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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】2024-10-31
(45)【発行日】2024-11-11
(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 20060101AFI20241101BHJP
B23K 35/30 20060101ALI20241101BHJP
【ＦＩ】
B23K35/365 E
B23K35/30 330A
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2021041843
(22)【出願日】2021-03-15
(65)【公開番号】P2022141504
(43)【公開日】2022-09-29
【審査請求日】2023-06-05
(73)【特許権者】
【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】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】渡部 雅大
(72)【発明者】
【氏名】高橋 将
(72)【発明者】
【氏名】三浦 瑠太
(72)【発明者】
【氏名】小松 実紗子
【審査官】小川 武
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５９－１０７７９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１８１５２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１１４５１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０７８８１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－０５３３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１５２３９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／３６５
Ｂ２３Ｋ ３５／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼心線と、前記鋼心線を被覆する被覆剤とを含み、溶接棒全質量に対する前記被覆剤の質量割合が２５％以上３５％以下であり、
前記被覆剤が、被覆剤全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０１～０．２０％、
金属炭酸塩の合計：３２～５２％、
金属弗化物の合計：４～１４％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計：３～１０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計：８～２２％、
Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計：０．５～３．０％、
Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５～３．０％、
金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計：２．０～６．０％、
金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計：３．０～６．０％、
Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計：０．０５～０．２５％、並びに
Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計：１．０～３．５％、を含み、残部は、塗装剤、Ｆｅ及び不純物からなる、低水素系被覆アーク溶接棒。
【請求項2】
前記被覆剤が、前記被覆剤を構成する成分の一部に替えて、前記被覆剤全質量に対する質量％で、下記（Ａ）及び（Ｂ）の一方又は両方を含む請求項１に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。（Ａ）金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計：３．０％以下
（Ｂ）金属Ｔｉ及びＴｉ合金のＴｉ換算値の合計：２．５％以下
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、低水素系被覆アーク溶接棒に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、建築、橋梁及び船舶などの溶接構造物の大型化に伴って４９０ＭＰａ級高張力鋼以上の鋼板が使用されており、使用環境が低温であるパイプラインや海洋構造物は溶接金属の低温靭性向上の要求が高まっている。
【0003】
金属炭酸塩及び金属弗化物を主成分とする低水素系被覆アーク溶接棒は、イルミナイト系被覆アーク溶接棒や高酸化チタン系被覆アーク溶接棒等の非低水素系被覆アーク溶接棒に比べて全姿勢における初層の裏波溶接が容易でかつガス発生剤によるＣＯ２ガスで溶融池がシールドされ、機械的性能が優れ、溶着金属中の拡散性水素量が少なく耐割れ性に優れることから鋼パイプの円周溶接等の全姿勢での初層の裏波溶接にも多く用いられている。
裏波溶接用の低水素系被覆アーク溶接棒は、裏波ビードを形成させるために、通常の低水素系溶接棒に比べて被覆剤中のＳｉＯ２含有量が多い。しかし、ＳｉＯ２は溶融スラグの塩基度を低くするので、溶接金属中に比較的多くの酸化物が残留し、溶接金属の靭性が低下する傾向がある。
裏波溶接用の低水素系被覆アーク溶接棒は、裏波ビードを形成させるために、通常の低水素系溶接棒に比べて被覆剤中のＳｉＯ２含有量が多い。しかし、ＳｉＯ２は溶融スラグの塩基度を低くするので、溶接金属中に比較的多くの酸化物が残留し、溶接金属の靭性が低下する傾向がある。
【0004】
靭性の良好な溶接金属が得られる低水素系被覆アーク溶接棒として、例えば、特許文献１には、被覆剤のＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＢ量を適量とすることで、溶接金属の靭性を確保する低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。
また、特許文献２には、Ｎｉを適量含有させると、靭性が改善する低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。
さらに、特許文献３には、心線に含有するＮ量を５０ｐｐｍ以下、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂ量を適量にすることで、脱酸やフェライト組織の強靭化を促し、溶接金属の低温靭性を確保する低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。
また、特許文献２には、Ｎｉを適量含有させると、靭性が改善する低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。
さらに、特許文献３には、心線に含有するＮ量を５０ｐｐｍ以下、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂ量を適量にすることで、脱酸やフェライト組織の強靭化を促し、溶接金属の低温靭性を確保する低水素系被覆アーク溶接棒が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１６－２０３２５３号公報
【文献】特開平４－３６７３９３号公報
【文献】特開昭６３－１４４８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載された低水素系被覆アーク溶接棒は、Ｓｉ、Ｍｎで溶接金属の酸素量を低減、Ｎｉ、Ｔｉ及びＢでミクロ組織を細粒化して低温靭性が改善する反面、溶融スラグの流動性が悪くなり、溶接姿勢によっては裏波溶接のビード形状が乱れやすくなる。また、Ｎｉは高価であり、溶接棒のコスト上昇が避けられない。
特許文献２に記載された低水素系被覆アーク溶接棒は、特許文献１の低水素系被覆アーク溶接棒と同様に金属Ｎｉを含有させるため、溶接棒のコストが上昇する。また、Ｎｉ粉の粒度構成によっては溶接棒の被覆剤が乾燥時に割れやすい。
特許文献３に記載された低水素系被覆アーク溶接棒は、ＣａＯを含まないのでアークが不安定となり、特に交流電源を用いたときにアーク切れが発生しやすくなる。また、特許文献３に記載された溶接棒もＮｉを含有するため、コストが上昇する。
特許文献２に記載された低水素系被覆アーク溶接棒は、特許文献１の低水素系被覆アーク溶接棒と同様に金属Ｎｉを含有させるため、溶接棒のコストが上昇する。また、Ｎｉ粉の粒度構成によっては溶接棒の被覆剤が乾燥時に割れやすい。
特許文献３に記載された低水素系被覆アーク溶接棒は、ＣａＯを含まないのでアークが不安定となり、特に交流電源を用いたときにアーク切れが発生しやすくなる。また、特許文献３に記載された溶接棒もＮｉを含有するため、コストが上昇する。
【0007】
本開示は、交流電源及び直流電源のどちらの電源を用いて鋼パイプの円周溶接等の全姿勢で裏波溶接をする場合においても、－４０℃の低温で靭性が良好な溶接金属が得られ、低電流でもアークが安定し、良好な裏波溶接ビード形状が得られるなど溶接作業性にも優れ、Ｎｉを含まない低水素系被覆アーク溶接棒を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するための本開示の要旨は、以下の通りである。
＜１＞ 鋼心線と、前記鋼心線を被覆する被覆剤とを含み、
溶接棒全質量に対する前記被覆剤の質量割合が２５％以上３５％以下であり、
前記被覆剤が、被覆剤全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０１～０．２０％、
金属炭酸塩の合計：３２～５２％、
金属弗化物の合計：４～１４％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計：３～１０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計：８～２２％、
Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計：０．５～３．０％、
Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５～３．０％、
金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計：２．０～６．０％、
金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計：３．０～６．０％、
Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計：０．０５～０．２５％、並びに
Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計：１．０～３．５％、を含み、残部は、塗装剤、Ｆｅ及び不純物からなる、低水素系被覆アーク溶接棒。
＜２＞ 前記被覆剤が、前記被覆剤を構成する成分の一部に替えて、被覆剤全質量に対する質量％で、下記（Ａ）及び（Ｂ）の一方又は両方を含む＜１＞に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
（Ａ）金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計：３．０％以下
（Ｂ）金属Ｔｉ及びＴｉ合金のＴｉ換算値の合計：２．５％以下
＜１＞ 鋼心線と、前記鋼心線を被覆する被覆剤とを含み、
溶接棒全質量に対する前記被覆剤の質量割合が２５％以上３５％以下であり、
前記被覆剤が、被覆剤全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０１～０．２０％、
金属炭酸塩の合計：３２～５２％、
金属弗化物の合計：４～１４％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計：３～１０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計：８～２２％、
Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計：０．５～３．０％、
Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５～３．０％、
金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計：２．０～６．０％、
金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計：３．０～６．０％、
Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計：０．０５～０．２５％、並びに
Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計：１．０～３．５％、を含み、残部は、塗装剤、Ｆｅ及び不純物からなる、低水素系被覆アーク溶接棒。
＜２＞ 前記被覆剤が、前記被覆剤を構成する成分の一部に替えて、被覆剤全質量に対する質量％で、下記（Ａ）及び（Ｂ）の一方又は両方を含む＜１＞に記載の低水素系被覆アーク溶接棒。
（Ａ）金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計：３．０％以下
（Ｂ）金属Ｔｉ及びＴｉ合金のＴｉ換算値の合計：２．５％以下
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、交流電源及び直流電源のどちらの電源を用いて鋼パイプの円周溶接等の全姿勢で裏波溶接をする場合においても、－４０℃の低温で靭性が良好な溶接金属が得られ、低電流でもアークが安定し、良好な裏波溶接ビード形状が得られるなど溶接作業性にも優れ、Ｎｉを含まない低水素系被覆アーク溶接棒が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の一例である実施形態について説明する。
なお、本明細書中において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されていない場合は、これらの数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「～」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これらの数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、実施例に示されている値に置き換えてもよい。また、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよく、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
含有量について、「％」は特に断りのない限り「質量％」を意味する。
また、含有量（％）について下限値を限定せずに「～％以下」として上限値のみを限定している場合は、０％超～上限値の範囲内で含み得ることを意味する。
なお、本明細書中において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されていない場合は、これらの数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「～」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これらの数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、実施例に示されている値に置き換えてもよい。また、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよく、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
含有量について、「％」は特に断りのない限り「質量％」を意味する。
また、含有量（％）について下限値を限定せずに「～％以下」として上限値のみを限定している場合は、０％超～上限値の範囲内で含み得ることを意味する。
【0012】
本発明者らは、低水素系被覆アーク溶接棒の溶接金属の低温靭性の改善について鋭意研究した結果、Ｂ合金及びＢ酸化物を被覆剤中に含有させることによって溶接金属の低温靭性を改善できることを見出し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。以下に詳述する。
【0013】
通常、低水素系被覆アーク溶接棒は、低温で良好な溶接金属を確保する目的として、Ｓｉ、Ｍｎや強脱酸剤であるＡｌ及びＭｇ等を含有している。この中でもＭｎは溶接金属中に固溶することで、炭素当量が増加して、フェライトの結晶粒を細かくし、靭性向上に寄与する。そこで、本発明者らは被覆剤中のＭｎ含有量を段階的に増加していくことで、溶接金属中に歩留まるＭｎが増加して低温靭性向上が図れるか検討したところ、低温靭性の向上効果は見られず、むしろ再熱部では低下するという結果が得られた。溶接金属の再熱部の劣化要因の一つとして、島状マルテンサイトが挙げられる。Ｍｎ添加の場合においても少なからず島状マルテンサイト生成に影響を与えたことで低温靭性の改善には至らなかった。また、被覆剤中のＭｎ含有量が増加することで、溶融スラグの融点が低下して、裏波溶接ビード形状が乱れ、スラグ剥離性が劣化しやすくなる。
【0014】
本発明者らは、低温靭性に有効な合金元素について検討した結果、Ｂ合金及びＢ酸化物の含有量を適量とすることで、溶接金属組織のアシキュラーフェライト生成が促進され、結晶粒が微細化し、低温靭性を向上できることを突き止めた。また、Ｂ合金及びＢ酸化物の含有量は少量であるため、裏波溶接作業性に大きな影響を与えることがなく、良好な溶接作業性を維持できた。前述に加えて、Ｓｉ、Ｍｎの脱酸剤以外にＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉの強脱酸剤を適量添加することで、さらに低温靭性を向上できることを突き止めた。
【0015】
溶接作業性に関しては、アーク吹付け及びアーク安定性はＣ、Ｔｉ酸化物、Ｃａ酸化物、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物を適量添加することで良好になることを見出した。また、スラグ被包性及びスラグ剥離性は、金属弗化物、Ｓｉ酸化物を適量添加することで、ビード形状はＴｉ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物を適量添加することで良好になることを突き止めた。
【0016】
また、ブローホール等の溶接欠陥は、金属炭酸塩や金属弗化物、脱酸剤であるＳｉ及びＭｎを適量添加することで、溶融池内の酸素と反応して十分に脱酸できるので、溶接欠陥を防止できることを見出した。
【0017】
＜低水素系被覆アーク溶接棒＞
本開示に係る低水素系被覆アーク溶接棒（本開示において「被覆アーク溶接棒」又は単に「溶接棒」などと称する場合がある。）は、鋼心線と、鋼心線を被覆する被覆剤とを含んで構成されている。
本開示に係る低水素系被覆アーク溶接棒（本開示において「被覆アーク溶接棒」又は単に「溶接棒」などと称する場合がある。）は、鋼心線と、鋼心線を被覆する被覆剤とを含んで構成されている。
【0018】
（鋼心線）
鋼心線は、公知の低水素系被覆アーク溶接棒に使用される鋼心線を用いることができる。例えば、ＪＩＳ Ｇ ３５０３：２００６に規定されるＳＷＲＹ１１の線材から製造した心線を用いることが好ましい。
鋼心線は、公知の低水素系被覆アーク溶接棒に使用される鋼心線を用いることができる。例えば、ＪＩＳ Ｇ ３５０３：２００６に規定されるＳＷＲＹ１１の線材から製造した心線を用いることが好ましい。
【0019】
（被覆剤）
鋼心線の外周面を被覆する被覆剤は、被覆剤全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０１～０．２０％、
金属炭酸塩の合計：３２～５２％、
金属弗化物の合計：４～１４％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計：３～１０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計：８～２２％、
Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計：０．５～３．０％、
Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５～３．０％、
金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計：２．０～６．０％、
金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計：３．０～６．０％、
Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計：０．０５～０．２５％、並びに
Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計：１．０～３．５％、を含み、残部は、塗装剤、Ｆｅ及び不純物からなる。
以下、本開示に係る被覆アーク溶接棒の被覆剤の成分組成及び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。
鋼心線の外周面を被覆する被覆剤は、被覆剤全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０１～０．２０％、
金属炭酸塩の合計：３２～５２％、
金属弗化物の合計：４～１４％、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計：３～１０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計：８～２２％、
Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計：０．５～３．０％、
Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５～３．０％、
金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計：２．０～６．０％、
金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計：３．０～６．０％、
Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計：０．０５～０．２５％、並びに
Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計：１．０～３．５％、を含み、残部は、塗装剤、Ｆｅ及び不純物からなる。
以下、本開示に係る被覆アーク溶接棒の被覆剤の成分組成及び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】
また、本開示に係る溶接棒の被覆剤を構成する成分に関し、例えば、「金属炭酸塩の合計」とは、金属炭酸塩を１種のみ含んでもよいし、２種以上含んでもよく、２種以上含む場合はそれらの合計含有量を意味する。また、例えば「金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計：３．０～６．０％」とは、金属Ｍｎのみ含んでもよいし、Ｍｎ合金のみ含んでもよいし、金属ＭｎとＭｎ合金を含んでもよく、Ｍｎ合金を含む場合は１種又は２種以上のＭｎ合金を含んでもよいが、いずれの場合においてもＭｎ換算値の合計が３．０～６．０％であることを意味する。金属Ｍｎ及びＭｎ合金以外の成分についても同様である。
また、酸化物に関し、例えば「Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値」とは、ＴｉＯ２以外のＴｉ酸化物も含め、Ｔｉ酸化物として含まれるＴｉが全てＴｉＯ２として含まれているとみなして換算した値を意味する。
また、酸化物に関し、例えば「Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値」とは、ＴｉＯ２以外のＴｉ酸化物も含め、Ｔｉ酸化物として含まれるＴｉが全てＴｉＯ２として含まれているとみなして換算した値を意味する。
【0021】
[Ｃ：０．０１～０．２０％]
Ｃは、被覆剤に含まれる金属粉及び合金粉等に含有されており、交流電源及び直流電源で溶接を行う場合においてアークの吹付け強さを確保する効果がある。また、溶接金属の強度を確保するためにも重要な成分である。Ｃが０．０１％未満では、アークの吹付けが弱くなって、母材への溶け込みが不足し、溶接部の品質が低下する。また、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｃが０．２０％を超えると、アークの吹付け強さが過剰となり、アンダーカットが発生しやすくなる。また、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。したがって、Ｃは０．０１～０．２０％とする。
Ｃは、被覆剤に含まれる金属粉及び合金粉等に含有されており、交流電源及び直流電源で溶接を行う場合においてアークの吹付け強さを確保する効果がある。また、溶接金属の強度を確保するためにも重要な成分である。Ｃが０．０１％未満では、アークの吹付けが弱くなって、母材への溶け込みが不足し、溶接部の品質が低下する。また、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｃが０．２０％を超えると、アークの吹付け強さが過剰となり、アンダーカットが発生しやすくなる。また、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。したがって、Ｃは０．０１～０．２０％とする。
【0022】
［金属炭酸塩の合計：３２～５２％］
金属炭酸塩は、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マンガン等として含有され、アーク雰囲気中で分解して炭酸ガスを発生して溶融池に侵入しようとする酸素、窒素及び水素等のガス成分から保護し、ピットやブローロール等の溶接欠陥を防止する効果がある。金属炭酸塩の合計が３２％未満であると、溶融池のシールド効果が不足して、ピットやブローホール等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属炭酸塩の合計が５２％を超えると、特に交流電源を用いた場合に炭酸塩分解時の吸熱反応により、アークの吹付けが弱くなって低電流域のアークが不安定になり、良好な裏波ビードが形成され難くなる。したがって、金属炭酸塩の合計は３２～５２％とする。
金属炭酸塩は、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マンガン等として含有され、アーク雰囲気中で分解して炭酸ガスを発生して溶融池に侵入しようとする酸素、窒素及び水素等のガス成分から保護し、ピットやブローロール等の溶接欠陥を防止する効果がある。金属炭酸塩の合計が３２％未満であると、溶融池のシールド効果が不足して、ピットやブローホール等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属炭酸塩の合計が５２％を超えると、特に交流電源を用いた場合に炭酸塩分解時の吸熱反応により、アークの吹付けが弱くなって低電流域のアークが不安定になり、良好な裏波ビードが形成され難くなる。したがって、金属炭酸塩の合計は３２～５２％とする。
【0023】
［金属弗化物の合計：４～１４％］
金属弗化物は、蛍石、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム等として添加され、溶融スラグの流動性を調整するとともに、弗素の蒸気圧が高いので、酸素、窒素及び水素等のガス成分から溶融池を保護する効果がある。金属弗化物の合計が４％未満では、弗素による溶融池のシールド性が劣化して、ピットやブローホール等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属弗化物の合計が１４％を超えると、溶融スラグの融点が低下し、スラグ剥離性が不良となる。したがって、金属弗化物の合計は４～１４％とする。
金属弗化物は、蛍石、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム等として添加され、溶融スラグの流動性を調整するとともに、弗素の蒸気圧が高いので、酸素、窒素及び水素等のガス成分から溶融池を保護する効果がある。金属弗化物の合計が４％未満では、弗素による溶融池のシールド性が劣化して、ピットやブローホール等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属弗化物の合計が１４％を超えると、溶融スラグの融点が低下し、スラグ剥離性が不良となる。したがって、金属弗化物の合計は４～１４％とする。
【0024】
［Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計：３～１０％］
Ｔｉ酸化物は、ルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルミナイト等として含有され、アーク安定剤及びスラグ粘性の調整剤として作用し、アークを安定に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３％未満では、アークが不安定となり、ビード形状が不良となる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計が１０％を超えると、スラグが緻密になり、スラグ剥離性が不良となる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計は３～１０％とする。
Ｔｉ酸化物は、ルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルミナイト等として含有され、アーク安定剤及びスラグ粘性の調整剤として作用し、アークを安定に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３％未満では、アークが不安定となり、ビード形状が不良となる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計が１０％を超えると、スラグが緻密になり、スラグ剥離性が不良となる。したがって、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計は３～１０％とする。
【0025】
［Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計：８～２２％］
Ｓｉ酸化物は、珪砂、長石、珪灰石、水ガラス等として含有され、スラグ粘性の調整剤及びスラグの被包性を良好にする効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計が８％未満では、溶融スラグの粘性が十分に得られず、裏波溶接ビードの形成が困難となり、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２２％を超えると、スラグの粘性が過剰となり、溶融池と溶融スラグの距離が近くなるので、スラグ被包性が不良となる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計は８～２２％とする。
Ｓｉ酸化物は、珪砂、長石、珪灰石、水ガラス等として含有され、スラグ粘性の調整剤及びスラグの被包性を良好にする効果がある。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計が８％未満では、溶融スラグの粘性が十分に得られず、裏波溶接ビードの形成が困難となり、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２２％を超えると、スラグの粘性が過剰となり、溶融池と溶融スラグの距離が近くなるので、スラグ被包性が不良となる。したがって、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計は８～２２％とする。
【0026】
［Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計：０．５～３．０％］
Ａｌ酸化物は、アルミナ、長石、マイカ等として含有され、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。Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計が０．５％未満では、スラグの粘性が不十分で立向及び上向姿勢でのビード形状が不良になる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計が３．０％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰となり、溶融池と溶融スラグの距離が近くなるので、スラグ被包性が不良となる。したがって、Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計は０．５～３．０％とする。
Ａｌ酸化物は、アルミナ、長石、マイカ等として含有され、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。Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計が０．５％未満では、スラグの粘性が不十分で立向及び上向姿勢でのビード形状が不良になる。一方、Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計が３．０％を超えると、溶融スラグの粘性が過剰となり、溶融池と溶融スラグの距離が近くなるので、スラグ被包性が不良となる。したがって、Ａｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計は０．５～３．０％とする。
【0027】
［Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計：０．５～３．０％］
Ｃａ酸化物は、珪灰石等として含有され、アーク安定剤として効果がある。Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が０．５％未満では、アーク不安定となり特に交流電源を用いたときにアーク切れが発生しやすくなる。一方、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が３．０％を超えると、溶融スラグの融点が上がり、スラグの被包性が不良となる。したがって、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計は０．５～３．０％とする。
Ｃａ酸化物は、珪灰石等として含有され、アーク安定剤として効果がある。Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が０．５％未満では、アーク不安定となり特に交流電源を用いたときにアーク切れが発生しやすくなる。一方、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計が３．０％を超えると、溶融スラグの融点が上がり、スラグの被包性が不良となる。したがって、Ｃａ酸化物のＣａＯ換算値の合計は０．５～３．０％とする。
【0028】
［金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計：２．０～６．０％］
Ｓｉは、Ｆｅ－Ｓｉ、金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等として含有され、溶融池に入り込んだ酸素を脱酸させる目的として添加される。金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計が２．０％未満では、脱酸不足となり、溶接金属中にピットやブローホール等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計が６．０％を超えると、特に多層盛溶接金属の再熱部においてはＳｉの増加に伴い、島状マルテンサイトが生成しやすくなり、靭性が低下する。したがって、金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計は２．０～６．０％とする。
Ｓｉは、Ｆｅ－Ｓｉ、金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等として含有され、溶融池に入り込んだ酸素を脱酸させる目的として添加される。金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計が２．０％未満では、脱酸不足となり、溶接金属中にピットやブローホール等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計が６．０％を超えると、特に多層盛溶接金属の再熱部においてはＳｉの増加に伴い、島状マルテンサイトが生成しやすくなり、靭性が低下する。したがって、金属Ｓｉ及びＳｉ合金のＳｉ換算値の合計は２．０～６．０％とする。
【0029】
［金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計：３．０～６．０％］
Ｍｎは、金属Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ等の合金粉などとして含有され、脱酸剤として作用し、溶接金属の強度及び靭性を向上させる効果がある。金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計が３．０％未満では、脱酸不足となり溶接金属の強度及び靭性が低下するとともに、ピットやブローホール等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計が６．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。したがって、金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計は３．０～６．０％とする。
Ｍｎは、金属Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ等の合金粉などとして含有され、脱酸剤として作用し、溶接金属の強度及び靭性を向上させる効果がある。金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計が３．０％未満では、脱酸不足となり溶接金属の強度及び靭性が低下するとともに、ピットやブローホール等の溶接欠陥が発生しやすくなる。一方、金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計が６．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。したがって、金属Ｍｎ及びＭｎ合金のＭｎ換算値の合計は３．０～６．０％とする。
【0030】
［Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計：０．０５～０．２５％］
Ｂは、Ｆｅ－Ｂ、硼砂、コレマナイト等の合金や酸化物で含有され、溶接金属中に固溶することで、アシキュラーフェライトを生成させ、靭性を向上させる効果がある。Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計が０．０５％未満では、溶接金属中に固溶するＢが不足して、靭性が低下する。一方、Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計が０．２５％を超えると、溶接金属の最終凝固域にＢが偏析して割れが発生しやすくなる。したがって、Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計は０．０５～０．２５％とする。
Ｂは、Ｆｅ－Ｂ、硼砂、コレマナイト等の合金や酸化物で含有され、溶接金属中に固溶することで、アシキュラーフェライトを生成させ、靭性を向上させる効果がある。Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計が０．０５％未満では、溶接金属中に固溶するＢが不足して、靭性が低下する。一方、Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計が０．２５％を超えると、溶接金属の最終凝固域にＢが偏析して割れが発生しやすくなる。したがって、Ｂ合金及びＢ酸化物のＢ換算値の合計は０．０５～０．２５％とする。
【0031】
［Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計で１．０～３．５％］
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、水ガラス中の珪酸ナトリウム及び珪酸カリウム、カリ長石、カリガラス及びソーダ長石等として含有され、アークを安定にしてスパッタ発生量を低減する効果がある。Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計が１％未満では、アークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計が３．５％を超えると、アークの吹付けが過剰に強くなり、アンダーカットが発生しやすくなり、ビード形状が不良となる。したがって、Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計は１．０～３．５％とする。
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、水ガラス中の珪酸ナトリウム及び珪酸カリウム、カリ長石、カリガラス及びソーダ長石等として含有され、アークを安定にしてスパッタ発生量を低減する効果がある。Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計が１％未満では、アークが不安定となってスパッタ発生量が多くなる。一方、Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計が３．５％を超えると、アークの吹付けが過剰に強くなり、アンダーカットが発生しやすくなり、ビード形状が不良となる。したがって、Ｎａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値及びＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計は１．０～３．５％とする。
【0032】
［金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計：３．０％以下］
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌ、Ａｌ－Ｍｇ等の合金粉等によって含有され、Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ－Ｍｇ、Ｎｉ－Ｍｇ等の合金粉等によって含有添加される。これらは強脱酸剤として作用し、ピットやブローホール等の溶接欠陥を防止し、溶接金属の靭性をさらに向上する効果がある。そのため、被覆剤は、金属Ａｌ、Ａｌ合金、金属Ｍｇ及び／又はＭｇ合金を含んでも良い。しかし、被覆剤は、金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計が３．０％を超えると、溶接棒の製造時に、Ａｌ及びＭｇとバインダー中の水が反応して乾燥割れが発生しやすくなる。したがって、金属Ａｌ、Ａｌ合金、金属Ｍｇ及びＭｇ合金の１種又は２種以上がＡｌ換算値とＭｇ換算値の合計で、すなわち、金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計で３．０％以下とする。なお、ブローホール等の溶接欠陥を防止し、溶接金属の靭性をさらに向上する効果を得るためには、金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計で０．４％以上とすることが好ましい。
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌ、Ａｌ－Ｍｇ等の合金粉等によって含有され、Ｍｇは、金属Ｍｇ、Ａｌ－Ｍｇ、Ｎｉ－Ｍｇ等の合金粉等によって含有添加される。これらは強脱酸剤として作用し、ピットやブローホール等の溶接欠陥を防止し、溶接金属の靭性をさらに向上する効果がある。そのため、被覆剤は、金属Ａｌ、Ａｌ合金、金属Ｍｇ及び／又はＭｇ合金を含んでも良い。しかし、被覆剤は、金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計が３．０％を超えると、溶接棒の製造時に、Ａｌ及びＭｇとバインダー中の水が反応して乾燥割れが発生しやすくなる。したがって、金属Ａｌ、Ａｌ合金、金属Ｍｇ及びＭｇ合金の１種又は２種以上がＡｌ換算値とＭｇ換算値の合計で、すなわち、金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計で３．０％以下とする。なお、ブローホール等の溶接欠陥を防止し、溶接金属の靭性をさらに向上する効果を得るためには、金属Ａｌ及びＡｌ合金のＡｌ換算値並びに金属Ｍｇ及びＭｇ合金のＭｇ換算値の合計で０．４％以上とすることが好ましい。
【0033】
［金属Ｔｉ及びＴｉ合金のＴｉ換算値の合計：２．５％以下］
Ｔｉは、金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉ等の合金粉等として含有され、強脱酸剤として作用して、ブローホール等の溶接欠陥を防止する。また、溶接金属の靭性をさらに向上する効果がある。そのため、被覆剤は金属Ｔｉ及び／又はＴｉ合金を含んでも良い。しかし、金属Ｔｉ及びＴｉ合金がＴｉ換算値の合計で２．５％を超えると、溶接金属中にＴｉＣやＴｉＮ等の介在物を生成して、靭性を低下させる。したがって、金属Ｔｉ及びＴｉ合金がＴｉ換算値の合計で２．５％以下とする。なお、ブローホール等の溶接欠陥を防止し、溶接金属の靭性をさらに向上する効果を得るためには、金属Ｔｉ及びＴｉ合金がＴｉ換算値の合計で０．１０％以上とすることが好ましい。
Ｔｉは、金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉ等の合金粉等として含有され、強脱酸剤として作用して、ブローホール等の溶接欠陥を防止する。また、溶接金属の靭性をさらに向上する効果がある。そのため、被覆剤は金属Ｔｉ及び／又はＴｉ合金を含んでも良い。しかし、金属Ｔｉ及びＴｉ合金がＴｉ換算値の合計で２．５％を超えると、溶接金属中にＴｉＣやＴｉＮ等の介在物を生成して、靭性を低下させる。したがって、金属Ｔｉ及びＴｉ合金がＴｉ換算値の合計で２．５％以下とする。なお、ブローホール等の溶接欠陥を防止し、溶接金属の靭性をさらに向上する効果を得るためには、金属Ｔｉ及びＴｉ合金がＴｉ換算値の合計で０．１０％以上とすることが好ましい。
【0034】
［その他］
本開示に係る溶接棒の被覆剤は、上記の成分以外の残部として塗装剤、Ｆｅ、及び不純物を含む。
塗装剤は生産性の観点から含有されており、例えばアルギン酸ソーダ、ヘクトライトなどが挙げられる。塗装剤の含有量は、例えば０．１～３．０％である。
Ｆｅは、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｂ、Ｆｅ－Ａｌ、Ｆｅ－Ｔｉなどの鉄合金として含まれる。
不純物は、原材料に含まれる成分や、製造の過程で混入される成分であって、被覆剤に意図的に含有させた成分ではない成分である。被覆剤に含まれる不純物としては、有機物、合金粉に含まれるＰやＳなどが挙げられる。不純物の総量は望ましくは２％以下、より望ましくは１％以下である。
本開示に係る溶接棒の被覆剤は、上記の成分以外の残部として塗装剤、Ｆｅ、及び不純物を含む。
塗装剤は生産性の観点から含有されており、例えばアルギン酸ソーダ、ヘクトライトなどが挙げられる。塗装剤の含有量は、例えば０．１～３．０％である。
Ｆｅは、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｂ、Ｆｅ－Ａｌ、Ｆｅ－Ｔｉなどの鉄合金として含まれる。
不純物は、原材料に含まれる成分や、製造の過程で混入される成分であって、被覆剤に意図的に含有させた成分ではない成分である。被覆剤に含まれる不純物としては、有機物、合金粉に含まれるＰやＳなどが挙げられる。不純物の総量は望ましくは２％以下、より望ましくは１％以下である。
【0035】
［被覆剤の割合など］
本開示に係る溶接棒を用いた裏波溶接によって良好な機械性能を得る観点から、溶接棒全質量に対する被覆剤の質量割合は２５～３５％とする。
なお、溶接棒全質量に対する被覆剤の質量割合（被覆率：％）は、以下の式によって算出される値である。
被覆率％＝被覆剤質量／溶接棒全質量×１００
本開示に係る溶接棒を用いた裏波溶接によって良好な機械性能を得る観点から、溶接棒全質量に対する被覆剤の質量割合は２５～３５％とする。
なお、溶接棒全質量に対する被覆剤の質量割合（被覆率：％）は、以下の式によって算出される値である。
被覆率％＝被覆剤質量／溶接棒全質量×１００
【0036】
［溶着金属］
本開示に係る溶接棒を用いて形成される溶着金属は、好ましくは、引張強さが５２０～６２０ＭＰａであり、かつＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定されるシャルピー衝撃試験の－４０℃でのシャルピー吸収エネルギーが４０Ｊ以上である。
本開示に係る溶接棒を用いて形成される溶着金属は、好ましくは、引張強さが５２０～６２０ＭＰａであり、かつＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定されるシャルピー衝撃試験の－４０℃でのシャルピー吸収エネルギーが４０Ｊ以上である。
【0037】
（引張強さ）
本開示に係る溶接棒を用いて作製した溶着金属試験体は、溶着金属の引張強さを５２０～６２０ＭＰａの範囲とすることができる。
溶着金属の引張強さが５２０ＭＰａ以上であることで、高い継手強度を確保することができる。一方、溶着金属の引張強さが６２０ＭＰａ以下であることで裏波溶接で形成された溶着金属の割れ発生を抑制できる。溶着金属の引張強さは、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に準拠し、Ａ２号試験片を用いた引張試験により測定される。試料片の採取位置など、具体的な測定方法については実施例において説明する。
本開示に係る溶接棒を用いて作製した溶着金属試験体は、溶着金属の引張強さを５２０～６２０ＭＰａの範囲とすることができる。
溶着金属の引張強さが５２０ＭＰａ以上であることで、高い継手強度を確保することができる。一方、溶着金属の引張強さが６２０ＭＰａ以下であることで裏波溶接で形成された溶着金属の割れ発生を抑制できる。溶着金属の引張強さは、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に準拠し、Ａ２号試験片を用いた引張試験により測定される。試料片の採取位置など、具体的な測定方法については実施例において説明する。
【0038】
（低温靭性）
本開示に係る溶接棒を用いて作製した溶着金属試験体は、溶着金属の－４０℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値を４０Ｊ以上とすることができる。好ましくは、６０Ｊ以上、より好ましくは８０Ｊ以上である。シャルピー衝撃試験はＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に準拠し、試験温度－４０℃で３回繰り返し、吸収エネルギーの平均値（算術平均）である。試料片の採取位置など、具体的な測定方法については実施例において説明する。
本開示に係る溶接棒を用いて作製した溶着金属試験体は、溶着金属の－４０℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値を４０Ｊ以上とすることができる。好ましくは、６０Ｊ以上、より好ましくは８０Ｊ以上である。シャルピー衝撃試験はＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に準拠し、試験温度－４０℃で３回繰り返し、吸収エネルギーの平均値（算術平均）である。試料片の採取位置など、具体的な測定方法については実施例において説明する。
【0039】
（溶接欠陥）
本開示に係る溶接棒を用いて作製した溶着金属試験体は、ブローホールなどの溶接欠陥が抑制されていることが好ましい。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ３１０４：１９９５「鋼溶接継手の放射線透過試験方法」により溶着金属の透過写真から「附属書４表１ きずの種別」で第１種～４種のどのきずに該当するか判断し、「６．きずの分類」できずを１類～４類に分けた場合、１類又は２類、望ましくは１類に分類されることが好ましい。
本開示に係る溶接棒を用いて作製した溶着金属試験体は、ブローホールなどの溶接欠陥が抑制されていることが好ましい。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ３１０４：１９９５「鋼溶接継手の放射線透過試験方法」により溶着金属の透過写真から「附属書４表１ きずの種別」で第１種～４種のどのきずに該当するか判断し、「６．きずの分類」できずを１類～４類に分けた場合、１類又は２類、望ましくは１類に分類されることが好ましい。
【0040】
［溶接継手］
本開示に係る溶接棒は、鋼材の被覆アーク溶接に用いられ、例えば、鋼パイプ、鋼板などの鋼材の裏波溶接を行う際、本開示に係る溶接棒を用いて被覆アーク溶接を行うことで、溶接作業性に優れ、溶接金属の強度及び低温での靭性が良好な溶接継手を製造することができる。なお、本開示に係る溶接棒を用いること以外は通常の条件を採用することができる。本開示に係る溶接棒の溶接作業性は、溶接継手を作製し、立向上進姿勢で裏波溶接を行い評価する。
本開示に係る溶接棒は、鋼材の被覆アーク溶接に用いられ、例えば、鋼パイプ、鋼板などの鋼材の裏波溶接を行う際、本開示に係る溶接棒を用いて被覆アーク溶接を行うことで、溶接作業性に優れ、溶接金属の強度及び低温での靭性が良好な溶接継手を製造することができる。なお、本開示に係る溶接棒を用いること以外は通常の条件を採用することができる。本開示に係る溶接棒の溶接作業性は、溶接継手を作製し、立向上進姿勢で裏波溶接を行い評価する。
【0041】
（アーク吹付け）
本開示に係る溶接棒は、アーク吹付が一定で強さが適度であることが好ましい。
本開示に係る溶接棒は、アーク吹付が一定で強さが適度であることが好ましい。
【0042】
（アーク安定性）
本開示に係る溶接棒は、アークが安定してアーク切れが発生しないことが好ましい。
本開示に係る溶接棒は、アークが安定してアーク切れが発生しないことが好ましい。
【0043】
（ビード形状）
本開示に係る溶接棒を用いて作製した溶接継手は、溶接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、溶接金属の裏波溶接直後の 第一層のビード表面において、余盛高さが１～３ｍｍであり、かつビード幅が６～８ｍｍである部分をビード良好部、ビード良好部以外の部分をビード不良部とした場合に、溶接全長に対してビード不良部が２０％以下であることが好ましい。
本開示に係る溶接棒を用いて作製した溶接継手は、溶接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、溶接金属の裏波溶接直後の 第一層のビード表面において、余盛高さが１～３ｍｍであり、かつビード幅が６～８ｍｍである部分をビード良好部、ビード良好部以外の部分をビード不良部とした場合に、溶接全長に対してビード不良部が２０％以下であることが好ましい。
【0044】
（スラグ被包性）
本開示に係る溶接棒は、スラグ被包性の均一性が高く、溶融スラグが溶接時に溶融池に侵入することを抑制して溶接できることが好ましい。
本開示に係る溶接棒は、スラグ被包性の均一性が高く、溶融スラグが溶接時に溶融池に侵入することを抑制して溶接できることが好ましい。
【0045】
（スラグ剥離性）
本開示に係る溶接棒は、溶接後の凝固スラグが除去時に容易に剥離することが好ましい。
本開示に係る溶接棒は、溶接後の凝固スラグが除去時に容易に剥離することが好ましい。
【実施例】
【0046】
以下、本開示の効果を実施例により更に詳細に説明するが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。
【0047】
＜被覆アーク溶接棒の製造＞
直径３．２ｍｍ、長さ４００ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３５０３：２００６に規定されるＳＷＲＹ１１の鋼心線（鋼心線全質量に対し、Ｃ：０．０７質量％、Ｓｉ：０．１０質量％、Ｍｎ：０．４５質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．００３質量％）に、表１及び表２に示す組成成分の被覆剤を溶接棒全質量に対して被覆率２５～３５質量％で塗布した後に４００℃で焼成した溶接棒を各種試作した。なお、表１及び表２の被覆剤成分について「－」との表記はその成分を意図的に含有させていないことを意味する。また、下線は、本開示の範囲外であることを示す。
製造した溶接棒の生産性、溶接作業性、溶接欠陥及び機械的性質について調査した。
直径３．２ｍｍ、長さ４００ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３５０３：２００６に規定されるＳＷＲＹ１１の鋼心線（鋼心線全質量に対し、Ｃ：０．０７質量％、Ｓｉ：０．１０質量％、Ｍｎ：０．４５質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．００３質量％）に、表１及び表２に示す組成成分の被覆剤を溶接棒全質量に対して被覆率２５～３５質量％で塗布した後に４００℃で焼成した溶接棒を各種試作した。なお、表１及び表２の被覆剤成分について「－」との表記はその成分を意図的に含有させていないことを意味する。また、下線は、本開示の範囲外であることを示す。
製造した溶接棒の生産性、溶接作業性、溶接欠陥及び機械的性質について調査した。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
［生産性］
溶接棒製造時に溶接棒を乾燥した後に、被覆剤表面に亀裂が生じる乾燥割れが発生する場合がある。乾燥割れは溶接時に保護筒が均一に形成されなくなり、アークが偏向するなど、溶接作業性に悪影響を及ぼす。生産性は、溶接棒製造時に乾燥後の被覆割れの有無を調べた。乾燥割れが無い場合：Ａ、個々の乾燥割れの大きさが１ｍｍより小さい：Ｂ、個々の乾燥割れの大きさが１ｍｍ以上：Ｃとして、Ａ及びＢを合格、Ｃを不合格とした。
溶接棒製造時に溶接棒を乾燥した後に、被覆剤表面に亀裂が生じる乾燥割れが発生する場合がある。乾燥割れは溶接時に保護筒が均一に形成されなくなり、アークが偏向するなど、溶接作業性に悪影響を及ぼす。生産性は、溶接棒製造時に乾燥後の被覆割れの有無を調べた。乾燥割れが無い場合：Ａ、個々の乾燥割れの大きさが１ｍｍより小さい：Ｂ、個々の乾燥割れの大きさが１ｍｍ以上：Ｃとして、Ａ及びＢを合格、Ｃを不合格とした。
【0051】
＜溶着金属試験体の製造＞
溶着金属試験体は、ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１７ ＳＭ４９０Ａの板厚１２ｍｍの鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３２１１：２００８に準じてＤＣで溶着金属試験体を作製した。
機械的性質の評価は、引張試験（Ａ２号）とシャルピー衝撃試験片を採取して機械的性能を調査した。溶接欠陥（ブローホールなど）は、ＪＩＳ Ｚ ３１０４：１９９５に準じてＸ線透過試験を実施して評価をした。
溶着金属試験体は、ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１７ ＳＭ４９０Ａの板厚１２ｍｍの鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３２１１：２００８に準じてＤＣで溶着金属試験体を作製した。
機械的性質の評価は、引張試験（Ａ２号）とシャルピー衝撃試験片を採取して機械的性能を調査した。溶接欠陥（ブローホールなど）は、ＪＩＳ Ｚ ３１０４：１９９５に準じてＸ線透過試験を実施して評価をした。
【0052】
＜溶接継手の製造＞
溶接継手は、図１に示すように、ＪＩＳ Ｇ ３１０１：２０１７のＳＳ４００、板厚９ｍｍ×幅１２５ｍｍ×長さ１６０ｍｍ、片側開先角度３０°の鋼板１２Ａ，１２Ｂを突き合わせ、ギャップ２ｍｍ、ルートフェイス１．５ｍｍの開先形状１４とした。
溶接作業性の評価は、各種試作溶接棒を用い、全姿勢溶接で溶接作業性が最も問題となる立向上進姿勢で、溶接電源を交流電源（以下、ＡＣという。）と直流電源（以下、ＤＣという。）を用い、溶接電流８５Ａで裏波溶接を行った。
溶接継手は、図１に示すように、ＪＩＳ Ｇ ３１０１：２０１７のＳＳ４００、板厚９ｍｍ×幅１２５ｍｍ×長さ１６０ｍｍ、片側開先角度３０°の鋼板１２Ａ，１２Ｂを突き合わせ、ギャップ２ｍｍ、ルートフェイス１．５ｍｍの開先形状１４とした。
溶接作業性の評価は、各種試作溶接棒を用い、全姿勢溶接で溶接作業性が最も問題となる立向上進姿勢で、溶接電源を交流電源（以下、ＡＣという。）と直流電源（以下、ＤＣという。）を用い、溶接電流８５Ａで裏波溶接を行った。
【0053】
［溶接作業性］
（アーク吹付け）
溶接実施後、ビード止端部にアンダーカットの発生状況を確認した。０．５ｍｍ以上のアンダーカットが発生していない場合を良好、一つでも０．５ｍｍ以上のアンダーカットが発生した場合を不良とした。
（アーク吹付け）
溶接実施後、ビード止端部にアンダーカットの発生状況を確認した。０．５ｍｍ以上のアンダーカットが発生していない場合を良好、一つでも０．５ｍｍ以上のアンダーカットが発生した場合を不良とした。
【0054】
（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、一度でもアークが消失した場合を不良とした。
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、一度でもアークが消失した場合を不良とした。
【0055】
（ビード形状）
前述した裏波溶接におけるビード形状を目視で評価した。溶接金属のビード形状は以下の基準で評価した。
前述した裏波溶接におけるビード形状を目視で評価した。溶接金属のビード形状は以下の基準で評価した。
【0056】
図２に示すように裏波溶接直後のビード表面（裏波ビードとは反対側の面）において、余盛高さＨが１～３ｍｍであり、かつビード幅Ｗが６～８ｍｍである部分を良好とし、それ以外の部分を不良部とした場合、溶接長全長に対して、不良部が２０％より少ないものを良好、２０％を超えるものを不良とする。
【0057】
（スラグ被包性）
溶接中に溶融スラグが溶融池に侵入しなかった場合を良好、溶融スラグが溶融池に侵入し、アークの向きが乱れた場合は不良とした。
溶接中に溶融スラグが溶融池に侵入しなかった場合を良好、溶融スラグが溶融池に侵入し、アークの向きが乱れた場合は不良とした。
【0058】
（スラグ剥離性）
溶接後、裏波溶接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、スラグに亀裂が入らない場合を不良とした。
溶接後、裏波溶接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、スラグに亀裂が入らない場合を不良とした。
【0059】
［溶接欠陥］
具体的には、ＪＩＳ Ｚ ３１０４：１９９５「鋼溶接継手の放射線透過試験法」により溶接金属におけるきずを判定した。透過写真から「附属書４表１ きずの種別」で第１種～４種のどのきずに該当するか判断し、「６．きずの分類」できずを１類～４類に分ける。このうち１類：Ａ、２類：Ｂ、３類及び４類：Ｃとして、ＡとＢは合格、Ｃは不合格とした。
具体的には、ＪＩＳ Ｚ ３１０４：１９９５「鋼溶接継手の放射線透過試験法」により溶接金属におけるきずを判定した。透過写真から「附属書４表１ きずの種別」で第１種～４種のどのきずに該当するか判断し、「６．きずの分類」できずを１類～４類に分ける。このうち１類：Ａ、２類：Ｂ、３類及び４類：Ｃとして、ＡとＢは合格、Ｃは不合格とした。
【0060】
［機械的性質］
機械的性質の評価は、ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１７ ＳＭ４９０Ａの板厚１２ｍｍの鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３２１１：２００８に準じてＤＣで溶着金属試験体を作製し、引張試験（Ａ２号）とシャルピー衝撃試験の各試験片を採取して機械的性能を調査した。
引張試験は引張強さが５２０～６２０ＭＰａを良好とし、シャルピー衝撃試験は試験温度－４０℃で各々繰り返し３回の吸収エネルギーの平均値が４０Ｊ以上を良好とし、３段階で評価した。低温靱性の判定基準は以下のとおりである。
Ａ：５０Ｊ以上
Ｂ：４０Ｊ以上５０Ｊ未満
Ｃ：４０Ｊ未満
機械的性質の評価は、ＪＩＳ Ｇ ３１０６：２０１７ ＳＭ４９０Ａの板厚１２ｍｍの鋼板を用い、ＪＩＳ Ｚ ３２１１：２００８に準じてＤＣで溶着金属試験体を作製し、引張試験（Ａ２号）とシャルピー衝撃試験の各試験片を採取して機械的性能を調査した。
引張試験は引張強さが５２０～６２０ＭＰａを良好とし、シャルピー衝撃試験は試験温度－４０℃で各々繰り返し３回の吸収エネルギーの平均値が４０Ｊ以上を良好とし、３段階で評価した。低温靱性の判定基準は以下のとおりである。
Ａ：５０Ｊ以上
Ｂ：４０Ｊ以上５０Ｊ未満
Ｃ：４０Ｊ未満
【0061】
これらの分析結果及び調査結果を表３にまとめて示す。
【0062】
【表3】
【0063】
表１、表２及び表３中溶接棒Ｎｏ．１～Ｎｏ．１４が本発明例、溶接棒Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１６、Ｎｏ.１８～Ｎｏ.２０、Ｎｏ.２２～Ｎｏ．２８は比較例である。本発明例である溶接棒Ｎｏ．１～Ｎｏ．１４は、被覆剤中のＣ、金属炭酸塩の合計、金属弗化物の合計、ＴｉＯ２換算値の合計、ＳｉＯ２換算値の合計、Ａｌ２Ｏ３換算値の合計、ＣａＯ換算値の合計、Ｓｉ換算値の合計、Ｍｎ換算値の合計、Ｂ換算値の合計、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が適量であるので、生産性が良好で、溶接作業性のアークの吹付けが良好であり、アークが安定して、ビード形状が良好であり、スラグの被包性及びスラグ剥離性が良好でであった。また、溶着金属試験の溶着金属中にブローホールの発生も無く、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーともに良好であった。
なお、溶接棒Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．８及びＮｏ．１４は、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計又はＴｉ換算値の合計が適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーが６０Ｊ以上得られた。
さらに、溶接棒Ｎｏ．４、Ｎｏ．７、及びＮｏ．９は、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計及びＴｉ換算値の合計が適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーが８０Ｊ以上得られ極めて満足な結果であった。
溶接棒Ｎｏ．６及びＮｏ．１０は、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計又はＴｉ換算値の合計が適量添加されているが、添加量が少ないので、溶着金属の吸収エネルギーを６０Ｊ以上に高くする効果は得られなかった。
なお、溶接棒Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．８及びＮｏ．１４は、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計又はＴｉ換算値の合計が適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーが６０Ｊ以上得られた。
さらに、溶接棒Ｎｏ．４、Ｎｏ．７、及びＮｏ．９は、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計及びＴｉ換算値の合計が適量添加されているので、溶着金属の吸収エネルギーが８０Ｊ以上得られ極めて満足な結果であった。
溶接棒Ｎｏ．６及びＮｏ．１０は、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計又はＴｉ換算値の合計が適量添加されているが、添加量が少ないので、溶着金属の吸収エネルギーを６０Ｊ以上に高くする効果は得られなかった。
【0064】
比較例中の溶接棒のＮｏ．１５は、Ｃが多いので、アークの吹付けが過剰に強くなり、アンダーカットが発生した。また、溶着金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低かった。さらに、Ａｌ２Ｏ３換算値の合計が多いので、スラグの被包性が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．１６は、Ｃが少ないので、アークの吹付けが弱くなり溶け込み不良が発生した。また、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。さらに、ＴｉＯ２換算値の合計が少ないので、被覆の導電性が悪く、アークが不安定となりビード形状が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．１８は、金属炭酸塩の合計が多いので、アークの吹付けが弱くなり、交流電源を使用した際に、ビード形状が不良となった。また、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計が多いので、溶接棒の製造時に水分と反応して、乾燥割れが発生した。
溶接棒Ｎｏ．１９は、金属炭酸塩の合計が少ないので、溶融池のシールドが不足して溶着金属中にブローホールが発生した。また、ＣａＯ換算値の合計が多いので、スラグの被包性が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．２０は、金属弗化物の合計が多いので、溶融スラグの融点が下がり、特にＤＣ使用時にスラグ剥離性が不良であった。また、Ｍｎ換算値の合計が少ないので、溶融金属の脱酸が不足してブローホールが発生した。さらに、Ｍｎ換算値の合計が少ないので、溶着金属の固溶強化が不足して、引張強さが低く、吸収エネルギーも低かった。
溶接棒Ｎｏ．２２は、ＴｉＯ２換算値の合計が多いので、スラグが緻密になりスラグ剥離性が不良であった。また、Ｂ換算値の合計が多いので、最終凝固点にＢが偏析して高温割れが発生した。
溶接棒Ｎｏ．２３は、ＳｉＯ２換算値の合計が多いので、溶融スラグの粘性が高くなり、スラグの被包性が不良であった。また、Ｔｉ換算値の合計が多いので、溶着金属中にＴｉＣやＴｉＮ等が析出し、吸収エネルギーが低かった。
溶接棒Ｎｏ．２４は、ＳｉＯ２換算値の合計が少ないので、裏波溶接ビードの形成が困難となり、ビード形状が不良であった。また、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が少ないので、アーク安定性が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．２５は、Ａｌ２Ｏ３換算値の合計が少ないので、溶融スラグに十分な粘性が得られず、ビード形状が不良であった。また、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、アークの吹付けが過剰となり、アンダーカットが発生した。
溶接棒Ｎｏ．２６は、ＣａＯ換算値の合計が少ないので、ＡＣでアークが不安定であった。また、Ｍｎ換算値の合計が多いので、引張強さが高かった。
溶接棒Ｎｏ．２７は、ＳｉＯ２換算値の合計が多いので、溶融スラグの粘性が高くなり、スラグの被包性が不良であった。また、Ｓｉ換算値の合計が多いので、溶着金属の再熱部に島状マルテンサイトを生成し、吸収エネルギーが低かった。
溶接棒Ｎｏ．２８は、ＴｉＯ２換算値の合計が少ないので、被覆の導電性が悪く、アークが不安定となりビード形状が不良であった。また、Ｂ換算値の合計が少ないので、溶着金属中に十分なアシキュラーフェライトが得られず、吸収エネルギーが低かった。
溶接棒Ｎｏ．１６は、Ｃが少ないので、アークの吹付けが弱くなり溶け込み不良が発生した。また、Ｃが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。さらに、ＴｉＯ２換算値の合計が少ないので、被覆の導電性が悪く、アークが不安定となりビード形状が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．１８は、金属炭酸塩の合計が多いので、アークの吹付けが弱くなり、交流電源を使用した際に、ビード形状が不良となった。また、Ａｌ換算値とＭｇ換算値の合計が多いので、溶接棒の製造時に水分と反応して、乾燥割れが発生した。
溶接棒Ｎｏ．１９は、金属炭酸塩の合計が少ないので、溶融池のシールドが不足して溶着金属中にブローホールが発生した。また、ＣａＯ換算値の合計が多いので、スラグの被包性が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．２０は、金属弗化物の合計が多いので、溶融スラグの融点が下がり、特にＤＣ使用時にスラグ剥離性が不良であった。また、Ｍｎ換算値の合計が少ないので、溶融金属の脱酸が不足してブローホールが発生した。さらに、Ｍｎ換算値の合計が少ないので、溶着金属の固溶強化が不足して、引張強さが低く、吸収エネルギーも低かった。
溶接棒Ｎｏ．２２は、ＴｉＯ２換算値の合計が多いので、スラグが緻密になりスラグ剥離性が不良であった。また、Ｂ換算値の合計が多いので、最終凝固点にＢが偏析して高温割れが発生した。
溶接棒Ｎｏ．２３は、ＳｉＯ２換算値の合計が多いので、溶融スラグの粘性が高くなり、スラグの被包性が不良であった。また、Ｔｉ換算値の合計が多いので、溶着金属中にＴｉＣやＴｉＮ等が析出し、吸収エネルギーが低かった。
溶接棒Ｎｏ．２４は、ＳｉＯ２換算値の合計が少ないので、裏波溶接ビードの形成が困難となり、ビード形状が不良であった。また、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が少ないので、アーク安定性が不良であった。
溶接棒Ｎｏ．２５は、Ａｌ２Ｏ３換算値の合計が少ないので、溶融スラグに十分な粘性が得られず、ビード形状が不良であった。また、Ｎａ２Ｏ換算値とＫ２Ｏ換算値の合計が多いので、アークの吹付けが過剰となり、アンダーカットが発生した。
溶接棒Ｎｏ．２６は、ＣａＯ換算値の合計が少ないので、ＡＣでアークが不安定であった。また、Ｍｎ換算値の合計が多いので、引張強さが高かった。
溶接棒Ｎｏ．２７は、ＳｉＯ２換算値の合計が多いので、溶融スラグの粘性が高くなり、スラグの被包性が不良であった。また、Ｓｉ換算値の合計が多いので、溶着金属の再熱部に島状マルテンサイトを生成し、吸収エネルギーが低かった。
溶接棒Ｎｏ．２８は、ＴｉＯ２換算値の合計が少ないので、被覆の導電性が悪く、アークが不安定となりビード形状が不良であった。また、Ｂ換算値の合計が少ないので、溶着金属中に十分なアシキュラーフェライトが得られず、吸収エネルギーが低かった。
【符号の説明】
【0065】
１２Ａ，１２Ｂ 鋼板
１４ 溝開先
１６Ａ 第一層（裏波溶接）
１４ 溝開先
１６Ａ 第一層（裏波溶接）
【図1】
【図2】
