特許 7638594 ９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤ

(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】2025-02-21

(45)【発行日】2025-03-04

(54)【発明の名称】９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤ

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/368 20060101AFI20250225BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20250225BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20250225BHJP

   C22C 38/08 20060101ALN20250225BHJP

【ＦＩ】

B23K35/368 B

B23K35/30 320Q

B23K35/30 A

C22C38/00 302B

C22C38/08

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021051421

(22)【出願日】2021-03-25

(65)【公開番号】P2022149326

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-10-05

(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】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(72)【発明者】

【氏名】植平 一洋

(72)【発明者】

【氏名】行方 飛史

(72)【発明者】

【氏名】大塚 貴之

【審査官】川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４４０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４７２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３０９５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２９６４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４３２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１９６６１９９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ３５／３６８

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎｉ基合金外皮にフラックスを充填してなる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、
ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計で、
Ｍｎ：２．０～４．５％、
Ｎｉ：５３～６５％、
Ｃｒ：１３～１９％、
Ｍｏ：５～１４％、
Ｗ：０．５～６％、
Ｎｂ：０．５～３．０％、
Ｔｉ：０．４～１．０％、
Ｔａ：０．０５～０．２％を含有し、
Ｃ：０．０４％以下、
Ｓｉ：０．２％以下であり、
さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、
Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値の合計：３．０～８．０％、
Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計：０．５～２．０％、
Ｚｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計：１．０～２．０％、
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上：Ｎａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の合計で０．１～０．８％、
ＣａＯ：０．１～０．８％、
金属弗化物：Ｆ換算値の合計で０．１～１．０％を含有し、
残部は、Ｎｉ基合金外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不純物であることを特徴とする９％Ｎｉ鋼溶接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、主にＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）等の貯蔵タンクに用いられる９％Ｎｉ鋼の溶接に使用される９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤに関し、高強度で靱性に優れた溶接金属が得られ、耐割れ性及びブローホール等の耐欠陥性に優れ、かつ、全姿勢での溶接作業性に優れる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、日本国内では、ＬＮＧを燃料とした火力発電所の増強計画が促進されており、都市ガス販売量の拡大、工業用の燃料転換による使用量の伸びとともに、ＬＮＧ需要は拡大すると見込まれている。また、世界全体でも、ＬＮＧの需要は増加傾向にあり、ＬＮＧ貯槽タンクの新規建設や増設等が検討されている。このＬＮＧ貯蔵タンクは、フェライト系の極低温材料として、９％Ｎｉ鋼が適用されており、主にＬＮＧタンクの内槽材として適用されてきた。

【0003】

一方、９％Ｎｉ鋼の溶接は、溶接金属に極低温で十分な強度と優れた靭性が要求されるため、Ｎｉ基合金系の溶接材料が多く用いられている。ＬＮＧタンクの現地溶接において、内槽側板の溶接は、建設工事全体の工程及びコストにおいて大きな割合を占めており、従来、内槽側板の縦継手には、被覆アーク溶接もしくはティグ溶接が、また周溶接にはサブマージアーク溶接が主に適用されてきた。しかし、被覆アーク溶接やティグ溶接を適用する縦継手の溶接は、作業効率が悪く、溶接作業の負荷軽減や工期短縮等に課題があった。

【0004】

Ｎｉ基合金のような特殊材料においても、被覆アーク溶接やティグ溶接に比べて、溶接作業の高能率化が期待できるＮｉ基合金フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接に対する需要が拡大しつつある。一方、Ｎｉ基合金は、完全オーステナイト組織であり、極めて割れ感受性が高く、また炭素鋼と比較し、融点が低くブローホール等の気孔欠陥が発生する等、耐欠陥性に課題があった。さらには、鋼板と同等の引張強度や、極低温での衝撃性能が要求されるため、溶接金属には、このような諸特性と溶接作業性の両立が求められるため、溶接姿勢や溶接条件範囲が限られていた。

【0005】

９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤとして、例えば特許文献１には、Ｎｉ基外皮中のＣ、Ｔｉ、Ａｌ及びＭｇを規定し、かつワイヤ全質量として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｇを所定量の範囲で含有し、Ｃ、Ｎｂを所定以下に抑制した耐欠陥性に優れるフラックス入りワイヤが提案されている。しかし、この特許文献１の開示技術によれば、ワイヤ全質量中のＴｉ含有量が低く、十分な脱酸効果が得られないので、ブローホール等が発生しやすく耐欠陥性に課題がある。また、固溶強化元素であるＮｂ含有量が低く、Ｎｉ基合金のような、完全オーステナイト組織では、溶接金属の強度が低い等の問題点があった。

【0006】

また、特許文献２には、８００℃以上で焼結したＴｉＯ_２を適用し、水分量を低減することによって耐欠陥性に優れたフラックス入りワイヤが提案されている。しかし、特許文献２の開示技術では、粉末状のフラックスは、表面積が高く、焼結後に再吸湿しやすい等の問題点があった。また、ＴｉＯ_２を焼成する等の工程増加によって、製造コストが高くなる等の問題点もあった。

【0007】

さらに、特許文献３には、Ｎｉ基外皮中のＣを規定して、かつワイヤ全質量としてＴｉＯ_２やＺｒＯ_２を規定したワイヤ生産性が良好であるとともに、溶接金属の機械性能に優れ、全姿勢における溶接作業性が良好なフラックス入りワイヤが提案されている。しかし、特許文献３の開示技術では、溶接金属の機械性能と全姿勢溶接作業性は両立が得られているものの、耐割れ性に改善の余地があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１５－８５３６６号公報

【文献】特開２０１６－９３８３６号公報

【文献】特開２０１８－１４４０４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、主にＬＮＧ等の貯蔵タンクに用いられる９％Ｎｉ鋼の溶接に使用される９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤに関し、高強度で靱性に優れた溶接金属が得られ、耐割れ性及びブローホール等の耐欠陥性に優れ、かつ、全姿勢での溶接作業性に優れる９％Ｎｉ鋼溶接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】

【0010】

本発明の要旨は、Ｎｉ基合金外皮にフラックスを充填してなる９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計で、Ｍｎ：２．０～４．５％、Ｎｉ：５３～６５％、Ｃｒ：１３～１９％、Ｍｏ：５～１４％、Ｗ：０．５～６％、Ｎｂ：０．５～３．０％、Ｔｉ：０．４～１．０％、Ｔａ：０．０５～０．２％を含有し、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：０．２％以下であり、さらに、ワイヤ全質量に対する質量％で、フラックス中に、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値の合計：３．０～８．０％、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計：０．５～２．０％、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計：１．０～２．０％、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上：Ｎａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の合計で０．１～０．８％、ＣａＯ：０．１～０．８％、金属弗素化物のＦ換算値の合計：０．１～１．０％を含有し、残部はＮｉ基合金外皮のＦｅ分、鉄合金粉のＦｅ分及び不純物であることを特徴とする９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤにある。

【発明の効果】

【0011】

本発明の９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤによれば、９％Ｎｉ鋼の溶接において、全姿勢での溶接作業性に優れ、高強度で高靱性の溶接金属が得られ、かつ、ブローホール等の耐欠陥性に優れ、さらに耐割れ性に優れる等、高能率で高品質な溶接金属が得られる９％Ｎｉ鋼溶接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】

【0012】

【図1】耐欠陥性を評価した溶接継手の開先形状及び積層要領を示す図である。

【図2】電圧変動を測定することによりアーク安定性を評価する例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明者らは、上述した課題を解決するために種々のフラックス入りワイヤを試作し、溶接作業性及び機械的性質におよぼす成分組成について詳細に検討した。

【0014】

その結果、フラックス入りワイヤ中のＣ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂを適量にすることによって、機械的性質に優れた溶接金属を得ることができたものの、溶接後に高温割れが発生した。そこで溶接金属の機械的性質を維持しつつ、高温割れを防止できるよう成分組成について更なる検討を行った。その結果、高温割れは、Ｓ、Ｐ等の不純物元素の偏析もしくはＮｉ－ＳｉやＮｉ－Ｎｂの低融点化合物が生成することによって発生するといった知見が得られた。そこで、比較的高融点の化合物を生成するＭｏ、Ｗ、Ｔａを適量にすることによって耐高温割れ性の向上を行い、良好な機械的性質を有する溶接金属が得られることを見出した。

【0015】

また、Ｎｉ基合金の溶接金属は、炭素鋼と比較し凝固温度が低いため、凝固が完了する時間が短く、ＣＯガスが溶接金属内部にトラップされやすくブローホール等の気孔欠陥が発生しやすくなるといった問題点があるため、更なる検討を行った。その結果、Ｔｉを適量添加することで、溶接金属中の酸素量を低減させＣＯ反応を抑制し、ブローホール等を低減するといった知見が得られた。また、ＣａＯを適量添加することにより、スラグの融点や粘性を調整し、スラグと溶融金属表面に内在するＣＯガスのトラップを抑制し、ブローホールやピットの発生を低減し耐欠陥性が良好な溶接金属が得られた。

【0016】

さらに、溶接作業性は、フラックス入りワイヤ中のＴｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計、Ａｌ酸化物のＡｌ_２Ｏ_３換算値の合計、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計及びＣａＯ、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の１種または２種以上の合計及び金属弗化物のＦ換算値の合計を適量とすることで溶接時のアーク状態、スラグ被包性、スラグ剥離性等が良好になることを見出した。

【0017】

本発明は、Ｎｉ基合金外皮及び充填フラックスの各成分組成それぞれの単独及び共存による及び相乗効果によりなし得たもので、以下にそれぞれの各成分組成の添加理由及び限定理由を述べる。なお、各成分組成の含有量は、ワイヤ全質量に対する質量％で示すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載する。

【0018】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｎ：２．０～４．５％］
Ｍｎは、溶接金属の耐割れ性を向上させるために添加する。Ｍｎが２．０％未満では、耐割れ性が劣化する。一方、Ｍｎが４．５％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｎは２．０～４．５％とする。なお、ＭｎはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｍｎ及びＦｅ－Ｍｎ等の合金粉から添加される。

【0019】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｉ：５３～６５％］
Ｎｉは、溶接金属を構成する主元素であり、オーステナイト組織を有して極低温での強度及び靱性を確保するために添加する。Ｎｉが５３％未満では、その効果が得られず、溶接金属の強度と靱性が低下する。一方、Ｎｉが６５％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｉは５３～６５％とする。なお、ＮｉはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉ等の合金粉から添加される。

【0020】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣｒ：１３～１９％］
Ｃｒは、溶接金属の強度及び靭性を確保する目的で添加する。Ｃｒが１３％未満では、その効果が得られず、必要な溶接金属の強度と靱性が得られない。一方、Ｃｒが１９％を超えると、溶接金属の伸びが低下する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣｒは１３～１９％とする。なお、ＣｒはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｃｒ、Ｆｅ－Ｃｒ等の合金粉から添加される。

【0021】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｏ：５～１４％］
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上し、かつ高温割れを抑制する目的で添加する。Ｍｏが５％未満では、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度が低下するとともに、高温割れが発生する。一方、Ｍｏが１４％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＭｏは５～１４％とする。なお、ＭｏはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｍｏ、Ｆｅ－Ｍｏ等の合金粉から添加される。

【0022】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＷ：０．５～６％］
Ｗは、高温割れを抑制する目的で添加する。Ｗが０．５％未満では、その効果が十分に得られず、高温割れが発生する。一方、Ｗが６％を超えると、溶接金属の引張強さが低下する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＷは０．５～６％とする。なお、ＷはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｗ粉から添加される。

【0023】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｂ：０．５～３．０％］
Ｎｂは、溶接金属の強度を向上させる目的で添加する。Ｎｂが０．５％未満では、その効果が十分に得られず、溶接金属の強度が低下する。一方、Ｎｂが３．０％を超えると、Ｎｉ－Ｎｂ等の低融点化合物を生成し、高温割れが発生しやすくなる。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＮｂは０．５～３．０％とする。なお、ＮｂはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからのＦｅ－Ｎｂ等の合金粉から添加される。

【0024】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＴｉ：０．４～１．０％］
Ｔｉは、溶接金属中の酸素量を低減させＣＯ反応を抑制し、ブローホール等を低減し、耐欠陥性を向上させる目的で添加する。Ｔｉが０．４％未満では、溶接金属中の脱酸反応が不十分で、ブローホール等の気孔欠陥が発生する。一方、Ｔｉが１．０％を超えると、炭化物が析出し、溶接金属の伸びが低下する。従って、Ｔｉは０．４～１．０％とする。なお、ＴｉはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉ等の合金粉から添加される。

【0025】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＴａ：０．０５～０．２％］
Ｔａは、高温割れを抑制する目的で添加する。Ｔａが、０．０５％未満では、その効果が十分に得られず、高温割れが発生する。一方、Ｔａが０．２％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＷは０．０５～０．２％とする。なお、ＴａはＮｉ基合金外皮に含有される他、フラックスからの金属Ｔａ粉から添加される。

【0026】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＣ：０．０４％以下］
Ｃは、溶接金属の強度を向上する効果があるが、過剰に添加すると炭化物を生成して靱性を低下させるので０．０４％以下とする。なお、ＣはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属粉及び合金粉から添加される。

【0027】

［Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＳｉ：０．２％以下］
Ｓｉは、Ｎｉ－Ｓｉ等の低融点化合物を生成し、高温割れを助長する効果があるため、できる限り低くすることが好ましい。Ｓｉが０．２％を超えると、高温割れが発生する。従って、Ｎｉ基合金外皮とフラックスの合計でＳｉは０．２％以下とする。なお、ＳｉはＮｉ基合金外皮に含まれる他、フラックスからの金属粉及び合金粉から添加される。

【0028】

［フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値の合計：３．０～８．０％］
Ｔｉ酸化物は、溶滴移行を安定させアーク安定性を改善する目的で添加する。Ｔｉ酸化物 のＴｉＯ_２換算値の合計が３．０％未満では、その効果が十分に得られず、アークが不安定になる。一方、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値の合計が８．０％を超えると、ビード表面にテンパーカラーが付着しビード外観が不良となる。従って、フラックス中のＴｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値の合計は３．０～８．０％とする。なお、Ｔｉ酸化物はフラックスからのルチール、酸化チタン、チタンスラグ、イルメナイト等の粉末から添加される。

【0029】

［フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計：０．５～２．０％］
Ｓｉ酸化物は、スラグの融点を調整し、ビード外観を向上する目的で添加する。Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計が０．５％未満では、その効果が十分に得られず、スラグの被包が不均一でビード外観が不良となる。一方、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計が２．０％を超えると、スラグの融点が低くなり、立向上進溶接時に発生する溶融スラグによる溶融金属の保持が困難になるためビード形状が凸になる。従って、フラックス中のＳｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計は０．５～２．０％とする。なお、Ｓｉ酸化物はフラックスからの珪砂、珪酸ソーダ、珪灰石等の粉末から添加される。

【0030】

［フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計：１．０～２．０％］
Ｚｒ酸化物は、スラグ被包性を改善し、スラグ剥離性を向上する効果がある。Ｚｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計が１．０％未満では、その効果が十分に得られず、スラグの被包が不均一で、スラグ剥離性が劣化する。一方、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計が２．０％を超えると、スラグの粘性が増加して溶滴移行が円滑に行われずスパッタ発生量が増加する。従って、フラックス中のＺｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計は１．０～２．０％とする。なお、Ｚｒ酸化物はフラックスからのジルコンサンド、酸化ジルコン等の粉末から添加される。

【0031】

［フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上：Ｎａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の合計で０．１～０．８％］
Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、スラグの融点及び粘性を改善してアークを安定にする。Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の合計が０．１％未満では、その効果が十分に得られず、アークが不安定となる。一方、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の合計が０．８％を超えると、溶滴が大きく成長して、大粒のスパッタが発生し、スパッタ発生量が多くなる。従って、フラックス中のＮａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種以上のＮａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の合計は０．１～０．８％とする。なお、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物は、フラックス中の珪酸ソーダ及び珪酸カリからなる水ガラス固質分、カリ長石、チタン酸ナトリウム等の粉末から添加される。

【0032】

［フラックス中のＣａＯ：０．１～０．８％］
ＣａＯは、スラグの融点や粘性を調整し、スラグと溶融金属表面に内在するＣＯガスのトラップを抑制し、ブローホールやピットの発生を低減し耐欠陥性を向上する効果がある。ＣａＯが０．１％未満では、その効果が十分に得られず、ブローホールやピットが生じやすくなる。一方、ＣａＯが０．８％を超えると、溶滴移行が安定せず、アークが不安定となる。従って、フラックス中のＣａＯは０．１～０．８％とする。なお、ＣａＯは、フラックス中の珪灰石等の粉末から添加される。

【0033】

［金属弗化物：Ｆ換算値の合計で０．１～１．０％］
金属弗化物は、溶融金属を攪拌して溶接金属へのスラグ内在を防止する目的で添加する。金属弗化物のＦ換算値の合計が０．１％未満では、その効果が十分に得られず、溶接金属へスラグが内在しやすくなる。一方、金属弗化物のＦ換算値の合計が１．０％を超えると、スパッタ発生量が多くなる。従って、フラックス中の金属弗化物のＦ換算値の合計は０．１～１．０％とする。なお、金属弗化物はＮａＦ、ＣａＦ_２等の粉末から添加でき、Ｆ換算値はそれらに含有するＦ量の合計である。

【0034】

なお、本発明の９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤの残部は、Ｎｉ基合金外皮のＦｅ分、Ｆｅ－Ｍｎ、Ｆｅ－Ｎｉ、Ｆｅ－Ｃｒ、Ｆｅ－Ｍｏ、Ｆｅ－Ｎｂ、Ｆｅ－Ｔｉ等の鉄合金粉のＦｅ分及び不純物である。不純物について、特に規定しないが、耐高温割れ性の観点から、Ｐは０．０１０％以下、Ｓは０．０１０％以下が好ましい。

【0035】

また、Ｎｉ基合金外皮へのフラックス充填率が１８％未満では、外皮の肉厚が厚くなり、溶滴が肥大化してアークが不安定となる。一方、フラックス充填率が３０％を超えると、外皮の肉厚が薄く、スラグ量が過剰となりスラグ被包性が劣化する。従って、フラックス充填率は１８～３０％とすることが好ましい。

【0036】

フラックス入りワイヤの製造方法について言及すると、例えば外皮を帯鋼より管状に成形する場合には、配合、撹拌、乾燥した充填フラックスをＵ形に成形した溝に満たした後丸形に成形し、所定のワイヤ径まで伸線する。この際、整形した外皮シームを溶接することで、シームレスタイプのフラックス入りワイヤとすることもできる。また外皮がパイプの場合には、パイプを振動させてフラックスを充填し、所定のワイヤ径まで伸線する。

【0037】

また、充填フラックスは、供給、充填が円滑に行えるように、固着剤（珪酸カリ及び珪酸ソーダの水溶液）を添加して造粒して用いることもできる。

【実施例】

【0038】

表１に示すＮｉ基合金外皮を使用し、表２に示す各種組成の９％Ｎｉ鋼溶接用フラックス入りワイヤを試作した。ワイヤ径は１．２ｍｍ、フラックス充填率は１８～２５％とした。

【0039】

【表1】

【0040】

【表2】

【0041】

これらの試作したフラックス入りワイヤを用いて、溶着金属性能、耐欠陥性、耐割れ性及び溶接作業性を調査した。

【0042】

機械性能の評価は、ＪＩＳ Ｚ ３３３５に従い、引張試験及び衝撃試験を行った。溶接条件は、表３に示すＮｏ．１の溶接条件で溶接した。引張試験は、引張強さ６９０ＭＰａ以上、伸び２７％以上、衝撃試験は、試験温度－１９６℃における吸収エネルギーが３本の平均で５５Ｊ以上を良好とした。

【0043】

【表3】

【0044】

耐欠陥性の調査は、表４に示す鋼板記号Ａ１を使用した。溶接は、図１に示す板厚１２ｍｍの鋼板１、６０°Ｖ開先、ルートギャップ４ｍｍ、板厚４ｍｍの裏当金２付き開先を、表３に示すＮｏ．１の溶接条件で溶接した。評価は、ＪＩＳ Ｚ ３１０６に準拠して、Ｘ線透過試験を行い、きず点数による分類が２類以下を良好、３類以上を不良とした。

【0045】

【表4】

【0046】

耐割れ性の調査は、表４に示す鋼板Ａ２を使用し、ＪＩＳ Ｚ ３１５３に従い、溶接条件は、表３に示す条件Ｎｏ．１で溶接した。耐割れ性の評価は、クレータ部を除く溶接ビード部の割れの有無を調査した。

【0047】

溶接作業性の評価は、表４に示す鋼板Ａ１を使用し、表３に示す条件Ｎｏ．１及びＮｏ．２の溶接条件で水平すみ肉溶接及び立向上進溶接を行い、アークの安定性、スパッタ発生量、スラグ剥離性、ビード外観及びビード形状を調査した。

【0048】

アークの安定性は、水平すみ肉溶接時に１０秒間電圧変動を測定し、その電圧の大きさを介して評価した。評価は図２に時系列的な電圧変動のチャートを示すが、平均電圧に対して±１Ｖを閾値としたとき、図２（ａ）に示すように電圧変動が閾値を超える時間が１０秒間で１０％以下の場合をアーク安定とし、図２（ｂ）に示すように電圧変動が閾値を超える時間が１０秒間で１０％を超える場合はアーク不安定とした。

【0049】

スパッタ発生量は、水平すみ肉溶接時に銅製の捕集箱を用いて１分間溶接した際のスパッタ発生量を測定することにより、単位時間当たりの値（ｇ／ｎｉｎ）を求めた。なお、スパッタの発生量は１ｇ／ｍｉｎ以下を良好とした。それらの結果を表５にまとめて示す。

【0050】

スラグ剥離性は、溶接後、溶接ビード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刷毛で簡単に除去できる場合を良好、スラグがビード表面に付着して取れない場合を不良とした。

【0051】

ビード外観・形状は、溶接ビード健全部で手直しが必要なアンダーカットやオーバーラップがないものを良好とした。ビード外観は、部分的な波形の乱れがなく均一に揃っているものを良好とした。

【0052】

【表5】

【0053】

表２及び表５中ワイヤＮｏ．１～Ｎｏ．１５が本発明例、ワイヤＮｏ．１６～３０は比較例である。本発明例であるワイヤＮｏ．１～Ｎｏ．１５は、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃ、Ｓｉ、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値の合計、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物の１種または２種のＮａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の合計、ＣａＯ及び金属弗化物のＦ換算値の合計が適正であるので、溶着金属の引張強さ、伸び及び吸収エネルギーが高く、Ｘ線透過試験においてもきず点数による分類が２類以下で良好であり、割れ試験においても割れは無く、溶接作業性試験では、アークが安定しスパッタ発生量が少なく、スラグ剥離性が良好でビード外観及びビード形状も良好であり、極めて満足な結果であった。

【0054】

比較例中ワイヤＮｏ．１６は、Ｍｎが少ないので、割れ試験で割れが生じた。また、Ｔａが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

【0055】

ワイヤＮｏ．１７は、Ｍｎが多いので、スパッタ発生量が多かった。また、Ｃが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。

【0056】

ワイヤＮｏ．１８は、Ｎｉが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。また、Ｓｉが多いので、割れ試験で割れが生じた。

【0057】

ワイヤＮｏ．１９は、Ｎｉが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値が少ないので、アークが不安定であった。

【0058】

ワイヤＮｏ．２０は、Ｃｒが少ないので、溶着金属の引張強さ及び吸収エネルギーが低値であった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２換算値の合計が少ないので、スラグ被包性が不均一でビード外観が不良であった。

【0059】

ワイヤＮｏ．２１は、Ｃｒが多いので、溶着金属の伸びが低値であった。また、Ｓｉ酸化物のＳｉＯ_２が多いので、立向上進溶接で凸ビードとなった。

【0060】

ワイヤＮｏ．２２は、Ｍｏが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、Ｍｏが少ないので、割れ試験で割れが生じた。さらに、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ_２が少ないので、スラグ被包性が不均一でスラグ剥離性が不良であった。

【0061】

ワイヤＮｏ．２３は、Ｍｏが多いので、溶着金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｚｒ酸化物のＺｒＯ_２換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。

【0062】

ワイヤＮｏ．２４は、Ｗが少ないので、割れ試験で割れが生じた。また、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ₂Ｏ換算値及びＫ₂Ｏ換算値の合計が少ないので、アークが不安定であった。

【0063】

ワイヤＮｏ．２５は、Ｗが多いので、溶着金属の引張強さが低かった。また、Ｎａ酸化物及びＫ酸化物のＮａ_２Ｏ換算値及びＫ_２Ｏ換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。

【0064】

ワイヤＮｏ．２６は、Ｎｂが少ないので、溶着金属の引張強さが低かった。また、ＣａＯが少ないので、Ｘ線透過試験でブローホールが多発しきず点数による分類が高く不良であった。

【0065】

ワイヤＮｏ．２７は、Ｎｂが多いので、割れ試験で割れが生じた。また、金属弗化物のＦ換算値の合計が少ないので、Ｘ線透過試験でスラグ巻き込みが発生しきず点数による分類が高く不良であった。

【0066】

ワイヤＮｏ．２８は、Ｔｉが少ないので、Ｘ線透過試験でブローホールが多発しきず点数による分類が高く不良であった。また、ＣａＯが多いので、アークが不安定であった。

【0067】

ワイヤＮｏ．２９は、Ｔｉが多いので、溶着金属の伸びが低値であった。また、金属弗化物のＦ換算値の合計が多いので、スパッタ発生量が多かった。

【0068】

ワイヤＮｏ．３０は、Ｔａが少ないので、割れ試験で割れが生じた。また、Ｔｉ酸化物のＴｉＯ_２換算値が多いので、ビード表面にテンパーカラーが付着してビード外観が不良であった。

【符号の説明】

【0069】

１ 鋼板
２ 裏当金

【図1】

【図2】