(57)【要約】【課題】非磁性の健全な溶接継手を持つ溶接構造物とその製造方法の提供。【解決手段】母材がＮｉ：７．５０〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％を含有し、Ｎｉ−ｂａｌ．が０以上である鋼材であって、母材および溶接部の引張強さが　４９０　Ｎ／ｍｍ２以上、降伏点または耐力が　３１５　Ｎ／ｍｍ２以上、透磁率が１．０２７以下である溶接構造物。この構造物の溶接金属は下記の組成であることが望ましい。質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．１％、Ｎｉ：１０〜８０％、Ｃｒ：１５〜２３％、Ｍｏ：１０％以下を含み、さらにＴｉ：０．７５％以下、Ｎｂ：４．５％以下およびＴａ：４．５％以下の中の少なくとも１種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記の（２）−１式と（２）−２式を満たす。０．０１≦Ｃ（２Ｔｉ＋Ｎｂ＋０．５Ｔａ）　・・・（２）−１Ｃ／（２Ｔｉ＋Ｎｂ＋０．５Ｔａ）≦０．２　・・・（２）−２【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材が、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．５０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：７．５０〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．１５〜０．３０％、Ｎｂ：０．１５％以下を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記の（１）式で表されるＮｉ−ｂａｌ．が０以上である鋼材であり、母材および溶接部の引張強さが　４９０　Ｎ／ｍｍ２以上、降伏点または耐力が　３１５　Ｎ／ｍｍ２以上、透磁率が１．０２７以下であることを特徴とする溶接構造物。
Ｎｉ−ｂａｌ．＝Ｎｉ＋３０（Ｃ＋Ｎ）＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）−１．１（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．５Ｎｂ）＋８．２・・・（１）
但し、元素記号はその元素の含有量（質量％）を意味する。
【請求項２】
溶接金属が、質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：１０〜８０％、Ｃｒ：１５〜２３％、Ｍｏ：１０％以下を含み、さらにＴｉ：０．７５％以下、Ｎｂ：４．５％以下およびＴａ：４．５％以下の中の少なくとも１種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記の（２）−１式および（２）−２式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の溶接構造物。
０．０１≦Ｃ（２Ｔｉ＋Ｎｂ＋０．５Ｔａ）　・・・（２）−１
Ｃ／（２Ｔｉ＋Ｎｂ＋０．５Ｔａ）≦０．２　・・・（２）−２
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．１％、Ｎｉ：１０〜８０％、Ｃｒ：１５〜２３％、Ｍｏ：１０％以下、さらにＴｉ：０．７５％以下、Ｎｂ：４．５％以下およびＴａ：４．５％以下の中の少なくとも１種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる溶接材料を用いて被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、ガスシールドアーク溶接またはタングステンアーク溶接を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の溶接構造物の製造方法。
【請求項４】
被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接またはタングステンアーク溶接を行うに際には、溶接入熱量を２５，０００Ｊ／ｃｍ以下とし、サブマージ溶接を行う際には溶接入熱量を４０，０００Ｊ／ｃｍ以下とすることを特徴とする請求項３に記載の溶接構造物の製造方法。
【請求項５】
被覆アーク溶接棒の被覆剤、またはサブマージアーク溶接に用いるフラックスとして、質量％で、Ｂｉ２Ｏ３：０．０１％以下、ＰｂＯ：０．０５％以下で、かつ、Ｂｉ２Ｏ３とＰｂＯの合計含有量が０．０５％以下のものを使用し、溶接金属中のＢｉおよびＰｂをそれぞれ０．００１％以下、かつ、ＢｉおよびＰｂの合計含有量を０．００１５％以下とすることを特徴とする請求項３または４に記載の溶接構造物の製造方法。
【請求項６】
質量％で、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合計含有量が３５％以下、ＣａＯ、ＣａＦ２、ＭｇＯ、Ｎａ２ＯおよびＢａＯの合計含有量が６０〜７６％で、残部が不純物からなり、かつ下記の（３）式で示す塩基度　ＢＩ　が２．５〜４．５で、かつ、Ｂｉ２Ｏ３が０．０１％以下、ＰｂＯが０．０５％以下、Ｂｉ２Ｏ３とＰｂＯの合計含有量が０．０５％以下であるフラックスを用いてサブマージアーク溶接を行い、溶接金属中のＢｉおよびＰｂをそれぞれ０．００１％以下、または　ＢｉとＰｂの合計含有量を０．００１５％以下とすることを特徴とする請求項３、４または５に記載の溶接構造物の製造方法。
ＢＩ＝｛ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋ＢａＯ＋１／２（ＭｎＯ＋ＦｅＯ）｝／｛（ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２＋１／２（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）｝・・・（３）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木または建築用に用いられる非磁性溶接構造物、それを製造するための溶接材料およびその構造物の製造方法に関する。この明細書にいう「溶接構造物」とは、少なくとも１箇所の溶接部を持つ組み立て構造物であり、建築物等の一部になる部材をも含む。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス鋼　（ＳＵＳ　３０４　等）は、金属組織がオーステナイト単相であるため非磁性鋼として、非磁性を要求されるリニアモーターカーの架台などの構造物に用いられている。
一般に、オーステナイト系ステンレス鋼を溶接する時に用いられる溶接材料には、高温割れを緩和する目的で数％（通常、５〜１０％前後）のフェライトを溶接金属中に生成させるような成分が添加されている。そのため、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼用の溶接材料を用いて溶接した構造物は、母材と同程度の非磁性にはならない。
これを解決するため、例えば、特開平１１−７７３５１号公報ではレーザー倣い溶接によりワイヤを用いることなく溶接することが提案されている。しかし、レーザー溶接は、設備が高価であるだけでなく能率が悪いため、溶接コストが高くなる。一方、ＳＵＳ　３０４Ｎ２のような窒素含有量の多いＣｒ−Ｎｉ系オーステナイト系ステンレス鋼の溶接用ワイヤとして、高窒素フラックス入りワイヤが特許第２６７５８９４号公報や特開平９−１２２９７８号公報に開示されている。これらの発明によれば、機械的性質に優れた溶接金属を得ることができ、全姿勢において良好な溶接作業性を得られるという。しかし、これらは、後述するようにオーステナイト系ステンレス鋼の溶接に一般的に用いられているように、溶接金属にフェライトを数％生成させて溶接性を確保するものであり、溶接金属の非磁性を確保することはできない。特開平７−２２７６９３号公報では、高温割れの無い溶接ワイヤの提案がなされており、Ｎｂおよび／またはＴｉを適量添加して割れを防止できるとされているが、実施例で紹介されている方法は能率が低く、実施工に適用するとコストが高くなるという問題がある。また、溶接金属の引張強度が１０００ＭＰａ以上と大きく、一般の　４９０Ｎ／ｍｍ２クラスの構造物では母材強度の２倍を超えるオーバーマッチングになってしまうというという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、非磁性であることが要求される土木、建築用の溶接構造物を提供すること、およびその構造物を一般的に使用される溶接方法によって溶接部の要求品質を確保しつつ溶接作業性よく製造する方法を提供することを目的とする。
【０００４】
［課題を解決するための手段］
磁気センサー等の装置をサポートする設備では、構造物の磁性がその磁気センサーの精度に影響を与えるため、このような磁性の影響を低減するためには、構造物の透磁率を１．０２７以下とする必要がある。また、構造物の強度は一般的に　４９０Ｎ／ｍｍ２以上が要求されている。
【０００５】
一方、溶接方法としては、溶接金属の非磁性を確保し、かつ割れなどの溶接欠陥が無い良好な溶接部を得ることができる方法が必要であり、そのためには溶接材料、その被覆剤、フラックスおよび溶接入熱等を適切に選ばなければならない。また、溶接作業性向上のため、アークの安定性やスラグ剥離性がよくビードの形状が良好であることも重要である。
【０００６】
前述のように、オーステナイト系ステンレス鋼で溶接金属の非磁性（透磁率：１．０２７以下）を確保するためには、溶接金属をオーステナイト単相組織とする必要がある。しかし、オーステナイト単相組織には高温割れが発生しやすいので、通常は溶接金属中にフェライトが数％生成するように溶接金属組成を調整している。
【０００７】
Ｎｉ基高合金のような溶接材料を用いてオーステナイト鋼を溶接する場合には、溶接入熱量は　２０，０００　Ｊ／ｃｍ以下として施工することがポイントとなっている。しかし、サブマージアーク溶接においては能率的に余施工するために３０，０００　Ｊ／ｃｍ以上の入熱とするのが一般的である。
【０００８】
本発明者らは、溶接金属の化学組成を工夫することによって、オーステナイト単相でも溶接欠陥の生じない非磁性の溶接部を得ることに成功した。また、溶接に使用するフラックスについて研究し、溶接作業性がよく、オーステナイト単相で高温割れが発生しにくく溶接金属が得られ、かつスラグ剥離性の良好なフラックス組成を見出した。
特にサブマージアーク溶接においては使用する溶接ワイヤの化学組成およびフラックスの化学組成を検討して、４０，０００　Ｊ／ｃｍ以下の入熱でも高温割れが発生せず、かつ溶接作業性が優れた溶接材料を発明した。
【０００９】
本発明は、下記の１の溶接構造物および２の溶接構造物の製造方法を要旨とする。
【００１０】
１．溶接構造物
本発明の溶接構造物は下記の▲１▼および▲２▼を特徴とする。以下、成分含有量についての％は「質量％」を意味する。
【００１１】
▲１▼母材となる鋼材
これは、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．５０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：７．５０〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．１５〜０．３０％、Ｎｂ：０．１５％以下を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記の（１）式で表されるＮｉ−ｂａｌ．が０以上である鋼材である。
Ｎｉ−ｂａｌ．＝Ｎｉ＋３０（Ｃ＋Ｎ）＋０．５（Ｍｎ＋Ｃｕ）−１．１（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．５Ｎｂ）＋８．２・・・（１）
但し、元素記号はその元素の含有量（質量％）を意味する。
【００１２】
▲２▼強度および透磁率
母材および溶接部の引張強さが　４９０　Ｎ／ｍｍ２以上、降伏点または耐力が　３１５　Ｎ／ｍｍ２以上、透磁率が１．０２７以下である。
【００１３】
上記の溶接構造物においては、溶接金属が下記▲３▼の組成であることが望ましい。
【００１４】
▲３▼　質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：１０〜８０％、Ｃｒ：１５〜２３％、Ｍｏ：１０％以下を含み、さらにＴｉ：０．７５％以下、Ｎｂ：４．５％以下およびＴａ：４．５％以下の中の少なくとも１種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記の（２）−１式および（２）−２式を満たすことを特徴とする溶接金属。
【００１５】
０．０１≦Ｃ（２Ｔｉ＋Ｎｂ＋０．５Ｔａ）　・・・（２）−１
Ｃ／（２Ｔｉ＋Ｎｂ＋０．５Ｔａ）≦０．２　・・・（２）−２
２．溶接構造物の製造方法
この製造方法は、下記の▲４▼および▲５▼を特徴とする。
【００１６】
▲４▼使用する溶接材料
質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：１０〜８０％、Ｃｒ：１５〜２３％、Ｍｏ：１０％以下、さらにＴｉ：０．７５％以下、Ｎｂ：４．５％以下およびＴａ：４．５％以下の中の少なくとも１種を含み、残部がＦｅおよび不純物からなる溶接材料。
【００１７】
▲５▼溶接方法
被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、ガスシールドアーク溶接またはタングステンアーク溶接。
【００１８】
上記の製造方法においては、被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接またはタングステンアーク溶接を行うに際には、溶接入熱量を２５，０００Ｊ／ｃｍ以下とし、サブマージ溶接を行う際には溶接入熱量を４０，０００Ｊ／ｃｍ以下とすることが望ましい。
【００１９】
また、被覆アーク溶接棒の被覆剤、またはサブマージアーク溶接に用いるフラックスとして、質量％で、Ｂｉ２Ｏ３：０．０１％以下、ＰｂＯ：０．０５％以下で、かつ、これらの合計含有量が０．０５％以下のものを使用することが望ましい。そうすることによって、溶接金属中のＢｉおよびＰｂをそれぞれ０．００１％以下で、かつこれらの総計を０．００１５％以下とすることができる。
【００２０】
サブマージ溶接を行う場合は、質量％で、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合計含有量が３５％以下、ＣａＯ、ＣａＦ２、ＭｇＯ、Ｎａ２ＯおよびＢａＯの合計が６０〜７６％で、残部が不純物からなり、かつ下記の（３）式で示す塩基度　ＢＩ　が２．５〜４．５で、Ｂｉ２Ｏ３が０．０１％以下、ＰｂＯが０．０５％以下、これらの合計含有量が０．０５％以下であるフラックスを用いるのが望ましい。それによって、溶接金属中のＢｉおよびＰｂをそれぞれ０．００１％以下、または　ＢｉとＰｂの総計を０．００１５％以下とすることができる。
【００２１】
ＢＩ＝｛ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋ＢａＯ＋１／２（ＭｎＯ＋ＦｅＯ）｝／｛（ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２＋１／２（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）｝・・・（３）
【００２２】
【発明の実施の形態】
１．溶接構造物について
本発明の溶接構造物は、溶接すべき鋼材（母材）の化学組成と、母材および溶接部の強度および透磁率とが特定されたものである。以下、それぞれについて説明する。
【００２３】
１−１．母材の化学組成
以下に述べる強度および透磁率を確保するために、前記▲１▼の組成を選んだ。
【００２４】
１−２．母材および溶接部の強度
構造物の強度を確保するため引張強さが　４９０　Ｎ／ｍｍ２以上で、かつ降伏点または耐力が３１５　Ｎ／ｍｍ２以上とした。また、伸びが、　ＪＩＳ　Ｚ２２０１の５号試験片を用いる引張り試験で、１８％以上であることが望ましい。
【００２５】
１−３．透磁率
磁気測定を行う磁気センサーなどが設置される構造物、または磁気センサーの近傍に設置される構造物は、センサーへの影響がないように非磁性であることが要求される。この要求を満たすために、透磁率を１．０２７以下とした。なお、この透磁率は溶接部を含めた構造物の透磁率である。
【００２６】
１−４．溶接金属の望ましい組成
本発明の溶接構造物においては、前記▲３▼の溶接金属であることが望ましい。その化学組成を選んだ理由は、次のとおりである。
【００２７】
Ｃ：０．１％以下
Ｃの含有量が０．１％を超えると高温割れが発生しやすくなり健全な溶接継手を得ることができない。従って溶接金属のＣは　０．１％以下とした。なお、Ｃ含有量の下限は０．０１％程度とするのが望ましいが、後述の（２）−１式および（２）−２式を満たせばよい。
【００２８】
Ｓｉ：０．６％以下
Ｓｉには溶接作業性、特にビード形状の改善、耐ブローホール性を高める効果がある。しかし、Ｓｉはフェライトフォーマーであり、添加量が増大するとフェライト量が増加し、透磁率が高くなって所定の非磁性を得ることができない。即ち、Ｓｉ含有量が０．６％を超えるとフェライト量が増加し、透磁率を１．０２７以下にすることが困難になる。従ってＳｉは０．６％以下とした。一方、Ｓｉ含有量が０．０５％未満では、溶接時にブローホールが発生しやすくなる傾向があるので、０．０５％以上の含有量とするのが望ましい。
【００２９】
Ｍｎ：３．５％以下
Ｍｎはオーステナイトフォーマーであるとともに、ビード形状を安定化するのに重要な成分である。しかし、Ｍｎの含有量が３．５％を超えると溶接金属の粘性が高くなりビード形状が凸になって、融合不良が発生しやすくなる。従ってＭｎは３．５％以下とした。一方、Ｍｎ含有量が０．１％より少ないと、ビード形状が凸となってビード重ね部で融合不良が発生しやすくなる。従って、Ｍｎ含有量の下限を０．１％とするのが好ましい。最も好ましいＭｎ含有量は０．２〜３．０％である。
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、溶接金属中に多量に含まれると凝固シェルに沿って析出し高温割れを助長する元素である。特に０．０２％を超えると、溶接金属と母材の境界部にマイクロクラックが発生する。従って、０．０２％以下とした。Ｐはできるだけ少ないことが望ましい。
【００３０】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、低融点化合物を生成して溶接金属の高温割れを発生しやすくする元素である。Ｓが０．０１％を超えると母材と溶接金属の境界部（ボンド）から溶接金属の凝固シェルに沿ってマイクロクラックが発生し、健全な溶接継手を得ることができない。従って、０．０１％以下とした。Ｓも少ないほどよい。
【００３１】
Ｎｉ：１０〜８０％
Ｎｉは、ＣおよびＭｎと同様にオーステナイトフォーマーである。Ｎｉが１０％未満ではフェライトが発生し、１．０２７以下の透磁率を得ることができない。一方、８０％を超えると高温割れが発生しやすくなる。従ってＮｉ含有量は１０〜８０％とした。
【００３２】
Ｃｒ：１５〜２３％
Ｃｒはフェライト生成元素であるが、その含有量が１５％より少ないと耐食性が劣化する。一方、２３％を超えるとフェライトが生成して透磁率が１．０２７を超えてしまう。従ってＣｒは１５〜２３％とした。
Ｍｏ：１０％以下
Ｍｏは、Ｃｒと同様にフェライト生成元素であるが、オーステナイト系ステンレス鋼では高温割れを抑制する作用がある。しかし、Ｍｏが１０％を超えるとフェライトが生成し、１．０２７以下の透磁率とすることができない。従って１０％以下とした。好ましいのは０．０１〜１０％である。
【００３３】
Ｔｉ：０．７５％以下
Ｔｉは、溶接金属の強度を上げるとともに、そのブローホールを少なくする成分である。しかし、０．７５％を超えると強度が高くなりすぎる。従って、Ｔｉ含有量は０．７５％以下にするのがよい。一方、０．００１％未満ではその効果が十分に得られないので、好ましいＴｉの含有量は０．００１〜０．７５％である。
【００３４】
Ｎｂまたは／およびＴａ：それぞれ４．５％以下
ＮｂおよびＴａは、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接において高温割れを防止する作用を持つ。従って、それぞれ０．００１％以上の含有量とするのが望ましいが、それぞれ４．５％を超えると溶接材料を製造する際の圧延が難しくなる。従って、それぞれの含有量の上限を４．５％とした。
【００３５】
溶接金属の組成は下記の（２）−１式および（２）−２式を満たす必要がある。
【００３６】
０．０１≦Ｃ（２Ｔｉ＋Ｎｂ＋０．５Ｔａ）　・・・（２）−１
Ｃ／（２Ｔｉ＋Ｎｂ＋０．５Ｔａ）≦０．２　・・・（２）−２
溶接部の高温割れは、凝固時に低融点相が残存し、それを起点として溶接熱応力により開口して生じる。本発明の対象となる鋼材のＣｒとＮｉの含有量の範囲では、割れの原因となる凝固時の低融点相をＣ、Ｔｉ、ＮｂおよびＣｒ系の化合物とすることで、その生成を抑えることができる。このような化合物とする条件が上記の（２）−１式および（２）−２式を満たすことである。
【００３７】
２．溶接構造物の製造方法
この製造方法は、前記▲４▼の溶接材料と▲５▼の溶接方法を用いることを特徴とする。以下、これらについて説明する。
【００３８】
２−１．溶接材料
本発明方法において前記▲４▼の溶接材料を使用する理由は、既に述べた溶接金属の組成を選んだ理由と同様である。但し、溶接材料は前記の（２）−１式および（２）−２式を必ずしも満たさなくてよい。
【００３９】
２−２．溶接方法
溶接方法として、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、ガスシールドアーク溶接またはタングステンアーク溶接を選んだのは、これらが安価な設備で能率よく施工でき、構造物の組み立てに好適な溶接方法だからである。
【００４０】
２−３．溶接入熱
本発明の製造方法においては、被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接またはタングステンアーク溶接を行うに際には溶接入熱量を２５，０００Ｊ／ｃｍ以下とし、サブマージ溶接を行う際には溶接入熱量を４０，０００Ｊ／ｃｍ以下とするのが望ましい。その理由は下記のとおりである。
【００４１】
被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接またはタングステンアーク溶接においては、溶接入熱が２５，０００Ｊ／ｃｍを超えるとビード形状が凸になり、ビード中央部に高温割れが発生する。従って、入熱量は２５，０００Ｊ／ｃｍ以下が適正である。
【００４２】
サブマージアーク溶接においては、溶接入熱が高すぎると母材の希釈が大きいため母材の不純物であるＰおよびＳが溶接金属に含有され、高温割れが発生する。特に母材と溶接金属の境界部（ボンド部）にＰおよびＳが高くなり、結晶粒界に析出して高温割れが発生する。この現象は入熱が４０，０００Ｊ／ｃｍを超えると著しくなるので、サブマージアーク溶接における溶接入熱量は　４０，０００Ｊ／ｃｍ以下とした。２−４．溶接棒の被覆剤、およびサブマージアーク溶接用フラックス
被覆アーク溶接棒の被覆剤、またはサブマージアーク溶接に用いるフラックスとしては、Ｂｉ２Ｏ３が０．０１％以下、ＰｂＯが０．０５％以下、かつ、これらの合計含有量が０．０５％以下のものを使用することが望ましい。そうすることによって、溶接金属中のＢｉおよびＰｂをそれぞれ０．００１％以下で、かつこれらの総計を０．００１５％以下とすることができるからである。
【００４３】
特に、サブマージアーク溶接用フラックスとしては、下記の条件を満たすものが好適である。
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３：３５％以下
ＳｉＯ２は酸性成分系であり、一般的にはＳｉＯ２が高くなると溶接ビードが平滑になり、美麗なビード形状が得られる。しかし、高温割れが発生しやすい溶接材料では溶接金属中のＳｉが増加するため、溶接金属の延性を低下させて継手曲げ試験で延性不足によるクラックが発生しやすくなる。また、ＳｉＯ２はオーステナイト系ステンレス鋼の溶接では、溶接スラグの焼き付きを増加させる影響がある。
【００４４】
Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２に比べて酸性はそれほど高くないがスラグ形成剤として溶融スラグの粘性を上げ、ビード形状を整える作用を有している。しかし、Ａｌ２Ｏ３が多くなりすぎると、ビード形状が凸になってきれいなビード形状が得られない。一方、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の合計量が３５％を超えるとスラグ剥離性が悪く溶接作業性が劣化する。従って、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３を３５％以下とした。
ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋ＢａＯ：６０〜７６％
これらの成分は塩基性成分であり、溶接金属の酸素量を下げたり、スラグ剥離性を良好にする成分である。これらの総量が６０％より少ないと塩基度が低くなって溶接作業性が劣化する。一方、７６％を超えると塩基度が高くなり過ぎて、スラグの融点が下がりビード形状が悪くなる。
塩基度（ＢＩ）：２．５〜４．０
フラックスの塩基度（ＢＩ）は、下記の式で表される。
【００４５】
ＢＩ＝｛ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋ＢａＯ＋１／２（ＭｎＯ＋ＦｅＯ）｝／｛（ＳｉＯ２＋ＴｉＯ２＋１／２（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）｝
この式で表される塩基度が２．５より小さいとスラグ剥離性が悪化する。一方、この塩基度が４．０を超えるとスラグの融点が下がり過ぎてビードが凸になりやすい。従って、塩基度（ＢＩ）は２．５〜４．０とした。
Ｂｉ２Ｏ３：０．０１％以下
Ｂｉ２Ｏ３は低融点化合物であり、フラックス中に微量添加することにより溶接スラグの剥離性を向上させる。しかし、その添加量が多くなると溶接金属中に摂取され凝固過程で結晶粒界に析出して高温割れが発生したり、溶接金属の延性を低下させて継手曲げ試験片でマイクロクラックが発生する原因となる。本発明者らは、フラックス中のＢｉ２Ｏ３添加量と継手部の高温割れおよび曲げ試験片での割れの関係を調査し、フラックス中に含有されるＢｉ２Ｏ３の適正範囲を見出した。即ち、Ｂｉ２Ｏ３の量は０．０１％以下が適正である。０．０１％を超えると、溶接金属に移行するＢｉの量が増えて曲げ試験で割れが発生し、健全な継手を得ることができない。Ｂｉ２Ｏ３の含有量は少ないほどよい。
【００４６】
ＰｂＯ：０．０５％以下
ＰｂＯも、Ｂｉ２Ｏ３と同様に低融点化合物でスラグの剥離性を向上させる。しかしながら、フラックスへのＰｂＯの添加量が多くなると、Ｐｂが溶接金属中に取り込まれて凝固過程で結晶粒界に析出し高温割れ発生を助長したり、溶接金属の延性を低下させて継手曲げ試験片でマイクロクラックが発生する原因となる。従って、ＰｂＯはできるだけ少ない方がよい。　本発明者らはフラックス中のＰｂＯ添加量と継手部の高温割れおよび曲げ試験片での割れの関係を調査し、フラックス中に含有されるＰｂＯの許容上限を見出した。即ち、ＰｂＯの量は０．０５％以下に抑えるべきである。０．０５％を超えると曲げ試験で割れが発生し、健全な継手を得ることができない。
【００４７】
上記の条件を満たすフラックスの一例を以下に示す。
【００４８】
ＳｉＯ２：２５％以下、ＣａＯ：８〜２０％、ＣａＦ２：１０〜２０％、Ａｌ２Ｏ３：１０〜２５％、ＭｇＯ：２０〜３５％、Ｎａ２Ｏ：５％以下、ＭｎＯ：３％以下、「ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３」：３５％以下、「ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＭｇＯ＋Ｎａ２Ｏ＋ＢａＯ」：６０〜７６％、残部が不純物からなる成分系で、塩基度（ＢＩ）が２．５〜４．５で、かつ、低融点化合物であるＢｉ２Ｏ３が０．０１％以下、ＰｂＯが０．０５％以下で、これらの合計含有量が０．０５％以下であるフラックス。
【００４９】
２−５．溶接金属中のＢｉとＰｂの含有量
Ｂｉ：０．００１％以下
Ｂｉはフラックス中に微量添加することで溶接後のスラグ剥離性を良好にすることで知られている。しかし、Ｂｉは低融点元素であり、溶接金属中に微量でも混入すると高温割れが発生する。また、Ｂｉが混入した溶接継手では高温での延性が低下する。特にオーステナイト単相組織では、後述の表４および表５に示すように、Ｂｉが０．００１％を超えるほど溶接金属に残存した場合、溶接金属が凝固していく過程で結晶粒界に析出し延性を低下させる。このような低融点元素の存在により溶接継手の側曲げ試験においてマイクロクラックが発生し、健全な溶接継手を得ることができない。従って、溶接金属中のＢｉ含有量は０．００１％以下とした。できるだけ少ない方がよい。
【００５０】
Ｐｂ：０．００１％以下
Ｐｂは、Ｂｉと同様に溶接スラグの剥離性を改善する効果を有している。しかし、Ｐｂは低融点元素であり、溶接金属の凝固中に粒界に析出して延性を低下させ、溶接継手の側曲げ試験においてマイクロクラックが発生し、健全な溶接継手を得ることができない。従って、Ｐｂ含有量は０．００１％以下で、できるだけ少ない方がよい。
【００５１】
Ｂｉ＋Ｐｂ：０．００１５％以下
前記のように、ＢｉおよびＰｂは低融点元素であり、溶接金属の凝固過程において結晶粒界に析出して高温割れおよび延性低下を招く元素である。特に両者が複合的に存在すると高温割れおよび延性低下の傾向が増大する。本発明者らの試験結果によれば、両者の合計が０．００１５％を超えると、割れ感受性が増加し、健全な溶接継ぎ手を得ることができない。従って、「Ｂｉ＋Ｐｂ」を０．００２％以下とした。
【００５２】
【実施例１】
母材としてＣ：０．０６％、Ｓｉ：０．４９％、Ｍｎ：１．６０％、Ｐ：０．０１８％、Ｓ：０．００１％、Ｎｉ：７．７６％、Ｃｒ：１８．７３％、Ｎｂ：０．０５８％、Ｎ：０．１７４％を含有し、Ｎｉ−ｂａｌ．が２．４で、厚さ１６ｍｍの鋼板を用いた。これを表１に示す組成の溶接ワイヤ（外径：１．２ｍｍ）を使用し、ガスシールドアーク溶接（ミグ溶接）して溶接継手を作製し、溶接金属の組成、溶接継手の強度、耐曲げ割れ性および透磁率を調べた。溶接条件は、溶接電流２５０Ａ、溶接電圧２８Ｖ、溶接速度２０ｃｍ／ｍｉｎ、入熱２１，０００Ｊ／ｃｍとした。結果を表２および表３に示す。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
【表２】
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【００５５】
【表３】
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【００５６】
表２および表３に示すように、溶接金属の組成が本発明で定める範囲にあるＮｏ．Ｐ１〜Ｐ４ではフェライト量が０％でも割れは発生せず、透磁率は１．０２７以下で良好な非磁性である。また、継手の引張強度は４９０Ｎ／ｍｍ２以上である。
【００５７】
これに対して、溶接金属の組成が本発明で定める範囲内にない比較例のＮｏ．Ｃ１〜Ｃ３では、曲げ試験で割れが発生した。Ｃ１では溶接金属にＴｉ、ＮｂおよびＴａのいずれも含まれておらず、Ｃ２では前記の（２）式が満たされていない。Ｃ２ではＮｂの含有量が過剰である。これらが割れ発生の原因と考えられる。
【００５８】
母材としてＣ：０．０４％、Ｓｉ：０．６３％、Ｍｎ：１．３５％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．００１％、Ｎｉ：７．６０％、Ｃｒ：１９．６５％、Ｎｂ：０．０７２％、Ｎ：０．１５５％を含有し、Ｎｉ−ｂａｌ．が−０．３の鋼板を用い、表１の記号Ｗ１のワイヤで最大入熱６０，０００Ｊ／ｃｍとして溶接した。その結果、母材の透磁率は１．０１０であったが、溶接熱影響部の透磁率は１．０３０となり、目標の１．０２７を超えていた。これによって、母材のＮｉ−ｂａｌ．が０以上であることの必要性がわかる。
【００５９】
【実施例２】
母材としてＣ：０．０６％、Ｓｉ：０．４９％、Ｍｎ：１．６０％、Ｐ：０．０１８％、Ｓ：０．００１％、Ｎｉ：７．７６％、Ｃｒ：１８．７３％、Ｎｂ：０．０５８％、Ｎ：０．１７４％を含有し、Ｎｉ−ｂａｌ．が２．４で、厚さ１６ｍｍの鋼板を用いて、サブマージアーク溶接法により溶接金属の化学組成と溶接継手の引張強度、耐曲げ性、透磁率を調査した。使用したワイヤおよびフラックスの種類、ならびに溶接金属の組成およびフェライト量を表４に、透磁率等の測定結果を表５に示す。なお、ワイヤおよびフラックスの組成は、それぞれ表６および表７に示す。
【００６０】
【表４】
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【００６１】
【表５】
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【００６２】
【表６】
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【００６３】
【表７】
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【００６４】
表５に示すように、溶接金属のフェライト量が０．３％以下であれば、透磁率が１．０２７以下の良好な非磁性を確保できる。また、溶接継手の引張強さも４９０Ｎ／ｍｍ２以上である。比較例として示した一般の溶接材料（Ｆ、Ｇ、ＨおよびＩ）を用いた場合、溶接継手部は健全であり、引張強さも４９０Ｎ／ｍｍ２を上回ったが、溶接金属のフェライト量が約５〜１０％であり、１．０２７以下の透磁率にはならず、非磁性を確保することができなかった。
【００６５】
比較例のＮｏ．６〜８はフェライト量が０％であり、透磁率および引張強度は良好であるが、フラックス中の低融点化合物（Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯ）からＢｉおよびＰｂが溶接金属中に移行して含有され、継手曲げ試験でクラックが発生した。
【００６６】
被覆アーク溶接棒の場合は、上記サブマージアーク溶接における知見を活用して、溶接金属組成はオーステナイト単相組織になる成分系で被覆材中の低融点化合物の量を変化させ、溶接継手部の引張強度、耐曲げ性および透磁率を調査した。
【００６７】
表８に被覆剤中の低融点化合物（Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯ）の量と継手曲げ試験の結果を示す。サブマージアーク溶接と同様に被覆剤中のＢｉ２Ｏ３が０．０１％以下、ＰｂＯが０．０５％以下で、かつこれらの総計が０．０５％以下の場合は、側曲げ試験片で欠陥が無く良好であった。一方、サブマージアーク溶接と同様に、フラックス中の低融点化合物であるＢｉ２Ｏ３が０．０１％、ＰｂＯが０．０５％をそれぞれ超え、かつその合計が０．０５％を超えると、溶接金属中に微細なマイクロクラックが発生し、曲げ試験で割れが見受けられた。
【００６８】
【表８】
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【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、フェライト単相で非磁性の健全な溶接継手を持つ溶接構造物が得られる。従って、オーステナイト系ステンレス鋼を用いて非磁性構造物を製作するに際し、健全な溶接構造物を安価に製作することが可能となる。このような構造物は、磁気の影響を避けたい構造物としてきわめて有用である。