(57)【要約】【課題】全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、耐低温割れ性等に優れる溶接金属が得られる炭酸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】鋼製外皮中のＣが鋼製外皮全質量に対する質量％で０．０２％以下含有し、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍｎ：１．４〜３．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、Ａｌ：０．１０〜０．３２％、ＴｉＯ2換算値：３〜８％、Ａｌ2Ｏ3換算値：０．０５〜０．８％、ＳｉＯ2換算値：０．２〜１．２％、ＺｒＯ2換算値：０．０５〜０．８％、Ｍｇ：０．１〜０．８％、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２２％、Ｆ換算値：０．０１〜０．３％を含有し、ワイヤの全水素量がワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下であ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炭酸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、
鋼製外皮中のＣが鋼製外皮全質量に対する質量％で０．０２％以下含有し、
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：０．０３〜０．０８％、
Ｓｉ：０．１〜０．６％、
Ｍｎ：１．４〜３．０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．５％、
Ｎｉ：０．８〜３．０％、
Ｔｉ：０．０１〜０．３％、
Ｂ：０．００２〜０．０１５％、
Ａｌ：０．１０〜０．３２％、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜８％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０５〜０．８％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２〜１．２％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．０５〜０．８％、
Ｍｇ：０．１〜０．８％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２２％、
弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．３％を含有し、
残部が鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなり、ワイヤの全水素量がワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下であることを特徴とする炭酸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】
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、Ｎ：０．００８％以下、Ｖ：０．０３％以下、Ｎｂ：０．０２％以下で、かつ、Ｖ+２Ｎｂ：０．０５％以下を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の炭酸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】
ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計：０．００３〜０．０１％を更に含有することを特徴とする請求項１または２に記載の炭酸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】
鋼製外皮に継目が無いことを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載の炭酸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、炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、かつ耐低温割れ性及び低温靭性に優れる溶接金属が得られる炭酸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】
鋼を被溶接材とするガスシールドアーク溶接に用いられるフラックス入りワイヤとしては、ルチール系フラックス入りワイヤや塩基性系フラックスワイヤが知られている。
【０００３】
ルチール系フラックス入りワイヤを用いた炭酸ガスシールドアーク溶接は、溶接能率、全姿勢溶接での溶接作業性が非常に優れているので、造船、橋梁、海洋構造物、鉄骨等の広い分野で適用されている。しかし、ルチール系フラックス入りワイヤは、ＴｉＯ2をはじめとする金属酸化物主体のフラックスが鋼製外皮中に充填されているために、溶接金属中の酸素量が多く、低温靭性が得にくく、特にシールドガスにＣＯ2ガスを用いる場合はＡｒとＣＯ2の混合ガスを用いた場合よりも靭性の確保が困難である。また、フラックス原料に含有される水分やワイヤ保管時の吸湿により、拡散性水素量がソリッドワイヤに比べ高いことから、溶接金属の低温割れが懸念され、板厚の厚い鋼板の溶接時には１００℃程度の予熱をする必要があり、能率を低下させる原因となっている。
【０００４】
低温用鋼の炭酸ガス溶接用フラックス入りワイヤについては、これまで種々の開発が進められている。例えば、特許文献１の開示技術には、溶接中にスラグ成分に変わる合金成分を添加して、立向上進溶接において溶融金属の垂れ落ち（以下、メタル垂れという。）が生じないように作用するスラグ量を維持しながら、溶接金属の酸素量を低減して低温靭性が優れる溶接金属を得るために、溶接中にスラグ成分に変化するＴｉ等の合金成分を添加する技術が開示されている。しかし、引用文献１に記載の技術では、アーク状態が不安定でスパッタ発生量が多く、さらに、溶接金属の十分な低温靭性が得られず、耐高温割れ性は確保されているものの耐低温割れ性については考慮されていないという問題点があった。
【０００５】
また、特許文献２にも、低温靭性が優れる溶接金属を得る技術が開示されている。この特許文献２の開示技術では、Ｃａ、Ａｌ等の脱酸剤の添加量を適切に保つことで、スラグ剤中のＴｉＯ2、ＳｉＯ2から供給された酸素量に対して十分な脱酸効果を確保することによりＴｉＯ2の還元を促進させる。しかしながら、この強脱酸剤として添加されるＣａは、溶接時にアークを不安定にしてスパッタ発生量が多くなって溶接作業性が不良となる。また、特許文献２の記載の技術では、耐低温割れ性については特段考慮されていないという問題点があった。
【０００６】
さらに、特許文献３には、鋼製外皮成分を規制し充填フラックスにＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂを添加して溶接金属の耐海水腐食性を大幅に向上させ、かつ低温靭性を得る技術が開示されている。しかし、特許文献３の開示技術には金属弗化物が多く添加されているので溶接時にアークが不安定になり、多量のスパッタ及びヒュームが発生するため、良好な溶接作業性が得られない。また、特許文献３の技術では、耐低温割れ性については特段考慮されていないという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−６１４７４号公報
【特許文献２】特開平６−２３８４８３号公報
【特許文献３】特開平４−２２４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、鋼構造物等に使用される鋼を溶接するにあたって全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、かつ耐低温割れ性及び低温靭性の優れる溶接金属を得ることができる炭酸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】
【０００９】
本発明者らは、シールドガスとして炭酸ガスを用いたルチール系の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、全姿勢溶接、特に立向上進溶接での溶融金属のメタル垂れが生じずアークが安定してスパッタ及びヒュームの発生量が少ないなどの溶接作業性が良好であり、−６０℃における低温靭性が良好で、耐低温割れ性に優れた溶接金属を得るべく、種々検討を行った。
【００１０】
その結果、鋼製外皮におけるＣの含有量を低くし、ＴｉＯ2を主成分とした金属酸化物及び金属弗化物からなるスラグ成分と最適な合金成分及び脱酸剤を含む化学成分とすることによって、全姿勢におけるアークの安定性やスパッタ及びヒューム発生量の低減等の溶接作業性及び低温靭性が良好な溶接金属が得られ、さらに、ワイヤ中の全水素量をワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下にすることにより、溶接金属の耐低温割れ性を改善できることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明の要旨は、（１）鋼製外皮にフラックスを充填してなる炭酸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、鋼製外皮中のＣが鋼製外皮全質量に対する質量％で０．０２％以下含有し、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：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｍｎ：１．４〜３．０％、Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．８〜３．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｂ：０．００２〜０．０１５％、Ａｌ：０．１０〜０．３２％、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜８％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０５〜０．８％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２〜１．２％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．０５〜０．８％、Ｍｇ：０．１〜０．８％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２２％、弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．３％を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなり、ワイヤの全水素量がワイヤ全質量に対する質量比で２０ｐｐｍ以下であることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１２】
（２）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、Ｎ：０．００８％以下、Ｖ：０．０３％以下、Ｎｂ：０．０２％以下で、かつ、Ｖ+２Ｎｂ：０．０５％以下を更に含有することを特徴とする（１）に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１３】
（３）ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックスに、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値：０．００３〜０．０１％を更に含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１４】
（４）鋼製外皮に継目が無いことを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の炭酸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】
【００１５】
本発明の炭酸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、全姿勢溶接、特に立向上進溶接でのメタル垂れが生じずアークが安定してスパッタ及びヒューム発生量が少ないなどの溶接作業性が良好であり、また、−６０℃における低温靭性が良好で、耐低温割れ性が優れた溶接金属が得られるなど、溶接能率及び溶接部の品質の向上を図ることが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の炭酸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と、その組成の限定理由とについて説明する。なお、各成分の含有量は、質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。
【００１７】
［鋼製外皮中のＣ：鋼製外皮全質量に対する質量％で０．０２％以下］
鋼製外皮中のＣを鋼製外皮全質量に対し０．０２％以下とすることでＣＯ2ガスシールドアーク溶接において、溶滴移行時の破裂現象が抑制され、溶融プール及びアーク状態が安定し、スパッタ及びヒュームの発生量が減少する。また、立向上進溶接においてメタル垂れが発生しにくく良好なビード外観及びビード形状となる。従って、鋼製外皮全質量に対する鋼製外皮中のＣは、０．０２％以下とする。
【００１８】
以下、各成分の含有量は、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示す。
【００１９】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０３〜０．０８％］
Ｃは、溶接金属の強度向上の効果がある。しかし、Ｃが０．０３％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｃが０．０８％超では、Ｃが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の強度が高くなり低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０３〜０．０８％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。
【００２０】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．１〜０．６％］
Ｓｉは、溶接時に一部が溶接スラグとなることにより溶接ビードの外観やビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉが０．１％未満では、ビードの外観やビード形状を良好にする効果が十分に得られない。一方、Ｓｉが０．６％を超えると、Ｓｉが溶接金属中に過剰に歩留まることにより、溶接金属の低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．１〜０．６％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等の合金粉末から添加できる。
【００２１】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．４〜３．０％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接時に一部が溶接スラグとなることによりビードの外観やビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。また、Ｍｎは、溶接金属に歩留まることにより、溶接金属の強度と低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｎが１．４％未満では、ビード外観やビード形状が不良で、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、Ｍｎが溶接金属中に過剰に歩留まり、溶接金属の強度が過剰になることにより、かえって溶接金属の低温靱性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．４〜３．０％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等の合金粉末から添加できる。
【００２２】
〔鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕ：０．０１〜０．５％〕
Ｃｕは、溶接金属の組織を微細化し、低温靭性及び強度を高める効果がある。しかし、Ｃｕが０．０１％未満では、溶接金属の強度及び低温靭性が低下する。一方、Ｃｕが０．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰になり低温靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０１〜０．５％とする。なお、Ｃｕは鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスからの金属Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉末から添加できる。
【００２３】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉ：０．８〜３．０％］
Ｎｉは、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。しかし、Ｎｉが０．８％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｎｉが３．０％を超えると、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｉは０．８〜３．０％とする。なお、Ｎｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ等の合金粉末から添加できる。
【００２４】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．０１〜０．３％］
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性を向上させる効果がある。しかし、Ｔｉが０．０１％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｔｉが０．３％を超えると、靭性を阻害する上部ベイナイト組織を生成し低温靭性が低くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０１〜０．３％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉末から添加できる。
【００２５】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＢ：０．００２〜０．０１５％］
Ｂは、微量の添加により溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の低温靱性を向上させる効果がある。しかし、Ｂが０．００２％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｂが０．０１５％を超えると、溶接金属の低温靱性が低下するとともに、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＢは０．００２〜０．０１５％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｂ、Ｆｅ−Ｂ、Ｍｎ−Ｂ等合金粉末から添加できる。
【００２６】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌ：０．１０〜０．３２％］
Ａｌは、溶接時に溶接スラグにＡｌ酸化物として溶接スラグに含まれることによって溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接におけるメタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌが０．１０％未満であると、立向上進溶接においてメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ａｌが０．３２％を超えると、Ａｌ酸化物として過度に溶接金属に残留して溶接金属の低温靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＡｌは０．１０〜０．３２％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、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
【００２７】
［フラックスに含有するＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：３〜８％］
Ｔｉ酸化物は、溶接時にアークの安定化に寄与するとともに、ビード形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する効果がある。また、Ｔｉ酸化物は、立向上進溶接において、溶接スラグにＴｉ酸化物として含まれることによって溶融スラグの粘性や融点を調整し、メタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が３％未満では、アークが不安定で、スパッタ発生量が多くなりビード外観及びビード形状が劣化し、溶接金属の低温靭性が低下する。また、立向上進溶接においてメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良になる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が８％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量も少ないが、溶接金属にＴｉ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、フラックスに含有するＴｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は３〜８％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、イルメナイト等から添加される。
【００２８】
［フラックスに含有するＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．０５〜０．８％］
Ａｌ酸化物は、溶接時に溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接におけるメタルが垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．０５％未満では、立向上進溶接でメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が０．８％を超えると、溶接金属中にＡｌ酸化物が過剰に残存することにより、低温靱性が低下する。従って、フラックスに含有するＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は０．０５〜０．８％とする。なお、Ａｌ酸化物は、フラックスからのアルミナ等から添加できる。
【００２９】
［フラックスに含有するＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：０．２〜１．２％］
Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が０．２％未満では、スラグ被包性が低下してビード外観が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１．２％を超えると、溶融スラグの塩基度が低下することにより、溶接金属の酸素量が増加して低温靭性が低下する。従って、フラックスに含有するＳｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は０．２〜１．２％とする。なお、Ｓｉ酸化物は、フラックスからの珪砂、ジルコンサンド、珪酸ソーダ等から添加できる。
【００３０】
［フラックスに含有するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計：０．０５〜０．８％］
Ｚｒ酸化物は、溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接におけるメタル垂れを防ぐ効果がある。しかし、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．０５％未満では、立向上進溶接でメタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が０．８％を超えると、スラグ剥離性が悪くなる。従って、フラックスに含有するＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計は０．０５〜０．８％とする。なお、Ｚｒ酸化物は、フラックスからのジルコンサンド、酸化ジルコニウム等から添加できる。
【００３１】
［フラックスに含有するＭｇ：０．１〜０．８％］
Ｍｇは、強脱酸剤として機能することにより溶接金属中の酸素を低減し、溶接金属の低温靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｇが０．１％未満では、溶接金属の低温靭性が低下する。一方、Ｍｇが０．８％を超えると、溶接時にアーク中で激しく酸素と反応してスパッタやヒュームの発生量が多くなる。従って、フラックスに含有するＭｇは０．１〜０．８％とする。なお、Ｍｇは、フラックスから金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ等の合金粉末から添加できる。
【００３２】
［フラックスに含有するＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２２％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アーク安定剤及びスラグ形成剤としてとして作用する。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が０．０５％未満であると、アークが不安定となりスパッタの発生量が多くなる。また、ビード外観も不良になる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計が０．２２％を超えると、ヒュームの発生量が多くなるとともにスラグ剥離性が不良となる。また、立向上進溶接ではメタル垂れが生じやすくなる。従って、フラックスに含有するＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．０５〜０．２２％とする。なお、Ｎａ化合物及びＫ化合物は、カリ長石、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダ、弗化ソーダ、珪酸化カリ等の粉末から添加できる。
【００３３】
［フラックスに含有する弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜０．３％］
弗素化合物は、アークを安定させる効果がある。しかし、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０１％未満では、アークが不安定になる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．３％を超えると、アークが不安定になり、スパッタ及びヒュームの発生量が多くなる。さらに、立向上進溶接ではメタル垂れが発生しやすくなってビード外観及びビード形状が不良となる。従って、フラックスに含有する弗素化合物のＦ換算値の合計は０．０１〜０．３％とする。なお、弗素化合物は、ＣａＦ2、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ2、Ｋ2ＳｉＦ6、ＡｌＦ3等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有されるＦ量の合計である。
【００３４】
［ワイヤ全質量に対する質量比で全水素量：２０ｐｐｍ以下］
ワイヤの水素は、溶接金属の拡散性水素源となるので、可能な限り低減する必要がある。ワイヤ全質量に対する質量比でワイヤの全水素量が２０ｐｐｍを超えると、拡散性水素量（ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８）が４ｍｌ／１００ｇを超えるので、多層盛溶接をした場合に、低温割れ感受性が高まる。なお、ワイヤ中の全水素量は、不活性ガス熱伝導度法などにより測定することができる。
【００３５】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＮ：０．００８％以下］
Ｎは、微量の添加で介在物の組成を核生成促進に効果的なＴｉＮの生成により、溶接金属の凝固組織が微細になり、耐高温割れ性が改善される。しかし、Ｎが０．００８％を超えると、溶接部へのＮの溶解度が小さい軟鋼または高張力鋼からなる鋼板を溶接する場合、溶接部の溶解度を超えるため、溶接金属中にブローホールが発生する場合がある。また、靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮは０．００８％以下とする。なお、Ｎ源は、鋼製外皮に含まれる成分の他、脱酸剤や合金粉に金属窒化物として含まれる。
【００３６】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＶ：０．０３％以下］
Ｖは、微細な窒炭化物を析出し、溶接金属の強度を向上する。しかし、Ｖが０．０３％を超えると、強度が過多となり靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＶは０．０３％以下とする。
【００３７】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＮｂ：０．０２％以下］
Ｎｂは、微細な窒炭化物を析出し、溶接金属の強度を向上する。しかし、Ｎｂが０．０２％を超えると、強度が過多となり靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＮｂは０．０２％以下とする。
【００３８】
［鋼製外皮とフラックスの合計でＶ+２Ｎｂ：０．０５％以下］
ＶおよびＮｂは、ともに微細な窒炭化物を析出し、溶接金属の強度を向上するが、Ｖ+２Ｎｂ量が０．０５％を超えると、強度が過多となり靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＶ+２Ｎｂは０．０５％以下とする。
【００３９】
［フラックスに含有するＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値：０．００３〜０．０１％］
Ｂｉは、多層盛溶接において溶接スラグの溶接金属からの剥離を促進して、スラグ剥離性を良好にする。Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．００３％未満であると、スラグ剥離を促進する効果が不十分である。一方、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が０．０１％を超えると、溶接金属に割れが生じる場合があり、また低温靭性が低下する。従って、フラックスに含有するＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値は０．００３〜０．０１％とする。なお、Ｂｉ及びＢｉ酸化物は、金属Ｂｉや酸化Ｂｉ等から添加される。
【００４０】
［鋼製外皮に継目が無いこと］
本発明の炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。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て得られる鋼製外皮に継目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用することができるが、鋼製外皮に継目が無いワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした熱処理が可能であり、また製造後のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができるので、より好ましい。
【００４１】
本発明の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、成分調整のために添加する鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。また、フラックス充填率は特に制限はしないが、生産性の観点から、ワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが好ましい。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の効果を具体的に説明する。
表１に示す成分のＪＩＳ  Ｇ  ３１４１に規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮として使用して、鋼製外皮を成形する工程でＵ型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤと、溶接しない隙間の有るワイヤとを造管、伸線して表２〜５に示す各種成分のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍとした。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
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【００４５】
【表３】
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【００４６】
【表４】
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【００４７】
【表５】
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【００４８】
試作したワイヤは、株式会社堀場製作所製の水素分析装置：ＥＭＧＡ−６２１を用いて全水素量を測定した後、ＪＩＳ  Ｚ  Ｇ３１２６  ＳＬＡ３６５に規定される鋼板を用いて立向上進すみ肉溶接による溶接作業性の評価、ヒューム発生量の測定、溶着金属試験として機械特性評価及び溶接割れ試験を実施した。これらの溶接条件を表６に示す。
【００４９】
【表６】
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【００５０】
立向上進溶接による溶接作業性の評価は、半自動ＭＡＧ溶接をしたときのアークの安定性、スパッタ発生状態、溶融メタル垂れの有無、ビード外観、ビード形状及びスラグ剥離性について調査した。
【００５１】
ヒューム発生量の測定は、ＪＩＳ  Ｚ３９３０に準じて測定した。ヒューム発生量の評価は、６５０ｍｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
【００５２】
溶着金属試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１に準じて溶接し、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験片（Ａ０号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取して、機械試験を実施した。靭性の評価は、−６０℃におけるシャルピー衝撃試験により行い、各々繰返し３本の吸収エネルギーの平均が６０Ｊ以上を良好とした。引張試験の評価は、引張強さが６１０ＭＰａ以上のものを良好とした。
溶接割れ試験は、Ｕ型溶接割れ試験方法（ＪＩＳ  Ｚ  ３１５７）に準拠し、試験体の予熱温度を７５℃で実施し、溶接後５８時間経過した試験体について、表面割れ及び断面割れ（５断面）の発生の有無を浸透探傷試験（ＪＩＳ  Ｚ２３４３）により調査した。これらの結果を表７及び表８にまとめて示す。
【００５３】
【表７】
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【００５４】
【表８】
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【００５５】
表２、表３及び表７のワイヤ記号１〜１５は本発明例、表４、表５及び表８のワイヤ記号１６〜３６は比較例である。本発明例であるワイヤ記号１〜１５は、鋼製外皮Ｓ１〜Ｓ３のＣが低く、各成分の組成が本発明において規定した範囲内であるので、溶接作業性が良好であるとともに、ヒューム発生量が少なく、Ｕ型割れ試験において割れが無く、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーも良好な値が得られるなど極めて満足な結果であった。なお、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値が少ないワイヤ記号２、３、９、１１及びワイヤ記号１２は、若干スラグ剥離性が不良であった。
【００５６】
比較例中、ワイヤ記号１６は、鋼製外皮Ｓ５のＣが多いので、スパッタ発生量が多く、メタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良であった。また、ヒュームの発生量が多かった。さらに、Ｂｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計が多いので、溶着金属試験でクレータ割れが生じ、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００５７】
ワイヤ記号１７は、鋼製外皮とフラックスの合計のＣが少ないので、溶着金属の引張強さが低値であった。また、Ｎが多いので、溶着金属の吸収エネルギーも低値であった。
【００５８】
ワイヤ記号１８は、鋼製外皮とフラックスの合計のＣが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。また、鋼製外皮に継目を有しワイヤの全水素量が多いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。
【００５９】
ワイヤ記号１９は、Ｓｉが少ないので、ビードの外観及びビード形状が不良であった。また、Ｖが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。
【００６０】
ワイヤ記号２０は、Ｓｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が少ないので、アークが不安定であった。
【００６１】
ワイヤ記号２１は、Ｍｎが少ないので、ビードの外観及びビード形状が不良であるとともに、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ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かった。
【００６２】
ワイヤ記号２２は、Ｍｎが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が多いので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、メタルが垂れてビード外観及びビード形状が不良であった。さらに、ヒューム発生量が多かった。
【００６３】
ワイヤ記号２３は、Ｃｕが少ないので、溶着金属の引張強さが低く、吸収エネルギーも低値であった。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、メタルが垂れてビード外観及びビード形状が不良でスラグ剥離性も不良であった。さらに、ヒューム発生量が多かった。
【００６４】
ワイヤ記号２４は、Ｃｕが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。また、Ｍｇが多いのでスパッタ発生量及びヒューム発生量が多かった。
【００６５】
ワイヤ記号２５は、Ｎｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。なお、添加したＢｉ及びＢｉ酸化物の一方または両方のＢｉ換算値の合計が少ないので、スラグ剥離性の改善の効果は得られなかった。
【００６６】
ワイヤ記号２６は、Ｎｉが多いので、溶着金属試験でクレータ部に高温割れが生じた。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００６７】
ワイヤ記号２７は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が少ないので、メタルが垂れてビード外観及びビード形状が不良であった。
【００６８】
ワイヤ記号２８は、Ｔｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が少ないので、スラグ被包性が悪くビード外観が不良であった。
【００６９】
ワイヤ記号２９は、Ｂが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が少ないので、メタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良であった。
【００７０】
ワイヤ記号３０は、Ｂが多いので、溶着金属試験でクレータ部に高温割れが生じた。また、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。さらに、Ａｌが少ないので、メタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良であった。
【００７１】
ワイヤ記号３１は、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、メタルが垂れてビード外観及びビード形状が不良であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００７２】
ワイヤ記号３２は、Ａｌが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、鋼製外皮に継目を有しワイヤの全水素量が多いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。
【００７３】
ワイヤ記号３３は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００７４】
ワイヤ記号３４は、Ｍｇが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００７５】
ワイヤ記号３５は、鋼製外皮Ｓ４のＣが多いので、スパッタ発生量が多く、メタル垂れが生じてビード外観及びビード形状が不良で、ヒュームの発生量も多かった。また、Ｎｂが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。さらに、ワイヤの全水素量が多いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。
【００７６】
ワイヤ記号３６は、Ｖ＋２Ｎｂが多いので、溶着金属の引張強さが高くなり吸収エネルギーが低値であった。また、鋼製外皮に継目を有しワイヤの全水素量が多いので、Ｕ型割れ試験において溶接部に割れが生じた。