(57)【要約】      （修正有）【課題】高能率溶接用鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．２５〜０．８％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜０．７％、且つＳｉ／１０＋Ｔｉ≧０．０８％を満たし、更に必要に応じて、Ｃｕ：０．０１〜２％、Ｎｉ：０．０１〜４％、Ｃｒ：０．０１〜２％、Ｍｏ：０．０１〜２％、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％、Ｂ：０．０００４〜０．００４％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％の一種または二種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．２５〜０．８％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜０．７％、且つＳｉ／１０＋Ｔｉ≧０．０８％を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる高能率溶接用鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｃｕ：０．０１〜２％、Ｎｉ：０．０１〜４％、Ｃｒ：０．０１〜２％、Ｍｏ：０．０１〜２％、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％、Ｂ：０．０００４〜０．００４％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％の一種または二種以上を更に含有することを特徴とする請求項１記載の高能率溶接用鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は造船、土木、建築、橋梁、建設機械、鋼管などの溶接構造物として好適な厚鋼板に関し、特にＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接など高能率な溶接が施される使途に好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスシールドアーク溶接が適用される構造物ではそのビード形状不良や溶接欠陥の発生によってグラインダーによる研削や再溶接あるいは手直しなどの付加工程が多数発生し問題とされている。
【０００３】
特に隅肉溶接が多く採用されている造船や橋梁または建設機械分野では溶接条件や溶接材料の改善によってその工数を削減することが検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には水平隅肉溶接ビード始端部形状が良好なガスシールド溶接用フラックス入りワイヤが開示されている。
【０００５】
特許文献１記載の発明はワイヤー中のフラックス成分を調整することによってビード止端形状を改善して疲労強度の向上を目的としたものである。
【０００６】
しかし、特許文献１記載の発明によるフラックス入りワイヤの場合、ワイヤ中の単位長さ当たりに添加できる酸化物量に限界があるため、溶接条件や溶接姿勢によっては充分な効果が得られない場合が生じる。また、特許文献１記載の発明は建設機械分野などに使用されるソリッドワイヤには適用できない。
【０００７】
特許文献２はソリッドワイヤに関し、ワイヤ組成中のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ量を規定し、更に特定範囲のＭｎ量を、Ｓｉ量との関係によって規定してビード形状を改善し、ブローホールを低減すること開示しているがワイヤ組成だけでは溶接条件や溶接時の母材の希釈率などの影響を受け、安定した効果は得られにくい。
【０００８】
一方、特許文献３、４は母材の成分組成の検討から、溶接ビード形状を改善することを開示している。
【０００９】
特許文献３は、溶接継手の疲労強度に優れた溶接用高張力鋼板および溶接継手に関し、引張り強さ４９０〜７８０ＭＰａを満足する成分組成のＢ必須添加系においてＣｅｑを規定し、溶接ＨＡＺ部の焼入れ性を高め、ベイナイト主体の組織とし疲労亀裂の発生を防止させることが開示されている。
【００１０】
特許文献４は、疲労特性に優れる隅肉溶接継手およびガスシールドアーク隅肉溶接方法に関し、鋼材の成分組成や溶接金属の化学組成を適正範囲に制御し、溶融池の粘性やポロシテイの発生量を制御し、疲労強度を向上させることが開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平８−２８１４７７号公報
【００１２】
【特許文献２】特開昭６３−１９９０９１号公報
【００１３】
【特許文献３】特開２００３−１７１７３１号公報
【００１４】
【特許文献４】特開２００２−２２４８３４号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、疲労強度を向上させるため、溶接材料の成分組成を調整しても溶接条件などの影響が大きく、その効果が不安定になることが多く、また、鋼板の化学成分の調整による方法は、特許文献３記載の鋼板ではＨＡＺ部の焼入れ性を向上させるためＢが添加され、母材特性が不安定になりやすく、特許文献４記載の鋼板は自動車用鋼板で、厚鋼板の母材特性は考慮されていない。
【００１６】
そこで、本発明は高能率なＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接によるビード形状が良好で、溶接欠陥が少なく、高能率溶接性に優れる厚鋼板を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは厚鋼板の溶接金属部でもＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接の場合、母材の溶接金属の希釈率が２０〜６０％となることから、厚鋼板を前提とした成分組成で含有される元素が溶接金属の特性に及ぼす影響について鋭意検討を行った。
【００１８】
その結果、鋼の成分組成をＳｉ、Ｔｉの複合添加系とした場合、Ｓｉ単独ではスラグがＳｉＯ２のネットワーク構造となりスラグが広がりにくく、ビード形状が安定しにくいが、Ｔｉとの複合添加によりネットワーク構造が適度に切断され溶融メタルが均一にスラグを覆うことを見出した。
【００１９】
また、鋼中のＳｉ，Ｔｉ量を一定範囲に制御した場合、溶接金属の湯流れ性が良好になり、粘性の高いスラグが得られ、溶接時の溶融プールで溶融メタルが溶接ビード後方に表面張力によって引き寄せられ、安定して扁平なビード形状が得られることも見出した。
【００２０】
本発明はこれらの知見に更に検討を加えてなされたものであり、すなわち本発明は、
１．質量％で、Ｃ：０．０１〜０．２０％、Ｓｉ：０．２５〜０．８％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜０．７％、且つＳｉ／１０＋Ｔｉ≧０．０８％を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる高能率溶接用鋼。
【００２１】
２．質量％で、Ｃｕ：０．０１〜２％、Ｎｉ：０．０１〜４％、Ｃｒ：０．０１〜２％、Ｍｏ：０．０１〜２％、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％、Ｂ：０．０００４〜０．００４％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％の一種または二種以上を更に含有することを特徴とする１記載の高能率溶接用鋼。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明では鋼材の成分組成および特定の成分組成元素によるパラメータ式を規定する。
Ｃ
Ｃは鋼板の強度を確保するため、少なくとも０．０１％は必要で、０．２０％を越えて含有させると著しく溶接性を劣化させるため、０．０１〜０．２０％とする。
【００２３】
Ｓｉ
Ｓｉは本発明でＴｉとともに重要な元素で、溶接金属の湯流れ性を確保するため０．２５％以上とし、０．８％を越えて含有させると溶接金属の靭性が低下するため０．２５〜０．８％とする。
【００２４】
Ｍｎ
ＭｎはＣと同様に鋼板の強度を確保するため必要で、一方、過剰に含有すると溶接性を損なうため０．３〜２．５％とする。
【００２５】
Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下
Ｐ，Ｓは本発明では不純物であり鋼の靭性を低下させるためできるだけ低減することが望ましく、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下とする。所定量を超えると溶接熱影響部の靭性が低下する。
【００２６】
Ａｌ
Ａｌは鋼の脱酸に必要な元素で、０．０１％以上必要とする。０．１５％を越えると靭性を劣化させることがあるため０．０１〜０．１５％とする。
【００２７】
Ａｌは溶接時に母材から溶接金属に希釈し、酸素と結びついてＡｌ２Ｏ３となり中性のスラグとなりスラグ量を調整するため、ソリッドワイヤで溶接する場合はスラグ量を確保するため、上記範囲内で鋼中含有量を増大させることが望ましい。
【００２８】
一方、フラックス入りワイヤを用いた溶接では母材靭性を確保するため上記範囲内で鋼中含有量を減少させることが望ましい。
【００２９】
Ｔｉ
Ｔｉは本発明ではＳｉとともに重要な元素で、溶接時のスパッタを抑制し、溶接金属の靭性を確保するため０．０１％以上含有する。０．７％を越えて含有すると溶接後の冷却過程で炭化物を析出し、溶接ＨＡＺ部の靭性を著しく劣化させるため０．０１〜０．７％とする。
【００３０】
Ｓｉ／１０＋Ｔｉ≧０．０８％
本パラメータ式は上記成分範囲で構成される鋼を溶接した際に、スラグを酸性化させるためのものである。すなわち、本パラメータ式の値が０．０８％未満ではスラグは塩基性となり、高温でのスラグ粘性が低下して表面張力によりビードオンプレートの溶接ではビードが中高の形状となり、隅肉溶接では２段ビードと成り易くなる。
【００３１】
以上が本発明の基本成分組成で、更に母材の強度や靭性を向上させる場合、Ｃｕ：０．０１〜２％、Ｎｉ：０．０１〜４％、Ｃｒ：０．０１〜２％、Ｍｏ：０．０１〜２％、Ｎｂ：０．００３〜０．１％、Ｖ：０．００３〜０．５％、Ｂ：０．０００４〜０．００４％、Ｃａ：０．０００１〜０．００６％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００６％、ＲＥＭ：０．０００１〜０．０２％の一種または二種以上を含有させる。
【００３２】
Ｃｕは強度を増加させる場合、０．０１％以上とする。２％を越えると熱間脆性により鋼板の表面性状を劣化させるため、含有させる場合は０．０１〜２％とする。
【００３３】
Ｎｉは強度を増加させ、靭性を向上させる場合、０．０１％以上とする。４％を越えると製品コストが上昇するため、含有させる場合は０．０１〜４％とする。
【００３４】
Ｃｒ，Ｍｏ
Ｃｒ，Ｍｏは強度を向上させる場合、いずれも０．０１％以上とする。それぞれ２％を越えて含有すると著しく靭性を劣化させるため、含有させる場合は０．０１〜２％とする。
【００３５】
Ｎｂ，Ｖ
Ｎｂ，Ｖは母材の強度と靭性を向上させる場合、いずれも０．００３％以上とする。Ｎｂは０．１％を越えると、Ｖは０．５％を越えると溶接ＨＡＺ部の靭性が著しく劣化するため、含有させる場合はＮｂは０．００３〜０．１％、Ｖは０．００３〜０．５％とする。
【００３６】
Ｂ
Ｂは強度を向上させる場合、０．０００４％以上含有させる。０．００４％を越えるとその効果が飽和するので、含有させる場合は０．０００４〜０．００４％とする。
【００３７】
Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭ
Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭは、鋼中のＳを固定して鋼板の靭性を向上させる場合、それぞれ０．０００１％以上含有させる。一方、Ｃａは０．００６％、Ｍｇは０．００６％、ＲＥＭは０．０２％を越えて含有させると鋼中の介在物量が増加して靭性を劣化させるため、含有させる場合はＣａは０．０００１〜０．００６％、Ｍｇは０．０００１〜０．００６％、ＲＥＭは０．０００１〜０．０２％とする。
【００３８】
本発明鋼板は、常法により、溶解、鋳造、熱間圧延し、所望の特性に応じて熱処理を施すことができ、製造条件を特に限定しない。
【００３９】
本発明鋼板をＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接で溶接する場合、所望する溶接部の機械的特性に適合するフラックス入りワイヤやソリッドワイヤが使用でき、特にフラックスの成分やワイヤの成分は規定しない。
【００４０】
溶接ビードの形状に優れるものを選定すると、よりビード形状が良好となり、溶接速度を上げることも可能で好ましい。また、溶接姿勢は特に限定しない。更に、母材表面がショットブラストまま、ショットブラスト後プライマ塗装されたり、黒皮ままであっても良く、母材の表面性状を限定しない。
【００４１】
本発明鋼板の成分組成を有する鋼は、用途に応じて、鋼管、形鋼などに加工することが可能である。
【００４２】
【実施例】
表１に示す化学成分の溶鋼を転炉で溶製し、ＲＨ脱ガス後、連続鋳造により板厚２６０ｍｍのスラブとした。その後、１０００〜１２００℃に再加熱後、７６０℃以上で熱間圧延し、板厚１６ｍｍの厚鋼板とした。熱間圧延後は空冷とした。
【００４３】
得られた厚鋼板の表面性状や、溶接条件を変えて種々の組合せで、溶接し、ビード形状、溶接欠陥の状態を観察した。
【００４４】
表面性状は、黒皮まま、ショットブラストまま、ショットブラスト後プライマ処理の３種類とした。溶接方法はＣＯ２溶接、Ａｒ＋２０％ＣＯ２ガスシールド溶接とし、ビードオンプレート溶接，水平隅肉溶接を行った。
【００４５】
図１はビード形状の判定方法を示し、接触角度とビード幅で良否を判定した。また、溶接欠陥はＪＩＳに規定されるＸ線試験法により観察されるブローホールの個数により良否を判定した。
【００４６】
表２にビード形状、溶接欠陥の観察結果を示す。本発明例であるＮｏ．１〜１９ではいずれも、ビード形状に優れ、溶接欠陥の少ない溶接部が得られた。一方、比較例２０〜２３ではビード形状に劣り、多数のブローホールが観察された。
【００４７】
【表１】
2005042154.tif 000002
【００４８】
【表２】
2005042154.tif 000003
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣＯ２溶接など高能率な溶接でも、優れたビード形状で溶接欠陥の少ない溶接部が得られ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接部ビード形状の良否の判定方法を説明する図。
【図１】
2005042154.tif 000004