JP6273191B2 - 溶接用ソリッドワイヤおよび溶接方法 - Google Patents
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10≦18×[Mn]+71×[REM]+206×[Ti]≦20・・・(1)
式中、[ ]は、それぞれ質量%で、各元素の含有量を表す。
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%を超える量を含有させる。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。一方、C含有量が過剰になると溶接金属の極低温靱性が著しく低下するため、C含有量の上限は0.10%以下とする。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。
Siは、溶接作業性の向上に有効に作用するため、0%を超える量を含有させる。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。一方、Si含有量が過剰になると溶接金属の極低温靱性が著しく低下するため、Si含有量の上限は0.15%以下とする。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
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、重要な基本成分である。上記効果を有効に発揮させるため、Mn含有量の下限を0.1%以上とする。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易くなり、後述するNiを過剰に含有させた場合と同様、溶接金属の極低温靱性が著しく損なわれる。そのため、Mn含有量の上限は0.80%以下とする。Mn含有量の好ましい上限は0.7%以下、より好ましくは0.6%以下である。
Niは、良好な極低温靱性を確保する上で重要な成分である。溶接金属に対して十分な極低温靱性を付与するため、Ni含有量の下限を8%以上とする。好ましい下限は9.0%以上、より好ましくは10.0%以上である。一方、Ni含有量が過剰になって15%を超えると、溶接金属の機械的強度が高くなり過ぎて、延性が極端に低下する。更に不安定な残留オーステナイトが生じ、極低温下でマルテンサイトに変態して極低温靱性の低下を招く。そのため、Ni含有量の上限を15%以下とする。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。
Tiは、微量添加により、溶接作業性を改善すると共に、脱酸剤として卓越した効果を発揮する。また、Tiは、後述するREMほど顕著な効果ではないが、REMと同様に微細な酸化物を形成するため、REMと共に含有させることによって、溶接金属の極低温靱性を向上させることができる。このような効果を有効に発揮させるため、Ti含有量の下限を0.015%以上とする。Ti含有量の好ましい下限は0.018%以上であり、より好ましくは0.020%以上である。しかしながら、Ti含有量が過剰になると、溶接金属中に微細析出物であるTiCが生じやすくなり、極低温靱性が低下する。そのため、Ti含有量の上限を0.050%以下とする。好ましくは0.045%以下であり、より好ましくは0.040%以下である。
REMは、脱酸剤として作用し、溶接金属中に含まれる微量の酸素と反応して微細な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極低温靱性を高めるのに有効に作用する。そのため、REM含有量を0%超とする。REM含有量の好ましい下限は、0.002%以上である。一方、REMはアークを集中させる効果も有するため、溶接欠陥を生じて靱性不安定を招くことがある。本発明者らの検討結果によれば、REM含有量が0.005%を超えると、欠陥を助長する溶け込み不良が生じ易くなり、極低温靱性の平均値は良好であっても最小値が小さくなり、安定して高い極低温靱性が得られないことが判明した。上記観点から、REM含有量の上限を0.005%以下とする。REM含有量の好ましい上限は0.004%以下、より好ましくは0.003%以下である。なお、本発明におけるREM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。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種類以上を併用しても良い。
Oは、極低温靱性の向上に有用な上記微細REM酸化物を形成する上で必要な元素である。そのため、O含有量を0%超とする。O含有量の下限は、好ましくは0.0020%以上である。しかしながら、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、極低温靱性に悪影響を及ぼすため、その上限を0.0065%以下とする。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。
本発明では、上記成分を満足すると共に、脱酸作用を有するMn、REM、およびTiの含有量が上記(1)式を満足するように制御する。これにより、アークの安定性が改善すると共に、酸化物系介在物を適切に制御することが可能となる。更に上記(1)式を制御することにより、溶け込み形状に影響するREMの悪影響も回避することができ、極低温靱性の安定性が一層確保される。上記(1)式の値が10未満では、上記元素による脱酸作用が不十分であり、極低温靱性は平均値も最小値も低下する。そのため、上記(1)式の値の下限は10以上とする。上記(1)式の値の好ましい下限は10.5以上、より好ましくは11以上である。一方、上記(1)式の値が20を超えると、アークが不安定となり、溶接欠陥が生じ易くなって安定して高い極低温靱性が得られない。そのため、上記(1)式の値の上限は20以下とする。上記(1)式の値の好ましい上限は19以下、より好ましくは18以下である。
母材(鋼材)の板厚: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+0〜1.0体積%炭酸ガス
予熱/パス間温度:50〜125℃
積層方法:7層16パス
溶接電流:
(1)260〜280A(定常の直流電源、ワイヤプラス)
溶接電圧:23〜31V
溶接速度:24〜27cm/min
上記溶接電流は、溶接速度にあわせて、電流を変化させた。詳細には、溶接速度が24cm/minのとき溶接電流260Aとし、溶接速度が27cm/minのとき溶接電流280Aとなるように電流を変化させた。
(2)パルス電源、ワイヤプラス
ピーク電流:350A
ベース電流:70A
立上り開始〜ピーク定常期〜立上り終了の1ピーク間:5ミリ秒
溶接電圧は、シールドガス組成に応じて最適値を選択した。
ビード形状とは、溶接時の各パスによって形成される溶接金属を意味する。本実施例では、パスごとにグラインダ処理を実施せず、目視によって溶接金属のビード形状を観察した。
溶接金属の板厚中央部より、図3に示すように、溶接線方向に垂直にシャルピー衝撃試験片として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以上の場合、極低温靱性に優れると評価した。
2a、2b 9%Ni鋼板
3、4 溶接金属
5 裏当て材
Claims (5)
- 質量%で、
C :0%超0.10%以下、
Si:0%超0.15%以下、
Mn:0.1〜0.80%、
Ni:8〜15%、
Ti:0.015〜0.050%、
REM:0%超0.005%以下、および
O :0%超0.0065%以下を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物であり、
下記(1)式を満たすことを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ。
10≦18×[Mn]+71×[REM]+206×[Ti]≦20・・・(1)
式中、[ ]は、それぞれ質量%で、各元素の含有量を表す。 - 前記ソリッドワイヤの表面が銅めっき層で覆われており、前記ソリッドワイヤの総質量に対する前記銅めっき層の質量比率が0.1〜0.2%である請求項1に記載の溶接用ソリッドワイヤ。
- 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溶接用ソリッドワイヤであって、シールドガスが、炭酸ガスを0体積%以上2体積%以下で含むアルゴンガスである請求項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9%Ni鋼からなる鋼材同士をガスシールドアーク溶接して溶接金属を形成することを特徴とする溶接方法。
- 前記ガスシールドアーク溶接に用いられるシールドガスが、炭酸ガスを0体積%以上2体積%以下で含むアルゴンガスである請求項4に記載の溶接方法。
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