(57)【要約】【課題】耐力６２０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において、−６０℃程度での低温靭性、溶接作業性、及び溶接金属の耐割れ性を向上させる。【解決手段】Ｃ；０．０２〜０．１４％、Ｓｉ；０．４〜１．１％、Ｍｎ；０．８〜３．０％、Ｎｉ；０．２〜３．１％、Ｔｉ；０．２％以下、Ｃｒ及びＭｏの少なくとも１種；総量で０．１〜４．０％を含有し、ＴｉＯ２及びＭｇＯを総量で５．０〜７．２％含有し、Ｎ；０．０１５０％以下に規制し、更に、必要に応じて、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ、Ａｌ及びＭｇを総量で２．０％以下含有し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、ｘ（＝ＭｇＯ／ＴｉＯ２）とし、関数Ｆ（ｘ）をＦ（ｘ）＝３７．２×ｘ−０．０６６５−３０で表したとき、０．０５≦ｘ≦０．２２、１１≦Ｆ（ｘ）≦１５である。【選択図】図１
2008087043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ全質量に対して、Ｃ；０．０２乃至０．１４質量％、Ｓｉ；０．４乃至１．１質量％、Ｍｎ；０．８乃至３．０質量％、Ｎｉ；０．２乃至３．１質量％、Ｔｉ；０．２質量％以下、Ｃｒ及びＭｏの少なくとも１種；総量で０．１乃至４．０質量％を含有し、ＴｉＯ２及びＭｇＯを総量で５．０乃至７．２質量％含有し、更に、Ｎ；０．０１５０質量％以下に規制し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、ＭｇＯの含有量とＴｉＯ２の含有量との比をｘ（＝ＭｇＯ／ＴｉＯ２）とし、関数Ｆ（ｘ）をＦ（ｘ）＝３７．２×ｘ−０．０６６５−３０で表したとき、０．０５≦ｘ≦０．２２、１１≦Ｆ（ｘ）≦１５であることを特徴とする高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
ワイヤ全質量に対して、Ｃ；０．０２乃至０．１４質量％、Ｓｉ；０．４乃至１．１質量％、Ｍｎ；０．８乃至３．０質量％、Ｎｉ；０．２乃至３．１質量％、Ｔｉ；０．２質量％以下、Ｃｒ及びＭｏの少なくとも１種；総量で０．１乃至４．０質量％を含有し、ＴｉＯ２及びＭｇＯを総量で５．０乃至７．２質量％含有し、更に、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ、Ａｌ及び／又はＭｇを総量で２．０質量％以下含有し、更に、Ｎ；０．０１５０質量％以下に規制し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、ＭｇＯの含有量とＴｉＯ２の含有量との比をｘ（＝ＭｇＯ／ＴｉＯ２）とし、関数Ｆ（ｘ）をＦ（ｘ）＝３７．２×ｘ−０．０６６５−３０で表したとき、０．０５≦ｘ≦０．２２、１１≦Ｆ（ｘ）≦１５であることを特徴とする高張力鋼用ガスシールドアーク溶接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、耐力が６２０ＭＰａ級以上の高張力鋼のガスシールドアーク溶接に使用するのに好適のフラックス入りワイヤに関し、特に、低温靭性が優れた溶接金属が得られ、全姿勢溶接での溶接作業性及び耐割れ性が優れた高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時の鋼構造物の大型化に伴い、構造物の軽量化が図られるようになり、このため、鋼構造物への高張力鋼の適用が進んでいる。特に、海洋構造物及び圧力容器等の分野では、鋼構造物の良好な低温靭性が必要であり、これを満足する溶接材料の需要が高まっている。これまで、被覆アーク溶接及びサブマージアーク溶接等では、低温靭性が優れた溶接材料が適用されているが、作業能率、溶接作業性及び適用姿勢等の面で課題があるのが現状である。このため、高能率、優れた低温靭性及び全姿勢溶接で良好な溶接作業性の３特性が優れたフラックス入りワイヤが強く要望されている。
【０００３】
このような高性能のフラックス入りワイヤとして、種々のものが開発されている。その一例として、特許文献１には、引張強度：６９０ＭＰａ級の高張力鋼用のガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤが開示されているが、このフラックス入りワイヤは、ワイヤ全重量に対し、ＴｉＯ２、金属フッ化物、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＢの含有量、並びにワイヤ中のＭｇ量／金属フッ化物量比の適正範囲を規定し、良好な溶接作業性と、長時間ＰＷＨＴ（溶接後熱処理：Post Weld Heat Treatment）後の高温強度及び低温靭性を確保するというものである。
【０００４】
また、特許文献２には、ＴｉＯ２、ＭｇＯ及びＭｎＯを主成分とするチタニヤ系フラックスが充填された高張力鋼用フラックス入りワイヤが開示されている。この従来技術は、高張力鋼用フラックス入りワイヤのＣ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＭｏの含有量を規定し、更にＴｉＯ２／ＭｇＯ比の最適化並びにＣｏ及びＣｒ添加により、良好な溶接作業性及び靭性を確保するというものである。
【０００５】
また、特許文献３には、引張強度が６８０Ｎ／ｍｍ２級以上の高張力鋼用のガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤが開示されている。この従来技術は、ワイヤ全重量に対し、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの含有量の適正範囲を規定し、Ｔａの添加量を規制することにより、小入熱から大入熱までの広い使用範囲において母材強度に相当した強度及び良好な靭性を確保し、更に作業能率向上のため、フラックス中の金属粉の重量比率を規定するというものである。
【０００６】
更に、特許文献４には、チタニヤ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関するものであり、このフラックス入りワイヤに対し、ＭｇＯ及び金属フッ化物を添加することにより、溶融金属からの溶融スラグの浮上分離を促進し、溶接金属中の酸素量を低減し、溶接金属の低温靭性を改善するという方法が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２５３８８６号公報
【特許文献２】特開平３−０４７６９５号公報
【特許文献３】特開平８−１７４２７５号公報
【特許文献４】特開平３−２９４０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の各従来技術においては、−３０〜−４０℃におけるシャルピー衝撃値により低温靭性を評価しているため、その目的も、−３０〜−４０℃程度の低温靭性の確保にある。しかしながら、海洋構造物等の極低温下で使用される構造物への適用を考慮した場合、上述の温度域で高靭性が得られても不十分であり、−６０℃程度の極低温域での高靱性の確保が必要である。
【０００９】
また、特許文献１及び特許文献３に開示された技術では、チタニヤ系フラックスに対するＭｇＯ添加による作用効果が開示されていない。更に、特許文献４では全姿勢溶接での溶接作業性の向上は課題とされておらず、また特許文献４で規定されているＴｉＯ２／ＭｇＯ比では、立向上進溶接でのビード形状が不良となってしまう。このため、ポジショナ等での溶接箇所の展開による姿勢の変更が不可能な大型構造物を現地で溶接する際には、その溶接ワイヤの適用が困難であるという問題点がある。
【００１０】
特許文献２では、１５０Ａ程度の比較的低電流において立向上進溶接での溶接作業性を評価し、ＴｉＯ２／ＭｇＯ比の範囲を決定しているが、１５０Ａ程度の低電流では、溶接施工能率向上を目的としてフラックス入りワイヤ（ＦＣＷ）を適用することの効果が得にくい。一方、溶接施工能率の向上のために、２２０Ａ程度の高電流を使用すると、特許文献２に規定されているＴｉＯ２／ＭｇＯ比では、ビード形状不良が発生し、又は溶接不可になる可能性が極めて高い。
【００１１】
このように、従来技術では、更に一層の低温域での靭性確保、全姿勢溶接での良好な溶接作業性、溶接施工能率向上、優れた耐割れ性を満足する高張力鋼用フラックス入りワイヤは得られておらず、その開発が強く要望されている。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、耐力６２０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接において、−６０℃程度での低温靭性に優れた溶接金属が得られ、また、全姿勢溶接において良好な溶接作業性を確保でき、溶接施工能率が向上し、且つ溶接金属の耐割れ性が優れた高張力鋼用ガスシールドアーク溶接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】
【００１３】
本発明に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対して、Ｃ；０．０２乃至０．１４質量％、Ｓｉ；０．４乃至１．１質量％、Ｍｎ；０．８乃至３．０質量％、Ｎｉ；０．２乃至３．１質量％、Ｔｉ；０．２質量％以下、Ｃｒ及びＭｏの少なくとも１種；総量で０．１乃至４．０質量％を含有し、ＴｉＯ２及びＭｇＯを総量で５．０乃至７．２質量％含有し、更に、Ｎ；０．０１５０質量％以下に規制し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、ＭｇＯの含有量とＴｉＯ２の含有量との比をｘ（＝ＭｇＯ／ＴｉＯ２）とし、関数Ｆ（ｘ）をＦ（ｘ）＝３７．２×ｘ−０．０６６５−３０で表したとき、０．０５≦ｘ≦０．２２、１１≦Ｆ（ｘ）≦１５であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る他の高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対して、Ｃ；０．０２乃至０．１４質量％、Ｓｉ；０．４乃至１．１質量％、Ｍｎ；０．８乃至３．０質量％、Ｎｉ；０．２乃至３．１質量％、Ｔｉ；０．２質量％以下、Ｃｒ及びＭｏの少なくとも１種；総量で０．１乃至４．０質量％を含有し、ＴｉＯ２及びＭｇＯを総量で５．０乃至７．２質量％含有し、更に、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ、Ａｌ及び／又はＭｇを総量で２．０質量％以下含有し、更に、Ｎ；０．０１５０質量％以下に規制し、残部が不可避的不純物及びＦｅからなり、ＭｇＯの含有量とＴｉＯ２の含有量との比をｘ（＝ＭｇＯ／ＴｉＯ２）とし、関数Ｆ（ｘ）をＦ（ｘ）＝３７．２×ｘ−０．０６６５−３０で表したとき、０．０５≦ｘ≦０．２２、１１≦Ｆ（ｘ）≦１５であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、−６０℃程度の低温においても溶接金属の良好な低温靭性が得られ、全姿勢溶接での優れた溶接作業性及び溶接施工能率が得られ、耐割れ性が優れた溶接金属を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明者等は、高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤの低温靭性を向上させるために有効な合金成分及びスラグ造滓剤について、種々の検討を行い、この結果、高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ中の合金成分の添加量と溶接金属の低温靭性との関係を明らかにした。更に、良好な低温靭性及び溶接作業性を確保するＴｉＯ２量とＭｇＯ量との関係を見出した。また、溶接金属の靭性は、合金成分の相互的な作用による影響があるため、溶接金属の低温靭性に及ぼす高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ中の各種合金成分の影響について調査した結果、以下の知見を得た。
【００１７】
先ず、耐力６２０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接においては、高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏの増加に伴って靭性が低下する傾向があり、特にＣ、Ｔｉの含有による影響が大きい。
【００１８】
Ｔｉの増加により、溶接金属中の固溶Ｔｉが増大し、再熱部ではＴｉＣが析出するため、核生成能が低下する。これにより、粗大なラス状ベイナイトが支配的となり、靭性が大きく低下する。なお、再熱部とは溶接金属の後続パス（後続電極による溶接パス）による熱影響部を指す。また、Ｃの増加により、溶接金属に島状マルテンサイトが生成し、靭性が劣化する。
【００１９】
逆に、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉの添加は靭性が向上する傾向があり、特にＳｉ及びＭｎの含有による靱性向上効果が大きい。Ｍｎ及びＳｉの含有量の増加により、溶接金属中の酸素量が低減され、良好な靭性を確保することができる。
【００２０】
ＭｇＯは、種々のスラグ造滓剤の中でも最も脱酸力の強い塩基性スラグ造滓剤の１つである。チタニヤ系ＦＣＷにおいて、スラグ造滓剤としてＭｇＯを添加することで、溶接金属中の酸素濃度を大幅に低減することができ、低温靭性が大幅に改善する。
【００２１】
一方、チタニヤ系フラックスにおけるＭｇＯ添加では、スラグ粘性及び融点が低下するため、全姿勢溶接、特に立向上進溶接でのビード形状が凸になる等、溶接作業性を劣化させる要因となる。スラグの粘性及び融点低下により溶融スラグが凝固しにくく、流れ落ちやすくなる。それによって、スラグによる溶融金属の垂れ落ち抑制が難しくなり、ＭｇＯ多量添加では垂れ落ちが発生し、溶接困難になる。
【００２２】
そこで、本発明者等による種々の検討の結果、ＴｉＯ２量とＭｇＯ量の関係をＭｇＯ／ＴｉＯ２比として整理することで、低温靭性改善に効果があり、全姿勢溶接での溶接作業性が確保できる最適バランスを見出すことが可能になった。ここで、ＭｇＯはＭｇＯの量と、金属Ｍｇ及びＭｇ化合物の量を酸化物量に換算した値との合計である。金属Ｍｇ及びＭｇ化合物は、ＭｇＯと同様溶接金属の脱酸効果が強く、低温靭性改善には大きな効果があるが、多量添加するとビード形状不良、垂れ落ちによる溶接不可を招くものである。そのため、この金属Ｍｇ及びＭｇ化合物の量を酸化物量に換算し、ＭｇＯ量として整理することで、低温靭性及び全姿勢溶接での溶接作業性に影響を与える因子を明らかにすることができた。
【００２３】
しかしながら、ＭｇＯ／ＴｉＯ２比の最適化だけでは、全姿勢溶接での溶接作業性を評価するには十分ではない。立向上進溶接でのビード形状には、スラグ量が大きく関係しており、このスラグ量を規定することが重要である。
【００２４】
スラグ量過少の場合、立向上進溶接において溶融金属を抑えるスラグの絶対量が確保できないため、凸ビード又は垂れ落ちが発生してしまう。逆に、スラグ量過多の場合、アークが溶融スラグ中に埋もれてしまい、アーク安定性が劣化し、スパッタ発生量が著しく増加する傾向が認められる。
【００２５】
このことから、ＭｇＯ／ＴｉＯ２比（各化合物の質量比）の最適バランスを確保した上で、最適スラグ量を規定することによって、全姿勢溶接での良好な溶接作業性が確保できる。加えて、上述の合金成分最適化と合わせることにより、低温靭性との両立が可能となる。
【００２６】
本発明は、以上の知見をもとにワイヤ中の合金成分の適正化及びスラグ造滓剤の成分最適化（ＭｇＯ／ＴｉＯ２比、スラグ量）により、本発明の課題を解決するものである。
【００２７】
次に、本発明の高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤについて、成分添加理由及びその組成限定理由について説明する。なお、以下に示す成分は、ワイヤ全重量あたりの成分を示す。本発明に係る高張力鋼用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮と充填フラックスとからなり、以下に示す成分は、鋼製外皮の組成成分及び／又は充填フラックスの含有成分として、添加されるものである。
【００２８】
「Ｃ：０．０２乃至０．１４質量％」
Ｃは、溶接金属の強度確保において極めて重要な成分である。本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、Ｃ含有量が０．０２質量％未満では、６２０ＭＰａ級以上の耐力を確保することができない。また、Ｃ含有量が０．１４％を超えると溶接金属の強度が増加し、低温割れ感受性が著しく高まる。従って、本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤのＣ含有量は０．０２乃至０．１４質量％とし、より好ましくは０．０２乃至０．０８質量％とする。
【００２９】
「Ｓｉ：０．４乃至１．１質量％」
Ｓｉは、脱酸剤であり、溶接金属の強度確保及び酸素量低減の効果を有する元素である。本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、Ｓｉ含有量が０．４質量％未満では、脱酸不足となりブローホール発生及び靭性不良となる。一方、Ｓｉ含有量が１．１質量％を超えると、溶接金属の粘性が高くなり、母材へのなじみが悪くなる等溶接作業性が劣化する。従って、本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤのＳｉ含有量は０．４乃至１．１質量％とし、より好ましくは０．４乃至０．９質量％とする。
【００３０】
「Ｍｎ：０．８乃至３．０質量％」
Ｍｎは、Ｓｉと同じく脱酸剤として使用する他、溶接金属の靭性向上に有効である。本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、Ｍｎ含有量が０．８質量％未満では、脱酸不足となり、ブローホール発生及び靭性不良となる。一方、Ｍｎ含有量が３．０質量％を超えると、溶接金属の強度が増加し、低温割れ感受性が著しく高まる。従って、本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤのＭｎ含有量は０．８乃至３．０質量％とし、より好ましくは２．１乃至２．９質量％とする。
【００３１】
「Ｎｉ：０．２乃至３．１質量％」
Ｎｉは、溶接金属の強度及び靭性確保において極めて重要な成分である。本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、Ｎｉ含有量が０．２質量％未満では、十分な靭性改善効果が得られず、Ｎｉ含有量が３．１％を超えると高温割れの危険性が高まる。従って、本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤのＮｉ含有量は０．２乃至３．１質量％とし、より好ましくは０．８乃至２．７質量％とする。
【００３２】
「Ｔｉ：０．２質量％以下」
Ｔｉの少量添加は、結晶粒の微細化に効果があるが、０．２質量％を超えるＴｉ添加では、溶接金属中の固溶Ｔｉが増大し、再熱部ではＴｉＣが析出するため、核生成能が低下する。これにより、粗大なラス状ベイナイトが支配的となり、靭性が大きく低下する。従って、本実施形態に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤのＴｉ含有量は０．２質量％以下に規制する。但し、本発明では、Ｔｉ無添加であっても、他合金成分の適正化により良好な低温靭性を確保することが可能である。なお、Ｔｉは金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等のＴｉ合金で添加することとする。
【００３３】
「Ｎ：０．０１５０質量％以下」
Ｎは０．０１５０質量％を超えると、溶接金属中のＮ量が増加し、ブローホールが発生し、更に、靭性劣化の原因となる。このため、Ｎは０．０１５０質量％以下とする。
【００３４】
「Ｃｒ＋Ｍｏ：０．１乃至４．０質量％」
Ｃｒは、安定的に強度を確保することができ、また、Ｍｏは安定的な強度確保が可能であり、また、その添加により、結晶粒の微細化を図ることができ、低温靭性が向上する成分である。本発明に係る高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、Ｃｒ及びＭｏのいずれか一方又は双方を含有するが、Ｃｒ＋Ｍｏ含有量（Ｃｒ又はＭｏの単独添加であればその量、Ｃｒ及びＭｏの複合添加であれば総量）が０．１質量％未満では、十分な強度を確保することができない。一方、Ｃｒ＋Ｍｏ含有量が４．０質量％を超えると、溶接金属の強度が増加するとともに靭性が劣化し、また低温割れの原因にもなる。従って、本発明の高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤのＣｒ＋Ｍｏ含有量は０．１乃至４．０質量％とし、より好ましくは０．２乃至１．１質量％とする。
【００３５】
「ＴｉＯ２＋ＭｇＯ：５．０乃至７．２質量％」
本発明の高張力鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤにおいて、ＴｉＯ２＋ＭｇＯ含有量（ＴｉＯ２及びＭｇＯの含有量合計）が５．０質量％未満では、スラグ量過少により、立向上進溶接において、溶接金属をスラグにより抑えることができず、垂れ落ちてしまう。一方、ＴｉＯ２＋ＭｇＯ含有量が７．２質量％を超えると、スラグ量過多により、アークが溶融スラグ中に埋もれてしまい、アーク安定性が劣化し、スパッタ発生量が増加する。従って、ＴｉＯ２＋ＭｇＯ含有量は５．０乃至７．２質量％とする。
【００３６】
「アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ、Ａｌ及び／又はＭｇ：含有する場合は総量で２．０質量％以下」
アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ、Ａｌ及びＭｇは、含有されていても良いが、含有されていなくてもよい。しかし、これらの元素又は化合物を含有する場合は、総量で２．０質量％以下にする。アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物は、アーク安定性を向上させ、スパッタを減少させる。また、Ｂは溶接金属の靭性を向上させる。Ａｌ及びＭｇは脱酸剤として添加される。これらの物質は、総量で２．０質量％を超えて含有されると、本発明の効果を阻害するので、これらの物質の含有量は総量で２．０質量％以下とする。
【００３７】
「ＭｇＯ／ＴｉＯ２比ｘ：０．０５乃至０．２２」
ＭｇＯの含有量と、ＴｉＯ２の含有量との比ｘ（＝ＭｇＯ／ＴｉＯ２）が０．２２を超えると、立向上進溶接において、溶接金属を垂れ落ちさせやすい成分であるＭｇＯ量がＴｉＯ２量に比べて相対的に過大となるため、溶接中にスラグが流れ落ちやすくなり、スラグにより溶融金属の垂れ落ちを抑制することが難しくなる。そのため、ビード形状が凸となるか又は垂れ落ちする。一方、後述する関数Ｆ（ｘ）の上限値が１５であるため、必然的にＭｇＯ／ＴｉＯ２比ｘの下限値は０．０５となる。従って、ＭｇＯ／ＴｉＯ２比ｘは０．０５乃至０．２２とする。
【００３８】
「Ｆ（ｘ）：１１乃至１５」
Ｆ（ｘ）は下記数式１によって与えられる。ここで、ｘ＝ＭｇＯ／ＴｉＯ２であり、ＭｇＯはＭｇＯと金属Ｍｇ、Ｍｇ化合物の酸化物換算の合計である。ＴｉＯ２は、ＴｉＯ２として添加されたものの量である。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
Ｆ（ｘ）は、実験的に求めたＭｇＯ／ＴｉＯ２比ｘと低温靭性との関係を示す式である。この関係式は、以下に示す各種合金及びスラグ造滓剤の成分範囲において、十数種類のワイヤを使用し、その溶着金属の−６０℃でのシャルピー衝撃試験結果とワイヤ成分中のＭｇＯ／ＴｉＯ２比ｘとの関係を統計処理により算出したものである。
Ｃ：０．０２乃至０．１４質量％
Ｓｉ：０．４乃至１．１質量％
Ｍｎ：０．８乃至３．０質量％
Ｎｉ：０．２乃至３．１質量％
Ｃｒ：０．１乃至４．０質量％
Ｍｏ：０．１乃至４．０質量％
Ｔｉ：０乃至０．２質量％
Ｆｅ：８４．１乃至９０．１質量％
Ｎ：０．０１５０質量％以下
その他の成分（Ｂ，Ｎａ，Ｆ，Ｋ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｐ，Ｓ）：０．１０乃至３．２５質量％
ＴｉＯ２：３．５乃至７．８質量％
ＭｇＯ：０．１乃至５．０質量％
【００４１】
図１は、本発明者等の実験により求めたＦ（ｘ）値と−６０℃でのシャルピー衝撃値（以下、ｖＥ−６０℃という）との関係を示すグラフ図である。Ｆ（ｘ）とｖＥ−６０℃とは単調減少の関係にあり、Ｆ（ｘ）≦１５ではｖＥ−６０℃≧４７Ｊとなり、優れた低温靭性を有することが分かる。また、ＭｇＯ／ＴｉＯ２比ｘの上限値が０．２２であるため、必然的にＦ（ｘ）の下限値は１１となる。従って、このＦ（ｘ）により高強度鋼用ガスシールドアーク溶接フラックス入りワイヤのワイヤ成分と溶接金属の低温靭性の関係を高精度で推定することが可能である。
【００４２】
本発明に係るフラックス入りワイヤの残りの主要成分は、鋼製外皮、充填フラックス中に含まれる各種Ｆｅ合金（Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｔｉ等）及び鉄粉から由来するＦｅである。このＦｅは、ワイヤ全重量あたり８０質量％以上含まれる。その他、本発明のフラックス入りワイヤには、アルカリ金属フッ化物、同酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、同酸化物、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ等が含有されている。
【００４３】
本試験に使用したフラックス入りワイヤのＮ量は０．０１５０質量％以下である。このＮ量が０．０１５０質量％を超える場合、溶接金属中のＮ量が増加し、ブローホールが多発する。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、本発明の実施例及び比較例のワイヤとして、下記表３乃至表５に示すワイヤ成分（ワイヤ全質量に対する割合）及びＦ（ｘ）値のワイヤを使用した。これらの供試ワイヤのフープ組成を下記表６に示す。表７は、実施例及び比較例のワイヤで使用したフープ種類を示す対照表である。この表７に示すように、表３及び表４に示す各ワイヤはこの表６に記載のＡ又はＢのフープを使用した。なお、実施例及び比較例のワイヤにおいて、その他の添加成分はＰ、Ｓ、Ｎｂ、Ｖである。
【００４５】
（下向溶接）
表１は下向溶接のときの溶接条件を示す。この表１に示す溶接条件にてＨＴ７８０鋼を溶接して、溶着金属を作製した。この溶着金属から引張試験片（ＪＩＳ  Ｚ３１１１  Ａ１号）及びシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ  Ｚ３１１１  Ａ４号）を採取し、機械試験を実施した。その結果、得られた０．２％耐力及びシャルピー衝撃値の測定値、並びに溶接作業性の評価結果を下記表８及び表９に示す。表８及び表９において、総合評価欄は、○が良好、×が不可である。
【００４６】
なお、溶着金属の０．２％耐力が６２０ＭＰａ以上、−６０℃でのシャルピー衝撃値が２７Ｊ以上であれば機械的性質が良好と判断した。更に、−６０℃でのシャルピー衝撃値が４７Ｊ以上であれば、優れた低温靭性を有していると判断した。
【００４７】
【表１】
2008087043.tif 000004
【００４８】
溶接条件は以下のとおりである。
シールドガス：８０％Ａｒ−２０％ＣＯ２、２５リットル／分
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接姿勢：下向
供試鋼板：ＪＩＳ  Ｇ  ３１２８  ＳＨＹ６８５（板厚：２０ｍｍ）
開先形状：４５°Ｖ
開先ギャップ：１２ｍｍ
【００４９】
（すみ肉溶接）
表２はすみ肉溶接における溶接条件を示す。表２に示す溶接条件にて、立向上進すみ肉溶接を行い、立向上進溶接における溶接作業性を評価した。図２はビード形状の評価方法を示す図である。この際、すみ肉ビードの脚長Ｌと余盛高さＨに関し、ビードの垂れ易さを評価するため、Ｌ／Ｈを使用し、このＬ／Ｈの値が１０以上であれば良好と判断した。なお、ビードが垂れ落ち、溶接不可となった場合はＬ／Ｈの値を０とした。
【００５０】
【表２】
2008087043.tif 000005
【００５１】
溶接条件は以下のとおりである。
シールドガス：８０％Ａｒ−２０％ＣＯ２、２５リットル／分
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接姿勢：立向上進
供試鋼板：ＪＩＳ  Ｇ  ３１２８  ＳＨＹ６８５（板厚：１２ｍｍ）
開先ギャップ：０ｍｍ
【００５２】
また、これらの下向溶接及びすみ肉溶接の溶接試験において、低温割れ、高温割れの評価方法は以下のとおりである。即ち、低温割れは、溶接後９６時間放置した後、裏当て金を切削し、超音波探傷試験（ＪＩＳ  Ｚ  ３０６０）、磁粉探傷試験（ＪＩＳ  Ｇ  ０５６５）により欠陥の有無を確認した。更に、破面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）により観察し、割れの形態を確認した。
【００５３】
また、高温割れは、溶接後、裏当て金を切削し、超音波探傷試験（ＪＩＳ  Ｚ  ３０６０）、放射線透過試験（ＪＩＳ  Ｚ  ３１０４）により欠陥の有無を確認した。更に、破面をＳＥＭにより観察し、割れの形態を確認した。
【００５４】
また、引張試験及びシャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１溶着金属の引張及び衝撃試験方法に準拠した。
【００５５】
【表３】
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【００５６】
【表４】
2008087043.tif 000007
【００５７】
なお、表３及び表４において、その他の欄に記載の数値の内訳は、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ、Ａｌ及びＭｇと、不可避的不純物（Ｐ，Ｓ，Ｖ，Ｎｂ）との総量である。但し、不可避的不純物の量は全て０．１質量％であり、従って、例えば、表４の実施例１７は、その他が１．０質量％であるが、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ、Ａｌ及びＭｇの総量が０．９質量％、不可避的不純物が０．１質量％である。また、実施例２０は、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属フッ化物、アルカリ土類金属酸化物、Ｂ、Ａｌ及びＭｇが含まれておらず、その他の欄の数値は、不可避的不純物の量である。
【００５８】
【表５】
2008087043.tif 000008
【００５９】
【表６】
2008087043.tif 000009
【００６０】
【表７】
2008087043.tif 000010
【００６１】
【表８】
2008087043.tif 000011
【００６２】
【表９】
2008087043.tif 000012
【００６３】
上記表８及び表９は、これらの試験結果を示す。実施例１乃至５及び実施例１７乃至２１は、０．２％耐力（ＰＳ）と、−６０℃における低温靭性と、ビード形状を含む溶接作業性との全てで、優れた特性が得られた。これに対し、比較例６乃至１６及び比較例２２乃至３０は、これらの特性のいずれかが低いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】Ｆ（ｘ）とｖＥ−６０℃との関係を示すグラフ図である。
【図２】ビード形状の評価方法を示す図である。
【図１】
2008087043.tif 000013
【図２】
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