(57)【要約】【課題】被覆剤の固着性や溶接作業性を低下させずに、耐吸湿性を向上させ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】鋼心線を被覆剤で被覆した低水素系被覆アーク溶接棒において、被覆剤を、金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：８〜２５質量％、金属フッ化物（Ｆ換算）：２〜１５質量％、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種：合計で２〜１０質量％、ＳｉＯ２：３〜１２質量％、Ｓｉ：１〜７質量％、Ｍｎ：１〜８質量％、Ｌｉ化合物（Ｌｉ換算）：０．０３〜０．７質量％、Ｎａ化合物（Ｎａ換算）及びＫ化合物（Ｋ換算）のうち少なくとも一方：合計で１．０〜３．５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、下記数式（１）を満たす組成とし、被覆率を２２〜４５質量％にする。2015128779.tif 000009【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼心線を被覆剤で被覆した低水素系被覆アーク溶接棒であって、
前記被覆剤は、
金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：８〜２５質量％、
金属フッ化物（Ｆ換算）：２〜１５質量％、
ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種：合計で２〜１０質量％、
ＳｉＯ２：３〜１２質量％、
Ｓｉ：１〜７質量％、
Ｍｎ：１〜８質量％、
Ｌｉ化合物（Ｌｉ換算）：０．０３〜０．７質量％、
Ｎａ化合物（Ｎａ換算）及びＫ化合物（Ｋ換算）のうち少なくとも一方：合計で１．０〜３．５質量％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
Ｌｉ化合物含有量（Ｌｉ換算値）を［Ｌｉ］、Ｎａ化合物含有量（Ｎａ換算値）を［Ｎａ］、Ｋ化合物含有量（Ｋ換算値）を[Ｋ]としたとき、下記数式（１）を満たす組成であり、
前記被覆剤の被覆率が２２〜４５質量％である
低水素系被覆アーク溶接棒。
2015128779.tif 000008
【請求項２】
前記被覆剤は、Ｃが０．１質量％以下に規制されている請求項１に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項３】
前記被覆剤は、更に、Ｔｉ：０．２〜２．０質量％を含有する請求項１又は２に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項４】
前記被覆剤は、更に、Ｂ化合物（Ｂ換算）：０．０２〜０．３質量％を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項５】
前記被覆剤は、更に、Ｎｉ：０．５〜１０質量％を含有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項６】
前記被覆剤は、更に、Ｃｒ及びＭｏのうち少なくとも一方：合計で０．１〜３質量％を含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項７】
前記被覆剤は、更に、Ａｌ及びＭｇのうち少なくとも一方：合計で０．２〜２質量％を含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項８】
前記鋼心線は、軟鋼又は低合金鋼からなる請求項１〜７のいずれか１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、鋼心線を低水素系被覆剤で被覆した低水素系被覆アーク溶接棒に関する。より詳しくは、低水素系被覆アーク溶接棒の耐吸湿特性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被覆アーク溶接棒の耐吸湿特性を向上させるため、種々の検討がなされている（特許文献１〜４参照）。例えば、特許文献１には、被覆剤にガラス粉末を配合した被覆アーク溶接棒が提案されてる。また、特許文献２〜４には、被覆剤の固着剤にアルカリ金属の珪酸塩水溶液を用いた被覆アーク溶接棒が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭４８−３４２９５号公報
【特許文献２】特開昭４８−６５１３３号公報
【特許文献３】特開昭５０−１４５５６号公報
【特許文献４】特開昭５９−３８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の技術を低水素系被覆剤に適用すると、被覆剤の固着性や溶接作業性が低下するという問題点がある。特に、得られる溶接金属中の拡散性水素量が４ｍｌ／１００ｇ以下である超低水素系被覆アーク溶接棒において、耐吸湿特性に優れ、かつ被覆剤の固着性及び溶接作業性が良好なものが求められている。
【０００５】
そこで、本発明は、被覆剤の固着性や溶接作業性を低下させずに、耐吸湿性を向上させ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を主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、鋼心線を被覆剤で被覆した低水素系被覆アーク溶接棒であって、前記被覆剤は、金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：８〜２５質量％、金属フッ化物（Ｆ換算）：２〜１５質量％、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種：合計で２〜１０質量％、ＳｉＯ２：３〜１２質量％、Ｓｉ：１〜７質量％、Ｍｎ：１〜８質量％、Ｌｉ化合物（Ｌｉ換算）：０．０３〜０．７質量％、Ｎａ化合物（Ｎａ換算）及びＫ化合物（Ｋ換算）のうち少なくとも一方：合計で１．０〜３．５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｌｉ化合物含有量（Ｌｉ換算値）を［Ｌｉ］、Ｎａ化合物含有量（Ｎａ換算値）を［Ｎａ］、Ｋ化合物含有量（Ｋ換算値）を[Ｋ]としたとき、下記数式１を満たす組成であり、前記被覆剤の被覆率が２２〜４５質量％である。なお、ここでいう被覆率は、（被覆剤の質量／溶接棒全質量）×１００により算出される値である。
【０００７】
【数１】
2015128779.tif 000002
【０００８】
前記被覆剤は、Ｃ：０．１質量％以下に規制してもよい。
前記被覆剤は、Ｔｉ：０．２〜２．０質量％を含有していてもよい。
前記被覆剤は、Ｂ化合物（Ｂ換算）：０．０２〜０．３質量％を含有していてもよい。
前記被覆剤は、Ｎｉ：０．５〜１０質量％を含有していてもよい。
前記被覆剤は、Ｃｒ及びＭｏのうち少なくとも一方：合計で０．１〜３質量％を含有することもできる。
前記被覆剤は、Ａｌ及びＭｇのうち少なくとも一方：合計で０．２〜２質量％を含有することもできる。
一方、前記鋼心線は、例えば軟鋼又は低合金鋼により形成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐吸湿特性に優れ、被覆剤の固着性及び溶接作業性も良好な低水素系被覆アーク溶接棒を実現することができる。
【００１０】
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。
【００１１】
本発明の実施形態に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：８〜２５質量％、金属フッ化物（Ｆ換算）：２〜１５質量％、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも１種：合計で２〜１０質量％、ＳｉＯ２：３〜１２質量％、Ｓｉ：１〜７質量％、Ｍｎ：１〜８質量％、Ｌｉ化合物（Ｌｉ換算）：０．０３〜０．７質量％、Ｎａ化合物（Ｎａ換算）及びＫ化合物（Ｋ換算）のうち少なくとも一方：合計で１．０〜３．５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつ下記数式２を満たす組成の被覆剤で、鋼心線を被覆したものであり、被覆剤の被覆率は２２〜４５質量％である。
【００１２】
【数２】
2015128779.tif 000003
【００１３】
なお、上記数式２において、［Ｌｉ］はＬｉ化合物含有量（Ｌｉ換算値）、［Ｎａ］はＮａ化合物含有量（Ｎａ換算値）、［Ｋ］はＫ化合物含有量（Ｋ換算値）である。
【００１４】
（被覆剤）
［溶接棒全質量に対する被覆剤の被覆率：２２〜４５質量％］
被覆アーク溶接棒の被覆剤の被覆率（％）は、（被覆剤の質量／溶接棒全質量）×１００により算出される。被覆剤の被覆率が２２質量％未満の場合、シールド不足となり、溶接金属中のＮ含有量及び水素量が増加し、溶接金属の靱性及び耐割れ性が低下する。一方、被覆剤の被覆率が４５質量％を超えると、アーク長が長くなり、アーク切れが発生する。よって、被覆剤の被覆率は２２〜４５質量％とする。
【００１５】
［金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：８〜２５質量％］
金属炭酸塩は、溶接金属中のＮ及び水素量を低減させる効果がある。しかし、被覆剤中の金属炭酸塩量が、ＣＯ２換算値で、８質量％未満であると、溶接金属中の水素量を４ｍｌ／１００ｇ以下になると共に、Ｎ量が過剰となり、良好な耐割れ性及び靱性を得ることができない。一方、被覆剤中の金属炭酸塩量が、ＣＯ２換算値で、２５質量％を超えると、スラグの粘性が過度となり、立向溶接が困難になる。よって、金属炭酸塩含有量（ＣＯ２換算値）は、被覆剤全質量あたり、８〜２５質量％とする。
【００１６】
被覆剤における金属炭酸塩量は、溶接金属中の水素量及びＮ量低減の観点から、ＣＯ２換算値で１１質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは１６質量％以上である。一方、スラグ粘度を下げ、溶接作業性を更に良好にするためには、金属炭酸塩量は、ＣＯ２換算値で２２質量％以下とすることが好ましい。なお、被覆剤に配合される金属炭酸塩の具体例としては、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３及びＢａＣＯ３などが挙げられる。
【００１７】
［金属フッ化物（Ｆ換算）：２〜１５質量％］
金属フッ化物は、スラグの粘性を調整して、溶接作業性を良好にする効果がある。しかし、被覆剤中の金属フッ化物量が、Ｆ換算値で、２質量％未満の場合、スラグの粘性が高くなりすぎてビード形状が劣化する。一方、被覆剤中の金属フッ化物量が、Ｆ換算値で、１５質量％を超えると、アークが不安定になる。よって、金属フッ化物含有量（Ｆ換算値）は、被覆剤全質量あたり、２〜１５質量％とする。
【００１８】
被覆剤における金属フッ化物量は、ビード形状の向上の観点から４質量％以上とすることが好ましく、またアークの安定化の観点から１０質量％以下とすることが好ましい。なお、被覆剤に配合される金属フッ化物の具体例としては、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＡｌＦ３及びＬｉＦなどが挙げられる。
【００１９】
［ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３：合計で２〜１０質量％］
ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３は、スラグ造滓剤として作用する。しかし、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３の総含有量が、被覆剤全重量あたり２質量％未満の場合、スラグの粘性が低下してビード形状が劣化する。このため、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３については、少なくとも１種を、合計で２質量％以上となるように配合する。
【００２０】
一方、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３を過剰添加すると、スラグがガラス状になり、スラグ剥離性が劣化する。そこで、本実施形態の低水素系被覆アーク溶接棒では、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３の総含有量は、被覆剤全質量あたり、１０質量％以下とする。
【００２１】
被覆剤におけるＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３の総含有量は、ビード形状の観点から３質量％以上とすることが好ましく、また、スラグ剥離性の観点から８質量％以下とすることが好ましい。なお、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３は、全てを配合する必要はなく、少なくとも１種を被覆剤に配合することにより、前述した効果が得られる。
【００２２】
［ＳｉＯ２：３〜１２質量％］
ＳｉＯ２は、粘結剤及びスラグ造滓剤として作用する。しかし、被覆剤中のＳｉＯ２量が、被覆剤全質量あたり１２質量％を超えると、スラグがガラス状になって、スラグの剥離性が劣化する。一方、被覆剤中のＳｉＯ２量が、被覆剤全質量あたり３質量％未満の場合、粘結剤としての効果を得ることができない。よって、ＳｉＯ２含有量は、被覆剤全質量あたり、３〜１２質量％とする。被覆剤におけるＳｉＯ２量は、粘結剤効果向上の観点から４質量％以上とすることが好ましく、また、スラグ剥離性の観点から９質量％以下とすることが好ましい。
【００２３】
なお、被覆剤に配合されるスラグ造滓剤としては、前述した酸性酸化物の他に、粘性の調整を目的としてＭｇＯ及びＣａＯなどを添加することができる。また、粘結剤としては、ケイ酸カリウムやケイ酸ナトリウムなどを使用することができる。ただし、結晶水を含有するケイ酸塩、例えば、マイカ、タルク及びセリサイトなどは、溶接金属中の水素量を増加させるため、実質的には含有しないことが好ましい。
【００２４】
［Ｓｉ：１〜７質量％］
Ｓｉは脱酸素剤として作用し、例えばＦｅ−Ｓｉ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎなどの合金成分の形態で添加することができる。ただし、Ｓｉ含有量が、被覆剤全質量あたり、１質量％未満の場合、脱酸素剤としての効果が不十分となり、また、７質量％を超えると、溶融金属の粘性が高くなり、母材へのなじみが低下するなど溶接作業性が劣化する。よって、Ｓｉ含有量は、被覆剤全質量あたり、１〜７質量％とする。
【００２５】
［Ｍｎ：１〜８質量％］
Ｍｎは、前述したＳｉと同様に、脱酸剤として作用する他、溶接金属の靭性向上にも有効な元素である。そして、Ｍｎは、金属ＭｎやＦｅ−Ｍｎなどの形態で被覆剤に添加することができる。ただし、Ｍｎ含有量が、被覆剤全質量あたり１質量％未満の場合、脱酸不足となり、ブローホールが発生する。一方、Ｍｎ含有量が、被覆剤全質量あたり８質量％を超えると、溶融金属の粘性が低下して凸ビード傾向となり、溶接作業性が劣化する。よって、Ｍｎ含有量は、被覆剤全質量あたり、１〜８質量％とする。被覆剤におけるＭｎ量は、溶接金属の靭性を考慮すると２質量％以上とすることが好ましく、溶接作業性向上の観点から５質量％以下とすることが好ましい。
【００２６】
［Ｌｉ化合物（Ｌｉ換算値）： ０．０３〜０．７質量％］
Ｌｉは、被覆剤の耐吸湿性を向上させる効果があり、一般には水ガラス中に添加される。被覆剤中のＬｉ化合物が、Ｌｉ換算値で０．０３質量％未満の場合、耐吸湿性を向上させる効果が得られない。一方、被覆剤中のＬｉ化合物が、Ｌｉ換算値で０．７質量％を超えると、耐吸湿性は向上するが、水ガラスの粘性が小さくなり被覆剤の被覆工程における潤滑剤としての性能が低下して、被覆作業が困難になる。また、Ｌｉ化合物量が０．７質量％を超えると、固着強度が低下するため、被覆後における被覆剤の脱落及び乾燥時における乾燥割れが生じやすくなる。
【００２７】
よって、Ｌｉ化合物含有量は、Ｌｉ換算値で、被覆剤全質量あたり０．０３〜０．７質量％とする。なお、Ｌｉ化合物の具体例としては、水ガラスに添加されるＬｉ２Ｏの他に、ＬｉＣＯ３及びＬｉＦなどを用いることができる。
【００２８】
［Ｎａ化合物（Ｎａ換算値）、Ｋ化合物（Ｋ換算値）： 合計で１．０〜３．５質量％］
Ｎａ及びＫは、被覆剤の固着性及びアーク安定性を確保する効果がある。しかし、被覆剤中のＮａ化合物（Ｎａ換算値）とＫ化合物（Ｋ換算値）の合計が、被覆剤全質量あたり１．０質量％未満であると、アークが不安定になると共に固着強度が低下するため、被覆後における被覆剤の脱落及び乾燥時における乾燥割れが生じやすくなる。一方、被覆剤中のＮａ化合物（Ｎａ換算値）とＫ化合物（Ｋ換算値）の合計が、被覆剤全質量あたり３．５質量％を超えると、被覆剤の耐吸湿性が劣化する。
【００２９】
よって、被覆剤中のＮａ化合物含有量（Ｎａ換算値）とＫ化合物含有量（Ｋ換算値）の合計は、１．０〜３．５質量％の範囲とする。なお、Ｎａ化合物及びＫ化合物（Ｋ換算値）は、その両方を配合する必要はなく、少なくとも一方を被覆剤に配合すれば、前述した効果が得られる。
【００３０】
［Ｌｉ化合物含有量とＮａ化合物含有量とＫ化合物含有量の関係］
本実施形態の低水素系被覆アーク溶接棒では、被覆剤について、Ｌｉ化合物含有量（Ｌｉ換算値）とＮａ化合物含有量（Ｎａ換算値）とＫ化合物含有量（Ｋ換算値）との関係が、上記数式２を満たす組成にしている。Ｌｉと、Ｎａ及びＫとは、被覆剤の固着強度と耐吸湿性に及ぼす影響に関して、相反する作用を有する。即ち、Ｌｉは、被覆剤の固着強度を低下させるが耐吸湿性を向上させる効果がある。これに対して、Ｎａ及びＫは、固着強度を上昇させる効果があるが、耐吸湿性を低下させる。
【００３１】
そこで、本実施形態の低水素系被覆アーク溶接棒では、これらアルカリ成分の被覆剤の固着強度と耐吸湿性への影響度は、それぞれの元素の原子半径と相関があると考えた。そして、本発明者は、Ｌｉの原子半径を１とした場合、Ｎａの原子半径は１．２２、Ｋの原子半径は１．４９と表され、ＮａとＫを分子、Ｌｉを分母に配置した（１．２２×[Ｎａ]＋１．４９×[Ｋ]）／[Ｌｉ]なるパラメータで被覆剤の固着強度と耐吸湿性を同時に評価できることを見出した。
【００３２】
ただし、（１．２２×[Ｎａ]＋１．４９×[Ｋ]）／[Ｌｉ]が２．０未満の場合、耐吸湿性には優れるが、被覆剤の固着強度が低下する。また、（１．２２×[Ｎａ]＋１．４９×[Ｋ]）／[Ｌｉ]が３５を超えると、被覆剤の固着強度は向上するが、耐吸湿性が低下する。よって、上記数式２に示すパラメータ（１．２２×[Ｎａ]＋１．４９×[Ｋ]）／[Ｌｉ]の範囲は、２〜３５とする。なお、被覆剤の固着強度と耐吸湿性のバランスを考慮すると、（１．２２×[Ｎａ]＋１．４９×[Ｋ]）／[Ｌｉ]の範囲は、５〜２０であることが好ましい。
【００３３】
［Ｃ：０．１質量％以下］
Ｃ含有量が、被覆剤全質量あたり０．１質量％を超えると、溶接金属中のＣ量が過剰となり、高温割れが発生しやすくなると共に、靭性低下の原因となる高炭素マルテンサイトが生成しやすくなる。このため、Ｃ含有量は、被覆剤全質量あたり、０．１質量％以下に規制することが好ましい。
【００３４】
また、本実施形態の低水素系被覆アーク溶接棒では、被覆剤に、前述した各成分に加えて、以下に示す成分のうち１種又は２種以上を、必要に応じて添加することができる。
【００３５】
［Ｔｉ： ０．２〜２．０質量％］
Ｔｉは、脱酸性元素であると共に、溶接金属の強度向上に有効な元素である。また、Ｔｉは微細な球状酸化物を生成して、溶接金属の組織の微細化する効果もある。ただし、Ｔｉの含有量が、被覆剤全質量あたり、０．２質量％未満の場合、十分な脱酸効果及び溶接金属の強度向上効果が得られない。一方、Ｔｉの含有量が２．０質量％を超えると、溶接金属中のＴｉ量が多くなり過ぎ、強度及び硬度が過度に高くなって、溶接金属の靭性が低下する。よって、Ｔｉを添加する場合は、その含有量を、被覆剤全質量あたり、０．２〜２．０質量％とする。なお、Ｔｉは、Ｆｅ−Ｔｉ及び金属Ｔｉなどの形態で添加することができる。
【００３６】
［Ｂ化合物（Ｂ換算）： ０．０２〜０．３質量％］
Ｂは、粒界フェライトの生成抑制に有効であり、焼入れ性が強い元素である。ただし、被覆剤中のＢ含有量が、Ｂ換算値で、０．０２質量％未満の場合、Ｂによる粒界フェライトの生成抑制効果は得られず、溶接金属の金属組織が粗くなる。一方、被覆剤中のＢの含有量が０．３質量％を超えると、溶接金属が粗大なラス状組織を呈して靭性が劣化する。よって、Ｂを添加する場合は、その含有量（Ｂ換算値）が、被覆剤全質量あたり０．０２〜０．３質量％となるようにする。なお、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ及び金属Ｂなどの形態で添加することができる。
【００３７】
［Ｎｉ：０．５〜１０質量％］
Ｎｉは、溶接金属の強度及び靭性を高める効果があり、特に、溶接部材の使用温度が−４０℃を下回るような場合は、溶接金属の強度と靭性を両立させるために、Ｎｉを添加することが望ましい。ただし、Ｎｉ含有量が、被覆剤全質量あたり、０．５質量％未満の場合、溶接金属の靭性向上の効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が、被覆剤全質量あたり、１０質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靭性が低下すると共に、溶接時に高温割れを起こしやすくなる。従って、Ｎｉを添加する場合は、被覆剤全質量あたり、０．５〜１０質量％とする。なお、Ｎｉは、金属Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇ及びＦｅ−Ｎｉなどの形態で添加することができる。
【００３８】
［Ｃｒ、Ｍｏ：合計で０．１〜３質量％］
Ｃｒ及びＭｏは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。しかし、Ｃｒ及びＭｏの総含有量が、被覆剤全質量あたり、０．１質量％未満の場合、溶接金属の強度向上の効果が得られない。一方、Ｃｒ及びＭｏの総含有量が、被覆剤全質量あたり３質量％を超えると、焼入れ性が過大になると共に、炭化物を生成するため、溶接金属の靭性が劣化する。従って、Ｃｒ及びＭｏを添加する場合は、被覆剤全質量あたり、合計で０．１〜３質量％の範囲にする。なお、Ｃｒ及びＭｏは、その両方を添加する必要はなく、いずれか一方のみ添加してもよい。
【００３９】
［Ａｌ、Ｍｇ：合計で０．２〜２質量％］
Ａｌ及びＭｇは、強い脱酸剤であり、溶接金属中の酸素量を低減し、靭性を向上させる効果がある。ただし、Ａｌ及びＭｇの総含有量が、被覆剤全質量あたり０．２質量％未満の場合、溶接金属の靭性向上の効果が得られない。一方、Ａｌ及びＭｇの総含有量が、被覆剤全質量あたり、２質量％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなると共に、スラグの粘性が低下してスラグ剥離性が劣化する。従って、Ａｌ及びＭｇを添加する場合は、これらの総含有量を、被覆剤全質量あたり０．２〜２質量％とする。なお、Ａｌ及びＭｇは、その両方を添加する必要はなく、いずれか一方のみを添加してもよい。
【００４０】
［残部］
被覆剤における上記以外の成分、即ち残部は、Ｆｅ、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物及び不可避的不純物などである。また、ここでいう不可避的不純物には、Ｐ、Ｓ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｎ及びＺｒなどが挙げられる。
【００４１】
（鋼心線）
鋼心線に用いられる鋼材としては、例えば軟鋼や低合金鋼が挙げられる。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態の低水素系被覆アーク溶接棒では、被覆剤組成、特にＬｉ化合物含有量とＮａ化合物含有量及びＫ化合物含有量との関係を特定しているため、被覆剤の固着性及び溶接作業性を低下させずに、耐吸湿性を向上させることができる。更に、本実施形態の低水素系被覆アーク溶接棒を使用することにより、拡散性水素量が４ｍｌ／１００ｇ以下の溶接金属を得ることができる
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、溶接棒塗装機を用いて、下記表１に示す成分組成の鋼心線を、下記表２，３に示す成分組成の被覆剤で被覆した後、４００〜５００℃で約１時間焼成し、実施例及び比較例の各低水素系被覆アーク溶接棒を作製した。なお、実施例及び比較例の各溶接棒の被覆率は、下記表２，３に示す通りである。また、下記表１〜３に示す鋼心線及び被覆剤の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。そして、下記表２，３に示すＮｏ．１〜３０の溶接棒は本発明の範囲内のものであり、下記表３に示すＮｏ．３１〜４８の溶接棒は本発明の範囲から外れるものである。
【００４４】
【表１】
2015128779.tif 000004
【００４５】
【表２】
2015128779.tif 000005
【００４６】
【表３】
2015128779.tif 000006
【００４７】
次に、前述した方法で作製した実施例及び比較例の各被覆アーク溶接棒について、耐吸湿性、機械的性能、溶接作業性、被覆剤の固着性及び溶接金属における拡散性水素量を評価した。
【００４８】
＜耐吸湿性＞
耐吸湿性は、３５０℃の温度条件下で、１時間の加熱により再乾燥させた被覆アーク溶接棒を、温度３０℃、相対湿度８０％の雰囲気中に６時間暴露し、被覆剤が吸湿した水分量をカールフィッシャー法（気化法）で測定することにより評価した。測定時、被覆剤から水分を気化させるために７５０℃で加熱を行い、乾燥空気をキャリアガスとして測定装置へ導いた。その結果、被覆剤中の水分量が３０００質量ｐｐｍ以下のものを良好と判断した。
【００４９】
＜機械的特性・溶接作業性＞
実施例及び比較例の各被覆アーク溶接棒を使用して溶接を行い、溶接作業性を評価すると共に、参考のため得られた溶接金属の機械的性能を評価した。その際、溶接用鋼板（母材）には、ＪＩＳ  Ｇ  ３１０６  ＳＭ４９０Ａ（板厚２０ｍｍ）を用いた。開先形状は２０°Ｖ開先、開先ギャップは１６ｍｍとした。溶接姿勢は下向、極性はＡＣ又はＤＣＥＰ（直流棒プラス）とし、溶接電流は１５０〜１６０Ａ、溶接電圧は２２〜２３Ｖ、溶接入熱は２．０〜２．１ｋＪ／ｍｍ、予熱・パス間温度は９０〜１１０℃とした。
【００５０】
また、被覆剤の再乾燥のため、溶接前に、各溶接棒を、３５０℃の温度条件下で１時間加熱した。機械的性能は、溶接金属の引張強さ（ＴＳ）及び−２０℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー（ｖＥ−２０℃）により評価し、引張強さ４９０ＭＰａ以上かつ吸収エネルギー９０Ｊ以上であったものを良好と判断した。一方、溶接作業性は、官能により◎、○、△及び×の４段階の評価し、◎及び○を良好と判断した。なお、これらの機械的特性は、本発明の被覆アーク溶接棒においては必須の特性ではない。このため、評価結果が良好でなくても本発明の効果には影響せず、その他の特性が良好であれば本発明の効果は得られているといえる。
【００５１】
＜被覆剤の固着性＞
被覆剤の固着性は、先ず、焼成後に、目視により被覆剤表面の割れの有無を観察し、その後、溶接中の保護筒の安定性を、官能により◎、○、△及び×の４段階の評価した。その結果、◎及び○のものを良好と判断した。
【００５２】
＜拡散水素量＞
下向の溶接姿勢で、極性をＡＣ又はＤＣＥＰ（直流棒プラス）とし、溶接電流１５０〜１６０Ａ、溶接電圧２２Ｖ、溶接速度１８０ｍｍ／分の条件で１パスの溶接を行った。その際、溶接雰囲気は、温度を２０℃、相対湿度を１０％とした。また、被覆剤の再乾燥のために、溶接前に、各溶接棒を、３５０℃の温度条件下で１時間加熱した。
【００５３】
溶接により得られた溶接金属中の拡散性水素量を、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に準拠した方法で測定した。その結果、拡散性水素量が４．０ｍｌ／１００ｇ以下のものを、良好と判断した。以上の評価結果を、下記表４にまとめて示す。
【００５４】
【表４】
2015128779.tif 000007
【００５５】
上記表４に示すように、Ｎｏ．３１の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、（１．２２×[Ｎａ]＋１．４９×[Ｋ]）／[Ｌｉ]が本発明の範囲を超えているため、耐吸湿性が劣り、拡散水素量も多かった。一方、Ｎｏ．３２の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、（１．２２×[Ｎａ]＋１．４９×[Ｋ]）／[Ｌｉ]が本発明の範囲に満たないため、被覆剤の固着強度が低く、更に、Ｎａ化合物とＫ化合物の総含有量が本発明の範囲に満たないため、アークが不安定となった。
【００５６】
Ｎｏ．３３の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、金属フッ化物が本発明の範囲を超えているためアーク安定性が劣化し、更に、ＳｉＯ２含有量が本発明の範囲を超えているためスラグ剥離性が劣化した。Ｎｏ．３４の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、（１．２２×[Ｎａ]＋１．４９×[Ｋ]）／[Ｌｉ]が本発明の範囲を超え、更に、金属炭酸塩含有量及びＬｉ化合物量が本発明の範囲に満たないため、耐吸湿性が劣り、拡散水素量も多かった。
【００５７】
Ｎｏ．３５の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、金属炭酸塩含有量が本発明の範囲を超えているためビード形状が劣化し、更に、被覆剤の被覆率が本発明の範囲を超えているためアークが不安定となった。Ｎｏ．３６の溶接棒は、被覆剤の被覆率が本発明の範囲に満たないため、溶接金属中の拡散水素量が増加し、溶接金属の靱性が低下した。
【００５８】
Ｎｏ．３７の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３の総含有量が本発明の範囲に満たないためビード形状が劣化し、更に、ＳｉＯ２含有量が本発明の範囲に満たないため固着性が低下した。一方、Ｎｏ．３８の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３の総含有量が本発明の範囲を超えているため、スラグ剥離性が劣化した。
【００５９】
Ｎｏ．３９の溶接棒は、被覆剤の成分組成においてＳｉ含有量が本発明の範囲を超えているため、溶融金属の粘性が高くなり、また、Ｎｏ．４０の溶接棒は、被覆剤の成分組成においてＭｎ含有量が本発明の範囲を超えているため、溶融金属の粘性が低下し、いずれもビード形状が劣化した。一方、Ｎｏ．４１の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、Ｓｉ含有量及びＭｎ含有量が本発明の範囲に満たないため、溶接金属の脱酸が不足して、ブローホールが発生し、更に溶接金属の靭性も低下した。
【００６０】
Ｎｏ．４２の溶接棒は、被覆剤中のＮａ化合物含有量とＫ化合物含有量の合計が本発明の範囲を超えているため、耐吸湿性が劣っていた。Ｎｏ．４３の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、金属フッ化物含有量が本発明の範囲に満たないため、スラグの粘性が高くなり、ビード形状が劣化した。Ｎｏ．４４の溶接棒は、被覆剤の成分組成において、Ｌｉ化合物含有量が本発明の範囲を超えているため、被覆剤の固着強度が低下した。
【００６１】
一方、Ｎｏ．４５の溶接棒は、耐吸湿特性、被覆剤の固着性及び溶接作業性は良好であったが、被覆剤に、２．０質量％を超えてＴｉを添加すると共に０．３質量％を超えてＢ化合物を添加しているため、溶接金属の靭性が低下した。同様に、Ｎｏ．４６の溶接棒も、耐吸湿特性、被覆剤の固着性及び溶接作業性は良好であったが、被覆剤に１０質量％を超えてＮｉを添加しているため、溶接金属の靭性が低下した。
【００６２】
また、Ｎｏ．４７の溶接棒も、耐吸湿特性、被覆剤の固着性及び溶接作業性は良好であったが、被覆剤に３質量％を超えてＣｒ及びＭｏを添加しているため、溶接金属の靭性が低下した。一方、Ｎｏ．４８の溶接棒は、被覆剤に２質量％を超えてＡｌ及びＭｇを添加しているため、アークが不安定になり、更にスラグ剥離性も低下した。
【００６３】
これに対して、本発明の範囲内で作製したＮｏ．１〜３０の溶接棒は、耐吸湿性に優れ、被覆剤の固着性及び溶接作業性も良好であった。加えて、Ｎｏ．１〜２８，３０の溶接棒は、Ｔｉ、Ｂ化合物、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ及びＭｇのうち１種又は２種以上の元素を特定量含有しているため、これらの元素の含有量が少ないＮｏ．２９の溶接棒に比べて、溶接金属の機械的特性が優れていた。
【００６４】
以上の結果から、本発明によれば、耐吸湿特性に優れ、被覆剤の固着性及び溶接作業性も良好な低水素系被覆アーク溶接棒を得られることが確認された。