(57)【要約】【課題】溶接作業性と溶接部の耐食性に優れ、機械的性能が良好な溶接金属を得ることができる耐食鋼の水平すみ肉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。【解決手段】ワイヤの全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．４０〜０．８５％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ｃｕ：０．０３〜０．７０％、Ａｌ：０．０５〜０．５０％、ＴｉＯ２換算値：１．５〜５．０％、ＳｉＯ２換算値：０．３〜１．０％、ＺｒＯ２換算値：０．１〜０．５％、ＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、Ａｌ２Ｏ３換算値：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０％、Ｓｎ：０．０５〜０．３０％、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．３０％、Ｆ換算値：０．０２〜０．２０％を含有するフラックス入りワイヤ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮にフラックスを充填してなる耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、前記ワイヤ中に、ワイヤの全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１０％、
Ｓｉ：０．４０〜０．８５％、
Ｍｎ：１．５〜３．５％、
Ｃｕ：０．０３〜０．７０％、
Ａｌ：０．０５〜０．５０％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：１．５〜５．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．３〜１．０％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．５％、
Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、
Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値：０．０５〜０．５０％、
Ｍｇ：０．０５〜０．５０％、
Ｓｎ：０．０５〜０．３０％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２０％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．２０％
を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物であることを特徴とする耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ全質量に対する質量％で、金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計：０．０３５％以下をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ：０．３０％以下、Ｂ：０．０１％以下の１種又は２種をさらに含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ：２．５％以下をさらに含有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用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、耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
長期間使用することによって大気腐食環境中に暴露されている耐候性鋼材は、一般的には、その表面に保護性のあるさび層が形成される。このさび層が外界からの腐食性物質を遮蔽することで、それ以降の鋼材腐食が抑制されて耐候性を発揮する。そのため、耐候性鋼材は、塗装せずに裸のまま使用可能な鋼材として、橋梁等の構造物に用いられている。
しかしながら、海浜地域に加え、内陸部でも融雪剤が散布される地域のように飛来塩分量が多い環境下では、耐候性鋼材の表面に保護性のあるさび層が形成されにくく、腐食を抑制する効果が発揮されにくい。そのため、これらの地域では、裸のままの耐候性鋼材を用いることができず、塗装をして用いる必要がある。
【０００３】
さらに、前述の飛来塩分量が多い環境下では、塗膜劣化によって塗膜傷が生じ、塗膜傷部直下の鋼材が直接的に腐食環境にさらされるために、傷部を中心としてコブ状に塗膜が膨れ上がる腐食形態を示す。このような腐食形態の進行によってさらに塗膜傷部が累進的に拡大することで構造物の腐食が進展し続けるため、構造物の寿命延長を目的として約１０年毎に再塗装を実施することが多い。このような補修工程には多大な工数がかかることから、塗装寿命を延長し、補修塗装間隔を大きく延ばすことで維持管理費用を低減できる耐食性鋼材について、いくつかの技術提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１（特開２００８−１６３３７４号公報）には、飛来塩分量が多い海浜地域、あるいは、融雪剤が散布される地域における構造物に塗装を施して使用する場合、塗膜欠陥部などからの腐食を抑制可能であることを特徴とする耐食鋼についての開示がある。
特許文献２（特開２００７−２６２５５５号公報）には、石炭・鉱石運搬船のホールド内の高湿度、かつ、硫黄分や塩分のような腐食性物質が存在する環境下において、さらに、荷下ろし時の機械的摩擦によって塗膜が剥がれやすい前提で塗膜の寿命延長と塗膜が剥がれた後の腐食抑制が可能であることを特徴とする耐食鋼についての開示がある。
【０００５】
また、鋼材自体の耐食性に加え、上記特許文献１及び特許文献２に開示された耐候性鋼・耐食鋼を溶接した場合の溶接金属にも優れた耐候性・塗装耐食性を付与させることが求められている。
特に溶接継手において余盛は溶接金属の最終層であり、通常はこれを切削除去せずに母材表面から突出した形状のままで使用することが通例である。余盛の領域に施された塗膜は、その周囲の平滑な母材に施された塗膜表面に比較して、使用中の積載物からの衝突や機械的摩擦を相対的により頻回に、強く受けやすい。また、余盛自体が凸形で複雑な形状を呈するため、塗装施工において、周囲の母材と比較して相対的に塗膜の膜厚が薄手となる傾向があり、これらの理由から余盛表面は、塗膜の剥離を誘引しやすく、鋼構造物の使用開始から早期に、累進的な塗膜破壊が進行する腐食形態の起点となりやすい。
【０００６】
そのため、継手の最表面でもある余盛、すなわち溶接金属に母材同等、あるいは、それ以上の優れた耐候性・塗装耐食性を付与させることができる新規な溶接材料が求められている。
【０００７】
上記課題に対し、例えば特許文献３（特開２００３−３１１４７１号公報）に高Ｎｉ系高耐候性鋼の溶接に適し、良好な溶接作業性、スラグ剥離性が得られ、母材の耐食性を損なうことなく海塩に対する耐食性を溶接金属に付与するガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤが提案されている。しかし、溶接金属を含めた構造物の塗装寿命延長の効果は得られない。
【０００８】
また、特に橋梁の溶接においては、リブといわれる補強材の水平すみ肉溶接の比率が高く、水平すみ肉溶接における溶接作業性、ビード形状、ビード外観及び耐欠陥性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの要望が強い。さらに、ワイヤ中にＮｉを比較的多く含有するため、溶接時に高温割れが発生しやすいという問題もある。
【０００９】
一方、耐食性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤとして、例えば特許文献４（特開２０００−１０２８９３号公報）、特許文献５（特開２０００−２８８７８１号公報）及び特許文献６（特開２００４-２３０４５６）が提案されている。
【００１０】
しかし、特許文献４、特許文献５及び特許文献６に提案されているガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、水平すみ肉溶接に適用した場合、ピットが生じるとともにビード形状、ビード外観、スラグ剥離性等の溶接作業性が不良であるという問題がある。また、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉといった従来成分の検討で溶接金属の耐食性を向上させる効果は得られているものの、溶接金属を含めた構造物の塗装寿命延長の効果は得られない。
さらに、特許文献３〜６に記載の溶接材料は、溶接継手の最終層に施された塗膜が、その周囲の平坦な母材に施された塗膜表面に比較して、余盛が凸状で複雑な形状を呈するため、塗装皮膜が薄くなる傾向にあり、塗膜の剥離を誘引しやすく、飛来塩分量の多い環境下では、腐食形態の起点となるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８―１６３３７４号公報
【特許文献２】特開２００７―２６２５５５号公報
【特許文献３】特開２００３−３１１４７１号公報
【特許文献４】特開２０００−１０２８９３号公報
【特許文献５】特開２０００−２８８７８１号公報
【特許文献６】特開２００４―２３０４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、橋梁、港湾構造物及び海浜地域などの飛来塩分量が多い環境下で使用される耐食鋼を溶接する場合において、溶接作業性及び溶接部の耐候性及び塗装耐食性に優れ、機械的性能の良好な溶接金属が得られる耐食鋼の水平すみ肉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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決すべく、種々のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを試作して検討した結果、なされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）鋼製外皮にフラックスを充填してなる耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、前記ワイヤ中に、ワイヤの全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１０％、Ｓｉ：０．４０〜０．８５％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ｃｕ：０．０３〜０．７０％、Ａｌ：０．０５〜０．５０％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：１．５〜５．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．３〜１．０％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．５％、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％、Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０％、Ｓｎ：０．０５〜０．３０％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２０％、弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．２０％を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物であることを特徴とする耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１４】
（２）ワイヤ全質量に対する質量％で、金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計：０．０３５％以下をさらに含有することを特徴とする前記（１）に記載の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（３）ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｔｉ：０．３０％以下、Ｂ：０．０１％以下の１種又は２種をさらに含有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
（４）ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ：２．５％以下をさらに含有することを特徴とする前記（１）から（３）のいずれかに記載の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の耐食鋼用の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤによれば、海浜地域など飛来塩分量が多い環境下などに使用される耐食鋼の溶接において、優れた耐食性及び機械的性能を備えた溶接部が得られ、さらに、優れた耐ピット性が得られるとともに、スパッタ発生量が少なく、溶接時に割れが発生せず、ビード形状、ビード外観及びスラグ剥離性が優れるなど溶接作業性が良好で溶接の高能率化及び溶接部の品質向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】溶接部の耐食性評価のための腐食試験片用の試料の採取位置を示した図である。
【図２】溶接部の塗装耐食性評価のための腐食試験片の形状、及び、クロスカットの概略を示した図である。
【図３】腐食試験方法（ＳＡＥ  Ｊ２３３４試験、１サイクルあたりの実施条件）の概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、前記課題を解決するために種々のフラックス入りワイヤを試作して、詳細を検討した。
先ず、飛散塩分量が多い腐食環境での耐食性について、化学成分の影響を調査した。この結果、フラックス入りワイヤの組成成分として、Ｃｕ及びＳｎを添加することにより、当該環境での耐食性を向上させることが可能であるとの知見を得た。
さらに、ビード形状及びビード外観は、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ、Ｆｅ酸化物、Ａｌ酸化物及び弗素化合物量の調整で、スラグ剥離性は、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ、Ｆｅ酸化物及びＫ化合物とＮａ化合物量の調整で、耐ピット性及びスパッタ発生量の低減は、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｍｇ量の調整で、機械的性能はＣ、Ｓｉ及びＭｎ量の調整で、それぞれ良好となることを知見した。
【００１８】
以下に本発明の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの成分組成及び含有量の限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量（鋼製外皮とフラックスの合計質量）に対する質量％で示す。
【００１９】
［Ｃ：０．０３〜０．１０％］
Ｃは、溶接構造物に要求される溶接金属の強度及び靭性を得るために添加する。Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスとしてＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の鉄合金が微量含有する金属粉から添加される。Ｃが０．０３％未満では、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｃが０．１０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。従って、Ｃは０．０３〜０．１０％とする。好ましくは、０．０５％〜０．１０％である。
【００２０】
［Ｓｉ：０．４０〜０．８５％］
Ｓｉは、脱酸剤として作用して、溶接金属の強度及び靭性を確保するために添加する。Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスとして金属Ｓｉ、Ｆｅ-Ｓｉ及びＦｅ-Ｓｉ-Ｍｎ等から添加される。Ｓｉが０．４０％未満では、脱酸不足となりピットが発生する。また、溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｓｉが０．８５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。従って、Ｓｉは０．４０〜０．８５％とする。好ましくは、０．６５〜０．７５％である。
【００２１】
［Ｍｎ：１．５〜３．５％］
Ｍｎは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度及び靭性を確保するために添加する。Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスとして金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加される。Ｍｎが１．５％未満では、脱酸不足となり、ピットが発生する。また、溶接金属の強度及び靭性も低下する。一方、Ｍｎが３．５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。従って、Ｍｎは、１．５〜３．５％とする。好ましくは、２．４〜３．０％である。
【００２２】
［Ｃｕ：０．０３〜０．７０％］
Ｃｕは、耐食性を向上させる作用を有する。Ｃｕは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスとしての金属Ｃｕ及びワイヤ表面のＣｕめっき等から添加される。Ｃｕが０．０３％未満では、耐食性が劣る。一方、Ｃｕが０．７０％を超えると、耐食性向上効果は飽和する。また、溶接金属の靭性が低下する。従って、Ｃｕは、０．０３〜０．７０％とする。好ましくは、０．１５〜０．３５％である。
Ｃｕが溶接金属の耐候性および耐塗装剥離性を向上させる理由は、Ｃｕを含有した溶接金属そのものの溶解反応（腐食反応）の反応速度を低減すること、および、Ｃｕを含有する溶接金属では、表面（余盛部など）に生成する腐食生成物（錆）が、特徴的な微細かつ緻密な構造を呈することにより、水、酸素、塩化物イオン等の透過を抑制する防食性の高い錆層を形成するからである。
【００２３】
［Ａｌ：０．０５〜０．５０％］
Ａｌは、脱酸剤として作用するとともに、溶融スラグ中でＡｌ酸化物となってスラグの粘性を高めて、水平すみ肉溶接で溶融プールの後退を抑制し十分なスラグ被包性を保持する作用を有する。Ａｌは、鋼製外皮、フラックスとしての金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ及びＡｌ−Ｍｇ合金等より添加される。Ａｌが０．０５％未満では、ビード形状が凸状になり、上脚部にアンダーカットが発生する。一方、Ａｌが０．５０％を超えると、ビード形状に滑らかさがなくなり止端部が膨らんだ形状となる。また、溶融スラグの凝固むらが生じてスラグ剥離性が不良となる。従って、Ａｌは、０．０５〜０．５０％とする。好ましくは、０．０７〜０．２５％である。
【００２４】
［Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：１．５〜５．０％］
Ｔｉ酸化物は、ビード全体を均一にスラグで被包させる作用を有する。Ｔｉ酸化物は、フラックスとして、ルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト、チタン酸ソーダ、チタン酸カリ等から添加される。また、アークの持続を安定させ、スパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が１．５％未満であると、スラグ生成量が不足してビードを均一に被包できないので、スラグがビード表面に焼き付きビード外観が不良になる。また、アークを安定させる効果がなくなり、スパッタ発生量も増加する。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値が５．０％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、スラグが厚くなり、スラグの粘性が高まり、ビードの止端部が膨らんだ形状となる。また、ピットが発生しやすくなる。従って、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値は、１．５〜５．０％とする。好ましくは、２．５〜４．０％である。
【００２５】
ここで、換算値の計算の仕方について、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値を例にとって説明する。ワイヤ中に含まれているすべてのＴｉ酸化物(例えば，ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、チタン酸ソーダ、チタン酸カリ等）について、（一旦Ｏを除外して）Ｔｉのみの質量の総和を取り、この総Ｔｉ量がすべてＴｉＯ２由来であると仮定した場合の、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２の質量％を換算値とする。
【００２６】
［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値：０．３〜１．０％］
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性を高め、スラグ剥離性を改善する作用を有する。Ｓｉ酸化物は、フラックスとして、珪砂、ジルコンサンド、カリ長石、珪酸ソーダ、珪酸カリ等から添加される。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が０．３％未満では、スラグ被包状態が悪くスラグ剥離性が不良になり、ビード形状及びビード外観も不良になる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値が１．０％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。さらに、ピットやガス溝も発生しやすくなる。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は、０．３〜１．０％とする。好ましくは、０．６〜０．８％である。
【００２７】
［Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値：０．１〜０．５％］
Ｚｒ酸化物は、水平すみ肉溶接でスラグ被包性を高めてビード形状を平滑にする作用を有する。Ｚｒ酸化物は、フラックスとして、ジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加される。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．１％未満では、ビード形状が平滑にならず、凸状のビード形状となり、スラグ剥離性が不良となる。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値が０．５％を超えると、ビード形状が凸状になりやすい。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ２換算値は、０．１〜０．５％とする。好ましくは、０．２〜０．４％である。
【００２８】
［Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値：０．１〜１．０％］
ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３等のＦｅ酸化物は、溶融スラグの粘性及び凝固温度を調整し、ビード止端部の膨らみをなくし、下板とのなじみ性を良好にする。Ｆｅ酸化物は、フラックスとして添加される。Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が０．１％未満であると、ビード止端部が膨らんで形状が不良になる。一方、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値が１．０％を超えると、スラグ被包状態が悪くなり、スラグ剥離性が不良でビード止端部が膨らみビード形状及びビード外観も不良となる。従って、Ｆｅ酸化物のＦｅＯ換算値は、０．１〜１．０％とする。好ましくは、０．２〜０．７％である。
【００２９】
［Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値：０．０５〜０．５０％］
Ａｌ酸化物は、アルミナ、長石等から添加され、溶融スラグ成分としてスラグ被包性を良好にしてすみ肉ビードの上脚側のアンダーカットを防止する。Ａｌ酸化物は、フラックスとして添加される。Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値が０．０５％未満では、上脚側にアンダーカットが生じやすくなる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値が０．５０％を超えると、下脚側のビード止端部が膨らんだビード形状となる。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値は、０．０５〜０．５０％とする。好ましくは、０．１０〜０．２５％である。
【００３０】
［Ｍｇ：０．０５〜０．５０％］
Ｍｇは、強脱酸剤として作用してピットを防止する。Ｍｇは、フラックスから添加することが好ましく、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。Ｍｇが０．０５％未満であると、脱酸剤としての効果がなく、ピットが発生する。一方、Ｍｇが０．５０％を超えると、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。従って、Ｍｇは、０．０５〜０．５０％とする。好ましくは、０．１５〜０．２５％である。
【００３１】
［Ｓｎ：０．０５〜０．３０％］
Ｓｎは、溶接金属の耐食性を向上させる効果を有する。Ｓｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスとして金属ＳｎあるいはＳｎ化合物から添加される。Ｓｎが０．０５未満では、耐食性が劣る。一方、Ｓｎが０．３０％を超えると、高温割れが生じやすくなる。従って、Ｓｎは、０．０５〜０．３０％とする。好ましくは、０．１０〜０．２０％である。
Ｓｎが溶接金属の耐候性及び耐塗装剥離性を向上させる理由は、溶接金属中の金属Ｓｎがスズイオン（II）（Ｓｎ２＋）として溶出し、環境中に暴露されている部位、すなわち、酸性塩化物溶液中でインヒビター作用を示し、ｐＨが低下したアノードでの腐食を抑制するからである。また、鉄（III）イオン（Ｆｅ３＋）を還元させる作用（２Ｆｅ３＋＋Ｓｎ２＋→２Ｆｅ２＋＋Ｓｎ４＋）も持つため、Ｆｅ３＋の腐食促進作用を抑制し、飛来塩分の多い環境での耐候性を向上させる。
【００３２】
［Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２０％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アーク安定剤としての作用だけではなく、スラグ形成剤として溶融スラグの凝固過程の急激な粘性増加を抑えて耐ピット性を高め、平滑なビード形状にする作用がある。Ｎａ化合物及びＫ化合物は、フラックスとして、珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物より添加される。
Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が０．０５％未満では、大粒のスパッタが多発し、ピットやガス溝なども発生しやすく、ビードはごつごつした表面となり、ビード形状及びビード外観が不良になる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が０．２０％を超えると、スラグ剥離性、ビード形状及びビード外観が不良となり、スパッタ発生量も多くなる。従って、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計は、０．０５〜０．２０％とする。好ましくは、０．０８〜０．１５％である。
【００３３】
［弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．２０％］
弗素化合物は、アークの指向性を高めて安定した溶融プールにするとともに、スラグの粘性を調整してビード形状を平滑にする作用並びに耐ピット性を良好にする作用を有する。弗素化合物は、フラックスとして、弗化マグネシウム、氷晶石、弗化ソーダや珪弗化カリ等より添加される。
弗素化合物のＦ換算値が０．０２％未満では、アークが不安定になり、下板側下脚部のなじみ性が不良となる。また、ピットが発生しやすくなる。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．２０％を超えると、スラグの粘性が低下してビード上脚部に除去しにくい薄いスラグが残り、スラグ剥離性が不良となり、ビード形状は凸状になる。従って、弗素化合物のＦ換算値は、０．０２〜０．２０％とする。好ましくは、０．０３〜０．１０％である。
【００３４】
本発明は以上の元素や化合物を含有することを基本的な要件とするが、さらに以下に記載する元素や化合物を必要に応じて含有できる。
【００３５】
［金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計：０．０３５％以下］
Ｂｉは、スラグ剥離性を向上させ、ビード表面に光沢を出し、ビード外観を良好にする作用を有するので添加してもよい。Ｂｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスとして金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等より添加される。しかし、金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計が０．０３５％を超えると、ビード上部のスラグが流れて、ビード全面をスラグで被包することができなくなり、ビード外観が不良となる。従って、フラックス中の金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計は、０．０３５％以下とする。なお、スラグ剥離性を向上させる効果を得るためにはＢｉ換算値の合計は、０．００５％以上添加することが好ましい。
【００３６】
［Ｔｉ：０．３０％以下、Ｂ：０．０１％以下の１種又は２種］
ＴｉおよびＢは、溶接金属の低温における靭性を確保するために添加してもよい。Ｔｉは、鋼製外皮、フラックスとしての金属ＴｉやＦｅ−Ｔｉから添加される。Ｂは、鋼製外皮、フラックスとしてのＦｅ−ＢやＦｅ−Ｍｎ−Ｂ等から添加される。しかし、Ｔｉが０．３０％を超えると、スラグがビード表面に焼き付き、ビード外観が不良になり、スパッタ発生量も多くなる。さらに、溶接金属の靭性も低下する。また、Ｂが０．０１％を超えると、高温割れが生じやすくなる。従って、Ｔｉは、０．３０％以下、Ｂは、０．０１％以下の１種又は２種とする。なお、溶接金属の低温における靭性を確保するためにはＴｉ：０．０３％以上、Ｂ：０．００２％以上の１種又は２種を添加することが好ましい。
【００３７】
［Ｎｉ：２．５％以下］
Ｎｉは、溶接金属の低温における靭性を確保するために添加してもよい。Ｎｉは、鋼製外皮、フラックスとしての金属ＮｉやＦｅ−Ｎｉ等から添加され。しかし、Ｎｉが２．５％を超えると、高温割れが生じやすくなる。従って、Ｎｉは、２．５％以下とする。なお、溶接金属の低温における靭性を確保するためには、０．１％以上添加することが好ましい。
【００３８】
以上、本発明の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの構成要件の限定理由を述べたが、その他のワイヤ成分は、鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物である。
【００３９】
また、本発明の耐食鋼の水平すみ肉ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、通常のフラックス入りワイヤと同様の方法で製造することができる。
フラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼または低合金鋼の外皮内に、前記限定した成分のフラックスをワイヤ全質量に対して１０〜１６％程度充填後、孔ダイス伸線やローラダイス等により所定のワイヤ径（０．９〜１．６ｍｍ）に縮径して製造する。なお、鋼製外皮に貫通した隙間がないシームレス又は隙間があるシームタイプのいずれのワイヤも適用できる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
ＪＩＳ  Ｇ  ３１４１で規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮として使用してフラックスを充填後、縮径して（外皮の軟化および脱水素のため中間焼鈍を１回実施）、表１に示す成分（数値はワイヤの全質量に対する質量％で示す）を有し、フラックス充填率１３．５％、ワイヤ径１．２ｍｍの鋼製外皮に貫通した隙間が無いシームレスタイプのフラックス入りワイヤを各種試作した。なお、ワイヤは、残部として、鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄のＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物を含む。
【００４１】
【表１】
2018047486.tif 000002
【００４２】
はじめに溶接作業性の調査を実施した。表１に示す試作ワイヤを用いて、Ｔ字すみ肉試験体を用いて自動溶接機で水平すみ肉溶接試験を行った。試験体は、鋼種ＳＭ４９０Ｂ、板厚１２ｍｍ、試験体長さ６００ｍｍで、ピットの発生を助長するために鋼板表面に無機ジンクプライマを膜厚が２０〜２５μｍになるように塗装した。溶接条件は、表２に示す溶接条件で、両側同時溶接を２回行い、ピット発生数、ビード形状、ビード外観、スラグ剥離性、スパッタ発生状態を調べた。なお、ピット発生量は、１個／ｍ以下を良好とした。
【００４３】
【表２】
2018047486.tif 000003
【００４４】
次いで、溶着金属の機械的性質および耐食性を評価した。これらの評価では、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１に準じて溶着金属試験を実施し、Ｘ線透過試験を実施した後、引張試験、衝撃試験及び耐食性評価試験を実施した。使用した母材は、Ｃ：０．１１％、Ｓｉ：０．１８％、Ｍｎ：１．４４％、Ｐ：０．０１１％、Ｓ：０．００２％、Ｓｎ：０．１２％の化学成分を含有した耐食鋼の鋼板である。溶接条件は、表２に示す条件とした。
【００４５】
溶着金属の機械的性質の合格判定基準は、引張試験における引張強さが５１０〜６６０ＭＰａ、衝撃試験は、試験温度０℃における吸収エネルギーが６０Ｊ以上を合格とした。また、低温靭性確保のため、Ｔｉ、Ｂ、Ｎｉを添加したものについては、試験温度−４０℃の吸収エネルギーが６０Ｊ以上の場合を合格とした。
【００４６】
耐食性の評価では、まず、図１に示すように、腐食試験片作製用の試料（厚さ３ｍｍ×幅６０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ）を溶着金属２が中心となるように母材１表面から深さ１ｍｍの採取位置３から採取し、その表面をショットブラスト処理した後、炉内温度８０℃で加熱乾燥させて腐食試験片素材とした。次に、腐食試験片素材の両面に、塗料Ａ（中国塗料(株)製バンノー＃２００）または塗料Ｂ（神東塗料(株)製ネオゴーセイプライマーＨＢ）のいずれかの塗料を鋼材表面に膜厚２００〜３５０μｍの厚さで塗装し腐食試験片を作製した。この腐食試験片に、図２に示すように溶着金属２を跨ぐようにクロスカット４を施すことで塗膜傷を模擬した腐食試験片５を作製した。クロスカット４は、塗膜の上から下地の鋼表面まで達するスクラッチ疵をカッターナイフで施した。
その後、得られた腐食試験片５をＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）  Ｊ２３３４試験に従い、耐食性を評価した。
【００４７】
ここで、ＳＡＥ  Ｊ２３３４試験について説明する。ＳＡＥ  Ｊ２３３４試験とは、湿潤（５０℃、１００％ＲＨ、６時間）、塩分付着（０.５質量％ＮａＣｌ、０.１質量％ＣａＣｌ２、０.０７５質量％ＮａＨＣＯ３水溶液浸漬、０.２５時間）、乾燥（６０℃、５０％ＲＨ、１７.７５時間）の３過程を１サイクル（合計２４時間）とする乾湿繰り返しの条件で行う加速試験である。１サイクルの概略を図３に示す。
【００４８】
この腐食試験は、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境を模擬する試験であり、この腐食形態が大気暴露試験に類似しているとされている（長野博夫、山下正人、内田仁著：環境材料学、共立出版（２００４）、ｐ.７４参照）。
ＳＡＥ  Ｊ２３３４試験を８０サイクル後に、各試験片の塗膜剥離、膨れ面積率を計測した。その後、表面の残存塗膜と生成した錆層を除去し、塗装被膜疵部の腐食深さを測定後、平均腐食深さを算出した。
耐候性・耐塗装剥離性の評価は、塗膜剥離・膨れ面積率が５０％未満、かつ、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ未満の場合を合格とした。
これらの結果を表３にまとめて示す。
【００４９】
【表３】
2018047486.tif 000004
【００５０】
表１及び表３中ワイヤＮｏ．１〜１８は、本発明例、ワイヤＮｏ．１９〜３４は、比較例である。
本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１８は、ＴｉＯ２換算値、ＳｉＯ２換算値、ＺｒＯ２換算値、ＦｅＯ換算値、Ａｌ２Ｏ３換算値、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計及びＦ換算値が適量であるので、ピットの発生がなく、スパッタ発生量が少なく、Ｘ線透過試験で欠陥が無く、ビード形状、ビード外観及びスラグ剥離性が良好で、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーも良好な結果であった。また、耐食性評価試験結果も良好であり、満足な結果であった。
なお、Ｂｉを適量含むワイヤＮｏ．４、５、６、１３、１４、１７、１８は、スラグ剥離性が非常に良好であった。また、Ｔｉ及びＢの１種又は２種を適量含むワイヤＮｏ．７、８、９、Ｎｉを適量含むワイヤＮｏ．１０、１１、１２、１３、１４及びＴｉ及びＢの１種又は２種とＮｉを適量含むワイヤＮｏ．１５、１６、１７、１８は、−４０℃における溶着金属の吸収エネルギーが６０Ｊ以上と良好であった。
【００５１】
これに対し、比較例中、ワイヤＮｏ．１９は、ＴｉＯ２換算値が小さいので、スラグ生成量が不足してビードを均一に被包できなく、スラグが焼き付き、ビード外観が不良であった。また、スパッタ発生量が多かった。さらに、ＺｒＯ２換算値が小さいので、ビード形状が平滑にならず、凸状のビード形状となり、スラグ剥離性も不良であった。
ワイヤＮｏ．２０は、ＴｉＯ２換算値が大きいので、スラグが厚くピットが発生し、スラグの粘性が高まり、ビードの止端部が膨らんだ形状になった。また、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。
【００５２】
ワイヤＮｏ．２１は、ＳｉＯ２換算値が小さいので、スラグ被包状態が悪くなり、スラグ剥離性、ビード形状及びビード外観が不良であった。また、Ｃ量が多いので、溶着金属の引張強さが過度に高くなることで延性低下を招いたことから吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．２２は、ＳｉＯ２換算値が大きいので、スパッタ発生量が多くなり、ピットも発生した。また、ＺｒＯ２換算値が大きいので、ビード形状が凸状であった。
【００５３】
ワイヤＮｏ．２３は、ＦｅＯ換算値が小さいので、ビード止端部の形状が不良であった。また、Ｓｉ量が少ないので、ピットが発生し、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．２４は、ＦｅＯ換算値が大きいので、スラグ被包状態が悪くスラグ剥離性が不良となり、ビード止端部が膨らみビード形状及びビード外観も不良であった。また、Ｓｎ量が多いのでクレータ割れが発生した。
【００５４】
ワイヤＮｏ．２５は、Ａｌ２Ｏ３換算値が小さいので、上脚側にアンダーカットが生じ、ビード形状が不良であった。また、Ｓｉ量が過剰であり、溶着金属の引張強さが高く、延性低下に起因して吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．２６は、Ａｌ２Ｏ３換算値が大きいので、ビード止端部が膨らみ、なじみ性が悪くなり、ビード形状が不良であった。また、Ｍｇ量が少ないのでピットが発生した。
【００５５】
ワイヤＮｏ．２７は、Ｃｕ量が過剰であり、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌ量が少ないので、ビードが凸状になり、上脚部にアンダーカットが生じた。
ワイヤＮｏ．２８は、Ａｌ量が多いので、ビード形状に滑らかさがなくなり、止端部が膨らんだ形状となり、溶融スラグにおいても凝固むらが生じてスラグ剥離性が不良であった。また、Ｍｇ量が多いので、アークが荒くなり、スパッタ発生量も多かった。さらに、Ｍｎ量が多いので、溶着金属の引張強さが高く、延性低下に起因して吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．２９は、Ｓｎ量が少ないので、溶着金属の塗膜剥離及び膨れの面積率が大きく、塗膜傷部の平均腐食深さも深かった。また、Ｂｉ換算値が大きいので、ビード外観が不良となった。
【００５６】
ワイヤＮｏ．３０は、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が大きいので、スパッタ発生量が多く、スラグ剥離性、ビード形状及びビード外観が不良であった。また、Ｍｎ量が少ないので、ピットが発生し、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤＮｏ．３１は、Ｃｕ量が少ないので、溶着金属の塗膜剥離及び膨れの面積率が大きく、塗膜傷部の平均腐食深さも深かった。また、Ｆ換算値が小さいので、下板側下脚部のなじみ性が悪く、ビード形状が不良で、ピットも発生した。さらに、Ｂ量が多いので、クレータ割れが生じた。
【００５７】
ワイヤＮｏ．３２は、Ｓｎ量が少ないので、溶着金属の塗膜剥離及び膨れの面積率が大きく、塗膜傷部の平均腐食深さも深かった。また、Ｆ換算値が大きいので、スラグの粘性が低下し、ビード形状が凸状で、スラグ剥離性も不良であった。
ワイヤＮｏ．３３は、Ｍｇ量が少ないのでピットが発生した。また、Ｔｉ量が多いので、スパッタ発生量が多く、ビード表面にスラグが焼き付き、ビード外観が不良であった。
ワイヤＮｏ．３４は、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定になり大粒のスパッタ発生量が多く、ビード形状及びビード外観が不良となり、ピットも発生した。また、Ｎｉ量が多いので、クレータ割れが生じた。
【符号の説明】
【００５８】
１    母材（鋼材）
２    溶着金属
３    腐食試験片の採取位置
４    クロスカット
５    腐食試験片
【図１】
2018047486.tif 000005
【図２】
2018047486.tif 000006
【図３】
2018047486.tif 000007