JP5052997B2 - Multi-electrode submerged arc welding method - Google Patents

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Description

本発明は、高強度ラインパイプあるいは高強度水圧鉄管等の溶接において、強度と靭性が要求される溶接金属を作成する際に使用する下向き多電極サブマージアーク溶接方法に関する技術である。   The present invention relates to a downward multi-electrode submerged arc welding method used for producing a weld metal that requires strength and toughness in welding of a high-strength line pipe or a high-strength hydraulic iron pipe.

下向き多電極サブマージアーク溶接は、複数の電極を用いて1つの溶融池を作成する溶接方法で、高速でかつ大溶着量で溶接できるため鋼管や大型構造物の溶接等に多く使用されているサブマージアーク溶接方法である。   Downward multi-electrode submerged arc welding is a welding method that uses a plurality of electrodes to create a single weld pool, and can be welded at high speed and with a large amount of welding, so it is often used for welding steel pipes and large structures. This is an arc welding method.

このサブマージアーク溶接の溶接金属に要求される特性の一つに靭性がある。溶接金属の靭性は溶接金属中の酸素量を最適化することで向上できることは、多くの研究成果から言われている点で、これに基づき溶接材料の開発が進められている。近年溶接構造物の大型化や、施工コスト低減を目的に用いる鋼材は高強度化が進み、これに伴い用いる溶接金属も高強度化が進んでいる。しかし、溶接金属では強度が高くなれば一般に靭性が低下する傾向にあるため、高強度鋼になるにほど、溶接金属の靭性を確保するために酸素量の制御方法はより重要となる。   One of the characteristics required for the weld metal of this submerged arc welding is toughness. The fact that the toughness of weld metal can be improved by optimizing the amount of oxygen in the weld metal is said to be based on many research results, and based on this, the development of welding materials is underway. In recent years, steel materials used for the purpose of increasing the size of welded structures and reducing construction costs have been increasing in strength, and in connection with this, the strength of weld metals used has also been increasing. However, since the toughness generally tends to decrease as the strength of the weld metal increases, the method of controlling the amount of oxygen becomes more important to ensure the toughness of the weld metal as the strength of the steel increases.

従来、サブマージアーク溶接金属の酸素量は使用するフラックスの組成を調整し制御していた。例えば、特許文献1ではUO鋼管でX100クラスの高強度鋼に対して溶接金属のTiおよび酸素を低減することにより、低温靭性を確保している。また、特許文献2では、母材や溶接金属の化学組成を限定して、フラックスを使用することにより溶接金属の靭性を向上させようとしている。さらに、特許文献3、特許文献4、特許文献5あるいは特許文献6では、具体的に酸素を低減する手段としてフラックスの組成を最適化することにより、溶接金属の酸素量を低減し、且つビード形状等の溶接性を確保している。また特許文献7あるいは特許文献8では強度が800MPa以上の溶接金属に対して、溶接金属の酸素量およびAlと酸素の比率を制御することにより、溶接金属の靭性を確保して使用としている。   Conventionally, the oxygen content of the submerged arc weld metal has been controlled by adjusting the composition of the flux used. For example, in patent document 1, low temperature toughness is ensured by reducing Ti and oxygen of a weld metal with respect to X100 class high strength steel with a UO steel pipe. Moreover, in patent document 2, it is trying to improve the toughness of a weld metal by limiting the chemical composition of a base material and a weld metal, and using a flux. Further, in Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5 or Patent Document 6, the oxygen content of the weld metal is reduced by optimizing the composition of the flux as means for specifically reducing oxygen, and the bead shape. The weldability such as is secured. In Patent Document 7 or Patent Document 8, the weld metal having a strength of 800 MPa or more is used by ensuring the toughness of the weld metal by controlling the oxygen content of the weld metal and the ratio of Al to oxygen.

特開2004−43911公報JP 2004-43911 A 特開平3−285770号公報JP-A-3-285770 特開平5−375号公報JP-A-5-375 特開平7−256488号公報JP 7-256488 A 特開平9−262692号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-262692 特開2004−154840公報JP 2004-154840 A 特開平11−2678844号公報JP-A-11-2678844 特開2000−96187公報JP 2000-96187 A

しかし、特許文献1においては溶接金属の低酸素化の効果については詳細に開示しているがその低酸素化の方法についてまでは開示していない。また、特許文献2では、母材の化学組成やワイヤの化学組成で溶接金属の組織を制御し靭性を向上させようとしているが、溶接金属のPcmが低く、すなわち低強度の溶接金属にしか適用できない。さらに、フラックスの具体的な処方までは開示されていない。これに対して、特許文献3、特許文献4、特許文献5あるいは特許文献6では具体的に低酸素化の実現方法としてフラックスの成分を検討しその方法を明らかにし、さらにワイヤの化学組成も検討し、靭性の向上手段を明らかにしていが、これらの溶接材料を使用する前提がSM490やX65相当の低強度の鋼材あるいは溶接金属である。   However, Patent Document 1 discloses in detail the effect of oxygen reduction of the weld metal, but does not disclose the method of oxygen reduction. Further, in Patent Document 2, an attempt is made to improve the toughness by controlling the structure of the weld metal by the chemical composition of the base metal or the chemical composition of the wire, but it is applicable only to the weld metal having a low Pcm of the weld metal, that is, a low strength. Can not. Furthermore, no specific prescription of the flux is disclosed. On the other hand, Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5 or Patent Document 6 specifically examines the components of the flux as a method for realizing hypoxia, clarifies the method, and further examines the chemical composition of the wire. Although the means for improving the toughness has been clarified, the premise of using these welding materials is a steel material or weld metal having a low strength equivalent to SM490 or X65.

一方、先に述べた様に近年では800MPa以上の高強度鋼の溶接構造物への適用の要望が高まっている。これらの鋼材に適用する800MPa以上の高強度溶接金属では強度を得るため合金元素が高く、そのため溶融金属の粘性などの物性が低強度の溶接金属とは変わる。そのため、特許文献3、特許文献4、特許文献5あるいは特許文献6で開示されている様な、低強度溶接金属への使用を前提とした組成の塩基度の高いフラックスを、この様な高強度溶接金属を作成する際に使用した場合、図1に示す様なビード頂部にスラグインが発生するという新たな問題が発生するようになってきた。頂部スラグインとは溶接ビートの余盛り頂上付近の溶接金属内に発生する直径0.1mmから2.0mm程度のスラグインである。これは溶接中に溶融した溶接金属中の溶融スラグが浮上しきれずに、溶接ビード頂部の溶接金属内部に残留したもので、欠陥として認識される。特許文献7では強度が800MPa以上の溶接金属に対して、Alと酸素の比率や用いるフラックスの塩基度を制御して溶接金属の靭性を確保しているが、用いるフラックスの成分にまでは検討を加えておらず、やはり頂部スラグインの問題が発生する。特許文献8でも溶接金属のAlと酸素量の比を制御することにより溶接金属の靭性は確保しようとしているが、酸素の制御方法にまでは言及していない。特に、市販のフラックスを使用しており頂部スラグインの問題が回避できていない。   On the other hand, as described above, in recent years, there has been an increasing demand for application of high strength steel of 800 MPa or more to a welded structure. High strength weld metals of 800 MPa or higher applied to these steel materials have high alloying elements in order to obtain strength, and therefore physical properties such as viscosity of molten metal are different from those of low strength weld metals. Therefore, a high basicity flux having a composition premised on use for low-strength weld metal, such as disclosed in Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5, or Patent Document 6, is used for such a high strength. When used when producing a weld metal, a new problem has arisen that slag-in occurs at the top of the bead as shown in FIG. The top slag-in is a slag-in having a diameter of about 0.1 mm to 2.0 mm generated in the weld metal in the vicinity of the top of the weld beat surplus. This is because the molten slag in the weld metal melted during welding does not float up and remains inside the weld metal at the top of the weld bead and is recognized as a defect. In patent document 7, the strength of weld metal is secured by controlling the ratio of Al and oxygen and the basicity of the flux to be used for a weld metal having a strength of 800 MPa or more. Not added, again the problem of top slag in occurs. Patent Document 8 also attempts to ensure the toughness of the weld metal by controlling the ratio of the amount of Al and oxygen in the weld metal, but does not mention an oxygen control method. In particular, since a commercially available flux is used, the problem of the top slag in cannot be avoided.

本発明者らは、この問題を解決するために頂部スラグインの生成傾向について検討した。その結果、頂部スラグインの発生傾向は主に、溶接金属の粘性、溶融スラグの粘性および溶融金属と溶融スラグの界面張力の影響を受けることが判明した。溶接金属の粘性は溶接金属の組成により変化する。また、溶融スラグの粘性はスラグの成分により変化する。溶融金属と溶融スラグとの界面張力も溶接金属の成分と、溶融スラグの成分より変化する。一方、溶接金属の成分は溶接金属の強度を得るために最適化されている。また、溶融スラグの成分は当然フラックスの成分により決まる。そこで発明者らは、溶接金属の強度とフラックスの成分とにより頂部スラグインの発生傾向が整理することを試みた。   In order to solve this problem, the present inventors examined the tendency of top slag-in formation. As a result, it was found that the generation tendency of the top slag-in is mainly influenced by the viscosity of the weld metal, the viscosity of the molten slag, and the interfacial tension between the molten metal and the molten slag. The viscosity of the weld metal varies depending on the composition of the weld metal. In addition, the viscosity of the molten slag changes depending on the slag components. The interfacial tension between the molten metal and the molten slag also varies depending on the weld metal component and the molten slag component. On the other hand, the components of the weld metal are optimized to obtain the strength of the weld metal. The component of the molten slag is naturally determined by the component of the flux. Therefore, the inventors tried to sort out the tendency of the top slag in by the strength of the weld metal and the flux component.

そのためにはフラックスの成分系を表す指標が必要である。フラックス成分の設計の重要な観点として酸素量の制御がある。フラックスと溶接金属中の酸素量の関係を示す指標としては塩基度があり、フラックスの成分系を決定する上で重要な指標である。そこで、頂部スラグインの発生傾向も塩基度を利用して整理することを試みた。   For that purpose, an index representing the component system of the flux is necessary. Controlling the amount of oxygen is an important aspect of the flux component design. The index indicating the relationship between the flux and the amount of oxygen in the weld metal is basicity, which is an important index for determining the flux component system. Therefore, we tried to organize the tendency of the occurrence of top slag in using basicity.

その結果を、図2に示す。図2の横軸は、用いるフラックスの成分のうち、CaO、MgO、CaF、AlおよびSiOを用いて式(1)で計算される塩基度、縦軸はソリッドワイヤを用いて作成した溶接金属の引張強度である。サブマージアーク溶接に用いるフラックスの塩基度を表す式にはいくつかの式が用いられるが、式(1)は電気化学的手法を加味して森らが提案した塩基度の式で、酸化物のモル分率を用いて塩基度を表したものである。例えば、特開昭60−191691号公報でも用いられていて、フラックスの塩基度として古くから用いられている式である。図2の作成に用いた溶接方法は3電極サブマージアーク溶接で、市販のソリッドワイヤを用いてワイヤの化学成分により溶接金属の強度を調整した。溶接条件は表1に示す溶接条件を用いた。図2が示す様に、式(1)で計算される塩基度と溶接金属の強度により頂部スラグインの発生傾向が整理でき、頂部スラグインは溶接金属の強度が高くなるに従いより高い塩基度でも発生するようになる。800MPa以上の強度を持つ溶接金属では、式(1)で計算される塩基度が1.1以上でないと、頂部スラグインが発生することになる。
B=6.05N[CaO]+4.0N[MgO]+5.1N[CaF]−0.2N[Al]−6.3N[SiO] (1)
ここで式(1)中の、N[CaO]、N[MgO]、N[CaF]、N[Al]、および、N[SiO]は、それぞれCaO、MgO、CaF、Al、および、SiOのモル分率を意味する。
The result is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 2 represents the basicity calculated by the formula (1) using CaO, MgO, CaF 2 , Al 2 O 3 and SiO 2 among the components of the flux to be used, and the vertical axis represents the solid wire. It is the tensile strength of the created weld metal. Several formulas are used to express the basicity of the flux used for submerged arc welding. The formula (1) is a basicity formula proposed by Mori et al. The basicity is expressed using a mole fraction. For example, it is also used in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-191691, and is a formula that has been used for a long time as the basicity of the flux. The welding method used in the creation of FIG. 2 was three-electrode submerged arc welding, and a commercially available solid wire was used to adjust the strength of the weld metal depending on the chemical composition of the wire. The welding conditions shown in Table 1 were used as the welding conditions. As shown in FIG. 2, the tendency of the occurrence of top slag-in can be arranged by the basicity calculated by the formula (1) and the strength of the weld metal, and the top slag-in is generated at higher basicity as the strength of the weld metal increases. It becomes like this. In a weld metal having a strength of 800 MPa or more, top slag-in is generated unless the basicity calculated by the formula (1) is 1.1 or more.
B = 6.05N [CaO] + 4.0N [MgO] + 5.1N [CaF 2 ] −0.2N [Al 2 O 3 ] −6.3N [SiO 2 ] (1)
Here, in the formula (1), N [CaO], N [MgO], N [CaF 2 ], N [Al 2 O 3 ], and N [SiO 2 ] are respectively CaO, MgO, CaF 2 , It means the molar fraction of Al 2 O 3 and SiO 2 .

Figure 0005052997
Figure 0005052997

一方、強度が800MPa以上の高強度溶接金属の靭性を確保するためには、溶接金属中の酸素量の制御が重要である。強度が800MPa以上の溶接金属においては、発明者等の知見から質量%で酸素量が0.018%〜0.035%の範囲で安定した靭性が得られることが判っている。これは酸素量が0.018%未満では組織の微細化に必要な量の酸化物が形成されず靭性が得られない。また、0.035%超では粗大な酸化物が形成され、これが破壊の基点となり靭性が低下するためである。図3は用いるフラックスの成分のうち、CaO、MgO、CaF、AlおよびSiOを用いて式(1)で計算されるフラックスの塩基度と、そのフラックスを用いて作成した溶接金属中の酸素量の関係を示す。フラックスの成分のうち、CaO、MgO、CaF、AlおよびSiOを用いて、式(1)で求めた計算される塩基度を用いることにより、フラックスの成分と溶接金属中の酸素量は図3に示す様に良く整理することができる。図3の作成に用いた溶接方法は3電極サブマージアーク溶接で、市販のソリッドワイヤを用いてワイヤの化学成分により溶接金属の強度を調整した。溶接条件は表1に示す溶接条件を用いた。ソリッドワイヤは一般的に0.01%以下の不可避の不純物程度しか含まれない。そのため、図3においては溶接金属中の酸素量はフラックスにより決まる。 On the other hand, in order to secure the toughness of a high strength weld metal having a strength of 800 MPa or more, it is important to control the amount of oxygen in the weld metal. For weld metals having a strength of 800 MPa or more, it has been found from the inventors' knowledge that stable toughness can be obtained with mass% and oxygen content in the range of 0.018% to 0.035%. This is because if the oxygen content is less than 0.018%, an oxide of an amount necessary for refining the structure is not formed, and toughness cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.035%, a coarse oxide is formed, which becomes the starting point of fracture and lowers toughness. FIG. 3 shows the basicity of the flux calculated by the formula (1) using CaO, MgO, CaF 2 , Al 2 O 3 and SiO 2 among the components of the flux used, and the weld metal created using the flux. The relationship of the amount of oxygen inside is shown. Among the flux components, CaO, MgO, CaF 2 , Al 2 O 3 and SiO 2 are used, and the basicity calculated by equation (1) is used to determine the flux components and the oxygen in the weld metal. The quantity can be well organized as shown in FIG. The welding method used for creating FIG. 3 was three-electrode submerged arc welding, and a commercially available solid wire was used to adjust the strength of the weld metal depending on the chemical composition of the wire. The welding conditions shown in Table 1 were used as the welding conditions. Solid wires generally contain only inevitable impurities of 0.01% or less. Therefore, in FIG. 3, the amount of oxygen in the weld metal is determined by the flux.

図3から、溶接金属中の酸素量を安定的に0.018%以上得るためには、式(1)で計算される塩基度はおよそ1.1未満である必要がある。しかし、図2から溶接金属の強度が800MPa以上では式(1)で計算される塩基度が1.1未満では頂部スラグインが発生し、溶接欠陥防止の観点から問題が生じる。   From FIG. 3, in order to stably obtain an oxygen content in the weld metal of 0.018% or more, the basicity calculated by the equation (1) needs to be less than about 1.1. However, when the strength of the weld metal is 800 MPa or more from FIG. 2, when the basicity calculated by the formula (1) is less than 1.1, the top slag-in is generated, which causes a problem from the viewpoint of preventing welding defects.

この様に、高強度溶接金属においては溶接性と靭性の両立が困難になることが判明した。さらに、特許文献で指摘されている様にフラックスの組成は溶接性に対して重要な影響を及ぼし、良好な溶接性と靭性を両立させるフラックスを開発するためには多くの工夫とコストが必要となる。もし、フラックスの成分設計をビード形状やスラグイン等の欠陥防止する溶接性の観点のみで実施し、酸素制御は別の方法で行えるのであれば、サブマージアーク溶接の溶接材料設計を行う上で非常に有効な手段となり得る。   Thus, it has been found that it is difficult to achieve both weldability and toughness in a high-strength weld metal. Furthermore, as pointed out in the patent literature, the composition of the flux has an important influence on the weldability, and many ideas and costs are required to develop a flux that achieves both good weldability and toughness. Become. If the component design of the flux is performed only from the viewpoint of weldability to prevent defects such as bead shape and slag in, and oxygen control can be performed by another method, it is very important in designing the welding material for submerged arc welding. It can be an effective means.

本発明は、この様な観点から検討を加えられたものであり、下向き多電極サブマージアーク溶接により、ビード形状の良好で且つ靭性のすぐれた高強度溶接金属の作成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been studied from such a viewpoint, and an object thereof is to provide a method for producing a high-strength weld metal having a good bead shape and excellent toughness by downward multi-electrode submerged arc welding. To do.

本発明者らは上記の目的を達成するために、サブマージアーク溶接方法そのものに注目して酸素量の制御と溶接性を共に両立させる方法を検討した。その結果、用いる溶接ワイヤをメタルコアードワイヤに一部変更することにより、容易に溶接金属の酸素量を制御し、その結果良好な靭性を持つ溶接金属を得ることが出来ることを見いだし、本発明を完成した。   In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have focused on the submerged arc welding method itself and studied a method for achieving both oxygen amount control and weldability. As a result, it has been found that the oxygen content of the weld metal can be easily controlled by partially changing the weld wire used to the metal cored wire, and as a result, a weld metal having good toughness can be obtained. Was completed.

すなわち本発明の要旨は、以下の通りである。   That is, the gist of the present invention is as follows.

引張強度が800〜1200MPaの鋼材を、該鋼材の開先内に高塩基性フラックスを充填し、複数の電極を用いて一つの溶融池を作成してサブマージアーク溶接することにより、引張強度が800〜1200MPaの溶接金属を形成する多電極サブマージアーク溶接方法において、
前記複数の電極のうちの何れか1電極または2電極以上を、個々のワイヤごとにワイヤ全体に対する質量%でO:0.03%〜0.50%を含有するメタルコアードワイヤとし、残りの電極をソリッドワイヤとするとともに、
前記高塩基性フラックスの成分組成が、該フラックスに対する質量%で、SiO:5.0%〜20.0%未満、CaF:30.0%〜50.0%、CaO:5.0%〜25.0%、MgO:1.0%〜5.0%、Al:15.0%〜30.0%を含有し、かつ、該フラックスの成分組成が下記(1)式で計算される塩基度Bの値が1.1〜3.2を満足し、
前記溶接金属の成分組成が、該溶接金属に対する質量%で、
C:0.03%〜0.12%、
Si:0.03%〜0.40%、
Mn:0.5%〜3.0%、
Ti:0.002%〜0.025%、
Al:0.002%〜0.030%、
O:0.018%〜0.035%を含有し、
Nb:0.04%以下に制限し、
さらに、Cr:0.1%〜1.5%、Ni:0.1%〜4.0%、および、Mo:0.1%〜2.0%のうちの何れか1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不可避の不純物であり、かつ、該溶接金属の化学組成が下記(2)式で求められるPcmの値が0.22〜0.38を満足することを特徴とする、多電極サブマージアーク溶接方法。
B=6.05×N[CaO]+4.0×N[MgO]+5.1×N[CaF]−0.2×N[Al]−6.3×N[SiO] ・・・(1)
Pcm=[C]+[Si]/30+([Mn]+[Cr])/20+[Ni]/60+[Mo]/15 ・・・(2)
但し、
上記N[CaO]、N[MgO]、N[CaF]、N[Al]、および、N[SiO]は、それぞれCaO、MgO、CaF、Al、および、SiOのモル分率を示し、
[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、および、[Mo]は、それぞれC、Si、Mn、Cr、Ni、および、Moの質量%を示す。
A steel material having a tensile strength of 800 to 1200 MPa is filled with a high basic flux in the groove of the steel material, a molten pool is created using a plurality of electrodes, and submerged arc welding is performed. In a multi-electrode submerged arc welding method for forming a weld metal of ˜1200 MPa,
Any one electrode or two or more of the plurality of electrodes is a metal cored wire containing O: 0.03% to 0.50% by mass% with respect to the whole wire for each individual wire, and the rest While making the electrode a solid wire,
The component composition of the high basic flux is SiO 2 : 5.0% to less than 20.0%, CaF 2 : 30.0% to 50.0%, CaO: 5.0% by mass% with respect to the flux. ~25.0%, MgO: 1.0% ~5.0 %, Al 2 O 3: containing 15.0% to 30.0%, and the component composition of the flux is the following equation (1) The calculated basicity B value satisfies 1.1 to 3.2,
The component composition of the weld metal is mass% with respect to the weld metal,
C: 0.03% to 0.12%,
Si: 0.03% to 0.40%,
Mn: 0.5% to 3.0%
Ti: 0.002% to 0.025%,
Al: 0.002% to 0.030%,
O: contains 0.018% to 0.035%,
Nb: limited to 0.04% or less,
Further, any one or more of Cr: 0.1% to 1.5%, Ni: 0.1% to 4.0%, and Mo: 0.1% to 2.0% The balance is Fe and inevitable impurities, and the chemical composition of the weld metal satisfies the value of Pcm determined by the following formula (2) satisfying 0.22 to 0.38, Multi-electrode submerged arc welding method.
B = 6.05 × N [CaO] + 4.0 × N [MgO] + 5.1 × N [CaF 2 ] −0.2 × N [Al 2 O 3 ] −6.3 × N [SiO 2 ] (1)
Pcm = [C] + [Si] / 30 + ([Mn] + [Cr]) / 20+ [Ni] / 60 + [Mo] / 15 (2)
However,
N [CaO], N [MgO], N [CaF 2 ], N [Al 2 O 3 ], and N [SiO 2 ] are CaO, MgO, CaF 2 , Al 2 O 3 , and SiO, respectively. Shows a mole fraction of 2 ,
[C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], and [Mo] indicate mass% of C, Si, Mn, Cr, Ni, and Mo, respectively.

(2) 前記鋼材の成分組成が、質量%で、
C:0.03%〜0.15%、
Si:0.01%〜0.50%、
Mn:0.5%〜3.0%、
Ti:0.001%〜0.03%、
Al:0.001%〜0.04を含有し、
残部がFeおよび不可避の不純物であることを特徴とする、上記(1)に記載の多電極サブマージアーク溶接方法。
(2) The component composition of the steel material is mass%,
C: 0.03% to 0.15%,
Si: 0.01% to 0.50%,
Mn: 0.5% to 3.0%
Ti: 0.001% to 0.03%,
Al: 0.001% to 0.04 is contained,
The multi-electrode submerged arc welding method according to (1) above, wherein the balance is Fe and inevitable impurities.

(3)前記鋼材の成分組成が、質量%で、さらに、Cr:0.1%〜1.5%、Ni:0.1%〜2.5%、Mo:0.1%〜2.0%、および、Nb:0.005%〜0.06%のうちの何れか1種または2種以上を含むことを特徴とする、上記(1)または(2)に記載の多電極サブマージアーク溶接方法。   (3) The component composition of the steel material is mass%, and Cr: 0.1% to 1.5%, Ni: 0.1% to 2.5%, Mo: 0.1% to 2.0% %, And Nb: any one of 0.005% to 0.06%, or two or more kinds, and the multi-electrode submerged arc welding according to (1) or (2) above Method.

(4)前記ソリッドワイヤの成分組成が、質量%で、
C:0.03%〜0.15%、
Si:0.02%〜0.80%、
Mn:0.2%〜4.0%、
Ti:0.002%〜0.10%、
Al:0.001%〜0.02%を含有し、
さらに、Cr:0.25%〜3.0%、Ni:0.25%〜8.0%、および、Mo:0.25%〜4.0%のうちの何れか1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不可避の不純物であり、
前記メタルコアードワイヤの成分組成が、質量%で、
C:0.03%〜0.15%、
Si:0.02%〜0.80%、
Mn:0.2%〜4.0%以下、
Ti:0.002%〜0.10%、
Al:0.001%〜0.02%、
O:0.03%〜0.50%を含有し、
さらに、Cr:0.25%〜3.0%、Ni:0.25%〜8.0%、および、Mo:0.25%〜4.0%のうちの何れか1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不可避の不純物であることを特徴とする、上記(1)〜(3)の何れかに記載の多電極サブマージアーク溶接方法。
(4) The component composition of the solid wire is mass%,
C: 0.03% to 0.15%,
Si: 0.02% to 0.80%,
Mn: 0.2% to 4.0%,
Ti: 0.002% to 0.10%,
Al: 0.001% to 0.02% is contained,
Further, one or more of Cr: 0.25% to 3.0%, Ni: 0.25% to 8.0%, and Mo: 0.25% to 4.0% And the balance is Fe and inevitable impurities,
The component composition of the metal cored wire is mass%,
C: 0.03% to 0.15%,
Si: 0.02% to 0.80%,
Mn: 0.2% to 4.0% or less,
Ti: 0.002% to 0.10%,
Al: 0.001% to 0.02%,
O: 0.03% to 0.50% is contained,
Further, one or more of Cr: 0.25% to 3.0%, Ni: 0.25% to 8.0%, and Mo: 0.25% to 4.0% The multielectrode submerged arc welding method according to any one of (1) to (3) above, wherein the balance is Fe and inevitable impurities.

(5)前記複数の電極のうち、第2電極以降の少なくとも1電極を前記メタルコアードワイヤとし、残りの電極を前記ソリッドワイヤとすることを特徴とする上記(1)〜(4)の何れかに記載の多電極サブマージアーク溶接方法。   (5) Any one of the above (1) to (4), wherein at least one electrode after the second electrode among the plurality of electrodes is the metal cored wire, and the remaining electrodes are the solid wires. The multi-electrode submerged arc welding method according to claim 1.

尚、本発明で言うソリッドワイヤとは通常のサブマージアーク溶接で使用される直径1.6mmから6.4mm程度の中実の合金鋼の線状の溶接材料で、これを溶かして溶接金属を形成するものである。同時にサブマージアーク溶接ではアークを発生する電極として用いている。   The solid wire referred to in the present invention is a solid alloy steel wire welding material with a diameter of 1.6 mm to 6.4 mm, which is used in normal submerged arc welding, and is melted to form a weld metal. To do. At the same time, in submerged arc welding, it is used as an electrode for generating an arc.

また、本発明で言うメタルコアードワイヤとは外皮と呼ぶ中空の鋼管の中に金属粉末および合金粉末のいずれかあるいは両方を充填した後に、さらに必要に応じて伸線加工をさらに加えて所要の直径にして製造した線状の溶接材料である。金属粉末および合金粉末を鋼管内に充填する時期は、鋼管の形状にした後であっても、鋼管の成形過程の途中に同時に金属粉末および合金粉末を鋼管内に充填しても本発明の効果は同じで、何れの充填方法を含む方法で製造されたメタルコアードワイヤも、本発明で言うメタルコア−ドワイヤに含まれる。本発明では、このメタルコアードワイヤもソリッドワイヤと同様にサブマージアーク溶接で電極として使用し、且つ溶接金属を形成する目的で使用する。   Moreover, after filling either or both of metal powder and alloy powder into a hollow steel pipe called an outer shell as a metal core wire as referred to in the present invention, wire drawing is further added as necessary. It is a linear welding material manufactured to a diameter. Even when the metal powder and alloy powder are filled into the steel pipe, even after the shape of the steel pipe is formed, the metal powder and the alloy powder are filled into the steel pipe at the same time during the forming process of the steel pipe. The metal cored wire manufactured by the method including any filling method is also included in the metal cored wire referred to in the present invention. In the present invention, this metal cored wire is also used as an electrode in submerged arc welding in the same manner as a solid wire, and is used for the purpose of forming a weld metal.

外皮は、機械的なかしめによりシーム部を接合したかしめ型と、継目の無いシームレス鋼管あるいは継目が溶接により接合されている溶接鋼管であるシームレス型とがある。本発明で言うシームレス型とは、継目が無い事あるいは、外皮である鋼管の縫目部において鋼管の外側と内側が気体あるいは水分に対して、冶金的に遮断されている事を意味する。そのため、一般にかしめ型と比較して耐吸湿性に優れている。湿度の高い場所での長期の保管に対しても吸湿しにくく、その結果、特に低温割れ感受性の高い高強度溶接金属用の溶接材料として適している。   The outer shell includes a caulking die in which a seam portion is joined by mechanical caulking, and a seamless die that is a seamless seamless steel pipe or a welded steel pipe in which seams are joined by welding. The seamless type referred to in the present invention means that there is no seam, or that the outer and inner sides of the steel pipe are metallurgically cut off against gas or moisture at the seam portion of the steel pipe which is the outer skin. Therefore, it is generally superior in moisture absorption resistance compared to the caulking type. It is difficult to absorb moisture even for long-term storage in a place with high humidity, and as a result, it is suitable as a welding material for high-strength weld metal that is particularly sensitive to cold cracking.

図4に、メタルコアードワイヤの断面の模式図を示す。図4(a)および図4(b)は外皮Aの縫目部が機械的なかしめ部Kを有するかしめ型の鋼管であるメタルコアードワイヤの断面の一例である。図4(c)は、外皮Bとして縫目の無い鋼管を使用したメタルコアードワイヤの模式図であり、図4(d)は外皮Bとして縫目部が溶接Wにより接合してある鋼管を使用したメタルコアードワイヤである。   In FIG. 4, the schematic diagram of the cross section of a metal cored wire is shown. 4 (a) and 4 (b) are examples of a cross section of a metal cored wire which is a caulking type steel pipe in which the seam portion of the outer skin A has a mechanical caulking portion K. FIG. 4 (c) is a schematic diagram of a metal cored wire using a seamless steel pipe as the outer skin B, and FIG. 4 (d) shows a steel pipe having a seam portion joined by welding W as the outer skin B. It is the used metal cored wire.

本発明では図4(a)および図4(b)の例に示される様な、外皮Aがかしめ型のメタルコアードワイヤをかしめ型メタルコアードワイヤと呼ぶ。また、図4(c)および図4(d)の例に示される様な、外皮Bがシームレス型のメタルコアードワイヤをシームレスメタルコアードワイヤと呼ぶ。さらに、かしめ型メタルコアードワイヤとシームレスメタルコアードワイヤとを総称してメタルコアードワイヤと呼ぶ。   In the present invention, a metal cored wire whose outer skin A is crimped as shown in the examples of FIGS. 4A and 4B is called a crimped metal cored wire. A metal cored wire having a seamless outer sheath B as shown in the examples of FIGS. 4C and 4D is referred to as a seamless metal cored wire. Further, the caulking type metal cored wire and the seamless metal cored wire are collectively referred to as a metal cored wire.

メタルコアードワイヤの外皮A又はBの素材は、成形性や伸線行程での加工性の観点から、一般には、C、Si、Mnおよび他はFeと不可避の不純物からなる軟鋼が使用され、溶接材料として必要な合金元素は内部に充填される金属粉末あるいは合金粉末から添加される。しかし、合金元素の多いメタルコアードワイヤでは必要に応じては外皮からも合金成分を添加することもある。外皮の酸素量は一般的に0.01%以下の不可避の不純物程度しか含まれない。   From the viewpoint of formability and workability in the wire drawing process, the metal cored wire skin A or B is generally made of mild steel composed of C, Si, Mn, and other Fe and inevitable impurities. An alloying element necessary as a welding material is added from metal powder or alloy powder filled inside. However, in the case of a metal cored wire with a lot of alloying elements, an alloy component may be added from the outer skin as needed. The oxygen content of the outer skin generally contains only inevitable impurities of 0.01% or less.

メタルコアードワイヤの中に入れる金属粉末および合金粉末Cとは、具体的にはFe、Ni、Cr、MoおよびTi等の純金属粉末あるいはこれらを含む合金粉末であり、必要に応じて取捨選択さる。これらの粉末を適宜選択して使用する。金属粉末の中で、特にFeは他の金属粉末や合金粉末と異なり表面に酸素を吸着しやすく、また粉末の表面は酸化し微量の酸化鉄も形成し易く、本発明においては酸素を供給する粉末として重要な役割を果たす。また、必要に応じてメタルコアードワイヤの製造性を改善するために、金属粉末以外に水ガラス等の製造助剤や、溶接性をさらに改善するための酸化物、フッ化物等のアーク安定剤を添加するが、このことは本発明の効果に影響しない。また、これらの成分はメタルコアードワイヤの成分としては不可避の不純物として含まれる。元素としてはNaあるいはCa等が挙げられる。   The metal powder and alloy powder C to be put into the metal cored wire are specifically pure metal powders such as Fe, Ni, Cr, Mo and Ti or alloy powders containing these, and are selected as necessary. Monkey. These powders are appropriately selected and used. Among metal powders, especially Fe, unlike other metal powders and alloy powders, easily adsorbs oxygen on the surface, and the surface of the powder is easily oxidized to form a small amount of iron oxide. In the present invention, oxygen is supplied. Plays an important role as a powder. Moreover, in order to improve the manufacturability of metal cored wires as required, production aids such as water glass in addition to metal powder, and arc stabilizers such as oxides and fluorides for further improving weldability However, this does not affect the effect of the present invention. Further, these components are included as impurities unavoidable as components of the metal cored wire. Examples of the element include Na or Ca.

メタルコアードワイヤの合金元素の平均組成は、外皮の化学組成、金属粉末の平均組成、および製造設備や製造行程で決まるメタルコアードワイヤの外皮と金属粉末の質量比が決まれば式(3)で決定される。
M(CW)=M(g)×a(g)+M(p)×a(p) (3)
但し、
M(CW):メタルコアードワイヤの元素Mの平均の質量%、
M(g) :外皮の元素Mの質量%、
a(g) :金属粉末と外皮の単位長さの質量の和に対する外皮の単位長さの質量の比、
M(p) :金属粉末中の元素Mの平均質量(%)、
a(p) :金属粉末と外皮の単位長さの質量の和に対する金属粉末の単位長さの質量の比、
a(g)+a(p)=1
The average composition of the alloy elements of the metal cored wire can be calculated by formula (3) if the chemical composition of the outer skin, the average composition of the metal powder, and the mass ratio of the outer core to the metal powder of the metal cored wire determined by the manufacturing equipment and manufacturing process are determined. Determined by
M (CW) = M (g) × a (g) + M (p) × a (p) (3)
However,
M (CW): average mass% of element M of the metal cored wire,
M (g): mass% of element M of the outer skin,
a (g): ratio of the mass of the unit length of the skin to the sum of the mass of the unit length of the metal powder and the skin,
M (p): average mass (%) of element M in the metal powder,
a (p): ratio of the mass of the unit length of the metal powder to the sum of the mass of the unit length of the metal powder and the outer skin,
a (g) + a (p) = 1

本発明のサブマージアーク溶接方法によれば、電極として用いるソリッドワイヤ以外にメタルコアードワイヤを使用することで、溶接金属の酸素量を容易に制御でき、頂部スラグインを生じさせることなく良好なビード形状の溶接ができる。その結果、溶接性が良好で、かつ靭性に優れた高強度溶接金属を得ることができるという顕著な効果を奏するものである。   According to the submerged arc welding method of the present invention, by using a metal cored wire in addition to the solid wire used as an electrode, the oxygen amount of the weld metal can be easily controlled, and a good bead shape without causing top slag in Can be welded. As a result, there is a remarkable effect that a high-strength weld metal having good weldability and excellent toughness can be obtained.

本発明は引張強度が800MPa〜1200MPaの溶接金属に適用することを前提としている。それは、800MPa未満の強度の溶接金属では、溶接金属の合金量が少なく従来技術でも靭性が良好でかつビード形状も良好な溶接部が得られるためである。また、1200MPa超の溶接金属では組織がマルテンサイト組織となり、靭性確保が本発明の技術のみでは困難になる。   The present invention is premised on being applied to a weld metal having a tensile strength of 800 MPa to 1200 MPa. This is because a weld metal having a strength of less than 800 MPa has a small amount of alloy of the weld metal, and a weld with good toughness and a good bead shape can be obtained even in the prior art. In addition, a weld metal of more than 1200 MPa has a martensitic structure, and it becomes difficult to ensure toughness only by the technique of the present invention.

溶接方法は、下向き多電極サブマージアーク溶接を用いる。これは本発明がソリッドワイヤとメタルコアードワイヤの複数の種類のワイヤを用いるための必須の前提条件である。電極の数は2電極以上であれば特に指定はないが、通常2電極から5電極までが望ましい。   As a welding method, downward multi-electrode submerged arc welding is used. This is an indispensable prerequisite for the present invention to use a plurality of types of wires, solid wires and metal cored wires. The number of electrodes is not particularly specified as long as it is 2 or more, but usually 2 to 5 electrodes are desirable.

ソリッドワイヤとメタルコアードワイヤの組み合わせは、多電極サブマージアーク溶接の複数の電極の内、少なくとも1電極以上をメタルコアードワイヤで残りの電極がソリッドワイヤとした。この理由について次に述べる。   As for the combination of the solid wire and the metal cored wire, at least one electrode among the plurality of electrodes of multi-electrode submerged arc welding was a metal cored wire and the remaining electrodes were solid wires. The reason for this will be described next.

先に述べた様にサブマージアーク溶接金属において、良好な靭性を得るためには溶接金属中の酸素量の制御が重要である。引張強度が800MPa〜1200MPaの溶接金属では、溶接金属の酸素量は質量%で0.018%〜0.035%の範囲であることが必要であるが、図2および図3が示す様にフラックスで酸素量を範囲に制御すると頂部スラグインが発生する。そのため、本発明ではフラックス以外の方法で、溶接金属中の酸素量を増加する。   As described above, in the submerged arc weld metal, it is important to control the amount of oxygen in the weld metal in order to obtain good toughness. In a weld metal with a tensile strength of 800 MPa to 1200 MPa, the oxygen content of the weld metal needs to be in the range of 0.018% to 0.035% by mass, but as shown in FIG. 2 and FIG. When the oxygen amount is controlled within the range, top slag in is generated. Therefore, in the present invention, the amount of oxygen in the weld metal is increased by a method other than the flux.

本発明では安定して溶接金属の酸素量を質量%で0.018%〜0.035%の範囲にするために、メタルコアードワイヤを用いて酸素量を増加する。メタルコアードワイヤから供給する酸素量は、メタルコアードワイヤの酸素量、メタルコアードワイヤを使用する電極の数、および各電極での電流配分より調整することができる。尚、ソリッドワイヤが含有する酸素量は一般的に0.01%以下の不可避の不純物程度であるため、ソリッドワイヤを使用する限りワイヤから酸素を供給することはできない。   In the present invention, in order to stably bring the oxygen content of the weld metal into a range of 0.018% to 0.035% by mass%, the oxygen content is increased using a metal cored wire. The amount of oxygen supplied from the metal cored wire can be adjusted by the amount of oxygen in the metal cored wire, the number of electrodes using the metal cored wire, and the current distribution at each electrode. Since the amount of oxygen contained in the solid wire is generally about unavoidable impurities of 0.01% or less, oxygen cannot be supplied from the wire as long as the solid wire is used.

具体的には、酸素量の多いメタルコアードワイヤを使用すれば溶接金属に供給される酸素量は多くなる。   Specifically, if a metal cored wire with a large amount of oxygen is used, the amount of oxygen supplied to the weld metal increases.

図5に、3電極サブマージアーク溶接の電極にメタルコアードワイヤを1本以上使用した場合の、フラックスの式(1)で計算される塩基度と溶接金属中の酸素量の関係を示す。図5の作成に用いた溶接方法は3電極サブマージアーク溶接で、電極にソリッドワイヤおよびメタルコアードワイヤを用いた溶接した。溶接条件は表1に示す条件を用いた。図5の横軸は式(1)で計算されるフラックスの塩基度、縦軸に溶接金属中の酸素量を示す。図中○は、図3で示した3電極すべてをソリッドワイヤで溶接した場合の結果である。図中●、■および◆は各メタルコアードワイヤを1本、2本および3本使用して溶接した場合の結果である。図5が示す様に、メタルコアードワイヤを少なくとも1本使用することにより、メタルコアードワイヤから溶接金属に酸素が供給されるため、同じ式(1)で計算される塩基度のフラックスを使用しても、溶接金属中の酸素量を増加させることができる。   FIG. 5 shows the relationship between the basicity calculated by the flux equation (1) and the amount of oxygen in the weld metal when one or more metal cored wires are used for electrodes of three-electrode submerged arc welding. The welding method used for creating FIG. 5 was three-electrode submerged arc welding, in which welding was performed using solid wires and metal cored wires as electrodes. The welding conditions used are those shown in Table 1. The horizontal axis of FIG. 5 shows the basicity of the flux calculated by equation (1), and the vertical axis shows the amount of oxygen in the weld metal. The circles in the figure are the results when all three electrodes shown in FIG. 3 are welded with solid wires. In the figure, ●, ■, and ◆ are the results when welding using one, two, and three metal cored wires. As shown in FIG. 5, when at least one metal cored wire is used, oxygen is supplied from the metal cored wire to the weld metal. Therefore, the basicity flux calculated by the same equation (1) is used. Even so, the amount of oxygen in the weld metal can be increased.

メタルコアードワイヤの酸素は、主に金属粉末に含まれるFe粉末の表面に吸着している酸素あるいは表面に生成している酸化鉄が供給源となる。外皮はソリッドワイヤと同じく、不可避の不純物程度しか酸素は含有していないため、酸素の供給源とはならない。また、金属粉末と皮材の質量比率を変えることにより、メタルコアードワイヤの酸素量を変えることもできる。   The oxygen of the metal cored wire is mainly supplied from oxygen adsorbed on the surface of Fe powder contained in the metal powder or iron oxide generated on the surface. Like the solid wire, the outer skin contains oxygen only to the extent of inevitable impurities, so it does not serve as a source of oxygen. Further, the oxygen amount of the metal cored wire can be changed by changing the mass ratio of the metal powder and the skin material.

また、メタルコアードワイヤを用いる電極の数を増加しても容易に可能である。   It is also possible to easily increase the number of electrodes using metal cored wires.

さらに、溶接金属の化学組成に対する各電極のワイヤの成分の寄与の程度は、各電極の電流配分で制御できる。したがって、メタルコアードワイヤを用いている電極の電流を高くすることによりこのメタルコアードワイヤの寄与率が高くなり溶接金属に供給される酸素量は増加することができる。微減も同様で電流値を調整することで可能である。各電極に供給する溶接電流の配分は特に規定しないが、バランスの関係から各電極の溶接電流のうち、もっとも小さい電量値はもっとも大きい電流値の25%以上であることが望ましい。   Furthermore, the degree of contribution of the wire component of each electrode to the chemical composition of the weld metal can be controlled by the current distribution of each electrode. Therefore, by increasing the current of the electrode using the metal cored wire, the contribution ratio of the metal cored wire is increased, and the amount of oxygen supplied to the weld metal can be increased. The slight decrease is also possible by adjusting the current value. Although the distribution of the welding current supplied to each electrode is not particularly defined, it is desirable that the smallest electric value among the welding currents of each electrode is 25% or more of the largest current value because of the balance.

次に、フラックスのSiO量の限定理由について述べる。 Next, the reason for limiting the amount of SiO 2 in the flux will be described.

サブマージアーク溶接に使用するフラックスを構成する成分のうちSiOの比率が質量%で、5.0%〜20.0%未満、と限定した。図6は横軸にフラックス中SiO量、縦軸に溶接金属の強度をとり、各強度における頂部スラグインの発生傾向におよぼすフラックス中のSiO量の影響を示したものである。溶接は3電極サブマージアーク溶接を用い、溶接ワイヤは全てソリッドワイヤを用いた。溶接条件は表1に示す溶接条件を用いた。また、図6で使用したフラックスのうちSiOが15.5%〜31.0%の範囲フラックスは式(1)で計算される塩基度が1.1〜1.9で本発明の範囲である。また、SiOが34.5%以上のフラックスは式(1)で計算される塩基度が−0.4〜0.8で本発明の範囲外である。 Of the components constituting the flux used for submerged arc welding, the ratio of SiO 2 was mass%, and was limited to 5.0% to less than 20.0%. FIG. 6 shows the influence of the amount of SiO 2 in the flux on the tendency to generate top slag in each strength, with the horizontal axis representing the amount of SiO 2 in the flux and the vertical axis representing the strength of the weld metal. For welding, three-electrode submerged arc welding was used, and all the welding wires were solid wires. The welding conditions shown in Table 1 were used as the welding conditions. In addition, among the fluxes used in FIG. 6, the SiO 2 is in the range of 15.5% to 31.0%. is there. Further, the flux SiO 2 is not less than 34.5% is outside the scope of the present invention in basicity calculated by Equation (1) is -0.4~0.8.

溶接金属の引張強度が800MPa以上ではSiO量がおよそ20.0%以上で頂部スラグインが発生している。これは、SiOが過剰に添加されると溶融したスラグがよりガラス質となり、溶接金属中から浮上しにくくなり、溶接ビードの頂部に残留しやすくなるためである。また、SiOは溶融スラグの軟化溶融温度を高くする為、スラグの粘性も高める。そのため、上限を20.0%未満とした。下限は本発明の効果からは特に限定しないが、SiOはガラス成分であるので少ないとフラックスが結晶質となり吸湿しやすくなり、特に高強度では耐低温割れ性を阻害するため5.0%以上とした。 When the tensile strength of the weld metal is 800 MPa or more, the top slag-in is generated when the amount of SiO 2 is about 20.0% or more. This is because, if SiO 2 is added excessively, the molten slag becomes more vitreous, and it becomes difficult to float from the weld metal and easily remains on the top of the weld bead. Further, SiO 2 is to increase the softening and melting temperature of the molten slag, the slag viscosity is also increased. Therefore, the upper limit is made less than 20.0%. The lower limit is not particularly limited from the effect of the present invention, but since SiO 2 is a glass component, if it is small, the flux becomes crystalline and easily absorbs moisture, and particularly at high strength, it inhibits cold cracking resistance and is 5.0% or more. It was.

次にフラックスのCaF量の限定理由について述べる。 Next, the reason for limiting the amount of CaF 2 in the flux will be described.

サブマージアーク溶接に使用するフラックスを構成する成分のうちCaFの比率が質量%で、30.0%〜50.0%とした。図7は横軸にフラックス中CaF量、縦軸に溶接金属の強度をとり、各強度における頂部スラグインの発生傾向におよぼすフラックス中のCaF量の影響を示したものである。図7で使用したフラックスではすべて式(1)で計算される塩基度が1.1〜3.2である。 Of the components constituting the flux used for submerged arc welding, the CaF 2 ratio was 3% by mass, and was 30.0% to 50.0%. FIG. 7 shows the influence of the amount of CaF 2 in the flux on the tendency of the occurrence of top slag in each strength, with the horizontal axis representing the amount of CaF 2 in the flux and the vertical axis representing the strength of the weld metal. In all the fluxes used in FIG. 7, the basicity calculated by the equation (1) is 1.1 to 3.2.

溶接金属の引張強度が800MPa以上ではCaF量がおよそ30%未満で頂部スラグインが発生している。これは、CaFは溶融スラグの軟化溶融温度を下げて粘性を低くする効果があるが、30%未満ではその効果が得られないためである。そのため、下限を30.0%とした。上限は本発明の効果のためには限定しなくても良いが、CaF量が過剰になるとアークの安定性が損なわれるため、50.0%以下に限定した。 When the tensile strength of the weld metal is 800 MPa or more, the amount of CaF 2 is less than about 30%, and the top slag is generated. This is because CaF 2 has the effect of lowering the softening and melting temperature of the molten slag to lower the viscosity, but if less than 30%, the effect cannot be obtained. Therefore, the lower limit was made 30.0%. The upper limit is not necessarily limited for the effect of the present invention, but is limited to 50.0% or less because the stability of the arc is impaired when the amount of CaF 2 is excessive.

次にフラックスのCaOの限定理由について述べる。   Next, the reason for limiting the CaO of the flux will be described.

サブマージアーク溶接に使用するフラックスを構成する成分のうちCaOの比率が質量%で5.0%〜25.0%とした。CaOは式(1)で計算される塩基度の調整に添加されるが5.0%以下では(1)で計算される塩基度が小さくなりすぎるため、5.0%以上必要である。また、CaOは溶接金属の溶接ビード形状に影響をおよぼし、5.0%未満では、軟化溶融温度が高くなり溶融ガスの放散の阻害によるあばたの発生等の溶接ビード表面の外観不良につながる。一方、過剰では溶接ビードの余盛りが高くなりビード形状を悪くする。またスラグの剥離性も低下する。そのため上限を25%とした。   Among the components constituting the flux used for submerged arc welding, the CaO ratio was 5.0% to 25.0% by mass%. CaO is added to adjust the basicity calculated by the formula (1), but if it is 5.0% or less, the basicity calculated by (1) becomes too small, so 5.0% or more is necessary. Further, CaO affects the weld bead shape of the weld metal, and if it is less than 5.0%, the softening and melting temperature becomes high, leading to poor appearance of the surface of the weld bead such as the occurrence of flapping due to the inhibition of the diffusion of the molten gas. On the other hand, if it is excessive, the excess of the weld bead becomes high and the bead shape is deteriorated. In addition, the slag removability is reduced. Therefore, the upper limit was made 25%.

次にフラックスのMgOの限定理由について述べる。   Next, the reasons for limiting the MgO flux will be described.

サブマージアーク溶接に使用するフラックスを構成する成分のうちMgOの比率が質量%で1.0%〜5.0%とした。MgOは塩基度の調整のために添加する。1%未満では、塩基度が小さくなりすぎるため、1.0%以上は必要である。5.0%超ではビード形状が凸ビードとなり、アンダーカットが発生する。そのため、上限は5%とした。   Of the components constituting the flux used for submerged arc welding, the MgO ratio was 1.0% to 5.0% by mass. MgO is added for adjusting the basicity. If it is less than 1%, the basicity becomes too small, so 1.0% or more is necessary. If it exceeds 5.0%, the bead shape becomes a convex bead and undercut occurs. Therefore, the upper limit was made 5%.

次にフラックスのAlの限定理由について述べる。 Next, the reason for limiting the Al 2 O 3 flux will be described.

サブマージアーク溶接に使用するフラックスを構成する成分のうちAlの比率が質量%で15.0%〜30.0%とした。 Of the components constituting the flux used for submerged arc welding, the ratio of Al 2 O 3 was 15.0% to 30.0% by mass.

Alも塩基度の調整のために添加する。15.0%未満では塩基度が高くなりすぎるため15%以上は必要となる。一方、30%超添加すると塩基度が小さくなりすぎるため、上限を15.0%とした。また、Alは溶接作業性に対しても影響を与え、過剰ではアンダーカットや馬の背状の突起が溶接ビード頂部に生成するため、上限を30.0%とした。 Al 2 O 3 is also added for adjusting the basicity. If it is less than 15.0%, the basicity becomes too high, so 15% or more is necessary. On the other hand, if adding over 30%, the basicity becomes too small, so the upper limit was made 15.0%. In addition, Al 2 O 3 has an influence on welding workability, and if it is excessive, undercuts or horse-like projections are generated on the top of the weld bead, so the upper limit was made 30.0%.

次に、フラックスの式(1)で計算される塩基度の限定理由について述べる。   Next, the reason for limiting the basicity calculated by the flux equation (1) will be described.

使用するフラックスを構成する成分のうちCaO、MgO、CaF、AlおよびSiOのモル分率を用いて式(1)で計算されるフラックスの塩基度が1.1〜3.2に限定した。 CaO among the components constituting the flux used, MgO, basicity of the flux calculated by CaF 2, Al 2 O 3 and SiO 2 in using the molar fraction equation (1) is from 1.1 to 3.2 Limited to.

用いる高塩基性フラックスの構成成分としては、SiOおよびCaF以外にAl、MgO、CaO、LiO、TiO、FeO等の酸化物、あるいはCaCO等がスラグの生成、塩基度の調整、溶接ビード形状を整える効果等の目的で使用される。SiOおよびCaF以外の成分は、担体の質量比では頂部スラグインの生成には影響をおよぼさないが、これらの成分の内、SiO、CaF、CaO、MgOおよびAlの配合比によりスラグインが発生しやすくなる。具体的には、溶接金属の引張強度が800MPa以上の場合は、SiO量やCaF量が適正な範囲でも、モル分率を使用して式(1)で計算される塩基度が1.1未満では図2が示す様に頂部スラグインが発生する。そのため下限を1.1とした。サブマージアーク溶接に用いるフラックスの塩基度を表す式にはいくつかの式が用いられるが、式(1)は電気化学的手法を加味して森らが提案した塩基度の式で、酸化物のモル分率を用いて塩基度を表したものである。 As a component of the highly basic flux to be used, in addition to SiO 2 and CaF 2 , oxides such as Al 2 O 3 , MgO, CaO, LiO 2 , TiO 2 and FeO, or CaCO 3 and the like are slag generation, basicity It is used for the purpose of adjusting the shape and the effect of adjusting the weld bead shape. Components other than SiO 2 and CaF 2 do not affect the formation of top slag in the mass ratio of the carrier, but among these components, SiO 2 , CaF 2 , CaO, MgO and Al 2 O 3 Slag-in is likely to occur depending on the blending ratio. Specifically, when the tensile strength of the weld metal is 800 MPa or more, the basicity calculated by the formula (1) using the molar fraction is 1. even if the SiO 2 amount and the CaF 2 amount are in appropriate ranges. If it is less than 1, top slag-in is generated as shown in FIG. Therefore, the lower limit was set to 1.1. Several formulas are used to express the basicity of the flux used for submerged arc welding. The formula (1) is a basicity formula proposed by Mori et al. The basicity is expressed using a mole fraction.

式(1)で計算される塩基度の上限は本発明の効果からは特に限定は無いが、塩基度が高くなるに従いフラックスがより結晶質になるため、フラックスの表面積が多くなり吸着水が多くなる結果、溶接金属中の水素が増加し割れ等の欠陥が発生する頻度が高くなる。そのためフラックスの乾燥や乾燥した後の保管方法で対策が必要でありコスト的に不利になる。そのため上限を3.2とした。
B=6.05N[CaO]+4.0N[MgO]+5.1N[CaF]−0.2N[Al]−6.3N[SiO] ・・・・・(1)
ここで、N[CaO]、N[MgO]、N[CaF]、N[Al]、および、N[SiO]は、CaO、MgO、CaF、Al、および、SiOのモル分率を意味する。
The upper limit of the basicity calculated by the formula (1) is not particularly limited from the effect of the present invention, but the flux becomes more crystalline as the basicity increases, so the surface area of the flux increases and the amount of adsorbed water increases. As a result, the hydrogen in the weld metal increases and the frequency of occurrence of defects such as cracks increases. For this reason, it is necessary to take measures for drying the flux and storing it after drying, which is disadvantageous in terms of cost. Therefore, the upper limit was set to 3.2.
B = 6.05N [CaO] + 4.0N [MgO] + 5.1N [CaF 2 ] −0.2N [Al 2 O 3 ] −6.3N [SiO 2 ] (1)
Here, N [CaO], N [MgO], N [CaF 2 ], N [Al 2 O 3 ], and N [SiO 2 ] are CaO, MgO, CaF 2 , Al 2 O 3 , and It means the molar fraction of SiO 2 .

次に、溶接金属の化学組成の限定理由について述べる。サブマージアーク溶接においては溶接金属の特性はその化学組成で決まるため、成分範囲は重要である。   Next, the reason for limiting the chemical composition of the weld metal will be described. In submerged arc welding, the properties of the weld metal are determined by its chemical composition, so the component range is important.

C:0.03%〜0.12%
Cは、溶接金属の焼き入れ性を確保し、強度と靭性を得るために重要な元素である。0.03%未満では強度が得られない。一方、0.12%を超えると強度が過剰となる。また、炭化物が形成し靭性が低下する。そのため、0.12%以下とした。
C: 0.03% to 0.12%
C is an important element for securing the hardenability of the weld metal and obtaining strength and toughness. If it is less than 0.03%, strength cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.12%, the strength becomes excessive. In addition, carbides are formed and toughness is reduced. Therefore, it was made into 0.12% or less.

Si:0.03%〜0.40%
Siは脱酸元素として必要であり、0.03%以上は必要である。一方、0.40%を超えて添加するとSiが過剰となり、過剰Siは溶接金属中に固溶し靭性を低下する。そのため、上限を0.40%とした。
Si: 0.03% to 0.40%
Si is necessary as a deoxidizing element, and 0.03% or more is necessary. On the other hand, if added over 0.40%, the Si becomes excessive, and the excess Si dissolves in the weld metal and lowers the toughness. Therefore, the upper limit is made 0.40%.

Mn:0.5%〜3.0%
Mnは、焼き入れ性を向上させ溶接金属の強度を得るために0.5%以上必要である。一方、3.0%を超えると強度が過剰となり靭性が低下するため、上限を3.0%とした。
Mn: 0.5% to 3.0%
Mn is required to be 0.5% or more in order to improve the hardenability and obtain the strength of the weld metal. On the other hand, if it exceeds 3.0%, the strength becomes excessive and the toughness decreases, so the upper limit was made 3.0%.

Ti:0.002%〜0.025%
Tiは溶接金属の組織を微細化するのに最低限0.002%以上は必要である。しかし、0.025%を越えると、固溶Tiが増加し溶接金属の靭性が低下する。そのため、上限を0.025%とした。
Ti: 0.002% to 0.025%
Ti must be at least 0.002% or more to refine the microstructure of the weld metal. However, if it exceeds 0.025%, the solid solution Ti increases and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, the upper limit was made 0.025%.

Al:0.002%〜0.030%
Alは、母材、ワイヤおよびフラックスから移行してくるため溶接金属中には不純物として存在する。しかし、0.030%を超えると粗大な酸化物が形成し溶接金属の靭性が低下する。そのため、上限を0.030%とした。下限は本発明の効果からは特に限定する必要がないが、母材やフラックスかの不可避の不純物として0.002%以上は含まれる。
Al: 0.002% to 0.030%
Since Al migrates from the base material, the wire, and the flux, it exists as an impurity in the weld metal. However, if it exceeds 0.030%, a coarse oxide is formed and the toughness of the weld metal is lowered. Therefore, the upper limit was made 0.030%. The lower limit is not particularly limited from the effect of the present invention, but 0.002% or more is included as an inevitable impurity such as a base material or a flux.

Nb:0.04%以下
Nbは溶接材料には不可避の不純物程度にしか含まれない。しかし、母材にはNbを添加する場合もあるため、母材から溶接金属に供給される。しかし、過剰に溶接金属に含有すると炭化物を形成し靭性が低下する原因となる。そのため、上限を0.04%とした。
Nb: 0.04% or less Nb is contained only in an inevitable impurity level in the welding material. However, since Nb may be added to the base material, it is supplied from the base material to the weld metal. However, if it is excessively contained in the weld metal, carbides are formed and the toughness is lowered. Therefore, the upper limit was made 0.04%.

O:0.018%〜0.035%
Oは溶接金属の靭性を確保するために重要な元素である。0.018%未満では、組織を微細化して靭性を向上させるのに必要な酸化物を形成することができない。そのため0.018%以上は必要である。しかし、0.035%を超えると、粗大な酸化物を形成するようになり、溶接金属の靭性は低下する。そのため、上限を0.035%とした。
O: 0.018% to 0.035%
O is an important element for ensuring the toughness of the weld metal. If it is less than 0.018%, an oxide necessary for refining the structure and improving toughness cannot be formed. Therefore, 0.018% or more is necessary. However, if it exceeds 0.035%, a coarse oxide is formed, and the toughness of the weld metal is lowered. Therefore, the upper limit was made 0.035%.

Cr:0.1%〜1.5%、Ni:0.1%〜4.0%、および、Mo:0.1%〜2.0%のうちの何れか1種または2種以上を含む:
Cr、NiおよびMoは溶接金属の強度を向上させる元素であるため添加する。しかし、過剰添加は靭性あるいは溶接性を低下させるため上限をきめた。
Crは、焼き入れ性を向上させ溶接金属の強度を得るため添加する。この効果を得るためには0.1%以上必要である。しかし、1.5%を超えると、過剰のCrは溶接金属の靭性を低下させる。そのため、上限を1.5%とした。
Cr: 0.1% to 1.5%, Ni: 0.1% to 4.0%, and Mo: 0.1% to 2.0%, including one or more :
Since Cr, Ni and Mo are elements that improve the strength of the weld metal, they are added. However, the upper limit was determined because excessive addition reduces toughness or weldability.
Cr is added to improve the hardenability and obtain the strength of the weld metal. In order to obtain this effect, 0.1% or more is necessary. However, if it exceeds 1.5%, excess Cr reduces the toughness of the weld metal. Therefore, the upper limit is made 1.5%.

Niは、溶接金属の強度と靭性を向上させるために添加する。この効果を得るためには0.1%以上必要である。しかし、4.0%を超えると、溶接時の高温割れが発生する危険性が高くなる。そのため上限を4.0%とした。   Ni is added to improve the strength and toughness of the weld metal. In order to obtain this effect, 0.1% or more is necessary. However, if it exceeds 4.0%, the risk of hot cracking during welding increases. Therefore, the upper limit was made 4.0%.

Moは焼き入れ性を向上させ溶接金属の強度を得るため添加する。この効果を得るためには0.1%以上必要である。しかし、2.0%を超えると、過剰のMoは溶接金属の強度を過剰に高め、靭性を低下させる。そのため、上限を2.0%とした。   Mo is added to improve the hardenability and obtain the strength of the weld metal. In order to obtain this effect, 0.1% or more is necessary. However, if it exceeds 2.0%, the excessive Mo excessively increases the strength of the weld metal and decreases the toughness. Therefore, the upper limit was made 2.0%.

次に溶接金属の化学組成を用いて式(2)で計算されるPcmの値を0.22〜0.38とした。0.22未満では溶接金属の強度が800MPa未満となるため、下限を0.22とした。また、0.38を超えると溶接金属の強度が高くなりすぎるため、上限を0.38とした。   Next, the value of Pcm calculated by Formula (2) using the chemical composition of the weld metal was set to 0.22 to 0.38. If it is less than 0.22, the strength of the weld metal is less than 800 MPa, so the lower limit was set to 0.22. Moreover, since the intensity | strength of a weld metal will become high too much when it exceeds 0.38, the upper limit was set to 0.38.

次に請求項2および請求項3に記載の母材の化学組成の限定理由について述べる。サブマージアーク溶接では母材の希釈率が高いため、サブマージアーク溶接の溶接金属の化学組成は母材の化学組成と溶接材料の化学組成との両方の影響を受ける。溶接金属の強度や靭性はその化学組成によりほぼ決定される。そのため、母材の化学組成を規定することにより容易に適切な化学組成の溶接金属を得ることができる。また、用いる母材の化学組成を限定することにより母材の特性を向上するとができ、より良好な溶接継手を得ることができる。   Next, the reasons for limiting the chemical composition of the base material according to claims 2 and 3 will be described. In submerged arc welding, since the base metal has a high dilution rate, the chemical composition of the weld metal in submerged arc welding is affected by both the chemical composition of the base metal and the chemical composition of the welding material. The strength and toughness of the weld metal are almost determined by its chemical composition. Therefore, it is possible to easily obtain a weld metal having an appropriate chemical composition by defining the chemical composition of the base material. Further, by limiting the chemical composition of the base material to be used, the characteristics of the base material can be improved, and a better welded joint can be obtained.

C:0.03%〜0.15%
Cは焼き入れ性を高め、組織を微細化するために重要名元素であり。母材の強度を確保するためには0.03%以上必要である。また、溶接金属に安定してCを供給するために、0.03%以上必要である。一方、0.15%を越えて添加するとCが過剰となる。そのため、母材の溶接熱影響部の硬化が著しく、靭性に悪影響を及ぼす。そのため上限を0.15%とした。
C: 0.03% to 0.15%
C is an important element for enhancing the hardenability and miniaturizing the structure. In order to ensure the strength of the base material, 0.03% or more is necessary. Further, in order to stably supply C to the weld metal, 0.03% or more is necessary. On the other hand, if it exceeds 0.15%, C becomes excessive. Therefore, the welding heat affected zone of the base material is significantly hardened, which adversely affects toughness. Therefore, the upper limit was made 0.15%.

Si:0.01%〜0.50%
Siは母材の製造時に脱酸元素として必要であり、その効果を得るために0.005%以上必要である。一方、0.50%を超えて添加すると母材の靭性が低下する。また、溶接金属への移行するSi量が過剰となり溶接金属の靭性も低下させる危険性があるため、上限を0.5%とした。
Si: 0.01% to 0.50%
Si is necessary as a deoxidizing element during the production of the base material, and 0.005% or more is necessary to obtain the effect. On the other hand, if added over 0.50%, the toughness of the base material decreases. In addition, since the amount of Si transferred to the weld metal is excessive and there is a risk of reducing the toughness of the weld metal, the upper limit is set to 0.5%.

Mn:0.5%〜3.0%
Mnは母材の焼き入れ性を高め強度を得るために必要な元素で、少なくとも0.5%以上必要である。一方、3.0%を超えて添加すると強度が高くなりすぎ靭性を低下させる。また、偏析が大きくなり、鋼材の組織も不均一にする。そのため、上限を3.0%とした。
Mn: 0.5% to 3.0%
Mn is an element necessary for increasing the hardenability of the base material and obtaining strength, and is required to be at least 0.5% or more. On the other hand, if added over 3.0%, the strength becomes too high and the toughness is lowered. In addition, segregation increases and the steel structure becomes non-uniform. Therefore, the upper limit was made 3.0%.

Ti:0.001%〜0.02%
Tiは、微量添加により母材の強度を向上させ靭性も改善するため、0.001%以上必要である。しかし、過剰のTiは母材強度を過剰にする。そのため上限を0.02%とした。
Ti: 0.001% to 0.02%
Ti is required to be added 0.001% or more in order to improve the strength of the base material and improve the toughness by adding a small amount. However, excessive Ti makes the base material strength excessive. Therefore, the upper limit was made 0.02%.

Al:0.001%〜0.04%
Alは脱酸元素として母材に必要で、0.001%以上添加される必要がある。しかし、0.04%を超えて添加すると粗大な酸化物を形成して母材の靭性は低下すため、上限を0.04%とした。
Al: 0.001% to 0.04%
Al is necessary for the base material as a deoxidizing element, and it is necessary to add 0.001% or more. However, if added over 0.04%, a coarse oxide is formed and the toughness of the base material is lowered, so the upper limit was made 0.04%.

さらに、母材の強度と靭性をバランス良く得るために以下の元素を添加することが有効である。   Furthermore, it is effective to add the following elements in order to obtain a good balance between strength and toughness of the base material.

Cr:0.1%〜1.5%、Ni:0.1%〜2.5%、Mo:0.1%〜2.0%、Nb:0.005%〜0.05%の何れか1種又は2種以上を含む:
Cr、Ni、Mo、Nbは何れも母材の強度を向上させるために何れかを1種あるいは2種以上添加するが、過剰添加により、母材の靭性を低下させるため、上限を決めた。
Cr: 0.1% to 1.5%, Ni: 0.1% to 2.5%, Mo: 0.1% to 2.0%, Nb: 0.005% to 0.05% Contains one or more:
Any one of Cr, Ni, Mo, and Nb is added in order to improve the strength of the base material. However, the upper limit is determined in order to reduce the toughness of the base material due to excessive addition.

Crは焼き入れ性を高めて、強度を確保するため添加する。この効果を得るためには、0.1%以上必要である。しかし、1.5%を超えて添加すると母材の靭性を低下させる。そのため、上限を1.5%とした。   Cr is added to improve the hardenability and ensure the strength. In order to obtain this effect, 0.1% or more is necessary. However, if added over 1.5%, the toughness of the base material is lowered. Therefore, the upper limit is made 1.5%.

Niは、母材の強度を向上させるために添加する。この効果を得るためには、0.1%以上は必要である。しかし、2.5%を超えて添加すると溶接金属に移行するNiが過剰となり溶接金属に高温割れが発生しやすくなる。また、経済的な観点からも過剰の添加は好ましくないので上限を2.5%とした。   Ni is added to improve the strength of the base material. In order to obtain this effect, 0.1% or more is necessary. However, if added over 2.5%, Ni transferred to the weld metal becomes excessive, and hot cracking is likely to occur in the weld metal. Moreover, since addition excessively is not preferable also from an economical viewpoint, the upper limit was made 2.5%.

Moは、母材の強度を向上させるために添加する。この効果を得るためには、0.1%以上必要である。しかし、2.0%を超えて添加すると母材の強度が過剰となり母材の靭性が低下する。また、経済的な観点からも過剰の添加は好ましくないので、上限を2.0%とした。   Mo is added to improve the strength of the base material. In order to obtain this effect, 0.1% or more is necessary. However, if added over 2.0%, the strength of the base material becomes excessive and the toughness of the base material decreases. Moreover, since excessive addition is not preferable also from an economical viewpoint, the upper limit was made 2.0%.

Nbは、母材の強度を向上させるために添加する。この効果を得るためには、0.005%以上必要である。しかし、0.06%を超えて添加すると強度が過剰となり靭性が低下する危険性が高くなるため、上限を0.06%とした。   Nb is added to improve the strength of the base material. In order to obtain this effect, 0.005% or more is necessary. However, if added over 0.06%, the strength becomes excessive and the risk of lowering toughness increases, so the upper limit was made 0.06%.

次に、請求項4に記載の用いるソリッドワイヤの化学組成およびメタルコアードワイヤの平均の化学組成の限定理由について説明する。溶接金属の化学組成は、母材と溶接材料により決定される。そのため、溶接に用いるソリッドワイヤあるいはメタルコアードワイヤの化学組成を規定することにより、容易に溶接金属の組成を設計することができる。酸素量以外はソリッドワイヤとメタルコアードワイヤとは化学組成の範囲は同じである。酸素量はメタルコアードワイヤのみ限定する。   Next, the reasons for limiting the chemical composition of the solid wire used according to claim 4 and the average chemical composition of the metal cored wire will be described. The chemical composition of the weld metal is determined by the base material and the weld material. Therefore, the composition of the weld metal can be easily designed by defining the chemical composition of the solid wire or metal cored wire used for welding. Except for the amount of oxygen, the range of chemical composition of the solid wire and the metal cored wire is the same. The amount of oxygen is limited to metal cored wires only.

C:0.03%〜0.15%
Cは焼き入れ性を高めて、溶接金属の強度を確保するために重要な元素である。溶接金属に必要なC量を供給するために、0.03%以上必要である。しかし、0.15%を超えて添加すると溶接金属のC量が過剰となり強度が高くなり靭性が低下する。またソリッドワイヤも硬くなるため、製造性が阻害される。そのため、上限を0.15%とした。
C: 0.03% to 0.15%
C is an important element for enhancing the hardenability and ensuring the strength of the weld metal. In order to supply the C amount necessary for the weld metal, 0.03% or more is necessary. However, if added over 0.15%, the C content of the weld metal becomes excessive, the strength increases, and the toughness decreases. In addition, since the solid wire becomes hard, manufacturability is hindered. Therefore, the upper limit was made 0.15%.

Si:0.02%〜0.80%
Siは溶融した溶接金属の粘性を高める元素であり、作業性の観点から0.02%以上は必要である。しかし。0.80%を超えて添加すると溶接金属中のSi量が過剰となり靭性が低下するため、上限を0.80%とした。
Si: 0.02% to 0.80%
Si is an element that increases the viscosity of the molten weld metal, and 0.02% or more is necessary from the viewpoint of workability. However. If added over 0.80%, the amount of Si in the weld metal becomes excessive and the toughness decreases, so the upper limit was made 0.80%.

Mn:0.2%〜4.0%
MnもCと同様、溶接金属の焼き入れ性を高め強度を確保するために添加する元素である。そのため、0.2%以上は必要である。しかし、4.0%を超えて添加すると、溶接金属中のMn量が過剰となり靭性が低下するため、上限を4.0%とした。
Mn: 0.2% to 4.0%
Mn, like C, is an element added to increase the hardenability of the weld metal and ensure strength. Therefore, 0.2% or more is necessary. However, if added over 4.0%, the amount of Mn in the weld metal becomes excessive and the toughness decreases, so the upper limit was made 4.0%.

Ti:0.002〜0.10%
Tiは酸素と結合して酸化物を形成して、溶接金属の組織の微細化に役立つ重要な元素である。0.002%未満ではワイヤからの添加量が足らず、その効果が得られないため、溶接金属の靭性が低下する。そのため、0.002%以上は必要である。しかし。0.10%を超えてワイヤに添加すると、酸化物を形成するに必要なTi以上が溶接金属に供給されるため固溶したTiが溶接金属中に増加し、溶接金属の靭性が低下する。そのため、上限を0.10%とした。
Ti: 0.002-0.10%
Ti combines with oxygen to form an oxide, and is an important element that helps refine the structure of the weld metal. If it is less than 0.002%, the added amount from the wire is insufficient and the effect cannot be obtained, so that the toughness of the weld metal is lowered. Therefore, 0.002% or more is necessary. However. If it exceeds 0.10% and is added to the wire, Ti or more necessary for forming an oxide is supplied to the weld metal, so that the solid solution Ti increases in the weld metal and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, the upper limit was made 0.10%.

Al:0.001%〜0.02%
Alは溶接金属の靭性に対して酸化物を形成して低下させる。当然ワイヤからも溶接金属に移行するため、上限を定めた。0.02%を超えてワイヤに含まれると、溶接金属のAl量が過剰となり靭性が低下する。下限は特に溶接金属の靭性の観点からは必要ないが通常0.001%以上は不可避の不純物として含まれる。
Al: 0.001% to 0.02%
Al reduces the toughness of the weld metal by forming an oxide. Naturally, the upper limit was set in order to move from the wire to the weld metal. If it exceeds 0.02% and is contained in the wire, the Al content of the weld metal becomes excessive and the toughness is lowered. The lower limit is not particularly required from the viewpoint of the toughness of the weld metal, but usually 0.001% or more is included as an inevitable impurity.

Cr:0.25%〜3.0%、Ni:0.25%〜8.0%、および、Mo:0.25%〜4.0%の何れか1種又は2種以上を含む:
Cr、Ni、Moは溶接金属の強度を確保するために1種または2種以上添加する。そのため、母材から供給される量の不足分は溶接材料から供給される。
Cr: 0.25% to 3.0%, Ni: 0.25% to 8.0%, and Mo: 0.25% to 4.0%, including one or more of:
One, two or more Cr, Ni, and Mo are added to ensure the strength of the weld metal. Therefore, the shortage of the amount supplied from the base material is supplied from the welding material.

Crは溶接金属の焼き入れ性を高め強度を確保するために必要に応じてワイヤに添加する元素である。溶接金属がこの効果を得るためにはワイヤには0.25%以上必要である。しかし、過剰のCrは靭性を低下させる。3.0%を超えて添加すると溶接金属中のCrが過剰となり溶接金属の靭性が低下する。そのため、3.0%以下とした。   Cr is an element added to the wire as necessary to enhance the hardenability of the weld metal and ensure the strength. In order for the weld metal to obtain this effect, the wire needs to be 0.25% or more. However, excess Cr reduces toughness. If added over 3.0%, Cr in the weld metal becomes excessive and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, it was made 3.0% or less.

NiもCrと同様焼き入れ性を高めて強度を確保するため、必要に応じてワイヤから溶接金属に添加する元素である。溶接金属がこの効果を得るためにはワイヤには0.25%以上必要である。しかし、8.0%を超えてNiを添加すると、溶接金属中のNi量が過剰となり、高温割れを引き起こす。そのため、上限を8.0%とした。   Ni, like Cr, is an element that is added from the wire to the weld metal as necessary in order to increase the hardenability and ensure the strength. In order for the weld metal to obtain this effect, the wire needs to be 0.25% or more. However, if Ni is added in excess of 8.0%, the amount of Ni in the weld metal becomes excessive, causing hot cracking. Therefore, the upper limit is set to 8.0%.

MoもNiおよびCrと同様焼き入れ性を高めて強度を確保するため、必要に応じてワイヤから溶接金属に添加する元素である。溶接金属がこの効果を得るためにはワイヤには0.25%以上必要である。しかし、4.0%を超えてMoを添加すると、溶接金属の強度が過剰となり靭性が低下する。そのため、上限を4.0%とした。   Mo, like Ni and Cr, is an element that is added from the wire to the weld metal as necessary in order to increase the hardenability and ensure the strength. In order for the weld metal to obtain this effect, the wire needs to be 0.25% or more. However, if Mo is added in excess of 4.0%, the strength of the weld metal becomes excessive and the toughness decreases. Therefore, the upper limit was made 4.0%.

次にメタルコアードワイヤの酸素量の限定理由について述べる。   Next, the reason for limiting the oxygen content of the metal cored wire will be described.

O:0.03%〜0.50%
メタルコアードワイヤの酸素量を個々のワイヤごとにワイヤ全体に対する質量%で0.03%〜0.50%に限定した。本発明では、メタルコアードワイヤから酸素を溶接金属に添加するのが目的である。そのため、メタルコアードワイヤの酸素量を規定する。0.03%未満では酸素量が少なく、溶接金属中に十分な酸素量が供給されない。そのため0.03%以上は必要である。一方、0.50%を超えると、酸素量が過剰となった結果、ガス成分が多くなりブローホール等の欠陥が生じ易くなる。そのため上限を0.50%以下とした。好ましくは0.20〜0.50%である。また、0.50%以下の酸素量のメタルコアードワイヤであれば、式(1)で計算される塩基度が本発明の範囲のフラックスを用いている限り、溶接金属は酸素過剰にはならない。
O: 0.03% to 0.50%
The amount of oxygen of the metal cored wire was limited to 0.03% to 0.50% in mass% with respect to the whole wire for each individual wire . The object of the present invention is to add oxygen from the metal cored wire to the weld metal. Therefore, the oxygen amount of the metal cored wire is specified. If it is less than 0.03%, the amount of oxygen is small, and a sufficient amount of oxygen is not supplied into the weld metal. Therefore, 0.03% or more is necessary. On the other hand, if it exceeds 0.50%, the amount of oxygen becomes excessive, resulting in an increase in gas components and the occurrence of defects such as blow holes. Therefore, the upper limit was made 0.50% or less. Preferably it is 0.20 to 0.50%. Further, if the metal cored wire has an oxygen content of 0.50% or less, the weld metal will not be in excess of oxygen as long as the basicity calculated by the formula (1) is within the range of the present invention. .

次に、請求項5について説明する。請求項5に記載されているように、1電極目にソリッドワイヤを使用することにより深い溶け込み形状を得ることができる。メタルコアードワイヤでは溶接アークが外皮から主に発生するため、図8(a)の模式図に示すように溶け込みWbが浅くなりまた幅の広い断面形状になるが、1電極目にソリッドワイヤを使用することにより図8(b)の模式図に示すように溶け込みWbを深くすることができる。溶接熱影響部の領域を小さくするため、近年、高強度鋼の溶接において、溶接入熱の小入熱化の方向にあるが、溶接入熱を小さくすると溶け込みが浅くなり、溶け込み不足等の溶接欠陥の発生する可能性が高くなる。そのため、溶け込みがより深くなる溶接方法は有益である。   Next, claim 5 will be described. As described in claim 5, a deep penetration shape can be obtained by using a solid wire for the first electrode. In a metal cored wire, a welding arc is mainly generated from the outer skin. Therefore, as shown in the schematic diagram of FIG. 8A, the penetration Wb becomes shallow and the cross-sectional shape becomes wide. By using it, the penetration Wb can be deepened as shown in the schematic diagram of FIG. In recent years, in order to reduce the area of the weld heat affected zone, in the welding of high-strength steel, there is a tendency to reduce the heat input of the welding heat, but if the welding heat input is reduced, the penetration becomes shallower and the welding is insufficient. The possibility of the occurrence of defects increases. Therefore, a welding method with deeper penetration is beneficial.

以下に、実施例を用いて本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described using examples.

実施例に用いた溶接方法は、主に3電極のサブマージアーク溶接を使用し、一部に4電極および5電極のサブマージアーク溶接を用いた。表2に実施例で用いた溶接条件を示す。条件1は基本条件であり、条件2は条件1の電流および電圧の配分を変えた条件である。条件3は4電極条件である。条件4は5電極条件である。開先形状は、図9に示すV開先を用いた。開先角度は80度で開先深さdは表3に示す様に入熱に応じた開先深さを用いた。この開先に、表2に示した溶接条件で1層溶接を行った。   The welding method used in the examples mainly used 3-electrode submerged arc welding, and partially used 4-electrode and 5-electrode submerged arc welding. Table 2 shows the welding conditions used in the examples. Condition 1 is a basic condition, and condition 2 is a condition in which the current and voltage distribution of condition 1 is changed. Condition 3 is a four-electrode condition. Condition 4 is a five-electrode condition. As the groove shape, a V groove shown in FIG. 9 was used. The groove angle was 80 degrees, and the groove depth d was a groove depth corresponding to heat input as shown in Table 3. One-layer welding was performed on the groove under the welding conditions shown in Table 2.

表4に実施例で用いたソリッドワイヤを示す。ソリッドワイヤは化学組成が異なるものを16種類用いた。このうち、ワイヤS1からワイヤS11までは、請求項4に記載された成分範囲を持つソリッドワイヤである。
Table 4 shows the solid wires used in the examples. Sixteen types of solid wires having different chemical compositions were used. Among these, the wires S1 to S11 are solid wires having the component range described in claim 4 .

表5に実施例で用いたメタルコアードワイヤを示す。メタルコアードワイヤは化学組成の異なるメタルコアードワイヤを20種類準備した。強度レベルが1000MPa未満のワイヤはかしめ型メタルコアードワイヤ、1000MPa以上はシームレスメタルコアードワイヤを用いた。ワイヤC1からワイヤC13までは本発明の請求項4に記載された成文範囲を持つメタルコアードワイヤである。C12は、使用する直前まで開封せず、表面への酸素吸着を防いだ状態で保管した鉄粉を使用したため酸素量の少ないCWになっている。また、C13は鉄粉量を多くしているため、CW中の酸素量が高い。ワイヤの直径はすべて4.0mmである。

Table 5 shows the metal cored wires used in the examples. Twenty kinds of metal cored wires having different chemical compositions were prepared. A wire having a strength level of less than 1000 MPa was a caulking type metal cored wire, and a wire having a strength level of 1000 MPa or more was a seamless metal cored wire. The wires C1 to C13 are metal cored wires having a written range according to claim 4 of the present invention. C12 is a CW with a small amount of oxygen because it uses iron powder that is not opened until just before use and stored in a state that prevents oxygen adsorption to the surface. Moreover, since C13 has increased the amount of iron powder, the amount of oxygen in CW is high. All wire diameters are 4.0 mm.

表6に実施例に用いたフラックの組成を示す。なお、残部はバインダー(水ガラス)等である。フラックスはメルトタイプのフラックスを用いた。フラックスaからスラックスgまではCaF量、SiO量および式(1)で計算される塩基度が本発明の範囲内である。一方、フラックスhからフラックスkは式(1)で計算される塩基度が本発明の範囲外である。また、スラックスhは式(1)で計算される塩基度とともにCaF量も発明の範囲以上である。フラックスjは式(1)で計算される塩基度とともにSiO量が本発明の範囲外である。フラックスkは式(1)で計算される塩基度とともにCaF量、SiO量も本発明の範囲外である。一方、フラックスlからフラックスnまでは式(1)で計算される塩基度は本発明の範囲であるが、CaFおよびSiOのいずれか一方、あるいは両方の含有量が本発明の範囲外である。これらのフラックスは何れも、使用前に250℃で1時間乾燥した後に使用した。一部のフラックスは乾燥後の吸湿を防ぐため、使用直前まで容器に密閉して保管した。 Table 6 shows the composition of the flack used in the examples. The balance is a binder (water glass). The flux used was a melt type flux. From the flux a to the slack g, the CaF 2 content, the SiO 2 content and the basicity calculated by the formula (1) are within the scope of the present invention. On the other hand, the basicity calculated by the equation (1) from the flux h to the flux k is outside the scope of the present invention. Further, slacks h is greater than or equal scope of the invention CaF 2 content with basicity calculated by Equation (1). The amount of SiO 2 in the flux j is out of the scope of the present invention together with the basicity calculated by the equation (1). The amount of CaF 2 and the amount of SiO 2 are outside the scope of the present invention as well as the basicity calculated by Equation (1). On the other hand, from the flux 1 to the flux n, the basicity calculated by the formula (1) is within the scope of the present invention, but the content of either one or both of CaF 2 and SiO 2 is outside the scope of the present invention. is there. All of these fluxes were used after drying at 250 ° C. for 1 hour before use. In order to prevent moisture absorption after drying, some fluxes were kept sealed in containers until just before use.

表7に実施例で用いた母材を示す。母材は板厚20mm、長さ1000mm、幅150mmの寸法で、強度が850MPa、950MPaおよび1000MPa級の鋼板を用いた。母材Bは請求項2の範囲の成分の母材である。母材Cから母材Lまでは本発明の請求項3の範囲の成分を満足する母材である。これらの鋼板に、図9に示した片面V開先を1000mm長さの方向に全長にわたり加工し溶接に供した。   Table 7 shows the base materials used in the examples. As the base material, steel plates having a thickness of 20 mm, a length of 1000 mm, and a width of 150 mm and strengths of 850 MPa, 950 MPa, and 1000 MPa were used. The base material B is a base material having a component in the range of claim 2. From the base material C to the base material L is a base material that satisfies the components in the range of claim 3 of the present invention. A single-sided V groove shown in FIG. 9 was processed over these steel plates over the entire length in the direction of 1000 mm length and subjected to welding.

これらの、化学組成の異なる母材、化学組成の異なるソリッドワイヤおよび化学組成の異なるメタルコアードワイヤを組み合わせることにより溶接金属の化学成分を調整することにより、溶接金属の強度を調整した。   The strength of the weld metal was adjusted by adjusting the chemical composition of the weld metal by combining these base materials having different chemical compositions, solid wires having different chemical compositions, and metal cored wires having different chemical compositions.

評価は、頂部スラグインの発生の有無、頂部スラグイン以外の内部欠陥の有無、ビード形状、とけ込み深さ、組織観察、溶接金属引張強度および−30℃の溶接金属吸収エネルギーで評価した。ビード形状は、作成した溶接ビードの目視外観で評価した。頂部スラグインの発生の有無は、先ず溶接ままで全長にわたり放射線透過試験を行い、欠陥の調査をした。その後、溶接ビードの有る面とは逆側の裏面から15mm減厚して頂部スラグイン以外の欠陥を除去した後、再度放射線透過試験を行い、頂部スラグインの有無を判断した。この際、頂部スラグイン以外の割れ等の内部欠陥も2回の放射線透過試験で評価を行った。とけ込み深さおよび組織の健全性は、1本の溶接継手よりスタート側、ビード長さの1/2の位置およびクレータ側の3カ所から各溶接条件で3個づつ組織観察用試験片を採取し測定調査した。引張試験のための引張試験片は、図10に示す様に表面から5mmの位置の溶接金属中央部から、丸棒型のJISA2号引張試験片Tsを引張試験片の平行部が溶接線と平行になるように採取した。衝撃試験のための試験片は図11に示す様に、表層から6mmの位置よりノッチ方向が溶接線方向になるように2mmVシャルピー衝撃試験片Tpを採取して測定した。溶接継手は、放射線透過試験用と、それ以外の評価用に各々の条件につき2体づつ作成した。   The evaluation was performed based on the presence or absence of generation of top slag in, presence or absence of internal defects other than the top slag in, bead shape, penetration depth, structure observation, weld metal tensile strength, and weld metal absorbed energy at −30 ° C. The bead shape was evaluated by the visual appearance of the created weld bead. The presence or absence of the top slag-in was first investigated by performing a radiation transmission test over the entire length while welding. Then, after removing thicknesses other than the top slag in by reducing the thickness by 15 mm from the back surface opposite to the surface having the weld bead, a radiation transmission test was performed again to determine the presence or absence of the top slag in. At this time, internal defects such as cracks other than the top slag-in were also evaluated by two radiation transmission tests. For the depth of penetration and the soundness of the structure, three specimens for structure observation were collected under each welding condition from three locations on the start side, half the bead length and crater side from one welded joint. The measurement was investigated. As shown in FIG. 10, the tensile test piece for the tensile test is a round bar type JISA No. 2 tensile test piece Ts from the center of the weld metal at a position 5 mm from the surface, and the parallel part of the tensile test piece is parallel to the weld line. It collected so that it might become. As shown in FIG. 11, the test piece for the impact test was measured by taking a 2 mm V Charpy impact test piece Tp so that the notch direction becomes the weld line direction from a position of 6 mm from the surface layer. Two welded joints were prepared for each condition for the radiation transmission test and for other evaluations.

表8および表9に実施例を示す。表8は発明例、表9は比較例である。   Tables 8 and 9 show examples. Table 8 is an invention example, and Table 9 is a comparative example.

先ず表8の発明例について説明する。発明例ではいずれの場合も、少なくとも1電極がメタルコアードワイヤを使用しているため、メタルコアードワイヤより酸素が溶接金属に供給され溶接金属の酸素量が適正値の範囲に入っている。その結果、溶接金属の靭性は良好である。また、用いているフラックスの式(1)で計算される塩基度および成分が本発明の範囲のものを使用しているため、頂部スラグインは発生していない。また、発明例10から発明例12および発明例35から発明例46までは第1電極にはソリッドワイヤを使用しているため、第1電極にソリッドワイヤを使用していない場合と比較して、とけ込み深さが約2mm深くなっている。   First, the invention examples in Table 8 will be described. In any of the examples of the invention, since at least one electrode uses a metal cored wire, oxygen is supplied to the weld metal from the metal cored wire, and the oxygen amount of the weld metal is within the appropriate range. As a result, the weld metal has good toughness. Moreover, since the basicity and component calculated by the formula (1) of the flux used are within the scope of the present invention, no top slag in is generated. In addition, since Invention Example 10 to Invention Example 12 and Invention Example 35 to Invention Example 46 use a solid wire for the first electrode, compared to the case where no solid wire is used for the first electrode, The penetration depth is about 2 mm deeper.

発明例33および発明例45は4電極サブマージアーク溶接の発明例、発明例34および発明例46は5電極サブマージアーク溶接の場合の発明例であるが、3電極サブマージアーク溶接の実施例と同様の効果が得られ、溶接金属の酸素量は適当な範囲であり良好な靭性が得られており、頂部スラグインも発生していない。   Inventive Example 33 and Inventive Example 45 are invention examples of 4-electrode submerged arc welding, and Inventive Example 34 and Inventive Example 46 are invention examples in the case of 5-electrode submerged arc welding. The effect is obtained, the oxygen amount of the weld metal is in an appropriate range, good toughness is obtained, and no top slag in is generated.

発明例25は発明例24と同じ母材、フラックスおよびワイヤの組み合わせであるが溶接条件が異なる発明例である。同じく発明例38は発明例36と同じ母材、フラックスおよびワイヤの組み合わせであるが溶接条件が異なる発明例である。いずれも、溶接条件を変えることにより溶接金属中の酸素量を変化させることができている。しかし、溶接金属の酸素量は適正な範囲に入り、またフラックスの成分および式(1)で計算される塩基度も適正なため、良好な靭性が得られており、頂部スラグインも発生していない。   Invention Example 25 is an invention example in which the same base material, flux and wire combination as in Invention Example 24 are used, but the welding conditions are different. Similarly, Invention Example 38 is an invention example in which the same base material, flux and wire combination as in Invention Example 36 are used, but the welding conditions are different. In either case, the amount of oxygen in the weld metal can be changed by changing the welding conditions. However, the oxygen content of the weld metal falls within an appropriate range, and since the flux components and the basicity calculated by the formula (1) are also appropriate, good toughness is obtained and no top slag in is generated. .

発明例30、発明例33および発明例34は酸素量の多いメタルコアードワイヤC13を使用している発明例であるが、それに伴い溶接金属中の酸素量はワイヤ中の酸素量のみ異なるC9を使用した発明例29、発明例45および発明例46と比較して増加している。酸素量はFe粉末の量を増加させてある。また、発明例43は酸素量の少ないメタルコアードワイヤC12を使用した例で、ワイヤ中の酸素量のみ異なるC9を使用した発明例42と比較して溶接金属中の酸素量は低い。C12は使用直前まで原料のFe粉を開封せずに酸素の吸着を防止した原料を使用し、メタルコアードワイヤの酸素量を低減した。この様に、メタルコアードワイヤの酸素量を変化させることでも、溶接金属中の酸素量を変化させることができる。   Inventive Example 30, Inventive Example 33 and Inventive Example 34 are examples of the invention using the metal cored wire C13 having a large amount of oxygen, and accordingly, the oxygen amount in the weld metal is different from C9 only in the oxygen amount in the wire. It is increased as compared with Invention Example 29, Invention Example 45 and Invention Example 46 used. The amount of oxygen increases the amount of Fe powder. Inventive Example 43 is an example using a metal cored wire C12 with a small amount of oxygen, and the oxygen content in the weld metal is lower than that in Inventive Example 42 using C9 which differs only in the oxygen content in the wire. C12 used the raw material which prevented the adsorption | suction of oxygen without opening raw material Fe powder until just before use, and reduced the amount of oxygen of a metal cored wire. In this way, the amount of oxygen in the weld metal can also be changed by changing the amount of oxygen in the metal cored wire.

次に表9に示す比較例について説明する。比較例1から比較例10まではすべての電極にソリッドワイヤを使用し、式(1)で計算される塩基度が1.1以上のフラックスを使用して作成した多電極サブマージアーク溶接金属の例である。溶接金属の強度は、溶接金属の化学組成およびPcmが本発明の範囲に入っているため800MPa以上である。また、式(1)で計算されるフラックスの塩基度は本発明の範囲内のため、頂部スラグインは発生していない。しかし、全てソリッドワイヤを使用しているため溶接金属中の酸素量が不足し、靭性が低い。比較例11から比較例15は、すべての電極にソリッドワイヤを使用し、式(1)で計算される塩基度が1.1未満のフラックスiあるいはフラックスjを使用して作成した多電極サブマージアーク溶接金属の例である。溶接金属中の酸素量は適切であるため靭性は良好であるが、頂部スラグインが発生している。   Next, comparative examples shown in Table 9 will be described. Comparative Examples 1 to 10 are examples of a multi-electrode submerged arc weld metal prepared using a solid wire for all electrodes and using a flux having a basicity calculated by Equation (1) of 1.1 or more. It is. The strength of the weld metal is 800 MPa or more because the chemical composition and Pcm of the weld metal are within the scope of the present invention. Moreover, since the basicity of the flux calculated by the equation (1) is within the scope of the present invention, no top slag in is generated. However, since all solid wires are used, the amount of oxygen in the weld metal is insufficient and the toughness is low. Comparative Example 11 to Comparative Example 15 are multi-electrode submerged arcs using solid wires for all electrodes and using flux i or flux j having a basicity calculated by Equation (1) of less than 1.1. It is an example of a weld metal. Although the oxygen amount in the weld metal is appropriate, the toughness is good, but the top slag-in is generated.

比較例16および比較例17は、さらに式(1)で計算される塩基度が低いフラックスkを使用して作成した多電極サブマージアーク溶接金属の例である。式(1)で計算される塩基度が本発明の範囲以下であり、さらにフラックス中のSiO量が本発明の範囲を超えて添加されているため、頂部スラグインが発生している。また、溶接金属中の酸素量が過剰のため靭性も低下している。 Comparative Example 16 and Comparative Example 17 are examples of a multi-electrode submerged arc weld metal produced using a flux k having a low basicity calculated by Formula (1). Since the basicity calculated by the formula (1) is below the range of the present invention, and the amount of SiO 2 in the flux exceeds the range of the present invention, the top slag in is generated. In addition, the toughness is reduced due to the excessive amount of oxygen in the weld metal.

比較例18は発明例1と同じ第1電極にメタルコアードワイヤ、第2電極と第3電極にソリッドワイヤを使用した例である。溶接金属の狙い強度も同じである。しかし、用いたフラックスlのCaF量が過剰のため、アークが乱れて溶接中にアーク吹きが発生し溶接ビードが蛇行している。また、フラックスlのSiO量が少ないため、フラックスを乾燥後、溶接直前までフラックスの吸湿を防ぐため容器に密閉した。 Comparative Example 18 is an example in which a metal cored wire is used for the first electrode and a solid wire is used for the second and third electrodes, the same as in Invention Example 1. The target strength of the weld metal is the same. However, since the amount of CaF 2 in the flux 1 used is excessive, the arc is disturbed, arc blowing occurs during welding, and the weld bead meanders. Further, since the amount of SiO 2 in the flux 1 is small, the flux was dried and sealed in a container to prevent moisture absorption of the flux until just before welding.

比較例19は発明例6と同じ第1電極と第3電極にメタルコアードワイヤ、第2電極にソリッドワイヤを使用した例である。溶接金属の狙い強度も同じである。しかし、フラックスmのCaF量が少ないため、頂部スラグインが発生している。 Comparative Example 19 is an example in which a metal cored wire is used for the first electrode and the third electrode, and a solid wire is used for the second electrode, as in Invention Example 6. The target strength of the weld metal is the same. However, since the amount of CaF 2 in the flux m is small, the top slag in is generated.

比較例20は発明例7と同じ第1電極と第3電極にメタルコアードワイヤ、第2電極にソリッドワイヤを使用した例である。溶接金属の狙い強度も同じである。しかし、フラックスnのSiO量が本発明の範囲を超えているため、頂部スラグインが発生している。 Comparative Example 20 is an example in which a metal cored wire is used for the first electrode and the third electrode, and a solid wire is used for the second electrode, as in Invention Example 7. The target strength of the weld metal is the same. However, since the amount of SiO 2 in the flux n exceeds the range of the present invention, the top slag in is generated.

比較例21は発明例29と同じ第1電極と第3電極にメタルコアードワイヤを使用し、第2電極にソリッドワイヤを使用した例である。溶接金属の狙い強度も同じである。しかし、用いているメタルコアードワイヤの酸素量が本発明の範囲以上である。そのため、酸素過剰となり、溶接性が低下している。また、ガス成分が過剰でビード表面にピットと呼ばれる穴が発生している。   Comparative Example 21 is an example in which a metal cored wire is used for the first electrode and the third electrode, and a solid wire is used for the second electrode. The target strength of the weld metal is the same. However, the amount of oxygen in the metal cored wire used is more than the range of the present invention. Therefore, oxygen is excessive and weldability is reduced. Further, the gas component is excessive, and holes called pits are generated on the bead surface.

比較例22は発明例7と同じ第1電極と第3電極にメタルコアードワイヤを使用し、第2電極にソリッドワイヤを使用した例である。溶接金属の狙い強度も同じである。しかし用いているメタルコアードワイヤの酸素量が本発明の範囲以下である。そのため、溶接金属中の酸素の増加が不十分で、溶接金属の靭性が低い。   Comparative Example 22 is an example in which a metal cored wire is used for the first electrode and the third electrode as in Invention Example 7, and a solid wire is used for the second electrode. The target strength of the weld metal is the same. However, the oxygen content of the metal cored wire used is below the range of the present invention. Therefore, the increase in oxygen in the weld metal is insufficient and the toughness of the weld metal is low.

比較例23はCaF量が過剰のフラックスhを使用しているため、溶接中にアークが安定せずアーク吹きが発生し、溶接ビードが蛇行している。また、フラックスhの式(1)で計算される塩基度が3.2超でフラックスの表面が結晶質で水分の吸着しやすいため、乾燥後フラックスを使用するまで再度容器に密閉し吸湿しないようにする特段の注意を要した。 Since the comparative example 23 uses the flux h in which the amount of CaF 2 is excessive, the arc is not stabilized during welding, arc blowing occurs, and the weld bead meanders. In addition, since the basicity calculated by the formula (1) of the flux h is more than 3.2 and the surface of the flux is crystalline and easily adsorbs moisture, it is sealed again in the container until the flux is used after drying so as not to absorb moisture. Special attention was required.

比較例24から比較例38までは、溶接方法は3電極サブマージアーク溶接で、何れかの1電極以上にメタルコアードワイヤを使用している。そのため、溶接金属中の酸素量は0.018%から0.035%の範囲に入っている。また、フラックスも本発明のフラックスを使用し、その式(1)で計算される塩基度も本発明の範囲のため頂部スラグインも発生していない。しかし溶接金属の化学組成が本発明の範囲からはずれているため、溶接金属の強度不足、溶接金属の強度過剰か、溶接金属の靭性が低いあるいは微細な高温割れが溶接時に発生する等の問題が発生した。   From Comparative Example 24 to Comparative Example 38, the welding method is three-electrode submerged arc welding, and a metal cored wire is used for any one or more electrodes. Therefore, the amount of oxygen in the weld metal is in the range of 0.018% to 0.035%. Further, the flux of the present invention is used as the flux, and the basic slag-in is not generated because the basicity calculated by the formula (1) is within the scope of the present invention. However, since the chemical composition of the weld metal is out of the scope of the present invention, there are problems such as insufficient weld metal strength, excessive weld metal strength, low weld metal toughness or fine hot cracks during welding. Occurred.

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以上の様に、本発明を用いることにより容易に靭性の優れた頂部スラグインの無い多電極サブマージ溶接部を得ることができ、産業上貢献するところが大きい。   As described above, by using the present invention, it is possible to easily obtain a multi-electrode submerged weld portion having no top slag in which is excellent in toughness, which greatly contributes industrially.

頂部スラグインの模式図である。It is a schematic diagram of a top slag in. 式(1)で計算される塩基度と頂部スラグインの発生傾向の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the basicity calculated by Formula (1), and the generation | occurrence | production tendency of top slag in. 式(1)で計算される塩基度と溶接金属中の酸素量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the basicity calculated by Formula (1), and the oxygen content in a weld metal. メタルコアードワイヤの断面図である。It is sectional drawing of a metal cored wire. メタルコアードワイヤを使用した場合の溶接金属中の酸素量を示す図である。It is a figure which shows the oxygen amount in a weld metal at the time of using a metal cored wire. フラックス中のSiO量と頂部スラグインの関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between amount of SiO 2 and the top Suraguin in the flux. フラックス中のCaF量と頂部スラグインの関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship between CaF 2 content and the top Suraguin in the flux. 溶け込み形状の模式図である。It is a schematic diagram of a penetration shape. 実施例に用いた開先形状を示す図である。It is a figure which shows the groove shape used for the Example. 引張試験片採取要領を示す図である。It is a figure which shows the tension test piece collection point. 衝撃試験片採取要領を示す図である。It is a figure which shows the impact test piece collection point.

符号の説明Explanation of symbols

S:頂部スラグイン
A:かしめ型メタルコアードワイヤの外皮
B:シームレスメタルコアードワイヤの外皮
C:金属粉末あるいは合金粉末
W:シームレスメタルコアードワイヤの外皮の溶接部
K:かしめ型メタルコアードワイヤのかしめ部
d:開先深さ
Wb:溶け込み
Ts:引張り試験片
Tp:シャルピー試験片
S: Top slag in A: Outer skin of caulking type metal cored wire B: Outer skin of seamless metal cored wire C: Metal powder or alloy powder W: Welded portion of outer skin of seamless metal cored wire K: Caulking type metal cored wire Caulking portion d: groove depth Wb: penetration Ts: tensile test piece Tp: Charpy test piece

Claims (5)

引張強度が800〜1200MPaの鋼材を、該鋼材の開先内に高塩基性フラックスを充填し、複数の電極を用いて一つの溶融池を作成してサブマージアーク溶接することにより、引張強度が800〜1200MPaの溶接金属を形成する多電極サブマージアーク溶接方法において、
前記複数の電極のうちの何れか1電極または2電極以上を、個々のワイヤごとにワイヤ全体に対する質量%でO:0.03%〜0.50%を含有するメタルコアードワイヤとし、残りの電極をソリッドワイヤとするとともに、
前記高塩基性フラックスの成分組成が、該フラックスに対する質量%で、SiO:5.0%〜20.0%未満、CaF:30.0%〜50.0%、CaO:5.0%〜25.0%、MgO:1.0%〜5.0%、Al:15.0%〜30.0%を含有し、かつ、該フラックスの成分組成が下記(1)式で計算される塩基度Bの値が1.1〜3.2を満足し、
前記溶接金属の成分組成が、該溶接金属に対する質量%で、
C:0.03%〜0.12%、
Si:0.03%〜0.40%、
Mn:0.5%〜3.0%、
Ti:0.002%〜0.025%、
Al:0.002%〜0.030%、
O:0.018%〜0.035%を含有し、
Nb:0.04%以下に制限し、
さらに、Cr:0.1%〜1.5%、Ni:0.1%〜4.0%、および、Mo:0.1%〜2.0%のうちの何れか1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不可避の不純物であり、かつ、該溶接金属の化学組成が下記(2)式で求められるPcmの値が0.22〜0.38を満足することを特徴とする、多電極サブマージアーク溶接方法。
B=6.05×N[CaO]+4.0×N[MgO]+5.1×N[CaF]−0.2×N[Al]−6.3×N[SiO] ・・・(1)
Pcm=[C]+[Si]/30+([Mn]+[Cr])/20+[Ni]/60+[Mo]/15 ・・・(2)
但し、
上記N[CaO]、N[MgO]、N[CaF]、N[Al]、および、N[SiO]は、それぞれCaO、MgO、CaF、Al、および、SiOのモル分率を示し、
[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、および、[Mo]は、それぞれC、Si、Mn、Cr、Ni、および、Moの質量%を示す。
A steel material having a tensile strength of 800 to 1200 MPa is filled with a high basic flux in the groove of the steel material, a molten pool is created using a plurality of electrodes, and submerged arc welding is performed. In a multi-electrode submerged arc welding method for forming a weld metal of ˜1200 MPa,
Any one electrode or two or more of the plurality of electrodes is a metal cored wire containing O: 0.03% to 0.50% by mass% with respect to the whole wire for each individual wire, and the rest While making the electrode a solid wire,
The component composition of the high basic flux is SiO 2 : 5.0% to less than 20.0%, CaF 2 : 30.0% to 50.0%, CaO: 5.0% by mass% with respect to the flux. ~25.0%, MgO: 1.0% ~5.0 %, Al 2 O 3: containing 15.0% to 30.0%, and the component composition of the flux is the following equation (1) The calculated basicity B value satisfies 1.1 to 3.2,
The component composition of the weld metal is mass% with respect to the weld metal,
C: 0.03% to 0.12%,
Si: 0.03% to 0.40%,
Mn: 0.5% to 3.0%
Ti: 0.002% to 0.025%,
Al: 0.002% to 0.030%,
O: contains 0.018% to 0.035%,
Nb: limited to 0.04% or less,
Further, any one or more of Cr: 0.1% to 1.5%, Ni: 0.1% to 4.0%, and Mo: 0.1% to 2.0% The balance is Fe and inevitable impurities, and the chemical composition of the weld metal satisfies the value of Pcm determined by the following formula (2) satisfying 0.22 to 0.38, Multi-electrode submerged arc welding method.
B = 6.05 × N [CaO] + 4.0 × N [MgO] + 5.1 × N [CaF 2 ] −0.2 × N [Al 2 O 3 ] −6.3 × N [SiO 2 ] (1)
Pcm = [C] + [Si] / 30 + ([Mn] + [Cr]) / 20+ [Ni] / 60 + [Mo] / 15 (2)
However,
N [CaO], N [MgO], N [CaF 2 ], N [Al 2 O 3 ], and N [SiO 2 ] are CaO, MgO, CaF 2 , Al 2 O 3 , and SiO, respectively. Shows a mole fraction of 2 ,
[C], [Si], [Mn], [Cr], [Ni], and [Mo] indicate mass% of C, Si, Mn, Cr, Ni, and Mo, respectively.
前記鋼材の成分組成が、質量%で、
C:0.03%〜0.15%、
Si:0.01%〜0.50%、
Mn:0.5%〜3.0%、
Ti:0.001%〜0.03%、
Al:0.001%〜0.04を含有し、
残部がFeおよび不可避の不純物であることを特徴とする、請求項1に記載の多電極サブマージアーク溶接方法。
The component composition of the steel material is mass%,
C: 0.03% to 0.15%,
Si: 0.01% to 0.50%,
Mn: 0.5% to 3.0%
Ti: 0.001% to 0.03%,
Al: 0.001% to 0.04 is contained,
The multi-electrode submerged arc welding method according to claim 1, wherein the balance is Fe and inevitable impurities.
前記鋼材の成分組成が、質量%で、さらに、
Cr:0.1%〜1.5%、Ni:0.1%〜2.5%、Mo:0.1%〜2.0%、および、Nb:0.005%〜0.06%のうちの何れか1種または2種以上を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の多電極サブマージアーク溶接方法。
The component composition of the steel material is mass%, and
Cr: 0.1% to 1.5%, Ni: 0.1% to 2.5%, Mo: 0.1% to 2.0%, and Nb: 0.005% to 0.06% The multi-electrode submerged arc welding method according to claim 1 or 2, wherein any one or more of them is included.
前記ソリッドワイヤの成分組成が、質量%で、
C:0.03%〜0.15%、
Si:0.02%〜0.80%、
Mn:0.2%〜4.0%、
Ti:0.005%〜0.10%、
Al:0.001%〜0.02%を含有し、
さらに、Cr:0.25%〜3.0%、Ni:0.25%〜8.0%、および、Mo:0.25%〜4.0%のうちの何れか1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不可避の不純物であり、
前記メタルコアードワイヤの成分組成が、質量%で、
C:0.03%〜0.15%、
Si:0.02%〜0.80%、
Mn:0.2%〜4.0%以下、
Ti:0.005%〜0.10%、
Al:0.001%〜0.02%、
O:0.03%〜0.50%を含有し、
さらに、
Cr:0.25%〜3.0%、Ni:0.25%〜8.0%、および、Mo:0.25%〜4.0%のうちの何れか1種または2種以上を含み、残部がFeおよび不可避の不純物であることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の多電極サブマージアーク溶接方法。
The component composition of the solid wire is mass%,
C: 0.03% to 0.15%,
Si: 0.02% to 0.80%,
Mn: 0.2% to 4.0%,
Ti: 0.005% to 0.10%,
Al: 0.001% to 0.02% is contained,
Further, one or more of Cr: 0.25% to 3.0%, Ni: 0.25% to 8.0%, and Mo: 0.25% to 4.0% And the balance is Fe and inevitable impurities,
The component composition of the metal cored wire is mass%,
C: 0.03% to 0.15%,
Si: 0.02% to 0.80%,
Mn: 0.2% to 4.0% or less,
Ti: 0.005% to 0.10%,
Al: 0.001% to 0.02%,
O: 0.03% to 0.50% is contained,
further,
Including any one or more of Cr: 0.25% to 3.0%, Ni: 0.25% to 8.0%, and Mo: 0.25% to 4.0% The multi-electrode submerged arc welding method according to claim 1, wherein the balance is Fe and inevitable impurities.
前記複数の電極のうち、第2電極以降の少なくとも1電極を前記メタルコアードワイヤとし、残りの電極を前記ソリッドワイヤとすることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の多電極サブマージアーク溶接方法。   5. The multi-electrode according to claim 1, wherein at least one electrode after the second electrode among the plurality of electrodes is the metal cored wire and the remaining electrode is the solid wire. 6. Submerged arc welding method.
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