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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】2025-02-04
(45)【発行日】2025-02-13
(54)【発明の名称】すみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス
(51)【国際特許分類】
B23K 35/362 20060101AFI20250205BHJP
B23K 35/30 20060101ALN20250205BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20250205BHJP
C22C 38/04 20060101ALN20250205BHJP
【ＦＩ】
B23K35/362 310A
B23K35/30 320A
C22C38/00 301A
C22C38/04
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021111049
(22)【出願日】2021-07-02
(65)【公開番号】P2022146842
(43)【公開日】2022-10-05
【審査請求日】2023-06-05
(31)【優先権主張番号】P 2021047373
(32)【優先日】2021-03-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】戸塚 康仁
(72)【発明者】
【氏名】大西 博之
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５７－０３９０９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－１８７４９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭５１－０４６６５３（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０１４－０５０８５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－１５４７９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－０７６６９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－１８７５９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／３６２
Ｂ２３Ｋ ３５／３０
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
フラックス全質量に対する質量％で、ＳｉＯ２：３５～４５％、
ＭｎＯ：１８～２８％、
Ａｌ２Ｏ３：６～２０％、
ＭｇＯ：１１～１６％、
ＴｉＯ２：２～６％、
ＦｅＯ：０．５～４％、
ＣａＦ２：５～９％、並びに
Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計：０．５～１．０％
を含有し、残部が３％以下の不純物であるフラックス成分を有し、
下記（１）式から求められる塩基度Ａが０．５０～１．００であり、
フラックスの嵩密度が０．８～１．３ｇ／ｃｍ３である、
すみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
A=([CaF2]+[MgO]+0.5([MnO]+[FeO]))/([SiO2]+0.5([Al2O3]+[TiO2]))・・・（1）式
但し、［ ］は、各成分のフラックス全質量に対する質量％を示す。
【請求項2】
前記フラックス全質量に対する質量％で、粒径が０．３ｍｍ超～１．４ｍｍの範囲にあるフラックス粒子が９０％以上である請求項１に記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項3】
前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、Ｂｉ２Ｏ３：０．０５％以下を含有する請求項１または請求項２に記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項4】
前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、Ｂ２Ｏ３：１．５％以下を含有する請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【請求項5】
前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、ＣａＯ：５．０％以下及びＢａＯ：５．０％以下の１種または２種を含有する請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、すみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関し、特に建築及び橋梁等に多く使用されるビルトＨ型鋼からなる柱、梁を大入熱ですみ肉溶接に使用した場合にアークが安定してビード形状及びスラグ剥離性が良好で、靭性の良好な溶接金属を得ることができるすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、建築や橋梁等の鋼構造物に用いられる鋼板は厚肉化の傾向にあり、効率よく溶接するために大入熱のサブマージアーク溶接が用いられている。また、地震等の破壊事例等を教訓として鋼構造物の安全性を担保するため、大入熱で溶接しても安定した溶接金属特性が求められている。
【0003】
すみ肉サブマージアーク溶接によって形成される溶接継手は、溶込み深さ、脚長、並びにビード形状の平滑性及び溶接金属と母材のなじみが良好であることが求められている。また、近年では地震災害による鋼構造物の被害事例やその大型化からすみ肉溶接の溶接金属に良好な機械性能が要求される傾向にある。
【0004】
従来、すみ肉サブマージアーク溶接によって形成された溶接金属に所定の機械性能が要求される場合、例えば特許文献１に開示されているように、フラックスに合金類の添加が可能な焼成型フラックスが使用されている。しかし、焼成型フラックスは融点が高いため、比較的高速度で溶接した場合は、ビード波形、ビード止端部の馴染みが不良になる等、ビード形状が不良となり溶接効率を上げることができない。
【0005】
一方、すみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、例えば特許文献２や特許文献３に開示されている。これら特許文献２及び特許文献３に開示された技術は、高速すみ肉溶接時のスラグ剥離性及びビード外観・形状を良好にするというもので、大電流ですみ肉溶接した場合、溶接金属の靭性が得られないという問題がある。
【0006】
また、すみ肉溶接部の溶接金属の良好な靭性を得ることができるすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスが特許文献４に開示されている。しかし、特許文献４に記載の溶融型フラックスは、ＳｉＯ２が少なくＡｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２が多いので、大入熱ですみ肉溶接した場合には、ビード形状が凸状でスラグ焼き付きが生じてスラグ剥離性が不良となるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１０－１２５５０８号公報
【文献】特開昭５３－１３３５４３号公報
【文献】特開昭６１－１５４７９１号公報
【文献】特開昭６２－１８３９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで本開示は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、すみ肉サブマージアーク溶接を行う場合に、アークが安定してビード形状及びスラグ剥離性が良好で、靭性が良好な溶接金属を得ることができるすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型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】
【0009】
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＞ フラックス全質量に対する質量％で、
ＳｉＯ２：３５～４５％、
ＭｎＯ：１８～２８％、
Ａｌ２Ｏ３：６～２０％、
ＭｇＯ：１１～１６％、
ＴｉＯ２：２～６％、
ＦｅＯ：０．５～４％、
ＣａＦ２：５～９％、並びに
Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計：０．５～１．０％
を含有し、残部が不純物であるフラックス成分を有し、
下記（１）式から求められる塩基度Ａが０．５０～１．００であり、
フラックスの嵩密度が０．８～１．３ｇ／ｃｍ３である、
すみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
A=([CaF2]+[MgO]+0.5([MnO]+[FeO]))/([SiO2]+0.5([Al2O3]+[TiO2]))・・・（1）式
但し、［ ］は、各成分のフラックス全質量に対する質量％を示す。
＜２＞ 前記フラックス全質量に対する質量％で、粒径が０．３ｍｍ超～１．４ｍｍの範囲にあるフラックス粒子が９０％以上である＜１＞に記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜３＞ 前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、
Ｂｉ２Ｏ３：０．０５％以下を含有する＜１＞または＜２＞に記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜４＞ 前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、
Ｂ２Ｏ３：１．５％以下を含有する＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜５＞ 前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、
ＣａＯ：５．０％以下及びＢａＯ：５．０％以下の１種または２種を含有する＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜１＞ フラックス全質量に対する質量％で、
ＳｉＯ２：３５～４５％、
ＭｎＯ：１８～２８％、
Ａｌ２Ｏ３：６～２０％、
ＭｇＯ：１１～１６％、
ＴｉＯ２：２～６％、
ＦｅＯ：０．５～４％、
ＣａＦ２：５～９％、並びに
Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計：０．５～１．０％
を含有し、残部が不純物であるフラックス成分を有し、
下記（１）式から求められる塩基度Ａが０．５０～１．００であり、
フラックスの嵩密度が０．８～１．３ｇ／ｃｍ３である、
すみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
A=([CaF2]+[MgO]+0.5([MnO]+[FeO]))/([SiO2]+0.5([Al2O3]+[TiO2]))・・・（1）式
但し、［ ］は、各成分のフラックス全質量に対する質量％を示す。
＜２＞ 前記フラックス全質量に対する質量％で、粒径が０．３ｍｍ超～１．４ｍｍの範囲にあるフラックス粒子が９０％以上である＜１＞に記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜３＞ 前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、
Ｂｉ２Ｏ３：０．０５％以下を含有する＜１＞または＜２＞に記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜４＞ 前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、
Ｂ２Ｏ３：１．５％以下を含有する＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
＜５＞ 前記フラックス成分の一部に代えて、フラックス全質量に対する質量％で、
ＣａＯ：５．０％以下及びＢａＯ：５．０％以下の１種または２種を含有する＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、すみ肉サブマージアーク溶接を行う場合に、アークが安定してビード形状及びスラグ剥離性が良好で、靭性が良好な溶接金属を得ることができるすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明者らは、Ｈ型鋼の開先有り及び開先無しの大入熱のサブマージアーク溶接で、アークが安定してスラグ剥離性及びビード形状が良好で、溶接金属の靭性が良好なすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスの成分組成について詳細に検討した。
【0013】
その結果、アークの安定性は、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計を適量にし、スラグ剥離性は、ＭｎＯ、ＴｉＯ２、ＦｅＯ及びＣａＦ２を適量にすることで、ビード形状は、ＳｉＯ２、ＭｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＦｅＯ、ＣａＦ２、並びにＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計を適量にしてフラックスの嵩密度を限定することによって良好になることを見出した。
【0014】
また、大入熱溶接によるすみ肉溶接部の溶接金属の靭性を良好にするには、ＳｉＯ２、ＭｇＯ及びＴｉＯ２の適量化とフラックスの塩基度及び嵩密度を適正とすることによってなし得ることを見出した。
【0015】
さらに、上記成分の一部に代えて、Ｂｉ２Ｏ３を適量含有させることでスラグ剥離性が一層良好になり得ること、また、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯ及びＢａＯを適量含有させることで大入熱溶接によるすみ肉溶接部の溶接金属の靭性が一層良好になり得ることを見出した。
【0016】
以下、本開示のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックス（本開示において「溶融型フラックス」又は単に「フラックス」と記す場合がある。）の成分（フラックス成分）と、その組成等の限定理由について説明する。なお、各成分組成の含有量は、フラックス全質量に対する質量％で表すこととし、その質量％に関する記載を単に％と記載して表すこととする。
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、その成分を含まない、すなわち０％でもよいし、０％超～上限値の範囲内で含んでもよいことを意味する。
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、その成分を含まない、すなわち０％でもよいし、０％超～上限値の範囲内で含んでもよいことを意味する。
【0017】
［ＳｉＯ２：３５～４５％］
珪砂、珪灰石等を原料とするＳｉＯ２は溶融スラグの粘性を調整してビード形状を良好にする。ＳｉＯ２が３５％未満であると、溶融スラグの粘性が不足してビードの蛇行やアンダーカットが発生してビード形状が不良となる。一方、ＳｉＯ２が４５％を超えると、溶接金属の酸素量が高くなり靭性が低下する。従って、ＳｉＯ２は３５～４５％とする。
珪砂、珪灰石等を原料とするＳｉＯ２は溶融スラグの粘性を調整してビード形状を良好にする。ＳｉＯ２が３５％未満であると、溶融スラグの粘性が不足してビードの蛇行やアンダーカットが発生してビード形状が不良となる。一方、ＳｉＯ２が４５％を超えると、溶接金属の酸素量が高くなり靭性が低下する。従って、ＳｉＯ２は３５～４５％とする。
【0018】
［ＭｎＯ：１８～２８％］
酸化マンガン、焙焼マンガン等を原料とするＭｎＯは、溶融スラグの粘性及びスラグ剥離性の調整に有効な成分である。しかし、ＭｎＯが１８％未満であると、溶融スラグの粘性が高くなりスラグがビードに焼き付いてスラグ剥離性が悪くなる。一方、ＭｎＯが２８％を超えると、溶融スラグの粘性が低くなり、オーバーラップ及びアンダーカットが発生する。従って、ＭｎＯは１８～２８％とする。
酸化マンガン、焙焼マンガン等を原料とするＭｎＯは、溶融スラグの粘性及びスラグ剥離性の調整に有効な成分である。しかし、ＭｎＯが１８％未満であると、溶融スラグの粘性が高くなりスラグがビードに焼き付いてスラグ剥離性が悪くなる。一方、ＭｎＯが２８％を超えると、溶融スラグの粘性が低くなり、オーバーラップ及びアンダーカットが発生する。従って、ＭｎＯは１８～２８％とする。
【0019】
［Ａｌ２Ｏ３：６～２０％］
アルミナ等を原料とするＡｌ２Ｏ３は、溶融スラグの粘性を調整するのに有効な成分である。Ａｌ２Ｏ３が６％未満であると、溶融スラグの粘性が低くなりアンダーカットが発生しやすくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３が２０％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなりすぎてビードが凸状になる。従って、Ａｌ２Ｏ３は６～２０％とする。
アルミナ等を原料とするＡｌ２Ｏ３は、溶融スラグの粘性を調整するのに有効な成分である。Ａｌ２Ｏ３が６％未満であると、溶融スラグの粘性が低くなりアンダーカットが発生しやすくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３が２０％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなりすぎてビードが凸状になる。従って、Ａｌ２Ｏ３は６～２０％とする。
【0020】
［ＭｇＯ：１１～１６％］
マグネシアクリンカ等を原料とするＭｇＯは、溶融スラグの粘性を調整してビード形状を良好にする。またＭｇＯは、溶接金属の酸素量を低減して靭性を良好にする。ＭｇＯが１１％未満であると、溶融スラグの粘性が不足し、ビードの蛇行やアンダーカットが発生する。また、ＭｇＯが１１％未満であると、溶接金属の酸素量が多くなって靭性が低下する。一方、ＭｇＯが１６％を超えると、ビード幅が狭くなって高温割れが発生しやすくなる。従って、ＭｇＯは１１～１６％とする。
マグネシアクリンカ等を原料とするＭｇＯは、溶融スラグの粘性を調整してビード形状を良好にする。またＭｇＯは、溶接金属の酸素量を低減して靭性を良好にする。ＭｇＯが１１％未満であると、溶融スラグの粘性が不足し、ビードの蛇行やアンダーカットが発生する。また、ＭｇＯが１１％未満であると、溶接金属の酸素量が多くなって靭性が低下する。一方、ＭｇＯが１６％を超えると、ビード幅が狭くなって高温割れが発生しやすくなる。従って、ＭｇＯは１１～１６％とする。
【0021】
［ＴｉＯ２：２～６％］
ルチール、酸化チタン等を原料とするＴｉＯ２は、ビード表面の平滑性を得るのに効果がある。またＴｉＯ２は、溶接金属中のアシキュラーフェライトの核となって溶接金属組織の微細化を促進し、靭性の向上に非常に有効な成分である。ＴｉＯ２が２％未満であると、ビード止端部の広がりが不連続となる。また、ＴｉＯ２が２％未満であると、溶接金属の靭性が低下する。一方、ＴｉＯ２が６％を超えると、スラグが焼き付いてスラグ剥離性が悪くなる。従って、ＴｉＯ２は２～６％とする。
ルチール、酸化チタン等を原料とするＴｉＯ２は、ビード表面の平滑性を得るのに効果がある。またＴｉＯ２は、溶接金属中のアシキュラーフェライトの核となって溶接金属組織の微細化を促進し、靭性の向上に非常に有効な成分である。ＴｉＯ２が２％未満であると、ビード止端部の広がりが不連続となる。また、ＴｉＯ２が２％未満であると、溶接金属の靭性が低下する。一方、ＴｉＯ２が６％を超えると、スラグが焼き付いてスラグ剥離性が悪くなる。従って、ＴｉＯ２は２～６％とする。
【0022】
［ＦｅＯ：０．５～４％］
ミルスケール等を原料とするＦｅＯは、溶融スラグの粘性及び融点を調整し、ビード止端部のなじみを良好にしてビード形状を良好にする。ＦｅＯが０．５％未満であると、ビード止端部のなじみが悪くビード形状が不良となる。一方、ＦｅＯが４％を超えると、スラグが焼き付きスラグ剥離性が悪くなる。従って、ＦｅＯは、０．５～４％とする。
ミルスケール等を原料とするＦｅＯは、溶融スラグの粘性及び融点を調整し、ビード止端部のなじみを良好にしてビード形状を良好にする。ＦｅＯが０．５％未満であると、ビード止端部のなじみが悪くビード形状が不良となる。一方、ＦｅＯが４％を超えると、スラグが焼き付きスラグ剥離性が悪くなる。従って、ＦｅＯは、０．５～４％とする。
【0023】
［ＣａＦ２：５～９％］
蛍石等を原料とするＣａＦ２は、溶融スラグの流動性を調整してスラグ剥離性を良好にする効果がある。ＣａＦ２が５％未満では、スラグがビードに焼き付きスラグ剥離性が悪くなる。一方、ＣａＦ２が９％を超えると、スラグの流動性が増し、オーバーラップ及びアンダーカットが発生すると共に、ガス成分が増加してポックマークが発生する。また、ＣａＦ２が９％を超えると、高電流で高速度のすみ肉溶接ではビードが凸型になり高温割れが生じやすくなる。従って、ＣａＦ２は５～９％とする。
蛍石等を原料とするＣａＦ２は、溶融スラグの流動性を調整してスラグ剥離性を良好にする効果がある。ＣａＦ２が５％未満では、スラグがビードに焼き付きスラグ剥離性が悪くなる。一方、ＣａＦ２が９％を超えると、スラグの流動性が増し、オーバーラップ及びアンダーカットが発生すると共に、ガス成分が増加してポックマークが発生する。また、ＣａＦ２が９％を超えると、高電流で高速度のすみ肉溶接ではビードが凸型になり高温割れが生じやすくなる。従って、ＣａＦ２は５～９％とする。
【0024】
［Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計：０．５～１．０％］
炭酸ナトリウム及び炭酸カリウム等を原料とするＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、アークの安定性を良好にしてビードの波目を細かくしてビード外観を良好にするのに有効な成分である。Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計が０．５％未満では、アークが不安定になりビードの波目が粗くなり外観が不良となる。一方、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計が１．０％を超えると、アンダーカットが生じやすくなる。従って、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計は０．５～１．０％とする。
炭酸ナトリウム及び炭酸カリウム等を原料とするＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、アークの安定性を良好にしてビードの波目を細かくしてビード外観を良好にするのに有効な成分である。Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計が０．５％未満では、アークが不安定になりビードの波目が粗くなり外観が不良となる。一方、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計が１．０％を超えると、アンダーカットが生じやすくなる。従って、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計は０．５～１．０％とする。
【0025】
［塩基度Ａ：０．５０～１．００］
前記各成分の下記（１）式から求められる塩基度Ａは、溶融スラグの粘性を調整する。また、溶接金属の酸素量を少なくして靭性を良好にする。塩基度Ａが０．５０未満であると、溶接金属中の酸素量が高くなり靭性が低くなる。一方、塩基度Ａが１．００を超えると、スラグの粘性が高くなりスラグ剥離性が悪くなる。従って、下記（１）式から求められる塩基度Ａは０．５０～１．００とする。
A=([CaF2]+[MgO]+0.5([MnO]+[FeO]))/([SiO2]+0.5([Al2O3]+[TiO2]))・・・（1）式
但し、［ ］は、各成分のフラックス全質量に対する質量％を示す。
前記各成分の下記（１）式から求められる塩基度Ａは、溶融スラグの粘性を調整する。また、溶接金属の酸素量を少なくして靭性を良好にする。塩基度Ａが０．５０未満であると、溶接金属中の酸素量が高くなり靭性が低くなる。一方、塩基度Ａが１．００を超えると、スラグの粘性が高くなりスラグ剥離性が悪くなる。従って、下記（１）式から求められる塩基度Ａは０．５０～１．００とする。
A=([CaF2]+[MgO]+0.5([MnO]+[FeO]))/([SiO2]+0.5([Al2O3]+[TiO2]))・・・（1）式
但し、［ ］は、各成分のフラックス全質量に対する質量％を示す。
【0026】
［フラックスの嵩密度：０．８～１．３ｇ／ｃｍ３］
ＪＩＳ Ｋ－６７２０に準じて測定したフラックスの嵩密度は、溶接時に溶融プールの大気とのシールド性及び溶接ビードの広がりに作用する。フラックスの嵩密度が０．８ｇ／ｃｍ３未満では、溶接中のシールドが不十分となり溶接金属中の窒素及び酸素が多くなって靭性が低下する。一方、フラックスの嵩密度が１．３ｇ／ｃｍ３を超えると、ビードが広がらずアンダーカットが発生する。従って、フラックスの嵩蜜度は０．８～１．３ｇ／ｃｍ３とする。
ＪＩＳ Ｋ－６７２０に準じて測定したフラックスの嵩密度は、溶接時に溶融プールの大気とのシールド性及び溶接ビードの広がりに作用する。フラックスの嵩密度が０．８ｇ／ｃｍ３未満では、溶接中のシールドが不十分となり溶接金属中の窒素及び酸素が多くなって靭性が低下する。一方、フラックスの嵩密度が１．３ｇ／ｃｍ３を超えると、ビードが広がらずアンダーカットが発生する。従って、フラックスの嵩蜜度は０．８～１．３ｇ／ｃｍ３とする。
【0027】
なお、フラックスの嵩密度を調整する製造方法は、フラックスの製造工程において、溶融したフラックスを温水中で冷却して、冷却速度を遅らせてフラックスを発泡させる方法や溶融したフラックスをジェット水流中で冷却して針状、鹿角状、球状及び鱗片状粒子の混在したフラックスとすることによりフラックスの嵩密度を調整することができる。
【0028】
フラックスの嵩密度の測定は、ＪＩＳ Ｋ６７２０に準拠して実施する。
嵩密度（ｇ／ｃｍ３）＝（試料の入った受器の質量（ｇ）－受器の質量（ｇ））／ 受器の内容積（ｃｍ３）
嵩密度（ｇ／ｃｍ３）＝（試料の入った受器の質量（ｇ）－受器の質量（ｇ））／ 受器の内容積（ｃｍ３）
【0029】
また、フラックスの粒度を調整する方法としては、例えば、溶融したフラックス（メルト）に、噴流水を直接当てる方法が挙げられる。水圧、水量、溶融状態のフラックス量を制御して水砕し、ふるい分けすることでフラックスの粒度を調整することができる。
【0030】
［Ｂｉ２Ｏ３：０．０５％以下］
酸化ビスマス等を原料とするＢｉ２Ｏ３は、スラグ剥離性を良好にする効果がある。しかし、Ｂｉ２Ｏ３が０．０５％を超えると、溶接金属の靭性が劣化する。従って、Ｂｉ２Ｏ３は０．０５％以下とする。なお、Ｂｉ２Ｏ３は、微量の添加でスラグ剥離性を良好にする効果が得られるが、その効果を得るためには０．００１％以上とすることが好ましい。
酸化ビスマス等を原料とするＢｉ２Ｏ３は、スラグ剥離性を良好にする効果がある。しかし、Ｂｉ２Ｏ３が０．０５％を超えると、溶接金属の靭性が劣化する。従って、Ｂｉ２Ｏ３は０．０５％以下とする。なお、Ｂｉ２Ｏ３は、微量の添加でスラグ剥離性を良好にする効果が得られるが、その効果を得るためには０．００１％以上とすることが好ましい。
【0031】
本開示のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスの残部は、前記原料に微量含まれる不純物であるＣａＯ、ＢａＯ、Ｐ及びＳ等であり、これらの合計で３％以下含むことができる。
なお、本開示のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、上述したフラックス成分の一部に代えて、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯ、及び／又はＢａＯをそれぞれ所定量含有してもよい。
なお、本開示のすみ肉サブマージアーク溶接用溶融型フラックスは、上述したフラックス成分の一部に代えて、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯ、及び／又はＢａＯをそれぞれ所定量含有してもよい。
【0032】
［Ｂ２Ｏ３：１．５％以下］
酸化ホウ素等を原料とするＢ２Ｏ３は、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。しかし、Ｂ２Ｏ３が１．５％を超えると、溶接金属の靭性が劣化する。従って、Ｂ２Ｏ３を含む場合は１．５％以下とする。なお、Ｂ２Ｏ３は、溶接金属の靭性を向上させる効果が得られるが、その効果を得るためには０．０１％以上とすることが好ましい。
酸化ホウ素等を原料とするＢ２Ｏ３は、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。しかし、Ｂ２Ｏ３が１．５％を超えると、溶接金属の靭性が劣化する。従って、Ｂ２Ｏ３を含む場合は１．５％以下とする。なお、Ｂ２Ｏ３は、溶接金属の靭性を向上させる効果が得られるが、その効果を得るためには０．０１％以上とすることが好ましい。
【0033】
［ＣａＯ：５．０％以下］
酸化カルシウム等を原料とするＣａＯは、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。しかし、ＣａＯが５．０％を超えると、ビードが凸状になる。従って、ＣａＯを含む場合は５．０％以下とする。なお、ＣａＯは、溶接金属の靭性を向上させる効果が得られるが、その効果を得るためには０．０１％以上とすることが好ましい。
酸化カルシウム等を原料とするＣａＯは、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。しかし、ＣａＯが５．０％を超えると、ビードが凸状になる。従って、ＣａＯを含む場合は５．０％以下とする。なお、ＣａＯは、溶接金属の靭性を向上させる効果が得られるが、その効果を得るためには０．０１％以上とすることが好ましい。
【0034】
［ＢａＯ：５．０％以下］
酸化バリウム等を原料とするＢａＯは、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。しかし、ＢａＯが５．０％を超えると、ビードが凸状になる。従って、ＢａＯを含む場合は５．０％以下とする。なお、ＢａＯは、溶接金属の靭性を向上させる効果が得られるが、その効果を得るためには０．０１％以上とすることが好ましい。
酸化バリウム等を原料とするＢａＯは、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。しかし、ＢａＯが５．０％を超えると、ビードが凸状になる。従って、ＢａＯを含む場合は５．０％以下とする。なお、ＢａＯは、溶接金属の靭性を向上させる効果が得られるが、その効果を得るためには０．０１％以上とすることが好ましい。
【0035】
フラックスの粒径は特に限定しないが、粒径が０．３ｍｍ超～１．４ｍｍの範囲にあるフラックス粒子が９０％以上であることが好ましい。なお、フラックスの粒径は実施例として後述する方法によって測定する。
【実施例】
【0036】
以下、実施例により本開示に係る溶融型フラックスの効果を具体的に説明する。
【0037】
＜実施例１＞
表１に示す各成分組成、塩基度Ａ及び嵩密度の溶融型フラックスを試作し、表２に示す２電極のサブマージアーク溶接条件で、表４に示すＪＩＳ Ｚ３３５１ ＹＳ－Ｓ６のワイヤ径４．８ｍｍのソリッドワイヤを組合せ、表３に示すＪＩＳ Ｇ３１３６ ＳＮ４９０Ｂの板厚２５ｍｍ及び１６ｍｍの鋼板を用いて溶接試験をした。
開先形状は、板厚２５ｍｍの鋼板については、図１（ａ）に示すようにウェブ鋼板１に６０°の両面開先でルートフェイス９ｍｍとしてフランジ鋼板２とＴ字型に組み立てて、全ての試作フラックスで下向すみ肉サブマージアーク溶接により両面溶接した試験体１０を作製した。板厚１６ｍｍの鋼板については、図１（ｂ）に示すように、ウェブ鋼板１とフランジ鋼板２とを開先無しでＴ字型に組み立て、一部の試作フラックスと組み合わせて下向すみ肉サブマージアーク溶接により両面溶接した試験体１１を作製した。
表１に示す各成分組成、塩基度Ａ及び嵩密度の溶融型フラックスを試作し、表２に示す２電極のサブマージアーク溶接条件で、表４に示すＪＩＳ Ｚ３３５１ ＹＳ－Ｓ６のワイヤ径４．８ｍｍのソリッドワイヤを組合せ、表３に示すＪＩＳ Ｇ３１３６ ＳＮ４９０Ｂの板厚２５ｍｍ及び１６ｍｍの鋼板を用いて溶接試験をした。
開先形状は、板厚２５ｍｍの鋼板については、図１（ａ）に示すようにウェブ鋼板１に６０°の両面開先でルートフェイス９ｍｍとしてフランジ鋼板２とＴ字型に組み立てて、全ての試作フラックスで下向すみ肉サブマージアーク溶接により両面溶接した試験体１０を作製した。板厚１６ｍｍの鋼板については、図１（ｂ）に示すように、ウェブ鋼板１とフランジ鋼板２とを開先無しでＴ字型に組み立て、一部の試作フラックスと組み合わせて下向すみ肉サブマージアーク溶接により両面溶接した試験体１１を作製した。
【0038】
なお、フラックスの粒度は０．３ｍｍのふるい網上で１．４ｍｍのふるい網下に整粒した。
【0039】
また、表１のフラックス成分組成中の残部は、原料から不純物として混入するＣａＯ、ＢａＯ、Ｐ、Ｓ等である。また、表中の下線は、本開示の範囲外であることを示す。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
【表3】
【0043】
【表4】
【0044】
溶接作業性の評価は、アークの安定性、ビード形状（ビード蛇行、アンダーカット、オーバーラップ及びードの広がり等）、スラグ剥離性及び高温割れの有無を調査した。
【0045】
アークの安定性は、溶接時の溶接電圧変動が±５Ｖ以内であれば良好とした。
【0046】
ビード形状は、溶接ビード健全部から１０ヵ所ビード幅を測定し、最小値と最大値の差が８ｍｍ以内であり、かつ溶接欠陥が無い（ビード蛇行、アンダーカット、オーバーラップ等）ものを良好とした。
【0047】
スラグ剥離性は、溶接後のスラグは自然剥離するため刷毛でスラグを除去し、目視で確認できる残存スラグの面積を推定し、スラグ剥離率９８％以上を良好とした。また、ビード健全部３０ｃｍの範囲にて目視で確認できる残存スラグの面積を推定し、スラグ剥離率１００％を極めて良好とした。
【0048】
機械的性質は、鋼板板厚２５ｍｍのウェブ鋼板１とフランジ鋼板２からなる溶接試験体１２から図２に示すようにすみ肉溶接金属２０の中央部からシャルピー衝撃試験片３（ＪＩＳ Ｚ２２０２ ４号）を採取して評価した。シャルピー衝撃試験は、試験温度０℃で３回繰り返して行い、吸収エネルギーの平均値が５０Ｊ以上を良好とした。それらの結果を表５にまとめて示す。なお、表５において図１に示す試験体に関しては、図１（ａ）に示す板厚２５ｍｍの開先加工有りを“ａ”とし、図１（ｂ）に示す板厚１６ｍｍの開先加工無しを“ｂ”としている。
【0049】
【表5】
【0050】
表１及び表５中フラックス記号Ｆ１～Ｆ１０が本発明例、フラックス記号Ｆ１１～Ｆ２２は比較例である。本発明例であるフラックス記号Ｆ１～Ｆ１０は、ＳｉＯ２、ＭｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＦｅＯ、ＣａＦ２、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計が適量で、塩基度Ａ及びフラックスの嵩密度が適正であるので、板厚２５ｍｍの開先加工有り及び板厚１６ｍｍの開先加工無しの下向すみ肉溶接において、アークが安定してビード蛇行、アンダーカット、オーバーラップ及び凸ビード等が生じずビード形状が良好で、スラグ剥離性も良好で高温割れも生じず、溶接金属の吸収エネルギーも高値が得られ、極めて満足な結果であった。なお、Ｂｉ２Ｏ３を適量含有するフラックス記号Ｆ２、Ｆ３、Ｆ６、Ｆ８及びＦ１０は、スラグ剥離性が極めて良好であった。
【0051】
比較例中フラックス記号Ｆ１１は、ＳｉＯ２が少ないので、開先加工有り及び開先加工なし共にビードが蛇行しアンダーカットも生じた。また、ＣａＦ２が少ないのでスラグが焼き付きスラグ剥離性が不良であった。
【0052】
フラックス記号Ｆ１２は、ＳｉＯ２が多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、ＦｅＯが少ないので、ビード止端部のなじみが悪くビード形状が不良であった。
【0053】
フラックス記号Ｆ１３は、ＭｎＯが少ないので、スラグが焼き付きスラグ剥離性が不良であった。また、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計が少ないので、アークが不安定でビードの波目が粗く外観が不良であった。
【0054】
フラックス記号Ｆ１４は、ＭｎＯが多いので、オーバーラップ及びアンダーカットが生じた。また、ＦｅＯが多いので、スラグが焼き付きスラグ剥離性が不良であった。
【0055】
フラックス記号Ｆ１５は、Ａｌ２Ｏ３が少ないので、アンダーカットが生じた。また、ＴｉＯ２が多いので、スラグが焼き付きスラグ剥離性が不良であった。
【0056】
フラックス記号Ｆ１６は、Ａｌ２Ｏ３が多いので、ビードが凸であった。また、塩基度Ａが低いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
【0057】
フラックス記号Ｆ１７は、ＭｇＯが少ないので、開先加工有り及び開先加工なし共にビードが蛇行してアンダーカットも生じた。また、ＭｇＯが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
【0058】
フラックス記号Ｆ１８は、ＭｇＯが多いので、ビード幅が狭くクレータ割れも生じた。また、フラックスの嵩密度が小さいので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
【0059】
フラックス記号Ｆ１９は、ＴｉＯ２が少ないので、ビード止端部の広がりが不連続であった。また、ＴｉＯ２が少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。さらに、塩基度Ａが高いので、スラグ剥離性が不良であった。
【0060】
フラックス記号Ｆ２０は、ＣａＦ２が多いので、オーバーラップ、アンダーカット及びポックマークが発生し、ビードが凸状となりクレータ割れも生じた。また、Ｂｉ２Ｏ３が多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
【0061】
フラックス記号Ｆ２１は、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計が多いので、アンダーカットが生じた。
【0062】
フラックス記号Ｆ２２は、フラックスの嵩密度が大きいので、開先加工有り及び開先加工なし共にビード幅が狭くアンダーカットが生じた。
【0063】
＜実施例２＞
表６に示す各成分組成、塩基度Ａ、嵩密度及び粒度（粒径０．３ｍｍ超～１．４ｍｍの質量割合）の溶融型フラックスを試作した。
なお、表６のフラックス成分組成中の残部は、原料から不純物として混入するＰ、Ｓ等である。
表６に示す各成分組成、塩基度Ａ、嵩密度及び粒度（粒径０．３ｍｍ超～１．４ｍｍの質量割合）の溶融型フラックスを試作した。
なお、表６のフラックス成分組成中の残部は、原料から不純物として混入するＰ、Ｓ等である。
【0064】
フラックスの粒度は、０．３ｍｍのふるい網上で１．４ｍｍのふるい網下に整粒した後、ＪＩＳ Ｚ３３５２：２０１７ サブマージアーク溶接及びエレクトロスラグ溶接用フラックスにおける「６．３ フラックスの粒度試験」に準じて測定した。ＪＩＳ Ｚ ８８０１－１：２０１９「試験用ふるい－第１部：金属製網ふるい」において相当する公称目開き（３００μｍ及び１．４ｍｍ）のふるいを使用し、ふるい分け時間は、４分間とする。ＪＩＳ Ｚ８８１５：１９９４「ふるい分け試験方法通則」における機械ふるい分けを行い、測定機器として、ロータップ型 ふるい振とう機を用いる。試験に用いるフラックスは２００ｇとする。このようなフラックスの粒度試験において、公称目開き１．４ｍｍのふるいを透過し、かつ公称目開き３００μｍのふるいを透過しないフラックスが、粒径０．３ｍｍ超～１．４ｍｍのフラックスである。
【0065】
なお、フラックス記号Ｆ３１とＦ３２は、同じ原料を用い、フラックス成分は同じであるが、フラックスを試作する際の粉砕条件及びふるい分け時間を変更して粒度及び嵩密度を調整した。
【0066】
【表6】
【0067】
フラックス記号Ｆ３１～Ｆ３８を用いたこと以外は実施例１と同様にして、図１（ａ）に示すように下向すみ肉サブマージアーク溶接により両面溶接した試験体１０を作製し、溶接作業性及び機械的性質を評価した。結果を表７に示す。
【0068】
【表7】
【0069】
本発明例であるフラックス記号Ｆ３１～Ｆ３８は、いずれもＳｉＯ２、ＭｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＦｅＯ、ＣａＦ２、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種または２種の合計が適量であり、塩基度Ａ及びフラックスの嵩密度も適正であるので、板厚２５ｍｍの開先加工有りの下向すみ肉溶接において、アークが安定してビード蛇行、アンダーカット、オーバーラップ及び凸ビード等が生じずビード形状が良好で、スラグ剥離性も良好で高温割れも生じず、溶接金属の吸収エネルギーも高値が得られ、極めて満足な結果であった。
【0070】
なお、フラックス記号Ｆ３１及びＦ３２は成分が同じであるが、粒径が０．３ｍｍ超～１．４ｍｍの範囲にあるフラックス粒子が９０％以上であるフラックス記号Ｆ３１を用いた方がスラグ剥離性が良好であり、溶接金属の吸収エネルギーも高く、靭性が優れていた。
フラックス記号Ｆ３３～Ｆ３８は、上記成分に加え、さらにＢ２Ｏ３、ＣａＯ及びＢａＯの少なくとも１種を適量含有しており、フラックス記号Ｆ３１を用いた場合に比べ、溶接金属の吸収エネルギーが高く、靭性が一層優れていた。
フラックス記号Ｆ３３～Ｆ３８は、上記成分に加え、さらにＢ２Ｏ３、ＣａＯ及びＢａＯの少なくとも１種を適量含有しており、フラックス記号Ｆ３１を用いた場合に比べ、溶接金属の吸収エネルギーが高く、靭性が一層優れていた。
【符号の説明】
【0071】
１ ウェブ鋼板
２ フランジ鋼板
３ シャルピー衝撃試験片
１０、１１ 試験体
１２ 溶接試験体
２０ すみ肉溶接金属
２ フランジ鋼板
３ シャルピー衝撃試験片
１０、１１ 試験体
１２ 溶接試験体
２０ すみ肉溶接金属
【図1】
【図2】
