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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024112534
(43)【公開日】2024-08-21
(54)【発明の名称】低水素系被覆アーク溶接棒
(51)【国際特許分類】
B23K 35/365 20060101AFI20240814BHJP
B23K 35/30 20060101ALN20240814BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20240814BHJP
C22C 38/44 20060101ALN20240814BHJP
【ＦＩ】
B23K35/365 P
B23K35/30 330A
C22C38/00 302Z
C22C38/44
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023017635
(22)【出願日】2023-02-08
(71)【出願人】
【識別番号】302040135
【氏名又は名称】日鉄溶接工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120868
【弁理士】
【氏名又は名称】安彦 元
(72)【発明者】
【氏名】三浦 瑠太
(72)【発明者】
【氏名】水本 学
(72)【発明者】
【氏名】渡部 雅大
(72)【発明者】
【氏名】小松 実紗子
【テーマコード（参考）】
4E084
【Ｆターム（参考）】
4E084AA02
4E084AA03
4E084AA04
4E084AA07
4E084AA09
4E084AA11
4E084AA12
4E084AA17
4E084AA18
4E084AA21
4E084AA25
4E084AA26
4E084AA27
4E084BA02
4E084BA03
4E084BA04
4E084BA06
4E084BA07
4E084BA08
4E084BA09
4E084BA10
4E084BA11
4E084BA18
4E084BA22
4E084CA03
4E084CA22
4E084CA23
4E084CA24
4E084CA25
4E084CA26
4E084CA29
4E084DA02
4E084EA07
4E084GA03
4E084HA01
(57)【要約】
【課題】ＰＷＨＴを施した溶接継手において、良好な機械的性能が得られ、かつ良好な溶接作業性を有する被覆アーク溶接棒を提供する。
【解決手段】溶接棒全質量に対する前記被覆剤の質量割合が３０％以上４５％以下であり、被覆剤全質量に対する質量％で、金属炭酸塩：３５～５５％、金属弗化物の：８～２０％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１．０～５．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：２～１２％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値：０．１～３．０％、Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０～２．０％、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計：１．０～５．０％、Ｓｉ：１．０～８．０％、Ｍｎ：１．０～６．０％、Ｎｉ：３～１３％、ＣｒとＭｏ：０．５～３．５％、ＡｌとＭｇとＴｉ：０．１～２．５％、鉄粉及び鉄合金粉のＦｅ：５～１５％を含む。
【選択図】 なし
【解決手段】溶接棒全質量に対する前記被覆剤の質量割合が３０％以上４５％以下であり、被覆剤全質量に対する質量％で、金属炭酸塩：３５～５５％、金属弗化物の：８～２０％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１．０～５．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値：２～１２％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値：０．１～３．０％、Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値：０～２．０％、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計：１．０～５．０％、Ｓｉ：１．０～８．０％、Ｍｎ：１．０～６．０％、Ｎｉ：３～１３％、ＣｒとＭｏ：０．５～３．５％、ＡｌとＭｇとＴｉ：０．１～２．５％、鉄粉及び鉄合金粉のＦｅ：５～１５％を含む。
【選択図】 なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼心線に被覆剤が被覆されている低水素系被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤の質量割合が溶接棒全質量に対する質量％で３０％以上４５％以下であり、
被覆剤全質量に対する質量％で、
金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：３５～５５％、
金属弗化物の１種又は２種以上の合計：８～２０％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１．０～５．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：２～１２％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１～３．０％、
Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計：２．０％以下、
Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計：１．０～５．０％、
Ｓｉ：１．０～８．０％、
Ｍｎ：１．０～６．０％、
Ｎｉ：３～１３％、
ＣｒとＭｏの合計：０．５～３．５％、
ＡｌとＭｇとＴｉの合計：０．１～２．５％、
鉄粉及び鉄合金粉のＦｅ：５～１５％、
残部は、塗装剤と１．０％以下の不純物からなることを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。
被覆剤全質量に対する質量％で、
金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：３５～５５％、
金属弗化物の１種又は２種以上の合計：８～２０％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１．０～５．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：２～１２％、
Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１～３．０％、
Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計：２．０％以下、
Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計：１．０～５．０％、
Ｓｉ：１．０～８．０％、
Ｍｎ：１．０～６．０％、
Ｎｉ：３～１３％、
ＣｒとＭｏの合計：０．５～３．５％、
ＡｌとＭｇとＴｉの合計：０．１～２．５％、
鉄粉及び鉄合金粉のＦｅ：５～１５％、
残部は、塗装剤と１．０％以下の不純物からなることを特徴とする低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項2】
前記Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量が下記式（１）から求められる値で４０～５０であることを特徴とする請求項１記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝・・・（１）
ただし、[ ]は各成分の被覆剤全質量に対する質量％を示す。
また、（１）式のＴ．Ｐ．＝ｋ（２０＋ｌｏｇｔ）であり、ｋは熱処理温度（単位：Ｋ）、ｔは熱処理温度保持時間（単位：時間）を示す。
０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝・・・（１）
ただし、[ ]は各成分の被覆剤全質量に対する質量％を示す。
また、（１）式のＴ．Ｐ．＝ｋ（２０＋ｌｏｇｔ）であり、ｋは熱処理温度（単位：Ｋ）、ｔは熱処理温度保持時間（単位：時間）を示す。
【請求項3】
前記被覆剤が被覆剤全質量に対する質量％で、
Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．３％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．３％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、５９０ＭＰａ以上の高張力炭素鋼板を用い、溶接後熱処理（以下、ＰＷＨＴという。）を施した溶接継手において、良好な機械的性能が得られ、かつ良好な溶接作業性を有する低水素系被覆アーク溶接棒に関する。
【背景技術】
【0002】
低水素系被覆アーク溶接棒は、アーク安定性が良好で、耐割れ性や溶接金属の低温靱性が優れていることから、拘束が強い箇所や高張力鋼の溶接に広く使用されている。
【0003】
一方、最近の溶接構造物の大型化にともない、使用鋼材の高強度化が要望されている。加えて、圧力容器や大型鋼管などの分野では、溶接部の残留応力を除去する目的で、ＰＷＨＴを施す場合が多い。しかしながら、ＰＷＨＴにより、強度や靭性といった機械的性能の劣化が生じる場合もあり、適切なＰＷＨＴ条件と、鋼材、溶接材料の選定が求められる。
【0004】
このような状況に対し、種々提案がされている。例えば、特許文献１には、７８０Ｎ／ｍｍ2級以上の高強度な溶接金属が得られるとともに、低温靭性、さらに応力除去焼鈍後の切り欠き破壊靭性が優れる低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。しかしながら、特許文献１の溶接棒はアーク安定剤の限定が不十分なため良好な溶接作業性を得ることはできないという問題があった。
【0005】
さらに、特許文献２には、溶接作業性が良好で、溶接まま（以下、ＡＷという。）及びＰＷＨＴ後の溶接金属の適正な強度及び低温靭性が得られる５９０ＭＰａ級高張力鋼用の鉄粉低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。しかしながら、特許文献２に記載の溶接棒は、交流溶接電源を用いた場合は考慮しておらず、また、５９０ＭＰａ級より強度の大きい高張力鋼について適用できなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平１０－２７２５９４号公報
【特許文献2】特開２０２１－５８９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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、５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板を用い、ＰＷＨＴを施した溶接継手において、良好な機械的性能が得られ、かつ良好な溶接作業性を有する被覆アーク溶接棒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】
【0008】
第１発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、鋼心線に被覆剤が被覆されている低水素系被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤の質量割合が溶接棒全質量に対する質量％で３０％以上４５％以下であり、被覆剤全質量に対する質量％で、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：３５～５５％、金属弗化物の１種又は２種以上の合計：８～２０％、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１．０～５．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：２～１２％、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１～３．０％、Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計：２．０％以下、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計：１．０～５．０％、Ｓｉ：１．０～８．０％、Ｍｎ：１．０～６．０％、Ｎｉ：３～１３％、ＣｒとＭｏの合計：０．５～３．５％、ＡｌとＭｇとＴｉの合計：０．１～２．５％、鉄粉及び鉄合金粉のＦｅ：５～１５％、残部は、塗装剤と１．０％以下の不純物からなることを特徴とする。
【0009】
第２発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、第１発明において、前記Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量が下記式（１）から求められる値で４０～５０であることを特徴とする請求項１記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝・・・（１）
ただし、[ ]は各成分の被覆剤全質量に対する質量％を示す。
また、（１）式のＴ．Ｐ．＝ｋ（２０＋ｌｏｇｔ）であり、ｋは熱処理温度（単位：Ｋ）、ｔは熱処理温度保持時間（単位：時間）を示す。
０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝・・・（１）
ただし、[ ]は各成分の被覆剤全質量に対する質量％を示す。
また、（１）式のＴ．Ｐ．＝ｋ（２０＋ｌｏｇｔ）であり、ｋは熱処理温度（単位：Ｋ）、ｔは熱処理温度保持時間（単位：時間）を示す。
【0010】
第３発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒は、第１発明又は第２発明において、前記被覆剤が被覆剤全質量に対する質量％で、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．３％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る低水素系被覆アーク溶接棒によれば、アーク安定性等の溶接作業性が良好で、５９０ＭＰａ～７８０ＭＰａの高張力鋼板を用いた溶接継手において、ＰＷＨＴ後の良好な機械的性能が得られるため、各種鋼構造物に対する溶接継手の信頼性を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明者らは、上述した課題を解決するために、被覆アーク溶接棒を作成し、適切なＰＷＨＴを施した溶接金属の強度および靱性を詳細に調査した。
【0013】
その結果、Ｍｎ、Ｎｉの含有量及びＣｒとＭｏの含有量の合計を適正とすることでＰＷＨＴ後の溶接金属の強度を確保することができ、さらに、金属炭酸塩、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉの含有量、ＣｒとＭｏの含有量の合計及びＡｌとＭｇとＴｉの含有量の合計を適正にし、鋼心線への被覆率を適正にすることで、ＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性を確保することができることを見出した。
【0014】
また、溶接作業性に関して、アークの安定化及びスパッタ発生量の低減には、金属炭酸塩、金属弗化物、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計、Ｓｉの含有量及びＡｌとＭｇとＴｉの含有量の合計を適正にし、鋼心線への被覆率を適正にすることで可能となり、ビード形状及びビード外観は、金属炭酸塩、金属弗化物、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計及びＭｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計を適正にすることで改善できることを見出した。
【0015】
加えて、スラグ剥離性及び流動性は金属炭酸塩、金属弗化物、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計及びＡｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計の含有量を適正にすることで改善できることを見出した。
【0016】
さらに、金属炭酸塩、Ｓｉ、Ｍｎの含有量を適正にすることで、ブローホールなどの気孔欠陥の発生を抑制することができることを見出した。
【0017】
その他、溶接棒自体が赤熱する棒焼けを防止するには、Ｆｅの含有量を適正にすることで、溶接棒の保護筒の片溶けを防止するにはＭｇ酸化物のＭｇＯ換算値の合計とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計及びＦｅの含有量を適正にすることで、被覆剤の塗装性等の溶接棒の生産性はＮａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計の含有量を適正にすることで改善できることを見出した。
【0018】
さらに、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量を下記式（１）から求められる値で適正にすることで、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度及び靭性がより改善し、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計を適量にすることで、アークの安定性及びスパッタ発生量の低減をより向上させることを見出した。
【0019】
０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝・・・（１）
ただし、[ ]は各成分の被覆剤全質量に対する質量％を示す。
また、（１）式のＴ．Ｐ．＝ｋ（２０＋ｌｏｇｔ）であり、ｋは熱処理温度（単位：Ｋ）、ｔは熱処理温度保持時間（単位：時間）を示す。以下、本発明における低水素系被覆アーク溶接棒について、被覆剤中の成分組成と、その成分組成の限定理由について詳細に説明する。なお、各成分組成の含有量は、被覆剤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％と記載することとする。
ただし、[ ]は各成分の被覆剤全質量に対する質量％を示す。
また、（１）式のＴ．Ｐ．＝ｋ（２０＋ｌｏｇｔ）であり、ｋは熱処理温度（単位：Ｋ）、ｔは熱処理温度保持時間（単位：時間）を示す。以下、本発明における低水素系被覆アーク溶接棒について、被覆剤中の成分組成と、その成分組成の限定理由について詳細に説明する。なお、各成分組成の含有量は、被覆剤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％と記載することとする。
【0020】
［被覆率：被覆剤の質量割合が溶接棒全質量に対する質量％で３０％以上４５％以下］
被覆剤の鋼心線の外周への被覆率は、溶接時の耐シールド性に大きく影響する。被覆率が被覆アーク溶接棒全質量に対する被覆剤の質量％（以下、単に％という。）で３０％未満では、被覆剤自体が少なくなってシールド不足となり、溶接金属中のＮ含有量が増加してＰＷＨＴ後の溶接金属の靱性が低下する。一方、被覆剤の被覆率が４５％を超えると、スラグ量が過多となってアークが不安定になる。従って、被覆率は３０％以上４５％以下とする。
被覆剤の鋼心線の外周への被覆率は、溶接時の耐シールド性に大きく影響する。被覆率が被覆アーク溶接棒全質量に対する被覆剤の質量％（以下、単に％という。）で３０％未満では、被覆剤自体が少なくなってシールド不足となり、溶接金属中のＮ含有量が増加してＰＷＨＴ後の溶接金属の靱性が低下する。一方、被覆剤の被覆率が４５％を超えると、スラグ量が過多となってアークが不安定になる。従って、被覆率は３０％以上４５％以下とする。
【0021】
［金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計：３５～５５％］
金属炭酸塩は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム等から添加され、アークの熱で分解してＣＯ2ガスを発生し、溶接金属を大気から保護する効果がある。金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計が３５％未満では、シールド効果が不足し、ブローホールが発生しやすくなる。また、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計が３５％未満では、溶接金属中に大気中の窒素が混入し、ＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性が低下する。一方、金属炭酸塩の一種又は二種以上の合計が５５％を超えると、アークが不安定となってビード形状が凸状になり、スラグ剥離性も悪くなる。従って、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計は３５～５５％とする。金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計は、好ましくは３８～５０％である。
金属炭酸塩は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム等から添加され、アークの熱で分解してＣＯ2ガスを発生し、溶接金属を大気から保護する効果がある。金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計が３５％未満では、シールド効果が不足し、ブローホールが発生しやすくなる。また、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計が３５％未満では、溶接金属中に大気中の窒素が混入し、ＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性が低下する。一方、金属炭酸塩の一種又は二種以上の合計が５５％を超えると、アークが不安定となってビード形状が凸状になり、スラグ剥離性も悪くなる。従って、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計は３５～５５％とする。金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計は、好ましくは３８～５０％である。
【0022】
［金属弗化物の１種又は２種以上の合計：８～２０％］
金属弗化物は、蛍石、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム、弗化リチウム、弗化ナトリウム、珪弗化カリウム等から添加され、溶融スラグの流動性を調整してビード外観を良好にする効果がある。金属弗化物の１種又は２種以上の合計が８％未満では、溶融スラグの流動性が悪くなりスラグ被包性が悪くなってビード外観が不良になる。一方、金属弗化物１種又は２種以上の合計が２０％を超えると、被覆筒の形状が不完全となって片溶け状態となり、アークが不安定となる。従って、金属弗化物の１種又は２種以上の合計は８～２０％とする。金属弗化物の一種又は二種以上の合計は、好ましくは１０～１５％である。
金属弗化物は、蛍石、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム、弗化リチウム、弗化ナトリウム、珪弗化カリウム等から添加され、溶融スラグの流動性を調整してビード外観を良好にする効果がある。金属弗化物の１種又は２種以上の合計が８％未満では、溶融スラグの流動性が悪くなりスラグ被包性が悪くなってビード外観が不良になる。一方、金属弗化物１種又は２種以上の合計が２０％を超えると、被覆筒の形状が不完全となって片溶け状態となり、アークが不安定となる。従って、金属弗化物の１種又は２種以上の合計は８～２０％とする。金属弗化物の一種又は二種以上の合計は、好ましくは１０～１５％である。
【0023】
［Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計：１．０～５．０％］
Ｔｉ酸化物は、ルチール、酸化チタン、チタンスラグ、チタン酸カルシウム等から添加され、アークを安定にし、溶融スラグの粘性を調整してビード形状を良好にする効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が１．０％未満であると、アークが不安定となり、ビード形状が不良になる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が５．０％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなってスラグの流動性が悪くなるので、ビード形状が凸状となる。従って、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は１．０～５．０％とする。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は、好ましくは２．０～４．５％である。
Ｔｉ酸化物は、ルチール、酸化チタン、チタンスラグ、チタン酸カルシウム等から添加され、アークを安定にし、溶融スラグの粘性を調整してビード形状を良好にする効果がある。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が１．０％未満であると、アークが不安定となり、ビード形状が不良になる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が５．０％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなってスラグの流動性が悪くなるので、ビード形状が凸状となる。従って、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は１．０～５．０％とする。Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計は、好ましくは２．０～４．５％である。
【0024】
［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計：２～１２％］
Ｓｉ酸化物は、珪砂、ジルコンサンド、カリ長石、珪酸ナトリウムや珪酸カリウム等の水ガラスの固質分、珪灰石等から添加され、溶融スラグの粘性を高め、適切な粘性のスラグを確保してビード形状を良好にする効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が２％未満では、溶融スラグの粘性が低くなり、ビード形状が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１２％を超えると、スラグがガラス状になり、スラグ剥離性が不良になる。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は２～１２％とする。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は、好ましくは３～９％である。
Ｓｉ酸化物は、珪砂、ジルコンサンド、カリ長石、珪酸ナトリウムや珪酸カリウム等の水ガラスの固質分、珪灰石等から添加され、溶融スラグの粘性を高め、適切な粘性のスラグを確保してビード形状を良好にする効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が２％未満では、溶融スラグの粘性が低くなり、ビード形状が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が１２％を超えると、スラグがガラス状になり、スラグ剥離性が不良になる。従って、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は２～１２％とする。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計は、好ましくは３～９％である。
【0025】
［Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計：０．１～３．０％］
Ａｌ酸化物は、アルミナ、カリ長石等から添加され、アークを安定させるとともにビード形状を良好にする効果がある。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3の合計が０．１％未満では、アークが不安定となり、ビード形状が不良になる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3の合計が３．０％を超えると、スラグがガラス状となってスラグ剥離性が不良になる。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3の合計は０．１～３．０％とする。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は、好ましくは０．３～２．０％である。
Ａｌ酸化物は、アルミナ、カリ長石等から添加され、アークを安定させるとともにビード形状を良好にする効果がある。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3の合計が０．１％未満では、アークが不安定となり、ビード形状が不良になる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3の合計が３．０％を超えると、スラグがガラス状となってスラグ剥離性が不良になる。従って、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3の合計は０．１～３．０％とする。Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計は、好ましくは０．３～２．０％である。
【0026】
［Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計：２．０％以下］
Ｍｇ酸化物は、酸化マグネシウム、マグネシアクリンカー等から添加され、Ｚｒ酸化物は、ジルコンサンド、ジルコニア等から添加され、いずれも耐熱性に優れており、極微量であっても被覆剤の片溶けを抑制する効果がある。従って、本実施形態に係る被覆材にはＭｇ酸化物とＺｒ酸化物を含有してもよい。Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計が２．０％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなるので、ビード形状が凸状となる。従って、Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計は２．０％以下とする。Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計は、好ましくは０．０２～１．０％である。
Ｍｇ酸化物は、酸化マグネシウム、マグネシアクリンカー等から添加され、Ｚｒ酸化物は、ジルコンサンド、ジルコニア等から添加され、いずれも耐熱性に優れており、極微量であっても被覆剤の片溶けを抑制する効果がある。従って、本実施形態に係る被覆材にはＭｇ酸化物とＺｒ酸化物を含有してもよい。Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計が２．０％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなるので、ビード形状が凸状となる。従って、Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計は２．０％以下とする。Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の１種又は２種以上の合計は、好ましくは０．０２～１．０％である。
【0027】
［Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計：１．０～５．０％］
Ｎａ化合物は、珪酸ナトリウム等の水ガラスの固質分や弗化ナトリウム等から添加され、また、Ｋ化合物は、珪酸カリウム等の水ガラスの固質分、珪弗化カリウム及びカリ長石等から添加され、溶接棒製造時の塗装性及び溶接時のアークの安定性を向上する効果がある。珪酸ナトリウムや珪酸カリウム等の水ガラスの固質分は、上述したＳｉ酸化物へも添加されるが、それぞれＮａ化合物及びＫ化合物、又はＳｉ酸化物としての成分を抽出し、それぞれの成分の範囲を限定することで新たな効果を見い出したものである。Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計が１．０％未満では、アークが不安定になり、生産時の塗装性が悪くなるとともに、溶接棒製造時に被覆剤表面に割れが生じやすくなるなど被覆アーク溶接棒の生産性が低下する。一方、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計が５．０％を超えると、アークの吹き付けが強くなり、スパッタ発生量が多くなる。従って、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計は１．０～５．０％とする。Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計は、好ましくは１．５～４．０％である。
Ｎａ化合物は、珪酸ナトリウム等の水ガラスの固質分や弗化ナトリウム等から添加され、また、Ｋ化合物は、珪酸カリウム等の水ガラスの固質分、珪弗化カリウム及びカリ長石等から添加され、溶接棒製造時の塗装性及び溶接時のアークの安定性を向上する効果がある。珪酸ナトリウムや珪酸カリウム等の水ガラスの固質分は、上述したＳｉ酸化物へも添加されるが、それぞれＮａ化合物及びＫ化合物、又はＳｉ酸化物としての成分を抽出し、それぞれの成分の範囲を限定することで新たな効果を見い出したものである。Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計が１．０％未満では、アークが不安定になり、生産時の塗装性が悪くなるとともに、溶接棒製造時に被覆剤表面に割れが生じやすくなるなど被覆アーク溶接棒の生産性が低下する。一方、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計が５．０％を超えると、アークの吹き付けが強くなり、スパッタ発生量が多くなる。従って、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計は１．０～５．０％とする。Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の１種又は２種以上の合計は、好ましくは１．５～４．０％である。
【0028】
［Ｓｉ：１．０～８．０％］
Ｓｉは、金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等から添加され、溶接金属の脱酸を目的として使用される。Ｓｉが１．０％未満では、脱酸不足となって溶接金属中にブローホールが発生しやすくなり、アークも不安定となる。一方、Ｓｉが８．０を超えると、溶接金属の粒界に低融点酸化物を析出させ、ＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性が低下する。従って、Ｓｉは１．０～８．０％とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは３．０～６．５％である。
Ｓｉは、金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等から添加され、溶接金属の脱酸を目的として使用される。Ｓｉが１．０％未満では、脱酸不足となって溶接金属中にブローホールが発生しやすくなり、アークも不安定となる。一方、Ｓｉが８．０を超えると、溶接金属の粒界に低融点酸化物を析出させ、ＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性が低下する。従って、Ｓｉは１．０～８．０％とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは３．０～６．５％である。
【0029】
［Ｍｎ：１．０～６．０％］
Ｍｎは、金属Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等から添加され、Ｓｉと同様に脱酸剤として重要であり、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度を上昇させる効果がある。Ｍｎが１．０％未満では、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が不足し、また、脱酸不足となって溶接金属中にブローホールが発生しやすくなる。一方、Ｍｎが６．０％を超えると、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が低下する。従って、Ｍｎは１．０～６．０％とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは２．０～５．０％である。
Ｍｎは、金属Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等から添加され、Ｓｉと同様に脱酸剤として重要であり、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度を上昇させる効果がある。Ｍｎが１．０％未満では、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が不足し、また、脱酸不足となって溶接金属中にブローホールが発生しやすくなる。一方、Ｍｎが６．０％を超えると、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が低下する。従って、Ｍｎは１．０～６．０％とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは２．０～５．０％である。
【0030】
［Ｎｉ：３～１３％］
Ｎｉは、金属Ｎｉから添加され、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度、低温靭性を向上させる効果がある。Ｎｉが３％未満では、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が不足し、低温靭性を確保することができない。一方、Ｎｉが１３％を超えると、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が低下する。従って、Ｎｉは３～１３％とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは５～１０％である。
Ｎｉは、金属Ｎｉから添加され、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度、低温靭性を向上させる効果がある。Ｎｉが３％未満では、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が不足し、低温靭性を確保することができない。一方、Ｎｉが１３％を超えると、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が低下する。従って、Ｎｉは３～１３％とする。Ｎｉ含有量は、好ましくは５～１０％である。
【0031】
［ＣｒとＭｏの合計：０．５～３．５％］
Ｃｒは、金属Ｃｒ、Ｆｅ－Ｃｒ等から添加され、Ｍｏは、金属Ｍｏ、Ｆｅ－Ｍｏ等から添加され、いずれもＰＷＨＴ後の溶接金属の強度を向上させる効果がある。ＣｒとＭｏの合計が０．５％未満では、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度を向上する効果が得られない。一方、ＣｒとＭｏの合計が３．５％を超えると、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が低下する。従って、ＣｒとＭｏの合計は、０．５～３．５％とする。ＣｒとＭｏの含有量の合計は、好ましくは０．８～２．８％である。
Ｃｒは、金属Ｃｒ、Ｆｅ－Ｃｒ等から添加され、Ｍｏは、金属Ｍｏ、Ｆｅ－Ｍｏ等から添加され、いずれもＰＷＨＴ後の溶接金属の強度を向上させる効果がある。ＣｒとＭｏの合計が０．５％未満では、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度を向上する効果が得られない。一方、ＣｒとＭｏの合計が３．５％を超えると、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が過剰に高くなり、靭性が低下する。従って、ＣｒとＭｏの合計は、０．５～３．５％とする。ＣｒとＭｏの含有量の合計は、好ましくは０．８～２．８％である。
【0032】
［ＡｌとＭｇとＴｉの合計：０．１～２．５％］
Ａｌは金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌ、Ａｌ－Ｍｇ等から添加され、Ｍｇは金属Ｍｇ、Ａｌ－Ｍｇ等から添加され、Ｔｉは、金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉ等から添加され、いずれも脱酸剤として有効であると同時に、アークの電位傾度を低下させてアークを安定化させる効果がある。ＡｌとＭｇとＴｉの合計が０．１％未満では、アークが不安定になり、溶接金属の酸素量が高くなって靭性が低下する。一方、ＡｌとＭｇとＴｉの合計が２．５％を超えると、溶接金属中のＳｉやＭｎといったその他脱酸剤が溶接金属中に残存し、所定の溶接金属のミクロ組織が得られないため、ＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性が低下する。従って、ＡｌとＭｇとＴｉの合計は０．１～２．５％とする。Ａｌ含有量とＭｇ含有量とＴｉ含有量の合計は、好ましくは０．２～１．６％である。
Ａｌは金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌ、Ａｌ－Ｍｇ等から添加され、Ｍｇは金属Ｍｇ、Ａｌ－Ｍｇ等から添加され、Ｔｉは、金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉ等から添加され、いずれも脱酸剤として有効であると同時に、アークの電位傾度を低下させてアークを安定化させる効果がある。ＡｌとＭｇとＴｉの合計が０．１％未満では、アークが不安定になり、溶接金属の酸素量が高くなって靭性が低下する。一方、ＡｌとＭｇとＴｉの合計が２．５％を超えると、溶接金属中のＳｉやＭｎといったその他脱酸剤が溶接金属中に残存し、所定の溶接金属のミクロ組織が得られないため、ＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性が低下する。従って、ＡｌとＭｇとＴｉの合計は０．１～２．５％とする。Ａｌ含有量とＭｇ含有量とＴｉ含有量の合計は、好ましくは０．２～１．６％である。
【0033】
［鉄粉及び鉄合金粉のＦｅ：５～１５％］
Ｆｅは、鉄粉やＦｅ－Ｍｎ，Ｆｅ－Ｍｏといった鉄合金粉から添加され、アークの電位傾度を低下させ、アーク長を短くして被覆剤の片溶けを防止させる効果がある。Ｆｅが５％未満では、アーク長が長くなって被覆剤の片溶けが発生しやすくなる。一方、Ｆｅが１５％を超えると、被覆アーク溶接棒による溶接では、溶接後半になると被覆アーク溶接棒自体が赤熱（以下、棒焼けという。）してしまい、溶接が困難となる。従って、Ｆｅは５～１５％とする。Ｆｅの含有量は、好ましくは６～１０％である。
Ｆｅは、鉄粉やＦｅ－Ｍｎ，Ｆｅ－Ｍｏといった鉄合金粉から添加され、アークの電位傾度を低下させ、アーク長を短くして被覆剤の片溶けを防止させる効果がある。Ｆｅが５％未満では、アーク長が長くなって被覆剤の片溶けが発生しやすくなる。一方、Ｆｅが１５％を超えると、被覆アーク溶接棒による溶接では、溶接後半になると被覆アーク溶接棒自体が赤熱（以下、棒焼けという。）してしまい、溶接が困難となる。従って、Ｆｅは５～１５％とする。Ｆｅの含有量は、好ましくは６～１０％である。
【0034】
［Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量が式（１）から求められる値で４０～５０］
０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝・・・（１）
ただし、[ ]は各成分の被覆剤全質量に対する質量％を示す。
また、（１）式のＴ．Ｐ．＝ｋ（２０＋ｌｏｇｔ）であり、ｋは熱処理温度（単位：Ｋ）、ｔは熱処理温度保持時間（単位：時間）を示す。
０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝・・・（１）
ただし、[ ]は各成分の被覆剤全質量に対する質量％を示す。
また、（１）式のＴ．Ｐ．＝ｋ（２０＋ｌｏｇｔ）であり、ｋは熱処理温度（単位：Ｋ）、ｔは熱処理温度保持時間（単位：時間）を示す。
【0035】
前述のＮｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏにおいて、式（１）で得られる値を適正とすることによって、ＰＷＨＴ後の良好な機械的性能を得ることができる。（１）式の値が４０未満では、ＰＷＨＴ後の溶接金属の強度が低下する。一方、（１）式の値が５０を超えると、ＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性が低下する。よって、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量は、式（１）から求められる値で４０～５０とする。
【0036】
［Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．３％以下］
Ｃａ酸化物は、チタン酸カルシウム、珪灰石等から添加され、アークを安定化させてスパッタ発生の低減に効果がある。Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が０．３％を超えると、アークが弱くなって不安定になり、溶け込み不良等の溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計は０．３％以下とする。Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計は、好ましくは０．０１～０．１％以下である。
Ｃａ酸化物は、チタン酸カルシウム、珪灰石等から添加され、アークを安定化させてスパッタ発生の低減に効果がある。Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が０．３％を超えると、アークが弱くなって不安定になり、溶け込み不良等の溶接欠陥が発生しやすくなる。従って、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計は０．３％以下とする。Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計は、好ましくは０．０１～０．１％以下である。
【0037】
なお、本発明の低水素系被覆アーク溶接棒の被覆剤の残部は、塗装剤、合金粉に含まれる不純物である。塗装剤は、ヘクトライト、マイカ等が用いられ、一種以上を合計で５％以下が好ましい。合金粉に含まれる不純物はＰ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂなどが挙げられ、特にＰ及びＳは共に低融点の化合物を生成してＰＷＨＴ後の溶接金属の靭性を低下させるので、不純物の合計は１．０％以下に調整する。
【0038】
また、使用する鋼心線は、ＪＩＳ Ｇ３５２３：１９８０ ＳＷＹ１１を用いることが好ましいが、Ｃは０．１０％以下が良く、強度を調整するために被覆剤からもＣを適正に調整できる。鋼心線のＰは靭性を低下させるので０．０１０％以下、Ｓはスラグの流動性を悪くするので０．０１０％以下であることが好ましい。
【実施例0039】
以下、本発明の効果を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、実施例では交流電源を用いるが、交流電源に限定するものではない。
【0040】
直径４．０ｍｍ、長さ４００ｍｍのＪＩＳ Ｇ３５２３：１９８０ ＳＷＹ１１の鋼心線（Ｃ:０．０６質量％、Ｓｉ:０．０２質量％、Ｍｎ:０．４６質量％、Ｐ:０．００９質量％、Ｓ:０．００６質量％）に、表１に示す組成成分の被覆剤を表１に示す被覆率で塗装した後、乾燥させて各種低水素系被覆アーク溶接棒を試作した。
【0041】
【表1】
【0042】
【表2】
【0043】
表１の各種試作溶接棒を用い、表２に示す成分の板厚２０ｍｍの鋼板を開先角度：２０°、ルートギャップ：１６ｍｍの裏当金付開先とし、交流電源を用いて溶接電流：１７０Ａ、溶接入熱：１７ｋＪ／ｃｍ、予熱・パス間温度：１００～１５０℃の条件で溶着金属試験体を作製し、ＪＩＳ Ｚ３１０４：１９９５に準拠した放射線透過試験を行って溶接欠陥の有無を調査した。その後、表１に示した熱処理温度及び熱処理温度保持時間となるようにＰＷＨＴを施し、板厚中央から引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１ １０号）及びＶノッチ衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ２２４２：２０１８）を採取した。引張試験は、引張強さが６５０～８５０ＭＰａを良好とし、靱性の評価は、試験温度－４０℃でシャルピー衝撃試験を実施し、吸収エネルギーの３回の平均値が４７Ｊ以上を良好とした。溶接作業性の評価は上記溶接時に、アーク安定性、スパッタ発生量、ビード形状・ビード外観、スラグ剥離性、スラグ流動性、被覆剤の片溶け及び棒焼けの有無を目視にて調査した。それらの試験結果を表４にまとめて示す。
【0044】
［溶接作業性］
（アーク安定性）
溶接時にアークが安定しており、アークが消失しなかった場合を良好、アークが不安定な場合や、一度でもアークが消失した場合を不良とした。
（アーク安定性）
溶接時にアークが安定しており、アークが消失しなかった場合を良好、アークが不安定な場合や、一度でもアークが消失した場合を不良とした。
【0045】
（スパッタ発生量）
溶接時のスパッタ発生量が少ないことが好ましい。具体的には、銅製の捕集箱を用いて、１分間溶接した際に発生するスパッタの重量を測定することにより、単時間当たりの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、スパッタの測定は、表３に示す溶接条件で５回測定した平均値とし、２．０ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
溶接時のスパッタ発生量が少ないことが好ましい。具体的には、銅製の捕集箱を用いて、１分間溶接した際に発生するスパッタの重量を測定することにより、単時間当たりの値（ｇ／ｍｉｎ）を求めた。なお、スパッタの測定は、表３に示す溶接条件で５回測定した平均値とし、２．０ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。
【0046】
（ビード形状・ビード外観）
溶着金属のビード波形が均一で乱れが無く、手直しが必要なアンダーカットおよびオーバーラップが発生しないことが好ましい。溶着金属の余盛高さ及びビード幅の均一性に優れたビード形状を有することが好ましい。具体的には、溶着金属のビード表面において、ビード波形に乱れや凸部がある場合及び、手直しが必要なアンダーカットおよびオーバーラップが発生した場合を不良とした。
溶着金属のビード波形が均一で乱れが無く、手直しが必要なアンダーカットおよびオーバーラップが発生しないことが好ましい。溶着金属の余盛高さ及びビード幅の均一性に優れたビード形状を有することが好ましい。具体的には、溶着金属のビード表面において、ビード波形に乱れや凸部がある場合及び、手直しが必要なアンダーカットおよびオーバーラップが発生した場合を不良とした。
【0047】
（スラグ剥離性）
溶接後、溶接ビード表面上の凝固スラグを簡単に除去できることが好ましい。溶接後にスラグが自然剥離する場合や、溶接ビード表面上の凝固スラグをチッピングハンマー（全長３００ｍｍ、重さ３５０ｇ）を用いて、持ち手を中心に円弧に軽い力で振り下ろして叩いた時に、スラグに亀裂が入りその後簡単に除去できる場合を良好、スラグが自然剥離せず、上記の方法でチッピングハンマーを振り下ろしてスラグに亀裂が入らない場合を不良とした。
溶接後、溶接ビード表面上の凝固スラグを簡単に除去できることが好ましい。溶接後にスラグが自然剥離する場合や、溶接ビード表面上の凝固スラグをチッピングハンマー（全長３００ｍｍ、重さ３５０ｇ）を用いて、持ち手を中心に円弧に軽い力で振り下ろして叩いた時に、スラグに亀裂が入りその後簡単に除去できる場合を良好、スラグが自然剥離せず、上記の方法でチッピングハンマーを振り下ろしてスラグに亀裂が入らない場合を不良とした。
【0048】
（スラグ流動性）
溶融プール上もしくは溶融プールの周囲に滞留する溶融スラグがアークを阻害せず、溶接方向に対して、容易に溶接プール後方に移動する場合を良好、溶融スラグの滞留が激しく、アークを阻害するような場合を不良とした。
溶融プール上もしくは溶融プールの周囲に滞留する溶融スラグがアークを阻害せず、溶接方向に対して、容易に溶接プール後方に移動する場合を良好、溶融スラグの滞留が激しく、アークを阻害するような場合を不良とした。
【0049】
（被覆剤の片溶け）
溶接中に被覆剤の一部が欠けることなくアークが溶接棒と水平に発生し、アーク拡がりが均一で安定していることが好ましい。溶接中に被覆剤の一部が欠け、アークが溶接棒と水平以外の方向に偏向し、アーク拡がりが不均一になる場合を不良とした。
溶接中に被覆剤の一部が欠けることなくアークが溶接棒と水平に発生し、アーク拡がりが均一で安定していることが好ましい。溶接中に被覆剤の一部が欠け、アークが溶接棒と水平以外の方向に偏向し、アーク拡がりが不均一になる場合を不良とした。
【0050】
（棒焼け）
溶接時に赤熱して溶接中に被覆剤が脱落することが無いことが好ましい。溶接時に溶接棒の色が変わらず同じ場合を良好、溶接時に赤熱して溶接棒の色が赤色に変色した場合を不良とした。
溶接時に赤熱して溶接中に被覆剤が脱落することが無いことが好ましい。溶接時に溶接棒の色が変わらず同じ場合を良好、溶接時に赤熱して溶接棒の色が赤色に変色した場合を不良とした。
【0051】
［溶接欠陥］
具体的には、ＪＩＳ Ｚ３１０４：１９９５に準じて放射線透過試験を行い、ブローホールや溶け込み不良などの溶接欠陥の有無を調査した。
具体的には、ＪＩＳ Ｚ３１０４：１９９５に準じて放射線透過試験を行い、ブローホールや溶け込み不良などの溶接欠陥の有無を調査した。
【0052】
［生産性］
溶接棒の製造において、乾燥時の被覆割れや、被覆欠けがなく、正常な状態となっているものの割合が９０％を超えた場合を良好。９０％を下回った場合を不良とした。
溶接棒の製造において、乾燥時の被覆割れや、被覆欠けがなく、正常な状態となっているものの割合が９０％を超えた場合を良好。９０％を下回った場合を不良とした。
【0053】
【表3】
【0054】
【表4】
【0055】
表１及び表４中の溶接棒Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０が本発明例、溶接棒Ｎｏ．１１～Ｎｏ．２０は比較例である。本発明例であるＮｏ．１～Ｎｏ．１０は、被覆材の被覆率、金属炭酸塩の１種又は２種以上の合計、金属弗化物の１種又は２種以上の合計、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計、Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＣｒとＭｏの合計、ＡｌとＭｇとＴｉの合計、及び鉄粉及び鉄合金粉のＦｅがいずれも適量であるので、アーク安定性が良好でスパッタ発生量が少なく、ビード形状、ビード外観、スラグ剥離性、スラグ流動性も良好で、被覆材の片溶け及び棒焼けもしないなど溶接作業性が良好で、生産性も良好で、溶接欠陥も無く、ＰＷＨＴ後の溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーが良好であり、極めて満足な結果であった。さらに、Ｎｏ．１、２、４、５、７、９、１０は［０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝の値が適正であるので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーがより良好であった。加えてＮｏ．３、５、６、１０はＣａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が適量であるので、スパッタ発生量がより少なくなった。
【0056】
比較例中、溶接棒Ｎｏ．１１は、被覆率が高いので、アークが不安定であった。また、金属弗化物の合計が少ないので、スラグ流動性及びビード形状が不良であった。さらに、Ｍｎが多いので、溶着金属の引張強さが過剰で、吸収エネルギーが低かった。
【0057】
溶接棒Ｎｏ．１２は、被覆率が低いので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、金属炭酸塩の合計が多いので、アークが不安定で、ビード形状が凸になり、スラグ剥離性も不良であった。
【0058】
溶接棒Ｎｏ．１３は、金属炭酸塩の合計が少ないので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の吸収エネルギーが低く、ブローホールが発生した。また、金属弗化物の合計が多いので、アークが不安定で、片溶けが発生した。さらに、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。
【0059】
溶接棒Ｎｏ．１４は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が多いので、スラグ流動性が不良で、ビード形状が凸であった。また、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、生産性が不良であった。さらに、Ｎｉが多いので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の引張強さが過剰で、吸収エネルギーが低かった。加えて、［０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝の値が大きいので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の吸収エネルギーがより低かった。
【0060】
溶接棒Ｎｏ．１５は、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ2換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、ビード形状が不良であった。また、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が多いので、スラグ剥離性が不良であった。さらにＮｉが少ないので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の引張強さが不足し、吸収エネルギーが低かった。
【0061】
溶接棒Ｎｏ．１６は、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ2換算値の合計が少ないので、ビード形状が不良であった。また、ＣｒとＭｏの合計が多いので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の引張強さが過剰で、吸収エネルギーが低かった。さらに、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が多いので、アークが不安定で、溶け込み不良が発生した。
【0062】
溶接棒Ｎｏ．１７は、Ａｌ酸化物のＡｌ2Ｏ3換算値の合計が少ないので、アークが不安定で、ビード形状が不良であった。また、Ｎａ化合物のＮａ2Ｏ換算値とＫ化合物のＫ2Ｏ換算値の合計が多いので、スパッタが増加した。さらに、Ｍｎが少ないので、ブローホールが発生し、ＰＷＨＴ後の溶接金属の引張強さが不足した。加えて、ＡｌとＭｇとＴｉの合計が多いので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の吸収エネルギーが低かった。
【0063】
溶接棒Ｎｏ．１８は、Ｍｇ酸化物のＭｇＯ換算値とＺｒ酸化物のＺｒＯ2換算値の合計が多いので、ビード形状が凸であった。また、Ｓｉが少ないので、アークが不安定で、ブローホールが発生した。さらに、ＣｒとＭｏの合計が少ないので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の引張強さが不足した。
【0064】
溶接棒Ｎｏ．１９は、Ｓｉが多いので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の吸収エネルギーが低かった。また、ＡｌとＭｇとＴｉの合計が少ないので、吸収エネルギーが低いことに加え、アークが不安定であった。さらに、鉄粉及び鉄合金粉のＦｅが多いので、棒焼けが発生した。加えて、［０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝の値が小さいので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の引張強さが不足した。
【0065】
溶接棒Ｎｏ．２０は、鉄粉及び鉄合金粉のＦｅが少ないので、片溶けが発生した。また、［０．０００１×Ｔ．Ｐ．×｛［Ｎｉ］＋３×［Ｍｎ］＋５×（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）｝の値が大きいので、ＰＷＨＴ後の溶接金属の吸収エネルギーが低かった。