(57)【要約】【課題】本発明は、１．５ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接に使用しても、溶接欠陥の発生が抑制されるばかりでなく、耐衝撃特性に優れた溶接金属が得られ、且つスラグの剥離回収が容易な溶接用フラックスを提供することを目的としている。【解決手段】質量で、ＳｉＯ２：３１〜３９％、Ａｌ２Ｏ３：３〜７％、ＭｇＯ：３〜７％、ＭｎＯ：３〜７％、ＴｉＯ２：３〜９％、ＣａＯ：２１〜２９％、ＣａＦ２：１０〜１６％、Ｂ２Ｏ３：０．１〜０．２％、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）：０．８％以下、Ｔ．Ｆｅ：１．５％以下、残り不可避不純物を含有する混合物であり、且つ該混合物を粉砕後、圧力を加えて成形した試料を連続加熱し、加熱前高さの９０％の高さになる温度と定義した軟化開始温度が８００℃以上で、加熱前高さの８０％の高さになる温度と定義した軟化温度が１１００℃以下である溶接用フラックス。【選択図】　　　　図１
2004114047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２：３１〜３９　ｍａｓｓ％、
Ａｌ２Ｏ３：３〜７　ｍａｓｓ％、
ＭｇＯ：３〜７　ｍａｓｓ％、
ＭｎＯ：３〜７　ｍａｓｓ％、
ＴｉＯ２：３〜９　ｍａｓｓ％、
ＣａＯ：２１〜２９　　ｍａｓｓ％、
ＣａＦ２：１０〜１６　ｍａｓｓ％、
Ｂ２Ｏ３：０．１〜０．２　ｍａｓｓ％、
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：０．８　ｍａｓｓ％以下、
Ｔ．Ｆｅ：１．５　ｍａｓｓ％以下、
残り不可避不純物を含有する混合物であり、且つ該混合物を粉砕後、圧力を加えて成形した試料を連続加熱し、加熱前高さの９０％の高さになる温度と定義した軟化開始温度が８００℃以上で、加熱前高さの８０％の高さになる温度と定義した軟化温度が１１００℃以下であることを特徴とする溶接用フラックス。
【請求項２】
さらに、Ｓ：０．００２５〜０．００６０　ｍａｓｓ％を含有してなることを特徴とする請求項１記載の溶接用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接用フラックスに係わり、特に、溶接方向に沿い前後に配置した２電極以上の多電極で、且つ発生するアークをフラックスで覆いながら鋼材の溶接を行うサブマージドアーク溶接に好適な溶接用フラックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
サブマージドアーク溶接は、複数の鋼板、鋼材等を互いに突き合わせた溶接箇所の上へ予め粒状の溶融性物質（これをフラックスという）を散布し、その中に電極で把持したワイヤ状溶接棒（ソリッドワイヤという）を送給し、フラックス内でアークを発生させて、前記接合部を溶接する方法である。つまり、溶接する方向に沿った断面で眺めると、図１に示すように、フラックス１の一部は溶融して前記突合せ部分を覆い、溶接棒２や鋼材３等をアーク４で溶解して形成される溶接部分５（一般には、溶接金属５という）を大気から保護しながら、溶接を行う。この溶接によれば、溶け込みの深い溶接部分５が安定してできるので、継手としての信頼性が高いばかりでなく、ヒュームがほとんど発生しないので、作業環境も良好である。
【０００３】
ところが、低速で溶接している時は良いが、１．５ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接を行うと、それ以下の低速溶接時に比較して図２（ａ）及び（ｂ）に示すようなアンダーカット６（溶接部分の止端に沿って溶接されるべき母材が掘られて、溶接金属が満たされずに溝になった部分）が形成されたり、あるいは溶接時に前記フラックス１、溶接棒２や鋼材３との反応で生じるスラグ７の溶接金属５へ巻き込みが生じ、溶接欠陥が発生し易くなる。これを防止するため、以前はＳｉＯ２含有量の多い、所謂「塩基度（（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２で代表する）」の低いフラックスの使用が一般的であった。しかしながら、溶接欠陥の発生が少ないこの低塩基性フラックスを使用すると、ＳｉＯ２が溶接中に還元され、溶接金属５中の酸素量が増加し、溶接金属５の靭性が低くなるという問題があった。
【０００４】
そこで、高靭性の溶接金属を得るために、ＳｉＯ２含有量を少なくすると共に、フラックスの前記塩基度を高くして、溶接金属５中の酸素量を低減するようになった。例えば、低ＳｉＯ２−高Ａｌ２Ｏ３系フラックスのＡｌ２Ｏ３の一部をＺｒＯ２に置換した高靭性溶接用フラックスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ＣａＦ２を適切量で添加し、アーク雰囲気中のＦガス分圧を上昇させると共に、フラックスの粒度を従来より粗くしたサブマージドアーク溶接用溶融型フラックスも開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５４−４２５５号公報（１頁、右欄の１７行〜２頁、左欄の１３行）
【０００７】
【特許文献２】
特開昭５８−５５１９７号公報（２頁、左下欄の１１行〜３頁、左上欄の３行）
上記特許公報１及び特許公報２に記載されたようなＳｉＯ２量を少なくして塩基度を高めたフラックスは、確かに高靭性の溶接金属を得るには有効であった。
【０００８】
しかしながら、それらを１．５〜２．５ｍ／ｍｉｎという高速溶接に適用すると、溶接で生じるビードの幅が狭く、且つ凸状になる傾向があり、このため前記アンダーカットやスラグの巻き込み等の欠陥が発生し易くなる。このアンダーカットは、溶接条件を適正にしてビード幅を広くすればある程度防止できるが、前記スラグの巻き込みは、スラグの物性と強い関係があるため、溶接条件で解決することは難しい。また、溶接金属上に生じたスラグは、電極から一定距離離して配置した吸引装置（図示せず）を用い、溶接終了後に凝固した状態で直ちに吸引除去されるが、そのスラグの分離回収が不調になったり、一部の固化していないスラグが溶接金属から剥離し難くなるという問題もあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、１．５ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接に使用してもスラグ巻き込み等の溶接欠陥の発生が抑制されるばかりでなく、耐衝撃特性に優れた溶接金属が得られ、且つスラグの溶接金属からの剥離が容易な溶接用フラックスを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために種々の検討を行い、その成果を本発明に具現化した。
【００１１】
すなわち、本発明は、
ＳｉＯ２：３１〜３９　ｍａｓｓ％、
Ａｌ２Ｏ３：３〜７　ｍａｓｓ％、
ＭｇＯ：３〜７　ｍａｓｓ％、
ＭｎＯ：３〜７　ｍａｓｓ％、
ＴｉＯ２：３〜９　ｍａｓｓ％、
ＣａＯ：２１〜２９　　ｍａｓｓ％、
ＣａＦ２：１０〜１６　ｍａｓｓ％、
Ｂ２Ｏ３：０．１〜０．２　ｍａｓｓ％、
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：０．８　ｍａｓｓ％以下、
Ｔ．Ｆｅ：１．５　ｍａｓｓ％以下、
残り不可避不純物を含有する混合物であり、且つ該混合物を粉砕後、圧力を加えて成形した試料を連続加熱し、加熱前高さの９０％の高さになる温度と定義した軟化開始温度が８００℃以上で、加熱前高さの８０％の高さになる温度と定義した軟化温度が１１００℃以下であることを特徴とする溶接用フラックスである。この場合、さらに、Ｓ：０．００２５〜０．００６０　ｍａｓｓ％を含有しているのが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、溶接金属中の酸素が減るので、耐衝撃特性に優れた、つまり靭性の高い溶接金属が得られる。また、アンダカットやスラグの巻き込みが減り、１．５ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接に使用しても、溶接欠陥の発生が抑制される。さらに、軟化開始温度を高め、且つ軟化温度を低下するので、スラグの剥離や吸引回収が従来より容易になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯と共に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
まず、発明者らは、フラックスの各種成分の調整に着眼し、鋭意検討を行った。その結果、フラックスを構成する各種成分のうちで、単体として融点が高いＡｌ２Ｏ３やＭｇＯの添加量を低く抑えて、該フラックスが１１００℃以下の温度で軟化するようにすれば、溶接金属中の酸素量が低減し、溶接金属の靭性が確保できると共に、溶接金属上の一部分で固化したスラグの剥離が容易になり、スラグの巻き込み防止にも極めて有効であることを知見した。そして、発明者らはさらに検討を続けたところ、単体として融点の低いＣａＦ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ添加量を低く抑え、フラックスの軟化開始温度を８００℃以上にすると、形成されたスラグの吸引回収能に優れたフラックスになることを見出した。
【００１５】
そこで、これらの知見を組み合わせると、前記効果を同時に発揮できるフラックスになると考え、本発明を完成させたのである。ここで、フラックスの軟化開始温度は、フラックスを粒径１５０μｍ以下に粉砕後、成形圧力：１２．３ｋＮ／ｃｍ２で直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍのボタン状試料とし、これを加熱炉（例えば、実験室規模の電気炉）中で連続加熱し、加熱前高さの９０％の高さに低下する温度と定義した。また、軟化温度は、加熱前高さの８０％の高さに低下した時の温度である。なお、前記試料は、成形圧力５ｋＮ／ｃｍ２以上で成形されたものであれば、形状の制約はない。
【００１６】
次に、本発明に係る溶接用フラックスの成分範囲の限定理由について説明する。
【００１７】
ＳｉＯ２は、高速溶接性、特にアンダーカットや溶接金属の靭性に大きく影響する成分であり、３１　ｍａｓｓ％未満では、溶接金属にアンダーカットが発生し易く、３９　ｍａｓｓ％超えると，溶接金属の酸素量が増加し、靭性が劣化するので、３１〜３９　ｍａｓｓ％に制限する。
【００１８】
Ａｌ２Ｏ３は，ガラスを生成するのに重要な成分であり、３　ｍａｓｓ％未満では，高速溶接時にアンダーカットが発生し易くなり、７　ｍａｓｓ％を超えて添加すると，フラックスの軟化温度が上昇し、スラグ巻き込みが発生し易くなるので、３〜７　ｍａｓｓ％に制限する。
【００１９】
ＭｇＯは、フラックスの塩基度を高め、溶接金属中の酸素量を低減する上で極めて効果のある成分である。しかし、３　ｍａｓｓ％未満では，溶接金属中酸素量の低減効果小さく、７　ｍａｓｓ％を超えると、フラックスの軟化温度が上昇し、スラグ巻き込みが発生し易くなるので、３〜７　ｍａｓｓ％に制限する。
【００２０】
ＭｎＯは、ビード形状、スラグ流動性を良くする上で効果があるが、３　ｍａｓｓ％未満では，その効果が期待できず、７　ｍａｓｓ％を超え添加すると，ビード外観の劣化を招くので、３〜７　ｍａｓｓ％に制限する。
【００２１】
ＴｉＯ２は、溶接金属組織を微細化し、靭性を向上させる。しかし、３　ｍａｓｓ％未満では，溶接金属の靭性改善効果が期待できず、一方、９　ｍａｓｓ％を超えると，溶接金属の上で固化したスラグの剥離性が劣化するので、３〜９　ｍａｓｓ％に制限する。
【００２２】
ＣａＯは、フラックスの塩基度を高め、溶接金属中の酸素量を低減する上で極めて効果のある成分である。しかし、２１　ｍａｓｓ％未満では，溶接金属中の酸素量の低減効果が期待できず，２９　ｍａｓｓ％を超えると、フラックスの軟化温度が大幅に上昇すると共に、溶接金属中の水素量も増加するので、２１〜２９　ｍａｓｓ％に制限する。
【００２３】
ＣａＦ２は、スラグの流動性を良くすると共に、単体として融点が低いため、フラックスの軟化温度を低下させる上で重要な成分である。しかし、ＣａＦ２が１０　ｍａｓｓ％未満では，フラックスの軟化温度の低減効果が期待できず、１６　ｍａｓｓ％を超えて添加すると、フラックスの軟化温度が低下し過ぎて、スラグの巻き込みが発生し易くなるので、１０〜１６　ｍａｓｓ％に制限する。
。
【００２４】
Ｂ２Ｏ３は、ＴｉＯ２と同時添加により、溶接金属の靭性を向上させる。しかし、０．１　ｍａｓｓ％未満では，溶接金属の靭性改善効果が期待できず，０．２ｍａｓｓ％を超えると，フラックスの軟化開始温度が低下し、スラグ回収能が低下するので、０．１〜０．２　ｍａｓｓ％に制限する。
。
【００２５】
Ｎａ２ＯやＫ２Ｏは、フラックスの軟化開始温度を低下させる成分であるが、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ量が０．８　ｍａｓｓ％を超えると，スラグの吸引回収能が低下するので、０．８　ｍａｓｓ％以下に制限する。
【００２６】
Ｆｅは、フラックス中では酸化物の形態となっており、フラックスの軟化開始温度を低下させる成分である。しかし、Ｆｅが１．５　ｍａｓｓ％を超えると、スラグの吸引回収能が低下するので、１．５　ｍａｓｓ％以下に制限する。
【００２７】
Ｓは，スラグの前記剥離性を改善する元素である。しかし、フラックスのＳ量が０．００２５　ｍａｓｓ％未満では，スラグの剥離性効果が期待できず、０．００６０　ｍａｓｓ％を超えると、フラックスの軟化開始温度が低下し、スラグの吸引回収能が低下するので、０．００２５〜０．００６０　ｍａｓｓ％に制限する。
【００２８】
【実施例】
表１に示した化学組成の溶接フラックス、表２に示した化学組成の供試鋼板（板厚１９ｍｍ、鋼種がＳＮ４９０Ｂ）及び表３に示した化学組成の供試ワイヤを用いて、サブマージアーク法による溶接試験を行った。使用電極は３本で、それらの電流、電圧及び溶接速度を表４に示す。また、図３には、本試験での溶接開先の形状を示す。この図３に示す開先に、表裏両面を１パスでサブマージアーク溶接を行い、溶接箇所のＸ線透過検査後、最終パス側の表面２ｍｍの位置から２ｍｍＶノッチ・シャルピー衝撃試験片を採取して、０℃で衝撃試験を行った。
【００２９】
フラックスの前記した軟化開始温度及び軟化温度、衝撃試験（ＪＩＳ　Ｚ　３１１２に準拠）の結果、溶接部のＸ線透過で測定したスラグの巻き込み個数、肉眼観察によるスラグの剥離性及び溶接作業性について調べた結果を、表５に一括して示す。
【００３０】
本発明に係るフラックス（Ｎｏ．１〜２）を用いると、２．２ｍ／ｍｉｎという高速溶接であるにもかかわらず、溶接金属の吸収エネルギーが高く、スラグの巻き込みもなく、良好なスラグ剥離性及び溶接作業性が得られた。一方、比較例であるＮｏ．３のフラックスを用いると、良好な吸収エネルギーが得られなかった。また、比較例であるＮｏ．４〜７のフラックスを用いると、比較的良好な吸収エネルギーであるにもかかわらず、フラックス組成及びフラックス軟化開始温度が本発明の範囲内にないので、スラグの巻き込みが発生したり、あるいはスラグの剥離性及び溶接作業性が劣化した。なお、表１及び表５における数値に施した下線は、その数値が本発明の要件より外れることを示している。
【００３１】
【表１】
2004114047.tif 000003
【００３２】
【表２】
2004114047.tif 000004
【００３３】
【表３】
2004114047.tif 000005
【００３４】
【表４】
2004114047.tif 000006
【００３５】
【表５】
2004114047.tif 000007
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、耐衝撃特性に優れた溶接金属が得られる。また、１．５ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接に使用しても、溶接欠陥の発生が抑制されると共に、スラグの剥離が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サブマージドアーク溶接を説明する横断面図である。
【図２】溶接部に生じるアンダーカットを示す横断面図であり、（ａ）はＴ継手、（ｂ）は突合せ継手の場合である。
【図３】溶接試験で採用した開先を示す横断面図である。
【符号の説明】
１　　溶接フラックス
２　　溶接棒（ソリッドワイヤ）
３　　鋼材（溶接対象）
４　　アーク
５　　溶接部分（溶接金属）
６　　アンダーカット
７　　スラグ
８　　開先
９　　電極
１０　溶融池
【図１】
2004114047.tif 000008
【図２】
2004114047.tif 000009
【図３】
2004114047.tif 000010