JPH08281439A - 耐食性に優れた鋼の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｃｕ，Ｐを含有する耐食性に優れた鋼の溶接
に際し、溶接凝固割れの発生を防止して、効率良く低コ
ストで溶接する溶接方法を提供する。 【構成】 Ｃｕ：０．１〜１．０％およびＰ：０．０２
〜０．１２％を含有する耐食性に優れた鋼をアーク溶接
するに際して、アーク溶接で形成される溶接金属の組成
が、［％Ｓｉ］＋２４×［％Ｐ］＋１３×［％Ｓ］＋
４．５×［％Ｎｂ］≦１．１（ただし［％Ｘ］は重量％
で表わした元素Ｘの含有量）を満足する耐食性に優れた
鋼の溶接方法である。 【効果】 溶接部の割れ感受性を顕著に低下させること
が可能となり、割れのない良質の耐食鋼を効率良くかつ
低コストで溶接可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐食性に優れた鋼の溶接
方法に係り、さらに詳しくは、ＣｕとＰとを含有させて
腐食速度を低減させた鋼を溶接するに際して、溶接割れ
を発生させること無く、溶接性良く溶接する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鋼にさらにＣｕとＰを添加して耐食性を
高めた鋼は、既に従来からよく知られており、例えば、
特公昭５７−１４７４８号公報には、Ｃｕ：０．１〜
０．２４％，Ｐ：０．０６〜０．１５％を添加して、耐
食性を向上させた鋼が開示されている。

【０００３】また特開平３−１５０３１５号公報には、
Ｃｕ：０．１０〜０．４０％，Ｎｉ：０．１０〜０．４
０％，Ｐ：０．０４０〜０．１０％を含有する鋼を素材
とする、耐食性および成形性に優れる高強度薄鋼板の製
造方法が開示されている。しかしこれらの鋼では、溶接
性が充分に考慮されているとは言えず、アーク溶接で溶
接構造体を製造する際に、溶接金属で高温割れ（凝固割
れ）を生ずる場合があるという難点を有している。

【０００４】特公平１−２９８５９号公報には、Ｐを
０．０３〜０．２０％含有し、ＳおよびＮをそれぞれ
０．００５％以下，０．００４％以下に制限して溶接性
を改善した鋼が開示されている。この鋼は溶接性が改善
されてはいるものの、溶接構造体が複雑な形状をしてお
り、溶接部が大きな変形を受ける条件では、やはり溶接
高温割れ（凝固割れ）を発生する場合がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる現状に
鑑み、ＣｕおよびＰを含有する耐食性の優れた鋼を溶接
するに際して、溶接凝固割れの発生を防止して、効率良
く低コストで溶接する溶接方法を提供することを目的す
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち本発明の要旨は、下
記（１）〜（３）項にある。

【０００７】（１） 本発明は、重量％で、Ｃｕを０．
１〜１．０％，Ｐを０．０２〜０．１２％含有する鋼を
アーク溶接するに際して、アーク溶接で形成される溶接
金属の組成が、下記数２を満足することを特徴とする耐
食性に優れた鋼の溶接方法である。

【０００８】

【数２】 ［％Ｓｉ］＋２４×［％Ｐ］＋１３×［％Ｓ］＋４．５×［％Ｎｂ］≦１．１

【０００９】ただし数２において、［％Ｘ］は重量％で
表わした元素Ｘの含有量である。

【００１０】（２） 前記（１）項の溶接金属の組成
が、さらに重量％で、Ｍｎ： ０．０２〜２．０％，Ｃ
ｕ： ０．１〜１．０％を含有し、Ｃ ： ０．０７％
以下，Ｎ ： ０．０１％以下に低減した鋼の溶接方法
である。

【００１１】（３） 前記（１）または（２）項におけ
る溶接される母材の組成が、さらに重量％で、Ｍｎ：
０．０２〜２．０％，Ｎｉ： ０．０５〜０．５％，Ａ
ｌ： ０．００５〜０．１％を含有し、Ｃ ： ０．０
７％以下，Ｎ ： ０．０１％以下に低減した鋼の溶接
方法である。

【００１２】

【作用】以下に本発明において各成分の範囲および成分
の組み合わせを限定した理由に付いて説明する。なお本
発明において、％は特に明記しない限り、重量％を意味
し、また［％Ｘ］は重量％で表わした元素Ｘの含有量を
意味する。

【００１３】まず本発明においては、アーク溶接で形成
される溶接金属の組成が、下記（１）式を満足している
ことが最も重要である。

【００１４】

【数３】 ［％Ｓｉ］＋２４×［％Ｐ］＋１３×［％Ｓ］＋４．５×［％Ｎｂ］≦１．１ …………（１）

【００１５】これは本発明者らが、母材成分と溶接材料
の成分とを種々変化させて溶接凝固割れ試験を行なった
末に、ついに溶接凝固割れを根本的に防止する条件とし
て見出したものである。

【００１６】即ち、ＣｕとＰを多量に含有させて耐食性
を改善した鋼の溶接における溶接割れに対して、特に有
害な元素はＰ，Ｓｉ，Ｓ，Ｎｂであって、同一含有量に
おいて、Ｐ，Ｓ，Ｎｂが割れ感受性を増加させる度合い
は、Ｓｉのそれに対してそれぞれ２４倍，１３倍，４．
５倍であることを本発明者らは見出した。そしてこれら
元素の含有量が上記の条件を満足する場合に、溶接金属
の溶接割れ感受性が顕著に低下することを見出した。

【００１７】（１）式の［％Ｓｉ］＋２４×［％Ｐ］＋
１３×［％Ｓ］＋４．５×［％Ｎｂ］の値が１．１を超
えると、溶接条件等を制御しても溶接高温割れを防止す
ることが困難である。従って、Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｎｂのい
ずれか１種以上が多量にならざるを得ない場合には、溶
接金属中における他の元素の含有量を極力低減して、
（１）式を満足させる必要がある。

【００１８】例えば、ビード形状を改善するためにＳｉ
を添加した溶接ワイヤを使用する場合には、溶接ワイヤ
中、従って溶接金属中のＰ，Ｓを低減させる。あるい
は、溶接条件を選択して母材の希釈量を適切な値とし、
溶接金属中のＳｉ，Ｐ，Ｓ，Ｎｂ量が（１）式を満足す
るものとさせる。

【００１９】次に各元素の含有量範囲について説明す
る。

【００２０】Ｓｉ： Ｓｉは、溶接金属の脱酸剤および
強化元素として有効であるが、Ｐと共存することによっ
て溶接金属の凝固割れを助長する作用が大きい。従って
基本的にはＳｉ含有量は（１）式を満足するものとし、
Ｓｉ含有量が０．１％を超えると溶接割れの助長が一段
と顕著になるので、より好ましくは溶接金属中のＳｉ量
は０．１％以下とする。但し母材のＳｉ量が高い場合に
は、溶接金属中のＳｉ量もある程度高くならざるを得な
い。

【００２１】Ｐ： Ｐは溶接金属中で強く偏析して、溶
接凝固割れを著しく助長する。そして溶接金属の溶接割
れを防止するためには、溶接金属中のＰは少ないほど好
ましいが、耐食性を低下させること無く溶接割れを防止
するためには、（１）式を満足することが重要である。
本発明が対象とする鋼はＰ含有量の高い鋼であるから、
（１）式を満足するためには、溶接材料による母材成分
の希釈を考慮することが必要である。

【００２２】即ち、母材のＰ量が高い場合には、Ｐ含有
量の低い溶接材料を用いて溶接することが有効である。
溶接金属が凝固途中に大きな変形を受けるような構造の
場合には、溶接金属中のＰ含有量は０．０４％以下とし
て少ないほど好ましく、より好ましくはＰ含有量は０．
０３％以下とする。

【００２３】Ｓ： Ｓは通常不純物であって少ないほど
良いが、凝固割れを防止する目的からも少ない方が好ま
しく、（１）式を満足する範囲で少ないほど良い。溶接
金属中のＳ量は好ましくは０．００７％以下、さらに好
ましくは０．００４％以下とする。

【００２４】Ｎｂ： Ｎｂは溶接金属の強度向上等を目
的として溶接材料に添加されるが、凝固割れを顕著に助
長する元素であるから、添加する場合には溶接金属の組
成が（１）式を満足しなければならない。即ち、Ｎｂを
添加する場合には、溶接金属中のＰ，Ｓｉ，Ｓを一段と
少なくし、（１）式を満足する量に低減しなければなら
ない。

【００２５】以上が本発明の骨子となる溶接金属の成分
と、その組み合わせである。本発明においては、溶接金
属の特性をさらに改善する目的で、溶接金属中において
以下の元素を添加あるいは制限する。

【００２６】Ｃ： 溶接金属の割れ感受性を一段と低減
し、かつ耐食性を一段と向上させる目的のためには、溶
接金属中のＣ量を０．０７％以下に低減し、さらに好ま
しくは０．０４％以下とする。

【００２７】Ｍｎ： Ｍｎは、溶接金属の強度を上昇さ
せる目的で０．０２％以上を添加すると有効である。し
かし２．０％を超えて含有させても、その効果はもはや
飽和しているので、上限含有量は２．０％とする。

【００２８】Ｃｕ： Ｃｕは、母材からの希釈としても
ともと溶接金属中に含有されるのに加えて、溶接金属の
耐食性を確保する目的で、溶接金属中に０．１％以上を
含有させることが有効である。Ｃｕ含有量が１．０％を
超えても、耐食性への効果は飽和するので、上限含有量
は１．０％とする。 Ｎ： 溶接金属の割れ感受性を一段と低減し、かつ耐
食性を一段と向上させる目的のためには、溶接金属中の
Ｎ量を０．０１％以下に低減し、さらに好ましくは０．
００５％以下とする。

【００２９】溶接金属の組成を上記の条件を満足するも
のとするには、母材の組成とともに溶接材料と溶接条件
を制御することによって可能である。例えば、ミグ溶接
では溶接ワイヤーの、セルフシールドアーク溶接ではワ
イヤおよびフラックスの、被覆アーク溶接では溶接心線
およびフラックスの成分をそれぞれ選択・調整すること
によって、溶接金属の組成を所定のものとすることがで
きる。

【００３０】また母材のＳｉ，Ｐ，Ｓ，Ｎｂ量が高い場
合には、これらの成分の含有量が少ない溶接材料を使用
するとともに、アーク溶接時の溶け込みを極力少なくし
て、母材からの成分混入量を低減することも非常に有効
である。

【００３１】本発明においては、母材からの希釈や、母
材あるいは溶接材料の添加元素に付随する不純物として
溶接金属に含有される元素として、あるいは溶接作業性
を改善する等の目的のために添加するものとして、溶接
金属中にＮｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔ
ａ，Ｈｆ，Ｂ，Ｓｎ，希土類元素（ＲＥＭ），Ｃａ，Ｍ
ｇを含有させても良く、こうした元素を含有させること
は本発明の範囲を何ら逸脱するものではない。

【００３２】なお、本発明において希土類元素とは、原
子番号が５７〜７１番および８９〜１０３番の元素およ
びＹを指す。但しＢは、凝固割れを助長する元素である
ので、添加する場合にはＢ含有量は０．００２０％以下
とすることが好ましく、さらに０．００１０％以下とす
ることがより好ましい。

【００３３】また本発明では、酸素の含有量は特に限定
はしていないが、酸素は酸化物系非金属介在物を生成す
る根源となる不純物であるから、少ないほど好ましいの
は当然である。何れにしても、溶接金属において（１）
式を満足させることが肝要であって、（１）式を満足し
ていれば、他の特性のために合金元素を添加あるいは低
減させることは必要に応じて適用することができる。

【００３４】次に、本発明が対象とする鋼は、基本的に
Ｃｕを０．１〜１．０％，Ｐを０．０２〜０．１２％含
有するものであれば、他の成分は特に制約されるもので
はない。必要とする強度，靱性，延性等に応じて適宜添
加する元素を選択することができ、他の元素を添加した
鋼を溶接する場合も、勿論本発明方法の範囲である。こ
のとき強度や製造性を目的として、以下の元素を母材に
添加あるいは制限すると効果が顕著である。

【００３５】Ｍｎ： 母材の強度を高める目的で、０．
０２％以上の添加が有効である。２．０％を超えて添加
しても強度への効果は飽和するし、また耐食性が低下す
るので、上限含有量は２．０％とすることが好ましい。

【００３６】Ｎｉ： 母材の強度を高める目的、および
Ｃｕによる熱間脆性を防止する目的で添加が有効であ
る。かかる目的のためには、０．０５％以上含有させる
ことが有効であるが、０．５％を超えて添加しても効果
が飽和するのに対してコストが高くなるので、上限含有
量は０．５％とすることが好ましい。

【００３７】Ａｌ： 脱酸剤として、０．００５％以上
の添加が有効である。０．１％を超えて添加すると粗大
な非金属介在物を生成して靱性や延性を低下させるの
で、上限含有量は０．１％とすることが好ましい。

【００３８】Ｃ： Ｃは母材の強度を向上させる元素と
して有効である。しかし、その一方で加工性，延性，耐
食性，化成処理性を低下させる元素であるので、特に高
い加工性，延性，耐食性，化成処理性を必要とする場合
には、Ｃ含有量を０．０７％以下とすることが有効であ
る。特に優れた加工性，延性を得る目的のためには、Ｃ
含有量を０．０４％とするとより有効であり、０．０１
％以下とすると延性を顕著に改善するために好ましい。

【００３９】Ｎ： 耐食性を改善する目的、および延性
と加工性を一段と改善する目的のために、Ｎ含有量を
０．０１％以下とすることが有効であり、０．００４％
以下とすると延性をさらに改善するためにより好まし
い。

【００４０】本発明方法が対象とする鋼においては、上
記の成分の他に、製造性，加工性，靱性，耐食性などを
改善し、あるいは強度を調整する目的で、添加する元素
として、あるいは添加合金元素に付随した不純物とし
て、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，
Ｈｆ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂなどを含有することができる。ま
た製造性と耐食性を改善する目的で、希土類元素（ＲＥ
Ｍ），Ｃａ，Ｍｇなどを含有することも可能である。ま
た耐食性や靱性を改善する目的で、Ｓを低減した鋼も勿
論本発明方法が対象とするものである。

【００４１】本発明が対象とする鋼では、酸素の含有量
は特に限定はしていないが、酸素は酸化物系非金属介在
物を生成する根源となる不純物であるから、少ないほど
好ましいのは当然である。

【００４２】以上のように合金元素を含有させた鋼，お
よび／または成分を制限した鋼も本発明が対象とする鋼
であって、何れも溶接材料や溶接条件を適切にすること
によって、溶接金属において（１）式を満足させること
が肝要である。

【００４３】本発明は、アーク溶接すべき鋼の形状とし
ては、厚鋼板，薄鋼板，鋼管，形鋼，棒鋼等の何れであ
ってもよく、何れも本発明が対象とするものである。ま
た鋼の製造方法としては、熱延まま，熱延後熱処理，冷
延まま，冷延後熱処理など、鋼製品の寸法および形状
と、必要とする強度，靱性，延性，加工性に応じて、所
望の製造方法を選択することができる。

【００４４】またＣｕを０．１〜１．０％，Ｐを０．０
２〜０．１２％含有する鋼を基材とし、その表面に、
Ｚｎ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｃｕなどの金属めっき
（溶融めっきおよび電気めっき）、Ｚｎ，Ａｌ，Ｃ
ｒ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅなどの金属を主体とする合
金の金属めっき（溶融めっきおよび電気めっき）、リ
ン酸亜鉛被膜，リン酸鉄被膜，クロメート処理などの化
成処理被膜，マンガン−リン系酸化物系化合物などの
固体潤滑被膜処理被膜、有機塗装処理などの表面処理
を施した鋼にも、本発明を適用でき、何れも本発明が対
象とするものである。

【００４５】また本発明を適用して構造体や部材を製造
した後に、上記〜に示すような表面処理を施すこと
も勿論可能であり、これらもまた本発明の範囲を何ら逸
脱するものではない。

【００４６】本発明が対象とするアーク溶接方法として
は、被覆アーク溶接，ガスシールドアーク溶接，セルフ
シールドアーク溶接などのアークを熱源とし、溶加材等
の溶接材料を用いる溶接であれば、いずれも適用するこ
とができる。

【００４７】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。

【００４８】実施例１として、Ｃ：０．０２５％，Ｓ
ｉ：０．１５％，Ｍｎ：１．２１％，Ｐ：０．０６３
％，Ｓ：０．００４％，Ｃｕ：０．２７％，Ｎｉ：０．
１９％，Ａｌ：０．０３５％，Ｎ：０．００４％を含有
する鋼を、通常の熱間圧延で板厚２．６ｍｍの鋼板と
し、冷間で角コラムとして製造した後、十字型隅肉溶接
を行なった。また後述の表１に示す本発明例Ｎｏ．３に
ついては、鋼板表面に通常の工程で溶融亜鉛めっきを施
した後に、冷間で角コラムを製造したものである。

【００４９】溶接に際しては、表１に示す成分の溶接ワ
イヤを用い、溶接後の溶接金属の成分分析結果は表１に
併せて示した通りである。溶接金属の成分分析結果から
算出したＣＬ値〔（１）式の左辺に相当〕を表１に併せ
て示す。溶接後の試験体について、溶接部を溶接方向に
直交する断面で切断して断面を観察し、溶接凝固割れの
有無を光学顕微鏡で観察した。

【００５０】試験結果を表１に併せて示した。表１の溶
接試験結果は、観察した断面の数とその中で溶接凝固割
れが観察された断面の数を示している。表１から明らか
なように、本発明例であるＮｏ．１〜５は溶接割れはま
ったく発生していなかった。これに対して比較例である
Ｎｏ．６〜８は、溶接金属の組成が不適切であるため
に、大部分あるいは全部の断面で溶接割れを発生してい
た。

【００５１】実施例２として、表２に成分を示す鋼を溶
製して厚さ２４０ｍｍの鋼片とした後、通常の熱間圧延
プロセスによって肉厚３．０ｍｍのホットコイルとし、
さらに通常の電縫鋼管ラインで外径７０ｍｍの電縫鋼管
として造管した。さらに各鋼管を長さ１０００ｍｍに切
断し、表３に示す成分の溶接ワイヤを用いて、同一鋼種
の鋼管同士を３本組み合わせて、三角形状に溶接したフ
レームを作成した。

【００５２】表４には、母材となる鋼管の鋼種と溶接ワ
イヤの組み合わせを示し、その時の溶接金属の組成の分
析結果、およびそれから算出したＣＬ値〔（１）式の左
辺に相当〕を表４に併せて示す。なお、比較例６と７は
同一の鋼管とワイヤの組み合わせであるが、溶接条件，
特に鋼管の間隔を異なる条件とすることで母材の溶け込
み量を変化させ、溶接金属の組成を変化させたものであ
る。溶接後の試験体について、試験体ごとに１０か所で
溶接部を切断して断面を観察し、溶接凝固割れの有無を
光学顕微鏡で観察した。

【００５３】試験結果を表４に併せて示した。表４の溶
接試験結果は、観察した１０断面のうち、溶接割れが観
察された断面の数を示している。表４から明らかなよう
に、本発明例であるＮｏ．１〜５は、溶接割れはまった
く発生していなかった。これに対して、比較例であるＮ
ｏ．６〜９は、溶接金属の組成が不適切であるために、
大部分あるいは全部の断面で溶接割れを発生していた。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明による鋼の溶
接方法は、ＣｕおよびＰを含有する耐食性の優れた鋼を
溶接するに際して、溶接金属組成中のＳｉ，Ｐ，Ｓ，Ｎ
ｂ含有量の所定の合計値を一定値未満に抑制することに
より、溶接金属の溶接割れ感受性を顕著に低下させるこ
とが可能となり、従って割れのない良質の耐食鋼を効率
良くかつ低コストで溶接可能となり、またこの溶接は、
鋼板，鋼管，形鋼，棒鋼など、幅広い分野で適用可能と
するものである。

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 // Ｂ２３Ｋ 103:20 103:22

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃｕを０．１〜１．０％，Ｐ
   を０．０２〜０．１２％含有する鋼をアーク溶接するに
   際して、アーク溶接で形成される溶接金属の組成が、下
   記数１を満足することを特徴とする耐食性に優れた鋼の
   溶接方法。 【数１】 ［％Ｓｉ］＋２４×［％Ｐ］＋１３×［％Ｓ］＋４．５×［％Ｎｂ］≦１．１ ただし数１において、［％Ｘ］は重量％で表わした元素
   Ｘの含有量である。
2. 【請求項２】 溶接金属の組成が、さらに重量％で、 Ｍｎ： ０．０２〜２．０％， Ｃｕ： ０．１〜１．０％を含有し、 Ｃ ： ０．０７％以下， Ｎ ： ０．０１％以下 に低減した、請求項１記載の耐食性に優れた鋼の溶接方
   法。
3. 【請求項３】 溶接される母材の組成が、さらに重量％
   で、 Ｍｎ： ０．０２〜２．０％， Ｎｉ： ０．０５〜０．５％， Ａｌ： ０．００５〜０．１％を含有し、 Ｃ ： ０．０７％以下， Ｎ ： ０．０１％以下に低減した、請求項１または２
   記載の耐食性に優れた鋼の溶接方法。