(57)【要約】      （修正有）【課題】  フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接によって形成される溶接金属の強度を７００ＭＰａ以上とすると共に、−４０℃レベルの低温域での靭性にも優れた溶接金属を提供する。【解決手段】  フラックス入りワイヤを用い、ガスシールドアーク溶接によって形成された溶接金属であって、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１２％、Ｓｉ：０．１〜１．００％、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｎｉ：０．５〜３．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．２０％、およびＯ：０．０２〜０．０７％、を夫々含み、且つ前記溶接金属断面を電子顕微鏡で観察したときに、最大径が０．１μｍ以上、１μｍ未満の酸化物が観察視野１ｍｍ2換算で１０×１０3〜５００×１０3個存在し、更に最大径が１μｍ以上の酸化物が観察視野１ｍｍ2換算で１５０個以下に抑えられた高強度溶接金属である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックス入りワイヤを用い、ガスシールドアーク溶接によって形成された溶接金属であって、
質量％で、
Ｃ  ：０．０２〜０．１２％、
Ｓｉ：０．１〜１．００％、
Ｍｎ：０．３〜３．０％、
Ｎｉ：０．５〜３．５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．２０％、および
Ｏ  ：０．０２〜０．０７％を夫々含み、且つ
前記溶接金属断面を電子顕微鏡で観察したときに、最大径が０．１μｍ以上、１μｍ未満の酸化物が観察視野１ｍｍ2換算で１０×１０3〜５００×１０3個存在し、更に最大径が１μｍ以上の酸化物が観察視野１ｍｍ2換算で１５０個以下に抑えられたものであることを特徴とする低温靭性に優れた高強度溶接金属。
【請求項２】
更に他の元素として、
Ｃｕ：２．０％以下（０％を含まない）、
Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）、および
Ｖ  ：０．２０％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むものである請求項１に記載の溶接金属。
【請求項３】
更に他の元素として、
Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、
Ｃｒ：２．０％以下（０％を含まない）、および
Ｂ  ：０．０１０％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むものである請求項１または２に記載の溶接金属。
【請求項４】
Ａｌ：０．０１％以下（０％を含む）および／またはＮ：０．０１％以下（０％を含む）に抑えたものである請求項１〜３のいずれかに記載の溶接金属。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラックス入りワイヤを用い、ガスシールドアーク溶接によって形成された溶接金属に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物に使用される鋼材は近年益々高強度化しており、鋼材同士を接合する接合部にも高強度化が望まれている。鋼材同士を接合する方法としては種々あり、一般には溶接が用いられる。そのため鋼材同士を溶接したときに形成される溶接金属についても高強度化が求められており、７００ＭＰａ以上の強度レベルが要求されることがある。
【０００３】
ところで海洋構造物や液化ガスタンク，ラインパイプなど低温環境下で使用される構造物の素材としては、高強度の他に、例えば−４０℃レベルの低温環境下においても靭性が良好であることが強く求められている（以下、低温靭性という）。そのためこうした構造物用の素材を接合した溶接金属についても−４０℃レベルの低温環境下における良好な靭性が求められる。ところが溶接金属は鋼材と異なり、熱処理することで靭性を高めることはできないため、該溶接金属の低温靭性は鋼材の低温靭性よりも劣っているのが現状である。
【０００４】
こうした溶接金属の低温靭性は、該溶接金属の組織に大きく影響を受けることが知られており、低温靭性を改善する方法としては、アシキュラーフェライト（acicular ferrite）と呼ばれる微細組織を生成させるのが有効であることも知られている。
【０００５】
本発明者らも溶接金属の低温靭性を改善すべく種々検討を進めており、その研究の一環として溶接金属の成分組成を厳密に規定すれば、溶接金属を高強度化し、且つ低温靭性を改善できることを見出し、その技術的意義が認められたので先に特許文献１として提案した。しかしこの技術は、主に溶接時にスラグを形成しないワイヤ（例えば、ソリッドワイヤ）を用いてガスシールドアーク溶接して得られた溶接金属の特性を向上させるものであり、こうした技術を、溶接時にスラグを形成するワイヤ（例えば、フラックス入りワイヤ）を用いて得られた溶接金属の特性向上に適用しようとしても、溶接金属の強度と低温靭性は充分に改善できないことが判明した。
【０００６】
ところでガスシールドアーク溶接時にソリッドワイヤ等を用いると、溶接時に溶接金属表面にスラグが殆ど生成しないため、全姿勢溶接できない。これに対し溶接時にスラグを形成するフラックス入りワイヤを用いると、溶接時に溶接金属表面にスラグが形成されるため全姿勢溶接できるようになる。そのため溶接にはフラックス入りワイヤを用いることが望まれている。しかし上述したように、フラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属の強度と低温靭性は満足のいくレベルではなく、改善が求められていた。
【特許文献１】特開2004-315962号公報（［特許請求の範囲］、［0008］、［0015］、［0016］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接によって形成される溶接金属の強度を７００ＭＰａ以上とすると共に、−４０℃レベルの低温域での靭性にも優れた溶接金属を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、フラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接して形成された溶接金属の強度と低温靭性を高めるべく鋭意検討を重ねた。その結果、溶接金属の強度を高めるには、溶接金属の成分組成を厳密に規定することが重要であり、低温靭性を改善するには、溶接金属内に形成される酸化物の形態を適切に制御することが重要であることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
即ち、本発明に係る高強度溶接金属とは、フラックス入りワイヤを用い、ガスシールドアーク溶接によって形成された溶接金属であって、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１２％、Ｓｉ：０．１〜１．００％、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｎｉ：０．５〜３．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．２０％、およびＯ：０．０２〜０．０７％、を夫々含み、且つ前記溶接金属断面を電子顕微鏡で観察したときに、最大径が０．１μｍ以上、１μｍ未満の酸化物が観察視野１ｍｍ2換算で１０×１０3〜５００×１０3個存在し、更に最大径が１μｍ以上の酸化物が観察視野１ｍｍ2換算で１５０個以下に抑えられた点に要旨を有する。
【００１０】
溶接金属の強度を一層向上させるには、更に他の元素として、Ｃｕ：２．０％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）、およびＶ：０．２０％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むものであることが好ましい。
【００１１】
溶接金属の低温靭性を一層改善するには、更に他の元素として、Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：２．０％以下（０％を含まない）、およびＢ：０．０１０％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むものであることが好ましい。
【００１２】
溶接金属の低温靭性を劣化させないためには、Ａｌ：０．０１％以下（０％を含む）および／またはＮ：０．０１％以下（０％を含む）に抑えたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶接金属の成分組成を厳密に調整すると共に、溶接金属内の酸化物の形態を適切に制御することで、７００ＭＰａ以上の高強度で、且つ−４０℃域での低温靭性に優れた溶接金属を提供できる。本発明の溶接金属は、溶接時にフラックス入りワイヤを用いることで得られるため、溶接時に全姿勢溶接が可能となり、溶接作業性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の溶接金属は、酸化物が適正に分散しているところに特徴がある。即ち、フラックス入りワイヤには、溶接時に溶接金属の表面にスラグを形成するために、フラックス等にＴｉやＳｉ，Ｍｎ，Ａｌ等の酸化物が配合される。そのためフラックス入りワイヤを用いてガスシールドアーク溶接して得られた溶接金属中には、ソリッドワイヤを用いてガスシールドアーク溶接して得られた溶接金属中よりも一般に多くの酸化物が生成することになる。従ってソリッドワイヤを用いて得られた溶接金属とフラックス入りワイヤを用いて得られた溶接金属では、溶接金属内に生成している酸化物量にはかなりの差がある。
【００１５】
そこで本発明に係る溶接金属は、微細な酸化物が適当に分散していると共に、粗大な酸化物の生成が極力抑えられていることが重要である。溶接金属中の酸化物の形態をバランスよく制御することによって、微細な酸化物がアシキュラーフェライトの生成核となって低温靭性が改善され、粗大な酸化物が生成することによる低温靭性の劣化を防止できる。
【００１６】
上記酸化物とは、ＴｉやＳｉ，Ｍｎ，Ａｌ等の酸化物、或いはこれらの元素を含む複合酸化物を意味する。Ｔｉの酸化物としては例えばＴｉ2Ｏ3、Ｓｉの酸化物としては例えばＳｉＯ2、Ｍｎの酸化物としては例えばＭｎＯやＭｎＯ2、Ａｌの酸化物としては例えばＡｌ2Ｏ3などが挙げられる。複合酸化物としては、例えばＴｉとＭｎを含む酸化物［例えば、（ＭｎＴｉ）Ｏ3など］が挙げられる。
【００１７】
なお、本件出願人が先に出願した上記特許文献１では、Ｔｉを含む酸化物がアシキュラーフェライトの生成核になると考えていたが、後述する実施例から明らかなように、Ｔｉを含まない酸化物であっても溶接金属の強度や低温靭性改善に寄与することが分かった。即ち、溶接時にフラックス入りワイヤを用いると、該フラックス入りワイヤには酸化物が多く含まれるため、溶接金属中の酸素源が多くなる。そのため溶接金属中では、まず脱酸力の強いＴｉが酸素と結合して酸化物を形成し、これが粗大な酸化物に成長するのであるが、溶接金属中のＴｉが脱酸によって消費された後にも酸素が残存することとなる。この残存する酸素は、ＳｉやＭｎ、Ａｌ等を結合して微細な酸化物を形成するため、こうした微細な酸化物についてもアシキュラーフェライトの生成核となるのである。つまり溶接金属中の酸素源が少ない場合は、主にＴｉによる脱酸のみが進行し、Ｔｉを含まない酸化物は殆ど生成しないが、溶接時にスラグを形成するフラックス入りワイヤを用いた場合には、溶接金属中の酸素源が多くなるため、Ｔｉを含まない酸化物も多く生成するのである。従って、溶接金属内に生成している個々の酸化物についてその成分組成を測定したところ、粗大な酸化物はＴｉを含むものが多いが、微細な酸化物にはＴｉを含むものと含まないものが混在していた。
【００１８】
上記微細な酸化物とは、最大径が０．１μｍ以上、１μｍ未満の酸化物であり、こうした酸化物は、アシキュラーフェライトの生成核となる。最大径が０．１μｍ以上、１μｍ未満の酸化物は、溶接金属の断面を電子顕微鏡で観察したときに、観察視野１ｍｍ2換算で１０×１０3〜５００×１０3個存在している必要がある。
【００１９】
酸化物が１０×１０3個未満では、酸化物の生成量が少なく、アシキュラーフェライトの生成が促進されず、低温靭性を改善できない。好ましくは５０×１０3個以上、より好ましくは１００×１０3個以上である。しかし５００×１０3個を超えると、酸化物の生成量が多くなり、ボイドの連結を容易にしてしまうため却って低温靭性が劣化する。好ましくは４５０×１０3個以下、より好ましくは４００×１０3個以下である。
【００２０】
微細な酸化物の個数は、走査型電子顕微鏡を用いて５０００倍で観察視野４００μｍ2の範囲を５箇所測定し、測定した値を平均したものを１ｍｍ2当たりに換算して算出する。
【００２１】
一方、上記粗大な酸化物とは、最大径が１μｍ以上の酸化物であり、こうした酸化物が生成してもアシキュラーフェライトの生成核とならず、却って低温靭性に悪影響を及ぼす。最大径が１μｍ以上の酸化物は、溶接金属の断面を電子顕微鏡で観察したときに、観察視野１ｍｍ2換算で１５０個以下に抑えられている必要がある。１５０個までであれば許容できるが、できるだけ少ない方が好ましい。好ましくは１４０個以下、より好ましくは１３０個以下、更に好ましくは１２０個以下である。
【００２２】
粗大な酸化物の個数は、走査型電子顕微鏡を用いて１０００倍で観察視野１ｍｍ2の範囲を５箇所測定し、測定した値を平均して算出する。なお、電子顕微鏡で観察する位置は、溶接金属の断面であれば特に限定されない。
【００２３】
本発明の溶接金属は、上記酸化物が適性に分散したものであるが、溶接金属の強度を向上させるため成分組成も厳密に調整することが重要である。即ち、本発明の溶接金属は、必須成分として、Ｃ：０．０２〜０．１２％、Ｓｉ：０．１〜１．００％、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｎｉ：０．５〜３．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．２０％およびＯ：０．０２〜０．０７％、を夫々含有するものである。こうした範囲を定めた理由を以下説明する。
【００２４】
Ｃ：０．０２〜０．１２％
Ｃは、溶接金属の強度を確保するために欠くことのできない元素であり、０．０２％以上含有させる必要がある。好ましくは０．０３％以上、より好ましくは０．０５％以上である。しかし０．１２％を超えると硬質組織の生成を増加させて溶接金属の強度が過度に上昇し、低温靭性の劣化を招くので、Ｃ含有量は０．１２％以下に抑える必要がある。好ましくは０．１０％以下、より好ましくは０．０９％以下である。
【００２５】
Ｓｉ：０．１〜１．００％
Ｓｉは、脱酸作用を有する元素であり、溶接金属を清浄化する。また溶接金属内に歩留まった場合はフェライトを固溶強化させる。こうした効果を発揮させるには、０．１％以上含有させる必要がある。好ましくは０．１５％以上、より好ましくは０．２％以上である。しかし１．００％を超えると溶接金属の強度が過度に上昇して低温靭性が低下する原因となる。また、硬質の第二相を生成させて溶接金属の低温靭性を劣化させる原因となる。好ましくは０．８％以下であり、より好ましくは０．５％以下である。
【００２６】
Ｍｎ：０．３〜３．０％
Ｍｎは、溶接金属の強度および低温靭性を確保するために欠かせない元素であり、こうした効果を発揮させるために０．３％以上含有させる。好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上である。しかし３．０％を超えると焼入性が増大し過ぎて却って低温靭性を低下させる。また、偏析により硬質の第二相が生成することによっても低温靭性の低下を招く。好ましくは２．８％以下、より好ましくは２．５％以下である。
【００２７】
Ｎｉ：０．５〜３．５％
Ｎｉは、Ｍｎと同様に、溶接金属の強度および靭性を確保するうえで重要な元素であり、特に低温靭性の向上に有効に作用する。こうした作用を発揮させるには、０．５％以上含有させる必要がある。好ましくは０．７５％以上、より好ましくは１％以上である。しかし３．５％を超えると焼入性が増大して溶接金属の低温靭性を劣化させるので、Ｎｉ含有量は３．５％以下に抑える。好ましくは３．０％以下、より好ましくは２．５％以下である。
【００２８】
Ｔｉ：０．００５〜０．２０％
Ｔｉは、溶接金属中にアシキュラーフェライトを生成させるための核となる酸化物を形成する元素として重要であり、Ｔｉ含有量が０．００５％未満では酸化物が充分に生成せず、アシキュラーフェライトも生成し難くなり、満足のいく低温靭性が得られない。そこで酸化物を生成させるため、Ｔｉ含有量は０．００５％以上とすべきである。好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０３％以上である。しかしＴｉ含有量が０．２０％を超えると炭化物（ＴｉＣ）が析出して溶接金属の強度を著しく高めて低温靭性を劣化させるので、Ｔｉ含有量は０．２０％以下に抑える。好ましくは０．１５％以下、より好ましくは０．１％以下である。
【００２９】
Ｏ：０．０２〜０．０７％
Ｏ（酸素）は、溶接金属中にアシキュラーフェライトの生成核となる酸化物を生成させて低温靭性を高めるために極めて重要な元素である。こうした効果を発揮させるには０．０２％以上含有させる必要がある。好ましくは０．０３％以上、より好ましくは０．０４％以上である。しかし０．０７％を超えて含有させると酸化物が粗大化してアシキュラーフェライトの生成核になり難くなり、却って低温靭性が劣化する原因となる。そのためＯ含有量は０．０７％以下に抑える。好ましくは０．０６％以下、より好ましくは０．０５％以下である。
【００３０】
本発明の溶接金属は、上記元素を必須成分として含有するものであるが、必要に応じて、更に他の元素として、下記（ａ）や（ｂ）に示す元素を含むことが好ましい。
【００３１】
（ａ）Ｃｕ：２．０％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．２０％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種
Ｃｕ，Ｎｂ，Ｖは、いずれも溶接金属の強度を一層向上させる元素である。これらの元素は、夫々単独で、或いは任意に選ばれる２種以上を組み合わせて含有させることができる。こうした範囲を規定した理由は次の通りである。
【００３２】
Ｃｕ：２．０％以下（０％を含まない）
Ｃｕは、Ｎｉと同様の作用を有しており、溶接金属の低温靭性を損なうことなく強度を高めることができる。このような作用は少量の添加で発揮するが、好ましくは０．００５％以上含有させることが推奨され、より好ましくは０．０１％以上である。しかし２．０％を超えると溶接金属の焼入性が増大して低温靭性を劣化させるので、Ｃｕ含有量は２．０％以下に抑えるのがよい。より好ましくは１．８％以下、更に好ましくは１．７％以下である。
【００３３】
Ｎｂ：０．２％以下（０％を含まない）および／またはＶ：０．２０％以下（０％を含まない）
ＮｂやＶは、少量の添加で溶接金属の焼入性を高めて強度を向上させるのに有効な元素である。しかしＮｂ含有量が０．２％を超えるか、Ｖ含有量が０．２０％を超えると溶接金属中に炭化物が析出して低温靭性を劣化させるので、Ｎｂ含有量は０．２％以下、Ｖ含有量は０．２０％以下に抑えることが好ましい。Ｎｂ含有量は、０．１５％以下とすることがより好ましく、更に好ましくは０．１％以下である。Ｖ含有量は、０．１５％以下とすることがより好ましく、更に好ましくは０．１％以下である。ＮｂとＶを併用する場合は、合計で０．３％以下とするのが好ましく、より好ましくは０．２％以下、更に好ましくは０．１％以下である。
【００３４】
（ｂ）Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：２．０％以下（０％を含まない）、およびＢ：０．０１０％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種
Ｍｏ，Ｃｒ，Ｂは、いずれも溶接金属の低温靭性を一層改善する元素である。これらの元素は、夫々単独で、或いは任意に選ばれる２種以上を組み合わせて含有させることができる。こうした範囲を規定した理由は次の通りである。
【００３５】
Ｍｏ：１．０％以下（０％を含まない）
Ｍｏは、溶接金属の組織を微細化し、低温靭性を改善する元素である。またフェライトが粒界から生成するのを抑える作用を有し、溶接金属の強度を高めることができる。更に焼戻しによる軟化抵抗を増加させる作用も有する。こうした効果は少量の添加で発揮するが、好ましくは０．０１％以上含有させることが望ましく、より好ましくは０．０５％以上である。しかし１．０％を超えると、溶接金属の強度が高くなり過ぎて低温靭性が劣化するため、上限は１．０％とする。より好ましくは０．８％以下、更に好ましくは０．７％以下である。
【００３６】
Ｃｒ：２．０％以下（０％を含まない）
Ｃｒは、溶接金属の焼入性を高めて粒界からのフェライト生成を抑制し、組織を微細化して低温靭性を改善する作用を有している。こうした作用は少量の添加で発揮するが、好ましくは０．０１％以上含有させることが望ましい。より好ましくは０．０２％以上、更に好ましくは０．０３％以上である。しかしＣｒ含有量が２．０％を超えると溶接金属の強度が高くなり過ぎて却って低温靭性を劣化させるので、上限は２．０％とする。好ましくは１．８％以下であり、より好ましくは１．５％以下である。
【００３７】
Ｂ：０．０１０以下（０％を含まない）
Ｂは、溶接金属中に固溶したＮを固定する作用と粒界からフェライトが生成するのを抑制する作用を有する元素であり、低温靱性向上に寄与する元素である。こうした効果は少量の添加で発揮されるが、０．０００５％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．００１％以上である。しかし０．０１０％を超えるとアシキュラーフェライトの生成を阻害し、低温靭性を劣化させて溶接割れを起こし易くなるので、Ｂ含有量は０．０１０％以下に抑制することが好ましい。より好ましくは０．００８％以下、更に好ましくは０．００５％以下である。
【００３８】
本発明の溶接金属は、Ａｌ：０．０１％以下（０％を含む）および／またはＮ：０．０１％以下（０％を含む）に抑えたものであることが好ましい。こうした範囲を規定した理由は、次の通りである。
【００３９】
Ａｌ：０．０１％以下（０％を含む）
Ａｌは、溶接金属内に粗大な酸化物を形成しやすく、却って低温靭性を低下させるため、極力抑えることが好ましい。こうしたことから上限を０．０１％と定めた。より好ましくは０．００９％以下、更に好ましくは０．００８％以下である。
【００４０】
Ｎ：０．０１％以下（０％を含む）
Ｎは、溶接金属内に固溶し、歪時効効果により低温靭性を劣化させるため、極力抑えることが好ましい。こうしたことから上限を０．０１％と定めた。より好ましくは０．００９％以下、更に好ましくは０．００８％以下である。
【００４１】
本発明の溶接金属の成分組成は上述した通りであり、残部はＦｅおよび不可避不純物である。不可避不純物としては、例えばＡｓ、Ｓｂ、Ｓｎ等が挙げられる。
【００４２】
本発明の溶接金属は、上記成分組成の範囲を満足すると共に、溶接金属中に酸化物が適正に分散しているものであり、該溶接金属の形成方法は特に限定されないが次の方法を採用できる。
【００４３】
上記要件を満足する溶接金属を得るには、ガスシールドアーク溶接時にフラックス入りワイヤを用いると共に、該フラックス入りワイヤの成分組成を適切に制御すればよい。
【００４４】
フラックス入りワイヤを用いることで、全姿勢溶接が可能となり、溶接作業性を改善できる。
【００４５】
上記フラックス入りワイヤの成分組成は、フラックス入りワイヤ全体の質量に対してＭｇを０．４％以上含有すると共に、フラックス入りワイヤに含まれるＴｉ，Ｓｉ，ＭｎおよびＡｌ（以下、酸化物形成元素ということがある）のバランスを適正に調整することが重要である。
【００４６】
Ｍｇは、脱酸剤として作用し、溶接金属内に生成する酸化物の形態を制御するのに作用する元素である。０．４％未満では、溶接時における溶接金属の脱酸が不充分となり、酸化物が多く生成し、この酸化物が凝集して粗大化する。その結果、低温靭性を高めることができない。Ｍｇは０．４３％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．４５％以上である。
【００４７】
フラックス入りワイヤにＭｇを添加する部位は特に限定されず、鋼外皮（フープ）に含有させてもよいし、フラックスに含有させてもよい。Ｍｇを添加する形態についても特に限定されず、金属Ｍｇのまま添加してもよいし、ＭｇＯなどの化合物として添加してもよい。
【００４８】
上記フラックス入りワイヤに含まれる酸化物形成元素は、下記（１）式を用いて上記フラックス入りワイヤに含まれるＴｉ，Ｓｉ，ＭｎおよびＡｌの量から算出されるＺ値が９０〜２２０の範囲となるように調整する。
Ｚ値＝７×（Ｔｉ）＋１５０×（Ｓｉ）＋３５×（Ｍｎ）−１８０×（Ａｌ）…（１）
【００４９】
Ｚ値が９０未満では、溶接金属内に形成される酸化物量が少なくなり、アシキュラーフェライトが生成し難くなる。そのため溶接金属の低温靭性を向上させることができない。より好ましくは１１０以上であり、更に好ましくは１３０以上である。しかしＺ値が２２０を超えると、溶接金属内に形成される酸化物量が多くなり、酸化物同士が凝集して粗大な酸化物が多くなる。そのため溶接金属の低温靭性が却って劣化する。より好ましくは２１０以下であり、更に好ましくは２００以下である。
【００５０】
式中、（Ｔｉ），（Ｓｉ），（Ｍｎ），（Ａｌ）は、フラックス入りワイヤ全体に含まれる各元素の全量（トータル量。単位は質量％。）を意味している。即ち、フラックス入りワイヤは、鋼外皮（フープ）とフラックスから構成されており、その両方に、ＴｉやＳｉ，Ｍｎ，Ａｌを夫々単独元素として、或いはＴｉＯ2やＳｉＯ2等の化合物として含有させる。そこで本発明の溶接金属を得るには、こうした化合物に含まれる元素も換算して全量を求める。具体的には、（Ｔｉ）には、Ｔｉ元素としての配合量に、ＴｉＯ2等の化合物量からＴｉ元素相当量を算出した値を足したものを代入する。（Ｓｉ）には、Ｓｉ元素としての配合量に、ＳｉＯ2等の化合物量からＳｉ元素相当量を算出した値を足したものを代入する。（Ｍｎ）には、Ｍｎ元素としての配合量に、ＭｎＯやＭｎＯ2等の化合物量からＭｎ元素相当量を算出した値を足したものを代入する。（Ａｌ）には、Ａｌ元素としての配合量に、ＡｌＯ2等の化合物量からＡｌ元素相当量を算出した値を足したものを代入する。
【００５１】
（Ｔｉ），（Ｓｉ），（Ｍｎ）および（Ａｌ）は、上記Ｚ値を満足する範囲でフラックス入りワイヤに配合すればよいが、具体的には次の範囲で配合すればよい。（Ｔｉ）は６．０％以下（０％を含まない）、（Ｓｉ）は１．４％以下（０％を含まない）、（Ｍｎ）は３．８％以下（０％を含まない）、（Ａｌ）は１％以下（０％を含む）の範囲である。
【００５２】
フラックス入りワイヤは、上述したように、Ｍｇ，Ｔｉ，ＳｉおよびＡｌ量を調整したものを用いればよく、残部の成分組成は特に限定されない。他の元素としては、Ｃ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｂ等を配合すればよい。残部はＦｅおよび不可避不純物（例えばＡｓ、Ｓｂ、Ｓｎ等）である。こうした元素は、溶接後に得られる溶接金属の成分組成が上記範囲を満足するようにフラックス入りワイヤに配合すればよい。具体的には次の範囲で配合すればよい。Ｃは０．１５％以下（０％を含まない）、Ｎｉは３．７％以下（０％を含まない）、Ｃｕは２．１％以下（０％を含む）、Ｎｂは０．２５％以下（０％を含む）、Ｖは０．２５％以下（０％を含む）、Ｍｏは１．３％以下（０％を含む）、Ｃｒは２．１％以下（０％を含む）、Ｂは０．０１２％以下（０％を含む）の範囲である。
【００５３】
但し、フラックス入りワイヤの成分組成を厳密に規定しても、溶接金属内に形成される酸化物の形態は、溶接条件にも大きく影響を受けるため、本発明の溶接金属を得るには、上記フラックス入りワイヤを用い、シールドガスとして、ＣＯ2：Ａｒ＝２０体積％：８０体積％の混合ガスを用い、電流：２８０Ａ，電圧：２８〜３０Ｖ，溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ程度でガスシールドアーク溶接する。即ち、成分組成が上記Ｚ値を満足するフラックス入りワイヤを用い、上記条件でガスシールドアーク溶接すれば、溶接金属内に存在する酸化物の形態を適切に制御できる。但し、ＣＯ2ガスの比率を高くすると、溶接金属中の酸素源が多くなるため、酸化物の生成量が増える。そのため上記Ｚ値は低めに調整すればよい。一方、ＣＯ2ガスの比率を低くすると、溶接金属中の酸素源が少なくなるため、酸化物の生成量が減少する。そのため上記Ｚ値は高めに調整すればよい。また、電流や電圧を高める場合や、溶接速度を小さくすると、酸化物は粗大化する傾向を示すため、上記Ｚ値は低めに調整すればよい。
【００５４】
なお、従来ではガスシールドアーク溶接時のシールドガスとしては、ＣＯ2ガスを単独で用いることが一般的であったが、本発明の溶接金属を形成する際には、上述した様にシールドガスとしてＣＯ2とＡｒの混合ガスを用いる。
【００５５】
上記要件を満足する本発明の溶接金属は、７００ＭＰａ以上の高強度で、且つ−４０℃域での低温靭性にも優れているので、例えば、海洋構造物や液化ガスタンク，ラインパイプなど低温環境下で使用される構造物を溶接したときの溶接金属として好適に用いることができる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５７】
フラックス入りワイヤを用いて、鋼材同士をガスシールドアーク溶接して溶接金属を形成した。
【００５８】
フラックス入りワイヤとしては、溶製して得られたシースの中に、フラックスを入れてワイヤを作製し、このフラックス入りワイヤをφ１．２ｍｍに伸線加工した。フラックス入りワイヤの成分組成（残部はＦｅおよび不可避不純物）を下記表１に示す。なお、下記表１に示したフラックス入りワイヤの成分組成は、シースとフラックスの成分組成を併せたものを示している。Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌについては、フラックス入りワイヤに含まれている夫々の元素の含有量の全量を示している。Ｔｉ，Ｓｉ，ＭｎおよびＡｌ量から上記（１）を用いてパラメータ値（Ｚ値）を算出したものを表１に併せて示す。
【００５９】
鋼材としては、板厚：２０ｍｍ，開先形状：４５°Ｖ型開先のものを用い、該鋼材同士を溶接した。溶接条件は、溶接電流：２８０Ａ，電圧：２８〜３０Ｖ，溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ程度とし、６層１２パスのガスシールドアーク溶接を行なった。シールドガスとしては、ＣＯ2とＡｒを体積比で２０体積％：８０体積％で混合した混合ガスを用いた。得られた溶接金属の成分組成を下記表２に示す。
【００６０】
【表１】
2006257481.tif 000002
【００６１】
【表２】
2006257481.tif 000003
【００６２】
得られた溶接金属中に含まれる酸化物の個数を次の手順で測定した。最大径が０．１μｍ以上、１μｍ未満の酸化物の個数は、走査型電子顕微鏡を用いて５０００倍で観察視野４００μｍ2の範囲を５箇所測定し、測定した値を平均したものを１ｍｍ2当たりに換算して算出した。最大径が１μｍ以上の酸化物の個数は、走査型電子顕微鏡を用いて１０００倍で観察視野１ｍｍ2の範囲を５箇所測定し、測定した値を平均して算出した。測定位置は、溶接金属の断面とした。算出結果を下記表３に示す。
【００６３】
次に、溶接金属の機械的性質として引張特性と衝撃特性について評価した。試験片はＪＩＳ−Ｚ２２０２に準じて溶接金属から切り出したものを用いた。
【００６４】
引張特性は引張試験を行って引張強度（ＴＳ）を測定して評価した。７００ＭＰａ以上を合格とする。測定結果を下記表３に示す。なお、降伏強度（ＹＳ）についても測定し、参考値として下記表３に示した。
【００６５】
衝撃特性はシャルピー衝撃試験を行って評価した。シャルピー衝撃試験は、−４０℃における吸収エネルギー（ｖＥ-40）を測定し、１００Ｊ以上を合格とする。測定結果を下記表３に示す。
【００６６】
【表３】
2006257481.tif 000004
【００６７】
表２〜３から次の様に考察できる。Ｎｏ．１〜１５，Ｎｏ．３３は、本発明で規定する要件を満足する例であり、７００ＭＰａ以上の高強度（ＴＳ）と−４０℃域での良好な低温靭性を有している。一方、Ｎｏ．１６〜２２、２９〜３２は、本発明で規定する何れかの要件を満足しない例であり、強度または低温靭性の少なくとも一方が劣る。Ｎｏ．２３〜２８は参考例であり、Ｍｏ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂよりなる群から選ばれる何れかの元素を過剰に含有しているので、低温靭性が低下している。