(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０％超０．１０％以下、
Ｓｉ：０％超０．１５％以下、
Ｍｎ：０．１〜０．８０％、
Ｎｉ：８〜１５％、
Ｔｉ：０．０１５〜０．０５０％、
ＲＥＭ：０％超０．００５％以下、および
Ｏ  ：０％超０．００６５％以下を含有し、
残部が鉄および不可避的不純物であり、
下記（１）式を満たすことを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ。
１０≦１８×［Ｍｎ］＋７１×［ＲＥＭ］＋２０６×［Ｔｉ］≦２０・・・（１）
式中、［  ］は、それぞれ質量％で、各元素の含有量を表す。
【請求項２】
前記ソリッドワイヤの表面が銅めっき層で覆われており、前記ソリッドワイヤの総質量に対する前記銅めっき層の質量比率が０．１〜０．２％である請求項１に記載の溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
パルス電源を用いたガスシールドアーク溶接に使用される溶接用ソリッドワイヤであって、シールドガスが、炭酸ガスを０体積％以上２体積％以下で含むアルゴンガスである請求項１または２に記載の溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の溶接用ソリッドワイヤと、パルス電源とを用いて９％Ｎｉ鋼からなる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することを特徴とする溶接方法。
【請求項５】
前記ガスシールドアーク溶接に用いられるシールドガスが、炭酸ガスを０体積％以上２体積％以下で含むアルゴンガスである請求項４に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材として極低温用の９％Ｎｉ鋼を溶接するのに適した溶接用ソリッドワイヤ、および上記溶接用ソリッドワイヤを用いた溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体窒素の温度である−１９６℃程度の極低温下で使用される高張力鋼として、高い耐力と卓越した極低温靱性を有する９％Ｎｉ鋼が知られている。９％Ｎｉ鋼は、液化天然ガス（ＬＮＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）、液体窒素、液体酸素などの貯蔵タンクの素材として、或はその関連機器などの素材として広く用いられている。上記貯蔵タンクや関連機器の構造物は通常、溶接により製造されるため、母材として用いられる９％Ｎｉ鋼同士を溶接して形成される溶接継手の溶接金属、すなわち溶接接合部においても、母材と同程度の優れた極低温靱性が要求される。
【０００３】
９％Ｎｉ鋼同士の溶接技術については、これまでに種々検討されている。例えば、母材である９％Ｎｉ鋼と同じ成分か、或は上記母材に類似した成分を有する共金系溶接ワイヤを用いて上記母材同士を溶接すれば、極低温特性に優れた溶接金属が得られると考えられる。溶接方法として、シールドガスを用いるＭＩＧ溶接（Ｉｎｅｒｔ  ｇａｓ  ｍｅｔａｌ−ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）、ＴＩＧ溶接（Ｉｎｅｒｔ  ｇａｓ  ｔｕｎｇｓｔｅｎ−ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）などが挙げられ、ＴＩＧ溶接に比べて溶接効率の高いＭＩＧ溶接の使用が推奨されるが、ＭＩＧ溶接では、高い極低温靱性レベルを安定して確保できないという問題がある。そのため、９％Ｎｉ鋼の母材同士を、これと同一または類似の成分を有する共金系溶接ワイヤを用いて溶接するに当たっては、ＭＩＧ溶接に比べて溶接効率が低いＴＩＧ溶接に限定され、溶接施工の作業性が著しく低下する。よって、共金系溶接ワイヤを適用した例は、これまで殆どなかった。
【０００４】
一方、上記共金系溶接ワイヤでなく、Ｎｉ量が６０％と比較的高いＮｉ基合金、例えばＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）を溶接ワイヤとして用い、溶接効率の高いＭＩＧ溶接により９％Ｎｉ鋼同士を溶接する方法が汎用されている。上記Ｎｉ基合金溶接ワイヤを用いた溶接継手は、−１９６℃の極低温下でも溶接ままで優れた靱性を示す反面、強度、特に０．２％耐力は、９％Ｎｉ鋼に比べて極めて低くなる。その結果、溶接母材として高耐力の９％Ｎｉ鋼を使用しているにも拘わらず、溶接継手の強度が低くなるため、設計応力もこれに応じて下げざるを得なくなる。具体的には、溶接継手での高い強度を確保するため、溶接構造物全体の板厚増加、重量増加、高価なＮｉ基合金溶接ワイヤの増大などの不利益を招く。しかも、Ｎｉ基合金溶接ワイヤを用いる場合、多量のＮｉ添加に伴う高温割れの問題がある他、母材である９％Ｎｉ鋼と溶接金属とは成分組成が大きく異なるため、溶接時の互いの熱膨張係数差による、熱疲労発生の問題も顕在化する。
【０００５】
よって、母材である９％Ｎｉ鋼は極低温用鋼として卓越した性能を有しているにもかかわらず、従来の共金系溶接ワイヤやＩＮＣＯＮＥＬなどのＮｉ基合金に代表される溶接ワイヤを使用する限り、上述した種々の問題のため、９％Ｎｉ鋼による優れた性能が十分発揮されず、その適用範囲が著しく制限されている。
【０００６】
このような問題点に鑑み、９％Ｎｉ鋼と同一または類似の組成を有する共金系溶接ワイヤの改良技術が種々提案されている。例えば特許文献１には、殊に極低温用のＮｉ鋼同士を、これとほぼ同程度のＮｉを含むＮｉ鋼ワイヤを用いて強固に溶接し得る様に工夫された方法が記載されている。しかしながら、上記方法は、溶接施工の工程数が増えるという問題がある。また、上記方法は、溶接継手における最終溶接層のみの部分的な極低温靱性の改善に止まっている。そのため、溶接金属全体の極低温靱性向上に関しては、必ずしも有効な方法でない。
【０００７】
一方、本発明者らも上記問題に鑑み、特許文献２〜４の技術を提案している。上記特許文献２〜４ではいずれも、９％Ｎｉ鋼溶接ワイヤに０．００５〜０．０４％の希土類元素（ＲＥＭ：Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ  Ｍｅｔａｌ）を添加しており、結晶粒成長を抑制するピン止め粒子として機能する微細なＲＥＭ酸化物を溶接金属中に形成させることによって、溶接金属の極低温靱性および耐亀裂発生強度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５３−１１８２４１号公報
【特許文献２】特開２００９−１０１４１４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７２９０７号公報
【特許文献４】特許第５２４４０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献２〜４によれば、平均して良好な極低温靱性が得られるが、ＭＩＧ溶接で接合する際、融合不良に起因して靱性が低下する場合がある。そのため、極低温靱性にばらつきが生じ、安定性の点で改善の余地があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、母材である９％Ｎｉ鋼同士を溶接したとき、ばらつきなく安定して良好な極低温靱性を示す溶接金属を形成することが可能な溶接用ソリッドワイヤ、および上記溶接用ソリッドワイヤを用いて溶接金属を形成する方法、並びに上記方法によって得られる上記極低温靱性に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】
【００１１】
上記課題を解決し得た本発明に係る溶接用ソリッドワイヤは、質量％で、Ｃ：０％超０．１０％以下、Ｓｉ：０％超０．１５％以下、Ｍｎ：０．１〜０．８０％、Ｎｉ：８〜１５％、Ｔｉ：０．０１５〜０．０５０％、ＲＥＭ：０％超０．００５％以下、およびＯ：０％超０．００６５％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物であり、下記（１）式を満たすところに要旨を有するものである。
１０≦１８×［Ｍｎ］＋７１×［ＲＥＭ］＋２０６×［Ｔｉ］≦２０・・・（１）
式中、［  ］は、それぞれ質量％で、各元素の含有量を表す。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態において、上記溶接用ソリッドワイヤは、上記ソリッドワイヤの表面が銅めっき層で覆われており、上記ソリッドワイヤの総質量に対する上記銅めっき層の質量比率が０．１〜０．２％である。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態において、上記溶接用ソリッドワイヤは、パルス電源を用いたガスシールドアーク溶接に使用される溶接用ソリッドワイヤであって、シールドガスが、炭酸ガスを０体積％以上２体積％以下で含むアルゴンガスである。
【００１４】
本発明は、溶接方法も含むものであって、該溶接方法は、上記溶接用ソリッドワイヤと、パルス電源とを用いて９％Ｎｉ鋼からなる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するところに特徴を有する。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、上記溶接方法は、上記ガスシールドアーク溶接に用いられるシールドガスが、炭酸ガスを０体積％以上２体積％以下で含むアルゴンガスである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の溶接用ソリッドワイヤによれば、化学成分組成が適切に制御されているため、９％Ｎｉ鋼同士を溶接したとき、ばらつきなく安定して良好な極低温靱性を示す溶接金属を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施例において、良好なビード形状を示す９％Ｎｉ鋼板同士の突合せ溶接継手例を模式的に示す説明図である。
【図２】図１は、実施例において、不良なビード形状を示す９％Ｎｉ鋼板同士の突合せ溶接継手例を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、溶接金属のシャルピー衝撃試験片の採取位置を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、９％Ｎｉ鋼同士を溶接したとき、ばらつきなく安定して良好な極低温靱性を示す溶接金属を形成することができる溶接用ソリッドワイヤを提供するため、上記特許文献２〜４の技術をベースに検討を行った。その結果、ＲＥＭを０．００５％を超えて添加すると、溶接欠陥を生じて極低温靱性が不安定になり、特性のばらつきが生じることを新たに見出した。そこで、更に検討を行った結果、ＲＥＭの上限を０．００５％以下と、上記特許文献に比べて少なくすると共に、Ｔｉを所定量含有させ、且つ、脱酸剤として添加される上記ＲＥＭと上記Ｔｉと、更にＭｎの量を式（１）に示すように適切に制御すれば所期の目的が達成されることを見出した。更に本発明の溶接用ソリッドワイヤを用いれば、９％Ｎｉ鋼板同士を、溶接効率の高いＭＩＧ溶接で溶接したとしても、９％Ｎｉ鋼の優れた特性（高い耐力と卓越した極低温靱性）を損なうことなしに上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。
【００２０】
以下、本発明の溶接用ソリッドワイヤを構成する化学成分組成について、詳細に説明する。
【００２１】
Ｃ：０％超０．１０％以下
Ｃは、少量でも溶接金属の引張強度（ＴＳ）を高める上で有効な元素である。そのため、０％を超える量を含有させる。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０１％以上であり、より好ましくは０．０２％以上である。一方、Ｃ含有量が過剰になると溶接金属の極低温靱性が著しく低下するため、Ｃ含有量の上限は０．１０％以下とする。好ましくは０．０８％以下であり、より好ましくは０．０６％以下である。
【００２２】
Ｓｉ：０％超０．１５％以下
Ｓｉは、溶接作業性の向上に有効に作用するため、０％を超える量を含有させる。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％以上であり、より好ましくは０．０２％以上である。一方、Ｓｉ含有量が過剰になると溶接金属の極低温靱性が著しく低下するため、Ｓｉ含有量の上限は０．１５％以下とする。好ましくは０．１２％以下であり、より好ましくは０．１０％以下である
【００２３】
Ｍｎ：０．１〜０．８０％
Ｍｎは、溶接作業性を改善すると共に、脱酸剤や硫黄捕捉剤として卓越した効果を発揮するため、重要な基本成分である。上記効果を有効に発揮させるため、Ｍｎ含有量の下限を０．１％以上とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．２％以上、より好ましくは０．３％以上である。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、溶接金属中に安定な残留オーステナイトが生じ易くなり、後述するＮｉを過剰に含有させた場合と同様、溶接金属の極低温靱性が著しく損なわれる。そのため、Ｍｎ含有量の上限は０．８０％以下とする。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．７％以下、より好ましくは０．６％以下である。
【００２４】
Ｎｉ：８〜１５％
Ｎｉは、良好な極低温靱性を確保する上で重要な成分である。溶接金属に対して十分な極低温靱性を付与するため、Ｎｉ含有量の下限を８％以上とする。好ましい下限は９．０％以上、より好ましくは１０．０％以上である。一方、Ｎｉ含有量が過剰になって１５％を超えると、溶接金属の機械的強度が高くなり過ぎて、延性が極端に低下する。更に不安定な残留オーステナイトが生じ、極低温下でマルテンサイトに変態して極低温靱性の低下を招く。そのため、Ｎｉ含有量の上限を１５％以下とする。好ましい上限は１３．０％以下、より好ましくは１２．０％以下である。
【００２５】
Ｔｉ：０．０１５〜０．０５０％
Ｔｉは、微量添加により、溶接作業性を改善すると共に、脱酸剤として卓越した効果を発揮する。また、Ｔｉは、後述するＲＥＭほど顕著な効果ではないが、ＲＥＭと同様に微細な酸化物を形成するため、ＲＥＭと共に含有させることによって、溶接金属の極低温靱性を向上させることができる。このような効果を有効に発揮させるため、Ｔｉ含有量の下限を０．０１５％以上とする。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０１８％以上であり、より好ましくは０．０２０％以上である。しかしながら、Ｔｉ含有量が過剰になると、溶接金属中に微細析出物であるＴｉＣが生じやすくなり、極低温靱性が低下する。そのため、Ｔｉ含有量の上限を０．０５０％以下とする。好ましくは０．０４５％以下であり、より好ましくは０．０４０％以下である。
【００２６】
ＲＥＭ：０％超０．００５％以下
ＲＥＭは、脱酸剤として作用し、溶接金属中に含まれる微量の酸素と反応して微細なＲＥＭ酸化物を形成する。このような微細なＲＥＭ酸化物は、破壊起点として作用せず、むしろ、溶接凝固過程や凝固後の結晶粒成長を抑制するピン止め粒子として機能するため、溶接金属全体の強度や極低温靱性を高めるのに有効に作用する。そのため、ＲＥＭ含有量を０％超とする。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は、０．００２％以上である。一方、ＲＥＭはアークを集中させる効果も有するため、溶接欠陥を生じて靱性不安定を招くことがある。本発明者らの検討結果によれば、ＲＥＭ含有量が０．００５％を超えると、欠陥を助長する溶け込み不良が生じ易くなり、極低温靱性の平均値は良好であっても最小値が小さくなり、安定して高い極低温靱性が得られないことが判明した。上記観点から、ＲＥＭ含有量の上限を０．００５％以下とする。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００４％以下、より好ましくは０．００３％以下である。なお、本発明におけるＲＥＭは、周期律表のＬａからＬｕまでの１５のランタノイド系列希土類元素を意味する。これらの元素は単独で添加しても良いし、二種類以上を併用しても良い。
【００２７】
Ｏ：０％超０．００６５％以下
Ｏは、極低温靱性の向上に有用な上記微細ＲＥＭ酸化物を形成する上で必要な元素である。そのため、Ｏ含有量を０％超とする。Ｏ含有量の下限は、好ましくは０．００２０％以上である。しかしながら、Ｏ含有量が過剰になると、粗大酸化物が形成されるようになり、極低温靱性に悪影響を及ぼすため、その上限を０．００６５％以下とする。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００６０％以下、より好ましくは０．００５０％以下である。
【００２８】
（１）式：１０≦１８×［Ｍｎ］＋７１×［ＲＥＭ］＋２０６×［Ｔｉ］≦２０
本発明では、上記成分を満足すると共に、脱酸作用を有するＭｎ、ＲＥＭ、およびＴｉの含有量が上記（１）式を満足するように制御する。これにより、アークの安定性が改善すると共に、酸化物系介在物を適切に制御することが可能となる。更に上記（１）式を制御することにより、溶け込み形状に影響するＲＥＭの悪影響も回避することができ、極低温靱性の安定性が一層確保される。上記（１）式の値が１０未満では、上記元素による脱酸作用が不十分であり、極低温靱性は平均値も最小値も低下する。そのため、上記（１）式の値の下限は１０以上とする。上記（１）式の値の好ましい下限は１０．５以上、より好ましくは１１以上である。一方、上記（１）式の値が２０を超えると、アークが不安定となり、溶接欠陥が生じ易くなって安定して高い極低温靱性が得られない。そのため、上記（１）式の値の上限は２０以下とする。上記（１）式の値の好ましい上限は１９以下、より好ましくは１８以下である。
【００２９】
本発明の溶接用ソリッドワイヤの基本成分組成は上記の通りであり、残部は鉄および不可避的不純物である。上記不可避的不純物として、例えば原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれるＡｌ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎ等が挙げられる。これらの元素は、極低温靱性を低下させる傾向にあるため、定法による製鋼工程の範囲内で、できるだけ低減することが好ましい。具体的には、例えばＡｌは約０．０２０％未満、Ｃａは約０．００２％未満、Ｃｒは約０．０１％未満、Ｍｇは約０．００２％未満、Ｐは約０．０１５％未満、Ｓは約０．０１０％未満、Ｂは約０．００２％未満、Ｎは約０．００８％未満に制御することが好ましい。
【００３０】
本発明の溶接用ソリッドワイヤを製造する方法、上記ソリッドワイヤの送給方法、上記ソリッドワイヤの表面改質方法は特に限定されず、本発明の技術分野で通常用いられる方法を適宜採用することができる。例えば、前述した特許文献４に記載の方法を参照することができる。以下、その好ましい一例を記載するが、本発明はこれに限定されない。
【００３１】
本発明の溶接用ソリッドワイヤを製造する方法として、例えば、上記化学成分組成の共金系の鋼線材素線を、例えば、製品径である０．８〜１．６ｍｍφの細径まで、ローラダイスや孔ダイス線引き装置を用いた公知の伸線工程で伸線する方法が挙げられる。
【００３２】
このようにして製造された溶接用ソリッドワイヤは、スプールに巻装、或はペールパックに充填された収納形態で搬送され、溶接に供される。このように収納された溶接用ソリッドワイヤは、９％Ｎｉ鋼による低温構造物の溶接施工現場にて、送給機の送給ローラによりスプール、或はペールパックから引き出される。その後、後続するフレキシブルなガイド管であるコンジットケーブルに内包されたライナー等を経由して、溶接位置にあるＭＩＧ溶接等のトーチ内の給電チップ部分まで送給される。このような一連の溶接用ソリッドワイヤの送給作業の際、送給条件によらず、一定速度で安定して本発明の溶接用ソリッドワイヤは供給される。
【００３３】
ワイヤの送給性をより安定に確保するため、本発明に係る溶接用ソリッドワイヤの表面に、銅めっき層を形成したり、潤滑剤、防錆油等を塗布することが好ましい。このような表面改質法によれば、送給ライナーからの送給抵抗を下げて、ワイヤの送給性を向上させる効果が得られる。更には伸線加工時の伸線性を大きく向上させ、通電性や防錆性などを向上させる効果もある。銅めっき層の形成方法、潤滑剤、防錆油等の種類、これらの塗布方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。
【００３４】
上記のうち、溶接用ソリッドワイヤの表面に銅めっき層を形成する場合には、めっき性と極低温靱性の両立という観点から、上記ソリッドワイヤの総質量に対する銅めっき層の質量比率が０．１〜０．２％であることが好ましい。上記質量比率が０．１％を下回ると、十分なめっき性が得られず、ワイヤの送給性を向上させることができなくなる場合がある。一方、０．２％を超えると、溶接金属中のＣｕ濃度が上昇し、強度が過大となって極低温靱性が確保できなくなる場合がある。
【００３５】
但し、本発明は上記態様に限定する趣旨でなく、環境上の問題を配慮して、上述した銅めっき層、潤滑剤、防錆剤などを表面に施さない裸の溶接用ソリッドワイヤの適用も勿論可能である。
【００３６】
また、本発明の溶接用ソリッドワイヤは、単一構造であっても良いし積層構造を有していても良い。後者の積層構造として、例えば、公知の同軸複層ワイヤの構造を採用することができる。
【００３７】
以上、本発明の溶接用ソリッドワイヤについて説明した。
【００３８】
次に、本発明の溶接方法について説明する。本発明の溶接方法は、母材である９％Ｎｉ鋼同士を溶接するに当たり、上記溶接用ソリッドワイヤを用いたところに特徴があり、これにより、安定して高いレベルの極低温靱性を示す溶接金属が得られる。
【００３９】
本発明に用いられる母材は、上記のとおり９％Ｎｉ鋼材である。９％Ｎｉ鋼材の化学成分組成は、当該分野で通常用いられるものである。本発明では、上述したように溶接ソリッドワイヤ中の特にＲＥＭ、Ｔｉ、Ｍｎを制御しているため、母材である９％Ｎｉ鋼の上記成分についても、例えばＲＥＭ：０％超０．００５％以下、Ｔｉ：０％超０．０５％以下、Ｍｎ：０％超１．５％以下の範囲にそれぞれ、制御することが好ましい。
【００４０】
特に本発明の溶接用ソリッドワイヤを用いれば、溶接効率の高いＭＩＧ溶接により、９％Ｎｉ鋼本来の特性を何ら阻害することなく、上記９％Ｎｉ鋼同士を溶接することができる点で有用である。その際、溶接電源として、定常の直流電源でなく、好ましくはパルス電源を用いてガスシールドアーク溶接を行うこと；更に好ましくは、シールドガスとして、炭酸ガスを２体積％以下の範囲で含むＡｒガスを用いることが有用である。これにより、良好な溶け込み形状、すなわち良好なビード形状を確保することができる。このように本発明では、シールドガスとして、ＭＩＧ溶接に通常用いられる純アルゴンガス（１００％Ａｒ）のみならず、Ａｒガス中に炭酸ガスを２体積％以下の範囲で含む態様も包含する点で、通常のガスシールドアーク溶接とは相違する。
【００４１】
以下、本発明に係る溶接方法の好ましい実施形態について説明する。
【００４２】
本発明に用いられる溶接電源は特に限定されず、定常の溶接電源、パルス電源を用いることができる。但し、パルス電源を用いれば、溶滴移行がスプレー状になり易くなるため、後記する実施例に示すように良好なビード形状が得られる。パルス電源を使用する際の条件は特に限定されず、通常、用いられる方法を採用することができる。
【００４３】
また、ガスシールドアーク溶接に用いられるシールドガスは、Ａｒガス中に炭酸ガスを、好ましくは２体積％以下の範囲で許容することもできる。この範囲内であれば、良好な極低温靱性は維持したまま、更に良好なビード形状が得られることも後記する実施例で確認している。炭酸ガス量の比率が２体積％を超えると、炭酸ガスに由来する酸素によって溶接金属中の酸素量が増加してしまい、溶接金属における良好な極低温靱性が確保できなくなる虞がある。より好ましくは１．８体積％以下、更に好ましくは１．５体積％以下である。
【００４４】
なお、ガスシールドアーク溶接を実施するに際しては、シールドガスを二重とし、アウターガスを純アルゴン雰囲気とし、インナーガスを上記のように炭酸ガスを、好ましくは２体積％以下の範囲で含むアルゴンガスとすることも有用である。このような構成を採用することによって、溶接時における大気混入が極力抑制され、より一層良好な極低温靱性を有する溶接金属が得られる。
【００４５】
上述した本発明の溶接方法によれば、高いレベルでばらつきがなく、安定して極低温靱性に優れた溶接金属が得られる。上記方法によって得られる溶接金属の化学成分組成は、基本的に溶接用ソリッドワイヤの化学成分組成と同じである。なお、上記溶接用ソリッドワイヤの表面に銅めっき層を有する場合は、更に上記銅めっき層の組成も溶接金属の組成に反映される。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加え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包含される。
【００４７】
表１に示す化学成分組成を有する鋼線材を真空溶製により製造し、線引き加工によって製品径１．２ｍｍの溶接用ソリッドワイヤを得た。このうち、一部の溶接用ソリッドワイヤについては、銅めっきを施した。なお、表１に記載のＲＥＭとして、質量％で、Ｃｅ：５０％、およびＬａ：２５％を含むミッシュメタルを用いた。
【００４８】
このようにして作製した溶接用ソリッドワイヤを用い、９％Ｎｉ鋼母材として表２に示す化学成分組成の鋼材に対して、下記の溶接条件および表３に記載の条件にてガスシールドアーク溶接を実施した。本実施例では、ＭＩＧ溶接を行った。
【００４９】
（溶接条件）
母材（鋼材）の板厚：２５ｍｍ
開先角度：６０°（Ｖ形開先）
ルート間隔：４ｍｍ
溶接姿勢：下向き
シールドガス：アルゴン（Ａｒ）ガス＋０〜１．０体積％炭酸ガス
予熱／パス間温度：５０〜１２５℃
積層方法：７層１６パス
溶接電流：
（１）２６０〜２８０Ａ（定常の直流電源、ワイヤプラス）
溶接電圧：２３〜３１Ｖ
溶接速度：２４〜２７ｃｍ／ｍｉｎ
上記溶接電流は、溶接速度にあわせて、電流を変化させた。詳細には、溶接速度が２４ｃｍ／ｍｉｎのとき溶接電流２６０Ａとし、溶接速度が２７ｃｍ／ｍｉｎのとき溶接電流２８０Ａとなるように電流を変化させた。
（２）パルス電源、ワイヤプラス
ピーク電流：３５０Ａ
ベース電流：７０Ａ
立上り開始〜ピーク定常期〜立上り終了の１ピーク間：５ミリ秒
溶接電圧は、シールドガス組成に応じて最適値を選択した。
【００５０】
このようにして得られた溶接金属のビート形状およびシャルピー衝撃吸収値を、以下のように評価した。
【００５１】
（ビード形状の評価）
ビード形状とは、溶接時の各パスによって形成される溶接金属を意味する。本実施例では、パスごとにグラインダ処理を実施せず、目視によって溶接金属のビード形状を観察した。
【００５２】
その結果、図１に示すように、良好なビード形状の溶接金属が得られた場合をビード形状が良好であり、「良」と評価した。具体的には、ビードの高さが低く、なだらかであり、ビードの側縁部と９％Ｎｉ鋼表面とがなだらかに連続的につながっているものである。これに対し、図２に示すように、良好なビード形状の溶接金属が得られなかった場合をビード形状が良好でなく、「不良」と評価した。具体的には、ビード形状が上向きに凸状に膨らんだ形状を有し、ビードの側縁部と９％Ｎｉ鋼表面とが不連続な変曲点（屈曲部）によってつながっているものである。
【００５３】
（極低温靱性の評価）
溶接金属の板厚中央部より、図３に示すように、溶接線方向に垂直にシャルピー衝撃試験片としてＪＩＳ  Ｚ  ３１１１  ４号Ｖノッチ試験片を各３本採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２に則って、−１９６℃でのシャルピー衝撃試験を実施し、シャルピー衝撃吸収値（ｖＥ-196）を測定した。３本のシャルピー衝撃吸収値の平均値が１００Ｊ以上の場合、極低温靱性に優れると評価した。
【００５４】
更に上記シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーの最小値が１００Ｊ以上の場合、極低温靱性の安定性に優れると評価した。
【００５５】
これらの結果を表３に併記する。
【００５６】
【表１】
0006273191.tif 000002
【００５７】
【表２】
0006273191.tif 000003
【００５８】
【表３】
0006273191.tif 000004
【００５９】
まず、極低温靱性に着目すると、以下のように考察することができる。表３の試験Ｎｏ．１〜１５は、本発明で規定する要件を満足する表１のＮｏ．Ａ１〜Ａ１０の溶接用ソリッドワイヤを用いて溶接金属を形成した例であり、いずれも安定して極低温靱性に優れることが分かる。
【００６０】
これに対して、表３の試験Ｎｏ．１６〜２５は、本発明で規定するいずれかの要件を満足しない例であり、極低温靱性、その安定性の少なくとも一方が低下した。
【００６１】
詳細には試験Ｎｏ．１６は、Ｃ含有量が過剰な表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ１を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、極低温靱性および安定性が低下した。
【００６２】
試験Ｎｏ．１７は、Ｓｉ含有量が過剰な表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ２を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、極低温靱性および安定性が低下した。
【００６３】
試験Ｎｏ．１８は、Ｍｎ含有量が過剰な表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ３を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、極低温靱性および安定性が低下した。
【００６４】
試験Ｎｏ．１９は、Ｎｉ含有量が少ない表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ４を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、極低温靱性および安定性が低下した。
【００６５】
試験Ｎｏ．２０は、Ｎｉ含有量が過剰な表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ５を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、極低温靱性および安定性が低下した。
【００６６】
試験Ｎｏ．２１は、ＲＥＭ含有量が過剰な表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ６を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、極低温靱性の安定性が低下した。
【００６７】
試験Ｎｏ．２２は、Ｔｉ含有量が少ない表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ７を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、極低温靱性および安定性が低下した。
【００６８】
試験Ｎｏ．２３は、Ｔｉ含有量が過剰な表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ８を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、低温靱性および安定性が低下した。
【００６９】
試験Ｎｏ．２４は、Ｏ含有量が過剰であり、且つ、（１）式の値が低い表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ９を用いて溶接金属を形成した例である。Ｏ含有量が多いため極低温靱性が低下し、（１）式の値が低いため安定性が低下した。
【００７０】
試験Ｎｏ．２５は、（１）式の値が大きい表１のソリッドワイヤＮｏ．Ｂ１０を用いて溶接金属を形成した例である。そのため、極低温靱性の安定性が低下した。
【００７１】
また、ビード形状に着目すると、インナーにおけるシールドガス中の炭酸ガス量を２体積％以下に制御した場合、定常の直流電源を用いた試験Ｎｏ．１〜３、１３〜１６、２１、２４に比べて、パルス溶接電源を用いた試験Ｎｏ．４〜１２、１７〜２０、２２、２３、２５では、良好なビード形状が得られた。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ、１ｂ  溶接継手
２ａ、２ｂ  ９％Ｎｉ鋼板
３、４  溶接金属
５  裏当て材
【図１】
0006273191.tif 000005
【図２】
0006273191.tif 000006
【図３】
0006273191.tif 000007