WO2020208735A1 - ソリッドワイヤ及び溶接継手の製造方法 - Google Patents

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周雄 猿渡
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a solid wire and a welded joint.
  • the structure of the weld metal can be austenite (face-centered cubic, hereinafter FCC), and a Ni-based alloy welding material containing 60 to 80% by mass of Ni (hereinafter, Ni-based). It is usual to use an alloy welding material).
  • Ni-based alloy welding materials are extremely expensive because they contain a large amount of Ni.
  • Ni-based alloy welding materials are prone to high-temperature cracking, and because the molten metal flow is poor, welding defects such as poor fusion are likely to occur.
  • Ni-based alloy welding materials are combined with welding methods that allow welding with low heat input (eg, shielded metal arc welding, submerged arc welding, TIG welding, etc.) to prevent welding defects. For this reason, welding using a Ni-based alloy welding material has low construction efficiency. It can be said that the Ni-based alloy welding material has problems in both material cost and welding construction cost.
  • the material cost can be reduced.
  • the amount of Ni in the weld metal is reduced to about 6 to 9% by mass, which is the same as that of Ni-based low-temperature steel, the crystal structure of the weld metal becomes a body-centered cubic structure (hereinafter, BCC).
  • BCC weld metal it is necessary to reduce the amount of oxygen to an extremely low level in order to ensure its low temperature toughness. Therefore, according to the prior art, it is essential that the welding material having the same amount of Ni as the Ni-based low-temperature steel be combined with a welding method capable of reducing oxygen in the weld metal, for example, TIG welding.
  • the non-consumable electrode type TIG welding a sound weld metal can be obtained even if the amount of Ni in the welding material is low.
  • the welding efficiency of TIG welding is low. Therefore, even if the amount of Ni in the welding material is reduced, the problem of welding construction cost cannot be solved.
  • MIG welding is defined as gas shield metal arc welding that shields with an inert gas such as argon or helium
  • MAG welding uses an active shield gas such as carbon dioxide or a mixed gas of argon and carbon dioxide. It is defined as metal arc welding (JIS Z 3001: 2008).
  • Gas shield metal arc welding in which oxygen is contained in the shield gas is also sometimes referred to as MAG welding.
  • shielding gas for example MAG welding, generally Ar-10-30% CO 2 (that is, in CO 2 of 10-30% in volume fraction, a mixed gas of balance Ar), 100% CO 2, or Ar-2, % O 2 and the like are used, and the gas contains 2% or more of CO 2 or O 2 which is an active gas.
  • MAG welding has a drawback that oxygen is easily taken into the weld metal. According to the prior art, it has not been easy to weld a Ni-based low temperature steel by combining a welding material required to reduce the oxygen content of a weld metal and MAG welding.
  • the following wires have been proposed as welding wires for cryogenic steel.
  • the flux contains TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 in a total amount of 4.0% by mass or more with respect to the total weight of the wire, and further contains Mn oxide of 0.6 to 1.2 in terms of MnO 2. It contains% by mass, and the content of TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 and MnO 2 (converted amount) is by mass%, respectively, [TiO 2 ], [SiO 2 ], [ZrO 2 ] and [MnO 2 ].
  • JIS Z 3111 is specified for a solid wire used for TIG welding of high-strength steel containing 0.13% by weight or less of C and having a tensile strength of 760 to 980 N / mm 2 .
  • the martensitic transformation start temperature of the total weld metal obtained by the method is 400 ° C. or lower, and Ni: 7.5 to 12.0% by weight is contained with respect to the total weight of the wire, and C: 0.10% by weight.
  • the following and H A solid wire for TIG welding, which is regulated to 2 weight ppm or less, is disclosed.
  • the welding method is limited to TIG welding, and therefore the welding efficiency using this is extremely low.
  • Patent Document 3 is a cored wire for welding nickel steel, which comprises a steel sheath and a filling element, and has 2 to 15% fluorine and 8 to 13% relative to the weight of the wire.
  • a cored wire characterized by containing nickel and iron is disclosed.
  • the low temperature toughness (Charpy absorption energy in the impact test at -196 ° C.) of the weld metal obtained by the wire disclosed in Patent Document 3 is low.
  • the welded portion is required to have low temperature toughness such that the Charpy absorbed energy in the impact test at -196 ° C. is 50 J or more, but the wire disclosed in Patent Document 3 cannot achieve this.
  • the cored wire of Patent Document 3 and MAG welding are combined, it is estimated that the amount of sputtering increases and a large number of welding defects occur.
  • Non-Patent Document 1 describes a technique for obtaining a weld metal equivalent to TIG welding by using an iron alloy solid wire in which Ni is reduced to about 10% and performing MIG welding with 100% Ar shield gas. It is disclosed. In this technique, the amount of P and S in the wire is remarkably reduced, so that toughness is ensured.
  • the arc is irregular. This caused a problem that the welding bead meandered and welding defects frequently occurred. This problem is particularly noticeable when combined with MAG welding.
  • the present invention can significantly reduce the welding material cost, is excellent in welding workability even when applied to a welding method having excellent welding construction efficiency, and has a tensile strength and -196 ° C. It is an object of the present invention to provide a solid wire capable of obtaining a weld metal having excellent low temperature toughness, and a method for manufacturing a welded joint using the solid wire.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • the solid wire according to one aspect of the present invention has a chemical composition of: C: 0.003% or more and 0.080% or less; Si: 0.0010% or more and 0 in mass% with respect to the total mass of the solid wire. .50% or less; Mn: 0.050% or more and 1.80% or less; Al: 0.030% or more and 0.500% or less; Ni: 8.0% or more and 16.0% or less; P: 0.0200% Below; S: 0.0100% or less; O: 0.050% or less; Ta: 0% or more and 0.1000% or less; Cu: 0% or more and 0.5% or less; Cr: 0% or more and 0.5% or less Mo: 0% or more and 0.5% or less; V: 0% or more and 0.20% or less; Ti: 0% or more and 0.10% or less; Nb: 0% or more and 0.10% or less; B: 0% or more 0.010% or less; Mg: 0% or more and 0.80% or less; REM: 0% or more and 0.050% or
  • the chemical composition is Ta: 0.0005% or more and 0.1000% or less; Cu: 0.1% or more in mass% with respect to the total mass of the solid wire. 0.5% or less; Cr: 0.01% or more and 0.5% or less; Mo: 0.01% or more and 0.5% or less; V: 0.01% or more and 0.20% or less; Ti: 0.005 % To 0.10%; Nb: 0.002% to 0.10%; B: 0.0003% to 0.010%; Mg: 0.10% to 0.80%; and REM: It may contain one or more selected from the group consisting of 0.001% or more and 0.050% or less.
  • the solid wire according to any one of (1) to (3) above may have a perfluoropolyether oil on its surface.
  • the solid wire according to any one of (1) to (4) above may have a tensile strength of 500 MPa or more and 1000 MPa or less.
  • a steel material is welded using the solid wire according to any one of (1) to (5) above.
  • the steel material has a plate thickness of 6 mm or more and 100 mm or less, and a Ni content of 5.5% by mass or more and 9.5% by mass or less.
  • the tensile strength may be 660 MPa or more and 900 MPa or less.
  • the welding may be gas shielded arc welding.
  • the shield gas is a gas containing pure Ar gas, pure He gas, Ar and one or both of O 2 and CO 2 having a total volume of 20% by volume or less. , And either a gas containing He and one or both of O 2 and CO 2 totaling 20% by volume or less.
  • the solid wire of the present invention can significantly reduce the welding material cost by reducing the amount of Ni as much as Ni-based low-temperature steel, and is excellent in welding construction efficiency.
  • Gas shield arc welding for example, MIG welding
  • MAG welding etc.
  • the toughness of the weld metal can be ensured.
  • the solid wire of the present invention and a method for manufacturing a welded joint using the same.
  • a weld metal having excellent low temperature toughness at -196 ° C. can be obtained inexpensively and with high efficiency.
  • Weld metal of Ni-based low temperature steel is required to have low temperature toughness of -196 ° C, and it is necessary to reduce the oxygen content of the weld metal in order to secure the absorbed energy of -196 ° C.
  • the crystal structure of the weld metal obtained by using a solid wire in which the amount of Ni is reduced to 6 to 9% of that of Ni steel is a BCC structure. By reducing the amount of oxygen in the weld metal, brittle fracture is suppressed.
  • the low temperature toughness of the weld metal is sufficiently improved.
  • the present inventors aim to optimize the contents of the deoxidizing elements Mn, Al, Ti, Mg, and Ta in a solid wire in which the Ni content is reduced to the same level as that of Ni-based low-temperature steel.
  • Parameter ( ⁇ ) was introduced, and the contents of C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, and V were changed at various ratios.
  • Ar and active gas were used.
  • Ni-based low-temperature steel was welded by gas-shielded arc welding using a mixed gas.
  • ⁇ 2 x [Mn] + [Al] + 1.5 x [Ti] + [Mg] + 10 x [Ta] ... (Equation a)
  • the present invention has been made as a result of the above studies, and the reasons for limiting the technical requirements and the preferred embodiments of the solid wire of the present embodiment will be sequentially described below.
  • the alloy component, the metal deoxidizing component, and the reason for limiting the content of each component contained in the solid wire of the present embodiment will be described.
  • “%” means “mass%” unless otherwise specified.
  • the solid wire according to this embodiment may be provided with a plating layer on its surface. In this case, the distribution of the alloy components of the solid wire is not uniform, but the alloy components of the solid wire are grasped as the average value of the entire solid wire. That is, the content of each alloy component described below means the component content which is the sum of the mass% of each component with respect to the total mass of the solid wire.
  • C (C: 0.003% or more and 0.080% or less) C is an element that improves the strength of the weld metal.
  • the lower limit of the C content of the solid wire may be 0.005%, 0.008%, 0.010%, or 0.013% in order to improve the strength of the weld metal.
  • the weld metal containing 8 to 16% Ni has a hard martensite structure. The effect of C on the hardness of martensite is very large, and when the C content of the solid wire exceeds 0.080%, the weld metal is extremely hardened and the toughness is greatly reduced.
  • the upper limit of the C content of the solid wire is set to 0.080%.
  • the upper limit of the C content of the solid wire is 0.075%, 0.070%, 0.065%, 0.060%, 0.055%, or It may be 0.050%.
  • Si is an element necessary for improving the cleanliness of the weld metal and suppressing the occurrence of welding defects such as blow holes.
  • the solid wire needs to contain 0.0010% or more of Si.
  • the lower limit of the Si content of the solid wire may be 0.0050% or 0.0100%.
  • Si is easily microsegregated, and when the Si content of the solid wire exceeds 0.50%, remarkable embrittlement occurs in the segregated portion. Therefore, 0.50% is set as the upper limit of the Si content of the solid wire. Further, in order to stably secure the toughness of the weld metal, the upper limit of the Si content of the solid wire may be 0.40% or 0.30%.
  • Mn 0.050% or more and 1.80% or less
  • Mn is a deoxidizing element and further improves the cleanliness of the weld metal. Further, Mn is an element necessary for suppressing the occurrence of high-temperature cracks due to S and improving the toughness of the weld metal by forming MnS in the weld metal. In order to obtain the effect, it is necessary to contain 0.050% or more of Mn in the solid wire. In order to further improve the toughness of the weld metal, the lower limit of the Mn content of the solid wire may be 0.100%, 0.120%, 0.200% or 0.300%.
  • the upper limit of the Mn content of the solid wire may be 1.60%, 1.40%, or 1.20%.
  • Al 0.030% or more and 0.500% or less
  • Al is a deoxidizing element, and like Si and Mn, it is effective in suppressing the occurrence of welding defects such as blow holes and improving cleanliness.
  • 0.030% or more of Al is contained in the solid wire.
  • Al when Al is contained in the solid wire in excess of 0.500%, Al forms nitrides and oxides and inhibits the toughness of the weld metal. Therefore, 0.500% is set as the upper limit of the Al content of the solid wire.
  • the lower limit of the Al content of the solid wire is 0.031%, 0.033%, 0.035%, 0.040%, 0.045.
  • the upper limit of the Al content of the solid wire is set to 0.480%, 0.450%, 0.400%, 0.350%, 0.300%, or 0.200%. May be.
  • Ni 8.0% or more and 16.0% or less
  • Ni is the only element that can improve the toughness of the weld metal by solid solution toughness (the action of increasing the toughness by solid solution) regardless of the structure and composition of the weld metal.
  • Ni is an essential element to ensure low temperature toughness at -196 ° C.
  • the Ni content of the solid wire needs to be 8.0% or more.
  • the Ni content of the solid wire exceeds 16.0%, the effect is saturated and the welding material cost becomes excessive, which is not preferable.
  • the Ni content of the solid wire exceeds 16.0%, high-temperature cracking is likely to occur, the flow of molten metal is poor, and welding defects such as poor fusion are likely to occur.
  • the solid wire is gas-shielded. It becomes difficult to apply to high-efficiency welding such as arc welding. Therefore, the upper limit of the Ni content of the solid wire is set to 16.0%.
  • the upper limit of the Ni content of the solid wire may be limited to 15.5%, 15.0%, or 14.5%.
  • the lower limit of the Ni content of the solid wire may be 8.5%, 9.0%, 9.5%, or even 10.0%. ..
  • P is an impurity element, and excessive addition tends to cause high-temperature cracking and deteriorates the toughness of the weld metal, so it is preferable to reduce it as much as possible.
  • the P content of the solid wire shall be 0.0200% or less within an acceptable range for adverse effects on the toughness of the weld metal.
  • the upper limit of the P content of the solid wire may be 0.0150%, 0.0100%, 0.0080% or 0.0060% in order to further improve the toughness of the weld metal. From the viewpoint of ensuring the toughness of the weld metal, it is not necessary to limit the lower limit of the P content of the solid wire, and the lower limit of the P content is 0%. On the other hand, from the viewpoint of reducing the refining cost, the lower limit of the P content of the solid wire may be 0.0010%, 0.0020%, or 0.0030%.
  • S is an impurity element, and excessive addition tends to cause high-temperature cracking and significantly deteriorates the toughness of the weld metal, so it is preferable to reduce it as much as possible.
  • the S content of the solid wire shall be 0.0100% or less as long as the adverse effect on the toughness of the weld metal is acceptable.
  • the upper limit of the S content of the solid wire may be 0.0080%, 0.0060%, 0.0040% or 0.0030% in order to further improve the toughness of the weld metal. From the viewpoint of ensuring the toughness of the weld metal, it is not necessary to limit the lower limit of the S content of the solid wire, and the lower limit of the S content is 0%. On the other hand, from the viewpoint of reducing the refining cost, the lower limit of the S content of the solid wire may be 0.0005%, 0.0010%, or 0.0020%.
  • the O content of the solid wire shall be 0.050% or less within an acceptable range for adverse effects on the toughness of the weld metal.
  • the upper limit of the O content of the solid wire may be 0.020%, 0.015%, 0.010% or 0.005%. From the viewpoint of ensuring the toughness of the weld metal, it is not necessary to limit the lower limit of the O content of the solid wire, and the lower limit of the O content is 0%. On the other hand, from the viewpoint of reducing the refining cost, the lower limit of the O content of the solid wire may be 0.0005%, 0.001%, or 0.002%.
  • the solid wire according to this embodiment contains one or more selected elements of Ta, Cu, Cr, Mo, V, Ti, Nb, B, Mg, and REM. It can be contained. However, since the solid wire according to the present embodiment can solve the problem without containing these selective elements, the lower limit of these selective elements is 0%.
  • Ta is a precipitation strengthening element and has the effect of improving the strength of the weld metal. Further, Ta is an element that can reduce the oxygen content in the weld metal by combining with oxygen existing in the high temperature arc. On the other hand, when the Ta content of the solid wire exceeds 0.1000%, the oxygen content in the weld metal becomes constant and it becomes difficult to reduce it any more, while the strength of the weld metal becomes excessive and the low temperature toughness of the weld metal becomes excessive. Inhibits. Therefore, the upper limit of the Ta content of the solid wire is set to 0.1000%.
  • the lower limit of the Ta content of the solid wire is 0.0005%, 0.0010%, 0.0015%, 0.0020%, 0. It may be 0025% or 0.0030%.
  • the upper limit of the Ta content of the solid wire is 0.090%, 0.080%, 0.070%, 0.060%, or 0.050%. May be.
  • Cu 0% or more and 0.5% or less
  • the lower limit of the Cu content of the solid wire is 0%, but the solid wire may contain Cu.
  • the lower limit of the Cu content of the solid wire may be 0.1%.
  • the toughness of the weld metal decreases. Therefore, the Cu content of the solid wire is set to 0.5% or less.
  • the upper limit of the Cu content of the solid wire may be 0.3% or 0.2%.
  • Cr 0% or more and 0.5% or less
  • Cr is an element effective for increasing the strength of the weld metal.
  • the lower limit of the Cr content of the solid wire is 0%, but the lower limit of the Cr content of the solid wire may be 0.01% in order to obtain the effect of the inclusion.
  • the toughness of the weld metal decreases when the Cr content of the solid wire exceeds 0.5%. Therefore, the Cr content of the solid wire is set to 0.5% or less.
  • the upper limit of the Cr content of the solid wire may be 0.3%, 0.2% or 0.1%.
  • Mo 0% or more and 0.5% or less
  • Mo is an element effective for increasing the strength of the weld metal by strengthening precipitation.
  • the lower limit of the Mo content of the solid wire is 0%, but the lower limit of the Mo content of the solid wire may be 0.01% in order to obtain the effect of Mo content.
  • the Mo content of the solid wire is set to 0.5% or less.
  • the upper limit of the Mo content of the solid wire may be 0.3%, 0.2% or 0.1%.
  • V is an element effective for increasing the strength of the weld metal by strengthening precipitation.
  • the lower limit of the V content of the solid wire is 0%, but the lower limit of the V content of the solid wire may be 0.01% in order to obtain the effect of the V content.
  • the toughness of the weld metal decreases when the V content of the solid wire exceeds 0.20%. Therefore, the V content of the solid wire when V is contained is 0.20% or less.
  • the upper limit of the V content of the solid wire may be 0.15%, 0.10% or 0.05%.
  • Ti is effective in fixing the solid solution N and alleviating the adverse effect on the toughness of the weld metal. Ti is also effective as a deoxidizing element and has the effect of reducing the amount of oxygen in the weld metal.
  • the lower limit of the Ti content of the solid wire is 0%, but the lower limit of the Ti content of the solid wire may be 0.005% in order to obtain the effect of the Ti content.
  • the upper limit of the Ti content of the solid wire may be 0.06%, 0.04% or 0.02% in order to further improve the toughness of the weld metal.
  • Nb 0% or more and 0.10% or less
  • the lower limit of the Nb content of the solid wire is 0%, but the lower limit of the Nb content may be 0.002% in order to obtain the effect of the Nb content.
  • the Nb content of the solid wire exceeds 0.10% and becomes excessive, coarse precipitates are formed in the weld metal and the toughness of the weld metal is deteriorated.
  • the Nb content of the solid wire exceeds 0.10% and becomes excessive, high temperature cracking tends to occur. Therefore, the Nb content of the solid wire when Nb is contained is set to 0.10% or less.
  • the upper limit of the Nb content of the solid wire may be 0.06%, 0.04% or 0.02%.
  • B 0% or more and 0.010% or less
  • B When B is contained in the weld metal in an appropriate amount, it has the effect of combining with the solid solution N to form BN and reducing the adverse effect on the toughness of the solid solution N.
  • the lower limit of the B content of the solid wire is 0%, but the lower limit of the B content of the solid wire may be 0.0003% in order to obtain the effect of the B content.
  • B When B is contained in the solid wire, if the B content of the solid wire exceeds 0.010%, B in the weld metal becomes excessive, and a coarse BN or a B compound such as Fe 23 (C, B) 6 is contained. It is formed and deteriorates the toughness of the weld metal.
  • the B content of the solid wire exceeds 0.010%, high temperature cracking tends to occur. Therefore, the B content of the solid wire when B is contained is 0.010% or less.
  • the upper limit of the B content of the solid wire may be 0.006%, 0.004% or 0.002%.
  • Mg is a deoxidizing element and is effective in reducing oxygen in the weld metal and improving the toughness of the weld metal.
  • the lower limit of the Mg content of the solid wire is 0%, but in order to obtain a sufficient effect of reducing the oxygen content in the weld metal, the lower limit of the Mg content of the solid wire is 0.10% and 0.15. %, 0.20%, 0.25%, or 0.30%.
  • 0.80% is set as the upper limit of the Mg content of the solid wire.
  • the upper limit of Mg content of solid wire is set to 0.78%, 0.75%, 0.73%, 0.70%, 0.65% or 0.60%. May be good.
  • the lower limit of the REM content is set to 0%.
  • REM is an element that stabilizes the arc, it may be contained in the solid wire.
  • the lower limit of the REM content of the solid wire may be 0.001%, 0.010%, or 0.020%.
  • the effective REM content for reducing spatter and stabilizing the arc is 0.050% or less.
  • the solid wire contains REM in an excessive amount, spatter becomes intense and the welding workability becomes poor.
  • the upper limit of the REM content of the solid wire is 0.030%, 0.020%, 0.010%, 0.005%, or 0.001%. May be.
  • the term "REM” refers to a total of 17 elements composed of Sc, Y and lanthanoids, and the above-mentioned "REM content” means the total content of these 17 elements. When lanthanoids are used as REMs, industrially, REMs are added in the form of mischmetal.
  • the chemical composition of the solid wire according to the present embodiment contains the above-mentioned elements, and the balance thereof is Fe and impurities.
  • Impurities are components mixed by raw materials such as ore or scrap, or various factors in the manufacturing process when solid wire is industrially manufactured, and adversely affect the characteristics of the solid wire according to the present embodiment. Means what is allowed within the range that does not give.
  • the solid wire of the present embodiment contains the above-mentioned elements, but in order to secure the low temperature toughness of the weld metal at -196 ° C., ⁇ represented by the following formula a is 1.35% or more and 5 It is necessary to control the content of each element so as to be 50% or less.
  • ⁇ 2 x [Mn] + [Al] + 1.5 x [Ti] + [Mg] + 10 x [Ta] ... (Equation a)
  • the elements with [] indicate the content (mass%) of each element.
  • the solid wire of the present embodiment can be applied to gas shielded arc welding (so-called MIG welding) using pure Ar or pure He as a shield gas, and O 2 and / or CO containing Ar and / or He as main components. It is required to enable stable welding even when it is applied to gas shielded arc welding (so-called MAG welding) in which a mixed gas containing 20% by volume or less of 2 in total is used as a shield gas.
  • gas shielded arc welding so-called MAG welding
  • MAG welding gas shielded arc welding
  • oxygen contained in the solid wire causes oxygen to stay in the weld metal and generate oxides. It is considered that this deteriorates the low temperature toughness of the weld metal.
  • the lower limit value of ⁇ of the solid wire may be 1.36%, 1.40%, 1.45%, or 1.50%.
  • the upper limit of ⁇ of the solid wire is 5.40%, 5.30%, 5.20%, 5.10%, 5.00%, 4.90%, 4.80%, 4.70%, Alternatively, it may be 4.50%.
  • the Ceq of the solid wire The higher the Ceq of the solid wire, the higher the tensile strength of the weld metal, but on the other hand, the toughness of the weld metal decreases and the weld crack sensitivity increases. Therefore, when the Ceq of the solid wire is high, it is necessary to take measures to suppress low temperature cracking. If the Ceq value of this solid wire is less than 0.250%, the target strength (tensile strength) of 660 MPa or more in the weld metal cannot be satisfied. On the other hand, when the Ceq value of the solid wire exceeds 0.520%, the tensile strength of the weld metal becomes excessive and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, the Ceq range of the solid wire is set to 0.250% or more and 0.520% or less.
  • the lower limit of Ceq of the solid wire may be set to 0.260%, 0.270%, 0.280%, 0.320%, or 0.360%.
  • the upper limit of Ceq of the solid wire may be 0.510%, 0.500% or 0.490%.
  • the solid wire may further be provided with a lubricant on the surface thereof.
  • a lubricant for example, vegetable oils, mineral oils, etc.
  • PFPE oil perfluoropolyether oil
  • the component of the lubricant is not included in the above-mentioned chemical composition of the solid wire. This is because the chemical composition derived from the lubricant is very small relative to the total mass of the solid wire.
  • the measurement of the chemical composition of the solid wire was carried out after removing the lubricant applied to the surface of the solid wire.
  • the diameter of the solid wire is not particularly limited. Considering the solid wire and welding equipment currently on the market, for example, the diameter of the solid wire according to the present embodiment may be 0.5 to 2.4 mm. The diameter of the solid wire may be 0.8 mm or more, or 1.0 mm or more. The diameter of the solid wire may be 1.6 mm or less, or 1.4 mm or less.
  • the mechanical properties of the solid wire are also not particularly limited. From the viewpoint of improving the feedability of the solid wire during welding, the tensile strength of the solid wire is preferably low. For example, the tensile strength of the solid wire is 950 MPa or less, 900 MPa or less, 850 MPa, 800 MPa, 750 MPa, or 700 MPa. It may be as follows.
  • the tensile strength of the weld metal obtained by gas shielded arc welding using the solid wire according to this embodiment is preferably 660 MPa or more and 900 MPa.
  • the tensile strength of this weld metal is a tensile strength measured based on "Tensile and Impact Test Method of Welded Metal" in Japanese Industrial Standards JIS Z 3111: 2005.
  • the tensile strength of this weld metal is at the same level as that of high-strength steel having a tensile strength of 660 MPa or more and 900 MPa or less.
  • the chemical composition of the solid wire may be controlled so that the lower limit of the tensile strength of the weld metal obtained from the solid wire according to the present embodiment can be limited to 685 MPa and the upper limit can be limited to 850 MPa.
  • welded metal Deposited metal
  • welding metal welding metal
  • the solid wire used in this embodiment can be manufactured by the same manufacturing process as a normal solid wire manufacturing method. That is, first, the steel having the above-mentioned chemical composition is melted, and then forging is performed if necessary. Then, after rolling, this steel is processed into a rod shape. A solid wire can be obtained by drawing this rod-shaped steel. The solid wire may be appropriately heat-treated so that the feedability is not impaired. Further, the solid wire may be plated. In this case, the average chemical composition of the entire solid wire including the plating component needs to be within the above range. Further, a lubricant may be applied to the surface of the solid wire. As mentioned above, the chemical composition derived from the lubricant is very small relative to the total mass of the solid wire, so it is not necessary to consider the effect of the type of lubricant and the coating amount on the chemical composition of the solid wire. ..
  • a steel material is welded using the solid wire according to the present embodiment.
  • the type of steel material is not particularly limited, but the steel material has a plate thickness of 6 mm or more and 100 mm or less, a Ni content of 5.5% by mass or more and 9.5% by mass or less, and a tensile strength of 660 MPa or more and 900 MPa or less. (That is, Ni-based low-temperature steel) is preferable.
  • This welding is preferably gas shielded arc welding.
  • a steel material having a Ni content of 5.5% by mass or more and 9.5% by mass or less, a plate thickness of 6 mm or more and 100 mm, and a tensile strength of 660 MPa or more and 900 MPa or less is used for the LNG tank. ..
  • the solid wire of the present embodiment can be used for welding the steel material.
  • the shield gas used for welding is not particularly limited, but for example, pure Ar gas, pure He gas, gas containing one or both of O 2 and CO 2 having a total of 20% by volume or less of Ar, and He and a total of 20 volumes. Either gas containing one or both of O 2 and CO 2 of% or less may be used.
  • pure Ar gas or pure He gas may be used as the shield gas.
  • the shield gas may be used as the shield gas.
  • a solid wire is used as the form of the welding material, and a flux-cored wire is not used.
  • Flux-cored wire is often added with metal powder or oxide as a material for weld metal.
  • oxygen is likely to be mixed into the weld metal due to the oxide generated on the surface of the metal powder or the oxide as an additive.
  • Ar gas or He gas mixed with O 2 or CO 2 is adopted as the shield gas, and in order to reduce the mixing of oxygen into the weld metal, the form of the solid wire It was adopted.
  • Solid wires with various chemical compositions were produced. Annealing was applied during the wire drawing work of the solid wire, and the final solid wire diameter was adjusted to ⁇ 1.2 mm. The annealing condition was 650 ° C. for 4 hours. After the trial production, a lubricant was applied to the surface of the solid wire. In Tables 1-1 to 1-2, vegetable oils were applied to all those not described as PFPE oil application. The analysis of the components of the solid wire was carried out by performing chemical analysis, gas analysis, and the like. The analysis was performed without lubricant on the surface of the solid wire. Tables 1-1 to 1-2 show the chemical composition of the prototype solid wire, the presence or absence of PFPE oil coating, and the tensile strength of the solid wire (“wire strength”).
  • the mechanical properties of the weld metal were evaluated in accordance with JIS Z 3111: 2005 using the solid wires shown in Tables 1-1 to 1-2. That is, the procedure is as shown in FIG. A steel plate 1 having a plate thickness of 20 mm was butted against each other with a root gap of 16 mm and a groove angle of 20 °, and a backing metal 2 was used. SM490A was used for the steel plate 1 and the backing metal 2, but two or more layers and an extra height of 3 mm or more were used on the groove surface of the steel plate 1 and the surface of the backing metal 2 using the solid wire to be tested. Buttering was carried out.
  • welding conditions are shown in Tables 2 and 4 (the composition of the shield gas is expressed in% by volume).
  • Table 2 shows MAG welding
  • Table 4 shows the welding conditions for MIG welding. From Table 2, the welding conditions are a current value of 280 A, a voltage value of 24-28 V, a welding speed of 30 cm / min, a pass-to-pass temperature of 150 ° C. or less, and a gas using a mixed gas of Ar and 15% by volume CO 2 as a shield gas.
  • the flow rate was 25 l / min.
  • the welding conditions were a current value of 260 A, a voltage value of 22 to 26 V, a welding speed of 30 cm / min, a pass-to-pass temperature of 150 ° C. or less, and Ar gas as a shield gas at a gas flow rate of 25 l / min.
  • the welding defect resistance of each solid wire was evaluated. This is the rate of occurrence of pore defects (welding defect length relative to the welding length) when a downward 1-pass welding bead is produced under the welding conditions shown in Table 2 for low-temperature steel with a plate thickness of 25 mm shown in Table 6. It is an evaluation of the consistency of the weld bead and the ratio).
  • a sample having a welding defect length of 5% or less and no bead shape defect or high temperature cracking due to excessive sputtering was accepted, and "None" was described in the table.
  • the portion where the largest meandering occurs in the bead formed by the above welding is visually identified, and as shown in FIG.
  • the toe of the welding bead when the welding bead meanders.
  • the distance (length b) of the toe of the normal weld bead was 25% or less of the bead width (length a)
  • the value obtained by b / a ⁇ 100 is referred to as a weld bead matching rate.
  • arc stability if the total arc extinguishing time is 10% or less of the total arc generation time (that is, the "arc duration" in Tables 3-1 and 3-2 is more than 90%), it is considered acceptable. did.
  • the solid wire numbers A1 to A23 of the present invention example have tensile strength, toughness, weld defect resistance, arc stability, and weld bead matching. All of the sex was excellent and passed.
  • the solid wire numbers B1 to B22 which are comparative examples, do not meet the requirements specified in the present invention, and therefore have tensile strength and toughness. One or more of the welding defect resistance, arc stability, and welding bead consistency were not satisfied, and the overall judgment was rejected.
  • the solid wire according to this embodiment can significantly reduce the welding material cost by reducing the amount of Ni. Further, the solid wire according to the present embodiment can be applied to gas shielded arc welding (for example, MIG welding, MAG welding, etc.) having excellent welding efficiency. Further, the solid wire according to the present embodiment contains a deoxidizing element and a trace element to reduce the amount of oxygen in the welding metal, thereby obtaining a welding metal having excellent low temperature toughness at -196 ° C. The solid wire according to this embodiment can exert a remarkable effect on the prior art when used for welding a Ni-based low temperature steel containing about 5.5 to 9.5% of Ni, for example. it can. Therefore, the value of the solid wire according to the present embodiment in the industry is extremely high.
  • gas shielded arc welding for example, MIG welding, MAG welding, etc.

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Abstract

本発明の一態様に係るソリッドワイヤは、化学組成が、Ｃ：０．００３％以上０．０８０％以下；Ｓｉ：０．００１０％以上０．５０％以下；Ｍｎ：０．０５０％以上１．８０％以下；Ａｌ：０．０３０％以上０．５００％以下；Ｎｉ：８．０％以上１６．０％以下；Ｐ：０．０２００％以下；Ｓ：０．０１００％以下；Ｏ：０．０５０％以下；Ｔａ：０％以上０．１０００％以下；Ｃｕ：０％以上０．５％以下；Ｃｒ：０％以上０．５％以下；Ｍｏ：０％以上０．５％以下；Ｖ：０％以上０．２０％以下；Ｔｉ：０％以上０．１０％以下；Ｎｂ：０％以上０．１０％以下；Ｂ：０％以上０．０１０％以下；Ｍｇ：０％以上０．８０％以下；ＲＥＭ：０％以上０．０５０％以下；及び残部：Ｆｅおよび不純物からなり、αが１．３５％以上５．５０％以下であり、Ｃｅｑが０．２５０％以上０．５２０％以下である。

Description

ソリッドワイヤ及び溶接継手の製造方法
　本発明は、ソリッドワイヤ及び溶接継手の製造方法に関する。
　近年、地球温暖化の問題による二酸化炭素排出量規制強化により、石油・石炭などに比べて二酸化炭素の排出量が少ない天然ガスの需要が高まっており、それに伴いＬＮＧタンク建造の需要も世界的に高まっている。ＬＮＧタンクに使用される鋼材には、－１９６℃の極低温度での靭性確保の要求から、６～９％Ｎｉを含むＮｉ系低温用鋼が使用されている。
　このＮｉ系低温用鋼の溶接においては、溶接金属の組織をオーステナイト（面心立方、以下ＦＣＣ）とすることができる、６０～８０質量％のＮｉを含むＮｉ基合金溶接材料（以下、Ｎｉ基合金溶接材料という）を用いることが通常である。しかしながらＮｉ基合金溶接材料は、多量のＮｉを含有しているので、極めて高価である。
　さらにＮｉ基合金溶接材料は、高温割れを発生させやすく、また溶融金属の湯流れが悪いため、融合不良などの溶接欠陥を発生させやすい。従来技術によれば、Ｎｉ基合金溶接材料は、溶接欠陥を防止するために、低入熱で溶接できる溶接方法（例えば被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接およびＴＩＧ溶接など）と組み合わせられる。このため、Ｎｉ基合金溶接材料を用いた溶接は、施工効率が低い。Ｎｉ基合金溶接材料は、材料コスト、及び溶接施工コストの両方において課題を有していると言える。
　溶接材料中のＮｉ量を、Ｎｉ系低温用鋼と同程度に低減すれば、材料コストを低減することができる。しかしながら、Ｎｉ系低温用鋼並みの６～９質量％程度まで溶接金属中のＮｉ量を低減すると、溶接金属の結晶構造が体心立方構造（以下、ＢＣＣ）となる。ＢＣＣ溶接金属においては、その低温靭性を確保するために、酸素量を極めて低い水準まで下げる必要がある。そのため従来技術によれば、Ｎｉ量がＮｉ系低温用鋼と同程度である溶接材料は、溶接金属の低酸素化が可能である溶接方法、例えばＴＩＧ溶接と組み合わせることが必須であった。非消耗電極式のＴＩＧ溶接によれば、たとえ溶接材料のＮｉ量が低くとも、健全な溶接金属が得られる。ただし、ＴＩＧ溶接の溶接施工効率は低い。従って、溶接材料中のＮｉを低減させたとしても、溶接施工コストの課題を解決することができなかった。
　産業界では、溶接施工効率に優れる溶接法に適用可能であり、且つ低温靭性に優れた溶接金属を製造可能な溶接材料が待望されている。溶接施工効率に優れる溶接法として、例えばＭＩＧ溶接及びＭＡＧ溶接等のガスシールドアーク溶接法が挙げられる。ＭＩＧ溶接は、アルゴン、ヘリウムなどのイナートガスでシールドするガスシールドメタルアーク溶接であると定義され、ＭＡＧ溶接は、炭酸ガス、アルゴンと炭酸ガスとの混合ガスなどの活性のシールドガスを用いる、ガスシールドメタルアーク溶接であると定義される（ＪＩＳ　Ｚ　３００１：２００８）。酸素がシールドガスに含まれるガスシールドメタルアーク溶接も、ＭＡＧ溶接と称されることがある。例えばＭＡＧ溶接のシールドガスとして、一般にＡｒ－１０～３０％ＣＯ２（つまり、体積分率で１０～３０％のＣＯ２で、残部がＡｒの混合ガス）、１００％ＣＯ２、またはＡｒ－２％Ｏ２などが使用されており、ガス中に活性ガスであるＣＯ２またはＯ２が２％以上含まれている。
　シールドガスに活性ガスを含有させることは、溶接施工コストの観点、及びアークを細くしてエネルギーを集中させて溶接欠陥を減少させる観点で有利である。ただし、ＭＡＧ溶接は、溶接金属に酸素が取り込まれやすいという欠点がある。従来技術によれば、溶接金属の酸素量を減少させることが求められる溶接材料と、ＭＡＧ溶接とを組み合わせてＮｉ系低温用鋼を溶接することは容易ではなかった。
　極低温用鋼の溶接ワイヤとして例えば次のようなワイヤが提案されている。
　特許文献１ではフラックス中にワイヤ全質量に対して、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２を総量で４．０質量％以上含み、さらに、Ｍｎ酸化物をＭｎＯ２換算で０．６～１．２質量％含み、かつ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２及びＭｎＯ２（換算量）の含有量を質量％で、それぞれ、［ＴｉＯ２］、［ＳｉＯ２］、［ＺｒＯ２］及び［ＭｎＯ２］としたとき、［ＴｉＯ２］／［ＺｒＯ２］が２．３～３．３、［ＳｉＯ２］／［ＺｒＯ２］が０．９～１．５、及び、（［ＴｉＯ２］＋［ＳｉＯ２］＋［ＺｒＯ２］）／［ＭｎＯ２］が５～１３である、Ｎｉ基合金を外皮とするフラックス入りワイヤが開示されている。しかしこのワイヤにおいてはＮｉ量が６０～７０％であり、溶接材料の低コスト化は達成されてない。
　特許文献２では、０．１３重量％以下のＣを含有し、引張強さが７６０乃至９８０Ｎ／ｍｍ２である高張力鋼のＴＩＧ溶接に使用されるソリッドワイヤにおいて、ＪＩＳ　Ｚ　３１１１に規定された方法により得られた全溶着金属のマルテンサイト変態開始温度が４００℃以下であると共に、ワイヤ全重量に対してＮｉ：７．５乃至１２．０重量％を含有し、Ｃ：０．１０重量％以下及びＨ：２重量ｐｐｍ以下に規制されていることを特徴とするＴＩＧ溶接用ソリッドワイヤが開示されている。しかし、特許文献２に開示されたソリッドワイヤにおいて、溶接方法はＴＩＧ溶接に限定されており、従ってこれを用いた溶接の施工効率は著しく低い。
　特許文献３では、ニッケル鋼を溶接するための有芯ワイヤであって、鋼シースと充填元素とを具備し、前記ワイヤの重量に対して、２乃至１５％の弗素と、８乃至１３％のニッケルと、鉄とを含有したことを特徴とする有芯ワイヤが開示されている。しかし、特許文献３において開示されたワイヤによって得られる溶接金属の低温靭性（－１９６℃での衝撃試験でのシャルピー吸収エネルギー）は低い。近年は、溶接部に対して、－１９６℃での衝撃試験でのシャルピー吸収エネルギーが５０Ｊ以上となる低温靭性が求められるが、特許文献３において開示されたワイヤはこれを達成することができない。また、特許文献３の有芯ワイヤとＭＡＧ溶接とを組み合わせた場合、スパッタ量が増大して溶接欠陥が多数発生すると推定される。
　非特許文献１には、Ｎｉを約１０％に低減した鉄合金のソリッドワイヤを使用し、１００％ＡｒシールドガスによるＭＩＧ溶接とすることで、ＴＩＧ溶接と同程度の溶接金属が得られる技術が開示されている。この技術では、上記ワイヤ中のＰとＳ量を著しく低減しているため、靭性は確保されているが、本発明者らの実験では、非特許文献１の方法で溶接すると、アークが不規則に発生することで、溶接ビードが蛇行し、溶接欠陥が多発するという問題が生じた。この問題は、ＭＡＧ溶接と組み合わせた場合特に顕著に生じる。
　このように、溶接施工コストが低い溶接方法（例えばガスシールドアーク溶接、特にＭＡＧ溶接）と、Ｎｉ量を６～９％Ｎｉ鋼と同程度に低減した安価な溶接材料との組み合わせによって、十分な低温靭性を有する溶接金属を得ることができる技術は、未だ実現されていない。
日本国特開２００８－２４６５０７号公報 日本国特開平０９－２５３８６０号公報 日本国特開２００８－１６１９３２号公報
阿草一男、古生正昭ら、川崎製鉄技報、ｖｏｌ．１４、Ｎｏ．３（１９８２）、９％Ｎｉ鋼の純アルゴンシールド共金ＭＩＧ溶接
　本発明は、上記背景技術の問題点に鑑み、溶接材料コストを大幅に低減可能であり、溶接施工効率が優れる溶接方法に適用しても溶接作業性に優れ、並びに引張強さ及び－１９６℃の低温靭性が優れた溶接金属が得られるソリッドワイヤ、並びにそのソリッドワイヤを用いた溶接継手の製造方法を提供することを課題とする。
　本発明の要旨は以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係るソリッドワイヤは、化学組成が、前記ソリッドワイヤの全質量に対する質量％で：Ｃ：０．００３％以上０．０８０％以下；Ｓｉ：０．００１０％以上０．５０％以下；Ｍｎ：０．０５０％以上１．８０％以下；Ａｌ：０．０３０％以上０．５００％以下；Ｎｉ：８．０％以上１６．０％以下；Ｐ：０．０２００％以下；Ｓ：０．０１００％以下；Ｏ：０．０５０％以下；Ｔａ：０％以上０．１０００％以下；Ｃｕ：０％以上０．５％以下；Ｃｒ：０％以上０．５％以下；Ｍｏ：０％以上０．５％以下；Ｖ：０％以上０．２０％以下；Ｔｉ：０％以上０．１０％以下；Ｎｂ：０％以上０．１０％以下；Ｂ：０％以上０．０１０％以下；Ｍｇ：０％以上０．８０％以下；ＲＥＭ：０％以上０．０５０％以下；及び残部：Ｆｅおよび不純物からなり、下記の式ａで定義されるαが１．３５％以上５．５０％以下であり、下記の式ｂで定義されるＣｅｑが０．２５０％以上０．５２０％以下である。
　α＝２×［Ｍｎ］＋［Ａｌ］＋１．５×［Ｔｉ］＋［Ｍｇ］＋１０×［Ｔａ］・・・（式ａ）
　Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４・・・（式ｂ）
　但し、式ａおよび式ｂの［］付元素は、それぞれの元素の前記ソリッドワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量を表す。
（２）上記（１）に記載のソリッドワイヤでは、前記化学組成が、前記ソリッドワイヤの全質量に対する質量％で、Ｔａ：０．０００５％以上０．１０００％以下；Ｃｕ：０．１％以上０．５％以下；Ｃｒ：０．０１％以上０．５％以下；Ｍｏ：０．０１％以上０．５％以下；Ｖ：０．０１％以上０．２０％以下；Ｔｉ：０．００５％以上０．１０％以下；Ｎｂ：０．００２％以上０．１０％以下；Ｂ：０．０００３％以上０．０１０％以下；Ｍｇ：０．１０％以上０．８０％以下；及びＲＥＭ：０．００１％以上０．０５０％以下からなる群から選択される一種以上を含有してもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載のソリッドワイヤでは、前記ソリッドワイヤ中の前記ＲＥＭの含有量が、前記ソリッドワイヤの前記全質量に対する質量％で０．０１０％以下であってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載のソリッドワイヤでは、表面にパーフルオロポリエーテル油を有してもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載のソリッドワイヤでは、引張強さが５００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下であってもよい。
（６）本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、上記（１）～（５）のいずれか１項に記載のソリッドワイヤを用いて鋼材を溶接する。
（７）上記（６）に記載の溶接継手の製造方法では、前記鋼材が、板厚が６ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、Ｎｉの含有量が５．５質量％以上９．５質量％以下であり、引張強さが６６０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下であってもよい。
（８）上記（６）又は（７）に記載の溶接継手の製造方法では、前記溶接がガスシールドアーク溶接であってもよい。
（９）上記（８）に記載の溶接継手の製造方法では、シールドガスが、純Ａｒガス、純Ｈｅガス、Ａｒと合計２０体積％以下のＯ２及びＣＯ２の一方又は両方とを含むガス、並びにＨｅと合計２０体積％以下のＯ２及びＣＯ２の一方又は両方とを含むガスのいずれかであってもよい。
　本発明のソリッドワイヤは、Ｎｉ系低温用鋼並みにＮｉ量を低減することで溶接材料コストを大幅に低減することが可能であり、かつ、溶接施工効率に優れるガスシールドアーク溶接（例えばＭＩＧ溶接及びＭＡＧ溶接等）に適用されても溶接金属の靭性を確保可能である。例えば、ＬＮＧタンクや化学プラント等に使用される、Ｎｉを５．５～９．５％程度含有するＮｉ系低温用鋼の溶接に、本発明のソリッドワイヤ及びこれを用いた溶接継手の製造方法が適用された場合、－１９６℃の低温靭性が優れる溶接金属が、安価且つ高効率に得られる。
実施例における試験片の採取位置を示す図である（ＪＩＳ　Ｚ３１１１：２００５）。 実施例における溶接ビードの整合性の評価式を示す図である。
　Ｎｉ系低温用鋼の溶接金属には－１９６℃の低温靭性が要求され、－１９６℃の吸収エネルギーを確保するためには溶接金属の酸素量を低減する必要がある。Ｎｉ量を６～９％Ｎｉ鋼並みに低減したソリッドワイヤを用いて得られた溶接金属の結晶構造はＢＣＣ構造であるが、この溶接金属中の酸素量を低減させることで、脆性破壊が抑制され、溶接金属の低温靭性が十分に向上する。
　本発明者らは、Ｎｉ含有量をＮｉ系低温用鋼と同程度まで低減したソリッドワイヤにおいて、脱酸元素であるＭｎ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＭｇ、並びにＴａの含有量を最適化するためのパラメータ（α）を導入し、さらにＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量を種々の割合で変化させ、このようにして試作したソリッドワイヤを用いて、Ａｒと活性ガスの混合ガスを使用したガスシールドアーク溶接によってＮｉ系低温用鋼の溶接を実施した。
　その結果、以下の事項が見出された。
（ｉ）値αを用いてＭｎ、Ａｌ、Ｔｉ、及びＭｇ、並びにＴａの含有量を最適化すれば、Ａｒと活性ガスの混合ガスを用いたガスシールドアーク溶接によっても、溶接金属の酸素量を大幅に低減できる。
（ｉｉ）上記（ｉ）に加えて、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量を特定の範囲とすることで、－１９６℃での優れた低温靭性が得られる。
（ｉｉｉ）上記（ｉ）及び（ｉｉ）の要件が満たされたソリッドワイヤによれば、ガスシールドアーク溶接を使用可能であるので、溶接施工効率がＴＩＧ溶接に比して向上する。
　なお、値αは以下の式によって算出されるものである。この式は、種々の化学組成を有するソリッドワイヤの評価結果を重回帰分析することにより得られた。
　　α＝２×［Ｍｎ］＋［Ａｌ］＋１．５×［Ｔｉ］＋［Ｍｇ］＋１０×［Ｔａ］・・・（式ａ）
　本発明は以上のような検討の結果なされたものであり、以下、本実施形態のソリッドワイヤについて、特徴とする技術要件の限定理由や好ましい態様について順次説明する。
　先ず、本実施形態のソリッドワイヤに含有される合金成分、金属脱酸成分および各成分の含有量の限定理由について説明する。
　以下のソリッドワイヤの化学組成の説明において、「％」は特に説明がない限り、「質量％」を意味する。なお、本実施形態に係るソリッドワイヤは、その表面にめっき層を備えてもよい。この場合、ソリッドワイヤの合金成分の分布は一様ではないが、ソリッドワイヤの合金成分は、ソリッドワイヤ全体での平均値として把握される。即ち、以下に説明される各合金成分の含有量は、ソリッドワイヤ全質量に対する各成分の質量％の合計となる成分含有量を意味するものとする。
（Ｃ：０．００３％以上０．０８０％以下）
　Ｃは、溶接金属の強度を向上させる元素である。溶接金属の強度を確保するためには、ソリッドワイヤにＣを０．００３％以上含有させる必要がある。溶接金属の強度の向上のために、ソリッドワイヤのＣ含有量の下限を０．００５％、０．００８％、０．０１０％、又は０．０１３％としてもよい。一方で、８～１６％のＮｉを含有する溶接金属は、硬いマルテンサイト組織となる。マルテンサイトの硬さに及ぼすＣの影響は非常に大きく、ソリッドワイヤのＣ含有量が０．０８０％を超えると、溶接金属が極めて硬化し、靭性が大きく低下する。そのため、ソリッドワイヤのＣ含有量の上限を０．０８０％とする。安定して溶接金属の靭性を確保するためには、ソリッドワイヤのＣ含有量の上限を０．０７５％、０．０７０％、０．０６５％、０．０６０％、０．０５５％、又は、０．０５０％としてもよい。
（Ｓｉ：０．００１０％以上０．５０％以下）
　Ｓｉは、溶接金属の清浄度を向上し、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制するのに必要な元素である。これらの効果を得るには、ソリッドワイヤが０．００１０％以上のＳｉを含有する必要がある。溶接欠陥の発生を一層防止するために、ソリッドワイヤのＳｉ含有量の下限を０．００５０％又は０．０１００％としてもよい。一方で、８～１６％のＮｉを含有する溶接金属では、Ｓｉはミクロ偏析しやすく、ソリッドワイヤのＳｉ含有量が０．５０％を超えると、偏析部で顕著な脆化が生じる。そのため、０．５０％をソリッドワイヤのＳｉ含有量の上限とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するためには、ソリッドワイヤのＳｉ含有量の上限を０．４０％、又は０．３０％としてもよい。
（Ｍｎ：０．０５０％以上１．８０％以下）
　Ｍｎは、脱酸元素であり、さらに溶接金属の清浄度を向上させる。さらにＭｎは、溶接金属中においてＭｎＳを形成することで、Ｓによる高温割れの発生を抑制し、溶接金属の靭性を向上させるのに必要な元素である。その効果を得るためには、０．０５０％以上のＭｎをソリッドワイヤに含有させる必要がある。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＭｎ含有量の下限を０．１００％、０．１２０％、０．２００％又は０．３００％としてもよい。一方、８～１６％のＮｉを含有する溶接金属では、Ｍｎはミクロ偏析しやすく、ソリッドワイヤのＭｎ含有量が１．８０％を超えると、偏析部で顕著な脆化が生じる。このため、１．８０％をソリッドワイヤのＭｎ含有量の上限とする。また、溶接金属の靭性を安定して確保するためには、ソリッドワイヤのＭｎ含有量の上限を１．６０％、１．４０％、又は１．２０％としてもよい。
（Ａｌ：０．０３０％以上０．５００％以下）
　Ａｌは脱酸元素であり、Ｓｉ及びＭｎと同様に、ブローホールなどの溶接欠陥の発生の抑制、及び清浄度向上等に効果がある。その効果を発揮するために０．０３０％以上のＡｌをソリッドワイヤに含有させる。一方、０．５００％を超えてソリッドワイヤにＡｌを含有させると、Ａｌが窒化物や酸化物を形成して、溶接金属の靱性を阻害する。そのため、０．５００％をソリッドワイヤのＡｌ含有量の上限とする。また、溶接金属の靭性を向上する効果を十分に得るためには、ソリッドワイヤのＡｌ含有量の下限を０．０３１％、０．０３３％、０．０３５％、０．０４０％、０．０４５％、０．０５０％、０．０５１％、０．０５３％、または０．０５５％としてもよい。また、酸化物の生成抑制のため、ソリッドワイヤのＡｌ含有量の上限を、０．４８０％、０．４５０％、０．４００％、０．３５０％、０．３００％、又は０．２００％としてもよい。
（Ｎｉ：８．０％以上１６．０％以下）
　Ｎｉは、固溶靱化（固溶により靭性を高める作用）により、溶接金属の組織及び成分によらず、溶接金属の靱性を向上できる唯一の元素である。特に、－１９６℃の低温靭性を確保するために、Ｎｉは必須の元素である。この効果を得るためには、ソリッドワイヤのＮｉ含有量は８．０％以上にする必要がある。一方、ソリッドワイヤのＮｉ含有量が１６．０％を超えると、その効果が飽和するのに加え、溶接材料コストが過大となるため好ましくない。さらに、ソリッドワイヤのＮｉ含有量が１６．０％を超える場合、高温割れが発生しやすく、溶融金属の湯流れが悪く、融合不良などの溶接欠陥が発生しやすくなるので、ソリッドワイヤをガスシールドアーク溶接などの高効率溶接に適用することが困難となる。従って、ソリッドワイヤのＮｉ含有量の上限値を１６．０％とする。ソリッドワイヤのＮｉ含有量の上限を１５．５％、１５．０％、又は１４．５％に制限してもよい。安定して溶接金属の低温靭性を確保するためには、ソリッドワイヤのＮｉ含有量の下限を８．５％、９．０％又は、９．５％、更には、１０．０％としてもよい。
（Ｐ：０．０２００％以下）
　Ｐは不純物元素であり、過剰添加は高温割れを発生させる傾向にあり、溶接金属の靱性を劣化させるので、極力低減することが好ましい。溶接金属の靭性への悪影響が許容できる範囲として、ソリッドワイヤのＰ含有量は０．０２００％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＰ含有量の上限を０．０１５０％、０．０１００％、０．００８０％又は０．００６０％としてもよい。溶接金属の靭性確保の観点からは、ソリッドワイヤのＰ含有量の下限を制限する必要はなく、Ｐ含有量の下限は０％である。一方、精錬コストの低減の観点から、ソリッドワイヤのＰ含有量の下限を０．００１０％、０．００２０％、又は０．００３０％としてもよい。
（Ｓ：０．０１００％以下）
　Ｓは、不純物元素であり、過剰添加は高温割れを発生させる傾向にあり、溶接金属の靱性を著しく劣化させるので、極力低減することが好ましい。溶接金属の靱性への悪影響が許容できる範囲として、ソリッドワイヤのＳ含有量は０．０１００％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＳ含有量の上限を０．００８０％、０．００６０％、０．００４０％又は０．００３０％としてもよい。溶接金属の靭性確保の観点からは、ソリッドワイヤのＳ含有量の下限を制限する必要はなく、Ｓ含有量の下限は０％である。一方、精錬コストの低減の観点から、ソリッドワイヤのＳ含有量の下限を０．０００５％、０．００１０％、又は０．００２０％としてもよい。
（Ｏ：０．０５０％以下）
　Ｏは、不純物であり、溶接金属の靱性を著しく劣化させるので、極力低減することが好ましい。溶接金属の靱性への悪影響が許容できる範囲として、ソリッドワイヤのＯ含有量は０．０５０％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＯ含有量の上限を０．０２０％、０．０１５％、０．０１０％又は０．００５％としてもよい。溶接金属の靭性確保の観点からは、ソリッドワイヤのＯ含有量の下限を制限する必要はなく、Ｏ含有量の下限は０％である。一方、精錬コストの低減の観点から、ソリッドワイヤのＯ含有量の下限を０．０００５％、０．００１％、又は０．００２％としてもよい。
　本実施形態に係るソリッドワイヤには、以下に説明する目的で、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｍｇ、ＲＥＭの各元素を、選択元素として１種または２種以上含有させることができる。ただし、これら選択元素を含有することなく本実施形態に係るソリッドワイヤはその課題を解決することが出来るので、これら選択元素の下限値は０％である。
（Ｔａ：０％以上０．１０００％以下）
　Ｔａは析出強化元素であり、溶接金属の強度を向上させる効果がある。さらにＴａは、高温アーク中に存在する酸素と結合して、溶接金属中の酸素含有量を低減できる元素である。一方で、ソリッドワイヤのＴａ含有量が０．１０００％を超える場合、溶接金属中の酸素量が一定となり、これ以上低減しにくくなる一方で、溶接金属の強度が過剰となり、溶接金属の低温靭性を阻害する。そのため、ソリッドワイヤのＴａ含有量の上限を０．１０００％とする。溶接金属の高強度化および酸素量低減の効果を十分に得るためには、ソリッドワイヤのＴａ含有量の下限を０．０００５％、０．００１０％、０．００１５％、０．００２０％、０．００２５％、又は０．００３０％としてもよい。また、溶接金属の低温靭性を一層向上させるためには、ソリッドワイヤのＴａ含有量の上限値を０．０９０％、０．０８０％、０．０７０％、０．０６０％、又は０．０５０％としてもよい。
（Ｃｕ：０％以上０．５％以下）
　Ｃｕは、ソリッドワイヤの表面のめっきとして、単体または合金としてソリッドワイヤに含有された場合には、固溶強化により、溶接金属の強度を向上させる効果がある。また、Ｃｕがソリッドワイヤ中に単体または合金として含有された場合にも、同様の効果が得られる。ソリッドワイヤのＣｕ含有量の下限は０％とするが、ソリッドワイヤがＣｕを含有してもよい。例えば、Ｃｕ含有の効果を得るためには、ソリッドワイヤのＣｕ含有量の下限を０．１％、としてもよい。一方、ソリッドワイヤのＣｕ含有量が０．５％を超えると溶接金属の靭性が低下する。そのため、ソリッドワイヤのＣｕ含有量は０．５％以下とする。溶接金属の靭性の向上のために、ソリッドワイヤのＣｕ含有量の上限を０．３％、又は０．２％としてもよい。
（Ｃｒ：０％以上０．５％以下）
　Ｃｒは、溶接金属の強度を高めるのに有効な元素である。ソリッドワイヤのＣｒの含有量の下限は０％とするが、含有の効果を得るために、ソリッドワイヤのＣｒ含有量の下限を０．０１％としてもよい。一方、Ｃｒをソリッドワイヤに含有させる場合、ソリッドワイヤのＣｒ含有量が０．５％を超えると溶接金属の靭性が低下する。そのため、ソリッドワイヤのＣｒ含有量は０．５％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＣｒ含有量の上限を０．３％、０．２％又は０．１％としてもよい。
（Ｍｏ：０％以上０．５％以下）
　Ｍｏは、析出強化により溶接金属の強度を高めるのに有効な元素である。ソリッドワイヤのＭｏの含有量の下限は０％とするが、Ｍｏ含有の効果を得るために、ソリッドワイヤのＭｏ含有量の下限を０．０１％としてもよい。Ｍｏをソリッドワイヤに含有させる場合、ソリッドワイヤのＭｏ含有量が０．５％を超えると溶接金属の靭性が低下する。そのため、ソリッドワイヤのＭｏ含有量は０．５％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＭｏ含有量の上限を０．３％、０．２％又は０．１％としてもよい。
（Ｖ：０％以上０．２０％以下）
　Ｖは、析出強化により溶接金属の強度を高めるのに有効な元素である。ソリッドワイヤのＶの含有量の下限は０％とするが、Ｖ含有の効果を得るために、ソリッドワイヤのＶ含有量の下限を０．０１％としてもよい。Ｖをソリッドワイヤに含有させる場合、ソリッドワイヤのＶ含有量が０．２０％を超えると溶接金属の靭性が低下する。そのため、Ｖを含有させる場合のソリッドワイヤのＶ含有量は０．２０％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＶ含有量の上限を０．１５％、０．１０％又は０．０５％としてもよい。
（Ｔｉ：０％以上０．１０％以下）
　Ｔｉは、固溶Ｎを固定して、溶接金属の靭性への悪影響を緩和するのに有効である。また、Ｔｉは脱酸元素としても有効であり、溶接金属中の酸素量を低減させる効果がある。ソリッドワイヤのＴｉの含有量の下限は０％とするが、Ｔｉ含有の効果を得るために、ソリッドワイヤのＴｉ含有量の下限を０．００５％としてもよい。Ｔｉをソリッドワイヤに含有させる場合、ソリッドワイヤのＴｉ含有量が０．１０％を超えて過剰になると、炭化物が生成し、溶接金属の靭性を劣化させる。そのため、Ｔｉを含有させる場合のソリッドワイヤのＴｉ含有量は、０．１０％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＴｉ含有量の上限を０．０６％、０．０４％又は０．０２％としてもよい。
（Ｎｂ：０％以上０．１０％以下）
　Ｎｂは析出強化により溶接金属の強度を高めるのに有効である。ソリッドワイヤのＮｂの含有量の下限は０％とするが、Ｎｂ含有の効果を得るために、Ｎｂ含有量の下限を０．００２％としてもよい。Ｎｂをソリッドワイヤに含有させる場合、ソリッドワイヤのＮｂ含有量が０．１０％を超えて過剰になると、溶接金属中に粗大な析出物を形成して溶接金属の靭性を劣化させる。加えて、ソリッドワイヤのＮｂ含有量が０．１０％を超えて過剰になると、高温割れが発生する傾向がある。そのため、Ｎｂを含有させる場合のソリッドワイヤのＮｂ含有量は０．１０％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＮｂ含有量の上限を０．０６％、０．０４％又は０．０２％としてもよい。
（Ｂ：０％以上０．０１０％以下）
　Ｂは、溶接金属中に適正量含有させると、固溶Ｎと結びついてＢＮを形成して、固溶Ｎの靭性に対する悪影響を減じる効果がある。ソリッドワイヤのＢの含有量の下限は０％とするが、Ｂ含有の効果を得るために、ソリッドワイヤのＢ含有量の下限を０．０００３％としてもよい。Ｂをソリッドワイヤに含有させる場合、ソリッドワイヤのＢ含有量が０．０１０％を超えると、溶接金属中のＢが過剰となり、粗大なＢＮやＦｅ２３（Ｃ、Ｂ）６等のＢ化合物を形成して溶接金属の靭性を逆に劣化させる。加えて、ソリッドワイヤのＢ含有量が０．０１０％を超えると、高温割れが発生する傾向がある。そのため、Ｂを含有させる場合のソリッドワイヤのＢ含有量は０．０１０％以下とする。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＢ含有量の上限を０．００６％、０．００４％又は０．００２％としてもよい。
（Ｍｇ：０％以上０．８０％以下）
　Ｍｇは、脱酸元素であり、溶接金属の酸素を低減し、溶接金属の靭性の改善に効果がある。ソリッドワイヤのＭｇの含有量の下限は０％とするが、溶接金属中の酸素量を低減する効果を十分得るためには、ソリッドワイヤのＭｇ含有量の下限を０．１０％、０．１５％、０．２０％、０．２５％、または０．３０％としてもよい。一方、ソリッドワイヤのＭｇ含有量が０．８０％を超える場合、スパッタが増加し、溶接作業性を劣化させる。そのため、０．８０％をソリッドワイヤのＭｇ含有量の上限とする。溶接作業性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＭｇ含有量の上限を０．７８％、０．７５％、０．７３％、０．７０％、０．６５％又は０．６０％としてもよい。
（ＲＥＭ：０％以上０．０５０％以下）
　ＲＥＭは本実施形態に係るソリッドワイヤの課題解決のために必須ではないため、ＲＥＭ含有量の下限は０％とする。しかし、ＲＥＭは、アークを安定化させる元素であるので、ソリッドワイヤに含有させてもよい。この効果を得るために、ソリッドワイヤのＲＥＭ含有量の下限を０．００１％、０．０１０％、又は０．０２０％としてもよい。ＲＥＭをソリッドワイヤに含有させる場合、スパッタが低減し、アークが安定となる効果的なＲＥＭ含有量は、０．０５０％以下である。一方で、ソリッドワイヤが過剰にＲＥＭを含有すると、スパッタが激しくなり、溶接作業性が劣悪となる。このため、スパッタの低減およびアークの安定に寄与するために、ソリッドワイヤのＲＥＭ含有量の上限を０．０３０％、０．０２０％、０．０１０％、０．００５％、又は０．００１％としてもよい。なお「ＲＥＭ」との用語は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドからなる合計１７元素を指し、上記「ＲＥＭ含有量」とは、これらの１７元素の合計含有量を意味する。ランタノイドをＲＥＭとして用いる場合、工業的には、ＲＥＭはミッシュメタルの形で添加される。
　本実施形態に係るソリッドワイヤの化学組成は、上述された元素を含有し、その残部はＦｅ及び不純物である。不純物とは、ソリッドワイヤを工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係るソリッドワイヤの特性に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
（α：１．３５％以上５．５０％以下）
　本実施形態のソリッドワイヤは、上述の各元素を含有するが、溶接金属の－１９６℃の低温靭性を確保するためには、さらに下記式ａで表されるαが、１．３５％以上５．５０％以下となるようにその各元素の含有量を制御する必要がある。
　　α＝２×［Ｍｎ］＋［Ａｌ］＋１．５×［Ｔｉ］＋［Ｍｇ］＋１０×［Ｔａ］・・・（式ａ）
　但し、［］付元素は、それぞれの元素の含有量（質量％）を示す。
　本実施形態のソリッドワイヤには、純Ａｒや純Ｈｅをシールドガスとして用いるガスシールドアーク溶接（いわゆるＭＩＧ溶接）に適用できること、及び、Ａｒ及び／又はＨｅを主成分とし、Ｏ２及び／又はＣＯ２が合計で２０体積％以下含まれる混合ガスをシールドガスとして用いるガスシールドアーク溶接（いわゆるＭＡＧ溶接）にも適用した場合でも安定した溶接を可能とすることが求められる。その際、溶接金属の清浄度を向上させるＭｎ、Ａｌ、Ｔｉ、ＭｇおよびＴａの量が十分でない場合、ソリッドワイヤに含まれていた酸素によって溶接金属中に酸素が歩留り、酸化物を生成し、これが溶接金属の低温靭性を劣化させると考えられる。この低温靭性の劣化を抑制するために、上記α値が１．３５％以上となるようにソリッドワイヤの化学組成を調整させる必要がある。よって、１．３５％をソリッドワイヤのαの下限値とする。一方で、αが５．５０％を超えるほどＭｎ、Ａｌ、Ｔｉ、ＭｇおよびＴａがソリッドワイヤに含有された場合、これら元素が過剰に溶接金属に歩留り、窒化物や炭化物を生成し、これらのために溶接金属が過剰に高強度化し、溶接金属の低温靭性が劣化する。また、これら元素が過剰である場合、これら元素がアーク中で酸化されず、アーク中でＭｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｔａの金属蒸気が発生し、アークを不安定にさせる。このため、ソリッドワイヤのαが５．５０％を超える場合、溶接欠陥が発生する。よって、５．５０％をソリッドワイヤのαの上限値とする。より確実に溶接金属の低温靭性を向上させるためには、ソリッドワイヤのαの下限値を１．３６％、１．４０％、１．４５％、又は１．５０％としてもよい。また、ソリッドワイヤのαの上限値を５．４０％、５．３０％、５．２０％、５．１０％、５．００％、４．９０％、４．８０％、４．７０％、または４．５０％としてもよい。
（炭素当量Ｃｅｑ：０．２５０％以上０．５２０％以下）
　さらに本実施形態のソリッドワイヤでは、下記式ｂで表される、日本溶接協会（ＷＥＳ）で定める炭素当量Ｃｅｑが０．２５０％以上０．５２０％以下となるように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有量をさらに調整する。
　　Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４・・・（式ｂ）
　但し、［］付元素は、それぞれの元素の質量％での含有量を示す。
　ソリッドワイヤのＣｅｑが高い程、溶接金属の引張強さが向上するが、一方で溶接金属の靭性が低下し、また溶接割れ感受性が高くなる。そのため、ソリッドワイヤのＣｅｑが高い場合、低温割れ抑制のための対策が必要となる。このソリッドワイヤのＣｅｑの値が０．２５０％未満では、溶接金属において目的とする強度（引張強さ）６６０ＭＰａ以上を満足できない。一方でソリッドワイヤのＣｅｑの値が０．５２０％を超えると、溶接金属の引張強さが過剰となり、溶接金属の靭性が低下する。そのため、ソリッドワイヤのＣｅｑの範囲は、０．２５０％以上０．５２０％以下とする。一層安定して溶接金属の強度を確保するために、ソリッドワイヤのＣｅｑの下限を０．２６０％、０．２７０％、０．２８０％、０．３２０％、又は０．３６０％としてもよい。溶接金属の靭性の一層の向上のために、ソリッドワイヤのＣｅｑの上限を０．５１０％、０．５００％又は０．４９０％としてもよい。
　また、溶接時のソリッドワイヤの送給性を向上させるために、ソリッドワイヤはその表面に潤滑剤をさらに備えてもよい。ソリッドワイヤ用の潤滑剤としては、様々な種類のもの（例えば植物油、鉱物油等）を使用できるが、溶接金属の低温割れを抑制するためには、パーフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ油）を使用することが好ましい。なお、潤滑剤の成分は、上述したソリッドワイヤの化学組成に含まれないものとする。潤滑剤由来の化学組成は、ソリッドワイヤの全質量に対して非常にわずかであるためである。本開示においては、ソリッドワイヤの化学組成の測定は、ソリッドワイヤの表面に塗布された潤滑剤を除去してから実施した。
　ソリッドワイヤの径は特に限定されない。現在、市場に流通するソリッドワイヤ及び溶接設備を考慮して、例えば本実施形態に係るソリッドワイヤの径を０．５～２．４ｍｍとしてもよい。ソリッドワイヤの径を０．８ｍｍ以上、又は１．０ｍｍ以上としてもよい。ソリッドワイヤの径を１．６ｍｍ以下、又は１．４ｍｍ以下としてもよい。
　ソリッドワイヤの機械的性質も特に限定されない。溶接中のソリッドワイヤの送給性を向上させる観点からは、ソリッドワイヤの引張強さが低いことが好ましく、例えばソリッドワイヤの引張強さを９５０ＭＰａ以下、９００ＭＰａ以下、８５０ＭＰａ、８００ＭＰａ、７５０ＭＰａ、又は７００ＭＰａ以下としてもよい。
　本実施形態に係るソリッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接によって得られる溶着金属の引張強さは、６６０ＭＰａ以上９００ＭＰａとなることが好ましい。この溶着金属の引張強さとは、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ　３１１１：２００５に「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に基づいて測定される引張強さである。この溶着金属の引張強さは、６６０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下の引張強さを有する高張力鋼と同等レベルである。なお、必要があれば、本実施形態に係るソリッドワイヤから得られる溶着金属の引張強さの下限を６８５ＭＰａに、上限を８５０ＭＰａに制限できるように、ソリッドワイヤの化学組成を制御してもよい。なお、ＪＩＳ　Ｚ　３００１：２０１３において「溶着金属」（Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｍｅｔａｌ）は「溶加材から溶接部に移行した金属」と定義され、「溶接金属」（Ｗｅｌｄ　ｍｅｔａｌ）は「溶接部の一部で、溶接中に溶融凝固した金属」と定義される。
　本実施形態で用いるソリッドワイヤは、通常のソリッドワイヤの製造方法と同様の製造工程によって製造することができる。すなわち、まず上述された化学組成を有する鋼を溶解し、その後、必要であれば鍛造加工をする。その後、圧延加工を経て、この鋼を棒状に加工する。この棒状の鋼を伸線することで、ソリッドワイヤが得られる。なお、送給性が損なわれないようにソリッドワイヤに適宜熱処理を行ってもよい。さらに、このソリッドワイヤにめっきしてもよい。この場合、めっき成分を含めたソリッドワイヤ全体の平均的な化学組成が上述の範囲内となるようにされる必要がある。また、このソリッドワイヤの表面に潤滑剤を塗布してもよい。上述のように、潤滑剤由来の化学組成は、ソリッドワイヤの全質量に対して非常にわずかであるので、潤滑剤の種類及び塗布量がソリッドワイヤの化学組成に及ぼす影響を考慮する必要はない。
　本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、本実施形態に係るソリッドワイヤを用いて鋼材を溶接する。鋼材の種類は特に限定されないが、板厚が６ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、Ｎｉの含有量が５．５質量％以上９．５質量％以下であり、引張強さが６６０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下である鋼材（即ち、Ｎｉ系低温用鋼）とすることが好ましい。この溶接は、ガスシールドアーク溶接であることが好ましい。例えばＬＮＧタンクには、Ｎｉ含有量が５．５質量％以上９．５質量％以下であり、板厚は６ｍｍ以上１００ｍｍであり、引張強さが６６０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下である鋼材が使用されている。この鋼材の溶接に、本実施形態のソリッドワイヤを使用することができる。溶接の際に用いるシールドガスは特に限定されないが、例えば純Ａｒガス、純Ｈｅガス、Ａｒと合計２０体積％以下のＯ２及びＣＯ２の一方又は両方とを含むガス、並びにＨｅと合計２０体積％以下のＯ２及びＣＯ２の一方又は両方とを含むガスのいずれかとすればよい。即ち、本実施形態に係る溶接継手の製造方法では、純Ａｒガスまたは純Ｈｅガスをシールドガスとして用いてもよい。一方、２０体積％以下の範囲内であれば、純Ａｒガスまたは純Ｈｅガスのそれぞれに、Ｏ２またはＣＯ２を混合させたものをシールドガスとして用いても、本実施形態に係るソリッドワイヤ及び溶接継手の製造方法の効果を得ることができる。
　本開示において、シールドガスとして純Ａｒガスまたは純Ｈｅガスを用いる場合、これはＭＩＧ溶接に対応する。溶接金属への酸素混入を避ける観点では、この形態が好ましい。
　本開示において、シールドガスとして、ＡｒガスまたはＨｅガスに、合計２０体積％以下のＯ２及びＣＯ２の一方又は両方を添加したガスを用いる場合、これはＭＡＧ溶接に対応する。溶接時のアーク安定性を重視する場合、この形態が好ましい。
　なお、本開示においては、溶接材料の形態としてソリッドワイヤを採用し、フラックス入りワイヤを採用していない。フラックス入りワイヤは、溶接金属の材料として金属粉体や酸化物が添加されることが多い。その結果、金属粉体表面に生じた酸化物、もしくは添加物である酸化物に由来して、溶接金属へ酸素が混入しやすい。本開示では、特に、シールドガスとしてＡｒガスまたはＨｅガスに、Ｏ２またはＣＯ２を混合させたものを採用することを想定し、溶接金属への酸素の混入を低減すべく、ソリッドワイヤの形態を採用した。
　次に、実施例により本発明の実施可能性及び効果についてさらに詳細に説明する。
　種々の化学組成を有するソリッドワイヤを製造した。ソリッドワイヤの伸線作業の途中で焼鈍を加え、また、最終のソリッドワイヤ径がφ１．２ｍｍとなるようにした。焼鈍条件は６５０℃で４時間保持とした。試作後、ソリッドワイヤの表面には潤滑剤を塗布した。表１－１～表１－２において、ＰＦＰＥ油塗布と記載していないものには、すべて、植物油を塗布した。ソリッドワイヤの成分の分析は化学分析、ガス分析などを行うことで実施した。分析は、ソリッドワイヤ表面に潤滑剤がない状態で実施した。
　試作したソリッドワイヤの化学組成、ＰＦＰＥ油塗布の有無、及びソリッドワイヤの引張強さ（「ワイヤの強度」）を表１－１～表１－２に示す。表１－１～表１－２に示したソリッドワイヤの化学組成は、上記の分析方法により分析した結果である。なお、本発明の範囲外である値には下線を付した。また、検出限界以下である元素の含有量は記入せず、空白で表した。ソリッドワイヤの引張強さの単位はＭＰａである。
　表１－１～表１－２に示すソリッドワイヤを用いて、ＪＩＳ　Ｚ　３１１１：２００５に準拠して溶着金属の機械特性を評価した。すなわち、図１に示すような要領とした。板厚が２０ｍｍの鋼板１を、ルートギャップ１６ｍｍ、開先角度２０°で突き合わせ、裏当金２を用いた。鋼板１及び裏当金２にはＳＭ４９０Ａを使用したが、鋼板１の開先面及び裏当金２の表面には、試験対象のソリッドワイヤを用いて２層以上、かつ余盛高さ３ｍｍ以上のバタリングを実施した。その後、１及び２層目は１又は２パス、３層目から最終層までは２又は３パスで溶接を行い、試験体を作製した。溶接条件を表２および表４（シールドガスの組成は、体積％で表記した）に示す。表２はＭＡＧ溶接であり、表４はＭＩＧ溶接の溶接条件として示す。表２より、溶接条件は、電流値２８０Ａ、電圧値２４～２８Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／分、パス間温度１５０℃以下、シールドガスとして、Ａｒ及び１５体積％ＣＯ２の混合ガスを用いて、ガス流量２５ｌ／分で行った。表４より、溶接条件は、電流値２６０Ａ、電圧値２２～２６Ｖ、溶接速度３０ｃｍ／分、パス間温度１５０℃以下、シールドガスとして、Ａｒガスを用いて、ガス流量２５ｌ／分で行った。
　作製した試験体から、図１に示すように、機械試験片としてＪＩＳ　Ｚ３１１１：２００５に準拠したＡ０号引張り試験片（丸棒）５（径＝１０ｍｍ）とシャルピー衝撃試験片（２ｍｍＶノッチ）４を採取し、それぞれの機械特性試験を行って、溶着金属の引張強さ及びシャルピー吸収エネルギーを測定した。ただし、溶接欠陥が甚だしく、機械特性試験が実施できない場合は、評価が行えなかった旨を記録した。各ソリッドワイヤを用いて上述の手段で得られた溶着金属の機械特性の測定結果と評価結果とを、表２のＭＡＧ溶接の結果を表３－１、表３－２に示し、表４のＭＩＧ溶接の結果を表５－１、表５－２に示す。これら表において、合否基準に満たない値には下線を付した。表２の条件（ＭＡＧ溶接）による試験、及び表４の条件（ＭＩＧ溶接）による試験の両方において合格となったソリッドワイヤを、溶接作業性に優れ、並びに引張強さ及び－１９６℃の低温靭性が優れた溶接金属が得られるソリッドワイヤと判定した。評価方法及び合否判定基準は、表２の条件（ＭＡＧ溶接）による試験、及び表４の条件（ＭＩＧ溶接）による試験の両方において同じとした。
　機械特性の評価にあたっては、引張強さが６６０～９００ＭＰａであり、且つ－１９６℃でのシャルピー衝撃試験で吸収エネルギーが５０Ｊ以上であるものを、合格とした。
　また、得られた溶着金属から試験片を採取して、溶着金属中の酸素量を測定した。溶着金属中の酸素量測定は、インパルス加熱炉－不活性ガス溶解赤外線吸収法により測定した。測定した溶着金属中の酸素量を表３－１～表３－２に示す。
　本発明のソリッドワイヤにおいては、溶着金属中の酸素量を低減することで靱性を向上させている。酸素量が１６０ｐｐｍ以下としなければ、－１９６℃でのシャルピー吸収エネルギーを確保することができないことが、発明例及び比較例を通じて確認された。
　次に、各ソリッドワイヤについて、耐溶接欠陥性を評価した。これは、表６に示す板厚２５ｍｍの低温用鋼に対して、表２の溶接条件にて下向き１パスの溶接ビードを作製したときの気孔欠陥の発生率（溶接長に対する溶接欠陥長さの割合）や溶接ビードの整合性を評価したものである。溶接欠陥評価においては、溶接欠陥長さが５％以下、且つスパッタ過剰によるビード形状不良や高温割れがない試料を合格とし、表には「無」と記載した。また溶接ビードの整合性評価においては、上記溶接によって形成されたビードにおいて最も大きな蛇行が生じた箇所を目視で特定し、図２に示すように溶接ビードが蛇行した際の溶接ビードの止端部と正常の溶接ビードの止端部の距離（長さｂ）がビード幅（長さａ）の２５％以下となったものを合格とした。なお、ｂ／ａ×１００で得られる値を溶接ビード整合率と称する。アーク安定性については、アークの消弧時間の合計が全アーク発生時間の１０％以下（即ち、表３－１及び表３－２の「アーク継続時間」が９０％超）の場合を合格とした。
　表３－１および表５－１の試験結果に示されるように、本発明例であるソリッドワイヤ番号Ａ１～Ａ２３は、引張強さ、靭性、耐溶接欠陥性、アーク安定性、及び溶接ビード整合性のすべてが優れ、合格であった。
　一方、表３－２および表５－２の試験結果に示されるように、比較例であるソリッドワイヤ番号Ｂ１～Ｂ２２は、本発明で規定する要件を満たしていないため、引張強さ、靭性、耐溶接欠陥性、アーク安定性、及び溶接ビード整合性のうち一項目以上満足できず、総合判定で不合格となった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　本実施形態に係るソリッドワイヤは、Ｎｉ量を低減することで溶接材料コストを大幅に低減できる。また、本実施形態に係るソリッドワイヤは、溶接施工効率に優れるガスシールドアーク溶接（例えばＭＩＧ溶接及びＭＡＧ溶接等）に適用することができる。さらに、本実施形態に係るソリッドワイヤは、脱酸元素および微量元素を含有させることで溶接金属中の酸素量を低減することで、－１９６℃の低温靭性の優れる溶接金属が得られる。本実施形態に係るソリッドワイヤは、例えばＮｉを５．５～９．５％程度含有するＮｉ系低温用鋼の溶接に用いられた場合に、従来技術に対して顕著な効果を発揮することができる。従って、本実施形態に係るソリッドワイヤの産業界における価値はきわめて高い。
　１　　鋼板
　２　　裏当金
　３　　溶接ビード
　４　　シャルピー衝撃試験片（２ｍｍＶノッチ）
　５　　Ａ０号引張り試験片（丸棒）

Claims (9)

  1. 　ソリッドワイヤであって、
    　化学組成が、前記ソリッドワイヤの全質量に対する質量％で：
    　Ｃ：０．００３％以上０．０８０％以下；
    　Ｓｉ：０．００１０％以上０．５０％以下；
    　Ｍｎ：０．０５０％以上１．８０％以下；
    　Ａｌ：０．０３０％以上０．５００％以下；
    　Ｎｉ：８．０％以上１６．０％以下；
    　Ｐ：０．０２００％以下；
    　Ｓ：０．０１００％以下；
    　Ｏ：０．０５０％以下；
    　Ｔａ：０％以上０．１０００％以下；
    　Ｃｕ：０％以上０．５％以下；
    　Ｃｒ：０％以上０．５％以下；
    　Ｍｏ：０％以上０．５％以下；
    　Ｖ：０％以上０．２０％以下；
    　Ｔｉ：０％以上０．１０％以下；
    　Ｎｂ：０％以上０．１０％以下；
    　Ｂ：０％以上０．０１０％以下；
    　Ｍｇ：０％以上０．８０％以下；
    　ＲＥＭ：０％以上０．０５０％以下；及び
    　残部：Ｆｅおよび不純物
    からなり、
    　下記の式ａで定義されるαが１．３５％以上５．５０％以下であり、
    　下記の式ｂで定義されるＣｅｑが０．２５０％以上０．５２０％以下である
    ことを特徴とするソリッドワイヤ。
    　α＝２×［Ｍｎ］＋［Ａｌ］＋１．５×［Ｔｉ］＋［Ｍｇ］＋１０×［Ｔａ］・・・（式ａ）
    　Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４・・・（式ｂ）
    　但し、式ａおよび式ｂの［］付元素は、それぞれの元素の前記ソリッドワイヤの前記全質量に対する質量％での含有量を表す。
  2. 　前記化学組成が、前記ソリッドワイヤの全質量に対する質量％で、
    　Ｔａ：０．０００５％以上０．１０００％以下；
    　Ｃｕ：０．１％以上０．５％以下；
    　Ｃｒ：０．０１％以上０．５％以下；
    　Ｍｏ：０．０１％以上０．５％以下；
    　Ｖ：０．０１％以上０．２０％以下；
    　Ｔｉ：０．００５％以上０．１０％以下；
    　Ｎｂ：０．００２％以上０．１０％以下；
    　Ｂ：０．０００３％以上０．０１０％以下；
    　Ｍｇ：０．１０％以上０．８０％以下；及び
    　ＲＥＭ：０．００１％以上０．０５０％以下
    からなる群から選択される一種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のソリッドワイヤ。
  3. 　前記ソリッドワイヤ中の前記ＲＥＭの含有量が、前記ソリッドワイヤの前記全質量に対する質量％で０．０１０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のソリッドワイヤ。
  4. 　表面にパーフルオロポリエーテル油を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のソリッドワイヤ。
  5. 　引張強さが５００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のソリッドワイヤ。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載のソリッドワイヤを用いて鋼材を溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。
  7. 　前記鋼材が、
    　板厚が６ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、
    　Ｎｉの含有量が５．５質量％以上９．５質量％以下であり、
    　引張強さが６６０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下である
    ことを特徴とする請求項６に記載の溶接継手の製造方法。
  8. 　前記溶接がガスシールドアーク溶接であることを特徴とする請求項６又は７に記載の溶接継手の製造方法。
  9. 　シールドガスが、純Ａｒガス、純Ｈｅガス、Ａｒと合計２０体積％以下のＯ２及びＣＯ２の一方又は両方とを含むガス、並びにＨｅと合計２０体積％以下のＯ２及びＣＯ２の一方又は両方とを含むガスのいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の溶接継手の製造方法。
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