(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００５乃至０．０１５重量％、Ｓｉ：０．３０乃至０．８０重量％、Ｍｎ：０．７０乃至１．４０重量％、Ｓ：０．００５乃至０．０３０重量％、Ｃｒ：１．０乃至１．５重量％、Ｍｏ：０．３乃至０．７重量％、Ｏ：０．００３乃至０．０２０重量％、Ｎ：０．００２乃至０．０２０重量％、Ｓｅ：０．００１乃至０．０１０重量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０重量％以下、Ｎｉが０．０１０重量％以下、Ｔｉが０．０１重量％以下、Ａｌが０．０１重量％以下、Ｎｂが０．０１重量％以下、Ｖが０．０１重量％以下、Ｚｒが０．０１重量％以下に規制されたことを特徴とする鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤ。
【請求項２】
更に、Ｃｕを含有すると共に、表面に銅メッキが施されており、ワイヤ中のＣｕ及びワイヤ表面のＣｕが、ワイヤ全重量あたりの総量で０．０５乃至０．５０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤ。
【請求項３】
更に、Ｃｕ：０．０５乃至０．５０重量％を含有し、表面に銅メッキが施されていないことを特徴とする請求項１に記載の鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐食性を有する鋼材の溶接に好適であるＴＩＧ溶接ワイヤに関し、特に、溶接作業性及び得られる溶接金属の耐食性が良好であると共に、優れた外観の裏波ビードを得ることができる鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、耐食性を有する鋼材をガスシールドアーク溶接又はサブマージアーク溶接により接合する場合に、形成される溶接金属の腐食を防止することができる防食方法又は溶接方法が開示されている（特開平６−７９４６７号公報、特開平７−１５５９５１号公報）。この方法は、溶接により形成される溶接金属中に所定量のＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏ等が含有されるように、鋼材を溶接する方法である。このように、溶接金属の組成を調整することにより、海水中等の腐食環境における耐食性を向上させることができる。
【０００３】
ところで、ＴＩＧ溶接は、鋼構造物の重要な溶接領域に適用されることが多いので、近時、性能、外観及び形状が良好である高品質の溶接金属を得ることができるＴＩＧ溶接ワイヤの開発が要求されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の防食方法又は溶接方法において規定された溶接金属の組成と同様の組成を有するＴＩＧ溶接ワイヤを使用して鋼材を溶接すると、溶融金属の表面張力が上昇して、開先面の融合不良が発生すると共に、裏波ビードの外観が劣化しやすいという問題点がある。このように、外観及び形状が良好であると共に、耐食性が良好である溶接金属を得ることができるＴＩＧ溶接ワイヤは、未だ開発されていない。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、開先面における融合不良を発生させることなく、裏波ビードの外観が良好であると共に、優れた耐食性を有する溶接金属を得ることができる鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤは、Ｃ：０．００５乃至０．０１５重量％、Ｓｉ：０．３０乃至０．８０重量％、Ｍｎ：０．７０乃至１．４０重量％、Ｓ：０．００５乃至０．０３０重量％、Ｃｒ：１．０乃至１．５重量％、Ｍｏ：０．３乃至０．７重量％、Ｏ：０．００３乃至０．０２０重量％、Ｎ：０．００２乃至０．０２０重量％、Ｓｅ：０．００１乃至０．０１０重量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０２０重量％以下、Ｎｉが０．０１０重量％以下、Ｔｉが０．０１重量％以下、Ａｌが０．０１重量％以下、Ｎｂが０．０１重量％以下、Ｖが０．０１重量％以下、Ｚｒが０．０１重量％以下に規制されたことを特徴とする。この鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤは、ワイヤ表面に銅メッキが施されているものであっても、銅メッキが施されていないものであってもよい。
【０００７】
また、本発明に係る鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤは、更に、Ｃｕを含有することができる。このＣｕ含有量は、０．０５乃至０．５０重量％とする。但し、ワイヤ表面に銅メッキが施されている場合は、その銅メッキのＣｕを加えた総量で０．０５乃至０．５０重量％とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明者等は本発明の課題を解決するために、含有成分及びその含有量を種々に変化させたＴＩＧ溶接用ワイヤを使用して鋼材を溶接し、そのワイヤ組成が腐食環境中における溶接金属の腐食特性、開先面の融合不良及び裏波ビード外観に対して及ぼす影響について、鋭意実験研究を重ねた。その結果、開先面における融合不良を防止し、裏波ビード外観を良好にするためには、ワイヤ中のＮｉ含有量を規制することが効果的であることを見い出した。即ち、本発明においては、ワイヤ中にＣｒ及びＭｏを添加することにより、溶接金属の耐食性を確保すると共に、ワイヤ中のＮｉを低減することにより、開先面における融合不良を防止し、裏波ビードの外観を良好にしている。
【０００９】
しかし、ワイヤ中のＮｉを低減するのみでは、開先面の融合不良を防止し、裏波ビードの外観を良好にする効果が不十分である。従って、本発明においては、溶融金属の表面張力を低下させるために、ワイヤ中に適正量のＯ、Ｎ及びＳｅを添加しており、これにより、開先面における融合不良を防止し、裏波ビードの外観を良好にすることができると共に、耐食性が良好である溶接金属を得ることができる。
【００１０】
以下、本発明に係る鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤの組成限定理由について説明する。
【００１１】
Ｃ：０．００５乃至０．０１５重量％
Ｃは溶接金属の強度を高める効果を有する元素である。ワイヤ中のＣ含有量が０．００５重量％未満であると、溶接金属の強度を高める効果を十分に得ることができない。一方、Ｃが０．０１５重量％を超えてワイヤ中に多量に添加されていると、溶接金属の強度が母材に対して過大となって、これにより、溶接金属の靱性が低下する。また、ワイヤ中のＣ含有量が０．０１５重量％を超えると、溶接金属の硬度が上昇するので、溶接割れが発生しやすくなると共に、応力腐食割れ感受性が高くなる。従って、ワイヤ中のＣ含有量は０．００５乃至０．０１５重量％とする。
【００１２】
Ｓｉ：０．３０乃至０．８０重量％
Ｓｉは溶接金属の強度を高める効果を有すると共に、強力な脱酸効果を有する元素である。ワイヤ中のＳｉ含有量が０．３０重量％未満であると、母材に対する溶接金属のなじみ性が低下するので、ビードの形成不良が発生し、融合不良等の溶接欠陥の原因となる。特に、ワイヤ中のＳｉ含有量が０．３０重量％未満で極めて低い場合には、脱酸不良となり、ブローホールが発生する。一方、Ｓｉが０．８０重量％を超えてワイヤ中に多量に添加されていると、溶接金属の強度が母材に対して過大となって、これにより、溶接金属の靱性が低下する。また、ワイヤ中のＳｉ含有量が０．８０重量％を超えると、溶接金属の硬度が上昇するので、溶接割れが発生しやすくなると共に、応力腐食割れ感受性が高くなる。従って、ワイヤ中のＳｉ含有量は０．３０乃至０．８０重量％とする。
【００１３】
Ｍｎ：０．７０乃至１．４０重量％
Ｍｎは固溶強化、変態強化及び結晶粒微細化強化等の作用により、溶接金属の強度及び靱性の双方を向上させる効果を有する。ワイヤ中のＭｎ含有量が０．７０重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。特に、ワイヤ中のＭｎ含有量が０．７０重量％未満で極めて低い場合には、脱酸不足によりブローホールが発生する。一方、ワイヤ中のＭｎ含有量が１．４０重量％を超えると、溶接金属の強度が母材に対して過大となって、これにより、溶接金属の靱性が低下する。また、溶接金属の硬度が上昇するので、溶接割れが発生しやすくなると共に、応力腐食割れ感受性が高くなる。従って、ワイヤ中のＭｎ含有量は０．７０乃至１．４０重量％とする。
【００１４】
Ｓ：０．００５乃至０．０３０重量％
Ｓは溶融金属の表面張力を低下させる効果を有する元素であり、これにより、溶接ビード及び溶接ビード止端部の形状を平坦化することができる。ワイヤ中のＳ含有量が０．００５重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、ワイヤ中のＳ含有量が０．０３０重量％を超えると、溶接割れの原因となる。従って、ワイヤ中のＳ含有量は０．００５乃至０．０３０重量％とする。
【００１５】
Ｃｒ：１．０乃至１．５重量％
Ｃｒは溶接金属を強靭化すると共に、酸化皮膜を形成して溶接金属の耐食性及び高温強度を向上させる効果を有する元素である。ワイヤ中のＣｒ含有量が１．０重量％未満であると、溶接金属の耐食性が低下する。一方、ワイヤ中のＣｒ含有量が１．５重量％を超えると、溶融金属の表面張力が上昇して、開先面の融合不良が発生するので、裏波ビード形状が凹状となると共に、裏波ビードの表面が酸化されて、裏波ビードの外観が不良となる。また、ワイヤ中のＣｒ含有量が１．５重量％を超えると、溶接金属の自硬性が高くなって、耐割れ性が低下する。従って、ワイヤ中のＣｒ含有量は１．０乃至１．５重量％とする。
【００１６】
Ｍｏ：０．３乃至０．７重量％
Ｍｏは溶接金属の焼入れ性を高めて、溶接金属の強度上昇に寄与すると共に、溶接金属の選択腐食を防止する効果を有する成分である。ワイヤ中のＭｏ含有量が０．３重量％未満であると、溶接金属の選択腐食を防止することができない。一方、ワイヤ中のＭｏ含有量が０．７重量％を超えると、溶融金属の表面張力が上昇して、これにより、開先面の融合不良が発生すると共に、裏波ビード形状が凹状となる。また、ワイヤ中のＭｏ含有量が０．７重量％を超えると、溶接金属の硬度が上昇するので、溶接低温割れが発生しやすくなると共に、応力腐食割れ感受性が高くなる。従って、ワイヤ中のＭｏ含有量は０．３乃至０．７重量％とする。
【００１７】
Ｏ：０．００３乃至０．０２０重量％，Ｎ：０．００２乃至０．０２０重量％
Ｏ及びＮは、溶融金属の表面張力を低下させる効果を有する元素である。ワイヤ中のＯ含有量が０．００３未満であるか、又はワイヤ中のＮ含有量が０．００２重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、Ｏ及びＮのいずれか一方又は両方が、０．０２０重量％を超えて過剰にワイヤ中に添加されると、溶接金属の靱性が低下する。従って、ワイヤ中のＯ含有量は０．００３乃至０．０２０重量％、Ｎ含有量は０．００２乃至０．０２０重量％とする。
【００１８】
Ｓｅ：０．００１乃至０．０１０重量％
Ｓｅは溶融金属の表面張力を低下させて、溶融プールの湯流れを活発にする効果を有する元素である。ワイヤ中のＳｅ含有量が０．００１重量％未満であると、その効果を十分に得ることができない。一方、Ｓｅが０．０１０重量％を超えてワイヤ中に過剰に添加されていると、溶接金属の靱性が低下する。従って、ワイヤ中のＳｅ含有量は０．００１乃至０．０１０重量％とする。
【００１９】
本発明においては、上記成分の含有量を規定すると共に、不可避的不純物としてのＰ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＺｒの含有量を規制することにより、開先面における融合不良を防止し、裏波ビードの外観を良好にすることができると共に、形成される溶接金属の耐食性が良好となるＴＩＧ溶接ワイヤを得ることができる。以下、これらの不可避的不純物の含有量の規制理由について説明する。
【００２０】
Ｐ：０．０２０重量％以下
ワイヤ中のＰ含有量が０．０２０重量％を超えると、溶接割れの原因となる。従って、ワイヤ中の不可避的不純物としてのＰ含有量は０．０２０重量％以下に規制する。
【００２１】
Ｎｉ：０．０１０重量％以下
Ｎｉは溶接金属の靱性を向上させて強度を高めると共に、耐選択腐食特性を向上させる効果を有する元素であるので、一般的にはＴＩＧ溶接ワイヤの添加成分である。しかし、本発明においては、以下に示す理由によりＮｉ含有量を抑制している。即ち、ワイヤ中のＮｉ含有量が０．０１０重量％を超えると、溶融金属の表面張力が上昇する。そうすると、溶接ビードの形状が凸状となり、開先面とビード止端部とのなじみ性が低下するので、アーク力が弱く溶け込みが浅いＴＩＧ溶接においては、融合不良の原因となる。また、溶融金属の表面張力が上昇することにより、裏波ビード形状が凹状となり、裏波ビードの表面が酸化されるので、裏波ビードの外観が不良となる。従って、ワイヤ中のＮｉ含有量は０．０１０重量％以下に規制する。
【００２２】
Ｔｉ：０．０１重量％以下，Ａｌ：０．０１重量％以下，Ｚｒ：０．０１重量％以下
Ｔｉ、Ａｌ及びＺｒは、いずれも強脱酸剤として作用する元素である。ワイヤ中のＴｉ、Ａｌ及びＺｒのうち、少なくとも１種の元素の含有量が０．０１重量％を超えると、溶融金属の酸素濃度が低下することにより、溶融金属の粘度が上昇して、溶接金属の靱性が低下する。また、裏波ビードの表面が酸化されて、裏波ビードの外観が不良となる。従って、ワイヤ中のＴｉ含有量は０．０１重量％以下、Ａｌ含有量は０．０１重量％以下、Ｚｒ含有量は０．０１重量％以下に規制する。
【００２３】
Ｎｂ：０．０１重量％以下，Ｖ：０．０１重量％以下
Ｎｂ及びＶは強炭化物生成元素である。ワイヤ中のＮｂ及びＶのうち、少なくとも１種の元素の含有量が０．０１重量％を超えると、靱性及び耐割れ性が劣化すると共に、溶融金属の粘度が上昇する。従って、ワイヤ中のＮｂ含有量は０．０１重量％以下、Ｖ含有量は０．０１重量％以下に規制する。
【００２４】
Ｃｕ：０．０５乃至０．５０重量％
Ｃｕは非晶質の皮膜を形成する働きを有し、耐食性を向上させる元素である。従って、ワイヤ中には適正量のＣｕを添加することが好ましいが、ワイヤ中のＣｕ含有量が０．０５重量％未満であると、その添加効果を得ることができない。一方、Ｃｕが０．５０重量％を超えて過剰にワイヤ中に添加されると、溶融金属の表面張力が上昇して、開先面の融合不良が発生すると共に、裏波ビードの外観が不良となり、溶接割れ等も発生する。従って、ワイヤ中には０．０５乃至０．５０重量％のＣｕを含有させることが好ましい。
【００２５】
なお、本発明に係る鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤは、メッキ無しのままでも、防錆性を付与するための銅メッキを施してもよい。ワイヤ表面に防錆のための銅メッキを施す場合には、ワイヤ中のＣｕ含有量と銅メッキのＣｕ量との総量が０．０５乃至０．５０重量％となるように、ワイヤ中のＣｕ量及びメッキ量を調整することが好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤの実施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。先ず、下記表１乃至６に示す組成を有し、ワイヤ径が２．４ｍｍであるＴＩＧ溶接ワイヤを使用して、下記表７に示す組成を有する鋼板の開先部をＴＩＧ溶接することにより、この開先部に溶接金属を形成した。但し、ＴＩＧ溶接時においては、溶接電流を２３０Ａとし、シールドガスとして１００％のＡｒガスを使用した。次に、得られた溶接金属に対して、開先面の融合不良及び裏波ビードの外観を評価すると共に、耐食環境における腐食速度を測定した。
【００２７】
なお、開先面の融合不良については、ＪＩＳ  Ｚ３１０４に準拠して、溶接継手部に対して放射線透過試験を実施し、融合不良の有無を確認した。また、裏波ビードの外観は、目視によって評価した。更に、腐食速度は、以下に示す方法により評価した。先ず、溶接金属のみからなる領域から、厚さが１０ｍｍ、幅が２０ｍｍ、長さが１００ｍｍである試験片を作製し、この試験片を３２０＃の研磨紙で研磨した。次に、腐食環境としての人工海水中に試験片を６カ月間浸漬した。次いで、試験片の表面からスケールを除去した後、試験片の腐食減量を測定した。
【００２８】
これらの結果を下記表８及び９に示す。但し、下記表８及び９に示す裏波ビード外観、じん性及び総合評価の評価結果欄においては、◎は優れていることを示し、○は良好であることを示す。また、△はやや劣っていることを示し、×は劣っていることを示す。また、融合不良はＪＩＳ  Ｚ３１０４の附属書４に基づいて評価し、きず点数が０点の場合を◎、きず点数が１乃至２点である場合を○、きず点数が３乃至５点である場合を△とし、きず点数が６点以上である場合を×と評価した。
【００２９】
【表１】
0003642178.tif 000002
【００３０】
【表２】
0003642178.tif 000003
【００３１】
【表３】
0003642178.tif 000004
【００３２】
【表４】
0003642178.tif 000005
【００３３】
【表５】
0003642178.tif 000006
【００３４】
【表６】
0003642178.tif 000007
【００３５】
【表７】
0003642178.tif 000008
【００３６】
【表８】
0003642178.tif 000009
【００３７】
【表９】
0003642178.tif 000010
【００３８】
上記表１乃至４に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至１０は、ワイヤの化学組成が適切に規制されているので、耐食性が優れた溶接金属を得ることができ、開先面の融合不良の発生を防止することができると共に、裏波ビードの外観も良好であった。特に、実施例Ｎｏ．３乃至７及び９は、ワイヤ中に好ましい範囲内でＣｕが含有されているか、又はワイヤ中にＣｕが含有されていると共に、ワイヤ表面にＣｕメッキが施されており、ワイヤ中のＣｕ含有量とＣｕメッキ量との合計が好ましい範囲内であるので、実施例Ｎｏ．１、２、８及び１０と比較して、耐食性が良好なものとなった。
【００３９】
一方、比較例Ｎｏ．１１及び１７は、ワイヤ中のＮｉ含有量が本発明範囲の上限を超えているので、開先面の融合不良が発生すると共に、裏波ビードの外観が不良となった。比較例Ｎｏ．１２は、ワイヤ中のＣｒ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶接金属の耐食性が低下した。また、ワイヤ中のＳｅ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶融金属の表面張力を低下させる効果を十分に得ることができず、開先面の融合不良の発生を防止する効果が不十分になると共に、裏波ビードの外観が若干不良となった。比較例Ｎｏ．１３はワイヤ中のＯ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶融金属の表面張力を低下させる効果を得ることができず、開先面の融合不良が発生すると共に、裏波ビードの外観が不良となった。
【００４０】
比較例Ｎｏ．１４はワイヤ中のＭｏ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶接金属の耐食性が低下した。また、ワイヤ中のＮ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶融金属の表面張力を低下させる効果を十分に得ることができず、開先面の融合不良の発生を防止する効果が不十分になると共に、裏波ビードの外観が若干不良となった。比較例Ｎｏ．１５及び１９はワイヤ中のＣｒ及びＭｏの含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶接金属の耐食性が低下した。比較例Ｎｏ．１６はワイヤ中のＣｒ及びＭｏの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、溶融金属の表面張力が上昇して、開先面の融合不良が発生すると共に、裏波ビードの外観が不良となった。
【００４１】
比較例Ｎｏ．１８はワイヤ中のＳｅ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、溶融金属の表面張力を低下させる効果を得ることができず、開先面の融合不良が発生すると共に、裏波ビードの外観が不良となった。比較例Ｎｏ．２０はワイヤ中のＯ及びＮの含有量が本発明範囲の上限を超えているので、溶接金属のじん性が低下した。比較例Ｎｏ．２１はワイヤ中のＳｅ含有量が本発明範囲の上限を超えているので、溶接金属のじん性が低下した。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、鋼材溶接用ＴＩＧ溶接ワイヤの組成を適切に規定しているので、開先面における融合不良を発生させることなく、裏波ビードの外観が良好であると共に、優れた耐食性を有する溶接金属を得ることができ、特に、耐食性を有する鋼管の全姿勢溶接に好適であるＴＩＧ溶接ワイヤを得ることができる。また、ワイヤ中のＣｕ含有量とワイヤ表面の銅メッキによるＣｕ量とを適切に規定すると、より一層耐食性が優れた溶接金属を得ることができる。