JP6714407B2 - サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤとして、本願出願人は、以下に示す特許文献１、２に開示するような技術を提案していた。
特許文献１に開示したサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０７乃至０．２０質量％、Ｍｎ：１．７０乃至２．７０質量％、Ｎｉ：２．００乃至４．００質量％、Ｃｒ：０．３０乃至１．２０質量％、Ｍｏ：０．６０乃至２．００質量％を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物であり、前記不可避的不純物のうち、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｕ、Ｂ及びＮを、夫々、所定の値以下に規制したことを特徴とするものである。
また、特許文献２に開示したサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．０３〜０．２０％（重量％：以下同じ）、Ｍｎ：１．６０〜３．００％、Ｎｉ：２．１０〜３．５０％、Ｍｏ：０．３０〜１．５０％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｃｒ：０．２０％以下を含み、且つＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｖ及びＮｂよりなる群から選択される１種以上：合計で０．１％以下を必須成分として含み、且つＣｕ≦０．２５％、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．０１５％に夫々制限され、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、上記成分のうち、Ｎｉ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｖ及びＮｂの各含有率が所定の式の関係を満たすものである。
特許文献１、２に記載のとおり、特許文献１、２に開示した技術によると、優れた強度及び低温靭性を有する溶接金属を得ることができる。
しかしながら、特許文献１、２に開示した技術は、長時間の溶接後熱処理（Ｐｏｓｔ Ｗｅｌｄ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：以下、適宜「ＰＷＨＴ」という）後の溶接金属について、特に、高温の状態における溶接金属の引張強さや耐力については、十分に検討されていなかった。よって、この点については、まだ改善の余地が存在していた。
加えて、サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤには、特許文献１、２に開示した技術のように低温靭性に優れるとともに、耐高温割れ性にも優れる溶接金属が得られることも要求されている。
そこで、本発明は、長時間のＰＷＨＴ後において、室温だけでなく高温の状態であっても引張強さ及び耐力に優れるとともに、低温靭性及び耐高温割れ性にも優れる溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することを課題とする。
すなわち、本発明に係るサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｃ：０．０２質量％以上０．２０質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、Ｍｎ：０．９８質量％以上１．８０質量％以下、Ｐ：０．０２０質量％以下、Ｓ：０．０２０質量％以下、Ｃｕ：０．２５質量％以下、Ｎｉ：２．５０質量％以上４．０８質量％以下、Ｃｒ：０．１９質量％以下、Ｍｏ：０．０６質量％以上０．２９質量％以下、Ａｌ：０．０５０質量％以下、Ｎ：０．０１００質量％以下、Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．１２０質量％以下、であるとともに、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、Ｃの含有量を［Ｃ］質量％、Ｔｉの含有量を［Ｔｉ］質量％、Ｍｏの含有量を［Ｍｏ］質量％、Ｃｒの含有量を［Ｃｒ］質量％、Ｍｎの含有量を［Ｍｎ］質量％、Ｎｉの含有量を［Ｎｉ］質量％と表した場合、２５０≦２０３７×［Ｃ］＋６１５×［Ｔｉ］＋３３０×［Ｍｏ］＋５７×［Ｃｒ］＋１２６×［Ｍｎ］−２４×［Ｎｉ］≦５００を満たす構成である。
このサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、所定成分の含有量が所定範囲内又は所定値以下であるとともに、Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉの含有量が所定の関係式を満たすことから、室温だけでなく高温の状態であっても引張強さ及び耐力に優れるとともに、低温靭性及び耐高温割れ性にも優れる溶接金属を得ることができる。
また、本発明に係るサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｚｒ：０．０１質量％以上０．３０質量％以下であってもよい。
このサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、所定量のＺｒを含有することから、低温靭性により優れる溶接金属を得ることができる。
このサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、所定量のＺｒを含有することから、低温靭性により優れる溶接金属を得ることができる。
また、本発明に係るサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、ワイヤ全質量あたり、Ｂ：０．０００５質量％以上０．００５０質量％以下であってもよい。
このサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、所定量のＢを含有することから、低温靭性及び高温強度により優れる溶接金属を得ることができる。
このサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、所定量のＢを含有することから、低温靭性及び高温強度により優れる溶接金属を得ることができる。
本発明のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、長時間のＰＷＨＴ後において、室温だけでなく高温の状態であっても引張強さ及び耐力に優れるとともに、低温靭性及び耐高温割れ性にも優れる溶接金属を得ることができる。
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ（以下、適宜「ワイヤ」という）は、サブマージアーク溶接の際に使用するワイヤである。
そして、本実施形態に係るワイヤは、ワイヤ全質量に対して各成分が所定の含有量となるとともに、一部の成分については、所定の関係式を満たすこととする。
以下、本実施形態に係るワイヤの各成分の含有量を特定した理由について説明する。
本実施形態に係るサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ（以下、適宜「ワイヤ」という）は、サブマージアーク溶接の際に使用するワイヤである。
そして、本実施形態に係るワイヤは、ワイヤ全質量に対して各成分が所定の含有量となるとともに、一部の成分については、所定の関係式を満たすこととする。
以下、本実施形態に係るワイヤの各成分の含有量を特定した理由について説明する。
［Ｃ：０．０２質量％以上０．２０質量％以下］
Ｃは、溶接金属の強度を確保するために必要な成分である。ただし、Ｃの含有量が０．０２質量％未満であると、高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となる。一方、Ｃの含有量が０．２０質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。
したがって、Ｃの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０２質量％以上０．２０質量％以下である。
なお、Ｃの含有量は、常温及び高温の状態における溶接金属の強度をより向上させる観点から、０．０６質量％以上が好ましい。また、Ｃの含有量は、溶接金属の低温靭性の低下を抑制する観点から、０．１２質量％以下が好ましい。
Ｃは、溶接金属の強度を確保するために必要な成分である。ただし、Ｃの含有量が０．０２質量％未満であると、高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となる。一方、Ｃの含有量が０．２０質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。
したがって、Ｃの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０２質量％以上０．２０質量％以下である。
なお、Ｃの含有量は、常温及び高温の状態における溶接金属の強度をより向上させる観点から、０．０６質量％以上が好ましい。また、Ｃの含有量は、溶接金属の低温靭性の低下を抑制する観点から、０．１２質量％以下が好ましい。
［Ｓｉ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下］
Ｓｉは、溶接金属の脱酸を促進する効果を発揮する。ただし、Ｓｉの含有量が０．０１質量％未満であると、脱酸効果が十分に得られず、溶接金属中の酸素量が多くなり、低温靭性が低下する。一方、Ｓｉの含有量が０．２０質量％を超えると、溶接金属の粒界に低融点酸化物として析出し、低温靭性が低下する。
したがって、Ｓｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以上０．２０質量％以下である。
Ｓｉは、溶接金属の脱酸を促進する効果を発揮する。ただし、Ｓｉの含有量が０．０１質量％未満であると、脱酸効果が十分に得られず、溶接金属中の酸素量が多くなり、低温靭性が低下する。一方、Ｓｉの含有量が０．２０質量％を超えると、溶接金属の粒界に低融点酸化物として析出し、低温靭性が低下する。
したがって、Ｓｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１質量％以上０．２０質量％以下である。
［Ｍｎ：０．９８質量％以上１．８０質量％以下］
Ｍｎは、溶接金属の焼き入れ性の向上や、強度及び低温靭性を確保する効果を発揮する。ただし、Ｍｎの含有量が０．９８質量％未満であると、常温及び高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となるとともに、高温の状態における溶接金属の引張強さが不十分となる。一方、Ｍｎの含有量が１．８０質量％を超えると、焼き戻し脆化によって、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｍｎの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．９８質量％以上１．８０質量％以下である。
なお、Ｍｎの含有量は、溶接金属の低温靱性の低下を抑制する観点から、１．７０質量％以下が好ましく、より好ましくは１．６０質量％以下である。
Ｍｎは、溶接金属の焼き入れ性の向上や、強度及び低温靭性を確保する効果を発揮する。ただし、Ｍｎの含有量が０．９８質量％未満であると、常温及び高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となるとともに、高温の状態における溶接金属の引張強さが不十分となる。一方、Ｍｎの含有量が１．８０質量％を超えると、焼き戻し脆化によって、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｍｎの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．９８質量％以上１．８０質量％以下である。
なお、Ｍｎの含有量は、溶接金属の低温靱性の低下を抑制する観点から、１．７０質量％以下が好ましく、より好ましくは１．６０質量％以下である。
［Ｐ：０．０２０質量％以下］
Ｐは、溶接金属の低温靭性を低下させる成分であり、ワイヤへの含有を抑制すべき成分である。具体的には、Ｐの含有量が０．０２０質量％を超えると、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｐの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０２０質量％以下であり、０質量％でもよい。
Ｐは、溶接金属の低温靭性を低下させる成分であり、ワイヤへの含有を抑制すべき成分である。具体的には、Ｐの含有量が０．０２０質量％を超えると、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｐの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０２０質量％以下であり、０質量％でもよい。
［Ｓ：０．０２０質量％以下］
Ｓは、溶接金属の高温割れの発生原因となる成分であり、ワイヤへの含有を抑制すべき成分である。具体的には、Ｓの含有量が０．０２０質量％を超えると、溶接金属の高温割れの発生の可能性が高まる。
したがって、Ｓの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０２０質量％以下であり、０質量％でもよい。
Ｓは、溶接金属の高温割れの発生原因となる成分であり、ワイヤへの含有を抑制すべき成分である。具体的には、Ｓの含有量が０．０２０質量％を超えると、溶接金属の高温割れの発生の可能性が高まる。
したがって、Ｓの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０２０質量％以下であり、０質量％でもよい。
［Ｃｕ：０．２５質量％以下］
Ｃｕは、溶接金属の高温割れの発生原因となる成分である。具体的には、Ｃｕの含有量が０．２５質量％を超えると、溶接金属の高温割れの発生の可能性が高まる。
したがって、Ｃｕの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２５質量％以下であり、０質量％でもよい。
なお、Ｃｕは、寄与の度合いが小さいものの溶接金属の強度及び低温靭性を向上させるとともに、ワイヤ表面にＣｕめっきを施すと、防錆に大きな効果がある。よって、ワイヤにＣｕを含有させる場合（めっきを施す場合も含む）、Ｃｕの含有量は、０．０５質量％以上が好ましい。また、Ｃｕの含有量は、溶接金属の高温割れの発生を抑制する観点から、０．２０質量％以下が好ましい。
Ｃｕは、溶接金属の高温割れの発生原因となる成分である。具体的には、Ｃｕの含有量が０．２５質量％を超えると、溶接金属の高温割れの発生の可能性が高まる。
したがって、Ｃｕの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．２５質量％以下であり、０質量％でもよい。
なお、Ｃｕは、寄与の度合いが小さいものの溶接金属の強度及び低温靭性を向上させるとともに、ワイヤ表面にＣｕめっきを施すと、防錆に大きな効果がある。よって、ワイヤにＣｕを含有させる場合（めっきを施す場合も含む）、Ｃｕの含有量は、０．０５質量％以上が好ましい。また、Ｃｕの含有量は、溶接金属の高温割れの発生を抑制する観点から、０．２０質量％以下が好ましい。
［Ｎｉ：２．５０質量％以上４．０８質量％以下］
Ｎｉは、溶接金属の低温靭性を確保する効果を発揮する。ただし、Ｎｉの含有量が２．５０質量％未満であると、溶接金属の低温靱性が不十分となる。一方、Ｎｉの含有量が４．０８質量％を超えると、溶接金属の高温割れの発生の可能性が高まるとともに、高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となり、さらに、ワイヤのコストを上昇させてしまう。
したがって、Ｎｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり２．５０質量％以上４．０８質量％以下である。
なお、Ｎｉの含有量は、溶接金属の低温靱性の低下を抑制する観点から、２．６４質量％以上が好ましく、より好ましくは３．００質量％以上である。
Ｎｉは、溶接金属の低温靭性を確保する効果を発揮する。ただし、Ｎｉの含有量が２．５０質量％未満であると、溶接金属の低温靱性が不十分となる。一方、Ｎｉの含有量が４．０８質量％を超えると、溶接金属の高温割れの発生の可能性が高まるとともに、高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となり、さらに、ワイヤのコストを上昇させてしまう。
したがって、Ｎｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり２．５０質量％以上４．０８質量％以下である。
なお、Ｎｉの含有量は、溶接金属の低温靱性の低下を抑制する観点から、２．６４質量％以上が好ましく、より好ましくは３．００質量％以上である。
［Ｃｒ：０．１９質量％以下］
Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させるものの、ＰＷＨＴ後の溶接金属における析出硬化の発生原因となる成分である。具体的には、Ｃｒの含有量が０．１９質量％を超えると、析出硬化に伴って、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｃｒの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１９質量％以下であり、０質量％でもよい。
Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させるものの、ＰＷＨＴ後の溶接金属における析出硬化の発生原因となる成分である。具体的には、Ｃｒの含有量が０．１９質量％を超えると、析出硬化に伴って、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｃｒの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．１９質量％以下であり、０質量％でもよい。
［Ｍｏ：０．０６質量％以上０．２９質量％以下］
Ｍｏは、溶接金属の焼き入れ性を向上させ、強度を向上させる成分である。ただし、Ｍｏの含有量が０．０６質量％未満であると、常温及び高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となるとともに、高温の状態における溶接金属の引張強さが不十分となる。一方、Ｍｏの含有量が０．２９質量％を超えると、炭化物の析出による焼き戻し脆化により、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｍｏの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０６質量％以上０．２９質量％以下である。
なお、Ｍｏの含有量は、溶接金属の強度をより向上させる観点から、０．０７質量％以上が好ましい。また、Ｍｏの含有量は、溶接金属の低温靱性の低下を抑制する観点から、０．２４質量％以下が好ましい。
Ｍｏは、溶接金属の焼き入れ性を向上させ、強度を向上させる成分である。ただし、Ｍｏの含有量が０．０６質量％未満であると、常温及び高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となるとともに、高温の状態における溶接金属の引張強さが不十分となる。一方、Ｍｏの含有量が０．２９質量％を超えると、炭化物の析出による焼き戻し脆化により、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｍｏの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０６質量％以上０．２９質量％以下である。
なお、Ｍｏの含有量は、溶接金属の強度をより向上させる観点から、０．０７質量％以上が好ましい。また、Ｍｏの含有量は、溶接金属の低温靱性の低下を抑制する観点から、０．２４質量％以下が好ましい。
［Ａｌ：０．０５０質量％以下］
Ａｌは、脱酸剤としての効果を発揮するものの、酸化物や窒化物を形成し、低温靱性を低下させる成分である。具体的には、Ａｌの含有量が０．０５０質量％を超えると、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ａｌの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０５０質量％以下であり、０質量％でもよい。
Ａｌは、脱酸剤としての効果を発揮するものの、酸化物や窒化物を形成し、低温靱性を低下させる成分である。具体的には、Ａｌの含有量が０．０５０質量％を超えると、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ａｌの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０５０質量％以下であり、０質量％でもよい。
［Ｎ：０．０１００質量％以下］
Ｎは、溶接金属の低温靭性を低下させる成分であり、ワイヤへの含有を抑制すべき成分である。具体的には、Ｎの含有量が０．０１００質量％を超えると、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｎの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１００質量％以下であり、０質量％でもよい。
Ｎは、溶接金属の低温靭性を低下させる成分であり、ワイヤへの含有を抑制すべき成分である。具体的には、Ｎの含有量が０．０１００質量％を超えると、溶接金属の低温靭性が低下する。
したがって、Ｎの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１００質量％以下であり、０質量％でもよい。
［Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．１２０質量％以下］
Ｔｉは、溶接金属の焼き入れ性を向上させるとともに、組織を微細化し、低温靭性を向上させ、溶接金属の脱酸を促進する効果を発揮する。ただし、Ｔｉの含有量が０．０１０質量％未満であると、高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となるとともに、脱酸効果が十分に得られず、溶接金属中の酸素量が多くなり、低温靭性が低下する。一方、Ｔｉの含有量が０．１２０質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。
したがって、Ｔｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１０質量％以上０．１２０質量％以下である。
Ｔｉは、溶接金属の焼き入れ性を向上させるとともに、組織を微細化し、低温靭性を向上させ、溶接金属の脱酸を促進する効果を発揮する。ただし、Ｔｉの含有量が０．０１０質量％未満であると、高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となるとともに、脱酸効果が十分に得られず、溶接金属中の酸素量が多くなり、低温靭性が低下する。一方、Ｔｉの含有量が０．１２０質量％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。
したがって、Ｔｉの含有量は、ワイヤ全質量あたり０．０１０質量％以上０．１２０質量％以下である。
［Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉの含有量の式］
本発明者らが鋭意検討した結果、溶接金属の低温靭性を確保しつつ、高温の状態での溶接金属の強度を優れたものとするためには、Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉの含有量を精細に調整する必要があることを見出した。
Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎは、炭化物源及び炭化物生成能が高い成分（Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ）、又はセメンタイト中に固溶し易い成分（Ｃｒ、Ｍｎ）であるため、炭化物によって高温の状態における溶接金属の強度の低下を抑制することができる。一方、Ｎｉは、炭化物を生成し難い成分であって、含有量が多いと高温の状態における溶接金属の強度の低下を招いてしまう。
本発明者らが鋭意検討した結果、溶接金属の低温靭性を確保しつつ、高温の状態での溶接金属の強度を優れたものとするためには、Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉの含有量を精細に調整する必要があることを見出した。
Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎは、炭化物源及び炭化物生成能が高い成分（Ｃ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ）、又はセメンタイト中に固溶し易い成分（Ｃｒ、Ｍｎ）であるため、炭化物によって高温の状態における溶接金属の強度の低下を抑制することができる。一方、Ｎｉは、炭化物を生成し難い成分であって、含有量が多いと高温の状態における溶接金属の強度の低下を招いてしまう。
具体的には、Ｃの含有量（質量％）を［Ｃ］、Ｔｉの含有量（質量％）を［Ｔｉ］、Ｍｏの含有量（質量％）を［Ｍｏ］、Ｃｒの含有量（質量％）を［Ｃｒ］、Ｍｎの含有量（質量％）を［Ｍｎ］、Ｎｉの含有量（質量％）を［Ｎｉ］と表した場合、２０３７×［Ｃ］＋６１５×［Ｔｉ］＋３３０×［Ｍｏ］＋５７×［Ｃｒ］＋１２６×［Ｍｎ］−２４×［Ｎｉ］という式（１）によって算出される値が、特定の範囲内となる必要がある。
式（１）によって算出される値が２５０未満であると、高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となる。一方、式（１）によって算出される値が５００を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。
したがって、式（１）によって算出される値は、２５０以上５００以下である。
なお、式（１）によって算出される値は、高温の状態における溶接金属の強度をより向上させる観点から、３００以上が好ましい。また、式（１）によって算出される値は、溶接金属の低温靱性の低下を抑制する観点から、４５０以下が好ましい。
式（１）によって算出される値が２５０未満であると、高温の状態における溶接金属の耐力が不十分となる。一方、式（１）によって算出される値が５００を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。
したがって、式（１）によって算出される値は、２５０以上５００以下である。
なお、式（１）によって算出される値は、高温の状態における溶接金属の強度をより向上させる観点から、３００以上が好ましい。また、式（１）によって算出される値は、溶接金属の低温靱性の低下を抑制する観点から、４５０以下が好ましい。
なお、式（１）において、各成分の含有量の前に付した係数は、多数の試験結果に基づいて求めた値であり、各成分の前記した効果や影響力の強さを表している。
本実施形態に係るワイヤは、任意成分として、以下の成分（Ｚｒ、Ｂ）を含有していてもよい。
［Ｚｒ：０．０１質量％以上０．３０質量％以下］
Ｚｒは、必須の成分ではないが、ワイヤに含有させることによって、脱酸剤として働くとともに結晶粒を微細化させ低温靭性をより向上させる効果を発揮する。Ｚｒの含有量が０．０１質量％以上であると前記の効果が十分に発揮される。一方、Ｚｒの含有量が０．３質量％を超えると、金属間化合物を生成し、靱性が劣化する。
したがって、Ｚｒをワイヤに含有させる場合、Ｚｒの含有量は、０．０１質量％以上０．３質量％以下である。
Ｚｒは、必須の成分ではないが、ワイヤに含有させることによって、脱酸剤として働くとともに結晶粒を微細化させ低温靭性をより向上させる効果を発揮する。Ｚｒの含有量が０．０１質量％以上であると前記の効果が十分に発揮される。一方、Ｚｒの含有量が０．３質量％を超えると、金属間化合物を生成し、靱性が劣化する。
したがって、Ｚｒをワイヤに含有させる場合、Ｚｒの含有量は、０．０１質量％以上０．３質量％以下である。
［Ｂ：０．０００５質量％以上０．００５０質量％以下］
Ｂは、必須の成分ではないが、ワイヤに含有させることによって、旧オーステナイト粒界から析出する粗大なフェライト粒を抑制し、低温靭性をより向上させる効果を発揮する。Ｂの含有量が０．０００５質量％以上であると前記の効果が十分に発揮される。一方、Ｂの含有量が０．００５０質量％を超えると、耐高温割れ性が劣化する。
したがって、Ｂをワイヤに含有させる場合、Ｂの含有量は、０．０００５質量％以上０．００５０質量％以下である。
Ｂは、必須の成分ではないが、ワイヤに含有させることによって、旧オーステナイト粒界から析出する粗大なフェライト粒を抑制し、低温靭性をより向上させる効果を発揮する。Ｂの含有量が０．０００５質量％以上であると前記の効果が十分に発揮される。一方、Ｂの含有量が０．００５０質量％を超えると、耐高温割れ性が劣化する。
したがって、Ｂをワイヤに含有させる場合、Ｂの含有量は、０．０００５質量％以上０．００５０質量％以下である。
［残部：Ｆｅ及び不可避的不純物］
本実施形態に係るワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。そして、不可避的不純物として、Ｏ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｖ等が本発明の効果を妨げない範囲で含有していてもよい。詳細には、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎｂ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．０２質量％以下、Ｍｇ：０．０２質量％以下、Ｓｎ：０．０２質量％以下、Ｖ：０．０２質量％以下、である。
なお、不可避的不純物として例示したＯ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｖ等については、前記した所定の含有量を超えなければ、不可避的不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加される場合であっても、本発明の効果を妨げない。
また、前記した上限値のみ規定している成分や任意成分については、積極的に添加してもよいが、不可避的不純物として含まれていてもよい。
本実施形態に係るワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。そして、不可避的不純物として、Ｏ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｖ等が本発明の効果を妨げない範囲で含有していてもよい。詳細には、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎｂ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．０２質量％以下、Ｍｇ：０．０２質量％以下、Ｓｎ：０．０２質量％以下、Ｖ：０．０２質量％以下、である。
なお、不可避的不純物として例示したＯ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｖ等については、前記した所定の含有量を超えなければ、不可避的不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加される場合であっても、本発明の効果を妨げない。
また、前記した上限値のみ規定している成分や任意成分については、積極的に添加してもよいが、不可避的不純物として含まれていてもよい。
［その他］
本実施形態に係るワイヤのワイヤ径（直径）は、特に限定されないが、１．２〜６．４ｍｍであればよい。また、本実施形態に係るワイヤの表面には、Ｃｕめっき、潤滑剤、防錆油等を施してもよい。
本実施形態に係るワイヤのワイヤ径（直径）は、特に限定されないが、１．２〜６．４ｍｍであればよい。また、本実施形態に係るワイヤの表面には、Ｃｕめっき、潤滑剤、防錆油等を施してもよい。
以上のとおり、本実施形態に係るワイヤによれば、低温靭性及び耐高温割れ性に優れるとともに、室温だけでなく高温の状態であっても引張強さ及び耐力に優れる溶接金属を得ることができる。したがって、サブマージアーク溶接の対象が、使用時に高温となるもの、高温雰囲気下において使用するもの等である場合であっても、本実施形態に係るワイヤは好適に用いることができる。
［フラックス］
本実施形態に係るワイヤは、例えば、焼結型フラックスと組み合わせて使用される。フラックスの組成は、特に限定されるものではないが、例えば、フラックス全質量あたり、ＭｇＯ：２５〜３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：１０〜３０質量％、ＣａＦ２：７〜２２質量％、ＳｉＯ２：１０〜２０質量％、金属炭酸塩（ＣＯ２換算値）：３〜９質量％、ＣａＯ：１０〜１５質量％、金属Ｓｉ：０．３〜４．０質量％を含有するものを使用することができる。
本実施形態に係るワイヤは、例えば、焼結型フラックスと組み合わせて使用される。フラックスの組成は、特に限定されるものではないが、例えば、フラックス全質量あたり、ＭｇＯ：２５〜３５質量％、Ａｌ２Ｏ３：１０〜３０質量％、ＣａＦ２：７〜２２質量％、ＳｉＯ２：１０〜２０質量％、金属炭酸塩（ＣＯ２換算値）：３〜９質量％、ＣａＯ：１０〜１５質量％、金属Ｓｉ：０．３〜４．０質量％を含有するものを使用することができる。
次に、本実施形態に係るワイヤの製造方法を説明する。
［ワイヤの製造方法］
本実施形態に係るワイヤは、常法により製造することができる。
例えば、転炉あるいは電気炉等を用いて、前記した成分組成を有する溶鋼を溶製し、得られた溶鋼から連続鋳造や造塊法等によって鋼材（ビレット等）を製造する。次に、製造した鋼材を加熱した後、熱間圧延（押出圧延）を施し、更に乾式の冷間圧延（冷間伸線）を施して、例えば、φ５．５ｍｍの溶接ワイヤ用原線（鋼素線とも言う）を製造する。次に、この溶接ワイヤ用原線を必要に応じて焼鈍や酸洗を実施して伸線加工を行い、最終ワイヤ径（例えば４．０ｍｍ）を有するソリッドワイヤを製造する。
［ワイヤの製造方法］
本実施形態に係るワイヤは、常法により製造することができる。
例えば、転炉あるいは電気炉等を用いて、前記した成分組成を有する溶鋼を溶製し、得られた溶鋼から連続鋳造や造塊法等によって鋼材（ビレット等）を製造する。次に、製造した鋼材を加熱した後、熱間圧延（押出圧延）を施し、更に乾式の冷間圧延（冷間伸線）を施して、例えば、φ５．５ｍｍの溶接ワイヤ用原線（鋼素線とも言う）を製造する。次に、この溶接ワイヤ用原線を必要に応じて焼鈍や酸洗を実施して伸線加工を行い、最終ワイヤ径（例えば４．０ｍｍ）を有するソリッドワイヤを製造する。
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。
本実施例においては、表１に示す成分組成で実施例及び比較例のワイヤ（ワイヤ径４．０ｍｍ）を作製し、各種試験を実施した。
なお、表１に示すワイヤの成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
本実施例においては、表１に示す成分組成で実施例及び比較例のワイヤ（ワイヤ径４．０ｍｍ）を作製し、各種試験を実施した。
なお、表１に示すワイヤの成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
［サブマージアーク溶接］
実施例及び比較例の各ワイヤと、表２に示す焼結型フラックス（ＩＩＷ塩基度ＢＬ＝３．５）とを用いて、表３に示す組成の鋼板を母材とし、表４に示す条件にて溶接を行った。
なお、表３に示す鋼板の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
実施例及び比較例の各ワイヤと、表２に示す焼結型フラックス（ＩＩＷ塩基度ＢＬ＝３．５）とを用いて、表３に示す組成の鋼板を母材とし、表４に示す条件にて溶接を行った。
なお、表３に示す鋼板の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
得られた溶接金属について、下記の方法により、各種試験を実施した。
［機械的性質］
溶接金属の機械的性質は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した引張試験及び衝撃試験により評価した。
引張試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＡ１号試験片を用いた。また、衝撃試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取した２ｍｍＶノッチ試験片を用いた。そして、各試験片は、６００℃×１３時間のＰＷＨＴ処理後のものを用いた。
溶接金属の機械的性質は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠した引張試験及び衝撃試験により評価した。
引張試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取したＡ１号試験片を用いた。また、衝撃試験片は、溶接金属中央で板厚中央の位置から採取した２ｍｍＶノッチ試験片を用いた。そして、各試験片は、６００℃×１３時間のＰＷＨＴ処理後のものを用いた。
引張試験では、常温（約２５℃）の試験片の０．２％耐力（以下、適宜「ＹＰ」という）、１００℃の試験片の０．２％耐力（以下、適宜「ＹＰ１００」という）、常温（約２５℃）の試験片の引張強さ（以下、適宜「ＴＳ」という）、１００℃の試験片の引張強さ（以下、適宜「ＴＳ１００」という）を求めた。
ＹＰは、４８５ＭＰａ以上を合格とし、ＹＰ１００は、４５３ＭＰａ以上を合格とした。また、ＴＳは、５２０ＭＰａ以上を合格とし、ＴＳ１００は、４９８ＭＰａ以上を合格とした。
ＹＰは、４８５ＭＰａ以上を合格とし、ＹＰ１００は、４５３ＭＰａ以上を合格とした。また、ＴＳは、５２０ＭＰａ以上を合格とし、ＴＳ１００は、４９８ＭＰａ以上を合格とした。
衝撃試験では、試験温度−４０℃での吸収エネルギーの最小値（試験片３本のうちの最小値：ｍｉｎ．ｖＥ−４０℃）により低温靭性を評価した。
低温靭性は、−４０℃での吸収エネルギーの最小値が１４０Ｊ以上を合格とした。
低温靭性は、−４０℃での吸収エネルギーの最小値が１４０Ｊ以上を合格とした。
［耐高温割れ性］
前記のサブマージアーク溶接の実施時に溶接された溶接部を観察することにより、高温割れの有無及び割れ率を確認した。
詳細には、溶接長１０００ｍｍの溶接金属において発生した割れの合計長さを、放射線（Ｘ線）透過試験によって得られたフィルムから求め、「溶接長１０００ｍｍにおける割れの合計長さ（ｍｍ）」÷「溶接長１０００ｍｍ」×１００によって、割れ率（％）を算出した。
耐高温割れ性は、割れ率が５％未満を合格とし、表５では「〇」と示した。
前記のサブマージアーク溶接の実施時に溶接された溶接部を観察することにより、高温割れの有無及び割れ率を確認した。
詳細には、溶接長１０００ｍｍの溶接金属において発生した割れの合計長さを、放射線（Ｘ線）透過試験によって得られたフィルムから求め、「溶接長１０００ｍｍにおける割れの合計長さ（ｍｍ）」÷「溶接長１０００ｍｍ」×１００によって、割れ率（％）を算出した。
耐高温割れ性は、割れ率が５％未満を合格とし、表５では「〇」と示した。
［酸素量の測定］
溶接金属の酸素量の測定は、ＪＩＳ Ｇ １２３９：２０１４に規定されている不活性ガス融解−赤外線吸収法により測定した。
溶接金属の酸素量の測定は、ＪＩＳ Ｇ １２３９：２０１４に規定されている不活性ガス融解−赤外線吸収法により測定した。
以上の各種試験の結果を、下記表５に示す。
表５に示すように、本発明の発明特定事項を満足するワイヤＮｏ．１〜２６を用いたＮｏ．１〜２６では、室温だけでなく高温の状態であっても引張強さ及び耐力に優れるとともに、低温靭性及び耐高温割れ性にも優れる溶接金属を得ることができた。
一方、表５に示すように、Ｎｏ．２７〜４６は、使用したワイヤＮｏ．２７〜４６が本発明の発明特定事項を満足しなかったことから、いずれかの評価項目において合格の結果が得られなかった。詳細には、以下のとおりである。
Ｎｏ．２７は、ワイヤのＣの含有量が上限値を超えているとともに、式（１）によって算出される値が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．２８は、ワイヤのＣの含有量が下限値未満であるとともに、式（１）によって算出される値が下限値未満であったため、高温での溶接金属の耐力が低かった。
Ｎｏ．２９は、ワイヤのＳｉの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３０は、ワイヤのＳｉの含有量が下限値未満であったため、溶接金属中の酸素量が多く、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．２８は、ワイヤのＣの含有量が下限値未満であるとともに、式（１）によって算出される値が下限値未満であったため、高温での溶接金属の耐力が低かった。
Ｎｏ．２９は、ワイヤのＳｉの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３０は、ワイヤのＳｉの含有量が下限値未満であったため、溶接金属中の酸素量が多く、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３１は、ワイヤのＭｎの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３２は、ワイヤのＭｎの含有量が下限値未満であったため、常温及び高温での溶接金属の耐力が低いとともに高温での引張強さも低かった。
Ｎｏ．３３は、ワイヤのＰの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３４は、ワイヤのＳの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の耐高温割れ性の結果が不合格となった。
Ｎｏ．３５は、ワイヤのＣｕの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の耐高温割れ性の結果が不合格となった。
Ｎｏ．３２は、ワイヤのＭｎの含有量が下限値未満であったため、常温及び高温での溶接金属の耐力が低いとともに高温での引張強さも低かった。
Ｎｏ．３３は、ワイヤのＰの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３４は、ワイヤのＳの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の耐高温割れ性の結果が不合格となった。
Ｎｏ．３５は、ワイヤのＣｕの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の耐高温割れ性の結果が不合格となった。
Ｎｏ．３６は、ワイヤのＮｉの含有量が上限値を超えていたため、高温での溶接金属の耐力が低いとともに耐高温割れ性の結果が不合格となった。
Ｎｏ．３７は、ワイヤのＮｉの含有量が下限値未満であったため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３８は、ワイヤのＣｒの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３９は、ワイヤのＭｏの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４０は、ワイヤのＭｏの含有量が下限値未満であったため、常温及び高温での溶接金属の耐力が低いとともに高温での溶接金属の引張強さも低かった。
Ｎｏ．３７は、ワイヤのＮｉの含有量が下限値未満であったため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３８は、ワイヤのＣｒの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．３９は、ワイヤのＭｏの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４０は、ワイヤのＭｏの含有量が下限値未満であったため、常温及び高温での溶接金属の耐力が低いとともに高温での溶接金属の引張強さも低かった。
Ｎｏ．４１は、ワイヤのＡｌの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４２は、ワイヤのＴｉの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４３は、ワイヤのＴｉの含有量が下限値未満であったため、高温での溶接金属の耐力が低いとともに低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４４は、ワイヤのＮの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４５は、ワイヤの式（１）によって算出される値が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４６は、ワイヤの式（１）によって算出される値が下限値未満であったため、高温での溶接金属の耐力が低かった。
Ｎｏ．４２は、ワイヤのＴｉの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４３は、ワイヤのＴｉの含有量が下限値未満であったため、高温での溶接金属の耐力が低いとともに低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４４は、ワイヤのＮの含有量が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４５は、ワイヤの式（１）によって算出される値が上限値を超えていたため、溶接金属の低温靭性が低かった。
Ｎｏ．４６は、ワイヤの式（１）によって算出される値が下限値未満であったため、高温での溶接金属の耐力が低かった。
以上、本発明について実施の形態及び実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。
Claims (3)
- ワイヤ全質量あたり、
Ｃ：０．０２質量％以上０．２０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上０．２０質量％以下、
Ｍｎ：０．９８質量％以上１．８０質量％以下、
Ｐ：０．０２０質量％以下、
Ｓ：０．０２０質量％以下、
Ｃｕ：０．２５質量％以下、
Ｎｉ：２．５０質量％以上４．０８質量％以下、
Ｃｒ：０．１９質量％以下、
Ｍｏ：０．０６質量％以上０．２９質量％以下、
Ａｌ：０．０５０質量％以下、
Ｎ：０．０１００質量％以下、
Ｔｉ：０．０１０質量％以上０．１２０質量％以下、
であるとともに、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
Ｃの含有量を［Ｃ］質量％、Ｔｉの含有量を［Ｔｉ］質量％、Ｍｏの含有量を［Ｍｏ］質量％、Ｃｒの含有量を［Ｃｒ］質量％、Ｍｎの含有量を［Ｍｎ］質量％、Ｎｉの含有量を［Ｎｉ］質量％と表した場合、２５０≦２０３７×［Ｃ］＋６１５×［Ｔｉ］＋３３０×［Ｍｏ］＋５７×［Ｃｒ］＋１２６×［Ｍｎ］−２４×［Ｎｉ］≦５００を満たすことを特徴とするサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。 - ワイヤ全質量あたり、Ｚｒ：０．０１質量％以上０．３０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。
- ワイヤ全質量あたり、Ｂ：０．０００５質量％以上０．００５０質量％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。
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