(57)【要約】【課題】溶接部の靭性が要求される建築用ボックス柱の溶接に好適なエレクトロスラグ溶接用ワイヤを提供する。【解決手段】鋼製外皮または外皮とメタル粉が質量％で、Ｃ：０．００２〜０．１％、Ｓｉ：０．０２〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜３．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２８％、Ｍｏ：０．２〜１．２％、Ｎ：０．００２〜０．００８％、および下式を満足するＢ、好ましくは０．００９０〜０．０１６％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物量からなる。０．００６＜［Ｂ］−［Ｎ］＜０．０１、但し、［Ｂ］、［Ｎ］は含有量（質量％）。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．００２〜０．１％、Ｓｉ：０．０２〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜３．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２８％、Ｍｏ：０．２〜１．２％、Ｎ：０．００２〜０．００８％、および下式を満足するＢを含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物量からなるメタル粉入りエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
０．００６＜［Ｂ］−［Ｎ］＜０．０１
但し、［Ｂ］、［Ｎ］は含有量（質量％）
【請求項２】
質量％で、Ｂ：０．００９０〜０．０１６％未満を含む、鋼製外皮に金属粉を充填してなることを特徴とする請求項１に記載のメタル粉入りエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
【請求項３】
請求項１または２記載の化学成分を有するエレクトロスラグ溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレクトロスラグ溶接用ワイヤに関し、特に溶接部の靭性が要求される建築用ボックス柱の溶接に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
高層建築に用いられるボックス柱は、スキンプレートの角継手とダイヤフラムとスキン
プレートを溶接して製作され、角継手には大入熱サブマージアーク溶接が用いられ、ダイ
ヤフラムとスキンプレートの溶接部は両者と当金により縦穴状に形成された開先となるためエレクトロスラグ溶接を用いることが一般に行われている。
【０００３】
エレクトロスラグ溶接は縦向き方向に形成した閉断面の開先に溶接ワイヤを供給し、抵抗発熱により溶融して溶接金属を形成し１パスで溶接を行う方法で、主に溶融スラグの抵抗発熱を熱源とする。
【０００４】
この溶接では、溶接部の靱性を確保するため合金元素を多量に含んだ溶接ワイヤと開先の底部までワイヤを供給するために長尺のノズルを用いるが、溶接と共にノズルも溶かす消耗ノズル式と水冷ノズルを上昇させながら行う非消耗ノズル式の方法があり、最近のボックス柱のエレクトロスラグ溶接は、ほとんど非消耗ノズル式で行われている。
【０００５】
一方、建築鉄骨溶接部の性能に関しては、阪神大震災を契機とした鉄骨仕口部に対する必要靭性の見直しから、国交省／鉄鋼連盟の共同検討結果により、試験温度０℃におけるシャルピー吸収エネルギー７０Ｊとする指針が得られている。
【０００６】
ボックス柱の溶接部に対しても同様な靭性が要求されるため、溶接金属の靭性向上を目的に種々のエレクトロスラグ溶接用溶接ワイヤが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
【特許文献１】特開２００２−７９３９６号公報
【特許文献２】特開２００３−３４０５９２号公報
【特許文献３】特開２００５−３２４２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エレクトロスラグ溶接では開先の溶融は溶融金属からの伝熱によるため、開先の角まで確実に溶融するためには溶接速度を抑制したり溶接電圧を高く設定して開先を深く溶かすことが必要で、溶接入熱は非常に大きく、溶接金属は粗大粒組織となる。
【０００８】
溶接金属組織を制御してエレクトロスラグ溶接の溶接金属の靭性を向上させる場合、以下のアプローチがある。
【０００９】
１．Ｎｉ、Ｍｏなどの添加により溶接金属の焼き入れ性を高めて微細なベイナイト組織とする。２．Ｍｏ添加による適度な焼き入れ性の確保とＢ添加による粗大粒界フェライトの生成抑制による微細なフェライト組織とする。
【００１０】
前者の場合、溶接ワイヤ合金成分の添加量が多くなるため、合金成分のコストが高価で、且つ溶接金属の強度が高くなりすぎ、後者のＢ添加型の溶接ワイヤでは、合金成分は前者より少なく経済的であるが、多量のＢを含有するワイヤは素材製造時の割れ発生などによる歩留まりが著しく低く、製造コストが上昇することが指摘されている。
【００１１】
そこで、本発明は、安定して高靭性の溶接金属が得られる経済的に優れたエレクトロスラグ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】
【００１２】
本発明者等はエレクトロスラグ溶接による溶接金属の化学組成と靭性の関係について、溶接線方向への変化を考慮して種々検討し、以下の知見を得た。
【００１３】
１）Ｂ添加型溶接ワイヤを用いた溶接金属におけるＢ含有量は、フラックスへのＢ添加により溶接スタート側では増加するが、平衡状態に達すると母材とワイヤの溶融比率と含有量によって決まる。
【００１４】
２）その他の元素は、フラックスから供給される酸素を除いて母材とワイヤの溶融比率と当該元素の含有量によって決まる。
【００１５】
３）一般的に用いられているエレクトロスラグ溶接用フラックスを用いた場合、良好な溶接金属靭性を得るためには溶接金属のＢ含有量はＮ量との比率で適正範囲がある。
【００１６】
４）ボックス柱のダイヤフラムとスキンプレートのエレクトロスラグ溶接部における溶接金属の希釈率は、溶け込み幅の確保のために開先をある程度溶融させる必要があるが、溶接入熱は低い方が機械的特性がよく経済的でもあることから、実用的には適切な範囲が限定されてしまう。
【００１７】
本発明は、これらの知見をもとに、更に検討を加えてなされたものである。
すなわち、本発明は、
１．質量％で、Ｃ：０．００２〜０．１％、Ｓｉ：０．０２〜１．５％、Ｍｎ：１．５〜３．０％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２８％、Ｍｏ：０．２〜１．２％、Ｎ：０．００２〜０．００８％、および下式を満足するＢを含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物量からなるメタル粉入りエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
０．００６＜［Ｂ］−［Ｎ］＜０．０１
但し、［Ｂ］、［Ｎ］は含有量（質量％）
２．質量％で、Ｂ：０．００９０〜０．０１６％未満を含む、鋼製外皮に金属粉を充填してなることを特徴とする１に記載のメタル粉入りエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
３．１または２記載の化学成分を有するエレクトロスラグ溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高靱性な溶接金属が安定して得られる、安価なエレクトロスラグ溶接用ワイヤが得られ，産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤの化学成分限定理由について以下に説明する。尚、以下に述べる化学成分の含有量は、ワイヤの全質量に対する質量％で、メタル粉入りワイヤ（鋼製外皮の中に合金粉を巻き締めて作製した、所謂巻き締め型コアードワイヤ）の場合は、鋼製外皮と合金粉を総計したワイヤの全質量に対する質量％で、ソリッドワイヤの場合は、ソリッドワイヤの全質量に対する質量％である。
【００２０】
Ｃ
Ｃは溶接金属の強度を確保するために必要な元素であるが、０．００２％未満では強度確保が困難であり、一方０．１％超えでは溶接金属の靭性が劣化する傾向があるため、０．００２〜０．１％とする。
【００２１】
Ｓｉ
Ｓｉは溶接金属を脱酸するために必要な元素であるが、０．０２％未満ではその効果が期待できない。１．５％超えでは溶接金属の靱性を劣化させる傾向があり好ましくないため、０．０２〜１．５％とする。
【００２２】
Ｍｎ
Ｍｎは溶接金属の強度・靱性を確保するために必要な元素であるが、１．５％未満では強度確保が困難であり、靭性確保の観点からも好ましくない。一方３．０％超えでは溶接金属中に過剰となって、かえって靱性を劣化させる嫌いがあるため、１．５〜３．０％とする。
【００２３】
Ａｌ
Ａｌは溶接金属の脱酸に有効な元素であるが、０．０１％未満ではその効果が期待できないが、一方、０．１０％超えでは溶接金属の靱性を劣化させる傾向があり好ましくないため、０．０１〜０．１０％とする。
【００２４】
Ｍｏ
Ｍｏは溶接金属の強度を向上させ、ミクロ組織を微細化して靱性を向上させるために有効な元素であるが、０．２％未満では効果に乏しく、１．２％超えでは溶接金属の焼き入れ性が過剰となって靱性を劣化させる傾向があり好ましくないため、０．２〜１．２%とする。
【００２５】
Ｔｉ
Ｔｉは溶接金属を脱酸してＢの効果を確保するとともに、その酸窒化物が組織微細化に寄与するために、高靱性を得るために必要な元素であるが、０．０５％未満ではその効果が不十分であり、一方０．２８％超えでは溶接金属に過剰に含有され、かえって靱性を劣化させるため、０．０５〜０．２８%とする。
【００２６】
Ｎ
Ｎは溶接金属の旧γ粒界に生成する粗大なフェライトの生成を抑制するＢの効果を阻害するために本来低い方が靭性確保の観点からは望ましいが、現在、高靭性の要求される構造物に適用されている鋼材のＮ含有量は、おおむね０．００２〜０．００８%の範囲である。
【００２７】
ワイヤのＮ量は、高靱性を得るために必要なＢ量とバランスさせるためには、母材の含有量に近いことがバラツキを抑制するために好ましい。したがって、０．００２％未満では母材に対して低すぎるため、また０．００８％を超えると高すぎるため母材希釈の変化による溶接金属中Ｎ量が変化して安定した溶接金属靭性を得ることが難しいため、０．００２〜０．００８%とする。
【００２８】
０．００６＜［Ｂ］−［Ｎ］＜０．０１
本パラメータ式は溶接金属のミクロ組織を微細化して靱性を向上させるために有効な元素であるＢを、溶接金属中で酸素、窒素量に対して過不足無く含有させるためのもので、高靭性が必要なエレクトロスラグ溶接部に用いられる比較的低Ｎな鋼板（スキンプレート、ウエブ）と当て金に用いられる、比較的高Ｎ量な鋼板の希釈を考慮して求めた。
【００２９】
ワイヤから添加されるＢ量により、鋼板に含まれるＮとのバランスを最適に調整するためには、ワイヤに含有される（［Ｂ］−［Ｎ］）量が、０．００６％以下では不十分であり良好な靱性を得ることができない。
【００３０】
一方、０．０１％を超えるとＢが過剰となり靱性が劣化するので好ましくない。ワイヤ中のＢ量はＮ量に対して０．００６％以上過剰でなければならないため、ワイヤ中のＢ量が０．００９％未満のワイヤでは、Ｎ量が０．００３％未満と工業的な生産が難しくなる。
【００３１】
一方、ワイヤ中のＢ量が０．０１６％となると溶接金属中のＢ量が少なくなって割れ発生が懸念される。このため、ワイヤ中のＢ量は好ましくは０．００９〜０．０１６%未満とする。
【実施例】
【００３２】
ボックス柱のスキンプレートとダイヤフラムの接合部を模した図１に示す開先部を有する試験体を、種々の化学成分のメタル粉入りワイヤを用いた非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接で溶接し、溶接金属の強度と靭性を調査した。試験体の全長は５００ｍｍとした。
【００３３】
図１において１はスキンプレート（PL1）、２は当金（BP）、３はダイヤフラム（PL2）で、それぞれに用いた鋼板の板厚と化学成分を表１に示す。
【００３４】
エレクトロスラグ溶接の溶接条件は、溶接電流：３８０Ａ、溶接電圧：５０Ｖ、ワイヤ送給速度：８．５ｍ／ｍｉｎ、溶接速度：２．４ｃｍ／ｍｉｎとした。
【００３５】
図２は得られた継手部からのシャルピー試験片の採取位置およびノッチ位置を模式的に説明する図で、４は溶接金属（ＷＭ）、５はシャルピー試験片、６はシャルピー試験片のノッチ位置を示し、シャルピー試験片５は溶接長：５００ｍｍの略１／２から、スキンプレート１に対して直角方向に採取し、ノッチ位置６は、試験体の上面側で溶接金属（ＷＭ４）中心とした。ＷＭ５（溶接金属）の引張強度は、シャルピー試験採取位置の上部側より採取したＡ１号試験片（JISZ3111）により求めた。
【００３６】
表２にメタル粉入りワイヤの化学成分と結果をまとめて示す。本発明に係るワイヤ（記号１〜４）を用いた場合、シャルピー吸収エネルギー（試験温度０℃）が７０Ｊ以上の、靭性の良好な溶接金属が得られ、特にワイヤ中のＢ量が好適範囲にある（記号１〜３）では特に優れた靱性が得られた。引張強度は５００〜６００ＭＰａ級で、建築部材として十分な強度の継手が得られることが確認された。
【００３７】
一方、比較例（ワイヤの記号５〜８）ではワイヤの組成が適正範囲をはずれているため、溶接金属の靱性が劣り、高靱性を要求される溶接継手に用いるには不十分であった。
【００３８】
【表１】
2008200751.tif 000002
【００３９】
【表２】
2008200751.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例に用いたエレクトロスラグ溶接用開先部を説明する模式図。
【図２】継手部からのシャルピー試験片の採取位置を説明する図。
【符号の説明】
【００４１】
１  スキンプレート（PL1）
２  当金（BP）
３  ダイヤフラム（PL2）
４  溶接金属（ＷＭ）
５  シャルピー試験片
６  シャルピー試験片のノッチ位置
【図１】
2008200751.tif 000004
【図２】
2008200751.tif 000005