(57)【要約】【課題】  溶接作業性が良好で、ビード表面に開口欠陥がなく、ビッカース硬さが５５０Ｈｖ以上の溶接金属が得られる硬化肉盛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】  Ｃ：０．２〜０．８％、Ｓｉ：０．２〜０．８％、Ｍｎ：２〜５％、Ｍｏ：１〜６％、Ｃｒ：４〜８％、Ａｌ：０．１〜１．０％、Ｍｇ：０．１〜１．０％、ＴｉＯ2換算値の合計：１〜６％、ＳｉＯ2換算値の合計：０．１〜１．０％、Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計：０．０１〜０．３０％、Ｆ換算値の合計：０．０１〜１．０％を含有することを特徴とする。【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硬化肉盛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、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、
Ｃ：０．２〜０．８％、
Ｓｉ：０．２〜０．８％、
Ｍｎ：２〜５％、
Ｍｏ：１〜６％、
Ｃｒ：４〜８％、
Ａｌ：０．１〜１．０％、
Ｍｇ：０．１〜１．０％を含有し
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１〜６％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．１〜１．０％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計：０．０１〜０．３０％、
弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜１．０％を含有し、
残部が鋼製外皮のＦｅ分、フラックス中の鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする硬化肉盛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、トラックローラ、ミルハンマやショベルカーの爪部などの硬化肉盛溶接に適用され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、溶接作業性が良好で、ビード表面に開口欠陥がなく、特に溶接後の熱処理を行わない状態（溶接のまま）であっても十分なビッカース硬さの溶接金属が得られる硬化肉盛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】
構造物の摩耗にはさまざまな要因がある。その磨耗の要因としては、金属間同士の接触による金属間摩耗、土砂やスラグなどが原因で生じる土砂摩耗、腐食環境化で一部または全面が減肉してしまう腐食摩耗、繰り返しの衝撃で生じる衝撃摩耗など多様な形態がある。このため、構造物の摩耗の形態に対応した溶接材料を選択する必要がある。その中でも硬化肉盛溶接は、建設機械や発電機器などに代表される各種産業機械の耐摩耗の要求される部位に、耐摩耗性に優れた肉盛金属を形成する方法として知られている。
【０００３】
摩耗の形態が金属間摩耗であれば、肉盛溶接金属の硬さは４５０Ｈｖレベルで対応可能である。一方、土砂摩耗の場合、肉盛溶接金属の硬さは５００Ｈｖ以上を求められることが多い。特に肉盛溶接金属の硬さが６００Ｈｖ以上になると、被覆アーク溶接棒の被覆剤やガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに充填するフラックスに適用する原材料の添加方法により歩留りが変化するため、安定した溶接部の硬さの確保が困難になる。
【０００４】
ガスシールドアーク溶接による硬化肉盛溶接においては、例えば特許文献１の開示技術に示すように、ヒューム発生量やスラグ発生量の低減、平坦なビード形状並びに小さな溶け込み深さを得るためにシールドガスとして純Ａｒガスを用いる硬化肉盛ＭＩＧアーク溶接ワイヤが開示されている。しかし、特許文献１に開示されている技術では、スパッタ発生量が多く、ビード形状が不良である等、溶接作業性が悪いという問題点があった。この他に特許文献１の開示技術では、ビッカース硬さ５５０Ｈｖ以上の溶接金属を得るために、原料コストの高いＣｒ、Ｖ及びＷの添加量を多くしているため、製造コストが高くなるという問題点があった。
【０００５】
また、特許文献２には、溶接金属部のビッカース硬さが安定して８００Ｈｖ以上が得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が開示されている。しかし特許文献２に開示されている技術では、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｃｏといった難伸線原料を多く添加している。このため、フラックス入りワイヤにおける外皮の肉厚変動が発生しやすく、伸線工程において断線が多発するため、ワイヤ径を３．２ｍｍより細くすることができないといった問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０４６２４号公報
【特許文献２】特開昭６１−７０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、硬化肉盛溶接に関し、溶接作業性が良好で、ビード表面に開口欠陥がなく、特に溶接後の熱処理を行わない状態（溶接のまま）であってもビッカース硬さが５５０Ｈｖ以上の溶接金属が得られる硬化肉盛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】
【０００８】
本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなる硬化肉盛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、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．２〜０．８％、Ｓｉ：０．２〜０．８％、Ｍｎ：２〜５％、Ｍｏ：１〜６％、Ｃｒ：４〜８％、Ａｌ：０．１〜１．０％、Ｍｇ：０．１〜１．０％、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１〜６％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．１〜１．０％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計：０．０１〜０．３０％、弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜１．０％を含有し、残部が鋼製外皮のＦｅ分、フラックス中の鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物を含有することを特徴とする硬化肉盛ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を適用した、硬化肉盛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、トラックローラ、ミルハンマやショベルカーの爪部などを硬化肉盛溶接するにあたり、溶接作業性が良好で、ビード表面に開口欠陥がなく、特に溶接後の熱処理を行わない状態（溶接のまま）であっても、ビッカース硬さが５５０Ｈｖ以上の溶接金属が得られる硬化肉盛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ができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者らは、硬化肉盛ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤについて、アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、スラグ被包性、スラグ剥離性が良好で、ピット、ブローホール及びビード表面に開口欠陥の無いビード形状が得られ、かつ、溶接後の熱処理を行わない状態（溶接のまま）であっても、ビッカース硬さ５５０Ｈｖ以上の溶接金属を得るために種々検討を行った。
【００１１】
その結果、フラックス入りワイヤ中のＣ及びＣｒを適量とし、さらにＭｏを添加することにより溶接金属の安定した硬さが得られることを見出した。また、Ｓｉ、Ｍｎを適量とし、かつＡｌ及びＭｇの適量添加により耐欠陥性が良好になることも見出した。
【００１２】
溶接作業性については、フラックス入りワイヤ中のＴｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｎａ化合物とＫ化合物及び弗素化合物を適量とすることによって、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ被包性やスラグ剥離性及びビード形状が良好になることを見出した。
【００１３】
以下、本発明を適用した硬化肉盛ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの各成分組成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、ワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表す時には単に％と記載して表すこととする。
【００１４】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．２〜０．８％］
Ｃは、溶接金属の焼入れ性を高めるために重要な元素であり、Ｃｒ及びＭｏとの間で炭化物を生成して溶接金属の硬さを高める効果がある。Ｃが０．２％未満であると、目標とする溶接金属の硬さが得られない。一方、Ｃが０．８％を超えると、溶接金属が硬くなりすぎて延性が低下し、ビード表面に開口欠陥が発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．２〜０．８％とする。なお、Ｃは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属粉及び合金粉等から添加できる。
【００１５】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２〜０．８％］
Ｓｉは、脱酸剤として添加する。また、アークの安定性やビード形状を改善する効果もある。Ｓｉが０．２％未満であると、アークが不安定で、ブローホールやピットが発生しやすくなる。一方、Ｓｉが０．８％を超えると、酸化物として粒界に偏析して溶接金属の延性が低下してビード表面に開口欠陥が発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２〜０．８％とする。なお、Ｓｉは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉から添加できる。
【００１６】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：２〜５％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加する。また、低融点化合物の偏析を低減して耐割れ性を改善する効果もある。Ｍｎが２％未満であると、ビード表面に開口欠陥が生じたり、ブローホールやピットが発生しやすくなる。一方、Ｍｎが５％を超えると、ビード形状が凸になりやすくなり不良となる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは２〜５％とする。なお、Ｍｎは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉から添加できる。
【００１７】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏ：１〜６％］
Ｍｏは、Ｃｒ炭化物の生成を助長して溶接金属の硬さを高める効果がある。Ｍｏが１％未満であると、目標とする溶接金属の硬さが得られない。一方、Ｍｏが６％を超えると、伸線工程で断線が発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏは１〜６％とする。なお、Ｍｏは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ等の合金粉から添加できる。
【００１８】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣｒ：４〜８％］
Ｃｒは、炭化物を生成して溶接金属の硬さを確保するために重要な元素である。Ｃｒが４％未満であると、目標とする溶接金属の硬さが得られない。一方、Ｃｒが８％を超えると、溶接金属が硬くなりすぎて延性が低下し、ビード表面に開口欠陥が発生しやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｒは４〜８％とする。なお、Ｃｒは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ、クロムカ−バイト等の合金粉から添加できる。
【００１９】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌ：０．１〜１．０％］
Ａｌは、強脱酸剤として作用するとともに、溶融スラグの粘性を調整してビード形状を改善する効果がある。Ａｌが０．１％未満であると、脱酸不足となりピットやブローホールが発生しやすくなる。一方、Ａｌが１．０％を超えると、スラグの粘性が高くなりビード形状が凸になりやすくなる。したがって、鋼製外皮とフラックス中の合計でＡｌは０．１〜１．０％とする。なお、Ａｌは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｌ等の合金粉から添加できる。
【００２０】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｇ：０．１〜１．０％］
Ｍｇは、Ａｌと同様に強脱酸剤として作用する。Ｍｇが０．１％未満であると、脱酸不足となりブローホールやピットが発生しやすくなる。一方、Ｍｇが１．０％を超えると、アークが不安定となりスパッタ発生量が多くなる。したがって、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｇは０．１〜１．０％とする。なお、Ｍｇは鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｇ、Ｆｅ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉から添加できる。
【００２１】
［フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１〜６％］
Ｔｉ酸化物は、アークの安定性を良好にする効果がある。また、ビード形状を改善する目的で添加する。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が１％未満であると、アークが不安定で、スパッタ発生量が多くなり、ビード形状も劣化する。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が６％を超えると、スラグ量が過多となりスラグ剥離性及びビード形状が劣化する。したがって、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は１〜６％とする。なお、Ｔｉ酸化物は、フラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ等から添加できる。
【００２２】
［フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．１〜１．０％］
Ｓｉ酸化物は、スラグの粘性を調整してビード形状を良好にする効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．１％未満であると、スラグの粘性が低くなりスラグ被包性が悪くなってビード形状が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１．０％を超えると、スラグ量が過多となりスラグ剥離性及びビード形状が劣化する。したがって、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．１〜１．０％とする、なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスからの珪砂、長石等から添加できる。
【００２３】
［フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計：０．０１〜０．３０％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アークの安定性と集中性を高めてスパッタ発生量を低減する効果がある。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計が０．０１％未満であると、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計が０．３０％を超えると、アークの集中性が強すぎてかえってスパッタ発生量が多くなる。したがって、フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計は０．０１〜０．３０％とする。なお、フラックス中のＮａ化合物及びＫ化合物は、弗化ソーダ、チタン酸ナトリウム、珪弗化カリ、珪弗化ソーダ等から添加できる。
【００２４】
［フラックス中の弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜１．０％］
弗素化合物は、溶滴の離脱性を良好にしてスパッタ発生量を低減する効果がある。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０１％未満であると、溶滴の離脱が不安定になるためアークそのものが不安定となり、スパッタ発生量が多くなる。一方、弗化物のＦ換算値の合計が１．０％を超えると、スラグの融点が低下してビード形状が不均一になる。したがって、フラックス中の弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０１〜１．０％とする。なお、フラックス中の弗素化合物は、弗化ソーダ、珪弗化カリ、ジルコン弗化カリ、氷晶石、弗化アルミ、蛍石等から添加できる。
【００２５】
本発明の硬化肉盛ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をＵ字成形後、フラックスを充填し、孔ダイス伸線やローラダイスにより所定のワイヤ径（１．０〜１．６ｍｍ）に縮径して製造されるものである。また、フラックス充填率は、生産性及び溶接作業性の観点から１５〜３０％とすることが好ましい。ワイヤの種類としては、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目を溶接せずに継目を有するワイヤに大別できるが、本発明では断面構造を特に限定するものではなく、いずれのワイヤも採用できるものとする。
【００２６】
また、本発明を適用した硬化肉盛ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの残部は、鋼製外皮のＦｅ分、フラックスの鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｍｇ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｖ等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。不可避不純物について、特に規定はしないが、耐高温割れ性の観点から、Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１５％以下が好ましい。
【００２７】
さらに、溶接時のシールドガスは、炭酸ガスとし、シールドガスの流量は耐欠陥性及び大気からの窒素の混入を防ぐために２０〜３５リットル／分であることが好ましい。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明を適用した硬化肉盛ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの実施例について具体的に説明する。
【００２９】
まず、鋼製外皮にＪＩＳ Ｇ３１４１ ＳＰＣＣ帯鋼を用いて、表１に示すフラックス入りワイヤを各種試作した。なお、ワイヤ径は１．６ｍｍ、フラックス充填率は１７〜２５％とした。
【００３０】
【表１】
2019171387.tif 000002
【００３１】
生産性の評価は、配合、混合・撹拌、乾燥したフラックスをＵ字成形した鋼製外皮に充填し、さらに、丸形に成形したワイヤ素線（線径３．２ｍｍ）を１．６ｍｍまでダイス及びカセットローラダイスで伸線加工した際の断線の有無で評価した。
【００３２】
溶接作業性の評価は、表２に示すＳＭ４９０Ａ鋼板を用いて、ＪＩＳ  Ｚ３１１４に準拠し、表３に示す溶接条件で、下向溶接姿勢で４層下盛の肉盛溶接試験を行い、溶接時のアーク安定性、スパッタ発生量、スラグ被包性、スラグ剥離性、ビード形状を調査した。
【００３３】
【表２】
2019171387.tif 000003
【００３４】
【表３】
2019171387.tif 000004
【００３５】
溶接終了後、ビード表面について、ＪＩＳ  Ｚ２３４３−１に準じて浸透探傷試験を行い、割れ（開口欠陥）の有無を調査した。また、ブローホール及びピットの評価は、溶接後の試験体を、ＪＩＳ  Ｚ３１０６に準じてＸ線透過試験を行い、ブローホール及びピットの有無を調査した。
【００３６】
溶接金属の硬さは、溶接欠陥評価後の試験板をＪＩＳ  Ｚ３１１４及びＪＩＳ  Ｚ２２４４に準拠してビッカース硬さ測定し、１０点の平均が５５０〜７００Ｈｖを良好とした。これらの結果を表４にまとめて示す。
【００３７】
【表４】
2019171387.tif 000005
【００３８】
表１及び表４中のワイヤＮｏ．１〜Ｎｏ．１０が本発明例、ワイヤＮｏ．１１〜Ｎｏ．１８が比較例である。本願発明例であるワイヤＮｏ．１〜Ｎｏ．１０は、フラックス入りワイヤのＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計、弗素化合物のＦ換算値の合計が適正であるので、フラックス入りワイヤの製造時に断線が生じず、肉盛溶接においてアークが安定して、スパッタ発生量が少なく、スラグ被包性、スラグ剥離性及びビード形状が良好で、ビード表面に開口欠陥やブローホール等が無く、溶接金属の硬さが良好で極めて満足な結果であった。
【００３９】
比較例中ワイヤＮｏ．１１は、Ｃが少ないので、溶接金属の硬さが低かった。また、Ｓｉが少ないので、アークが不安定となり、ブローホール及びピットも発生した。さらに、Ｍｎが多いので、ビード形状が凸状となって不良となり、弗素化合物のＦ換算値の合計が少ないので、スパッタ発生量が多かった。
【００４０】
ワイヤＮｏ．１２は、Ｃが多いので、溶接金属の硬さが高くなり、ビード表面に開口欠陥も発生した。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が少ないのでアークが不安定でスパッタ発生量が多くなり、ビード形状も悪かった。さらに、Ａｌが少ないので、ブローホール及びピットが発生した。ワイヤＮｏ．１３は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が悪くなり、ビード形状も悪かった。また、Ｍｇが多いのでアークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。さらに、Ｃｒが多いので、溶接金属の硬さが高くなり、ビード表面に開口欠陥が発生した。
【００４１】
ワイヤＮｏ．１４は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が少ないので、スラグ被包性が悪くなり、ビード形状も悪かった。また、Ｃｒが少ないので溶接金属の硬さが低かった。さらに、Ｓｉが多いので、ビード表面に開口欠陥が発生した。
【００４２】
ワイヤＮｏ．１５は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が多いので、スラグ剥離性が悪くなり、ビード形状も悪かった。また、Ｍｎが少ないので、ビード表面に開口欠陥が発生し、ブローホール及びピットも発生した。
【００４３】
ワイヤＮｏ．１６は、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計が少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。また、Ａｌが多いので、ビード形状が凸状であった。さらに、Ｍｏが少ないので溶接金属の硬さが低かった。
【００４４】
ワイヤＮｏ．１７は、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。また、弗素化合物のＦ換算値の合計Ｆが多いので、ビード形状が悪かった。さらに、Ｍｇが少ないのでブローホール及びピットが発生した。
【００４５】
ワイヤＮｏ．１８は、Ｍｏが多いので伸線工程で目標のワイヤ径に至る前に断線が発生したため、製造を中止した。