(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製外皮と、該鋼製外皮に内包される充填材とからなるガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤであって、
前記鋼製外皮が、該鋼製外皮全質量に対する質量％で、ＲＥＭ：０．００５〜０．２０％、Ｃ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．６０％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｓｉ：３．０％以下を含む外皮組成の鋼製外皮であり、
前記充填材の全質量は、前記ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの全質量に対して２０％以下であり、
前記ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤが、前記鋼製外皮の全質量と前記充填材の全質量との合計質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．３０％、
Ｓｉ：０．１０〜５．００％、
Ｍｎ：０．５０〜５．０％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、
ＲＥＭ：０．００４〜０．１８％、
Ｃｒ：３．０％以下、
Ｎｉ：３．０％以下、
Ｍｏ：０．０２〜１．５％、
Ｃｕ：３．０％以下、
Ｂ：０．０００１〜０．００５％、
Ｔｉ：０．０２〜０．４０％、
Ａｌ：０．００１〜０．２０％、
Ｃａ：０．０００８％以下
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する、ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
【請求項２】
前記鋼製外皮が、溶接管またはシームレスパイプである、請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて、正極性でガスシールドアーク溶接を行う、ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いて、逆極性のＭＩＧ溶接でガスシールドアーク溶接を行う、ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載のガスシールドアーク溶接方法を用いた、ガスシールドアーク溶接継手の製造方法。
【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に用いて好適な、ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ、ガスシールドアーク溶接方法、およびガスシールドアーク溶接継手の製造方法に関する。本発明は、とくに、アーク溶接時のアークの安定性を向上させて、溶融メタルの飛散（スパッタ）を防止することと、ビード形状を改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールドアーク溶接は、造船、建築、橋梁、自動車、建設機械等の産業分野で、高能率の溶接技術として、広く利用されている。ガスシールドアーク溶接は、シールドガスの種類によって、大きくＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガス溶接に分類されている。ガスシールドアーク溶接は、高能率であるという利点を有する反面、溶融メタルの飛散（スパッタ）が大量に発生するという問題がある。【０００３】
このような問題に対し、次の技術により改善することが提案されている。
例えば、特許文献１には、炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤが記載されている。特許文献１に記載された鋼ワイヤは、質量％で、Ｃ：０．２０％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．５％、Ｍｎ：０．２５〜３．５％、希土類元素：０．０２５〜０．０５０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃａ：０．０００８％以下を含有するとともに、Ｔｉ：０．０２〜０．５０％、Ｚｒ：０．０２〜０．５０％およびＡｌ：０．０２〜３．００％のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成の鋼素線からなる炭酸ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤである。
特許文献１に記載された鋼ワイヤでは、必要に応じて、所定量の、Ｋ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＭｏおよびＶから選ばれた１種または２種以上を含有してもよいとしている。特許文献１に記載された技術によれば、正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接において、アークの安定性に優れたスプレー移行を達成でき、安定した継手溶接が可能で、しかも平滑なビード形状を得ることができる、としている。【０００４】
また、特許文献２には、狭開先突合せ溶接方法が記載されている。特許文献２に記載された狭開先突合せ溶接方法は、希土類元素を０．０１５〜０．１００質量％含有する鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤを用いて、厚鋼板の多層ガスシールドアーク溶接を行う狭開先突合せ溶接方法である。初層のガスシールドアーク溶接は、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、開先角度、ルートギャップの関数として定義されるＱＬ値を初層の溶け込み形状の指標として、また、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、開先角度、ルートギャップの関数として定義されるＱＨ値を溶接金属量の指標として、それぞれが所定範囲内を満足する条件で行う。特許文献２に記載された技術によれば、多層溶接の初層においても、アークの安定性に優れ、安定した溶け込みが得られる、としている。【０００５】
また、特許文献３には、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接用鋼ワイヤが記載されている。特許文献３に記載された溶接用鋼ワイヤは、ＲＥＭを２〜６０質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる合金鋼粉を鋼製外皮に内包させ、前記合金鋼粉の内包率が０．０５〜２５．０質量％の範囲を満足し、前記溶接鋼ワイヤ中の前記ＲＥＭの含有率が０．０１〜０．５質量％の範囲内を満足する。これとともに、前記合金鋼粉に含有される各元素の質量と前記鋼製外皮に含有される各元素の質量とをそれぞれ合計して前記溶接ワイヤの質量に対する比率として得られる各元素の含有率が、Ｃの含有率：０．０１〜０．３０質量％、Ｓｉの含有率：０．１０〜５．００質量％、Ｍｎの含有率：０．５〜５．０質量％、Ｃｒの含有率：３．０質量％以下、Ｎｉの含有率：３．０質量％以下、Ｍｏの含有率：０．０２〜１．５質量％、Ｃｕの含有率：３．０質量％以下、Ｂの含有率：０．０００１〜０．００５質量％、Ｔｉの含有率：０．０２〜０．２０質量％、Ａｌの含有率：０．００１〜０．２０質量％、Ｐの含有率：０．０５０質量％以下、Ｓの含有率：０．０５０質量％以下、Ｃａの含有率：０．０００８質量％以下の範囲を満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる溶接用鋼ワイヤである。特許文献３に記載された技術によれば、溶接鋼ワイヤの歩留りが向上し、しかもアークが安定し、スパッタが減少し、ビード形状が改善される、としている。【０００６】
また、特許文献４には、高降伏強度高靭性ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが記載されている。特許文献４に記載されたフラックス入りワイヤは、鋼製外皮の内部にフラックスが充填されたフラックス入りワイヤである。このフラックス入りワイヤは、鋼製外皮およびフラックス中に、金属または合金として、ワイヤ全質量に対する質量％の合計で、Ｃ：０．０８〜０．３％、Ｓｉ：０．２〜２％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．００２〜０．３％、Ｔｉ：０．００５〜０．３％、Ｎｉ：０．５〜１１％、Ｍｇ：０．０１２〜０．５％を含み、炭素当量（Ｃｅｑ.）が０．７〜２％、脱酸元素当量（Ａｌｅｑ.）が０．２〜０．６％であり、さらに、Ｍｏ：０．１〜４％、Ｗ：０．１〜３％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、Ｖ：０．００５〜０．１％、Ｔａ：０．００５〜０．５％のうちの１種または２種以上を含有し、かつＮｂ当量（Ｎｂｅｑ.）が０．０５〜０．５％であり、かつ、前記フラックス中に含有するスラグ助成剤およびアーク安定剤の合計含有量を、ワイヤ全質量に対する質量％で、２０％以下に制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、前記鋼製外皮がシームレスパイプである高降伏強度高靭性ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤである。特許文献４に記載されたフラックス入りワイヤでは、さらに、フラックス中に、金属または合金として、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｂのうちの１種または２種以上、ＣａおよびＲＥＭのうちの１種または２種を含有した例が示されている。特許文献４に記載された技術によれば、引張強度が９５０ＭＰａ以上の高張力鋼板におけるＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接等に用いられるガスシールドアーク溶接用ワイヤとして、ソリッドワイヤに比べて生産性を向上させたフラックス入りワイヤである、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９４５３９６号公報
【特許文献２】特開２００７−１１８０６８号公報
【特許文献３】特許第５７９４１２５号公報
【特許文献４】特開２００８−９３７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された技術は、アークを安定させるために、ＲＥＭを含有する鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤ（ソリッドワイヤ）である。ＲＥＭは、Ｆｅより比重が大きく、しかも強酸化性の金属で、酸化物の融点が高い。そのため、素材の製造過程である溶鋼の凝固過程で偏析しやすく、鋼線中のＲＥＭ含有量にバラツキが生じ、規定値未満となる部分は切断除去しなければならなくなる。また、ＲＥＭを含有する鋼素線では、その製造過程で割れが発生しやすくなる。このようなことから、特許文献１に記載された技術では、鋼ワイヤの歩留りが低下し、製造コストが高騰するという問題があった。
また、特許文献２に記載された技術では、ＲＥＭを含有する鋼素線からなる溶接用鋼ワイヤ（ソリッドワイヤ）を用いて厚鋼板の狭開先突合せ溶接を行う。しかし、使用する溶接用鋼ワイヤ（ソリッドワイヤ）には、特許文献１に記載された技術と同様の問題がある。【０００９】
また、特許文献３に記載された技術は、鋼製外皮と、鋼製外皮に内包された合金鋼粉とからなる鋼ワイヤ、いわゆる、フラックスコアードワイヤである。特許文献３に記載された鋼ワイヤでは、鋼製外皮に内包される合金鋼粉にＲＥＭが含まれているため、上記したソリッドワイヤにおけるＲＥＭ含有に基づく問題は解消している。しかし、ＲＥＭを含有する合金鋼粉が酸素と結合し易いため、保管中に鋼製外皮に内包された合金鋼粉に錆が発生するという問題がある。錆が発生した鋼ワイヤを使用して溶接すると、得られた溶接金属の内部に気孔性欠陥が多発したり、溶接金属靭性が低下して、所望の溶接部健全性を確保できないという問題が生じる。【００１０】
また、特許文献４に記載された技術は、鋼製外皮と、鋼製外皮に内包されたフラックスとからなる鋼ワイヤ（フラックス入りワイヤ）であり、鋼製外皮に内包されたフラックス中にＲＥＭを含有してもよいとしている。このため、特許文献４に記載された技術においても、特許文献３に記載された鋼ワイヤと同様の問題が生じるリスクがある。【００１１】
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、錆発生などの保管中の品質変化がなく、かつ溶接時のアークの安定性に優れて、スパッタの発生を抑制でき、ビード形状を改善することができる、ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを提供することを目的とする。
また、本発明は、このガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを用いた、ガスシールドアーク溶接方法およびガスシールドアーク溶接継手の製造方法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】
【００１２】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、鋼製外皮と、該鋼製外皮に内包された充填材とからなる、フラックスコアードワイヤ（以下、溶接用鋼ワイヤという）に着目した。そして、アークの安定性向上のために必要なＲＥＭを、鋼製外皮に含有させることに思い至った。ＲＥＭを鋼製外皮に含有させることにより、ＲＥＭを充填材（充填材のフラックス）に含有した場合に生じる錆発生などの保管中の品質変化の心配はなくなる。
また、所望の鋼製外皮とするためには、素材となる鋼板に種々の加工や、圧延加工を施す。その効果により、ソリッドワイヤにＲＥＭを含有させた場合に比べ、ＲＥＭの偏析も問題のない程度まで軽減でき、所定量のＲＥＭを含有する溶接用鋼ワイヤを安定的に製造できることを知見した。
また、ガスシールドアーク溶接として、ＭＡＧ溶接あるいは炭酸ガスアーク溶接を正極性で行う観点からは、鋼製外皮にＲＥＭを添加することで溶滴近傍のワイヤ表面に安定したカソードスポットを形成し、電流経路が安定化する。その結果、安定した溶滴移行が得られるといった効果もある。
一方、ガスシールドアーク溶接として、ＭＩＧ溶接を行う観点からは、逆極性のＭＩＧ溶接では鋼板表面の酸化物がカソードスポットとなりアークが不安定となりやすい、という課題がある。この課題に対しては、鋼製外皮にＲＥＭを添加することで溶融池中にＲＥＭが移行し、溶融池表面に安定したカソードスポットが形成されることを知見した。その結果、アークが安定するといった効果が得られる。【００１３】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を行って完成されたものである。本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）鋼製外皮と、該鋼製外皮に内包される充填材とからなるガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤであって、
前記鋼製外皮が、該鋼製外皮全質量に対する質量％で、ＲＥＭ：０．００５〜０．２０％を含む外皮組成の鋼製外皮であり、
前記ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤが、前記鋼製外皮の全質量と前記充填材の全質量との合計質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．３０％、        Ｓｉ：０．１０〜５．００％、
Ｍｎ：０．５０〜５．０％、        Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、            ＲＥＭ：０．００４〜０．１８％、
Ｃｒ：３．０％以下、              Ｎｉ：３．０％以下、
Ｍｏ：０．０２〜１．５％、        Ｃｕ：３．０％以下、
Ｂ：０．０００１〜０．００５％、  Ｔｉ：０．０２〜０．４０％、
Ａｌ：０．００１〜０．２０％、    Ｃａ：０．０００８％以下
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する、ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
（２）前記鋼製外皮の前記外皮組成が、該鋼製外皮全質量に対する質量％で、さらにＣ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．６０％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｓｉ：３．０％以下を含む、（１）に記載のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
（３）前記鋼製外皮が、溶接管またはシームレスパイプである、（１）または（２）に記載のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ。
（４）前記充填材の全質量は、前記ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの全質量に対して２０％以下である、（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鋼ワイヤ。
（５）（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鋼ワイヤを用いて、正極性でガスシールドアーク溶接を行う、ガスシールドアーク溶接方法。
（６）（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鋼ワイヤを用いて、逆極性のＭＩＧ溶接でガスシールドアーク溶接を行う、ガスシールドアーク溶接方法。
（７）（５）または（６）に記載のガスシールドアーク溶接方法を用いた、ガスシールドアーク溶接継手の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶接材料として錆発生などの保管中の品質変化がなく、かつ溶接時に、アークの安定性に優れて、スパッタの発生を抑制できる。また、アークが安定することにより、溶接ビード形状にも優れるガスシールドアーク溶接が可能になる。このため、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の溶接用鋼ワイヤの断面を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、本発明の実施例で行った重ね隅肉溶接の概要を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、本発明のガスシールドアーク溶接方法の一例を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤは、４９０ＭＰａ級〜７８０ＭＰａ級高張力鋼板用のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤとして好適である。本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ１は、図１に示すように、鋼製外皮２と該鋼製外皮２に内包された充填材３とからなる。本発明では、アークの安定性に寄与するＲＥＭは鋼製外皮に含有させる。
【００１７】
鋼製外皮２は、鋼製外皮全質量に対する質量％で、ＲＥＭ：０．００５〜０．２％を含み、好ましくはさらにＣ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．６０％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｓｉ：３．０％以下を含む外皮組成を有する。まず、外皮組成の限定理由について説明する。なお、特に断りがない限り、外皮組成を示す「％」は「質量％」を意味する。
【００１８】
ＲＥＭ：０．００５〜０．２０％
ＲＥＭ（希土類元素）は、原子番号５７〜７１の元素（ランタノイド）とＳｃ、Ｙを含めた元素の総称である。本発明では、ＲＥＭは、ＭＡＧ溶接あるいは炭酸ガスアーク溶接を正極性で行う場合に、液滴のスプレー移行を実現するために不可欠の元素である。また、ＲＥＭは、ＭＩＧ溶接においては、アークを安定させてビードの蛇行を抑制する作用を有する。このような効果は、ＲＥＭ：０．００５％以上の含有で顕著となる。一方、０．２％を超えるＲＥＭの含有は、溶滴中のＲＥＭの濃淡（バラツキ）が助長されてアークが不安定となり、所望の効果を得ることができない。このため、鋼製外皮に含まれるＲＥＭ含有量は０．００５〜０．２０％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．０１５〜０．１０％である。更に好ましくは、０．０３０％以上であり、０．０６０％以下である。
上記したＲＥＭの含有量は、ＲＥＭに含まれる各元素の合計の含有量を表わす。本発明では、上記したＲＥＭに含まれる各元素を単独でも、あるいはそれらを複合して含有してもよい。なお、ＲＥＭのなかでは、Ｌａ、Ｃｅとすることが好ましい。
【００１９】
鋼製外皮２は、質量％で、ＲＥＭ：０．００５〜０．２０％を含み、好ましくはさらにＣ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．６０％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｓｉ：３．０以下を含む外皮組成を有する。本発明で用いる鋼製外皮は、上記したＲＥＭを含む以外は、合金成分として、ＪＩＳ  Ｚ  ３１４１に規定されるＳＰＣＣ相当の成分とすることが好ましい。ＳＰＣＣ相当成分を超えるほどに過剰に、合金元素を含有すると、鋼製外皮素材の溶製凝固時や伸線加工時に割れを発生しやすくなる。
このような理由から、鋼製外皮に含まれるＣ含有量は、０．１５％以下が好ましい。溶接金属の機械的特性の観点からは、Ｃ含有量は０．１０％以下がより好ましく、０．０８％以下が更に好ましい。Ｃ含有量は０．０１％以上が好ましく、０．０２％以上がより好ましい。
鋼製外皮に含まれるＭｎ含有量は、０．６０％以下が好ましい。製造性の観点からは、Ｍｎ含有量は０．５５％以下がより好ましく、０．５０％以下が更に好ましい。Ｍｎ含有量は０．２０％以上が好ましく、０．２５％以上がより好ましい。
鋼製外皮に含まれるＰ含有量は、０．１００％以下が好ましい。製造性の観点からは、Ｐ含有量は０．０５０％以下がより好ましく、０．０１０％以下が更に好ましい。Ｐ含有量は０．００２％以上が好ましく、０．００５％以上がより好ましい。
鋼製外皮に含まれるＳ含有量は、０．０５０％以下が好ましい。製造性の観点からは、Ｓ含有量は０．０５０％以下がより好ましく、０．０１０％以下が更に好ましい。Ｓ含有量は０．００２％以上が好ましく、０．００５％以上がより好ましい。
鋼製外皮に含まれるＳｉ含有量は、３．０％以下が好ましい。外皮の加工性の観点からは、Ｓｉ含有量は２．０％以下がより好ましく、１．５％以下が更に好ましい。Ｓｉ含有量は０．５％以上が好ましく、１．０％以上がより好ましい。
【００２０】
本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ１は、上記したＲＥＭを含有する外皮組成の鋼製外皮２と、該鋼製外皮に内包された充填材３とからなる。本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ１では、所定の強度靭性等の特性を有する溶接金属を形成するために必要な、各種合金元素やフラックス等を、充填材３として配合する。なお、充填材３に配合する各種合金元素は、各種合金元素の単独粉としてもよく、あるいは、各種合金元素とＦｅとの合金（例えばＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ等のフェロアロイ）粉、各種合金元素を複合して含有する合金鋼粉等の金属粉、として配合してもよい。また、充填材は、合金元素粉、合金鋼粉等の金属粉のみとするか、あるいは金属粉とフラックスとを併用してもよい。なお、フラックスを配合することにより、アークが安定化し、スパッタが減少するという効果が一層向上する。
【００２１】
フラックスに含まれるものとしては、溶接ビード形状を良好に維持する作用を有する、例えば、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＦ２等が例示できる。これらを、必要に応じて適宜、選択し複合して、配合できる。なお、溶接作業性の観点から、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２等を主成分とするルチール系フラックスを、また、溶接金属靭性の観点から、ＭｇＯ、ＣａＦ２、ＣａＯ等を主成分とする塩基性フラックスを配合することが好ましい。
【００２２】
充填材の全質量は、鋼ワイヤ全質量に対して２０％以下に限定することが望ましい。２０％を超えて多量に充填材を配合すると、フラックスコアードワイヤの製造中に断線が発生し、ワイヤ製造が著しく難しくなる。
【００２３】
本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤ（溶接用鋼ワイヤ）では、鋼製外皮に含まれる各元素の質量と、充填材に含まれる各元素の質量との合計質量を、溶接用鋼ワイヤに含まれる各元素の含有率として、溶接用鋼ワイヤ全量（全質量）に対する質量％で規定する。すなわち、ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの各元素の含有率（質量％）は、次式で定義される。
各元素の含有率（質量％）＝［｛（鋼製外皮に含まれる各元素の質量）＋（充填材に含まれる各元素の質量）｝／（溶接用鋼ワイヤ全質量）］×１００
【００２４】
本発明の溶接用鋼ワイヤは、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．１０〜５．００％、Ｍｎ：０．５０〜５．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、ＲＥＭ：０．００４〜０．１８％、Ｃｒ：３．０％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：０．０２〜１．５％、Ｃｕ：３．０％以下、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｔｉ：０．０２〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．２０％、Ｃａ：０．０００８％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成（溶接用鋼ワイヤ組成）を有する。
なお、充填材の質量は、上述したよう、溶接用鋼ワイヤ全量（全質量）に対する割合で、１０〜２０％とすることが、ワイヤ製造上の観点から好ましい。
【００２５】
以下、溶接用鋼ワイヤの組成の限定理由について、説明する。なお、特に断りがない限り、溶接用鋼ワイヤ組成を示す「％」は「質量％」を意味する。
Ｃ：０．０１〜０．３０％
Ｃは、溶接金属の強度確保に有効に寄与する元素である。このような効果は、０．０１％以上のＣを含有することで顕著となる。一方、０．３０％を超えるＣの含有は、ガスシールドアーク溶接時に、液滴が不安定化するとともに、溶接金属の靭性が低下する。また、０．３０％を超えるＣの含有は、溶接用鋼ワイヤの製造時に断線しやすくなる。このようなことから、溶接用鋼ワイヤのＣの含有量は０．０１〜０．３０％に限定した。なお、好ましくは０．０１〜０．０８％である。より好ましくは０．０１％以上であり、０．０６％以下である。さらに好ましくは０．０２％以上であり、０．０５％以下である。
【００２６】
Ｓｉ：０．１０〜５．００％
Ｓｉは、脱酸作用を有し、溶融金属の脱酸に不可欠な元素であり、このような効果は、０．１０％以上のＳｉを含有することで顕著となる。Ｓｉの含有量が０．１０％未満では、ガスシールドアーク溶接時に、溶融金属が十分に脱酸されないため、溶接金属にブロー欠陥が生じる。また、溶接用鋼ワイヤの電気抵抗が低くなり、溶融効率が低下する。一方、５．００％を超えるＳｉの含有は、酸化によるスラグ生成量が増加し、また、溶融金属中で脱酸に寄与するＳｉ量が飽和する。また、溶接用鋼ワイヤの硬さが増加し、加工性が低下する。このようなことから、Ｓｉの含有量は０．１０〜５．００％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．５０〜１．５０％である。より好ましくは０．６０％以上であり、１．４０％以下である。さらに好ましくは０．８０％以上であり、１．３０％以下である。
【００２７】
Ｍｎ：０．５０〜５．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸作用を有し、溶融金属の脱酸に不可欠な元素である。Ｍｎは、溶接金属の靭性および強度を確保する作用を有する。このような効果は、０．５０％以上のＭｎを含有することで顕著になる。Ｍｎの含有が０．５０％未満では、溶接用鋼ワイヤの電気抵抗が低くなり、溶融効率が低下する。一方、５．０％を超えるＭｎの含有は、酸化によるスラグ生成量が増加し、また、溶融金属中で脱酸に寄与するＭｎ量が飽和する。また、溶接用鋼ワイヤの硬さが増加し、加工性が低下する。このようなことから、Ｍｎの含有量は０．５０〜５．０％の範囲に限定した。なお、好ましくは１．０〜３．０％である。より好ましくは１．５％以上であり、２．５％以下である。さらに好ましくは１．８％以上であり、２．２％以下である。
【００２８】
Ｐ：０．０５０％以下
Ｐは、溶接用鋼ワイヤの融点を低下させ、電気抵抗を増加させて発熱性を高くする作用を有する元素であり、溶接作業能率の向上に寄与する。しかも、Ｐは正極性溶接でアークを安定化する作用を有する。このような効果は０．０１０％以上のＰを含有することで顕著になる。一方、０．０５０％を超えるＰの含有は、溶融金属の粘性が低下し、アークが不安定化し、小粒のスパッタが多量に発生するとともに、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。このため、Ｐの含有量は０．０５０％以下に限定した。なお、好ましくは０．０１０〜０．０５０％である。より好ましくは０．０１５％以上であり、０．０４５％以下である。さらに好ましくは０．０２０％以上であり、０．０４０％以下である。
【００２９】
Ｓ：０．０５０％以下
Ｓは、溶融金属の粘性を低下させ、溶接時に溶接用鋼ワイヤ先端に懸垂した溶滴の離脱を助けるとともに、正極性の溶接においてアークを安定させる作用を有する。このような効果は、Ｓの含有量が０．０１０％以上で顕著となる。一方、０．０５０％を超えるＳの含有は、溶接時に、溶融金属の粘性が低下しすぎて、小粒のスパッタが多量に発生する。また、溶接金属の靭性が低下する。このため、Ｓの含有量は０．０５０％以下に限定した。なお、好ましくは０．０１０〜０．０５０％である。より好ましくは０．０１５％以上であり、０．０４５％以下である。さらに好ましくは０．０２０％以上であり、０．０４０％以下である。
【００３０】
ＲＥＭ：０．００４〜０．１８％
ＲＥＭは、鋼製外皮に含有され、充填材には含有されない。ＲＥＭは、ＭＡＧ溶接あるいは炭酸ガスアーク溶接を正極性で行う場合に、液滴のスプレー移行を実現し、ＭＩＧ溶接を行う場合に、アークを安定させてビードの蛇行を抑制する作用を有する。このような効果は、０．００４％以上のＲＥＭを含有することで顕著となる。一方、０．１８％を超えるＲＥＭの含有は、溶滴中のＲＥＭの濃淡（バラツキ）が助長されてアークが不安定となり、所望の効果を得ることができない。このため、ＲＥＭの含有量は０．００４〜０．１８％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．０１０％以上であり、０．１０％以下である。より好ましくは０．０５０％以上であり、０．０８％以下である。
なお、表２等に示す「ミッシュメタル」とは、希土類鉱石を還元して得られる希土類元素の混合物であり、セリウム（Ｃｅ）が４０〜５０％、ランタン（Ｌａ）が２０〜４０％、ネオジウム（Ｎｄ）が１５％以下、そのほか数パーセントからなる合金添加物の総称である。
【００３１】
Ｃｒ：３．０％以下
Ｃｒは、溶接金属の強度を増加させ、さらに耐候性を高める作用を有する元素である。このような効果を得るためには、０．３％以上のＣｒを含有することが好ましい。一方、３．０％を超えるＣｒの含有は、溶接金属靭性の低下を招く。このため、Ｃｒの含有量は３．０％以下に限定した。なお、好ましくは０．３〜３．０％であり、より好ましくは０．５〜１．０％である。さらに好ましくは０．７％以上であり、０．８％以下である。
【００３２】
Ｎｉ：３．０％以下
Ｎｉは、溶接金属の強度を増加させ、さらに耐候性を高める作用を有する元素である。このような効果を得るためには、０．３％以上のＮｉを含有することが好ましい。一方、３．０％を超えるＮｉの含有は、溶接金属靭性の低下を招く。このため、Ｎｉの含有量は３．０％以下に限定した。なお、好ましくは０．３〜３．０％、より好ましくは０．５〜１．０％である。さらに好ましくは０．６％以上であり、０．９％以下である。さらに一層好ましくは０．７％以上であり、０．８％以下である。
【００３３】
Ｍｏ：０．０２〜１．５％
Ｍｏは、溶接金属の強度を増加させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには、０．０２％以上のＭｏの含有を必要とする。一方、１．５％を超えるＭｏの含有は、溶接金属の靭性が著しく低下する。このため、Ｍｏの含有量は０．０２〜１．５％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．２〜１．０％である。より好ましくは０．３％以上であり、０．９％以下である。さらに好ましくは０．４％以上であり、０．８％以下である。
【００３４】
Ｃｕ：３．０％以下
Ｃｕは、溶接金属の強度を増加させ、さらに耐候性を高める作用を有する元素である。このような効果を得るためには、０．２％以上のＣｕを含有することが好ましい。一方、３．０％を超えるＣｕの含有は、溶接金属の靭性が著しく低下する。このため、Ｃｕの含有量は３．０％以下に限定した。なお、好ましくは０．２〜３．０％、より好ましくは０．２〜１．０％である。さらに好ましくは０．４％以上であり、０．８％以下である。
【００３５】
Ｂ：０．０００１〜０．００５％
Ｂは、溶接金属の強度を増加させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには、０．０００１％以上のＢの含有を必要とする。一方、０．００５％を超えるＢの含有は、溶接金属の靭性が著しく低下する。このため、Ｂの含有量は０．０００１〜０．００５％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．０００５〜０．００４％である。より好ましくは０．００１％以上であり、０．００３％以下である。さらに好ましくは０．００２％以上であり、０．００３％以下である。
【００３６】
Ｔｉ：０．０２〜０．４０％
Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度増加に寄与する元素である。このような効果を得るためには、０．０２％以上のＴｉの含有を必要とする。０．０２％未満のＴｉの含有は、溶融金属の脱酸が不十分となるため、粘性が低下し、ビード形状が低下する。一方、０．４０％を超えるＴｉの含有は、溶接金属の靭性が低下する。このため、Ｔｉの含有量は０．０２〜０．４０％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．１０〜０．３０％である。より好ましくは０．１５％以上であり、０．２０％以下である。
【００３７】
Ａｌ：０．００１〜０．２０％
Ａｌは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属の強度増加に寄与する元素である。このような効果を得るためには、０．００１％以上のＡｌの含有を必要とする。０．００１％未満のＡｌの含有は、溶融金属の脱酸が不十分となるため、粘性が低下し、ビード形状が低下する。一方、０．２０％を超えるＡｌの含有は、溶接金属の靭性が低下する。このため、Ａｌの含有量は０．００１〜０．２０％の範囲に限定した。なお、好ましくは０．１０〜０．１５％である。より好ましくは０．１２％以上であり、０．１５％以下である。
【００３８】
Ｃａ：０．０００８％以下
Ｃａは、正極性の溶接で、アークを安定させる作用を有する元素である。このような効果は、０．０００２％以上のＣａを含有することで顕著となる。一方、０．０００８％を超えるＣａの含有は、アークの安定性が阻害される。このため、Ｃａの含有量は０．０００８％以下に限定した。なお、好ましくは０．０００２〜０．０００８％である。より好ましくは０．０００２％以上であり、０．０００６％以下である。さらに好ましくは０．０００２％以上であり、０．０００４％以下である。
【００３９】
溶接用鋼ワイヤ組成は、上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。
なお、上記した組成（溶接用鋼ワイヤ組成）は、鋼製外皮と、充填材として含まれる金属粉およびフラックスとを、含むものである。
本発明では、溶接用鋼ワイヤの鋼製外皮は、溶接管または継目無鋼管（シームレスパイプ）であることが好ましい。これにより、溶接用鋼ワイヤの吸湿を防ぎ、溶接性の低下を抑制できる。
鋼製外皮は、外径を３．０〜６．０ｍｍφとすることが好ましい。
【００４０】
次に、本発明のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの好ましい製造方法について説明する。
まず、鋼製外皮として溶接管を用いる場合のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法について、説明する。
上記した外皮組成を有する溶鋼を、真空溶解炉等の常用の溶製方法により溶製して、所定形状の鋳片（鋼塊）とする。ついで該鋳片（鋼塊）を、加熱し、熱間圧延により熱延鋼板としたのち、さらに軟化焼鈍を含む、冷間圧延により、冷間圧延鋼帯（板厚：１ｍｍ以下程度）とする。この冷間圧延鋼帯から、所定幅の帯鋼を採取し、鋼製外皮素材とする。ついで、得られた鋼製外皮素材（帯鋼）に冷間曲げ加工等を施し、パイプ形状に加工し、シーム溶接して鋼製外皮（溶接管）とすることが好ましい。なお、シーム溶接に代えて、かしめによりパイプ形状としてもよい。
その後、得られた溶接管に、上記した溶接用鋼ワイヤの組成を満足するように充填材を充填したのち、冷間で伸線加工を施し、所望外径の溶接用鋼ワイヤとする。得られた溶接用鋼ワイヤには、潤滑油を塗布しておくことが好ましい。
【００４１】
続いて、鋼製外皮としてシームレスパイプを用いる場合のガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤの製造方法について、説明する。
本発明の鋼製外皮は、所望外径を有する継目無鋼管（シームレスパイプ）としても何ら問題はない。鋼製外皮に継目無鋼管を用いる場合の溶接用鋼ワイヤの製造方法は、次の通りである。
上記した所定範囲の外皮組成を有する溶鋼を、真空溶解炉等の常用の溶製方法により溶製して、所定形状の丸鋳片（または鋼塊）とする。あるいは、鋼塊を、加熱し、熱間圧延により、所定形状の丸鋼片としてもよい。ついで、得られた丸鋳片あるいは丸鋼片を、加熱し、穿孔圧延により中空素材（継目無鋼管）とし、鋼製外皮（シームレスパイプ）とすることが好ましい。
その後、得られたシームレスパイプに、上記した溶接用鋼ワイヤの組成を満足するように充填材を装入し、冷間で伸線加工、あるいは焼鈍を含む冷間伸線加工を施して、所望外径の溶接用鋼ワイヤとすることが好ましい。得られた溶接用鋼ワイヤには、潤滑油を塗布しておくことが好ましい。
【００４２】
次に、本発明のガスシールドアーク溶接方法について説明する。
本発明は、上述した溶接用鋼ワイヤを用いて、正極性または逆極性でガスシールドアーク溶接を行うガスシールドアーク溶接方法である。
上記した溶接用鋼ワイヤを用いて好ましいガスシールドアーク溶接としては、例えば、炭酸ガスアーク溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接が挙げられる。
例えば図３に示すように、２枚の鋼板４を重ね合わせて、ガスシールドアーク溶接で重ね隅肉溶接を行なう。溶接トーチ５の中心部を通って溶接トーチ５から鋼板４へ連続的に送給される溶接用鋼ワイヤ１を陽極、鋼板４を陰極とし、溶接電源から溶接電圧が印加され、溶接トーチ５内から供給されるシールドガスの一部が電離・プラズマ化することで溶接用鋼ワイヤ１と鋼板４の間にアークが形成される。また、シールドガスの内、電離を生じず溶接トーチ５から鋼板４へと流れる分は、アークおよび鋼板４が溶融し形成される溶融池（図示せず）を外気から遮断する役割を持つ。アークの熱によって、溶接用鋼ワイヤ１の先端部が溶融して溶滴となり、該溶滴が、電磁力や重力等によって溶融池へと輸送される。この現象が、溶接トーチ５または鋼板４の移動に伴って連続的に生じることで、溶接線の後方では溶融池が凝固し、溶接ビード６が形成される。これにより、突き合わせた２枚の鋼板４の接合が達成される。
なお、鋼板や溶接条件等は、溶接継手に対する要求特性によって適宜設定される。
ガスシールドアーク溶接方法として、正極性の炭酸ガスアーク溶接および正極性のＭＡＧ溶接を行う場合は、次の溶接条件とすることが好ましい。
＜炭酸ガスアーク溶接条件＞
・シールドガス：１００体積％ＣＯ２
・シールドガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
・溶接電流：２４０〜３８０Ａ
・溶接電圧：２８〜３８Ｖ
・溶接速度：３０〜８０ｃｍ／ｍｉｎ
・溶接電源：インバータ電源
・極性：正極性
＜ＭＡＧ溶接条件＞
・シールドガス：８０体積％Ａｒ＋２０体積％ＣＯ２
・シールドガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
・溶接電流：２４０〜３８０Ａ
・溶接電圧：２８〜３８Ｖ
・溶接速度：３０〜８０ｃｍ／ｍｉｎ
・溶接電源：インバータ電源
・極性：正極性
ガスシールドアーク溶接方法として、逆極性のＭＩＧ溶接を行う場合は、次の溶接条件とすることが好ましい。
＜ＭＩＧ溶接条件＞
・シールドガス：１００体積％Ａｒ
・シールドガス流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
・溶接電流：１００〜２８０Ａ
・溶接電圧：１６〜２４Ｖ
・溶接速度：３０〜８０ｃｍ／ｍｉｎ
・溶接電源：インバータ電源
・極性：逆極性
本発明のガスシールドアーク溶接方法によれば、正極性の炭酸ガスアーク溶接およびＭＡＧ溶接を行っても、アークが安定するため、スパッタ発生量を抑制できる。また、ＭＩＧ溶接で重ね隅肉溶接を行っても、アークが安定するため、ビード幅の変動を抑制できる。
【００４３】
次に、本発明のガスシールドアーク溶接継手について説明する。
本発明は、上述したガスシールドアーク溶接方法を用いたガスシールドアーク溶接継手の製造方法である。
ここでは、ガスシールドアーク溶接方法として、例えば、炭酸ガスアーク溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接を行う場合について説明する。例えば図２に示すように、本発明のガスシールドアーク溶接継手の製造方法では、少なくとも２枚以上の鋼板を突合せて、上記した溶接用鋼ワイヤを用いて特定の溶接条件で多層溶接を行い、溶接ビードを形成して、ガスシールドアーク溶接継手を得る。なお、鋼板や溶接条件等は上述の説明と同様であるため、説明は省略する。
以上説明したように、本発明によれば、溶接用鋼ワイヤは錆発生などの保管中の品質変化がないため、炭酸ガスアーク溶接およびＭＡＧ溶接時に、スパッタの発生が抑制でき、これによりアークの安定性に優れる効果を得られる。
ここで、「アークの安定性に優れる」とは、発生したスパッタが少量であることを指す。具体的には、後述する実施例に記載の方法で測定したスパッタ発生量が、溶着量１００ｇあたり１．５ｇ以下であることを指す。
また、ＭＩＧ溶接の場合には、溶融池表面に安定したカソードスポットが形成されてアークが安定するため、溶接ビード形状にも優れるガスシールドアーク溶接を実現できる。
ここで、「溶接ビード形状に優れる」とは、溶接ビード全長にわたり、ビード表面から、光学カメラで、ビード形状を観察し、ビード幅の最大値と最小値を求めた。得られた値から、ビード幅の最大値と最小値の差を算出し、その差が２．０ｍｍ以下であることを指す。
【００４４】
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
【実施例】
【００４５】
表１に示す外皮組成の溶鋼を真空溶解炉で溶製し、鋼塊（１００ｋｇ）とした。得られた鋼塊を熱間圧延し、ついで冷間圧延により、板厚：０．８ｍｍ、幅：１６ｍｍの冷間圧延帯鋼とした。これら冷間圧延帯鋼を鋼製外皮素材として、幅方向に冷間曲げ加工を施し、パイプ形状としたのち、シーム溶接し、鋼製外皮（外径：３．０ｍｍφ）とした。なお、シーム溶接により得られた鋼製外皮には、表２の鋼製外皮形状の欄に「Ｗ（溶接管）」と示した。
また上記鋼塊の一部は、加熱し、熱間圧延により所定形状の丸鋼片とした後、この丸鋳片を加熱し、穿孔圧延により中空素材（継目無鋼管）とし、鋼製外皮（外径：３．０ｍｍφ）とした。なお、シームレスパイプからなる鋼製外皮には、表２の鋼製外皮形状の欄に「Ｓ（シームレスパイプ）」と示した。
得られた鋼製外皮に、表２に示す含有率の溶接用鋼ワイヤ組成となるように、充填材を配合し、冷間で伸線加工して、溶接用鋼ワイヤ（直径：１．２ｍｍφ）とした。【００４６】
【表１】
0006969705.tif 000002
【００４７】
【表２】
0006969705.tif 000003
【００４８】
得られた溶接用鋼ワイヤを用いて、溶接試験を実施し、スパッタ発生量の調査、ビード形状の調査を実施した。試験方法は下記のとおりである。
（１）スパッタ発生量の調査
表２に示す組成（溶接用鋼ワイヤ組成）の溶接用鋼ワイヤを用いて、板厚１２ｍｍの鋼板に、表３−１および表３−２に示す溶接条件で、ビードオン溶接を１ｍｉｎ間（１分間）行った。この際、炭酸ガスアーク溶接およびＭＡＧ溶接の溶接電流は２４０〜３８０Ａ、溶接電圧は２８〜３８Ｖ、および溶接速度は３０〜８０ｃｍ／ｍｉｎ（ｃｍ／分）の範囲内の数値をそれぞれ選択した。発生したスパッタのうち、直径：０．１ｍｍ以上のスパッタを予め溶接冶具周辺に配設したＣｕ製捕集冶具で捕集した。捕集したスパッタが、溶着量１００gあたり０．８g以下である場合を「良」として記号：◎を、溶着量１００ｇあたり０．８ｇ超え１．５ｇ以下である場合を「可」として記号：○を、溶着量１００ｇあたり１．５ｇ超えを「不可」として記号：△を、それぞれ付与し、評価した。
（２）ビード形状の調査
板厚２５ｍｍの鋼板を図２に示すように突き合わせ、表２に示す組成の溶接用鋼ワイヤを用いて、表４−１および表４−２に示す溶接条件で多層溶接（溶接長さ：２５０ｍｍ）を行った。この際、ＭＩＧ溶接の溶接電流は１００〜２８０Ａ、溶接電圧は１６〜２４Ｖ、および溶接速度は３０〜８０ｃｍ／ｍｉｎ（ｃｍ／分）の範囲内の数値をそれぞれ選択した。溶接ビード全長にわたり、ビード表面から、光学カメラで、ビード形状を観察し、ビード幅の最大値と最小値を求めた。得られた値から、ビード幅の最大値と最小値の差を算出し、当該溶接用鋼ワイヤのビード形状指標とした。ビード幅の最大値と最小値の差が、１．０ｍｍ以下である場合を「良」として記号：◎を、１．０ｍｍ超え２．０ｍｍ以下を「可」として記号：○を、２．０ｍｍ超えを「不可」として記号：△を、それぞれ付与し、評価した。【００４９】
得られた結果を表５に示す。【００５０】
【表３−１】
0006969705.tif 000004
【００５１】
【表３−２】
0006969705.tif 000005
【００５２】
【表４−１】
0006969705.tif 000006
【００５３】
【表４−２】
0006969705.tif 000007
【００５４】
【表５】
0006969705.tif 000008
【００５５】
本発明例は、いずれも、正極性の炭酸ガスアーク溶接およびＭＡＧ溶接を行っても、アークが安定し、溶着量１００ｇあたり１．５ｇ以下とスパッタ発生量が少なかった。また、ＭＩＧ溶接で重ね隅肉溶接を行っても、ビード幅の変動は２．０ｍｍ以下と少なかった。
【符号の説明】
【００５６】
１  溶接用鋼ワイヤ
２  鋼製外皮
３  充填材
４  鋼板
５  溶接トーチ
６  溶接ビード
【要約】
ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤを提供する。本発明は、鋼製外皮と該鋼製外皮に内包される充填材とからなる溶接用鋼ワイヤであって、鋼製外皮が、該鋼製外皮全質量に対する質量％で、ＲＥＭ：０．００５〜０．２０％を含む外皮組成の鋼製外皮であり、ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤが、鋼製外皮の全質量と充填材の全質量との合計質量に対する質量％で、Ｃ：０．０１〜０．３０％、Ｓｉ：０．１０〜５．００％、Ｍｎ：０．５〜５．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、ＲＥＭ：０．００４〜０．１８％、Ｃｒ：３．０％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：０．０２〜１．５％、Ｃｕ：３．０％以下、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｔｉ：０．０２〜０．４０％、Ａｌ：０．００１〜０．２０％、Ｃａ：０．０００８％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する。【図１】
0006969705.tif 000009
【図２】
0006969705.tif 000010
【図３】
0006969705.tif 000011