(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
mass％で、
Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｓｉ：０．１〜１．０％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％
を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなり、不純物としてＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒが合計量で０．０１％以下とされたガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ原線であって、
原線中心部におけるフェライト粒径の平均値をａ、その最大値をａmax 、その最小値をａmin とし、原線表面から１００μm 深さ位置の部分におけるフェライト粒径の平均値をｂ、その最大値をｂmax 、その最小値をｂmin とするとき、ａ≧８．２μm 、ｂ≧７．２μm で、かつ
（ａmax −ａmin ）／ａ≦０．１０
（ｂmax −ｂmin ）／ｂ≦０．１０
を満足する、ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ原線。
【請求項２】
ａが８．２〜１０．９μm 、ｂが７．２〜９．３μm で、かつ
（ａmax −ａmin ）／ａ≦０．１０
（ｂmax −ｂmin ）／ｂ≦０．１０
を満足する、請求項１に記載したガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ原線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は優れた送給性を備えたガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの伸線素材となる熱延原線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスシールドアーク溶接は、造船、車両、鉄骨、橋梁、産業機械等の各種構造物における突き合わせ溶接やすみ肉溶接等に従来から広く使用されており、近年では溶接の自動化、省力化、無人化の推進により、全自動および半自動溶接機を用いて盛んに実施されている。
【０００３】
全自動溶接機や半自動溶接機に使用される溶接用ソリッドワイヤは、通常コイル状態で収納され、コンジットチューブ（「さや管」とも称される。）を介して溶接トーチに供給される。コンジットチューブは種々の曲率で屈曲した曲線部が形成されているため、良好な溶接作業性を確保する上で、溶接ワイヤには優れた送給性が要求される。
【０００４】
従来、送給性の改善は、例えば、特開平１１−１９７８７８号公報、特開平１０−１４６６９３号公報、特開平７−１３６７９７号公報等に記載されているように、主として潤滑材の塗布によって行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の省力化の著しい溶接作業現場においては、同じ潤滑条件で操業しても、溶接ワイヤの送給性にばらつきがあり、溶接ワイヤ自体の送給性の改善、安定化が求められている。
本発明はかかる問題に鑑みなされてもので、ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ自体の送給性を改善することができるワイヤ原線を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ワイヤの送給性にばらつきが生じるのは、その素材であるワイヤ原線の強度のばらつきに起因することを知見し、ワイヤ原線の中心部および表層部のフェライト組織を規定することで、ワイヤ原線の強度のばらつき、引いては伸線後のワイヤの強度のばらつきを抑制し、ワイヤ送給性の改善を可能とした。
【０００７】
すなわち、本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ原線は、mass％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなり、不純物としてＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒが合計量で０．０１％以下とされたガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ原線であって、原線中心部におけるフェライト粒径の平均値をａ、その最大値をａmax 、その最小値をａmin とし、原線表面から１００μm 深さ位置の部分におけるフェライト粒径の平均値をｂ、その最大値をｂmax 、その最小値をｂmin とするとき、下記条件を満足する。
ａ≧８．２μm 、ｂ≧７．２μm で、かつ
（ａmax −ａmin ）／ａ≦０．１０
（ｂmax −ｂmin ）／ｂ≦０．１０
ここに、ａ，ａmax ，ａmin はワイヤ原線のコイル中央部から採取した１リングにおいて、その両端部を含み略等間隔に位置する５ヶ所以上の部位における原線中心部のフェライト結晶粒径の平均値，最大値，最小値を各々意味し、ｂ，ｂmax ，ｂmin は同部位における原線表面から１００μm 深さ位置の部分（以下、特に断らない限り、「表層部」という。）におけるフェライト結晶粒径の平均値，最大値，最小値を各々意味する。フェライト結晶粒径は、所定の部位を光学顕微鏡観察し、倍率４００倍で写真撮影し、切断法によって算出したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ソリッドワイヤの送給性にばらつきを生じさせ、安定性を損なうのは、ワイヤ強度のばらつきによるものであるとの着想を基に鋭意研究したところ、ワイヤ強度のばらつきが生じるのは伸線加工前のワイヤ原線に強度のばらつきがあることに起因することを知見した。
【０００９】
ワイヤ原線の各部に強度のばらつきが生じるのは、原線を熱間圧延した後の冷却速度が線材各部で異なるからである。すなわち、熱延後の線材（原線）は通常、ステルモアと呼ばれる冷却設備で冷却される。ステルモアとは熱延後の線材をコンベア上にリング（輪）を連続的に形成しながらコイル状に載置して冷却する設備である。コンベア上に載置されたコイル状の線材は、隣り合うリングとの重なりが密な部分は冷却速度が遅くなり、疎な部分は冷却速度が不可避的に速くなる。このため、密な部分と疎な部分とでは異なった粒径のフェライト組織が形成され、その結果として不可避的にワイヤ原線に強度のばらつきが生じる。
【００１０】
本発明者らは、上記ワイヤ原線の強度のばらつきの発生原因に鑑み、熱延条件を適切に制御することにより、冷却速度差によって決定されるワイヤ原線の中心部および表層部のフェライト結晶粒のばらつき（最大粒径と最小粒径との差）を平均粒径の０．１０以下、好ましくは０．０７以下に制御することで、そのような原線によって伸線されたソリッドワイヤの強度のばらつきが大幅に抑制され、優れた送給性が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ原線は、mass％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなり、不純物としてＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒが合計量で０．０１％以下とされ、原線中心部におけるフェライト粒径の平均値をａ、その最大値をａmax 、その最小値をａmin とし、原線表面から１００μm 深さ位置の部分におけるフェライト粒径の平均値をｂ、その最大値をｂmax 、その最小値をｂmin とするとき、ａ≧８．２μm 、ｂ≧７．２μm で、かつ
（ａmax −ａmin ）／ａ≦０．１０（好ましくは０．０７）、
（ｂmax −ｂmin ）／ｂ≦０．１０（好ましくは０．０７）
とされる。
【００１２】
ここで、本発明のワイヤ原線の成分（mass％）限定理由について説明する。
Ｃ：０．０２〜０．１５％
Ｃは、溶接金属の強度を確保するために不可欠な元素であり、このためＣ含有量は０．０２％以上、好ましくは０．０３％以上とする。一方、Ｃ含有量が０．１５％を超えて過多になると強度が上昇し、島状マルチンサイトなどを生成させ、伸線時の断線を助長することになるため、その上限を０．１５％、好ましくは０．１０％とする。
【００１３】
Ｓｉ：０．１〜１．０％
Ｓｉは脱酸作用により溶接金属を清浄にし、歩留まった場合はフェライトを固溶強化させる作用を有することから、溶接用ワイヤには不可欠の元素である。こうした効果を発揮させるために、その含有量の下限を０．１％、好ましくは０．３０％とする。一方、原線の伸線性という観点からすればＳｉ含有量はできるだけ低減することが望ましく、こうした観点からその含有量の上限を１．０％、好ましくは０．８０％とする。
【００１４】
Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは溶接金属に強度を与える上で必要な元素であるが、過剰になると焼き入れ性が向上して靭性の低下を招く。こうした観点から、本発明の溶接用ソリッドワイヤ原線におけるＭｎ含有量は下限を０．５％、好ましくは１．０％とし、一方上限を２．０％、好ましくは１．６％とする。
【００１５】
本発明のワイヤ原線の成分は、上記Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎを含み、残部Ｆｅおよび不純物からなる。不純物として、炭化物形成元素であるＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒは合計量で０．０１％以下、好ましくは０．００５％以下に止めるのがよい。０．０１％超になると溶接ワイヤの強度が高くなりすぎて、溶接作業性が低下し、またコイル状の溶接ワイヤが絡まりやすいなどの問題が生じるようになる。
【００１６】
次に、本発明のワイヤ原線の組織実現方法について説明する。
本発明者らが原線中心部の組織のばらつきを低減する方策を詳細に調査した結果、ワイヤ原線の熱延後の冷却開始温度を適正に制御することにより、旧オーステナイト粒径を微細化することができ、これによって原線中心部におけるフェライト結晶粒の粒径ばらつきを抑制することができることを見出した。
【００１７】
冷却開始温度が高すぎると熱間加工後の旧オーステナイト結晶粒は再結晶した後に粒成長し、フェライト変態の核生成サイト数が減少する。このため冷却過程において、変態開始がコイルの疎部と密部で大きく異なり、結晶粒のばらつきを引き起こす。このため、冷却開始温度は低ければ低いほど好ましい。
【００１８】
しかし、冷却開始温度の制御だけでは原線の強度のばらつきを完全には抑制することができない。その理由は、冷却開始温度を低くすることで、原線の中心部の組織のばらつきを低減することができるものの、中心部に比して表層部における冷却速度が大きいと表層部の組織のばらつきが増加するようになるためである。
【００１９】
従って、表層部組織をも含めた組織（フェライト結晶粒径）のばらつきを低減するには、冷却開始温度と冷却速度差を適切に制御することが重要である。冷却速度差は、例えばステルモアコンベアの速度を調整することによって制御することができる。その適正範囲については一概には言えないが、ワイヤ原線の化学成分、さらに冷却開始温度との兼ね合いによって適宜決定すればよい。
【００２０】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されないことは勿論である。
【００２１】
【実施例】
下記成分の鋼を溶解し、造塊して、１０００℃に加熱後、仕上温度１１００℃にて熱間圧延を行い、熱延後の５．５mmφの線材（原線）をステルモアコンベア上にコイル状に連続的に載置し、下記表１に示す冷却開始温度から強制空冷によって５００℃程度まで冷却した。この際、コイルの疎部と密部との冷却速度差が表１に示す範囲に収まるようにコンベア速度を調整した。
・鋼種Ａ（mass％、残部Ｆｅ）
Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：０．８％、Ｍｎ：１．３５％
・鋼種Ｂ（mass％、残部Ｆｅ）
Ｃ：０．１０％、Ｓｉ：０．６％、Ｍｎ：１．２％
【００２２】
コイル状の線材を室温まで冷却した後、コイル状線材の長さ方向中央部からコイルの１リングを採取し、両端部および等間隔に選んだ３部位から線材中心部におけるフェライト結晶粒の平均粒径ａ、最大粒径ａmax 、最小粒径ａmin 並びに表層部（外周面から１００μm 深さ位置）におけるフェライト結晶粒の平均粒径ｂ、最大粒径ｂmax 、最小粒径ｂmin を測定し、Δａ＝（ａmax−ａmin）、Δｂ＝（ｂmax−ｂmin）およびΔａ／ａ、Δｂ／ｂの値を求めた。また、前記１リングの原線を伸線して１．２mmφのワイヤを得た。このワイヤから前記結晶粒径測定部位に対応する部位から引張試験片を採取し、引張強さを測定し、強度ばらつき（＝最大強度−最小強度）を求めた。これらの調査結果を表２に併せて示す。また、冷却速度差が同条件である表１中の試料No. Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５について冷却開始温度とΔａ／ａおよびΔｂ／ｂとの関係を整理したグラフを図１および図２に示す。
【００２３】
【表１】
0003875012.tif 000002
【００２４】
表１および図１、図２より、冷却速度差が４℃／ｓでは、９５０〜８５０℃の冷却開始温度で冷却した試料No. Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３では、ａが８．２〜１０．９μm 、ｂが７．２〜９．３μm で、Δａ／ａおよびΔｂ／ｂが共に０．１０以下であり、強度のばらつきが５５Ｎ／mm2 以下に収まっており、両者が共に０．７０以下では５０Ｎ／mm2 未満に収まっている。なお、伸線後のワイヤの強度ばらつきが６０Ｎ／mm2 未満であれば、送給性には実用上問題がないことが確かめられている。
【００２５】
これに対して、冷却開始温度が従来レベルの１０００℃であるNo. Ａ４やNo. Ｂ４、冷却速度差の割には冷却開始温度が低いNo. Ａ５やＢ５、並びに冷却開始温度が適正でも冷却速度差の大きいNo. Ａ６やNo. Ｂ６ではΔａ／ａあるいはΔｂ／ｂのいずれか、あるいは両者が０．１０以上となり、強度バランスも６０Ｎ／mm2 超となっている。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ原線によれば、所定量のＣ、ＳｉおよびＭｎを含有し、中心部および表層部のフェライト結晶粒のばらつきを所定範囲内に抑えたので、伸線性および強度等の溶接金属特性を損なうことなく、長さ方向の強度のばらつきを抑制することができ、本発明の原線を伸線することによって送給性に優れたワイヤ原線を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における冷却開始温度とΔａ（線材中心部のフェライト結晶粒の最大粒径と最小粒径との差）／ａ（線材中心部のフェライト結晶粒の平均粒径）との関係を示す図である。
【図２】実施例における冷却開始温度とΔｂ（線材表層部のフェライト結晶粒の最大粒径と最小粒径との差）／ｂ（線材表層部のフェライト結晶粒の平均粒径）との関係を示す図である。
【図１】
0003875012.tif 000003
【図２】
0003875012.tif 000004