JP3283763B2 - 高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属及びサブマージアーク溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度Ｃｒ−Ｍｏ
鋼（Ｃｒ：２．００乃至３．２５重量％、Ｍｏ：０．９
０乃至１．２０重量％）の溶接に使用され、特に、Ｃｒ
及びＭｏの他にＶを必須成分として含有し、更に必要に
応じて、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ及びＣａ等を含有する高強度Ｃ
ｒ−Ｍｏ鋼の溶接に有効な高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金
属及びサブマージアーク溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２．２５〜３％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼は高温
特性に優れているため、ボイラー及び化学反応容器等の
高温高圧環境下において使用される材料として、従来よ
り広く適用されている。これらの構造物は大型厚肉のも
のが多く、その溶接には主に、溶接効率が良いサブマー
ジアーク溶接が採用されている。近時、設備の高効率操
業を図るため、操業条件がより一層高温高圧化される傾
向にあるので、従来鋼を使用する場合、更に一層溶接構
造物が厚肉となり、実用的でなくなる。従って、高温高
圧条件下においても構造物の厚肉化を抑制するために、
Ｖを添加した高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼又はＶ及びＮｂ等を添
加した高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼が開発されている。

【０００３】溶接材料についても、室温及び高温強度、
靱性、クリープ強度、耐焼戻し脆化特性（高温環境での
使用中に脆化が少ないこと）、耐高温割れ性（凝固時の
割れが生じ難いこと）、耐低温割れ性（水素による遅れ
破壊が生じ難いこと）、及び耐ＳＲ割れ性（析出時効に
よる粒界割れが生じ難いこと）に関して、従来より優れ
たものが要求されてきている。特に、Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶
接構造物に対しては、ＳＲ（応力除去焼鈍）を施すこと
が必要とされており、高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼溶接構造物の
大型厚肉化が進むにつれて残留応力が増大する。従っ
て、析出時効による粒界割れ、いわゆるＳＲ割れの発生
が今後の大きな問題となっている。

【０００４】ところで、高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼溶接構造物
の溶接金属に要求される特性において、特に、ＳＲ後の
靱性及び耐焼戻し脆化特性に対しては、溶接金属を低酸
素化することにより改善することができる。例えば、溶
接金属中のＳｉ含有量を０．１０重量％以上にすること
により酸素量が低下して、靱性が向上することは公知で
ある（特開昭６１−７１１９６号公報）。

【０００５】また、溶接金属中の酸素量を３００重量ｐ
ｐｍ以下にすることにより、ｖＥ（短時間ＳＲ後の靱
性）ばかりでなく、ｖＥ＋ＳＣ（加速脆化処理後の靱
性）をも大きく改善することができる（特開平１−２１
０１９３号、特開平１−２７１０９６号公報）。

【０００６】また、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃａ
Ｆ₂ 、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂ 、ＭｎＯ及びＺｒ
Ｏ₂ を夫々重量％で［ＭｇＯ］、［ＢａＯ］、［Ｃａ
Ｏ］、［ＣａＦ₂ ］、［ＳｉＯ₂ ］、［Ａｌ₂Ｏ₃］、
［ＴｉＯ₂ ］、［ＭｎＯ］及び［ＺｒＯ₂ ］と表すと、
塩基度ＢＬは（［ＭｇＯ］＋［ＢａＯ］＋［ＣａＯ］＋
［ＣａＦ₂ ］）／（［ＳｉＯ₂ ］＋［Ａｌ₂Ｏ₃］＋［Ｔ
ｉＯ₂ ］＋［ＭｎＯ］＋［ＺｒＯ₂ ］）によって表すこ
とができる。この塩基度ＢＬが２．３以上である焼成型
フラックスを使用すると、溶接金属中の酸素量を低くコ
ントロールでき、靱性が向上できることが提案されてお
り（特開平２−１８２３７８号公報）、更に、ソリッド
ワイヤと特定の組成を有する焼結型フラックスとを採用
することにより、溶接金属中の酸素の含有量を０．０３
０重量％以下にすることが可能となり、良好な靱性を有
する溶接金属を得ることができることも公知である（特
公平４−７９７５２号）。

【０００７】このように、溶接金属中の酸素含有量を低
下させることにより、ＳＲ後の靱性及び耐焼戻し脆化特
性が改善できることは明らかである。しかしながら、こ
れらの方法により形成される溶接金属は、いずれも、耐
ＳＲ割れ性が低いものであった。

【０００８】一方、高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼溶接金属中の酸
素量を多くすると、粒界に沿って緻密な組織が析出して
粒界面積が増加し、低酸素溶接金属よりも耐ＳＲ割れ性
が優れた溶接金属が得られることが提案されている（特
開平６−３２８２９２号公報）。この従来技術において
は、酸素量を０．０３０乃至０．０６０重量％とするこ
とで耐ＳＲ割れ性を改善し、酸素量増加に伴う靱性の低
下に対しては、溶接金属中の炭素含有量及びＭｎ含有量
を最適化することにより解決している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高強度
Ｃｒ−Ｍｏ鋼溶接金属中の酸素含有量を０．０３０乃至
０．０６０重量％とすると、溶接施工時の条件等の変動
によっては、靱性がやや不安定になるという問題点があ
る。また、溶接構造物が更に一層大型厚肉化された場合
には、耐ＳＲ割れ性が不十分となるという問題点もあ
る。このように、溶接金属中の酸素量を最適化するのみ
では、靱性と耐ＳＲ割れ性との双方を向上させることが
できるような高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属を形成する
ことはできない。前述の如く、溶接金属中の酸素含有量
を０．０３０重量％未満にすると、靱性は向上するが、
耐ＳＲ割れ性が大きく低下し、実用的な溶接金属を形成
できない。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、靱性が安定して優れていると共に、耐ＳＲ
割れ性が優れている高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属及び
サブマージアーク溶接方法を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高強度Ｃｒ
−Ｍｏ鋼の溶接金属は、ソリッドワイヤとボンドフラッ
クスとの組み合せによるサブマージアーク溶接によって
形成される溶接金属において、Ｃ：０．０４乃至０．１
４重量％、Ｓｉ：０．０５乃至０．４０重量％、Ｍｎ：
０．５０乃至１．３０重量％、Ｃｒ：２．００乃至３．
２５重量％、Ｍｏ：０．９０乃至１．２０重量％、Ｖ：
０．０５乃至１．００重量％及びＮ：０．０１５重量％
以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からな
り、不可避的不純物のうち、Ｐ：０．０１０重量％以
下、Ｎｉ：０．４０重量％以下、Ａｌ＋Ｔｉ：０．０１
８重量％以下、Ｓ：０．０１０重量％以下、Ｓｎ：０．
０１０重量％以下、Ａｓ：０．０１０重量％以下、Ｓ
ｂ：０．０１０重量％以下及びＯ：０．０４５重量％未
満に規制され、６２５℃の温度で１０時間の応力除去焼
鈍を施した後の溶接金属原質部のみから電解抽出により
採取した残渣には、Ｖが６５重量％以下含有されている
と共に、前記残渣中の（Ｆｅ含有量／Ｃｒ含有量）が
２．０以下であることを特徴とする。

【００１２】前記残渣には、Ｆｅが３５重量％以下、Ｖ
が１０重量％以上含有されていることが好ましい。

【００１３】また、前記溶接金属中には、Ｎｂ：０．０
３５重量％以下、Ｗ：２．００重量％以下及びＣｏ：
１．００重量％以下からなる群から選択された少なくと
も１種の元素を含有することが好ましく、更に、Ｚｒ：
０．０３５重量％以下、Ｈｆ：０．０７０重量％以下及
びＴａ：０．０７０重量％以下からなる群から選択され
た少なくとも１種の元素を含有することが望ましい。ま
た、溶接金属中には、Ｂ：０．００１乃至０．０１５重
量％を含有することが好ましい。

【００１４】更にまた、溶接金属中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、
Ｐ、Ｏ、Ｖ及びＣｒの含有量を重量％で、夫々［Ｃ］、
［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｐ］、［Ｏ］、［Ｖ］及び［Ｃ
ｒ］と表すと、数式（ＰＮ＝１００×［Ｃ］＋１０×
［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋５００×［Ｐ］−５０×［Ｏ］−
（１／５）×［Ｖ］／［Ｃ］−（１／１０）×［Ｃｒ］
／［Ｃ］）によって算出されるＰＮが５．０乃至１０．
０であることが好ましい。

【００１５】本発明に係る高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼のサブマ
ージアーク溶接方法は、高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼をソリッド
ワイヤとボンドフラックスとの組み合せによってサブマ
ージアーク溶接する溶接方法において、前記ソリッドワ
イヤは、Ｃ：０．０５乃至０．１５重量％、Ｍｎ：０．
７０乃至１．６０重量％、Ｃｒ：２．００乃至３．８０
重量％、Ｍｏ：０．９０乃至１．２０重量％を含有し、
Ｓｉ：０．４０重量％以下に規制されており、前記ボン
ドフラックスは、ＳｉＯ₂ ：５乃至２０重量％、Ｍｇ
Ｏ：２０乃至４０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：５乃至２５重量
％、Ｆ（金属フッ化物からの換算値）：２．４乃至１２
重量％、ＣＯ₂ （金属炭酸塩からの換算値）：３乃至１
２重量％を含有し、溶接入熱が２０乃至５０ｋＪ／ｃｍ
でサブマージアーク溶接することにより、前記溶接金属
を形成することを特徴とする。

【００１６】このとき、予熱・パス間温度を２２５乃至
３５０℃とすることが望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本願発明者等が上記の課題を解決
すべく、鋭意実験研究を重ねた結果、溶接金属の組成を
適切に規定すると共に、ＳＲ条件を調整して溶接金属の
組織を最適化することにより、溶接金属中の酸素量を増
加させることなく、靱性が安定して優れ、耐ＳＲ割れ性
が優れている高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属を得ること
ができることを見い出した。

【００１８】本願発明者等は、先ず、ＳＲ割れの原因に
ついて調査した。ＳＲ時には、旧オーステナイト粒内に
ＭＣ炭化物が微細に析出して、粒内を強化する。なお、
ＭＣ炭化物とは、Ｍ（金属元素）とＣ（炭素）との化合
物をいい、Ｍは主にバナジウム（Ｖ）である。一方、旧
オーステナイト粒界にはセメンタイトがネットワーク状
に析出することによって、旧オーステナイト粒界の靱性
及び強度を低下させる。これらのことから、ＳＲ時に粒
内強度と粒界強度との間に差が生じることにより、ＳＲ
割れが発生することを見い出した。

【００１９】従って、溶接金属中の旧オーステナイト粒
界にセメンタイトが多量に析出されても、粒内にＭＣ炭
化物が多量に析出されても、この溶接金属の耐ＳＲ割れ
性は低下する。即ち、粒界に析出されるセメンタイト量
と、粒内に析出されるＭＣ量のバランスによって、耐Ｓ
Ｒ割れ性が決定される。そこで、耐ＳＲ割れ性を向上さ
せるためには、旧オーステナイト粒内に析出されるＭＣ
炭化物量を多くすることなく、旧オーステナイト粒界に
析出されるセメンタイトを低減することができればよ
い。即ち、溶接金属中の酸素量を低減させた状態で（靱
性を確保した状態で）、セメンタイトの析出量が少ない
旧オーステナイト粒界を有する溶接金属組織にすること
により、靱性が安定して優れていると共に、耐ＳＲ割れ
性が優れた高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属を得ることが
できる。

【００２０】そこで、次に、本願発明者等は、ＳＲ処理
時にセメンタイトの析出量が少ない旧オーステナイト粒
界を有する溶接金属を得るための方法を研究した。その
結果、ＳＲ処理条件を一定にすると、セメンタイトの生
成は溶接金属中のＣｒ活量及びＣ活量によって決定さ
れ、Ｃｒ活量が高くなるにつれて、又はＣ活量が低下す
るにつれて、ＳＲ時のセメンタイトの生成が抑制される
ことを見い出した。更に、Ｃｒ活量を高めるか又はＣ活
量を低下させると共に、他の機械的特性を低下させない
特性を有する元素として、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ及
びＴａを使用することができることを見い出した。Ｖ含
有量が増加すると、ＭＣ炭化物の析出が促進されて粒内
強度が向上するため、粒界強度と粒内強度との差が大き
くなり、靱性も低下するので好ましくない。

【００２１】また、本願発明者等は、セメンタイトの生
成は溶接金属成分のみによって決定されるものではない
ことも見い出した。溶接金属成分を一定にすると、ＳＲ
処理温度を高温にすることによっても、セメンタイトの
析出を抑制することができる。

【００２２】次いで、本願発明者等は耐ＳＲ割れ性が優
れた溶接金属組織を定量的に表現する方法について研究
した。ＳＲ後の溶接金属中に析出される炭化物の種類に
は、ＭＣ、セメンタイト、Ｍ_７Ｃ_３及びＭ_２３Ｃ_６があ
る。セメンタイト、Ｍ_７Ｃ_３及びＭ_２３Ｃ_６は、主に、
Ｆｅ及びＣｒにより構成されている。そこで、これらの
炭化物のＦｅ及びＣｒの構成比率を調査すると、セメン
タイトはＦｅの比率が高く、Ｍ_７Ｃ_３及びＭ_２３Ｃ_６は
Ｃｒの比率が高いことを見い出した。従って、この特性
を利用し、６２５℃の温度で１０時間の応力除去焼鈍を
施した後の溶接金属原質部のみから電解抽出により採取
した残渣はその殆どが炭化物であるので、その残渣のＦ
ｅとＣｒとの含有比を調整することによって、耐ＳＲ割
れ性を確保するために必要なセメンタイトの限界析出量
を定量的に決定することができる。即ち、ＳＲ処理後の
溶接金属中に析出している全炭化物中のセメンタイトの
量は、溶接金属中の炭化物を電解抽出により残渣として
抽出し、この残渣中のＦｅとＣｒの組成比で表すことが
できる。

【００２３】これらのことから、耐ＳＲ割れ性が劣って
いる溶接金属組織はセメンタイトの析出量が多く、耐Ｓ
Ｒ割れ性が優れている溶接金属組織はセメンタイト以外
の炭化物（Ｍ₇Ｃ₃及びＭ₂₃Ｃ₆）の析出量が多いものと
なる。従って、抽出残渣中のＦｅとＣｒとの比（Ｆｅ／
Ｃｒ）が小さいほど、耐ＳＲ割れ性が優れた溶接金属を
得ることができる。更に、セメンタイトの主要成分であ
るＦｅの量を規制することによっても、耐割れ性が優れ
た溶接金属を得ることができる。

【００２４】一方、ＭＣ炭化物が溶接金属中に過剰に析
出しすぎても、析出量が少なくても、耐ＳＲ割れ性が低
下するが、ＭＣ炭化物はその殆どがバナジウム（Ｖ）で
構成されているので、抽出残渣中のＶ量を規定すること
により、ＭＣ炭化物の析出量を調整することができる。
即ち、抽出残渣中のＶ量が粒内を強化しているＭＣ量を
表しているので、抽出残渣中のＶ量を規定することによ
り、粒内強化ＭＣ量を規定することができる。

【００２５】本願発明者等は、更に、サブマージアーク
溶接に使用するソリッドワイヤ及びボンドフラックスの
化学組成と溶接金属中の炭素含有量及びＶ含有量を適切
に選択すると共に、溶接条件中の溶接入熱及び予熱・パ
ス間温度を適切に設定することにより、溶接金属の耐Ｓ
Ｒ割れ性を改善することができることを見い出した。

【００２６】以下、本発明における溶接金属中の特定成
分の組成限定理由について説明する。

【００２７】溶接金属中のＣ（炭素）含有量：０．０４
乃至０．１４重量％ Ｃは焼入れ硬化性に大きな影響を及ぼし、室温及び高温
強度並びに靱性を確保する上で重要な元素である。溶接
金属中のＣ含有量が０．０４重量％未満であると、強度
等が低下する。一方、溶接金属中のＣ含有量が０．１４
重量％を超えると強度が高くなりすぎて靱性が著しく低
下する。従って、溶接金属中のＣ含有量は０．０４乃至
０．１４重量％とする。好ましくは、Ｃ含有量は０．０
７乃至０．１１重量％である。

【００２８】溶接金属中のＳｉ（ケイ素）含有量：０．
０５乃至０．４０重量％ Ｓｉは脱酸効果があり、酸素量をコントロールする効果
を有する。溶接金属中のＳｉ含有量が０．０５重量％未
満であると、この効果が低下する。一方、Ｓｉ含有量が
０．４０重量％を超えると、耐焼戻し脆化特性及び耐Ｓ
Ｒ割れ性が低下する。また、強度が高くなりすぎて靱性
の低下の原因ともなる。従って、溶接金属中のＳｉ含有
量は、０．０５乃至０．４０重量％とする。好ましく
は、Ｓｉ含有量は０．１０乃至０．３０重量％である。

【００２９】溶接金属中のＭｎ（マンガン）含有量：
０．５０乃至１．３０重量％ ＭｎはＣと同様に、高温強度及び靱性を向上させる効果
を有する。また、酸素量をコントロールする作用をも有
している。溶接金属中のＭｎ含有量が０．５０重量％未
満であると強度や靱性が不十分となる。またＭｎ含有量
が１．３０重量％を超えるとクリープ強度、耐焼戻し脆
化特性及び耐ＳＲ割れ性が低下する。従って、溶接金属
中のＭｎ含有量は０．５０乃至１．３０重量％とする。
好ましくは、Ｍｎ含有量は０．９０乃至１．２０重量％
である。

【００３０】溶接金属中のＣｒ（クロム）含有量：２．
００乃至３．２５重量％、溶接金属中のＭｏ（モリブデ
ン）含有量：０．９０乃至１．２０重量％ Ｃｒ及びＭｏは、高強度２．２５〜３％Ｃｒ−１％Ｍｏ
鋼の基本成分である。溶接金属中のＣｒ含有量が２．０
０重量％未満若しくは３．２５重量％を超える場合、又
は溶接金属中のＭｏ含有量が０．９０重量％未満若しく
は１．２０重量％を超える場合においても本発明の効果
は認められるが、実際には対象とする高温環境下では使
用されない母材成分範囲である。従って、溶接金属中の
Ｃｒ含有量は２．００乃至３．２５重量％とし、Ｍｏ含
有量は０．９０乃至１．２０重量％とする。好ましくは
Ｃｒ含有量が２．３０乃至３．２５重量％であり、Ｍｏ
含有量が０．９５乃至１．１０重量％である。

【００３１】溶接金属中のＶ（バナジウム）含有量：
０．０５乃至１．００重量％ ＶはＣｒ活量を高め、Ｃ活量を低くする元素の１つであ
り、セメンタイトの析出抑制効果を有するが、Ｖ含有量
が過剰であるとＭＣ炭化物が多量に析出し、靱性を低下
させる。また、Ｖ含有量が少なすぎると、クリープ強度
が低下する。溶接金属中のＶ含有量が０．０５重量％未
満であると、クリープ強度が低下する。一方、溶接金属
中のＶ含有量が１．００重量％を超えると、他の成分調
整及びＳＲ処理条件の変更によっては、ＭＣ炭化物が多
量に析出して、溶接金属の靱性を低下させる。従って、
溶接金属中のＶ含有量は０．０５乃至１．００重量％と
する。好ましくはＶ含有量は０．２５乃至０．７０重量
％である。

【００３２】溶接金属中のＮ（窒素）含有量：０．０１
５重量％以下 Ｎはクリープ強度を向上させる効果を有する。しかしな
がら、溶接金属中のＮ含有量が０．０１５重量％を超え
ると靱性が低下する。従って、溶接金属中のＮ含有量は
０．０１５重量％以下となるように規制する。好ましく
はＮ含有量は０．００３乃至０．０１０重量％である。

【００３３】溶接金属中のＰ（リン）含有量：０．０１
０重量％以下 Ｐは粒界に偏析し、粒界強度を低下させる元素である。
溶接金属中のＰ含有量が０．０１０重量％を超えると、
粒界強度が低下し、ＳＲ割れが発生する危険性が高くな
る。また、Ｐが粒界に偏析することにより、耐焼戻し脆
化特性が低下する。従って、溶接金属中のＰ含有量は
０．０１０重量％以下とする。好ましくは、Ｐ含有量は
０．００５重量％以下となるように規制する。

【００３４】溶接金属中のＯ（酸素）含有量：０．０４
５重量％未満 Ｏは焼き入れ性を低下させると共に、耐ＳＲ割れ性を向
上させる効果を有する。しかしながら、溶接金属中のＯ
含有量が０．０４５重量％以上であると、溶接金属の靱
性が不安定になる。特に、Ｖを積極的に添加した溶接金
属においては、低酸素化することによって靱性を安定化
する効果が高くなる。従って、溶接金属中のＯ含有量が
０．０４５重量％未満になるように規制する。好ましく
はＯ含有量は０．０２０乃至０．０３５重量％である。

【００３５】溶接金属中のＳ（硫黄）含有量：０．０１
０重量％以下、Ｓｎ（スズ）含有量：０．０１０重量％
以下、Ａｓ（ヒ素）含有量：０．０１０重量％以下、Ｓ
ｂ（アンチモン）含有量：０．０１０重量％以下 溶接金属中に不可避的に混入する元素として、前記Ｐ、
Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯの他に、Ｓ、Ｓｎ、Ａｓ及びＳ
ｂ等がある。これらの含有量が高いとＳＲ割れ及び焼戻
し脆化が発生する原因となる。従って、不可避的不純物
として含有される溶接金属中のＳ、Ｓｎ、Ａｓ及びＳｂ
の含有量は夫々０．０１０重量％以下になるように規制
する。好ましくは、Ｓ、Ｓｎ、Ａｓ及びＳｂの含有量は
夫々０．００５重量％以下である。

【００３６】溶接金属中のＮｉ（ニッケル）含有量：
０．４０重量％以下 Ｎｉは焼戻し脆化を促進する作用を有し、特に、溶接金
属中のＮｉ含有量が０．４０重量％を超えると、その促
進効果が顕著になる。従って、溶接金属中のＮｉ含有量
は０．４０重量％以下とし、好ましくはＮｉ含有量は
０．１０重量％以下となるように規制する。

【００３７】溶接金属中のＡｌ（アルミニウム）＋Ｔｉ
（チタン）含有量：０．０１８重量％以下 Ａｌ及びＴｉは靱性を低下させる作用を有し、特に、溶
接金属中のＡｌ及びＴｉ含有量の合計が０．０１８重量
％を超えると、靱性の低下が顕著になる。従って、溶接
金属中のＡｌ含有量及びＴｉ含有量の合計は０．０１８
重量％以下とし、好ましくはＡｌ含有量及びＴｉ含有量
の合計は０．０１０重量％未満となるように規制する。

【００３８】６２５℃の温度で１０時間のＳＲ処理を施
した溶接金属原質部のみから電解抽出により採取した残
渣中のＦｅ（鉄）とＣｒ（クロム）との重量比、（Ｆ
ｅ）／（Ｃｒ）：２．０以下 ＳＲ処理後の溶接金属原質部から電解抽出により採取し
た残渣中のＦｅとＣｒとの重量比の規定は、本発明にお
いて最も重要なものである。この（Ｆｅ）／（Ｃｒ）
は、溶接金属成分及びＳＲ処理条件等により変化する。
本発明においては、溶接金属に６２５℃の温度で１０時
間のＳＲ処理を施し、溶接金属原質部のみから試料を加
工し、電解抽出により採取した残渣中のＦｅ含有量（Ｆ
ｅ）とＣｒ含有量（Ｃｒ）とにより、（Ｆｅ）／（Ｃ
ｒ）を算出するものとする。（Ｆｅ）／（Ｃｒ）が２．
０以下である場合には、旧オーステナイト粒界に析出さ
れるセメンタイトが少なく、旧オーステナイト粒界の靱
性が著しく悪化することはなくなるので、耐ＳＲ割れ性
が向上する。一方、（Ｆｅ）／（Ｃｒ）が２．０を超え
ると、旧オーステナイト粒界に析出されるセメンタイト
量が多くなり、旧オーステナイト粒界の強度を低下させ
るので、耐ＳＲ割れ性が低下する。従って、６２５℃の
温度で１０時間の熱処理を施した溶接金属原質部のみか
ら電解抽出により採取した残渣中のＦｅとＣｒとの重量
比（Ｆｅ）／（Ｃｒ）は２．０以下とする。好ましく
は、０．５乃至１．０である。

【００３９】６２５℃の温度で１０時間のＳＲ処理を施
した溶接金属原質部のみから電解抽出により採取した残
渣中のＶ含有量：６５重量％以下 このＳＲ処理後の溶接金属原質部から電解抽出により採
取した残渣中のＶ含有量の規定も、本発明において重要
なものである。このＳＲ処理条件は、前述のＦｅとＣｒ
との重量比を規定した条件と同様とする。抽出残渣中の
Ｖ含有量は、ＭＣ炭化物の析出量を表しており、これが
大きくなると、ＭＣ炭化物による粒内強化が大きくな
る。抽出残渣全重量あたりの抽出残渣中のＶ含有量が６
５重量％を超えると、粒内強度が著しく上昇するので、
耐ＳＲ割れ性が悪くなると共に、靱性が低下する。従っ
て、６２５℃の温度で１０時間の熱処理を施した溶接金
属原質部のみから電解抽出により採取した残渣中のＶ含
有量は、抽出残渣全重量あたり、６５重量％以下とす
る。

【００４０】６２５℃の温度で１０時間のＳＲ処理を施
した溶接金属原質部のみから電解抽出により採取した残
渣中のＦｅ（鉄）含有量：３５重量％以下、Ｖ（バナジ
ウム）含有量：１０重量％以上 前述の如く、溶接金属に６２５℃の温度で１０時間のＳ
Ｒ処理を施し、溶接金属原質部のみから電解抽出により
採取した残渣中のＦｅとＣｒとの重量比及びＶ含有量を
規定することによって、耐ＳＲ割れ性及び靱性を向上さ
せることができる。本発明においては、更に、これと同
一の条件において、Ｆｅ含有量を３５重量％以下及びＶ
含有量を１０重量％以上に規制すると、更に一層好まし
い。ＦｅはＳＲ割れの主原因である析出物セメンタイト
の主成分であるので、このＦｅを規制することにより、
セメンタイトの析出を抑制することが可能となる。抽出
残渣全重量あたりの抽出残渣中のＦｅ含有量が３５重量
％を超えると、セメンタイトの析出を抑制することがで
きなくなる。従って、６２５℃の温度で１０時間の熱処
理を施した溶接金属原質部のみから電解抽出により採取
した残渣中のＦｅ含有量は、抽出残渣全重量あたり、３
５重量％以下とすることが好ましい。

【００４１】前述の如く、ＶはＭＣ炭化物の形で粒内に
析出され、粒内強度を大きくするが、Ｖ含有量が減少す
ると、ＭＣ炭化物で固定すべきＣ（炭素）が余り、セメ
ンタイトの析出を増大させる結果となる。抽出残渣全重
量あたりの抽出残渣中のＶ含有量が１０重量％未満であ
ると、セメンタイトの析出量が増大して、耐ＳＲ割れ性
が低下する。従って、６２５℃の温度で１０時間の熱処
理を施した溶接金属原質部のみから電解抽出により採取
した残渣中のＶ含有量は、抽出残渣全重量あたり、１０
重量％以上とすることが好ましい。

【００４２】溶接金属中のＮｂ（ニオブ）含有量：０．
０３５重量％以下、Ｗ（タングステン）含有量：２．０
０重量％以下、Ｃｏ（コバルト）含有量：１．００重量
％以下 Ｎｂ、Ｗ及びＣｏは、少なくとも１種を溶接金属中に添
加することにより、Ｖを単独で添加する場合と比較し
て、更に一層、室温及び高温強度並びにクリープ強度を
向上させることができる。しかしながら、Ｎｂが０．０
３５重量％を超えるか、Ｗが２．００重量％を超える
か、又は、Ｃｏが１．００重量％を超えると、強度が高
くなりすぎて靱性が低下する。従って、溶接金属中にＮ
ｂ、Ｗ又はＣｏを添加する場合は、Ｎｂが０．０３５重
量％以下、Ｗが２．００重量％以下及びＣｏが１．００
重量％以下の範囲で溶接金属中に含有されることが望ま
しい。より好ましくは溶接金属中のＮｂ含有量は０．０
０５乃至０．０２０重量％であり、Ｗ含有量は０．０５
乃至１．００重量％、Ｃｏ含有量は０．０１乃至０．５
０重量％である。

【００４３】溶接金属中のＺｒ（ジルコニウム）含有
量：０．０３５重量％以下、Ｈｆ（ハフニウム）含有
量：０．０７０重量％以下、Ｔａ（タンタル）含有量：
０．０７０重量％以下 Ｚｒ、Ｈｆ及びＴａは、少なくとも１種を溶接金属中に
添加することにより、更に一層耐ＳＲ割れ性を改善する
効果を得ることができる。Ｚｒ、Ｈｆ及びＴａはＣｒ活
量を高め、Ｃ活量を低くする元素であり、セメンタイト
の析出が著しく抑制されるので、耐ＳＲ割れ性を改善す
ることができる。しかしながら、Ｚｒが０．０３５重量
％を超えるか、Ｈｆが０．０７０重量％を超えるか、又
はＴａが０．０７０重量％を超えると、強度が高くなり
すぎて靱性が低下する。従って、溶接金属中にＺｒ、Ｈ
ｆ又はＴａを添加する場合は、Ｚｒが０．０３５重量％
以下、Ｈｆが０．０７０重量％以下及びＴａが０．０７
０重量％以下の範囲で溶接金属中に含有されることが望
ましい。より好ましくは溶接金属中のＺｒ含有量は０．
０１乃至０．０２重量％であり、Ｈｆ含有量は０．０１
乃至０．０２重量％、Ｔａ含有量は０．０２乃至０．０
４重量％である。

【００４４】溶接金属中のＢ（ホウ素）含有量：０．０
０１乃至０．０１５重量％ Ｂは溶接金属の靱性を安定化させる効果を有する。溶接
金属中のＢ含有量が０．００１重量％未満であると、靱
性を安定化させる効果が認められない。一方、溶接金属
中のＢ含有量が０．０１５重量％を超えると、逆に、溶
接金属の強度が高くなりすぎて、靱性の低下を招くだけ
でなく、溶接時の高温割れ感受性が高くなる。従って、
溶接金属中のＢ含有量は０．００１乃至０．０１５重量
％とする。好ましくは、Ｂ含有量は０．００３乃至０．
０１０重量％である。

【００４５】溶接金属中の特定成分（重量％）から算出
されるＰＮ：５．０乃至１０．０ 溶接金属中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｏ、Ｖ及びＣｒの含
有量から、下記数式１によって算出されるＰＮが、５．
０乃至１０．０の範囲であると、ＳＲ後の強度及び靱性
と耐ＳＲ割れ性とがバランスよく向上し、良好な溶接金
属が得られる。但し、数式１において、例えば［Ａ］は
溶接金属中のＡ成分の重量％を示す。

【００４６】

【数１】ＰＮ＝１００×［Ｃ］＋１０×［Ｓｉ］＋［Ｍ
ｎ］＋５００×［Ｐ］−５０×［Ｏ］−（１／５）×
［Ｖ］／［Ｃ］−（１／１０）×［Ｃｒ］／［Ｃ］ 次に、本発明に係る高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼のサブマージア
ーク溶接方法におけるソリッドワイヤ及びボンドフラッ
クス中の成分限定理由について説明する。

【００４７】ソリッドワイヤ中のＣ（炭素）含有量：
０．０５乃至０．１５重量％ 前述の如く、Ｃは溶接金属の室温及び高温強度、クリー
プ強度及び靱性を確保するために添加するものであり、
溶接金属中のＣ含有量を０．０４乃至０．１４重量％に
するために、ソリッドワイヤ中のＣ含有量を制限する必
要がある。従って、ソリッドワイヤ中のＣ含有量は０．
０５乃至０．１５重量％とする。好ましくは、Ｃ含有量
は０．０８乃至０．１３重量％である。

【００４８】ソリッドワイヤ中のＳｉ（ケイ素）含有
量：０．４０重量％以下 前述の如く、Ｓｉは脱酸効果を有しているので、溶接金
属中のＳｉ含有量を０．０５乃至０．４０重量％にする
必要がある。従って、ソリッドワイヤ中のＳｉ含有量は
０．４０重量％以下とする。好ましくは、Ｓｉ含有量は
０．１０乃至０．３０重量％である。

【００４９】ソリッドワイヤ中のＭｎ（マンガン）含有
量：０．７０乃至１．６０重量％ 前述の如く、ＭｎもＳｉ同様に脱酸効果を有し、高温強
度及び靱性を向上させることから、溶接金属中のＭｎ含
有量を０．５０乃至１．３０重量％とする必要がある。
従って、溶接金属への歩留りを考えると、ソリッドワイ
ヤ中のＭｎ含有量は０．７０乃至１．６０重量％とす
る。好ましくは、Ｍｎ含有量は１．００乃至１．４０重
量％である。

【００５０】ソリッドワイヤ中のＣｒ（クロム）含有
量：２．００乃至３．８０重量％、ソリッドワイヤ中の
Ｍｏ（モリブデン）含有量：０．９０乃至１．２０重量
％ Ｃｒ及びＭｏは、高強度２．２５〜３重量％Ｃｒ−１重
量％Ｍｏ鋼の基本成分であり、所定量をソリッドワイヤ
から添加する必要がある。即ち、ソリッドワイヤ中のＣ
ｒ含有量が２．００重量％未満若しくは３．８０重量％
を超える場合、又はＭｏ含有量が０．９０重量％未満若
しくは１．２０重量％を超える場合においても本発明の
効果は認められるが、その結果得られる溶接金属成分は
実際には対象とする高温環境下では使用されない母材成
分範囲となる。従って、ソリッドワイヤ中のＣｒ含有量
は２．００乃至３．８０重量％とし、Ｍｏ含有量は０．
９０乃至１．２０重量％とする。好ましくは、Ｃｒ含有
量が２．４０乃至３．５０重量％であり、Ｍｏ含有量が
０．９５乃至１．１０重量％である。

【００５１】ボンドフラックス中のＳｉＯ₂ （二酸化ケ
イ素）含有量：５乃至２０重量％ ＳｉＯ₂ は、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を
整える効果がある。ボンドフラックス中のＳｉＯ₂ 含有
量が５重量％未満であると、この効果が低減される。一
方、ＳｉＯ₂ 含有量が２０重量％を超えると、溶接金属
中の酸素量が増加して靱性が低下するのみでなく、スラ
グ巻込みが生じやすくなり、作業性が低下する。従っ
て、ボンドフラックス中のＳｉＯ₂ 含有量は５乃至２０
重量％とする。好ましくは、ＳｉＯ₂含有量は８乃至１
５重量％である。

【００５２】ボンドフラックス中のＭｇＯ（酸化マグネ
シウム）含有量：２０乃至４０重量％ ＭｇＯは、スラグの流動性を抑える一方で、ビード形状
を整える効果がある。また、酸素量をコントロールする
役割も有するので、ボンドフラックス中のＭｇＯ含有量
が２０重量％未満であると、その効果が低減され、溶接
金属中の酸素量が増加して、靱性が低下する。一方、Ｍ
ｇＯ含有量が４０重量％を超えると、アークが不安定に
なり、ビード形状やスラグの剥離性が悪くなる。従っ
て、ボンドフラックス中のＭｇＯ含有量は２０乃至４０
重量％とする。好ましくは、ＭｇＯ含有量は２５乃至３
５重量％である。但し、このＭｇＯ含有量は、ＭｇＣＯ
₃ の分解により生じるＭｇＯも含むものとする。

【００５３】ボンドフラックス中のＡｌ₂Ｏ₃（酸化アル
ミニウム）含有量：５乃至２５重量％ Ａｌ₂Ｏ₃はスラグの流動性を向上させ、ビード形状を整
える効果を有する。ボンドフラックス中のＡｌ₂Ｏ₃含有
量が５重量％未満であると、その効果が低減する。一
方、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が２５重量％を超えると、溶接金属
中の酸素量が高くなり、靱性の低下を招く。更に、スラ
グ巻込みが生じやすくなり作業性が低下する。従って、
ボンドフラックス中のＡｌ₂Ｏ₃含有量は５乃至２５重量
％とする。好ましくは、Ａｌ₂Ｏ₃含有量は１０乃至２０
重量％である。

【００５４】ボンドフラックス中のＦ（フッ素）含有量
（金属フッ化物からのＦ換算値）：２．４乃至１２重量
％ 金属フッ化物もビード形状を整える効果を有し、溶接金
属中の拡散性水素量及び酸素量をコントロールする効果
も有している。ボンドフラックス中の金属フッ化物がＦ
換算値において、２．４重量％未満であると、溶接金属
中の酸素量が増加して、靱性の低下を招く。一方、Ｆ換
算値が１２重量％を超えると、アークが不安定になりビ
ード形状及びスラグの剥離性が低下する。従って、ボン
ドフラックス中のＦ含有量は金属フッ化物からのＦ換算
値において、２．４乃至１２重量％とする。好ましく
は、Ｆ換算値は５乃至１０重量％である。なお、金属フ
ッ化物にはＣａＦ₂ 、ＡｌＦ₃ 、ＢａＦ₂ 、Ｎａ₃Ａｌ
Ｆ₆、ＭｇＦ₂ 及びＮａＦ等があるが、Ｆへの換算値が
同一であると、その効果も同様のものとなる。

【００５５】ボンドフラックス中のＣＯ₂ 含有量（金属
炭酸塩からのＣＯ₂ 換算値）：３乃至１２重量％ 金属炭酸塩に含有されるＣＯ₂ は、溶接金属中の拡散性
水素量を低減し、耐低温割れ性を向上させる効果及び酸
素量をコントロールする役割を有する。ボンドフラック
ス中のＣＯ₂ 含有量が金属炭酸塩からのＣＯ₂ 換算値に
おいて、３重量％未満であると、これらの効果が低下す
る。一方、ＣＯ₂ 含有量が１２重量％を超えると、溶接
金属中の酸素量が高くなり、靱性が低下する。従って、
ボンドフラックス中のＣＯ₂ 含有量は金属炭酸塩からの
ＣＯ₂ 換算値において、３乃至１２重量％とする。好ま
しくは、ＣＯ₂ 含有量は５乃至１０重量％である。な
お、金属炭酸塩にはＣａＣＯ₃ 、ＢａＣＯ₃ 及びＭｇＣ
Ｏ₃ 等があるが、ＣＯ₂ への換算値が同一であると、そ
の効果も同様のものとなる。

【００５６】その他に、必要に応じてボンドフラックス
には、Ｎａ₂Ｏ 、Ｋ₂Ｏ 、ＬｉＯ₂、ＢａＯ、ＴｉＯ₂
又はＺｒＯ₂ 等を添加することができる。これらを添加
する場合には、各１０重量％以下とすることが好まし
い。

【００５７】また、溶接金属中のＳｉ及びＭｎをコント
ロールするために、ボンドフラックスにはＳｉ及びＭｎ
を添加することができる。

【００５８】更に、本発明に係る高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の
サブマージアーク溶接方法における溶接条件の限定理由
について説明する。

【００５９】溶接入熱：２０乃至５０ｋＪ／ｃｍ 本願発明者等は、ソリッドワイヤとボンドフラックスを
組み合わせたサブマージアーク溶接において、溶接入熱
を適切に選択すると、強度、焼戻し特性、耐高温割れ
性、耐低温割れ性がバランス良く良好である溶接金属が
得られることを見い出した。溶接入熱が２０ｋＪ／ｃｍ
未満であると、焼入れ硬化性が大きくなるので、強度は
向上するが、靱性及び耐ＳＲ割れ性が低下する。一方、
溶接入熱が５０ｋＪ／ｃｍを超える場合は、溶接金属中
の酸素量が高くなると共に、焼入れ性が低下するので、
組織が粗大化し、強度、靱性及び耐焼戻し脆化特性が低
下する。従って、溶接入熱は２０乃至５０ｋＪ／ｃｍと
する。但し、実機の溶接に際しては、溶接入熱を２０乃
至３０ｋＪ／ｃｍと低入熱にして、より多くのパス数に
より溶接すると、更に、耐ＳＲ割れ性が改善する。これ
は、多パスの溶接により、旧オーステナイト粒界を含む
溶接金属粗粒部の割合が減少するためである。また、溶
接時の電極数については、特に規定しない。

【００６０】予熱・パス間温度：２２５乃至３５０℃ 実機の溶接時の予熱・パス間温度は通常２００乃至２５
０℃程度であるが、溶接対象物が大型である場合は、実
際には予熱・パス間温度を２００℃以上に保持すると共
に、その施工上の上限が２２５℃程度であることが多
い。これに対して、予熱・パス間温度を２２５乃至３５
０℃と高めにすると、溶接のままの溶接金属において不
必要な強度上昇が生じることを抑制できるので、耐ＳＲ
割れ性が更に一層向上する。但し、予熱・パス間温度が
３５０℃を超えると、焼入れ性が低下し、組織が粗くな
るので、ＳＲ後の強度及び靱性が不足する。従って、予
熱・パス間温度は２２５乃至３５０℃にすることが好ま
しい。

【００６１】

【実施例】以下、本発明に係る高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶
接金属の実施例についてその比較例と比較して具体的に
説明する。

【００６２】図１は本実施例において使用する溶接母材
の形状を示す模式的断面図である。

【００６３】図１に示すように、本実施例において使用
する高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼からなる溶接母材１は、Ｖ形状
の開先を有し、このＶ形状の開先部の下部には、溶接母
材１と同一の化学組成を有する裏当金２が配置されてい
る。

【００６４】本実施例においては、このＶ形状の開先角
度を１０°として、その下部の裏当金が配置されている
部分のギャップ幅を２５ｍｍとした。また、溶接母材１
の板厚を２５ｍｍとした。溶接母材１の化学組成を下記
表１に示す。

【００６５】本実施例及び比較例においては、先ず、図
１に示す開先形状のＣｒ−Ｍｏ鋼からなる溶接母材１を
使用して、下記表２に示す溶接条件において、下記表３
乃至８に示す化学組成を有するソリッドワイヤと下記表
９及び１０に示す化学組成を有するボンドフラックスと
を組み合わせてサブマージアーク溶接し、溶接金属を形
成した。但し、表２において、溶接条件記号Ｙ３及びＹ
５はシングル溶接、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ４及びＹ６はタンデ
ム溶接とした。得られた溶接金属の化学組成を下記表１
１乃至２０に示す。

【００６６】次いで、得られた溶接金属にＳＲ処理を施
した。図２は温度を縦軸にとり、時間を横軸にとって、
ＳＲ処理条件を示すグラフ図である。保持温度は６２５
℃としてＳＲ処理を実施した。図２に示すように、試験
材の温度が３００℃を超えると、温度上昇が毎時２５℃
以下になるように加熱条件を調整し、試験材の温度が保
持温度（６２５℃）になると、その温度で１０時間保持
する。そして、試験材の温度が３００℃以下になるま
で、温度降下が毎時２５℃以下となるように試験材を冷
却する。なお、試験材の温度が３００℃以下の範囲で
は、加熱及び冷却条件は規定しない。

【００６７】更に、ＳＲ処理後の溶接金属から電解抽出
法により残渣を抽出し、ＥＤＸ分析（エネルギー分散型
Ｘ線検出器による分析）を実施した。図３はＥＤＸ分析
用試験材の溶接金属からの採取位置を示す模式的断面図
である。図３に示すように、溶接母材１及び裏当金２の
開先部に形成された溶接金属３の最終ビード原質部８か
ら５ｍｍ×５ｍｍ×４０ｍｍの角柱状試験片９を採取し
た。本実施例においては、この試験片９を下記表２１に
示す条件によって溶解して、析出物を抽出し、その残渣
をＥＤＸ分析した。これらのＥＤＸ分析結果を下記表２
２及び２３に示す。

【００６８】但し、実施例Ｎｏ．１乃至５、７乃至１２
及び１４乃至１６は高強度２．２５％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼
に本発明を適用した例であり、実施例Ｎｏ．６及び１３
は高強度３％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼に本発明を適用した例で
ある。また、表中において化学組成を示す数字は全て重
量％である。

【００６９】

【表１】

【００７０】

【表２】

【００７１】

【表３】

【００７２】

【表４】

【００７３】

【表５】

【００７４】

【表６】

【００７５】

【表７】

【００７６】

【表８】

【００７７】

【表９】

【００７８】

【表１０】

【００７９】

【表１１】

【００８０】

【表１２】

【００８１】

【表１３】

【００８２】

【表１４】

【００８３】

【表１５】

【００８４】

【表１６】

【００８５】

【表１７】

【００８６】

【表１８】

【００８７】

【表１９】

【００８８】

【表２０】

【００８９】

【表２１】

【００９０】

【表２２】

【００９１】

【表２３】

【００９２】次に、この溶接金属の一部から種々の機械
的特性試験を行うための試験片を採取した。特性試験の
内容は、室温及び高温引張試験、シャルピー衝撃試験、
焼戻し脆化試験及びクリープ破断試験の４種である。こ
れらの試験片は下記表２４に示す形状であり、下記表２
４に併せて示すＳＲ処理条件において熱処理を施した試
験材の板厚中央から採取した。

【００９３】

【表２４】

【００９４】図４は温度を縦軸にとり、時間を横軸にと
って、機械的特性試験のＳＲ条件を示すグラフ図であ
る。図４に示すように、試験片の温度が３００℃を超え
ると、温度上昇が毎時５５℃以下になるように加熱条件
を調整し、試験片の温度が７００℃になると、その温度
で７時間又は２６時間保持する。次に、試験片の温度が
３００℃以下になるまで、温度降下が毎時５５℃以下と
なるように試験片を冷却する。なお、試験片の温度が３
００℃以下の範囲では、加熱及び冷却条件は規定しな
い。

【００９５】また、焼戻し脆化試験については、所定の
ＳＲ処理に加えて、ステップクーリング処理を施した。

【００９６】図５は温度を縦軸にとり、時間を横軸にと
って、ステップクーリング処理条件を示すグラフ図であ
る。図５に示すように、試験片の温度が３００℃を超え
ると、温度上昇が毎時５０℃以下になるように加熱条件
を調整し、試験片の温度を５９３℃まで加熱して、１時
間保持する。その後、同様の要領で５３８℃で１５時
間、５２４℃で２４時間、４９６℃で６０時間保持する
が、これらの冷却段階においては、毎時５．６℃の温度
で試験片が冷却されるように調整する。更に、４９６℃
に保持された試験片を、毎時２．８℃の温度で冷却して
４６８℃とし、この温度で１００時間保持する。そし
て、試験片の温度が３００℃以下になるまで、温度降下
が毎時２８℃以下となるように試験片を冷却する。ＳＲ
条件と同様に、試験片の温度が３００℃以下の範囲で
は、加熱及び冷却条件は規定していない。

【００９７】更に、前記溶接金属からリング割れ試験の
ための円筒形試験片を採取した。

【００９８】図６（ａ）は円筒形試験片の溶接金属から
の採取位置及び方向を示す模式的断面図であり、（ｂ）
は円筒形試験片の形状を示す側面図、（ｃ）は同じくそ
の断面図、（ｄ）は断面図におけるノッチ部Ａを拡大し
て示す断面図、（ｅ）は円筒形試験片を使用したリング
割れ試験方法を示す模式的断面図である。

【００９９】図６（ａ）に示すように、溶接母材１と裏
当金２との開先部に形成された溶接金属３の最終ビード
上方から、ノッチ及びスリットを有する円筒形試験片４
を採取した。このとき、図６（ｃ）に示すノッチ５が溶
接金属３の原質部上方に、スリット６が下方に位置する
ように採取した。

【０１００】この円筒形試験片４は、図６（ｂ）に示す
ように、円筒形の長手方向の長さを２０ｍｍとし、その
外径を１０ｍｍ、内径を５ｍｍとした。

【０１０１】また、図６（ｃ）に示すように、円筒形試
験片４は、試験片４の長手方向に、円筒の内部の空洞部
にまで至るスリット６を０．５ｍｍの幅で有し、このス
リットの反対側の外周面には試験片の長手方向にノッチ
５を有している。

【０１０２】更に、図６（ｃ）のノッチ部Ａにおける拡
大図である図６（ｄ）に示すように、ノッチ５は、深さ
が０．５ｍｍ、幅が０．４ｍｍであり、底部の曲率半径
が０．２ｍｍであるＵ字形の溝となっている。このよう
な形状の試験片をリング割れ試験に使用した。

【０１０３】なお、リング割れ試験は、「応力除去焼鈍
割れに関する研究（第２報）」（内木ら、溶接学会誌：
Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．９（１９６４）Ｐ．７１８）を参
考にして、図６（ｅ）に示すように、矢印で示す方向
に、円筒型試験片４に曲げ応力を印加して、試験片４の
スリット６を溶加材を使用せずにＴＩＧ溶接し、Ｕ字形
の溝の底部に引張残留応力を生じさせたまま熱処理を行
って、Ｕ字溝の底部におけるＳＲ割れの発生の有無によ
り耐ＳＲ割れ性を判断するものである。また、リング割
れ試験の熱処理条件は、図２に示した電解抽出残渣のＳ
Ｒ処理条件と同一条件（６２５℃×１０時間）とした。

【０１０４】その他に、高温割れについては、割れの程
度の大きいものは溶接時に目視によって確認し、割れの
程度が軽微であるものは、溶接終了後、直ちにＸ線透過
試験によって確認した。また、低温割れについては、試
験材をそのまま３日間放置し、Ｘ線透視試験によって欠
陥部を確認した後、光学顕微鏡観察及び走査型電子顕微
鏡観察によって割れを確認した。更に、一部の試験片に
ついては、走査電子顕微鏡観察及び透過型電子顕微鏡観
察により析出物の同定を実施した。

【０１０５】以下に、種々の評価試験における評価基準
を説明する。

【０１０６】強度については、室温引張強さが６００Ｎ
／ｍｍ² 以上及び高温（４５４℃）引張強さが５０７Ｎ
／ｍｍ² 以上のものを良好とした。靱性及び耐焼戻し脆
化特性を評価するシャルピー衝撃試験については、ｖＴ
ｒ５５（５５Ｊを示すシャルピ−遷移温度）が−６０℃
以下及びΔｖＴｒ５５（ステップクーリング後のｖＴｒ
５５の遷移量（vTr'55-vTr55））が２０℃以下のものを
良好とした。クリープ破断試験については、５５０℃×
１０００時間におけるクリープ破断強度が２１０Ｎ／ｍ
ｍ² 以上のものを良好とした。高温割れ及び低温割れ試
験については、全ての観察試験において、割れがないも
のを○（良好）とし、割れが発生しているものを×（不
良）とした。また、耐ＳＲ割れ性を評価するリング割れ
試験については、試験片に対してＳＲ処理を施した後
に、Ｕ字溝の底部に割れが発生しないものを○（良好）
とし、ＳＲ処理後に割れが発生したものを×（不良）と
した。これらの溶接作業性及び評価結果を下記表２５乃
至３０に示す。

【０１０７】

【表２５】

【０１０８】

【表２６】

【０１０９】

【表２７】

【０１１０】

【表２８】

【０１１１】

【表２９】

【０１１２】

【表３０】

【０１１３】上記表１乃至３０に示すように、実施例Ｎ
ｏ．１乃至１６は、溶接金属及び電解抽出の化学組成が
本発明の範囲内であるので、耐ＳＲ割れ性及び靱性が優
れたものになった。

【０１１４】一方、比較例Ｎｏ．１７は溶接金属中の
Ｓ、Ｓｎ、Ｓｂ及びＡｓが本発明範囲の上限を超えてい
るので、高温割れが発生し、以後の機械的試験を実施す
ることができなかった。比較例Ｎｏ．１８は溶接金属中
のＳｂ及びＡｓが本発明範囲の上限を超えており、高温
割れは発生しなかったが、耐ＳＲ割れ性が低下した。比
較例Ｎｏ．１９は、溶接金属及び電解抽出残渣中のＶ含
有量が本発明範囲の上限を超えているので、耐ＳＲ割れ
性が低下した。比較例Ｎｏ．２０は、抽出残渣中の（Ｆ
ｅ）／（Ｃｒ）が本発明範囲の上限を超えているので、
耐ＳＲ割れ性が低下した。比較例Ｎｏ．２１は溶接金属
中のＶ含有量が本発明範囲の下限未満であるので、高温
強度及びクリープ強度が低下した。

【０１１５】また、比較例Ｎｏ．２２乃至２５は使用し
たソリッドワイヤ中の化学組成が本発明範囲を外れてい
るものである。特に、比較例Ｎｏ．２２は、溶接金属中
のＣ、Ｓｉ及びＭｎが本発明範囲の下限未満であるの
で、室温強度及びクリープ強度が低下し、溶接金属中の
Ｏ含有量が本発明範囲の上限を超えているので、靱性が
低下した。比較例Ｎｏ．２３及び２４は電解抽出残渣中
のＶ含有量が本発明範囲の上限を超えており、更に、比
較例Ｎｏ．２３は溶接金属中のＣ、Ａｌ及びＴｉが本発
明範囲の上限を超えていて、比較例Ｎｏ．２４は溶接金
属中のＣ及びＮ含有量が本発明範囲の上限を超えている
ので、いずれも耐ＳＲ割れ性が低下した。比較例Ｎｏ．
２５は電解抽出残渣中の（Ｆｅ）／（Ｃｒ）が本発明範
囲の上限を超えていると共に、溶接金属中のＳｉ、Ｍ
ｎ、Ｐ及びＮｉが本発明範囲の上限を超えているので、
同様に耐ＳＲ割れ性が低下した。

【０１１６】比較例Ｎｏ．２６乃至２９はフラックス成
分が本発明の範囲から外れているので、溶接作業性が悪
く、以後の機械的試験を実施することができなかった。
なお、比較例Ｎｏ．２６及び２８はフラックス中の化学
組成が本発明範囲から外れているので、その結果、溶接
金属中のＭｎ含有量が本発明範囲から外れたものとなっ
た。比較例Ｎｏ．２７及び２９はフラックス中の化学組
成が本発明範囲から外れているので、その結果、溶接金
属中のＯ含有量が本発明範囲から外れたものとなった。
比較例Ｎｏ．３０及び３１は溶接条件が本発明範囲から
外れているので、溶接金属中のＭｎ又はＯ含有量が本発
明範囲から外れ、良好な機械的性質を得ることができな
かった。

【０１１７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
溶接金属及びＳＲ処理後の溶接金属部から電解抽出によ
り採取した残渣の化学組成を所定の範囲に設定し、サブ
マージアーク溶接に使用するソリッドワイヤ及びボンド
フラックスの化学組成を適切な範囲に規定すると共に、
溶接条件を適切に選択しているので、靱性が安定して優
れており、耐ＳＲ割れ性が優れた溶接金属を得ることが
できる。また、溶接金属の化学組成を更に好ましい範囲
に設定すると共に、更に溶接条件を選択することによ
り、ＳＲ後の室温及び高温強度、靱性、クリープ強度、
耐焼戻し脆化特性、耐高温割れ性、耐低温割れ性並びに
耐ＳＲ割れ性等の特性をより一層向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例において使用する溶接母材の形状を示
す模式的断面図である。

【図２】温度を縦軸にとり、時間を横軸にとって、ＳＲ
処理条件を示すグラフ図である。

【図３】ＥＤＸ分析用試験材の溶接金属からの採取位置
を示す模式的断面図である。

【図４】温度を縦軸にとり、時間を横軸にとって、機械
的特性試験のＳＲ条件を示すグラフ図である。

【図５】温度を縦軸にとり、時間を横軸にとって、ステ
ップクーリング処理条件を示すグラフ図である。

【図６】（ａ）は円筒形試験片の溶接金属からの採取位
置及び方向を示す模式的断面図であり、（ｂ）は円筒形
試験片の形状を示す側面図、（ｃ）は同じくその断面
図、（ｄ）は断面図におけるノッチ部Ａを拡大して示す
断面図、（ｅ）は円筒形試験片を使用したリング割れ試
験方法を示す模式的断面図である。

【符号の説明】 １；溶接母材 ２；裏当金 ３；溶接金属 ４、９；試験片 ５；ノッチ ６；スリット ８；最終ビード原質部

フロントページの続き (72)発明者 後藤 明信 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１ 株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者 中川 武 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１ 株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (56)参考文献 特開 昭62−259695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−238978（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−182378（ＪＰ，Ａ) 特公 平４−2349（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/30 B23K 35/362

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソリッドワイヤとボンドフラックスとの
   組み合せによるサブマージアーク溶接によって形成され
   る溶接金属において、Ｃ：０．０４乃至０．１４重量
   ％、Ｓｉ：０．０５乃至０．４０重量％、Ｍｎ：０．５
   ０乃至１．３０重量％、Ｃｒ：２．００乃至３．２５重
   量％、Ｍｏ：０．９０乃至１．２０重量％、Ｖ：０．０
   ５乃至１．００重量％及びＮ：０．０１５重量％以下を
   含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、不可
   避的不純物のうち、Ｐ：０．０１０重量％以下、Ｎｉ：
   ０．４０重量％以下、Ａｌ＋Ｔｉ：０．０１８重量％以
   下、Ｓ：０．０１０重量％以下、Ｓｎ：０．０１０重量
   ％以下、Ａｓ：０．０１０重量％以下、Ｓｂ：０．０１
   ０重量％以下及びＯ：０．０４５重量％未満に規制さ
   れ、６２５℃の温度で１０時間の応力除去焼鈍を施した
   後の溶接金属原質部のみから電解抽出により採取した残
   渣には、Ｖが６５重量％以下含有されていると共に、前
   記残渣中の（Ｆｅ含有量／Ｃｒ含有量）が２．０以下で
   あることを特徴とする高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属。
2. 【請求項２】 前記残渣には、Ｆｅが３５重量％以下、
   Ｖが１０重量％以上含有されていることを特徴とする請
   求項１に記載の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属。
3. 【請求項３】 更に、Ｎｂ：０．０３５重量％以下、
   Ｗ：２．００重量％以下及びＣｏ：１．００重量％以下
   からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含有
   することを特徴とする請求項１又は２に記載の高強度Ｃ
   ｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属。
4. 【請求項４】 更に、Ｚｒ：０．０３５重量％以下、Ｈ
   ｆ：０．０７０重量％以下及びＴａ：０．０７０重量％
   以下からなる群から選択された少なくとも１種の元素を
   含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１
   項に記載の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属。
5. 【請求項５】 更に、Ｂ：０．００１乃至０．０１５重
   量％を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れか１項に記載の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属。
6. 【請求項６】 Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｏ、Ｖ及びＣｒの
   含有量を重量％で、夫々［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、
   ［Ｐ］、［Ｏ］、［Ｖ］及び［Ｃｒ］と表すと、数式
   （ＰＮ＝１００×［Ｃ］＋１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋
   ５００×［Ｐ］−５０×［Ｏ］−（１／５）×［Ｖ］／
   ［Ｃ］−（１／１０）×［Ｃｒ］／［Ｃ］）によって算
   出されるＰＮが５．０乃至１０．０であることを特徴と
   する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高強度Ｃｒ
   −Ｍｏ鋼の溶接金属。
7. 【請求項７】 高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼をソリッドワイヤと
   ボンドフラックスとの組み合せによってサブマージアー
   ク溶接する溶接方法において、前記ソリッドワイヤは、
   Ｃ：０．０５乃至０．１５重量％、Ｍｎ：０．７０乃至
   １．６０重量％、Ｃｒ：２．００乃至３．８０重量％、
   Ｍｏ：０．９０乃至１．２０重量％を含有し、Ｓｉ：
   ０．４０重量％以下に規制されており、前記ボンドフラ
   ックスは、ＳｉＯ₂ ：５乃至２０重量％、ＭｇＯ：２０
   乃至４０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃：５乃至２５重量％、Ｆ（金
   属フッ化物からの換算値）：２．４乃至１２重量％、Ｃ
   Ｏ₂ （金属炭酸塩からの換算値）：３乃至１２重量％を
   含有し、溶接入熱が２０乃至５０ｋＪ／ｃｍでサブマー
   ジアーク溶接することにより、請求項１乃至６のいずれ
   か１項に記載の溶接金属を形成することを特徴とする高
   強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼のサブマージアーク溶接方法。
8. 【請求項８】 予熱・パス間温度を２２５乃至３５０℃
   とすることを特徴とする請求項７に記載の高強度Ｃｒ−
   Ｍｏ鋼のサブマージアーク溶接方法。