JP2008126262A

JP2008126262A - エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及びエレクトロガスアーク溶接金属

Info

Publication number: JP2008126262A
Application number: JP2006313658A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Ishizaki; 圭人石▲崎▼; Tetsuya Hashimoto; 哲哉橋本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: KR20080045633A; KR100955551B1; CN101185996A; JP4776508B2; CN100525990C

Abstract

【課題】溶接金属の強度及び伸びと靱性を向上させることができ、更に溶接作業性が優れたエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及びエレクトロガスアーク溶接金属を提供する。
【解決手段】ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０３〜０．０７％、Ｓｉ：０．３〜０．８％、Ｍｎ：１．５〜２．２％、Ｎｉ：０．４〜１．５％、Ｃｒ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種：総量で０．０５〜０．６０％、Ｔｉ：０．０２〜０．２０％、Ｂ：０．００５〜０．０２０％、Ｍｇ：０．２０〜０．５０％、を含有し、Ａｌ：≦０．１０％に規制し、スラグ生成剤：１．０〜２．０％を含有し、このスラグ生成剤は、Ｆ：０．３０〜０．７０質量、Ｋ：０．０２〜０．２０％を含有し、［Ａ］＝（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｎｉ：０．１０〜１．０、及び［Ｂ］＝Ｃ／（Ｔｉ＋２０×Ｂ）：０．１２〜０．５８である。
【選択図】なし

Description

本発明は、板厚が２５ｍｍ乃至７０ｍｍの立向１パス溶接が可能な１電極エレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及びエレクトロガスアーク溶接金属に関する。

エレクトロガスアーク溶接は、高能率立向溶接方法として、船舶、石油貯蔵タンク及び橋梁等の幅広い分野で適用されている。近年、中国・東アジア諸国の経済、産業の発展が著しく、物流量の増加に伴い、コンテナ貨物の効率的な輸送を目的に、コンテナ船の大型化が急速に進んでいる。

コンテナ船の大型化に伴い、船側外板及びハッチコーミング等の厚肉化が進んでおり、板厚５０ｍｍ以上の鋼板が使用されている。このような厚鋼板を高能率に溶接できる施工法としてエレクトロガスアーク溶接法による大入熱１パス溶接化のニーズが高まっている。

このように厚鋼板になると、溶接速度が大幅に低下し、入熱が４００ｋＪ／ｃｍを超える場合もあるため、溶接金属の組織は粗大化する。従って、所定の強度及び衝撃性能を満足させるためには、ワイヤの成分としてＭｎ、Ｎｉ、Ｍｏ等の元素を溶接金属に添加し、焼入れ性を高め、強度及び衝撃性能を確保してきた。

例えば、特許文献１は、高強度でかつ板厚５０ｍｍを超える厚鋼材の溶接においても、十分な破壊靱性を確保することを目的として、所定の組成の溶接金属を提案している。また、特許文献２は、最大入熱が５００ｋJ／ｃｍ程度までのエレクトロガスアーク溶接法において、低温靱性が極めて良好な溶接金属を得ることを目的として、所定組成の溶接用ワイヤを提案している。更に、特許文献３は、溶接部の耐脆性破壊発生特性の向上を目的としたエレクトロガスアーク溶接方法を提案している。

特開２００５−３３０５７８号公報特開２００５−３０５４９８号公報特開２００５−３２９４６０号公報

しかしながら、このようにワイヤからＭｎ、Ｎｉ、Ｍｏ等の合金元素を多く添加すると、溶接施工時の電圧の振れ等により、母材希釈が変動しやすくなるため、溶接金属の化学成分は大きく変動し、所定の性能を満足しないケースも認められた。

特に、ユーザーからは、施工能率の観点から薄板から厚板まで幅広い板厚に対して、適用可能なワイヤの開発が求められており、厚鋼材に対応したワイヤは、合金成分を添加して強度を確保しているため、比較的薄板では、引張強度が高くなり過ぎ、引張試験での伸びが得られにくく、造船分野で適用されている船級規格の伸び２２％以上に対して余裕のないケースも認められた。更には、靭性も劣化する傾向にあった。

これまでは、これらの問題に対して必ずしも十分な検討がなされているとはいえなかった。そこで、本発明者らは、幅広い板厚２５ｍｍ乃至７０ｍｍにおいても、十分な引張強度、伸び、衝撃性能の良好かつ優れた溶接作業性を有するワイヤ及び溶接金属成分系を開発すべく、鋭意実験研究した結果、適切な組成範囲の規定及びスラグ生成剤の規定により優れた溶接金属特性及び作業性を得ることができることを見出した。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、従来の技術では困難であった幅広で板厚２５乃至７０ｍｍの対象鋼板に対し、溶接金属の強度及び伸びと靱性を向上させることができ、更に溶接作業性が優れたエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ及びエレクトロガスアーク溶接金属を提供することを目的とする。

本発明に係るエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフラックスを充頃してなるエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたり、
Ｃ：０．０３乃至０．０７質量％、
Ｓｉ：０．３乃至０．８質量％、
Ｍｎ：１．５乃至２．２質量％、
Ｎｉ：０．４乃至１．５質量％、
Ｃｒ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種：総量で０．０５乃至０．６０質量％、
Ｔｉ：０．０２乃至０．２０質量％、
Ｂ：０．００５乃至０．０２０質量％、
Ｍｇ：０．２０乃至０．５０質量％、
を含有し、
Ａｌ：≦０．１０質量％に規制し、
スラグ生成剤：１．０乃至２．０質量％
を含有し、
このスラグ生成剤は、
Ｆ：０．３０乃至０．７０質量、
Ｋ：０．０２乃至０．２０質量％を含有し、
更に、［Ａ］，［Ｂ］が、夫々Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃ，Ｔｉ，Ｂの含有量から、［Ａ］＝（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｎｉ及び［Ｂ］＝Ｃ／（Ｔｉ＋２０×Ｂ）の式により決まる値であるとすると、
［Ａ］：０．１０乃至１．０
［Ｂ］：０．１２乃至０．５８
であることを特徴とする。

本発明に係るエレクトロガスアーク溶接金属は、エレクトロガスアーク溶接により形成されたエレクトロガスアーク溶接金属において、溶接金属の全質量あたり、
Ｃ：０．０３５乃至０．０７５質量％、
Ｓｉ：０．１乃至０．６質量％、
Ｍｎ：１．１乃至１．８質量％、
Ｎｉ：０．４乃至１．５質量％、
Ｃｒ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種：総量で０．０５乃至０．６０質量％、
Ｔｉ：０．００５乃至０．０５０質量％、
Ｂ：０．００２乃至０．００８質量％、
を含有し、
Ｏ≦０．０５質量％、
Ｎ≦０．００７質量％、
Ａｌ≦０．０３質量％、
Ｐ≦０．０２５質量％、
Ｓ≦０．０２５質量％、
Ｎｂ≦０．１質量％、
に規制し、
残部９０質量％以上のＦｅ並びにＣｕ、Ｖ及び不可避不純物であると共に、
更に、ＰＣＭ、［Ａ］、［Ｂ］が、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｂの含有量から、ＰＣＭ＝Ｃ＋（Ｓｉ／３０）＋（Ｍｎ／２０）＋（Ｃｕ／２０）＋（Ｎｉ／６０）＋（Ｃｒ／２０）＋（Ｍｏ／１５）＋（Ｖ／１０）＋（５×Ｂ）、［Ａ］＝（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｎｉ、［Ｂ］＝Ｃ／（Ｔｉ＋２０×Ｂ）の式により決まる値であるとすると、
ＰＣＭ：０．１７５乃至０．２２０、
［Ａ］：０．１０乃至１．０、
［Ｂ］：０．２５乃至１．６７、
であることを特徴とする。

本発明によれば、溶接金属の強度が適正範囲内であり、伸びも高く、また、衝撃値も良好で靭性が優れている。また、本発明のワイヤを使用すれば、優れた溶接作業性が得られる。

従来、厚肉化に伴う溶接入熱の増大に起因する溶接金属の強度低下及び靭性劣化に対して、主にワイヤへのＮｉ添加による改善を図ってきた。従って、溶接板の板厚が６０ｍｍのような厚肉の場合には、エレクトロガスアーク溶接金属のＮｉ量が２質量％以上にも達する場合が認められた。しかし、このようにＮｉ量が多いワイヤを使用して、比較的薄い板厚２５ｍｍの溶接板を溶接すると、入熱が低下することにより、焼入れ性が大きくなるため、入熱としては、靱性の向上及び伸びを改善する方向であるものの、Ｎｉを主体とする過大な合金成分量により強度が高くなり過ぎ、靱性劣化と伸びが得られにくい傾向が認められた。そこで、本発明者らは、溶接板の板厚が厚い場合に、合金成分量が少なくても、強度低下及び靭性劣化に対して有効な成分系を開発すべく、鋭意実験研究した結果、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ量のバランスが重要であることを見出した。

Ｃｒ、ＭｏはＮｉよりも焼入れ効果が大きい。従って、少量の添加でも組織の微細化が可能となり、厚板における強度及び靱性の確保に有効である。Ｎｉは焼入れ効果がＣｒ、Ｍｏよりも小さいが、衝撃特性の遷移温度を下げる効果があり、少なすぎると、低温での靱性が著しく劣化する。従って、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ量のバランスを適正に管理することで、合金成分量を少なくし、かつ、厚板での強度及び靱性の確保が可能となる。更には、溶接板の板厚が薄い場合にも、過大な合金成分量により強度が高くなり過ぎることもなく、伸び及び靭性が安定する方向となる。

このように、幅広い範囲の板厚において、強度及び靱性を確保することが可能となったが、溶接金属の伸びに関しては、安定する方向とはなったものの、未だ十分に伸びを確保できるには至っていない。

そこで、本発明者らは、さらに検討を加えた結果、Ｃ、Ｔｉ、Ｂ量のバランスが伸びに大きく影響を及ぼすことを見出した。溶接金属の伸びを改善するには、金属結晶に存在する転位を動きやすくすることが必要である。しかし、従来、溶接金属中の合金成分量が多いため、析出粒子及び固溶元素が多く、転位を強固に固着して移動を妨げてきたため、伸びが低いものとなっていた。

溶接金属中のＣは溶接金属の強度を確保するためには欠かせない元素である。前述したように、厚板の大入熱でも強度及び靱性を確保し、薄板でも強度が高くなり過ぎないようにし、更に伸びを改善するには、合金成分量をできるだけ少なくする方がよい。ＣはＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏと比較して、少量添加でも強度を確保することができる。従って、強度を確保しつつ伸びを改善するには有効な成分である。一方で、Ｔｉ、Ｂは、Ｔｉ酸化物又はＢ窒化物等を生成して、これが結晶核となったり、更には、結晶粒界にＢが拡散し、初析フェライトの析出を抑制する等、組織を微細化させる効果があるため、衝撃性能の向上には有効な成分である。しかし、前述のとおり、Ｔｉ，Ｂは、転位の移動を妨げる効果が高いため、伸びに対しては悪影響を及ぼす。従って、Ｃ、Ｔｉ、Ｂ量のバランスを適正に管理することが伸びの改善に対して重要である。

以下、本発明の溶接ワイヤの成分添加理由及び組成限定理由について説明する。

「Ｃ：０．０３乃至０．０７質量％」
Ｃは溶接金属の強度を確保するためには欠かせない元素である。Ｃの含有量が０．０３質量％末満では、溶接金属の強度が低下すると共に、組織が粗大化し、靭性も劣化する。一方、Ｃ含有量が０．０７質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靱性が劣化する。なお、Ｃ源としては、鋼製外皮中のＣ、フラックス中のＣ単体、鉄粉及び金属粉のＣ等がある。

「Ｓｉ：０．３乃至０．８質量％」
Ｓｉは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し靭性を向上させる。しかし、Ｓｉ含有量が０．３質量％未満では、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｓｉが０．８質量％を超えると、脱酸しスラグとなったＳｉＯ_２の量が過剰となり、スラグの粘度が高くなるため、スラグの排出性が悪くなる。従って、アークが広がらず、母材希釈が少なくなり、強度が高くなり、伸びが低く、靱性も劣化する。なお、Ｓｉ源としては、鋼製外皮中のＳｉ、フラックス中のＦｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、ＲＥＭ−Ｃａ−Ｓｉ等がある。

「Ｍｎ：１．５乃至２．２質量％」
Ｍｎは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し靭性を向上させるとともに、溶接金属の強度を確保するにも有効な元素である。Ｍｎ含有量が１．５質量％未満では、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｍｎ含有量が２．２質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ靱性が劣化する。なお、Ｍｎ源としては、鋼製外皮中のＭｎ金属Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ等がある。

「Ｎｉ：０．４乃至１．５質量％」
Ｎｉはオーステナイト形成元素であり、前述したとおり、溶接金属の靱性を安定化させる効果がある。Ｎｉ含有量が０．４質量％未満では、溶接金属の靭性が劣化する。一方、Ｎｉ含有量が１．５質量％を超えると、板厚が薄いところでは、強度が高くなり過ぎ、靱性が劣化し、伸びが低くなる。なお、Ｎｉ源としては、金属Ｎｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｎｉ−Ｍｇ等がある。

「Ｃｒ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種：総量で０．０５乃至０．６０質量％」
Ｃｒ、Ｍｏはフェライト形成元素であり、溶接金属の焼入れ性を高める効果があり、入熱が４００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合の凝固組織微細化に有効な元素である。従って、Ｃｒ、Ｍｏは靭性を向上させ、更には少量の添加でも強度を高める。Ｃｒ，Ｍｏの含有量が０．０５質量％未満では、凝固組織は粗大化し靭性は劣化する。一方、０．６０質量％を超えると強度が高くなり靭性は劣化する。なお、Ｃｒ源としては、金属Ｃｒ、Ｆｅ−Ｃｒ等、Ｍｏ源としては、金属Ｍｏ、Ｆｅ−Ｍｏ等がある。

「Ｔｉ：０．０２乃至０．２０質量％」
ＴｉはＢとの相乗効果により溶接金属組織を微細化し、靱性を向上させる効果がある。Ｔｉ含有量が０．０２質量％未満では、組織の微細化効果が得られず、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｔｉが０．２０質量％を超えると、溶接金属中にＴｉが過剰となり、靭性が劣化するうえ、伸びが低くなる。なお、Ｔｉ源としては、金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等がある。

「Ｂ：０．００５乃至０．０２０質量％」
Ｂは少量の添加でＴｉとの相乗効果により溶接金属組織を微細化し、靱性を向上させる効果がある。Ｂ含有量が０．００５質量％未満では、組織の微細化効果が得られず、溶接金属の靭性が劣化する。一方、Ｂ含有量が０．０２０質量％を超えると、溶接金属中にＢが過剰となり、強度が高くなり過ぎ、靭性が劣化するうえ、伸びが低くなる。なお、Ｂ源としては、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｂ_２Ｏ_３等がある。

「Ｍｇ：０．２０乃至０．５０質量％」
Ｍｇは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し、靱性を向上させる効果がある。Ｍｇ含有量が０．２０質量％未満では、溶接金属の酸素量低減効果が得られず、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｍｇ含有量が０．５０質量％を超えると、アークが不安定となり、スパッタが多発する。なお、Ｍｇ源としては、金属Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ，Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｇ、Ｎｉ−Ｍｇ等がある。

「［Ａ］＝（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｎｉ：０．１０乃至１．０」
前述したとおり、Ｃｒ、ＭｏはＮｉよりも焼入れ効果が大きい。従って、Ｃｒ及びＭｏは少量の添加でも組織の微細化が可能となり、厚板における強度及び靭性の確保に有効である。Ｎｉは焼入れ効果はＣｒ、Ｍｏよりも小さいが、衝撃特性の遷移温度を下げる効果があり、少なすぎると、低温での靱性が著しく劣化する。従って、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ量のバランスを適正に管理することで、合金成分量を少なくしかつ、厚板での強度及び靱性の確保が可能となる。更に、板厚が薄い場合にも、過大な合金成分量により強度が高くなり過ぎることもなく、伸びも靱性も安定する方向となる。溶接ワイヤの［Ａ］が０．１０未満であると、組織が粗大化し、靭性が劣化する。一方、溶接ワイヤの［Ａ］が１．０を超えると、遷移温度が高くなるため、靭性が劣化する。

「［Ｂ］＝Ｃ／（Ｔｉ＋２０×Ｂ）：０．１２乃至０．５８」
溶接金属の伸びを改善するには、金属結晶に存在する転位を動きやすくすることが必要である。しかし、これまでは、溶接金属中の合金成分量が多いため、析出粒子及び固溶元素が多く、転位を強固に固着し移動を妨げてきたため、伸びが低いという問題点があった。溶接金属中のＣは溶接金属の強度を確保するためには欠かせない元素である。前述したとおり、厚板の大入熱でも強度及び靱性を確保し、薄板でも強度が高くなり過ぎないようにし、更には伸びを改善するには、合金成分量をできるだけ少なくする方がよい。ＣはＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏと比較して、少量添加でも強度を確保することができる。従って、強度を確保しつつ伸びを改善するには、Ｃは有効な成分である。一方で、Ｔｉ、Ｂは、Ｔｉ酸化物又はＢ窒化物等を生成し、これが結晶核となったり、更には、結晶粒界にＢが拡散し、初折フェライトの析出を抑制する等、組織を微細化させる効果があるため、衝撃性能の向上には有効な成分である。しかし、前述のとおり、Ｔｉ，Ｂは転位の移動を妨げる効果が高いため、溶接金属の伸びに対しては悪影響を及ぼす。溶接ワイヤの［Ｂ］が０．１２未満であると、Ｔｉ、Ｂ量が多いため、溶接金底得の伸びが低くなる。一方、溶接ワイヤの［Ｂ］が０．５８を超えると、強度が高くなり過ぎるため、溶接金属の靱性が劣化する。

「Ａｌ：≦０．１０質量％」
Ａｌは脱酸剤として溶接金属の酸素量低減に効果はあるが、過剰に添加すると、Ｔｉ酸化物の生成を妨げる。従って、Ｔｉ酸化物による組織の微細化効果が得られなくなるため、Ａｌの添加量は０．１０質量％以下とする。

「スラグ生成剤の量：１．０乃至２．０質量％」
スラグ生成剤は、アークの安定化、スパッタ低減、及び溶落防止等、溶接作業性の安定化に不可欠である。スラグ生成剤の量が１．０質量％未満であると、スラグ量が不足し、溶融金属を開先内に留めおくことが困難となり、溶融金属が溶落しやすくなる。一方、スラグ量が２．０質量％を超えると、スラグ量が過大となり、スラグの排出性が悪くなる。従って、アークが広がらず、母材希釈が少なくなり、強度が高くなると共に、伸びが低く、靱性も劣化する。なお、スラグ生成剤としては、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＮａＦ、ＳｒＦ_２、ＡｌＦ_３、ＭｇＦ_２、ＬｉＦ、ＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、Ｌｉ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３，Ｓｒ_２ＣＯ_３等がある。

「スラグ生成剤のうちＦ量：０．３０乃至０．７０質量％」
スラグ生成剤中のＦは、スラグの粘性を低くし、スラグの排出性をよくする。Ｆの含有量が０．３０質量％未満であると、スラグの排出性が悪くなり、アークが広がらず、母材希釈が少なくなり、強度が高くなると共に、伸びが低くなり、靱性も劣化する。一方、Ｆが０．７０質量％を超えると、スラグの排出性が良くなり過ぎ、溶融金属を開先内に留めおくことができなくなり、溶融金属が溶落しやすくなる。なお、Ｆ源としては、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＮａＦ，Ｋ_２ＳｉＦ_６、ＳｒＦ_２，ＡｌＦ_３，ＭｇＦ_２，ＬｉＦ等がある。

「スラグ生成剤のうちＫ量：０．０２乃至０．２０質量％」
スラグ生成剤のＫは、アークを安定化する効果がある。従って、電圧の変動が少なくなり、母材希釈も安定し、設計通りの溶接金属が得られる。しかし、Ｋの含有量が０．０２質量％未満であると、アークが不安定となり、電圧変動により、溶接金属の品質が劣化する。一方、Ｋの含有量が０．２０質量％を超えると、耐吸湿性が著しく劣化し、溶接金属部にガス欠陥が発生する。なお、Ｋ源としては、Ｋ_２Ｏ、Ｋ_２ＳｉＦ_６等がある。

「残部：Ｆｅ等」
フラックス入りワイヤの残部は、Ｆｅ、Ｂ_２Ｏ_３のＯ、ＲＥＭ（希土類元素）、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｃａ他不可避的不純物である。なお、残部のうち、Ｆｅは９０質量％以上を含有し、そのＦｅ源は、鋼板外皮、鉄粉、Ｆｅ合金のＦｅ等がある。また、本発明のフラックス入りワイヤのフラックス充填率は２０乃至３０質量％とする。

次に、溶接金属の組成限定理由について説明する。

「Ｃ：０．０３５乃至０．０７５質量％」
Ｃは溶接金属の強度を確保するためには欠かせない元素である。Ｃ含有量が０．０３５質量％未満では、溶接金属の強度が低下する。更に、Ｃが少ないと、組織が粗大化し、靱性も劣化する。一方、Ｃ含有量が０．０７５質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靱性が劣化する。

「Ｓｉ：０．１乃至０．６質量％」
Ｓｉは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し、靱性を向上させる。Ｓｉ含有量が０．１質量％未満では、溶接金属の靭性が劣化する。一方、Ｓｉ含有量が０．６質量％を超えると、強度が高くなり、伸びが低く、靱性も劣化する。

「Ｍｎ：１．１乃至１．８質量％」
Ｍｎは脱酸剤として溶接金属の酸素量を低減し靱性を向上させるとともに、溶接金属の強度を確保するにも有効な元素である。Ｍｎ含有量が１．１質量％未満では、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｍｎ含有量が１．８質量％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靱性が劣化するうえ、伸びが低くなる。

「Ｎｉ：０．４乃至１．５質量％」
Ｎｉはオーステナィト形成元素であり、前述したとおり、溶接金属の靭性を安定化させる効果がある。Ｎｉ含有量が０．４質量％未満では、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｎｉ含有量が１．５質量％を超えると、板厚が薄いところでは、強度が高くなり過ぎ、靱性が劣化し、伸びが低くなる。

「Ｃｒ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種：総量で０．０５乃至０．６０質量％」
Ｃｒ及びＭｏはフェライト形成元素であり、溶接金属の焼入れ性を高める効果があり、入熱が４００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合の凝固組織の微細化に有効な元素である。従って、Ｃｒ及びＭｏの添加は、溶接金属の靱性を向上させ、更には少量の添加でも強度を高める。Ｃｒ及びＭｏの含有量が０．０５質量％未満では、凝固組織は粗大化し、靱性は劣化する。一方、Ｃｒ及びＭｏの含有量が０．６０質量％を超えると、強度が高くなり、靱性が劣化するうえ、伸びが低くなる。

「Ｔｉ：０．００５乃至０．０５０質量％」
ＴｉはＢとの相乗効果により溶接金属組織を微細化し、靱性を向上させる効果がある。その質量が０．００５質量％未満では、組織の微細化効果が得られず、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｔｉが０．０５０質量％を超えると、溶接金属中にＴｉが過剩となり、靱性が劣化するうえ、伸びが低くなる。

「Ｂ：０．００２乃至０．００８質量％」
Ｂは少量の添加で、Ｔｉとの相乗効果により溶接金属組織を微細化し、靭性を向上させる効果がある。Ｂの含有量が０．００２質量％未満では、組織の微細化効果が得られず、溶接金属の靱性が劣化する。一方、Ｂの含有量が０．００８質量％を超えると、溶接金属中にＢが過剰となり、強度が高くなり過ぎ、靱性が劣化するうえ、伸びが低くなる。

「ＰＣＭ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５×Ｂ：０．１７５乃至０．２２０」
前述の理由により、溶接金属のＣ，Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ量を限定したが、適用される母材によっては、Ｃｕ、Ｖ、Ｎｂを含む場合も考えられる。エレクトロガスアーク溶接金属は母材の影響も受けるため、母材のＣｕ、Ｖ、Ｎｂ量が高いと溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性が劣化し、伸びが低くなる。式ＰＣＭは溶接金属の強度と強い相関関係があり、本発明では、ＰＣＭの値の範囲を所定範囲に限定することで、適用される母材を考慮した溶接金属成分設計を可能とする。ＰＣＭが０．１７５未満では、入熱が４００ｋＪ／ｃｍを超えるような場合、強度が不足する。一方、ＰＣＭが０．２２０を超える場合は、強度が高くなり過ぎ、靱性が劣化するうえ、伸びが低くなる。

「［Ａ］＝（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｎｉ：０．１０乃至１．０」
前述したとおり、Ｃｒ及びＭｏはＮｉよりも焼入れ効果が大きい。従って、Ｃｒ及びＭｏは少量の添加でも組織の微細化が可能となり、厚板における強度及び靱性の確保に有効である。Ｎｉは、焼入れ効果はＣｒ及びＭｏよりも小さいが、衝撃特性の遷移温度を下げる効果があり、少なすぎると、低温での靭性が著しく劣化する。従って、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ量のバランスを適正に管理することで、合金成分量を少なくし、かつ、厚板での強度及び靱性の確保が可能となる。更には、板厚が薄いところでも、過大な合金成分量により、強度が高過ぎることもなく、伸び及び靱性が安定する方向となる。［Ａ］が０．１０未満であると、組織が粗大化し、靭性が劣化する。一方、［Ａ］が１．０を超えると、遷移温度が高くなるため、靱性が劣化する。

「［Ｂ］＝Ｃ／（Ｔｉ＋２０×Ｂ）：０．２５乃至１．６７」
溶接金属の伸びを改善するには、金属結晶に存在する転位を動きやすくすることが必要である。しかし、従来、溶接金属中の合金成分量が多いため、析出粒子及び固溶元素が多く、転位を強固に固着し、移動を妨げてきたため、伸びが低いという問題点があった。溶接金属中のＣは溶接金属の強度を確保するためには欠かせない元素である。前述したとおり、厚板の大入熱でも強度及び靭性を確保し、薄板でも強度が高くなり過ぎないようにし、更には伸びを改善するには、合金成分量をできるだけ少なくする方がよい。ＣはＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏと比較して、少量添加でも強度を確保することができる。従って、強度を確保しつつ伸びを改善するためには、Ｃは有効な成分である。一方で、Ｔｉ及びＢは、Ｔｉ酸化物又はＢ窒化物等を生成し、これは結晶核となったり、更には、結晶粒界にＢが拡散し、初析フェライトの析出を抑制する等、組織を微細化させる効果があるため、衝撃性能の向上には有効な成分である。しかし、前述のとおり、Ｔｉ及びＢは、転位の移動を妨げる効果が高いため、伸びに対しては悪影響を及ぼす。［Ｂ］が０．２５未満であると、Ｔｉ，Ｂ量が多いため、伸びが低くなる。一方、［Ｂ］が１．６７を超えると、強度が高くなり過ぎるため、靱性が劣化する。

「Ｏ≦０．０５質量％」
溶接金属のＯ量が高いと、靭性が劣化するので、Ｏは０．０５質量％以下に規制する。

「Ｎ≦０．００７質量％」
溶接金属のＮ量が高いと、靭性が劣化するので、Ｎは０．００７質量％以下に規制する。

「Ａｌ≦０．０３質量％」
溶接金属のＡｌ量が高いと、Ｔｉ酸化物による組織微細化効果が抑制され、靭性が劣化するので、Ａｌは０．０３質量％以下に規制する。

「Ｐ≦０．０２５質量％」
溶接金属のＰ量が高いと、高温割れが発生しやすくなるので、Ｐは０．０２５質量％以下に規制する。

「Ｓ≦０．０２５質量％」
溶接金属のＳ量が高いと、高温割れが発生しやすくなるので、Ｓは０．０２５質量％以下に規制する。

「Ｎｂ≦０．１質量％」
溶接金属のＮｂ量が高いと、高温割れが発生しやすくなるので、Ｎｂは０．１質量％以下に規制する。

「残部：Ｆｅ及び不可避的不純物」
溶接金属の残部は、Ｆｅ及び母材の希釈により混入するＣｕ、Ｖの他、不可避的不純物である。なお、残部のうちＦｅは９０質量％以上である。Ｃｕはフラックス入りワイヤの充填フラックス中及び鋼製外皮中に不純物として含まれたり、またシームレスワイヤの場合にはワイヤ表面のＣｕメッキに含まれる。更に母材に含有するＣｕが希釈されて溶接金属中に入る。この場合、Ｃｕが０．５質量％を超えると、強度が上がりすぎて靭性が劣化し、伸びも低くなる。Ｖについてもフラックス入りワイヤの充填フラックス中及び鋼製外皮中に不純物として含まれたり、母材に含有するＶが希釈により溶接金属中に含まれるが、その量は０．５質量％まで許容され、それを超えると強度が過剰になり、靭性が低下し、伸びが低下する。

次に、本発明の効果を実証するために行った試験結果について説明する。下記表１は供託鋼板の組成を示す。この供試鋼板は、降伏強度が３９０Ｎ／ｍｍ^２以上であり、板厚が２５乃至７０ｍｍ、幅が５００ｍｍ、長さが１０００ｍｍの大きさを有する。下記表２は試験条件、下記表３は溶接施工条件を示す。ワイヤ径は１．６ｍｍであり、表２及び表３に示す条件で、１パス溶接を行った。

溶接中に作業性を確認した。溶接後、ＵＴ検査を行い、欠陥の有無を確認した。なお、溶接が安定していないスタート側及びクレータ側の各１００ｍｍは検査対象外とした。従って、有効長は８００ｍｍである。なお、途中で溶落したものは短くなる。溶接金属の引張試験片は、直径が１０ｍｍ、標点間距離が５０ｍｍのサイズで、板厚中央より採取し、引張試験の結果、引張強さが５１０乃至６９０Ｎ／ｍｍ^２以上のものを適正な強度が得られていると判断した。伸びについては２２％以上のものを合格とした。衝撃試験については、ＪＩＳＺ３１２８に規定されている方法により、−２０℃における衝撃値を測定し、その値が４１Ｊ以上のものを、衝撃性能が良好と判断した。

下記表４は本発明の実施例及び比較例の溶接ワイヤの組成を示す。Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．７０のワイヤについて、表１に示す供試鋼板を種々組合せ、エレクトロガスアーク溶接を行った。下記表５は、溶接対象母材（表１の供試鋼板）と、溶接金属の組成を示す。また、下記表６は、溶接金属の機械的性能を示す。

本発明の実施例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．３２では、溶接金属の強度は適正範囲内でかつ伸びも２２％以上であった。また、衝撃値も良好で、かつ溶接作業性も実用上問題なく、良好であった。

これに対し、比較例Ｎｏ．３３では、ワイヤＣ量が０．０３質量％未満、溶接金属Ｃ量が０．０３５質量％未満であり、強度が不足するうえ、靱性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．３４では、ワイヤＣ量が０．０７質量％、溶接金属Ｃ量が０．０７５質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、靭性か劣化した。比較例Ｎｏ．３５では、ワイヤＳｉ量が０．３質量％、溶接金属Ｓｉ量が０．１質量％未満であり、靱性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．３６では、ワイヤＳｉ量が０．８質量％、溶接金属Ｓｉ量が０．６質量％を超えており、スラグとなったＳｉＯ_２量が過剰となったため、スラグの排出性が悪くなり強度が高くなり過ぎ、伸び及び靱性が劣化した。

比較例Ｎｏ．３７では、ワイヤＭｎ量が１．５質量％未満、溶接金属Ｍｎ量が１．１質量％未満であり、靱性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．３８では、ワイヤＭｎ量が２．２質量％、溶接金属Ｍｎ量が１．８質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、伸び及び靱性か劣化した。比較例Ｎｏ．３９では、ワイヤＮｉ量が０．４質量％未満、溶接金属Ｎｉ量が０．４質量％未満であり、靭性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．４０では、ワイヤＮｉ量が１．５質量％、溶接金属Ｎｉ量が１．５質量％を超えており、強度が高くなり過ぎ、伸び及び靭性か劣化した。

比較例Ｎｏ．４１及び４２では、ワイヤＣｒ＋Ｍｏ量が０．０５質量％未満、溶接金属Ｃｒ＋Ｍｏ量が０．０５質量％未満であり靱性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．４３及び４４では、ワイヤＣｒ＋Ｍｏ量が０．６０質量％、溶接金属Ｃｒ＋Ｍｏ量が０．６０質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、伸び及び靱性か劣化した。比較例Ｎｏ．４５では、ワイヤＴｉ量が０．０２質量％未満、溶接金属丁ｉ量が０．００５質量％未満であり、靭性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．４６では、ワイヤＴｉ量が０．２０質量％、溶接金属Ｔｉ量が０．０５０質量％を超えており、伸び及び靭性が劣化した。

比較例Ｎｏ．４７では、ワイヤＡｌ量が０．１０質量％，溶接金属Ａｌ量が０．０３質量％を超えており、靱性が劣化した。比較例Ｎｏ．４８では、ワイヤＢ量が０．００５質量％未満、溶接金属Ｂ量が０．００２質量％未満であり、靭性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．４９では、ワイヤＢ量が０．０２０質量％、溶接金属Ｂ量が０．００８質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、伸び及び靱性が劣化した。比較例Ｎｏ．５０では、ワイヤＭｇ量が０．２０質量％未満であり、溶接金属Ｏ量が０．００５質量％を超え靭性が劣化した。

一方、比較例Ｎｏ．５１では、ワイヤＭｇ量が０．５０質量％を超えており、アークが不安定となりスパッタが多発した。比較例Ｎｏ．５２では溶接金属ＰＣＭが０．１７５未満であり、強度が不足した。一方、比較例Ｎｏ．５３では溶接金属ＰＣＭが０．２２０を超えており、強度が高くなり過ぎ、伸び及び靱性が劣化した。比較例Ｎｏ．５４、５５、５６はワイヤ及び溶接金属［Ａ］が０．１０未満であり、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．５７、５８はワイヤ及び溶接金属［Ａ］が１．０を超えており、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．５９、６０は、ワイヤ［Ｂ］０．１２未満、溶接金属［Ｂ］が０．２５未満であり、伸びが劣化した。比較例Ｎｏ．６１は、溶接金属Ｎ量が０．００７質量％を超えており、靭性が劣化した。比較例Ｎｏ．６２は、溶接金属Ｓ量が０．０２５質量％を超えており、高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．６３は、溶接金属Ｐ量が０．０２５質量％を超えており、高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．６４は、溶接金属Ｎｂ量が０．１質量％を超えており、高温割れが発生した。比較例Ｎｏ．６５では、スラグ生成剤の量が１．０質量％未満であり、途中で溶落した。

一方、比較例Ｎｏ．６６では、スラグ生成剤の量が２．０質量％を超えており、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、伸び及び靱性が劣化した。比較例Ｎｏ．６７では、ワイヤＦ量が０．３０質量％未満であり、溶接金属の強度が高くなり過ぎ、伸び及び靱性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．６８では、ワイヤＦ量が０．７０質量％を超えており、途中で溶落が発生した。比較例Ｎｏ．６９では、ワイヤＫ量が０．０２質量％未満であり、電圧が不安定となった結果、母材希釈が少なくなり、溶接金属強度が高くなり過ぎ、伸び及び靱性が劣化した。一方、比較例Ｎｏ．７０では、ワイヤＫ量が０．２０質量％を超えており、耐吸湿性が劣化し、溶接金属にガス欠陥が発生した。

Claims

鋼製外皮にフラックスを充頃してなるエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全質量あたり、
Ｃ：０．０３乃至０．０７質量％、
Ｓｉ：０．３乃至０．８質量％、
Ｍｎ：１．５乃至２．２質量％、
Ｎｉ：０．４乃至１．５質量％、
Ｃｒ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種：総量で０．０５乃至０．６０質量％、
Ｔｉ：０．０２乃至０．２０質量％、
Ｂ：０．００５乃至０．０２０質量％、
Ｍｇ：０．２０乃至０．５０質量％、
を含有し、
Ａｌ：≦０．１０質量％に規制し、
スラグ生成剤：１．０乃至２．０質量％、
を含有し、
このスラグ生成剤は、
Ｆ：０．３０乃至０．７０質量、
Ｋ：０．０２乃至０．２０質量％を含有し、
更に、［Ａ］，［Ｂ］が、夫々Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃ，Ｔｉ，Ｂの含有量から、［Ａ］＝（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｎｉ及び［Ｂ］＝Ｃ／（Ｔｉ＋２０×Ｂ）の式により決まる値であるとすると、
［Ａ］：０．１０乃至１．０、
［Ｂ］：０．１２乃至０．５８、
であることを特徴とするエレクトロガスアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
エレクトロガスアーク溶接により形成されたエレクトロガスアーク溶接金属において、溶接金属の全質量あたり、
Ｃ：０．０３５乃至０．０７５質量％、
Ｓｉ：０．１乃至０．６質量％、
Ｍｎ：１．１乃至１．８質量％、
Ｎｉ：０．４乃至１．５質量％、
Ｃｒ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種：総量で０．０５乃至０．６０質量％、
Ｔｉ：０．００５乃至０．０５０質量％、
Ｂ：０．００２乃至０．００８質量％、
を含有し、
Ｏ≦０．０５質量％、
Ｎ≦０．００７質量％、
Ａｌ≦０．０３質量％、
Ｐ≦０．０２５質量％、
Ｓ≦０．０２５質量％、
Ｎｂ≦０．１質量％、
に規制し、
残部は、９０質量％以上のＦｅ並びにＣｕ、Ｖ及び不可避不純物であると共に、
更に、ＰＣＭ、［Ａ］、［Ｂ］が、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｂの含有量から、ＰＣＭ＝Ｃ＋（Ｓｉ／３０）＋（Ｍｎ／２０）＋（Ｃｕ／２０）＋（Ｎｉ／６０）＋（Ｃｒ／２０）＋（Ｍｏ／１５）＋（Ｖ／１０）＋（５×Ｂ）、［Ａ］＝（Ｃｒ＋Ｍｏ）／Ｎｉ、［Ｂ］＝Ｃ／（Ｔｉ＋２０×Ｂ）の式により決まる値であるとすると、
ＰＣＭ：０．１７５乃至０．２２０、
［Ａ］：０．１０乃至１．０、
［Ｂ］：０．２５乃至１．６７、
であることを特徴とするエレクトロガスアーク溶接金属。