JP3339403B2

JP3339403B2 - 溶接鋼構造物の製造方法および溶接鋼構造物

Info

Publication number: JP3339403B2
Application number: JP07039998A
Authority: JP
Inventors: 信松浦; 昌彦濱田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 2002-10-28
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: JPH11267844A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油、天然ガス等
を輸送するパイプラインや圧力容器として用いられる低
温靭性に優れる引張強さ（TS:Tensile Strength）800〜
1100MPaの高強度溶接鋼構造物、なかでも溶接鋼管、お
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ガス、原油等を長距離輸送するパイ
プラインでは操業圧力の上昇に伴って輸送効率が改善さ
れ、天然ガス、原油等の輸送コストが低減される。操業
圧力を高めるためには、パイプの肉厚を増加させるか、
またはパイプ材を高強度化することが必要である。パイ
プの厚肉化は現地溶接施工能率の低下とパイプの重量増
加による施工効率の低下を生じるので、ラインパイプ材
の高強度化に対するニーズが高まっている。現在、米国
石油協会（ＡＰＩ）は、Ｘ８０グレード鋼（降伏強さ(Y
S)551MPa以上、引張強さ(TS)620MPa以上）を規格化し、
実用に供している。ラインパイプ材のさらなる高強度化
を達成するために、Ｘ８０グレード鋼の製造技術を基に
多くの検討がなされ、Ｘ１００グレード鋼（YS:689MPa
以上、TS:760MPa以上）程度までが製造可能であること
が明らかにされている。

【０００３】これらの鋼は微細なベイナイトを主相とす
るが、この金属組織の特性から考えて高強度化はＸ１０
０程度が限界と考えられている。一方、特開平８−２６
９５４２号公報および特開平８−１９９２９２号公報等
では９５０ＭＰａ以上のＴＳを有する低温靭性および現
地溶接性に優れた鋼が製造可能であることが開示されて
いる。これらの発明により高強度で、かつ靭性と現地溶
接性（比較的小入熱での耐低温割れ特性）に優れた溶接
鋼管用鋼材の製造が可能となった。しかし、これらの発
明の開示において明らかにされた溶接性は現地での鋼管
同士の円周溶接性と再現熱サイクル試験により評価した
-20℃での溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性のみであっ
た。しかしながら、これらの性能に優れていても、優れ
た靭性等を有する溶接金属が提供されなければ溶接鋼構
造物、なかでも溶接鋼管は製造することができない。実
際に、高強度溶接鋼管を製造するためには高強度で、か
つ靭性に優れた溶接金属の開発が必須であるが、これま
でのところ、このような溶接金属は実現していない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、靭性
に優れたTS800〜1100MPaの溶接鋼構造物、なかでも溶接
鋼管を提供することにある。すなわち、母材および溶接
金属のＴＳが800〜1100MPaであり、かつ靭性に優れた溶
接金属を確保する溶接鋼管の製造方法、および当該溶接
鋼管の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】TS600MPa程度の比較的強
度の低い高張力鋼用溶接金属の靭性を高める方法とし
て、溶接金属中のAlとOの含有率の比Al/Oの範囲を0.3〜
1.0として、その金属組織をアシキュラーフェライト主
体とする方法が知られている。しかし、TS800〜1100MPa
を確保するためには合金元素を高める必要があり、この
結果、溶接金属の焼入性が高くなり上部ベイナイトおよ
び下部ベイナイトを主相とする組織となる。このような
組織では良好な靭性を安定して得ることが困難である。

【０００６】本発明者は、合金元素を高めてもAl/Oを適
切な範囲に制御すれば、アシキュラーフェライトを主相
とする組織とすることができ、その結果、強度と靭性を
兼ね備えた溶接金属を得ることができることを確認する
ことができた。

【０００７】また、高強度でアシキュラーフェライトを
主相とする溶接金属を得るためにはB含有率の制御も重
要であることを見いだした。アシキュラーフェライトを
主相とする従来の溶接金属では、Bが0.002〜0.005%含有
されている。しかし本発明のような高強度とするため合
金元素を多量に含む溶接金属では20ppmを超えるようなB
は、上部ベイナイト等のラス状組織の生成を促進し、高
靭性を得るためには過剰である。Bは、通常、粒界での
フェライト変態抑制のために添加されるが、合金元素を
高濃度に含む溶接金属では焼入性が増すため、必要B量
が低下することがその原因と考えられる。本発明の強度
範囲ではBを0.0015%以下とすることにより良好な靭性が
確保できる。

【０００８】アシキュラーフェライト主体の溶接金属の
TSは、その化学組成により決まるが、TSを正確に予測す
るのことはきわめて困難である。

【０００９】図１は、アシキュラーフェライト主体の溶
接金属での、溶接割れ感受性指数(Pcm)と溶接金属TSと
の関係を示す。図１において、同一のPcmを有する場合
であっても、溶接金属のTSに大きなばらつきが生じるこ
とが明らかである。そこで本発明者らは、より精度の高
い溶接金属のTS予測方法を検討した結果、TSp指数によ
る予測方法を見いだすことができた。

【００１０】図２は、図１に示したTSをTSpについてプ
ロットした図である。図２から明らかなように、溶接金
属のTSは、PcmよりもTSpとより強い相関がある。このTS
pを用いることによりアシキュラーフェライト相を主相
とする溶接金属の強度を安定して800〜1100MPaの範囲内
に入れることが可能となった。

【００１１】本発明は上記事項を基になされたものであ
りその要旨は、下記の溶接鋼構造物の製造方法および溶
接鋼構造物にある。

【００１２】（１）引張強さ800〜1100MPaの溶接鋼構造
物の製造方法であって、引張強さ800〜1100MPaを有する
鋼である母材、Al:0.005〜0.2wt%とO:0.02wt%以下とを
含む鋼である高張力鋼用溶接ワイヤ、および下記式の
塩基度が1.0〜3.0の高塩基度フラックスを用いてサブマ
ージアーク溶接を行うことにより、溶接金属の下記式
の指標TSpが800〜1100で、かつAl/Oが下記式を満たす
ようにする溶接鋼構造物の製造方法。

【００１３】 TSp=770C+260Si+135Mn+6Cu+80Ni+ 70Cr+135Mo+400V+200Nb+290 ・・・・・・・・ Al/O: TSp＜900のとき:Al/O≦2.4-0.002・TSp TSp≧900のとき:Al/O≦0.6 ・・・・・・・ここで、式、式の元素記号は、各元素の鋼中の含有
率（重量％）を表す。

【００１４】ここで、式の化学式は、化学式で表示される化合物の
フラックス中の含有率（重量％）を表す。

【００１５】（２）母材はTS800〜1100MPaの鋼であり、
溶接金属は、重量%で、C:0.01〜0.15%、Si:0.02〜0.6
%、Mn:0.3〜3%、Al:0.004〜0.06%、Ti:0.003〜0.05%、O
:0.005〜0.06%、およびB≦0.0015%を含み、さらにCu：
0〜2%、Ni:0〜3%、Cr:0〜2%、Mo:0〜2%、V:0〜0.1%、お
よび Nb:0〜0.1%、の１種以上を含み、上記式のTSpが
800〜1100の範囲にあり、かつAl/Oが上記式を満たす
鋼である溶接鋼構造物（「発明２」とする）。

【００１６】上記の「溶接鋼構造物」は、溶接鋼構造物
であればよいが、なかでも溶接鋼管が該当する。母材は
主として厚鋼板を対象とするが、熱延鋼板、継目無鋼
管、または溶接鋼管であってもよい。上記の各発明にお
いて母材が溶接鋼管の場合には、発明の対象である溶接
鋼構造物はパイプラインとなる。

【００１７】（１）に記載する高張力鋼用ワイヤは、い
わゆるハイテン６０(TS:590MPa)以上用の溶接ワイヤな
らばいずれでもよい。とくにハイテン８０(TS:780MPa)
以上用のワイヤが望ましい。また、とくに、高強度溶接
鋼管用に製造されたワイヤでもよい。溶接金属の組織
はアシキュラーフェライトを主相とするが、TSpおよびA
l/Oを上記の範囲に限定することにより自動的にこのよ
うな組織とできるので、組織の限定は設けない。

【００１８】「溶接鋼構造物」は海洋構造物、タンク等
の構造物であってもよい。母材の大部分が上記の鋼であ
れば、他の金属の付属物が取り付けられていても、当
然、本発明に含まれる。

【００１９】

【発明の実施の形態】つぎに本発明を上記のように限定
した理由について説明する。

【００２０】１．溶接金属の化学組成以下に成分元素の限定範囲および限定理由について述べ
る。以後の説明で「％」は「重量％」を表す。

【００２１】Ａｌ：０．００４〜０．０６％Ａｌは脱酸剤として重要な元素であり、その効果を得る
には少なくとも０．００４％は溶接金属中に残留させる
必要がある。一方、０．０６％を超えると上部ベイナイ
ト等のラス状組織を生成し靭性が劣化するので０．０６
％以下とする。後述するようにＯ(酸素)およびＡｌ／Ｏ
の上限によっても、このＡｌの上限はさらに制限され
る。

【００２２】なお、ここに述べるＡｌは、酸化物および
非酸化物としてのＡｌの両方、すなわち酸不溶Ａｌおよ
び酸可溶Ａｌの両方を含む。

【００２３】Ｏ(酸素)：０．００５〜０．０６％Ｏは不可避的に溶接金属に含有される。Ｏの増加は酸化
物の増加に直結しシャルピー衝撃試験の上部棚エネルギ
ーを減少させる。このため、Ｏは低いほど好ましく、そ
の許容できる上限値は０．０６％、好ましくは０．０４
％である。下限値については一般的に行われる溶融溶接
（サブマージアーク溶接(SAW:SubmergedArc Welding)、
ガスメタルアーク溶接(GMAW:Gas Metal Arc Welding)、
レーザー溶接等）での限界を考慮して０．００５％とす
る。

【００２４】Ａｌ／Ｏ：ＴＳｐ＜９００のとき：（２．４−０．００２×ＴＳ
ｐ）以下ＴＳｐ≧９００のとき：０．６以下溶接金属中のＡｌとＯの比（Ａｌ／Ｏ）が後述するＴＳ
ｐにより算出される上記範囲を超える場合には、ラス状
の組織が主体となり良好な靭性を得ることが困難とな
る。Ａｌ／Ｏが上記の範囲にあるとき、溶接金属の組織
はアシキュラーフェライト主体となり安定して良好な靭
性を得ることが可能となる。ＴＳｐ９００を境にＡｌ／
Ｏの上限を変えたのは、ＴＳｐが９００以上の範囲で
は、Ａｌ／Ｏが０．６以下であれば、０．６未満の低い
値、すなわち(2.4-0.002・TSp)以下にしなくても良好な
靭性が得られるからである。

【００２５】なお、TSが８００ＭＰａ未満の溶接金属に
おいてはＡｌ／Ｏが０．３未満程度の低い値の場合に
は、粗大な粒界フェライトが生成し靭性が劣化する。そ
のため良好な靭性を得るにはＡｌ／Ｏをおよそ０．３以
上に管理することが望ましい。しかしながら本発明のよ
うにTS800〜1100MPaのレベルの場合には、Ａｌ／Ｏの下
限を特に限定しなくても粒界フェライト生成による靭性
低下は生じない。

【００２６】ＴＳｐ：８００〜１１００上述のように個々の元素の含有率を限定するだけでは不
十分であり、ＴＳｐを８００≦ＴＳｐ≦１１００（TSp=
770C+260Si+135Mn+6Cu+80Ni+70Cr+135Mo+400V+200Nb+29
0）とする必要がある。ＴＳｐが８００未満の場合、十
分なTSが得られず、一方、１１００を超えるとラス状組
織が増加し良好な靭性の安定確保が困難となる。

【００２７】Ｃ：０．０１〜０．１５％Ｃは溶接金属のTSを確保するために添加される。その効
果を得るためには０．０１％以上が必要である。一方、
過剰なＣは炭化物の析出量の増加および炭化物の粗大化
を招き靭性を劣化させる。このため、上限を０．１５％
とする。

【００２８】Ｓｉ：０．０２〜０．６％Ｓｉは溶接金属の強度を確保すると同時に脱酸剤として
重要な元素である。その効果を得るために最低０．０２
％は溶接金属中に残留させる必要がある。しかし、過剰
なＳｉは溶接金属の靭性低下の原因となるとともに耐割
れ感受性の劣化を生ずるので、その上限を０．６％とす
る。

【００２９】Ｍｎ：０．３％〜３％ＭｎはＳｉと同様、溶接金属の強度を確保すると同時に
脱酸剤として重要な元素である。その効果を得るために
最低０．３％は必要である。しかし、過剰なＭｎは溶接
金属の靭性低下の原因となるとともに耐割れ感受性の劣
化を生ずるので、その上限を３％とする。

【００３０】Ｔｉ：０．００３〜０．０５％Ｔｉは脱酸剤として重要な元素であり、また、焼入性を
高め高強度を安定して得られるようにする効果を有す
る。その効果を得るためには０．００３％が必要であ
る。一方、過剰なＴｉはＴｉＣの析出を生じ溶接金属の
靭性を著しく劣化させるので上限値を０．０５％とす
る。

【００３１】Ｂ：０．００１５％以下ＢはＴＳ８００ＭＰａ未満の溶接金属においては粗大な
粒界フェライトの析出を抑制し靭性を改善する重要な元
素である。しかし本発明が対象とする高強度の溶接金属
においてはＢは特に含まなくても、微細なアシキュラー
フェライトが均一に生成する。逆に過剰なＢはラス状組
織の生成を促し靭性を損なう。したがって、Ｂの下限は
とくに設けない。一方Ｂは０．００１５％を超えると、
上記したように靭性が劣化するので０．００１５％以下
とする。

【００３２】Ｃｕ：０〜２％、Ｎｉ：０〜３％以下、Ｃ
ｒ：０〜２％、Ｍｏ：０〜２％、Ｖ：０〜０．１％、Ｎ
ｂ：０〜０．１％溶接金属はこれらの元素のうち１種以上を含むこととす
る。但し、いずれの元素を含む場合でも、過剰な含有率
は靭性や耐割れ性を劣化させるので、その上限は上記に
定める値とする。

【００３３】また、不可避的不純物は少ない方が望まし
いが、特にＰ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０１％以下であれば本発明の特徴をなんら損な
うものではない。

【００３４】２．溶接方法溶接方法は、発明１ではＳＡＷ法に限定するが、発明２
ではどのような溶接方法で溶接してもよい。しかし、発
明２においても、溶接鋼構造物が溶接鋼管であり、後記
するＵＯＥ製管法による場合には、その縦シーム溶接に
はＳＡＷ溶接法を用いるのが好ましい。ＳＡＷ法を用い
るのは、つぎに説明するように入熱を容易に高くでき、
したがって溶接能率を高めることができ、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
すいからである。

【００３５】ＳＡＷ法において、入熱３ｋＪ／ｍｍ未満
の場合は冷却速度が大きいためにＴＳは確保しやすい
が、とけ込み不足等の溶接欠陥を発生しやすくなり、か
つ溶接鋼管の縦シームの溶接能率が大きく低下するの
で、入熱は３ｋＪ／ｍｍ以上とするのが望ましい。一
方、入熱が１０ｋＪ／ｍｍを超えると、上記した溶接金
属中のＡｌ等の合金元素を調節してもＴＳ９００ＭＰａ
以上を確保することができなくなるので１０ｋＪ／ｍｍ
以下とするのがよい。なお、ＳＡＷ法による多電極１プ
ール溶接の場合は、溶接入熱は、１パスあたりの各電極
の入熱の合計をさす。

【００３６】ＳＡＷ法によって、溶接金属中のＡｌ／Ｏ
を所定の範囲に入れるためには、ワイヤ中のＡｌとＯ、
およびフラックスの選定が重要である。ワイヤ中のＡ
ｌ：０．００５〜０．２％、Ｏ：０．０２％以下とす
る。ワイヤ中のＡｌが０．００５％未満では、溶接金属
中のＡｌ含有率０．００４％以上を確保できず粒界フェ
ライトが生成し靭性が劣化する。一方、０．２％を超え
ると溶接金属中の非金属介在物が増大し、衝撃試験の吸
収エネルギーが低下する。Ｏの上限を０．０２％とする
のは、ワイヤに線引きする加工性を確保するためであ
り、溶接金属中のＯの制御はもっぱらフラックスによっ
て行われる。ワイヤ中のＯは低いほどよいが、線引き加
工に影響しないレベルにまで低くする必要はない。した
がって、例えば、０．００５％程度を下限とすることが
精錬費用の抑制の点から望ましい。

【００３７】フラックスは、たとえば、ＳｉＯ_２：２
０〜４０重量％、ＭｎＯ：約２０重量％、ＣａＯ：１０
〜３０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：５〜２０重量％、ＴｉＯ₂ ：
１〜５重量％、ＣａＦ₂ ：０〜４０重量％を含む、塩基
度１．０〜３．０のいわゆる高塩基度フラックスを用い
る。ここに、塩基度は、式の塩基度＝(CaO+MgO+CaF₂+
0.5MnO)／{SiO₂+0.5(Al₂O₃+TiO₂)}で定義される値であ
る。ここに、式中の各化学式は化学式で表示される化
合物のフラックス中での含有率（重量％）を表示する。
フラックスの塩基度が１．０未満では、Ｏが過剰とな
り、Ａｌ／Ｏが小さくなり粒界フェライトが生成し靭性
が低下する。一方、塩基度が３．０を超えると湯流れが
悪くなりビード形状等が劣化する。

【００３８】ワイヤの化学組成については後述する。

【００３９】その外の溶接鋼構造物を製造するのにＧＭ
ＡＷ法を用いる場合は、溶接入熱はＳＡＷ法よりも低い
範囲とするのがよく、たとえば７ｋＪ／ｍｍ以下とする
のが望ましい。発明２において、ＧＭＡＷ法等でＡｌ／
Ｏを上記の範囲に入れるためには、雰囲気中のＣＯ₂濃
度を調節して行う。

【００４０】なお、発明１または発明２において、ＴＳ
pを所定の範囲に入れるためには、各成分元素は母材、
溶接ワイヤ、フラックスのいずれから添加してもよく、
最終的に得られた溶接金属の成分が上記限定範囲内にあ
るならば本発明の特徴をなんら失うことはない。ＴＳp
に現れる合金元素は、雰囲気等によってワイヤから溶接
金属への歩留りが大きく変動することはないので、ワイ
ヤから溶接金属への歩留りを８０〜９０％と見込んで、
容易に目標とするＴＳpを得ることができる。

【００４１】ＡｌおよびＯ以外のワイヤ中の合金成分に
ついてはとくに限定することはしないが、つぎの組成の
鋼のワイヤ等を用いることが望ましい。

【００４２】Ｃ：０．０２〜０．２％ワイヤ中のＣは溶接金属のＣを適量にして強度を確保す
るために含まれる。その効果を得るために、Ｃの下限は
０．０２％とすることが望ましい。一方、Ｃが過剰にな
ると溶接割れを発生するので、その上限を０．２％とす
るのがよい。

【００４３】Ｓｉ：０．２５〜０．９％Ｓｉは溶接金属の強度を確保すると同時に脱酸剤として
重要な元素である。その効果を得るために下限を０．２
５％とするのがよい。一方、過剰なＳｉは溶接金属の靭
性低下の原因となるとともに耐割れ感受性の劣化を生ず
ることから、その上限を０．９％とすることが望まし
い。

【００４４】Ｍｎ：０．７〜４％ＭｎはＳｉと同様、溶接金属の強度を確保すると同時に
脱酸剤として重要な元素である。その効果を得るため
に、下限を０．７％とするのがよい。しかし、ワイヤ中
の過剰なＭｎは溶接金属の過剰なＭｎの原因となり、溶
接金属の靭性低下および耐割れ感受性の劣化を生ずるの
で、その上限を４％とすることが望ましい。

【００４５】Ｔｉ：０．０１〜０．０５％Ｔｉは脱酸材として重要な元素である。また、ワイヤは
連続鋳造法を経て製造されるのが普通であるが、Ｔｉが
０．０１％未満では連続鋳造ビレットの表面にひび割れ
を生じるので健全なワイヤを得るため０．０１％以上と
することが望ましい。一方、過剰なＴｉは溶接金属中に
多量のＴｉＣを生じ溶接金属の靭性を著しく劣化させる
ので、その上限値を０．０５％とするのがよい。

【００４６】Ｂ：０．００２％以下Ｂは上記したように粒界フェライトの生成を抑制する効
果があるので、ワイヤにも０．００３５％程度含まれる
のが普通である。しかし、本発明（「発明２」）のよう
に溶接金属のＢを低い範囲に限定する場合にはワイヤ中
のＢは０．００２％程度以下であることが望ましい。

【００４７】Ｃｕ：０〜１．２％Ｃｕは含まなくてもよい。Ｃｕは鋼中にεＣｕを析出し
て強度上昇に有効なので、より高強度とする場合には含
有させる。含有させる場合、１．２％を超えると溶接金
属に割れを生じる場合があるので１．２％以下にするの
がよい。

【００４８】Ｎｉ：０〜３％、Ｎｉは含まなくてもよ
い。Ｎｉは溶接金属の靭性を向上させる作用があるの
で、とくに高靭性を指向する場合には含有させる。含有
させる場合、３％を超えると、溶接時に湯流れが悪くな
り溶接能率が低下するので、上限を３％以下とすること
が望ましい。

【００４９】Ｃｒ：０〜１．２％、Ｃｒは含まなくても
よい。Ｃｒは焼入性を向上させる作用があるので、より
入熱を高めた結果、溶接金属の冷却速度が遅くなり、下
部ベイナイトが生成しにくい場合には含ませる。Ｃｒを
含む場合、１．２％を超えると溶接割れを生じ易くなる
ので１．２％以下とするのがよい。

【００５０】Ｍｏ：０〜１％、Ｍｏは含まなくてもよ
い。Ｍｏは焼入性を高め、かつ析出硬化を生じともに強
度向上に寄与するので、溶接入熱を高める場合にはＭｏ
を含ませる。Ｍｏを含む場合、１％を超えると溶接割れ
の危険性が高くなるので１％以下とするのがよい。

【００５１】Ｖ：０〜０．０８％、Ｖは含まなくても
よい。Ｖは析出硬化を生じ強度上昇に有効なので、より
高強度とする場合には添加する。しかし、０．０８％を
超えると溶接割れが発生しやすくなるので、含有させる
場合でも０．０８％以下とすることが望ましい。

【００５２】Ｎｂ：０〜０．０８％Ｎｂは含まなくてもよい。Ｎｂは焼入性を高め、かつ析
出硬化を生じ強度上昇に寄与するので、溶接入熱が高い
場合、または高強度とする場合には含有させる。しか
し、０．０８％を超えると溶接金属の靭性が著しく劣化
し溶接割れを生じやすくなるので０．０８％以下とする
のがよい。

【００５３】ワイヤ中のＰ、Ｓ、Ｎ等の不可避的不純物
のうちＰ、Ｓ等は溶接金属に移行して溶接金属の靭性を
低下させるので、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％
以下とすることが望ましい。また、Ｎはワイヤの製造に
あたって表面疵に起因して線引き等において問題を発生
しないように０．０１％以下とすることが望ましい。

【００５４】３．母材本発明はＴＳ８００ＭＰａ以上の溶接鋼構造物を対象と
するので、母材のＴＳは８００ＭＰａ以上でなければな
らない。かつ、良好な靭性を母材において確保するため
に、母材の金属組織はマルテンサイトと下部ベイナイト
の混合組織であることが望ましい。

【００５５】４．溶接鋼管の製造方法溶接鋼構造物が溶接鋼管である場合、当該溶接鋼管の製
造方法は、ＵＯＥ製管法等で行うのがよい。すなわち、
鋼板をＵプレスし、Ｏ形断面にさらに加工し、突き合わ
された端面同士をＳＡＷ法によりシーム溶接し、拡管
（Ｅｘｐａｎｄ）する製管法等が該当する。

【００５６】

【実施例】本発明の効果を実施例を用いて説明する。

【００５７】表１は、試験に供した溶接金属の化学組成
を示す。

【００５８】母材は、C:0.05〜0.10%、Si:0.05〜0.15
%、Mn:1.0〜1.8%、P:0.003〜0.008%、S:0.001〜0.003
%、Cu:0.01〜0.40%、Ni:0.10〜1.50%、Cr:0.05〜0.50
%、Mo:0.10〜0.60%、Al:0.01〜0.03%を含有し、かつ他
の元素を適宜含有した５種類の鋼板を用いた。この母材
の金属組織はマルテンサイトと下部ベイナイトの混合組
織であり、ＴＳの範囲は800〜1050MPaであった。

【００５９】溶接方法は４電極のＳＡＷ法を用い、両面
１層づつの溶接を実施した。溶接入熱は両面とも約４０
kJ/cm とした。溶接に用いたワイヤはC:0.04〜0.10%、S
i:0.20〜0.30%、Mn:1.0〜2.8%、P:0.005〜0.010%、S:0.
003〜0.008%、Cu:0〜0.2%、Ni:0〜15.0%、Cr:0〜20.0
%、Mo:0〜2.5%、Al:0.01〜0.2%を含み、かつ他の元素を
適宜含有した８種類を用いた。これらのワイヤの組合わ
せを変更することにより溶接金属の化学組成を調整し
た。また、フラックスには塩基度1.7〜2.3、B₂O₃含有率
0.05〜0.5%の３種類を使用した。

【００６０】

【表１】

【００６１】表１において、番号１７および１８は、発
明２に対しては比較例であるが、発明１については実施
例である。その外の本発明例は、発明１および発明２の
両方の実施例である。

【００６２】溶接金属の化学組成は、溶接ワイヤの化学
組成を上記した組成の範囲内で変化させ、また、フラッ
クス塩基度およびフラックス中のB₂O₃含有率も併せて調
整することにより、変化させた。

【００６３】上記した母材に、溶接入熱量30〜100kJ/cm
にてＳＡＷ法により溶接を施した。得られた溶接金属か
ら直径6mm、平行部長さ40mmの丸棒引張試験片（JIS Z 2
201 2号）を採取しTSを測定した。また溶接金属中央に
切欠きを有するJIS4号シャルピ試験片(10mm角、2mmVノ
ッチ:JIS Z 2202 4号)を採取し、試験温度-20℃で試験
を実施し吸収エネルギを測定した。

【００６４】結果を上記表１に示す。本発明例はいずれ
も800〜1100MPaのTSとvE-20℃≧50Jの高い靭性を有して
いる。本発明例1〜3はTSpを830前後としてMn,Ni,Cr,Mo
等の含有率を変化させたものである。いずれの本発明例
においてもTSは830MPa前後とほぼ同レベルである。靭性
はいずれもvE-20℃が150J以上の値を示し良好である。
これに対しTSpの下限値に達しない比較例4,5ではTSが80
0MPaに達しなかった。試験番号6〜10はAlを除く成分を
ほぼ同一としてAlの影響を検討したものである。Al/O≦
0.6の範囲にある本発明例6〜8では靭性はいずれもvE-20
℃は100J以上の値を示し良好であった。これに対してAl
/Oが0.8を超える比較例9,10ではvE-20℃が30J前後の低
値となった。一方、本発明例11は比較例9とAlレベルを
同等としながらO(酸素)を増加させることによりAl/Oの
値を発明１および発明２の定義範囲内としたものであ
る。靭性はvE-20℃が105Jと、比較例9に比べ明らかに改
善された結果が得られた。本発明例12〜14はTSpを1050
前後としてMn,Ni,Cr,Mo等の含有率を変化させたもので
ある。いずれの実施例においてもTSは1060MPa前後のレ
ベルであり、靭性はいずれもvE-20℃で80J前後の値を示
し良好であった。これに対しTSpが1100MPaを超える比較
例15,16ではTSは十分高いが、vE-20℃が20J前後の低値
となった。また、比較例17,18は溶接金属中へのB含有率
を0.0015%(15ppm)以上としたものである。Bを除く他の
成分は本発明例2あるいは本発明例6とほぼ同等であるに
も関わらずvE-20℃は非常に良好とはいえない結果が得
られた。これらの実施例により、各溶接金属成分値が本
発明の限定範囲内にあるものについては靭性の高い高強
度溶接金属が得られているのに対し、この範囲をはずれ
ているものについては靭性あるいは強度のいずれかが劣
化することが明らかとなった。

【００６５】

【発明の効果】本発明により靭性に優れた800MPa以上の
TSの溶接金属を有する高強度溶接鋼構造物、なかでも溶
接鋼管を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接金属の溶接割れ感受性指数Pcmと溶接金属
のTSとの関係を示す。

【図２】溶接金属の指標TSpと溶接金属のTSとの関係を
示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｂ 38/06 38/06 38/58 38/58 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/18 B23K 9/23

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】引張強さ800〜1100MPaの溶接鋼構造物の製
造方法であって、引張強さ800〜1100MPaを有する鋼であ
る母材、Al:0.005〜0.2wt%とO:0.02wt%以下とを含む鋼
である高張力鋼用溶接ワイヤ、および下記式の塩基度
が1.0〜3.0の高塩基度フラックスを用いてサブマージア
ーク溶接を行うことにより、溶接金属の下記式の指標
TSpが800〜1100で、かつAl/Oが下記式を満たすように
することを特徴とする靭性に優れる溶接鋼構造物の製造
方法。 TSp=770C+260Si+135Mn+6Cu+80Ni+ 70Cr+135Mo+400V+200Nb+290 ・・・・・・・・ Al/O: TSp＜900のとき:Al/O≦2.4-0.002・TSp TSp≧900のとき:Al/O≦0.6 ・・・・・・・ここで、式、式の元素記号は、各元素の鋼中の含有
率（重量％）を表す。ここで、式の化学式は、化学式で表示される化合物の
フラックス中の含有率（重量％）を表す。
【請求項２】母材は引張強さ800〜1100MPaの鋼であり、
溶接金属は、重量%で、 C :0.01〜0.15% Si:0.02〜0.6% Mn:0.3〜3% Al:0.004〜0.06% Ti:0.003〜0.05% O(酸素):0.005〜0.06%、およびB ≦0.0015%を含み、さ
らにCu:0〜2%、Ni:0〜3%、Cr:0〜2%、Mo:0〜2%、V:0〜
0.1%、およびNb:0〜0.1%のうちの１種以上を含み、下記
式のＴＳpが800〜1100の範囲にあり、かつAl/Oが式
を満たす鋼であることを特徴とする溶接鋼構造物。 TSp=770C+260Si+135Mn+6Cu+80Ni+ 70Cr+135Mo+400V+200Nb+290 ・・・・・・・・ Al/O: TSp＜900のとき:Al/O≦2.4-0.002・TSp TSp≧900のとき:Al/O≦0.6 ・・・・・・・式および式の各元素記号は、各元素の鋼中の含有率
（重量％）を表す。