JP7353393B2

JP7353393B2 - 溶接継手及び溶接継手の製造方法

Info

Publication number: JP7353393B2
Application number: JP2021571815A
Authority: JP
Inventors: 充志 ▲高▼田; 茂樹木津谷; 正道鈴木; 鵬韓
Original assignee: JFE Steel Corp; Kobe Steel Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2023-09-29
Anticipated expiration: 2041-08-10
Also published as: CN116194610A; JPWO2022054492A1; PE20231720A1; CL2023000592A1; KR20230042371A; WO2022054492A1

Description

本発明は、産業機械、運搬機器等の部材として好適な、耐摩耗鋼板同士を溶接してなる溶接継手に係り、とくに耐溶接割れ性の向上に関する。

建設、土木、鉱山等の分野で使用される産業機械、運搬機器等では、一般に、部材の摩耗量によりその寿命が決定される場合が多い。そのため、部材として、耐摩耗性に優れた鋼板（耐摩耗鋼板）が用いられている。耐摩耗性は、鋼板の硬さに強く依存することから、耐摩耗鋼板として、表面硬さがブリネル硬さで400HBW以上の高硬度鋼板を用いることが多い。

高硬度の耐摩耗鋼板は、溶接時に熱影響部で水素に起因した低温割れが発生しやすいことが知られている。低温割れの防止には、一般的に溶接前の予熱または溶接後の後熱を行って、拡散性水素を放出することが有効である。特に、表面ブリネル硬さが400HBW以上で、かつ板厚50mm以上の厚肉耐摩耗鋼板では、一般的に、溶接時に75℃以上の予熱を行うことが推奨されている。

しかし、溶接時に高温での予熱を施すことは、労力と時間を要し、溶接施工能率を低下させる。このため、耐摩耗鋼板の合金元素量を調整することで、溶接時の低温割れを防止する検討がなされてきた。

例えば、特許文献１には、「溶接性に優れた耐摩耗鋼板」が記載されている。特許文献１に記載された耐摩耗鋼板は、質量％で、C：0.38～0.50％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.1～0.5％、Nb：0.005～0.05％、Ti：0.005～0.05％、B：0.0003～0.0030％、Al：0.1％以下、P：0.010％以下、S：0.005％以下、更にCu：0.1～1.0％、Ni：0.1～2.0％、Cr：0.1～1.0％、Mo：0.05～1.0％、V：0.005～0.10％、W：0.05～1.0％の１種または２種以上を含有し、Ceq*が0.60％以下であり、DI*が45以上であり、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する耐摩耗鋼板である。特許文献１に記載された耐摩耗鋼板は、表面硬さが560HBW以上で、溶接性に優れ、予熱温度を150℃と低くしても、低温割れが発生しない、とされる。

また、特許文献２には、「耐摩耗鋼板」が記載されている。特許文献２に記載された耐摩耗鋼板は、C：0.20～0.50％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.1～2.0％、P：0.04％以下、S：0.04％以下、Ti：0.2～1.0％、Mo：0.2～2.0％、B：0.0003～0.01％、N：0.01％以下を含み、かつMoとTiをMo／Ti≧1.0‥‥（１）式を満足するように含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、平均粒径：0.5μｍ以上のTi炭化物およびTiとMoの複合炭化物を合計で、400個／mm²以上含む組織を有する耐摩耗鋼板である。なお、さらに、Cu、Ni、Cr、さらにAlを含んでも良いとしている。特許文献２に記載された耐摩耗鋼板は、50℃～200℃の予熱で溶接時の低温割れを防止できるとしている。

また、特許文献３には、「耐衝撃性と耐摩耗性に優れた溶接材料」が記載されている。特許文献３に記載された溶接材料は、溶接性に優れるうえ、低温衝撃特性や耐摩耗性にも優れた、サブマージドアーク溶接用あるいはガスメタルアーク溶接用の溶接材料である。特許文献３に記載された溶接材料は、重量％で、C：0.12～0.75％、Si：0.2～1.2％、Mn：15～27％、Cr：2～7％、S：0.025％以下、P：0.020％以下を含み、残部Fe及び不可避不純物からなる組成を有する。なお、上記した組成に加えて、さらにN：0.4％以下、Ni：10％以下、V：5％以下、Nb：5％以下、Mo：7％以下、W：6％以下、Cu：2％以下、B：0.01％以下を含有してもよい、としている。この溶接材料を用いれば、低温衝撃特性および耐摩耗特性に優れた溶接継手を作製できるとしている。

特開2008－214651号公報特許第4894288号公報 WO 2015/083928 A1号

しかしながら、特許文献１、２に記載された技術では、溶接時に低温割れを防止するためには鋼板の予熱または後熱を必要とし、溶接時の鋼板の予熱等を完全に省略するまでには至っていない。溶接施工時に、鋼板の予熱等を実施するには、多大の労力と時間とを要し、施工能率を低下させるため、溶接施工能率の向上および溶接施工の低コスト化の観点から、更なる予熱等の温度の低下または予熱等の省略が要望されている。

また、本発明者らの検討によれば、特許文献３に記載された溶接材料を用いて多層盛溶接金属を形成した場合に、溶接金属の再熱部に割れ（高温割れ）が発生しやすいという問題があることを知見した。

このような従来技術の問題に鑑み、本発明は、耐摩耗鋼板同士を溶接接合してなる溶接継手において、予熱および後熱を施すことなく溶接割れの発生を抑制（防止）できる、耐溶接割れ性に優れた溶接継手を提供することを目的とする。なお、ここでいう「耐溶接割れ性に優れた」とは、予熱なしで、開先形状をＶ開先またはＸ開先とし、多層盛溶接して溶接継手を作製した場合に、低温割れおよび高温割れの発生が認められない場合をいうものとする。

本発明者らは、上記した目的を達成するために、耐溶接割れ性に及ぼす各種要因について鋭意検討した。その結果、水素に起因した低温割れを抑制するためには、溶接金属をオーステナイト組織とすることが有効であることに思い至った。オーステナイト組織は水素の固溶限がフェライト組織と比較してはるかに高く、さらに、溶接時に導入される程度の水素量では脆化しない。そして、溶接金属をオーステナイト組織とすれば、溶接金属が溶接時に導入された水素を吸収し、溶接時に硬化する熱影響部への水素の拡散を抑制（防止）する。このため、低温割れの発生は抑制（防止）されることになる。

なお、特許文献３に記載された溶接材料を用いて形成された溶接金属は、オーステナイト組織となるが、本発明者らの検討によれば、高温割れを発生しやすいという問題があった。そこで、高温割れ発生の原因を調査した結果、Cr量が多い場合には、オーステナイト粒界にCr炭化物（Cr₂₃C₆）が析出し、該粒界が脆化するため、溶接時に導入される熱ひずみで開口し、高温割れが発生することを見出した。本発明者らの更なる検討により、このような高温割れの発生は、溶接金属のCr含有量を1.9％以下に調整することにより、防止できることを知見した。

本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。本発明の要旨は、次のとおりである。
［１］鋼板同士を溶接してなる溶接継手であって、
前記鋼板が、ブリネル硬さで400HBW以上の表面硬さを有する耐摩耗鋼板であり、
溶接金属部が、質量％で、
C：0.20～0.80％、 Si：0.10～0.90％
Mn：15.0～28.0％、 P：0.030％以下、
S：0.030％以下、 Ni：0.01～10.00％、
Cr：0.4～1.9％、 Mo：0.01～5.00％、
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる溶接金属部組成を有することを特徴とする溶接継手。
［２］前記溶接金属部組成に加えてさらに、質量％で、V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下、W：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する溶接金属部組成とすることを特徴とする［１］に記載の溶接継手。
［３］前記溶接金属部組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下、REM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する溶接金属部組成とすることを特徴とする［１］または［２］に記載の溶接継手。
［４］前記耐摩耗鋼板が、質量％で、C：0.10～0.50％、Si：0.10～0.90％、Mn：0.40～2.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：0.10～2.00％、Mo：0.10～1.00％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼板組成を有することを特徴とする［１］～［３］のいずれかに記載の溶接継手。
［５］前記鋼板組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、V：0.5％以下、Ti：0.5％以下、Al：0.20％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する鋼板組成とすることを特徴とする［４］に記載の溶接継手。
［６］鋼板同士を溶接する溶接継手の製造方法であって、
前記鋼板が、ブリネル硬さで400HBW以上の表面硬さを有する耐摩耗鋼板であり、
溶接金属部が、質量％で、
C：0.20～0.80％、 Si：0.10～0.90％
Mn：15.0～28.0％、 P：0.030％以下、
S：0.030％以下、 Ni：0.01～10.00％、
Cr：0.4～1.9％、 Mo：0.01～5.00％、
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる溶接金属部組成を有することを特徴とする溶接継手の製造方法。
［７］前記溶接金属部組成に加えてさらに、質量％で、V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下およびW：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する溶接金属部組成とすることを特徴とする［６］に記載の溶接継手の製造方法。
［８］前記溶接金属部組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下およびREM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する溶接金属部組成とすることを特徴とする［６］または［７］に記載の溶接継手の製造方法。
［９］前記耐摩耗鋼板が、質量％で、C：0.10～0.50％、Si：0.10～0.90％、Mn：0.40～2.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：0.10～2.00％、Mo：0.10～1.00％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼板組成を有し、
前記溶接がガスメタルアーク溶接であり、該ガスメタルアーク溶接で用いる溶接材料が、質量％で、
C：0.20～0.90％、 Si：0.10～1.00％
Mn：16.0～30.0％、 P：0.030％以下、
S：0.030％以下、 Ni：0.01～12.00％、
Cr：0.1～2.5％、 Mo：0.10～6.00％
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなるワイヤ組成を有するソリッドワイヤである、ことを特徴とする［６］～［８］のいずれかに記載の溶接継手の製造方法。
［１０］前記耐摩耗鋼板が、前記鋼板組成に加えてさらに、Cu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、V：0.5％以下、Ti：0.5％以下、Al：0.20％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する鋼板組成を有することを特徴とする［９］に記載の溶接継手の製造方法。
［１１］前記ソリッドワイヤが、前記ワイヤ組成に加えてさらに、質量％で、V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下およびW：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下およびREM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有するワイヤ組成を有することを特徴とする［９］または［１０］に記載の溶接継手の製造方法。

本発明によれば、溶接時に鋼板の予熱または後熱を施すことなく、溶接割れの発生を抑制（防止）して溶接継手を作製でき、溶接施工能率の向上や溶接施工コストの低減が図れ、産業上格段の効果を奏する。
また、本発明によれば、耐溶接割れ性に優れた溶接継手を提供することができる。

［溶接継手］
本発明の溶接継手は、２枚又はそれ以上の複数枚の鋼板を、ブリネル硬さで400HBW以上の表面硬さを有する耐摩耗鋼板とし、該鋼板同士を溶接金属部を形成して溶接接合してなる耐摩耗鋼溶接継手である。

＜耐摩耗鋼板＞
被溶接材である耐摩耗鋼板は、所望の耐摩耗性を確保するために、ブリネル硬さで400HBW以上の表面硬さを有する鋼板とする。ブリネル硬さの上限値は、特に限定されないが、ガス切断時の割れ回避の観点から600HBW以下であることが好ましい。耐摩耗鋼板は、上記した表面硬さを確保できる組成範囲の、耐摩耗鋼板がいずれも好適である。このような耐摩耗鋼板は、例えば、質量％で、C：0.10～0.50％の範囲とし、所望の特性（例えば、強度、靭性等）に応じて、他の合金元素を適宜含有する鋼板組成とすればよく、とくに限定する必要はない。例えば、400HBW以上の表面硬さを有し、板厚：6～100mmでC：0.10～0.50％、Si：0.10～0.90％、Mn：0.40～2.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：0.10～2.00％、Mo：0.10～1.00％を基本の合金元素として含み、あるいはさらに、Cu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、V：0.5％以下、Ti：0.5％以下、Al：0.20％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を任意の合金元素として含有し得る、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成の鋼板が例示される。

＜溶接金属部＞
そして、本発明の溶接継手では、溶接金属部が、質量％で、C：0.20～0.80％、Si：0.10～0.90％、Mn：15.0～28.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Ni：0.01～10.00％、Cr：0.4～1.9％、Mo：0.01～5.00％を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成（溶接金属部組成）を有することを特徴とする。このような組成を基本の組成とする溶接金属部を形成することにより、溶接時に予熱あるいは後熱を施すことなく、溶接割れの発生を抑制（防止）して溶接継手を作製することができる。

まず、上記した溶接金属部の組成限定の理由について説明する。なお、以下、組成における「質量％」は単に「％」で記す。

C：0.20～0.80％
Cは、オーステナイト相を安定化させる元素であり、また、固溶強化により、溶接金属の強度（硬さ）上昇に寄与し、耐摩耗性を向上させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには、0.20％以上の含有を必要とする。一方、0.80％を超えて含有すると、溶接時の高温割れが生じやすくなる。このため、Cは0.20～0.80％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.40％以上である。また好ましくは0.60％以下である。

Si：0.10～0.90％
Siは、脱酸剤として作用するとともに、炭化物の析出を抑制することで、Cをオーステナイト相に固溶させ、オーステナイト相を安定化させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには、0.10％以上の含有を必要とする。一方、0.90％を超えて含有すると、凝固時に偏析し、凝固セル界面に液相を生成して、耐高温割れ性を低下させる。このため、Siは0.10～0.90％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.20％以上である。また好ましくは0.80％以下である。

Mn：15.0～28.0％
Mnは、安価に、オーステナイト相を安定化する作用を有する元素であり、本発明では15.0％以上の含有を必要とする。Mn含有量が15.0％未満では、オーステナイト相の安定度が不足するため、溶接金属中に硬質のマルテンサイト相が生成し、低温割れが発生する。一方、28.0％を超えて含有すると、凝固時に過度のMn偏析が発生し、高温割れを誘発する。そのため、Mnは15.0～28.0％の範囲に制限した。なお、好ましくは16.0％以上である。また好ましくは26.0％以下である。

P：0.030％以下
Pは、結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する作用を有する元素であり、本発明では、できるだけ低減することが好ましいが、0.030％以下であれば許容できる。このため、Pは0.030％以下に限定した。なお、過度の低減は、精練コストの高騰を招くため、Pは0.003％以上に調整することが好ましい。

S：0.030％以下
Sは、結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する作用を有する元素であり、本発明では、できるだけ低減することが好ましいが、0.030％以下であれば、許容できる。このため、Sは0.030％以下に限定した。なお、過度の低減は、精練コストの高騰を招くため、Sは0.003％以上に調整することが好ましい。

Ni：0.01～10.00％
Niは、オーステナイト粒界を強化する作用を有する元素であり、粒界の脆化を抑制することにより、高温割れの発生を抑制する。このような効果を得るためには、0.01％以上の含有を必要とする。また、Niはオーステナイト相を安定化させる効果もある。一方、Niは高価な元素であり、10.00％を超える含有は、経済的に不利となる。このため、Niは0.01～10.00％に限定した。なお、好ましくは1.00％以上である。また好ましくは8.00％以下である。

Cr：0.4～1.9％
Crは、低温では、オーステナイト相を安定化する作用を有する元素であり、また、Crは、溶接金属を硬化させ、耐摩耗性を向上させる作用も有する。また、Crは、溶接金属の耐食性向上に寄与する。このような効果を得るためには0.4％以上の含有を必要とする。一方、1.9％を超えて含有すると、オーステナイト粒界でCr炭化物（Cr₂₃C₆）が生成し、粒界が脆化し、高温割れを誘発する。このため、Crは0.4～1.9％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.4％以上である。また好ましくは1.8％以下である。さらに好ましくは0.6％以上である。また、さらに好ましくは1.6％以下である。

Mo：0.01～5.00％
Moは、オーステナイト粒界を強化する作用を有する元素であり、粒界脆化を抑制して、高温割れの発生を抑制する。また、Moは溶接金属を硬化させることで耐摩耗性を向上させる作用も有する。このような効果を得るためには、0.01％以上の含有を必要とする。一方、5.00％を超えて含有すると、粒内が硬化しすぎて、相対的に粒界が弱くなり、高温割れが発生する。そのため、Moは0.01～5.00％の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.10％以上である。また好ましくは4.00％以下である。

上記した成分が、本発明溶接継手における溶接金属部の基本の成分である。本発明では、上記した基本の成分に加えてさらに、任意の選択元素として、必要に応じて選択して、V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下およびW：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下およびREM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、を含有できる。

V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下およびW：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
V、Ti、NbおよびWはいずれも、炭化物を形成し、溶接金属の耐摩耗性向上に寄与する元素であり、必要に応じ選択して１種または２種以上を含有できる。

Vは、炭化物形成元素であり、オーステナイト粒内に微細な炭化物を析出させて、溶接金属の耐摩耗性を向上させる。このような効果を得るためには0.001％以上含有することが望ましい。しかし、1.0％を超えて含有すると、粒内が硬化しすぎて、相対的に粒界が弱くなるため、溶接時の高温割れを誘発する。そのため、含有する場合には、Vは1.0％以下に限定した。なお、好ましくは0.01％以上である。また好ましくは0.8％以下である。

また、Tiは、炭化物形成元素であり、微細な炭化物を析出させて、溶接金属の耐摩耗性を向上させる。このような効果を得るためには0.001％以上含有することが望ましい。しかし、1.0％を超えて含有すると、オーステナイト粒内が硬化しすぎて、相対的に粒界が弱くなるため、溶接時の高温割れを誘発する。そのため、含有する場合には、Tiは1.0％以下に限定した。なお、好ましくは0.01％以上である。また好ましくは0.8％以下である。

また、Nbは、V、Tiと同様に、炭化物形成元素であり、オーステナイト粒内に微細な炭化物を析出させて、溶接金属の耐摩耗性を向上させる。このような効果を得るためには0.001％以上含有することが望ましい。一方、1.0％を超えて含有すると、粒内が硬化しすぎて、相対的に粒界が弱くなるため、溶接時に高温割れを誘発する。そのため、含有する場合には、Nbは1.0％以下に限定した。なお、好ましくは0.01％以上である。また好ましくは0.8％以下である。

Wは、V、Ti、Nbと同様に、炭化物形成元素であり、オーステナイト粒内に微細な炭化物を析出させて、溶接金属の耐摩耗性を向上させる。このような効果を得るためには0.001％以上含有することが望ましい。しかし、1.0％を超えて含有すると、粒内が硬化しすぎて、相対的に粒界が弱くなるため、溶接時の高温割れを誘発する。そのため、含有する場合には、Wは1.0％以下に限定した。なお、好ましくは0.01％以上である。また好ましくは0.8％以下である。

Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下およびREM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Cuは、オーステナイト相を安定化する作用を有する元素であり、Alは、脱酸剤として作用する元素であり、CaおよびREMは高温割れ抑制に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。

Cuは、オーステナイト相を安定化する元素であり、このような効果を得るためには、0.01％以上含有することが望ましい。しかし、1.0％を超えて多量に含有すると、オーステナイト粒界で低融点の液相が生成するため、高温割れが発生する。そのため、含有する場合には、Cuは1.0％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1％以上である。また、より好ましくは0.8％以下である。

Alは、脱酸剤として作用するとともに、溶融金属の粘性を高め、ビード形状を安定的に保持し、スパッタの発生を低減する作用を有する。また、Alは、溶融金属の液相線温度を高め、溶接金属の高温割れ発生の抑制に寄与する。このような効果を得るためには、0.001％以上含有することが望ましい。しかし、0.10％を超えて含有すると、溶融金属の粘性が高くなりすぎて、逆に、スパッタの増加や、ビードが広がらず融合不良などの欠陥が増加する。そのため、含有する場合には、Alは0.10％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.002％以上である。また、より好ましくは0.06％以下である。

また、Ca、REMはいずれも、高温割れ抑制に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。

Caは、溶融金属中でSと結合し、高融点の硫化物CaSを形成し、高温割れの発生を抑制する。このような効果は0.001％以上の含有で顕著となる。一方、0.010％を超えて含有すると、溶接時にアークに乱れが生じ、安定な溶接が困難となる。このため、含有する場合には、Caは0.010％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.002％以上である。また、より好ましくは0.008％以下である。

REM：0.020％以下
REMは、強力な脱酸剤であり、溶接金属中ではREM酸化物の形態で存在する。REM酸化物は凝固時の核生成サイトとなることで、溶接金属の凝固形態を変化させ、高温割れの抑制に寄与する。このような効果を得るためには0.001％以上の含有が必要である。しかし、0.020％を超えて含有すると、アークの安定性が低下する。このため、含有する場合には、REMは0.020％以下に限定した。なお、より好ましくは0.001％以上である。またより好ましくは0.015％以下である。なお、REMは、La、Ce等の希土類元素の総称で、含有量もそれら元素の合計量を意味する。

上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、N：0.120％以下、O（酸素）：0.100％以下が許容できる。Nは、不可避的に混入する元素であるが、0.120％を超えて含有すると、窒化物を形成し、溶接金属靭性を低下させる。このため、Nは0.120％以下に限定することが好ましい。O（酸素）は、不可避的に混入する元素であるが、0.100％を超えて含有すると、溶接金属中に酸化物を形成し、溶接金属靭性を低下させる。このため、O（酸素）は0.100％以下に限定することが好ましい。

［溶接継手の製造方法］
ついで、本発明の溶接継手の好ましい製造方法について説明する。
まず、上記した表面硬さを有する耐摩耗鋼板を２枚又はそれ以上の複数枚、用意する。そして、用意した鋼板同士が所定形状の開先を形成するように、開先加工を行う。形成する開先形状については、とくに限定する必要はないが、溶接構造物用として常用のＶ開先、Ｘ開先等とすることが好ましい。

ついで、開先加工された鋼板同士を、溶接材料を用いて溶接して、溶接金属部を形成し、溶接継手を製造する。

＜溶接法＞
用いる溶接法は、とくに限定する必要はないが、ソリッドワイヤを用いて、上記した組成を有し且つ所望の特性を有する溶接金属部を形成できる、ガスメタルアーク溶接（「溶極式ガスシールドアーク溶接」とも称される）とすることが好ましい。

＜溶接材料＞
なお、使用する溶接材料は、上記した組成の溶接金属部が形成できるソリッドワイヤとする。ソリッドワイヤのワイヤ組成としては、質量％で、C：0.20～0.90％、Si：0.10～1.00％、Mn：16.0～30.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Ni：0.01～12.00％、Cr：0.1～2.5％およびMo：0.10～6.00％を基本の合金元素として含み、あるいはさらに、V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下およびW：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下およびREM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、を任意の合金元素として含有してもよく、残部Feおよび不可避的不純物からなるワイヤ組成が例示できる。

＜溶接金属部の形成＞
通常、鋼板同士を溶接材料を用いて溶接する場合には、鋼板由来の溶湯（溶融部金属）と、溶接材料由来の溶湯（溶着金属）とが、混り合って溶接金属を形成する。多層盛溶接では、通常とくに、第１層（初層）の溶接金属が、他の層の溶接金属に比べて鋼板の溶け込み割合（希釈率）が高くなるため、第１層の溶接金属の組成が上記した溶接金属部組成の範囲内となるように、鋼板の溶け込み割合を調整することが好ましい。第１層の溶接金属の鋼板の溶け込み割合は、板厚、開先形状、溶接条件によって変化するが、とくに、溶接入熱量の影響が大きいため、溶接入熱量を変化させて鋼板の溶け込み割合を調整することが好ましい。なお、溶接入熱量は、高温割れ防止の観点から、5～70kJ/cmの範囲とすることが好ましい。

＜耐磨耗鋼板の製造方法＞
なお、被溶接材である耐摩耗鋼板の製造方法は、常用の耐摩耗鋼板の製造方法がいずれも適用できる。好ましくは、上記した鋼板組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉等の、常用の溶製方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊－分解圧延法等の、常用の鋳造方法により、所定寸法のスラブ等の鋼素材を得る。なお、溶製に際しては、真空脱ガス炉等による２次精錬を実施してもよい。得られた鋼素材は、更に、加熱されて、熱間圧延およびその後の冷却を施されて、表面硬さが400HBW以上である耐摩耗鋼板を得ることが好ましい。

＜溶接材料の製造方法＞
また、溶接材料（ソリッドワイヤ）の好ましい製造方法は次のとおりである。
本発明で溶接継手の製造に使用される溶接材料（ソリッドワイヤ）の製造には、常用の溶接材料（ソリッドワイヤ）の製造方法がいずれも適用できる。

例えば、上記したワイヤ組成を有する溶鋼を、電気炉、真空溶解炉等の常用の溶製方法で溶製し、所定形状の鋳型等に鋳造する。ついで、得られた鋼塊を、所定温度に加熱し、加熱された鋼塊に熱間圧延を施し、所定形状の鋼素材（棒状）を得る。ついで、得られた鋼素材（棒状）を複数回の冷間圧延（冷間伸線加工）と必要に応じて焼鈍を施して、所定寸法のワイヤを得る、ことが好ましい。なお、焼鈍は、焼鈍温度：800～1200℃で行うことが好ましい。

以下、さらに実施例に基づき、本発明について説明する。

表１に示す鋼板組成を有し、ブリネル硬さで400HBW～560HBWの表面硬さを有する耐摩耗鋼板（板厚：50 mm）を用意した。用意した耐摩耗鋼板から継手作製用試験板を採取し、開先加工を施した。開先は、Ｖ開先（開先角度：45°）とした。そして、その開先内に、表２に示す組成のソリッドワイヤ（1.2mmφ）を溶接材料としてガスメタルアーク溶接（シールドガス雰囲気：80％Ar＋20％CO₂）を行い、多層盛の溶接金属部を形成して、溶接継手を得た。なお、溶接は、予熱なしで、電流：180～350A、電圧：24～35V、溶接速度：30cm/min、パス間温度：100～250℃、とする条件の、下向き姿勢のガスメタルアーク溶接で行った。溶接時の気温は20℃、湿度は60％であった。

使用した溶接材料（ソリッドワイヤ）はつぎのようにして製造した。
表２に示す組成（ワイヤ組成）の溶鋼を、真空溶解炉で溶製し、鋼塊（100kgf）とした。得られた鋼塊を1200℃に加熱したのち、熱間圧延を施し、棒状の鋼素材を得た。得られた棒状の鋼素材にさらに、焼鈍を挟んで複数回の冷間伸線を施し、溶接用ソリッドワイヤ（1.2mmφ）を得た。

溶接後、溶接金属部の板厚および幅中央位置のφ10mmの範囲から分析用試験片を採取し、湿式化学分析を用いて元素分析を実施した。

また、溶接金属部および溶接熱影響部を光学顕微鏡（倍率：100倍）で観察し、溶接割れの有無を判定した。溶接熱影響部または溶接金属部で割れ発生が認められる場合は溶接割れ「有」と評価し、割れ発生が認められない場合は、溶接割れ「無」と評価した。

得られた結果を表３に示す。

本発明例はいずれも、溶接割れ（高温割れおよび低温割れ）の発生が認められず、耐溶接割れ性に優れる溶接継手である、といえる。一方、本発明の範囲を外れる比較例では、溶接割れ（高温割れあるいは低温割れ）が発生しており、耐溶接割れ性が低下した溶接継手であるといえる。

Claims

鋼板同士を溶接してなる溶接継手であって、
前記鋼板が、ブリネル硬さで400HBW以上の表面硬さと、質量％で、C：0.10～0.50％、Si：0.10～0.90％、Mn：0.40～2.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：0.10～2.00％、Mo：0.10～1.00％を含み、任意選択的にCu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、V：0.5％以下、Ti：0.5％以下、Al：0.20％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼板組成とを有する耐摩耗鋼板であり、
溶接金属部が、質量％で、
C：0.20～0.61％、 Si：0.20～0.90％
Mn：15.0～26.0％、 P：0.030％以下、
S：0.030％以下、 Ni：0.01～10.00％、
Cr：0.4～1.9％、 Mo：0.01～5.00％、
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる溶接金属部組成を有することを特徴とする溶接継手。
前記溶接金属部組成に加えてさらに、質量％で、V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下、W：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する溶接金属部組成とすることを特徴とする請求項１に記載の溶接継手。
前記溶接金属部組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下、REM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する溶接金属部組成とすることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接継手。
鋼板同士を溶接する溶接継手の製造方法であって、
前記鋼板が、ブリネル硬さで400HBW以上の表面硬さと、質量％で、C：0.10～0.50％、Si：0.10～0.90％、Mn：0.40～2.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：0.10～2.00％、Mo：0.10～1.00％を含み、任意選択的にCu：1.0％以下、Ni：2.0％以下、V：0.5％以下、Ti：0.5％以下、Al：0.20％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼板組成とを有する耐摩耗鋼板であり、
溶接金属部が、質量％で、
C：0.20～0.61％、 Si：0.20～0.90％
Mn：15.0～26.0％、 P：0.030％以下、
S：0.030％以下、 Ni：0.01～10.00％、
Cr：0.4～1.9％、 Mo：0.01～5.00％、
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる溶接金属部組成を有することを特徴とする溶接継手の製造方法。
前記溶接金属部組成に加えてさらに、質量％で、V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下およびW：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する溶接金属部組成とすることを特徴とする請求項４に記載の溶接継手の製造方法。
前記溶接金属部組成に加えてさらに、質量％で、Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下およびREM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する溶接金属部組成とすることを特徴とする請求項４または５に記載の溶接継手の製造方法。
前記溶接がガスメタルアーク溶接であり、該ガスメタルアーク溶接で用いる溶接材料が、質量％で、
C：0.20～0.90％、 Si：0.10～1.00％
Mn：16.0～30.0％、 P：0.030％以下、
S：0.030％以下、 Ni：0.01～12.00％、
Cr：0.1～2.5％、 Mo：0.02～6.00％
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなるワイヤ組成を有するソリッドワイヤである、ことを特徴とする請求項４～６のいずれか１項に記載の溶接継手の製造方法。
前記ソリッドワイヤが、前記ワイヤ組成に加えてさらに、質量％で、V：1.0％以下、Ti：1.0％以下、Nb：1.0％以下およびW：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、Cu：1.0％以下、Al：0.10％以下、Ca：0.010％以下およびREM：0.020％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有するワイヤ組成を有することを特徴とする請求項７に記載の溶接継手の製造方法。