(57)【要約】【課題】  大入熱、高パス間温度の溶接条件においても、溶着金属が強度、靭性に優れ、しかもスラグ剥離性に優れたガスシールドアーク溶接用ワイヤを提供する。【解決手段】  本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、mass％で、Ｃ：０〜０．０２０％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：１．１〜１．９％、Ｓ：０．００３〜０．０３０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｍｏ：０．１〜０．８％、Ｔｉ：０．１〜０．３％、Ｂ：０．００１０〜０．００８０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるものである。前記Ｃｕの含有量には、ワイヤのめっき皮膜によるものが含まれる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
mass％で、
Ｃ：０〜０．０２０％、
Ｓｉ：０．５〜１．５％、
Ｍｎ：１．１〜１．９％、
Ｓ：０．００３〜０．０３０％、
Ｃｕ：０．１〜１．０％、
Ｍｏ：０．１〜０．８％、
Ｔｉ：０．１〜０．３％、
Ｂ：０．００１０〜０．００８０％
を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる、大入熱特性及びスラグ剥離性に優れたガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ａｌを０．１％以下含む、請求項１に記載したガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ、Ｎｉの１種もしくは２種を合計で０．０１〜２．０％含む、請求項１又は２に記載したガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項４】
さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈｆの１種もしくは２種以上を合計で０．００２〜０．１％含む、請求項１から３のいずれか１項に記載したガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項５】
さらに、Ｆｅの一部に代えて、ＲＥＭを０．００５〜０．２％を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載した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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大入熱で、パス間温度が高くても溶接可能で、しかもスラグ剥離性に優れたガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸ガス等をシールドガスとして用いるガスシールドアーク溶接法は、溶接能率が高く、全姿勢での溶接が可能であるため、建築、橋梁、造船分野などの鉄骨の製作、建造等において多用されている。近年、作業能率を改善するため、大入熱及び高いパス間温度で溶接することが求められているが、従来の溶接用ワイヤを用いた溶接では、溶着金属（deposited metal）の強度、靭性が得られず、所望の機械的特性が得られなかった。
【０００３】
そこで、このような大入熱及び高いパス間温度でも溶接可能なワイヤが種々提案されている。例えば、特開平１０−２３０３８７号公報（特許文献１）には、重量％でＣ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．６５〜１．１０％、Ｍｎ：１．７５−２．５０％、Ｔｉ：０．１６−０．４５％、Ｂ：０．００３−０．０１０％、Ｓ：０．０２０％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、Ｂ量とＴｉ量、Ｂ量とＳ量とを所定の関係の下に規制したワイヤが記載されている。また、特開平１１−９０６７８号公報（特許文献２）や特開平１１−２３９８９２号公報（特許文献３）にも、Ｔｉ、Ｂ、Ｎ、Ａｌ及び／又はＺｒを所定量添加したワイヤや、さらにＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｏ、Ｖ及び／又はＮｂ、Ｏを所定量添加し、あるいは添加量の上限を規制したワイヤが記載されている。
【０００４】
前記ワイヤにより、大入熱溶接に対応できるようになったものの、パス間温度が５００℃を超える溶接条件では十分な特性が得られていなかった。一方、近年、５００℃超のパス間温度でも溶接可能なワイヤが、特開２００４−９８１４３号公報（特許文献４）に提案されている。このワイヤは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、Ｖ及び／又はＮｂを所定量が含み、さらに大入熱、高パス間温度の溶接条件下で溶接金属の靭性が確保されるように、前記成分の添加量をＰｔｓというパラメータによって規制するとともに、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉの関係をＶｃｑというパラメータによって規制したものである。
【特許文献１】特開平１０−２３０３８７号公報
【特許文献２】特開平１１−９０６７８号公報
【特許文献３】特開平１１−２３９８９２号公報
【特許文献４】特開２００４−９８１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、入熱量が大きくなると、スラグの剥離性が劣化するため、スラグを強制的に除去しながら各層を溶接しなけばならず、作業性が著しく低下するという問題があり、引いてはガスシールドアーク溶接法の特長である高い溶接能率が十分に発揮されず、溶接効率の低下を余儀なくされている。
本発明はかかる問題に鑑みなされもので、大入熱、高パス間温度の溶接条件においても、溶着金属が強度、靭性に優れ、しかもスラグ剥離性に優れたガスシールドアーク溶接用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】
【０００６】
本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、mass％で、
Ｃ：０〜０．０２０％、
Ｓｉ：０．５〜１．５％、
Ｍｎ：１．１〜１．９％、
Ｓ：０．００３〜０．０３０％、
Ｃｕ：０．１〜１．０％、
Ｍｏ：０．１〜０．８％、
Ｔｉ：０．１〜０．３％、
Ｂ：０．００１０〜０．００８０％
を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるものである。前記Ｃｕの含有量には、ワイヤのめっき皮膜によるものが含まれる。以下、成分含有量は単に「％」と表示する。
【０００７】
本発明のワイヤの組成は、大入熱、５００℃超のパス間温度の溶接条件下での引張強度及び靭性を確保しつつ、優れたスラグ剥離性を発現するように設計されたものである。すなわち、Ｍｎを１．１〜１．９％に規制しつつ、Ｓを０．００３〜０．０３０％添加することで、大入熱溶接時の焼付きを抑制しつつ、スラグ剥離性を向上させ、さらにＭｏ及びＢの添加量を適正化することで、大入熱溶接時の粒界フェライトを抑制して、強度靭性バランスを改善すると共に低Ｃ化と低Ｓｉ化によって溶着金属のＣ量を減少させ、その最高硬さを低下させて耐低温割れ性を改善したものである。
【０００８】
前記ワイヤにおいて、Ｆｅの一部に代えて、(1) Ａｌ：０．１％以下、(2) Ｃｒ、Ｎｉの１種もしくは２種を合計で０．０１〜２．０％、(3) Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈｆの１種もしくは２種以上を合計で０．００２〜０．１％、(4) ＲＥＭ：０．００５〜０．２％のいずれかのグループより選択された元素を単独で、あるいは複合添加することができる。これによって、溶着金属の機械的特性、あるいはスラグ剥離性をより向上させることがきる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、大入熱、高パス間温度での溶接を行っても溶着金属の強度、靭性に優れ、さらに低Ｍｎ量下で適量のＳを添加したので優れたスラグ剥離性を得ることができ、作業性及び溶接効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０〜０．０２０％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：１．１〜１．９％、Ｓ：０．００３〜０．０３０％、Ｃｕ：０．１〜１．０％、Ｍｏ：０．１〜０．８％、Ｔｉ：０．１〜０．３％、Ｂ：０．００１０〜０．００８０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるものである。以下、成分限定理由について説明する。
【００１１】
Ｃ：０〜０．０２０％
Ｃは溶着金属の強度を向上させる作用を有するが、むしろ耐低温割れ性、安定した強度・靭性バランスを確保するには低い方がよく、本発明では無添加でも差し支えない。本発明ではＣ量は低いほど、含まないものでのよいが、Ｃ濃度を過度に低減させるには、製造上、コスト高を招来するので、Ｃ量の下限は好ましくは０．００１％程度とするのがよい。一方、０．０２０％を超えると、強度が過大になり、溶着金属の靭性が劣化する。このため、上限を０．０２０％とし、好ましくは０．０１５％、より好ましくは０．０１０％とするのがよい。
【００１２】
Ｓｉ：０．５〜１．５％
Ｓｉは脱酸元素であり、溶着金属中の溶存酸素量を低下させる。また、Ｓｉ量を上記範囲にコントロールすることで、雰囲気のＣＯ2 の還元を抑制して溶着金属中のＣ量を低下させ、耐低温割れ性を改善する効果がある。０．５％未満では溶存酸素量の低減が十分でなく、溶着金属の靭性が劣化する。このため、Ｓｉ量の下限を０．５％とし、好ましくは０．６％とするのがよい。一方、過多に添加すると、固溶強化により強度が過大になり、溶着金属の靭性が劣化するようになる。このため、その上限を１．５％とし、好ましくは０．９％とするのがよい。
【００１３】
Ｍｎ：１．１〜１．９％
Ｍｎは、脱酸元素として作用すると共に、強度、靭性を改善する効果がある。Ｍｎ量が過少になると大入熱時の機械的特性が劣化するので、Ｍｎ量の下限を１．１％とし、好ましくは１．３％、より好ましくは１．４％とするのがよい。一方、過多になると溶接時にスラグが焼き付き易くなり、スラグ剥離性が劣化する。このため、その上限を１．９％とし、好ましくは１．８％、より好ましくは１．７％とするのがよい。
【００１４】
Ｓ：０．００３〜０．０３０％
Ｓは本発明では重要な元素であり、スラグの焼き付きを防止し、スラグ剥離性を改善するために必須の元素である。０．００３％未満ではかかる作用が不足し、スラグ剥離性が劣化する。一方、０．０３０％を超えると固溶Ｓがγ粒界に偏析し、靭性が劣化するようになる。このため、本発明ではＳ量の上限を０．００３％、好ましくは０．０１％とし、その上限を０．０３０％、好ましくは０．０２％とする。
【００１５】
Ｃｕ：０．１〜１．０％（導電性めっき皮膜として付与される量を含む。）
Ｃｕは溶着金属の靭性を改善する作用があり、また心線の導電性めっき皮膜として不可避的に含有される。０．１％未満では導電性を確保することができず、溶接作業性が劣化する。一方、１．０％を超えるとＣｕが微細に析出し、強度、靭性バランスが劣化するようになる。このため、Ｃｕ量の下限を０．１％、好ましくは０．１５％とし、その上限を１．０％、好ましくは０．８％とする。
【００１６】
Ｍｏ：０．１〜０．８％
ＭｏはＢと複合して添加することで、粒界フェライトの生成を抑制し、大入熱溶接時の強度靭性バランスを改善する作用を有する。０．１％未満ではかかる作用が過小であり、一方０．８％を超えると固溶強化による強度が高くなり過ぎて強度靭性バランスが却って悪化する。このため、Ｍｏ量の下限を０．１％、好ましくは０．１５％とし、その上限を０．８％、好ましくは０．６％とする。
【００１７】
Ｔｉ：０．１〜０．３％
Ｔｉは酸化物を形成し、これが粒内変態の核として振舞うので、組織の微細化、靭性の改善作用を有する。０．１％未満ではかかる作用が過小であり、０．３％を超えると溶着金属の組織微細化作用が失われるようになる。このため、Ｔｉ量の下限を０．１％、好ましくは０．１５％とし、その上限を０．３％、好ましくは０．２５％とする。
【００１８】
Ｂ：０．００１０〜０．００８０％
Ｂは粒界フェライトの生成を抑制し、これにより強度靭性バランスを改善する作用を有する。０．００１０％未満ではかかる作用が過小であり、一方０．０８０％を超えると大入熱時の溶着金属の靭性が却って劣化するようになる。このため、Ｂ量の下限を０．００１０％、好ましくは０．００１５％とし、その上限を０．００８０％、好ましくは０．００６０％とする。
【００１９】
本発明のワイヤは、典型的には上記基本成分の他、残部Ｆｅで形成されるが、Ｆｅの一部に代えて、(1) Ａｌ：０．１％以下、(2) Ｃｒ、Ｎｉの１種もしくは２種を合計で０．０１〜２．０％、(3) Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈｆの１種もしくは２種以上を合計で０．００２〜０．１％、(4) ＲＥＭ：０．００５〜０．２％のいずれかのグループより選択された元素を単独で、あるいは複合添加することができる。これによって、溶着金属の機械的特性をより向上させることがきる。以下、これらの特性向上元素の限定理由について説明する。
【００２０】
Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは固溶ＮをＡｌＮとして固定し、これにより母材靭性を改善する作用を有する。このため、好ましくは０．００１％以上添加するのがよい。しかし、過多に添加すると固溶強化が過大となり、却って靭性が劣化するようになる。このため、Ａｌ量の上限を０．１％、好ましくは０．０３％とする。
【００２１】
Ｃｒ、Ｎｉ：合計で０．０１〜２．０％
これらの元素は粒界フェライトの生成を抑制する作用及び組織微細化作用を有し、強度靭性バランスを改善する。０．０１％未満ではかかる作用効果が過小となり、一方２．０％を超えると大入熱溶接の際の溶着金属中にＭＡ（Martensite-Austenite Constituent：マルテンサイトおよびオーステナイトの混合物）が形成されるようになり、靭性が劣化する。このため、１種又は２種の合計量で下限を０．０１％とし、上限を２．０％とする。
【００２２】
Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｗ，Ｈｆ量：合計で０．００２〜０．１％
これらの元素は、Ｍｏ，Ｂと共に複合添加することにより、粒界フェライトの生成を抑制する効果を有する。しかし、過多に添加すると、強度が過大となり、却って強度靭性バランスが劣化するようになる。このため、これらの元素の１種もしくは２種以上の合計で下限を０．００２％、上限を０．１％とする。
【００２３】
ＲＥＭ：０．００５〜０．２％
ＲＥＭは介在物を微細化し、これにより溶着金属組織を微細化することで強度靭性バランスを改善する作用を有する。一方、過多に添加するとこれらの効果が失われて却って強度靭性を劣化させるようになる。このため本発明では、ＲＥＭ量の下限を０．００５％とし、その上限を０．２％とする。
【００２４】
本発明の溶接ワイヤを製造するに際し、特別な製造条件は必要でなく、常法により製造することができる。すなわち、上記成分の鋼を溶製し、鋳塊を得る。この場合、Ｃｕ添加量については、伸線後に施される銅めっきによって付与される量（ワイヤ線径により異なるが、通常、ワイヤ質量に対して０．１〜０．３％程度）を考慮して、鋼成分を決定する。鋳塊は必要に応じて熱間鍛造等が施された後、熱間圧延され、さらに冷間伸線が施されて素線に形成される。素線は、必要に応じて５００〜９００℃程度の温度で焼鈍され、酸洗された後、銅めっきが施され、さらに必要に応じて仕上伸線が施されて目標線径とされる。その後、必要に応じ潤滑剤が付与され、溶接用ワイヤとされる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はかかる実施例により限定的に解釈されるものではない。
【実施例】
【００２５】
目標のワイヤ組成（ただし、Ｃｕを含まない。）となるように所定成分の鋼１５０ｋｇをＶＩＦ（真空誘導炉）にて真空下で溶製し、その鋳塊を１５５ｍｍ角に熱間鍛造した後、１０００℃に加熱し、熱間圧延で５５ｍｍφに圧延し、伸線して１．４ｍｍ％の素線を得た。さらに、この素線を酸洗した後、銅めっきを施した。銅めっきは、成分がＣｕおよび不可避的不純物からなり、ワイヤ重量に対してＣｕ量が０．２％程度となるようにめっき量を調整した。このようにして製造された溶接ワイヤの組成を表１に示す。
【００２６】
上記のようにして製造された溶接ワイヤを用いて下記の条件にて溶接試験を行った。
溶接電流：４５０Ａ
溶接電圧：４４Ｖ
ワイヤ送り速度：３０cm／min 
入熱量：３９．６kJ／cm
予熱：なし
シールドガス：ＣＯ2 、流量２５Ｌ／min 
パス間管理条件：連続、最終パス間温度６００〜６５０℃
母材鋼板：ＳＭ４９０、形状２２mm厚×１００mm幅×２００mm長
開先形状：３５°レ型開先、ギャップ７mm
【００２７】
溶接後、溶着金属から試験片を採取し、ＪＩＳＺ３１１１に従って引張試験、衝撃試験を行い、引張強さ（ＴＳ）及び衝撃値（vＥ0℃）を求めた。ＴＳ：５２０ＭＰａ以上、vＥ0℃：８０Ｊ以上であれば強度強靭バランスは良好であり、合格レベルと評価することができる。
また、溶接後、母材鋼板温度が２５０℃に低下した段階でビードから刷毛で剥離したスラグを取り除き、スラグ剥離性を調べた。スラグ剥離性は、刷毛によるスラグの除去後、ビードの外観を写真撮影し、その写真を画像解析して、ビート全体のピクセル数をＡ、スラグが剥離してピード表面が見えている領域のピクセル数をＢとし、剥離率：Ｂ／Ａ×１００（％）を求め、その値ににより評価した。剥離率が２０％以上であれば連続溶接が問題なく行うことができるので、２０％以上を合格レベルと評価することができる。以上の試験結果を表２にまとめて示す。表２中、機械的性質、スラグ剥離性の評価が「○」のものは合格レベルにあることを示す。
【００２８】
表２より、発明例に係る試料No. １，９，１９〜３０は、強度靭性バランスが良好で、しかもスラグ剥離性も合格レベルに達していることがわかる。
一方、比較例については、試料No. ２はＣ量が高過ぎるため、強度が高くなり過ぎ、溶着金属の衝撃特性が劣化している。また、Ｓｉに関して、Ｓｉ量が過少なNo. ３では強度が４５１ＭＰａと劣化しており、Ｓｉ量が過多のNo. ４では固溶強化により強度が高くなり過ぎ、靭性が５４Ｊと劣化した。また、Ｍｎに関して、No. ５はＭｎ量が低過ぎるため、粒界フェライトの形成を抑制できず、強度、靭性が共に劣化し、Ｍｎ量が過多のNo. ６では良好な強度、靭性が得られるが、スラグ剥離性が著しく悪化した。また、Ｓに関して、Ｓ量が０．００１％と過少なNo. ７ではスラグ剥離性が２％と非常に悪く、一方Ｓ量が過多のNo. ８では、スラグ剥離性は改善しているものの、靭性が劣化が著しい。また、試料No. １０はＣｕ量が高過ぎるため、Ｃｕの析出により強度が向上したものの、靭性が劣化した。また、Ｍｏに関して、Ｍｏが無添加のNo. １１では、粒界フェライトの形成を抑制できず、靭性が低下し、一方Ｍｏが過多のNo. １２では、強度が上がり過ぎて靭性が劣化した。また、試料No. １４はＡｌ量が０．２５％と高過ぎるため、固溶強化により強度が高くなったが、靭性が劣化した。また、Ｔｉに関して、Ｔｉ量が０．０２％と過少なNo. １５では、ＴｉＯ2 を核とした粒内変態が生じず、組織が粗大になり、靭性を確保することができず、一方Ｔｉ量が０．４８％と過多のNo. １６では、Ｔｉ炭化物が形成され、強度が高くなったが、靭性が劣化した。  また、Ｂについて、Ｂ無添加のNo. １７では、粒界フェライトの形成を抑制できず、強度、靭性を確保することができず、一方Ｂ量が過多のNo. １８では、溶着金属の靭性が２５Ｊとかなり低下した。
【００２９】
【表１】
2006198623.tif 000002
【００３０】
【表２】
2006198623.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成18年2月3日(2006.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
【表１】
2006198623.tif 000004