JPS6020118B2 - 高張力鋼のｔｉｇ溶接用鋼ワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高張力鋼のＴＩＧ溶接用鋼ワイヤに関するも
のである。

近年の鋼構造物の大型化、高級化に伴なつて、高張力鋼
、特に６０ｋ９／桝級以上の高強度を有する鋼が種々の
構造物に適用されている。

これらの鋼の溶接に当っては、現在、サブマージアーク
溶接法、被覆アーク溶接法、ガスシールドアーク溶接法
等が実用化されている。これらの溶接法のうちで、サブ
マージアーク溶接法、被覆アーク溶接法は、フラックス
を使用するためフラツクスが吸湿したり、フラックス中
に水分を有したりしており、この水素に起因する低温割
れ等の点で問題がある。

しかし、これに比較して、ガスシールドアーク溶接法は
、高純度溶接用ガスとソリッドワィャを使用して溶接を
するため溶接材料の水素源が本質的に極めて少なく、溶
接を行なった場合、溶接金属の拡散性水素が、その主要
因とされている高張力鋼特有の低温割れに対して極めて
安定した耐割れ性を示す。このため、最近、高張力鋼を
用いる礎造物にガスシールドアーク溶接を適用する場合
が増えてきているが、一方、これらの構造物は大型化し
ている場合が多く溶接性もさることながら高能率溶接法
が開発検討されている。従来、ガスシールドアーク溶接
の中で、シールドガスとして純Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガ
ス雰囲気下で溶接するＴＩＧ溶接は、溶接金属の酸化、
窒化が皆無であり、現在実用化されているアーク溶接の
中で最も優れた機械的性質を付与する溶接法であり、高
強度下でも優れた靭性と強度を有する溶接金属が比較的
容易に得られるものである。

しかしながら、最近の高能率溶接法は、溶接能率を上げ
るため高電流化或いは高入熱化が計られており、これら
の溶接法に、従来の不活性ガスシールドアーク溶接材料
を高張力鋼の溶接に適用すると溶接金属内にアンバラン
スなミクロ組織を生成させることが判明した。

そして、ここにいうアンバランスなミクロ組織とは、高
入熱溶接による結晶粒の粗大化とともに、この粒界に粗
大化した初析フェライトが析出して、粒界と粒内の強度
的、組織的なアンバランスが生成するということであり
、このアンバランスなミクロ組織により曲げ延性の著し
い劣化及び溶接金属の鞠性の著しいばらつきを生じるも
のである。本発明に係る高張力鋼のＴＩＧ溶接用鋼ワイ
ヤは、上記に説明したような従来の溶接材料の欠点や問
題点を解決したものであって、即ち、０．２％以下のＣ
、３％以下のＭｎ、０．０５％以下のＴｉを必須成分と
して含有し、さらに６％以下のＮｉ、２％以下のＣｒお
よび２％以下のＭｏのうちの１種以上を含有するととも
に、Ｓｉ含有量を実質的に零に、Ｂを０．００３％以下
に押え残部はＦｅから成ることを特徴とする高張力鋼の
ＴＩＣ溶接用鋼ワイヤである。

以下、本発明に係る高張力鋼のＴＩＣ溶接用鋼ワイヤに
ついて具体的に説明する。

先ず、本発明に係る高張力鋼のＴＩＧ溶接用鋼ワイヤの
各含有成分及び含有割合について説明する。

Ｃは、高張力鋼用として溶接金属強度を保つための必須
成分であるが、Ｃが０．２％を超えると高温割れ感受性
が高くなるので、０．２％以下に押える必要があるので
ある。

Ｍｎは、主に脱酸剤及び高強度、高靭性を得るために或
程度含有させる必要があるが、Ｍｎが３％を超えると、
Ｍｎは高入熱溶接を行なう場合、溶融プールの母材への
なじみ性を極端に劣化させて溶接作業を困難となし、特
に、溶接姿勢が立向、上向姿勢になると顕著にこの影響
が現われるので、Ｍｎは３％以下とする必要がある。

Ｔｉは、溶接金属の結晶粒の粗大化を阻止し、且つ、強
度上昇を計るために必須な成分であるが、Ｔｉが０．０
５％を超えると極端に靭性の劣化が現われるとともに、
Ｔｉ０２の高融点化合物がビード＊表面に生成し、スラ
グ巻込み、融合不良等の欠陥を生じ易くなるので、Ｔｉ
は０．０５％以下とする必要がある。

さらに、高張力鋼用溶接材料として、強度、鞠性を保持
するために、６％以下のＮｉ、２％以下のＣｒ、２％以
下のＭｏの１種以上を含有させなければならない。

この時、Ｎｉは溶接金属の強度、籾性を確保するために
有効であるが、６％を超えて含有させると実施例７にみ
られるように、耐高温割れ性が劣化するために、６％以
下に押える必要がある。

また、Ｃｒ、Ｍｏは溶接金属の強度を確保するに有効な
成分であるが、何れも２％を超えて含有すると鋤性の劣
化がおこるため２％以下に押さえる必要がある。また、
より高強度の高張力鋼を高入熱の溶接を行なう場合には
、強度、轍性、耐割れ性を確保するためには、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ等の何れか２種以上含有させることが望ましい
のである。

以上説明したような成分を含有する溶接材料により高張
力鋼を溶接すると、第５表の１、０の番号１に示すよう
に、比較的低入熱（または低電流）で溶接を行なった場
合は、強度、級性、曲げ延性は確保することができるも
のの、比較的高入熱で溶接を行なうと、第５表の１、０
の番号２に示すように轍性、曲げ延性を充分確保するこ
とはできないことが判明した。

この点につき、本発明者等は、鋭意試験研究等を繰り返
した結果、靭性、曲げ延性に、溶接ワイヤ中に含まれる
Ｓｉの含有量が大きく影響することを知見した。以下に
、このことを第１図及び第２図を用いて説明する。第１
図はＳｉ含有量の曲げ延性に及ぼす影響を示したもので
あり、試験に当っては被溶接材としてＨＴ．８０（板厚
２５物）を用い溶接ワイヤは、第１表に示した成分のも
のを用いて行なったものである。第１表 ワイヤ蓬：１．２中、溶接姿勢：立向 開先形状：４５ｏ Ｖ関先 溶接電流、函圧、速度：３０Ｍ‐１１Ｖ−心ｐｍ試験方
法：ＪＩＳＺ３１２２によるサイドベンド試験片に現わ
れた微小クラック数により行なつた。

この第１図に示すワイヤ中のＳｉ含有量の微小クラック
の影響については、図から明らかなようにＳｉ含有量を
極力低く、即ち、０．０７％以下の実質的に零にするの
がよい。

また、Ｓｉについては上記し＊た曲げ延性とは別に、溶
接金属の靭性にも大きな影響を与えるものであり、これ
を第２図により説明する。第２図はワイヤ中のＳｉ含有
量と入熱量の溶接金属に対する鋤性値に与える影響を示
したもので、被溶接材として、ＨＴ．８０（板厚２５肋
）を用いて、第２表に示す成分のワイヤを用いて試験を
行なつた。第２表 第２図において、高入熱溶接試験の場合は、第１図の説
明と同じ条件により行なったが、低入熱溶接試験の場合
は、溶接電流、電圧、速度を、１５Ｍ‐１３Ｖ−７ｃｐ
ｍとした以外は高入熱熔接試験の場合と同じ条件により
行なった。

この第２図より明らかなように、特に高入熱溶接の場合
には、Ｓｉ含有量が０．２％を超えると鞭性値が著しく
劣化すると共に大きなばらつきを生じるようになること
がわかる。

またＳｉ含有量が低い程靭・性値が良好となることも第
２図より明らかである。またＢについても、従釆より通
常の溶接用ワイヤに不純物として若干含有されているも
のであり、高張力鋼の鋼材には通常焼入れ性を高める自
ｘ的でＢが必須成分として添加されている場合が多く、
従って、かかる鋼材の溶接に当っては、溶接金属中に、
これらのＢが不可避的に混入してくるものである。

従来においても一般的に、このＢが耐高温割れ性を劣化
させることは知られているものの上記の如くの本発明ワ
イヤにおいてのＢの影響については、全く知られておら
ず従って本発明者らは、本発明のワイヤにおけるＢの影
響を調査すべく試験を行なった。本発明に係るワイヤに
おけるＢの影響について第３図により説明する。第３図
は、被溶接材として、ＨＴ．８０（板厚２５側）を使用
し、第３表に示す成分のワイヤを用いて行なったのであ
る。第３表 ワイヤ隆：１．２０、溶接姿勢：立向 開先形状：４５ｏ Ｖ開先 溶接電流、電圧、速度：３００Ａ−１１Ｖ−４ｃｐｍ試
験方法：ＪＩＳＺ３１２２によるサイドベンド試験片に
現われた高温割れに起因する微小クラックス数により行
なった。

この第３図に示されるように、特に、高入熱溶接の場合
に、Ｂは耐高温割れ性を劣化させるものであるといえＢ
は０，００３％までは許容できるが、Ｂは好ましくは極
力低く押えた方がよいのである。

また、本発明に係るワイヤは、高入熱溶接においても組
織の微細化を図るためＴｉを含有させることを必須の要
件としているが、Ｔｉを含有させた場合、園溶Ｔｉの形
では、溶接金属の靭性を劣化させる。

このいみでは、Ｔｉを添化しない方がよいが、結晶粒を
微細化するためにＴｉをＴｉ０２等の酸化物の形状にし
、鋤性を確保することができる。この意味より０２を添
加するのが好ましい。そして、本発明に係るワイヤはＴ
ＩＣ溶接で純〜、Ｈｅ等の不活性ガス下で用いられるの
で、０２をシールドガスより添加することは不可能であ
るから、特に、溶接ワイヤより０２を添加するのが好ま
しい。第４図は、ワイヤ中の０２含有量と溶＊嬢金属の
級性との関係を示しものである。この第４図は、ＨＴ．
８リ２５脚厚さの試験片を用い、第４表に示す成分のワ
イヤを使用した。第４表ワイヤ径：１．２０、溶接姿勢
：立向 関先形状：４５０ Ｖ開先 溶接電流、電圧、速度：３００Ａ−１１Ｖ−４ｃｐｍこ
の第４図において、特に、高入熱溶接において、Ｔｉが
添加されている場合、ワイヤ中の０２含有量が４■伽以
下では鞠性の劣化することを示しており、従って、ワイ
ヤ中の０２含有量を４０胸以上にする必要があり、特に
、０２が１０瓜風を越えると鋤性値が良好になると共に
、鞠性値のぱらつきも少なくなり好ましいものである。

次に本発明に係る高張力鋼のＴＩＧ溶接用鋼ワイヤの実
施例を、従釆ワイヤ及び比較ワイヤとともに説明する。
実施例においては、ＨＴ．８０について主として説明し
てあるがＨＴ．６０級以上の高張力鋼についても、同様
に、本発明に係る高張力鋼のＴＩＧ熔接用鋼ワイヤを適
用しても、良好な効果の得られることは勿論である。第
５表の１及び第５表の０‘こおいて、番号１は従来のガ
スシールドアーク溶接用ワイヤ（Ｓｉｏ．３０％、Ｔｉ
ｏ．０９％で本発明に係るワイヤより含有量が多い。

）で低入熱溶接を行なった場合で、引張性能、鞠性は優
れ、サイドベンド性能も良好であるが、番号２は番号１
と同じワイヤを用いて、高入熱溶接を行なった場合で、
級性値はばらつき、サイドベンドではミクロクラックが
発生する。次に、番号３は本発明に係るワイヤで低入熱
溶接を行なった場合で、引張性能、轍性、サイドベンド
性能とも良好であり、また番号４は本発明に係るワイヤ
で高入熱溶接した場合で、この場合も、実施例３と同様
に引張性能、轍性、サイドベンド性能ともに良好である
。番号５はワイヤ中のＴｉ含有量を０．０７％として高
入熱溶接をした比較例であり、引張性能、サイドベンド
性能は良好であるが、靭性が劣化しておりＴｉ含有量を
０．０５％以下にする必要がある。番号６はＴｊ含有量
を０．０１５％として高入熱溶接を行なった場合で、轍
性、サイドベンド性能に優れ、ワイヤ中のＴｉ含有量は
０．０５％以下の適量を添加すると効果のあることがわ
かる。番号７はワイヤ中のＮｉ含有量を７．２０％とし
て高入熱溶接をした比較例で引鞭性能、靭性はともに良
好であるが、参考図１の写真でも明らかなようにサイド
ベンドに高温割れに起因するクラックが発生する。番号
８はワイヤ中のＮｉ含有量を５．０６％として高入熱溶
接を行なった場合で、引張性能、轍性、サイドベンド性
能とも良好で参考図０に示すようにサイドベンド‘こ何
らのクラックもないのである。従って、Ｎｉ含有量は６
％以下とする必要がある。番号９〜１２、Ｂの含有量の
レベルを変化させたワイヤを使用して、高入熱の溶接を
行なったものである。

Ｂの含有量が０．００８％のワイヤを使用した番号９で
はその溶接金属の引張強さは非常に高くなり、鰯性も劣
化している。またサイドベンド試験では多数のミクロク
ラックが発生した。Ｂの含有量が０．００５％のワイヤ
を使用した番号１０では、番号９の場合よりかなり改善
されてはいるが、サイドベンド試験のミクロクラックは
止まらない。更にＢの含有量を低くして０．００３％の
ワイヤを使用した番号１１ではサイドベンド試験のミク
ロクラックはなくなり、強度・靭性共良好な値を示して
いる。

番号１２ではワイヤのＢの含有量は０．００１％であり
、この程度までＢを下げると強度・籾性・曲げ性能共申
し分ない性能を示す。この様にワイヤ中のＢの含有量は
０．００３％以下に制限することにより良好な性能を有
する溶接金属を得ることが出来る。以上説明したように
、本発明に係る高張力鋼のＴＩＣ溶接用鋼ワイヤによれ
ば、ＣＯ．２％以下、Ｍｎ３％以下、Ｔｉｏ．０５％以
下を必須成分とし、Ｎｉ６％以下、Ｃｒ２％以下、Ｍｏ
２％以下の１種以上を含み、かつ、Ｓｉｏ．２％とした
ワイヤで、さらにＳｉは０．１５％以下、望ましくは零
としたワイヤまたは該ワイヤのＢ含有量を０．００３％
以下にしたワイヤであるから、６０ｋ９／桝以上の高張
力鋼に対して低入熱溶接または高入熱溶接の何れの溶接
においても、高強度で、高鋤性及び高延性を有する溶鞍
金属が得られる優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤ中のＳｉ含有量とクラック数の関係を示
すグラフ、第２図はワイヤ中のＳｊ含有量と入熱量によ
る溶接金属の鋤性を示すグラフ、第３図はワイヤ中のＢ
含有量と高温割れに起因するクラック数との関係を示す
グラフ、第４図はワイヤ中の０２含有量の靭性に及ぼす
影響を示すグラフ、第５図ないし第１２図は実施例１な
し、し８の関先形状及びビード形状を示す断面図である
。 第５図第６図 第７図 第１図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ０．２％以下のＣ、３％以下のＭｎ、０．０５％以
   下のＴｉを必須成分として含有し、さらに６％以下のＮ
   ｉ、２％以下のＣｒ、および２％以下のＭｏのうち１種
   以上を含有すると共に、Ｓｉ含有量を実質的に零に、Ｂ
   含有量を０．００３％以下に押え、残部はＦｅからなる
   ことを特徴とする高張力鋼のＴＩＧ溶接用鋼ワイヤ。