JP2020203302A - 高張力鋼のＡｒ−ＣＯ２混合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】適正な強度と低温領域での良好な靭性を有する溶接金属が得られるとともに、溶接作業性に優れた高張力鋼のＡｒ−ＣＯ2混合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、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：１．５〜３．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｓ：０．００５〜０．０２０％を含有し、さらに、フラックス中に、ＳｉＯ2：０．０５〜０．２０％、酸素含有量が０．３０％以下の鉄粉：３〜８％、Ｆ換算値の合計で０．００５〜０．０８０％、Ｎａ2Ｏ換算値及びＫ2Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％を含有することを特徴とする。【選択図】 なし

Description

本発明は、５９０〜６９０ＭＰａ級高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関し、特に溶接作業性が良好で、溶接金属の低温領域での靭性が優れる高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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。

近年、ビル、橋梁、海洋構造物などの鋼構造物の大型化や軽量化及び自動車、建産機の軽量化に伴って、使用される鋼板の高張力化が進み、引張強さが５９０〜６９０ＭＰａ級の高張力鋼が広く使用されている。

引張強さが５９０〜６９０ＭＰａ級高張力鋼を用いた溶接構造物では、溶接金属中の拡散性水素量が少なく耐割れ性及び低温靭性などの機械的性質に優れ、また、スラグ生成量が少なく高能率溶接が可能なメタル系フラックス入りワイヤを用いたスパッタ発生量が少ないＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接が要望されている。

従来、高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接には、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの合金成分を含有したＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤが使用される。しかし、特許文献１や特許文献２に記載のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、合金成分を多く含みワイヤ自体が硬く剛性が高いので、溶接時のワイヤ送給抵抗が大きく、ワイヤ送給が安定せずアークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。

一方、高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用のフラックス入りワイヤとして、特許文献３に、溶接作業性が良好で、かつ耐割れ性も優れた高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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３に記載されたフラックス入りワイヤによれば、高強度な溶接金属が得られ、かつ、アークが安定してスパッタ発生量を少ないなど良好な溶接作業性が得られる。しかし、特許文献３に記載のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、スラグ形成剤の含有量が多いので、溶接金属中の酸素量が多くなり、溶接金属の低温靭性を安定して得ることが難しい。

溶接金属中の酸素量を低減して優れた低温靭性を得る技術として、特許文献４には、ワイヤ中の金属弗化物の含有量を増加させることで溶接金属の酸素量を低減することを目的としたＡｒ−ＣＯ₂混合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。しかし、特許文献４に記載のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用ワイヤによれば、低温靭性に優れた溶接金属を得ることができるものの、フラックスワイヤ中に金属弗化物を多く含むので、アークが不安定になってスパッタ発生量が多いなど溶接作業性が悪い。

さらに、特許文献５や特許文献６には、合金粉を多く含むメタル系フラックス入りワイヤに関する技術の開示があるが、高強度で低温靭性に優れた溶接金属を確保しつつ、かつ、ビード外観及びビード形状が良好で、アークが安定してスパッタ発生量が少ないなど十分な良好な溶接作業性の両立は難しいという問題があった。

特開昭５７−１２４５９４号公報 特開２０００−３０１３７９号公報 特開２００６−２８１２２３号公報 特開２０１１−２０１５４号公報 特開２００７−１４４５１６号公報 特開２００８−９３７１５号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、５９０〜６９０ＭＰａ級高張力鋼の溶接において、適正な強度と低温領域での良好で安定した靭性を有する溶接金属が得られるとともに、アークの安定性、ビード外観及びビード形状に優れ、スパッタ発生量が少ないなど溶接作業性に優れた高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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目的とする。

本発明の要旨は、鋼製外皮にフラックスを充填してなる高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：１．５〜３．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｓ：０．００５〜０．０２０％を含有し、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、ＳｉＯ₂：０．０５〜０．２０％、酸素含有量が０．３０％以下の鉄粉：３〜８％、弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．００５〜０．０８０％、Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％を含有し、残部が鋼製外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする。

また、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｍｏ：０．１〜０．５％を含有することも特徴とする。

さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、鋼製外皮とフラックスの合計で、Ｂ：０．００１５〜０．０１５０％も含有することを特徴とする。

また、成形された前記鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継目を無くしたことも特徴とする高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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。

本発明を適用した高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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、溶接時のアークの安定性、ビード外観及びビード形状が優れ、スパッタ発生量が少ないなど溶接作業性が良好で、５９０〜６９０ＭＰａ級の強度が得られ、低温靭性が良好で、欠陥のない高品質な溶接金属が得られる高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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ができる。

本発明者らは、上述した課題を解決するために、５９０〜６９０ＭＰａ級の高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接において、適正な強度及び低温靭性を有する溶接金属が得られるとともに、アークが安定し、スパッタ発生量が少なく、良好なビード外観及びビード形状が得られるなど良好な溶接作業性が得られる高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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組成について詳細に検討した。

その結果、アークの安定性及びスパッタ発生量の低減は、ワイヤ中のＣ、フラックス中の鉄粉の含有量、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計量及び弗素化合物のＦ換算値の合計量を適正にすることが有効であることを知見した。また、ビード外観及びビード形状は、ワイヤ中のＳｉ、フラック中のＳｉＯ₂及び鉄粉の含有量を適量とすることで、スラグ剥離性はＳの含有量を適量とすることで良好にできることを知見した。さらに、ワイヤ中のＣ、Ｃｕ、Ｓ及びＢの含有量の上限を規定することで高温割れを防止し、ワイヤ外皮の継ぎ目を無くすことで低温割れを防止するとともに、ワイヤ中のＳｉ、Ｍｎ、ＳｉＯ₂及びＮａ化合物とＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計量の上限を規定することでスラグ巻込みなどの溶接欠陥を防止できることも知見した。

また、溶接金属の適正な強度と同時に安定した低温靭性の向上をも同時に達成させるためには、ワイヤ中のスラグ生成剤である酸化物を極力減らし、合金成分のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｕの含有量それぞれの適正化が有効であることを知見した。また、ワイヤ中の鉄粉の酸素量を低減することで溶接金属の低温靭性をさらに向上できることも知見した。

さらに、ワイヤ中にＭｏを適量添加することで更なる高強度化が可能となり、Ｂを適量添加することで、溶接金属の更なる低温靭性の改善が可能であることも知見した。

本発明を適用した高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、各成分組成それぞれの単独及び共存による相乗効果によりなし得たものであるが、以下にそれぞれの各成分組成の添加理由及び限定理由を述べる。なお、以下においては、フラックス入りワイヤの化学成分をワイヤの全質量に対する割合である質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載して説明する。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＣ：０．０５〜０．１５％］
Ｃは、固溶強化により溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。またＣは、アークを安定させる効果がある。Ｃが０．０５％未満であると、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度が得られない。またＣが０．０５％未満であると、アークが不安定となり、スパッタ発生量が多くなる。一方、Ｃが０．１５％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり靭性が低下する。またＣが０．１５％を超えると、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣは０．０５〜０．１５％とする。なお、Ｃは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属粉及び合金粉等から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．５〜２．０％］
Ｓｉは、溶接金属の脱酸のために添加する。またＳｉは、溶接金属の強度を向上させるとともに、溶融金属の粘度を調整してビード外観及びビード形状を改善する効果がある。Ｓｉが０．５％未満であると、溶接金属が脱酸不足となり靭性が低下するとともに、溶接金属の強度が得られない。またＳｉが０．５％未満であると、溶接ビード外観及びビード形状が不良となる。一方、Ｓｉが２．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、溶接金属の靭性が安定して得られない。またＳｉが２．０％を超えると、溶接時に発生するスラグ量が増加してスラグ巻込みなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳｉは０．５〜２．０％とする。なお、Ｓｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスから金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎ：１．５〜３．０％］
Ｍｎは、溶接金属の低温靭性の確保と強度向上のために添加する。Ｍｎが１．５％未満であると、溶接金属の強度が低くなるとともに、低温靭性が十分に確保できなくなる。一方、Ｍｎが３．０％を超えると、溶接金属中にＭｎが多く歩留まり、強度が過剰に高くなるとともに、溶接金属の低温靭性が安定して得られない。またＭｎが３．０％を超えると、溶接時に発生するスラグ量が増加してスラグ巻込みなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｎは１．５〜３．０％とする。なお、Ｍｎは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等の合金粉末から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．０１〜０．２０％］
Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに、溶接金属中にＴｉの微細酸化物を生成して溶接金属の低温靭性を向上させる効果がある。Ｔｉが０．０１％未満であると、その効果が十分に得られず、溶接金属の低温靭性が得られない。一方、Ｔｉが０．２０％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉが多くなって低温靭性が低下する。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＴｉは０．０１〜０．２０％とする。なお、Ｔｉは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等の合金粉から添加する。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕ：０．０５〜０．５０％］
Ｃｕは、析出強化作用を有し、変態温度を低下させて溶接金属の組織を微細化して靭性を安定させる効果がある。Ｃｕが０．０５％未満であると、安定した溶接金属の靭性が得られない。一方、Ｃｕが０．５０％を超えると、析出脆化が生じて溶接金属の靭性が低下し、また高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＣｕは０．０５〜０．５０％とする。なお、Ｃｕは、鋼製外皮に含まれる成分及び鋼製外皮表面に施したＣｕめっき分の他、フラックスからの金属Ｃｕ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｕ等の合金粉から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＳ：０．００５〜０．０２０％］
Ｓは、スラグの結晶化度を低下させてスラグ剥離性を向上させる効果がある。Ｓが０．００５％未満であると、その効果が十分に得られず、スラグ剥離性が悪くなる。一方、Ｓが０．０２０％を超えると、溶接金属の靭性が低下し、また高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＳは０．００５〜０．０２０％とする。なお、Ｓは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからのＦｅＳ等の合金粉末から添加できる。

［フラックス中に含有するＳｉＯ₂：０．０５〜０．２０％］
ＳｉＯ₂は、ビード止端部のなじみを良好にしてビード外観及びビード形状を良好にする効果がある。ＳｉＯ₂が０．０５％未満であると、溶接ビードのビード止端部のなじみが悪くなり、ビード外観及びビード形状が悪くなる。一方、ＳｉＯ₂が０．２０％を超えると、溶接金属中の酸素量が増加して靭性が低下する。またＳｉＯ₂が０．２０％を超えると、ビード表面のスラグ量が多くなってスラグ巻込みなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、フラックス中に含有するＳｉＯ₂は０．０５〜０．２０％とする。なお、ＳｉＯ₂は、フラックスからの珪砂、珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分等から添加できる。

[フラックス中に含有する酸素含有量が０．３０％以下の鉄粉：３〜８％]
鉄粉は、アーク状態をソフトにし、アークを安定させる効果がある。また、メタル系フラックス入りワイヤの特徴である高溶着性を確保すると共に、成分調整のためにフラックスから添加する。鉄粉が３％未満では、アークが不安定になり、スパッタ発生量が多くなり、また、溶着量が不足してビード外観及びビード形状が不良となる。一方、鉄粉が８％を超えると、製造での伸線工程でフラックス充填率がワイヤ長手方向にフラックス充填率が変動し、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。従って、フラックス中に含有する鉄粉は３〜８％とする。

また、本発明のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤでは、酸素含有量が０．３０％以下の水素還元鉄粉やアトマイズ鉄粉等を使用する。これら低酸素量の鉄粉を使用することで、Ａｌ、Ｍｇ及びＺｒ等のようなスラグ生成量を増加させる強脱酸剤を添加することなく溶接金属の酸素量を０．０５％以下まで抑えることができるので、溶接金属の低温靭性の更なる向上が可能となる。

［フラックス中に含有する弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．００５〜０．０８０％］
弗素化合物は、アークを集中させて安定にする効果がある。弗素化合物のＦ換算値の合計が０．００５％未満では、その効果が十分に得られず、アークが不安定になってスパッタ発生量が多くなる。一方、弗素化合物のＦ換算値の合計が０．０８０％を超えると、アークが不安定になりスパッタ発生量が多くなる。従って、フラックス中に含有する弗素化合物は、Ｆ換算値の合計で０．００５〜０．０８０％とする。なお、弗素化合物は、フラックスからのＣａＦ₂、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＡｌＦ₃等から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有するＦ量の合計である。

［フラックス中に含有するＮａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％］
Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アーク状態をソフトにして安定させる効果がある。Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が０．０２％未満であると、アークが不安定になりスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が０．１５％を超えると、アークが過剰に強くなってスパッタ発生量が多くなり、また、ビード止端部のなじみが悪くなってビード外観及びビード形状が不良となる。さらに、これらのＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が０．１５％を超えると、ビード表面のスラグ量が多くなり、スラグ巻込みなどの溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、フラックス中に含有するＮａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計は０．０２〜０．１５％とする。なお、Ｎａ化合物及びＫ化合物は、フラックスからの珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラスの固質成分、ＮａＦ、Ｋ₂ＳｉＦ₆、Ｎａ₃ＡｌＦ₆等の粉末から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏ：０．１〜０．５％］
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させる効果がある。Ｍｏが０．１％未満であると、溶接金属の強度の向上効果が十分に得られない。一方、Ｍｏが０．５％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなり、低温靭性が安定して得られない。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＭｏは０．１〜０．５％とする。なお、Ｍｏは、鋼製外皮に含まれる成分の他、フラックスからの金属Ｍｏ粉から添加できる。

［鋼製外皮とフラックスの合計でＢ：０．００１５〜０．０１５０％］
Ｂは、溶接金属の組織を微細化して低温靭性を向上させる効果がある。Ｂが０．００１５％未満であると、溶接金属の低温靭性の向上効果が十分に得られない。一方、Ｂが０．０１５０％を超えると、溶接金属の粒界が脆化して低温靭性が低下する。またＢが０．０１５０％を超えると、高温割れが発生しやすくなる。従って、鋼製外皮とフラックスの合計でＢは０．００１５〜０．０１５０％とする。なお、Ｂは、鋼製外皮に含まれる成分の他、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ等の合金粉から添加できる。

［成形した鋼製外皮の合わせ目を溶接することで鋼製外皮に継目を無くす］
本発明の高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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型し、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目の無いワイヤと、鋼製外皮に合わせ目の溶接を行わないままとした鋼製外皮に継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することができるが、鋼製外皮に継目を有するワイヤは、溶接金属の強度が高くなると低温割れが生じやすくなるので水分含有量の少ない原材料を用いる必要がある。一方、鋼製外皮に継目が無いワイヤは、ワイヤ中の全水素量を低減することを目的とした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。このため、鋼製外皮の合わせ目を溶接することで継ぎ目の無い断面構造を使用することがより好ましい。

本発明の高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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分、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｔｉ合金などの鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物である。不可避不純物については特に限定しないが、高温割れの防止の観点からＰは０．０１０％以下が好ましい。

また、フラックス充填率は特に限定しないが、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。

なお、シールドガスは、ＡｒとＣＯ₂との混合ガスとし、ＣＯ₂の混合量は５〜２５体積％の範囲として溶接金属の酸素量を低減する。また、シールドガス流量は、耐欠陥性及び大気からの窒素の混入を防ぐために２０〜３５リットル／分であることが好ましい。

以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。

ＪＩＳ Ｇ ３１４１に規定される鋼板を鋼製外皮として使用し、鋼製外皮を成形する工程でＵ字型に成形し、フラックスを充填率８〜２０％で充填しＣ字型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤと、溶接しない隙間のあるワイヤとを造管して伸線し、表１に示す各種成分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、鋼製外皮の合わせ目を溶接した継目が無いワイヤは、伸線途中で焼鈍を実施したが、鋼製外皮の合わせ目のあるワイヤは、フラックスを充填前に乾燥し、ワイヤ製造後はフラックスの吸湿を防ぐために、ビニール製の袋に封入して、溶接直前までその状態で保管した。

試作したフラックス入りワイヤを用いて、溶接作業性、溶着金属性能及び耐割れ性の調査を行った。

溶接作業性及び溶着金属性能は、ＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＭ５７０に規定される板厚２０ｍｍの鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて表２に示す溶接条件で溶着金属試験を実施した。

溶接作業性の調査は、溶着金属試験時のアークの安定性、スパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状の良否を目視確認して調査した。

溶着金属試験は、溶接した溶着金属部の板厚中心部からＡ０号引張試験片及び衝撃試験片を採取して機械的性能を調査した。

強度の評価は、引張強さが５９０〜６８０ＭＰａを良好とした。また、靭性の評価は、−４０℃におけるシャルピー衝撃試験を各３回実施し、吸収エネルギーの平均値は４７Ｊ以上、最低値は３０Ｊ以上を良好とした。

溶接欠陥の評価は、溶接後の試験体に対し、ＪＩＳ Ｚ ３１０６に準拠してＸ線透過試験を実施し、溶接金属中のスラグ巻込みなどの有無を調査した。

耐割れ性の試験は、ＪＩＳ Ｇ ３１０６ ＳＭ５７０に規定される板厚４０ｍｍの鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３１５７に準拠して表２に示す溶接条件でＵ形溶接割れ試験を実施した。溶接直後の試験体で高温割れ発生の有無を目視確認した後、溶接後４８時間経過した試験体について、表面割れ及び断面割れ（５断面）の低温割れ発生の有無をＪＩＳ Ｚ ２３４３に準拠した浸透探傷試験により調査した。これらの結果を表３にまとめて示す。

表１及び表３中のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１７が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１８〜Ｗ３１は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１７は、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｓが適正で、フラックス中のＳｉＯ₂、鉄粉、弗素化合物のＦ換算値の合計、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が適正で、鉄粉中の酸素含有量が適正なので、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状が良好で、高温割れ及び低温割れが発生せず、溶接欠陥が無く、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに良好であった。

また、ワイヤ記号Ｗ１、Ｗ４、Ｗ７、Ｗ８、Ｗ１１及びＷ１４、Ｗ１７はＢが適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値がさらに良好であり、極めて満足な結果であった。

なお、ワイヤ記号Ｗ４、Ｗ６、Ｗ１０、Ｗ１１、Ｗ１５は、鋼製外皮に継ぎ目を有するが、溶着金属の引張強さが適正であったので低温割れは発生しなかった。

比較例中ワイヤ記号Ｗ１８は、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。またＣが少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。さらに、Ｃｕが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーの最低値が低かった。

ワイヤ記号Ｗ１９は、Ｃが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの平均値及び最低値が低く、また、クレータ割れが発生した。さらに、ＳｉＯ₂が少ないので、ビード外観及びビード形状が不良であった。

ワイヤ記号Ｗ２０は、Ｓｉが少ないので、溶着金属の引張強さが低く、吸収エネルギーの平均値及び最低値が低かった。またＳｉが少ないので、ビード外観及びビード形状が不良であった。さらに、鉄粉が多いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤ記号Ｗ２１は、Ｓｉが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの最低値が低く、また、スラグ巻込みが発生した。さらに、鋼製外皮に継ぎ目を有するので、低温割れが発生した。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｍｎが少ないので、溶着金属の引張強さが低く、吸収エネルギーの平均値及び最低値が低かった。また、弗素化合物のＦ換算値の合計が多いので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤ記号Ｗ２３は、Ｍｎが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの最低値が低かった。またＭｎが多いので、スラグ巻込みが発生した。さらに、鋼製外皮に継ぎ目を有するので、低温割れが発生した。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。

ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値が低かった。また、Ｓが少ないので、スラグ剥離性が不良であった。

ワイヤ記号Ｗ２５は、Ｔｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値が低かった。また、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が多いので、アークが強く、スパッタ発生量が多く、ビード外観及びビード形状が不良であり、さらに、スラグ巻込みが発生した。

ワイヤ記号Ｗ２６は、Ｃｕが多いので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値が低く、また、クレータ割れが発生した。

ワイヤ記号Ｗ２７は、Ｓが多いので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値が低く、また、クレータ割れが発生した。

ワイヤ記号Ｗ２８は、ＳｉＯ₂が多いので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値が低く、また、スラグ巻込みが発生した。

ワイヤ記号Ｗ２９は、鉄粉が少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多く、ビード外観及びビード形状が不良であった。

ワイヤ記号Ｗ３０は、鉄粉中の酸素含有量が多いので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値が低かった。

ワイヤ記号Ｗ３１は、Ｔｉが少ないので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値が低かった。また、Ｂが少なかったので、溶着金属の低温靭性の向上効果が得られなかった。

ワイヤ記号Ｗ３２は、ＳｉＯ₂が少ないので、ビード外観及びビード形状が不良であった。また、Ｂが多いので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値及び最低値が低く、また、クレータ割れが発生した。

実施例１と同様に、ＪＩＳ Ｇ ３１４１に規定される鋼板を鋼製外皮として使用し、鋼製外皮をＵ字型に成形、フラックスを８〜２０％で充填してＣ字型に成形した後、鋼製外皮の合わせ目を溶接して造管、伸線し、表４に示す各種成分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。

表４に示すフラックス入りワイヤを用いて、溶接作業性、溶着金属性能及び耐割れ性の調査を行った。

溶接作業性及び溶着金属性能は、ＪＩＳ Ｇ ３１２８ ＳＨＹ６８５に規定される板厚２０ｍｍの鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて表２に示す溶接条件で溶着金属試験を実施した。

溶接作業性の調査は、溶着金属試験時のアークの安定性、スパッタ発生量の増減、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状の良否を目視確認して調査した。

溶着金属試験は、溶接した溶着金属部の板厚中心部からＡ０号引張試験片及び衝撃試験を採取して機械的性能を調査した。

強度の評価は、引張強さが６９０〜８３０ＭＰａを良好とした。また、靭性の評価は、−４０℃におけるシャルピー衝撃試験を各３回実施し、吸収エネルギーの平均値は４７Ｊ以上、最低値は３０Ｊ以上を良好とした。

溶接欠陥の評価は、溶接後の試験体に対し、ＪＩＳ Ｚ ３１０６に準拠してＸ線透過試験を実施し、溶接金属中のスラグ巻込みなどの有無を調査した。

耐割れ性の試験は、ＪＩＳ Ｇ ３１２８ ＳＨＹ６８５に規定される板厚４０ｍｍの鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３１５７に準拠して表２に示す溶接条件でＵ形溶接割れ試験を実施した。溶接直後の試験体で高温割れの有無を目視確認した後、溶接後４８時間経過した試験体について、表面割れ及び断面割れ（５断面）の低温割れ発生有無をＪＩＳ Ｚ ２３４３に準拠した浸透探傷試験により調査した。これらの結果を表５にまとめて示す。

表４及び表５中のワイヤ記号Ｗ３３〜Ｗ３５が本発明例、ワイヤ記号Ｗ３６及びＷ３７は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ３３〜Ｗ３５は、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｓが適正で、フラックス中のＳｉＯ₂、鉄粉、弗素化合物のＦ換算値の合計、Ｎａ化合物及びＫ化合物のＮａ₂Ｏ換算値とＫ₂Ｏ換算値の合計が適正で、鉄粉中の酸素含有量が適正なので、アークが安定してスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状が良好で、割れが発生せず、溶接欠陥が無く、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーの平均値及び最低値ともに良好であった。

また、Ｍｏが適量添加されているので、溶着金属の引張強さが７００ＭＰａ以上と極めて良好であった。また、ワイヤ記号Ｗ３３及びＷ３５は、Ｂが適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーの平均値がさらに良好であり、極めて満足な結果であった。

ワイヤ記号Ｗ３６は、Ｃが少ないので、アークが不安定でスパッタ発生量が多く、溶着金属の引張強さが低かった。また、Ｍｏが少ないので、溶着金属の強度向上の効果が得られなかった。

ワイヤ記号Ｗ３７は、弗素化合物のＦ換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、スパッタ発生量が多かった。また、Ｍｏが多いので、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの平均値及び最低値が低かった。

Claims (4)

1. 鋼製外皮にフラックスを充填してなる高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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、鋼製外皮とフラックスの合計で、
   Ｃ：０．０５〜０．１５％、
   Ｓｉ：０．５〜２．０％、
   Ｍｎ：１．５〜３．０％、
   Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、
   Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、
   Ｓ：０．００５〜０．０２０％を含有し、
   さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
   ＳｉＯ₂：０．０５〜０．２０％、
   酸素含有量が０．３０％以下の鉄粉：３〜８％、
   弗素化合物：Ｆ換算値の合計で０．００５〜０．０８０％、
   Ｎａ化合物及びＫ化合物：Ｎａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計で０．０２〜０．１５％を含有し、
   残部が鋼製外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不可避不純物からなることを特徴とする高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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、鋼製外皮とフラックスの合計で、
   Ｍｏ：０．１〜０．５％を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合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、鋼製外皮とフラックスの合計で、
   Ｂ：０．００１５〜０．０１５０％を更に含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
4. 成形された鋼製外皮の合わせ目が溶接されていることで鋼製外皮に継ぎ目を無くしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の高張力鋼のＡｒ−ＣＯ₂混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。