WO2023026763A1 - サブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤおよびそれを用いたサブマージアーク溶接方法 - Google Patents

サブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤおよびそれを用いたサブマージアーク溶接方法 Download PDF

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WO2023026763A1
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彰芳 安藤
充志 ▲高▼田
一史 渡邊
能知 岡部
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Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a metal cored wire for submerged arc welding, and more particularly to a metal cored wire suitable for submerged arc welding of high Mn content steel used in an extremely low temperature environment and a submerged arc welding method using the same.
  • Liquefied natural gas (hereinafter also referred to as "LNG”) is said to be a clean fuel that does not generate air pollutants such as sulfides and oxides because it does not contain sulfur, and its demand is increasing.
  • containers (tanks) for transporting or storing LNG are required to retain excellent cryogenic impact toughness at temperatures below -162°C, which is the liquefaction temperature of LNG. . Therefore, aluminum alloys, 9% Ni steels, austenitic stainless steels, etc. have conventionally been used as materials for containers and the like due to the need to maintain excellent cryogenic impact toughness.
  • high Mn-containing steel materials containing Mn in the range of 10 to 35% by mass have been used as materials for containers for transporting or storing LNG.
  • High-Mn steel has an austenitic phase metal structure even at extremely low temperatures, does not cause brittle fracture, and has a higher strength than austenitic stainless steel. Therefore, there has been a demand for the development of a welding material capable of stably welding such high-Mn steel.
  • Patent Document 1 In response to such a demand, for example, in Patent Document 1, C: 0.15 to 0.8%, Si: 0.2 to 1.2%, Mn: 15 to 34%, Cr : 6% or less, Mo: 1.5 to 4%, S: 0.02% or less, P: 0.02% or less, B: 0.01% or less, Ti: 0.09 to 0.5%, N : 0.001-0.3%, TiO 2 : 4-15%, one or more selected from SiO 2 , ZrO 2 and Al 2 O 3 Total: 0.01-9%, K, Na and one or more selected from Li: 0.5 to 1.7%, one or more of F and Ca: 0.2 to 1.5%, the balance containing Fe and other inevitable impurities
  • a flux-cored arc welding wire having a composition is disclosed.
  • Welding using the flux-cored arc welding wire disclosed herein provides excellent low-temperature toughness with a Charpy impact test absorption energy of 28 J or more at a test temperature of -196 ° C. and high strength with a room temperature tensile strength of 400 MPa or more.
  • the wire composition is adjusted to Mo: 1.5% or more, and it is possible to secure a welded joint having excellent hot crack resistance.
  • Patent Document 2 in mass%, C: 0.2 to 0.8%, Si: 0.15 to 0.90%, Mn: 17.0 to 28.0%, P: 0.03 % or less, S: 0.03% or less, Ni: 0.01 to 10.00%, Cr: 0.4 to 4.0%, Mo: 0.01 to 3.50%, B: 0.0010% less than N: 0.12% or less, the balance has a basic composition consisting of Fe and unavoidable impurities, and if necessary, one or more selected from V, Ti and Nb, and further , Cu, Al, Ca and REM.
  • the amount of fume generation is small, and the yield strength at room temperature (0.2% yield strength) is high strength of 400 MPa or more, and the test temperature: - It is said that it is possible to produce welded joints with high strength and excellent cryogenic impact toughness such that the absorbed energy (vE ⁇ 196 ) in a Charpy impact test at 196° C. is 28 J or more.
  • Patent Document 1 has a problem that a large amount of fume is generated during welding.
  • the present invention solves the above-described problems of the prior art, generates less fume at the time of welding, and is suitable as a welding material for high Mn content steel materials used in cryogenic environments, high strength and excellent cryogenic temperatures.
  • An object of the present invention is to provide a wire for submerged arc welding capable of forming a weld metal having both toughness and toughness.
  • the phrase “the amount of fumes generated during welding is small” refers to the case where the amount of fumes generated during welding is 400 mg/min or less in accordance with JIS Z 3930-2013.
  • “high strength” refers to the case where the room temperature yield strength (0.2% yield strength) of the weld metal manufactured in accordance with the provisions of JIS Z 3111 is 400 MPa or more
  • “excellent cryogenic “Toughness” refers to the case where the absorbed energy (vE ⁇ 196 ) of a weld metal manufactured in accordance with JIS Z 3111 in a Charpy impact test at a test temperature of ⁇ 196° C. is 28 J or more.
  • SAW submerged arc welding
  • the inventors of the present invention have found that, in response to such problems, the stipulated 0.2% proof stress can be satisfied even if the crystal grains are coarsened by containing 3.5% or more of Mo in the welding material. . Furthermore, when the Mo content is 3.5% or more, the wire drawability of solid wires is remarkably lowered, making it difficult to manufacture.
  • the present invention was completed based on these findings and further studies, and the gist of the present invention is as follows. [1] % by mass, C: 0.20 to 0.80%, Si: 0.15 to 0.90%, Mn: 17.0-28.0%, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Ni: 0.01 to 10.00%, Cr: 0.4 to 4.0%, Mo: 3.50-10.00%, B: 0.0010% or less, A metal cored wire for submerged arc welding having a composition containing N: 0.200% or less and the balance being Fe and unavoidable impurities.
  • the steel material to be welded is mass %, C: 0.20 to 0.80%, Si: 0.15 to 0.90%, Mn: 15.0-30.0%, P: 0.030% or less, S: 0.030% or less, Ni: 3.00% or less, Cr: 1.0 to 8.0%, with the balance being Fe and unavoidable impurities,
  • the steel material in addition to the composition, further contains, in mass%, V: 2.0% or less, Ti: 1.0% or less, Nb: 1.0% or less, Al: 0.100% or less, N: 0.120% or less, O: 0.0050% or less, A submerged arc welding method containing one or more selected from B: 0.0020% or less and REM: 0.020% or less.
  • V 2.0% or less
  • Ti 1.0% or less
  • Nb 1.0% or less
  • Al 0.100% or less
  • N 0.120% or less
  • O 0.0050% or less
  • a submerged arc welding method containing one or more selected from B: 0.0020% or less and REM: 0.020% or less.
  • the present invention is a welding material for high Mn content steel, which is excellent in wire manufacturability, can be applied to submerged arc welding with little fume generation, and has high strength and cryogenic toughness even when used for welding with a large heat input. It is possible to provide a metal cored wire for submerged arc welding from which a weld metal having excellent ductility can be obtained, which has a remarkable industrial effect.
  • the present invention is a submerged arc welding method for high Mn content steel.
  • SAW submerged arc welding
  • SAW is a welding method in which an electrode wire is continuously supplied in powdery flux that has been pre-dispersed on the base material, and an arc is generated between the tip of the electrode wire and the base material for continuous welding. is.
  • This SAW has the advantage of being able to weld efficiently by applying a high current to increase the deposition rate of the wire.
  • the wire As the wire, a solid wire or a flux-cored wire containing wire flux inside the wire is used, but in the present invention, a metal-cored wire is used.
  • steel materials are butted together to form a 45° V groove, and a prepared wire (diameter 3.2 mm ⁇ ) is used to spray flux, then no preheating, downward posture current: 350-650A (AC), voltage: 28-36V, welding speed: 20-80cm/min, welding heat input: 0.7-8.0kJ/mm, interpass temperature: 100-150°C condition.
  • the high Mn steel as the base material is butted together, and the metal cored wire and welding flux according to the present invention, which will be described later, are used to produce the weld metal that forms the welded joint.
  • C is an element that has the effect of increasing the strength of the weld metal by solid-solution strengthening, and C stabilizes the austenite phase and improves the cryogenic impact toughness of the weld metal.
  • the content of 0.20% or more is required. Therefore, the C content is made 0.20% or more.
  • the C content is preferably 0.30% or more.
  • the C content is more preferably 0.40% or more.
  • the C content is more preferably 0.45% or more.
  • the C content should be 0.80% or less.
  • the C content is preferably 0.70% or less.
  • the C content is more preferably 0.60% or less.
  • the C content is more preferably 0.55% or less.
  • Si acts as a deoxidizing agent, increases the yield of Mn, increases the viscosity of the molten metal, stably maintains the bead shape, and has the effect of reducing the occurrence of spatter.
  • the content of 0.15% or more is required. Therefore, the Si content is set to 0.15% or more.
  • the Si content is preferably 0.20% or more.
  • the Si content is more preferably 0.30% or more.
  • the Si content is more preferably above 0.30%. However, if the content exceeds 0.90%, the cryogenic toughness of the weld metal is lowered.
  • the Si content should be 0.90% or less.
  • the Si content is preferably 0.80% or less.
  • the Si content is more preferably 0.70% or less.
  • the Si content is more preferably 0.60% or less.
  • Mn is an element that stabilizes the austenite phase at low cost, and the present invention requires a content of 17.0% or more. If the Mn content is less than 17.0%, a ferrite phase is formed in the weld metal and the toughness at cryogenic temperatures is significantly reduced. Therefore, the Mn content is set to 17.0% or more.
  • the Mn content is preferably 18.0% or more.
  • Mn content is more preferably 20.0% or more.
  • the Mn content is more preferably 21.0% or more.
  • Mn is set to 28.0% or less.
  • the Mn content is preferably 26.0% or less.
  • Mn content is more preferably 24.0% or less.
  • P is an element that segregates at grain boundaries and induces hot cracking. In the present invention, it is preferable to reduce P as much as possible, but if it is 0.030% or less, it is permissible. Therefore, the P content is set to 0.030% or less. The P content is more preferably 0.020% or less. In addition, excessive reduction causes a rise in refining cost. Therefore, it is preferable to adjust the P content to 0.003% or more.
  • the S content is set to 0.030% or less.
  • the S content is preferably 0.020% or less.
  • S is preferably adjusted to 0.001% or more.
  • Ni is an element that strengthens austenite grain boundaries, segregates at grain boundaries, and improves cryogenic impact toughness. In order to obtain such effects, Ni needs to be contained in an amount of 0.01% or more.
  • the Ni content is preferably 1.00% or more.
  • the Ni content is more preferably 1.50% or more.
  • the Ni content is more preferably 1.80% or more.
  • Ni also has the effect of stabilizing the austenite phase, so if the content is further increased, the austenite phase is stabilized and the cryogenic impact toughness of the weld metal is improved.
  • Ni is an expensive element, and a content exceeding 10.00% is economically disadvantageous. Therefore, the Ni content should be 10.00% or less.
  • the Ni content is preferably 8.00% or less.
  • the Ni content is more preferably 4.00% or less. More preferably, the Ni content is 2.50% or less.
  • Cr acts as an element that stabilizes the austenite phase at cryogenic temperatures and improves the cryogenic impact toughness of the weld metal. Cr also has the effect of improving the strength of the weld metal. Moreover, Cr raises the liquidus line of the molten metal and acts effectively to suppress the occurrence of hot cracks. Furthermore, Cr also effectively acts to improve the corrosion resistance of the weld metal. In order to obtain such effects, the content of Cr is required to be 0.4% or more. If Cr is less than 0.4%, the above effect cannot be ensured. Therefore, the Cr content is set to 0.4% or more. The Cr content is preferably 0.5% or more. The Cr content is more preferably 0.8% or more. The Cr content is more preferably 1.0% or more.
  • Cr is set to 4.0% or less.
  • the Cr content is preferably 3.5% or less.
  • Cr content is more preferably 3.0% or less.
  • the Cr content is more preferably 2.0% or less.
  • Mo is an element that strengthens the austenite grain boundaries, segregates at the grain boundaries, and improves the strength of the weld metal. Such an effect becomes remarkable at a content of 3.50% or more. Furthermore, when the Mo content exceeds 3.50%, the 0.2% yield strength is also improved by solid solution strengthening. Therefore, Mo content shall be 3.50% or more. Mo content is preferably 4.00% or more. In addition, if the Mo content exceeds 5.00%, carbides precipitate and further contribute to the improvement of the 0.2% yield strength, so the Mo content is more preferably 5.00% or more. Mo content is most preferably 6.00% or more.
  • Mo should be 10.00% or less.
  • the Mo content is preferably 9.00% or less.
  • Mo content is more preferably 8.00% or less.
  • Mo content is more preferably 7.00% or less.
  • B segregates at the grain boundaries of the weld metal, thereby strengthening the grain boundaries, and has the effect of improving the toughness and yield strength. Since such an effect becomes remarkable at a B content of 0.0005% or more, the B content is preferably 0.0005% or more. On the other hand, if it is contained excessively, B carbonitrides may be precipitated at the grain boundaries to cause deterioration of toughness. Therefore, the B content should be 0.0010% or less.
  • N is an element that is unavoidably mixed, but like C, it is an element that effectively contributes to improving the strength of the weld metal, stabilizes the austenite phase, and stably improves the cryogenic toughness. Since such an effect becomes remarkable at a N content of 0.010% or more, the N content is preferably 0.010% or more. The N content is more preferably 0.050% or more. The N content is more preferably 0.100% or more. However, when the content exceeds 0.200%, nitrides are formed and the low temperature toughness is lowered. Therefore, the N content is set to 0.200% or less. The N content is preferably 0.150% or less.
  • the metal cored wire of the present invention has the basic composition described above, and in the present invention, in addition to this basic composition, as an optional composition, V: 0.040% or less, Ti : 0.040% or less and Nb: 0.040% or less, one or more selected from 0.040% or less, and if necessary, Cu: 1.00% or less, Al: 0.100% or less and REM : 0.020% or less.
  • V, Ti, and Nb are elements that promote the formation of carbides and contribute to improving the strength of the weld metal, and one or more of them can be selected as necessary.
  • V is a carbide-forming element that precipitates fine carbides and contributes to improving the strength of the weld metal. In order to obtain such effects, it is desirable to contain 0.001% or more. Therefore, when V is contained, the V content is preferably 0.001% or more. The V content is more preferably 0.005% or more. However, if the content exceeds 0.040%, the carbides become coarse and the cryogenic toughness is lowered. Therefore, when it is contained, V should be 0.040% or less. The V content is preferably 0.010% or less.
  • Ti is also a carbide-forming element, precipitates fine carbides, and contributes to improving the strength of the weld metal.
  • Ti precipitates carbides on solidification cell interfaces of the weld metal, and contributes to suppressing the occurrence of hot cracks.
  • the Ti content is set to 0.040% or less.
  • the Ti content is preferably 0.020% or less.
  • the Ti content is more preferably 0.010% or less.
  • Nb is also a carbide-forming element, precipitates fine carbides, and contributes to improving the strength of the weld metal.
  • Nb precipitates carbides on solidification cell interfaces of the weld metal and contributes to suppression of hot cracking.
  • the Nb content is desirably 0.001% or more. Therefore, when Nb is contained, the Nb content is preferably 0.001% or more.
  • the Nb content is more preferably 0.005% or more.
  • the content of Nb is set to 0.040% or less.
  • the Nb content is preferably 0.030% or less.
  • Cu is an element that contributes to austenite stabilization
  • Al is an element that improves welding workability
  • REM is an element that contributes to improvement of workability. It can contain one or more species.
  • Cu is an element that stabilizes the austenite phase, and stabilizes the austenite phase even at cryogenic temperatures, thereby improving the cryogenic impact toughness of the weld metal.
  • the Cu content is preferably 0.60% or less.
  • Cu content is more preferably 0.50% or less.
  • Al acts as a deoxidizing agent, increases the viscosity of the molten metal, maintains the bead shape stably, and has important effects of reducing the occurrence of spatter. Also, Al raises the liquidus temperature of the molten metal and contributes to suppressing the occurrence of hot cracks in the weld metal. Since such an effect becomes remarkable at a content of 0.005% or more, it is preferable to contain 0.005% or more of Al. Al content is more preferably 0.010% or more. Al content is more preferably 0.020% or more.
  • the Al content is set to 0.100% or less.
  • the Al content is preferably 0.060% or less. More preferably, it is 0.050% or less.
  • REM refers to rare earth elements such as Sc, Y, La and Ce. It is a strong deoxidizer and exists in the form of REM oxides in the weld metal.
  • the REM oxide serves as a nucleation site during solidification, thereby refining crystal grains and contributing to an improvement in the strength of the weld metal. Such an effect becomes remarkable at a content of 0.001% or more. Therefore, if REM is contained, the REM content is preferably 0.001% or more.
  • the REM content is more preferably 0.005% or more. However, if the content exceeds 0.020%, arc stability is lowered. Therefore, when it is contained, REM shall be 0.020% or less.
  • the REM content is preferably 0.015% or less.
  • the remaining composition other than the composition described above consists of Fe and unavoidable impurities.
  • unavoidable impurities include O (oxygen), Sn, Sb, As, Pb, and Bi. It is preferable that the amount of O (oxygen) in the wire is 0.15% or less, the amount of Sn, Sb, and As is each 0.005% or less, and the amount of Pb and Bi is each 0.0001% or less. .
  • the inclusion of unavoidable impurity elements other than these is not prohibited, and such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
  • any method of manufacturing a commonly used metal cored wire can be applied to the manufacturing of the metal cored wire of the present invention.
  • a thin steel plate plate thickness 0.5 mm
  • a composition of 0.1% C-0.2% Si-0.5% Mn-balance Fe is used as a steel outer skin material, and cold bending is performed in the width direction. to form a U shape.
  • metal powder (and flux powder) whose components are adjusted so as to have a target wire composition is enclosed in the obtained steel outer sheath, and cold wire drawing is performed to obtain a metal cored wire (diameter: 3.2 to 4.0 mm).
  • the above metal powder component composition can be obtained by adjusting metal powder or alloy powder having metal components to be supplemented in order to obtain the total composition of the metal cored wire with respect to the component composition of the steel outer covering material.
  • the welding flux either commonly known molten flux or bonded flux can be used.
  • chemical components of bond flux include SiO 2 : 10-60%, CaO: 10-60%, MgO: 20-70%, Al 2 O 3 : 10-60%, CaF 2 : 5-30. %, CaCO 3 : 2-20%, etc. can be used.
  • the welding flux is not limited to this. In the case of bond flux, it is preferable to dry (200 to 300° C.) before welding.
  • a metal cored wire having the composition described above the steel materials described later are butted together, the welding flux described above is sprayed, and then the wire is used to perform welding under the welding conditions described later to produce a weld metal. can be done.
  • groove processing is performed so that the steel materials to be welded form a predetermined groove shape.
  • the shape of the groove to be formed is not particularly limited, and typical V grooves, double grooves, X grooves, K grooves, etc. for welded steel structures can be exemplified.
  • the steel used as the base material is a high Mn-containing steel.
  • the steel materials obtained through the conventional steelmaking process and casting process are hot-rolled by adjusting the heating conditions and rolling reduction, and then cooled to produce steel materials (steel sheets). There are other ways to get it.
  • the thickness of the steel sheet after rolling is, for example, 6 to 100 mm.
  • the high Mn content steel material is a high strength steel material for cryogenic use, and preferably has a Mn content of 15.0 to 30.0%. Specifically, C: 0.20 to 0.80%, Si: 0.15 to 0.90%, Mn: 15.0 to 30.0%, P: 0.030% or less, S: 0.03%. 030% or less, Ni: 3.00% or less, Cr: 1.0 to 8.0%, and the balance is Fe and inevitable impurities. Furthermore, as optional components, V: 2.0% or less, Ti: 1.0% or less, Nb: 1.0% or less, Al: 0.100% or less, N: 0.120 % or less, O (oxygen): 0.0050% or less, B: 0.0020% or less, and REM: 0.020% or less. .
  • C is an inexpensive and important element that has the effect of stabilizing the austenite phase.
  • the content of C is required to be 0.20% or more. Therefore, the C content is made 0.20% or more.
  • the C content is preferably 0.40% or more.
  • the Cr content exceeds 0.80%, Cr carbides are excessively formed and the cryogenic impact toughness is lowered. Therefore, the C content should be 0.80% or less.
  • the C content is preferably 0.60% or less.
  • Si 0.15 to 0.90%
  • Si is an element that acts as a deoxidizing agent and contributes to increasing the strength of the steel material by dissolving in steel and solid-solution strengthening. In order to obtain such an effect, the content of 0.15% or more is required. Therefore, the Si content is set to 0.15% or more.
  • the Si content is preferably 0.30% or more.
  • the Si content should be 0.90% or less.
  • the Si content is preferably 0.60% or less.
  • Mn is a relatively inexpensive element that has the effect of stabilizing the austenite phase, and is an important element in the present invention for achieving both high strength and excellent cryogenic toughness.
  • the content of 15.0% or more is required. Therefore, the Mn content is set to 15.0% or more.
  • the Mn content is preferably 20.0% or more.
  • the content exceeds 30.0% even if the content exceeds 30.0%, the effect of improving the cryogenic toughness is saturated, and the effect commensurate with the content cannot be expected, which is economically disadvantageous.
  • the Mn content is set to 30.0% or less. Mn content is more preferably 26.0% or less.
  • P as an impurity, is an element that segregates at grain boundaries and becomes a starting point for stress corrosion cracking. Therefore, the P content should be 0.030% or less.
  • the P content is preferably 0.028% or less. More preferably, it is 0.024% or less.
  • P is preferably 0.002% or more.
  • S 0.030% or less
  • S exists as sulfide-based inclusions in steel and lowers the ductility and cryogenic toughness of steel materials and weld metals. Therefore, it is desirable to reduce S as much as possible, but 0.030% or less is permissible. Therefore, the S content should be 0.030% or less.
  • the S content is preferably 0.010% or less.
  • S is preferably 0.0005% or more.
  • Ni is an element that strengthens austenite grain boundaries, segregates at the grain boundaries, and improves cryogenic impact toughness.
  • the content is preferably 0.01% or more.
  • Ni also has the effect of stabilizing the austenite phase, so if the content is further increased, the austenite phase is stabilized and the cryogenic impact toughness of the weld metal is improved. Therefore, the Ni content is preferably 0.01% or more.
  • the Ni content is more preferably 1.00% or more.
  • Ni is an expensive element, and a content exceeding 3.00% is economically disadvantageous. Therefore, Ni should be 3.00% or less.
  • Cr 1.0 to 8.0%
  • Cr is an element that stabilizes the austenite phase and effectively contributes to the improvement of cryogenic toughness and steel strength. Also, it is an effective element for forming a fine crystal region.
  • the content of Cr is required to be 1.0% or more. Therefore, the Cr content is set to 1.0% or more.
  • the Cr content is preferably 3.5% or more.
  • Cr content is preferably 6.5% or less.
  • Optional composition of steel The above-described components are the basic composition of the steel material. : 0.100% or less, N: 0.120% or less, O (oxygen): 0.0050% or less, B: 0.0020% or less, and REM: 0.020% or less, or A steel material composition containing two types may also be used.
  • V is an element that contributes to the stabilization of the austenite phase and also to the improvement of strength and cryogenic toughness of steel materials. In order to obtain such an effect, when V is contained, it is preferable to contain 0.001% or more of V. The V content is more preferably 0.003% or more. On the other hand, if the V content exceeds 2.0%, coarse carbonitrides increase and become fracture starting points, resulting in a decrease in cryogenic impact toughness. Therefore, when it is contained, V should be 2.0% or less. The V content is preferably 1.7% or less. The V content is more preferably 1.5% or less.
  • Ti 1.0% or less
  • Ti has the same effect as V, but when it is contained in excess of 1.0%, the carbide coarsens and not only becomes a starting point of fracture, but also coarsening of crystal grains is suppressed, and the cryogenic toughness is improved.
  • Ti is contained in an amount of 1.0% or less when it is contained.
  • the Ti content is preferably 0.5% or less.
  • the Ti content is more preferably 0.3% or less.
  • the lower limit is not particularly limited, and may be 0%.
  • Nb 1.0% or less
  • Nb also has the same effect as V, but when it is contained in an amount exceeding 1.0%, the carbide becomes coarse, and not only does it become the starting point of fracture, but also the coarsening of crystal grains is suppressed, and the cryogenic toughness is reduced. If it is contained, it should be contained at 1.0% or less.
  • the Nb content is preferably 0.5% or less.
  • the Nb content is more preferably 0.3% or less.
  • the lower limit is not particularly limited, and may be 0%.
  • Al acts as a deoxidizing agent and is the most commonly used element in the molten steel deoxidizing process for steel materials.
  • Al content is more preferably 0.020% or more.
  • Al content is more preferably 0.030% or more.
  • Al content is made 0.100% or less.
  • Al content is more preferably 0.060% or less.
  • Al content is more preferably 0.040% or less.
  • N is an element that has the effect of stabilizing the austenite phase and effectively contributes to the improvement of cryogenic toughness.
  • the N content is preferably 0.005% or more.
  • the N content is more preferably 0.006% or more.
  • the N content is more preferably 0.020% or more.
  • the N content is set to 0.120% or less.
  • the N content is preferably 0.040% or less.
  • O (oxygen) exists as oxide-based inclusions in steel and reduces the cryogenic toughness of the steel material. Therefore, it is preferable to reduce O (oxygen) as much as possible, but 0.0050% or less is permissible. Therefore, when O (oxygen) is contained, the content of O (oxygen) is set to 0.0050% or less. The O content is preferably 0.0045% or less. On the other hand, in order to extremely reduce O (oxygen) to less than 0.0005%, refining is required for a long time, and the refining cost rises. Therefore, from the viewpoint of economy, when O (oxygen) is contained, the content of O (oxygen) is preferably 0.0005% or more. The O content is more preferably 0.0010% or more.
  • B is an element that segregates at grain boundaries and contributes to improving the toughness of steel materials.
  • the B content is preferably 0.0001% or more.
  • the B content is set to 0.0020% or less.
  • the B content is preferably 0.0015% or less.
  • the B content is more preferably 0.0010% or less.
  • REM 0.020% or less
  • REM is an element that has the effect of improving toughness, ductility, and sulfide stress corrosion cracking resistance of steel materials through morphology control of inclusions.
  • REM is contained, it is preferably contained in an amount of 0.0010% or more in order to obtain the above effects.
  • the REM content is more preferably 0.0015% or more.
  • the REM content is more preferably 0.005% or more.
  • the content exceeds 0.020%, the amount of nonmetallic inclusions increases, and toughness, ductility, and resistance to sulfide stress cracking decrease. Therefore, when it is contained, REM is made 0.020% or less.
  • the balance other than the above components consists of Fe and unavoidable impurities.
  • unavoidable impurities include Ca, Mg, Cu, and Mo, and a total content of 0.05% or less is permissible.
  • a steel sheath and a metal cored wire with metal powder enclosed in the steel sheath were produced.
  • a thin steel plate (thickness 0.5 mm) having a composition of 0.1% C-0.2% Si-0.5% Mn-balance Fe in mass% is used as a steel outer skin material, and cold-rolled in the width direction. It was bent into a U shape. Then, metal powder (and flux powder) whose components are adjusted so as to have the wire composition shown in Table 1 is enclosed in the obtained steel outer sheath, and cold drawing is performed to obtain a metal cored wire for welding. (diameter: 3.2 mm).
  • the composition shown in Table 1 is the total value of the steel outer covering and the metal powder.
  • a high Mn content steel material for cryogenic use (plate thickness: 20 mm) is butted together to form a 45° V groove, and submerged arc welding is performed using the obtained metal cored wire as a welding material. , the weld metal was obtained in the groove described above.
  • the cryogenic high Mn content steel used as the test steel is 0.5% C-0.4% Si-25% Mn-0.02% P-0.01% S-3 in mass%.
  • Submerged arc welding was performed using each metal cored wire (diameter 3.2 mm) having the composition shown in Table 1, without preheating, in a downward position, current: 450 to 650 A (AC), voltage: 28 to 36 V, welding speed. : 20 cm/min, interpass temperature: 100 to 150°C.
  • the tensile test was performed at room temperature for each of three pieces, and the average value of the obtained values (0.2% yield strength) was taken as the tensile property of the weld metal using the wire.
  • the Charpy impact test was performed three times each, the absorbed energy (vE -196 ) at the test temperature of -196°C was determined, and the average value was taken as the cryogenic impact toughness of the weld metal using the wire.
  • the V-notch position of the Charpy impact test piece was set at the center of the weld metal with a plate thickness of 1/2t.
  • Joint No. 1 to No. 10, No. 19 to No. All of the 21 examples of the present invention have a yield strength (0.2% yield strength) at room temperature of 400 MPa or more even in welding with a large heat input, and the test temperature: -196 ° C.
  • the absorbed energy (vE -196 ) was a welding material capable of obtaining a weld metal having both high strength and excellent cryogenic toughness of 28 J or more.
  • weld cracks occurred and the hot cracking resistance decreased, or the 0.2% yield strength at normal temperature was less than 400 MPa, or the absorbed energy ( vE ⁇ 196 ) was less than 28 J, the desired amount of fume generation during welding was small, and a weld metal having both high strength and excellent cryogenic toughness could not be obtained.

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Abstract

溶接時にはヒューム発生量が少なく、かつ極低温環境下で使用される高Ｍｎ含有鋼材用の溶接材料として好適な、高強度と優れた極低温靭性とを兼備した溶接金属を形成することができるサブマージアーク溶接用ワイヤを提供することを目的とする。　特定の成分を含有するサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤ。

Description

サブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤおよびそれを用いたサブマージアーク溶接方法
　本発明は、サブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤに関し、特に、極低温環境下で使用される高Ｍｎ含有鋼材のサブマージアーク溶接に好適なメタルコアードワイヤおよびそれを用いたサブマージアーク溶接方法に関する。
　近年、環境に対する規制が厳しくなっている。液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」ともいう。）は、硫黄を含まないため、硫化物、酸化物等の大気汚染物質を発生させないクリーンな燃料と言われ、その需要が増加している。ＬＮＧの輸送または保管のために、ＬＮＧを輸送または貯蔵する容器（タンク）は、ＬＮＧの液化温度である－１６２℃以下の温度で、優れた極低温衝撃靭性を保持することが求められている。そこで、優れた極低温衝撃靭性を保持することの必要性から、容器等の材料用として、従来、アルミニウム合金、９％Ｎｉ鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等が用いられてきた。
　しかしながら、アルミニウム合金は、引張強さが低いため、構造物として用いるときは、板厚を大きく設計する必要があり、また溶接作業性が低いという問題がある。また、９％Ｎｉ鋼は、溶接材料として高価なＮｉ基材料を用いることが必要なため、経済的に不利となる。また、オーステナイト系ステンレス鋼は、高価であり、母材強度も低いという問題がある。
　このような問題から、ＬＮＧを輸送または貯蔵する容器用の材料として、最近では、Ｍｎを１０～３５質量％の範囲で含有する高Ｍｎ含有鋼材（以下、「高Ｍｎ鋼」ともいう。）の適用が検討されている。高Ｍｎ鋼は、極低温においても、金属組織がオーステナイト相であり、脆性破壊が発生せず、またオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、高い強度を有するという特徴がある。そこで、このような高Ｍｎ鋼を安定して溶接できる溶接材料の開発が要望されていた。
　このような要望に対して、例えば、特許文献１には、重量％で、Ｃ：０．１５～０．８％、Ｓｉ：０．２～１．２％、Ｍｎ：１５～３４％、Ｃｒ：６％以下、Ｍｏ：１．５～４％、Ｓ：０．０２％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｂ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．０９～０．５％、Ｎ：０．００１～０．３％、ＴｉＯ２：４～１５％、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２及びＡｌ２Ｏ３のうちから選択された１種以上の合計：０．０１～９％、Ｋ、Ｎａ及びＬｉのうちから選択された１種以上の合計：０．５～１．７％、ＦとＣａのうち１種以上：０．２～１．５％、残部Ｆｅ及びその他の不可避不純物を含む組成を有するフラックスコアードアーク溶接用ワイヤが開示されている。ここに開示されたフラックスコアードアーク溶接用ワイヤを用いて溶接すれば、試験温度：－１９６℃におけるシャルピー衝撃試験吸収エネルギーが２８Ｊ以上の優れた低温靭性および常温引張強度が４００ＭＰａ以上の高強度を有する溶接継手部が効果的に得られ、また、ワイヤ組成をＭｏ：１．５％以上に調整しており、優れた耐高温割れ性を有する溶接継手部を確保できるとしている。
　また、特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．２～０．８％、Ｓｉ：０．１５～０．９０％、Ｍｎ：１７．０～２８．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．０１～１０．００％、Ｃｒ：０．４～４．０％、Ｍｏ：０．０１～３．５０％、Ｂ：０．００１０％未満、Ｎ：０．１２％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる基本組成を有し、必要に応じて、Ｖ、ＴｉおよびＮｂのうちから選ばれた１種または２種以上、さらに、Ｃｕ、Ａｌ、ＣａおよびＲＥＭのうちから選ばれた１種または２種以上を含有するガスメタルアーク溶接用ソリッドワイヤが開示されている。ここに開示されたガスメタルアーク溶接用ソリッドワイヤを用いて溶接すれば、ヒューム発生量が少なく、しかも、常温降伏強さ（０．２％耐力）が４００ＭＰａ以上の高強度で、試験温度：－１９６℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー（ｖＥ－１９６）が２８Ｊ以上となる高強度で極低温衝撃靭性に優れた溶接継手部を製造できるとしている。
特許第６２４０７７８号公報 特許第６６２１５７２号公報
　しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載された技術では、溶接時にヒュームの発生量が多いという問題があった。
　また、特許文献２に記載された技術では、高能率の溶接施工をするために溶接入熱量を上げると、結晶粒が粗大化することにより強度が低下し、特に降伏強さが４００ＭＰａ以上を満たさないという問題があった。
　本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、溶接時にはヒューム発生量が少なく、かつ極低温環境下で使用される高Ｍｎ含有鋼材用の溶接材料として好適な、高強度と優れた極低温靭性とを兼備した溶接金属を形成することができるサブマージアーク溶接用ワイヤを提供することを目的とする。
　なお、ここでいう「溶接時のヒューム発生量が少ない」とは、ＪＩＳ　Ｚ　３９３０－２０１３に準拠して、溶接を行った時のヒューム発生量が４００ｍｇ／ｍｉｎ以下である場合をいう。また、「高強度」とは、ＪＩＳ　Ｚ　３１１１の規定に準拠して製造した溶接金属の常温降伏強さ（０．２％耐力）が４００ＭＰａ以上である場合をいい、さらに、「優れた極低温靭性」とは、ＪＩＳ　Ｚ　３１１１の規定に準拠して製造した溶接金属の、試験温度：－１９６℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー（ｖＥ－１９６）が２８Ｊ以上である場合をいう。
　本発明者らは、上記した目的を達成するために、まず、溶接時のヒューム発生量に影響する要因について、鋭意検討した。その結果、高電流を用いた高能率溶接においても、ヒューム発生量を効果的に低減するためには、溶接方法としてサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）が有効であることを見出した。
　しかしながら、高Ｍｎ鋼の従来の溶接材料を用いてサブマージアーク溶接のような大入熱溶接を適用すると、溶接金属の結晶粒が粗大化し、０．２％耐力の低下を招くという問題があった。
　本発明者らは、このような問題に対して、溶接材料にＭｏを３．５％以上含有することで結晶粒が粗大化しても規定の０．２％耐力を満たすことができることを知見した。さらに、Ｍｏを３．５％以上含有すると、ソリッドワイヤでは伸線性が著しく低下してしまい製造が困難であるため、製造が容易なメタルコアードワイヤを用いることが有効であることを知見した。
　本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものであり、本発明の要旨は、次のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．２０～０．８０％、
Ｓｉ：０．１５～０．９０％、
Ｍｎ：１７．０～２８．０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎｉ：０．０１～１０．００％、
Ｃｒ：０．４～４．０％、
Ｍｏ：３．５０～１０．００％、
Ｂ：０．００１０％以下、
Ｎ：０．２００％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤ。
［２］前記［１］において、前記組成に加えて、さらに、質量％で、
Ｖ：０．０４０％以下、
Ｔｉ：０．０４０％以下および
Ｎｂ：０．０４０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有するサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤ。
［３］前記［１］または［２］において、前記組成に加えて、さらに、質量％で、
Ｃｕ：１．００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下および
ＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有するサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤ。
［４］前記［１］～［３］のいずれか一つに記載のサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤを用い、
溶接の対象となる鋼材が、質量％で、
Ｃ：０．２０～０．８０％、
Ｓｉ：０．１５～０．９０％、
Ｍｎ：１５．０～３０．０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｎｉ：３．００％以下、
Ｃｒ：１．０～８．０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
－１９６℃における吸収エネルギーが２８Ｊ以上、０．２％耐力が４００ＭＰａ以上を有する高Ｍｎ鋼であるサブマージアーク溶接方法。
［５］前記［４］において、前記鋼材が、前記組成に加えて、さらに、質量％で、
Ｖ：２．０％以下、
Ｔｉ：１．０％以下、
Ｎｂ：１．０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎ：０．１２０％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ｂ：０．００２０％以下および
ＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有するサブマージアーク溶接方法。
［６］前記［４］または［５］において、サブマージアーク溶接時におけるヒューム発生量が、４００ｍｇ／ｍｉｎ以下であるサブマージアーク溶接方法。
　本発明によれば、高Ｍｎ含有鋼材の溶接材料で、ワイヤ製造性に優れ、ヒューム発生の少ないサブマージアーク溶接に適用可能であり、大入熱の溶接に供しても高強度でかつ極低温靭性に優れた溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤを提供でき、産業上格段の効果を奏する。
　以下、本発明に係る実施形態について具体的に説明する。
　本発明は、高Ｍｎ含有鋼材のサブマージアーク溶接方法である。まず、サブマージアーク溶接（以下、「ＳＡＷ」ともいう。）について説明する。
　［サブマージアーク溶接］
　ＳＡＷは、母材上に予め散布した粉粒状のフラックス中に電極ワイヤを連続的に供給し、この電極ワイヤの先端と母材との間でアークを発生させて溶接を連続的に行う溶接法である。このＳＡＷは、大電流を適用してワイヤの溶着速度を高めることによって、能率よく溶接できるという利点を有している。
　ワイヤとしては、ソリッドワイヤまたはワイヤの内部にワイヤ用フラックスを内包したフラックスコアードワイヤなどが用いられるが、本発明においては、メタルコアードワイヤを用いる。
　本発明に係るサブマージアーク溶接の例としては、鋼材を突き合わせて、４５°Ｖ開先を形成し、用意したワイヤ（直径３．２ｍｍφ）を用いて、フラックスを散布した後、予熱なし、下向き姿勢で、電流：３５０～６５０Ａ（ＡＣ）、電圧：２８～３６Ｖ、溶接速度：２０～８０ｃｍ／ｍｉｎ、溶接入熱量：０．７～８．０ｋＪ／ｍｍで、パス間温度：１００～１５０℃の条件で実施する。
　上記のサブマージアーク溶接条件により、母材となる高Ｍｎ鋼を突き合わせ、後述する本発明に係るメタルコアードワイヤおよび溶接用フラックスを用いて溶接継手部を形成する溶接金属を製造するものである。
　［メタルコアードワイヤの基本組成］
　本発明のメタルコアードワイヤの基本組成の限定理由について説明する。なお、以下、組成における「％」は、「質量％」であることを意味する。
　［Ｃ：０．２０～０．８０％］
　Ｃは、固溶強化により、溶接金属の強度を上昇させる作用を有する元素であり、また、Ｃは、オーステナイト相を安定化させ、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。このような効果を得るためには、０．２０％以上の含有を必要とする。そのため、Ｃ含有量は０．２０％以上とする。Ｃ含有量は好ましくは０．３０％以上とする。Ｃ含有量はより好ましくは０．４０％以上である。Ｃ含有量はさらに好ましくは０．４５％以上である。しかし、０．８０％を超えて含有すると、炭化物が析出し、極低温靭性が低下し、さらに、溶接時の高温割れが生じやすくなる。そのため、Ｃ含有量は、０．８０％以下とする。なお、Ｃ含有量は好ましくは０．７０％以下である。Ｃ含有量はより好ましくは０．６０％以下である。Ｃ含有量はさらに好ましくは０．５５％以下である。
　［Ｓｉ：０．１５～０．９０％］
　Ｓｉは、脱酸剤として作用し、Ｍｎの歩留りを高めるとともに、溶融金属の粘性を高め、ビード形状を安定的に保持し、スパッタの発生を低減する効果がある。そのような効果を得るためには、０．１５％以上の含有を必要とする。そのため、Ｓｉ含有量は０．１５％以上とする。Ｓｉ含有量は好ましくは０．２０％以上である。Ｓｉ含有量はより好ましくは０．３０％以上である。Ｓｉ含有量はさらに好ましくは０．３０％超である。しかし、０．９０％を超えて含有すると、溶接金属の極低温靭性を低下させる。また、Ｓｉは、凝固時に偏析し、凝固セル界面に液相を生成して、耐高温割れ性を低下させる。そのため、Ｓｉ含有量は、０．９０％以下とする。なお、Ｓｉ含有量は好ましくは０．８０％以下である。Ｓｉ含有量はより好ましくは０．７０％以下である。Ｓｉ含有量はさらに好ましくは、０．６０％以下である。
　［Ｍｎ：１７．０～２８．０％］
　Ｍｎは、安価に、オーステナイト相を安定化する元素であり、本発明では１７．０％以上の含有を必要とする。Ｍｎが１７．０％未満では、溶接金属中にフェライト相が生成し、極低温での靭性が著しく低下する。そのため、Ｍｎ含有量は１７．０％以上とする。Ｍｎ含有量は好ましくは１８．０％以上である。Ｍｎ含有量はより好ましくは２０．０％以上である。Ｍｎ含有量はさらに好ましくは２１．０％以上である。一方、Ｍｎが２８．０％を超えると、凝固時に過度のＭｎ偏析が発生し、高温割れを誘発する。そのため、Ｍｎは、２８．０％以下とする。なお、Ｍｎ含有量は好ましくは２６．０％以下である。Ｍｎ含有量はより好ましくは、２４．０％以下である。
　［Ｐ：０．０３０％以下］
　Ｐは、結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、本発明では、できるだけ低減することが好ましいが、０．０３０％以下であれば、許容できる。そのため、Ｐ含有量は、０．０３０％以下とする。Ｐ含有量はより好ましくは０．０２０％以下である。なお、過度の低減は、精練コストの高騰を招く。そのため、Ｐ含有量は、０．００３％以上に調整することが好ましい。
　［Ｓ：０．０３０％以下］
　Ｓは、結晶粒界に偏析し、低融点の化合物を作ることで高温割れを生じやすくする。本発明では、できるだけ低減することが好ましいが、０．０３０％以下であれば、許容できる。そのため、Ｓ含有量は、０．０３０％以下とする。Ｓ含有量は好ましくは０．０２０％以下である。なお、過度の低減は、精練コストの高騰を招く。そのため、Ｓは、０．００１％以上に調整することが好ましい。
　［Ｎｉ：０．０１～１０．００％］
　Ｎｉは、オーステナイト粒界を強化する元素であり、粒界に偏析し、極低温衝撃靱性を向上させる。このような効果を得るためには、Ｎｉは０．０１％以上の含有を必要とする。Ｎｉ含有量は好ましくは１．００％以上である。Ｎｉ含有量はより好ましくは１．５０％以上である。Ｎｉ含有量はさらに好ましくは１．８０％以上である。また、Ｎｉは、オーステナイト相を安定化する効果もあるため、さらに含有量を増加すれば、オーステナイト相を安定化させて、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。しかし、Ｎｉは、高価な元素であり、１０．００％を超える含有は、経済的に不利となる。そのため、Ｎｉ含有量はは、１０．００％以下とする。なお、Ｎｉ含有量は好ましくは８．００％以下である。Ｎｉ含有量はより好ましくは４．００％以下である。Ｎｉ含有量はさらに好ましくは、２．５０％以下である。
　［Ｃｒ：０．４～４．０％］
　Ｃｒは、極低温ではオーステナイト相を安定化させる元素として働き、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。また、Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させる作用も有する。また、Ｃｒは、溶融金属の液相線を高めて、高温割れの発生を抑制するのに有効に作用する。さらに、Ｃｒは、溶接金属の耐食性を高めるのにも有効に作用する。このような効果を得るためには、Ｃｒは０．４％以上の含有を必要とする。Ｃｒが０．４％未満では、上記の効果を確保できない。そのため、Ｃｒ含有量は０．４％以上とする。Ｃｒ含有量は好ましくは０．５％以上とする。Ｃｒ含有量はより好ましくは０．８％以上とする。Ｃｒ含有量はさらに好ましくは１．０％以上とする。一方、４．０％を超えて含有すると、Ｃｒ炭化物が生成し、極低温靭性の低下を招く。さらに、炭化物の生成により、ワイヤ伸線時の加工性が低下する。そのため、Ｃｒは、４．０％以下とする。なお、Ｃｒ含有量は好ましくは３．５％以下である。Ｃｒ含有量はより好ましくは３．０％以下である。Ｃｒ含有量はさらに好ましくは、２．０％以下である。
　［Ｍｏ：３．５０～１０．００％］
　Ｍｏは、オーステナイト粒界を強化する元素であり、粒界に偏析し、溶接金属の強度を向上させる。このような効果は３．５０％以上の含有で顕著となる。さらにＭｏは３．５０％を超えて含有すると、固溶強化により、０．２％耐力についても向上させる。そのため、Ｍｏ含有量は３．５０％以上とする。Ｍｏ含有量は好ましくは４．００％以上である。また、５．００％を超えて含有すると炭化物を析出し、０．２％耐力の向上にさらに寄与するため、Ｍｏ含有量はさらに好ましくは５．００％以上である。Ｍｏ含有量はもっとも好ましくは６．００％以上である。一方、１０．００％を超えて含有すると、過剰な炭化物を析出し、極低温靭性の低下を招く。そのため、Ｍｏは、１０．００％以下とする。なお、Ｍｏ含有量は好ましくは９．００％以下である。Ｍｏ含有量はより好ましくは８．００％以下である。Ｍｏ含有量はさらに好ましくは、７．００％以下である。
　［Ｂ：０．００１０％以下］
　Ｂは、溶着金属の粒界に偏析することで粒界強化して、靭性や耐力を向上する効果がある。このような効果は、０．０００５％以上の含有で顕著となるため、Ｂは０．０００５％以上含有することが好ましい。一方、過剰に含有すると、粒界にＢ炭窒化物を析出して靱性劣化を引き起こすことがある。そのため、Ｂ含有量は、０．００１０％以下とする。
　［Ｎ：０．２００％以下］
　Ｎは、不可避的に混入する元素であるが、Ｃと同様に、溶接金属の強度向上に有効に寄与するとともに、オーステナイト相を安定化し、極低温靱性を安定的に向上させる元素である。このような効果は、０．０１０％以上の含有で顕著となるため、Ｎは０．０１０％以上含有することが好ましい。Ｎ含有量はより好ましくは０．０５０％以上である。Ｎ含有量はさらに好ましくは０．１００％以上である。しかし、０．２００％を超えて含有すると、窒化物を形成し、低温靱性が低下する。そのため、Ｎ含有量は、０．２００％以下とする。Ｎ含有量は好ましくは、０．１５０％以下である。
　［メタルコアードワイヤの任意的選択組成］
　本発明のメタルコアードワイヤは、上述した組成が基本組成であり、本発明では、この基本組成に加えてさらに、任意的選択組成として、必要に応じて、Ｖ：０．０４０％以下、Ｔｉ：０．０４０％以下およびＮｂ：０．０４０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、さらに必要に応じて、Ｃｕ：１．００％以下、Ａｌ：０．１００％以下およびＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を選択して含有することができる。
　Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂはいずれも、炭化物の形成を促進し、溶接金属の強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上を含有できる。
　［Ｖ：０．０４０％以下］
　Ｖは、炭化物形成元素であり、微細な炭化物を析出させて、溶接金属の強度向上に寄与する。このような効果を得るためには０．００１％以上含有することが望ましい。そのため、Ｖを含有する場合にはＶ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。Ｖ含有量はより好ましくは０．００５％以上である。しかし、０．０４０％を超えて含有すると、炭化物が粗大化して、極低温靭性の低下を招く。そのため、含有する場合には、Ｖは、０．０４０％以下とする。Ｖ含有量は好ましくは０．０１０％以下である。
　［Ｔｉ：０．０４０％以下］
　Ｔｉも、同様に炭化物形成元素であり、微細な炭化物を析出させて、溶接金属の強度向上に寄与する。また、Ｔｉは、溶接金属の凝固セル界面に炭化物を析出させて、高温割れの発生抑制に寄与する。このような効果を得るためには、０．００１％以上含有することが望ましい。そのため、Ｔｉを含有する場合にはＴｉ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。Ｔｉ含有量はより好ましくは０．００５％以上である。しかし、０．０４０％を超えて含有すると、Ｖと同様に炭化物が粗大化して、極低温靭性の低下を招く。そのため、含有する場合には、Ｔｉ含有量は、０．０４０％以下とする。Ｔｉ含有量は好ましくは０．０２０％以下である。Ｔｉ含有量はより好ましくは０．０１０％以下である。
　［Ｎｂ：０．０４０％以下］
　Ｎｂも、同様に炭化物形成元素であり、微細な炭化物を析出させて、溶接金属の強度向上に寄与する。また、Ｎｂは、溶接金属の凝固セル界面に炭化物を析出させて、高温割れの発生抑制に寄与する。このような効果を得るためには、Ｎｂは０．００１％以上含有することが望ましい。そのためＮｂを含有する場合には、Ｎｂ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。Ｎｂ含有量はより好ましくは０．００５％以上である。しかし、０．０４０％を超えて含有すると、Ｖ、Ｔｉと同様に炭化物が粗大化して、極低温靭性の低下を招く。そのため、Ｎｂを含有する場合には、Ｎｂは、０．０４０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．０３０％以下とすることが好ましい。
　一方、Ｃｕは、オーステナイト安定化に寄与する元素であり、Ａｌは、溶接作業性を向上させる元素であり、ＲＥＭは、加工性向上に寄与する元素であって、必要に応じて選択して１種または２種以上を含有できる。以下、限定理由を述べる。
　［Ｃｕ：１．００％以下］
　Ｃｕは、オーステナイト相を安定化する元素であり、極低温でもオーステナイト相を安定化させて、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。このような効果を得るためには、０．０１％以上含有することが望ましい。そのため、Ｃｕを含有する場合には、Ｃｕ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。しかし、１．００％を超えて多量に含有すると、熱間延性が低下する。そのため、含有する場合には、Ｃｕは、１．００％以下とする。Ｃｕ含有量は好ましくは、０．６０％以下である。Ｃｕ含有量はより好ましくは０．５０％以下である。
　［Ａｌ：０．１００％以下］
　Ａｌは、脱酸剤として作用し、溶融金属の粘性を高め、ビード形状を安定的に保持し、スパッタの発生を低減する重要な作用を有する。また、Ａｌは、溶融金属の液相線温度を高め、溶接金属の高温割れ発生の抑制に寄与する。このような効果は、０．００５％以上の含有で顕著となるため、Ａｌを０．００５％以上含有することが好ましい。Ａｌ含有量はより好ましくは０．０１０％以上である。Ａｌ含有量はさらに好ましくは０．０２０％以上である。しかし、０．１００％を超えて含有すると、溶融金属の粘性が高くなりすぎて、逆に、スパッタの増加や、ビードが広がらず融合不良などの欠陥が増加する。そのため、Ａｌを含有する場合には、Ａｌ含有量は、０．１００％以下とする。Ａｌ含有量は好ましくは、０．０６０％以下である。より好ましくは、０．０５０％以下である。
　［ＲＥＭ：０．０２０％以下］
　ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅなどの希土類元素をいう。強力な脱酸剤であり、溶接金属中でＲＥＭ酸化物の形態で存在する。ＲＥＭ酸化物は、凝固時の核生成サイトとなることで、結晶粒を微細化し、溶接金属の強度の向上に寄与する。このような効果は０．００１％以上の含有で顕著となる。そのため、ＲＥＭを含有するのであれば、ＲＥＭ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。ＲＥＭ含有量はより好ましくは０．００５％以上である。しかし、０．０２０％を超えて含有すると、アークの安定性が低下する。そのため、含有する場合には、ＲＥＭは、０．０２０％以下とする。ＲＥＭ含有量は好ましくは、０．０１５％以下である。
　［残部組成］
　上記した組成以外の残部組成は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、例えば、Ｏ（酸素）、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｂｉなどが挙げられる。ワイヤ中のＯ（酸素）量は、０．１５％以下とし、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ量は、それぞれ０．００５％以下とし、Ｐｂ、Ｂｉ量は、それぞれ０．０００１％以下としておくことが好ましい。また、前述の基本組成および任意的選択組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有することを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
　［ワイヤの製造方法］
　つづいて、本発明のＳＡＷ用メタルコアードワイヤの製造方法について説明する。
　本発明のメタルコアードワイヤの製造は、常用のメタルコアードワイヤの製造方法がいずれも適用できる。例えば、０．１％Ｃ－０．２％Ｓｉ－０．５％Ｍｎ－残部Ｆｅからなる組成を有する薄鋼板（板厚０．５ｍｍ）を鋼製外皮素材として、幅方向に冷間曲げ加工を施し、Ｕ字形状とする。そして、得られた鋼製外皮に、目標とするワイヤ組成となるように、成分調整した金属粉末（およびフラックス粉末）を封入し、冷間で伸線加工して、メタルコアードワイヤ（直径：３．２～４．０ｍｍ）とすることが好ましい。
　上記の金属粉末の成分組成は、鋼製外皮素材の成分組成に対し、メタルコアードワイヤとしての合計組成とするために補充する金属成分を有する金属粉末または合金粉末を調整することで得られる。
　［溶接用フラックス］
　溶接用フラックスとしては、通常公知の溶融フラックスまたはボンドフラックスのいずれも使用することができる。例えば、ボンドフラックスの化学成分の例としては、ＳｉＯ２：１０～６０％、ＣａＯ：１０～６０％、ＭｇＯ：２０～７０％、Ａｌ２Ｏ３：１０～６０％、ＣａＦ２：５～３０％、ＣａＣＯ３：２～２０％などを含有するフラックスを使用することができる。しかし、本発明においては、溶接用フラックスはこれに限定されるものではない。なお、ボンドフラックスの場合、溶接前に乾燥（２００～３００℃）することが好ましい。
　［溶接金属の製造方法］
　上述のサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤを用いて、サブマージアーク溶接法により母材となる鋼材を溶接した溶接金属の製造方法について説明する。
　前述した組成成分を有するメタルコアードワイヤを用い、後述する鋼材を突き合わせ、前述した溶接用フラックスを散布した後、そのワイヤを用いて、後述する溶接条件で溶接を行って溶接金属を製造することができる。
　なお、溶接する鋼材同士が所定の開先形状を形成するように、開先加工を行う。形成する開先形状は、特に限定する必要はなく、溶接鋼構造物用として通常のＶ開先、レ開先、Ｘ開先、Ｋ開先等を例示することができる。
　［鋼材］
　母材となる鋼材は、高Ｍｎ含有鋼材である。高Ｍｎ含有鋼材の製造方法としては、常法の製鋼工程および鋳造工程を経て得た鋼素材を、加熱条件や圧下率などを調整して熱間圧延した後、冷却して鋼材（鋼板）を得る方法などがある。圧延後の鋼板の板厚は、例えば、６～１００ｍｍである。
　高Ｍｎ含有鋼材とは、極低温用の高強度鋼材であって、Ｍｎ含有量が１５．０～３０．０％であることが好ましい。具体的には、Ｃ：０．２０～０．８０％、Ｓｉ：０．１５～０．９０％、Ｍｎ：１５．０～３０．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：３．００％以下、Ｃｒ：１．０～８．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を基本組成とする鋼材であって、この基本組成に加えてさらに、任意的選択成分として必要に応じて、Ｖ：２．０％以下、Ｔｉ：１．０％以下、Ｎｂ：１．０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎ：０．１２０％以下、Ｏ（酸素）：０．００５０％以下、Ｂ：０．００２０％以下およびＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を選択して含有することができる。
　［鋼材の基本組成］
　本発明の溶接の対象となる高Ｍｎ用鋼材の基本組成について説明する。
　［Ｃ：０．２０～０．８０％］
　Ｃは、オーステナイト相を安定化させる作用を有する、安価で、重要な元素である。このような効果を得るためには、Ｃは０．２０％以上の含有を必要とする。そのため、Ｃ含有量は０．２０％以上とする。Ｃ含有量は好ましくは０．４０％以上である。一方、０．８０％を超えて含有すると、Ｃｒ炭化物が過度に生成され、極低温衝撃靱性が低下する。このため、Ｃ含有量は、０．８０％以下とする。Ｃ含有量は好ましくは、０．６０％以下である。
　［Ｓｉ：０．１５～０．９０％］
　Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともに、鋼中に固溶して固溶強化により鋼材の高強度化に寄与する元素である。このような効果を得るためには、０．１５％以上の含有を必要とする。そのため、Ｓｉ含有量は０．１５％以上とする。Ｓｉ含有量は好ましくは０．３０％以上である。一方、０．９０％を超えて含有すると、溶接作業性が低下する。このため、Ｓｉ含有量は、０．９０％以下とする。Ｓｉ含有量は好ましくは、０．６０％以下である。
　［Ｍｎ：１５．０～３０．０％］
　Ｍｎは、オーステナイト相を安定化させる作用を有する、比較的安価な元素であり、本発明では、高強度と優れた極低温靱性を両立するために重要な元素である。このような効果を得るためには、１５．０％以上の含有を必要とする。そのため、Ｍｎ含有量は１５．０％以上とする。Ｍｎ含有量は好ましくは２０．０％以上である。一方、３０．０％を超えて含有しても、極低温靱性を向上させる効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなり、経済的に不利となる。また、３０．０％を超えて多量に含有すると、溶接作業性、切断性の低下を招くとともに、偏析を助長し、応力腐食割れの発生を助長する。このため、Ｍｎ含有量は、３０．０％以下とする。Ｍｎ含有量はより好ましくは、２６．０％以下である。
　［Ｐ：０．０３０％以下］
　Ｐは、不純物として、粒界に偏析し、応力腐食割れの発生起点となる元素であり、本発明では、可能なかぎり低減することが望ましいが、０．０３０％以下であれば許容できる。このため、Ｐ含有量は、０．０３０％以下とする。Ｐ含有量は好ましくは、０．０２８％以下である。さらに好ましくは、０．０２４％以下である。一方、Ｐを０．００２％未満と極端に低減するには、長時間の精錬を必要とし、精錬コストが高騰する。このため、経済的な観点からは、Ｐは、０．００２％以上とすることが好ましい。
　［Ｓ：０．０３０％以下］
　Ｓは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、鋼材、溶接金属の延性、極低温靭性を低下させる。このため、Ｓは、可能なかぎり低減することが望ましいが、０．０３０％以下であれば許容できる。このため、Ｓ含有量は０．０３０％以下とする。Ｓ含有量は好ましくは、０．０１０％以下である。一方、Ｓを０．０００５％未満と極端に低減するには、長時間の精錬を必要とし、精錬コストが高騰する。このため、経済性の観点から、Ｓは、０．０００５％以上とすることが好ましい。
　［Ｎｉ：３．００％以下］
　Ｎｉは、オーステナイト粒界を強化する元素であり、粒界に偏析し、極低温衝撃靱性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、０．０１％以上の含有が好ましい。また、Ｎｉは、オーステナイト相を安定化する効果もあるため、さらに含有量を増加すれば、オーステナイト相を安定化させて、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。そのため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。Ｎｉ含有量はより好ましくは１．００％以上である。しかし、Ｎｉは、高価な元素であり、３．００％を超える含有は、経済的に不利となる。このため、Ｎｉは、３．００％以下とする。
　［Ｃｒ：１．０～８．０％］
　Ｃｒは、オーステナイト相を安定化させ、極低温靱性の向上および鋼材強度の向上に有効に寄与する元素である。また、微細結晶域を形成させるために効果的な元素である。このような効果を得るためには、Ｃｒを１．０％以上の含有を必要とする。そのため、Ｃｒ含有量は１．０％以上とする。Ｃｒ含有量は好ましくは３．５％以上である。一方、８．０％を超えて含有すると、Ｃｒ炭化物が生成し、極低温靭性および耐応力腐食割れ性が低下する。このため、Ｃｒは、８．０％以下とする。Ｃｒ含有量は好ましくは６．５％以下である。
　［鋼材の任意的選択組成］
　上記した成分が鋼材の基本組成であるが、この基本組成に加えてさらに任意的選択組成として、Ｖ：２．０％以下、Ｔｉ：１．０％以下、Ｎｂ：１．０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎ：０．１２０％以下、Ｏ（酸素）：０．００５０％以下、Ｂ：０．００２０％以下およびＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種または２種を含有する鋼材組成としてもよい。
　［Ｖ：２．０％以下］
　Ｖは、オーステナイト相の安定化に寄与するとともに、鋼材の強度向上、極低温靭性の向上にも寄与する元素である。このような効果を得るためには、Ｖを含有する場合にはＶを０．００１％以上含有するのが好ましい。Ｖ含有量はより好ましくは０．００３％以上である。一方、Ｖが２．０％を超えて含有すると、粗大な炭窒化物が増加し、破壊の起点となり、極低温衝撃靭性が低下する。このため、含有する場合には、Ｖは、２．０％以下とする。Ｖ含有量は好ましくは、１．７％以下である。Ｖ含有量はより好ましくは、１．５％以下である。
　［Ｔｉ：１．０％以下］
　Ｔｉは、Ｖと同様の効果を有するが、１．０％を超えて含有すると、炭化物が粗大化し、破壊の発生起点となるだけでなく、結晶粒の粗大化も抑制され、極低温靭性が低下するため、含有する場合は、Ｔｉを１．０％以下含有する。Ｔｉ含有量は好ましくは、０．５％以下である。Ｔｉ含有量はより好ましくは、０．３％以下である。下限は特に限定されるものではなく、０％であってもよい。
　［Ｎｂ：１．０％以下］
　Ｎｂも、Ｖと同様の効果を有するが、１．０％を超えて含有すると、炭化物が粗大化し、破壊の発生起点となるだけでなく、結晶粒の粗大化も抑制され、極低温靭性が低下するため、含有する場合は、１．０％以下含有する。Ｎｂ含有量は好ましくは、０．５％以下である。Ｎｂ含有量はより好ましくは、０．３％以下である。下限は特に限定されるものではなく、０％であってもよい。
　［Ａｌ：０．１００％以下］
　Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼材の溶鋼脱酸プロセスにおいて、もっとも汎用的に使われる元素である。このような効果を得るためには、Ａｌを含有する場合には０．００１％以上を含有するのが好ましい。Ａｌ含有量はより好ましくは０．０２０％以上である。Ａｌ含有量はさらに好ましくは０．０３０％以上である。一方、０．１００％を超えて含有すると、溶接時にＡｌが溶接金属部に混入して、溶接金属の靭性を低下させる。このため、Ａｌを含有する場合には、Ａｌは、０．１００％以下とする。Ａｌ含有量はより好ましくは、０．０６０％以下である。Ａｌ含有量はさらに好ましくは０．０４０％以下である。
　［Ｎ：０．１２０％以下］
　Ｎは、オーステナイト相を安定化する作用を有する元素であり、極低温靱性の向上に有効に寄与する。このような効果を得るためには、Ｎを含有する場合にはＮは、０．００５％以上を含有するのが好ましい。Ｎ含有量はより好ましくは０．００６％以上である。Ｎ含有量はさらに好ましくは０．０２０％以上である。一方、０．１２０％を超えて含有すると、窒化物または炭窒化物が粗大化し、極低温靭性が低下する。このため、Ｎを含有する場合には、Ｎ含有量は、０．１２０％以下とする。Ｎ含有量は好ましくは０．０４０％以下である。
　［Ｏ（酸素）：０．００５０％以下］
　Ｏ（酸素）は、鋼中では酸化物系介在物として存在し、鋼材の極低温靱性を低下させる。このため、Ｏ（酸素）はできるだけ低減することが好ましいが、０．００５０％以下であれば許容できる。このため、Ｏ（酸素）を含有する場合には、Ｏ（酸素）は、０．００５０％以下の範囲とする。Ｏ含有量は好ましくは、０．００４５％以下である。一方、Ｏ（酸素）を０．０００５％未満と極端に低減するには、長時間の精錬を必要とし、精錬コストが高騰する。このため、経済性の観点から、Ｏ（酸素）を含有する場合には、Ｏ（酸素）は、０．０００５％以上とすることが好ましい。Ｏ含有量はより好ましくは、０．００１０％以上である。
　［Ｂ：０．００２０％以下］
　Ｂは、粒界に偏析し、鋼材の靭性向上に寄与する作用を有する元素である。このような効果を得るためには、Ｂを含有する場合には、Ｂは、０．０００１％以上を含有するのが好ましい。一方、Ｂが０．００２０％を超えて含有すると、粗大な窒化物や炭化物が増加し、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Ｂ含有量は、０．００２０％以下とする。Ｂ含有量は好ましくは、０．００１５％以下である。Ｂ含有量はより好ましくは、０．００１０％以下である。
　［ＲＥＭ：０．０２０％以下］
　ＲＥＭは、介在物の形態制御を介し、鋼材の靭性向上、さらには延性、耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる作用を有する元素である。ＲＥＭは、上記した効果を得るためには、ＲＥＭを含有する場合には、０．００１０％以上を含有するのが好ましい。ＲＥＭ含有量はより好ましくは０．００１５％以上である。ＲＥＭ含有量はさらに好ましくは０．００５％以上である。一方、０．０２０％を超えて含有すると、非金属介在物量が増加し、靭性、さらには延性、耐硫化物応力割れ性が低下する。このため、含有する場合には、ＲＥＭは、０．０２０％以下とする。
　［残部組成］
　上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。この不可避的不純物としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｍｏなどが例示でき、合計で０．０５％以下であれば許容できる。
　［ヒューム発生量］
　本発明のサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤを用いて、極低温用高Ｍｎ鋼材を溶接することにより、ヒューム発生量は格段に少なくなる。前述したＪＩＳ　Ｚ　３９３０－２０１３に準拠して溶接を行った時のヒューム発生量が、「発生量が少ない」と評価される１２００ｍｇ／ｍｉｎ以下である場合に比べて、本発明におけるヒューム発生量は、さらに４００ｍｇ／ｍｉｎ以下に抑えられることが分かった。
　〔溶接条件〕
　以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示してより詳細に説明するためのものにすぎず、本発明の権利範囲を限定するものではない。
　鋼製外皮と該鋼製外皮に金属粉末を内包したメタルコアードワイヤを作製した。質量％で、０．１％Ｃ－０．２％Ｓｉ－０．５％Ｍｎ－残部Ｆｅからなる組成を有する薄鋼板（板厚０．５ｍｍ）を鋼製外皮素材として、幅方向に冷間曲げ加工を施し、Ｕ字形状とした。そして、得られた鋼製外皮に、表１に示すワイヤ組成となるように、成分調整した金属粉末（およびフラックス粉末）を封入し、冷間で伸線加工して、溶接用メタルコアードワイヤ（直径：３．２ｍｍ）とした。なお、表１に示す組成は、鋼製外皮および金属粉末の合計値である。
　ついで、試験用鋼材として、極低温用高Ｍｎ含有鋼材（板厚：２０ｍｍ）を突き合わせて、４５°Ｖ開先を形成し、得られたメタルコアードワイヤを溶接材料として、サブマージアーク溶接を行い、上記した開先内に溶接金属を得た。なお、試験用鋼材として使用した極低温用高Ｍｎ含有鋼材は、質量％で、０．５％Ｃ－０．４％Ｓｉ－２５％Ｍｎ－０．０２％Ｐ－０．０１％Ｓ－３％Ｃｒ－２％Ｎｉ－０．０４０％Ｎ－０．００２％Ｏ－０．０００２％Ｂ－残部Ｆｅ（鋼材ａ）、または０．５％Ｃ－０．４％Ｓｉ－２５％Ｍｎ－０．０２％Ｐ－０．０１％Ｓ－３％Ｃｒ－２％Ｎｉ－０．００３％Ｖ－０．００１％Ｔｉ－０．００１％Ｎｂ－０．０３％Ａｌ－０．０４０％Ｎ－０．００２％Ｏ－０．０００１％Ｂ－残部Ｆｅ（鋼材ｂ）からなる組成を有する鋼材であり、溶接時、質量％で３８％ＳｉＯ２－１１％ＭｎＯ－８％ＴｉＯ２－１６％Ａｌ２Ｏ３－２７％ＭｇＯからなる組成を有する（ボンドタイプ）フラックスを利用した。
　サブマージアーク溶接は、表１に示す組成の各メタルコアードワイヤ（直径３．２ｍｍ）を用いて、予熱なし、下向き姿勢で、電流：４５０～６５０Ａ（ＡＣ）、電圧：２８～３６Ｖ、溶接速度：２０ｃｍ／ｍｉｎで、パス間温度：１００～１５０℃、として実施した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　〔ヒューム発生量〕
　ＪＩＳ　Ｚ　３９３０の規定に準拠して、溶接ヒューム捕集装置内で、サブマージアーク溶接し、発生したヒュームをろ過材（ガラス繊維製）で捕集し、ヒューム発生量（ｍｇ／ｍｉｎ）を測定した。
　〔耐高温割れ性〕
　耐高温割れ性については、ＪＩＳ　Ｚ　３１０４に準拠した溶接部のＸ線透過試験により、溶接部に割れが確認されなかったものを「○」と評価し、割れが確認されたものを「×」と評価した。
　〔溶接金属の機械的特性〕
　得られた溶接金属から、ＪＩＳ　Ｚ　３１１１の規定に準拠して、引張試験片（平行部径６ｍｍφ）およびシャルピー衝撃試験片（Ｖノッチ）を採取し、引張試験および衝撃試験を実施した。
　引張試験は、室温で、各３本実施し、得られた値（０．２％耐力）の平均値を当該ワイヤを用いた溶接金属の引張特性とした。
　また、シャルピー衝撃試験は、各３本実施し、試験温度：－１９６℃における吸収エネルギー（ｖＥ－１９６）を求め、その平均値を当該ワイヤを用いた溶接金属の極低温衝撃靭性とした。なお、シャルピー衝撃試験片のＶノッチ位置は、板厚１／２ｔの溶接金属中央とした。
　得られた結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　本発明例として記載の継手は、いずれにおいても、ヒューム発生量は、非常に少なく、４００ｍｇ／ｍｉｎ以下であった。
　継手Ｎｏ．１からＮｏ．１０、Ｎｏ．１９からＮｏ．２１の本発明例は、いずれも、大入熱の溶接においても、常温における降伏強さ（０．２％耐力）が４００ＭＰａ以上で、試験温度：－１９６℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー（ｖＥ－１９６）が、２８Ｊ以上と、高強度と優れた極低温靭性を兼備する溶接金属を得ることができる溶接材料であった。
　一方、本発明の範囲を外れる比較例では、溶接割れ（高温割れ）が発生し耐高温割れ性が低下しているか、あるいは、常温における０．２％耐力が４００ＭＰａ未満であるか、吸収エネルギー（ｖＥ－１９６）が２８Ｊ未満であるかして、所望の溶接時のヒューム発生量が少なく、高強度と優れた極低温靭性を兼備する溶接金属が得られなかった。
　継手Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１４（比較例）は、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ量が本発明の範囲を低く外れているため、溶接金属の０．２％耐力が４００ＭＰａ未満と所望の高強度を確保できていない。また、ワイヤＮｏ．１５（比較例）は、Ｍｎが本発明の範囲を低く外れているため、オーステナイト相の安定性が低く、そのため、吸収エネルギー（ｖＥ－１９６）が２８Ｊ未満と、極低温靭性が低下している。また、継手Ｎｏ．１６、Ｎｏ．１７、Ｎｏ．１８（比較例）は、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｓ量が本発明の範囲を高く外れているため、溶接割れが発生し、耐高温割れ性が低下している。継手Ｎｏ．２２（比較例）はＭｏ量が本発明の範囲を高く外れて、吸収エネルギー（ｖＥ－１９６）が２８Ｊ未満と、極低温靭性が低下している。

 

Claims (6)

  1. 　質量％で、
    Ｃ：０．２０～０．８０％、
    Ｓｉ：０．１５～０．９０％、
    Ｍｎ：１７．０～２８．０％、
    Ｐ：０．０３０％以下、
    Ｓ：０．０３０％以下、
    Ｎｉ：０．０１～１０．００％、
    Ｃｒ：０．４～４．０％、
    Ｍｏ：３．５０～１０．００％、
    Ｂ：０．００１０％以下、
    Ｎ：０．２００％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有するサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤ。
  2. 　前記組成に加えて、さらに、質量％で、
    Ｖ：０．０４０％以下、
    Ｔｉ：０．０４０％以下および
    Ｎｂ：０．０４０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１に記載のサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤ。
  3. 　前記組成に加えて、さらに、質量％で、
    Ｃｕ：１．００％以下、
    Ａｌ：０．１００％以下および
    ＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載のサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤ。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載のサブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤを用い、
    溶接の対象となる鋼材が、質量％で、
    Ｃ：０．２０～０．８０％、
    Ｓｉ：０．１５～０．９０％、
    Ｍｎ：１５．０～３０．０％、
    Ｐ：０．０３０％以下、
    Ｓ：０．０３０％以下、
    Ｎｉ：３．００％以下、
    Ｃｒ：１．０～８．０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、
    －１９６℃における吸収エネルギーが２８Ｊ以上、０．２％耐力が４００ＭＰａ以上を有する高Ｍｎ鋼であるサブマージアーク溶接方法。
  5. 　前記鋼材が、前記組成に加えて、さらに、質量％で、
    Ｖ：２．０％以下、
    Ｔｉ：１．０％以下、
    Ｎｂ：１．０％以下、
    Ａｌ：０．１００％以下、
    Ｎ：０．１２０％以下、
    Ｏ：０．００５０％以下、
    Ｂ：０．００２０％以下および
    ＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項４に記載のサブマージアーク溶接方法。
  6. 　サブマージアーク溶接時におけるヒューム発生量が、４００ｍｇ／ｍｉｎ以下である請求項４または５に記載のサブマージアーク溶接方法。

     
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