(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのガスシールドアーク溶接用ワイヤであって、
ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０６〜０．１５％、
Ｓｉ：０超〜０．１８％、
Ｍｎ：０．３〜２．２％、
Ｔｉ：０．０６〜０．３０％、
Ａｌ：０．００１〜０．３０％、
Ｂ：０．００３０〜０．０１００％、
Ｐ：０超〜０．０１５％、
Ｓ：０超〜０．０３０％、
Ｓｂ：０〜０．１０％、
Ｃｕ：０〜０．５０％、
Ｃｒ：０〜１．５％、
Ｎｂ：０〜０．３％、
Ｖ：０〜０．３％、
Ｍｏ：０〜１．０％、
Ｎｉ：０〜３．０％、
であり、残部が鉄および不純物からなり、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌが下記（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０・・・（１）式
（Ｓｉ＋Ｍｎ/５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０・・・（２）式
ただし、（１）式及び（２）式における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。
【請求項２】
Ａｌ含有量が０．０１〜０．１４％である
ことを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
前記ソリッドワイヤは、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓ、Ｓｂが下記（３）式及び（４）式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
０．０１２≦４×Ｓ＋Ｓｂ≦０．１２０・・・（３）式
（Ｓｉ＋Ｍｎ/５）／（（Ｔｉ＋Ａｌ）×（４×Ｓ＋Ｓｂ））≦２２０・・・（４）式
ただし、（３）式及び（４）式における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。
【請求項４】
Ｎｂ含有量が０．００５％以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項５】
Ｂ含有量が０．００３２％以上である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項６】
Ｍｎ含有量が０．３〜１．７％である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項７】
前記ソリッドワイヤは、Ｂ、Ｔｉが下記（５）式を満たす
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
Ｂ≧（−５４Ｔｉ＋４３）／１００００・・・（５）式
ただし、（５）式における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄鋼板へのガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
本願は、２０１７年１２月１９日に、日本に出願された特願２０１７−２４３２７６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールドアーク溶接は、様々な分野で広く用いられており、例えば、自動車分野では足廻り部材などの溶接に用いられている。
鋼部材に対し、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接を行うと、シールドガス中の酸化性ガスに含まれる酸素が鋼材やワイヤに含まれるＳｉやＭｎなどの元素と反応し、Ｓｉ酸化物やＭｎ酸化物を主体とするＳｉ，Ｍｎ系スラグが生成する。その結果、溶融凝固部である溶接ビードの表面にＳｉ，Ｍｎ系スラグが多く残存するようになる。【０００３】
ところで、自動車の足廻り部材など、耐食性が要求される部材では、溶接組み立て後に電着塗装が施される。この電着塗装を行う際に、溶接ビードの表面にＳｉ，Ｍｎ系スラグが残存していると、その部分の電着塗装性が悪くなる。その結果、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの残存箇所の耐食性が低下する。ここで、電着塗装性とは、電着塗装処理後に塗装がされなかった部位（電着塗装不良部位）の面積により評価される特性をいう。【０００４】
Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの残存箇所で電着塗装性が低下する理由は、絶縁体であるＳｉ酸化物やＭｎ酸化物が電着塗装時に通電されず、塗装が溶接部の全面に付着しないためである。
Ｓｉ，Ｍｎ系スラグは溶接部の脱酸過程の副産物であり、また、ソリッドワイヤに含まれるＳｉ及びＭｎは溶接金属の強度を確保したり、溶接ビード形状を安定化させる効果もあるため、ソリッドワイヤ等を用いたガスシールドアーク溶接では、このＳｉ，Ｍｎ系スラグを発生させないようにすることは難しい。その結果、電着塗装した部材でも溶接部の腐食を防ぐことは困難であった。【０００５】
そのため、自動車の足回り部材などの設計においては、腐食による減肉を考慮した板厚設計がなされており、これが高張力鋼材の薄板化に対する障害になっている。【０００６】
このような問題に対し、特許文献１では、ソリッドワイヤ中のＡｌ含有量を制御することにより溶接ビード上のスラグの面積率を減少させ、電着塗装性を改善する対策が提案されている。また、特許文献２には、Ｓｉ含有量が０．１０％未満に制御されたパルスＭＡＧ溶接用ソリッドワイヤが提案されている。特許文献２には、このようなソリッドワイヤにより、薄鋼板の溶接におけるスパッタ発生量が少なく、溶接部材とのなじみが良好で、平坦かつ幅広なビード形状を得ることが可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特許第５６５２５７４号公報
【特許文献２】日本国特許第５０３７３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、例えばＳｉ含有量やＭｎ含有量が高い鋼部材を溶接する場合には、特に溶接ビードの止端部に沿ってＳｉ，Ｍｎ系スラグが筋状に発生することがあり、電着塗装不良の対策としては不十分であった。
また、溶接部におけるＳｉ含有量やＭｎ含有量が低くなるように鋼部材とソリッドワイヤの成分設計を行った場合には、電着塗装不良の問題点は解消されるものの、溶接部の引張強さを確保できなくなり、また、脱酸不足に起因するブローホールによる内部欠陥が生じる虞もあった。
また、特許文献２に記載のワイヤを用いると、ワイヤのＳｉ量の低下によるスラグ量の減少効果が得られるが、本ワイヤを用いても特許文献１と同様にＳｉ含有量やＭｎ含有量が高い鋼部材に対しては電着塗装不良の対策としては不十分であった。そもそも特許文献２では溶接部の塗装性に対する効果が検証されておらず、Ｓｉ以外のワイヤ成分の効果が不明である。
更に、自動車の生産ラインでは生産性を重視してロボットでの溶接が施されており、ワイヤの交換に要する時間を省くため、1種類のソリッドワイヤで低強度鋼板の溶接、及び、高強度鋼板の溶接のいずれにも適用可能とすることも求められている。【０００９】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、電着塗装性及び機械特性に優れた溶接部を形成することが可能であるとともに、低強度鋼板の溶接及び高強度鋼板の溶接のいずれにも適用可能であるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の具体的方法は以下のとおりである。【００１１】
（１）本発明の第一の態様は、複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのガスシールドアーク溶接用ワイヤであって、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０６〜０．１５％、Ｓｉ：０超〜０．１８％、Ｍｎ：０．３〜２．２％、Ｔｉ：０．０６〜０．３０％、Ａｌ：０．００１〜０．３０％、Ｂ：０．００３０〜０．０１００％、Ｐ：０超〜０．０１５％、Ｓ：０超〜０．０３０％、Ｓｂ：０〜０．１０％、Ｃｕ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜１．５％、Ｎｂ：０〜０．３％、Ｖ：０〜０．３％、Ｍｏ：０〜１．０％、Ｎｉ：０〜３．０％、であり、残部が鉄および不純物からなり、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌが下記（１）式及び（２）式を満たすガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤである。
Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０・・・（１）式
（Ｓｉ＋Ｍｎ/５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０・・・（２）式
ただし、（１）式及び（２）式における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。【００１２】
（２）上記（１）に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、Ａｌ含有量が０．０１〜０．１４％であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓ、Ｓｂが下記（３）式及び（４）式を満たしてもよい。
０．０１２≦４×Ｓ＋Ｓｂ≦０．１２０・・・（３）式
（Ｓｉ＋Ｍｎ/５）／（（Ｔｉ＋Ａｌ）×（４×Ｓ＋Ｓｂ））≦２２０・・・（４）式
ただし、（３）式及び（４）式における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。【００１３】
（４）上記（１）又は（２）に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、Ｎｂ含有量が０．００５％以下であってもよい。
（５）上記（１）又は（２）に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、Ｂ含有量が０．００３２％以上であってもよい。
（６）上記（１）又は（２）に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、Ｍｎ含有量が０．３〜１．７％であってもよい。
（７）上記（１）又は（２）に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤでは、Ｂ、Ｔｉが下記（５）式を満たしてもよい。
Ｂ≧（−５４Ｔｉ＋４３）／１００００・・・（５）式
ただし、（５）式における元素記号は、各元素の含有量（質量％）である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、成分組成が適切に制御されていることにより、電着塗装性及び機械特性（引張強さや伸び等）に優れた溶接部を形成することが可能となる。特に、Ｂ含有量が適切に制御されていることにより、同一成分系のソリッドワイヤを低強度鋼板の溶接、及び、高強度鋼板の溶接のいずれにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】溶接ワイヤのＴｉ含有量（質量％）と溶着金属の酸素量（質量ｐｐｍ）との関係を示したグラフである。
【図２】溶接ワイヤのＴｉ含有量（質量％）と溶接金属のＢ含有量（質量ｐｐｍ）との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者等は、上記課題を解決するための方策について鋭意検討し、下記の知見を得た。
（Ａ）ソリッドワイヤのＳｉ量を極力低下させ、Ｓｉ系スラグの生成を抑制することで電着塗装性の改善が可能となる。Ｓｉの少ない成分系ではＭｎスラグによる電着塗装性の劣化の程度は小さい。
（Ｂ）ソリッドワイヤのＴｉ含有量を適正範囲に制御することにより、溶接ビードの表面に導電性のＴｉ系スラグが生成するため、電着塗装性が向上する。
（Ｃ）ソリッドワイヤにＢを添加することにより、９８０ＭＰａ級のハイテン鋼からなる薄鋼板に対し溶接を行う場合に、ベイナイト、マルテンサイト主体の溶接金属に対してはＢによる強度向上が顕著となる。従って、溶接金属の強度を確保でき、同一の成分系のソリッドワイヤを４４０ＭＰａ級の軟鋼から９８０ＭＰａ級のハイテン鋼の溶接に適用できる。
（Ｄ）ソリッドワイヤのＴｉ含有量とＡｌ含有量を適正範囲に制御することにより、絶縁性のＳｉ，Ｍｎ系スラグの生成が抑制されるため、電着塗装性が向上する。
（Ｅ）これらの制御に加えて、ソリッドワイヤのＳ含有量とＳｂ含有量を適正範囲に制御することにより、溶融池の表面張力が増加して溶接池に内向き対流が発生し、溶接ビードの止端部へのＳｉ，Ｍｎ系スラグの残存が防止されるため、電着塗装性が更に向上する。
【００１７】
本発明者らは、上述の知見に基づいてガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの適切な成分組成を見出した。本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、各成分組成それぞれの単独および共存による相乗効果により、本発明が目的とする効果が達成されたものであるが、以下にそれぞれの各成分組成の限定理由を述べる。
ソリッドワイヤは、所定の成分を有する鋼線、またはその鋼線の表面に銅めっきがされてなるものである。ワイヤ全質量とはめっきを含めたソリッドワイヤの全質量を意味する。また、以下においては、ソリッドワイヤの化学成分をワイヤの全質量に対する割合である質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載して説明する。
尚、本明細書において、「溶接金属（welded metal）」とは、鋼板母材と溶接ワイヤとが溶けて、混ざり合った成分を意味し、「溶着金属（deposited metal）」とは、多層盛り溶接を行い溶接ワイヤの成分のみで作成した金属を意味する。
また、薄鋼板（thin steel sheet）とは、板厚が１．２ｍｍ〜３．６ｍｍの鋼板を意味し、厚鋼板(thick steel plate)とは、板厚が６ｍｍ〜３０ｍｍ程度の鋼板を意味する。
【００１８】
〔Ｃ：０．０６〜０．１５％〕
Ｃは、アークを安定化し溶滴を細粒化する作用があり、Ｃ含有量が０．０６％未満では、溶滴が大きくなってアークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなる傾向がある。また、Ｃ含有量が０．０６％未満では、溶着金属における引張強さを得ることができない場合がある。従って、Ｃ含有量は０．０６％以上であり、好ましくは０．０７％以上である。
一方、Ｃ含有量が０．１５％を超えれば、溶融池の粘性が低くなってビード形状が不良となる。また、溶着金属が硬化することにより耐割れ性が低下する。従って、Ｃ含有量は０．１５％以下であり、好ましくは０．１２％以下である。
【００１９】
〔Ｓｉ：０超〜０．１８％〕
通常の溶接ワイヤでは脱酸元素としてＳｉを積極的に添加している。また、Ｓｉでアーク溶接時に溶融池の脱酸を促進することにより溶着金属の引張強さを向上させる。しかしながら、電着塗装性の観点では絶縁性のＳｉ酸化物を極力低減させることが望ましい。このため、Ｓｉは０．１８％以下、好ましくは０．１３％以下、更に好ましくは０．１０％以下、更に好ましくは０．０８％以下とした。一方、Ｓｉ含有量は０％超で良好な電着塗装性が得られるが、ワイヤの製造コストやビード形状の安定性確保の観点から好ましくは０．００１％以上である。
【００２０】
〔Ｍｎ：０．３〜２．２％〕
ＭｎもＳｉと同様に脱酸元素であって、アーク溶接時における溶融池の脱酸を促進すると共に、溶着金属の引張強さを向上させる元素である。従って、Ｍｎ含有量は０．３％以上であり、好ましくは０．５％以上である。
一方、Ｍｎが過剰に含有されれば、絶縁性のＭｎ系スラグが溶接ビードの表面に著しく発生するため、電着塗装不良が発生する傾向となるものの、Ｓｉ系スラグの少ない成分系ではＭｎ系スラグによる塗装性劣化の程度は大きくない。従って、Ｍｎ含有量は２．２％以下であり、好ましくは１．７％であり、更に好ましくは１．５％以下である。
【００２１】
上述の通り、ＳｉとＭｎは、電着塗装性に悪影響を及ぼす元素であるが、Ｓｉの少ない成分系ではＭｎスラグによる塗装性の劣化の程度は小さい。
そこで、本実施形態に係るソリッドワイヤでは、下記の（１）式を満たすようにＳｉ及びＭｎの含有量が設定される。
Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０・・・（１）式
【００２２】
Ｓｉ×Ｍｎの値が０．３０を超える場合、絶縁性のＳｉ系スラグ，Ｓｉ−Ｍｎ系スラグが溶接ビードの表面に著しく発生するため、電着塗装不良が発生する虞がある。従って、Ｓｉ×Ｍｎの値は０．３０以下であり、好ましくは０．２０以下である。
【００２３】
〔Ｔｉ：０．０６〜０．３０％〕
鋼部材に対し、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接を行うと、シールドガス中の酸化性ガスに含まれる酸素が鋼材やワイヤに含まれるＳｉやＭｎなどの元素と反応し、Ｓｉ酸化物やＭｎ酸化物を主体とするＳｉ，Ｍｎ系スラグが生成する。その結果、溶融凝固部である溶接ビードの表面にＳｉ，Ｍｎ系スラグが多く残存するようになる。
Ｔｉは、ガスシールドアーク溶接を行う際に用いるシールドガス中の酸素と反応し、Ｔｉ酸化物を主体とするＴｉ系スラグを生成する。Ｔｉ系スラグは、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグとは異なり導電性であるため、溶接ビードの表面に発生しても電着塗装不良が発生しにくくなる。従って、ソリッドワイヤにＴｉを積極的に含有させてシールドガス中の酸素をＴｉに反応させれば、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグの生成量を減少させることができ、これにより電着塗装性を改善することができる。従って、Ｔｉ含有量は０．０６％以上であり、好ましくは０．１０％以上である。
なお、塗装性改善の観点でソリッドワイヤのＳｉ、Ｍｎ含有量を低減させると、アーク溶接時の溶融金属の脱酸効果が不十分となり、ＣＯガスの生成によるブローホールが発生してしまう。Ｔｉは脱酸元素としてＣＯガスの生成によるブローホールを抑制する効果もある。
一方、Ｔｉが過剰に含有されると、Ｔｉ系酸化物が過剰に生成し、溶着金属の伸びが低下するため、Ｔｉ含有量は０．３０％以下であり、好ましくは０．２５％である。
【００２４】
〔Ａｌ：０．００１〜０．３０％〕
Ａｌは脱酸元素であって、アーク溶接時における溶融金属の脱酸を促進することにより溶着金属の引張強さを向上させる。従って、Ａｌ含有量は０．００１％以上である。
また、上述のように、Ａｌは絶縁性のＡｌ系スラグを生成するが、Ａｌ含有量が０．０１％以上である場合、Ｔｉと同様にＳｉ，Ｍｎ系スラグの生成量を減少させることができ、これにより電着塗装性を改善することができる。従って、電着塗装不良をより確実に防ぐために、Ａｌ含有量は０．０１％以上であることが好ましい。
一方、Ａｌが過剰に含有されると、Ａｌ系酸化物が過剰に生成し、溶着金属の伸びが低下する。また、Ａｌ系スラグは、Ｓｉ系スラグやＭｎ系スラグと同様に絶縁性であるため、溶接ビードの表面に著しく発生すると、電着塗装不良が発生する虞がある。従って、Ａｌ含有量は０．３０％以下であり、好ましくは０．１４％以下である。
【００２５】
上述の通り、ＴｉとＡｌは、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグによる電着塗装性への悪影響を抑制することが可能な元素である。
そこで、本発明では、下記の（２）式を満たすように、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、及びＡｌの含有量が設定される。
（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０・・・（２）式
【００２６】
（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）の値が３．０以下である場合には、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグによる電着塗装性への悪影響を確実に抑制することができ、優れた電着塗装性を得ることができる。（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）の値は、２．０以下であることが好ましい。
なお、（１）式ではＳｉとＭｎの積を指標に用いたが、（２）式ではＳｉとＭｎ／５との和を指標としている。これは、Ｔｉ及びＡｌはＳｉ−Ｍｎ系スラグの絶対量を低減させることが添加の目的のためである。
【００２７】
〔Ｂ：０．００３０〜０．０１００％〕
本実施形態に係る溶接ワイヤは溶接部の電着塗装性の観点から、Ｓｉ、Ｍｎの含有量に制限を加えているため、炭素当量（Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）で示されるＳｉ，Ｍｎでの強度向上効果が得られにくい。そこで、塗装性に悪影響を及ぼさないＢを微量添加することで、溶接金属の強度を確保している。
一般的に厚鋼板の溶接では、溶接部に開先加工を施し、その開先内を多層溶接で埋めることで溶接継手を作製する。このため、溶接金属の強度は母材成分の希釈の影響をほとんど受けずに、溶接ワイヤの成分に依存した強度となる。これに対し、薄鋼板の溶接では１パス溶接で施工されることが多く、通常、溶接金属は４〜５割の母材成分を含有する。例えば４４０ＭＰａ級鋼板の溶接では低強度の合金成分が溶接金属に溶け込み、９８０ＭＰａ級鋼板の溶接では高強度の合金成分が溶接金属に混入する。
Ｂは焼き入れ性に作用する元素とされており、特にベースとなるＢ以外の成分系の炭素当量が高いほど、Ｂ添加による強度向上効果が得られやすい。このため、４４０ＭＰａ級鋼板の溶接のような低合金でフェライト主体の溶接金属成分に対してはＢによる強度向上効果はほとんど得られないが、９８０ＭＰａ級鋼板の高合金のベイナイト、マルテンサイト主体の溶接金属に対してはＢによる強度向上が顕著となる。これは、同一のワイヤ成分で軟鋼からハイテン鋼の溶接に適用できるという大きなメリットになる。
すなわち、本実施形態に係る溶接ワイヤによるＢの効果は、焼き入れ性向上に基づく強度向上効果であり、厚鋼板の溶接において従来から知られている粒界フェライトの生成抑制による強度向上効果とはメカニズムとして異なり、薄鋼板の溶接特有の強度向上効果である。
上記の理由から、Ｂ含有量は０．００３０％以上であり、好ましくは０．００３２％以上であり、更に好ましくは０．００３５％以上である。
一方、Ｂ含有量が過剰である場合、溶接部の伸びが低下するため、Ｂ含有量は０．０１００％以下、好ましくは０．００５０％以下である。
【００２８】
〔Ｐ：０超〜０．０１５％〕
Ｐは、一般に鋼中に不純物として混入する元素であって、またアーク溶接用ソリッドワイヤ中にも不純物として含まれるのが通常である。ここでＰは、溶着金属の高温割れを発生させる主要元素の一つであるから、できる限り抑制することが望ましい。Ｐ含有量が０．０１５％を越えれば、溶着金属の高温割れが顕著になるから、Ｐ含有量は０．０１５％以下である。
なお、Ｐの下限は、特に制限されないため、Ｐ含有量は０％超であるが、脱Ｐのコスト及び生産性の観点から、０．００１％以上であってもよい。
【００２９】
〔Ｓ：０超〜０．０３０％〕
Ｓも、Ｐと同様に一般に鋼中に不純物として混入する元素であって、またアーク溶接用ソリッドワイヤ中にも不純物として含まれるのが通常である。従って、Ｓ含有量は０％超であればよい。
また、Ｓは、溶融池の中央部の表面張力を溶融池の周辺部の表面張力よりも増加させる効果があり、溶接池の内向き対流を発生させてスラグを溶接ビードの中央に集めることを可能とする。これは、表面張力の温度依存に起因する効果で、Ｓを添加すると温度の低い溶融池周辺の表面張力よりも、温度の高い溶融池中央部の表面張力が高くなる現象を利用したものである。従って、溶接ビードの止端部にＳｉ，Ｍｎ系スラグが残存することを防止することが可能となり、電着塗装性を高めることができる。このため、Ｓ含有量は０．００１％以上であることが好ましい。
一方、Ｓが０．０３０％を超えると、溶着金属に凝固割れが発生する。従って、Ｓ含有量は０．０３０％以下であり、好ましくは０．０２０％以下である。
【００３０】
Ｓｂ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂは、必須の元素ではないが、必要に応じて１種又は２種以上を同時に含有してよい。各元素を含有させることにより得られる効果と上限値について説明する。なお、これらの元素を含有させない場合の下限は０％である。
【００３１】
〔Ｓｂ：０〜０．１０％〕
Ｓｂは、Ｓと同様に、溶融池の表面張力を増加させることで、溶接池の内向き対流を発生させてスラグを溶接ビードの中央に集めることを可能とする。従って、溶接ビードの止端部にＳｉ，Ｍｎ系スラグが残存することを防止することが可能となり、電着塗装性を高めることができる。
この効果を得るためには、Ｓｂ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。
一方、Ｓｂ含有量が過剰であると、溶着金属に凝固割れが発生する。従って、Ｓｂ含有量は０．１０％以下である。
【００３２】
〔Ｃｕ：０〜０．５０％〕
アーク溶接用ソリッドワイヤにおいては、銅めっきはワイヤ送給性と通電性を安定化するために銅めっきが施されることが多い。従って、銅めっきを施した場合、ソリッドワイヤにはある程度の量のＣｕが含有される。
一方、Ｃｕの含有量が過剰となると、溶接割れが発生しやすくなるため、Ｃｕ含有量は０．５０％以下である。
【００３３】
〔Ｃｒ：０〜１．５％〕
Ｃｒは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びが低下する。従って、Ｃｒ含有量は１．５％以下である。
【００３４】
〔Ｎｂ：０〜０．３％〕
Ｎｂは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びが低下する。従って、Ｎｂ含有量は０．３％以下であり、より好ましくは０．００５％以下である。
【００３５】
〔Ｖ：０〜０．３％〕
Ｖは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びが低下する。従って、Ｖ含有量は０．３％以下である。
【００３６】
〔Ｍｏ：０〜１．０％〕
Ｍｏは、溶接部の焼入れ性を高めて引張強さを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接部の伸びが低下する。従って、Ｍｏ含有量は１．０％以下である。
【００３７】
〔Ｎｉ：０〜３．０％〕
Ｎｉは、溶接部の引張強さと伸びを向上させるために含有させてもよいが、過剰に含有させた場合、溶接割れが発生しやすくなる。従って、Ｎｉ含有量は３．０％以下である。
【００３８】
上記で説明した成分の残部はＦｅ及び不純物からなる。不純物とは、原材料に含まれる成分や、製造の過程で混入される成分であって、ソリッドワイヤに意図的に含有させた成分ではない成分をいう。
【００３９】
上述の通り、ＳとＳｂは、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグによる電着塗装性への悪影響を抑制することが可能な元素である。この効果は同質量で比較してＳｂの方がＳに比べて４倍ほど大きい。
そこで、本発明では、下記の（３）式を満たすように、Ｓ及びＳｂの含有量が設定されることが好ましい。尚、Ｓｂを含有しない場合にはＳｂに０を代入する。
０．０１２≦４×Ｓ＋Ｓｂ≦０．１２０・・・（３）式
【００４０】
４×Ｓ＋Ｓｂの値が０．０１２以上であれば、溶融池の表面張力を増加させることで、溶接池の内向き対流を発生させることができる。従って、溶接ビードの止端部にＳｉ，Ｍｎ系スラグが残存することを防止することが可能となり、電着塗装性を高めることができる。従って、４×Ｓ＋Ｓｂの値は０．０１２以上であり、好ましくは０．０３０以上である。
一方、４×Ｓ＋Ｓｂの値が０．１２０以下であれば、スラグが溶接ビード中央に過度に集中することを防止できる。従って、４×Ｓ＋Ｓｂの値は０．１２０以下であり、好ましくは０．１００以下である。
【００４１】
更に、本実施形態に係るソリッドワイヤにおいては、下記の（４）式を満たすように、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓ、及びＳｂの含有量が設定されることが好ましい。尚、Ｓｂを含有しない場合にはＳｂに０を代入する。
（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（（Ｔｉ＋Ａｌ）×（４×Ｓ＋Ｓｂ））≦２２０・・・（４）式
【００４２】
（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（（Ｔｉ＋Ａｌ）×（４×Ｓ＋Ｓｂ））の値が２２０以下であれば、ＴｉとＡｌにより得られるＳｉ，Ｍｎ系スラグの生成を抑制する効果と、ＳとＳｂにより得られるＳｉ，Ｍｎ系スラグを溶接ビード中央に集める効果とが相俟って、Ｓｉ，Ｍｎ系スラグによる電着塗装性への悪影響を確実に抑制することができる。
（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（（Ｔｉ＋Ａｌ）×（４×Ｓ＋Ｓｂ））の値は、１２０以下であることが好ましく、１００以下であることが更に好ましい。
【００４３】
更に、本実施形態に係るソリッドワイヤにおいては、下記の（５）式を満たすようにＢ、Ｔｉの含有量が設定されることが好ましい。
Ｂ≧（−５４Ｔｉ＋４３）／１００００・・・（５）式
厚鋼板の溶接では、Ｂ添加による粒界フェライトの抑制効果と共に、それに複合添加するＴｉで粒内の針状フェライト生成を促進させ、溶接金属の靱性を向上させることが知られている。これはＴｉの酸化物もしくは窒化物を核としたフェライトの生成を促進するもので、例えば０．０１〜０．０５％程度のＴｉが含有される。
これに対し、本実施形態に係るソリッドワイヤにおけるＴｉ含有量は０．０６〜０．３％であり、比較的多量のＴｉを必要とする。これは、溶接時の溶接金属の脱酸作用をＳｉの代わりにＴｉに担わせるためである。しかしながら、Ｓｉによる脱酸に比べてＴｉによる脱酸では溶接金属内に酸化物が残りやすく、溶接金属の酸素量が高くなる。
図１に溶着金属試験（Ａｒ＋２０％ＣＯ２シールドガスを使用）で作製した溶着金属成分の酸素量を示すが、Ｓｉ添加量が０．４〜０．７程度の一般的なワイヤでは２００〜３００ｐｐｍ程度の酸素量となるが、本実施形態に係る溶接ワイヤ成分系ではＴｉの含有量に応じて酸素量が３００〜６００ｐｐｍ程度の高い値を示す。このように、本実施形態に係るワイヤ成分系では高酸素の溶着金属成分となるため、溶接ワイヤに添加したＢが酸化消耗して溶着金属に残りにくくなる。従って、溶着金属の酸素量増加に応じてＢの添加量を増やすことが望ましい。図２は溶着金属のＢ量を０．００１５質量％以上とすることを目標に、溶接ワイヤに必要なＢ添加量を調べた結果であり、上記（５）式を満たす場合に、溶着金属中に適切なＢ量を確保できることが示されている。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。【００４５】
原料鋼を真空溶解し、鍛造、圧延、伸線、焼鈍し、直径１．２ｍｍの製品径まで仕上伸線した後、必要に応じてワイヤ表面に銅めっきし、２０ｋｇ巻きスプールとしたものを試作品とした。試作したソリッドワイヤの化学成分と計算値を表１〜表３に示す。なお、本発明の範囲外の数値には下線を付した。また、含有しない成分は、表において空白とした。【００４６】
【表１】
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【００４７】
【表２】
0006573056.tif 000003
【００４８】
【表３】
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【００４９】
試作したソリッドワイヤを用いて、表４に示す鋼板ａ同士、及び、鋼板ｂ同士に対して重ね隅肉溶接を行い、電着塗装不良面積の測定を行った。溶接金属の引張強度は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準拠した溶着金属性能試験にて行った。【００５０】
【表４】
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【００５１】
（溶着金属の引張試験）
溶着金属の引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準拠して行った。溶接ワイヤの規格であるＪＩＳＺ ３１１２ ＹＧＷ１２に準拠して、引張強さ（ＴＳ）の下限が４９０ＭＰａ以上であった場合に引張強さが良好であると判断し、破面が延性破面であった場合に伸びが良好であると判断した。【００５２】
（電着塗装不良の面積率の測定）
溶接試験片を脱脂、化成処理した後に、膜厚が２０μｍとなるように電着塗装を施した。そして、溶接ビードの電着塗装部を写真撮影し、その画像から溶接ビード面積に対する電着塗装不良の面積の比率を測定した。尚、溶接試験片のビード長さは１２０ｍｍで、溶接開始部と終端部の１５ｍｍを除いた９０ｍｍ長さの溶接ビードから電着塗装の不良率を求めた。電着塗装には灰色の塗料を用いて塗装することで、赤茶色や黒色のスラグが露出する電着塗装不良部を識別した。塗装不良面積が面積率で５％以下の場合に電着塗装率が良好であると判断した。【００５３】
その結果を表５に示す。【００５４】
【表５】
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【００５５】
本発明例に係る実験Ｎｏ．１〜２３、３５、３６では、成分組成が適正であることにより、電着塗装性及び機械特性に優れた溶接部を形成することができた。【００５６】
比較例に係る実験Ｎｏ．２４では、Ｃ含有量が適正範囲を下回ったため、溶着金属における引張強さが不十分であった。【００５７】
比較例に係る実験Ｎｏ．２５では、Ｃ含有量が適正範囲を上回ったため、溶着金属が硬化したため引張試験において脆性破壊が発生した。すなわち、優れた耐割れ性を得ることができなかった。【００５８】
比較例に係る実験Ｎｏ．２６では、Ｓｉ含有量が適正範囲を上回ったため、絶縁性のＳｉ系スラグが溶接ビードの表面に発生し、電着塗装不良が発生した。【００５９】
比較例に係る実験Ｎｏ．２７では、Ｍｎ含有量が適正範囲を下回ったため、溶着金属における引張強さが不十分であった。【００６０】
比較例に係る実験Ｎｏ．２８では、Ｍｎ含有量が適正範囲を上回ったため、絶縁性のＭｎ系スラグが溶接ビードの表面に発生し、電着塗装不良が発生した。【００６１】
比較例に係る実験Ｎｏ．２９では、Ｔｉ含有量が適正範囲を下回ったため、スラグへの導電性付与効果が不十分であり、電着塗装不良の発生を防ぐことができなかった。【００６２】
比較例に係る実験Ｎｏ．３０では、Ｔｉ含有量が適正範囲を上回ったため、Ｔｉ系酸化物が延性を低下させ、溶接部の伸びが不十分であった。【００６３】
比較例に係る実験Ｎｏ．３１では、Ａｌ含有量が適正範囲を上回ったため、Ａｌ系酸化物が延性を低下させ、溶接部の伸びが不十分であった。【００６４】
比較例に係る実験Ｎｏ．３２では、Ｂ含有量が適正範囲を下回ったため、高強度鋼板同士の溶接では溶接金属における強度を十分に確保できなかった。【００６５】
比較例に係る実験Ｎｏ．３３では、Ｓｉ×Ｍｎの値が適正範囲を上回ったため、溶接ビードにＳｉ，Ｍｎ系スラグが多量に生成した。従って、電着塗装不良の発生を防ぐことができなかった。【００６６】
比較例に係る実験Ｎｏ．３４では、（Ｓｉ＋Ｍｎ／５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）の値が適正範囲を上回ったため、ＴｉとＡｌによるＳｉ，Ｍｎ系スラグの生成抑制効果、及び、Ｔｉによる導電性付与効果が不十分であった。このため、電着塗装不良の発生を防ぐことができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、電着塗装性及び機械特性に優れた溶接部を形成することが可能であるとともに、低強度鋼板同士の溶接及び高強度鋼板同士の溶接のいずれにも適用可能であるガスシールドアーク溶接ワイヤを提供することができ、産業上の利用価値が高い。
【要約】
このガスシールドアーク溶接用ワイヤは、複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのワイヤであって、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０６〜０．１５％、Ｓｉ：０超〜０．１８％、Ｍｎ：０．３〜２．２％、Ｔｉ：０．０６〜０．３０％、Ａｌ：０．００１〜０．３０％、Ｂ：０．００３０〜０．０１００％、であり、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌが下記（１）式及び（２）式を満たす。
Ｓｉ×Ｍｎ≦０．３０・・・（１）式
（Ｓｉ＋Ｍｎ/５）／（Ｔｉ＋Ａｌ）≦３．０・・・（２）式【図１】
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【図２】
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