(57)【要約】【課題】Ｎｉ基合金および９％Ｎｉ鋼、高耐食オーステナイト系ステンレス鋼等の全姿勢溶接において、優れたビード形状が得られるとともに、アーク安定性およびスラグ剥離性に優れ、良好な強度、靱性、耐欠陥性、耐高温割れ性、耐食性を有する溶接金属が得られるＮｉ基合金のフラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】  Ｎｉ基合金の外皮にフラックスが充填されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、を所定量含有し、前記フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、を所定量含有し、且つ、前記フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、Ｎａ，Ｋ，Ｌｉのアルカリ金属化合物をアルカリ金属換算値で所定量、フッ化物をフッ素換算値で所定量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】
Ｎｉ基合金の外皮にフラックスが充填されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
Ｎｉ：５２〜６５質量％、
Ｃｒ：１８〜２３質量％、
Ｍｏ：７．０〜１０．０質量％、
Ｎｂ：３．０〜５．０質量％、
を含有し、
前記フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：４．０〜１２．０質量％、
ＳｉＯ２：０．０５〜０．６０質量％、
ＺｒＯ２：１．０〜４．０質量％、
ＭｎＯ２：０．３質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：１．０質量％以下、
を含有し、且つ、
前記フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、
Ｎａ，Ｋ，Ｌｉのアルカリ金属化合物をアルカリ金属換算値で、合計０．１〜２．０質量％、フッ化物をフッ素換算値で０．１〜１．０質量％を含有することを特徴とするＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
スラグ形成剤としてＣａ化合物、Ｂａ化合物、および、Ｂｉ化合物を含有し、これらの化合物について、ワイヤ全質量あたり、それぞれ、Ｃａ換算値で０．５質量％以下、Ｂａ換算値で０．５質量％以下、Ｂｉ換算値で０．０１質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
スラグ形成剤として酸化物および炭酸塩を含有し、前記酸化物および炭酸塩の中で、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの酸化物、および、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの炭酸塩について、酸化物換算値で、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）：５〜５０であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＮｉ基合金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、９％Ｎｉ鋼、Ｎｉ基合金、高耐食オーステナイト系ステンレス鋼等の溶接において使用されるＮｉ基合金フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｉ基合金を成分とする溶接材料は、例えば、化学プラントや石油関連設備等の構造部材として使用されるＮｉ基合金や高耐食オーステナイト系ステンレス鋼等の溶接に用いられている。あるいは、Ｎｉ基合金を成分とする溶接材料は、ＬＮＧ、液体窒素、また液体酸素などの貯蔵タンク等の構造部材として使用される９％Ｎｉ鋼等の溶接に用いられている。
【０００３】
近年、Ｎｉ基合金のような特殊溶接材料について、被覆アーク溶接やＴＩＧ溶接に比べて、より高い作業能率が期待できるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接が拡大しつつある。
ここで、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接においては、Ｎｉ基合金は溶接金属の融点が低いため、凝固したスラグとの界面にガスがトラップされやすく、溶接金属にピットが発生しやすいという問題がある。また、その他の性能についての改善も図られている。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１には、ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＳｉＯ２の添加量の調整と、ＭｎＯ２の添加により耐ピット性を改善したＮｉ基合金フラックス入りワイヤが開示されている。また、このＮｉ基合金フラックス入りワイヤについては、ＭｎＯ２の添加はＳｉのスラグアウトを促進する効果があり、溶接金属中のＳｉを低減化させ、耐高温割れ性を向上させる効果もある。
【０００５】
また、例えば、特許文献２には、ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２をベースとしたスラグ形成剤にスラグの凝固温度を低下させるＭｎＯ２を添加することで、水平すみ肉、横向溶接において、耐ピット性を改善したＮｉ基合金フラックス入りワイヤが開示されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献３には、９％Ｎｉ鋼の溶接を対象として、ハステロイ系の溶接金属とすることで、優れた耐凝固割れ性、低温靱性が得られるＮｉ基合金フラックス入りワイヤが開示されている。また、このＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＭｎＯ，ＺｒＯ２，アルカリ金属の添加バランスを適正化することで、全姿勢での優れた溶接作業性を有するものである。
【０００７】
また、例えば、特許文献４には、ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｆｅ酸化物，Ｍｎ酸化物，アルカリ金属、フッ化物の添加量を適正化することで、ビードのなじみが良く、スパッタ発生量が少なく、スラグの被包性や剥離性などの溶接作業性に優れたＮｉ基合金フラックス入りワイヤが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１４００６４号公報
【特許文献２】特開２００８−２４６５０７号公報
【特許文献３】特開２００７−２０３３５０号公報
【特許文献４】特開平６−１９８４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、２に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、低融点酸化物であるＭｎＯ２の添加によりスラグ凝固温度が低下する。そのため、特許文献１、２に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、立向姿勢や上向姿勢でのビード形状の改善に余地がある。
特許文献３に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでも、ＭｎＯの添加量が高いことから、スラグ凝固温度が低下する。そのため、特許文献３に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、立向姿勢や上向姿勢でのビード形状の改善に余地がある。
【００１０】
特許文献４に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、スラグ成分にＺｒＯ２を含まない。そのため、特許文献４に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、立向姿勢や上向姿勢でのビード形状の改善に余地がある。ＺｒＯ２は融点が高く、添加することで立向、上向姿勢においてのビード形状の改善に有効である。また、特許文献４に記載のＮｉ基合金フラックス入りワイヤでは、立向、上向姿勢での溶接作業性についてまったく検討されていない。
【００１１】
また、従来の技術においては、アーク安定性、スラグ剥離性、どのようなビード形状が得られるか等の溶接作業性や、強度、靭性、耐欠陥性、耐高温割れ性、耐食性等の溶接金属性能の向上が図られている。しかしながら、これらの溶接作業性や溶接金属性能を両立させるとともに、溶接作業性や溶接金属性能のさらなる向上が望まれている。なお、耐欠陥性とは、ブローホール、ピット、スラグ巻等の発生しにくい特性のことである。
【００１２】
そこで、本発明の課題は、Ｎｉ基合金および９％Ｎｉ鋼、高耐食オーステナイト系ステンレス鋼等の全姿勢溶接において、優れたビード形状が得られるとともに、アーク安定性およびスラグ剥離性に優れ、良好な強度、靱性、耐欠陥性、耐高温割れ性、耐食性を有する溶接金属が得られるＮｉ基合金のフラックス入りワイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意検討した結果、以下の事項を見出した。
Ｎｉ基合金は融点が低いため、全姿勢溶接では溶融金属が垂れやすくなる特徴がある。そのため、全姿勢溶接で平坦なビード形状を得るためには、スラグの凝固温度を高くして、凝固したスラグで溶融金属が垂れないように抑えることが必要となる。スラグの凝固温度を高めるためには、スラグ形成剤において、高融点な酸化物の添加量を高めて、なるべく低融点な酸化物を添加しなければよい。このような考えにより、高融点なスラグ組成を維持しつつ、スラグ剥離も優れるスラグ組成を有するＮｉ基合金フラックス入りワイヤを開発した。
【００１４】
前記の課題を解決するため、本発明では、次の技術手段を講じている。
本発明に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金の外皮にフラックスが充填されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、Ｎｉ：５２〜６５質量％、Ｃｒ：１８〜２３質量％、Ｍｏ：７．０〜１０．０質量％、Ｎｂ：３．０〜５．０質量％、を含有し、前記フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２：４．０〜１２．０質量％、ＳｉＯ２：０．０５〜０．６０質量％、ＺｒＯ２：１．０〜４．０質量％、ＭｎＯ２：０．３質量％以下、Ａｌ２Ｏ３：１．０質量％以下、を含有し、且つ、前記フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、Ｎａ，Ｋ，Ｌｉのアルカリ金属化合物をアルカリ金属換算値で、合計０．１〜２．０質量％、フッ化物をフッ素換算値で０．１〜１．０質量％を含有することを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、Ｎｉ基合金フラックス入りワイヤ（以下、適宜、フラックス入りワイヤあるいは、単にワイヤという）は、所定量のＮｉを添加することでオーステナイト組織が安定化されて靭性が向上し、所定量のＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂを添加することで、溶接金属の強度および耐食性が向上する。
また、フラックス入りワイヤは、所定量のＴｉＯ２を添加することで、均一で被包性の良いスラグが形成され、アーク安定性が向上するとともに、スラグ融点が上がり、全姿勢溶接でのビード形状が平坦となる。また、所定量のＳｉＯ２を添加することで、スラグの粘性が高まり、スラグ被りが均一になることでスラグ剥離性が良好となる。また、所定量のＺｒＯ２を添加することで、スラグ凝固が早まり、立向姿勢および上向姿勢での平坦なビード形状がえられる。また、ＭｎＯ２の添加量を規制することで、スラグ凝固温度の低下が抑制され、全姿勢溶接のビード形状の劣化が抑制される。また、Ａｌ２Ｏ３の添加量を規制することで、スラグ剥離の劣化が抑制される。
また、フラックス入りワイヤは、Ｎａ，Ｋ，Ｌｉのアルカリ金属化合物を所定量添加することで、アーク安定性が向上し、フッ化物を所定量添加することで、水分由来の気孔欠陥が低減される。
【００１６】
本発明に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、スラグ形成剤としてＣａ化合物、Ｂａ化合物、および、Ｂｉ化合物を含有し、これらの化合物について、ワイヤ全質量あたり、それぞれ、Ｃａ換算値で０．５質量％以下、Ｂａ換算値で０．５質量％以下、Ｂｉ換算値で０．０１質量％以下であることが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、Ｃａ化合物、Ｂａ化合物の添加量を規制することで、スラグ融点の低下が抑制され、全姿勢の溶接作業性の劣化が抑制される。これにより、よりスラグ剥離が良く、全姿勢でより平坦なビード形状が得られるやすくなる。また、Ｂｉ化合物の添加量を規制することで、溶接金属の耐高温割れ性の劣化が抑制される。
【００１８】
本発明に係るＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、スラグ形成剤として酸化物および炭酸塩を含有し、前記酸化物および炭酸塩の中で、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの酸化物、および、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの炭酸塩について、酸化物換算値で、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）：５〜５０であることが好ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、フラックス入りワイヤは、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）を規定することで、全姿勢での溶接作業性とスラグのなじみが両立する。これにより、より全姿勢で平坦なビード形状が得られ、スラグ剥離性もより良好となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金、９％Ｎｉ鋼および高耐食オーステナイト系ステンレス鋼等の全姿勢溶接において、ビード形状に優れる溶接金属が得られるととともに、アーク安定性およびスラグ剥離に優れたものとなる。また、本発明のＮｉ基合金フラックス入りワイヤは、良好な強度、靱性、耐欠陥性、耐高温割れ性、耐食性を有する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。
本発明のフラックス入りワイヤは、Ｎｉ基合金の外皮にフラックスが充填されたＮｉ基合金フラックス入りワイヤである。そして、このフラックス入りワイヤは、全質量あたり、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂを所定量含有し、フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３を所定量含有し、且つ、フラックス中に、ワイヤ全質量あたり、Ｎａ，Ｋ，Ｌｉのアルカリ金属化合物をアルカリ金属換算値で所定量、フッ化物をフッ素換算値で所定量含有するものである。
以下、フラックス入りワイヤの成分限定理由について説明する。
【００２２】
＜Ｎｉ：５２〜６５質量％＞
Ｎｉはオーステナイト組織を安定化させるために添加する。Ｎｉ含有量が５２質量％未満では、相対的に他の元素の含有量が増え組織が不安定となり、靭性が劣化する。一方、Ｎｉ含有量が６５質量％を超えると、相対的にＣｒ，Ｍｏ，Ｎｂなどの添加量が低くなり、耐食性や強度が劣化する。したがって、フラックス入りワイヤにおけるＮｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり５２〜６５質量％とする。Ｎｉ含有量は、組織をより安定にさせる観点から、好ましくは５５質量％以上、より好ましくは５８質量％以上である。また、耐食性や強度をより向上させる観点から、好ましくは６２質量％以下、より好ましくは６１質量％以下である。
【００２３】
＜Ｃｒ：１８〜２３質量％＞
Ｃｒは溶接金属の強度および耐食性を向上させる効果がある。Ｃｒ含有量が１８質量％未満では、耐食性が劣化する。一方、Ｃｒ含有量が２３質量％を超えると、溶接金属の靱性が劣化する。したがって、フラックス入りワイヤにおけるＣｒ含有量は、ワイヤ全質量あたり１８〜２３質量％とする。Ｃｒ含有量は、耐食性をより向上させる観点から、好ましくは１９質量％以上、より好ましくは２０質量％以上である。また、靱性をより向上させる観点から、好ましくは２２質量％以下、より好ましくは２１．５質量％以下である。
【００２４】
＜Ｍｏ：７．０〜１０．０質量％＞
ＭｏはＣｒと同じく、溶接金属の強度および耐食性を向上させる効果がある。Ｍｏ含有量が７．０質量％未満では、耐食性が劣化する。一方、Ｍｏ含有量が１０．０質量％を超えると、溶接金属の靱性が劣化する。したがって、フラックス入りワイヤにおけるＭｏ含有量は、ワイヤ全質量あたり７．０〜１０．０質量％とする。Ｍｏ含有量は、耐食性をより向上させる観点から、好ましくは７．５質量％以上、より好ましくは８．０質量％以上である。また、靱性をより向上させる観点から、好ましくは９．０質量％以下、より好ましくは８．８質量％以下である。
【００２５】
＜Ｎｂ：３．０〜５．０質量％＞
Ｎｂは固溶強化元素であり、溶接金属の強度を向上させる効果がある。Ｎｂ含有量が３．０質量％未満では、強度が劣化する。一方、Ｎｂ含有量が５．０質量％を超えると、溶接金属の靱性が劣化する。したがって、フラックス入りワイヤにおけるＮｂ含有量は、ワイヤ全質量あたり３．０〜５．０質量％とする。Ｎｂ含有量は、強度をより向上させる観点から、好ましくは３．１５質量％以上、より好ましくは３．３質量％以上である。また、靱性をより向上させる観点から、好ましくは４．５質量％以下、より好ましくは４．２質量％以下である。
【００２６】
＜ＴｉＯ２：フラックス中に４．０〜１２．０質量％＞
ＴｉＯ２はスラグ形成剤の主成分であり、均一で被包性の良いスラグを形成し、アーク安定性を向上させる効果がある。また、ＴｉＯ２の添加はスラグ融点を上げて全姿勢溶接でのビード形状を平坦にさせる効果もある。ＴｉＯ２含有量が４．０質量％未満では、上記の効果が得られない。一方、ＴｉＯ２含有量が１２．０質量％を超えると、フラックスが非常に溶けにくくなり、フラックス柱が溶け残り、スラグ巻の発生の原因となる。したがって、フラックス中のＴｉＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり４．０〜１２．０質量％とする。ＴｉＯ２含有量は、上記の効果をより向上させる観点から、好ましくは５．０質量％以上、より好ましくは５．５質量％以上である。また、フラックスをより溶けやすくする観点から、好ましくは１０．０質量％以下、より好ましくは９．０質量％以下である。
【００２７】
＜ＳｉＯ２：フラックス中に０．０５〜０．６０質量％＞
ＳｉＯ２はスラグの粘性を高め、スラグ被りを均一にすることでスラグ剥離性を良好にする効果がある。ＳｉＯ２含有量が０．０５質量％未満では、上記効果が得られない。一方、ＳｉＯ２含有量が０．６０質量％を超えると、ＳｉＯ２はＴｉ等の強脱酸元素によって還元されるため、溶接金属中のＳｉ増加を招き、溶接金属の靭性の劣化を招く。また、スラグ融点が低下し、全姿勢溶接でのビード形状が劣化する。したがって、フラックス中のＳｉＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０５〜０．６０質量％とする。ＳｉＯ２含有量は、上記の効果をより向上させる観点から、好ましくは０．２０質量％以上、より好ましくは０．３０質量％以上である。また、靭性をより向上させる観点およびビード形状をより良好にする観点から、好ましくは０．５５質量％以下、より好ましくは０．５０質量％以下である。
【００２８】
＜ＺｒＯ２：フラックス中に１．０〜４．０質量％＞
ＺｒＯ２はスラグ凝固を早め、立向姿勢および上向姿勢での平坦なビード形状が得られる効果がある。ＺｒＯ２含有量が１．０質量％未満では、上記の効果が十分に得られない。一方、ＺｒＯ２含有量が４．０質量％を超えると、スラグ被包性の劣化を招き、スラグ剥離性が著しく劣化する。したがって、フラックス中のＺｒＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり１．０〜４．０質量％とする。ＺｒＯ２含有量は、上記の効果をより向上させる観点から、好ましくは１．５質量％以上、より好ましくは１．８質量％以上である。また、スラグ剥離性をより向上させる観点から、好ましくは３．０質量％以下、より好ましくは２．８質量％以下である。
【００２９】
＜ＭｎＯ２：フラックス中に０．３質量％以下＞
ＭｎＯ２はスラグ凝固温度を低下させ、全姿勢溶接のビード形状を劣化させる。したがって、フラックス中のＭｎＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり０．３質量％以下とする。ＭｎＯ２含有量は、ビード形状の劣化をより抑制する観点から、好ましくは０．１質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以下である。なお、下限値は特に規定はないが、ＭｎＯ２は含有しない方が好ましい。ただし、ＭｎＯ２は不可避的に混入するため、実質的に０．００１質量％が下限値となる。
【００３０】
＜Ａｌ２Ｏ３：フラックス中に１．０質量％以下＞
Ａｌ２Ｏ３はスラグ剥離性の劣化を招く。したがって、フラックス中のＡｌ２Ｏ３含有量は、ワイヤ全質量あたり１．０質量％以下とする。Ａｌ２Ｏ３含有量は、スラグ剥離性の劣化をより抑制する観点から、好ましくは０．８質量％以下、より好ましくは０．６質量％以下である。なお、下限値は特に規定はないが、Ａｌ２Ｏ３は含有しない方が好ましい。ただし、Ａｌ２Ｏ３は不可避的に混入するため、実質的に０．００１質量％が下限値となる。
【００３１】
＜Ｎａ，Ｋ，Ｌｉのアルカリ金属化合物におけるアルカリ金属換算値の合計：フラックス中に０．１〜２．０質量％＞
Ｎａ，Ｋ，Ｌｉなどのアルカリ金属はアーク安定性を向上させる効果がある。これらはフッ化物や複合酸化物として添加でき、アルカリ金属換算でＮａ，Ｋ，Ｌｉの合計を０．１〜２．０質量％含むようにする。Ｎａ，Ｋ，Ｌｉの合計が０．１質量％未満では、アーク安定性が劣化する。一方、２．０質量％を超えると、スラグ融点が低下し、全姿勢溶接でのビード形状が劣化する。したがって、フラックス中のＮａ，Ｋ，Ｌｉの合計は、ワイヤ全質量あたり０．１〜２．０質量％とする。Ｎａ，Ｋ，Ｌｉの合計は、アーク安定性をより向上させる観点から、好ましくは０．３質量％以上、より好ましくは０．５質量％以上である。また、ビード形状をより良好にする観点から、好ましくは１．５質量％以下、より好ましくは１．２質量％以下である。
【００３２】
＜フッ化物のフッ素換算値：フラックス中に０．１〜１．０質量％＞
フッ素は水分由来の気孔欠陥を低減する効果がある。フッ化物のフッ素換算値が０．１質量％未満では、気孔欠陥の低減効果が得られない。一方、フッ化物のフッ素換算値が１．０質量％を超えると、アーク安定性が劣化する。また、全姿勢溶接でのビード形状が劣化する。したがって、フラックス中のフッ化物のフッ素換算値は、ワイヤ全質量あたり０．１〜１．０質量％とする。フッ化物のフッ素換算値は、気孔欠陥の低減効果をより向上させる観点から、好ましくは０．３質量％以上、より好ましくは０．４質量％以上である。また、アーク安定性およびビード形状をより良好にする観点から、好ましくは０．９質量％以下、より好ましくは０．８質量％以下である。
なお、アルカリ金属化合物にはアルカリ金属フッ化物も含まれ、ここでの「フッ化物」にはアルカリ金属フッ化物も含まれる。すなわち、ここでの「フッ化物」は、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ以外のフッ化物も含むものである。
【００３３】
その他、フラックスの残部はＭｎ、Ｗ、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
【００３４】
＜残部：不可避的不純物＞
フラックス入りワイヤ全体としての成分の残部は、不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｖ、Ｎ等が挙げられる。
【００３５】
フラックス入りワイヤは、スラグ形成剤としてＣａ化合物、Ｂａ化合物、および、Ｂｉ化合物を含有し、これらの化合物について、ワイヤ全質量あたり、それぞれ、Ｃａ換算値、Ｂａ換算値、Ｂｉ換算値で所定量であることが好ましい。
【００３６】
＜Ｃａ化合物についてのＣａ換算値：０．５質量％以下＞
Ｃａはスラグ融点を低下させ、全姿勢の溶接作業性を劣化させる。Ｃａを低減することで、よりスラグ剥離が良く、全姿勢でより平坦なビード形状が得られやすい。したがって、Ｃａ化合物の含有量は、ワイヤ全質量あたり、Ｃａ換算値で０．５質量％以下とすることが好ましい。Ｃａ化合物の含有量は、溶接作業性をより向上させる観点およびビード形状をより良好にする観点から、より好ましくは、Ｃａ換算値で０．１質量％以下、さらに好ましくは、Ｃａ換算値で０．０５質量％以下である。なお、下限値は特に規定はないが、Ｃａ化合物は含有しない方が好ましい。ただし、Ｃａは不可避的に混入するため、実質的にＣａ換算値で０．００１質量％が下限値となる。
【００３７】
＜Ｂａ化合物についてのＢａ換算値：０．５質量％以下＞
Ｂａはスラグ融点を低下させ、全姿勢の溶接作業性を劣化させる。Ｂａを低減することで、よりスラグ剥離が良く、全姿勢でより平坦なビード形状が得られやすい。したがって、Ｂａ化合物の含有量は、ワイヤ全質量あたり、Ｂａ換算値で０．５質量％以下とすることが好ましい。Ｂａ化合物の含有量は、溶接作業性をより向上させる観点およびビード形状をより良好にする観点から、より好ましくは、Ｂａ換算値で０．１質量％以下、さらに好ましくは、Ｂａ換算値で０．０５質量％以下である。なお、下限値は特に規定はないが、Ｂａ化合物は含有しない方が好ましい。ただし、Ｂａは不可避的に混入するため、実質的にＢａ換算値で０．００１質量％が下限値となる。
【００３８】
＜Ｂｉ化合物についてのＢｉ換算値：０．０１質量％以下＞
Ｂｉは溶接金属中に低融点酸化物として最終凝固域に偏析し、溶接金属の耐高温割れ性を劣化させる。したがって、Ｂｉ化合物の含有量は、ワイヤ全質量あたり、Ｂｉ換算値で０．０１質量％以下とすることが好ましい。Ｂｉ化合物の含有量は、耐高温割れ性をより向上させる観点から、より好ましくは、Ｂｉ換算値で０．００１質量％以下、さらに好ましくは、Ｂｉ換算値で０．０００５質量％以下である。なお、下限値は特に規定はないが、Ｂｉ化合物は含有しない方が好ましい。ただし、Ｂｉは不可避的に混入するため、実質的にＢｉ換算値で０．０００１質量％が下限値となる。
【００３９】
フラックス入りワイヤは、スラグ形成剤として酸化物および炭酸塩を含有し、前記酸化物および炭酸塩の中で、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの酸化物、および、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの炭酸塩について、酸化物換算値で、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）が所定範囲であることが好ましい。
【００４０】
＜Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの酸化物および炭酸塩についての酸化物換算値で、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）：５〜５０＞
スラグ形成剤として添加するＴｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａのバランスを調整することで全姿勢での溶接作業性とスラグのなじみを両立することができる。これにより、より全姿勢で平坦なビード形状が得られ、スラグ剥離性もより良好となる。Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの酸化物および炭酸塩についての酸化物換算値で、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）が５以上であれば、スラグ凝固が遅くならず、全姿勢での溶接作業性が向上する。一方、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）が５０以下であれば、スラグのなじみが向上しやすく、スラグ剥離性について実用レベルをより維持しやすくなる。したがって、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｂａの酸化物および炭酸塩についての酸化物換算値で、（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）は、５〜５０とすることが好ましい。（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）は、溶接作業性をより向上させる観点から、より好ましくは１０以上、さらに好ましくは１２以上である。また、スラグのなじみをより向上させやすくし、スラグ剥離性をさらに維持しやすくする観点から、より好ましくは４０以下、さらに好ましくは３０以下である。
なお、ここでのＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ２は、前記説明したフラックス中のＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ２に加えて含有させるものではない。また、この式は、実験的に導き出したものである。
【００４１】
以上説明した本発明のフラックス入りワイヤは、９％Ｎｉ鋼や各種高Ｎｉ合金等の低温用鋼の溶接に際し、Ａｒ＋ＣＯ２混合ガスを用いたガスシールドアーク溶接等に好適に用いることができる。
【００４２】
＜フラックス入りワイヤの製造方法＞
フラックス入りワイヤの製造方法としては、帯鋼の長さ方向にフラックスを散布してから包み込むように円形断面に成形し伸線する方法や、太径の鋼管にフラックスを充填して伸線する方法がある。しかしながら、いずれの方法でも本発明には影響しないため、いずれの方法で製造しても良い。さらにシームが有るものと無いものがあるが、これもいずれでも良い。  
【実施例】
【００４３】
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。
まず、下記表１に示す化学成分の外皮を用いて、下記表２に示すワイヤの化学成分を有するフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤの化学成分は、全てワイヤ全質量に対する質量％である。フラックス入りワイヤの線径は１．２ｍｍとし、フラックス率は１７〜２７質量％とした。
表中、本発明の範囲を満たさないものは、数値に下線を引いて示す。また、「Ｎａ＋Ｋ＋Ｌｉ」はＮａ，Ｋ，Ｌｉのアルカリ金属化合物におけるアルカリ金属換算値の合計であり、Ｆ、Ｃａ、Ｂａ、Ｂｉは、それぞれ、これらの化合物の換算値である。また、式は、「（ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２）／（ＳｉＯ２＋ＣａＯ＋ＭｎＯ２＋ＢａＯ）」である。
【００４４】
【表１】
2015217395.tif 000002
【００４５】
【表２】
2015217395.tif 000003
【００４６】
これらのフラックス入りワイヤを用いて、溶接作業性として、アーク安定性、スラグ剥離性、立向上進溶接姿勢でのビード形状を評価した。また、溶接金属性能として、引張強度、靭性、耐欠陥性、耐高温割れ性、耐食性を評価した。
【００４７】
溶接作業性は立向上進のすみ肉溶接で評価した。具体的には、シールドガスに８０％Ａｒ−２０％ＣＯ２を用いて、溶接電流（１５０〜１８０Ａ）、アーク電圧（２４〜２７Ｖ）にて溶接を行い、溶接作業性を評価した。
【００４８】
溶接金属の引張強度、靱性は、ＡＷＳ  Ｂ４．０に準じた試験を行い評価した。
溶接金属の耐欠陥性は、ＡＷＳ  Ａ５．１１のＲＴ試験を行い評価した。
溶接金属の耐高温割れ性は、ＦＩＳＣＯ割れ試験を行い、溶接直後のビード表面に浸透探傷試験を実施して、割れ発生の有無を調査して評価した。
溶接金属の耐食性は、ＡＳＴＭ  Ｇ４８  Ｃ法を用いて評価した。
【００４９】
評価基準は以下のとおりである。
＜アーク安定性＞
アーク安定性については、スプレー移行となり、溶滴が小粒でスパッタの少ないものを極めて良好（◎）、スプレー移行に近い溶滴移行で、スパッタの比較的少ないものを良好（○）、グロビュラー移行となり、溶滴が大きく、多量のスパッタが発生するものを不良（×）とした。
【００５０】
＜スラグ剥離性＞
スラグ剥離性については、スラグが自然剥離するものを極めて良好（◎）、軽くハンマーで叩くことで剥離するものを良好（○）、スラグがビード表面に焼付いて剥離しないものを不良（×）とした。
【００５１】
＜立向上進溶接姿勢でのビード形状＞
立向上進溶接姿勢でのビード形状については、ＡＷＳ  Ａ５．３４のすみ肉の判定基準を満たし、かつフラットなビード形状となるものを極めて良好（◎）、ＡＷＳ  Ａ５．３４のすみ肉の判定基準を満たすものを良好（○）、ＡＷＳＡ５．３４の判定基準を満たさず、凸なビードとなるものを不良（×）とした。
【００５２】
＜引張強度＞
引張強度は、６９０ＭＰａ以上が得られたものを良好（〇）、６９０ＭＰａ未満となるものを不良（×）とした。
【００５３】
＜靭性＞
靭性については、−１９６℃のシャルピー衝撃試験で評価した。吸収エネルギーが５０Ｊ以上となるものを良好（○）、５０Ｊ未満となるものを不良（×）とした。
【００５４】
＜耐欠陥性＞
耐欠陥性については、ＡＷＳ  Ａ５．１１のＲＴ試験の合格基準を満たすものを良好（○）、ＡＷＳ  Ａ５．１１のＲＴ試験の合格基準を満たさないものを不良（×）とした。
【００５５】
＜耐高温割れ性＞
耐高温割れ性については、ＦＩＳＣＯ割れ試験で評価した。溶接電流２００Ａ、溶接速度４０ｃｐｍで試験を行い、割れの発生しなかったものを良好（○）、割れが発生したものを不良（×）とした。
【００５６】
＜耐食性＞
耐食性については、ＡＳＴＭ  Ｇ４８  Ｃ法において、ＣＰＴ≧５０℃となるものを良好（○）、ＣＰＴ＜５０℃となるものを不良（×）とした。
【００５７】
総合評価は、溶接作業性がすべて◎で、かつ溶接金属性能がすべて○のものを◎、溶接作業性のうちのいずれか一つ以上が○で、かつ溶接金属性能がすべて○のものを○、溶接作業性および溶接金属性能のうち、×があるものを×とした。
これらの結果を表３に示す。
【００５８】
【表３】
2015217395.tif 000004
【００５９】
表３に示すように、本発明の範囲を満足するＮｏ．１〜１６は、溶接作業性、溶接金属性能において良好であった。
一方、本発明の範囲を満足しないＮｏ．１７〜３５は、以下の結果となった。
【００６０】
Ｎｏ．１７は、Ｍｏ含有量が低いため、溶接金属の耐食性が劣化した。Ｎｏ．１８は、Ｎａ＋Ｋ＋Ｌｉの含有量が低いため、アーク安定性が劣化した。Ｎｏ．１９は、Ｎｂ含有量が低いため、溶接金属の引張強度が大きく劣化した。Ｎｏ．２０は、ＴｉＯ２含有量が高いため、フラックスが溶けにくくなり、耐欠陥性が劣化した。
【００６１】
Ｎｏ．２１は、Ｃｒ含有量が低いため、溶接金属の耐食性が劣化した。Ｎｏ．２２は、Ｎａ＋Ｋ＋Ｌｉの含有量が高いため、スラグ融点が低下し、立向上進溶接姿勢でのビード形状が劣化した。Ｎｏ．２３は、Ｎｉ含有量が高いため、Ｃｒ，Ｍｏを適正に添加できなくなり、溶接金属の引張強度および耐食性が劣化した。Ｎｏ．２４は、Ｆ含有量が低いため、水分由来によるブローホールが発生しやすくなり、耐欠陥性が劣化した。
【００６２】
Ｎｏ．２５は、Ｍｏ含有量が高いため、溶接金属の靱性が劣化した。Ｎｏ．２６は、Ｃｒ含有量が高いため、溶接金属の靱性が劣化した。Ｎｏ．２７は、ＳｉＯ２含有量が低いため、スラグ剥離性が劣化した。Ｎｏ．２８は、Ｎｂ含有量が高いため、溶接金属の靱性が劣化した。Ｎｏ．２９は、ＺｒＯ２含有量が高いため、スラグ剥離性が劣化した。Ｎｏ．３０は、ＳｉＯ２含有量が高いため、スラグ融点が低下し、立向上進溶接姿勢でのビード形状が劣化した。また、溶接金属中のＳｉ量が増加して靱性が劣化した。
【００６３】
Ｎｏ．３１は、Ｎｉ含有量が低いため、靱性が劣化した。また、Ａｌ２Ｏ３含有量が高いため、スラグ剥離性が劣化した。Ｎｏ．３２は、ＴｉＯ２含有量が低いため、立向上進溶接姿勢でのビード形状が劣化した。Ｎｏ．３３は、ＺｒＯ２含有量が低いため、立向上進溶接姿勢でのビード形状が劣化した。Ｎｏ．３４は、Ｆ含有量が高いため、アーク安定性、立向上進溶接姿勢でのビード形状が劣化した。Ｎｏ．３５は、ＭｎＯ２含有量が高いため、立向上進溶接姿勢でのビード形状が劣化した。
【００６４】
以上、本発明について実施の形態およ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。