JP6063355B2 - 溶接用ソリッドワイヤおよび溶接方法 - Google Patents
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Cは、少量でも溶接金属の引張強度(TS)を高める上で有効な元素である。そのため、0%を超える実質量を含有させるが、C含有量が過剰になると溶接金属の低温靱性が著しく低下する。こうした観点から、C含有量は0.10%以下とする必要がある。好ましくは0.08%以下であり、より好ましくは0.06%以下である。尚、溶接金属の引張強度(TS)を確保するという観点から、C含有量の好ましい下限は、0.01%以上であり、より好ましくは0.02%以上である。
Siは、溶接作業性の向上に有効に作用するので、0%を超える実質量を含有させるが、Si含有量が過剰になると溶接金属の低温靱性が著しく低下する。こうした観点から、Si含有量は0.15%以下とする必要がある。好ましくは0.12%以下であり、より好ましくは0.10%以下である。尚、溶接作業性を向上させるという観点から、Si含有量の好ましい下限は、0.01%以上であり、より好ましくは0.02%以上である。
Mnは、溶接作業性を改善すると共に、脱酸剤や硫黄捕捉剤として卓越した効果を発揮するため、重要な基本成分となる。こうした効果を有効に発揮させるためには、Mn含有量は0.10%以上とする必要がある。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、溶接金属中に安定な残留オーステナイトが生じやすくなり、Niを過剰に含有させた場合と同様に(後述する)、溶接金属の低温靱性が著しく損なわれる。こうした観点から、Mn含有量は0.80%以下とする必要がある。尚、Mn含有量の好ましい下限は、0.2%以上、より好ましくは0.3%以上であり、好ましい上限は0.7%以下、より好ましくは0.6%以下である。
Niは、共金系溶接用ソリッドワイヤの使用対象となる9%Ni鋼の場合と同様に、良好な低温靱性を確保する上で重要な成分である。Ni含有量が8.0%未満では、溶接金属に対して十分な低温靱性を付与することができない。一方、Ni含有量が過剰になって15.0%を超えると、溶接金属の機械的強度が高くなり過ぎ、延性が極端に低下し、更には不安定な残留オーステナイトを生じることで、極低温下ではマルテンサイトに変態して低温靱性の低下を招く。尚、Ni含有量の好ましい下限は9.0%以上、より好ましくは10.0%以上であり、好ましい上限は13.0%以下、より好ましくは12.0%以下である。
REM(希土類元素)は、本発明において重要な作用を有する元素である。REMは溶接金属中に含まれる微量の酸素と反応して微細な酸化物(REM酸化物)を形成する。このような微細なREM酸化物は、破壊起点としては作用せず、むしろ溶接凝固過程や凝固後の結晶粒成長を抑制するピン止め粒子として機能するため、溶接金属全体の強度や低温靱性(特にCTOD特性)を高めるのに有効に作用する。REM含有量が0.005%未満では、溶接金属に対して十分な低温靱性を付与することができない。一方、REM含有量が過剰になって0.040%を超えると、破壊起点として作用する粗大なREM酸化物の形成が促進されるため、溶接金属の低温靱性が却って低下する。REM含有量の好ましい下限は0.008%以上、より好ましくは0.010%以上であり、好ましい上限は0.025%以下、より好ましくは0.020%以下である。尚、本発明におけるREM(希土類元素)は、周期律表のLaからLuまでの15のランタノイド系列希土類元素を意味する。これらの元素は、いずれも同等の効果を発揮するので、上記15の元素から適宜選択して1種の元素を用いても良いし、複数の元素を用いても良い。
Oは、低温靱性(特にCTOD特性)を向上させる微細REM酸化物を形成する上で必要な元素である。O含有量が過剰になると、粗大酸化物が形成されるようになり、特にCTOD特性に悪影響を及ぼすことになるので、0.0065%以下とする必要がある。O含有量の好ましい上限は0.0060%以下、より好ましくは0.0050%以下である。O含有量の下限については、特に規定されないが、後述する比([REM]/[O])の値が所定の範囲となるように制御する必要がある。
低温での良好なCTOD特性を確保するためには、局部脆化域の形成を抑制する必要がある。REMの含有量[REM]とOの含有量[O]の比([REM]/[O])が、4.3を下回ると、おそらくはSi系酸化物が形成されるようになり、これが脆性破壊の起点となって所望のCTOD値が得られなくなる。また、比([REM]/[O])が16.0を上回ると、酸化物を形成していない固溶REMが増加し、マトリクス中の結晶粒界に偏析することで粒界を脆化させ、やはり所望のCTOD値が得られなくなる。尚、比([REM]/[O])の好ましい下限は4.5以上、より好ましくは5.0以上であり、好ましい上限は14.0以下、より好ましくは12.0以下である。
母材(鋼材)板厚:25mm
開先角度:60°(V形開先)
ルート間隔:4mm
溶接姿勢:下向き
シールドガス:アルゴン(Ar)ガス+0〜1.8%CO2(一部のものには、シールドガスを二重とし、アウターガスを純アルゴン(Ar)ガスとした:下記表4、5)
溶接電流:260〜280A(直流電源、ワイヤプラス)
溶接電圧:23〜31V
溶接速度:24〜27cm/min
予熱/パス間温度:50〜125℃
積層方法:7層16パス
パスごとにグラインダー処理を実施せずに、目視によって良好なビード形状の溶接金属が得られた場合(図1に示した状態)を「○」、得られなかった場合(ビード形状が上方に凸状になった状態)を「×」と評価した。
溶接金属の板厚中央部より、図2に示したように、溶接線方向に垂直にシャルピー衝撃試験片(JIS Z 3111 4号Vノッチ試験片)を各3本採取し、JIS Z 2242に則って、−196℃でのシャルピー衝撃試験を実施し、シャルピー衝撃吸収値(vE-196)を測定した。3本のシャルピー衝撃吸収値の平均値が100J以上を示したものを低温靱性に優れると評価した。
BS−7448規格に基づき、疲労亀裂(切欠き)を溶接金属中央部に位置させたCTOD試験片を各3個製造し、−165℃での3点曲げCTOD試験を実施した。そして、3個ともポップイン(ポップインとは、疲労亀裂からの亀裂面上において微小な脆性亀裂が発生し、比較的短い進展で停止する現象である。この現象は不安定破壊の一種であり、ポップインが観察される材料では、実際の構造物における脆性破壊の危険性が高くなる。)が発生せずに、且つ限界CTOD値δcの平均値が0.30mm以上を示したものを、CTOD特性に優れると評価した。
2a,2b 9%Ni鋼板
3 溶接金属
5 裏当て材
Claims (6)
- C :0.10%(「質量%」の意味。以下、化学成分組成について同じ。)以下(0%を含まない)、
Si:0.15%以下(0%を含まない)、
Mn:0.10〜0.80%、
Ni:8.0〜15.0%、
REM:0.005〜0.040%、および
O :0.0065%以下(0%を含まない)
を含有し、REMの含有量[REM]とOの含有量[O]の比([REM]/[O])が4.3〜16.0であり、残部が鉄および不可避的不純物であることを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ。 - 前記ソリッドワイヤの表面がCuめっき層で覆われており、このCuめっき層の量が、ソリッドワイヤの総質量に対して、0.10〜0.20%である請求項1に記載の溶接用ソリッドワイヤ。
- 炭酸ガスを2.0%未満(0%を含まない)で含むアルゴンガスまたは炭酸ガスを含まないアルゴンガスをシールドガスとする、パルス電源を用いたガスシールドアーク溶接に使用されるものである請求項1または2に記載の溶接用ソリッドワイヤ。
- 請求項1または2に記載の溶接用ソリッドワイヤと、パルス電源とを用いて鋼材をガスシールドアーク溶接することで溶接金属を形成することを特徴とする溶接方法。
- シールドガスが、炭酸ガスを2.0%未満(0%を含まない)で含むアルゴンガスまたは炭酸ガスを含まないアルゴンガスである請求項4に記載の溶接方法。
- 請求項1または2に記載の溶接用ソリッドワイヤを用い、炭酸ガスを2.0%未満(0%を含まない)で含むアルゴンガスまたは炭酸ガスを含まないアルゴンガスをシールドガスとして、鋼材をガスシールドアーク溶接することで溶接金属を形成することを特徴とする溶接方法。
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