(57)【要約】【課題】高入熱、高パス間温度条件で溶接長の短い部材の連続溶接を行った場合であっても、再熱部分の靭性の劣化を招くことのない、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。【解決手段】鋼製外皮で、金属成分と非金属成分からなるフラックスを保持したフラックス入りワイヤにおいて、該ワイヤの成分組成を、質量％で、Ｃ：0.001〜0.05％、Si：0.50〜1.2％、Mn：1.50〜3.0％、Ti：0.10〜0.30％、Ni：1.5〜5.0％、Mo：0.05〜0.30％およびＢ：0.0005〜0.0025％を含む組成にすると共に、該非金属成分を、ワイヤ全体に対して質量％で0.1〜２％の比率で含有させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮で、金属成分と非金属成分からなるフラックスを保持したフラックス入りワイヤであって、該ワイヤは、質量％で、
Ｃ：0.001〜0.05％、
Si：0.50〜1.2％、
Mn：1.50〜3.0％、
Ti：0.10〜0.30％、
Ni：1.5〜5.0％、
Mo：0.05〜0.30％および
Ｂ：0.0005〜0.0025％
を含むと共に、該非金属成分を、ワイヤ全体に対して質量％で0.1〜２％の比率で含むことを特徴とする、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】
前記フラックス中に、該フラックスに対して質量％で0.02〜２％のアーク安定剤を含有させたことを特徴とする請求項１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、軟鋼および490〜520 MPa級高張力鋼板のガスシールドアーク溶接に使用して好適なフラックス入りワイヤに関し、特に高入熱、高パス間温度で溶接した場合であっても、高強度および高靱性を得ようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼構造物の溶接には、ソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接が最も一般的な溶接方法として広く用いられているが、最近では、溶接能率向上のために、高電流、高入熱かつ高パス間温度条件で溶接が実施される傾向にある。
このような高入熱、高パス間温度条件下においては、通常、溶接金属の強度が低下するだけでなく、衝撃特性も劣化するため、最近の溶接部特性に対する要求の高度化に対応できる溶接材料が求められている。
【０００３】
溶接金属の靱性向上手段としては、従来からTi−Ｂ系溶接材料の検討が行われていて、高入熱、高パス間温度条件に適合するものとして、例えば特許文献１では、Ｃ，Si，Mn，Ti，Ｂ，Ｓを含有し、ＢとTiの比率およびＢとＳの積を規制したワイヤが、また特許文献２では、Ti，ＢおよびAl, Zrの一種以上を含有し、さらにＣ，Si，Mn，Moを所定量含むワイヤが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平10−230387号公報
【特許文献２】特開平11−90678号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のガスシールドアーク溶接用ワイヤでは、高入熱、高パス間温度条件での溶接を想定していなかったため、従来ワイヤを用いて高入熱、高パス間温度条件で、作業効率を落とさず連続的に溶接作業を続けた場合、溶接金属の機械的特性とくに強度が劣化する。
このような機械的特性の劣化を防止するためには、特許文献１，２で提案されているように、Ｃ，Si，Mn，Ti，Mo，Ｂなどの合金元素を増量する必要が生じる。
しかしながら、合金元素の添加量を増加すると、溶接長の短い部材の連続溶接を行った場合に、再熱部分の靭性が劣化するという問題が生じた。
【０００６】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、高入熱、高パス間温度条件で溶接長の短い部材の連続溶接を行った場合であっても、再熱部分の靭性の劣化を招くことのない、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さて、発明者らは、ガスシールドアーク溶接における高入熱、高パス間温度条件での溶接の特徴、溶接金属の化学組成および機械的特性等について総合的な検討を行った結果、溶接用ワイヤのＣ量を必要最小限までできるだけ低減した上で、Mo量を適正範囲に厳密に調整することにより、所期した目的が有利に達成されることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）鋼製外皮で、金属成分と非金属成分からなるフラックスを保持したフラックス入りワイヤであって、該ワイヤは、質量％で、
Ｃ：0.001〜0.05％、
Si：0.50〜1.2％、
Mn：1.50〜3.0％、
Ti：0.10〜0.30％、
Ni：1.5〜5.0％、
Mo：0.05〜0.30％および
Ｂ：0.0005〜0.0025％
を含むと共に、該非金属成分を、ワイヤ全体に対して質量％で0.1〜２％の比率で含むことを特徴とする、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【０００９】
（２）前記フラックス中に、該フラックスに対して質量％で0.02〜２％のアーク安定剤を含有させたことを特徴とする上記（１）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。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るフラックス入り溶接ワイヤを用いれば、高入熱、高パス間温度の溶接条件において、十分な溶接金属強度が得られるだけでなく、溶接長の短い部材の連続溶接を行った場合であっても、再熱部分について、板厚方向のいずれの位置においても良好な靭性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において、ワイヤの成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、このワイヤ組成は、外皮である鋼材とフラックス中の金属成分を合計したものである。また、成分に関する「％」表示は、以下実施例の鋼材の組成も含めて、特に断らない限り質量％を意味するものとする。
Ｃ：0.001〜0.05％
Ｃは、溶接金属の強度を確保する元素として、また脱酸元素として有用な成分であるが、本発明では、再熱部分の靭性の劣化を防止するために、その添加量を必要最小限に止めることが重要である。すなわち、Ｃ量が0.05％を超えると連続溶接時の再熱部の靭性が劣化するので、Ｃ量の上限は0.05％とする。一方、Ｃ量が0.001％に満たないと溶接金属の強度不足を招くので、Ｃ量の下限は0.001％とする。
【００１２】
Si：0.50〜1.2％
Siは、脱酸元素としてC02溶接やMAG溶接ワイヤには不可欠な元素であるが、含有量が0.50％未満では脱酸効果が不十分でブローホールが発生し易く、一方1.2％を超えると溶接金属中の含有量が過多となり、かえって靭性が劣化するので、Siは0.50〜1.2％とした。
【００１３】
Mn：1.50〜3.0％
Mnは、Siと共に脱酸元素として不可欠な元素であり、また溶接金属の機械的性質を向上させる有用元素でもある。しかしながら、含有量が1.50％未満では溶接金属中の含有量が不足して十分な強度、靭性を得ることが難しく、一方3.0％を超えと溶接金属中での含有量が過多となり靭性が劣化するので、Mnは1.50〜3.0％とした。
【００１４】
Ti：0.10〜0.30％
Tiは、比較的入熱の高いガスシールドアーク溶接において、アークを安定させてスパッタを減少させ、またブローホールの発生を防止させると同時に靭性を向上させる効果がある。しかしながら、含有量が0.10％未満ではその添加効果に乏しく、一方0.30％を超えて添加するとかえって靭性が劣化するため、Tiは0.10〜0.30％の範囲に限定した。
【００１５】
Ni：1.5〜5.0％
Niは、大入熱溶接金属の組織を微細化して靭性を向上させるのに有効な元素であり、次パスの再熱による靭性の劣化を生じさせない元素でもある。しかしながら、含有量が1.5％未満ではその添加効果に乏しく、一方5.0％を超えて含有されると溶接金属の高温割れ感受性が劣化するため、Niは1.5〜5.0％とした。
【００１６】
Mo：0.05〜0.30％
Moは、大入熱溶接金属の組織を微細化して靭性を向上させるのに有用な元素である。特に本発明では、前述したように、Ｃ量を必要最小限までできるだけ低減した上で、このMoを適正範囲に調整することにより、再熱部分の靭性の劣化を効果的に防止することができる。
ここに、Mo量が0.05％未満では組織の微細化による靭性の向上効果に乏しく、一方0.30％を超えて含有されると、再熱により溶接金属組織中に低温度変態組織が生成して溶接金属が硬化し、靭性の劣化を招くので、Moは0.05〜0.30％の範囲に限定した。
【００１７】
Ｂ：0.0005〜0.0025％
Ｂは、溶接金属組織において、粗大なフェライトの生成を抑制して組繊を微細化し、靭性を向上させるのに有効な元素であるが、一方で高温割れを生じ易くする不利がある。ワイヤ中のＢ含有量が0.0005％未満では、粗大フェライトの生成抑制効果が十分ではなく靭性改善効果に乏しい。一方、0.0025％を超えて含有させてもそれ以上の靭性改善効果は期待できず、むしろ割れが発生し易くなる。このため、Ｂは0.0005〜0.0025％の範囲に限定した。
【００１８】
なお、不可避的不純物元素としては、Ｎが考えられるが、これは80massppmを超えて含有されなければ、実質的に問題ない。衝撃吸収エネルギーを高くするには、50massppm以下がより好適である。
【００１９】
次に、鋼製外皮の内部に保持されるフラックスについて説明する。
本発明に用いるフラックスは、とくに制限されることはなく、通常、フラックス入りワイヤ用として用いられるフラックスいずれもが適合する。
かようなフラックスは、通常、金属成分と非金属成分とからなる。
金属成分は、ワイヤ全体の組成に応じて決定するが、鋼製外皮は加工のし易さから軟鋼、特に極低炭素鋼を選択することが多いので、その場合はフラックス中の金属成分を調整してワイヤ全体の成分組成を決定する。ワイヤ全体に対する金属成分（金属粉）の割合は、30％以下程度が好適である。
フラックス中の非金属成分は、いわゆるスラグ形成剤であり、チタン、ケイ素、アルミニウム、マグネシウムの酸化物などを適宜使用できる。また、非金属成分としては、後述するアーク安定剤を含めて用いることもできる。
【００２０】
ワイヤの製造に当たっては、軟鋼フープに組成を決定したフラックスを巻き締めて成形し、ついで伸線を行う。
この際、非金属成分の割合は、ワイヤ全体に対して質量％で0.1〜２％の比率とすることが重要である。というのは、非金属成分の割合が質量％で0.1％未満ではスラグ生成が少なくビード外観が不良となり、一方２％を超えるとスラグ巻き込みが生じるおそれが大きいからである。
【００２１】
また、上記のフラックス中に、以下に述べるように、適量のアーク安定剤を含有させることは特に有利である。
アーク安定剤：0.02〜２％（フラックスに対する比率）
フラックス入りワイヤは、ビード外観の向上、アーク安定性の向上によるスパッタの減少などにより、ソリッドワイヤに比べて格段に溶接作業性が向上する。特に、本発明のような高入熱溶接条件下で発生量が増加するスパッタを抑制するためには、アーク安定剤を添加することが好ましい。
かかるアーク安定剤としては、ケイフッ化力リウム、チタン酸カリウムなどが有利に適合するが、添加量がフラックス全体の0.02％に満たないとその添加効果に乏しく、一方２％超えて含有させるとビード外観が劣化する傾向にあるので、添加量は0.02〜２％程度とすることが好ましい。
【実施例１】
【００２２】
Ｃ：0.14％，Si：0.40％，Mn：1.46％，Ｐ：0.010％，Ｓ：0.010％，Ｎ：0.0034％，Al：0.020％，Ti：0.014％，Cr：0.02％およびMo：0.02％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になり、図１に示すような開先形状になる鋼板に対し、成分組成が表１に示す組成になるフラックス入りワイヤを用い、表２に示す溶接条件で、炭酸ガスシールドアーク溶接を行った。
使用したワイヤの鋼製外皮は極低炭素鋼製であり合金成分が少ないため、表１に示した合金成分は、ほぼ全てフラックス中の金属粉から供給した。
ワイヤ全体に対するフラックスの比率およびフラックスに対するアーク安定剤の比率を表３に示す。なお、フラックス中の非金属成分は、ケイ酸塩を主体とし、ワイヤに対して質量％で１％以下とした。
【００２３】
溶接作業に当たっては、溶接長の短い連続溶接を模擬するため、各パスは前のパスが終了してから30秒後に溶接を開始した。
上記の溶接後、図２に示す位置から、表面試験片および裏面試験片を採取し、引張強度および吸収エネルギーについて調査した。
引張試験は、引張試験片としてJIS Z 2201（金属材料引張試験片）に規定する４号試験片を用い、JIS Z 2241（金属材料引張試験方法）に準拠して実施した。引張強度は、表面および裏面のうち小さい方の値とした。
また、吸収エネルギーは、JIS Z 3111（シャルピー衝撃試験片）に規定する４号試験片を用い、JIS Z 2242（金属材料衝撃試験方法）に準拠して０℃におけるシャルピー衝撃試験での吸収エネルギーを求めた。
得られた結果を表４に示す。
【００２４】
【表１】
2005279683.tif 000002
【００２５】
【表２】
2005279683.tif 000003
【００２６】
【表３】
2005279683.tif 000004
【００２７】
【表４】
2005279683.tif 000005
【００２８】
表４に示したとおり、本発明に従う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った場合はいずれも、引張強度が 500 MPa以上でありながら、表裏面とも吸収エネルギーが88Ｊ以上と高い靭性を有する溶接金属を得ることができた。
これに対し、ワイヤの成分組成が本発明の適正範囲から逸脱した比較例はいずれも、溶接金属の靭性または引張強度が不十分であった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例における開先形状を示した図である。
【図２】表面試験片および裏面試験片の採取位置を示した図である。
【図１】
2005279683.tif 000006
【図２】
2005279683.tif 000007