(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッキ層を含んだ組成が、質量比で、Ｃ：０．００５〜０．０９％、Ｓｉ：０．６５〜１．２％、Ｍｎ：１．５〜２．２％、Ｔｉ：０．１５〜０．３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００２５％、Ｃｕ：０．５％以下、Ｋ：０．０００１〜０．００３０％、Ｓ：０．００５〜０．０２５％、残部：実質的にＦｅからなり、かつ、ＣＥ（１）：０．４５％以上、ＫＥＱ：０．０２〜０．１０であることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
ここに、
ＣＥ（１）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４
ＫＥＱ＝（５０×Ｋ＋０．５×Ｓ）／（Ｔｉ＋Ｓｉ＋Ａｌ）
【請求項２】
メッキ層を含んだ組成が、質量比で、Ｃ：０．００５〜０．０９％、Ｓｉ：０．６５〜１．２％、Ｍｎ：１．５〜２．２％、Ｔｉ：０．１５〜０．３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００２５％、Ｃｕ：０．５％以下、Ｋ：０．０００１〜０．００３０％、Ｓ：０．００５〜０．０２５％、さらにＣｒ：０．３０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｉ：２％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部：実質的にＦｅからなり、かつ、ＣＥ（２）：０．４５％以上、ＫＥＱ：０．０２〜０．１０であることを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接用ワイヤ。
ここに、
ＣＥ（２）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４
ＫＥＱ＝（５０×Ｋ＋０．５×Ｓ）／（Ｔｉ＋Ｓｉ＋Ａｌ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、軟鋼、４９０Ｎ／ｍｍ２および５２０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼板の炭酸ガスシールドアーク溶接に使用するソリッドワイヤに係り、建築鉄骨の溶接施工において推奨される許容溶接条件の上限である溶接入熱４０ｋＪ／ｃｍ、最高パス間温度３５０℃のような特に高入熱・高パス間温度での溶接に使用されるガスシールドアーク溶接用ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼構造物の溶接には、炭酸ガスシールドアーク溶接が最も一般的な溶接方法として用いられているが、その溶接条件は、溶接の高能率化のために高入熱かつ高パス間温度（たとえば４９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼板で４０ｋＪ／ｃｍ入熱時で溶接線近傍の温度３５０℃程度でも強度が低下しない）を採用する方向に移ってきている。このような高入熱・高パス間温度条件の溶接では、溶接金属の強度が低下するとともに衝撃特性（靱性）も劣化する。この問題を解決する手段として、従来から、Ｔｉ、Ｂを添加することが行われている。例えば、特公昭４３−１２２５８号公報には、ワイヤ中にＳｉ、Ｍｎ等の脱酸性元素を含有するともに、Ａｌ、Ｔｉ、ＺｒおよびＶの中の１種以上を含有し、さらにＢを含有したワイヤが開示されている。また、特公昭５５−１４９７９７号公報には、Ｂを基本成分として含有し、さらにＴｉ、Ｍｏの１種以上を含有するワイヤが提案されている。しかしながら、上記提案のＴｉ、Ｂ含有ワイヤは、高パス間温度で溶接する場合を想定したものではなく、そのため、高入熱・高パス間温度で溶接した場合には溶接金属の機械的性質が不十分となる。
【０００３】
かかる問題を解決し、高入熱・高パス間温度での溶接条件に対応するために、特開平１０−２３０３８７公報では、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓを含有し、ＢとＴｉの比率およびＢとＳの積を規制したワイヤが、特開平１１−９０６７８号公報ではＴｉ、ＢおよびＡｌ、Ｚｒの１種以上を含有し、さらにＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏを所定量含むワイヤが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法では、高入熱・高パス間温度条件で溶接した場合に、溶接金属の機械的特性の改善が期待されるが、横向き溶接のように１０ｋＪ／ｃｍ以下になるような低入熱溶接条件では、溶接作業性、すなわちビード外観が悪く、上記２つの条件、すなわち高入熱・高パス間温度条件と低入熱溶接条件とを同時に満足するワイヤは提案されていなかった。これは、実用上求められる広い溶接条件に対する溶接作業性についての考慮が払われておらず、いいかえれば、高入熱、高パス間温度条件における溶接金属の機械的性質の確保を重要視するあまり、溶接作業性、特に健全な溶接部を容易に得るための溶接作業性が軽視される傾向にあったためである。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決することを目的とし、能率を重要視した高入熱・高パス間温度の溶接条件下において溶接金属の機械的性質を確保しながら、横向き溶接のような入熱に制限があるため溶接欠陥を生じ易い低入熱溶接条件下での溶接作業性を同時に満足し得る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】
本発明者らは、大入熱溶接における溶接金属の機械的特性の確保と低入熱溶接における溶接ビード形状に及ぼす合金元素の影響について総合的な検討を行い、
▲１▼大入熱溶接における溶接金属の機械的性質を確保するためには、ある程度以上に合金元素を含有させることが必要であること、
▲２▼溶接ビード形状を滑らかにするにはＫやＳの添加が有効であること、特に、ＴｉやＳｉ等のビード外観を劣化させる元素の含有量に応じて添加することが有効であることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明に係る炭酸ガスシールドアーク溶接用ワイヤは、メッキ層を含んだ組成が、質量比で、Ｃ：０．００５〜０．０９％、Ｓｉ：０．６５〜１．２％、Ｍｎ：１．５〜２．２％、Ｔｉ：０．１５〜０．３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００２５％、Ｃｕ：０．５％以下、Ｋ：０．０００１〜０．００３０％、Ｓ：０．００５〜０．０２５％、残部：実質的にＦｅからなり、かつ、ＣＥ（１）：０．４５％以上、ＫＥＱ：０．０２〜０．１０となっている。ここに、
ＫＥＱ＝（５０×Ｋ＋０．５×Ｓ）／（Ｔｉ＋Ｓｉ＋Ａｌ）
ＣＥ（１）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４
である。
【０００８】
また、本発明に係る炭酸ガスシールドアーク溶接用ワイヤはＣｒ、ＭｏおよびＮｉを含有することができる。その場合の組成は、質量比で、Ｃ：０．００５〜０．０９％、Ｓｉ：０．６５〜１．２％、Ｍｎ：１．５〜２．２％、Ｔｉ：０．１５〜０．３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００２５％、Ｃｕ：０．５％以下、Ｋ：０．０００１〜０．００３０％、Ｓ：０．００５〜０．０２５％、さらにＣｒ：０．３０％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｉ：２％以下のうち１種または２種以上を含有し、残部：実質的にＦｅからなり、かつ、ＣＥ（２）：０．４５％以上、ＫＥＱ：０．０２〜０．１０となっている。ここに、
ＫＥＱ＝（５０×Ｋ＋０．５×Ｓ）／（Ｔｉ＋Ｓｉ＋Ａｌ）
ＣＥ（２）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る炭酸ガスシールドアーク溶接用ワイヤの実施形態を、その含有成分の限定理由と併せて具体的に説明する。本発明に係る炭酸ガスシールドアーク溶接用ワイヤは、質量比で、以下に説明する諸元素を含有する。
【００１０】
Ｃ：０．００５〜０．０９％
Ｃは、溶接金属の強度を確保するのに必要であり、脱酸元素としての効果もある。０．００５％未満では溶接金属の強度が不足し、一方０．０９％を超えると靱性が低下する。このため、０．００５％以上、０．０９％以下とした。
【００１１】
Ｓｉ：０．６５％〜１．２％
Ｓｉは脱酸元素として、ＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接ワイヤに不可欠な元素であるが、０．６５％未満では溶接時の脱酸効果が不十分となりブロホールが発生しやすい。一方、１．２％を超えると、溶接金属中の含有量が過多となり、靱性が劣化するとともに、溶接の際の溶融金属の粘性が大きくなりすぎ、低入熱接時のビード外観が劣化し溶接欠陥を生じ易くなる。したがって０．６５％以上、１．２％以下とした。
【００１２】
Ｍｎ：１．５〜２．２％
ＭｎはＳｉとともに脱酸元素として不可欠な元素であるだけでなく、溶接金属の機械的性質を向上させる元素である。その含有量が１．５％未満では、溶接金属中での含有量が不足して十分な強度、靱性を得ることができない。しかし、２．２％を超えると溶接金属中での含有量が過多となり靱性が劣化する。このため、１．５％以上、２．２％以下とした。
【００１３】
Ｔｉ：０．１５〜０．３０％
Ｔｉは、本発明の対象とする比較的入熱の高いガスシールドアーク溶接用ワイヤおいて、アークを安定させてスパッタを減少させ、ブローホールの発生を防止させる効果があり、高電流を用いた大入熱溶接では不可欠の元素である。また、溶接金属の靱性を向上させる効果もある。しかし、０．１５未満ではこの効果に乏しく、一方、０．３０％を超えると、溶接の際の溶融金属の粘性が大きくなり過ぎ、低入熱時のビード外観が劣化し、溶接欠陥を生じ易くなる。したがって０．１５％以上、０．３０％以下に限定する。
【００１４】
Ｂ：０．０００５〜０．００２５％
Ｂは溶接金属組織において、粗大なフェライトの生成を抑制して組織を微細化し、靱性を向上するのに有効である。しかし、ワイヤ中のＢ含有量が０．０００５％未満では、この効果を得るのに十分でない。一方、０．００２５％を超えて添加しても、さらなる靱性改善効果には乏しく、高温割れを生じ易くさせる不利がある。したがって、０．０００５％以上、０．００２５％以下とした。
【００１５】
Ｃｕ：０．５％以下
Ｃｕは、アーク溶接用ワイヤの外面に施されるＣｕメッキ層等から溶接金属中に移行する元素である。その量があまりに多いときには、溶接ビード割れの原因になる。したがって、その量はメッキとして施されている分を含んで０．５％以下に限定する。
【００１６】
ＣＥ（炭素当量）は：０．４５％以上とし、特別に合金を添加しない場合には、
ＣＥ（１）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４
によって定義できるパラメータである。ＣＥ（１）が０．４５％未満では高入熱・高パス間温度条件での溶接を行ったとき、溶接金属の強度が不十分となるため０．４５％以上が必要である。なお、一般的には０．８％を超えないことが好ましい。０．８％を超えると、低入熱溶接を行ったとき溶接金属の硬化が著しく、耐割れ性、靱性が低下する。なお、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏを含む請求項２記載の発明においては、上記炭素当量（ＣＥ）にはこれらの元素の影響を考慮して、
ＣＥ（２）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４
とする。ＣＥ（２）  もＣＥ（１）と同様の理由により０．４５％以上とした。
【００１７】
Ｋ：０．０００１〜０．００３０％
本発明においてはＫが添加される。Ｋはビード表面を滑らかにするのに効果的な元素であるが、０．０００１％未満ではこの効果に乏しく、一方、０．００３０％を超えと溶接の際のアークが不安定になる。したがって、Ｋは、０．０００１％以上、０．００３０％以下の範囲で添加するのが好ましい。なお、Ｋは、主としてメッキ層中から添加される。
【００１８】
Ｓ：０．００５〜０．０２５％
Ｓは、鋼に不可避的に含有される不純物であるが、０．０２５％超えると、溶融金属の鋼割れ感受性を害することがある。しかしながら、Ｓには溶接ビードの母材とのなじみを良くして形状を滑らかにする効果があり、低減しすぎると溶接作業性を害することがあるため、０．００５％以上、０．０２５％以下の範囲とするのが好ましい。
【００１９】
ＫＥＱ：０．０２〜０．１０
ＫＥＱは、
ＫＥＱ＝（５０×Ｋ＋０．５×Ｓ）／（Ｔｉ＋Ｓｉ＋Ａｌ）
によって定義されるパラメータであり、上記ＫおよびＳの含有量を、ワイヤ中の溶接ビード外観劣化原因元素であるＴｉ、ＳｉおよびＡｌの含有量と結びつけるものである。すなわち、ＫおよびＳの含有量は、ワイヤ中の溶接ビード外観劣化原因元素であるＴｉ、ＳｉおよびＡｌの含有量に比例させて含有させるのが好ましく、そのため上記式で定義されるＫＥＱを０．０２〜０．１０の範囲にとるのが好ましい。上記ＫＥＱが小さすぎるときには溶接ビード外観が改善されず、一方、大きすぎるときには、大入熱溶接の際にかえって溶接ビードの形状が劣化する。
【００２０】
上記成分のほかに、主に溶接金属の強度を向上させる目的でＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉを添加してもよい。それらの成分はＣｒ：０．３％以下、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｎｉ：２％以下が望ましい。
【００２１】
上記成分のほかの残部は、実質的にＦｅおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、本発明に係る鋼を溶製する際に添加した脱酸材であるＡｌ、Ｃａ等のほかＮ等が挙げられる。これらの量は通常鋼に含まれる範囲であれば特に問題がないが、Ａｌは、０．０２％以下、Ｃａは２０ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、Ｎは８０ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下に制限するのがよい。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
表１に示す組成を有する規格記号ＳＭ４９０Ａの鋼板を用い、表  ２に示す合金成分を有するワイヤを用いて、表３に示す条件で溶接試験を行った。なお、溶接部の開先形状は図１（溶接条件Ａのとき）および図２（溶接条件Ｂのとき）に示すとおりである。
【００２３】
【表１】
0003551140.tif 000002
【００２４】
【表２】
0003551140.tif 000003
【００２５】
【表３】
0003551140.tif 000004
【００２６】
試験結果は、表４に示す。試験Ｎｏ．１〜４および６は本発明請求項１に記載の発明に対応し、試験Ｎｏ．５は本発明請求項２に記載の発明に対応するが、これらの場合、大入熱・高パス間温度溶接条件（溶接条件Ａのとき）でも引張強度が５２０級ワイヤとして十分な強度と靱性を有する溶接金属が得られ、低入熱溶接（溶接条件Ｂのとき）におけるビード外観も良好であった。また、これに対して試験Ｎｏ．７〜９の比較例においては化学組成が本発明の条件を外れており、十分な強度が得られなかったり、低入熱溶接におけるビード外観が不良であったものであり、また、不純物等のかみ込みが発生し溶接欠陥の発生が避けられなかった。
【００２７】
【表４】
0003551140.tif 000005
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る溶接ワイヤを用いれば、高入熱・高パス間温度の溶接条件において十分な強度と靱性を有する溶接金属が得られるとともに、横向き溶接のような小入熱溶接において良好な溶接性のもとに溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実験に用いた下向き溶接用開先の模式図である。
【図２】本発明の実験に用いた横向き溶接用開先の模式図である。
【図１】
0003551140.tif 000006
【図２】
0003551140.tif 000007