【事件の表示】
　特許第３１１５４８４号「低水素系被覆アーク溶接棒および溶接方法」の請求項１、２に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３１１５４８４号の請求項１ないし２に係る特許を取り消す。
【理　由】
１．手続きの経緯
　本件特許第３１１５４８４号の手続きの経緯は次のとおりである。
　特許出願　　　平成　６年　７月１５日
　設定登録　　　平成１２年　９月２９日 　
　公報発行　　　平成１２年１２月　４日
　特許異議申立　平成１３年　６月　４日
　取消理由通知　平成１３年　８月　７日付
　訂正請求　　　平成１３年１０月１６日
　異議意見書　　平成１３年１０月１６日
　
２．訂正の適否
２−１．訂正の要旨
・訂正事項a：本件特許請求の範囲第1項において、「バナジウムを下式(1)に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有した」を、
「バナジウムを下式(1)に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有し、かつ溶接割れ停止温度が75℃以下の溶接金属を形成する」と訂正する。
・訂正事項b：本件特許請求の範囲第1項において、「低水素系被覆アーク溶接棒。」を、
「(但し、心線と被覆剤の一方または両方に含有する成分からTaを除く)低水素系被覆アーク溶接棒。」と訂正する。
・訂正事項c：本件特許請求の範囲第2項において、「Pcm＝C+Si/30＋(Mn+Cu+Cr)/20＋Mo/15＋V/10＋5B　　・・・・・(2)」を、
「Pcm＝C+Si/30＋(Mn+Cu+Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B　　・・・・・(2)」と訂正する。
・訂正事項d：本件明細書第4頁第14行〜15行（段落0010）の「予熱を必要としない、または予熱温度を低減できる」を、
「予熱温度を低減できる」と訂正する。
・訂正事項e：本件明細書第4頁第20行〜21行（段落0011）の「バナジウムを下式(1)に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有した」を、
「バナジウムを下式(1)に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有し、かつ溶接割れ停止温度が75℃以下の溶接金属を形成する」と訂正する。
・訂正事項f：本件明細書第4項第22行（段落0011）の「低水素系被覆アーク溶接棒」を、
「(但し、心線と被覆剤の一万または両方に含有する成分からTaを除く)低水素系被覆アーク溶接棒」と訂正する。
・訂正事項g：本件明細書第5頁第6行〜7行（段落0013）の「Pcm＝C+Si/30＋(Mn+Cu+Cr)/20＋Mo/15＋V/10＋5B　　・・・・・(2)」を、
「Pcm＝C+Si/30＋(Mn+Cu+Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B　　・・・・・(2)」と訂正する。
・訂正事項h：本件明細書第9頁第4行（段落0023）の「式(1)」を、
「式(2)」と訂正する。
・訂正事項i：本件明細書第9項第5行（段落0023）の「式(1)」を、
「式(2)」と訂正する。
２−２．訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　訂正事項aは、本件低水素系被覆アーク溶接棒は、「溶接割れ停止温度が75℃以下の溶接金属を形成すること」を加入するものであるが、この事項は、本件明細書第7頁下から第9行〜8頁2行（段落0018）の「表1および図1より明かなごとく溶接棒心線または被覆剤のいずれか一方あるいは両方に添加する(1)式で定めるバナジウム量が0.05重量%未満の溶接棒NO.1、2、3および9の割れ停止に必要な予熱温度は、75℃〜125℃である。一方、(1)式のバナジウム量0.05〜0.25重量%の溶接棒NO.4、5、6、10、11、13、14、16および17の割れ停止に必要な予熱温度は、溶接金属中の水素の吸蔵作用と、微細炭化物を生成し溶接金属中の炭素を固定することの相乗作用によって50℃以下となり、特に溶接棒中のバナジウム量が0.15重量%近傍の溶接棒NO.5、10および14は格段に優れた耐割れ性が得られた。しかし、バナジウム量が0.25重量%を超えた溶接棒NO.7、8、12、15、18および19は微細炭化物の生成が期待できず、逆に強度が高くなりすぎ割れ停止に必要な予熱温度は、75℃〜125℃である。」、及び、本件明細書第15頁下から第5行〜第16頁第3行（段落0044）の「本発明溶接棒による溶接割れ停止予熱温度は、適正なバナジウム量が含有されているため590N/mm２級溶接棒において50℃以下であり、780N/mm２級溶接棒において75℃以下であり、特に溶接棒全体のバナジウム量が0.15重量%近傍の溶接棒A-2、A-3、A-6、A-13、A-17は溶接割れ停止温度が30℃まで低下しており、非常に良好な耐低温割れ性を有している。比較溶接棒B-1、B-12は溶接棒中にバナジウムを含有していない通常の溶接棒であり、溶接割れ停止予熱温度は125℃以上であった。」の記載に基づくもので、この訂正は、特許請求の範囲の滅縮を目的とするものである。
　訂正事項bは、本件特許請求の範囲第1項の「低水素系被覆アーク溶接棒」の心線と被覆剤の一方または両方に含有する成分は、Taを含有する必要がないものであることを明確にするもので、この事項は、本件明細書第5頁第14行〜17行（段落0014）の「バナジウムは微細炭化物を生成し溶接金属中の炭素を固定することによってマトリックス中の炭素を低減させ、それにより溶接金属の割れ感受性を低下させることができ、かつこれにより溶接金属の耐割れ性が向上するうえ、強度をも確保できる」、及び、上記本件明細書段落0018,0044の記載、さらには本件実施例の記載からも明らかなように、本件溶接棒には、Ｔａ成分は含まれていないから、溶接棒の心線と被覆材の一方又は両方に含有する成分からＴａを除くことを付加する訂正は、特許請求の範囲の減縮及び明りょうでない記載の釈明を目的とするものである。
　訂正事項cは、本件特許請求の範囲第2項のＰｃｍの式(2)に、「＋Ni/60」の項を加えるものであるが、当業界において広く知られた割れ感受性Ｐｃｍを表す式には、通常Niも考慮され、Ni/60の項も含むべきものであり、本件明細書の表５のＰｃｍの値も「＋Ni/60」の項を加えた式で計算されているから、この項の式(2)への付加は、誤記の訂正を目的とするものに相当する。
　訂正事項dは、本件明細書第4頁第13行〜16行（段落0010）の「本発明は、・・・予熱を必要としない、または予熱温度を低減できる耐割れ性の極めて優れた低水素系被覆アーク溶接棒および溶接方法を提供する」の記載に基づくもので、明りょうでない記載の釈明を目的とするものである。
　訂正事項e,f,gは、明細書の詳細な説明の項の記載を特許請求の範囲の各訂正事項a,b,cに整合させるもので、明りょうでない記載の釈明を目的とし、また、訂正事項h,iは、式（１）を式（２）に訂正するもので単なる誤記の訂正を目的とするものである。
　そして、これら訂正事項ａ〜iは、実質的に特許請求の範囲を拡張又は変更するものではなく、また、願書に添付した明細書に記載した事項の範囲内においてなされるものである。
　
２−３．訂正の適否についての結論           ・
　以上のとおりであるから、上記訂正請求は、特許法第１２０条の４第２項及び同条第３項で準用する第１２６条第２項乃至３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．異議申し立て理由及び取消理由についての判断
３−１．本件請求項１、２に係る発明
【請求項１】少なくとも金属炭酸塩および金属弗化物を含む490N/mm２級以上の高張力鋼用の被覆アーク溶接棒において、バナジウムを下式(1)に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有し、かつ溶接割れ停止温度が75℃以下の溶接金属を形成することを特徴とする(但し、心線と被覆剤の一方または両方に含有する成分からTaを除く)低水素系被覆アーク溶接棒。
　　0.05≦Wv+0.38Fv≦0.25　　・・・・・・(1)
ここで、
　　Wv:心線全質量に対する心線中のバナジウムの含有量(重量%)
　　Fv:被覆剤全質量に対する被覆剤中のバナジウムの含有量(重量%)
【請求項２】引張強度が490N/mm２以上かつ880N/mm２以下であり、重量%で示される鋼中の含有量を各化学記号であらわしたとき、下記(2)式で計算されるPcmが0.14〜0.24%の鋼材と、請求項1記載の低水素系被覆アーク溶接棒を用いることを特徴とする溶接方法。
　　Pcm＝C+Si/30＋(Mn+Cu+Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B　　・・・・・(2)
　
３−２．異議申立ての理由及び取消し理由
　本件各発明は、特許異議申立人株式会社神戸製鋼所の提示した各刊行物に記載された発明である、若しくは、これらに記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、本件各発明の特許は、特許法第２９条第１項第３号若しくは同第２９条第２項の規定に違反してなされたものであり、本件特許は取り消されるべきものである。
　
３−３．引用された刊行物に記載の事項（及び認定事項）
◎甲第1号証(特開平3-285793号公報)
　特許請求の範囲には、「鋼心線の周囲に金属炭酸塩、金属弗化物等を含む被覆材を被覆した低水素系被覆アーク溶接棒」が記載され、第１頁右下欄第第１〜４行に、「本発明は、低水素系被覆アーク溶接棒に係り、特に６０kgf/mm２級以上の高張力鋼及び低Ｎｉ鋼の溶接用として良好な破壊靭性が得られる低水素系被覆アーク溶接棒に関する。」と記載されている。
　また、第６頁の第１表に心線の化学成分が、第７頁の第２表に本発明例として、被覆アーク溶接棒の成分組成が、そして、第１０頁の第６表にその溶接試験結果が示され、第４頁右下欄第４〜５行に「本発明例Ｅ１〜Ｅ８は、いずれも作業性が良好で、また強度、靭性ともに良好な値を示した。」と記載されている。
◎甲第3号証(WES3001-1990、平成2年12月1日改正)
  溶接用高張力鋼板についての日本溶接協会規格に関し、第1頁下から2行目以降の「4.化学成分及び溶接割れ感受性組成」の項目に、化学成分及び溶接割れ感受性組成Pcmを示す表２が記載され、この表２の備考欄に、Pcm(%)=C+(Si/30)＋(Mn/20)＋(Cu/20)＋(Ni/60)＋(Cr/20)＋(Mo/15)＋(V/10)＋5Bであることが記載されている。
　そして、第2頁の表2には、溶接用高張力鋼板HW355〜HW620の各Pcmの値が、また、表3に該溶接用高張力鋼板の機械的性質が記載されており、このHW355〜HW620の6種類の溶接用高張力鋼板の引張強さは、520N/mm２以上かつ840N/mm２以下の範囲である。
◎甲第4号証(日本鋼構造協会誌vol.11　No.116　'75　8(昭和50年8月25日発行)第17乃至40頁
　大型溶接構造物の溶接割れに関する研究と題する論文の、第21頁右欄第14行目には、Pcmの数式が記載されている。
　また、第21頁の表2.3.2には、供試鋼板SM58QのA〜Gの各鋼種について、化学成分とPcm及び引張強度の値が示されている。　
　（以下、甲第１、甲第３、甲第４各号証を各甲１、甲３、甲４という。）
　
３−４．判断                            
３−４−１．本件請求項１記載の発明は、バナジウムを溶接金属中に特定量含有させると、「バナジウムは微細炭化物を生成し溶接金属中の炭素を固定することによってマトリックス中の炭素を低減させ、それにより溶接金属の割れ感受性を低下させることができ、かつこれにより溶接金属の耐割れ性が向上するうえ、強度をも確保できる」　（本件明細書段落0014）との知見に基づき、請求項１記載の溶接棒としたもので、割れ停止に必要な予熱温度は、溶接金属中の水素の吸蔵作用と、微細炭化物を生成し溶接金属中の炭素を固定することの相乗作用によって50℃以下となり、特に溶接棒中のバナジウム量が0.15重量%近傍の溶接棒NO.5、10および14は格段に優れた耐割れ性が得られるのである（同0018）。
　また、本件請求項２記載の発明は、上記３−１．の（２）式で示すＰｃｍを所定範囲に抑えた所定強度の鋼材と請求項１記載の溶接棒とを用いる溶接方法である。
　
３−４−２．他方、甲１の低水素系被覆アーク溶接棒は、60kgf/mm２級以上の高張力鋼を溶接対象としており、この60kgf/mm２は588N/mm２に相当する。
　そして、甲１第１表の心線Ｃ６は0.10重量%のＶを含有しており、第２表に示される甲１の発明例である溶接棒No.Ｅ４は、この心線Ｃ６の周囲に、金属炭酸塩、金属弗化物、0.1重量%のＶ等を含む被覆剤を被覆したものであるから、溶接棒No.Ｅ４中にＶは、Wv+0.38Fv=0.10+0.38×0.1=0.138％含まれている。そして、該溶接棒No.Ｅ４には、Ｔａ成分は含まれていない。
　また、甲１の第６表には、該溶接棒No.Ｅ４の低水素系被覆アーク溶接棒を用いて60kgf/mm２（588N/mm２）級の高張力鋼を溶接した結果、作業性、強度、靭性いずれも良好であったことが示されている。
  
３−４−３．してみれば、甲１の溶接棒は、60kgf/mm２（588N/mm２）級以上の高張力鋼溶接用であり、被覆剤中に金属炭酸塩および金属弗化物を含んでいるから、本件で規定する、少なくとも金属炭酸塩および金属弗化物を含む490N/mm２級以上の高張力鋼用の被覆アーク溶接棒で一致する。
　そして、上記のように本件明細書の記載によれば、本件の溶接棒は心線と被覆剤の一方または両方に0.05〜0.25％のバナジウムを含有するものであるが、特にバナジウム量が0.15%近傍の溶接棒が格段に優れた性能を発揮する（段落0018）ものと認められるところ、甲１の発明例であるNo.Ｅ４溶接棒には、本件で特に好ましいとされる0.15%近傍の0.138%のバナジウムが含まれ、該溶接棒中にＴａ成分は含まれていない。また、このNo.Ｅ４溶接棒の発明例は、60kgf/mm２（588N/mm２）級の高張力鋼を溶接しているから、甲１のこの発明例を、本件明細書の実施例に照らせば、甲１においても、溶接割れ停止温度が75℃以下の溶接金属を形成することは明らかである。
　結局、甲１の発明例として、本件請求項１発明の構成全てを満足する低水素系被覆アーク溶接棒が記載されているから、本件請求項１発明は、甲１に記載された発明である。
　
３−４−４．本件請求項２記載の発明は、引張強度が490N/mm２以上かつ880N/mm２以下で、上記３−１．の（２）式で示すＰｃｍを所定範囲に抑えた鋼材と、請求項１記載の溶接棒を用いる溶接方法であり、溶接棒の規定と共に設けられた溶接母材の鋼材の規定は、ＨＡＺ及び溶接金属の耐割れ感受性及び材料の靭性の観点からなされたものである。
　しかして、甲１のNo.Ｅ４溶接棒の発明例には、本件請求項１で規定する溶接棒が記載されており、母材である溶接対象鋼材も、60kgf/mm２（588N/mm２）級の高張力鋼を溶接しているから、本件の引張強度が490N/mm２以上かつ880N/mm２以下の規定を満足しているが、甲１には、（２）式で示されるPcmの値について記載されていない点で、本件請求項２発明とは相違する。
　
３−４−５．以下、この相違点について検討する。
　甲３は、溶接用高張力鋼板についての日本溶接協会規格であり、ここに示される溶接感受性組成Pcmの式は、本件請求項２に係る発明の構成要件の式２と一致する。
　同様に、甲４に示されるPcmの式も、Vの係数が(1/14)で本件発明のVの係数(1/10)と異なるのみで、その他の項は本件発明と同一であるから、本件の式２とほぼ一致している。
　このPcmの式は、溶接割れ感受性を判定する指数として広く用いられているもので、例えば、甲３の表２、表３には、520N/mm２以上かつ840N/mm２以下の引張強度を有する溶接用高張力鋼板HW355〜HW620（50mm厚以下）のPcmは各0.28以下〜0.33以下と規定されている。
　また、甲４の表2.3.2にも記載されるように、割れ感受性が高くなるように故意に炭素当量を高めたＨ材の鋼種Cを除く全ての鋼種A,B,D,E,F,GのＰｃｍは0.163乃至0.229（鋼種CのPcmは0.277）であり、これら鋼板のT.S.(引張強さ)は62乃至68kg/mm２(588乃至667N/mm２)である。
　このように、高張力鋼のPcm値と引張強さの関係、及び、Pcm値と溶接割れ感受性の関係は知られているから、本件請求項２のように、溶接による溶接金属及びＨＡＺ両方の耐割れ性の点から、母材のPcmの値を溶接協会規格の規定値よりも低めの所定の範囲内に抑え、本件のように0.14〜0.24％と規定することは当業者であれば、適宜になし得る事項である。
　
３−４−６．なお、本件請求項２記載の溶接方法は、（２）式で示すPcmを所定範囲に抑えた所定引張強度の鋼材と請求項１記載の溶接棒とを用いる溶接方法であり、予熱温度を規定した溶接施工の態様の規定は何らなされていないから、本件発明は、請求項に規定の溶接母材と、同様の溶接棒を用いることを特徴とする溶接方法にすぎない。
　
３−５．むすび
　以上のとおりであるから、本件請求項１に係る発明は、上記刊行物甲１に記載された発明であり、本件請求項２に係る発明は、刊行物甲１、甲３、甲４に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであり、本件発明についての特許は特許法第２９条第１項第３号若しくは同第２９条第２項の規定に違反してされたものである。　
　したがって、本件発明についての特許は、特許法第１１３条第２号に該当し、取り消されるべきものである。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１４年１月１８日（２００２．１．１８）
【訂正の要旨】
▲１▼訂正事項ａ
　本件特許第３１１５４８４号の請求の範囲（以下「本件請求の範囲」という。）第１項において、「バナジウムを下式（１）に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有した」を、
「バナジウムを下式（１）に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有し
、かつ溶接割れ停止温度が７５℃以下の溶接金属を形成する
と訂正する。
▲２▼訂正事項ｂ
　本件請求の範囲第１項において、「低水素系被覆アーク溶接棒。」を、
「
（但し、心線と被覆剤の一方または両方に含有する成分からＴａを除く）
と訂正する。
▲３▼訂正事項ｃ
　本件請求の範囲第２項において、「Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ　　・・・・・・・（２）　」を、
「Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０
＋Ｎｉ／６０
と訂正する。
▲４▼訂正事項ｄ
　本件特許第３１１５４８４号の明細書（以下「本件明細書」という。）第４項第１４行〜１５行（行数は、空白行も１行として数えた。以下、同様である。）の「予熱をしない、または、予熱温度を低減できる」を、
「
予熱温度を低減できる
と訂正する。
▲５▼訂正事項ｅ
　本件明細書第４項第２０行〜２１行の「バナジウムを下式（１）に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有した」を、
「バナジウムを下式（１）に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有し
、かつ溶接割れ停止温度が７５℃以上の溶接金属を形成する
▲６▼訂正事項ｆ
　本件明細書第４項第２２行の「低水素系被覆アーク溶接棒」を、
「
（但し、心線と被覆剤の一方または両方に含有する成分からＴａを除く）
と訂正する。
▲７▼訂正事項ｇ
　本件明細書第５項第６行〜７行の「Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂ　　・・・・・・・（２）　」を、
「Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０
＋Ｎｉ／６０
と訂正する。
▲８▼訂正事項ｈ
　本件明細書第７項第２６行の「式（１）」を、
「式（
２
と訂正する。
▲９▼訂正事項ｉ
　本件明細書第７項第２７行の「式（１）」を、
「式（
２
と訂正する。
（５４）【発明の名称】
低水素系被覆アーク溶接棒および溶接方法
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　少なくとも金属炭酸塩および金属弗化物を含む４９０Ｎ／ｍｍ２級以上の高張力鋼用の被覆アーク溶接棒において、バナジウムを下式（１）に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有し
、かつ溶接割れ停止温度が７５℃以下の溶接金属を形成する
（但し、心線と被覆剤の一方または両方に含有する成分からＴａを除く）
　　０．０５≦Ｗｖ＋０．３８Ｆｖ≦０．２５　　・・・・・・・（１）
ここで、
　　Ｗｖ：心線全質量に対する心線中のバナジウムの含有量（重量％）
　　Ｆｖ：被覆剤全質量に対する被覆剤中のバナジウムの含有量（重量％）
　【請求項２】　引張強度が４９０Ｎ／ｍｍ２以上かつ８８０Ｎ／ｍｍ２以下であり、重量％で示される鋼中の含有量を各化学記号であらわしたとき、下記（２）式で計算されるＰｃｍが０．１４〜０．２４％の鋼材と、請求項１記載の低水素系被覆アーク溶接棒を用いることを特徴とする溶接方法。
　　Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０
＋Ｎｉ／６０
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、４９０Ｎ／ｍｍ２級以上の高張力鋼を対象とし、鋼溶接部の耐低温割れ性を改善する低水素系被覆アーク溶接棒およびそれを用いた溶接方法に関するものである。
　【０００２】
　【従来の技術】
　船舶や建築の大型化に伴い、鋼材の軽量化のために高張力鋼材の使用が増加している。高張力鋼は降伏点並びに引張強さを高めるために少量の合金元素を含ませてあるため、高張力鋼をアーク溶接する場合、よく溶接低温割れが発生することが知られている。
　【０００３】
　低温割れの原因としては溶接部の硬化、拡散性水素量、溶接部材の拘束度などの要因があるが、特に拡散性水素量の影響が大きいことが知られている。このように、溶接金属に水素が多い場合に発生する低温割れは溶接金属部の組織と水素量で決まるものであり、特に最近のように高強度・高靭性鋼の溶接においては被覆アーク溶接棒に強度・靭性を向上させるために焼き入れ性元素を含有させており、母材熱影響部より溶接部に割れが発生しがちである。
　【０００４】
　母材熱影響部に生じる割れは、近年の制御圧延制御冷却技術により低炭素当量を確保しつつ高強度を達成する方法を採用することにより改善することが可能である。炭素当量は低温割れ感受性を評価する指標であり、これが低いほど耐低温割れ感受性は向上する。この方法は低炭素当量化に伴う強度低下を製造条件によって補うという思想であるが、この方法をそのまま溶接金属の耐低温割れ感受性改善に当てはめることは、制御圧延制御冷却特有の技術である低温加熱圧延工程や加速冷却工程を溶接継手に適用できないため事実上不可能である。
　【０００５】
　溶接割れを防止ないしは軽減する手段として、いくつかの方法が見出されているが、この中で、従来から最も一般的に用いられ、かつ溶接割れに最も効果があるとされているのが、母材を予熱または後熱する方法である。この方法は、溶接部の冷却速度を緩やかにして、溶接部の組織にマルテンサイトが生成するのを少なくする効果と溶接部の拡散性水素の放出時間を長くして水素脆化を抑制する効果および残留応力の発生を緩和する効果がある。これらの効果を達成するための予熱温度は、母材の成分、母材の板厚、強度および溶接材料の組成等によって異なるが、５９０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼の溶接では、一般に１００℃前後が採用され、高いものでは２００℃にも達している。このように高い予熱温度は、溶接作業を著しく困難にするうえに、溶接施工費の急増を招く元になり、予熱を必要としない、または予熱温度を低減できる耐割れ性の極めて優れた被覆アーク溶接棒の開発が要望されている。
　【０００６】
　極厚鋼板を予熱しないで溶接割れを防ぐ方法として、例えば、特公昭５９−１５７５８号公報や特公昭６０−４８２８０号公報に炭酸ガス雰囲気で高温焼成を行って溶接部に拡散性水素が発生するのを極端に減らした被覆アーク溶接棒を用いる方法がある。この方法は、合金剤を少なくして、溶接割れに悪影響を及ぼす炭素当量を低減した鋼材に対して一部効果を示しているが、溶接棒製造の手間と費用がかさみ、汎用性にも欠ける。また、いくら溶接棒自体の拡散性水素量を低減しても、大気中の水蒸気が高温多湿時には水素を増加させる原因となる。
　【０００７】
　バナジウムを含有させた被覆アーク溶接棒としては、例えば、特開平３−２８５７９３号公報には、６０キロ級以上の高張力鋼用に良好な破壊靭性が得られる低水素系被覆アーク溶接棒が提案されているが、バナジウムは強度を向上させる目的のために添加されているものであり、耐低温割れ性の改善には至っていない。また、特公昭６０−４５９９３号公報には、炭酸マグネシウム、弗化カルシウムを含有した耐ピット性が向上する低水素系被覆アーク溶接棒が提案されているが、バナジウムは前述と同様に溶接金属の強度が要求される場合に他のＮｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｂなどの合金剤と共に添加されるのであって、耐低温割れ性の改善には至っていない。
　【０００８】
　一方、特開平５−１６１９９３号公報や特開平２−２２０７９７号公報には、Ｃｒ−Ｍｏ系低合金鋼用被覆アーク溶接棒が提案されているが、バナジウムの添加は高温におけるクリープ特性を改善させるのが目的であり、やはり耐低温割れ性を向上させるものではない。よって、これら技術は予熱なしの施工あるいは予熱温度の低減効果が期待できない。
　【０００９】
　バナジウムを添加すると水素のトラップ効果があることが酒井らにより（「鉄と鋼」、Ｖｏｌ．７２（１９８６）、Ｎｏ．９、ｐ．１３７５）既に知られている。この研究によると、バナジウムを０．２５％以上添加した場合に初めて効果があり、０．１％添加では無添加とほとんど差がないことが示されている。本発明は後に詳細に説明するように、溶接金属中のバナジウムを０．０５〜０．２５％の範囲内にすることを主な手段としており、酒井らの研究結果である水素トラップが期待できる範囲と一致しない。また、この研究発表に記載されている発明は圧力容器用Ｃｒ−Ｍｏ鋼が運転中に、鋼中に進入してきた水素が引き起こす鋼材の延性低下を防止するものであり、水素が外部より定常的に供給される場合に対して有効な技術であるため、溶接割れのように水素が一時的に供給される場合とは本質的に異なる。さらに、酸素を数１００ｐｐｍ含有し、かつそのミクロ組織が主として凝固のままの組織で母材と本質的に異なる溶接金属において、バナジウム添加が溶接割れを防止する予熱温度を低減する効果があるかどうかは、この研究結果からは明らかにできない。
　【００１０】
　【発明が解決しようとする課題】
　本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、主として４９０Ｎ／ｍｍ２級以上の高張力鋼の溶接に際しても、
予熱温度を低減できる
　【００１１】
　【課題を解決するための手段】
　本発明は前記課題を解決するものであって、少なくとも金属炭酸塩および金属弗化物を含む４９０Ｎ／ｍｍ２級以上の高張力鋼用の被覆アーク溶接棒において、バナジウムを下式（１）に基づいた範囲で満足するように心線と被覆剤の一方または両方に含有し
、かつ溶接割れ停止温度が７５℃以下の溶接金属を形成する
（但し、心線と被覆剤の一方または両方に含有する成分からＴａを除く）
　　０．０５≦Ｗｖ＋０．３８Ｆｖ≦０．２５　　・・・・・・・（１）
ここで、
　　Ｗｖ：心線全質量に対する心線中のバナジウムの含有量（重量％）
　　Ｆｖ：被覆剤全質量に対する被覆剤中のバナジウムの含有量（重量％）
　【００１２】
　なお上記の被覆剤中のバナジウムとは、金属バナジウム、フェロバナジウムなどの合金、化合物さらにこれらの混合物、混合粉末を指すものである。
　【００１３】
　またさらに、引張強度が４９０Ｎ／ｍｍ２以上かつ８８０Ｎ／ｍｍ２以下であり、重量％で示される鋼中の含有量を各化学記号であらわしたとき、下記（２）式で計算されるＰｃｍが０．１４〜０．２４％の鋼材と、前記の低水素系被覆アーク溶接棒を用いることを特徴とする溶接方法である。
　　Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋（Ｍｎ＋Ｃｕ＋Ｃｒ）／２０
＋Ｎｉ／６０
　【００１４】
　【作用】
　本発明者等は、拡散性水素量を低減する方法以外で予熱温度を低減しても低温割れが防止できる被覆アーク溶接棒および溶接方法を開発すべく研究を重ねた。その結果、従来Ｃｒ−Ｍｏ鋼用溶接材料で主に高温強度特性を向上させるために添加使用されているバナジウムに着目し、溶接金属中に特定量含有させることにした。バナジウムは微細炭化物を生成し溶接金属中の炭素を固定することによってマトリックス中の炭素を低減させ、それにより溶接金属の割れ感受性を低下させることができ、かつこれにより溶接金属の耐割れ性が向上するうえ、強度をも確保できるとの知見を得るに至った。さらに、前記（２）式で示すＰｃｍを所定の範囲内に抑えた鋼材と本発明における被覆アーク溶接棒を組み合わせて用いることにより、予熱温度を低減しても溶接金属およびＨＡＺ両方の割れを防ぐことができることを知見するに至ったのである。本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、以下に作用を詳細に説明する。
　【００１５】
　まず被覆アーク溶接棒に関して述べるが、これに関し本発明者等は以下のような試験を行った。すなわち重量％で、ルチル２％、炭酸石灰４７％、炭酸バリウム４％、蛍石１６％、フェロシリコン１０％、フェロマンガン２％、フェロモリブデン２〜５％、フェロバナジウム（５０％バナジウム）０〜１．６％、粘結剤の乾固量８．２％、塗装剤１％、残部が鉄粉からなる被覆剤を、Ｃ：０．０６〜０．０７％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．４９〜０．５１％、Ｖ：０〜０．２８％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％、Ｎ：０．００２％、残部がＦｅの直径４．０ｍｍ、長さ４００ｍｍの鋼心線に被覆外径６．４ｍｍに被覆塗装した後、乾燥、焼成した溶接棒を作成した。
　【００１６】
　これら溶接棒を用い、溶接金属の耐割れ性を調査するＵ形溶接割れ試験（ＪＩＳ　Ｚ３１５７）を行った。鋼材は、ＪＩＳ規格のＳＭ５９０Ｂの板厚３０ｍｍを用い、溶接電流１７０Ａ、溶接入熱１７ｋＪ／ｃｍ、気温３０℃、相対湿度８０％の条件で実施し、割れ停止に必要な予熱温度を求めた。表１はその結果であり、図１に（１）式において用いたＶ量と割れ停止予熱温度との関係をグラフで示した。（１）式において、被覆剤中のバナジウムに０．３８の係数を乗じたのは、それによって心線中の含有量と等価になることがわかったためである。
　【００１７】
　【表１】
　【００１８】
　表１および図１より明かなごとく溶接棒心線または被覆剤のいずれか一方あるいは両方に添加する（１）式で定めるバナジウム量が０．０５重量％未満の溶接棒Ｎｏ．１、２、３および９の割れ停止に必要な予熱温度は、７５℃〜１２５℃である。一方、（１）式のバナジウム量０．０５〜０．２５重量％の溶接棒Ｎｏ．４、５、６、１０、１１、１３、１４、１６および１７の割れ停止に必要な予熱温度は、溶接金属中の水素の吸蔵作用と、微細炭化物を生成し溶接金属中の炭素を固定することの相乗作用によって５０℃以下となり、特に溶接棒中のバナジウム量が０．１５重量％近傍の溶接棒Ｎｏ．５、１０および１４は格段に優れた耐割れ性が得られた。しかし、バナジウム量が０．２５重量％を超えた溶接棒Ｎｏ．７、８、１２、１５、１８および１９は微細炭化物の生成が期待できず、逆に強度が高くなりすぎ割れ停止に必要な予熱温度は、７５℃〜１２５℃である。
　【００１９】
　心線および被覆剤のいずれか一方あるいは両方から添加する場合、バナジウムは上記範囲内であれば任意の割合で選定できる。
　【００２０】
　次に、本発明の溶接棒は被覆剤中に炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸マンガンなどの炭酸塩や弗化カルシウム、弗化バリウム、弗化マグネシウム、弗化マンガン、弗化リチウム、弗化アルミニウムなどの弗素化合物を添加できる。炭酸塩はアーク中で分解し、ＣＯ２ガスを発生して溶融メタルを大気から遮断し、アーク雰囲気中の水素、窒素のガス分圧を下げると共に塩基性のスラグを生成する効果を有する。これら炭酸塩の添加範囲は５〜７５重量％が適当である。弗素化合物はいずれもスラグの融点を下げて流動性の良いスラグをつくる。またアーク中で分解した弗素は溶融メタルや溶融スラグの水素と反応し、溶接金属の水素分圧を下げて機械性能の良好な溶接金属をつくる。これら弗素化合物の添加範囲は、５〜３０重量％が適当である。
　【００２１】
　さらに、マンガン、チタン、シリコン、アルミニウム、マグネシウムなどの脱酸剤を１〜２０重量％、鉄粉、アルカリ金属、ルチルなどのアーク安定剤を２〜２０重量％、珪酸ソーダ、珪酸カリで代表される水ガラスなどの粘結剤を１０〜３０重量％添加できる。またその品位については目標とする性能を確保できれば限定するものではない。本発明溶接棒の製造は通常の手段と同様、所定の割合に配合された前記各種粉体の被覆原料を乾式混合し、これに粘結剤を添加して混練を行った被覆剤を被覆率が２０〜５０重量％となるように通常の塗装機により鋼心線に被覆塗装したのち、乾燥し、焼成を行うものである。
　【００２２】
　また、ここにいう鋼心線とはＪＩＳ　Ｇ３５２３に該当する溶接棒心線が使用でき、さらに機械性能を向上させるために炭素を０．０１〜０．０４重量％、窒素を０．００１〜０．００５重量％、酸素を０．００１〜０．０１重量％に低減させた心線なども指すものである。
　【００２３】
　次に、鋼材について述べる。
　鋼材の溶接熱影響部（ＨＡＺ）低温割れ感受性は、式（
２
１
　【００２４】
　引張強度を限定した理由は、引張強度が４９０Ｎ／ｍｍ２未満では、従来鋼材、従来低水素系溶接棒という従来技術のみで充分予熱を低くできていたため、本発明をあえて用いる必要がないと判断したためである。また、引張強度の上限８８０Ｎ／ｍｍ２は、これを上回る強度では制御圧延制御冷却技術を駆使しても、ＨＡＺの耐低温割れ感受性を保ちながら、強度を確保しつつ良好な母材靭性を得ることが難しいと判断したためである。
　【００２５】
　Ｐｃｍを限定した理由は次の通りである。
　まず、ＨＡＺの低温割れ感受性が鋼材組成、そしてそれから計算されるＰｃｍのみでほぼ決定される理由を述べる。ＨＡＺは、溶接熱により急熱急冷され、組織そのものが溶接前の鋼材のそれとは全く異なってしまう。特に溶接金属に隣接するＨＡＺは、最高加熱温度が鋼材の融点近くまでに達するため、オーステナイト粒が粗大となり、この理由から焼きが入りやすくなり硬さが他の部分より硬くなる。このような硬化した部分は低温割れが起こりやすく、しかも融点直下まで加熱されるため、ＨＡＺの組織は溶接前の鋼材組織にはほとんど依存しない。ＨＡＺの低温割れ感受性が鋼材の組成、そして組成より計算されるＰｃｍのみで評価できるのは、以上のような背景があるからである。したがって、鋼材の製造過程が何であれ、Ｐｃｍがある値以下ならばＨＡＺの耐低温割れ感受性は確保することができる。
　【００２６】
　Ｐｃｍの上限０．２４重量％は、ＨＡＺの耐低温割れ感受性を確保するために設定した。また、Ｐｃｍを０．２４重量％以下と制限しても、制御圧延制御冷却等の技術を利用することにより、鋼材の強度を４９０Ｎ／ｍｍ２以上８８０Ｎ／ｍｍ２以下の範囲に設定することは従来の技術を用いれば特に難しいことではない。
　【００２７】
　Ｐｃｍの下限は、主として鋼材そのものの靭性を確保する観点から設定した。すなわち、Ｐｃｍを本発明より下回る範囲に設定しても現在の鋼材製造技術をもってすれば（例えば、加速冷却を常温まで行うなど）強度を４９０Ｎ／ｍｍ２以上にすることは可能である。しかし、この場合、鋼材そのものの靭性が劣化してしまう。溶接構造物全体の信頼性を考慮すると、このような靭性が低い鋼材を使用することは、たとえ予熱温度を低減することによるメリットがあったとしても産業上好ましいことではないと考えた。Ｐｃｍの下限０．１４重量％は、以上のような理由により設定した。
　【００２８】
　次に、鋼材の成分について、その好ましい範囲について述べる。まず、鋼材の基本成分について述べる。
　鋼材のＣおよびＭｎは、母材の強度靭性を確保する上で不可欠な元素である。しかし、過度の添加は焼入性を上げすぎるため、その範囲をそれぞれ０．０３〜０．１８重量％、０．６〜１．４重量％とすることが望ましい。
　【００２９】
　Ｓｉは、添加量が多すぎるとＨＡＺ靭性が劣化するが、添加量が少なすぎると脱酸効果がなくなり介在物が母材に導入される危険性がでてくるためその範囲を０．０１％〜０．６重量％とすることが望ましい。
　【００３０】
　ＰおよびＳは不純物であるが、母材、ＨＡＺの靭性劣化が生じ、かつＳは硫化物を生成するので上限をそれぞれ０．０２重量％、０．００１重量％とすることが望ましい。
　【００３１】
　Ａｌは、脱酸に必要な量、および靭性を劣化させない量という観点から０．０１〜０．０６重量％の範囲に設定することが望ましい。
　【００３２】
　次に、鋼材について、必要に応じ選択的に一種または二種以上添加できる元素について述べる。
　Ｎｂは、析出効果による強度向上を期待できる元素であるが、ＨＡＺ硬さも上昇するので０．００５〜０．０４重量％の範囲に設定することが望ましい。
　【００３３】
　Ｔｉは、ＴｉＮとして母材およびＨＡＺの細粒化に有効である。しかし、Ｔｉ、Ｎとも過度の添加は母材およびＨＡＺの靭性を劣化させるので、その範囲をＴｉは０．００５〜０．０３０重量％、Ｎは０．００６重量％以下とすることが望ましい。
　【００３４】
　Ｍｏは、母材の強度、靭性を向上させるが、添加量が多すぎると靭性、溶接性の劣化を招くため、その範囲を０．０５〜０．５重量％とすることが望ましい。
　【００３５】
　ＮｉおよびＣｕは、強度靭性向上に有効な元素であるが過度の添加はＨＡＺ靭性に影響を与え、さらにＣｕについては鋼材製造時にＣｕクラックが発生する危険性が生じてくるためその範囲をそれぞれ０．１〜１．０重量％とすることが望ましい。
　【００３６】
　ＶはＮｂ同様析出効果に寄与するものであるが、Ｎｂほどの働きがないためその範囲を０．０１〜０．１０重量％とすることが望ましい。
　【００３７】
　Ｂは、旧オーステナイト粒界に偏析することにより焼入性を向上させる。しかし、過度の添加は焼入性が大きくなりすぎ、ＨＡＺ靭性等が劣化するためその範囲を０．０００５〜０．００３０重量％とすることが望ましい。
　【００３８】
　次に、望ましい溶接条件について述べる。
　溶接入熱量は、ＨＡＺ硬さ、溶接金属硬さ等に影響を与える要因であり、過度に入熱量を抑えることは良好な継手特性を得る観点からは望ましくない。したがって、本発明の範囲においては、入熱量を０．６ｋＪ／ｍｍ以上に設定することが望ましい。しかし、高い入熱量を採用することは、溶接施工効率を改善するものの、継手靭性確保の観点から４．０ｋＪ／ｍｍ以下にすることが望ましい。
　【００３９】
　【実施例】
　実施例１
　初めに請求項１に対する実施例について説明する。表２に実施例において用いた溶接棒の心線（各４．０ｍｍ）の組成を示す。表３、表４に被覆剤化学成分を示した溶接棒を用いて、棒径４．０ｍｍ、棒長４００ｍｍで被覆外径は６．３ｍｍの溶接棒を作製した。表３、表４において、Ａ−１〜Ａ−２０が本発明溶接棒であり、Ｂ−１〜Ｂ−１２は比較溶接棒である。
　【００４０】
　【表２】
　【００４１】
　【表３】
　【００４２】
　【表４】
　【００４３】
　これら溶接棒による溶接金属の耐割れ性を調査するＵ形溶接割れ試験（ＪＩＳＺ３１５７）を行った。鋼材は、溶接棒の強度によってＪＩＳ規格の５９０Ｎ／ｍｍ２級および７８０Ｎ／ｍｍ２級の板厚３０ｍｍを選択した。溶接条件は、溶接電流１７０Ａ、溶接入熱１７ｋＪ／ｃｍ、気温３０℃、相対湿度８０％の条件で実施し、割れ停止に必要な予熱温度を求めた。割れ観察を行った結果、割れはすべての溶接金属に生じていた。
　【００４４】
　本発明溶接棒による溶接割れ停止予熱温度は、適正なバナジウム量が含有されているため５９０Ｎ／ｍｍ２級溶接棒において５０℃以下であり、７８０Ｎ／ｍｍ２級溶接棒では７５℃以下であり、特に溶接棒全体のバナジウム量が０．１５重量％近傍の溶接棒Ａ−２、Ａ−３、Ａ−６、Ａ−１３、Ａ−１７は溶接割れ停止温度が３０℃まで低下しており、非常に良好な耐低温割れ性を有している。
　【００４５】
　比較溶接棒Ｂ−１、Ｂ−１２は溶接棒中にバナジウムを含有していない通常の溶接棒であり、溶接割れ停止予熱温度は１２５℃以上であった。Ｂ−２、Ｂ−１０は、心線中のバナジウムが多すぎるため、またＢ−３、Ｂ−１１は被覆剤中のバナジウムが多すぎるため溶接割れ停止予熱温度は７５℃以上であった。
　【００４６】
　Ｂ−４、Ｂ−９は心線と被覆剤からのバナジウムを含有しているが、その範囲が超えているので溶接割れ停止予熱温度は７５℃以上であった。Ｂ−５、Ｂ−８は被覆剤からのバナジウムを含有しているが、その添加量が少なすぎるため溶接割れ停止予熱温度は７５℃以上であった。Ｂ−６、Ｂ−７は心線からのバナジウムを含有しているが、その添加量が少なすぎるため溶接割れ停止予熱温度は１００℃以上であった。
　【００４７】
　実施例２
　次に請求項２に対する実施例について説明する。表５はｙ形溶接割れ試験（ＪＩＳ　Ｚ３１５８）に用いた鋼材の化学組成を重量％で示したものである。表６はｙ形溶接割れ試験に用いた鋼材の記号（表５の記号に対応する）、低水素系被覆アーク溶接棒の記号（表３、表４の記号に対応する）、およびそのときの割れ停止限界予熱温度を示している。割れ試験は、３０℃で湿度８０％の雰囲気中で、溶接電流１７０Ａ、溶接入熱量１７ｋＪ／ｃｍの条件で行い、また鋼材板厚はすべて３８ｍｍであった。表６の限界予熱温度は、ＨＡＺおよび溶接金属両方の割れ防止が可能となった温度である。
　【００４８】
　【表５】
　【００４９】
　【表６】
　【００５０】
　表６より、５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼材、溶接棒の組み合わせ（Ｎｏ．１、２、３、４）において、鋼材のＰｃｍは０．１４〜０．２４重量％の範囲に入っているが、用いた溶接棒により限界予熱温度に大きな差が生じている。本発明例であるＮｏ．１およびＮｏ．３では、５０℃予熱で割れを防ぐことが可能であったが、比較例Ｎｏ．２およびＮｏ．４では、溶接金属割れは５０℃予熱では防ぐことができず、それぞれ１２５℃、７５℃予熱をする必要がある。
　【００５１】
　また、表６の７８０Ｎ／ｍｍ２級の鋼材、溶接棒の組み合わせ（Ｎｏ．５、６、７、８）においては、本発明例であるＮｏ．５のみ５０℃予熱で割れが防止可能であり、Ｎｏ．６、７、８は１００℃以上予熱する必要がある。Ｎｏ．６は、鋼材のＰｃｍが０．１４〜０．２４重量％の範囲内であるにもかかわらず、溶接棒のバナジウムが適切でないため予熱温度が高くなっている。また、Ｎｏ．７では、溶接棒のバナジウムが適切であるＡ−１１溶接棒を用いるが、鋼材のＰｃｍが０．２７重量％本発明の範囲外であるため、ＨＡＺにおける割れ感受性が高く、１００℃予熱をしないと割れが防げなかった。すなわち、予熱を低くし、かつ健全な溶接継手を得るためには、本発明例（Ｎｏ．１、３、５）のように、鋼材、溶接棒ともに適切な選択をしなければならないことがわかる。
　【００５２】
　【発明の効果】
　以上のように本発明溶接棒および溶接方法によれば、従来の高張力鋼溶接棒および溶接方法と比較して耐低温割れ性を著しく向上させたものであり、これは従来の高張力鋼溶接棒では到底達成し得ないもので、各種産業の発展に貢献するところ極めて大である。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　溶接棒中のバナジウム量と割れ停止予熱温度との関係を示すグラフ