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特許7448433サブマージアーク溶接用フラックス、サブマージアーク溶接方法、及びサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法
(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】2024-03-04
(45)【発行日】2024-03-12
(54)【発明の名称】サブマージアーク溶接用フラックス、サブマージアーク溶接方法、及びサブマージアーク溶接用フラックスの製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 35/362 20060101AFI20240305BHJP
B23K 9/18 20060101ALI20240305BHJP
B23K 35/40 20060101ALI20240305BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20240305BHJP
C22C 38/04 20060101ALN20240305BHJP
【ＦＩ】
B23K35/362 310B
B23K9/18 G
B23K35/40 C
C22C38/00 301A
C22C38/04
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020117993
(22)【出願日】2020-07-08
(65)【公開番号】P2021045786
(43)【公開日】2021-03-25
【審査請求日】2022-11-01
(31)【優先権主張番号】P 2019166576
(32)【優先日】2019-09-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】加納 覚
【審査官】鈴木 毅
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１２５５６８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－０９４３５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１８２０２５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－１６１８２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１２６６８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１９８３４４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／３６２
Ｂ２３Ｋ ９／１８
Ｂ２３Ｋ ３５／４０
Ｃ２２Ｃ ３８／００ － ３８／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
サブマージアーク溶接に用いるフラックスであって、フッ化物と、Ｍｎを含む酸化物と、Ｃａを含む酸化物と、炭酸塩と、を含み、
前記酸化物は、融点が１８００℃以上である高融点酸化物を含み、
フラックス全質量に対する含有量は、
ＭｎのＭｎＯ換算値が２～８質量％、
ＣＯ２が０．５質量％以上、かつ
前記ＭｎＯ換算値、ＦのＣａＦ２換算値、ＣａのＣａＯ換算値及び前記ＣＯ２が、１．６≦｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝の関係を満たし、
前記酸化物の合計の含有量に対する、前記高融点酸化物の合計の含有量の割合（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）が０．５６以上である、サブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項2】
前記高融点酸化物は、ＭｇＯ及びＴｉＯ２の少なくとも一方を含み、フラックス全質量に対する含有量は、
ＭｇのＭｇＯ換算値が２５質量％以下、かつ
ＴｉのＴｉＯ２換算値が９質量％以下であり、
前記高融点酸化物の合計の含有量に対する、前記ＭｇＯ換算値及び前記ＴｉＯ２換算値の合計の含有量の割合｛（ＭｇＯ換算値＋ＴｉＯ２換算値）／高融点酸化物の合計の含有量｝が０．４３０以上である、請求項１に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項3】
フラックス全質量に対する、前記高融点酸化物の含有量は、前記ＣａＯ換算値が１０質量％以下、
ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値が２５質量％以下、かつ
前記ＭｇＯ換算値、前記ＴｉＯ２換算値、前記ＣａＯ換算値及び前記Ａｌ２Ｏ３換算値が、３０≦（ＭｇＯ換算値＋０．６７ＴｉＯ２換算値＋０．９２ＣａＯ換算値＋０．７４Ａｌ２Ｏ３換算値）≦５０の関係を満たす、請求項２に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項4】
フラックス全質量に対する、融点が１８００℃未満である酸化物の含有量は、ＳｉのＳｉＯ２換算値が２０質量％以下、
ＦｅのＦｅＯ換算値が５質量％以下、
ＢのＢ２Ｏ３換算値が１質量％以下、かつ
アルカリ金属元素のアルカリ金属酸化物換算値が５．０質量％以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項5】
前記アルカリ金属酸化物換算値が、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物に換算した値である、請求項４に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項6】
フラックス全質量に対する含有量は、前記ＣａＦ２換算値が２０質量％以上、かつ
前記ＣＯ２が６．０質量％以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載のサブマージアーク溶接用フラックス。
【請求項7】
フラックスを用いてアーク溶接を行うサブマージアーク溶接方法であって、前記フラックスは、
フッ化物と、Ｍｎを含む酸化物と、Ｃａを含む酸化物と、炭酸塩と、を含み、
前記酸化物は、融点が１８００℃以上である高融点酸化物を含み、
フラックス全質量に対する含有量は、
ＭｎのＭｎＯ換算値が２～８質量％、
ＣＯ２が０．５質量％以上、かつ
前記ＭｎＯ換算値、ＦのＣａＦ２換算値、ＣａのＣａＯ換算値及び前記ＣＯ２が、１．６≦｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝の関係を満たし、
前記酸化物の合計の含有量に対する、前記高融点酸化物の合計の含有量の割合（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）が０．５６以上であるものを用いる、サブマージアーク溶接方法。
【請求項8】
被溶接材は、開先がＵ開先又はＶ開先の加工がなされ、開先角度が１０～６０°である、請求項７に記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項9】
サブマージアーク溶接に用いるフラックスの製造方法であって、原料由来の造粒物を４００～９５０℃で焼成する工程を含み、
前記焼成する工程後のフラックスは、
フッ化物と、Ｍｎを含む酸化物と、Ｃａを含む酸化物と、炭酸塩と、を含み、
前記酸化物は、融点が１８００℃以上である高融点酸化物を含み、
フラックス全質量に対する含有量は、
ＭｎのＭｎＯ換算値が２～８質量％、
ＣＯ２が０．５質量％以上、かつ
前記ＭｎＯ換算値、ＦのＣａＦ２換算値、ＣａのＣａＯ換算値及び前記ＣＯ２が、１．６≦｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝の関係を満たし、
前記酸化物の合計の含有量に対する、前記高融点酸化物の合計の含有量の割合（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）が０．５６以上である、サブマージアーク溶接用フラックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、サブマージアーク溶接に用いられるフラックスに関し、より詳しくは、溶接作業性、中でもスラグ剥離性に優れたサブマージアーク溶接用フラックスに関する。また、前記フラックスを用いたサブマージアーク溶接方法及び前記フラックスの製造方法にも関する。
【背景技術】
【0002】
サブマージアーク溶接とは、粒状のフラックスを予め溶接部に沿って散布し、そのフラックス内に溶接ワイヤを連続的に供給し、フラックスに覆われた状態で、被溶接材と溶接ワイヤの先端との間でアークを発生させて溶接を行う方法である。
【0003】
サブマージアーク溶接における溶接作業性の改善を目的として、様々な検討が行われている。
例えば、特許文献１及び２には、フラックスを構成する成分の含有量を特定すると共に、ＭｇＯ含有量と、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＦ２換算値及びＴｉＯ２の総含有量との比を特定の範囲にすることにより、溶接電流が交流式及び直流式のいずれであっても、溶接作業性が良好となることが開示されている。さらに、特許文献１及び２には、溶接金属中の拡散性水素量を低減できることも開示され、特許文献２ではフラックスの吸湿量を低減できることが開示されている。
例えば、特許文献１及び２には、フラックスを構成する成分の含有量を特定すると共に、ＭｇＯ含有量と、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＦ２換算値及びＴｉＯ２の総含有量との比を特定の範囲にすることにより、溶接電流が交流式及び直流式のいずれであっても、溶接作業性が良好となることが開示されている。さらに、特許文献１及び２には、溶接金属中の拡散性水素量を低減できることも開示され、特許文献２ではフラックスの吸湿量を低減できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－１１２６３３号公報
【文献】特開２０１６－１４０８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、狭開先溶接等、特に施工困難な溶接においては、ビードが凸形状になりやすく、特に止端部のスラグ剥離性を確保することが困難であった。
【0006】
これに対し、本発明者はＭｎなる元素に着目し、Ｍｎを添加するほどスラグ剥離性が向上することを見出した。一方で、Ｍｎの添加により鉄粒突起物（以下、単に「鉄粒」と称する。）やポックマークの発生が誘発され、溶接作業性のひとつであるビード外観又は表面欠陥といった点で課題が残る。
【0007】
本発明は上記した状況に鑑みてなされたものであり、施工条件を問わず、鉄粒やポックマーク等の表面欠陥の発生を抑制しつつ、スラグ剥離性に優れたサブマージアーク溶接用フラックス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】
本発明の一態様に係るフラックスは、サブマージアーク溶接に用いられ、フッ化物と、Ｍｎを含む酸化物と、Ｃａを含む酸化物と、を含み、前記酸化物は、融点が１８００℃以上である高融点酸化物を含み、フラックス全質量に対する含有量は、ＭｎのＭｎＯ換算値が２～８質量％、かつ前記ＭｎＯ換算値、ＦのＣａＦ２換算値、ＣａのＣａＯ換算値及びＣＯ２が、１．６≦｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝の関係を満たし、前記酸化物の合計の含有量に対する、前記高融点酸化物の合計の含有量の割合（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）が０．５６以上である、サブマージアーク溶接用フラックスである。
【0009】
上記サブマージアーク溶接用フラックスにおいて、前記高融点酸化物は、ＭｇＯ及びＴｉＯ２の少なくとも一方を含み、フラックス全質量に対する含有量は、ＭｇのＭｇＯ換算値が２５質量％以下、かつＴｉのＴｉＯ２換算値が９質量％以下であり、前記高融点酸化物の合計の含有量に対する、前記ＭｇＯ換算値及び前記ＴｉＯ２換算値の合計の含有量の割合｛（ＭｇＯ換算値＋ＴｉＯ２換算値）／高融点酸化物の合計の含有量｝が０．４３０以上であってもよい。
上記サブマージアーク溶接用フラックスにおいて更に、フラックス全質量に対する、前記高融点酸化物の含有量は、前記ＣａＯ換算値が１０質量％以下、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値が２５質量％以下、かつ前記ＭｇＯ換算値、前記ＴｉＯ２換算値、前記ＣａＯ換算値及び前記Ａｌ２Ｏ３換算値が、３０≦（ＭｇＯ換算値＋０．６７ＴｉＯ２換算値＋０．９２ＣａＯ換算値＋０．７４Ａｌ２Ｏ３換算値）≦５０の関係を満たしてもよい。
上記サブマージアーク溶接用フラックスにおいて更に、フラックス全質量に対する、前記高融点酸化物の含有量は、前記ＣａＯ換算値が１０質量％以下、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値が２５質量％以下、かつ前記ＭｇＯ換算値、前記ＴｉＯ２換算値、前記ＣａＯ換算値及び前記Ａｌ２Ｏ３換算値が、３０≦（ＭｇＯ換算値＋０．６７ＴｉＯ２換算値＋０．９２ＣａＯ換算値＋０．７４Ａｌ２Ｏ３換算値）≦５０の関係を満たしてもよい。
【0010】
上記サブマージアーク溶接用フラックスにおいて、フラックス全質量に対する、融点が１８００℃未満である酸化物の含有量は、ＳｉのＳｉＯ２換算値が２０質量％以下、ＦｅのＦｅＯ換算値が５質量％以下、ＢのＢ２Ｏ３換算値が１質量％以下、かつアルカリ金属元素のアルカリ金属酸化物換算値が５．０質量％以下であってもよい。
上記サブマージアーク溶接用フラックスにおいて更に、前記アルカリ金属酸化物換算値が、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物に換算した値であってもよい。
上記サブマージアーク溶接用フラックスにおいて更に、前記アルカリ金属酸化物換算値が、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物に換算した値であってもよい。
【0011】
上記サブマージアーク溶接用フラックスにおいて、フラックス全質量に対する含有量は、前記ＣａＦ２換算値が２０質量％以上、かつ前記ＣＯ２が６．０質量％以下であっても
よい。
よい。
【0012】
本発明の一態様に係る溶接方法は、フラックスを用いてアーク溶接を行うサブマージアーク溶接方法であって、前記フラックスは、フッ化物と、Ｍｎを含む酸化物と、Ｃａを含む酸化物と、を含み、前記酸化物は、融点が１８００℃以上である高融点酸化物を含み、フラックス全質量に対する含有量は、ＭｎのＭｎＯ換算値が２～８質量％、かつ前記ＭｎＯ換算値、ＦのＣａＦ２換算値、ＣａのＣａＯ換算値及びＣＯ２が、１．６≦｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝の関係を満たし、前記酸化物の合計の含有量に対する、前記高融点酸化物の合計の含有量の割合（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）が０．５６以上であるものを用いる。
上記サブマージアーク溶接方法において、被溶接材は、開先がＵ開先又はＶ開先の加工がなされ、開先角度が１０～６０°であってもよい。
上記サブマージアーク溶接方法において、被溶接材は、開先がＵ開先又はＶ開先の加工がなされ、開先角度が１０～６０°であってもよい。
【0013】
本発明の一態様に係るフラックスの製造方法は、サブマージアーク溶接に用いるフラックスの製造方法であって、原料由来の造粒物を４００～９５０℃で焼成する工程を含み、前記焼成する工程後のフラックスは、フッ化物と、Ｍｎを含む酸化物と、Ｃａを含む酸化物と、を含み、前記酸化物は、融点が１８００℃以上である高融点酸化物を含み、フラックス全質量に対する含有量は、ＭｎのＭｎＯ換算値が２～８質量％、かつ前記ＭｎＯ換算値、ＦのＣａＦ２換算値、ＣａのＣａＯ換算値及びＣＯ２が、１．６≦｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝の関係を満たし、前記酸化物の合計の含有量に対する、前記高融点酸化物の合計の含有量の割合（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）が０．５６以上である、サブマージアーク溶接用フラックスの製造方法である。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、鉄粒やポックマークの発生を抑制しつつ、スラグ剥離性に優れたサブマージアーク溶接用フラックスを提供することができる。かかるフラックスを用いてサブマージアーク溶接を行うことにより、施工条件を問わず、優れたスラグ剥離性と、表面欠陥の少ない良好なビード外観とを両立することができる。
【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（本実施形態）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。
【0016】
＜フラックス＞
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用フラックス（以下、単に「フラックス」と称することがある。）は、フッ化物と、Ｍｎを含む酸化物と、Ｃａを含む酸化物と、を含み、酸化物は、融点が１８００℃以上である高融点酸化物を含む。
フラックス全質量に対する含有量は、ＭｎのＭｎＯ換算値が２～８質量％、かつ前記ＭｎＯ換算値、ＦのＣａＦ２換算値、ＣａのＣａＯ換算値及びＣＯ２が、１．６≦｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝の関係を満たす。また、酸化物の合計の含有量に対する、高融点酸化物の合計の含有量の割合（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）は０．５６以上である。
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用フラックス（以下、単に「フラックス」と称することがある。）は、フッ化物と、Ｍｎを含む酸化物と、Ｃａを含む酸化物と、を含み、酸化物は、融点が１８００℃以上である高融点酸化物を含む。
フラックス全質量に対する含有量は、ＭｎのＭｎＯ換算値が２～８質量％、かつ前記ＭｎＯ換算値、ＦのＣａＦ２換算値、ＣａのＣａＯ換算値及びＣＯ２が、１．６≦｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝の関係を満たす。また、酸化物の合計の含有量に対する、高融点酸化物の合計の含有量の割合（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）は０．５６以上である。
【0017】
高融点酸化物としては、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＢａＯ等が挙げられる。
上記に加え、フラックスは融点が１８００℃未満である酸化物も含むことができ、例えば、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、アルカリ金属酸化物等が挙げられる。
上記に加え、フラックスは融点が１８００℃未満である酸化物も含むことができ、例えば、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、アルカリ金属酸化物等が挙げられる。
【0018】
以下、本実施形態に係るフラックスにおける各成分の含有量について説明する。なお、本実施形態における含有量とは、特に説明がない限り、フラックス全質量に対する質量％を意味する。また、フラックスを構成する各成分の一部は、分析で得られた各元素量を、ＪＩＳ Ｚ ３３５２：２０１７等に基づいて、酸化物又はフッ化物に換算した換算値を含有量とする。そのため、フラックス全質量に対する各成分の含有量の合計は、１００質量％を超える場合がある。
【0019】
［ＭｎのＭｎＯ換算値：２～８質量％］
ＭｎＯ換算値は、フラックスの全Ｍｎ量を、ＭｎＯに換算した値である。測定される全Ｍｎ量には、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３などのＭｎＯ以外の成分が含まれることがあるが、これらの成分はほぼ同様の効果を有するため、全ＭｎのＭｎＯ換算値が前述した範囲内であればよい。
ＭｎＯは、スラグの粘性及び凝固温度に影響を与え、スラグ剥離性の向上に有効な必須の成分である。ＭｎＯ、ＭｎＯ２及びＭｎ２Ｏ３などの酸化物の形態の中でも、特にＭｎＯまたはＭｎＯ２の形態で添加すると、その有用性が発揮される。
このように、ＭｎＯの含有量が多いほどスラグ剥離性が向上する。一方で、ＭｎＯの含有量を多くすると、鉄粒やポックマークが発生しやすくなることが分かった。
ＭｎＯ換算値は、フラックスの全Ｍｎ量を、ＭｎＯに換算した値である。測定される全Ｍｎ量には、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３などのＭｎＯ以外の成分が含まれることがあるが、これらの成分はほぼ同様の効果を有するため、全ＭｎのＭｎＯ換算値が前述した範囲内であればよい。
ＭｎＯは、スラグの粘性及び凝固温度に影響を与え、スラグ剥離性の向上に有効な必須の成分である。ＭｎＯ、ＭｎＯ２及びＭｎ２Ｏ３などの酸化物の形態の中でも、特にＭｎＯまたはＭｎＯ２の形態で添加すると、その有用性が発揮される。
このように、ＭｎＯの含有量が多いほどスラグ剥離性が向上する。一方で、ＭｎＯの含有量を多くすると、鉄粒やポックマークが発生しやすくなることが分かった。
【0020】
鉄粒の発生メカニズムは以下のように考えられる。まず、フラックス中の鉄粉が溶融スラグ中で凝集して大きな金属粒となって沈降する。その際にビード表面が溶融状態であれば金属粒はそのまま溶接金属となるが、ビード表面が凝固状態であれば金属粒はビード表面に付着して鉄粒となる。
すなわち、溶融状態にあるスラグ中を金属粒が沈降する際に、ビード表面が溶融状態であれば鉄粒の発生を抑制することができる。ビード表面を溶融状態とするためには、スラグの凝固温度を高くする方法が挙げられる。
これに対し、ＭｎＯの融点は１７８５℃程度であり高融点酸化物ではない。そのため、ＭｎＯの含有量を多くし過ぎると、鉄粒が発生しやすくなるものと考えられる。
すなわち、溶融状態にあるスラグ中を金属粒が沈降する際に、ビード表面が溶融状態であれば鉄粒の発生を抑制することができる。ビード表面を溶融状態とするためには、スラグの凝固温度を高くする方法が挙げられる。
これに対し、ＭｎＯの融点は１７８５℃程度であり高融点酸化物ではない。そのため、ＭｎＯの含有量を多くし過ぎると、鉄粒が発生しやすくなるものと考えられる。
【0021】
一方、スラグの凝固温度を高くし過ぎると、発生した気泡が逃げにくくなることでポックマークが発生しやすくなるものと推測される。この他に、スラグ中の水分量が多い場合にも、ポックマークは発生しやすい。
その他、吸湿性もポックマークの発生の一因となり得るものと推測され、ＭｎＯは吸湿性が高いことから、ＭｎＯの含有量を多くし過ぎると、ポックマークが発生しやすくなるものと考えられる。
その他、吸湿性もポックマークの発生の一因となり得るものと推測され、ＭｎＯは吸湿性が高いことから、ＭｎＯの含有量を多くし過ぎると、ポックマークが発生しやすくなるものと考えられる。
【0022】
上記理由により、本実施形態におけるＭｎのＭｎＯ換算値での含有量は２質量％以上であり、２．５質量％以上が好ましく、３質量％以上がより好ましい。また、ＭｎＯ換算値は８質量％以下であり、７．５質量％以下が好ましく、７質量％以下がより好ましい。
【0023】
［ＦのＣａＦ２換算値］
ＣａＦ２換算値は、フラックスの全Ｆ量を、ＣａＦ２に換算した値である。測定される全Ｆ量には、ＡｌＦ３やＭｇＦ２などのＣａＦ２以外のフッ化物が含まれることがあるが、形態を問わず、フッ化物として、ＣａＦ２とほぼ同様の効果を有するため、全Ｆ量のＣａＦ２換算値が前述した範囲内であればよい。
フッ化物は、ポックマーク発生の抑制やスラグの電気伝導性や流動性を高める成分である。なお、流動性に係る作用については、後述するＣａＯと同様、その存在量に比例するものであって、スラグの高温粘性に影響を与える成分の１つである。
ＣａＦ２換算値は、フラックスの全Ｆ量を、ＣａＦ２に換算した値である。測定される全Ｆ量には、ＡｌＦ３やＭｇＦ２などのＣａＦ２以外のフッ化物が含まれることがあるが、形態を問わず、フッ化物として、ＣａＦ２とほぼ同様の効果を有するため、全Ｆ量のＣａＦ２換算値が前述した範囲内であればよい。
フッ化物は、ポックマーク発生の抑制やスラグの電気伝導性や流動性を高める成分である。なお、流動性に係る作用については、後述するＣａＯと同様、その存在量に比例するものであって、スラグの高温粘性に影響を与える成分の１つである。
【0024】
本実施形態におけるＦのＣａＦ２換算値での含有量は、溶融スラグからのガスの排出促進により、ポックマークの発生を抑制する点から、２０質量％以上が好ましく、２５質量％以上がより好ましく、２７質量％以上がさらに好ましい。一方、多すぎるとスラグの流動性が高くなりすぎて、ビード形状が劣化する。そのため、ＣａＦ２換算値は３５質量％以下が好ましく、３３質量％以下がより好ましい。
【0025】
［ＭｇのＭｇＯ換算値］
ＭｇＯ換算値は、フラックスの全Ｍｇ量を、ＭｇＯに換算した値である。
ＭｇＯは融点が２８００℃である高融点酸化物であり、スラグ剥離性の向上に大きく寄与する。かかる効果を得るために、ＭｇのＭｇＯ換算値での含有量は１５質量％以上が好ましく、１６質量％以上がより好ましく、１７質量％以上がさらに好ましい。一方、多すぎるとビード形状が劣化し、スラグ巻込み、融合不良等が起こりやすく、さらにはアンダーカット等の結果も発生しやすくなる。また、スラグの凝固温度が高くなり過ぎてポックマークが発生しやすくなるおそれがある。そのため、ＭｇＯ換算値は２５質量％以下が好ましく、２４質量％以下がより好ましく、２３質量％以下がさらに好ましい。
ＭｇＯ換算値は、フラックスの全Ｍｇ量を、ＭｇＯに換算した値である。
ＭｇＯは融点が２８００℃である高融点酸化物であり、スラグ剥離性の向上に大きく寄与する。かかる効果を得るために、ＭｇのＭｇＯ換算値での含有量は１５質量％以上が好ましく、１６質量％以上がより好ましく、１７質量％以上がさらに好ましい。一方、多すぎるとビード形状が劣化し、スラグ巻込み、融合不良等が起こりやすく、さらにはアンダーカット等の結果も発生しやすくなる。また、スラグの凝固温度が高くなり過ぎてポックマークが発生しやすくなるおそれがある。そのため、ＭｇＯ換算値は２５質量％以下が好ましく、２４質量％以下がより好ましく、２３質量％以下がさらに好ましい。
【0026】
［ＴｉのＴｉＯ２換算値］
ＴｉＯ２換算値は、フラックスの全Ｔｉ量を、ＴｉＯ２に換算した値である。
ＴｉＯ２は融点が１８７０℃である高融点酸化物であり、スラグ剥離性の向上に有効な成分であると同時に、適正量の添加によりビード外観を良好に整える効果も有する。また、ＴｉＯ２の一部は、溶接時の還元反応によりＴｉとなって溶接金属中へも添加され、靱性の向上にも寄与する。かかる効果を得るために、ＴｉのＴｉＯ２換算値での含有量は、０超えであることが好ましく、０．１質量％以上がより好ましく、０．２質量％以上がさらに好ましい。一方、多すぎると、ビード形状が劣化したり、スラグの凝固温度が高くなり過ぎてポックマークが発生しやすくなるおそれがある。そのため、ＴｉＯ２換算値は、９質量％以下が好ましく、４質量％以下がより好ましく、３．５質量％以下がさらに好ましい。
ＴｉＯ２換算値は、フラックスの全Ｔｉ量を、ＴｉＯ２に換算した値である。
ＴｉＯ２は融点が１８７０℃である高融点酸化物であり、スラグ剥離性の向上に有効な成分であると同時に、適正量の添加によりビード外観を良好に整える効果も有する。また、ＴｉＯ２の一部は、溶接時の還元反応によりＴｉとなって溶接金属中へも添加され、靱性の向上にも寄与する。かかる効果を得るために、ＴｉのＴｉＯ２換算値での含有量は、０超えであることが好ましく、０．１質量％以上がより好ましく、０．２質量％以上がさらに好ましい。一方、多すぎると、ビード形状が劣化したり、スラグの凝固温度が高くなり過ぎてポックマークが発生しやすくなるおそれがある。そのため、ＴｉＯ２換算値は、９質量％以下が好ましく、４質量％以下がより好ましく、３．５質量％以下がさらに好ましい。
【0027】
［ＣａのＣａＯ換算値］
ＣａＯ換算値は、フラックスの全Ｃａ量から、全Ｆ量から換算されるＣａＦ２換算値に含まれるＣａ量を差し引いたＣａ量をＣａＯに換算した値である。
ＣａＯは融点が２５７２℃である高融点酸化物であり、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高め、スラグの流動性にも影響を与える成分である。この作用は、その存在量に比例するものであって、ＣａのＣａＯ換算値での含有量の下限は特に限定されないが、例えば０．５質量％以上が好ましい。一方、ＣａＯが多すぎると溶融スラグの流動性が過大になってビード外観及びビード形状が悪化するおそれがある。また、ＣａＯはＭｎＯと同様に吸湿性が高いことから、ＣａＯ含有量が多すぎると、ポックマークが発生しやすくなるおそれもある。そのため、ＣａＯ換算値は、１０質量％以下が好ましく、９．５質量％以下がより好ましく、９質量％以下がさらに好ましい。
ＣａＯ換算値は、フラックスの全Ｃａ量から、全Ｆ量から換算されるＣａＦ２換算値に含まれるＣａ量を差し引いたＣａ量をＣａＯに換算した値である。
ＣａＯは融点が２５７２℃である高融点酸化物であり、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高め、スラグの流動性にも影響を与える成分である。この作用は、その存在量に比例するものであって、ＣａのＣａＯ換算値での含有量の下限は特に限定されないが、例えば０．５質量％以上が好ましい。一方、ＣａＯが多すぎると溶融スラグの流動性が過大になってビード外観及びビード形状が悪化するおそれがある。また、ＣａＯはＭｎＯと同様に吸湿性が高いことから、ＣａＯ含有量が多すぎると、ポックマークが発生しやすくなるおそれもある。そのため、ＣａＯ換算値は、１０質量％以下が好ましく、９．５質量％以下がより好ましく、９質量％以下がさらに好ましい。
【0028】
［ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値］
Ａｌ２Ｏ３換算値は、フラックスの全Ａｌ量を、Ａｌ２Ｏ３に換算した値である。
Ａｌ２Ｏ３は融点が２０７２℃である高融点酸化物であり、スラグの粘性及び融点を調整する成分であり、スラグの凝固温度を高くし、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。かかる効果を得るために、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値での含有量は１０質量％以上が好ましく、１２質量％以上がより好ましく、１５質量％以上がさらに好ましい。一方、多すぎるとスラグの融点が上昇しすぎて溶接時にビード形状の劣化を招くおそれがある。そのため、Ａｌ２Ｏ３換算値は２５質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３換算値は、フラックスの全Ａｌ量を、Ａｌ２Ｏ３に換算した値である。
Ａｌ２Ｏ３は融点が２０７２℃である高融点酸化物であり、スラグの粘性及び融点を調整する成分であり、スラグの凝固温度を高くし、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。かかる効果を得るために、ＡｌのＡｌ２Ｏ３換算値での含有量は１０質量％以上が好ましく、１２質量％以上がより好ましく、１５質量％以上がさらに好ましい。一方、多すぎるとスラグの融点が上昇しすぎて溶接時にビード形状の劣化を招くおそれがある。そのため、Ａｌ２Ｏ３換算値は２５質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましい。
【0029】
［ＺｒのＺｒＯ２換算値］
ＺｒＯ２換算値は、フラックスの全Ｚｒ量をＺｒＯ２に換算した値である。
ＺｒＯ２は融点が２７１５℃である高融点酸化物であって、スラグの粘性及び融点を調整する成分であり、スラグの凝固温度を高くし、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。この作用は、その存在量に比例するものであって、任意の成分であり、ＺｒのＺｒＯ２換算値での含有量の下限は特に限定されないが、有用な作用を付与したい場合は、例えば０．５質量％以上が好ましい。一方、ＺｒＯ２が多すぎると溶融スラグの融点が過大になってビード外観及びビード形状が悪化するおそれがある。そのため、ＺｒＯ２換算値は、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましい。
ＺｒＯ２換算値は、フラックスの全Ｚｒ量をＺｒＯ２に換算した値である。
ＺｒＯ２は融点が２７１５℃である高融点酸化物であって、スラグの粘性及び融点を調整する成分であり、スラグの凝固温度を高くし、溶接時のビード形状を良好にする効果がある。この作用は、その存在量に比例するものであって、任意の成分であり、ＺｒのＺｒＯ２換算値での含有量の下限は特に限定されないが、有用な作用を付与したい場合は、例えば０．５質量％以上が好ましい。一方、ＺｒＯ２が多すぎると溶融スラグの融点が過大になってビード外観及びビード形状が悪化するおそれがある。そのため、ＺｒＯ２換算値は、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましい。
【0030】
［ＢａのＢａＯ換算値］
ＢａＯ換算値は、フラックスの全Ｂａ量をＢａＯに換算した値である。
ＢａＯは融点が１９２３℃である高融点酸化物であり、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高め、スラグの流動性にも影響を与える成分である。この作用は、その存在量に比例するものであって、任意の成分であり、ＢａのＢａＯ換算値での含有量の下限は特に限定されないが、有用な作用を付与したい場合は、例えば０．５質量％以上が好ましい。一方、ＢａＯが多すぎると溶融スラグの流動性が過大になってビード外観及びビード形状が悪化するおそれがある。そのため、ＢａＯ換算値は、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましい。
ＢａＯ換算値は、フラックスの全Ｂａ量をＢａＯに換算した値である。
ＢａＯは融点が１９２３℃である高融点酸化物であり、スラグの塩基度を高めて溶接金属の清浄度を高め、スラグの流動性にも影響を与える成分である。この作用は、その存在量に比例するものであって、任意の成分であり、ＢａのＢａＯ換算値での含有量の下限は特に限定されないが、有用な作用を付与したい場合は、例えば０．５質量％以上が好ましい。一方、ＢａＯが多すぎると溶融スラグの流動性が過大になってビード外観及びビード形状が悪化するおそれがある。そのため、ＢａＯ換算値は、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましい。
【0031】
［高融点酸化物］
本実施形態に係るフラックスは融点が１８００℃以上の高融点酸化物を含むものである。高融点酸化物の中でも特にＭｇＯ及びＴｉＯ２の割合が大きいほどスラグ剥離性が良好となる。そのため、｛（ＭｇＯ換算値＋ＴｉＯ２換算値）／高融点酸化物の合計の含有量｝で表される、高融点酸化物の合計の含有量に対する、ＭｇＯ換算値及びＴｉＯ２換算値の合計の含有量の割合は、０．４３０以上が好ましく、０．４５０以上がより好ましい。一方、かかる割合が高すぎると過剰な凝固点に寄与することから、かかる割合は０．６００以下が好ましく、０．５４５以下がより好ましい。
本実施形態に係るフラックスは融点が１８００℃以上の高融点酸化物を含むものである。高融点酸化物の中でも特にＭｇＯ及びＴｉＯ２の割合が大きいほどスラグ剥離性が良好となる。そのため、｛（ＭｇＯ換算値＋ＴｉＯ２換算値）／高融点酸化物の合計の含有量｝で表される、高融点酸化物の合計の含有量に対する、ＭｇＯ換算値及びＴｉＯ２換算値の合計の含有量の割合は、０．４３０以上が好ましく、０．４５０以上がより好ましい。一方、かかる割合が高すぎると過剰な凝固点に寄与することから、かかる割合は０．６００以下が好ましく、０．５４５以下がより好ましい。
【0032】
高融点酸化物の合計の含有量を意味するＭｇＯ換算値、ＴｉＯ２換算値、ＣａＯ換算値及びＡｌ２Ｏ３換算値の合計の含有量は、少なすぎると鉄粒が発生しやすくなる。また、フラックスにＺｒＯ２またはＢａＯが含まれる場合には、ＺｒのＺｒＯ２換算値及びＢａのＢａＯ換算値での含有量も、前記高融点酸化物の合計の含有量に含まれる。
一方、合計の含有量が多すぎるとスラグの凝固温度が高くなり過ぎてポックマークが発生しやすくなる。そのため、これらの含有量は、（ＭｇＯ換算値＋０．６７ＴｉＯ２換算値＋０．９２ＣａＯ換算値＋０．７４Ａｌ２Ｏ３換算値）なる式で表される値が３０以上が好ましく、３２以上がより好ましい。また、かかる値は５０以下が好ましく、４５以下がより好ましい。
前記式において各高融点酸化物の含有量に掛けられている各係数は、ＭｇＯの融点２８００℃を基準とした融点の比を用いて重みづけされた係数である。例えば、ＴｉＯ２換算値にかけられた係数０．６７とは、ＴｉＯ２の融点１８７０℃をＭｇＯの融点２８００℃で除することで算出された値である。
一方、合計の含有量が多すぎるとスラグの凝固温度が高くなり過ぎてポックマークが発生しやすくなる。そのため、これらの含有量は、（ＭｇＯ換算値＋０．６７ＴｉＯ２換算値＋０．９２ＣａＯ換算値＋０．７４Ａｌ２Ｏ３換算値）なる式で表される値が３０以上が好ましく、３２以上がより好ましい。また、かかる値は５０以下が好ましく、４５以下がより好ましい。
前記式において各高融点酸化物の含有量に掛けられている各係数は、ＭｇＯの融点２８００℃を基準とした融点の比を用いて重みづけされた係数である。例えば、ＴｉＯ２換算値にかけられた係数０．６７とは、ＴｉＯ２の融点１８７０℃をＭｇＯの融点２８００℃で除することで算出された値である。
【0033】
（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）で表される、全酸化物の合計の含有量に対する、融点が１８００℃以上である高融点酸化物の合計の含有量の割合は、０．５６以上である。かかる割合を０．５６以上とすることにより、スラグ凝固温度を高くし、鉄粒の発生を抑制することができる。また、上限は特に限定されないが、かかる割合を０．８０以下にすることで、スラグ凝固温度が必要以上に高くなることを防ぎ、ポックマークの発生を好適に抑制することができる。
（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）で表される値は０．５７以上が好ましい。また、かかる値は０．７５以下が好ましい。
（高融点酸化物の合計の含有量／酸化物の合計の含有量）で表される値は０．５７以上が好ましい。また、かかる値は０．７５以下が好ましい。
【0034】
なお、酸化物の合計の含有量とは、融点が１８００℃以上の高融点酸化物を形成する元素の酸化物換算値と、融点が１８００℃未満の酸化物を形成する元素の酸化物換算値との総和を意味する。融点が１８００℃未満の酸化物としては、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｂ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物等が挙げられる。
【0035】
［ＳｉのＳｉＯ２換算値］
ＳｉＯ２換算値は、フラックスの全Ｓｉ量を、ＳｉＯ２に換算した値である。
ＳｉＯ２は、溶融スラグに適度な粘性を与えることによって、主にビード外観及びビード形状を良好に整える成分である。かかる効果を得るために、ＳｉのＳｉＯ２換算値の含有量は８質量％以上が好ましく、１１質量％以上がより好ましい。一方、多すぎるとスラグの粘性が過剰になって、スラグ剥離性の悪化を招き、かつ、スラグの焼付きが激しくなるおそれがある。そのため、ＳｉＯ２換算値は２０質量％以下が好ましく、１９質量％以下がより好ましく、１７質量％以下がさらにより好ましい。
また、ＳｉＯ２は合金由来のＳｉＯ２と、鉱物及び水ガラス由来のＳｉＯ２とがあるが、Ｆｅ－Ｓｉ等の合金由来から換算されたＳｉＯ２換算値は良好な機械的性能確保の点から４質量％以下が好ましく、鉱物由来及び水ガラスのＳｉＯ２換算値の合計はスラグ剥離性の点から１６質量％以下が好ましい。
ＳｉＯ２換算値は、フラックスの全Ｓｉ量を、ＳｉＯ２に換算した値である。
ＳｉＯ２は、溶融スラグに適度な粘性を与えることによって、主にビード外観及びビード形状を良好に整える成分である。かかる効果を得るために、ＳｉのＳｉＯ２換算値の含有量は８質量％以上が好ましく、１１質量％以上がより好ましい。一方、多すぎるとスラグの粘性が過剰になって、スラグ剥離性の悪化を招き、かつ、スラグの焼付きが激しくなるおそれがある。そのため、ＳｉＯ２換算値は２０質量％以下が好ましく、１９質量％以下がより好ましく、１７質量％以下がさらにより好ましい。
また、ＳｉＯ２は合金由来のＳｉＯ２と、鉱物及び水ガラス由来のＳｉＯ２とがあるが、Ｆｅ－Ｓｉ等の合金由来から換算されたＳｉＯ２換算値は良好な機械的性能確保の点から４質量％以下が好ましく、鉱物由来及び水ガラスのＳｉＯ２換算値の合計はスラグ剥離性の点から１６質量％以下が好ましい。
【0036】
［ＦｅのＦｅＯ換算値］
ＦｅＯ換算値は、フラックスの全Ｆｅ量を、ＦｅＯに換算した値である。測定される全Ｆｅ量には、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４などの、金属粉として添加されるＦｅ以外の成分が含まれることがあるが、全Ｆｅ量のＦｅＯ換算値が前述した範囲内であればよい。金属粉として添加されるＦｅの一例としてＦｅ－Ｓｉが挙げられ、主に溶接金属の脱酸現象を促進する効果を有する。
ＦｅＯは、耐ポックマーク性を高める効果がある。この作用はその存在量に比例するものであって、ＦｅのＦｅＯ換算値は、下限は特に限定されないが、例えば０．５質量％以上が好ましい。一方、多すぎるとスラグの凝固温度へ影響を与え、ビード外観、ビード形状及びスラグ剥離性が劣化するおそれがある。そのため、ＦｅＯ換算値は５質量％以下が好ましく、４質量％以下がより好ましい。
ＦｅＯ換算値は、フラックスの全Ｆｅ量を、ＦｅＯに換算した値である。測定される全Ｆｅ量には、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４などの、金属粉として添加されるＦｅ以外の成分が含まれることがあるが、全Ｆｅ量のＦｅＯ換算値が前述した範囲内であればよい。金属粉として添加されるＦｅの一例としてＦｅ－Ｓｉが挙げられ、主に溶接金属の脱酸現象を促進する効果を有する。
ＦｅＯは、耐ポックマーク性を高める効果がある。この作用はその存在量に比例するものであって、ＦｅのＦｅＯ換算値は、下限は特に限定されないが、例えば０．５質量％以上が好ましい。一方、多すぎるとスラグの凝固温度へ影響を与え、ビード外観、ビード形状及びスラグ剥離性が劣化するおそれがある。そのため、ＦｅＯ換算値は５質量％以下が好ましく、４質量％以下がより好ましい。
【0037】
［ＢのＢ２Ｏ３換算値］
Ｂ２Ｏ３換算値は、フラックスの全Ｂ量を、Ｂ２Ｏ３換算に換算した値である。
Ｂ２Ｏ３は、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する。Ｂを含む場合には、ＢのＢ２Ｏ３換算値の含有量は０．１質量％以上が好ましい。一方、多すぎると溶融金属を硬化させて靱性がかえって低下することから、Ｂ２Ｏ３換算値は１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましい。
Ｂ２Ｏ３換算値は、フラックスの全Ｂ量を、Ｂ２Ｏ３換算に換算した値である。
Ｂ２Ｏ３は、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する。Ｂを含む場合には、ＢのＢ２Ｏ３換算値の含有量は０．１質量％以上が好ましい。一方、多すぎると溶融金属を硬化させて靱性がかえって低下することから、Ｂ２Ｏ３換算値は１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましい。
【0038】
［アルカリ金属元素のアルカリ金属酸化物換算値］
アルカリ金属元素は、主に溶接時のアーク安定性とフラックスの吸湿特性に影響を与える成分であり、この作用はその存在量に比例する。任意の元素であり、アルカリ金属元素のアルカリ金属酸化物換算値の合計量は、その下限は特に限定されないが、有用な作用を付与したい場合は１質量％以上が好ましい。一方、アルカリ金属酸化物換算値の合計量が過剰になるとフラックスの吸湿特性が劣化するとともに、アークが強くなり過ぎて不安定となり、ビード外観及びビード形状が劣化するおそれがある。そのため、アルカリ金属酸化物換算値合計量は５．０質量％以下が好ましく、４．５質量％以下がより好ましい。
アルカリ金属元素は、主に溶接時のアーク安定性とフラックスの吸湿特性に影響を与える成分であり、この作用はその存在量に比例する。任意の元素であり、アルカリ金属元素のアルカリ金属酸化物換算値の合計量は、その下限は特に限定されないが、有用な作用を付与したい場合は１質量％以上が好ましい。一方、アルカリ金属酸化物換算値の合計量が過剰になるとフラックスの吸湿特性が劣化するとともに、アークが強くなり過ぎて不安定となり、ビード外観及びビード形状が劣化するおそれがある。そのため、アルカリ金属酸化物換算値合計量は５．０質量％以下が好ましく、４．５質量％以下がより好ましい。
【0039】
アルカリ金属元素としてはＮａ、Ｋ及びＬｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含むことが好ましく、Ｎａを含む場合にはＮａ２Ｏ換算値、Ｋを含む場合にはＫ２Ｏ換算値、Ｌｉを含む場合にはＬｉ２Ｏ換算値で、それぞれ含有量が規定される。すなわち、アルカリ金属酸化物換算値が、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物に換算した値であることが好ましい。
Ｎａ２Ｏ換算値、Ｋ２Ｏ換算値及びＬｉ２Ｏ換算値はいずれも、ＪＩＳ Ｍ ８８５２：１９９８に準拠して得たフラックスの結合剤（バインダ）由来を含む全Ｎａ、Ｋ又はＬｉ量を、それぞれＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ又はＬｉ２Ｏで換算した値である。測定される全Ｎａ、Ｋ又はＬｉ量には、ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８、ＫＡｌＳｉ３Ｏ８又はＬｉＡｌＳｉ３Ｏ８等が含まれることがあるが、同様の効果を有するため、Ｎａ２Ｏ換算値、Ｋ２Ｏ換算値及びＬｉ２Ｏ換算値の合計量が前述した範囲内であればよい。
Ｎａ２Ｏ換算値、Ｋ２Ｏ換算値及びＬｉ２Ｏ換算値はいずれも、ＪＩＳ Ｍ ８８５２：１９９８に準拠して得たフラックスの結合剤（バインダ）由来を含む全Ｎａ、Ｋ又はＬｉ量を、それぞれＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ又はＬｉ２Ｏで換算した値である。測定される全Ｎａ、Ｋ又はＬｉ量には、ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８、ＫＡｌＳｉ３Ｏ８又はＬｉＡｌＳｉ３Ｏ８等が含まれることがあるが、同様の効果を有するため、Ｎａ２Ｏ換算値、Ｋ２Ｏ換算値及びＬｉ２Ｏ換算値の合計量が前述した範囲内であればよい。
【0040】
上記のうち、さらに、Ｎａ及びＫの少なくとも一方の元素を含むことがより好ましい。この場合のＮａ２Ｏ換算値及びＫ２Ｏ換算値の合計量は、１質量％以上が好ましく、また、５．０質量％以下が好ましく、４．５質量％以下がより好ましい。
【0041】
［ＣＯ２］
ＣＯ２は主にＣａＣＯ３やＢａＣＯ３等の炭酸塩に由来する成分であり、溶接時に炭酸塩が分解して発生するＣＯ２ガスを示す。ＣＯ２ガスは、溶接部を外気からシールドすると共に、Ｈ２ガスやＮ２ガス等の不純物ガスの分圧を低下させるため、溶接金属中への侵入防止に有効な成分であり、この作用はその存在量に比例する。任意の成分であり、ＣＯ２の含有量の下限は特に限定されないが、有用な作用を付与したい場合は０．５質量％以上が好ましい。一方、多すぎるとポックマークの発生の原因となり、耐ポックマーク性が劣化するおそれがある。そのため、ＣＯ２含有量は６．０質量％以下が好ましく、５．０質量％以下がより好ましく、４．５質量％以下がさらにより好ましい。
ＣＯ２は主にＣａＣＯ３やＢａＣＯ３等の炭酸塩に由来する成分であり、溶接時に炭酸塩が分解して発生するＣＯ２ガスを示す。ＣＯ２ガスは、溶接部を外気からシールドすると共に、Ｈ２ガスやＮ２ガス等の不純物ガスの分圧を低下させるため、溶接金属中への侵入防止に有効な成分であり、この作用はその存在量に比例する。任意の成分であり、ＣＯ２の含有量の下限は特に限定されないが、有用な作用を付与したい場合は０．５質量％以上が好ましい。一方、多すぎるとポックマークの発生の原因となり、耐ポックマーク性が劣化するおそれがある。そのため、ＣＯ２含有量は６．０質量％以下が好ましく、５．０質量％以下がより好ましく、４．５質量％以下がさらにより好ましい。
【0042】
［その他の成分］
本実施形態に係るフラックスにおける上記以外の成分は、Ｐ及びＳ等の不可避的不純物であり、溶接品質に影響するため、Ｐ及びＳはそれぞれ０．０５質量％以下に規制することが好ましい。
また、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の元素を含んでもよい。その他の元素としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＶやＣ等が挙げられる。これらその他の元素は、合計で５．０質量％以下であることが好ましい。
すなわち、不可避的不純物及びその他の元素を除いた、上記成分の合計は通常、９０質量％以上であり、９５質量％以上が好ましい。
本実施形態に係るフラックスにおける上記以外の成分は、Ｐ及びＳ等の不可避的不純物であり、溶接品質に影響するため、Ｐ及びＳはそれぞれ０．０５質量％以下に規制することが好ましい。
また、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の元素を含んでもよい。その他の元素としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＶやＣ等が挙げられる。これらその他の元素は、合計で５．０質量％以下であることが好ましい。
すなわち、不可避的不純物及びその他の元素を除いた、上記成分の合計は通常、９０質量％以上であり、９５質量％以上が好ましい。
【0043】
［ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）］
本実施形態に係るフラックスにおいて、ＭｎＯ換算値で表されるＭｎはスラグ剥離性を向上する成分である一方で、その吸湿性によりポックマークの発生を誘発する。同様に、ＣａＯ及びＣＯ２もポックマークの発生を誘発する傾向のある成分である。一方、ＣａＦ２換算値で規定されるフッ化物は、ポックマークの発生を抑制する成分である。
そこで、｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝で表される含有量の比を１．６以上とすることにより、ポックマークの発生が好適に抑制される。
かかる比は１．８以上が好ましい。一方、値が高すぎると、スラグの流動性が高くなりすぎてビード形状が劣化するおそれがあることから、その値は９．０以下が好ましく、７．０以下がさらに好ましい。
本実施形態に係るフラックスにおいて、ＭｎＯ換算値で表されるＭｎはスラグ剥離性を向上する成分である一方で、その吸湿性によりポックマークの発生を誘発する。同様に、ＣａＯ及びＣＯ２もポックマークの発生を誘発する傾向のある成分である。一方、ＣａＦ２換算値で規定されるフッ化物は、ポックマークの発生を抑制する成分である。
そこで、｛ＣａＦ２換算値／（ＭｎＯ換算値＋ＣａＯ換算値＋ＣＯ２）｝で表される含有量の比を１．６以上とすることにより、ポックマークの発生が好適に抑制される。
かかる比は１．８以上が好ましい。一方、値が高すぎると、スラグの流動性が高くなりすぎてビード形状が劣化するおそれがあることから、その値は９．０以下が好ましく、７．０以下がさらに好ましい。
【0044】
本実施形態に係るフラックスは、原料由来の造粒物が４００～９５０℃で焼成された高温焼成型フラックスであることが好ましい。
【0045】
＜フラックスの製造方法＞
本実施形態に係るフラックスを製造する場合は、例えば、前記＜フラックス＞に記載した組成となるように原料粉を配合して結合剤と共に混練する工程、次いで造粒する工程、得られた原料由来の造粒物を焼成する工程をこの順に含む。
混練する工程における結合剤（バインダ）としては、例えば、ポリビニルアルコールや水ガラスを使用することができる。
造粒する工程における造粒法は、特に限定されるものではないが、転動式造粒機や押し出し式造粒機などを用いる方法が好ましい。
本実施形態に係るフラックスを製造する場合は、例えば、前記＜フラックス＞に記載した組成となるように原料粉を配合して結合剤と共に混練する工程、次いで造粒する工程、得られた原料由来の造粒物を焼成する工程をこの順に含む。
混練する工程における結合剤（バインダ）としては、例えば、ポリビニルアルコールや水ガラスを使用することができる。
造粒する工程における造粒法は、特に限定されるものではないが、転動式造粒機や押し出し式造粒機などを用いる方法が好ましい。
【0046】
造粒されたフラックスは、ダスト除去及び粗大粒の解砕などの整粒処理を行い、粒子径を２．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
造粒後の焼成は、ロータリーキルン、定置式バッチ炉及びベルト式焼成炉などで行うことができる。その際の焼成温度は、フラックスの吸湿特性の観点から、４００～９５０℃とすることが好ましく、４５０℃以上がより好ましい。
造粒後の焼成は、ロータリーキルン、定置式バッチ炉及びベルト式焼成炉などで行うことができる。その際の焼成温度は、フラックスの吸湿特性の観点から、４００～９５０℃とすることが好ましく、４５０℃以上がより好ましい。
【0047】
上記で得られた本実施形態に係るフラックスは、各成分の含有量を特定の範囲にしているため、鉄粒やポックマークの発生を抑制しつつ、スラグ剥離性にも優れる。
【0048】
なお、本実施形態のフラックスの成分組成は、高温焼成型フラックスとして好適であるものの、溶融型フラックスとして適用することを何ら排除するものではない。
【0049】
＜フラックスを用いた溶接方法＞
本実施形態に係る溶接方法は、前記＜フラックス＞に記載した組成範囲を満たすフラックスを用いてアーク溶接を行うサブマージアーク溶接方法である。
かかる溶接方法は、施工困難な溶接の一つである開先溶接、特に狭開先溶接に非常に有用である。すなわち、母材やワークと称される被溶接材の開先の形状は特に限定されないが、Ｕ開先又はＶ開先の加工がなされたものであることがより好ましい。
本実施形態に係る溶接方法は、前記＜フラックス＞に記載した組成範囲を満たすフラックスを用いてアーク溶接を行うサブマージアーク溶接方法である。
かかる溶接方法は、施工困難な溶接の一つである開先溶接、特に狭開先溶接に非常に有用である。すなわち、母材やワークと称される被溶接材の開先の形状は特に限定されないが、Ｕ開先又はＶ開先の加工がなされたものであることがより好ましい。
【0050】
被溶接材がＵ開先又はＶ開先の加工がなされたＵ形開先又はＶ形開先である場合、その開先角度は１０°以上が好ましく、１５°以上がより好ましい。また、開先角度は９０°以下が好ましく、６０°以下がより好ましく、２０°以下がよりさらに好ましい。
【0051】
開先深さは、被溶接材の溶け落ち防止の観点から２０ｍｍ以下が好ましく、１５ｍｍ以下がより好ましい。
Ｕ形開先においては、Ｕ開先のルート半径は、溶接欠陥防止の観点からＲ２以上が好ましく、Ｒ５以上がより好ましい。また、ルート半径は、溶接効率の点から、Ｒ１０以下が好ましく、Ｒ８以下がより好ましい。ルート半径とは、ＪＩＳ Ｚ ３００１－１：２０１８にて定義されている溶接用語である。
Ｕ形開先においては、Ｕ開先のルート半径は、溶接欠陥防止の観点からＲ２以上が好ましく、Ｒ５以上がより好ましい。また、ルート半径は、溶接効率の点から、Ｒ１０以下が好ましく、Ｒ８以下がより好ましい。ルート半径とは、ＪＩＳ Ｚ ３００１－１：２０１８にて定義されている溶接用語である。
【実施例】
【0052】
以下、試験例を挙げて、本発明の内容について具体的に説明する。
表１及び表２に記載の組成となるように原料を配合し、結合剤である水ガラスと共に混練した後、造粒し、１５０～２５０℃（実体温度）で予備乾燥後、さらにロータリーキルンを用いて４５０～５５０℃（実体温度）℃で焼成、粒度調整することにより、試験例１～１８にかかるフラックスを作製した。なお、試験例１～１９にかかるフラックスが実施例、試験例２０～２９にかかるフラックスが比較例である。
また、表１において、ＣＯ２における「－」なる表記は、０．５質量％以下を意味し、ＢのＢ２Ｏ３換算値における「－」なる表記は、０．１質量％以下を意味する。
表１及び表２に記載の組成となるように原料を配合し、結合剤である水ガラスと共に混練した後、造粒し、１５０～２５０℃（実体温度）で予備乾燥後、さらにロータリーキルンを用いて４５０～５５０℃（実体温度）℃で焼成、粒度調整することにより、試験例１～１８にかかるフラックスを作製した。なお、試験例１～１９にかかるフラックスが実施例、試験例２０～２９にかかるフラックスが比較例である。
また、表１において、ＣＯ２における「－」なる表記は、０．５質量％以下を意味し、ＢのＢ２Ｏ３換算値における「－」なる表記は、０．１質量％以下を意味する。
【0053】
表中、各成分の数値は含有量を意味し、フラックス全質量に対する質量％表示である。「Ｒ」とはアルカリ金属元素を意味するが、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ以外のアルカリ金属元素はいずれの試験例にも含まれていない。「ＲＯ換算値」とはアルカリ金属元素のアルカリ金属酸化物換算値の合計の含有量を意味するが、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ以外のアルカリ金属元素はいずれの試験例にも含まれていないため、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物に換算した値の合計を意味する。「高融点酸化物」とは融点が１８００℃以上である高融点酸化物を形成する元素の酸化物換算値での合計の含有量を意味し、本実施例ではＺｒＯ２及びＢａＯは含まれないため、ＭｇＯ換算値、ＴｉＯ２換算値、ＣａＯ換算値及びＡｌ２Ｏ３換算値の合計量である。「低融点酸化物」とは融点が１８００℃未満である酸化物を形成する元素の酸化物換算値での合計の含有量を意味する。しかしながら、Ｆｅ２Ｏ３やＦｅ３Ｏ４が含まれる場合であっても、全Ｆｅ量をＦｅＯ換算し、ＭｎＯ２やＭｎ２Ｏ３が含まれる場合であっても、全Ｍｎ量をＭｎＯ換算する。そのため、「低融点酸化物」とは、ＭｎＯ換算値、ＳｉＯ２換算値、ＦｅＯ換算値、Ｂ２Ｏ３換算値及びアルカリ金属酸化物換算値の合計量を意味する。「酸化物」の合計とは、前記高融点酸化物と低融点酸化物の合計を意味するが、例えば試験例１１のように合計が高融点酸化物と低融点酸化物に記載された含有量の和からずれているのは、有効数字によるものである。同様に、例えば試験例１のように、「ＳｉのＳｉＯ２換算値」の合計が合金由来と鉱物由来に記載された含有量の和からずれているのは、有効数字によるものである。全成分の含有量の総和が１００質量％を超える場合があるが、これは、分析により得られた各元素量の全量を、酸化物又はフッ化物に換算した換算値を含有量としているためである。
【0054】
得られたフラックスを用いて、鋼板を被溶接材としたサブマージアーク溶接を行った。被溶接材、溶接に用いたワイヤ及び溶接条件は下記に示すとおりである。
【0055】
［被溶接材］
鋼板：Ｃ ０．１６質量％、Ｓｉ ０．３０質量％、Ｍｎ １．３０質量％、Ｐ ０．００７質量％、Ｓ ０．００１質量％、残部 Ｆｅ及び不可避的不純物
板厚：２５ｍｍ
開先深さ：１５ｍｍ
ルートギャップ：０ｍｍ
開先形状：Ｕ形開先
開先角度：１６°
ルート半径：Ｒ８
［ワイヤ］
ワイヤの種類：ＪＩＳ Ｚ ３３５１：２０１２ ＹＳ－Ｓ６に準拠
ワイヤ径：４．０ｍｍ
［溶接条件］
溶接電流：６５０Ａ
溶接電圧：３０Ｖ
溶着速度：６５ｃｍ／分
積層方法：１層１パス
鋼板：Ｃ ０．１６質量％、Ｓｉ ０．３０質量％、Ｍｎ １．３０質量％、Ｐ ０．００７質量％、Ｓ ０．００１質量％、残部 Ｆｅ及び不可避的不純物
板厚：２５ｍｍ
開先深さ：１５ｍｍ
ルートギャップ：０ｍｍ
開先形状：Ｕ形開先
開先角度：１６°
ルート半径：Ｒ８
［ワイヤ］
ワイヤの種類：ＪＩＳ Ｚ ３３５１：２０１２ ＹＳ－Ｓ６に準拠
ワイヤ径：４．０ｍｍ
［溶接条件］
溶接電流：６５０Ａ
溶接電圧：３０Ｖ
溶着速度：６５ｃｍ／分
積層方法：１層１パス
【0056】
各フラックスを用いたサブマージアーク溶接について、スラグ剥離性、並びに、鉄粒及びポックマークの発生率について評価を行った。
各評価方法及び評価基準は以下のとおりである。総合評価としては、スラグ剥離性、鉄粒及びポックマークの各評価結果のうち、どれか１項目でも不合格となった場合、フラックスとして適用範囲外であり不合格と判断される。
各評価方法及び評価基準は以下のとおりである。総合評価としては、スラグ剥離性、鉄粒及びポックマークの各評価結果のうち、どれか１項目でも不合格となった場合、フラックスとして適用範囲外であり不合格と判断される。
【0057】
＜スラグ剥離性＞
スラグ剥離性は、スラグ除去の容易さについて、下記のとおり評価するが、Ａ及びＢが合格であり、Ｃが不合格である。結果を表２の「スラグ剥離」に示す。
Ａ：溶接直後に溶接スラグが自然剥離する。
Ｂ：ハンマー等の治具でスラグを叩くと溶接スラグが剥離する。
Ｃ：ハンマー等の治具でスラグを叩いても溶接スラグが剥離せず、ビード上に溶接スラグの焼き付きが残る。
スラグ剥離性は、スラグ除去の容易さについて、下記のとおり評価するが、Ａ及びＢが合格であり、Ｃが不合格である。結果を表２の「スラグ剥離」に示す。
Ａ：溶接直後に溶接スラグが自然剥離する。
Ｂ：ハンマー等の治具でスラグを叩くと溶接スラグが剥離する。
Ｃ：ハンマー等の治具でスラグを叩いても溶接スラグが剥離せず、ビード上に溶接スラグの焼き付きが残る。
【0058】
＜鉄粒の発生率＞
ビード表面における鉄粒の発生を目視により確認した。発生率について、下記のとおり評価するが、Ａ及びＢが合格であり、Ｃ及びＤが不合格である。結果を表２の「鉄粒」に示す。
Ａ：ビード表面に鉄粒の発生がない。
Ｂ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりの鉄粒発生数が１個又は２個である。
Ｃ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりの鉄粒発生数が３個以上９個以下である。
Ｄ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりの鉄粒発生数が１０個以上である。
ビード表面における鉄粒の発生を目視により確認した。発生率について、下記のとおり評価するが、Ａ及びＢが合格であり、Ｃ及びＤが不合格である。結果を表２の「鉄粒」に示す。
Ａ：ビード表面に鉄粒の発生がない。
Ｂ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりの鉄粒発生数が１個又は２個である。
Ｃ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりの鉄粒発生数が３個以上９個以下である。
Ｄ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりの鉄粒発生数が１０個以上である。
【0059】
＜ポックマークの発生率＞
ビード表面におけるポックマークの発生を目視により確認した。発生率について、下記のとおり評価するが、Ａ～Ｃが合格であり、Ｄが不合格である。結果を表２の「ポックマーク」に示す。
Ａ：ビード表面にポックマークの発生がない。
Ｂ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりのポックマーク発生数が１個又は２個である。
Ｃ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりのポックマーク発生数が３個以上５個以下である。
Ｄ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりのポックマーク発生数が６個以上である。
ビード表面におけるポックマークの発生を目視により確認した。発生率について、下記のとおり評価するが、Ａ～Ｃが合格であり、Ｄが不合格である。結果を表２の「ポックマーク」に示す。
Ａ：ビード表面にポックマークの発生がない。
Ｂ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりのポックマーク発生数が１個又は２個である。
Ｃ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりのポックマーク発生数が３個以上５個以下である。
Ｄ：ビード表面における溶接長７５０ｍｍあたりのポックマーク発生数が６個以上である。
【0060】
【表1】
【0061】
【表2】
【0062】
表２に示されるように、実施例である試験例１～１９にかかるフラックスは、スラグ剥離性に優れ、かつ鉄粒やポックマークの発生率が低かった。
特に、試験例１～６、１０～１２、１４～１６については、スラグ剥離性、鉄粒及びポックマークの評価のうち２項目以上がＡの評価結果となり、サブマージアーク溶接に用いるフラックスとして非常に良好であった。
特に、試験例１～６、１０～１２、１４～１６については、スラグ剥離性、鉄粒及びポックマークの評価のうち２項目以上がＡの評価結果となり、サブマージアーク溶接に用いるフラックスとして非常に良好であった。
【0063】
以上の結果から、本発明に係るフラックスをサブマージアーク溶接に用いることにより、狭開先溶接等の施工困難な溶接においても、優れたスラグ剥離性と、表面欠陥の少ない良好なビード外観とを両立できることが確認された。