(57)【要約】  本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックスが、Ｆ換算値で合計０．１１％以上の弗化物と、ＴｉＯ２換算で４．３０〜７．５０％のＴｉ酸化物と、質量％で合計０．３０〜２．４０％の酸化物と、質量％で合計０〜０．６０％の炭酸塩とを含み、ＣａＯ換算でのＣａ酸化物の含有量が質量％で０．２０％未満であり、ＣａＦ２の含有量が０．５０％未満であり、化学成分が所定の範囲内であり、Ｚ値が２．００％以下であり、Ｖ値が５．０以上２７．０以下であり、Ｃｅｑが０．３０〜１．００％以下である。
2018087812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮と、
前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、
を備えるフラックス入りワイヤであって、
前記フラックスが、
前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値で合計０．１１％以上の、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、及びＮａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上を含む弗化物と、
前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対するＴｉＯ２換算値が４．３０〜７．５０％のＴｉ酸化物と、
前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する、ＦｅＯ、ＢａＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２又はＫ２Ｏの各々の換算値で合計０．３０〜２．４０％の、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上を含み、前記Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く酸化物と、
前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で合計０〜０．６０％の、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上を含む炭酸塩と、
を含み、
ＣａＯ換算での前記Ｃａ酸化物の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．２０％未満であり、
前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．５０％未満であり、
前記フラックス入りワイヤの、前記弗化物、前記酸化物、前記Ｔｉ酸化物、前記Ｃａ酸化物、および前記炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．００３〜０．１２０％、
Ｓｉ：０．４５〜１．００％、
Ｍｎ：１．００〜３．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．０８〜０．７０％、
Ｃｕ：０〜０．５０％、
Ｎｉ：０〜０．６０％、
Ｃｒ：０〜１．００％、
Ｍｏ：０〜１．００％、
Ｎｂ：０〜０．２０％、
Ｖ：０〜０．２００％、
Ｔｉ：０〜０．１０％、
Ｂ：０〜０．０２０％、
Ｂｉ：０〜０．０３０％、
Ｍｇ：０〜０．９０％、
Ｃａ：０〜０．５０％、及び
ＲＥＭ：０〜０．０１００％を含み、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式１によって算出されるＺ値が２．００％以下であり、
式２によって算出されるＶ値が５．０以上２７．０以下であり、
式３によって算出されるＣｅｑが０．３０〜１．００％以下であることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
Ｚ＝０．７×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．８×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．９×（［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５×（［ＣａＦ２］）：式１
Ｖ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／2：式２
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４：式３
式１中の角括弧で囲まれた化学式は、各前記化学式に対応する化合物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量であり、式２中の角括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する化合物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する前記各々の換算値での含有量であり、式２中のＦは、前記弗化物のＦ換算値での合計含有量であり、式３中の角括弧で囲まれた元素記号は、前記フラックス入りワイヤの、前記弗化物、前記酸化物、前記Ｔｉ酸化物、前記Ｃａ酸化物、および前記炭酸塩を除く前記化学成分における各前記元素記号に対応する元素の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量である。
【請求項２】
前記弗化物の、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する前記Ｆ換算値での前記合計含有量が０．５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項３】
前記Ｚ値が１．８０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項４】
前記弗化物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計に対する、前記Ｎａ３ＡｌＦ６、前記ＮａＦ、および前記ＭｇＦ２の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計が、０．５０以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項５】
前記鋼製外皮がシームレス形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項６】
前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項７】
前記フラックス入りワイヤが、さらに、前記フラックス入りワイヤの表面に塗布されたパーフルオロポリエーテル油を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項８】
前記フラックス入りワイヤ中の水素の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対して１２ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項９】
前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、０．２０％未満であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤを用いて、鋼材をガスシールドアーク溶接する工程
を備える溶接継手の製造方法。
【請求項１１】
前記鋼材が、
板厚が１２ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３６％以下である鋼板、
板厚が１２ｍｍ超２５ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３３％以下である鋼板、
板厚が２５ｍｍ超４０ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３１％以下である鋼板、及び
板厚が４０ｍｍ超１００ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．２９％以下である鋼板
からなる群から選択される１種であり、
前記鋼材を、前記ガスシールドアーク溶接する際、前記鋼材の温度が５℃未満の場合には前記鋼材の温度が５℃以上になるように前記鋼材を予熱して、前記鋼材の温度が５℃以上の場合には前記鋼材を予熱せずに、
ガスシールドアーク溶接を行うことを特徴とする請求項１０に記載の溶接継手の製造方法。
ここで、Ｐｃｍは、式４により算出する。
Ｐｃｍ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５×［Ｂ］：式４
但し、［］付元素記号は、前記鋼材に含まれるそれぞれの前記元素記号に対応する元素の含有量を単位質量％で表す。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の溶接継手の製造方法によって得られることを特徴とする溶接継手。
【請求項１３】
鋼製外皮と、
前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、
を備えるフラックス入りワイヤであって、
前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、
前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ側がプラス、溶接姿勢が下向き、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が３．５ｇ／ｍｉｎ以下である
ことを特徴とするフラックス入りワイヤ。
【請求項１４】
鋼製外皮と、
前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、
を備えるフラックス入りワイヤであって、
前記フラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ａｌ：０．０８〜０．７０％、Ｎｉ：０〜０．６０％、ＴｉＯ２換算でのＴｉ酸化物：４．３０〜７．５０％を含み、
前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、
前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ側がプラス、溶接姿勢が下向き、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、３．５ｇ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする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、フラックス入りワイヤ、溶接継手の製造方法、および溶接継手に関する。特に本発明は、高強度及び高靭性を有する溶接金属が得られ、全姿勢溶接が可能であり、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスというスパッタを発生させやすいガスであっても溶接作業中のスパッタの発生量を減少させることができ、且つ低温割れを防止するための予熱作業を不要とする、または、予熱作業を著しく軽減できるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤと、そのフラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接継手の製造方法と、その溶接継手の製造方法によって得られる溶接継手とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールド溶接用のフラックス入りワイヤは、高能率な溶接継手の製造方法を可能にする溶接材料（溶加材）であり、広く産業界に普及している。ＴｉＯ２（ルチル）を主たるスラグ形成剤としたフラックス入りワイヤ（以下、ルチル系ＦＣＷと表記することがある）は、代表的なワイヤである。【０００３】
ルチル系ＦＣＷを用いた溶接は、溶接性に優れ、高い電流値で行われる溶接において溶融金属の垂れを抑制することができる。そのため、ルチル系ＦＣＷは、下向姿勢、立向姿勢等の各種溶接姿勢において、高い電流値で容易に溶接施工ができる特徴を有している。しかし、このワイヤはＴｉＯ２を多く含有するので、このワイヤを用いて溶接を行う場合、スラグの塩基度が低くなる。そのため、ルチル系ＦＣＷを用いた溶接では、溶接金属の酸素量が高くなりやすく、高強度鋼の溶接部の靭性を確保することが困難になる、などの問題がある。なお、溶接金属とは、溶接中に溶融した母材及び溶加材が凝固して形成された金属である。【０００４】
このような問題を解決するために、種々のルチル系フラックス入りワイヤが開発されている。【０００５】
例えば、特許文献１には、フラックス中のＴｉＯ２とＭｇＯとの比が所定の範囲内に制御されたフラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１のフラックス入りワイヤによって、溶着金属の酸素濃度を低減して溶着金属中の介在物（酸化物）を低減することができ、その結果として溶接金属の靭性を改善することができる。なお、溶着金属とは、溶接中にフラックス入りワイヤ等の溶加材から溶接部に移行した金属である。【０００６】
特許文献２には、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び弗素化合物を含有し、水素量が１５ｐｐｍ以下に制限された高張力鋼ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献２のフラックス入りワイヤによって、全姿勢で高能率な溶接が可能となり、かつ、耐低温割れ性及び靭性が良好な溶接金属が得られる。なお、低温割れとは、溶接後、溶接部の温度が常温付近に低下してから溶接部に発生する割れである。【０００７】
特許文献３には、粒子状酸化チタン原料を含み、金属Ｓｉ及び酸化物Ｓｉの比と、Ａｌ含有量及びＭｇ含有量の合計と、Ｎａ化合物の含有量及びＫ化合物の含有量の合計と、Ｆ化合物の含有量と、フラックス充填率と、酸化チタン原料に含まれるＡｌおよびＳｉの合計量とが所定範囲内に制御され、酸化チタン原料の表面に酸化物が存在しているガスシールド溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献３によれば、高電流を用いて行われる溶接の際に、良好な溶接作業性を提供し、立向上進溶接の際に、良好なビード形状を形成できるフラックス入りワイヤが提供される。【０００８】
特許文献４には、金属弗化物と、中性酸化物または塩基性酸化物と、ＡｌおよびＭｇからなる群から選択される１種または２種と、脱酸剤と、粘結材とを含み、Ｃ、Ｓｉ、及びＭｎの含有量が所定の範囲内にあるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献４によれば、溶接作業性に優れ、かつ低温靱性が良好な溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤが提供される。【０００９】
特許文献５には、フラックスがＣａＦ２を含む金属弗化物と、金属酸化物とを含有し、金属弗化物の含有量と金属酸化物の含有量との比を所定範囲内とし、フラックス中のＦｅ粉の含有量を所定量以下に制限し、さらに合金成分のＣｅｑを所定範囲内としたフラックス入りワイヤを用い、溶接電流条件を所定範囲内としたガスシールドアーク溶接継手の製造方法が開示されている。特許文献５によれば、引張強さ９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接の際に延性低下割れの発生を抑制し、これにより優れた破断伸びを有する溶接金属が得られるガスシールドアーク溶接継手の製造方法が提供される。【００１０】
特許文献６には、フラックスがＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、及びＭｇＦ２のうち１種または２種以上と、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｍｇ酸化物、及びＡｌ酸化物のうち１種または２種以上と、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、及びＭｇＣＯ３のうち１種または２種以上と、鉄粉とを含み、弗化物の合計量に対するＣａＦ２の含有量の比と、酸化物の合計量に対する弗化物の合計量の比と、Ｃｅｑとが所定範囲内に制御されているガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを用いた溶接継手の製造方法が開示されている。特許文献６によれば、９５０ＭＰａ以上の超高張力鋼の溶接に際に延性低下割れを抑制し、これにより高強度高靭性かつ伸びが優れる溶接部を得ることができる溶接継手の製造方法が提供される。【００１１】
特許文献７には、アルカリ金属を１種又は２種以上含む酸化物と、弗化物と、炭酸塩とからなる群から選択された１種以上の化合物を含有し、比表面積が所定範囲内に制御されているガスシールドアーク溶接用メタル系フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献７によれば、溶込み性が優れ、溶接金属の機械的性質及び溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤが提供される。【００１２】
特許文献８には、ＴｉＯ２、アルカリ金属弗化物、およびＰＴＦＥを含有し、アルカリ金属弗化物の含有量とＰＴＦＥの含有量との比が所定範囲内に制御され、アルカリ土類金属弗化物の含有量が所定量以下に制限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が開示されている。特許文献８によれば、アーク溶接の際に拡散性水素が溶接部に進入することを防止し、耐吸湿性が優れ、良好な溶接作業性を示すフラックス入りワイヤが提供される。【００１３】
特許文献９には、Ｔｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｎａ化合物およびＫ化合物、並びに金属弗化物を含み、Ａｌ酸化物の見掛密度及び平均粒径が所定範囲内に制御されている耐候性鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献９によれば、耐候性鋼を溶接する際に、全姿勢溶接での溶接作業性が良好であり、強度及び靭性に優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００１４】
特許文献１０には、金属弗化物及びＴｉＯ２を含み、Ｍｇ含有量およびＡｌ含有量が所定の数式によって規定される範囲内に制御されるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１０によれば、溶接作業性が良好で、かつ優れた低温靱性を有する溶接部が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００１５】
特許文献１１には、金属粉を７５重量％以上含み、鋼製外皮およびフラックスの片方または両方がＶを含有するアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１１によれば、４９０ＭＰａ級以上の高張力鋼の溶接の際に、予熱が不要であるか又は予熱が大幅に省略可能であり、耐割れ性が優れた溶接部が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００１６】
特許文献１２には、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び弗化物を含み、これらの含有量が所定の数式によって規定される範囲内に制御され、水素量が所定量以下に制限されている高張力鋼ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１２によれば、溶接作業性に優れ、機械的性質が優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００１７】
特許文献１３には、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び弗素化合物を含み、これらの含有量が所定の範囲内に制御され、水素量が所定量以下に制限されている高張力鋼ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１３によれば、全姿勢で高能率な溶接が可能で、且つ、低温靭性および耐割れ性に優れた溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００１８】
特許文献１４には、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及び弗素化合物を含み、これらの含有量が所定の範囲内に制御され、水素量が所定量以下に制限されている高張力鋼用炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。特許文献１３によれば、シールドガスとして１００％炭酸ガスを用いる耐力６９０ＭＰａ以上の高張力鋼の溶接に使用可能であり、溶接作業性が優れ、且つ優れた機械的性能の溶接金属が得られるフラックス入りワイヤが提供される。【００１９】
しかしながら、上述の先行技術によるフラックス入りワイヤは、溶接金属の特性及び／又は溶接作業性に関し、以下に説明する問題を含む。【００２０】
特許文献１に開示のフラックス入りワイヤでは、溶接金属の耐低温割れ性は考慮されていない。ルチル系ＦＣＷを用いた溶接の際は、溶接金属の酸素量及び拡散性水素量が増大する。従って、一般的なルチル系ＦＣＷを用いて高強度鋼を溶接する際、低温割れを抑制するために予熱が必要とされる。しかしながら、特許文献１では低温割れを抑制する手段が何ら検討されていないので、特許文献１のフラックス入りワイヤを用いた高強度鋼板の溶接の際は、予熱を不要とするか、または軽減させることができない。【００２１】
特許文献２では、ワイヤの水素量を制限することにより、低温割れの抑制が試みられている。しかしながら、水素は、溶接中に溶接金属の周囲の大気からも溶接金属に侵入する。そのため、ワイヤの水素量が低くても、溶接金属の拡散性水素量を十分に低減させることができない。特許文献２のワイヤを用いた溶接では、予熱を十分に行わなければ、低温割れを抑制できない場合も生じる。特許文献２では、溶接金属中の酸素量及び拡散性水素量について検討されていない。特許文献２では、予熱温度が５０℃以下であり、低温割れが生じていない実施例が示されていない。【００２２】
特許文献３では、溶接金属中の拡散性水素量の評価結果は開示されていない。加えて、特許文献３では、弗化物の種類について全く開示されていない。特許文献３からは、全姿勢溶接を可能とし、かつ、溶接金属中の拡散性水素量を十分に低減させることができるフラックス入りワイヤの技術指針は何ら得られない。【００２３】
特許文献４のフラックス入りワイヤを用いて全姿勢溶接を行うことは困難である。特許文献４のフラックス入りワイヤは、全姿勢溶接を可能にするための手段、例えばＴｉＯ２等が何ら含まれていないからである。【００２４】
特許文献５および６には、溶接金属の拡散性水素量を低減させる手段が開示されていない。従って、特許文献５および６のフラックス入りワイヤによれば、溶接金属の低温割れ性を向上させて、予熱を不要とするか、又は軽減させることができない。また、特許文献５および６のフラックス入りワイヤを用いて全姿勢溶接を行うことは困難である。加えて、特許文献５および６のフラックス入りワイヤには多量のＣａＦ２が含まれており、これはスパッタ量を増大させる。従って、１００％ＣＯ２ガスをシールドガスとして用いた溶接に特許文献５および６のワイヤを適用した場合、過剰量のスパッタが発生して溶接作業性が低下する。【００２５】
特許文献７に開示されたワイヤは、フラックスの主成分が金属粉であり、スラグ形成剤が含まれていない、いわゆるメタル系ワイヤである。溶接スラグは、溶融池から不純物を除去する効果、ビード幅及びビード波を整えて溶接金属の外観を良好にする効果、及び凝固直後の溶接金属の酸化及び窒化を防ぐ効果を有する。特許文献７に開示されたワイヤによれば、これら溶接スラグの効果が得られない。【００２６】
特許文献８に開示されたフラックス入りワイヤは、特許文献８の実施例によれば、溶接金属中の拡散性水素量を１．９ｍｌ／１００ｇ未満に低減させることができない。本発明者は、溶接金属中の拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ以下に低減させなければ、溶接金属の低温割れ性を向上させて、予熱を不要とするか、または軽減することができないことを知見している。また、特許文献８には、スパッタ量を減少させる手段が開示されていない。特許文献８の実施例は、全て、Ａｒと２０％ＣＯ２とからなるシールドガスを用いた溶接に関するものである。従って、１００％ＣＯ２ガスを用いた溶接に特許文献８のワイヤを適用した場合、過剰量のスパッタが発生して溶接作業性が低下する。【００２７】
特許文献９には、溶接金属の低温割れ性を向上させる手段が開示されていない。特に、特許文献９に開示された弗化物の量は、溶接金属の拡散性水素量を低減させるために十分ではない。さらに、本発明者らが検討した結果、特許文献９に開示されたＡｌ量は、１００％ＣＯ２溶接を行うために不十分であることがわかった。従って、特許文献９のフラックス入りワイヤによれば、予熱を不要とするか、または軽減することができず、また、１００％ＣＯ２ガスをシールドガスとして用いる溶接の溶接性が劣化する。【００２８】
特許文献１０及び１１に開示されたフラックス入りワイヤは、溶接性を十分に向上させるために必要な量のＴｉＯ２を含んでいない。また、特許文献１０及び１１では、多量のＣａＦ２をフラックス入りワイヤに添加することが想定されているので、特許文献１０に開示されたフラックス入りワイヤは、１００％ＣＯ２ガスをシールドガスとして用いる溶接の際にスパッタを大量に発生させる。【００２９】
特許文献１２に開示されたＡｌ量は、本発明者らが検討した結果、アークを安定させてスパッタ量を減少させるために不十分であることがわかった。特許文献１２に記載のフラックス入りワイヤは、シールドガスがＡｒとＣＯ２との混合ガスである溶接において良好な溶接性を示しているが、シールドガスが１００％ＣＯ２である溶接には適用できないと考えられる。さらに、特許文献１２に開示されたフラックス入りワイヤは、低温割れ感受性を十分に低下させるための特徴を備えていない。従って、特許文献１２のフラックス入りワイヤによれば、予熱を不要とするか、または軽減することができない。【００３０】
特許文献１３及び１４に開示されたフラックス入りワイヤは、引張強さ６９０ＭＰａ級の鋼板を溶接して得られる溶接部の拡散性水素量を減少させることを目的としているが、これ以上に引張強さが高い鋼板の溶接において予熱を不要とするか、または軽減することが可能な程度に溶接部の拡散性水素量を減少させることはできない。本発明者らが、特許文献１３及び１４に開示されたフラックス入りワイヤを用いて実験を行ったところ、引張強さが６９０ＭＰａ超の鋼板の溶接において、予熱を行うことなく低温割れを防止することはできなかった。また、特許文献１３及び１４に開示されたフラックス入りワイヤは、溶接金属の脱酸を十分に行うことができず、さらに立向溶接性が悪いことも、本発明者らの検討によって明らかになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】日本国特開２００８−１４９３４１号公報
【特許文献２】日本国特開２０１３−１８０１２号公報
【特許文献３】日本国特開２０１３−１８４２０４号公報
【特許文献４】日本国特開平１−２７１０９８号公報
【特許文献５】日本国特開２０１４−１４８３３号公報
【特許文献６】日本国特開２０１４−７９８０７号公報
【特許文献７】日本国特開２００２−３３１３８４号公報
【特許文献８】日本国特開２００７−９０３７６号公報
【特許文献９】日本国特開２０１３−１５１００１号公報
【特許文献１０】日本国特開平６−１５５０７９号公報
【特許文献１１】日本国特開平８−２５７７８５号公報
【特許文献１２】日本国特開２０１３−１８０１２号公報
【特許文献１３】日本国特開２０１０−２７４３０４号公報
【特許文献１４】日本国特開２０１１−２５５３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
本発明は、従来技術の問題点に鑑み、高強度且つ高靭性であり、耐低温割れ性に優れ、良好なビード形状を有する溶接部が得られ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができ、溶接中の溶融金属の粘度を上昇させることができるフラックス入りワイヤの提供を目的とする。
また、本発明は、全姿勢溶接に適用可能であり、溶接金属の割れを防止するための予熱作業を不要とするか、または軽減することができ、スパッタ発生量を大幅に低減可能である溶接継手の製造方法の提供を目的とする。
さらに本発明は、高強度且つ高靭性であり、良好なビード形状を有する溶接部を備える溶接継手の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明の要旨は次のとおりである。【００３４】
（１）本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックスが、前記フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値で合計０．１１％以上の、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上を含む弗化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で４．３０〜７．５０％のＴｉ酸化物（ＴｉＯ２換算値）と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で合計０．３０〜２．４０％の、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上を含み、前記Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く酸化物と、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で合計０〜０．６０％の、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上を含む炭酸塩と、を含み、前記Ｃａ酸化物（ＣａＯ換算値）の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．２０％未満であり、前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で０％以上０．５０％未満であり、前記フラックス入りワイヤの、前記弗化物、前記酸化物、前記Ｔｉ酸化物、前記Ｃａ酸化物、および前記炭酸塩を除く化学成分が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、Ｃ：０．００３〜０．１２０％、Ｓｉ：０．４５〜１．００％、Ｍｎ：１．００〜３．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．０８〜０．７０％、Ｃｕ：０〜０．０５％、Ｎｉ：０〜０．６０％、Ｃｒ：０〜１．００％、Ｍｏ：０〜１．００％、Ｎｂ：０〜０．２０％、Ｖ：０〜０．２００％、Ｔｉ：０〜０．１０％、Ｂ：０〜０．０２０％、Ｂｉ：０〜０．０３０％、Ｍｇ：０〜０．９０％、Ｃａ：０〜０．５０％、及びＲＥＭ：０〜０．０１００％を含み、残部がＦｅ及び不純物からなり、式１によって算出されるＺ値が２．００％以下であり、式２によって算出されるＶ値が５．０以上２７．０以下であり、式３によって算出されるＣｅｑが０．３０〜１．００％以下である。
Ｚ＝０．７×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．８×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．９×（［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５×（［ＣａＦ２］）：式１
Ｖ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／2：式２
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４：式３
式１中の角括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する化合物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量であり、式２中の角括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する化合物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する前記各々の換算値での含有量であり、式２中のＦは、前記弗化物のＦ換算値での合計含有量であり、式３中の角括弧で囲まれた元素記号は、前記フラックス入りワイヤの、前記弗化物、前記酸化物、前記Ｔｉ酸化物、前記Ｃａ酸化物、および前記炭酸塩を除く前記化学成分における各元素記号に対応する元素の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量である。
（２）上記（１）に記載のフラックス入りワイヤは、前記弗化物の、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する前記Ｆ換算値での前記合計含有量が０．５０％以上であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載のフラックス入りワイヤは、前記Ｚ値が１．８０％以下であってもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記弗化物の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計に対する、前記Ｎａ３ＡｌＦ６、前記ＮａＦ、および前記ＭｇＦ２の、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量の合計が、０．５０以上であってもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮がシームレス形状を有してもよい。
（６）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記鋼製外皮がスリット状の隙間を有してもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤが、さらに、前記フラックス入りワイヤの表面に塗布されたパーフルオロポリエーテル油を備えてもよい。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤ中の水素の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対して１２ｐｐｍ以下であってもよい。
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤは、前記ＣａＦ２の含有量が、前記フラックス入りワイヤの前記全質量に対する質量％で、０．２０％未満であってもよい。
（１０）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載のフラックス入りワイヤを用いて、鋼材をガスシールドアーク溶接する工程を備える。
（１１）上記（１０）に記載の溶接継手の製造方法は、前記鋼材が、板厚が１２ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３６％以下である鋼板、板厚が１２ｍｍ超２５ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３３％以下である鋼板、板厚が２５ｍｍ超４０ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３１％以下である鋼板、及び板厚が４０ｍｍ超１００ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．２９％以下である鋼板からなる群から選択される１種であり、前記鋼材を、前記ガスシールドアーク溶接する際、前記鋼材の温度が５℃未満の場合には前記鋼材の温度が５℃以上になるように前記鋼材を予熱して、前記鋼材の温度が５℃以上の場合には前記鋼材を予熱せずに、ガスシールドアーク溶接を行ってもよい。ここで、Ｐｃｍは、式４により算出する。
Ｐｃｍ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５×［Ｂ］：式４
但し、［］付元素記号は、前記鋼材に含まれるそれぞれの前記元素記号に対応する元素の含有量を単位質量％で表す。
（１２）本発明の別の態様に係る溶接継手は、上記（１０）又は（１１）に記載の溶接継手の製造方法によって得られる。
（１３）本発明の別の態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ側がプラス、溶接姿勢が下向き、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が３．５ｇ／ｍｉｎ以下である。
（１４）本発明の別の態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備え、前記フラックス入りワイヤは、前記フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、Ａｌ：０．０８〜０．７０％、Ｎｉ：０〜０．６０％、Ｔｉ酸化物のＴiＯ２換算値：４．３０〜７．５０％を含み、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ側がプラス、溶接姿勢が下向き、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、３．５ｇ／ｍｉｎ以下である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係るフラックス入りワイヤは、高強度及び高靭性を有し、耐低温割れ性に優れ、並びに良好なビード形状を有する溶接部を得ることができ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができ、並びに溶接中の溶融金属の粘度を上昇させることができる。本発明に係るフラックス入りワイヤは、あらゆる種類のシールドガスと組み合わせても上述の効果を得ることができるが、特に、スパッタを生成させやすい１００％ＣＯ２ガスをシールドガスとして用いる溶接に供された場合に、従来のフラックス入りワイヤに対する顕著な優位性を示す。
本発明に係る溶接継手の製造方法は、全姿勢溶接への適用が可能であり、溶接金属の割れを防止するための予熱作業が不要となるか、または、予熱作業を著しく低減でき、さらに、及びスパッタ発生量を大幅に低減可能である。
本発明に係る溶接継手は、高強度及び高靭性を有し、並びに良好なビード形状を有する溶接部を備える。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例における引張試験片及びシャルピー試験片の採取位置を示す図である。
【図２Ａ】エッジ面を突合せて溶接して作ったフラックス入りワイヤの断面写真である。
【図２Ｂ】エッジ面を突合せて作ったフラックス入りワイヤの断面写真である。
【図２Ｃ】エッジ面をかしめて作ったフラックス入りワイヤの断面写真である。
【図３】フラックス入りワイヤの弗化物のＦ換算値と、溶接金属の拡散性水素量との関係を示すグラフである。
【図４】フラックス入りワイヤのスパッタ発生指数（Ｚ値）と、溶接時のスパッタ量との関係を示すグラフである。
【図５】フラックス入りワイヤに合金成分として含まれるＳｉの含有量と、溶接時の垂れ落ち上限電流値との関係を示すグラフである。
【図６】フラックス入りワイヤに合金成分として含まれるＡｌの含有量と、溶接時の垂れ落ち上限電流値との関係を示すグラフである。
【図７】フラックス入りワイヤに合金成分として含まれるＮｉの含有量と、溶接金属のｙ形溶接割れ試験における割れ発生率との関係を示すグラフである。
【図８Ａ】上向溶接時に垂れが生じなかった溶接金属の写真である。
【図８Ｂ】上向溶接時に垂れが生じた溶接金属の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、鋼製外皮の内部に充填されたフラックスとを備える。以下、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを構成する要件の限定理由について説明する。
【００３８】
まず、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに含まれる成分について説明する。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、弗化物と、Ｔｉ酸化物と、酸化物（Ｔｉ酸化物およびＣａ酸化物を除く）と、を含み、好ましくは、さらに炭酸塩を含む。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスには、Ｃａ酸化物及び鉄粉がさらに含まれても良いが、Ｃａ酸化物及び鉄粉は本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題を解決するために不要である。以下に、これら成分について詳細に説明する。なお、以下の説明において「％」は、特に説明がない限り、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。
【００３９】
（Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で４．３０〜７．５０％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、ＴｉＯ２換算値で４．３０〜７．５０％のＴｉ酸化物を含む。Ｔｉ酸化物は主にスラグ形成剤として作用する。Ｔｉ酸化物の含有量が４．３％未満であるフラックス入りワイヤを用いて立向上進溶接を行う場合、溶融金属を垂れ落ちないように支えるために十分な量のスラグを確保することができないので、立向溶接性が確保できない。従って、Ｔｉ酸化物の含有量の下限値を４．３０％とする。Ｔｉ酸化物の含有量の下限値は、より好適には４．５０％である。立向溶接性を向上させるために、Ｔｉ酸化物の含有量の下限値を、４．７０％、４．９０％、５．００％、５．２０％、又は、５．３０％としてもよい。
【００４０】
一方、７．５０％を超えるＴｉ酸化物は、スラグ量を過剰に増大させるので、スラグまきこみの欠陥を増加させる。従って、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を７．５０％とする。Ｔｉ酸化物の含有量の上限値は、より好適には７．００％である。必要に応じて、Ｔｉ酸化物の含有量の上限値を、６．７０％、６．４０％、６．２０％、６．００％、５．９０％、又は、５．８０％としてもよい。
なお、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値（質量％）とは、Ｔｉの酸化物が全てＴｉＯ２であると仮定した場合の、ＴｉＯ２の含有量を意味する。以下で説明するＣａＯ酸化物などの換算値についても同様である。
【００４１】
（弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値の合計：０．１１％以上）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値で合計０．１１％以上の弗化物を含む。フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ換算値とは、弗化物に含まれる弗素（Ｆ）の量を、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示すものであり、以下の式Ａによって求められる。
０．４８７×ＣａＦ２＋０．６１０×ＭｇＦ２＋０．７３２×ＬｉＦ＋０．４５２×ＮａＦ＋０．４０２×Ｋ２ＺｒＦ６＋０．２１７×ＢａＦ２＋０．５１７×Ｋ２ＳｉＦ６＋０．５４３×Ｎａ３ＡｌＦ６……式Ａ
上の式Ａ中の弗化物の化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％を示す。各弗化物の化学式の係数は、各弗化物の化学式量から算出された。例えば、ＣａＦ２のＦ換算値の係数０．４８７は、弗素原子量１９．００を２倍した値をＣａＦ２の化学式量７８．０８で徐することにより得られた値である。なお、フラックス入りワイヤ中に、上述の式Ａに含まれない弗化物が含まれている場合、その弗化物の化学式に基づいて上述の式Ａを変形すればよい。
フラックス中の弗化物は、溶接金属中の拡散性水素量を減少させて、溶接金属の耐低温割れ性を顕著に向上させる働きを有する。この理由は明らかではないが、弗化物中のＦと水素（Ｈ）とが溶接中に結合して弗化水素（ＨＦ）となり、このＨＦが溶接金属外に放出されるからであると推測される。しかしながら、フラックス中の弗化物量のＦ換算値の合計が０．１１％未満である場合、溶接金属中の拡散性水素量が十分に低減されないので、溶接金属の耐低温割れ性が不十分になる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、Ｆ換算値で０．１１％以上の弗化物を含むことが必要とされる。溶接金属の拡散性水素量をさらに低減するために、弗化物のＦ換算値での合計量の下限を０．１４％、０．２１％、０．３０％、０．３５％、０．４０％、０．４５％、０．５０％、０．６０％、０．６５％、０．７０％、又は、０．８０％、又は０．９０％としてもよい。一方、拡散性水素量の低減よりもスパッタ発生量の低減を優先させたい場合には、Ｆ換算値の合計量の上限を２．００％、１．７０％、１．５０％、１．３０％、１．１０％、１．００％、０．９０％、０．８０％、０．７０％、０．６０％、０．５０％、又は、０．４０％としても差し支えない。
【００４２】
上述の知見は、以下に説明する実験によって得られた。本発明者らは、Ｆ換算値が異なる種々のフラックス入りワイヤを用いて、以下の条件で直流ガスシールドアーク溶接を行い、Ｆ換算値と溶接金属の拡散性水素量との関係を調査した。
ワイヤ極性：プラス
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接姿勢：下向き
溶接ガス種：１００％ＣＯ２
溶接ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流：２７０Ａ
電圧：３０Ｖ
溶接速度：３５ｃｍ/ｍｉｎ
溶接環境の温度：２０℃
溶接環境の湿度：６０％
上述の実験の結果に基づいて本発明者らが作成した、フラックス入りワイヤのＦ換算値とフラックス入りワイヤを用いて得られる溶接部の拡散性水素量との関係を示すグラフを図３に示す。図３のグラフには、拡散性水素量を１．０ｍｌ／１００ｇ以下にするためにはＦ換算値を０．１１％以上にする必要があること、および拡散性水素量を安定的に０．６ｍｌ／１００ｇ未満にするためにはＦ換算値を０．２１％以上にすることが好ましいこと、および拡散性水素量を安定的に０．４ｍｌ／１００ｇ未満にするためにはＦ換算値を０．５０％以上にすることが好ましいことが示されている。
【００４３】
弗化物の含有量が過剰である場合、溶接中のスパッタ量が増大する。しかしながら本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、弗化物のＦ換算値の上限値を定める必要はない。本発明者らは、弗化物の含有量の上限値を、後述するスパッタ発生指数Ｚを用いて制限すべきである旨を見いだしたからである。弗化物のＦ換算値は、スパッタ発生指数Ｚが以下に説明される範囲内である限り、大きくすることが好ましい。
【００４４】
（弗化物の種類：ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上を含む）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６からなる群から選択される１種または２種以上を含むが、これら以外の弗化物を含んでも良い。これら弗化物が電離して生じたＣａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｓｉ、およびＡｌは、酸素と結合して溶接金属中の酸素量を低減させる、脱酸元素として作用する。これら各種の弗化物の含有量の下限値は、Ｆ換算値の合計が０．１１％以上となる限り、特に限定されない。
【００４５】
上述された弗化物のＦ換算値、後述するスパッタ発生指数Ｚ、および後述するＣａＦ２の含有量が規定範囲内である限り、弗化物の種類および組成は限定されない。しかし、Ｋ２ＺｒＦ６及びＫ２ＳｉＦ６はアーク安定剤としても機能するので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの弗化物は、Ｋ２ＺｒＦ６及びＫ２ＳｉＦ６を含むことが好ましい。また、アークの安定性の観点からは、複数種類の弗化物をフラックスに含有させ、これにより単一種類の弗化物の含有量を２．０％以下にすることが好ましい。さらに、弗化物は、後述するスパッタ発生指数Ｚを増大させにくいＮａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、及びＭｇＦ２のいずれかを含むことが好ましい。従って、弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量の合計に対する、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、およびＭｇＦ２の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量の合計が、０．５０（５０％）以上であることがより好ましい。さらに、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での、全弗化物の含有量の合計値に占める、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、およびＭｇＦ２の含有量の合計値の割合を、６０％以上、８０％以上、９０％以上又は１００％としてもよい。また、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での、全弗化物の含有量の合計値に占める、Ｎａ３ＡｌＦ６、およびＮａＦの含有量の合計値の割合を、５０％以上、６０％以上、８０％以上、９０％以上又は１００％としてもよい。
【００４６】
（スパッタ発生指数Ｚ（Ｚ値）：２．００％以下）
弗化物の含有量が大きすぎる場合、溶接の際に生じるスパッタの量が過剰になり、溶接性が劣化する。本発明者らは、Ｆ換算値を可能な限り増加させ、かつスパッタ量を許容範囲内まで減少させる方法について検討を行った。その結果、本発明者らは、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、およびＭｇＦ２は他の種類の弗化物よりもスパッタ量を増大させにくく、ＣａＦ２は他の種類の弗化物よりもスパッタ量を増大させやすいことを見出した。そして本発明者らはさらなる検討を行った結果、以下の式Ｂによって算出されるスパッタ発生指数Ｚ（Ｚ値）とスパッタ量との間に良好な相関関係があることを見いだした。
Ｚ＝０．７×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．８×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．９×（［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５×（［ＣａＦ２］）……式Ｂ
上述の式Ｂにおいて、角括弧で囲まれた化学式は、各化学式に対応する弗化物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。本発明者らは、各種弗化物の添加量とスパッタ発生量との関係を調査し、各弗化物がスパッタの発生量に及ぼす影響を明らかにする回帰式を得た。図４は、フラックス入りワイヤのＺ値とスパッタ量との関係を示すグラフである。図４のグラフの横軸は、上述の式Ｂによって得られるＺ値であり、縦軸はスパッタ発生量である。スパッタ発生量は、溶接姿勢が下向き、ワイヤ径が１．２ｍｍ、電極極性がプラス、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、速度が３０ｃｍ/ｍｉｎ  シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生したスパッタの重量を、溶接時間で割った値である。
【００４７】
図４のグラフから、Ｚ値とスパッタ量との間に良好な相関関係があり、スパッタ量を３．５ｇ／ｍｉｎ以下にするためにはＺ値を２．０％以下にする必要があることがわかる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｚ値が２．００％以下となるように弗化物の含有量を制御する必要がある。Ｚ値の好ましい上限値は１．８０％である。スパッタ発生量をさらに低減させたい場合、Ｚ値の上限値を１．６０％、１．４０％、１．２０％、１．００％、０．９０％、０．８０％、又は、０．７０％としてもよい。
【００４８】
Ｚ値の下限値を限定する必要はない。しかしながら、Ｆ換算値の合計を０．１１％以上とする必要があるので、Ｆ換算値の規定を満たし得るＺ値の最小値を、Ｚ値の下限値としてもよい。すなわち、Ｚ値が最小となるのは、Ｆ換算値の合計が最低値（０．１１％）であり、且つ、弗化物がＭｇＦ２のみからなる場合であり、この場合のＭｇＦ２の必要最小量は０．１８０％（＝０．１１０／０．６１０）である。従って、Ｚ値の下限値が０．１２６％（＝０．１８０×０．７００）を下回る可能性はない。このため、Ｚ値の下限値を０．１２６％としてもよい。拡散性水素量の一層の低減を図る場合には、Ｚ値の下限値を０．２０％、０．４０％、０．６０％、０．８０％、１．００％、１．２０％、１．４０％、１．６０％、又は、１．８０％としても差し支えない。Ｚ値は、弗化物のＦ換算値の合計が上述した下限値以上である限り、小さい方が好ましい。
【００４９】
（ＣａＦ２の含有量：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．５０％未満）
ＣａＦ２は、特にスパッタ量を増大させやすい弗化物である。本発明者らは、弗化物のＺ値が２．００％未満であったとしても、０．５０％以上のＣａＦ２は、大量のスパッタを発生させ、溶接作業性を悪化させることを知見した。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、ＣａＦ２の含有量を０．５０％未満とする必要がある。ＣａＦ２の含有量の好ましい上限値は０．２０％である。必要に応じて、ＣａＦ２の含有量を、０．１０％未満、０．０６％未満、０．０４％未満、又は、０．０２％未満としてもよい。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤはＣａＦ２を必要としないので、ＣａＦ２の含有量の下限値は０％である。
【００５０】
（Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く酸化物の含有量の合計量：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０．３０〜２．４０％）
（Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く酸化物の種類：Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上を含む）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、上述の通りＴｉ酸化物を含む。また、後述の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスでは、Ｃａ酸化物（ＣａＯ換算値）の含有量が０．１０％以下とされる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、これらＴｉ酸化物およびＣａ酸化物を除く酸化物を、スラグ形成剤として、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で、下記のような各酸化物に対応する換算値で計算した場合、合計０．３０〜２．４０％含む。Ｔｉ酸化物およびＣａ酸化物を除く酸化物は、Ｆｅ酸化物（ＦｅＯで換算）、Ｂａ酸化物（ＢａＯで換算）、Ｎａ酸化物（Ｎａ２Ｏで換算）、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ２で換算）、Ｚｒ酸化物（ＺｒＯ２で換算）、Ｍｇ酸化物（ＭｇＯで換算）、Ａｌ酸化物（Ａｌ２Ｏ３で換算）、Ｍｎ酸化物（ＭｎＯ２で換算）、及びＫ酸化物（Ｋ２Ｏで換算）からなる群から選択される１種または２種以上を含むが、これら以外の酸化物を含んでも良い。すなわち、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、フラックス入りワイヤの全質量に対する、ＦｅＯ、ＢａＯ、Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２又はＫ２Ｏの各々の換算値で合計０．３０〜２．４０％の、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物からなる群から選択される１種または２種以上を含み、前記Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く酸化物を含む。以下、「Ｔｉ酸化物およびＣａ酸化物を除く酸化物」を、「酸化物」と称する場合がある。
【００５１】
酸化物は、溶接ビード形状を良好に維持する効果と、立向溶接性を向上させる効果とを有する。Ｎａ酸化物、Ｋ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ｆｅ酸化物等は、アークを安定させる効果も有する。その効果を得るためには、酸化物の含有量を０．３０％以上にする必要がある。これらの効果をより発揮させるために、酸化物の含有量の下限を、０．５０％、０．７０％、０．９０％、１．００％、１．１０％又は１．２０％としてもよい。しかし、酸化物の含有量が２．４０％を超えると、スラグの巻き込みが生じる恐れがある。酸化物の好ましい上限値は２．２０％、２．００％、１．９０％、１．８０％、１．７０％、１．６０％、又は１．５０％である。
酸化物の含有量を、酸化物の種類ごとに規定する必要はないが、例えば、Ｓｉ酸化物：０．０８％以上０．９５％以下、Ｚｒ酸化物：０．８０％以下、Ａｌ酸化物：０．５０％以下である組成が好適である。なお、本実施形態において、酸化物の含有量は、Ｆｅ酸化物、Ｂａ酸化物、Ｎａ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｍｎ酸化物、及びＫ酸化物の合計量に加え、フラックスの造粒に使用されるバインダーなどに含まれる酸化物も合計した含有量とみなす。
【００５２】
（Ｖ値：５．０以上２７．０以下）
本実施形態に係るフラックスワイヤでは、以下の式Ｃによって算出されるＶ値を５．０以上２７．０以下とする必要がある。
Ｖ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／2……式Ｃ
上の式Ｃ中の角括弧で囲まれた各化学式に対応する化合物は、各化合物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量を示し、先述のような各酸化物に対応する換算値での含有量を示す。Ｆは、弗化物のＦ換算値での合計含有量を示す。本発明者らは、酸化物のうちＴｉ酸化物（ＴｉＯ２換算値）、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ２換算値）、Ａｌ酸化物（Ａｌ２Ｏ３換算値）、及びＺｒ酸化物（ＺｒＯ２換算値）の量と弗化物量との関係を適正な範囲内にする必要があることを見いだした。弗化物量に対してＴｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、及びＺｒ酸化物の量が多すぎる、すなわち、Ｖ値が２７．０超であるフラックス入りワイヤを用いて溶接を行った場合、高融点を有する酸化物系スラグの量が多くなるので、スラグ巻込みが生じやすくなることを本発明者らは知見した。一方、弗化物量に対してＴｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、及びＺｒ酸化物の量が少なすぎる、すなわち、Ｖ値が５．０未満であるフラックス入りワイヤを用いて溶接を行った場合、弗化物によってアーク力が高まり、溶融金属が圧迫され、ビード形状の劣化と立向溶接性の劣化とが生じやすくなることを本発明者らは知見した。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＶ値は５．０〜２７．０とされる。Ｖ値の下限値は、好ましくは７．０、９．０、１０．０、１１．０、又は１２．０である。Ｖ値の上限値は、好ましくは２５．０、２２．５、２０．０、１８．０、１６．０又は１５．０である。
【００５３】
（炭酸塩の含有量の合計：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で０〜０．６０％）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは、炭酸塩を含む必要がない。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいて、炭酸塩の含有量の下限値は０％である。しかしながら炭酸塩は、アークによって電離し、ＣＯ２ガスを発生させる。ＣＯ２ガスは、溶接雰囲気中の水素分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を低減させる。この効果を得るために、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスは炭酸塩を含んでも良い。
【００５４】
一方、０．６０％を超える量の炭酸塩は、溶接ビードの垂れを生じさせて溶接作業性を悪化させるおそれがある。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスが含む炭酸塩の上限値を、０．６０％とする必要がある。炭酸塩の含有量の好ましい上限値は０．４０％である。必要に応じて、炭酸塩の含有量の上限値を、０．３０％、０．２０％、０．１０％、０．０６％、又は０．０３％としてもよい。
【００５５】
（炭酸塩の種類：ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上を含む）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに含まれる炭酸塩の種類は、ＭｇＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＣＯ３、ＣａＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＦｅＣＯ３、及びＭｎＣＯ３からなる群から選択される１種または２種以上を含むが、これに限定されない。炭酸塩の含有量が上述の範囲内である限り、炭酸塩の種類および組成は限定されない。
【００５６】
（Ｃａ酸化物：フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％でＣａＯ換算で
０．２０％未満）
本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスにＣａ酸化物が含まれる場合がある。しかしながら、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、フラックス中のＣａ酸化物の含有量を０．２０％未満（ＣａＯ換算）にする必要がある。Ｃａ酸化物はスパッタを増大させて溶接性を悪化させる場合がある。Ｃａ酸化物の含有量の好ましい上限値は０．１５％、０．１０％、０．０５％、０．０２％、又は、０．０１％である。Ｃａ酸化物は含まれないほうが好ましいので、Ｃａ酸化物の含有量の下限値は０％である。Ｃａ酸化物は、通常のフラックスの材料に不純物として０．２０％以上含まれるおそれがあるので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造の際には、Ｃａ酸化物が含まれない材料を選定する必要がある。
【００５７】
上述の通り、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのフラックスに鉄粉が含まれていても良い。鉄粉は、フラックス入りワイヤにおけるフラックスの充填率の調整のために、または溶着効率の向上のために必要に応じて含有させる場合がある。しかし、鉄粉の表層に付着した酸素が、溶接金属の酸素量を増加させて靭性を低下させる場合がある。したがって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、鉄粉の含有量を１０．０％未満にすることが好ましい。必要に応じて、鉄粉の含有量の上限値を８．０％、６．０％、４．０％、２．０％、又は、１．０％に制限してもよい。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの課題を解決するために鉄粉は不要であるので、本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、鉄粉の含有量の下限値は０％である。
本実施形態に係るフラックスは、上述された成分以外の成分を含んでも良い。例えば、溶着金属の化学成分およびＣｅｑを制御するための合金成分を、フラックス中に弗化物、酸化物、または炭酸塩ではない状態（例えば金属粉または合金粉の状態）で含有させてもよい。なお、金属粉及び合金粉は、溶接の際に鋼製外皮と同様に溶融し、溶接金属に影響する。従って、後述する合金成分は、金属粉若しくは合金粉の形態でフラックス入りワイヤに含まれても、又は鋼製外皮の形態でフラックス入りワイヤに含まれても、同じ効果を奏する。
【００５８】
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの、弗化物、酸化物（Ｔｉ酸化物及びＣａ酸化物を除く）、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分について説明する。以下の説明において、特に説明がない限り、「％」は、「フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％」を意味する。以下に説明する化学成分は、鋼製外皮に含まれても良いし、上述されたようにフラックスに含まれても良いし、鋼製外皮の外表面のめっきに含まれても良い。以下の説明において「フラックス入りワイヤの、弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分」を単に「フラックス入りワイヤの化学成分」と称する場合がある。
【００５９】
（Ｃ：０．００３〜０．１２０％）
Ｃは、固溶強化によって溶接金属の耐力及び引張強さを確保するために重要な元素である。フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量が０．００３％未満では、溶接金属の耐力及び引張強さを確保できない。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量が０．１２０％を超えると、溶接金属中のＣ含有量が過剰になり、溶接金属の耐力及び引張強さが過度に上昇して、溶接金属の靭性が低下する。溶接金属の靭性、耐力、及び引張強さの全てを安定的に確保するためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量の下限値を０．０３０％にすることが好ましく、フラックス入りワイヤの化学成分のＣ含有量の上限値を０．０８０％にすることが好ましい。必要に応じて、Ｃ含有量の下限を０．０１０％、０．０２０％、０．０３０％、０．０４０％、０．０５０％、又は０．０６０％としてもよい。同様に、Ｃ含有量の上限を０．１００％、０．０９０％、０．０８０％、又は０．０７０％としてもよい。
【００６０】
（Ｓｉ：０．４５〜１．００％）
Ｓｉは、脱酸元素であり、溶接金属の酸素量を低減して溶接金属の清浄度を高める働きを有する。さらに本発明者らは、１００％ＣＯ２ガスを用いて溶接を行う際に、フラックス入りワイヤに含まれるＳｉが溶接金属の粘性を高め、立向溶接時の溶接金属の垂れを防ぎ、立向溶接性を向上させることを知見した。本発明者らは、Ｓｉ含有量が異なる種々のフラックス入りワイヤの垂れ落ち上限電流値を調査した。垂れ落ち上限電流値とは、アーク溶接ロボット及びフラックス入りワイヤを用いて、溶接速度１５ｃｍ／ｍｉｎ、ウィービング幅１４ｍｍ、ウィービング周波数０．８Ｈｚ、及び溶接ガス種１００％ＣＯ２の溶接条件下で、５Ａピッチで溶接電流値を上昇させながら上進溶接を行った場合に、溶接金属の垂れ落ちが生じない電流値の最大値である。図８Ａは、垂れ落ちが生じていない溶接部の写真であり、図８Ｂは、垂れ落ちが生じた溶接部の写真である。本発明者らが作成した、フラックス入りワイヤのＳｉ含有量と垂れ落ち上限電流値との関係を示すグラフを図５に示す。フラックス入りワイヤのＳｉ含有量が０．４５％以上となった場合、垂れ落ち上限電流値が顕著に上昇することが、図５のグラフには示されている。以上の知見に基づき、本発明者らは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤのＳｉ含有量の下限値を０．４５％と規定した。ただし、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量が１．００％を超える場合、Ｓｉが溶接金属の靱性を劣化させる。溶接金属の靭性を安定して確保するために、フラックス入りワイヤの化学成分のＳｉ含有量の上限は、０．９０％、０．８０％、０．７０％又は０．６０％としてもよい。必要に応じて、Ｓｉ含有量の下限を０．５０％、０．５５％、０．６０％、又は０．６５％としてもよい。
【００６１】
（Ｍｎ：１．００〜３．５０％）
Ｍｎは、溶接金属の焼入性を確保して溶接金属の強度を高めるために必要な元素である。その効果を確実に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量を１．００％以上にする必要がある。溶接金属の強度をさらに高めるために、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量の下限値を１．４０％、１．６０％、１．８０％、２．００％、又は２．１０％としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｎ含有量が３．５０％を超える場合、溶接金属の粒界脆化感受性が増加して溶接金属の靱性が劣化する。従って、Ｍｎ含有量の上限値を３．５０％とする。好ましくは、Ｍｎ含有量の上限値は３．２０％、２．９０％、２．７０％、２．５０％、又は２．３０％である。
【００６２】
（Ｐ：０．０３０％以下）
Ｐは不純物元素であり、溶接金属の靱性を低下させるので、フラックス入りワイヤ中のＰ含有量は極力低減させる必要がある。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量の下限値は０％である。また、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量が０．０３０％以下であれば、Ｐの靱性への悪影響が許容できる範囲内となる。溶接金属の凝固割れを防止するために、フラックス入りワイヤの化学成分のＰ含有量は、より好適には、０．０２０％以下、０．０１５％以下、又は０．０１０％以下である。
【００６３】
（Ｓ：０．０２０％以下）
Ｓも不純物元素であり、溶接金属中に過大に存在すると、溶接金属の靱性と延性とをともに劣化させるので、フラックス入りワイヤ中のＳ含有量は極力低減させることが好ましい。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量の下限値は０％である。また、フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量が０．０２０％以下であれば、溶接金属の靱性及び延性にＳが及ぼす悪影響が許容できる範囲内となる。フラックス入りワイヤの化学成分のＳ含有量は、より好適には、０．０１０％以下、０．００８％以下、０．００６％以下、又は０．００５％以下である。
【００６４】
（Ａｌ：０．０８〜０．７０％）
Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉと同様に、溶接金属中の酸素量を低減させ、溶接金属の清浄度向上効果を有する。さらに本発明者らは、種々の検討の結果、Ａｌが溶接金属の粘性を高め、立向溶接時の溶接金属の垂れを防ぐことを知見した。本発明者らは、Ａｌ含有量が異なる種々のフラックス入りワイヤの垂れ落ち上限電流値を調査した。垂れ落ち上限電流値とは、アーク溶接ロボット及びフラックス入りワイヤを用いて、溶接速度１５ｃｍ／ｍｉｎ、ウィービング幅１４ｍｍ、ウィービング周波数０．８Ｈｚ、及び溶接ガス種１００％ＣＯ２の溶接条件下で、５Ａピッチで溶接電流値を上昇させながら上進溶接を行った場合に、溶接金属の垂れ落ちが生じない電流値の最大値である。図６は、垂れ落ちが生じていない溶接部の写真であり、図６は、垂れ落ちが生じた溶接部の写真である。本発明者らが作成した、フラックス入りワイヤのＡｌ含有量と垂れ落ち上限電流値との関係を示すグラフを図６に示す。フラックス入りワイヤのＡｌ含有量が０．０８％未満となった場合、垂れ落ち上限電流値が低下することが、図６のグラフには示されている。
【００６５】
本発明者らは、フラックスが上述された量のＴｉ酸化物及び弗化物を含む場合、溶接金属の粘性を向上させることにより溶接作業性を向上させるためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量を０．０８％以上にする必要があることを、上述の実験により知見した。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量が０．０８％未満では、溶接金属の粘性が不足する。特に、シールドガスが１００％ＣＯ２ガスである立向溶接は、フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量が０．０８％未満である場合、溶接性が悪いので実施困難である。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量が０．７０％を超える場合、Ａｌが窒化物及び酸化物等を形成して、溶接金属の靱性を減少させ、さらにＡｌがスパッタも増加させる。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の上限を０．７０％とする。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の上限値は、好ましくは０．６０％、０．５０％、０．４０％、又は０．３５％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＡｌ含有量の下限値は、好ましくは０．１０％、０．１２％、０．１６％、０．１８％、０．２０％又は０．２２％である。
【００６６】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの化学成分は、以上の基本的な成分のほかに、必要に応じて下記の成分を含むことができる。
【００６７】
（Ｎｉ：０〜０．６０％）
Ｎｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤのＮｉ含有量の下限値は０％である。また、フラックス入りワイヤのＮｉ含有量が多すぎる場合、このフラックス入りワイヤを用いて得られる溶接部のＵ形溶接割れ試験における低温割れ発生率が上昇することを本発明者らは知見した。本発明者らは、Ｎｉ含有量が異なる種々のフラックス入りワイヤを用いて、１００％ＣＯ２ガス（溶接ガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ）、溶接電流２７０Ａ、溶接電圧３０Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、溶接姿勢：下向、雰囲気：温度５℃、湿度６０％、予熱：なしの溶接条件で、ブリネル硬さが４５０ＨＢであり、Ｐｃｍが０．３３であり、板厚が２５ｍｍである耐摩耗鋼板を溶接し、これにより得られた溶接継手に、ＪＩＳ  Ｚ  ３１５７（Ｕ形溶接割れ試験方法  ）に準拠したＵ形溶接割れ試験を実施した。
上述の検討結果に基づいて本発明者らが作成した、フラックス入りワイヤのＮｉ含有量と、フラックス入りワイヤを用いて得られた溶接部のＵ形溶接割れ試験における低温割れ発生率との関係を示すグラフを図７に示す。フラックス入りワイヤのＮｉ含有量が０．６０％以下である場合、割れ発生率が０％となることが、図７のグラフには示されている。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｉ含有量の上限を０．６０％とする。被溶接材が引張強さ５９０ＭＰａ級以上の高強度鋼である場合でも、Ｎｉ含有量が０．６０％以下のフラックス入りワイヤは、予熱を不要とするか、または軽減するために十分な耐低温割れ性を有する溶接金属を得ることができる。Ｎｉ含有量の増大によって低温割れ発生率が上昇する原因は不明であるが、本発明者らは、Ｎｉ含有量の増加によって溶接金属が水素に対して敏感になるためであると推測している。フラックス入りワイヤの化学成分のＮｉ含有量の上限値は、好ましくは０．４０％、０．２０％、又は０．１５％である。
【００６８】
一方、Ｎｉは焼入性を向上させることで溶接金属の強度を高める。Ｎｉは、さらに、固溶靱化（固溶により靭性を高める作用）により溶接金属の靱性を向上させる元素である。この効果を得るために、０．６０％以下のＮｉをフラックス入りワイヤに含有させてもよい。
【００６９】
（Ｔｉ：０〜０．１０％）
Ｔｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｔｉは脱酸元素であり、溶接金属中の酸素量を低減させる効果がある。また、フラックス入りワイヤの化学成分に含まれるＴｉは、溶接金属中に僅かに残留して固溶Ｎを固定するので、固溶Ｎが溶接金属の靱性に及ぼす悪影響を緩和する効果を有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分が０．０１％以上のＴｉを含有してもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量が０．１０％を越えると、溶接金属において過度な析出物の生成による靱性劣化が生じるおそれがある。なお、フラックス入りワイヤの化学成分にＴｉを含有させる場合、一般的には、フェロチタン（鉄とチタンとの合金）をフラックス中に含有させる。フラックス入りワイヤの化学成分のＴｉ含有量の上限値は、好ましくは０．０８％、０．０６％、０．０４％、又は０．０２％である。
【００７０】
（Ｂ：０〜０．０２０％）
Ｂは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の下限値は０％である。一方、Ｂは、溶接金属において固溶Ｎと結びついてＢＮを形成するので、固溶Ｎが溶接金属の靭性に及ぼす悪影響を減じる効果を有する。また、Ｂは溶接金属の焼入性を高めるので溶接金属の強度を向上させる効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分が０．０００５％以上のＢを含有してもよい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量が０．０２０％超になると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮ及びＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６等のＢ化合物を形成して溶接金属の靭性を劣化させるので、好ましくない。フラックス入りワイヤの化学成分のＢ含有量の上限値は、好ましくは０．０１５％、０．０１０％、０．００５％、０．００３％、０．００１％である。
【００７１】
（Ｍｏ：０〜１．００％）
Ｍｏは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｏは、溶接金属の焼入れ性を向上させる効果を有するので、溶接金属の高強度化に有効な元素である。その効果を得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量が１．００％を超える場合、溶接金属の靭性が劣化するので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量は、１．００％以下とする。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｏ含有量の上限値は、好ましくは０．７５％、０．５０％、０．３０％、０．１０％、又は０．０６％である。
【００７２】
（Ｃｕ：０〜０．５０％）
Ｃｕは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量の下限値は０％である。一方、Ｃｕは、溶接金属の強度と靭性を向上させる効果を有する。その効果を十分に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。Ｃｕは、フラックス入りワイヤの鋼製外皮の表面のめっきに含まれてもよく、および、フラックスに単体または合金として含まれても良い。Ｃｕメッキは、防錆性、通電性、及び、耐チップ磨耗性を向上させる効果も有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量は、鋼製外皮及びフラックスに含有されているＣｕと、ワイヤ表面のめっきに含まれるＣｕとの合計量である。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量が０．５０％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。フラックス入りワイヤの化学成分のＣｕ含有量の上限値は、好ましくは０．０４％、０．３０％、又は０．２０％である。
【００７３】
（Ｎｂ：０〜０．２０％）
Ｎｂは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の下限値は０％である。一方、Ｎｂは、溶接金属において微細炭化物を形成し、この微細炭化物が溶接金属中で析出強化を生じさせるので、Ｎｂは溶接金属の引張強さを向上させる。その効果を十分に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量を０．００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量が０．２０％を超えることは、Ｎｂが溶接金属中で粗大な析出物を形成して溶接金属の靭性を劣化させるので、好ましくない。フラックス入りワイヤの化学成分のＮｂ含有量の上限値は、好ましくは０．０８％、０．０６％、０．０４％、又は０．０２％である。
【００７４】
（Ｖ：０〜０．２００％）
Ｖは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の下限値は０％である。一方、Ｖは溶接金属の焼入れ性を向上させるので、溶接金属の高強度化に有効な元素である。その効果を十分に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量が０．２００％を超える場合、溶接金属中のＶ炭化物の析出量が過剰となり、溶接金属が過剰に硬化し、溶接金属の靭性を劣化させる。フラックス入りワイヤの化学成分のＶ含有量の上限値は、好ましくは０．１６０％、０．１２０％、０．０８０％、０．０４０％、又は０．０２０％である。
【００７５】
（Ｃｒ：０〜１．００％）
Ｃｒは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量の下限値は０％である。一方、Ｃｒは、溶接金属の焼入性を高めるので、溶接金属の強度を向上させるために有効な元素である。その効果を十分に得るためには、フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量を０．１０％以上とすることが好ましい。フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量が１．００％を超える場合、溶接金属が過剰に硬化し、溶接金属の靱性を劣化させる。フラックス入りワイヤの化学成分のＣｒ含有量の上限値は、好ましくは０．７０％、０．４０％、０．２０％又は０．１０％である。
【００７６】
（Ｍｇ：０〜０．９０％）
Ｍｇは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の下限値は０％である。一方、Ｍｇは脱酸剤であり、溶接金属の酸素量を低減し、これにより溶接金属の靭性を向上させる元素である。その効果を十分に得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量を０．１０％以上とすることが好ましい。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量が０．９０％を超える場合、アーク中で激しくＭｇと酸素とが反応し、スパッタ及びヒュームの発生量が増大する。なお、フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の好ましい下限値は、０．１０％、０．１５％、０．２０％、０．２５％、又は０．３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＭｇ含有量の好ましい上限値は、０．７０％、０．５５％、０．４５％、又は０．３５％である。
【００７７】
（Ｂｉ：０〜０．０３０％）
Ｂｉは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の下限値は０％である。一方、Ｂｉは、スラグの剥離性を改善する元素である。その効果を十分に得るために、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量を０．００５％以上、０．０１０％以上又は０．０１２％以上とすることが好ましい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量が０．０３０％を超える場合、溶接金属に凝固割れが発生しやすくなるので、フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は０．０３０％である。フラックス入りワイヤの化学成分のＢｉ含有量の上限値は、好ましくは０．０２５％、０．０２０％、０．０１７％、または０．０１５％である。
【００７８】
（Ｃａ：０〜０．５０％）
（ＲＥＭ：０〜０．０１００％）
Ｃａ及びＲＥＭは必須成分ではないので、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量及びＲＥＭ含有量の下限値は０％である。一方、Ｃａ及びＲＥＭは、いずれも溶接金属中での硫化物の構造を変化させ、また、硫化物及び酸化物のサイズを微細化させ、これにより溶接金属の延性及び靭性を向上させる働きを有する。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量を０．００２％以上としてもよく、フラックス入りワイヤの化学成分のＲＥＭ含有量を０．０００２％以上としてもよい。一方、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量及びＲＥＭ含有量が過剰である場合、スパッタ量が増大し、溶接性が損なわれる。従って、フラックス入りワイヤの化学成分のＣａ含有量の上限値は０．５０％であり、フラックス入りワイヤの化学成分のＲＥＭ含有量の上限値は０．０１００％である。
【００７９】
（残部：Ｆｅおよび不純物）
以上が本実施形態のフラックス入りワイヤの、弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分の限定理由であるが、その他の残部成分はＦｅと不純物である。残部のＦｅは、例えば鋼製外皮に含まれるＦｅ、およびフラックス中に添加された合金粉中のＦｅ等である。不純物とは、フラックス入りワイヤを工業的に製造する際に、原料に由来して、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係るフラックス入りワイヤに悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【００８０】
（Ｃｅｑ：０．３０〜１．００％）
Ｃｅｑは、以下の式Ｄによって算出される、焼入性を示す指標（炭素当量）である。
Ｃｅｑ＝（Ｃ）＋（Ｓｉ）／２４＋（Ｍｎ）／６＋（Ｎｉ）／４０＋（Ｃｒ）／５＋（Ｍｏ）／４＋（Ｖ）／１４……式Ｄ
上述の式Ｄにおいて、括弧で囲まれた元素記号は、フラックス入りワイヤの、弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分に含まれる各元素記号に対応する元素の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量である。すなわち、本実施形態のフラックス入りワイヤの化学成分から算出されるＣｅｑ（フラックス入りワイヤのＣｅｑ）は、弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、または炭酸塩の状態でフラックス入りワイヤに含まれている元素の含有量を考慮せずに算出される。弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、または炭酸塩の状態でフラックス入りワイヤに含まれている元素は、溶接の際にスラグとして溶接金属の外部に排出されるので、溶接金属の焼入性に影響しない。
【００８１】
フラックス入りワイヤのＣｅｑは、溶着金属（溶接中にフラックス入りワイヤ等の溶加材から溶接部に移行した金属）のＣｅｑと等しく、また、溶接金属（溶接中に溶融および凝固した金属であり、被溶接材と溶加材とが混合された領域を含む）の焼入れ性にも影響する。Ｃｅｑが高い場合、溶接金属が硬化するので溶接金属の引張強さが向上するが、一方で溶接金属の靭性が低下する。本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、Ｃｅｑが０．３０〜１．００％となるように、弗化物、酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、および炭酸塩を除く化学成分を制御する必要がある。Ｃｅｑが０．３０％未満である場合、溶接金属の引張強さが不足する。溶接金属の引張強さを高めるために、Ｃｅｑの下限を、０．３５％、０．３８％、０．４１％、０．４４％又は０．４６％としてもよい。一方、Ｃｅｑが１．００％を超える場合、溶接金属の靭性が不足する。このため、Ｃｅｑの上限を１．００％とする。溶接金属の靱性を高めるために、Ｃｅｑの上限値を、０．８０％、０．６０％、０．５５％、０．５２％又は０．４９％としてもよい。
【００８２】
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの形状について説明する。
通常、フラックス入りワイヤは、図２Ａに示すような、鋼製外皮の継目が溶接されているのでスリット状の隙間がない形状（シームレス形状）を有するワイヤ（シームレスワイヤと呼ぶことがある）と、図２Ｂまたは図２Ｃに示すような、鋼製外皮の継目が溶接されていないのでスリット状の隙間６を含む形状を有するワイヤとのいずれかに区別される。
【００８３】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤでは、いずれの形状も採用することができる。しかしながら、溶接金属の低温割れの発生を抑制するためには、鋼製外皮にスリット状の隙間がないことが好ましい。溶接時に溶接部に侵入するＨ（水素）は、溶接金属及び被溶接材中に拡散し、応力集中部に集積して低温割れの発生原因となる。Ｈの供給源は様々であるが、溶接部の清浄性、およびガスシールドの条件が厳密に管理された状態で溶接が行われる場合、ワイヤ中に含まれる水分（Ｈ２Ｏ）が、主なＨの供給源となり、この水分の量が、溶接継手の拡散性水素量に強く影響する。鋼製外皮がシームを有する場合、大気中の水分がシームを通じてフラックス中に侵入しやすい。このため、鋼製外皮のシームを除去することにより、ワイヤ製造後からワイヤ使用までの間に、大気中の水分が鋼製外皮を通じてフラックス中に侵入することを抑制することが望ましい。鋼製外皮がシームを有し、且つワイヤ製造からワイヤ使用までの期間が長い場合は、水分等のＨの供給源が侵入することを防止するために、フラックス入りワイヤ全体を真空包装するか、乾燥した状態に保持できる容器内でフラックス入りワイヤを保存することが望ましい。
【００８４】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含まれる水素量は特に規定されないが、溶接金属の拡散性水素量を低減するためには、フラックス入りワイヤの全質量に対して１２ｐｐｍ以下であることが好ましい。フラックス入りワイヤ中の水素量は、フラックス入りワイヤの保管の間に、フラックス入りワイヤ内に水分が侵入することにより増大するおそれがある。従って、ワイヤ製造からワイヤ使用までの期間が長い場合は、上述の手段によって水分の浸入を防止することが望ましい。
【００８５】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの直径は、特に規定されないが、例えばφ１．０〜φ２．０ｍｍである。一般的なフラックス入りワイヤの直径はφ１．２〜φ１．６ｍｍである。本実施形態に係るフラックス入りワイヤの充填率は、上述された条件が満たされる限り、特に限定されない。一般的なフラックス入りワイヤの充填率に鑑みて、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの充填率の下限値を、例えば１０％、又は１２％としてもよい。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの充填率の上限値を、例えば２０％、又は１７％としてもよい。
【００８６】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に塗布された潤滑剤をさらに備えても良い。ワイヤ表面に塗布された潤滑剤は、溶接時のワイヤの送給性を向上させる効果を有する。溶接ワイヤ用の潤滑剤としては、様々な種類のものを使用できるが、溶接金属の低温割れを抑制するためには、Ｈを含有しないパーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ油）を使用することが好ましい。また、上述したように、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ワイヤ表面に形成されためっきをさらに備えても良い。この場合、潤滑剤はめっきの表面に塗布される。
【００８７】
次に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法について説明する。
本実施形態のフラックス入りワイヤは、通常のフラックス入りワイヤの製造工程によって製造することができる。以下に、製造方法の一例を説明する。
【００８８】
シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、フラックスを調製する工程と、鋼帯を長手方向に送りながら、成形ロールを用いて成形してＵ字型のオープン管を得る工程と、オープン管の開口部を通じてオープン管内にフラックスを供給する工程と、オープン管の開口部の相対するエッジ部を突合せ溶接してシームレス管を得る工程と、シームレス管を伸線して所定の線径を有するフラックス入りワイヤを得る工程と、伸線する工程の途中または完了後にフラックス入りワイヤを焼鈍する工程とを備える。フラックスは、フラックス入りワイヤの弗化物量、酸化物量、炭酸塩量、及び化学成分などが上述された所定の範囲内になるように調製される。なお、鋼製外皮の材料である鋼帯の幅及び厚さ、並びにフラックスの充填量等によって決定されるフラックスの充填率も、フラックス入りワイヤの弗化物量、酸化物量、炭酸塩量、及び化学成分などに影響することに留意する必要がある。突合せ溶接は、電縫溶接、レーザ溶接、またはＴＩＧ溶接等により行われる。また、伸線工程の途中または伸線工程の完了後に、フラックス入りワイヤ中の水分を除去するために、フラックス入りワイヤは焼鈍される。フラックス入りワイヤのＨ含有量を１２ｐｐｍ以下とするために、焼鈍温度は、６５０℃以上とし、焼鈍時間は、４時間以上とすること必要とされる。なお、フラックスの変質を防ぐために、焼鈍温度は９００℃以下とされる必要がある。
【００８９】
スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、オープン管の端部を突き合わせ溶接してシームレス管を得る工程の代わりに、オープン管を成形してオープン管の端部を突き合わせてスリット状の隙間有りの管を得る工程を有する点以外は、シームレス形状を有するフラックス入りワイヤの製造方法と同じである。スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法は、突き合わせられたオープン管の端部をかしめる工程をさらに備えても良い。スリット状の隙間を有するフラックス入りワイヤの製造方法では、スリット状の隙間有りの管を伸線する。
【００９０】
突合せシーム溶接された、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤの断面は、図２Ａに示される。この断面には、研磨して、エッチングすれば、溶接跡が観察されるが、エッチングしないと溶接跡は観察されない。そのため、上記のようにシームレスと呼ぶことがある。例えば、溶接学会編「新版  溶接・接合技術入門」（２００８年）産報出版、ｐ．１１１には、突合せシーム溶接された、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤは、シームレスタイプのワイヤと記載されている。
図２Ｂは、突合せシーム溶接されず、鋼製外皮の端部を突き合わせて製造されたフラックス入りワイヤの断面を示し、図２Ｃは、突合せシーム溶接されず、鋼製外皮の端部を突き合わせた後にかしめて製造されたフラックス入りワイヤの断面を示す。図２Ｂ及び図２Ｃのフラックス入りワイヤの鋼製外皮の隙間をろう付けしても、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤが得られる。
【００９１】
以上説明した本実施形態のフラックス入りワイヤは、あらゆる種類の鋼材の溶接に対して適用可能であり、特に、溶接割れ感受性組成Ｐｃｍが０．２４％以上の鋼材のガスシールドアーク溶接に使用するのに適している。本実施形態のフラックス入りワイヤを用いて溶接することにより、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下である溶接金属が得られ、溶接金属の低温割れの発生が抑制される。Ｐｃｍが０．２４以上である、低温割れ感受性が高い鋼材（例えば、引張強さが５９０ＭＰａ以上で板厚２０ｍｍ以上の高強度鋼板）をアーク溶接する場合であっても、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、予熱なしで、あるいは予熱温度５０℃以下で、低温割れを防止できる。
【００９２】
ここで、本実施形態における拡散性水素量は、特に断りが無い限り、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８：２００７「鋼溶接部の水素量測定方法」に準拠する方法で測定された拡散性水素量である。また、鋼材のＰｃｍ（％）は、式Ｅにより計算した値をいう。
Ｐｃｍ＝（Ｃ）＋（Ｓｉ）／３０＋（Ｍｎ）／２０＋（Ｃｕ）／２０＋（Ｎｉ）／６０＋（Ｃｒ）／２０＋（Ｍｏ）／１５＋（Ｖ）／１０＋５×（Ｂ）……式Ｅ
なお、上記式に含まれる、括弧で囲まれた各元素は、鋼材に含まれる各元素の含有量（質量％）を示す。鋼材中に含有されない元素の含有量は０質量％とみなされる。
【００９３】
次に、本実施形態に係る溶接継手の製造方法について説明する。
【００９４】
（溶接継手の製造方法：本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いる）
本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、上述された本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いて、鋼材を、ガスシールドアーク溶接する工程を備える。本実施形態に係る溶接継手の製造方法において溶接継手の母材となる鋼材（被溶接材）の種類は、特に限定されないが、例えばＰｃｍが０．２４％以上である低温割れ感受性が高い鋼材であり、特に、引張強さが５９０ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下であり板厚２０ｍｍ以上の高強度鋼板である。これら鋼板は低温割れ感受性が高いので、従来技術に係る溶接継手の製造方法でこれら鋼板を溶接した場合、十分な予熱なしに低温割れの発生を抑制することはできない。しかしながら本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、低温割れを抑制することができる本実施形態に係る溶接ワイヤを用いるので、低温割れ感受性が高い鋼材を本実施形態に係る溶接継手の製造方法で溶接した場合、予熱を行わずに、又は予熱を著しく軽減しながら低温割れの発生を抑制することができる。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、Ｃｅｑ及び酸素量が好ましく制御された本実施形態に係る溶接ワイヤを用いて、高強度及び高靱性を有する溶接金属を得ることができるので、５９０ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下の高強度鋼板に対して適用された場合、特に良好な機械特性を有する溶接継手を得ることができる。耐磨耗鋼などの、引張強さが１０００ＭＰａを超える鋼板に、本実施形態に係る溶接継手の製造方法を適用してもよい。その場合、本実施形態に係る溶接継手の製造方法によって得られる継手が、溶接金属の引張強さが鋼板母材の引張強さより低いアンダーマッチの継手となってもよい。
【００９５】
本実施形態に係る溶接継手の製造方法において用いられるシールドガスの種類は特に限定されない。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、シールドガスの種類に関わらず、優れた溶接作業性を発揮し、高強度及び高靱性を有する溶接継手を得ることができる。しかしながら、一般的に多用されている１００ｖｏｌ％の炭酸ガス、及びＡｒと３〜３０ｖｏｌ％ＣＯ２との混合ガス等が、本実施形態に係る溶接継手の製造方法のシールドガスであることが好ましい。また、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いた溶接の際のシールドガスは５Ｖｏｌ％以下のＯ２ガスを含んでいても良い。これらガスは廉価であるので、これらガスを用いた溶接は産業利用上有利である。通常、これらガスは、ルチル系ＦＣＷと組み合わせて用いられた際に、多量のスパッタを生じさせて溶接作業性を悪化させる。しかしながら本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、スパッタ量を十分に抑制することができる本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いるので、これらガスがシールドガスである場合でも、良好な溶接作業性を発揮することができる。
【００９６】
本実施形態に係る溶接継手の製造方法における溶接姿勢は特に限定されない。本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、スパッタ量を十分に抑制し、且つ溶融金属の粘性を十分に高めることができる本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いるので、溶接姿勢が下向姿勢、横向姿勢、立向姿勢、及び上向姿勢のいずれであっても、良好な溶接作業性を発揮することができる。
【００９７】
なお、被溶接材（鋼材）が（Ａ）板厚が１２ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３６％以下である鋼板、（Ｂ）板厚が１２ｍｍ超２５ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３３％以下である鋼板、（Ｃ）板厚が２５ｍｍ超４０ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．３１％以下である鋼板、及び（Ｄ）板厚が４０ｍｍ超１００ｍｍ以下であり、Ｐｃｍが０．２９％以下である鋼板からなる群から選択される１種であり、且つガスシールドアーク溶接する工程の開始の際の鋼材の温度が５℃未満の場合、５℃以上に予熱することが好ましい。鋼材の種類、及び溶接時の鋼材温度が上述の範囲内で、予熱を行わずに溶接したとしても、低温割れが必ず発生する訳ではない。溶接後にＸ線やＵＳＴ等の非破壊検査を行って、溶接継手に割れ等がある場合には、割れた部分を補修溶接すればよい。また、鋼材の種類が上述の範囲内であるが、溶接時の鋼材の温度が５℃以上の場合、予熱を省略しても、低温割れを確実に防止できる。本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、溶接金属の耐低温割れ性を十分に高めることができるフラックス入りワイヤが用いられているので、一般的な５９０ＭＰａ以上１７００ＭＰａ以下の引張強さを有する鋼材が被溶接材である場合、多くの場合予熱を省略することができる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いることで、溶接補修を含めた溶接施工のコストを大幅に低減でき、溶接施工及び時間を大幅に短縮できる。
【００９８】
次に、本実施形態に係る溶接継手について説明する。
本実施形態に係る溶接継手は、上述された本実施形態に係る溶接継手の製造方法によって得られる。本実施形態に係る溶接継手は、Ｃｅｑ、酸素量、及びスラグ形成剤の量が好ましく制御された本実施形態に係る溶接ワイヤを用いて製造されるので、高強度及び高靱性を有し、拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、且つ良好なビード形状を有する溶接金属を備える。本実施形態に係る溶接継手の母材は特に限定されない。
【００９９】
本発明の別の実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスと、を備えるフラックス入りワイヤであって、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ側がプラス、溶接姿勢が下向き、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が３．５ｇ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする。本発明の別の実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮と、前記鋼製外皮の内部に充填されたフラックスとを備えるフラックス入りワイヤであって、前記フラックス入りワイヤは、前記全質量に対する質量％で、Ａｌ：０．０８〜０．７０％、Ｎｉ：０〜０．６０％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値：４．３０〜７．５０％を含み、前記フラックス入りワイヤを用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８に規定された条件で直流ガスシールドアーク溶接することにより得られる溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下であり、前記フラックス入りワイヤを用いて、ワイヤ側がプラス、溶接姿勢が下向き、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で直流ガスシールドアーク溶接を行った際に発生するスパッタの溶接時間あたりの重量が、３．５ｇ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする。ワイヤの極性は、溶接金属の拡散性水素量およびスパッタ発生量に及ぼす影響が無視できる程度に小さいので、プラス及びマイナスのいずれであってもよいが、プラスであることが好ましい。例えば、ワイヤ側がプラス、溶接姿勢が下向き、電流値が２７０Ａ、電圧値が３０Ｖ、溶接速度が３０ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス種が１００％ＣＯ２ガス、及びシールドガス流量が２５Ｌ／ｍｉｎである条件で、本実施形態に係るフラックス入りワイヤを用いて直流ガスシールドアーク溶接を行った場合、溶接金属の拡散性水素量を確実に１．０ｍｌ／１００ｇとすることができる。本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、上述の特徴を有するので、耐低温割れ性に優れる溶接部を得ることができ、且つ溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができる。従って、本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、溶接金属の割れを防止するための予熱作業を不要とするか、または著しく軽減することが可能であり、及びスパッタ発生量を大幅に低減可能である。
【実施例】
【０１００】
次に、実施例により、本発明の実施可能性及び効果についてさらに詳細に説明する。【０１０１】
実施例および比較例のフラックス入りワイヤは、以下に説明する方法により製造した。まず、鋼帯を長手方向に送りながら、成形ロールを用いて成形してＵ型のオープン管を得た。このオープン管の開口部を通じてオープン管内にフラックスを供給し、オープン管の開口部の相対するエッジ部を突合わせ溶接してシームレス管を得た。このシームレス管を伸線して、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤを得た。ただし、一部の試料は、シーム溶接をしないスリット状の隙間有りの管とし、それを伸線した。このようにして、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。なお、これらフラックス入りワイヤの伸線作業の途中で、フラックス入りワイヤを６５０〜９５０℃の温度範囲内で４時間以上焼鈍した。試作後、ワイヤ表面には潤滑剤を塗布した。これらフラックス入りワイヤの構成を表１−１〜表３−３に示す。【０１０２】
表１−１〜表３−３に開示された各弗化物の含有量、各酸化物の含有量及び酸化物の合計量（Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物除く）、各炭酸塩の含有量及び炭酸塩の合計量、Ｆｅ粉の含有量、並びに合金成分として含まれる各元素の含有量の単位は、フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％である。表１−１〜表１−３に開示されたフラックス入りワイヤのＦ換算値は、フラックス入りワイヤ中の弗化物に含まれる弗素（Ｆ）の量を、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％で示すものである。表１−１〜表１−３に開示されたフラックス入りワイヤのＺ値（スパッタ発生指数Ｚ）及びＶ値は、下記の式Ｂ及び式Ｃによって求められた値である。
Ｚ＝０．７０×（［Ｎａ３ＡｌＦ６］＋［ＮａＦ］＋［ＭｇＦ２］）＋０．８０×（［Ｋ２ＳｉＦ６］＋［Ｋ２ＺｒＦ６］）＋０．９０×（［ＬｉＦ］＋［ＢａＦ２］）＋３．５０×（［ＣａＦ２］）……式Ｂ
Ｖ＝（［ＴｉＯ２］＋１．２×［ＳｉＯ２］＋１．４×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．５×［ＺｒＯ２］）／（Ｆ）１／2……式Ｃ
上述の２つの式において、角括弧で囲まれた化学式は、各化学式に係る化合物の、フラックス入りワイヤの全質量に対する質量％での含有量であり、記号「Ｆ」は、フラックス入りワイヤのＦ換算値である。
表に開示されたフラックス入りワイヤの残部（すなわち、表１−１〜表３−３に開示された各成分以外の成分）は、鉄及び不純物であった。表に開示されたフラックス入りワイヤは、「備考」欄で特に断りが無い限り、シームレス形状を有し、潤滑油としてパーム油が塗布された。表３−１〜表３−３に開示されたフラックス入りワイヤに合金成分として含まれる各元素は、鋼製外皮または金属粉の形態であった。なお、表１−１〜表３−３においては、本発明で規定される範囲から外れる数値に下線を付してある。また、化学成分や化合物などの含有量に係る表中の空欄は、その化学成分や化合物などが意図的に添加されていないことを意味する。これらの化学成分や化合物などが不可避的に混入されるか生成することもある。【０１０３】
実施例および比較例のフラックス入りワイヤは、以下に説明する方法により評価された。なお、評価の際の溶接ガスの種類は、「備考」欄で特に断りが無い限り、１００％ＣＯ２ガスとした。また、評価の際に、溶接電流は全て直流とし、ワイヤの極性は全てプラスとした。【０１０４】
フラックス入りワイヤを用いて得られる溶接金属の機械特性（引張強さと靭性）及び拡散性水素量を評価するために、このフラックス入りワイヤを用い、板厚が２０ｍｍの母材を、ルートギャップ１６ｍｍ及び開先角度２０度で突き合わせ、裏当金を用いて、表５に示す溶接条件１で下向溶接した。母材及び裏当金はＳＭ４９０Ａであった。母材の開先面及び裏当金の表面には、試験されるフラックス入りワイヤを用いて２層以上かつ余盛高さ３ｍｍ以上のバタリングを実施した。その他の溶接条件は、引張強さ及び靱性を評価する場合は表５に記載の条件１とし、拡散性水素量を評価する場合は表５に記載の条件４とした。このようにして得られた溶接金属の強度は引張試験によって評価し、靭性は−４０℃でのシャルピー衝撃試験によって評価した。下向溶接試験で得られた溶接金属から、図１に示すように、ＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５年）に準拠したＡ１号引張試験片（丸棒）５と４号シャルピー試験片（２ｍｍＶノッチ）４とを採取し、引張試験及びシャルピー衝撃試験に供した。溶接金属の拡散性水素量の測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１８（鋼溶接部の水素量測定方法）に準拠したガスクロマトグラフ法によって実施した。溶接金属の引張強さが４９０ＭＰａ以上となるフラックス入りワイヤを、引張強さに関し合格とした。溶接金属の引張強さが４９０ＭＰａ未満である場合、溶接継手がアンダーマッチ継手（溶接金属の引張強さが母材の引張強さを大きく下回る継手）となり、溶接金属への歪み集中および溶接金属の破断が生じやすくなるからである。また、溶接金属の−４０℃でのシャルピー吸収エネルギーが４７Ｊ以上となるフラックス入りワイヤを、低温靱性に関し合格とした。溶接金属の拡散性水素量が１．０ｍｌ／１００ｇ以下となるフラックス入りワイヤを、拡散性水素量に関し合格とした。【０１０５】
また、フラックス入りワイヤを用いた立向溶接の溶接作業性などを評価するために、立向上進隅肉溶接と立向上進ビードオンプレート溶接とを、上述の母材に行った。溶接条件は、スパッタ量を評価する場合は表５に示される溶接条件２とし、立向溶接性、ビード形状、及びスラグ巻込みを評価する場合は表５に示される溶接条件３とした。メタル垂れの有無、スパッタ発生量、スラグ剥離性及びビード形状の目視調査結果に基づいて、立向溶接の作業性を評価した。その後、上述の方法で得られた溶接部の５箇所の断面において、スラグ巻込み欠陥の有無を目視で調査した。なお、メタル垂れの有無の判定、スラグ剥離性の評価、及びビード形状の評価は、立向上進隅肉溶接と立向上進ビードオンプレート溶接との両方で行われた。
立向溶接性は、溶接電流180Ａで溶接し、溶融金属の垂れが発生した場合を不合格とし、溶融金属の垂れが発生しない場合を合格とした。スラグの剥離性は、スチールブラシによるブラッシングで剥離しないものを不合格、剥離するものを合格とした。ビード形状の外観評価はアンダーカット、凸ビードが発生した場合を不合格とし、これらの欠陥が発生しない場合を合格とした。スラグ巻込み欠陥の有無の判定は、立向上進隅肉溶接のみで行われた。５断面中に１断面でもスラグ巻き込みがあった場合には不合格とし、５断面全てでスラグ巻き込みがないものを合格とした。スパッタ発生量は、溶接中に発生したスパッタの重量を、溶接時間で割って得られる、アークタイム１分間当たりのスパッタ発生量で評価した。スパッタ発生量が３．５ｇ／ｍｉｎ以下となるフラックス入りワイヤを、スパッタ発生量に関し合格とした。【０１０６】
耐低温割れ性の評価は、温度５℃かつ湿度６０％の一定雰囲気管理下において、ブリネル硬さが５００ＨＢであり、Ｐｃｍが０．３６であり、板厚が２５ｍｍである耐摩耗鋼に、表５の溶接条件６で溶接を行い、これにより得られた溶接継手にＪＩＳ  Ｚ  ３１５７（Ｕ形溶接割れ試験）に準拠した試験を行い、且つ表５の溶接条件５で溶接を行い、これにより得られた溶接継手にＪＩＳ  Ｚ３１５８（ｙ形溶接割れ試験）に準拠した試験を行うことにより実施した。Ｕ形溶接割れ試験及びｙ形溶接割れ試験の両方で割れが生じなかった溶接継手にかかるフラックス入りワイヤを、耐低温割れ性に関し合格とした。【０１０７】
上述の方法により得られた試験結果を表４−１〜表４−３に示す。本発明例のフラックス入りワイヤを用いて溶接を行った場合、たとえ溶接環境の温度が、技術常識に鑑みて非常に低温条件であるとみなされる５℃であり、且つ鋼材の予熱が行われなくても、Ｕ形溶接割れ試験のすべての断面において、断面割れ無し（断面割れが発生していないこと）であった。従って、本発明例のフラックス入りワイヤが極めて高い耐低温割れ性を有していることが証明された。さらに、表４−１〜表４−３の試験結果に示されるように、本発明例のフラックス入りワイヤは、立向上進溶接に供された場合であっても良好な溶接作業性を示した。加えて、本発明例のフラックス入りワイヤは、溶接金属の引張強さ、溶接金属の靭性、溶接金属中の拡散性水素量、耐低温割れ性、及びスパッタ発生量のすべての評価項目において合格であった。一方、比較例は、本発明で規定する要件のいずれかを満たしていなかったので、１つ以上の評価項目において不合格となった。【０１０８】
【表１−１】
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【０１０９】
【表１−２】
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【０１１０】
【表１−３】
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【０１１１】
【表２−１】
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【０１１２】
【表２−２】
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【０１１３】
【表２−３】
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【０１１４】
【表３−１】
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【０１１５】
【表３−２】
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【０１１６】
【表３−３】
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【０１１７】
【表４−１】
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【０１１８】
【表４−２】
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【０１１９】
【表４−３】
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【０１２０】
【表５】
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【０１２１】
さらに、Ｐｃｍが０．３６％の板厚１２ｍｍ、Ｐｃｍが０．３３％の板厚２５ｍｍ、Ｐｃｍが０．３１％の板厚４０ｍｍ、及びＰｃｍが０．２９％の板厚１００ｍｍの鋼板を、それぞれ元厚ままで、温度５℃−湿度６０％において予熱を行うことなく、表５に示す溶接条件で、表１−１〜表３−２に開示された実施例ワイヤ３、１０、２５、及び６５を用いて溶接し、これにより得られた溶接継手にｙ形溶接割れ試験とＵ形溶接割れ試験とを行った。その結果、全ての溶接継手において、表面及び断面に割れがないことを確認した。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明に係るフラックス入りワイヤは、高強度及び高靭性を有し、耐低温割れ性に優れ、並びに良好なビード形状を有する溶接部を得ることができ、溶接中のスパッタ発生量を大幅に低減することができ、並びに溶接中の溶融金属の粘度を上昇させることができる。本発明に係る溶接継手の製造方法は、全姿勢溶接への適用が可能であり、溶接金属の割れを防止するための予熱作業を不要とするか、または著しく軽減することが可能であり、及びスパッタ発生量を大幅に低減可能である。本発明に係る溶接継手は、高強度且つ高靭性であり、良好なビード形状を有する溶接部を備える。特に、５９０ＭＰａ以上の高強度鋼の溶接に本発明に係るフラックス入りワイヤ及び溶接継手の製造方法を適用した場合、立向溶接が可能であり、低温割れを抑制するための予熱作業を不要とし、または著しく低減することができ、さらには、シールドガスが１００％ＣＯ２のようなスパッタを発生させやすいガスである溶接において使用されても、スパッタの発生を抑制するので、溶接施工能率を著しく向上させることができ、産業界における価値はきわめて高い。
【符号の説明】
【０１２３】
１    鋼板
２    裏当金
３    溶接ビード
４    ２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片
５    丸棒引張り試験片、酸素分析試験片
６    隙間
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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