(57)【要約】    【課題】  溶接金属のマルテンサイト開始温度を低くして疲労強度を上げ、ビードの高温割れを防止し、溶接金属の機械的特性を適正化し、更に、アーク安定及びスラグ物性適正化により良好なビード形状を得ることができる低水素系被覆アーク溶接棒を提供する。    【解決手段】  鋼心線全質量あたりＣ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｍｎ：２質量％以下、Ｎｉ：５乃至１４質量％、Ｃｒ：５乃至１４質量％、Ｏ：２０乃至２００質量ｐｐｍ、Ｎ：２００質量ｐｐｍ以下を含有し、Ｐ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成の銅心線に、被覆剤全質量あたり金属炭酸塩：３０乃至６０質量％、金属フッ化物：１０乃至３０質量％を含有する組成の被覆剤を、溶接棒全質量に対する被覆剤の割合が２５乃至４５質量％になるように被覆して、低水素系被覆アーク溶接棒にする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼心線の周囲に被覆剤を塗布した低水素系被覆アーク溶接棒において、前記鋼心線は、鋼心線全質量あたり、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｍｎ：２質量％以下、Ｎｉ：５乃至１４質量％、Ｃｒ：５乃至１４質量％、Ｏ：２０乃至２００質量ｐｐｍ、Ｎ：２００質量ｐｐｍ以下を含有し、Ｐ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、前記被覆剤は、被覆剤全質量あたり、金属炭酸塩：３０乃至６０質量％、金属フッ化物：１０乃至３０質量％を含有する組成を有し、溶接棒全質量に対する前記被覆剤の割合が２５乃至４５質量％であることを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項２】
前記被覆剤にＮｉ及びＮｉ合金が含まれていない場合、前記鋼心線は、Ｎｉの含有量が鋼心線全質量あたり８質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項３】
前記被覆剤にＣｒ及びＣｒ合金が含まれていない場合、前記鋼心線は、Ｃｒの含有量が鋼心線全質量あたり８質量％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項４】
粒径が３５０μｍ以下の被覆剤の含有量が、被覆剤全質量の８０質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項５】
粒径が１０μｍ以下の被覆剤の含有量が、被覆剤全質量の１５乃至４５質量％であることを特徴とする請求項４に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼心線の周囲に被覆剤を塗布した低水素系被覆アーク溶接棒に関し、特に、全姿勢溶接用の低水素系被覆アーク溶接棒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接構造物の疲労強度を改善する方法としては、溶接継手部の形状を滑らかにすることにより、溶接継手部に応力が集中して亀裂が発生することを防止する方法が知られている。前記溶接継手部の形状を滑らかにする具体的な方法としては、グラインダーにより溶接ビードの形状を整えたり、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）により補修溶接を行ったりする方法等が提案されている。また、溶接物の疲労強度を改善するためのその他の方法として、オーステナイトからマルテンサイトに変態が開始する温度（Ｍｓ点）を低下させることにより、残留応力を低減させる方法が報告されている（例えば、特許文献１乃至３及び非特許文献１乃至４参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載の低水素系被覆アーク溶接棒においては、鋼心線におけるＣ、Ｍｎ及びＮの含有量を規定し、且つ溶接棒全体におけるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶの含有量を規定している。また、被覆剤に金属炭酸塩、金属フッ化物、アーク安定剤、スラグ生成剤及び粘結剤を添加することにより、溶接部に発生する残留応力を低減している。これにより、応力割れ特性、脆性破壊特性及び疲労特性を改善することができる。
【０００４】
また、特許文献２に記載の溶接継手は、Ｃ：０．０１乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．１乃至１．６質量％、Ｍｎ：０．５乃至２．０質量％、Ｐ：０．０１質量％以下、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｎｂ：０．０５乃至０．３０質量％、Ａｌ：０．００１乃至０．０５０質量％、Ｔｉ：０．００１乃至０．０５０質量％、Ｍｇ：０．０００２乃至０．００６０質量％、Ｏ：０．０００１乃至０．００８０質量％、Ｎ：０．００２乃至０．００８質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｃｅｑ：０．４５質量％以下、Ｐｃｍ：０．２質量％以下を満たし、粒径が０．００２乃至５．０００μｍの炭化物、窒化物及び酸化物の単独又は複合粒子の少なくとも１種類を鋼中に分散することにより、溶接熱影響組織における旧γ粒径が溶接入熱によらず１０乃至２００μｍである高張力鋼により構成されており、また、Ｍｓ点が１５０乃至３５０℃の溶接金属により、その溶接部の最終パスが形成されるため、溶接熱影響部靱性及び疲労特性を向上させることができる。
【０００５】
更に、特許文献３に記載の溶接継手は、溶接材料を使用して構造物用の低合金鉄鋼材料同士を溶接するための溶接継手であり、溶接金属のＭｓ点を１２０乃至４００℃とし、且つ溶接止端部における応力集中係数Ｋｔ値を１．３乃至２．８にしている。これにより、通常の溶接を行った後に止端処理、急冷処理又は複雑な溶接等を施さずに、疲労強度を向上させることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６３２８７号公報  （第３−６頁）
【特許文献２】特開２００２−３０９３３９号公報  （第４−１３頁）
【特許文献３】特開２００２−３６１４８５号公報  （第３−７頁、第１図）
【非特許文献１】村田博隆、他２名，「応力緩和におよぼす合金元素および変態温度の影響」，溶接学会論文集，１９９１年，第９巻，第１号，ｐ．１６０−１６７
【非特許文献２】村田博隆、他２名，「溶接残留応力におよぼす相変態の影響」，溶接学会全国大会講演概要集，１９９２年１０月，第５１集，ｐ．２７８−２７９
【非特許文献３】社団法人日本鋼鉄協会編，「溶接鋼の疲労強度向上に関する基礎検討」，１９９５年１１月２７日，ｐ．７９−１００
【非特許文献４】久保高広、他５名，「低変態温度溶接材料を用いた溶接継手の疲労強度向上」，ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ，２０００年，第１３巻，ｐ．４２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の従来の技術は疲労強度に問題がある。例えば、橋梁等の溶接構造物は全姿勢溶接により製造されるため、特に溶接が困難な立向及び上向溶接を行った場合においてもビード形状が良好であることが求められているが、前述の特許文献１乃至３及び非特許文献１乃至４では、溶接姿勢は考慮されていないか、又は下向溶接を主体としている。仮に、Ｍｓ点を考慮した疲労強度改善を目的として被覆アーク溶接棒を設計したとしても、実際の溶接施工において、ビード形状が良好でなければ、最終的に疲労強度を改善することは不可能である。
【０００８】
また、合金を多量に含有する被覆アーク溶接棒は、立向及び上向溶接の場合、ビード形状が凸状になりやすく、凝固偏析が生じて高温割れが発生しやすいという問題もある。更に、心線に合金を多量に含有する被覆アーク溶接棒は、心線の電気抵抗が大きいため、溶接中に心線が発熱し、心線の周りに塗布された被覆剤中の炭酸塩が分解してシールド不良になったり、又は、被覆剤が高温に曝されることにより軟化して保護層の形成が困難になったりする現象、即ち、棒焼けが発生する。これらの現象が過度に生じた場合、ビード形状が劣化するばかりでなく、溶接作業を行うことができなくなり、１本の溶接棒の半分以上を廃棄しなければならならず、溶接費用が大幅に増加する。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接金属のマルテンサイト開始温度を低くして疲労強度を上げ、ビードの高温割れを防止し、溶接金属の機械的特性を適正化し、更に、アーク安定及びスラグ物性適正化により良好なビード形状を得ることができる低水素系被覆アーク溶接棒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、鋼心線の周囲に被覆剤を塗布した低水素系被覆アーク溶接棒において、前記鋼心線は、鋼心線全質量あたり、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｍｎ：２質量％以下、Ｎｉ：５乃至１４質量％、Ｃｒ：５乃至１４質量％、Ｏ：２０乃至２００質量ｐｐｍ、Ｎ：２００質量ｐｐｍ以下を含有し、Ｐ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、前記被覆剤は、被覆剤全質量あたり、金属炭酸塩：３０乃至６０質量％、金属フッ化物：１０乃至３０質量％を含有する組成を有し、溶接棒全質量に対する前記被覆剤の割合が２５乃至４５質量％であることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、鋼心線及び被覆剤に前述の特徴を付与せしめることにより、溶接金属のマルテンサイト開始温度を低くして疲労強度を上げること、ビードの高温割れを防止すること、溶接金属の機械的特性を適正化すること、また、アーク安定及びスラグ物性適正化により良好なビード形状を得ることができる。
【００１２】
前記被覆剤にＮｉ及びＮｉ合金が含まれていない場合、前記鋼心線は、Ｎｉの含有量が鋼心線全質量あたり８質量％以上であることが好ましい。また、前記被覆剤にＣｒ及びＣｒ合金が含まれていない場合、前記鋼心線は、Ｃｒの含有量が鋼心線全質量あたり８質量％以上であることが好ましい。これにより、アークが安定化して、溶接合金における凝固偏析及び高温割れを防ぐことができる。
【００１３】
また、粒径が３５０μｍ以下の被覆剤の含有量は、被覆剤全質量の８０質量％以下であることが好ましく、更に、１０μｍ以下の被覆剤の含有量が、被覆剤全質量の１５乃至４５質量％であることがより好ましい。これにより、被覆剤がアーク熱により完全に分解又は溶解するため、凝固偏析及び高温割れを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、鋼心線におけるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｏ、Ｎ、Ｐ及びＳの含有量並びに被覆剤における金属炭酸塩及び金属フッ化物の含有量を適切な範囲に規定し、前記被覆剤により前記鋼心線を被覆する被覆率を２５乃至４５質量％にすることにより、溶接金属のＭｓ点を低くして高温割れを防止し、溶接金属の機械的特性を適正化することができる。また、アークを安定化し、スラグの物性を適正化することができるため、良好なビード形状を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明者等は、上述した技術課題を解決するために鋭意実験研究を行い、以下に示す知見を得た。先ず、疲労強度を改善するため、鋼心線及び被覆剤の成分について検討を行った結果について説明する。溶接によって生成した溶接金属は、凝固点から温度が低下するに従い収縮するが、マルテンサイト変態が始まると膨張に転ずる。そこで、室温において、溶接金属をマルテンサイト変態開始時よりも膨張している状態にすることにより、溶接部に圧縮残留応力を付与することができ、疲労強度を改善することができる。但し、室温において溶接部に圧縮残留応力を付与できるのは、Ｍｓ点が３００℃以下の場合である。また、溶接金属の成分がＭｓ点に及ぼす影響は、下記数式１により与えられる。なお、下記数式１における［Ｃｒ］、［Ｎｉ］、［Ｍｎ］、［Ｓｉ］、［Ｃ］及び［Ｎ］は、夫々Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃ及びＮの質量％を示す。
【００１６】
【数１】
2005040845.tif 000002
【００１７】
本発明者等は、化学成分に対する係数は必ずしも上記数式１とは一致しないが、Ｎｉ及びＣｒはＭｓ点に大きな影響を与えていることを見出した。そこで、本発明の低水素系被覆アーク溶接棒においては、Ｎｉ及びＣｒは必須成分にする。
【００１８】
次に、溶接作業性を改善するための被覆剤の検討及び試験の結果について説明する。Ｎｉ及びＣｒを含有する鋼心線を使用した被覆アーク溶接棒における溶接合金は、軟鋼心線を使用した被覆アーク溶接棒に比べて高温割れが発生しやすいという問題がある。このため、従来は、鋼心線におけるＰ及びＳの含有量を低減することにより、高温割れの発生を抑制していた。本発明者等は、前述の方法に加えて、被覆剤に添加する合金剤も低減し、少なくとも溶接金属の主成分であるＮｉ及びＣｒは被覆剤に添加せず、鋼心線のみに含有させることにより、溶接合金の凝固偏析を減少させることができることを見出した。これにより、高温割れを低下させることができる。
【００１９】
更に、Ｎｉ及びＣｒを含有する鋼心線を使用した被覆アーク溶接棒は、軟鋼心線を使用した被覆アーク溶接棒に比べて棒焼けが起こりやすく、溶滴が粗大化する（アークが不安定になる）という問題点もある。特に、立向及び上向溶接においては、ビード形状が凸状になりやすい。そこで、本発明者等は、Ｎｉ及びＣｒを含有する合金鋼心線を使用した被覆アーク溶接棒における心線の酸素量と溶滴移行状態との関係を調べた。その結果、酸素量が特定の範囲においては、溶滴が小粒で安定することを見出した。更には、被覆剤の粒度構成、特に、微粒を特定の範囲に規定することにより、棒焼けを抑制することができることも見出した。
【００２０】
そこで、本発明の低水素系被覆アーク溶接棒においては、鋼心線を、鋼心線全質量あたり、Ｃ：０．０５質量％以下、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｍｎ：２質量％以下、Ｎｉ：５乃至１４質量％、Ｃｒ：５乃至１４質量％、Ｏ：２０乃至２００質量ｐｐｍ、Ｎ：２００質量ｐｐｍ以下を含有し、Ｐ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成にする。また、被覆剤を、被覆剤全質量あたり、金属炭酸塩：３０乃至６０質量％、金属フッ化物：１０乃至３０質量％を含有する組成にする。そして、溶接棒全質量に対して、前述の被覆剤を２５乃至４５質量％の割合で被覆する。
【００２１】
本発明においては、鋼心線及び被覆剤の組成を前述の範囲にすることにより、高温ではオーステナイト相であるが、常温ではマルテンサイト相になる溶接金属が得られる。この溶接金属は、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）が低いため、オーステナイト相が低温まで安定する。
【００２２】
次に、本発明の低水素系被覆アーク溶接棒における各成分の添加理由及び組成限定理由ついて説明する。先ず、鋼心線の組成について説明する。
【００２３】
Ｃ：０．０５質量％以下
Ｃは、溶接金属の強度を確保し、且つオーステナイト相を安定化するために必要であるが、含有量が０．０５質量％を超えると強度が高くなりすぎて、高温割れが発生する。このため、Ｃの含有量は０．０５質量％以下にする。
【００２４】
Ｓｉ：０．６質量％以下
Ｓｉは、溶接金属を母材になじみやすくし、また、脱酸剤として過剰なＯと結合してこれを無害化する働きがあるが、その含有量が０．６質量％を超えると凝固割れが発生する。このため、Ｓｉの含有量は０．６質量％以下にする。
【００２５】
Ｍｎ：２質量％以下
Ｍｎは、溶接金属の強度を確保し、オーステナイト相を安定化させ、また、脱酸剤として過剰なＯと結合してこれを無害化する働きがあるが、その含有量が２質量％を超えると、溶着時にスラグがビードに溶着して剥離できなくなるスラグの焼付きが発生する。このため、Ｍｎの含有量は２質量％以下にする。
【００２６】
Ｎｉ：５乃至１４質量％
Ｎｉは、オーステナイト相を安定化させるための主要成分である。Ｎｉ含有量が５質量％未満では、その効果が得られない。また、Ｎｉ含有量が１４質量％を超えるとその効果が飽和する。従って、Ｎｉを１４質量％より多く添加しても、溶接材料が高価になるだけである。このため、Ｎｉ含有量は５乃至１４質量％にする。なお、Ｎｉが被覆剤中に含まれていない場合は、Ｎｉ含有量は８乃至１４質量％にすることが好ましい。
【００２７】
Ｃｒ：５乃至１４質量％
Ｃｒは、Ｎｉと共にＭｓ点を調整する。Ｃｒ含有量が５質量％未満の場合、目的とする性能が得られない。一方、含有量が１４質量％を超えると、その効果は飽和するため、これ以上添加すると溶接材料が高価になる。このため、Ｃｒの含有量は５乃至１４質量％にする。なお、Ｃｒが被覆剤中に含まれていない場合には、Ｃｒ含有量は８乃至１４質量％にすることが好ましい。
【００２８】
Ｐ及びＳ：夫々０．０１０質量％以下
Ｐ及びＳの含有量が夫々０．０１０質量％を超えると、溶接金属に凝固割れが発生する。このため、Ｐ及びＳの含有量は、夫々０．０１０質量％以下にする。
【００２９】
Ｎ：２００質量ｐｐｍ以下
Ｎの含有量が２００質量ｐｐｍを超えると、ブローホール等のガス状欠陥が発生する。このため、Ｎ含有量は２００質量ｐｐｍ以下にする。但し、Ｎは溶接金属の強度を確保し、オーステナイト相を安定化させるために有効な成分であるため、５質量ｐｐｍ以上含有していることが好ましい。
【００３０】
Ｏ：２０乃至２００質量ｐｐｍ
Ｏは溶滴を細かくし、特に、立向及び上向溶接の低電流域における溶滴移行を円滑にさせる。即ち、アークを安定させる。これにより、ビードの外観及び形状が改善されると共に被覆剤中に含有される合金及び脱酸剤の溶接金属における偏析が防止されるため、凝固割れ等に有効である。Ｏ含有量が２０質量ｐｐｍ未満の場合添加効果がなく、また、Ｏ含有量が２００質量ｐｐｍを超えると、溶込みが深くなりすぎ、靱性等の機械的性能も劣化する。このため、Ｏ含有量は２０乃至２００質量ｐｐｍにする。
【００３１】
次に、被覆剤の組成について説明する。本発明の低水素系被覆アーク溶接棒における被覆剤は、溶接金属がマルテンサイト相であり、更に、低温割れを防止するため、例えば、ＪＩＳ  Ｚ３２１２  Ｄｘｘｘｘ−１６に分類される低水素系とする。
【００３２】
金属炭酸塩：３０乃至６０質量％
金属炭酸塩は、アーク中の高温で熱分解してＣＯ２ガスを発生させ、溶接金属を大気から保護するために必要である。金属炭酸塩含有量が３０質量％未満では、十分なＣＯ２ガスが発生せず、大気中のＯ、Ｎ及びＨが多量に溶接金属に入り込むため、ガス状欠陥及び低温割れ等が発生し、靱性の低下を招く。一方、金属炭酸塩含有量が６０質量％を超えると、アークが不安定となり、ビード形状が劣化すると共に、スラグの剥離性も劣化する。このため、金属炭酸塩の含有量は、３０乃至６０質量％にする。本発明においては、前記金属炭酸塩としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム等を使用することができる。
【００３３】
金属フッ化物：１０乃至３０質量％
金属フッ化物は、一般に、スラグの流動性を調整するために添加されるが、その含有量が１０質量％未満であると、スラグの粘性が高くなり、スラグの被包性が低下するため、ビード形状が劣化する。一方、金属フッ化物含有量が３０質量％を超えると、スラグの粘性が低くなり、立向溶接等においては、ビード形状が凸状になる。このため、金属フッ化物の含有量は１０乃至３０質量％にする。また、前記金属フッ化物としては、例えば、蛍石、弗化バリウム、弗化ソーダ、氷晶石等を使用することができる。
【００３４】
本発明の低水素系被覆アーク溶接棒の被覆剤においては、上述の成分を必須成分とするが、これらに限定するものではなく、その他の成分として、合金剤、脱酸剤、スラグ生成剤、アーク安定剤及び固着剤等を適宜添加することができる。
【００３５】
前記合金剤は、例えば、Ｎｉ及びＮｉ合金、Ｃｒ及びＣｒ合金、Ｍｏ及びＭｏ合金、Ｎｂ及びＮｂ合金、Ｖ及びＶ合金、Ｗ及びＷ合金等のように、強度又は靱性等の機械的性質を改善するために添加されるものと、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ−Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇ、レアアース（希土類元素）及びＣａ−Ｓｉ等のように、主にＯと結合してＯを無害化する脱酸剤として添加されるものとがある。本発明における合金剤とは、その両方を示す。これらの合金剤を過剰に添加すると、溶接時にアークを安定化させ溶滴移行を円滑にするために必要なアーク発生端を被覆する筒、即ち、保護筒の長さが足りなくなり、アークが不安定化する。更に、合金の凝固偏析を招き、場合によっては、高温割れを引き起こすことがあるため、合金剤は脱酸剤として必要な量を超えて添加することが好ましい。このため、本発明における合金剤の含有量は２０質量％以下にする。このとき、少なくとも溶着金属の主成分であるＮｉ及びＣｒは被覆剤には含めず、必要分は全て心線から充当することが望ましい。なお、本発明において実質的にＮｉ、Ｃｒ及びこれらの合金剤のいずれか又は全てを含まないとは、被覆剤の全質量に対して１質量％以下の場合を示す。このように、Ｎｉ及びＣｒが被覆剤中に含まれていない場合は、前述の鋼心線におけるＮｉ及びＣｒの含有量は、夫々下限を８質量％以上にする。
【００３６】
次に、本発明の低水素系被覆アーク溶接棒における被覆剤の粒径について説明する。前記被覆剤は、アークの熱により分解したり、溶解したりしてその効果を発揮するが、粒径が大きすぎるとその反応が不十分になり、効果が発揮できなくなる。被覆剤の粒径が３５０μｍ以下であれば、アークの熱により十分分解して溶融する。そこで、本発明の低水素系被覆アーク溶接棒においては、粒径が３５０μｍ以下の被覆剤の割合を、被覆剤全質量に対して８０質量％以上とする。粒径が３５０μｍ以下の被覆剤の割合が、被覆剤全質量の８０質量％を超えると、凝固中に変性を生じ、高温割れが生じる。
【００３７】
また、本発明者等は、粒径が１０μｍ以下の被覆剤が棒焼けに大きく影響していることを見出した。図１は縦軸に保護筒の長さをとり、横軸に被覆剤全質量に対する粒径が１０μｍ以下の被覆剤の割合をとって、被覆剤中の細粒の割合と保護筒の長さとの関係を示すグラフ図である。図１は、直径３．２ｍｍ、長さ３５０ｍｍの鋼心線を、被覆率（溶接棒全質量に対する被覆剤質量の割合）が３５質量％になるように被覆剤で被覆した直径５．４ｍｍの被覆アーク溶接棒を、ビードオンプレートにより、１１５Ａの交流電流で、溶接棒の長さが１００ｍｍになるまで下向溶接し、その時点でアークを切って保護筒の長さを測定した結果である。図１に示すように、被覆剤全質量に対する粒径が１０μｍ以下の被覆剤の割合が１５質量％未満の場合、保護筒の長さを確実に１．５ｍｍ以上にすることができず、アーク安定効果は得られない。一方、粒径が１０μｍ以下の被覆剤の割合が４５質量％を超えると、製造時に高温乾燥した際に被覆剤が割れ、棒焼けが発生するため、溶接ができなくなる。このため、被覆剤における粒径が１０μｍ以下の被覆剤の割合は、１５乃至４５質量％にする。粒径が１０μｍ以下の被覆剤が耐棒焼け性に有効である理由は、被覆剤が細密充填になり、堅固になるためである。なお、本発明においては、被覆剤の粒径は、ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ社製レーザ回折式粒度分布測定装置により求めた値である。
【００３８】
更に、本発明の低水素系被覆アーク溶接棒における被覆率は、２５乃至４５質量％にする。前記被覆率が２５質量％未満の場合、保護筒の形成が不十分になり、アークが不安定になる。また、前記被覆率が４５質量％を超えると、被覆剤の乾燥割れが発生して生産性が低下すると共に、アークが安定しなくなる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、鋼心線及び被覆剤を準備した。次に、被覆剤に水ガラス（珪酸カリウム、珪酸ナトリウム及び珪酸リチウムのうちのいずれか又はこれらの混合水溶液）等の適当な固着剤を添加して混練した後、この被覆剤を銅心線に被覆した。このとき、直径３．２ｍｍ、長さ３５０ｍｍの鋼心線を使用し、その直径が５．４ｍｍになるように被覆剤を被覆した場合を標準にして、被覆率を変化させた。そして、４００乃至５００℃の温度範囲で１時間程度乾燥及び焼成を行い、低水素系被覆アーク溶接棒を作製した。本実施例及び比較例で使用した鋼心線の成分を下記表１に示す。また、本実施例及び比較例における被覆剤の各成分、銅心線との組み合わせ及び被覆率（溶接棒全質量に対する被覆剤質量の割合）を下記表２乃至４に示す。
【００４０】
【表１】
2005040845.tif 000003
【００４１】
【表２】
2005040845.tif 000004
【００４２】
【表３】
2005040845.tif 000005
【００４３】
【表４】
2005040845.tif 000006
【００４４】
上記表２乃至４に示す実施例１乃至１１及び比較例１乃至１６の溶接棒について、Ｍｓ点、溶接作業性、機械的性能及び高温（凝固）割れ性を調べた。溶接作業性試験は、母材に厚さが１２ｍｍのＳＭ４９０Ａを使用し、１００Ａの交流電流により、Ｔ字立向すみ肉溶接を行って調査した。図２は溶接作業性試験における溶接継手の概略を示す断面図である。また、高温（凝固）割れ試験は、ＪＩＳ  Ｚ３１５５に規定されているＣ型拘束割れ試験に準じた方法で行った。その際電流は、１０５Ａの交流電流を使用した。図３（ａ）は高温割れ試験に供した開先の概略を示す模式図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図である。これらの試験結果を下記表４にまとめて示す。なお、下記表４に示す引張強度・延性は、ＪＩＳ  Ｚ３２１２に準じて引張試験を行い、伸びが１２以上を○、１２％未満を×とした。また、耐衝撃性は、ＪＩＳ  Ｚ３２１２に準じて試験した２ｍｍＶノッチ吸収エネルギーが、試験温度０℃において２０Ｊ以上を○、２０Ｊ未満を×とした。更に、高温割れは、割れ率（＝割れ長さ／ビード長さ）が１０％以下の場合を○とし、１０％を超えた場合を×とした。それ以外については、◎は優、○は良、△は普通、×は不良とし、◎、○、△を合格とした。総合評価は、上述の各評価の結果に１個以上×があるか又はＭｓ点が３００℃以上である場合を×、各評価の結果に×がなく△が１個以上ある場合を△、各評価の結果が全て○の場合を○、各評価の結果に◎が１個以上あった場合を◎とした。
【００４５】
【表５】
2005040845.tif 000007
【００４６】
上記表５に示すように、鋼心線のＣ含有量が本発明の範囲より多い比較例１の溶接棒では、引張強度が高く、高温割れが発生した。また、鋼心線のＳｉ含有量が本発明の範囲より多い比較例２の溶接棒では、高温割れが発生した。更に、鋼心線のＭｎ含有量が本発明の範囲より多い比較例３の溶接棒では、スラグの焼付きが発生し、鋼心線のＰ含有量及びＳ含有量が本発明の範囲より多い比較例４及び５の溶接棒では高温割れが発生した。更にまた、鋼心線のＮｉ含有量及びＣｒ含有量が本発明の範囲より少ない比較例６及び７の溶接棒では、Ｍｓ点が３００℃を超えており、疲労強度の向上が見込めない。更にまた、鋼心線のＯ含有量が本発明の範囲より少ない比較例８の溶接棒及びＯ含有量が本発明の範囲より多い比較例９溶接棒では、アークの安定性が不十分であったため、ビード形状が不良であった。特に、Ｏ含有量が多い比較例９の溶接棒は衝撃特性が劣っていた。更にまた、鋼心線のＮ含有量が本発明の範囲より多い比較例１０の溶接棒では、溶接金属にブローホールが多発した。
【００４７】
鋼心線は本発明の範囲内であるが、被覆剤の金属炭酸塩含有量が本発明の範囲より少ない比較例１１の溶接棒では、溶接金属にブローホールが多発し、金属炭酸塩含有量が本発明の範囲より多い比較例１２の溶接棒では、アークが不安定になりビード形状が不良及びスラグの焼付きが発生した。また、被覆剤の金属フッ化物含有量が本発明の範囲より少ない比較例１３及び金属フッ化物含有量が本発明の範囲より多い比較例１４の溶接棒では、ビード形状及びスラグの被り不良が発生した。更に、被覆率が本発明の範囲より少ない比較例１５の溶接棒では、アークが不安定になり、被覆率が本発明の範囲を超えている比較例１６の溶接棒では、被覆剤に乾燥割れが発生し、アークも不安定であった。
【００４８】
一方、本発明の範囲内で作製された実施例１乃至１１の溶接棒は、優れた溶接性を示した。特に、被覆剤が脱酸剤を含有していない実施例６乃至８の溶接棒は、溶接作業性が極めて優れており、総合評価もその他の溶接棒より優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】縦軸に保護筒の長さをとり、横軸に被覆剤全質量に対する粒径が１０μｍ以下の被覆剤の割合をとって、被覆剤中の細粒の割合と保護筒の長さとの関係を示すグラフ図である。
【図２】溶接作業性試験における溶接継手の概略を示す断面図である。
【図３】（ａ）は高温割れ試験に供した開先の概略を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１；溶接棒
２；溶接金属
３；母材
【図１】
2005040845.tif 000008
【図２】
2005040845.tif 000009
【図３】
2005040845.tif 000010