JP2006239733A

JP2006239733A - 高張力鋼の後熱処理用ｔｉｇ溶接用ワイヤ

Info

Publication number: JP2006239733A
Application number: JP2005058533A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Akashi; 和博明石; Yoshiaki Murata; 義明村田
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Welding Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】引張強さ７２０Ｎ／ｍｍ^２級以上の高張力鋼の長時間のＰＷＨＴを受ける溶接部に適用しても高強度でＳＲ脆化せず、高靭性の溶接金属が得られる高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤを提供する。
【解決手段】高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤにおいて、質量％でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．２〜１．１％、Ｍｎ：１．５〜２．４％、Ｍｏ：０．１５〜０．５５％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｎｉ：０．１５％以下、Ａｌ：０．００２〜０．０５％を含有し、さらに必要に応じてＣｒ：０．２％以下を含有し、Ｏ：０．０１０％以下とする。

Description

本発明は、引張強さ７２０Ｎ／ｍｍ^２級以上の高張力鋼の後熱処理（以下、ＰＷＨＴという。）を受ける溶接部に適用するＴＩＧ溶接用ワイヤに関し、特に長時間のＰＷＨＴ後も高強度で高靭性の溶接金属が得られる高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤに関する。

近年海洋構造物は大型化され、使用される鋼材および溶接部は構造物の軽量化、安全性確保のために高張力化する傾向にある。また、石油化学プラントや発電設備で使用される圧力容器やペンストックなども操業効率の向上のために鋼材および溶接部は高張力化されている。

前述の高張力鋼の溶接においては、溶接部の残留応力の緩和、局部的に硬化した溶接熱影響部の軟化、溶接金属の延性改善などを目的として５８０〜６００℃で１〜２０時間のＰＷＨＴを施すことが多い。

従来、ＰＷＨＴ後に高強度で高靱性の溶接金属が得られる溶接材料としては、例えば特開昭６１−１８６１９４号公報（特許文献１）や特開昭６３−１５７７９５号公報（特許文献２）に提案があるようにＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系のワイヤや特開昭５４−８７６４８号公報（特許文献３）に提案があるようにＴｉ−Ｂ系の低コストの溶接用ワイヤなどが種々開発されている。

しかし、引張強さ７２０Ｎ／ｍｍ^２級以上の強度を要求される高張力鋼用の溶接部は、ＰＷＨＴを受けると靱性が著しく低下する、いわゆる「ＳＲ（応力除去焼鈍）脆化」と呼ばれる現象が場合により生じるという問題がある。前述のＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系およびＴｉ−Ｂ系の溶接用ワイヤをＴＩＧ溶接用ワイヤに適用した場合は、特に長時間のＰＷＨＴ後には十分な性能を得ることができなかった。
特開昭６１−１８６１９４号公報特開昭６３−１５７７９５号公報特開昭５４−８７６４８号公報

本発明は、引張強さ７２０Ｎ／ｍｍ^２級以上の高張力鋼の長時間のＰＷＨＴを受ける溶接部に適用しても、高強度でＳＲ脆化せず高靭性の溶接金属が得られる高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤを提供することを目的とする。

本発明の要旨は、高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤにおいて、質量％でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．２〜１．１％、Ｍｎ：１．５〜２．４％、Ｍｏ：０．１５〜０．５５％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｎｉ：０．１５％以下、Ａｌ：０．００２〜０．０５％を含有し、さらに必要に応じてＣｒ：０．２％以下を含有し、Ｏ：０．０１０％以下で、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤにある。

本発明の高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤによれば、溶接作業性が良好で、長時間のＰＷＨＴ後も溶接金属の強度が十分に高く、かつＳＲ脆化せず十分な靱性が得られるなど、溶接部の品質向上を図ることができる。

本発明者らは、上記課題を解決するために種々のワイヤを試作して、ＰＷＨＴ後の引張強さおよび靭性に及ぼす成分組成を検討した。その結果、溶接用ワイヤのＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、ＡｌおよびＯ量を調整することにより、ＰＷＨＴ後も高強度でＳＲ脆化がなく高靭性が得られることを見出した。
以下、本発明の高張力鋼用ＴＩＧ溶接用ワイヤの成分組成限定理由について説明する。

Ｃ：０．０５〜０．１５質量％
Ｃは、溶接金属の強度を上昇させる効果を有する元素である。Ｃ含有量が０．０５質量％（以下、％という。）未満であると７２０Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強さを有する溶接金属を得ることはできない。一方、Ｃ含有量が０．１５％を超えると、引張強さは十分に得られるが、ＰＷＨＴにより粒界に偏析するＭｏ、Ｔｉとの炭化物を析出して靭性が低下する。また、溶接金属部に凝固割れが発生しやすくなる。したがって、Ｃ含有量は０．０５〜０．１５％とする。

Ｓｉ：０．２〜１．１％
Ｓｉは、溶接金属の強度および靭性を確保する。Ｓｉ含有量が０．２％未満であると十分な強度が得られず、また靭性が低下する。一方、１．１％を超えると、靭性が著しく低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２〜１．１％とする。

Ｍｎ：１．５〜２．４％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶接金属の強度および靭性を確保する。Ｍｎ含有量が１．５％未満であると、強度および靭性が得られない。一方、２．４％を超えると、靭性が著しく低下する。したがって、Ｍｎ含有量は１．５〜２．４％とする。

Ｍｏ：０．１５〜０．５５％
Ｍｏは、固溶強化型の元素であり強度を向上させ、長時間のＰＷＨＴ後のＳＲ脆化を低減する効果がある。Ｍｏ含有量が０．１５％未満であると強度が低くなる。一方、Ｍｏ含有量が０．５５％を超えると、ＰＷＨＴ後に粒界に炭化物を析出して靭性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．１５〜０．５５％とする。

Ｔｉ：０．０５〜０．２０％
Ｔｉは、溶接金属の組織を微細にして靭性を良好にする。Ｔｉ含有量が０．０５％未満であると、溶接金属の組織が粗大となり靭性が低下する。一方、Ｔｉ含有量が０．２０％を超えると、ビード表面にスラグが生成し溶接作業性が劣化する。また、粒界に炭化物を析出して靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．０５〜０．２０％とする。

Ｎｉ：０．１５％以下
Ｎｉは、溶接金属の強度を上昇させるとともに、ＳＲ脆化を低減する。しかし、Ｎｉ含有量が０．１５％を超えると、特に長時間のＰＷＨＴ後のＳＲ脆化を助長して靭性が低下する。なお、下限は特に限定しないが強度の確保とＳＲ脆化を低減して靭性を得るために０．０５％以上であることが好ましい。

Ａｌ：０．００２〜０．０５％
Ａｌは、ＰＷＨＴ後の溶接金属組織を微細にして靭性を良好にする。Ａｌ含有量が０．００２％未満であると、ＰＷＨＴ後の金属組織が粗大となり靭性が低下する。一方、Ａｌが０．０５％を超えると、ビード表面にスラグが生成し溶接作業性が劣化する。したがって、Ａｌ含有量は０．００２〜０．０５％とする。

Ｏ：０．０１０％以下
Ｏは、ＳＲ脆化を助長して靭性を低下する。したがって、Ｏ含有量は０．０１０％以下とする。

なお、Ｃｒは強度の調整剤として０．２％以下の範囲で含有することができるが、０．２％を超えると炭化物を析出して靭性が低下する。また、ＰおよびＳは、ＳＲ脆化を著しく助長するので、それぞれ０．０１５％以下であることが好ましい。

本発明の溶接用ワイヤはＴＩＧ溶接を前提としたもので、シールドガスはＡｒ、Ｈｅまたはこれらの混合ガスとする。したがって、溶接用ワイヤ成分組成は若干鋼母材により希釈されるが酸化が無いため、ほぼそのまま溶接金属成分となる。

表１に示す成分のワイヤ径１．６ｍｍのワイヤを種々試作し、表２に示す成分の板厚２０ｍｍの鋼板を用いて、開先角度４５°、開先底部幅５ｍｍで裏当金（鋼板と同一成分）付き開先の試験板に、表３に示す溶接条件で多層盛溶接した。溶接後保持温度：５８０℃、保持時間：１７時間のＰＷＨＴを施したのち、溶接金属部の板厚の中心部から引張試験片（ＪＩＳＺ２２０１Ａ１号）および衝撃試験片（ＪＩＳＺ２２４２４号）を採取して、それぞれ機械試験を実施した。靭性の評価は−２９℃におけるシャルピー衝撃試験により行い、各々繰り返し５本の平均により評価した。なお、引張強度は７２０Ｎ／ｍｍ^２以上、シャルピー吸収エネルギーは４８Ｊ以上であれば良好とした。それらの結果を表４に示す。

表１および表４中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８が本発明例、ワイヤ記号Ｗ９〜Ｗ２０は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ８は、ワイヤ成分が全て適量であるので、スラグ生成がなく溶接作業性が良好で、溶接金属の引張強さが十分に高く、かつシャルピー吸収エネルギーも高いなど、きわめて満足な結果であった。なお、保持温度５８５℃、保持時間３．５時間のＰＷＨＴ後の引張強さおよびシャルピー吸収エネルギーを別途調査した結果、いずれも良好な結果が得られた。

比較例中、ワイヤ記号Ｗ９はＣが高いので、ワイヤ記号Ｗ１１はＳｉが高いので、ワイヤ記号Ｗ１５はＭｏが高いので、ワイヤ記号Ｗ１８はＴｉが低いので、ワイヤ記号Ｗ１９はＮｉが高いので、また、ワイヤ記号Ｗ２０はＡｌが低いので、いずれもシャルピー吸収エネルギーが低値であった。

ワイヤ記号Ｗ１２はＳｉが低いので、ワイヤ記号Ｗ１４はＭｎが低いので、また、ワイヤ記号Ｗ１６はＭｏが低いので、いずれも引張強さが低く、シャルピー吸収エネルギーも低値であった。

ワイヤ記号Ｗ１０は、Ｃが低いので引張強さが低かった。また、Ｏが高いのでシャルピー吸収エネルギーも低値であった。
ワイヤ記号Ｗ１３は、Ｍｎが高いのでシャルピー吸収エネルギーが低値であった。また、Ａｌが高いのでビード表面にスラグが生成し溶接作業性が劣化した。

ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｔｉが高いのでビード表面にスラグが生成し溶接作業性が劣化した。また、シャルピー吸収エネルギーが低値であった。

Claims

高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤにおいて、質量％でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．２〜１．１％、Ｍｎ：１．５〜２．４％、Ｍｏ：０．１５〜０．５５％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｎｉ：０．１５％以下、Ａｌ：０．００２〜０．０５％を含有し、Ｏ：０．０１０％以下で、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤ。
さらにＣｒ：０．２％以下を含有することを特徴とする請求項１記載の高張力鋼の後熱処理用ＴＩＧ溶接用ワイヤ。