(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮の内側に、酸化物及び弗素化合物を含有するフラックスがワイヤ全質量に対して１５〜２５質量％充填されているフラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量に対する質量％で、
前記フラックスに含有される酸化物は、
ＴｉＯ２：１．０〜３．５％、
ＳｉＯ２：０．１〜２．０％、
ＣａＯ：０．１〜１．５％、
ＭｇＯ：１．５％以下、及び
Ａｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２の１種または２種：合計で０．１％以下、を含み、
前記フラックスに含有される弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜３．０％であり、
ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２及びＭｇＯと前記弗素化合物を合計で３．８〜１１．２％含有し、
さらに、前記酸化物と前記弗素化合物を除く、前記外皮およびフラックスに含有されるワイヤ成分の含有量として、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｓｉ：０．１〜０．７％、
Ｍｎ：０．３〜５％、
Ａｌ：０．００２〜１．０％、
Ｔｉ：０．０１〜３．０％、
Ｍｇ：０．００１〜１．０％、
Ｃ：０．０６％以下、
Ｎｉ：５〜１６％、及び
Ｃｒ：１６〜２７％を含有し、
かつ、Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇ：０．５〜３．５％を満たし、
残部はＦｅおよび不可避的不純物であることを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
前記酸化物として、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＭｇＯ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする請求項１に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＣａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及び、Ｌｉ２ＣＯ３の１種または２種以上の金属炭酸塩を合計で０．６％未満含むことを特徴とする請求項１または２に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｍｏ：０．０１〜４．５％、
Ｃｕ：０．０１〜１．５％、
Ｗ：０．０１〜３．０％、
Ｎｂ：０．０１〜１．０％
から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項５】
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｎ：０．０１〜０．３％
を含有することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項６】
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの１種または２種の合計：０．０２〜０．２０％
を含有することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項７】
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｂｉ換算量の合計：０．０１〜０．１５％を含有することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項８】
前記外皮がスリット状の隙間のない形状であることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項９】
前記外皮がスリット状の隙間を有する形状であることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項１０】
質量％で、
Ｎｉ：０．１〜１１％、
Ｃｒ：１８〜２７％
を含有し、
フェライトとオーステナイトの二相であり、フェライト量が３０〜７０体積％となる二相ステンレス鋼を、継手を構成する複数の母材の少なくとも一つの母材に用いた溶接継手であって、
当該溶接継手は、請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いて前記母材をガスシールドアーク溶接したものであって、
当該溶接継手の溶接金属中の酸素量が質量％で０．０６％以下であることを特徴とする溶接継手。
【請求項１１】
質量％で、
Ｎｉ：５〜２１％、
Ｃｒ：１６〜２７％
を含有し、
オーステナイト系ステンレス鋼を、継手を構成する複数の母材の少なくとも一つの母材に用いた溶接継手であって、
当該溶接継手の溶接金属は、請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いて前記母材をガスシールドアーク溶接したものであって、
当該溶接継手の溶接金属中の酸素量が質量％で０．０６％以下であることを特徴とするガスシールドアーク溶接継手。
【請求項１２】
請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いて、かつ、シールドガスとして、純炭酸ガス、またはＡｒと３〜３０体積％ＣＯ２との混合ガス、あるいは、Ａｒと０．２〜１０体積Ｏ２との混合ガスを用いてガスシールドアーク溶接を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶、海洋構造物、橋梁、海水淡水化装置などの耐海水性、耐海塩粒子性が要求される環境下で使用される溶接構造物、または、発電設備、化学プラントなどの各種腐食環境下で使用される溶接構造物の組立に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼および二相ステンレス鋼をガスシールドアーク溶接するにあたり、母材同等の耐食性を維持しつつ、溶接金属の酸素量を低減して優れた靱性の確保を可能としたステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＵＳ３０４などに代表されるオーステナイト系ステンレス鋼およびＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌなどに代表される二相ステンレス鋼は、その優れた耐食性、強度および靱性から、船舶、海洋構造物、橋梁、海水ポンプ、海水淡水化装置などの耐海水性、耐海塩粒子性、及び種々の化学プラント、食品製造プラントなどの耐塩化物性が要求される苛酷な腐食環境に耐えられる耐食材料として、幅広い分野に適用されている。特に、二相ステンレス鋼は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎを主要元素とし、フェライトとオーステナイトの相比率が約５０体積％となるように調整して、強度、耐食性を確保したステンレス鋼であるが、近年のＮｉ、Ｍｏの高騰により、Ｎｉ量、Ｍｏ量を極力低減した廉価型二相ステンレス鋼（例えば、特許文献１）が開発されており、ステンレス鋼の主流であるオーステナイト系ステンレス鋼と同等の特性を有しつつ、合金コストが低く、かつ価格変動が少ないステンレス鋼として注目を浴びている。
【０００３】
これらオーステナイト系ステンレス鋼および二相ステンレス鋼の溶接構造物を建造する場合の溶接方法としては、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接などのガスシールドアーク溶接、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接などが適用される。この中でも、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は、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接や被覆アーク溶接より高能率で良好な溶接作業性が得られるため、ステンレス鋼の溶接では、最も溶接材料の使用量が多い溶接方法となっている。また、これらフラックス入りワイヤを使用して作製された溶接金属の耐食性や引張強さは、母材同等並の特性が得られている。
【０００４】
しかしながら、市販のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接して得られた溶接金属の衝撃特性は、成分や組織に関係なく、かなり低く、例えば、温度０℃でのシャルピー衝撃試験では、他の溶接方法に比べて吸収エネルギーが１／２以下となり、靱性不足が課題となってきた（例えば、非特許文献１）。これは、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接して得られた溶接金属に含有する酸素量が極めて高いためであり、被覆アーク溶接の場合の酸素量が０．０４〜０．０７％であるのに対し、フラックス入りワイヤを使用した溶接の場合は０．１〜０．１５％と２倍以上となる。この理由としては、溶接方法によって、溶融池の温度や攪拌状態、固液界面面積などの違いが影響を及ぼしていると考えられる。また、同じフラックス入りワイヤを用いたガスメタルアーク溶接でも、炭素鋼の場合の酸素量は約０．０５〜０．０６％であり、ステンレス鋼の場合の約１／３となる。これは、酸素の活量係数がＣｒの増加につれて小さくなるためであり、Ｃｒ量を約２０％含有するステンレス鋼の酸素の活量係数は、Ｃｒを含まない炭素鋼の約１／１０まで低下し、そのために、酸素が除去し難くなり、溶接金属中に多量に残留することになる。
【０００５】
このように、ステンレス鋼溶接用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金属では、酸素含有量が極めて多いため、靱性が低いことはよく知られた事実であった。
【０００６】
特許文献２には溶接金属の靱性を改善したオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが、また、特許文献３には溶接金属の靱性を改善した二相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。しかし、これらはいずれも、ＴｉＮを核として凝固結晶粒を微細化することで靱性を向上させたものであり、溶接金属の酸素量を低減したものではない。また、溶接金属の酸素量を低減するには、シールドガスに純Ａｒを使用することが有効であるが、純Ａｒシールドのガスメタルアーク溶接（ＭＩＧ溶接）では、ワイヤの中心が溶け残るなどワイヤ溶融状態が不安定となり、溶接が困難であった。それを解決する手法として、外皮と中央が融点の異なる金属材料からなる同軸複層ワイヤ（特許文献４）が報告されている。しかしながら、一般的なフラックス入りワイヤのような良好な溶接作業性を得るのが難しく、また、製造コストが高いという課題がある。その他に、従来からステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの特許が数多く開示されているが（例えば、特許文献５、６）、溶接金属の酸素量を低減して根本的に靱性を改善したものは皆無であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００２／０２７０５６号
【特許文献２】特開２００３−１３６２８０号公報
【特許文献３】特許第４５３１１１８号公報
【特許文献４】特開２００６−２０５２０４号公報
【特許文献５】特開２０１２−１４８２９８号公報
【特許文献６】特開２０１４−３４０５１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ステンレス鋼フラックス入りワイヤガイドブック：日本溶接協会  溶接棒部会  技術委員会編（２００８年２月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の従来技術の現状に鑑みて、オーステナイト系ステンレス鋼および二相ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に用いるフラックス入りワイヤ、母材の両方または片方にオーステナイト系ステンレス鋼または二相ステンレス鋼を用いた溶接継手、及び、その製造方法に関し、溶接作業性が良好であって、溶接金属の引張特性を母材特性並に維持しつつ、溶接金属中に含有する酸素量を低減し、優れた溶接金属の靱性が確保できるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ、溶接金属の靭性が優れた溶接継手、及び、その製造方法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】
【００１０】
本発明者らは、前記課題を解決するために、種々の合金および酸化物を充填したステンレス鋼フラックス入りワイヤを用いて、ガスシールドアーク溶接を行い、形成された溶接金属の酸素量および靱性を詳細に調査、検討した。その結果、酸素量が０．０６％以下で良好な靱性が確保できることが明らかとなった。また、酸素量を低減するためには、フラックス中の酸化物と合金を制御することにより脱酸反応が促進される見通しを得た。
【００１１】
本発明は、上記の知見に立脚して更に検討した結果なされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）鋼製外皮の内側に、酸化物及び弗素化合物を含有するフラックスがワイヤ全質量に対して１５〜２５質量％充填されているフラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、前記酸化物は、ＴｉＯ２：１．０〜３．５％、ＳｉＯ２：０．１〜２．０％、ＣａＯ：０．１〜１．５％、及び、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２の１種または２種：合計で０．１％以下、を含み、前記弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜３．０％であり、前記酸化物と前記弗素化合物を合計で３．８〜１１．２％含有し、さらに、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２及びＭｇＯと前記弗素化合物を除く成分として、Ｓｉ：０．１〜０．７％、Ｍｎ：０．３〜５％、Ａｌ：０．００２〜１．０％、Ｔｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｇ：０．００１〜１．０％、Ｃ：０．０６％以下、Ｎｉ：５〜１６％、及びＣｒ：１６〜２７％を含有し、かつ、Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇ：０．５〜３．５％を満たし、残部はＦｅおよび不可避的不純物であることを特徴とするステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（２）前記酸化物として、ワイヤ全質量に対する質量％で、更にＭｇＯ：０．１〜１．５％を含むことを特徴とする（１）に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（３）さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、ＣａＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及び、Ｌｉ２ＣＯ３の１種または２種以上の金属炭酸塩を合計で０．６％未満含むことを特徴とする（１）または（２）に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（４）さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．０１〜４．５％、Ｃｕ：０．０１〜１．５％、Ｗ：０．０１〜３．０％、Ｎｂ：０．０１〜１．０％から選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（５）さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎ：０．０１〜０．３％を含有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（６）さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの１種または２種の合計：０．０２〜０．２０％を含有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（７）さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｂｉ換算量の合計：０．０１〜０．１５％を含有することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（８）前記外皮がスリット状の隙間のない形状であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（９）前記外皮がスリット状の隙間を有する形状であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
（１０）質量％で、Ｎｉ：０．１〜１１％、Ｃｒ：１８〜２７％を含有し、フェライトとオーステナイトの二相であり、フェライト量が３０〜７０体積％となる二相ステンレス鋼を、継手を構成する複数の母材のうち少なくとも一つの母材に用いた溶接継手であって、当該溶接継手の溶接金属中の酸素量が質量％で０．０６％以下であることを特徴とする溶接金属の靭性に優れた溶接継手。
（１１）質量％で、Ｎｉ：５〜２１％、Ｃｒ：１６〜２７％を含有し、オーステナイト系ステンレス鋼を、継手を構成する母材の両方、もしくは、片方に用いた溶接継手であって、当該溶接継手の溶接金属中の酸素量が質量％で０．０６％以下であることを特徴とする溶接金属の靭性に優れた溶接継手。
（１２）（１）〜（９）のいずれかに記載のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いて、かつ、シールドガスとして、純炭酸ガス、またはＡｒと３〜３０体積％ＣＯ２との混合ガス、あるいは、Ａｒと０．２〜１０体積Ｏ２との混合ガスを用いてガスシールドアーク溶接を行うことを特徴とする（１０）又は（１１）の溶接継手の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤによれば、オーステナイト系ステンレス鋼および二相ステンレス鋼の溶接において、溶接金属中に含有する酸素量を低減させることが出来る。また、継手を構成する複数の母材の少なくとも一つの母材にオーステナイト系ステンレス鋼または二相ステンレス鋼を用いたステンレス鋼溶接継手によれば、溶接金属中に含有する酸素量が低いため、溶接金属の靱性を大幅に改善し、靱性の良好な溶接継手を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は外皮にスリット状の隙間がない本発明の実施形態のフラックス入りワイヤの断面の拡大写真であり、（ｂ）及び（ｃ）は外皮にスリット状の隙間を有する本発明の他の実施形態に係るフラックス入りワイヤの断面の拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、本発明の溶接金属の酸素低減化のための技術思想について説明する。
【００１５】
酸素低減、すなわち、脱酸反応を促進させるには、ＳｉやＴｉなどの脱酸元素量を増量する方法とＳｉＯ２やＴｉＯ２などの脱酸反応生成物の活量を下げる方法が考えられる。
しかし、前者の方法である脱酸元素の増量は、非特許文献１に関して上述したＣｒと同様に、溶接金属中の酸素の活量係数を下げるため、溶接金属中における前記脱酸元素の酸化反応が生じ難くなり、その結果、溶接金属から酸素を除去し難くするという問題がある。このように、脱酸元素を単に増量するだけでは、溶接金属中の酸素量を低減することは困難である。
【００１６】
後者の方法である脱酸反応生成物の活量を下げる有効な方法は、フラックス中の塩基性化合物を増やす一方、酸性化合物を減らすことによって、スラグの塩基度を上げることである。スラグの塩基度を上げることによって、脱酸反応としての前記酸化反応が促進され、生成した酸化物がスラグとして溶融金属から浮上、排出されやすくなり、溶接金属中に残留する酸素量は低減する。
【００１７】
ところで、ＳｉＯ２やＴｉＯ２等の酸化物は、スラグ被包性およびスラグ剥離性を良好にし、ビード形状を良好にする目的で、フラックス入りワイヤのフラックスの成分として充填される。したがって、フラックスの塩基度を上げることで脱酸反応生成物の活量を低減して前記脱酸元素の酸化反応を促進し、その結果、溶接金属の酸素量は低減することになる。
【００１８】
以下、本発明のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの組成、製造方法等について詳細に説明する。なお、以下の説明における「％」とは、特に明記しない限り「質量％」を意味し、下記の成分含有量は、ワイヤ全質量に対する外皮およびフラックスに含有される合計量（質量％）である。
【００１９】
［酸化物］
前述したように、本発明においても、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＣａＯと、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２の少なくとも１種が必須の酸化物として用いられる。これらの酸化物の含有量は、ビードの形状及び被包性、アークの安定性等の観点から次のように規定される。
【００２０】
ＴｉＯ２：１．０〜３．５％
ＴｉＯ２は、被包性が良好なスラグを形成してビード形状を良好にするとともに、アークを安定化させる。１．０％未満では、その効果が十分に得られず、ビード形状が凸状になり、アークも不安定になる。３．５％を超えると、アーク長が長くなり、溶滴の離脱を阻害してスパッタが多発する。したがって、その含有量を１．０〜３．５％に限定する。
【００２１】
ＳｉＯ２：０．１〜２．０％
ＳｉＯ２は、スラグの粘性を調整し、スラグの被包性および剥離性を良好にする。０．１％未満では、スラグの剥離性が悪くなり、また粘性も高くなってビード形状が不安定になる。２．０％を超えると、アークの安定性が低下するとともに、スラグ被包性も悪くなってビード外観が不良となる。したがって、その含有量を０．１〜２．０％に限定する。
【００２２】
ＣａＯ：０．１〜１．５％
ＣａＯは、塩基性化合物でもあり、塩基度を高めて脱酸生成物の活量を下げ、溶接金属の酸素量低減に有効である。この効果が発揮されるのは０．１％以上であるのでこれを下限とする。しかし、１．５％を越えて添加した場合は、アークが不安定となるため、これを上限とする。
【００２３】
Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２の１種または２種：合計で０．１％以下
Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２は、スラグの剥離性を劣化させるため、できる限り低い方が好ましい。したがって、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２の１種または２種を合計で０．１％以下になるように限定する。
【００２４】
本発明では、必要に応じて更にＭｇＯを０．１〜１．５％の範囲で含有しても良い。ＭｇＯも塩基性酸化物であり、塩基度を高めて脱酸生成物の活量を下げ、溶接金属の酸素量低減に有効である。この効果が発揮されるのは０．１％以上であるので、含有させる場合はこれを下限とする。また、１．５％を超えて含有させた場合は、アークが不安定となるため、これを上限とする。
【００２５】
［脱酸元素］
本発明では、溶接金属の酸素量を低減するために、以下のワイヤ成分としての脱酸元素の含有量を規定する。前記脱酸元素は、前述したＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ及び弗素化合物以外の化合物、又は単一の金属元素からなる金属材料、或いは複数種の金属元素からなる混合物として添加される。
【００２６】
Ｓｉ：０．１〜０．７％
Ｓｉは、脱酸元素として作用し、溶接金属の酸素量を低減して良好な延性・靱性が得られる。また、スラグの粘性を調整してビード形状を良好にする。０．１％未満ではその効果が十分でなく、一方、その含有量が０．７％超ではＳｉ系酸化物が溶接金属内に介在物として分散析出し、溶接金属の延性・靱性が劣化する。また、ビード形状も凸になる。したがって、その含有量を０．１〜０．７％に限定する。
【００２７】
Ｍｎ：０．３〜５％
Ｍｎは、脱酸元素として作用し、溶接金属の酸素量を低減させ、靱性を向上する効果を有するが、０．３％未満ではその効果が十分ではない。また、Ｍｎは、オーステナイト生成元素であり、二相ステンレス鋼の場合、フェライト相とオーステナイト相の相バランスが約５０体積％となるように０．３％以上添加される。しかしながら、５％を超えて添加すると、溶滴が大きく成長してスパッタ発生量が多くなるとともに、多量のヒュームが発生する。したがって、その含有量を０．３〜５％に限定する。
【００２８】
Ａｌ：０．００２〜１．０％
Ａｌは、脱酸元素であり、酸素量低減に効果があるとともに、アークを安定にする効果もあるが、０．００２％未満ではその効果が少ない。一方、多量に添加するとＡｌ系酸化物が大量に生成し、溶接金属の靱性が劣化するとともに、アークが不安定になるため、１．０％を上限とする。
【００２９】
Ｔｉ：０．０１〜３．０％
Ｔｉは、脱酸元素として作用し、酸素量を低減するが、この効果が発揮されるのは０．０１％以上であるのでこれを下限とする。下限は、好ましくは、０．１％である。さらに好ましくは、０．２  ％である。また、脱酸生成物として形成されたＴｉＯ２は、ビード表層に浮上してスラグとなるが、ＴｉＯ２の融点は比較的高いため、メタル／スラグの融点差が大きくなってスラグ剥離性を改善する効果もある。しかし、３．０％を越えて添加した場合は、アークが不安定となるため、これを上限とする。上限は、好ましくは、２．０％である。さらに好ましくは、１．６％である。
【００３０】
Ｍｇ：０．００１〜１．０％
Ｍｇは、脱酸元素であり、酸素量低減に効果があるとともに、スラグ剥離の時期を改善し、テンパーカラーの付着を低減させる。０．００１未満ではその効果が少ない。一方、１．０％を超えるとスラグの粘性が高まり、スラグ剥離性が劣化する。したがって、その含有量を０．００１〜１．０％に限定する。下限は、好ましくは、０．００５％である。さらに好ましくは、０．０１０％である。上限は、好ましくは、０．７％である。さらに好ましくは、０．３％である。尚、Ｍｇは、ＭｇＣＯ３の形態でフラックス成分として添加しても良い。
【００３１】
Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇ：０．５〜３．５％
Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇは、上述したように脱酸元素として作用し、それぞれ単独でも溶接金属の酸素量低減に有効であるが、複合されることによりさらにその効果が増加する。さらに、その複合酸化物はスラグの融点や粘性を改善してアークを安定にする。総和が０．５％未満ではその効果は少なく、３．５％を超えるとアークが不安定になるとともにスラグの剥離性が劣化する。したがって、その含有量の和を０．５〜３．５％に限定する。好ましくは、１．０〜２．５％である。
【００３２】
［弗素化合物］
弗素化合物のＦ換算値の合計：０．０１〜３．０％
弗素化合物は、主として塩基性化合物であり、塩基度を高めて脱酸生成物の活量を下げる。加えて、これら脱酸化合物の溶融金属からのスラグ浮上分離を促すため、溶接金属中の酸素量を低減して靱性を向上させる作用を有する。さらに、弗素化合物は、スラグの融点を調整して、スラグ被包性およびスラグ剥離性を良好にし、ビード形状を良好にする。弗素化合物としては、金属弗化物、アルカリ金属弗化物、アルカリ土類金属弗化物を用いるが、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６などが有効であり、アルカリ金属弗化物を使用する場合にはアークの安定性も向上する。弗素化合物の１種または２種以上のＦ換算値の合計が０．０１％未満ではその効果が不十分であり、３．０％を超えると、スラグの流動性が過剰になるとともにアークが不安定となり、また、スラグの融点が著しく低下してビード形状が不良となる。Ｆ換算値の算出は、例えばＣａＦ２の場合、Ｆの原子量１９．００を２倍した値をＣａＦ２の分子量７８．０８で除したものに、溶接ワイヤ全質量に対するＣａＦ２の質量％を掛けて算出する。
【００３３】
酸化物及び弗素化合物を合計：３．８〜１１．２％
前記酸化物及び弗素化合物は、上述したようにそれぞれの効果をもたらすが、これらの合計量は、被包性の良好なビード形成やスパッタ発生量に影響を及ぼす。被包性良好なビード形成効果は、３．８％以上で得られるが、１１．２％を超えると、溶滴が前記酸化物と絡み合って溶滴移行状態が不安定となり、スパッタの発生量が多くなる。したがって、前記酸化物及び弗素化合物の合計をワイヤ全質量に対して、３．８〜１１．２％に限定する。
【００３４】
［上記以外の他の基本的なワイヤ成分］
次に、その他の効果を得るために、以下の成分の含有量を規定する。
【００３５】
Ｃ：０．０６％以下
Ｃは、耐食性に有害であるが、強度の観点からある程度の含有が必要である。その含有量が０．０６％超では、溶接のままの状態および再熱を受けるとＣｒと結合してＣｒ炭化物を析出し、その近傍に形成されたＣｒ欠乏層で耐食性を著しく劣化する。また、溶接金属の靱性、延性が著しく低下するため、その含有量を０．０６％以下に限定した。
【００３６】
Ｎｉ：５〜１６％
Ｎｉ：Ｎｉは、オーステナイト形成元素でありオーステナイト相を安定化させて溶接金属の延性および靱性を向上させる。Ｎｉの含有量が５％未満では、オーステナイト相の安定が不十分で靱性が劣化する。一方、１６％を超えるとフェライト相の晶出を抑制して溶接金属のフェライト量が少なくなり、引張強さが低下するとともに高温割れが発生する危険性がある。したがって、その含有量を５〜１６％に限定する。
【００３７】
Ｃｒ：１６〜２７％
Ｃｒは、フェライト形成元素であり耐食性の向上に有効である。しかし、その含有量が１６％未満では十分な耐食性が得られない。一方、その含有量が２７％を超えると、Ｃｒ炭窒物の析出が増加し、溶接金属の靱性や延性が劣化する。したがって、その含有量を１６〜２７％に限定する。
【００３８】
なお、上述した成分等以外の残部は、鋼外皮のＦｅ及び不可避不純物、フラックス中のＦｅ及び不可避的不純物である。
【００３９】
フラックス充填率：１５〜２５％
鋼外皮内側のフラックス充填率がワイヤ全質量に対して１５％未満では、鋼外皮の肉厚が厚くなり、溶滴の離脱がスムーズに行われずに溶滴が離脱する際に大きなスパッタが発生する。一方、フラックス充填率が２５％を超えると、ワイヤ製造時に断線が生じやすく生産性が悪くなる。したがって、フラックス充填率をワイヤ全質量に対して１５〜２５％に限定する。
【００４０】
［選択的成分］
以上を本発明のフラックス入りワイヤの基本成分とするが、以下の成分を選択的に添加できる。以下の選択的成分は、ワイヤの外皮に合金成分として添加する、あるいは、フラックスに金属単体、又は不純物以外に酸素を含有しない化合物若しくは混合物の形態でフラックスに添加する等の方法がある。
【００４１】
Ｍｏ：０．０１〜４．５％
Ｍｏは、特に塩化物環境での耐食性を向上させる元素であり、耐食性向上のために０．０１％以上添加できるが、その含有量が４．５％を越えるとシグマ相など脆い金属間化合物を生成して溶接金属の靱性が低下するため、添加する場合は、その含有量を０．０１〜４．５％に限定する。
【００４２】
Ｃｕ：０．０１〜１．５％
Ｃｕは、強度と耐食性を高めるのに顕著な効果があり、また、靱性を確保するためのオーステナイト生成元素として０．０１％以上添加できるが、１．５％を越えて添加すると、溶接金属の靱性が劣化するので、添加する場合は、その含有量を０．０１〜１．５％とする。
【００４３】
Ｗ：０．０１〜３．０％
Ｗは、強度と耐食性を高めるのに顕著な効果があり、０．０１％以上添加できるが、３．０％を越えて添加すると、溶接金属の靱性が劣化するので、添加する場合は、その含有量を０．０１〜３．０％とする。
【００４４】
Ｎｂ：０．０１〜１．０％
Ｎｂは、安定化元素であり、ＣｒがＣと結合してＣｒ炭化物を生成する前にＣと結合してＮｂＣを生成し、Ｃｒ炭化物の生成を抑制して溶接金属の耐粒界腐食性を向上させる。含有量が０．０１％未満ではその効果が不十分であり、１．０％を越えて添加してもその効果は飽和するだけでなく、高温割れが生じやすくなるので、添加する場合は、その含有量を０．０１〜１．０％とする。
【００４５】
Ｎ：０．０１〜０．３％
Ｎは、オーステナイト相を安定させるとともに、固溶強化元素として溶接金属の強度を高める効果がある。さらに、塩化物環境での耐孔食性を向上させる効果がある。これらの効果が発揮されるのは０．０１％以上でありこれを下限とした。また、Ｎは強力なオーステナイト生成元素であり、二相ステンレス鋼の場合、フェライト相とオーステナイト相の相バランスが約５０体積％となるように０．０１％以上添加される。しかし、０．３％超えると、ブローホールが多発し、耐欠陥性が低下するとともに、硬化して靱性も低下するので、添加する場合は、その含有量を０．０１〜０．３％とする。
【００４６】
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの１種または２種の合計：０．０２〜０．２０％
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏは、アークを安定にしてスパッタの発生を抑制する。Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの１種または２種の合計が０．０２未満では、アークを安定にする効果が得られない。一方、０．２０％を超えると、スパッタ発生量が増加する。したがって、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの１種または２種の合計を０．０２〜０．２０％に限定する。
【００４７】
Ｂｉ：０．０１〜０．１５％
Ｂｉは、スラグ剥離性を向上させる元素であり、Ｂｉ化合物中に含有されるＢｉ含有量（以下、「Ｂｉ換算値」という。）と金属単体のＢｉのＢｉ含有量の合計（以下、「Ｂｉ換算量の合計」という。）が０．０１％未満では、スラグ剥離性を向上させる効果は得られない。一方、Ｂｉ換算量の合計が０．１５％を超えると、靱性が劣化する。したがって、Ｂｉ換算量の合計を０．０１〜０．１５％に限定する。
【００４８】
本発明では、必要に応じて更にＣａＣＯ３、ＮａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３およびＬｉＣＯ３のうち１種または２種以上の金属炭酸塩を合計で０．６％未満の範囲でフラックスに含有させても良い。これらの金属炭酸塩は、アーク中で分解しＣＯ２ガスを発生して溶着金属を大気から遮断しアーク雰囲気中の水素分圧を下げる効果がある。また、溶滴の離脱を促進して、スパッタ抑制にも効果がある。尚、金属炭酸塩を用いる場合、アーク安定性を確保するため、ワイヤ全質量に対する金属炭酸塩の合計で０．６％未満の範囲で含有させることが好ましい。
【００４９】
続いて、フラックス入りワイヤの形態について説明する。
フラックス入りワイヤには、図１（ａ）に示すような外皮にスリット状の隙間がないワイヤと、図１（ｂ）、（ｃ）に示すような外皮にスリット状の隙間を有するワイヤとに大別できる。本発明ではいずれの断面構造も採用することができる。
【００５０】
本発明のフラックス入りワイヤは、通常のフラックス入りワイヤの製造方法と同様の製造工程によって製造することができる。
まず、外皮となるステンレス鋼帯等の鋼帯を準備し、前述した弗化物、合金、酸化物及び炭酸塩が等の成分が所定の含有量になるように配合したフラックスを準備する。鋼帯を長手方向に送りながら成形ロールによりオープン管（Ｕ字型）に成形して外皮とし、この成形途中でオープン管の開口部からフラックスを供給し、開口部の相対するエッジ面を突合せスリット状の隙間を溶接する。溶接法は電縫溶接、レーザー溶接、又は、ＴＩＧ溶接が用いられる。溶接により得られたスリット状の隙間のない管を伸線し、伸線途中又は伸線工程完了後に焼鈍処理して、所望の線径を有するスリット状の隙間のないワイヤを得る。また、スリット状の隙間を溶接しないスリット状の隙間有りの管とし、それを伸線することでスリット状の隙間を有するワイヤを得る。
【００５１】
尚、本発明のフラックス入りワイヤに用いられる鋼外皮は特に限定されないが、Ｃを低減する観点から、ステンレスであることが望ましい。また、前記ステンレス鋼帯は、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系のいずれであっても良く、或いは、フェライト・オーステナイト（２相）系等の多相系であっても良い。
【００５２】
図１は、ワイヤの切断面に関し、（ａ）はエッジ面を突合せて溶接して作ったワイヤ、（ｂ）はエッジ面を突合せて作ったワイヤ、（ｃ）はエッジ面をかしめて作ったワイヤを示す図である。図１（ａ）の切断面は、研磨して、エッチングすれば、溶接跡が観察されるが、エッチングしないと溶接跡は観察されない。そのため、エッジ面を突合せ、溶接して作ったスリット状の隙間がないワイヤをシームレスと呼ぶことがあり、例えば、溶接学会編「新版  溶接・接合技術入門」（２００８年）産報出版、ｐ．１１１には、シームレスタイプと記載されている。
【００５３】
図１（ｂ）に示すようにエッジ面を突合せてから、又は、図１（ｃ）に示すようにエッジ面をかしめてから、ろう付けしても、スリット状の隙間がないワイヤが得られる。また、図１（ｂ）、図１（ｃ）において、ろう付けせず、そのままのワイヤは、スリット状の隙間が有るワイヤとなる。
【００５４】
次に、本発明のステンレス鋼溶接継手について説明する。
溶接継手は、同一材料同士を溶接したものと、異なる材料を溶接したものとが存在する。本発明では、溶接継手を構成する複数の母材の少なくとも一つの母材に、室温でフェライトとオーステナイトの二相組織となる二相ステンレス鋼、もしくは、オーステナイト系ステンレス鋼を用いることに限定する。
【００５５】
二相ステンレス鋼を用いる場合、そのフェライト量が３０体積％未満、または、７０体積％超では耐食性が低下するため、フェライト量を３０〜７０体積％に限定する。室温においてフェライト量が３０〜７０体積％となるフェライトとオーステナイトの二相組織となるためには、前記二相ステンレス鋼の組成はＮｉ：０．１〜１１％、Ｃｒ：１８〜２７％であることが必要である。
【００５６】
オーステナイト系ステンレス鋼であって、室温でオーステナイト単相のものを用いる場合、前記オーステナイト系ステンレス鋼の組成をＮｉ：５〜２１％、Ｃｒ：１６〜２７％とすることが必要である。
【００５７】
本発明においては、上述した二相ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼の形状は、板材、管材、線材など特に限定するものではない。また、溶接継手を構成する複数の母材の少なくとも一つの母材に上述した二相ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼が用いられていればよいため、母材の組み合わせとしては、二相ステンレス鋼同士、オーステナイト系ステンレス鋼同士、二相ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼とその他金属材料、オーステナイト系ステンレス鋼とその他金属材料といった場合があり得る。その他金属材料としては、例えば炭素鋼などを挙げることが出来るがこれに限られるものではない。
【００５８】
一般的にステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接して得られた溶接金属の衝撃特性はかなり低くなることが知られている。そこで、本発明者らは、種々の合金剤およびスラグ剤を充填したステンレス鋼フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接を行い、形成された溶接金属の酸素量および靭性を詳細に調査、検討した。その結果、溶接金属の靭性は、フラックス中に充填した合金剤やスラグ剤の種類に関係なく、また、溶接金属の酸素以外の合金組成やフェライト量にも関係なく、溶接金属の酸素量で一義的に決まり、酸素量が少なくなるほど溶接金属の靭性が上昇することを見出した。そして、溶接金属中の酸素量が０．０６％以下で良好な靭性を確保出来ることを知見した。そこで、本発明の溶接継手は、溶接金属中の酸素含有量を以下に限定した。
【００５９】
次に、上記したステンレス鋼溶接継手の製造方法について説明する。
本発明のステンレス鋼溶接継手の製造には、上述したフラックス入りワイヤを用いて溶接することが好ましい。本発明のフラックス入りワイヤは、ガスシールドアーク溶接、プラズマ溶接、サブマージアーク溶接など種々の溶接方法に使用することが出来るが、以下ではガスシールドアーク溶接であるガスメタルアーク溶接やＴＩＧ溶接で製造する場合について説明する。
【００６０】
ガスシールドアーク溶接において使用されるシールドガスとして、アークを安定させ、良好な溶け込み形状を得るために、純炭酸ガス、ＡｒとＣＯ２の混合ガス、あるいは、ＡｒとＯ２との混合ガスが用いられる。但し、これら混合ガスのＣＯ２含有量が３体積％未満、または、３０体積％超の場合、あるいは、混合ガスのＯ２含有量が０．２体積％未満、または、１０体積％超の場合は、アークの安定性が低下するため、Ａｒと混合ガスの比率は、混合ガスがＣＯ２の場合は３〜３０体積％、Ｏ２の場合は０．２〜１０体積％Ｏ２とした。このようにシールドガスの種類を規定することにより、安定した溶接が可能となり、かつ、溶接に用いるフラックス入りワイヤの外皮およびフラックスに含有される成分を上述するように規定することにより、溶接金属の酸素量を低減して優れた靭性を確保したステンレス鋼溶接継手を容易に得ることが可能となる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例にて本発明を説明する。
【００６２】
［フラックス入りワイヤの溶接作用性試験］表１に示す化学組成の鋼外皮（Ｗ１、Ｗ２）の内部にフラックスを充填し、表２−１〜２−４に示す組成およびフラックス充填率のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを試作した。ここで、「フラックス充填率」とは、フラックス全成分のワイヤ全質量に対する割合（質量％）を意味する。
【００６３】
表２−１〜２−４における「ワイヤ全質量に対する質量％」は、表１に示す鋼外皮にフラックスを充填した時の鋼外皮とフラックスに含まれる各元素の合計の量における、ワイヤ全質量に対する質量％を意味したものである。
【００６４】
表２−２及び２−４において、「弗化物のF換算量」とは、フラックスの成分としての弗素化合物中に含有される弗素元素の全質量のワイヤ全質量に対する質量％である。また、「Ｂｉ２Ｏ３のＢｉ換算量」とは、フラックスの成分としてＢｉ２Ｏ３中に含有されるＢｉ元素の全質量のワイヤ全質量に対する質量％である。また、「Ｂｉ含有量の合計」とは、前記「Ｂｉ２Ｏ３のＢｉ換算量」と、表２−１或いは表２−３のＢｉ含有量との合計量である。
【００６５】
また、表２−２及び表２−４の「酸化物成分及び弗化物」は、フラックス中に含まれる酸化物成分と弗素化合物の合計量を意味する。この合計量は、表２−２及び２−４における「弗化物Ｆ換算値」が用いられたものではなく、弗素化合物を用いて計算しているため、表２−２及び２−４の「酸化物成分」の量及び「弗化物のF換算量」を合計した値とは一致しない。
【００６６】
なお、試作したワイヤは、開口部の相対するエッジ面を突合わせスリット状の隙間を電縫溶接することでスリット状の隙間ない管であり、ワイヤの直径１．２ｍｍとした。なお、実施例No.１３のみは、図１（Ｃ）のように、かしめた後、溶接しない、スリット状の隙間のある管とした。
【００６７】
次に、表３に成分を示す各種のオーステナイト系ステンレス鋼板（Ｂ１、Ｂ２）および二相ステンレス鋼板（Ｂ３、Ｂ４）に、開先角度：６０゜、ルートフェース：０．５ｍｍのＶ開先を設けた後、上記フラックス入りワイヤを用いて、ガスメタルアーク溶接により突合せ溶接して、溶接継手を作製した。なお、この際の溶接条件は、溶接電流：２５０Ａ、アーク電圧：２８Ｖ、溶接速度：２５ｃｍ／ｍｉｎとし、シールドガスはＡｒ＋２０％ＣＯ２とした。
【００６８】
溶接で得られた溶接継手は、それぞれ溶接金属の酸素量分析、溶接金属のシャルピー衝撃試験を実施した。また、溶接継手作製時のアーク安定性、スラグ剥離性、ビード形状を評価した。表４−１、４−２にそれぞれの評価結果を示す。なお、４−１、４−２のシャルピー吸収エネルギーは、溶接継手から溶接方向に垂直方向から、ＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５年）に準拠した４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）シャルピー試験片を採取し、−２０℃にてシャルピー衝撃試験を行い、その吸収エネルギーを求めたものである。
【００６９】
【表１】
0006671157.tif 000002
【００７０】
【表２−１】
0006671157.tif 000003
【００７１】
【表２−２】
0006671157.tif 000004
【００７２】
【表２−３】
0006671157.tif 000005
【００７３】
【表２−４】
0006671157.tif 000006
【００７４】
【表３】
0006671157.tif 000007
【００７５】
【表４−１】
0006671157.tif 000008
【００７６】
【表４−２】
0006671157.tif 000009
【００７７】
表４−１において、ワイヤＮｏ．１〜１３の本発明例は、成分含有量およびフラックス充填率が本発明の範囲内であり、溶接金属の酸素量が約０．０５％と少なく、かつ、−２０℃のシャルピー吸収エネルギーも１００J以上と高い値となっている。また、いずれも、アーク安定性、スラグ剥離性、ビード形状は良好であり、優れた溶接作業性を示している。
【００７８】
一方、ワイヤＮｏ．１４〜３７は比較例であり、それらの評価結果を表２−１に示す。
ワイヤＮｏ．１４の比較例は、Ｓｉ含有量が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、ＴｉＯ２含有量も本発明範囲より低いために、アークが不安定となり、また、ビード形状も凸状となっている。
ワイヤＮｏ．１５の比較例は、Ｓｉ含有量が本発明範囲より多いために、溶接金属中に酸化物が分散析出して酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、ビード形状も凸状となっている。
【００７９】
ワイヤＮｏ．１６の比較例は、Ｍｎ含有量が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、ＴｉＯ２含有量が本発明範囲より多いために、スパッタが多発してアークが不安定となっている。
【００８０】
ワイヤＮｏ．１７の比較例は、Ｍｎ含有量が本発明範囲より多く、シャルピー吸収エネルギーは高いものの、スパッタが多発してアークが不安定となっている。
【００８１】
ワイヤＮｏ．１８の比較例は、Ａｌ含有量が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、ＳｉＯ２含有量も本発明範囲より低いために、スラグ剥離性が悪くなっている。
【００８２】
ワイヤＮｏ．１９の比較例は、Ａｌ含有量が本発明範囲より多いために、溶接金属中に酸化物が多量に析出して酸素量が高くなり、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、アークも不安定になっている。
【００８３】
ワイヤＮｏ．２０の比較例は、Ｔｉ含有量が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも約５０Jと低い。さらに、ＳｉＯ２含有量が本発明範囲より多いために、アークが不安定となり、また、ビード形状も悪くなっている。
【００８４】
ワイヤＮｏ．２１の比較例は、Ｍｏ含有量が本発明範囲より多いために、シグマ相が析出して、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。さらに、Ｔｉ含有量も本発明範囲より多いために、アークが不安定となっている。
【００８５】
ワイヤＮｏ．２２の比較例は、Ｍｇ含有量が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の合計含有量が本発明範囲より多いために、スラグ剥離性が悪くなっている。
【００８６】
ワイヤＮｏ．２３の比較例は、Ｃｕ含有量が本発明範囲より多いために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。さらに、Ｍｇ含有量も本発明範囲より多いために、スラグ剥離性が悪くなっている。
【００８７】
ワイヤＮｏ．２４の比較例は、Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇの合計含有量が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。
【００８８】
ワイヤＮｏ．２５の比較例は、Ｗ含有量が本発明範囲より多いために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。さらに、Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇの合計含有量も本発明範囲より多いために、アークが不安定となり、また、スラグ剥離性も悪くなっている。
【００８９】
ワイヤＮｏ．２６の比較例は、ＣａＯ含有量が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも約５０Jと低い。さらに、Ｎｂ含有量が本発明範囲より多いために、高温割れが発生している。
【００９０】
ワイヤＮｏ．２７の比較例は、ＣａＯ含有量が本発明範囲より多く、シャルピー吸収エネルギーは高いものの、アークが不安定となっている。
【００９１】
ワイヤＮｏ．２８の比較例は、弗素化合物のＦ換算値の合計が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、フラックス充填率が本発明範囲より低いために、スパッタが多発してアークが不安定となっている。
【００９２】
ワイヤＮｏ．２９の比較例は、金属Ｂｉおよび酸化ＢｉのＢｉ換算値の合計が本発明範囲より多いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、弗素化合物のＦ換算値の合計も本発明範囲より多いために、アークが不安定となり、また、ビード形状も悪くなっている。
【００９３】
ワイヤＮｏ．３０の比較例は、Ｃ含有量が本発明範囲より多いために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。
【００９４】
ワイヤＮｏ．３１の比較例は、Ｎｉ含有量が本発明範囲より低いために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。さらに、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計含有量が本発明範囲より多いために、スパッタが多発してアークが不安定になっている。
【００９５】
ワイヤＮｏ．３２の比較例は、Ｎｉ含有量が本発明範囲より多いために、高温割れが発生している。
【００９６】
ワイヤＮｏ．３３の比較例は、Ｃｒ含有量が本発明範囲より多いために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。
【００９７】
ワイヤＮｏ．３４の比較例は、Ｎ含有量が本発明範囲より多いために、アークが不安定となり、また、ブローホールが多発している。
【００９８】
ワイヤＮｏ．３５の比較例は、酸化物成分と弗素化合物の合計が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、ビード形状も悪くなっている。
【００９９】
ワイヤＮｏ．３６の比較例は、酸化物成分と弗素化合物の合計が本発明範囲より多いために、スパッタが多発してアークが不安定になっている。
【０１００】
ワイヤＮｏ．３７の比較例は、フラックス充填率が本発明範囲より大きいために、ワイヤ製造時に断線が起こっている。
【０１０１】
［溶接条件及び母材による溶接作用性試験］
次に、溶接条件及び種々の母材組合せが溶接継手に与える影響を調査した。
【０１０２】
表１に示す化学組成のステンレス鋼外皮（Ｗ１、Ｗ２）の内部にフラックスを充填し、表６−１〜表６−３、表７−１〜表７−３に示す組成、フラックス充填率の直径１．２ｍｍのステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを試作した。
【０１０３】
次に、表５に示す成分を有する鋼Ｂ１〜Ｂ５のそれぞれに、開先角度：６０°、ルートフェース：０．５ｍｍのＶ開先を設けた後、上記フラックス入りワイヤを用いて、ガスメタルアーク溶接により突合せ溶接して、溶接継手を作製した。なお、シールドガスには、表８に示す純炭酸ガス（Ｇ１）、Ａｒと炭酸ガスの混合ガス（Ｇ２、Ｇ４、Ｇ５）およびＡｒと酸素の混合ガス（Ｇ３、Ｇ６、Ｇ７）を使用した。また、使用した溶接ワイヤ、シールドガスの種類および母材の組合せは表９−１〜９−４に示す通りである。また、この際の溶接条件は、溶接電流：２５０Ａ、アーク電圧：２８Ｖ、溶接速度：２５ｃｍ／ｍｉｎとした。
【０１０４】
前記溶接条件にて作製された溶接継手に対して、それぞれ溶接金属の酸素量分析、溶接金属のシャルピー衝撃試験を実施した。また、溶接継手作製時のアーク安定性、スラグ剥離性、ビード形状を評価した。表９−１〜９−４にそれぞれの評価結果を示す。なお、表９−１〜９−４のシャルピー吸収エネルギーは、溶接継手から溶接方向に垂直方向から、ＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５年）に準拠した４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）シャルピー試験片を採取し、−２０℃にてシャルピー衝撃試験を行い、その吸収エネルギーを求めたものである。
【０１０５】
【表５】
0006671157.tif 000010
【０１０６】
【表６−１】
0006671157.tif 000011
【０１０７】
【表６−２】
0006671157.tif 000012
【０１０８】
【表６−３】
0006671157.tif 000013
【０１０９】
【表７−１】
0006671157.tif 000014
【０１１０】
【表７−２】
0006671157.tif 000015
【０１１１】
【表７−３】
0006671157.tif 000016
【０１１２】
【表８】
0006671157.tif 000017
【０１１３】
【表９−１】
0006671157.tif 000018
【０１１４】
【表９−２】
0006671157.tif 000019
【０１１５】
【表９−３】
0006671157.tif 000020
【０１１６】
【表９−４】
0006671157.tif 000021
【０１１７】
（本発明例）
表９−１において、試験番号Ｎｏ．１〜２６の本発明例は、成分含有量およびフラックス充填率が本発明の範囲内であり、溶接金属の酸素量が約０．０５％と少なく、かつ、−２０℃のシャルピー吸収エネルギーも１００Ｊ以上と高い値となっている。また、いずれも、アーク安定性、スラグ剥離性、ビード形状は良好であり、優れた溶接作業性を示している。
【０１１８】
（比較例）
一方、表９−２〜９−４において、試験番号Ｎｏ．２７〜８２は比較例である。
Ｎｏ．２７の比較例は、Ｓｉ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、前記フラックスのＴｉＯ２含有量も本発明の範囲より低いために、アークが不安定となり、また、ビード形状も凸状となっている。一方、Ｎｏ．２８の比較例は、Ｓｉ含有量が本発明の範囲より多いフラックスを使用したために、溶接金属中に酸化物が分散析出して酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、ビード形状も凸状となっている。
【０１１９】
Ｎｏ．２９の比較例は、Ｍｎ含有量が本発明範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、ＴｉＯ２含有量が本発明範囲より多いために、スパッタが多発してアークが不安定となっている。一方、Ｎｏ．３０の比較例は、Ｍｎ含有量が本発明範囲より多い組成のフラックスを使用したものであり、シャルピー吸収エネルギーは高いものの、スパッタが多発してアークが不安定となっている。
【０１２０】
Ｎｏ．３１の比較例は、Ａｌ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、前記フラックスのＳｉＯ２含有量も本発明の範囲より低いために、スラグ剥離性が悪くなっている。一方、Ｎｏ．３２の比較例は、Ａｌ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、溶接金属中に酸化物が多量に析出して酸素量が高くなり、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、アークも不安定になっている。
【０１２１】
Ｎｏ．３３の比較例は、Ｔｉ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも約５０Jと低い。さらに、前記フラックス中のＳｉＯ２含有量が本発明の範囲より多いために、アークが不安定となり、また、ビード形状も悪くなっている。一方、Ｎｏ．３４の比較例は、Ｔｉ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、アークが不安定となっている。更に、前記フラックス中のＭｏ含有量が本発明の範囲より多いために、シグマ相が析出して、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。
【０１２２】
Ｎｏ．３５の比較例は、Ｍｇ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、前記フラックス中のＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の合計含有量が本発明範囲より多いために、スラグ剥離性が悪くなっている。
【０１２３】
Ｎｏ．３６の比較例は、Ｃｕ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。さらに、前記フラックス中のＭｇ含有量も本発明範囲より多いために、スラグ剥離性が悪くなっている。
【０１２４】
Ｎｏ．３７の比較例は、Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇの合計含有量が本発明範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。一方、Ｎｏ．３８の比較例は、Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇの合計含有量も本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、アークが不安定となり、また、スラグ剥離性も悪くなっている。更に、前記フラックス中のＷ含有量が本発明範囲より多いために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。
【０１２５】
Ｎｏ．３９の比較例は、ＣａＯ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも約５０Jと低い。さらに、前記フラックス中のＮｂ含有量が本発明の範囲より多いために、高温割れが発生している。一方、Ｎｏ．４０の比較例は、ＣａＯ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用して作製されたものであり、シャルピー吸収エネルギーは高いものの、アークが不安定となっている。
【０１２６】
Ｎｏ．４１の比較例は、弗素化合物のＦ換算値の合計が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、フラックス充填率が本発明の範囲より低いために、スパッタが多発してアークが不安定となっている。一方、Ｎｏ．４２の比較例は、弗素化合物のＦ換算値の合計も本発明範囲より多い組成のフラックスを使用したために、アークが不安定となり、また、ビード形状も悪くなっている。更に、前記フラックスは金属Ｂｉおよび酸化ＢｉのＢｉ換算値の合計が本発明の範囲より多いために、溶接金属の酸素量が高く、Ｎｏ．４２の比較例のシャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。
【０１２７】
Ｎｏ．４３の比較例は、Ｃ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。
【０１２８】
Ｎｏ．４４の比較例は、Ｎｉ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。さらに、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合計含有量が本発明の範囲より多いために、スパッタが多発してアークが不安定になっている。一方、Ｎｏ．４５の比較例は、Ｎｉ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、高温割れが発生している。また、前記フラックスのＭｇＯ含有量が本発明の範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも約５０Jと低い。
【０１２９】
Ｎｏ．４６の比較例は、Ｃｒ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。また、前記フラックスのＭｇＯ含有量が本発明範囲より多く、アークが不安定となっている。
【０１３０】
Ｎｏ．４７の比較例は、Ｎ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、アークが不安定となり、また、ブローホールが多発している。
【０１３１】
Ｎｏ．４８の比較例は、酸化物及び弗化物（以下、「スラグ剤成分」という。）の合計が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、ビード形状も悪くなっている。また、前記フラックスの金属炭酸塩の合計が本発明の範囲より多いために、アークが不安定となっている。一方、Ｎｏ．４９の比較例は、スラグ剤成分の合計が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、スパッタが多発してアークが不安定になっている。
【０１３２】
Ｎｏ．５０の比較例は、フラックス充填率が本発明の範囲より大きいために、ワイヤ製造時に断線が起こっている。
【０１３３】
Ｎｏ．５１〜５４の比較例は、フラックス入りワイヤの組成は本発明の範囲内であるが、シールドガスとして使用した混合ガスのＣＯ2ガスおよびＯ2ガスの混合比率が本発明の範囲外であるため、アークが不安定となっている。
【０１３４】
Ｎｏ．５５の比較例は、Ｓｉ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、前記フラックスのＴｉＯ２含有量も本発明の範囲より低いために、アークが不安定となり、また、ビード形状も凸状となっている。一方、Ｎｏ．５６の比較例は、Ｓｉ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、溶接金属中に酸化物が分散析出して酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、ビード形状も凸状となっている。
【０１３５】
Ｎｏ．５７の比較例は、Ｍｎ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、前記フラックスのＴｉＯ２含有量が本発明の範囲より多いために、スパッタが多発してアークが不安定となっている。一方、Ｎｏ．５８の比較例の作製に用いられたフラックスの組成は、Ｍｎ含有量が本発明の範囲より多く、Ｎｏ．５８の比較例はシャルピー吸収エネルギーは高いものの、スパッタが多発してアークが不安定となっている。
【０１３６】
Ｎｏ．５９の比較例は、Ａｌ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、前記フラックスのＳｉＯ２含有量も本発明の範囲より低いために、スラグ剥離性が悪くなっている。一方、Ｎｏ．６０の比較例は、Ａｌ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、溶接金属中に酸化物が多量に析出して酸素量が高くなり、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、アークも不安定になっている。
【０１３７】
Ｎｏ．６１の比較例は、Ｔｉ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも約５０Jと低い。さらに、前記フラックスのＳｉＯ２含有量が本発明の範囲より多いために、アークが不安定となり、また、ビード形状も悪くなっている。一方、Ｎｏ．６２の比較例は、Ｔｉ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、アークが不安定となっている。また、Ｎｏ．６２の比較例は、Ｍｏ含有量が本発明範囲より多い組成のフラックスを使用したために、シグマ相が析出して、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。
【０１３８】
Ｎｏ．６３の比較例は、Ｍｇ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、前記フラックスのＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２の合計含有量が本発明の範囲より多いために、スラグ剥離性が悪くなっている。
【０１３９】
Ｎｏ．６４の比較例は、Ｃｕ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。さらに、前記フラックスのＭｇ含有量も本発明範囲より多いために、スラグ剥離性が悪くなっている。
【０１４０】
Ｎｏ．６５の比較例は、Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇの合計含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。一方、Ｎｏ．６６の比較例は、Ａｌ＋Ｔｉ＋Ｍｇの合計含有量が本発明範囲より多い組成のフラックスを使用したために、アークが不安定となり、また、スラグ剥離性も悪くなっている。また、前記フラックスのＷ含有量が本発明の範囲より多いために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。
【０１４１】
Ｎｏ．６７の比較例は、ＣａＯ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも約５０Jと低い。さらに、前記組成のフラックスのＮｂ含有量が本発明の範囲より多いために、高温割れが発生している。一方、Ｎｏ．６８の比較例は、ＣａＯ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用して作製されたものであって、シャルピー吸収エネルギーは高いものの、アークが不安定となっている。
【０１４２】
Ｎｏ．６９の比較例は、弗素化合物のＦ換算値の合計が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。さらに、フラックス充填率が本発明範囲より低いために、スパッタが多発してアークが不安定となっている。一方、Ｎｏ．７０の比較例は、弗素化合物のＦ換算値の合計が本発明範囲より多い組成のフラックスを使用したために、アークが不安定となり、また、ビード形状も悪くなっている。また、Ｎｏ．７０の比較例の作製に用いられたフラックスの組成は、金属Ｂｉおよび酸化ＢｉのＢｉ換算値の合計が本発明の範囲より多いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。
【０１４３】
Ｎｏ．７１の比較例は、Ｃ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。
【０１４４】
Ｎｏ．７２の比較例は、Ｎｉ含有量が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。さらに、前記フラックスのＮａ２ＯとＫ２Ｏの合計含有量が本発明範囲より多いために、スパッタが多発してアークが不安定になっている。一方、Ｎｏ．７３の比較例は、Ｎｉ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、高温割れが発生している。また、前記フラックスのＭｇＯ含有量が本発明の範囲より低いために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも約５０Jと低い。
【０１４５】
Ｎｏ．７４の比較例は、Ｃｒ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、シャルピー吸収エネルギーが低くなっている。また、前記フラックスのＭｇＯ含有量が本発明の範囲より多く、アークが不安定となっている。
【０１４６】
Ｎｏ．７５の比較例は、Ｎ含有量が本発明の範囲より多い組成のフラックスを使用したために、アークが不安定となり、また、ブローホールが多発している。
【０１４７】
Ｎｏ．７６の比較例は、スラグ剤成分の合計が本発明の範囲より低い組成のフラックスを使用したために、溶接金属の酸素量が高く、シャルピー吸収エネルギーも５０J以下と低い。また、ビード形状も悪くなっている。また、前記フラックスの金属炭酸塩の合計が本発明の範囲より多いために、アークが不安定となっている。一方、Ｎｏ．７７の比較例は、スラグ剤成分の合計が本発明の範囲より多いために、スパッタが多発してアークが不安定になっている。
【０１４８】
Ｎｏ．７８の比較例は、フラックス充填率が本発明範囲より大きいために、ワイヤ製造時に断線が起こっている。
【０１４９】
Ｎｏ．７９〜８２の比較例は、フラックス入りワイヤの組成は本発明の範囲内であるが、シールドガスとして使用した混合ガスのＣＯ2ガスおよびＯ2ガスの混合比率が本発明の範囲外であるため、アークが不安定となっている。
【０１５０】
以上の実施例の結果から、本発明範囲の成分含有量とフラックス充填率を満足するステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤおよびシールドガスを適用することにより、優れた溶接作用性を維持しつつ、溶接金属中に含有する酸素量を低減し、溶接金属の靱性を大幅に改善できる溶接継手を製造できることが判明した。
【０１５１】
更に、本発明範囲の成分含有量およびフラックス充填率を満足するステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを本発明範囲の条件で溶接することにより、種々の母材の組合せにおいても、優れた溶接作用性を維持しつつ、溶接金属中に含有する酸素量を低減し、溶接金属の靱性を大幅に改善したステンレス鋼継手を提供できることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼および二相ステンレス鋼の溶接において、溶接金属の引張特性を母材特性並に維持しつつ、溶接金属中に含有する酸素量を低減し、それにより溶接金属の靱性を大幅に改善し、靱性の良好な溶接継手を得ることができる。しかも、本発明は溶接作業性にも優れるものであり、本発明の適用により産業の発展に貢献するところが極めて大である。
【図１】
0006671157.tif 000022