JPH07303991A - ７８０ＭＰａまたは９６０ＭＰａ鋼のサブマージアーク溶接用ワイヤおよびボンドフラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ７８０ＭＰａ鋼および９６０ＭＰａ高張力鋼
のサブマージアーク溶接用ワイヤおよびフラックスに関
し、予熱、パス間温度を低減でき、溶接作業性が良好
で、かつ靱性が良好な溶接部を得る。 【構成】 （１）Ｖ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｎを７８０ＭＰａ鋼および９６０ＭＰａ鋼に見合っ
た適正量含有し、かつ特定式による炭素当量（Ｃｅｑ）
が７８０ＭＰａ鋼および９６０ＭＰａ鋼に見合った適正
値であるワイヤ。 （２）Ｖ、ＳｉＯ₂ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｃ
ａＦ₂ 、ＣＯ₂ 、Ｌｉ、Ｓｉに加えてＡｌ、Ｍｎ、Ｔ
ｉ、Ｍｇの少なくとも１種またはＭｇＦ₂、 ＭｎＦ ₂ の
少なくとも１種あるいはこれら両者を適正量含有するボ
ンドフラックス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械、橋梁、建築、土
木および海洋構造物などの分野において、各種建造物に
用いられる７８０〜１０００ＭＰａ鋼のサブマージアー
ク溶接用材料に係わり、詳しくは厚板を多層溶接した溶
接金属の耐低温割れ性を改善するサブマージアーク溶接
用ワイヤおよびボンドフラックスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、橋梁、建築および海洋構造物の大
型化が進み、７８０ＭＰａ鋼や９６０ＭＰａ鋼が適用さ
れてきている。ここで言う９６０ＭＰａ鋼とは引張強度
が８８０〜１０００ＭＰａ程度の高張力鋼を総称したも
のである。７８０ＭＰａ鋼や９６０ＭＰａ鋼などは高強
度を得るために、Ｃｅｑを高く設計するが、これら７８
０ＭＰａ鋼や９６０ＭＰａ鋼などのサブマージアーク溶
接においては、低温割れが発生することが知られてい
る。

【０００３】低温割れの発生要因としては、溶接部の硬
化、拡散性水素量、溶接部材の拘束度などがあるが、特
に溶接金属中の拡散性水素量の影響が大きいことが知ら
れている。この低温割れを防止する手段としていくつか
の方法が見出されているが、この中で、従来から最も一
般的に用いられ、かつその防止に最も効果がある方法
は、母材を予熱し、パス間温度を高くし、かつ後熱をす
る方法である。この方法は、溶接部の冷却速度を緩やか
にして、溶接部に硬いマルテンサイト組織が生成するの
を軽減する効果と溶接部の拡散性水素の放出を促進させ
る効果および残留応力の発生を緩和する効果がある。こ
れらの効果を得るための予熱、パス温度は７８０ＭＰａ
鋼では一般には１００℃以上、９６０ＭＰａ鋼では一般
には１２５℃以上が採用され、高いものでは２００℃に
も達する。このような高い予熱、パス間温度は、溶接作
業を著しく困難にする上、溶接施工費の急増を招くた
め、予熱、パス間温度を低減できる耐割れ性の優れた溶
接材料の開発が要望されている。

【０００４】また、このような７８０ＭＰａ鋼や９６０
ＭＰａ鋼においても、従前より低いＣｅｑとなるように
成分を調整し、かつ適正な圧延、熱処理で、従前鋼より
予熱、パス間温度を約５０℃程度低減できる、いわゆる
ＴＭＣＰ鋼を適用することが検討されてきている。これ
ら鋼板に組み合わせる点からも予熱温度を低減できる耐
割れ性の優れた溶接材料の開発が要望されている。

【０００５】７８０ＭＰａ鋼や９６０ＭＰａ鋼のサブマ
ージアーク溶接においては、水素に起因する低温割れを
防止するために溶接金属中の拡散性水素量を極力低減す
ることを目的に、金属炭酸塩を多量に含有したボンドフ
ラックスが一般的に適用されている。７８０ＭＰａ鋼の
サブマージアーク溶接方法として、本発明者らは、先に
特開平３−５２７９６号公報において、ＳｉＯ₂ 、Ｃａ
Ｆ₂ 、金属炭酸塩を適正範囲添加し、かつＳｉ、Ｍｎ、
Ａｌ、Ｔｉを限定したボンドフラックスと、Ｓｉ、Ｎを
充分低くし、炭素当量（Ｃｅｑ）が適正範囲にあるワイ
ヤを組み合わせる溶接方法を提案した。

【０００６】また、本発明者らは、さらに特開平５−２
１２５８３号公報において、ワイヤおよびフラックスの
組成の両面から検討し、金属炭酸塩および脱酸剤を比較
的多く含み、ＳｉＯ₂ とＣａＦ₂ を制限し、さらに弗化
物としてＭｇＦ₂ 、ＭｎＦ₂の１種または２種含んだボ
ンドフラックスと、７８０ＭＰａの強度が得られる合金
量を含みかつ、ＳｉとＮを極力低くしたワイヤを組み合
わせて溶接し、低Ｓｉ−低Ｎ−低酸素の溶接金属とする
ことにより、拡散性水素量も少なく、低温で高靱性で良
質な溶接部が得られる溶接方法を提案した。

【０００７】また、本発明者らは、特開平４−３３９５
９２号公報において、７８０ＭＰａ鋼の溶接で、ＳｉＯ
₂ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＣａＦ₂ 、ＣＯ₂ 、
Ｌｉを特定値にし、かつ特定のＣｅｑ値の鉄合金を特定
値含有し、高能率で良好な靱性が得られるフラックスを
提案した。さらに、本発明者らは、特開平４−３６１８
９４号公報において、７８０ＭＰａ鋼の溶接で、ＳｉＯ
₂ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＣａＦ₂ 、ＣＯ₂ 、
Ｌｉを特定値にし、かつ特定粒度の鉄粉とＳｉ、Ｍｎの
１種または２種とＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏの１種または２種以
上の合金粉特定量含有し、鉄粉と合金粉を特定のＣｅｑ
値になるよう調整して、高能率で良好な靱性が得られる
フラックスを提案した。

【０００８】また、本発明者らは、特願平５−２９３７
９４号において、９６０ＭＰａ鋼のサブマージアーク溶
接方法として、ＳｉＯ₂ 、ＣａＦ₂ 、金属炭酸塩を適正
範囲添加し、かつＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉを限定したボ
ンドフラックスと、Ｓｉ、Ｎを充分低くし、炭素当量
（Ｃｅｑ）が適正範囲にあるワイヤを組み合わせる溶接
方法を提案した。

【０００９】また、特定の元素を添加することによって
予熱、パス間温度を低減する技術思想としては、例えば
ＶやＮｂを利用する方法がある。ＶやＮｂを利用する技
術思想は、溶接金属中に析出物が形成されることにより
拡散性水素をトラップする効果を利用するものであり、
この効果により割れに関与する拡散性水素量を減少でき
る効果を期待するものである。特にＶに関しては、その
効果は既に研究例が報告されている。例えば、酒井等
（「鉄と鋼」、Ｖｏｌ．７２（１９８６）、Ｎｏ．９、
ｐ１３７５）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
大きいことを報告している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平３−５
２７９６号公報および特開平５−２１２５８３号公報に
おいて提案したサブマージアーク溶接方法は７８０ＭＰ
ａ鋼用であるが、予熱、パス間は１００℃以上が必要で
ある。また、特願平５−２９３７９４号において９６０
ＭＰａ鋼用として提案したサブマージアーク溶接方法お
よびフラックスは、いずれも予熱、パス間は１２５℃以
上が必要である。

【００１１】以上のように、７８０ＭＰａ鋼または９６
０ＭＰａ鋼のサブマージアーク溶接においては靱性向
上、高能率の点からは検討がなされてきているが、予
熱、パス間温度の低減の観点からは充分検討されていな
いのが実状である。また、「鉄と鋼」、Ｖｏｌ．７２
（１９８６）、Ｎｏ．９に記載されているトラップ効果
は、Ｖが０．２５％以上の場合において初めて効果があ
り、０．１％添加では無添加と殆ど差がなく、本発明と
有効範囲が一致しない。また、このトラップ効果は、成
分系がＣ：０．１４〜０．１５％、Ｃｒ：２．０〜３．
０％、Ｍｏ：０．９〜１．０％と本発明とは本質的に異
なる成分系の鋼材で確認された効果であり、この水素ト
ラップ効果を予熱、パス間温度を低減する手段として７
８０ＭＰａ鋼用または９６０ＭＰａ鋼用のワイヤおよび
フラックスに利用できることを示唆する記載はない。

【００１２】本発明は、７８０ＭＰａ鋼または９６０Ｍ
Ｐａ鋼の溶接において、予熱、パス間温度を低減でき、
耐低温割れ性の優れた７８０ＭＰａまたは９６０ＭＰａ
鋼サブマージアーク溶接用ワイヤ、および７８０ＭＰａ
またはび９６０ＭＰａ鋼サブマージアーク溶接用ボンド
フラックスを提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明者らは、拡散性水素量を低減する方法以外で
予熱温度を低減しても低温割れが防止できるサブマージ
アーク溶接材料を開発すべく研究を重ねた結果、従来か
ら主に高温強度特性を向上させるために添加使用されて
いるＶを溶接金属中に特定量含有させることによって、
溶接金属中の水素を吸蔵させ、かつ微細炭化物を生成さ
せて溶接金属中の炭素を固定することによって炭素によ
る割れ感受性を低下させることができ、これにより耐割
れ性が向上するとの知見を得た。

【００１４】すなわち、本発明の要旨とするところは、
下記のとおりである。 （１）全ワイヤに対し、重量％でＶを０．０５〜０．２
５％含有することを特徴とする７８０ＭＰａまたは９６
０ＭＰａ鋼用サブマージアーク溶接用ワイヤ。 （２）全ワイヤに対し、重量％（以下同じ）でＣ：０．
０１〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．１５％、Ｍ
ｎ：１．００〜２．４０％、Ｎｉ：０．５０〜３．５０
％、Ｃｒ：０．３０〜１．００％、Ｍｏ：０．３０〜
１．００％、Ｎ：０．００５０％以下で、下記式（１）
で示す炭素当量（Ｃｅｑ）が０．４０〜０．６２％であ
ることを特徴とする前記（１）記載の７８０ＭＰａ鋼用
サブマージアーク溶接用ワイヤ。

【００１５】（３）全ワイヤに対し、重量％で（以下同
じ）Ｃ：０．０１〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．
１５％、Ｍｎ：１．００〜２．４０％、Ｎｉ：１．５０
〜４．５０％、Ｃｒ：０．８５〜１．６０％、Ｍｏ：
０．５５〜１．２０％、Ｎ：０．００５０％以下で、下
記式（１）で示す炭素当量（Ｃｅｑ）が０．５８〜０．
７２％であることを特徴とする前記（１）記載の９６０
ＭＰａ鋼用サブマージアーク溶接用ワイヤ。

【００１６】Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．０９Ｓｉ＋０．０８Ｍｎ
＋０．０６Ｎｉ＋０．１１Ｃｒ＋０．１４Ｍｏ＋０．２
２Ｖ……（１）（但し、各成分は重量％） （４）全フラックスに対し、重量％でＶの酸化物または
合金をＶに換算して０．１０〜０．７０％含有すること
を特徴とする７８０ＭＰａまたは９６０ＭＰａ鋼サブマ
ージアーク溶接用ボンドフラックス。

【００１７】（５）全フラックスに対し、重量％（以下
同じ）でＳｉＯ₂ ：８〜１６％、ＣａＯ：９〜１８％、
ＭｇＯ：１２〜２５％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１５〜２８％、Ｃ
ａＦ ₂ ：９〜２１％、金属炭酸塩：ＣＯ₂ に換算して５
〜１０％、Ｌｉ炭酸塩またはＬｉ弗化物：Ｌｉに換算し
て０．０５〜１．０％、Ｓｉ：１．０〜４．５％を含有
し、さらにＡｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｇの少なくとも１種を
Ｓｉも含めた合計で１．５〜６．５％含有することを特
徴とする前記（４）記載の７８０ＭＰａまたは９６０Ｍ
Ｐａ鋼サブマージアーク溶接用ボンドフラックス。

【００１８】（６）全フラックスに対し、重量％でＭｇ
Ｆ₂ 、ＭｎＦ₂ の少なくとも一方を２〜１０％含有する
ことを特徴とする前記（５）記載の７８０ＭＰａまたは
９６０ＭＰａ鋼サブマージアーク溶接用ボンドフラック
ス。

【００１９】

【作用】以下に、本発明を作用とともに詳細に説明す
る。本発明者らは、まず７８０ＭＰａ鋼のサブマージア
ーク溶接金属において溶接後の低温割れを防止するため
の予熱、パス間温度の低減を検討した。その結果、溶接
金属中においてＶを０．０５〜０．２％程度含有させる
ことにより、従来の溶接材料を用いた溶接金属よりも上
記目的の予熱、パス間温度を低減できることを知見し
た。

【００２０】すなわち、Ｖを溶接金属中に添加すること
により溶接金属中に析出物が形成され、これが拡散性水
素をトラップし、これにより割れに関与する拡散性水素
量を減少でき、予熱、パス間温度を低減できるものであ
る。その結果を、さらに９６０ＭＰａ鋼のサブマージア
ーク溶接に適用し、同様のメカニズムで予熱、パス間温
度が低減できることを確認した。

【００２１】以下に７８０ＭＰａ鋼または９６０ＭＰａ
鋼用のワイヤについて成分特定理由を説明する。７８０
ＭＰａ鋼または９６０ＭＰａ鋼用のワイヤは、それぞれ
７８０ＭＰａ鋼用または９６０ＭＰａ鋼用の強度を満足
させ、かつ良好な靱性を得るための成分設計が必要であ
る。

【００２２】Ｃは０．０１〜０．１２％とする必要があ
る。すなわち、Ｃは脱酸元素として極めて重要であり、
適当量の添加により溶接金属中の酸素量を低減し、靱性
を向上させるが、０．０１％未満ではその効果がなく、
また強度も不足する。しかし、Ｃ量が０．１２％を超え
ると強度が過大となって靱性が劣化し、また溶接金属の
凝固時に粒界に偏析しやすく、高温割れを生じる傾向と
なる。

【００２３】Ｓｉは０．０１〜０．１５％に限定する必
要がある。すなわち、Ｓｉは脱酸元素として重要であ
り、適当量の添加により溶接金属中の酸素量を低減し、
靱性を向上させるが、０．０１％未満ではその効果がな
い。しかし、Ｓｉ量が０．１５％を超えると強度が過大
となり、溶接金属の靱性が劣化する。Ｍｎは１．００〜
２．４０％に限定する必要がある。Ｍｎは靱性を得るた
めには必須の成分であるが、過多になると強度が過大と
なり、却って靱性が劣化する。すなわち、Ｍｎが１．０
０％未満では靱性が満足せず、一方２．４０％を超える
と強度が過大となり、却って靱性が劣化する。

【００２４】Ｎは０．００５０％以下にする必要があ
る。Ｎは靱性を劣化させるのでできるだけ低いことが望
ましいが、０．００５０％以下であれば実質上問題はな
い。以上の成分限定は７８０ＭＰａ鋼および９６０ＭＰ
ａ鋼用のワイヤのいずれにおいても共通である。Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｍｏは７８０ＭＰａ鋼または９６０ＭＰａ鋼の強
度に合わせて設計する必要がある。

【００２５】まず、７８０ＭＰａ鋼用のワイヤについて
説明する。Ｎｉは０．５０〜３．５０％に限定する必要
がある。Ｎｉは低温での靱性を得るためには必須の成分
であるが、過多になると強度が過大となる。すなわち、
Ｎｉが０．５０％未満では靱性が満足せず、一方、３．
５０％を超えると強度が過大となる。

【００２６】Ｃｒは０．３０〜１．００％に限定する必
要がある。Ｃｒは適正強度を得るためには必須の成分で
あるが、過多になると強度が過大となり、かつ靱性が劣
化する。すなわち、Ｃｒが０．３０％未満では強度が満
足せず、一方１．００％を超えると強度が過大となり、
靱性が劣化する。Ｍｏは０．３０〜１．００％に限定す
る必要がある。Ｍｏは適正強度を得るためには必須の成
分であるが、過多になると強度が過大となり、かつ靱性
が劣化する。すなわち、Ｍｏが０．３０％未満では強度
が満足せず、一方１．００％を超えると強度が過大とな
り、靱性が劣化する。

【００２７】次に、９６０ＭＰａ鋼用のワイヤについて
説明する。Ｎｉは１．５０〜４．５０％に限定する必要
がある。Ｎｉは低温での靱性を得るためには必須の成分
であるが、過多になると強度が過大となる。すなわち、
Ｎｉが１．５０％未満では靱性が満足せず、一方４．５
０％を超えると強度が過大となる。

【００２８】Ｃｒは０．８５〜１．６０％に限定する必
要がある。Ｃｒは適正強度を得るためには必須の成分で
あるが、過多になると強度が過大となり、かつ靱性が劣
化する。すなわち、Ｃｒが０．８５％未満では強度が満
足せず、一方１．６０％を超えると強度が過大となり、
靱性が劣化する。Ｍｏは０．５５〜１．２０％に限定す
る必要がある。Ｍｏは適正強度を得るためには必須の成
分であるが、過多になると強度が過大となり、かつ靱性
が劣化する。すなわち、Ｍｏが０．５５％未満では強度
が満足せず、一方１．２０％を超えると強度が過大とな
り、靱性が劣化する。

【００２９】以上のように、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは７８０
ＭＰａまたは９６０ＭＰａ鋼用に合わせてそれぞれ設計
するものであるが、７８０ＭＰａまたは９６０ＭＰａ鋼
用において適正な強度に設計するためには、さらにワイ
ヤのＣｅｑをそれぞれ適正に規定する必要がある。すな
わち、７８０ＭＰａ鋼用として適正な強度を得るために
は、Ｃｅｑを０．４０〜０．６２％とする必要がある。
Ｃｅｑが０．４０％未満では強度が不足し、一方０．６
２％を超えると強度が過大となる。

【００３０】また、９６０ＭＰａ鋼用として適正な強度
を得るためには、Ｃｅｑを０．５８〜０．７２％とする
必要がある。Ｃｅｑが０．５８％未満では強度が不足
し、一方０．７２％を超えると強度が過大となる。さら
に、本発明ワイヤにおいてはＶを０．０５〜０．２５％
含有させる必要がある。前述の如く、本発明は７８０Ｍ
Ｐａ鋼および９６０ＭＰａ鋼のサブマージアーク溶接金
属において溶接後の低温割れを防止するための予熱、パ
ス間温度の低減を目的としたものであり、このためにワ
イヤ中にＶを添加するものであり、その効果は０．０５
〜０．２５％のＶ添加で得られる。Ｖが０．０５％未
満、あるいは０．２５％超ではその効果が得られない。

【００３１】また、本願発明ワイヤには以上に規定した
成分以外として、Ｔｉ：０．０５％以下、Ａｌ：０．０
４０％以下、Ｃｕ：めっきも含めて０．７０％以下、Ｎ
ｂ：０．０３０％以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：
０．０１５％以下が許容でき、その他残部はＦｅおよび
不可避的不純物である。次に、本発明フラックスについ
て詳述する。

【００３２】本発明フラックスは７８０ＭＰａ鋼および
９６０ＭＰａ鋼用として適用するものである。ＳｉＯ₂
は８〜１６％とする必要がある。ＳｉＯ₂ はスラグの粘
性を増加させ、止端部のなじみがよい溶接ビードを形成
するのに極めて有効な成分であるとともに、スラグをガ
ラス質の性状にする傾向を有し、これにより砕けやすい
剥離性の良好なスラグを生成することができる。このよ
うなＳｉＯ₂ の効果は、フラックス全重量に対して８％
以上の添加で得ることができるが、一方１６％を超えて
添加するとスラグの融点が低下し、溶接ビードの表面が
乱れ、さらには溶接金属中の酸素量を増加させ、溶接金
属の靱性が劣化する。

【００３３】ＣａＯは９〜１８％とする必要がある。Ｃ
ａＯは高塩基性成分であり、溶接金属中の酸素量を低減
し、靱性を向上させるものである。このようなＣａＯの
効果は９％以上の添加で得ることができる。一方、Ｃａ
Ｏを１８％を超えて添加すると、ビードが不揃いとな
り、外観不良となる。ＭｇＯは１２〜２５％とする必要
がある。ＭｇＯは融点が高く、スラグの耐火性を向上さ
せ、平滑でビード幅の広いなじみのよいビードを形成す
るのに極めて有効な成分である。このようなＭｇＯの効
果は１２％以上の添加で得られるが、２５％を超えて添
加するとスラグ量が増加し、かつスラグが砕け難くな
り、スラグ剥離性が劣化する。

【００３４】Ａｌ₂ Ｏ₃ は１５〜２８％とする必要があ
る。Ａｌ₂ Ｏ₃ はスラグの流動性を高め、止端のなじみ
がよいビードの形成に有効であり、またスラグ剥離性も
改善する。このようなＡｌ₂ Ｏ₃ の効果は１５％以上の
添加で得られるが、一方２８％を超えて添加するとビー
ド幅が狭くなりやすく、凸ビードとなる。ＣａＦ₂ は９
〜２１％とする必要がある。ＣａＦ₂ は溶接金属の酸素
量低減を目的とする。溶接金属中の酸素量の低減は溶接
金属の靱性向上に極めて重要、不可欠である。すなわ
ち、酸素量の低減は低温でのシャルピー衝撃値の改善に
大きく寄与するものであり、これらの特性を満足するに
は、溶接金属中の酸素量はほぼ２５０ｐｐｍ程度以下で
あることが必要である。このようなＣａＦ₂ の効果は、
フラックス全重量に対して９％以上の添加で得ることが
できるが、一方２１％を超えて添加すると溶接金属中の
酸素量は低くなるもののアークが不安定になり、ポック
マークが生じ、ビードが不良となる。

【００３５】金属炭酸塩は、ＣａＣＯ₃ 、ＢａＣＯ₃ 、
ＭｇＣＯ₃ 、ＭｎＣＯ₃ 、Ｌｉ₂ ＣＯ₃ から選択され、
ＣＯ₂ に換算して５〜１０％含有する必要がある。すな
わち、金属炭酸塩は溶接中にアーク空洞中でＣＯ₂ ガス
に解離し、アーク空洞中における水素分圧を下げ、溶接
金属中に移行する水素量を低くして拡散性水素量を低減
する効果を有する。金属炭酸塩がＣＯ₂ に換算してフラ
ックス全重量に対して５％未満であると溶接金属中の拡
散性水素量が減少せず、水素による低温割れが生じやす
くなり、一方１０％を超えるとガス発生量が過多とな
り、アークが吹上げ、ビード形状が不良となる。

【００３６】さらに、本発明フラックスはＬｉ炭酸塩ま
たはＬｉ弗化物をＬｉに換算して０．０５〜１．０％含
有することにより、原料中の−ＯＨ基と結合し、水分と
の反応を抑え、吸湿を少なくし、溶接金属中の拡散性水
素量をさらに低減する。このような効果は、Ｌｉ炭酸塩
またはＬｉ弗化物をＬｉに換算して０．０５％以上で得
ることができるが、１．０％を超えるとフラックスの粒
子強度が小さくなり、フラックスが溶接中に粉化してポ
ックマークが発生する。

【００３７】さらに、本発明フラックスはＳｉが１．０
〜４．５％である必要がある。Ｓｉは脱酸剤として働
き、かつビードのなじみやビード表面の平滑性を良好に
する。すなわち、Ｓｉが１．０％未満では、脱酸効果が
充分ではないばかりではなくビードの止端の揃いが悪く
なる。一方、Ｓｉが４．５％超では溶接金属中のＳｉ量
が過多になり、靱性の低下を来す。

【００３８】またさらに、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｇの少
なくとも１種がＳｉも含めた合計で１．５〜６．５％で
ある必要がある。Ａｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｇは主に脱酸剤
として働き、溶接金属中の酸素量を低減し、靱性を向上
させる。このような効果は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｇの
少なくとも１種をＳｉも含めた合計で１．５％以上の添
加で得られるが、一方６．５％を超えて添加すると却っ
て靱性の低下を来す。

【００３９】なお、脱酸剤のフラックス中への添加形態
は、Ｓｉは金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｃａ−Ｓｉ、Ａｌは
金属Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ、Ｍｎは金属Ｍｎ、
Ｆｅ−Ｍｎ、Ｔｉは金属Ｔｉ（低Ｎ）、ＭｇはＡｌ−Ｍ
ｇ、金属Ｍｇなどの金属粉であり、粒度は０．１５ｍｍ
以下が好ましい。さらに、本発明フラックスにおいて
は、Ｖの酸化物および合金をＶに換算して０．１０〜
０．７０％含有させる必要がある。前述の如く、本発明
は７８０ＭＰａ鋼および９６０ＭＰａ鋼のサブマージア
ーク溶接金属において溶接後の低温割れを防止するため
の予熱、パス間温度の低減を目的としたもので、このた
めにフラックス中にＶを添加するものであり、その効果
は０．１０〜０．７０％のＶ添加で得られる。Ｖが０．
１０％未満、あるいは０．７０％超ではその効果が得ら
れない。

【００４０】また、本発明フラックスにおいては、Ｍｇ
Ｆ₂ 、ＭｎＦ₂ の少なくとも一方をフラックス全重量に
対して２〜１０％含有することが好ましい。前述の如
く、本発明では溶接金属中の酸素量を極めて低くするこ
とを目的としてＣａＦ₂ を比較的多量に含んでおり、こ
れによりアークが不安定でビードが乱れるが、Ｍｇ
Ｆ₂、ＭｎＦ₂ を適量含有することによりこれらが改善
される。このようなＭｇＦ₂、ＭｎＦ₂ の効果は、フラ
ックス全重量に対して少なくとも一方を２％以上添加す
ることで得ることができるが、一方１０％を超えて添加
するとビード形状が凸状となる。

【００４１】以上の他に、フラックス中の不可避成分と
しては、水ガラスなどから含有されるＮａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏ
があり、また原料の不純物として含有されるＭｎＯ、Ｆ
ｅＯ等があるが、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏはそれぞれ３％以
下、ＭｎＯ、ＦｅＯ等は１％以下が望ましい。また、本
発明に用いるフラックスはボンドフラックスである必要
があるが、これは本発明に用いるフラックス中には金属
炭酸塩あるいはＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｌ−Ｍｇ、
Ｍｇなどの金属粉を添加することから、製造中に高温焼
成をするシンターフラックスあるいは溶解をする溶融フ
ラックスではこれらの成分の分解あるいは酸化消耗が起
こり、品質の確保が困難であるためである。この点か
ら、本発明に用いるフラックスは、５５０℃程度以下で
焼成されるボンドフラックスである必要がある。

【００４２】また、本発明のワイヤおよびフラックスを
用いる溶接条件は、通常の７８０ＭＰａ鋼または９６０
ＭＰａ鋼の溶接の溶接条件を適用できる。すなわち、電
極数はシングルまたはタンデムが適用でき、溶接入熱と
しては７ｋＪ／ｍｍ程度以下、好ましくは５ｋＪ／ｍｍ
程度以下である。

【００４３】

【実施例】以下実施例により、本発明の効果をさらに具
体的に示す。 （実施例１）ＨＴ７８０鋼用ワイヤとして表１に示すＷ
１〜Ｗ１４の１４種類の組成のワイヤを作製した。表１
のうちＷ１〜Ｗ７は本発明例のワイヤ、Ｗ８〜Ｗ１４は
本発明の効果を明確にするための比較例のワイヤであ
る。ワイヤ径はいずれも４．０ｍｍφである。

【００４４】これらのワイヤをＳｉＯ₂ ＝４０％、Ｍｎ
Ｏ＝２０％、ＣａＯ＝２５％、ＴｉＯ₂ ＝４％、Ｆ＝５
％の市販の溶融型フラックスと組合わせて溶接金属の耐
割れ試験を行った。鋼板は表２に示す板厚３６ｍｍのＨ
Ｔ７８０鋼で、開先形状は図１に示すＵ溝である。図１
において、θ＝１０°、ｔ１＝３０ｍｍ、ｔ２＝６ｍ
ｍ、Ｒ＝６ｍｍである。試験鋼板は板厚５０ｍｍのＳＭ
４９０鋼にＨＴ７８０鋼用溶接材料を用い、すみ肉３パ
ス溶接して拘束した。溶接条件は６００Ａ、３４Ｖ、３
００ｍｍ／ｍｉｎ、予熱、パス間温度はともに５０℃で
ある。

【００４５】溶接終了から４８時間以上経過した後、超
音波探傷試験により溶接部の割れの有無について調査し
た。さらに、欠陥のない試料については、板表面１５ｍ
ｍ下の溶接部よりＪＩＳ Ａ１号引張試験片およびＪＩ
Ｓ４号Ｖノッチシャルピー試験片をそれぞれ採取して供
試した。その結果を表３に示す。表３の中で記号Ａ１〜
Ａ７は本発明の実施例、記号Ａ８〜Ａ１４は比較例であ
る。

【００４６】これらの結果、本発明のＡ１〜Ａ７は予
熱、パス間温度が５０℃でも割れ発生がなく、引張強
度、−２０℃のシャルピー吸収エネルギー値ともに良好
な値を示した。比較例のうちＡ８はワイヤのＣが過多で
強度が過大となり靱性が劣化した。比較例のうちＡ９は
ワイヤのＳｉが過多、Ｍｎが過多、Ｎが過多およびＣｅ
ｑが過大で、強度が過大となり靱性が劣化した。

【００４７】比較例のうちＡ１０はワイヤのＣが過少、
Ｍｏが過少で靱性が劣化した。比較例のうちＡ１１はワ
イヤのＭｎが過少、Ｎｉが過少およびＣｒが過多で靱性
が劣化した。また、Ｃｅｑが過小で引張強度が不足し
た。比較例のうちＡ１２はワイヤのＭｏが過多で靱性が
劣化した。比較例のうちＡ１３はワイヤのＶが過多で割
れが発生したので以後の試験を中止した。

【００４８】比較例のうちＡ１４はワイヤのＶが過少で
割れが発生したので以後の試験を中止した。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】（実施例２）ＨＴ９６０鋼用ワイヤとして
表４に示すＹ１〜Ｙ１４の１４種類の組成のワイヤを作
製した。表４のうちＹ１〜Ｙ７は本発明例のワイヤ、Ｙ
８〜Ｙ１４は本発明の効果を明確にするための比較例の
ワイヤである。ワイヤ径はいずれも４．０ｍｍφであ
る。

【００５３】これらのワイヤをＳｉＯ₂ ＝４０％、Ｍｎ
Ｏ＝２０％、ＣａＯ＝２５％、ＴｉＯ₂ ＝４％、Ｆ＝５
％の市販の溶融型フラックスと組合わせて溶接金属の耐
割れ試験を行った。鋼板は表２に示す板厚３６ｍｍのＨ
Ｔ９６０鋼で、開先形状は図１に示すＵ溝である。図１
において、θ＝１０°、ｔ１＝３０ｍｍ、ｔ２＝６ｍ
ｍ、Ｒ＝６ｍｍである。試験鋼板は板厚５０ｍｍのＳＭ
４９０鋼にＨＴ９６０鋼用溶接材料を用いすみ肉３パス
溶接して拘束した。溶接条件は６００Ａ、３４Ｖ、３０
０ｍｍ／ｍｉｎ、予熱、パス間温度はともに１００℃で
ある。

【００５４】溶接終了から４８時間以上経過した後、超
音波探傷試験により溶接部の割れの有無について調査し
た。さらに、欠陥のない試料については、板表面１５ｍ
ｍ下の溶接部よりＪＩＳ Ａ１号引張試験片およびＪＩ
Ｓ４号Ｖノッチシャルピー試験片をそれぞれ採取して供
試した。その結果を表５に示す。表５の中で記号Ｂ１〜
Ｂ７は本発明の実施例、記号Ｂ８〜Ｂ１４は比較例であ
る。

【００５５】これらの結果、本発明のＢ１〜Ｂ７は予
熱、パス間温度が１００℃でも割れ発生がなく、引張強
度、−１０℃のシャルピー吸収エネルギー値ともに良好
な値を示した。比較例のうちＢ８はワイヤのＣが過多お
よびＣｅｑが過大で、強度が過大となり靱性が劣化し
た。

【００５６】比較例のうちＢ９はワイヤのＳｉが過多、
Ｍｎが過多およびＮが過多で強度が過大となり靱性が劣
化した。比較例のうちＢ１０はワイヤのＣが過少、Ｍｏ
が過少で靱性が劣化した。比較例のうちＢ１１はワイヤ
のＭｎが過少、Ｎｉが過少およびＣｒが過多で靱性が劣
化した。また、Ｃｅｑが過小で引張強度が不足した。

【００５７】比較例のうちＢ１２はワイヤのＭｏが過多
で靱性が劣化した。比較例のうちＢ１３はワイヤのＶが
過多で割れが発生したので以後の試験を中止した。比較
例のうちＢ１４はワイヤのＶが過少で割れが発生したの
で以後の試験を中止した。

【００５８】

【表４】

【００５９】

【表５】

【００６０】（実施例３）次に、表６、表７（表６のつ
づき）に示すＦ１〜Ｆ１９の１９種類の組成のフラック
スを作製した。表６、表７のうちＦ１〜Ｆ１０は本発明
例のフラックス、Ｆ１１〜Ｆ１９は本発明の効果を明確
にするための比較例のフラックスである。フラックス
は、まずフラックス原料を配合、混合した後、水ガラス
を固着剤として造粒した後、５３０℃、２時間の条件で
焼成し、１２〜１００メッシュに整粒して作製したボン
ドフラックスである。

【００６１】これらのフラックスを表８に示すＨＴ７８
０鋼用ワイヤＹＷ−１と組合わせて溶接金属の耐割れ試
験を行った。鋼板は表２に示す板厚３６ｍｍのＨＴ７８
０鋼で開先形状は図１に示すＵ溝である。図１におい
て、θ＝１０°、ｔ１＝３０ｍｍ、ｔ２＝６ｍｍ、Ｒ＝
６ｍｍである。試験鋼板は板厚５０ｍｍのＳＭ４９０鋼
にＨＴ７８０鋼用溶接材料を用い、すみ肉３パス溶接し
て拘束した。溶接条件は６００Ａ、３２Ｖ、３００ｍｍ
／ｍｉｎ、予熱、パス間温度はともに５０℃である。

【００６２】溶接終了から４８時間以上経過した後、超
音波探傷試験により溶接部の割れの有無について調査し
た。さらに、欠陥のない試料については、板表面１５ｍ
ｍ下の溶接部よりＪＩＳ Ａ１号引張試験片およびＪＩ
Ｓ４号Ｖノッチシャルピー試験片をそれぞれ採取して供
試した。その結果を表９に示す。表９の中でＣ１〜Ｃ１
０は本発明の実施例、Ｃ１１〜Ｃ１９は比較例である。

【００６３】これらの結果、本発明のＣ１〜Ｃ１０は予
熱、パス間温度が５０℃でも割れ発生がなく、引張強
度、−２０℃のシャルピー吸収エネルギー値ともに良好
な値を示した。比較例のうちＣ１１はフラックスのＳｉ
Ｏ₂ が過少でビードの揃いがやや悪く、またＡｌ₂ Ｏ₃
が過多でやや凸ビードとなり、かつＳｉが過多および脱
酸剤が過多で、強度が過大となりかつ靱性も劣化した。

【００６４】比較例のうちＣ１２はフラックスのＡｌ₂
Ｏ₃ が過少でビードのなじみがやや不良となり、かつＳ
ｉＯ₂ が過多および脱酸剤が過少で靱性が劣化した。比
較例のうちＣ１３はフラックスのＬｉが過多でポックマ
ークが発生し、かつＣＯ₂ が過少で割れが発生したので
以後の試験を中止した。比較例のうちＣ１４はフラック
スのＣＯ₂ が過多でポックマークが発生し、またＣａＯ
が過多でビードの揃いがやや悪く、かつＬｉが過少で割
れが発生したので以後の試験を中止した。

【００６５】比較例のうちＣ１５はフラックスのＣａＯ
が過多でビードの揃いが悪く、かつＭｇＯが過少でビー
ドのなじみが不良となったので以後の試験を中止した。
比較例のうちＣ１６はフラックスのＭｇＯが過多でスラ
グ剥離が悪く、３パスで溶接を中止した。比較例のうち
Ｃ１７はフラックスのＣａＦ₂ が過多でポックマークが
発生したので以後の試験を中止した。

【００６６】比較例のうちＣ１８はフラックスのＶが過
多で割れが発生したので以後の試験を中止した。比較例
のうちＣ１９はフラックスのＶが過少で割れが発生した
ので以後の試験を中止した。

【００６７】

【表６】

【００６８】

【表７】

【００６９】

【表８】

【００７０】

【表９】

【００７１】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明を用いれば、
実施例にも示したとおり７８０ＭＰａ鋼および９６０Ｍ
Ｐａ鋼のサブマージアーク溶接において、予熱、パス間
温度を従来の溶接材料を用いた場合よりも約２５〜５０
℃低減でき、かつ溶接作業性および靱性も良好な溶接部
が得られ、大型構造物の溶接に貢献するところが大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で用いた溶接試験板の開先形状
を示す断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 38/00 ３０１ Ｂ 38/58 (72)発明者 糟谷 正 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 (72)発明者 堀井 行彦 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全ワイヤに対し、重量％でＶを０．０５
   〜０．２５％含有することを特徴とする７８０ＭＰａま
   たは９６０ＭＰａ鋼用サブマージアーク溶接用ワイヤ。
2. 【請求項２】 全ワイヤに対し、重量％（以下同じ）で
   Ｃ：０．０１〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．１５
   ％、Ｍｎ：１．００〜２．４０％、Ｎｉ：０．５０〜
   ３．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．００％、Ｍｏ：０．
   ３０〜１．００％、Ｎ：０．００５０％以下で、下記式
   （１）で示す炭素当量（Ｃｅｑ）が０．４０〜０．６２
   ％であることを特徴とする請求項１記載の７８０ＭＰａ
   鋼用サブマージアーク溶接用ワイヤ。
3. 【請求項３】 全ワイヤに対し、重量％で（以下同じ）
   Ｃ：０．０１〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．１５
   ％、Ｍｎ：１．００〜２．４０％、Ｎｉ：１．５０〜
   ４．５０％、Ｃｒ：０．８５〜１．６０％、Ｍｏ：０．
   ５５〜１．２０％、Ｎ：０．００５０％以下で、下記式
   （１）で示す炭素当量（Ｃｅｑ）が０．５８〜０．７２
   ％であることを特徴とする請求項１記載の９６０ＭＰａ
   鋼用サブマージアーク溶接用ワイヤ。 Ｃｅｑ＝Ｃ＋０．０９Ｓｉ＋０．０８Ｍｎ＋０．０６Ｎ
   ｉ＋０．１１Ｃｒ＋０．１４Ｍｏ＋０．２２Ｖ……
   （１）（但し、各成分は重量％）
4. 【請求項４】 全フラックスに対し、重量％でＶの酸化
   物または合金をＶに換算して０．１０〜０．７０％含有
   することを特徴とする７８０ＭＰａまたは９６０ＭＰａ
   鋼サブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
5. 【請求項５】 全フラックスに対し、重量％（以下同
   じ）でＳｉＯ₂ ：８〜１６％、ＣａＯ：９〜１８％、Ｍ
   ｇＯ：１２〜２５％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：１５〜２８％、Ｃａ
   Ｆ₂ ：９〜２１％、金属炭酸塩：ＣＯ₂ に換算して５〜
   １０％、Ｌｉ炭酸塩またはＬｉ弗化物：Ｌｉに換算して
   ０．０５〜１．０％、Ｓｉ：１．０〜４．５％を含有
   し、さらにＡｌ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｇの少なくとも１種を
   Ｓｉも含めた合計で１．５〜６．５％含有することを特
   徴とする請求項４記載の７８０ＭＰａまたは９６０ＭＰ
   ａ鋼サブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
6. 【請求項６】 全フラックスに対し、重量％でＭｇ
   Ｆ₂ 、ＭｎＦ₂ の少なくとも一方を２〜１０％含有する
   ことを特徴とする請求項５記載の７８０ＭＰａまたは９
   ６０ＭＰａ鋼サブマージアーク溶接用ボンドフラック
   ス。