(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱及び２５０℃以上の高いパス間温度条件でも室温の引張強さが４９０乃至６００Ｎ／ｍｍ2、−２５℃での吸収エネルギが４７Ｊ以上の溶接金属を確保する耐候性鋼溶接用のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、Ｃ：０．０３乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．３０乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．２０乃至２．００質量％、Ｃｕ：０．３０乃至０．６０質量％、Ｎｉ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至０．７５質量％、Ｔｉ及びＺｒ：総量で０．１０乃至０．３０質量％、Ｂ：０．００１０乃至０．００８０質量％並びにＭｏ：０．２３質量％以下を含有し、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０．０１５質量％以下、Ｓが０．０２０質量％以下、Ａｌが０．０３０質量％以下、Ｎｂが０．０１０質量％以下、Ｖが０．０１０質量％以下、Ｎが０．０１００質量％以下、前記Ａｌ、前記Ｎｂ、前記Ｖ及び前記Ｎは総量で０．０４０質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
３０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱及び２５０℃以上の高いパス間温度条件でも室温の引張強さが４９０乃至６００Ｎ／ｍｍ2、−２５℃での吸収エネルギが４７Ｊ以上の溶接金属を確保する耐候性鋼溶接用のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、Ｃ：０．０３乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．３０乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．２０乃至２．００質量％、Ｃｕ：０．３０乃至０．６０質量％、Ｎｉ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至０．７５質量％、Ｔｉ及びＺｒ：総量で０．１０乃至０．３０質量％、Ｂ：０．００１０乃至０．００８０質量％、Ｓ：０．００８乃至０．０１５質量％並びにＭｏ：０．２３質量％以下を含有し、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０．０１５質量％以下、Ａｌが０．０３０質量％以下、Ｎｂが０．０１０質量％以下、Ｖが０．０１０質量％以下、Ｎが０．０１００質量％以下、前記Ａｌ、前記Ｎｂ、前記Ｖ及び前記Ｎは総量で０．０４０質量％以下に規制されていることを特徴とするガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
前記Ｓｉは０．５０乃至０．８０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項４】
前記Ｍｎは１．３０乃至１．７０質量％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項５】
前記Ｔｉ及びＺｒは総量で０．１５乃至０．２５質量％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項６】
前記Ｍｏは０．０５乃至０．２０質量％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項７】
前記Ｓは０．００８乃至０．０１５質量％であることを特徴とする請求項１、３、４、５又は６に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項８】
前記Ａｌは０．０２０質量％以下に規制されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項９】
前記Ｎｂは０．００５質量％以下に規制されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項１０】
前記Ｖは０．００５質量％以下に規制されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項１１】
前記Ｎは０．００７質量％以下に規制されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４９０Ｎ／ｍｍ2級耐候性鋼を炭酸ガスシールドアーク溶接する際に好適なガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関し、特に、高い能率での溶接が可能なガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、耐候性鋼板等の溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材に関する規格はＪＩＳ  Ｇ  ３１１４に規定されている。耐候性鋼板は、暴露状態であっても錆が安定で緻密な状態となり保護膜が形成されるため、腐食の進行を阻止するという性質を有している。また、化学成分として適量のＣｕ及びＣｒが添加されていることが耐候性鋼板の特徴であり、更に、適量のＮｉが添加されることもある。この鋼板に対して適用される溶接用ソリッドワイヤとしてはＪＩＳ  Ｚ  ３３１５に規定された「耐候性鋼用炭酸ガスアーク溶接用ソリッドワイヤ」がある。これらの耐候性鋼板及び耐候性鋼用溶接ワイヤは、設計耐久年数が長くメンテナンスの軽減効果が大きい橋梁等に使用されることが多い。また、近時、耐候性鋼の利点をビル建築用として流用すべく耐火鋼に耐候性機能が付与されたワイヤも提案されている（特開平４−２９４８９１号公報、特開平５−２００５８２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近時、橋梁の耐震性向上及びコストダウンを目的とした少主桁化に伴いウェブ及びフランジの板厚が厚くなる傾向がある。これらの部材の板厚が厚くなると溶接の能率がより重視されるようになる。溶接能率を向上させるためには、開先面積の減少、太径ワイヤの適用及び高電流使用による大入熱化並びにパス間温度の高温化による待ち時間の減少が大きな効果を示す。
【０００４】
しかしながら、従来の耐候性鋼用ワイヤは、大入熱化及び高パス間温度での溶接を想定して成分設計されたものではないため、これらの条件下では、強度及び靱性の低下が著しくなり、所望の溶接金属の機械的性質が満たされないという問題点がある。
【０００５】
特に、靱性に関しては、従来のＪＩＳ  Ｚ  ３３１５ワイヤは、そのスペックは０℃であるため、これに合わせて設計されているので、近時増加している寒冷地仕様の−１０乃至−３０℃程度のスペックに適用することは極めて困難である。
【０００６】
また、大入熱化及び高パス間温度での溶接では、ワイヤ含有成分の溶接金属への歩留まりが低下するため、耐候性能に関しても、所望ほどの効果は得られない。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、３０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱及び２５０℃以上の高いパス間温度での過酷な溶接条件でも４９０Ｎ／ｍｍ2級として十分な強度及び低温靱性を確保することができ、更に良好な耐候性を得ることができるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、３０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱及び２５０℃以上の高いパス間温度条件でも室温の引張強さが４９０乃至６００Ｎ／ｍｍ2、−２５℃での吸収エネルギが４７Ｊ以上の溶接金属を確保する耐候性鋼溶接用のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、Ｃ：０．０３乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．３０乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．２０乃至２．００質量％、Ｃｕ：０．３０乃至０．６０質量％、Ｎｉ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至０．７５質量％、Ｔｉ及びＺｒ：総量で０．１０乃至０．３０質量％、Ｂ：０．００１０乃至０．００８０質量％並びにＭｏ：０．２３質量％以下を含有し、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０．０１５質量％以下、Ｓが０．０２０質量％以下、Ａｌが０．０３０質量％以下、Ｎｂが０．０１０質量％以下、Ｖが０．０１０質量％以下、Ｎが０．０１００質量％以下、前記Ａｌ、前記Ｎｂ、前記Ｖ及び前記Ｎは総量で０．０４０質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る他のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、３０ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱及び２５０℃以上の高いパス間温度条件でも室温の引張強さが４９０乃至６００Ｎ／ｍｍ2、−２５℃での吸収エネルギが４７Ｊ以上の溶接金属を確保する耐候性鋼溶接用のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、Ｃ：０．０３乃至０．１０質量％、Ｓｉ：０．３０乃至１．００質量％、Ｍｎ：１．２０乃至２．００質量％、Ｃｕ：０．３０乃至０．６０質量％、Ｎｉ：０．２０乃至０．７０質量％、Ｃｒ：０．５０乃至０．７５質量％、Ｔｉ及びＺｒ：総量で０．１０乃至０．３０質量％、Ｂ：０．００１０乃至０．００８０質量％、Ｓ：０．００８乃至０．０１５質量％並びにＭｏ：０．２３質量％以下を含有し、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０．０１５質量％以下、Ａｌが０．０３０質量％以下、Ｎｂが０．０１０質量％以下、Ｖが０．０１０質量％以下、Ｎが０．０１００質量％以下、前記Ａｌ、前記Ｎｂ、前記Ｖ及び前記Ｎは総量で０．０４０質量％以下に規制されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、ワイヤに含有される化学成分及びその組成が適切に規定されているので、大入熱及び高いパス間温度での溶接においても、良好な強度、低温靱性及び耐候性を備えた溶接金属が得られる共に、溶接作業性が良好である。
【００１１】
なお、前記Ｓｉは０．５０乃至０．８０質量％であることが望ましい。また、前記Ｍｎは１．３０乃至１．７０質量％であることが望ましい。更に、前記Ｔｉ及びＺｒは総量で０．１５乃至０．２５質量％であることが望ましい。更にまた、前記Ｍｏは０．０５乃至０．２０質量％であることが望ましい。
【００１２】
前記Ｓは０．００８乃至０．０１５質量％であることが望ましい。また、前記Ａｌは０．０２０質量％以下に規制されていることが望ましい。更に、前記Ｎｂは０．００５質量％以下に規制されていることが望ましい。更にまた、前記Ｖは０．００５質量％以下に規制されていることが望ましく、前記Ｎは０．００７質量％以下に規制されていることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決すべく、鋭意実験研究を重ねた結果、従来の大入熱及び高いパス間温度での溶接において生じていた問題点の発生原因として以下の現象が生じていることを知見した。第１の現象は、大入熱及び高いパス間温度での溶接においては、アーク直下に形成される溶融池面積の増大によりワイヤに含有される元素の酸化消耗量が増大し、溶接金属中の析出物が低下することにより析出強化機能が低下していることである。第２の現象は、冷却速度の低下により溶接金属の組織が粗大化し、強度及び靱性が低下していることである。第３の現象は、Ａｌ、Ｎｂ及びＶの酸化物等が特に大入熱溶接時に結晶粒界に析出し、粒界エネルギを弱めることにより、靱性が著しく低下することが顕著であることである。また、耐候性が低下する原因として、Ｃｕ、Ｃｒ及びＮｉという耐候性に有効な元素が酸化消耗していることも見出した。
【００１４】
そして、本願発明者等は、これらの得られた知見に基づき、以下の方法により、大入熱及び高いパス間温度での溶接においても十分な強度及び低温靱性を有する溶接金属を得ることができた。
【００１５】
先ず、溶接金属の結晶粒の粗大化を防止するために、結晶生成核となるＢを添加した。これにより、結晶粒の数が増加すると共に、各結晶粒の粗大化が抑制される。従って、大入熱及び高いパス間温度での溶接でも微細な組織が得られ、強度及び靱性の低下が抑制される。更に、ＭｏをＢと共に添加することにより、この組織微細化効果はより一層顕著となる。
【００１６】
また、Ｂ及びＭｏ並びに耐候性の向上に有効なＣｕ、Ｎｉ及びＣｒの酸化消耗を防止するために、より酸化エネルギが小さいＴｉ又はＺｒを適量添加し、優先的にＴｉ又はＺｒを酸化させ、スラグとして溶接金属から離脱させることにより、溶接金属に必要とされる元素を所定量確保することができる。更に、Ｔｉ又はＺｒの添加により、大電流溶接の際のアーク安定性が良好になり、スパッタ発生量が低下するという効果も得られる。
【００１７】
更に、靱性を改善させるために、靱性に有害なＡｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＮの含有量を個別的に規制するだけでなく、それらの総量の上限を規制することにより、著しく靱性が向上する。
【００１８】
以下、本発明に係るガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに含有される化学成分及びその組成限定理由について、更に説明する。
【００１９】
Ｃ：０．０３乃至０．１０質量％
Ｃは溶接金属の強度を確保するために必要な元素である。ワイヤ中のＣ含有量が０．０３質量％未満であると、４９０Ｎ／ｍｍ2級鋼用としての溶接金属の強度確保及び脱酸元素としての有効な効果の確保が困難となる。一方、Ｃ含有量が０．１０質量％を超えると、ＣＯ爆発が過剰になり、スパッタ量が増大して溶接作業性が低下する。また、焼入れ性が上昇して４９０Ｎ／ｍｍ2級として強度が過剰となる。更に、高温割れ感受性も増加する。従って、ワイヤ中のＣ含有量は０．０３乃至０．１０質量％とする。
【００２０】
Ｓｉ：０．３０乃至１．００質量％
Ｓｉは主要な脱酸元素であり、強度を向上させる効果も有する。ワイヤ中のＳｉ含有量が０．３０質量％未満であると、大入熱溶接時に脱酸不足となりブローホールが発生する。また、ビードのなじみが劣化し外観が悪化する。一方、Ｓｉ含有量が１．００質量％を超えると、強度過剰及び靱性劣化が生じると共に、スラグの発生量が増加し連続溶接性が低下する。従って、ワイヤ中のＳｉ含有量は０．３０乃至１．００質量％とする。なお、Ｓｉ含有量は、好ましくは０．５０乃至０．８０質量％である。
【００２１】
Ｍｎ：１．２０乃至２．００質量％
ＭｎはＳｉと同様に主要な脱酸元素であり、更に、焼入れ性を向上させると共に、強度及び靱性を増加させる効果を有する。ワイヤ中のＭｎ含有量が１．２０質量％未満であると、大入熱溶接時に脱酸不足となりブローホールが発生する。また、所望の強度及び靱性を確保することができない。一方、Ｍｎ含有量が２．００質量％を超えると、４９０Ｎ／ｍｍ2級として強度が過剰となると共に、スラグ量が増大し、連続溶接性が低下する。従って、ワイヤ中のＭｎ含有量は１．２０乃至２．００質量％とする。なお、Ｍｎ含有量は、好ましくは１．３０乃至１．７０質量％である。
【００２２】
Ｃｕ：０．３０乃至０．６０質量％
Ｃｕは耐候性鋼に必要不可欠な元素である。Ｃｕを適量添加することにより、鋼板表面に安定錆による保護膜が形成される。これにより、腐食の進行を著しく抑制することができる。ワイヤ中のＣｕ含有量が０．３０質量％未満であると、十分な耐候性が得られない。一方、Ｃｕ含有量が０．６０質量％を超えると、強度が過剰となり、靱性が低下すると共に、溶接作業性が低下し、スラグ量が増大する。また、高温割れ感受性が増加する。従って、ワイヤ中のＣｕ含有量は０．３０乃至０．６０質量％とする。なお、ワイヤにＣｕメッキを施す場合は、鋼心線中のＣｕ含有量とメッキのＣｕ量との総量で規定する。
【００２３】
Ｃｒ：０．５０乃至０．７５質量％
ＣｒはＣｕと同様に耐候性鋼に必要不可欠な元素である。Ｃｒを適量添加することにより、鋼板表面に安定錆による保護膜が形成される。これにより、腐食の進行を著しく抑制することができる。ワイヤ中のＣｒ含有量が０．５０質量％未満であると、十分な耐候性が得られない。一方、Ｃｒ含有量が０．７５質量％を超えると、強度が過剰となり、靱性が低下すると共に、溶接作業性が低下し、スラグ量が増大する。従って、ワイヤ中のＣｒ含有量は０．５０乃至０．７５質量％とする。
【００２４】
Ｎｉ：０．２０乃至０．７０質量％
Ｎｉは耐候性を向上させる元素である。Ｃｕ及びＣｒに加えてＮｉを添加することにより、耐候性がより向上し、鋼板表面に塗装が施されない状態でも十分な耐候性が得られる。ワイヤ中のＮｉ含有量が０．２０質量％未満であると、十分な耐候性が得られない。一方、Ｎｉ含有量が０．７０質量％を超えると、耐候性が飽和すると共に、Ｎｉは極めて高価な元素であるためコストが不必要に上昇する。従って、ワイヤ中のＮｉ含有量は０．２０乃至０．７０質量％とする。
【００２５】
Ｔｉ及びＺｒ：総量で０．１０乃至０．３０質量％
Ｔｉ及びＺｒは酸素との親和性が強い元素であり、電流密度が高い大電流溶接時に特にアークを安定させる効果を有する。また、Ｔｉ又はＺｒを適量添加すると、優先的にＴｉ酸化物又はＺｒ酸化物を生成させ、これらをスラグとして溶接金属上に浮上させて離脱させることにより、大電流溶接時に顕著になるＢ、Ｍｏ、Ｃ、Ｎｉ及びＣｒ等の溶接金属に必要な元素の消耗を防止することができる。ワイヤ中のＴｉ及びＺｒの含有量が総量で０．１０質量％未満であると、Ｂ等の酸化消耗を防止する効果が得られない。一方、Ｔｉ及びＺｒの含有量が総量で０．３０質量％を超えると、スラグ量が増大して連続溶接性が損なわれると共に、溶接金属中のＴｉ酸化物及びＺｒ酸化物の残存量が増加して靱性が低下する。従って、ワイヤ中のＴｉ及びＺｒの含有量は総量で０．１０乃至０．３０質量％とする。なお、Ｔｉ及びＺｒの含有量は、好ましくは総量で０．１５乃至０．２５質量％である。
【００２６】
Ｂ：０．００１０乃至０．００８０質量％
Ｂは焼入れ性を向上させ、結晶粒を微細化する効果を有する元素である。特に、大入熱及び高いパス間温度での溶接条件下における結晶粒粗大化防止に極めて大きな効果を示し、強度及び低温靱性の劣化を防止する。ワイヤ中のＢ含有量が０．００１０質量％未満であると、この微細化効果が得られない。一方、Ｂ含有量が０．００８０質量％を超えると、低温割れ感受性及び高温割れ感受性を共に増大させ溶接割れが生じやすくなる。従って、ワイヤ中のＢ含有量は０．００１０乃至０．００８０質量％とする。
【００２７】
Ｍｏ：０．２３質量％以下
Ｍｏは溶接金属への微量の添加により焼入れ性を向上させ、Ｂと同時に添加することにより大入熱及び高いパス間温度での溶接時の結晶粒の粗大化を更に防止し、強度及び靱性を向上させる元素である。しかし、ワイヤ中のＭｏ含有量が０．２３質量％を超えると、焼入れ性が高くなり過ぎて溶接金属の組織がマルテンサイト状になるため、４９０Ｎ／ｍｍ2級としては過剰強度となり、靱性が低下する。従って、ワイヤ中のＭｏ含有量は０．２３質量％以下とする。なお、Ｍｏ含有量は、好ましくは０．２０質量％以下である。但し、ＭｏのＢとの相乗効果は、その含有量が０．０５質量％以上であるときに極めて有効であるため、Ｍｏ含有量は、好ましくは０．０５質量％以上である。
【００２８】
Ｐ：０．０１５質量％以下
Ｐは溶接にとって極めて悪影響が大きい元素であり、耐高温割れ性及び低温靱性を著しく劣化させる。大入熱及び高パス間温度の条件になるほど、これらの機械的性質が劣化しやすくなる傾向があるため、ワイヤ中のＰ含有量はできる限り抑制することが必要である。ＪＩＳ  Ｚ  ３３１５に規定される耐候性鋼用ワイヤではＰ含有量の上限値が０．０３０質量％であるが、本発明では、大入熱溶接を考慮し、ワイヤ中のＰ含有量は０．０１５質量％以下に規制する。
【００２９】
Ｓ：０．０２０質量％以下
ＳはＰと同様に耐高温割れ性及び低温靱性を低下させる元素である。大入熱溶接を考慮すると、ＪＩＳ  Ｚ  ３３１５に規定されるワイヤよりもＳ含有量を低く抑える必要があり、本発明では、ワイヤ中のＳ含有量は０．０２０質量％以下、好ましくは０．０１５質量％以下に規制する。但し、Ｓにはスラグの界面張力を上げて凝集させる作用があるため、Ｓ含有量が０．００８質量％未満となると、スラグの界面張力が低下し、ビード表面全体がスラグに覆われ、アークが発生しにくくなる虞がある。従って、アークスタート性及び連続溶接性を考慮して、Ｓ含有量は、好ましくは０．００８質量％以上である。
【００３０】
Ａｌ：０．０３０質量％以下
Ａｌは、Ｔｉ及びＺｒと同様に酸素との親和性が極めて高い元素であるが、Ｔｉ及びＺｒと異なりその酸化物が溶接金属中に極めて多く残存して介在物となりスラグ除去できないため、低温靱性を著しく悪化させる。大入熱及び高いパス間温度での溶接では、低温靱性の低下が著しいため、低温靱性を悪化させる元素はできる限り除去するべきである。Ａｌによる靱性に対する悪影響が無視できる含有量の上限は０．０３０質量％である。従って、ワイヤ中のＡｌ含有量は０．０３０質量％以下、好ましくは０．０２０質量％以下に規制する。
【００３１】
Ｎｂ：０．０１０質量％以下
Ｎｂは溶接金属中で介在物を形成して強度を上昇させるものの、その一方でＡｌと同様に著しく靱性を劣化させる元素である。また、スラグ量の増加により連続溶接性が低下する。Ｎｂが靱性及びスラグ増加に影響を与えない含有量の上限は０．０１０質量％である。従って、ワイヤ中のＮｂ含有量は０．０１０質量％以下、好ましくは０．００５質量％以下に規制する。
【００３２】
Ｖ：０．０１０質量％以下
Ｖも溶接金属中で介在物を形成して強度を上昇させるものの、その一方でＡｌと同様に著しく靱性を劣化させる元素である。また、スラグ量の増加により連続溶接性が低下する。Ｖが靱性及びスラグ増加に影響を与えない含有量の上限は０．０１０質量％である。従って、ワイヤ中のＶ含有量は０．０１０質量％以下、好ましくは０．００５質量％以下に規制する。
【００３３】
Ｎ：０．０１００質量％以下
Ｎは溶接金属中で介在物を形成して強度を上昇させるものの、その一方でＡｌと同様に著しく靱性を劣化させる元素である。また、スラグ量の増加により連続溶接性が低下する。Ｎが靱性及びスラグ増加に影響を与えない含有量の上限は０．０１００質量％である。従って、ワイヤ中のＮ含有量は０．０１００質量％以下、好ましくは０．００７０質量％以下に規制する。
【００３４】
Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＮ：総量で０．０４０質量％以下
大入熱及び高いパス間温度での溶接を行う際の低温靱性の低下を防止するためにＡｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＮの含有量を個別的に制限するだけでなく、それらの総量を規制することにより極めて高い靱性を得ることができることを見出した。これらの元素の含有量が前述の上限値以下であっても、その総量が０．０４０質量％を超えると、所望の靱性が得られない。従って、ワイヤ中のＡｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＮは総量で０．０４０質量％以下に規制する。
【００３５】
このようにワイヤに含有される化学成分及びその組成を限定することにより、大入熱及び高いパス間温度での溶接においても、良好な強度、低温靱性及び耐候性を備えた溶接金属が得られる共に、溶接作業性が良好である。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００３７】
先ず、下記表１乃至４に示す組成を有するワイヤを使用して下記表５に示す溶接条件によって鋼板を溶接した。図１は溶接母材の形状を示す模式図である。図１に示すように、傾斜した端面を有し、板厚が５０ｍｍである２枚の鋼板１を、その傾斜端面を対向させて配置し、裏面に裏当て材３を配置した。そして、形成された開先に対してガスシールドアーク溶接することにより溶接金属２を形成した。
【００３８】
次に、得られた溶接金属について、室温引張試験、シャルピー衝撃試験及び耐候性能評価試験を行うと共に、連続溶接性の官能評価、Ｘ線透過写真測定による溶接割れ及びブローホール（Ｂ．Ｈ．）の有無の確認並びにスパッタ発生量の官能評価を行った。なお、引張試験及びシャルピー衝撃試験片の採取位置は、鋼板表面から１０ｍｍで溶接部中央の位置である。また、耐候性能評価試験としては、日本鋼構造協会（ＪＳＳＣ）が推奨する腐食促進試験方法である発露型腐食試験を行った。この腐食試験条件を下記表６に示す。
【００３９】
これらの試験結果を下記表７及び８に示す。なお、室温引張試験においては、引張強さ（ＴＳ）が４９０乃至６００Ｎ／ｍｍ2であり、且つ耐力（ＰＳ）が３９０Ｎ／ｍｍ2以上であるものを合格とした。また、シャルピー衝撃試験においては、−２５℃での吸収エネルギが４７Ｊ以上であるものを合格とした。連続溶接性の官能評価では、極めて良好なものを◎、良好なものを○、不良なものを×とした。耐候性能評価試験においては、腐食減量が８０ｍｇ／ｃｍ2以下であるものを合格とした。
【００４０】
【表１】
0003672746.tif 000002
【００４１】
【表２】
0003672746.tif 000003
【００４２】
【表３】
0003672746.tif 000004
【００４３】
【表４】
0003672746.tif 000005
【００４４】
【表５】
0003672746.tif 000006
【００４５】
【表６】
0003672746.tif 000007
【００４６】
【表７】
0003672746.tif 000008
【００４７】
【表８】
0003672746.tif 000009
【００４８】
上記表７及び８に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至１４においては、ワイヤの化学成分が本発明範囲内であるので、大入熱及び高いパス間温度での溶接条件であっても、４９０Ｎ／ｍｍ2級として適当な強度、良好な低温靱性及び優れた耐候性が得られた。また、アーク安定性が良好でスパッタ量が少なく、溶接割れ及びブローホール等の欠陥は発生しなかった。スラグ発生量が少なくスラグが凝集し鉄地が十分に露出するため、スラグを除去するための手間が少なく連続溶接性が優れていると共に、作業能率が向上した。
【００４９】
一方、比較例Ｎｏ．１５では、Ｃ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、ＣＯ爆発が過剰となってスパッタ量が増大すると共に、強度が過剰となった。このため、低温割れが発生した。また、Ｃｕ及びＮｉの含有量も本発明範囲の上限を超えているため、高温割れが発生すると共に、スラグ量が増加して連続溶接性が低下した。
【００５０】
比較例Ｎｏ．１６では、Ｐ及びＳの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、高温割れが発生した。また、Ｃｒ含有量も本発明範囲の上限を超えているため、強度が過剰となって靱性が低下すると共に、スラグ量が増加して連続溶接性が低下した。
【００５１】
比較例Ｎｏ．１７では、Ｃ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、強度が低下して４９０Ｎ／ｍｍ2未満となった。
【００５２】
比較例Ｎｏ．１８では、Ｓｉ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、脱酸不足となりブローホールが発生すると共に、強度及び靱性が低かった。また、Ｃｕ及びＮｉの含有量も本発明範囲の下限未満であり、Ｃｒが添加されていないため、耐候性も低かった。
【００５３】
比較例Ｎｏ．１９では、Ｍｎ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、脱酸不足となってブローホールが発生すると共に、強度及び靱性が低下した。また、Ｔｉ及びＺｒの総含有量が本発明範囲の下限未満であるので、耐候性の向上に寄与するＣｕ、Ｎｉ及びＣｒが酸化消耗し、耐候性が低くなった。更に、Ｔｉによる大電流アーク安定効果がほとんど得られなかったため、スパッタ量が多かった。
【００５４】
比較例Ｎｏ．２０では、Ｓｉ含有量並びにＴｉ及びＺｒの総含有量が本発明範囲の上限を超えているため、強度が過剰となって低温割れが発生すると共に、靱性が低下した。また、スラグ発生量が過剰となって連続溶接性が低下した。
【００５５】
比較例Ｎｏ．２１はＪＩＳ  Ｚ  ３３１５のＹＧＡ−５０Ｗに適合するワイヤの一つであってＢが含有されていないため、強度及び靱性の低下が顕著であった。また、Ｔｉ及びＺｒも含有されていないため、大電流溶接時にＣｕ、Ｃｒ及びＮｉが酸化消耗し、耐候性が不足した。更に、高電流溶接でのアーク安定効果が得られないため、スパッタ量が極めて多かった。また、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＮに関しては、各々の上限は超えていないが、その総量が本発明範囲の上限を超えているので、溶接金属中の介在物が多く靱性がより低下した。
【００５６】
比較例Ｎｏ．２２では、Ｍｎ及びＭｏの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、焼入れ性が過剰に上昇して強度過剰となった。このため、低温割れが発生した。また、Ｍｎ酸化物によるスラグ量が増加したため、連続溶接性が低下した。更に、Ｃｒ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、耐候性能が十分ではなかった。
【００５７】
比較例Ｎｏ．２３では、Ｂ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、Ｍｏの添加により強度の低下は防止されているものの、靱性の低下は回避できなかった。
【００５８】
比較例Ｎｏ．２４では、Ｂ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、耐割れ性が低下して高温割れが発生した。また、Ｎｂ含有量も本発明範囲の上限を超えているため、靱性が低下すると共に、スラグ量が多く連続溶接性が低下した。
【００５９】
比較例Ｎｏ．２５では、Ｃｕ含有量が本発明範囲の下限未満であるため、十分な耐候性が得られなかった。また、Ａｌ含有量並びにＡｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＮの総含有量が本発明範囲の上限を超えているため、靱性が低下した。
【００６０】
比較例Ｎｏ．２６では、Ｐ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、高温割れが発生した。また、Ｎｉが添加されていないため、耐候性が不足した。更に、Ｖ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、靱性が低下すると共に、スラグ量が増加して連続溶接性が低下した。
【００６１】
比較例Ｎｏ．２７では、Ｎ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、靱性が低下し、スラグ量が多く連続溶接性が低下した。
【００６２】
比較例Ｎｏ．２８では、Ｍｏ及びＶの含有量が本発明範囲の上限を超えているため、強度が過剰となり、低温割れが発生した。また、焼入れ性が高くなり過ぎたため、靱性が低下した。また、Ｃｒが添加されていないため、耐候性が低かった。
【００６３】
比較例Ｎｏ．２９では、Ｍｏ含有量が本発明範囲の上限を超えているため、強度過剰となると共に、低温割れが発生した。また、Ｂが全く添加されていないため、靱性が低かった。
【００６４】
比較例Ｎｏ．３０では、Ｃが添加されていないため、脱酸効果が不足してブローホールが発生すると共に、強度が低かった。また、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＮに関しては、各々の上限は超えていないが、その総量が本発明範囲の上限を超えているので、靱性が低かった。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ワイヤに含有される各成分の含有量を個別的に規定すると共に、Ａｌ、Ｎｂ、Ｖ及びＮの総含有量を適正な値以下に規制しているので、従来の耐候性鋼用ソリッドワイヤでは優れた機械的性能、耐候性能及び溶接作業性等を確保することが困難であった大入熱及び高いパス間温度での溶接条件においても、適正な強度、高い低温靱性、耐欠陥性及び耐候性能を有する溶接金属を得ることができる。また、スラグの発生量が少なくビード鉄地を多く露出させることができるので、連続溶接性が優れ良好な溶接作業性を得ることができる。これにより、従来のワイヤでは溶接に際して低い入熱及び低いパス間温度で管理する必要があったものが、大入熱により１パス当たりの溶接量を増やして総パス数を低減することができ、更にパス間温度の冷却待ち時間を短縮することができるので、著しく溶接工程の能率を向上させることができる。従って、多大な工業的価値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接母材の形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１；鋼板
２；溶接金属
３；裏当て材
【図１】
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