JPH0566238B2

JPH0566238B2 -

Info

Publication number: JPH0566238B2
Application number: JP9647486A
Authority: JP
Inventors: Masaru Namura; Yukihiko Horii; Shigeru Ookita; Masakuni Wakabayashi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-04-25
Filing date: 1986-04-25
Publication date: 1993-09-21
Also published as: JPS62252695A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は低温用鋼の潜孤溶接方法に関し、更に
詳しくは低温用鋼の潜孤溶接において、優れた低
温靭性を有する溶接金属を得ることができる潜孤
溶接方法に関するものである。（従来の技術）近年、海底エネルギーの開発にあたり、石油掘
削装置等の重要構造物の建造が活発に行われてい
る。そして、年々構造物は大型化し、且つ寒冷地
で使用される構造物が増加している。このような
背景の下に、高能率で優れた品質の溶接技術の開
発が要望されている。各種構造用鋼の溶接には主
に被覆アーク溶接法、ガスシールド溶接法および
潜孤溶接が適用されている。このうち、潜孤溶接
法はとりわけ、溶接電流を高くする事ができ、多
電極溶接法も適用しやすいので、極めて高能率な
方法として、多方面で利用されている。ところで、代表的な溶接金属の低温靭性を改善
する方法として、溶接学会誌Vol.50.No.２（昭和56
年２月号）の174〜181頁に示されているように、
Ti−Ｂを添加して溶接金属を均一で微細なアシ
ユキユラーフエライト（以後AFとしるす）組織
にする方法が広く用いられている。さらに、最近
のエネルギー情勢により、−40℃以下で、しかも
大入熱溶接（45KJ／cm）以上の両面一層、両面
多層溶接においても良好な靭性が得られることを
要求するフアブリケータが多くなつてきた。特に大入熱溶接の場合、次のパスで再熱された
部分で靭性がだしにくく、本発明者らによれば再
熱部の靭性低下の原因は、Martensite−
Austenite−Constituent（以後MACとしるす）の
生成によるところが大きいと思われた。従つて、
マルテンサイトの生成を助長する溶接金属中のＣ
量を低くすることが有効であると考えられた。事実、Ｃ量の低い潜孤ワイヤを使用することに
より、溶接金属中のＣ量を低くすることができ、
再熱部の靭性は良好になることをみいだした。し
かし、溶接のまま（以後AW部としるす）の部分
は、かえつて靭性が低下するため、これについて
はさらに改良の余地がある。（発明が解決しようとする問題点）本発明は以上の如き実状に鑑み、低温用鋼の潜
孤溶接に際し、低温での靭性の優れた溶接金属を
得ることのできる潜孤溶接方法を提供することを
目的とするものである。（問題点を解決するための手段）即ち、本発明者らは溶接継手全体にわたつて、
低温靭性の良好な化学成分の溶接金属を得ること
ができるような、低温鋼用潜孤溶接法の開発を目
的として、これらの溶接金属を種々観察したその
結果、靭性の低下の原因はＣを低めることによ
り、通常はＣの脱酸反応により、低められている
Ｏ量が増加し、初析フエライト（以後PFとしる
す）の析出が増加し、且つAFの析出が困難にな
るためであることをみいだした。したがつて、Ti−Ｂの効果を有効に作用させ
るためには、溶接金属中のＯ量を低く抑えなけれ
ばならない。このための方法を検討した結果、こ
れらのワイヤ中に脱酸剤を添加することが、有効
で脱酸剤の効果を種々検討した結果、Alが最も
適していることが判明した。これは、脱酸力が適
性であるばかりでなく、AlとTiの酸化物がAFの
生成を助けていることにより、さらに、靭性が改
善されているものと思われる。一方、最近の低温用鋼の化学成分は様々であ
り、特に希釈率の大きい大入熱溶接を行う場合に
は、溶接金属に及ぼす鋼板の成分組成の影響は顕
著であることが判明した。特に、鋼板中のＣ、
Alは溶接金属中の靭性に多大の影響を及ぼすが、
Ｃは一般に低めに抑制されているが、わずかの変
化でも低温においては溶接金属の靭性に多大な影
響を与え、Alは鋼板に多量に添加される場合か
ら、全くされない場合もあり、従来の溶接方法で
は溶接金属の靭性を保証することはできない。ここで、鋼板とワイヤにおけるＣとAlはアー
ク中、溶融プールでの脱酸反応に深く関与してお
り、鋼板のＣ、Al量に応じた溶接材料を選択す
ることにより、はじめて溶接金属の化学成分ひい
てはミクロ組織をコントロールすることができ、
優れた低温靭性を有する溶接金属を得ることがで
きる。本発明はかかる知見に基づきなされたものであ
つて、その要旨は重量％でＣ含有量が0.12％未
満、Al含有量が0.1％未満である低温用鋼を鋼板
による溶接金属の希釈率が0.4以上となる潜孤溶
接を行うに際し、重量％でC0.07％以下、Si0.2％
以下、Al0.5％以下、P0.02％以下、S0.02％以下、
N0.0050％以下、O0.015％以下に制限し、且つ、
Mn0.5％〜３％、Ni0.5〜12％、Cu0.02〜1.2％、
Mo0.1〜２％のうち一種以上を含有し、残部がFe
及び不可避的不純物であり、且つ下記の各々の式
で示されるCEが0.35〜1.00％であり、更に、TC
が0.03〜0.08％及びTAが0.02〜0.20％であるワイ
ヤとフラツクスの塩基度が1.0〜2.0であるTi−Ｂ
系フラツクスを組み合わせて使用することを特徴
とする低温用鋼の潜孤溶接方法にある。 CE＝Ｃ＋1/6Mn＋1/15（Cu＋Ni）＋1/5（Cr＋Mo＋Ｖ） TC＝αSc＋（１−α）Wc TA＝αSAl＋（１−α）WAl 但し、各成分の単位はすべて重量％であり、
Scは鋼板中のＣ量、Wcはワイヤ中のＣ量、SAl
は鋼板中のAl量、WAlはワイヤ中のAl量である。 BE＝
CaO＋MgO＋CaF₂＋BaO＋0.5（MnO＋FeO）／SiO₂＋0.5（A
l₂O₃＋TiO₂＋ZrO₂）各成分の単位はすべて重量％である。（作用）まず、C0.12％、或はAl0.1％を越えて含有する
鋼板では靭性の良好な溶接金属を得ることはでき
ない。次に、0.4を越えるような希釈率の溶接は、
両面一層、片面潜弧溶接等の大入熱溶接が考えら
れ、希釈率（α）は各々0.65、0.6として実用上
差し支えない。次に、ワイヤの基本成分について述べる。Ｃは低ければ低いほどMACの生成を抑制し、
再熱部の靭性を良好にするので0.07％以下に制限
する必要がある。しかし、溶接金属に適正な焼き
入れ性を与えＯ量を低めるためには、ある程度溶
接金属中に残る必要がある。鋼板とワイヤに含有
されるＣは、一部アーク中及び溶融プールで酸化
消耗し、約90％が溶接金属中に歩留まる。また、
鋼板とワイヤを溶接金属に対する寄与率は希釈率
に等しい。溶接金属のＣ量をMACが発生しにくく、且つ
焼き入れ性も与えられる範囲である0.03〜0.07％
になるように調整するためには、TCを0.03〜
0.08％になるように、ワイヤ中のＣ量を調整する
必要がある。またAlはTi、Mn、Si、Ｂより脱酸力が強く、
REM、Mg、Caより脱酸力が弱い。このため、
AlはREM等のようにアーク中で全部が酸化せ
ず、かなりの部分が溶融池に移行してから酸化す
るので溶接金属中のＯ量を低く抑えるとともに、
溶融池におけるTiの過酸化やＢの酸化を防止し、
Ti−Ｂの効果がより一層発揮され、さらに靭性
を良好にすることができるが、溶接金属中でAl
が多過ぎると、マトリツクス中に入つたAlが靭
性を劣化させ、また、酸化したAlが溶接金属中
に過度に歩留つて返つてＯ量を増加させる。従つて、本発明者らの検討によれば、Alも同
様に鋼板とワイヤ双方の含有量即ち、TAを0.02
〜0.20％になるように、ワイヤ中のAl量を調整す
る必要がある。一方、Ｐは粒界に偏析し、結晶粒間の結合力を
弱め靭性を劣化させるので、できるだけ低く制限
しなければならないが0.02％以下であれば有害と
ならない。次にＳもＰと同様に靭性を劣化させるので、
0.02％以下に制限する必要がある。また、Ｎは靭性に特に有害で、少なくとも
0.005％以下に抑えなければならない。さらにＯは溶接金属中ではTi酸化物を形成し、
AFを生成するために、ある程度必要であるが、
そのＯは溶融池で溶融スラグより十分に供給され
るので、ワイヤ中に添加する必要はなく、且つ、
ワイヤ中のＯが多いと、添加した成分がアーク中
で酸化損耗するので、できるだけ低く制限する必
要があり、少なくとも0.015％以下にする必要が
ある。以上が本発明におけるワイヤの基本成分である
が、本発明においては溶接金属の焼き入れ性を適
正に保持し、均一微細なミクロ組織を生成させて
低温靭性を向上させるために、Mn、Ni、Cu、
Moのうち１種以上を添加しなければならない。まず、Mnは脱酸と溶接金属の焼き入れ性を適
度に与え、AFの析出を促し、溶接金属の靭性を
向上させるのに必要で、その適正範囲は0.5〜3.0
％である。0.5％未満の添加ではAFの生成が十分
でなく、3.0％を越えて添加すると上部ベーナイ
ト（以後Buとしるす）が生成し靭性が劣化する。次にNiは、溶接金属に焼き入れ性を適度に与
え、且つフエライトの地を強化し、溶接金属の塑
性変形能を増加して、靭性を向上させるのに必要
な成分で、その適正範囲は0.5〜12％である。0.5
％未満ではその効果が少なく、12％を越えて添加
すると、溶接金属に高温割れの危険が大きくな
る。またCuはMACの生成を助長せずに焼き入れ性
を保持し、靭性を向上させるのに適した成分で、
その適正範囲は0.02〜3.0％である。0.02％未満の
添加では、その効果が少なく3.0％を越えて添加
すると、溶接金属に高温割れの危険が大きくな
る。さらにMoは特に大入熱溶接において、溶接金
属の焼き入れ性を保持するのに有効な成分で、そ
の適正範囲は0.1〜2.0％である。0.1％未満ではそ
の効果が十分ではなく、2.0％を越えて添加する
とBuが生成して靭性を劣化させる。これらのワイヤによつて得られた溶接金属の靭
性は、−60℃においても極めて良好であるが、更
に重量％でC0.07％以下、Si0.2％以下、Al0.5％
以下、P0.02％以下、S0.02％以下、N0.0050％以
下、O0.015％以下に制限し、且つ、Mn0.5〜３
％、Ni3.0〜12％を必須成分とし、残部がFe及び
不可避的不純物であるワイヤによつて得られた溶
接金属の靭性は、−80℃においても極めて良好で
ある。さらに、溶接金属の焼き入れ性が不足すると、
PFが析出し又、過大となるとBuが析出し靭性が
劣化する。焼き入れ性はIIW（International
Institute of Welding）の炭素当量であるCEに
よつてあらわされ、CEが0.3〜1.0％の範囲でなけ
ればならない。すなわち、CEが0.3％未満では溶
接金属の焼き入れ性が不足してPFが生成し、ま
たCEが1.0％を越えるとBuが生成し靭性が劣化す
る。ただし、CEはIIWの炭素当量で CE＝Ｃ＋1/6Mn＋1/15（Cu＋Ni）＋1/5（Cr＋Mo＋Ｖ）（ただし、各成分は重量％で計算を行う。）なお本発明で用いるワイヤは、Ti−Ｂ系のフ
ラツクスすなわちTi酸化物とＢ酸化物を含んだ
フラツクスとの組み合わせにより、最も効果を上
げることができる。即ち、Tiはアークや溶融プ
ール中で酸化還元反応によつて、一部はマトリツ
クス中に溶解し、残りは酸化物となるが、この酸
化物がAFの生成核となり、靭性を向上させるの
で必須成分である。また、Ｂもアークや溶融プール中で酸化還元反
応によつて、酸化物とマトリツクス中に溶解した
形で溶接金属中に存在するが、さらに一部は鋼中
のＮとBNを形成することによつて、Ｎを無害化
して靭性を向上させるので必須成分である。ま
た、溶接金属中のＯ量を適正範囲にコントロール
するためにフラツクスの塩基度BFを1.0〜2.0にし
なければならない。このようにして、得られた溶接金属の化学成分
は、C0.07％以下、Si0.1〜0.3％、Al0.002〜0.06
％、酸可溶Al0.004％以下、P0.020％以下、
S0.020％以下、N0.005％以下、O0.012〜0.045％
であり、且つMn0.5〜2.5％、Ni0.2〜6.5％、
Cu0.02〜1.2％、Mo0.03〜0.7％のうち１種以上を
含有し、且つCEが0.2〜0.6％の成分組成である溶
接金属を得ることが可能となり、かかる溶接金属
のAW部、再熱部は、共に−60℃における衝撃試
験においても優れた低温靭性を示す。但し、CE
は前記の式と同じIIWの炭素当量式で求めるもの
である。また、ワイヤに焼き入れ性を高める元素とし
て、Niのみを３〜12％添加した場合には、溶接
金属の化学成分は、C0.07％以下、Si0.1〜0.3％、
Al0.002〜0.05％、酸可溶Al0.004％以下、P0.020
％以下、S0.020％以下、N0.005％以下、O0.012
〜0.045％であり、且つMn0.5〜2.5％、Ni0.2〜
6.5％となり、かかる溶接金属のAW部、再熱部
は共に、−80℃における衝撃試験においても優れ
た低温靭性を示す。なお、このワイヤは原料となる金属を溶解した
後、鋳造、鍛造、圧延後、1.0〜7.0mmφ程度に伸
線、メツキして製造することができる。また、フラツクスはTi酸化物として、ルチー
ルやチタンスラグ、Ｂ源として溶融ほう砂、コレ
マナイト等があり、更に螢石、弗化バリウム等の
弗化物粉、珪砂、アルミナ、マグネシアリンカ
ー、珪灰石等の酸化物粉、石灰石、炭酸バリウ
ム、ドロマイト等の炭酸化合物粉と、フエロシリ
コン、フエロマンガン、金属マンガン等の脱酸剤
を適宜配合して、水ガラス等のバインダーを使用
することにより、適当な粒度に造粒した後乾燥、
焼成して製造することができる。（実施例）供試鋼板を第１表に示す。P1〜５はいずれも
50キロ級低温用制御圧延鋼板で、P6は従来の50
キロHTである。

【表】本発明と比較例で用いるワイヤの化学成分を第
２表に示す。なお、W2を除くワイヤには、微量
以上のCuが含まれているが、これは通常のワイ
ヤには防錆と通電性を良くするために、銅メツキ
が施されているためである。W2には実験的に銅
メツキを施さなかつた。また、ワイヤ径はいずれ
も4.8mmである。供試フラツクスを第３表に示す。第４表は溶接条件を示している。第１図に開先
形状、第２図に電極の配置図を示し、ｌ＝30mmで
ある。

【表】

【表】第５表に実験を行つた供試材の組み合わせを示
す。第３図に試験片の採取位置を示す。図において
試験片採取要領をそれぞれ示し、１はAW部の衝
撃試験片、２は再熱部の衝撃試験片、３は化学分
析用の試料を示す。第６表に試験結果を示す。本発明で用いるワイ
ヤを使用した場合にはいずれも良好な値を示して
いるのに対し、TR1ではTC量が高いので、再熱
部にMACを生成し、再熱部を含む部分の衝撃値
が、TR2ではTA1が低すぎて溶接金属中のＯ量
が増加し、PFが析出してAW部の靭性値が劣化
している。TR3では使用したワイヤのCEが高す
ぎてBuが生成してAW部、再熱部共に靭性が劣
化している。また、TR4ではTA1が高すぎて
AW部、再熱部共に靭性が劣化している。TR5で
は鋼板のＣ量が高すぎてTCが適切な範囲にはい
らないためMACが多く生成し、靭性が劣化して
いる。

【表】

【表】（発明の効果）以上の実施例からも明らかなごとく、本発明に
よれば、溶接金属に極めて優れた低温靭性を与え
ることができる溶接方法の提供が可能となり、産
業上の効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は開先形状、第２図は電極の配置の各説
明図、第３図は両面一層溶接部からの試験片採取
要領を示す説明図である。１……AW部の衝撃試験片、２……再熱部試験
片、３……化学分析用試料、４……先行電極、５
……後行電極。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％でＣ含有量が0.12％未満、Al含有量が
0.1％未満である低温用鋼を鋼板による溶接金属
の希釈率αが0.4以上となる潜孤溶接を行うに際
し、重量％で C0.07％以下、Si0.2％以下、 Al0.5％以下、P0.02％以下、 S0.02％以下、N0.005％以下、 O0.015％以下に制限し、且つ、Mn0.5〜３％、Ni0.5〜12％、 Cu0.02〜1.2％、Mo0.1〜２％のうち一種以上
を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であり、
且つ下記の各々の式で示されるCEが0.35〜1.00％
であり、更に、TCが0.03〜0.08％及びTAが0.02
〜0.20％であるワイヤと、フラツクスの塩基度
BFが1.0〜2.0であるTi−Ｂ系フラツクスを組み
合わせて使用することを特徴とする低温用鋼の潜
孤溶接方法。 CE＝Ｃ＋1/6Mn＋1/15（Cu＋Ni）＋1/5（Cr＋Mo＋Ｖ） TC＝αSc＋（１−α）Wc TA＝αSAl＋（１−α）WAl 但し、各成分の単位はすべて重量％であり、
Scは鋼板中のＣ量、Wcはワイヤ中のＣ量、SAl
は鋼板中のAl量、WAlはワイヤ中のAl量である。 BF＝
CaO＋MgO＋CaF₂＋BaO＋0.5（MnO＋EeO）／SiO₂＋0.5（A
l₂O₃＋TiO₂＋ZrO₂）各成分の単位はすべて重量％である。