(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっきを含めた溶接ワイヤの組成が質量比で
Ｃ:０．００５〜０．０７％、Ｓｉ:０．６５〜１．２％、Ｍｎ:１．７〜２．２％、Ｔｉ:０．１５〜０．３０％、Ｍｏ:０．１２〜０．２２％、Ｂ:０．００１０〜０．００２５％、Ｃｒ:０．３０％以下、Ｃｕ:０．５％以下を含み、残部が実質的にＦｅからなり、かつ下記（１）〜（７）式を満たすことを特徴とするガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。
ＤＥ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋Ｓｉ％／２４              （１）
ＡＥ＝Ｍｏ％／４＋Ｃｒ％／５＋Ｎｉ％／４０        （２）
０．３２＜（０．７×ＤＥ＋０．８×ＡＥ）          （３）
（ＤＥ＋ＡＥ）＜０．５０                          （４）
０．１＜ＡＥ／ＤＥ                                （５）
Ｐｃｍ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋Ｓｉ％／３０＋（Ｃｒ％＋Ｃｕ％）／２０＋Ｎｉ％／６０＋Ｍｏ％／１５＋５Ｂ％                      （６）
Ｐｃｍ＋７６０Ｂ％＜２．５                        （７）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、軟鋼、４９０及び５２０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼板のガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤに係り、特に高入熱高パス間温度で溶接された場合でも高強度、高靱性が選られるガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼構造物の溶接には、ガスシールドアーク溶接、とくに炭酸ガスシールドアーク溶接がもっとも一般的な溶接方法として広く用いられている。前記溶接では、従来から、溶接金属の靱性向上手段として、Ｔｉ−Ｂ系溶接材料の検討が行われている。例えば、特公昭４３−１２２５８号公報では、溶接ワイヤ中のＣ、Ｓｉ、ＭｎとＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＶの中の１種類以上を含有すると共にＢを添加した溶接ワイヤが開示されている。また、特公昭５５−１４９７９７号公報ではＣ、Ｓｉ、ＭｎとＴｉ、Ｍｏの１種類以上を含有するとともにＢを添加した溶接ワイヤが提案されている。
【０００３】
しかし、近年では溶接作業の効率化のために、高電流、高入熱高パス間温度条件で溶接が実施される傾向にある。このような高入熱高パス間温度条件下においては、溶接金属の強度が低下すともに衝撃特性も劣化するため、最近の溶接部の特性に対する要求の高度化に対応できる溶接材料の必要性が高くなっている。特に、近年では炭酸ガスシールドアーク溶接ではそのような要求が高く、高入熱高パス間温度条件において、好適な機械的特性を得ることが求められている。
【０００４】
このような高入熱高パス間温度条件に対応するために、特開平１０−２３０３８７号公報では、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓを含有し、ＢとＴｉの比率およびＢとＳの積を規制した溶接ワイヤが、特開平１１−９０６７８号公報ではＴｉ、Ｂ及びＡｌ、Ｚｒの１種類以上を含有し、さらにＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏを所定量含む溶接ワイヤが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は高入熱高パス間温度条件での機械的特性の改善には有効であるが、実用上、組み立て溶接や横向き溶接のような場合に求められる低入熱高パス間温度条件での溶接性に問題があった。すなわち、これら従来の溶接ワイヤは、高入熱高パス間温度条件での溶接が想定されていなかったため、実用上の作業効率を落とさず、連続的な溶接作業を続けたときに、溶接金属の硬さが大きくなり、靱性の劣化あるいは割れの発生を引き起こしていた。
【０００６】
本発明は、このような従来の溶接ワイヤにかかる問題点を解決することを目的とし、溶接作業の効率化のために必要な高入熱高パス間温度の溶接を行っても溶接金属の機械的強度を確保し、かつ組み立て溶接や横向き溶接のような低入熱条件の溶接を行っても溶接金属の硬さの増加を抑え、靱性の劣化あるいは割れの発生を防止できるガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤを提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ガスシールド溶接における高入熱高パス間温度条件での溶接の特徴、溶接金属の化学組成と低入熱溶接条件における靱性の劣化或いは割れの発生などについて総合的な検討を行い、高入熱高パス間温度の溶接条件および低入熱条件の双方に適応できる溶接ワイヤを得るためには、溶接時の溶融金属内で起こる脱酸反応によって溶融金属から部分的に離脱する元素の炭素当量への寄与、および溶接時の溶融金属から実質的に離脱しない元素の炭素当量への寄与を分離して成分調整することが重要であることに想到し、本発明を完成した。
【０００８】
具体的には、めっきを含めた溶接ワイヤの組成が質量比で、Ｃ：０．００５〜０．０７％、Si：０．６５〜１．２％、Ｍｎ：１．７〜２．２％、Ｔｉ：０．１５〜０．３０％、Ｍｏ：０．１２〜０．２２％、Ｂ：０．００１０〜０．００２５％、Ｃｒ：０．５０％以下、Ｃｕ：０．５％以下を含み、残部が実質的にＦｅからなり、下記式を満たすことを特徴とするガスシールドアーク溶接用溶接ワイヤ。
ＤＥ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋Ｓｉ％／２４            （１）
ＡＥ＝Ｍｏ％／４＋Ｃｒ％／５＋Ｎｉ％／４０      （２）
０．３２＜（０．７×ＤＥ＋０．８×ＡＥ）        （３）
（ＤＥ＋ＡＥ）＜０．５０                        （４）
０．１＜ＡＥ／ＤＥ                              （５）
Ｐｃｍ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋Ｓｉ％／３０＋（Ｃｒ％＋Ｃｕ％）／２０＋Ｎｉ％／６０＋Ｍｏ％／１５＋５Ｂ％                  （６）
Ｐｃｍ＋７６０Ｂ％＜２．５                    （７）
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を溶接ワイヤの組成限定理由を含めて具体的に説明する。
【００１０】
Ｃ：０．００５〜０．７％（％は質量比、以下同様）
溶接ワイヤに不可避的に含まれるＣは、溶接金属の強度を確保するのに必要であり、脱酸元素としての効果もある。０．００５％未満では溶接金属の強度が不足し、一方０．０７％を超えると溶接金属の靱性が低下する。このため０．００５％以上、０．０７％以下とした。
【００１１】
Ｓｉ：０．６５〜１．２％
Ｓｉは脱酸元素として、ガスシールドアーク溶接、とくに炭酸ガスシールドアーク溶接やＭＡＧ溶接時に使用する溶接ワイヤに不可欠な元素である。０．６５％未満では脱酸効果が不十分で、ブローホールが発生しやすい。一方、１．２％を超えると、溶接金属中の含有量が過多となり、靱性がかえって劣化する。このため０．６５％以上、１．０％以下の範囲で含有させる。
【００１２】
Ｍｎ：１．７〜２．２％
ＭｎはＳｉとともに脱酸元素として不可欠な元素であるだけでなく、溶接金属の機械的強度および靱性を確保させるために必須な元素である。１．７％未満では、溶接金属中での含有量が不足して十分な機械的強度、靱性を得ることができない。しかし、２．２％を超えて含まれると、溶接金属中での含有量が過多となり、靱性がかえって劣化する。このため１．７％以上、２．２％以下の範囲で含有させる。
【００１３】
Ｔｉ：０．１５〜０．３０％
Ｔｉは溶接ワイヤに用いて、比較的入熱の高いガスシールドアーク溶接を行う場合に、アークを安定させてスパッタを減少させ、またブローホールの発生を防止させる効果がある。また、溶接金属の靱性を向上させる効果がある。しかし、０．１５％未満ではこれらの効果に乏しく、一方０．３０％を超えると溶接ワイヤ素材の溶製上の問題により生産性が低下する。このため、その含有量は０．１５以上、０．３０％以下とする。
【００１４】
Ｂ：０．００１０〜０．０２５％
Ｂは、溶接金属組織の粗大なフェライト生成を抑制して組織を微細化し、靱性を向上させるのに有効な元素である。０．００１０％未満では、靱性を向上させる効果が不十分であり、一方、０．００２５％を超えて含有させても靱性改善効果には乏しく、むしろ高温割れが発生しやすくなる。このため、その含有量は０．００１０以上、０．０２５％以下とする。
【００１５】
Ｍｏ：０．１２〜０．２２％
Ｍｏは、大入熱のガスシールドアーク溶接を行う場合に、溶接金属の組織を微細化して靱性を向上させるのに不可欠な元素である。しかし、０．１２％未満ではその効果が乏しく、一方、０．２２％を超えると、溶接金属に低温変態組織が生成して溶接金属が硬化して靱性が劣化し、割れの発生が顕著となる。このためその含有量は、０．１２％以上、０．２２％以下とする。
【００１６】
Ｃｒ：０．３０％以下
Ｃｒは、大入熱のガスシールドアーク溶接を行う場合に、溶接金属の組織を微細化して、靱性を向上させるのに不可欠な元素である。０．３０％を超えると溶接金属に低温変態組織が生成して溶接金属が硬化して靱性の劣化させ、割れの発生が顕著となる。したがって、その含有量は０．３０％以下の範囲とする。なお、十分な効果を得るには０．０５％以上とするとよい。
【００１７】
Ｃｕ：０．５０％以下
Ｃｕは、溶接金属の焼入れ性を増し、またミクロ組織の固溶強化による強度確保の期待できるそせいであるが、多量に含まれると凝固割れ感受性を高まるため、０．５％以下とした。
【００１８】
これらの合金元素を除く残部は実質的にＦｅ（鉄）および不可避的不純物である。不可避的不純物としてはＣａ、Ｎなどがあり、これらはそれぞれ質量比で２０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ以下の範囲で許容できる。ただし、低入熱時の溶接金属の硬さの上昇を抑制するためには、それぞれ１０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ以下とするのが好ましい。
【００１９】
本発明においては、上記組成条件を満足するとともに、下記(１)式および(２)式で定義されるＤＥおよびＡＥが、下記（３）および（４）式を満たす必要がある。ここで、ＤＥは溶接時の溶融金属内で起こる脱酸反応により、溶融金属から一部が離脱する元素の溶接ワイヤ中の合計量であり、ＡＥは、溶接時の溶融金属から離脱しない元素の溶接ワイヤ中の合計量である。
ＤＥ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋Ｓｉ％／２４            （１）
ＡＥ＝Ｍｏ％／４＋Ｃｒ％／５＋Ｎｉ％／４０      （２）
０．３２＜（０．７×ＤＥ＋０．８×ＡＥ）        （３）
（ＤＥ＋ＡＥ）＜０．５０                        （４）
【００２０】
このうち、（３）式は高入熱高パス間温度条件で溶接した場合に溶接金属強度を確保するための条件であり、一方、（４）式は、低入熱条件の場合に溶接金属の硬さの増加を抑え、靱性の劣化或いは割れの発生を防止するための条件である。これらの条件は、何れもいわゆる炭素当量に関係する量であるが、本発明の場合は、これを溶接時に溶融金属内で起こる脱酸反応により溶融金属から部分的に離脱して減少する元素群とそうでない元素群に分け、上記式に表される形でこれら元素のバランスを図ったものである。
【００２１】
さらに、本発明では、
０．１＜ＡＥ／ＤＥ                              （５）
を満たすことが必要である。これにより、高入熱高パス間温度条件で溶接金属強度を確保することができる。高入熱高パス間温度条件では、積層法やウェービング幅などの条件によっては、溶融金属内で起こる脱酸反応により溶融金属から部分的に離脱する元素群が減少し、そのため溶接金属強度を安定して確保することが困難になる。
【００２２】
そこで、（５）式を満足させることにより、溶接時の溶融金属から離脱しない元素群の炭素当量の指標であるＡＥを、溶融金属から部分的に離脱する元素群の炭素当量の指標であるＤＥに対して十分大きくし、溶接金属強度を安定して確保するのである。なお、この場合において、上記ＡＥ／ＤＥの値を０．２未満とすれば、低入熱条件の場合に溶接金属硬さの増加を抑え、靱性の劣化あるいはそれに伴う割れの発生を防止できるので好ましい。
【００２３】
さらに、本発明では組立て溶接や横向き溶接のような低入熱での溶接性を確保するために、特に低入熱溶接時の溶接金属の硬さを上昇させるＢの含有量を（６）式および（７）式を満たすように制限する。
Ｐｃｍ＝Ｃ％＋Ｍｎ％／６＋Ｓｉ％／３０＋（Ｃｒ％＋Ｃｕ％）／２０＋Ｎｉ％／６０＋Ｍｏ％／１５＋５Ｂ％                      （６）
Ｐｃｍ＋７６０Ｂ％＜２．５                        （７）
【００２４】
一般に溶接金属の硬さに及ぼす化学組成の影響はＰｃｍで評価されるが、本発明のような高入熱高パス間温度に対応した溶接ワイヤを用いて低入熱の溶接を行った場合、Ｂの影響が顕著となる。そこで（７）式によって規定される条件を設け、低入熱時に起こる溶接金属の硬さの上昇を押さえ、靭性の劣化およびそれに由来する割れの発生を回避するのである。
【００２５】
【実施例】
表１に示す化学組成を有する鋼を溶製し、鍛造、圧延、めっき及び巻取りの各工程を経て溶接用鋼ワイヤを製造した。これらのワイヤを用い、表２に示す組成を有し、引張強度５００ＭＰａ級鋼板に対して表３に示す溶接条件で炭酸ガスシールドアーク溶接を行って溶接継手とした。開先形状は図１（溶接条件Ａ：高入熱高パス間温度条件のとき）及び図２（溶接条件Ｂ：低入熱溶接件のとき）であった。
【００２６】
上記により得られた溶接継手の溶接部から溶接金属を含む試験片を採取し、引張強度及びビッカース硬度Ｈｖを測定した。なお、引張強度を測定するための試験片は、溶接継手より加工したＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定するＡ１号丸棒試験片とし、ビッカース硬度は荷重９８Ｎで溶接金属部を０．５ｍｍ間隔で連続して５点測定し、その平均値とした。
【００２７】
【表１】
0003862213.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003862213.tif 000003
【００２９】
【表３】
0003862213.tif 000004
【００３０】
得られた測定結果を表４に示す。本発明の条件を満たす場合（試験番号Ｎｏ．１〜５）、溶接金属の引張強度が高入熱高パス間温度条件で必要な５００ＭＰａを満たし、かつ溶接金属の硬さが低入熱溶接条件で必要なビッカース硬さで３２０以下であった。これにより、本発明の条件を満たせば、高入熱高パス間温度溶接を行っても、溶接部の機械的な強度を確保でき、かつ低入熱溶接を行っても、溶接部靭性の劣化あるいは割れの発生を防止できることが確認できた。
【００３１】
これに対し、本発明の条件を満たさない場合は何れも引張強度あ又はビッカース強度の必要条件を満たさない。すなわち、試験番号６、９及び１０の場合は、溶接金属の引張強度は５００ＭＰａ以上であるが、ビッカース硬さが３２０を超えている。また、試験番号７及び８の場合は、ビッカース硬さは３２０以下であるが引張強度が５００ＭＰａ以下である。
【００３２】
【表４】
0003862213.tif 000005
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、高入熱高パス間温度の溶接条件において十分な強度の溶接金属が得られ、また低入熱の溶接条件においても溶接金属の硬さの上昇を抑え、靭性の劣化さらにはそれに基づく割れの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  表３に示す溶接条件Ａによって溶接試験を行うときの開先形状を示す断面図である。
【図２】  表３に示す溶接条件Ｂによって溶接試験を行うときの開先形状を示す断面図である。
【図１】
0003862213.tif 000006
【図２】
0003862213.tif 000007