JP2016187828A - 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】耐吸湿特性に優れ、かつ、溶接作業性が良好で、機械的特性に優れた溶接金属が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤの提供。
【解決手段】鋼製外皮内にフラックスが充填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について、フラックスに酸可溶性Ａｌを含有し、前記フラックス中における７５μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量を０．１〜５質量％にし、前記フラックス中における７５μｍ超〜１０６μｍの粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量を０．１〜５質量％にし、及び前記フラックス中における１０６μｍ超の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量を０．１〜７質量％にする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、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。

船舶や橋梁などの大型構造物の製造工程においては、すみ肉溶接や突合せ溶接が適用されることが多く、その際、溶接材料としては、フラックス入りワイヤが用いられている。一方、船舶や橋梁などの溶接金属には、施工上、低温靭性や機械的特性が優れることが求められている。また、溶接に用いるフラックス入りワイヤには、溶接作業性が良好なことが望まれている。そこで、従来、アーク安定剤やフラックス組成を特定することにより、溶接作業性や溶接金属の機械的特性向上を図ったフラックス入りワイヤが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−９４１９６号公報

一般に、溶接金属中には水素が存在するが、その量が多くなると、低温割れが発生しやすくなる。しかしながら、従来のフラックス入りワイヤは、保管時に吸湿して、溶接金属中の水素量が増加するという問題点がある。これは、フラックス入りワイヤに内包されているフラックスが空気中の水分を吸湿するためである。

一方、前述した特許文献１に記載のフラックス入りワイヤは、溶接金属の機械的特性及び溶接作業性を良好にすることはできるが、吸湿特性については検討がなされていない。また、その他の従来の技術でも、フラックス自体の吸湿特性を改善することは困難である。

そこで、本発明は、耐吸湿特性に優れ、かつ、溶接作業性が良好で、機械的特性に優れた溶接金属が得られる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を主目的とする。

本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮内にフラックスが充填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であり、前記フラックスは酸可溶性Ａｌを含有し、前記フラックス中における７５μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜５質量％であり、前記フラックス中における７５μｍ超１０６μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜５質量％であり、及び前記フラックス中における１０６μｍ超の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜７質量％である。
本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、フラックス充填率が、ワイヤ全質量あたり、例えば１０〜２５質量％である。
このガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、酸可溶性Ａｌを０．０１〜１．０質量％で含有していてもよい。
また、ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ及びＴｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｔｉ換算値の合計で、１〜１０質量％、Ｓｉ及びＳｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｓｉ換算値の合計で、０．５〜２質量％、Ｍｎを１．０〜３．０質量％、及びＣを０．０２〜０．１５質量％で含有し、Ｐを０．０３０質量％以下、及びＳを０．０３０質量％以下に抑制していてもよい。
ワイヤ全質量あたり、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物のうち少なくとも１種を、それぞれＮａ換算値、Ｋ換算値及びＬｉ換算値の合計で、０．０５〜０．５質量％、並びにＦ化合物を、Ｆ換算値で、０．０５〜０．３質量％で含有することもできる。
ワイヤ全質量あたり、Ｚｒ及びＺｒ化合物のうち少なくとも１種を、Ｚｒ換算値の合計で、０．５質量％以下で含有してもよいし、Ａｌ及びＡｌ化合物のうち少なくとも１種を、Ａｌ換算値の合計で、０．０１〜１．０質量％で含有してもよい。
ワイヤ全質量あたり、Ｂｉ及びＢｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｂｉ換算値の合計で、０．００５〜０．０５０質量％で含有することもできる。
さらに、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｃｒ：０．５質量％以下、Ｍｏ：０．５質量％以下、Ｎｂ：０．２質量％以下、Ｖ：０．２質量％以下、Ｂ及びＢ化合物のうち少なくとも１種：Ｂ換算値の合計で０．０００１〜０．０１００質量％、並びに希土類元素（ＲＥＭ）：０．０１〜０．５質量％の群から選ばれる少なくとも１種を含有することもできる。
一方、本発明のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、例えば、Ｆｅ含有量が、ワイヤ全質量あたり、７７質量％以上でもよい。

本発明によれば、フラックスの吸湿特性を改善することができるため、耐吸湿特性に優れ、溶接作業性が良好で、機械的特性に優れた溶接金属が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを実現することができる。

実施例及び比較例のフラックス入りワイヤの製造方法の一部の工程を説明する模式図である。

以下、本開示を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。

本実施形態の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たものであり、その外径は、例えば１．０〜２．０ｍｍである。また、外皮の材質は、鋼であれば特に限定されるものではないが、伸線加工性が良好な軟鋼や低合金鋼を使用することが望ましい。更に、フラックス充填率は、ワイヤ中の各成分が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができるが、ワイヤの伸線性及び溶接時の作業性（送給性など）の観点から、ワイヤ全質量の１０〜２５質量％とすることが好ましい。

［フラックス中の酸可溶性Ａｌ量］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、フラックスに酸可溶性Ａｌが配合されている。ここで、「酸可溶性Ａｌ」とは、Ａｌ、Ａｌ合金及びＡｌ化合物のうち、王水（体積比で、濃塩酸：濃硝酸＝３：１で混合した液体）に溶解するものをいう。なお、難溶解性のもの、又は酸可溶性Ａｌと酸非可溶性Ａｌとの混合物若しくは複合物であっても、王水に溶解したＡｌは酸可溶性Ａｌとみなす。

一般に、Ａｌは、金属若しくは合金の形態で、又は酸化物や金属間化合物などの化合物の形態で、フラックス入りワイヤに添加される。また、フラックスに添加されるＡｌ源の具体例としては、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＡｌＦ_３などが挙げられ、そのうち、「酸可溶性Ａｌ」としては、金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ及びＡｌ−Ｍｇなどが挙げられる。

本実施形態のフラックス入りワイヤでは、各粒度のフラックス成分に含まれる酸可溶性Ａｌの量を、特定の範囲にしている。具体的には、フラックス中における７５μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、酸可溶性Ａｌ量は０．１〜５質量％であり、フラックス中における７５μｍ超１０６μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、酸可溶性Ａｌ量は０．１〜５質量％であり、フラックス中における１０６μｍ超の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、酸可溶性Ａｌ量は０．１〜７質量％である。これにより、耐吸湿特性を向上させ、かつ、スパッタ発生量を低減させることができる。耐吸湿特性を向上させるためには吸着面積を少なくした方が有利に働くため、フラックス中のＡｌ粒度は大きくしたほうが好ましい。一方、アーク安定性を向上させてスパッタ発生量を抑制するためには、フラックス中のＡｌ粒度は小さく、かつ、フラックス中に分散していたほうが好ましい。その理由は、表面が酸化されたＡｌ又はＡｌ酸化物は、溶融金属中の表面に浮遊しアークを引き寄せる陰極点となるが、粒度が大きく、かつ、偏在している場合、アークを偏向させアーク不安定を招く場合があるからである。本願発明のように、各粒度のフラックス成分に含まれる酸可溶性Ａｌの量を、前記特定範囲にすることにより、耐吸湿特性を向上させ、かつ、アーク安定性を向上させてスパッタ発生量を低減させることできる。すなわち、本願発明は、耐吸湿特性を向上させる効果とアーク安定性を向上させてスパッタ発生量を抑制する効果との相反する両方の効果を同時に奏することができる。なお、フラックス中のＡｌを分散させることができる理由は、フラックス中のＡｌを適切な粒度分布にすることにより、フラックス中のＡｌが他のフラックス粒子とほどよく絡み合うことにより、フラックス中のＡｌの偏析が防止され、フラックス中のＡｌが分散されるからであると推定する。

なお、ここに示す酸可溶性Ａｌ量は、各粒度のフラックス成分全質量あたりの含有量である。そして、篩分けにより、フラックス中における７５μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分、フラックス中における７５μｍ超１０６μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分、及びフラックス中における１０６μｍ超の粒子径を有するフラックス成分に分離し、各粒度のフラックス成分を王水に混合し、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma；高周波誘導結合プラズマ）法により、王水溶解したものの含有量を分析することで得た値である。

フラックス中における７５μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、酸可溶性Ａｌ量が０．１質量％未満である場合、スパッタ発生量が増加し、５質量％超である場合、耐吸湿特性が劣化する。また、フラックス中における７５μｍ超１０６μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、酸可溶性Ａｌ量が０．１質量％未満である場合、スパッタ発生量が増加し、５質量％超である場合、スラグ被包性が劣化する。さらに、フラックス中における１０６μｍ超の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、酸可溶性Ａｌ量が０．１質量％未満である場合又は７質量％超である場合、溶接金属の靭性が低下する。

フラックス入りワイヤに含有されるＡｌは、伸線によって、伸線方向に延びるか、又は、微粉となり粉々になる。本発明者らは、Ａｌに着目し、鋭意検討を行ったところ、伸線後のＡｌの短径をＡｌの粒子径とすると、Ａｌ原料と伸線後のＡｌの粒度に相関性があることがわかった。また、フラックス入りワイヤの耐吸湿特性の向上とスパッタ発生量の低減とには、Ａｌの添加形態の影響は少なく、粒度分布が大きく影響することがわかった。

しかしながら、従来のフラックス入りワイヤでフラックス成分として用いているＡｌ原料は、粒度分布が適切でないため、スパッタ発生量の低減および耐吸湿特性を改善できない。そこで、本発明者らは、種々のＡｌ原料について検討を行い、特定の粒度分布を有する酸可溶性Ａｌを用いることにより、アーク安定性を向上させてスパッタ発生量を抑制する効果に優れ、さらには、耐吸湿特性を向上させる効果に優れたフラックスが得られることを見出した。

例えば、粒子径が７５μｍ以下のものが１０〜３０質量％、７５μｍを超え１２５μｍ以下のものが２５〜４０質量％であり、１２５μｍを超え２１２μｍ以下のものが２５〜４０質量％であり、２１２μｍを超えるものが５質量％以下（０質量％を含む。）である、酸可溶性Ａｌ原料を用いる。そして、図１（ｃ）→（ｄ）に示すように、酸可溶性Ａｌを含有するフラックス２を、鋼製外皮１の内部に充填し、鋼製外皮１の内部にフラックス２が包まれるように鋼製外皮１を成形した後、図１（ｄ）→（ｅ）に示すように伸線する。成型した後のワイヤ径５．０ｍｍφから１．２ｍｍφまで伸線することにより、伸線後のフラックス入りワイヤに内包されるフラックスの酸可溶性Ａｌの粒度分布を前述した特定の範囲にすることができる。なお、本実施形態のフラックス入りワイヤに用いられる酸可溶性Ａｌ原料は、通常の方法により製造することができる。また、Ａｌ原料の粒度分布を特定の範囲にする方法は、特に限定するものではないが、粉砕処理する方法や複数種の原料を混合する方法などが挙げられる。

本実施形態のフラックス入りワイヤの成分組成は、特に限定されるものではないが、例えば以下に示す各成分を含有することができる。なお、以下に示す含有量は、特に断りがないかぎり、ワイヤ全質量あたりの量である。

［Ａｌ及びＡｌ化合物：０．０１〜１．０質量％，酸可溶性Ａｌ：０．０１〜１．０質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ａｌ及びＡｌ化合物のうち少なくとも１種を、Ａｌ換算値の合計で、０．０１〜１．０質量％含有してもよい。これにより、溶接金属の靭性を更に向上させることができる。一方、Ａｌ及びＡｌ化合物の総含有量が０．０１質量％未満の場合、スパッタ発生量が増加し、また、１．０質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。

Ａｌ及びＡｌ化合物のうち、酸可溶性Ａｌの含有量は、例えば０．０１〜１．０質量％である。これにより、溶接金属の靭性及びフラックス入りワイヤの耐吸湿特性を更に向上させることができる。一方、酸可溶性Ａｌの含有量が、０．０１質量％未満の場合、スパッタ発生量が増加することがあり、また、１．０質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下することがある。なお、溶接金属の靭性確保及びフラックス入りワイヤの耐吸湿特性向上の観点から、酸可溶性Ａｌ含有量は、０．１〜０．５質量％とすることが好ましい。

［Ｍｇ及びＭｇ化合物：０．０５〜１質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｍｇ及びＭｇ化合物のうち少なくとも１種を、Ｍｇ換算値の合計で、０．０５〜１質量％含有してもよい。Ｍｇ及びＭｇ化合物の総含有量を、この範囲にすることにより、溶接金属の靭性が更に向上する。一方、Ｍｇ及びＭｇ化合物の総含有量が０．０５質量％未満の場合、溶接金属の靭性が低下することがあり、１質量％を超えると、スラグ被包性が低下する。

［Ｔｉ及びＴｉ化合物：１〜１０質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｔｉ及びＴｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｔｉ換算値の合計で１〜１０質量％含有してもよい。Ｔｉ及びＴｉ化合物の総含有量を、この範囲にすることにより、溶接金属の靭性が更に向上する。一方、Ｔｉ及びＴｉ化合物の総含有量が１質量％未満の場合、スラグ被包性が低下することがあり、また、１０質量％を超えると、溶接金属が強度過多になりやすい。

なお、スラグ被包性向上の観点からＴｉ及びＴｉ化合物の総含有量は、２質量％以上とすることが好ましく、３質量％以上とすることが更に好ましく、また、溶接金属の強度をより良好な範囲にする観点から、８質量％以下とすることが好ましい。

［Ｓｉ及びＳｉ化合物：０．５〜２質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｓｉ及びＳｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｓｉ換算値の合計で、０．５〜２質量％含有してもよい。Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量を、この範囲にすることにより、溶融金属の粘性が高まるため、母材へのなじみ及びビード形状を良好にすることができる。一方、Ｓｉ及びＳｉ化合物の総含有量が０．５質量％未満の場合、スパッタ発生量が増加することがあり、また、２質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下することがある。

［Ｍｎ：１．０〜３．０質量％］
Ｍｎ含有量が１．０質量％未満の場合、溶接金属の靭性が低下することがあり、また３．０質量％を超えると、溶接金属が強度過多になりやすい。よって、Ｍｎ含有量は、１．０〜３．０質量％とすることが好ましい。これにより、溶接金属の靭性を更に向上させることができる。

［Ｃ：０．０２〜０．１５質量％］
Ｃ含有量が０．０２質量％未満の場合、溶接金属の靭性が低下することがあり、また、０．１５質量％を超えると、溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。よって、Ｃ含有量は、０．０２〜０．１５質量％とすることが好ましい。これにより、溶接金属の耐高温割れ性能を良好にすると共に、溶接金属の靭性を更に向上させることができる。

［Ｐ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む。）］
Ｐ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下することがある。よって、Ｐ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましい。これにより、溶接金属の靭性を更に向上させることができる。

［Ｓ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む。）］
Ｓ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靭性が低下することがある。よって、Ｓ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましい。これにより、溶接金属の靭性を更に向上させることができる。

［Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物：０．０５〜０．５質量％］
Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の総含有量が０．０５質量％未満の場合、スパッタ発生量が増加することがあり、また、０．５質量％を超えると、耐吸湿特性が低下することがある。よって、本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物のうち１種又は２種以上を添加する場合は、合計で０．０５〜０．５質量％含有することが好ましい。これにより、スパッタ発生量を低減することができると共に、フラックス入りワイヤの耐吸湿特性を更に向上させることができる。なお、ここでいうＮａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物の含有量は、それぞれＮａ換算値、Ｋ換算値及びＬｉ換算値である。

［Ｆ化合物：０．０５〜０．３質量％］
Ｆ化合物の総含有量が０．０５質量％未満の場合、スパッタ発生量が増加することがあり、また、０．３質量％を超えると、耐吸湿特性が低下することがある。よって、Ｆ化合物の総含有量は、０．０５〜０．３質量％とすることが好ましい。これにより、スパッタ発生量を低減することができると共に、フラックス入りワイヤの耐吸湿特性を更に向上させることができる。

［Ｚｒ及びＺｒ化合物：０．５質量％以下（０質量％を含まない。）］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｚｒ及びＺｒ化合物のうち少なくとも１種を、Ｚｒ換算値の合計で、０．５質量％以下の範囲で含有してもよい。これにより、スパッタ発生量を低減することができる。なお、Ｚｒ及びＺｒ化合物の総含有量が０．５質量％を超えると、スパッタ発生量が増加することがある。

［Ｂｉ及びＢｉ化合物：０．００５〜０．０５０質量％］
本実施形態のフラックス入りワイヤは、Ｂｉ及びＢｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｂｉ換算値の合計で、０．００５〜０．０５０質量％で含有してもよい。Ｂｉ及びＢｉ化合物の総含有量を、この範囲にすることにより、スラグ剥離性を向上させることができる。

［Ｂ及びＢ化合物のうち少なくとも１種：Ｂ換算値の合計で０．０００１〜０．０１００質量％、Ｃｕ：０．５質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｎｉ：３．０質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｃｒ：０．５質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｍｏ：０．５質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｎｂ：０．２質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｖ：０．２質量％以下（０質量％を含まない。）、並びに希土類元素（ＲＥＭ）：０．０１〜０．５質量％］
Ｂ及びＢ化合物のうち少なくとも１種、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、並びにＲＥＭは、溶接金属の機械的特性（強度又は靭性）を向上させる効果があるため、Ｂ及びＢ化合物のうち少なくとも１種、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、並びにＲＥＭの群から選ばれる少なくとも１種を必要に応じて添加することができる。

ただし、これらの元素の含有量が多くなると、溶接金属の強度が過度に増加し、割れが発生しやすくなる。そこで、本実施形態のフラックス入りワイヤでは、これらの元素を添加する場合は、Ｂ及びＢ化合物のうち少なくとも１種：Ｂ換算値の合計で０．０００１〜０．０１００質量％、Ｃｕ：０．５質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｎｉ：３．０質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｃｒ：０．５質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｍｏ：０．５質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｎｂ：０．２質量％以下（０質量％を含まない。）、Ｖ：０．２質量％以下（０質量％を含まない。）、並びに希土類元素（ＲＥＭ）：０．０１〜０．５質量％の範囲にする。これにより、更に機械的特性に優れた溶接金属が得られる。

［Ｆｅ：７７質量％以上］
本実施形態のフラックス入りワイヤでは、溶着量を確保するため、Ｆｅを、ワイヤ全質量あたり、７７質量％以上含有していることが好ましい。

［残部］
本実施形態のフラックス入りワイヤの成分組成における残部は、ＣａやＬｉなどの合金剤及びその化合物、並びにＳｂやＡｓなどの不可避的不純物である。なお、前述した各元素が酸化物や窒化物として添加された場合は、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、ＯやＮも含まれる。

［製造方法］
本実施形態のフラックス入りワイヤの製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。先ず、外皮を構成する鋼帯を、長手方向に送りながら成形ロールにより成形し、Ｕ字状のオープン管にする。次に、フラックスが所定の化学組成となるように、酸化物と、金属又は合金と、Ｆｅ粉などを所要量配合し、これを外皮に充填した後、断面が円形になるように加工する。その後、冷間引き抜き加工により伸線し、例えば１．０〜２．０ｍｍのワイヤ径とする。なお、冷間加工途中に加工硬化したワイヤを軟化させるために、焼鈍を施してもよい。

以上詳述したように、本実施形態のフラックス入りワイヤは、粒度毎に分離したフラックス成分中の酸可溶性Ａｌの含有量を特定しているため、溶接作業性が良好であり、機械的特性及び耐高温割れ性に優れた溶接金属が得られると共に、フラックスの吸湿特性を改善して、耐吸湿特性を向上させることができる。そして、酸可溶性Ａｌや任意添加成分の含有量を前述した好適な範囲にすることにより、前述した効果を更に向上させることができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、直径が１．０〜２．０ｍｍの鋼製外皮内にフラックスを充填し、実施例及び比較例のフラックス入りワイヤを作製した。具体的には、下記の表１に示す外皮成分の範囲（質量％）の鋼製外皮１を、図１（ａ）→（ｂ）に示すように成形し、酸可溶性Ａｌを含有するフラックス２を、図１（ｂ）→（ｃ）に示すように鋼製外皮１の内部に充填した。そして、図１（ｃ）→（ｄ）に示すように鋼製外皮１の内部にフラックス２が包まれるように、鋼製外皮１を成形した後、図１（ｄ）→（ｅ）に示すように伸線し、本発明の実施例及び比較例のフラックス入りワイヤ１０を作製した。なお、フラックス２に含有される酸可溶性ＡｌのＡｌ原料の粒度分布は複数種の原料を混合する方法を用いて調整した。

下記表１に、外皮成分の範囲（質量％）を示す。なお、外皮成分の範囲（質量％）は、外皮成分の全質量に対する各成分の質量の割合を示す。

下記表２〜表５に、実施例及び比較例のフラックス入りワイヤにおける粒度毎の酸可溶性Ａｌ含有量、ワイヤ成分の組成及びフラックス充填率を示す。酸可溶性Ａｌ含有量（質量％）は、粒度毎（７５μｍ以下、７５μｍ超１０６μｍ以下、及び１０６μｍ超）のフラックス成分の全質量に対する酸可溶性Ａｌ含有量の質量の割合を示す。ワイヤ成分（質量％）は、ワイヤ全質量に対する各成分の質量の割合を示す。フラックス充填率（質量％）は、ワイヤ全質量に対するフラックスの質量の割合を示す。なお、下記表３及び表５に示すワイヤ成分の残部は、各元素の酸化物及び窒化物のＯ量及びＮ量、並びに不可避的不純物である。

次に、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤを、以下に示す方法で評価した。

＜酸可溶性Ａｌ含有量＞
伸線後の実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤからフラックスを採取し、株式会社セイシン企業製 ＲＰＳ−１０５を使用して、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１：２００６に準じたふるいを用いて、（１）粒子径が７５μｍ以下のフラックス成分、（２）粒子径が７５μｍを超え１０６μｍ以下のフラックス成分、（３）粒子径が１０６μｍを超えるフラックス成分に分離した。その際、篩い分けの条件は、音波周波数を８０Ｈｚ、パルス間隔を１秒、分級時間を２分間とした。得られた各粒度のフラックス成分を、濃塩酸：濃硝酸＝３：１割合で混合した溶液（王水）を用いて溶解し、本溶液に溶解したＡｌを酸可溶性Ａｌとした。

＜スラグ被包性＞
スラグ被包性の評価は目視による評価方法を採用した。溶接ビード上全体にスラグがかぶっており、なおかつ、スラグがビードから全長自然剥離したものを極めて良好（◎＋）、
溶接ビード上全体にスラグがかぶっており、なおかつ、スラグがビードから自然剥離した
ものを非常に良好（◎）、溶接ビード上全体にスラグがかぶっていたものを良好（○）、溶接ビード上全体にスラグがかぶっていなかったものを不良（×）とした。

＜スパッタ発生量＞
スパッタ発生量は、ＷＥＳ ２０８７：２０００に規定される全量捕集法により、単位時間当たりのスパッタ発生量を測定した。溶接条件は溶着量測定条件と同じにした。そして、スパッタ発生量が１．０ｇ／分以下であったものを◎、１．０ｇ／分を超え１．５ｇ／分以下であったものを○、１．５ｇ／分を超えたものを×とした。

＜溶接金属の機械的特性＞
溶接金属の機械的特性は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した引張試験及び衝撃試験により評価した。その際、溶接条件は、溶接電流を２９０Ａ〜３２０Ａ（ＤＣ−ＥＰ）、パス間温度を１５０℃±１０℃とした。低温靭性の評価は、雰囲気温度−４０℃における衝撃値が１００Ｊ以上のものを極めて良好（◎＋）、７０Ｊ以上１００Ｊ未満のものを非常に良好（◎）、４７Ｊ以上７０Ｊ未満であったものを良好（○）、４７Ｊ未満のものを不良（×）とした。また、０．２％耐力は３９０ＭＰａ以上であったものを合格とし、引張強さは、４９０ＭＰａ以上６７０ＭＰａ以下の範囲のものを合格とした。

＜耐吸湿特性＞
耐吸湿特性は、フラックス入りワイヤを３ｃｍに切断した試料を３本用意し、温度３０℃、相対湿度８０％の雰囲気中に２４時間暴露し、フラックス入りワイヤ中のフラックスが吸湿した水分量をカールフィッシャー法で測定することで評価した。測定時、フラックス入りワイヤ中フラックスの水分を気化させるために７５０℃で加熱を行い、Ａｒガスをキャリアガスとして測定装置へ導いた。その結果、フラックス入りワイヤ中フラックスの水分量が、ワイヤ全質量あたり、５００ｐｐｍ以下のものを非常に良好（◎）、５００ｐｐｍ超７５０ｐｐｍ以下のものを良好（○）、７５０ｐｐｍ超を不良（×）とした。

＜耐高温割れ性＞
ＪＩＳ Ｚ ３１５５：１９９３に規定される「Ｃ形ジグ拘束突合せ溶接割れ試験方法」に基づいて行った。その際、溶接条件は、溶接電流２７０Ａ、アーク電圧３０Ｖ、速度３５０ｍｍ／分とした。評価は、クレータ割れを除く割れ率が３０％未満であったものを合格とした。

以上の結果を、下記表６及び表７にまとめて示す。

上記表７に示すように、粒子径が７５μｍ以下のフラックス成分、粒子径が７５μｍを超え１０６μｍ以下のフラックス成分又はその両方のフラックス成分で、酸可溶性Ａｌ量が本発明の範囲に満たないＮｏ．４２〜４５、４７のフラックス入りワイヤは、スパッタ発生量が増加した。更に、Ｎｏ．４５、４７のフラックス入りワイヤは、粒子径が１０６μｍを超えるフラックス成分でも酸可溶性Ａｌ量が本発明の範囲に満たないため、溶接金属の靭性が劣っていた。一方、Ｎｏ．４６のフラックス入りワイヤは、粒子径が１０６μｍを超えるフラックス成分における酸可溶性Ａｌ量が本発明の範囲に満たないため、溶接作業性や耐吸湿特性は優れているが、溶接金属の靭性が劣っていた。

粒子径が７５μｍ以下のフラックス成分における酸可溶性Ａｌ量が本発明の範囲を超えているＮｏ．４８、４９、５３のフラックス入りワイヤは、耐吸湿特性が劣っていた。また、粒子径が７５μｍを超え１０６μｍ以下のフラックス成分における酸可溶性Ａｌ量が本発明の範囲を超えているＮｏ．４９〜５１、５３のフラックス入りワイヤは、スラグ被包性が劣っていた。更に、粒子径が１０６μｍを超えるフラックス成分における酸可溶性Ａｌ量が本発明の範囲を超えているＮｏ．５１〜５３のフラックス入りワイヤは、溶接金属の靭性が劣っていた。

これに対して、表６及び表７に示すように、実施例であるＮｏ．１〜４１のフラックス入りワイヤは、比較例であるＮｏ．４２〜５３のフラックスワイヤに比べて、溶接作業性（スラグ被包性、スパッタ発生量）及び溶接金属の靭性が優れており、更にワイヤの耐吸湿特性にも優れていた。なお、表６及び表７には示していないが、実施例であるＮｏ．１〜４１のフラックス入りワイヤは、溶接金属の０．２％耐力、引張強さ及び耐高温割れ性の評価結果も、全て合格であった。これらの結果から、本発明によれば、耐吸湿特性に優れ、かつ、溶接作業性が良好で、機械的特性に優れた溶接金属が得られるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを実現できることが確認された。

本開示に係る実施形態は、以下のような構成をとることができる。
［１］鋼製外皮内にフラックスが充填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であって、前記フラックスは酸可溶性Ａｌを含有し、前記フラックス中における７５μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜５質量％であり、前記フラックス中における７５μｍ超１０６μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜５質量％であり、及び前記フラックス中における１０６μｍ超の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜７質量％である、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［２］フラックス充填率が、ワイヤ全質量あたり、１０〜２５質量％である、［１］に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［３］ワイヤ全質量あたり、酸可溶性Ａｌを０．０１〜１．０質量％で含有する、［１］又は［２］に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［４］ワイヤ全質量あたり、Ｔｉ及びＴｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｔｉ換算値
の合計で、１〜１０質量％、Ｓｉ及びＳｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｓｉ換算値の
合計で、０．５〜２質量％、Ｍｎを１．０〜３．０質量％、及びＣを０．０２〜０．１５質量％で含有し、Ｐを０．０３０質量％以下、及びＳを０．０３０質量％以下に抑制する、［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フラックス入りワイヤ。
［５］ワイヤ全質量あたり、Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物のうち少なくとも１種を、それぞれＮａ換算値、Ｋ換算値及びＬｉ換算値の合計で、０．０５〜０．５質量％、並びにＦ化合物を、Ｆ換算値で、０．０５〜０．３質量％で含有する、［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フラックス入りワイヤ。
［６］ワイヤ全質量あたり、Ｚｒ及びＺｒ化合物のうち少なくとも１種を、Ｚｒ換算値の合計で、０．５質量％以下で含有する、［１］〜［５］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［７］ワイヤ全質量あたり、Ａｌ及びＡｌ化合物のうち少なくとも１種を、Ａｌ換算値の合計で、０．０１〜１．０質量％で含有する、［１］〜［６］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［８］ワイヤ全質量あたり、Ｂｉ及びＢｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｂｉ換算値の合計で、０．００５〜０．０５０質量％で含有する、［１］〜［７］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［９］ワイヤ全質量あたり、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｃｒ：０．５質量％以下、Ｍｏ：０．５質量％以下、Ｎｂ：０．２質量％以下、Ｖ：０．２質量％以下、Ｂ及びＢ化合物のうち少なくとも１種：Ｂ換算値の合計で０．０００１〜０．０１００質量％、並びに希土類元素（ＲＥＭ）：０．０１〜０．５質量％の群から選ばれる少なくとも１種を含有する、［１］〜［８］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
［１０］Ｆｅ含有量が、ワイヤ全質量あたり、７７質量％以上である、［１］〜［９］のいずれか１つに記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

１ 鋼製外皮（外皮）
２ フラックス
１０ フラックス入りワイヤ

Claims (10)

1. 鋼製外皮内にフラックスが充填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であって、
   前記フラックスは酸可溶性Ａｌを含有し、
   前記フラックス中における７５μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜５質量％であり、
   前記フラックス中における７５μｍ超１０６μｍ以下の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜５質量％であり、及び、
   前記フラックス中における１０６μｍ超の粒子径を有するフラックス成分の全質量に対して、前記酸可溶性Ａｌ含有量は０．１〜７質量％である、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
2. フラックス充填率が、ワイヤ全質量あたり、１０〜２５質量％である、請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
3. ワイヤ全質量あたり、酸可溶性Ａｌを０．０１〜１．０質量％で含有する、請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
4. ワイヤ全質量あたり、
   Ｔｉ及びＴｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｔｉ換算値の合計で、１〜１０質量％、
   Ｓｉ及びＳｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｓｉ換算値の合計で、０．５〜２質量％、
   Ｍｎを１．０〜３．０質量％及び、
   Ｃを０．０２〜０．１５質量％で含有し、
   Ｐを０．０３０質量％以下及び、
   Ｓを０．０３０質量％以下に抑制する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
5. ワイヤ全質量あたり、
   Ｎａ化合物、Ｋ化合物及びＬｉ化合物のうち少なくとも１種を、それぞれＮａ換算値、Ｋ換算値及びＬｉ換算値の合計で、０．０５〜０．５質量％、並びに、
   Ｆ化合物を、Ｆ換算値で、０．０５〜０．３質量％で含有する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
6. ワイヤ全質量あたり、Ｚｒ及びＺｒ化合物のうち少なくとも１種を、Ｚｒ換算値の合計で、０．５質量％以下で含有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
7. ワイヤ全質量あたり、Ａｌ及びＡｌ化合物のうち少なくとも１種を、Ａｌ換算値の合計で、０．０１〜１．０質量％で含有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
8. ワイヤ全質量あたり、Ｂｉ及びＢｉ化合物のうち少なくとも１種を、Ｂｉ換算値の合計で、０．００５〜０．０５０質量％で含有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
9. ワイヤ全質量あたり、
   Ｃｕ：０．５質量％以下、
   Ｎｉ：３．０質量％以下、
   Ｃｒ：０．５質量％以下、
   Ｍｏ：０．５質量％以下、
   Ｎｂ：０．２質量％以下、
   Ｖ：０．２質量％以下、
   Ｂ及びＢ化合物のうち少なくとも１種：Ｂ換算値の合計で０．０００１〜０．０１００質量％、並びに、
   希土類元素（ＲＥＭ）：０．０１〜０．５質量％、
   の群から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
10. Ｆｅ含有量が、ワイヤ全質量あたり、７７質量％以上である請求項１〜９のいずれか１
    項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
    

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