JP2000263283A

JP2000263283A - 低温靱性に優れた溶接金属

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Publication number: JP2000263283A
Application number: JP11066228A
Authority: JP
Inventors: Yoshiomi Okazaki; 喜臣岡崎; Hitoshi Hatano; 等畑野; Masato Konishi; 正人小西; Tomokazu Morimoto; 朋和森本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2019-03-12
Also published as: JP3579610B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスシールドアーク溶接において全体が低温
靱性に優れる溶接金属を提供することを目的とする。【解決手段】ガスシールドアーク溶接によって形成さ
れた溶接金属であって、質量％でC:0.02〜0.12％、 Si:
0.10〜0.80％、 Mn:0.50〜2.00％、Al:0.002〜0.050
％、Ti:0.020〜0.100 ％、B:0.0100％以下、 O:0.010〜
0.080 ％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物
からなり、溶接金属中の固溶Ti量が0.003 〜0.020 ％で
ある低温靱性に優れた溶接金属で、さらに、Cu:0.010〜
2.000 ％、 Ni:0.01〜3.00％、Cr:0.010〜1.500 ％、M
o:0.005〜1.000 ％のうちの１種以上を含有する低温靱
性に優れた溶接金属である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスシールドアー
ク溶接の技術分野に属し、詳しくはガスシールドアーク
溶接によって形成される溶接金属の低温靱性を確保する
ための技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、海洋構造物、液化ガスタンクある
いはラインパイプなど、低温環境下で使用される構造物
の建設が盛んである。これらの構造物については、機械
的特性、とりわけ低温における高い靱性値が要求され
る。この要求に対しては、低温靱性に優れた鋼材が種々
開発されつつあるが、構造物を形成するために必要不可
欠である接合部、すなわち溶接金属部は、鋼材と異なり
所望の加工熱処理を施すことができないことから、その
低温靱性は鋼材より劣っているのが現状である。そのた
め、溶接金属部の低温靱性の改善に対する要求は非常に
強いものがある。

【０００３】溶接金属の低温靱性を改善するための研究
はこれまでにも行われており、低温靱性は溶接金属組織
に大きく依存し、アシキュラーフェライト（以下、ＡＦ
という）と呼ばれる微細組織を形成することが低温靱性
向上に有効であることが、多数の研究報告に開示されて
いる。また、ＡＦは溶接金属中に含有されるTi系酸化物
を核として生成するものであり、したがって、酸化物存
在形態を制御することが低温靱性向上に有効であること
も知られている。さらにはTiおよびB を複合添加するこ
とにより、Ti系酸化物、すなわちＡＦの生成核を確保し
つつ、B の焼入性向上効果により旧オーステナイト粒界
から生成する粗大フェライトを抑制して、均一にＡＦの
生成が可能であることが報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Tiによ
る効果は溶融金属中に含有されるAl量によって決定さ
れ、B による効果はN 量によって決定されるため、これ
らの元素の含有量をすべて制御する必要があった。ま
た、それ以外にも溶接施工条件、例えば母材成分、ガス
成分、ガスシールド状態などの影響を強く受けるため
に、溶接金属組織を制御することは困難である場合が多
かった。

【０００５】この点に関し、例えば特開平10-58186号公
報によれば、Al/O量を規定することによりM₃O₄型構造を
もつ酸化物分散相を得て、母材希釈の影響すなわち他元
素成分の影響を受けない低温靱性に優れた溶接金属が提
案されている。しかしながら、これは溶接金属のなかで
も、再熱を受けていない領域に限られたことであった。
通常の溶接では多層盛りで行われるために、溶接金属中
には再熱を受けた領域（以下、再熱部という）とそうで
ない溶接ままの領域（以下、原質部という）とが現れる
ことは不可避であり、再熱部の組織形態は原質部で形成
されたＡＦ組織とは大きく異なる。また、溶接金属にお
ける靱性とは原質部と再熱部をともに含んだ全体の機械
的特性であるため、溶接金属全体の靱性を向上させるこ
とが必要不可欠である。しかし、これまでの溶接金属全
体の靱性は十分なレベルではないのが現状である。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、ガスシールドアーク溶接において固溶
Tiを溶接金属に含有させることにより全体が低温靱性に
優れる溶接金属を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】その要旨は、ガスシール
ドアーク溶接によって形成された溶接金属であって、質
量％でC:0.02〜0.12％、 Si:0.10〜0.80％、 Mn:0.50〜
2.00％、Al:0.002〜0.050 ％、Ti:0.020〜0.100 ％、B:
0.0100％以下、 O:0.010〜0.080 ％以下を含有し、残部
がFeおよび不可避的不純物からなり、溶接金属中の固溶
Ti量が0.003 〜0.020 ％である低温靱性に優れた溶接金
属で、さらに、Cu:0.010〜2.000 ％、 Ni:0.01〜3.00
％、Cr:0.010〜1.500 ％、Mo:0.005〜1.000 ％のうちの
１種以上を含有する低温靱性に優れた溶接金属である。

【０００８】

【発明の実施の形態】再熱部組織は原質部において、い
かに微細なＡＦ組織を形成していたとしてもフェライト
組織へと変化する。したがって、その粒径を微細にする
技術が必要不可欠であるが、当然のことながら原質部組
織状態の影響を強く受けることから、原質部組織の制御
も同時に行う必要がある。しかし、先に述べたように原
質部組織と再熱部組織を制御することは非常に困難であ
った。

【０００９】本発明者らが鋭意研究を行った結果、固溶
Tiを溶接金属に含有させることにより溶接金属全体の靱
性を大きく改善できることを見出した。これは溶接金属
原質部の焼入性を高めるとともに、再熱を受けた際に微
量添加されている元素、例えば Bの析出を抑制するため
である。なお、本発明でいう固溶TiとはTi全含有量から
抽出残渣分析によるTi化合物の定量値を差し引いた値の
ことである。

【００１０】通常の溶接金属では、Tiはそのほとんどが
酸化物あるいは窒化物として析出しているが、本発明者
らはワイヤ成分、溶接施工条件などを最適に組み合わせ
ることにより、従来以上に固溶Tiを存在させることに成
功した。

【００１１】固溶Ti量の制御は、種々の溶接条件によっ
て左右される。とりわけ母材成分やシールドガス成分等
に大きく影響されるが、シールドガス成分等の施工条件
に応じて、溶材（フラックス入りワイヤ）中のAl、Mg、
Ti量のバランスをきめ細かく制御することによって、固
溶Ti量を制御することが可能となる。Mg、AlはTiよりも
強脱酸剤であるため、これらの３元素のワイヤ中への添
加量を調節することにより、溶接金属に含有されるTiお
よび固溶Tiの量が調節できるのであるが、同時にAlおよ
び全Ti量も本発明の範囲内に含まれるように制御する必
要があるので、本発明の溶接金属を得るためには溶接施
工条件に応じたきめの細かいワイヤ成分調節が必要なの
である。

【００１２】後記実施例に示すように、Al、Mg、Tiの添
加量のバランスにより、一見わずかな添加量の違いであ
っても固溶Ti量には大きな差が現れるので、ワイヤ中の
これら３元素の添加量や量比を一概に数値で表すことは
難しい。しかしながら、溶接施工条件、およびそれに応
じた適切なワイヤ成分を事前に実験により求めておけ
ば、実際の溶接施工への適用は可能である。以下に、本
発明で規定される成分組成の詳細について述べる。

【００１３】C は溶接金属の強度を確保するためには欠
くことのできない元素であり、少なくとも0.02％以上の
添加が必要である。しかし、過度の添加は強度が高くな
り過ぎ靱性の低下を招くことから上限を0.12％とした。
したがって、C 含有量は0.02〜0.12％とし、より好まし
い範囲は0.04〜0.07％である。

【００１４】Siは脱酸作用により溶接金属を清浄にし、
歩留まった場合はフェライトを固溶強化させる作用を有
することから、溶接金属には不可欠な元素の一つであ
る。しかしながら、添加量が多すぎると、その強化作用
による過度の強度上昇により靱性を劣化させる。したが
って、Si含有量は0.10〜0.80％とし、より好ましい範囲
は0.20〜0.50％である。

【００１５】Mnは溶接金属に強度を与える上で、0.50％
以上含有させなければならないが、過剰に含有すると焼
入れ性が向上し過ぎ靱性の低下を招く。したがって、Mn
含有量は0.50〜2.00％とし、より好ましい範囲は 1.0〜
1.6 ％である。

【００１６】Alは強脱酸剤であることから溶接金属に必
要不可欠である。脱酸効果は少なくとも 0.002％以上含
有させなれば発揮されず、また過剰に添加した場合は、
Tiとともに粗大な酸化物として溶接金属中に残存するた
めに、酸化物によるＡＦ生成効果を消失させてしまう。
したがって、Al含有量は 0.002〜0.050 ％とし、より望
ましい範囲は 0.005〜0.030 ％である。

【００１７】Tiは溶接金属において、ＡＦ生成核である
酸化物を形成することから非常に重要な元素である。含
有量が 0.020％未満ではその効果はなく、 0.100％を超
えると過度の強度上昇により靱性の劣化を招く。したが
って、Ti含有量は 0.020〜0.100 ％とし、より望ましい
範囲は 0.040〜0.080 ％である。

【００１８】B は溶接金属中に固溶したN を固定する効
果と粒界フェライトの生成を抑制する効果があり低温靱
性向上に必要な元素である。過剰に添加した場合は、溶
接割れを引き起こすことから含有量は0.0100％以下とし
た。B のより好ましい含有量は 0.030〜0.080 ％であ
る。

【００１９】O はＡＦ生成核である酸化物を構成する元
素であるから、本発明において重要な元素である。ＡＦ
生成に有効に働く酸化物を形成するには少なくとも 0.0
10％以上は添加する必要があるが、 0.080％を超えて添
加した場合は酸化物が粗大化するためにＡＦ生成効果を
消失させてしまう。したがって、O 含有量は 0.010〜0.
080 ％とし、より好ましい範囲は 0.020〜0.050 ％であ
る。

【００２０】固溶Ti量は先にも述べたとおり、再熱部組
織を微細化し靱性を向上させることから、固溶Ti量を規
定することは本発明において非常に重要な要件である。
そのような効果は 0.003％以上含有しないと現れず、
0.020％を超えて含有した場合には、原質部組織と靱性
を劣化させる。したがって、固溶Ti量の範囲は 0.003〜
0.020 ％とし、より好ましい範囲は 0.005〜0.010 ％で
ある。

【００２１】なお、Ti系酸化物については、本発明の範
囲内の添加元素によって形成された酸化物によりＡＦ生
成が可能であることを見出したので、酸化物の結晶構
造、組成に関して特に規定するものではない。また、C
u、Ni、Cr、Moなどの元素は添加することにより、さら
に優れた低温靱性を確保することが可能となる元素群で
ある。これらの成分組成範囲を決定した理由を以下に述
べる。

【００２２】Cuは焼入れ性を高め組織を微細化する働き
があるが、 0.010％未満の添加ではそのような効果は得
られず、過剰に添加した場合は、強度が高くなり過ぎ靱
性を劣化させる。したがって、Cu含有量は 0.010〜2.00
0 ％とし、より好ましい範囲は 0.010〜1.500 ％であ
る。

【００２３】Niは大入熱溶接であっても安定した靱性を
付与するために添加されている元素であり、そのために
は0.01％以上の添加が必要がある。一方、添加量が3.00
％超えのときは強度が高くなり過ぎ靱性をかえって低下
させる。したがって、Ni含有量は0.01〜3.00％とし、よ
り好ましい範囲は 0.5〜1.5 ％である。

【００２４】Crは焼入れ性を高め粒界からのフェライト
生成を抑制し組織を微細化する働きがあるが、 0.010％
未満の添加ではその効果はなく、過剰に添加した場合
は、強度が高くなり過ぎ靱性を劣化させる。したがっ
て、Cr含有量は 0.010〜1.500 ％とし、より好ましい範
囲は 0.020〜1.000 ％である。

【００２５】Moは粒界からのフェライト生成を抑制する
働きがある。 0.005％未満の添加ではそのような効果は
発揮されず、 1.000％を超えて添加した場合は、強度が
高くなり過ぎ靱性を劣化させる。したがって、Mo含有量
は 0.005〜1.000 ％とし、より好ましい範囲は 0.010〜
0.800 ％である。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明に係わる溶接金属を得るため
の実施例について具体的に説明する。溶接継手は板厚20
mmの鋼板とフラックス入りワイヤ（径 1.2mm）を使用
し、炭酸ガスアーク溶接により製作した。このときの開
先形状は45°Ｖ型開先で、溶接条件は溶接電流 270〜28
0 Ａ、入熱量15〜20kJ/cm である。このようにして製作
した溶接継手の溶接金属についてシャルピー衝撃試験を
行い低温靱性を評価した。

【００２７】

【実施例１】表１に使用した鋼板（母材）の化学成分
を、表２に使用したワイヤの化学成分を、表３に溶接金
属の化学成分をそれぞれ示す。溶接金属の靱性評価は、
溶接金属中央部からJIS Z 2202に基づいて試験片を採取
しシャルピー衝撃試験を行い、−60℃における吸収エネ
ルギー(vＥ_-60)を求め 30J以上のものを合格とした。そ
の結果を表３に併記した。

【００２８】表３に示す本発明例１〜15は化学成分、固
溶Ti量とも本発明の範囲を満足したものであり、いずれ
も低温靱性が良好であることがわかる。他方、比較例１
〜12は化学成分、固溶Ti量のいずれかが本発明の範囲外
であるため、いずれも vＥ_-6 ₀が 30J未満で不合格であ
る。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【実施例２】実施例２は、実施例１の母材およびワイヤ
にCu、Ni、Cr、Moを添加した例で、溶接条件、シャルピ
ー衝撃試験方法は実施例１と同じである。溶接金属の靱
性評価は、−60℃における吸収エネルギー(vＥ_-60)を求
め100J以上のものを合格とした。その結果を表６に併記
した。なお、使用した鋼板（母材）の化学成分を表４
に、使用したワイヤの化学成分を表５に、溶接金属の化
学成分を表６にそれぞれ示す。

【００３３】表６に示す本発明例16〜25は化学成分、固
溶Ti量とも本発明の範囲を満足したものであり、いずれ
も低温靱性が良好であることがわかる。他方、比較例13
〜17は化学成分、固溶Ti量のいずれかが本発明の範囲外
であるため、いずれも vＥ_-6 ₀が100J未満で不合格であ
る。

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】

【表６】

【００３７】以上のように、母材が低炭素鋼（実施例
１）の場合、あるいは低炭素鋼に低温靱性を確保するた
めの元素を添加した（実施例２）場合でも、溶接金属中
の化学成分および固溶Ti量を制御することによって、良
好な低温靱性を有する溶接金属を得ることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、従来得られなかった溶接金属全体の低
温靱性が、溶接金属中の化学成分と固溶Ti量を制御する
ことにより得ることができる。このため低温環境下で使
用される構造物の安全性をより高めることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小西正人東京都千代田区丸の内１丁目８番２号株式会社神戸製鋼所東京本社内 (72)発明者森本朋和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

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスシールドアーク溶接によって形成さ
れた溶接金属であって、質量％でC:0.02〜0.12％、 Si:
0.10〜0.80％、 Mn:0.50〜2.00％、Al:0.002〜0.050
％、Ti:0.020〜0.100 ％、B:0.0100％以下、 O:0.010〜
0.080 ％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物
からなり、溶接金属中の固溶Ti量が 0.003〜0.020 ％で
あることを特徴とする低温靱性に優れた溶接金属。
【請求項２】さらに、質量％でCu:0.010〜2.000 ％、
Ni:0.01〜3.00％、Cr:0.010〜1.500 ％、Mo:0.005〜1.
000 ％のうちの１種以上を含有することを特徴とする請
求項１に記載の低温靱性に優れた溶接金属。