(57)【要約】【課題】  溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を精度良く簡便に予測することができる方法を提供する。【解決手段】  単一パスまたは複数パスによって形成される溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測する方法であって、（ａ）規定の基礎情報を算出する手段と、（ｂ）溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段を包含しており、  前記（ｂ）は、前記（ａ）における冷却温度履歴を微小時間に区切り、該微小時間毎における温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率ＸAF（Ｔ）を順次算出することにより、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測するものであり、該アシキュラーフェライト（ＡＦ）の形状は、側面積Ａ（ｍ2）と板厚（ｍ）の積で表され、該ＸAF（Ｔ）は、式（１）に基づいて算出する方法である。    XAF（Ｔ）＝１−exp（−ＡT×ＰT×ＷT）        …  （１）【選択図】  図１
2006010527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一パスまたは複数パスによって形成される溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測する方法であって、
（ａ）母材及び溶接材料の各成分、並びに溶接条件に基づき、溶接金属部の組成、晶出物情報、及び第１溶接パスから最終溶接パスに至る冷却温度履歴を算出する基礎情報算出手段と、
（ｂ）熱力学的計算によって算出するアシキュラーフェライトの変態開始温度および変態終了温度に基づき、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測する溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段
を包含しており、
前記（ｂ）は、前記（ａ）の冷却温度履歴を微小時間に区切り、該微小時間毎における温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率ＸAF（Ｔ）を順次算出することにより、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測するものであり、
該アシキュラーフェライト（ＡＦ）の形状は、側面積Ａ（ｍ2）と板厚Ｗ（ｍ）の積で表され、
該ＸAF（Ｔ）は、下式（１）に基づいて算出する
ことを特徴とするアシキュラーフェライト変態率の予測方法。
XAF（Ｔ）＝１−exp（−ＡT×ＰT×ＷT）        …  （１）
式中、ＸAF（Ｔ）は、温度ＴにおけるＡＦの変態率；
ＡTは、温度ＴにおけるＡＦの側面積（ｍ2）；
ＰTは、温度ＴにおけるＡＦの密度（個／ｍ3）；
ＷTは、温度ＴにおけるＡＦの板厚（ｍ）であり、
ＷT＝α×ｔ1/2で表され、
αは、ＡＦがパラ平衡で変態すると仮定したときの
パラボリックレイト定数であり；
ｔは、温度Ｔにおける保持時間（秒）
を意味し、
前記（ＡT×ＰT）は、下式（２）で表される。
（ＡT×ＰT）＝−１．６９９×１０5−７．５０６×１０2×（ｄＧγ→α）
…  （２）
式中、（ｄＧγ→α）は、温度Ｔにおける、オーステナイトからフェライト
へ変態するときの無拡散変態の駆動力（Ｊ／ｍｏｌ）
である。
【請求項２】
前記（ａ）の冷却温度履歴として、複数パス溶接において、オーステナイト変態が終了する温度以上に加熱される最後の加熱冷却過程における、最高温度からの冷却時の温度履歴を用いるものである請求項１に記載の予測方法。
【請求項３】
前記（ｂ）のアシキュラーフェライトの変態開始温度は、溶接金属部の組成、及び熱力学的計算による無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）に基づいて算出するものである請求項１または２に記載の予測方法。
【請求項４】
前記（ｂ）のアシキュラーフェライトの変態開始温度は、無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）が４００〜８００Ｊ／molになったときの温度とするものである請求項３に記載の予測方法。
【請求項５】
前記（ｂ）のアシキュラーフェライトの変態終了温度は、溶接金属部の組成、及び冷却温度履歴に基づいて決定され、
未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγと、Ａｃｍ点の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）が交差する温度；若しくはＭｓ点のうち、いずれか高い温度をＴ０としたとき、Ｔ０〜（Ｔ０−５０℃）の範囲とするものである請求項１〜４のいずれかに記載の予測方法。
【請求項６】
単一パスまたは複数パスによって形成される溶接金属部のアシキュラーフェライトの形態を予測する方法であって、
（ａ）母材及び溶接材料の各成分、並びに溶接条件に基づき、溶接金属部の組成、晶出物情報、及び第１溶接パスから最終溶接パスに至る冷却温度履歴を算出する基礎情報算出手段と、
（ｃ）該（ａ）の基礎情報算出手段に基づいて算出される、最終溶接パス終了時におけるアシキュラーフェライトの形態を予測する溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測手段
を包含しており、
前記アシキュラーフェライト（ＡＦ）の形状は、側面積Ａ（ｍ2）と板厚Ｗ（ｍ）の積で表され、
前記（ｃ）は、前記（ａ）の冷却温度履歴を微小時間に区切り、該微小時間毎における温度ＴでのＡＦの側面積ＡT、及び（ＡT×ＰT）（ここでＰTは、温度Ｔにおける、ＡＦの密度である）を順次算出することにより、最終溶接パス終了時における溶接金属部のＡＦの側面積Ａ（ｍ2）、ＡＦの板厚Ｗ（ｍ）、及び該ＡＦの密度Ｐ（個／ｍ3）を夫々、予測するものであり、
該ＡTは、下式（３）に基づいて算出し、
該（ＡT×ＰT）は、下式（２）に基づいて算出する
ことを特徴とするアシキュラーフェライトの形態予測方法。
ＡT＝β×ＰT-2/3        …  （３）
式中、ＡTは、温度ＴにおけるＡＦの側面積（ｍ2）；
βは、比例定数；
ＰTは、温度ＴにおけるＡＦの密度（個／ｍ3）
である。
（ＡT×ＰT）＝−１．６９９×１０5−７．５０６×１０2×（ｄＧγ→α）
…  （２）
式中、（ｄＧγ→α）は、温度Ｔにおける、オーステナイトからフェライトへ
変態するときの無拡散変態の駆動力（Ｊ／ｍｏｌ）である。
【請求項７】
前記βは、１〜３である請求項６に記載の形態予測方法。
【請求項８】
前記（ａ）の冷却温度履歴として、複数パス溶接において、オーステナイト変態が終了する温度以上に加熱される最後の加熱冷却過程における、最高温度からの冷却時の温度履歴を用いるものである請求項６または７に記載の形態予測方法。
【請求項９】
前記（ｃ）のアシキュラーフェライトの変態開始温度は、溶接金属部の組成、及び熱力学的計算による無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）に基づいて算出するものである請求項６〜８のいずれかに記載の形態予測方法。
【請求項１０】
前記（ｃ）のアシキュラーフェライトの変態開始温度は、無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）が４００〜８００Ｊ／molになったときの温度とするものである請求項９に記載の形態予測方法。
【請求項１１】
前記（ｃ）のアシキュラーフェライトの変態終了温度は、溶接金属部の組成、及び冷却温度履歴に基づいて決定され、
未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγと、Ａｃｍ点の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）が交差する温度；若しくはＭｓ点のうち、いずれか高い温度をＴ０としたとき、Ｔ０〜（Ｔ０−５０℃）の範囲とするものである請求項６〜１０のいずれかに記載の形態予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接等の溶接一般において、溶接施工後における溶接金属部に占めるアシキュラーフェライト変態率（面積率）を予測する方法、及び当該アシキュラーフェライトの形態を予測する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、船舶、鉄骨、橋梁等の建築構造物を溶接するに当たっては様々な溶接法が施行されているが、溶接後における溶接金属部（溶接金属部全体またはその一部を意味し、本発明では両方を包含している）の機械的特性を予め予測することは、目標とする特性の溶接金属部を得るうえで重要である。上記溶接金属部の機械的特性は、溶接金属部の組成（使用する母材及び溶接材料が溶け合って溶接金属を形成しているときの組成）及び組織によって決定されるが、特に溶接金属部の組織まで考慮して機械的特性を予測する方法は、殆ど提供されていない。
【０００３】
例えば下記特許文献１〜３はいずれも、溶接金属部の機械的特性を予測する技術に関するものであるが、母材成分、溶接条件、溶接金属組成等は考慮しているものの、組織については考慮されていない。
【０００４】
このうち特許文献１には、サブマージアーク溶接に関して、母材成分、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ワイヤ成分およびフラックス成分から溶接金属の組成を予測する技術について提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、溶接金属および／または母材熱影響部の組成および熱履歴と、溶接金属および／または母材熱影響部の機械的特性との関係を予め求めておき、（i）母材形状、開先形状等の溶接施工条件パラメータと、（ii）溶接金属成分のデータベースに基づく溶接金属の熱伝導度および密度と、（iii）母材成分のデータベースに基づく母材の熱伝導度および密度を用い、演算によって溶接金属および／または母材熱影響部の組成および熱履歴を求め、該演算によって求められた組成および熱履歴と、前記予め求められている溶接金属および／または母材熱影響部の組成および熱履歴と機械的特性との関係を照合することにより、溶接金属および／または母材熱影響部の機械的特性を予測する方法が開示されている。
【０００６】
更に特許文献３には、特定の母材と特定のワイヤを用いて、種々の溶接条件で溶接を行ったときの冷却速度と、溶接金属の再熱部および原質部の夫々について機械的特性との関係を予め調べておくと共に、前記特定の母材と特定のワイヤを用いて種々の溶接条件で溶接を行なったときの再熱部と原質部の断面の面積比を予め調べておき、前記特定の母材と特定のワイヤを用いて溶接を行う際の板厚等から計算によって求められる冷却速度と機械的特性との関係、および溶接条件と前記再熱部と原質部の面積比との関係を照合することにより、溶接金属の機械的特性を予測する方法が開示されている。
【０００７】
この様に上記特許文献１〜３はいずれも、母材成分、溶接条件、溶接金属組成等の関係を予めデータベース化しておき、当該データベースに基づいて母材成分や溶接条件を予測するというものであり、溶接金属部の機械的特性を支配している組織については考慮されていない。その為、使用する母材成分や溶接条件が変化すると機械的特性の予測精度が低下するという問題がある。
【０００８】
一方、溶接金属部を構成する組織のなかでも特にアシキュラーフェライトは非常に微細な組織であり、当該溶接金属部の機械的特性を決定するうえで重要な組織である。従って、溶接金属部に占めるアシキュラーフェライト変態率（アシキュラーフェライト分率）を解析的に精度良く予測し得る方法であって、当該方法に基づいて溶接金属部の機械的特性を予測できる方法の提供が切望されている。
【０００９】
ここで溶接金属部を構成する組織について簡単に説明する。図１は、溶接金属部を構成する組織の模式図であり、図中、１はアロトリオモルフィックフェライト（allotriomorphic ferrite；一般に粒界フェライトと呼ばれる）、２は針状構造を有するウイッドマンスタッテンフェライト（widmanstatten ferrite）、３はアシキュラーフェライト（acicular ferrite）、４はパーライト、５はマイクロフェース（microphase）である。
【００１０】
図１に示す通り、溶接金属部は、アロトリオモルフィックフェライト１、ウイッドマンスタッテンフェライト２、アシキュラーフェライト３、パーライト４、及びマイクロフェース５の組合わせで構成されており、これらの組織分率は、使用する母材・溶接材料の各成分や溶接条件等によって変化する。このうちアシキュラーフェライト３の領域を拡大したのが図１（ｂ）であり、アシキュラーフェライト３の隙間には、パーライト４やマイクロフェース５が生成する、という複雑な構造を有している。
【００１１】
上述した組織のうち、アロトリオモルフィックフェライト及びウイッドマンスタッテンフェライトについては、Bhadeshiaによる文献１（H.K.D.H. Bhadeshia, L.-E. Sevensson:Mathematical Modelling of Weld Phenomena, The Institute of Materials (1993), p109-178）や、Ichikawaらによる文献２［Kazutoshi Ichikawa, H.K.D.H. Bhadeshia(Mathematical Modelling of Weld Phenomena 4, IOM Communications (1998), p302-320)］によって詳細なモデルが提唱されている。
【００１２】
しかしながら、アシキュラーフェライト３の組織予測モデルは未だ提供されていない。例えば上記参考文献１には、アシキュラーフェライト変態率（Ｖａ）を間接的に算出する式として、下式が開示されているに過ぎない。
Ｖａ＝１−Ｖα−Ｖｗ−Ｖｍ
（式中、Ｖａはアシキュラーフェライト分率、
Ｖαはアロトリオモルフィックフェライト分率、
Ｖｗはウイッドマンスタッテンフェライト分率、
Ｖｍはマイクロフェース分率を夫々、意味する。）
【００１３】
上式は、「組織はアロトリオモルフィックフェライト、ウイッドマンスタッテンフェライト、マイクロフェース、及びアシキュラーフェライトから構成されている」という前提のもとにＶα、Ｖｗ、Ｖｍを夫々、計算により予め算出しておき、これらの合計を引算することにより、アシキュラーフェライト分率（Ｖａ）を間接的に算出するというものである。従って、上記方法に基づいてアシキュラーフェライト分率を算出するには、アシキュラーフェライト以外の組織を夫々算出しなければならない為、非常に煩雑な手間を要する。しかも上式で算出されたアシキュラーフェライト分率は、実測値と必ずしも一致していない。前述した図１（ｂ）に示す通り、実際には、アシキュラーフェライト同士の隙間には、マイクロフェースの他にパーライトが形成されるが、上式では、当該組織について何ら考慮されていないからである。
【００１４】
そこで本発明者らは、溶接金属部の機械的特性を精度良く簡便に予測し得る方法を提供すべく、従来では考慮されていなかった溶接金属部の組織に着目して鋭意検討してきた。溶接によって形成される溶接金属部は、一般に第一溶接パスから最終溶接パスにわたって各パス毎に加熱・冷却が繰返される為、溶接条件によっては、主として酸化物からなる晶出物［（Ｍｎ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｏ、（Ａｌ，Ｍｎ）Ｏ等］が生成したり、変態組織（フェライト、パーライト、マルテンサイト、ベイナイト、アシキュラーフェライト等）が大きく変化するが、従来は、これらの影響があまり考慮されていなかったからである。
【００１５】
その結果、本発明者らは、溶接金属部の組織を予測し、これに基づいて当該溶接金属部の機械的特性を精度よく予測し得る方法を突き止め、先に出願を済ませている（特許文献４）。
【００１６】
上記方法は、溶接部を複数のメッシュ領域に区画し、各メッシュ領域に対して、（i）メッシュ領域温度計算（最終溶接パス終了まで単位時間経過毎に、母材成分、ワイヤ成分あるいは当該単位時間経過前の溶接金属組成と溶接条件とに基づいて当該単位時間経過後におけるメッシュ領域温度を順次求めて第１次溶接パスから最終溶接パスに至る温度履歴を算出する方法）、（ii）溶接金属組成計算（最終溶接パス終了まで単位時間経過毎に、母材成分、ワイヤ成分、シールドガス成分あるいは当該単位時間経過前の溶接金属組成と当該単位時間経過後におけるメッシュ領域温度とに基づいて当該単位時間経過後の溶接金属組成を求める方法）、（iii）変態組織計算（メッシュ領域内における変態組織の分率を含む変態組織情報を求める方法）の各計算を行った後、上記の各メッシュ領域における最終溶接パス終了後の変態組織情報に基づいて、予め実測により求められた組織と材質との関係から上記溶接金属部の材質を予測する材質計算を行なうというものである。上記方法によれば、溶接金属部の機械的特性を予測するうえで重要な決定因子である溶接金属部の組成、晶出物、及び温度履歴［特に、最終組織に最も影響する「最後の加熱冷却過程」（後記する）に対してのみ前述した（iii）の変態組織計算を行なうことにより、計算負荷が軽減され、迅速に特性を予測することが可能となる］を精度良く予測できる為、従来法に比べて溶接金属部の予測精度を高めることができる。
【００１７】
また、上記特許文献４には、前記（iii）の変態組織計算において、変態組織情報としてフェライト粒情報及びアシキュラーフェライト粒情報を用いることにより、下式に基づいてアシキュラーフェライト（ＡＦ）の変態分率及びアシキュラーフェライトの平均粒径を求める方法も開示している。
ＡＦ分率＝１−ｅｘｐΣ（−ｋ・Ｉaf（Ｔ）・αaf（Ｔ）・Δｔ1/2）
ＡＦ平均粒径＝｛ΣＩaf（Ｔ）・αaf（Ｔ）・Δｔ｝／ΣＩaf（Ｔ）
式中、ｋは定数、
Ｉaf（Ｔ）は、温度ＴにおけるＡＦの核生成速度、
αaf（Ｔ）は、温度ＴにおけるＡＦの成長定数、
Δｔは、微小時間であり、
積算時間は、アシキュラーフェライト変態の開始温度からマルテンサイト変
態開始温度若しくはパーライト変態開始温度に至るまでの間である。
【００１８】
ところが上記方法によれば、定数であるｋ、Ｉaf（Ｔ）、及びαaf（Ｔ）の値は、溶接金属の組成や温度によって変化する為、予め実験によって得られたデータベースから、若しくは当該データベースを回帰分析して得られた関係式から計算しなければならず、事前にデータベースの構築が必要となる。
【００１９】
この様に上記方法は、溶接金属部の組織を初めて、精度良く予測する方法を提供できると共に、アシキュラーフェライト変態率を予測する手段も開示している点で極めて有用であるが、実施に当たっては、予め、実験によってデータベースを作成しておく必要があるという不都合を抱えている。
【特許文献１】特許第２８５０７７３号（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００２−７９３７５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開２００２−１７８１４７号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開２００４−４０３４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、その目的は、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率、及び当該アシキュラーフェライトの形態を精度良く簡便に予測することができる方法を提供することにある。尚、本発明におけるアシキュラーフェライト（ＡＦ）とは、板状アシキュラーフェライトを意味し、側面積Ａ（ｍ2）と板厚Ｗ（ｍ）の積で表されるものとしている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成し得た本発明に係る溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率（分率）を予測する方法（以下、「ＡＦ変態率予測方法」と呼ぶ場合がある）は、単一パスまたは複数パスによって形成される溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測する方法であって、
（ａ）母材及び溶接材料の各成分、並びに溶接条件に基づき、溶接金属部の組成、晶出物情報、及び第１溶接パスから最終溶接パスに至る冷却温度履歴を算出する基礎情報算出手段と、
（ｂ）熱力学的計算によって算出するアシキュラーフェライトの変態開始温度および変態終了温度に基づき、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測する溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段
を包含しており、
上記（ｂ）は、上記（ａ）の冷却温度履歴を微小時間に区切り、該微小時間毎における温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率ＸAF（Ｔ）を順次算出することにより、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測するものであり、
該アシキュラーフェライト（ＡＦ）の形状は、側面積Ａ（ｍ2）と板厚Ｗ（ｍ）の積で表され、
該ＸAF（Ｔ）は、下式（１）に基づいて算出する
ところに要旨を有するものである。
XAF（Ｔ）＝１−exp（−ＡT×ＰT×ＷT）        …  （１）
式中、ＸAF（Ｔ）は、温度ＴにおけるＡＦの変態率；
ＡTは、温度ＴにおけるＡＦの側面積（ｍ2）；
ＰTは、温度ＴにおけるＡＦの密度（個／ｍ3）；
ＷTは、温度ＴにおけるＡＦの板厚（ｍ）であり、
ＷT＝α×ｔ1/2で表され、
αは、ＡＦがパラ平衡で変態すると仮定したときの
パラボリックレイト定数であり；
ｔは、温度Ｔにおける保持時間（秒）
を意味し、
前記（ＡT×ＰT）は、下式（２）で表される。
（ＡT×ＰT）＝−１．６９９×１０5−７．５０６×１０2×（ｄＧγ→α）
…  （２）
式中、（ｄＧγ→α）は、温度Ｔにおける、オーステナイトからフェライト
へ変態するときの無拡散変態の駆動力（Ｊ／ｍｏｌ）
である。
【００２２】
ここで、上記（ａ）の冷却温度履歴としては、複数パス溶接において、オーステナイト変態が終了する温度以上に加熱される最後の加熱冷却過程における、最高温度からの冷却時の温度履歴を用いることが推奨される。
【００２３】
また、上記（ｂ）の「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段」を実施するに当たっては、まず、（b-1）アシキュラーフェライトが変態を開始する温度（変態計算開始温度）を決定したうえで、（b-2）上記変態計算開始温度からアシキュラーフェライトの変態率を算出していく（具体的には、冷却温度履歴を微小時間に区切ったときの、該微小時間毎における温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を順次算出していく）と共に、当該XAF（Ｔ）に対応した未変態γ中の炭素濃度Ｃγを求め、このＣγが変態終了条件（後記する）を満たしたときの温度を、アシキュラーフェライトが変態を終了する温度（変態計算終了温度）と定め、当該変態計算終了温度までの計算値を、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率XAFとする。
【００２４】
このうち「アシキュラーフェライトの変態開始温度（変態計算開始温度）」は、溶接金属部の組成、及び熱力学的計算による無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）に基づいて算出することができ、具体的には、当該無拡散変態の駆動力が４００〜８００Ｊ／molになったときの温度とする。
【００２５】
一方、「アシキュラーフェライトの変態終了温度（変態計算終了温度）」は、溶接金属部の組成、及び冷却温度履歴に基づいて決定されるもので、
未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγと、Ａｃｍ点の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）が交差する温度；若しくはＭｓ点のうち、いずれか高い温度をＴ０としたとき、Ｔ０〜（Ｔ０−５０℃）の範囲とする。
【００２６】
また、上記目的を達成し得た本発明に係る溶接金属部のアシキュラーフェライトの形態（本発明における「アシキュラーフェライトの形態」とは具体的に、側面積Ａ（ｍ2）及び板厚Ｗ（ｍ）を有する板状アシキュラーフェライトにおける、各側面積及び板厚；更にはこの様な形状を有するアシキュラーフェライトの密度Ｐ（個／ｍ3）を意図している）を予測する方法（以下、「ＡＦ形態予測方法」と呼ぶ場合がある）は、単一パスまたは複数パスによって形成される溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測する方法であって、
（ａ）母材及び溶接材料の各成分、並びに溶接条件に基づき、溶接金属部の組成、晶出物情報、及び第１溶接パスから最終溶接パスに至る冷却温度履歴を算出する基礎情報算出手段と、
（ｃ）該（ａ）の基礎情報算出手段に基づいて算出される、最終溶接パス終了時におけるアシキュラーフェライトの形態を予測する溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測手段
を包含しており、
上記アシキュラーフェライト（ＡＦ）の形状は、側面積Ａ（ｍ2）と板厚（ｍ）の積で表され、
上記（ｃ）は、前記（ａ）の冷却温度履歴を微小時間に区切り、該微小時間毎における温度ＴでのＡＦの側面積ＡT、及び（ＡT×ＰT）（ここでＰTは、温度Ｔにおける、ＡＦの密度である）を順次算出することにより、最終溶接パス終了時における溶接金属部のＡＦの側面積Ａ（ｍ2）、ＡＦの板厚Ｗ（ｍ）、及び該ＡＦの密度Ｐ（個／ｍ3）を夫々、予測するものであり、
該ＡTは、下式（３）に基づいて算出し、
該（ＡT×ＰT）は、下式（２）に基づいて算出する
ところに要旨を有するものである。
ＡT＝β×ＰT-2/3        …  （３）
式中、ＡTは、温度ＴにおけるＡＦの側面積（ｍ2）；
βは、比例定数；
ＰTは、温度ＴにおけるＡＦの密度（個／ｍ3）
である。
（ＡT×ＰT）＝−１．６９９×１０5−７．５０６×１０2×（ｄＧγ→α）
…  （２）
式中、（ｄＧγ→α）は、温度Ｔにおける、オーステナイトからフェライトへ
変態するときの無拡散変態の駆動力（Ｊ／ｍｏｌ）である。
【００２７】
このうち上式（３）中、βは、実際にワイヤと母材を用いて溶接金属部を作製し、上式（３）に基づいて得られる実験値を採用しても良いし、既存の実験値を採用しても良い。或いは、本発明者らの基礎実験に基づいて導き出される計算値（β＝１〜３、好ましくは１．５以上、２．５以下）を採用しても良い。
【００２８】
ここで、上記（ａ）の冷却温度履歴としては、複数パス溶接において、オーステナイト変態が終了する温度以上に加熱される最後の加熱冷却過程における、最高温度からの冷却時の温度履歴を用いることが推奨される。
【００２９】
また、上記（ｃ）の「溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測手段」を実施するに当たっては、まず、（c-1）アシキュラーフェライトが変態を開始する温度（変態計算開始温度）を決定したうえで、（c-2）上記変態計算開始温度からアシキュラーフェライトの形態を算出していく［具体的には、冷却温度履歴を微小時間に区切ったときの、該微小時間毎における温度Ｔでのアシキュラーフェライトの側面積ＡT、及び（ＡT×ＰT）（ここでＰTは、温度Ｔにおける、ＡＦの密度である）を順次算出していく］と共に、当該アシキュラーフェライトの変態率に対応した未変態γ中の炭素濃度Ｃγを求め、このＣγが変態終了条件（後記する）を満たしたときの温度を、アシキュラーフェライトが変態を終了する温度（変態計算終了温度）と定め、当該変態計算終了温度までの計算値を夫々、溶接金属部のアシキュラーフェライトの側面積Ａ、板厚Ｗ、及び密度Ｐとする。
【００３０】
このうち「アシキュラーフェライトの変態開始温度（変態計算開始温度）」は、溶接金属部の組成、及び熱力学的計算による無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）に基づいて算出することができ、具体的には、当該無拡散変態の駆動力が４００〜８００Ｊ／molになったときの温度とする。
【００３１】
一方、「アシキュラーフェライトの変態終了温度（変態計算終了温度）」は、溶接金属部の組成、及び冷却温度履歴に基づいて決定されるもので、
未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγと、Ａｃｍ点の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）が交差する温度；若しくはＭｓ点のうち、いずれか高い温度をＴ０としたとき、Ｔ０〜（Ｔ０−５０℃）の範囲とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のアシキュラーフェライト変態率予測方法によれば、従来では予測できなかった「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率」を、原材料の成分及び溶接条件を変えて溶接したとしても、実測値±１０％以内の誤差範囲で予測できるという、極めて高精度の変態率予測方法を提供することができる。
【００３３】
更に本発明のアシキュラーフェライト形態予測方法によれば、従来では予測できなかった「溶接金属部のアシキュラーフェライトの形態（具体的には、板状アシキュラーフェライトの側面積、板厚、個数）」を、原材料の成分及び溶接条件を変えて溶接したとしても、精度良く予測することができる。具体的には当該板状アシキュラーフェライトの側面積については、７５％≦（予測値／実測値）≦１５０％の範囲で；当該板状アシキュラーフェライトの板厚については、７５％≦（予測値／実測値）≦１５０％の範囲で：当該板状アシキュラーフェライトの個数については、７５％≦（予測値／実測値）≦１５０％の範囲で予測できる。
【００３４】
更に、上述した予測方法を用いれば、当該溶接金属部の機械的特性も精度良く予測することが充分期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
前述した通り、本発明者らは、溶接金属部を構成する組織のなかでも特にアシキュラーフェライトの変態率を、直接的に精度良く且つ簡便に予測し得る方法を提供すべく鋭意検討しており、その結果、まず、前記特許文献４の方法を開示している。更にその後、アシキュラーフェライト変態率を、温度Tと溶接金属部の晶出情報Ｎとの関数として表すことにも成功し、別途、出願を済ませている（特願２００３−５８８６１号、以下、「先願発明」と呼ぶ場合がある）。
【００３６】
上記「先願発明」の予測方法は、
（ａ）母材及び溶接材料の各成分、並びに溶接条件に基づき、溶接金属部の組成、晶出物情報、及び第１溶接パスから最終溶接パスに至る冷却温度履歴を算出する基礎情報算出手段と、
（ｂ）熱力学的計算によって算出するアシキュラーフェライトの変態開始温度および変態終了温度に基づき、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測する溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段
を包含しており、
下式（１）に基づいて、温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を算出し、前記（ａ）の冷却温度履歴を微小時間（Δｔ）に区切り、当該微小時間（Δｔ）毎におけるXAF（Ｔ）を順次算出してこれらを加算する（加算則）ことにより、溶接施行後における「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率」を予測するというものである。
XAF（Ｔ）＝１−exp（−Ａ0×α×ｔn）        …  （１）
但し、ｎ＝０．３〜０．７
式中、XAF（Ｔ）は温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの変態率
Ａ0は核生成定数、
αはアシキュラーフェライトがパラ平衡で変態すると
仮定したときのパラボリックレイト定数、
ｔは温度Ｔにおける保持時間（秒）、
ｎはアシキュラーフェライト変態率の時間依存性を表す指数
である。
【００３７】
ここで、上記「先願発明」の方法に到達した経緯について簡単に説明すると、本発明者らは、「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を算出する為には、まず、アシキュラーフェライトの核生成・成長状況とアシキュラーフェライトの形態を決定する必要がある」という観点に基づき、溶接金属部の供試材を、図２に示す独自の熱処理シミュレーターにかけて基礎実験を行なった。その結果、温度Ｔで保持したときにおけるアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）は、上記（ａ）の工程によって算出される溶接金属部の晶出情報Ｎと温度Ｔの関数Ａ0（Ｎ，Ｔ）に基づいて算出されることを見出し、「先願発明」を完成した。
【００３８】
この「先願発明」の方法によれば、「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率」を、原材料の成分及び溶接条件を変えて溶接したとしても、実測値±５％以内の誤差範囲で予測できるという、極めて高精度の予測方法を提供することができたのである。
【００３９】
しかしながら、上記「先願発明」にしても前述した特許文献４と同様、温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を算出するに当たり、事前に、Ａ0（Ｎ，Ｔ）のデータベースを作成する必要があるという不便さを抱えている。
【００４０】
そこで本発明では、事前にデータベースを作製することなく、より簡便にアシキュラーフェライトの変態率を精度良く予測できる方法を提供すべく、前記「先願発明」の方法をベースにして更に研究を重ねてきた。その結果、前記「先願発明」の予測方法［（ａ）基礎情報算出手段と、（ｂ）溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段と、を包含する方法］において、前記（ｂ）の手段を一部改変し、データベースを構築することなく温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を簡易に算出することができる式として、アシキュラーフェライトの形態に係る因子（側面積Ａ、板厚Ｗ、及び密度Ｐ）により特定される式を導き出すことに成功した。そして、前記「先願発明」における（ａ）の基礎情報算出手段と、本発明で特定する上記式（１）に基づいて算出される「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段」とを用いて、前記「先願発明」と同様に「加算則」を用いて積算すれば、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を、より簡便に精度良く予測できることを見出した。
【００４１】
更に板状アシキュラーフェライトの形態（側面積Ａ、板厚Ｗ、及び密度Ｐ）を予測するに当たっては、「アシキュラーフェライトが核生成サイトから生成するとき、アシキュラーフェライトの長軸Ｌ、短軸Ｗは、他のアシキュラーフェライトとの衝突で決定すると仮定すると、当該長軸・短軸共に、核生成サイトの平均距離に比例する」という考えに基づき、まず、温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの側面積ＡTと、温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの密度ＰTとの上記式（３）を導き出した。そして、当該式（３）と；温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの変態率ＸAF（Ｔ）に関する式（１）において、ＡTとＰTの積で表される式（２）とを用いれば、溶接金属部のＡＦの側面積Ａ、板厚Ｗ、密度Ｐを夫々、簡便に精度良く予測できることを見出し、本発明を完成した。
【００４２】
まず、本発明に係る溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測する方法について、上記一連の基礎実験も含めて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図３は、本発明法を実施する為の手順を示すフローチャートであり、母材と溶接材料を用い、単一または複数パスによる、アーク溶接に代表される溶接施工を想定して作成したものである。具体的には、各手段を実行するプログラムが記憶装置により記憶された材質予測計算機を用いて実施している。
【００４３】
（１）溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測方法について
（ａ）基礎情報算出手段
上記（ａ）は、母材及び溶接材料の各成分、並びに溶接条件に基づき、溶接金属部の組成、晶出物情報、及び第１パスから最終溶接パスに至る冷却温度履歴を算出する基礎情報算出手段（図３では「基礎情報算出手段」と表す）である。この工程は、前記「先願発明」の工程（ａ）と同じである。
【００４４】
このうち原材料である溶接材料としては、ソリッドワイヤ、コアドワイヤ等が挙げられるが、更にソリッドワイヤとフラックスを併用するサブマージ用溶接材料も例示される。また、上記溶接条件としては、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、パス間温度（次パスの溶接が開始される際の溶接部許容温度）、母材形状（板厚）、開先形状、溶接長さ、パス数等が挙げられ、更には、これらのデータから算出されるパス溶接時間（１パス当たりに要する溶接時間＝溶接長さ／溶接速度）等の２次元情報も包含される。
【００４５】
これら母材及び溶接材料の各成分、並びに溶接条件に基づき、（i）溶接金属部の組成、（ii）晶出物情報（例えば晶出物の組成、平均粒径、及び単位面積当たりの個数）、及び（iii）第１溶接パスから最終溶接パスに至る冷却温度履歴（以下、単に「冷却温度履歴」と呼ぶ場合がある）を算出しておく。これらは、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を精度良く予測するうえで重要な基本的パラメーターとなるからである。
【００４６】
尚、上記（i）〜（iii）を算出する方法は本発明の特徴部分ではなく、既知の方法を採用することができ、例えば前述した特許文献１〜３に記載の方法を参照すれば良い。更には上記特許文献４の方法に基づいて算出することも可能であり、その詳細は前述した通りであるが、要約すると、母材成分及びワイヤ成分、並びに溶接条件を上記材質予測計算機に入力し、記憶装置に格納されたデータベース［事前に実験等により調査されたものであって、具体的には、（イ）組成（母材、溶接金属）と、液相線温度、固相線温度、加熱過程においてオーステナイト変態が終了する温度（オーステナイトが生成し始める温度）、冷却過程においてフェライト変態が終了する温度等との関係を示す状態図データベース、（ロ）溶接金属組成と晶出する晶出物の種類、溶融加熱温度および同温度から固相線温度までの凝固時間と晶出物の平均粒径及び晶出量（単位面積当たりの個数）を示す晶出物データベース等］に基づいて算出すればよい。
【００４７】
この様にして算出される上記（i）〜（iii）の基礎情報のうち、（iii）の冷却温度履歴は、前述した方法に従って算出される溶接金属部の温度履歴（第一溶接パスから最終溶接パスにわたって各パス毎に繰返される加熱・冷却の履歴を表したもの）に基づいて決定される。本発明では前記特許文献４と同様、上記冷却温度履歴として、複数パス溶接において、オーステナイト変態が終了する温度以上に加熱される最後の加熱冷却過程（以下、「最後の加熱冷却過程」と略記する場合がある）における、最高温度からの冷却時の温度履歴（以下、「最後のオーステナイト変態後の冷却速度」と呼ぶ場合がある）を用いることが推奨される。これは、溶接金属部の温度履歴を全て算出し、これら全部の温度履歴に基づいて溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を算出することは負荷が大きくなり過ぎること；一方、アシキュラーフェライトの変態に最も大きく寄与するのは冷却温度履歴であり、特に最も影響するのは「最後の加熱冷却過程」と考えられる為、当該「最後の加熱冷却過程」における「最後のオーステナイト変態後の冷却速度」に基づいて溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を算出したとしても、高度の予測精度が維持されるからである。
【００４８】
（ｂ）溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段
上記（ｂ）は、熱力学的計算によって算出するアシキュラーフェライトの変態開始温度および変態終了温度に基づき、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測するものであり、図３では、「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段」と表す。
【００４９】
詳細には上記（ｂ）を実施するに当たっては、まず、（b-1）アシキュラーフェライトが変態を開始する温度（変態計算開始温度）を決定したうえで、（b-2）上記変態計算開始温度からアシキュラーフェライトの変態率を算出していく（具体的には、冷却温度履歴を微小時間に区切ったときの、該微小時間毎における温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を順次算出していく）と共に、当該XAF（Ｔ）に対応した未変態γ中の炭素濃度Ｃγを求め、このＣγが変態終了条件（後記する）を満たしたときの温度を、アシキュラーフェライトが変態を終了する温度（変態計算終了温度）と定め、当該変態計算終了温度までの計算値を、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率XAFとする。
【００５０】
以下、上記（ｂ）につき、基礎実験の経緯も交えて詳細に説明する。
【００５１】
（b-1）アシキュラーフェライトの変態計算開始温度の決定
まず、アシキュラーフェライトが変態を開始する温度を決定する。これにより、アシキュラーフェライト変態率の計算を開始する温度（変態計算開始温度）が決定される。
【００５２】
上記アシキュラーフェライトの変態計算開始温度は、溶接金属部の組成、及び熱力学的計算による無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）に基づいて算出され、具体的には、無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）が４００〜８００Ｊ／molになったときの温度とする。本発明では、「アシキュラーフェライトの変態開始温度は、ベイナイト変態が開始する温度と同義である」と考え、ベイナイト変態計算を開始する温度として採用されている「無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）が４００〜８００Ｊ／molになったときの温度」を、本発明でも採用することとした。
【００５３】
上述したアシキュラーフェライトの変態計算開始温度の決定方法につき、図４を用いて、より詳細に説明する。図４は、アシキュラーフェライトの変態計算開始温度、及び変態計算終了温度（後記する）の決定法を示すグラフであり、このうち図４（ａ）は、横軸を時間［保持時間（変態時間）］、縦軸をアシキュラーフェライトの変態開始温度としたときの冷却温度履歴を；図４（ｂ）は、熱力学的計算により求めることができる無拡散変態の駆動力と時間との関係を夫々、示している。尚、説明の便宜上、図４には、アシキュラーフェライトの変態計算終了温度を決定する為のグラフ図４（ｃ）も併記するが、当該図４（ｃ）の説明は後記する。
【００５４】
まず図４（ｂ）に示す様に、時間が経過して温度が低下（連続冷却）していくと無拡散変態の駆動力は４００〜８００Ｊ／mol（図中、Ｄｆ）よりも大きくなる。本発明では、当該無拡散変態の駆動力がＤｆ（４００〜８００Ｊ／mol）に到達したときの温度［図４（ａ）中、（i）］をアシキュラーフェライトの変態開始温度（計算開始温度）とする。
【００５５】
（b-2）温度Ｔで保持したときのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）の算出、及び変態計算終了温度の決定
次に、上記（b-1）の方法によって変態計算開始温度を決定したうえで、（b-2）上記変態計算開始温度からアシキュラーフェライトの変態率を計算により算出していくと共に、アシキュラーフェライトの変態計算終了温度を決定し、当該変態計算終了温度までの計算値を、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率XAFとする。
【００５６】
以下、上記算出方法に到達した基礎実験も含めて、詳細に説明する。
【００５７】
本発明者らは、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を算出する為には、まず、アシキュラーフェライトの核生成・成長状況とアシキュラーフェライトの形態を決定する必要があるという観点に基づき、溶接金属部の供試材を、前記図２に示す熱処理シミュレーターにかけた。同図は、溶接金属部にできるだけ多くのアシキュラーフェライトを生成させることが可能な熱処理パターンとして、本発明者らが独自に構築したものである。
【００５８】
同図に沿って上記熱処理を説明すると、まず、上記供試材をAc3点以上に加熱して保持することにより、オーステナイト単相とする。所望のアシキュラーフェライトを得る為には、予め、より大きなオーステナイトを多量に生成させる必要があり、その為には、加熱温度をできるだけ高温且つ長時間保持することが推奨される。次いで、５００〜６２０℃の温度範囲まで急冷（２５℃／ｓ以上）した後、当該温度で所定時間保持（等温保持）してから水冷すると、所望のアシキュラーフェライトが得られることが分かった。本発明では上記等温保持での保持時間を種々変化させており、これにより、従来は捉えることのできなかったアシキュラーフェライトの核生成・成長過程をうまく捉えることが初めて可能になった。
【００５９】
ちなみに従来、等温変態時におけるアシキュラーフェライト変態率を算出できなかった理由は、上述した保持温度（５００〜６２０℃）が適切でなかった為ではないかと考えられる。保持温度が５００℃を下回ると、アシキュラーフェライトの変態が非常に速い（直ちに生成し、直ちに消失してしまう）為、アシキュラーフェライトの核生成・成長過程を捉えられず、一方、保持温度が６２０℃を超えると、逆に温度が高くなり過ぎて所望のアシキュラーフェライトが生成しないことが、本発明者らの実験により初めて明らかになった。
【００６０】
上記熱処理に基づく基礎実験の結果、アシキュラーフェライトの核生成速度は図５に示す通り、非常に速く、サイトサチュレーション（変態が開始した直後に核生成サイトが全て消費されてしまう状況）として据えられること；アシキュラーフェライトの形状を板状（長さL、幅Ｗ）と仮定したときの成長過程を詳細に分析すると、長さ（L）方向には変態直後に瞬間的に成長が完了してしまい、その後は、幅（Ｗ）方向に対して拡散成長することが明らかになった。
【００６１】
前記「先願発明」では、この様な知見に基づき、温度Ｔで保持したときにおけるアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を、上記（ａ）の工程によって算出される溶接金属部の晶出情報Ｎと温度Ｔの関数Ａ0（Ｎ，Ｔ）により特定している。
【００６２】
一方、本発明では、温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を簡易に算出することができる式として、アシキュラーフェライトの形態に係る因子（側面積Ａ、板厚Ｗ、及び密度Ｐ）で表される下式（１）を特定している。従って、本発明法では、前記「先願発明」の様にＡ0（Ｎ，Ｔ）のデータベースの作成は不要である。
XAF（Ｔ）＝１−exp（−ＡT×ＰT×ＷT）        …  （１）
式中、ＸAF（Ｔ）は、温度ＴにおけるＡＦの変態率；
ＡTは、温度ＴにおけるＡＦの側面積（ｍ2）；
ＰTは、温度ＴにおけるＡＦの密度（個／ｍ3）；
ＷTは、温度ＴにおけるＡＦの板厚（ｍ）であり、
ＷT＝α×ｔ1/2で表され、
αは、ＡＦがパラ平衡で変態すると仮定したときの
パラボリックレイト定数であり；
ｔは、温度Ｔにおける保持時間（秒）
を意味し、
前記（ＡT×ＰT）は、下式（２）で表される。
（ＡT×ＰT）＝−１．６９９×１０5−７．５０６×１０2×（ｄＧγ→α）
…  （２）
式中、（ｄＧγ→α）は、温度Ｔにおける、オーステナイトからフェライト
へ変態するときの無拡散変態の駆動力（Ｊ／ｍｏｌ）
である。
【００６３】
以下、上式（１）を構成する要件［各パラメーター及び式（２）］について説明する。
【００６４】
（i）ＡT：温度ＴにおけるＡＦの側面積（ｍ2）
本発明の予測対象であるアシキュラーフェライトは、前記図１に示す通り、側面積Ａ及び板厚Ｗを有する「板状アシキュラーフェライト」である。この様な板状アシキュラーフェライトの成長過程は前述した通り、長さ方向（長手方向Ｌ、側面積Ａに対応）には核生成直後に成長が完了してしまうことから、温度ＴにおけるＡＦの側面積ＡTは、時間に拘わらず一定と考えられる。
【００６５】
（ii）ＰT：温度ＴにおけるＡＦの密度（個／ｍ3）
温度ＴにおけるＡＦの密度ＰTとは、単位体積当たり（ｍ3）に、板状アシキュラーフェライト［側面積Ａ（≒長さＬ）、板厚（幅）Ｗ］の個数（本発明では、アシキュラーフェライトの核生成挙動がサイトサチュレーションであると仮定しているので、核生成サイト数と同数であるとみなす）が幾つ存在するかを意味する。
【００６６】
（iii）式（２）について
本発明において上式（１）で示されるXAF（Ｔ）の算出に当たっては、下式（２）で表される側面積ＡTと密度ＰTとの積（ＡT×ＰT）を使用すればよい。式（２）に示す通り、（ＡT×ＰT）は、オーステナイトからフェライトへ変態するときの無拡散変態の駆動力「ｄＧγ→α」（Ｊ／ｍｏｌ；以下、Ｄｆで表す場合がある）の関数として表される。
（ＡT×ＰT）＝−１．６９９×１０5−７．５０６×１０2×（ｄＧγ→α）
…  （２）
ここで、上式（２）を決定するに至った経緯について説明する。
【００６７】
まず、ＪＩＳ ＳＭ４９０の母材を用い、ＪＩＳ規格のワイヤ成分（ＹＧＷ−１１）において、主成分であるＣ、Ｓｉ、及びＭｎを夫々、下記表１の様に変化させた合計６成分（Ｎｏ．１〜６）のワイヤサンプルを用い、各ワイヤサンプル毎に、上記保持温度（前記図２に示す熱処理シミュレーターにおける保持温度）を５５０℃、５７０℃、及び６００℃の３水準に変化させ、かつその他の条件を下記表２の通りにして溶接を行って、合計１８条件（６成分×３水準）で溶接した場合に形成されるアシキュラーフェライト面積率をまず求めた。即ち、図６に示す様な顕微鏡写真において、１視野２４００μｍ2を３視野観察して、アシキュラーフェライトの面積率を求め（図６において、白色状の細長いものがアシキュラーフェライトである）、それから、アシキュラーフェライト変態率を（該アシキュラーフェライトの面積率）／（熱力学計算で求めた平衡状態でのフェライト相分率）から算出して求めた。
【００６８】
ところで、下記式（４）で示されるＡＦ変態モデル式（板状）において、Ａ0Ｎ＝Ａ×Ｐとして下記式（５）の様に変形すれば、各条件でのＡ×Ｐは、各保持温度においてαを熱力学計算で求め、また時刻ｔでのアシキュラーフェライト変態率Ｘ（ｔ）を上記の通り求めれば決定することができる。
【００６９】
そして、得られたＡ×Ｐの値、溶接金属の組成および保持温度の基礎データを、市販の熱力学的（Thermo-Calc(Foundation for Computational Thermodynamics)に入力することで上式（２）を特定することができたのである。
【００７０】
【数１】
2006010527.tif 000003
【００７１】
【数２】
2006010527.tif 000004
【００７２】
【表１】
2006010527.tif 000005
【００７３】
【表２】
2006010527.tif 000006
【００７４】
（iv）ＷT：温度ＴにおけるＡＦの板厚（ｍ2）
温度ＴにおけるＡＦの板厚ＷTは、ＷT＝α×ｔ1/2で表される。前述した通り、板状アシキュラーフェライトの成長過程では、長さ方向（長手方向Ｌ、側面積Ａに対応）には核生成直後に瞬間的に成長が完了してしまい、その後は、幅（板厚Ｗに対応）方向に対して拡散成長することを考慮したものである。
【００７５】
ここで、「α」は、アシキュラーフェライトがパラ平衡［ＳｉやＭｎ等の置換型固溶元素が拡散する時間がなくて変態する状態を意味し、具体的には、上記置換型固溶元素の濃度がオーステナイトもフェライトも同じ（平衡）状態にあるときを指す］で変態すると仮定したときのパラボリックレイト定数である。上記Wの算出に当たり、特に「α」の如く、アシキュラーフェライトがパラ平衡で変態するときの定数を採用することにした理由は、アシキュラーフェライトは、オーステナイトがフェライトに変態して生成するが、当該アシキュラーフェライトは、パラ平衡で変態するときに最も生成し易いと考えられる為である。
【００７６】
上記αは、アシキュラーフェライトがパラ平衡で変態すると仮定したうえで、溶接金属部の組成、及び温度に基づいて算出することができる。具体的には、CAMP-ISIG, Vol.3(1990),p871に記載のプログラムや、他の市販のプログラム［Thermo-Calc(Foundation for Computational Thermodynamics)］を用いてαを算出すれば良い。後記する実施例では、前者のプログラムを用いてαを算出した。
【００７７】
一方、上記板厚Ｗの実測値は、現実には測定することができないので、当該アシキュラーフェライトを一次元観察ではなく二次元観察したときの短軸長さと比較し、この短軸長さを、ＡＦの側面積Ｗ（実測値）と推定することにした。上記板厚Ｗと、短軸長さとは、相関関係を持つことが知られているからである。
【００７８】
以上、温度Ｔで保持したときにおけるアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を導き出す為の式（１）について説明した。
【００７９】
次に、上記（b-1）の方法によって決定されるアシキュラーフェライトの変態計算開始温度を起点とし、前述した方法によって温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を算出していき、最終的に、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を算出する方法について説明する。
【００８０】
前述した通り、XAF（Ｔ）は、温度Tで保持したときのアシキュラーフェライト変態率に過ぎず、実際の溶接施工において、温度が連続して変化（連続冷却）するときに形成される「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率」ではない。
【００８１】
そこで本発明では、「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率」を算出するに当たり、前記（ａ）の冷却温度履歴を微小時間（Δｔ）に区切り、当該微小時間（Δｔ）毎における温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）を順次算出することにより、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を予測することとした。これは、温度Ｔにおける微小時間Δｔの間は、当該温度Tで等温変態が進行するものと仮定してXAF（Ｔ）を求めておき、これを繰返して加算する（加算則）ことにより、溶接施工後における「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率」を予測するというものであり（図７を参照）、この様な方法は、本発明に限らず一般に「特性の予測方法」において、極く一般的に実施されているものである。
【００８２】
上述したXAF（Ｔ）の計算は、アシキュラーフェライトの変態が終了する温度（変態計算終了温度）まで行なうが、以下、アシキュラーフェライトの変態計算終了温度を決定する方法について説明する。
【００８３】
上記アシキュラーフェライトの変態計算終了温度は、溶接金属部の組成、及び冷却温度履歴に基づいて決定され、具体的には、（１）未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγと、Ａｃｍ点の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）が交差する温度；若しくは（２）Ｍｓ点のうち、いずれか高い温度をＴ０としたとき、Ｔ０〜（Ｔ０−５０℃）の範囲とする。
【００８４】
以下、アシキュラーフェライトの変態終了温度の決定法につき、前記図４（ｃ）を用いて詳細に説明する。図４（ｃ）は、未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγ、及びＡｃｍ点（セメンタイトが形成される臨界点）の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）の時間的推移を示したものである。尚、説明の便宜上、図４には、アシキュラーフェライトの変態計算開始温度を決定する為のグラフ図４（ａ）及び（ｂ）も併記しているが、これらの説明は、既にした通りである。
【００８５】
前述した通り、時間が経過して温度が低下（連続冷却）していくと、図４（ｂ）に示す様に無拡散変態の駆動力（ｄＧγ→α）は４００〜８００Ｊ／mol（図中、Ｄｆ）よりも大きくなるが、本発明では、当該無拡散変態の駆動力が４００〜８００Ｊ／molに到達したときの温度［図４（ａ）中、（i）］をアシキュラーフェライトの変態開始温度（計算開始温度）と定めている。
【００８６】
更に温度が低下していくとアシキュラーフェライト変態が進行する為、図４（ｃ）に示す通り、未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγは増加していく。これに対し、Ａｃｍ点の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）は、温度が低下するにつれて低下する。未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγと、Ａｃｍ点の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）が交差するときの温度が図４（ａ）の（iii）であり、これは、未変態オーステナイトが全てパーライト変態したことを示す温度（即ち、アシキュラーフェライト変態が終了する温度）を意味する。
【００８７】
一方、熱力学的計算により、マルテンサイトが生成する温度Ｍｓ点［図４（ａ）中、（ii）］を求めることができる。
【００８８】
この様にして算出した図４（ａ）の（iii）［未変態オーステナイト中の炭素量Ｃγと、Ａｃｍ点の炭素量Ｃ（Ａｃｍ）が交差する温度］、及び（ii）のＭｓ点のうち、いずれか高い温度をＴ０としたとき、Ｔ０〜（Ｔ０−５０℃）の範囲を、アシキュラーフェライトの変態計算終了温度と定める。この温度範囲であれば、アシキュラーフェライト変態率を精度良く予測し得ることを実験により確認している。
【００８９】
ちなみに上記図４では、（ii）の温度よりも（iii）の温度が高い為、アシキュラーフェライト変態終了温度の基準温度Ｔ０は（iii）となり、（iii）の温度から５０℃低い温度範囲までが、本発明におけるアシキュラーフェライトの変態計算終了温度となる。
【００９０】
この様にしてアシキュラーフェライトの変態計算終了温度が決定された時点で、温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）の計算も終了することとなり、最終的に、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率が算出される。
【００９１】
以上、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率予測手段について、上記（b-1）〜（b-2）に基づいて説明した。
【００９２】
更に本発明には、上記の予測方法に基づき、溶接金属部の機械的特性を予測することを特徴とする溶接金属部の特性予測方法も包含される。具体的には、単一パスまたは複数パスによって形成される溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率と、該溶接金属部の機械的特性との関係を予め定めておき、
上述したいずれかの予測方法によって算出される溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率と、前記予め定められている溶接金属部のアシキュラーフェライト面積率と機械的特性との関係を照合することにより、溶接金属部の機械的特性を予測する方法である。
【００９３】
これは、事前にアシキュラーフェライト変態率と機械的性質の関係についてデータベースを作成しておき、本発明の予測方法によって算出したアシキュラーフェライト変態率を、上記データベースの結果と照合することにより溶接金属部の機械的特性を予測するというものであり、これにより、アシキュラーフェライト変態率に基づく溶接金属部の機械的特性を精度良く且つ簡便に予測することが可能となる。
【００９４】
（２）溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測方法について
次に、本発明に係る溶接金属部のアシキュラーフェライトの形態を予測する方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図８は、本発明法を実施する為の手順を示すフローチャートであり、母材と溶接材料を用い、単一または複数パスによる、アーク溶接に代表される溶接施工を想定して作成したものである。具体的には、各手段を実行するプログラムが記憶装置により記憶された材質予測計算機を用いて実施している。
【００９５】
ここで、上記形態予測方法は、
（ａ）母材及び溶接材料の各成分、並びに溶接条件に基づき、溶接金属部の組成、晶出物情報、及び第１溶接パスから最終溶接パスに至る冷却温度履歴を算出する基礎情報算出手段と、
（ｃ）該（ａ）の基礎情報算出手段に基づいて算出される、最終溶接パス終了時におけるアシキュラーフェライトの形態を予測する溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測手段
を包含しており、
前記アシキュラーフェライト（ＡＦ）の形状は、側面積Ａ（ｍ2）と板厚Ｗ（ｍ）の積で表され、
前記（ｃ）は、前記（ａ）の冷却温度履歴を微小時間に区切り、該微小時間毎における温度ＴでのＡＦの側面積ＡT、及び（ＡT×ＰT）（ここでＰTは、温度Ｔにおける、ＡＦの密度である）を順次算出することにより、最終溶接パス終了時における溶接金属部のＡＦの側面積Ａ（ｍ2）、ＡＦの板厚Ｗ（ｍ）、及び該ＡＦの密度Ｐ（個／ｍ3）を夫々、予測するものであり、
該ＡTは、下式（３）に基づいて算出し、
該（ＡT×ＰT）は、上式（２）に基づいて算出する
ことを特徴とする。
ＡT＝β×ＰT-2/3        …  （３）
式中、ＡTは、温度ＴにおけるＡＦの側面積（ｍ2）；
βは、比例定数；
ＰTは、温度ＴにおけるＡＦの密度（個／ｍ3）
である。
【００９６】
このうち前記（ａ）の基礎情報算出手段は、前述した（１）のアシキュラーフェライト変態率予測方法に記載の（ａ）と同じであり、説明を省略する。
【００９７】
次に、前記（ｃ）の「溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測手段」について説明する。
【００９８】
（ｃ）溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測手段
上記（ｃ）は、熱力学的計算によって算出するアシキュラーフェライトの変態開始温度および変態終了温度に基づき、最終溶接パス終了時における溶接金属部のアシキュラーフェライトの側面積Ａ（ｍ2）、アシキュラーフェライトの板厚Ｗ（ｍ）、及びアシキュラーフェライトの密度Ｐ（個／ｍ3）を夫々、予測するものであり、図８では、「溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測手段」と表す。
【００９９】
詳細には上記（ｃ）を実施するに当たっては、まず、（c-1）アシキュラーフェライトが変態を開始する温度（変態計算開始温度）を決定したうえで、（c-2）上記変態計算開始温度からアシキュラーフェライトの形態を算出していく［具体的には、冷却温度履歴を微小時間に区切ったときの、該微小時間毎における温度Ｔでのアシキュラーフェライトの側面積ＡT、及び（ＡT×ＰT）（ここでＰTは、温度Ｔにおける、ＡＦの密度である）を順次算出していく］と共に、当該アシキュラーフェライトの変態率に対応した未変態γ中の炭素濃度Ｃγを求め、このＣγが変態終了条件（後記する）を満たしたときの温度を、アシキュラーフェライトが変態を終了する温度（変態計算終了温度）と定め、当該変態計算終了温度までの計算値を夫々、溶接金属部のアシキュラーフェライトの側面積Ａ、板厚Ｗ、及び密度Ｐとする。
【０１００】
以下、上記（ｃ）につき、基礎実験の経緯も交えて詳細に説明する。
【０１０１】
（c-1）アシキュラーフェライトの変態計算開始温度の決定
この工程は前述した（b-1）と同じであり、説明を省略する。
【０１０２】
（c-2）温度Ｔで保持したときのアシキュラーフェライトの側面積ＡT、及び（ＡT×ＰT）の算出、及び変態計算終了温度の決定
次に、上記（c-1）の方法によって変態計算開始温度を決定したうえで、（c-2）上記変態計算開始温度からアシキュラーフェライトの側面積ＡT、及び（ＡT×ＰT）を計算により算出していくと共に、アシキュラーフェライトの変態計算終了温度を決定し、当該変態計算終了温度までの計算値に基づき、溶接金属部のアシキュラーフェライトの側面積Ａ（ｍ2）、板厚Ｗ（ｍ）、及び密度（個／ｍ3）を夫々、決定する。
【０１０３】
以下、上記算出方法に到達した基礎実験も含めて、詳細に説明する。
まず、下式（３）を導き出した経緯について説明する。
ＡT＝β×ＰT-2/3        …  （３）
式中、ＡTは、温度ＴにおけるＡＦの側面積（ｍ2）；
βは、比例定数；
ＰTは、温度ＴにおけるＡＦの密度（個／ｍ3）
である。
【０１０４】
上式（３）の決定に当たっては、前提として、板状アシキュラーフェライト（長軸長さをＬ、短軸長さをＷとする）が核生成サイトから生成して成長したときの長さ（長軸及び短軸がどこまで成長するか、という意味での長さ）は、当該アシキュラーフェライトと、他のアシキュラーフェライトとが衝突したときの長さとして定められるものとする。二つのアシキュラーフェライトが衝突した時点で、アシキュラーフェライトの成長は止まると考えられるからである。この様な前提条件のもとでは、アシキュラーフェライトの長軸及び短軸は共に、核生成サイトの平均距離に比例すると考えられ、「計量形態学（内田老鶴圃）１９７２年」（牧島邦夫、篠原靖忠、小森尚志）に記載の下式を援用することができる。
点状粒子（核生成サイトのこと）の平均距離  ∞  Ｎ-1/3
一方、アシキュラーフェライトの側面積Ａは
Ａ＝Ｌ2
で表されるから、最終的に前記Ａは、比例定数をβとしたとき、上式（３）で特定される。
【０１０５】
この様にして導き出される上式（３）において、（ＡT×ＰT）は、前述した「アシキュラーフェライトの変態率予測手段」で用いた前記式（２）によって決定し得るので、βが分かれば、溶接金属部のＡＦの側面積Ａ、板厚Ｗ、密度Ｐも夫々、計算により求めることが可能である。
【０１０６】
ここでβの算出法としては、以下の３通りが挙げられる。
【０１０７】
第１の算出法は、実際にワイヤと母材を用いて溶接金属部を作製した後、上式（３）を構成するＡ及びＰの実測値を算出し、βの値（実験値）を決定する方法である。このうち、Ａ及びＰの実測値は、前記ｄＧγ→αを導き出したときの方法を採用することができる。
【０１０８】
第２の算出法は、既存の実験値を援用する方法であり、具体的には、実際の溶接条件と近似する条件（成分系及び保持温度が略同一の条件）にて溶接したときのβ（実験値）を適用すればよい。この算出法は、前記第１の算出法の様に、溶接する毎に実験値を算出しなくとも良い点で非常に簡便な方法である。βは幾何学的に決定される定数であり、前述したｄＧγ→αとは異なって溶接金属の組成や保持温度には殆ど影響されないことを本発明者らの基礎実験により確認している。
【０１０９】
第３の算出法は、以下に示す基礎実験に基づいてβの値（計算値、β＝１〜３）を算出する方法である。この計算値を用いても、アシキュラーフェライトの形態を精度良く予測できることを実験により確認している。
【０１１０】
該基礎実験の詳細は以下の通りである。まず、ＪＩＳ ＳＭ４９０の母材を用い、ＪＩＳ規格のワイヤ成分（ＹＧＷ−１１）において、主成分であるＣ、Ｓｉ、及びＭｎを夫々、上記表１の様に変化させた合計６成分（Ｎｏ．１〜６）のワイヤサンプルを用い、各ワイヤサンプル毎に、上記保持温度を５５０℃、５７０℃、及び６００℃の３水準に変化させ、かつその他の条件を上記表２の通りにして溶接を行い、合計１８条件（６成分×３水準）におけるＡT×ＰTを前述と同様の方法で求める。またＰTを、走査型電子顕微鏡を用いて単位面積あたりの密度を測定し、それを単位体積あたりの密度に換算して求める。そして、この様にして得られたＡT×ＰTとＰTを下記方程式（６）および（７）に導入してβを求める。
ＡT×ＰT＝Ｘ１    …（６）
ＡT＝β×ＰT-2/3  …（７）
［式（６），（７）におけるＸ１およびＰTは実験的に決定する値］
【０１１１】
合計１８条件におけるβの平均値を求めるとβ＝１〜３となる。βが上記範囲内であれば、アシキュラーフェライトの形態を精度良く予測し得ることを実験により確認している。βは、好ましくは１．５以上、２．５以下である。後記する実施例では、この第３の算出法を採用した。
【０１１２】
上述したいずれかの方法によりβを決定した後は、上式（３）及び上式（２）に基づき、アシキュラーフェライトの側面積Ａ及び密度Ｎを夫々、計算により求めることができる。
【０１１３】
また、アシキュラーフェライトの板厚Ｗは、上式（１）及び上式（３）により、計算により求めることができる。
【０１１４】
以上、温度Ｔで保持したときにおけるアシキュラーフェライトの側面積ＡT、板厚ＷT、及び密度ＰTを導き出す為の式（３）について説明した。
【０１１５】
次に、上記（c-1）の方法によって決定されるアシキュラーフェライトの変態計算開始温度を起点とし、前述の方法によって温度Ｔでのアシキュラーフェライトの側面積ＡT、板厚ＷT、及び密度ＰTを算出していき、最終的に、溶接金属部のアシキュラーフェライトの形態を算出する。この方法は、前述した「（１）アシキュラーフェライトの変態率予測方法」において詳述した「加算則」と同じであり、アシキュラーフェライトの変態計算終了温度を決定する方法も、前記（１）と同じである。
【０１１６】
以上、溶接金属部のアシキュラーフェライト形態予測手段について、上記（c-1）〜（c-2）に基づいて説明した。
【０１１７】
更に上述した本発明の形態予測手段は、溶接金属部の機械的特性を精度良く予測し得る方法として利用することができる。具体的には前述した特許文献４の図１に示したフローチャートのＳ１４「変態組織計算」に本モデルを組み込み、アシキュラーフェライトの組織情報を求めればよい。
【０１１８】
以下、実施例によって本発明の作用効果をより具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【０１１９】
以下の実施例では、本発明のアシキュラーフェライト変態率予測方法及びアシキュラーフェライト形態予測方法を用いれば、成分が異なる原材料を、入熱量及び冷却速度が異なる溶接条件で溶接したとしても、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率及びアシキュラーフェライトの形態を精度良く予測できることを実証する。
【０１２０】
以下、実験手順に沿って、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率及びアシキュラーフェライトの形態について夫々、予測値及び実測値を算出する方法を説明する。後記する表７には、本実施例で実施したＮｏ．１〜１２の実験条件の詳細をまとめて記載しており；表８には、この様にして得られた上記Ｎｏ．１〜１２の特性（アシキュラーフェライトの変態率、密度、側面積、及び板厚）をまとめて記載している。
【０１２１】
例えば表７のＮｏ．１について説明すると、Ｎｏ．１は、表３に示すＮｏ．Ａのワイヤを用い、溶接条件をＡ〜Ｃ（後記する表６）と変えて溶接しており、溶接金属部の組成は表４のＡに示す通りである。上記Ｎｏ．１のアシキュラーフェライト変態率の予測値を算出するに当たっては、表５に詳述する計算条件Ａ（計算開始温度は６００℃とする）、及び計算終了温度（表６に示す通り、溶接条件毎に異なり、計算終了基準温度Ｔ０との差を−１０℃とする）を用いて実施した。また、上記Ｎｏ．１のアシキュラーフェライト形態の予測値を算出するに当たっては、β＝２．０９を用いて計算した。
【０１２２】
（１）溶接金属部の作製
質量％でＣ：０．１５％，Ｓｉ：０．３７％，Ｍｎ：１．４３％，残部：鉄及び不純物を満足する母材（板厚２５ｍｍの厚鋼板）と、表３に示すＮｏ．Ａ〜Dのワイヤ（残部：鉄及び不純物）を用い、以下の溶接条件（入熱量を変化させた下記溶接条件Ａ〜Ｃ）にてＣＯ2ガスシールドアーク溶接を実施した。
【０１２３】
開先Ｖ型（開き角４５°）
ギャップ６ｍｍ
溶接速度２０ｃｍ／ｍｉｎ
パス数５
パス間温度１００℃
入熱量
溶接条件Ａ  １５ｋＪ／ｃｍ
溶接条件Ｂ  ２０ｋＪ／ｃｍ
溶接条件Ｃ  ３０ｋＪ／ｃｍ
シールドガス：ＣＯ2１００％、２５Ｌ（リットル）／ｍｉｎ
電流−電圧−溶接速度：３３０Ａ−３８Ｖ−２５ｃｐｍ
【０１２４】
【表３】
2006010527.tif 000007
【０１２５】
（２）溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率の測定（実測値）
次に、この様にして得られた溶接金属を鏡面研磨した後、３％ナイタールで腐食し、
走査電子顕微鏡（Ｓ−４０００電解放出型電子顕微鏡：倍率２０００倍）で組織観察を行なった。
【０１２６】
このうち、溶接金属部のアシキュラーフェライト面積率は、画像解析ソフト［Image-Pro PLUS(MEDIA CYBERNETICS)］を用いて、前記図６に示す様な顕微鏡写真から測定し、この測定値を、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率（実測値）を求めた。
【０１２７】
（３）溶接金属部の組成、及び冷却温度履歴の算出
上記母材成分、表３のワイヤ成分（Ｎｏ．Ａ〜Ｄ）、及び上記溶接条件Ａ〜Ｃに基づき、前述した特許文献４の算出方法に従って溶接金属部の組成、及び冷却温度履歴（最後のオーステナイト変態後の冷却速度）を夫々、算出した。溶接終了後の溶接金属部の組成は表４に示す通りである。また、上記「最後のオーステナイト変態後の冷却速度」は、前述した溶接条件Ａ〜Ｃの夫々につき、以下の通りである［各溶接条件の内容を整理する目的で、上記（１）に記載した入熱量も併記する］。
溶接条件Ａ：最後のオーステナイト変態後の冷却速度２６．４℃／秒
入熱量  １５ｋＪ／ｃｍ
溶接条件Ｂ：最後のオーステナイト変態後の冷却速度１４．８℃／秒
入熱量  ２０ｋＪ／ｃｍ
溶接条件Ｃ：最後のオーステナイト変態後の冷却速度６．６℃／秒
入熱量  ３０ｋＪ／ｃｍ
【０１２８】
【表４】
2006010527.tif 000008
【０１２９】
（４）溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率）の算出（予測値）
（4-1）アシキュラーフェライトの変態計算開始温度の決定
前述した方法に従い、アシキュラーフェライトの変態計算開始温度を決定した。表５には、本実施例で実施した計算条件Ａ〜Ｇの詳細を記載しており、各計算条件Ａ〜Ｇ毎に、無拡散変態の駆動力Ｄｆ及びアシキュラーフェライトの計算開始温度を併記している。このうち計算条件Ａ〜Ｄ、及びＧはいずれも、Ｄｆが４００〜８００Ｊ／molの範囲に達したときの温度を、計算開始温度として設定した本発明例であり；計算条件Ｅは、ＤＦが上記範囲を超えてＤｆ＝１０００Ｊ／molに到達した温度を、また計算条件Ｆは、上記範囲を下回ってＤｆ＝２００Ｊ／molに到達した温度を、計算開始温度とした比較例である。
【０１３０】
【表５】
2006010527.tif 000009
【０１３１】
【表６】
2006010527.tif 000010
【０１３２】
（4-2）XAF（Ｔ）の算出
温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの変態率XAF（Ｔ）を、下式（１）［下式（２）を含む］に基づいて算出する。
XAF（Ｔ）＝１−exp（−ＡT×ＰT×WT）        …  （１）
式中、ＸAF（Ｔ）、ＡT、ＰT、ＷTは夫々、前と同じ意味であり、
前記（ＡT×ＰT）は、下式（２）で表される。
（ＡT×ＰT）＝−１．６９９×１０5−７．５０６×１０2×（ｄＧγ→α）
…  （２）
式中、（ｄＧγ→α）は、前と同じ意味である。
【０１３３】
このうち上式（２）を構成するｄGγ→αは、前記Ｄｆに対応し、その詳細は表５に示す通りである。
【０１３４】
このｄGγ→αを上式（２）に代入し、温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの側面積Ａと密度Ｐとの積（ＡT×ＰT）を算出した。
【０１３５】
αは、上記文献［CAMP-ISIJ,Vol.3(1990)p871］に基づいて算出した。上記αにより、温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの板厚ＷTが算出される。
【０１３６】
次いで、上記（ＡT×ＰT）、及びＷTの各計算値を上式（１）に代入し、温度Ｔにおけるアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）（予測値）を決定した。尚、保持時間Ｔは、恒温保持のΔｔである。
【０１３７】
（4-3）溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率の測定
前述した方法に従ってアシキュラーフェライトの変態計算終了温度を決定する。表７に、変態計算終了基準温度Ｔ０及び計算終了温度を記載する。
【０１３８】
次に、前述の方法により得られた温度Ｔでのアシキュラーフェライト変態率XAF（Ｔ）に基づき、アシキュラーフェライト変態計算開始温度からアシキュラーフェライトの変態計算終了温度までの、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率（予測値）を算出した。
【０１３９】
これらの結果を表８に示す。表８中、「誤差」は、溶接金属部のアシキュラーフェライト面積率の予測値から実測値を引いた差であり、予測値の精度を表す指標となる。本発明では、各溶接材料について、異なる溶接条件A〜Cで溶接したときの誤差を夫々、求めたとき、いずれの場合も誤差が±１０％以内を満足する場合に限り、予測精度が良好であると判断し、「本発明例」と評価した。
【０１４０】
また、図９に、アシキュラーフェライト変態率（分率）の予測値と実測値をグラフ化して示す。
【０１４１】
（５）溶接金属部のアシキュラーフェライトの形態（側面積Ａ、板厚Ｗ、密度Ｐ）の算出（実測値）
前述した方法により、溶接金属部のアシキュラーフェライトの側面積Ａ、板厚Ｗ、及び密度Ｐの各実測値を夫々、算出した。
【０１４２】
これらの結果を表８に示す。
【０１４３】
（６）溶接金属部のアシキュラーフェライトの形態（側面積Ａ、板厚Ｗ、密度Ｐ）の算出（予測値）
（6-1）アシキュラーフェライトの変態計算開始温度の決定
アシキュラーフェライトの変態計算開始温度については、前記（4-1）の結果を利用する。
【０１４４】
（6-2）温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの形態の算出
温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの形態を、下式（３）に基づいて決定する。
ＡT＝β×ＰT-2/3        …  （３）
式中、ＡT、β、ＰTは夫々、前と同じ意味であり、
（ＡT×ＰT）は、下式（２）に基づいて算出する。
（ＡT×ＰT）＝−１．６９９×１０5−７．５０６×１０2×（ｄＧγ→α）
…  （２）
式中、（ｄＧγ→α）は、前と同じ意味である。
【０１４５】
ここで、βの値は表７に示す通り、２．０９［本発明の範囲内（β＝１〜３）であり、Ｎｏ．１〜７、１０〜１２］の他に、０．５（本発明の範囲を下回る例；Ｎｏ．９）及び２０（本発明の上限を超える例；Ｎｏ．８）の３点とした。
【０１４６】
また、前記（4-2）において得られたｄGγ→αを上式（２）に代入し、温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの側面積ＡTと密度ＰTの積（ＡT×ＰT）を算出した。
【０１４７】
αは、上記文献［CAMP-ISIJ,Vol.3(1990)p871］に基づいて算出した。上記αにより、温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの板厚ＷTを算出する。
【０１４８】
次いで、上記（ＡT×ＰT）、及びＷTの各計算値を上式（１）に代入し、温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの側面積ＡT、及び密度ＰTを夫々、決定する。
【０１４９】
（6-3）溶接金属部のアシキュラーフェライトの形態の測定
上記の様にして得られた温度Ｔにおけるアシキュラーフェライトの側面積ＡT、及び密度ＰTに基づき、アシキュラーフェライト変態計算開始温度（前記表４に記載のアシキュラーフェライト計算終了基準温度Ｔ０を利用）からアシキュラーフェライトの変態計算終了温度までの、溶接金属部のアシキュラーフェライトの各形態（予測値）を夫々、算出した。
【０１５０】
これらの結果を表８に併記する。
【０１５１】
本発明では、この様にして得られた各形態（側面積Ａ、板厚Ｗ、及び密度Ｐ）の予測値と実測値が下記基準を満たすものは、「形態の予測精度が良好である」と判断し、「本発明例」と評価した。
【０１５２】
板状アシキュラーフェライトの側面積Ａ…７５％≦（予測値／実測値）≦１５０％
板状アシキュラーフェライトの板厚Ｗ…７５％≦（予測値／実測値）≦１５０％
板状アシキュラーフェライトの密度Ｐ…７５％≦（予測値／実測値）≦１５０％
また、図９〜１１に、アシキュラーフェライトの形態の予測値と実測値をグラフ化して示す（図１０は密度、図１１は側面積、図１２は板厚の結果である）。
【０１５３】
【表７】
2006010527.tif 000011
【０１５４】
【表８】
2006010527.tif 000012
【０１５５】
表８の結果より、以下の様に考察することができる。
【０１５６】
まず、Ｎｏ．１〜４、１０〜１２は、本発明の要件を全て満足する条件で実施した本発明例であり、溶接条件をA〜Cと変化させても、溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率、及び各形態を、精度良く予測することができた。
【０１５７】
これに対し、Ｎｏ．５〜９は、以下の不具合を有している。
【０１５８】
このうちＮｏ．５〜７は、いずれの溶接条件Ａ〜Ｃで溶接しても、アシキュラーフェライト変態率の測定誤差が大きくなった比較例である。詳細にはＮｏ．５は、表５に示す計算条件E［無拡散状態の駆動力を、本発明の範囲（４００〜８００Ｊ／mol）よりも大きく設定した］で算出した為に、アシキュラーフェライトの変態開始温度が低くなった例；Ｎｏ．６は、計算条件F（無拡散状態の駆動力を、本発明の範囲よりも小さく設定した）為にアシキュラーフェライトの変態開始温度が高くなった例；Ｎｏ．７は、アシキュラーフェライトの変態終了温度を、本発明の許容範囲［計算終了基準温度Ｔ０〜（Ｔ０−５０℃）の範囲］を超えて計算した為に、当該終了温度が低くなった例である。
【０１５９】
この様に本発明の要件を満足しない条件で溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率を算出した場合には、入熱量等を変えて異なる条件で溶接した場合には測定誤差が大きくなり、実用途に適用するには不充分であることが分かる。
【０１６０】
一方、Ｎｏ．７〜９は、βが本発明の範囲（１〜３）を外れて各形態を算出した比較例であり、いずれの溶接条件Ａ〜Ｃで溶接しても、アシキュラーフェライト形態の予測精度が著しく低下した。詳細にはＮｏ．７は、計算終了温度をｄＧγ→α＝１０００Ｊ／ｍｏｌとしているため、Ａ×Ｐの値が適正値よりも大きくなり、ＡもＰも実測値より大きくなった。Ｎｏ．８は、βが本発明の範囲を超える例であり、アシキュラーフェライト密度Ｐの予測値が実測値の０．１％と、非常に小さくなった。また、Ｎｏ．９は、βが本発明の範囲を下回る例であり、アシキュラーフェライト密度Ｐの予測値が実測値に比べて、遥かに大きくなった。
【図面の簡単な説明】
【０１６１】
【図１】アシキュラーフェライトを含むフェライトの模式図である。
【図２】本発明で使用した熱処理シミュレーターである。
【図３】本発明のアシキュラーフェライト変態率予測方法を実施する為の手順を示すフローチャートである。
【図４】アシキュラーフェライトの変態開始温度と変態終了温度を決定する方法を示すグラフである。
【図５】アシキュラーフェライトが成長する様子を示す模式図である。
【図６】アシキュラーフェライトの顕微鏡写真である。
【図７】「温度Ｔにおけるアシキュラーフェライト変態率」から、「溶接金属部のアシキュラーフェライト変態率」を算出する考え方を示す模式図である。
【図８】本発明のアシキュラーフェライト形態率予測方法を実施する為の手順を示すフローチャートである。
【図９】実施例における、アシキュラーフェライト変態率（分率）の予測値と実測値の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例における、アシキュラーフェライトの密度Ｐの予測値と実測値の結果を示すグラフである。
【図１１】実施例における、アシキュラーフェライトの側面積Ａの予測値と実測値の結果を示すグラフである。
【図１２】実施例における、アシキュラーフェライトの板厚Ｗの予測値と実測値の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１６２】
１  アロトリオモルフィックフェライト
２  ウイッドマンスタッテンフェライト
３  アシキュラーフェライト
４  パーライト
５  マイクロフェース
【図１】
2006010527.tif 000013
【図２】
2006010527.tif 000014
【図３】
2006010527.tif 000015
【図４】
2006010527.tif 000016
【図５】
2006010527.tif 000017
【図６】
2006010527.tif 000018
【図７】
2006010527.tif 000019
【図８】
2006010527.tif 000020
【図９】
2006010527.tif 000021
【図１０】
2006010527.tif 000022
【図１１】
2006010527.tif 000023
【図１２】
2006010527.tif 000024