JPH07284987A

JPH07284987A - 予熱温度低減型高張力鋼用溶接ワイヤおよび溶接方法

Info

Publication number: JPH07284987A
Application number: JP9793494A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kasuya; 正糟谷; Kazutoshi Ichikawa; 和利市川; Yukihiko Horii; 行彦堀井; Kunio Koyama; 邦夫小山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1995-10-31
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JP3164965B2

Abstract

(57)【要約】【目的】橋梁、建築物等に用いられる６０ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 以上９０ｋｇｆ／ｍｍ² 以下の強度の鋼材に適用す
る溶接において、溶接する前に行う予熱を、同等強度を
持つ従来ワイヤを用いた場合に行われていた温度より２
５℃以上低く抑えても、健全な溶接金属が得られる溶接
ワイヤおよび溶接方法を提供する。【構成】Ｃ：０．０３〜０．１％、Ｓｉ：０．３〜
１．０％、Ｍｎ：０．９〜２．５％、Ｍｏ：０．１〜
０．６％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％で、かつ、Ｖ：
０．０５〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．０３％の
一種または二種を含有する溶接ワイヤ。さらに必要に応
じ、Ｎｉ：０．３〜２．５％、Ｃｒ：０．１〜０．５％
Ｔｉ：０．０５〜０．３５％、Ｂ：０．０００５〜０．
００８０％を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は橋梁、建築物等に用いら
れる６０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上９０ｋｇｆ／ｍｍ² 以下の
強度を持つ溶接材料、および６０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上９
０ｋｇｆ／ｍｍ² 以下の強度を持つ鋼材に適用する溶接
ワイヤおよび溶接方法に関するものであり、より詳しく
は、溶接する前に行う予熱を、同等強度を持つ従来ワイ
ヤを用いた場合に行われていた温度より２５℃以上低く
抑えても、健全な溶接金属が得られる溶接ワイヤ、およ
び溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】６０〜９０ｋｇｆ／ｍｍ² の引張強度を
持つ鋼材の溶接に関し、溶接前に５０℃以上、特に強度
が８０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の場合は１００℃以上の予熱
を行っている。その理由としては、継手部に存在する拡
散性水素量を継手外に逃がし、また溶接後の冷速の緩和
によって材料の硬化を小さくし溶接金属や鋼材の溶接熱
影響部（以降ＨＡＺと略す）に生じる低温割れを防ぐこ
とが挙げられる。したがって、従来技術による予熱温度
低減方法には、溶接金属に生じる割れを防ぐため溶接ワ
イヤからの拡散性水素量を低減する、またＨＡＺに生じ
る割れを防ぐため鋼材の炭素当量（例えば後述の式
（１）のＰ_cm）を低く抑えつつかつ制御圧延制御冷却プ
ロセスを用いることにより鋼材の強度を確保するなどの
方法が主として採用されていた。

【０００３】溶接継手に生じる低温割れは、溶接金属の
みならずＨＡＺにも生じる。低予熱温度でもＨＡＺに生
じる低温割れを防ぐようにするための方法は、制御圧延
制御冷却等を用い、低炭素当量を確保しつつ高強度を達
成する方法が採用されている。炭素当量は、低温割れ感
受性を評価する指標であり、これが低いほど耐低温割れ
感受性は向上する。この方法は、低炭素当量化に伴う強
度低下を製造条件によって補うという思想であるが、こ
の方法をそのまま溶接金属の耐低温割れ感受性に当ては
めることは不可能である。その理由は、アークによる集
中熱源のため、溶接後の冷却曲線を制御することが難し
いためである。したがって、溶接金属の強度等特性は、
その成分のみでほぼ決定される。

【０００４】また、前記の鋼材に対する溶接材料として
は、例えば特開昭５８−１５７５９４号公報や、特開昭
５２−１２９６４６号公報などに、高強度鋼材の溶接方
法、ガスシールドアーク溶接用鋼ワイヤが開示されてい
る。

【０００５】特定の元素を添加することによる予熱温度
低減の思想としては、例えばＶやＮｂを利用するという
方法がある。ＶやＮｂを利用するという思想は、溶接金
属中に析出物が形成されることによる拡散性水素のトラ
ップ効果を利用する思想である。この効果により、有効
拡散性水素量を減少できる効果が期待される。特にＶに
関してはそのトラップ効果は既に研究例が報告されてい
る。例えば、酒井ら（「鉄と鋼」、Ｖｏｌ．７２（１９
８６）、Ｎｏ．９、ｐ．１３７５）は、Ｖ含有量を変化
させた鋼材の水素放出速度を測定し、Ｖが多い鋼材ほど
水素のトラップ効果が大きいことを実験的に確かめてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記方法のうち溶接ワ
イヤからくる拡散性水素量を低減する方法は確かに予熱
低減効果が期待できる方法ではあるが、このためにはワ
イヤ製造時の潤滑材の洗浄を確実にする（例えば洗浄工
程数を増やすなど）、製造後、焼鈍等でワイヤ内の水素
を逃がすなどの方法が考えられるが、いずれも製造コス
トが大幅に上がり有効な方法とは言えない。したがっ
て、拡散性水素を全くなくすことは事実上不可能と考え
られ、加えて水素源としては、ワイヤそのもの以外にも
開先内の錆、水分、油分等、多くが考えられるので、あ
る程度の水素量は存在するものと考える必要がある。

【０００７】さらに、鋼材の高張力鋼化に伴う溶接金属
の高張力化のため、溶接ワイヤにも合金元素を多く添加
する必要が生じるため、結果として溶接金属の耐低温割
れ感受性が低下することになり、従来の技術では予熱温
度を低減することには限界があった。鋼材の耐低温割れ
感受性向上については、炭素当量を低減しつつ、かつ制
御圧延制御冷却プロセスを適用し、所定の強度を確保す
るようにすれば、耐低温割れ感受性は確保することがで
きる。しかしながら、溶接金属については、このような
プロセスを適用することは不可能である。溶接金属の特
性を満足させるためには、その成分を所定の値にすると
いう方法がほとんどの場合であり、特に高強度化につい
ては、合金元素添加以外には有効な方法がなく、したが
って、高強度化にともない溶接金属の耐低温割れ感受性
は確実に低下してきた。

【０００８】特開昭５８−１５７５９４号公報に開示さ
れている従来技術によると、ワイヤにはＭｎ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｖ等の合金元素が添加されているが、
これら元素を添加する目的は、強度および靱性を確保す
ることであり、耐低温割れ感受性を向上させる技術には
至っていないのが現状である。

【０００９】また、「鉄と鋼」、Ｖｏｌ．７２（１９８
６）、Ｎｏ．９に記載されているトラップ効果はＶが
０．２５％以上の場合に対して初めて効果があるという
結果が示されており、さらに、０．１％添加では無添加
とほとんど差がないことが示されている。「鉄と鋼」に
記載されている技術は、圧力容器用Ｃｒ−Ｍｏ鋼におい
て運転中に鋼中に進入してきた水素が引き起こす鋼材の
延性低下を防止するものであり、成分系が、Ｃ：０．１
４〜０．１５％、Ｃｒ：２．０〜３．０％、Ｍｏ：０．
９〜１．０％と本発明とは本質的に異なる成分系で確認
された効果である。この水素トラップ効果を、高張力鋼
溶接ワイヤにおける限界予熱温度を低減する手段として
利用できるかどうかは明らかではない。

【００１０】以上の理由から、高張力鋼を溶接する場
合、予熱温度は溶接金属に低温割れを生じさせないよう
な温度として決定される傾向にあり、鋼材そのものに良
好な耐低温割れ感受性を持たせても実際の予熱温度を低
減させることは難しいことであった。本発明は、溶接す
る前に行う予熱を、同等強度を持つ従来ワイヤを用いた
場合に行われていた温度より２５℃以上低く抑えても、
健全な溶接金属が得られる溶接ワイヤおよび溶接方法を
提供することを目的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】溶接金属の耐低温割れ感
受性を向上する方法として最も有効な方法は、溶接金属
の添加元素を低く抑える方法である。しかし、この方法
では所定の特性、例えば継手強度を確保することが難し
くなってくる。したがって、溶接金属中に添加しても耐
低温割れ感受性を減少させない、あるいは添加すること
により耐低温割れ感受性をむしろ向上させるような元素
を見つけだす必要があった。本発明者らは以上の点に着
目し、主として溶接ワイヤの成分と溶接金属に生じる低
温割れを防止することができる最低予熱温度（以降限界
予熱温度と呼ぶ）の関係について鋭意研究を重ねてき
た。

【００１２】本発明は、かかる成果のもと完成されたも
のであり、その要旨とするところは、重量％で、Ｃ：
０．０３〜０．１％、Ｓｉ：０．３〜１．０％、Ｍｎ：
０．９〜２．５％、Ｍｏ：０．１〜０．６％、Ｃｕ：
０．０５〜０．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０
３％以下であり、かつ、Ｖ：０．０５〜０．２０％、Ｎ
ｂ：０．０１〜０．０３％の一種または二種を含有し、
さらに必要に応じてＮｉ：０．３〜２．５％、Ｃｒ：
０．１〜０．５％の一種または二種、ならびにＴｉ：
０．０５〜０．３５％、Ｂ：０．０００５〜０．００８
０％の一種または二種を含有し、残部が鉄および不可避
不純物からなることを特徴とする予熱温度低減型高張力
鋼用溶接ワイヤである。

【００１３】またさらに、引張強度が６０ｋｇｆ／ｍｍ
² 以上かつ９０ｋｇｆ／ｍｍ² 以下であり、重量％で示
される鋼中の含有量を各化学記号であらわしたとき、下
記（１）式で計算されるＰ_cmが０．１５〜０．２４％の
鋼材と、上記の予熱温度低減型溶接ワイヤを用いること
を特徴とする溶接方法である。ここにおいて、鋼材の予
熱温度を５０℃以下とすることも特徴とする。Ｐ_cm＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋
Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ……（１）

【００１４】

【作用】まず、本発明の技術思想について述べる。本発
明は、析出元素であるＶやＮｂを有効に利用することに
その技術思想の根幹がある。すなわち、ＶやＮｂを添加
することにより炭素当量を上げることになるが、ＶやＮ
ｂの強度向上機構は、例えばＭｎ、Ｍｏ、Ｃｒなどの焼
入性元素とは異なることを利用している。

【００１５】炭素当量は、低温割れ感受性指標である
が、これは焼入性指標にも用いられている。すなわち、
低温割れ感受性と焼入性は強い相関があることを示唆す
るものであるが、析出効果という焼入性とは異なる冶金
現象を利用することにより強度向上を確保しながら、そ
の分焼入性元素を低減することにより予熱温度を低く抑
えることを達成させようというものである。

【００１６】図１は、溶接ワイヤにＶおよびＮｂを添加
したときの、低温割れを防ぐための限界予熱温度を示し
た図である。図１（ａ）は、Ｖの影響を示したもの、図
１（ｂ）はＮｂの影響を示したものである。試験方法
は、ＪＩＳ−Ｚ３１５７に記されたＵ溝割れ試験方法を
採用し、成分の影響が顕著にでてくるように、シールド
ガスに３％の水素を混ぜたものを使用した。溶接入熱量
は１．７ｋＪ／ｍｍである。Ｖ、Ｎｂ以外の主成分は、
Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：０．４６％、Ｍｎ：１．７％、
Ｐ：０．００７％、Ｓ：０．０１％、Ｃｕ：０．３％、
Ｍｏ：０．１５％である。本発明者らは、ＶやＮｂを添
加することにより積極的に限界予熱温度を下げることが
できる成分範囲があることを見いだした。

【００１７】図２は、Ｖを０．１％添加した場合と、
０．３％添加した場合の溶接金属の水素放出速度を、溶
接金属の温度の関数として示した図である。溶接後、測
定まで１箇月間の期間をおいたため溶接金属中の拡散性
水素は全て放出されている。水素がトラップされている
とすると、温度を上昇させることによりトラップされて
いた水素が検出される。図２（ａ）は、Ｖ：０．１％の
場合であるが、水素が放出された事実は確認されなかっ
た。それに対し、図２（ｂ）では、１００℃から３００
℃の温度域で水素の放出が確認された。すなわち、Ｖ：
０．１％では、水素のトラップ効果はないが、Ｖ：０．
３％では水素のトラップ効果があることが確認された。

【００１８】しかし図１では、Ｖ：０．３％の条件下で
は、予熱温度を２５℃以上低減する効果はもはや期待で
きない範囲である。すなわち、本発明は、水素トラップ
効果を利用して予熱を低減するものではないことがわか
る。図１の効果が存在する理由はよくわかっていない
が、ＶやＮｂの析出物を形成するときにＣが使われるこ
とによるマトリックス中のＣの減少、すなわちマトリッ
クス中の炭素当量を低減するという効果が考えられる。

【００１９】以上の知見を基に、析出効果を利用しその
分他の焼入性元素を低減すれば溶接金属の耐低温割れ感
受性をこれまで行われてきた温度よりも低くすることが
可能となることを知見した。

【００２０】次に、溶接ワイヤの成分について説明す
る。Ｃは、強度を確保するために必要不可欠な元素であ
る。Ｃの下限の０．０３％は強度確保に必要な最低限の
値として設定した。しかし、Ｃを過度に添加すると溶接
金属に凝固割れを生じさせる危険性が増大してくるので
その上限を０．１％とした。また、この上限は溶接金属
に過度の焼入性が生じることを防ぐ意味でも有効であ
る。

【００２１】Ｓｉは、Ｃ同様強度を確保するために必要
である。また、Ｓｉは溶接金属中で脱酸元素としての働
きも持つ。さらに、Ｓｉは、添加することにより溶接の
作業性を向上させるには必須の元素である。下限の０．
３％は、これら効果を期待できる最低限の値として設定
した。逆に、過度の添加を行うと脱酸効果が過度とな
り、溶接金属の焼入性が過大となるため上限を１．０％
とした。

【００２２】ＰおよびＳは、本発明においては不純物て
ある。しかし、ＰおよびＳがそれぞれ０．０３％を上回
ると溶接金属の靱性劣化を招くため、上限を０．０３％
とした。

【００２３】Ｍｎは、強度確保を行うために有効な元素
である。Ｍｎは、焼入性元素でありこれを用いることに
より溶接金属の強度を確保することができる。下限の
０．９％は、強度確保のために必要最低限の値である。
また、過度の添加は溶接金属の焼入性を上げすぎ、耐低
温割れ感受性向上や溶接金属靱性確保の観点から好まし
くないため、上限を２．５％とした。

【００２４】Ｍｏは、Ｍｎ同様焼入性元素であり、かつ
強度を確保するための有効な元素でもある。これは、例
えば式（１）にあるＰ_cmのＭｏとＭｎの係数を比較して
みると理解できる。すなわち、Ｍｏの係数の値は、Ｍｎ
のそれより大きい。このため、Ｍｏを有効活用すること
は、産業上好ましいことである。下限０．１％はＭｏの
焼入性を利用することによる強度確保の効果を期待でき
る最低限の値として設定した。また、上限０．６％は、
Ｍｏそのものが高価なためこれ以上の添加は産業上好ま
しくなく、さらに過度の焼入性増大による溶接金属の靱
性劣化を防ぐために設定した。

【００２５】Ｃｕは、溶接ワイヤにメッキを施すことに
より通電性を良くし、溶接作業上有効な元素である。ま
た、Ｃｕは強度を確保する上でも有効な元素である。下
限の０．０５％は、通電性を確保する上で最低限の値と
いう意味で設定している。また、Ｃｕの過度の添加は、
溶接金属中の凝固割れの危険性が生じることや、焼入性
が不必要に増大するため、上限を０．５％とした。

【００２６】Ｖおよび／またはＮｂの添加は、本発明に
おける技術思想の根幹をなす。Ｖの添加は、図１（ａ）
に示されているように、ワイヤに添加することにより積
極的に限界予熱温度を２５〜５０℃低減、すなわち耐低
温割れ感受性を低減する。この効果は、既に述べている
ように、これまで報告されていたＶの水素トラップ効果
から期待できる成分範囲とは異なり、むしろ、本発明者
らはＶの水素トラップ効果が顕著になる０．２５％以上
の領域では、限界予熱温度低減効果は小さくなり、ある
レベル以上では、むしろ無添加の場合より高い予熱温度
を必要とすることがあり得ることを見いだした。Ｖの下
限０．０５％はこの限界予熱温度低減効果を期待できる
最低限の値として設定した。上限０．２０％は、過度の
添加はかえって限界予熱温度を上げ、また、溶接金属の
靱性確保のためからも好ましくはないので設定した。

【００２７】ＮｂもＶ同様、本発明において根幹をなす
元素である。図１（ｂ）はＮｂの効果を示しているが、
このようにＮｂ添加が限界予熱温度を２５℃低減できる
元素であることを本発明者らは見いだした。下限０．０
１％はＮｂの効果が期待できる最低限の値として設定し
た。図１（ｂ）では、限界予熱温度低減の観点からはＮ
ｂの上限が決定されない。しかし、Ｎｂの過度の添加は
溶接金属の靱性劣化を招くのでその上限を０．０３％と
した。

【００２８】次に、必要に応じ選択的に添加するＮｉ、
Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂについて説明する。Ｎｉは、溶接金属の
靱性を確保するために特に有効な元素である。０．３％
の下限は、溶接金属の靱性向上を期待できる最低限の値
である。しかし、Ｎｉは高価であり、本発明者らは、Ｎ
ｉを過度に用いることは産業上有効とは考えなかった。
また、Ｎｉも焼入性を上げるため、溶接金属の焼入性を
過大にさせないためにも上限が必要で、これらの問題を
避けるために上限を２．５％とした。

【００２９】Ｃｒは、Ｍｏ同様焼入性向上に有効な元素
である。下限の０．１％は、Ｃｒ添加の効果が期待でき
る最低限の値として設定した。しかし、過度の焼入性は
溶接金属靱性劣化を招くのでその上限を０．５％とし
た。

【００３０】Ｔｉはそれを添加することで溶接金属の靱
性を飛躍的に増大させることができる。Ｔｉは、溶接金
属中介在物として存在し、フェライトの生成核として働
く。この効果により、溶接金属が細粒化され、靱性が向
上する。下限０．０５％は、この効果を期待できる最低
限の値である。しかし、Ｔｉを過度に添加すると溶接金
属の硬さが高くなりすぎるため上限を０．３５％とし
た。

【００３１】Ｂは、それを添加することによりオーステ
ナイト粒界に偏析し、粒界から生成する初析フェライト
の成長を抑える効果がある。この効果により溶接金属の
粒成長を抑制し、粗粒化を防ぐ。そのため、ＢもＴｉ同
様溶接金属の靱性向上にとっては有効な元素である。下
限の０．０００５％は、この効果が期待できる最低限の
値として設定した。しかし、過度の添加は焼入性を上げ
すぎ耐低温割れ感受性や、靱性の観点から好ましくはな
く、さらに溶接ワイヤを製造するためのインゴット材の
中に凝固割れが発生する危険があるためその上限を０．
００８０％とした。

【００３２】次に、鋼材について述べる。鋼材のＨＡＺ
低温割れ感受性は、式（１）に示したような炭素当量で
ほぼ評価できることがわかっている。本発明において
は、ＨＡＺの耐低温割れ感受性向上は、この従来技術を
利用したものである。高張力鋼においては、溶接継手部
の予熱温度は溶接金属に低温割れを生じさせないように
決定されていたが、この理由は、ＨＡＺより溶接金属の
方が割れに対し敏感であるからである。しかし、本発明
により溶接金属の耐低温割れ性は飛躍的に向上した。そ
のため、溶接金属に割れを生じさせないという観点から
は予熱温度を低減することが可能となったが、必ずしも
この予熱温度でＨＡＺ割れをも防げるということにはな
らない。そのため、ＨＡＺ割れを防ぐ意味から鋼材を限
定する必要があった。

【００３３】引張強度を限定した理由は、引張強度が６
０ｋｇｆ／ｍｍ² 未満では、従来鋼材、従来溶接ワイヤ
という従来技術のみで充分予熱を低くできていたため、
本発明をあえて用いる必要がないと判断したためであ
る。また、引張強度の上限９０ｋｇｆ／ｍｍ² は、これ
を上回る強度では制御圧延制御冷却技術を駆使しても、
ＨＡＺの耐低温割れ感受性を保ちながら、強度を確保し
つつ良好な母材靱性を得ることが難しいと判断したため
である。

【００３４】Ｐ_cmを限定した理由は次の通りである。Ｐ
_cmの上限は、ＨＡＺの耐低温割れ感受性を充分確保する
ために定めた。ＨＡＺは、溶接熱により急熱急冷され、
組織そのものが溶接前の鋼材のそれとは全く異なってし
まう。特に溶接金属に隣接するＨＡＺは、最高加熱温度
が鋼材の融点近くまでに達するため、オーステナイト粒
が粗大となり、この理由から焼きが入りやすくなり硬さ
が他の部分より硬くなるのが通常である。このような硬
化した部分は低温割れが起こりやすく、しかも融点直下
まで加熱されるため、ＨＡＺの組織は溶接前の鋼材組織
にはほとんど依存しない。ＨＡＺの低温割れ感受性が鋼
材の組成、そして組成より計算されるＰ_cmのみで評価で
きるのは、以上のような背景があるからである。したが
って、鋼材の製造過程が何であれ、Ｐ_cmがある値以下な
らばＨＡＺの耐低温割れ感受性は確保することができ
る。

【００３５】Ｐ_cmの上限０．２４％は、ＨＡＺの耐低温
割れ感受性を確保するために設定した。また、Ｐ_cmを
０．２４％以下と制限しても、制御圧延制御冷却等の技
術を利用することにより、鋼材の強度を６０ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 以上９０ｋｇｆ／ｍｍ² 以下の範囲に設定すること
は従来の技術を用いれば特に難しいことではない。

【００３６】Ｐ_cmの下限は、主として鋼材そのものの靱
性を確保する観点から設定した。すなわち、Ｐ_cmを本発
明より下回る範囲に設定しても現在の鋼材製造技術を以
てすれば（例えば、加速冷却を常温まで行うなど）強度
を６０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上にすることは可能である。し
かし、この場合、鋼材そのものの靱性が劣化してしま
う。溶接構造物全体の信頼性を考慮すると、このような
靱性が低い鋼材を使用することはたとえ予熱温度を低減
することによるメリットがあったとしても産業上好まし
いことではないと考えた。Ｐ_cmの下限０．１５％は、以
上のような理由により設定した。

【００３７】次に、鋼材の成分について、その好ましい
範囲について述べる。まず、鋼材の基本成分について述
べる。

【００３８】鋼材のＣおよびＭｎは、母材の強度靱性を
確保する上で不可欠な元素である。しかし、過度の添加
は焼入性を上げすぎるため、その範囲をそれぞれ０．０
３〜０．１％、０．６〜１．４％とすることが望まし
い。Ｓｉは、添加量が多すぎるとＨＡＺ靱性が劣化する
ため、上限を０．６％とすることが望ましい。

【００３９】ＰおよびＳは不純物であるが、母材、ＨＡ
Ｚの靱性劣化が生じ、かつＳは硫化物を生成するので上
限をそれぞれ０．０２％、０．００１％とすることが望
ましい。Ａｌは、脱酸に必要な量、および靱性を劣化さ
せない量という観点から０．０１〜０．０６％の範囲に
設定することが望ましい。

【００４０】次に、鋼材について、必要に応じ選択的に
一種または二種以上添加できる元素について述べる。

【００４１】Ｎｂは、析出効果による強度向上を期待で
きる元素であるが、ＨＡＺ硬さも上昇するので０．００
５％〜０．０４％の範囲に設定することが望ましい。

【００４２】Ｔｉは、ＴｉＮとして母材およびＨＡＺの
細粒化に有効である。しかし、Ｔｉ、Ｎとも過度の添加
は母材およびＨＡＺの靱性を劣化させるので、その範囲
をＴｉは０．００５〜０．０３０％、Ｎは０．００６％
以下とすることが望ましい。

【００４３】Ｍｏは、母材の強度、靱性を向上させる
が、添加量が多すぎると靱性、溶接性の劣化を招くた
め、その範囲を０．０５〜０．５％とすることが望まし
い。

【００４４】ＮｉおよびＣｕは、強度靱性向上に有効な
元素であるが過度の添加はＨＡＺ靱性に影響を与え、さ
らにＣｕについては鋼材製造時にＣｕクラックが発生す
る危険性が生じてくるためその範囲をそれぞれ０．１〜
１．０％とすることが望ましい。

【００４５】ＶはＮｂ同様析出効果に寄与するものであ
るが、Ｎｂほどの働きがないためその範囲を０．０１〜
０．１０％とすることが望ましい。

【００４６】Ｂは、旧オーステナイト粒界に偏析するこ
とにより焼入性を向上させる。しかし、過度の添加は焼
入性が大きくなりすぎ、ＨＡＺ靱性等が劣化するためそ
の範囲を０．０００５〜０．００３０％とすることが望
ましい。

【００４７】次に、望ましい溶接条件について述べる。
溶接入熱量は、ＨＡＺ硬さ、溶接金属硬さ等に影響を与
える要因であり、過度に入熱量を抑えることは良好な継
手特性を得る観点からは望ましくない。したがって、本
発明の範囲においては、入熱量を０．４ｋＪ／ｍｍ以上
に設定することが望ましい。しかし、高い入熱量を採用
することは、溶接施工効率を改善するものの、継手靱性
確保の観点から４．０ｋＪ／ｍｍ以下にすることが望ま
しい。

【００４８】次に予熱温度について述べる。予熱は、溶
接継手部より水素を逃がすために行われる。予熱は、そ
の温度が高いほど効果が大きい。しかし、過度の予熱温
度は、作業効率上負担が大きく、経済的には好ましくな
い。予熱温度の上限５０℃は、経済的にメリットが充分
に確保できる値として設定した。実際、これを上回る予
熱温度では、本発明で充分良好な溶接金属を得られるも
のの従来技術と同等となってしまうので、本発明の本意
から外れ、好ましくない。

【００４９】溶接するさい、予熱無しというのは継手部
の温度が外気温度に一致することを意味する。この場
合、条件によっては、継手の温度が氷点下になる時もあ
り、この場合、継手部に結露が生じる場合がある。これ
は、溶接時のブローホール等の欠陥、結露からくる水素
量増大などの問題が生じる。これらの問題を解決する有
効な手段の一つに、予熱がある。この場合、無用に高い
予熱温度を採用する必要はないが、好ましくは５℃以上
の予熱を行うことが望ましい。

【００５０】次に、シールドガスについて述べる。シー
ルドガスは、溶接アークを外気から遮断する効果を持
つ。したがって、耐低温割れ感受性からは、水素が外部
から進入してくることを防ぐ効果が期待できるが、その
ほかにもシールドガスは、溶接作業に影響を及ぼすた
め、好ましい範囲がある。この範囲は、溶接ワイヤのＳ
ｉの成分量に依存するものであるが、本発明の範囲で
は、その作業性を考慮し、シールドガスとして、１００
％ＣＯ₂ 〜５％ＣＯ₂ ＋９５％Ａｒの範囲に設定するこ
とが望ましい。

【００５１】

【実施例】表１は本実施例に用いた溶接ワイヤの化学成
分を示している。ワイヤ径はすべて１．２ｍｍである。
また、ワイヤには良好な作業性が得られる程度のオイル
を塗っている。表１に示したワイヤと表２に示したシー
ルドガスを用い、入熱量２．５ｋＪ／ｍｍの条件でオー
ルデポ（全溶着金属）を作り、それから引張試験片を機
械加工にて作製した。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【表２】

【００５４】表２には、引張強さ（Ｔ．Ｓ．）も示して
ある。表１のワイヤは、表２からわかるように強度が６
０ｋｇｆ／ｍｍ² から９０ｋｇｆ／ｍｍ² の範囲に納ま
っている。また、同程度の強度を持つワイヤでは、その
強度確保にＶやＮｂを利用しているものとそうでないも
のがある。例えば、強度が６０ｋｇｆ／ｍｍ² から７０
ｋｇｆ／ｍｍ² の範囲にあるワイヤＹ１、Ｙ２、Ｙ３、
Ｙ４、Ｙ５、Ｙ６、Ｙ７のうちでは、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ
５、Ｙ７がＶやＮｂを利用している。なお、ワイヤＹ３
は、Ｖを０．４％添加しているため本発明例には入らな
い。

【００５５】表３には、本実施例に用いた鋼材を示して
いる。母材強度は６０ｋｇｆ／ｍｍ ² から８０ｋｇｆ／
ｍｍ² の範囲に納まっている。Ｐ_cmは、０．１６％から
０．２７％であり、板厚はすべて４０ｍｍである。

【００５６】

【表３】

【００５７】表１に示したワイヤと表３に示した鋼材を
用いてＪＩＳ−Ｚ３１５７に記されたＵ溝割れ試験を行
い、限界予熱温度を決定した。試験は２０℃に設定され
た部屋の中で行い、できるだけ外気温度の影響をなくす
ようにした。各ワイヤに対応するシールドガスは表２に
示したそれと同じである。また各ワイヤの拡散性水素量
であるが、これはＪＩＳ−Ｚ３１１８に記されたガスク
ロマトグラフ法にて測定した。その結果、各ワイヤには
３ｃｃ／１００ｇｒの水素量があることが確かめられ
た。試験片はあらじめ電気炉にて所定の温度に均一に予
熱した。予熱温度は、予熱無し（２０℃）、５０℃、７
５℃、１００℃、１２５℃と、ほぼ２５℃刻みになるよ
うに設定した。

【００５８】表４には、ワイヤと鋼材の組み合わせ、お
よびＵ溝割れ試験における限界予熱温度を示している。
表４における入熱量はすべて１．７ｋＪ／ｍｍである。
また、割れ発生個所は、限界予熱温度より１水準低い予
熱温度（例えば、記号Ｒ１０では、限界予熱温度１００
℃より１水準低い７５℃）での割れ試験における割れ発
生個所を示している。

【００５９】

【表４】

【００６０】表４は、溶接継手の強度が６０ｋｇｆ／ｍ
ｍ² 級、７０ｋｇｆ／ｍｍ² 級、８０ｋｇｆ／ｍｍ² 級
の３つの水準に分けて示している。６０ｋｇｆ／ｍｍ²
級の継手Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７を
見ると、本発明例（Ｒ２、Ｒ５、Ｒ７）ではすべて予熱
無し、すなわち２０℃予熱で割れを防ぐことができた。
それに対し、比較例（Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ６）では５
０℃予熱でなければ割れを防ぐことができなかった。割
れ発生個所で−とあるのは、予熱無しでも割れが発生し
なかったため、割れ発生個所が限定できなかったことを
示す。

【００６１】７０ｋｇｆ／ｍｍ² 級のＲ８、Ｒ９では、
本発明例（Ｒ９）、比較例（Ｒ８）ともに予熱を必要と
しているが、本発明例の方が予熱温度は２５℃低い。８
０ｋｇｆ／ｍｍ² 級のＲ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１
３、Ｒ１４、Ｒ１５については、本発明例（Ｒ１１、Ｒ
１３、Ｒ１４）はすべて５０℃予熱で割れを防ぐことが
できた。それに対し、比較例（Ｒ１０、Ｒ１２、Ｒ１
５）では限界予熱温度は１００℃から１２５℃となって
いる。特に、Ｒ１０とＲ１２では、割れ発生個所が溶接
金属であり、継手の予熱温度は溶接金属の割れを防ぐた
めのものであることがわかる。また、Ｒ１５は、鋼材の
Ｐ_cmが０．２７％と高いため、割れは溶接金属のみなら
ずＨＡＺにも発生していることがわかる。鋼材の炭素当
量が低いＳ４を用い、本発明のワイヤを用いたＲ１１、
Ｒ１３、Ｒ１４の場合、ＨＡＺおよび溶接金属に割れが
発生しているが、５０℃予熱でいずれの割れも防ぐこと
ができている。すなわち、これらのワイヤは低Ｐ_cm鋼材
と同様の耐低温割れ感受性を持つ溶接金属を形成するこ
とができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明により、これまで使用されていた
高張力鋼用ワイヤにおける割れ防止限界予熱温度を２５
℃以上低減することが可能となり、溶接作業効率向上、
作業環境向上等産業に及ぼす経済効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイヤへの添加成分量とＵ溝割れ試験における
限界予熱温度の関係を示すグラフで、（ａ）はＶ添加、
（ｂ）はＮｂ添加を示す

【図２】溶接金属より放出される水素の放出速度を示す
グラフで、（ａ）はＶが０．１％の場合、（ｂ）はＶが
０．３％の場合を示す

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/58 (72)発明者小山邦夫千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１％、Ｓ
ｉ：０．３〜１．０％、Ｍｎ：０．９〜２．５％、Ｍ
ｏ：０．１〜０．６％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、
Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下であり、か
つ、Ｖ：０．０５〜０．２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．
０３％の一種または二種を含有し、残部が鉄および不可
避不純物からなることを特徴とする予熱温度低減型高張
力鋼用溶接ワイヤ。
【請求項２】重量％でさらに、Ｎｉ：０．３〜２．５
％、Ｃｒ：０．１〜０．５％の一種または二種を含有す
ることを特徴とする請求項１記載の予熱温度低減型高張
力鋼用溶接ワイヤ。
【請求項３】重量％でさらに、Ｔｉ：０．０５〜０．
３５％、Ｂ：０．０００５〜０．００８０％の一種また
は二種を含有することを特徴とする請求項１または２記
載の予熱温度低減型高張力鋼用溶接ワイヤ。
【請求項４】引張強度が６０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上かつ
９０ｋｇｆ／ｍｍ²以下であり、重量％で示される鋼中
の含有量を各化学記号であらわしたとき、下記（１）式
で計算されるＰ_cmが０．１５〜０．２４％の鋼材と、請
求項１、２または３記載の予熱温度低減型溶接ワイヤを
用いることを特徴とする溶接方法。Ｐ_cm＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋
Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ ……（１）
【請求項５】鋼材の予熱温度を５０℃以下とすること
を特徴とする請求項４記載の溶接方法。