JP6984743B2 - 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
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Description
本発明は、溶接金属及びサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
長期間使用されている耐候性鋼材、すなわち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。耐候性鋼材では、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、海浜地域のような飛来塩分量が多い環境下では、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。また、内陸部であっても融雪剤が散布される地域では同様の問題が生じる。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、海浜地域のような飛来塩分量が多い環境下では、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。また、内陸部であっても融雪剤が散布される地域では同様の問題が生じる。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ると、塗膜傷部直下の鋼材が直接的に腐食環境にさらされる。この場合、傷部を中心としてコブ状に塗膜が膨れ上がる形態の腐食が生じる。このような腐食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。そのため、飛来塩分量が多い環境下では、構造物は、寿命延長を目的として、約１０年毎に再塗装を実施されることが多い。しかしながら、再塗装は多大な工数がかかる。そのため、塗装寿命を延長し、補修塗装間隔を大きく延ばすことによって維持管理費用の低減を可能とする、新しい耐食鋼が開発されており、また、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種とを含む耐食性に優れた溶接継手が開示されている。
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種とを含む耐食性に優れた溶接継手が開示されている。
しかしながら、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剥離しやすく、飛来塩分量が多い環境下では、この塗膜剥離部が腐食の起点となるという問題があった。これは、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表面形状を呈することで、塗装皮膜が薄くなる傾向があるためである。
特許文献１〜４ではこのような問題点について考慮されていない。
特許文献１〜４ではこのような問題点について考慮されていない。
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、溶接金属及び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通りである。
（１）本発明の一態様に係る溶接金属は、化学組成が、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％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０〜０．０５０％、Ｃｕ：０．００５〜０．３４％、Ｓｎ：０．０５〜０．４０％、Ｍｏ：０〜０．６０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｂ：０〜０．３００％、Ｖ：０〜０．３００％、Ｔｉ：０〜０．０４０％、Ｂ：０〜０．００７０％、Ｃａ：０〜０．００５０％、ＲＥＭ：０〜０．００５０％、Ｓｂ：０〜０．００５０％、Ｎ：０〜０．０１５０％、Ｏ：０〜０．１８００％、残部：Ｆｅ及び不純物である（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％、Ｍｏ：０〜０．６０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｂ：０〜０．００５％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ものを除く）。
（１）本発明の一態様に係る溶接金属は、化学組成が、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％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０〜０．０５０％、Ｃｕ：０．００５〜０．３４％、Ｓｎ：０．０５〜０．４０％、Ｍｏ：０〜０．６０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｂ：０〜０．３００％、Ｖ：０〜０．３００％、Ｔｉ：０〜０．０４０％、Ｂ：０〜０．００７０％、Ｃａ：０〜０．００５０％、ＲＥＭ：０〜０．００５０％、Ｓｂ：０〜０．００５０％、Ｎ：０〜０．０１５０％、Ｏ：０〜０．１８００％、残部：Ｆｅ及び不純物である（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％、Ｍｏ：０〜０．６０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｂ：０〜０．００５％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ものを除く）。
（２）上記（１）に記載の溶接金属では、前記溶接金属全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％であってもよい。
（３）本発明の別の態様に係るサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、化学組成が、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．００５〜０．８０％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０〜０．０５０％、Ｃｕ：０．００９〜０．３４％、Ｓｎ：０．０５〜０．４０％、Ｍｏ：０〜０．６０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｂ：０〜０．３００％、Ｖ：０〜０．３００％、Ｔｉ：０〜０．２５０％、Ｂ：０〜０．０１２０％、Ｃａ：０〜０．００５０％、ＲＥＭ：０〜０．００５０％、Ｓｂ：０〜０．００５０％、Ｎ：０〜０．００８０％、Ｏ：０〜０．０１２０％、残部：Ｆｅ及び不純物である（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％、Ｍｏ：０〜０．６０％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ものを除く）。
（４）上記（３）に記載のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤでは、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％であってもよい。
（４）上記（３）に記載のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤでは、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％であってもよい。
（５）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤを用いてサブマージアーク溶接する溶接継手の製造方法であって、前記サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの化学組成が、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．００５〜０．８０％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０〜０．０５０％、Ｃｕ：０．００９〜０．３４％、Ｓｎ：０．０５〜０．４０％、Ｍｏ：０〜０．６０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｂ：０〜０．３００％、Ｖ：０〜０．３００％、Ｔｉ：０〜０．２５０％、Ｂ：０〜０．０１２０％、Ｃａ：０〜０．００５０％、ＲＥＭ：０〜０．００５０％、Ｓｂ：０〜０．００５０％、Ｎ：０〜０．００８０％、Ｏ：０〜０．０１２０％、残部：Ｆｅ及び不純物である。
（６）上記（５）に記載の溶接継手の製造方法は、前記サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの前記化学組成において、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％であってもよい。
（６）上記（５）に記載の溶接継手の製造方法は、前記サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの前記化学組成において、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％であってもよい。
本発明の上記態様に係る溶接金属及び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溶接金属及び、その溶接金属を形成するのに有効な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。
本発明の上記態様に係る溶接金属では、特に、塗膜に傷が入るなどの塗膜劣化が生じた場合でも、劣化した塗膜下部の溶接金属の腐食速度が抑制される。そのため、腐食の進行に伴う塗膜膨れあるいは塗膜剥離の抑制に有効である。また、本発明の上記態様に係る溶接金属及びサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤを用いて耐候性及び耐塗装剥離性に優れた耐食鋼を溶接すれば、母材部、溶接部ともに耐候性及び耐塗装剥離性に優れることとなるので、構造物全体の耐候性の向上ならびに塗装寿命の延長に寄与する。
本発明の上記態様に係る溶接金属では、特に、塗膜に傷が入るなどの塗膜劣化が生じた場合でも、劣化した塗膜下部の溶接金属の腐食速度が抑制される。そのため、腐食の進行に伴う塗膜膨れあるいは塗膜剥離の抑制に有効である。また、本発明の上記態様に係る溶接金属及びサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤを用いて耐候性及び耐塗装剥離性に優れた耐食鋼を溶接すれば、母材部、溶接部ともに耐候性及び耐塗装剥離性に優れることとなるので、構造物全体の耐候性の向上ならびに塗装寿命の延長に寄与する。
本発明者らは、上記目的を達成できる溶接金属及び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いだすべく、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と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いだした。
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いだした。
具体的には、Ｓｎが溶接金属の耐食性を向上させる理由として、本発明者らは、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いだした。さらに、Ｓｎが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を有することを見いだした。
また、本発明者らは、Ｃｕが溶接金属の耐食性を向上させる理由として、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いだした。さらに、ＣｕはＳｎと共存することにより、Ｓｎの耐食性の向上効果を増強させる作用があることを見いだした。
また、溶接金属の機械的特性については、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、また、Ｍｏ、Ｔｉ及びＢ等の含有量をさらに調整することによりさらに良好になることを見いだした。
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いだした。
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いだした。
以下、本発明の一実施形態に係る溶接金属（本実施形態に係る溶接金属）および、本発明の別の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（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）について説明する。
＜溶接金属の成分＞
まず、以下に本実施形態に係る溶接金属の成分の限定理由について説明する。成分の含有量についての％は、断りがない限り溶接金属全質量に対する質量％を示す。
サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、サブマージアーク溶接によって溶接に供される鋼材の一部やフラックスとともに溶融し、凝固後、溶接金属となる。
まず、以下に本実施形態に係る溶接金属の成分の限定理由について説明する。成分の含有量についての％は、断りがない限り溶接金属全質量に対する質量％を示す。
サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、サブマージアーク溶接によって溶接に供される鋼材の一部やフラックスとともに溶融し、凝固後、溶接金属となる。
［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とを確保するために重要な元素である。Ｃ含有量が０．０３％未満では、強度不足で靱性が低下する。そのため、溶接金属中のＣ含有量は０．０３％以上とする。好ましい含有量は、０．０４％以上である。
一方、溶接金属中のＣ含有量が０．１５％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。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含有量は０．１５％以下とする。好ましい含有量は、０．１４％以下である。
溶接金属中のＣは、溶接金属の強度と焼入れ性とを確保するために重要な元素である。Ｃ含有量が０．０３％未満では、強度不足で靱性が低下する。そのため、溶接金属中のＣ含有量は０．０３％以上とする。好ましい含有量は、０．０４％以上である。
一方、溶接金属中のＣ含有量が０．１５％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。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含有量は０．１５％以下とする。好ましい含有量は、０．１４％以下である。
［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含有量が０．１５％未満では、靱性が低下する。そのため、溶接金属中のＳｉ含有量は０．１５％以上とする。好ましい含有量は、０．２０％以上である。
一方、溶接金属中のＳｉ含有量が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。そのため、溶接金属中のＳｉ含有量は０．８０％以下とする。好ましい含有量は、０．６０％以下である。
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含有量が０．１５％未満では、靱性が低下する。そのため、溶接金属中のＳｉ含有量は０．１５％以上とする。好ましい含有量は、０．２０％以上である。
一方、溶接金属中のＳｉ含有量が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。そのため、溶接金属中のＳｉ含有量は０．８０％以下とする。好ましい含有量は、０．６０％以下である。
［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含有量が１．２％未満では、溶接金属の強度が低くなる。そのため、溶接金属中のＭｎ含有量は１．２％以上とする。好ましい含有量は、１．３％以上である。
一方、溶接金属中のＭｎ含有量が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。そのため、溶接金属中のＭｎ含有量は２．０％以下とする。好ましい含有量は、１．８％以下である。
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含有量が１．２％未満では、溶接金属の強度が低くなる。そのため、溶接金属中のＭｎ含有量は１．２％以上とする。好ましい含有量は、１．３％以上である。
一方、溶接金属中のＭｎ含有量が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。そのため、溶接金属中のＭｎ含有量は２．０％以下とする。好ましい含有量は、１．８％以下である。
［溶接金属中のＣｕ：０．００５〜０．３４％］
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含有量が０．００５％未満では、耐食性を向上させる効果が得られない。そのため、溶接金属中のＣｕ含有量は０．００５％以上とする。好ましい含有量は０．０２％以上、より好ましい含有量は０．０４％以上である。
一方、溶接金属中のＣｕ含有量が０．３４％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。また、溶接金属中のＣｕ含有量が多いと、溶接継手に対し曲げ加工を行った際に、溶接部に割れが生じる。そのため、溶接金属中のＣｕ含有量は０．３４％以下とする。好ましい含有量は、０．３０％以下、より好ましい含有量は０．２４％以下または０．２０％以下である。
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含有量が０．００５％未満では、耐食性を向上させる効果が得られない。そのため、溶接金属中のＣｕ含有量は０．００５％以上とする。好ましい含有量は０．０２％以上、より好ましい含有量は０．０４％以上である。
一方、溶接金属中のＣｕ含有量が０．３４％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。また、溶接金属中のＣｕ含有量が多いと、溶接継手に対し曲げ加工を行った際に、溶接部に割れが生じる。そのため、溶接金属中のＣｕ含有量は０．３４％以下とする。好ましい含有量は、０．３０％以下、より好ましい含有量は０．２４％以下または０．２０％以下である。
［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含有量が０．０５％未満では、耐食性向上の効果は得られない。そのため、溶接金属中のＳｎ含有量は０．０５％以上とする。好ましいＳｎ含有量は０．１０％以上である。
一方、溶接金属中のＳｎ含有量が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。そのため、溶接金属中のＳｎは０．４０％以下とする。好ましい含有量は、０．３５％以下、０．３０％以下または０．２５％以下である。
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含有量が０．０５％未満では、耐食性向上の効果は得られない。そのため、溶接金属中のＳｎ含有量は０．０５％以上とする。好ましいＳｎ含有量は０．１０％以上である。
一方、溶接金属中のＳｎ含有量が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。そのため、溶接金属中のＳｎは０．４０％以下とする。好ましい含有量は、０．３５％以下、０．３０％以下または０．２５％以下である。
［溶接金属中のＡｌ：０〜０．０５０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下］
ワイヤ製造時に脱酸目的で添加されたＡｌは、溶接金属中に酸化物などの形態で一定量残存する場合が多い。
また、ワイヤなどのＰおよびＳも、溶接金属中に一定量残存する場合が多い。Ａｌ、ＰおよびＳがワイヤ中に残存する場合、Ａｌ、Ｐ及びＳは、溶接金属中にて共に低融点の化合物を生成して溶接金属の靱性を低下させるので、これらの含有量は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含有量は０〜０．０５０％とし、Ｐ含有量は０．０２５％以下、Ｓ含有量は、０．０２０％以下とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０〜０．０３０％、Ｐ含有量は０．０１５％以下、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。Ａｌ含有量、Ｐ含有量およびＳ含有量の下限は０％である。
ワイヤ製造時に脱酸目的で添加されたＡｌは、溶接金属中に酸化物などの形態で一定量残存する場合が多い。
また、ワイヤなどのＰおよびＳも、溶接金属中に一定量残存する場合が多い。Ａｌ、ＰおよびＳがワイヤ中に残存する場合、Ａｌ、Ｐ及びＳは、溶接金属中にて共に低融点の化合物を生成して溶接金属の靱性を低下させるので、これらの含有量は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含有量は０〜０．０５０％とし、Ｐ含有量は０．０２５％以下、Ｓ含有量は、０．０２０％以下とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０〜０．０３０％、Ｐ含有量は０．０１５％以下、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。Ａｌ含有量、Ｐ含有量およびＳ含有量の下限は０％である。
［溶接金属中のＭｏ：０〜０．６０％］
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。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＭｏを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、Ｍｏ含有量を０．１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、溶接金属中のＭｏ含有量が０．６０％を超えると、溶接金属中に金属間化合物が生成して溶接金属が著しく硬化し、靱性が低下する。よって、含有させる場合でもＭｏ含有量を０．６０％以下とする。好ましい含有量は、０．５５％以下である。
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。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＭｏを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、Ｍｏ含有量を０．１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、溶接金属中のＭｏ含有量が０．６０％を超えると、溶接金属中に金属間化合物が生成して溶接金属が著しく硬化し、靱性が低下する。よって、含有させる場合でもＭｏ含有量を０．６０％以下とする。好ましい含有量は、０．５５％以下である。
［溶接金属中のＮｉ：０〜０．５０％］
溶接金属中のＮｉは、溶接金属の耐食性を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＮｉを含有させてもよい。耐食性向上効果を得る場合、溶接金属中のＮｉ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
しかしながらＳｎ共存下では、溶接金属中のＮｉ含有量が０．５０％を超えると、逆に耐塗装剥離性が低下する。そのため、含有させる場合でも溶接金属中のＮｉ含有量を０．５０％以下とする。好ましい含有量は、０．４０％以下または０．２５％以下である。
溶接金属中のＮｉは、溶接金属の耐食性を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＮｉを含有させてもよい。耐食性向上効果を得る場合、溶接金属中のＮｉ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
しかしながらＳｎ共存下では、溶接金属中のＮｉ含有量が０．５０％を超えると、逆に耐塗装剥離性が低下する。そのため、含有させる場合でも溶接金属中のＮｉ含有量を０．５０％以下とする。好ましい含有量は、０．４０％以下または０．２５％以下である。
［溶接金属中のＣｒ：０〜０．５０％］
溶接金属中のＣｒは、溶接金属の耐食性を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＣｒを含有させてもよい。耐食性向上効果を得る場合、溶接金属中のＣｒ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
しかしながらＳｎ共存下では、溶接金属中のＣｒ含有量が０．５０％を超えると、逆に耐塗装剥離性が低下する。そのため、含有させる場合でも溶接金属中のＣｒ含有量を０．５０％以下とする。好ましい含有量は、０．４０％以下または０．２５％以下である。
溶接金属中のＣｒは、溶接金属の耐食性を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＣｒを含有させてもよい。耐食性向上効果を得る場合、溶接金属中のＣｒ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
しかしながらＳｎ共存下では、溶接金属中のＣｒ含有量が０．５０％を超えると、逆に耐塗装剥離性が低下する。そのため、含有させる場合でも溶接金属中のＣｒ含有量を０．５０％以下とする。好ましい含有量は、０．４０％以下または０．２５％以下である。
［溶接金属中のＮｂ：０〜０．３００％］
溶接金属中のＮｂは、溶接金属の強度を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＮｂを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、溶接金属中のＮｂ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、溶接金属中のＮｂ含有量が０．３００％を超えると、靱性低下を招く傾向がある。そのため、含有させる場合でも溶接金属中のＮｂ含有量を０．２００％以下とする。好ましい含有量は、０．１００％以下または０．０５０％以下である。
溶接金属中のＮｂは、溶接金属の強度を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＮｂを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、溶接金属中のＮｂ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、溶接金属中のＮｂ含有量が０．３００％を超えると、靱性低下を招く傾向がある。そのため、含有させる場合でも溶接金属中のＮｂ含有量を０．２００％以下とする。好ましい含有量は、０．１００％以下または０．０５０％以下である。
［溶接金属中のＶ：０〜０．３００％］
溶接金属中のＶは、溶接金属の強度を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＶを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、溶接金属中のＶ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、溶接金属中のＶ含有量が０．３００％を超えると、靱性低下を招く傾向がある。よって、含有させる場合でもＶ含有量を０．２００％以下とする。好ましい含有量は、０．１００％以下または０．０５０％以下である。
溶接金属中のＶは、溶接金属の強度を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係る溶接金属では、必要に応じてＶを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、溶接金属中のＶ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、溶接金属中のＶ含有量が０．３００％を超えると、靱性低下を招く傾向がある。よって、含有させる場合でもＶ含有量を０．２００％以下とする。好ましい含有量は、０．１００％以下または０．０５０％以下である。
［溶接金属中のＴｉ：０〜０．０４０％］
［溶接金属中のＢ：０〜０．００７０％］
溶接金属中のＴｉ及びＢは、溶接金属の靱性を向上させるのに有効な元素である。そのため、必要に応じてＴｉとＢとの１種または２種を含有させることができる。この効果を得る場合、Ｔｉ含有量を０．００６％以上またはＢ含有量を０．０００２％以上とすることが好ましい。
しかしながら、溶接金属中のＴｉ含有量が０．０４０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎることで、靱性が低下する。また、溶接金属中のＢ含有量が０．００７０％を超えると、高温割れが生じやすくなる。したがって、これらの元素を含有させる場合でも、溶接金属中における、Ｔｉ含有量を０．０４０％以下、Ｂ含有量を０．００７０％以下とする。Ｂ含有量は０．００５０％以下であることが好ましい。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ことが多い。
［溶接金属中のＢ：０〜０．００７０％］
溶接金属中のＴｉ及びＢは、溶接金属の靱性を向上させるのに有効な元素である。そのため、必要に応じてＴｉとＢとの１種または２種を含有させることができる。この効果を得る場合、Ｔｉ含有量を０．００６％以上またはＢ含有量を０．０００２％以上とすることが好ましい。
しかしながら、溶接金属中のＴｉ含有量が０．０４０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎることで、靱性が低下する。また、溶接金属中のＢ含有量が０．００７０％を超えると、高温割れが生じやすくなる。したがって、これらの元素を含有させる場合でも、溶接金属中における、Ｔｉ含有量を０．０４０％以下、Ｂ含有量を０．００７０％以下とする。Ｂ含有量は０．００５０％以下であることが好ましい。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ことが多い。
［溶接金属中のＣａ：０〜０．００５０％］
溶接金属中にＣａが不純物として混入する場合がある。Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると、アーク安定性が損なわれるなど溶接作業性が低下する。そのため、溶接金属中のＣａ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、Ｃａ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
溶接金属中にＣａが不純物として混入する場合がある。Ｃａ含有量が０．００５０％を超えると、アーク安定性が損なわれるなど溶接作業性が低下する。そのため、溶接金属中のＣａ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、Ｃａ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
［溶接金属中のＲＥＭ：０〜０．００５０％］
溶接金属中にＲＥＭが不純物として混入する場合がある。ＲＥＭ含有量が０．００５０％を超えると、アーク安定性が損なわれるなど溶接作業性が低下する。そのため、溶接金属中のＲＥＭ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、ＲＥＭ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
溶接金属中にＲＥＭが不純物として混入する場合がある。ＲＥＭ含有量が０．００５０％を超えると、アーク安定性が損なわれるなど溶接作業性が低下する。そのため、溶接金属中のＲＥＭ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、ＲＥＭ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
［溶接金属中のＳｂ：０〜０．００５０％］
溶接金属中にＳｂが不純物として混入する場合がある。Ｓｂ含有量が０．００５０％を超えると、靱性が低下する。そのため、Ｓｂ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、Ｓｂ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
溶接金属中にＳｂが不純物として混入する場合がある。Ｓｂ含有量が０．００５０％を超えると、靱性が低下する。そのため、Ｓｂ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、Ｓｂ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
［溶接金属中のＮ：０〜０．０１５０％］
溶接金属中のＮは靱性を低下させるので、Ｎ含有量は低い方が好ましい。しかしながら、Ｎを完全に除去するためには、多額の費用を要する。そのため、溶接金属の特性を損なわない範囲でＮを含有してもよい。溶接金属中のＮ含有量が０．０１５０％を超えると靱性が特に低下するため、Ｎ含有量の上限を０．０１５０％とする。必要に応じて、Ｎ含有量を０．０１００％以下、０．００８０％以下、０．００５０％以下としてもよい。必要に応じて、Ｎ含有量を０．０００１％以上又は０．００１０％以上としてもよい。
溶接金属中のＮは靱性を低下させるので、Ｎ含有量は低い方が好ましい。しかしながら、Ｎを完全に除去するためには、多額の費用を要する。そのため、溶接金属の特性を損なわない範囲でＮを含有してもよい。溶接金属中のＮ含有量が０．０１５０％を超えると靱性が特に低下するため、Ｎ含有量の上限を０．０１５０％とする。必要に応じて、Ｎ含有量を０．０１００％以下、０．００８０％以下、０．００５０％以下としてもよい。必要に応じて、Ｎ含有量を０．０００１％以上又は０．００１０％以上としてもよい。
［溶接金属中のＯ：０〜０．１８００％］
溶接金属中のＯは靱性を低下させるので、Ｏ含有量は低い方が好ましい。しかしながら、Ｏを完全に除去するためには、多額の費用を要する。そのため、溶接金属の特性を損なわない範囲でＯを含有してもよい。Ｏ含有量が０．１８００％を超えると靱性が特に低下するため、Ｏ含有量の上限を０．１８００％とする。必要に応じて、Ｏ含有量を０．１０００％以下、０．０８０％以下、０．０５００％以下又は０．０４００％としてもよい。必要に応じて、Ｏ含有量を０．００１０％以上又は０．０１００％以上としてもよい。
溶接金属中のＯは靱性を低下させるので、Ｏ含有量は低い方が好ましい。しかしながら、Ｏを完全に除去するためには、多額の費用を要する。そのため、溶接金属の特性を損なわない範囲でＯを含有してもよい。Ｏ含有量が０．１８００％を超えると靱性が特に低下するため、Ｏ含有量の上限を０．１８００％とする。必要に応じて、Ｏ含有量を０．１０００％以下、０．０８０％以下、０．０５００％以下又は０．０４００％としてもよい。必要に応じて、Ｏ含有量を０．００１０％以上又は０．０１００％以上としてもよい。
上述したＭｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｓｂ、ＮおよびＯは任意元素であり、含有させなくてもよいので、これらの含有量の下限は０％である。
［溶接金属の残部］
その他は、Ｆｅ及び不純物である。
その他は、Ｆｅ及び不純物である。
＜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有効な、サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ（以下、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。以下成分の含有量についての％は、断りがない限り、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有効な、サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ（以下、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。以下成分の含有量についての％は、断りがない限り、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、溶接後に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を有する元素である。ワイヤ中のＣ含有量が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。そのため、ワイヤ中のＣ含有量は０．０２％以上とする。好ましい含有量は、０．０３％以上である。
一方、ワイヤ中のＣ含有量が０．１５％を超えると、溶接後に溶接金属の組織がマルテンサイト主体となり、溶接金属において、強度が高くなりすぎて靱性が低下する。また、高温割れが生じやすくなる。そのため、ワイヤ中のＣ含有量は０．１５％以下とする。好ましい含有量は、０．１４％以下である。
ワイヤ中のＣは、溶接後に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を有する元素である。ワイヤ中のＣ含有量が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。そのため、ワイヤ中のＣ含有量は０．０２％以上とする。好ましい含有量は、０．０３％以上である。
一方、ワイヤ中のＣ含有量が０．１５％を超えると、溶接後に溶接金属の組織がマルテンサイト主体となり、溶接金属において、強度が高くなりすぎて靱性が低下する。また、高温割れが生じやすくなる。そのため、ワイヤ中のＣ含有量は０．１５％以下とする。好ましい含有量は、０．１４％以下である。
［ワイヤ中のＳｉ：０．００５〜０．８０％］
ワイヤ中のＳｉは、脱酸によって、溶接金属中の酸素量をコントロールする作用を有する元素である。Ｓｉ含有量が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。そのため、ワイヤ中のＳｉ含有量は０．００５％以上とする。好ましい含有量は、０．００６％以上である。
一方、Ｓｉ含有量が０．８０％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。そのため、ワイヤ中のＳｉ含有量は０．８０％以下とする。好ましい含有量は０．６０％以下または０．４０％である。溶接金属の靱性を向上させるために、Ｓｉ含有量を０．１０％以下または０．０５％以下としてもよい。
ワイヤ中のＳｉは、脱酸によって、溶接金属中の酸素量をコントロールする作用を有する元素である。Ｓｉ含有量が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。そのため、ワイヤ中のＳｉ含有量は０．００５％以上とする。好ましい含有量は、０．００６％以上である。
一方、Ｓｉ含有量が０．８０％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。そのため、ワイヤ中のＳｉ含有量は０．８０％以下とする。好ましい含有量は０．６０％以下または０．４０％である。溶接金属の靱性を向上させるために、Ｓｉ含有量を０．１０％以下または０．０５％以下としてもよい。
［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含有量が１．５％未満では、溶接金属の強度が十分に得られない。そのため、ワイヤ中のＭｎ含有量は１．５％以上とする。
一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が３．５％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は３．５％以下とする。好ましい含有量は、３．０％以下である。
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含有量が１．５％未満では、溶接金属の強度が十分に得られない。そのため、ワイヤ中のＭｎ含有量は１．５％以上とする。
一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が３．５％を超えると、溶接金属の強度が高くなりすぎて靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＭｎ含有量は３．５％以下とする。好ましい含有量は、３．０％以下である。
［ワイヤ中のＣｕ：０．００９〜０．３４％］
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。ワイヤ中のＣｕ含有量が０．００９％以下では、耐食性を向上させる効果が得られない。そのため、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．００９％以上とする。好ましい含有量は、０．０２％以上または０．０３％以上である。より好ましくは、０．０５％または０．０７％以上である。
一方、ワイヤ中のＣｕ含有量が０．３４％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。そのため、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．３４％以下とする。好ましい含有量は、０．３０％以下、より好ましい含有量は０．２４％以下または０．２０％以下である。
ワイヤが表面に銅めっきされている場合、銅めっきもワイヤの一部である。そのため、ワイヤ中のＣｕ含有量には銅めっきに含まれるＣｕの量も含む。
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。ワイヤ中のＣｕ含有量が０．００９％以下では、耐食性を向上させる効果が得られない。そのため、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．００９％以上とする。好ましい含有量は、０．０２％以上または０．０３％以上である。より好ましくは、０．０５％または０．０７％以上である。
一方、ワイヤ中のＣｕ含有量が０．３４％を超えると、溶接金属の靱性が低下する。そのため、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．３４％以下とする。好ましい含有量は、０．３０％以下、より好ましい含有量は０．２４％以下または０．２０％以下である。
ワイヤが表面に銅めっきされている場合、銅めっきもワイヤの一部である。そのため、ワイヤ中のＣｕ含有量には銅めっきに含まれるＣｕの量も含む。
［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。ワイヤ中のＳｎ含有量が０．０５％未満では、耐食性向上の効果は得られない。そのため、ワイヤ中のＳｎ含有量は０．０５％以上とする。好ましい含有量は、０．１０％以上である。
一方、ワイヤ中のＳｎ含有量が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の偏析により溶接後に得られる溶接金属の靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＳｎ含有量は０．４０％以下とする。好ましい含有量は０．３５％以下、０．３０％以下または０．２５％以下である。
溶接金属にＳｎを含有させようとする場合、Ｓｎを含有するワイヤを用いる方法とＳｎを含有するフラックスを用いる方法とがある。しかしながら、フラックスからの添加では濃度ばらつきによって含有量にむらが生じやすくなる。そのため、本実施形態では、Ｓｎを含有するワイヤを用いる。この場合、フラックスには、公知のフラックス（通常Ｓｎ≦０.００１％）を用いることができる。
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。ワイヤ中のＳｎ含有量が０．０５％未満では、耐食性向上の効果は得られない。そのため、ワイヤ中のＳｎ含有量は０．０５％以上とする。好ましい含有量は、０．１０％以上である。
一方、ワイヤ中のＳｎ含有量が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の偏析により溶接後に得られる溶接金属の靱性が低下する。したがって、ワイヤ中のＳｎ含有量は０．４０％以下とする。好ましい含有量は０．３５％以下、０．３０％以下または０．２５％以下である。
溶接金属にＳｎを含有させようとする場合、Ｓｎを含有するワイヤを用いる方法とＳｎを含有するフラックスを用いる方法とがある。しかしながら、フラックスからの添加では濃度ばらつきによって含有量にむらが生じやすくなる。そのため、本実施形態では、Ｓｎを含有するワイヤを用いる。この場合、フラックスには、公知のフラックス（通常Ｓｎ≦０.００１％）を用いることができる。
［ワイヤ中のＡｌ：０〜０．０５０％、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溶接金属の靱性を低下させるので、その含有量は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含有量は０〜０．０５０％、Ｐ含有量は０．０２５％以下、Ｓ含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０〜０．０３０％、Ｐ含有量は０．０１５％以下、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。Ａｌ含有量、Ｐ含有量、Ｓ含有量の下限は０％である。
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溶接金属の靱性を低下させるので、その含有量は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含有量は０〜０．０５０％、Ｐ含有量は０．０２５％以下、Ｓ含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは、Ａｌ含有量は０〜０．０３０％、Ｐ含有量は０．０１５％以下、Ｓ含有量は０．０１０％以下とする。Ａｌ含有量、Ｐ含有量、Ｓ含有量の下限は０％である。
［ワイヤ中のＭｏ：０〜０．６０％］
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では、必要に応じてＭｏを添加してもよい。強度向上効果を得る場合、ワイヤ中のＭｏ含有量を、０．１０％以上とすることが好ましい。
一方、ワイヤ中のＭｏ含有量が０．６０％を超えると、溶接金属中に金属間化合物が生成して溶接金属が著しく硬化し、靱性が低下する。したがって、ワイヤ中にＭｏを含有させる場合でも、ワイヤ中のＭｏ含有量は０．６０％以下とする。好ましい含有量は、０．５５％以下である。
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では、必要に応じてＭｏを添加してもよい。強度向上効果を得る場合、ワイヤ中のＭｏ含有量を、０．１０％以上とすることが好ましい。
一方、ワイヤ中のＭｏ含有量が０．６０％を超えると、溶接金属中に金属間化合物が生成して溶接金属が著しく硬化し、靱性が低下する。したがって、ワイヤ中にＭｏを含有させる場合でも、ワイヤ中のＭｏ含有量は０．６０％以下とする。好ましい含有量は、０．５５％以下である。
［ワイヤ中のＮｉ：０〜０．５０％］
Ｎｉは、耐食性を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係るワイヤでは、必要に応じてＮｉを含有させてもよい。耐食性向上効果を得る場合、ワイヤ中のＮｉ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
しかしながらＳｎ共存下では、Ｎｉ含有量が０．５０％を超えると、逆に耐塗装剥離性が低下する。よって、含有させる場合でも、ワイヤ中のＮｉ含有量を０．５０％以下とする。好ましい含有量は、０．４０％以下または０．２５％以下である。
Ｎｉは、耐食性を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係るワイヤでは、必要に応じてＮｉを含有させてもよい。耐食性向上効果を得る場合、ワイヤ中のＮｉ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
しかしながらＳｎ共存下では、Ｎｉ含有量が０．５０％を超えると、逆に耐塗装剥離性が低下する。よって、含有させる場合でも、ワイヤ中のＮｉ含有量を０．５０％以下とする。好ましい含有量は、０．４０％以下または０．２５％以下である。
［ワイヤ中のＣｒ：０〜０．５０％］
Ｃｒは、耐食性を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係るワイヤでは、必要に応じてＣｒを含有させてもよい。耐食性向上効果を得る場合、ワイヤ中のＣｒ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
しかしながらＳｎ共存下では、Ｃｒ含有量が０．５０％を超えると、逆に耐塗装剥離性が低下する。よって、含有させる場合でも、ワイヤ中のＣｒ含有量を０．５０％以下とする。好ましい含有量は、０．４０％以下または０．２５％以下である。
Ｃｒは、耐食性を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係るワイヤでは、必要に応じてＣｒを含有させてもよい。耐食性向上効果を得る場合、ワイヤ中のＣｒ含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。
しかしながらＳｎ共存下では、Ｃｒ含有量が０．５０％を超えると、逆に耐塗装剥離性が低下する。よって、含有させる場合でも、ワイヤ中のＣｒ含有量を０．５０％以下とする。好ましい含有量は、０．４０％以下または０．２５％以下である。
［ワイヤ中のＮｂ：０〜０．３００％］
Ｎｂは、強度を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係るワイヤでは、必要に応じてＮｂを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、ワイヤ中のＮｂ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、Ｎｂ含有量が０．３００％を超えると、靱性低下を招く傾向がある。そのため、含有させる場合でも、ワイヤ中のＮｂ含有量を０．３００％以下とする。好ましい含有量は、０．２００％以下、０．１００％以下または０．０５０％以下である。
Ｎｂは、強度を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係るワイヤでは、必要に応じてＮｂを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、ワイヤ中のＮｂ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、Ｎｂ含有量が０．３００％を超えると、靱性低下を招く傾向がある。そのため、含有させる場合でも、ワイヤ中のＮｂ含有量を０．３００％以下とする。好ましい含有量は、０．２００％以下、０．１００％以下または０．０５０％以下である。
［ワイヤ中のＶ：０〜０．３００％］
Ｖは、強度を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係るワイヤでは、必要に応じてＶを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、ワイヤ中のＶ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、ワイヤ中のＶ含有量が０．３００％を超えると、靱性低下を招く傾向がある。そのため、含有させる場合でも、ワイヤ中のＶ含有量を０．３００％以下とする。好ましい含有量は、０．２００％以下、０．１００％以下または０．０５０％以下である。
Ｖは、強度を向上させるのに有効な成分である。本実施形態に係るワイヤでは、必要に応じてＶを含有させてもよい。強度向上効果を得る場合、ワイヤ中のＶ含有量を０．０１０％以上とすることが好ましい。
しかしながら、ワイヤ中のＶ含有量が０．３００％を超えると、靱性低下を招く傾向がある。そのため、含有させる場合でも、ワイヤ中のＶ含有量を０．３００％以下とする。好ましい含有量は、０．２００％以下、０．１００％以下または０．０５０％以下である。
［ワイヤ中のＴｉ：０〜０．２５０％］
Ｔｉは、溶接金属の結晶粒微細化を促進し、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。Ｔｉを含有させることにより、介在物表層にＴｉ酸化物が形成され、このＴｉ酸化物が針状の微細なフェライト（アシキュラーフェライト）の生成核として作用し、結果として溶接金属組織は微細化すると考えられる。
Ｔｉはまた、Ｎを固定し、固溶Ｎ量を減少させて靭性を向上させる効果も有する。したがって、Ｔｉを含有させてもよい。とくに、適用鋼材のＴｉ含有量が少ない場合、溶接ワイヤにＴｉを含有させることが望ましい。逆に、ワイヤ中のＴｉ含有量が０．２５０％を超えると炭化物が生成し、溶接金属の靱性が低下する。そのため、ワイヤ中のＴｉ含有量の上限を０．２５０％とした。必要に応じて、Ｔｉ含有量の上限を０．１００％、０．０６０％、０．０４５％または０．０３０％としてもよい。
Ｔｉは、溶接金属の結晶粒微細化を促進し、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。Ｔｉを含有させることにより、介在物表層にＴｉ酸化物が形成され、このＴｉ酸化物が針状の微細なフェライト（アシキュラーフェライト）の生成核として作用し、結果として溶接金属組織は微細化すると考えられる。
Ｔｉはまた、Ｎを固定し、固溶Ｎ量を減少させて靭性を向上させる効果も有する。したがって、Ｔｉを含有させてもよい。とくに、適用鋼材のＴｉ含有量が少ない場合、溶接ワイヤにＴｉを含有させることが望ましい。逆に、ワイヤ中のＴｉ含有量が０．２５０％を超えると炭化物が生成し、溶接金属の靱性が低下する。そのため、ワイヤ中のＴｉ含有量の上限を０．２５０％とした。必要に応じて、Ｔｉ含有量の上限を０．１００％、０．０６０％、０．０４５％または０．０３０％としてもよい。
［ワイヤ中のＢ：０〜０．０１２０％］
Ｂは、溶接金属の結晶粒粗大化を抑制する効果を有し、特に、溶接入熱量が比較的高水準の場合、溶接金属の靱性を顕著に向上させる効果を有する。溶接後の降温時、溶接金属がオーステナイト相からフェライト相に相変態する際、主にオーステナイト結晶粒界において、粗大な粒界フェライトが生じる傾向がある。Ｂ含有により、粒界におけるフェライトの生成が抑制されるので、結果として溶接金属組織が微細化し、溶接金属が高靭化する。この効果を得るため、ワイヤにＢを含有させてもよい。逆に、ワイヤ中のＢ含有量が０．０１２０％を超えると溶接金属の焼入れ性が過剰となり、溶接金属の靱性が低下する。よってワイヤ中のＢ含有量の上限を０．０１２０％とする。必要に応じて、ワイヤ中のＢ含有量の上限を０．００８０％、０．００５０％、０．００２５％、０．００１０％、０．００５％または０．００２％としてもよい。
Ｂは、溶接金属の結晶粒粗大化を抑制する効果を有し、特に、溶接入熱量が比較的高水準の場合、溶接金属の靱性を顕著に向上させる効果を有する。溶接後の降温時、溶接金属がオーステナイト相からフェライト相に相変態する際、主にオーステナイト結晶粒界において、粗大な粒界フェライトが生じる傾向がある。Ｂ含有により、粒界におけるフェライトの生成が抑制されるので、結果として溶接金属組織が微細化し、溶接金属が高靭化する。この効果を得るため、ワイヤにＢを含有させてもよい。逆に、ワイヤ中のＢ含有量が０．０１２０％を超えると溶接金属の焼入れ性が過剰となり、溶接金属の靱性が低下する。よってワイヤ中のＢ含有量の上限を０．０１２０％とする。必要に応じて、ワイヤ中のＢ含有量の上限を０．００８０％、０．００５０％、０．００２５％、０．００１０％、０．００５％または０．００２％としてもよい。
［ワイヤ中のＣａ：０〜０．００５０％］
ワイヤ中にＣａが不純物として混入する場合がある。ワイヤ中のＣａ含有量が０．００５０％を超えると、アーク安定性が損なわれるなど溶接作業性が低下する。そのため、ワイヤ中のＣａ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、Ｃａ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
ワイヤ中にＣａが不純物として混入する場合がある。ワイヤ中のＣａ含有量が０．００５０％を超えると、アーク安定性が損なわれるなど溶接作業性が低下する。そのため、ワイヤ中のＣａ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、Ｃａ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
［ワイヤ中のＲＥＭ：０〜０．００５０％］
ワイヤ中にＲＥＭが不純物として混入する場合がある。ワイヤ中のＲＥＭ含有量が０．００５０％を超えると、アーク安定性が損なわれるなど溶接作業性が低下する。そのため、ワイヤ中のＲＥＭ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、ワイヤ中のＲＥＭ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
ワイヤ中にＲＥＭが不純物として混入する場合がある。ワイヤ中のＲＥＭ含有量が０．００５０％を超えると、アーク安定性が損なわれるなど溶接作業性が低下する。そのため、ワイヤ中のＲＥＭ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、ワイヤ中のＲＥＭ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
［ワイヤ中のＳｂ：０〜０．００５０％］
ワイヤ中にＳｂが不純物として混入する場合がある。ワイヤ中のＳｂ含有量が０．００５０％を超えると、靱性が低下する。そのため、ワイヤ中のＳｂ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、ワイヤ中のＳｂ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
ワイヤ中にＳｂが不純物として混入する場合がある。ワイヤ中のＳｂ含有量が０．００５０％を超えると、靱性が低下する。そのため、ワイヤ中のＳｂ含有量は０．００５０％以下とする。必要に応じて、ワイヤ中のＳｂ含有量を０．００３０％以下、０．００１０％以下又は０．０００５％以下としてもよい。
［ワイヤ中のＮ：０〜０．００８０％］
溶接金属中のＮは靱性を低下させるので、溶接後の溶接金属に含まれるＮ含有量を低減するため、ワイヤ中のＮ含有量は低い方が好ましい。しかしながら、Ｎを完全に除去するためには、多額の費用を要する。そのため、溶接金属の特性を損なわない範囲でＮを含有してもよい。ワイヤ中のＮ含有量が０．００８０％を超えると溶接金属の靱性が特に低下するので、ワイヤ中のＮ含有量の上限を０．００８０％とする。必要に応じて、ワイヤ中のＮ含有量を０．０１００％以下、０．００８０％以下、０．００５０％以下としてもよい。必要に応じて、ワイヤ中のＮ含有量を０．０００１％以上又は０．００１０％以上としてもよい。
溶接金属中のＮは靱性を低下させるので、溶接後の溶接金属に含まれるＮ含有量を低減するため、ワイヤ中のＮ含有量は低い方が好ましい。しかしながら、Ｎを完全に除去するためには、多額の費用を要する。そのため、溶接金属の特性を損なわない範囲でＮを含有してもよい。ワイヤ中のＮ含有量が０．００８０％を超えると溶接金属の靱性が特に低下するので、ワイヤ中のＮ含有量の上限を０．００８０％とする。必要に応じて、ワイヤ中のＮ含有量を０．０１００％以下、０．００８０％以下、０．００５０％以下としてもよい。必要に応じて、ワイヤ中のＮ含有量を０．０００１％以上又は０．００１０％以上としてもよい。
［ワイヤ中のＯ：０〜０．０１２０％］
溶接金属中のＯは靱性を低下させるので、溶接金属に含まれるＯ含有量を低減するため、ワイヤ中のＯ含有量は低い方が好ましい。しかしながら、Ｏを完全に除去するためには、多額の費用を要する。そのため、溶接金属の特性を損なわない範囲でＯを含有してもよい。ワイヤ中のＯ含有量が０．０１２０％を超えると溶接金属の靱性が特に低下するため、ワイヤ中のＯ含有量の上限を０．０１２０％とする。必要に応じて、ワイヤ中のＯ含有量を０．０１００％以下、０．００８０％以下、０．００５０％以下としてもよい。必要に応じて、ワイヤ中のＯ含有量を０．０００１％以上又は０．００１０％以上としてもよい。
溶接金属中のＯは靱性を低下させるので、溶接金属に含まれるＯ含有量を低減するため、ワイヤ中のＯ含有量は低い方が好ましい。しかしながら、Ｏを完全に除去するためには、多額の費用を要する。そのため、溶接金属の特性を損なわない範囲でＯを含有してもよい。ワイヤ中のＯ含有量が０．０１２０％を超えると溶接金属の靱性が特に低下するため、ワイヤ中のＯ含有量の上限を０．０１２０％とする。必要に応じて、ワイヤ中のＯ含有量を０．０１００％以下、０．００８０％以下、０．００５０％以下としてもよい。必要に応じて、ワイヤ中のＯ含有量を０．０００１％以上又は０．００１０％以上としてもよい。
上述したＭｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｓｂ、ＮおよびＯは任意元素または不純物であり、含有させなくてもよいので、これらの含有量の下限は０％である。
［ワイヤの残部］
その他は、Ｆｅ及び不純物である。
その他は、Ｆｅ及び不純物である。
［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。
［溶接金属の形成方法］
本実施形態に係る溶接金属は、例えば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。サブマージアーク溶接では、溶接線上にあらかじめ顆粒状のフラックスを散布しておき、その中に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を送り込み、フラックス中においてワイヤと母材との間のアークから生じるアーク熱で溶接する一般的なサブマージアーク溶接機器を適用できる。サブマージアーク溶接条件は、一般の方法であればよい。
＜耐食鋼＞
サブマージアーク溶接に供する耐食鋼の好ましい成分は、質量％で、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％を含み、残部がＦｅおよび不純物を含む。Ｍｏ：０．３５％以下をさらに含有していてもよい。
本実施形態に係る溶接金属は、例えば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。サブマージアーク溶接では、溶接線上にあらかじめ顆粒状のフラックスを散布しておき、その中に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を送り込み、フラックス中においてワイヤと母材との間のアークから生じるアーク熱で溶接する一般的なサブマージアーク溶接機器を適用できる。サブマージアーク溶接条件は、一般の方法であればよい。
＜耐食鋼＞
サブマージアーク溶接に供する耐食鋼の好ましい成分は、質量％で、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％を含み、残部がＦｅおよび不純物を含む。Ｍｏ：０．３５％以下をさらに含有していてもよい。
＜フラックス＞
本実施形態に係る溶接金属を形成するにあたっては、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。これらのフラックスは、サブマージアーク溶接用の公知のフラックスでよい。例えば、日鐵住金溶接工業株式会社のＹＦ−１５、ＹＦ−１５Ｂ、ＹＦ−８００、ＮＦ−８２０などを使用できる。
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％が含有されても良い。
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％含有されていた場合、１％×（１２＋１６×２）/（４０＋１２＋１６×３）＝０．４４％と計算する。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を用いる。
本実施形態に係る溶接金属を形成するにあたっては、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。これらのフラックスは、サブマージアーク溶接用の公知のフラックスでよい。例えば、日鐵住金溶接工業株式会社のＹＦ−１５、ＹＦ−１５Ｂ、ＹＦ−８００、ＮＦ−８２０などを使用できる。
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％が含有されても良い。
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％含有されていた場合、１％×（１２＋１６×２）/（４０＋１２＋１６×３）＝０．４４％と計算する。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を用いる。
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に示す各種化学組成を有する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、溶接金属の健全性、機械的性能及び耐食性の調査を実施した。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。また、表２のＦ１からＦ６のすべてのフラックスについて、Ｓｎ含有量は０．００８質量％以下であった。
サブマージアーク溶接は、溶接電流５００Ａ、アーク電圧３３Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、パス間温度１５０±１５℃の条件にて多層溶接を実施した。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た。
表１に示す各種化学組成を有する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、溶接金属の健全性、機械的性能及び耐食性の調査を実施した。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。また、表２のＦ１からＦ６のすべてのフラックスについて、Ｓｎ含有量は０．００８質量％以下であった。
サブマージアーク溶接は、溶接電流５００Ａ、アーク電圧３３Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎ、パス間温度１５０±１５℃の条件にて多層溶接を実施した。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た。
上述したサブマージアーク溶接によって得られた溶接金属の化学組成を調べた。結果を表３に示す。
溶接終了後、溶接金属内部の健全性を、Ｘ線透過試験（ＪＩＳ Ｚ３１０４：１９９５）および側曲げ試験（ＪＩＳ Ｚ３１２２：２０１３）により判定した。
その後、ＪＩＳ Ｚ３１１１：２００５に準じて溶着金属の引張試験および衝撃試験を行って溶接金属の強度（引張強さ）および靭性を評価した。
また、耐食性評価試験を行って腐食環境における耐局部腐食性を評価した。
その後、ＪＩＳ Ｚ３１１１：２００５に準じて溶着金属の引張試験および衝撃試験を行って溶接金属の強度（引張強さ）および靭性を評価した。
また、耐食性評価試験を行って腐食環境における耐局部腐食性を評価した。
［Ｘ線透過試験］
Ｘ線透過試験により、溶接欠陥（割れおよびブローホール等）の有無を評価した。Ｘ線透過試験は、ＪＩＳ Ｚ３１０４−１９９５ 鋼溶接継手の放射線透過試験方法に準拠して実施した。Ｘ線透過試験により判明した溶接欠陥の種類を表４に記載した。溶接長全長に対しＸ線透過試験を行い、溶接欠陥が認められない場合には、「きずなし」と記載した。きずがあった場合には、ＪＩＳ Ｚ３１０４の附属書４に示される第１種〜第４種のいずれのきずであったかを示した。本発明では、「きずなし」の判定の場合を合格とした。
Ｘ線透過試験により、溶接欠陥（割れおよびブローホール等）の有無を評価した。Ｘ線透過試験は、ＪＩＳ Ｚ３１０４−１９９５ 鋼溶接継手の放射線透過試験方法に準拠して実施した。Ｘ線透過試験により判明した溶接欠陥の種類を表４に記載した。溶接長全長に対しＸ線透過試験を行い、溶接欠陥が認められない場合には、「きずなし」と記載した。きずがあった場合には、ＪＩＳ Ｚ３１０４の附属書４に示される第１種〜第４種のいずれのきずであったかを示した。本発明では、「きずなし」の判定の場合を合格とした。
［側曲げ試験］
側曲げ試験により、溶接欠陥（溶接金属の微小割れ等）の有無を評価した。なお、側曲げ試験は、ＪＩＳ Ｚ３１２２：２０１３ 突合せ溶接継手の曲げ試験方法に準拠して実施した。曲げ試験機の種類は、受けローラと押しジグからなるローラ曲げ試験である。曲げ試験片の種類は、突合せ溶接の側曲げ試験片（ＳＢＢ）とし、一つの溶接継手試験体より１本採取した。試験片の幅は、溶接継手の板厚２０ｍｍに等しくし、厚さは１０ｍｍとした。押しジグの曲率半径は、試験片板厚の２．０倍（２０ｍｍ）とした。押しジグが溶接金属の中央付近を押すように試験片をセットし、曲げ角度は概略１８０°に近くなるように受けローラのスパンを調整した。曲げ試験後、主に溶接金属の中央を、拡大鏡を用いて観察し、開口き裂長さを測定し、開口き裂が複数生じていた場合には、個々の開口き裂長さの和として算出した。
側曲げ試験により生じる溶接金属中央位置の開口き裂長さの総和を表４に記載した。側曲げ試験により溶接金属に微小割れ等の初期欠陥がなかったものと認められる場合には、０ｍｍと記載した。従来の曲げ試験関連諸規格の合否判定基準では、開口き裂長さの総和について「３ｍｍを超えないこと」を定める例が多かったが、本発明では、１．０ｍｍ以下の場合のみを合格判定とした。
側曲げ試験により、溶接欠陥（溶接金属の微小割れ等）の有無を評価した。なお、側曲げ試験は、ＪＩＳ Ｚ３１２２：２０１３ 突合せ溶接継手の曲げ試験方法に準拠して実施した。曲げ試験機の種類は、受けローラと押しジグからなるローラ曲げ試験である。曲げ試験片の種類は、突合せ溶接の側曲げ試験片（ＳＢＢ）とし、一つの溶接継手試験体より１本採取した。試験片の幅は、溶接継手の板厚２０ｍｍに等しくし、厚さは１０ｍｍとした。押しジグの曲率半径は、試験片板厚の２．０倍（２０ｍｍ）とした。押しジグが溶接金属の中央付近を押すように試験片をセットし、曲げ角度は概略１８０°に近くなるように受けローラのスパンを調整した。曲げ試験後、主に溶接金属の中央を、拡大鏡を用いて観察し、開口き裂長さを測定し、開口き裂が複数生じていた場合には、個々の開口き裂長さの和として算出した。
側曲げ試験により生じる溶接金属中央位置の開口き裂長さの総和を表４に記載した。側曲げ試験により溶接金属に微小割れ等の初期欠陥がなかったものと認められる場合には、０ｍｍと記載した。従来の曲げ試験関連諸規格の合否判定基準では、開口き裂長さの総和について「３ｍｍを超えないこと」を定める例が多かったが、本発明では、１．０ｍｍ以下の場合のみを合格判定とした。
［溶接金属の引張強さおよび靭性］
溶接試験体の鋼板板厚の中心に相当する厚み位置から、溶接金属の衝撃試験片（ＪＩＳ
Ｚ ２２４２：２００５ Ｖノッチ試験片）及び引張試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１ １０号試験片）を採取して、ＪＩＳ Ｚ３１１１：２００５に準じて引張試験および衝撃試験を実施した。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本の平均としてシャルピー吸収エネルギーを求めた。
引張強さが４９０〜７５０ＭＰａ、衝撃試験の吸収エネルギーが８０Ｊ以上であれば良好と判断した。
溶接試験体の鋼板板厚の中心に相当する厚み位置から、溶接金属の衝撃試験片（ＪＩＳ
Ｚ ２２４２：２００５ Ｖノッチ試験片）及び引張試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１ １０号試験片）を採取して、ＪＩＳ Ｚ３１１１：２００５に準じて引張試験および衝撃試験を実施した。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本の平均としてシャルピー吸収エネルギーを求めた。
引張強さが４９０〜７５０ＭＰａ、衝撃試験の吸収エネルギーが８０Ｊ以上であれば良好と判断した。
［耐局部腐食性］
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製用の試料（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の表面から深さ１ｍｍの採取位置３から採取し、ショットブラスト処理後、炉内温度が８０℃である炉内で加熱乾燥させて試験片素材を作製した。
その後、この試験片素材の両面に、塗料（神東塗料（株）製ネオゴーセイプライマーＨＢ）を塗装し膜厚が２００〜３５０μmの試験片（塗装試験片）を作製した。
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製用の試料（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の表面から深さ１ｍｍの採取位置３から採取し、ショットブラスト処理後、炉内温度が８０℃である炉内で加熱乾燥させて試験片素材を作製した。
その後、この試験片素材の両面に、塗料（神東塗料（株）製ネオゴーセイプライマーＨＢ）を塗装し膜厚が２００〜３５０μmの試験片（塗装試験片）を作製した。
上記塗装試験片に対し、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傷を、カッターナイフを用いて施した。
その後、得られた腐食試験片５に対し、ＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ） Ｊ２３３４に記載された試験（ＳＡＥＪ２３３４試験）を行って耐食性を評価した。
その後、得られた腐食試験片５に対し、ＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ） Ｊ２３３４に記載された試験（ＳＡＥＪ２３３４試験）を行って耐食性を評価した。
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る。各過程の条件は、以下の通りである。
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。
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。
以上のようなＳＡＥ Ｊ２３３４試験を８０サイクル行った後に、各試験片の塗膜が剥離又は膨れた面積を計測し、塗膜剥離・膨れ面積率を算出した。その後、スクレーパーにて容易に剥離可能な表面の残存塗膜を除去した後、さらに生成したさび層をクエン酸アンモニウム溶液にて除去後、溶接金属の領域に限定して腐食深さを１３点計測し、平均腐食深さとした。
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０．５０ｍｍ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。
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０．５０ｍｍ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、Ｔ３０、Ｔ３１は本発明例、試験記号Ｎｏ．Ｔ２１〜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、Ｘ線透過試験で溶接欠陥（きず）が認められず、側曲げ試験においても溶接金属には微小な割れを生じている兆候は認められず、また、良好な曲げ延性を示していた。そのため、健全な溶接金属が得られていると判断した。
また、溶接金属の引張強さ及びシャルピー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０．５０ｍｍ未満であれば、良好な機械的特性、耐食性を持つものと判断した。
表４に示す第３種のきずとは、ＪＩＳ Ｚ３１０４附属書４に記載されるように、割れ及びこれに類するきずである。Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ２８の第３種のきずは、溶接ビードの終端にあったことから、いわゆるクレータ割れと推定した。
また、溶接金属の引張強さ及びシャルピー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０．５０ｍｍ未満であれば、良好な機械的特性、耐食性を持つものと判断した。
表４に示す第３種のきずとは、ＪＩＳ Ｚ３１０４附属書４に記載されるように、割れ及びこれに類するきずである。Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ２８の第３種のきずは、溶接ビードの終端にあったことから、いわゆるクレータ割れと推定した。
試験記号Ｔ１０〜Ｔ１４は、溶接金属に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。
試験記号Ｔ２１は、ワイヤ記号Ｗ１５及び溶接金属中のＣ含有量が少なく、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含有量が多く、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含有量が少なく、溶接金属の引張強さが低値であった。また、Ｓｎ含有量が多く、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含有量が多く、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含有量が少なく、溶接金属の引張強さが低値であった。また、Ｓｎ含有量が多く、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含有量が多く、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含有量が少なく、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０．５０ｍｍ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含有量が少なく、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
試験記号Ｔ２６は、ワイヤ記号Ｗ２０及び溶接金属中のＣｕ含有量が少なく、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０．５０ｍｍ以上となり腐食量が多かった。また、Ｍｏ含有量が多く、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含有量が少なく、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。
試験記号Ｔ２６は、ワイヤ記号Ｗ２０及び溶接金属中のＣｕ含有量が少なく、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０．５０ｍｍ以上となり腐食量が多かった。また、Ｍｏ含有量が多く、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Ｔ２７は、ワイヤ記号Ｗ２１及び溶接金属中のＳｉ含有量が多く、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Ｔ２８は、ワイヤ記号Ｗ２２及び溶接金属中のＳｎ含有量が少なく、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０．５０ｍｍ以上となり腐食量が多かった。また、溶接金属中のＢ含有量が多く、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Ｔ２９、Ｔ３７は、ワイヤ記号２３及び溶接金属中のＣｕ含有量が多く、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｔ２９は溶接金属中のＴｉ含有量も多く、引張強さが高かった。
試験記号Ｔ２８は、ワイヤ記号Ｗ２２及び溶接金属中のＳｎ含有量が少なく、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０．５０ｍｍ以上となり腐食量が多かった。また、溶接金属中のＢ含有量が多く、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Ｔ２９、Ｔ３７は、ワイヤ記号２３及び溶接金属中のＣｕ含有量が多く、溶接金属の吸収エネルギーが低値であった。また、Ｔ２９は溶接金属中のＴｉ含有量も多く、引張強さが高かった。
本発明によれば、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溶接金属及び、その溶接金属を形成するのに有効な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。また、本発明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を、耐候性及び耐塗装剥離性に優れた耐食鋼に適用すれば、母材部、溶接部ともに耐候性及び耐塗装剥離性に優れることとなるため、構造物全体の耐候性の向上ならびに塗装寿命の延長に寄与する。
１ 母材
２ 溶接金属
３ 腐食試験片作製用試料の採取位置
４ クロスカット
５ 腐食試験片
２ 溶接金属
３ 腐食試験片作製用試料の採取位置
４ クロスカット
５ 腐食試験片
Claims (6)
- 化学組成が、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％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０〜０．０５０％、
Ｃｕ：０．００５〜０．３４％、
Ｓｎ：０．０５〜０．４０％、
Ｍｏ：０〜０．６０％、
Ｎｉ：０〜０．５０％、
Ｃｒ：０〜０．５０％、
Ｎｂ：０〜０．３００％、
Ｖ：０〜０．３００％、
Ｔｉ：０〜０．０４０％、
Ｂ：０〜０．００７０％、
Ｃａ：０〜０．００５０％、
ＲＥＭ：０〜０．００５０％、
Ｓｂ：０〜０．００５０％、
Ｎ：０〜０．０１５０％、
Ｏ：０〜０．１８００％、
残部：Ｆｅ及び不純物である（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％、Ｍｏ：０〜０．６０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｂ：０〜０．００５％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ものを除く）
ことを特徴とする溶接金属。 - 前記溶接金属全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％であることを特徴とする請求項１に記載の溶接金属。
- サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤであって、
化学組成が、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｓｉ：０．００５〜０．８０％、
Ｍｎ：１．５〜３．５％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０〜０．０５０％、
Ｃｕ：０．００９〜０．３４％、
Ｓｎ：０．０５〜０．４０％、
Ｍｏ：０〜０．６０％、
Ｎｉ：０〜０．５０％、
Ｃｒ：０〜０．５０％、
Ｎｂ：０〜０．３００％、
Ｖ：０〜０．３００％、
Ｔｉ：０〜０．２５０％、
Ｂ：０〜０．０１２０％、
Ｃａ：０〜０．００５０％、
ＲＥＭ：０〜０．００５０％、
Ｓｂ：０〜０．００５０％、
Ｎ：０〜０．００８０％、
Ｏ：０〜０．０１２０％、
残部：Ｆｅ及び不純物である（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％、Ｍｏ：０〜０．６０％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ものを除く）
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。 - 前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％であることを特徴とする請求項３に記載のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。
- サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤを用いてサブマージアーク溶接する溶接継手の製造方法であって、
前記サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの化学組成が、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｓｉ：０．００５〜０．８０％、Ｍｎ：１．５〜３．５％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０〜０．０５０％、Ｃｕ：０．００９〜０．３４％、Ｓｎ：０．０５〜０．４０％、Ｍｏ：０〜０．６０％、Ｎｉ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜０．５０％、Ｎｂ：０〜０．３００％、Ｖ：０〜０．３００％、Ｔｉ：０〜０．２５０％、Ｂ：０〜０．０１２０％、Ｃａ：０〜０．００５０％、ＲＥＭ：０〜０．００５０％、Ｓｂ：０〜０．００５０％、Ｎ：０〜０．００８０％、Ｏ：０〜０．０１２０％、残部：Ｆｅ及び不純物である、溶接継手の製造方法。 - 前記サブマージアーク溶接用ソリッドワイヤの前記化学組成において、前記ソリッドワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃｕ：０．０２〜０．２４％である、請求項５に記載の溶接継手の製造方法。
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