(57)【要約】  【課題】  ５００〜６００ＭＰａ級の引張強度の鋼を大入熱でエレクトロスラグ溶接した場合においても、安定した靭性の溶接金属を得ることが可能なエレクトロスラグ溶接用ワイヤを提供する。  【解決手段】  Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ａｌ：０．０３％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：０．０３〜２．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．５％、Ｂ：０．００３〜０．０１％を含み、必要に応じてさらにＣｒ：０．０３〜２．５％を含有し、Ｐ、Ｓ、Ｎの量を規制したワイヤ。  【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ａｌ：０．０３％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：０．０３〜２．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．５％、Ｂ：０．００３〜０．０１％を含み、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、Ｎ：０．００９％以下であって、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
【請求項２】
さらに質量％で、Ｃｒ：０．０３〜２．５％を含有することを特徴とする請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
【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、大入熱のエレクトロスラグ溶接を行う場合においても安定して高靭性の溶接金属が得られるエレクトロスラグ溶接用ワイヤに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エレクトロスラグ溶接は、大入熱の１パス溶接により高能率な溶接が可能であるので、鉄骨のダイアフラムおよび仕口部や橋梁、造船などのロンジ材などの立向溶接に多く用いられている。 ところがエレクトロスラグ溶接は溶接入熱量が８００ｋＪ／ｃｍ程度と大きいため、一般のアーク溶接に比べて溶接金属の冷却速度が遅く、冷却過程でオーステナイト粒界から粗大な初析フェライトが生成しやすく、十分な溶接金属の靭性が得られない。
【０００３】
このような問題に対し、例えば、特開昭５９−１７９２８９号公報（特許文献１）には、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを適正範囲内とし、かつ、ＴＳＥ値（＝４１Ｃ＋５Ｓｉ＋８Ｍｎ＋２８Ｃｕ＋５Ｎｉ＋２Ｃｒ＋７Ｍｏ＋３２Ｖ）が２８以上になるように組成を調整した極厚低合金高張力鋼板用エレクトロスラグ溶接ワイヤが提案されている。この公報に記載された技術は、極厚鋼板のエレクトロスラグ溶接で５３ｋｇ／ｍｍ２（５１９ＭＰａ）以上の引張強さと−２０℃での吸収エネルギーが３ｋｇ−ｍ（２９．４Ｊ）以上を有するエレクトロスラグ溶接金属が得られるとしている。
【０００４】
また、特許第２８９２５７５号公報（特許文献２）には、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉを適正範囲内で含み、かつＭｎがＭｎ≧３（Ｃ＋Ｓｉ＋Ｍｏ＋Ｔｉ）を満足する非消耗ノズル式エレクトロスラグ溶接ワイヤが提案されている。しかし、特開昭５９−１７９２８９号公報（特許文献１）、特許第２８９２５７５号公報（特許文献２）に記載された技術で得られる溶接金属は、シャルピー吸収エネルギーが試験温度０℃ないし−２０℃で３０Ｊ程度と、十分な靭性を有しているとは言い難い。
【０００５】
このような問題に対し、特開２００２−７９３９６号公報（特許文献３）、特開２００３−３４０５９２号公報（特許文献４）ではＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｂを適正範囲内で含有した大入熱エレクトロスラグ溶接用ワイヤが提案されている。しかしながら、特開２００２−７９３９６号公報（特許文献３）、特開２００３−３４０５９２号公報（特許文献４）に記載されたエレクトロスラグ溶接用ワイヤにおいても溶接金属は、シャルピー吸収エネルギーにバラツキが生じやすく安定した靭性を確保することができない。
【特許文献１】特開昭５９−１７９２８９号公報
【特許文献２】特許第２８９２５７５号公報
【特許文献３】特開２００２−７９３９６号公報
【特許文献４】特開２００３−３４０５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みて、５００〜６００ＭＰａ級の引張強度の鋼を大入熱でエレクトロスラグ溶接した場合においても、シャルピー吸収エネルギーのバラツキが少ない安定した靭性の溶接金属を得ることが可能な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】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、その発明の要旨とするところは、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ａｌ：０．０３％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：０．０３〜２．０％、Ｔｉ：０．０２〜０．５％、Ｂ：０．００３〜０．０１％を含み、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００１％以下、Ｎ：０．００９％以下であって、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするエレクトロスラグ溶接用ワイヤにある。ここにおいて、さらに質量％で、Ｃｒ：０．０３〜２．５％を含有することも特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤによれば、大入熱でエレクトロスラグ溶接した場合においてもシャルピー吸収エネルギーのバラツキが少ない安定した高靭性の溶接金属を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、上記の課題を達成するため、ワイヤ成分を種々検討した結果、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＢおよびＮの調整により良好な靱性の溶接金属が得られ、さらに、不純物として含有され、溶接金属の靭性を低下させるＳを非常に低くしたワイヤを用いることによって、シャルピー衝撃値のバラツキが極めて少なくなることを見出した。
以下に、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説明する。なお、以下、組成についての質量％は単に％で記す。
【００１０】
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる成分であり、溶接金属の引張強度を確保するためには、０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃは、オーステナイトの安定化元素であるために溶接金属に過剰に含有するとオーステナイト粒が粗大化して靱性に有害な粗大な初析フェライトや粗粒のベイナイトおよびアシキュラーフェライトが生成され、また、溶接金属の硬さが過剰となって溶接金属の靱性を劣化させるのでその含有量の上限を０．１５％とした。
【００１１】
Ｓｉは、オーステナイトの粗大化を抑制しオーステナイト粒径を微細化するために有効な元素であり、また、オーステナイト粒内に生成する靱性に有害な粗大なセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）の生成を抑制する効果があり、そのためには０．０５%以上含有させる必要がある。しかしながら１．５％を超えて含有すると溶接金属の硬さを過剰に高め、靱性を劣化させるので、その含有量の上限を１．５％とした。
【００１２】
Ｍｎは、溶接金属の強度の向上とオーステナイト粒微細化作用を有するが、その含有量が０．５％未満であると溶接金属の十分な強度が得られず、また、溶接金属の靱性を劣化させるので、その含有量の下限を０．５％とした。しかしながら、Ｍｎは、オーステナイトの安定化元素であるため、その含有量が２．５%を超えると、溶接金属中のオーステナイトの粒が粗大化して靱性に有害な粗大な初析フェライトや粗粒のベイナイトおよびアシキュラーフェライトが生成されるので、オーステナイト粒の微細化のために、その含有量の上限を２．５％とした。
【００１３】
Ａｌは、強脱酸元素であり、溶接金属中での脱酸作用を促進させるために含有させる。溶接金属の脱酸反応が不十分であると溶接金属中の酸素が増加し、靭性が劣化するからである。しかしながら過剰に含有すると固溶によって硬度が高くなり過ぎ溶接金属の靭性を劣化させるので０．０３％以下とした。なお上記効果を得るためにはＡｌは０．００５％以上含有するのが好ましい。
【００１４】
Ｎｉは、溶接金属中の靱性を向上させる元素であるが、オーステナイトの安定化元素であり、過剰に含有されるとオーステナイト粒を粗大化して靱性に有害な粗大な初析フェライトや粗粒のベイナイトおよびアシキュラーフェライトが生成されるので、オーステナイト粒の微細化のために、その含有量の上限を３．０％とした。なお上記効果を得るためにはＮｉは０．０１％以上含有することが好ましい。
【００１５】
Ｍｏは、オーステナイト粒径を微細化すると同時に、溶接金属の靱性向上に重要な元素である。この効果を得るためには０．０３％以上含有される必要がある。しかしながら、過剰に含有されると溶接金属を過剰に硬化させ、溶接金属の靱性を劣化させるので、その含有量の上限を２．０％とした。
【００１６】
Ｔｉは、溶接金属中で微量でもＴｉ酸化物等を形成して溶接金属の結晶粒を微細化し、靱性を向上させる。これによる有効な効果を得るためには０．０２％以上含有する必要があるが、０．５％を超えて含有されると、酸化物あるいは窒化物として固定されなかったＴｉが靱性を劣化させるので、その含有量の上限を０．５％とした。
【００１７】
Ｂは、微量でも溶接金属の靱性に有害な初析フェライト変態を抑制するので、０．００３％以上含有することが好ましい。しかしながら、０．０１％を超えて含有されると、過剰なBが靱性を劣化させるので、その含有量の上限を０．０１％とした。
【００１８】
Ｐは、溶接金属の靭性を低下させる元素であり、少ないほど好ましい。特にＰが０．０１０％を超えると溶接金属の靭性の低下が著しいので、その上限を０．０１０％に制限した。
【００１９】
Ｓは、溶接金属の靭性を低下させる元素であり、できるだけ低減する。特にＳが０．００１％を超えると溶接金属の靭性の低下が著しくなるとともにバラツキが生じるため、その上限を０．００１％に制限した。
【００２０】
Ｎは、溶接金属において不純物元素であり、溶接金属に固溶したＮがフェライトマトリックスの靭性を劣化させる。さらに過剰に溶接金属中に含有されるとＢを窒化物として固定してしまい、Ｂのオーステナイト粒界での初析フェライト変態の抑止効果を低下させるので、その上限を０．００９％に制限した。
【００２１】
またＣｒは、オーステナイト粒径を微細化すると同時に、溶接金属の靭性向上のために必要に応じて含有させることが望ましい元素である。この効果を得るためには０．０３％以上含有される必要がある。しかしながら、過剰に含有されると溶接金属を過剰に硬化させ、溶接金属の靭性を劣化させるので、その含有量の上限を２．５％とした。
【００２２】
なお上記説明において、これらの成分はソリッドワイヤ中の含有量として規定したが、これらの合金成分をフラックス入りワイヤ中のフラックスから相当量だけ添加しても同様の効果が得られる。
【実施例】
【００２３】
以下に本発明の効果を実施例に基づいて説明する。
表１に示す化学組成の鋼板（板厚；６０ｍｍ）をボックス柱等のスキンプレート、ダイアフラムに相当するように図１の形に組立て、表３および表４に示す各種組成のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ（ワイヤ径１．６ｍｍ）を使用し、表２に示す溶接条件で溶接長５００ｍｍのエレクトロスラグ溶接を行い、溶接継手を作製した。図１において１はスキンプレート、２はダイアフラム、３は側板である。なお、側板はＪＩＳ  ＳＮ４９０相当のフラットバーを使用した。
【００２４】
【表１】
2005324239.tif 000002
【００２５】
【表２】
2005324239.tif 000003
【００２６】
【表３】
2005324239.tif 000004
【００２７】
【表４】
2005324239.tif 000005
【００２８】
溶接終了後、溶接金属のスキンプレート板厚方向の最大幅中心、かつダイアフラム板厚方向の最大幅両端からそれぞれ１／４の２箇所の位置から引張試験片を採取した。引張強さは２本の平均値で５００〜７４６ＭＰａを良好と評価した。溶接金属のダイアフラム板厚方向の最大幅中心位置から、試験片の長さ方向がスキンプレートと直角でノッチがダイアフラムの面と平行なシャルピー衝撃試験片を採取した。吸収エネルギーの評価は０℃におけるシャルピー衝撃試験において、各々繰返し５本の吸収エネルギーの平均が１００Ｊ以上で、最低値が７０Ｊ以上を良好として評価した。これらの調査結果も表４にまとめて示す。
【００２９】
表３および表４中ワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ９が本発明例、ワイヤ記号Ｗ１０〜Ｗ２８は比較例である。本発明例であるワイヤ記号Ｗ１〜Ｗ９は、ワイヤ成分が適正であるので、溶接金属の引張強さならびに吸収エネルギーの平均値および最低値とも良好な結果が得られるなど、極めて満足な結果であった。
【００３０】
比較例中ワイヤ記号Ｗ１０はＢが低いので、ワイヤ記号１１はＢが高いので、ワイヤ記号Ｗ１２はＴｉが低いので、ワイヤ記号Ｗ１３はＴｉが高いので、いずれも吸収エネルギーが低値であった。
【００３１】
ワイヤ記号Ｗ１４は、Ｃが低いので引張強さが低かった。また、Ｃｒが低いので吸収エネルギーもやや低値であった。
またワイヤ記号Ｗ１５はＣが高いので、引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。
またワイヤ記号Ｗ１６はＳｉが低いので、吸収エネルギーが低値であった。
【００３２】
ワイヤ記号Ｗ１７はＳｉが高いので、ワイヤ記号Ｗ１９はＭｎが高いので、いずれも引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。
またワイヤ記号Ｗ１８はＭｎが低いので、引張強さが低く吸収エネルギーも低値であった。
【００３３】
ワイヤ記号Ｗ２０はＡｌが低いので、ワイヤ記号Ｗ２１はＡｌが高いので、ワイヤ記号Ｗ２２はＮｉが高いので、ワイヤ記号Ｗ２３はＭｏが低いので、いずれも吸収エネルギーが低値であった。
またワイヤ記号Ｗ２４はＭｏが高いので引張強さが高く吸収エネルギーが低値であった。
【００３４】
ワイヤ記号Ｗ２５はＮが高いので、またワイヤ記号Ｗ２６はＰが高いので、いずれも吸収エネルギーが低値であった。
ワイヤ記号２７は、Ｓが高いので吸収エネルギーにバラツキ生じ最低値が低値であった。
ワイヤ記号Ｗ２８は、Ｃｒが高いので吸収エネルギーが低値であった。また、Ｓが高いので吸収エネルギーにバラツキが生じ最低値が低値であった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例に用いた溶接試験板を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    スキンプレート
２    ダイアフラム
３    側板
【図１】
2005324239.tif 000006