(57)【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原油油槽鋼の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、ワイヤの全質量に対する質量％で、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．５〜７．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．２〜０．７％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．１〜０．７％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値：０．０５〜０．７０％、
Ｃ：０．０３〜０．０９％、
Ｓｉ：０．３５〜０．８５％、
Ｍｎ：１．５〜３．２％、
Ｍｏ：０．０３〜０．４０％及びＷ：０．０１〜０．４０％の１種又は２種、
Ｃｕ：０．０３〜０．７０％、
Ａｌ：０．１〜０．６％、
Ｍｇ：０．０５〜０．５０％、
Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２０％、
弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．１０％を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物であることを特徴とする原油油槽鋼の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、Ｔｉ：０．０３〜０．７０％、Ｂ：０．００２〜０．０１０％の１種又は２種を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の原油油槽鋼の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、Ｎｉ：０．０５〜２．５％を更に含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の原油油槽鋼の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】
ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｓｎ：０．０１〜０．３０％、Ｓｂ：０．０１〜０．３０％の１種又は２種を更に含有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の原油油槽鋼の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、原油タンカーの油槽や地上又は地下原油タンクなどの、原油を輸送又は貯蔵する原油油槽を構成する鋼板を溶接する上で好適な原油油槽鋼の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】
一般に、原油を輸送する原油タンカーの油槽や原油を貯蔵する地上又は地下原油タンク等、原油を輸送又は貯蔵する鋼製油槽には、強度や溶接性に優れた溶接構造用鋼が用いられている。
【０００３】
上述のような鋼製油槽において、原油中に含まれる水分の他、塩分や腐食性ガス成分等により、その油槽を構成する鋼板が腐食環境に晒される。特に、原油タンカーの油槽内面では、原油中の揮発成分や混入海水、油田塩水中の塩分、防爆のために油槽内に送られるイナートガス（船のエンジンの排気ガス）の他、昼夜の温度変動による結露等によって独特の腐食環境になるので、鋼板の腐食減肉が生じる。このような鋼板の腐食減肉により、所要の船体強度を維持することが困難になった場合には、腐食した部材を切除して新たな部材を溶接接合してこれを補強することが必要となり、多大なコストがかかる。
【０００４】
さらに、上述した腐食減肉に加えて、鋼製油槽内面の鋼表面に、大量の固体の硫黄分（以下、固体Ｓという。）が生成・析出する。このような固体Ｓは、腐食したデッキ裏の表面の鉄さびが触媒になり、気相中のＳＯ2とＨ2Ｓが反応することによって生成されると考えられている。この際、鋼板の腐食による新しい鉄さびの生成と、固体Ｓの析出とが交互に生じるため、鉄さびと固体Ｓとの層状腐食生成物が析出する。層状腐食生成物は、固体Ｓからなる層は脆いので、固体Ｓと鉄さびとからなる生成物は容易に剥離、脱落し、油槽底にスラッジ（腐食生成物）として堆積する。
【０００５】
このような背景から、原油油槽用の鋼板として優れた耐食性を有し、かつ、固体Ｓを含むスラッジの生成が少ない耐食鋼板が求められ、例えば、特許文献１〜特許文献３に示すような原油油槽や原油油槽用鋼の溶接継手の提案がある。一方、原油油槽は一般的に溶接構造であるので、全面的に塗装やライニングを施さない限り、不可避的に溶接部も原油油槽環境に晒される。通常行われる、アーク溶接においては、溶接材料を溶解させて溶接金属を形成させるので、溶接金属の組成や組織は、鋼材とは異なるものとなることが一般的である。腐食環境中においては、化学組成や組織の大きく異なる金属が隣接している場合、相対的に電気化学的に卑な一方の金属が選択的に腐食され、異種金属腐食が生じやすい。このような選択腐食が生じると、局部的に大きな腐食が生じるようになる。
【０００６】
耐食性が特に向上されていない普通鋼を用いて、原油環境にさらされる溶接構造物を作製する場合は、溶接方法や溶接材料によらず、表面積が圧倒的に大きな鋼材の方が電気化学的に卑となるため、溶接継手が選択的に腐食される問題はそれほど大きくはない。しかしながら、耐食性に優れた鋼材を用いて溶接構造物を形成しようとすると、溶接方法や溶接材料によっては溶接金属の方が卑となり、溶接金属が選択的に腐食され、溶接継手全体として耐食性が損なわれる可能性が生じる。従って、原油環境にさらされる溶接構造物の耐食性を良好とするためには、鋼材のみならず、溶接部の特性にも配慮する必要がある。
【０００７】
上記問題に対して、原油油槽用鋼材を多層盛溶接するサブマージアーク溶接材料が提案されている（例えば特許文献４参照。）。しかし、特に原油タンカー等の溶接においては、ロンジといわれる補強材の水平すみ肉溶接、立向上進すみ肉溶接、立向下進すみ肉溶接、上向すみ肉溶接が行われ、各溶接姿勢におけるビード外観及び立向や上向姿勢における耐メタル垂れ性を含むビード形状、スラグ剥離性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの要望が強い。
【０００８】
一方、耐食性に優れたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが、例えば、特許文献５〜特許文献７に提案されている。しかし、特許文献５及び特許文献６に提案されているガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、海浜地区、あるいは融雪剤を撒布する地域等、飛来海塩粒子が高濃度で使用される耐候性鋼を溶接するためのＣｕ−Ｎｉ系のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであり、原油を輸送又は貯蔵する鋼製油槽等、原油環境にさらされる溶接構造物の耐食性を良好とすることはできない。また、特許文献７に提案されているガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、原油又はタンク洗浄海水の積み下ろしに使用される固定管を溶接するＣｕ−Ｃｒ−Ｎｉ系のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであり、上記内容を満たすものではない。さらに、特許文献５及び特許文献６に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、水平すみ肉、立向上進すみ肉、立向下進すみ肉及び上向すみ肉溶接に適用した場合、ビード形状、スラグ剥離性等の溶接作業性が不良であるという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−４３３４２号公報
【特許文献２】特開２００５−２３４２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２１９８１号公報
【特許文献４】特開２００４−３３７９３０号公報
【特許文献５】特開２０００−１０２８９３号公報
【特許文献６】特開２０００−２８８７８１号公報
【特許文献７】特開２００４−２３０４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、溶接構造により形成される原油タンカーの油槽や地上又は地下原油タンクなどの、原油を輸送又は貯蔵する原油油槽の原油腐食環境下で、溶接部が原油油槽とほぼ同等の優れた耐食性を示すとともに全姿勢溶接における溶接作業性に優れた原油油槽鋼の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】
【００１１】
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原油油槽鋼の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、ワイヤの全質量に対する質量％で、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．５〜７．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．２〜０．７％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．１〜０．７％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値：０．０５〜０．７０％、Ｃ：０．０３〜０．０９％、Ｓｉ：０．３５〜０．８５％、Ｍｎ：１．５〜３．２％、Ｍｏ：０．０３〜０．４０％及びＷ：０．０１〜０．４０％の１種又は２種、Ｃｕ：０．０３〜０．７０％、Ａｌ：０．１〜０．６％、Ｍｇ：０．０５〜０．５０％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２０％、弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．１０％を含有し、残部は鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物であることを特徴とする原油油槽鋼の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、Ｔｉ：０．０３〜０．７０、Ｂ：０．００２〜０．０１０％の１種又は２種を更に含有することを特徴とする（１）記載の原油油槽鋼の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、Ｎｉ：０．０５〜２．５％を更に含有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の原油油槽鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００１４】
（４）ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｓｎ：０．０１〜０．３０％、Ｓｂ：０．０１〜０．３０％の１種又は２種を更に含有することを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の原油油槽鋼の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】
上述した構成からなる本発明の原油油槽用鋼の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、溶接構造によって形成される原油タンカーの油槽や地上又は地下原油タンク等、原油を輸送又は貯蔵する鋼製油槽の原油腐食環境下及び該環境と腐食環境が類似の環境で使用される場合においても、優れた耐食性及び機械的性能を備えた溶接部が得られ、さらに、各姿勢溶接（水平すみ肉、立向上進すみ肉、立向下進すみ肉、上向すみ肉）においてもスパッタ発生量が少なく、ビード形状、スラグ剥離性などの良好な溶接作業性が得られる。従って、溶接の高能率化及び溶接部の品質向上を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、前記課題を解決するために種々のフラックス入りワイヤを試作して、詳細を検討した。
【００１７】
半自動で水平すみ肉溶接を行う場合、自動溶接のように一定の溶接速度で進行せず、目標脚長によってはウィービングを行うことが多い。そのため、アーク点や溶融プールを揺動させながら溶接が進行する。このため、立板側ビード上脚部にアンダーカットが発生しやすくなるので、ある程度のスラグ生成量が必要になるが、多すぎると下脚側止端部が膨らんで下板とのなじみ性が劣化してビード形状が不良となる。
【００１８】
一方、半自動で立向上進、立向下進及び上向姿勢ですみ肉溶接を行う場合は、メタル垂れが発生しないようにスラグ生成量を多くすると共に適度に粘性のある溶融スラグにする必要がある。なお、各姿勢溶接において良好なアーク安定性及びスラグ剥離性、さらにスパッタ発生量の少ないことは必須条件である。
【００１９】
まず、原油腐食環境での耐食性について、化学成分の影響を調査した。この結果、フラックス入りワイヤの組成成分として、Ｃｒを実質的に無添加とし、特定量のＭｏ、ＷとＣｕとを複合添加することにより、当該環境での耐食性を向上させることが可能であることを得た。
【００２０】
さらに、ビード形状及び耐メタル垂れ性は、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ酸化物、Ａｌ、Ｋ化合物とＮａ化合物量及びＦ量の調整で、スラグ剥離性は、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ａｌ、Ｋ化合物とＮａ化合物量及びＦ量の調整で、スパッタ発生量の低減は、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物及びＭｇ量の調整で、機械的性能はＣ、Ｓｉ及びＭｎ量の調整で、それぞれ良好となることを知見した。
【００２１】
以下に、本発明に係る、原油油槽鋼の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組成及び含有量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％で示す。
【００２２】
［Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値：４．５〜７．０％］
ＴｉＯ2は、Ｔｉ酸化物のルチール、酸化チタン、チタン酸ソーダ、チタン酸カリ、チタンスラグ、イルメナイト等から添加される。これらは溶融スラグの粘性を高め、ビード全体を均一にスラグ被包させる作用を有する。また、アークの持続を安定させスパッタ発生量を低減させる効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が４．５％未満であると、立向上進及び上向すみ肉溶接では溶融スラグの粘性が足りず、メタル垂れが発生しやすく平滑なビード形状が得られずスラグ剥離も不良になる。また、アークを安定させる効果がなくなりスパッタ発生量も増加する。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値が７．０％を超えると、アークは安定してスパッタ発生量は減少するが、スラグが厚くなりスラグの粘性が高まり、水平すみ肉溶接でビードの下板側止端部が膨らみビード形状が不良となる。従って、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値は４．５〜７．０％とする。
【００２３】
［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：０．２〜０．７％］
ＳｉＯ2は、珪砂、ジルコンサンド、カリ長石、珪酸ソーダ、珪酸カリ等から添加され、溶融スラグの粘性を高め、スラグ剥離性を改善する作用を有する。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が０．２％未満では、溶融スラグの粘性が不足して、水平すみ肉溶接でビード上脚部のスラグ被包性が不十分となりスラグ剥離性が不良となり、ビード形状も不良になる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値が０．７％を超えると、立向下進及び上向すみ肉溶接で溶融スラグの凝固が遅れメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良となる。また、スパッタ発生量が多くなる。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値は０．２〜０．７％とする。
【００２４】
［Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０．１〜０．７％］
ＺｒＯ2は、ジルコンサンド及び酸化ジルコニウム等から添加され、溶融スラグの凝固温度を高くして立向上進、立向下進及び上向すみ肉溶接でメタルを垂れにくくし、水平すみ肉溶接ではスラグ被包性を高めてビード形状を平滑にする作用を有する。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．１％未満では、水平すみ肉溶接でビード形状が平滑にならず、立向上進、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタルの垂れが発生しやすくなり、凸状のビード形状となるとともにスラグ剥離性が不良になる。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値が０．７％を超えると、水平すみ肉溶接のビード形状が凸状になり、立向上進、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタルの垂れが発生しやすくビード形状が不良となる。また、各姿勢溶接でスラグが緻密で固くなり剥離性が劣化する。従って、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ2換算値は０．１〜０．７％とする。
【００２５】
［Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値：０．０５〜０．７０％］
Ａｌ2Ｏ3は、アルミナ、カリ長石及び曹長石等から添加され、溶融スラグ成分としてスラグ被包性を良好にして上脚側のアンダーカットを防止する。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値が０．０５％未満では、水平すみ肉溶接において上脚側にアンダーカットが生じやすくなる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値が０．７０％を超えると水平すみ肉溶接において下脚側のビード止端部が膨らんだビード形状となる。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値は０．０５〜０．７０％とする。
【００２６】
［Ｃ：０．０３〜０．０９％］
Ｃは、鋼製外皮とＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の鉄合金が微量含有するＣから添加され、溶接構造物に要求される溶接金属の強度及び靭性を得るために添加する。Ｃが０．０３未満では、溶接金属の靭性が低下する。一方、Ｃが０．０９％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。従って、Ｃの含有量は０．０３〜０．０９％とする。
【００２７】
［Ｓｉ：０．３５〜０．８５％］
Ｓｉは、鋼製外皮、金属Ｓｉ、Ｆｅ-Ｓｉ及びＦｅ-Ｓｉ-Ｍｎ等から添加され、脱酸剤として作用して溶接金属の強度及び靭性を確保するために添加する。Ｓｉが０．３５％未満では、脱酸不足となり溶接金属の強度及び靭性が低下する。一方、Ｓｉが０．８５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。従って、Ｓｉの含有量は０．３５〜０．８５％とする。
【００２８】
［Ｍｎ：１．５〜３．２％］
Ｍｎは、鋼製外皮、金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ及びＦｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等から添加され、脱酸剤として作用するとともに溶接金属の強度及び靭性を確保するために添加する。Ｍｎが１．５％未満では、脱酸不足となり溶接金属の強度及び靭性も低下する。一方、Ｍｎが３．２％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靭性が低下する。従って、Ｍｎの含有量は１．５〜３．２％とする。
【００２９】
［Ｍｏ：０．０３〜０．４％及びＷ：０．０１〜０．４０％の１種又は２種］
Ｍｏは、鋼製外皮、金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ等から、Ｗは、金属ＷやＷＣ等から添加され、溶接金属の耐食性向上及び固体Ｓの析出を抑制させる作用を有し、０．０３％以上のＣｕとともに含有させる。Ｍｏが０．０３％未満及びＷが０．０１％未満の１種又は２種では、耐食性の向上及び固体Ｓ析出の抑制の効果がない。一方、Ｍｏが０．４％超及びＷが０．４０％超の１種又は２種では、耐食性向上及び固体Ｓ析出の抑制効果は飽和する、また、溶接金属の靭性が低下する。従って、Ｍｏ：０．０３〜０．４％及びＷ：０．０１〜０．４０％の１種又は２種とする。
【００３０】
［Ｃｕ：０．０３〜０．７０％］
Ｃｕは、金属Ｃｕ及びワイヤ表面のＣｕめっき等から添加され、耐食性の向上及び固体Ｓの析出を抑制させる作用を有し、０．０３％以上のＭｏ及び０．０１％以上のＷの１種又は２種とともに含有させる。Ｃｕが０．０３％未満では、耐食性の向上及び固体Ｓ析出の抑制の効果がない。一方、Ｃｕが０．７０％を超えると、耐食性向上及び固体Ｓ析出の抑制効果は飽和する。また、溶接金属の靭性が低下する。従って、Ｃｕの含有量は０．０３〜０．７０％とする。
【００３１】
［Ａｌ：０．１〜０．６％］
Ａｌは、鋼製外皮、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ及びＡｌ−Ｍｇ合金等から添加され、脱酸剤として作用するとともに溶融中にＡｌ酸化物となってスラグの粘性を高めて、立向上進、立向下進及び上向すみ肉溶接で耐メタル垂れ性を向上させ、水平すみ肉溶接では溶融プールの後退を抑制し十分なスラグ被包性を保持する作用を有する。Ａｌが０．１％未満では、立向上進及び上向すみ肉溶接でメタル垂れが発生して良好なビード形状が得られず、スラグ剥離性も不良となる。また、水平すみ肉溶接ではビードの凸状化とともに上脚部にアンダーカットやスラグ焼き付きが発生する。一方、Ａｌが０．６％を超えると、水平すみ肉溶接でビードの滑らかさがなくなり止端部が膨らんだ形状となる。また、溶融スラグの凝固むらが生じてスラグ剥離性が不良となる。立向下進すみ肉溶接ではメタル垂れが発生して良好なビード形状が得られずスラグ剥離性も不良となる。従って、Ａｌの含有量は０．１〜０．６％とする。
【００３２】
［Ｍｇ：０．０５〜０．５０％］
Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ合金等から添加され、強脱酸剤として作用して溶接金属の靭性値を向上させる効果を有する。Ｍｇが０．０５％未満であると、脱酸剤としての効果が得られず、靭性が向上しない。一方、Ｍｇが０．５０％を超えると、脱酸生成物であるＭｇＯが溶融スラグに過剰に増加して、立向上進すみ肉溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良となる。また、アークが荒くなりスパッタ発生量が多くなる。従って、Ｍｇの含有量は０．０５〜０．５０％とする。
【００３３】
［Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計：０．０５〜０．２０％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、カリ長石又は珪酸ソーダや珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、弗化ソーダや珪弗化カリなどの弗素化合物から添加され、アーク安定剤としての作用だけではなく、スラグ形成剤として溶融スラグの凝固過程の急激な粘性増加を抑えて平滑なビード形状にする作用がある。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．０５％未満では、大粒のスパッタが多発し、ビードはごつごつした表面となりビード形状及びビード外観が不良になる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が０．２０％を超えると、水平すみ肉溶接でビード上脚部にアンダーカットが発生しやすく、スパッタの発生量も増加する。また、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタル垂れが発生しやすくなりビード形状及びスラグ剥離性が不良となる。従って、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計は０．０５〜０．２０％とする。
【００３４】
［弗素化合物のＦ換算値：０．０２〜０．１０％］
Ｆは、弗化ソーダや珪弗化カリ等から添加され、アークの指向性を高めて安定した溶融プールにするとともにスラグの粘性を調整してビード形状を平滑にする作用を有する。弗素化合物のＦ換算値が０．０２％未満では、アークが不安定になり、水平すみ肉溶接で下板側下脚部のなじみ性が不良となる。また、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良となる。一方、弗素化合物のＦ換算値が０．１０％を超えると、スラグの粘性が低下して水平すみ肉溶接でビード上脚部に除去しにくい薄いスラグが残りスラグ剥離性が不良となり、ビード形状は凸状になる。また、立向上進、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良となる。従って、弗素化合物のＦ換算値は０．０２〜０．１０％とする。
【００３５】
［Ｔｉ：０．０３〜０．７０％、Ｂ：０．００２〜０．０１０％の１種又は２種］
Ｔｉは金属ＴｉやＦｅ−Ｔｉから、ＢはＦｅ−ＢやＦｅ−Ｍｎ−Ｂ等から添加され、溶接金属の靭性を確保するために添加する。Ｔｉが０．０３％未満及びＢが０．００２％未満の１種又は２種では、靭性値の向上効果は得られない。一方、Ｔｉが０．７０％を超えると靭性が低下し、スラグがビード表面に焼き付き、スパッタ発生量も多くなる。また、Ｂが０．０１０％を超えると、高温割れが生じやすくなる。従って、Ｔｉは０．０３〜０．７０％、Ｂは０．００２〜０．０１０％の１種又は２種とする。
【００３６】
［Ｎｉ：０．０５〜２．５％］
Ｎｉは、金属ＮｉやＦｅ−Ｎｉ等から添加され、前記Ｍｏ及びＷの１種又は２種とＣｕとの共存において溶接金属の耐食性の向上及び固体Ｓの析出を抑制させる作用を有する。Ｎｉが０．０５％未満であると、前記効果は得られない。一方、Ｎｉが２．５％を超えると、高温割れが生じやすくなる。従って、Ｎｉの含有量は０．０５〜２．５％とする。
【００３７】
［Ｓｎ：０．０１〜０．３０％、Ｓｂ：０．０１〜０．３０％の１種又は２種］
Ｓｎは金属Ｓｎから、Ｓｂは金属Ｓｂ、Ｆｅ−Ｓｂ、アンチモン化マンガン及びＦｅ−Ｓｉ−Ｓｂ等から添加され、前記Ｍｏ及びＷの１種又は２種とＣｕとの共存において溶接金属の耐食性の向上及び固体Ｓの析出を抑制させる作用を有する。Ｓｎが０．０１未満及びＳｂが０．０１％未満の１種又は２種では、前記効果は得られない。Ｓｎが０．３０超及びＳｂが０．３０％超の１種又は２種では、高温割れが生じやすくなる。従って、Ｓｎは０．０１〜０．３０％及びＳｂは０．０１〜０．３０％の１種又は２種とする。なお、好ましくは上限をＳｎ：０．１０％以下、Ｓｂ：０．１０％以下とする。
【００３８】
以上、本発明を適用した原油油槽鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの構成要件の限定理由を述べたが、さらにスラグ剥離性を良好にするために金属ＢｉとＢｉ酸化物のＢｉ換算値の合計で０．０３％以下添加することができる。その他のワイヤ成分は、鋼製外皮のＦｅ分、合金鉄中のＦｅ分、鉄粉及び不可避不純物である。
【００３９】
また、本発明を適用した原油油槽鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、フラックス充填後の伸線加工性が良好な軟鋼及び低合金鋼の外皮内に、前記限定した成分のフラックスをワイヤ全質量に対して１０〜１６％程度充填後、孔ダイス伸線やローラダイスにより所定のワイヤ径（０．９〜１．６ｍｍ）に縮径して製造する。なお、鋼製外皮に貫通した隙間がないシームレス又は隙間があるシームタイプのいずれのワイヤも適用できる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
【００４１】
ＪＩＳ  Ｇ  ３１４１で規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮として使用してフラックスを充填後、縮径して（外皮の軟化及び脱水素のため中間焼鈍を１回実施）、表１に示すフラックス充填率１３．５％、ワイヤ径１．２ｍｍの鋼製外皮に貫通した隙間がないシームレスタイプのフラックス入りワイヤを各種試作した。
【００４２】
まず、溶接作業性の調査は、表１に示す試作ワイヤを用いて、板厚１２ｍｍのＳＭ４９０Ｂ鋼でＴ字すみ肉試験体を作製し、表２に示す溶接条件で、半自動溶接にて水平、立向上進、立向下進及び上向の各姿勢によるすみ肉溶接試験を行い、各姿勢溶接におけるビード形状、スパッタ発生状況及びスラグ剥離性を調べた。
【００４３】
【表１】
0005704573.tif 000002
【００４４】
【表２】
0005704573.tif 000003
【００４５】
また、溶接金属の原油環境における耐食性、強度及び靭性の評価は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１に準じて溶着金属試験を行い、Ｘ線透過試験の後、腐食試験、引張試験及び衝撃試験を実施した。母材の成分はＣ：０．１０％、Ｓｉ：０．２０％、Ｍｎ：１．１０％、Ｐ：０．０１０％、Ｓ：０．００４％、Ｃｕ：０．２０％、Ｍｏ：０．１５％、その他を含有した鋼板を用いた。溶接条件は、表２に示す条件でパス間温度は１５０±１０℃とした。溶着金属試験の強度は、引張強さが５３０〜６２５ＭＰａ、衝撃試験は、０℃での吸収エネルギーが５５Ｊ以上のものを良好とした。
【００４６】
耐食性の評価は、原油油槽環境を模擬した環境での腐食試験を行った。溶着金属試験の鋼材表面１ｍｍの位置から溶接線方向に、長さ８０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚さ４ｍｍの試験片を、表面が全て溶接部になるように採取した。次いで、試験片全面を機械研削し、６００番の湿式研磨処理の後、８０ｍｍ×３０ｍｍの表面の一面のみを残して端面、裏面を塗料で被覆した。そして、この試験片を、ｐＨが０．２で、２０ｍａｓｓ％ＮａＣｌを溶解した１体積％ＨＣｌ水溶液からなる腐食液中に浸漬した。この際の浸漬条件としては、液温３０℃、浸漬時間７２０時間で実施し、最大腐食深さを測定し、腐食速度に換算（ｍｍ／年）して評価し、試験片の最大腐食速度が０．２５ｍｍ／年以下となるものを良好とした。なお、上述した腐食液の組成は、実際の鋼構造物で局部腐食が発生する際の環境の条件を模擬したものであり、この腐食試験での腐食速度の低減に応じて、実環境で局部腐食の進展速度が低減される。
【００４７】
それらの試験結果を表３にまとめて示す。
【００４８】
【表３】
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【００４９】
表１及び表３中ワイヤＮｏ．１〜１１は本発明例、ワイヤＮｏ．１２〜２６は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１１は、ＴｉＯ2換算値、ＳｉＯ2換算値、ＺｒＯ2換算値、Ａｌ2Ｏ3換算値、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＷの1種又は２種、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計及びＦ換算値が本発明において規定した成分含有率の範囲内であるので、水平すみ肉、立向上進すみ肉、立向下進すみ肉及び上向すみ肉の各姿勢においてビード形状及びスラグ剥離性が良好でスパッタ発生量が少なく、溶着金属試験の溶接部に溶接欠陥が無く、溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーも良好な結果であった。また本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１１は、最大腐食速度も小なく極めて満足な結果であった。なお、Ｔｉ及びＢの１種又は２種を適量含むワイヤＮｏ．１、２、３、５、６、８及びワイヤＮｏ．９は、溶接金属の吸収エネルギーが７０Ｊ以上得られた。さらに、Ｎｉ、Ｓｎ及びＳｂの１種又は２種を適量含むワイヤＮｏ．３、５、６、７、９及びワイヤＮｏ．１１は、最大腐食速度が０．２ｍｍ／年未満であり、非常に小さい結果であった。
【００５０】
比較例中ワイヤＮｏ．１２は、ＴｉＯ2換算値が少ないので、立向上進及び上向すみ肉溶接でメタル垂れが発生して平滑なビード形状が得られずスラグ剥離性が不良で、スパッタ発生量も多かった。なお、Ｔｉの添加量が少ないので、溶接金属の吸収エネルギーは７０Ｊ以上は得られなかった。
【００５１】
ワイヤＮｏ．１３は、ＴｉＯ2換算値が多いので、水平すみ肉溶接でビードの止端部が膨らんだ形状になった。また、Ｍｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低く吸収エネルギーが低値であった。なお、Ｎｉを適量含んでいるので、溶接金属の最大腐食速度は非常に小さかった。
【００５２】
ワイヤＮｏ．１４は、ＳｉＯ2換算値が少ないので、水平すみ肉溶接でビード上脚部のスラグ被包性が悪くスラグ剥離性及びビード形状が不良であった。また、Ｍｇが多いので、アークが荒くなりスパッタ発生量が多く、立向上進すみ肉溶接でメタル垂れが発生してビード形状が不良であった。なお、ＴｉとＢを適量含んでいるので、溶接金属の吸収エネルギーは７０Ｊ以上得られた。
【００５３】
ワイヤＮｏ．１５は、ＳｉＯ2換算値が多いので、立向下進及び上向すみ肉溶接でメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良で、スパッタ発生量も多かった。また、Ａｌ2Ｏ3換算値が多いので、水平すみ肉溶接において下脚側のビード止端部が膨らんだビード形状となった。なお、ＴｉとＢを適量含んでいるので、溶接金属の吸収エネルギーは７０Ｊ以上得られた。
【００５４】
ワイヤＮｏ．１６は、ＺｒＯ2換算値が少ないので、水平すみ肉溶接でビード形状が平滑にならず不良で、立向上進、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタル垂れが発生してビード形状が不良となり、各姿勢溶接でスラグ剥離性が不良であった。なお、Ｂの添加量が少ないので、溶接金属の吸収エネルギーは７０Ｊ以上得られなかった。
【００５５】
ワイヤＮｏ．１７は、ＺｒＯ2換算値が多いので、水平すみ肉溶接で凸状のビード形状になり、立向上進、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタル垂れが発生してビード形状が不良で、各姿勢溶接でスラグ剥離性が不良であった。また、Ｍｇが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。なお、なお、Ｎｉを適量含んでいるので、溶接金属の最大腐食速度は非常に小さかった。
【００５６】
ワイヤＮｏ．１８は、Ａｌ2Ｏ3換算値が少ないので、水平すみ肉溶接において上脚側にアンダーカットが生じビード形状が不良であった。また、Ｍｎが多いので、溶接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、Ｎｉが多いので、溶着金属試験でクレータ割れが生じた。
【００５７】
ワイヤＮｏ．１９は、Ｃが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌが多いので、水平すみ肉溶接でビードの滑らかさがなくなり止端部が膨らんだ形状となり、立向下進すみ肉溶接ではメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良であった。なお、Ｓｎを適量含んでいるので、溶接金属の最大腐食速度は非常に小さかった。
【００５８】
ワイヤＮｏ．２０は、Ｃが多いので、溶接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、Ｃｕが少ないので、溶接金属の最大腐食速度が大きかった。
【００５９】
ワイヤＮｏ．２１は、Ｓｉが少ないので、溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、水平すみ肉溶接でビード上脚部にアンダーカットが発生してビード形状が不良でスパッタの発生量も多く、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良であった。なお、Ｓｎ及びＳｂを適量含んでいるので、溶接金属の最大腐食速度は非常に小さかった。
【００６０】
ワイヤＮｏ．２２は、Ｓｉが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、Ｆ換算値が多いので、水平すみ肉溶接でビード上脚部に除去しにくい薄いスラグが残りビードは凸状になり、立向上進、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良であった。なお、Ｎｉを適量含んでいるので、溶接金属の最大腐食速度は非常に小さかった。
【００６１】
ワイヤＮｏ．２３は、Ｗが少ないので、溶接金属の最大腐食速度が大きかった。また、Ｔｉが多いので、スパッタ発生量が多く、ビード表面にスラグが焼き付き、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
【００６２】
ワイヤＮｏ．２４は、Ｍｏが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｆ換算値が少ないので、水平すみ肉溶接において下板側下脚部のなじみ性が不良となり、立向下進及び上向すみ肉溶接ではメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良であった。なお、Ｓｂを適量含んでいるので、溶接金属の最大腐食速度は非常に小さかった。
【００６３】
ワイヤＮｏ．２５は、Ｃｕが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ2Ｏ換算値とＫ2Ｏ換算値の合計が少ないので、各姿勢溶接においてアークが不安定になりスパッタ発生量が多く、ビード形状が不良であった。
【００６４】
ワイヤＮｏ．２６は、Ａｌが少ないので、立向上進及び上向すみ肉溶接でメタル垂れが発生してビード形状及びスラグ剥離性が不良で、水平すみ肉溶接ではビードが凸状になり上脚部にアンダーカットが発生してビード形状が不良でスラグ焼き付きも生じた。また、Ｂが多いので、溶着金属試験でクレータ割れが生じた。