JP2001348649A

JP2001348649A - 溶接継手

Info

Publication number: JP2001348649A
Application number: JP2000171525A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Nishihata; 敏伸西畑; Takahiro Kushida; 隆弘櫛田; Masahiko Hamada; 昌彦濱田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2001-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】強度確保のための合金元素の低減を必ずしも必
要とせず、継手の強度確保が容易な継手の引張強さが５
８８．４ＭＰａ以上の溶接低温割れ抵抗性に優れた溶接
継手を提供する。【解決手段】本発明の溶接継手は、溶接金属が、Ｃ：
０．０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：
０．５〜３％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以
下、Ｍｏ：０．０１〜１％、Ｔｉ：０．００１〜０．１
％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ａｌ：０．００１
〜０．１％、Ｏ(酸素)：０．００１〜０．０６％、Ｎ：
０．００６％以下を含み、残部が実質的にＦｅで、Ａｌ
含有量とＯ含有量との関係が式「０．３≦Ａｌ／Ｏ≦
３」を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁、建築、ペン
ストックおよび圧力容器等の溶接構造物を構成する溶接
継手に関し、継手の引張強さが５８８．４ＭＰａ以上の
溶接低温割れ抵抗性に優れた溶接継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接構造物は、その大型化に伴っ
て構造物を支える柱、梁および桁等の数量削減の要求が
強まっている。このため、素材の鋼材には、従来にも増
してより高強度な高張力鋼が多く使用されるようになっ
てきている。

【０００３】しかし、高張力鋼では、溶接低温割れがし
ばしば問題となる。特に、水素量が高い溶接材料を用い
て低い入熱量で溶接を行った場合には、溶接金属中に過
飽和に固溶した水素が拡散性水素となって溶接熱影響部
（以下、ＨＡＺという）へ拡散し、溶接後、しばらくし
て割れ（溶接低温割れ）が発生することがある。

【０００４】また、素材の鋼材は、一般に、強度が高ま
るにつれて合金元素の量が多くなり、ＨＡＺの硬度が上
昇するため、溶接低温割れがより発生しやすい。特に、
引張強さが５８８．４ＭＰａ以上の高張力鋼の溶接継手
では、上記の傾向が強い。このため、溶接施工時には、
素材の鋼材を予熱してＨＡＺの硬化を抑制したり、脱水
素を助長して溶接低温割れを防止する対策が採られてい
る。

【０００５】しかし、上記の予熱は、溶接施工時間が長
くなる他、その効果には限度があり、充分な溶接低温割
れ防止手段とはなり得ない。そこで、予熱に代わる溶接
低温割れ防止手段が従来から種々検討され、下記(1) 〜
(5) のような方法が提案されている。

【０００６】(1)Ｃａ／Ｓが０．２〜２となるようにＣ
ａを添加してＭｎＳの生成を抑制し、これによって溶接
低温割れ感受性を低減させる方法（特開昭５３−１１５
６１１号公報）。(2) Ｃ量を少なくする一方、ＶＮを生
成させることで溶接低温割れ感受性を低減させる方法
（特開昭５６−１２３３５０号公報）。(3) ＳとＯ（酸
素）の量を少なくするとともに、Ｂ量を０．０００３％
以下にすることで溶接低温割れ感受性を低減させる方法
（特開昭５７−５１２１２号公報）。(4) 式「Ｃ当量＝
Ｃ＋Ｓｉ／２４＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍ
ｏ／４＋Ｖ／１４」で求められ、ＨＡＺの硬度を表す指
標のＣ当量値を０．４以下、式「Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３
０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０
＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ」で求められ、溶接低温
割れ感受性を表す指標のＰｃｍ値を０．２４以下にする
ことで溶接低温割れ感受性を低減させる方法（特公平５
−５５５８４号公報）。(5) Ｔｉ₂Ｏ₃酸化物を積極的に
生成させ水素をトラップし、これによってＨＡＺの拡散
性水素量低下を図って溶接低温割れ感受性を低減させる
方法（特開平８−１７６７２４号公報）。

【０００７】しかし、上記(1)〜(5)の方法は、それぞ
れ、以下に述べる欠点を有している。すなわち、(1) の
方法は、ＭｎＳが存在する方が逆にＨＡＺの硬度が低下
して溶接低温割れ感受性が減少する場合があり、この場
合には有効な対策とはなり得ない。(2) の方法は、ＶＮ
が熱力学的に不安定で、高温に加熱されるＨＡＺではＶ
Ｎが固溶するために効果が消失する他、Ｎ量が多すぎる
ために溶接継手部の靭性に劣る。

【０００８】(3) の方法は、溶接低温割れ感受性を表す
指標のＰｃｍ値を求める式からも明らかなように、Ｂは
ＨＡＺの硬化を助長して溶接低温割れ感受性を上昇させ
る元素であり、Ｂ量の抑制は溶接低温割れ感受性を低減
させる観点からは有効である。しかし、Ｂは継手の強度
上昇を図るうえでは極めて有効な元素であり、Ｂ量の抑
制は継手の強度確保が困難になる。

【０００９】(4) の方法は、継手の強度確保の観点から
は高い方が好ましいＰｃｍ値の低減を余儀なくされるた
め、(3) の方法の場合と同様に、継手の強度確保が困難
になる。(5) の方法は、Ｔｉ₂Ｏ₃酸化物を生成させるた
めに比較的多量のＴｉ添加が必要でコスト上昇を招く
他、Ｏ（酸素）との親和力が強いＡｌ量の低減を余儀な
くされ、製鋼上の制約がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、継手の引張
強さが５８８．４ＭＰａ以上の溶接低温割れ抵抗性に優
れた溶接継手を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
溶接継手にある。

【００１２】溶接部の溶接金属が、質量％で、Ｃ：０．
０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．５
〜３％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｍ
ｏ：０．０１〜１％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、
Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ａｌ：０．００１〜
０．１％、Ｏ（酸素）：０．００１〜０．０６％、Ｎ：
０．００６％以下を含み、残部が実質的にＦｅで、Ａｌ
含有量とＯ（酸素）含有量との関係が下記の(1) 式を満
たす溶接継手。

【００１３】０．３≦Ａｌ／Ｏ≦３・・・ (1) 上記本発明の溶接継手を構成する溶接金属は、Ｆｅの一
部に代えて下記のイ〜ハのグループのうちから選ばれた
１グループまたは２グループ以上の元素を含んでもよ
い。イ；Ｃｒ：０．０１〜２％または／およびＣｕ：０．０
１〜２％、ロ；Ｎｉ：０．０１〜３％、ハ；Ｖ：０．００５〜０．１％または／およびＮｂ：
０．００５〜０．１％。また、溶接金属は、少なくと、
直径１μｍ以下のＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化
物を１ｍｍ² 当たり１個以上含むものであることが好ま
しい。

【００１４】さらに、上記Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の
複合酸化物は、酸化物中金属元素の合計量に対するＳ
ｉ、Ｍｎ、ＴｉおよびＡｌの割合が、原子分率（ａｔ．
％）で、Ｓｉ：１〜２０％、Ｍｎ：１〜４０％、Ｔｉ：
５〜３０％、Ａｌ：１０〜９０％であるものであること
が好ましい。

【００１５】上記の本発明は、以下の知見に基づいて完
成させた。すなわち、溶接低温割れの発生原因は、(a)
拡散性水素、(b) ＨＡＺの硬化組織、(c) 引張応力の３
つに大別され、これらが同時に起こった場合に低温割れ
が発生する。

【００１６】しかし、溶接では、大気中または溶接材料
中の水分が分解し、その際に生成した水素が溶接金属中
に過飽和に固溶し、溶接冷却過程において過飽和に固溶
した水素の多くは大気中へ逃散するものの、多くの水素
が拡散性水素として溶接金属中に残留する。そして、こ
の溶接金属中に残留した拡散性水素が時間経過に伴って
ＨＡＺの硬化組織部へ拡散集積し、そこに熱収縮に伴う
残留応力が作用することで、硬化したＨＡＺで割れが発
生する。

【００１７】したがって、上記の特開昭５７−５１２１
２号公報にも示されるように、溶接低温割れ感受性を高
めるＢに代表される合金元素の添加量を抑制し、ＨＡＺ
の硬化抑制を図れば効果は得られる。しかし、これらの
合金元素は、溶接継手の強度確保に必要で、特に、継手
の引張強さが５８８．４ＭＰａ以上であることが要求さ
れる溶接継手では、溶接低温割れ防止のための合金元素
の添加量抑制には自ずと限界がある。また、残留応力
は、溶接金属の凝固時の熱収縮により不可避的に発生
し、なくすることはできない。

【００１８】これに対し、溶接時に溶接金属中に固溶し
た拡散性水素は、ある種の酸化物にトラップされて拡散
が抑制されるが、これは次の理由による。

【００１９】一般に、鋼中の析出相（酸化物）と母相と
の界面構造は、その整合性の違いにより、図１の（ａ）
に示すような整合析出の場合と、（ｂ）に示すような非
整合析出の場合とに分類される。特に、整合析出の場合
は、格子定数が異なる母相と析出相とが整合性を保つた
めに歪場が生じる。このため、水素が拡散してくるとこ
の歪場に誘起され、トラップされやすい。すなわち、鋼
と結晶整合性が良好な酸化物は、水素をトラップして溶
接低温割れの防止に寄与する。

【００２０】しかし、前述の特開平８−１７６７２４号
公報に示されるＴｉ酸化物（Ｔｉ₂Ｏ₃ ）による拡散性
水素の拡散抑制方法は、前述したように、Ｔｉの添加量
が増加するのでコスト上昇を招く他、Ａｌ量の低減を余
儀なくされる。また、Ｔｉ酸化物（Ｔｉ₂Ｏ₃）による水
素トラップ機構は上記とは異なるため、その効果はそれ
ほど大きくはない。

【００２１】そこで、本発明者等は、Ａｌ量の極端な低
減が不要で、かつＴｉの酸化物よりもトラップ効果が大
きい酸化物による拡散性水素のＨＡＺへの拡散抑制手段
について種々検討した。具体的には、溶接金属の化学組
成、特にＡｌとＯ（酸素）の含有量を種々変えて種々の
酸化物を生成させ、母相との結晶整合性を詳細に調査し
た。その結果、化学組成が上記の溶接金属であれば、そ
の溶接金属中にＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物
が生成し、この複合酸化物が母相との結晶整合性が最も
よく、上記のＴｉ酸化物にも増して拡散性水素を顕著に
トラップし、ＨＡＺの拡散性水素量が低下して溶接低温
割れが生じ難くなることを知見した。

【００２２】上記Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化
物の水素トラップ能力は、その量と整合総面積に依存
し、直径が微細で、かつ量が多いほど水素をトラップす
る能力が高くなり、少なくとも、直径１μｍ以下のもの
が１個／ｍｍ² 以上存在する場合、その水素トラップ能
力が一段と向上する。

【００２３】また、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸
化物は、酸化物中金属元素の合計量に対する各元素の割
合が、原子分率（ａｔ．％）で、Ｓｉ：１〜２０％、Ｍ
ｎ：１〜４０％、Ｔｉ：５〜３０％、Ａｌ：１０〜９０
％の場合、その水素トラップ能力が一段と向上すること
も判明した。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の溶接継手を、上記
のような定めた理由について、詳細に説明する。なお、
以下において、「％」は特に断らない限り、「質量％」
を意味する。

【００２５】Ｃ：０．０１〜０．２％Ｃは、溶接金属の強度を高めるのに最も有効な元素であ
る。Ｃ含有量が０．０１％未満では溶接金属の強度が不
十分であるので、下限は０．０１％とした。逆に０．２
％を超えると、過剰に炭化物が析出し、靭性劣化を招く
ので、上限値は０．２％とした。

【００２６】Ｓｉ：０．０１〜１％Ｓｉは、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物を生成
させるうえで必要な元素であるとともに、溶接金属の強
度向上に寄与する他、脱酸元素としても有効な元素であ
る。これらの効果を得るためには、０．０１％以上が必
要である。しかし、過剰なＳｉは溶接金属の靭性低下お
よび溶接高温割れ感受性の上昇を招くので、その上限は
１％とする。

【００２７】Ｍｎ：０．５〜３％Ｍｎは、上記のＳｉと同様に、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ
系の複合酸化物を生成させるうえで必要な元素であると
ともに、溶接金属の強度向上に寄与する他、脱酸剤とし
ても有効な元素である。これらの効果を得るためには、
０．５％以上が必要である。しかし、３％を超えて含有
させると、溶接金属の靭性低下および残留γ生成による
強度低下を招くので、上限は３％とする。

【００２８】Ｐ：０．０３％以下Ｐは、多量に存在すると溶接金属の靭性劣化を招くだけ
でなく、溶接高温割れ感受性を上昇させる。しかし、
０．０３％以下であれば特に問題ないので、０．０３％
以下とした。なお、Ｐ含有量は少なければ少ないほどよ
い。

【００２９】Ｓ：０．０１％以下Ｓは、多量に存在すると溶接金属の延性および耐食性等
を劣化させるだけでなく、溶接高温割れ感受性を上昇さ
せる。しかし、０．０１％以下であれば特に問題ないの
で、０．０１％以下とした。なお、Ｓ含有量は、上記の
Ｐと同様に、少なければ少ないほどよい。

【００３０】Ｍｏ：０．０１〜１％Ｍｏは、溶接金属の焼入性を向上させ、強度上昇に有効
な元素である。この効果を得るためには０．０１％以上
が必要である。しかし、１％を超えて含有させると靭性
が劣化する。このため、Ｍｏ含有量は０．０１〜１％と
した。

【００３１】Ｔｉ：０．００１〜０．１％Ｔｉは、上記のＳｉおよびＭｎと同様に、Ｓｉ−Ｍｎ−
Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物を生成させるうえで必要な元
素であるとともに、脱酸剤としても有効な元素であり、
微量のＢがＮと結合するのを阻害し、Ｂによる焼入性向
上効果を促進する。これらの効果を得るためには、０．
００１％以上が必要である。しかし、過剰なＴｉはＴｉ
Ｃを析出し、靭性を著しく劣化させる。このため、Ｔｉ
含有量は０．０１〜０．１％とした。

【００３２】Ａｌ（ＴｏｔａｌＡｌ）：０．００１〜
０．１％Ａｌは、上記のＳｉ、ＭｎおよびＴｉと同様に、Ｓｉ−
Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物を生成させるうえで必
要な元素であるとともに、脱酸剤としても有効な元素で
ある。これらの効果を得るためには、最低でも０．００
１％が必要である。しかし、過剰なＡｌは、粗大なアル
ミナ主体のＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物の生
成を招き、溶接低温割れ感受性を上昇させる。このた
め、Ａｌ含有量は０．００１〜０．１％とした。

【００３３】なお、Ａｌは、本発明においては拡散性水
素がＨＡＺへ拡散するのをトッラプするＳｉ−Ｍｎ−Ｔ
ｉ−Ａｌ系の複合酸化物の生成に特に重要な役割を担う
元素であり、その含有量は、後述するように、次に述べ
るＯ（酸素）量との関係を満たす必要がある。

【００３４】Ｏ（酸素）：０．００１〜０．０６％Ｏは、本発明では必須の元素である。水素のトラップに
有効な量のＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物を生
成させるためには、すくなくとも０．００１％以上のＯ
が必要である。しかし、０．０６％を超えて含有させる
と、靭性の劣化が著しくなる。このため、Ｏ含有量は
０．００１〜０．０６％とした。なお、その含有量は、
上記のＡｌとの関係を満たす必要がある。

【００３５】Ｂ：０．０００１〜０．０４％Ｂは、溶接金属の焼入性を向上させ、強度上昇に極めて
有効な元素である。この効果を得るためには最低でも
０．０００１％が必要である。しかし、０．０４％を超
えて含有させると、Ｂの炭化物を生成して靭性を劣化さ
せる。このため、Ｂ含有量は０．０００１〜０．０４％
とした。

【００３６】Ｎ：０．００６％以下Ｎは、ＡｌやＴｉとの親和力が強く、０．００６％を超
えて含有させるとＡｌおよびＴｉの窒化物を形成し、水
素のトラップに寄与するＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複
合酸化物の生成を阻害する。このため、Ｎ含有量が０．
００６％以下とした。なお、Ｎ含有量は少なければ少な
いほど望ましい。

【００３７】Ａｌ／Ｏ：０．３〜３溶接金属中のＡｌ量とＯ量の関係が、Ａｌ／Ｏで０．３
未満の場合には、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化
物の母相（溶接金属）との結晶整合性が悪く、水素が充
分にトラップされない。逆に、Ａｌ／Ｏが３を超える
と、前記と同じく、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸
化物の母相（溶接金属）との結晶整合性が悪く、しかも
上記Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物が粗大にな
りすぎて水素がトラップされなくなる。このため、Ａｌ
／Ｏは０．３〜３とした。好ましい範囲は０．６〜１．
２であり、この場合に生成するＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ
系の複合酸化物が水素のトラップ能力に最も優れてい
る。

【００３８】本発明の溶接継手を構成する溶接金属は、
上記の条件を満たせば充分であるが、上記の元素以外
に、必要に応じて下記の元素のうちから選ばれた１種ま
たは２種を含んでもよい。

【００３９】Ｃｒ、Ｃｕ：これらの元素は、溶接金属の
焼入性を向上させ、強度を上昇させるのに有効な元素で
ある。このため、この効果を得たい場合にはいずれか一
方または両方を添加することができ、その効果はいずれ
の元素も０．０１％以上で顕著になる。しかし、いずれ
の元素も２％を超えて含有させると靭性が劣化する。し
たがって、添加する場合のこれらの元素の含有量は、い
ずれの元素も０．０１〜２％とするのがよい。

【００４０】Ｎｉ：Ｎｉは溶接金属の靭性を高めるのに
有効な元素である。このため、この効果を得たい場合に
添加することができ、その効果は０．０１％以上で顕著
になる。しかし、３％を超えて含有させると、溶接時に
おける湯流れが悪くなり、溶接欠陥を生じやすくなる。
したがって、添加する場合の含有量は、０．０１〜３％
とするのがよい。

【００４１】Ｖ、Ｎｂ：これらの元素は、析出硬化作用
を有し、溶接金属の強度を上昇させるのに有効な元素で
ある。このため、この効果を得たい場合にはいずれか一
方または両方を添加することができ、その効果はいずれ
の元素も０．００５％以上で顕著になる。しかし、いず
れの元素も０．１％を超えて含有させると靭性が劣化す
る。したがって、添加する場合のこれらの元素の含有量
は、いずれの元素も０．００５〜０．１％とするのがよ
い。なお、Ｎｂについては、溶接金属の焼入性を向上さ
せる作用も有している。

【００４２】上記複合酸化物の大きさと個数および各金
属元素の割合：Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物
は、溶接金属が上記の化学組成を満たせば生成するが、
前述したように、少なくとも、直径１μｍ以下のものが
１個／ｍｍ² 以上で、複合酸化物中の金属元素の合計量
に対する各金属元素の割合が、Ｓｉ：１〜２０％、Ｍ
ｎ：１〜４０％、Ｔｉ：５〜３０％、Ａｌ：１０〜９０
％であることが好ましい。

【００４３】ここで、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合
酸化物の大きさと個数は、例えば、ＳＥＭ観察、各元素
の割合は、例えば、ＥＤＳ分析により、容易に知ること
ができる。なお、直径１μｍ以下のＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−
Ａｌ系の複合酸化物の個数は多ければ多いほとよく、特
にその上限を規定する必要はない。しかし、余りに多い
と上部棚エネルギーの低下を招く原因になるので、１０
０個／ｍｍ² 以下、より望ましくは５０個／ｍｍ² 以下
が好ましい。

【００４４】以上に説明した本発明の溶接継手を構成す
る溶接金属は、Ｃ当量値やＰｃｍ値を低下させることが
困難な引張強さ５８８．４ＭＰａ以上の高張力鋼の溶接
継手部における溶接低温割れ防止に特に効果を発揮す
る。

【００４５】なお、実際の溶接において、溶接継手を得
るためによく用いられる溶接方法としては、ＳＡＷ法や
ＧＭＡＷ法が挙げられる。これは、入熱量を容易に高め
ることで溶接能率を高め、かつ外面からの片側溶接で内
面に良好な形状の裏波ビードを形成しやすいためであ
る。その際、溶接金属中のＡｌ／Ｏを０．３〜３の範囲
とし、溶接金属中にＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸
化物を生成分散させる方法としては、例えば、下記のよ
うにすればよい。

【００４６】先ず、溶接金属中のＡｌ／Ｏを０．３〜３
の範囲にするには、例えば、ＳＡＷ法では、入熱量を３
〜１０ｋＪ／ｍｍとし、Ａｌ含有量が０．０１〜０．３
％のワイヤと塩基度が１〜３の範囲のフラックスを用い
れば容易に所望の溶接金属が得れられる。ここで、上記
の塩基度（BI:Basic Index）はＢＩ＝（ＣａＯ＋ＭｇＯ
＋ＣａＦ₂＋０．５ＭｎＯ）／（ＳｉＯ₂ ＋０．５（Ａ
ｌ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂））で定義される値である。フラック
スの塩基度を１以下にすることは、Ｏを０．０６％以下
にするためにも望ましい。また、Ａｌ／Ｏを安定して
０．６〜１．２の範囲にするためには、Ａｌ含有量を
０．０２〜０．１％のワイヤと塩基度が１．５〜２．５
のフラックスを用いるのが望ましい。

【００４７】一方、ＧＭＡＷ法の場合は、入熱量をＳＡ
Ｗ法より低くしてやるのがよく、例えば、７ｋＪ／ｍｍ
以下とするのが望ましい。また、Ａｌ／Ｏを所定の範囲
にするためには、Ａｌ含有量が０．０１〜０．３％のワ
イヤを用い、シールドガス雰囲気を、ＣＯ₂ ：５〜５０
体積％、残：ＡｒまたはＨｅの雰囲気とすることが望ま
しい。

【００４８】次に、本発明の溶接継手を構成する母材に
ついて説明する。

【００４９】母材は、特に制限されず、引張強さが５８
８．４ＭＰａ未満の高張力鋼や軟鋼の他、低温割れが問
題となる、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼等であ
ってもよいが、張強さ５８８．４ＭＰａ以上の高張力鋼
であることが望ましい。その理由は、継手の引張強さが
５８８．４ＭＰａ以上の溶接継手を得るためには、通
常、母材も同程度の強度を有する高張力鋼を用いるため
である。

【００５０】ここで、母材としての上記の高張力鋼は、
５８８．４ＭＰａ以上の引張強さを有するものでありさ
えすればよく、その化学組成は特に制限されないが、下
記の化学組成を有する鋼であることが好ましい。

【００５１】すなわち、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．
２％、Ｓｉ：０．０２〜２％、Ｍｎ：０．５〜３％、
Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｍｏ：０．
０２〜１％、Ｔｉ：０．００５〜１％、Ｂ：０．０００
１〜０．００５％、Ａｌ：０．００４〜０．２％、Ｏ
（酸素）：０．００１〜０．０６％、Ｎ：０．００６％
以下を含み、さらに、必要に応じて、Ｃｒ：０．０１〜
２％、Ｃｕ：０．０１〜２％、Ｎｉ：０．０１〜２％、
Ｖ：０．００５〜０．５％およびＮｂ：０．００５〜
０．５％のうちのいずれか１種または２種以上を含み、
残部：実質的にＦｅ。

【００５２】なお、上記必要に応じて含んでよい元素の
うち、ＣｒとＣｕは焼入性を向上させて母材の強度上昇
に寄与し、Ｎｉは母材の靭性向上に寄与し、ＶとＮｂは
析出硬化より母材の強度上昇に寄与する。

【００５３】

【実施例】表１と２に示す化学組成と引張強さを有する
５種類の母材を準備した。

【００５４】

【表１】

【表２】そして、これらを母材とし、表３と表４に示す化学組成
の溶接金属を有する１３種類の溶接継手を製作した。な
お、溶接は入熱量１．７ｋＪ／ｍｍで行い、ワイヤには
所望の化学組成を有する溶接金属を得るために低水素系
の被覆溶接棒を使用した。

【００５５】

【表３】

【表４】その際、ＪＩＳＺ３１５８に規定される方法に従っ
て溶接低温割れ試験を行い、ＨＡＺに割れが生じなくな
る母材の予熱温度を調べる一方、得られた溶接金属中に
存在するＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸化物の個数
とそのうち最も大きなもの直径をＳＥＭ観察して調べ、
これらの結果を、表４に併せて示すとともに、溶接金属
のＰｃｍ値とＨＡＺに割れが生じなくなる母材の予熱温
度との関係を図２にまとめて示した。

【００５６】また、一部の試番の溶接継手を構成する溶
接金属については、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系の複合酸
化物中金属元素の合計量に対する各金属元素Ｓｉ、Ｍ
ｎ、ＴｉおよびＡｌの割合（原子分率：ａｔ．％）をＥ
ＤＳ分析により調べ、その結果を表５に示した。

【００５７】

【表５】図２に示す結果から明らかなように、同一のＰｃｍ値で
比較すると、本発明で規定する条件のうちのいずれか１
つ以上を満たさない試番７〜１３の溶接継手に比べ、本
発明で規定する条件を満たす試番１〜６の溶接継手の方
が予熱温度が低く、溶接低温割れ感受性が低いことがわ
かる。

【００５８】

【発明の効果】本発明の溶接継手を構成する溶接金属
は、引張強さが５８８．４ＭＰａ以上という高強度であ
るにもかかわらず溶接低温割れ感受性が低い。したがっ
て、強度確保の観点からＣ当量値やＰｃｍ値の低下が困
難な引張強さ５８８．４ＭＰａ以上の高張力鋼の溶接継
手として適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼中の析出相（酸化物）と母相との界面構造を
示す模式図で、同図（ａ）は整合析出の場合、同図
（ｂ）は非整合析出の場合を示す図である。

【図２】実施例の結果を示す図で、溶接金属のＰｃｍ値
とＨＡＺに割れが生じなくなる母材の予熱温度との関係
（図中、●印は本発明で規定する条件を満たす溶接継
手、○印は本発明で規定する条件を満たさない溶接継
手）を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接部の溶接金属が、質量％で、Ｃ：０．
０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．５
〜３％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｍ
ｏ：０．０１〜１％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、
Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ａｌ：０．００１〜
０．１％、Ｏ（酸素）：０．００１〜０．０６％、Ｎ：
０．００６％以下を含み、残部が実質的にＦｅで、Ａｌ
含有量とＯ（酸素）含有量との関係が下記の(1) 式を満
たす溶接継手。０．３≦Ａｌ／Ｏ≦３・・・ (1)
【請求項２】溶接部の溶接金属が、質量％で、Ｃ：０．
０１〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１％、Ｍｎ：０．５
〜３％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｍ
ｏ：０．０１〜１％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％、
Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ａｌ：０．００１〜
０．１％、Ｏ（酸素）：０．００１〜０．０６％、Ｎ：
０．００６％以下を含み、さらに、下記のイ〜ハのグル
ープのうちから選ばれた１グループまたは２グループ以
上の元素を含み、残部が実質的にＦｅで、Ａｌ含有量と
Ｏ（酸素）含有量との関係が下記の(1) 式を満たす溶接
継手。イ；Ｃｒ：０．０１〜２％または／およびＣｕ：０．０
１〜２％、ロ；Ｎｉ：０．０１〜３％、ハ；Ｖ：０．００５〜０．１％または／およびＮｂ：
０．００５〜０．１％、０．３≦Ａｌ／Ｏ≦３・・・ (1)
【請求項３】溶接金属
が、少なくとも、直径１μｍ以下のＳｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−
Ａｌ系の複合酸化物を１ｍｍ² 当たり１個以上含む請求
項１または２に記載の溶接継手。
【請求項４】上記Ｓｉ−Ｍｎ−Ｔｉ−Ａｌ系複合酸化物
中の金属元素の合計量に対するＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉおよび
Ａｌの割合が、原子分率（ａｔ．％）で、Ｓｉ：１〜２
０％、Ｍｎ：１〜４０％、Ｔｉ：５〜３０％、Ａｌ：１
０〜９０％である請求項１〜３のいずれかに記載の溶接
継手。