JPH03221294A - 高張力鋼用migワイヤ - Google Patents

高張力鋼用migワイヤ

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JPH03221294A
JPH03221294A JP1426590A JP1426590A JPH03221294A JP H03221294 A JPH03221294 A JP H03221294A JP 1426590 A JP1426590 A JP 1426590A JP 1426590 A JP1426590 A JP 1426590A JP H03221294 A JPH03221294 A JP H03221294A
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裕 西川
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夏目 松吾
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、溶接後熱処理後においても良好な破壊靭性と
シャルピー衝撃特性が得られる70キロ及び80キロ級
高張力鋼用MIGワイヤに関するものである。 (従来の技術及び解決しようとする課題)近年において
、鋼構造物、特に高圧タンク、圧力容器、ペンストック
等の安全性を確保するための弾塑性破壊力学の導入及び
それに伴う溶接部へのより高い破壊靭性値の要求が設計
思想面での動向として特筆される。 要求特性値としては、脆性破壊発生温度と関連を有する
シャルピー衝撃試験での破面遷移温度(νTrs)、設
計温度での破壊靭性値(Kic)等が代表的なものであ
る。 従来、これらの構造物、特に高圧タンクや圧力容器等で
は、溶接部の靭性の確保が困難なことから、低強度の材
料で製作されることが殆どであるが、許容応力を高くし
得る高張力鋼化への要望はより高まりつつある。 そのためには、この高張力鋼化に対処し?1?る溶接材
料の開発が必須であるが、従来より若干の提案がなされ
ている。例えば、特公昭53−27216号公報では、
70キロ、80キロ級高張力鋼用のMIGワイヤとして
、高Si、Ti系のワイヤをAr−C0−混合ガス(C
O2混合比:5−75%)を用いて溶接するものが提案
されている。しかし、破壊靭性観点からは検討されてい
ないので、鋼構造物の安全性に問題なしとは云えない。 本発明は、上記要望に応えるへくなされたものであって
、溶接後熱処理後においても良?fな破壊靭性とシャル
ピー衝撃特性が得られる70キロ及び80キロ級高張力
鋼用MIGワイヤを提供することを目的とするものであ
る。 (課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明者は、高強度溶接金属
の特異点並びに新たな観点(特に破壊靭性値に1c)に
着目し、溶接のまま及び後熱処理後の状態において、良
好な破壊靭性が得られる70キロ及び80キロ級高張力
鋼用MIGワイヤについて鋭意研究を重ねた。 その結果、特定の化学成分に調整すると共にシールドガ
ス組成を規制することによって、焼入れ性を阻害する酸
素量を少なく保持できること、靭性に有害な固溶Nを少
なくできること、靭性に有害な過剰Tiを少なく保てる
こと、特にMn、Ni及びT1によって結晶粒を微細化
し得ること、Cu、Mn及びNiを適量とすることによ
って粒界を安定化し得ること、焼戻し脆化元素であるS
b、As及びSnの制限によって安定した破壊靭性値を
有する高強度溶接金属が得られることを見い出し、ここ
に本発明をなしたものである。 すなわち、本発明は、70キロ、80キロ級高張力鋼を
Ar−CO2混合ガス(CO2混合比=15〜25%)
を用いて溶接するMIGワイヤであって、C:0.03
〜0.09%、Si:0.30−0゜55%、Mn: 
1.OO〜1.80%、P : 0.010%以下、s
 : o、o i o%以下、Cu:0.07〜0.3
0%、Ni:2.40〜3.00%、MO=0.20〜
0.50%、Cr: 0.20〜0.90%、Ti:0
.005〜0.050%、Al:0.003〜0.02
0%、B:O,0.0005%以下、Neo。 ooso%以下、Sb: 0.005%以下、AS:0
.005%以下、Sn:0.005%以下、但し。 Ti/Nの比=160以上、残部二FCと不可避的不純
物からなることを特徴とする高張力鋼用MIGワイヤを
要旨とするものである。 以下に本発明を更に詳述する。 (作用) まず、本発明における化学成分の限定理由について説明
する。 C:0.03〜0.09% Cは一般に強度を確保する元素として知られているが、
本発明者の研究によれば、Cは脱酸剤としても作用し、
低すぎると酸M量が増加して焼入れ性が低下し、靭性が
劣化することが判明した(第1図参照)、したがって、
少なくとも0.03%は必要である5しかし、多すぎる
と高炭素マルテンサイトを生成してKiCが劣化するの
で、上限値を0.09%とする。 si: 0.30−0.55% Siは作業性を維持するために不可欠の元素であり、少
なくとも0.30%が必要である。しかし、多すぎると
結晶粒内に脆化が生し、KICが劣化するので、上限値
を0.55%とする。 Mn: 1.OO〜1.80% Mnは結晶粒微細化と共に脱酸剤としても作用し、1.
00%よりも低すぎると結晶粒の粗大化と酸素量の増加
を伴って靭性が劣化する。しかし。 多すぎる場合には一次品粒界が発達して粒界破壊を生し
るようになり、KICが著しく劣化するので、上限値を
1.80%とする。 P、S:0.010%以下、 PとSは不純物であり、できるだけ少ない方が望ましく
、それぞれ0.010%以下に規制する。 Cu: 0.07−0.30% Cuは結晶粒界の安定化に有効で、vTrsは大きく変
化しないが、K、cを改善する作用がある。そのために
は0.07%以上が必要である。しかし、多すぎる場合
には溶接凝固割れが生じ易くなるので、上限値を0.3
0%とする。 Ni: 2.40〜3.00% Niは結晶粒微細化能を有し、靭性安定化元素である。 そのためには2.40%以上が必要である。しかし、多
すぎると一次品粒界が発達するようになり、vTrsは
大きく変化しないかに、cが著しく劣化するので、上限
値を3.00%とする。 Mo: 0.20−0.50% MoはCrと同様、強度の向上に有効であり、0゜20
%以上が必要である。しかし、析出硬化による靭性の劣
化を防止するために、上限値を0.50%とする。 Cr:0.20〜0.90% Crは強度の向上に有効な元素であり、0.20%以上
が必要である。しかし、多すぎると熱処理による析出硬
化がひどくなり、靭性が劣化するので、上限値を0.9
0%とする。 Ti:0.005〜0.050% TiはNと反応してTiNを形威し、固溶Nを低減して
靭性を改善する効果がある(第2図参照)。 また、脱酸剤としても作用し、少なすぎると酸素量が増
加し、固溶Nが増加して靭性が低下する(第1図参照)
。そのため、少なくとも0.005%以上が必要である
。しかし、多すぎると、固溶Ti及びTi炭化物を生成
するようになり、vTrsは大きく変化しないが、Kl
cが著しく劣化するので、上限値を0.050%とする
。 Al:0.003〜0.020% Alは少量で脱酸剤として作用するが、多すぎると脱酸
生成物のAl20.が溶接金属中に多く残存するように
なるため、脱酸効果が消失する。その限度は0.020
%であるが、脱酸を期待し得る範囲としては、0.00
3〜0.020%が好ましい(第1図参照)。 B:O,0.0005%以下 Bは焼入れ性を向上し、強度の確保に有効な元素である
が、多すぎるとミクロ組織がラス状化或いは針状化して
に、cが劣化するので、o、o o 。 5%以下とする。 N:0.0080%以下 Nは靭性面で有害な元素で、少ない方が望ましい。多す
ぎると、固溶Nによる内部歪みの増加によって強度が高
くなりすぎ、靭性が劣化するので(第2図)、0.00
80%以下とする。 Sb、As、Sn: 0.005%以下Sb、As= 
Snは、いずれも焼戻し脆化を示す元素であり、vTr
sに及ぼす影響はそれ程大きくないものの、切欠の鋭い
破壊靭性試験でのに、cを著しく劣化させるので、それ
ぞれ0.005%以下とする。 Ti/Nの比:1.0以上 Ti/Nは、固溶Nを抑制するために必要な比である。 この比が1.0未満になると、固溶Nが増加し、に1c
が劣化するので、1.0以上とする。 次に、シールドガスについて説明する。 シールドガス: Ar+(15〜25%)CO2シール
ドガスとしては、Ar−Co2混合ガスを使用するが、
溶接金属の酸素量を固定すると共に、作業性を維持する
ために、その混合比を規制する必要がある。すなわち、
CO□混合比が25%より多くなると、ワイヤ成分を適
正に調整しても酸素量が0.03%を超えるようになり
、性能が劣化する。一方、C○2混合比が15%より少
ないとアークの安定性が劣化し、耐ブローホール性が劣
化するので、GO□混合割合は15〜25%の範囲とす
る。 なお、他のMIG溶接条件は特に制限されないことは云
うまでもなく、母材も各種の70キロ及び80キロ級高
張力鋼を対象とすることができる。 次に本発明の実施例を示す。 (実施例) 第↓表に示す化学成分を有する1、2mmφのワイヤを
準備した。 母材鋼板として、板厚50u+の70キロ級高張力鋼に
X開先を取り、パルス電源により、130A(DC)、
30KJ/cmの入熱でMIG溶接を行った。なお、シ
ールドガスは、Ar+20%CO2を用いた。 溶接後、溶接金属から、引張試験片、シャルピー衝撃試
験片(2mmVノツチ)及び破壊靭性試験片(ASTM
E813に従う2TCT試験片)を採取して試験を実施
し、機械的性質を調べた。また溶接金属の酸素量も調へ
た。それらの結果を第2表に示す。 第2表より、以下の如く考察される。 A1〜A8の本発明例ワイヤは、いずれも作業性が良好
であり、更には、vTrsは全て一50℃以下で、−2
0’Cでの破壊靭性値(K工C)も500kgf/mm
”以上の良好な結果を示した。 一方、B9〜B28は比較例ワイヤの場合であり、まず
、比較例ワイヤB9は、CがO9O↓%と少なすぎるた
めに溶接金属の酸素量が増加して低靭性を示した。BI
Oでは、Cが0.12%と多すぎるためにに工Cが低値
を示した。 Bllは、Siが0.23%と少なすぎるために作業性
が悪く、その後の試験を中止した。B12は、Siが0
.72%と多すぎるためにに工Cが低値を示した。 B13は、Mnが0.87%と少ないために酸素量が増
加し、結晶粒が粗大化して低靭性を示した。 B14は、Mnが1.96%と多すぎるために粒界破壊
を生してに1cが低値を示した。 B15は、Cuが0.01%と少ないためにに1Cが低
値を示した。B16は、Cuが0.39%と多すぎるた
めに溶接時に凝固割れを生じたので、試験を中止した。 B17は、Niが2.12%と低すぎるために靭性が低
く、B18は、Niが3.28%と多すぎるために粒界
破壊を生じてKiCが低値を示した。 B19は、CrとMOの量が少なすぎるために強度が低
く、70〜80キロ級高張力鋼用としては不適当である
。B20は、Crが1.10%と多すぎるために、また
B21は、MOが0.61%と多すぎるために、それぞ
れ析出硬化@象がひどくなって靭性が低下した。 B22は、Tiが0.002%で、Alが0.001%
以下とそれぞれが少なすぎるために酸素量が増加し、固
溶Nの増加、結晶粒の粗大化を生じて低靭性を示した。 B23は、Tiが0.068%と多いために、vTrs
は良好であったが、K、c力1低値を示した。 B24は、Ti/Hの比が0.8と小さいために固溶N
の増加を生してに1cが低値を示した。 B25は、Alが0.037%と多すぎるため、酸素量
の増加を生じて低靭性を示した。 B26は、Nが0.0097%と多すぎるために、固溶
Nの増加を生じて靭性が劣化した。 B27は、Bが0.0009%と多いために、針状マル
テンサイトを生成してに工Cが低値を示した。 B28は、Sb、As、Snをそれぞれ多く含有する例
で、vTrsは比較的良好であるが、K i、 r、 
lよ著しく劣化した。 なお、上記実験例は全て、溶接後、580℃で4 hr
sの熱処理を施し、その後、各種機械試験を実施した結
果であるが、溶接のままの状態においても、本発明例ワ
イヤは良好な結果を示すことが確認された。
【以下余白】
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、溶接のままは勿
論のこと、溶接後熱処理後においても、特に良好な破壊
靭性が得られると共にシャルピー衝撃特性も良好である
ので、70キロ及び80キロ級高張力鋼のMIG用とし
て好適であり、鋼構造物の安全性を充分確保でき、産業
の発展に大きく貢献する効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図はC,Ti、Al量と溶接金属の酸素量の関係を
示す図、第2図はワイヤ中のN量と溶接金属の固溶NJ
iの関係を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 70キロ、80キロ級高張力鋼をAr−CO_2混合ガ
    ス(CO_2混合比:15〜25%)を用いて溶接する
    MIGワイヤであって、重量%で(以下、同じ)、 C:0.03〜0.09%、 Si:0.30〜0.55%、 Mn:1.00〜1.80%、 P:0.010%以下、 S:0.010%以下、 Cu:0.07〜0.30%、 Ni:2.40〜3.00%、 Mo:0.20〜0.50%、 Cr:0.20〜0.90%、 Ti:0.005〜0.050%、 Al:0.003〜0.020%、 B:0.0005%以下、 N:0.0080%以下、 Sb:0.005%以下、 As:0.005%以下、 Sn:0.005%以下、 但し、Ti/Nの比:1.0以上、 残部:Feと不可避的不純物からなる、 ことを特徴とする高張力鋼用MIGワイヤ。
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