WO2018051823A1 - エレクトロスラグ溶接用ワイヤ、エレクトロスラグ溶接用フラックス及び溶接継手 - Google Patents

エレクトロスラグ溶接用ワイヤ、エレクトロスラグ溶接用フラックス及び溶接継手 Download PDF

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石▲崎▼　圭人
倚旻 袁
秀徳 名古
杉村　朋子
喜臣 岡崎
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a wire used for electroslag welding of cryogenic steel 5.0 to 10.0% Ni steel applied to a tank for storing liquefied natural gas or the like at a low temperature or a chemical plant to be used, and to be used for the welding.
  • the present invention relates to a flux and a welded joint obtained by using these welding materials.
  • 9% Ni steel has high strength and excellent cryogenic toughness of about liquid nitrogen temperature (-196 ° C). Therefore, 9% Ni steel is widely used as a base material for manufacturing a storage tank stored at a low temperature such as liquefied natural gas (Liquid Natural Gas, LNG) by welding. These storage tanks are required to have excellent cryogenic toughness in a temperature range of ⁇ 162 ° C. or lower, which is a temperature range of a liquid such as LNG. Therefore, the weld metal (welded joint) of a welded joint formed by welding 9% Ni steel is similarly required to have excellent cryogenic toughness.
  • LNG liquefied natural gas
  • Patent Documents 1 to 4 propose a welding solid wire for cryogenic steel or a flux-cored wire for gas shielded arc welding.
  • both inventions are pure Ar or gas shielded arc welding using 2% or less oxygen, carbon dioxide gas or He gas in Ar, and the heat input is about 1.4 to 2.2 kJ / mm compared to TIG welding.
  • the efficiency is improved, a construction method with higher efficiency is desired.
  • An object of the present invention is to provide a welded joint having a weld metal having a high efficiency of, for example, a heat input of 10 kJ / mm or more and excellent mechanical properties such as strength and cryogenic properties.
  • the inventors of the present invention have also studied a high-efficiency welding method capable of obtaining predetermined mechanical properties with a weld metal joint of about 5.0 to 10.0% Ni from the Ni base in the welding material.
  • a high-efficiency welding method capable of obtaining predetermined mechanical properties with a weld metal joint of about 5.0 to 10.0% Ni from the Ni base in the welding material.
  • the present inventors have found an electroslag welding wire and flux capable of performing highly efficient welding with a heat input of 10.0 kJ / mm or more and obtaining predetermined mechanical characteristics, and a weld metal chemical component system using them.
  • the wire for electroslag welding of the present invention that can solve the above-mentioned problems is in mass% per total mass of the wire, C: more than 0%, 0.07% or less, Si: more than 0%, 0.50% or less, Mn: more than 0%, 1.0% or less, Ni: 6.0 to 15.0%, Fe: 79% or more, And it is the wire for electroslag welding characterized by satisfying following formula (1). 0.150 ⁇ C + Si / 30 + Mn / 20 + Ni / 60 ⁇ 0.300 (1)
  • electroslag welding wire of the present invention that can solve the above-mentioned problems is, % By mass C: more than 0%, 0.07% or less, Si: more than 0%, 0.50% or less, Mn: more than 0%, 1.0% or less, Ni: 6.0 to 15.0%, Fe: 79% or more, and Containing at least one element selected from the group consisting of Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B; And it is the wire for electroslag welding characterized by satisfying following formula (2). 0.150 ⁇ C + Si / 30 + W / 30 + Mn / 20 + Cu / 20 + Ni / 60 + Cr / 20 + Mo / 15 + Nb / 10 + V / 10 + 5 ⁇ B ⁇ 0.300 (2)
  • the electroslag welding wire contains at least one element selected from the group consisting of Ca, Mg, REM, Zr, Al, and Ti, And it is characterized by satisfying the following formula (3). 0.001 ⁇ 1.6 (Ca + Mg) +1.25 (REM + Zr) + Al + 0.8Ti ⁇ 0.70 (3)
  • the electroslag welding wire is a solid wire or a flux-cored wire.
  • the electroslag welding wire includes more than 0% and not more than 15% of the slag forming agent with respect to the total mass of the wire, and the slag forming agent is SiO 2 , CaO, CaF 2 , BaF. 2 , MgO, Al 2 O 3 , MnO, TiO 2 , ZrO 2 , FeO, Na 2 O, K 2 O, and at least one selected from the group consisting of BaO and satisfying the following formula (4) It is the flux-cored wire characterized by this.
  • the electroslag welding wire is subjected to Cu plating.
  • the flux of the present invention capable of solving the above problems is a flux used for electroslag welding together with the electroslag welding wire according to any one of the above, and in mass%, SiO 2 : 0 to 35%, CaO: 5 to 60%, CaF 2 : 3 to 50%, BaF 2 : 0 to 20%, MgO: 0 to 20%, Al 2 O 3 : 0 to 65%, MnO: 0 to 20%, TiO 2 : 0 to 10%, ZrO 2 : 0 to 10%, FeO: 0-5%, Na 2 O: 0 to 10%, K 2 O: 0 to 10%, BaO: 0 to 20%, Containing And it is the flux for electroslag welding characterized by satisfying following formula (5).
  • the welded joint of the present invention capable of solving the above problems is a welded joint produced by electroslag welding using the electroslag welding wire according to any one of the above and the electroslag welding flux.
  • the weld metal in the weld joint is mass%, C: more than 0%, 0.07% or less, Si: more than 0%, 0.50% or less, Mn: more than 0%, 1.0% or less, Ni: 6.0 to 15.0%, And the balance consists of Fe and inevitable impurities, And it is a welded joint characterized by satisfying following formula (6). 0.150 ⁇ C + Si / 30 + Mn / 20 + Ni / 60 ⁇ 0.300 (6)
  • the other welded joint of this invention which can solve the said subject is a welded joint produced by electroslag welding using the electroslag welding wire in any one of the above, and the electroslag welding flux.
  • the weld metal in the weld joint is mass%, C: more than 0%, 0.07% or less, Si: more than 0%, 0.50% or less, Mn: more than 0%, 1.0% or less, Ni: 6.0 to 15.0%, And containing at least one element selected from the group consisting of Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B, the balance consisting of Fe and inevitable impurities, And it is a welded joint characterized by satisfy
  • the weld joint further includes the weld metal further containing, by mass%, O: 0% or more and 0.025% or less N: 0% or more and 0.010% or less.
  • the welded joint uses a steel plate containing 5 to 10% Ni as a base material.
  • a welded joint having a weld metal excellent in strength and cryogenic toughness even during high heat input welding with a heat input of, for example, 10 kJ / mm or more.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of groove welding in the embodiment.
  • the present inventors have studied by applying electroslag welding, which has not been studied so far, as a high heat input welding method using a welding material of about 6.0 to 15.0% Ni. Was done.
  • a welding material whose components are appropriately adjusted is used, a welded joint having a weld metal having excellent strength and cryogenic toughness can be obtained even during high heat input welding where the heat input is, for example, 10 kJ / mm or more.
  • the present invention was completed.
  • electroslag welding is a method in which a welding wire is placed in a molten slag bath, and the base material and the welding wire are melted mainly using Joule heat of the molten slag as a heat source.
  • electroslag welding it is possible to perform upright welding of a structure having a large plate thickness in one pass, such as in shipbuilding and industrial machinery fields. Upright welding of the above structure has been performed by electrogas arc welding so far, but there have been problems in the work environment such as arc radiation heat, fume, and sputtering for the welding operator.
  • the shield deteriorates and the mechanical performance of the welded portion deteriorates.
  • an electroslag welding wire may be simply referred to as a wire.
  • % means “% by mass” unless otherwise specified.
  • ⁇ means that the value is not less than the lower limit value and not more than the upper limit value.
  • the components of the wire for electroslag welding according to the present invention are as follows.
  • a flux-cored wire is preferably used.
  • the component of the electroslag welding wire is the total mass of the flux-cored wire by mass% of each component contained in the flux-cored wire. It is specified by the ratio to. Note that the total mass of the flux-cored wire refers to the total mass of the hoop and the flux.
  • C more than 0% and 0.07% or less C is an element that contributes to securing strength by forming a solid solution strengthening and a compound.
  • the C content is preferably 0.003% or more.
  • the amount of C is 0.07% or less. To do.
  • the amount of C is preferably 0.05% or less.
  • Si more than 0%, 0.50% or less Si is a deoxidizing element and has an effect of improving cryogenic toughness by lowering the oxygen concentration in the weld metal.
  • the Si amount is preferably 0.003% or more.
  • excessive addition of Si causes an excessive increase in strength and decreases the cryogenic toughness, so the Si content is 0.50% or less.
  • the amount of Si is preferably 0.40% or less.
  • Mn more than 0% and 1.0% or less Mn is an element that contributes to securing strength by solid solution strengthening.
  • the amount of Mn is preferably 0.01% or more.
  • the Mn content is 1.0% or less.
  • the amount of Mn is preferably 0.9% or less.
  • Ni 6.0 to 15.0%
  • Ni is an essential element for ensuring low temperature toughness
  • the amount of Ni is 6.0% or more.
  • the amount of Ni is preferably 7.0% or more.
  • excessive addition of Ni causes an increase in strength and decreases the cryogenic toughness, so the Ni content is made 15.0% or less.
  • the amount of Ni is preferably 14.0% or less.
  • Fe 79% or more Fe is a basic component like the target base material, and is 79% or more in order to secure the component continuity of the joint made of the base material and the weld metal. If it is less than 79%, it is necessary to add other alloy components or slag forming agents more than the specified amount. As a result, the strength of the weld metal becomes excessive and the cryogenic toughness is lowered.
  • the amount of Fe is preferably 82% or more.
  • the parameter of the formula (1) is preferably 0.160 or more, and more preferably 0.170 or more. On the other hand, if the parameter of the formula (1) exceeds 0.300, the strength of the weld metal becomes excessive, and the cryogenic toughness decreases. 0.290 or less is preferable and the parameter of Formula (1) has more preferable 0.280 or less.
  • Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B are elements that contribute to securing the strength.
  • the parameter of the formula (2) is preferably 0.160 or more, and more preferably 0.170 or more.
  • the parameter of the formula (2) exceeds 0.300, the strength of the weld metal becomes excessive, and the cryogenic toughness decreases. 0.290 or less is preferable and the parameter of Formula (2) has more preferable 0.280 or less.
  • it further contains at least one element selected from the group consisting of Ca, Mg, REM, Zr, Al, and Ti, 0.001 ⁇ 1.6 (Ca + Mg) +1.25 (REM + Zr) + Al + 0.8Ti ⁇ 0.70 (3) Is preferably satisfied.
  • the parameter of the formula (3) is preferably 0.001 or more.
  • the cooling rate after welding is low, so that coarsening due to oxide aggregation and coalescence is likely to proceed. Therefore, when it adds excessively, a coarse oxide will increase, and the parameter of Formula (3) is 0.70 or less from a viewpoint of ensuring cryogenic toughness.
  • the parameter of the formula (3) is more preferably 0.10 or more.
  • the more preferable ranges of the contents of Ca, Mg, REM, Zr, Al, and Ti described above are as follows. More preferable range Ca: 0.0005 to 0.20% Mg: 0.0005 to 0.20% REM: 0.001 to 0.20% Zr: 0.001 to 0.15% Al: 0.001 to 0.20% Ti: 0.001 to 0.10%
  • the remainder of the electroslag welding wire according to the present invention is, for example, inevitable impurities.
  • inevitable impurities include P, S, As, Sb, Sn, Bi, O, and N.
  • the above-mentioned elements of inevitable impurities and other elements may be positively added within a range not impairing the effects of the present invention.
  • the surface of the electroslag welding wire of the present invention is preferably plated with Cu in order to enhance the electrical conductivity.
  • the Cu plating amount is preferably 0.10% or more and 0.30% or less.
  • the wire for electroslag welding of the present invention includes both solid wires and flux-cored wires.
  • the flux-cored wire is one in which a flux is filled inside the outer skin (hereinafter also referred to as a hoop), is easy to design components, and is excellent in welding speed and welding efficiency.
  • composition of the hoop is not particularly limited as long as the composition of the flux-cored wire is in the above range.
  • the flux of the flux-cored wire is roughly classified into an oxide / fluoride type and a metal type, and the metal-based flux-cored wire is sometimes called a metal cored wire (MCW).
  • MCW metal cored wire
  • the flux filling rate of the flux-cored wire is preferably 5 to 25%. Outside these ranges, there are problems such as deterioration in workability.
  • the flux filling rate defines the filling rate of the flux filled in the hoop as a ratio with respect to the total mass of the wire.
  • the total mass of the wire means the total mass of the hoop and the flux.
  • the flux of the flux-cored wire is roughly classified into an oxide / fluoride type and a metal type.
  • the metal type satisfies the above-mentioned wire composition range, and the oxide / fluoride (slag forming agent) is the total mass of the wire. to 0 percent, contain more than 15%, and SiO 2, CaO, CaF 2, BaF 2, MgO, Al 2 O 3, MnO, TiO 2, ZrO 2, FeO, Na 2 O, K 2 O, And at least one selected from the group consisting of BaO and satisfying the following formula (4).
  • CaO in the formula (4), notation of the components such as CaF 2 are the respective content per total mass of the wire (mass%).
  • the slag forming agent melts and slags during electroslag welding, and the slag protects the molten metal and prevents nitrogen and oxygen from being mixed in from the atmosphere. Furthermore, by defining within the range of the composition formula (4) of the slag forming agent, the oxygen content of the weld metal is reduced and the cryogenic toughness is improved. It is preferable that the parameter of Formula (4) is 1.00 or more, and it is more preferable that it is 1.30 or more.
  • carbonates such as CaCO 3 , BaCO 3 , MgCO 3 may be used as a slag forming agent as a flux filler filled in the hoop, but the carbonate decomposes by heat during welding, and CO 2 gas is Occurs and the amount of oxygen in the weld metal increases, affecting the cryogenic toughness. Therefore, preferably carbonate is not used in the flux filler.
  • the calculation of the parameter of the above formula (4) takes into account that the carbonate is decomposed by heat, excluding the CO 2 component from the actual carbonate weight, and CaCO 3 to CaO amount respectively. BaCO 3 is converted into BaO amount and MgCO 3 is converted into MgO amount.
  • the manufacturing method of the flux-cored welding wire is not particularly limited, and may be manufactured by a general process. For example, a mild steel hoop is molded into a U-shape, and the U-shaped molding hoop is filled with a flux, then molded into a cylindrical mold filled with the flux, and drawn to a desired diameter.
  • flux In electroslag welding, additional flux is added to compensate for molten slag that decreases as welding progresses. This flux is simply referred to as flux in this specification.
  • the molten metal In electroslag welding, as the welding progresses, the molten metal is cooled to become the weld metal, and a part of the molten slag bath becomes the molten slag layer, but as the welding progresses, the molten slag layer is cooled to become solidified slag and melts. Slag is consumed. Flux is used to compensate for this decrease in molten slag bath.
  • the flux is roughly classified into a melt type flux and a bond type (fired type) flux.
  • the melt-type flux is produced by melting and pulverizing various raw materials in an electric furnace or the like.
  • the calcining flux is produced by combining various raw materials with a binder such as alkali silicate, granulating, and calcining.
  • the firing flux may use the above-mentioned carbonate as a raw material, but the carbonate is decomposed by heat during welding, generates CO 2 gas, increases the amount of oxygen in the weld metal, and affects the cryogenic toughness. Effect. Accordingly, a melt type flux is preferably used.
  • composition of the flux used in the present invention is as follows.
  • SiO 2 0 to 35%
  • SiO 2 is an acidic component, and is a component that adjusts the viscosity and melting point of the molten slag.
  • the viscosity and melting point can be adjusted with other components, and SiO 2 may not be contained.
  • the amount of SiO 2 exceeds 35%, the viscosity of the molten slag increases and poor penetration occurs, so the amount of SiO 2 is preferably 35% or less, more preferably 30% or less.
  • CaO 5-60% CaO is a basic component, is an effective component for adjusting the viscosity and melting point of molten slag, and has a high effect of reducing the oxygen content of the weld metal.
  • the amount of CaO is less than 5%, the amount of oxygen in the weld metal increases, so the amount of CaO is preferably 5% or more, and more preferably 10% or more.
  • the amount of CaO exceeds 60%, undercutting and slag entrainment occur, so the amount of CaO is preferably 60% or less, and more preferably 55% or less.
  • CaF 2 3 to 50% CaF 2 is also a basic component, and is an effective component for adjusting the viscosity and melting point of the molten slag, and has a high effect of reducing the oxygen content of the weld metal.
  • the amount of CaF 2 is less than 3%, the amount of oxygen in the weld metal increases, so the amount of CaF 2 is preferably 3% or more, and more preferably 5% or more.
  • the amount of CaF 2 is preferably 50% or less. % Or less is more preferable.
  • BaF 2 0 to 20%
  • BaF 2 is also a basic component, and is an effective component for adjusting the viscosity and melting point of the molten slag and has a high effect of reducing the oxygen content of the weld metal.
  • the amount of BaF 2 is preferably 20% or less, and more preferably 15% or less.
  • MgO 0-20% MgO is also a basic component and is an effective component for adjusting the viscosity and melting point of molten slag.
  • the viscosity and melting point can be adjusted with other components, and MgO may not be contained.
  • the MgO amount is preferably 20% or less, 15% The following is more preferable.
  • Al 2 O 3 0 to 65%
  • Al 2 O 3 is an effective component for adjusting the viscosity and melting point of the molten slag.
  • the viscosity and melting point can be adjusted with other components, and Al 2 O 3 may not be contained.
  • the amount of Al 2 O 3 exceeds 65%, the viscosity of the molten slag increases and poor penetration occurs. Therefore, it is preferably 65% or less, more preferably 60% or less.
  • the amount of Al 2 O 3 is preferably 3% or more.
  • MnO 0-20% MnO is an effective component for adjusting the viscosity and melting point of molten slag.
  • the viscosity and melting point can be adjusted with other components, and MnO may not be contained.
  • the amount of MnO exceeds 20%, the melting point of the molten slag becomes too low and the viscosity becomes insufficient, and the molten slag is easily discharged from between the sliding copper plating and the weld metal. After that, the molten metal with molten slag becomes ineffective and the metal melts down.
  • the amount of MnO is preferably 20% or less, and more preferably 15% or less.
  • TiO 2 : 0 to 10% and ZrO 2 : 0 to 10% TiO 2 and ZrO 2 are effective components for adjusting the melting point of the molten slag.
  • the melting point can be adjusted with other components, and TiO 2 and ZrO 2 do not have to be included.
  • TiO 2 and ZrO 2 exceed 10%, the viscosity increases rapidly in the vicinity of the melting point, so that slag entrainment tends to occur. Therefore, the amount of TiO 2 and ZrO 2 is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less.
  • FeO 0-5% FeO is an effective component for adjusting the viscosity and melting point of molten slag and has a high effect of reducing the oxygen content of the weld metal.
  • the viscosity and melting point can be adjusted with other components, and FeO may not be contained.
  • the amount of FeO exceeds 5%, slag is generated on the bead surface and seizure tends to occur, so that it is preferably 5% or less, more preferably 3% or less.
  • Na 2 O 0 to 10% Na 2 O is a very effective component for adjusting the viscosity of the molten slag.
  • the viscosity and melting point can be adjusted with other components, and Na 2 O may not be contained.
  • the amount of Na 2 O exceeds 10%, the melting point of the molten slag becomes too low and the viscosity becomes insufficient, and the molten slag is discharged from between the sliding copper plating and the weld metal. Since it becomes too easy and the suppression of the molten metal by the molten slag becomes ineffective, it falls off and is preferably 10% or less, more preferably 7% or less.
  • K 2 O 0 to 10%
  • K 2 O is a very effective component for adjusting the viscosity of the molten slag.
  • the viscosity and melting point can be adjusted with other components, and K 2 O may not be contained.
  • the K 2 O amount exceeds 10%, the melting point of the molten slag becomes too low and the viscosity becomes insufficient, and the molten slag is discharged from between the sliding copper plating and the weld metal. It becomes too easy and the molten metal by molten slag can no longer be controlled and melts down.
  • the amount of K 2 O is preferably 10% or less, and more preferably 7% or less.
  • BaO is a basic component, is an effective component for adjusting the viscosity and melting point of molten slag, and has a high effect of reducing the oxygen content of the weld metal.
  • the viscosity and melting point can be adjusted with other components, and BaO may not be contained.
  • the BaO content exceeds 20%, the melting point of the molten slag becomes too low and the viscosity becomes insufficient, and the molten slag is easily discharged from between the sliding copper plating and the weld metal. After that, the molten metal with molten slag becomes ineffective and the metal melts down.
  • the BaO amount is preferably 20% or less, and more preferably 15% or less.
  • composition of the flux is effective in reducing the oxygen content of the weld metal and leads to an improvement in the toughness of the weld metal part. Therefore, it is preferable to satisfy the expression (5) within the limited range of each component amount.
  • CaO in formula (5) representation of the components such as CaF 2 are the respective content per flux total mass (mass%).
  • composition of the flux according to the present invention is as described above, and the balance is inevitable impurities such as P, S, As, Sb, Sn, and Bi.
  • the welded joint of the present invention is produced by electroslag welding using the above electroslag welding wire and flux.
  • the composition (the amount of each component) of the weld metal in the welded joint is the same as the composition of the wire for electroslag welding except that the balance is Fe and inevitable impurities, and the effect of each component is also the same. . Therefore, in the following description, the effect of the component which overlaps with the electrogas welding wire mentioned above is abbreviate
  • Si more than 0%, 0.50% or less Preferred upper limit: 0.40%, more preferably 0.30%
  • Mn more than 0%, 1.0% or less Preferred upper limit: 0.8%
  • Ni 6.0 to 15.0%, Preferred lower limit: 7.0%, Preferred upper limit: 14.0%, more preferably 12.0%
  • the weld metal in the said weld joint satisfies following formula (6).
  • C, Si, etc. in Formula (6) are each content (mass%) per weld metal total mass, the unit is abbreviate
  • the inventors found the technical significance of satisfying the formula (6) in the weld metal from the same viewpoint as the formula (1) in the wire.
  • the parameter of Expression (6) is preferably 0.160 or more, and more preferably 0.170 or more.
  • the parameter of the formula (6) exceeds 0.300, the strength of the weld metal becomes excessive, and the cryogenic toughness decreases. 0.290 or less is preferable and the parameter of Formula (6) has more preferable 0.280 or less.
  • the weld metal in the weld joint further contains at least one element selected from the group consisting of Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B
  • the following formula (7) is satisfied.
  • C, Si, etc. in Formula (7) are each content (mass%) per weld metal total mass, the unit is abbreviate
  • Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B are elements that contribute to securing the strength.
  • the parameter of the formula (7) is preferably 0.160 or more, and more preferably 0.170 or more.
  • the parameter of the formula (7) exceeds 0.300, the strength of the weld metal becomes excessive, and the cryogenic toughness decreases. 0.290 or less is preferable and the parameter of Formula (7) has more preferable 0.280 or less.
  • each preferable content of Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B in a weld metal is the same as the preferable content in the said wire.
  • O 0% or more and 0.025% or less O forms an oxide, and the oxide acts as a starting point of void formation during the Charpy test, so that the cryogenic toughness is lowered. Therefore, the amount of O is preferably 0.025% or less, and is not desirably contained.
  • N 0% or more, 0.010% or less N strengthens the matrix of the weld metal part as a solid solution element, but also an element that induces brittle fracture, and the cryogenic toughness decreases. Therefore, the N content is preferably 0.010% or less, and is not desirably contained.
  • the basic composition of the weld metal according to the present invention is as described above, and the balance is added from iron and wire, Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, B, and Ca, Mg added as a deoxidizer.
  • REM, Al, Zr, and Ti are not discharged as slag but remain in the weld metal, and are inevitable impurities. Examples of unavoidable impurities include P, S, As, Sb, Sn, Bi, and the like.
  • Ni is preferably 5.2% or more, and still more preferably 6.5% or more. However, if the Ni content exceeds 10%, the steel material cost increases, so the Ni content is preferably 10% or less. The amount of Ni is more preferably 9.5% or less.
  • a steel plate having the composition shown in Table 1 as the base material (the balance being inevitable impurities), an electroslag welding wire having the composition shown in Tables 2 to 5, and a flux having the composition shown in Table 6 A weld metal was produced under the following welding conditions.
  • Tables 1 to 6 and Tables 7 to 10 shown below the amount of each component is expressed in mass%, and the notation “0” in each component composition means that it is less than the detection limit value in the composition analysis. .
  • the slag amounts shown in Tables 2 to 5 are amounts of slag forming agents contained in the wire, and the values calculated from the composition by the formula (4) are described.
  • the tested wires include flux-cored wires, MCW, and solid wires.
  • the MCW and solid wires are shown in the remarks column, and the flux-cored wires are blank.
  • the presence or absence of Cu plating is shown in the remarks column.
  • the Cu plating amount is in the range of 0.10 to 0.30%
  • the wire Cu amounts in Tables 2 to 5 indicate the sum of the Cu plating amount and the amount contained in the wire as an alloy in addition to the plating.
  • Equation (1) the parameter value of Equation (1)
  • Equation (2 ) Parameter value is blank.
  • the wire containing at least one element selected from the group consisting of Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B only the parameter value of the formula (2) is described, and the formula (1) The parameter value is blank.
  • the width of the groove surrounded by the copper plating 1 (the back side of the groove) and the sliding copper plating 2 (the front side of the groove) is 10 mm, and the opening is 20 ° V. Pre-welding was performed.
  • the copper plating 1 and the sliding copper plating 2 both used what was water-cooled.
  • Tables 7 to 10 show the compositions of the weld metal thus obtained (the balance is inevitable impurities).
  • the weld metals shown in Tables 7 to 10 for the weld metal not containing any of Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B, only the parameter value of the formula (6) is described.
  • the parameter value in equation (7) is blank.
  • the weld metal containing at least one element selected from the group consisting of Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, and B only the parameter value of formula (7) is described, and formula (6)
  • the parameter value is left blank.
  • the following characteristics were evaluated about the said weld metal.
  • Nos. 1 to 90 are Nos. In Tables 2 to 5 that satisfy the requirements of the present invention. This is an example using 1 to 90 wires, and is excellent in both cryogenic toughness IV (absorbed energy) and strength TS (tensile strength) despite being subjected to high heat input welding of 10.0 kJ / mm or more. A weld metal was obtained.
  • No. No. 91 had a large amount of C in the wire and weld metal, and toughness deteriorated.
  • No. No. 92 had a large amount of Si in the wire and weld metal, and toughness deteriorated.
  • No. No. 93 had a large amount of Mn in the wire and weld metal, and toughness deteriorated.
  • No. 94 the amount of Ni in the wire and weld metal was small, the strength decreased, and the toughness deteriorated.
  • No. No. 95 had a large amount of Ni in the wire and weld metal, and toughness deteriorated.

Abstract

本発明は、ワイヤ全質量あたり、質量％で、Ｃ：０％超、０．０７％以下、Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、Ｍｎ：０％超～１．０％、Ｎｉ：６．０～１５．０％、Ｆｅ：７９％以上を含有し、かつ下記式（１）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用ワイヤに関し、また、当該エレクトロスラグ溶接用ワイヤと共にエレクトロスラグ溶接に用いられるエレクトロスラグ溶接用フラックス、並びに、当該エレクトロスラグ溶接用ワイヤおよび当該エレクトロスラグ溶接用フラックスを用いたエレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手にも関する。　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００　（１）

Description

エレクトロスラグ溶接用ワイヤ、エレクトロスラグ溶接用フラックス及び溶接継手
　本発明は、液化天然ガスなどを低温で貯蔵するタンクや使用する化学プラントに適用される極低温用鋼５．０～１０．０％Ｎｉ鋼のエレクトロスラグ溶接に用いられるワイヤおよび当該溶接に用いるフラックス、並びにこれらの溶接材料を用いて得られる溶接継手に関する。
　９％Ｎｉ鋼は、高い強度と、液体窒素温度（－１９６℃）程度の優れた極低温靱性とを有している。そのため、９％Ｎｉ鋼は、液化天然ガス（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ、ＬＮＧ）などのように低温で貯蔵される貯蔵タンクを溶接により製造するための母材として汎用されている。これらの貯蔵タンクでは、ＬＮＧなどの液体の温度域である－１６２℃以下の温度域での極低温靭性に優れることが要求される。そのため、９％Ｎｉ鋼を溶接して形成される溶接継手の溶接金属（溶接接合部）においても、同様に、優れた極低温靭性を有していることが要求される。
　従来、９％Ｎｉ鋼の溶接に際し、Ｎｉ基溶接材料を用いた被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、自動ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　Ｉｎｅｒｔ　Ｇａｓ）溶接などの溶接方法が適用されてきた。これらの溶接方法で得られた溶接金属は極低温靭性に優れるものの、９％Ｎｉ鋼母材よりも強度が低く、構造物の設計板厚はＮｉ基溶接金属部の強度に合わせて板厚を厚くしなければならない課題がある。一方、鉄鋼各社は極低温用鋼のＮｉ量削減を進めており、７％Ｎｉ鋼や５％Ｎｉ鋼の実用化・検討がなされている。
　特許文献１～４には、極低温鋼用の溶接用ソリッドワイヤあるいはガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。しかしながら、いずれの発明も純ＡｒもしくはＡｒに２％以下の酸素、炭酸ガスもしくはＨｅガスを用いたガスシールドアーク溶接で、入熱は１．４～２．２ｋＪ／ｍｍ程度とＴＩＧ溶接と比較して能率は向上しているものの、さらなる高能率の施工法が望まれている。
日本国特開２０１５－９２４７号公報 日本国特開２０１６－２００４号公報 日本国特開２０１６－９３８２３号公報 日本国特許第５８８０６６２号公報
　本発明は、例えば入熱量が１０ｋＪ／ｍｍ以上の高能率であって、強度および極低温特性等の機械的特性に優れた溶接金属を有する溶接継手を提供することを目的とする。
　本発明者らは、溶接材料においてもＮｉ基から５．０～１０．０％Ｎｉ程度の溶接金属継手で所定の機械的特性が得られる高能率の溶接施工法を検討した。その結果、入熱量が１０．０ｋＪ／ｍｍ以上の高能率な溶接が可能、かつ所定の機械的特性が得られるエレクトロスラグ溶接用ワイヤおよびフラックス、それらを用いた溶接金属化学成分系を見出した。
　すなわち、上記課題を解決し得る本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、
　Ｃ　：０％超、０．０７％以下、
　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
　Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
　Ｆｅ：７９％以上
を含有し、
　かつ、下記式（１）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用ワイヤである。
　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００　　　　　（１）
　または、上記課題を解決し得る本発明の他のエレクトロスラグ溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量あたり、
　質量％で、
　Ｃ　：０％超、０．０７％以下、
　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
　Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
　Ｆｅ：７９％以上
を含有し、かつ、
　Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
　かつ、下記式（２）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用ワイヤである。
　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００　　　　　　　（２）
　本発明の好ましい実施形態において、上記エレクトロスラグ溶接用ワイヤは、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
　かつ、下記式（３）を満足することを特徴とする。
　０．００１≦１．６（Ｃａ＋Ｍｇ）＋１．２５（ＲＥＭ＋Ｚｒ）＋Ａｌ＋０．８Ｔｉ≦０．７０　　　　　　　（３）
　本発明の好ましい実施形態において、上記エレクトロスラグ溶接用ワイヤは、ソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤである。
　本発明の好ましい実施形態において、エレクトロスラグ溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量に対し、スラグ形成剤を０％超、１５％以下含み、かつ当該スラグ形成剤は、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、およびＢａＯからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有し、かつ下記式（４）を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤである。
　（ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＢａＦ２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋０．５（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００　　　（４）
（但し、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）
　本発明の好ましい実施形態において、上記エレクトロスラグ溶接用ワイヤは、Ｃｕめっきが施されたものである。
　上記課題を解決し得る本発明のフラックスは、上記のいずれかに記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤと共にエレクトロスラグ溶接に用いられるフラックスであって、質量％で、
　ＳｉＯ２：０～３５％、
　ＣａＯ：５～６０％、
　ＣａＦ２：３～５０％、
　ＢａＦ２：０～２０％、
　ＭｇＯ：０～２０％、
　Ａｌ２Ｏ３：０～６５％、
　ＭｎＯ：０～２０％、
　ＴｉＯ２：０～１０％、
　ＺｒＯ２：０～１０％、
　ＦｅＯ：０～５％、
　Ｎａ２Ｏ：０～１０％、
　Ｋ２Ｏ：０～１０％、
　ＢａＯ：０～２０％、
を含有し、
　かつ、下記式（５）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用フラックスである。
　（ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＢａＦ２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋０．５（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００　　　（５）
（但し、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）
　また、上記課題を解決し得る本発明の溶接継手は、上記のいずれかに記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および前記エレクトロスラグ溶接用フラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手であって、
　前記溶接継手における溶接金属が、質量％で、
　Ｃ　：０％超、０．０７％以下、
　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
　Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
　かつ、下記式（６）を満足することを特徴とする、溶接継手である。
　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００　　　　　（６）
　または、上記課題を解決し得る本発明の他の溶接継手は、上記のいずれかに記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および前記エレクトロスラグ溶接用フラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手であって、
　前記溶接継手における溶接金属が、質量％で、
　Ｃ　：０％超、０．０７％以下、
　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
　Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
を含有し、かつ
　Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
　かつ、下記式（７）の範囲を満足することを特徴とする、溶接継手である。
　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００　　　　　　　（７）
　本発明の好ましい実施形態において、上記溶接継手は、前記溶接金属が、質量％で
　Ｏ：０％以上、０．０２５％以下
　Ｎ：０％以上、０．０１０％以下
をさらに含有することを特徴とする。
　本発明の好ましい実施形態において、前記溶接継手は、母材として５～１０％のＮｉを含有する鋼板を用いるものである。
　本発明によれば、入熱量が例えば１０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接時であっても強度および極低温靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手を提供することができる。
図１は、実施例における開先溶接の概略構成を示す図である。
　本発明者らは、上記課題を解決するため、６．０～１５．０％Ｎｉ程度の溶接材料を用いた大入熱溶接法として、従来検討されていなかったエレクトロスラグ溶接を適用して検討を行なった。その結果、成分が適切に調整された溶接材料を用いれば、入熱量が例えば１０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接時であっても、強度および極低温靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られることを見出し、本発明を完成した。
　ここでエレクトロスラグ溶接は、溶融したスラグ浴の中に溶接ワイヤを入れ、主に溶融スラグのジュール熱を熱源として母材と溶接ワイヤとを溶融させて溶接する方法である。エレクトロスラグ溶接によれば、造船や産業機械分野などのように板厚が大きい構造物の立向き溶接を１パスで行なうことが可能である。上記構造物の立向き溶接は、これまでエレクトロガスアーク溶接で行なわれてきたが、溶接作業者にとってアーク放射熱、ヒューム、スパッタ等の作業環境上の問題があった。さらに板厚が増すとシールドが劣化し、溶接部の機械的性能が劣化するなどの問題もある。
　これに対し、エレクトロスラグ溶接では、エレクトロガスアーク溶接のように露出したアークではなく溶融スラグ内で熱が発生してワイヤおよび母材を溶融するので、アーク放射熱が発生せず、またヒューム、スパッタの発生も少なく、作業環境が改善される。また溶融スラグで溶接金属を大気から遮蔽するのでシールドガスが不要であり、板厚が大きくなってもシールド効果が劣化することがなく、大気に存在する窒素などの溶融金属内への侵入を板厚に関係なく効果的に防止できるので、溶接金属の機械的な劣化も発生しにくい。
　本明細書では、エレクトロスラグ溶接用ワイヤを単にワイヤと呼ぶ場合がある。
　以下、本発明について詳しく説明する。以下、％は特に断りのない限り、質量％を意味する。また、「～」とはその下限の値以上、その上限の値以下であることを意味する。
（エレクトロスラグ溶接用ワイヤ）
　本発明に係るエレクトロスラグ溶接用ワイヤの成分は以下のとおりである。なお、本発明では、後述するようにフラックス入りワイヤが好ましく用いられるが、その場合におけるエレクトロスラグ溶接用ワイヤの成分は、フラックス入りワイヤに含まれる各成分の質量％を当該フラックス入りワイヤの全質量に対する割合で規定したものである。なお、フラックス入りワイヤの全質量とはフープとフラックスとの全質量を合わせたものをいう。
　Ｃ：０％超、０．０７％以下
　Ｃは、固溶強化および化合物を形成して強度確保に寄与する元素である。上記作用を有効に発揮させるため、Ｃ量は０．００３％以上であることが好ましい。但し、Ｃ量を過剰に添加すると化合物粒子数の増加を招き、当該化合物粒子がシャルピー試験時のボイド形成の起点として作用して極低温靭性が低下するため、Ｃ量を０．０７％以下とする。Ｃ量は、０．０５％以下であることが好ましい。
　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下
　Ｓｉは脱酸元素であり、溶接金属中の酸素濃度を低下させることで極低温靭性の向上作用を有する。上記作用を有効に発揮させるため、Ｓｉ量は０．００３％以上であることが好ましい。但し、Ｓｉの過剰添加は強度の過大な上昇を招き、極低温靭性が低下するため、Ｓｉ量を０．５０％以下とする。Ｓｉ量は、０．４０％以下であることが好ましい。
　Ｍｎ：０％超、１．０％以下
　Ｍｎは、固溶強化により強度確保に寄与する元素である。Ｍｎ量が不足すると、所定の強度が得られないため、Ｍｎ量は０．０１％以上であることが好ましい。但し、Ｍｎの過剰添加は強度の過大な上昇を招き、極低温靭性が低下するため、Ｍｎ量を１．０％以下とする。Ｍｎ量は、０．９％以下であることが好ましい。
　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
　Ｎｉは、低温靭性の確保に必須の元素であり、Ｎｉ量を６．０％以上とする。Ｎｉ量は７．０％以上であることが好ましい。但し、Ｎｉの過剰添加は強度の上昇を招き、極低温靭性が低下するため、Ｎｉ量を１５．０％以下とする。Ｎｉ量は、１４．０％以下であることが好ましい。
　Ｆｅ：７９％以上
　Ｆｅは対象母材と同様、基本成分であり、母材と溶接金属とからなる継手の成分的連続性を確保するため、７９％以上とする。７９％未満の場合、他の合金成分あるいはスラグ形成剤を規定以上添加する必要が生じ、結果として溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。Ｆｅ量は、８２％以上であることが好ましい。
　前述のとおり、各成分の作用については述べたが、規定の成分範囲であっても必要とする機械的性質を満足しない場合があった。そこで発明者らがさらに鋭意検討・試験を行った結果、大入熱のエレクトロスラグ溶接において、溶接金属の組織粗大化を抑え、微細な組織が得られ、結果機械的性質を満足する合金成分の関係式（１）を見出した。なお、式（１）中のＣ、Ｓｉ等は、ワイヤ全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）であるが、単位を省略している。後述する式（２）～（３）においても同様である。
　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００　　　　　（１）
　式（１）のパラメータが０．１５０未満の場合、所定の強度が得られない。式（１）のパラメータは、０．１６０以上が好ましく、０．１７０以上がより好ましい。一方、式（１）のパラメータが０．３００を超えると溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。式（１）のパラメータは、０．２９０以下が好ましく、０．２８０以下がより好ましい。
　同様に、規定の成分範囲であっても必要とする機械的性質を満足しない場合があった。そこで発明者らがさらに鋭意検討・試験を行った結果、さらに、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有するワイヤを用いた大入熱のエレクトロスラグ溶接において、溶接金属の組織粗大化を抑え、微細な組織が得られ、結果機械的性質を満足する合金成分の関係式（２）を見出した。
　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００　　　　　　　（２）
　Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢは強度確保に寄与する元素である。式（２）のパラメータが０．１５０未満の場合、所定の強度が得られない。式（２）のパラメータは、０．１６０以上が好ましく、０．１７０以上がより好ましい。一方、式（２）のパラメータが０．３００を超えると溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。式（２）のパラメータは、０．２９０以下が好ましく、０．２８０以下がより好ましい。
　上述したＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢの含有量のより好ましい範囲は、以下に示す通りである。
より好ましい範囲
　Ｃｕ：０．４５％以下
　Ｃｒ：０．５０％以下
　Ｍｏ：０．５５％以下
　Ｗ　：０．５０％以下
　Ｎｂ：０．２０％以下
　Ｖ　：０．２０％以下
　Ｂ　：０．０１％以下
　また、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素をさらに含有し、
　０．００１≦１．６（Ｃａ＋Ｍｇ）＋１．２５（ＲＥＭ＋Ｚｒ）＋Ａｌ＋０．８Ｔｉ≦０．７０　　　　　　　　（３）
を満足することが好ましい。
　Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉは脱酸元素であり、溶接金属中の酸素濃度を低下させて極低温靭性の改善作用を有する。このような作用を有効に発揮させるため、式（３）のパラメータが０．００１以上であることが好ましい。しかしながら、本発明のように入熱量の大きい大入熱施工を対象とする場合、前述したように溶接後の冷却速度が低いため、酸化物の凝集・合体による粗大化が進行しやすい。そのため、過剰に添加すると粗大酸化物が増加し、極低温靭性確保の観点から、式（３）のパラメータは０．７０以下が好ましい。また、式（３）のパラメータは０．１０以上であることがより好ましい。
　上述したＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉの含有量のより好ましい範囲は、以下に示す通りである。
より好ましい範囲
　Ｃａ：０．０００５～０．２０％
　Ｍｇ：０．０００５～０．２０％
　ＲＥＭ：０．００１～０．２０％
　Ｚｒ：０．００１～０．１５％
　Ａｌ：０．００１～０．２０％
　Ｔｉ：０．００１～０．１０％
　本発明に係るエレクトロスラグ溶接用ワイヤの残部は、例えば不可避的不純物である。不可避的不純物として、例えばＰ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｏ、Ｎなどが挙げられる。また、本発明に係るエレクトロスラグ溶接用ワイヤに含有しうるその他の成分として、本発明の効果を害さない範囲で、上記した不可避的不純物の元素やその他の元素を積極添加しても良い。
　本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤは、通電性を高めるため、表面にＣｕめっきが施されていることが好ましい。そのＣｕめっき量は、０．１０％以上０．３０％以下であることが好ましい。
　本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤには、ソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤの両方が含まれる。このうちフラックス入りワイヤは、外皮（以下、フープともいう）の内側にフラックスが充填されたものであり、成分設計がし易く、また溶着速度および溶着効率などにも優れている。
　上記フープの組成は、フラックス入りワイヤの組成が上記範囲であれば特に限定されない。
　フラックス入りワイヤのフラックスは酸化物・フッ化物系および金属系に大別されるが、金属系フラックス入りワイヤは特に、メタルコアドワイヤ（ＭＣＷ：Ｍｅｔａｌ　Ｃｏｒｅｄ　Ｗｉｒｅ）と呼ばれることがある。
　フラックス入りワイヤのフラックス充填率は、５～２５％であることが好ましい。これらの範囲を外れると、作業性が劣化するなどの問題がある。ここで上記フラックス充填率は、フープ内に充填されるフラックスの充填率を、ワイヤの全質量に対する割合で規定したものである。なお、ワイヤの全質量とはフープとフラックスの全質量を合わせたものをいう。
　上記フラックス入りワイヤのフラックスは、酸化物・フッ化物系および金属系に大別され、金属系は上述したワイヤ組成の範囲を満足し、酸化物・フッ化物（スラグ形成剤）は、ワイヤ全質量に対し、０％超、１５％以下含まれ、かつＳｉＯ２、ＣａＯ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、およびＢａＯからなる群より選ばれる少なくとも一種を含有し、かつ下記式（４）を満足することを特徴とする。なお、式（４）中のＣａＯ、ＣａＦ２等の各成分の表記は、ワイヤ全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）である。
　（ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＢａＦ２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋０．５（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００　　　（４）
（但し、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）
　スラグ形成剤の使用により、エレクトロスラグ溶接時に当該スラグ形成剤が溶融してスラグ化し、スラグが溶融金属を保護し、大気からの窒素および酸素の混入を防止する。さらに、そのスラグ形成剤の組成式（４）の範囲に規定することにより、溶接金属の酸素量が低減し、極低温靭性が向上する。式（４）のパラメータが１．００以上であることが好ましく、１．３０以上であることがより好ましい。また、スラグ形成剤にはＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＭｇＣＯ３などの炭酸塩をフープ内に充填されるフラックス充填剤として用いてもよいが、溶接時に炭酸塩が熱により分解し、ＣＯ２ガスを発生し、溶接金属中の酸素量が増加し、極低温靭性に影響を及ぼす。従って、好ましくは、炭酸塩をフラックス充填剤に使用しない。なお、炭酸塩を用いる場合、上記式（４）のパラメータの算出には炭酸塩が熱で分解することを考慮し、実際の炭酸塩重量からＣＯ２分を除き、それぞれＣａＣＯ３をＣａＯ量に、ＢａＣＯ３をＢａＯ量に、ＭｇＣＯ３をＭｇＯ量に換算する。
　フラックス入り溶接ワイヤの製造方法は特に限定されず、一般的な工程で製造すればよい。例えば、軟鋼のフープをＵ字状に成型し、Ｕ字状成型フープにフラックスを充填した後、フラックスを内部に充填した筒状型に成型し、目的の径まで伸線して製造される。
（フラックス）
　エレクトロスラグ溶接では、溶接が進むにつれて減少する溶融スラグを補うためにフラックスが追加投入されるが、このフラックスを本明細書では単にフラックスという。エレクトロスラグ溶接では、溶接が進行するにつれて溶融金属は冷却されて溶接金属となり、溶融スラグ浴の一部は溶融スラグ層となるが、溶接の進行につれて溶融スラグ層が冷却されて固化スラグとなり、溶融スラグが消費される。この溶融スラグ浴の減少を補うため、フラックスが用いられる。フラックスは、溶融型フラックスとボンド型（焼成型）フラックスとに大別される。溶融型フラックスは、種々の原料を電気炉などで溶解し、粉砕することにより製造される。一方、焼成型フラックスは、種々の原料をケイ酸アルカリなどのバインダーにより結合し、造粒した後、焼成することにより製造される。焼成型フラックスは前述の炭酸塩を原料として用いる場合があるが、溶接時に炭酸塩が熱により分解し、ＣＯ２ガスを発生し、溶接金属中の酸素量が増加し、極低温靭性に影響を及ぼす。従って、好ましくは溶融型フラックスを用いる。
　本発明に用いられるフラックスの組成は以下のとおりである。
　ＳｉＯ２：０～３５％
　ＳｉＯ２は酸性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調整する成分である。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＳｉＯ２を含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＳｉＯ２量が３５％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなり、溶込み不良が生じるため、ＳｉＯ２量は３５％以下が好ましく、３０％以下がより好ましい。
　ＣａＯ：５～６０％
　ＣａＯは塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調節するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ＣａＯ量が５％未満の場合、溶接金属の酸素量が増加するため、ＣａＯ量は５％以上であることが好ましく、１０％以上がより好ましい。但し、ＣａＯ量が６０％を超えると、アンダーカットおよびスラグ巻き込みが発生するため、ＣａＯ量は６０％以下が好ましく、５５％以下がより好ましい。
　ＣａＦ２：３～５０％
　ＣａＦ２も塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調節するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ＣａＦ２量が３％未満の場合、溶接金属の酸素量が増加するため、ＣａＦ２量は３％以上が好ましく、５％以上がより好ましい。但し、ＣａＦ２量が５０％を超えると、アンダーカットおよびスラグ巻き込みが発生し易くなると共に、溶接時にフッ化ガスが発生して溶接が安定しないため、ＣａＦ２量は５０％以下が好ましく、４５％以下がより好ましい。
　ＢａＦ２：０～２０％
　ＢａＦ２も塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調節するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。本発明では、他成分で粘性および融点、さらには溶接金属酸素量の調整が可能であり、ＢａＦ２を含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＢａＦ２量が２０％を超えると溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落する。このため、ＢａＦ２量は２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましい。
　ＭｇＯ：０～２０％
　ＭｇＯも塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調整するために有効な成分である。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＭｇＯを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＭｇＯ量が２０％を超えると溶融スラグの融点が高くなり過ぎ粘性も高くなる結果、溶込み不良が生じるため、ＭｇＯ量は２０％以下であることが好ましく、１５％以下がより好ましい。
　Ａｌ２Ｏ３：０～６５％
　Ａｌ２Ｏ３は溶融スラグの粘性および融点を調整するために有効な成分である。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、Ａｌ２Ｏ３を含まなくてもよい。一方、含有する場合は、Ａｌ２Ｏ３量が６５％を超えると溶融スラグの粘性が高くなり、溶込み不良が生じるため、６５％以下であることが好ましく、６０％以下がより好ましい。
また、Ａｌ２Ｏ３量は、３％以上が好ましい。
　ＭｎＯ：０～２０％
　ＭｎＯは、溶融スラグの粘性および融点を調整するために有効な成分である。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＭｎＯを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＭｎＯ量が２０％を超えると、溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落する。このため、ＭｎＯ量は２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましい。
　ＴｉＯ２：０～１０％およびＺｒＯ２：０～１０％
　ＴｉＯ２およびＺｒＯ２は、溶融スラグの融点を調整するために有効な成分である。本発明では、他成分で融点の調整が可能であり、ＴｉＯ２およびＺｒＯ２を含まなくてもよい。一方、含有する場合、ＴｉＯ２およびＺｒＯ２がそれぞれ１０％を超えると、融点付近で粘度が急激に高くなるため、スラグ巻込みが発生しやすくなる。そのため、ＴｉＯ２およびＺｒＯ２量はそれぞれ１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。
　ＦｅＯ：０～５％
　ＦｅＯは、溶融スラグの粘性および融点を調整するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＦｅＯを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＦｅＯ量が５％を超えると、ビード表面にスラグが生成して焼付きやすくなるため、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。
　Ｎａ２Ｏ：０～１０％
　Ｎａ２Ｏは、溶融スラグの粘性を調整するために非常に有効な成分である。ただし、本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、Ｎａ２Ｏを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、Ｎａ２Ｏ量が１０％を超えると、溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落するため、１０％以下が好ましく、より好ましくは７％以下である。
　Ｋ２Ｏ：０～１０％
　Ｋ２Ｏは、溶融スラグの粘性を調整するために非常に有効な成分である。ただし、本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、Ｋ２Ｏを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、Ｋ２Ｏ量が１０％を超えると、溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落する。このため、Ｋ２Ｏ量は、１０％以下が好ましく、７％以下がより好ましい。
　ＢａＯ：０～２０％
　ＢａＯは、塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調節するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ただし、本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＢａＯを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＢａＯ量が２０％を超えると、溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落する。このため、ＢａＯ量は、２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましい。
　フラックスの組成は、溶接金属の酸素量低減に効果的であり、溶接金属部の靭性向上に繋がるため、各成分量の限定範囲内かつ式（５）を満足することが好ましい。なお、式（５）中のＣａＯ、ＣａＦ２等の各成分の表記は、フラックス全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）である。
　（ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＢａＦ２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋０．５（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００　　　（５）
（但し、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）
　本発明に係るフラックスの組成は上記のとおりであり、残部はＰ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等の不可避的不純物である。
（溶接継手）
　本発明の溶接継手は、上記エレクトロスラグ溶接用ワイヤおよびフラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される。上記溶接継手における溶接金属の組成（各成分量）は、残部がＦｅおよび不可避的不純物である点を除き、エレクトロスラグ溶接用ワイヤの組成と同じであって、各成分の作用効果も同一である。したがって、以下の記載において、前述したエレクトロガス溶接用ワイヤと重複する成分の作用効果は、説明の重複を避けるため省略して、好ましい範囲のみ記載する。
　Ｃ：０％超、０．０７％以下
　　好ましい上限：０．０６％
　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下
　　好ましい上限：０．４０％、より好ましくは０．３０％
　Ｍｎ：０％超、１．０％以下
　　好ましい上限：０．８％
　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
　　好ましい下限：７．０％、
　　好ましい上限：１４．０％、より好ましくは１２．０％
　また、上記溶接継手における溶接金属は、下記式（６）を満足する。なお、式（６）中のＣ、Ｓｉ等は、溶接金属全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）であるが、単位を省略している。
　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００　　　　　（６）
　発明者らは、上記ワイヤにおける式（１）と同様の観点から、溶接金属において式（６）を満たすことの技術的意義を見出した。式（６）のパラメータが０．１５０未満の場合、所定の強度が得られない。式（６）のパラメータは、０．１６０以上が好ましく、０．１７０以上がより好ましい。一方、式（６）のパラメータが０．３００を超えると溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。式（６）のパラメータは、０．２９０以下が好ましく、０．２８０以下がより好ましい。
　また、上記溶接継手における溶接金属は、さらに、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有する場合には、下記式（７）を満足する。なお、式（７）中のＣ、Ｓｉ等は、溶接金属全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）であるが、単位を省略している。
　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００　　　　　　　（７）
　Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢは強度確保に寄与する元素である。発明者らは、上記ワイヤにおける式（２）と同様の観点から、溶接金属において式（７）を満たすことの技術的意義を見出した。式（７）のパラメータが０．１５０未満の場合、所定の強度が得られない。式（７）のパラメータは、０．１６０以上が好ましく、０．１７０以上がより好ましい。一方、式（７）のパラメータが０．３００を超えると溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。式（７）のパラメータは、０．２９０以下が好ましく、０．２８０以下がより好ましい。
　なお、溶接金属中におけるＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢのそれぞれの好ましい含有量は、上記ワイヤにおける好ましい含有量と同じである。
　Ｏ　：０％以上、０．０２５％以下
　Ｏは酸化物を形成し、当該酸化物がシャルピー試験時のボイド形成の起点として作用するため、極低温靭性が低下する。したがって、Ｏ量は、０．０２５％以下とすることが好ましく、望ましくは含有しない。
　Ｎ　：０％以上、０．０１０％以下
　Ｎは固溶元素として溶接金属部のマトリックスを強化する一方、脆性破壊を誘発する元素でもあり、極低温靭性が低下する。したがって、Ｎ量は、０．０１０％以下とすることが好ましく、望ましくは含有しない。
　本発明に係る溶接金属の基本組成は上記のとおりであり、残部は、鉄およびワイヤから添加した、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、および脱酸剤として添加したＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉの一部がスラグとして排出されず溶接金属中に残ったもの、さらには不可避的不純物である。不可避的不純物として、例えばＰ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等が挙げられる。
　上記溶接継手の作製に用いられる母材は、５～１０％のＮｉを含有する鋼板を用いることが好ましい。Ｎｉ量が５％未満では、極低温靭性が確保できないなどの問題がある。Ｎｉ量は、より好ましくは５．２％以上であり、更に好ましくは６．５％以上である。但し、Ｎｉ量が１０％を超えると鋼材コストが上昇するため、Ｎｉ量は１０％以下であることが好ましい。Ｎｉ量は、より好ましくは９．５％以下である。
　本実施例では、母材として表１に示す組成（残部は不可避的不純物である）を有する鋼板、表２～５に示す組成を有するエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および表６に示す組成を有するフラックスを用いて下記の溶接条件にて溶接金属を作製した。なお、表１～６および以下に示す表７～１０において、各成分量は質量％表示であり、各成分組成における“０”なる表記は、組成分析における検出限界値未満であることを意味する。
　また、表２～５に示すスラグ量は、ワイヤ中に含まれるスラグ形成剤の量であり、その組成から式（４）にて算出した値を記載している。試験したワイヤは、フラックス入りワイヤ、ＭＣＷ、ソリッドワイヤがあり、ＭＣＷおよびソリッドワイヤの場合は備考欄に示し、フラックス入りワイヤの場合は空欄とした。また、Ｃｕめっきの有無は備考欄に示した。Ｃｕめっき量は、０．１０～０．３０％の範囲とし、表２～５のワイヤＣｕ量は、Ｃｕめっき量とめっき以外にワイヤに合金として含有する量の総和を示している。
　また、表２～５に示す各ワイヤにおいて、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢのいずれも含有しないワイヤについては、式（１）のパラメータ値のみを記載し、式（２）のパラメータ値は空欄としている。一方、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有するワイヤについては、式（２）のパラメータ値のみを記載し、式（１）のパラメータ値は空欄としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　また、図１に示すように、銅当て金１（開先の裏側）および摺動式銅当て金２（開先の表側）に囲まれた開先の幅は１０ｍｍであり、２０°Ｖ開先溶接を行った。なお、銅当て金１および摺動式銅当て金２はいずれも、水冷されたものを用いた。
　溶接方法：エレクトロスラグ溶接
　溶接条件：
　　母材の板厚：３０ｍｍ
　　開先形状：図１を参照
　　　　スラグ浴深さ２５ｍｍで溶接を開始
　　ワイヤ：表２～５を参照
　　ワイヤ径＝１．６ｍｍ
　　入熱条件：約１２～１９ｋＪ／ｍｍ（溶接電流３４０～３８０Ａ－溶接電圧４０～４４Ｖ）
　　溶接姿勢：立向き１パス
　このようにして得られた溶接金属の組成（残部は不可避的不純物である）を表７～１０に示す。なお、表７～１０に示される各溶接金属において、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢのいずれも含有しない溶接金属については、式（６）のパラメータ値のみを記載し、式（７）のパラメータ値は空欄としている。一方、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有する溶接金属については、式（７）のパラメータ値のみを記載し、式（６）のパラメータ値は空欄としている。また、上記溶接金属について、以下の特性を評価した。
（強度）
　溶接金属の中央部より、溶接線方向に平行にＪＩＳ　Ｚ２２０２記載の方法で引張試験片を採取して、ＪＩＳ　Ｚ２２４１に記載の方法で引張り試験を行った。本実施例では、引張強度ＴＳ＞６９０ＭＰａの溶接金属を合格とした。
（極低温靭性）
　得られた溶接金属の板厚中央部より、溶接線方向に垂直にシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ　Ｚ３１１１　４号Ｖノッチ試験片）を採取し、ＪＩＳ　Ｚ　２２４２に記載の方法で－１９６℃でのシャルピー衝撃試験を実施した。同様の試験を３回行い、その平均値を算出したとき、吸収エネルギーＩＶが４０Ｊ以上の溶接金属を極低温靭性に優れると評価した。
（ビード外観）
　ビード外観は目視にて行い、下記基準で評価した。
合格：ビードの際が揃って直線性に優れているもの
不合格：ビードが大きく蛇行しているもの、またはアンダーカットが発生したもの
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表７～１０の結果より、以下のように考察することができる。
　まず、表７～１０のＮｏ．１～９０は、本発明の要件を満足する表２～５のＮｏ．１～９０のワイヤを用いた例であり、１０．０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接を施したにもかかわらず、極低温靭性ＩＶ（吸収エネルギー）および強度ＴＳ（引張強度）の両方に優れた溶接金属が得られた。
　これらのうち、フラックスとして本発明の組成を満足する表６のＡ～Ｌを用いた結果、ビード外観は良好であった。
　これに対し、表１０のＮｏ．９１～１００は、本発明の要件を満足しない表５のＮｏ．９１～１００のワイヤを用いた例であり、以下の不具合を有している。
　Ｎｏ．９１は、ワイヤおよび溶接金属中のＣ量が多く、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．９２は、ワイヤおよび溶接金属中のＳｉ量が多く、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．９３は、ワイヤおよび溶接金属中のＭｎ量が多く、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．９４は、ワイヤおよび溶接金属中のＮｉ量が少なく、強度が低下したうえ、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．９５は、ワイヤおよび溶接金属中のＮｉ量が多く、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．９６は、ワイヤのＦｅ量が少なくなった結果、合金成分が過大となり、溶接金属の式（６）のパラメータが大きく、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．９７は、ワイヤの式（１）のパラメータが小さく、強度が低下した上、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．９８は、ワイヤの式（１）のパラメータおよび溶接金属の式（６）のパラメータが大きく、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．９９は、ワイヤの式（２）のパラメータが小さく、強度が低下した上、靭性が劣化した。
　Ｎｏ．１００は、ワイヤの式（２）のパラメータおよび溶接金属の式（７）のパラメータが大きく、靭性が劣化した。
　以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
　なお、本出願は、２０１６年９月１３日付けで出願された日本特許出願（特願２０１６－１７８８０２）及び２０１７年２月２１日付けで出願された日本特許出願（特願２０１７－０３０２８２）に基づいており、その全体が引用により援用される。

Claims (13)

  1. 　ワイヤ全質量あたり、
    　質量％で、
    　Ｃ　：０％超、０．０７％以下、
    　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
    　Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
    　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
    　Ｆｅ：７９％以上
    を含有し、
    　かつ、下記式（１）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
    　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００　　　　　（１）
  2. 　ワイヤ全質量あたり、
    　質量％で、
    　Ｃ　：０％超、０．０７％以下、
    　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
    　Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
    　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
    　Ｆｅ：７９％以上
    を含有し、かつ、
    　Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
    　かつ、下記式（２）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
    　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００　　　　　　　（２）
  3. 　Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素をさらに含有し、
    　かつ、下記式（３）を満足することを特徴とする、請求項１または２に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
    　０．００１≦１．６（Ｃａ＋Ｍｇ）＋１．２５（ＲＥＭ＋Ｚｒ）＋Ａｌ＋０．８Ｔｉ≦０．７０　　　　　　　（３）
  4. 　前記ワイヤは、ソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤであることを特徴とする、請求項１または２に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
  5. 　前記ワイヤは、ワイヤ全質量に対し、スラグ形成剤を０％超、１５％以下含み、かつ前記スラグ形成剤は、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＦｅＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、およびＢａＯからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
    　かつ、下記式（４）を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤである、請求項１または２に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
    　（ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＢａＦ２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋０．５（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００　　　（４）
    　（但し、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）
  6. 　前記ワイヤにＣｕめっきが施されたことを特徴とする、請求項１または２に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
  7. 　請求項１または２に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤと共にエレクトロスラグ溶接に用いられるフラックスであって、
    　前記フラックスは、質量％で、
    　ＳｉＯ２：０～３５％、
    　ＣａＯ：５～６０％、
    　ＣａＦ２：３～５０％、
    　ＢａＦ２：０～２０％、
    　ＭｇＯ：０～２０％、
    　Ａｌ２Ｏ３：０～６５％、
    　ＭｎＯ：０～２０％、
    　ＴｉＯ２：０～１０％、
    　ＺｒＯ２：０～１０％、
    　ＦｅＯ：０～５％、
    　Ｎａ２Ｏ：０～１０％、
    　Ｋ２Ｏ：０～１０％、
    　ＢａＯ：０～２０％、
    を含有し、
    　かつ、下記式（５）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用フラックス。
    　（ＣａＯ＋ＣａＦ２＋ＢａＦ２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／（ＳｉＯ２＋０．５（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００　　　（５）
    　（但し、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）
  8. 　請求項１または２に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および請求項７に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手であって、
    　前記溶接継手における溶接金属が、質量％で、
    　Ｃ　：０％超、０．０７％以下、
    　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
    　Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
    　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
    を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
    　かつ、下記式（６）を満足することを特徴とする、溶接継手。
    　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００　　　　　（６）
  9. 　請求項１または２に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および請求項７に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手であって、
    　前記溶接継手における溶接金属が、質量％で、
    　Ｃ　：０％超、０．０７％以下、
    　Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
    　Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
    　Ｎｉ：６．０～１５．０％、
    を含有し、かつ
    　Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
    　かつ、下記式（７）の範囲を満足することを特徴とする、溶接継手。
    　０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００　　　　　　　（７）
  10. 　前記溶接金属は、質量％で
    　Ｏ：０％以上、０．０２５％以下
    　Ｎ：０％以上、０．０１０％以下
    をさらに含有することを特徴とする、請求項８に記載の溶接継手。
  11. 　前記溶接金属は、質量％で
    　Ｏ：０％以上、０．０２５％以下
    　Ｎ：０％以上、０．０１０％以下
    をさらに含有することを特徴とする、請求項９に記載の溶接継手。
  12. 　母材として５～１０％のＮｉを含有する鋼板を用いることを特徴とする、請求項８に記載の溶接継手。
  13. 　母材として５～１０％のＮｉを含有する鋼板を用いることを特徴とする、請求項９に記載の溶接継手。
     
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