JP2009202214A - 溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して靭性値が高い溶接金属を得ることができるエレクトロスラグ溶接方法を提供する。
【解決手段】C:0.02乃至0.25%、Si:0.05乃至1.80%、Mn:0.50乃至3.50%、Ni:3.00%以下、Mo:0.05乃至2.00%、Al:0.005乃至0.080%、Ti:0.05乃至0.35%、B:0.003乃至0.018%、Cr:0.30%以下、V:0.030%以下、Nb:0.030%以下、N:0.012%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる溶接用ワイヤと、SiO₂:25乃至50%、CaO:5乃至25%、Al₂O₃:15%以下、CaF₂:20%以下、MgO:16%以下、MnO:25%以下、TiO₂:10%以下、FeO:4.5%以下、B₂O₃:1.5%以下を含有する溶接用フラックスと、を使用して溶接する。
【選択図】図３

Description

本発明は溶接入熱４００ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱エレクトロスラグ溶接方法に関し、特に４９０乃至７４０ＭＰａ級の厚板（厚さが４０ｍｍ以上）高張力鋼板を、溶接継手方向の各部で良好な靱性値を得て溶接することができる溶接金属部の靱性が優れた大入熱エレクトロスラグ溶接方法に関する。

エレクトロスラグ溶接は、主として、鉄骨の４面ＢＯＸ柱における内ダイアフラムの立向溶接に使用されている。そして、一般に、高能率溶接が実現されるサブマージアーク溶接と比べても、エレクトロスラグ溶接は更に高能率であり、大入熱１パス溶接が可能な溶接方法として知られている。

ところで、エレクトロスラグ溶接が適用される建築物の部材及び骨組に関して、近年、地震時の塑性変形能力の確保及び長寿命化の観点から、溶接金属部にも高靱性値が要求されている。

しかし、エレクトロスラグ溶接は他のアーク溶接と比べて、厚板になると溶接入熱が８００ｋＪ／ｃｍ程度と大きいため、溶接金属の冷却速度が小さくなり、組織が粗大化する結果、溶接金属の靭性が低下するという問題点がある。このような溶接金属の靱性低下防止のために、溶接金属に微量のＴｉとＢを添加することにより、溶接金属組織を微細化し、靱性を改善する方法がある。

ところが、エレクトロスラグ溶接においては、溶接線方向での靱性値にばらつきが大きく、試験片採取箇所によっては満足な靱性値が得られないという問題点が残っている。

そこで、エレクトロスラグ溶接における靱性確保を目的とした技術が、特許文献１乃至３に開示されている。

特許文献１は、溶接ワイヤ中にδフェライト相を安定させると共に、焼入れ性を向上させる元素であるＳｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ及びＶを所定量含有し、かつオーステナイト粒界での粗大な初析フェライトの生成を抑制する効果があるＢを所定量含有することを特徴としており、さらに、結晶粒内の靱性を害するセメンタイト（Ｆｅ_３Ｃ）の生成を抑制するために、この溶接ワイヤ中に含有するＣの含有量を抑制し、Ｓｉの含有量を増加させることにより、大入熱エレクトロスラグ溶接時の溶接金属の靱性を向上させるものである。

特許文献２は、溶接ワイヤから多量のＴｉを添加すると共に、低塩基度の溶接フラックスを使用することにより、アシキュラフェライト生成の核となるＴｉを含む酸化物を溶融金属中に十分な量を分散させることを可能とし、アシキュラフェライト組織主体の高靱性溶接金属が得られるようにしたものである。また、大入熱エレクトロスラグ溶接においては、溶接金属の冷却速度が極めて遅く、溶接金属の靱性が劣化するため、溶接金属の焼入れ性を調整するか、又は旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界フェライトを抑制するＢを添加するものである。

特許文献３では、溶接ワイヤから多量のＴｉを添加するとともに、低塩基度の溶接フラックスを使用することにより、アシキュラフェライト生成の核となるＴｉを含む酸化物を溶融メタル中に十分な量を分散させることを可能とし、アシキュラフェライト組織主体の高靱性溶接金属が得られるようにしたものである。また、大入熱エレクトロスラグ溶接においては、オーステナイト粒界に偏析し、粒界フェライトの生成を抑制する作用のあるＢを適性添加する必要があるが、脱酸反応によってスラグアウトされるＢを安定して溶接金属中に歩留らせるため、エレクトロスラグ溶接に所定量のＢを含有する溶接ワイヤと一定量以上のＢ_２Ｏ_３を予め添加したフラックスを使用するものである。

特開２００２−７９３９６号公報 特開２００４−１１４０５３号公報 特開２００５−２４６３９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、溶接金属の酸素量に大きく影響するフラックス成分については何ら考慮されておらず、溶接線方向での安定した靱性値を得ることができるとはいえない。

また、特許文献２に記載の技術では、その実施例及び比較例とも、高靱性値が得られているとはいえない。また、フラックス成分を規定しているが、Ｂ_２Ｏ_３量が規定されておらず、溶接線方向での安定したＢ量の歩留りが得られず、溶接線方向での安定した靱性値を得られるとはいえない。

また、特許文献３においては、フラックス中のＢ_２Ｏ_３量が規定されているが、その実施例及び比較例に記載されているＢ_２Ｏ_３量の殆どが１．５質量％より多くて過大であり、溶接スタート側でのＢの歩留りが過大となり、スタート側での靱性が低下し、場合によっては割れが発生する虞がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、安定して靭性値が高い溶接金属を得ることができるエレクトロスラグ溶接方法を提供することを目的とする。

本発明に係る溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法は、鋼板をエレクトロスラグ溶接するエレクトロスラグ溶接方法において、Ｃ：０．０２乃至０．２５質量％、Ｓｉ：０．０５乃至１．８０質量％、Ｍｎ：０．５０乃至３．５０質量％、Ｎｉ：３．００質量％以下、Ｍｏ：０．０５乃至２．００質量％、Ａｌ：０．００５乃至０．０８０質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．３５質量％、Ｂ：０．００３乃至０．０１８質量％、Ｃｒ：０．３０質量％以下、Ｖ：０．０３０質量％以下、Ｎｂ：０．０３０質量％以下、Ｎ：０．０１２質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤと、
ＳｉＯ_２：２５乃至５０質量％、ＣａＯ：５乃至２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１５質量％以下、ＣａＦ_２：２０質量％以下、ＭｇＯ：１６質量％以下、ＭｎＯ：２５質量％以下、ＴｉＯ_２：１０質量％以下、ＦｅＯ：４．５質量％以下、Ｂ_２Ｏ_３：１．５質量％以下を含有する溶接フラックスと、
を使用して溶接すると共に、
前記溶接ワイヤ中のＢ含有量を［ワイヤ中のＢの質量％］、前記溶接フラックス中のＢ_２Ｏ_３含有量を［フラックス中のＢ_２Ｏ_３の質量％］としたとき、下記数式（１）の値Ｘが０．１２２乃至１．０２２であり、
前記溶接フラックスはＳｉＯ_２含有量（質量％）を［ＳｉＯ_２］、ＣａＯ含有量（質量％）を［ＣａＯ］、Ａｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）を［Ａｌ_２Ｏ_３］、ＣａＦ_２含有量（質量％）を［ＣａＦ_２］、ＭｇＯ含有量（質量％）を［ＭｇＯ］、ＭｎＯ含有量（質量％）を［ＭｎＯ］、ＴｉＯ_２含有量（質量％）を［ＴｉＯ_２］、ＦｅＯ含有量（質量％）を［ＦｅＯ］、Ｂ_２Ｏ_３含有量（質量％）を［Ｂ_２Ｏ_３］としたとき、下記数式（２）で表される塩基度ＢＬが０．５乃至１．５を満たし、
前記溶接ワイヤ中のＢ含有量と前記溶接フラックスの塩基度ＢＬとにより求まる下記数式（３）の値Ｙが９．８乃至２０．８であることを特徴とする。

この溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法において、前記溶接ワイヤのＮｉの含有量は、Ｎｉ：０．５０乃至３．００質量％であることが好ましい。特に好ましくは、前記溶接ワイヤのＮｉの含有量は、Ｎｉ：０．５０乃至２．００質量％である。

本発明によれば、入熱が４００ｋＪ／ｃｍを超える大入熱エレクトロスラグ溶接においても、溶接継手方向で安定した靱性を確保することができる。

本発明者等は、入熱が４００ｋＪ／ｃｍを超える大入熱エレクトロスラグ溶接においても、溶接継手方向で安定した靱性を確保するためには、主としてエレクトロスラグ溶接ワイヤのＢ量とエレクトロスラグ溶接フラックスのＢ_２Ｏ_３量が大きく影響し、溶接線方向に均一にＢ量が分布することが必須であることを見出し、本発明を完成させたものである。

以下、本発明について詳細に説明する。先ず、溶接ワイヤの組成において、成分添加理由及び組成限定理由について説明する。

「Ｃ：０．０２乃至０．２５質量％」
Ｃは溶接金属の強度と靱性を確保するために有効な元素であるが、Ｃ含有量が０．０２質量％未満では、その効果が得られない。一方、Ｃ含有量が０．２５質量％を超えると溶接金属の靱性が低下すると共に高温割れ発生の懸念がある。よって、Ｃ含有量は０．０２乃至０．２５質量％とする。

「Ｓｉ：０．０５乃至１．８０質量％」
Ｓｉは溶接金属の脱酸作用と焼入れ性を確保すると共に、溶接金属の湯流れを安定させるために必要な元素である。しかし、Ｓｉ含有量が０．０５質量％未満ではこの効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が１．８０質量％を超えると、高温割れ発生が懸念され、かつ、溶接金属部の硬化により靱性が劣化する。よってＳｉ含有量は０．０５乃至１．８０質量％とする。

「Ｍｎ：０．５０乃至３．５０質量％」
Ｍｎは脱酸剤として作用すると共に焼入れ性を向上させる効果があり、溶接金属の靱性安定化のために必要な元素である。しかし、Ｍｎ含有量が０．５０質量％未満の場合、十分な焼入れ性、靭性が得られない。一方、３．５０質量％を超えると焼入れ性が高くなり過ぎ、強度が上がり、耐高温割れ性が劣化すると共に、靱性が劣化する。よって、Ｍｎ含有量は０．５０乃至３．５０質量％とする。

「Ｎｉ：３．００質量％以下」
Ｎｉは一般的には添加することによりマトリックスを強化し、靱性を向上させる効果があるが、本発明では靱性向上はＭｏ添加で補っている。一方、Ｎｉ含有量が３．００質量％を超えるとＡ３変態点の低下により固液共存域を増加させ、結果として耐高温割れ性が劣化する。よって、Ｎｉ含有量は３．００質量％以下とする。なお、靱性向上の効果を得るためには、Ｎｉを０．５０質量％以上添加する必要がある。よって、Ｎｉを積極的に添加する場合は、そのＮｉ含有量は０．５０乃至３．００質量％とする。なお、Ｎｉを２．００質量％を超えて添加しても、もはや靱性向上は望めずコストが上昇するため、より好ましくはＮｉ含有量は０．５０乃至２．００質量％とする。

「Ｍｏ：０．０５乃至２．００質量％」
Ｍｏは焼入れ性を高め溶接金属の強度と靱性の向上に大きな効果があるが、Ｍｏ含有量が０．０５質量％未満であると、上記効果が期待できない。一方、Ｍｏ含有量が２．００質量％を超えると、溶接金属の高温割れが発生する可能性があり、かつ、過剰な硬化により溶接金属の靭性が劣化する。よって、Ｍｏ含有量は０．０５乃至２．００質量％とする。

「Ａｌ：０．００５乃至０．０８０質量％」
Ａｌは溶接金属の脱酸効果のため含有される元素である。しかし、Ａｌ含有量が０．００５質量％未満の場合、その効果が発揮されず、溶接金属の焼入れ性低下、靱性劣化が生じる。一方、Ａｌ含有量が０．０８０質量％を超えるとＡｌ酸化物が多量に形成され、アシキュラフェライト生成の核となるＴｉ酸化物の生成を阻害するため靱性が劣化する。よって、Ａｌ含有量は０．００５乃至０．０８０質量％とする。

「Ｔｉ：０．０５乃至０．３５質量％」
ＴｉはＴｉ酸化物としてアシキュラフェライトを生成する核となり、粗大な粒界フェライトの生成を防止するために必要な元素である。しかし、Ｔｉ含有量が０．０５質量％未満の場合、酸化物の生成が不十分で、溶接金属の靱性向上が得られない。一方、０．３５質量％を超えると、溶接金属中のＴｉ析出物が多くなりすぎて、靱性が低下する。よって、Ｔｉ含有量は０．０５乃至０．３５質量％とする。

「Ｂ：０．００３乃至０．０１８質量％」
Ｂは溶接金属の焼入れ性を向上させ、初析フェライトの成長の抑制により、靱性を向上させる元素である。しかし、Ｂ含有量が０．００３０質量％未満の場合、上記効果が期待できない。一方、Ｂ含有量が０．０１８０質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が過剰となり、高温割れが発生し易くなったり、マルテンサイト相の生成により溶接金属の靱性が劣化する。よって、Ｂ含有量は０．００３乃至０．０１８質量％とする。

「Ｃｒ：０．３０質量％以下」
Ｃｒは一般的には強度と靱性を向上させる成分であるが、本発明では上記性能はＭｏなどの他成分で補っており、Ｃｒの含有量が０．３０質量％を超えると高温割れが発生したり、溶接金属の硬化により靱性が劣化する。よって、Ｃｒ含有量は０．３０質量％以下とする。

「Ｖ：０．０３０質量％以下」
Ｖは一般的には溶接金属の強度を向上させるが、本発明ではＭｏなどの他成分で強度を確保しており、Ｖの含有量が０．０３０質量％を超えると、溶接金属が硬化して靱性が劣化する。よって、Ｖ含有量は０．０３０質量％以下とする。

「Ｎｂ：０．０３０質量％以下」
Ｎｂは一般的にはＶと同様に溶接金属の強度を向上させるが、本発明ではＭｏなどの他成分で強度を確保しており、Ｎｂの含有量が０．０３０質量％を超えると溶接金属が硬化して靭性が劣化する。よって、Ｎｂ含有量は０．０３０質量％以下とする。

「Ｎ：０．０１２質量％以下」
Ｎは溶接金属の靱性を低下させる元素であるため、その含有量は可及的に少なくすることが好ましい。Ｎ含有量が０．０１２質量％を超えると、靱性の劣化が著しい。よって、Ｎ含有量は０．０１２質量％以下とする。

次に、本発明における溶接フラックス組成における成分添加理由及び組成限定理由について説明する。

「ＳｉＯ_２：２５乃至５０質量％」
ＳｉＯ_２は酸性成分であり、スラグ形成のために必須な成分である。ＳｉＯ_２含有量が２５質量％未満の場合、スラグの粘性が不足して溶接停止が起こりやすくなる。一方、ＳｉＯ_２含有量が５０質量％を超えると、溶接金属中の酸素量が過大となり、十分な靱性を確保できなくなる。よって、ＳｉＯ_２含有量は２５乃至５０質量％とする。

「ＣａＯ：５乃至２５質量％」
ＣａＯは塩基性成分であり、溶融スラグの凝固温度を下げる効果及び粘性を下げる効果があり、適量添加されている。ＣａＯ含有量が５質量％未満の場合、溶接金属酸素量が過大になり靱性が劣化する。一方、ＣａＯ含有量が２５質量％を超えると、スラグの粘性が低くなって溶接停止が発生しやすくなる。よって、ＣａＯ含有量は５乃至２５質量％とする。

「Ａｌ_２Ｏ_３：１５質量％以下」
Ａｌ_２Ｏ_３はスラグ形成剤として作用し、溶融スラグの粘性を下げる効果があるが、この効果はＣａＯの添加により十分に補われている。一方、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１５質量％を超えると、溶融スラグの流動性が悪くなり、溶接停止が発生しやすくなる。よって、Ａｌ_２Ｏ_３含有量は１５質量％以下に規制する。

「ＣａＦ_２：２０質量％以下」
ＣａＦ_２は溶接金属の酸素量を低減するのに極めて有効な成分であるが、この効果は他の成分の調整で補えるため、ＣａＦ_２の添加は、必須成分とはいえない。一方、ＣａＦ_２が２０質量％を超えると、スラグの粘性が高くなり、溶接停止が起こりやすい。よって、ＣａＦ_２含有量は２０質量％以下に規制する。

「ＭｇＯ：１６質量％以下」
ＭｇＯは塩基性成分であり、溶接金属の酸素量を低減すると共に粘度調整のために添加される。しかし、この効果はＣａＯの添加により期待されるため、必須成分とはいえない。一方、ＭｇＯが１６質量％を超えると粘度が過大となり、溶接停止が起こりやすくなる。よって、ＭｇＯ含有量は１６質量％以下に規制する。

「ＭｎＯ：２５質量％以下」
ＭｎＯはスラグの粘性を調整するのに有効である。しかし、この効果はＳｉＯ_２の添加により確保することができるため、ＭｎＯの添加は必須ではない。一方、ＭｎＯの含有量が２５質量％を超えると、スラグの粘性が増大し、溶接停止が起こりやすい。よって、ＭｎＯ含有量は２５質量％以下に規制する。

「ＴｉＯ_２：１０質量％以下」
ＴｉＯ_２は一般的に溶接金属へのＴｉの歩留りを改善するが、本発明においては、ＴｉＯ_２の添加は特に必要とされない。一方、ＴｉＯ_２が１０質量％を超えると、スラグの粘性が増大することにより、溶接停止が起こりやすい。よって、ＴｉＯ_２含有量は１０質量％以下に規制する。

「ＦｅＯ：４．５質量％以下」
ＦｅＯは４．５質量％を超えると、溶接安定性が劣化し、場合によっては溶接停止が発生すると共に、溶接金属中の酸素が高くなる。それと共に、本発明では溶接線方向でのＢ量を安定させるため、Ｂ_２Ｏ_３を添加しており、Ｂ_２Ｏ_３からＢへの還元反応により溶接金属酸素量が高くなる。このため、ＦｅＯが４．５質量％を超えると、更に溶接金属中の酸素量が多くなりすぎ、溶接金属Ｂ量と酸素量とのバランスが崩れて、良好な靱性が得られなくなるため、４．５質量％以下に規制する。

「Ｂ_２Ｏ_３：１．５質量％以下」
Ｂ_２Ｏ_３は、本発明においては、溶接金属中へ安定してＢを供給するために補助的に必要な成分であり、エレクトロスラグ溶接ワイヤ中のＢ量が０．００４質量％以下と少ないときには、フラックスからのＢ_２Ｏ_３添加は不要となる。一方、Ｂ_２Ｏ_３量が１．５質量％を超えると、溶接金属中のＢ量が過大となり、高温割れが発生し易くなると共に、マルテンサイト相の生成により溶接金属の靱性が劣化する。よって、Ｂ_２Ｏ_３含有量は１．５質量％以下に規制する。

「塩基度ＢＬ：０．５乃至１．５」
次に、本発明における溶接フラックスの塩基度ＢＬの規制に関して説明する。溶接フラックスは、スラグの融点、流動性及び粘性等の特性を考慮して、その組成が決められており、酸化物と弗化物から構成されている。本発明では、溶接金属中の酸素量を決める指標として、塩基度ＢＬを使用する。この塩基度ＢＬは数式２で算出される値である。塩基度ＢＬが０．５未満の場合、溶接金属酸素量が過剰になり、靱性の向上が得られない。一方、塩基度ＢＬが１．５を超えると、スラグの融点が高くなり過ぎて、溶接停止が発生しやすくなる。よって、塩基度ＢＬは０．５乃至１．５とすることが必要である。

「溶接フラックスの塩基度ＢＬと溶接ワイヤのＢ量との関係：数式３の値Ｙ」
次に、溶接フラックスの塩基度ＢＬと溶接ワイヤのＢ量との関係について説明する。上述のごとく、溶接フラックスの塩基度ＢＬは溶接金属中の酸素量を規定する値である。一方、溶接ワイヤのＢ量は、適正な固溶Ｂの生成により初析フェライト相の成長を抑制するため、靱性に極めて有効である。このような固溶Ｂの生成には酸化物又は窒化物として固定されないだけのＢの添加が必要である。エレクトロスラグ溶接のように安定した靱性を得にくい場合には、溶接金属のＢ量と溶接金属の酸素量を制御することにより固溶Ｂを生成させ、溶接線方向で安定した靱性を得ることが可能である。このためには、ワイヤ中のＢの含有量と、塩基度ＢＬとにより表される数式３が９．８乃至２０．８を満足することが必要である。

即ち、Ｙ＝１０００×［ワイヤ中のＢの質量％］＋５．１×ＢＬが９．８未満である場合は、溶接フラックスの塩基度ＢＬに対して溶接ワイヤのＢ量が低すぎるため、固溶Ｂが生成されず、安定した靭性が得られない。一方、Ｙ＝１０００×［ワイヤ中のＢの質量％］＋５．１×ＢＬが２０．８を超えると、溶接フラックスの塩基度ＢＬに対して溶接ワイヤのＢ量が高すぎるため、固溶Ｂ量が過剰となり溶接金属が硬化し、靱性が劣化し、高温割れが発生する場合がある。よって、Ｙ＝１０００×［ワイヤ中のＢの質量％］＋５．１×ＢＬの値は９．８乃至２０．８とする。

「ワイヤ中のＢ量とフラックス中のＢ_２Ｏ_３量の関係：数式１の値Ｘ」
次に、ワイヤ中のＢ量とフラックス中のＢ_２Ｏ_３量との関係について説明する。上述のごとく、溶接部の靱性確保のためには、溶接金属の酸素量とのバランスでＢ量の添加が不可欠である。しかし、溶接線方向で溶接金属Ｂ量が一定でないと、溶接金属酸素量とのバランスが崩れ、靱性が劣化する。溶接金属Ｂ量の均一添加のために、フラックス中のＢ_２Ｏ_３添加が有効であるが、フラックスＢ_２Ｏ_３が過剰であると、即ち、数式１の値Ｘ＝１２８×［ワイヤ中のＢの質量％］−［フラックス中のＢ_２Ｏ_３の質量％］が０．１２２未満であると、溶接金属Ｂ量も過大となり、固溶Ｂ量が過剰となり溶接金属が硬化し、靱性が劣化する。一方、フラックスＢ_２Ｏ_３が不足すると、即ち、数式１の値Ｘ＝１２８×［ワイヤ中のＢの質量％］−［フラックス中のＢ_２Ｏ_３の質量％］が１．０２２を超えると、固溶Ｂが生成されず、安定した靱性が得られない。よって、数式１の値Ｘ＝１２８×［ワイヤ中のＢの質量％］−［フラックス中のＢ_２Ｏ_３の質量％］は０．１２２乃至１．０２２とする。

次に、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。溶接試験は、図１に示すように、６０ｍｍ厚板のスキンプレートａ上に、ＪＩＳ規格ＳＮ４９０に規定されたフラットバーを１対の側板ｃとして立設し、この側板ｃ間に６０ｍｍ厚の板材であるダイアフラムｂを挟んだ溶接継手を作製した（溶接長８００ｍｍ）。この溶接継手における溶接箇所は、ダイアフラムｂと、側板ｃと、スキンプレートａに囲まれた空間である。各部材の寸法は図１に示すとおりである。また、表１はスキンプレートａ及びダイアフラムｂの化学組成（質量％）を示す。そして、表２に示す溶接条件でエレクトロスラグ溶接を実施した。なお、フラックス投入量は１２０ｇであった。溶接ワイヤと溶接フラックスの組成は、下記表３−１，表３−２，表３−３，表３−４及び表４に示す。但し、表３のフラックス欄において、フラックス組成は表４に示すとおりであるが、その中で、ＦｅＯ及びＢ_２Ｏ_３のみ抽出して表３のフラックス欄に記載した。

溶接終了後、ＵＴ（超音波探査）により高温割れを確認し、図２に示す採取位置で引張試験片ｄ、シャルピー衝撃試験片ｅを採取し、溶接金属の機械的性質を調査した。引張試験片は、３００ｍｍの箇所のみ採取し、引張試験を実施した。衝撃試験片については、溶接線方向で２００ｍｍ、４００ｍｍ、６００ｍｍの箇所で採取し、試験温度は０℃で実施した（ｎ＝３、平均値）。試験結果を下記表５−１，表５−２に示す。

本発明の実施例１乃至２０においては、溶接ワイヤの組成及び溶接フラックスの組成と、溶接フラックスの塩基度ＢＬが、本発明の規定範囲を満足するため、良好な引張性能及び溶接線方向においての良好な衝撃性能が得られた。

一方、比較例２１については、Ｃ量が規定範囲より低いため、引張強度が低く、十分な靱性値が得られなかった。比較例２２については、Ｃ量が規定範囲より高いため、高温割れが発生し、試験を中止した。比較例２３については、Ｓｉ量が規定範囲より低いため、溶接金属の焼入れ性が不十分となり、引張強度、靱性が十分満足しなかった。比較例２４については、Ｓｉ量が規定範囲より高いため、高温割れが発生し、試験を中止した。比較例２５については、Ｍｎ量が規定範囲より低いため、焼入れ性が不十分で、引張強度と靱性値が低値であった。比較例２６については、Ｍｎ量が規定範囲より高いため、焼入れ性が過大で割れが発生し、試験を中止した。比較例２７については、Ｎｉ量が規定範囲より高いため、高温割れが発生し、試験を中止した。

比較例２８については、Ｍｏ量が規定範囲より低いため、焼入れ性が不十分で、引張強度と靱性が低かった。比較例２９については、Ｍｏ量が規定範囲より高いため、高温割れが発生し、試験を中止した。比較例３０については、Ａｌ量が規定範囲より低いため、脱酸効果が十分でなく、靱性値が低かった。比較例３１については、Ａｌ量が規定範囲より高いため、Ａｌ酸化物の多量生成により、靱性が低かった。比較例３２については、Ｔｉ量が規定範囲より低いため、アシキュラフェライト相の生成が十分でなく、靱性値が低かった。比較例３３については、Ｔｉ量が規定範囲より高いため、溶接金属のＴｉ析出物が過大となり、靱性が劣化した。比較例３４については、Ｃｒ量が規定範囲より高いため、高温割れが発生し、試験を中止した。比較例３５については、Ｖ量が規定範囲より高いため、靱性が劣化した。比較例３６については、Ｎｂ量が規定範囲より高いため、靭性が劣化した。比較例３７については、Ｂ量が規定範囲より低いため、初析フェライトの成長抑制効果が十分でなく、また、数式３の値Ｙが規定範囲より低いため、固溶Ｂが生成されず、靱性値が低かった。

比較例３８については、Ｂ量が規定範囲より高いため、また、数式３の値Ｙが規定範囲より高いため、溶接金属の硬化により高温割れが発生し、試験を中止した。比較例３９については、Ｎ量が規定範囲より高いため、靱性が劣化した。比較例４０については、塩基度ＢＬが規定範囲より高いため、スラグの融点が高く、溶接が停止したため、中止した。比較例４１については、溶接フラックスの塩基度ＢＬが規定範囲より低いため、溶接金属の酸素量が過大となり、靭性値が低かった。比較例４２については、フラックス中のＦｅＯ量が規定範囲より高いため、溶接安定性が劣化し、溶接中止した。比較例４３については、フラックス中のＢ_２Ｏ_３量が規定範囲より高いため、高温割れが発生し、試験を中止した。比較例４４、４６については、数式３の値Ｙが規定範囲より高いため、固溶Ｂ量が過剰で、溶接金属の硬化により、靱性が劣化した。比較例４５、４７については、数式３の値Ｙが規定範囲より低いため、固溶Ｂが生成されず、これに伴い初析フェライト抑制効果が不十分となり、靱性が劣化した。比較例４８、５０については、数式１の値Ｘが規定範囲より高いため、固溶Ｂが生成されず、これに伴い初析フェライトの抑制効果が不十分となり、靱性が劣化した。比較例４９、５１については、数式１の値Ｘが規定範囲より低いため、溶接金属が硬化し、靱性が劣化した。

図３は横軸にワイヤ中のＢ含有量をとり、縦軸に塩基度をとって、靭性値が良好な範囲を○で示すグラフ図である。また、図４は横軸にワイヤ中のＢ含有量をとり、縦軸にフラックス中のＢ_２Ｏ_３含有量をとって、靭性値が良好な範囲を○で示すグラフ図である。靭性値が良好であることを示す○は、表５において、採取位置３ヶ所全てで靭性値が１００Ｊ以上の場合のものを抽出してプロットしたものであり、靭性値が低いことを示す×は、表５において、採取位置３ヶ所のうち、１つでも靭性値が１００Ｊを満足しない場合を抽出してプロットしたものである。図３に示すように、塩基度ＢＬ及び数式３の値Ｙが、請求項１を満足する場合に、高靭性値が得られる。また、図４に示すように、数式１の値Ｘが、請求項１を満足する場合に、高靭性値が得られる。

溶接試験における継手形状を示す図である。 試験片の採取位置を示す図である。 ワイヤ中のＢ含有量及び塩基度と吸収エネルギーとの関係を示すグラフ図である。 ワイヤ中のＢ含有量及びフラックス中のＢ_２Ｏ_３含有量と吸収エネルギーとの関係を示すグラフ図である。

符号の説明

ａ：スキンプレート、ｂ：ダイアフラム、ｃ：側板、ｄ：引張試験片、ｅ：シャルピー衝撃試験片

Claims (3)

1. 鋼板をエレクトロスラグ溶接するエレクトロスラグ溶接方法において、ワイヤ全質量当たり、Ｃ：０．０２乃至０．２５質量％、Ｓｉ：０．０５乃至１．８０質量％、Ｍｎ：０．５０乃至３．５０質量％、Ｎｉ：３．００質量％以下、Ｍｏ：０．０５乃至２．００質量％、Ａｌ：０．００５乃至０．０８０質量％、Ｔｉ：０．０５乃至０．３５質量％、Ｂ：０．００３乃至０．０１８質量％、Ｃｒ：０．３０質量％以下、Ｖ：０．０３０質量％以下、Ｎｂ：０．０３０質量％以下、Ｎ：０．０１２質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤと、
   フラックス全質量当たり，ＳｉＯ_２：２５乃至５０質量％、ＣａＯ：５乃至２５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１５質量％以下、ＣａＦ_２：２０質量％以下、ＭｇＯ：１６質量％以下、ＭｎＯ：２５質量％以下、ＴｉＯ_２：１０質量％以下、ＦｅＯ：４．５質量％以下、Ｂ_２Ｏ_３：１．５質量％以下を含有する溶接フラックスと、
   を使用して溶接すると共に、
   前記溶接ワイヤ中のＢ含有量を［ワイヤ中のＢの質量％］、前記溶接フラックス中のＢ_２Ｏ_３含有量を［フラックス中のＢ_２Ｏ_３の質量％］としたとき、下記数式（１）の値Ｘが０．１２２乃至１．０２２であり、
   前記溶接フラックスはＳｉＯ_２含有量（質量％）を［ＳｉＯ_２］、ＣａＯ含有量（質量％）を［ＣａＯ］、Ａｌ_２Ｏ_３含有量（質量％）を［Ａｌ_２Ｏ_３］、ＣａＦ_２含有量（質量％）を［ＣａＦ_２］、ＭｇＯ含有量（質量％）を［ＭｇＯ］、ＭｎＯ含有量（質量％）を［ＭｎＯ］、ＴｉＯ_２含有量（質量％）を［ＴｉＯ_２］、ＦｅＯ含有量（質量％）を［ＦｅＯ］、Ｂ_２Ｏ_３含有量（質量％）を［Ｂ_２Ｏ_３］としたとき、下記数式（２）で表される塩基度ＢＬが０．５乃至１．５を満たし、
   前記溶接ワイヤ中のＢ含有量と前記溶接フラックスの塩基度ＢＬとにより求まる下記数式（３）の値Ｙが９．８乃至２０．８であることを特徴とする溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法。
   Ｘ＝１２８×［ワイヤ中のＢの質量％］−［フラックス中のＢ_２Ｏ_３の質量％］
   ・・・（１）
   

   

   ・・・（２）
   Ｙ＝１０００×［ワイヤ中のＢの質量％］＋５．１×ＢＬ ・・・（３）
2. 前記溶接ワイヤのＮｉの含有量は、ワイヤ全質量当たり、Ｎｉ：０．５０乃至３．００質量％であることを特徴とする請求項１に記載の溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法。
3. 前記溶接ワイヤのＮｉの含有量は、ワイヤ全質量当たり、Ｎｉ：０．５０乃至２．００質量％であることを特徴とする請求項２に記載の溶接金属部の靱性が優れたエレクトロスラグ溶接方法。

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