(57)【要約】【課題】高速アーク溶接時にビード形状及び外観に優れ、スラグ巻き込みがなく、上向き姿勢の溶接でも垂れが生じない、新規な高速溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】高速溶接に用いられる焼成型のサブマージアーク溶接用フラックスであって、質量分率での含有量がＣａＦ２：１０．０〜２０．０％、ＭｇＯ：８．０〜１５．０％、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計：２．１〜３．５％、ＭｎＯ：１．５〜５．０％、ＦｅＯ：０．５〜５．０％、ＳｉＯ２：１０．０〜２０．０％、Ａｌ２Ｏ３：１３．０〜２８．０％、及びＴｉＯ２：１３．０〜２８．０％を満たし、さらに６５≦（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２）≦７５、及び０．５≦（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）≦２．０の関係を満たすサブマージアーク溶接用フラックス。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速溶接に用いられる焼成型のサブマージアーク溶接用フラックスであって、
質量分率での含有量が
ＣａＦ２：１０．０〜２０．０％、
ＭｇＯ：８．０〜１５．０％、
Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計：２．１〜３．５％、
ＭｎＯ：１．５〜５．０％、
ＦｅＯ：０．５〜５．０％、
ＳｉＯ２：１０．０〜２０．０％、
Ａｌ２Ｏ３：１３．０〜２８．０％、及び
ＴｉＯ２：１３．０〜２８．０％を満たし、さらに
６５≦（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２）≦７５、及び
０．５≦（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）≦２．０の関係を満たすサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項２】
質量分率での含有量がさらに
ＣａＯ：０．２〜３．０％、
ＺｒＯ２：５．０％以下（０％を含む）、及び
Ｂ２Ｏ３：０．０３〜０．１５％のうち少なくとも１以上を満たす請求項１に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項３】
７００〜１２００℃で焼成された高温焼成型フラックスである請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサブマージアーク溶接用フラックスに関し、詳細には、高速溶接に用いられる焼成型のサブマージアーク溶接用フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接は、石油や天然ガス等を輸送するパイプライン用の造管溶接等に用いられるフラックスであり、サブマージアーク溶接に用いられるフラックスは、その形態から溶融型と焼成型とに大別される。溶融型フラックスは種々の原料を電気炉などで溶解し、粉砕することによって製造されるのに対し、焼成型フラックスは種々の原料をケイ酸ナトリウムなどのバインダにより結合、造粒した後、焼成することによって製造される。
【０００３】
焼成型のフラックスは、その焼成温度によって低温焼成型フラックス（例えば焼成温度４００℃以上６００℃未満）と、高温焼成型フラックス（例えば焼成温度６００℃以上１２００℃以下）とに分けられる。
【０００４】
このようなサブマージアーク溶接用フラックスとして、特許文献１には溶接欠陥の無い健全な溶接金属を形成させ、また、スラグ剥離性が良好で美しいビード外観を得るために、質量％で、ＭｎＯを３５〜４５％およびＳｉＯ２を３５〜４５％含むサブマージアーク溶接用溶融型フラックスにおいて、ＭｎＯ２：０．１〜１．０％、ＣａＦ２：１〜９％、ＣａＯ：０．１〜８％、ＭｇＯ：０．５〜７％、Ａｌ２Ｏ３：０．５〜６％を含有し、ＦｅＯが７％以下であり、その他はアルカリ金属酸化物および不可避不純物であることを特徴とするサブマージアーク溶接用溶融型フラックスが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、溶接電源が交流式及び直流式のいずれであっても、溶接作業性が良好であり、また、フラックスの吸湿量及び溶接金属中の拡散性水素量を低減するために、Ａｌ２Ｏ３：１５〜３５質量％、ＳｉＯ２：１０〜３０質量％、ＭｇＯ：１０〜２５質量％、ＦのＣａＦ２換算値：１０〜２５質量％、ＭｎのＭｎＯ換算値：３〜２０質量％、ＮａのＮａ２Ｏ換算値、ＫのＫ２Ｏ換算値及びＬｉのＬｉ２Ｏ換算値のうち少なくとも一つ以上の合計：０．５〜６．５質量％、ＦｅのＦｅＯ換算値：０．５〜８質量％、ＣａＯ：６質量％以下、水溶性ＳｉＯ２：１．０質量％以下、水溶性Ｎａ２Ｏ：１．０質量％以下、水溶性Ｋ２Ｏ：０．８質量％以下を含有し、前記Ａｌ２Ｏ３含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、前記ＭｇＯ含有量を［ＭｇＯ］、前記ＭｎのＭｎＯ換算値での含有量を［ＭｎＯ］としたとき、下記数式（Ｉ）を満たすことを特徴とするサブマージアーク溶接用フラックスが開示されている。
０．２０≦［ＭｇＯ］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＭｎＯ］）≦０．８０  ・・・（Ｉ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７８３７０８号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４０８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１は溶融型のフラックスであり、生産するためには大掛かりな設備が必要となることから、コスト低減や製品の普及の障壁となる。また、ＭｎＯ及びＳｉＯ２をそれぞれ３５〜４５％含ませることで高速溶接の作業性を向上させているが、ＳｉＯ２を多く含むことによりフラックスの塩基度が増し、溶接金属の低温靱性が劣化する。
また、特許文献２のフラックスは、高電流を使用する高速溶接の場合にはビード形状が凸型となってスラグ剥離性等の溶接作業性が低下することから、溶接の高速化が困難となる。
【０００８】
そこで本発明は、焼成型のフラックスであって、高電流を使用する高速溶接時でのスラグ剥離性、ビード形状及びビード外観に優れたサブマージアーク溶接用フラックス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】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、フラックスの成分組成を特定のものに限定することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスの一態様は、高速溶接に用いられる焼成型のサブマージアーク溶接用フラックスであって、質量分率での含有量がＣａＦ２：１０．０〜２０．０％、ＭｇＯ：８．０〜１５．０％、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計：２．１〜３．５％、ＭｎＯ：１．５〜５．０％、ＦｅＯ：０．５〜５．０％、ＳｉＯ２：１０．０〜２０．０％、Ａｌ２Ｏ３：１３．０〜２８．０％、及びＴｉＯ２：１３．０〜２８．０％を満たし、さらに６５≦（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２）≦７５、及び０．５≦（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）≦２．０の関係を満たすことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスの一態様は、質量分率での含有量がさらにＣａＯ：０．２〜３．０％、ＺｒＯ２：５％以下（０％を含む）、及びＢ２Ｏ３：０．０３〜０．１５％のうち少なくとも１以上を満たすことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスの一態様は、さらに７００〜１２００℃で焼成された高温焼成型フラックスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶接速度が１電極溶接で６０ｃｍ／分程度、２電極溶接で２００ｃｍ／分程度の高速サブマージアーク溶接であっても、スラグ剥離性が良好で、ビード形状及び外観にも優れた溶接部を得ることができる。さらには、耐気孔欠陥性にも優れ、低温靱性の劣化も少ない溶接部を得ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例及び比較例の溶接時における電極配置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また本明細書において、数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
【００１６】
＜サブマージアーク溶接用フラックス＞
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用フラックス（以下、単に「フラックス」と称することがある。）は高速溶接に用いられる焼成型のフラックスであって、質量分率での含有量がＣａＦ２：１０．０〜２０．０％、ＭｇＯ：８．０〜１５．０％、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計：２．１〜３．５％、ＭｎＯ：１．５〜５．０％、ＦｅＯ：０．５〜５．０％、ＳｉＯ２：１０．０〜２０．０％、Ａｌ２Ｏ３：１３．０〜２８．０％、及びＴｉＯ２：１３．０〜２８．０％を満たし、さらに６５≦（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２）≦７５、及び０．５≦（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）≦２．０の関係を満たすことを特徴とする。
【００１７】
また、本実施形態に係るフラックスは、質量分率での含有量がさらにＣａＯ：０．２〜３．０％、ＺｒＯ２：５％以下（０％を含む）、及びＢ２Ｏ３：０．０３〜０．１５％のうち少なくとも１以上を満たしてもよく、また、７００〜１２００℃で焼成された高温焼成型フラックスであってもよい。
ここで、本実施形態において高速溶接とは、１電極または２電極の場合は６００ｍｍ／ｍｉｎ．以上、３電極または４電極の場合は、１０００ｍｍ／ｍｉｎ．以上の溶接速度で行うものである。
【００１８】
（成分組成）
以下に本実施形態のフラックスにおける各成分の含有量（質量分率）について説明する。なお、本実施形態のフラックスにおける各成分の含有量は、特に断りのない限り、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法で定量した値を、酸化物又はフッ化物に換算した換算値である。また、各成分の含有量は、フラックス全体についての含有量である。
【００１９】
ＣａＦ２（フッ化物のＣａＦ２換算値）：１０．０〜２０．０％
フッ化物は溶融スラグの電気伝導性や流動性を高める効果があり、溶融スラグの高温粘性に影響を与える成分の１つである。この作用は、後述するＣａＯと同様に、その含有量に比例する。ＣａＦ２が少なすぎると、スラグがすぐに凝固して、ガスの排出を阻害したり、スラグ焼付きが発生したりする。そのため、良好なスラグ剥離性と、スラグ焼付きの発生を防止する観点から、ＣａＦ２の含有量は、フッ化物のＣａＦ２換算値で１０．０％以上であり、１５．０％以上が好ましい。また、ビードの波目が粗くなってビード外観が劣化するのを防ぐことができ、ビード形状が良好となることから、その含有量は２０．０％以下であり、１９．０％以下が好ましい。
【００２０】
なお、ＣａＦ２（フッ化物のＣａＦ２換算値）の含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｋ  １４６８−２：１９９９など）で分析して得たフラックスの全Ｆ量を、ＣａＦ２で換算した値である。また、本実施形態のフラックスにおけるフッ化物成分は、主にＣａＦ２であり、その他にＡｌＦ３やＭｇＦ２などが含まれることがあるが、ＣａＦ２（フッ化物のＣａＦ２換算値）が前述した範囲内であれば、前述したフッ化物の効果には影響しない。
【００２１】
ＭｇＯ（Ｍｇ及びＭｇ酸化物のＭｇＯ換算値）：８．０〜１５．０％
ＭｇＯは、スラグ剥離性の向上に大きく寄与する成分であり、溶接電源の方式によらず、良好なスラグ剥離性を確保し、スラグ焼付きを防ぐために必須の成分であり、その含有量は、Ｍｇ及びＭｇ酸化物のＭｇＯ換算値で８．０％以上であり、１０．０％以上がより好ましい。また、ビード形状が凸になるのを防ぐことができ、良好なスラグ剥離性が保たれることから、その含有量は１５．０％以下であり、１４．０％以下が好ましい。
【００２２】
なお、ここでいうＭｇＯ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２２２：１９９７など）で分析して得たフラックスの全Ｍｇ量を、ＭｇＯで換算した値である。
【００２３】
Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計（Ｎａ及びＮａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値、並びに、Ｋ及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計）：２．１〜３．５％
アルカリ金属であるＮａ及びＫは、主に溶接時のアーク安定性とフラックスの吸湿特性に影響を与える成分であり、主に、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏなどの酸化物の形態で添加される。良好なアーク安定性が得られることからＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計の含有量は、Ｎａ及びＮａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値、並びに、Ｋ及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計で２．１％以上であり、２．５％以上が好ましい。また、良好な耐吸湿性が得られることから、その含有量は３．５％以下であり、３．０％以下が好ましい。
なお、本実施形態のフラックスは、Ｎａ及びＫのうち少なくとも一方が添加されていればよい。
【００２４】
なお、ここでいうＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計の含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８８５２：１９９８など）で分析して得たフラックスの全Ｎａ量及び全Ｋ量を、それぞれＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏで換算した値である。また、本実施形態のフラックスにおけるＮａ成分及びＫ成分は、主にＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏであるが、その他にＮａＡｌＳｉ３Ｏ８やＫＡｌＳｉ３Ｏ８などが含まれることがある。また、ここでのＮａ及びＫは、鉱石原料及び水ガラスに由来するものである。
【００２５】
ＭｎＯ（ＭｎとＭｎ酸化物のＭｎＯ換算値）：１．５〜５．０％
Ｍｎは、溶融スラグの粘性及び凝固温度に影響を与えると共に、耐ポックマーク性改善に有効な成分であり、主に、ＭｎＯ、ＭｎＯ２及びＭｎ２Ｏ３などの酸化物の形態で添加される。各種形態の中でも、特に一酸化マンガン（ＭｎＯ）の形態で添加すると、その有用性が発揮される。また、良好な低温靱性を実現し、気孔欠陥の発生を防ぐ点から、ＭｎＯの含有量は、ＭｎとＭｎ酸化物のＭｎＯ換算値で１．５％以上であり、２．０％以上が好ましい。一方、溶融金属中の酸素量の増加に伴う機械的性質の劣化を防ぎ、スラグ焼付きの発生を抑制し、かつ良好なビード形状及びスラグ剥離性を得る観点から、その含有量は５．０％以下であり、３．０％以下が好ましく、２．５％以下がより好ましい。
【００２６】
なお、ここでいうＭｎＯ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２３２：２００５など）で分析して得たフラックスの全Ｍｎ量を、ＭｎＯで換算した値である。
【００２７】
ＦｅＯ（ＦｅとＦｅ酸化物のＦｅＯ換算値）：０．５〜５．０％
Ｆｅは、脱酸現象を促進し、耐ポックマーク性を高める効果があり、主に、Ｆｅ−Ｓｉなどの金属粉の形態で添加される。前述した効果は、その存在量に比例することから、特に溶接電源が直流式の場合に十分な効果が得る点からＦｅＯ含有量は、ＦｅとＦｅ酸化物のＦｅＯ換算値で０．５％以上とし、耐ポックマーク性の観点から、１．０％以上が好ましく、１．５％以上がより好ましく、２．５％以上がさらに好ましい。一方、スラグの凝固温度に影響を与え、ビード外観、ビード形状及びスラグ剥離が劣化することを防ぐ点から、その含有量は５．０％以下であり、４．５％以下が好ましい。
【００２８】
なお、ここでいうＦｅＯ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２０２：２０００など）で分析して得たフラックスの全Ｆｅ量を、ＦｅＯで換算した値であり、金属粉として添加されるＦｅ以外に、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４などが含まれることがある。
【００２９】
ＳｉＯ２：１０．０〜２０．０％
ＳｉＯ２は、溶融スラグに適度の粘性を与えることによって、主にビード外観及びビード形状を良好にする効果がある。溶融スラグの粘性低下によるビード外観及びビード形状の劣化を抑制する点からＳｉＯ２含有量は１０．０％以上であり、１７．０％以上が好ましい。一方、過剰なＳｉＯ２はビード形状やスラグ剥離性および靱性が劣化することから、その含有量は２０．０％以下であり、１９．０％以下が好ましい。
【００３０】
なお、ここでいうＳｉＯ２含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２１４：１９９５など）で分析して得たフラックスの全Ｓｉ量を、ＳｉＯ２で換算した値である。
【００３１】
Ａｌ２Ｏ３（Ａｌ及びＡｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値）：１３．０〜２８．０％
Ａｌ２Ｏ３は、溶融スラグの剥離性や低温靱性に寄与する成分であり、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。良好なビード形状や波目を実現することからＡｌ２Ｏ３含有量は、Ａｌ及びＡｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値で１３．０％以上とし、２０．０％以上がより好ましい。一方、溶融スラグの融点が上昇しすぎて、ビード端のスラグ剥離性が劣化するのを防ぐ点からその含有量は２８．０％以下とし、２７．０％以下がより好ましい。
【００３２】
なお、ここでいうＡｌ２Ｏ３含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２２０：１９９５など）で分析して得たフラックスの全Ａｌ量を、Ａｌ２Ｏ３で換算した値である。
【００３３】
ＴｉＯ２（Ｔｉ及びＴｉ酸化物のＴｉＯ２換算値）：１３．０〜２８．０％
ＴｉＯ２は、溶融スラグの剥離性や低温靱性に寄与する成分であり、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。良好なビード形状や波目を実現し、低温靱性の劣化も抑制することからＴｉＯ２含有量は、Ｔｉ及びＴｉ酸化物のＴｉＯ２換算値で１３．０％以上であり、１５．０％以上が好ましい。一方、溶融スラグの融点が上昇しすぎて、ビード端のスラグ剥離性が劣化するのを防ぐ点からその含有量は２８．０％以下とし、２４．０％以下がより好ましい。
【００３４】
なお、ここでいうＴｉＯ２含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２１９：２０１２など）で分析して得たフラックスの全Ｔｉ量を、ＴｉＯ２で換算した値である。
【００３５】
上記で示した組成のうち、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２の合計の含有量（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２）は、良好なスラグ剥離性を得る観点から６５％以上とし、６７％以上が好ましい。一方、ビード形状の劣化を抑制する点から７５％以下であり、７３％以下が好ましい。
【００３６】
また、Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２との比（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）は、ビード形状や波目の劣化を防ぐことから０．５以上であり、１．０以上が好ましい。一方、スラグ剥離性の劣化やスラグ焼付きの発生を防ぐ点から２．０以下であり、１．５以下が好ましい。
【００３７】
本実施形態のフラックスは、前述した成分に加えて、質量分率での含有量がさらにＣａＯ：０．２〜３．０％、ＺｒＯ２：５％以下（０％を含む）、及びＢ２Ｏ３：０．０３〜０．１５％のうち少なくとも１以上を満たすことが好ましい。
【００３８】
ＣａＯ：０．２〜３．０％
本実施形態のフラックスは、前述した成分に加えて、ＣａＯを含有していてもよい。
ＣａＯは、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高めると共に、溶融スラグの流動性にも影響を与える成分であり、その存在量に比例して、前述した効果が発揮される。溶融スラグの流動性が小さくなり、ビードの外観及び形状がより向上することから、ＣａＯ含有量は３．０％以下が好ましい。一方、ＣａＯの下限値は、特に限定されるものではないが、溶接金属の清浄度向上の観点から、０．２％以上であることが好ましい。
【００３９】
なお、本実施形態のフラックスには、Ｃａ成分としてＣａＯ以外に、前述したＣａＦ２が含まれる。このため、ここでいうＣａＯ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法で分析して得た全Ｃａ量及び全Ｆ量から求められる換算値である。従って、ＣａＦ２量が多量の場合は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に準拠すると、ＣａＯが０となる場合も存在する。
【００４０】
ＺｒＯ２：５．０％以下（０％を含む）
ＺｒＯ２は、溶融スラグの粘性及び凝固温度に影響を与えると共に、高速度の溶接でアーク安定性、良好なビード形状及びビード外観、良好なスラグ剥離性を得るためには極めて重要な成分である。ＺｒＯ２は含まなくてもよいが、含有する場合、その含有量は０．４質量％以上が好ましい。スラグ剥離性やビード形状の劣化を防ぐ点からその含有量は５．０％以下が好ましく、１．０％以下がより好ましい。ここで、ＺｒＯ２は、フラックスに含まれる全ＺｒをＺｒＯ２換算したものであり、例えばＪＩＳ  Ｒ  ２２１６：２００５に準拠して分析される。
【００４１】
Ｂ２Ｏ３：０．０３〜０．１５％
本実施形態のフラックスは、前述した成分に加えて、酸化硼素、硼砂などを原料とするＢ２Ｏ３を含有していてもよい。Ｂ２Ｏ３は溶融金属の靱性向上に有効な成分であり、溶融金属の低温靱性の低下を防ぐために、その含有量は０．０３％以上が好ましい。一方、過剰なＢ２Ｏ３は、溶融金属を硬化させて高温割れを引き起こし、靱性が低下するおそれがあることから、その含有量は０．１５％以下が好ましい。の観点から、２質量％以下であることがより好ましく、更に好ましくは１質量％以下である。またＢ２Ｏ３含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、靱性向上の効果を得る観点から、０．０１質量％以上であることが好ましい。
【００４２】
また、本実施形態のフラックスは、前述した成分組成を満たすことに加え、７００〜１２００℃で焼成された高温焼成型フラックスであることが、フラックス内の水分を減少させ、耐気孔欠陥性を向上させることから好ましい。焼成温度は８００℃以上がより好ましい。
なお、当該高温焼成型フラックスであることは、フラックス中の水溶性ＳｉＯ２の含有量によって判断することもできる。一般的に、８００℃以上にて焼成されたフラックスの水溶性ＳｉＯ２は１．０％未満である。
【００４３】
水溶性ＳｉＯ２は、主に水ガラスなどの結合剤に由来し、その量を低減するには、結合剤が非水溶性に変化する温度以上でフラックスを焼結することが有効である。具体的には、焼成温度を７００℃以上とすることが好ましく、８００℃以上がより好ましい。水溶性ＳｉＯ２の含有量は、主に焼成温度を調整することで制御することができる。
【００４４】
フラックス中の水溶性ＳｉＯ２量は、以下の方法により測定することができる。先ず、フラックスを振動ミルにて粒径３００μｍ以下に粉砕し、そこから測定用試料を約０．２ｇ採取する（ステップ１）。次に、石英製三角フラスコに、前述した試料と蒸留水１００ｍｌとを入れ、煮沸下で４時間、可溶性成分を抽出した（ステップ２）。その後、抽出液を１２時間以上放置した後、抽出液中の沈殿物及び浮遊物などを取り除き、吸光光度法にてＳｉを定量する（ステップ３）。
なお、ここでいう水溶性ＳｉＯ２とは、前述した方法で分析して得たフラックスの全Ｓｉ量をＳｉＯ２で換算した値であり、前述した全ＳｉＯ２とは区別して、その含有量を特定するものである。
【００４５】
フラックスに含まれる上記以外の成分は、Ｂａ、Ｌｉ、Ｐ及びＳなどの不可避的不純物である。これらの不可避的不純物のうち、Ｂａ及びＬｉなどはそれぞれ１．０％以下に規制することが好ましく、特に溶接品質に影響するＰ及びＳはそれぞれ０．０５％以下に規制することが好ましい。また、Ｂａ、Ｌｉ、Ｐ及びＳなどは、合計で３％以下であることが好ましい。
【００４６】
（製造方法）
本実施形態のフラックスを製造する場合は、例えば、前述した組成となるように原料粉を配合し、結合剤と共に混練した後、造粒し、焼成する。その際、結合剤（バインダ）としては、例えば、ケイ酸ナトリウムなどを使用することができる。また、造粒法は、特に限定されるものではないが、転動式造粒機や押し出し式造粒機などを用いる方法が好ましい。
【００４７】
造粒後の焼成は、ロータリーキルン、定置式バッチ炉及びベルト式焼成炉などで行うことができる。その際の焼成温度は、前述したように結合剤を非水溶性に変化させる観点から、７００℃以上とすることが好ましく、８００℃以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、通常１２００℃以下である。
【００４８】
以上詳述したように、本実施形態に係るフラックスは、各成分の含有量が特定の範囲に規定されるとともに、特定の関係式を満たすようにしているため、高速溶接時に良好なスラグ剥離性、ビード形状、及びビード外観を得ることが可能となる。さらには、耐気孔欠陥性にも優れ、低温靱性の劣化も少ない溶接部を得ることも可能となる。
薄板高速サブマージアーク溶接やスパイラル溶接は、１電極又は２電極で溶接することが多く、造管用の溶接は２電極〜４電極で溶接される。また、溶接が高速になるに従い、ビード外観やスラグ剥離性の劣化、ブローホール等の気孔欠陥は発生しやすいなり、高電流での高速サブマージアーク溶接においては、溶接金属の機械的性質、特に靱性が劣化しやすくなる。これに対し、本実施形態に係るフラックスは１電極溶接の場合には６０ｃｍ／分、２電極溶接の場合には２００ｃｍ／分程度の速さの高速サブマージアーク溶接を行っても、上記効果を得ることができる。
【００４９】
（溶接条件）
本実施形態に係るフラックスを用いた１電極溶接として、例えば以下の条件が例示できるが、下記条件になんら限定されるものではない。なお、１ｓｔは鋼板の表面側の溶接、２ｎｄは鋼板の裏面側の溶接を意味する。
極性：ＤＣＥＰ、
溶接電流：４００〜７００Ａ（１ｓｔ）、６００〜８５０Ａ（２ｎｄ）、
アーク電圧：２６〜３４Ｖ（１ｓｔ）、２８〜３６Ｖ（２ｎｄ）、
溶接速度：６０〜１５０ｃｍ／分（１ｓｔ、２ｎｄ）、
鋼種：軟鋼〜高張力鋼（５９０ＭＰａ）、
板厚：９〜２０ｍｍ、
突出し長さ：１５〜４５ｍｍ。
【００５０】
本実施形態に係るフラックスを用いた２電極溶接として、例えば以下の条件が例示できるが、下記条件になんら限定されるものではない。
溶接電流／アーク電圧：８００〜１２００Ａ／２６〜３４Ｖ（１ｓｔ、Ｌ極（ＤＣ））、４５０〜８５０Ａ／３０〜３８Ｖ（１ｓｔ、Ｔ極（ＡＣ））、１０００〜１５００Ａ／２６〜３４Ｖ（２ｎｄ、Ｌ極）、４５０〜８５０Ａ／３０〜３８Ｖ（２ｎｄ、Ｔ極）、
溶接速度：１００〜４００ｃｍ／分（１ｓｔ、２ｎｄ）、
電極配置：Ｌ極とＴ極とのなす角が１０〜４５°、下り傾斜０〜６°、
鋼種：軟鋼〜高張力鋼（５９０ＭＰａ）。
【実施例】
【００５１】
以下に実施例を挙げて本実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５２】
＜実施例１〜９及び比較例１〜１９＞
化学組成が質量％表示でＣ：０．１０〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：１．７０〜２．２０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下であるワイヤを使用し、図１に示す電極配置にて、下記の溶接条件により、表１及び２に示すフラックスを用いた高速サブマージアーク溶接を行った。
極性：ＤＣＥＰ、
溶接電流：５５０Ａ（１ｓｔ）、７５０Ａ（２ｎｄ）、
アーク電圧：３０Ｖ（１ｓｔ）、３２Ｖ（２ｎｄ）、
溶接速度：６０ｃｍ／分（１ｓｔ、２ｎｄ）、
入熱量：１６．５ｋＪ／ｃｍ（１ｓｔ）、２４．０ｋＪ／ｃｍ（２ｎｄ）、
鋼種：軟鋼〜高張力鋼（５９０ＭＰａ）、
板厚：１２ｍｍ、
突出し長さ：３０ｍｍ。
【００５３】
＜評価方法＞
得られた溶接部について、ビード外観、ビード形状、スラグ剥離性、耐気孔欠陥性、及び低温靱性の評価を行った。結果を表３及び４に示すが、これら評価方法のうちすべてが○であるものを合格とした。
【００５４】
（ビード外観）
ビード外観の評価基準は主にビードの波目や光沢に関する評価であり、溶接部を目視観察することにより行った。その結果、ビードの波目に乱れがなくビードに金属光沢があったものを○、ビード波目が蛇行していたものを△、ビード端が不揃いなものを×とした。
【００５５】
（ビード形状）
ビード形状は、主にビードの凹凸や母材へのなじみに関する評価であり、溶接部を目視観察することにより行った。その結果、ビード形状における余盛の高さが４ｍｍ未満であったものを○、４ｍｍ以上であったものを×とした。
【００５６】
（スラグ剥離性）
スラグ剥離性は、スラグ除去の容易さや焼き付きの有無により評価した。具体的には、スラグが、自然剥離し、焼き付きがなかったものを○、一部が自然剥離せず、焼き付きが発生したものを△、全面で自然剥離せず、焼き付きが発生したものを×とした。
【００５７】
（耐気孔欠陥性）
耐気孔欠陥性はポックマーク発生率で評価した。ポックマークの発生がなかったものを○、単位溶接長（２０ｃｍ）あたり１又は２個のポックマークが発生したものを△、単位溶接長（２０ｃｍ）あたり３個以上のポックマークが発生したものを×とした。
【００５８】
（低温靱性）
低温靱性の評価は、全溶着金属を作製して実測した。ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８：２００７に準拠した試験条件のシャルピー衝撃試験により−２０℃での衝撃値の測定を行った。当該衝撃値が４７Ｊ以上であるものを○、２７Ｊ以上４７Ｊ未満であるものを△、２７Ｊ未満であるものを×とした。
【００５９】
【表１】
2019171458.tif 000002
【００６０】
【表２】
2019171458.tif 000003
【００６１】
【表３】
2019171458.tif 000004
【００６２】
【表４】
2019171458.tif 000005
【００６３】
以上の結果より、本実施形態に係るフラックスを用いた高速サブマージアーク溶接は、ビード外観、ビード形状、スラグ剥離性、耐気孔欠陥性、及び低温靱性のいずれにおいても良好な結果が得られた。
一方、ＭｇＯが過剰であるとビード形状、スラグ剥離性、耐気孔欠陥性が低下し、過少であるとスラグ剥離性が劣化した。ＳｉＯ２過剰であるとビード形状が劣化し、過少であるとビード外観、スラグ剥離性、気孔欠陥が劣化した。Ａｌ２Ｏ３が過剰であるとビード外観とスラグ剥離性が劣化し、過少であるとビード外観、ビード形状、耐気孔欠陥性、及び低温靱性が劣化した。ＴｉＯ２が過剰であるとビード外観とスラグ剥離性が劣化し、過少であるとビード外観、ビード形状、スラグ剥離性、耐気孔欠陥性、及び低温靱性のすべてが劣化した。（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２）の合計の含有量が過剰であるとビード形状、スラグ剥離性及び低温靱性が劣化し、過少であるとビード外観、スラグ剥離性、耐気孔欠陥性、及び低温靱性が劣化した。（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２）で表される含有量の比が２．０超であるとスラグ剥離性が劣化し、０．５未満ではビード外観、スラグ剥離性、耐気孔欠陥性、及び低温靱性が劣化した。
また、ＦｅＯが過剰であるとビード形状、スラグ剥離性、耐気孔欠陥性、及び低温靱性が劣化し、過少であるとビード形状、スラグ剥離性、及び低温靱性が劣化した。ＭｎＯが過剰であるとビード形状、スラグ剥離性、及び低温靱性が劣化し、過少であるとスラグ剥離性、耐気孔欠陥性、及び低温靱性が劣化した。ＣａＦ２が過剰であるとビード外観及び耐気孔欠陥性が劣化し、過少であるとスラグ剥離性及び低温靱性が劣化した。アルカリ金属の合計の含有量が過剰であるとビード外観が劣化し、過少であるとビード形状が劣化した。
【図１】
2019171458.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月22日(2019.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
サブマージアーク溶接は、石油や天然ガス等を輸送するパイプライン用の造管溶接等に用いられる溶接方法であり、サブマージアーク溶接に用いられるフラックスは、その形態から溶融型と焼成型とに大別される。溶融型フラックスは種々の原料を電気炉などで溶解し、粉砕することによって製造されるのに対し、焼成型フラックスは種々の原料をケイ酸ナトリウムなどのバインダにより結合、造粒した後、焼成することによって製造される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
しかしながら特許文献１は溶融型のフラックスであり、生産するためには大掛かりな設備が必要となることから、コスト低減や製品の普及の障壁となる。また、ＭｎＯ及びＳｉＯ２をそれぞれ３５〜４５％含ませることで高速溶接の作業性を向上させているが、ＳｉＯ２を多く含むことによりフラックスの塩基度が低下し、溶接金属の低温靱性が劣化する。
また、特許文献２のフラックスは、高電流を使用する高速溶接の場合にはビード形状が凸型となってスラグ剥離性等の溶接作業性が低下することから、溶接の高速化が困難となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
Ｂ２Ｏ３：０．０３〜０．１５％
本実施形態のフラックスは、前述した成分に加えて、酸化硼素、硼砂などを原料とするＢ２Ｏ３を含有していてもよい。Ｂ２Ｏ３は溶融金属の靱性向上に有効な成分であり、溶融金属の低温靱性の低下を防ぐために、その含有量は０．０３％以上が好ましい。一方、過剰なＢ２Ｏ３は、溶融金属を硬化させて高温割れを引き起こし、靱性が低下するおそれがあることから、その含有量は０．１５％以下が好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
＜実施例１〜６、８、９及び比較例１〜１９＞
化学組成が質量％表示でＣ：０．１０〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：１．７０〜２．２０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下であるワイヤを使用し、図１に示す電極配置にて、下記の溶接条件により、表１及び２に示すフラックスを用いた高速サブマージアーク溶接を行った。
極性：ＤＣＥＰ、
溶接電流：５５０Ａ（１ｓｔ）、７５０Ａ（２ｎｄ）、
アーク電圧：３０Ｖ（１ｓｔ）、３２Ｖ（２ｎｄ）、
溶接速度：６０ｃｍ／分（１ｓｔ、２ｎｄ）、
入熱量：１６．５ｋＪ／ｃｍ（１ｓｔ）、２４．０ｋＪ／ｃｍ（２ｎｄ）、
鋼種：軟鋼〜高張力鋼（５９０ＭＰａ）、
板厚：１２ｍｍ、
突出し長さ：３０ｍｍ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
【表１】
2019171458.tif 000007
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
【表３】
2019171458.tif 000008