(57)【要約】【課題】高張力鋼板の溶接において、点溶接または線溶接を問わず、容易に溶接金属の水素脆化を抑制し、割れの発生を防止できるアーク溶接方法および溶接ワイヤを提供する。【解決手段】Ｃ量が０．０８〜０．３０質量％の鋼板のアーク溶接方法において、Ｃｒ及びＮｉの合計量が１．００質量％以上である溶接ワイヤを用いて、下記式（１）で表されるＸが２００以下となる条件で溶接を実施するアーク溶接方法。  Ｘ＝０．８×（３００−２７９［Ｃ］Ｗ−２５［Ｓｉ］Ｗ−３５［Ｍｎ］Ｗ−４９［Ｎｉ］Ｗ−４７［Ｃｒ］Ｗ−６１［Ｍｏ］Ｗ）＋０．２×（３００−２７９［Ｃ］ＢＭ−２５［Ｓｉ］ＢＭ−３５［Ｍｎ］ＢＭ−４９［Ｎｉ］ＢＭ−４７［Ｃｒ］ＢＭ−６１［Ｍｏ］ＢＭ）      （１）  （但し、［Ｃ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、及び［Ｍｏ］Ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｓｉ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、及び［Ｍｏ］ＢＭは、夫々前記鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示す。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ量が０．０８〜０．３０質量％の鋼板のアーク溶接方法において、Ｃｒ及びＮｉの合計量が１．００質量％以上である溶接ワイヤを用いて、下記式（１）で表されるＸが２００以下となる条件で溶接を実施するアーク溶接方法。
Ｘ＝０．８×（３００−２７９［Ｃ］Ｗ−２５［Ｓｉ］Ｗ−３５［Ｍｎ］Ｗ−４９［Ｎｉ］Ｗ−４７［Ｃｒ］Ｗ−６１［Ｍｏ］Ｗ）＋０．２×（３００−２７９［Ｃ］ＢＭ−２５［Ｓｉ］ＢＭ−３５［Ｍｎ］ＢＭ−４９［Ｎｉ］ＢＭ−４７［Ｃｒ］ＢＭ−６１［Ｍｏ］ＢＭ）      （１）
（但し、［Ｃ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、及び［Ｍｏ］Ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｓｉ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、及び［Ｍｏ］ＢＭは、夫々前記鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示す。）
【請求項２】
前記Ｘが０以上である請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記鋼板の下記式（２）で表される炭素当量ＣｅｑＢＭが０．３０〜０．７０であり、前記溶接ワイヤの下記式（３）で表される炭素当量Ｃｅｑｗが０．２０〜１．３０である請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
ＣｅｑＢＭ＝［Ｃ］ＢＭ＋［Ｍｎ］ＢＭ／６＋（［Ｃｕ］ＢＭ＋［Ｎｉ］ＢＭ）／１５＋（［Ｃｒ］ＢＭ＋［Ｍｏ］ＢＭ＋［Ｖ］ＢＭ）／５      （２）
（但し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｃｕ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、［Ｍｏ］ＢＭ、及び［Ｖ］ＢＭは、夫々、前記鋼板中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量（質量％）を示す。）
Ｃｅｑｗ＝［Ｃ］ｗ＋［Ｍｎ］ｗ／６＋（［Ｃｕ］ｗ＋［Ｎｉ］ｗ）／１５＋（［Ｃｒ］ｗ＋［Ｍｏ］ｗ＋［Ｖ］ｗ）／５      （３）
（但し、［Ｃ］ｗ、［Ｍｎ］ｗ、［Ｃｕ］ｗ、［Ｎｉ］ｗ、［Ｃｒ］ｗ、［Ｍｏ］ｗ、及び［Ｖ］ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量（質量％）を示す。）
【請求項４】
前記鋼板の板厚が０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
溶接長を２０ｍｍ超とし、溶接入熱量が０．３ｋＪ／ｃｍ以上１５ｋＪ／ｃｍ以下となる条件で線溶接を実施する請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
溶接速度が４５ｃｍ／分以上１５０ｃｍ／分以下となる条件で線溶接を実施する請求項５に記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
溶接時間が０．２秒以上４．０秒以下となる条件で点溶接を実施する請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項８】
質量％で、
Ｃ：０．０８〜０．３０％、Ｓｉ：２．００％以下、及びＭｎ：０．９０〜３．００％を少なくとも含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である鋼板をアーク溶接するための溶接ワイヤであって、
前記溶接ワイヤは、ワイヤ全質量に対し、質量％で、
Ｃ：０．０８〜０．３０％、
Ｓｉ：０．１０〜２．００％、
Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、
Ｎｉ：１２．００％以下、
Ｃｒ：１２．００％以下、及び
Ｍｏ：１．５０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるとともに、
Ｃｒ及びＮｉの合計量が１．００〜２４．００％であり、
前記溶接ワイヤは、下記式（１）で表されるＸが０．６以上２００以下であることを満足する溶接ワイヤ。
Ｘ＝０．８×（３００−２７９［Ｃ］Ｗ−２５［Ｓｉ］Ｗ−３５［Ｍｎ］Ｗ−４９［Ｎｉ］Ｗ−４７［Ｃｒ］Ｗ−６１［Ｍｏ］Ｗ）＋０．２×（３００−２７９［Ｃ］ＢＭ−２５［Ｓｉ］ＢＭ−３５［Ｍｎ］ＢＭ−４９［Ｎｉ］ＢＭ−４７［Ｃｒ］ＢＭ−６１［Ｍｏ］ＢＭ）      （１）
（但し、［Ｃ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、及び［Ｍｏ］Ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｓｉ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、及び［Ｍｏ］ＢＭは、夫々前記鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示す。）
【請求項９】
前記溶接ワイヤは、質量％で、
Ｔｉ：０．５０％以下、
Ｖ：１．００％以下、
Ｎｂ：１．００％以下、
Ｚｒ：０．５０％以下、
Ｗ：１．００％以下、及び
Ｂ：０．００５０％以下
からなる群から選択される１以上をさらに含有する請求項８に記載の溶接ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法及び溶接ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車分野においては、昨今の低燃費化や排出ガスの規制に伴って、車体の軽量化が進められている。これに伴い、車体部品に用いられる薄鋼板についても、従来よりも炭素の含有量を増加させて引張強度を高めた高張力鋼板が採用されることが増えてきており、今後もさらに高強度化が進むとされている。この強度化が進む程、鋼板の接合部位における高い溶接継手強度の確保や水素脆化を原因とした遅れ破壊や遅れ割れの抑制が求められる。自動車等の車体用の鋼板の溶接には、アーク溶接やスポット溶接等が一般的に用いられているが、いずれの溶接方法によっても水素脆化による遅れ破壊の発生防止は課題となる。
【０００３】
高張力鋼板による遅れ破壊の抑制について、例えば特許文献１には、炭素を０．１５％以上含み、引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板のスポット溶接において、焼戻しによる硬さ低減のばらつきを抑制し、溶接時間を短縮しつつ、高い耐遅れ破壊特性を安定して得ることについて記載されている。また、特許文献２にはアーク溶接によるものであって、化学成分組成と共に、残留オーステナイト粒子の個数密度および体積分率を適切に制御したことによって、７８０ＭＰａ超の高強度であっても耐水素脆化感受性に優れた溶接金属が実現可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１７１４９５号
【特許文献２】特開２０１３−１７３１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１はスポット溶接に関するもので、点溶接にしか用いることができず、アーク溶接のように、点溶接、線溶接どちらにも用いることができるような汎用性を有しない。
【０００６】
また、特許文献２には、アーク溶接によって、耐水素脆化感受性が得られるものの、溶接金属中の残留オーステナイト組織を適切に制御する必要がある。特に、点溶接は溶接条件が限られるため、溶接金属組織の制御が困難である。
【０００７】
本発明は、高張力鋼板の溶接において、点溶接または線溶接を問わず、容易に溶接金属の水素脆化を抑制し、割れの発生を防止できるアーク溶接方法および溶接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】
【０００８】
オーステナイト組織は、フェライト組織やマルテンサイト組織と比べて水素の固溶限が高い特徴を有するため、オーステナイト組織を含む溶接金属であれば、水素脆化の要因となる拡散性水素が低減される。本発明者らはこの点に着目して、溶接ワイヤ中のＮｉやＣｒをはじめとする焼入れ性を高める合金元素の含有量と、高張力鋼板中のこれら合金元素の含有量との関係を適量にすることで、溶接金属中の残留オーステナイト量を容易かつ適切にコントロールすることが可能となり、溶接金属の水素脆化を抑制することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、Ｃ量が０．０８〜０．３０質量％の鋼板のアーク溶接方法において、Ｃｒ及びＮｉの合計量が１．００質量％以上である溶接ワイヤを用いて、下記式（１）で表されるＸが２００以下となる条件で溶接を実施するアーク溶接方法に関する。
Ｘ＝０．８×（３００−２７９［Ｃ］Ｗ−２５［Ｓｉ］Ｗ−３５［Ｍｎ］Ｗ−４９［Ｎｉ］Ｗ−４７［Ｃｒ］Ｗ−６１［Ｍｏ］Ｗ）＋０．２×（３００−２７９［Ｃ］ＢＭ−２５［Ｓｉ］ＢＭ−３５［Ｍｎ］ＢＭ−４９［Ｎｉ］ＢＭ−４７［Ｃｒ］ＢＭ−６１［Ｍｏ］ＢＭ）      （１）
（但し、［Ｃ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、及び［Ｍｏ］Ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｓｉ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、及び［Ｍｏ］ＢＭは、夫々前記鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示す。）
【００１０】
上記アーク溶接方法によれば、溶接金属のマルテンサイト変態点（Ｍｓ変態点）が低くなり、冷却過程で変態することが出来なかった、いわゆる残留オーステナイトが生成する。この残留オーステナイトに溶接金属中の水素が固溶されるため、拡散性水素に起因する水素脆化を抑制することができる。
【００１１】
上記アーク溶接方法においては、Ｘが０以上であってもよい。
【００１２】
上記アーク溶接方法においては、前記鋼板の下記式（２）で表される炭素当量ＣｅｑＢＭが０．３０〜０．７０であり、前記溶接ワイヤの下記式（３）で表される炭素当量Ｃｅｑｗが０．２０〜１．３０であってもよい。
ＣｅｑＢＭ＝［Ｃ］ＢＭ＋［Ｍｎ］ＢＭ／６＋（［Ｃｕ］ＢＭ＋［Ｎｉ］ＢＭ）／１５＋（［Ｃｒ］ＢＭ＋［Ｍｏ］ＢＭ＋［Ｖ］ＢＭ）／５      （２）
（但し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｃｕ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、［Ｍｏ］ＢＭ、及び［Ｖ］ＢＭは、夫々、前記鋼板中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量（質量％）を示す。）
Ｃｅｑｗ＝［Ｃ］ｗ＋［Ｍｎ］ｗ／６＋（［Ｃｕ］ｗ＋［Ｎｉ］ｗ）／１５＋（［Ｃｒ］ｗ＋［Ｍｏ］ｗ＋［Ｖ］ｗ）／５      （３）
（但し、［Ｃ］ｗ、［Ｍｎ］ｗ、［Ｃｕ］ｗ、［Ｎｉ］ｗ、［Ｃｒ］ｗ、［Ｍｏ］ｗ、及び［Ｖ］ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量（質量％）を示す。）
【００１３】
上記アーク溶接方法においては、前記鋼板の板厚が０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であってもよい。
【００１４】
上記アーク溶接方法においては、溶接長を２０ｍｍ超とし、溶接入熱量が０．３ｋＪ／ｃｍ以上１５ｋＪ／ｃｍ以下となる条件で線溶接を実施してもよい。また、溶接速度が４５ｃｍ／分以上１５０ｃｍ／分以下となる条件で線溶接を実施してもよい。
【００１５】
また、上記アーク溶接方法においては、溶接時間が０．２秒以上４．０秒以下となる条件で点溶接を実施してもよい。
【００１６】
また、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０８〜０．３０％、Ｓｉ：２．００％以下、及び
Ｍｎ：０．９０〜３．００％を少なくとも含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である鋼板をアーク溶接するための溶接ワイヤであって、
前記溶接ワイヤは、ワイヤ全質量に対し、質量％で、
Ｃ：０．０８〜０．３０％、
Ｓｉ：０．１０〜２．００％、
Ｍｎ：０．５０〜２．５０％、
Ｎｉ：１２．００％以下、
Ｃｒ：１２．００％以下、及び
Ｍｏ：１．５０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であるとともに、
Ｃｒ及びＮｉの合計量が１．００〜２４．００％であり、
前記溶接ワイヤは、下記式（１）で表されるＸが０．６以上２００以下であることを満足する溶接ワイヤにも関する。
Ｘ＝０．８×（３００−２７９［Ｃ］Ｗ−２５［Ｓｉ］Ｗ−３５［Ｍｎ］Ｗ−４９［Ｎｉ］Ｗ−４７［Ｃｒ］Ｗ−６１［Ｍｏ］Ｗ）＋０．２×（３００−２７９［Ｃ］ＢＭ−２５［Ｓｉ］ＢＭ−３５［Ｍｎ］ＢＭ−４９［Ｎｉ］ＢＭ−４７［Ｃｒ］ＢＭ−６１［Ｍｏ］ＢＭ）      （１）
（但し、［Ｃ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、及び［Ｍｏ］Ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｓｉ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、及び［Ｍｏ］ＢＭは、夫々前記鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示す。）
【００１７】
上記溶接ワイヤは、質量％で、Ｔｉ：０．５０％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｎｂ：１．００％以下、Ｚｒ：０．５０％以下、Ｗ：１．００％以下、及びＢ：０．００５０％以下からなる群から選択される１以上をさらに含有してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のアーク溶接方法および溶接ワイヤによれば、高張力鋼板の溶接においても、点溶接または線溶接を問わず、容易に溶接金属の水素脆化を抑制して、遅れ破壊の抑制および遅れ割れの発生を防止できる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本明細書において、質量を基準とする百分率（質量％）は、重量を基準とする百分率（重量％）と同義である。
【００２０】
本実施形態のアーク溶接方法（以下、本アーク溶接方法ともいう）は、Ｃ（炭素）量が０．０８〜０．３０質量％の鋼板をその適用対象とする。鋼板中のＣ量が０．０８質量％以上であれば、高張力鋼板として十分な強度を有する。また、Ｃ量が０．３０質量％以下であっても、鋼板中のＣ量が０．０８質量％の鋼板と同等の耐遅れ破壊性を有する。また、より遅れ破壊が発生し難くなる。
【００２１】
また、本アーク溶接方法に用いられる鋼板は、Ｃ量が０．０８〜０．３０質量％であれば、鋼種としては特に限定されるものではないが、Ｃに加えて、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等の各種合金成分を適宜含有しうる。ここで、鋼板に含有されうる合金成分のうち、焼入れ性を高め、Ｍｓ変態点を低下させるのに有効な化学成分であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの含有量は、使用される溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏの含有量との関係で、後述する式（１）を満たす。
【００２２】
上記鋼板の一例としては、質量％で、Ｃ：０．０８〜０．３０％、Ｓｉ：２．００％以下、Ｍｎ：０．９０〜３．００％を少なくとも含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有する鋼板が挙げられる。
【００２３】
本アーク溶接方法において、鋼板の板厚（厚み）は、アーク溶接を適用できる範囲であれば特に限定されるものではないが、本アーク溶接方法によれば、特に板厚の薄い鋼板（薄鋼板）に適用した場合においても上記効果を発揮できる。鋼板の板厚は、特に自動車用途において部材としての必要な強度及び剛性を確保するためには、好ましくは０．５ｍｍ以上であり、より好ましくは０．６ｍｍ以上である。また、特に自動車用途における軽量化を考慮して、必要な強度と薄板化を両立する観点からは、好ましくは４．０ｍｍ以下であり、より好ましくは３．０ｍｍ以下である。
【００２４】
本アーク溶接方法が適用される鋼板の強度クラスは、特に限定されるものではないが、特に自動車用途における高強度化を鑑みると、鋼板の引張強度としては、好ましくは４４０ＭＰａ以上（４４０ＭＰａ級）、より好ましくは５９０ＭＰａ以上（５９０ＭＰａ級）、さらに好ましくは９８０ＭＰａ以上（９８０ＭＰａ級）である。
【００２５】
また、本アーク溶接方法では、上記鋼板に対して、Ｃｒ及びＮｉの合計量が１．０質量％以上である溶接ワイヤを用いて、下記式（１）で表されるＸが２００以下となる条件で溶接を実施する。
Ｘ＝０．８×（３００−２７９［Ｃ］Ｗ−２５［Ｓｉ］Ｗ−３５［Ｍｎ］Ｗ−４９［Ｎｉ］Ｗ−４７［Ｃｒ］Ｗ−６１［Ｍｏ］Ｗ）＋０．２×（３００−２７９［Ｃ］ＢＭ−２５［Ｓｉ］ＢＭ−３５［Ｍｎ］ＢＭ−４９［Ｎｉ］ＢＭ−４７［Ｃｒ］ＢＭ−６１［Ｍｏ］ＢＭ）      （１）
（但し、［Ｃ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、及び［Ｍｏ］Ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｓｉ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、及び［Ｍｏ］ＢＭは、夫々前記鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を示す。）
【００２６】
Ｃｒ及びＮｉは、マルテンサイト変態点を低下させ、オーステナイト相を安定化させる元素である。本アーク溶接方法では、溶接金属のマルテンサイト変態点を低下させて残留オーステナイトを生成させるために、溶接ワイヤ中のＣｒ及びＮｉの合計量を１．００質量％以上とする。溶接ワイヤ中のＣｒ及びＮｉの合計量は、好ましくは１．２０質量％以上である。一方、溶接ワイヤ中のＣｒ及びＮｉの合計量は、適正な焼入れ性の観点から２４．００質量％以下であることが好ましく、２０．００質量％以下であることがより好ましく、１９．００質量％以下であることがさらに好ましい。なお、Ｃｒ及びＮｉの合計量が１．００質量％以上であれば、Ｃｒ及びＮｉの一方のみを含有していてもよく、あるいはＣｒ及びＮｉの両方を含有していてもよい。
【００２７】
本アーク溶接方法に適用可能な溶接ワイヤのワイヤ組成は、Ｃｒ及びＮｉの合計量が１．００質量％以上であればよく、その他の化学成分は特に限定されるものではないが、例えば、Ｃｒ及びＮｉに加えて、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ等の、焼入れ性を高め、Ｍｓ変態点を低下させるのに有効な化学成分を含有しうる。以下において、本実施形態の一態様に係る溶接ワイヤのワイヤ組成について説明する。なお、下記のワイヤ組成においては、特にことわりのない限り、各成分量はワイヤ全質量に対する質量％で表わされるものとする。
【００２８】
Ｃｒは溶接金属のマルテンサイト変態点を低下させるために有効な元素である。なお、Ｃｒ及びＮｉの合計量の関係において、Ｎｉ量が１．００％以上であれば、Ｃｒの含有は必ずしも必須ではないが、上記効果を有効に発揮するためには、Ｃｒ量は０．１０％以上であることが好ましい。一方、Ｃｒはフェライト安定元素であるため、残留オーステナイトをより安定的に生成させる観点から、１２．００％以下であることが好ましく、１０．００％以下であることがより好ましく、９．５０％以下であることがさらに好ましい。
【００２９】
Ｎｉは溶接金属のマルテンサイト変態点を低下させて残留オーステナイトを生成させるために有効な元素である。なお、Ｃｒ及びＮｉの合計量の関係において、Ｃｒ量が１．００％以上であれば、Ｎｉの含有は必ずしも必須ではないため、下限は限定されない。また、Ｎｉは強度向上に寄与する。そのため、過剰強度による溶接割れ防止の観点から、Ｎｉ量は１２．００％以下であることが好ましく、１０．００％以下であることがより好ましく、９．５０％以下であることがさらに好ましい。
【００３０】
Ｃはオーステナイトを安定化する元素ではあるが、溶接金属中に炭化物を生じさせるとともに、溶接金属のマルテンサイト変態を誘起する元素でもある。したがって、本態様のワイヤにおいては、Ｃ量は０．５０％以下であることが好ましく、０．３０％以下であることがより好ましい。また、Ｃ量の下限は特に限定されるものではないが、例えば０．０１％以上であり、好ましくは０．０８％以上である。
【００３１】
Ｓｉはフェライト安定化元素であるが、脱酸やビード形状を改善する元素である。本態様のワイヤにおいて、Ｓｉは含有されていなくともよいが、脱酸の観点から、Ｓｉを含有する場合のＳｉ量は、好ましくは０．１０％以上である。一方、スラグ抑制および残留オーステナイトをより安定的に生成させるためには、Ｓｉ量は２．００％以下であることが好ましい。
【００３２】
ＭｎはＣ同様にオーステナイト安定化元素であり、また、マトリックス中のオーステナイト相を安定化する効果を有するＮの固溶量を増加させる効果がある元素である。本態様のワイヤにおいて、脱酸の観点から、Ｍｎ量は好ましくは０．５０％以上である。一方、スラグ抑制の観点から、Ｍｎ量は２．５０％以下であることが好ましい。
【００３３】
Ｍｏはフェライト安定化元素であり、強度の向上に寄与する元素である。本態様のワイヤにおいて、Ｍｏは含有されていなくともよいが、強度確保の観点から、Ｍｏを含有する場合のＭｏ量は、好ましくは０．５０％以上である。一方、過剰強度による溶接割れ防止の観点から、Ｍｏ量は１．５０％以下であることが好ましい。
【００３４】
また、本態様の溶接ワイヤには、上記化学成分に加えて、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｗ及びＢの１種以上を、下記の量範囲でさらに添加してもよい。
ＴｉおよびＺｒは炭化物を形成し水素をトラップする。その一方で、強脱酸元素でもあるため、過剰に添加するとスラグが多く発生してしまう虞があることから、ＴｉやＺｒを添加する場合は、それぞれ０．５０％以下の範囲で添加するのが好ましい。
ＶおよびＮｂも炭化物を形成することで水素をトラップする。その一方で、強度を向上させる効果もあるため、過剰に添加すると、強度が過剰となり溶接割れが発生する虞があることから、ＶやＮｂを添加する場合は、それぞれ１．００％以下の範囲で添加することが好ましい。
Ｗは強度を向上させるために添加してもよい。しかし、過剰な添加は、強度が過剰となり溶接割れが発生する虞があるため、Ｗを添加する場合は、１．００％以下の範囲で添加することが好ましい。
Ｂも、Ｗと同様に、強度を向上させるために添加してもよい。しかし、過剰な添加は、強度が過剰となり溶接割れが発生する虞があるため、Ｂを添加する場合は、０．００５０％以下の範囲で添加することが好ましい。
また、本態様の溶接ワイヤにおける残部は、Ｆｅ、及び、ＰやＳ等の不可避的不純物である。
【００３５】
また、本アーク溶接方法においては、上記溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）である［Ｃ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、及び［Ｍｏ］Ｗと、上記鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）である［Ｃ］ＢＭ、［Ｓｉ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、及び［Ｍｏ］ＢＭから下記式（１）により算出されるパラメータＸが、２００以下であることが重要である。
Ｘ＝０．８×（３００−２７９［Ｃ］Ｗ−２５［Ｓｉ］Ｗ−３５［Ｍｎ］Ｗ−４９［Ｎｉ］Ｗ−４７［Ｃｒ］Ｗ−６１［Ｍｏ］Ｗ）＋０．２×（３００−２７９［Ｃ］ＢＭ−２５［Ｓｉ］ＢＭ−３５［Ｍｎ］ＢＭ−４９［Ｎｉ］ＢＭ−４７［Ｃｒ］ＢＭ−６１［Ｍｏ］ＢＭ）      （１）
【００３６】
Ｘは、マルテンサイト変態点を低下させるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの各成分量に着目して本発明者らが実験により経験的に見出した、溶接金属中の残留オーステナイト（残留γ）の指標となるものである。
【００３７】
本アーク溶接方法によれば、鋼板の化学成分組成を考慮して、Ｘが２００以下となるように溶接ワイヤ中のこれらの化学成分量を適切に調整することにより、溶接金属のマルテンサイト変態点を低下させて、水素の固溶限の高い残留オーステナイトを十分に生成させることができる。その結果、水素脆化の原因となる溶接金属中の拡散性水素を抑制し、水素脆化に起因する割れの発生を防止することができる。この観点から、Ｘは２００以下であり、好ましくは１５５以下である。
【００３８】
一方、Ｘの下限は特に限定されるものではないが、Ｘが低くなりすぎると、マルテンサイトの析出量が多くなりすぎて溶接金属が過度に硬くなってしまい、溶接継手の機械的性能が十分に発揮できずに脆性破壊を生じてしまうおそれがある。この観点からは、Ｘは０以上であることが好ましく、０．６以上であることがより好ましく、１００以上であることがさらに好ましい。
【００３９】
また、鋼板の炭素当量ＣｅｑＢＭは、焼入れ性の観点からは、０．３０以上であることが好ましく、０．４０以上であることがより好ましい。一方、遅れ割れ予防の観点からは、０．７０以下であることが好ましく、０．６０以下であることがより好ましい。
なお、本明細書における鋼板の炭素当量ＣｅｑＢＭは、下記式（２）で表されるものとする。
ＣｅｑＢＭ＝［Ｃ］ＢＭ＋［Ｍｎ］ＢＭ／６＋（［Ｃｕ］ＢＭ＋［Ｎｉ］ＢＭ）／１５＋（［Ｃｒ］ＢＭ＋［Ｍｏ］ＢＭ＋［Ｖ］ＢＭ）／５      （２）
（但し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｃｕ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、［Ｍｏ］ＢＭ、及び［Ｖ］ＢＭは、夫々、前記鋼板中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量（質量％）を示す。）
【００４０】
また、溶接ワイヤの炭素当量Ｃｅｑｗは、焼入れ性の観点からは、０．２０以上であることが好ましい。一方、遅れ割れ予防の観点からは、１．３０以下であることが好ましい。
なお、本明細書における溶接ワイヤの炭素当量Ｃｅｑｗは、下記式（３）で表されるものとする。
Ｃｅｑｗ＝［Ｃ］ｗ＋［Ｍｎ］ｗ／６＋（［Ｃｕ］ｗ＋［Ｎｉ］ｗ）／１５＋（［Ｃｒ］ｗ＋［Ｍｏ］ｗ＋［Ｖ］ｗ）／５      （３）
（但し、［Ｃ］ｗ、［Ｍｎ］ｗ、［Ｃｕ］ｗ、［Ｎｉ］ｗ、［Ｃｒ］ｗ、［Ｍｏ］ｗ、及び［Ｖ］ｗは、夫々、前記溶接ワイヤ中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量（質量％）を示す。）
【００４１】
本アーク溶接方法としては、線溶接を実施してもよく、あるいは点溶接（アークスポット溶接）を実施してもよい。
【００４２】
線溶接を実施する場合、溶接長（ビード長）は特に限定されないが、本発明においては、溶接長が２０ｍｍを超える場合を線溶接、溶接長が２０ｍｍ以下の場合を点溶接とする。
【００４３】
また、線溶接を実施する際の溶接入熱量は、特に限定されるものではないが、溶接入熱量が低くなりすぎると溶接金属が急冷されることにより脆化が生じ、溶接継手の機械的特性が劣化するおそれがある。この観点からは、溶接入熱量は０．３ｋＪ／ｃｍ以上であることが好ましい。
他方、溶接入熱量が高くなりすぎると、冷却速度が遅くなるために残留オーステナイトの生成が抑制され、上述した効果を十分に得られなくなるおそれがある。この観点からは、溶接入熱量は１５ｋＪ／ｃｍ以下であることが好ましい。
【００４４】
線溶接を実施する際の溶接速度も、特に限定されるものではないが、溶接速度が速くなりすぎると溶接金属が急冷されることにより脆化が生じ、溶接継手の機械的特性が劣化するおそれがある。この観点からは、溶接速度は４５ｃｍ／分以上であることが好ましい。
他方、溶接速度が遅くなりすぎると、冷却速度が遅くなるために残留オーステナイトの生成が抑制され、上述した効果を十分に得られなくなるおそれがある。この観点からは、溶接速度は１５０ｃｍ／分以下であることが好ましい。
【００４５】
また、点溶接を実施する場合、溶接時間は特に限定されないが、溶接時間が短すぎると溶接金属が急冷されることにより脆化が生じ、溶接継手の機械的特性が劣化するおそれがある。この観点からは、溶接時間は０．２秒以上であることが好ましい。
他方、溶接時間が長くなりすぎると、冷却速度が遅くなるために残留オーステナイトの生成が抑制され、上述した効果を十分に得られなくなるおそれがある。この観点からは、溶接時間は４．０秒以下であることが好ましい。
【００４６】
溶接を実施する際のアーク電圧や溶接電流は、目的とする溶接入熱量を考慮して適宜設定すればよく、特に限定されるものではないが、アーク電圧は例えば１５〜３０Ｖの範囲であり、溶接電流は例えば８０〜３００Ａの範囲である。
【００４７】
本アーク溶接方法は、ＭＡＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等のいずれであってもよい。
シールドガスとしては、ＭＡＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等の各溶接種類に応じて、ＡｒやＨｅ等の不活性ガス、ＣＯ２、不活性ガスとＣＯ２との混合ガス等の公知のものを適宜選択して用いることができる。
【実施例】
【００４８】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４９】
表１に、鋼板Ａ〜Ｆのそれぞれの組成（なお、残部は鉄及び不可避的不純物である）と、強度クラスを示す。なお、表１中の「−」は、その成分の含有量が不純物レベルであったことを表す。
また、３００−２７９［Ｃ］ＢＭ−２５［Ｓｉ］ＢＭ−３５［Ｍｎ］ＢＭ−４９［Ｎｉ］ＢＭ−４７［Ｃｒ］ＢＭ−６１［Ｍｏ］ＢＭとして算出されるＸＢＭを表１にあわせて示す。なお、［Ｃ］ＢＭ、［Ｓｉ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、及び［Ｍｏ］ＢＭは、それぞれ鋼板中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を表す。
【００５０】
また、各例に使用される鋼板の炭素当量ＣｅｑＢＭを下記式（２）に基づいて算出し、表１にあわせて示した。
ＣｅｑＢＭ＝［Ｃ］ＢＭ＋［Ｍｎ］ＢＭ／６＋（［Ｃｕ］ＢＭ＋［Ｎｉ］ＢＭ）／１５＋（［Ｃｒ］ＢＭ＋［Ｍｏ］ＢＭ＋［Ｖ］ＢＭ）／５      （２）
（但し、［Ｃ］ＢＭ、［Ｍｎ］ＢＭ、［Ｃｕ］ＢＭ、［Ｎｉ］ＢＭ、［Ｃｒ］ＢＭ、［Ｍｏ］ＢＭ、及び［Ｖ］ＢＭは、それぞれ鋼板中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量（質量％）を示す。）
【００５１】
【表１】
2018187640.tif 000002
【００５２】
＜Ｎｏ．１〜６１＞
各例において、表２に示される鋼種及び板厚を有する２枚の鋼板に対して、表２に示される組成を有する溶接ワイヤを用いて、表３に示される溶接条件でアーク溶接を実施した。なお、シールドガスとしては、Ａｒ＋２０体積％ＣＯ２の混合ガスを用いた。また、表２には、鋼板のＸＢＭ及び炭素当量ＣｅｑＢＭをあわせて示している。さらに、表２中の「−」は、その成分の含有量が不純物レベルであったことを表す。
【００５３】
また、表２に、３００−２７９［Ｃ］Ｗ−２５［Ｓｉ］Ｗ−３５［Ｍｎ］Ｗ−４９［Ｎｉ］Ｗ−４７［Ｃｒ］Ｗ−６１［Ｍｏ］Ｗとして算出されるＸＷをあわせて示す。なお、［Ｃ］Ｗ、［Ｓｉ］Ｗ、［Ｍｎ］Ｗ、［Ｎｉ］Ｗ、［Ｃｒ］Ｗ、及び［Ｍｏ］Ｗは、それぞれ溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、及びＭｏの含有量（質量％）を表す。
さらに、各例について、ＸＷ及びＸＢＭより下記式（１’）に基づき算出されるＸを表２に示した。
Ｘ＝０．８ＸＷ＋０．２ＸＢＭ      （１’）
【００５４】
また、各例に使用される鋼板の炭素当量Ｃｅｑｗを下記式（３）に基づいて算出し、表２にあわせて示した。
Ｃｅｑｗ＝［Ｃ］ｗ＋［Ｍｎ］ｗ／６＋（［Ｃｕ］ｗ＋［Ｎｉ］ｗ）／１５＋（［Ｃｒ］ｗ＋［Ｍｏ］ｗ＋［Ｖ］ｗ）／５      （３）
（但し、［Ｃ］ｗ、［Ｍｎ］ｗ、［Ｃｕ］ｗ、［Ｎｉ］ｗ、［Ｃｒ］ｗ、［Ｍｏ］ｗ、及び［Ｖ］ｗは、それぞれ溶接ワイヤ中のＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの含有量（質量％）を示す。）
【００５５】
（機械的特性の評価）
各例について、溶接継手の遅れ破壊（水素脆化）感受性を下記のＳＳＲＴ（Ｓｌｏｗ  Ｓｔｒａｉｎ  Ｒａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）試験により評価した。
具体的に、線溶接では各例の溶接継手から幅１５ｍｍの平行部を切り出して試験片を作製した。この試験片について、引張試験を実施して、破断強度（チャージなし破断強度）を測定した。また、溶接継手から同様に切り出した試験片をｐＨ３の塩酸溶液に１００時間浸漬して水素チャージを行った後に、同様に引張試験を実施して破断強度（チャージ後破断強度）を測定した。
また、点溶接では、両端部に穴加工が施され、中心部にも穴が設けられた鋼板（上板）と、両端部に穴加工が施された鋼板（下板）を、上板が上側になり、上板の穴が設けられた中心部が重ね合わせ部分となるように十字に重ね合わせ、重ね合せられた中心部にアークスポット溶接を実施して試験片を作製した。なお、上板の表面側の高さ１５ｍｍの位置からアークを照射した。そして、作製した試験片について、上板及び下板のそれぞれの両端部に設けられた穴にジグを固定して、上板及び下板を垂直方向逆側に引っ張るＣＴＳ試験（十字引張試験）を実施して、破断強度（チャージなし破断強度）を測定した。また、試験片をｐＨ３の塩酸溶液に１００時間浸漬して水素チャージを行った後に、同様にＣＴＳ試験（十字引張試験）を実施して、破断強度（チャージ後破断強度）を測定した。
【００５６】
各例の溶接継手について、測定されたチャージなし破断強度及びチャージ後破断強度から、下記式に基づいて破断強度比を算出した。
破断荷重比＝（チャージ後破断強度）／（チャージなし破断強度）
そして、破断荷重比が０．５以下のものを×、０．５〜０．７のものを△、０．７〜０．９のものを○、０．９以上のものを◎として評価し、評価が◎または○のものを合格とした。結果を表３に示す。
【００５７】
（溶接割れの評価）
各例について、溶接後のビード表面、およびマクロ断面を目視で観察することにより、溶接割れの評価を行った。評価基準としては、割れが発生していないものを○、割れが発生しているものを×とし、評価が○であったものを合格とした。結果を表３に示す。
【００５８】
【表２】
2018187640.tif 000003
【００５９】
【表３】
2018187640.tif 000004
【００６０】
例１〜５４は実施例であり、例５５〜６１は比較例である。
溶接ワイヤ中のＣｒ及びＮｉの合計量が１．０質量％以上であり、Ｘが２００以下となる条件でアーク溶接を実施した例１〜５４では、破断荷重比が◎または○であり、溶接割れも生じなかった。
一方、Ｃｒ及びＮｉが含有されていない（ＣｒとＮｉの合計量：０質量％）溶接ワイヤを使用し、かつ、Ｘが２００を超える条件でアーク溶接を実施した例５５では、破断荷重比が×であり、溶接割れが生じた。
また、溶接ワイヤ中のＣｒ及びＮｉの合計量がそれぞれ０．４質量％、０．９質量％と低い例５６及び例５７では、破断荷重比が△であり、溶接割れが生じた。
また、Ｘが２００を超える条件でアーク溶接を実施した例５８では、破断荷重比が×であり、溶接割れが生じた。
また、Ｃｒ及びＮｉが含有されていない（ＣｒとＮｉの合計量：０質量％）溶接ワイヤを使用し、かつ、Ｘが２００を超える条件でアーク溶接を実施した例５９では、破断荷重比が×であり、溶接割れが生じた。
また、溶接ワイヤ中のＣｒ及びＮｉの合計量が０．９質量％と低い例６０では、破断荷重比が△であり、溶接割れが生じた。
また、Ｘが２００を超える条件でアーク溶接を実施した例６１では、破断荷重比が×であり、溶接割れが生じた。