(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
粒子状をなす酸化チタン原料：５．０〜９．０質量％、
Ｃ：０．０２〜０．１１質量％、
金属ＳｉのＳｉ換算量とＳｉ酸化物のＳｉ換算量との合計：０．３〜１．２質量％、
金属ＳｉのＳｉ換算量：０．２質量％以上、
Ｍｎ：１．０〜３．０質量％、
金属ＡｌのＡｌ換算量とＭｇとの合計：０．１〜１．０質量％、
Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量との合計：０．０５〜１．５０質量％、
Ｆ化合物中のＦ換算量：０．０２〜０．８５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率が１０〜２５質量％であり、
前記酸化チタン原料は、酸化チタン原料全質量あたり、
ＴｉＯ２：５８．０〜９９．０質量％、
Ｓｉ：２．５質量％以下、
Ａｌ：３．０質量％以下、
Ｍｎ：５．０質量％以下、
Ｆｅ：３５．０質量％以下、
Ｍｇ：５．０質量％以下、
Ｃａ：２．０質量％以下である組成を有し、かつ前記酸化チタン原料の粒子表面に、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ及びＳｉのいずれか一種以上からなる酸化物が存在しており、かつ、この酸化物は、Ａｌ及びＳｉの原子百分率が１≦Ａｌ＋Ｓｉ≦１０を満足す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。
（ただし、前記酸化チタン原料以外のワイヤ成分は、前記酸化チタン原料に含有された成分を除く。）
【請求項２】
さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ｂ：０．０００３〜０．０１３０質量％、
Ｎｉ：０．１〜１．０質量％を含有し、
Ｃｒ：０．２０質量％以下、
Ｎｂ：０．０５質量％以下、
Ｖ：０．０５質量％以下に抑制した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入りワイヤ。
【請求項３】
さらに、ワイヤ全質量あたり、
金属ＴｉのＴｉ換算量：０．０５〜０．４０質量％、
Ｂ：０．０００３〜０．０１５０質量％、
Ｎｉ：０．３〜３．０質量％を含有し、
Ｃｒ：０．２０質量％以下、
Ｎｂ：０．０５質量％以下、
Ｖ：０．０５質量％以下に抑制した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入りワイヤ。
【請求項４】
さらに、ワイヤ全質量あたり、
Ｎｉ：０．３〜３．０質量％、
Ｍｏ：０．０１〜０．５０質量％を含有し、
Ｎｂ：０．０５質量％以下、
Ｖ：０．０５質量％以下に抑制した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入りワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、溶接作業を高能率に行うために、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接が様々な分野で行われている。全姿勢溶接においては、溶接作業性やビード形状が良好なチタニア系フラックス入りワイヤ（例えば、特許文献１参照）が多く用いられている。このような溶接材料を多く用いる各業界は、更なるコスト低減や納期短縮などのために、溶接作業について絶えず高能率化に取組んでいる。
このような取組みに対し、スラグの焼付きを防止してスラグ剥離性を向上させる技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開Ｓ５６−３９１９３号公報
【特許文献２】特開Ｓ５７−１９０７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２に記載のようなフラックス入りワイヤを用いた高電流域での立向上進溶接では、溶接金属が垂れ落ちやすく、良好なビード形状の維持が難しいという問題がある。また、良好なビード形状の形成の他、アーク安定性の向上や、ヒューム発生量、スパッタ発生量の低減等、溶接作業性の向上が望まれている。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高電流でも良好な溶接作業性を保ちつつ、立向上進溶接で良好なビードを形成することができ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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、適宜、フラックス入りワイヤあるいはＦＣＷ、あるいは、単にワイヤという）は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、粒子状をなす酸化チタン原料：５．０〜９．０質量％、Ｃ：０．０２〜０．１１質量％、金属ＳｉのＳｉ換算量とＳｉ酸化物のＳｉ換算量との合計：０．３〜１．２質量％、金属ＳｉのＳｉ換算量：０．２質量％以上、Ｍｎ：１．０〜３．０質量％、金属ＡｌのＡｌ換算量とＭｇとの合計：０．１〜１．０質量％、Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量との合計：０．０５〜１．５０質量％、Ｆ化合物中のＦ換算量：０．０２〜０．８５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率が１０〜２５質量％であり、前記酸化チタン原料は、酸化チタン原料全質量あたり、ＴｉＯ２：５８．０〜９９．０質量％、Ｓｉ：２．５質量％以下、Ａｌ：３．０質量％以下、Ｍｎ：５．０質量％以下、Ｆｅ：３５．０質量％以下、Ｍｇ：５．０質量％以下、Ｃａ：２．０質量％以下である組成を有し、かつ前記酸化チタン原料の粒子表面に、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ及びＳｉのいずれか一種以上からなる酸化物が存在しており、かつ、この酸化物は、Ａｌ及びＳｉの原子百分率が１≦Ａｌ＋Ｓｉ≦１０を満足することを特徴とする（ただし、前記酸化チタン原料以外のワイヤ成分は、前記酸化チタン原料に含有された成分を除く）。
【０００７】
かかる構成によれば、フラックス入りワイヤの成分において、酸化チタン原料、Ｓｉ量を規定することで、立向上進溶接作業性が向上し、Ｃ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ量を規定することで、靭性が向上する。また、Ｎａ、Ｋ量を規定することにより、溶接中のアーク溶滴移行が安定化し、Ｆ量を規定することにより溶接雰囲気下の水素分圧が減少し、溶接金属中の拡散性水素量が下がる。さらに、フラックス充填率を規定することで、生産性を劣化させることなく、アークの安定性が悪化せず、スパッタ発生量が抑制される。
【０００８】
また、酸化チタン原料の成分において、ＴｉＯ２量を規定することで、ビード形状が良好になり、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ量含有することで、スラグの粘性が調整される。
また、Ｆｅ量を規定することで、融点の低下が抑制され、Ｍｇ、Ｃａ量を規定することで、スパッタ発生量が抑制される。さらに、Ａｌ及びＳｉの原子百分率を規定することで、酸化チタン原料の融点が適度となり、ビード形状が良好となる。
【０００９】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｂ：０．０００３〜０．０１３０質量％、Ｎｉ：０．１〜１．０質量％を含有し、Ｃｒ：０．２０質量％以下、Ｎｂ：０．０５質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下に抑制したことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、所定量のＢ，Ｎｉを加え、Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖの含有量を所定量に抑制することで、−４０℃における低温靭性が良好になる。
【００１１】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、金属ＴｉのＴｉ換算量：０．０５〜０．４０質量％、Ｂ：０．０００３〜０．０１５０質量％、Ｎｉ：０．３〜３．０質量％を含有し、Ｃｒ：０．２０質量％以下、Ｎｂ：０．０５質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下に抑制したことを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、所定量のＢ，Ｎｉを加え、Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖの含有量を所定量に抑制し、さらに、所定量の金属Ｔｉを添加することで、−６０℃の極低温でも靭性の確保が可能となる。
【００１３】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、さらに、ワイヤ全質量あたり、Ｎｉ：０．３〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０質量％を含有し、Ｎｂ：０．０５質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下に抑制したことを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、所定量のＮｉ、Ｍｏを加え、Ｎｂ，Ｖの含有量を所定量に抑制することで、強度が向上したフラックス入りワイヤとなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高電流でも良好な溶接作業性を保つことができ、また、立向上進溶接で良好なビードを形成することができる。さらに、所定元素の含有量を調整することで、高電流突合せ溶接により入熱増加が生じても、良好な機械的性質を有する溶接金属を形成することができる。
また、他の形態として、所定元素の含有量を調整することで、大入熱施工による靭性の安定化や、極低温での靭性確保や、強度の向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】フラックス入りワイヤにおけるビード形状となじみ性の評価基準を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
≪第１実施形態≫
第１実施形態は、軟鋼フラックス入りワイヤに関するものである。
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は、粒子状をなす酸化チタン原料、Ｃ，金属ＳｉのＳｉ換算量とＳｉ酸化物のＳｉ換算量との合計，金属ＳｉのＳｉ換算量，Ｍｎ，金属ＡｌのＡｌ換算量とＭｇとの合計，Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量との合計，Ｆ化合物中のＦ換算量を所定量含有する。また、ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率が所定量である。
【００１８】
さらに、酸化チタン原料が、酸化チタン原料全質量あたり、ＴｉＯ２，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａが所定量である組成を有し、かつ前記酸化チタン原料の粒子表面に、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ及びＳｉのいずれか一種以上からなる酸化物が存在しており、かつ、この酸化物が、Ａｌ及びＳｉの原子百分率で１≦Ａｌ＋Ｓｉ≦１０を満足するものである。
【００１９】
ここで、「金属Ｓｉ」とは、「純金属Ｓｉ」および「合金Ｓｉ」のうちの一種以上を意味する。同様に、「金属Ａｌ」とは、「純金属Ａｌ」および「合金Ａｌ」うちの一種以上を意味する。また、例えば単にＭｇと書いた場合、純金属、合金、化合物、その他すべてのＭｇを含む、Ｍｇの換算量である。
また、「酸化物」とは、「単一酸化物」および「複合酸化物」のうちの一種以上を意味する。「単一酸化物」とは、例えば、ＴｉならばＴｉ単独の酸化物（ＴｉＯ２）をいい、「複合酸化物」とは、これらの単一酸化物が複数種類集合したものと、例えば、Ｔｉ，Ｆｅ，Ｍｎといった複数の金属成分を含む酸化物との双方をいう。そして、この酸化物が、酸化チタン原料の粒子の表面に存在するという状態は、粒子の表面が酸化物状態になっている場合を含む。
【００２０】
以下、本発明のフラックス入りワイヤの成分限定理由および酸化チタン原料の成分限定理由について説明する。
【００２１】
［フラックス入りワイヤの成分限定理由］
＜酸化チタン原料：５．０〜９．０質量％＞
ＴｉＯ２源として、後記するように酸化物の組成を最適化した酸化チタン原料を用いることで、良好な立向上進溶接作業性を有することができる。ワイヤ全質量あたりの酸化チタン原料の含有量が５．０質量％未満では、立向上進性が劣化し良好なビード形状が確保できない。一方、９．０質量％を超えると、スラグ融点が高くなり、立向上進溶接でウィービングを行った場合にスラグが早く固まる。これにより、その運棒に沿い溶接金属が形成され、うろこビードとなってしまう。従って、酸化チタン原料の含有量は５．０〜９．０質量％とする。より好ましくは６．０〜８．０質量％である。この範囲にすると、ビード形状がさらに良好になる。
【００２２】
＜Ｃ：０．０２〜０．１１質量％＞
Ｃは焼入れ性元素であり、靭性を向上させる効果がある。ワイヤ全質量あたりのＣ含有量が０．０２質量％未満では、溶接金属の焼入れ不足となり、十分な機械的性質の確保が困難となる。一方、０．１１質量％を超えると、アークの吹きつけが強く、立向上進溶接の際に母材をアーク力で掘ってしまうため、ビード形状不良を起こす。従って、Ｃ含有量は０．０２〜０．１１質量％とする。より好ましくは０．０３〜０．１０質量％である。
【００２３】
＜金属ＳｉのＳｉ換算量とＳｉ酸化物のＳｉ換算量との合計：０．３〜１．２質量％＞
Ｓｉは溶接金属の粘性を向上させ、立向上進溶接作業性を向上させる。ワイヤ全質量あたりの金属ＳｉのＳｉ換算量とＳｉ酸化物中のＳｉ換算量との合計量が０．３質量％未満では、溶接金属の粘性が低下し、立向上進溶接のビード形状が劣化する。一方、１．２質量％を超えると、低融点元素であるがゆえ耐高温割れ性の劣化を招く。また、粒界フェライト析出が促進され、靭性の劣化が起こる。従って、金属ＳｉのＳｉ換算量とＳｉ酸化物のＳｉ換算量との合計量は０．３〜１．２質量％とする。より好ましくは０．８質量％以上である。なお、後記するように、金属ＳｉのＳｉ換算量は０．２質量％以上であることから、金属ＳｉのＳｉ換算量が０．３〜１．２質量％であれば、Ｓｉ酸化物のＳｉ換算量は０質量％であってもよい。
なお、金属Ｓｉ、Ｓｉ酸化物のどちらも立向上進性を向上させるが、作用の役割が異なる。すなわち、金属Ｓｉは溶接中に溶接金属粘度を上げ、溶接金属を垂れにくくする。酸化物はスラグで溶接金属を覆い、溶接金属の垂れを防ぐ効果がある。
【００２４】
＜金属ＳｉのＳｉ換算量：０．２質量％以上＞
前記のとおり、Ｓｉは溶接金属の粘性を向上させ、立向上進溶接作業性を向上させる。ワイヤ全質量あたりの金属ＳｉのＳｉ換算量が０．２質量％未満では、溶接金属の粘性が低下し、立向上進溶接のビード形状が劣化する。従って、金属ＳｉのＳｉ換算量は０．２質量％以上とする。より好ましくは０．４質量％以上である。なお、好ましい上限値は、１．２質量％である。
【００２５】
＜Ｍｎ：１．０〜３．０質量％＞
Ｍｎは焼入れ性元素であり、靭性を向上させる効果がある。ワイヤ全質量あたりのＭｎ含有量が１．０質量％未満では、溶接金属の焼入れ不足となり、十分な機械的性質の確保が困難となる。一方、３．０質量％を超えると、溶接部の強度が過多となり、靭性不足となる。従って、Ｍｎ含有量は１．０〜３．０質量％とする。
なお、Ｍｎ源としては、Ｍｎ金属粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の金属粉、合金粉で投入するが、これらの他、Ｍｎ酸化物を加えても良い。
【００２６】
＜金属ＡｌのＡｌ換算量とＭｇとの合計：０．１〜１．０質量％＞
金属ＡｌおよびＭｇは強脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を減じ靭性を向上させる役割がある。ワイヤ全質量あたりの金属ＡｌのＡｌ換算量とＭｇとの合計量が０．１質量％未満では、溶接金属の酸素量が高く、十分な機械的性質の確保が困難となる。一方、１．０質量％を超えると、アーク不安定によるスパッタの増加が起き、溶接作業性が劣化する。従って、金属ＡｌのＡｌ換算量とＭｇとの合計は０．１〜１．０質量％とする。なお、金属ＡｌのＡｌ換算量およびＭｇ含有量は、いずれか一方が０質量％であってもよい。
なお、Ｍｇ源としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ等の金属粉、合金粉等で投入するが、これらの他、Ｍｇ酸化物を加えても良い。
【００２７】
＜Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量との合計：０．０５〜１．５０質量％＞
ＮａおよびＫは溶接中におけるアークの溶滴移行を安定化させる役割がある。ワイヤ全質量あたりのＮａ換算量とＫ換算量との合計量が０．０５質量％未満では、溶接中におけるアークの溶滴移行が不安定であり、スパッタ発生量が増加する。一方、１．５０質量％を超えると、耐吸湿性が劣化する。従って、Ｎａ化合物中のＮａ換算量とＫ化合物中のＫ換算量との合計量は０．０５〜１．５０質量％とする。なお、Ｎａ化合物中のＮａ換算量およびＫ化合物中のＫ換算量は、いずれか一方が０質量％であってもよい。
【００２８】
＜Ｆ：０．０２〜０．８５質量％＞
Ｆはフラックス中にフッ素化合物として存在する。Ｆは溶接雰囲気下の水素分圧が減少し、溶接金属中の拡散性水素量が下がる。ワイヤ全質量あたりのＦ含有量が０．０２質量％未満では、拡散性水素量が増加し、溶接部に低温割れが発生する。一方、０．８５質量％を超えると、ヒューム発生量が増加し、溶接作業性が劣化する。従って、Ｆ含有量は０．０２〜０．８５質量％とする。
【００２９】
＜フラックス充填率：１０〜２５質量％＞
ワイヤ全質量あたりのフラックス充填率が１０質量％未満では、アークの安定性が悪くなると共にスパッタ発生量が増加し、溶接作業性が劣化する。一方、２５質量％を超えると、ワイヤの断線が発生したり、フラックスの充填中に粉がこぼれ落ちたりする等、生産性が著しく劣化する。従って、フラックス充填率は１０〜２５質量％とする。
【００３０】
＜残部：Ｆｅ及び不可避的不純物＞
フラックス入りワイヤ全体としての残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。そして、前記したワイヤ成分の他、ワイヤ成分としてフラックス中に、Ｃａ、Ｌｉ等を脱酸等の微調整剤として、また、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎを溶接金属のさらなる硬化剤として、少量含有させることもできる。これらの元素は、本発明の目的には影響を及ぼさない。また、フラックス中には上記の元素以外のアルカリ金属化合物を微量に含む。
また、不可避的不純物として、例えば、Ｂ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ等を各々、Ｂ：０．０００３質量％未満、Ｎｉ：０．１質量％未満、Ｍｏ：０．０１質量％未満、Ｃｒ：０．３０質量％未満、Ｎｂ：０．１０質量％未満、Ｖ：０．１０質量％未満を含有してもよい。ただし、これらの成分、数値に限定されるものではない。
【００３１】
［酸化チタン原料］
＜ＴｉＯ２：５８．０〜９９．０質量％＞
ＴｉＯ２は溶接金属を支える重要な役割を担っている。立向上進溶接において、酸化チタン原料全質量あたりのＴｉＯ２含有量が５８．０質量％未満では、スラグ量が不十分であり、ビード形状は垂れた形状となる。一方、９９．０質量％を超えると、融点が高すぎてスラグが早く固まり、溶接時のプールサイズが小さくなる。そのため、立向上進溶接でのウィービングを行う際に一定の溶融プール形状を維持することが困難となり、ビード形状が不揃いになる。従って、ＴｉＯ２含有量は５８．０〜９９．０質量％とする。なお、一般的に、酸化チタン原料としてＴｉＯ２含有量が高ければ、融点が高くなるため立向溶接用に適し、ＴｉＯ２含有量が低ければ、隅肉溶接用に適している。
【００３２】
＜Ｓｉ：２．５質量％以下，Ａｌ：３．０質量％以下，Ｍｎ：５．０質量％以下＞
Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎの酸化物（単一酸化物あるいは複合酸化物）や炭酸塩は、スラグの粘性を調整するために添加する。しかし、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ源の酸化物や炭酸塩は、一般的には酸化チタン源を使用してではなく、別の原料（例えば珪砂、アルミナ、炭酸マンガン、二酸化マンガン等）によりフラックス中に添加する。酸化チタン源中における酸化チタン原料全質量あたりのＳｉ，Ａｌ，Ｍｎ含有量が多くなると、機械性能及びスラグの粘性に影響を及ぼす。従って、Ｓｉ含有量は２．５質量％以下、Ａｌ含有量は３．０質量％以下、Ｍｎ含有量は５．０質量％以下とする。なお、各々０質量％でもよいが、後記するように、酸化チタン原料の粒子表面におけるＡｌ及びＳｉの原子百分率が「１≦Ａｌ＋Ｓｉ≦１０」を満足する必要があるため、ＡｌおよびＳｉのいずれか一種以上の含有は必須である。
【００３３】
＜Ｆｅ：３５．０質量％以下＞
酸化物や炭酸塩に含まれるＦｅの含有量が増加すると融点が低下するため、溶融金属は垂れやすくなる。このため、一般的に隅肉溶接用材料ではＦｅ含有量は高く、立向上進溶接材料ではＦｅ含有量は低い方が好ましい。酸化チタン源として、あるいは、隅肉溶接用及び立向溶接用の両溶接用の原料として使用するためには、酸化チタン原料全質量あたりのＦｅ含有量は３５．０質量％以下とすることが必要である。なお、０質量％でもよい。
【００３４】
＜Ｍｇ：５．０質量％以下、Ｃａ：２．０質量％以下＞
酸化チタン原料は天然原料（ルチール、イルミナイト、ルコキシン）から製造するため、本発明の酸化チタン原料にも、必然的にＭｇ及びＣａ（酸化物、炭酸塩を含む）等の不純物が含まれてしまう。しかし、Ｍｇ及びＣａが多いと、スパッタが増加するので、酸化チタン原料全質量あたりのＭｇ含有量は５．０質量％以下、Ｃａ含有量は２．０質量％以下とすることが必要である。なお、各々０質量％でもよい。
【００３５】
その他、酸化チタン原料の成分において、例えば、不可避的不純物として、Ｃ、Ｎｂ、Ｖ等を各々、Ｃ：０．３０質量％以下、Ｎｂ：０．３０質量％以下、Ｖ：０．３０質量％以下を含有してもよい。ただし、これらの成分、数値に限定されるものではない。
【００３６】
＜酸化チタン原料の粒子表面に、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ及びＳｉのいずれか一種以上からなる酸化物が存在＞
この酸化物は、Ａｌ及びＳｉの原子百分率が「１≦Ａｌ＋Ｓｉ≦１０」を満足する。より好ましくはＡｌ及びＳｉの原子百分率が「１．５≦Ａｌ＋Ｓｉ≦６」である。すなわち、Ａｌ、Ｓｉの酸化物が存在することが必須である。さらに好ましくは、Ｔｉ，Ｆｅ，Ｍｎ及びＯの原子百分率が「１＜Ｔｉ／Ｆｅ＋Ｍｎ≦１００」、あるいは、「Ｏ／（Ｆｅ＋Ｍｎ）≦１００」である。
【００３７】
なお、これらの規定は、後記するように、例えば以下の方法で調整することができる。酸化チタン原料を製造した後、Ｆｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃａの酸化物及び炭酸塩等を添加して、酸化チタン原料の表面がやや溶融する程度にて焼成（焼結）する。焼成温度は、酸化チタン原料中の酸素量及び焼成方法にもよるが、約８００〜１３００℃程度とし、ロータリーキルン又はバッチ炉等で添加原料とともに焼結させる。
【００３８】
酸化チタン原料粒子の表面状態は、所定の分析方法に従った表面分析結果より算出した下記数式１〜３を満たす必要がある。即ち、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectroscopy）において、アルミニウム台にカーボンテープ（Ｃテープ）を貼った上に、原料（約３ｇ）を設置し、高倍率（約２０００倍）における原料表面の比較的平坦で異物が存在していない（付着していない）範囲（１０μｍ×１０μｍの矩形の領域）を有する５粒子を無作為に選び、各粒子あたり１視野の原子量比を測定する。その５点の測定結果について、以下に示す数式１〜３の値を求め、数式の値の平均値を求める。この測定方法により、本発明の酸化チタン原料の評価が可能である。
【００３９】
数式１：（ｘ＝Ａｌ＋Ｓｉ）
数式２：（ｙ＝Ｔｉ／（Ｆｅ＋Ｍｎ））
数式３：（ｚ＝Ｏ／（Ｆｅ＋Ｍｎ））
【００４０】
数式１において、ｘは１〜１０である。ＴｉＯ２量に対するＡｌ，Ｓｉの量は、酸化チタン原料の融点に影響を及ぼす。数式１の値ｘが１と１０の間では、特にビード形状に差異は見られないが、ｘが１０を超えると、酸化チタン原料の融点が低下して、立向上進溶接時に凸ビードとなる。一方、ｘが１より低いと、酸化チタン原料の融点が高すぎるため、ビード形状が不揃いになる。このため、ｘは１〜１０とするが、ｘが１．５〜６であると、特にビードのなじみが良好となる。
【００４１】
数式２において、ｙは１よりも大きく、１００以下であることが好ましい。ＴｉＯ２量に対するＦｅ，Ｍｎ量は酸化チタン原料の融点に影響を及ぼす。ｙの値が１以下であると、Ｔｉ量が低く、融点の低いＦｅ、Ｍｎ量が増加するため、酸化チタン原料の融点が低くなり、溶接金属が垂れやすく、凸ビードになる。ｙが１００を超えると、酸化チタン原料の融点が高くなり、スラグが早く固まる。そのため、溶融プール形状を制御することが難しくなり、ビード形状が劣る結果となる。このため、ｙは１よりも大きく、１００以下とすることが好ましい。
【００４２】
数式３の値ｚは、１００以下であることが好ましい。ｚが１００を超えると、溶接金属中の酸素量が過剰となり、粘性が低下するため、立向上進溶接にてビードが垂れやすく、凸ビードとなる。このため、ｚは１００以下とすることが好ましい。
【００４３】
≪第２実施形態≫
第２実施形態は、低温靭性に対応するＦＣＷに関するものである。第２実施形態では、第１実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、−４０℃における低温靭性を良好にするために、所定量のＢ，Ｎｉを加え、Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖの含有量を所定量に抑制したものである。
【００４４】
＜Ｂ：０．０００３〜０．０１３０質量％＞
Ｂはγ粒界に偏析し、初析フェライトの生成を抑制する効果があり、溶接金属の靭性改善に有効である。ワイヤ全質量あたりのＢ含有量が０．０００３質量％未満では、大部分のＢがＢＮとして窒化物に固定化され、初析フェライトの生成を抑制する効果が無く、靭性の向上が確認できない。一方、０．０１３０質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。従って、Ｂ含有量は０．０００３〜０．０１３０質量％とする。
【００４５】
＜Ｎｉ：０．１〜１．０質量％＞
Ｎｉは低温靭性を安定化する効果がある。ワイヤ全質量あたりのＮｉ含有量が０．１質量％未満では、低温靭性の向上が確認できない。一方、１．０質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。従って、Ｎｉ含有量は０．１〜１．０質量％とする。
【００４６】
＜Ｃｒ：０．２０質量％以下＞
Ｃｒは強度を向上させる効果がある。ただし、ワイヤ全質量あたりのＣｒ含有量が０．２０質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。従って、Ｃｒ含有量は０．２０質量％以下とする。なお、０質量％でもよい。
【００４７】
＜Ｎｂ：０．０５質量％以下，Ｖ：０．０５質量％以下＞
Ｎｂ，Ｖは結晶粒界に偏析することで靭性を劣化させる。靭性劣化を防ぐには、ワイヤ全質量あたりのＮｂ，Ｖ含有量が各々０．０５質量％以下であることが必要である。なお、各々０質量％でもよい。
【００４８】
≪第３実施形態≫
第３実施形態は、極低温の靭性に対応するＦＣＷに関するものである。第３実施形態では、第１実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、所定量のＢ，Ｎｉを加え、Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖの含有量を所定量に抑制し、さらに、所定量の金属Ｔｉを添加することによって、−６０℃の極低温でも靭性を確保することができるようにしたものである。その他、所定量のＭｏを含有してもよい。
【００４９】
＜金属ＴｉのＴｉ換算量：０．０５〜０．４０質量％＞
金属Ｔｉとは、「純金属Ｔｉ」および「合金Ｔｉ」のうちの一種以上を意味する。
Ｔｉは結晶粒を微細化するとともに脱酸効果を有し、靭性を向上させる効果がある。ワイヤ全質量あたりの金属ＴｉのＴｉ換算量が０．０５質量％未満では、その効果が確認できない。一方、０．４０質量％を超えると、ＴｉＣ等のＴｉ化合物が多量に析出して強度が著しく上昇し、靭性が低下する。従って、金属ＴｉのＴｉ換算量は０．０５〜０．４０質量％とする。
【００５０】
＜Ｂ：０．０００３〜０．０１５０質量％＞
Ｂはγ粒界に偏析し、初析フェライトの生成を抑制する効果があり、溶接金属の靭性改善に有効である。ワイヤ全質量あたりのＢ含有量が０．０００３質量％未満では、大部分のＢがＢＮとして窒化物に固定化され、初析フェライトの生成を抑制する効果が無く、靭性の向上が確認できない。一方、０．０１５０質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。従って、Ｂ含有量は０．０００３〜０．０１５０質量％とする。
【００５１】
＜Ｎｉ：０．３〜３．０質量％＞
Ｎｉは粒内のマトリックスを強化する作用を有し溶接金属の低温靭性を向上させる。ワイヤ全質量あたりのＮｉ含有量が０．３質量％未満では、低温靭性の向上が確認できない。一方、３．０質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。従って、Ｎｉ含有量は０．３〜３．０質量％とする。
【００５２】
＜Ｃｒ：０．２０質量％以下＞
Ｃｒは強度を向上させる効果がある。ただし、ワイヤ全質量あたりのＣｒ含有量が０．２０質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。従って、Ｃｒ含有量は０．２０質量％以下とする。なお、０質量％でもよい。
【００５３】
＜Ｎｂ：０．０５質量％以下，Ｖ：０．０５質量％以下＞
Ｎｂ，Ｖは結晶粒界に偏析することで靭性を劣化させる。靭性劣化を防ぐには、ワイヤ全質量あたりのＮｂ，Ｖ含有量が各々０．０５質量％以下であることが必要である。なお、各々０質量％でもよい。
【００５４】
＜Ｍｏ：０．０１〜０．５０質量％＞
Ｍｏは溶接金属の組織を微細化し、強度を向上させる。ワイヤ全質量あたりのＭｏ含有量が０．０１質量％未満では、その効果を確認できない。一方、０．５０質量％を超えると、強度が著しく増加し、靭性が低下する。従って、Ｍｏ含有量は０．０１〜０．５０質量％とする。
【００５５】
≪第４実施形態≫
第４実施形態は、高強度のＦＣＷに関するものである。第４実施形態では、第１実施形態のフラックス入りワイヤにおいて、強度を向上させるため、所定量のＮｉ、Ｍｏを加え、Ｎｂ，Ｖの含有量を所定量に抑制したものである。その他、所定量のＣｒ、金属Ｔｉを含有してもよい。
【００５６】
＜Ｎｉ：０．３〜３．０質量％＞
Ｎｉは粒内のマトリックスを強化する作用を有し、溶接金属の強度および低温靭性を向上させる。ワイヤ全質量あたりのＮｉ含有量が０．３質量％未満では、その効果が確認できない。一方、３．０質量％を超えると、強度が著しく増加し、靭性が低下する。また、溶接部に低温割れが発生する場合がある。従って、Ｎｉ含有量は０．３〜３．０質量％とする。
【００５７】
＜Ｍｏ：０．０１〜０．５０質量％＞
Ｍｏは溶接金属の組織を微細化し、強度を向上させる。ワイヤ全質量あたりのＭｏ含有量が０．０１質量％未満では、強度の向上が確認できない。一方、０．５０質量％を超えると、強度が著しく増加し、靭性が低下する。また、溶接部に低温割れが発生する場合がある。従って、Ｍｏ含有量は０．０１〜０．５０質量％とする。
【００５８】
＜Ｎｂ：０．０５質量％以下，Ｖ：０．０５質量％以下＞
Ｎｂ，Ｖは結晶粒界に偏析することで靭性を劣化させる。靭性劣化を防ぐには、ワイヤ全質量あたりのＮｂ，Ｖ含有量が各々０．０５質量％以下であることが必要である。なお、各々０質量％でもよい。
【００５９】
＜Ｃｒ：０．２０質量％以下＞
Ｃｒは強度を向上させる効果がある。ただし、ワイヤ全質量あたりのＣｒ含有量が０．２０質量％を超えると、溶接金属の強度が著しく増加し、靭性が低下する。また、溶接部に低温割れが発生する場合がある。従って、Ｃｒ含有量は０．２０質量％以下とする。
【００６０】
＜金属ＴｉのＴｉ換算量：０．０５〜０．４０質量％＞
Ｔｉは結晶粒を微細化するとともに脱酸効果を有し、靭性を向上させる効果がある。ワイヤ全質量あたりの金属ＴｉのＴｉ換算量が０．０５質量％未満では、その効果が確認できない。一方、０．４０質量％を超えると、ＴｉＣ等のＴｉ化合物が多量に析出して強度が著しく上昇し、靭性が低下する。また、溶接部に低温割れが発生する場合がある。従って、金属ＴｉのＴｉ換算量は０．０５〜０．４０質量％とする。
【００６１】
次に、酸化チタン原料の製造方法、および、フラックス入りワイヤの製造方法について説明する。
≪酸化チタン原料の製造方法≫
【００６２】
酸化チタン原料の製造方法には、主に、焼成法と溶融法の２つがある。焼成法を用いるとＦｅ量は高く、溶融法を用いるとＦｅ量が低くなる。製造方法とチタン原料を使い分けることにより、隅肉溶接用（Ｆｅ含有量が高い方が好ましい）及び立向溶接用（Ｆｅ含有量が低い方が好ましい）の原料を、使い分けして製造することができる。
【００６３】
まず、焼成法について説明する。原料は、Ｔｉ源として、天然のルチール、ルコキシン、イルミナイトを使用することができる。各原料のＴｉ含有量は、ルチール、ルコキシン、イルミナイトの順に低く、目標とする酸化チタン原料の物性に応じて使い分けし、混合して使用することができる。一般的に、立向溶接にはＴｉ含有量が高く、隅肉溶接にはＴｉ含有量が低い原料を使用することが好ましい。適用に際しては、より雑物の少ない原料を使用するため、酸化チタン原料の濃縮、不純物の低減を目的とした比重・磁力・浮遊選鉱を行う。Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃａ源は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃａの酸化物（複合酸化物を含む）及び炭酸塩等を使用（添加）することができる。ここで、単一酸化物及び炭酸塩と比較して複合酸化物は低融点であるため、表面反応に有利であり、より低温で反応させることが可能である。
【００６４】
焼成方法としては、焼成炉としてロータリーキルン又はバッチ炉等が挙げられるが、酸化Ｔｉ源と他の酸化物又は炭酸塩との有効な反応を考慮すると、原料同士が均一に接触するロータリーキルンが好ましい。また、バッチ炉では、焼成温度が１２００℃以上になると、低融点となった混合原料全体及び一部が焼結・固化する可能性が高い。そのため、焼結・固化した酸化チタン原料の粗砕→粉砕→篩い等の余分な作業が生じるため、コストが上昇する。焼成雰囲気については、焼成温度が高いと、大気雰囲気ではチタンの窒化物である窒化チタン（融点３０００℃）が生成することが考えられる。そのため、焼成雰囲気は、ＣＯ雰囲気であることが奨励されるが、焼成原料にＣ源を添加することにより、ＣＯガスが容易に発生する。なお、Ｔｉ源として、イルミナイトを使用する場合は、イルミナイトの見かけ上の融点を上げるために、Ｃ源を多く添加し、イルミナイト粒子表面のイルミナイトを構成する酸化Ｆｅ分を還元する。即ち、イルミナイト粒子表面の組成をイルミナイトから、天然ルチールの方向へシフトさせ、イルミナイト粒子表面の融点を上昇させる。このとき、イルミナイト粒子の中心部まで還元する必要はない。
【００６５】
次に、溶融法について説明する。原料は、Ｔｉ源として、低コストである天然のイルミナイトを使用することができる。また、ルチール又はルコキシンも使用できる。適用に際しては、より雑物の少ない原料を使用するため、酸化チタン原料の濃縮、不純物の低減を目的とした比重・磁力・浮遊選鉱を行う。Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃａ源は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃａの酸化物（複合酸化物を含む）及び炭酸塩等を使用（添加）することができる。ここで、単一酸化物又は炭酸塩と比較して複合酸化物は低融点であるため、表面反応に有利であり、より低温で反応させることが可能である。
【００６６】
溶融方法としては、イルミナイト及び他の原料（酸化物、炭酸塩）並びに脱酸剤（Ｃ源）を混合し（ペレット状に成型するのも可）、アーク炉又は高周波炉で１８００〜２０００℃に加熱することにより行うことができる。これにより、イルミナイト中の酸化Ｆｅが還元されて溶融状態となる。Ｆｅは融点が低いため、炉の下部に集まり、炉の上部にはＴｉとＳｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａとその他の不純物からなる酸化物が生成する。なお、アーク炉、高周波炉の他、電気炉を用いることもできる。
【００６７】
このようにして得られた酸化物を、粗砕→粉砕→粒度調整して溶剤原料とする。ここで、求める溶接材料の特性（ビード形状）と、立向上進溶接用か隅肉溶接用かに応じて、融点の低いＦｅ部（下部）と融点の高い酸化物部（上部）を混合して使用したり、中間層（融点が上部と下部の間）を使用すると良い。
【００６８】
また、焼成法及び溶融法の場合、脱酸剤中のＣ及びＳが酸化チタン原料中に残留することがある。これらの不純物は溶接材料の品質に悪影響を及ぼすため、不純物の種類によって異なる後処理（酸洗又は焼成処理等）をする必要がある。
【００６９】
また、溶融法では、酸化物中の大気中のＴｉの価数(酸化度)が安定しないので、Ｔｉの価数を一番安定な４価（ＴｉＯ２の結晶構造）にすべく、大気中(溶融中はＣＯ還元雰囲気)で焼成する場合もある。
【００７０】
前記説明した焼成法及び溶融法を使用して、酸化チタン原料を製造した後、表面に存在するＦｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃａ量等の微量元素を調整する必要があれば、Ｆｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃａの酸化物及び炭酸塩等を添加して、酸化チタン原料の表面がやや溶融する程度にて焼成（焼結）しても良い。焼成温度は、酸化チタン原料中の酸素量及び焼成方法にもよるが、約８００〜１３００℃程度とし、ロータリーキルン又はバッチ炉等で添加原料とともに焼結させる。Ｆｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃａは酸化されやすいため、金属として添加しても良い。
【００７１】
≪フラックス入りワイヤの製造方法≫
フラックス入りワイヤの製造方法の一例としては、まず、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する。次に、所定の化学組成となるようにフラックス中に酸化チタン原料及び金属または合金と、Ｆｅ粉等を所要量添加した後、断面を円形に加工する。その後、冷間引き抜き加工により、例えば１．０〜１．６ｍｍのワイヤ径とする。なお、冷間加工途中に加工硬化したワイヤの軟化を目的に焼鈍を施してもよい。
【００７２】
以上説明したように、本発明は、酸化物の組成を最適化した酸化チタン原料を用いることで、良好な高電流溶接での立向上進溶接性を有すフラックス入りワイヤを可能とする。そして、その酸化チタン原料は、粒子表面のＴｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｏの存在形態がコントロールされており、適正なスラグおよび溶融金属の融点と、粘性および酸素量とを両立し、良好なビード形状の確保が可能となる。
また、高電流溶接による突合せ溶接の機械的性質確保のため、Ｂ，Ｎｉの添加と、Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖを低減することで、大入熱施工による靭性の安定化を達成するフラックス入りワイヤを可能とする。また、さらにＴｉを添加することで極低温でも靭性確保を達成するフラック入りワイヤを可能とする。また、Ｍｏ等を添加することで強度確保を達成するフラックス入りワイヤを可能とする。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明の効果を説明するために、本発明の範囲に入る実施例と、本発明の範囲から外れる比較例とを比較して説明する。
【００７４】
なお、本実施例において、表１、２は、酸化チタン原料についてのものであり、表３はその結果、表４は用いたフラックスワイヤの組成である。表１において、表２の比較例に該当するＮｏ．１３〜１６は、「比較例」と記している。ここで、酸化チタン原料には一般的にＳｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａ等の不純物が含まれ、表１においてＴｉＯ２及び、Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａの成分範囲も一般的な範囲内である。したがって、これらの上下限及び上下限を超えた比較例は設けていない。
また、表５〜２１はフラックス入りワイヤについてのものであり、例えば、表５は第１実施形態、表６は第２実施形態、表７は第３実施形態、表８は第４実施形態に対応するものである。そして、例えば、表５〜８のＮｏ．１−１〜１−２６は、表１、２のＮｏ．１の酸化チタン原料を使用したものである（詳細は後述する）。
【００７５】
まず、供試材である酸化チタン原料の製造方法について説明する。前記のとおり、酸化チタン原料の製造方法には、主に、焼成法と溶融法の２つがあり、焼成法を用いるとＦｅ量は高く、溶融法を用いるとＦｅ量が低くなる。製造方法とチタン原料を使い分けることにより、隅肉溶接用（Ｆｅ含有量が高い方が好ましい）及び立向溶接用（Ｆｅ含有量が低い方が好ましい）の原料を使い分けして製造した。
【００７６】
まず、焼成法について説明する。原料は、Ｔｉ源として、天然のルチール、ルコキシン、イルミナイトを使用した。これらを目標とする酸化チタン原料の物性に応じて使い分けし、混合して使用した。適用に際しては、より雑物の少ない原料を使用するため、酸化チタン原料の濃縮、不純物の低減を目的とした比重・磁力・浮遊選鉱を行った。Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃａ源は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃａの酸化物（複合酸化物を含む）及び炭酸塩等を使用（添加）した。
【００７７】
焼成方法としては、焼成炉として、ロータリーキルンを用いた。焼成雰囲気は、ＣＯ雰囲気とした。なお、焼成原料にはＣ源を添加した。
【００７８】
次に、溶融法について説明する。原料は、Ｔｉ源として、低コストである天然のイルミナイトを使用した。適用に際しては、より雑物の少ない原料を使用するため、酸化チタン原料の濃縮、不純物の低減を目的とした比重・磁力・浮遊選鉱を行った。Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃａ源は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃａの酸化物（複合酸化物を含む）及び炭酸塩等を使用（添加）した。
【００７９】
溶融方法としては、イルミナイト及び他の原料（酸化物、炭酸塩）並びに脱酸剤（Ｃ源）を混合し、アーク炉で１８００〜２０００℃に加熱し、イルミナイト中の酸化Ｆｅを還して溶融状態とした。Ｆｅは融点が低いため、炉の下部に集まり、炉の上部にはＴｉとＳｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃａとその他の不純物からなる酸化物が生成した。
【００８０】
このようにして得られた酸化物を、粗砕→粉砕→粒度調整して溶剤原料とした。
また、脱酸剤中のＣ及びＳ等の不純物を除去するため、後処理として、酸洗及び焼成処理を行った。
【００８１】
そして、酸化チタン原料を製造した後、表面に存在するＦｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃａ量等の微量元素を調整するため、Ｆｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃａの酸化物及び炭酸塩等を添加して、酸化チタン原料の表面がやや溶融する程度にて焼成（焼結）した。焼成温度は、８００〜１３００℃程度とし、ロータリーキルンで添加原料とともに焼結させた。
表１に酸化チタン原料Ｎｏ１〜１６のバルク組成を示す。
【００８２】
【表１】
0005952597.tif 000002
【００８３】
次に、酸化チタン原料の粒子表面の原子百分率の分析方法について説明する。分析装置は以下のとおりである。
【００８４】
（１）第１分析装置
装置：日本電子株式会社製
ＷＤ／ＥＤコンバイン  電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）ＪＸＡ−８２００使用
分析条件：加速電圧１５ｋｖ、照射電流５×１０−１０Ａ
【００８５】
（２）第２分析装置
装置：株式会社  日立ハイテクフィールデイング社製
ＥＤＳ付き走査型電子顕微鏡  Ｓ−３７００Ｎ  使用
ＥＤＳ：エダックス  ジャパン株式会社社製ＧＥＮＥＳＩＳ４００シリーズ
分析条件：加速電圧  １５ｋｖ，  照射電流  ５×１０−１２Ａ
なお、第１及び第２のＥＤＸ装置にて分析を行ったが、両者において分析結果は同等であった。
【００８６】
（３）定量分析方法
定量分析は、スタンダードレス分析により行った。コンピュータにデータベース化されている標準試料のスペクトルと測定されたスペクトルの相対強度比を求め、トータルが１００％になるように補正計算した。
【００８７】
分析方法は以下のとおりである。ＥＤＸにおいて、アルミニウム台にＣテープ（日新ＥＭ株式会社製  ＳＥＭ用導電性テープ  カーボン両面テープ）を貼った上に、原料（約１００ｍｇ）を設置した後、薬包紙、ガラス板又はステンレス製マイクロスプーンで原料をＣテープ上によく接着させた。通電性を確保するため、Ｏｓ蒸着を施して高倍率（約２０００倍）における原料表面の比較的平坦で異物が存在又は付着していない範囲（１０μｍ×１０μｍの矩形の領域）を有する５粒子を無作為に選び、各粒子当たり１視野の原子百分率（原子％）を測定した。
【００８８】
分析条件：エネルギーフルスケール：２０ＫｅＶ（１０ｅＶ／ｃｈ，  ２Ｋｃｈ）
有効時間：６０秒
加速電圧：１５．０ＫＶ
プローブ電流：５．０×１０−１０Ａ
【００８９】
前記酸化チタン原料の表面分析で説明した数式１〜３のｘ、ｙ、ｚの計算方法は、以下のとおりである。前述の５点（５粒子の点）の測定結果から、以下に示す数式１乃至３の値を求め、５点のｘ、ｙ、ｚの平均値を算出する。
【００９０】
数式２及び数式３の計算方法は、分母及び分子を夫々独立に５点の算術平均をとり、その得られた平均値で割り算を行う。分母の平均値がゼロ（５点全てゼロ）の場合には、数式２，３の値は無限大になる。
【００９１】
酸化チタン原料の粒子表面の原子百分率の分析結果（すなわち、ＥＤＸ分析結果）を表２に示す。
【００９２】
【表２】
0005952597.tif 000003
【００９３】
そして、フラックス入りワイヤにおける各酸化チタン原料を使用した溶接試験の評価結果を表３に示す。なお、酸化チタン原料を使用した溶接試験で使用したフラックス入りワイヤは、表１〜３に示す酸化チタン原料使用して作製したものであるが、酸化チタン原料以外の成分の配合量は下記表４に示すとおりであり、溶接条件は下記のとおりである。また、フラックス入りワイヤの製造方法は後記する方法と同様である。また、なじみ及びビード形状の評価の基準は図１に示す。
【００９４】
（溶接条件）
○フラック入りワイヤ
溶接電流：約２２０Ａ
溶接電圧：約２６Ｖ
溶接電源、極性：３５０Ａ仕様サイリスタ電源、ＤＣＥＰ
溶接姿勢：立て向き上進
シールドガス種類：１００体積％ＣＯ２
シールド流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
【００９５】
【表３】
0005952597.tif 000004
【００９６】
【表４】
0005952597.tif 000005
【００９７】
総合評価は、なじみ及びビード形状のいずれも「◎」の場合に「◎」、いずれかが「◎」、他方が「○」の場合に「○」である。また、なじみ及びビード形状のいずれも「△」の場合に、総合評価は「△」、いずれかが「×」の場合に「×」とした。
【００９８】
次に、本実施例で用いたフラックス入りワイヤ（表５〜２１のもの）の製造方法について説明する（表５〜２１）。
（ワイヤ製造方法）
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た。次に、表５〜２１の化学組成となるようにフラックス中に酸化チタン原料及び金属または合金と、Ｆｅ粉等を所要量添加した。次に、断面を円形に加工することでフラックス入りワイヤを作製した。その後、ワイヤは冷間引き抜き加工により１．０〜１．６ｍｍのワイヤ径とした。冷間加工途中に加工硬化したワイヤの軟化を目的に焼鈍を施している。
【００９９】
表５〜２１に、フラックス入りワイヤの成分組成を示す。なお、表中、本発明の範囲を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。また、「Met.Ｓｉ」、「Met.Ａｌ」、「Met.Ｔｉ」は、それぞれ、金属Ｓｉ、金属Ａｌ、金属Ｔｉであり、「Total Ｓｉ」は、金属ＳｉのＳｉ換算量とＳｉ酸化物のＳｉ換算量との合計である。なお、金属Ｓｉ、金属Ａｌ、金属Ｔｉは、それぞれＳｉ換算量、Ａｌ換算量、Ｔｉ換算量である。また、「Ｓｉ酸化物」はＳｉ酸化物中のＳｉ換算量である。なお、これらについては表４においても同様である。
【０１００】
ここで、表５〜８は、表１〜３の試料Ｎｏ．１の酸化チタン原料を使用したものである。この試料Ｎｏ．１は、「Ｓｉ＋Ａｌ」がより好ましい範囲であり、「Ｔｉ／Ｆｅ＋Ｍｎ」、及び、「Ｏ／（Ｆｅ＋Ｍｎ）」が好ましい範囲のものである。
表９〜１２は、表１〜３の試料Ｎｏ．７の酸化チタン原料を使用したものである。この試料Ｎｏ．７は、「Ｓｉ＋Ａｌ」がより好ましい範囲を外れるものである。
【０１０１】
表１３〜１６は、表１〜３の試料Ｎｏ．９の酸化チタン原料を使用したものである。この試料Ｎｏ．９は、「Ｓｉ＋Ａｌ」がより好ましい範囲であるが、「Ｏ／（Ｆｅ＋Ｍｎ）」が好ましい範囲を外れるものである。
表１７〜２０は、表１〜３の試料Ｎｏ．１０の酸化チタン原料を使用したものである。この試料Ｎｏ．１０は、「Ｓｉ＋Ａｌ」がより好ましい範囲を外れ、「Ｏ／（Ｆｅ＋Ｍｎ）」が好ましい範囲を外れるものであり、さらに、ＴｉＯ２の含有量が低めのものである。
表２１は、表１〜３の試料Ｎｏ．１４の酸化チタン原料を使用したものである。この試料Ｎｏ．１４は、「Ｓｉ＋Ａｌ」が範囲を外れ、「Ｔｉ／Ｆｅ＋Ｍｎ」、及び、「Ｏ／（Ｆｅ＋Ｍｎ）」が好ましい範囲を外れるものである。
【０１０２】
また、表５〜２１は、それぞれ、第１実施形態（軟鋼ＦＣＷに関する）、第２実施形態（低温靭性に関する）、第３実施形態（極低温靭性に関する）、第４実施形態（ＨＴに関する）のフラックス入りワイヤに対応している。
【０１０３】
【表５】
0005952597.tif 000006
【０１０４】
【表６】
0005952597.tif 000007
【０１０５】
【表７】
0005952597.tif 000008
【０１０６】
【表８】
0005952597.tif 000009
【０１０７】
【表９】
0005952597.tif 000010
【０１０８】
【表１０】
0005952597.tif 000011
【０１０９】
【表１１】
0005952597.tif 000012
【０１１０】
【表１２】
0005952597.tif 000013
【０１１１】
【表１３】
0005952597.tif 000014
【０１１２】
【表１４】
0005952597.tif 000015
【０１１３】
【表１５】
0005952597.tif 000016
【０１１４】
【表１６】
0005952597.tif 000017
【０１１５】
【表１７】
0005952597.tif 000018
【０１１６】
【表１８】
0005952597.tif 000019
【０１１７】
【表１９】
0005952597.tif 000020
【０１１８】
【表２０】
0005952597.tif 000021
【０１１９】
【表２１】
0005952597.tif 000022
【０１２０】
このようにして製造したフラックス入りワイヤについて、以下の試験を行った。なお、各試験において、第１実施形態（軟鋼ＦＣＷに関する）、第２実施形態（低温靭性に関する）、第３実施形態（極低温靭性に関する）、第４実施形態（ＨＴに関する）に対応するように、条件を変更した。
【０１２１】
＜溶接作業性＞
ここではビード形状も溶接作業性に含めて評価した。
（溶接作業性確認用試験母材）
［第１〜第３実施形態に対応］
ＪＩＳ  Ｇ  Ｇ３１０６に規定される溶接構造延鋼材（ＳＭ４９０Ａ）からなる板厚１２ｍｍ、長さ４００ｍｍの試験板を溶接作業性確認用の試験母材とした。
［第４実施形態に対応］
ＪＩＳ  Ｇ３２１８に規定される溶接構造用高降伏点鋼材（ＳＨＹ６８５）からなる板厚１２ｍｍ、長さ４００ｍｍの試験板を溶接作業性確認用の試験母材とした。
【０１２２】
（溶接条件）
溶接電流：２４０Ａ
溶接電圧：２６Ｖ
溶接電源、極性：３５０Ａ仕様サイリスタ電源、ＤＣＥＰ
溶接姿勢：立て向き上進
シールドガス種類：１００体積％ＣＯ２
シールド流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
【０１２３】
＜ビード形状＞
［第１〜第４実施形態に対応］
２４０Ａにて立向上進すみ肉溶接した溶接部を観察し、ビード形状について視覚的に評価した。ビード形状が平滑で良好なものを「○」とし、ビード形状が凸なものを「×」とした。さらにビード形状が平滑で、かつ、ビード概観やビードのなじみを含めて特に優れているものを「◎」とした。
【０１２４】
＜ビード形状を除く官能評価＞
［第１〜第４実施形態に対応］
評価基準はアーク安定性が良好なもの、およびヒューム発生量及びスパッタ発生量の抑制性が良好なものを「○」、それらが劣っているものを×とした。
【０１２５】
＜低温割れ＞
［第４実施形態に対応］
第４実施形態に対応するものについては、溶着金属作製後の低温割れ発生有無を評価した。評価基準は溶接後に低温割れが発生していないものを「○」、発生したものを「×」とした。
【０１２６】
＜機械的性質＞
（機械的性質確認用試験母材）
ＪＩＳ  Ｚ３３１３準拠による全溶着金属を作製し、機械的性質を調査した。
［第１〜第３実施形態に対応］
ＪＩＳ  Ｇ３１０６に規定される溶接構造延鋼材（ＳＭ４９０Ａ）からなる板厚２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの試験板を機械的性質確認用の試験母材とした。
［第４実施形態に対応］
ＪＩＳ  Ｇ３２１８に規定される溶接構造用高降伏点鋼材（ＳＨＹ６８５）からなる板厚２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの試験板を機械的性質確認用の試験母材とした。
【０１２７】
（溶接条件）
溶接電流：２８０Ａ
溶接電圧：３０Ｖ
溶接電源、極性：３５０Ａ仕様サイリスタ電源、ＤＣＥＰ
溶接姿勢：下向溶接
シールドガス種類：１００体積％ＣＯ２
シールド流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
パス間温度：１３５〜１６５℃
入熱：約１．８ｋＪ／ｍｍ
ワイヤ直径：１．２ｍｍ
ワイヤ突き出し長さ：２５ｍｍ
【０１２８】
＜引張強度、衝撃性能（衝撃値）＞
［第１実施形態に対応］
ＪＩＳ  Ｚ３３１３に準じて、引張強さ、−２０℃吸収エネルギー（靭性）について評価した。
引張強度に関する評価基準は５７０ＭＰa以上を「◎」、４９０〜５６９ＭＰａを「○」、４８９ＭＰａ以下を「×」とした。
衝撃性能に関する評価基準は１２０Ｊ以上を「◎」、４７Ｊ〜１１９Ｊを「○」、４６Ｊ以下を「×」とした。
【０１２９】
［第２実施形態に対応］
ＪＩＳ  Ｚ３３１３に準じて、引っ張り強さ、−４０℃吸収エネルギー（靭性）について評価した。
引張強度に関する評価基準は５７０ＭＰa以上を「◎」、４９０〜５６９ＭＰａを「○」、４８９ＭＰａ以下を「×」とした。
衝撃性能に関する評価基準は８０Ｊ以上を「◎」、４７〜７９Ｊを「○」、４６Ｊ以下を「×」とした。
【０１３０】
［第３実施形態に対応］
ＪＩＳ  Ｚ３３１３に準じて、引っ張り強さ、−６０℃吸収エネルギー（靭性）について評価した。
引張強度に関する評価基準は、５４０ＭＰa以上を「◎」、４９０〜５３９ＭＰａを「○」、４８９ＭＰａ以下を「×」とした。
衝撃性能に関する評価基準は８０Ｊ以上を「◎」、４７〜７９Ｊを「○」、４６Ｊ以下を「×」とした。
【０１３１】
［第４実施形態に対応］
ＪＩＳ  Ｚ３３１３に準じて、引っ張り強さ、−４０℃吸収エネルギー（靭性）について評価した。
引張強度に関する評価基準は８００ＭＰa以上を「◎」、７８０〜７９９ＭＰａを「○」、７７９ＭＰａ以下を「×」とした。
衝撃性能に関する評価基準は８０Ｊ以上を「◎」、４７〜７９Ｊを「○」、４６Ｊ以下を「×」とした。
【０１３２】
これら第１〜第４実施形態に対応する評価において、機械的性質評価として、引張強度「◎」、衝撃性能「◎」の場合は「◎」、引張強度「○」、衝撃性能「◎」、または、引張強度「◎」、衝撃性能「○」の場合は「○〜◎」、引張強度「○」、衝撃性能「○」の場合は「○」、引張強度と衝撃性能のいずれか一方が「×」の場合は「×」とした。
これらの結果を表２２〜３８に示す。
【０１３３】
【表２２】
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【０１３４】
【表２３】
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【０１３５】
【表２４】
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【０１３６】
【表２５】
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【０１３７】
【表２６】
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【０１３８】
【表２７】
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【０１３９】
【表２８】
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【０１４０】
【表２９】
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【０１４１】
【表３０】
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【０１４２】
【表３１】
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【０１４３】
【表３２】
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【０１４４】
【表３３】
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【０１４５】
【表３４】
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【０１４６】
【表３５】
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【０１４７】
【表３６】
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【０１４８】
【表３７】
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【０１４９】
【表３８】
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【０１５０】
表２２〜３８に示すように、Ｎｏ．１−１〜１−４、Ｎｏ，１−９〜１−１１、Ｎｏ．１−１５〜１−１７、Ｎｏ．１−２１〜１−２３、Ｎｏ．７−１〜７−４、Ｎｏ．７−９〜７−１１、Ｎｏ．７−１５〜７−１７、Ｎｏ．７−２１〜７−２３、Ｎｏ．９−１〜９−４、Ｎｏ．９−９〜９−１１、Ｎｏ．９−１５〜９−１７、Ｎｏ．９−２１〜９−２３、Ｎｏ．１０−１〜１０−４、Ｎｏ．１０−９〜１０−１１、Ｎｏ．１０−１５〜１０−１７、Ｎｏ．１０−２１〜１０−２３は、本発明の範囲を満たすため、各評価において良好な結果を得られた。
【０１５１】
Ｎｏ．１−５は、酸化チタン原料が不足しているため、ビート形状が劣化した。Ｎｏ．１−６は、酸化チタン原料が多いため、うろこビードが発生し、ビード形状が劣化した。また、Ｍｎ量が多いため、強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．１−７は、Ｃ量が多いため、アーク力が強くなり、ビード形状が劣化した。また、「Met.Ａｌ＋Ｍｇ」量が多いため、スパッタ量が増加した。Ｎｏ．１−８は、Met.Ｓｉ量が少ないため、ビード形状劣化した。また、Ｆ量が多いため、ヒューム量が増加し、「Ｎａ＋Ｋ」量が多いため、耐吸湿性に劣った。Ｎｏ．１−１２は、Ｂ量が多く著しいため、強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．１−１３は、Ｂ，Ｎｉの量が少ないため、その効果が確認できず、靭性が低下した。Ｎｏ．１−１４は、Ｎｂ量が多いため、靭性が低下した。
【０１５２】
Ｎｏ．１−１８は、Ｔｉ量が多いため、強度が著しく増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．１−１９は、Ｎｉ量が少ないため、その効果が確認できず、靭性が低下した。Ｎｏ．１−２０は、Ｎｂ量が多いため、靭性が低下した。Ｎｏ．１−２４は、Ｍｏ量が多いため、強度が著しく増加し、靭性が低下した。さらに低温割れを生じた。Ｎｏ．１−２５は、Ｎｉ量が少ないため、その効果が確認できず、靭性が低下した。Ｎｏ．１−２６は、Ｎｂ量が多いため、靭性が低下した。
【０１５３】
Ｎｏ．７−５は、酸化チタン原料が不足しているため、ビート形状が劣化した。また「Met.Ａｌ＋Ｍｇ」量が少ないため、靭性が低下した。Ｎｏ．７−６は、酸化チタン原料が多いため、うろこビードが発生し、ビード形状が劣化した。また、Ｍｎ量が少ないため、強度が低下した。Ｎｏ．７−７は、Ｃ量が多いため、アーク力が強くなり、ビード形状が劣化した。また、「Met.Ａｌ＋Ｍｇ」量が多いため、スパッタ量が増加した。Ｎｏ．７−８は、Ｃ量が少ないため、強度が低下した。また、Total Ｓｉ量及びMet.Ｓｉ量が不足しているため、ビード形状が劣化した。また、Ｎａ＋Ｋの量が少ないため、スパッタ量が増加した。Ｎｏ．７−１２は、Ｎｉ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．７−１３は、Ｃｒ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．７−１４は、Ｖ量が多いため、靭性が低下した。
【０１５４】
Ｎｏ．７−１８は、Ｂ量が少ないため、その効果が確認できず、靭性が低下した。Ｎｏ．７−１９は、Ｎｉ量が少ないため、その効果が確認できず、靭性が低下した。Ｎｏ．７−２０は、Ｃｒ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．７−２４は、Ｖ量が多いため、靭性が低下した。Ｎｏ．７−２５は、Ｎｉ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．７−２６は、Ｍｏ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。さらに低温割れを生じた。
【０１５５】
Ｎｏ．９−５は、酸化チタン原料が不足しているため、ビード形状が劣化した。また、フラックス率が１０質量％未満のため、アークの安定性が悪くなり、スパッタ量が増加した。Ｎｏ．９−６は、酸化チタン原料が多いため、うろこビードが発生し、ビード形状が劣化した。Ｎｏ．９−７は、Ｃ量が多いため、ビード形状が劣化した。また、Ｆ量が多いため、ヒューム量が増加し、「Ｎａ＋Ｋ」量が多いため、耐吸湿性に劣った。Ｎｏ．９−８は、Total.Ｓｉ量が不足しているため、粘性が低下し、ビート形状が劣化した。また、「Met.Ａｌ＋Ｍｇ」量が多いため、スパッタ量が増加した。Ｎｏ．９−１２は、Ｎｉ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．９−１３は、Ｂ量、Ｃｒ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．９−１４は、Ｖ量が多いため、靭性が低下した。
【０１５６】
Ｎｏ．９−１８は、Ｔｉ量が少ないため、その効果が確認できず、靭性が低下した。Ｎｏ．９−１９は、Ｂ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．９−２０は、Ｎｉ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．９−２４は、Ｎｉ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。さらに低温割れを生じた。Ｎｏ．９−２５は、Ｍｏ量が少ないため、その効果が確認できず、強度が低下した。Ｎｏ．９−２６は、Ｎｉ量が少ないため、その効果が確認できず、靭性が低下した。
【０１５７】
Ｎｏ．１０−５は、酸化チタン原料が不足しているため、ビート形状が劣化した。Ｎｏ．１０−６は、Total Ｓｉ量が多いため、靭性が劣化した。さらに高温割れが発生した。Ｎｏ．１０−７は、Ｃ量が多いため、ビート形状が劣化した。また、「Met.Ａｌ＋Ｍｇ」量が多いため、スパッタ量が増加した。Ｎｏ．１０−８は、Met.Ｓｉ量が不足しているため、ビート形状が劣化した。また、Ｆ量が多いため、ヒューム量が増加し、「Ｎａ＋Ｋ」量が多いため、耐吸湿性に劣った。Ｎｏ．１０−１２は、Ｂ，Ｎｉ量が少ないため、その効果が確認できず、靭性が低下した。Ｎｏ．１０−１３は、Ｎｉ量が多いため、強度が著しく増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．１０−１４は、Ｎｂ量が多いため、靭性が低下した。
【０１５８】
Ｎｏ．１０−１８は、Ｂ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．１０−１９は、Ｔｉ量が多いため、著しく強度が増加し、靭性が低下した。Ｎｏ．１０−２０は、Ｖ量が多いため、靭性が低下した。Ｎｏ．１０−２４は、Ｍｏ量が少ないため、その効果が確認できず、強度が低下した。Ｎｏ．１０−２５は、Ｍｏ量が多いため、強度が著しく増加し、靭性が低下した。さらに低温割れを生じた。Ｎｏ．１０−２６は、Ｖ量が多いため、靭性が低下した。Ｎｏ．１４−１は、酸化チタン原料の粒子表面における「Ｓｉ＋Ａｌ」の値が上限値を超えるため、ビート形状が劣化した。
【０１５９】
以上、本発明について実施の形態及び実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。
【図１】
0005952597.tif 000040