(57)【要約】【課題】耐低温割れ性に優れ、高温強度に優れた溶接金属が得られ、且つスパッタの発生量が少なくその他の溶接作業性にも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、及び溶接継手の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係るガスシールドアーク溶接用フラックスワイヤは、合金成分としてＣ：０．００３〜０．１５０％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．４０〜３．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：１．５０〜１３．００％、及びＭｏ：０．１０〜２．５０％を含有し、弗化物：Ｆ換算値で０．１０％超０．３０％以下、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．０１〜０．４０％、及びＮａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ換算値及びＫ換算値の合計で０．０６〜０．３５％を含有し、残部が鋼製外皮、鉄粉、及び鉄合金粉のいずれか一種以上の形態としてのＦｅと不純物とからなる。【選択図】図１
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【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、
前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、合金成分として、
Ｃ：０．００３〜０．１５０％、
Ｓｉ：０．０５〜２．００％、
Ｍｎ：０．４０〜３．５０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：１．５０〜１３．００％、及び
Ｍｏ：０．１０〜２．５０％を含有し、
さらに、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、
弗化物：Ｆ換算値の合計で０．１０％超０．３０％以下、
Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．０１〜０．４０％、及び
Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ換算値及びＫ換算値の合計で０．０６〜０．３５％
を含有し、
残部が前記鋼製外皮、鉄粉、及び鉄合金粉のいずれか一種以上の形態としてのＦｅと不純物とからなる
ことを特徴する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】
さらに、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、
Ｖ：０．５０００％以下、
Ｎｂ：０．５０％以下、
Ｔｉ：０．５０％以下、及び
Ｔａ：０．５０％以下
からなる群から選択される１種以上を含有する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ス入りワイヤ。
【請求項３】
さらに、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、
Ｃｕ：１．００％以下、
Ｎｉ：３．０％以下、
Ｃｏ：５．００％以下、及び
Ｂ：０．０２００％以下
からなる群から選択される１種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の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】
さらに、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、
Ｗ：４．００％以下
を含有す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５】
さらに、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、
Ｃａ：０．５００％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．８０％以下、及び
Ａｌ：０．４００％以下
からなる群から選択される１種以上を含有す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６】
さらに、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、
Ｚｒ化合物：Ｚｒ換算値で０〜０．３０％
を含有す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７】
前記鋼製外皮がスリット状の隙間のない形状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８】
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１〜６のいずれか一項に記載の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９】
前記鋼製外皮の外表面に送給潤滑剤をさらに備え、
前記送給潤滑剤の、前記フラックス入りワイヤ１０ｋｇ当たりの量が０．２０〜１．００ｇ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１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて、鋼材を溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【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フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電ボイラや石油化学精製装置等の耐熱、耐圧配管に用いられる高温材料としては、フェライト系耐熱鋼ならびにオーステナイト系耐熱鋼がよく知られている。フェライト系耐熱鋼は、Ｃｒを数％〜１２％、及びＭｏを数％含むことを特徴とする。オーステナイト系耐熱鋼に比べて熱膨張係数が小さくかつ安価であることから、使用環境に応じて様々なフェライト系耐熱鋼が多量に使用されている。
【０００３】
これらフェライト系耐熱鋼を使用する場合、溶接によりこれを組み立てて、構造物とするのが一般的である。そして、溶接に際しては、母材であるフェライト系耐熱鋼と類似の合金成分を有し、類似の組織を形成可能なフェライト系耐熱鋼用溶接材料が広く使用されている。
【０００４】
ところで、これらのフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて溶接する場合、例えば、非特許文献１に記載の通り、溶接低温割れが問題となることが広く知られている。それを防止するため、非特許文献１に併せて示されるように、溶接前に被溶接部を予熱する作業が取られている。
【０００５】
また、特許文献１には、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の溶接低温割れを防止するために、被覆アーク溶接、ＴＩＧ溶接、サブマージアーク溶接などの溶接法に関わらず、１５０〜３００℃の予熱を行うとの具体的な方法が示されている。さらに、特許文献１では、溶接低温割れを防止するためには、溶接終了後に溶接部が３００℃未満に冷却される前に溶接部を母材厚さ２５ｍｍあたり、１５０〜３００℃の温度に１０分以上２時間以下に保持する直後熱が必要であることが記載されている。
【０００６】
しかしながら、これら文献に示されている予熱作業は被溶接部を高温に加熱するため、溶接効率を著しく損ない、溶接コストを増大させる。そのため、予熱作業の省略もしくは予熱温度の低下等が望まれている。加えて、直後熱も、溶接後に溶接部が冷却される前に溶接部を高温に加熱、保持する必要があるため、省略が望まれる。
【０００７】
予熱や直後熱の省略を可能とする溶接材料について、例えば、特許文献２には、Ｃなどの合金元素の量を調整し、さらにＣｒおよびＭｏをそれぞれ０．８〜１．５％および０．４〜１．２％含むＴＩＧ溶接材料が提案されている。しかしながら、ここで提案されている技術は、元々、低温割れが問題となりにくいＴＩＧ溶接に使用するソリッドワイヤに関するものであり、近年、適用範囲が広がりつつあるフラックス入りワイヤに適用し得るものではない。
【０００８】
一方、特許文献３には、必須元素としてＣｏを０．１〜１０．０％含有し、Ｍｏを任意に０．１〜３．０％含有する溶接材料用鋼材が開示されている。特許文献３では、Ｃｏの含有を必須とした上記溶接材料用鋼材を用いて製造される被覆アーク溶接材料やフラックス入りワイヤを用いることにより、予熱が省略できるとされている。また、特許文献４には、外皮又はフラックスにＶを含有させることにより、耐低温割れ性を向上させた４９０〜７８０ＭＰａ級高張力用フラックス入りワイヤが提案されている。しかしながら、特許文献３に提案されている溶接材料は高価なＣｏの含有を必須としている点で産業利用上好ましくない。特許文献４については、高温での溶接金属の強度については何ら考慮がなされていない。
【０００９】
特許文献５は、フラックス入りワイヤにＣａＦ２主体とする弗化物を添加することで、溶接金属中に含まれる拡散性水素量を低減させ、耐低温割れ性を改善した画期的な技術を開示している。しかしながら、特許文献５では溶接金属の高温強度を確保するための手段について検討されていない。
【００１０】
本発明者らは、前記した課題を解決するために調査を行った結果、フラックス入りワイヤにおいて、フラックス中の弗化物量を適正な範囲に管理することで、溶接金属中の拡散性水素量を低減し、予熱作業が簡略化できること、さらに、ワイヤ全体として合金成分を所定の範囲とすることで、必要な高温強度との両立が可能となることが分かった。
【００１１】
その結果、高温強度および耐低温割れ性について良好な溶接部を有する溶接継手が得られた。しかし、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスである溶接作業に、上述のフラックス入りワイヤを用いた場合には、スパッタが多発し、作業性が著しく悪いという問題が起こった。１００％ＣＯ２シールドガスは、Ａｒ−ＣＯ２混合シールドガスに比べて、安価であるので、１００％ＣＯ２シールドガスを用いる溶接に適用可能なフラックス入りワイヤの提供が求められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】現在溶接技術体系＜第１４巻＞  耐熱鋼・耐熱材料の溶接、産報出版株式会社（１９８０）、Ｐ．５５−５８
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平８−１６４４８１号公報
【特許文献２】特開２００２−１５７９号公報
【特許文献３】特開２００６−９０７０号公報
【特許文献４】特開平８−２５７７８５号公報
【特許文献５】特開２０１５−２７７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、耐低温割れ性に優れ、高温強度に優れた溶接金属が得られ、スパッタの発生量が少なく、且つその他の溶接作業性も良好なフラックス入りワイヤ、及び溶接継手の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の要旨は次のとおりである。
【００１６】
（１）本発明の一態様にかかるガスシールドアーク溶接用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、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、合金成分として、Ｃ：０．００３〜０．１５０％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．４０〜３．５０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：１．５０〜１３．００％、及びＭｏ：０．１０〜２．５０％を含有し、さらに、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、弗化物：Ｆ換算値の合計で０．１０％超０．３０％以下、Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．０１〜０．４０％、及びＮａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ換算値及びＫ換算値の合計で０．０６〜０．３５％を含有し、残部が前記鋼製外皮、鉄粉、及び鉄合金粉のいずれか一種以上の形態としてのＦｅと不純物とからなる。
（２）上記（１）に記載の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、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、Ｖ：０．５０００％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下、及びＴａ：０．５０％以下からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の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、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、Ｃｕ：１．００％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｏ：５．００％以下、及びＢ：０．０２００％以下からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の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、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、Ｗ：４．００％以下を含有してもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の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、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、Ｃａ：０．５００％以下、ＲＥＭ：０．０１００％以下、Ｍｇ：０．８０％以下、及びＡｌ：０．４００％以下からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の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、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、Ｚｒ化合物：Ｚｒ換算値で０〜０．３０％を含有してもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接用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のない形状であってもよい。
（８）上記（１）〜（６）のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接用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。
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮の外表面に送給潤滑剤をさらに備え、前記送給潤滑剤の、前記フラックス入りワイヤ１０ｋｇ当たりの量が０．２０〜１．００ｇであってもよい。
（１０）本発明の別の態様にかかる溶接継手の製造方法は、上記（１）〜（９）のいずれかに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いて、鋼材を溶接する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、高温強度に優れた溶接金属を得ることができ、耐低温割れ性が優れ、さらに、スパッタの発生量が少なく溶接作業性が良好なガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を提供することができる。特に本発明は、高温強度が必要とされる部材に使用されるフェライト系耐熱鋼の溶接、及びシールドガスが１００％ＣＯ２である溶接に適用された場合であっても、耐低温割れ性に優れ、スパッタ発生が少なく、高い溶接施工効率で溶接可能であるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るワイヤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、高温強度が求められる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、種々のスラグ成分量を変えて実験した。その結果、本発明者らは、Ｃｒを１．５０〜１３．００％含有したフラックス入りワイヤを用いて鋼材を溶接した場合に問題となる低温割れを改善することができ、かつ、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスである溶接に用いられた場合でもスパッタの発生量を抑制することができる成分系を見出した。
【００２０】
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、スラグ成分と合金成分とに分けて説明する。なお、フラックス入りワイヤについての説明中の成分の含有量は、特に断りが無い限り、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％とする。
本実施形態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、鋼製外皮と、鋼製外皮に包まれたフラックスとを有する。鋼製外皮の内部に充填されるフラックスは、弗化物、及び酸化物等のスラグ成分と、金属粉及び合金粉等の合金成分とを含む。また、充填率の調整のために、フラックスは鉄粉を含む場合もある。最初に、ワイヤの鋼製外皮の内部に挿入されるフラックスについて説明する。
【００２１】
［弗化物：Ｆ換算値の合計で０．１０％超０．３０％以下］
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、弗化物を含み、その含有量はＦ換算値によって管理される。「フラックス入りワイヤ中の弗化物の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Ｆの、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量を意味する。即ち、フラックス入りワイヤのＦ換算値とは、フラックス入りワイヤのＦ含有量である。なお、後述するＫ化合物、Ｎａ化合物、及びＺｒ化合物の含有量も、Ｋ換算値、Ｎａ換算値、及びＺｒ換算値によって管理される。即ち、後述する「フラックス入りワイヤ中のＫ化合物のＫ換算値」、「フラックス入りワイヤ中のＮａ化合物のＮａ換算値」、及び「フラックス入りワイヤ中の弗化物のＺｒ換算値」も、同様に、フラックス入りワイヤ中に含まれるＫ化合物に含まれるＫ、Ｎａ化合物に含まれるＮａ、及びＺｒ化合物に含まれるＺｒの、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量をそれぞれ意味する。
【００２２】
Ｆは、ＣａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＡｌＦ３等の弗化物としてフラックス入りワイヤに含有され、溶接金属の拡散性水素量を低減して低温割れを防止する効果を有する。Ｆ含有量が０．１０％以下である場合、低温割れを十分に抑制することができない。また、ＮａＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＡｌＦ３、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＭｇＦ２等は、含有量が適切であれば、アーク安定剤としての働きも有する。一方、弗化物はスパッタを増大させる働きを有し、特にＦ含有量が０．３０％を超えると、アークが荒く不安定になり、スパッタ発生量が許容上限を超える。従って、Ｆ含有量は０．１０％超０．３０％以下とする。Ｆ含有量の下限値を０．１１％、または０．１２％としてもよい。Ｆ含有量の上限値を０．２５％、または０．２７％としてもよい。
【００２３】
［Ｓｉ酸化物：ＳｉＯ２換算値で０．０１〜０．４０％］
Ｓｉは、珪砂（ＳｉＯ２）、ジルコンサンド（ＺｒＳｉＯ４）、珪酸ソーダ（Ｎａ２ＳｉＯ３）、及び珪酸カリウム（Ｋ２ＳｉＯ３）等のＳｉ酸化物としてフラックス入りワイヤのフラックスに含まれた場合、溶融スラグの粘性を高めてスラグ被包性を向上させてビード止端部のなじみを良好にし、ビード外観及び形状を良好にする働きを有する。
【００２４】
以上の事情に鑑みて、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｓｉ酸化物の量がＳｉＯ２換算値で０．０１〜０．４０％の範囲内とされる。Ｓｉ酸化物の量がＳｉＯ２換算値で０．０１％未満であると、溶接ビードのビード止端部のなじみが悪くなり、ビード外観及びビード形状が悪くなる。Ｓｉ酸化物の量がＳｉＯ２換算値で０．４０％を超えると、溶接時に生成するスラグ量が増加してスラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。Ｓｉ酸化物含有量の下限値をＳｉＯ２換算値で０．０２％、又は０．０５％としてもよい。Ｓｉ酸化物含有量の上限値をＳｉＯ２換算値で０．３５％、又は０．３０％としてもよい。
【００２５】
なお、「フラックス入りワイヤ中のＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値」とは、フラックス入りワイヤ中のＳｉ酸化物に含まれるＳｉが全てＳｉＯ２であると見なした場合の、ＳｉＯ２のフラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量を意味する。フラックス入りワイヤ中のＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値は、フラックス入りワイヤに含まれるＳｉ酸化物を構成するＳｉの量を求め、これに２．１４（＝（２８．１＋１６．０×２）／２８．１、２８．１はＳｉの原子量であり、１６．０は酸素の原子量である）を乗じることにより得られる。
【００２６】
［Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ換算値とＫ換算値との合計で０．０６〜０．３５％］
Ｎａ２Ｏ、及びＮａ２ＳｉＯ３等の酸化物としてフラックス入りワイヤに含有されたＮａ、並びにＫ２Ｏ、及びＫ２ＳｉＯ３等の酸化物としてフラックス入りワイヤに含有されたＫは、アークを安定化して、スパッタ量を抑制する働きを有する。また、Ｎａは後述するＮａＦ等の弗化物として、Ｋは後述するＫ２ＳｉＦ６等の弗化物として含まれた場合はアークを安定化する働きを持つ。また、Ｎａ弗化物及びＫ弗化物は拡散性水素量の低減にも寄与するが、これは後述されるＦの効果として理解される。Ｎａ化合物及びＫ化合物は、珪酸ソーダ及び珪酸カリウムからなる水ガラスの固質成分、Ｋ２ＳｉＯ３、Ｎａ２ＳｉＯ３、ＮａＦ、及びＫ２ＳｉＦ６等の粉末の形態で含有させることができる。
【００２７】
以上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においては、Ｎａ化合物及びＫ化合物の合計含有量（Ｎａ＋Ｋ）をＮａ換算値とＫ換算値との合計で０．０６％以上とする必要がある。一方、Ｎａ換算値とＫ換算値との合計が０．３５％を超える場合、アークが強くなりすぎてスパッタ量が増加する。また、Ｎａ換算値とＫ換算値との合計が０．３５％を超える場合、ビード止端部のなじみが悪くなり、ビード外観及びビード形状が不良となる。さらに、Ｎａ換算値とＫ換算値との合計が０．３５％を超える場合、生成スラグ量が多くなり、スラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、Ｎａ換算値とＫ換算値との合計値を０．３５％とする。Ｎａ換算値及びＫ換算値の合計の下限値を０．０８％、又は０．１０％としてもよい。また、Ｎａ換算値及びＫ換算値の合計の上限値を０．２５％、又は０．３０％としてもよい。
【００２８】
［Ｚｒ化合物：Ｚｒ換算値で０〜０．３０％］
本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいてＺｒ化合物の含有は必須ではない。従ってＺｒ化合物の含有量の下限値は０％である。しかし、Ｚｒ化合物は、フラックス入りワイヤに含まれる場合、脱酸効果を有しておりこれにより溶接金属の酸素量を低減させる。また、Ｚｒ化合物にはビード止端部の形状を改善する効果がある。このため、０．０６％以上のＺｒ化合物を含有させても良い。一方、Ｚｒ化合物の含有量が０．３０％を超えると、生成スラグ量が増加してスラグ巻込み等の溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、Ｚｒ化合物の含有量の上限値は０．３０％とされる。Ｚｒ化合物の含有量の上限値を０．２０％、又は０．２５％としてもよい。Ｚｒ化合物は、ＺｒＳｉＯ４やＫ２ＺｒＦ６などとして含有される。
【００２９】
なお、ＺｒＳｉＯ４はＺｒの酸化物であり、且つＳｉの酸化物でもあるが、ＺｒＳｉＯ４がフラックス入りワイヤに含まれる場合、ＺｒＳｉＯ４の含有量は、Ｚｒ化合物の含有量（Ｚｒ換算値）、及びＳｉ酸化物の含有量（ＳｉＯ２換算値）のいずれにも算入するものとする。同様に、Ｋ２ＺｒＦ６がフラックス入りワイヤに含まれる場合、Ｋ２ＺｒＦ６の含有量は、Ｚｒ化合物の含有量（Ｚｒ換算値）、及び弗化物の含有量（Ｆ換算値）のいずれにも算入するものとする。その他の、２種類以上の化合物に分類されうる成分（Ｋ２ＳｉＦ６等）の含有量についても同様に取り扱われる。
【００３０】
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの合金成分について説明する。
【００３１】
（Ｃ：０．００３〜０．１５０％）
Ｃは、炭化物を形成し、溶接金属の高温強度の確保に寄与するとともにベイナイトならびにマルテンサイト組織を得るのに有効な元素であるため、必須の添加元素であり、０．１５０％以下の範囲で本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含有させる。合金成分のＣ含有量が０．１５０％を上回る場合は、溶接金属が過剰に硬化し、溶接金属の靭性にとって好ましくない。Ｃ含有量の上限値を０．０９０％、０．０８０％、又は０．０７０％としてもよい。継手強度や鋼の製造の際の脱炭コストの点からは、Ｃ含有量の下限を０．００３％とする。Ｃ含有量の下限値を０．０１５％または０．０２０％としてもよい。
【００３２】
（Ｓｉ：０．０５〜２．００％）
Ｓｉは、脱酸元素である。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接金属のＯ量を低減して清浄度を高めるために、０．０５％以上のＳｉを含有する必要がある。ただし、２．００％を超えてＳｉを含有させると溶接金属のクリープ延性および靭性を低下させるとともにスパッタも増加する。従って、Ｓｉ含有量は０．０５〜２．００％とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するためには、Ｓｉ含有量の下限を０．１０％、０．２０％、又は０．２１％としてもよい。Ｓｉ含有量の上限は、１．８０％、１．６０％又は１．４０％としてもよい。
【００３３】
（Ｍｎ：０．４０〜３．５０％）
Ｍｎは、溶接金属の焼入れ性を確保して強度を高める元素であり、必要とされる溶接金属の強度に応じて３．５０％以下の範囲で本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含有させる。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、溶接金属の靱性が劣化するとともに、スパッタも増加する。しかしＭｎは、ＳをＭｎＳとして固定化し、高温割れの発生を防止する効果も有する。この効果を得るために、Ｍｎ含有量の下限を０．４０％とする。Ｍｎ含有量の下限値を、０．６０％、０．８０％、０．９０％、または１．００％としてもよい。Ｍｎ含有量の上限値を、３．４０％、３．３０％、または３．２０％としてもよい。
【００３４】
（Ｐ：０．０２０％以下）
Ｐは不純物元素であり、溶接金属の靱性を阻害するため、極力低減する必要があるが、靱性への悪影響が許容できる範囲として、Ｐ含有量は０．０２０％以下とする。靭性の一層の向上のため、Ｐの上限を０．０１５％に制限してもよい。
【００３５】
（Ｓ：０．０２０％以下）
Ｓも不純物元素であり、過大に存在すると、溶接金属の靱性と延性とをともに劣化させるため、極力低減することが好ましい。溶接金属の靱性及び延性への悪影響が許容できる範囲として、Ｓ含有量は０．０２０％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のため、Ｓの上限を０．０１０％に制限してもよい。
【００３６】
（Ｃｒ：１．５０〜１３．００％）
Ｃｒは耐熱鋼において耐酸化性および耐高温腐食性を確保するとともに、溶接金属のマトリックスのベイナイトならびにマルテンサイト組織を安定して得るために必須の元素である。その効果を得るためには、１．５０％以上のＣｒを含有することが必要である。しかし、Ｃｒを過剰に含有すると、高温での使用中に多量のＣｒ炭化物の生成により炭化物の安定性を低下させ、溶接金属のクリープ強度の低下を招くとともに、溶接金属の靭性も劣化させる。そのためＣｒ含有量を１３．００％以下とする必要がある。Ｃｒ含有量の望ましい範囲は１.６０〜１２．５０％、さらに望ましい範囲は１．８０〜１２．００％または２．００〜１１．００％である。
【００３７】
（Ｍｏ：０．１０〜２．５０％）
Ｍｏは、溶接金属のマトリックスを固溶強化し、クリープ強度の向上に寄与する元素である。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は０．１０％以上のＭｏを含有する必要がある。しかし、２．５０％を超えてＭｏを含有すると、その効果が飽和するとともに、粗大な炭化物を生成し、溶接金属の靭性の低下を招く。Ｍｏ含有量の望ましい範囲は０．３０〜２．２０％、さらに望ましい範囲は０．５０〜２．００％である。
【００３８】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、合金成分または金属脱酸成分として、以上の基本成分に加え、さらに、溶接する鋼材の強度レベル及び求められる溶接部の靭性の程度に応じて、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ｗ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｍｇ、及びＡｌからなる群から選択される一種または二種以上を、任意に、化学成分の残部であるＦｅの一部に代えて含有することができる。ただし、これら任意元素が含まれない場合でも、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは課題を解決できるので、これら元素の含有量の下限値は０％である。
【００３９】
（Ｖ：０．５０００％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、Ｖ：０．５０００％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下、Ｔａ：０．５０％以下からなる群から選択される一種以上を任意に含有しても良い。これらはいずれも高温での使用中に炭素や窒素と結合して炭窒化物として析出し、溶接金属のクリープ強度に寄与するため、本実施形態に係るフラックス入りワイヤはこれら元素を含有してもよい。しかし、これら元素を過剰に含有すると、上述の炭窒化物が多量に析出し、溶接金属の靭性の低下を招く。従ってＶ、Ｎｂ、Ｔｉ、及びＴａをフラックス入りワイヤが含有する場合には、いずれの元素の上限値も上述の範囲内とする。これら元素それぞれの含有量は、望ましくは０．４０％以下、さらに望ましくは０．３０％以下とする。また、これら元素の効果を安定して得るためには、これら元素それぞれを０．０３％以上、さらには０．０４％以上含有することが望ましい。またＴｉは０．０５％〜０．３０％が望ましい。
【００４０】
（Ｃｕ：１．００％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｏ：５．００％以下、Ｂ：０．０２００％以下）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、Ｃｕ：１．００％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｏ：５．００％以下、Ｂ：０．０２００％以下からなる群から選択される一種以上を含有しても良い。これらはいずれも溶接金属の焼入れ性を高め、ベイナイト組織又はマルテンサイト組織を得るのに有効な元素であるので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤはこれら元素を含有してもよい。しかしながら、これら元素を過剰に含有した場合、溶接金属のクリープ延性の低下が生じる。従って、これら元素をフラックス入りワイヤが含有する場合には、Ｃｕは１．００％、Ｎｉは３．０％、Ｃｏは５．００％、Ｂは０．０２００％を上限とする。望ましくは、Ｃｕは０．８０％以下、Ｎｉは２．０％以下又は１．５％以下、Ｃｏは４．５０％以下、並びにＢは０．０１８０％以下である。さらに望ましくは、ＣｕおよびＮｉは０．６０％以下、Ｃｏは４．００％以下、並びにＢは０．０１５０％以下である。また、これらの効果を安定して得るためには、Ｃｕ、ＮｉおよびＣｏは０．１０％以上、Ｂは０．０００５％以上とすることが望ましく、さらにはＣｕ、ＮｉおよびＣｏは０．２０％以上、Ｂは０．００１％以上とすることが望ましい。
【００４１】
（Ｗ：４．００％以下）
Ｗは溶接金属のマトリックスを固溶強化し、クリープ強度の向上に寄与する元素であるので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤはＷを含有してもよい。しかし、Ｗを過剰に含有すると、Ｗが粗大な金属間化合物を生成し、溶接金属の靭性の低下を招く。従って、Ｗを含有する場合には、４．００％を上限とする。Ｗ含有量は、望ましくは３．８０％以下、さらに望ましくは３．５０％以下とする。また、効果を安定して得るためには、Ｗを０．１０％以上、さらには０．２０％以上含有することが望ましい。
【００４２】
（Ｍｇ：０．８０％以下、Ｃａ：０．５００％以下、ＲＥＭ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．４００％以下）
Ｍｇは強脱酸元素であり、溶接金属中のＯ量を低減し、溶接金属の延性及び靭性を向上させる。この効果を得るために含有させる場合は、０．１０％以上のＭｇを含有させるのがよい。しかし、フラックス入りワイヤ中のＭｇ含有量が０．８０％を超えると、Ｍｇが溶接金属中で粗大酸化物を形成し、無視できない水準の靭性低下を招く。また、フラックス入りワイヤ中のＭｇ含有量が０．８０％を超えると、溶接中のアークの安定性が劣化し、ビード形状を悪化させる原因にもなる。そのため、Ｍｇを含有させる場合には、その含有量を０．８０％以下とする。
【００４３】
Ｃａ、及びＲＥＭはいずれも溶接金属中で硫化物の構造を変化させ、また溶接金属中での硫化物、酸化物のサイズを微細化して、溶接金属の延性及び靭性向上に有効である。その効果を得るために含有させる場合、Ｃａ含有量を０．１００％以上とし、ＲＥＭ含有量を０．００２０％以上としてもよい。一方、Ｃａ及びＲＥＭを過剰に含有すると、硫化物及び酸化物の粗大化を生じ、溶接金属の延性及び靭性の劣化を招く。また、Ｃａ及びＲＥＭ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。従って、Ｃａ含有量の上限値を０．５００％とし、ＲＥＭ含有量の上限値を０．０１００％とする。なお「ＲＥＭ」との用語は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドからなる合計１７元素を指し、上記「ＲＥＭの含有量」とは、これらの１７元素の合計含有量を意味する。
【００４４】
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様に、溶接金属中のＯ量を低減し、溶接金属の清浄度を向上させる効果がある。その効果を発揮するために含有させる場合は、０．００１％以上のＡｌを含有させるのがよい。一方、０．４００％を超えてＡｌを含有させると、ＡｌはＡｌ窒化物及びＡｌ酸化物を形成して、溶接金属の靱性を阻害する。従って、Ａｌ含有量を０．４００％以下とする。また、溶接金属の靭性を向上する効果を十分に得るためには、Ａｌ含有量の下限を０．００４％としてもよく、また、粗大酸化物の生成抑制のために、Ａｌ含有量の上限を、０．２００％、０．１００％又は０．０８０％としてもよい。
【００４５】
なお、元素は必ずしも純物質である必要はなく、Ｃｕ−Ｎｉ等の合金の形態で含有されていても何ら問題はない。また、それらの元素は鋼製外皮中に含有されていても、フラックスとして含有されていても、その効果は同じであるので、鋼製外皮及びフラックスの何れに含有させてもよい。また、Ｃｕ等は鋼製外皮の外表面のめっきに含有されていていてもよい。
【００４６】
［残部：Ｆｅ及び不純物］
本実施形態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の成分の残部は、Ｆｅ及び不純物である。Ｆｅは、鋼製外皮、充填率調整用の鉄粉、及び合金元素量制御用の鉄合金粉からなる群から選択されるいずれか一種以上の形態としてフラックス入りワイヤに含まれることとなる。鉄粉の種類は特に限定されないが、溶接金属の酸素量の増加を抑制するためにアトマイズ鉄粉が望ましい。不純物とは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを工業的に製造する際に、原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤに悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。例えば不純物として鋼製外皮の製鋼時に含有されうるＡｌは、上述されたように溶接金属中に非金属介在物を形成して靭性を低下させるので少ない方が好ましいが、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．４００％以下であれば許容される。Ｐ及びＳは、上述されたように溶接金属の靭性を低下させるが、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．０２０％以下であれば許容される。Ｎは、固溶Ｎとして溶接金属に含まれた場合に溶接金属の靭性を損なうが、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．０１％以下であれば許容される。
【００４７】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、フラックス充填率（フラックス入りワイヤの全質量に対するフラックスの全質量の割合）は特に限定しないが、生産性の観点から８〜２０％とするのが好ましい。
【００４８】
続いて、フラックス入りワイヤの形態について説明する。
図１に、フラックス入りワイヤの切断面を示す。図１（ａ）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１（ｂ）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１（ｃ）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１（ａ）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１（ｂ）、（ｃ）に示すように鋼製外皮にスリット状の隙間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が、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もいう）とすることが好ましい。
【００４９】
溶接時に溶接部に侵入する水素は、溶接金属内及び鋼材側に拡散し、応力集中部に集積して低温割れの発生原因となる。この水素源は、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。十分に溶接部の清浄度、及びガスシールドの条件が管理された溶接の下では、ワイヤ中に含有される水分の水素が、溶接継手の拡散性水素の主な供給源となる。
【００５０】
このため、鋼製外皮をスリット状の隙間がない管とし、ワイヤ製造後から使用するまでの間に、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。鋼製外皮を、スリット状の隙間（シーム）を有する管とした場合には、大気中の水分は外皮のスリット状の隙間部からフラックス中に侵入しやすいので、水分等の水素源がワイヤ内に侵入することを鋼製外皮のみによって防止することはできない。鋼製外皮がスリットを有し、かつ製造後使用するまでの期間が長い場合は、ワイヤ全体を真空包装するか、またはワイヤを乾燥した状態に保持できる容器内で保存することが望ましい。
【００５１】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮の外表面に送給潤滑剤をさらに備えてもよい。フラックス入りワイヤの表面の送給潤滑剤は、特に半自動溶接の場合にフラックス入りワイヤの送給性を良好にして、アークが安定でスパッタの発生量を少なくするとともに、溶接欠陥の発生を防止する。送給潤滑剤の塗布量は特に限定されないが、例えばワイヤ１０ｋｇあたり０．２０〜１．００ｇとすることが好ましい。フラックス入りワイヤの表面の送給潤滑剤の量がワイヤ１０ｋｇ当たり０．２０ｇ未満であると、ワイヤ送給性が不良となりアークが不安定でスパッタ発生量が多くなる場合がある。また、この場合、スラグ巻込み欠陥が生じやすくなる場合がある。一方、フラックス入りワイヤ表面の送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり１．００ｇを超えると、送給ローラ部でフラックス入りワイヤがスリップして、アークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる場合がある。また、この場合、溶接金属の拡散性水素量が多くなって低温割れが生じやすくなる場合がある。
【００５２】
送給潤滑剤は、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでもよい。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、豚油、牛油、魚油等を、鉱物油としてはマシン油、タービン油、スピンドル油等を用いることができる。合成油としては炭化水素系、エステル系、ポリグリコール系、ポリフェノール系、シリコーン系、フロロカーボン系を用いることができる。さらに、油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄を含有する硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上である硫黄含有の潤滑油を用いることもできる。なお、上述したフラックス入りワイヤの成分規定は、フラックス入りワイヤの鋼製外皮及びフラックスに関するものであり、送給潤滑剤の成分は含まない。送給潤滑剤の塗布量はフラックス入りワイヤの質量に対して非常に小さいので、フラックス入りワイヤの成分を規定するにあたり、送給潤滑剤は実質的な影響を有しない。
【００５３】
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と同様の製造工程によって製造することができる。
すなわち、まず、鋼製外皮となる鋼帯、並びに、弗化物、合金成分、酸化物等が所定の含有量になるように配合したフラックスを準備する。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（Ｕ字型）に成形して鋼製外皮とする。この成形途中で、オープン管の開口部からフラックスを供給する。開口部の相対するエッジ面を突合せ、スリット状の隙間を溶接する。溶接法は、例えば電縫溶接、レーザー溶接、又は、ＴＩＧ溶接などである。溶接により得られたスリット状の隙間のない管を伸線し、伸線途中又は伸線工程完了後に焼鈍処理して、所望の線径を有するスリット状の隙間のないワイヤを得る。また、開口部の相対するエッジ面を突合せた後にスリット状の隙間を溶接しないことにより、鋼製外皮をスリット状の隙間有りの管とし、それを伸線することで、スリット状の隙間を有するワイヤを得る。
【００５４】
突合せシーム溶接されたスリット状の隙間が無いワイヤを切断した断面は、図１（ａ）に示される。この断面では、研磨及びエッチングされない限り、溶接跡が観察されない。そのため、上記のようにスリット状の隙間が無いワイヤをシームレスワイヤと呼ぶことがある。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、スリット状の隙間が無いワイヤがシームレスタイプのワイヤと記載されている。
【００５５】
図１（ｂ）に、鋼帯のエッジ面を突き合わせたワイヤの例を示し、図１（ｃ）に鋼帯のエッジ面をかしめたワイヤの例を示す。図１（ｂ）のように突合せてから、隙間をろう付けしたり、図１（ｃ）のようにかしめてから、隙間をろう付けしたりしても、スリット状の隙間が無いワイヤが得られる。また、図１（ｂ）及び図１（ｃ）のワイヤは、その隙間がろう付けされない場合、スリット状の隙間が有るワイヤとなる。
【００５６】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、いかなる種類の鋼材にも適用可能である。例えば、Ｃｒ：１．５〜１３％、Ｍｏ：０．１〜２．５％を含有し、板厚４ｍｍ以上のフェライト系耐熱鋼のガスシールドアーク溶接に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを使用することができるが、これに限定されない。
【００５７】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、いかなる種類のシールドガスが用いられる溶接にも適用可能である。シールドガスは、溶接金属の酸素量をより低いものとし、ヒューム発生量を抑制し、溶接アークの安定性を確保するためには、例えば、Ａｒと３〜２０ｖｏｌ％ＣＯ２との混合ガス、Ａｒと１〜１０ｖｏｌ％Ｏ２との混合ガス、および１００％ＣＯ２ガス等を用いることができるが、これに限定されない。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、これらのシールドガスを用いてもスパッタの発生が少ない。特に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、従来技術によればスパッタを生じさせやすい１００％ＣＯ２ガスがシールドガスである溶接に用いられても、スパッタの発生量を抑制することができる。
【００５８】
本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、上述された本実施形態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を用いて鋼材を溶接する。本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、低温割れを防止するための予熱作業が不要、又は、予熱作業を著しく低減することができ、さらに、スパッタの発生量を少なくすることができる。本実施形態に係る溶接継手の製造方法で用いられるシールドガスの種類及び鋼材の種類は特に限定されない。しかし、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスであり、鋼材がフェライト系耐熱鋼である場合、本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、従来技術による溶接継手の製造方法と比較して、顕著にスパッタ発生量を減少させ、且つ顕著に耐低温割れ性を向上させることができるので、溶接作業性を向上させることができる。また、この場合、本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、従来技術による溶接継手の製造方法と比較して、溶接部の高温強度を改善することができる。
【実施例】
【００５９】
次に、実施例により本発明の実施可能性及び効果についてさらに詳細に説明する。
【００６０】
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、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給し、開口部の相対するエッジ面を突合わせシーム溶接することで鋼帯を継目無し管とし、造管したワイヤの伸線作業の途中で焼鈍を加えることにより、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。また、シーム溶接をしない継目有りの管を伸線することで、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成分組成（フラックス組成、及び合金成分または金属脱酸成分）を表１、表２−１、及び表２−２に示す。なお、本発明の範囲外の数値には下線を付した。また、添加されなかった成分は、表において空白とした。試作したフラックス入りワイヤは、弗化物としてＣａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＡｌＦ３からなる群から選択される一種以上を含有していた。表に記載の「Ｆ換算値」は、フラックス入りワイヤに含まれる弗化物の、Ｆ換算値での合計含有量である。また、表に記載の「ＳｉＯ２」は、フラックス入りワイヤに含まれるＳｉ酸化物の、ＳｉＯ２換算値での含有量であり、「Ｎａ＋Ｋ」は、フラックス入りワイヤに含まれるＮａ化合物及びＫ化合物の、Ｎａ換算値及びＫ換算値での合計含有量であり、「Ｚｒ」は、フラックス入りワイヤに含まれるＺｒ化合物の、Ｚｒ換算値での含有量である。
【００６１】
鋼製外皮となる鋼帯には、Ｃ：０．０４％、Ｓｉ：０．０２％、Ｍｎ：０．１％、Ｐ：０．００２％、Ｓ：０．００２％を含有し、残部が鉄及び不純物からなる成分の軟質鋼板を用いた。ここで、％はすべて、外皮のみの質量を１００％としたときの質量％を意味する。なお、表に記載する成分％は、ワイヤ（鋼製外皮とフラックスもすべて含めた）全質量に対する成分質量％を意味している。したがって、例えば、表２−１及び表２−２に記載されたＣｒは、鋼製外皮ではなく、Ｃｒ粉としてフラックス中に含有されている。
【００６２】
ワイヤ番号２のみ、図１（ｃ）に示されるような、継目がかしめられ且つろう付けされていない継目ありフラックス入りワイヤとした。溶接作業の直前まで、ワイヤ番号２のフラックス入りワイヤ全体が真空包装された。それ以外の例は、鋼製外皮がシーム溶接され、鋼製外皮に継目がないフラックス入りワイヤとした。ワイヤ番号３のみ、フラックス入りワイヤの表面に送給潤滑剤としてパーフルオロポリエーテル油が塗布された。それ以外のワイヤには、送給潤滑剤としてパーム油を塗布した。送給潤滑剤の塗布量は、ワイヤ番号６についてはワイヤ１０ｋｇ当たり１．２０ｇとされ、その他のフラックス入りワイヤについてはワイヤ１０ｋｇ当たり０．２０〜１．００ｇの範囲内とされた。
【００６３】
耐低温割れ性は、表４に示す化学成分（鋼材成分）を有する板厚２０ｍｍの鋼板を用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１５７（Ｕ形溶接割れ試験方法）に準拠した、温度２０℃−湿度６０％の一定雰囲気管理下における試験によって評価された。試験ビード作成から４８時間後に、溶接部に表面及び断面に割れがない試料（Ｕ形割れ試験結果が「割れ無し」とされたワイヤ）にかかるフラックス入りワイヤが、耐低温割れ性に関し合格と判断された。溶接入熱は１７ｋＪ／ｃｍで溶接された。
【００６４】
さらに、溶接低温割れ性評価の結果、合格となったワイヤについては、先の溶接低温割れ性試験で用いた鋼板と同じ化学組成の厚さ２０ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼板上に、溶接低温割れが発生しない下限の予熱温度（表３に記載の予熱温度）を適用し、前述と同じ溶接方法、溶接条件にて多層肉盛り溶接により全溶着金属を作製した。
【００６５】
高温強度は、得られた全溶着金属に、クリープ破断試験を行うことによって評価した。ワイヤ番号１〜９、及びワイヤ番号１８〜２７については、７４０℃×１時間、空冷、の溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）を全溶着金属に施し、ワイヤ番号１０〜１７、２８〜３２については７２０℃×１時間、空冷、の溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）を全溶着金属に施した後、平行部径６ｍｍ、平行部長さ３０ｍｍの丸棒クリープ破断試験片を採取し、それぞれの溶接材料が使用される母材の５５０℃での目標破断時間が約１０００時間となる応力条件でクリープ破断試験を行い、破断時間が１０００時間を超えたものを、高温強度（クリープ破断試験結果）に関し「合格」とした。
【００６６】
さらに、スパッタの発生量及びスラグ状態の評価は、銅製の捕集箱を用いて、表５に示すスラグ、スパッタ試験条件でビードオンプレート溶接を３０秒×５回繰り返し行うことにより実施した。１分間当たりのスパッタ発生量において粒径１ｍｍ以上が１.００ｇ以下となる溶接材料を、スパッタ抑制能に関して良好と判断した。また、上述のスパッタ試験後に形成されたビードの形状が良好で、かつスラグ巻込みなどの不具合が発生しなかった溶接材料を、溶接作業性に関して良好と判断した。
【００６７】
上述の試験項目すべてを満足する試料は、「総合判定」が「合格」であると記載され、上述の試験項目のうち１つ以上が不合格である試料は、「総合判定」が「不合格」であると記載された。
【００６８】
【表１】
2019118935.tif 000003
【００６９】
【表２−１】
2019118935.tif 000004
【００７０】
【表２−２】
2019118935.tif 000005
【００７１】
【表３】
2019118935.tif 000006
【００７２】
【表４】
2019118935.tif 000007
【００７３】
【表５】
2019118935.tif 000008
【００７４】
表３に溶接低温割れ性を評価した結果を示す。ワイヤ番号１〜９、及び１８〜２７については、５０℃予熱、ワイヤ番号１０〜１７、２８〜３２については予熱無しで室温の２０℃で試験を実施し、割れがなかったものを合格とした。
【００７５】
また、表３に、溶接低温割れ性評価の結果、合格となったフラックス入りワイヤについて、全溶着金属を得るための多層肉盛り溶接を行った後、クリープ試験を実施した結果を示す。
【００７６】
ワイヤ番号２７、２８はＣｒが必要量以上含有されず、また、ワイヤ番号２６はＣｒが過剰に含有されたため、それぞれ求められるクリープ破断時間に到達しなかった。
ワイヤ番号２０はＳｉ酸化物が不足したので、ビード形状が悪く溶接作業性が不合格となった。ワイヤ番号２１はＳｉ酸化物が過剰であったため、スラグまきこみが発生し溶接作業性が不合格となった。
ワイヤ番号１８、２２はＮａ＋Ｋが不足したのでアークが不安定となり溶け込みが安定せず、作業性が不合格となった。ワイヤ番号２３はＮａ＋Ｋが過剰であったためスラグが増加し、スラグ巻込みにより作業性が不合格となった。
ワイヤ番号２４、２５、２９、及び３０は、弗化物量が不足したので、溶接金属の拡散性水素量を十分に低減させることができず、Ｕ形割れ試験において割れが生じた。ワイヤ番号１９は弗化物量が多すぎたので、スパッタ発生量が多くなり、溶接作業性が劣位で不合格となった。
ワイヤ番号３１はＭｎが過剰で、スパッタが多く作業性が不合格となった。
ワイヤ番号３２はＣ，Ｓｉが過剰で、クリープ強度が低下するとともにスパッタも多いため作業性が不合格となった。
一方、ワイヤ番号１〜１７の実施例のフラックス入りワイヤは、スパッタ量を抑制し、溶接作業性が良好であり、低温割れを抑制し、かつ必要なクリープ破断強さを有する溶接金属を製造することができた。
【００７７】
以上のように、本発明の範囲を満足するフラックス入りワイヤのみが、予熱作業を軽減させる効果と溶接作業性、溶接金属のクリープ破断強さを併せて具備し得ることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、高温強度に優れた溶接金属を得ることができ、耐低温割れ性が優れ、さらに、スパッタの発生量が少なく、その他の溶接作業性にも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及び溶接継手の製造方法を提供することができる。特に本発明は、高温強度が必要とされる部材に使用されるフェライト系耐熱鋼の溶接、及びシールドガスが１００％ＣＯ２である溶接に適用された場合であっても、耐低温割れ性に優れ、スパッタ発生が少なく、高い溶接施工効率で溶接可能であるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を提供することができる。従って、本発明は溶接分野、特に火力発電ボイラや石油化学精製装置等の耐熱、耐圧配管に用いられる高温材料の溶接分野において高い産業上の利用可能性を有する。
【図１】
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