(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：０．２５〜０．５５％、
Ｍｎ：１．５０〜１．９５％、
Ｃｕ：０．１５〜０．４５％、
Ｎｉ：２．７〜３．２％、
Ｃｒ：０．３５〜０．６５％、
Ｍｏ：０．１５〜０．４０％、
Ｔｉ：０．０２〜０．１０％
を含有し、下記式（１）で示されるＰｔｓが０．７３〜０．９５であり、
Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｎ：０．００７％以下、
Ｏ：０．０１０％以下で、
残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり送給潤滑油を０．３〜１．０ｇ有することを特徴する高張力鋼のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
Ｐｔｓ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／７＋［Ｍｎ］／５＋［Ｃｕ］／７＋［Ｎｉ］／２０＋［Ｃｒ］／８＋［Ｍｏ］／２＋［Ｔｉ］／５  ・・・式（１）
但し、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｔｉ］は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉのそれぞれの含有量（質量％）を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、７８０ＭＰａ級高張力鋼のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関し、特に溶接金属の低温領域での靭性が優れる高張力鋼のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビル、橋梁、海洋構造物などの鋼構造物の大型化や軽量化の要求が多くなるに伴い、使用される鋼板の高張力化が進み、最近では引張強さが７８０ＭＰａ級高張力鋼が一般的に使用されるようになった。
【０００３】
これら引張強さ７８０ＭＰａ 級高張力鋼を使用する構造物の製造にあたっては、水素量が少なく耐割れ性に優れ、また高能率化に適するガスシールドアーク溶接方法が多く使用される。
【０００４】
従来、高張力鋼のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、例えば、特許文献１に開示されるように、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどを適量添加した高張力鋼用鋼ワイヤが使用されている。しかし、特許文献１に記載のワイヤはＴＩＧ溶接用であり、消耗電極式のＭＡＧ溶接に適用した場合は、引張強さおよび低温での優れた靭性が得られない。
【０００５】
また、特許文献２には、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの成分に加えて、ＡｌおよびＴｉの酸可溶成分と酸不溶成分の含有量およびその比を特定することによって、溶接金属のミクロ組織の微細化を図り、靱性を改善するという技術が開示されている。しかし、特許文献２に記載の技術においても低温での優れた靭性は得られない。
【０００６】
さらに、特許文献３には、４９０〜７８０ＭＰａ級高張力鋼のガスシールドアーク溶接用ワイヤとして、高電流、高入熱および高パス間温度の溶接条件でも、靭性および強度が優れた溶接金属を安定して確保できる技術開示されている。しかし、特許文献３に記載のワイヤは、引張強さ７８０ＭＰａ級の鋼板に適用した場合の低温における靭性は確保できない。
【０００７】
一方、特許文献４には、引張強さが１２００ＭＰａ以上の溶接金属が得られる高張力鋼板のガスシールドアーク溶接用ワイヤが開示されている。しかし、特許文献４に記載のワイヤは、炭素当量（Ｃｅｑ）が高く、溶接金属の引張強さが高くなりすぎて、低温における靭性は確保できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５７−１５９２９３号公報
【特許文献２】特公昭６０−５７９５３号公報
【特許文献３】特開２００７−２５３１６３号公報
【特許文献４】特開２００６−１１０５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、７８０ＭＰａ級高張力鋼の溶接において適正な強度と、特に低温領域での良好で安定した靭性を有する溶接金属が得られるとともに、溶接作業性に優れた高張力鋼の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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の要旨は、ワイヤ全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０２〜０．１０％、
Ｓｉ：０．２５〜０．５５％、
Ｍｎ：１．５０〜１．９５％、
Ｃｕ：０．１５〜０．４５％、
Ｎｉ：２．７〜３．２％、
Ｃｒ：０．３５〜０．６５％、
Ｍｏ：０．１５〜０．４０％、
Ｔｉ：０．０２〜０．１０％
を含有し、下記式（１）で示されるＰｔｓが０．７３〜０．９５であり、
Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｎ：０．００７％以下、
Ｏ：０．０１０％以下で、
ワイヤ表面にワイヤ１０ｋｇ当たり送給潤滑油を０．３〜１．０ｇ有することを特徴する高張力鋼のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤである。
Ｐｔｓ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／７＋［Ｍｎ］／５＋［Ｃｕ］／７＋［Ｎｉ］／２０＋［Ｃｒ］／８＋［Ｍｏ］／２＋［Ｔｉ］／  ５  ・・・式（１）
但し、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｔｉ］は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉのそれぞれの含有量（質量％）を示す。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の高張力鋼のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、溶接時のアークが安定し、７８０ＭＰａ級の強度を確保し、かつ低温領域での安定した高い靭性および欠陥のない高品質な溶接金属が得られる高張力鋼の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ができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決するために、７８０ＭＰａ級高張力鋼のガスシールドアーク溶接において、溶接作業性が良好で、適正な強度を有するとともに−６０℃での低温領域でも安定した高靭性の得られる溶接金属を形成できるガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤの成分組成について詳細に検討した。
【００１４】
その結果、適正な強度と同時に安定した低温靭性の向上をも同時に達成させるためには、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＴｉ量のそれぞれの適正化が有効で、さらに溶接作業性はＳｉおよびＭｎ量の適正化とワイヤ表面に送給潤滑剤を適量含有させることが有効であることを知見した。
【００１５】
本発明の高張力鋼のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、各成分組成それぞれの単独および共存による相乗効果によりなし得たものであるが、以下にそれぞれの各成分組成の添加理由および限定理由を述べる。なお、以下においては、ソリッドワイヤの化学成分をワイヤの全質量に対する割合である質量％で表すものとし、その質量％に関する記載を単に％と記載して説明する。
【００１６】
［Ｃ：０．０２〜０．１０％］
Ｃは、固溶強化により溶接金属の強度を向上するために必要な元素である。しかし、Ｃが０．０２％未満であるとこの効果が得られない。一方、０．１０％を超えると、溶接割れ感受性が高くなる。なお、好ましくは０．０３〜０．０９％とする。
【００１７】
［Ｓｉ：０．２０〜０．５５％］
Ｓｉは、溶接金属の脱酸のために添加する。Ｓｉが０．２０％未満であると、アークが不安定になる。また、溶接金属が脱酸不足となり靭性が低下する。一方、０．５５％を超えると、低温での靭性が安定して得られない。なお、好ましくは０．２５〜０．５０％とする。
【００１８】
［Ｍｎ：１．５０〜１．９５％］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に主要な脱酸剤として添加する。Ｍｎが１．５０％未満であると、溶接金属の靭性を十分に確保できなくなる。また、アークが不安定になる。一方、１．９５％を超えると、溶接金属の低温靭性が安定して得られない。なお、好ましくは１．５０〜１．９０％とする。
【００１９】
［Ｃｕ：０．１５〜０．４５％］
Ｃｕは、析出強化作用を有し、変態温度を低下させ組織を微細化して靭性を安定させる。Ｃｕが０．１５％未満であると、安定した低温での靭性が得られない。一方、０．４５％を超えると、析出脆化が生じて靭性が低下する。また、高温割れが発生しやすくなる。好ましくは０．２０〜０．４０％とする。
なお、防錆のためにワイヤ表面にＣｕめっきが施されている場合、このＣｕめっき量も本発明におけるＣｕ含有量に含まれる。
【００２０】
［Ｎｉ：２．７〜３．２％］
Ｎｉは、変態温度を低下させて組織を微細化すると共に、溶接金属中に固溶して靭性を低下させることなく強度を高める作用を有する。Ｎｉが２．７％未満であると、靭性の低下を防止する効果が十分に得られない。一方、３．２％を超えると、粒界が脆化して靭性が低下する。
【００２１】
［Ｃｒ：０．３５〜０．６５％］
Ｃｒは、変態温度を低下させ、組織を微細化して靭性を向上させる作用を有する。Ｃｒが０．３５％未満であると、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｃｒが０．６５％を超えると、溶接金属の硬化が著しくなり靭性が低下する。
【００２２】
［Ｍｏ：０．１５〜０．４０％］
Ｍｏは、ＮｉおよびＣｒと同様に、変態温度を低下させ、組織を微細化して靭性を向上させる。Ｍｏが０．１５％未満であると、これらの効果が十分に得られない。一方、０．４０％を超えると、低温での靭性が安定して得られない。
【００２３】
［Ｔｉ：０．０２〜０．１０％］
Ｔｉは、脱酸剤として作用するとともに溶接金属中にＴｉの微細酸化物を生成し溶接金属の靭性を向上させる。Ｔｉが０．０２％未満であると、低温での靭性が安定して得られない。一方、０．１０％を超えると、固溶Ｔｉが多くなって靭性が低下する。
【００２４】
［Ｐｔｓ：０．７３〜０．９５］
前記Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＴｉの含有量を独立変数、溶接金属の強度および靭性を従属変数とする重回帰分析を行い、［Ｃ］の係数を１として他の成分の回帰係数式として表現したのが下記式のＰｔｓであって、この式により溶接用ワイヤの成分に基づいて算出される溶接金属の強度および靭性の推定値をＰｔｓとした。Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＴｉの含有量を、下記式のＰｔｓで０．７３〜０．９５にすることによって、強度を確保しつつ低温での良好で安定した靭性を有する溶接金属が得られる。Ｐｔｓが０．７３未満であると、溶接金属の強度が低くなる。一方、０．９５を超えると、溶接金属の強度が高くなり安定した低温靭性が得られない。
Ｐｔｓ＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／７＋［Ｍｎ］／５＋［Ｃｕ］／７＋［Ｎｉ］／２０＋［Ｃｒ］／８＋［Ｍｏ］／２＋［Ｔｉ］／  ５                      ・・・式（１）
なお、Ａｌは、製鋼時に微量必然的に含有するが、溶接金属中に非金属介在物を形成して靭性を低下させるので少ない方が好ましく０．０１０％以下に制限する。ＳおよびＰは、不純物であり溶接金属の靭性を低下させるため、その含有量をそれぞれ０．０２０質量％以下とするのが好ましい。
【００２５】
Ｎは、不可避的不純物である。溶接金属の靭性を安定に向上させるには、溶接金属中の固溶Ｎを低下させることが必須となる。Ｎが０．００７０％を超えると、溶接金属の靭性が低下する。Ｏは、溶接金属中にＳｉまたはＭｎ等との非金属介在物などを形成して靭性を低下させるので０．０１０％以下とする。
【００２６】
［ワイヤ表面の送給潤滑油：ワイヤ１０ｋｇ当たり０．３〜１．０ｇ］
ワイヤ表面の送給潤滑油は、必ずしも限定するものではないが、特に半自動溶接の場合にワイヤの送給性を良好にして、アークが安定でスパッタの発生量を少なくするとともに、溶接欠陥の発生を防止する。ワイヤ表面の送給潤滑剤がワイヤ１０ｋｇ当たり０．３ｇ未満であると、ワイヤ送給性が不良となりアークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。また、スラグ巻き込み欠陥が生じやすくなる。一方、１．０ｇを超えると、送給ローラ部でワイヤがスリップして、アークが不安定でスパッタ発生量が多くなる。また、溶接金属部にブローホールが生じやすくなるので、ワイヤ１０ｋｇ当たり０．３〜１．０ｇとすることが好ましい。
【００２７】
送給潤滑油は、動植物油、鉱物油あるいは合成油の何れでもよい。動植物油としてはパーム油、菜種油、ひまし油、豚油、牛油、魚油等を、鉱物油としてはマシン油、タービン油、スピンドル油等を用いることができる。合成油としては炭化水素系、エステル系、ポリグリコール系、ポリフェノール系、シリコーン系、フロロカーボン系を用いることができる。さらに、油脂またはエステルの１種以上の基油に硫黄を含有する硫化油脂、硫化エステル、硫化脂肪酸または硫化オレフィンの１種または２種以上である硫黄含有の潤滑油を用いることもできる。
【００２８】
なお、シールドガスは、Ａｒ＋ＣＯ２とするが、ＣＯ２の混合量は５〜２０体積％の範囲として溶接金属の酸素量を低減する。また、シールドガスの流量は耐欠陥性および大気からの窒素の混入を防ぐために２０〜３５リットル／分であることが好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の効果を実施例により具体的に説明する。
【００３０】
表１に示す各種化学成分のワイヤ表面にパーム油を塗布したワイヤ径１．２ｍｍのワイヤを試作し、表２に示す板厚２０ｍｍの７８０ＭＰａ級鋼板を、開先角度２０°、ルート間隔を１６ｍｍの裏当金付き開先に加工し、表３に示す溶接条件で多層盛り溶接を行った。なお、溶接時のワイヤ送給は、６ｍ長さのコンジットケーブルを用いた。
【００３１】
【表１】
0005902970.tif 000002
【００３２】
【表２】
0005902970.tif 000003
【００３３】
【表３】
0005902970.tif 000004
【００３４】
評価は、溶接時のアークの安定性および溶接後にＸ線透過試験（ＪＩＳ  Ｚ  ３１０６）による欠陥の有無を調査し、さらに溶接金属の機械的性能を調査した。
溶接金属の機械的性能の調査は、溶接試験体の板厚１／２ｔを中心に試験片（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１  １０号）およびシャルピー試験片（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２  Ｖノッチ試験片）を採取して機械試験を実施した。
【００３５】
引張強さの評価は８００〜９２０ＭＰａを良好とした。また、靭性の評価は、−６０℃におけるシャルピー衝撃試験を各５本実施し、吸収エネルギーは平均値９０Ｊ以上、最低値７０Ｊ以上を良好とした。これらの調査結果を表４にまとめて示す。
【００３６】
【表４】
0005902970.tif 000005
【００３７】
表１および表４に示すワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ９は本発明例、ワイヤ記号Ｗ１０〜Ｗ２４は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ９は、ワイヤのＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＴｉ量が適量で、ワイヤ表面の送給潤滑剤量も適量あるので、アークが安定し、溶接欠陥がなく、溶接金属の引張強さ、吸収エネルギーの平均値および最低値ともに良好であり、極めて満足な結果であった。
【００３８】
なお、ワイヤ表面の送給潤滑剤量が少ないワイヤ記号Ｗ３および送給潤滑剤量が多いワイヤ記号Ｗ６は、ややアークが不安定であったが、格別問題とはならなかった。
【００３９】
比較例中ワイヤ記号Ｗ１０は、Ｃが少ないので、溶接金属の引張強さが低値であった。また、Ｔｉが少ないので、溶接金属の吸収エネルギーの最低値が低かった。
【００４０】
ワイヤ記号Ｗ１１は、Ｃが多いので、クレータ部に割れが生じた。また、Ｃｒが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの平均値および最低値ともに低値であった。
【００４１】
ワイヤ記号１２は、Ｓｉが少ないので、アークが不安定で、溶接金属の吸収エネルギーの平均値および最低値ともに低値であった。
【００４２】
ワイヤ記号Ｗ１３は、ワイヤ表面の送給潤滑剤が少ないので、アークが不安定でスパッタの発生量が多く、スラグ巻き込み欠陥も生じた。また、Ｓｉが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの最低値が低かった。
【００４３】
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｍｎが低いので、アークが不安定で、溶接金属の吸収エネルギーの平均値および最低値ともに低値であった。
【００４４】
ワイヤ記号Ｗ１５は、ワイヤ表面の送給潤滑剤が多いので、アークが不安定でスパッタの発生量が多く、ブローホールも生じた。また、Ｍｎが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの最低値が低かった。
【００４５】
ワイヤ記号Ｗ１６は、Ｐｔｓが低いので、溶接金属の引張強さが低値であった。また、Ｃｕが低いので、溶接金属の吸収エネルギーの最低値が低かった。
【００４６】
ワイヤ記号Ｗ１７は、Ｃｕが多いので、クレータ部に割れが生じた。また、溶接金属の吸収エネルギーの平均値および最低値ともに低値であった。
【００４７】
ワイヤ記号Ｗ１８はＮｉが少ないので、ワイヤ記号Ｗ１９はＮｉが多いので、ワイヤ記号Ｗ２０はＣｒが少ないので、ワイヤ記号Ｗ２１はＭｏが少ないので、またワイヤ記号Ｗ２３はＴｉが多いので、何れも溶接金属の吸収エネルギーの平均値および最低値ともに低かった。
【００４８】
ワイヤ記号Ｗ２２は、Ｍｏが多いので、溶接金属の吸収エネルギーの最低値が低かった。
【００４９】
ワイヤ記号Ｗ２４は、Ｐｔｓが高いので、溶接金属の引張強さが高く、吸収エネルギーの最低値が低かった。