(57)【要約】    【課題】  大入熱・高パス間温度条件でガスシールドアーク溶接を施した際に、溶接部が十分な機械的性能を備えると共に、スラグの発生量が少なく、スラグの剥離性が良好であるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供する。    【解決手段】  ワイヤの組成を、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＣｕ：０．４５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制された組成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＣｕ：０．４５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、Ｃｕ：０．４５質量％以下、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＣｕ：０．４５質量％以下を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項４】
Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、Ｃｕ：０．４５質量％以下、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項５】
Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、及びＭｏ：０．１０乃至０．３５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項６】
Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項７】
Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、及びＭｏ：０．１０乃至０．３５質量％を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項８】
Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項９】
Ｃの含有量が０．０５質量％以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項１０】
Ｔｉの含有量が０．１６質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項１１】
ワイヤ１０ｋｇあたりの重量でワイヤ表面にＭｏＳ２を０．０１ｇ／１０ｋｇ乃至１．００ｇ／１０ｋｇ付着させたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟鋼又は強度が５２０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼を炭酸ガスシールドアーク溶接する際に使用するガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、建築鉄骨分野では、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスをシールドガスとするガスシールドアーク溶接法が、主として使用されている。その理由は、炭酸ガスシールドアーク溶接法には能率性が高いという利点があるためである。そして、耐震性向上を主眼として、溶接継手部の性能向上を図るために、１９９７年のＪＡＳＳ６改定及び１９９９年の建築基準法改定において、溶接時の入熱・パス間温度に上限管理が規定された。
【０００３】
この動向を受けて、溶接ワイヤについても、大入熱・高パス間温度条件に対応するワイヤが開発された。そして、１９９９年には、５４０Ｎ／ｍｍ２級ワイヤとして、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards：日本工業規格）に規定された。このワイヤを用いると、例えば、４９０Ｎ／ｍｍ２級鋼板に対しては、溶接時の最大入熱が４０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度が３５０℃まで許容される。また、５２０Ｎ／ｍｍ２級鋼板に対しては、溶接時の最大入熱が３０ｋＪ／ｃｍ、パス間温度が２５０℃まで許容されることになる。それ以後今日まで、大入熱・高パス間温度条件において従来の溶接ワイヤよりも優れた機械的性能が得られる５４０Ｎ／ｍｍ２級ワイヤは、急速に普及が進んでいる。
【０００４】
これまでに開発された炭酸ガスシールドアーク溶接用大電流・高パス間温度対応ワイヤとしては、特許文献１（特開平１０−２３０３８７号公報）、特許文献２（特開平１１−０９０６７８号公報）、特許文献３（特開２０００−３１７６７８号公報）、特許文献４（特開２００１−２８７０８６号公報）、特許文献５（特開２００２−３２１０８７号公報）、特許文献６（特開２００２−３４６７８９号公報）、特許文献７（特開２００２−０７９３９５号公報）、特許文献８（特開２００３−１１９５５０号公報）、特許文献９（特開２００３−１３６２８１号公報）等に記載された溶接ワイヤがある。これらの溶接ワイヤは全般的に、Ｓｉ、Ｍｎ及びＴｉといった脱酸成分を従来の溶接ワイヤよりも多く含有し、且つ、Ｍｏ、Ｂ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｂ及びＶ等を必要に応じ添加しているのが特徴である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２３０３８７号公報
【特許文献２】特開平１１−０９０６７８号公報
【特許文献３】特開２０００−３１７６７８号公報
【特許文献４】特開２００１−２８７０８６号公報
【特許文献５】特開２００２−３２１０８７号公報
【特許文献６】特開２００２−３４６７８９号公報
【特許文献７】特開２００２−０７９３９５号公報
【特許文献８】特開２００３−１１９５５０号公報
【特許文献９】特開２００３−１３６２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。従来、溶接は作業者が溶接機を使用することによる半自動溶接法がほとんどであったが、省人化によるコストダウン、並びに夜間及び休日の無人運転によるより一層の能率向上を目的として、ロボットによる全自動溶接が普及してきている。そして、前述の５４０Ｎ／ｍｍ２級ワイヤについては、入熱管理及びパス間温度の管理が困難である半自動溶接への普及が進んでいたが、最近はロボット溶接にも５４０Ｎ／ｍｍ２級ワイヤが適用されることが多くなっている。
【０００７】
しかしながら、これまでに開発された大電流・高パス間温度対応ワイヤは、ロボットへの搭載を考慮して設計されていない。このため、従来の大電流・高パス間温度対応ワイヤには、スラグ発生量が多く、且つ、スラグの溶接金属部からの剥離性が劣るという欠点がある。このような従来のワイヤを使用して溶接すると、溶接に伴って溶接部にスラグが堆積し、堆積したスラグがアークの安定性を低下させ、溶込み不足及びスラグ巻き込みといった欠陥発生の直接原因となる。また、多少なりともスラグが自然剥離しなければ、ロボットがスターチ位置をずらしながら再アークを試みても、アークスタートミスが続き、ロボットがエラー判定して停止してしまう。溶接ロボットは、作業を無人化できることが最大の利点である。しかし、短時間でスラグが堆積し、アークの不安定化を引き起こしてしまっては、アークスタートミスを復帰させるためにアークスタート部のスラグ除去を行う必要が生じるなど、人手によるスラグ除去作業が高い頻度で必要となり、溶接ロボットの利点を活かせない。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、軟鋼又は強度が５２０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、大入熱・高パス間温度条件でガスシールドアーク溶接を施した際に、溶接部が十分な機械的性能を備えると共に、スラグの発生量が少なく、スラグの剥離性が良好であるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る第１のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＣｕ：０．４５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、ワイヤ中のＭｎ、Ｔｉ及びＯの含有量の上限値を規定することにより、スラグの生成量を低減することができる。また、Ｓを含有させると共に、Ｍｎ、Ｍｏ及びＣｕの上限値を規定することにより、スラグの剥離性を向上させることができる。更に、各成分の含有量を上述の如く規定することにより、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質が低下することがない。更にまた、Ｔｉを含有させることにより、アークを安定させ、スパッタの発生量を低減することができる。
【００１１】
本発明に係る第２のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、Ｃｕ：０．４５質量％以下、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、ワイヤ中のＭｎ、Ｔｉ及びＯの含有量の上限値を規定することにより、スラグの生成量を低減することができる。また、Ｓを含有させると共に、Ｍｎ、Ｍｏ及びＣｕの上限値を規定することにより、スラグの剥離性を向上させることができる。更に、各成分の含有量を上述の如く規定することにより、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質が低下することがない。更にまた、Ｔｉを含有させることにより、アークを安定させ、スパッタの発生量を低減することができる。更にまた、ワイヤにＢを含有させることにより、溶接金属部の靭性をより一層向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る第３のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＣｕ：０．４５質量％以下を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、ワイヤ中のＭｎ、Ｔｉ及びＯの含有量の上限値を規定することにより、スラグの生成量を低減することができる。また、Ｓを含有させると共に、Ｍｎ、Ｍｏ及びＣｕの上限値を規定することにより、スラグの剥離性を向上させることができる。更に、各成分の含有量を上述の如く規定することにより、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質が低下することがない。更にまた、Ｔｉを含有させることにより、アークを安定させ、スパッタの発生量を低減することができる。更にまた、ワイヤにＮｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ又はＮｉを含有させることにより、溶接金属部の強度をより一層向上させることができる。
【００１５】
本発明に係る第４のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、Ｃｕ：０．４５質量％以下、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、ワイヤ中のＭｎ、Ｔｉ及びＯの含有量の上限値を規定することにより、スラグの生成量を低減することができる。また、Ｓを含有させると共に、Ｍｎ、Ｍｏ及びＣｕの上限値を規定することにより、スラグの剥離性を向上させることができる。更に、各成分の含有量を上述の如く規定することにより、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質が低下することがない。更にまた、Ｔｉを含有させることにより、アークを安定させ、スパッタの発生量を低減することができる。更にまた、ワイヤにＢを含有させることにより、溶接金属部の靭性をより一層向上させることができる。更にまた、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ又はＮｉを含有させることにより、溶接金属部の強度をより一層向上させることができる。
【００１７】
本発明に係る第５のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、及びＭｏ：０．１０乃至０．３５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、ワイヤ中のＭｎ、Ｔｉ及びＯの含有量の上限値を規定することにより、スラグの生成量を低減することができる。また、Ｓを含有させると共に、Ｍｎ及びＭｏの上限値を規定することにより、スラグの剥離性を向上させることができる。更に、各成分の含有量を上述の如く規定することにより、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質が低下することがない。更にまた、Ｔｉを含有させることにより、アークを安定させ、スパッタの発生量を低減することができる。
【００１９】
本発明に係る第６のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明においては、ワイヤ中のＭｎ、Ｔｉ及びＯの含有量の上限値を規定することにより、スラグの生成量を低減することができる。また、Ｓを含有させると共に、Ｍｎ及びＭｏの上限値を規定することにより、スラグの剥離性を向上させることができる。更に、各成分の含有量を上述の如く規定することにより、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質が低下することがない。更にまた、Ｔｉを含有させることにより、アークを安定させ、スパッタの発生量を低減することができる。更にまた、ワイヤにＢを含有させることにより、溶接金属部の靭性をより一層向上させることができる。
【００２１】
本発明に係る第７のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、及びＭｏ：０．１０乃至０．３５質量％を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、ワイヤ中のＭｎ、Ｔｉ及びＯの含有量の上限値を規定することにより、スラグの生成量を低減することができる。また、Ｓを含有させると共に、Ｍｎ及びＭｏの上限値を規定することにより、スラグの剥離性を向上させることができる。更に、各成分の含有量を上述の如く規定することにより、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質が低下することがない。更にまた、Ｔｉを含有させることにより、アークを安定させ、スパッタの発生量を低減することができる。更にまた、ワイヤにＮｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ又はＮｉを含有させることにより、溶接金属部の強度をより一層向上させることができる。
【００２３】
本発明に係る第８のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、ワイヤ中のＭｎ、Ｔｉ及びＯの含有量の上限値を規定することにより、スラグの生成量を低減することができる。また、Ｓを含有させると共に、Ｍｎ及びＭｏの上限値を規定することにより、スラグの剥離性を向上させることができる。更に、各成分の含有量を上述の如く規定することにより、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質が低下することがない。更にまた、Ｔｉを含有させることにより、アークを安定させ、スパッタの発生量を低減することができる。更にまた、ワイヤにＢを含有させることにより、溶接金属部の靭性をより一層向上させることができる。更にまた、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ又はＮｉを含有させることにより、溶接金属部の強度をより一層向上させることができる。
【００２５】
また、Ｃの含有量が０．０５質量％以上であることが好ましい。更に、Ｔｉの含有量が０．１６質量％以下であることが好ましい。
【００２６】
更にまた、前記ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに、ワイヤ１０ｋｇあたりの重量でワイヤ表面にＭｏＳ２を０．０１ｇ／１０ｋｇ乃至１．００ｇ／１０ｋｇ付着させることが好ましい。これにより、スラグの剥離性をより一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの組成を上述の如く規定することにより、軟鋼又は強度が５２０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、大入熱・高パス間温度条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施した際に、スラグの発生量を少なくし、スラグの剥離性を良好にし、且つ、溶接部の機械的性能を十分に高く確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明者等は、上述の問題点を解決するために、溶接スラグに関する研究を重ね、スラグの生成量及びスラグの剥離性に及ぼす影響要因を明らかにし、以下に示す知見を得た。溶接スラグの生成量は、強脱酸成分、即ち、Ｍｎ及びＴｉの含有量と強い関係があり、これらの含有量が増加するとスラグの生成量も増加する。また、溶接金属部からのスラグの剥離性は、溶融状態におけるスラグ／溶接金属間界面エネルギー、凝固後のスラグ自体の強度、溶接金属部表面の凹凸、即ち、溶接金属部の物理的高低差とその高低部位生成頻度、と強い関係があり、Ｍｎ含有量及びＭｏ含有量の増加、並びにＳ含有量の減少により剥離性が低下する。また、ワイヤ成分以外の要因として、ワイヤの送給が不安定になると、溶融池の形成が乱れ、生成されたスラグの厚さが不均一になり、スラグ剥離性が低下することも明らかになった。これらは従来知られていなかった知見である。そして、これらの影響因子は、従来の高張力鋼用溶接ワイヤ、低温鋼用溶接ワイヤ及び高電流用ワイヤにおいて、一般にスラグ量増大及び剥離性低下が避けられなかった要因であると考えられる。
【００２９】
一方、上述の知見に基づき、スラグ生成量の低減及び剥離性の向上を過度に追求すると、溶接金属部における強度及び靭性等の機械的性能の低下、高電流溶接時のアーク安定性の低下、並びにスパッタ量の増大といった問題が生じやすいことも明らかになった。
【００３０】
そこで、本発明者等は上述の各要素を考慮し、ロボット溶接に適した大入熱・高電流溶接用として最適な溶接ワイヤ、即ち、（１）スラグ発生量が少なく、（２）スラグ剥離性が良好であり、（３）入熱量が大きく、パス間温度が高く、従って溶接金属部の冷却速度が小さくなる溶接条件においても溶接金属部の機械的性質が優れ、更に、ノズル閉塞により連続溶接が阻害されることを防止するために、（４）スパッタ発生量が少ないガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを開発した。
【００３１】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ（以下、単にワイヤともいう）は、軟鋼又は強度が４９０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、最大入熱量が４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度が３５０℃の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施す際に、又は、強度が５２０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、最大入熱量が３０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度が２５０℃の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施す際に使用するワイヤである。このワイヤは、例えば、溶接ロボットに搭載されて、自動溶接に使用される。
【００３２】
このワイヤの組成は、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＣｕ：０．４５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されている。より好ましくは、Ｃ：０．０５乃至０．１０質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１６質量％である。
【００３３】
また、ワイヤの表面には、ＭｏＳ２がワイヤ１０ｋｇあたり０．０１乃至１．００ｇ付着している。即ち、ＭｏＳ２付着量は０．０１ｇ／１０ｋｇ乃至１．００ｇ／１０ｋｇである。このＭｏＳ２は、例えば塗布によってワイヤ表面に被着されたものである。
【００３４】
以下、本発明の数値限定理由について説明する。
【００３５】
Ｃ含有量：０．０２乃至０．１０質量％
炭素（Ｃ）は溶接金属部の強度を確保する為に重要な添加元素であるが、Ｃの含有量が０．０２質量％未満では、大入熱・高パス間温度溶接時には溶接金属部の冷却速度が小さいため、必要な強度を確保できない。従って、Ｃ含有量は０．０２質量％以上とする。望ましくは、０．０５質量％以上である。一方、ワイヤにＣを過剰に添加すると、溶接金属部に高温割れが発生しやすくなる。Ｃ含有量が０．１０質量％を超えると、高温割れの発生が顕著になるため、Ｃ含有量は０．１０質量％以下とする。
【００３６】
Ｓｉ含有量：０．６５乃至１．００質量％
珪素（Ｓｉ）はスラグ生成量及びスラグ剥離性には大きな影響を及ぼさないが、主として強度確保、脱酸による気孔欠陥防止、及びなじみ性向上のために添加する。これらの効果は０．６５質量％以上の添加で有効になる。従って、Ｓｉ含有量は０．６５質量％以上とする。但し、Ｔｉ含有量が少ない場合は、Ｓｉ含有量を更に増加させる必要がある。一方、Ｓｉを１．００質量％を超えて過剰に添加すると、溶接金属部の靭性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は１．００質量％以下とする。
【００３７】
Ｍｎ含有量：１．４０乃至１．８０質量％
マンガン（Ｍｎ）は、脱酸を促進すると共に、溶接金属部の強度及び靱性を向上させる効果がある。従来の一般的な大入熱用ワイヤはＭｎを多く含有するが、一方でＭｎはスラグの生成量を増加させ、且つ剥離性を低下させてしまう。ロボット等による自動溶接の場合は、人手による溶接と比較して、ワイヤの突き出し長さが短く、且つ安定することから、シールド性が良好であり、大入熱溶接条件と言えども脱酸元素の酸化消耗量が少ない。このため、本発明においては、Ｍｎ含有量を従来よりも低めに設計することにより、溶接金属部の機械的性質とスラグ発生量及びスラグ剥離性とのバランスを改善している。Ｍｎ含有量が１．４０質量％未満では、大入熱溶接時の溶接金属部の強度及び靭性が不足する。従って、Ｍｎ含有量は１．４０質量％以上とする。一方、Ｍｎ含有量が１．８０質量％を超えると、スラグ量が増加し、剥離性が低下する。従って、Ｍｎ含有量は１．８０質量％以下とする。より好ましくは、１．７０質量％以下である。但し、Ｍｏ含有量が多い場合は、Ｍｏ含有量に応じてＭｎ含有量の上限を減少させる必要がある。
【００３８】
Ｓ含有量：０．００５乃至０．０２５質量％以下
硫黄（Ｓ）の添加は、溶融池の表面張力を低減し、凝固時の物理的凹凸を減少させて溶接金属部の表面を滑らかにする効果がある。これによりスラグの剥離性が向上する。但し、Ｓ含有量が０．００５質量％未満ではこの効果は現れない。従って、Ｓ含有量は０．００５質量％以上とする。好ましくは、０．００９質量％以上である。一方、Ｓを０．０２５質量％を超えて添加しても、溶接金属部の表面形状を改善する効果が飽和してしまう上に、溶接金属部の靭性が低下し、高温割れが発生しやすくなる。また、スラグの形態が粒状化し、アークによる溶融を妨げ、不安定要因となる。従って、Ｓ含有量は０．０２５質量％以下とする。但し、Ｏ含有量が多い場合は、Ｏ含有量に応じてＳ含有量の上限値を低下させる必要がある。
【００３９】
Ｔｉ含有量：０．０５乃至０．１８質量％
チタン（Ｔｉ）の添加は、高電流域におけるアーク安定性を向上させる効果がある。Ｔｉ含有量が０．０５質量％未満では、アーク安定性が低下し、スパッタ発生量が増加する。従って、Ｔｉ含有量は０．０５質量％以上とする。但し、Ｓｉ含有量が少ない場合にはＴｉ含有量を増加させる必要がある。一方、ワイヤにＴｉを０．１８質量％を超えて添加すると、スラグ量が過剰に多くなり、アークによる溶融が困難となって連続溶接を阻害する。従って、Ｔｉ含有量は０．１８質量％以下とする。より好ましくは、０．１６質量％以下である。
【００４０】
Ｍｏ含有量：０．１０乃至０．３５質量％
モリブデン（Ｍｏ）は、溶接金属の焼入れ性を向上させ、溶接金属部の強度を向上させる効果がある。この効果を得るためには、Ｍｏを最低でも０．１０質量％以上添加する必要がある。従って、Ｍｏ含有量は０．１０質量％以上とする。一方、Ｍｏはスラグの硬度を上昇させ、スラグを割れ難くして剥離性を低下させる。Ｍｏ含有量が０．３５質量％を超えると、スラグ剥離性が急激に低下するため、Ｍｏ含有量は０．３５質量％以下とする。但し、Ｍｎ含有量が多い場合には、Ｍｎ含有量に応じてＭｏ含有量の上限値を低下させる必要がある。
【００４１】
Ｃｕ：０．４５質量％以下
銅（Ｃｕ）は、焼入性の向上を目的としてワイヤ中に含有させることがある。また、ワイヤの送給性の向上を目的として、ワイヤ表面にＣｕめっきを施すことがある。但し、ワイヤにＣｕを過剰に添加又はめっきすると、溶接金属部において高温割れが発生しやすくなると共に、スラグの性質が変化して剥離性が低下する。ワイヤ中にＣｕを０．４５質量％を超えて添加すると、これらの問題が顕著になるため、Ｃｕ含有量は０．４５質量％以下とする。一方、焼入性又は送給性を向上させるためには、Ｃｕ含有量は０．１０質量％以上とすることが好ましい。なお、線材の表面に銅めっきが施されているワイヤにおいては、上述のＣｕ含有量は、線材に含まれるＣｕ量と銅めっきに含まれるＣｕ量との合計量とする。
【００４２】
Ｍｎ及びＭｏの合計含有量：２．１０質量％以下
Ｍｎ及びＭｏは共にスラグの剥離性を低下させる性質があり、Ｍｎ及びＭｏの含有量が合計で２．１０質量％を超えると、スラグ剥離性の低下が顕著となる。また、スラグ量も増加する。従って、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量は２．１０質量％以下とする。
【００４３】
Ｓｉ及びＴｉの合計含有量：０．７５質量％以上
ＳｉとＴｉとには多少の補完関係があり、一方の効果を他方が補うことができるが、合計含有量が０．７５質量％以上でなければ、スパッタ量が増加すると共に、溶接金属部の強度が低下する。従って、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量は０．７５質量％以上とする。
【００４４】
Ｓ及びＯの合計含有量：０．０３０質量％以下
Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属部に高温割れが発生しやすくなると共に、スラグの形態が粒状化するため、アークによる溶融を妨げ、不安定要因となる。また、溶接金属部の靭性も低下する。従って、Ｓ及びＯの合計含有量は０．０３０％以下とする。
【００４５】
Ｐ含有量：０．０２０質量％以下
鋼にはＰが不可避的不純物として混入しているが、りん（Ｐ）は高温割れを発生させる主要元素の一つであり、本発明に係るワイヤに故意に添加する利点はない。Ｐ含有量が０．０２０質量％を超えると、高温割れが問題となる。従って、Ｐ含有量は０．０２０質量％以下に規制する。
【００４６】
Ｏ含有量：０．０１００質量％以下
鋼には酸素（Ｏ）が不可避的不純物として混入しているが、スラグは酸化物であるため、ワイヤ中のＯ量が増加すると、化学反応によって生じるスラグ生成量も増加する。また、Ｏ含有量が増加すると、溶接金属部中の介在物が増加するため、溶接金属部において高温割れが発生しやすくなると共に、溶接金属部の靭性が低下する。通常、Ｏ含有量が０．０１００質量％以下であれば問題ないので、Ｏ含有量は０．０１００質量％以下に規制する。但し、Ｓ含有量が多い場合は、高温割れを防止するために、Ｏ含有量の上限値を減少させる。なお、上述のＯ含有量の規定は、ワイヤ中のＯの分布、即ち、線材のバルク中に含有されているか表面に存在しているかといったＯの存在位置には無関係であり、総合計で規定することができる。
【００４７】
ワイヤ表面のＭｏＳ２付着量：０．０１ｇ／１０ｋｇ乃至１．００ｇ／１０ｋｇ
前述の如く、ワイヤの送給性もスラグ剥離性に大きな影響を及ぼす。ワイヤの送給が安定することにより、溶融池の形成もまた安定となり、生成されたスラグの厚さが均一となり、熱収縮の歪が均一に作用することにより、スラグが全面剥離しやすくなる。ワイヤ表面に存在するＭｏＳ２は、チップ−ワイヤ間の給電点における融着を低減し、ワイヤの送給性を向上させる。従来、ワイヤ表面の粒界に沿ってワイヤを過剰酸化させることによりワイヤの送給性を向上させる技術が知られているが、この方法ではＯ含有量が過剰になってしまい、スラグの生成量が増加するという欠点がある。これに対して、ワイヤ表面にＭｏＳ２を付着させる方法は、スラグ生成量の増加等の懸念がないため、ワイヤの送給性を向上させる方法として好適である。この効果は、ワイヤ表面にＭｏＳ２をワイヤ１０ｋｇあたり０．０１ｇ以上付着させることにより、顕著になる。一方、ＭｏＳ２をワイヤ１０ｋｇあたり１．００ｇより多く付着させると、送給機構内にＭｏＳ２が堆積し、送給機構内にＭｏＳ２が詰まり、却ってワイヤ送給性を低下させてしまう。これにより、スラグ性状に影響を及ぼして、スラグの剥離性を低下させることになる。従って、ワイヤ表面のＭｏＳ２付着量は０．０１ｇ／１０ｋｇ乃至１．００ｇ／１０ｋｇであることが好ましい。
【００４８】
上述の各成分の含有量の限定理由を添付の図面を参照してまとめて説明する。図１は、横軸にＭｎ含有量をとり、縦軸にＭｏ含有量をとって、本発明の成分範囲及びこの成分範囲を外れることによる影響を示すグラフ図であり、図２は、横軸にＳｉ含有量をとり、縦軸にＴｉ含有量をとって、本発明の成分範囲及びこの成分範囲を外れることによる影響を示すグラフ図であり、図３は、横軸にＳ含有量をとり、縦軸にＯ含有量をとって、本発明の成分範囲及びこの成分範囲を外れることによる影響を示すグラフ図である。図１乃至図３において、領域１は本発明の範囲を示し、領域２は領域１の内部に位置し、本発明におけるより好適な範囲を示す。
【００４９】
図１に示すように、本発明の範囲（領域１）よりもＭｎ含有量が多くなると、スラグ量が過剰となると共に、スラグの剥離性が低下する。また、本発明範囲よりもＭｎ含有量が少なくなると、溶接金属部の強度及び靭性が低下する。一方、本発明範囲よりもＭｏ含有量が多くなると、スラグの剥離性が低下する。また、本発明範囲よりもＭｏ含有量が少なくなると、溶接金属部の強度が低下する。
【００５０】
また、図２に示すように、本発明範囲よりもＳｉ含有量が多くなると、溶接金属部の靭性が低下する。また、本発明範囲よりもＳｉ含有量が少なくなると、溶接金属部の強度が低下する。一方、本発明範囲よりもＴｉ含有量が多くなると、スラグ量が過剰になる。また、本発明範囲よりもＴｉ含有量が少なくなると、アークが不安定となり、スパッタ量が増加する。
【００５１】
更に、図３に示すように、本発明範囲よりもＳ量が多くなると、溶接金属部の靭性及び耐高温割れ性が低下する。また、本発明範囲よりもＳ量が少なくなると、スラグの剥離性が低下する。一方、本発明範囲よりもＯ含有量が多くなると、スラグ量が過剰になる。
【００５２】
以下、本実施形態の効果について説明する。上述の如く、本実施形態に係るワイヤにおいては、Ｍｎ含有量が１．８０質量％以下であり、Ｔｉ含有量が０．１８質量％以下であり、Ｏ含有量が０．０１００質量％以下に規制されているため、スラグの生成量が少ない。また、Ｍｎ含有量が１．８０質量％以下であり、Ｓ含有量が０．００５質量％以上であり、Ｍｏ含有量が０．３５質量％以下であり、Ｃｕ含有量が０．４５質量％以下であり、ワイヤの表面にワイヤ１０ｋｇあたり０．０１ｇ以上のＭｏＳ２が付着しているため、スラグの剥離性が良好である。更に、各成分の含有量を上述の如く規定しているため、大入熱・高パス間温度条件で溶接を行っても、溶接金属部の機械的性質を良好な状態に維持できる。更にまた、Ｔｉ含有量が０．０５質量％以上であるため、アークが安定し、スパッタの発生量が少ない。
【００５３】
このように、本実施形態においては、ワイヤの諸成分を適正範囲に規定することにより、鉄骨建築用として主に用いられる大入熱・高パス間温度溶接において、溶接金属部の良好な機械的性質を維持したまま、これまで大きな課題とされていたスラグ量の低減及びスラグ剥離性の向上を図ることが可能となる。この技術は、今後益々増加することが見込まれるロボットを使用することによる自動溶接化及び無人溶接化に極めて好適である。つまり、（１）スラグ堆積に伴うアーク不安定の解消、（２）スラグ巻き欠陥の改善、（３）連続積層可能な板厚の増大、（４）スラグ除去作業の回数減少と剥離性向上に伴う作業負荷低下、（５）アークスタートミスによるロボット停止及びそれに伴う復帰作業の頻度の減少等、得られる効果は絶大であり、鉄骨建築の能率向上、コスト低減に大きく貢献する。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、前述の第１の実施形態と同様に、軟鋼又は強度が４９０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、最大入熱量が４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度が３５０℃の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施す際に、又は、強度が５２０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、最大入熱量が３０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度が２５０℃の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施す際に使用するワイヤである。
【００５５】
このワイヤの組成は、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、Ｃｕ：０．４５質量％以下、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されている。より好ましくは、Ｃ：０．０５乃至０．１０質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１６質量％である。
【００５６】
また、ワイヤの表面には、ＭｏＳ２がワイヤ１０ｋｇあたり０．０１乃至１．００ｇ付着している。即ち、ＭｏＳ２付着量は０．０１ｇ／１０ｋｇ乃至１．００ｇ／１０ｋｇである。このＭｏＳ２は、例えば塗布によってワイヤ表面に被着されたものである。
【００５７】
以下、Ｂ含有量の数値限定理由について説明する。本実施形態におけるＢ含有量以外の数値限定理由は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５８】
Ｂ含有量：０．００１５乃至０．００５０質量％
ホウ素（Ｂ）は少量の添加で溶接金属部の靭性を向上させる効果がある。但し、Ｂ含有量が０．００１５質量％未満では、靭性向上効果が現れないので、０．００１５質量％をＢ含有量の下限値とする。一方、０．００５０質量％を超えて過剰にＢを添加すると、溶接金属部の高温割れが発生しやすくなる。従って、０．００５０質量％をＢ含有量の上限値とする。
【００５９】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加えて、ワイヤにＢを添加することにより、溶接金属部の靭性をより一層向上させることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００６０】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、前述の第１及び第２の実施形態と同様に、軟鋼又は強度が４９０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、最大入熱量が４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度が３５０℃の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施す際に、又は、強度が５２０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、最大入熱量が３０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度が２５０℃の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施す際に使用するワイヤである。
【００６１】
このワイヤの組成は、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、及びＣｕ：０．４５質量％以下を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されている。より好ましくは、Ｃ：０．０５乃至０．１０質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１６質量％である。また、ワイヤの表面には、ＭｏＳ２がワイヤ１０ｋｇあたり０．０１乃至１．００ｇ付着している。
【００６２】
以下、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉの含有量の数値限定理由について説明する。本実施形態における上記以外の数値限定理由は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００６３】
Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素の含有量：夫々０．２０質量％以下
Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉは、溶接金属部の強度を向上させるために、必要に応じて微量添加される元素である。しかし、夫々の含有量が０．２０質量％を超えると、スラグ量が増加する。また、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒの含有量が夫々０．２０質量％を超えると、溶接金属部の靭性が低下する。従って、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉの含有量は、夫々０．２０質量％を上限とする。
【００６４】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加えて、ワイヤにＮｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を添加することにより、溶接金属部の強度をより一層向上させることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００６５】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、前述の第１乃至第３の実施形態と同様に、軟鋼又は強度が４９０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、最大入熱量が４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度が３５０℃の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施す際に、又は、強度が５２０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼に対して、最大入熱量が３０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度が２５０℃の条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を施す際に使用するワイヤである。
【００６６】
このワイヤの組成は、Ｃ：０．０２乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．６５乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．４０乃至１．８０質量％、Ｓ：０．００５乃至０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１８質量％、Ｍｏ：０．１０乃至０．３５質量％、Ｃｕ：０．４５質量％以下、及びＢ：０．００１５乃至０．００５０質量％を含有し、更に、Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を夫々０．２０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｍｎ及びＭｏの合計含有量が２．１０質量％以下、Ｓｉ及びＴｉの合計含有量が０．７５質量％以上、Ｓ及びＯの合計含有量が０．０３０質量％以下であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０質量％以下に規制され、Ｏが０．０１００質量％以下に規制されている。より好ましくは、Ｃ：０．０５乃至０．１０質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．１６質量％である。また、ワイヤの表面には、ＭｏＳ２がワイヤ１０ｋｇあたり０．０１乃至１．００ｇ付着している。
【００６７】
本実施形態は、前述の第２及び第３の実施形態を組み合わせたものである。即ち、本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加えて、ワイヤにＢを添加することにより、溶接金属部の靭性をより一層向上させることができる。また、ワイヤにＮｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ及びＮｉからなる群から選択された１種又は２種以上の元素を添加することにより、溶接金属部の強度をより一層向上させることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００６８】
なお、前述の各実施形態においては、ワイヤの表面にＭｏＳ２が付着している例を示したが、ＭｏＳ２は必ずしも付着している必要はない。また、ワイヤが線材及びこの線材の周囲に被覆される銅めっき層から構成されていてもよい。更に、ワイヤに銅めっき層が形成されておらず、且つ、ワイヤ中にＣｕが含有されていなくてもよい。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明の実施例の効果について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。図４は、溶接試験片の形状及び寸法を示す平面図及び側面図である。図４に示すように、母材として、縦が３５０ｍｍであり、横が１２５ｍｍであり、厚さが２８ｍｍである鋼板１１と、縦が３００ｍｍであり、横が１５０ｍｍであり、厚さが２８ｍｍである鋼板１２とを準備した。鋼板１２には、開先角度が３５°であるレ型開先を形成した。そして、鋼板１１及び１２の長辺間に７ｍｍの間隔が形成されるように、鋼板１１及び１２を平行に配置した。また、鋼板１２の表面における長手方向中央部で且つ開先から１０ｍｍの位置に、パス間温度測定位置Ｔを設定した。そして、鋼板１１及び鋼板１２の対向部分の裏側には、裏当金１３を配置した。また、鋼板１２の長手方向両側には夫々固定タブ１４を配置し、鋼板１１及び１２を相互に固定した。なお、図４の側面図においては、固定タブ１４は図示が省略されている。
【００７０】
そして、複数の種類のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ（図示せず）を使用して、開先溶接を行った。これにより、鋼板１１と鋼板１２との間に、ビード１５が形成された。このときの溶接条件を表１に示す。また、使用したワイヤの組成を表２及び表３に示す。表２に示す各成分の含有量及び表３に示すＭｏＳ２以外の含有量の単位は［質量％］であり、表３に示すＭｏＳ２の付着量の単位は［ｇ／１０ｋｇ］、即ち、ワイヤ１０ｋｇあたりのｇ数である。なお、表２及び表３に示すワイヤは、線材の表面に銅めっきが施されているワイヤと、銅めっきが施されていないワイヤとの両方を含むが、ワイヤ全質量中のＣｕ含有量（質量％）のみを指標として整理している。
【００７１】
【表１】
2006026643.tif 000003
【００７２】
【表２】
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【００７３】
【表３】
2006026643.tif 000005
【００７４】
そして、溶接中の（１）アーク安定性及び（２）スパッタ発生量を評価した。また、溶接終了後に、デジタル画像処理により（３）スラグの剥離性を評価し、また、（４）スラグ生成量を計測した。更に、（５）溶接金属部の機械的性質を評価した。更にまた、（６）溶接金属部における高温割れの発生の有無を調査した。これらの評価結果を表４に示す。以下、これらの評価方法について説明する。
【００７５】
（１）アーク安定性
アーク安定性は、溶接中の官能試験によって評価した。スラグがアークの発生を邪魔してアークを乱すことがなく、アーク安定性が極めて優れていた場合を極めて良好（◎）と判定し、スラグが若干アークを乱したものの、アーク安定性が実用上問題のないレベルであった場合を良好（○）と判定し、それ以外の場合を不良（×）と判定した。なお、ワイヤの送給不良に起因してアークの乱れが生じた場合も不良（×）とした。
【００７６】
（２）スパッタ発生量
スパッタ発生量は、溶接終了後にシールドノズルに付着したスパッタを回収し、その質量を測定することによって評価した。回収されたスパッタ量が３ｇ以下である場合を良好（○）と判定し、３ｇよりも多かった場合を不良（×）と判定した。
【００７７】
（３）スラグの剥離性
溶接完了後、図４に示すパス間温度測定位置Ｔにおいて測定される鋼板表面温度が２５０℃まで冷却した時点で、ビード１５の外観を写真撮影した。次に、そのビード外観写真をコンピュータに取り込んで画像解析ソフトにより二値化処理を行い、スラグが自然剥離した領域と、スラグが付着したままの領域とを区別した。そして、前記画像解析ソフトにより、スラグが自然剥離した領域の面積と、スラグが付着したままの領域の面積とを夫々算出した。そして、これらの面積に基づいて、スラグ剥離率を求めた。スラグが自然剥離した領域の面積をａとし、スラグが付着したままの領域の面積をｂとし、スラグ剥離率をＲ（％）とするとき、スラグ剥離率Ｒを下記数式１により計算した。スラグ剥離率Ｒが１５％以上である場合を良好（○）と判定し、１５％未満である場合を不良（×）と判定した。
【００７８】
【数１】
2006026643.tif 000006
【００７９】
（４）スラグ生成量
スラグ生成量については、ビード外観写真の撮影後に自然剥離したものも含めて全てのスラグを回収し、その質量を測定して評価した。回収されたスラグの質量が６ｇ以下である場合を良好（○）とし、６ｇを超える場合を不良（×）とした。
【００８０】
（５）溶接金属部の機械的性質
溶接金属部の機械的性質の評価は、引張試験により強度を測定し、シャルピー衝撃試験により靭性を測定して行った。図４に示す試験片から、ＪＩＳ  Ｚ３１１１に規定される試験片を、その中心がビード表面下１０ｍｍ、ビード幅中央部となるように採取して、引張試験及びシャルピー衝撃試験に供した。なお、引張試験は室温（２０℃）の雰囲気で行った。また、シャルピー衝撃試験は０℃の雰囲気で行い、３本の試験片を夫々測定してその平均値を評価値とした。そして、強度については、引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ２（＝４９０ＭＰａ）以上である場合を合格（○）とし、それ未満である場合を不合格（×）とした。また、靭性については、シャルピー衝撃試験における吸収エネルギーが７０Ｊ以上である場合を合格（○）とし、それ未満である場合を不合格（×）とした。
【００８１】
（６）高温割れ
溶接金属部における高温割れの有無は、超音波探傷試験により調査した。
【００８２】
【表４】
2006026643.tif 000007
【００８３】
表４に示す結果を説明する。Ｎｏ．１乃至１６は本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．１乃至１６においては、各成分の含有量が本発明の範囲内にあるため、アークの安定性が優れ、スパッタの発生量が少なく、スラグの剥離性が良好で、スラグの生成量が少なく、溶接金属部の強度及び靭性が高く、耐割れ性が良好であった。このため、優れた溶接作業性及び溶接金属の機械的性質が得られた。
【００８４】
これに対して、表４に示すＮｏ．１７乃至４１は比較例である。比較例Ｎｏ．１７はＣが過少であり溶接金属部の強度が不足した。比較例Ｎｏ．１８はＣが過剰であり溶接金属部に高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．１９はＳｉが過少であり溶接金属部の強度が不足した。比較例Ｎｏ．２０はＳｉが過剰であり溶接金属部の靭性が不足した。比較例Ｎｏ．２１はＴｉが過少でありスパッタ発生量が多くアーク安定性も劣っていた。比較例Ｎｏ．２２はＴｉが過剰であり、スラグ生成量が多く、剥離性が悪かった。また、スラグ生成量が多く、スラグの厚さが増加したため、アークの安定性が損なわれ不安定となった。比較例Ｎｏ．２３はＳｉ及びＴｉの単独量は問題ないものの、Ｓｉ及びＴｉの合計量が過少であったため、強度が不足し、スパッタ量が増加し、アークが不安定化した。比較例Ｎｏ．２４はＭｎが過少であり溶接金属部の引張強度及び靭性が共に低かった。
【００８５】
比較例Ｎｏ．２５はＭｎが過剰であり、スラグ量が多く、剥離性が悪かった。また、スラグ量が多く、スラグの厚さが増加したため、アークの安定性が損なわれ不安定となった。比較例Ｎｏ．２６はＭｏが過少であり引張強さが低かった。比較例Ｎｏ．２７はＭｏが過剰であり、スラグの剥離性が悪かった。比較例Ｎｏ．２８はＭｎ及びＭｏの単独量は問題ないものの、Ｍｎ及びＭｏの合計量が過剰であったため、スラグ量が多く、剥離性が悪かった。また、スラグ量が多く、スラグの厚さが増したので、アークが不安定となった。比較例Ｎｏ．２９はＳが過少であり、スラグの剥離性が悪かった。比較例Ｎｏ．３０はＳが過剰であり、靭性が低いと共に高温割れも発生した。また、スラグが粒状化し、厚さが増してアークの安定性を損なった。
【００８６】
比較例Ｎｏ．３１はＯが過剰であり、スラグ量が増加して剥離性も低下した。また、スラグの厚さが増したのでアークが不安定になった。更に、溶接金属中の介在物が過剰となって高温割れが発生し、靭性も低かった。比較例Ｎｏ．３２はＳ及びＯの単独量は問題ないものの、Ｓ及びＯの合計量が過剰であり、靭性が低いと共に高温割れも発生した。また、スラグが粒状化し、厚さが増してアークの安定性を損なった。比較例Ｎｏ．３３はＰが過剰であり、高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．３４はＣｕが過剰であり、スラグ量が多く、剥離性が悪かった。また、スラグ量が多く、スラグの厚さが増したので、アークの安定性が損なわれ不安定になった。更に、高温割れも発生した。比較例Ｎｏ．３５はＢが過剰であり、高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．３６乃至Ｎｏ．４０は夫々Ｎｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉが過剰であり、スラグ量が増加して剥離性が低下した。また、スラグの厚さが増したのでアークの安定性が損なわれ、不安定となった。比較例Ｎｏ．３６乃至Ｎｏ．３９は溶接金属部の靭性も低下した。比較例Ｎｏ．４１はワイヤ表面におけるＭｏＳ２の付着量が過剰であり、コンジットライナー等の送給系にＭｏＳ２が堆積して詰まり、ワイヤ送給が不安定となった。その結果、アーク安定性が損なわれ、スラグ分布が不均一化して悪影響を及ぼし、スラグの剥離性が低下した。また、スパッタ量も増加した。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、軟鋼又は強度が５２０Ｎ／ｍｍ２級以下の高張力鋼、主に４９０Ｎ／ｍｍ２級の高張力鋼を炭酸ガスシールドアーク溶接する際に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】横軸にＭｎ含有量をとり、縦軸にＭｏ含有量をとって、本発明の成分範囲及びこの成分範囲を外れることによる影響を示すグラフ図である。
【図２】横軸にＳｉ含有量をとり、縦軸にＴｉ含有量をとって、本発明の成分範囲及びこの成分範囲を外れることによる影響を示すグラフ図である。
【図３】横軸にＳ含有量をとり、縦軸にＯ含有量をとって、本発明の成分範囲及びこの成分範囲を外れることによる影響を示すグラフ図である。
【図４】溶接試験片の形状及び寸法を示す平面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１；領域（本発明の範囲）
２；領域（本発明の好適範囲）
１１、１２；鋼板
１３；裏当金
１４；固定タブ
１５；ビード
Ｔ；パス間温度測定位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006026643.tif 000010
【図４】
2006026643.tif 000011