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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】P2025098536
(43)【公開日】2025-07-02
(54)【発明の名称】フラックス入りワイヤ、溶接継手及び溶接金属
(51)【国際特許分類】
B23K 35/368 20060101AFI20250625BHJP
B23K 35/30 20060101ALI20250625BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20250625BHJP
C22C 38/52 20060101ALI20250625BHJP
B23K 9/23 20060101ALI20250625BHJP
【ＦＩ】
B23K35/368 B
B23K35/30 320C
B23K35/30 320B
C22C38/00 302B
C22C38/52
B23K9/23 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023214737
(22)【出願日】2023-12-20
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】阿部 真弓
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 正道
【テーマコード（参考）】
4E001
4E084
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB09
4E001CA03
4E001DB03
4E084AA02
4E084AA07
4E084AA17
4E084BA02
4E084BA03
4E084BA04
4E084BA06
4E084BA08
4E084BA09
4E084BA11
4E084BA13
4E084BA14
4E084BA16
4E084BA20
4E084CA03
4E084CA14
4E084DA10
4E084GA04
4E084GA07
4E084HA06
(57)【要約】
【課題】極低温領域における構造物の溶接に使用されるフラックス入りワイヤであって、優れた強度を有し、かつ横膨出量が所望の値以上となる溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤを提供する。
【解決手段】フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対するＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ等の含有量が規定されているとともに、Ｎｂ：０．００１～０．１５質量％、Ｖ：０．００５～０．３０質量％、を含有する。また、式（１）により算出される値Ａ１：０．０２～０．３０、式（２）により算出される値Ａ２：１０．０～１２．３である。式（１）：Ａ１＝［Ｎｂ］Ｗ＋［Ｖ］Ｗ、式（２）：Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ）である。ただし、［元素］Ｗは、フラックス入りワイヤ中の該元素の含有量を質量％で表した値である。
【選択図】なし
【解決手段】フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量に対するＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ等の含有量が規定されているとともに、Ｎｂ：０．００１～０．１５質量％、Ｖ：０．００５～０．３０質量％、を含有する。また、式（１）により算出される値Ａ１：０．０２～０．３０、式（２）により算出される値Ａ２：１０．０～１２．３である。式（１）：Ａ１＝［Ｎｂ］Ｗ＋［Ｖ］Ｗ、式（２）：Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ）である。ただし、［元素］Ｗは、フラックス入りワイヤ中の該元素の含有量を質量％で表した値である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワイヤ全質量に対して、
Ｆｅ：４０質量％以上７０質量％以下、
Ｃ：０．００１質量％以上０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：１４．０質量％以上２８．０質量％以下、
Ｎｉ：７．０質量％以上２０．０質量％以下、
Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下、及び
Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下、を含有し、
Ｍｏ：４．０質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０２０質量％以下、であるとともに、
下記式（１）により算出される値Ａ１：０．０２以上０．３０以下、
下記式（２）により算出される値Ａ２：１０．０以上１２．３以下、であることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
Ａ１＝［Ｎｂ］Ｗ＋［Ｖ］Ｗ ・・・式（１）
Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ） ・・・式（２）
ただし、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
Ｆｅ：４０質量％以上７０質量％以下、
Ｃ：０．００１質量％以上０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：１４．０質量％以上２８．０質量％以下、
Ｎｉ：７．０質量％以上２０．０質量％以下、
Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下、及び
Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下、を含有し、
Ｍｏ：４．０質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０２０質量％以下、であるとともに、
下記式（１）により算出される値Ａ１：０．０２以上０．３０以下、
下記式（２）により算出される値Ａ２：１０．０以上１２．３以下、であることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
Ａ１＝［Ｎｂ］Ｗ＋［Ｖ］Ｗ ・・・式（１）
Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ） ・・・式（２）
ただし、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
【請求項2】
さらに、ワイヤ全質量に対して、
Ｓｉ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
Ｆ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｍｎ：０．１質量％以上１．６０質量％以下、
ＴｉＯ２：４．００質量％以上１０．００質量％以下、
金属Ｚｒ及びＺｒ化合物のＺｒＯ２換算値：０．５０質量％以上４．００質量％以下、
金属Ｍｇ及びＭｇ化合物のＭｇＯ換算値：０．０５質量％以上１．００質量％以下、
Ｎａ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、及び
Ｋ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｃｏ：０．３００質量％以下、
Ｗ：０．５０質量％以下、
ＲＥＭ：０．５００質量％以下、
Ｔｉ：１．０質量％以下、
Ａｌ：０．３質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：１．００質量％以下、
Ｌｉ：０．５０質量％以下、であることを特徴とする、請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
Ｓｉ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
Ｆ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｍｎ：０．１質量％以上１．６０質量％以下、
ＴｉＯ２：４．００質量％以上１０．００質量％以下、
金属Ｚｒ及びＺｒ化合物のＺｒＯ２換算値：０．５０質量％以上４．００質量％以下、
金属Ｍｇ及びＭｇ化合物のＭｇＯ換算値：０．０５質量％以上１．００質量％以下、
Ｎａ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、及び
Ｋ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｃｏ：０．３００質量％以下、
Ｗ：０．５０質量％以下、
ＲＥＭ：０．５００質量％以下、
Ｔｉ：１．０質量％以下、
Ａｌ：０．３質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：１．００質量％以下、
Ｌｉ：０．５０質量％以下、であることを特徴とする、請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項3】
前記Ｎｉ：１０．０質量％以上１３．０質量％以下、
前記Ｃｒ：１６．５質量％以上１８．０質量％以下、
前記Ｍｏ：１．７質量％以上２．２質量％以下、であることを特徴とする、請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
前記Ｃｒ：１６．５質量％以上１８．０質量％以下、
前記Ｍｏ：１．７質量％以上２．２質量％以下、であることを特徴とする、請求項１に記載のフラックス入りワイヤ。
【請求項4】
ステンレス鋼板を母材として、請求項１～３のいずれか１項に記載のフラックス入りワイヤを使用して溶接することにより製造されることを特徴とする、溶接継手。
【請求項5】
溶接金属全質量に対して、
Ｃ：０．００１質量％以上０．０４０質量％以下、
Ｃｒ：１４．０質量％以上２２．０質量％以下、
Ｎｉ：７．０質量％以上１８．０質量％以下、
Ｍｎ：０．３質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下、及び
Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下、を含有し、
Ｓｉ：１．０質量％以下、
Ｔｉ：１．０質量％以下、
Ｍｏ：４．０質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０２０質量％以下、であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるとともに、
下記式（３）により算出される値Ａ３：０．０２以上０．３０以下、及び
下記式（４）により算出される値Ａ４：７．６以上１０．３以下、であることを特徴とする溶接金属。
Ａ３＝［Ｎｂ」Ｍ＋「Ｖ」Ｍ ・・・式（３）
Ａ４＝１．１８×（［Ｃｒ］Ｍ＋［Ｍｏ］Ｍ＋０．７×［Ｎｂ］Ｍ）－［Ｎｉ］Ｍ－３５×［Ｃ］Ｍ－２０×［Ｎ］Ｍ－０．２５×［Ｃｕ］Ｍ ・・・式（４）
ただし、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｍは、溶接金属中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｍは、溶接金属中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｍは、溶接金属中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｍは、溶接金属中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｍは、溶接金属中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｍは、溶接金属中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｍは、溶接金属中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
Ｃ：０．００１質量％以上０．０４０質量％以下、
Ｃｒ：１４．０質量％以上２２．０質量％以下、
Ｎｉ：７．０質量％以上１８．０質量％以下、
Ｍｎ：０．３質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下、及び
Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下、を含有し、
Ｓｉ：１．０質量％以下、
Ｔｉ：１．０質量％以下、
Ｍｏ：４．０質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０２０質量％以下、であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるとともに、
下記式（３）により算出される値Ａ３：０．０２以上０．３０以下、及び
下記式（４）により算出される値Ａ４：７．６以上１０．３以下、であることを特徴とする溶接金属。
Ａ３＝［Ｎｂ」Ｍ＋「Ｖ」Ｍ ・・・式（３）
Ａ４＝１．１８×（［Ｃｒ］Ｍ＋［Ｍｏ］Ｍ＋０．７×［Ｎｂ］Ｍ）－［Ｎｉ］Ｍ－３５×［Ｃ］Ｍ－２０×［Ｎ］Ｍ－０．２５×［Ｃｕ］Ｍ ・・・式（４）
ただし、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｍは、溶接金属中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｍは、溶接金属中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｍは、溶接金属中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｍは、溶接金属中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｍは、溶接金属中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｍは、溶接金属中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｍは、溶接金属中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
【請求項6】
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｃｏ：０．５００質量％以下、
Ｗ：０．５０質量％以下、
前記Ｎｉ：１２．０質量％以上１４．０質量％以下、
前記Ｃｒ：１７．０質量％以上１９．０質量％以下、
前記Ｍｏ：１．７質量％以上２．５質量％以下、であることを特徴とする、請求項５に記載の溶接金属。
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｃｏ：０．５００質量％以下、
Ｗ：０．５０質量％以下、
前記Ｎｉ：１２．０質量％以上１４．０質量％以下、
前記Ｃｒ：１７．０質量％以上１９．０質量％以下、
前記Ｍｏ：１．７質量％以上２．５質量％以下、であることを特徴とする、請求項５に記載の溶接金属。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フラックス入りワイヤ、溶接継手及び溶接金属に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、ガスは輸送・保管の効率を上げるため、低温で液化してタンクに貯蔵されるため、貯蔵用タンクの構造部材には貯蔵するガスの液化温度域における低温靱性が求められる。例えば、特許文献１には、－１９６℃付近の極低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるオーステナイト系ステンレス鋼フラックス入りワイヤが開示されている。上記特許文献１に記載のフラックス入りワイヤは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮの含有量が規定されているとともに、ワイヤ中のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ及びＣの含有量を用いた式により得られる値が規定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、環境を考慮して、水素を発電や自動車等の燃料として用いることが考えられており、水素の需要が増大している。これに伴って、貯蔵用タンクについても、液化水素を安全に貯蔵することができる貯蔵用タンクへの要求が高まっている。具体的には、通常の液化貯蔵タンクで使用される温度よりも低温の、例えば－２５３℃程度の以上の極低温領域でも使用できることが求められる。このため、より一層低温度領域における構造物の溶接に対応することができるフラックス入りワイヤの開発が望まれている。このような低温タンク用の溶接金属の低温靱性の指標として、横膨出の値が要求されることがある。しかし、特許文献１に記載のフラックス入りワイヤにおいては、横膨出について考慮されていない。
【0005】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、極低温領域における構造物の溶接に使用されるフラックス入りワイヤであって、優れた強度を有し、かつ横膨出量が所望の値以上となる溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤ、該フラックス入りワイヤを用いて得られる溶接継手、及び溶接金属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】
【0006】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、極低温領域において優れた強度及び横膨出量を示す溶接金属を得るためには、ワイヤ中のＮｂとＶとの合計量を制御するとともに、Ｃｒ当量とＮｉ当量とを用いた計算式により得られる値を所定の範囲にすることで、フェライト量を制御することが効果的であることを見出した。本発明は上記知見に基づいてなされたものである。
【0007】
本発明の上記目的は、フラックス入りワイヤに係る下記［１］の構成により達成される。
【0008】
［１］ ワイヤ全質量に対して、
Ｆｅ：４０質量％以上７０質量％以下、
Ｃ：０．００１質量％以上０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：１４．０質量％以上２８．０質量％以下、
Ｎｉ：７．０質量％以上２０．０質量％以下、
Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下、及び
Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下、を含有し、
Ｍｏ：４．０質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０２０質量％以下、であるとともに、
下記式（１）により算出される値Ａ１：０．０２以上０．３０以下、
下記式（２）により算出される値Ａ２：１０．０以上１２．３以下、であることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
Ａ１＝［Ｎｂ］Ｗ＋［Ｖ］Ｗ ・・・式（１）
Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ） ・・・式（２）
ただし、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
Ｆｅ：４０質量％以上７０質量％以下、
Ｃ：０．００１質量％以上０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：１４．０質量％以上２８．０質量％以下、
Ｎｉ：７．０質量％以上２０．０質量％以下、
Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下、及び
Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下、を含有し、
Ｍｏ：４．０質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０２０質量％以下、であるとともに、
下記式（１）により算出される値Ａ１：０．０２以上０．３０以下、
下記式（２）により算出される値Ａ２：１０．０以上１２．３以下、であることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
Ａ１＝［Ｎｂ］Ｗ＋［Ｖ］Ｗ ・・・式（１）
Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ） ・・・式（２）
ただし、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
【0009】
また、フラックス入りワイヤに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［３］に関する。
【0010】
［２］ さらに、ワイヤ全質量に対して、
Ｓｉ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
Ｆ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｍｎ：０．１質量％以上１．６０質量％以下、
ＴｉＯ２：４．００質量％以上１０．００質量％以下、
金属Ｚｒ及びＺｒ化合物のＺｒＯ２換算値：０．５０質量％以上４．００質量％以下、
金属Ｍｇ及びＭｇ化合物のＭｇＯ換算値：０．０５質量％以上１．００質量％以下、
Ｎａ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、及び
Ｋ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｃｏ：０．３００質量％以下、
Ｗ：０．５０質量％以下、
ＲＥＭ：０．５００質量％以下、
Ｔｉ：１．０質量％以下、
Ａｌ：０．３質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：１．００質量％以下、
Ｌｉ：０．５０質量％以下、であることを特徴とする、［１］に記載のフラックス入りワイヤ。
Ｓｉ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
Ｆ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｍｎ：０．１質量％以上１．６０質量％以下、
ＴｉＯ２：４．００質量％以上１０．００質量％以下、
金属Ｚｒ及びＺｒ化合物のＺｒＯ２換算値：０．５０質量％以上４．００質量％以下、
金属Ｍｇ及びＭｇ化合物のＭｇＯ換算値：０．０５質量％以上１．００質量％以下、
Ｎａ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、及び
Ｋ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｃｏ：０．３００質量％以下、
Ｗ：０．５０質量％以下、
ＲＥＭ：０．５００質量％以下、
Ｔｉ：１．０質量％以下、
Ａｌ：０．３質量％以下、
Ａｌ２Ｏ３：１．００質量％以下、
Ｌｉ：０．５０質量％以下、であることを特徴とする、［１］に記載のフラックス入りワイヤ。
【0011】
［３］ 前記Ｎｉ：１０．０質量％以上１３．０質量％以下、
前記Ｃｒ：１６．５質量％以上１８．０質量％以下、
前記Ｍｏ：１．７質量％以上２．２質量％以下、であることを特徴とする、［１］又は［２］に記載のフラックス入りワイヤ。
前記Ｃｒ：１６．５質量％以上１８．０質量％以下、
前記Ｍｏ：１．７質量％以上２．２質量％以下、であることを特徴とする、［１］又は［２］に記載のフラックス入りワイヤ。
【0012】
本発明の上記目的は、溶接継手に係る下記［４］の構成により達成される。
【0013】
［４］ ステンレス鋼板を母材として、［１］～［３］のいずれか１つに記載のフラックス入りワイヤを使用して溶接することにより製造されることを特徴とする、溶接継手。
【0014】
本発明の上記目的は、溶接金属に係る下記［５］の構成により達成される。
【0015】
［５］ 溶接金属全質量に対して、
Ｃ：０．００１質量％以上０．０４０質量％以下、
Ｃｒ：１４．０質量％以上２２．０質量％以下、
Ｎｉ：７．０質量％以上１８．０質量％以下、
Ｍｎ：０．３質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下、及び
Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下、を含有し、
Ｓｉ：１．０質量％以下、
Ｔｉ：１．０質量％以下、
Ｍｏ：４．０質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０２０質量％以下、であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるとともに、
下記式（３）により算出される値Ａ３：０．０２以上０．３０以下、及び
下記式（４）により算出される値Ａ４：１０．０以上１２．３以下、であることを特徴とする溶接金属。
Ａ３＝［Ｎｂ」Ｍ＋「Ｖ」Ｍ ・・・式（３）
Ａ４＝１．１８×（［Ｃｒ］Ｍ＋［Ｍｏ］Ｍ＋０．７×［Ｎｂ］Ｍ）－［Ｎｉ］Ｍ－３５×［Ｃ］Ｍ－２０×［Ｎ］Ｍ－０．２５×［Ｃｕ］Ｍ ・・・式（４）
ただし、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｍは、溶接金属中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｍは、溶接金属中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｍは、溶接金属中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｍは、溶接金属中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｍは、溶接金属中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｍは、溶接金属中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｍは、溶接金属中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
Ｃ：０．００１質量％以上０．０４０質量％以下、
Ｃｒ：１４．０質量％以上２２．０質量％以下、
Ｎｉ：７．０質量％以上１８．０質量％以下、
Ｍｎ：０．３質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下、及び
Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下、を含有し、
Ｓｉ：１．０質量％以下、
Ｔｉ：１．０質量％以下、
Ｍｏ：４．０質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０２０質量％以下、であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるとともに、
下記式（３）により算出される値Ａ３：０．０２以上０．３０以下、及び
下記式（４）により算出される値Ａ４：１０．０以上１２．３以下、であることを特徴とする溶接金属。
Ａ３＝［Ｎｂ」Ｍ＋「Ｖ」Ｍ ・・・式（３）
Ａ４＝１．１８×（［Ｃｒ］Ｍ＋［Ｍｏ］Ｍ＋０．７×［Ｎｂ］Ｍ）－［Ｎｉ］Ｍ－３５×［Ｃ］Ｍ－２０×［Ｎ］Ｍ－０．２５×［Ｃｕ］Ｍ ・・・式（４）
ただし、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｍは、溶接金属中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｍは、溶接金属中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｍは、溶接金属中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｍは、溶接金属中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｍは、溶接金属中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｍは、溶接金属中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｍは、溶接金属中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
【0016】
また、溶接金属に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［６］に関する。
【0017】
［６］ Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｃｏ：０．５００質量％以下、
Ｗ：０．５０質量％以下、
前記Ｎｉ：１２．０質量％以上１４．０質量％以下、
前記Ｃｒ：１７．０質量％以上１９．０質量％以下、
前記Ｍｏ：１．７質量％以上２．５質量％以下、であることを特徴とする、［５］に記載の溶接金属。
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｃｏ：０．５００質量％以下、
Ｗ：０．５０質量％以下、
前記Ｎｉ：１２．０質量％以上１４．０質量％以下、
前記Ｃｒ：１７．０質量％以上１９．０質量％以下、
前記Ｍｏ：１．７質量％以上２．５質量％以下、であることを特徴とする、［５］に記載の溶接金属。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、優れた強度を有し、かつ横膨出量が所望の値以上となる溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤを提供することができる。また、本発明によれば、該フラックス入りワイヤを用いることにより、極低温環境において好適に使用できる溶接継手を提供することができる。さらに、本発明によれば、優れた強度を有し、かつ横膨出量が所望の値以上となる溶接金属を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【0020】
［フラックス入りワイヤ］
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ステンレス鋼の外皮にフラックスが充填されたステンレス鋼フラックス入りワイヤである。また、ワイヤ中のＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＮの含有量が制御されているとともに、ＮｂとＶとの合計の含有量や、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃ、Ｎ及びＣｕの含有量を用いた特定の式により算出される値が制御されている。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、ステンレス鋼の外皮にフラックスが充填されたステンレス鋼フラックス入りワイヤである。また、ワイヤ中のＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＮの含有量が制御されているとともに、ＮｂとＶとの合計の含有量や、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃ、Ｎ及びＣｕの含有量を用いた特定の式により算出される値が制御されている。
【0021】
以下、本実施形態に係るフラックス入りワイヤに含有される各成分について、詳細に説明する。なお、本明細書において、フラックス入りワイヤを、単にワイヤということがある。
【0022】
＜Ｆｅ：４０質量％以上７０質量％以下＞
Ｆｅは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの外皮を構成する主成分である。ワイヤ中に含有されるフラックス成分等の含有量の関係から、ワイヤ全質量に対するＦｅ含有量は、４０質量％以上とし、４５質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ全質量に対するＦｅ含有量は、７０質量％以下とし、６５質量％以下であることが好ましく、６０質量％以下であることがより好ましい。
Ｆｅは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの外皮を構成する主成分である。ワイヤ中に含有されるフラックス成分等の含有量の関係から、ワイヤ全質量に対するＦｅ含有量は、４０質量％以上とし、４５質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ全質量に対するＦｅ含有量は、７０質量％以下とし、６５質量％以下であることが好ましく、６０質量％以下であることがより好ましい。
【0023】
＜Ｃ：０．００１質量％以上０．０３０質量％以下＞
Ｃは、溶接金属の引張強度を向上させる元素である一方で、溶接金属の最終凝固部に偏析し、融液の融点を低下させ、耐高温割れ性を劣化させる。ワイヤ中のＣ含有量が０．００１質量％未満であると、良好な引張強度を有する溶接金属を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．００１質量％以上とし、０．００３質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＣ含有量が０．０３０質量％を超えると高温割れ感受性が高まる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．０３０質量％以下とし、０．０２５質量％以下であることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
Ｃは、溶接金属の引張強度を向上させる元素である一方で、溶接金属の最終凝固部に偏析し、融液の融点を低下させ、耐高温割れ性を劣化させる。ワイヤ中のＣ含有量が０．００１質量％未満であると、良好な引張強度を有する溶接金属を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．００１質量％以上とし、０．００３質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＣ含有量が０．０３０質量％を超えると高温割れ感受性が高まる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は、０．０３０質量％以下とし、０．０２５質量％以下であることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
【0024】
＜Ｃｒ：１４．０質量％以上２８．０質量％以下＞
Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させるとともにフェライト相を安定化させる効果を有する成分である。ワイヤ中のＣｒ含有量が１４．０質量％未満では、十分な強度を有する溶接金属を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、１４．０質量％以上とし、１５．０質量％以上であることが好ましく、１６．５質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＣｒ含有量が２８．０質量％を超えると、溶接金属の靱性が劣化するとともに、Ｃｒの凝固偏析が促進され、耐高温割れ性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、２８．０質量％以下とし、２３．０質量％以下であることが好ましく、１８．０質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させるとともにフェライト相を安定化させる効果を有する成分である。ワイヤ中のＣｒ含有量が１４．０質量％未満では、十分な強度を有する溶接金属を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、１４．０質量％以上とし、１５．０質量％以上であることが好ましく、１６．５質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＣｒ含有量が２８．０質量％を超えると、溶接金属の靱性が劣化するとともに、Ｃｒの凝固偏析が促進され、耐高温割れ性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は、２８．０質量％以下とし、２３．０質量％以下であることが好ましく、１８．０質量％以下であることがより好ましい。
【0025】
＜Ｎｉ：７．０質量％以上２０．０質量％以下＞
Ｎｉは、オーステナイト組織を安定化させる効果を有する成分である。ワイヤ中のＮｉ含有量が７．０質量％未満では、オーステナイト組織が不安定となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、７．０質量％以上とし、８．５質量％以上であることが好ましく、１０．０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＮｉ含有量が２０．０質量％を超えると、ＣやＮの固溶度が低下し、ブローホールが発生しやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、２０．０質量％以下とし、１６．５質量％以下であることが好ましく、１３．０質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｉは、オーステナイト組織を安定化させる効果を有する成分である。ワイヤ中のＮｉ含有量が７．０質量％未満では、オーステナイト組織が不安定となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、７．０質量％以上とし、８．５質量％以上であることが好ましく、１０．０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＮｉ含有量が２０．０質量％を超えると、ＣやＮの固溶度が低下し、ブローホールが発生しやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は、２０．０質量％以下とし、１６．５質量％以下であることが好ましく、１３．０質量％以下であることがより好ましい。
【0026】
＜Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下＞
Ｎｂは、炭化物を生成して固溶Ｃ量を低下させ、吸収エネルギー及び横膨出量を向上させる効果を有する成分である。本実施形態においては、特に横膨出量を所望の値以上にすることを目的として、Ｎｂ及び後述するＶの含有量を適切に制御する必要がある。ワイヤ中のＮｂ含有量が０．００１質量％未満であると、所望の横膨出量を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は、０．００１質量％以上とし、０．０２質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＮｂ含有量が０．１５質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は、０．１５質量％以下とし、０．１０質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｂは、炭化物を生成して固溶Ｃ量を低下させ、吸収エネルギー及び横膨出量を向上させる効果を有する成分である。本実施形態においては、特に横膨出量を所望の値以上にすることを目的として、Ｎｂ及び後述するＶの含有量を適切に制御する必要がある。ワイヤ中のＮｂ含有量が０．００１質量％未満であると、所望の横膨出量を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は、０．００１質量％以上とし、０．０２質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＮｂ含有量が０．１５質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は、０．１５質量％以下とし、０．１０質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましい。
【0027】
＜Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下＞
Ｖは、Ｎｂと同様に、炭化物を生成して固溶Ｃ量を低下させ、吸収エネルギー及び横膨出量を向上させる効果を有する成分であり、横膨出量を所望の値以上にするために、Ｖ含有量についても適切に制御する必要がある。ワイヤ中のＶ含有量が０．００５質量％未満であると、所望の横膨出量を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は、０．００５質量％以上とし、０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＶ含有量が０．３０質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は、０．３０質量％以下とし、０．２０質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
Ｖは、Ｎｂと同様に、炭化物を生成して固溶Ｃ量を低下させ、吸収エネルギー及び横膨出量を向上させる効果を有する成分であり、横膨出量を所望の値以上にするために、Ｖ含有量についても適切に制御する必要がある。ワイヤ中のＶ含有量が０．００５質量％未満であると、所望の横膨出量を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は、０．００５質量％以上とし、０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＶ含有量が０．３０質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は、０．３０質量％以下とし、０．２０質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
【0028】
＜Ｍｏ：４．０質量％以下＞
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、Ｍｏを必ずしも含有させる必要はなく、０質量％であってもよい。ただし、溶接金属の強度を向上させることを目的として、ワイヤ中にＭｏを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、１．０質量％以上であることが好ましく、１．７質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＭｏ含有量が４．０質量％を超えると、溶接金属の靱性が劣化するとともに、Ｍｏの凝固偏析が促進され、耐高温割れ性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、４．０質量％以下とし、３．１質量％以下であることが好ましく、２．２質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、Ｍｏを必ずしも含有させる必要はなく、０質量％であってもよい。ただし、溶接金属の強度を向上させることを目的として、ワイヤ中にＭｏを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、１．０質量％以上であることが好ましく、１．７質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＭｏ含有量が４．０質量％を超えると、溶接金属の靱性が劣化するとともに、Ｍｏの凝固偏析が促進され、耐高温割れ性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は、４．０質量％以下とし、３．１質量％以下であることが好ましく、２．２質量％以下であることがより好ましい。
【0029】
＜Ｃｕ：０．５０質量％以下＞
Ｃｕは、オーステナイト組織を安定化させる効果を有する成分であるが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、Ｃｕを必ずしも含有させる必要はなく、０質量％であってもよい。ただし、オーステナイト組織の安定化を目的として、ワイヤ中にＣｕを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．００１質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＣｕ含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の耐高温割れ性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．５０質量％以下とし、０．２５質量％以下であることが好ましく、０．１５質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｕは、オーステナイト組織を安定化させる効果を有する成分であるが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、Ｃｕを必ずしも含有させる必要はなく、０質量％であってもよい。ただし、オーステナイト組織の安定化を目的として、ワイヤ中にＣｕを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．００１質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＣｕ含有量が０．５０質量％を超えると、溶接金属の耐高温割れ性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は、０．５０質量％以下とし、０．２５質量％以下であることが好ましく、０．１５質量％以下であることがより好ましい。
【0030】
＜Ｎ：０．０２０質量％以下＞
Ｎは、固溶強化元素であり、溶接金属の強度を向上させる効果を有するが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、Ｎを必ずしも含有させる必要はなく、０質量％であってもよい。ただし、溶接金属の強度の向上を目的として、ワイヤ中にＮを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．００２質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましい。一方、Ｎ含有量が０．０２０質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１５質量％以下であることが好ましく、０．０１２質量％以下であることがより好ましい。
Ｎは、固溶強化元素であり、溶接金属の強度を向上させる効果を有するが、本実施形態に係るフラックス入りワイヤにおいては、Ｎを必ずしも含有させる必要はなく、０質量％であってもよい。ただし、溶接金属の強度の向上を目的として、ワイヤ中にＮを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．００２質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましい。一方、Ｎ含有量が０．０２０質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１５質量％以下であることが好ましく、０．０１２質量％以下であることがより好ましい。
【0031】
＜式（１）により算出される値Ａ１：０．０２以上０．３０以下＞
上述のとおり、Ｎｂ及びＶは、溶接金属の吸収エネルギー及び横膨出量に大きく影響を与える成分である。そのため、ワイヤ中のＮｂ及びＶのそれぞれの含有量を制御するとともに、Ｎｂ及びＶの含有量の合計値を適切に制御することにより、所望の横膨出量を得ることができる。ワイヤ中のＮｂとＶとの含有量の合計値である、下記式（１）により算出される値Ａ１が０．０２未満であると、所望の吸収エネルギー及び横膨出量を得ることができない。したがって、値Ａ１は、０．０２以上とし、０．０４以上であることが好ましく、０．０６以上であることがより好ましい。一方、下記式（１）により算出される値Ａ１が０．３０を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、値Ａ１は、０．３０以下とし、０．２０以下であることが好ましく、０．１２以下であることがより好ましい。
上述のとおり、Ｎｂ及びＶは、溶接金属の吸収エネルギー及び横膨出量に大きく影響を与える成分である。そのため、ワイヤ中のＮｂ及びＶのそれぞれの含有量を制御するとともに、Ｎｂ及びＶの含有量の合計値を適切に制御することにより、所望の横膨出量を得ることができる。ワイヤ中のＮｂとＶとの含有量の合計値である、下記式（１）により算出される値Ａ１が０．０２未満であると、所望の吸収エネルギー及び横膨出量を得ることができない。したがって、値Ａ１は、０．０２以上とし、０．０４以上であることが好ましく、０．０６以上であることがより好ましい。一方、下記式（１）により算出される値Ａ１が０．３０を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、値Ａ１は、０．３０以下とし、０．２０以下であることが好ましく、０．１２以下であることがより好ましい。
【0032】
Ａ１＝［Ｎｂ］Ｗ＋［Ｖ］Ｗ ・・・式（１）
ただし、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＶ含有量を質量％で表した値である。
ただし、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＶ含有量を質量％で表した値である。
【0033】
＜式（２）により算出される値Ａ２：１０．０以上１２．３以下＞
本実施形態においては、ワイヤ中のフェライト安定化元素であるＣｒ、Ｍｏ及びＮｂの含有量と、オーステナイト安定化元素であるＮｉ、Ｃ、Ｎ及びＣｕの含有量とを用いたパラメータを調整することにより、溶接金属のフェライト量を所望の範囲に制御することができる。より具体的には、下記式（２）は、フェライト安定化元素としての度合いをクロム量に換算したＣｒ等量から、オーステナイト安定化元素としての度合いをニッケル量に換算したＮｉ等量を減じる式である。したがって、この式（２）により算出される値Ａ２を規定することにより、フェライトが過剰になることや不足することを防ぎ、強度と靱性のバランスを両立することができる。
本実施形態においては、ワイヤ中のフェライト安定化元素であるＣｒ、Ｍｏ及びＮｂの含有量と、オーステナイト安定化元素であるＮｉ、Ｃ、Ｎ及びＣｕの含有量とを用いたパラメータを調整することにより、溶接金属のフェライト量を所望の範囲に制御することができる。より具体的には、下記式（２）は、フェライト安定化元素としての度合いをクロム量に換算したＣｒ等量から、オーステナイト安定化元素としての度合いをニッケル量に換算したＮｉ等量を減じる式である。したがって、この式（２）により算出される値Ａ２を規定することにより、フェライトが過剰になることや不足することを防ぎ、強度と靱性のバランスを両立することができる。
【0034】
下記式（２）により算出される値Ａ２が１０．０未満であると、フェライト量が少なくなりすぎて、溶接金属の強度が低下する。したがって、値Ａ２は、１０．０以上とし、１１．０以上であることが好ましく、１１．５以上であることがより好ましい。一方、下記式（２）により算出される値Ａ２が１２．３を超えると、フェライト量が多くなりすぎて、溶接金属の低温靱性・横膨出が劣化する。したがって、値Ａ２は、１２．３以下とし、１２．１以下であることが好ましく、１１．９以下であることがより好ましい。
【0035】
Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ） ・・・式（２）
ただし、［Ｃｒ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
ただし、［Ｃｒ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
【0036】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤには、各成分が上記含有量の範囲であれば、本発明の課題を解決することができる。なお、溶接作業性や溶接金属の機械的性能をより一層向上させるため、ワイヤは、さらに、Ｓｉ、Ｆ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、金属Ｚｒ、Ｚｒ化合物、金属Ｍｇ、Ｍｇ化合物、Ｎａ及びＫを含むことが好ましい。また、Ｐ、Ｓ、Ｃｏ、Ｗ、ＲＥＭ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉのワイヤ全質量に対する含有量が規定されていることも好ましい。以下、これらの含有量の好ましい範囲について説明する。
【0037】
＜Ｓｉ：０．１０質量％以上１．００質量％以下＞
Ｓｉは、溶接金属の強度を向上するとともに、低温靱性を確保し、ブローホールの発生を抑制する効果を有する成分である。ワイヤ中のＳｉ含有量が０．１０質量％以上であると、上記効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、０．１０質量％以上であることが好ましく、０．４０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＳｉ含有量が１．００質量％以下であると、耐高温割れ性が劣化することを防止することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、１．００質量％以下であることが好ましく、０．７０質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＳｉ含有量とは、ワイヤ中のＳｉ単体、Ｓｉ合金及びＳｉ化合物に含まれる全てのＳｉの合計の含有量を表す。
Ｓｉは、溶接金属の強度を向上するとともに、低温靱性を確保し、ブローホールの発生を抑制する効果を有する成分である。ワイヤ中のＳｉ含有量が０．１０質量％以上であると、上記効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、０．１０質量％以上であることが好ましく、０．４０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＳｉ含有量が１．００質量％以下であると、耐高温割れ性が劣化することを防止することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は、１．００質量％以下であることが好ましく、０．７０質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＳｉ含有量とは、ワイヤ中のＳｉ単体、Ｓｉ合金及びＳｉ化合物に含まれる全てのＳｉの合計の含有量を表す。
【0038】
＜Ｆ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下＞
本実施形態においては、スパッタ発生量を抑制し、アークを安定化させることを目的として、ワイヤ中にＦを含有させることができる。ワイヤ中のＦ含有量が０．１０質量％以上であると、スパッタ発生量を抑制し、アークを安定化する効果を得ることができる。したがって、ワイヤ中にＦを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＦ含有量は、０．１０質量％以上とすることが好ましく、０．１５質量％以上とすることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＦ含有量が０．５０質量％以下であると、スパッタ、ヒュームを抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＦ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．３０質量％以下とすることがより好ましい。
本実施形態においては、スパッタ発生量を抑制し、アークを安定化させることを目的として、ワイヤ中にＦを含有させることができる。ワイヤ中のＦ含有量が０．１０質量％以上であると、スパッタ発生量を抑制し、アークを安定化する効果を得ることができる。したがって、ワイヤ中にＦを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＦ含有量は、０．１０質量％以上とすることが好ましく、０．１５質量％以上とすることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＦ含有量が０．５０質量％以下であると、スパッタ、ヒュームを抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＦ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．３０質量％以下とすることがより好ましい。
【0039】
＜Ｍｎ：０．１質量％以上１．６０質量％以下＞
Ｍｎは、脱酸効果により酸素系ガスによるブローホールを抑制する効果があるとともに、オーステナイト組織を安定化させる効果があるため、本実施形態においては、ワイヤ中にＭｎを含有させてもよい。ワイヤ中のＭｎ含有量が０．１質量％以上であると、十分な脱酸効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ添加量は、０．１質量％以上とすることが好ましく、０．５０質量％以上であることがより好ましい。一方、Ｍｎ含有量が１．６０質量％以下であると、横膨出量の低下を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は、１．６０質量％以下とすることが好ましく、１．５０質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｎは、脱酸効果により酸素系ガスによるブローホールを抑制する効果があるとともに、オーステナイト組織を安定化させる効果があるため、本実施形態においては、ワイヤ中にＭｎを含有させてもよい。ワイヤ中のＭｎ含有量が０．１質量％以上であると、十分な脱酸効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ添加量は、０．１質量％以上とすることが好ましく、０．５０質量％以上であることがより好ましい。一方、Ｍｎ含有量が１．６０質量％以下であると、横膨出量の低下を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は、１．６０質量％以下とすることが好ましく、１．５０質量％以下であることがより好ましい。
【0040】
＜ＴｉＯ２：４．００質量％以上１０．００質量％以下＞
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤の主成分であり、均一で被包性の良いスラグを形成し、アーク安定性を向上させる効果を有する成分である。また、ＴｉＯ２は、スラグの融点を上げて全姿勢溶接でのビード形状を平坦にさせる効果も有する。ワイヤ中のＴｉＯ２含有量が４．００質量％以上であると、上記の効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２含有量は、４．００質量％以上とすることが好ましく、５．００質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＴｉＯ２含有量が１０．００質量％以下であると、フラックスが溶けやすくなり、スラグ巻の発生を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２含有量は、１０．００質量％以下とすることが好ましく、７．０質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＴｉＯ２含有量とは、ワイヤ中に含有されるＴｉ化合物のＴｉＯ２換算値を表す。ここで、Ｔｉ化合物とは、Ｔｉ酸化物やＴｉ窒化物などを意味する。
ＴｉＯ２は、スラグ形成剤の主成分であり、均一で被包性の良いスラグを形成し、アーク安定性を向上させる効果を有する成分である。また、ＴｉＯ２は、スラグの融点を上げて全姿勢溶接でのビード形状を平坦にさせる効果も有する。ワイヤ中のＴｉＯ２含有量が４．００質量％以上であると、上記の効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２含有量は、４．００質量％以上とすることが好ましく、５．００質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＴｉＯ２含有量が１０．００質量％以下であると、フラックスが溶けやすくなり、スラグ巻の発生を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉＯ２含有量は、１０．００質量％以下とすることが好ましく、７．０質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＴｉＯ２含有量とは、ワイヤ中に含有されるＴｉ化合物のＴｉＯ２換算値を表す。ここで、Ｔｉ化合物とは、Ｔｉ酸化物やＴｉ窒化物などを意味する。
【0041】
＜金属Ｚｒ及びＺｒ化合物のＺｒＯ２換算値：０．５０質量％以上４．００質量％以下＞
ＺｒＯ２は、スラグ凝固を早め、立向姿勢および上向姿勢での平坦なビード形状を形成する効果を有する成分である。ワイヤ中のＺｒＯ２換算値が０．５０質量％以上であると、上記の効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＺｒＯ２換算値は、０．５０質量％以上とすることが好ましく、１．００質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＺｒＯ２換算値が４．００質量％以下であると、良好なスラグ被包性、スラグ剥離性を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＺｒＯ２換算値は、４．００質量％以下とすることが好ましく、２．００質量％以下であることがより好ましい。なお、本実施形態において、ＺｒＯ２換算値とは、金属Ｚｒ及びＺｒ化合物に含まれる全てのＺｒをＺｒＯ２に換算した値である。ここで、金属Ｚｒとは、Ｚｒ単体及びＺｒ合金に含まれる合計のＺｒ量を意味する。また、Ｚｒ化合物とはＺｒ酸化物などを意味する。
ＺｒＯ２は、スラグ凝固を早め、立向姿勢および上向姿勢での平坦なビード形状を形成する効果を有する成分である。ワイヤ中のＺｒＯ２換算値が０．５０質量％以上であると、上記の効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＺｒＯ２換算値は、０．５０質量％以上とすることが好ましく、１．００質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＺｒＯ２換算値が４．００質量％以下であると、良好なスラグ被包性、スラグ剥離性を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＺｒＯ２換算値は、４．００質量％以下とすることが好ましく、２．００質量％以下であることがより好ましい。なお、本実施形態において、ＺｒＯ２換算値とは、金属Ｚｒ及びＺｒ化合物に含まれる全てのＺｒをＺｒＯ２に換算した値である。ここで、金属Ｚｒとは、Ｚｒ単体及びＺｒ合金に含まれる合計のＺｒ量を意味する。また、Ｚｒ化合物とはＺｒ酸化物などを意味する。
【0042】
＜金属Ｍｇ及びＭｇ化合物のＭｇＯ換算値：０．０５質量％以上１．００質量％以下＞
金属Ｍｇ、Ｍｇ化合物は、スラグ凝固点を上昇させると共に、アーク安定性を向上させる効果を有する成分である。ＭｇＯ換算値が０．０５質量％以上であると、上記効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ中のＭｇＯ換算値は、ワイヤ全質量に対して、０．０５質量％以上とすることが好ましく、０．１５質量％以上であることがより好ましい。一方、ＭｇＯ換算値が１．００質量％以下であると、ビード形状の劣化を防止することができる。したがって、ＭｇＯ換算値は１．００質量％以下とすることが好ましく、０．３０質量％以下であることがより好ましい。なお、本実施形態において、ＭｇＯ換算値とは、金属Ｍｇ及びＭｇ化合物に含まれる全てのＭｇをＭｇＯに換算した値である。ここで、金属Ｍｇとは、Ｍｇ単体及びＭｇ合金に含まれる合計のＭｇ量を意味する。また、Ｍｇ化合物とは、Ｍｇ酸化物などを意味する。
金属Ｍｇ、Ｍｇ化合物は、スラグ凝固点を上昇させると共に、アーク安定性を向上させる効果を有する成分である。ＭｇＯ換算値が０．０５質量％以上であると、上記効果を十分に得ることができる。したがって、ワイヤ中のＭｇＯ換算値は、ワイヤ全質量に対して、０．０５質量％以上とすることが好ましく、０．１５質量％以上であることがより好ましい。一方、ＭｇＯ換算値が１．００質量％以下であると、ビード形状の劣化を防止することができる。したがって、ＭｇＯ換算値は１．００質量％以下とすることが好ましく、０．３０質量％以下であることがより好ましい。なお、本実施形態において、ＭｇＯ換算値とは、金属Ｍｇ及びＭｇ化合物に含まれる全てのＭｇをＭｇＯに換算した値である。ここで、金属Ｍｇとは、Ｍｇ単体及びＭｇ合金に含まれる合計のＭｇ量を意味する。また、Ｍｇ化合物とは、Ｍｇ酸化物などを意味する。
【0043】
＜Ｎａ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下＞
Ｎａなどのアルカリ金属は、アーク安定性を向上させる効果を有する成分であり、フッ化物や複合酸化物としてワイヤ中に含有させることができる。ワイヤ中のＮａ含有量が０．０１質量％以上であると、アーク安定性を向上させる効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮａ含有量は、０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＮａ含有量が０．５０質量％以下であると、スラグ融点の低下を抑制し、全姿勢溶接でのビード形状を良好にすることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮａ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。なお、Ｎａは、例えばＮａ２Ｏ等としてワイヤ中に存在する。
Ｎａなどのアルカリ金属は、アーク安定性を向上させる効果を有する成分であり、フッ化物や複合酸化物としてワイヤ中に含有させることができる。ワイヤ中のＮａ含有量が０．０１質量％以上であると、アーク安定性を向上させる効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮａ含有量は、０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＮａ含有量が０．５０質量％以下であると、スラグ融点の低下を抑制し、全姿勢溶接でのビード形状を良好にすることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮａ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。なお、Ｎａは、例えばＮａ２Ｏ等としてワイヤ中に存在する。
【0044】
＜Ｋ：０．０１質量％以上０．５０質量％以下＞
Ｋなどのアルカリ金属は、上記Ｎａと同様に、アーク安定性を向上させる効果を有する成分であり、フッ化物や複合酸化物としてワイヤ中に含有させることができる。ワイヤ中のＫ含有量が０．０１質量％以上であると、アーク安定性を向上させる効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＫ含有量は、０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＫ含有量が０．５０質量％以下であると、スラグ融点の低下を抑制し、全姿勢溶接でのビード形状を良好にすることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＫ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。なお、Ｋは、例えばＫ２ＯやＫ２ＳｉＦ６等としてワイヤ中に存在する。
Ｋなどのアルカリ金属は、上記Ｎａと同様に、アーク安定性を向上させる効果を有する成分であり、フッ化物や複合酸化物としてワイヤ中に含有させることができる。ワイヤ中のＫ含有量が０．０１質量％以上であると、アーク安定性を向上させる効果を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＫ含有量は、０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。一方、ワイヤ中のＫ含有量が０．５０質量％以下であると、スラグ融点の低下を抑制し、全姿勢溶接でのビード形状を良好にすることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＫ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。なお、Ｋは、例えばＫ２ＯやＫ２ＳｉＦ６等としてワイヤ中に存在する。
【0045】
＜Ｐ：０．０３０質量％以下＞
Ｐは、ワイヤ中における不可避的不純物である。溶接金属中のＰ含有量が多くなるほど極低温靱性が低下するため、溶接ワイヤ中のＰ含有量は少ない方が好ましい。したがって、ワイヤ全質量に対するＰ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
Ｐは、ワイヤ中における不可避的不純物である。溶接金属中のＰ含有量が多くなるほど極低温靱性が低下するため、溶接ワイヤ中のＰ含有量は少ない方が好ましい。したがって、ワイヤ全質量に対するＰ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
【0046】
＜Ｓ：０．０３０質量％以下＞
Ｓは、Ｐと同様に、ワイヤ中における不可避的不純物である。溶接金属中のＳ含有量が多くなるほど極低温靱性が低下するため、溶接ワイヤ中のＳ含有量は少ない方が好ましい。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０１０質量％以下であることがより好ましい。
Ｓは、Ｐと同様に、ワイヤ中における不可避的不純物である。溶接金属中のＳ含有量が多くなるほど極低温靱性が低下するため、溶接ワイヤ中のＳ含有量は少ない方が好ましい。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０１０質量％以下であることがより好ましい。
【0047】
＜Ｃｏ：０．３００質量％以下＞
Ｃｏは、溶接金属の靱性を調整する効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＣｏを含有させることができる。ワイヤ中のＣｏ含有量が０．３００質量％以下であると、溶接金属の強度の低下を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、０．３００質量％以下とすることが好ましく、０．２００質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｏは、溶接金属の靱性を調整する効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＣｏを含有させることができる。ワイヤ中のＣｏ含有量が０．３００質量％以下であると、溶接金属の強度の低下を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は、０．３００質量％以下とすることが好ましく、０．２００質量％以下であることがより好ましい。
【0048】
＜Ｗ：０．５０質量％以下＞
Ｗは、鋼中における固溶強化元素であり、溶接金属中に固溶して、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＷを含有させることができる。ワイヤ中のＷ含有量が０．５０質量％以下であると、靱性の劣化を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＷ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。
Ｗは、鋼中における固溶強化元素であり、溶接金属中に固溶して、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＷを含有させることができる。ワイヤ中のＷ含有量が０．５０質量％以下であると、靱性の劣化を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＷ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。
【0049】
＜ＲＥＭ：０．５００質量％以下＞
ＲＥＭ（希土類元素）は脱酸元素であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＲＥＭを含有させることができる。しかし、ワイヤ中のＲＥＭ含有量が０．５００質量％以下であると、溶接作業性の低下を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＲＥＭ含有量は、０．５００質量％以下とすることが好ましく、０．４００質量％以下であることがより好ましい。なお、ＲＥＭは、周期律表のＬａからＬｕまでの１５のランタノイド系列希土類元素を意味する。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種類以上を併用しても良い。
ＲＥＭ（希土類元素）は脱酸元素であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＲＥＭを含有させることができる。しかし、ワイヤ中のＲＥＭ含有量が０．５００質量％以下であると、溶接作業性の低下を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＲＥＭ含有量は、０．５００質量％以下とすることが好ましく、０．４００質量％以下であることがより好ましい。なお、ＲＥＭは、周期律表のＬａからＬｕまでの１５のランタノイド系列希土類元素を意味する。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種類以上を併用しても良い。
【0050】
＜Ｔｉ：１．０質量％以下＞
Ｔｉは、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＴｉを含有させることができる。ワイヤ中のＴｉ含有量が１．０質量％以下であると、溶接金属の酸素量を低減し、溶接金属の靱性を所望の範囲に調整することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量は、１．０質量％以下とすることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＴｉ含有量とは、ワイヤ中に含有されるＴｉ単体及びＴｉ合金に含まれる全ての金属Ｔｉの含有量を表す。
Ｔｉは、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＴｉを含有させることができる。ワイヤ中のＴｉ含有量が１．０質量％以下であると、溶接金属の酸素量を低減し、溶接金属の靱性を所望の範囲に調整することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量は、１．０質量％以下とすることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＴｉ含有量とは、ワイヤ中に含有されるＴｉ単体及びＴｉ合金に含まれる全ての金属Ｔｉの含有量を表す。
【0051】
＜Ａｌ：０．３質量％以下＞
Ａｌは、脱酸効果を有し、溶接金属の靱性を安定化させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＡｌを含有させることができる。ワイヤ中のＡｌ含有量が０．３質量％以下であると、合金元素の溶接金属への歩留まりを適切に調整することができ、過剰な強度上昇を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は、０．３質量％以下とすることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＡｌ含有量とは、ワイヤ中に含有されるＡｌ単体及びＡｌ合金に含まれる全ての金属Ａｌの含有量を表す。
Ａｌは、脱酸効果を有し、溶接金属の靱性を安定化させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＡｌを含有させることができる。ワイヤ中のＡｌ含有量が０．３質量％以下であると、合金元素の溶接金属への歩留まりを適切に調整することができ、過剰な強度上昇を抑制することができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は、０．３質量％以下とすることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＡｌ含有量とは、ワイヤ中に含有されるＡｌ単体及びＡｌ合金に含まれる全ての金属Ａｌの含有量を表す。
【0052】
＜Ａｌ２Ｏ３：１．００質量％以下＞
Ａｌ２Ｏ３はスラグ形成剤であり、ビード形状を向上させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＡｌ２Ｏ３を含有させることができる。ワイヤ中のＡｌ２Ｏ３が１．００質量％以下であると、良好なスラグ剥離性を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量は、１．００質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＡｌ２Ｏ３含有量とは、ワイヤ中に含有されるＡｌ酸化物などのＡｌ化合物のＡｌをＡｌ２Ｏ３に換算した値を表す。
Ａｌ２Ｏ３はスラグ形成剤であり、ビード形状を向上させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、ワイヤ中にＡｌ２Ｏ３を含有させることができる。ワイヤ中のＡｌ２Ｏ３が１．００質量％以下であると、良好なスラグ剥離性を得ることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ２Ｏ３含有量は、１．００質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＡｌ２Ｏ３含有量とは、ワイヤ中に含有されるＡｌ酸化物などのＡｌ化合物のＡｌをＡｌ２Ｏ３に換算した値を表す。
【0053】
＜Ｌｉ：０．５０質量％以下＞
Ｌｉなどのアルカリ金属は、上記Ｎａ、Ｋと同様に、アーク安定性を向上させる効果を有する成分であり、フッ化物や複合酸化物としてワイヤ中に含有させることができる。また、ワイヤ中のＬｉ含有量が０．５０質量％以下であると、スラグ融点の低下を抑制し、全姿勢溶接でのビード形状を良好にすることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＬｉ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。
Ｌｉなどのアルカリ金属は、上記Ｎａ、Ｋと同様に、アーク安定性を向上させる効果を有する成分であり、フッ化物や複合酸化物としてワイヤ中に含有させることができる。また、ワイヤ中のＬｉ含有量が０．５０質量％以下であると、スラグ融点の低下を抑制し、全姿勢溶接でのビード形状を良好にすることができる。したがって、ワイヤ全質量に対するＬｉ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。
【0054】
＜フラックス入りワイヤの残部＞
本実施形態におけるフラックス入りワイヤは、必須成分として、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ及びＶを含有し、Ｍｏ、Ｃｕ及びＮを含有することができる。これらの成分の含有量の合計は、ワイヤ全質量に対して、８０質量％以上とすることが好ましく、８３質量％以上であることがより好ましく、８５質量％以上であることがさらに好ましい。また、ワイヤはさらに、Ｓｉ、Ｆ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ｎａ、Ｋや、Ｐ、Ｓ、Ｃｏ、Ｗ、ＲＥＭ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ等を含有していてもよい。さらに、これらの成分の残部として、例えば、Ｃａ、Ｂａ、Ｔａ、Ｂｉ等が挙げられる。
本実施形態におけるフラックス入りワイヤは、必須成分として、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｂ及びＶを含有し、Ｍｏ、Ｃｕ及びＮを含有することができる。これらの成分の含有量の合計は、ワイヤ全質量に対して、８０質量％以上とすることが好ましく、８３質量％以上であることがより好ましく、８５質量％以上であることがさらに好ましい。また、ワイヤはさらに、Ｓｉ、Ｆ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ｎａ、Ｋや、Ｐ、Ｓ、Ｃｏ、Ｗ、ＲＥＭ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ等を含有していてもよい。さらに、これらの成分の残部として、例えば、Ｃａ、Ｂａ、Ｔａ、Ｂｉ等が挙げられる。
【0055】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤの製造方法は特に限定されず、一般的な製造工程で製造することができる。例えば、ステンレス鋼のフープをＵ字状に成型し、Ｕ字状成型フープにフラックスを充填した後、フラックスを内部に充填した筒状型に成型し、目的径まで伸線する工程により製造すればよい。
【0056】
外皮の材質は、ステンレス鋼の鋼種等特に制限なく使用することができ、フラックス入りワイヤ全質量における各成分の含有量が上記範囲内に制御されていればよい。
【0057】
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、例えば、５％Ｎｉ鋼や各種オーステナイト系ステンレス鋼の低温用鋼の溶接に好適に使用することができる。なお、使用されるシールドガスについては、特に限定されない。例えば、Ａｒガス、炭酸ガス（二酸化炭素、ＣＯ２）、酸素ガス（Ｏ２）及びそれらの混合ガス等を用いることができる。これらには不可避的不純物として酸素、窒素、水素等が含まれていてもよい。
【0058】
［溶接継手］
本実施形態に係る溶接継手は、ステンレス鋼板を母材として、上記フラックス入りワイヤを使用して溶接することにより製造されるものである。
本実施形態に係る溶接継手は、ステンレス鋼板を母材として、上記フラックス入りワイヤを使用して溶接することにより製造されるものである。
【0059】
［溶接金属］
本実施形態に係る溶接金属は、例えば、上記フラックス入りワイヤを使用して溶接することにより形成されるものであり、優れた強度及び横膨出量を有する。以下、本実施形態に係る溶接金属に含有される成分及びその含有量について、詳細に説明する。なお、各元素は、母材の組成に影響されない所定の領域の溶接金属中に含有される成分の合計量を、溶接金属全質量あたりの含有量とした値で規定される。本実施形態に係る溶接金属中の各成分の含有量について、以下に説明する。
本実施形態に係る溶接金属は、例えば、上記フラックス入りワイヤを使用して溶接することにより形成されるものであり、優れた強度及び横膨出量を有する。以下、本実施形態に係る溶接金属に含有される成分及びその含有量について、詳細に説明する。なお、各元素は、母材の組成に影響されない所定の領域の溶接金属中に含有される成分の合計量を、溶接金属全質量あたりの含有量とした値で規定される。本実施形態に係る溶接金属中の各成分の含有量について、以下に説明する。
【0060】
＜Ｃ：０．００１質量％以上０．０４０質量％以下＞
Ｃは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。また、Ｃは、溶接金属の強度上昇に寄与する成分でもある。溶接金属中のＣ含有量が０．００１質量％未満であると、良好な引張強度を有する溶接金属を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＣ含有量は、０．００１質量％以上とし、０．００５質量％以上であることが好ましく、０．００８質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＣ含有量が０．０４０質量％を超えると、強度が過剰に上昇して、優れた極低温靱性を得ることが困難となる。したがって、溶接金属全質量に対するＣ含有量は、０．０４０質量％以下とし、０．０３０質量％以下であることが好ましく、０．０２５質量％以下であることがより好ましい。
Ｃは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。また、Ｃは、溶接金属の強度上昇に寄与する成分でもある。溶接金属中のＣ含有量が０．００１質量％未満であると、良好な引張強度を有する溶接金属を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＣ含有量は、０．００１質量％以上とし、０．００５質量％以上であることが好ましく、０．００８質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＣ含有量が０．０４０質量％を超えると、強度が過剰に上昇して、優れた極低温靱性を得ることが困難となる。したがって、溶接金属全質量に対するＣ含有量は、０．０４０質量％以下とし、０．０３０質量％以下であることが好ましく、０．０２５質量％以下であることがより好ましい。
【0061】
＜Ｃｒ：１４．０質量％以上２２．０質量％以下＞
Ｃｒは、溶接金属中でフェライト相を安定化させて、マルテンサイトへの変態を起こりにくくさせる成分である。溶接金属中のＣｒ含有量が１４．０質量％未満であると、フェライト相が不安定となって、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＣｒ含有量は１４．０質量％以上とし、１６．０質量％以上であることが好ましく、１７．０質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＣｒ含有量が２２．０質量％を超えると、フェライト相が過度に安定化して、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＣｒ含有量は、２２．０質量％以下とし、２０．０質量％以下であることが好ましく、１９．０質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｒは、溶接金属中でフェライト相を安定化させて、マルテンサイトへの変態を起こりにくくさせる成分である。溶接金属中のＣｒ含有量が１４．０質量％未満であると、フェライト相が不安定となって、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＣｒ含有量は１４．０質量％以上とし、１６．０質量％以上であることが好ましく、１７．０質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＣｒ含有量が２２．０質量％を超えると、フェライト相が過度に安定化して、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＣｒ含有量は、２２．０質量％以下とし、２０．０質量％以下であることが好ましく、１９．０質量％以下であることがより好ましい。
【0062】
＜Ｎｉ：７．０質量％以上１８．０質量％以下＞
Ｎｉは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイトへの変態を起こりにくくさせる成分である。溶接金属中のＮｉ含有量が７．０質量％未満であると、オーステナイト相が不安定となって、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＮｉ含有量は７．０質量％以上とし、１１．０質量％以上であることが好ましく、１２．０質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＮｉ含有量が１８．０質量％を超えると、オーステナイト相が過度に安定化して、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属中のＮｉ含有量は１８．０質量％以下とし、１５．０質量％以下であることが好ましく、１４．０質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｉは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイトへの変態を起こりにくくさせる成分である。溶接金属中のＮｉ含有量が７．０質量％未満であると、オーステナイト相が不安定となって、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＮｉ含有量は７．０質量％以上とし、１１．０質量％以上であることが好ましく、１２．０質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＮｉ含有量が１８．０質量％を超えると、オーステナイト相が過度に安定化して、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属中のＮｉ含有量は１８．０質量％以下とし、１５．０質量％以下であることが好ましく、１４．０質量％以下であることがより好ましい。
【0063】
＜Ｍｎ：０．３質量％以上１．５質量％以下＞
Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であるとともに、脱酸剤として溶接金属中の酸素をスラグとして除去し、機械的強度を向上させる効果を有する成分である。溶接金属中のＭｎ含有量が０．３質量％未満であると、脱酸効果が不足して、溶接金属中の酸素量が上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＭｎ含有量は、０．３質量％以上とし、０．４質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＭｎ含有量が１．５質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰に上昇して、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＭｎ含有量は、１．５質量％以下とし、１．０質量％以下であることが好ましく、０．９質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であるとともに、脱酸剤として溶接金属中の酸素をスラグとして除去し、機械的強度を向上させる効果を有する成分である。溶接金属中のＭｎ含有量が０．３質量％未満であると、脱酸効果が不足して、溶接金属中の酸素量が上昇するため、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＭｎ含有量は、０．３質量％以上とし、０．４質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＭｎ含有量が１．５質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰に上昇して、極低温靱性が低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＭｎ含有量は、１．５質量％以下とし、１．０質量％以下であることが好ましく、０．９質量％以下であることがより好ましい。
【0064】
＜Ｎｂ：０．００１質量％以上０．１５質量％以下＞
Ｎｂは、溶接金属中で炭化物を生成して固溶Ｃ量を低下させ、吸収エネルギー及び横膨出量を向上させる効果を有する成分である。溶接金属中のＮｂ含有量が０．００１質量％未満であると、所望の横膨出量を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＮｂ含有量は、０．００１質量％以上とし、０．０２質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＮｂ含有量が０．１５質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＮｂ含有量は、０．１５質量％以下とし、０．１０質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｂは、溶接金属中で炭化物を生成して固溶Ｃ量を低下させ、吸収エネルギー及び横膨出量を向上させる効果を有する成分である。溶接金属中のＮｂ含有量が０．００１質量％未満であると、所望の横膨出量を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＮｂ含有量は、０．００１質量％以上とし、０．０２質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＮｂ含有量が０．１５質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＮｂ含有量は、０．１５質量％以下とし、０．１０質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましい。
【0065】
＜Ｖ：０．００５質量％以上０．３０質量％以下＞
Ｖは、Ｎｂと同様に、溶接金属中で炭化物を生成して固溶Ｃ量を低下させ、吸収エネルギー及び横膨出量を向上させる効果を有する成分である。溶接金属中のＶ含有量が０．００５質量％未満であると、所望の横膨出量を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＶ含有量は、０．００５質量％以上とし、０．０２質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＶ含有量が０．３０質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＶ含有量は、０．３０質量％以下とし、０．２０質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
Ｖは、Ｎｂと同様に、溶接金属中で炭化物を生成して固溶Ｃ量を低下させ、吸収エネルギー及び横膨出量を向上させる効果を有する成分である。溶接金属中のＶ含有量が０．００５質量％未満であると、所望の横膨出量を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＶ含有量は、０．００５質量％以上とし、０．０２質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＶ含有量が０．３０質量％を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、溶接金属全質量に対するＶ含有量は、０．３０質量％以下とし、０．２０質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
【0066】
＜Ｓｉ：１．０質量％以下＞
Ｓｉは、脱酸を促進させる効果を有する成分であるが、本実施形態に係る溶接金属においては、Ｓｉは含有されていなくてもよく、０質量％であってもよい。溶接金属の強度や低温靱性の確保を目的として溶接金属中にＳｉを含有させる場合に、溶接金属中のＳｉ含有量は、溶接金属全質量に対して０．２質量％以上とすることが好ましく、０．３質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＳｉ含有量が１．０質量％を超えると、溶接金属の結晶強度を低下させ、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＳｉ含有量は、１．０質量％以下とし、０．６質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。
Ｓｉは、脱酸を促進させる効果を有する成分であるが、本実施形態に係る溶接金属においては、Ｓｉは含有されていなくてもよく、０質量％であってもよい。溶接金属の強度や低温靱性の確保を目的として溶接金属中にＳｉを含有させる場合に、溶接金属中のＳｉ含有量は、溶接金属全質量に対して０．２質量％以上とすることが好ましく、０．３質量％以上であることがより好ましい。一方、溶接金属中のＳｉ含有量が１．０質量％を超えると、溶接金属の結晶強度を低下させ、優れた極低温靱性を得ることができない。したがって、溶接金属全質量に対するＳｉ含有量は、１．０質量％以下とし、０．６質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。
【0067】
＜Ｔｉ：１．０質量％以下＞
Ｔｉは、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分であるが、所定の量を超えて溶接金属中に含有されると、強度が過剰に上昇して靱性低下を招く。したがって、溶接金属全質量に対するＴｉ含有量は、１．０質量％以下とし、０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。
Ｔｉは、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分であるが、所定の量を超えて溶接金属中に含有されると、強度が過剰に上昇して靱性低下を招く。したがって、溶接金属全質量に対するＴｉ含有量は、１．０質量％以下とし、０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。
【0068】
＜Ｍｏ：４．０質量％以下＞
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、所定の量を超えて溶接金属中に含有されると、強度が過剰に上昇して靱性低下を招く。したがって、溶接金属全質量に対するＭｏ含有量は、４．０質量％以下とし、３．０質量％以下であることが好ましく、２．５質量％以下であることがより好ましい。また、溶接金属全質量に対するＭｏ含有量は、１．７質量％以上であることが好ましい。
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、所定の量を超えて溶接金属中に含有されると、強度が過剰に上昇して靱性低下を招く。したがって、溶接金属全質量に対するＭｏ含有量は、４．０質量％以下とし、３．０質量％以下であることが好ましく、２．５質量％以下であることがより好ましい。また、溶接金属全質量に対するＭｏ含有量は、１．７質量％以上であることが好ましい。
【0069】
＜Ｃｕ：０．５０質量％以下＞
Ｃｕは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、所定の量を超えて溶接金属中に含有されると、強度が過剰に上昇して靱性低下を招く。したがって、溶接金属全質量に対するＣｕ含有量は、０．５０質量％以下とし、０．２０質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｕは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、所定の量を超えて溶接金属中に含有されると、強度が過剰に上昇して靱性低下を招く。したがって、溶接金属全質量に対するＣｕ含有量は、０．５０質量％以下とし、０．２０質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
【0070】
＜Ｎ：０．０２０質量％以下＞
Ｎは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。また、Ｎは、溶接金属の強度上昇に寄与する成分でもある。溶接金属中のＮ含有量が０．０２０質量％を超えると、強度が過剰に上昇して、優れた極低温靱性を得ることが困難となる。したがって、溶接金属全質量に対するＮ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１８質量％以下であることが好ましく、０．０１５質量％以下であることがより好ましい。
Ｎは、溶接金属中でオーステナイト相を安定化させて、マルテンサイト相への変態を起こりにくくさせる成分である。また、Ｎは、溶接金属の強度上昇に寄与する成分でもある。溶接金属中のＮ含有量が０．０２０質量％を超えると、強度が過剰に上昇して、優れた極低温靱性を得ることが困難となる。したがって、溶接金属全質量に対するＮ含有量は、０．０２０質量％以下とし、０．０１８質量％以下であることが好ましく、０．０１５質量％以下であることがより好ましい。
【0071】
＜下記式（３）により算出される値Ａ３：０．０２以上０．３０以下＞
上述のとおり、Ｎｂ及びＶは、溶接金属の吸収エネルギー及び横膨出量に大きく影響を与える成分である。そのため、溶接金属中のＮｂ及びＶのそれぞれの含有量を制御するとともに、Ｎｂ及びＶの含有量の合計値を適切に制御することにより、所望の横膨出量を得ることができる。溶接金属中のＮｂとＶとの含有量の合計値である、下記式（３）により算出される値Ａ３が０．０２未満であると、所望の吸収エネルギー及び横膨出量を得ることができない。したがって、値Ａ３は、０．０２以上とし、０．０４以上であることが好ましく、０．０６以上であることがより好ましい。一方、下記式（３）により算出される値Ａ３が０．３０を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、値Ａ３は、０．３０以下とし、０．２０以下であることが好ましく、０．１５以下であることがより好ましい。
Ａ３＝［Ｎｂ」Ｍ＋「Ｖ」Ｍ ・・・式（３）
ただし、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｍは、溶接金属中のＶ含有量を質量％で表した値である。
上述のとおり、Ｎｂ及びＶは、溶接金属の吸収エネルギー及び横膨出量に大きく影響を与える成分である。そのため、溶接金属中のＮｂ及びＶのそれぞれの含有量を制御するとともに、Ｎｂ及びＶの含有量の合計値を適切に制御することにより、所望の横膨出量を得ることができる。溶接金属中のＮｂとＶとの含有量の合計値である、下記式（３）により算出される値Ａ３が０．０２未満であると、所望の吸収エネルギー及び横膨出量を得ることができない。したがって、値Ａ３は、０．０２以上とし、０．０４以上であることが好ましく、０．０６以上であることがより好ましい。一方、下記式（３）により算出される値Ａ３が０．３０を超えると、溶接金属の吸収エネルギーが低下する。したがって、値Ａ３は、０．３０以下とし、０．２０以下であることが好ましく、０．１５以下であることがより好ましい。
Ａ３＝［Ｎｂ」Ｍ＋「Ｖ」Ｍ ・・・式（３）
ただし、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｍは、溶接金属中のＶ含有量を質量％で表した値である。
【0072】
＜下記式（４）により算出される値Ａ４：７．６以上１０．３以下＞
本実施形態においては、溶接金属中のフェライト安定化元素であるＣｒ、Ｍｏ及びＮｂの含有量と、オーステナイト安定化元素であるＮｉ、Ｃ、Ｎ及びＣｕの含有量とを用いたパラメータを調整することにより、溶接金属のフェライト量を所望の範囲に制御することができる。より具体的には、下記式（４）は、フェライト安定化元素としての度合いをクロム量に換算したＣｒ等量から、オーステナイト安定化元素としての度合いをニッケル量に換算したＮｉ等量を減じる式である。したがって、この式（４）により算出される値Ａ４を規定することにより、フェライトが過剰になることや不足することを防ぎ、強度と靱性のバランスを両立することができる。
本実施形態においては、溶接金属中のフェライト安定化元素であるＣｒ、Ｍｏ及びＮｂの含有量と、オーステナイト安定化元素であるＮｉ、Ｃ、Ｎ及びＣｕの含有量とを用いたパラメータを調整することにより、溶接金属のフェライト量を所望の範囲に制御することができる。より具体的には、下記式（４）は、フェライト安定化元素としての度合いをクロム量に換算したＣｒ等量から、オーステナイト安定化元素としての度合いをニッケル量に換算したＮｉ等量を減じる式である。したがって、この式（４）により算出される値Ａ４を規定することにより、フェライトが過剰になることや不足することを防ぎ、強度と靱性のバランスを両立することができる。
【0073】
下記式（４）により算出される値Ａ４が７．６未満であると、フェライト量が少なくなりすぎて、溶接金属の強度が低下する。したがって、値Ａ４は、７．６以上とし、８．０以上であることが好ましく、８．５以上であることがより好ましい。一方、下記式（４）により算出される値Ａ４が１０．３を超えると、フェライト量が多くなりすぎて、溶接金属の低温靱性・横膨出が劣化する。したがって、値Ａ４は、１０．３以下とし、１０．０以下であることが好ましく、９．５以下であることがより好ましい。
【0074】
Ａ４＝１．１８×（［Ｃｒ］Ｍ＋［Ｍｏ］Ｍ＋０．７×［Ｎｂ］Ｍ）－［Ｎｉ］Ｍ－３５×［Ｃ］Ｍ－２０×［Ｎ］Ｍ－０．２５×［Ｃｕ］Ｍ） ・・・式（４）
ただし、［Ｃｒ］Ｍは、溶接金属中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｍは、溶接金属中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｍは、溶接金属中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｍは、溶接金属中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｍは、溶接金属中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｍは、溶接金属中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
ただし、［Ｃｒ］Ｍは、溶接金属中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｍは、溶接金属中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｍは、溶接金属中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｍは、溶接金属中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｍは、溶接金属中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｍは、溶接金属中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
【0075】
＜Ｐ：０．０３０質量％以下＞
Ｐは、溶接金属中における不可避的不純物である。溶接金属中のＰ含有量が多くなるほど極低温靱性が低下するため、溶接金属中のＰ含有量は少ない方が好ましい。したがって、溶接金属全質量に対するＰ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
Ｐは、溶接金属中における不可避的不純物である。溶接金属中のＰ含有量が多くなるほど極低温靱性が低下するため、溶接金属中のＰ含有量は少ない方が好ましい。したがって、溶接金属全質量に対するＰ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
【0076】
＜Ｓ：０．０３０質量％以下＞
Ｓは、Ｐと同様に、溶接金属中における不可避的不純物である。溶接金属中のＳ含有量が多くなるほど極低温靱性が低下するため、溶接金属中のＳ含有量は少ない方が好ましい。したがって、溶接金属全質量に対するＳ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０１０質量％以下であることがより好ましい。
Ｓは、Ｐと同様に、溶接金属中における不可避的不純物である。溶接金属中のＳ含有量が多くなるほど極低温靱性が低下するため、溶接金属中のＳ含有量は少ない方が好ましい。したがって、溶接金属全質量に対するＳ含有量は、０．０３０質量％以下とすることが好ましく、０．０１０質量％以下であることがより好ましい。
【0077】
＜Ｃｏ：０．５００質量％以下＞
Ｃｏは、溶接金属の靱性を調整する効果を有する成分であるため、必要に応じて、溶接金属中にＣｏを含有させることができる。溶接金属中のＣｏ含有量が０．５００質量％以下であると、強度の低下を抑制することができる。したがって、溶接金属中にＣｏを含有させる場合に、溶接金属全質量に対するＣｏ含有量は、０．５００質量％以下とすることが好ましく、０．２００質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｏは、溶接金属の靱性を調整する効果を有する成分であるため、必要に応じて、溶接金属中にＣｏを含有させることができる。溶接金属中のＣｏ含有量が０．５００質量％以下であると、強度の低下を抑制することができる。したがって、溶接金属中にＣｏを含有させる場合に、溶接金属全質量に対するＣｏ含有量は、０．５００質量％以下とすることが好ましく、０．２００質量％以下であることがより好ましい。
【0078】
＜Ｗ：０．５０質量％以下＞
Ｗは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、溶接金属中にＷを含有させることができる。ただし、所定の量を超えて溶接金属中にＷが含有されると、強度が過剰に上昇して靱性低下を招く。したがって、溶接金属全質量に対するＷ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。
Ｗは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるため、必要に応じて、溶接金属中にＷを含有させることができる。ただし、所定の量を超えて溶接金属中にＷが含有されると、強度が過剰に上昇して靱性低下を招く。したがって、溶接金属全質量に対するＷ含有量は、０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下であることがより好ましい。
【0079】
＜残部：Ｆｅ及び不可避的不純物＞
本実施形態に係る溶接金属において、上記成分を除いた残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。Ｆｅは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの外皮を構成する主成分であり、溶接金属中に歩留まる。溶接金属全質量に対するＦｅ含有量は、例えば、４０質量％以上とすることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましく、６０質量％以上であることがさらに好ましい。一方、溶接金属全質量に対するＦｅ含有量は、７０質量％以下とすることが好ましく、６８質量％以下であることがより好ましく、６６質量％以下であることがさらに好ましい。なお、不可避的不純物としては、上記Ｐ、Ｓの他に、例えば、Ｏ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ及びＳ等が挙げられる。溶接金属中のＯは、溶接金属全質量に対して０．１００質量％未満であることが好ましい。また、溶接金属中のＰ、Ｓ及びＯを除く不可避的不純物の合計量は、溶接金属全質量に対して０．１０質量％以下であることが好ましい。
本実施形態に係る溶接金属において、上記成分を除いた残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。Ｆｅは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの外皮を構成する主成分であり、溶接金属中に歩留まる。溶接金属全質量に対するＦｅ含有量は、例えば、４０質量％以上とすることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましく、６０質量％以上であることがさらに好ましい。一方、溶接金属全質量に対するＦｅ含有量は、７０質量％以下とすることが好ましく、６８質量％以下であることがより好ましく、６６質量％以下であることがさらに好ましい。なお、不可避的不純物としては、上記Ｐ、Ｓの他に、例えば、Ｏ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ及びＳ等が挙げられる。溶接金属中のＯは、溶接金属全質量に対して０．１００質量％未満であることが好ましい。また、溶接金属中のＰ、Ｓ及びＯを除く不可避的不純物の合計量は、溶接金属全質量に対して０．１０質量％以下であることが好ましい。
【実施例0080】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【0081】
［フラックス入りワイヤの作製］
種々の組成の外皮及びフラックスを使用して、下記表１～表３に示す組成を有するフラックス入りワイヤを作製した。フラックス率は１８～２６．５質量％とした。なお、表３において、「－」とは、該当する成分を積極的に含有させなかったことを示す。また、表１における式（１）：Ａ１とは、式（１）により算出される値Ａ１を示し、式（２）：Ａ２とは、式（２）により算出される値Ａ２を示す。式（１）、式（２）は、以下のとおりである。
種々の組成の外皮及びフラックスを使用して、下記表１～表３に示す組成を有するフラックス入りワイヤを作製した。フラックス率は１８～２６．５質量％とした。なお、表３において、「－」とは、該当する成分を積極的に含有させなかったことを示す。また、表１における式（１）：Ａ１とは、式（１）により算出される値Ａ１を示し、式（２）：Ａ２とは、式（２）により算出される値Ａ２を示す。式（１）、式（２）は、以下のとおりである。
【0082】
Ａ１＝［Ｎｂ］Ｗ＋［Ｖ］Ｗ ・・・式（１）
Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ） ・・・式（２）
ただし、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
Ａ２＝１．３１×（０．９８×［Ｃｒ］Ｗ＋［Ｍｏ］Ｗ＋０．７×［Ｎｂ］Ｗ）－１．１×（［Ｎｉ］Ｗ＋３５×［Ｃ］Ｗ＋２０×［Ｎ］Ｗ＋０．２５×［Ｃｕ］Ｗ） ・・・式（２）
ただし、［Ｎｂ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｗは、フラックス入りワイヤ中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
【0083】
［ガスシールドアーク溶接］
板厚が２０ｍｍである２枚の炭素鋼板を準備し、開先角度が４５°となるように加工した後、作製したフラックス入りワイヤを使用して、開先部の表面と裏当て材の表面に２～３層のバタリング層を形成し、炭素鋼板をＶ開先となるように配置した。その後、各フラックス入りワイヤを使用して、開先に対してガスシールドアーク溶接を実施した。溶接条件は、１００％ＣＯ２のシールドガスを使用し、１９０Ａ－２８Ｖ、下向姿勢６層１２パスとした。
板厚が２０ｍｍである２枚の炭素鋼板を準備し、開先角度が４５°となるように加工した後、作製したフラックス入りワイヤを使用して、開先部の表面と裏当て材の表面に２～３層のバタリング層を形成し、炭素鋼板をＶ開先となるように配置した。その後、各フラックス入りワイヤを使用して、開先に対してガスシールドアーク溶接を実施した。溶接条件は、１００％ＣＯ２のシールドガスを使用し、１９０Ａ－２８Ｖ、下向姿勢６層１２パスとした。
【0084】
［溶接金属の組成測定］
得られた溶接金属について、ＪＩＳ Ｇ １２５３：２００２に準拠し、後述する引張試験片採取位置と同位置で固体発光分光分析を行い、各溶接金属の組成を測定した。溶接金属中の化学成分の含有量を、表４及び表５に示す。なお、表４における式（３）：Ａ３とは、式（３）により算出される値Ａ３を示し、式（４）：Ａ４とは、式（４）により算出される値Ａ４を示す。式（３）、式（４）は、以下のとおりである。また、溶接金属の残部はＦｅ及び不可避的不純物である。
得られた溶接金属について、ＪＩＳ Ｇ １２５３：２００２に準拠し、後述する引張試験片採取位置と同位置で固体発光分光分析を行い、各溶接金属の組成を測定した。溶接金属中の化学成分の含有量を、表４及び表５に示す。なお、表４における式（３）：Ａ３とは、式（３）により算出される値Ａ３を示し、式（４）：Ａ４とは、式（４）により算出される値Ａ４を示す。式（３）、式（４）は、以下のとおりである。また、溶接金属の残部はＦｅ及び不可避的不純物である。
【0085】
Ａ３＝［Ｎｂ」Ｍ＋「Ｖ」Ｍ ・・・式（３）
Ａ４＝１．１８×（［Ｃｒ］Ｍ＋［Ｍｏ］Ｍ＋０．７×［Ｎｂ］Ｍ）－［Ｎｉ］Ｍ－３５×［Ｃ］Ｍ－２０×［Ｎ］Ｍ－０．２５×［Ｃｕ］Ｍ） ・・・式（４）
ただし、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｍは、溶接金属中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｍは、溶接金属中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｍは、溶接金属中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｍは、溶接金属中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｍは、溶接金属中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｍは、溶接金属中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｍは、溶接金属中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
Ａ４＝１．１８×（［Ｃｒ］Ｍ＋［Ｍｏ］Ｍ＋０．７×［Ｎｂ］Ｍ）－［Ｎｉ］Ｍ－３５×［Ｃ］Ｍ－２０×［Ｎ］Ｍ－０．２５×［Ｃｕ］Ｍ） ・・・式（４）
ただし、［Ｎｂ］Ｍは、溶接金属中のＮｂ含有量を質量％で表した値であり、［Ｖ］Ｍは、溶接金属中のＶ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｒ］Ｍは、溶接金属中のＣｒ含有量を質量％で表した値であり、［Ｍｏ］Ｍは、溶接金属中のＭｏ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎｉ］Ｍは、溶接金属中のＮｉ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃ］Ｍは、溶接金属中のＣ含有量を質量％で表した値であり、［Ｎ］Ｍは、溶接金属中のＮ含有量を質量％で表した値であり、［Ｃｕ］Ｍは、溶接金属中のＣｕ含有量を質量％で表した値である。
【0086】
［機械的性能の評価試験］
（シャルピー衝撃試験）
ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０２３に準拠し、得られた溶接金属から、標準Ｖノッチ試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を実施した。シャルピー衝撃試験の試験温度は、－１９６℃とし、シャルピー衝撃値（ｖＥ－１９６℃）及び横膨出量ＬＥ（ｍｍ）を測定した。なお、各溶接金属から、シャルピー衝撃値測定用の試験片及び横膨出量測定用の試験片をそれぞれ５本ずつ採取した。シャルピー衝撃値については測定値の平均値を評価した。また、横膨出量については、５本の試験結果のうち最小値を評価した。
（シャルピー衝撃試験）
ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０２３に準拠し、得られた溶接金属から、標準Ｖノッチ試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を実施した。シャルピー衝撃試験の試験温度は、－１９６℃とし、シャルピー衝撃値（ｖＥ－１９６℃）及び横膨出量ＬＥ（ｍｍ）を測定した。なお、各溶接金属から、シャルピー衝撃値測定用の試験片及び横膨出量測定用の試験片をそれぞれ５本ずつ採取した。シャルピー衝撃値については測定値の平均値を評価した。また、横膨出量については、５本の試験結果のうち最小値を評価した。
【0087】
（引張試験）
ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に準拠し、得られた溶接金属において、試験片の中心が溶接中心線となる位置からＡ０号試験片を採取し、引張試験を実施した。引張試験の試験温度は室温（２０℃）とした。
ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に準拠し、得られた溶接金属において、試験片の中心が溶接中心線となる位置からＡ０号試験片を採取し、引張試験を実施した。引張試験の試験温度は室温（２０℃）とした。
【0088】
シャルピー衝撃試験によるシャルピー衝撃値及び横膨出量、並びに引張強さの測定結果を下記表６に示す。上記各評価試験において、シャルピー衝撃値の平均値が３５．０（Ｊ／ｃｍ２）以上であるとともに、横膨出量が０．５３ｍｍ以上であり、引張強さが４９８ＭＰａ以上であったものを合格とした。また、いずれかの項目で基準となる値を達成しなかったものを不合格とした。また、シャルピー衝撃値の平均値が３８．０（Ｊ／ｃｍ２）以上、横膨出量が０．６０ｍｍ以上、引張強さが５０３ＭＰａ以上であったものを、より好ましいと評価した。
【0089】
【表1】
【0090】
【表2】
【0091】
【表3】
【0092】
【表4】
【0093】
【表5】
【0094】
【表6】
【0095】
表１～表６に示すように、発明例Ｎｏ．１～２１は、ワイヤ中の特定の成分の含有量が適切に制御されているとともに、式（１）及び式（２）により算出される値Ａ１、Ａ２が本発明で規定する範囲内であった。また、得られた溶接金属においても、各成分の含有量、並びに式（３）及び式（４）により算出される値Ａ３、Ａ４が本発明で規定する範囲内となった。したがって、機械的性能が優れ、特に横膨出量が所望の値以上となる溶接金属を得ることができた。発明例Ｎｏ．２０は、他の発明例と比較してＡ２及びＡ４の値が低いため、引張強さの値が他の発明例よりも劣った。また、発明例Ｎｏ．２１は、他の発明例と比較してＣｒ及びＮｉ含有量が高いため、シャルピー衝撃吸収値及び横膨出量の値が、他の発明例よりも劣った。
【0096】
一方、比較例Ｎｏ．１、２のワイヤは、Ａ２及びＡ４の値が本発明で規定する上限を超えていたため、シャルピー衝撃値及び横膨出量が低い値となった。また、比較例Ｎｏ．３、４のワイヤは、Ａ２及びＡ４の値が本発明で規定する下限未満であるため、引張強さが低下した。