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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-13
(45)【発行日】2023-03-22
(54)【発明の名称】Ａｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ
(51)【国際特許分類】
B23K 35/368 20060101AFI20230314BHJP
B23K 35/30 20060101ALI20230314BHJP
【ＦＩ】
B23K35/368 B
B23K35/30 320A
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019127697
(22)【出願日】2019-07-09
(65)【公開番号】P2021010939
(43)【公開日】2021-02-04
【審査請求日】2021-10-26
(73)【特許権者】
【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】今 智史
(72)【発明者】
【氏名】澤口 直哉
【審査官】小森 重樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０２５５２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０１９５９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１９６６５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１８６１３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１９８４８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／３６８
Ｂ２３Ｋ ３５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤであって、前記鋼製外皮及び前記フラックスは合計で、
ワイヤ全質量あたり、
Ｆｅ：９２質量％以上、
全Ｓｉ：０．５０質量％以上１．５０質量％以下、
Ｍｎ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
全Ｌｉ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
全Ｍｇ：０．０２質量％以上０．５０質量％未満、を含有し、
Ｃ：０．１５質量％以下、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
スラグ造滓剤：０．５０質量％以下、
であることを特徴とする、Ａｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ。
【請求項2】
前記スラグ造滓剤は、Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物、Ｔｉ化合物、Ｓｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｆｅ化合物、Ａｌ化合物、Ｎａ化合物、フッ化物のうちいずれか一つ以上を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ。
【請求項3】
前記鋼製外皮及び前記フラックスは合計で、ワイヤ全質量あたり、
金属Ｔｉ：０．１７質量％未満、
であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Ａｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、鉄骨、橋梁及び造船の分野においては、溶接構造物の高能率な溶接施工を可能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が多用されている。例えば、特許文献１には、ワイヤ中のフラックス成分及び金属成分を適切に制御することにより、溶接施工を高効率で行うことができ、ビード形状の不良の発生を抑制することができるガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。
【0003】
また、近年、溶接が容易であり、高い溶接効率で溶接することができるとともに、スラグの発生量が少ないという特長を有するメタル系フラックス入りワイヤについても、種々の研究がなされている。
例えば、特許文献２には、軟鋼製外皮中の金属成分の含有量を調整するとともに、フラックス中の金属成分、酸化物、及びフッ化物の含有量を適切に調整することにより、ヒューム発生量を低減することができるガスシールドアーク溶接メタル系フラックス入りワイヤが開示されている。
例えば、特許文献２には、軟鋼製外皮中の金属成分の含有量を調整するとともに、フラックス中の金属成分、酸化物、及びフッ化物の含有量を適切に調整することにより、ヒューム発生量を低減することができるガスシールドアーク溶接メタル系フラックス入りワイヤが開示されている。
【0004】
しかしながら、鉄骨、橋梁及び造船分野における水平すみ肉溶接施工の場面においては、近時、良好なスラグ剥離性が得られるフラックス入りワイヤが要求されており、上記特許文献１及び２に記載のフラックス入りワイヤでは優れたスラグ剥離性を得ることができないことがある。スラグ剥離性が悪い領域が存在すると、その領域でスラグが固着し、まだら模様となってビード外観を損ねるという問題がある。また、スラグの焼き付きによりスラグ剥離性が劣化した場合、健全な溶接部を得るためのスラグ除去作業は余計な人力を要し、著しい手間とコスト増加の原因ともなる。
【0005】
そこで、特許文献３には、鋼製外皮とフラックスの中の成分含有量を限定するとともに、フラックス中のフッ素化合物、ＳｉＯ２、Ｎ化合物及びＫ化合物、並びに鉄粉の含有量を適切に調整することにより、スラグ剥離性、ビード外観・形状が良好で、耐割れ性に優れ、良好な機械的性質を有する溶接金属を得ることができるメタル系フラックス入りワイヤが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平８－９９１９２号公報
【文献】特開平６－２２６４９２号公報
【文献】特開２０１７－７４５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記特許文献３に記載のフラックス入りワイヤを用いた場合であっても、スラグ凝集性が悪いと、ビードに対するスラグの被包状態が不均一になることがあり、スラグの厚さが薄い部分においてスラグがビードに焼き付き、スラグ剥離性が悪化するという問題が発生する。また、－４０℃程度の温度領域で靱性が優れた溶接金属を得ることができるフラックス入りワイヤの更なる開発も求められている。
【0008】
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、スラグの凝集性及びスラグ剥離性が良好であるとともに、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤ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】
【0009】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ワイヤ及び溶接金属中のＭｇ含有量を制御することにより、スラグ凝集性を著しく高められることを見出した。これは、Ｍｇが溶接金属の表面張力とスラグの表面張力との差を大きくする効果を有するためであると推測される。また、本発明者らは、Ｍｇ含有量とスラグ造滓剤とのバランスもスラグ凝集性に大きく影響することを見出した。すなわち、スラグ造滓剤を多量に含有させると、適切な量のＭｇを含有させてもスラグ量が増加して、スラグ凝集効果を得ることができない。また、Ｍｇ含有量が多い場合には、スラグとして析出する量が多くなり、その結果、スラグ凝集効果を得ることができなくなる。
更に、本発明者らは、ワイヤ中の他の成分を所定の範囲に制限することにより、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができることを見出した。
本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
更に、本発明者らは、ワイヤ中の他の成分を所定の範囲に制限することにより、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができることを見出した。
本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
【0010】
本発明の一態様に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充填してなるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤであって、
前記鋼製外皮及び前記フラックスは合計で、
ワイヤ全質量あたり、
Ｆｅ：９２質量％以上、
全Ｓｉ：０．５０質量％以上１．５０質量％以下、
Ｍｎ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
全Ｌｉ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
全Ｍｇ：０．０２質量％以上０．５０質量％未満、を含有し、
Ｃ：０．１５質量％以下、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
スラグ造滓剤：０．５０質量％以下、である。
前記鋼製外皮及び前記フラックスは合計で、
ワイヤ全質量あたり、
Ｆｅ：９２質量％以上、
全Ｓｉ：０．５０質量％以上１．５０質量％以下、
Ｍｎ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
全Ｌｉ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
全Ｍｇ：０．０２質量％以上０．５０質量％未満、を含有し、
Ｃ：０．１５質量％以下、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
スラグ造滓剤：０．５０質量％以下、である。
【0011】
また、上記フラックス入りワイヤは、
前記スラグ造滓剤が、
Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物、Ｔｉ化合物、Ｓｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｆｅ化合物、Ａｌ化合物、Ｎａ化合物、フッ化物のうちいずれか一つ以上を含むことが好ましい。
前記スラグ造滓剤が、
Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物、Ｔｉ化合物、Ｓｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｆｅ化合物、Ａｌ化合物、Ｎａ化合物、フッ化物のうちいずれか一つ以上を含むことが好ましい。
【0012】
また、上記フラックス入りワイヤは、
前記鋼製外皮及び前記フラックスが合計で、
ワイヤ全質量あたり、
金属Ｔｉ：０．１７質量％未満、であることが好ましい。
前記鋼製外皮及び前記フラックスが合計で、
ワイヤ全質量あたり、
金属Ｔｉ：０．１７質量％未満、であることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、スラグの凝集性及びスラグ剥離性が良好であるとともに、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができるＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
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く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。まず、本実施形態に係るＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤについて説明する。
【0016】
〔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、鋼製外皮（フープ）内にフラックスが充填されたものである。詳細には、本実施形態のフラックス入りワイヤは、筒状の鋼製外皮と、その外皮の内部に充填されるフラックスとからなる。なお、フラックス入りワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、Ｃ断面、重ね断面等のように管状に成形され、外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、鋼製外皮（フープ）内にフラックスが充填されたものである。詳細には、本実施形態のフラックス入りワイヤは、筒状の鋼製外皮と、その外皮の内部に充填されるフラックスとからなる。なお、フラックス入りワイヤは、外皮に継目のないシームレスタイプ、Ｃ断面、重ね断面等のように管状に成形され、外皮に継目のあるシームタイプのいずれの形態であってもよい。
【0017】
次に、本実施形態に係るＡｒ－ＣＯ２混合ガス用フラックス入りワイヤのフラックス及び外皮に含有される化学成分について、その添加理由及び数値限定理由を詳細に説明する。なお、所要の特性を有する溶接金属を得るための各元素は、鋼製外皮、及び充填フラックスのいずれから添加されていてもよい。したがって、以下の説明において特に断りのない限り、フラックス入りワイヤ中の各成分量は鋼製外皮中及びフラックス中に含有される成分の合計量を、ワイヤ全質量（鋼製外皮と、外皮内のフラックスの合計量）に対する含有量とした値で規定される。
【0018】
＜Ｆｅ：９２．００質量％以上＞
Ｆｅは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの主要成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、鋼製外皮及びフラックス中のＦｅの含有量は、ワイヤ全質量あたり９２．００質量％以上、好ましくは９５．００質量％以上とし、より好ましくは９６．００質量％以上とする。また、Ｆｅは９８．００質量％以下であることが実際的である。
Ｆｅは、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの主要成分である。溶着量や、他の成分組成の関係から、鋼製外皮及びフラックス中のＦｅの含有量は、ワイヤ全質量あたり９２．００質量％以上、好ましくは９５．００質量％以上とし、より好ましくは９６．００質量％以上とする。また、Ｆｅは９８．００質量％以下であることが実際的である。
【0019】
＜Ｃ：０．１５質量％以下＞
Ｃは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分であるが、ワイヤ中のＣ含有量が０．１５質量％を超えると、スラグ量の増加によって、スラグ凝集性が低下する。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は０．１５質量％以下とし、好ましくは０．１３質量％以下質量％以下、より好ましくは０．１１質量％以下とする。
Ｃは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分であるが、ワイヤ中のＣ含有量が０．１５質量％を超えると、スラグ量の増加によって、スラグ凝集性が低下する。したがって、ワイヤ中のＣ含有量は０．１５質量％以下とし、好ましくは０．１３質量％以下質量％以下、より好ましくは０．１１質量％以下とする。
【0020】
＜全Ｓｉ：０．５０質量％以上１．５０質量％以下＞
全Ｓｉとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｓｉ及びＳｉ化合物の合計をＳｉに換算した値を意味する。また、金属Ｓｉとは、Ｓｉの単体と合金に含まれるＳｉの合計を意味する。
Ｓｉは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分である。
全Ｓｉ含有量が０．５０質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｓｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％以上とし、好ましくは０．６０質量％以上とし、より好ましくは０．７０質量％以上とする。
一方、全Ｓｉ含有量が１．５０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｓｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１．５０質量％以下とし、好ましくは１．３５質量％以下、より好ましくは１．２０質量％以下とする。
なお、Ｓｉ化合物は、ＳｉＯ２換算値で０．２０質量％以下の範囲で含むことが好ましい。また、Ｓｉ化合物とは、Ｓｉ酸化物などである。
全Ｓｉとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｓｉ及びＳｉ化合物の合計をＳｉに換算した値を意味する。また、金属Ｓｉとは、Ｓｉの単体と合金に含まれるＳｉの合計を意味する。
Ｓｉは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分である。
全Ｓｉ含有量が０．５０質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｓｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％以上とし、好ましくは０．６０質量％以上とし、より好ましくは０．７０質量％以上とする。
一方、全Ｓｉ含有量が１．５０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｓｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１．５０質量％以下とし、好ましくは１．３５質量％以下、より好ましくは１．２０質量％以下とする。
なお、Ｓｉ化合物は、ＳｉＯ２換算値で０．２０質量％以下の範囲で含むことが好ましい。また、Ｓｉ化合物とは、Ｓｉ酸化物などである。
【0021】
＜Ｍｎ：１．００質量％以上３．００質量％以下＞
Ｍｎは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分である。
Ｍｎ含有量が１．００質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１．００質量％以上とし、好ましくは１．１５質量％以上、より好ましくは１．３０質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有量が３．００質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、３．００質量％以下とし、好ましくは２．７５質量％以下、より好ましくは２．５０質量％以下とする。
Ｍｎは、溶接金属の所望の強度を確保する効果を有する成分である。
Ｍｎ含有量が１．００質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、１．００質量％以上とし、好ましくは１．１５質量％以上、より好ましくは１．３０質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有量が３．００質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＭｎ含有量は、ワイヤ全質量あたり、３．００質量％以下とし、好ましくは２．７５質量％以下、より好ましくは２．５０質量％以下とする。
【0022】
＜全Ｌｉ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下＞
全Ｌｉとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｌｉ及びＬｉ化合物の合計をＬｉに換算した値を意味する。また、金属Ｌｉとは、Ｌｉの単体と合金に含まれるＬｉの合計を意味する。
Ｌｉは、アーク安定性を向上させることができる成分である。ＮａやＫもアーク安定性向上の効果があるがヒューム発生量が多くなる場合があるため、本実施形態においては、ＮａやＫと比較してヒュームの発生を抑制することができるＬｉを含有させている。
全Ｌｉ含有量が０．０１０質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｌｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１０質量％以上とし、好ましくは０．０１５質量％以上とし、より好ましくは０．０２０質量％以上とする。
一方、全Ｌｉ含有量が０．１０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｌｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０８５質量％以下、より好ましくは０．０７０質量％以下とする。
なお、Ｌｉ源としてはフッ化物、Ｌｉ酸化物などのＬｉ化合物及びＬｉ－Ｆｅ等のＬｉ合金があり、これらを単独又は複合で用いることができるが、Ｌｉ合金を用いることが好ましい。
全Ｌｉとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｌｉ及びＬｉ化合物の合計をＬｉに換算した値を意味する。また、金属Ｌｉとは、Ｌｉの単体と合金に含まれるＬｉの合計を意味する。
Ｌｉは、アーク安定性を向上させることができる成分である。ＮａやＫもアーク安定性向上の効果があるがヒューム発生量が多くなる場合があるため、本実施形態においては、ＮａやＫと比較してヒュームの発生を抑制することができるＬｉを含有させている。
全Ｌｉ含有量が０．０１０質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｌｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０１０質量％以上とし、好ましくは０．０１５質量％以上とし、より好ましくは０．０２０質量％以上とする。
一方、全Ｌｉ含有量が０．１０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｌｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１０質量％以下とし、好ましくは０．０８５質量％以下、より好ましくは０．０７０質量％以下とする。
なお、Ｌｉ源としてはフッ化物、Ｌｉ酸化物などのＬｉ化合物及びＬｉ－Ｆｅ等のＬｉ合金があり、これらを単独又は複合で用いることができるが、Ｌｉ合金を用いることが好ましい。
【0023】
＜全Ｍｇ：０．０２質量％以上０．５０質量％未満＞
全Ｍｇとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｍｇ及びＭｇ化合物の合計をＭｇに換算した値を意味する。また、金属Ｍｇとは、Ｍｇの単体と合金に含まれるＭｇの合計を意味する。
ここで、Ｍｇはスラグ凝集性を高める効果を有する成分である。このスラグ凝集の効果は、Ｍｇが溶接金属の表面張力とスラグの表面張力との差を大きくする効果を有するためであると推測される。
全Ｍｇ含有量が０．０２質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｍｇ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０２質量％以上とし、好ましくは０．０３質量％以上、より好ましくは０．０４質量％以上とする。
一方、全Ｍｇ含有量が０．５０質量％以上になると、Ｍｇ酸化物を形成することによりスラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｍｇ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％未満とし、好ましくは０．４８質量％未満とする。
なお、Ｍｇ化合物とは、ＭｇＯなどである。
全Ｍｇとは、鋼製外皮及びフラックス中に含まれる、金属Ｍｇ及びＭｇ化合物の合計をＭｇに換算した値を意味する。また、金属Ｍｇとは、Ｍｇの単体と合金に含まれるＭｇの合計を意味する。
ここで、Ｍｇはスラグ凝集性を高める効果を有する成分である。このスラグ凝集の効果は、Ｍｇが溶接金属の表面張力とスラグの表面張力との差を大きくする効果を有するためであると推測される。
全Ｍｇ含有量が０．０２質量％未満では、上記効果を得ることが困難となる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｍｇ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０２質量％以上とし、好ましくは０．０３質量％以上、より好ましくは０．０４質量％以上とする。
一方、全Ｍｇ含有量が０．５０質量％以上になると、Ｍｇ酸化物を形成することによりスラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の全Ｍｇ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％未満とし、好ましくは０．４８質量％未満とする。
なお、Ｍｇ化合物とは、ＭｇＯなどである。
【0024】
＜Ｐ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｐは不純物元素であり、ワイヤ中のＰ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靱性が低下するとともに、高温割れ感受性が高くなる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＰ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とする。
Ｐは不純物元素であり、ワイヤ中のＰ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靱性が低下するとともに、高温割れ感受性が高くなる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＰ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とする。
【0025】
＜Ｓ：０．０３０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｓも、Ｐと同様に不純物元素であり、ワイヤ中のＳ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靱性が低下するとともに、高温割れ感受性が高くなる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＳ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とする。
Ｓも、Ｐと同様に不純物元素であり、ワイヤ中のＳ含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属の靱性が低下するとともに、高温割れ感受性が高くなる。したがって、鋼製外皮及びフラックス中のＳ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．０３０質量％以下とし、好ましくは０．０２０質量％以下とする。
【0026】
＜金属Ｔｉ：０．１７質量％未満（０質量％を含む）＞
Ｔｉは、アーク安定性を向上させることができる成分であるが、Ｌｉを必須成分とする本実施形態のフラックス入りワイヤは、必ずしも金属Ｔｉを含有する必要はない。ワイヤ中の金属Ｔｉ含有量が０．１７質量％未満であると、スラグが過剰に生成されることが抑制され、スラグ凝集性が向上する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の金属Ｔｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１７質量％未満とし、好ましくは０．１４質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下とする。
Ｔｉは、アーク安定性を向上させることができる成分であるが、Ｌｉを必須成分とする本実施形態のフラックス入りワイヤは、必ずしも金属Ｔｉを含有する必要はない。ワイヤ中の金属Ｔｉ含有量が０．１７質量％未満であると、スラグが過剰に生成されることが抑制され、スラグ凝集性が向上する。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の金属Ｔｉ含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．１７質量％未満とし、好ましくは０．１４質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下とする。
【0027】
＜スラグ造滓剤：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
スラグ造滓剤とは、フラックス中の酸化物などの化合物、弗化物、アルカリ金属化合物等を示す。本実施形態のフラックス入りワイヤは、スラグ造滓剤は必ずしも含有する必要はない。スラグ造滓剤の含有量が０．５０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。すなわち、スラグの量が所定量よりも多すぎると、上記した範囲にＭｇを制御しても本実施形態のワイヤの効果を得ることができない。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の、スラグ造滓剤の含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下、より好ましくは０．３０質量％以下とする。
スラグ造滓剤とは、フラックス中の酸化物などの化合物、弗化物、アルカリ金属化合物等を示す。本実施形態のフラックス入りワイヤは、スラグ造滓剤は必ずしも含有する必要はない。スラグ造滓剤の含有量が０．５０質量％を超えると、スラグ量が増加して、スラグ凝集性が低下する。すなわち、スラグの量が所定量よりも多すぎると、上記した範囲にＭｇを制御しても本実施形態のワイヤの効果を得ることができない。したがって、鋼製外皮及びフラックス中の、スラグ造滓剤の含有量は、ワイヤ全質量あたり、０．５０質量％以下とし、好ましくは０．４０質量％以下、より好ましくは０．３０質量％以下とする。
【0028】
なお、スラグ造滓剤は、Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物、Ｔｉ化合物、Ｓｉ化合物、Ｚｒ化合物、Ｆｅ化合物、Ａｌ化合物、Ｎａ化合物、フッ化物のうちいずれか一つ以上とされることが好ましい。上記各酸化物及びフッ化物の各含有量は、以下に示す範囲とされていることが好ましい。
【0029】
＜Ｔｉ化合物：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｔｉ化合物は例えばＴｉ酸化物であり、ＴｉＯ２換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｔｉ酸化物がＴｉＯ２換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
Ｔｉ化合物は例えばＴｉ酸化物であり、ＴｉＯ２換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｔｉ酸化物がＴｉＯ２換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
【0030】
＜Ｓｉ化合物：０．２０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｓｉ化合物は例えばＳｉ酸化物であり、ＳｉＯ２換算値で０．２０質量％以下、好ましくは０．１０質量％以下とする。Ｓｉ化合物がＳｉＯ２換算値で０．２０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
Ｓｉ化合物は例えばＳｉ酸化物であり、ＳｉＯ２換算値で０．２０質量％以下、好ましくは０．１０質量％以下とする。Ｓｉ化合物がＳｉＯ２換算値で０．２０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
【0031】
＜Ｚｒ化合物：０．２０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｚｒ化合物は例えばＺｒ酸化物であり、ＺｒＯ２換算値で０．２０質量％以下、好ましくは０．１０質量％以下とする。Ｚｒ化合物がＺｒＯ２換算値で０．２０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
Ｚｒ化合物は例えばＺｒ酸化物であり、ＺｒＯ２換算値で０．２０質量％以下、好ましくは０．１０質量％以下とする。Ｚｒ化合物がＺｒＯ２換算値で０．２０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
【0032】
＜Ｆｅ化合物：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ｆｅ化合物は例えばＦｅ酸化物であり、Ｆｅ２Ｏ３換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｆｅ化合物がＦｅ２Ｏ３換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
Ｆｅ化合物は例えばＦｅ酸化物であり、Ｆｅ２Ｏ３換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｆｅ化合物がＦｅ２Ｏ３換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
【0033】
＜Ａｌ化合物：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
Ａｌ化合物は例えばＡｌ酸化物であり、Ａｌ２Ｏ３換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ａｌ化合物がＡｌ２Ｏ３換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
Ａｌ化合物は例えばＡｌ酸化物であり、Ａｌ２Ｏ３換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ａｌ化合物がＡｌ２Ｏ３換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
【0034】
＜Ｎａ酸化物：０．５０質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態において、Ｎａ酸化物はＮａ２Ｏ換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｎａ酸化物がＮａ２Ｏ換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
本実施形態において、Ｎａ酸化物はＮａ２Ｏ換算値で０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下とする。Ｎａ酸化物がＮａ２Ｏ換算値で０．５０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
【0035】
＜フッ化物：０．３０質量％以下（０質量％を含む）＞
本実施形態において、フッ化物はＦ換算値で０．３０質量％以下、好ましくは０．２０質量％以下とする。フッ化物がＦ換算値で０．３０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
なお、Ｆ源としては、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＣｅＦ３等のアルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、希土類元素フッ化物等の金属フッ化物があり、これらを単独又は複合で用いることができる。
本実施形態において、フッ化物はＦ換算値で０．３０質量％以下、好ましくは０．２０質量％以下とする。フッ化物がＦ換算値で０．３０質量％を超えるとスラグ凝集性が低下する。
なお、Ｆ源としては、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＬｉＦ、ＣｅＦ３等のアルカリ金属フッ化物、アルカリ土類金属フッ化物、希土類元素フッ化物等の金属フッ化物があり、これらを単独又は複合で用いることができる。
【0036】
＜その他の成分＞
なお、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいては、上記した各ワイヤの成分の他、フラックス中に、その効果を妨げない範囲で、種々の金属成分やスラグ造滓剤を添加することができ、その種類や量については規制しない。例えば金属成分としては、耐食性及び機械性能の観点から、Ｃｕ、Ｖ、Ｗ、Ｎ等がワイヤ中に含有されていてもよく、その合計量としては例えば０．３０質量％未満とする。
その他、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、不可避的不純物が含まれ、不可避的不純物としては、上記したＰやＳ以外に、Ｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５等が挙げられる。
なお、本実施形態のフラックス入りワイヤにおいては、上記した各ワイヤの成分の他、フラックス中に、その効果を妨げない範囲で、種々の金属成分やスラグ造滓剤を添加することができ、その種類や量については規制しない。例えば金属成分としては、耐食性及び機械性能の観点から、Ｃｕ、Ｖ、Ｗ、Ｎ等がワイヤ中に含有されていてもよく、その合計量としては例えば０．３０質量％未満とする。
その他、本実施形態のフラックス入りワイヤの残部には、不可避的不純物が含まれ、不可避的不純物としては、上記したＰやＳ以外に、Ｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５等が挙げられる。
【0037】
＜シールドガス：Ａｒ－ＣＯ２混合ガス＞
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、Ａｒ－ＣＯ２混合ガスをシールドガスとして用いるものとする。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスを用いると、ＣＯ２ガスにより脱酸剤の酸化が抑制されて、スラグ量が減少するため、スラグ凝集性が良好となるとともに、アーク安定性も良好となる。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスの比率としては、例えば、体積％で、８０％Ａｒ－２０％ＣＯ２混合ガス等を使用することができる。
本実施形態に係るフラックス入りワイヤは、Ａｒ－ＣＯ２混合ガスをシールドガスとして用いるものとする。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスを用いると、ＣＯ２ガスにより脱酸剤の酸化が抑制されて、スラグ量が減少するため、スラグ凝集性が良好となるとともに、アーク安定性も良好となる。Ａｒ－ＣＯ２混合ガスの比率としては、例えば、体積％で、８０％Ａｒ－２０％ＣＯ２混合ガス等を使用することができる。
【0038】
また、本実施形態に係るフラックスワイヤを使用した溶接姿勢は特に限定されないが、水平すみ肉溶接で溶接する場合に特に効果を得ることができる。更に、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの鋼製外皮の厚さ、及びワイヤ径（直径）についても、特に限定されないが、ＡＷＳ又はＪＩＳ等の溶接材料規格に規定された直径のワイヤに適用することができる。
【実施例】
【0039】
以下、本発明に係る発明例及び比較例を挙げて、本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0040】
［ワイヤの製造］
ワイヤの含有成分が種々の含有量となるように、ワイヤ径が１．２ｍｍであるフラックス入りワイヤを製作した。鋼製外皮及びフラックス中の化学成分、及び、ワイヤ全質量あたりの各含有量（質量％）を、下記表１に示す。また、ワイヤ中の下記表１に示す化学成分を除く残部は不可避的不純物である。また、表１中の「－」は、該当する成分が添加されていないか、不純物レベルの含有量であることを示す。表中のスラグ造滓剤とは、表中に記載された酸化物、フッ化物のＦ換算値、Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物の合計を意味する。
ワイヤの含有成分が種々の含有量となるように、ワイヤ径が１．２ｍｍであるフラックス入りワイヤを製作した。鋼製外皮及びフラックス中の化学成分、及び、ワイヤ全質量あたりの各含有量（質量％）を、下記表１に示す。また、ワイヤ中の下記表１に示す化学成分を除く残部は不可避的不純物である。また、表１中の「－」は、該当する成分が添加されていないか、不純物レベルの含有量であることを示す。表中のスラグ造滓剤とは、表中に記載された酸化物、フッ化物のＦ換算値、Ｍｇ化合物、Ｌｉ化合物の合計を意味する。
【0041】
【表1】
【0042】
［ワイヤの評価］
＜ガスシールドアーク溶接＞
２枚の板状鋼板を使用し、一方の鋼板（横板）上に、この鋼板と垂直な方向となるように他方の鋼板を立て、本発明例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して、すみ肉部に対し下記溶接条件により、水平すみ肉溶接を実施した。
＜ガスシールドアーク溶接＞
２枚の板状鋼板を使用し、一方の鋼板（横板）上に、この鋼板と垂直な方向となるように他方の鋼板を立て、本発明例及び比較例の各フラックス入りワイヤを使用して、すみ肉部に対し下記溶接条件により、水平すみ肉溶接を実施した。
【0043】
（溶接条件）
供試鋼板：鋼板表面をグラインダにて削ったＳＭ４９０Ａ
鋼板サイズ：厚さ１２ｍｍ×幅８５ｍｍ×長さ４３０ｍｍ
溶接姿勢：水平すみ肉溶接
溶接電流：２５０～３００Ａ
溶接電圧：適正（２６～３１）Ｖ
溶接速度：５０ｃｍ／ｍｉｎ
シールドガスの種類、流量：８０％Ａｒ－２０％ＣＯ２ガス（体積％）、２５リットル／分
供試鋼板：鋼板表面をグラインダにて削ったＳＭ４９０Ａ
鋼板サイズ：厚さ１２ｍｍ×幅８５ｍｍ×長さ４３０ｍｍ
溶接姿勢：水平すみ肉溶接
溶接電流：２５０～３００Ａ
溶接電圧：適正（２６～３１）Ｖ
溶接速度：５０ｃｍ／ｍｉｎ
シールドガスの種類、流量：８０％Ａｒ－２０％ＣＯ２ガス（体積％）、２５リットル／分
【0044】
≪ビード外観≫
溶接後の溶接金属の表面におけるスラグ凝集性を観察することにより、ビード外観を評価した。スラグが適切な大きさで、きれいに凝集しているものを○（良好）とし、スラグがまだらに溶接金属表面に被着しているか、又はスラグが凝集せず、溶接金属表面を薄く覆っているものを×（不良）とした。
溶接後の溶接金属の表面におけるスラグ凝集性を観察することにより、ビード外観を評価した。スラグが適切な大きさで、きれいに凝集しているものを○（良好）とし、スラグがまだらに溶接金属表面に被着しているか、又はスラグが凝集せず、溶接金属表面を薄く覆っているものを×（不良）とした。
【0045】
≪スラグ剥離性≫
溶接金属の表面をタガネで叩き、スラグが落ちるかどうかを検査することにより、スラグ剥離性を評価した。スラグが溶接金属表面から容易に剥がれて落ちたものを○（良好）とし、スラグが剥がれ落ちなかったものを×（不良）とした。
溶接金属の表面をタガネで叩き、スラグが落ちるかどうかを検査することにより、スラグ剥離性を評価した。スラグが溶接金属表面から容易に剥がれて落ちたものを○（良好）とし、スラグが剥がれ落ちなかったものを×（不良）とした。
【0046】
≪低温靱性≫
上記ガスシールドアーク溶接により得られた溶接金属から試験片を採取し、各試験片に対して－４０℃でシャルピー衝撃試験を実施することにより、吸収エネルギーｖＥ－４０℃（Ｊ）を測定して、低温靱性を評価した。ｖＥ－４０℃が５０Ｊ以上であったものを低温靭性に優れると評価し、５０Ｊ未満であったものを低温靱性が低いと評価した。
上記ガスシールドアーク溶接により得られた溶接金属から試験片を採取し、各試験片に対して－４０℃でシャルピー衝撃試験を実施することにより、吸収エネルギーｖＥ－４０℃（Ｊ）を測定して、低温靱性を評価した。ｖＥ－４０℃が５０Ｊ以上であったものを低温靭性に優れると評価し、５０Ｊ未満であったものを低温靱性が低いと評価した。
【0047】
各試験の評価結果を、まとめて下記表２に示す。なお、低温靱性の評価結果欄における、「－」は測定していないことを示す。
【0048】
【表2】
【0049】
上記表１及び表２に示すように、本発明例Ｎｏ．１～１１は、各ワイヤ成分が本発明で規定する数値範囲内であるため、スラグの凝集性及びスラグ剥離性が良好であるとともに、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができた。
【0050】
図１は、本発明例Ｎｏ．１のワイヤを用いて溶接した溶接金属の表面を示す図面代用写真である。図１に示すように、溶接金属１の表面に均一な大きさのスラグ２がきれいに凝集しているため、スラグ剥離後のビード外観が良好なものとなった。
【0051】
一方、比較例Ｎｏ．１、２、４、５、８～１１は、ワイヤ中の全Ｍｇ含有量が本発明で規定する数値範囲の下限未満であるので、スラグ凝集性が低下してビード外観が悪くなった。特に、比較例Ｎｏ．１、４、５、８～１１は、スラグ剥離性も不良となった。
【0052】
比較例Ｎｏ．３、６及び７は、ワイヤ中の全Ｍｇ含有量が本発明で規定する数値範囲の上限を超えているので、スラグ凝集性が低下してビード外観が悪くなった。特に、比較例Ｎｏ．６及び７は、スラグ剥離性も不良となり、更に低温靱性も低下した。
【0053】
比較例Ｎｏ．１２は、ワイヤ中のスラグ造滓剤の含有量が本発明で規定する数値範囲の上限を超えており、スラグ凝集性及びスラグ剥離性が低下した。
【0054】
なお、比較例Ｎｏ．８～１０及び１２は、ワイヤ中の全Ｌｉ含有量が本発明で規定する数値範囲の下限未満であるので、アーク安定性が良好ではなかった。
【0055】
図２は、比較例Ｎｏ．１のワイヤを用いて溶接した溶接金属の表面を示す図面代用写真である。図２に示すように、溶接金属１１の表面にスラグ１２がまだらに被着しているため、スラグ剥離後のビード外観が不良となった。
【符号の説明】
【0056】
１、１１ 溶接金属
２、１２ スラグ
２、１２ スラグ
【図1】
【図2】
