JP2000141085A - 高靭性溶接金属 - Google Patents
高靭性溶接金属Info
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- JP2000141085A JP2000141085A JP24630099A JP24630099A JP2000141085A JP 2000141085 A JP2000141085 A JP 2000141085A JP 24630099 A JP24630099 A JP 24630099A JP 24630099 A JP24630099 A JP 24630099A JP 2000141085 A JP2000141085 A JP 2000141085A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 全姿勢溶接で優れた溶接作業性で形成するこ
とができ、しかも耐気孔性や靭性が優れる高靭性溶接金
属を提供する。 【解決手段】 Ｃ：０．０２〜０．０７５％（質量％の
意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．３％以下（０％を含まな
い）、Ｍｎ：０．７〜２．２％、Ｎｉ：１．１〜３．０
％およびＡｌ：１．３０〜２．３％を夫々含有すると共
に、Ｎ：０．１０％以下（０％を含む）に抑制し、且つ
下記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足
する。 ＦＰ＝[C]-0.145[Si]+0.014[Mn]-0.456([Al]-[N]×27/14 ）+0.231[Ni]＋0.393 …（１） 但し、[C] ，[Si]，[Mn]，[Al]，[N] および[Ni]は、夫
々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ＮおよびＮｉの含有量（質量
％）を示す。
とができ、しかも耐気孔性や靭性が優れる高靭性溶接金
属を提供する。 【解決手段】 Ｃ：０．０２〜０．０７５％（質量％の
意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．３％以下（０％を含まな
い）、Ｍｎ：０．７〜２．２％、Ｎｉ：１．１〜３．０
％およびＡｌ：１．３０〜２．３％を夫々含有すると共
に、Ｎ：０．１０％以下（０％を含む）に抑制し、且つ
下記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足
する。 ＦＰ＝[C]-0.145[Si]+0.014[Mn]-0.456([Al]-[N]×27/14 ）+0.231[Ni]＋0.393 …（１） 但し、[C] ，[Si]，[Mn]，[Al]，[N] および[Ni]は、夫
々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ＮおよびＮｉの含有量（質量
％）を示す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セルフシールドア
ーク溶接によって形成される溶接金属に関するものであ
り、殊に全姿勢溶接で優れた溶接作業性で溶接されるも
のであり、しかも耐気孔性および靭性が求められる溶接
構造物に適する高靭性溶接金属に関するものである。
ーク溶接によって形成される溶接金属に関するものであ
り、殊に全姿勢溶接で優れた溶接作業性で溶接されるも
のであり、しかも耐気孔性および靭性が求められる溶接
構造物に適する高靭性溶接金属に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】セルフシールドアーク溶接は、フラック
ス入りワイヤを用いて、外部からシールドガスを供給し
ないで行なう溶接法であり、この溶接法ではシールドガ
スやフラックスを別途供給する必要がないので溶接作業
性が良く、しかも風による影響も少ないので建築現場等
の屋外や高所での溶接作業に適しているといわれてい
る。
ス入りワイヤを用いて、外部からシールドガスを供給し
ないで行なう溶接法であり、この溶接法ではシールドガ
スやフラックスを別途供給する必要がないので溶接作業
性が良く、しかも風による影響も少ないので建築現場等
の屋外や高所での溶接作業に適しているといわれてい
る。
【０００３】こうした溶接法で用いるフラックス入りワ
イヤとは、金属鞘内にフラックスを充填したものであ
り、ここで使用されるフラックスの一般的組成はスラグ
形成剤またはシールド剤としての弗化物、脱酸・脱窒剤
としてのＡｌ、脱酸・シールド剤としてのＭｇ等を主成
分とするものである。
イヤとは、金属鞘内にフラックスを充填したものであ
り、ここで使用されるフラックスの一般的組成はスラグ
形成剤またはシールド剤としての弗化物、脱酸・脱窒剤
としてのＡｌ、脱酸・シールド剤としてのＭｇ等を主成
分とするものである。
【０００４】しかしながらこの溶接法は、現在のところ
その用途は土木・建築等における屋外溶接の特定分野に
限られており、十分に活用されているとは言い難い。こ
の様に用途が限定され、他分野への普及が遅れている理
由としては、フラックス入りワイヤを用いるガスシール
ドアーク溶接に比べて、アーク安定性が悪く、スパッタ
やヒュームの発生量が多く、しかも全姿勢での溶接性が
悪い等、こうした意味での溶接作業性が悪いという問題
がある（以下、本発明では、「溶接作業性」をこうした
意味で用いる）。またセルフシールドアーク溶接は、外
部からシールドガスを供給しないで行なうので、溶接金
属は大気中の窒素や酸素を吸収してブローホール（気
孔）が発生し易く、しかも一般に靭性が低いという欠点
がある。
その用途は土木・建築等における屋外溶接の特定分野に
限られており、十分に活用されているとは言い難い。こ
の様に用途が限定され、他分野への普及が遅れている理
由としては、フラックス入りワイヤを用いるガスシール
ドアーク溶接に比べて、アーク安定性が悪く、スパッタ
やヒュームの発生量が多く、しかも全姿勢での溶接性が
悪い等、こうした意味での溶接作業性が悪いという問題
がある（以下、本発明では、「溶接作業性」をこうした
意味で用いる）。またセルフシールドアーク溶接は、外
部からシールドガスを供給しないで行なうので、溶接金
属は大気中の窒素や酸素を吸収してブローホール（気
孔）が発生し易く、しかも一般に靭性が低いという欠点
がある。
【０００５】こうした溶接作業性を改善するために、こ
れまでにも様々な技術が開発されている。例えば、特開
平４−１３４９７号や同３−１１８９９３号等には、金
属弗化物、Ａｌ、Ｍｇ、ＭｎおよびＣ等、ワイヤ中のフ
ラックス成分を調整することが提案されている。しかし
ながらこれらの技術では、溶接金属の靭性が依然として
十分ではないという難点がある。
れまでにも様々な技術が開発されている。例えば、特開
平４−１３４９７号や同３−１１８９９３号等には、金
属弗化物、Ａｌ、Ｍｇ、ＭｎおよびＣ等、ワイヤ中のフ
ラックス成分を調整することが提案されている。しかし
ながらこれらの技術では、溶接金属の靭性が依然として
十分ではないという難点がある。
【０００６】一方、溶接金属の靭性を向上させるという
観点から、Ｌｉ酸化物、塩基性および中性酸化物、並び
に鉄系酸化物といったフラックス成分を調整することも
提案されている（例えば、特公昭６２−２５４７９号、
同５８−５７２８０号および特開平５−３９３号等）。
しかしながら、これらの技術においても、靭性と溶接作
業性とを両立させるには至っていない。
観点から、Ｌｉ酸化物、塩基性および中性酸化物、並び
に鉄系酸化物といったフラックス成分を調整することも
提案されている（例えば、特公昭６２−２５４７９号、
同５８−５７２８０号および特開平５−３９３号等）。
しかしながら、これらの技術においても、靭性と溶接作
業性とを両立させるには至っていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした状況
の下でなされたものであって、その目的は、全姿勢溶接
で優れた溶接作業性で形成することができ、しかも耐気
孔性や靭性が優れる高靭性溶接金属を提供することにあ
る。
の下でなされたものであって、その目的は、全姿勢溶接
で優れた溶接作業性で形成することができ、しかも耐気
孔性や靭性が優れる高靭性溶接金属を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る高靭性溶接金属は、Ｃ：０．０２
〜０．０７５％、Ｓｉ：０．３％以下（０％を含まな
い）、Ｍｎ：０．７〜２．２％、Ｎｉ：１．１〜３．０
％およびＡｌ：１．３０〜２．３％を夫々含有すると共
に、Ｎ：０．１０％以下（０％を含む）に抑制し、且つ
下記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足
する点に要旨を有するものである。 ＦＰ＝[C]-0.145[Si]+0.014[Mn]-0.456([Al]-[N]×27/14 ）+0.231[Ni]＋0.393 …（１） 但し、[C] ，[Si]，[Mn]，[Al]，[N] および[Ni]は、夫
々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ＮおよびＮｉの含有量（質量
％）を示す。
のできた本発明に係る高靭性溶接金属は、Ｃ：０．０２
〜０．０７５％、Ｓｉ：０．３％以下（０％を含まな
い）、Ｍｎ：０．７〜２．２％、Ｎｉ：１．１〜３．０
％およびＡｌ：１．３０〜２．３％を夫々含有すると共
に、Ｎ：０．１０％以下（０％を含む）に抑制し、且つ
下記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足
する点に要旨を有するものである。 ＦＰ＝[C]-0.145[Si]+0.014[Mn]-0.456([Al]-[N]×27/14 ）+0.231[Ni]＋0.393 …（１） 但し、[C] ，[Si]，[Mn]，[Al]，[N] および[Ni]は、夫
々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ＮおよびＮｉの含有量（質量
％）を示す。
【０００９】また本発明の目的は、Ｃ：０．０２〜０．
１２％、Ｓｉ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｍ
ｎ：０．７〜２．２％、Ｎｉ：１．１〜３．０％および
Ａｌ：１．３０〜２．３％を夫々含有すると共に、Ｍ
ｏ：０．００５〜０．１２％、Ｔｉ：０．００５〜０．
０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％およびＢ：０．
００１〜０．００５０％よりなる群から選ばれる１種以
上を含有し、更にＮ：０．１０％以下（０％を含む）に
抑制し、且つ上記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧
０．００を満足することによっても達成できる。
１２％、Ｓｉ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｍ
ｎ：０．７〜２．２％、Ｎｉ：１．１〜３．０％および
Ａｌ：１．３０〜２．３％を夫々含有すると共に、Ｍ
ｏ：０．００５〜０．１２％、Ｔｉ：０．００５〜０．
０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％およびＢ：０．
００１〜０．００５０％よりなる群から選ばれる１種以
上を含有し、更にＮ：０．１０％以下（０％を含む）に
抑制し、且つ上記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧
０．００を満足することによっても達成できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題を解決す
るべく様々な角度から検討を重ねた。その結果、溶接金
属の組織に着目して、これを改善することによって、優
れた溶接作業性を有し且つ耐気孔性や靭性にも優れた溶
接金属が実現できることを見出し、本発明を完成した。
以下、本発明が完成された経緯を説明しつつ、本発明の
作用について説明する。
るべく様々な角度から検討を重ねた。その結果、溶接金
属の組織に着目して、これを改善することによって、優
れた溶接作業性を有し且つ耐気孔性や靭性にも優れた溶
接金属が実現できることを見出し、本発明を完成した。
以下、本発明が完成された経緯を説明しつつ、本発明の
作用について説明する。
【００１１】本発明者らは、まず溶接作業性を支配する
因子について検討したところ、溶接作業性はフラックス
中のＡｌ量に大きく依存することを見出した。即ち、フ
ラックス中のＡｌ添加量が多いほど溶接作業性に優れる
ことが判明した。
因子について検討したところ、溶接作業性はフラックス
中のＡｌ量に大きく依存することを見出した。即ち、フ
ラックス中のＡｌ添加量が多いほど溶接作業性に優れる
ことが判明した。
【００１２】また耐気孔性については、溶接金属中のＡ
ｌ量が多いほど、即ちフラックス中のＡｌ添加量が多い
ほど優れることを見出した。セルフシールドアーク溶接
時に生じる溶接金属中の気孔は、溶接時に大気から溶融
金属中に混入する窒素が主な原因で生じる。そして、そ
の生成メカニズムは、溶接金属は液相（溶融金属）では
多量の窒素を溶解することが可能であるが、固相は液相
に比べ窒素溶解度が小さくなるため、溶融金属の凝固過
程において、窒素が気化することによって気孔が生じる
ものである。
ｌ量が多いほど、即ちフラックス中のＡｌ添加量が多い
ほど優れることを見出した。セルフシールドアーク溶接
時に生じる溶接金属中の気孔は、溶接時に大気から溶融
金属中に混入する窒素が主な原因で生じる。そして、そ
の生成メカニズムは、溶接金属は液相（溶融金属）では
多量の窒素を溶解することが可能であるが、固相は液相
に比べ窒素溶解度が小さくなるため、溶融金属の凝固過
程において、窒素が気化することによって気孔が生じる
ものである。
【００１３】こうしたことから、Ａｌを一定量添加する
ことによって溶融金属中でＡｌＮを生成させ、溶融金属
中に溶解する窒素量を固相の溶解度にまで低下させてや
れば、気孔の生成を抑制できるのである。即ち、溶接金
属中のＡｌ量が多いほど耐気孔性が優れたものとなる。
ことによって溶融金属中でＡｌＮを生成させ、溶融金属
中に溶解する窒素量を固相の溶解度にまで低下させてや
れば、気孔の生成を抑制できるのである。即ち、溶接金
属中のＡｌ量が多いほど耐気孔性が優れたものとなる。
【００１４】以上の様に、フラックス中のＡｌ量（若し
くは溶接金属中のＡｌ量）が多いほど、溶接作業性およ
び耐気孔性は優れたものとなる。これに対して、溶接金
属の靭性は、溶接金属中のＡｌ量が多くなるにつれ大き
く劣化することになる。そこで、本発明者らは次に、溶
接金属中に多量のＡｌが歩留まった場合においても溶接
金属が十分な靭性を保てる方策について検討した。
くは溶接金属中のＡｌ量）が多いほど、溶接作業性およ
び耐気孔性は優れたものとなる。これに対して、溶接金
属の靭性は、溶接金属中のＡｌ量が多くなるにつれ大き
く劣化することになる。そこで、本発明者らは次に、溶
接金属中に多量のＡｌが歩留まった場合においても溶接
金属が十分な靭性を保てる方策について検討した。
【００１５】そして本発明者らは、Ａｌによる溶接金属
の靭性の劣化原因について検討した。その結果、Ａｌが
溶接金属中に固溶することにより、フェライト相が安定
となり、凝固時に生成する粗大なδフェライトが冷却後
も残存することによって、溶接金属の靭性が劣化するこ
とを明らかにした。
の靭性の劣化原因について検討した。その結果、Ａｌが
溶接金属中に固溶することにより、フェライト相が安定
となり、凝固時に生成する粗大なδフェライトが冷却後
も残存することによって、溶接金属の靭性が劣化するこ
とを明らかにした。
【００１６】鋼の溶接金属は、凝固時に粗大なδフェラ
イトが生成するが、その後の冷却過程において一旦完全
にオーステナイトに変態し、更にオーステナイトから微
細なフェライトへと変態するのが通常である。そのた
め、溶接金属の組織は最終的には微細となって靭性も良
好なものとなる。しかしながら、溶接金属中にＡｌが多
量に固溶した場合には、フェライトが安定となるため、
凝固時に生成する粗大なδフェライトが冷却過程におい
て完全にはオーステナイトに変態しなくなる。その結
果、粗大なδフェライトが残存してしまい、溶接金属の
靭性を大きく劣化させると考えられる。
イトが生成するが、その後の冷却過程において一旦完全
にオーステナイトに変態し、更にオーステナイトから微
細なフェライトへと変態するのが通常である。そのた
め、溶接金属の組織は最終的には微細となって靭性も良
好なものとなる。しかしながら、溶接金属中にＡｌが多
量に固溶した場合には、フェライトが安定となるため、
凝固時に生成する粗大なδフェライトが冷却過程におい
て完全にはオーステナイトに変態しなくなる。その結
果、粗大なδフェライトが残存してしまい、溶接金属の
靭性を大きく劣化させると考えられる。
【００１７】従って、Ａｌが溶接金属に固溶した場合に
おいても、靭性を劣化させない為には、δフェライトを
残存させなければ良いことが分かる。換言すれば、凝固
時に生成する粗大なδフェライトが冷却過程において完
全にオーステナイトに変態する様にしてやれば良いこと
を見出した。
おいても、靭性を劣化させない為には、δフェライトを
残存させなければ良いことが分かる。換言すれば、凝固
時に生成する粗大なδフェライトが冷却過程において完
全にオーステナイトに変態する様にしてやれば良いこと
を見出した。
【００１８】次に、本発明者らは、上記の様なδフェラ
イトを残存させないための手段について検討した。その
結果、溶接金属のマトリックス組成のバランスを保つこ
とが、δフェライトを残存させないために極めて重要で
あることを見出した。そしてδフェライトを残存させな
いためには、上述したように冷却中に完全にオーステナ
イトに変態させれば良いのであるが、これは溶接金属中
のマトリックス組成によって決定され、フェライトを安
定化させるＡｌが多量存在する場合はオーステナイトを
安定化するＮｉ，Ｍｎ，Ｃなどの元素を適量存在させな
ければならないのである。
イトを残存させないための手段について検討した。その
結果、溶接金属のマトリックス組成のバランスを保つこ
とが、δフェライトを残存させないために極めて重要で
あることを見出した。そしてδフェライトを残存させな
いためには、上述したように冷却中に完全にオーステナ
イトに変態させれば良いのであるが、これは溶接金属中
のマトリックス組成によって決定され、フェライトを安
定化させるＡｌが多量存在する場合はオーステナイトを
安定化するＮｉ，Ｍｎ，Ｃなどの元素を適量存在させな
ければならないのである。
【００１９】こうした観点から、完全にオーステナイト
に変態させるための溶接金属組成について、熱力学的解
析および実験により研究したところ、下記（１）式で定
義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足する様にすれば、
完全にオーステナイトに変態させ得ることを見出した。
即ち、溶接金属の組成において、下記（１）式で定義さ
れるＦＰがＦＰ≧０．００を満足する様にしてやれば、
溶接金属の靭性を良好にできたのである。 ＦＰ＝[C]-0.145[Si]+0.014[Mn]-0.456([Al]-[N]×27/14 ）+0.231[Ni]＋0.393 …（１） 但し、[C] ，[Si]，[Mn]，[Al]，[N] および[Ni]は、夫
々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ＮおよびＮｉの含有量（質量
％）を示す。
に変態させるための溶接金属組成について、熱力学的解
析および実験により研究したところ、下記（１）式で定
義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足する様にすれば、
完全にオーステナイトに変態させ得ることを見出した。
即ち、溶接金属の組成において、下記（１）式で定義さ
れるＦＰがＦＰ≧０．００を満足する様にしてやれば、
溶接金属の靭性を良好にできたのである。 ＦＰ＝[C]-0.145[Si]+0.014[Mn]-0.456([Al]-[N]×27/14 ）+0.231[Ni]＋0.393 …（１） 但し、[C] ，[Si]，[Mn]，[Al]，[N] および[Ni]は、夫
々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ＮおよびＮｉの含有量（質量
％）を示す。
【００２０】また本発明者らが、溶接金属の靭性につい
て更に検討したところ、δフェライトを残存させない他
に、オーステナイトからの変態組織を制御することも有
効であることも突き止めた。即ち、ＦＰ≧０．００とし
た上で、Ｍｏを微量添加することにより（これに伴い、
Ｃ含有量を多めにできる）、オーステナイトからの変態
組織が微細になり、溶接金属の靭性を一層良好にできる
ことも見出した。
て更に検討したところ、δフェライトを残存させない他
に、オーステナイトからの変態組織を制御することも有
効であることも突き止めた。即ち、ＦＰ≧０．００とし
た上で、Ｍｏを微量添加することにより（これに伴い、
Ｃ含有量を多めにできる）、オーステナイトからの変態
組織が微細になり、溶接金属の靭性を一層良好にできる
ことも見出した。
【００２１】尚本発明は溶接金属組成を適切に制御する
ことによって溶接金属組織を改善するものであるが、溶
接金属組成は、ワイヤ組成に加えて、溶接電流、溶接電
圧およびワイヤ突き出し長さなどの溶接条件、更には母
材組成・開先形状などの影響を受けるものであり、また
溶接条件は、ワイヤ組成により変化するものである。従
って、本発明の溶接金属組成を得るためのワイヤ組成、
溶接条件、母材組成などの範囲は一概に決定されるもの
ではなく、要するにこれらを組み合わせて本発明で規定
する溶接金属を得ることによって、本発明の目的が達成
できる。
ことによって溶接金属組織を改善するものであるが、溶
接金属組成は、ワイヤ組成に加えて、溶接電流、溶接電
圧およびワイヤ突き出し長さなどの溶接条件、更には母
材組成・開先形状などの影響を受けるものであり、また
溶接条件は、ワイヤ組成により変化するものである。従
って、本発明の溶接金属組成を得るためのワイヤ組成、
溶接条件、母材組成などの範囲は一概に決定されるもの
ではなく、要するにこれらを組み合わせて本発明で規定
する溶接金属を得ることによって、本発明の目的が達成
できる。
【００２２】本発明に係る溶接金属は、化学成分組成を
適切に調整する必要があるが、各元素の範囲限定理由は
下記の通りである。
適切に調整する必要があるが、各元素の範囲限定理由は
下記の通りである。
【００２３】Ｃ：０．０２〜０．０７５％または０．０
２〜０．１２％ Ｃはオーステナイト安定化元素の１つであり、δフェラ
イトの残存を抑制する効果がある。また溶接金属の強度
を向上させる効果をも有する。これらの効果を確保する
為には、Ｃ含有量は０．０２％以上とする必要がある。
しかしながら、Ｃ含有量が過剰になって０．０７５％を
超えると、強度上昇による靭性の劣化を引き起こす。従
って、本発明の溶接金属中のＣ含有量は、０．０２〜
０．０７５％とする必要がある。尚靭性を良好にすると
いう観点から、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０３％で
あり、好ましい上限は０．０６％である。
２〜０．１２％ Ｃはオーステナイト安定化元素の１つであり、δフェラ
イトの残存を抑制する効果がある。また溶接金属の強度
を向上させる効果をも有する。これらの効果を確保する
為には、Ｃ含有量は０．０２％以上とする必要がある。
しかしながら、Ｃ含有量が過剰になって０．０７５％を
超えると、強度上昇による靭性の劣化を引き起こす。従
って、本発明の溶接金属中のＣ含有量は、０．０２〜
０．０７５％とする必要がある。尚靭性を良好にすると
いう観点から、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０３％で
あり、好ましい上限は０．０６％である。
【００２４】尚Ｍｏ，Ｔｉ，ＮｂおよびＢよりなる群か
ら選ばれる１種以上（以下、Ｍｏ等と言うことがある）
を添加したときには、Ｃ含有量の上限の許容範囲が広が
ることになる。これはＭｏ等を添加することにより組織
が微細になるので、Ｃ含有量増加による靭性の低下割合
が小さくなるからである。即ち、Ｍｏ等を適量添加した
ときには、Ｃ含有量は０．１２％まで増加させることが
できるが、０．１２％を超えると強度の上昇による靭性
の劣化を引き起こすことになる。従って、Ｍｏ等の添加
時には、溶接金属中のＣ含有量は、０．０２〜０．１２
％とする必要がある。また靭性を良好にするという観点
から、Ｍｏ等の添加時におけるＣ含有量の好ましい下限
は０．０４％であり、好ましい上限は０．０７％であ
る。
ら選ばれる１種以上（以下、Ｍｏ等と言うことがある）
を添加したときには、Ｃ含有量の上限の許容範囲が広が
ることになる。これはＭｏ等を添加することにより組織
が微細になるので、Ｃ含有量増加による靭性の低下割合
が小さくなるからである。即ち、Ｍｏ等を適量添加した
ときには、Ｃ含有量は０．１２％まで増加させることが
できるが、０．１２％を超えると強度の上昇による靭性
の劣化を引き起こすことになる。従って、Ｍｏ等の添加
時には、溶接金属中のＣ含有量は、０．０２〜０．１２
％とする必要がある。また靭性を良好にするという観点
から、Ｍｏ等の添加時におけるＣ含有量の好ましい下限
は０．０４％であり、好ましい上限は０．０７％であ
る。
【００２５】Ｓｉ：０．３％以下（０％を含まない） Ｓｉは固溶強化元素であると共に、フェライト安定化元
素でもある。しかしながら、溶接金属中のＳｉ含有量が
０．３％を超えると、強度が高くなり過ぎて靭性の低下
の原因となる。尚Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０５
％であり、好ましい上限は０．１５％である。
素でもある。しかしながら、溶接金属中のＳｉ含有量が
０．３％を超えると、強度が高くなり過ぎて靭性の低下
の原因となる。尚Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０５
％であり、好ましい上限は０．１５％である。
【００２６】Ｍｎ：０．７〜２．２％ Ｍｎは、Ｃと同様にオーステナイト安定化元素の１つで
あり、δフェライトの残存を抑制する効果がある。また
オーステナイトからの変態組織を微細にして靭性を高め
る効果もある。これらの効果を発揮させる為には、Ｍｎ
含有量は０．７％以上とする必要がある。しかしなが
ら、Ｍｎ含有量が過剰になって２．２％を超えると強度
が高まり過ぎて靭性の劣化を引き起こす。従って、溶接
金属中のＭｎ含有量は０．７〜２．２％とする必要があ
る。尚Ｍｎ含有量の好ましい下限は１．３であり、好ま
しい上限は１．７％である。
あり、δフェライトの残存を抑制する効果がある。また
オーステナイトからの変態組織を微細にして靭性を高め
る効果もある。これらの効果を発揮させる為には、Ｍｎ
含有量は０．７％以上とする必要がある。しかしなが
ら、Ｍｎ含有量が過剰になって２．２％を超えると強度
が高まり過ぎて靭性の劣化を引き起こす。従って、溶接
金属中のＭｎ含有量は０．７〜２．２％とする必要があ
る。尚Ｍｎ含有量の好ましい下限は１．３であり、好ま
しい上限は１．７％である。
【００２７】Ｎｉ：１．１〜３．０％ Ｎｉはオーステナイト安定化元素の１つであるが、オー
ステナイト安定化元素のうちで最もδフェライトの残存
を抑制する効果を発揮する。Ｎｉ含有量が１．１％未満
ではその効果が発揮されず、３．０％を超えると強度を
著しく高めて、靭性を劣化させる。従って、溶接金属中
のＮｉ含有量は１．１〜３．０％とする必要がある。尚
Ｎｉ含有量の好ましい下限は１．３％であり、好ましい
上限は２．５％である。また靭性の観点からより好まし
い下限は１．５％であり、より好ましい上限は２．２％
である。
ステナイト安定化元素のうちで最もδフェライトの残存
を抑制する効果を発揮する。Ｎｉ含有量が１．１％未満
ではその効果が発揮されず、３．０％を超えると強度を
著しく高めて、靭性を劣化させる。従って、溶接金属中
のＮｉ含有量は１．１〜３．０％とする必要がある。尚
Ｎｉ含有量の好ましい下限は１．３％であり、好ましい
上限は２．５％である。また靭性の観点からより好まし
い下限は１．５％であり、より好ましい上限は２．２％
である。
【００２８】Ａｌ：１．３０〜２．３％ Ａｌは溶接作業性および耐ブローホール性を高める元素
であり、セルフシールドアーク溶接において最も重要な
元素である。１．３０％未満では、これらの効果が発揮
されず、２．３％を超えると靭性が劣化する。従って、
溶接金属中のＡｌ含有量は１．３０〜２．３％とする必
要がある。尚Ａｌ含有量の好ましい下限は１．５％であ
り、好ましい上限は２．０％である。また耐気孔性の観
点からより好ましい範囲は１．７〜２．０％である。
であり、セルフシールドアーク溶接において最も重要な
元素である。１．３０％未満では、これらの効果が発揮
されず、２．３％を超えると靭性が劣化する。従って、
溶接金属中のＡｌ含有量は１．３０〜２．３％とする必
要がある。尚Ａｌ含有量の好ましい下限は１．５％であ
り、好ましい上限は２．０％である。また耐気孔性の観
点からより好ましい範囲は１．７〜２．０％である。
【００２９】Ｎ：０．１０以下（０％を含む） Ｎは大気中、母材およびワイヤ等から不可避的に溶接金
属中に混入する元素である。こうしたＮは少ないほど溶
接金属の靭性は改善されるので、Ｎ含有量はできるだけ
少なくするほどよい。Ｎ含有量が０．１０％を超えると
靭性が劣化する為、溶接金属中のＮ含有量は０．１０％
以下とする必要がある。尚Ｎ含有量の好ましい上限は、
０．０５％である。
属中に混入する元素である。こうしたＮは少ないほど溶
接金属の靭性は改善されるので、Ｎ含有量はできるだけ
少なくするほどよい。Ｎ含有量が０．１０％を超えると
靭性が劣化する為、溶接金属中のＮ含有量は０．１０％
以下とする必要がある。尚Ｎ含有量の好ましい上限は、
０．０５％である。
【００３０】Ｍｏ：０．００５〜０．１２％、Ｔｉ：
０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３
％およびＢ：０．００１〜０．００５０％よりなる群か
ら選ばれる１種以上 Ｍｏ，Ｔｉ，ＮｂおよびＢは、オーステナイトからの変
態組織を微細にて靭性を高める効果があり、必要によっ
て添加される。こうした効果は、夫々の元素含有量が上
記下限より少ないと発揮されず、上記上限を超えると強
度の上昇により靭性を劣化させる。尚これらの元素含有
量の好ましい下限は、Ｍｏで０．０２％、Ｔｉで０．０
１％、Ｎｂで０．０１％、Ｂで０．００２％であり、好
ましい上限はＭｏで０．０５％、Ｔｉで０．０２％、Ｎ
ｂで０．０２％、Ｂで０．００３０％である。
０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３
％およびＢ：０．００１〜０．００５０％よりなる群か
ら選ばれる１種以上 Ｍｏ，Ｔｉ，ＮｂおよびＢは、オーステナイトからの変
態組織を微細にて靭性を高める効果があり、必要によっ
て添加される。こうした効果は、夫々の元素含有量が上
記下限より少ないと発揮されず、上記上限を超えると強
度の上昇により靭性を劣化させる。尚これらの元素含有
量の好ましい下限は、Ｍｏで０．０２％、Ｔｉで０．０
１％、Ｎｂで０．０１％、Ｂで０．００２％であり、好
ましい上限はＭｏで０．０５％、Ｔｉで０．０２％、Ｎ
ｂで０．０２％、Ｂで０．００３０％である。
【００３１】本発明に係る溶接金属における化学成分組
成は上記の通りであり、残部は実質的にＦｅからなるも
のである。ここで「実質的にＦｅ」とは、Ｆｅ以外にそ
の特性を阻害しない程度の微量成分（許容成分）をも含
み得るものであり、前記許容成分としては例えば、Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ｖ等の元素や、Ｐ，Ｓ，Ｓｎ，Ｏ，Ｍｇ等の
不純物、特に不可避的不純物が挙げられる。
成は上記の通りであり、残部は実質的にＦｅからなるも
のである。ここで「実質的にＦｅ」とは、Ｆｅ以外にそ
の特性を阻害しない程度の微量成分（許容成分）をも含
み得るものであり、前記許容成分としては例えば、Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ｖ等の元素や、Ｐ，Ｓ，Ｓｎ，Ｏ，Ｍｇ等の
不純物、特に不可避的不純物が挙げられる。
【００３２】ＦＰ：０．００以上 本発明の溶接金属では、上記の様に化学成分組成を調整
するだけでは、本発明の目的を達成することができず、
前述の如く、前記（１）式で規定されるＦＰを０．００
以上とする必要がある。このＦＰは、本発明において最
も重要な因子であり、溶接金属が冷却中に完全にオース
テナイトに変態するか否かの指標である。そしてこのＦ
Ｐが０．００以上の場合には、完全にオーステナイトに
変態し、溶接金属の靭性は良好となるが、０．００未満
の場合は、完全にオーステナイトに変態しないために粗
大なδフェライトが残存し、溶接金属の靭性は劣化する
ことになる。尚靭性を良好にするという観点から、ＦＰ
の好ましい範囲は、０．００〜０．２０である。
するだけでは、本発明の目的を達成することができず、
前述の如く、前記（１）式で規定されるＦＰを０．００
以上とする必要がある。このＦＰは、本発明において最
も重要な因子であり、溶接金属が冷却中に完全にオース
テナイトに変態するか否かの指標である。そしてこのＦ
Ｐが０．００以上の場合には、完全にオーステナイトに
変態し、溶接金属の靭性は良好となるが、０．００未満
の場合は、完全にオーステナイトに変態しないために粗
大なδフェライトが残存し、溶接金属の靭性は劣化する
ことになる。尚靭性を良好にするという観点から、ＦＰ
の好ましい範囲は、０．００〜０．２０である。
【００３３】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３４】
【実施例】Ｃ：０．０２０％，Ｍｎ：０．３５％，Ｐ：
０．０１５％，Ｓ：０．００７％（残部：鉄）の化学組
成の鋼製外皮を用いて、フラックスを充填し、伸線加工
を行い、下記表１に示す組成のフラックス入りワイヤを
作製した。溶接作業性および耐気孔性の観点から、表１
に示した成分以外に、Ｂａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｌｉ，ＦＯ等
をフラックス成分として添加した。
０．０１５％，Ｓ：０．００７％（残部：鉄）の化学組
成の鋼製外皮を用いて、フラックスを充填し、伸線加工
を行い、下記表１に示す組成のフラックス入りワイヤを
作製した。溶接作業性および耐気孔性の観点から、表１
に示した成分以外に、Ｂａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｌｉ，ＦＯ等
をフラックス成分として添加した。
【００３５】用いたフラックス入りワイヤの断面を図１
に示す。図１に示すように、フラックス入りワイヤはラ
ップタイプのものである。即ち、両端が重なり合うよう
に突き合わされて円筒状の外皮１が形成されており、こ
の外皮１の中心部にフラックス２が充填されて、フラッ
クス入りワイヤが構成されている。そしてフラックス入
りワイヤの直径を１．４ｍｍとし、ワイヤの外皮表面に
は潤滑油が塗布されている。
に示す。図１に示すように、フラックス入りワイヤはラ
ップタイプのものである。即ち、両端が重なり合うよう
に突き合わされて円筒状の外皮１が形成されており、こ
の外皮１の中心部にフラックス２が充填されて、フラッ
クス入りワイヤが構成されている。そしてフラックス入
りワイヤの直径を１．４ｍｍとし、ワイヤの外皮表面に
は潤滑油が塗布されている。
【００３６】各種のフラックスを充填したフラックス入
りワイヤを使用して、下記表１に併記した溶接条件にて
実際に溶接を試験板に施した。試験板は、ＪＩＳ Ｇ３
１０６ ＳＭ４９０Ｂ（鋼材成分；Ｃ：０．１３％，Ｓ
ｉ：０３５％，Ｍｎ：１．３％，Ｐ：０．０１０％，
Ｓ：０．００５％）に規定されるもので、厚さが２０ｍ
ｍ、幅１５０ｍｍ及び長さが５００ｍｍのものを使用し
た。また開先は、角度が４５°のＶ字型、そしてギャッ
プが１２ｍｍとなるように形成された。このような開先
に対して、極性：ＤＣＥＮ、溶接電流：１５０〜２５０
Ａ、溶接電圧：１６〜２２Ｖ、溶接速度：２０ｃｍ／ｍ
ｉｎ、ワイヤ突出し長さ：１５〜２５ｍｍの溶接条件
で、開先を埋める適正なパス数だけ、溶接を施した。
りワイヤを使用して、下記表１に併記した溶接条件にて
実際に溶接を試験板に施した。試験板は、ＪＩＳ Ｇ３
１０６ ＳＭ４９０Ｂ（鋼材成分；Ｃ：０．１３％，Ｓ
ｉ：０３５％，Ｍｎ：１．３％，Ｐ：０．０１０％，
Ｓ：０．００５％）に規定されるもので、厚さが２０ｍ
ｍ、幅１５０ｍｍ及び長さが５００ｍｍのものを使用し
た。また開先は、角度が４５°のＶ字型、そしてギャッ
プが１２ｍｍとなるように形成された。このような開先
に対して、極性：ＤＣＥＮ、溶接電流：１５０〜２５０
Ａ、溶接電圧：１６〜２２Ｖ、溶接速度：２０ｃｍ／ｍ
ｉｎ、ワイヤ突出し長さ：１５〜２５ｍｍの溶接条件
で、開先を埋める適正なパス数だけ、溶接を施した。
【００３７】
【表１】
【００３８】得られた溶接金属中の合金成分とそれらに
対する評価結果を下記表２に示す。上記溶接金属中の合
金成分は、溶接金属中央部から採取したものである。こ
のとき、溶接作業性を評価するために、アーク安定性、
スパッタ、全姿勢溶接性およびビード外観を調査し、全
て良好であったものを○、いずれかが不良であったもの
を×とした。また溶接金属特性を評価するために、耐気
孔性および靭性を調査した。耐気孔性については、ＪＩ
Ｓ３１４０に基づいて溶接金属のＸ線透過試験を行い、
分類が１種１級のものを○とし、それ以外のものは×と
した。靭性については、ＪＩＳ Ｚ２２０２に基づいて
ｖＥ０℃を求め、７０Ｊ以上のものを良好とした。
対する評価結果を下記表２に示す。上記溶接金属中の合
金成分は、溶接金属中央部から採取したものである。こ
のとき、溶接作業性を評価するために、アーク安定性、
スパッタ、全姿勢溶接性およびビード外観を調査し、全
て良好であったものを○、いずれかが不良であったもの
を×とした。また溶接金属特性を評価するために、耐気
孔性および靭性を調査した。耐気孔性については、ＪＩ
Ｓ３１４０に基づいて溶接金属のＸ線透過試験を行い、
分類が１種１級のものを○とし、それ以外のものは×と
した。靭性については、ＪＩＳ Ｚ２２０２に基づいて
ｖＥ０℃を求め、７０Ｊ以上のものを良好とした。
【００３９】
【表２】
【００４０】この結果から、次の様に考察できる。まず
Ｎｏ．１〜１３のものは、いずれも本発明で規定する要
件のいずれも満足するものであり、良好な特性を示して
いることがわかる。これに対し、Ｎｏ．１４〜２２、２
４〜２９のものでは、成分またはＦＰが本発明で規定す
る範囲を外れているので、溶接金属の靭性が劣化してい
ることが分かる。また、Ｎｏ．２３のものでは、Ａｌ量
が少なすぎるため溶接作業性が劣化している。
Ｎｏ．１〜１３のものは、いずれも本発明で規定する要
件のいずれも満足するものであり、良好な特性を示して
いることがわかる。これに対し、Ｎｏ．１４〜２２、２
４〜２９のものでは、成分またはＦＰが本発明で規定す
る範囲を外れているので、溶接金属の靭性が劣化してい
ることが分かる。また、Ｎｏ．２３のものでは、Ａｌ量
が少なすぎるため溶接作業性が劣化している。
【００４１】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、全
姿勢溶接で優れた溶接作業性で形成することができ、し
かも耐気孔性や靭性が優れる高靭性溶接金属が実現でき
た。
姿勢溶接で優れた溶接作業性で形成することができ、し
かも耐気孔性や靭性が優れる高靭性溶接金属が実現でき
た。
【図１】実施例で用いたフラックス入りワイヤの断面を
示す説明図である。
示す説明図である。
１ 外皮 ２ フラックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/14 Ｃ２２Ｃ 38/14 (72)発明者 山本 明 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１ 株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者 輿石 房樹 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１ 株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃ：０．０２〜０．０７５％（質量％の
意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．３％以下（０％を含まな
い）、Ｍｎ：０．７〜２．２％、Ｎｉ：１．１〜３．０
％およびＡｌ：１．３０〜２．３％を夫々含有すると共
に、Ｎ：０．１０％以下（０％を含む）に抑制し、且つ
下記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足
することを特徴とする高靭性溶接金属。 ＦＰ＝[C]-0.145[Si]+0.014[Mn]-0.456([Al]-[N]×27/14 ）+0.231[Ni]＋0.393 …（１） 但し、[C] ，[Si]，[Mn]，[Al]，[N] および[Ni]は、夫
々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ＮおよびＮｉの含有量（質量
％）を示す。 - 【請求項２】 Ｃ：０．０２〜０．１２％、Ｓｉ：０．
３％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．７〜２．２
％、Ｎｉ：１．１〜３．０％およびＡｌ：１．３０〜
２．３％を夫々含有すると共に、Ｍｏ：０．００５〜
０．１２％、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｎｂ：
０．００５〜０．０３％およびＢ：０．００１〜０．０
０５０％よりなる群から選ばれる１種以上を含有し、更
にＮ：０．１０％以下（０％を含む）に抑制し、且つ下
記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足す
ることを特徴とする高靭性溶接金属。 ＦＰ＝[C]-0.145[Si]+0.014[Mn]-0.456([Al]-[N]×27/14 ）+0.231[Ni]＋0.393 …（１） 但し、[C] ，[Si]，[Mn]，[Al]，[N] および[Ni]は、夫
々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，ＮおよびＮｉの含有量（質量
％）を示す。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24630099A JP3579619B2 (ja) | 1998-09-09 | 1999-08-31 | 高靭性溶接金属 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25578498 | 1998-09-09 | ||
| JP10-255784 | 1998-09-09 | ||
| JP24630099A JP3579619B2 (ja) | 1998-09-09 | 1999-08-31 | 高靭性溶接金属 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000141085A true JP2000141085A (ja) | 2000-05-23 |
| JP3579619B2 JP3579619B2 (ja) | 2004-10-20 |
Family
ID=26537658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24630099A Expired - Fee Related JP3579619B2 (ja) | 1998-09-09 | 1999-08-31 | 高靭性溶接金属 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3579619B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014503361A (ja) * | 2010-12-27 | 2014-02-13 | ポスコ | 溶接継手低温靭性及び溶接作業性に優れたフラックスコアードアーク溶接ワイヤ及びそれを利用した溶接継手 |
-
1999
- 1999-08-31 JP JP24630099A patent/JP3579619B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014503361A (ja) * | 2010-12-27 | 2014-02-13 | ポスコ | 溶接継手低温靭性及び溶接作業性に優れたフラックスコアードアーク溶接ワイヤ及びそれを利用した溶接継手 |
| US9492894B2 (en) | 2010-12-27 | 2016-11-15 | Posco | Flux-cored arc welding wire for providing superior toughness and weldability to a welded joint at a low temperature, and welded joint using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3579619B2 (ja) | 2004-10-20 |
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