JP2017001048A - 溶接金属、溶接構造体、及びフラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＲ焼鈍前及びＳＲ焼鈍後において共に高い強度及び低温靱性が得られる溶接金属を提供する。
【解決手段】本発明の溶接金属は、Ｃ：０．０２質量％以上０．１０質量％以下、Ｓｉ：０．１０質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｎ：０．９０質量％以上２．５質量％以下、Ｎｉ：０．２０質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｍｏ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｔｉ：０．０４０質量％以上０．１０質量％以下、Ｂ：０．００１０質量％以上０．００５０質量％以下、Ｏ：０．０３０質量％以上０．１００質量％以下、Ｎ：０質量％超０．０１５質量％以下、Ｎｂ＋Ｖ：０．０１質量％以上０．０５質量％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物である組成を有し、直径０．４０μｍ以上の粒界炭化物の平均円相当直径が０．７５μｍ以下、直径０．５μｍ以上の酸化物が２．０×１０^４個／ｍｍ^２以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、溶接金属、溶接構造体、及びフラックス入りワイヤに関する。

海底油田の掘削及び生産時に建造される海洋構造物（石油プラットフォーム）は、設備の大型化が進められ、また寒冷地での油田開発拡大が進められている。そのため、海洋構造物で適用される鋼板や溶接材料は、高レベルで強度及び低温靱性を両立することが求められる。ここで、海洋構造物のうち溶接構造物の溶接金属部には、溶接施工後に応力除去を目的とした長時間の焼鈍処理（Ｓｔｒｅｓｓ Ｒｅｌｉｅｆ焼鈍：以下ＳＲ焼鈍と呼ぶ）が施されるが、このＳＲ焼鈍により上記溶接金属部の強度及び靱性が劣化する場合があることが指摘されている。そのため、溶接金属においてＳＲ焼鈍後に高い強度と共に−４０℃における靱性を十分に確保できることが求められている。また、海洋構造物には溶接施工後にＳＲ焼鈍を施す必要がない箇所もあり、このような箇所においても高い強度と共に−４０℃における靱性が求められる。つまり、ＳＲ焼鈍前及びＳＲ焼鈍後のいずれにおいても高い強度と共に低温靱性を十分に確保できる技術が求められている。

一方、上記溶接構造物を構築するために様々な溶接方法が適用されているが、作業効率に優れるという観点より、溶接材料としてフラックス入りワイヤ（ＦＣＷ：Ｆｌｕｘ−ｃｏｒｅｄ Ｗｉｒｅ）を用いたガスシールドアーク溶接の適用が好ましいとされている。そのため、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接において溶接金属の強度及び低温靱性に着目した様々な技術が提案されている。

例えば、溶接材料のＣ（炭素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウム）及びＯ（酸素）の含有量を制御することにより、ＳＲ焼鈍後の溶接金属に高い強度と優れた低温靱性とを確保させる溶接材料が提案されている（特開２００６−２３９７３３号公報参照）。しかし、この溶接金属の靱性評価温度は−２９℃とやや高いものであり、より低温である−４０℃での靱性が保証されているとはいえない。

また、フラックス入りワイヤのワイヤにＣｒ（クロム）、Ｍｏ、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ、Ｂ（ホウ素）等を適量添加すると共にスラグ剤の組成を制御することにより、ＳＲ焼鈍後の溶接金属に高い強度と優れた低温靱性とを確保させる溶接材料が提案されている（特開平９−２５３８８６号公報参照）。しかし、この溶接金属の靱性評価温度は−３０℃とやや高いものであり、より低温である−４０℃での靱性が保証されているとはいえない。

また、溶接時に溶接金属の粒界上に生成する所定の大きさの炭化物（以下、この炭化物を「粒界炭化物」と呼ぶ）の形態を制御することにより、ＳＲ焼鈍後の溶接金属に高い強度と優れた低温靱性とを確保させる溶接材料が提案されている（特開２０１４−１９５８３２号公報参照）。しかし、この溶接金属は、ＳＲ焼鈍後に高い強度と優れた低温靱性が確保されるものの、ＳＲ焼鈍前の強度及び低温靱性について評価されておらず、ＳＲ焼鈍前の強度及び低温靱性が保証されているとはいえない。

また、溶接時に溶接金属内に生成される酸化物の形態を制御することにより、溶接金属に高い強度と優れた低温靱性とを確保させる溶接材料が提案されている（特開２００６−２５７４８１号公報参照）。しかし、この溶接金属は、ＳＲ焼鈍前についてしか評価されておらず、ＳＲ焼鈍後の強度及び低温靱性について保証されていない。

特開２００６−２３９７３３号公報 特開平９−２５３８８６号公報 特開２０１４−１９５８３２号公報 特開２００６−２５７４８１号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、フラックス入りワイヤを用いるガスシールドアーク溶接で、ＳＲ焼鈍前及びＳＲ焼鈍後において共に高い強度及び−４０℃以下での高い靱性が得られる溶接金属、溶接構造体及びフラックス入りワイヤの提供を目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、比較的粗大な酸化物が溶接金属内に存在する場合、溶接後、ＳＲ焼鈍前の状態で低温での靱性が良好であっても、ＳＲ焼鈍後に低温での靱性が大幅に低下することを見出した。また、ＳＲ焼鈍において粒界に生成する炭化物のサイズが大きいほど溶接金属の靱性が低下することが知られている。これらのことより、本発明者らは、溶接金属の化学成分組成を制御すること、溶接時に溶接金属に生成する炭化物の大きさを制御すること、及び溶接時に溶接金属に生成する比較的粗大な酸化物の存在割合を制御することで、ＳＲ焼鈍後に高い強度と優れた低温靱性とを発揮する溶接金属を実現できることを見出した。具体的には、粒界炭化物の粗大化と焼鈍軟化とを抑制する作用を有するＭｏを溶接金属に添加し、化学成分組成を制御するとよいことを見出した。また、Ｍｏを含む化学成分組成の制御により上記粒界炭化物の大きさを所定範囲内とし、かつ上記酸化物の存在割合を所定範囲内とするとよいことを見出した。また、本発明者らは、このように粒界炭化物の大きさ及び酸化物の存在割合を制御することで、ＳＲ焼鈍前の溶接金属の強度及び低温靱性も向上することを見出した。ここで、溶接金属は「結晶粒」と呼ぶ配列の向きが異なる領域が多数集まった構造を有しており、「粒界」とは、これらの結晶粒の境界を意味し、フェライト粒界はもちろんのこと、旧オーステナイト粒界、ブロック境界、パケット境界などを含む大傾角粒界のことである。

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、Ｃ（炭素）：０．０２質量％以上０．１０質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０．１０質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．９０質量％以上２．５質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：０．２０質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ（クロム）：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｔｉ（チタン）：０．０４０質量％以上０．１０質量％以下、Ｂ（ホウ素）：０．００１０質量％以上０．００５０質量％以下、Ｏ：（酸素）０．０３０質量％以上０．１００質量％以下、Ｎ（窒素）：０質量％超０．０１５質量％以下、Ｎｂ（ニオブ）＋Ｖ（バナジウム）：０．０１質量％以上０．０５質量％以下、残部：Ｆｅ（鉄）及び不可避的不純物である組成を有し、粒界に存在し、円相当直径が０．４０μｍ以上の炭化物の平均円相当直径が０．７５μｍ以下であり、断面を顕微鏡で観察したときに、円相当直径が０．５μｍ以上の酸化物の存在割合が２．０×１０^４個／ｍｍ^２以下である溶接金属である。

当該溶接金属は、各組成の含有量を上記範囲内とすることで、高い強度及び靭性が得られる。つまり、焼鈍軟化を抑制する作用を有する上記量のＭｏを含有することで、高い強度が得られる。また、当該溶接金属は、上記量のＭｏと上記合計量のＮｂ及びＶとを含有することにより粒界炭化物の粗大化を抑制でき、その結果、円相当直径が０．４０μｍ以上の粒界炭化物の平均円相当直径を０．７５μｍ以下にできる。また、当該溶接金属は、上記範囲内のＯを含有することで酸化物の粗大化を抑制でき、その結果、円相当直径が０．５μｍ以上の酸化物の存在割合を２．０×１０^４個／ｍｍ^２にできる。これらにより、当該溶接金属は、粗大な粒界炭化物又は粗大な酸化物を起点とする亀裂が発生し難く、ＳＲ焼鈍時における靱性の低下が抑制される。また、当該溶接金属は、酸化物の存在割合を上記上限以下とすることで、ＳＲ焼鈍前の低温靱性も向上し、ＳＲ焼鈍前後において高い強度と−４０℃以下での高い靱性とが得られる。ここで、「円相当直径」とは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等の観察面上で認められる炭化物粒子又は酸化物粒子の面積と等面積の真円の直径を意味する。

Ｃｕ（銅）：０質量％超１．０質量％以下、及びＡｌ（アルミニウム）：０質量％超０．０１０質量％以下からなる群より選択される少なくとも１種の組成をさらに含むとよい。このように、上記組成を含むことにより、強度及び低温靭性の向上効果を促進できる。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、上記溶接金属を有する溶接構造体である。このように、当該溶接構造体は上記溶接金属を有しているので、ＳＲ焼鈍前及びＳＲ焼鈍後のいずれにおいても高い強度及び−４０℃以下での高い靱性が得られる。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、全質量に対し、Ｃ（炭素）：０．０２質量％以上０．１２質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）＋Ｓｉ化合物：Ｓｉ換算値で０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．９質量％以上３．５質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：０．２０質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ（クロム）：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｔｉ（チタン）＋Ｔｉ化合物：Ｔｉ換算値で２．５０質量％以上５．１０質量％以下、Ｂ（ホウ素）＋Ｂ化合物：Ｂ換算値で０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、Ｎｂ（ニオブ）＋Ｖ（バナジウム）＋Ｎｂ化合物＋Ｖ化合物：（Ｎｂ＋Ｖ）換算値で０．０１質量％以上０．０５質量％以下を含有し、全質量に対する上記Ｓｉ換算値、Ｍｎ及びＴｉ換算値のそれぞれの含有量（質量％）を［Ｓｉ］、［Ｍｎ］及び［Ｔｉ］とした場合、下記式（１）で規定されるＺ２値が５０以上６２未満であることを特徴とするフラックス入りワイヤである。
Ｚ２値＝３×［Ｓｉ］＋８×［Ｍｎ］＋２０×［Ｔｉ］ ・・・（１）

当該フラックス入りワイヤは、全質量に対する各元素の含有割合を上記範囲内とし、さらに溶接時に生成される粒界炭化物形態の指標である上記Ｚ２値を上記範囲内とすることで粒界炭化物の粗大化を抑制できるので、ＳＲ焼鈍時における靱性の低下を抑制でき、ＳＲ焼鈍後の溶接金属の低温靱性を向上させ易い。ここで、「換算値」とは、その元素単体の含有量に換算した値を意味し、例えば「Ｓｉ換算値」とは、「金属Ｓｉ」及び「Ｓｉ化合物」の含有量をこれらに含まれる「金属Ｓｉ」のみの含有量に換算した値である。

当該フラックス入りワイヤが、全質量に対し、Ｆ（フッ素）換算値で０．０５質量％以上０．３０質量％以下のＦ化合物をさらに含有するとよい。このように、上記量のＦ化合物を含有することにより、溶接時のアークを安定させることができるので、スパッタの発生及びビード形状の劣化を抑制できる。

当該フラックス入りワイヤが、全質量に対し、（Ｎａ（ナトリウム）＋Ｋ（カリウム））換算値で０．０１質量％以上０．３０質量％以下のＮａ化合物、Ｋ化合物又はこれらの組合せをさらに含有するとよい。このように、上記合計量のＮａ化合物、Ｋ化合物又はこれらの組合せを含有することにより、溶接時のアークをさらに安定させることができ、スパッタの発生及びビード形状の劣化をより抑制できる。

当該フラックス入りワイヤが、全質量に対し、Ａｌ（アルミニウム）換算値で０質量％超０．３０質量％以下のＡｌ、Ａｌ化合物又はこれらの組合せをさらに含有するとよい。このように、上記量のＡｌ、Ａｌ化合物又はこれらの組合せを含有することにより、溶接時に微細組織生成の起点となる酸化物を粗大化させずに形成させ易く、溶接金属の強度及び靱性の向上効果を促進できる。

当該フラックス入りワイヤが、全質量に対し、０質量％超１質量％以下のＣｕ（銅）をさらに含有するとよい。このように、上記量のＣｕを含有することにより、溶接金属の靱性の低下を抑制しつつ強度の向上効果を促進できる。

当該フラックス入りワイヤが、全質量に対し、０．２質量％以上０．８質量％以下のＭｇ（マグネシウム）をさらに含有するとよい。このように、上記量のＭｇを含有することにより、溶接金属中の不純物である酸素の除去を促進できる。

以上説明したように、本発明の溶接金属、溶接構造体及びフラックス入りワイヤは、フラックス入りワイヤを用いるガスシールドアーク溶接で、ＳＲ焼鈍前及びＳＲ焼鈍後において共に高い強度及び−４０℃以下での高い靱性が得られる。

実施例において溶接金属を作製するときの開先形状を示す模式図である。 粒界炭化物の平均円相当直径を算出する方法を説明するための第１の概念図である。 粒界炭化物の平均円相当直径を算出する方法を説明するための第２の概念図である。 粒界炭化物の平均円相当直径を算出する方法を説明するための第３の概念図である。 実施例において引張試験を行ったときの試験片の形状を示す模式図である。 実施例において靭性の評価に用いる試験片の採取位置を示す模式図である。

以下、本発明に係る溶接金属、溶接構造体、及びフラックス入りワイヤの実施形態について説明する。

［溶接金属］

当該溶接金属は、粒界に存在し、円相当直径が０．４０μｍ以上の炭化物の平均円相当直径が０．７５μｍ以下である。

ＳＲ焼鈍において生成する炭化物のサイズが大きいほど溶接金属の靱性は低くなるが、粒界に生成する粒界炭化物は粒内の炭化物に比べ粗大化し易い。また、旧オーステナイト粒界は焼鈍により脆化するため、旧オーステナイト粒界から亀裂が優先的に進展し易い。従って、粗大な炭化物が旧オーステナイト粒界に存在すると、それらを起点に亀裂が発生し易くなるため、焼鈍による脆化現象と相俟ってＳＲ焼鈍時に靱性が著しく低下する。これに対し、当該溶接金属は、上述のように粒界炭化物が微細に保たれるので、ＳＲ焼鈍後に優れた低温靱性が得られる。

当該溶接金属の粒界に存在する炭化物のうち、円相当直径で０．４０μｍ以上の炭化物の平均円相当直径の上限としては、上述したように０．７５μｍであり、０．７０μｍが好ましく、０．６５μｍがより好ましい。なお、粒界炭化物サイズが著しく微細化し、後述する粒界炭化物の平均円相当直径の測定方法によっても粒界炭化物の平均円相当直径が評価できない場合があるが、この場合、「円相当直径で０．４０μｍ以上の粒界炭化物の平均円相当直径が０．７５μｍ以下である」と判断する。

当該溶接金属は、断面を顕微鏡で観察したときに、円相当直径が０．５μｍ以上の酸化物の存在割合が２．０×１０^４個／ｍｍ^２以下である。

フラックス入りワイヤにはＴｉ、Ｓｉ、Ｍｎ等の酸化物を形成する元素がフラックス等に配合されており、溶接時にこれらの酸化物が生成されるので、当該溶接金属内には酸化物が存在する。溶接金属は、これらが微細な酸化物であれば靱性が向上するが、これらの酸化物が比較的粗大であると粗大な炭化物と同様に亀裂の起点として作用するため、焼鈍による脆化現象と相俟ってＳＲ焼鈍後の靱性が著しく低下する。これに対し、当該溶接金属は、上述のように比較的粗大な酸化物の個数が一定量に制限されているので、ＳＲ焼鈍後に優れた低温靱性が得られる。また、このように比較的粗大な酸化物の個数を一定量に制限することで、当該溶接金属のＳＲ焼鈍前の低温靱性も向上する。

円相当直径が０．５μｍ以上の酸化物の存在割合の上限としては、上述したように２．０×１０^４個／ｍｍ^２であり、１．５×１０^４個／ｍｍ^２が好ましく、１．０×１０^４個／ｍｍ^２がより好ましい。

＜組成＞
当該溶接金属は、Ｃ（炭素）：０．０２質量％以上０．１０質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０．１０質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．９０質量％以上２．５質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：０．２０質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ（クロム）：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｔｉ（チタン）：０．０４０質量％以上０．１０質量％以下、Ｂ（ホウ素）：０．００１０質量％以上０．００５０質量％以下、Ｏ：（酸素）０．０３０質量％以上０．１００質量％以下、Ｎ（窒素）：０質量％超０．０１５質量％以下、Ｎｂ（ニオブ）＋Ｖ（バナジウム）：０．０１質量％以上０．０５質量％以下、残部：Ｆｅ（鉄）及び不可避的不純物である組成を有する。

〔Ｃ（炭素）〕
Ｃは、ＳＲ焼鈍後における当該溶接金属の強度を確保する元素である。当該溶接金属のＣ含有量の下限としては、０．０２質量％であり、０．０３質量％が好ましく、０．０４質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＣ含有量の上限としては、０．１０質量％であり、０．０８質量％が好ましく、０．０７質量％がより好ましい。当該溶接金属のＣ含有量が上記下限より小さいと、ＳＲ焼鈍後に所定の強度が得られないおそれがある。逆に、当該溶接金属のＣ含有量が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時に粒界炭化物の粗大化を招き、当該溶接金属の靱性が低下するおそれがある。

〔Ｓｉ（ケイ素）〕
Ｓｉは、ＳＲ焼鈍後における当該溶接金属の強度を確保する元素である。当該溶接金属のＳｉ含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．１２質量％が好ましく、０．１５質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＳｉ含有量の上限としては、０．６０質量％であり、０．５０質量％が好ましく、０．４５質量％がより好ましい。当該溶接金属のＳｉ含有量が上記下限より小さいと、ＳＲ焼鈍後に所定の強度が得られないおそれがある。逆に、当該溶接金属のＳｉ含有量が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時の焼戻し脆化を助長すると共に低温靭性に悪影響を及ぼす硬質第二相の生成を助長し、当該溶接金属の靭性の低下を招くおそれがある。

〔Ｍｎ（マンガン）〕
Ｍｎは、溶接時の微細組織生成の起点となる酸化物を形成し、当該溶接金属の強度及び低温靱性を向上させる元素である。当該溶接金属のＭｎ含有量の下限としては、０．９０質量％であり、１．１質量％が好ましく、１．３質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＭｎ含有量の上限としては、２．５質量％であり、２．２質量％が好ましく、２．０質量％がより好ましい。当該溶接金属のＭｎ含有量が上記下限より小さいと、酸化物が形成され難くなり、当該溶接金属の強度及び低温靱性を十分に向上できないおそれがある。逆に、当該溶接金属のＭｎ含有量が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時の焼戻し脆化を助長し、当該溶接金属の靭性の低下を招くおそれがある。

〔Ｎｉ（ニッケル）〕
Ｎｉは、当該溶接金属の低温靱性向上に有効な元素である。当該溶接金属のＮｉ含有量の下限としては、０．２０質量％であり、０．４０質量％が好ましく、０．６０質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＮｉ含有量の上限としては、２．００質量％であり、１．８０質量％が好ましく、１．６０質量％がより好ましい。当該溶接金属のＮｉ含有量が上記下限より小さいと、当該溶接金属の低温靱性を十分に向上できないおそれがある。逆に、当該溶接金属のＮｉ含有量が上記上限を超えると、シャルピー試験において上部棚エネルギーが低下するので、ＳＲ焼鈍後において当該溶接金属が所定の靱性を得られなくなると考えられる。

〔Ｃｒ（クロム）〕
Ｃｒは、ＳＲ焼鈍時の粒界炭化物を微細化する作用を有する元素である。当該溶接金属のＣｒ含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．２０質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＣｒ含有量の上限としては、１．００質量％であり、０．８０質量％が好ましく、０．７０質量％がより好ましい。当該溶接金属のＣｒ含有量が上記下限より小さいと、ＳＲ焼鈍時に粒界炭化物が微細化せず、当該溶接金属の靱性が低下するおそれがある。逆に、当該溶接金属のＣｒ含有量が上記上限を超えると、粒界炭化物が粗大化して当該溶接金属の靱性が却って低下するおそれがある。

〔Ｍｏ（モリブデン）〕
Ｍｏは、溶接金属中への微細析出により粒界炭化物の粗大化と焼鈍軟化とを抑制する元素である。当該溶接金属のＭｏ含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．２０質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＭｏ含有量の上限としては、１．００質量％であり、０．８０質量％が好ましく、０．６０質量％がより好ましい。当該溶接金属のＭｏ含有量が上記下限より小さいと、粒界炭化物の粗大化と焼鈍軟化とを十分に抑制できないおそれがある。逆に、当該溶接金属のＭｏ含有量が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時に微細な炭化物を析出することにより当該溶接金属の強度が過大に上昇し、これにより低温での靭性を低下させるおそれがある。

〔Ｔｉ（チタン）〕
Ｔｉは、溶接時の微細組織生成の起点となる酸化物を形成し、当該溶接金属の靱性を向上させる元素である。当該溶接金属のＴｉ含有量の下限としては、０．０４０質量％であり、０．０５０質量％が好ましく、０．０５５質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＴｉ含有量の上限としては、０．１０質量％であり、０．０８０質量％が好ましく、０．０７０質量％がより好ましい。当該溶接金属のＴｉ含有量が上記下限より小さいと、酸化物が形成され難くなり、当該溶接金属の靱性を十分に向上できないおそれがある。逆に、当該溶接金属のＴｉ含有量が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時に微細な炭化物を析出することにより当該溶接金属の強度が過大に上昇し、これにより低温での靭性を低下させるおそれがある。

〔Ｂ（ホウ素）〕
Ｂは、当該溶接金属の強度及び靱性に対して悪影響を及ぼす粒界フェライトの生成を抑制する元素である。当該溶接金属のＢ含有量の下限としては、０．００１０質量％であり、０．００１２質量％が好ましく、０．００１５質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＢ含有量の上限としては、０．００５０質量％であり、０．００４５質量％が好ましく、０．００４０質量％がより好ましい。当該溶接金属のＢ含有量が上記下限より小さいと、粒界フェライトの生成を十分に抑制できず、当該溶接金属の所定の強度及び靱性を確保できないおそれがある。逆に、当該溶接金属のＢ含有量が上記上限を超えると、当該溶接金属の強度が過大に上昇し、靭性が低下するおそれがある。

〔Ｏ（酸素）〕
Ｏは、溶接時の微細組織生成の起点となる酸化物を形成し、当該溶接金属の靱性を向上させる元素である。当該溶接金属のＯ含有量の下限としては、０．０３０質量％であり、０．０３５質量％が好ましく、０．０４０質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＯ含有量の上限としては、０．１００質量％であり、０．０８０質量％が好ましく、０．０６０質量％がより好ましい。当該溶接金属のＯ含有量が上記下限より小さいと、酸化物が十分に形成されず、当該溶接金属の所定の靱性を確保できないおそれがある。逆に、当該溶接金属のＯ含有量が上記上限を超えると、酸化物の粗大化を招き、当該溶接金属の靱性を却って低下させるおそれがある。

〔Ｎ（窒素）〕
Ｎは、当該溶接金属中に不可避的に含まれる元素であり、その含有量を０質量％とすることは工業的に不可能である。従って、当該溶接金属のＮ含有量は、０質量％超である。一方、当該溶接金属のＮ含有量の上限としては、０．０１５質量％であり、０．０１０質量％が好ましく、０．００８質量％がより好ましい。当該溶接金属のＮ含有量が上記上限を超えると、当該溶接金属の靱性が低下するおそれがある。

〔Ｎｂ（ニオブ）及びＶ（バナジウム）〕
Ｎｂ及びＶは、粒界炭化物の粗大化を抑制する元素である。当該溶接金属におけるＮｂ及びＶの合計含有量の下限としては、０．０１質量％であり、０．０１２質量％が好ましく、０．０１５質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属におけるＮｂ及びＶの合計含有量の上限としては、０．０５質量％であり、０．０４５質量％が好ましく、０．０４０質量％がより好ましい。Ｎｂ及びＶの合計含有量が上記下限より小さいと、粒界炭化物の粗大化を十分に抑制できないおそれがある。逆に、Ｎｂ及びＶの合計含有量が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時に微細な炭化物を析出することにより当該溶接金属の強度が過大に上昇し、これにより低温での靭性を低下させるおそれがある。

当該溶接金属は、上述した基本成分以外に残部にＦｅ及び不可避的不純物を含む。また、不可避的不純物としては、例えば原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれるＰ（リン）、Ｓ（硫黄）、Ｓｎ（スズ）等の元素の混入が許容される。不可避的不純物のうち、特にＰはＳＲ焼鈍時に焼戻し脆化を著しく助長する元素であるので、少なくとも０．０１０質量％以下に抑制することが好ましい。

〔Ｃｕ（銅）〕
当該溶接金属は、その他の元素として例えばＣｕを添加してもよい。Ｃｕは、当該溶接金属の強度を確保する上で有用な元素である。当該溶接金属のＣｕ含有率としては、０質量％超が好ましく、Ｃｕ含有率の下限としては、０．０５質量％が好ましく、０．１０質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＣｕ含有量の上限としては、１．０質量％が好ましく、０．８質量％がより好ましい。当該溶接金属のＣｕ含有量が上記下限より小さいと、当該溶接金属の強度の向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、当該溶接金属のＣｕ含有量が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時に微細に析出することで当該溶接金属の強度を過大に上昇させ、靱性の低下を招くおそれがある。

〔Ａｌ（アルミニウム）〕
また、当該当該溶接金属は、その他の元素としてＡｌを添加してもよい。Ａｌは、溶接時の微細組織生成の起点となる酸化物を形成し、当該溶接金属の強度及び靱性を向上させる元素である。当該溶接金属のＡｌ含有量としては、０質量％超が好ましく、Ａｌ含有率の下限としては、０．００３質量％が好ましく、０．００５質量％がより好ましい。一方、当該溶接金属のＡｌ含有量の上限としては、０．０１０質量％が好ましく、０．００９質量％がより好ましく、０．００８質量％がさらに好ましい。当該溶接金属のＡｌ含有量が上記下限より小さいと、酸化物が十分に形成されず、当該溶接金属の強度及び靱性の向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、当該溶接金属のＡｌ含有量が上記上限を超えると、酸化物の粗大化を招き、却って当該溶接金属の靭性が低下するおそれがある。

＜溶接方法＞
当該溶接金属を得るための溶接方法としては、溶接材料としてフラックス入りワイヤ（ＦＣＷ）を用いたガスシールドアーク溶接が好ましい。このようにアーク溶接法を適用することによって、溶接時の作業効率を向上できる。

ただし、当該溶接金属を実現するためには、溶接材料及び溶接条件を適切に制御する必要がある。溶接材料成分は、当然ながら必要とされる溶接金属成分により制約を受け、また所定の炭化物形態を得るためには、溶接条件及び溶接材料成分を適切に制御しなければならない。

［フラックス入りワイヤ］
当該フラックス入りワイヤは、筒状の鋼製外皮の内側にフラックスを充填したものであり、この鋼製外皮及びフラックスを合せた全質量に対し、Ｃ：０．０２質量％以上０．１２質量％以下、Ｓｉ＋Ｓｉ化合物：Ｓｉ換算値で０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｍｎ：０．９質量％以上３．５質量％以下、Ｎｉ：０．２０質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｍｏ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、Ｔｉ＋Ｔｉ化合物：Ｔｉ換算値で２．５０質量％以上５．１０質量％以下、Ｂ＋Ｂ化合物：Ｂ換算値で０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、Ｎｂ＋Ｖ＋Ｎｂ化合物＋Ｖ化合物：（Ｎｂ＋Ｖ）換算値で０．０１質量％以上０．０５質量％以下を含有する。当該フラックス入りワイヤは、鋼製外皮及びフラックスの合計で上記量の各成分を有していればよく、上記量の各成分を有することで上述の組成を有する当該溶接金属を得ることができる。

〔Ｃ（炭素）〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＣ含有量の下限としては、０．０２質量％であり、０．０３質量％が好ましく、０．０４質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＣ含有量の上限としては、０．１２質量％であり、０．１０質量％が好ましく、０．０８質量％がより好ましい。

〔Ｓｉ（ケイ素）及びＳｉ化合物〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＳｉ及びＳｉ化合物のＳｉ換算値の下限としては、０．１０質量％であり、０．１５質量％が好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの上記Ｓｉ換算値の上限としては、１．００質量％であり、０．７０質量％が好ましい。

〔Ｍｎ（マンガン）〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＭｎ含有量の下限としては、０．９質量％であり、１．１質量％が好ましく、１．５質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＭｎ含有量の上限としては、３．５質量％であり、３．３質量％が好ましく、３．０質量％がより好ましい。

〔Ｎｉ（ニッケル）〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＮｉ含有量の下限としては、０．２０質量％であり、０．３０質量％が好ましく、０．４０質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＮｉ含有量の上限としては、２．００質量％であり、１．８０質量％が好ましく、１．６０質量％がより好ましい。

〔Ｃｒ（クロム）〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＣｒ含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．２０質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＣｒ含有量の上限としては、１．００質量％であり、０．９０質量％が好ましく、０．８０質量％がより好ましい。

〔Ｍｏ（モリブデン）〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＭｏ含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．２０質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＭｏ含有量の上限としては、１．００質量％であり、０．９０質量％が好ましく、０．８０質量％がより好ましい。

〔Ｔｉ（チタン）及びＴｉ化合物〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＴｉ及びＴｉ化合物のＴｉ換算値の下限としては、２．５０質量％であり、２．８０質量％が好ましく、３．００質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの上記Ｔｉ換算値の上限としては、５．１０質量％であり、４．１０質量％が好ましく、３．９０質量％がより好ましい。

〔Ｂ（ホウ素）及びＢ化合物〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＢ及びＢ化合物のＢ換算値の下限としては、０．００１質量％であり、０．００１２質量％が好ましく、０．００１５質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの上記Ｂ換算値の上限としては、０．０２０質量％であり、０．０１８質量％が好ましく、０．０１６質量％がより好ましい。

〔Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ化合物及びＶ化合物〕
当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＮｂ、Ｖ、Ｎｂ化合物及びＶ化合物の（Ｎｂ＋Ｖ）換算値の下限としては、０．０１質量％であり、０．０１２質量％が好ましく、０．０１５質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの上記（Ｎｂ＋Ｖ）換算値の上限としては、０．０５質量％であり、０．０４質量％が好ましく、０．０３質量％がより好ましい。

当該フラックス入りワイヤは、上述した基本成分以外にＦｅ及び不可避的不純物を含む。当該フラックス入りワイヤに含まれるＦｅは、外皮を構成するＦｅ、フラックスに含有される鉄粉、合金粉のＦｅが相当する。また、不可避的不純物としては、外皮又はフラックスに含まれるＰ（リン）、Ｓ（硫黄）、Ｓｎ（スズ）等が挙げられる。なお、当該フラックス入りワイヤは、例えば上述した基本成分以外の残部がＦｅ及び不可避的不純物のみで構成されてもよい。

〔Ｆ（フッ素）〕
当該フラックス入りワイヤは、その他の成分として例えばＦ化合物を含有してもよい。Ｆ化合物は、溶接時にアークを安定化させる効果を有しており、鋼製外皮又はフラックスへの添加により含有させることができる。当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＦ化合物のＦ換算値の下限としては、０．０５質量％が好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの上記Ｆ換算値の上限としては、０．３０質量％が好ましい。当該フラックス入りワイヤのＦ換算値が上記下限より小さいと、アークの安定化の効果が十分に得られないおそれがある。逆に、当該フラックス入りワイヤのＦ換算値が上記上限を超えると、ビード形状が劣化するおそれがある。

〔Ｎａ（ナトリウム）化合物及びＫ（カリウム）化合物〕
当該フラックス入りワイヤは、その他の成分として例えばＮａ化合物又はＫ化合物を含有してもよい。Ｎａ化合物及びＫ化合物は、アーク安定剤として、１種又は２種以上のフラックスへの添加により含有させることができる。当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＮａ化合物及びＫ化合物の（Ｎａ＋Ｋ）換算値の下限としては、０．０１質量％が好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの上記（Ｎａ＋Ｋ）換算値の上限としては、０．３０質量％が好ましい。当該フラックス入りワイヤの（Ｎａ＋Ｋ）換算値が上記下限より小さいと、アークの安定化の効果が十分に得られず、スパッタ発生量が増加するおそれがある。逆に、当該フラックス入りワイヤの（Ｎａ＋Ｋ）換算値が上記上限を超えると、ビード形状が劣化するおそれがある。

〔Ａｌ（アルミニウム）及びＡｌ合物〕
当該フラックス入りワイヤは、その他の成分として例えばＡｌ又はＡｌ化合物を含有してもよい。Ａｌ又はＡｌ化合物は、鋼製外皮又はフラックスへの添加により含有させることができる。当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＡｌ及びＡｌ化合物のＡｌ換算値としては、０質量％超が好ましく、Ａｌ換算値の下限としては、０．００３質量％が好ましく、０．００５質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの上記Ａｌ換算値の上限としては、０．３０質量％が好ましく、０．２７質量％が好ましく、０．２４質量％がより好ましい。

〔Ｃｕ（銅）〕
当該フラックス入りワイヤは、その他の元素として例えばＣｕを含有してもよい。Ｃｕは、鋼製外皮又はフラックスへの添加により含有させることができる。当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＣｕ含有量としては、０質量％超が好ましく、Ｃｕ含有量の下限としては、０．０５質量％が好ましく、０．１０質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＣｕ含有量の上限としては、１質量％が好ましく、０．８質量％がより好ましい。

〔Ｍｇ（マグネシウム）〕
当該フラックス入りワイヤは、その他の元素として例えばＭｇを含有してもよい。Ｍｇは脱酸剤として必要に応じてフラックスへの添加により含有させることができる。当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＭｇ含有量の下限としては、０．２質量％が好ましく、０．３質量％がより好ましい。一方、当該フラックス入りワイヤの全質量に対するＭｇ含有量の上限としては、０．８質量％が好ましく、０．７質量％がより好ましい。当該フラックス入りワイヤのＭｇ含有量が上記下限より小さいと、十分な脱酸効果が得られないおそれがある。逆に、当該フラックス入りワイヤのＭｇ含有量が上記上限を超えると、スパッタが増大し、溶接作業性が低下するおそれがある。

当該フラックス入りワイヤは、全質量に対する上記Ｓｉ換算値、Ｍｎ及びＴｉ換算値のそれぞれの含有量（質量％）を［Ｓｉ］、［Ｍｎ］及び［Ｔｉ］とした場合、溶接時に生成される粒界炭化物の形態への影響度を下記式（１）のＺ２値で規定できる。Ｚ２値は６２未満であり、Ｚ２値の下限としては５０である。Ｚ２値が上記下限より小さい、又は上記上限以上であると、溶接金属の粒界炭化物が所望の形態に形成されないおそれがある。ここで、粒界炭化物の所望の形態とは、円相当直径が０．４０μｍ以上の炭化物の平均円相当直径が０．７５μｍ以下となる形態である。
Ｚ２値＝３×［Ｓｉ］＋８×［Ｍｎ］＋２０×［Ｔｉ］ ・・・（１）

また、当該フラックス入りワイヤは、全質量に対する上記Ｔｉ換算値、Ｓｉ換算値、Ｍｎ及びＡｌ換算値のそれぞれの含有量（質量％）を［Ｔｉ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］及び［Ａｌ］とした場合、溶接時に生成される酸化物の形態への影響度を下記式（２）のＺ値で規定できる。Ｚ値の下限としては、９０が好ましく、１１０がより好ましく、１３０がさらに好ましい。一方、Ｚ値の上限としては、２２０が好ましく、２１０がより好ましく、２００がさらに好ましい。Ｚ値が上記下限より小さいと、溶接金属内に形成される酸化物量が少なくなるためアシキュラーフェライトが生成し難くなり、低温靭性を十分に向上できないおそれがある。逆に、Ｚ値が上記上限を超えると、溶接金属内に形成される酸化物量が多くなり、酸化物同士が凝集して粗大な酸化物が多くなるため、溶接金属の低温靭性が却って低下するおそれがある。
Ｚ値＝７×［Ｔｉ］＋１５０×［Ｓｉ］＋３５×［Ｍｎ］−１８０×［Ａｌ］
・・・（２）

また、当該フラックス入りワイヤのＳｉＯ_２の含有量（質量％）に対する金属Ｓｉの含有量（質量％）の比の下限としては、０．９０が好ましく、０．９３がより好ましく、０．９５がさらに好ましい。一方、上記比の上限としては、３．０が好ましく、２．５がより好ましい。上記比が上記下限より小さいと、固溶Ｓｉが不足して炭化物の不安定化を招き、粒界炭化物サイズが増加することで円相当直径が０．４０μｍ以上の粒界炭化物の平均円相当径を上記上限以下に保てなくなるおそれがある。逆に、上記比が上記上限を超えると、溶接時の作業性が低下するおそれがある。

当該フラックス入りワイヤのフラックス充填率の下限としては、１０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましい。一方、フラックス充填率の上限としては、３５質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。フラックス充填率が上記下限より小さいと、フラックスによる安定な溶滴移行を行うことができずアークが不安定となり、良好な溶接を行えないおそれがある。逆に、フラックス充填率が上記上限を超えると、溶融したフラックスが溶融池内で十分に撹拌され難くなり、均一な組成の溶接金属が得られ難くなるおそれがある。

フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接における好ましい溶接条件は、以下の通りである。まず、入熱量の下限としては、０．７ｋＪ／ｍｍが好ましく、１．０ｋＪ／ｍｍがより好ましい。一方、入熱量の上限としては、２．５ｋＪ／ｍｍが好ましく、２．０ｋＪ／ｍｍがより好ましく、１．６ｋＪ／ｍｍがさらに好ましい。入熱量が上記下限より小さいと、溶接時の施工効率が低下するおそれがある。逆に、入熱量が上記上限を超えると、溶接時の冷却速度が低下し所定の当該溶接金属の強度が得られなくなると共に、冷却途中に炭化物が生成し、この炭化物がＳＲ焼鈍時に成長することで所望の粒界炭化物形態が得られなくなるおそれがある。その結果、ＳＲ焼鈍後の当該溶接金属の靱性が低下するおそれがある。

また、上記ガスシールドアーク溶接において、予熱温度及びパス間温度の下限としては、１００℃が好ましく、１２０℃がより好ましい。一方、予熱温度及びパス間温度の上限としては、１８０℃が好ましく、１６０℃がより好ましい。予熱温度及びパス間温度が上記下限より小さいと、低温割れが生じ易くなるおそれがある。逆に、予熱温度及びパス間温度が上記上限を超えると、溶接時の冷却速度が低下し所定の当該溶接金属の強度が得られなくなると共に、冷却途中に炭化物が生成し、この炭化物がＳＲ焼鈍時に成長することで所望の粒界炭化物形態が得られなくなるおそれがある。その結果、ＳＲ焼鈍後の当該溶接金属の靱性が低下するおそれがある。

なお、ＳＲ焼鈍温度及びＳＲ焼鈍時間などの焼鈍条件については、従来から行われている条件に従って行えばよいが、粒界炭化物の制御という観点から、これらの条件は下記のように設定することが好ましい。

すなわち、ＳＲ焼鈍温度の下限としては、５８０℃が好ましく、６００℃がより好ましい。一方、ＳＲ焼鈍温度の上限としては、６８０℃が好ましく、６５０℃がより好ましい。ＳＲ焼鈍温度が上記下限より小さいと、溶接時に生じる応力を十分に除去できないおそれがある。逆に、ＳＲ焼鈍温度が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時の粒界炭化物の粗大化が助長され所望の粒界炭化物形態が得られなくなり、その結果、ＳＲ焼鈍後の当該溶接金属の靱性が低下するおそれがある。

ＳＲ焼鈍時間の下限としては、２時間が好ましく、３時間がより好ましい。一方、ＳＲ焼鈍時間の上限としては、１２時間が好ましく、１０時間がより好ましい。ＳＲ焼鈍時間が上記下限より小さいと、溶接時に生じた応力を十分に除去できないおそれがある。逆に、ＳＲ焼鈍時間が上記上限を超えると、ＳＲ焼鈍時の粒界炭化物の粗大化が助長され所望の粒界炭化物形態が得られなくなり、その結果、ＳＲ焼鈍後の当該溶接金属の靱性が低下するおそれがある。

このような条件により溶接及びＳＲ焼鈍を行うことにより、十分な強度を有すると共に、優れた低温靱性を発揮する溶接金属を形成できる。

［溶接構造体］
当該溶接構造体は、上記溶接金属を有する。例えば海底油田の掘削及び生産時に用いられる溶接構造物を製造する際、上記溶接条件で所定の部材を溶接することで上記溶接金属を有する当該溶接構造体が得られる。当該溶接構造体は、上記溶接金属を有するため、ＳＲ焼鈍前及びＳＲ焼鈍後のいずれにおいても高い強度及び−４０℃以下での高い靱性を確保することができる。その結果、海底油田の掘削及び生産時に用いられる溶接構造物などの信頼性、耐久性などが向上する。

＜利点＞
当該溶接金属は、焼鈍軟化を抑制する作用を有するＭｏを含有することで、高い強度が得られる。また、当該溶接金属は、所定量のＭｏと所定合計量のＮｂ及びＶとを含有することにより粒界炭化物の粗大化を抑制でき、その結果、円相当直径が０．４０μｍ以上の粒界炭化物の平均円相当直径を０．７５μｍ以下にできる。また、当該溶接金属は、上記範囲内のＯを含有することで酸化物の粗大化を抑制でき、その結果、円相当直径が０．５μｍ以上の酸化物の存在割合を２．０×１０^４個／ｍｍ^２にできる。これらにより、当該溶接金属は、粗大な粒界炭化物又は粗大な酸化物を起点とする亀裂が発生し難く、ＳＲ焼鈍時における靱性の低下が抑制される。また、当該溶接金属は、酸化物の存在割合を上記上限以下とすることで、ＳＲ焼鈍前の低温靱性も向上し、ＳＲ焼鈍前後において高い強度と−４０℃以下での高い靱性とが得られる。

当該フラックス入りワイヤは、全質量に対する各元素の含有割合を上記範囲内とし、さらに溶接時に生成される粒界炭化物形態の指標である上記Ｚ２値を上記範囲内とすることで粒界炭化物の粗大化を抑制できる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

まず、ワイヤ径φ１．２ｍｍ、フラックス充填率１５．５質量％の複数のフラックス入りワイヤを作製した。具体的には、表１に示すように、各元素の成分量が異なる溶接材料Ｎｏ．Ｆ１〜Ｎｏ．Ｆ３０の３０種類のフラックス入りワイヤを作製した。なお、表１中の「ワイヤ成分［％］」とは、ワイヤを構成する鋼製外皮及びフラックスが含有する各成分の合計量の鋼製外皮及びフラックスを合わせた全質量に対する割合を示している。また、表１中「その他」は、残部であり、Ｆｅ及び不可避的不純物の含有量である。また、表１中「−」は、その成分を含有しないことを示す。

次に、母材として図１に示す開先形状に加工した平均板厚２０ｍｍのＳＭ４９０Ａ鋼板を用い、ガスシールドアーク溶接で以下の溶接条件により表２に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．３０の溶接金属を得た。すなわち、開先角度がＶ字で２０°、ルート間隔が１６ｍｍ、溶接姿勢が下向き、入熱条件が１．６ｋＪ／ｍｍ、２８０Ａ−２９Ｖ、５．１ｍｍ／ｓｅｃ、予熱温度及びパス間温度が１００℃以上１９０℃以下となる条件で、シールドガスとして流量２５Ｌ／ｍｉｎの２０％ＣＯ_２−８０％Ａｒ混合ガスを用い、６層１２パスの積層要領で上記溶接金属を作製した。さらに、上記作製した各溶接金属に対して、ＳＲ焼鈍温度６２０℃以上６８０℃以下、ＳＲ焼鈍時間２時間以上８時間以下の熱処理を実施した。

＜組成含有量測定＞
試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０について、熱処理後の開先部に形成された各溶接金属の中央部を切り出し、化学成分分析を行った。この化学分析により各溶接金属において得られた各元素の組成含有量を表２に示す。なお、表２中「−」は、その成分を含有しないことを示す。

＜円相当直径が０．４０μｍ以上の粒界炭化物の平均円相当直径の測定＞
熱処理後の溶接金属の最終パス中央部より粒界が露出するレプリカＴＥＭ観察用試験片を採取し、７５００倍にて１３．３×１５．７μｍの視野を有する画像を４枚撮影した。これらの画像について、画像解析ソフト（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社の「Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ」）により円相当直径０．４０μｍ以上の炭化物を選択した上で、粒界炭化物の平均円相当直径を算出した。具体的には、以下の方法で円相当直径が０．４０μｍ以上の粒界炭化物の平均円相当直径を求めた。

まず、図２Ｂに示すように、円相当直径にして０．４０μｍ以上の炭化物の少なくとも３個と交わる長さが６μｍの直線Ａｉ（ｉ＝１、２、３…ｎ、ｎ：直線の総本数）を引いた。なお、図２Ａにおいて、破線の円形で示した領域Ｂは、対象とする炭化物の大きさの基準を示すものであり、直径が０．４０μｍの真円の大きさを仮想して示したものである。また、図２Ａ〜図２Ｃにおいて、塗りつぶした範囲Ｃは、円相当直径が０．４０μｍ以上の炭化物を示し、網掛けを付した範囲Ｄは、円相当直径が０．４０μｍ未満の炭化物を示している。なお、図２Ｂの破線で示す直線は長さ６μｍを超える直線である。このように長さ６μｍの直線が円相当直径が０．４０μｍ以上の２個以下の炭化物としか交差しない直線は、上記直線Ａｉに含まれない。

次に、図２Ｃに示すように、上記直線Ａｉと交わる円相当直径が０．４０μｍ以上の炭化物を選定し、画像解析により平均円相当直径を算出した。図２Ｃでは選定した炭化物を符号１〜１１で示している。図２Ｂに示す直線Ａ１は炭化物１、２、３と交わる直線である。同様に、直線Ａ２は炭化物２、３、４と交わる直線、直線Ａ３は炭化物３、４、５と交わる直線、直線Ａ４は炭化物４、５、６と交わる直線、直線Ａ５は炭化物５、８、９と交わる直線、直線Ａ６は炭化物８、９、１０と交わる直線、直線Ａ７は、炭化物９、１０、１１と交わる直線、直線Ａ８は炭化物８、６、７と交わる直線をそれぞれ示している。この方法により算出した粒界炭化物の平均円相当直径の結果を表２に示す。

なお、炭化物サイズが著しく微細であり、円相当直径にして０．４０μｍ以上の炭化物の少なくとも３個と交わる長さ６μｍの直線Ａｉを１本も引くことができない場合は、「平均円相当直径が０．７５μｍ以下」を満足するものとして評価される。

＜円相当直径が０．５μｍ以上の酸化物の存在割合の測定＞
試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３０の溶接金属の断面について、走査型電子顕微鏡を用いて５０００倍で観察視野４００μｍ^２の範囲を５箇所測定し、測定した値を平均したものを１ｍｍ^２当たりに換算して酸化物の存在割合［個／ｍｍ^２］を算出した。この方法により算出した酸化物の存在割合の結果を表２に示す。

＜強度評価＞
強度評価として、熱処理前後の各溶接金属について引張試験を実施した。この引張試験は、図３に示すように熱処理後の各溶接金属の板厚中央部より溶接線方向に平行にＪＩＳ−Ｚ２２０２（１９８８）に準拠した試験片を採取した。この試験片について、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠して室温２５℃で引張強さ（ＴＳ）を測定した。この試験について、ＳＲ焼鈍前に引張強さＴＳが６９０ＭＰａを超えるもの、及びＳＲ焼鈍後に引張強さＴＳが６２０ＭＰａを超えるものを強度に優れると評価した。これらの引張強さの測定結果を表２に示す。なお、図３中で長さを表す数値の単位はｍｍである。

＜低温靭性の評価＞
低温靭性の評価は、熱処理前後の各溶接金属の板厚中央部より図４に基づき溶接線方向と垂直方向に、ＪＩＳ−Ｚ３１１１（２００５）の４号Ｖノッチ試験片をシャルピー衝撃試験片として採取した。この試験片について、ＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）に準拠して−４０℃でシャルピー衝撃試験を実施した。この試験について、３回の測定の平均値で、ＳＲ焼鈍前に−４０℃における吸収エネルギーｖＥ_−４０が１００Ｊを超えるもの、及びＳＲ焼鈍後にｖＥ_−４０が６０Ｊを超えるものを低温での靭性に優れると評価した。これらの引張強さの測定結果を表２に示す。なお、表２に示す−４０℃での吸収エネルギーｖＥ_−４０は、３回の測定の平均値である。

＜測定結果＞
表１及び表２の結果より、本発明の各成分の含有量の範囲を満たすＮｏ．Ｆ１〜Ｎｏ．Ｆ２０のフラックス入りワイヤを用いて形成したＮｏ．１〜Ｎｏ．２０の溶接金属は、本発明の組成成分の範囲を満たしていることがわかる。また、これらのＮｏ．１〜Ｎｏ．２０の溶接金属は、粒界における炭化物の形態及び断面における酸化物の存在量が本発明の規定を満たしており、ＳＲ焼鈍前における引張強さＴＳが６９０ＭＰａを超え、吸収エネルギーｖＥ_−４０が１００Ｊを超えており、かつＳＲ焼鈍後における引張強さＴＳが６２０ＭＰａを超え、吸収エネルギーｖＥ_−４０が６０Ｊを超えている。これより、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２０の溶接金属は、ＳＲ焼鈍前後において、高い強度及び−４０℃以下での高い靱性が得られることがわかる。

これに対し、いずれかの成分が本発明の含有量の範囲を満たしていないＮｏ．Ｆ２１〜Ｎｏ．Ｆ３０のフラックス入りワイヤを用いて形成したＮｏ．２１〜Ｎｏ．３０の溶接金属は、組成成分の範囲、粒界における炭化物の形態及び断面における酸化物の存在量のうち少なくともいずれかが本発明の規定を満たしていない。また、Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．２９の溶接金属は、ＳＲ焼鈍前における吸収エネルギーｖＥ_−４０が１００Ｊ以下であり、Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．３０の溶接金属は、ＳＲ焼鈍後における吸収エネルギーｖＥ_−４０が６０Ｊ以下であり、ＳＲ焼鈍前及びＳＲ焼鈍後の少なくともいずれかにおいて、４０℃以下での十分な靱性が得られないことがわかる。

以上説明したように、当該溶接金属、溶接構造体及びフラックス入りワイヤは、フラックス入りワイヤを用いるガスシールドアーク溶接で、ＳＲ焼鈍前及びＳＲ焼鈍後において共に高い強度及び−４０℃以下での高い靱性が得られるので、寒冷地での海底油田の掘削及び生産時に建造される海洋構造物等に好適に用いることができる。

１〜１１ 炭化物
Ａ１〜Ａ８ 直線
Ｂ 直径０．４０μｍの真円
Ｃ 円相当直径が０．４０μｍ以上の炭化物
Ｄ 円相当直径が０．４０μｍ未満の炭化物

Claims (9)

1. Ｃ：０．０２質量％以上０．１０質量％以下、
   Ｓｉ：０．１０質量％以上０．６０質量％以下、
   Ｍｎ：０．９０質量％以上２．５質量％以下、
   Ｎｉ：０．２０質量％以上２．００質量％以下、
   Ｃｒ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
   Ｍｏ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
   Ｔｉ：０．０４０質量％以上０．１０質量％以下、
   Ｂ：０．００１０質量％以上０．００５０質量％以下、
   Ｏ：０．０３０質量％以上０．１００質量％以下、
   Ｎ：０質量％超０．０１５質量％以下、
   Ｎｂ＋Ｖ：０．０１質量％以上０．０５質量％以下、
   残部：Ｆｅ及び不可避的不純物
   である組成を有し、
   粒界に存在し、円相当直径が０．４０μｍ以上の炭化物の平均円相当直径が０．７５μｍ以下であり、
   断面を顕微鏡で観察したときに、円相当直径が０．５μｍ以上の酸化物の存在割合が２．０×１０^４個／ｍｍ^２以下である溶接金属。
2. Ｃｕ：０質量％超１．０質量％以下、及び
   Ａｌ：０質量％超０．０１０質量％以下
   からなる群より選択される少なくとも１種の組成をさらに含む請求項１に記載の溶接金属。
3. 請求項１又は請求項２に記載の溶接金属を有する溶接構造体。
4. 全質量に対し、
   Ｃ：０．０２質量％以上０．１２質量％以下、
   Ｓｉ＋Ｓｉ化合物：Ｓｉ換算値で０．１０質量％以上１．００質量％以下、
   Ｍｎ：０．９質量％以上３．５質量％以下、
   Ｎｉ：０．２０質量％以上２．００質量％以下、
   Ｃｒ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
   Ｍｏ：０．１０質量％以上１．００質量％以下、
   Ｔｉ＋Ｔｉ化合物：Ｔｉ換算値で２．５０質量％以上５．１０質量％以下、
   Ｂ＋Ｂ化合物：Ｂ換算値で０．００１質量％以上０．０２０質量％以下、
   Ｎｂ＋Ｖ＋Ｎｂ化合物＋Ｖ化合物：（Ｎｂ＋Ｖ）換算値で０．０１質量％以上０．０５質量％以下を含有し、
   全質量に対する上記Ｓｉ換算値、Ｍｎ及びＴｉ換算値のそれぞれの含有量（質量％）を［Ｓｉ］、［Ｍｎ］及び［Ｔｉ］とした場合、下記式（１）で規定されるＺ２値が５０以上６２未満であることを特徴とするフラックス入りワイヤ。
   Ｚ２値＝３×［Ｓｉ］＋８×［Ｍｎ］＋２０×［Ｔｉ］ ・・・（１）
5. 全質量に対し、Ｆ換算値で０．０５質量％以上０．３０質量％以下のＦ化合物をさらに含有する請求項４に記載のフラックス入りワイヤ。
6. 全質量に対し、（Ｎａ＋Ｋ）換算値で０．０１質量％以上０．３０質量％以下のＮａ化合物、Ｋ化合物又はこれらの組合せをさらに含有する請求項４又は請求項５に記載のフラックス入りワイヤ。
7. 全質量に対し、Ａｌ換算値で０質量％超０．３０質量％以下のＡｌ、Ａｌ化合物又はこれらの組合せをさらに含有する請求項４、請求項５又は請求項６に記載のフラックス入りワイヤ。
8. 全質量に対し、０質量％超１質量％以下のＣｕをさらに含有する請求項４から請求項７のいずれか１項に記載のフラックス入りワイヤ。
9. 全質量に対し、０．２質量％以上０．８質量％以下のＭｇをさらに含有する請求項４から請求項８のいずれか１項に記載のフラックス入りワイヤ。

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