CN114850627A - 药芯焊丝、焊接金属、气体保护电弧焊方法及焊接接头的制造方法 - Google Patents

药芯焊丝、焊接金属、气体保护电弧焊方法及焊接接头的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种高张力钢用药芯焊丝，其不仅在As－welded下，而且即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接部。药芯焊丝中，以相对于焊丝总质量的质量％计，含有C：0.01％以上且在0.10％以下、Si：高于0％且在0.45％以下、Mn：1.0％以上且在3.0％以下、Ni：3.1％以上且在5.5％以下、Mg：0.10％以上且在1.00％以下、Mo：0.05％以上且在0.65％以下，且Cr：0.65％以下、Cu：0.85％以下及V：0.045％以下，并且以相对于焊丝总质量的质量％计，将Ni含量表示为[Ni]，Mn含量表示为[Mn]，Si含量表示为[Si]时，[Ni]/([Mn]+[Si])：1.10以上且5.40以下。

Description

药芯焊丝、焊接金属、气体保护电弧焊方法及焊接接头的制造 方法
技术领域
本发明涉及高张力钢的焊接中所使用的药芯焊丝、焊接金属、气体保护电弧焊方法及焊接接头的制造方法。
背景技术
在石油、天然气等的挖掘和生产中所使用的海洋结构物和储罐等的焊接制品，要求设备的大型化和在寒冷地区的工作，用于这些制造的钢板和焊接材料，要求有高强度且低温韧性优异的特性。另外，除这些特性以外，为了进一步使焊接制品的品质提高，有实施焊接后热处理(PWHT：Post Weld Heat Treatment)的情况。通过实施PWHT，例如，能够除去焊接部的残余应力，因此能够取得抑制焊接部裂纹的效果。
但是，若进行此PWHT，则由于以析出硬化和回火脆化等为原因的焊接部的脆化，有可能导致韧性降低。特别是在高张力钢的焊接部，由于为了提高强度而添加的各种元素的影响，造成PWHT中的脆化显著，强度越升高，越不能适用PWHT的情况变多。
因此，要求开发一种在PWHT后仍具有优异的力学性能的高张力钢用的焊接材料。
例如，在专利文献1中提供一种药芯焊丝，其在690MPa级高张力钢的焊接中，能够使长时间PWHT后的焊接部的高温强度和低温韧性良好。在上述专利文献1中记述有以620℃实施12小时的PWHT的结果是，低温韧性良好。
另外，在专利文献2中公开有一种高张力钢用焊丝，其是在60Kgf/mm2(约588MPa)以上的高张力钢的气体保护电弧焊中使用的焊丝，不会因PWHT造成韧性降低。还有，在上述专利文献2中记述有关于80Kgf/mm2(约785MPa)级的高张力钢用的焊丝，也以600℃实施3小时的PWHT，其结果是韧性几乎没有降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9－253886号公报
专利文献2：日本特开昭63－157795号公报
但是，在上述专利文献1和2中只考虑到一种PWHT条件，不一定在其他PWHT条件下也能够得到优异的韧性。
另外，可以说PWHT条件的余裕度大，能够适用于所有焊接制品，也容易进行施工管理，并且能够更进一步提高焊接部的品质稳定性。
另一方面，历来已知，PWHT可能因条件而使韧性降低，PWHT条件根据材料的种类、厚度、焊接接头、施工条件等被严格决定。
因此，使PWHT条件保持余裕度非常困难，特别是越要达到高强度，就越要包含大量添加元素，因此容易发生回火脆化等脆化现象，所以PWHT条件变得更为严格。
发明内容
本发明鉴于这样的课题而提出的是一种高张力钢用药芯焊丝，其目的在于，提供一种不仅在焊接的状态下(以下，也称为“As－welded”。)，而且在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接部的高张力钢用药芯焊丝、气体保护电弧焊方法和焊接接头的制造方法。另外，其目的还在于，提供一种即使在宽泛的PWHT条件下，仍可既维持目标强度，低温韧性又优异的焊接金属。
本发明的上述目的，可由药芯焊丝的下述[1]的构成达成。
[1]一种药芯焊丝，其特征在于，是在钢制外皮中填充有焊剂而成的药芯焊丝，
相对于焊丝总质量，含有
C：0.01质量％以上且在0.10质量％以下、
Si：高于0质量％且在0.45质量％以下、
Mn：1.0质量％以上且在3.0质量％以下、
Ni：3.1质量％以上且在5.5质量％以下、
Mg：0.10质量％以上且在1.00质量％以下、
Mo：0.05质量％以上且在0.65质量％以下，并且
Cr：0.65质量％以下、
Cu：0.85质量％以下、及
V：0.045质量％以下，
将焊丝中的Ni含量以相对于焊丝总质量的质量％计表示为[Ni]、
将焊丝中的Mn含量以相对于焊丝总质量的质量％计表示为[Mn]、
将焊丝中的Si含量以相对于焊丝总质量的质量％计表示为[Si]时，
[Ni]/([Mn]+[Si])：1.10以上且在5.40以下。
关于药芯焊丝的本发明的优选实施方式涉及以下的[2]和[3]。
[2]根据[1]所述的药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝总质量，还含有B：0.10质量％以下。
[3]根据[1]或[2]所述的药芯焊丝，其特征在于，还在以下的范围内含有从Ti、Al、Zr、F、Na和K所构成的群中的选择的至少1种，
相对于焊丝总质量，
Ti：2.5质量％以上且在6.0质量％以下、
Al：0.50质量％以下、
Zr：0.50质量％以下、
F：0.10质量％以上且在0.50质量％以下、及
Na和K的总量：0.01质量％以上且在0.30质量％以下。
本发明的上述目的，可由焊接金属的下述[4]的构成达成。
[4]一种焊接金属，其特征在于，使用[1]～[3]中任一项所述的药芯焊丝，通过进行气体保护电弧焊而取得。
本发明的上述目的，可由关于气体保护电弧焊方法的下述[5]的构成达成。
[5]一种气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用[1]～[3]中任一项所述的药芯焊丝，进行气体保护电弧焊。
本发明的上述目的，由关于焊接接头的制造方法的下述[6]的构成达成。
[6]一种焊接接头的制造方法，其特征在于，以高张力钢作为母材，使用[1]～[3]中任一项所述的药芯焊丝，进行气体保护电弧焊。
根据本发明，能够提供一种高张力钢用药芯焊丝，不仅在As－welded中，而且在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接部。
另外，根据本发明，能够提供一种即使在宽泛的PWHT条件下，也可既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接金属。
此外，根据本发明，能够提供一种气体保护电弧焊方法和焊接接头的制造方法，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接部。
具体实施方式
以下，就用于实施本发明的方式(以下，称为“本实施方式”。)详细说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定，在不脱离本发明的主旨的范围，能够任意变更实施。
本实施方式中的所谓含量，除非特别说明，否则均意味着相对于药芯焊丝总质量的质量％。另外，本实施方式的药芯焊丝中的含有的各元素和各化合物，在钢制外皮和焊剂的任意一个中含有即可，也可以在钢制外皮和焊剂两方含有。
此外，上述各元素，除非特别说明，否则可以是以金属的形态在药芯焊丝中含有，也可以是以化合物的形态在药芯焊丝中含有，另外，也可以是以金属和化合物两种形态在药芯焊丝中含有。因此，无论上述各元素以何种形态在药芯焊丝中含有，均是以换算成元素单体的换算值进行规定。例如，列举Si为例时，所谓Si含量，是指金属Si和Si化合物的Si换算值的合计。还有，所谓金属Si，包括Si单体和Si合金。
[1.药芯焊丝]
本实施方式的药芯焊丝(以下，也简称为“焊丝”。)，是在钢制外皮(以下，也简称为“外皮”。)中填充有焊剂而成的。
在本实施方式中，焊丝的外径没有特别限定，例如，优选为0.9mm以上且1.6mm以下。另外，焊剂充填率，只要焊丝中的各元素的含量在本发明的范围内，则能够设定为任意的值，但为了进一步提高焊丝的拉丝性和焊丝送给性，例如，优选相对于焊丝总质量为10质量％以上且20质量％以下。此外，焊丝在外皮上有接缝时、没有接缝时等情况下，对其接缝的形态和截面的形状没有限制。
本发明人等，对于在高强度的焊接部，进行PWHT带来的韧性降低的机制进行研究，并且为了在宽泛的条件进行PWHT时，也得到具有优异的低温韧性的焊接部，而进行了锐意研究。其结果发现以下的见解，从而完成了本发明。还有，上述所谓焊接部，表示焊接金属和热影响部(HAZ：Heat－Affected Zone)，但在本申请说明书中，以下对于焊接金属进行说明。
首先，对于高强度钢的现有的韧性降低机制进行说明。
作为在PWHT后焊接金属的韧性降低的主要原因，以往可列举以下2个原因。
(原因1)焊接金属中的Cr、Mo、Nb、V等的含量多时，这些成分与C形成碳化物析出，从而使焊接金属硬化。
(原因2)从PWHT温度缓冷造成的回火脆化等的脆化现象发生。
一直以来，认为由于上述(原因1)和(原因2)的影响，主要造成焊接金属的晶界强度降低，其结果是韧性降低。
因此，历来，为了一边在PWHT后维持目标强度，一边确保优异的韧性，会采取以下的对策。
(对策1)抑制在原始奥氏体晶界析出并成长的碳化物。
(对策2)抑制原始奥氏体晶界的杂质元素的偏析。
但是，根据PWHT条件，仅实施上述(对策1)和(对策2)并不充分。还有，一般来说，PWHT条件由保持温度和保持时间的要素构成，能够通过以这些要素为参数的拉－米氏参数(Larson－Miller parameter：以下，称为“LMP”。)进行整理。
因此，在本申请说明书中，将在以下所示的3个条件a～c中，能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接金属的药芯焊丝，判断为PWHT条件幅度宽泛。
(条件a)焊接的状态(As－welded)。
(条件b)作为LMP高的PWHT条件，620℃的温度下8小时的条件(以下，称为“高LMP条件”。)。
(条件c)作为LMP低的PWHT条件，580℃的温度下2小时的条件(以下，称为“低LMP条件”。)。
可知(条件a)的焊接的状态和(条件b)的高LMP条件下，除了上述(对策1)和(对策2)以外，通过使焊丝中适量含有Ni，能够得到良好的低温韧性。
另一方面，在(条件c)的低LMP条件下，只适量含有Ni时，并不能得到良好的低温韧性。本发明人等发现在(条件c)的低LMP条件下实施了PWHT时的低温韧性降低的机制，并发现了即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接金属的对策。以下，对于在(条件c)的低LMP条件下，低温韧性降低的机制和对策进行说明。
若焊接金属中大量包含Ni，则在焊接金属组织上生成含Ni的偏析带(以下，称为“Ni偏析带”。)，即，生成Ni稠化的区域。该Ni偏析带在(条件a)的焊接的状态和(条件b)的高LMP条件时，不对低温韧性造成影响。
但是，在(条件c)的低LMP条件时，在Ni偏析带C含量变高，在Ni偏析带岛状马氏体的生成或碳化物的生成和粗大化被促进。特别是岛状马氏体的生成显著，由于这些生成物的影响，在Ni偏析带容易发生脆性断裂，因此结果是低温韧性降低。
由此，本发明人等发现，作为用于在PWHT后确保既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接金属的对策，除了(对策1)和(对策2)以外，实施以下所示的(对策3)也有效。
(对策1)抑制在原始奥氏体晶界析出生长的碳化物。
(对策2)抑制原始奥氏体晶界的杂质元素的偏析。
(对策3)抑制Ni偏析带的岛状马氏体的生成。
而且，本发明人等发现，通过恰当控制药芯焊丝的化学成分组成，以及根据Ni、Si和Mn的含量计算出的参数，能够达成上述(对策1)～(对策3)。即，通过使用可实现(对策1)～(对策3)的焊丝，不仅在As－welded中，即使在宽泛的条件的PWHT后，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接金属。
另外，除了上述(对策1)～(对策3)以外，若施加以下所示的(对策4)，则能够防止过度的强度上升，并抑制低温韧性的降低，因此优选。
(对策4)抑制晶内的碳化物的生成。
还有，碳化物的生成抑制，能够通过至少使C、Cr、Mo和V的含量在后述的规定范围内来达成。
以下，对于具体的焊丝的化学成分组成、其含量的数值限定理由更详细地进行说明。
＜C：0.01质量％以上且0.10质量％以下＞
C是具有提高焊接金属强度的效果的成分。若C含量低于0.01质量，则不能得到目标强度。因此，C含量相对于焊丝总质量为0.01质量％以上，优选为0.02质量％以上，更优选为0.03质量％以上。
另一方面，若C含量高于0.10质量％，则助长碳化物的粗大化，PWHT后的低温韧性降低。因此，C含量相对于焊丝总质量为0.10质量％以下，优选为0.09质量％以下，更优选为0.08质量％以下。
＜Si：高于0质量％并在0.45质量％以下＞
Si是特别容易生成Ni偏析带的岛状马氏体的成分，由于焊接金属中的Si含量的增加，导致回火脆化被助长，低温韧性降低。若Si含量高于0.45质量％，则PWHT后的低温韧性降低。因此，Si含量相对于焊丝总质量为0.45质量％以下，优选为0.40质量％以下，更优选为0.35质量％以下。
另一方面，Si是不能完成为0质量％的成分，并且也是作为脱氧元素而具有抑制气孔缺陷的效果的成分。而且，即使在焊丝中只是微量，利用所含有的Si，也能够得到气孔缺陷的抑制效果。因此，Si含量相对于焊丝总质量高于0质量％，优选为0.10质量％以上，更优选为0.15质量％以上。
＜Mn：1.0质量％以上且3.0质量％以下＞
Mn是具有提高焊接金属的强度的效果的成分。若Mn含量低于1.0质量％，则不能获得目标强度。因此，Mn含量相对于焊丝总质量为1.0质量％以上，优选为1.2质量％以上，更优选为1.4质量％以上。
另外，Mn是特别容易在Ni偏析带生成岛状马氏体的成分，因此焊接金属中的Mn含量的增加会助长回火脆化，低温韧性降低。若Mn含量高于3.0质量％，则PWHT后的低温韧性降低，由此，Mn含量相对于焊丝总质量为3.0质量％以下，优选为2.9质量％以下，更优选为2.8质量％以下。
＜Ni：3.1质量％以上且5.5质量％以下＞
Ni是具有使强度提高，并且通过母相强化而使焊接金属的低温韧性提高的效果的成分。若Ni含量低于3.1质量％，则不能获得目标强度和低温韧性。因此，Ni含量相对于焊丝总质量为3.1质量％以上，优选为3.2质量％以上，更优选为3.4质量％以上。
另一方面，若Ni含量高于5.5质量％，则有可能发生热裂纹。因此，Ni含量相对于焊丝总质量为5.5质量％以下，优选为5.3质量％以下，更优选为5.0质量％以下。
＜Mg：0.10质量％以上且1.00质量％以下＞
Mg是具有脱氧作用，并使强度提高的成分。若Mg含量低于0.10质量％，则不能获得目标强度。因此，Mg含量相对于焊丝总质量为0.10质量％以上，优选为0.30质量％以上，更优选为0.35质量％以上。
另一方面，若Mg含量高于1.00质量％，则强度过度上升，低温韧性降低。因此，Mg含量相对于焊丝总质量为1.00质量％以下，优选为0.90质量％以下，更优选为0.80质量％以下。
＜Mo：0.05质量％以上且0.65质量％以下＞
Mo是使焊接金属的强度提高，并且对于抑制回火脆化有效的成分。通过Mo碳化物向焊接金属的晶内析出，能够抑制在晶界析出的碳化物的生长，并抑制PWHT后的低温韧性降低。若Mo含量低于0.05质量％，则不能既确保目标强度，又得到PWHT后的目标低温韧性。因此，Mo含量相对于焊丝总质量为0.05质量％以上，优选为0.10质量％以上，更优选为0.13质量％以上。
另一方面，若Mo含量高于0.65质量％，则Mo碳化物在晶内析出和生长，强度过度上升，由于PWHT导致低温韧性降低。因此，Mo含量相对于焊丝全质量为0.65质量％以下，优选为0.55质量％以下，更优选为0.44质量％以下。
＜Cr：0.65质量％以下(包括0质量％)＞
Cr对于使焊接金属的强度与韧性并立是有效的成分。在本实施方式中，Cr含量的下限没有特别规定，但以强度与韧性的并立为目的，使焊丝中含有Cr时，Cr含量相对于焊丝总质量优选为0.01质量％以上，更优选为0.05质量％以上，进一步优选为0.10质量％以上。
另一方面，Cr由于PWHT主要助长粗大的晶界碳化物的析出和生长，也是使低温韧性降低的成分。若Cr含量相对于焊丝总质量高于0.65质量％，则PWHT后的低温韧性降低。因此，Cr含量相对于焊丝总质量为0.65质量％以下，优选为0.55质量％以下，更优选为0.45质量％以下。
＜Cu：0.85质量％以下(包括0质量％)＞
Cu是具有一边维持强度，一边使焊接金属的组织微细化，使低温韧性提高的效果的成分。在本实施方式中，Cu含量的下限没有特别规定，但以提高低温韧性为目的而使焊丝中含有Cu时，Cu含量相对于焊丝总质量优选为0.01质量％以上，更优选为0.02质量％以上，进一步优选为0.05质量％以上。
另一方面，若Cu含量高于0.85质量％，则由于PWHT而助长析出物的生成，低温韧性降低。因此，Cu含量相对于焊丝总质量为0.85质量％以下，优选为0.65质量％以下，更优选为0.45质量％以下，进一步优选为0.35质量％以下，更进一步优选为0.20质量％以下。还有，对焊丝表面实施镀Cu时，镀覆中包含的Cu也包括在本实施方式中所规定的Cu含量的范围内。
＜V：0.045质量％以下(包括0质量％)＞
V是具有提高焊接金属强度的效果，另一方面，助长晶界碳化物的析出和生长，使低温韧性降低的成分。在本实施方式中，V含量的下限没有特别规定，但以提高焊接金属的强度为目的而使焊丝中含有V时，V含量相对于焊丝总质量优选为0.010质量％以上，更优选为0.015质量％以上。
另一方面，若V含量高于0.045质量％，则PWHT后的低温韧性降低。因此，V含量相对于焊丝总质量为0.045质量％以下，优选为0.035质量％以下。
＜[Ni]/([Mn]+[Si])：1.10以上且5.40以下＞
如上述，通过恰当控制根据Ni、Si和Mn的含量计算出的本参数值，能够得到既维持着目标强度，同时，作为上述(对策3)的抑制了在Ni偏析带的岛状马氏体的生成，低温韧性还优异的焊接金属。
若由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于1.10，则在Ni偏析带容易生成岛状马氏体，PWHT后的低温韧性降低。因此，[Ni]/([Mn]+[Si])为1.10以上，优选为1.15以上，更优选为1.20以上。
另一方面，若由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值高于5.40，则[Mn]+[Si]值低，因此As－welded的强度降低，此外PWHT后的强度也降低。因此，[Ni]/([Mn]+[Si])为5.40以下，优选为5.00以下，更优选为4.50以下，进一步优选为4.00以下。
还有，在上述式中，[Ni]是以相对于焊丝总质量的质量％表示焊丝中的Ni含量的值。
[Mn]是以相对于焊丝总质量的质量％表示焊丝中的Mn含量的值。
[Si]是以相对于焊丝总质量的质量％表示焊丝中的Si含量的值。
＜C、Si、Mn、Ni、Mg、Mo、Cr、Cu和V的含量的合计：5.0质量％以上且10.0质量％以下＞
在本实施方式中，上述C、Si、Mn、Ni、Mg、Mo、Cr、Cu和V的含量的合计，从焊接操作性提高的观点出发，优选为5.0质量％以上，更优选为6.0质量％以上。另外，从焊丝的拉丝性提高的观点出发，上述成分的含量的合计优选为10.0质量％以下，更优选为9.0质量％以下。
还有，本实施方式的焊丝，优选还在下述所示的含量的范围内含有B。以下，对于在焊丝中含有B时的含量的限定理由进行说明。
＜B：0.10质量％以下(包括0质量％)＞
B在原始奥氏体晶界偏析，抑制先共析铁素体，从而是具有提高焊接金属韧性的效果的成分。但是，考虑到特别在高于590MPa的贝氏体主体的焊接金属中，B作为游离B存在，根据其存在量，游离B使Ti系氧化物与奥氏体的界面能降低，从而抑制晶内贝氏体的相变。即，若过剩添加B，则Ti系氧化物周边的贝氏体生成得到抑制，从奥氏体晶界形成板条状贝氏体，得不到对于韧性提高有效的微细的组织。在本实施方式中，B含量的下限没有特别规定，但使焊丝中含有B时，B含量相对于焊丝总质量优选为0.10质量％以下，更优选为0.08质量％以下，进一步优选为0.05质量％以下。
另外，本实施方式的焊丝中，优选分别在下述所示的含量的范围内还含有从Ti、Al、Zr、F、Na和K所构成的群中选择的至少1种。以下，对于这些元素在焊丝中被含有时的各含量的限定理由进行说明。
＜Ti：2.5质量％以上且6.0质量％以下＞
Ti作为造渣剂等发挥功能，使平焊以外的焊接姿势，例如，向上立焊和仰焊等的焊接容易，是在全位置都可得到良好的焊接操作性的效果的成分。使焊丝中含有Ti时，为了保证熔渣生成量适当，得到良好的焊接操作性，Ti含量相对于焊丝总质量一般优选为2.5质量％以上，更优选为3.0质量％以上。
另外，Ti含量相对于焊丝总质量，一般优选为6.0质量％以下，更优选为5.0质量％以下。
＜Al：0.50质量％以下(包括0质量％)＞
Al使焊道的融合提高，是具有得到平整的焊道形状的效果的成分。使焊丝中含有Al时，为了一边维持良好的熔渣剥离性，一边使焊道的融合提高，得到平整的焊道形状，Al含量相对于焊丝总质量优选为0.50质量％以下，更优选为0.25质量％以下。
＜Zr：0.50质量％以下(包括0质量％)＞
Zr使焊道的融合提高，是具有得到平整的焊道形状的效果的成分。使焊丝中含有Zr时，为了一边维持良好的熔渣剥离性，一边使焊道的融合提高，得到平整的焊道形状，Zr含量相对于焊丝总质量优选为0.50质量％以下，更优选为0.25质量％以下。
＜F：0.10质量％以上且0.50质量％以下＞
F是具有使电弧稳定化效果的成分。使焊丝中含有F时，能够抑制飞溅发生量，能够充分得到电弧稳定性，因此F含量相对于焊丝总质量优选为0.10质量％以上，更优选为0.15质量％以上。
另外，F含量相对于焊丝总质量优选为0.50质量％以下，更优选为0.45质量％以下。
＜Na和K的总量：0.01质量％以上且0.30质量％以下＞
Na和K是具有使电弧稳定化效果的成分。在焊丝中，使Na和K的至少一方含有时，能够抑制飞溅发生量，能够充分得到电弧稳定性，由此，Na和K的总量相对于焊丝总质量优选为0.01质量％以上，更优选为0.03质量％以上。
另外，Na和K的总量相对于焊丝总质量优选为0.30质量％以下，更优选为0.25质量％以下。
＜其他的成分和杂质＞
Fe是本实施方式的焊丝的主成分。Fe含量相对于焊丝总质量优选为82质量％以上，更优选为84质量％以上。另外，在本实施方式中，除了上述成分以外，也可以包含O(氧)、Ca、Ba、Li和Nb等，O(氧)的含量相对于焊丝总质量优选为1质量％以上，优选为5质量％以下。另外，Ca、Ba、Li和Nb等的含量的合计值相对于焊丝总质量优选为1质量％以下。
其他余量为不可避免的杂质，优选不可避免的杂质的总量相对于焊丝总质量限制在0.15质量％以下。作为不可避免的杂质，可列举P、S等，从防止热裂纹的观点出发，优选P和S的含量相对于焊丝总质量分别为0.015质量％以下。
[2.药芯焊丝的制造方法]
本实施方式的药芯焊丝，例如，能够根据以下所示的方法制造。首先，一边将构成外皮的钢带沿纵长方向送给，一边由成形辊成形，成为U字形的开管。其次，以构成规定的化学组成的方式，将按规定量调配了金属或合金和化合物等的焊剂填充到外皮中之后，以截面成为圆形的方式进行加工。这时，也可以通过对外皮的接缝实施焊接等形成无缝。其后，通过冷加工进行拉丝，例如达到0.9mm以上且2.0mm以下的丝径，由此能够制造药芯焊丝。还有，也可以在冷加工的途中实施退火。
[3.焊接金属]
本实施方式的焊接金属，能够通过使用上述[1.药芯焊丝]中说明的本实施方式的药芯焊丝，进行气体保护电弧焊而取得。
还有，在本实施方式的焊接金属中，对于使用本实施方式的药芯焊丝以外的条件未特别限定，关于母材的种类，能够根据所要求的特性适宜选择。
[4.气体保护电弧焊方法]
本实施方式的气体保护电弧焊方法，是使用上述[1.药芯焊丝]中说明的本实施方式的药芯焊丝进行焊接的方法。
还有，在本实施方式的气体保护电弧焊方法中，对于使用本实施方式的药芯焊丝以外的各种焊接条件未特别限定，关于母材的种类、焊接电压、焊接电流、焊接姿势等，能够使用的是用药芯焊丝的焊接方法中一般的条件。对于保护气体也没有限定，但从进一步提高焊接操作性的观点出发，优选为MAG，更优选为80体积％Ar－20体积％CO2。
[5.焊接接头的制造方法]
本实施方式的焊接接头的制造方法，是以高张力钢为焊接母材，使用上述[1.药芯焊丝]中说明的本实施方式的药芯焊丝进行气体保护电弧焊的方法。
还有，在焊接接头的制造方法中，对于以高张力钢为焊接母材，和使用本实施方式的药芯焊丝进行气体保护电弧焊以外的焊接条件未特别限定，关于焊接电压、焊接电流、焊接姿势等，能够使用的是用药芯焊丝的焊接方法中一般的条件。对于保护气体也没有限定，但从进一步提高焊接操作性的观点出发，优选为MAG，更优选为80体积％Ar－20体积％CO2。
另外，能够作为母材使用的高张力钢没有限定，但优选720MPa级以上，可列举例如EN10028－6：2017的P690Q、P690QH、P690QL1和P690QL2，日本海事协会(NK)所规定的KD620、KD690、KE620和KE690，以及DNVGL所规定的VL690等。
【实施例】
以下，对于本实施方式的药芯焊丝的发明例和比较例进行说明。
[焊接金属的力学性能的评价]
(焊丝的制作)
首先，在具有下述表1所示化学成分的带状的钢制外皮中填充焊剂，制作具有各种成分的直径为1.2mm的药芯焊丝。另外，焊剂的充填率相对于焊丝总质量为13.0质量％以上15.5质量％以下的范围。
(气体保护电弧焊)
其次，使用得到的药芯焊丝，对于具有下述表2所示板厚和化学成分的母材，实施气体保护电弧焊。
在本实施例中，在母材上形成V形坡口，以下述表3所示的焊接条件实施气体保护电弧焊，制造焊接接头。
(力学性能的评价)
焊接金属的力学性能，参照JIS Z3111：2005所规定的“熔敷金属的拉伸和冲击试验方法”，从焊接金属的板厚方向中央部提取拉伸试验片(A2号)和冲击试验片(V切口试验片)，评价抗拉性能和冲击性能。在研究幅度宽泛的PWHT条件时，以各种保持温度、保持时间进行PWHT时的抗拉强度和韧性的变化，作为PWHT条件，使用拉－米氏参数(LMP)进行整理。在本实施例中，作为低LMP条件，采用580℃的温度下2小时的PWHT条件(LMP＝17.3×103)，作为高LMP条件，采用620℃的温度下8小时的PWHT条件(LMP＝18.7×103)。
拉伸试验，对于As－welded的试验片、低LMP条件的试验片和高LMP条件的试验片，使试验温度为室温(约20±2℃)实施，由此测量抗拉强度。
还有，在本实施例中，关于各As－welded的试验片、低LMP条件的试验片和高LMP的试验片，在抗拉强度(TS)为720MPa以上时，判断为满足目标强度。
冲击试验，对于As－welded的试验片、低LMP条件的试验片和高LMP条件的试验片，使试验温度为－40℃实施，测量摆锤冲击吸收功(vE－40℃)，由此评价韧性。
还有，在本实施例中，关于各As－welded的试验片、低LMP条件的试验片和高LMP条件的试验片，在－40℃下的吸收功为50J以上时，判断为低温韧性优异。
而后，在As－welded、低LMP条件和高LMP条件的试验片中，满足目标强度，并且低温韧性优异的为合格，在此以外的为不合格。
使用的焊丝的化学成分显示在下述表4和5中，力学性能的评价结果显示在下述表6中。还有，在下述表4和5中，[Ni]是以相对于焊丝总质量的质量％表示焊丝中的Ni含量的值，[Mn]是以相对于焊丝总质量的质量％表示焊丝中的Mn含量的值，[Si]是以相对于焊丝总质量的质量％表示焊丝中的Si含量的值。
表4和5所述的焊丝的化学成分的余量，是Fe、O(氧)、Ca、Ba、Li和不可避免的杂质。另外，在表4中的Ni含量中，记述为“－”的表示低于定量极限值以下的0.01质量％，在Cr含量中记述为“－”的是低于定量极限值以下的0.01质量％，在Cu含量中记述为“－”的表示低于定量极限值以下的0.01质量％，在B含量中记述为“－”的表示低于定量极限值以下的0.0002质量％，在V含量中记述为“－”的表示低于定量极限值以下的0.002质量％。
此外，在表5中的“[Ni]/([Mn]+[Si])”一栏中，作为分子的Ni含量为定量极限值以下的试验片，因为不能计算，所以表示为“－”。
还有，在表6中，由于裂纹的发生或断裂等而不能进行力学性能的评价的试验片，在评价结果一栏中表示为“－”。
【表1】
Figure BDA0003428999820000151
【表2】
Figure BDA0003428999820000152
【表3】
焊接条件
保护气体的种类，流量 80％Ar－20％CO<sub>2</sub>，25升/分
丝径 1.2mm
焊接姿势 平焊
坡口形状 V形坡口
坡口角度 20°
坡口间隙 16mm
焊接电流 280A
电弧电压 30V
焊接速度 350～430mm/分
预热温度 100～120℃
层间温度 140～160℃
层叠方法 7层14道
【表4】
表4
Figure BDA0003428999820000171
【表5】
表5
Figure BDA0003428999820000172
【表6】
Figure BDA0003428999820000181
如上述表4和5所示，焊丝中的各成分的含量在本发明的数值范围内的发明例No.1～24，其As－welded和不同的2种的PWHT后的抗拉强度(TS)在目标的720MPa以上，并且能够得到－40℃下吸收功为50J以上的优异的低温韧性。由此，不仅是在As－welded下，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够得到既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接金属。
另外，发明例No.1～24，使用各成分的含量在本发明的数值范围内的焊丝，由气体保护电弧焊取得，因此不仅在As－welded下，即使在宽泛的PWHT条件下，也能够制造具有既维持着目标强度，低温韧性又优异的焊接部的焊接接头。
另一方面，比较例No.25，因为焊丝中的Ni含量低于本发明的数值范围的下限值，并且由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明的数值范围的下限值，所以低LMP条件下的PWHT后的低温韧性和高LMP后的抗拉强度降低。
比较例No.26，因为焊丝中的Mo含量高于本发明的数值范围的上限值，所以低LMP条件下的PWHT后的低温韧性降低。
比较例No.27，因为焊丝中的Ni含量和Mo含量低于本发明的数值范围的下限值，并且由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明的数值范围的下限值，所以低LMP条件下的PWHT后的抗拉强度和低温韧性降低，并且高LMP条件下的PWHT后的抗拉强度降低。
比较例No.28，因为焊丝中的Ni含量低于本发明的数值范围的下限值，所以高LMP条件下的PWHT后的抗拉强度降低。
比较例No.29，因为焊丝中的Mn含量低于本发明的数值范围的下限值，并且由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值高于本发明的数值范围的上限值を，所以As－welded和低LMP条件下的PWHT后和高LMP条件下的PWHT后的抗拉强度降低。
比较例No.30，因为焊丝中的Mn含量高于本发明的数值范围的上限值，所以低LMP条件和高LMP条件下的PWHT后试验片过度脆化，断裂发生。
比较例No.31，因为焊丝中的Ni含量低于本发明的数值范围的下限值，并且焊丝中的Cu含量高于本发明的数值范围的上限值，此外，由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明的数值范围的下限值，所以低LMP条件下的PWHT后的低温韧性降低。
比较例No.32，因为焊丝中的Ni含量和Mo含量低于本发明的数值范围的下限值，并且焊丝中的C含量和Cr含量高于本发明的数值范围的上限值，此外，由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明的数值范围的下限值，所以低LMP条件下的PWHT后试验片过度脆化，断裂发生。另外，高LMP条件下的PWHT后的低温韧性降低。
比较例No.33，因为焊丝中的V含量高于本发明的数值范围的上限值，所以低LMP条件下的PWHT后的低温韧性降低。
比较例No.34，因为焊丝中的Ni含量和Mo含量低于本发明的数值范围的下限值，并且由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明的数值范围的下限值，所以低LMP条件下的PWHT后的抗拉强度和低温韧性降低，并且高LMP条件下的PWHT后的抗拉强度降低。
比较例No.35，因为焊丝中的Mn含量高于本发明的数值范围的上限值，并且由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明的数值范围的下限值，所以低LMP条件下的PWHT后的低温韧性降低。
比较例No.36，因为由[Ni]/([Mn]+[Si])得到的值低于本发明的数值范围的下限值，所以低LMP条件下的PWHT后的低温韧性低下。

Claims (7)

1.一种药芯焊丝，其特征在于，是在钢制外皮中填充有焊剂而成的药芯焊丝，其中，
相对于焊丝总质量，含有
C：0.01质量％以上且在0.10质量％以下、
Si：高于0质量％且在0.45质量％以下、
Mn：1.0质量％以上且在3.0质量％以下、
Ni：3.1质量％以上且在5.5质量％以下、
Mg：0.10质量％以上且在1.00质量％以下、
Mo：0.05质量％以上且在0.65质量％以下，并且
Cr：0.65质量％以下、
Cu：0.85质量％以下、和
V：0.045质量％以下，
并且，将焊丝中的Ni含量以相对于焊丝总质量的质量％计表示为[Ni]、将焊丝中的Mn含量以相对于焊丝总质量的质量％计表示为[Mn]、将焊丝中的Si含量以相对于焊丝总质量的质量％计表示为[Si]时，
[Ni]/([Mn]+[Si])：1.10以上且在5.40以下。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝总质量，还含有B：0.10质量％以下。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝总质量，还在如下范围含有从Ti、Al、Zr、F、Na及K所构成的群中选择的至少1种：
Ti：2.5质量％以上且在6.0质量％以下、
Al：0.50质量％以下、
Zr：0.50质量％以下、
F：0.10质量％以上且在0.50质量％以下、和
Na和K的总量：0.01质量％以上且在0.30质量％以下。
4.根据权利要求2所述的药芯焊丝，其特征在于，相对于焊丝总质量，还在如下范围含有从Ti、Al、Zr、F、Na及K所构成的群中选择的至少1种：
Ti：2.5质量％以上且在6.0质量％以下、
Al：0.50质量％以下、
Zr：0.50质量％以下、
F：0.10质量％以上且在0.50质量％以下、和
Na和K的总量：0.01质量％以上且在0.30质量％以下。
5.一种焊接金属，其特征在于，使用权利要求1～4中任一项所述的药芯焊丝，通过气体保护电弧焊而取得。
6.一种气体保护电弧焊方法，其特征在于，使用权利要求1～4中任一项所述的药芯焊丝，进行气体保护电弧焊。
7.一种焊接接头的制造方法，其特征在于，以高张力钢为母材，使用权利要求1～4中任一项所述的药芯焊丝，进行气体保护电弧焊。
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