JP2000061687A - 高靭性溶接金属 - Google Patents
高靭性溶接金属Info
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Abstract
きる高靭性溶接金属を提供する。 【解決手段】 C:0.02乃至0.12重量%、S
i:0.01乃至1.1重量%、Mn:0.5乃至2.
2重量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物から
なると共に、残留オーステナイトを1.5体積%以上含
有する。
Description
る溶接ワイヤ及び溶接金属に関し、特に、溶接金属部の
靭性が求められる構造物に関する。
まりつつある。一方、寒冷地でのラインパイプ又は海洋
構造物の建設のニーズも多く、低温での構造物の靭性の
向上が求められている。これらのニーズに伴い鋼材及び
溶接金属部の機械的特性の改善が求められ、特に靭性の
改善が益々強く求められている。これらに対し、鋼材に
関しては様々な研究が行われ、靭性の向上が図られてき
ているが、溶接金属は熱処理を加えることができないこ
と等から、鋼材に比べて靭性が低く、構造物の設計上の
問題点となっている。
は、例えば、特公昭59−44159号公報に開示され
ている。これは、溶接用フラックス入りワイヤにおい
て、Mgの添加による溶接金属中の酸素量の低下及びT
i又はBの添加による組織の微細化により、溶接金属の
靭性を改善している。
イト2相域からの焼き入れ処理を行って、鋼材組織をフ
ェライト+残留オーステナイトとすることにより、靭性
を改善することが提案されている。
従来技術により得られる溶接金属部の靭性は、まだ十分
といえるレベルではない。また、溶接金属部においては
鋼材のような熱処理を溶接後に行うことは事実上不可能
であり、従来、熱処理を施すことなく溶接ままの状態で
靭性を改善することはできなかった。
のであって、溶接ままの状態で溶接金属の靭性を向上さ
せることができる高靭性溶接金属を提供することを目的
とする。
金属は、C:0.02乃至0.12重量%、Si:0.
01乃至1.1重量%、Mn:0.5乃至2.2重量%
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなると共
に、残留オーステナイトを1.5体積%以上含有するこ
とを特徴とする。。
乃至3.0重量%、Cu:0.1乃至1.5重量%、A
l:0.1乃至1.5重量%からなる群から選択された
1種又は2種以上の元素を含有することが好ましい。
3乃至0.0080重量%、Ti:0.005乃至0.
080重量%からなる群から選択された1種又は2種以
上の元素を含有することが好ましい。
結果、残留オーステナイト(以下、残留γという。)を
溶接金属に生成させることにより、溶接金属の靭性を大
きく改善できることを見出した。即ち、マトリックスに
比べて変形抵抗が低い残留γを生成させることにより、
変形応力を低下させて伸びを向上させ、変形過程では残
留γが応力誘起マルテンサイトに変態することによりエ
ネルギを吸収させて、靭性を改善することができる。鋼
材等においても機械的特性向上のために残留γを生成さ
せる場合があるが、これらは、フェライト+オーステナ
イト2相域の温度域から急冷することにより実現してい
るものである。しかし、前述の溶接金属ではこのような
熱処理を施すことができない。これに対して、本発明者
等は、溶接金属組織に上部ベイナイトを生成させ、その
ベイナイトのラスの間に残留γを生成させることが有効
であることを見出した。つまり、ラス間に残留γを生成
させることにより、残留γの形態が微細なものになるた
め、残留γが少量でも大きく靭性を向上させることがで
きる。
場合、ラス上のベイニティックフェライトが生成し、そ
のラスの間のオーステナイトにCが濃縮されていくが、
オーステナイトは不安定ですぐにオーステナイトが分解
してセメンタイトが生成する。このため通常の溶接金属
では残留γは生成しない。しかし、溶接金属組成及び溶
接施工条件を最適に組み合わせることにより、溶接金属
中の残留γを生成させられることを本発明者等は見出し
た。つまり、セメンタイトの生成を阻害する元素である
Si、Cu、Al等を溶接金属中に適量存在させること
により、ベイナイトのラスの間のオーステナイトを安定
化し、更に適度な速度で冷却することにより、溶接金属
中の残留γを生成することができる。
とは少なく、通常は多層盛りにより形成するため、上記
方法により残留γを生成できても、次パスによる熱影響
を受けて残留γが分解してしまうため、溶接金属部全体
では、所望の残留γを得ることはできない。本発明者等
は、この課題を解決するために溶接施工方法について鋭
意研究した結果、次パスの熱影響によりオーステナイト
に逆変態した領域、即ち旧オーステナイト粒が微細化し
た領域が少ない場合には、残留γに分解量が少ないこと
を見出した。更に、溶接ワイヤが溶解し易く、溶接時の
ワイヤ突出し長さが長い方が、溶接金属部に占める旧オ
ーステナイト微細化領域の割合が小さくなり、所望の残
留γ量を生成させることができることを見出した。具体
的には、ワイヤ溶断時間は200msec以下の場合に
良好であり、ワイヤ突き出し長さは、25mm以上の場
合に良好になる。
を最適にすることにより、上部ベイナイトのラス間に残
留γを生成させ、溶接金属の大幅な靭性向上を実現した
のである。
び残留γの規定理由について説明する。
い元素であると共に、残留γを生成させる元素である。
強度及び残留γの生成の観点から、Cは、少なくとも
0.02重量%以上含有させなければならない。残留γ
生成の観点からするとその添加量は多いほど望ましい
が、多すぎると強度が高くなり過ぎてしまい、靭性が劣
化すると共に、上部ベイナイトが形成されにくくなる。
従って、Cの含有量の上限値は、0.12重量%とす
る。更に、Cの含有量のより好ましい範囲は0.05乃
至0.08重量%である。
害して残留γを安定する元素の1つである。一方、Si
は固溶強化元素であり、添加し過ぎると強度上昇により
靭性が劣化する。これらの兼ね合いを考慮して、Siの
含有量は、0.1乃至1.1重量%の範囲とする。更
に、Siの含有量のより好ましい範囲は0.30乃至
0.50重量%である。
強度を高める元素である。含有量が少なすぎるとこれら
の効果を発揮することがない。Mnの含有量が多すぎる
と焼き入れ性が高まり靭性を劣化させるため、Mnの含
有量の下限を0.5重量%とし、上限を2.2重量%と
する。更に、Mnの含有量のより好ましい範囲は1.2
乃至1.6重量%である。
以上 残留γ生成量は、高靭化のための最も重要な因子であ
り、残留γ量が多いほど靭性は改善される。その生成量
は1.5体積%以上で効果が現れるために、残留γの含
有量を1.5体積%以上とする。しかし、現状では残留
γを10.0体積%までしか生成させることしかできな
い。更に、残留γの含有量のより好ましい範囲は、4.
0体積%以上である。
接金属の靭性を改善する元素である。Niの含有量が
0.1重量%未満では、その効果は少なく、3.0重量
%以上では、焼き入れ性が高まり靭性を劣化する。更
に、Niの含有量のより好ましい範囲は0.5乃至1.
5重量%である。
易くする元素の1つであると共に、本発明では重要な元
素の1つである。Cuの含有量は0.1重量%未満で
は、その効果は少ない。Cuの含有量が1.5重量%を
超えると焼き入れ性が高まり過ぎて、靭性を劣化させた
り、高温割れを生じる。Cuの含有量のより好ましい範
囲は0.5乃至1.0重量%である。
留γを生成し易くする元素の1つであると共に、本発明
では重要な元素の1つである。Alの含有量は0.1重
量%未満では、その効果は少ない。Alの含有量が1.
5重量%を超えると凝固時に生成する粗大なδ−フェラ
イトを生じて靭性を劣化させる。Alの含有量のより好
ましい範囲は0.5乃至1.0重量%である。
性を改善する効果がある。Bの含有量は0.0003重
量%以下では、その効果はない。Bの含有量が0.00
80重量%以上では、Bが過剰になることにより焼き入
れ性が高まって靭性を劣化する。Bの含有量のより好ま
しい範囲は0.0010乃至0.0050重量%であ
る。
ことにより靭性を改善する効果があると共に、結晶粒内
フェライトの生成核となる酸化物を形成し、靭性を高め
る効果がある。Bの含有量は0.005重量%以下で
は、その効果はない。Bの含有量が0.080重量%以
上では、Tiが過剰になることにより焼き入れ性が高ま
って靭性を劣化する。Tiの含有量のより好ましい範囲
は0.020乃至0.0050重量%である。
Nb、V、Mo等があり、この不可避的不純物の合計が
総量で0.05重量%以下であれば本発明の効果に影響
はなく、本発明の目的は達成できる。
実証するための実施例について、本発明の範囲から外れ
る比較例と比較して具体的に説明する。なお、本発明は
もとより下記実施例によって制限を受けるものではな
く、前後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。
組成の鋼材(母材鋼)と、下記表2及び表3に示す組成
のフラックス入りワイヤを使用して炭酸ガスシールド溶
接により溶接金属を作製した。下記表4に示す溶接条件
で溶接ワイヤと溶接ワイヤの突き出し長さの組合せを変
化させて溶接を行うことにより、溶接金属成分及び溶接
金属部に生成する残留γ量を変化させた。
シャルピー衝撃試験、引張強度試験を実施し、溶接金属
の強度及び靭性について評価した。
接線方向に垂直な溶接金属部の断面について、X線回折
測定法により求めた。また、溶接ワイヤの溶断時間は、
次のようにして測定した。図1に示すように、直流定電
流電源1と架台4に設けられる1組のコンタクトチップ
5とがケーブルCを介して接続し、コンタクトチップ5
のチップ間隔lが50mmに設定する。直流定電流電源
1と架台4との+側のケーブルCにシャント3を介して
電圧波形が記録可能なデジタル電圧計2を接続する。そ
して、コンタクトチップ5、5の間に溶接ワイヤWを挿
入し、電流250A/mm(溶接ワイヤWの径に対する
電流値)を回路に流し、回路に電流が流れた時間を測定
する。この時間を溶接ワイヤWの溶断時間とした。更
に、靭性ついては、JISZ2202に基づいて、温度
−20℃における衝撃エネルギvE−20℃を求めた。
ては、衝撃エネルギの値が70(J)以上のものを○と
し、それ以下の場合には、×とした。また、引張試験に
おいては、引張強度が490(MPa)以上のものを○
とし、それ以下の場合には、×とした。更に、総合評価
においては、シャルピー試験及び引張試験ともに○であ
ったものは、良好とし、どちらか一方でも×の場合に
は、不良とした。その結果を実施例1乃至16について
は、表5乃至表8に示すと共に比較例1乃至14につい
ては、表9乃至表12に示す。
施例1乃至16は、いずれ良好な特性を示している。一
方、比較例1乃至14は、成分又は残留γ量が本発明の
特許請求の範囲から外れているために、溶接金属の靭性
が乏しい。
長さが15mmと短いために、残留γの生成量が少なく
なり、靭性が低下した。比較例2は、溶接ワイヤ溶断時
間が223msecと長いと共に、溶接ワイヤWの突出
し長さが15mmと短いために、残留γの生成量が少な
くなり、靭性が低下した。比較例3及び比較例4は、溶
接ワイヤ溶断時間が223msecと長いために、残留
γの生成量が少なくなり、靭性が低下した。比較例5
は、Cの含有量が0.01重量%と少ないないために、
残留γの生成量が少なくなり、強度及び靭性ともに低下
した。比較例6は、Cの含有量が0.13重量%と多
く、残留γの生成量が多くなり、靭性が低下した。比較
例7は、Siの含有量が1.20重量%と多いため、靭
性が低下した。比較例8は、Mnの含有量が0.41重
量%と少ないため、強度及び靭性ともに低下した。比較
例9は、Mnの含有量が2.33重量%と多いため、靭
性が低下した。比較例10は、Niの含有量が3.20
重量%と多いために、靭性が低下した。比較例11は、
Cuの含有量が1.71重量%と多いために、靭性が低
下した。比較例12は、Alの含有量が1.70重量%
と多いために、靭性が低下した。比較例13は、Tiの
含有量が0.09重量%と多いために、靭性が低下し
た。比較例14は、Bの含有量が0.0095重量%と
多いために、靭性が低下した。
来よりも極めて高靭性の溶接金属を得ることが可能とな
り、耐震性が優れた構造物及び高靭性を必要とする海洋
構造物又はラインパイプの建設を可能とし、この種の技
術分野に多大の貢献をなす。
ある。
28)
金属は、C:0.02乃至0.12重量%、Si:0.
1乃至1.1重量%、Mn:0.5乃至2.2重量%を
含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなると共
に、残留オーステナイトを1.5体積%以上含有するこ
とを特徴とする。
Claims (3)
- 【請求項1】 C:0.02乃至0.12重量%、S
i:0.01乃至1.1重量%、Mn:0.5乃至2.
2重量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物から
なると共に、残留オーステナイトを1.5体積%以上含
有することを特徴とする高靭性溶接金属。 - 【請求項2】 Ni:0.1乃至3.0重量%、Cu:
0.1乃至1.5重量%、Al:0.1乃至1.5重量
%からなる群から選択された1種又は2種以上の元素を
含有することを特徴とする請求項1に記載の高靭性溶接
金属。 - 【請求項3】 B:0.0003乃至0.0080重量
%、Ti:0.005乃至0.080重量%からなる群
から選択された1種又は2種以上の元素を含有すること
を特徴とする請求項1又は2に記載の高靭性溶接金属。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP23335998A JP3576393B2 (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | 高靭性溶接金属 |
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---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-08-19 JP JP23335998A patent/JP3576393B2/ja not_active Expired - Lifetime
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