(57)【要約】【課題】耐棒焼け性、塗装性に優れると共に、耐欠陥性に優れた溶接金属を得ることができる低水素系被覆アーク溶接棒を提供する。【解決手段】  低水素系被覆アーク溶接棒は、低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅを所定量含有し、残部が不可避的不純物であり、前記低水素系被覆アーク溶接棒の被覆剤中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、フラックス成分として、炭酸Ｃａ、金属弗化物、ＳｉＯ２を所定量含有し、前記被覆剤中に炭酸Ｃａ以外の炭酸塩がＣＯ２換算値で０．１質量％以下含有されており、前記低水素系被覆アーク溶接棒の直径を被覆径とし、心線の直径を心線径としたときの比である被覆径／心線径が１．５０〜１．８０、及び、前記被覆剤の密度が０．２００〜０．２６０（ｇ/ｃｍ３）のいずれか一方もしくは両方を満足する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分は、
Ｃ：０．０１〜０．１５質量％
Ｓｉ：０．５〜１．５質量％
Ｍｎ：０．４〜２．０質量％
Ｃｒ：３．０〜９．０質量％
Ｍｏ：０．０１〜１．５０質量％
Ｆｅ：５５〜７０質量％
を含有し、残部が不可避的不純物であり、
前記低水素系被覆アーク溶接棒の被覆剤中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、フラックス成分として、
炭酸Ｃａ：ＣＯ２換算値で１〜６質量％
金属弗化物：Ｆ換算値で１〜４質量％
ＳｉＯ２：５〜１５質量％
を含有し、
前記被覆剤中に炭酸Ｃａ以外の炭酸塩がＣＯ２換算値で０．１質量％以下含有されており、
前記低水素系被覆アーク溶接棒の直径を被覆径とし、心線の直径を心線径としたときの比である被覆径／心線径が１．５０〜１．８０、及び、前記被覆剤の密度が０．２００〜０．２６０（ｇ／ｃｍ３）のいずれか一方又は両方を満足することを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項２】
前記Ｃｒの含有量が、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、５．０〜９．０質量％であり、
前記低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、
Ｎｉ：１．０質量％以下
Ｔｉ：０．５質量％以下
Ｖ：０．５質量％以下
Ｎｂ：０．５質量％以下
を含有することを特徴とする請求項１に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項３】
前記低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、
Ｎ：０．１０質量％以下
を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項４】
前記低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、
Ｃｏ：２．０質量％以下
Ｗ：２．０質量％以下
を含有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低水素系被覆アーク溶接棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、主として火力発電ボイラ内の配管に適用される高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の溶接に、低水素系被覆アーク溶接棒が使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、金属炭酸塩：３０〜６０重量％、金属弗化物：１０〜３０重量％、その他に上記以外のアーク安定剤、スラグ生成剤、粘結剤を含む被覆剤を溶接棒全重量に対して２２〜４０重量％となるように鋼心線外周に被覆してなる被覆アーク溶接棒が開示されている。この被覆アーク溶接棒は、前記被覆剤中にＭｇ２Ｓｉ：０．１〜１０重量％を含有せしめ、且つこれら被覆剤と前記鋼心線中の両方又は一方には溶接棒全重量に対してＣ：０．０１〜０．１０重量％、Ｓｉ：０．４〜２．２重量％、Ｍｎ：１．０〜１．９重量％、Ｃｒ：５．９〜９．８重量％、Ｍｏ：０．３〜１．２重量％、Ｎ：０．０４〜０．０９重量％に加えて、Ｎｉ：０．２〜１．０重量％、Ｖ：０．１〜０．４重量％、Ｎｂ：０．０２〜０．１重量％及びＷ：１．１〜２．１重量％よりなる群から選択される１種又は２種以上の元素を含有せしめた９Ｃｒ系鋼溶接用低水素系被覆アーク溶接棒である。
【０００４】
特許文献１に記載の９Ｃｒ系鋼溶接用低水素系被覆アーク溶接棒は、被覆アーク溶接棒全重量に対する被覆剤の重量％（被覆率）の範囲を、２２〜４０重量％とし、被覆剤中に金属炭酸塩として炭酸Ｃａ、炭酸Ｂａ、炭酸Ｍｇ等を３０〜６０重量％添加することにより、良好な溶接作業性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−４２３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術においては以下の問題がある。
特許文献１に記載の被覆アーク溶接棒では、心線中にＣｒを含有する場合、溶接時の心線のジュール発熱に伴い被覆が分解し、いわゆる「棒焼け」とよばれる現象が発生する。これにより、健全な保護筒が形成されず、アーク安定性が劣化し、スパッタが増加する等、溶接作業性が著しく劣化する。そのため、所望の溶接金属が得られない。
【０００７】
また、従来の技術においては、本願のように、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用低水素系被覆アーク溶接棒として、棒焼けに対する耐性が飛躍的に改善する、即ち、被覆剤の設計を最適化することで耐棒焼け性を改善したというような知見は一切示唆されていない。
また、被覆アーク溶接棒においては、表面の凹凸が少なく外観が良好である優れた塗装性や、溶接金属の欠陥が生じないことも要求されている。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、耐棒焼け性、塗装性に優れると共に、耐欠陥性に優れた溶接金属を得ることができる低水素系被覆アーク溶接棒を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は前記の課題を解決すべく、即ち、従来よりも棒焼けの起こりにくい高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用低水素系被覆アーク溶接棒を開発すべく、種々の溶接棒について、実験研究を行った。具体的には、被覆アーク溶接棒についての規定と棒焼けの有無との関係を究明するために実験研究を行った。その結果、以下の事実が判明した。
【００１０】
１．耐棒焼け性は、溶接棒の直径を被覆径とし、心線の直径を心線径としたときの比である被覆径／心線径を適正化することによって向上する。
２．耐棒焼け性は、被覆剤の密度を適正化することによって向上する。
３．耐棒焼け性は、フラックス中の炭酸塩の種類を適正化することによって向上する。
【００１１】
１については、被覆径／心線径の値を増減させ棒焼けの有無を調査した。
２については、被覆剤の密度を変化させ、棒焼けの有無を調査した。
３については、フラックスの主要な構成成分である炭酸塩の種類を変化させ、棒焼けの有無を調査した。
本発明は、この調査結果に基づき成されたものである。
【００１２】
すなわち、本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒（以下、適宜、被覆アーク溶接棒あるいは、単に溶接棒という）は、低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分は、Ｃ：０．０１〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｍｎ：０．４〜２．０質量％、Ｃｒ：３．０〜９．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜１．５０質量％、Ｆｅ：５５〜７０質量％、を含有し、残部が不可避的不純物であり、前記低水素系被覆アーク溶接棒の被覆剤中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、フラックス成分として、炭酸Ｃａ：ＣＯ２換算値で１〜６質量％、金属弗化物：Ｆ換算値で１〜４質量％、ＳｉＯ２：５〜１５質量％、を含有し、前記被覆剤中に炭酸Ｃａ以外の炭酸塩がＣＯ２換算値で０．１質量％以下含有されており、前記低水素系被覆アーク溶接棒の直径を被覆径とし、心線の直径を心線径としたときの比である被覆径／心線径が１．５０〜１．８０、及び、前記被覆剤の密度が０．２００〜０．２６０（ｇ／ｃｍ３）のいずれか一方又は両方を満足することを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、低水素系被覆アーク溶接棒は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅを所定量含有することで、溶接金属の強度、クリープ強度、靭性、耐食性、耐欠陥性が向上し、また被覆剤の絶縁性が向上する。
また、低水素系被覆アーク溶接棒は、炭酸ＣａのＣＯ２換算値、金属弗化物のＦ換算値、ＳｉＯ２についての含有量を規定することで、溶接作業性、凝固スラグの剥離性が向上し、また、溶接金属のビード外観が良好となる。また、スパッタの発生が抑制される。
また、低水素系被覆アーク溶接棒は、被覆剤中に炭酸Ｃａ以外の炭酸塩がＣＯ２換算値で０．１質量％以下の含有であることで、耐棒焼け性が向上する。
また、低水素系被覆アーク溶接棒は、被覆径／心線径の規定、及び、被覆剤の密度の規定のいずれか一方又は両方を満たすことで、耐棒焼け性、塗装性が向上し、また、溶接金属の耐欠陥性が向上するとともに、ビード外観が良好となる。また、スパッタの発生が抑制される。
【００１４】
また、本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、前記Ｃｒの含有量が、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、５．０〜９．０質量％であり、前記低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、Ｎｉ：１．０質量％以下、Ｔｉ：０．５質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｎｂ：０．５質量％以下を含有することが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、低水素系被覆アーク溶接棒は、Ｃｒの含有量を５．０〜９．０質量％とすることで、耐食性がさらに向上する。また、低水素系被覆アーク溶接棒は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂを所定量含有することで、溶接金属のクリープ強度、靭性が向上する。
【００１６】
また、前記低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、Ｎ：０．１０質量％以下を含有することが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、低水素系被覆アーク溶接棒は、Ｎを所定量含有することで、溶接金属のクリープ強度、靭性、耐ブローホール性が向上する。
【００１８】
また、前記低水素系被覆アーク溶接棒全体中に、前記低水素系被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、Ｃｏ：２．０質量％以下、Ｗ：２．０質量％以下を含有することが好ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、低水素系被覆アーク溶接棒は、Ｃｏ、Ｗを所定量含有することで、溶接金属のクリープ強度、靭性が向上する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、耐棒焼け性に優れるため、優れた溶接作業性を確保することができる。また、本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、塗装性に優れたものであり、また、耐欠陥性に優れた溶接金属を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の被覆アーク溶接棒は、心線及び被覆剤の一方又は双方の中に、被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅを所定量含有する。また、被覆アーク溶接棒は、被覆剤中に、被覆アーク溶接棒全質量当たり、フラックス成分として、炭酸Ｃａ、金属弗化物、ＳｉＯ２を所定量含有する。なお、炭酸ＣａはＣＯ２換算値、金属弗化物はＦ換算値としたものである。
また、被覆アーク溶接棒は、被覆剤中に炭酸Ｃａ以外の炭酸塩を実質的に含有していない。
さらに、被覆アーク溶接棒は、被覆アーク溶接棒の直径を被覆径とし、心線の直径を心線径としたときの比である被覆径／心線径が１．５０〜１．８０、及び、被覆剤の密度が０．２００〜０．２６０（ｇ/ｃｍ３）のいずれか一方もしくは両方を満足する。
【００２２】
以下、各合金元素の添加理由及び組成限定理由について詳細に説明する。これらの元素は、心線及び被覆剤のいずれに添加してもよく、両方に添加してもよい。
【００２３】
［Ｃ：０．０１〜０．１５質量％］
Ｃはオーステナイトを安定化させる元素のひとつであり、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。また、Ｃは低靱性となるδフェライトの抑制作用を有する。Ｃ含有量が０．０１質量％未満では、これらの効果が発揮されない。一方、０．１５質量％を超えると、凝固割れ感受性が高まり、また炭化物析出量が増大して溶接金属の強度を高め、靭性を劣化させる。したがって、Ｃ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．０１〜０．１５質量％とする。Ｃ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、好ましくは０．１２質量％以下である。なお、Ｃは被覆剤から添加する場合は、他の金属原料に含有させて添加することができる。
【００２４】
［Ｓｉ：０．５〜１．５質量％］
Ｓｉは脱酸剤として機能して溶接金属の強度及び靭性を向上させる。また、Ｓｉはクレータ形成に大きな影響を与え、立向き上進溶接には不可欠の成分である。Ｓｉ含有量が０．５質量％未満では、これらの効果が発揮されない。一方、１．５質量％を超えると、過剰な強度上昇が生じ、靱性を劣化させる。したがって、Ｓｉ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．５〜１．５質量％とする。Ｓｉ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、好ましくは１．０質量％以下である。なお、Ｓｉは被覆剤から添加する場合、Ｆｅ−Ｓｉ等により添加することができる。
【００２５】
［Ｍｎ：０．４〜２．０質量％］
ＭｎはＡ１変態点及びベイナイト変態開始温度を低下させてベイナイト組織を微細化し、Ｓｉ同様に脱酸剤として機能して溶接金属の強度及び靭性を向上させる。Ｍｎ含有量が０．４質量％未満では、これらの効果が発揮されない。一方、２．０質量％を超えると、クリープ強度の劣化を引き起こす。したがって、Ｍｎ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．４〜２．０質量％とする。Ｍｎ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、好ましくは１．５質量％以下である。なお、Ｍｎは被覆剤から添加する場合、Ｆｅ−Ｍｎ、金属Ｍｎ等により添加することができる。
【００２６】
［Ｃｒ：３．０〜９．０質量％］
Ｃｒは溶接金属の耐食性を向上させると共に、固溶強化によるクリープ強度を維持する効果を有する。Ｃｒ含有量が３．０質量％未満では、これらの効果が発揮されない。一方、９．０質量％を超えると、δフェライトの析出により靭性を劣化させる。したがって、Ｃｒ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり３．０〜９．０質量％とする。特に、より高い耐食性が要求される場合は、Ｃｒ含有量は、５．０〜９．０質量％とすることが好ましい。なお、Ｃｒは被覆剤から添加する場合、Ｆｅ−Ｃｒ、金属Ｃｒ等として添加することができる。
【００２７】
［Ｍｏ：０．０１〜１．５０質量％］
ＭｏはＰＷＨＴ（Post Weld Heat Treatment：溶接後熱処理）過程でＣｒ系炭化物中あるいは母相中に固溶して溶接金属のクリープ強度を維持する効果を有する。Ｍｏ含有量が０．０１質量％未満では、その効果が発揮されない。一方、１．５０質量を超えると、過剰な強度の上昇により靭性を劣化させる。したがって、Ｍｏ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．０１〜１．５０質量％とする。Ｍｏ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、好ましくは１．０質量％以下である。なお、Ｍｏは被覆剤から添加する場合、Ｆｅ−Ｍｏ合金等として添加することができる。
【００２８】
［Ｆｅ：５５〜７０質量％］
Ｆｅは心線及び、被覆剤中の鉄粉又はＦｅ合金として添加することができる。Ｆｅ含有量が５５質量％未満では、スラグ量が過大になりスラグ巻込み等の欠陥が発生しやすくなる。一方、７０質量％を超えると、被覆剤の絶縁性が劣化する。したがって、Ｆｅ含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり５５〜７０質量％とする。
【００２９】
被覆アーク溶接棒は、心線及び被覆剤の一方又は双方の中に、被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂを所定量含有することが好ましい。また、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂを所定量含有する場合、Ｃｒ含有量を、被覆アーク溶接棒全質量当たり、５．０〜９．０質量％とすることが好ましい。なお、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂは、これらの成分のうち、いずれか一種以上を含有するものであってもよい。
【００３０】
［Ｎｉ：１．０質量％以下］
Ｎｉは必須元素ではないが、オーステナイトを安定化させる元素として機能し、低靱性となるδフェライト相の残存を抑制する。一方、過剰になるとクリープ強度を劣化させる。よって、Ｎｉは、δフェライト相が析出しやすい成分系の場合は、被覆アーク溶接棒全質量あたり１．０質量％を超えない範囲で添加することが好ましい。Ｎｉ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、より好ましくは０．６質量％以下である。なお、Ｎｉは被覆剤から添加する場合、金属Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇ等で添加することができる。
【００３１】
［Ｔｉ：０．５質量％以下］
Ｔｉは必須元素ではないが、溶接時の凝固過程及びＰＷＨＴ時に微細な炭窒化物を形成し、クリープ強度を向上させる。一方、過剰になると溶接金属の強度が著しく高まり、靭性を劣化させる。よって、Ｔｉは、より高いクリープ強度が要求される場合は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．５質量％を超えない範囲で添加することが好ましい。Ｔｉ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、より好ましくは０．３質量％以下である。なお、Ｔｉは被覆剤から添加する場合、Ｆｅ−Ｔｉ等で添加することができる。
【００３２】
［Ｖ：０．５質量％以下］
Ｖは必須元素ではないが、ＰＷＨＴ過程で炭窒化物を形成し、溶接金属のクリープ強度を向上させる。一方、過剰になると炭窒化物の析出量が著しく増加して溶接金属の強度が高まり、靱性を劣化させる。よって、Ｖは、より高いクリープ強度が要求される場合は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．５質量％を超えない範囲で添加することが好ましい。Ｖ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、より好ましくは０．３質量％以下である。なお、Ｖは被覆剤から添加する場合、Ｆｅ−Ｖ等で添加することができる。
【００３３】
［Ｎｂ：０．５質量％以下］
Ｎｂは必須元素ではないが、Ｖ同様にＰＷＨＴ過程で炭窒化物を形成し、溶接金属のクリープ強度を向上させる。一方、過剰になると炭窒化物の析出量が著しく増加して溶接金属の強度が高まり、靱性を劣化させる。よって、Ｎｂは、より高いクリープ強度が要求される場合は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．５質量％を超えない範囲で添加することが好ましい。Ｎｂ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、より好ましくは０．３質量％以下、さらに好ましくは０．１質量％以下である。なお、Ｎｂは被覆剤から添加する場合、Ｆｅ−Ｎｂ等で添加することができる。
【００３４】
被覆アーク溶接棒は、心線及び被覆剤の一方又は双方の中に、被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、Ｎを所定量含有することが好ましい。
【００３５】
［Ｎ：０．１０質量％以下］
Ｎは必須元素ではないが、ＰＷＨＴ過程でＣｒ等と結合して炭窒化物を形成し、溶接金属のクリープ強度を向上させる。一方、過剰になると炭窒化物の析出量が増加して溶接金属の強度が高まり、靱性を劣化させる。さらに、Ｎ含有量が多くなると溶接時の溶融金属中にＮ２ガスが発生し、ブローホールを発生させる。よって、Ｎは、より高いクリープ強度が要求される場合は、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．１０質量％を超えない範囲で添加することが好ましい。Ｎ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、より好ましくは０．０５質量％以下である。なお、Ｎは被覆剤から添加する場合、Ｃｒ−Ｎ等で添加することができる。
【００３６】
被覆アーク溶接棒は、心線及び被覆剤の一方又は双方の中に、被覆アーク溶接棒全質量当たり、合金成分として、さらに、Ｃｏ、Ｗを所定量含有することが好ましい。なお、Ｃｏ、Ｗは、これらの成分のうち、いずれか一種以上を含有するものであってもよい。
【００３７】
［Ｃｏ：２．０質量％以下］
Ｃｏは必須元素ではないが、オーステナイトを安定化させる元素として機能し、δフェライト相の残存を抑制する。一方、過剰になると溶接金属の強度が著しく向上し、靱性を劣化させる。よって、Ｃｏは、δフェライト相が析出しやすい成分系の場合は、被覆アーク溶接棒全質量あたり２．０質量％を超えない範囲で添加することが好ましい。Ｃｏ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、より好ましくは１．０質量％以下である。また、前記の効果をより向上させる観点から、０．１質量％以上添加することが好ましい。なお、Ｃｏは被覆剤から添加する場合、金属Ｃｏ等で添加することができる。
【００３８】
［Ｗ：２．０質量％以下］
Ｗは必須元素ではないが、Ｍｏと同様に、固溶強化によりクリープ強度を維持する効果を有する。一方、過剰になると強度の上昇とδフェライトの析出により靭性を劣化させる。よって、Ｗは、より高いクリープ強度が要求される場合は、被覆アーク溶接棒全質量あたり２．０質量％を超えない範囲で添加することが好ましい。Ｗ含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、より好ましくは１．５質量％以下である。なお、Ｗは被覆剤から添加する場合、Ｆｅ−Ｗ等で添加することができる。
【００３９】
［その他の成分］
合金成分のうち、その他の成分として、Ｐ及びＳ等の不可避的不純物が挙げられるが、これらの成分はできるだけ抑制することが好ましい。
【００４０】
次に、被覆剤中（フラックス中）の各元素の添加理由及び組成限定理由について詳細に説明する。
［炭酸ＣａのＣＯ２換算値：１〜６質量％］
炭酸Ｃａの含有量がＣＯ２換算値で１質量％未満では、溶融スラグの粘性が低くなりすぎて溶接中にスラグが先行しやすくなり溶接作業性が劣化する他、凝固スラグ剥離性が劣化する。一方、６質量％を超えると、溶融スラグ粘性が高くなりすぎてスパッタが増加すると共にビード外観も悪くなる。したがって、炭酸Ｃａの含有量は、ＣＯ２換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり１〜６質量％とする。炭酸Ｃａの含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、ＣＯ２換算値で、好ましくは５質量％以下である。
【００４１】
本発明では、金属炭酸塩は炭酸Ｃａのみを使用し、被覆剤中に炭酸Ｃａ以外の炭酸塩を実質的に含有しないものとする。その理由は、フラックス中の金属炭酸塩として炭酸Ｃａよりも分解温度の低い炭酸Ｂａや炭酸Ｍｇ並びに炭酸Ｓｒを単独又は同時に用いた場合、棒焼けが発生するためである。耐棒焼け性を維持するためには、適用する金属炭酸塩を実質的に炭酸Ｃａのみとする必要がある。なお、実質的に含有しないとは、炭酸Ｃａ以外の金属炭酸塩の含有量を、被覆アーク溶接棒全質量あたり０．１質量％以下に抑えることをいう。すなわち、実質的に含有しないとは、炭酸Ｃａ以外の炭酸塩が、不可避的不純物としてＣＯ２換算で０．１質量％以下含有されていることを意味する。炭酸Ｃａ以外の炭酸塩は、ＣＯ２換算で０．１質量％までの含有であれば耐棒焼け性を劣化させることがない。
【００４２】
［金属弗化物のＦ換算値：１〜４質量％］
金属弗化物の含有量がＦ換算値で１質量％未満では、溶融スラグの粘性が高くなりすぎてビード外観が劣化する。一方、４質量％を超えると、溶融スラグの粘性が低くなりすぎて溶接作業性が劣化する。したがって、金属弗化物の含有量は、Ｆ換算値で、被覆アーク溶接棒全質量あたり１〜４質量％とする。金属弗化物の含有量は、過剰添加による前記の不具合をより抑制する観点から、Ｆ換算値で、好ましくは３質量％以下である。なお、金属弗化物は、ＣａＦ２等で添加することができる。
【００４３】
［ＳｉＯ２：５〜１５質量％］
ＳｉＯ２含有量が５質量％未満では、溶接作業性が劣化すると共にビード外観も悪くなる。一方、１５質量％を超えると、溶融スラグの粘性が低くなって凝固スラグの剥離性が劣化する他、スパッタ発生量も増加する。したがって、ＳｉＯ２含有量は、被覆アーク溶接棒全質量あたり５〜１５質量％とする。
【００４４】
［その他の成分］
その他の成分として被覆剤中には、炭酸Ｃａ、金属弗化物、ＳｉＯ２以外のアーク安定剤及びスラグ生成剤（ＭｇＯ等）と、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物が含まれる。
【００４５】
以下、被覆径／心線径、及び被覆剤の密度の数値限定理由について詳細に説明する。
これらの規定については、いずれか一方もしくは両方を満足しなければならない。
【００４６】
［被覆径／心線径：１．５０〜１．８０］
被覆径／心線径の規定は、被覆剤の密度が規定を満たさない場合は、１．５０〜１．８０とする。被覆径／心線径が１．５０未満では、棒焼けにより保護筒としての機能が不十分になり、アーク安定性が劣化し、スパッタが増加するだけでなく、生成スラグ量の不足によってビード外観が劣化する。一方、１．８０を超えると、スラグ量が多くなりすぎるためにスラグ巻込み等の欠陥が発生しやすくなると共に、開先幅の狭い溶接継手に適用した場合に運棒が困難になる。したがって、被覆径／心線径は１．５０〜１．８０とする。被覆径／心線径は、前記の効果をより向上させる観点から、好ましくは１．５５以上、より好ましくは１．６０以上である。
ただし、被覆剤の密度が規定を満たしていれば、被覆径／心線径は前記規定を満たさなくても問題ない。
【００４７】
なお、本願ではＡＷＳに規定された公称径２．５〜５．０ｍｍの心線を対象とする。被覆径は、溶接棒中央部を直角に交わる２軸の直径をマイクロメータにて測定し、その平均値とした。心線径は、心線中央部を直角に交わる２軸の直径をマイクロメータにて測定し、その平均値とした。
【００４８】
［被覆剤の密度：０．２００〜０．２６０（ｇ/ｃｍ３）］
被覆剤の密度は、被覆径／心線径が規定を満たさない場合は、０．２００〜０．２６０（ｇ/ｃｍ３）とする。本願において、被覆剤の密度の調整はフラックスの主要構成原料である炭酸塩の粒度を調整することにより行う。すなわち、炭酸塩として粒度の粗い炭酸塩（粒度構成：７５μｍ以下の構成比が４０％，７５μｍを超え１０６μｍ以下の構成比が２０％，１０６μｍを超え１５０μｍ以下の構成比が２０％，１５０μｍ超の構成比が２０％）を多く適用することにより被覆剤の密度を低下させることができ、炭酸塩として粒度の細かい炭酸塩（粒度構成：７５μｍ以下の構成比が１００％）を多く適用することにより被覆剤の密度を上昇させることができる。なお、被覆剤の実際の製品の製造においては、被覆剤中の炭酸塩の粒度のみならず、他のフラックスの粒度によっても影響される。また一般に、塗装時の製造条件として、塗装の圧力が大きい場合には密度も大きく、圧力が小さい場合には密度も小さくなる傾向がある。
【００４９】
被覆剤の密度が０．２００ｇ/ｃｍ３未満では、被覆棒の塗装性が劣化し、表面の凹凸が激しくなり、被覆棒の外観が劣化する。一方、０．２６０ｇ/ｃｍ３を超えると、被覆剤の放熱性が劣化し棒焼けが発生しやすくなる。そして、棒焼けにより保護筒としての機能が不十分になり、アーク安定性が劣化し、スパッタが増加する。したがって、被覆剤の密度は０．２００〜０．２６０（ｇ/ｃｍ３）とする。
ただし、被覆径／心線径が規定を満たしていれば、被覆剤の密度は前記規定を満たさなくても問題ない。
【００５０】
なお、ここでいう被覆剤の密度ｄは、溶接棒１本当たりの被覆剤の質量をＭｆ、体積をＶｆとすると、
ｄ＝Ｍｆ／Ｖｆ（ｇ／ｃｍ３）で求められる値である。ここで、
Ｍｆ＝Ｍｅ−Ｍｒ（ｇ）
Ｖｆ＝｛（Ｄｅ／２）−（Ｄｒ／２)｝２×π×Ｌ （ｃｍ３）
Ｍｅ：溶接棒単重（ｇ）
Ｍｒ：心線単重（ｇ）
Ｄｅ：被覆径（ｃｍ）
Ｄｒ：心線径（ｃｍ）
Ｌ：被覆長（ｃｍ）
である。
【００５１】
＜被覆アーク溶接棒の製造方法＞
本発明の被覆アーク溶接棒は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、前記した被覆剤を珪酸ソーダ、珪酸カリで代表される水ガラス等の粘結剤により、鋼心線の周囲に通常の溶接棒塗装機により被覆塗装する。その後、水分を除去するため、４００〜５５０℃で焼成する。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明の範囲に入る実施例について、その効果を本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
心線全質量当たり、Ｃｒを２．０〜１０．０質量％含有する心線の外周に被覆剤を塗布し、表１、２に示す被覆径／心線径、被覆剤の密度、被覆剤中の炭酸塩の種類及び化学成分組成の被覆アーク溶接棒を製造した。得られた各種溶接棒を用いて、Ｃｒ−Ｍｏ鋼板を母材として溶接実験を行い、表３の結果を得た。全供試材（Ｎｏ.１〜２９）について心線径＝３．２ｍｍにて評価したのち、心線径＝３．２ｍｍにて各項目が良好であったものは、心線径＝２．５ｍｍ、４．０ｍｍ及び５．０ｍｍにおいて同様の特性を有することを別途確認している。
【００５３】
溶接条件は以下のとおりである。
[溶接条件]
使用電流：心線径  φ２．５ｍｍ：４０〜１００Ａ
心線径  φ３．２ｍｍ：６０〜１３０Ａ
心線径  φ４．０ｍｍ：８０〜１７０Ａ
心線径  φ５．０ｍｍ：１５０〜２３０Ａ
予熱パス間温度：２００〜２５０℃
溶接姿勢：全姿勢（全供試材（Ｎｏ.１〜２９）について立向上進にて評価したのち、立向上進にて各項目が良好であったものは全姿勢において同様の特性を有することを別途確認している。）
【００５４】
溶接実験において、以下の項目を目視で確認し、官能評価を行った。
［耐棒焼け性］
溶接棒の残り長さが５０ｍｍＬになるまで溶接した時、棒焼けが発生せず保護筒が形成されていたものを○、棒焼けが発生し保護筒が形成されていなかったものを×と評価した。なお、心線の長さは、φ２．５ｍｍが３００ｍｍＬ、φ３．２ｍｍが３５０ｍｍＬ、φ４．０ｍｍ及びφ５．０ｍｍが４００ｍｍＬのものを使用した。
【００５５】
［スラグ巻込み］
交流、直流いずれの極性においてもスラグ巻込みが発生しないものを○、スラグ巻込みが発生するものを×と評価した。
【００５６】
［塗装性］
いずれの被覆径においても塗装性が良好であるものを○、良好でないものを×と評価した。
【００５７】
［総合評価］
上記３つの項目のうち、すべての項目が○以上であるものを○、いずれかひとつの項目でも×があるものを×と評価した。
【００５８】
被覆アーク溶接棒の規定を表１、２に示し、評価結果を表３に示す。なお、表１において、本発明の範囲を満たさないものは数値等に下線を引いて示す。また、表２において、「−」は成分を含有しないものである。また、フラックス成分には、アーク安定剤及びスラグ生成剤（ＭｇＯ等）と、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物が含まれ、合金成分には、Ｐ及びＳ等の不可避的不純物が含まれる。また、表１の炭酸塩はＣＯ２換算値である。なお、表１、２において、フラックス成分及び合金成分は、溶接棒全質量あたりの含有量である。
【００５９】
【表１】
2018176283.tif 000002
【００６０】
【表２】
2018176283.tif 000003
【００６１】
【表３】
2018176283.tif 000004
【００６２】
表１〜３に示すように、Ｎｏ.１〜１８、２７〜２９は本発明の範囲を満たしており、全ての評価項目で良好な結果を得られた。
一方、Ｎｏ.１９〜２６は本発明の範囲を満たしていないため、以下の結果となった。
【００６３】
Ｎｏ.１９は、被覆径／心線径及び被覆剤の密度のいずれも規定を外れた。よって、被覆径／心線径が下限値未満のため、棒焼けが発生した。また、被覆剤の密度が下限値未満のため、塗装性が劣った。
Ｎｏ.２０は、被覆径／心線径及び被覆剤の密度のいずれも規定を外れた。よって、被覆径／心線径が下限値未満かつ被覆剤の密度が上限値を超えるため、棒焼けが発生した。
【００６４】
Ｎｏ.２１は、被覆径／心線径及び被覆剤の密度のいずれも規定を外れた。よって、被覆径／心線径が上限値を超えるため、スラグ巻込みが発生した。また、被覆剤の密度が下限値未満のため、塗装性が劣った。
Ｎｏ.２２は、被覆径／心線径及び被覆剤の密度のいずれも規定を外れた。よって、被覆径／心線径が上限値を超えるため、スラグ巻込みが発生した。また、被覆剤の密度が上限値を超えるため、棒焼けが発生した。
Ｎｏ.２３〜２６は、被覆剤中に炭酸Ｃａ以外の炭酸塩を含有しているため、棒焼けが発生した。なお、Ｎｏ.２６の炭酸Ｍｇは、０．１質量％を超えるものである。
【００６５】
なお、本発明は、被覆径／心線径の値、被覆剤の密度、及び、炭酸塩の種類に特徴を有するものであるため、合金成分及びフラックス成分の含有量が規定を外れる比較例は記載していない。これらが規定を外れる場合は、各合金元素の添加理由及び組成限定理由、及び、被覆剤中（フラックス中）の各元素の添加理由及び組成限定理由で説明したとおりである。
【００６６】
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。