含まれる各前記元素記号に対応する元素の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で表す。
【請求項２】
前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、
Ｍｇ：０．０７％以下
を含有することを特徴とする請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項３】
前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、式３を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のフラックス入りワイヤ。
（［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］）≦０．４５：式３
但し、［］付元素記号は、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く前記化学成分に含まれる、各前記元素記号に対応する元素の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で示す。
【請求項４】
前記炭酸塩の含有量の合計が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．３０％超３．５０％以下であり、
前記ＭｇＣＯ３、前記Ｎａ２ＣＯ３、及び前記ＬｉＣＯ３の含有量の合計が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．３０〜３．００％である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項５】
前記αが０．５０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項６】
前記Ｘ値が４．５％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項７】
前記Ｔｉ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．１０〜１．８０％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項８】
前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．２０％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項９】
α／βが０．１０〜４．００であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項１０】
前記弗化物の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計に対する、前記Ｎａ３ＡｌＦ６及び前記ＮａＦの前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計の割合が０．５０以上である
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項１１】
前記フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接したときの溶着金属の引張強さが、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ３１１１−２００５に規定された溶着金属の引張試験で、６９０ＭＰａ以上１５００ＭＰａ未満となることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項１２】
前記鋼製外皮がシームレス形状を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項１３】
前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有する形状であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項１４】
前記フラックス入りワイヤが、前記フラックス入りワイヤの表面に塗布されたパーフルオロポリエーテル油をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤを用いて、鋼材をガスシールドアーク溶接する工程
を備える溶接継手の製造方法。
【請求項１６】
前記鋼材が、
板厚が１２ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３６％以下である鋼板、
板厚が１２ｍｍ超２５ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３３％以下である鋼板、
板厚が２５ｍｍ超４０ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３１％以下である鋼板、及び
板厚が４０ｍｍ超１００ｍｍ以下かつＰｃｍが０．２９％以下である鋼板
からなる群から選択される１種であり、
前記鋼材を、前記ガスシールドアーク溶接をする際、前記鋼材の温度が５℃未満の場合には前記鋼材の温度が５℃以上になるように予熱して、前記鋼材の温度が５℃以上の場合には予熱せずに、ガスシールドアーク溶接を行うことを特徴とする請求項１５に記載の溶接継手の製造方法。
ここで、Ｐｃｍは、式４により算出する。
Ｐｃｍ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５×［Ｂ］：式４
但し、［］付元素記号は、前記鋼材に含まれるそれぞれの前記元素記号に対応する元素の含有量を単位質量％で表す。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の溶接継手の製造方法によって得られることを特徴とする溶接継手。
【請求項１８】
鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備えるフラックス入りワイヤであって、
前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、
前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、５．０ｇ／ｍｉｎ以下である
ことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
【請求項１９】
鋼製外皮と、
前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、
を備えるフラックス入りワイヤであって、
前記フラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物の含有量が０．１０〜２．５０％であり、Ｎｉ：０．５〜４．００％を含み、
前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、
前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、５．０ｇ／ｍｉｎ以下である
ことを特徴とする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、フラックス入りワイヤ、溶接継手の製造方法、及び溶接継手に関する。特に本発明は、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼の溶接に用いられ、低温割れを防止するための予熱作業を省略または予熱作業の際の予熱温度を低下させることが可能であり、低温靭性に優れた溶接金属が得られ、且つスパッタ発生を抑制できるフラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビル及び橋梁などの構造物の、大型化及び高層化に対する要求が増加している。それに伴って、構造物の製造のために使用される鋼材として、７８０ＭＰａ級（引張強さ７８０ＭＰａ以上）、又は、それ以上の引張強さの高強度鋼が使用されるようになってきている。【０００３】
これら高強度鋼を構造物の材料として用いることにより、構造物に必要とされる強度を得るための鋼材の量を削減することができる。鋼材使用量が減ることで、鋼材費用及び鋼材運搬費用が減少し、さらに、構造物の重量が削減される。これにより、鋼材の取り扱いが容易になり、且つ溶接量が削減されるので、建設工期短縮及び施工コスト削減等が期待できる。【０００４】
しかし、高強度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、７８０ＭＰａ級以上の高強度鋼の使用量が、上述の構造物において用いられている鋼材の全体量に占める割合は僅かである。【０００５】
この理由は、高強度鋼の溶接割れ感受性が高いからである。溶接割れの抑制のためには予熱作業が必須であるので、高強度鋼の使用は、溶接施工効率を悪化させる。【０００６】
加えて、構造物が、低温環境に設置される場合、構造物に使用される鋼材及び溶接材料には、極めて高い低温靭性が要求される。鋼材が高強度になるほど、溶接部の強度及び低温靭性を確保することが困難となる。このことも、７８０ＭＰａ級の高強度鋼が使用されない要因となっている。【０００７】
したがって、７８０ＭＰａ級以上の高強度鋼が広く使用されるようになるためには、予熱作業を省略又は予熱作業の際の予熱温度を低下させることが可能であり、かつ低温靭性が優れた溶接部が得られる溶接ワイヤが強く要求される。【０００８】
高靭性の溶接金属が得られるフラックス入りワイヤとして、弗化物をスラグ形成剤としてフラックスに添加したワイヤが提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。【０００９】
これらの文献では、弗化物が溶融池の塩基度を上げることで溶接金属の酸素量が低減され、高い低温靭性を有する溶接部が得られるとされている。しかし、特許文献１〜４は、いずれも、溶接割れが問題とならない強度レベルの鋼板を主として溶接の対象とするものであり、溶接金属の低温割れについては全く検討されていない。【００１０】
これに対し、特許文献５では、４９０〜７８０ＭＰａ級高張力鋼用のフラックス入りワイヤにおいて、Ｖの添加量を最適化し、Ｖに拡散性水素を吸蔵させることで耐低温割れ性を改善することにより、７８０ＭＰａ級ワイヤでありながら溶接割れ停止予熱温度を５０℃以下としたワイヤを提案している。しかし、７８０ＭＰａ級以上の鋼の溶接では、溶接金属にさらなる高靭性が求められるが、特許文献５では溶接金属の靭性については特に検討されていない。【００１１】
上記、先行技術を飛躍的に改良した技術として、引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度鋼を溶接する際、予熱を必要としない、あるいは予熱温度が低くても耐低温割れ性を有するワイヤが特許文献６に開示されている。ガスシールドアーク溶接では、シールドガスとして、コストの安い１００％ＣＯ２ガスを用いることが望まれるが、特許文献６には、１００％ＣＯ２ガスを用いた例は示されていない。【００１２】
特許文献７〜９には、ＣａＦ２及びその他の弗化物と、酸化物とを含有し、弗化物及び酸化物の含有量の比が所定範囲内とされ、さらにＣｅｑの含有量が所定範囲内に制限されたフラックス入りワイヤを用いたパルスガスシールドアーク溶接方法が開示されている。特許文献７〜９によれば、引張強さ９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接に際し、延性低下割れの発生を抑制し、優れた破断伸びを有する溶接金属が得られる。【００１３】
特許文献１０には、アルカリ金属を１種又は２種以上含む酸化物と、弗化物と、炭酸塩とからなる群から選択された１種以上の化合物を含有し、比表面積が所定範囲内に制御されているガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１０によれば、溶込み性が優れ、溶接金属の機械的性質及び溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤが提供される。【００１４】
特許文献１１には、ＴｉＯ２、アルカリ金属弗化物、およびＰＴＦＥを含有し、アルカリ金属弗化物の含有量とＰＴＦＥの含有量との比が所定範囲内に制御され、アルカリ土類金属弗化物の含有量が所定量以下に制限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が開示されている。特許文献１１によれば、アーク溶接の際に拡散性水素が溶接部に進入することを防止し、耐吸湿性が優れ、良好な溶接作業性を示すフラックス入りワイヤが提供される。【００１５】
特許文献１２には、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎａ化合物およびＫ化合物、並びに金属弗化物を含み、Ａｌ酸化物の見掛密度及び平均粒径が所定範囲内に制御されている耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１２によれば、耐候性鋼を溶接する際に、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、強度及び靭性に優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００１６】
特許文献１３には、金属弗化物及びＴｉＯ２を含み、Ｍｇ含有量およびＡｌ含有量が所定の数式によって規定される範囲内に制御されるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１３によれば、溶接作業性が良好で、かつ優れた低温靱性を有する溶接部が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００１７】
特許文献１４には、外皮又はフラックスにＶを含有させた４９０〜７８０ＭＰａ級高張力鋼用フラックス入りワイヤが示されている。特許文献１４によれば、溶接金属の耐低温割れ性を向上させたフラックス入りワイヤが提供される。【００１８】
特許文献１５には、金属弗化物と、中性酸化物または塩基性酸化物と、ＡｌおよびＭｇの１種または２種と、脱酸剤と、粘結材とを含み、Ｃ、Ｓｉ、及びＭｎの含有量が所定の範囲内にあるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１５によれば、溶接作業性に優れ、かつ低温靱性が良好な溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤが提供される。【００１９】
特許文献１６には、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び弗化物を含み、これらの含有量が所定の数式によって規定される範囲内に制御され、水素量が所定量以下に制限されている高張力鋼ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１６によれば、溶接作業性に優れ、機械的性質が優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００２０】
しかしながら、特許文献７〜９に開示されたフラックス入りワイヤは、多量のＣａＦ２の含有が必要とされる。ＣａＦ２はスパッタ量を増大させるので、特許文献７〜９に開示されたフラックス入りワイヤは、溶接作業性を低下させる。【００２１】
特許文献１０に記載のフラックス入りワイヤは、フラックスがスラグ形成剤を含まないメタル系ワイヤである。スラグ形成剤によって得られる溶接スラグは、溶融池から不純物を除去する効果、ビード幅及びビード波を整えて溶接金属の外観を良好にする効果、及び凝固直後の溶接金属の酸化及び窒化を防ぐ効果を有するが、特許文献１０に開示されたワイヤによれば、これら溶接スラグの効果が得られない。【００２２】
特許文献１１においては、溶接金属の拡散性水素量を十分に低減する方法が開示されていない。特許文献１１に開示されたフラックス入りワイヤの実施例を用いて得られる溶接金属の拡散性水素は、最低でも１．９ｍｌ／１００ｇである。本発明者らの知見によれば、溶接金属の拡散性水素量が１．９ｍｌ／１００ｇ以上である場合、低温割れを生じさせることなく予熱の省略や予熱温度の低下を行うことが困難である。さらに、特許文献１１においては、ＣＯ２ガス１００％のガスをシールドガスとして使用した場合のスパッタ量に関して何ら検討されておらず、また、スパッタ量を低減させるための手段も開示されていない。【００２３】
特許文献１２には、溶接金属の耐低温割れ性を向上させる手段が開示されていない。特許文献１２に開示された弗化物量は、溶接金属の拡散性水素を低減させるために十分ではない。【００２４】
特許文献１３及び１４に開示されたフラックス入りワイヤは、多量のＣａＦ２の含有が必要とされる。ＣａＦ２はスパッタ量を増大させるので、特許文献１３に開示されたフラックス入りワイヤは、溶接作業性を低下させる。【００２５】
特許文献１５に開示されたフラックス入りワイヤは、低温割れが生じにくい低強度鋼用の溶加材であり、耐低温割れ性を向上させるための検討がなされておらず、また耐低温割れ性を向上させる手段も開示されていない。【００２６】
特許文献１６に開示されたフラックス入りワイヤは、多量のＴｉＯ２を必要とする。従って、特許文献１６に開示されたフラックス入りワイヤを、ＣＯ２１００％ガスをシールドガスとして用いる溶接に供した場合、得られる溶接金属の靱性が損なわれる。【００２７】
このようなことから、７８０ＭＰａ以上の高強度鋼の溶接継手において、強度及び靭性に優れるとともに、低温割れが発生しにくい溶接金属を、ガスシールドアーク溶接によって形成することが求められている。さらに、ＣＯ２ガス１００％のガスを使用した場合でも、スパッタの発生を抑制して溶接できることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】日本国特開平０１−２７１０９８号公報
【特許文献２】日本国特開平０３−２９４０９３号公報
【特許文献３】日本国特開平０６−１５５０７９号公報
【特許文献４】日本国特開平０８−１９７２８３号公報
【特許文献５】日本国特開平０８−２５７７８５号公報
【特許文献６】国際公開第２０１４／１１９０８２号
【特許文献７】日本国特開２０１４−１４８３３号公報
【特許文献８】日本国特開２０１４−７９８０７号公報
【特許文献９】国際公開第２０１３／１６８６７０号公報
【特許文献１０】日本国特開２００２−３３１３８４号公報
【特許文献１１】日本国特開２００７−９０３７６号公報
【特許文献１２】日本国特開２０１３−１５１００１号公報
【特許文献１３】日本国特開平６−１５５０７９号公報
【特許文献１４】日本国特開平８−２５７７８５号公報
【特許文献１５】日本国特開平１−２７１０９８号公報
【特許文献１６】日本国特開２０１３−１８０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明は、高強度及び高靭性、且つ耐低温割れ性に優れた溶接部が得られ、並びに溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができるフラックス入りワイヤの提供を目的とする。
また、本発明は、低温割れを防止するための予熱作業を省略可能または予熱作業の際の予熱温度を低下させること可能であり、スパッタの発生量を大幅に低減可能である溶接継手の製造方法の提供を目的とする。
さらに本発明は、高強度且つ高靭性の溶接継手の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の要旨は次のとおりである。【００３１】
（１）本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックスが、弗化物であって、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及び、Ｋ２ＳｉＦ６からなる群から選択される１種又は２種以上であり、前記弗化物の前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計値αが０．２１％以上である前記弗化物と、酸化物であって、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種又は２種以上を含み、ＣａＯを除き、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での前記酸化物の含有量の合計値βが０．３０％以上３．５０％未満である前記酸化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計値が０〜３．５０％であり、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上を含む炭酸塩と、を含み、前記フラックス中の前記ＣａＯの含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．２０％未満であり、前記フラックス中の鉄粉の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上１０．０％未満であり、式１を用いて算出されるＸ値が５．０％以下であり、前記ＣａＦ２の含有量が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．５０％未満であり、前記Ｔｉ酸化物の含有量が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．１０％以上２．５０％未満であり、前記ＭｇＣＯ３、前記Ｎａ２ＣＯ３、及び前記ＬｉＣＯ３の含有量の合計値が前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０〜３．００％であり、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、Ｃ：０．００３〜０．２００％、Ｓｉ：０．２０〜１．５０％、Ｍｎ：１．００〜３．５０％、Мｇ：０．１０％以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．３００％、Ｎｉ：０．５０〜４．００％、Ｍｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜１．５０％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ｖ：０〜０．４０％、Ｔｉ：０〜０．３０％、Ｂ：０〜０．０１００％、Ｃａ：０〜０．５０％、及びＲＥＭ：０〜０．０１００％を含み、残部が鉄及び不純物からなり、下記の式２を用いて算出されるＣｅｑが０．４５〜１．２０％である。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）：式１
但し、［］付化学式は、それぞれの前記化学式に対応する弗化物の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で示す。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４：式２
但し、［］付元素記号は、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く前記化学成分に含まれる各前記元素記号に対応する元素の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で表す。
（２）上記（１）に記載のフラックス入りワイヤは、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、Ｍｇ：０．０７％以下を含有してもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載のフラックス入りワイヤは、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く化学成分が、式３を満たしてもよい。
（［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］）≦０．４５：式３
但し、［］付元素記号は、前記弗化物、前記酸化物、前記ＣａＯ、前記炭酸塩、および前記鉄粉を除く前記化学成分に含まれる、各前記元素記号に対応する元素の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する含有量を単位質量％で示す。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記炭酸塩の含有量の合計が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．３０％超３．５０％以下であり、前記ＭｇＣＯ３、前記Ｎａ２ＣＯ３、及び前記ＬｉＣＯ３の含有量の合計が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．３０〜３．００％であってもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記αが０．５０％以上であってもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記Ｘ値が４．５％以下であってもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記Ｔｉ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．１０〜１．８０％であってもよい。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０．２０％以下であってもよい。
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、α／βが０．１０〜４．００であってもよい。
（１０）上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記弗化物の前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計に対する、前記Ｎａ３ＡｌＦ６及び前記ＮａＦの前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計の割合が０．５０以上であってもよい。
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接したときの溶着金属の引張強さが、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ３１１１−２００５に規定された溶着金属の引張試験で、６９０ＭＰａ以上１５００ＭＰａ未満となってもよい。
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮がシームレス形状を有してもよい。
（１３）上記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有する形状であってもよい。
（１４）上記（１）〜（１３）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤの表面に塗布されたパーフルオロポリエーテル油をさらに備えてもよい。
（１５）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記（１）〜（１４）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤを用いて、鋼材をガスシールドアーク溶接する工程を備える。
（１６）上記（１５）に記載の溶接継手の製造方法は、前記鋼材が、板厚が１２ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３６％以下である鋼板、板厚が１２ｍｍ超２５ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３３％以下である鋼板、板厚が２５ｍｍ超４０ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３１％以下である鋼板、及び板厚が４０ｍｍ超１００ｍｍ以下かつＰｃｍが０．２９％以下である鋼板からなる群から選択される１種であり、前記鋼材を、前記ガスシールドアーク溶接をする際、前記鋼材の温度が５℃未満の場合には予熱を省略してガスシールドアーク溶接を行ってもよい。
（１７）本発明の別の態様に係る溶接継手は、上記（１５）又は（１６）に記載の溶接継手の製造方法によって得られる。
（１８）本発明の別の態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、５．０ｇ／ｍｉｎ以下である。
（１９）本発明の別の態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、備え、前記フラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物の含有量が質量％で０．１０〜２．５０％であり、Ｎｉ：０．５〜４．００％を含み、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、５．０ｇ／ｍｉｎ以下である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の上記態様に係るフラックス入りワイヤ、及び本発明に係る溶接方法によれば、高強度及び高靭性の溶接部が得られ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができ、低温割れを防止するための予熱を省略または予熱作業の際の予熱温度を低下させることが可能である。
本発明に係る溶接継手は、高強度及び高靭性の溶接部を備える。
本発明に係るフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法は、いかなる鋼材にも適用可能であるが、通常のフラックス入りワイヤ、及び溶接継手の製造方法を適用することが難しい７８０ＭＰａ以上の高強度鋼の溶接に適用された場合、特に著しい効果を奏する。この場合であっても、本発明は低温割れを防止するための予熱作業を省略又は予熱作業の際の予熱温度を低下させることができる。さらに、本発明に係るフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法は、いかなるシールドガスと組み合わせることができるが、通常のフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法と組み合わせることが難しい１００％ＣＯ２ガスと組み合わせた場合、特に著しい効果を奏するこの場合であっても、本発明は、スパッタの発生量を著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】フラックス入りワイヤのＸ値と、フラックス入りワイヤを用いた溶接の際のスパッタ量との関係を示す図である。
【図２】フラックス入りワイヤのＦ換算値と、フラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属の拡散性水素量との関係を示す図である。
【図３】フラックス入りワイヤのＣａＦ２含有量と、フラックス入りワイヤを用いた溶接の際のスパッタ量との関係を示す図である。
【図４】フラックス入りワイヤのＮａＦ＋Ｎａ３ＡｌＦ６率と、フラックス入りワイヤを用いた溶接の際のスパッタ量との関係を示す図である。
【図５】フラックス入りワイヤのＭｇ含有量と、フラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属の拡散性水素量との関係を示す図である。
【図６】フラックス入りワイヤの「Ｍｇ＋１０×Ａｌ」と、フラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属の拡散性水素量との関係を示す図である。
【図７Ａ】エッジ面を突合せて溶接して作ったフラックス入りワイヤの切断面の写真である。
【図７Ｂ】エッジ面を突合せて作ったフラックス入りワイヤの切断面の写真である。
【図７Ｃ】エッジ面をかしめて作ったフラックス入りワイヤの切断面の写真である。
【図８】２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片及び丸棒引張り試験片の採取位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
溶接時にＨＡＺに低温割れを生じさせる因子は、ＨＡＺの硬さ、及び溶接金属中の拡散性水素量等である。本発明者らは、ＨＡＺでの低温割れを確実に抑制するための方法を種々検討した。検討の結果、溶接金属中の拡散性水素量を十分低くすることによって、ＨＡＺへの水素侵入を抑制できれば、ＨＡＺの硬さが著しく高い場合でも、ＨＡＺにおける低温割れを抑制できることが明らかになった。しかしながら、従来の技術によれば、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量を十分に低減させることは困難であった。本発明者らは、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量を十分に低減するために、フラックス成分の種類及び配合比を種々変化させたフラックス入りワイヤを用いて、検討を重ねた。
【００３５】
その結果、本発明者らは、弗化物の含有量のＦ換算値の合計値が特定の範囲内にある場合において、溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ未満に抑制され、耐低温割れ性が大幅に向上することを見出した。また、本発明者らは、炭酸塩をフラックスに含ませること、並びにＣａＯ含有量及びＭｇ含有量を制限することにより、拡散性水素量をさらに低減可能であることも見いだした。
しかし、フラックスに含まれる弗化物は、スパッタ量を増大させる場合があった。特に、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスである溶接に、弗化物を多く含有するフラックス入りワイヤを適用した場合、スパッタ量が非常に多くなることがあった。本発明者らは、スパッタ量を抑制するために、フラックスに含まれる弗化物の種類を異ならせたフラックスワイヤを用いて、検討を重ねた。
その結果、本発明者らは、弗化物の含有量のＦ換算値と、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量との間に良好な相関関係があること、及び、下記式を用いて算出されるスパッタ発生指数Ｘとスパッタ生成量との間に良好な相関関係があることを見いだした。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５×［ＣａＦ２］
上述の式において、括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する単位質量％での含有量である。上述の式は、各弗化物の量を種々変化させたフラックス入りワイヤを１００％ＣＯ２シールドガスの溶接に供した際に発生するスパッタ量を測定し、各弗化物量とスパッタ量との関係を重回帰分析することにより得られた。図１は、Ｘ値とスパッタ量との関係を示すグラフである。このグラフから、Ｘ値とスパッタ量との間に良好な相関関係があることがわかる。従って、フラックス中に含まれる弗化物のＦ換算値を可能な限り大きくし、且つフラックス中に含まれる弗化物から算出されるＸ値を可能な限り小さくするように、フラックス中に含まれる弗化物の種類及び配合比を決定すれば、溶接直後の溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満とし、且つシールドガスが１００％ＣＯ２ガスである溶接の作業性を損なわないフラックス入りワイヤを提供することができる。
また、本発明者らは、弗化物のうちＣａＦ２の含有量を制限することも、スパッタ発生量の低減のために必要とされることを見出した。
【００３６】
本発明は以上のような検討の結果なされたものである。以下、本実施形態に係るフラックス入りワイヤについて説明する。
【００３７】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、鋼製外皮の内部に充填されたフラックスとを備える。最初に、フラックスの成分について説明する。本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、弗化物と、ＣａＯを除く酸化物とを含み、好ましくは、さらに炭酸塩を含む。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスには、ＣａＯ及び鉄粉がさらに含まれても良いが、ＣａＯ及び鉄粉は本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題を解決するために不要である。特に、ＣａＯは、大気に触れると水素を含む化合物であるＣａＯＨに変化し、溶接金属の拡散性水素量を増加させるので、ＣａＯは含まれないほうが良い。以下に、これら成分について詳細に説明する。なお、以下の説明において「％」は、特に説明がない限り、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。
【００３８】
（フラックス入りワイヤの全質量に対する弗化物のＦ換算値の合計：０．２１％以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値で合計０．２１％以上の弗化物を含む。フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値とは、フラックス入りワイヤ中の弗化物に含まれる弗素（Ｆ）の量を、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示すものである。後述されるように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及びＫ２ＳｉＦ６からなる群から選択される１種以上であり、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計は、以下の数式によって求められる。
（Ｆ換算値の合計）＝０．４８７×［ＣａＦ２］＋０．６１０×［ＭｇＦ２］＋０．７３２×［ＬｉＦ］＋０．４５２×［ＮａＦ］＋０．４０２×［Ｋ２ＺｒＦ６］＋０．２１７×［ＢａＦ２］＋０．５１７×［Ｋ２ＳｉＦ６］＋０．５４３×［Ｎａ３ＡｌＦ６
上述の式において、括弧で囲まれた化学式は、各化学式に係る弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。以下、「フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値」を「Ｆ換算値」と記載する場合がある。また、記号「α」を、フラックス入りワイヤの全質量に対する弗化物のＦ換算値の合計と定義する。
なお、上記の各弗化物のＦ換算値の係数は、各弗化物に含まれる弗素の原子量及び個数と、各弗化物の化学式量とから算出したものである。例えば、ＣａＦ２のＦ換算値の係数０．４８７は、弗素原子量１９．００を２倍した値をＣａＦ２の化学式量７８．０８で徐すことで得られた値である（つまり、１９．００×２／７８．０８＝０．４８７）。
フラックス中の弗化物は、溶接金属の拡散性水素量を低減させて、溶接金属の耐低温割れ性を顕著に向上させる働きを有する。この理由は明らかではないが、弗化物中のＦと水素（Ｈ）とが溶接中に結合して弗化水素（ＨＦ）となり、このＨＦが溶接金属外に放出されるからであると推測される。しかしながら、フラックス中の弗化物量のＦ換算値合計が０．２１％未満である場合、溶接金属の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満とすることができない場合があるので、溶接金属の耐低温割れ性が不十分になるおそれがある。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、Ｆ換算値で０．２１％以上の弗化物を含むことが必要とされる。溶接金属の拡散性水素量をより低減するために、弗化物のＦ換算値での合計量の下限を０．２５％、０．３０％、０．３５％、０．４０％、０．４５％、０．５０％、０．６０％、０．６５％、０．７０％、０．８０％、又は０．９０％としてもよい。一方、拡散性水素量の低減よりスパッタ発生量の低減を優先させたい場合には、Ｆ換算値の合計量の上限を２．００％、１．７０％、１．５０％、１．３０％、１．１０％、１．００％、０．９０％、０．８０％、０．７０％、０．６０％、０．５０％、又は、０．４０％としても差し支えない。
【００３９】
本発明者らが上述の知見を得た実験について以下に説明する。上述のＦ換算値の合計が異なる種々のフラックスワイヤを、以下の条件の溶接に供し、この溶接によって得られた溶接金属の拡散性水素量を、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８：２００７「鋼溶接部の水素量測定方法」に準拠する方法で測定した。
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接ガス種：１００％ＣＯ２
ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流：２７０Ａ
溶接速度３５ｃｍ／ｍｉｎ
溶接環境温度：２０℃
溶接環境湿度：６０％
姿勢：下向
極性：ワイヤ＋（プラス）
電流：直流
上述の実験により得られた、フラックス入りワイヤのＦ換算値の合計と溶接金属の拡散性水素量との関係を図２のグラフに示す。このグラフから、フラックス入りワイヤのＦ換算値の合計が０．２１％以上である場合に、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下に低減されることがわかった。また、このグラフから、フラックス入りワイヤのＦ換算値の合計が０．５０％以上である場合に、拡散性水素量が０．６ｍｌ／１００ｇ以下に低減されることがわかった。
【００４０】
弗化物の含有量が過剰である場合、溶接中のスパッタ量が増大する。しかしながら本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、弗化物のＦ換算値の上限値を定める必要はない。本発明者らは、弗化物の含有量の上限値を、後述するスパッタ発生指数Ｘを用いて制限すべきである旨を見いだしたからである。弗化物のＦ換算値は、スパッタ発生指数Ｘが以下に説明される範囲内となるように選択することができる。
【００４１】
（弗化物の種類：ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及びＫ２ＳｉＦ６からなる群から選択される１種又は２種以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、及びＫ２ＳｉＦ６からなる群から選択される１種または２種以上である。これら弗化物が電離して生じたＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｓｉ、およびＡｌは、酸素と結合して溶接金属中の酸素量を低減させる、脱酸元素として作用する。
【００４２】
（弗化物のＸ値：５．０％以下）
弗化物の含有量が大きすぎる場合、溶接の際に生じるスパッタの量が過剰になり、溶接性が劣化する。本発明者らは、Ｆ換算値を可能な限り増加させ、かつスパッタ量を許容範囲内まで減少させる方法について検討を行った。その結果、本発明者らは、弗化物がスパッタ量に与える影響が弗化物の種類に応じて異なることを知見した。そして本発明者らはさらなる検討を行った結果、以下の式によって算出されるスパッタ発生指数Ｘ（Ｘ値）とスパッタ量との間に良好な相関関係があることを見いだした。
Ｘ＝［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］＋［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋１．５０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］＋［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）
上述の式において、括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する単位質量％での含有量である。上述の式は、各弗化物の量を種々変化させたフラックス入りワイヤをＣＯ２１００％シールドガスの溶接に供した際に発生するスパッタ量を測定し、各弗化物量とスパッタ量との関係を重回帰分析することにより得られた。
【００４３】
本発明者らがＸ値に関する知見を得た実験について以下に説明する。上述のＸ値の合計が異なる種々のフラックスワイヤを、以下の条件の溶接に供した。
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接ガス種：１００％ＣＯ２ガス
溶接ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流：２７０Ａ
溶接電圧２９〜３２Ｖ
溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
溶接姿勢：下向き
溶接時間：６０秒
極性：ワイヤ＋（プラス）
電流：直流
上述の条件での溶接を、銅製スパッタ捕集箱の内部で実施することにより、溶接中に発生したスパッタ（溶接後に銅製スパッタ捕集箱および鋼板に付着したスパッタ）を捕集し、その重量を測定した。なお、本実験では、溶接中に発生した全てのスパッタの合計重量を測定した。
上述の実験により得られた、フラックス入りワイヤのＸ値と、１分あたりの全てのスパッタ発生量との関係を図１のグラフに示す。このグラフから、フラックス入りワイヤのＸ値が５．０％以下である場合に、全てのスパッタ発生量が低減されることがわかった。この実験結果に基づいて、本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＸ値の上限値を５．０％と定めた。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｘ値が上述の条件を満たすように、弗化物の含有量及び種類を制御する必要がある。Ｘ値の好ましい上限値は４．５％である。スパッタ発生量を低減させたい場合、Ｘ値の上限値を４．０％、３．５％、３．０％、２．５％、２．０％、１．８％、１．６％、１．４％、１．２％、又は、１．０％としてもよい。
【００４４】
Ｘ値の下限値を限定する必要はない。しかしながら、Ｆ換算値の合計を０．２１％以上とする必要があるので、Ｆ換算値の規定を満たし得るＸ値の最小値を、Ｘ値の下限値としてもよい。具体的には、Ｘ値が最小となるのは、Ｆ換算値の合計が最低値（０．２１％）であり、且つ、弗化物がＭｇＦ２のみからなる場合である。ＭｇＦ２のみ弗化物として含有するケースでは、ＭｇＦ２の必要最小量は０．３４４％（＝０．２１／０．６１０）である。従って、Ｘ値の下限値が０．３４４％を下回る可能性はない。このため、Ｘ値の下限値を０．３４４％としてもよい。拡散性水素量の一層の低減を図る場合には、Ｘ値の下限値を０．４０％、０．６０％、０．８０％、１．００％、１．２０％、１．４０％、１．６０％、又は、１．８０％としても差し支えない。
【００４５】
（ＣａＦ２のフラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量：０．５０％未満）
ＣａＦ２は、特にスパッタ量を増大させやすい弗化物である。本発明者らは、弗化物のＸ値が２．０％以下であったとしても、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．５０％以上のＣａＦ２は、大量のスパッタを発生させ、溶接作業性を悪化させることを知見した。本発明者らがＣａＦ２の含有量に関する知見を得た実験について以下に説明する。ＣａＦ２の含有量が異なり、Ｘ値が上述の規定範囲内である種々のフラックスワイヤを、図１のグラフを作成した際と同じ条件の溶接に供し、図１のグラフを作成した際と同じ方法で、径１．５ｍｍ以上のスパッタの１分当たりの発生量を求めた。なお、本実験では、溶接中に発生したスパッタから、径１．５ｍｍ以上のスパッタをふるい分け、１．５ｍｍ以上のスパッタの合計重量を測定した。この実験により得られた、ＣａＦ２の含有量と１分あたりの径１．５ｍｍ以上のスパッタ発生量との関係を図３のグラフに示す。このグラフから、ＣａＦ２含有量が０．５％以上である場合、スパッタ発生量が増大することがわかった。一方、このグラフから、ＣａＦ２含有量が０．２％以下である場合、径１．５ｍｍ以上のスパッタ発生量が一層減少することがわかった。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＣａＦ２の含有量が０．５０％未満と定められる。ＣａＦ２の含有量の好ましい上限値は０．２０％である。必要に応じて、ＣａＦ２の含有量を、０．１０％未満、０．０６％未満、０．０４％未満、又は、０．０２％未満としてもよい。
【００４６】
上述されたＦ換算値およびＸ値に関する条件が満たされる限り、ＣａＦ２以外の弗化物それぞれの含有量を、個別に規定する必要は無い。しかしながら、Ｎａ３ＡｌＦ６およびＮａＦの、ワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量が、弗化物のワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量の５０％以上であることが好ましい。以下、Ｎａ３ＡｌＦ６およびＮａＦの、ワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量が、弗化物のワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量に占める割合を、Ｎａ３ＡｌＦ６＋ＮａＦ率と称する。
【００４７】
本発明者らが上述の知見を得た実験について以下に説明する。本発明者らは、Ｎａ３ＡｌＦ６＋ＮａＦ率が異なる種々のフラックスワイヤを、図３のグラフを作成した際と同じ条件の溶接に供し、図３のグラフを作成した際と同じ方法で１分当たりの径１．５ｍｍ以上のスパッタ発生量を求めた。この実験により得られた、Ｎａ３ＡｌＦ６＋ＮａＦ率と１分あたりの径１．５ｍｍ以上のスパッタ発生量との関係を図４のグラフに示す。このグラフから、Ｎａ３ＡｌＦ６＋ＮａＦ率が５０％以上である場合、径１．５ｍｍ以上のスパッタ発生量が低減されることがわかった。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｎａ３ＡｌＦ６＋ＮａＦ率が５０％以上であることが好ましい。必要に応じて、このＮａ３ＡｌＦ６＋ＮａＦ率を６０％以上、８０％以上、９０％以上又は１００％としてもよい。なお、このＮａ３ＡｌＦ６＋ＮａＦ率に代えて、スパッタ発生指数Ｘの算出式において係数が１であるＮａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、及びＭｇＦ２のワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量が、弗化物のワイヤ全質量に対する単位質量％の合計含有量に占める割合（Ｎａ３ＡｌＦ６＋ＮａＦ＋ＭｇＦ２率）を、５０％以上、６０％以上、８０％以上、９０％以上又は１００％としてもよい。
【００４８】
（酸化物の種類：Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される一種以上を含み、ＣａＯを除く）
（ＣａＯを除く酸化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での合計含有量：０．３０％以上３．５０％未満）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、酸化物を合計で０．３０％以上３．５０％未満含有する。この酸化物の種類は、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上を含み、ＣａＯを除く。本実施形態では、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での、ＣａＯを除く酸化物の含有量の合計を「β」と定義する。本実施形態では、「ＣａＯを除く酸化物」を単に「酸化物」と称する場合がある。
【００４９】
ＣａＯを除く酸化物は、溶接ビードの形状を良好に維持する効果を有する。ＣａＯを除く酸化物の含有量の合計が０．３０％未満である場合、溶接ビードの形状が悪くなることがある。溶接ビードの形状をさらに良好に維持するために、ＣａＯを除く酸化物の合計量の下限を０．４０％、０．５０％、０．６０％、又は、０．７０％としてもよい。しかし、βが３．５０％以上である場合、溶接金属の靭性を低下させることがある。溶接金属の靱性の改善のために、合計量βの上限を３．００％、２．５０％、２．２５％、２．００％、１．７５％、１．５０％、１．２５％、１．００％、０．９０％、０．８０％、又は０．７０％としてもよい。
【００５０】
ＣａＯを除く酸化物の種類は特に限定されない。なお、本実施形態においてβは、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物の合計量に加え、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酸化物も合計した含有量とみなす。
【００５１】
（Ｔｉ酸化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量：０．１０％以上、２．５０％未満）
Ｔｉ酸化物は、溶接ビード形状の改善に寄与する。ＣａＯを除く酸化物の含有量の合計が０．３０％以上３．５０％未満である場合でも、ＣａＯを除く酸化物に含まれるＴｉ酸化物が０．１０％未満である場合、溶接ビード形状が悪くなることがある。従って、Ｔｉ酸化物の含有量の下限値を０．１０％とする必要がある。Ｔｉ酸化物をアーク安定剤として用いることで、さらに良好な溶接ビード形状を得るために、Ｔｉ酸化物の含有量の下限値を０．１５％、０．２０％、０．２５％、０．３０％、０．４０％、又は、０．４５％としてもよい。一方、Ｔｉ酸化物の含有量が２．５０％以上である場合、溶接金属の靭性を低下させることがある。従って、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を２．５０％未満とする必要がある。溶接金属の靱性のさらなる改善のために、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を２．４０％、２．２０％、２．００％、１．８０％、１．５０％、１．２５％、１．００％、０．９０％、０．８０％、０．７０％、０．６０％、又は０．５０％としてもよい。
【００５２】
（βに対するαの比：好ましくは０．１０〜４．００）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ未満とするために、βに対するαの比（即ち、α／β）を０．１０〜４．００とすることが好ましい。α／βが０．１０以上である場合、溶接金属中の拡散性水素量をさらに好ましく減少させることができる。必要に応じて、α／βの下限値を０．２０、０．３０、０．５０、又は、０．７０としてもよい。α／βが４．００超である場合、溶接ヒューム及びスラグが過剰に生成して、溶接作業性が低下する場合がある。しかし、弗化物及び酸化物に関する上述の規定が満たされている限り、α／βが０．１０未満または４．００超であっても好ましい特性が得られる。βに対するαの比の好ましい下限値は０．２０である。βに対するαの比の好ましい上限値は３．８、３．５０、３．００、２．５０、２．００、又は、１．５０である。
【００５３】
（炭酸塩のフラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量の合計：０〜３．５０％）
（炭酸塩の種類：ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及び、ＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上を含む）
（ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉＣＯ３の１種又は２種以上のフラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量の合計：０〜３．００％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、炭酸塩を含む必要がない。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、炭酸塩の含有量の下限値は０％である。しかしながら炭酸塩は、アークによって電離し、ＣＯ２ガスを発生させる。ＣＯ２ガスは、溶接雰囲気中の水素分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を低減させる。この効果を得るために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは炭酸塩を含んでも良い。炭酸塩の含有量の合計の好ましい下限値は０．３０％超である。溶接金属中の拡散性水素量をさらに低減するために、炭酸塩の含有量の合計の下限を０．５０％、１．００％、又は、１．５０％としてもよい。
【００５４】
一方、炭酸塩の含有量の合計が３．５０％超である場合、溶接ヒュームが過剰に発生するので、溶接作業性が悪化する。溶接ヒューム発生量をさらに低減するために、炭酸塩含有量合計の上限を３．００％、２．５０％、２．００％、１．５０％、１．００％、０．５０％、０．１０％、０．０４％、０．０２％、又は、０．０１％としてもよい。
【００５５】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに含まれる炭酸塩の種類は、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及び、ＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種又は２種以上を含むことが好ましいが、これに限定されない。炭酸塩の含有量が上述の範囲内である限り、炭酸塩の種類および組成は限定されない。
【００５６】
上述された炭酸塩に含まれるＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉＣＯ３の１種又は２種以上の含有量の合計は、０〜３．００％とされる必要がある。炭酸塩の合計含有量が０〜３．５０％であったとしても、炭酸塩に含まれるＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、及びＬｉＣＯ３の１種又は２種以上の含有量の合計が３．００％超では、溶接ビードが垂れやすくなるので、溶接作業性が悪化する。溶接ビードの垂れを抑制するために、炭酸塩含有量合計の上限を２．７０％、２．５０％、又は、２．００％としてもよい。一方、溶接金属中の水素をさらに低減するために、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３の１種又は２種以上の含有量の合計の下限を０．３０％、０．５０％、０．７５％、又は、１．００％としてもよい。
【００５７】
（ＣａＯのフラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量：０％以上０．２０％未満）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスにＣａＯが含まれる場合がある。しかしながら、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、フラックス中のＣａＯの含有量を０．２０％未満にする必要がある。ＣａＯは、水素を含む化合物であるＣａＯＨに変化するので、溶接金属の拡散性水素を増加させ、溶接金属の耐低温割れ性を損なう。ＣａＯの含有量の好ましい上限値は０．１８％、０．１０％、０．０５％、０．０２％、又は、０．０１％である。ＣａＯは含まれないほうが好ましいので、ＣａＯの含有量の下限値は０％である。ＣａＯは、通常のフラックスの材料に不純物として０．２０％以上含まれるおそれがあるので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造の際には、ＣａＯが含まれない材料を選定する必要がある。
【００５８】
（鉄粉のフラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量：０％以上１０．０％未満）
上述の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに鉄粉が含まれていても良い。鉄粉は、フラックス入りワイヤにおけるフラックスの充填率の調整のために、または溶着効率の向上のために必要に応じて含有させる場合がある。しかし、鉄粉の表層に付着した酸素が、溶接金属の酸素量を増加させて靭性を低下させる場合がある。したがって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、鉄粉の含有量を１０．０％未満にする必要がある。鉄粉の含有量の好ましい上限値は８％、６％、４％、２％、又は、１％である。鉄粉が含まれないことが好ましいので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、鉄粉の含有量の下限値は０％である。なお、鉄粉と上述のＦｅ酸化物とは異なるものである。鉄粉は、主に酸化されていないＦｅから構成されるものであり、Ｆｅ酸化物は、赤鉄鉱、褐鉄鉱、及び磁鉄鉱等の、主に酸化鉄から構成されるものである。両者は、ＥＰＭＡ等の公知の成分分析装置を用いて判別可能である。
【００５９】
本実施形態に係るフラックスは、上述された弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、及び鉄粉以外の成分を含んでも良い。例えば、後述される溶着金属の化学成分およびＣｅｑを制御するための合金成分を、フラックス中に弗化物、酸化物、または炭酸塩ではない状態（例えば金属粉または合金粉の状態）で含有させてもよい。
【００６０】
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、および鉄粉を除く化学成分について説明する。以下の説明において、特に説明がない限り、「％」は、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。以下に説明する化学成分は、鋼製外皮に含まれても良いし、上述されたように金属粉又は合金粉としてフラックスに含まれても良いし、鋼製外皮の外表面のめっきに含まれても良い。弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、及び炭酸塩は、主に溶接の際にスラグとして溶接金属外に排出され、金属または合金の状態で含まれる元素は、主に溶接金属中に溶け込む。以下の説明において「フラックス入りワイヤの、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、および鉄粉を除く化学成分」を単に「フラックス入りワイヤの化学成分」と称する場合がある。
【００６１】
（Ｃ：０．００３〜０．２００％）
フラックス入りワイヤ中のＣ含有量が多いほど、溶接金属中のＣ含有量が増加し、溶接金属の強度が高まる。しかし、Ｃが多くなり過ぎると、炭化物が溶接金属中に過剰に生成し、溶接金属の靭性が劣化することがある。そこで、溶接金属の靭性を確保するために、Ｃ含有量の上限を０．２００％とする。また、安定して低温靭性を確保するには、Ｃ含有量の上限を、０．１００％、０．０９０％、０．０８％、又は０．０７０％としてもよい。ワイヤ中のＣ含有量は、外皮材を製造する際の製鋼上の制約から、０．００３％未満とすることは難しいので、これを下限とする。必要に応じて、Ｃ含有量の下限を０．０１０％、０．０２０％、０．０３０％、０．０４０％、０．０５０％、又は０．０６０％としてもよい。
【００６２】
（Ｓｉ：０．２０〜１．５０％）
Ｓｉは、脱酸元素であり、溶接金属中の酸素量を低減して溶接金属の清浄度を高め、溶接金属の靱性を向上させる働きを有する。この効果を得るために、Ｓｉ含有量の下限を０．２０％とする必要がある。ただし、１．５０％を超えてＳｉを含有させると、溶接金属の靭性を劣化させることがある従って、１．５０％をＳｉ含有量の上限とする。溶接金属中の酸素量を十分に低減させるために、Ｓｉ含有量の下限を０．２５％、０．３０％又は０．３５％としてもよい。溶接金属の靭性を安定して確保するために、Ｓｉ含有量の上限を、０．８０％、０．７０％、又は０．６０％としてもよい。
【００６３】
（Ｍｎ：１．００〜３．５０％）
Ｍｎは、溶接金属中の酸素量を低減させて溶接金属の清浄度を高め、これにより溶接金属の靱性を向上させる。その効果を確実に発揮するためには、Ｍｎ含有量の下限を１．００％とする必要がある。一方、３．５０％を超えてＭｎを含有させると、溶接金属の粒界脆化感受性が増加して、溶接金属の靭性が劣化することがある。従って、３．５０％をＭｎ含有量の上限とする。より安定して溶接金属の強度を高めるためには、Ｍｎ含有量の下限を１．０１％、１．２０％、１．４０％又は１．６０％としてもよい。溶接金属の靭性をさらに向上させるために、Ｍｎ含有量の上限を２．６０％、２．４０％、２．２０％、又は２．００％としてもよい。
【００６４】
（Ｍｇ：０．１０％以下）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＭｇ含有量は、その上限値が０．１０％であり、少ない方が好ましい。本発明者らは、フラックス入りワイヤ中のＭｇが、たとえ微量であっても、溶接金属の拡散性水素量を増大させることを知見した。
【００６５】
本発明者らが上述の知見を得た実験について以下に説明する。Ｍｇ含有量が異なる種々のフラックスワイヤを、図２のグラフを作成した際と同じ条件の溶接に供し、図２のグラフを作成した際と同じ方法で溶接金属の拡散性水素量を求めた。上述の実験により得られた、フラックス入りワイヤのＭｇ含有量と溶接金属の拡散性水素量との関係を図５のグラフに示す。このグラフから、フラックス入りワイヤのＭｇ含有量が０．１０％以下である場合に、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下に低減されることがわかった。この実験結果に基づいて、本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量は０．１０％以下にされる必要があり、０．０８％以下、０．０７％以下、０．０５％、０．０３％以下、又は、０．０１％以下にされることが好ましいと知見した。なお、ＴｉＯ２量が少ない場合、Ｍｇによる拡散性水素量の増大効果が顕著になる。
【００６６】
Ｍｇは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｇは、溶接金属中の酸素を低減して、溶接金属の靭性を向上させる効果を有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量を０．０５％以上としてもよい。
【００６７】
（Ｐ：０．０２０％以下）
Ｐは不純物元素であり、溶接金属中に過大に存在する場合、溶接金属の靭性及び延性をともに低下させることがあるので、Ｐ含有量は極力低減することが好ましい。靭性及び延性へのＰの悪影響を許容できる範囲内とするために、Ｐ含有量を０．０２０％以下とする。溶接金属の靭性および延性の低下を確実に防ぐために、Ｐ含有量を０．０１７％、０．０１５％、０．０１２％又は０．０１０％以下とすることが好ましい。Ｐの下限を制限する必要はない。Ｐ含有量の下限は、０％としてもよい。
【００６８】
（Ｓ：０．０２０％以下）
Ｓも不純物元素であり、溶接金属中に過大に存在する場合、溶接金属の靭性を劣化させることがあるので、Ｓ含有量は極力低減することが好ましい。靭性へのＳの悪影響を許容できる範囲内とするために、Ｐ含有量を０．０２０％以下とする。溶接金属の靭性の劣化を確実に防ぐために、Ｓ含有量を０．０１７％、０．０１５％、０．０１２％又は０．０１０％以下とすることが好ましい。Ｓの下限を制限する必要はない。Ｓ含有量の下限は、０％としてもよい。
【００６９】
（Ａｌ：０．００１〜０．３００％）
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様に、溶接金属中の酸素量を低減させ、溶接金属の清浄度を高め、溶接金属の靱性を向上させる。その効果を得るために、Ａｌ含有量の下限を０．００１％とすることが必要である。一方、０．３００％を超えてＡｌを含有させると、Ａｌが窒化物及び酸化物を形成して、溶接金属の靭性を低下させることがある。従って、０．３００％をＡｌ含有量の上限とする。また、溶接金属の靭性を向上させる効果を十分に得るためには、Ａｌ含有量の下限を０．００１５％、０．００２％、０．００３％又は０．００４％としてもよい。粗大酸化物の生成を抑制するために、Ａｌ含有量の上限を、０．２７５％、０．２５０％、又は０．２００％としてもよい。
【００７０】
（Ｎｉ：０.５０〜４．００％）
Ｎｉは、固溶靭化（固溶により靭性を高める作用）により、溶接金属の組織及び成分を問わず、溶接金属の靭性を向上させることができる唯一の元素である。特に、引張強さが７８０ＭＰａ以上の高強度の溶接金属の靭性を高めるために、Ｎｉは有効な元素である。必要な固溶靭化効果を得るためには、Ｎｉ含有量の下限を０．５０％とする必要がある。Ｎｉ含有量が多いほど、靭性を向上させる上で有利である。しかし、含有量が４．００％を超えると、溶接金属中に島状マルテンサイトが生成し、溶接金属の靭性が劣化することがある。従って、４．００％をＮｉ含有量の上限とする。確実にＮｉの靭性向上効果を得るためには、Ｎｉ含有量の下限を０．８０％、１．００％、１．５０％、２．００％又は２．２０％としてもよい。また、溶接金属の靭性を確保するためには、Ｎｉ含有量の上限を３．３０％、３．１０％、２．９０％又は２．７０％としてもよい。
【００７１】
（Ｍｏ：０．１０〜２．００％）
Ｍｏは、焼入性向上元素である。さらにＭｏは、微細炭化物を形成して、析出強化により引張強さを高める元素である。また、Ｍｏは、多層盛溶接時に、溶接金属が後続パスによる再加熱を受けた際の強度低下を抑制し、靭性の劣化も抑制する効果を持つ。大型構造物では厚板が使用されるので、この場合、溶接は多層盛溶接によって行われる。多層盛溶接では、後続の溶接パスから、その前のパスで形成された溶接金属が再加熱を受けることで、前のパスで形成された溶接金属に軟化が生じる。被溶接材（母材）が７８０ＭＰａ級の高強度鋼である場合、溶接金属の組織がベイナイト主体となるので、その軟化の程度が大きくなり、したがって溶接金属の強度を安定的に確保することが難しい。さらに、その再加熱によって溶接金属のセメンタイトが粗大化するので、溶接金属の靭性も劣化する。Ｍｏは、多層盛溶接で再加熱を受けた際に溶接金属内にて微細炭化物を形成し、これによって溶接金属の強度低下を抑制し、さらにセメンタイトの粗大化を抑制し、これによって溶接金属の靭性の劣化も抑制する効果を持つ。
【００７２】
これらの効果を発揮するためには、Ｍｏ含有量の下限を０．１０％とする必要がある。一方、２．００％を超えてＭｏを含有させると、析出物が粗大化するようになり、溶接金属の靭性が劣化することがあるので、Ｍｏ含有量の上限を２．００％とする。再加熱による溶接金属の強度低下及び靱性低下をさらに抑制するためには、Ｍｏ含有量の下限を０．２０％、０．３０％又は０．５０％としてもよい。また、Ｍｏの過剰な含有による溶接金属の靭性の劣化を防ぐために、Ｍｏの上限を０．９０％、０．８０％、又は０．７０％としてもよい。
【００７３】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、合金成分又は脱酸成分として、さらに、溶接する鋼板の強度レベル又は求められる溶接金属の靭性の程度に応じて、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、及びＢｉの一種または二種以上を選択元素として含有することができる。しかしながら、選択元素の含有の有無に関わらず、フラックス入りワイヤ中の必須元素の含有量が上述の規定範囲内にあれば、そのフラックス入りワイヤは本実施形態に係るフラックス入りワイヤであると見なされる。従って、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、及びＢｉの含有量の下限値は０％である。
【００７４】
（Ｃｕ：０〜０．５０％）
Ｃｕは、溶接金属の強度と靭性とを向上させることができる。Ｃｕ含有量の下限は０％とするが、それらの効果を十分に得るためには、Ｃｕ含有量の下限を０．１０％としてもよい。一方、Ｃｕ含有量が０．５０％を超えると、溶接金属の靭性が低下することがある。そのため、Ｃｕをフラックス入りワイヤに含有させる場合のＣｕ含有量の上限は０．５０％とする。Ｃｕを含有させる効果を確実に得るとともに、靭性の低下を防ぐために、Ｃｕ含有量の下限を０．１５％又は０．２０％としてもよい。靭性の向上のため、Ｃｕ含有量の上限を０．４０％又は０．３０％としてもよい。
【００７５】
なお、フラックス入りワイヤの鋼製外皮の表面のめっきに含まれてもよく、および、フラックスに単体または合金として含まれても良い。Ｃｕメッキは、防錆性、通電性、及び、耐チップ磨耗性を向上させる効果も有する。従って、フラックス入りワイヤのＣｕの含有量は、鋼製外皮、及びフラックス中のいずれか一方又は両方に含有されているＣｕの量に加えて、フラックス入りワイヤ表面に銅めっきされる場合には、銅めっき中に含有れているＣｕの量も含む。
【００７６】
（Ｃｒ：０〜１．５０％）
Ｃｒは、溶接金属の焼入性を高めるので、溶接金属の高強度化に有効な元素である。Ｃｒ含有量の下限は０％とするが、その効果を得るためには、Ｃｒ含有量の下限を０．１０％としてもよい。一方、Ｃｒは１．５０％を超えて過剰に含有させると、溶接金属のベイナイト組織を不均一に硬化させ、靭性を劣化させることがある。従って、Ｃｒを含有させる場合のＣｒ含有量の上限は１．５０％とする。Ｃｒによる靭性の劣化をより抑制するために、Ｃｒの上限を１．００％、０．７５％、０．５０、又は０．２５％％としてもよい。
【００７７】
（Ｖ：０〜０．４０％）
Ｖは、溶接金属の焼入性を高めるので、溶接金属の高強度化に有効な元素である。Ｖ含有量の下限は０％とするが、その効果を得るためには、Ｖ含有量の下限を０．０１％としてもよい。一方で、０．４０％を超えて過剰にＶを含有させると、炭化物が溶接金属中に析出することにより、溶接金属の硬化および靭性劣化が生じることがある。従って、Ｖを含有させる場合のＶ含有量の上限は０．４０％とする。Ｖの含有による効果を確実に得るとともに、Ｖの過剰な含有による靭性劣化を防ぐために、Ｖ含有量の上限を０．３０％、０．２０％、０．１０％、又は０．０５％としてもよい。
【００７８】
（Ｔｉ：０〜０．３０％）
Ｔｉも、Ａｌと同様に、脱酸元素として有効な元素であり、溶接金属中の酸素量を低減させる効果を有する。また、Ｔｉは、溶接金属の固溶Ｎを固定して、固溶Ｎの靭性への悪影響を緩和する効果も有する。Ｔｉ含有量の下限は０％とするが、これら効果を発揮させるためには、Ｔｉ含有量の下限を０．０１％としてもよい。ただし、フラックス入りワイヤ中のＴｉ含有量が０．３０％を超えて過剰になると、粗大な酸化物の形成に起因した靭性劣化、及び過度な析出強化による靭性劣化が溶接金属に生じる可能性が大きくなる。このため、Ｔｉを含有させる場合のＴｉ含有量の上限は０．３０％とする。Ｔｉの含有による効果を確実に得るために、Ｔｉ含有量の下限を０．０１５％、０．０２％、又は０．０４％としてもよい。また、Ｔｉによる靭性劣化をより抑制するためにＴｉの上限を０．２０％、０．１０％又は０．０５％としてもよい。
【００７９】
（Ｎｂ：０〜０．１０％）
Ｎｂは、溶接金属中にて微細炭化物を形成するので、析出強化による溶接金属の引張強さ確保のために有効な元素である。Ｎｂ含有量の下限は０％とするが、これらの効果を得るためには、Ｎｂ含有量の下限を０．０１％としてもよい。一方、０．１０％を超えてＮｂを含有させることは、溶接金属中に過剰に含有されたＮｂが粗大な析出物を形成して溶接金属の靭性を劣化させることがあるので、好ましくない。このため、Ｎｂを含有させる場合のＮｂ含有量の上限は０．１０％とする。Ｎｂの含有による効果を確実に得るために、Ｎｂ含有量の下限を０．０１５％又は０．０２％としてもよい。また、Ｎｂによる靭性劣化をより抑制するためにはＮｂの上限を０．０５％、０．０４％又は０．０３％としてもよい。
【００８０】
（Ｂ：０〜０．０１００％）
溶接金属中に適正量含有されるＢは、固溶Ｎと結びついてＢＮを形成して、靭性に対する固溶Ｎの悪影響を減じる。また、Ｂは、溶接金属の焼入性を高めて強度向上に寄与する効果も有する。Ｂ含有量の下限は０％とするが、これらの効果を得るためには、フラックス入りワイヤ中のＢ含有量下限を０．０００１％としてもよい。一方、Ｂの含有量が０．０１００％超となることは、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮ及びＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６等のＢ化合物が形成されて、靭性を逆に劣化させる可能性が高くなるので、好ましくない。そこで、Ｂを含有させる場合のＢ含有量の上限は０．０１００％とする。Ｂの含有による効果を確実に得るために、Ｂ含有量の下限を０．０００３％又は０．００１０％としてもよい。また、Ｂによる靭性劣化をより抑制するためにはＢの上限を０．００８０％、０．００６０％又は０．００４０％としてもよい。
【００８１】
（Ｂｉ：０〜０．０１００％）
Ｂｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｂｉは、スラグの剥離性を改善する元素である。このため、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量を０．００１０％以上としても良い。フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量が０．０１００％を超える場合、溶接金属に凝固割れが発生しやすくなるので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は０．０１００％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は、好ましくは０．００８０％である。
【００８２】
本発明では、上記成分に加えて、さらに、溶接金属の延性及び靭性を調整する目的で、必要に応じて、Ｃａ及びＲＥＭのうちの１種または２種を、以下の範囲内でフラックス入りワイヤ中に含有させることができる。しかしながら、Ｃａ及びＲＥＭの含有の有無に関わらず、フラックス入りワイヤ中の必須元素の含有量が上述の規定範囲内にあれば、そのフラックス入りワイヤは本実施形態に係るフラックス入りワイヤであると見なされる。従って、Ｃａ及びＲＥＭの含有量の下限値は０％である。
【００８３】
（Ｃａ：０〜０．５０％）
（ＲＥＭ：０〜０．０１００％）
Ｃａ及びＲＥＭは、いずれも硫化物の構造を変化させ、溶接金属中での硫化物及び酸化物のサイズを微細化して、溶接金属の靭性向上に寄与する。Ｃａ含有量及びＲＥＭ含有量の下限は０％とするが、その効果を得るために、Ｃａ含有量の下限値を０．０１％としてもよく、ＲＥＭ含有量の下限値を０．０００２％としてもよい。一方、Ｃａ及びＲＥＭの少なくとも一方を過剰に含有すると、硫化物及び酸化物の粗大化を生じさせて、溶接金属の靭性の劣化を招く。また、Ｃａ及びＲＥＭの少なくとも一方を過剰に含有すると、溶接ビード形状の劣化、及び溶接性の劣化の可能性も生じる。したがって、Ｃａ及びＲＥＭの少なくとも一方を含有させる場合、Ｃａ含有量の上限値を０．５０％、ＲＥＭ含有量の上限値を０．０１００％とする。これら元素の含有による効果を確実に得るために、Ｃａ含有量の下限を０．０３％としてもよく、ＲＥＭ含有量の下限を０．０００３％としてもよい。溶接金属の靭性劣化防止の観点から、Ｃａの上限を０．４５％、０．４０％、０．３５％、又は、０．３０％としてもよく、ＲＥＭの上限を０．００９０％、０．００８０％、０．００７０％、又は、０．００６０％としてもよい。
【００８４】
（Ｃｅｑ：０．４５〜１．２０質量％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、合金成分又は脱酸成分として以上のように各元素を含有する。さらに、溶接金属の引張強さを確保するために、下記式で定義される、日本溶接協会（ＷＥＳ）で定められた炭素当量Ｃｅｑが０．４５〜１．２０質量％となるように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量をさらに制御する必要がある。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４
上述の式において、括弧で囲まれた元素記号は、フラックス入りワイヤの、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、および鉄粉を除く化学成分に含まれる各元素記号に対応する元素の、フラックス入りワイヤの全質量に対する単位質量％での含有量である。すなわち、本実施形態のフラックス入りワイヤの化学成分から算出されるＣｅｑ（フラックス入りワイヤのＣｅｑ）は、弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、又は炭酸塩の状態でフラックス入りワイヤに含まれている元素の含有量を考慮せずに算出される。弗化物、ＣａＯを除く酸化物、ＣａＯ、又は炭酸塩の状態でフラックス入りワイヤに含まれている元素の大半は、溶接の際にスラグとして溶接金属の外部に排出されるので、溶接金属の焼入性に実質的に影響しない。
【００８５】
フラックス入りワイヤのＣｅｑの値が高い場合、溶接金属が硬化するので溶接金属の引張強さが向上するが、一方で溶接金属の靭性が低下する。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの目的の１つは、６９０ＭＰａ以上の引張強さを有する溶接金属を得ることであるが、このＣｅｑの値が０．４５％未満である場合、６９０ＭＰａ以上の引張強さを有する溶接金属が得られない。一方、Ｃｅｑの値が１．２０％を超えると、溶接金属の引張強さが過剰となり、溶接金属の靭性が低下する。そのため、Ｃｅｑの範囲は、０．４５〜１．２０％とする。引張強さと靭性との両方を、さらに効果的に向上させるために、Ｃｅｑの下限を０．４８％、０．５０％、０．５２％、０．５５％、０．５８％、又は、０．６１％にしてもよく、Ｃｅｑの上限を１．１５％、１．１０％、１．０５％、１．００％、０．９５％、０．９０％、０．８５％、又は、０．８０％としてもよい。
【００８６】
さらに本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分は、以下の式を満たすことが好ましい旨を知見した。
（［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］）≦０．４５
［Ｍｇ］及び［Ａｌ］は、フラックス入りワイヤの弗化物、ＣａＯを除く酸化物、及び炭酸塩を除く化学成分に含まれるＭｇ及びＡｌの、フラックス入りワイヤの全質量に対する含有量を単位質量％で示すものである。本発明者らは、フラックス入りワイヤの化学成分に含まれるＭｇ及びＡｌの量と、溶接金属中の拡散性水素量との間に関係があり、特に、溶接雰囲気が高温多湿である場合に「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」の制御が拡散性水素量の低減に貢献することを知見した。さらに本発明者らは、Ｍｇ含有量及びＡｌ含有量が異なる種々のフラックス入りワイヤから得られる溶接金属の拡散性水素量を重回帰分析することにより、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」と拡散性水素量との間に、図６に示される良好な線形関係があることを見いだした。
【００８７】
本発明者らが上述の知見を得た実験について以下に説明する。上述の「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」が異なる種々のフラックスワイヤを、以下の条件の溶接に供し、図２のグラフを作成した際と同じ方法で、この溶接によって得られた溶接金属の拡散性水素量を測定した。
溶接ガス種：１００％ＣＯ２
溶接電流：２７０Ａ
溶接環境温度：３０℃
溶接環境湿度：８０％
上述の溶接環境は、本実施形態に係るフラックス入りワイヤが属する技術分野において、いわゆる高温多湿環境であるとみなされる。上述の実験により得られた、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」と溶接金属の拡散性水素量との関係を図６のグラフに示す。このグラフから、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」が０．４５％以下である場合に、溶接環境が高温多湿環境であっても、拡散性水素量がさらに低減されることがわかった。この実験結果に基づいて、本発明者らは、本実施形態に係るワイヤの化学成分が、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」が０．４５％以下となるように制御されることが好ましく、０．４０％以下、０．３８％、または０．３５％以下とされることがさらに好ましい旨を知見した。高温多湿環境で溶接を行った場合、溶接金属の拡散性水素量が高くなりやすいので、この特徴は、高温多湿環境での溶接性の改善という顕著な効果を奏する。ただし、「［Ｍｇ］＋１０×［Ａｌ］」が０．４５％を上回っていても、Ｍｇ含有量及びＡｌ含有量が上述された数値範囲内である限り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの特性は損なわれない。
【００８８】
以上が本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分に含まれる各元素の含有量に関する限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅと不純物である。Ｆｅ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。
【００８９】
続いて、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの形状について説明する。
図７Ａ〜図７Ｃに、フラックス入りワイヤの切断面を示す。図７Ａに、エッジ面を突合せて溶接して作ったフラックス入りワイヤ、図７Ｂに、エッジ面を突合せて作ったフラックス入りワイヤ、及び、図７Ｃに、エッジ面をかしめて作ったフラックス入りワイヤを示す。このように、フラックス入りワイヤには、図７Ａに示すように鋼製外皮にスリット状の隙間がないワイヤと、図７Ｂ、図７Ｃに示すように鋼製外皮がスリット状の隙間６を有するワイヤとに大別できる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、いずれの断面構造も採用することができる。しかしながら、溶接金属の低温割れを抑制するためには、スリット状の隙間がないワイヤ（シームレスワイヤ）とすることが好ましい。
【００９０】
溶接時に溶接部に侵入する水素は、溶接金属内及び被溶接材（母材）側に拡散し、応力集中部に集積して低温割れの発生原因となる。水素の供給源は、溶接材料が保有する水分、大気から混入する水分、並びに鋼表面に付着した錆び及びスケール等であると考えられる。溶接部の清浄性、及びガスシールドの条件等が十分に管理された溶接の下では、ワイヤ中に含まれる水分の水素が、溶接継手の拡散性水素の主な供給源となる。
【００９１】
このため、鋼製外皮のスリット状の隙間を除去し、フラックス入りワイヤの製造後からフラックス入りワイヤの使用までの間に、鋼製外皮からフラックスへの大気中の水素の侵入を抑制することが望ましい。鋼製外皮がスリット状の隙間（シーム）を有する場合は、大気中の水分が鋼製外皮のスリット状の隙間からフラックス中に侵入しやすいので、水分等の水素源のフラックス入りワイヤ中への侵入を十分に防止することができない。フラックス入りワイヤの製造後からフラックス入りワイヤの使用までの期間が長い場合は、フラックス入りワイヤ全体を真空包装、フラックス入りワイヤ全体を乾燥した状態に保持できる容器内で保存する、又は、ろう付けなどの方法でフラックス入りワイヤの鋼製外皮の隙間を埋める等の水素源侵入防止策をとることが望ましい。
【００９２】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの直径は、特に規定されないが、例えばφ１．０〜φ２．０ｍｍである。一般的なフラックス入りワイヤの直径はφ１．２〜φ１．６ｍｍである。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの充填率は、上述された条件が満たされる限り、特に限定されない。例えば、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの一般的な充填率の下限値は、１０％、又は１２％である。例えば、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの一般的な充填率の上限値は、２０％、又は１７％である。
【００９３】
また、ワイヤの送給性をよくするために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に塗布された潤滑油をさらに備えても良い。溶接ワイヤ用の潤滑剤としては、様々な種類のものを使用できるが、拡散性水素を低減して溶接金属の低温割れを防止するために、ワイヤ表面に塗布される潤滑油は、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）のように水素分を含まない油が好ましい。また、上述したように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に形成されためっきをさらに備えても良い。この場合、潤滑剤はめっきの表面に塗布される。
【００９４】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含まれる水素量は特に規定されない。フラックス入りワイヤ中の水素量は、製造から使用までの間に変動するからである。しかし、製造直後の段階で、フラックス入りワイヤの全質量に対して１２ｐｐｍ以下であることが好ましい。フラックス入りワイヤ中の水素量は、フラックス入りワイヤの保管の間に、フラックス入りワイヤ内に水分が侵入することにより増大するおそれがある。従って、ワイヤ製造からワイヤ使用までの期間が長い場合は、上述の手段によって水分の侵入を防止することが望ましい。
【００９５】
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法について説明する。本実施形態に係る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によって製造することができる。以下に、製造方法の一例を説明する。
【００９６】
シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、フラックスを調製する工程と、鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールにより成形してＵ字型のオープン管を得る工程と、オープン管の開口部を通じてオープン管内にフラックスを供給する工程と、オープン管の開口部の相対するエッジ面を突合せ溶接する工程と、シームレス管を伸線する工程と、伸線する工程の途中又は伸線する工程の完了後にフラックス入りワイヤを焼鈍処理する工程とを備える。フラックスは、フラックス入りワイヤの弗化物量、化学成分、ＣａＯを除く酸化物量、ＣａＯ量、及び炭酸塩量等が上述された所定の範囲内になるように調製される。なお、鋼製外皮の材料である鋼帯の幅及び厚さ、並びにフラックスの充填量等によって決定されるフラックスの充填率も、フラックス入りワイヤの弗化物量、ＣａＯを除く酸化物量、ＣａＯ量、炭酸塩量、及び化学成分などに影響することに留意する必要がある。突合せ溶接は、電縫溶接、レーザー溶接、又は、ＴＩＧ溶接等により行われる。また、伸線工程の途中又は伸線工程の完了後に、フラックス入りワイヤ中の水分を除去するために、フラックス入りワイヤは焼鈍される。フラックス入りワイヤの水素含有量を１２ｐｐｍ以下とする場合、焼鈍温度を６５０〜９００℃とし、焼鈍時間を４時間以上とすること必要とされる。
【００９７】
スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、オープン管の端部を突き合わせ溶接してシームレス管を得る工程の代わりに、オープン管を成形してオープン管の端部を突き合わせてスリット状の隙間有りの管を得る工程を有する点以外は、シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法と同じである。スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、突き合わせられたオープン管の端部をかしめる工程をさらに備えても良い。スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法では、スリット状の隙間有りの管を伸線する。
【００９８】
突合せシーム溶接されて作ったスリット状の隙間が無いワイヤを切断した断面は、図７Ａのように見える。この断面では、研磨及びエッチングされない限り溶接跡は観察されない。そのため、鋼製外皮が突合せシーム溶接されたワイヤは、上記のようにシームレスと呼ばれることがある。例えば、溶接学会編「新版  溶接・接合技術入門」（２００８年）産報出版、ｐ．１１１には、このようなワイヤはシームレスタイプのワイヤと記載されている。
【００９９】
図７Ｂに、エッジ面が突き合わされた後に溶接されなかったフラックス入りワイヤの例を示し、図７Ｃに、エッジ面が突き合わされた後にかしめた例を示す。図７Ｂ及び図７Ｃのフラックス入りワイヤの鋼製外皮の隙間をろう付けしても、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤが得られる。
【０１００】
以上説明したフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接したときの溶着金属の引張強さは、７８０ＭＰａ以上の引張強さを有する高張力鋼とほぼ同等レベルである６９０〜１５００ＭＰａである。溶着金属の引張強さが６９０ＭＰａ未満では、溶接継手の強度が７８０ＭＰａを確保できないためである。換言すると、溶着金属の引張強さが６９０ＭＰａ以上あると、溶接継手の強度が７８０ＭＰａを確保できるからである。なお、必要に応じて、溶着金属の引張強さの下限を、７８０ＭＰａとしてもよい。溶着金属の引張強さが１５００ＭＰａ以上であると、溶着金属の靭性が劣化しやすくなる。溶着金属の引張強さの上限は、１１００ＭＰａ、１０５０ＭＰａ、１０００ＭＰａ、９５０ＭＰａ、又は９００ＭＰａに制限してもよい。
【０１０１】
ここで、溶着金属（Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  Ｍｅｔａｌ）とは、溶加材（フラックス入りワイヤ）から溶接部に移行した金属を示している。溶着金属の引張強さは、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求めることができる。また、溶着金属の−４０℃でのシャルピー吸収エネルギー（３個の平均値）を、４７Ｊ以上としてもよい。
【０１０２】
以上説明した本実施形態のフラックス入りワイヤは、あらゆる種類の鋼材の溶接に対して適用可能であり、特に、７８０ＭＰａ以上の引張強さを有する高強度鋼板のガスシールドアーク溶接に使用するのに適している。本実施形態のフラックス入りワイヤを用いて溶接することにより、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下である溶接金属が得られ、溶接金属の低温割れの発生が抑制される。低温割れ感受性が高い高炭素鋼材をアーク溶接する場合であっても、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、予熱作業が省略または予熱作業の際の予熱温度が低下されていても、低温割れを防止できる。
【０１０３】
ここで、本実施形態における拡散性水素量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８：２００７「鋼溶接部の水素量測定方法」に準拠する方法で測定された拡散性水素量である。また、鋼材のＰｃｍ（％）は、以下の式により計算した値をいう。
Ｐｃｍ＝（Ｃ）＋（Ｓｉ）／３０＋（Ｍｎ）／２０＋（Ｃｕ）／２０＋（Ｎｉ）／６０＋（Ｃｒ）／２０＋（Ｍｏ）／１５＋（Ｖ）／１０＋５×（Ｂ）
なお、上記式に含まれる、括弧で囲まれた各元素は、鋼材に含まれる各元素の含有量（質量％）を示す。鋼材中に含有されない元素の含有量は０質量％とみなされる。
【０１０４】
次に、本実施形態に係る溶接継手の製造方法について説明する。
【０１０５】
（溶接継手の製造方法：本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いる）
本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、上述された本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いて、鋼材を、ガスシールドアーク溶接する工程を備える。被溶接材である母材は、特に限定されないが、主として引張強さ７８０ＭＰａ以上の鋼材である。溶接金属の引張強さより高い引張強さの鋼材に溶接を行うことは妨げられないので、鋼材の引張強さの上限を特に制限する必要はない。しかしながら、鋼材の引張強さの上限を、１１００ＭＰａ、１０５０ＭＰａ、１０００ＭＰａ、９４０ＭＰａ又は９００ＭＰａに制限してもよい。鋼材の板厚は、特に限定されないが、一般的な鋼材の板厚は、３〜１００ｍｍであるので、この板厚に限定しても差し支えない。
【０１０６】
例えば、この高強度鋼である母材２枚を、間に開先を形成するように溶接位置にセットし、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行い、母材間に溶接金属を生成させることによって、溶接金属とその両側の母材鋼板とから成る溶接継手が形成される。
【０１０７】
本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、前記母材に対して、前記した条件に適合するフラックス入りワイヤを使用して、ガスシールドアーク溶接による多層盛溶接を行って、溶接金属を形成することによって、目的を達成することができる。ガスシールドアーク溶接の方法は、特に限定されず、通常用いられる方法を採用することができる。例えば、シールドガスとしては、１００％ＣＯ２ガスの他、Ａｒガスと３〜２０ｖｏｌ％ＣＯ２ガスとの混合ガスなどを用いることができる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、１００ｖｏｌ％ＣＯ２ガスと組み合わせて使用しても、スパッタ量を増加させない。また、本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、電流、及び電圧などの溶接条件も通常用いられている条件とすることができる。
なお、鋼材が、板厚が１２ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３６％以下である鋼板、板厚が１２ｍｍ超２５ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３３％以下である鋼板、板厚が２５ｍｍ超４０ｍｍ以下かつＰｃｍが０．３１％以下である鋼板、及び板厚が４０ｍｍ超１００ｍｍ以下かつＰｃｍが０．２９％以下である鋼板からなる群から選択される１種であり、鋼材をガスシールドアーク溶接する際、鋼材の温度が５℃未満の場合、鋼材温度を５℃以上に予熱後にガスシールドアーク溶接を行うことが好ましい。鋼材の種類、及び溶接時の鋼材温度が上述の範囲内で、予熱を行わずに溶接したとしても、低温割れが必ず発生する訳ではない。溶接後にＸ線やＵＳＴ等の非破壊検査を行って、溶接継手に割れ等がある場合には、割れた部分を補修溶接すればよい。また、鋼材の種類が上述の範囲内であるが、溶接時の鋼材の温度が５℃以上の場合、予熱を省略しても、低温割れを確実に防止できる。したがって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いることで、溶接補修を含めた溶接施工のコストを大幅に低減でき、溶接施工時間を大幅に短縮できる。
【０１０８】
次に、本実施形態に係る溶接継手について説明する。
本実施形態に係る溶接継手は、上述された本実施形態に係る溶接方法によって得られる。本実施形態に係る溶接継手は、Ｃｅｑ、酸素量、及びスラグ形成剤の量が好ましく制御された本実施形態に係る溶接ワイヤを用いて製造されるので、高強度及び高靱性を有し、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、且つ良好なビード形状を有する溶接金属を備える。溶接継手の形状は、用途等に応じて決定され、特に限定されるものではない。本実施形態に係る溶接継手は、通常の突合せ継手、角継手、Ｔ継手など、開先を形成する溶接継手とすることができる。したがって、本実施形態に係る溶接継手の製造方法において溶接される鋼板の形状も、少なくとも溶接継手を形成する部分が板状であればよく、全体が板でなくともよく、例えば、形鋼なども含むものである。また、本実施形態に係る溶接継手は、複数の鋼板から構成されるものに限定されず、１枚の鋼板を管状などの所定の形状に成形したものの突合せ溶接継手であってもよい。
【０１０９】
本発明の別の態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、５．０ｇ／ｍｉｎ以下である。本発明の別の態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、備え、前記フラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物の含有量が質量％で０．１０〜２．５０％であり、Ｎｉ：０．５〜４．００％を含み、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が２９〜３２Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種がＣＯ２１００％ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、５．０ｇ／ｍｉｎ以下である。ワイヤの極性は、溶接金属の拡散性水素量およびスパッタ発生量に及ぼす影響が無視できる程度に小さいので、プラス及びマイナスのいずれであってもよいが、プラスであることが好ましい。例えば、ワイヤ側がプラス、姿勢が下向き、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５ｌ／ｍｉｎである条件で、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いて直流ガスシールドアーク溶接を行った場合、溶接金属の拡散性水素量を確実に１．０ｍｌ／１００ｇ以下とすることができる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、耐低温割れ性に優れる溶接部を得ることができ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができる。特に本実施形態に係るフラックス入りワイヤによれば、７８０ＭＰａ以上の高強度鋼を溶接する際であっても、低温割れを防止するための予熱作業を省略又は予熱作業の際の予熱温度を低下させることができる。さらに、本実施形態に係るフラックス入りワイヤによれば、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスであっても、スパッタの発生量を低減することができる。
【実施例】
【０１１０】
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。【０１１１】
フラックスを調製する工程と、鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールにより成形してＵ字型のオープン管を得る工程と、オープン管の開口部を通じてオープン管内にフラックスを供給する工程と、オープン管の開口部の相対するエッジ面を突合せ溶接する工程と、シームレス管を伸線する工程と、伸線する工程の途中又は伸線する工程の完了後にフラックス入りワイヤを焼鈍温度６５０〜９００℃及び焼鈍時間４時間以上で焼鈍処理する工程とを備える製造方法によって、ワイヤ径がφ１．２ｍｍであるシームレス形状を有するフラックス入りワイヤを作成した。また、オープン管の端部を突き合わせ溶接してシームレス管を得る工程の代わりに、オープン管を成形してオープン管の端部を突き合わせてスリット状の隙間有りの管を得る工程を有する点以外は、シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法と同じである製造方法によって、スリット状の隙間有を有する、ワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを作成した。また、一部は、スリット状の隙間を溶接しないスリット状の隙間有りの管とし、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スラグ成分の組成を表１Ａ〜表２Ｂに示し、合金成分の組成を表３Ａ〜表４Ｂに示す。ただし、ワイヤ全体の残部は、Ｆｅ及び不純物である。なお、表１Ａ〜４Ｂの比較例における下線が付された数値は、本発明の範囲外である。また、表に記載の「弗化物」「酸化物」「炭酸塩」「ＣａＯ」「鉄粉」「弗化物、酸化物、ＣａＯ、炭酸塩、および鉄粉を除く化学成分」の単位は、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％である。「Ｆ換算値合計」「Ｘ値」「酸化物合計」「α／β」「Ｃｅｑ」は、上述の値に基づいて算出されたものである。【０１１２】
また、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、及び、Ａｌ酸化物は、それぞれＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、及び、Ａｌ２Ｏ３を使用した。表１Ａ〜表２Ｂにおいて、「炭酸塩」とは、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及び、ＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種以上である。【０１１３】
【表１Ａ】
2017154120.tif 000003
【０１１４】
【表１Ｂ】
2017154120.tif 000004
【０１１５】
【表２Ａ】
2017154120.tif 000005
【０１１６】
【表２Ｂ】
2017154120.tif 000006
【０１１７】
【表３Ａ】
2017154120.tif 000007
【０１１８】
【表３Ｂ】
2017154120.tif 000008
【０１１９】
【表４Ａ】
2017154120.tif 000009
【０１２０】
【表４Ｂ】
2017154120.tif 000010
【０１２１】
このフラックス入りワイヤを用い、板厚が２０ｍｍのＪＩＳ  Ｇ３１０６のＳＭ４９０Ａを母材とし、ルートギャップ１６ｍｍ、開先角度２０°で突き合わせ、同鋼板の裏当金を用いて、１００％ＣＯ２ガス（溶接ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ）、溶接電流２７０Ａ、溶接電圧３０Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎの溶接条件で溶接を実施した。母材の開先面及び裏当金の表面には、試験を行うフラックス入りワイヤを用いて２層以上、かつ余盛高さ３ｍｍ以上のバタリングを実施した。全ての溶接において、溶接電流は直流とし、ワイヤ極性をプラスとした。【０１２２】
なお、フラックス入りワイヤ３３、４２、７５、及び８４には、ＰＦＰＥ油を塗布したが、その他のフラックス入りワイヤにはＰＦＰＥを塗布しなかった。フラックス入りワイヤ１４、２９、７６、及び９５の評価では、前記の溶接条件で、シールドガスとして２０％ＣＯ２と８０％Ａｒの混合ガスを用い、その他のフラックス入りワイヤの評価では、シールドガスとして１００％ＣＯ２ガスを用いた。フラックス入りワイヤ２４、３２、７３、８１は、外皮をかしめてワイヤを造管したスリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤであり、その他のフラックス入りワイヤはスリット状の隙間が溶接されたシームレスワイヤであった。【０１２３】
得られた溶接金属から、ＪＩＳ  Ｚ３１１１−２００５（溶着金属の引張及び衝撃試験方法）に準拠したＡ１号引張試験片（丸棒）（径＝１２．５ｍｍ）５とシャルピー試験片（Ｖノッチ試験片）４とを採取した。図８は、試験片の採取位置を示す図であり、鋼板１に裏当金２を配置して溶接し、溶接ビード３を形成して、２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片４及び丸棒引張り試験片５を採取した。これら試験片を用いて、機械特性試験を行って、溶着金属の引張強さ、及びシャルピー吸収エネルギーを測定した。なお、開先部および裏当材の表面にはバタリングが実施された。得られた機械特性の結果を表５及び表６に示す。引張強さが７１０ＭＰａ以上かつシャルピー吸収エネルギーが５５Ｊ以上である溶接金属が得られるフラックス入りワイヤを、機械特性評価に関し合格とした。なお、シャルピー衝撃試験の際の試験条件は以下の通りである。
試験片形状：４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）
試験温度：−４０℃【０１２４】
また、１００％ＣＯ２ガス（溶接ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ）、溶接姿勢が下向き、溶接電流２７０Ａ、溶接電圧３０Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎの溶接条件で、耐低温割れ試験と拡散性水素量測定試験を行った。耐低温割れ試験は、表７に示す溶接構造用高張力鋼板の板厚５０ｍｍの鋼板を用いてＪＩＳ  Ｚ３１５８（ｙ形溶接割れ試験方法  １９９３年）で、板厚２５ｍｍの同鋼板を用いてＪＩＳ  Ｚ  ３１５７（Ｕ形溶接溶接割れ試験）に準拠し、温度５℃−湿度６０％の一定雰囲気管理下において予熱を行うことなく、それぞれ試験を実施し、表面及び断面に割れがないことをもって合格とした。拡散性水素量測定試験は、上述の耐低温割れ試験の溶接条件で、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８（鋼溶接部の水素量測定方法  ２００７年）に準拠したガスクロマトグラフ法にて実施した。【０１２５】
得られたｙ形溶接割れ試験、Ｕ形溶接割れ試験結果を表５及び表６に示す。拡散性水素が１．０ｍｌ／１００ｇ未満の溶接金属は、温度が５℃の低温の条件で予熱をしなくても、試験片のすべての断面において、断面割れ無し（断面割れが発生していないこと）であり、極めて高い耐低温割れ性が証明された。【０１２６】
スパッタ発生量の評価は、以下の方法により行った。まずフラックスワイヤを、以下の条件の溶接に供した。
溶接ガス種：１００％ＣＯ２ガス
溶接ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流：２７０Ａ
溶接電圧２９〜３２Ｖ
溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
溶接姿勢：下向き
溶接時間：６０秒
極性：ワイヤ＋（プラス）で直流
上述の条件でのビードオンプレート溶接を、銅製の捕集箱の内部で実施することにより、溶接中に箱内に飛散したスパッタおよび鋼板に付着したスパッタの全てを回収し、全てのスパッタの重量を測定し、単位時間当たりのスパッタ発生量を算出した。そのスパッタ発生量について５．０ｇ／ｍｉｎ未満であるものを合格と判定した。結果を表５及び表６に示す。【０１２７】
溶接作業性の評価は、ヒューム及びアークの状態に基づいて行われた。上述の、スパッタ発生量を評価する溶接の際、ヒュームの発生の著しい水準又はアークが著しく不安定な水準は、溶接作業性が不良と判定した。ヒュームの発生が少なく、アークが安定する水準を溶接作業性が良好と判定した。結果を表５及び表６に示す。【０１２８】
表５及び表６の試験結果に示されるように、本発明例であるフラックス入りワイヤ１〜６２によって得られた溶接金属は、引張強さ、靭性、耐低温割れ性のすべてが優れ、合格であった。さらに、本発明例であるフラックス入りワイヤを用いた溶接の作業性は良好であった。一方、比較例であるフラックス入りワイヤ６３〜１００は、本発明で規定する要件を満たしていないので、得られる溶接金属の引張強さ、靭性、及び耐低温割れ性、並びに溶接中の作業性の少なくとも１つ以上が不合格となった。【０１２９】
【表５】
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【０１３０】
【表６】
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【０１３１】
【表７】
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さらに、Ｐｃｍが０．３０％の板厚１２ｍｍ、Ｐｃｍが０．２９％の板厚２５ｍｍ、Ｐｃｍが０．２８％の板厚４０ｍｍ、及びＰｃｍが０．２７％の板厚１００ｍｍの鋼板を用いて、それぞれ元厚ままで、前記の耐低温割れ試験と同じ溶接条件で且つ温度５℃ −湿度６０％において予熱を行うことなく、前記の耐低温割れ試験と同様なｙ形溶接割れ試験とＵ形溶接溶接割れ試験を行った。その結果、全ての試験において、表面及び断面に割れがないことを確認した。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明に係るフラックス入りワイヤは、高強度及び高靭性を有し、耐低温割れ性に優れ、並びに良好なビード形状を有する溶接部を得ることができ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができる。本発明に係る溶接方法は、溶接金属の低温割れを防止するための予熱作業を省略可能または予熱作業の際の予熱温度を低下させることが可能であり、及びスパッタ発生量を大幅に低減可能である。本発明に係る溶接継手は、高強度且つ高靭性であり、良好なビード形状を有する溶接部を備える。特に本発明によれば、７８０ＭＰａ以上の高強度鋼を溶接する際であっても、低温割れを防止するための予熱作業を省略又は予熱作業の際の予熱温度を低下させることができる。さらに、本発明によれば、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスであっても、スパッタの発生量を低減することができる。従って、本発明は溶接施工能率を著しく向上させることができ、産業界における価値はきわめて高い。
【符号の説明】
【０１３３】
１    鋼板
２    裏当金
３    溶接ビード
４    ２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片
５    丸棒引張り試験片
６    隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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