JPH08150478A - 高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼用サブマージアーク溶接方法及び溶接金属 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 特性良好な溶接金属を得る高強度Ｃｒ−Ｍｏ
鋼用サブマージアーク溶接方法を提供。 【構成】 重量％で、必須成分としてＣｒ：2.00〜3.25
％、Ｍｏ：0.90〜1.10％及びＶを必須成分として含有す
る高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼をソリッドワイヤとボンドフラッ
クスによりサブマージアーク溶接する方法であって、溶
接入熱を20〜50ｋＪ／ｃｍとし、ワイヤはＣ：0.09〜0.
19％、Ｓｉ：≦0.30％、Ｍｎ：0.70〜1.60％、Ｃｒ：2.
00〜3.80％、Ｍｏ：0.90〜1.20％を含み、フラックスは
ＳｉＯ₂：5〜20％、ＭｇＯ：20〜40％、Ａｌ₂Ｏ₃：5〜2
5％、金属フッ化物（Ｆ換算値）：1.5〜11％、金属炭酸
塩（ＣＯ₂換算値）：3〜15％を含むフラックスであり、
溶接金属に歩留るＣを0.08〜0.15％、Ｓｉ：0.05〜0.30
％、Ｍｎ：0.50〜1.30％、Ｐ：0.010％以下、Ｖ：0.10
〜0.50％、Ｎｉ：0.40％以下、Ｔｉ：0.012％以下、
Ｂ：0.001〜0.015％、Ｎ：0.015％以下、Ｏ：0.035〜0.
065％となるよう溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の
サブマージアーク溶接方法に関し、更に詳述すれば、Ｃ
ｒ及びＭｏの他にＶを必須成分として含み、必要に応じ
てＮｂ、Ｔｉ、Ｂ及びＣａ等を含有する高強度Ｃｒ−Ｍ
ｏ鋼の溶接に有効であって、ＳＲ後の室温及び高温強
度、靱性、クリープ強度、耐焼戻し脆化特性（高温環境
での使用中に脆化が少ないこと）、耐高温割れ性（凝固
時の割れが生じ難いこと）、耐低温割れ性（水素による
遅れ破壊が生じ難いこと）及び耐ＳＲ割れ性（析出時効
による粒界割れが生じ難いこと）が良好な溶接金属が得
られるサブマージアーク溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、２．２５〜３％Ｃｒ−１％Ｍ
ｏ鋼は高温特性に優れているため、ボイラーや化学反応
容器等の高温高圧環境化で使用される材料として広く適
用されている。これらの構造物は大型厚肉の物が多く、
その溶接には溶接効率の良いサブマージアーク溶接がよ
り採用されている。近年、これらの設備の高効率操業を
図るため、構造物が大型厚肉化され、使用環境もより高
温高圧化される傾向にあり、ＶやＮｂ等を添加した高強
度Ｃｒ−Ｍｏ鋼が開発されている。

【０００３】溶接材料についても、従来より優れた室温
及び高温強度、靱性、クリープ強度、耐焼戻し脆化特
性、耐高温割れ性、耐低温割れ性及び耐ＳＲ割れ性が要
求されてきている。特にＣｒ−Ｍｏ鋼の溶接構造物に対
してはＳＲを施すことが必須であり、高強度Ｃｒ−Ｍｏ
鋼溶接構造物の大型厚肉化が進むにつれて、残留応力も
増大し析出時効による粒界割れ、所謂ＳＲ割れが大きな
問題となる。

【０００４】従来技術においては、以下に示すように溶
接金属の低酸素化を図ることにより、ＳＲ後の靱性や耐
焼戻し脆化特性の改善を図ってきた。

【０００５】即ち、従来公知になっている技術の概要は
以下のとおりである。 特開昭６１−７１１９６号 溶接金属中のＳｉが０．１０％よりも少なくなると酸素
量が増加し、靱性は低下する。 特開昭６１−２３２０８９号 Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属のＳＲ処理後の高靱性及びＳＣ
処理による使用中焼戻し脆化程度を小さくするために
は、低酸素化（０．０３５％以下）及び低Ｓｉ化（０．
１０％以下）が必須である。 特開平１−２１０１９３号 即ち、酸素量の低減はｖＥ（短時間ＳＲ後の靱性）ばか
りでなく、ｖＥ＋ＳＣ（加速脆化処理後の靱性）のいず
れを大きくしても改善するものである。これらの特性を
満足させるには溶接金属中の酸素量としては３００ｐｐ
ｍ以下であることが必要である。 特開平１−２７１０９６号 即ち、酸素量の低減はｖＥ（短時間ＳＲ後の靱性）ばか
りでなく、ｖＥ＋ＳＣ（加速脆化処理後の靱性）のいず
れを大きくしても改善するものである。これらの特性を
満足させるには溶接金属中の酸素量としては３００ｐｐ
ｍ以下であることが必要である。 特開平２−１８２３７８号 ＢＬが２．３より小さいと溶接金属中の酸素量が高くな
って靱性の低下を招き、焼成型フラックスは、溶接金属
中の酸素量を低くコントロールできる。 特開平３−２５８４９０号 酸素量の低減は、特に短時間ＳＲ後のｖＥ（靱性）及び
ｖＥ＋ＳＣ（加速脆化処理後の靱性）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させるには溶接
金属中の酸素量としては、ほぼ２００ｐｐｍ以下である
ことが必要である。 特公平４−２３４９号 酸素量の低減はＶＥＳＲ１（短時間ＳＲ後の靱性）ばか
りでなく、ＶＥＳＲ１＋ＳＣ（加速脆化処理後の靱性）
ばかりでなく、長時間のＳＲ後の靱性及び長時間ＳＲ後
のステップクーリング後の靱性のいずれも改善するもの
である。これらの特性を満足させるには、溶接金属中の
酸素量としてはほぼ３５０ｐｐｍ以下であることが必要
である。 特開平４−２５３９５号 酸素量の低減はｖＥ（短時間ＳＲ後の靱性）及びｖＥ＋
ＳＣ（加速脆化処理後の靱性）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させるには溶接金属中
の酸素量としてはほぼ２００ｐｐｍ以下であることが必
要である。 特公平４−７９７５２号 このようなソリッドワイヤと特定の組成を有する焼結型
のフラックスとを採用することにより、溶接金属におい
てＯ≦０．０３０％が可能となり、良好な溶接金属を得
ることができる。 特開平５−２２８６８８号 酸素量の低減は特にｖＥ（短時間ＳＲ後の靱性）及び、
ｖＥ＋ＳＣ（加速脆化処理後の靱性）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させるには溶接
金属中の酸素量としてはほぼ２００ｐｐｍ以下であるこ
とが必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術においては、耐ＳＲ割れ性に関しては全く考
慮されていない。なお、特開昭６１−７１１９６号及び
特開平２−１８２３７８号に記載された技術では具体的
な酸素量について言及されていないが、その文面から判
断すると低酸素化が必要なことは明らかである。この公
報に記載の発明例から判断すれば酸素量は３５０ｐｐｍ
以下と推定される。一方、本発明者等は、特願平５−１
１４２７１号において、溶接金属中の酸素量を０．０３
０〜０．０６０％にすることにより、粒界に沿って緻密
な組織を析出させて、耐ＳＲ割れ性を改善することに成
功した。しかしながら、溶接構造物の更なる一層の大型
厚肉化を考慮すれば、溶接金属の耐ＳＲ割れ性を更に改
善する必要がある。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ＳＲ後の室温及び高温強度、靱性、クリー
プ強度、耐焼戻し脆化特性、耐高温割れ性、耐低温割れ
性及び耐ＳＲ割れ性が良好な溶接金属及びそれを得るこ
とができる高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼用サブマージアーク溶接
方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度Ｃｒ
−Ｍｏ鋼用サブマージアーク溶接方法は、重量％で、必
須成分としてＣｒ：２．００〜３．２５％、Ｍｏ：０．
９０〜１．１０％を含有し、更にＶを必須成分として含
み、必要に応じてＮｂ、Ｔｉ、Ｂ及びＣａを含有する高
強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼をソリッドワイヤとボンドフラックス
との組み合わせによりサブマージアーク溶接する方法で
あって、溶接入熱を２０〜５０ｋＪ／ｃｍとし、ソリッ
ドワイヤはＣ：０．０９〜０．１９％、Ｓｉ：≦０．３
０％、Ｍｎ：０．７０〜１．６０％、Ｃｒ：２．００〜
３．８０％、Ｍｏ：０．９０〜１．２０％を含む組成で
あり、ボンドフラックスはＳｉＯ₂：５〜２０％、Ｍｇ
Ｏ：２０〜４０％、Ａｌ₂Ｏ₃：５〜２５％、金属フッ化
物（Ｆに換算した値）：１．５〜１１％、金属炭酸塩
（ＣＯ₂に換算した値）：３〜１５％を含む組成のフラ
ックスであると共に、ソリッドワイヤ及びフラックスの
一方又は双方から溶接金属に歩留まるＣを０．０８〜
０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜０．３０％、Ｍｎ：０．
５０〜１．３０％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｖ：０．１
０〜０．５０％、Ｎｉ：０．４０％以下、Ｔｉ：０．０
１２％以下、Ｂ：０．００１〜０．０１５％、Ｎ：０．
０１５％以下、Ｏ：０．０３５〜０．０６５％になるよ
うに溶接することを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係る高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼用
サブマージアーク溶接金属は、Ｃ：０．０８〜０．１５
％、Ｓｉ：０．０５〜０．３０％、Ｍｎ：０．５０〜
１．３０％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｃｒ：２．００〜
３．２５％、Ｍｏ：０．９０〜１．２０％、Ｖ：０．１
０〜０．５０％、Ｎｉ：０．４０％以下、Ｔｉ：０．０
１２％以下、Ｂ：０．００１〜０．０１５％、Ｎ：０．
０１５％以下、Ｏ：０．０３５〜０．０６５％で、残部
はＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、ソリッ
ドワイヤとボンドフラックスによるサブマージアーク溶
接材料を使用する際に溶接入熱及びソリッドワイヤとボ
ンドフラックスの化学成分とその歩留まりを考慮し、既
に報告した特願平５−１４４２７１号に開示された発明
に対して、溶接金属中の酸素量を更に増やすことによ
り、耐ＳＲ割れ性を更に一層改善することができること
を見いだした。また、酸素量を増加させた場合の靱性低
下に対しては、Ｂを適量添加することにより解決できる
ことも併せて知見した。

【００１１】本発明は、特許請求の範囲にて規定したよ
うに、Ｃｒ及びＭｏの他にＶを必須成分として含み、必
要に応じてＮｂ、Ｔｉ、Ｂ及びＣａ等を含有する高強度
Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接に適用した場合に、ＳＲ後の室温及
び高温強度、靱性、クリープ強度、耐焼戻し脆化特性、
耐高温割れ性、耐低温割れ性及び耐ＳＲ割れ性が良好な
溶接金属を得ようとするものであり、溶接入熱は溶接金
属の化学成分をコントロールし、後述する微細な組織を
示す溶接金属を得るためにその範囲を定めたものであ
る。また、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＭｏをソリッドワイヤか
ら添加するのは主に製造コスト上有利なためであり、溶
接金属に歩留る各成分を規定するのは良好な機械的性能
と併せて、耐高温割れ性、耐低温割れ性及び耐ＳＲ割れ
性に優れた溶接金属を得るためである。

【００１２】次に、本発明における各構成要件について
説明する。 ソリッドワイヤにおける化学成分の理由Ｃ：０．０９〜０．１９％ Ｃは溶接金属の室温及び高温強度、クリープ強度並びに
靱性を確保するために添加するものであり、後述する溶
接金属中のＣを０．０８〜０．１５％とするには、ワイ
ヤ中のＣを０．０９〜０．１９％とする。なお、より好
ましくは、Ｃは０．１３〜０．１７％とする。

【００１３】Ｓｉ：≦０．３０％ Ｓｉは脱酸効果があり、本発明で重要な役割を果たす酸
素量をコントロールする作用がある。後述する溶接金属
中のＳｉを０．０５〜０．３０％にするには、ワイヤ中
のＳｉを０．３０％以下とする。なお、より好ましく
は、Ｓｉを０．１５％以下とする。

【００１４】Ｍｎ：０．７０〜１．６０％ ＭｎもＳｉ同様に脱酸効果があり、本発明では重要な役
割を果たす酸素量をコントロールする作用がある。ま
た、前述の特許公報で報告されているように、一般に溶
接金属中の酸素量が多くなると、靱性が低下し、特に本
発明のように酸素量が０．０３５％以上になると靱性低
下が顕著である。しかしながら、Ｍｎには靱性改善効果
があり、酸素量増加に起因する靱性低下要因に対して、
靱性を改善するためには、後述するように溶接金属中に
Ｍｎを０．５０〜１．３０％含有させることが必要であ
る。従って、溶接金属への歩留まりを考えた場合、ワイ
ヤ中のＭｎは０．７０〜１．６０％とする。なお、より
好ましくはＭｎを１．００〜１．５０％とする。

【００１５】Ｃｒ：２．００〜３．８０％、Ｍｏ：０．
９０〜１．２０％ Ｃｒ及びＭｏは、高強度２．２５〜３％Ｃｒ−１％Ｍｏ
鋼の基本成分であり、本発明においても所定量をソリッ
ドワイヤから添加する。即ち、Ｃｒが２．００％未満で
あるか、又は３．８０％を超えたり、また、Ｍｏが０．
９０％未満であるか、又は１．２０％を超えても本発明
の効果は認められるが、その結果得られる溶接金属成分
は実際には高温環境下では使用されない母材成分範囲で
ある。このため、本発明からは除外した。従って、ワイ
ヤ中のＣｒは２．００〜３．８０％、Ｍｏは０．９０〜
１．２０％とする。なおより好ましくはＣｒは２．２５
〜３．５０％、Ｍｏは０．９５〜１．１０％とする。

【００１６】 ボンドフラックスのスラグ生成剤等の限定理由ＳｉＯ₂：５〜２０％ ＳｉＯ₂は、スラグの流動性をよくしビード形状を整え
る効果があり、５％以上が必要である。しかし、２０％
を超えると溶接金属の酸素量は本発明範囲の上限を超
え、また、スラグ巻き込みが生じやすくなり作業性が低
下する。従って、フラックス中のＳｉＯ₂は５〜２０％
とする。なお、より好ましくはＳｉＯ₂は８〜１５％と
する。

【００１７】ＭｇＯ：２０〜４０％ ＭｇＯは、スラグの流動性を抑えビード形状を整える効
果がある。また、ＭｇＯは酸素量をコントロールする役
割をもつが、２０％未満の場合は溶接金属中の酸素量が
本発明範囲の上限を超え、逆に４０％を超えると酸素量
が本発明の下限を下回ると共に、アークが不安定にな
り、ビード形状が悪くなると共に、スラグの剥離性が悪
くなる。従って、フラックス中のＭｇＯは２０〜４０％
とする。また、ＭｇＯとしては、ＭｇＣＯ₃の分解によ
り生じるＭｇＯも含むものとする。なお、より好ましく
はＭｇＯは２５〜３５％とする。

【００１８】Ａｌ₂Ｏ₃：５〜２５％ Ａｌ₂Ｏ₃は、スラグの流動性をよくし、ビード形状を整
える効果があり、このためには５％以上添加することが
必要である。しかし、２５％を超えると溶接金属中の酸
素量が本発明範囲の上限を超え、また、スラグ巻き込み
が生じやすくなり作業性は低下する。従って、フラック
ス中のＡｌ₂Ｏ₃は５〜２５％とする。なおより好ましく
は１０〜２０％とする。

【００１９】金属フッ化物（Ｆに換算した値）：１．５
〜１１％ 金属フッ化物も、ビード形状を整える効果がある。ま
た、溶接金属の拡散性水素量や酸素量をコントロールす
る役割を持つが、金属フッ化物をＦに換算した値で１．
５％未満の場合酸素が本発明範囲の上限を超え、逆に１
１％を超えると酸素量が本発明の下限を下回ると共に、
アークが不安定になりビード形状やスラグの剥離性が悪
くなる。従って、フラックス中の金属フッ化物をＦに換
算した値は１．５〜１１％とする。なお、より好ましく
は、金属フッ化物は４〜９％とする。また、金属フッ化
物としては、ＣａＦ₂、ＡｌＦ₃、ＢａＦ₃、Ｎａ₃ＡｌＦ
₆、ＭｇＦ₂及びＮａＦ等があるが、Ｆに換算した値が同
じ場合、同様の効果を有する。

【００２０】金属炭酸塩（ＣＯ₂に換算した値）：３〜
１５％ 金属炭酸塩によるＣＯ₂は、溶接金属の拡散性水素量を
低減し、耐低温割れ性を向上する効果と、酸素量をコン
トロールする役割を持つ。そのためには、金属炭酸塩を
ＣＯ₂に換算した値で５％が必要であるが、１５％を超
えると溶接金属中の酸素量が本発明範囲の上限を外れ、
靱性が低下する。従って金属炭酸塩をＣＯ_２に換算した
値は３〜１５％とする。なおより好ましくは、５〜１０
％とする。また、金属炭酸塩としてはＣａＣＯ₃、Ｂａ
ＣＯ₃及びＭｇＣＯ₃等があるが、ＣＯ₂に換算した値が
同じ場合、同様の効果を有する。

【００２１】この他、必要に応じてボンドフラックスに
は、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＬｉＯ₂、ＢａＯ、ＴｉＯ₂、Ｚｒ
Ｏ₂等を添加することができる。これらを添加する場合
には、各々１０％以下とするのが好ましい。

【００２２】また、溶接金属中のＳｉ及びＭｎをコント
ロールするため、ボンドフラックスにはＳｉ及びＭｎを
添加することができる。この場合Ｓｉの添加方法として
は、金属Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ及びＣａ−Ｓｉ等の金属粉で
の添加が可能である。またＭｎの添加方法としては、金
属Ｍｎ及びＦｅ−Ｍｎ等の金属粉での添加が可能であ
る。

【００２３】溶接金属中の特定成分の限定理由Ｃ（溶接金属中）：０．０８〜０．１５％ 上述のように、一般に、溶接金属に酸素量が多いと室温
及び高温強度、クリープ強度及び靱性は大きく低下す
る。特に、溶接金属中の酸素量が０．０３５％以上の場
合顕著であるが、本発明者等の研究により、溶接金属中
のＣを０．０８〜０．１５％にする。これらの特性が大
きく改善されることがわかった。しかし、溶接金属中の
Ｃが０．０８％未満では強度や靱性が十分でなく、ま
た、０．１５％を超えると強度が高くなりすぎ靱性が低
下する。従って、溶接金属中のＣは０．０８〜０．１５
％にする。なお、より好ましくは、０．１０〜０．１３
％とする。

【００２４】Ｓｉ（溶接金属中）：０．０５〜０．３０
％ Ｓｉは脱酸効果があり、酸素量をコントロールする作用
を持ち、そのためには、溶接金属中に０．０５％以上が
必要である。しかし、０．３０％を超えると、耐焼戻し
脆化特性や耐ＳＲ割れ性が低下する。また、強度が高く
なりすぎて靱性低下の原因となる。従って、溶接金属中
のＳｉは０．０５〜０．３０％とする。なお、より好ま
しくは０．０８〜０．２０％とする。

【００２５】Ｍｎ（溶接金属中）：０．５０〜１．３０
％ ＭｎもＣと同様に、高温強度及び靱性を改善する効果を
持つ。また、酸素量をコントロールする作用を有してい
る。しかし、０．５０％未満では強度や靱性が十分でな
く、また、１．３０％を超えるとクリープ強度、耐焼戻
し脆化特性及び耐ＳＲ割れ性が低下する。従って、溶接
金属中のＭｎは０．５０〜１．３０％とする。なお、よ
り好ましくは、０．９０〜１．２０％とする。

【００２６】Ｐ（溶接金属中）：≦０．０１０％ Ｐは粒界に偏析し、粒界強度を低下させる元素である。
高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼においては、高温強度やクリープ強
度を高めるためには析出効果の作用を持つＶやＮｂ等を
添加しており、引張残留応力が大きい場合にはＳＲ割れ
を生じる虞がある。特に、Ｐが高い場合には、粒界強度
が低下することから、その危険性が高い。また、Ｐの粒
界への偏析は耐焼戻し脆化特性に対しても悪い影響を及
ぼす。本発明者等は溶接金属のＰを０．０１０％以下に
することにより、耐ＳＲ割れ性及び耐焼戻し脆化特性が
向上することを見い出した。従って、Ｐについては、溶
接金属中のＰが０．０１０％以下になるように、歩留り
を考慮してソリッドワイヤ及びボンドフラックス中のＰ
含有量を規制する。なお、より好ましくは０．００５％
以下とする。

【００２７】勿論、Ｐ以外の不可避的不純物であるＳ、
Ｓｎ、Ａｓ及びＳｂ等についても、ソリッドワイヤ及び
ボンドフラックス中の含有量を下げておくことが、耐Ｓ
Ｒ割れ性及び耐焼戻し脆化特性の向上に更に有効である
ことはいうまでもない。これらは、溶接金属中０．０１
０％以下とし、より好ましくは０．００５％以下とす
る。

【００２８】Ｃｒ（溶接金属中）：２．００〜３．２５
％、Ｍｏ（溶接金属中）：０．９０〜１．２０％ Ｃｒ及びＭｏは、高強度（２．００〜３．２５％）Ｃｒ
−１％Ｍｏ鋼の基本成分である。即ち、Ｃｒが２．００
％未満及び３．２５％を超えたり、また、Ｍｏが０．９
０％未満及び１．２０％を超えても本発明の効果は認め
られるが、実際には高温環境下では使用されない母材成
分範囲であり、本発明からは除外した。従って、溶接金
属中のＣｒは２．００〜３．２５％、Ｍｏは０．９０〜
１．２０％とする。

【００２９】Ｖ（溶接金属中）：０．１０〜０．５０％ Ｖは、溶接金属の室温及び高温強度並びにクリープ強度
を高める効果があり、そのためには溶接金属中に０．１
０％以上添加する必要がある。しかしながら、０．５０
％を超えて添加すると強度が高くなりすぎ、靱性、耐焼
戻し脆化特性及び耐ＳＲ割れ性が低下する。従って、Ｖ
の添加に際して、溶接金属中のＶが０．１０〜０．５０
％の範囲になるように、ソリッドワイヤ及びボンドフラ
ックスの少なくとも一方に含有させる。なお、より好ま
しくはＶは０．２０〜０．３５％とする。

【００３０】Ｎｉ（溶接金属中）：≦０．４０％ Ｎｉには、焼戻し脆化を促進する作用があり、特に０．
４０％を超えると顕著である。従って、溶接金属中のＮ
ｉが０．４０％以下となるように、ソリッドワイヤ及び
ボンドフラックスのＮｉ含有量を規制する。なお、より
好ましくはＮｉは０．１０％以下とする。

【００３１】Ｔｉ（溶接金属中）：≦０．０１２％ Ｔｉには、靱性を低下させる作用があり、特に、０．０
１２％を超えると顕著である。従って、溶接金属中のＴ
ｉが０．０１２％以下となるように、ソリッドワイヤ及
びボンドフラックスのＴｉ含有量を規制する。なお、よ
り好ましくはＴｉは０．００５％以下とする。

【００３２】Ｂ（溶接金属中）：０．００１〜０．０１
５％ 本発明のように溶接金属中の酸素量を多くした場合、靱
性が大きく低下する。本発明では、酸素量を０．０３５
〜０．０６５％と高くした溶接金属にＢを添加すること
で、低下した靱性を改善することを見いだした。そのた
めには、溶接金属中に０．００１％以上必要であるが、
０．０１５％を超えると高温割れが発生しやすくなる。
従って、溶接金属中のＢは０．００１〜００１５％の範
囲になるように、ソリッドワイヤ及びボンドフラックス
の少なくとも一方に含有させる。なお、より好ましくは
Ｂは０．００３〜０．０１０％とする。

【００３３】Ｎ（溶接金属中）：≦０．０１５％ Ｎにはクリープ強度を高める働きがあり、溶接金属中に
０．０１５％まで添加することが可能である。しかしな
がら、０．０１５％を超えて添加すると靱性が低下す
る。従って、溶接金属中のＮは０．０１５％以下になる
ようにソリッドワイヤ及びボンドフラックスのＮ含有量
を規制する。なお、より好ましくはＮは０．０１０％以
下とする。

【００３４】Ｏ（溶接金属中）：０．０３５〜０．０６
５％ 特願平５−１４４２７１号に開示したように、溶接金属
中の酸素量を０．０３０〜０．０６０％にすると、粒界
に沿って緻密な組織が析出し粒界面積が増えるため、耐
ＳＲ割れ性及び耐焼戻し脆化特性が向上する。しかしな
がら、上述のように、更に一層の溶接構造物の大型厚肉
化により残留応力の増加を考えた場合、更に一層耐ＳＲ
割れを改善する必要がある。

【００３５】そこで、本発明では、溶接金属中の酸素量
を０．０３０〜０．０６０％から０．０３５〜０．０６
５％へ増加することにより、前述の粒界に沿った緻密な
組織が溶接金属組織全体にわたって更に一層均一に析出
することが判明した。これにより、更に粒界面積が増え
ることで、耐ＳＲ割れ性及び耐焼戻し脆化特性が更に改
善されることがわかった。従って、溶接入熱、ソリッド
ワイヤ成分及びフラックス成分を考慮し、溶接金属中の
酸素量が０．０３５〜０．０６５％になるように溶接す
る。

【００３６】Ｎｂ（溶接金属中）：０．０３５％以下 Ｗ（溶接金属中）：２．００％以下 Ｃｏ（溶接金属中）：１．００％以下 Ｎｂ、Ｗ及びＣｏのうち、１種以上を溶接金属中に添加
すると、Ｖ単独添加の場合よりも更に室温及び高温強度
並びにクリープ強度を高めることができる。しかしなが
ら、Ｎｂが０．０３５％を超えたり、Ｗが２．００％を
超えたり、Ｃｏが１．００％を超えると、強度が高くな
りすぎ靱性が低下する。また、耐焼戻し脆化特性及び耐
ＳＲ割れ性も低下する。従って、Ｎｂ、Ｗ及びＣｏを添
加する場合には、溶接金属中のＮｂが０．０３５％以
下、Ｗが２．００％以下、Ｃｏが１．００％以下の範囲
になるように、ソリッドワイヤ及びボンドフラックスの
少なくとも一方に含有させる。なお、より好ましくはＮ
ｂ：０．００５〜０．０２０％、Ｗは１．００％以下、
Ｃｏは０．５０％以下とする。

【００３７】Ｐ_R：４．００〜６．００ 本発明では、下記数式に示すＰ_Rが４．００〜６．００
の範囲にすることにより強度、靱性、耐焼戻し脆化特
性、耐高温割れ性、耐低温割れ性及び耐ＳＲ割れ性がバ
ランスよく良好な溶接金属が得られる。

【００３８】

【数１】Ｐ_R＝１０×［Ｃ］＋１０×［Ｓｉ］＋［Ｍ
ｎ］＋５０×［Ｐ］＋２０×［Ｏ］＋５０×［Ｂ］ 但し、［Ｘ］：溶接金属中のＸ成分の重量％ 溶接条件の限定理由溶接入熱：２０〜５０ｋＪ／ｃｍ 本発明者等は、後述の実施例を示すソリッドワイヤとボ
ンドフラックスを組み合わせて２０〜５０ｋＪ／ｃｍの
溶接入熱で溶接した場合に、強度、靱性、耐焼戻し脆化
特性、耐高温割れ性、耐低温割れ性及び耐ＳＲ割れ性が
バランスよく良好な溶接金属を得られることを見いだし
た。しかし、２０ｋＪ／ｃｍ未満の場合は溶接金属中の
酸素量が本発明の範囲の下限を外れ、焼入れ性が大きく
なり、粒界に沿って緻密な組織が十分に析出せず、耐焼
戻し脆化特性及び耐ＳＲ割れ性が悪くなる。また、強度
が高くなり、靱性が低下する。逆に、５０ｋＪ／ｃｍを
超える場合は、溶接金属中の酸素量が本発明範囲の上限
を超えて組織が粗大化し、強度、靱性及び耐焼戻し脆化
特性が低下する。従って、溶接入熱は２０〜５０ｋＪ／
ｃｍとする。なお、より好ましくは３０〜４０ｋＪ／ｃ
ｍとする。

【００３９】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。下
記表１に示すソリッドワイヤと表２に示すボンドフラッ
クスを組み合わせて、表３に示す母材を図１の開先形状
にし、表４の溶接条件にて試験材を作製した。図２は機
械試験用のＳＲ条件、図３はＳＲ割れ試験用熱処理条
件、図４は焼戻し脆化試験のためのステップクーリング
条件を示す。また、表５は機械試験要領を示す。

【００４０】強度については、室温引張強さ６００Ｎ／
ｍｍ²以上及び高温（４５４℃）引張強さ５０７Ｎ／ｍ
ｍ²以上（ＳＲ：各々７００℃×２６時間）を良好とし
た。靱性及び耐焼戻し脆化特性については、各々ｖＴｒ
５５（５５Ｊを示すシャルピー遷移温度）が−６０℃以
下及び△ｖＴｒ５５（ステップクーリング後のｖＴｒ５
５の遷移量）が２０℃以下（ＳＲ：各々７００℃×７時
間）を良好とした。クリープ強度については、５５０℃
×１０００時間クリープ破断強度が２１０Ｎ／ｍｍ²以
上（ＳＲ：７００℃×２６時間）を良好とした。高温割
れは、目視及びＸ線透過試験により確認した。低温割れ
は、Ｘ線透過試験及びＳＥＭ観察にて確認した。また、
耐ＳＲ割れ性の評価は、特願平５−１４４２７１号に引
続き「応力除去焼鈍割れに関する研究（第２報）」内木
等、溶接学会誌：Ｖｏｌ３３．Ｎｏ．９（１９６４）
Ｐ．７１８）を参考にし、図５に示すように、円筒型試
験片を採取し曲げ応力をかけた状態でＴＩＧにて溶接し
（溶加材使用せず）、Ｕ溝底部に引張残留応力を生じさ
せたまま６２５℃×１０時間の熱処理を行い、Ｕ溝底部
に割れが生じるか否かで行った。なお、特願平５−１４
４２７１号ではスリット幅を１．５ｍｍとしたが、本発
明では１．５ｍｍ及び２．０ｍｍの２条件とし、２．０
ｍｍの場合でも割れが発生しない場合を良好とした。

【００４１】表６に溶接金属の化学成分を、表７に溶接
作業性、耐高温割れ、耐低温割れ性及び耐ＳＲ割れ性
を、表８に溶接金属の機械的性能と総合評価を示す。な
お、Ｎｏ．１〜９が高強度２．２５％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼
用に本発明を適用した例であり、Ｎｏ．１０が高強度３
％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼用に本発明を適用した例である。ま
た、Ｎｏ．１１〜２２は比較例である。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】 注）溶接条件記号１：シングル ２〜５：タンデム

【００４６】

【表５】

【００４７】

【表６】

【００４８】

【表７】 ○：割れ発生せず ×：割れ発生 −：作業性不良のため試験中止 ○：割れ発生せず ×：割れ発生 −：作業性不良のため試験中止

【００４９】

【表８】 ｖＴｒ５５：５５Ｊを示すシャルピー遷移温度 ｖＴｒ′５５：ステップクーリング後のｖＴｒ５５ △ｖＴｒ５５：ステップクーリング後のｖＴｒ５５の遷移量（ｖＴｒ′５５−ｖ Ｔｒ５５） −：作業性不良のため試験中止 ｖＴｒ５５：５５Ｊを示すシャルピー遷移温度 ｖＴｒ′５５：ステップクーリング後のｖＴｒ５５ △ｖＴｒ５５：ステップクーリング後のｖＴｒ５５の遷移量（ｖＴｒ′５５−ｖ Ｔｒ５５） −：作業性不良のため試験中止

【００５０】本発明Ｎｏ．１〜３は、溶接金属の化学成
分が本発明範囲であり、機械的性能及び各耐割れ性とも
良好である。

【００５１】本発明Ｎｏ．４〜８は、Ｐ_Rが本発明範囲
であり強度、靱性及び耐焼戻し脆化特性ともＮｏ．１〜
３よりも改善され、同時に耐割れ性とも良好である。

【００５２】本発明Ｎｏ．９は、溶接金属の化学成分が
本発明範囲であり、機械的性能及び各耐割れ性とも良好
であるが、Ｐ_Rが本発明範囲より大きくＮｏ．８と比較
してやや強度が大きくなり、靱性が若干低下傾向を示し
た。

【００５３】本発明Ｎｏ．１０は、高強度３％Ｃｒ−１
Ｍｏ鋼用に本発明を適用した例であり、機械的性能及び
各耐割れ性とも良好である。

【００５４】これらに対し、比較例Ｎｏ.１１は溶接金
属中のＣ、Ｓｉ及びＭｎが本発明範囲より少なく酸素量
が多くなりすぎ、強度や靱性が低い。

【００５５】比較例Ｎｏ．１２は溶接金属中のＣ、Ｖ、
Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ及びＮが本発明範囲より多く強度
が高くなり靱性が悪い。また、低温割れが発生し耐ＳＲ
割れ性も悪い。

【００５６】比較例Ｎｏ．１３は、溶接金属中のＳｉ、
Ｍｎ、Ｐ及びＮｉが本発明範囲より多く、また、酸素量
が本発明範囲より少ないため、耐焼戻し脆化特性や耐Ｓ
Ｒ割れ性が悪い。また、クリープ強度も低い。

【００５７】比較例Ｎｏ．１４は、溶接金属中のＶが本
発明範囲より少なく、室温及び高温強度やクリープ強度
が低い。

【００５８】比較例Ｎｏ．１５は、溶接金属中のＢが本
発明範囲より少なく、酸素量が高い溶接金属で良好な靱
性が得られず、Ｎｏ．７と比較して靱性が低下した。

【００５９】比較例Ｎｏ．１６は、溶接金属中のＢが本
発明範囲より多く、高温割れが多発したので化学分析以
外の各種試験は中止した。

【００６０】比較例Ｎｏ．１７はボンドフラックス中の
ＳｉＯ₂が本発明は下回り、ＭｇＯが本発明範囲を超
え、ＣＯ₂に換算した金属炭酸塩が本発明範囲を下回る
ため、ビードのなじみと、外観及びスラグ剥離性が劣化
し、溶接作業性が悪いため、化学分析以外の各種試験は
中止した。

【００６１】比較例Ｎｏ．１８は、ボンドフラックス中
のＳｉＯ₂が本発明範囲を超え、ＭｇＯが本発明範囲を
下回るため、スラグ巻き込み等の欠陥が多発し溶接作業
性が悪いため、化学分析以外の各種試験は中止した。

【００６２】比較例Ｎｏ．１９はボンドフラックス中の
Ａｌ₂Ｏ₃が本発明範囲を下回り、金属フッ化物をＦに換
算した値が本発明範囲を上回るため、ビードのなじみや
外観が劣化し溶接作業性が悪いため、化学分析以外の各
種試験は中止した。

【００６３】比較例Ｎｏ．２０は、ボンドフラックス中
のＡｌ₂Ｏ₃が本発明範囲を超え、金属フッ化物をＦに換
算した値が本発明範囲を下回り、ＣＯ₂に換算した金属
炭酸塩が本発明範囲を超えるため、スラグ巻き込みやポ
ックマーク等の欠陥が多発し作業性が悪いため、化学分
析以外の各種試験は中止した。

【００６４】比較例Ｎｏ．２１は、Ｎｏ．８（本発明
例）のソリッドワイヤ及びボンドフラックスの組み合わ
せを、溶接条件１（本発明範囲外）で溶接した例であ
る。溶接入熱が本発明範囲を下回るため酸素量が本発明
範囲の下限を外れ、粒界に沿って緻密な組織が十分に析
出せず、耐焼戻し脆化特性や耐ＳＲ割れ性が悪い。ま
た、Ｎｏ．８の場合より強度が高くなり靱性が低下し
た。

【００６５】比較例Ｎｏ．２２は、Ｎｏ．８（本発明
例）のソリッドワイヤ及びボンドフラックスの組み合わ
せを、溶接条件５（本発明範囲外）で溶接した例であ
る。溶接入熱が本発明範囲を上回るため酸素量が本発明
範囲の上限を外れ耐ＳＲ割れ性は問題ないが、Ｎｏ．８
の場合より強度、靱性及び耐焼戻し脆化特性が低下し
た。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ＳＲ後の室温及び高温強度、靱性、クリープ強度、耐焼
戻し脆化特性、耐高温割れ性、耐低温割れ性及び耐ＳＲ
割れ性が良好な溶接金属を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】裏当て金付きＶ開先形状を示す図である。

【図２】ＳＲ条件（機械試験用）を示す図である。

【図３】熱処理条件（ＳＲ割れ試験用）を示す図であ
る。

【図４】ステップクーリング条件（焼き戻し脆化試験
用）を示す図である。

【図５】ＳＲ割れ試験円筒試験片の採取位置、形状及び
作製方法を示す図で、分図（ａ）はノッチが原質部上部
になるように採取する位置を示し、（ｂ）は試験片の側
面図、（ｃ）は試験片の断面図、（ｄ）は（ｃ）のＡ部
の詳細図、（ｅ）はスリットを溶加材なしで溶接する要
領を示している。

───────────────────────────────────────────────────── 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 38/24

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、必須成分としてＣｒ：２．０
   ０〜３．２５％、Ｍｏ：０．９０〜１．１０％を含有
   し、更にＶを必須成分として含み、必要に応じてＮｂ、
   Ｔｉ、Ｂ及びＣａを含有する高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼をソリ
   ッドワイヤとボンドフラックスとの組み合わせによりサ
   ブマージアーク溶接する方法であって、溶接入熱を２０
   〜５０ｋＪ／ｃｍとし、ソリッドワイヤはＣ：０．０９
   〜０．１９％、Ｓｉ：≦０．３０％、Ｍｎ：０．７０〜
   １．６０％、Ｃｒ：２．００〜３．８０％、Ｍｏ：０．
   ９０〜１．２０％を含む組成であり、ボンドフラックス
   はＳｉＯ₂：５〜２０％、ＭｇＯ：２０〜４０％、Ａｌ₂
   Ｏ₃：５〜２５％、金属フッ化物（Ｆに換算した値）：
   １．５〜１１％、金属炭酸塩（ＣＯ₂に換算した値）：
   ３〜１５％を含む組成のフラックスであると共に、ソリ
   ッドワイヤ及びフラックスの一方又は両方から溶接金属
   に歩留まるＣを０．０８〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５
   〜０．３０％、Ｍｎ：０．５０〜１．３０％、Ｐ：０．
   ０１０％以下、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｎｉ：０．
   ４０％以下、Ｔｉ：０．０１２％以下、Ｂ：０．００１
   〜０．０１５％、Ｎ：０．０１５％以下、Ｏ：０．０３
   ５〜０．０６５％になるように溶接することを特徴とす
   る高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼用サブマージアーク溶接方法。
2. 【請求項２】 ソリッドワイヤ及びフラックスの一方又
   は双方からＮｂ：０．０３５％以下、Ｗ：２．００％以
   下、Ｃｏ：１．００％以下のうち、１種以上を溶接金属
   に添加することを特徴とする請求項１に記載の高強度Ｃ
   ｒ−Ｍｏ鋼用サブマージアーク溶接方法。
3. 【請求項３】 更に、下記数式に示すＰ_Rが４．００〜
   ６．００になるように溶接することを特徴とする請求項
   １又は２に記載の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼用サブマージアー
   ク溶接方法。 Ｐ_R＝１０×［Ｃ］＋１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋５０
   ×［Ｐ］＋２０×［Ｏ］＋５０×［Ｂ］ 但し、［Ｘ］：溶接金属中のＸ成分の重量％
4. 【請求項４】 Ｃ：０．０８〜０．１５％、Ｓｉ：０．
   ０５〜０．３０％、Ｍｎ：０．５０〜１．３０％、Ｐ：
   ０．０１０％以下、Ｃｒ：２．００〜３．２５％、Ｍ
   ｏ：０．９０〜１．２０％、Ｖ：０．１０〜０．５０
   ％、Ｎｉ：０．４０％以下、Ｔｉ：０．０１２％以下、
   Ｂ：０．００１〜０．０１５％、Ｎ：０．０１５％以
   下、Ｏ：０．０３５〜０．０６５％で、残部はＦｅ及び
   不可避的不純物からなることを特徴とする高強度Ｃｒ−
   Ｍｏ鋼用サブマージアーク溶接金属。
5. 【請求項５】 Ｎｂ：０．０３５％以下、Ｗ：２．００
   ％以下、Ｃｏ：１．００％以下のうち、１種以上を添加
   したことを特徴とする請求項４に記載の高強度Ｃｒ−Ｍ
   ｏ鋼用サブマージアーク溶接金属。
6. 【請求項６】 更に、下記数式に示すＰ_Rが４．００〜
   ６．００であることを特徴とする請求項４又は５に記載
   の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼用サブマージアーク溶接金属。 Ｐ_R＝１０×［Ｃ］＋１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋５０
   ×［Ｐ］＋２０×［Ｏ］＋５０×［Ｂ］ 但し、［Ｘ］：溶接金属中のＸ成分の重量％