(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブマージアーク溶接に用いる高温焼成型フラックスであって、
ＦのＣａＦ２換算値：２〜２２質量％、
ＭｇのＭｇＯ換算値：８〜２８質量％、
ＮａのＮａ２Ｏ換算値及びＫのＫ２Ｏ換算値のうち少なくとも一つ以上の合計：０．５〜６．５質量％、
ＭｎのＭｎＯ換算値：２〜２２質量％、
ＦｅのＦｅＯ換算値：０．５〜６．５質量％、
ＳｉのＳｉＯ２換算値：１２〜３２質量％、
ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値：１６〜３６質量％、
ＺｒのＺｒＯ２換算値：０．４〜１０質量％、
水溶性ＳｉＯ２：０．５質量％以下を含有し、
更に、ＴｉのＴｉＯ２換算値：０．１〜６質量％を含有し、
前記ＦのＣａＦ２換算値、前記ＭｇのＭｇＯ換算値、前記ＮａのＮａ２Ｏ換算値及びＫのＫ２Ｏ換算値のうち少なくとも一つ以上の合計、前記ＭｎのＭｎＯ換算値、前記ＦｅのＦｅＯ換算値、前記ＳｉのＳｉＯ２換算値、前記ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値、前記ＺｒのＺｒＯ２換算値、及び、前記ＴｉのＴｉＯ２換算値の合計が、９０質量％以上であり、
不可避的不純物が３質量％以下であり、
前記Ａｌ２Ｏ３含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、前記ＴｉＯ２含有量を［ＴｉＯ２］、前記ＺｒＯ２含有量を［ＺｒＯ２］としたとき、下記数式（Ｉ）を満たすことを特徴とするサブマージアーク溶接用フラックス。
【数１】
0006737567.tif 000011
【請求項２】
更に、ＣａＯの換算値：１８質量％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項３】
更に、Ｂ２Ｏ３：３質量％以下を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項４】
０．３ｍｍ以下の粒度が１０質量％以下、及び、０．２ｍｍ以下の粒度が３質量％以下のいずれか一方又は両方を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマージアーク溶接に用いられるフラックスに係り、より詳しくは、高速での溶接作業性に優れた高温焼成フラックスであるサブマージアーク溶接用フラックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接に用いられるフラックスは、その形態から、溶融型フラックスと焼成型フラックスに大別される。溶融型フラックスは、種々の原料を電気炉などで溶解し、粉砕することにより製造される。一方、焼成型フラックスは、種々の原料をケイ酸アルカリなどのバインダにより結合し、造粒した後、焼成することにより製造される。
【０００３】
また、焼成型フラックスは、焼成温度によって分類され、一般に、４００℃以上６００℃未満で焼成したものを低温焼成型フラックス、６００〜１２００℃で焼成したものを高温焼成型フラックスという。従来、突合せ継手の高速溶接を行う場合は、ビード外観を良好とするため溶融温度の低い溶融型フラックスが一般的に用いられる。その反面、溶融温度が低いため入熱の高い溶接には不向きであるものの、吹上げを低減しシールド性を向上する目的で、フラックスの粒度を細かくして対応する技術が確立されている。しかし、細かい粒度を多く含むフラックスは、耐アンダーカット性が劣ったり、溶接前の搬送や溶接時の散布及び回収において大気中に巻き上がり、堆積粉塵となって溶接作業環境が劣化するため、溶接作業者が吸入することで人体への悪影響が懸念されたりする。
【０００４】
そこで、高速サブマージアーク溶接用焼成型フラックスに関し、種々の検討がなされている。
例えば、特許文献１には、高速サブマージアーク溶接用焼成型フラックスに関し、特に多電極サブマージアーク溶接において高速溶接が可能であり、かつ高靭性溶接金属の得られる焼成型フラックスに関する技術が開示されている。
特許文献１の高速サブマージアーク溶接用焼成型フラックスは、ＳｉＯ２１２〜２４％, ＴｉＯ２ ９〜２０％, Ａｌ２Ｏ３ １５〜２５％, ＭｎＯ ８〜１５％, ＭｇＯ １８〜２５％, ＣａＯ １〜１３％, ＣａＦ２１０〜２０％, ＦｅＯ ２％以下を主要成分として含有する。そして、このフラックスは、溶接時に前記フラックスが熱分解して発生するガス量が１．５〜３％であり、前記主要成分とガス成分の他は不可避的不純物からなる。また、フラックス累積粒度分布において５０重量％を占める粒子のメジアン径が５００〜８００μｍの範囲内にあり、フラックス中の粒子径２９５μｍ以下の粒子は全体の１５％以下であり、フラックスのかさ比重が０．７〜１．２ｇ/ｃｍ３の範囲内にある。
【０００５】
また、例えば、特許文献２には、高速サブマージアーク溶接用焼成型フラックスに関し、特に、多電極サブマージアーク溶接において高速溶接が可能であり、かつ溶接金属の酸素量を低減して高靭性が得られる焼成型フラックスに関する技術が開示されている。
特許文献２の、高速サブマージアーク溶接用焼成型フラックスは、ＳｉＯ２１２〜２４％, ＴｉＯ２ １〜６％, Ａｌ２Ｏ３ １５〜２５％, ＭｎＯ ６％以下, ＭｇＯ ２５〜４０％, ＣａＯ １〜１３％, ＣａＦ２１５〜２８％, ＦｅＯ ２％以下を主要成分として含有する。そして、このフラックスは、溶接時に前記フラックスが熱分解して発生するガス量が１．５〜３％であり、前記主要成分とガス成分の他は不可避的不純物からなる。また、フラックス累積粒度分布において５０重量％を占める粒子のメジアン径が５００〜８００μｍの範囲内にあり、フラックス中の粒子径２９５μｍ以下の粒子は全体の１５％以下であり、フラックスのかさ比重が０．７〜１．２ｇ/ｃｍ３の範囲内にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１３７１９４号公報
【特許文献２】特開昭６０−６４７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に関しては、３電極溶接で溶接速度は２００ｃｍ/ｍｉｎのため、溶融フラックスで可能な溶接速度と比較すると高速とは言えない。
また、特許文献２に関しては、３電極溶接で溶接速度は１６０ｃｍ/ｍｉｎのため、溶融フラックスで可能な溶接速度と比較すると高速とは言えない。
また、高速サブマージアーク溶接用焼成型フラックスでは、溶接金属の耐欠陥性に優れることも要求されている。
【０００８】
そこで、本発明は、高速での溶接作業性及び溶接金属の耐欠陥性が良好となるサブマージアーク溶接用フラックス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】
【０００９】
本発明に係るサブマージアーク溶接用フラックスは、サブマージアーク溶接に用いる高温焼成型フラックスであって、ＦのＣａＦ２換算値：２〜２２質量％、ＭｇのＭｇＯ換算値：８〜２８質量％、ＮａのＮａ２Ｏ換算値及びＫのＫ２Ｏ換算値のうち少なくとも一つ以上の合計：０．５〜６．５質量％、ＭｎのＭｎＯ換算値：２〜２２質量％、ＦｅのＦｅＯ換算値：０．５〜６．５質量％、ＳｉのＳｉＯ２換算値：１２〜３２質量％、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値：１６〜３６質量％、ＺｒのＺｒＯ２換算値：０．４〜１０質量％、水溶性ＳｉＯ２：０．５質量％以下を含有し、更に、ＴｉのＴｉＯ２換算値：０．１〜６質量％を含有し、前記ＦのＣａＦ２換算値、前記ＭｇのＭｇＯ換算値、前記ＮａのＮａ２Ｏ換算値及びＫのＫ２Ｏ換算値のうち少なくとも一つ以上の合計、前記ＭｎのＭｎＯ換算値、前記ＦｅのＦｅＯ換算値、前記ＳｉのＳｉＯ２換算値、前記ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値、前記ＺｒのＺｒＯ２換算値、及び、前記ＴｉのＴｉＯ２換算値の合計が、９０質量％以上であり、不可避的不純物が３質量％以下であり、前記Ａｌ２Ｏ３含有量を［Ａｌ２Ｏ３］、前記ＴｉＯ２含有量を［ＴｉＯ２］、前記ＺｒＯ２含有量を［ＺｒＯ２］としたとき、下記数式（Ｉ）を満たすことを特徴とする。
【数１】
0006737567.tif 000002
【００１０】
このような構成によれば、フラックスは、所定成分を所定量含有することで、高速での溶接作業性及び溶接金属の耐欠陥性が良好となる。
なお、本願での高速とは、例えば２１０〜６００ｃｍ/ｍｉｎ以下の溶接速度をいう。
また、本願での溶接作業性とは、ビード外観、ビード形状、スラグ剥離性、アーク安定性の良劣をいう。
また、このような構成によれば、ＴｉのＴｉＯ２換算値：６質量％以下を含有することで、溶接作業性及び溶接金属の靭性が向上する。
また、このような構成によれば、数式（Ｉ）を満たすことで、前記した各成分を所定量とすることに併せて、より厳密に成分を制御することで、更に、溶接作業性が向上する。
本発明のサブマージアーク溶接用フラックスでは、高速で溶接作業が行われる高温焼成型フラックスとして好適である。
【００１１】
このサブマージアーク溶接用フラックスは、更に、ＣａＯの換算値：１８質量％以下を含有することが好ましい。
このような構成によれば、溶接金属の清浄度及び溶融スラグの流動性が向上する。
【００１６】
このサブマージアーク溶接用フラックスは、更に、Ｂ２Ｏ３：３質量％以下を含有することが好ましい。
このような構成によれば、溶接金属の靭性が向上する。
【００１８】
このサブマージアーク溶接用フラックスは、０．３ｍｍ以下の粒度が１０質量％以下、及び、０．２ｍｍ以下の粒度が３質量％以下のいずれか一方又は両方を満たすことが好ましい。
このような構成によれば、溶接作業性及び溶接金属の耐欠陥性が向上し、溶接作業環境が改善する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各成分の含有量を特定することで、高速での溶接作業性及び溶接金属の耐欠陥性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例の溶接試験で用いた試験片の開先形状を示す側面図である。
【図２】実施例の溶接試験における電極配置を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
本発明の実施形態に係るサブマージアーク溶接用フラックス（以下、単にフラックスともいう。）は、Ｆ（ＣａＦ２換算値）、ＭｇＯ、Ｎａ（Ｎａ２Ｏ換算値）及びＫ（Ｋ２Ｏ換算値）の合計の含有量、Ｍｎ（ＭｎＯ換算値）、Ｆｅ（ＦｅＯ換算値）、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、水溶性ＳｉＯ２の含有量を規定したものである。
【００２３】
また、本発明の実施形態に係るフラックスは、更に、ＣａＯ（換算値）、ＴｉＯ２及びＢ２Ｏ３のうち少なくとも１種を含有してもよい。これらの成分を含有する場合は、所定量とすることが好ましい。
【００２４】
以下、本実施形態のフラックスにおける組成限定理由について説明する。なお、本実施形態のフラックスにおける各成分の含有量は、特に断りのない限り、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法で定量した値を、酸化物又はフッ化物に換算した換算値である。また、各成分の含有量は、フラックス全体についての含有量である。また、本実施形態のフラックスにおいては、粒度分布の測定についても、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に従う。
【００２５】
［ＦのＣａＦ２換算値：２〜２２質量％］
ＣａＦ２などのフッ化物は、溶融スラグの電気伝導性や流動性を高める効果があり、溶融スラグの高温粘性に影響を与える成分の１つである。この作用は、後述するＣａＯと同様に、その含有量に比例する。具体的には、Ｆ含有量（ＣａＦ２換算値）が２質量％未満の場合、前述した効果が十分に得られず、また、溶融スラグからＣＯガスの排出を促進し、耐ポックマーク性を改善する効果も期待できない。
【００２６】
一方、Ｆ含有量（ＣａＦ２換算値）が２２質量％を超えると、溶融スラグの流動性が高くなりすぎて、ビード形状が劣化する。よって、Ｆ含有量（ＣａＦ２換算値）は２〜２２質量％とする。Ｆ含有量（ＣａＦ２換算値）は、耐ポックマーク性向上の観点から、４質量％以上が好ましく、より好ましくは６質量％以上である。また、ビード形状向上の観点からは、Ｆ含有量（ＣａＦ２換算値）は、２０質量％以下が好ましく、より好ましくは１８質量％以下である。
【００２７】
なお、ここでいうＦ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｋ  １４６８−２：１９９９など）で分析して得たフラックスの全Ｆ量を、ＣａＦ２で換算した値である。また、本実施形態のフラックスにおけるフッ化物成分は、主にＣａＦ２であり、その他にＡｌＦ３やＭｇＦ２などが含まれることがあるが、Ｆ含有量（全Ｆ量のＣａＦ２換算値）が前述した範囲内であれば、前述したフッ化物の効果には影響しない。
【００２８】
［ＭｇのＭｇＯ換算値：８〜２８質量％］
ＭｇＯは、スラグ剥離性の向上に大きく寄与する成分であり、溶接電源の方式によらず、良好なスラグ剥離性を確保するために必須の成分である。しかしながら、ＭｇＯ含有量が８質量％未満の場合、その効果が十分に得られず、また、２８質量％を超えると、ビード形状が劣化し、溶接電源の種別に依存してスラグ巻込み、融合不良、更にはアンダーカットなどの欠陥が発生しやすくなる。特に、交流式溶接電源においては、前述したスラグ巻き込み及び溶融不良などの溶接欠陥の発生が顕著になる。よって、ＭｇＯ含有量は８〜２８質量％とする。
【００２９】
ＭｇＯ含有量は、スラグ剥離性向上の観点から、１０質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは１２質量％以上である。また、欠陥発生の抑制の観点から、ＭｇＯ含有量は２６質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは２４質量％以下である。
なお、ここでいうＭｇＯ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２２２：１９９７など）で分析して得たフラックスの全Ｍｇ量を、ＭｇＯで換算した値である。この方法で測定した全Ｍｇ量には、ＭｇＦ２などのＭｇＯ以外の成分が含まれることがあるが、これらの成分は微量であるため、ＭｇＯ含有量（全Ｍｇ量のＭｇＯ換算値）が前述した範囲内であれば、前述したＭｇＯの効果には影響しない。
【００３０】
［ＮａのＮａ２Ｏ換算値及びＫのＫ２Ｏ換算値のうち少なくとも一つ以上の合計：０．５〜６．５質量％］
Ｎａ及びＫは、主に溶接時のアーク安定性とフラックスの吸湿特性に影響を与える成分であり、主に、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏなどの酸化物の形態で添加される。しかしながら、Ｎａ含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ２Ｏ換算値）が合計で０．５質量％未満の場合、溶接時のアーク電圧が不安定となり、ビード外観及びビード形状が劣化する。
【００３１】
一方、Ｎａ含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ２Ｏ換算値）が合計で６．５質量％を超えると、フラックスの吸湿特性が劣化すると共に、アークが強くなりすぎて不安定となり、ビード外観及びビード形状が劣化する。よって、Ｎａ含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ２Ｏ換算値）は、合計で０．５〜６．５質量％とする。なお、本実施形態のフラックスは、Ｎａ及びＫのうち少なくとも一種類が添加されていればよい。
【００３２】
Ｎａ含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ２Ｏ換算値）は、アーク電圧の安定化の観点から、合計で１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１．５質量％以上である。また、フラックスの吸湿特性、アーク安定性の観点から、Ｎａ含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）及びＫ含有量（Ｋ２Ｏ換算値）は、合計で６質量％以下であることが好ましく、より好ましくは５．５質量％以下である。
【００３３】
なお、ここでいうＮａ含有量及びＫ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８８５２：１９９８など）で分析して得たフラックスの全Ｎａ量及び全Ｋ量を、それぞれＮａＯ及びＫ２Ｏで換算した値である。また、本実施形態のフラックスにおけるＮａ成分及びＫ成分は、主にＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏであるが、その他にＮａＡｌＳｉ３Ｏ８やＫＡｌＳｉ３Ｏ８などが含まれることがある。
また、ここでのＮａ、Ｋは、鉱石原料及び水ガラスに由来するものである。
【００３４】
［ＭｎのＭｎＯ換算値：２〜２２質量％］
Ｍｎは、溶融スラグの粘性及び凝固温度に影響を与えると共に、耐ポックマーク性改善に有効な成分であり、主に、ＭｎＯ、ＭｎＯ２及びＭｎ２Ｏ３などの酸化物の形態で添加される。各種形態の中でも、特に一酸化マンガン（ＭｎＯ）の形態で添加すると、その有用性が発揮される。ただし、Ｍｎ含有量（ＭｎＯ換算値）が２質量％未満の場合、その効果が十分に発揮されず、また、２２質量％を超えると、スラグが脆くなってスラグ剥離性が劣化する。よって、Ｍｎ含有量（ＭｎＯ換算値）は、２〜２２質量％とする。
【００３５】
このＭｎ（ＭｎＯ換算値）は、耐ポックマーク性向上の観点から、４質量％以上が好ましく、より好ましくは６質量％以上である。また、スラグ剥離性向上の観点からは、Ｍｎ（ＭｎＯ換算値）は、２０質量％以下が好ましく、より好ましくは１８質量％以下である。なお、ここでいうＭｎ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２３２：２００５など）で分析して得たフラックスの全Ｍｎ量を、ＭｎＯで換算した値である。
【００３６】
［ＦｅのＦｅＯ換算値：０．５〜６．５質量％］
Ｆｅは、脱酸現象を促進し、耐ポックマーク性を高める効果があり、主に、Ｆｅ−Ｓｉなどの金属粉の形態で添加される。前述した効果は、その存在量に比例し、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が０．５質量％未満の場合、特に溶接電源が直流式の場合に、十分な効果が得られない。一方、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が６．５質量％を超えると、スラグの凝固温度に影響を与え、ビード外観、ビード形状及びスラグ剥離が劣化する。よって、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）は０．５〜６．５質量％とする。
【００３７】
Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）は、耐ポックマーク性の観点から、１質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは１．５質量％以上である。また、スラグの凝固温度への影響を考慮すると、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）は、６質量％以下であることが好ましく、より好ましくは５．５質量％以下である。
【００３８】
なお、ここでいうＦｅ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２０２：２０００など）で分析して得たフラックスの全Ｆｅ量を、ＦｅＯで換算した値であり、金属粉として添加されるＦｅ以外に、不可避的不純物として添加されるＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４などが含まれることがある。
【００３９】
［ＳｉのＳｉＯ２換算値：１２〜３２質量％］
ＳｉＯ２は、溶融スラグに適度の粘性を与えることによって、主にビード外観及びビード形状を良好にする効果がある。しかしながら、ＳｉＯ２含有量が１２質量％未満の場合、前述した効果が十分に得られず、ビード外観及びビード形状が劣化する。また、ＳｉＯ２含有量が３２質量％を超えると、過剰となり、スラグ剥離性が劣化すると共に、スラグの焼付きが激しくなる。よって、ＳｉＯ２含有量は１２〜３２質量％とする。
【００４０】
ＳｉＯ２含有量は、ビード外観及びビード形状の向上の観点から、１４質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは１６質量％以上である。また、スラグ剥離性の観点から、ＳｉＯ２含有量は３０質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは２８質量％以下である。
【００４１】
なお、ここでいうＳｉＯ２含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２１４：１９９５など）で分析して得たフラックスの全Ｓｉ量を、ＳｉＯ２で換算した値である。この方法で測定した全Ｓｉ量には、Ｆｅ−Ｓｉなどの合金として添加されるＳｉなどＳｉＯ２以外の成分が含まれているが、ＳｉＯ２含有量（全Ｓｉ量のＳｉＯ２換算値）が前述した範囲内であれば、前述したＳｉＯ２の効果には影響しない。
【００４２】
［ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値：１６〜３６質量％］
Ａｌ２Ｏ３は、溶融スラグの粘性及び融点を調整する成分であり、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３含有量が１６質量％未満の場合は、前述した効果が十分に得られず、また、Ａｌ２Ｏ３含有量が３６質量％を超えると、溶融スラグの融点が上昇しすぎて、溶接時にビード形状の劣化を招く。よって、Ａｌ２Ｏ３含有量は１６〜３６質量％とする。
【００４３】
Ａｌ２Ｏ３含有量は、溶融スラグの粘性及び融点の調整の観点から、１８質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは２０質量％以上である。また、溶融スラグの融点の観点からは、Ａｌ２Ｏ３含有量は３４質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは３２質量％以下である。これにより、ビード形状を更に良好にすることができる。
【００４４】
なお、ここでいうＡｌ２Ｏ３含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２２０：１９９５など）で分析して得たフラックスの全Ａｌ量を、Ａｌ２Ｏ３で換算した値である。この方法で測定した全Ａｌ量には、ＡｌＦ３などのＡｌ２Ｏ３以外の成分が含まれることがあるが、これらの成分は微量であるため、Ａｌ２Ｏ３含有量（全Ａｌ量のＡｌ２Ｏ３換算値）が前述した範囲内であれば、前述したＡｌ２Ｏ３の効果には影響しない。
【００４５】
［ＺｒのＺｒＯ２換算値：０．４〜１０質量％］
ＺｒＯ２は、溶融スラグの粘性及び凝固温度に影響を与えると共に、高速度の溶接でアーク安定性、良好なビード形状及びビード外観、良好なスラグ剥離性を得るためには極めて重要な成分である。ＺｒＯ２が０．４質量％未満ではその効果が得られない。一方、ＺｒＯ２が１０質量％を超えると、ビード形状が劣化する。よって、ＺｒＯ２含有量は０．４〜１０質量％とする。
【００４６】
ＺｒＯ２含有量は、アーク安定性、ビード外観及びビード形状、スラグ剥離性の向上の観点から、０．７質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは１質量％以上である。また、ビード形状の観点から、ＺｒＯ２含有量は９質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは８質量％以下である。
【００４７】
［水溶性ＳｉＯ２：１質量％未満］
水溶性ＳｉＯ２の含有量が１質量％以上であると、高速での溶接作業性及び溶接金属の耐欠陥性が劣化する。よって、水溶性ＳｉＯ２含有量は１質量％未満に規制する。水溶性ＳｉＯ２含有量は、高速での溶接作業性及び溶接金属の耐欠陥性の観点から、０．９質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．８質量％以下である。
【００４８】
この水溶性ＳｉＯ２は、主に水ガラスなどの結合剤に由来し、その量を低減するには、結合剤が非水溶性に変化する温度以上でフラックスを焼結することが有効である。具体的には、焼成温度を７００℃以上とすることが、特に好ましい。水溶性ＳｉＯ２の含有量は、主に焼成温度を調整することで制御することができる。
【００４９】
フラックス中の水溶性ＳｉＯ２量は、以下の方法により測定することができる。先ず、フラックスを振動ミルにて粒径３００μｍ以下に粉砕し、そこから測定用試料を約０．２ｇ採取する（ステップ１）。次に、石英製三角フラスコに、前述した試料と蒸留水１００ｍｌとを入れ、煮沸下で４時間、可溶性成分を抽出した（ステップ２）。その後、抽出液を１２時間以上放置した後、抽出液中の沈殿物及び浮遊物などを取り除き、吸光光度法にてＳｉを定量した（ステップ３）。
【００５０】
なお、ここでいう水溶性ＳｉＯ２は、前述した方法で分析して得たフラックスの全Ｓｉ量を、ＳｉＯ２で換算した値であり、前述した全ＳｉＯ２とは区別して、その含有量を特定している。
【００５１】
［ＣａＯの換算値：１８質量％以下］
本実施形態のフラックスは、前述した成分に加えて、ＣａＯを含有していてもよい。
ＣａＯは、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高めると共に、溶融スラグの流動性にも影響を与える成分であり、その存在量に比例して、前述した効果が発揮される。ＣａＯ含有量が１８質量％以下であれば、溶融スラグの流動性が小さくなり、ビードの外観及び形状がより向上する。よって、ＣａＯを添加する場合は１８質量％以下とすることが好ましい。ＣａＯ含有量は、ビード外観及び形状の観点から、１６質量％以下であることがより好ましく、更に好ましくは１４質量％以下である。またＣａＯの下限値は、特に限定されるものではないが、溶接金属の清浄度向上の観点から、０．１質量％以上であることが好ましい。
【００５２】
なお、本実施形態のフラックスには、Ｃａ成分としてＣａＯ以外に、前述したＣａＦ２が含まれる。このため、ここでいうＣａＯ含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法で分析して得た全Ｃａ量及び全Ｆ量から求められる換算値である。従って、ＣａＦ２量が多量の場合は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に準拠すると、ＣａＯが０となる場合も存在する。
【００５３】
［ＴｉのＴｉＯ２換算値：６質量％以下］
本実施形態のフラックスは、前述した成分に加えて、ＴｉＯ２を含有していてもよい。ＴｉＯ２は、スラグ剥離性向上に有効な成分であり、ビード形状を良好に整える効果もある。また、ＴｉＯ２の一部は、溶接時の還元反応によりＴｉとなり、このＴｉは溶接金属中に添加されて、靭性向上に寄与する。
前述した作用は、その存在量（ＴｉＯ２含有量）に比例する。ＴｉＯ２含有量が６質量％以下であれば、ビード形状がより向上する。よって、ＴｉＯ２を添加する場合は、６質量％以下とすることが好ましい。ＴｉＯ２含有量は、ビード形状の観点から、５質量％以下であることがより好ましく、更に好ましくは４質量％以下である。またＴｉＯ２含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、スラグ剥離性及びビード形状の観点から、０．１質量％以上であることが好ましい。
【００５４】
なお、ここでいうＴｉＯ２含有量は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３５２：２０１０に規定される方法（例えばＪＩＳ  Ｍ  ８２１９：２０１２など）で分析して得たフラックスの全Ｔｉ量を、ＴｉＯ２で換算した値である。
【００５５】
また、フラックスは、下記数式（Ｉ）を満たすことが好ましい。下記数式（Ｉ）において、［Ａｌ２Ｏ３］はＡｌ２Ｏ３含有量（質量％）、［ＴｉＯ２］はＴｉＯ２含有量（質量％）、［ＺｒＯ２］はＺｒＯ２含有量（質量％）である。
【００５６】
【数２】
0006737567.tif 000003
【００５７】
Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２及びＺｒＯ２は、それぞれ個別にその含有量を規定しているが、本実施形態のフラックスでは、更に、Ａｌ２Ｏ３含有量、ＴｉＯ２含有量及びＺｒＯ２含有量の合計量に占めるＺｒＯ２含有量（＝［ＺｒＯ２］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］））も規定することが好ましい。
【００５８】
本発明者は、ＺｒＯ２を添加したフラックスの高速での溶接作業性について種々実験研究した結果、Ａｌ２Ｏ３含有量、ＴｉＯ２含有量及びＺｒＯ２含有量の合計量に占めるＺｒＯ２含有量（＝［ＺｒＯ２］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］））が、高速での溶接作業性について影響を及ぼすことを見出した。
【００５９】
［ＺｒＯ２］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）が０．０１以上であれば、ＺｒＯ２を添加した効果が十分に得られやすくなる。一方、［ＺｒＯ２］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）がが０．３８以下であれば、スラグ凝固温度が高くなりすぎず、ビード外観及びスラグ剥離性が向上しやすくなる。よって、［ＺｒＯ２］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）が０．０１〜０．３８となるように、各成分の添加量を調整することが好ましい。
【００６０】
［ＺｒＯ２］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）は、ＺｒＯ２の添加の効果をより向上させる観点から、０．０２以上とすることがより好ましく、更に好ましくは０．０３以上である。また、ビード外観及びスラグ剥離性の観点から、０．３３以下であることがより好ましく、更に好ましくは０．２８以下である。
【００６１】
なお、フラックスにＴｉＯ２を含まない場合は、前記と同様の理由により、「［ＺｒＯ２］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＺｒＯ２］）：０．０１〜０．３８」であることが好ましい。なお、この数式は、実験的に導き出したものである。
【００６２】
［Ｂ２Ｏ３：３質量％以下］
本実施形態のフラックスは、前述した成分に加えて、酸化硼素、硼砂などを原料とするＢ２Ｏ３を含有していてもよい。Ｂ２Ｏ３は靱性向上に有効な成分である。Ｂ２Ｏ３が３質量％以下であれば、溶接金属が硬化しにくく、靱性がより向上する。よって、Ｂ２Ｏ３を添加する場合は、３質量％以下とすることが好ましい。Ｂ２Ｏ３含有量は、靱性の観点から、２質量％以下であることがより好ましく、更に好ましくは１質量％以下である。またＢ２Ｏ３含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、靱性向上の効果を得る観点から、０．０１質量％以上であることが好ましい。
【００６３】
［その他の成分］
本実施形態のフラックスにおける上記以外の成分は、Ｂａ、Ｌｉ、Ｐ及びＳなどの不可避的不純物である。これらの不可避的不純物のうち、Ｂａ及びＬｉなどはそれぞれ１．０質量％以下に規制することが好ましく、特に溶接品質に影響するＰ及びＳはそれぞれ０．０５質量％以下に規制することが好ましい。また、Ｂａ、Ｌｉ、Ｐ及びＳなどは、合計で３質量％以下であることが好ましい。
【００６４】
［フラックス粒度分布］
本発明者は、高温焼結フラックスの高速での溶接作業性について種々実験研究した結果、０．３ｍｍ以下の粒度が１０質量％以下、及び、０．２ｍｍ以下の粒度が３質量％以下のいずれか一方又は両方を満たすようにすることで、アンダーカットの発生率が大幅に減少することを見出し、溶接作業環境がより良好となることを確認した。高速溶接時に発生するアンダーカットをより低減し、溶接作業環境をより良好とするためには、０．３ｍｍ以下の粒度が１０質量％以下、及び、０．２ｍｍ以下の粒度が３質量％以下のいずれか一方又は両方を満たすこととする。なお、０．３ｍｍ以下の粒度及び０．２ｍｍ以下の粒度は０質量％であってもよい。
【００６５】
［高温焼成型フラックス］
本実施形態フラックスの成分組成は、高温焼成型フラックスとして好適である。すなわち、６００〜１２００℃で焼成することが好ましい。
この温度で焼成することで、水溶性ＳｉＯ２の含有量を１質量％未満に制御することができる。
【００６６】
［製造方法］
本実施形態のフラックスを製造する場合は、例えば、前述した組成となるように原料粉を配合し、結合剤と共に混練した後、造粒し、焼成する。その際、結合剤（バインダ）としては、例えば、ポリビニルアルコールや水ガラスを使用することができる。また、造粒法は、特に限定されるものではないが、転動式造粒機や押し出し式造粒機などを用いる方法が好ましい。
【００６７】
更に、造粒されたフラックスは、ダスト除去及び粗大粒の解砕などの整粒処理を行い、粒子径を２．５ｍｍ以下とすることが好ましい。一方、造粒後の焼成は、ロータリーキルン、定置式バッチ炉及びベルト式焼成炉などで行うことができる。その際の焼成温度は、例えば６００〜１２００℃とすることができるが、前述したように結合剤を非水溶性に変化させる観点から、７００℃以上とすることが好ましい。
【００６８】
以上詳述したように、本実施形態のフラックスは、各成分の含有量を特定の範囲にしているため、高速溶接時に良好な溶接作業性及び溶接金属の耐欠陥性を得ることが可能となる。
なお、耐欠陥性は、溶接金属内部に存在する欠陥（スラグ巻込み、融合不良、ブローホールなど）及び溶接金属表面に存在する欠陥（アンダーカット、ポックマーク、ピットなど）があり、本願では、溶融スラグの流動性やフラックスの粒度を制御しているため、特に溶接金属表面に存在するアンダーカットやポックマークへの耐欠陥性に効果が高い。
【００６９】
また、本実施形態のフラックスの成分組成は、高温焼成型フラックスとして好適であるが、溶融型フラックスとして適用しても、高温焼成型フラックスと同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記表１に示す鋼板及び表２に示すワイヤを使用し、図１に示す開先形状及び図２に示す電極配置で、下記表３に示す溶接条件により、サブマージアーク溶接での溶接試験を実施した。そして、下記表４に示す実施例、参考例のフラックス及び下記表５に示す比較例のフラックスについて、その性能を評価した。なお、本実施例では、下記表４及び表５に示す組成となるように原料を配合し、結合剤（水ガラス）と共に混練した後、造粒し、更にロータリーキルンを用いて下記表４及び表５に示す温度で焼成し、整粒することによりフラックスを得た。なお、表４、５において、本発明の範囲を満たさないもの、及び好ましい範囲を満たさないものは数値に下線を引いて示す。また、参照する図面については、説明を明確にするため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。
【００７１】
【表１】
0006737567.tif 000004
【００７２】
【表２】
0006737567.tif 000005
【００７３】
【表３】
0006737567.tif 000006
【００７４】
【表４】
0006737567.tif 000007
【００７５】
【表５】
0006737567.tif 000008
【００７６】
なお、上記表１に示す鋼板組成及び上記表２に示すワイヤ組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、上記表４及び表５に示す「式Ｉ」は［ＺｒＯ２］／（［Ａｌ２Ｏ３］＋［ＴｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］の値である。
【００７７】
実施例、参考例及び比較例の各フラックスの評価は、アーク安定性、スラグ剥離性、ビード外観、ビード形状、アンダーカット発生率、ポックマーク発生率について行った。
【００７８】
＜アーク安定性＞
アーク安定性は、溶接時の電流や電圧の振れにより評価した。具体的には、溶接電流が±５０Ａかつアーク電圧が±２Ｖであったものを◎、溶接電流が±１００Ａかつアーク電圧が±２Ｖであったものを○、溶接電流が±１００Ａかつアーク電圧が±４Ｖであったものを△、溶接困難であったものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
【００７９】
＜スラグ剥離性＞
スラグ剥離性は、スラグ除去の容易さや焼き付きの有無により評価した。具体的には、スラグが、自然剥離し、焼き付きがなかったものを◎、自然剥離するが、単位溶接長（１ｍ）あたり３箇所以下で焼き付きが発生したものを○、自然剥離せず、単位溶接長（１ｍ）あたり４〜９箇所で焼き付きが発生したものを△、自然剥離せず、単位溶接長（１ｍ）あたり１０箇所以上で焼き付きが発生したものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
【００８０】
＜ビード外観＞
ビード外観は、主にビードの波目や光沢に関する評価であり、溶接部を目視観察することにより行った。その結果、ビードの波目に乱れがなくビードに金属光沢があるものを◎、単位溶接長（１ｍ）あたりにビード波目の乱れが１箇所でビードに金属光沢があるものを○、単位溶接長（１ｍ）あたりにビード波目の乱れが２〜４箇所でビードに金属光沢がないものを△、単位溶接長（１ｍ）あたりにビード波目の乱れが５箇所以上ありビードに金属光沢がないものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
【００８１】
＜ビード形状＞
ビード形状は、主にビードの凹凸や母材へのなじみに関する評価であり、溶接部を目視観察することにより行った。その結果、ビード形状が、非常に良好であったものを◎、良好であったものを○、やや不良であったものを△、不良であったものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
【００８２】
＜アンダーカット発生率＞
アンダーカットは、発生がなかったものを◎、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が０．５％以下であったものを○、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が０．５％を超え１．０％以下であったものを△、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が１．０％を超えていたものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
【００８３】
＜ポックマーク発生率＞
ポックマークは、発生がなかったものを◎、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が０．５％以下であったものを○、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が０．５％を超え１．０％以下であったものを△、単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率が１．０％を超えていたものを×とした。そして、本実施例では、評価が◎又は○であったものを合格とした。
【００８４】
なお、アンダーカット及びポックマークの検出は、目視により行った。アンダーカット及びポックマークの評価における単位溶接長（１ｍ）あたりの発生比率とは、個々のアンダーカット及びポックマークなどの長さを目視で測定し、アンダーカット及びポックマークの総長さを算出した後、試験部の有効長さで割り返し、単位溶接長あたりに換算したものである。
【００８５】
以上の評価結果を、下記表６及び表７にまとめて示す。  
【００８６】
【表６】
0006737567.tif 000009
【００８７】
【表７】
0006737567.tif 000010
【００８８】
表６に示す実施例又は参考例Ｎｏ．Ｆ１〜Ｆ１７のフラックスは、本発明の範囲を満足するものであるため、又は参考例であるため、全ての評価項目において優れていた。
ただし、参考例Ｎｏ．Ｆ１３のフラックスは、ＣａＯ含有量が１８質量％を超えているため、ビード外観、ビード形状の評価が「◎」とならず「○」であった。
参考例Ｎｏ．Ｆ１４のフラックスは、ＴｉＯ２含有量が６質量％を超えているため、ビード形状の評価が「◎」とならず「○」であった。
参考例Ｎｏ．Ｆ１５のフラックスは、Ｂ２Ｏ３含有量が３質量％を超えるものであり、Ｂ２Ｏ３含有量が３質量％以下のフラックスと比較して溶接金属の靭性が劣化するものと考えられる。
参考例Ｎｏ．Ｆ１６のフラックスは、粒度分布が好ましい範囲を満たさないため、アンダーカット発生率の評価が「◎」とならず「○」であった。
参考例Ｎｏ．Ｆ１７のフラックスは、粒度分布の０．３ｍｍ以下が好ましい範囲を満たさなかったものの、０．２ｍｍ以下が好ましい範囲を満足するものであるため、全ての評価項目において優れていた。
【００８９】
一方、表７に示す比較例Ｎｏ．Ｆ１８〜Ｆ３４のフラックスは、本発明の範囲を満足しないものであるため、以下の結果となった。
【００９０】
比較例Ｎｏ．Ｆ１８のフラックスは、Ｆ含有量（ＣａＦ２換算値）が下限値未満であるため、ポックマークが発生した。
比較例Ｎｏ．Ｆ１９のフラックスは、Ｆ含有量（ＣａＦ２換算値）が上限値を超えているため、ビード形状が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ２０のフラックスは、ＭｇＯ含有量が下限値未満であるため、スラグ剥離性が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ２１のフラックスは、ＭｇＯ含有量が上限値を超えているため、ビード形状が劣り、アンダーカットが発生した。
【００９１】
比較例Ｎｏ．Ｆ２２のフラックスは、Ｎａ含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）とＫ含有量（Ｋ２Ｏ換算値）との合計量が下限値未満のため、アーク安定性、ビード外観及びビード形状が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ２３のフラックスは、Ｎａ含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）とＫ含有量（Ｋ２Ｏ換算値）との合計量が上限値を超えているため、アーク安定性、ビード外観及びビード形状が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ２４のフラックスは、Ｍｎ含有量（ＭｎＯ換算値）が下限値未満のため、ポックマークが発生した。
比較例Ｎｏ．Ｆ２５のフラックスは、Ｍｎ含有量（ＭｎＯ換算値）が上限値を超えているため、スラグ剥離性が劣っていた。
【００９２】
比較例Ｎｏ．Ｆ２６のフラックスは、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が下限値未満のため、ポックマークが発生した。
比較例Ｎｏ．Ｆ２７のフラックスは、Ｆｅ含有量（ＦｅＯ換算値）が上限値を超えているため、スラグ剥離性、ビード外観、ビード形状が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ２８のフラックスは、ＳｉＯ２含有量が下限値未満であるため、ビード外観、ビード形状が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ２９のフラックスは、ＳｉＯ２含有量が上限値を超えているため、スラグ剥離性が劣っていた。
【００９３】
比較例Ｎｏ．Ｆ３０のフラックスは、Ａｌ２Ｏ３含有量が下限値未満であるため、ビード形状が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ３１のフラックスは、Ａｌ２Ｏ３含有量が上限値を超えているため、ビード形状が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ３２のフラックスは、ＺｒＯ２含有量が下限値未満であるため、アーク安定性、スラグ剥離性、ビード外観、ビード形状が劣っていた。
比較例Ｎｏ．Ｆ３３のフラックスは、ＺｒＯ２含有量が上限値を超えているため、ビード形状が劣っていた。
【００９４】
比較例Ｎｏ．Ｆ３４のフラックスは、水溶性ＳｉＯ２含有量が上限値を超えているため、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状が劣り、アンダーカットが発生した。
【００９５】
以上の結果から、本発明のフラックスを用いることにより、高速での溶接作業性及び溶接金属の耐欠陥性を良好にすることが可能であることが確認された。
【図１】
0006737567.tif 000012
【図２】
0006737567.tif 000013