JP7215911B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに関する。

ガスシールドアーク溶接用ワイヤには、ソリッドワイヤとフラックス入りワイヤとがある。フラックス入りワイヤは、ソリッドワイヤに比較してスパッタが少ないこと、ビード外観及びビード形状が良好であること、更に下向姿勢のみならず立向及び上向姿勢においても溶接作業性が良好であるといった種々の長所を有している。このため、低合金耐熱鋼の分野においてもフラックス入りワイヤの適用が進みつつある。

低合金耐熱鋼が使用される溶接構造物は、高温高圧で使用されるため、低合金耐熱鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤに対しては、そのような使用環境に対応し得る諸特性が要求される。更に、低合金耐熱鋼の溶接部は、溶接部の溶接残留応力及び残留水素の除去並びに機械的性質の改善等を目的として、通常、溶接部に対して何らかの溶接後熱処理（溶接熱影響部の軟化、溶接部の靭性改善及び溶接残留応力の除去を目的に行われる熱処理：以下、ＰＷＨＴという。）が実施される。従って、このような目的で施されるＰＷＨＴに伴う溶接部の性能劣化を防止し得る性能を有する低合金耐熱鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが要求される。

しかしながら、従来の低合金耐熱鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤを使用した場合には、長時間、高温のＰＷＨＴを行った際に、機械的性能が劣化する場合がある。

このような課題に対して、例えば特許文献１において、鋼製外皮にフラックスを充填してなる低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．２０質量％以下、Ｓｉ：０．０６乃至１．１０質量％、Ｍｎ：０．５５乃至１．６０質量％、Ｃｒ：２．６０質量％以下、Ｍｏ：０．３０乃至１．５０質量％、Ｍｇ：０．２０乃至１．５０質量％、Ｎ：０．００５乃至０．０３５質量％及びＢ：０．００１乃至０．０２０質量％を含有し、前記フラックス中にワイヤ全質量あたり、ＴｉＯ_２：４．２乃至８．２質量％及び弗素化合物（但し、Ｆに換算した値）：０．０２５乃至０．５５質量％を含有し、更に、ワイヤ全質量あたり、Ａｌが０．５０質量％以下、Ｎｂが０．０１５質量％以下、Ｖが０．０１５質量％以下に規制されていることを特徴とする低合金耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。

特開２００４－０５８０８６号公報

しかしながら、特許文献１において開示されるフラックス入りワイヤはＢを０．００１乃至０．０２０質量％含有するものであり、このようなフラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属に対してＰＷＨＴを行うと、溶接金属中に粒界割れ（再熱割れ、ＳＲ（Ｓｔｒｅｓｓ Ｒｅｌｅｉｆ、応力除去焼鈍）割れなどと呼ばれる。以下、ＳＲ割れという）が発生する恐れがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＰＷＨＴ後における強度及び靱性に優れ、耐ＳＲ割れ性にも優れる溶接金属を得ることができ、さらに溶接作業性にも優れるフラックス入りワイヤを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討を重ねた。その結果、フラックス入りワイヤの組成が特定の条件を満たすようにすることで、上記課題を解決できることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本実施形態のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたりＦｅ：７８質量％以上、ＴｉＯ_２：４～１３質量％、Ｍｎ：１．０～２．４質量％、Ｃｒ：１．０～３．０質量％、Ｍｏ：０．２～１．２質量％、Ｓｉ：０．１～０．８質量％、Ｍｇ：０．１～１．０質量％、フッ化物（Ｆ換算値）：０．０５～０．２５質量％、Ｃ：０．０１～０．１０質量％、Ｖ：０．００３～０．０２０質量％、Ｎｂ：０．００３～０．０２０質量％、及びＢ：１００ｐｐｍ未満（０ｐｐｍを含む）を含有し、ワイヤ全質量あたりのＭｎ、Ｃ及びＶの含有量が、２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）≧０．８２の関係を満足する。

上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたりのＴｉＯ_２、Ｍｇ、Ｎｂ及びＶの含有量が、０．０１８×ＴｉＯ_２×Ｍｇ＋２×（Ｎｂ＋Ｖ）≦０．１２の関係を満足してもよい。

上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたりのＰ、Ｓ及びＮの少なくともいずれかの含有量が０．０２質量％以下（０％を含む）であってもよい。

上記ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、ワイヤ全質量あたりのＮａ及びＫの少なくともいずれかの含有量が０．０１～０．２０質量％であってもよい。

本発明のフラックス入りワイヤによれば、ＰＷＨＴ後における強度及び靱性に優れ、耐ＳＲ割れ性にも優れる溶接金属を得ることができ、さらに溶接作業性にも優れる。

図１（ａ）は、耐ＳＲ割れ性の評価に用いた円筒形試験片の採取位置を示す断面図であり、図１（ｂ）は、耐ＳＲ割れ性の評価に用いた円筒形試験片の形状を示す断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）および図１（ｂ）の円筒形試験片を説明するための図であり、図１（ｄ）は円筒形試験片を使用したリング割れ試験を示す断面図である。

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い。

［フラックス入りワイヤの成分組成］
以下に、実施形態のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ（以下、単に「ワイヤ」ともいう）の成分組成の限定理由について説明する。なお、本実施形態のワイヤの成分の含有量は、いずれもワイヤ全質量あたりの含有量である。

「ＴｉＯ_２含有量：４～１３質量％」
ＴｉＯ_２はスラグ形成剤の主要成分であり、またアーク安定剤として作用する。更に、ワイヤがＮを含有する場合、ＴｉＯ_２の一部がＳｉ、Ｍｎ及びＭｇ並びにフッ化物により還元されて生成したＴｉが、Ｎと結合してＴｉＮとなって溶接金属中に析出し、フェライトバンドの形成の抑制に極めて有効に作用する。ＴｉＯ_２はスラグ形成剤の主要成分であり、また、上記ＴｉＯ_２の一部の還元反応は、アーク中の高温雰囲気下において行われ易く、ＴｉＯ_２をフラックスに含有させることで当該還元反応を促進させることができるため、ＴｉＯ_２はフラックスに含有させる。
ＴｉＯ_２の含有量が過少であるとアークの安定性が損なわれて、溶接作業性が実用に耐えられなくなる上、還元生成するＴｉの量が少なくなるので、ＴｉＮの析出量も少なくなり、フェライトバンドの形成抑制効果が不十分となる。したがって、ＴｉＯ_２の含有量は４質量％以上、好ましくは４．５質量％以上、より好ましくは５．０質量％以上とする。
一方、ＴｉＯ_２含有量が過多であると、スラグの粘性が極めて大きくなり、スラグ巻込み等の溶接欠陥の原因となる上、スラグ巻込みにより溶接金属の酸素量が増加して靭性が劣化する。従って、ＴｉＯ_２の含有量は１３質量％以下、好ましくは１２質量％以下、より好ましくは１１質量％以下とする。

「Ｍｎ含有量：１．０～２．４質量％」
Ｍｎは溶接金属の脱酸剤として作用すると共に、溶接金属の焼入れ性を高めて、引張強度及び靭性を向上させる効果等を有する。また、ＴｉＯ_２の還元反応を促進する効果を有する。これらの効果を得るために、鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方にＭｎを含有させる。
Ｍｎの含有量が過少であると十分な脱酸効果が得られず、ブローホールが発生し易くなる上、十分な引張強度が得られない。更に、ＴｉＯ_２の還元作用が不足して、フェライトバンドの形成抑制に寄与するＴｉＮの量を確保することができない。したがって、Ｍｎの含有量は１．０質量％以上、好ましくは１．１質量％以上、より好ましくは１．２質量％以上とする。
一方、Ｍｎの含有量が過多であると、溶融した溶接金属の流動性が過度に大きくなり、立向及び上向溶接姿勢でのビード形状が著しく劣化する。また、溶接金属の引張強度が過度に大きくなる上、ＴｉＯ_２の還元量が過剰となり、固溶Ｔｉの量が増加して靱性が劣化する。従って、Ｍｎの含有量は２．４質量％以下、好ましくは２．３質量％以下、より好ましくは２．２質量％以下とする。
以上の目的のために、Ｍｎをフラックスに含有させる場合は、金属Ｍｎ、Ｆｅ－Ｍｎ又はＦｅ－Ｓｉ－Ｍｎ等の金属単体又は合金類を使用することができる。ここで、本実施形態において、Ｍｎの含有量とは、ワイヤ中に含まれる全Ｍｎ元素量のことを意味している。

「Ｃｒ含有量：１．０～３．０質量％」
Ｃｒは低合金耐熱鋼の主要成分であり、溶接金属の引張強度を向上させる効果等を有する。この効果を得るために、Ｃｒを鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方に含有させる。
Ｃｒの含有量が過少であると、上記効果を充分に得ることができない。従って、Ｃｒの含有量は１．０質量％以上、好ましくは１．０５質量％以上、より好ましくは１．１０質量％以上とする。
一方、Ｃｒの含有量が過多であると、引張強度が過度に大きくなり、靭性が低下する。従って、Ｃｒの含有量は３．０質量％以下、好ましくは２．９質量％以下、より好ましくは２．８質量％以下とする。
ここで、本実施形態において、Ｃｒの含有量とは、ワイヤ中に含まれる全Ｃｒ元素量のことを意味している。

「Ｍｏ含有量：０．２～１．２質量％」
ＭｏはＣｒと同様に、低合金耐熱鋼の主要成分であり、溶接金属の引張強度を向上させる効果等を有する。Ｍｏは特に溶接金属の焼戻し軟化抵抗を高め、ＰＷＨＴによる引張強度低下を抑制する効果を有する。これらの効果を得るために、Ｍｏを鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方に含有させる。
Ｍｏの含有量が過少であると、上記効果を充分に得ることができない。従って、Ｍｏの含有量は０．２質量％以上、好ましくは０．２５質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上とする。
一方、Ｍｏの含有量が過多であると、引張強度が過度に大きくなり、靭性が低下する。従って、Ｍｏの含有量は１．２質量％以下、好ましくは１．１５質量％以下、より好ましくは１．１０質量％以下とする。
ここで、本実施形態において、Ｍｏの含有量とは、ワイヤ中に含まれる全Ｍｏ元素量のことを意味している。

「Ｓｉ含有量：０．１～０．８質量％」
Ｓｉは溶接金属の脱酸剤として作用する。また、Ｓｉは溶接金属の粘性を高めて、ビード形状を整える効果を有する。更に、ＳｉはＴｉＯ_２の還元反応を促進する効果を有する。これらの効果を得るために、鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方にＳｉを含有させる。
Ｓｉの含有量が過少であると、十分な脱酸効果が得られず、ブローホールが発生し易くなる上、溶接金属の粘性が不足して、ビード形状が劣化する。更に、ＴｉＯ_２の還元作用が不足して、フェライトバンドの形成抑制に寄与するＴｉＮの量を確保することができない。従って、Ｓｉの含有量は０．１質量％以上、好ましくは０．２質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上とする。
一方、Ｓｉの含有量が過多であると、引張強度が過度に大きくなる上、ＴｉＯ_２の還元量が過剰となり、固溶Ｔｉの量が増加して靱性が劣化する。従って、Ｓｉの含有量は０．８質量％以下、好ましくは０．７５質量％以下、より好ましくは０．７０質量％以下とする。
なお、Ｓｉをフラックスに含有させる場合は、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｍｎ又はＦｅ－Ｓｉ－Ｃｒ、Ｓｉ酸化物等を使用することができる。
ここで、本実施形態において、Ｓｉの含有量とは、ワイヤ中に含まれる全Ｓｉ元素量のことを意味している。

「Ｍｇ含有量：０．１～１．０質量％」
Ｍｇは溶接金属の強力な脱酸剤として作用し、靭性の向上効果がある。更に、ＭｇはＳｉ及びＭｎと同様に、ＴｉＯ_２の還元反応の促進及びＢの溶接金属中への歩留を安定化させる効果を有する。これらの効果を得るために、鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方にＭｇを含有させる。
Ｍｇの含有量が過少であると、十分な脱酸効果が得られず、ブローホールが発生し易くなる上、酸素量が増加して靱性が低下する。また、ＴｉＯ_２の還元作用が不足して、フェライトバンドの形成抑制に寄与するＴｉＮの量を確保することができない。従って、Ｍｇの含有量は０．１質量％以上、好ましくは０．１２質量％以上、より好ましくは０．１４質量％以上とする。
一方、Ｍｇの含有量が過多であると、スパッタの発生量が増加すると共に、スラグの被包性が損なわれて、立向及び上向溶接姿勢でのビード形状が劣化する。また、ＴｉＯ_２の還元量が過剰となり、固溶Ｔｉの量が増加して靱性が劣化する。従って、Ｍｇの含有量は１．０質量％以下、好ましくは０．９質量％以下、より好ましくは０．８質量％以下とする。
Ｍｇ源としては、金属Ｍｇ、Ｓｉ－Ｍｇ又はＮｉ－Ｍｇ等の金属単体又は合金類等を使用することができる。ここで、本実施形態において、Ｍｇの含有量とは、ワイヤ中に含まれる全Ｍｇ元素量のことを意味している。

「フッ化物含有量（Ｆ換算値）：０．０５～０．２５質量％」
フッ化物は、アーク安定剤として作用する。また、フッ化物は、溶融スラグの融点を下げる作用を有し、その流動性及び被包性を向上させて、ビード形状を整える効果を有する。更に、フッ化物は、アーク中で解離してガス化した弗素ガスが溶融金属の撹拌を促進するので、溶融金属中からのスラグの浮上・分離を促進し、溶接金属の酸素量を低減させる効果を有する。更に、前述したＳｉ、Ｍｎ及びＭｇと同様に、ＴｉＯ_２の還元促進作用により生成したＴｉとＮとの結合により溶接金属中にＴｉＮを析出させて、フェライトバンドの形成の抑制効果がある。フッ化物はスラグ形成剤の一部であり、また、上記ＴｉＯ_２の一部の還元反応は、アーク中の高温雰囲気下において行われ易く、フッ化物をフラックスに含有させることで当該還元反応を促進させることができるため、フッ化物はフラックスに含有させる。
フッ化物の含有量が過少であると、上述した効果が得られず、アークの安定性が損なわれて、スパッタ発生量が増大すると共に、ビード形状が劣化する。また、溶接金属中の酸素量の低減効果が不十分となって、ブローホールが発生し易くなる。更に、ＴｉＯ_２の還元が不十分となり、還元生成するＴｉの量が少なくなるので、ＴｉＮの析出量も少なくなり、フェライトバンドの形成抑制効果が不十分となる。従って、フッ化物の含有量はＦ換算値で０．０５質量％以上、好ましくは０．０７質量％以上、より好ましくは０．０９質量％以上とする。
一方、フッ化物のＦ換算値の含有量が過多であると、スラグの流動性が過大となり、スラグの被包性が損なわれてビード形状が著しく劣化する。従って、フッ化物の含有量はＦ換算値で０．２５質量％以下、好ましくは０．２３質量％以下、より好ましくは０．２１質量％以下とする。
なお、フッ化物としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ_２ＳｉＦ_６、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＢａＦ_２若しくはＣｅＦ_３又はＣＦ_２を含有する弗素油等を使用することができる。なお、ＣＦ_２を含有する弗素油は、潤滑剤としてワイヤの表面にコーティングしてもよい。

「Ｃ含有量：０．０１～０．１０質量％」
Ｃは焼入れ性を高めて、溶接金属の引張強度及び靭性を向上させる効果を有するため、鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方に含有させる。
Ｃの含有量が過少であると、上記効果を充分に得ることができない。従って、Ｃの含有量は０．０１質量％以上、好ましくは０．０２質量％以上、より好ましくは０．０３質量％以上とする。
一方、Ｃの含有量が過多であると、溶接金属の引張強度が過度に大きくなり、靭性が著しく低下する上、高温割れを引き起こす。従って、Ｃの含有量は０．１０質量％以下、好ましくは０．０９５質量％以下、より好ましくは０．０９０質量％以下とする。
なお、Ｃをフラックスに含有させる場合は、グラファイト、クロムカーバイト、Ｓｉ－Ｃ、高Ｃ－Ｆｅ－Ｍｎ又は高Ｃ－Ｆｅ－Ｃｒ等のＣ単体又は合金類を使用することができる。

「Ｖ：０．００３～０．０２０質量％」
Ｖは、溶接金属中でＶの炭化物を析出させ、この析出物によって、ＰＷＨＴ中におけるＣ原子の移動を抑えることにより、フェライトバンドの形成を抑制するという効果を有する。
Ｖの含有量が過少であると、上記効果を充分に得ることができない。従って、Ｖの含有量は０．００３質量％以上、好ましくは０．００４質量％以上、より好ましくは０．００５質量％以上とする。
一方、ＶはＰＷＨＴを受けることにより、Ｃと結合して針状の微細炭化物を形成するが、ワイヤ中のＶの含有量が過多であると、この針状炭化物は溶接金属の靱性を著しく劣化させる。従って、Ｖの含有量は０．０２０質量％以下、好ましくは０．０１９質量％以下、より好ましくは０．０１８質量％以下とする。

「Ｎｂ：０．００３～０．０２０質量％」
ＮｂはＶと同様に、溶接金属中でＮｂの炭化物を析出させ、この析出物によって、ＰＷＨＴ中におけるＣ原子の移動を抑えることにより、フェライトバンドの形成を抑制するという効果を有する。
Ｎｂの含有量が過少であると、上記効果を充分に得ることができない。従って、Ｎｂの含有量は０．００３質量％以上、好ましくは０．００４質量％以上、より好ましくは０．００５質量％以上とする。
一方、ＮｂはＰＷＨＴを受けることにより、Ｃと結合して針状の微細炭化物を形成するが、ワイヤ中のＮｂの含有量が過多であると、この針状炭化物は溶接金属の靱性を著しく劣化させる。従って、Ｎｂの含有量は０．０２０質量％以下、好ましくは０．０１９質量％以下、より好ましくは０．０１８質量％以下とする。

「Ｂ含有量：１００ｐｐｍ（０．０１％）未満」
Ｂの含有量が過剰であると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下するだけでなく、溶接金属中にＳＲ割れが生じやすくなる。従って、Ｂの含有量は１００ｐｐｍ未満、好ましくは８０ｐｐｍ未満、より好ましくは６０ｐｐｍ未満とする。Ｂの含有量の下限は特に限定されず、即ち、Ｂの含有量は０ｐｐｍでもよい。

「残部」
本実施形態のフラックス入りワイヤの主成分は、Ｆｅである。Ｆｅは、外皮を構成するＦｅ、フラックスに添加されている鉄粉、合金粉のＦｅなどである。ここで、Ｆｅは、７８質量％以上９４質量％以下の範囲で含まれる。Ｆｅは、８０質量％以上含まれることが好ましい。また、Ｆｅは、９２質量％以下含まれることが好ましい。
また、本実施形態フラックス入りワイヤは、Ｆｅ、ＴｉＯ_２、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｍｇを合計で、９５質量％以上含むことが好ましく、９８質量％以上含むことがより好ましい。
残部は、不可避的不純物や、前述以外の選択的に含まれる成分、フラックス中にＴｉＯ_２以外の成分が酸化物として含まれた場合のＯなどである。ここで、不可避的不純物とは、前述の成分以外の成分（Ｃｕ：０．１質量％以下、Ａｌ：０．１質量％以下、Ｚｒ：０．１質量％以下、Ｌｉ：０．１質量％以下、Ｃｏ：０．１質量％以下、Ｓｎ：０．０２質量％以下、Ｓｂ：０．０２質量％以下、Ａｓ：０．０２質量％以下等）などや、後述する選択的に添加する成分等が不可避的に含まれるものも該当し、本実施形態に係るフラックス入りワイヤの効果を妨げない範囲で含有することが許容される。

「２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）≧０．８２」
本実施形態のフラックス入りワイヤは、２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）≧０．８２を満足する。ここで、Ｍｎ、Ｃ、Ｖはそれぞれワイヤ全質量あたりのＭｎ、Ｃ、Ｖの含有量を意味する。２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）の値が大きくなるよう制御することにより、靱性に対して有害なフェライトサイドプレートの生成が抑制され、また、溶接金属の変態温度が低下して粗大なベイナイト組織が減少するため、溶接金属の靱性が向上する。
従って、２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）の値は０．８２以上、好ましくは０．８４以上、より好ましくは０．８６以上とする。ここで、２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）の値は、３．００以下であることが実際的である。

「０．０１８×ＴｉＯ_２×Ｍｇ＋２×（Ｎｂ＋Ｖ）≦０．１２」
本実施形態のフラックス入りワイヤは、０．０１８×ＴｉＯ_２×Ｍｇ＋２×（Ｎｂ＋Ｖ）≦０．１２を満足することが好ましい。ここで、ＴｉＯ_２、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｖはそれぞれワイヤ全質量あたりのＴｉＯ_２、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｖの含有量を意味する。０．０１８×ＴｉＯ_２×Ｍｇ＋２×（Ｎｂ＋Ｖ）の値が小さくなるよう制御することにより、ＰＷＨＴ時における結晶粒内の析出硬化が抑制され、粒内と粒界の強度差が少なくなる。これによってＰＷＨＴにおける溶接時の残留応力を粒界すべりによって解放させることで割れの発生を抑制できる。
したがって、０．０１８×ＴｉＯ_２×Ｍｇ＋２×（Ｎｂ＋Ｖ）の値は０．１２以下であることが好ましく、０．１１以下であることがより好ましく、０．１０以下であることがさらに好ましい。ここで、０．０１８×ＴｉＯ_２×Ｍｇ＋２×（Ｎｂ＋Ｖ）の値は、０．０１以上であることが実際的である。

「Ｐ含有量：０．０２質量％以下」
Ｐは不純物として含有される成分である。ワイヤ中のＰの含有量を抑制することにより、得られる溶接金属の耐ＳＲ割れ性を向上させることができる。従って、Ｐの含有量は０．０２質量％以下とすることが好ましく、０．０１８質量％以下とすることがより好ましく、０．０１６質量％以下とすることがさらに好ましい。Ｐの含有量の下限は特に限定されず、即ち、本実施形態のワイヤにおけるＰの含有量は０％でもよい。

「Ｓ含有量：０．０２質量％以下」
ＳもＰと同様に、不純物として含有される成分である。ワイヤ中のＰの含有量を抑制することにより、得られる溶接金属の耐ＳＲ割れ性を向上させることができる。従って、Ｐの含有量は０．０２質量％以下とすることが好ましく、０．０１８質量％以下とすることがより好ましく、０．０１６質量％以下とすることがさらに好ましい。Ｓの含有量の下限は特に限定されず、即ち、本実施形態のワイヤにおけるＳの含有量は０％でもよい。

「Ｎ含有量：０．０２質量％以下」
ＮはＴｉと結合して窒化物ＴｉＮとなって析出することにより、溶接金属中でのフェライトバンドの形成を抑制する効果を有する。また、固溶Ｔｉを窒化物として固定することにより靱性を向上させる効果も有する。この効果を得るために、Ｎを鋼製外皮又はフラックスのいずれか一方又は両方に含有させてもよい。
しかし、Ｎの含有量が過剰であると、固溶Ｎ量が増加して靱性が劣化する上、過剰なＮがブローホールの発生原因となり、またスラグ剥離性の劣化原因となる。従って、Ｎの含有量は０．０２質量％以下が好ましく、０．０１８質量％以下がより好ましく、０．０１６質量％以下がさらに好ましい。
なお、Ｎをフラックスに含有させる場合には、Ｎ－Ｃｒ、Ｎ－Ｓｉ又はＮ－Ｔｉ等の金属窒化物を使用することができる。
なお、Ｎを本実施形態のワイヤに含有させなくてもよく、即ち、本実施形態のワイヤにおけるＮの含有量は０％でもよい。

「Ｎａ含有量：０．０１～０．２０質量％」
Ｎａは、任意的な添加成分として本実施形態のワイヤに含有させることができる。
Ｎａはアークを安定させる作用があるため、Ｎａの含有量は０．０１質量％以上が好ましく、０．０１２質量％以上がより好ましく、０．０１４質量％以上がさらに好ましい。
一方、Ｎａの含有量を減らすことで、湯溜まり安定性を向上させることができる。従って、Ｎａの含有量は０．２０質量％以下が好ましく、０．１９質量％以下がより好ましく、０．１８質量％以下がさらに好ましい。

「Ｋ含有量：０．０１～０．２０質量％」
Ｋは、任意的な添加成分として本実施形態のワイヤに含有させることができる。
ＫはＮａと同様に、アークを安定させる作用があるため、Ｋの含有量は０．０１質量％以上が好ましく、０．０１２質量％以上がより好ましく、０．０１４質量％以上がさらに好ましい。
一方、Ｋの含有量を減らすことで、湯溜まり安定性を向上させることができる。従って、Ｋの含有量は０．２０質量％以下が好ましく、０．１９質量％以下がより好ましく、０．１８質量％以下がさらに好ましい。
なお、ＮａやＫは、フラックス中にＮａ_２ＯやＫ_２Ｏなどの酸化物の形態やフッ化物の形態で含まれることが実際的である。

本実施形態のフラックス入りワイヤのフラックス充填率は、特に規定しないが、ワイヤの生産性、例えば成型及び伸線時の断線等を考慮して適宜設定することができる。フラックス充填率は、例えば１１．０～１８．０質量％が好ましい。

本実施形態のフラックス入りワイヤを用いて溶接を行う際に用いるシールドガスは、１００％ＣＯ_２ガスの他、ＡｒガスとＣＯ_２ガスとの混合ガス、ＡｒガスとＯ_２ガスとの混合ガス、並びに、ＡｒガスとＣＯ_２ガスとＯ_２ガスとの３種混合ガス等いずれでもよく、またいずれの組成も使用可能である。また、鋼製外皮は被溶接材の成分組成に応じて選定することが好ましく、軟鋼又は合金鋼を使用することができる。また、ワイヤの断面形状は特に規定する必要はなく、合わせ目があってもなくてもいずれでもよい。また、ワイヤの断面形状に合わせ目がない場合には、ワイヤ表面にＣｕメッキ若しくはＮｉメッキ又はこれらの複合メッキを施すこともできる。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果についてより具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。

表１及び表２に示すワイヤ成分を有するワイヤ径１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを使用し、被溶接材として、図１（ａ）に示す開先形状の板厚２０ｍｍのＣｒ－Ｍｏ鋼からなる鋼板１を、ガスシールドアーク溶接により突合せ溶接した。溶接条件は下記に示す通りである。なお、上記開先形状は４５°Ｖ字開先、ルートギャップ１３ｍｍである。また、表１及び表２に示すワイヤ成分の残部はＦｅ及び不可避的不純物などであり、Ｆは、フッ化物のＦ換算量である。なお、Ｎｂ、Ｖは溶着金属の分析値を用いた。この分析値はワイヤ中のＮｂ、Ｖの値と等価と考えられる。
（溶接条件）
・溶接電流：２００～３００Ａ
・アーク電圧：２５～３２Ｖ
・シールドガスの種類：Ａｒ－２０％ＣＯ_２
・シールドガス流量：２５Ｌ／ｍｉｎ
・予熱・パス間温度：１６０～１９０℃
・積層法：６層１２パス

そして、実施例及び比較例の各フラックス入りワイヤについて、以下の評価を行った。評価結果を表３及び表４に示す。

（溶接作業性の評価）
溶接作業性の評価試験は、上記の溶接金属作製の他に、立向すみ肉溶接も行い、実施例１～２１及び比較例１～２２の各フラックス入りワイヤを使用して行った。溶接作業性の評価は、溶接時のアークの安定性、スラグ剥離性、スパッタ発生量及びビード形状の官能評価により行い、総合的に溶接作業性に優れるものを「合格：○」とし、それ以外のものは「不合格：×」とした。

（溶接金属の強度の評価）
得られた溶接金属に対して６７５～７０５℃で１時間ＰＷＨＴを施した後に、引張試験により引張強度、０．２％耐力及び伸びを測定した。
ワイヤのＣｒ含有量が２．０％未満のものについては、０．２耐力が４６８ＭＰａ以上であり、引張強さが５５１～６８９ＭＰａの範囲内であり、伸びが１９％以上であるものを「合格：○」とし、それ以外のものは「不合格：×」とした。
ワイヤのＣｒ含有量が２．０％以上のものについては、０．２耐力が５３７ＭＰａ以上であり、引張強さが６２０～７５８ＭＰａの範囲内であり、伸びが１９％以上であるものを「合格：○」とし、それ以外のものは「不合格：×」とした。

（溶接金属の靱性の評価）
得られた溶接金属に対して６７５～７０５℃で１時間ＰＷＨＴを施した後に、シャルピー衝撃試験を行った。Ｎ＝３にて２ｍｍＶノッチの４号シャルピー試験片についての２０℃における吸収エネルギーを測定し、吸収エネルギーの平均値が２７Ｊ以上のものを「合格：○」とし、それ以外のものは「不合格：×」とした。

（耐ＳＲ割れ性）
得られた溶接金属に対してＰＷＨＴを施さずに円筒試験片を採取し、リング割れ試験を実施して耐ＳＲ割れ性を評価した。
まず、図１（ａ）に示すように溶接金属３の最終ビード上方から、図１（ｂ）に示す円筒形試験片１０を採取した。円筒形試験片１０の詳細は図１（ｃ）に示すとおりであり、円筒形試験片１０は、Ｕノッチ５、及び円筒の内部の空洞に至るスリット６を有しており、Ｕノッチ５は溶接金属３の原質部上方に、スリット６は溶接金属３の原質部下方に、それぞれ、位置している。Ｕノッチ５は、深さ０．５ｍｍ、幅０．４ｍｍ、底部の曲率半径０．２ｍｍのＵ字形の溝となっている。スリット６は、０．５ｍｍの幅で形成されている。
次いで、得られた円筒形試験片１０を用いて「応力除去焼鈍割れに関する研究（第２報）」（内木ら、溶接学会誌：Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．９（１９６４）Ｐ．７１８）を参考にしてリング割れ試験を実施した。詳細には、図１（ｄ）に示すように、円筒型試験片１０に対し、矢印で示す方向に曲げ応力を印加した状態で、試験片１０のスリット６を溶加材を使用せずにＴＩＧ溶接し、Ｕノッチ５に引張残留応力を負荷した状態で、上記と同じＰＷＨＴ処理を行った。ＰＷＨＴ後、リングの３断面について光学顕微鏡観察（倍率：１００倍）を行い、いずれの断面においても、Ｕノッチ５の底部からクラックが認められなかった場合はＳＲ割れの発生が抑制された（耐ＳＲ割れ性に優れている）として「合格：○」と評価し、３断面のいずれか１つでもクラックが認められた場合には、ＳＲ割れが発生した（耐ＳＲ割れ性に劣る）として「不合格：×」と評価した。

比較例１のワイヤはＴｉＯ_２の含有量が過多であり、溶接金属の強度及び耐ＳＲ割れ性に劣った。
比較例２のワイヤはＴｉＯ_２の含有量が過少であり、溶接作業性に劣った。
比較例３のワイヤはＭｎの含有量が過多であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例４のワイヤはＭｎの含有量が過少であり、２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）の値が過小であり、溶接金属の靱性に劣った。
比較例５のワイヤはＣｒの含有量が過多であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例６のワイヤはＣｒの含有量が過少であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例７のワイヤはＭｏの含有量が過多であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例８のワイヤはＭｏの含有量が過少であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例９のワイヤはＳｉの含有量が過多であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例１０のワイヤはＳｉの含有量が過少であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例１１のワイヤはＭｇの含有量が過多であり、耐ＳＲ割れ性に劣った。
比較例１２のワイヤはＭｇの含有量が過少であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例１３のワイヤはＦの含有量が過多であり、溶接作業性に劣った。
比較例１４のワイヤはＦの含有量が過少であり、溶接作業性に劣った。
比較例１５のワイヤはＣの含有量が過多であり、２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）の値が過小であり、溶接作業性、溶接金属の強度及び溶接金属の靱性に劣った。
比較例１６のワイヤはＣの含有量が過少であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例１７のワイヤはＶの含有量が過多であり、２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）の値が過小であり、溶接金属の靱性及び耐ＳＲ割れ性に劣った。
比較例１８のワイヤはＶの含有量が過少であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例１９のワイヤはＮｂの含有量が過多であり、耐ＳＲ割れ性に劣った。
比較例２０のワイヤはＮｂの含有量が過少であり、溶接金属の強度に劣った。
比較例２１のワイヤはＢの含有量が過多であり、耐ＳＲ割れ性に劣った。
比較例２２のワイヤは２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）の値が過小であり、溶接金属の靱性に劣った。

一方、実施例１～２１のワイヤは、いずれも溶接作業性、溶接金属の強度、溶接金属の靱性、耐ＳＲ割れ性に優れた。

１ 鋼板
２ 裏当金
３ 溶接金属
５ Ｕノッチ
６ スリット
１０ 円筒形試験片

Claims (4)

1. ワイヤ全質量あたり
   Ｆｅ：７８質量％以上、
   ＴｉＯ_２：４～１３質量％、
   Ｍｎ：１．７～２．４質量％、
   Ｃｒ：１．０～３．０質量％、
   Ｍｏ：０．２～１．２質量％、
   Ｓｉ：０．１～０．８質量％、
   Ｍｇ：０．１～１．０質量％、
   フッ化物（Ｆ換算値）：０．０５～０．２５質量％、
   Ｃ：０．０１～０．１０質量％、
   Ｖ：０．００３～０．０２０質量％、
   Ｎｂ：０．００３～０．０２０質量％、及び
   Ｂ：１００ｐｐｍ未満（０ｐｐｍを含む）を含有し、
   ワイヤ全質量あたりのＭｎ、Ｃ及びＶの含有量が、２８×Ｍｎ／（３９０×Ｃ＋２３７０×Ｖ）≧０．８２の関係を満足するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
2. ワイヤ全質量あたりのＴｉＯ_２、Ｍｇ、Ｎｂ及びＶの含有量が、０．０１８×ＴｉＯ_２×Ｍｇ＋２×（Ｎｂ＋Ｖ）≦０．１２の関係を満足する請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
3. ワイヤ全質量あたりのＰ、Ｓ及びＮの少なくともいずれかの含有量が０．０２質量％以下（０％を含む）である請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
4. ワイヤ全質量あたりのＮａ及びＫの少なくともいずれかの含有量が０．０１～０．２０質量％である請求項１～３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。

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