JP6848479B2 - 耐食鋼の溶接金属及びサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ - Google Patents
耐食鋼の溶接金属及びサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ Download PDFInfo
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Description
本発明は、耐食鋼どうしの溶接で形成される溶接金属及び耐食鋼のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
長期間使用することによって大気腐食環境中に長期間暴露されている耐候性鋼材は、一般的に、鋼材の表面に保護性のあるさび層が形成される。このさび層が外界からの腐食性物質を遮蔽することで、それ以降の鋼材腐食が抑制されて耐候性を発揮する。そのため、耐候性鋼材は、塗装せずに裸のまま使用可能な鋼材として、橋梁等の構造物に用いられている。
しかしながら、海浜地域に加え、内陸部でも融雪剤が散布される地域のように飛来塩分量が多い環境化では、耐候性鋼材の表面に保護性のあるさび層が形成されにくく、腐食を抑制する効果が発揮されにくい。そのため、これらの地域では、裸のまま耐候性鋼材を用いることができず、塗装して用いる必要がある。
しかしながら、海浜地域に加え、内陸部でも融雪剤が散布される地域のように飛来塩分量が多い環境化では、耐候性鋼材の表面に保護性のあるさび層が形成されにくく、腐食を抑制する効果が発揮されにくい。そのため、これらの地域では、裸のまま耐候性鋼材を用いることができず、塗装して用いる必要がある。
さらに、前述の飛来塩分量が多い環境下では、塗膜（塗装膜）劣化によって塗膜傷が生じ、塗膜傷部直下の鋼材が直接的に腐食環境にさらされるために、傷部を中心としてコブ状に塗膜が膨れ上がる腐食形態を示す。このような腐食形態の進行によってさらに塗膜傷部が累進的に拡大することで構造物の腐食が進展し続けるため、構造物の寿命延長を目的として約１０年毎に再塗装を実施することが多い。
しかし、再塗装は多大な工数がかかることから、塗装寿命を延長し、補修塗装間隔を大きく延ばすことで維持管理費用の低減を可能とする新しい耐食性鋼が開発されており、それに対応した溶接材料の開発がなされている。
しかし、再塗装は多大な工数がかかることから、塗装寿命を延長し、補修塗装間隔を大きく延ばすことで維持管理費用の低減を可能とする新しい耐食性鋼が開発されており、それに対応した溶接材料の開発がなされている。
例えば、特許文献１には、溶接材料のＮｉとＣｕ及びＭｏの量と母材のＮｉとＣｕ及びＭｏの量の比を規定することにより溶接部の選択腐食を防止する技術が開示されている。
特許文献２には、溶着金属のＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏ量を調整することによって、海浜耐候性に優れた溶接金属及び溶接材料を得る技術が開示されている。
特許文献３には、Ｐ含有の高耐候性鋼板を２電極で溶接することにより母材希釈を少なくし、高速溶接を行っても耐割れ性の良好なＣｕ、Ｃｒ及びＮｉを適量含む溶接金属を形成することができるサブマージアーク溶接法を確立する技術が開示されている。
さらに、特許文献４には、Ｗ及びＭｏの少なくとも１種とＳｎ及びＳｂの少なくとも１種を含む耐食性に優れた溶接継手の開示がある。
特許文献２には、溶着金属のＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏ量を調整することによって、海浜耐候性に優れた溶接金属及び溶接材料を得る技術が開示されている。
特許文献３には、Ｐ含有の高耐候性鋼板を２電極で溶接することにより母材希釈を少なくし、高速溶接を行っても耐割れ性の良好なＣｕ、Ｃｒ及びＮｉを適量含む溶接金属を形成することができるサブマージアーク溶接法を確立する技術が開示されている。
さらに、特許文献４には、Ｗ及びＭｏの少なくとも１種とＳｎ及びＳｂの少なくとも１種を含む耐食性に優れた溶接継手の開示がある。
しかし、特許文献１〜４に記載の技術においても、特に溶接継手の最終層である余盛に施された塗膜は、その周囲の平坦な母材に施された塗膜表面に比較して、余盛が凸状で複雑な形状を呈するため、塗装皮膜が薄くなる傾向があり、塗膜の剥離を誘引しやすく、飛来塩分量が多い環境化では、腐食の起点となるという問題があった。
本発明は、海浜地域など飛来塩分量が多い環境下においても耐候性及び耐塗装剥離性に優れた耐食鋼の溶接金属及び耐食鋼の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目的とする。
上記課題を解決する本発明の要旨は、以下の耐食鋼の溶接金属及びその溶接金属を形成するためのサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤにある。
（１）溶接金属全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．１５〜０．８０％、Ｍｎ：１．２〜２．０％、Ｃｕ：０．０２〜０．３４％、Ｓｎ：０．０５〜０．４０％を含有し、Ａｌ：０．０５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下に制限し、残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする耐食鋼の溶接金属。
（１）溶接金属全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．１５〜０．８０％、Ｍｎ：１．２〜２．０％、Ｃｕ：０．０２〜０．３４％、Ｓｎ：０．０５〜０．４０％を含有し、Ａｌ：０．０５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下に制限し、残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする耐食鋼の溶接金属。
（２）溶接金属全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．６０％以下をさらに含有することを特徴とする（１）に記載の耐食鋼の溶接金属。
（３）溶接金属全質量に対する質量％で、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．００５％以下の１種又は２種をさらに含有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の耐食鋼の溶接金属。
（３）溶接金属全質量に対する質量％で、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．００５％以下の１種又は２種をさらに含有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の耐食鋼の溶接金属。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の溶接金属の製造に用いるサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．００５〜０．０５％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ｃｕ：０．０１〜０．３５％、Ｓｎ：０．０５〜０．４０％を含有し、Ａｌ：０．０５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下に制限し、残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする耐食鋼のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。
（５）ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．６０％以下をさらに含有することを特徴とする（４）記載の耐食鋼のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。
本発明の耐食鋼の溶接金属及び耐食鋼のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、海浜地域など飛来塩分量が多い環境下でも耐候性及び耐塗装剥離性に優れた耐食鋼の溶接金属及び耐食鋼の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が可能となる。
本発明者らは、上記目的を達成できる耐食鋼の溶接金属及び耐食鋼のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤを得るためにそれぞれに必要な化学成分を見出すべく、各種ボンドフラックス及び溶融型フラックスとソリッドワイヤを組み合わせて溶接を実施し、種々の合金元素の作用効果について調査した。
その結果、スズ（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を溶接金属に適量含有させることによって飛来塩分の多い環境下における耐食性を向上できることを見出した。
その結果、スズ（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を溶接金属に適量含有させることによって飛来塩分の多い環境下における耐食性を向上できることを見出した。
Ｓｎが溶接金属の耐食性を向上させる理由について、溶接金属中の金属Ｓｎがスズイオン（II）（Ｓｎ２＋）として溶出し、暴露されている部位、すなわち、酸性塩化物溶液中でインヒビター作用を示し、ｐＨが低下したアノードでの腐食を抑制することを見出した。さらに、腐食促進作用を持つ鉄（III）イオン（Ｆｅ３＋）の濃度を低減させて、飛来塩分の多い環境における耐食性を向上させる作用があることを見出した。
Ｃｕが溶接金属の耐食性を向上させる理由について、Ｃｕを含有した溶接金属そのものの溶解反応（腐食反応）の反応速度を低減すること、及び、Ｃｕを含有する溶接金属では、表面（余盛部など）に生成する腐食生成物（錆）が、特徴的な微細かつ緻密な構造を呈することにより、水、酸素、塩化物イオン等の透過を抑制する防食性の高い錆層を形成することを見出した。さらに、ＣｕはＳｎと共存することにより、Ｓｎの耐食性の効果を増強させる作用があることを見出した。
また、溶接金属の機械性能については、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎを適量含有し、Ａｌ、Ｐ、Ｓの成分を限定することによって良好になること、Ｍｏ、Ｔｉ及びＢの含有量をさらに調整することにより溶接金属の機械性能がさらに良好になることを見出した。
さらに、飛来塩分量が多い環境下でも耐候性及び耐塗装剥離性に優れた耐食鋼の溶接金属を得るために好適なサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの成分も見出した。
さらに、飛来塩分量が多い環境下でも耐候性及び耐塗装剥離性に優れた耐食鋼の溶接金属を得るために好適なサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの成分も見出した。
＜溶接金属の成分＞
まず、以下に本発明の溶接金属の成分の限定理由について説明する。なお、成分の含有量についての％は、溶接金属全質量に対する質量％を示す。
まず、以下に本発明の溶接金属の成分の限定理由について説明する。なお、成分の含有量についての％は、溶接金属全質量に対する質量％を示す。
［溶接金属中のＣ：０．０３〜０．１５％］
溶接金属中のＣは、溶接金属の強度と焼入れ性を確保するために重要な元素である。Ｃが０．０３％未満では、強度不足で靱性が低下する。一方、Ｃが０．１５％を超えると、溶接金属がマルテンサイト主体の組織となり、強度が高くなり靱性が低下する。また、高温割れが生じやすくなる。したがって、溶接金属中のＣは０．０３〜０．１５％とする。Ｃの好ましい含有量は、０．０４〜０．１４％である。
溶接金属中のＣは、溶接金属の強度と焼入れ性を確保するために重要な元素である。Ｃが０．０３％未満では、強度不足で靱性が低下する。一方、Ｃが０．１５％を超えると、溶接金属がマルテンサイト主体の組織となり、強度が高くなり靱性が低下する。また、高温割れが生じやすくなる。したがって、溶接金属中のＣは０．０３〜０．１５％とする。Ｃの好ましい含有量は、０．０４〜０．１４％である。
［溶接金属中のＳｉ：０．１５〜０．８０％］
溶接金属中のＳｉは、溶接金属の靱性を高めるのに有効な成分である。Ｓｉが０．１５％未満では、靱性が低下する。一方、Ｓｉが０．８０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＳｉは０．１５〜０．８０％とする。Ｓｉの好ましい含有量は、０．２０〜０．６０％である。
溶接金属中のＳｉは、溶接金属の靱性を高めるのに有効な成分である。Ｓｉが０．１５％未満では、靱性が低下する。一方、Ｓｉが０．８０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＳｉは０．１５〜０．８０％とする。Ｓｉの好ましい含有量は、０．２０〜０．６０％である。
［溶接金属中のＭｎ：１．２〜２．０％］
溶接金属中のＭｎは、溶接金属の強度を高めるのに有効な成分である。Ｍｎが１．２％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｍｎが２．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＭｎは１．２〜２．０％とする。Ｍｎの好ましい含有量は、１．３〜１．８％である。
溶接金属中のＭｎは、溶接金属の強度を高めるのに有効な成分である。Ｍｎが１．２％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｍｎが２．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＭｎは１．２〜２．０％とする。Ｍｎの好ましい含有量は、１．３〜１．８％である。
［溶接金属中のＣｕ：０．０２〜０．３５％］
溶接金属中のＣｕは、溶接金属の耐食性を向上させる重要な元素である。Ｃｕが０．０２％未満では、耐食性を向上される効果が得られない。一方、Ｃｕが０．３５％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＣｕは０．０２〜０．３５％とする。Ｃｕの好ましい含有量は、０．０２〜０．３０％である。
溶接金属中のＣｕは、溶接金属の耐食性を向上させる重要な元素である。Ｃｕが０．０２％未満では、耐食性を向上される効果が得られない。一方、Ｃｕが０．３５％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＣｕは０．０２〜０．３５％とする。Ｃｕの好ましい含有量は、０．０２〜０．３０％である。
［溶接金属中のＳｎ：０．０５〜０．４０％］
溶接金属中のＳｎは、溶接金属の耐食性を向上させる重要な元素である。Ｓｎが０．０５％未満では、耐食性向上の効果は得られない。一方、Ｓｎが０．４０％を超えると、高温割れが生じやすくなる。また、粒界へのＳｎの偏析により溶接金属の靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＳｎは０．０５〜０．４０％とする。Ｓｎの好ましい含有量は、０．１０〜０．３５％である。
溶接金属中のＳｎは、溶接金属の耐食性を向上させる重要な元素である。Ｓｎが０．０５％未満では、耐食性向上の効果は得られない。一方、Ｓｎが０．４０％を超えると、高温割れが生じやすくなる。また、粒界へのＳｎの偏析により溶接金属の靱性が低下する。したがって、溶接金属中のＳｎは０．０５〜０．４０％とする。Ｓｎの好ましい含有量は、０．１０〜０．３５％である。
［溶接金属中のＡｌ：０．０５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下］
溶接金属中のＡｌ、Ｐ及びＳは、共に低融点の化合物を生成して靱性を低下させるため、出来るだけ低いことが望ましい。したがって、溶接金属中のＡｌは０．０５％以下、Ｐは０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下に制限する。好ましくは、Ａｌは０．０３％以下、Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１０％以下とする。
溶接金属中のＡｌ、Ｐ及びＳは、共に低融点の化合物を生成して靱性を低下させるため、出来るだけ低いことが望ましい。したがって、溶接金属中のＡｌは０．０５％以下、Ｐは０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下に制限する。好ましくは、Ａｌは０．０３％以下、Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１０％以下とする。
［溶接金属中のＭｏ：０．６０％以下］
溶接金属中のＭｏは、溶接金属の強度を高めるのに有効な成分である。本発明では、必要に応じてＭｏを含有させることができる。しかしながら、Ｍｏが０．６０％を超えると、溶接金属中に金属間化合物を生成して溶接金属を著しく硬化し靱性が低下する。よって、含有させる場合は、０．６０％以下とする。好ましい含有量は、０．１０〜０．５５％である。
溶接金属中のＭｏは、溶接金属の強度を高めるのに有効な成分である。本発明では、必要に応じてＭｏを含有させることができる。しかしながら、Ｍｏが０．６０％を超えると、溶接金属中に金属間化合物を生成して溶接金属を著しく硬化し靱性が低下する。よって、含有させる場合は、０．６０％以下とする。好ましい含有量は、０．１０〜０．５５％である。
［溶接金属中のＴｉ：０．０５％以下及びＢ：０．００５％以下の１種又は２種］
溶接金属中のＴｉ及びＢは、溶接金属の靱性を向上されるのに有効な成分である。本発明では、必要に応じてＴｉとＢの１種または２種を含有させることができる。しかしながら、Ｔｉが０．０５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。また、Ｂが０．００５％を超えると、高温割れが生じやすくなる。したがって、溶接金属中において、Ｔｉ：０．０５％以下及びＢ：０．００５％以下の１種又は２種とする。なお、溶接金属中のＴｉはフラックス中の金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物から添加され、Ｂはフラックス中のＢ合金及びＢ化合物から添加される。
溶接金属中のＴｉ及びＢは、溶接金属の靱性を向上されるのに有効な成分である。本発明では、必要に応じてＴｉとＢの１種または２種を含有させることができる。しかしながら、Ｔｉが０．０５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。また、Ｂが０．００５％を超えると、高温割れが生じやすくなる。したがって、溶接金属中において、Ｔｉ：０．０５％以下及びＢ：０．００５％以下の１種又は２種とする。なお、溶接金属中のＴｉはフラックス中の金属Ｔｉ、Ｔｉ合金及びＴｉ酸化物から添加され、Ｂはフラックス中のＢ合金及びＢ化合物から添加される。
［溶接金属の残部］
その他は、Ｆｅ及び不純物であるが、不純物中のＮは０．００８％以下、Ｏは０．０８％以下であることが靱性の確保から好ましい。
その他は、Ｆｅ及び不純物であるが、不純物中のＮは０．００８％以下、Ｏは０．０８％以下であることが靱性の確保から好ましい。
＜サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの成分＞
次に、上記耐食鋼の溶接金属の成分を得るために必要なサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ（単に、ワイヤという場合がある。）の成分の限定理由について説明する。なお、以下成分の含有量についての％は、ソリッドワイヤ全質量に対する質量％を示す。
次に、上記耐食鋼の溶接金属の成分を得るために必要なサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ（単に、ワイヤという場合がある。）の成分の限定理由について説明する。なお、以下成分の含有量についての％は、ソリッドワイヤ全質量に対する質量％を示す。
［ワイヤ中のＣ：０．０２〜０．１５％］
ワイヤ中のＣは、溶接金属の強度を確保する重要な元素であると共に、アーク中の酸素と反応しアーク雰囲気及び溶接金属の酸素量を低減する効果がある。Ｃが０．０２％未満では、脱酸及び強度確保の効果が不十分であり、強度及び靱性ともに低下する。一方、Ｃが０．１５％を超えると、溶接金属がマルテンサイト主体の組織となり、強度が高くなり靱性が低下する。また、高温割れが生じやすくなる。したがって、ワイヤ中のＣは０．０２〜０．１５％とする。Ｃの好ましい含有量は、０．０３〜０．１４％である。
ワイヤ中のＣは、溶接金属の強度を確保する重要な元素であると共に、アーク中の酸素と反応しアーク雰囲気及び溶接金属の酸素量を低減する効果がある。Ｃが０．０２％未満では、脱酸及び強度確保の効果が不十分であり、強度及び靱性ともに低下する。一方、Ｃが０．１５％を超えると、溶接金属がマルテンサイト主体の組織となり、強度が高くなり靱性が低下する。また、高温割れが生じやすくなる。したがって、ワイヤ中のＣは０．０２〜０．１５％とする。Ｃの好ましい含有量は、０．０３〜０．１４％である。
［ワイヤ中のＳｉ：０．００５〜０．０５％］
ワイヤ中のＳｉは、脱酸効果が有り、溶接金属の酸素量をコントロールする作用がある。Ｓｉが０．００５％未満では、脱酸効果が得られず、溶接金属の靱性が低下する。一方、Ｓｉが０．０５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＳｉは０．００５〜０．０５％とする。Ｓｉの好ましい含有量は、０．００６〜０．０４％である。
ワイヤ中のＳｉは、脱酸効果が有り、溶接金属の酸素量をコントロールする作用がある。Ｓｉが０．００５％未満では、脱酸効果が得られず、溶接金属の靱性が低下する。一方、Ｓｉが０．０５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＳｉは０．００５〜０．０５％とする。Ｓｉの好ましい含有量は、０．００６〜０．０４％である。
［ワイヤ中のＭｎ：１．５〜３．５％］
ワイヤ中のＭｎは、溶接金属の強度を高めるのに有効な成分である。Ｍｎが１．５％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｍｎが３．５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＭｎは１．５〜３．５％とする。Ｍｎの好ましい含有量は、１．５〜３．０％である。
ワイヤ中のＭｎは、溶接金属の強度を高めるのに有効な成分である。Ｍｎが１．５％未満では、溶接金属の強度が低くなる。一方、Ｍｎが３．５％を超えると、溶接金属の強度が高くなり靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＭｎは１．５〜３．５％とする。Ｍｎの好ましい含有量は、１．５〜３．０％である。
［ワイヤ中のＣｕ：０．０１〜０．３５％］
ワイヤ中のＣｕは、溶接金属の耐食性を向上させる重要な元素である。Ｃｕが０．０１％未満では、耐食性を向上させる効果が得られない。一方、Ｃｕが０．３５％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＣｕは０．０１〜０．３５％とする。なお、Ｃｕはワイヤ表面の銅めっきからも添加できる。Ｃｕの好ましい含有量は、０．０２〜０．３０％である。
ワイヤ中のＣｕは、溶接金属の耐食性を向上させる重要な元素である。Ｃｕが０．０１％未満では、耐食性を向上させる効果が得られない。一方、Ｃｕが０．３５％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＣｕは０．０１〜０．３５％とする。なお、Ｃｕはワイヤ表面の銅めっきからも添加できる。Ｃｕの好ましい含有量は、０．０２〜０．３０％である。
［ワイヤ中のＳｎ：０．０５〜０．４０％］
ワイヤ中のＳｎは、溶接金属の耐食性を向上させる重要な元素である。Ｓｎが０．０５％未満では、耐食性向上の効果は得られない。一方、Ｓｎが０．４０％を超えると、高温割れが生じやすくなる。また、粒界へのＳｎの偏析により溶接金属の靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＳｎは０．０５〜０．４０％とする。好ましい含有量は、０．１０〜０．３５％である。
ワイヤ中のＳｎは、溶接金属の耐食性を向上させる重要な元素である。Ｓｎが０．０５％未満では、耐食性向上の効果は得られない。一方、Ｓｎが０．４０％を超えると、高温割れが生じやすくなる。また、粒界へのＳｎの偏析により溶接金属の靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＳｎは０．０５〜０．４０％とする。好ましい含有量は、０．１０〜０．３５％である。
［ワイヤ中のＡｌ：０．０５％以下、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下］
ワイヤ中のＡｌ、Ｐ及びＳは、共に低融点の化合物を生成して靱性を低下させるため、出来るだけ低いことが望ましい。したがって、ワイヤ中のＡｌは０．０５％以下、Ｐは０．０２５％以下、Ｓは０．０２０％以下に制限する。好ましくは、Ａｌは０．０３％以下、Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１０％以下とする。
ワイヤ中のＡｌ、Ｐ及びＳは、共に低融点の化合物を生成して靱性を低下させるため、出来るだけ低いことが望ましい。したがって、ワイヤ中のＡｌは０．０５％以下、Ｐは０．０２５％以下、Ｓは０．０２０％以下に制限する。好ましくは、Ａｌは０．０３％以下、Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０１０％以下とする。
［ワイヤ中のＭｏ：０．６０％以下］
ワイヤ中のＭｏは、溶接金属の強度を確保する効果を有する。本発明では、必要に応じてMoを添加してもよい。Ｍｏが０．６０％を超えると、溶接金属中に金属間化合物を生成して溶接金属を著しく硬化し靱性が低下する。したがって、ワイヤ中にＭｏを添加する場合は０．６０％以下とする。好ましい含有量は、０．１０〜０．５５％である。
ワイヤ中のＭｏは、溶接金属の強度を確保する効果を有する。本発明では、必要に応じてMoを添加してもよい。Ｍｏが０．６０％を超えると、溶接金属中に金属間化合物を生成して溶接金属を著しく硬化し靱性が低下する。したがって、ワイヤ中にＭｏを添加する場合は０．６０％以下とする。好ましい含有量は、０．１０〜０．５５％である。
［ワイヤの残部］
その他は、Ｆｅ及び不純物であるが、不純物中のＮは０．００８％以下であることが靱性の確保から好ましい。
その他は、Ｆｅ及び不純物であるが、不純物中のＮは０．００８％以下であることが靱性の確保から好ましい。
［ワイヤの製造方法］
上記サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、通常の方法で製造できる。すなわち、成分を調整した鋼を溶解し、原線をつくり、縮径、焼鈍、めっきをして素線をつくり、素線を伸線して、所望の直径のワイヤとして製造することができる。
上記サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、通常の方法で製造できる。すなわち、成分を調整した鋼を溶解し、原線をつくり、縮径、焼鈍、めっきをして素線をつくり、素線を伸線して、所望の直径のワイヤとして製造することができる。
＜耐食鋼＞
本発明の溶接金属は、耐食鋼どうしをサブマージアーク溶接して得ることができる。耐食鋼の好ましい成分は、質量％で以下の通りである。Ｃ：０．０６〜０．２０％、Ｓｉ：０．００５〜１．５０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｐ：０．０２８％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｓｎ：０．０２〜０．４５％、Ｃｕ：０．０１〜０．４５％である。耐食鋼には、Ｍｏ：０．３５％以下をさらに含有していてもよい。
本発明の溶接金属は、耐食鋼どうしをサブマージアーク溶接して得ることができる。耐食鋼の好ましい成分は、質量％で以下の通りである。Ｃ：０．０６〜０．２０％、Ｓｉ：０．００５〜１．５０％、Ｍｎ：０．０５〜２．０％、Ｐ：０．０２８％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｓｎ：０．０２〜０．４５％、Ｃｕ：０．０１〜０．４５％である。耐食鋼には、Ｍｏ：０．３５％以下をさらに含有していてもよい。
＜フラックス＞
本発明の溶接金属の作製にあたっては、フラックスは、ボンドフラックス、溶融型フラックスのいずれも使用できる。好ましいボンドフラックスのスラグ成分は、質量％で、ＳｉＯ２：５〜２０％、ＭｎＯ：０〜１．０％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜３０％、ＭｇＯ：１０〜２５％、ＴｉＯ２：０〜２０％、Ｂ２Ｏ３：０〜１．０％、ＣａＯ：２〜２０％、ＣａＦ２：５〜２０％、金属炭酸塩中のＣＯ２換算値の合計：１〜８％であり、合金成分として、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｆｅ：０．５〜３５％が含有されて良い。また、好ましい溶融型フラックスのスラグ成分は、質量％で、ＳｉＯ２：１０〜５０％、ＭｎＯ：５〜３５％、Ａｌ２Ｏ３：３〜３５％、ＭｇＯ：０〜１０％、ＴｉＯ２：０〜３０％、Ｂ２Ｏ３：０〜１．０％、ＣａＯ：２〜２５％、ＣａＦ２：０〜２５％である。
ここで、金属炭酸塩中のＣＯ２換算値とは、例えば、ＣａＣＯ３が質量％で１％含有していた場合、1%×（12+16×2）/（40+12+16×3）=0.44%と計算する。なお、計算の際、Ｃａの原子量として４０、Ｃの原子量として１２、酸素の原子量として１６を用いた。
本発明の溶接金属の作製にあたっては、フラックスは、ボンドフラックス、溶融型フラックスのいずれも使用できる。好ましいボンドフラックスのスラグ成分は、質量％で、ＳｉＯ２：５〜２０％、ＭｎＯ：０〜１．０％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜３０％、ＭｇＯ：１０〜２５％、ＴｉＯ２：０〜２０％、Ｂ２Ｏ３：０〜１．０％、ＣａＯ：２〜２０％、ＣａＦ２：５〜２０％、金属炭酸塩中のＣＯ２換算値の合計：１〜８％であり、合金成分として、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｆｅ：０．５〜３５％が含有されて良い。また、好ましい溶融型フラックスのスラグ成分は、質量％で、ＳｉＯ２：１０〜５０％、ＭｎＯ：５〜３５％、Ａｌ２Ｏ３：３〜３５％、ＭｇＯ：０〜１０％、ＴｉＯ２：０〜３０％、Ｂ２Ｏ３：０〜１．０％、ＣａＯ：２〜２５％、ＣａＦ２：０〜２５％である。
ここで、金属炭酸塩中のＣＯ２換算値とは、例えば、ＣａＣＯ３が質量％で１％含有していた場合、1%×（12+16×2）/（40+12+16×3）=0.44%と計算する。なお、計算の際、Ｃａの原子量として４０、Ｃの原子量として１２、酸素の原子量として１６を用いた。
以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
表１に示す各種成分のソリッドワイヤを試作し、表２に示すボンドフラックスまたは溶融型フラックスと組合せてサブマージアーク溶接し、欠陥の有無、機械的性能及び耐食性の調査を実施した。なお、表１に示すソリッドワイヤは原線を縮径、焼鈍、めっきして素線とし、それらの素線を４．０ｍｍまで伸線して用いた。
表１に示す各種成分のソリッドワイヤを試作し、表２に示すボンドフラックスまたは溶融型フラックスと組合せてサブマージアーク溶接し、欠陥の有無、機械的性能及び耐食性の調査を実施した。なお、表１に示すソリッドワイヤは原線を縮径、焼鈍、めっきして素線とし、それらの素線を４．０ｍｍまで伸線して用いた。
溶接金属の腐食環境における耐局部腐食性、強度及び靱性の評価はＪＩＳ Ｚ ３１１１に準じて溶着金属試験を行い、Ｘ線透過試験を行った後、引張試験、衝撃試験及び耐食性評価試験を実施した。母材には、質量％で、Ｃ：０．１５％、Ｓｉ：０．２７％、Ｍｎ：１．１５％、Ｐ：０．００８％、Ｓ：０．００１％、Ｓｎ：０．１３％、Ｃｕ：０．０１２％、Ａｌ：０．０３％、残部Feおよび不純物からなる板厚２０ｍｍの耐食鋼の鋼板を用い、溶接条件は、溶接電流５００Ａ、アーク電圧３３Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、パス間温度１５０±１５℃とした。得られた溶接金属の化学成分を表３に示す。
溶接金属の機械性能評価は、溶接試験体の鋼板板厚の中央を中心から衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２４２ Ｖノッチ試験片）及び引張試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２４１ １０号）を採取して機械試験を実施した。靱性の評価は０℃における衝撃試験により行い、各々繰返し数３本の平均より評価した。なお、引張強さの評価は４９０〜７５０ＭＰａを良好とした。また、衝撃試験の吸収エネルギーは８０Ｊ以上を良好とした。
耐食性の評価は次のように腐食試験片を作製して行った。
図１に示す腐食試験片作成用の試料（厚さ３ｍｍ×幅６０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ）を溶接金属２が中心となるように母材１表面から深さ１ｍｍの採取位置３から採取し、ショットブラスト処理後、炉内温度８０℃で加熱乾燥させて試験片素材を作製した。この試験片素材の両面に、塗料Ａ（中国塗料（株）製バンノー♯２００）または塗料Ｂ（神東塗料（株）ネオゴーセイプライマーＨＢ）いずれかの塗料を鋼材表面に塗装し膜厚２００〜３５０μmの塗装試験片を作製した。
図１に示す腐食試験片作成用の試料（厚さ３ｍｍ×幅６０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ）を溶接金属２が中心となるように母材１表面から深さ１ｍｍの採取位置３から採取し、ショットブラスト処理後、炉内温度８０℃で加熱乾燥させて試験片素材を作製した。この試験片素材の両面に、塗料Ａ（中国塗料（株）製バンノー♯２００）または塗料Ｂ（神東塗料（株）ネオゴーセイプライマーＨＢ）いずれかの塗料を鋼材表面に塗装し膜厚２００〜３５０μmの塗装試験片を作製した。
上記塗装試験片に図２に示すように溶接金属を跨ぐようにクロスカット４を施すことで塗膜傷を模擬した腐食試験片５を作製した。クロスカット４は塗膜の上から下地の鋼表面まで達するスクラッチ疵をカッターナイフで施した。
その後、得られた腐食試験片５をＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ） Ｊ２３３４試験に従い、耐食性を評価した。
その後、得られた腐食試験片５をＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ） Ｊ２３３４試験に従い、耐食性を評価した。
ここで、ＳＡＥ Ｊ２３３４試験とは、湿潤、塩分付着、乾燥の３過程を１サイクル（合計２４時間）とした乾湿繰り返しの条件で行う加速試験であり、各過程の条件は、湿潤：５０℃、１００％ＲＨ、６時間、塩分付着：０．５質量％ＮａＣｌ、０．１質量％ＣａＣｌ２、０．０７５質量％ＮａＨＣＯ３水溶液浸漬、０．２５時間、乾燥：６０℃、５０％ＲＨ、１７．７５時間である。１サイクルの概略を図３に示す。
この腐食試験は、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境を模擬する試験である。この腐食形態が大気暴露試験に類似しているとされている（長野博夫、山下正人、内田仁著：環境材料学、共立出版（２００４）、ｐ．７４参照）。
この腐食試験は、飛来塩分量が１ｍｄｄを超えるような厳しい腐食環境を模擬する試験である。この腐食形態が大気暴露試験に類似しているとされている（長野博夫、山下正人、内田仁著：環境材料学、共立出版（２００４）、ｐ．７４参照）。
以上のようなＳＡＥ Ｊ２３３４試験を８０サイクル後に、各試験片の塗膜剥離、膨れ面積を計測し、塗膜剥離・膨れ面積率を算出した。その後、表面の残存塗膜と生成した錆層を除去し、塗装被膜疵部の腐食深さを測定後、平均腐食深さを算出した。
耐候性・耐塗装剥離性の評価は、塗膜剥離・膨れ面積率が５０％未満、かつ、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ未満の場合を合格とした。
表４にこれらの試験結果をまとめて示す。
耐候性・耐塗装剥離性の評価は、塗膜剥離・膨れ面積率が５０％未満、かつ、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ未満の場合を合格とした。
表４にこれらの試験結果をまとめて示す。
表３及び表４中の試験記号Ｎｏ.Ｔ１〜Ｔ１４は本発明例、試験記号Ｎｏ．Ｔ１５〜Ｔ２９は比較例である。本発明例の試験記号Ｎｏ．Ｔ１〜Ｔ１４は、溶接金属及び表１中のワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ１４の化学成分が本発明の構成要件を満たしているので、Ｘ線透過試験で欠陥が無く、溶接金属の引張強さ及び吸収エネルギーが良好で、塗装剥離・膨れ面積率は全て５０％未満、かつ塗装傷部腐食深さは、全て０．５ｍｍ未満であり、極めて満足な結果であった。
なお、試験記号Ｔ１０〜Ｔ１４は、溶接金属中にＭｏが含有されているので、引張強さがやや高い傾向を示したが目標範囲内であった。また、試験記号Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０、Ｔ１４は、溶接金属中にＴｉ及びＢの１種又は２種を適量含むため溶接金属の吸収エネルギーが１２０以上と非常に良好であった。
比較例中試験記号Ｔ１５は、溶接金属中のＣが少ないので、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーが低値であった。
試験記号Ｔ１６は、溶接金属中のＣが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、クレータ割れが生じた。
試験記号Ｔ１７は、溶接金属中のＭｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低かった。
試験記号Ｔ１６は、溶接金属中のＣが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、クレータ割れが生じた。
試験記号Ｔ１７は、溶接金属中のＭｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低かった。
試験記号Ｔ１８は、溶接金属中のＣｕが少ないので、溶接金属の塗膜剥離・膨れ面積率が５０％以上で、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ以上となり腐食量が多かった。
試験記号Ｔ１９は、溶接金属中のＭｎが多いので、溶接金属の引張強さ高く、吸収エネルギーが低値であった。また溶接金属中のＳｎが少ないので溶接金属の塗膜剥離・膨れ面積率が５０％以上で、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ以上となり腐食量が多かった。
試験記号Ｔ２０は、溶接金属中のＳｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
試験記号Ｔ１９は、溶接金属中のＭｎが多いので、溶接金属の引張強さ高く、吸収エネルギーが低値であった。また溶接金属中のＳｎが少ないので溶接金属の塗膜剥離・膨れ面積率が５０％以上で、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ以上となり腐食量が多かった。
試験記号Ｔ２０は、溶接金属中のＳｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
試験記号Ｔ２１は、ワイヤ記号Ｗ１５及び溶接金属中のＣが少ないので、溶接金属の引張強さが低く、吸収エネルギーが低値であった。
試験記号Ｔ２２は、ワイヤ記号Ｗ１６及び溶接金属中のＣが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、クレータ割れも生じた。
試験記号Ｔ２３は、ワイヤ記号Ｗ１７及び溶接金属中のＭｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低値であった。また、Ｓｎが多いので溶接金属の吸収エネルギーが低く、さらにクレータ割れも生じた。
試験記号Ｔ２２は、ワイヤ記号Ｗ１６及び溶接金属中のＣが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。また、クレータ割れも生じた。
試験記号Ｔ２３は、ワイヤ記号Ｗ１７及び溶接金属中のＭｎが少ないので、溶接金属の引張強さが低値であった。また、Ｓｎが多いので溶接金属の吸収エネルギーが低く、さらにクレータ割れも生じた。
試験記号Ｔ２４は、ワイヤ記号Ｗ１８及び溶接金属中のＭｎが多いので、溶接金属の引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。また、Ｓｎが少ないので、塗膜剥離・膨れ面積率が５０％以上で、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ以上となり腐食量が多かった。
試験記号Ｔ２５は、ワイヤ記号Ｗ１９及び溶接金属中のＳｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
試験記号２６は、ワイヤ記号Ｗ２０及び溶接金属中のＣｕが少ないので、塗膜剥離・膨れ面積率が５０％以上で、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ以上となり腐食量が多かった。また、Ｍｏが多いので引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
試験記号Ｔ２５は、ワイヤ記号Ｗ１９及び溶接金属中のＳｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
試験記号２６は、ワイヤ記号Ｗ２０及び溶接金属中のＣｕが少ないので、塗膜剥離・膨れ面積率が５０％以上で、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ以上となり腐食量が多かった。また、Ｍｏが多いので引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
試験記号２７は、ワイヤ記号Ｗ２１及び溶接金属中のＳｉが多いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーが低値であった。
試験記号２８は、ワイヤ記号Ｗ２２及び溶接金属中のＳｎが少ないので、塗膜剥離・膨れ面積率が５０％以上で、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ以上となり腐食量が多かった。また、溶接金属中のＢが多いので、溶接金属の引張強さが高く、クレータ割れが生じた。
試験記号２９は、ワイヤ記号２３及び溶接金属中のＣｕが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接金属中のＴｉが多いので引張強さが高かった。
試験記号２８は、ワイヤ記号Ｗ２２及び溶接金属中のＳｎが少ないので、塗膜剥離・膨れ面積率が５０％以上で、塗膜傷部平均腐食深さが０．５ｍｍ以上となり腐食量が多かった。また、溶接金属中のＢが多いので、溶接金属の引張強さが高く、クレータ割れが生じた。
試験記号２９は、ワイヤ記号２３及び溶接金属中のＣｕが多いので、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、溶接金属中のＴｉが多いので引張強さが高かった。
１ 母材
２ 溶接金属
３ 腐食試験片作成用試料の採取位置
４ クロスカット
５ 腐食試験片
２ 溶接金属
３ 腐食試験片作成用試料の採取位置
４ クロスカット
５ 腐食試験片
Claims (5)
- 溶接金属全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１５％、
Ｓｉ：０．１５〜０．８０％、
Ｍｎ：１．２〜２．０％、
Ｃｕ：０．０２〜０．３４％、
Ｓｎ：０．０５〜０．４０％
を含有し、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０２０％以下に制限し、
残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする耐食鋼の溶接金属。 - 溶接金属全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．６０％以下をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の耐食鋼の溶接金属。
- 溶接金属全質量に対する質量％で、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．００５％以下の1種又は２種をさらに含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐食鋼の溶接金属。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接金属の製造に用いるサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤにおいて、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｓｉ：０．００５〜０．０５％、
Ｍｎ：１．５〜３．５％、
Ｃｕ：０．０１〜０．３５％、
Ｓｎ：０．０５〜０．４０％
を含有し、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０２０％以下に制限し、
残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする耐食鋼のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。 - ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｍｏ：０．６０％以下をさらに含有することを特徴とする請求項４に記載の耐食鋼のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。
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