JP2013151001A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】耐候性鋼を溶接するにあたって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を提供する。
【解決手段】ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｃｕ：０．２〜０．８％、 Ｃｒ：０．３〜０．８％、Ｍｇ：０．０５〜０．８％、ＴｉＯ₂換算値：３〜８％、ＳｉＯ₂換算値：０．１〜１．０％、Ａｌ₂Ｏ₃換算値：０．０５〜１．２％、Ｎａ換算値とＫ換算値の合計：０．０１〜０．４％、Ｆ換算値：０．００５〜０．２％を含有し、前記Ａｌ酸化物は、見掛密度：１．４〜２．５ｇ／ｃｍ³、平均粒径：２０〜２００μｍであることを特徴とす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。
【選択図】なし

Description

本発明は、鋼構造物等に使用される耐候性鋼を溶接するにあたって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を得るうえで好適な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に関する。

耐候性鋼は、船舶、橋梁、その他鉄骨構造物等に適用されており、係る耐候性鋼を溶接する際には、低炭素鋼と同様に、ルチール系フラックス入りワイヤが広く適用されている。ルチール系フラックス入りワイヤを用いて溶接した際に生成するスラグは、全姿勢溶接を行ううえで、非常に好適な特性を備えているため、立向や上向姿勢で溶融金属が垂れ落ちることなく溶接することができ、溶接作業性に優れている。

近年は、より高能率に溶接するために、高電流で溶接をする傾向にあり、それに対応した普通鋼用のフラックス入りワイヤが例えば、特開２００９−６１４７４号公報（特許文献１）及び特開２０１０−１７７３３号公報（特許文献２）に提案されている。これらの開示技術は、何れも立向上進溶接において高い溶接電流を使用しても溶融金属の垂れ落ちを防止できることを目的としたものである。しかし実際のところは、高電流域での立向上進溶接では溶融メタルの垂れ落ちを十分に防止できないか、あるいは溶融メタルの垂れ落ちを防止できても溶接ビードが凸形状になるため不十分である。

一方、特開２０１１−１５６５６５号公報（特許文献３）に提案の技術では、高電流での立向上進溶接において溶融メタルの垂れ落ちが起こらず、ビード形状もフラットにすることができる。しかし、そのためには金属Ａｌを非常に多く添加する必要があるが、この場合、溶接金属中にＡｌが多く残留し、溶接金属の靭性を低下させる原因にもなる。さらに、耐候性鋼用溶接用フラックス入りワイヤに適用した場合には、溶接金属の靭性を低下させるＣｒが必須であり、金属Ａｌの多量添加は、溶接金属の靭性の著しい低下を招くという問題がある。

特開２００９−６１４７４号公報 特開２０１０−１７７３３号公報 特開２０１１−１５６５６５号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、舶、橋梁、その他鉄骨構造物等に使用される耐候性鋼を溶接するにあたり、全姿勢溶接での溶接作業性が良好で、特に高電流の立向上進溶接において溶融金属が垂れ落ちず、また溶接金属の強度及び靭性が優れた溶接金属が得られ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を提供することにある。

本発明の要旨は、
（１）鋼製外皮にフラックスを充填してな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において、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｃｕ：０．２〜０．８％、 Ｃｒ：０．３〜０．８％、Ｍｇ：０．０５〜０．８％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値：３〜８％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：０．１〜１．０％、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値：０．０５〜１．２％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ換算値とＫ換算値の合計：０．０１〜０．４％、金属弗化物のＦ換算値：０．００５〜０．２％を含有し、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下で、残部が鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなり、前記Ａｌ酸化物は、見掛密度：１．４〜２．５ｇ／ｃｍ³、平均粒径：２０〜２００μｍであることを特徴とす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。

（２）ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ：０．０５〜０．８％を含有することを特徴とする（１）記載の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。

（３）ワイヤ全質量に対する質量％で、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計：０．１〜１％、Ａｌ：０．０５〜０．６％のうち１種又は２種を含有することを特徴とする（１）又は（２）記載の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。

（４）ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．０１％のうち１種又は２種を含有することを特徴とする（１）乃至（３）のうち何れか１記載の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。

（５）ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０２〜０．２％、Ｎｂ：０．０２〜０．２％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする（１）乃至（４）のうち何れか１記載の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、にある。

本発明の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によれば、耐候性鋼の全姿勢溶接、特に高電流での立向上進溶接において溶融金属が垂れ落ちず溶接作業性が良好であり、強度及び靱性に優れた溶接金属が安定して得られ、溶接部の品質向上を図ることが可能となる。

本発明者らは、ルチール系の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について、全姿勢溶接での溶接作業性、特に高電流での立向上進溶接において溶接作業性が良好で、強度及び靱性に優れた溶接金属が得られるワイヤ成分組成について、種々検討を行った。

その結果、フラックスに添加するＡｌ酸化物原料の見掛密度および平均粒径の適正化を図るとともに、さらにＡｌ酸化物、Ｔｉ酸化物及びＳｉ酸化物の添加量を適正化を図ることにより、高電流の立向上進溶接において溶融金属の溶け落ちを抑制し、かつ平滑な溶接ビードを得ることが可能となり、さらに合金成分としてのＣ、Ｓｉ、Ｍｎと、脱酸剤としてのＭｇとを適正量とすることによって、溶接金属の強度および靭性に優れた溶接金属が安定して得られることを見出した。

即ち、本発明を適用した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は、鋼製外皮にフラックスを充填してな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において、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０８％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｃｕ：０．２〜０．７％、Ｃｒ：０．３〜０．９％、Ｍｇ：０．０５〜０．８％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値：３〜８％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：０．１〜１．０％、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値：０．０５〜１．２％、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ換算値とＫ換算値の合計：０．０１〜０．４％、金属弗化物のＦ換算値：０．００５〜０．２％を含有し、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下で、残部が鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなるものである。

更に本発明を適用した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は、Ａｌ酸化物は、見掛密度：１．４〜２．５ｇ／ｃｍ³、平均粒径：２０〜２００μｍであることを特徴とするものである。

なお、本発明は、上述した成分の範囲、並びに数値範囲を満たすものであれば、所期の作用効果を奏するものであり、本発明の範囲内に含まれるものである。しかし、更に望ましくは、以下の成分の範囲を満たすことが望ましい。

即ち、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ：０．０５〜０．８％を含有するようにしてもよい。また、ワイヤ全質量に対する質量％で、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計：０．１〜１％、Ａｌ：０．０５〜０．６％の１種又は２種を含有するようにしてもよい。また、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含有するようにしてもよい。更に、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０２〜０．２％、Ｎｂ：０．０２〜０．２％の１種又は２種以上を含有するようにしてもよい。

以下、本発明に係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の成分と、その組成並びにその含有率、更に他の数値の限定理由とについて説明する。まず、本発明に係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の基本的な成分から説明する。なお、各成分の組成は、ワイヤ全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％を表すときには単に％と記載して表すこととする。

［Ｃ：０．０１〜０．０８％］
Ｃは、溶接時にアークの安定化に寄与する効果がある。しかし、Ｃの含有量が０．０１％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｃの含有量が０．０８％超では、Ｃが溶接金属中に過剰となり、却って靱性が低下する。このため、Ｃの含有量は、０．０１〜０．０８％とする。

なお、Ｃは、鋼製外皮や、フラックス中の金属粉及び合金粉等から添加される。

［Ｓｉ：０．１〜１．０％］
Ｓｉは、溶接時に一部が溶接スラグとなって溶接ビードの外観や形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｓｉの含有量が０．１％未満では、溶接ビードの外観や形状を良好にする効果が十分に得られない。また、Ｓｉの含有量が１．０％超では、Ｓｉが溶接金属中に過剰となり、靱性が低下する。このため、Ｓｉの含有量は、０．１〜１．０％とする。

なお、Ｓｉは、鋼製外皮や、フラックス中の金属Ｓｉの他、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金形態から添加される。

［Ｍｎ：１．０〜３．０％］

Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接時に一部が溶接スラグとなって溶接ビードの外観や形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する。しかし、Ｍｎの含有量が１．０％未満では、これらの効果が十分に得られない。また、Ｍｎの含有量が３．０％超では、Ｍｎが溶接金属中に過剰となり、強度が過剰になって靱性が低下する。このため、Ｍｎの含有量は、１．０〜３．０％とする。

なお、Ｍｎは、鋼製外皮や、フラックス中のＦｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金形態から添加される。

［Ｃｕ：０．２〜０．７％］

Ｃｕは、溶接金属に耐候性を付与させるために必須の元素である。ＪＩＳ Ｚ ３３２０では、使用状況に応じて、塗装して使用するＰタイプ、裸のまま、また、さび安定化処理を行って使用するＷタイプ、それぞれの耐候性鋼用フラックス入りワイヤが規定されており、前者では、溶着金属中のＣｕが０．２０〜０．５０％、後者では、０．３０〜０．６０％と規定されているので、下限は０．２０％とした。上限は、母材希釈等による溶接金属への移行率低下を考慮してＪＩＳのＷタイプの上限０．６％より高い０．７％とした。

なお、Ｃｕは、ワイヤ表面のＣｕめっきや、フラックス中の金属Ｃｕの他、Ｆｅ−Ｃｕ等から添加される。

［Ｃｒ：０．３〜０．９％］

ＣｒもＣｕと同じく、溶接金属に耐候性を付与させるために必須の元素である。Ｃｕと同じく、ＪＩＳ Ｚ ３３２０では、ＰタイプおよびＷタイプそれぞれに溶着金属中のＣｒ量が規定されておりその範囲は、前者が０．３０〜０．６０％、後者が、０．４５〜０．７５％であるので、下限は０．３０％とした。上限は、母材希釈等による、溶接金属への移行率低下を考慮してＪＩＳのＷタイプの上限０．７５％より高い０．９％とした。なお、Ｃｒは、フラックス中の金属Ｃｒの他、Ｆｅ−ＣｒのようなＣｒ合金等から添加される。

［Ｍｇ：０．０５〜０．８％］

Ｍｇは、強脱酸剤として作用して溶接金属中の酸素を低減し、溶接金属の靱性を高める効果がある。しかし、Ｍｇの含有量が０．０５％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｍｇの含有量が０．８％超では、溶接時にアーク中で激しく酸素と反応してスパッタやヒュームの発生量が多くなって溶接作業性が不良となる。このため、Ｍｇの含有量は、０．０５〜０．８％とする。

なお、Ｍｇは、フラックス中の金属Ｍｇの他、Ａｌ−ＭｇのようなＭｇ合金等から添加される。

［Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値：３〜８％］

Ｔｉ酸化物は、溶接時のアーク安定化に寄与するとともに、溶接スラグとなって溶接ビードの形状を良好にし、溶接作業性の向上に寄与する効果がある。特に、立向上進溶接においては、溶接スラグ中にＴｉ酸化物が含まれることによって溶融スラグの粘性や融点を調整し、溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。また、一部が微細なＴｉ酸化物として溶接金属中に残留して溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の靱性を向上させる効果もある。しかし、Ｔｉ酸化物中におけるスラグ形成剤の主成分としてのＴｉＯ₂換算値が３％未満では、これらの効果が十分に得られず、アークの不安定化、スパッタの増大による溶接ビードの外観、形状の劣化、さらに溶接金属の靭性が低下する。また、立向上進溶接において溶融メタルが垂れ、溶接の継続が困難になる。一方、ＴｉＯ₂換算値が８％を超えると、アークが安定してスパッタ発生量が少なくなるが、Ｔｉ酸化物として溶接金属中に過剰に残存して靱性が低下する。このため、Ｔｉ酸化物の含有量は、ＴｉＯ₂換算値で３〜８％とする。

なお、Ｔｉ酸化物は、フラックス中のルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等から添加される。

［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：０．１〜１．０％］

Ｓｉ酸化物は、溶融スラグの粘性や融点を調整してスラグ被包性を向上させる効果がある。しかし、Ｓｉ酸化物中におけるこれらのスラグ被包性等を向上させる上での主成分としてのＳｉＯ₂換算値の合計が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。また、ＳｉＯ₂換算値が１．０％超では、溶融スラグの塩基度が低下して溶接金属の酸素量が増加して靭性が低下する。このため、Ｓｉ酸化物の含有量は、ＳｉＯ₂換算値で０．１〜１．０％とする。

なお、Ｓｉ酸化物は、フラックス中の珪砂、ジルコンサンド等から添加される。

［Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値：０．０５〜１．２％］

Ａｌ酸化物は、溶接時に溶接スラグにＡｌ酸化物となって溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。Ａｌ酸化物中の溶融メタルの垂れを防止する主成分としてのＡｌ₂Ｏ₃換算値が０．０５％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ａｌ₂Ｏ₃換算値が１．２％を超えると、溶接時に溶融プールからＡｌ酸化物が浮上分離できなくなって取り残されスラグ巻き込みとなる。このため、Ａｌ酸化物の含有量は、Ａｌ₂Ｏ₃換算値で０．０５〜１．２％とする。

［Ａｌ酸化物の見掛密度：１．４〜２．５ｇ／ｃｍ³、Ａｌ酸化物の平均粒径：２０〜２００μｍ］

また、本発明者らは、Ａｌを含む各種酸化物を種々検討した結果、Ａｌ酸化物の見掛密度が１．４ｇ／ｃｍ³未満、かつＡｌ酸化物の平均粒径が２０μｍ未満では、立向上進溶接におけるアークが細くなり、溶接ビードが細くなりビードが凸形状になることを見出した。

一方、見掛密度の上限については溶接作業性への悪影響は見出せなかったが、２．５ｇ／ｃｍ³を超えるＡｌ酸化物原料の製造は非常に難しく、製造コストが高くなる。Ａｌ酸化物の平均粒径が２００μｍを超えると、ワイヤ製造時のワイヤ伸線において断線が発生しやすくなり、また、溶接中のスパッタが多くなる。このため、Ａｌ酸化物の見掛密度は、１．４〜２．５ｇ／ｃｍ³とし、Ａｌ酸化物の平均粒径は２０〜２００μｍとしている。

なお、Ａｌ酸化物は、フラックス中のＡｌ酸化物、ＡｌとＳｉの複合酸化物等から添加される。見掛密度の測定は、ＪＩＳ Ｚ ２５０４「金属粉の見掛密度測定方法」に準拠して実施した。平均粒径は、ＪＩＳ Ｚ ２５１０「金属粉−乾式ふるい分けによる粒度試験方法」により得られた、各粒度のふるい分級物の質量百分率を、粒度の小さいふるい分級物の質量百分率から積算して同質量百分率が５０％になったときの粒度とした。

［Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ換算値とＫ換算値の合計：０．０１〜０．４％］

Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アーク安定剤やスラグ形成剤として酸化物やフッ化物等で添加される。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ換算値とＫ換算値の合計が、０．０１％未満ではその効果は十分に得られず、０．４％を超えると、溶接中の溶融スラグの粘性が低下して立向上進溶接で、溶融メタルが垂れ落ちる。このため、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ換算値とＫ換算値の合計は０．０１〜０．４％とする。

なお、Ｎａ化合物及びＫ化合物はフラックス中のカリ長石、ソーダ長石、ＮａＦ、ＫＦ、Ｋ₂ＳｉＦ₆、ＡｌＦ₃等から添加される。

［金属弗化物のＦ換算値：０．００５〜０．２％］

金属弗化物は、アークの指向性を高めて安定した溶融状態とする効果があるが、金属弗化物のＦ換算値が０．００５％未満では、この効果が十分に得られない。また、金属弗化物のＦ換算値が０．２％を超えると、アークが不安定になりスパッタが多く発生する。また、立向上進溶接で溶融メタル垂れが発生しやすくなる。このため、金属弗化物のＦ換算値は０．００５〜０．２％とする。

なお、金属弗化物はフラックス中のＣａＦ₂、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆、ＡｌＦ₃等から添加される。

［Ｐ：０．０３％以下］

Ｐは、溶接金属の靱性を低下させ、高温割れ感受性を高めるが、その含有量が０．０３％以下であれば、許容できる範囲となる。

［Ｓ：０．０３％以下］

Ｓは、Ｐと同じく溶接金属の靭性を低下させ、高温割れ感受性を高めるため、０．０３％以下にする。

［Ｎｉ：０．０５〜０．８％］

Ｎｉは、溶接金属の耐候性を向上させる元素であるが、ＪＩＳ Ｚ ３３２０によれば、用途によっては必須元素にはならない。すなわち、ＪＩＳ Ｚ ３３２０では、ＰタイプおよびＷタイプそれぞれに溶着金属中のＮｉ量が規定されており、前者ではＮｉは必須ではなく、後者でＮｉが必須となっていてその範囲は溶着金属で０．０５〜０．７０％である。このため、Ｎｉの添加量の下限は、Ｗタイプの溶着金属の下限である０．０５％とした。上限は、母材希釈等による、溶接金属への移行率低下を考慮してＪＩＳの上限０．７０％より高い０．８％とした。

なお、Ｎｉは、鋼製外皮やフラックス中の金属Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｍｇ等から添加される。

［金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計：０．１〜１．０％］

金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物は、溶接時にＺｒ酸化物として溶接スラグとなって溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れるのを防ぐ効果がある。しかし、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計が０．１％未満では、この効果が十分に得られない。また、金属Ｚｒ及びＺｒＯ₂換算値の合計が１．０％を超えると、溶接スラグの剥離性が不良になる。このため、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物を含有させる場合、その含有量は、ＺｒＯ₂換算値の合計で０．１〜１．０％とする。

なお、Ｚｒ酸化物は、フラックス中の酸化ジルコニウム、ジルコンサンド等から添加される。

［Ａｌ：０．０５〜０．６％］

Ａｌは、溶接時にＡｌ酸化物として溶接スラグにとなって溶接スラグの粘性や融点を調整し、特に立向上進溶接における溶融メタルが垂れ落ちるのを防ぐ効果がある。しかし、Ａｌが０．０５％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ａｌが０．６％を超えると、Ａｌ酸化物として過度に溶接金属に残留して溶接金属の靭性が低下する。このため、Ａｌの含有量は、０．０５〜０．６％とする。

なお、Ａｌは、鋼製外皮やフラックス中の金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ等から添加される。

［Ｂ：０．０００５〜０．０１％］

Ｂは、微量の添加により溶接金属のミクロ組織を微細化し、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。しかし、Ｂの含有量が０．０００５％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｂの含有量が０．０１％を超えると、溶接金属が過度に硬化して靱性が低下するとともに、溶接金属に高温割れが発生し易くなる。このため、Ｂの含有量は、０．０００５〜０．０１％とする。

なお、Ｂは、鋼製外皮やフラックス中のＦｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等から添加される。

［Ｍｏ：０．０５〜０．３％］

Ｍｏは、溶接金属の強度を高めるために添加する。しかし、Ｍｏの含有量が０．０５％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｍｏの含有量が０．３％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。このため、Ｍｏを含有させる場合、その含有量は、０．０５〜０．３％とする。

なお、Ｍｏは、フラックス中の金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ等から添加される。

［Ｖ：０．０２〜０．２％］

Ｖも、溶接金属の強度を高めるために添加する。しかし、Ｖの含有量が０．０２％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｖの含有量が０．２％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。このため、Ｖを含有させる場合、その含有量は、０．０２〜０．２％とする。

なお、Ｖは、鋼製外皮やフラックス中の金属Ｖ、Ｆｅ−Ｖ等から添加される。

［Ｎｂ：０．０２〜０．２％］

Ｎｂもまた、溶接金属の強度を高めるために添加する。しかし、Ｎｂの含有量が０．０２％未満では、この効果が十分に得られない。また、Ｎｂの含有量が０．２％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。このため、Ｎｂを含有させる場合、その含有量は、０．０２〜０．２％とする。なお、Ｎｂは、フラックス中の金属Ｎｂ、Ｆｅ−Ｎｂ等から添加される。

ちなみに、上述した各成分のうち、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂについては、必ずしも上述した成分の範囲に含まなくても、本発明の所期の効果を奏する。従って、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂが上述した成分の範囲から逸脱するものであっても、本発明例として取り扱うものとする。

なお、本発明に係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は、鋼製外皮をパイプ状に成形し、その内部にフラックスを充填した構造である。ワイヤの種類としては、成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接して得られる鋼製外皮に継ぎ目の無いワイヤと、鋼製外皮の合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継ぎ目を有するワイヤとに大別できる。本発明においては、何れの断面構造のワイヤを採用してもよい。但し、鋼製外皮に継ぎ目が無いワイヤは、ワイヤ中の水分量を低減することを目的に５００〜１０００℃での熱処理が可能であり、また製造後のフラックスの吸湿が無いため、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性の向上を図ることができるので、鋼製外皮に継ぎ目が無いワイヤを用いるのが好ましい。

本発明の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の残部は、鋼製外皮のＦｅ、成分調整のために添加する鉄粉、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ合金等の鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。また、フラックス充填率は特に制限はしないが、生産性の観点から、ワイヤ全質量に対して８〜２０％とするのが好ましい。

次に、本発明を適用した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の実施例について詳細に説明する。

まず、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に規定されるＳＰＣＣを鋼製外皮として使用して、表１に示す各種成分組成のフラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍとした。

なお、表１において、ワイヤの組成が本発明において規定した範囲外である成分については、下線を付すこととした。

表１に示すフラックス入りワイヤを用いて、板厚１２ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ ３１１４ ＳＭＡ４９０ＢＷ）をＴ字すみ肉溶接の試験体として、表２に示す溶接作業性評価の溶接条件で水平及び立向上進溶接による溶接作業性評価を行った。

また、ＪＩＳ Ｚ ３３２０に準じて、板厚２０ｍｍの鋼板（ＪＩＳ Ｇ ３１１４ ＳＭＡ４９０ＢＷ）を試験体として、表２に示す溶接条件で溶着金属試験を行った。

水平すみ肉溶接及び立向上進溶接による溶接作業性の評価は、半自動ＭＡＧ溶接をしたときのアークの安定性、スパッタ発生状態、ヒューム発生状態、生成したスラグの剥離性、ビード形状、ビード外観及び溶融メタルの垂れ状況について調査した。

溶着金属試験は、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験および衝撃試験（ＪＩＳ Ｚ３１１１に準拠）のためのサンプルを採取して各試験に供した。溶着金属試験での機械的性質の評価は、０℃における吸収エネルギー（ｖＥ０）が４７Ｊ以上、引張強さ(ＴＳ)が４９０ＭＰａ以上を合格とした。これらの結果を表３にまとめて示す。

表３において、機械的性質が上述した範囲外であるものについては、下線を付すこととした。

表１及び表３のワイヤ記号１〜１７は本発明例、ワイヤ記号１８〜３０は比較例である。ちなみに、表１において、ワイヤ成分のうち、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂについては必ずしも上述した成分の範囲に含まなくても、本発明の所期の効果を奏する。従って、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂが上述した成分の範囲から逸脱するものであっても、本発明例に含めている。本発明例であるワイヤ記号１〜１７は、各成分の組成が本発明において規定した範囲内であるので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーの値が良好であるとともに、溶接作業性及び生産性が良好であり極めて満足な結果であった。なお、本発明において規定した範囲より金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計が確認できないものであって、かつＡｌが本発明において規定した下限より少ないワイヤ記号３、６、１３及び１６は、立向上進溶接において若干メタル垂れが生じた。また、Ｂを本発明で規定した範囲内で添加したワイヤ記号３、７、１０、１５および１７では、−２０℃の吸収エネルギー（ｖＥ−２０）も７０Ｊを超え非常に高位であった。

比較例中、ワイヤ記号１８は、Ａｌ酸化物の平均粒径が本発明において規定した範囲より大きいので、ワイヤ製造時にワイヤ断線が多発した。また、Ｃが本発明において規定した範囲より少ないので、アークが不安定であった。

ワイヤ記号１９は、Ｃが本発明において規定した範囲より多いので、吸収エネルギーが低値であった。また、金属弗化物のＦ換算値が本発明において規定した範囲より少ないので、アークが不安定であった。さらに、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計が本発明において規定した範囲より多いので、溶接ビード上のスラグ剥離性が悪かった。

ワイヤ記号２０は、Ｓｉが本発明において規定した範囲より少ないので、溶接ビードの外観及び形状が不良であった。また、Ｂが本発明において規定した範囲より多いので、溶接ビードに高温割れが発生し、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号２１は、Ｓｉが本発明において規定した範囲より多いので、吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ換算値とＫ換算値の合計が本発明において規定した範囲より多いので、立向上進溶接においてメタルが垂れ落ちて溶接の継続が困難であった。

ワイヤ記号２２は、Ｍｎが本発明において規定した範囲より少ないので、ビード外観および形状が不良であった。また、Ａｌ酸化物の見掛密度が本発明において規定した範囲より高いので、製造コストが高くなった。

ワイヤ記号２３は、Ｍｎが本発明において規定した範囲より多いので、溶着金属の引張り強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値が本発明において規定した範囲より多いので、スラグ巻き込みが生じた。

ワイヤ記号２４は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が本発明において規定した範囲より多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ換算値とＫ換算値の合計が本発明において規定した範囲より少ないので、アークが不安定であった。

ワイヤ記号２５は、Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値が本発明において規定した範囲より少ないので、立向上進溶接において溶融メタルが垂れ落ちて溶接の継続が困難であった。また、Ｍｇが本発明において規定した範囲より少ないので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号２６は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値が本発明において規定した範囲より少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多かった。また、ビード外観及び形状が不良で、立向上進溶接においては溶融メタルが垂れ落ちて溶接の継続が困難であった。さらに、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号２７は、金属弗化物のＦ換算値が本発明において規定した範囲より多いので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、立向上進溶接において溶融メタルが垂れ落ちて溶接の継続が困難であった。また、Ｂが本発明において規定した範囲より少ないので、溶着金属の−２０℃での吸収エネルギーでは高値が得られなかった。

ワイヤ記号２８は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値が本発明において規定した範囲より多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌ酸化物の見掛密度が本発明において規定した範囲より低いので、立向上進溶接における溶接ビードが凸形状になった。さらに、本発明において規定した範囲より金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計とＡｌが少ないので、立向上進溶接において溶融メタルが若干垂れ落ちた。

ワイヤ記号２９は、Ａｌ酸化物の平均粒径が本発明で規定した範囲より小さいので、溶接ビードが凸形状になった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値が本発明で規定した範囲より少ないので、水平すみ肉溶接においてスラグの被包性が悪くビード外観が不良であった。

ワイヤ記号３０は、Ｍｇが本発明で規定した範囲より多いので、スパッタ及びヒュームの発生量が多かった。また、Ａｌが本発明で規定した範囲より高いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

次に、本発明の効果を実施例２により具体的に説明する。実施例２においては、実施例１と異なる条件についてのみ説明する。実施例２では、下記の表４、５に示す各種成分組成のフラックス入りワイヤを試作した。

表４、５に示すフラックス入りワイヤを用いて、実施例１と同じ条件での水平及び立向上進溶接による溶接作業性評価と、溶着金属試験とを行った。

溶着金属試験での機械的性質の評価は、溶着金属の０℃の吸収エネルギー（ｖＥ０）が４７Ｊ以上、引張強さ(ＴＳ)が５７０ＭＰａ以上を合格とした。これらの結果を表６にまとめて示す。

なお、表４、５において、ワイヤの組成が本発明において規定した範囲外である成分については、下線を付すこととした。また、表６において、機械的性質が上述した範囲外であるものについては、下線を付すこととした。

表４〜表６のワイヤ記号３１〜３５は本発明例、ワイヤ記号３６〜４１は比較例である。ちなみに、表４〜６において、ワイヤ成分のうち、Ａｌ、Ｂ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖについては必ずしも上述した成分の範囲に含まなくても、本発明の所期の効果を奏する。従って、Ａｌ、Ｂ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖが上述した成分の範囲から逸脱するものであっても、本発明例に含めている。本発明例であるワイヤ記号３１〜３５は、各成分の組成が本発明において規定した範囲内であるので、良好な溶接作業性を示し、溶着金属の引張強さ、吸収エネルギーも良好な値が得られるなど極めて満足な結果であった。

ワイヤ記号３６、３８およびワイヤ記号４０は、Ｍｏ、Ｎｂ及びＶが本発明において規定した範囲より多いので、引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号３７、３９及びワイヤ記号４１は、Ｍｏ、Ｎｂ及びＶが本発明において規定した範囲より少ないので、引張強さが低値であった。

Claims (5)

1. 鋼製外皮にフラックスを充填してな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において、
   ワイヤ全質量に対する質量％で、
   Ｃ：０．０１〜０．０８％、
   Ｓｉ：０．１〜１．０％、
   Ｍｎ：１．０〜３．０％、
   Ｃｕ：０．２〜０．７％、
   Ｃｒ：０．３〜０．９％、
   Ｍｇ：０．０５〜０．８％、
   Ｔｉ酸化物のＴｉＯ₂換算値：３〜８％、
   Ｓｉ酸化物のＳｉＯ₂換算値：０．１〜１．０％、
   Ａｌ酸化物のＡｌ₂Ｏ₃換算値：０．０５〜１．２％、
   Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ換算値とＫ換算値の合計：０．０１〜０．４％、
   金属弗化物のＦ換算値：０．００５〜０．２％を含有し、
   Ｐ：０．０３％以下、
   Ｓ：０．０３％以下で、
   残部が鋼製外皮のＦｅ、鉄粉、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなり、
   前記Ａｌ酸化物は、見掛密度：１．４〜２．５ｇ／ｃｍ³、平均粒径：２０〜２００μｍであることを特徴とす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。
2. ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ：０．０５〜０．８％を含有することを特徴とする請求項１に記載の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。
3. ワイヤ全質量に対する質量％で、金属Ｚｒ及びＺｒ酸化物のＺｒＯ₂換算値の合計：０．１〜１％、Ａｌ：０．０５〜０．６％の１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の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。
4. ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の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。
5. ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０２〜０．２％、Ｎｂ：０．０２〜０．２％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の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。