JP2000017380A - 溶接用鋼および溶接ワイヤおよび溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＷＨＴなどの後処理をしなくとも溶接残留
応力が少ない溶接を可能とする溶接用鋼および溶接ワイ
ヤおよびそれを用いた溶接方法を提供する。 【解決手段】 オーステナイトからマルテンサイトに変
態を開始する温度が２００℃以上３５０℃以下であり、
かつ、変態開始温度における降伏強度が６０kg／mm² 以
上１２０kg／mm² 以下である溶接用鋼および溶接ワイ
ヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接用鋼、溶接ワ
イヤおよびこれらを用いた溶接方法に関し、特に溶接構
造物の信頼性向上のために、溶接部の残留応力を低減
し、残留応力が関わる溶接構造物の諸特性、すなわち、
応力腐食割れ特性、疲労特性、脆性破壊特性等の向上に
寄与する溶接用鋼、溶接ワイヤ、および溶接方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】これまで最も一般的な溶接部の残留応力
低減方法は、溶接継手作製終了後、溶接後熱処理（ＰＷ
ＨＴ）を行うことであった。ＰＷＨＴは、単に残留応力
を低減するだけでなく、冶金的な意味において特性向上
も期待できるため、この方法は最も重要な方法である。
一方、ＰＷＨＴは、溶接構造物のコストを押し上げる要
因でもあり、ＰＷＨＴ無しで所定の特性を満足させるこ
とができれば、経済的なメリットが大きい。

【０００３】ＰＷＨＴ無しで所定の特性を得るための方
法には、大きく分けて２つの方法に分類できる。１つ
は、溶接部の残留応力を溶接材料や溶接方法を工夫する
ことにより低減する方法である。これは、残留応力が圧
縮状態であれば、応力腐食割れ特性などが向上すること
を利用した方法である。もう１つの方法は、母材や溶接
材料そのものに改良を加え、溶接残留応力が引っ張り応
力状態であっても充分な特性が得られるようにする方法
である。

【０００４】これら２つの方法のうち、母材や溶接材料
に改良を加える方法は、多くの発明、改良がなされてい
る。一方、溶接材料や溶接方法に工夫を加え、特に圧縮
残留応力にするという方法は、これまでにも、例えば溶
接学会全国大会講演概要集（第５１集、２７８−２７９
ページ、１９９２年）などにみられるように、検討が加
えられている。残留応力を低減する従来の方法は、オー
ステナイトからマルテンサイトに変態が開始する温度
（以降Ｍｓ温度と呼ぶ）に着目し、Ｍｓ温度を低くし、
低温度での変態膨張を利用し残留応力を低減することを
目的とするものである。これは、残留応力の発生原因が
溶接部の熱収縮であることから、変態に伴う膨張により
一時的に熱収縮を（温度が低下することにより体積が膨
張するという）熱膨張に反転させることにより残留応力
低減を達成させることを目的とするものである。しかし
ながら、かなりの低Ｍｓ温度材を用いても溶接残留応力
を低減することは難しい。この理由は、Ｍｓ温度でマル
テンサイト変態膨張し、その温度で一時的に圧縮状態に
なったとしても、変態終了後の熱収縮により再び高い引
っ張り応力状態になってしまうことによる。

【０００５】以上のように溶接部の残留応力を制御し応
力腐食割れ、疲労強度などが問題となる部分の残留応力
を低減することで溶接構造物の特性を向上させるという
方法は、まだ実用に適した方法とはいえない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、溶接部の
所定の部分（応力腐食割れなどが問題となる部分）の残
留応力を低減することは、まだ達成されているとは言い
難い状態にある。しかし、たとえ、母材や溶接材料に改
良を加えたとしても、残留応力を制御することは継手信
頼性を向上せしめる上でメリットが大きいことは明白で
ある。従って、溶接部の残留応力を低減させる方法は、
これまで母材や溶接材料に種々の改良を加えられている
現在においても、その重要性は失われていない。特に、
溶接部のように、応力集中が発生しやすく、全面的に引
張り残留応力になる表面部分の残留応力を低減すること
ができれば、信頼性向上の点から、その効果は絶大なも
のとなる。

【０００７】すなわち、溶接構造物の信頼性確保の点や
PWHTを省略するという点から、たとえ特性のよい母材や
溶接材料を用いて溶接継手を作製する場合においても、
残留応力を制御し、応力腐食割れ等が問題となる部分の
残留応力状態を低減させることは、非常に効果が大き
い。本発明は、溶接部の残留応力を低減できる溶接用
鋼、溶接ワイヤおよびそれを用いた溶接方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、以上のよ
うな事情を鑑み、溶接部の残留応力を種々検討し、これ
まで鋭意研究を重ねてきた結果、本発明を完成させたも
ので、その要旨は、次の通りである。 （１） オーステナイトからマルテンサイトに変態を
開始する温度が２００℃以上３５０℃以下であり、か
つ、変態開始温度における降伏強度が６０kg/mm²以上、
１２０kg/mm²以下であることを特徴とする溶接用鋼。

【０００９】（２） Ｃ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏをそれ
ぞれの成分の重量％とし、下記式で定義されるパラメー
ターＰa の範囲が、０．８５以上、かつ１．１５以下で
あることを特徴とする前記（１）記載の溶接用鋼。 Ｐａ＝Ｃ＋Ｎｉ／１２＋Ｃｒ／２４＋Ｍｏ／１９ （３） 重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：
０．０１〜０．４％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、Ｐ：
０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：８〜１２
％を含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．３％、Ｎｂ：０．
００５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．５％の１種また
は２種以上をさらに含有し、残部が鉄および不可避不純
物からなることを特徴とする前記（２）記載の溶接用
鋼。

【００１０】（４） 重量％で、Ｃｒ：０．１〜３．
０％、Ｍｏ：０．１〜３．０％の１種または２種以上を
さらに含有することを特徴とする前記（３）に記載の溶
接用鋼。 （５） 重量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５％、Ｓ
ｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．４〜２．５％、
Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：３〜
７％、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎ：０．００１〜０．０５
％を含有し、Ｃ＋Ｎ：０．００１〜０．０６％であり、
残部が鉄および不可避不純物からなることを特徴とする
前記（２）に記載の溶接用鋼。

【００１１】（６） 重量％で、Ｍｏ：０．１〜２．
０％、Ｔｉ：０．００５〜０．３％、Ｎｂ：０．００５
〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．５％の１種または２種
以上をさらに含有することを特徴とする前記（５）に記
載の溶接用鋼。

【００１２】（７） オーステナイトからマルテンサ
イトに変態を開始する温度が２００℃以上３５０℃以下
であり、かつ、変態開始温度における降伏強度が６０kg
/mm²以上、１２０kg/mm²以下である溶接金属を溶接継手
に形成せしめることを特徴とする溶接ワイヤ。 （８） Ｃ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏをそれぞれの成分の
重量％とし、下記式で定義されるパラメーターＰa の範
囲が、０．８５以上、かつ１．１５以下であることを特
徴とする前記（７）記載の溶接ワイヤ。

【００１３】 Ｐａ＝Ｃ＋Ｎｉ／１２＋Ｃｒ／２４＋Ｍｏ／１９ （９） 重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓｉ：
０．１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、Ｐ：
０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：８〜１２
％を含有し、Ｔｉ：０．０１〜０．４％、Ｎｂ：０．０
１〜０．４％、Ｖ：０．３〜１．０％の１種または２種
以上をさらに含有し、残部が鉄および不可避不純物から
なることを特徴とする前記（８）に記載の溶接ワイヤ。

【００１４】（１０） 重量％で、Ｃｕ：０．０５〜
０．４％、Ｃｒ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜
３．０％、Ｃｏ：０．１〜２．０％の１種または２種以
上をさらに含有することを特徴とする前記（９）記載の
溶接ワイヤ。

【００１５】（１１） 重量％で、Ｃ：０．００１〜
０．０５％、Ｓｉ：０．１〜０．７％、Ｍｎ：０．４〜
２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、
Ｎｉ：４〜８％、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎ：０．００１
〜０．０５％を含有し、Ｃ＋Ｎ：０．００１〜０．０６
％であり、残部が鉄及び不可避不純物からなることを特
徴とする前記（８）に記載の溶接ワイヤ。

【００１６】（１２） 重量％で、Ｍｏ：０．１〜
２．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．４％、Ｔｉ：０．００
５〜０．３％、Ｎｂ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．
０５〜０．５％の１種または２種上をさらに含有する前
記（１１）に記載の溶接ワイヤ。

【００１７】（１３） 前記（１）〜（６）のいずれ
かに記載の溶接用鋼と、前記（７）〜（１２）のいずれ
かに記載の溶接ワイヤのうち、少なくとも一方を使用す
ることを特徴とする溶接方法。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。初めに、本発明の技術思想について述べる。溶接金
属および溶接熱影響部の残留応力を低減させるために
は、マルテンサト変態のように、変態膨張を利用する方
法が最も有望な方法である。従来の技術では、この考え
に基づき、低Ｍｓ温度の材料に着目して検討が加えられ
ていた。しかし、変態終了後には熱収縮が再び生じるた
め、結果的に残留応力を低減させることが困難であっ
た。これは、変態に伴う膨張が、たとえ5 〜10％あろう
と、引っ張り降伏応力状態から圧縮降伏応力状態に必要
な膨張量は、降伏強度が４０kg/mm²の場合は、線膨張に
換算してせいぜい0.4 ％程度であり、残りの変態膨張
は、溶接変形には影響を及ぼすが残留応力低減には寄与
していないためである。

【００１９】これは、マルテンサイト変態の特徴による
ものと考えられる。すなわち、Ｍｓ温度直下でほとんど
変態が終了してしまうという特徴によるものと考えられ
る。ここで、溶接部の冷却過程で温度がＭｓ温度になっ
た時点で変態が一気に終了するとした場合、溶接部が室
温に達しても圧縮応力状態になっているＭｓ温度はどの
程度になるか考察してみる。

【００２０】溶接部の温度がＭｓ温度に達すると、変態
が始まり膨張する。この膨張により、溶接部は圧縮応力
状態になり、その応力は圧縮降伏応力に達する。変態膨
張は、圧縮降伏応力状態になってもさらに進むが、応力
的には圧縮降伏応力にすでに達しているため応力状態は
そのままで、溶接継手の変形が進む。変態が終了する
と、温度低下に伴う熱収縮が再び発生し、それに伴い、
圧縮降伏応力状態から次第に応力が増加し、ついには引
張り応力状態に達する。このため、圧縮応力状態を保つ
ためには、Ｍｓ温度から室温に至るまでの熱歪みが、圧
縮降伏応力に対応する弾性歪みの絶対値より小さければ
よい。簡単のため、室温を20℃とし、Ｍｓ温度をＴとお
くと、降伏応力がσy 、ヤング率がＥ、熱膨張係数がα
のとき、この条件を満たすためには、 α（Ｔ-20 ）＜σy ／Ｅ (1) すなわち、 Ｔ＜20＋σy ／( Ｅα) (2) なお、(1) 式の左辺は温度がＴ℃から20℃になるまでに
生じる熱収縮量、右辺は、降伏応力状態に対応する弾性
ひずみである。Ｅを21000kg ／mm² 、αを1.5 ×10^-5と
すれば、(2) 式より、 Ｔ＜150 ℃ （σy ＝40kg/mm²） (3) Ｔ＜180 ℃ （σy ＝50kg/mm²） (4) Ｔ＜210 ℃ （σy ＝60kg/mm²） (5)とな
る。すなわち、490MPa級高張力鋼（σy 〜40kg/mm²）で
は、この考えによる と、Ｍｓ温度を150 ℃以下にしない限りは、圧縮残留応
力が得られないことになる。(1) 式は、溶接部が周囲よ
り完全に拘束されている、１次元応力状態を考えてい
る、などの仮定をおいているが、基本的には同じ現象が
生じているものと考えることができる。従来の技術にお
いてＭｓ温度を低温度にすることにより圧縮残留応力に
するためには、Ｍｓ温度が２００℃を下回る必要があ
り、このような非常に低い温度にしない限りは圧縮応力
状態にならないという事情があるため、これまで従来技
術では溶接残留応力低減効果は充分なものではなかっ
た。

【００２１】このように、Ｍｓ温度を低減させることに
着目した溶接残留応力低減方法は、あまり現実的ではな
いレベルにまでＭｓ温度を低くしなければならないとい
う問題を抱えている。しかし、前述の考察をふまえる
と、溶接部の残留応力を低減するための方針は、少なく
とも２つあることがわかる。

【００２２】１つは、Ｍｓ温度を低減する方法である。
すなわち、できるだけ低い温度で変態膨張すれば、変態
膨張後の熱収縮量も小さくなり、結果として残留応力を
低減することが可能となるはずである。これは、まさし
く従来技術が達成しようとしていた方法である。しか
し、この方法は、すでに述べたとおり、非常に低いＭｓ
温度でなければ充分な残留応力低減効果は得られない。

【００２３】従来技術において、このような問題を抱え
ているのは、Ｍｓ温度に着目しすぎるあまり、変態膨張
のほとんどが溶接変形という形で影響してしまうことを
見落としている点にある。すなわち、引張降伏応力状態
から圧縮降伏応力状態にするための弾性歪み変化は、降
伏強度が40kg/mm²の場合で変態膨張が線膨張に換算して
せいぜい0.4 ％程度（σy ＝40kg/mm²の場合で、σy ／
Ｅ＝40/21000（約0.2％）、従って引っ張り降伏強度レ
ベルから圧縮降伏強度レベルに変化するには0.4 ％でよ
い）であり、残りの変態膨張は、応力には直接は関係な
い、塑性ひずみになってしまう点を見落としている。

【００２４】そこで、もう１つの方法として、むしろ、
変態膨張が必ずしも全て圧縮弾性ひずみに変化するわけ
ではないことに着目し、溶接金属や鋼材の降伏強度を高
くすることにより、できるだけ、変態膨張によって得ら
れる圧縮弾性ひずみを大きくするという方法が考えられ
る。得られる圧縮弾性ひずみが大きいと、その後の熱収
縮が大きくとも（すなわちＭｓ温度が高くても）圧縮応
力状態にとどまっている可能性も大きい。実際、鋼材や
溶接金属がオーステナイト（面心構造）からフェライト
またはマルテンサイト（体心構造）に変態する場合、体
積は約9 ％増加する。これは、線膨張に換算して、約3
％膨張することを意味する。従って、引張応力状態から
圧縮応力状態にするためには、変態に伴う全膨張の数割
程度あれば充分であることがわかる。残りの変態膨張
は、応力には寄与しない塑性ひずみに変化しているので
ある。従って、実際生じている変態膨張は、その半分以
上が塑性ひずみになっていることになる。このことは、
変態開始時の温度における降伏強度を従来以上に高くす
ることにより、圧縮弾性ひずみへの変化量を多くする可
能性がまだ残されていることを意味するものである。

【００２５】本発明者らは、これまでの技術を鋭意検討
及び解析することにより、以上のような残留応力低減メ
カニズムを発見するに至った。本発明は、従来技術と異
なり、Ｍｓ温度を低減することのみに頼らず、変態膨張
を従来技術以上に有効に利用するために、すなわち変態
膨張をできるだけ圧縮弾性ひずみに変化させるために、
溶接金属および鋼材の降伏強度を新たにコントロール
し、従来技術では残留応力低減を達し得なかったような
高いＭｓ温度でも低減効果が得られるようにすることを
目的とするものである。

【００２６】本発明者らは、以上にような残留応力低減
メカニズムを発見し、このメカニズムにより実際の溶接
継手の残留応力を低減するためのＭｓ温度とその温度お
ける降伏強度の適正範囲を求めるべく研究を重ね、つい
に、実用的なＭｓ温度範囲とその温度における降伏強度
の範囲を決定するに至ったものである。次に、Ｍｓ温度
範囲とＭｓ温度における溶接金属及び鋼材の降伏強度範
囲を限定した理由を述べる。

【００２７】Ｍｓ温度は、通常の鋼材および溶接金属に
おいても、５００℃以下の値を示しており、多くの場合
は４５０℃以下である。この値は、成分に依存し、例え
ば日本鉄鋼協会が出している溶接構造用鋼の溶接ＣＣＴ
図集からわかるように、Ｎｉを５％程度添加すればＭｓ
温度を３５０℃程度まで下げることができる。しかし、
Ｎｉを９％以上添加してもＭｓ温度は必ずしも２００℃
を下回ることにはならない。すなわち、従来技術が要求
するＭｓ温度が２００℃を下回る鋼材及び溶接金属は、
非常に限定されるものであり、工業的価値は低いといわ
ざるを得ない。一方、Ｍｓ温度を２００〜３５０℃にす
るには、工業的価値のある材料で実現可能であることを
考えると、この範囲内のＭｓ温度で残留応力を低減効果
が期待できる技術でなければ実用的な技術とは言い難
い。Ｍｓ温度の下限２００℃は、工業的価値のある材料
で実現可能である値として設定した。Ｍｓ温度の上限３
５０℃は、この値が３５０℃より高くとも降伏強度が充
分高ければ残留応力低減効果が期待できるが、高すぎる
降伏強度もまた工業的価値のある材料で実現可能かどう
かという問題もあるため、その上限を３５０℃とした。
なお、Ｍｓ温度はより低い方が残留応力低減には好まし
くことから、好ましくは３００℃以下になるように設定
することが望ましい。

【００２８】次に、降伏強度の範囲を限定した理由につ
いて述べる。下限の60kg/mm²は、降伏強度がこれ未満で
あると、残留応力低減効果が確実に期待できるようにな
るためには、Ｍｓ温度が２００℃より低くならなければ
ならない。Ｍｓ温度がこれより低い場合は、前述の通
り、工業的価値に低い材料に限定されてしまい、このこ
とは本発明の本意に反するため、下限を60kg/mm²とし
た。なお好ましくは、降伏強度の下限は70kg/mm²以上で
あることが望ましい。上限の120kg/mm² は、これ以上高
い降伏強度を得るためには、多くの特殊合金元素を添加
しなければならず、やはり工業的価値が低くなるため上
限を120kg/mm² とした。

【００２９】次に、下記式に示されるパラメーターＰを
導入し、その値の範囲を限定した理由について述べる。 Ｐａ＝Ｃ＋Ｎｉ／１２＋Ｃｒ／２４＋Ｍｏ／１９ （ｉ） パラメーターＰａは、Ｃ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏの成分
値で計算される。これら成分は、鋼材や溶接金属に添加
することにより強度を向上させ、かつＭｓ温度を低下さ
せる働きを持つ。特に、Ｍｓ温度を低減させる元素とい
う意味では、これらＣ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏは、最も
有効利用すべき元素である。強度を向上させるという観
点からは、Ｔｉ、ＮｂおよびＶなどのような炭化物を形
成する元素の有効利用も考えられるが、Ｔｉ、Ｎｂおよ
びＶなどでＭｓ温度が充分低くなるほど添加すると、継
手特性上大きな問題が生じ好ましくない。一方、Ｃ、Ｎ
ｉ、ＣｒおよびＭｏのＭｓ温度を低減し残留応力を下げ
る働きは、必ずしも同一ではないため、それぞれの働き
に応じた係数を定め、４つの元素全体としてその効果を
表す指標を作成することは、工業的価値が高いと判断
し、式（ｉ）で示されるようなＰａを作成したものであ
る。但し、Ｐａの値にもその適正範囲がある。例えば、
Ｐａが小さすぎるとＭｓ温度を低減することが難しく、
たとえ他の元素を添加することにより可能になったとし
ても、溶接継手特性の確保の点から好ましくない。逆
に、Ｐａが大きいことは、Ｍｓ温度がより低減され、残
留応力も低減されることを意味するが、低すぎるＭｓ温
度は、既に述べたとおり、従来技術の範疇で残留応力を
低減することであり、それは、本発明の本意に反するも
のである。本発明の本意は、従来技術では成しえなかっ
た範囲のＭｓ温度で、強度を高める効果を有効利用する
ことにより残留応力を低減することを目的とするものだ
からである。以上のことにより、Ｐａの範囲を０．８５
以上、１．１５以下とした。

【００３０】次に、溶接用鋼（溶接母材）の成分範囲限
定理由について述べる。溶接部の残留応力を低減するた
めに必要な、上記Ms温度や降伏強度を得るための成分系
は、必ずしも１つではない。それは、Ms温度を下げるこ
とのできる成分はＮｉ、Ｃｒなど複数存在することによ
る。本発明における溶接用鋼は、前記（３）〜（４）に
記述されているＮｉを主として用いる成分系と、前記
（５）〜（６）に記述されているＣｒを主として用いる
成分系の２つに分けることができ、以降、前者をＮｉ系
溶接用鋼、後者をＣｒ系溶接用鋼と呼ぶことにする。

【００３１】まず、Ｎｉ系溶接用鋼における成分範囲限
定理由について説明する。Ｃは、それを鉄に添加するこ
とによりＭｓ温度を下げる働きをする。しかし、その一
方で、過度の添加は、溶接割れの問題や靱性劣化の問題
を引き起こすため、その上限を０．２％とした。しか
し、Ｃが無添加の場合は、マルテンサイトが得られにく
く、また他の高価な元素のみで残留応力低減を図らなけ
ればならず経済的とはいえない。Ｃが０．０１％以上添
加する場合に限定したのは、安価な元素であるＣを利用
し、その経済メリットが出る最低限の値として設定し
た。

【００３２】Ｓｉは、脱酸元素として知られる。 ま
ず、Ｓｉの下限についてであるが、Ｓｉは、本発明にお
ける降伏強度を確保する意味から、ある程度の添加は望
ましい。母材の下限０．０１％は、強度確保という効果
を引き起こす最低限の値として定めた。一方、過度の添
加は母材靱性確保上問題が多い。Ｓｉの上限、０．４％
は母材靱性確保の観点より決定した。

【００３３】Ｍｎは、強度を上げる元素として知られ
る。そのため、本発明における残留応力低減メカニズム
である変態膨張時の降伏強度確保という観点から有効利
用すべき元素である。Ｍｎの下限、０．２％は強度確保
という効果が得られる最低限の値として設定した。一
方、過度の添加は、母材の靱性劣化を引き起こすためそ
の上限を１．５％とした。

【００３４】ＰおよびＳは、本発明では不純物である。
しかし、これら元素は、母材および溶接金属に多く存在
すると、靱性が劣化するため、その上限をそれぞれ０．
０３％、０．０２％とした。Ｎｉは、単体でオーステナ
イトすなわち面心構造を持つ金属であり、鋼材に添加す
ることによりオーステナイトの状態をより安定な状態に
する元素である。鉄そのものは、高温域でオーステナイ
ト構造になり、低温域でフェライトすなわち体心構造に
なる。Ｎｉは、それを添加することにより、鋼の高温域
における面心構造をより安定な構造にするため、無添加
の場合に比べ、より低温度域においても面心構造とな
る。このことは、体心構造に変態する温度が低くなるこ
とを意味する。Ｎｉの下限、８％は、残留応力低減効果
が現れる最低限の添加量という意味で決定した。Ｎｉの
上限、１２％は、残留応力低減の観点からはこれ以上添
加してもあまり効果が変わらない上、これ以上添加する
とＮｉが高価であるという経済的デメリットが生じてく
るためである。

【００３５】Ｎｂは、母材中においてＣと結合し、炭化
物を形成する。Ｎｂ炭化物は、少量で母材の強度を上げ
る働きがあり、従って、有効利用することの経済メリッ
トは大きい。また、本発明における残留応力低減技術で
ある、Ｍｓ温度における降伏強度を高める意味からもメ
リットは大きい。しかし、一方で過度の炭化物形成は、
靱性劣化が発生するため自ずと上限が設定される。Ｎｂ
の下限は、炭化物を形成せしめ、強度増加効果が期待で
きる最低の値として０．０１％を設定した。上限は、靱
性劣化による溶接部の信頼性が損なわれない値として
０．３％とした。

【００３６】ＶもＮｂと同様な働きをする元素である。
しかし、Ｎｂと異なり、同じ析出効果を期待するために
は、Ｎｂより添加量を多くする必要がある。Ｖ添加の下
限０．０５％は、添加することにより析出硬化が期待で
きる最低値として設定した。Ｖの上限は、これより多く
添加すると析出硬化が顕著になりすぎ、靱性劣化を引き
起こすために０．５％とした。

【００３７】Ｔｉも、Ｎｂ、Ｖ同様、炭化物を形成し析
出硬化を生じせしめる。しかし、Ｖの析出硬化がＮｂの
それと違っていたようにＴｉの析出硬化もまたＮｂ、Ｖ
と異なる。そのため、Ｔｉの添加量の範囲もＮｂ、Ｖと
異なった範囲が設定される。Ｔｉ添加量の下限０．００
５％は、その効果が期待できる最低量として、上限の
０．３％は靱性劣化を考慮して決定した。Ｃｒは、Ｎｉ
と異なり、フェライトフォーマーである。しかし、Ｃｒ
は、それを鉄に添加すると、高温度域ではフェライトで
あるものの、中温度域ではオーステナイトを形成し、さ
らに温度が低くなると再びフェライトを形成する。溶接
部の場合、溶接入熱量による熱履歴で、低い温度側のフ
ェライトは一般的に得られず、マルテンサイトが得られ
ることになる。これは、Ｃｒを添加することの利点は、
焼入性の増加が原因であることを意味する。すなわち、
Ｃｒを添加することによるマルテンサイト変態は、焼入
性が増加することによるフェライト変態が生じない点
と、Ｍｓ温度そのものが低くなるという２つの点が存在
する。また、Ｃｒは析出元素であり、これを添加するこ
とにより強度増加も期待できるため、有効に活用するこ
とを望ましい。Ｃｒ添加範囲の下限は、産業上これら両
方の効果を満たしながら残留応力を低減するための変態
膨張を有効利用できる範囲として０．１％を設定した。
上限３．０％は、Ｎｉ系溶接用鋼では、すでにＮｉ添加
によりＭｓ温度が低減されているうえ、これを上回る量
を添加してもその効果が大きくならなく、経済的にもデ
メリットが大きくなるため、この値を設定した。

【００３８】Ｍｏも、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ同様析出硬化が期
待できる元素である。しかし、Ｍｏは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ
と同等な効果を得るためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ以上に添
加する必要がある。Ｍｏ添加量の下限０．１％は、析出
硬化による降伏強度増加が期待できる最低値として設定
した。また、上限の３．０％は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ同様、
靱性劣化を考慮して決定した。

【００３９】次に、Ｃｒ系溶接用鋼の成分範囲限定理由
について説明する。Ｃは、それを鉄に添加することによ
りＭｓ温度を下げる働きをする。しかし、その一方で、
過度の添加は、溶接割れの問題や靱性劣化の問題を引き
起こすため、その上限を０．０５％とした。しかし、Ｃ
が無添加の場合は、マルテンサイトが得られにくく、ま
た他の高価な元素のみで残留応力低減を図らなければな
らず経済的とはいえない。Ｃが０．００５％以上添加す
る場合に限定したのは、安価な元素であるＣを利用し、
その経済メリットが出る最低限の値として設定した。

【００４０】Ｓｉは、脱酸元素として知られる。Ｓｉ
は、本発明における降伏強度を確保する意味から、ある
程度の添加は望ましい。下限０．０５％は、強度確保と
いう効果を引き起こす最低限の値として定めた。Ｓｉの
上限、０．５％は母材靱性確保の観点より決定した。Ｍ
ｎは、強度を上げる元素として知られる。そのため、本
発明における残留応力低減メカニズムである変態膨張時
の降伏強度確保という観点から有効利用すべき元素であ
る。Ｍｎの下限、０．４％は強度確保という効果が得ら
れる最低限の値として設定した。一方、過度の添加は、
母材および溶接金属の靱性劣化を引き起こすためその上
限を２．５％とした。

【００４１】ＰおよびＳは、本発明では不純物でる。し
かし、これら元素は、母材および溶接金属に多く存在す
ると、靱性が劣化するため、その上限をそれぞれ０．０
３％、０．０２％とした。Ｎｉは、単体でオーステナイ
トすなわち面心構造を持つ金属であり、鋼材に添加する
ことによりオーステナイトの状態をより安定な状態にす
る元素である。鉄そのものは、高温域でオーステナイト
構造になり、低温域でフェライトすなわち体心構造にな
る。Ｎｉは、それを添加することにより、鋼の高温域に
おける面心構造をより安定な構造にするため、無添加の
場合に比べ、より低温度域においても面心構造となる。
このことは、体心構造に変態する温度が低くなることを
意味する。また、Ｎｉはそれを添加することにより母材
や溶接金属の靱性を改善するという効果を持つ。Ｎｉの
下限、３％は、残留応力低減効果が現れる最低限の添加
量および靱性確保の観点から決定した。Ｎｉの上限７％
は、次に述べるＣｒが本発明におけるＣｒ系溶接用鋼で
は既に添加されていることによりある程度Ｍｓ温度が低
くなっていることから、残留応力低減の観点からはこれ
以上添加してもあまり効果が変わらない上、これ以上添
加するとＮｉが高価であるという経済的デメリットが生
じてくるためこの値を設定した。

【００４２】Ｃｒは、Ｎｉと異なり、フェライトフォー
マーである。しかし、Ｃｒは、それを鉄に添加すると、
高温度域ではフェライトであるものの、中温度域ではオ
ーステナイトを形成し、さらに温度が低くなると再びフ
ェライトを形成する。溶接部の場合、溶接入熱量により
熱履歴で、低い温度側のフェライトは一般的に得られ
ず、マルテンサイトが得られることになる。これは、Ｃ
ｒを添加することの利点は、焼入性の増加が原因であ
る。すなわち、Ｃｒを添加することによるマルテンサイ
ト変態は、焼入性が増加することによるフェライト変態
が生じない点と、Ｍｓ温度そのものが低くなるという２
つの点が存在する。これら両方の効果を満たしながら残
留応力を低減するための変態膨張を有効利用するＣｒ添
加範囲として、下限１０％を設定した。上限１５％は、
これを上回る量を添加してもその効果が大きくならない
上、経済的にもデメリットが大きくなるため、この値を
設定した。

【００４３】Ｎｂは、母材および溶接金属中においてＣ
と結合し、炭化物を形成する。Ｎｂ炭化物は、少量で母
材および溶接金属の強度を上げる働きがあり、従って、
有効利用することの経済メリットは大きい。また、本発
明における残留応力低減技術である、Ｍｓ温度における
降伏強度を高める意味からもメリットは大きい。しか
し、一方で過度の炭化物形成は、靱性劣化が発生するた
め自ずと上限が設定される。Ｎｂの下限は、炭化物を形
成せしめ、強度増加効果が期待できる最低の値として
０．００５％を設定した。上限は、靱性劣化による溶接
部の信頼性が損なわれない値として０．３％とした。

【００４４】ＶもＮｂと同様な働きをする元素である。
しかし、Ｎｂと異なり、同じ析出効果を期待するために
は、Ｎｂより添加量を多くする必要がある。Ｖ添加の下
限０．０５％は、添加することにより析出硬化が期待で
きる最低値として設定した。Ｖの上限は、これより多く
添加すると析出硬化が顕著になりすぎ、靱性劣化を引き
起こすために０．５％とした。

【００４５】Ｔｉも、Ｎｂ、Ｖ同様、炭化物を形成し析
出硬化を生じせしめる。しかし、Ｖの析出硬化がＮｂの
それと違っていたようにＴｉの析出硬化もまたＮｂ、Ｖ
と異なる。そのため、Ｔｉの添加量の範囲もＮｂ、Ｖと
異なった範囲が設定される。Ｔｉ添加量の下限０．００
５％は、その効果が期待できる最低量として、上限の
０．３％は靱性劣化を考慮して決定した。

【００４６】Ｍｏも、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ同様析出硬化が期
待できる元素である。しかし、Ｍｏは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ
と同等な効果を得るためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ以上に添
加する必要がある。Ｍｏ添加量の下限０．１％は、析出
硬化による降伏強度増加が期待できる最低値として設定
した。また、上限の２．０％は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ同様、
靱性劣化を考慮して決定した。

【００４７】Ｎは、オーステナイトフォーマーとして知
られている元素である。Ｎも添加することによりマルテ
ンサイトが得られやすくなるため、最低限の添加は必要
である。Ｎの下限、０．００１％は、Ｃ同様、低Ｍｓ温
度が得られるための最低値として定めた。しかし、過大
な添加は窒化物を形成し、靱性劣化や延性劣化の問題が
発生するためその上限を０．０５％とした。

【００４８】ＣとＮは、それぞれ炭化物、窒化物を形成
する、オーステナイトフォーマーであるなど、その働き
が似ており、それら合計、すなわちＣ＋Ｎの量も上限、
下限を設定する必要がある。Ｃ＋Ｎの下限、０．００１
％は、マルテンサイトを得やすくし、かつＭｓ温度を低
くするための最低限の値として、また上限の０．０６％
は、炭化物、窒化物による靱性劣化および延性劣化の問
題が発生しない限界値として定めた。

【００４９】次に、溶接ワイヤの成分範囲限定理由を説
明する。溶接用鋼と同様に溶接ワイヤについても、前述
のMs温度や降伏強度を得るための成分系は、必ずしも１
つではない。本発明における溶接ワイヤは、前記
（９）、（１０）に記述されているＮｉを主として用い
る成分系と、前記（１１）、（１２）に記述されている
Ｃｒを主として用いる成分系の２つに分けることがで
き、以降、前者をＮｉ系溶接ワイヤ、後者をＣｒ系溶接
ワイヤと呼ぶことにする。

【００５０】まず、Ｎｉ系溶接ワイヤについて、その成
分範囲限定理由について説明する。Ｃは、それを鉄に添
加することによりＭｓ温度を下げる働きをする。しか
し、その一方で、過度の添加は、溶接金属の靱性劣化お
よび溶接金属割れの問題を引き起こすため、その上限を
０．２％とした。しかし、Ｃが無添加の場合は、マルテ
ンサイトが得られにくく、また他の高価な元素のみで残
留応力低減を図らなければならず経済的とはいえない。
Ｃが０．０１％以上添加する場合に限定したのは、安価
な元素であるＣを利用し、その経済メリットが出る最低
限の値として設定した。なお、Ｃの上限は、溶接金属割
れの観点から、好ましくは０．１５％に設定することが
望ましい。

【００５１】Ｓｉは、脱酸元素として知られる。Ｓｉ
は、溶接金属の酸素レベルを下げる効果がある。特に溶
接施工中においては、溶接中に空気が混入する危険性が
あるため、Ｓｉ量を適切な値にコントロールすることは
きわめて重要である。まず、Ｓｉの下限についてである
が、溶接ワイヤに添加するＳｉ量として０．１％に満た
ない場合、脱酸効果が薄れ溶接金属中の酸素レベルが高
くなりすぎ、機械的特性、特に靱性の劣化を引き起こす
危険性がある。そのため、溶接ワイヤについては、その
下限を０．１％とした。一方、過度のＳｉ添加も靱性劣
化を発生せしめるため、その上限を０．５％とした。

【００５２】Ｍｎは、強度を上げる元素として知られ
る。そのため、本発明における残留応力低減メカニズム
である変態膨張時の降伏強度確保という観点から有効利
用すべき元素である。Ｍｎの下限、０．０１％は強度確
保という効果が得られる最低限の値として設定した。一
方、過度の添加は、母材および溶接金属の靱性劣化を引
き起こすためその上限を１．５％とした。

【００５３】ＰおよびＳは、本発明では不純物である。
しかし、これら元素は、溶接金属に多く存在すると、靱
性が劣化するため、その上限をそれぞれ０．０３％、
０．０２％とした。Ｎｉは、単体でオーステナイトすな
わち面心構造を持つ金属であり、溶接ワイヤに添加する
ことによりオーステナイトの状態をより安定な状態にす
る元素である。鉄そのものは、高温域でオーステナイト
構造になり、低温域でフェライトすなわち体心構造にな
る。Ｎｉは、それを添加することにより、鉄の高温域に
おける面心構造をより安定な構造にするため、無添加の
場合に比べ、より低温度域においても面心構造となる。
このことは、体心構造に変態する温度が低くなることを
意味する。Ｎｉの下限、８％は、残留応力低減効果が現
れる最低限の添加量という意味で決定した。Ｎｉの上
限、1 ２％は、残留応力低減の観点からはこれ以上添加
してもあまり効果が変わらない上、これ以上添加すると
Ｎｉが高価であるという経済的デメリットが生じてくる
ためである。

【００５４】Ｃｕは、溶接ワイヤにメッキすることによ
り通電性をよくする効果があるため、溶接作業性を改善
するために有効な元素である。また、Ｃｕは焼入性元素
でもあるため、マルテンサイト変態を促進させるという
効果も期待できる。Ｃｕの下限０．０５％は作業性改善
やマルテンサイト変態促進のために必要な最低限の値と
して設定した。しかし、過度の添加は、作業性改善の効
果がないだけでなく、ワイヤ製造コストを上げるため産
業上も好ましくはない。Ｃｕの上限、０．４％はこのよ
うな理由により設定した。

【００５５】Ｎｂは、溶接金属中においてＣと結合し、
炭化物を形成する。Ｎｂ炭化物は、少量で母材および溶
接金属の強度を上げる働きがあり、従って、有効利用す
ることの経済メリットは大きい。また、本発明における
残留応力低減技術である、Ｍｓ温度における降伏強度を
高める意味からもメリットは大きい。しかし、一方で過
度の炭化物形成は、靱性劣化が発生するため自ずと上限
が設定される。Ｎｂの下限は、炭化物を形成せしめ、強
度増加効果が期待できる最低の値として０．０１％を設
定した。上限は、靱性劣化による溶接部の信頼性が損な
われない値として０．４％とした。

【００５６】ＶもＮｂと同様な働きをする元素である。
しかし、Ｎｂと異なり、同じ析出効果を期待するために
は、Ｎｂより添加量を多くする必要がある。Ｖ添加の下
限０．３％は、添加することにより析出硬化が期待でき
る最低値として設定した。Ｖの上限は、これより多く添
加すると析出硬化が顕著になりすぎ、靱性劣化を引き起
こすために１．０％とした。

【００５７】Ｔｉも、Ｎｂ、Ｖ同様、炭化物を形成し析
出硬化を生じせしめる。しかし、Ｖの析出硬化がＮｂの
それと違っていたようにＴｉの析出硬化もまたＮｂ、Ｖ
と異なる。そのため、Ｔｉの添加量の範囲もＮｂ、Ｖと
異なった範囲が設定される。Ｔｉ添加量の下限０．０１
％は、その効果が期待できる最低量として、上限の０．
４％は靱性劣化を考慮して決定した。

【００５８】Ｃｒは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ同様析出硬化元素
である。また、ＣｒはＭｓ温度を低減する効果も合わせ
持つので有効活用すべき元素である。しかし、本発明に
おける溶接ワイヤは、主としてＮｉ添加によりＭｓ温度
低減を達成しているため、Ｃｒ添加量はＮｉより少なく
すべきである。過度のＣｒ添加は必ずしも残留応力低減
効果を向上させず、Ｃｒが高価であるため産業上好まし
くはない。Ｃｒ添加量の下限０．１％は、これを添加
し、残留応力低減効果が得られる最低限の値として設定
した。Ｃｒ添加量の上限３．０％は、Ｎｉ系溶接ワイヤ
については、Ｍｓ温度がＮｉ添加によりすでに低減され
ていること、他の析出元素により強度も確保されている
ことから、これ以上添加しても残留応力低減効果があま
り変わらなくなる、靱性劣化が顕著になることにより設
定した。

【００５９】ＭｏもＣｒ同様の効果を持つ元素である。
しかし、Ｍｏは、Ｃｒ以上に析出硬化が期待できる元素
である。そのため、添加範囲はＣｒより狭く設定した。
下限の０．１％は、Ｍｏ添加の効果が期待できる最低限
の値として設定した。上限の３．０％は、これ以上添加
すると、硬化しすぎるため靱性劣化が顕著になってくる
ため設定した。

【００６０】Ｃｏは、Ｔｉ等と異なり、強い析出硬化を
生じせしめる元素ではない。しかし、Ｃｏは、それを添
加することにより強度増加をもたらし、かつ強度増加を
期待しながら靱性を確保するという観点からは、Ｎｉよ
り好ましい元素であることから有効利用すべき元素であ
る。しかし、Ｎｉは、残留応力低減効果を期待できる程
度の低Ｍｓ温度を確保するために溶接ワイヤに添加して
いるため、Ｃｏ添加量の下限０．１％は、Ｃｏ添加の効
果が期待できる最低限の値として設定した。一方、過度
の添加は、強度増加が過大となり靱性劣化をもたらすた
めその上限を２．０％とした。

【００６１】次に、Ｃｒ系溶接ワイヤについて、その成
分範囲限定理由について説明する。Ｃは、それを鉄に添
加することによりＭｓ温度を下げる働きをする。しか
し、その一方で、過度の添加は、溶接割れの問題や靱性
劣化の問題を引き起こすため、その上限を０．０５％と
した。しかし、Ｃが無添加の場合は、マルテンサイトが
得られにくく、また他の高価な元素のみで残留応力低減
を図らなければならず経済的とはいえない。Ｃが０．０
０５％以上添加する場合に限定したのは、安価な元素で
あるＣを利用し、その経済メリットが出る最低限の値と
して設定した。

【００６２】Ｓｉは、脱酸元素として知られる。Ｓｉ
は、溶接金属や鋼材の酸素レベルを下げる効果がある。
特に溶接金属では、溶接中に空気が混入する危険性があ
るため、Ｓｉ量を適切な値にコントロールすることはき
わめて重要である。まず、Ｓｉの下限についてである
が、溶接ワイヤに添加するＳｉ量として０．１％に満た
ない場合、脱酸効果が薄れ溶接金属中の酸素レベルが高
くなりすぎ、機械的特性、特に靱性の劣化を引き起こす
危険性がある。そのため、溶接ワイヤについては、その
下限を０．１％とした。一方、過度のＳｉ添加も靱性劣
化を発生せしめるため、その上限を０．７％とした。

【００６３】Ｍｎは、強度を上げる元素として知られ
る。そのため、本発明における残留応力低減メカニズム
である変態膨張時の降伏強度確保という観点から有効利
用すべき元素である。Ｍｎの下限、０．４％は強度確保
という効果が得られる最低限の値として設定した。一
方、過度の添加は、母材および溶接金属の靱性劣化を引
き起こすためその上限を２．５％とした。

【００６４】ＰおよびＳは、本発明では不純物であしか
し、これら元素は、母材および溶接金属に多く存在する
と、靱性が劣化するため、その上限をそれぞれ０．０３
％、０．０２％とした。Ｎｉは、単体でオーステナイト
すなわち面心構造を持つ金属である。鉄そのものは、高
温域でオーステナイト構造になり、低温域でフェライト
すなわち体心構造になる。Ｎｉは、それを添加すること
により、鉄の高温域における面心構造をより安定な構造
にするため、無添加の場合に比べ、より低温度域におい
ても面心構造となる。このことは、体心構造に変態する
温度が低くなることを意味する。また、Ｎｉはそれを添
加することにより溶接金属の靱性を改善するという効果
を持つ。Ｃｒ系溶接ワイヤにおけるＮｉ添加量の下限４
％は、残留応力低減効果が現れる最低限の添加量および
靱性確保の観点から決定した。Ｎｉ添加量の上限８％
は、Ｃｒ系溶接ワイヤにおいては、次に述べるＣｒ添加
によりある程度Ms温度が低減されていることおよび、残
留応力低減の観点からはこれ以上添加してもあまり効果
が変わらない上、これ以上添加するとＮｉが高価である
という経済的デメリットが生じてくるためこの値を設定
した。

【００６５】Ｃｒは、Ｎｉと異なり、フェライトフォー
マーである。しかし、Ｃｒは、それを鉄に添加すると、
高温度域ではフェライトであるものの、中温度域ではオ
ーステナイトを形成し、さらに温度が低くなると再びフ
ェライトを形成する。溶接部の場合、溶接入熱量により
熱履歴で、低い温度側のフェライトは一般的に得られ
ず、マルテンサイトが得られることになる。これは、Ｃ
ｒを添加することの利点は、焼入性の増加が原因であ
る。すなわち、Ｃｒを添加することによるマルテンサイ
ト変態は、焼入性が増加することによるフェライト変態
が生じない点と、Ｍｓ温度そのものが低くなるという２
つの点が存在する。これら両方の効果を満たしながら残
留応力を低減するための変態膨張を有効利用するＣｒ添
加範囲として、下限１０％を設定した。上限１５％は、
これを上回る量を添加してもその効果が大きくならない
上、経済的にもデメリットが大きくなるため、この値を
設定した。

【００６６】Ｃｕは、溶接ワイヤにメッキすることによ
り通電性をよくする効果があるため、溶接作業性を改善
するために有効な元素である。また、Ｃｕは焼入性元素
でもあるため、マルテンサイト変態を促進させるという
効果も期待できる。Ｃｕの下限０．０５％は作業性改善
やマルテンサイト変態促進のために必要な最低限の値と
して設定した。しかし、過度の添加は、作業性改善の効
果がないだけでなく、ワイヤ製造コストを上げるため産
業上も好ましくはない。Ｃｕの上限、０．４％はこのよ
うな理由により設定した。

【００６７】Ｎｂは、溶接金属中においてＣと結合し、
炭化物を形成する。Ｎｂ炭化物は、少量で溶接金属の強
度を上げる働きがあり、従って、有効利用することの経
済メリットは大きい。また、本発明における残留応力低
減技術である、Ｍｓ温度における降伏強度を高める意味
からもメリットは大きい。しかし、一方で過度の炭化物
形成は、靱性劣化が発生するため自ずと上限が設定され
る。Ｎｂの下限は、炭化物を形成せしめ、強度増加効果
が期待できる最低の値として０．００５％を設定した。
上限は、靱性劣化による溶接部の信頼性が損なわれない
値として０．３％とした。

【００６８】ＶもＮｂと同様な働きをする元素である。
しかし、Ｎｂと異なり、同じ析出効果を期待するために
は、Ｎｂより添加量を多くする必要がある。Ｖ添加の下
限０．０５％は、添加することにより析出硬化が期待で
きる最低値として設定した。Ｖの上限は、これより多く
添加すると析出硬化が顕著になりすぎ、靱性劣化を引き
起こすために０．５％とした。

【００６９】Ｔｉも、Ｎｂ、Ｖ同様、炭化物を形成し析
出硬化を生じせしめる。しかし、Ｖの析出硬化がＮｂの
それと違っていたようにＴｉの析出硬化もまたＮｂ、Ｖ
と異なる。そのため、Ｔｉの添加量の範囲もＮｂ、Ｖと
異なった範囲が設定される。Ｔｉ添加量の下限０．００
５％は、その効果が期待できる最低量として、上限の
０．３％は靱性劣化を考慮して決定した。

【００７０】Ｍｏも、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ同様析出硬化が期
待できる元素である。しかし、Ｍｏは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ
と同等な効果を得るためには、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ以上に添
加する必要がある。Ｍｏ添加量の下限０．１％は、析出
硬化による降伏強度増加が期待できる最低値として設定
した。また、上限の２．０％は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ同様、
靱性劣化を考慮して決定した。

【００７１】Ｎは、オーステナイトフォーマーとして知
られている元素である。Ｎも添加することによりマルテ
ンサイトが得られやすくなるため、最低限の添加は必要
である。Ｎの下限、０．００１％は、Ｃ同様、低Ｍｓ温
度が得られるための最低値として定めた。しかし、過大
な添加は窒化物を形成し、靱性劣化や延性劣化の問題が
発生するためその上限を０．０５％とした。

【００７２】ＣとＮは、それぞれ炭化物、窒化物を形成
する、オーステナイトフォーマーであるなど、その働き
が似ており、それら合計、すなわちＣ＋Ｎの量も上限、
下限を設定する必要がある。Ｃ＋Ｎの下限、０．００１
％は、マルテンサイトを得やすくし、かつＭｓ温度を低
くするための最低限の値として、また上限の０．０６％
は、炭化物、窒化物による靱性劣化および延性劣化の問
題が発生しない限界値として定めた。

【００７３】

【実施例】表１に残留応力測定に用いたＮｉ系溶接用鋼
の成分、Ｍｓ温度、およびＭｓ温度における降伏強度を
示した。表２はＮｉ系溶接ワイヤの成分を示した。表３
はＣｒ系溶接用鋼の成分、Ｍｓ温度、およびＭｓ温度に
おける降伏強度を、表４はＣｒ系溶接ワイヤの成分を示
している。表２および４における溶接ワイヤのＭｓ温度
及びＭｓ温度における降伏強度は、ワイヤから直接試験
片を採取して測定したものではなく、表２におけるワイ
ヤを用い、残留応力測定用試験継ぎ手を作製し、その溶
接金属より試験片を採取して試験した値である。すなわ
ち、表２および４におけるＭｓ温度とＭｓ温度における
降伏強度は、表２および４のワイヤから作製される溶接
金属の値である。次に、図１に、これら鋼板と溶接ワイ
ヤを用いて溶接継手を作製するための開先形状を示す。
この開先を用い、２５０Ａ−１２Ｖ−１１ｃｍ／ｍｉｎ
の条件でＴＩＧ多層溶接を行い、その後溶接残留応力を
測定した。また、残留応力測定溶接継手の溶接金属より
試験片を採取してＭｓ温度及びその温度における降伏強
度を測定した。Ｍｓ温度とその温度における降伏強度は
表２および４に示した通りである。残留応力測定方法
は、溶接金属部表面や溶接熱影響部表面に歪みゲージを
貼り付け、歪みゲージ貼り付け部分を機械切断すること
により残留応力を解放し、解放されたひずみを歪みゲー
ジで測定するという、いわゆる応力弛緩法を用いて測定
した。

【００７４】表５にＮｉ系溶接ワイヤを用いたときの溶
接金属の表面における残留応力測定結果を示す。測定位
置は、溶接ビード中央である。表５からわかるように、
本発明例は全て残留応力は10kg/mm²未満であり、さらに
その中でもＭｓ温度が低く、かつ降伏強度が高い、5-4
、5-5 の例は、残留応力は圧縮状態になっている。次
にＮｉ系溶接用鋼の溶接熱影響部（以降ＨＡＺと記す）
の残留応力測定結果例を表６に示す。測定位置は、ＨＡ
Ｚのビード止端側である。表５と同様、本発明例では残
留応力測定結果は全て10kg/mm²未満の値であるのに対
し、比較例では、そのような残留応力低減効果が認めら
れるのは6-10の１例のみである。この比較例は、Ｔｉを
０．４％添加しているものであり、Ｍｓ温度における強
度が最も高い例にあたるが、成分範囲限定理由を述べた
ころでふれたように、靱性劣化が問題となる範囲になっ
ている。次に、Ｎｉ系溶接用鋼とＮｉ系溶接ワイヤを用
いたときの溶接金属とＨＡＺ両方における残留応力測定
結果を表７に示す。本発明の範囲内にある鋼材および溶
接ワイヤの組み合わせで溶接継手を作製した7-2 、7-3
のみ残留応力が10kg/mm²未満の値、より詳しくは圧縮応
力状態になっているが、他は全て大きな引っ張り残留応
力が測定された。

【００７５】表８は、Ｃｒ系溶接ワイヤを用いたときの
溶接金属の残留応力測定結果である。本発明例は、全て
残留応力が10kg/mm²未満であり、残留応力低減効果があ
ることがわかる。また、表９は、Ｃｒ系溶接用鋼を用い
たときのHAZ の残留応力で、この場合も本発明例は全て
10kg/mm²未満であった。比較例で残留応力が圧縮になっ
ている9-5 、9-6 、9-9 の例はいずれもＭｓ温度が２０
０℃未満でＰａが本発明の範囲外である鋼材を用いた場
合であり、従来技術による残留応力低減効果が出ている
例である。表１０は、Ｃｒ系溶接用鋼とＣｒ系溶接ワイ
ヤを用いたときのHAZ および溶接金属の残留応力測定結
果であるが、本発明例では全て残留応力は10kg/mm²未満
という低い値を示している。

【００７６】表１１はＣｒ系溶接用鋼とＮｉ系溶接ワイ
ヤを用いた場合の残留応力を、表１２はＮｉ系溶接用鋼
およびＣｒ系溶接ワイヤを用いたときの残留応力測定結
果を示しているが、いずれの場合にも、本発明例では残
留応力は10kg/mm²未満と低減されていることがわかる。
以上、表５から表１２に示した実施例から理解できるよ
うに、本発明により、溶接部、すなわち、溶接金属及び
ＨＡＺの残留応力を効果的に低減するすることが可能で
ある。

【００７７】

【表１】

【００７８】

【表２】

【００７９】

【表３】

【００８０】

【表４】

【００８１】

【表５】

【００８２】

【表６】

【００８３】

【表７】

【００８４】

【表８】

【００８５】

【表９】

【００８６】

【表１０】

【００８７】

【表１１】

【００８８】

【表１２】

【００８９】

【発明の効果】本発明により、溶接部に発生する残留応
力を低減することが可能となり、これにより応力腐食割
れ特性、脆性破壊特性、疲労特性の改善が可能となり、
溶接構造物の信頼性向上に寄与することが大きく、産業
上のメリットはきわめて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、溶接継手を作製したときの開先形状を
示す断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤 雅雄 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 斎藤 直樹 愛知県東海市東海町５−３ 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者 小林 順一 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 千葉 利彦 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB07 CA02 CA03 EA05 EA09

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーステナイトからマルテンサイトに変
   態を開始する温度が２００℃以上３５０℃以下であり、
   かつ、変態開始温度における降伏強度が６０kg/mm²以
   上、１２０kg/mm²以下であることを特徴とする溶接用
   鋼。
2. 【請求項２】 Ｃ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏをそれぞれの
   成分の重量％とし、下記式で定義されるパラメーターＰ
   a の範囲が、０．８５以上、かつ１．１５以下であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の溶接用鋼。 Ｐａ＝Ｃ＋Ｎｉ／１２＋Ｃｒ／２４＋Ｍｏ／１９
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓ
   ｉ：０．０１〜０．４％、Ｍｎ：０．２〜１．５％、
   Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：８〜
   １２％を含有し、Ｔｉ：０．００５〜０．３％、Ｎｂ：
   ０．００５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．５％の１種
   または２種以上をさらに含有し、残部が鉄および不可避
   不純物からなることを特徴とする請求項２記載の溶接用
   鋼。
4. 【請求項４】 重量％で、Ｃｒ：０．１〜３．０％、Ｍ
   ｏ：０．１〜３．０％の１種または２種以上をさらに含
   有することを特徴とする請求項３に記載の溶接用鋼。
5. 【請求項５】 重量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５
   ％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．４〜２．５
   ％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：
   ３〜７％、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎ：０．００１〜０．
   ０５％を含有し、Ｃ＋Ｎ：０．００１〜０．０６％であ
   り、残部が鉄および不可避不純物からなることを特徴と
   する請求項２に記載の溶接用鋼。
6. 【請求項６】 重量％で、Ｍｏ：０．１〜２．０％、Ｔ
   ｉ：０．００５〜０．３％、Ｎｂ：０．００５〜０．３
   ％、Ｖ：０．０５〜０．５％の１種または２種以上をさ
   らに含有することを特徴とする請求項５に記載の溶接用
   鋼。
7. 【請求項７】 オーステナイトからマルテンサイトに変
   態を開始する温度が２００℃以上３５０℃以下であり、
   かつ、変態開始温度における降伏強度が６０kg/mm²以
   上、１２０kg/mm²以下である溶接金属を溶接継手に形成
   せしめることを特徴とする溶接ワイヤ。
8. 【請求項８】 Ｃ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏをそれぞれの
   成分の重量％とし、下記式で定義されるパラメーターＰ
   a の範囲が、０．８５以上、かつ１．１５以下であるこ
   とを特徴とする請求項７記載の溶接ワイヤ。 Ｐａ＝Ｃ＋Ｎｉ／１２＋Ｃｒ／２４＋Ｍｏ／１９
9. 【請求項９】 重量％で、Ｃ：０．０１〜０．２％、Ｓ
   ｉ：０．１〜０．５％、Ｍｎ：０．０１〜１．５％、
   Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：８〜
   １２％を含有し、Ｔｉ：０．０１〜０．４％、Ｎｂ：
   ０．０１〜０．４％、Ｖ：０．３〜１．０％の１種また
   は２種以上をさらに含有し、残部が鉄および不可避不純
   物からなることを特徴とする請求項８に記載の溶接ワイ
   ヤ。
10. 【請求項１０】 重量％で、Ｃｕ：０．０５〜０．４
    ％、Ｃｒ：０．１〜３．０％、Ｍｏ：０．１〜３．０
    ％、Ｃｏ：０．１〜２．０％の１種または２種以上をさ
    らに含有することを特徴とする請求項９記載の溶接ワイ
    ヤ。
11. 【請求項１１】 重量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５
    ％、Ｓｉ：０．１〜０．７％、Ｍｎ：０．４〜２．５
    ％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：
    ４〜８％、Ｃｒ：１０〜１５％、Ｎ：０．００１〜０．
    ０５％を含有し、Ｃ＋Ｎ：０．００１〜０．０６％であ
    り、残部が鉄及び不可避不純物からなることを特徴とす
    る請求項８に記載の溶接ワイヤ。
12. 【請求項１２】 重量％で、Ｍｏ：０．１〜２．０％、
    Ｃｕ：０．０５〜０．４％、Ｔｉ：０．００５〜０．３
    ％、Ｎｂ：０．００５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．
    ５％の１種または２種上をさらに含有する請求項１１に
    記載の溶接ワイヤ。
13. 【請求項１３】 請求項１〜６のいずれかに記載の溶接
    用鋼と、請求項７〜１２のいずれかに記載の溶接ワイヤ
    のうち、少なくとも一方を使用することを特徴とする溶
    接方法。