(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮内にフラックスが充填されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、
ワイヤ全質量あたり、
ＴｉＯ２：３〜８質量％、
Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物の総含有量：Ｓｉ換算値の合計で０．１〜０．５質量％、
Ｃ：０．０１〜０．１５質量％、
Ｍｎ：０．５〜３．０質量％、
Ｍｏ：０．０１〜０．８０質量％、
Ｎｉ：１〜３質量％、
金属Ｍｇ及びＭｇ合金の総含有量：Ｍｇ換算値の合計で０．２〜１．０質量％、
Ｆ化合物の総含有量：Ｆ換算値の合計で０．０１０〜０．４００質量％、
Ｋ化合物の総含有量：Ｋ換算値の合計で０．０１０〜０．４００質量％、
Ｎａ化合物の総含有量：Ｎａ換算値の合計で０．００５〜０．４００質量％、
Ｂ及びＢ化合物の総含有量：Ｂ換算値の合計で０．００１〜０．００５質量、並びに、
Ｆｅ：８０質量％以上
を含有すると共に、
金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量：Ｔｉ換算値の合計で０．０１質量％以下、
金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量：Ａｌ換算値の合計で０．０５質量％以下、並びに、
Ｖ：０．０１０質量％未満、
に規制し、
残部が不可避的不純物からなり、
かつ、鋼製外皮全質量あたり、Ｔｉ：０．０１１質量％以下に規制したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】
更に、合金剤、アーク安定剤及びスラグ形成剤のうち少なくとも１種を含有する請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項３】
更に、鋼製外皮全質量あたり、Ａｌ；０．０５質量％以下に規制した請求項１または２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項４】
更に、鋼製外皮全質量あたり、Ｂ：０．００５質量％以下に規制した請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項５】
前記ワイヤ全質量あたりの金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量のＴｉ換算値を［Ｔｉ］、Ｂ及びＢ化合物の総含有量のＢ換算値を［Ｂ］、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量のＡｌ換算値を［Ａｌ］としたとき、これらの関係が下記数式を満たす請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
１０００×｛［Ｔｉ］−（［Ｂ］）０．９｝２／［Ａｌ］≦２．００
【請求項６】
更に、ワイヤ全質量あたり、Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％、ＺｒＯ２：０．０５〜１．００質量％及びＡｌ２Ｏ３：０．０１〜１．００質量％のうち少なくとも１種を含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項７】
更に、ワイヤ全質量あたり、Ｐ：０．０３０質量％以下に規制した請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項８】
更に、ワイヤ全質量あたり、Ｎｂ：０．０１０質量％未満以下に規制した請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用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、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。より詳しくは、全姿勢溶接用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。
【背景技術】
【０００２】
海洋構造物分野においては、エネルギー資源開発を進める海域の大水深化、北極海などの極限海域への資源探査・採掘域の拡大及び設備の大型化が進行している。このような技術動向を背景として、海洋構造物の設計では高強度化及び高靱性化が進み、溶接継手に対する要求性能もより厳しいものとなっている。
【０００３】
一方、溶接材料については、高能率化の観点から、全姿勢溶接用のフラックス入りワイヤが求められている。しかしながら、従来の全姿勢用のフラックス入りワイヤは、得られる溶接金属中の酸素量が高いため、これを用いてガスシールドアーク溶接した場合、溶接継手部の低温靭性を確保することが難しい。
【０００４】
また、従来、全姿勢溶接用のフラックス入りワイヤにおいて、溶接金属の低温靭性向上を目的とし、ＭｇＯの含有量とＴｉＯ２の含有量との比を特定の範囲とすると共に、スラグ造滓剤との関係を特定したものが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１には、実施例のフラックス入りワイヤを用いて溶接を行った場合、０．２％耐力が６２０ＭＰａ以上で、−６０℃でのシャルピー衝撃値が２７Ｊ以上の溶接金属が得られ、溶接作業性も良好であることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８７０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、海洋構造物などの大型構造物には、強度や低温靭性に加えて、耐高温割性も求められているが、従来のフラックス入りワイヤでは、全姿勢溶接において、全ての要求を満たす溶接金属を得ることは難しい。
【０００７】
そこで、本発明は、全姿勢溶接において、拡散水素量を抑えることによる耐低温割れ性に加えて、耐高温割れ性にも優れ、かつ−６０℃程度での低温靭性に優れた溶接金属が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスが充填されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２：３〜８質量％、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物の総含有量：Ｓｉ換算値の合計で０．１〜０．５質量％、Ｃ：０．０１〜０．１５質量％、Ｍｎ：０．５〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜０．８０質量％、Ｎｉ：１〜３質量％、金属Ｍｇ及びＭｇ合金の総含有量：Ｍｇ換算値の合計で０．２〜１．０質量％、Ｆ化合物の総含有量：Ｆ換算値の合計で０．０１０〜０．４００質量％、Ｋ化合物の総含有量：Ｋ換算値の合計で０．０１０〜０．４００質量％、Ｎａ化合物の総含有量：Ｎａ換算値の合計で０．００５〜０．４００質量％、Ｂ及びＢ化合物の総含有量：Ｂ換算値の合計で０．００１〜０．００５質量、並びにＦｅ：８０質量％以上を含有すると共に、金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量：Ｔｉ換算値の合計で０．０１質量％以下、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量：Ａｌ換算値の合計で０．０５質量％以下、並びにＶ：０．０１０質量％未満に規制し、残部が不可避的不純物からなり、かつ、鋼製外皮全質量あたり、Ｔｉ：０．０１１質量％以下に規制したものである。
このガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、更に、合金剤、アーク安定剤及びスラグ形成剤のうち少なくとも１種を含有してもよい。
このガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮全質量あたり、Ａｌ：０．０５質量％以下に規制してもよい。
更に、鋼製外皮全質量あたり、Ｂ：０．００５質量％以下に規制してもよい。
一方、ワイヤ全質量あたりの金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量のＴｉ換算値を［Ｔｉ］、Ｂ含有量を［Ｂ］、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量のＡｌ換算値を［Ａｌ］としたとき、これらの関係が下記数式１を満たす組成とすることもできる。 
【０００９】
［数１］
１０００×｛［Ｔｉ］−（［Ｂ］）０．９｝２／［Ａｌ］≦２．００ 
【００１０】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％、ＺｒＯ２：０．０５〜１．００質量％及びＡｌ２Ｏ３：０．０１〜１．００質量％のうち少なくとも１種を含有することもできる。 
また、Ｐ：０．０３０質量％以下に規制してもよい。 
更に、Ｎｂ：０．０１０質量％未満に規制してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、全姿勢溶接において、耐高温割れ性及び耐低温割れ性のいずれも優れた溶接金属を形成することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。本実施形態のフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填したものであり、その外径は、例えば０．９〜１．６ｍｍである。また、フラックス充填率は、ワイヤ中の各成分が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができるが、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点から、ワイヤ全質量の１０〜２０質量％とすることが好ましい。
【００１３】
本実施形態のフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２：３〜８質量％、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物の総含有量：Ｓｉ換算値の合計で０．１〜０．５質量％、Ｃ：０．０１〜０．１５質量％、Ｍｎ：０．５〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜０．８０質量％、Ｎｉ：１〜３質量％、金属Ｍｇ及びＭｇ合金の総含有量：Ｍｇ換算値の合計で０．２〜１．０質量％、Ｆ化合物の総含有量：Ｆ換算値の合計で０．０１〜０．４００質量％、Ｋ化合物の総含有量：Ｋ換算値の合計で０．０１〜０．４００質量％、Ｎａ化合物の総含有量：Ｎａ換算値の合計で０．００５〜０．４００質量％、Ｂ及びＢ化合物の総含有量：Ｂ換算値の合計で０．００１〜０．００５質量％を含有する。
【００１４】
また、このフラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量：Ｔｉ換算値の合計で０．０１質量％以下、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量：Ａｌ換算値の合計で０．０５質量％以下、Ｖ：０．０１０質量％未満に規制されている。なお、本実施形態のフラックス入りワイヤにおける上記以外の成分、即ち残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【００１５】
また、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、外皮成分のうち、Ｔｉを、外皮全質量あたり０．０１１質量％以下に規制している。本実施形態のフラックス入りワイヤは、ガスシールドアーク溶接に用いられ、全姿勢溶接に適用することができる。
【００１６】
次に、本実施形態のフラックス入りワイヤに含有される各成分の数値限定理由について説明する。
【００１７】
（鋼製外皮）
鋼製外皮（以下、単に外皮ということもある。）に含まれる添加元素は、フラックス内に含まれる添加元素と比較して溶融時の酸化消耗が少ないため、一般に溶接金属に与える影響が大きい。このため、酸化物を形成する各種微量元素を以下のように規制する。
【００１８】
［Ｔｉ：０．０１１質量％以下］
外皮のＴｉ含有量が０．０１１質量％を超えると、溶接時に炭化物を生成しやすくなり、溶接金属の靭性が著しく劣化する。よって、外皮に含有されるＴｉは、外皮全質量あたり０．０１１質量％以下に規制する。なお、外皮のＴｉ含有量は、溶接金属の靭性向上の観点から、外皮全質量あたり、０．０１０質量％以下とすることが好ましい。 
【００１９】
［Ａｌ：０．０５質量％以下］ 
外皮にＡｌが多く含まれていると、溶接時に酸化物を形成し、溶接金属の靭性劣化を招くことがある。このため、溶接金属の靭性劣化防止の観点から、外皮のＡｌ含有量は、外皮全質量あたり０．０５質量％以下とすることが好ましく、０．０３０質量％以下とすることがより好ましい。
【００２０】
［Ｂ：０．００５質量％以下］ 
外皮中のＢは、微量でも割れ発生の原因となる。このため、溶接金属の耐割れ性向上の観点から、外皮のＢ含有量は、外皮全質量あたり０．００５質量％以下とすることが好ましく、０．００１質量％以下とすることがより好ましい。
【００２１】
（ワイヤ全体）
［ＴｉＯ２：３〜８質量％］
ＴｉＯ２は、スラグの主成分であり、ＴｉＯ２含有量がワイヤ全質量あたり３質量％未満の場合、下向以外の姿勢（立向や上向など）での溶接が困難になり、全姿勢溶接性を確保することができなくなる。一方、ＴｉＯ２含有量がワイヤ全質量あたり８質量％を超えると、溶接金属中にＴｉＯ２が微粒子として残留し、溶接金属の靭性が劣化する。よって、ＴｉＯ２含有量は、ワイヤ全質量あたり、３〜８質量％とする。
【００２２】
［Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物の総含有量：Ｓｉ換算値で０．１〜０．５質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物のうち少なくとも１種を含有する。金属Ｓｉには、溶融池の粘性を下げる効果があり、また、溶融スラグ中では、脱酸作用により、流動性を増加させる効果があるＳｉＯ２が生成する。なお、酸化物や化合物の形態で添加されたＳｉは、溶融スラグ界面において溶融金属との酸化還元反応により還元され、溶融金属中では金属Ｓｉとして存在する。
【００２３】
ただし、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物の総含有量が、Ｓｉ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．１質量％未満の場合、溶融金属の粘性が増加し、母材へのなじみが低下すると共に、脱酸効果が不足し、溶接金属にブローホールが発生する。一方、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物の総含有量が、Ｓｉ換算値で、０．５質量％を超えると、溶接金属の強度が過度に増加し、割れが発生しやすくなる。よって、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物の総含有量は、Ｓｉ換算値で、０．１〜０．５質量％含有する。
【００２４】
［Ｃ：０．０１〜０．１５質量％］ 
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。ただし、Ｃ含有量がワイヤ全質量あたり０．０１質量％未満の場合、その効果が十分に得られず、溶接金属の耐力が低下する。一方、Ｃ含有量がワイヤ全質量あたり０．１５質量％を超えると、溶接金属にマルテンサイトが島状に生成し、靭性が劣化する。よって、Ｃ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１〜０．１５質量％とする。
【００２５】
［Ｍｎ：０．５〜３．０質量％］
Ｍｎは、溶接金属の脱酸を促進すると共に、溶接金属の靭性及び強度を高める効果がある。ただし、Ｍｎ含有量がワイヤ全質量あたり０．５質量％未満の場合、前述した効果が不足し、溶接金属にブローホールが発生したり、溶接金属の靭性が劣化する。一方、Ｍｎ含有量が、ワイヤ全質量あたり３．０質量％を超えると、溶接金属の強度が過度に増加し、割れが発生しやすくなる。よって、Ｍｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．５〜３．０質量％とする。
【００２６】
［Ｍｏ：０．０１〜０．８０質量％］
Ｍｏは、溶接金属の強度向上に寄与する元素であり、Ｍｏ含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％未満の場合、溶接金属の引張強さが不足する。一方、Ｍｏ含有量が、ワイヤ全質量あたり０．８０質量％を超えると、溶接金属の強度が過度に増加し、割れが発生しやすくなる。よって、Ｍｏ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１〜０．８０質量％とする。
【００２７】
［Ｎｉ：１〜３質量％］
Ｎｉは、溶接金属の靭性確保に寄与する元素であり、Ｎｉ含有量が、ワイヤ全質量あたり１質量％未満の場合、溶接金属の靭性が劣化する。一方、Ｎｉ含有量が、ワイヤ全質量あたり３質量％を超えると、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。よって、Ｎｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１〜３質量％とする。
【００２８】
［金属Ｍｇ及びＭｇ合金の総含有量：Ｍｇ換算値で０．２〜１．０質量％］
Ｍｇは、脱酸作用のある元素であり、本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｍｇ源として金属Ｍｇ及びＭｇ合金のうち少なくとも１種を含有する。ただし、金属Ｍｇ及びＭｇ合金の総含有量が、Ｍｇ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．２質量％未満の場合、脱酸不足となり、溶接金属にブローホールが発生したり靭性が劣化する。一方、金属Ｍｇ及びＭｇ合金の総含有量が、Ｍｇ換算値で、ワイヤ全質量あたり１．０質量％を超えると、溶接金属の強度が過度に増加し、割れが発生しやすくなる。
【００２９】
よって、Ｍｇ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２〜１．０質量％とする。なお、ここで規定する金属Ｍｇ及びＭｇ合金の総含有量は、王水処理して測定した酸可溶性Ｍｇの量から算出した値である。
【００３０】
［Ｆ化合物の総含有量：Ｆ換算値で０．０１０〜０．４００質量％］
Ｆ化合物は、溶接時に水素（Ｈ）と結合してＨＦを形成し、溶接金属の拡散水素量を低減する効果があり、本実施形態のフラックス入りワイヤは、１種又は２種以上のＦ化合物を含有する。本実施形態のフラックス入りワイヤに添加されるＦ化合物の具体例としては、ＣａＦ、ＢａＦ２、ＮａＦ、Ｋ２ＳｉＦ６、ＳｒＦ２、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＬｉＦなどが挙げられる。尚、Ｋ２ＳｉＦ６において、Ｋ２はＫ化合物のＫ換算値に、ＳｉはＳｉ化合物のＳｉ換算値に、Ｆ６はＦ化合物のＦ換算値に換算される。
【００３１】
ただし、Ｆ化合物の総含有量が、Ｆ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％未満の場合、溶接金属の拡散水素量が増加し、低温割れが発生しやすくなる。一方、Ｆ化合物の総含有量が、Ｆ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．４００質量％を超えると、ワイヤが吸湿しやすくなるため、溶接金属の拡散水素量が増加し、低温割れが発生しやすくなる。よって、Ｆ化合物の総含有量は、Ｆ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．０１０〜０．４００質量％とする。
【００３２】
［Ｋ化合物の総含有量：Ｋ換算値で０．０１０〜０．４００質量％］
Ｋは、アークを安定させる効果があり、本実施形態のフラックス入りワイヤは、１種又は２種以上のＫ化合物を含有する。本実施形態のフラックス入りワイヤに添加されるＫ化合物の具体例としては、Ｋ２Ｏ、ＫＦ、Ｋ２ＳｉＦ６などが挙げられる。尚、ＫＦのＫはＫ化合物のＫ換算値に、ＦはＦ化合物のＦ換算値に換算される。また、Ｋ２ＳｉＦ６については、上記のとおりである。
【００３３】
ただし、Ｋ化合物の総含有量が、Ｋ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％未満の場合、前述した効果が不十分となり、アークが不安定になる。一方、Ｋ化合物の総含有量が０．４００質量％を超えると、アークは安定するが、ワイヤの耐吸湿性が低下するため、溶接金属の拡散水素量が増加し、低温割れが発生しやすくなる。よって、Ｋ化合物の総含有量は、Ｋ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．０１０〜０．４００質量％とする。
【００３４】
［Ｎａ化合物の総含有量：Ｎａ換算値で０．００５〜０．４００質量％］
Ｎａは、前述したＫと同様に、アークを安定させる効果があり、本実施形態のフラックス入りワイヤは、１種又は２種以上のＮａ化合物を含有する。本実施形態のフラックス入りワイヤに添加されるＮａ化合物の具体例としては、ＮａＦ、Ｎａ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３などが挙げられる。尚、ＮａＦのＮａはＮａ化合物のＮａ換算値に、ＦはＦ化合物のＦ換算値に換算される。
【００３５】
ただし、Ｎａ化合物の総含有量が、Ｎａ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．００５質量％未満の場合、前述した効果が不十分となり、アークが不安定になる。一方、Ｎａ化合物の総含有量が、Ｎａ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．４００質量％を超えると、アークは安定するが、ワイヤの耐吸湿性が低下するため、溶接金属の拡散水素量が増加し、低温割れが発生しやすくなる。よって、Ｎａ化合物の総含有量は、Ｎａ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．００５〜０．４００質量％とする。
【００３６】
［Ｂ及びＢ化合物の総含有量：Ｂ換算値で０．００１〜０．００５質量％］
Ｂは、旧オーステナイト（γ）粒界に偏析し、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。ただし、Ｂ及びＢ化合物の総含有量が、Ｂ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．００１質量％未満の場合、その効果が十分に得られない。一方、Ｂ及びＢ化合物の総含有量が、Ｂ換算値で、ワイヤ全質量あたり、０．００５質量％を超えると、溶接金属に高温割れ（凝固割れ）が発生しやすくなる。よって、Ｂ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．００１〜０．００５質量％とする。なお、Ｂ及びＢ化合物の総含有量は、耐高温割れ性向上の観点から、ワイヤ全質量あたり、Ｂ換算値で、０．００４質量％以下とすることが好ましい。なおＢ化合物としてはＦｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｂ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３を含む複合酸化物などが挙げられる。
【００３７】
［金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量：Ｔｉ換算値で０．０１質量％以下］
Ｔｉは、金属又は合金の形態、及び酸化物や金属間化合物などの化合物の形態で添加される。しかしながら、Ｔｉ源のうち、金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量が、Ｔｉ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉ量が増加するため、再熱部においてＴｉＣが析出し、靭性が低下する。よって、金属又は合金の形態で添加されるＴｉの総含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以下に規制する。なお、溶接金属の靭性向上の観点から、金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量は、ワイヤ全質量あたり０．００４質量％以下とすることが好ましい。
【００３８】
［金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量：Ａｌ換算値で０．０５質量％以下］
Ａｌは、金属又は合金の形態、及び酸化物や金属間化合物などの化合物の形態で添加されるが、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量が、Ａｌ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．０５質量％を超えると、溶接金属中に粗大な酸化物が多数生成し、靭性が劣化する。よって、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量は、Ａｌ換算値で、ワイヤ全質量あたり０．０５質量％以下に規制する。なお、溶接金属の靭性向上の観点から、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０３０質量％以下とすることが好ましい。
【００３９】
［Ｖ：０．０１０質量％未満］ 
Ｖは、粒界に偏析し、粒界破壊の原因となる元素であり、Ｖ含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０１０質量％以上の場合、溶接金属の靭性が劣化する。よって、Ｖ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１０質量％未満に規制する。なお、溶接金属の靭性向上の観点から、Ｖ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．００５質量％以下とすることが好ましい。
【００４０】
［残部］
本実施形態のフラックス入りワイヤの成分組成における残部は、Ｆｅ、並びにＣｕ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｌｉなどの合金剤及びその化合物、並びにアーク安定剤やスラグ形成剤、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓなどの不可避的不純物である。なお、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、ＯやＮも含まれる。また、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、溶着量を確保する観点から、Ｆｅを、ワイヤ全質量あたり、８０質量％以上含有する。
【００４１】
［Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％］ 
Ｓは、溶接金属の靭性を低下させるため、一般には、その含有量を低減する規制元素として扱われているが、ビード止端部のなじみをよくする効果があるため、積極的に添加することもできる。ただし、Ｓ含有量がワイヤ全質量あたり０．００５質量％未満の場合、前述した効果が得られず、ビードのなじみ性が低下する。一方、Ｓ含有量がワイヤ全質量あたり０．０３０質量％を超えると、溶接金属の耐高温割れ性が低下する。よって、Ｓを添加する場合は、その含有量がワイヤ全質量あたり０．００５〜０．０３０質量％になるようにする。
【００４２】
［ＺｒＯ２：０．０５〜１．００質量％］
ＺｒＯ２は、ビード形状を向上させる効果があるため、必要に応じて添加することができる。ただし、ＺｒＯ２含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０５質量％未満の場合、前述した効果が十分に得られない。一方、ＺｒＯ２含有量が、ワイヤ全質量あたり１．００質量％を超えると、ビード形状が凸になる。よって、ＺｒＯ２を添加する場合は、その含有量がワイヤ全質量あたり０．０５〜１．００質量％になるようにする。
【００４３】
［Ａｌ２Ｏ３：０．０１〜１．００質量％］
Ａｌ２Ｏ３は、ビード形状を向上させる効果があるため、必要に応じて添加することができる。ただし、Ａｌ２Ｏ３含有量が、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％未満の場合、前述した効果が十分に得られない。一方、Ａｌ２Ｏ３含有量が、ワイヤ全質量あたり１．００質量％を超えると、ビードのなじみ性が低下する。よって、Ａｌ２Ｏ３を添加する場合は、その含有量がワイヤ全質量あたり０．０１〜１．００質量％になるようにする。
【００４４】
［Ｐ：０．０３０質量％以下］ 
Ｐは、不可避的不純物であるが、Ｐ含有量がワイヤ全質量あたり０．０３０質量％を超えると、溶接金属の耐高温割れ性が低下することがある。よって、Ｐ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０３０質量％以下に規制することが好ましい。
【００４５】
［Ｎｂ：０．０１０質量％未満］
Ｎｂは、合金剤であるが、粒界に偏析しやすいため、Ｎｂ含有量が０．０１０質量％以上になると、粒界破壊が起こりやすくなり、溶接金属の靭性劣化を招く。よって、Ｎｂ含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１０質量％未満にすることが好ましい。
【００４６】
［Ｔｉ−Ｂ−Ａｌの関係］ 
更に、本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌの各元素の含有量の関係が、下記数式２を満たすことが好ましい。下記数式２における［Ｔｉ］はワイヤ全質量あたりの金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量のＴｉ換算値であり、［Ｂ］はワイヤ全質量あたりのＢおよびＢ化合物の総含有量のＢ換算値、［Ａｌ］はワイヤ全質量あたりの金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量のＡｌ換算値である。 
【００４７】
［数２］
１０００×｛［Ｔｉ］−（［Ｂ］）０．９｝２／［Ａｌ］≦２．００
【００４８】
Ｔｉ、Ｂ、Ａｌの各元素の含有量の関係が上記数式２を満たす組成にすることにより、溶接金属のシャルピー衝撃値が向上すると共に、耐高温割れ性を向上させることができる。
【００４９】
以上詳述したように、本実施形態のフラックス入りワイヤは、ワイヤの成分組成を特定すると共に、外皮中のＴｉ含有量を規制しているため、低温割れの原因となる溶接金属の拡散水素量を低減すると共に、耐高温割れ性を向上させることができる。その結果、全姿勢溶接において、耐低温割れ性及び耐高温割れ性の両方に優れた溶接金属が得られる。
【００５０】
［製造方法］
本実施形態のフラックス入りワイヤの製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。外皮を構成する鋼帯を、長手方向に送りながら成形ロールにより成形し、Ｕ字状のオープン管にする。所定の化学組成となるように、酸化物と、金属又は合金と、Ｆｅ粉などとを所要量配合したフラックスを外皮に充填した後、断面が円形になるように加工する。その後、冷間加工により伸線し、例えば１．０〜２．０ｍｍのワイヤ径とする。なお、冷間加工途中に焼鈍を施してもよい。
【実施例】
【００５１】
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、成分組成が下記表１に示す範囲にある炭素鋼により形成した管状の外皮（直径１．２ｍｍ）にフラックスを充填し、実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを作製した。なお、下記表１に示す外皮成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。その際、フラックスの充填率は、ワイヤ全質量あたり、１２．５〜１４．５質量％の範囲になるようにした。
【００５２】
【表１】
0006438371.tif 000002
【００５３】
下記表２及び表３に、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤの外皮に含まれるＴｉ、Ａｌ及びＢの量、並びにワイヤ全体の成分組成を示す。なお、下記表２及び表３に示すワイヤ成分の残部は不可避的不純物である。また、Ｍｇ、Ｔｉ、Ａｌのｓは，「ｓｏｌｕｂｌｅ」、つまり酸溶解性のものを意味し、例えば、ｓ．Ｍｇは金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値を示す。また、Ｆ（Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ）は、「１０００×｛［Ｔｉ］−（［Ｂ］）０．９｝２／［Ａｌ］」の値を示す。
【００５４】
【表２】
0006438371.tif 000003
【００５５】
【表３】
0006438371.tif 000004
【００５６】
次に、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して、下記表４に示す母材に対して、ガスアーク溶接を行った。なお、下記表４に示す母材組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【００５７】
【表４】
0006438371.tif 000005
【００５８】
また、溶接条件は、以下の通りである。
・シールドガス:８０％Ａｒ−２０％ＣＯ２、２５リットル/分
・ワイヤ径：φ１．２
・溶接姿勢：下向
・開先形状：２０°Ｖ
・開先ギャップ：１６ｍｍ
・溶接電流：２８０Ａ
・アーク電圧：２９Ｖ
・溶接速度：３５０ｍｍ／分
・溶接入熱：１．４ｋＪ／ｍｍ 
【００５９】
そして、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用したガスアーク溶接により得られた溶接金属について、以下に示す方法で、機械的性質、拡散水素量及び耐高温割れ性を評価した。
【００６０】
＜機械的性質＞
溶接金属の機械的性質は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した引張試験及び衝撃試験により評価した。その結果、低温靭性については、−６０℃の衝撃値が４７Ｊ以上、−４０℃の衝撃値が６９Ｊ以上であったものを合格とした。また、０．２％耐力は６９０ＭＰａ以上であったものを合格とした。更に、引張強度ＴＳは、７７０〜９３０ＭＰａの範囲であったものを合格とした。
【００６１】
＜拡散水素量＞
溶接金属の拡散水素量の評価は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に準拠した方法により行った。その結果、拡散性水素量が４ｍｌ／１００ｇ以下のものを合格とした。
【００６２】
＜耐高温割れ性＞
ＪＩＳ  Ｚ  ３１５５に規定される「Ｃ形ジグ拘束突合せ溶接割れ試験方法」に基づいて行った。その際、溶接条件は、電流２００Ａ、電圧２０Ｖ、速度２００ｍｍ／分とした。評価は、割れ率が１０％以下のものを○、１０％を超え３０％未満のものを△、３０％以上のものを×とし、×のものを実施不可と判断した。
【００６３】
＜溶接作業性＞
一方、溶接作業性は、上記表３に示す母材に対して、立向上進すみ肉溶接を行い、母材とビード間のなじみ、ビード断面形状により評価した。その結果、立向上進溶接が可能でかつ溶接後のビード表面が滑らかである場合を○、立向上進溶接が可能であるが溶接後のビード表面が大きく凹凸が発生した場合を△、スラグ又は溶融金属が垂れ落ちて溶接ができなかった場合又は溶着量不足によりビード表面が大きく凹形形状を呈した場合を×とした。 
【００６４】
溶接条件は、以下の通りである。
・シールドガス：８０％Ａｒ−２０％ＣＯ２、２５リットル／分
・ワイヤ径：φ１．２
・開先ギャップ：０ｍｍ
・溶接電流：２２０Ａ
・アーク電圧：２４Ｖ
・溶接速度：１５０ｍｍ／分
・ウィービング幅：１０ｍｍ
・溶接入熱：２．１ｋＪ／ｍｍ 
【００６５】
以上の結果を、下記表５にまとめて示す。 
【００６６】
【表５】
0006438371.tif 000006
【００６７】
上記表５に示すように、外皮におけるＴｉ含有量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．４２のフラックス入りワイヤは低温靱性に劣っていた。ＴｉＯ２含有量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．４３のフラックス入りワイヤは、溶接金属の低温靭性が劣っていた。一方、ＴｉＯ２含有量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．４４のフラックス入りワイヤは、溶融金属の垂れが発生し、溶接作業性が劣化した。総Ｓｉ量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．４５のフラックス入りワイヤは、溶接金属の強度が過剰であった。一方、総Ｓｉ量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．４６のフラックス入りワイヤは、ビードのなじみが劣化し、低温靭性も劣っていた。
【００６８】
Ｃ含有量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．４７のフラックス入りワイヤは、溶接金属の低温靭性及び強度が劣っていた。一方、Ｃ含有量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．４８のフラックス入りワイヤは、溶接金属の０．２％耐力が劣っていた。Ｍｎ含有量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．４９のフラックス入りワイヤは、溶接金属の強度が過剰となり、０．２％耐力も劣っていた。一方、Ｍｎ含有量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．５０のフラックス入りワイヤは、溶接金属の低温靭性が劣っていた。
【００６９】
Ｍｏ含有量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．５１のフラックス入りワイヤは、溶接金属の強度が過剰であった。一方、Ｍｏ含有量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．５２のフラックス入りワイヤは、溶接金属の強度が不足した。Ｎｉ含有量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．５３のフラックス入りワイヤは、溶接金属の耐高温割れ性が劣っていた。一方、Ｎｉ含有量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．５４のフラックス入りワイヤは、溶接金属の低温靭性が劣っていた。
【００７０】
総Ｍｇ量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．５５のフラックス入りワイヤは、溶接金属の強度が過剰であった。一方、総Ｍｇ量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．５６のフラックス入りワイヤは、溶接金属の低温靭性が劣っていた。総Ｆ量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．５７のフラックス入りワイヤ、総Ｆ量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．５８のフラックス入りワイヤ、総Ｋ量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．５９のフラックス入りワイヤは、いずれも溶接金属の拡散水素量が多かった。
【００７１】
総Ｋ量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．６０のフラックス入りワイヤは、アークが不安定であった。総Ｎａ量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．６１のフラックス入りワイヤは、溶接金属の拡散水素量が多かった。一方、総Ｎａ量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．６２のフラックス入りワイヤは、アークが不安定であった。
【００７２】
Ｂ含有量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．６３のフラックス入りワイヤは、溶接金属の耐高温割れ性が劣っていた。一方、Ｂ含有量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．６４のフラックス入りワイヤ、金属Ｔｉ量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．６５のフラックス入りワイヤ、金属Ａｌ量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．６６のフラックス入りワイヤは、いずれも溶接金属の低温靭性が劣っていた。 
【００７３】
Ｆｅ含有量が本発明の範囲に満たない比較例のＮｏ．６７のフラックス入りワイヤは、溶接金属の低温靭性が劣っており、更に溶着量も不足し、ビード形状が大きく凹形を呈した。また、Ｖ含有量が本発明の範囲を超えている比較例のＮｏ．６８のフラックス入りワイヤは、溶接金属の低温靭性が劣っていた。
【００７４】
これに対して、本発明の実施例であるＮｏ．１〜４１のフラックス入りワイヤは、全ての評価において優れていた。
【００７５】
本発明に係る実施形態は、以下のような構成をとることができる。
［１］鋼製外皮内にフラックスが充填されたガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤであって、ワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ２：３〜８質量％、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物及びＳｉ化合物の総含有量：Ｓｉ換算値の合計で０．１〜０．５質量％、Ｃ：０．０１〜０．１５質量％、Ｍｎ：０．５〜３．０質量％、Ｍｏ：０．０１〜０．８０質量％、Ｎｉ：１〜３質量％、金属Ｍｇ及びＭｇ合金の総含有量：Ｍｇ換算値の合計で０．２〜１．０質量％、Ｆ化合物の総含有量：Ｆ換算値の合計で０．０１０〜０．４００質量％、Ｋ化合物の総含有量：Ｋ換算値の合計で０．０１０〜０．４００質量％、Ｎａ化合物の総含有量：Ｎａ換算値の合計で０．００５〜０．４００質量％、Ｂ及びＢ化合物の総含有量：Ｂ換算値の合計で０．００１〜０．００５質量％、並びに、Ｆｅ：８０質量％以上を含有すると共に、金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量：Ｔｉ換算値の合計で０．０１質量％以下、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量：Ａｌ換算値の合計で０．０５質量％以下、並びに、Ｖ：０．０１０質量％未満に規制し、かつ、鋼製外皮全質量あたり、Ｔｉ：０．０１１質量％以下に規制したガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［２］更に、前記鋼製外皮全質量あたり、Ａｌ：０．０５質量％以下に規制した［１］に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［３］更に、前記鋼製外皮全質量あたり、Ｂ：０．００５質量％以下に規制した［１］又は［２］に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［４］前記ワイヤ全質量あたりの金属Ｔｉ及びＴｉ合金の総含有量のＴｉ換算値を［Ｔｉ］、Ｂ及びＢ化合物の総含有量のＢ換算値を[Ｂ]、金属Ａｌ及びＡｌ合金の総含有量のＡｌ換算値を［Ａｌ］としたとき、これらの関係が下記数式を満たす［１］〜［３］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
１０００×｛［Ｔｉ］−（［Ｂ］）０．９｝２／［Ａｌ］≦２．００
［５］更に、ワイヤ全質量あたり、Ｓ：０．００５〜０．０３０質量％、ＺｒＯ２：０．０５〜１．００質量％及びＡｌ２Ｏ３：０．０１〜１．００質量％のうち少なくとも１種を含有する［１］〜［４］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［６］更に、ワイヤ全質量あたり、Ｐ：０．０３０質量％以下に規制した［１］〜［５］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［７］更に、ワイヤ全質量あたり、Ｎｂ：０．０１０質量％未満に規制した［１］〜［６］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【００７６】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、全姿勢溶接が可能であり、海洋構造物などの大型構造物における溶接に有用である。