JP3598600B2

JP3598600B2 - Weld metal having high strength and toughness and method of forming the same

Info

Publication number: JP3598600B2
Application number: JP20243395A
Authority: JP
Inventors: 友彰池田; 一志大西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2015-08-08
Also published as: JPH0949055A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パイプライン用に一般的に使用される高強度低合金鋼管をサブマージアーク溶接により製管する際の、目標とする低温靱性と強度を有する溶接金属と、それを安定的に得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスおよび油の陸上輸送用に使用されるラインパイプ用の高強度低合金鋼管の溶接による製管は、従来、複数の電極をもつサブマージアーク溶接によってなされてきた。このサブマージアーク溶接においては、溶接金属の化学組成、機械的性質などを母材と類似するようにすべく適当な化学組成のワイヤおよびフラックスを選んで溶接を行うことは、よく知られている。
【０００３】
上記ラインパイプ用のサブマージアーク溶接による溶接金属には、高強度と高靱性の双方がバランス良く確保されることが要請されるが、ワイヤと母材との溶融、凝固という過程を得てつくり出される溶接金属では、特に高靱性の確保が難しく、このため従来より靱性向上に効果のある金属元素（例：Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ）を添加したワイヤの使用や、溶接金属の低酸素化が図られてきた。
これらに関して、特許公報によって従来技術を概観すると次の通りである。
【０００４】
特開昭５７−２２８９５号公報に開示された方法にあっては、溶接金属としては広い組成範囲を規定するが、溶接後熱処理を行い性能向上を図っており、コスト的にも問題である。一方、特開昭５０−６５３９号公報においては溶接金属の成分範囲として、Ｍｎ：０．８〜１．５０％に規定している。
【０００５】
特開昭６３−１５７７９５号公報および同５７−１２４５９４号公報は、ガスシールド溶接用のワイヤ組成を開示するものであり、また、特開昭４７−２６３４８号公報、同６１−１３５４９９号公報、同５６−１４０８５号公報が開示するものは、いずれも被覆溶接棒として用いるものであり、いずれも特に高強度鋼管製造のためのサブマージアーク溶接による溶接金属については何一つ明らかにしていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高強度鋼管に対してサブマージアーク溶接を行った場合においても、目標とする低温靱性および強度を有する溶接金属およびそれを得る方法を提供することにある。
【０００７】
さらに具体的には、本発明の目的は、溶接まゝで引張強さ７００Ｎ／ｍｍ^２以上を有し、しかも−４０℃以下の低温における十分な切欠き靱性を兼ね備えた溶接金属とその形成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる目的を達成するために、溶接のままの状態で高強度・高靱性を確保するため、溶接金属の成分を規定することに着目した。
また、それを実現するために高強度のサブマージアーク溶接用ワイヤを使用することにより上記性能を具備した溶接金属を形成することにも着目した。
【０００９】
そして、かかる観点から、各種溶接条件下でサブマージアーク溶接を行い溶接金属の強度、靱性に関して各種合金元素の影響を調査した結果、▲１▼Ｍｎ：１．６０〜２．３０％と高Ｍｎ化を図るとともに、▲２▼Ｔｉ：０．０１〜０．０６％、Ｂ：０．００２〜０．００４％を配合し、さらに▲３▼Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉをそれぞれ同時に配合することにより、上記性能を有する溶接金属は適正な成分範囲に限定されることを見い出し、本発明を完成した。
【００１０】
ここに、本発明は、重量％で、Ｃ：0.04〜0.07％、 Si：0.10〜0.25％、 Mn：1.60〜2.30％、Ｐ：0.010 ％以下、Ｓ：0.010 ％以下、Cu：0.25％以下、 Ni：2.80％以下、Cr：0.20〜1.10％、Mo：0.15〜1.00％、Ti：0.01〜0.06％、Ｂ：0.002 〜0.004 ％、かつＣeq.(L)：0.50〜0.62、およびＰcm.:0.20〜0.25を満足し、残部がFeおよび不可避不純物からなる高強度高靱性溶接鋼管用の高強度高靱性を有するサブマージアーク溶接による溶接金属である。
【００１１】
さらに別の面からは、本発明は、重量％で、
Ｃ：０．０４〜０．０７％、Ｓｉ：０．０５〜０．２５％以下、Ｍｎ：１．６０〜２．２５％、
Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎｂ：０．００５〜０．０６０％、
Ｔｉ：０．０１０〜０．０２０％、Ｍｏ：０．２０〜０．４０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ：０．０１００％以下、
さらにＣｕ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．１６〜０．３０％、およびＮｉ：０．６０％以下のうちの１種以上、
残部がＦｅおよび不可避不純物
から成る鋼組成を有する母材に、
Ｃ：０．０１〜０．１０％、Ｓｉ：０．０５〜０．３０％、Ｍｎ：１．００〜３．２０％、
Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、
Ｎｉ：５．０％以下、Ｃｒ：０．１５〜２．０％、Ｍｏ：０．１０〜１．６０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％、
Ｂ：０．００３％以下を必須成分とするサブマージアーク用ワイヤを使用することを特徴とする、請求項１記載の成分を有する溶接金属の形成方法である。
【００１２】
【作用】
本発明においては、高強度鋼管の溶接金属が目標とする性能を満足するためには溶接金属の成分は、以下の成分範囲に限定される。なお、本明細書において特にことわりがないかぎり、「％」は「重量％」である。
【００１３】
溶接金属：
Ｃは０．０４％未満では強度が不足し、０．０７％を超えると靱性が劣化するため上記範囲内に限定する。
【００１４】
Ｓｉは溶接金属の脱酸を行うために必要であるが、０．２５％を超えると靱性が劣化するため好ましくなく、また、０．１０％未満では十分な脱酸ができず、さらに溶接金属中に気孔が残るため好ましくはない。
【００１５】
ＭｎはＳｉと同様に溶接金属の脱酸および強度、靱性の向上に有効であるが１．６０％未満では必要とする溶金強度を得られず、２．３０％を超えると靱性が劣化するため、その範囲を１．６０〜２．３０％とした。好ましくは１．７０〜２．００％である。
【００１６】
ＰおよびＳはいずれも切欠き靱性に対しては少ないほど好ましいが、Ｐの場合０．０１０％を超えると著しく溶接金属が脆化するため、その上限を０．０１０％とした。また、Ｓも同様に溶接金属を脆化させるため０．０１０％以下とした。
【００１７】
Ｔｉは溶接金属中においてＴｉ酸化物としてフェライト核生成サイトとなり、微細なアシキュラーフェライト組織を生成する元素である。従って、Ｔｉを添加し溶接金属の組織をアシキュラーフェライトにすることにより靱性の改善を図ることができる。このような効果は溶接金属中のＴｉ量が、０．０１から０．０６％の範囲で有効であり、この範囲を超えると、かえって靱性劣化の傾向を示す。
【００１８】
また、この効果は、Ｂを０．００２％以上添加することにより低温靱性を向上させることが可能であるが、Ｂを０．００４％超添加した場合はかえって靱性を劣化させるため好ましくない。
【００１９】
さらに、本発明にあっては強度を確保するため、Ｃｒ、Ｍｏを必須成分とした。まず、強度の上昇に効果のあるＣｒを０．２０％以上、Ｍｏを０．１５％以上添加することとした。また、Ｃｒ、Ｍｏの過剰の添加は溶接金属の靱性を損なうため、Ｃｒの上限を１．１０％、Ｍｏの上限を１．００％以下とした。Ｃｕの過剰の添加は高温割れを助長するため上限を０．２５％とした。Ｎｉは強度の確保だけでなく靱性向上効果もあるが、過剰の添加は溶接性を劣化させるため上限を２．８０％とした。
【００２０】
また、溶接金属中の各元素量を上記範囲内に制御することに加え、溶接金属のＣｅｑ．およびＰｃｍ．を上記範囲内にする必要がある。
ここに、Ｃｅｑ．およびＰｃｍ．は次式でもって表わされる。
【００２１】
【数１】

【００２２】
Ｃｅｑ．およびＰｃｍ．の増加にともない溶接金属強度は増加するものの、その靱性は劣化傾向を示すためである。従って、目標とする強度・靱性を満足するためには、最適なＣｅｑ．およびＰｃｍ．の範囲が存在し、本発明にあってはＣｅｑ．：０．５０〜０．６２、およびＰｃｍ：０．２０〜０．２５の範囲内に限定される。Ｃｅｑ．（Ｌ）またはＰｃｍ．が上記範囲を下回る場合、溶接金属の強度は目標を下回り、上記範囲を上回る場合では、溶接金属の靱性が劣化する。
【００２３】
一方、溶接金属の組成を上記範囲内にすることで、強度・靱性を満足することが可能であるが、従来の溶接ワイヤを使用した場合には溶接金属の強度確保が難しく、合金添加量の多い母材を使用する必要が生じる。しかしながら、母材成分の増加は、母材靱性および母材の溶接性の劣化を引き起こすため、母材性能を満足させるためには母材成分の上限が存在することになる。
【００２４】
従って、高強度鋼管を製管する際には、母材性能を劣化させずに高強度の溶接金属を成形するために、合金添加量の多い高強度の溶接ワイヤを使用し、溶接金属の強度を確保する必要が生じる。
【００２５】
また通常、鋼管をサブマージアーク溶接にて製管する場合には、複数の電極を使用し、複数のワイヤの組み合わせにより、溶接金属の成分を調整するため、上記溶接金属の成分に限定するためには、特定の成分範囲をもつワイヤを特定の組み合わせで溶接を行うことが重要である。
【００２６】
そこで、上記観点から検討を行った結果、以下の成分をもつ母材に対して、本発明にかかる組成例のワイヤを組み合わせて使用して溶接を行うことで、上記の成分範囲を満足する溶接金属を形成することが可能であることが判明した。
【００２７】
母材成分
Ｃは強度を確保する上で必要な元素である。Ｃ含有量が０．０４％未満であると、必要な強度が得られないので下限は０．０４％とした。一方、０．０７％を超えると溶接継手部の靱性が劣化するので、上限は０．０７％とした。
【００２８】
Ｓｉは無添加でもよいが、鋼の溶製時に脱酸剤として作用するとともに強度の向上に有効である。これらの効果を得るために積極的に添加する場合、その下限は０．０５％とするのが望ましい。しかし、０．２５％を超えると島状マルテンサイトの生成が促進されＨＡＺ靱性の劣化をもたらすので、その上限は０．２５％とした。望ましいのは０．１％以下である。
【００２９】
Ｍｎは脱酸剤として、または素材の強度と靱性を向上させるのに有効である。ＡＰＩ規格Ｘ８０グレード以上の素材強度を確保するには１．６０％以上のＭｎ含有量が必要である。一方、２．２５％を超えると継手部靱性の劣化が顕著となるため上限は２．２５％とした。好ましくは１．８０〜２．００％である。
【００３０】
Ｎｂは微細な炭化物を形成し、強度を上昇させる効果を有する。この効果を得るにはその含有量を０．００５％以上とする必要がある。一方、０．０６０％を超えると脆化の弊害の方が大きくなるため、上限は０．０６０％とした。
【００３１】
Ｍｏは焼入性の向上とオーステナイトの再結晶抑制の効果を通して制御圧延効果を増大させることによって、強度を上昇させるのに有効である。この効果は特にＮｂとの複合添加により増大する。これらの効果を得るには、０．２０％以上が必要である。一方、０．４０％を超えると靱性の劣化をもたらすため、上限は０．４０％とした。
【００３２】
Ｔｉは微細な窒化物を形成することにより、γ粒の粗大化を防止し靱性を向上させるのに有効である。この効果を得るためには、０．０１０％以上とする必要がある。一方、０．０２０％を超えると炭化物の析出により靱性が劣化するため、その上限は０．０２０％とした。
【００３３】
Ａｌは脱酸元素として添加される。一方、ｓｏｌ．Ａｌ含有量として０．０５％を超えると鋼の清浄性を損なうため、上限は０．０５％とした。低Ａｌ化はフェライト析出の促進を通してＨＡＺの高靱化に寄与するため、望ましいのはｓｏｌ．Ａｌ含有量として０．０２％以下である。
Ｎは含有量が０．０１００％を超えるとＨＡＺ靱性を劣化させる。
【００３４】
その他にＣｕ、Ｃｒ、Ｎｉの少なくとも１種が強度を改善するために添加される。
Ｃｒは強度上昇に有効な元素である。この効果を得るには０．１６％以上の含有量が必要である。一方、０．３０％を超えると溶接性を劣化させる。
ＣｕとＮｉは強度と靱性に有効な元素であるが、過剰の添加は溶接性を劣化させるため、それぞれの上限を、０．３０％および０．６０％とした。
【００３５】
ＳはＭｎＳを形成し、鋼質に有害な不可避不純物である。特に、Ｓ含有量が０．０１０％を超えるとＭｎＳが析出しＨＡＺ靱性の確保に悪影響を与える。このため上限は０．０１０％とした。Ｐも不可避不純物として０．０１０％以下に制限する。
【００３６】
上記成分の鋼板に制御圧延を施こすことにより、目標とする強度・靱性を確保することが可能であるが、本発明は溶接金属の形成方法に関するものであるため、上記鋼板に対する圧延条件については特に限定しない。
【００３７】
ワイヤ成分：
次に、ワイヤ成分の限定理由について説明する。
高強度・高靱性を有する溶接金属を形成するためには、溶接金属成分が上記成分範囲を満足することが要請されるが、ここで溶接金属の成分は以下の３つの反応により決定される。
【００３８】

上述したように、高強度鋼管を製造するためには上記成分範囲の鋼板を使用する必要がある。そのため、溶接金属が上記成分範囲を満足するためには、ワイヤーの各成分を限定する必要がある。また、母材の希釈率は約５０％であることが分かっているので、一例としてＣの場合についてワイヤー成分上限値を示す。
【００３９】

（２）式より母材からの希釈量の下限値は０．０２％であり、溶接金属の成分範囲がＣ：０．０４〜０．０７％であることを考慮すると、残り０．０５％までワイヤから溶接金属へ供給することが可能であり、上記成分範囲内のいずれの鋼板についても、上記成分範囲内の溶接金属の形成が可能であることが分かる。これは複数の電極全てに同一のワイヤを使用した場合、ワイヤ成分が０．０５÷０．５＝０．１０％以下であればこれを満足することが可能であることを示している。
【００４０】
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉについても同様の計算を実施することにより、ワイヤ中の各元素量の上限値がＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉのそれぞれについて０．２０％、５．０％、２．０％、１．６０％そして０．１０％と決定される。
【００４１】
また、ＳｉおよびＭｎについてはフラックスと溶接金属との反応を考慮する必要がある。そこで、Ｓｉはフラックスから溶金中へ流入するため、ワイヤ中の含有量が０．３０％以下であれば溶接金属成分範囲内にすることが可能である。さらにＭｎの場合は逆に、フラックス中へＭｎが流出するため、ワイヤ中へ３．２％の含有が必要である。
【００４２】
従って、ワイヤ中のこれらの元素量は、少なくとも上述した上限以下にする必要があり、同様の手法により下限値を決定することが可能である。
また、Ｐ、Ｓは溶接金属を脆化させるため、少ない方が望ましく下限値は特に定めない。
【００４３】
さらに、Ｂは溶接金属の靱性に対して重要な元素であるが、通常は、Ｂ添加型の溶融フラックスを使用するため、フラックスから溶金中への流入により、目標とする溶接金属靱性を確保することができる。従って、ワイヤ成分として下限値の設定は特に定めないが、ワイヤ中の成分量が０．００３％を超えると溶接金属におけるＢ量が０．００４％を越えるため溶接金属の靱性が劣化するため上限を０．００３％とした。
【００４４】
【実施例】
表１に示す成分組成を有する鋼板を母材として、４電極サブマージアーク溶接を実施した。溶接に際しては、表２に示すワイヤおよび表３に示すフラックスを使用し、表４の溶接条件を採用した。
【００４５】
表５に示す本発明例のワイヤを組み合わせて上述のサブマージアーク溶接を行った結果、同じく表５に本発明例として示す成分組成の溶接金属ａ〜ｅが形成された。いずれの場合も本発明の成分範囲内の溶接金属が形成されており、目標とする強度靱性を満足する。また溶接金属ｃのように本発明の範囲外の成分のワイヤを組み合わせた場合においても、溶接金属の成分が規定される成分範囲内であれば目標性能を満足することができる。
【００４６】
ただし、比較例として示すように、本発明例のワイヤを使用しない場合（溶接金属Ａ〜Ｇ）では、何れの溶接金属も規定成分範囲を満足することができず、目標性能を満足することができない。
【００４７】
具体的に、溶接金属が所定の性能を満足しない原因として、溶接金属Ａの場合は、Ｃｅｑ．、Ｐｃｍ．は規定範囲を満足するものの、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉが下限を外れており吸収エネルギーが低値を示している。溶接金属Ｂの場合は、Ｍｏも下限外れとなっている。溶接金属Ｃ、ＦはＣｅｑ．が下限を外れているため強度を確保できない。溶接金属Ｄ、Ｅ、Ｇの場合Ｃｅｑ．、Ｐｃｍ．は規定範囲を満足しているが、特に溶接金属Ｄの場合はＢ量が上限外れ、溶接金属ＥはＭｎ上限外れ、溶接金属ＧはＭｏの下限が外れたことにより、それぞれ吸収エネルギーが低値を示している。
【００４８】
【表１】

【００４９】
【表２】

【００５０】
【表３】

【００５１】
【表４】

【００５２】
【表５】

【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、特定の成分範囲をもつワイヤを使用し、限定された成分を有する溶接金属を形成することにより、溶接金属の引張強さが７００Ｎ／ｍｍ^２以上の強度を有し、−４０℃以下の低温においても高靱性を確保した好ましいバランスをもつ高強度・高靱性溶接金属を的確に得ることができるのであり、工業的に意義の大きい発明である。[0001]
[Industrial applications]
The present invention provides a weld metal having a target low-temperature toughness and strength when producing a high-strength low-alloy steel pipe generally used for pipelines by submerged arc welding, and a method for stably obtaining the same. About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the production of high-strength low-alloy steel pipes for line pipes used for land transportation of gas and oil by welding has been performed by submerged arc welding having a plurality of electrodes. In the submerged arc welding, it is well known that welding is performed by selecting a wire and a flux having an appropriate chemical composition so that the chemical composition, mechanical properties, and the like of a weld metal are similar to those of a base metal.
[0003]
It is required that the weld metal by submerged arc welding for the above line pipes have both high strength and high toughness in a well-balanced manner, but it is produced through a process of melting and solidifying the wire and base metal. In particular, it is difficult to ensure high toughness for weld metals that are used. For this reason, it is necessary to use wires to which metal elements (eg, Ni, Mo, Ti) are added, which are effective in improving toughness, and to reduce the oxygen content of weld metals. I have been.
Regarding these, the following is an overview of the prior art using a patent publication.
[0004]
In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-22895, a wide composition range is defined for the weld metal, but heat treatment is performed after welding to improve the performance, which is a problem in terms of cost. On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-6539, the content range of the weld metal is defined as Mn: 0.8 to 1.50%.
[0005]
JP-A-63-157795 and JP-A-57-124594 disclose wire compositions for gas shield welding, and are disclosed in JP-A-47-26348, JP-A-61-135499, and JP-A-61-135499. Japanese Patent Application No. 56-14085 discloses the use of a coated welding rod, and none of them discloses a weld metal by submerged arc welding for manufacturing a high-strength steel pipe.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a weld metal having target low-temperature toughness and strength even when submerged arc welding is performed on a high-strength steel pipe, and a method for obtaining the same.
[0007]
More specifically, an object of the present invention is to provide a weld metal having a tensile strength up to 700 N / mm ² before welding and having sufficient notch toughness at a low temperature of −40 ° C. or less and a method of forming the weld metal. It is to provide a method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have focused on defining the components of the weld metal in order to achieve high strength and high toughness in the as-welded state in order to achieve such an object.
Further, in order to realize this, attention was paid to forming a weld metal having the above performance by using a high-strength submerged arc welding wire.
[0009]
From this viewpoint, submerged arc welding was performed under various welding conditions to investigate the effects of various alloying elements on the strength and toughness of the weld metal. As a result, {circle around (1)} Mn: 1.60 to 2.30% and a high Mn content (2) Ti: 0.01 to 0.06%, B: 0.002 to 0.004%, and (3) Cu, Ni, Cr, Mo, and Ti are simultaneously compounded. As a result, it has been found that the weld metal having the above performance is limited to an appropriate component range, and the present invention has been completed.
[0010]
Here, the present invention provides, in terms of% by weight, C: 0.04 to 0.07%, Si: 0.10 to 0.25%, Mn: 1.60 to 2.30%, P: 0.010% or less, S: 0.010% or less, Cu: 0.25% or less, Ni: 2.80% or less, Cr: 0.20 to 1.10%, Mo: 0.15 to 1.00%, Ti: 0.01 to 0.06%, B: 0.002 to 0.004%, and Ceq. (L): 0.50 to 0.62, and Pcm .: 0.20 This is a weld metal by submerged arc welding having a high strength and a high toughness for a high strength and a high toughness welded steel pipe, which satisfies 0.20.25 and a balance of Fe and inevitable impurities.
[0011]
From yet another aspect, the present invention provides a method, in weight percent,
C: 0.04 to 0.07%, Si: 0.05 to 0.25% or less, Mn: 1.60 to 2.25%,
P: 0.10% or less, S: 0.010% or less, Nb: 0.005 to 0.060%,
Ti: 0.010 to 0.020%, Mo: 0.20 to 0.40%, sol. Al: 0.05% or less,
N: 0.0100% or less,
Further, one or more of Cu: 0.30% or less, Cr: 0.16 to 0.30%, and Ni: 0.60% or less,
The base material having a steel composition whose balance is composed of Fe and inevitable impurities,
C: 0.01 to 0.10%, Si: 0.05 to 0.30%, Mn: 1.00 to 3.20%,
P: 0.010% or less, S: 0.010% or less, Cu: 0.20% or less,
Ni: 5.0% or less, Cr: 0.15 to 2.0%, Mo: 0.10 to 1.60%, Ti: 0.01 to 0.10%,
B: The method according to claim 1, wherein a wire for a submerged arc containing 0.003% or less as an essential component is used.
[0012]
[Action]
In the present invention, in order to satisfy the target performance of the weld metal of the high strength steel pipe, the components of the weld metal are limited to the following component ranges. In this specification, “%” is “% by weight” unless otherwise specified.
[0013]
Weld metal :
If C is less than 0.04%, the strength is insufficient, and if it exceeds 0.07%, the toughness deteriorates, so that the content is limited to the above range.
[0014]
Si is necessary for deoxidizing the weld metal. However, if it exceeds 0.25%, the toughness deteriorates, which is not preferable. If it is less than 0.10%, sufficient deoxidation cannot be performed. It is not preferable because pores remain therein.
[0015]
Like Mn, Mn is effective in deoxidizing the weld metal and improving the strength and toughness. However, if it is less than 1.60%, the required molten metal strength cannot be obtained, and if it exceeds 2.30%, the toughness deteriorates. Therefore, the range was set to 1.60 to 2.30%. Preferably it is 1.70-2.00%.
[0016]
Both P and S are preferably as small as possible with respect to the notch toughness. In the case of P, however, if the content exceeds 0.010%, the weld metal becomes extremely embrittled, so the upper limit is made 0.010%. Also, S is set to 0.010% or less to similarly embrittle the weld metal.
[0017]
Ti is an element that becomes a ferrite nucleation site as a Ti oxide in the weld metal and generates a fine acicular ferrite structure. Therefore, the toughness can be improved by adding Ti and changing the structure of the weld metal to acicular ferrite. Such an effect is effective when the amount of Ti in the weld metal is in the range of 0.01 to 0.06%. When the amount exceeds this range, the toughness tends to deteriorate.
[0018]
This effect can be improved by adding B in an amount of 0.002% or more, but low-temperature toughness can be improved. However, if B is added in an amount of more than 0.004%, the toughness is deteriorated.
[0019]
Further, in the present invention, Cr and Mo were used as essential components in order to secure strength. First, 0.20% or more of Cr and 0.15% or more of Mo, which are effective in increasing the strength, are added. Further, since excessive addition of Cr and Mo impairs the toughness of the weld metal, the upper limit of Cr is set to 1.10% and the upper limit of Mo is set to 1.00% or less. An excessive addition of Cu promotes hot cracking, so the upper limit was made 0.25%. Ni has the effect of improving the toughness as well as securing the strength, but the excessive addition deteriorates the weldability, so the upper limit was made 2.80%.
[0020]
Further, in addition to controlling the amount of each element in the weld metal within the above range, the Ceq. And Pcm. Must be within the above range.
Here, Ceq. And Pcm. Is represented by the following equation.
[0021]
(Equation 1)

[0022]
Ceq. And Pcm. This is because the strength of the weld metal increases with an increase in the toughness, but its toughness tends to deteriorate. Therefore, in order to satisfy the target strength and toughness, the optimum Ceq. And Pcm. Is present, and according to the present invention, Ceq. : 0.50 to 0.62, and Pcm: 0.20 to 0.25. Ceq. (L) or Pcm. Is less than the above range, the strength of the weld metal is lower than the target, and if it exceeds the above range, the toughness of the weld metal is deteriorated.
[0023]
On the other hand, by setting the composition of the weld metal within the above range, strength and toughness can be satisfied.However, when a conventional welding wire is used, it is difficult to secure the strength of the weld metal, and the amount of alloy addition is reduced. It becomes necessary to use many base materials. However, an increase in the base metal component causes deterioration of the base metal toughness and the weldability of the base metal. Therefore, there is an upper limit of the base metal component to satisfy the base metal performance.
[0024]
Therefore, when producing high-strength steel pipes, in order to form a high-strength weld metal without deteriorating the base metal performance, use a high-strength welding wire with a large amount of alloy addition, Need to be secured.
[0025]
Also, in general, when a steel pipe is manufactured by submerged arc welding, a plurality of electrodes are used, and a combination of a plurality of wires is used to adjust the components of the weld metal. It is important to weld a wire having a specific component range in a specific combination.
[0026]
Therefore, as a result of the examination from the above viewpoint, the base metal having the following components is welded by using the wire of the composition example according to the present invention in combination, so that the welding satisfying the above component range is performed. It has been found possible to form metals.
[0027]
The base material component C is an element necessary for securing strength. If the C content is less than 0.04%, the required strength cannot be obtained, so the lower limit was made 0.04%. On the other hand, if it exceeds 0.07%, the toughness of the welded joint deteriorates, so the upper limit was made 0.07%.
[0028]
Although Si may not be added, it acts as a deoxidizing agent when smelting steel and is effective in improving strength. When adding positively to obtain these effects, the lower limit is desirably set to 0.05%. However, if it exceeds 0.25%, the formation of island-like martensite is promoted and the HAZ toughness is degraded, so the upper limit was made 0.25%. Desirable is 0.1% or less.
[0029]
Mn is effective as a deoxidizing agent or for improving the strength and toughness of the material. To secure a material strength of API standard X80 grade or more, a Mn content of 1.60% or more is required. On the other hand, if it exceeds 2.25%, the toughness of the joint portion is significantly deteriorated, so the upper limit is set to 2.25%. Preferably it is 1.80-2.00%.
[0030]
Nb forms fine carbides and has the effect of increasing the strength. In order to obtain this effect, its content needs to be 0.005% or more. On the other hand, if it exceeds 0.060%, the harmful effect of embrittlement becomes greater, so the upper limit was made 0.060%.
[0031]
Mo is effective in increasing the strength by increasing the controlled rolling effect through the effects of improving hardenability and suppressing austenite recrystallization. This effect is particularly enhanced by the complex addition with Nb. To obtain these effects, 0.20% or more is required. On the other hand, if it exceeds 0.40%, the toughness is deteriorated, so the upper limit was made 0.40%.
[0032]
Ti is effective in forming fine nitrides to prevent coarsening of γ grains and improve toughness. In order to obtain this effect, the content needs to be 0.010% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.020%, the toughness deteriorates due to the precipitation of carbides, so the upper limit was made 0.020%.
[0033]
Al is added as a deoxidizing element. On the other hand, sol. If the Al content exceeds 0.05%, the cleanliness of the steel is impaired, so the upper limit was made 0.05%. Since lowering of Al contributes to toughening of HAZ through promotion of ferrite precipitation, it is desirable that sol. The Al content is 0.02% or less.
If the content of N exceeds 0.0100%, the HAZ toughness is deteriorated.
[0034]
In addition, at least one of Cu, Cr and Ni is added to improve the strength.
Cr is an element effective for increasing the strength. To obtain this effect, a content of 0.16% or more is required. On the other hand, if it exceeds 0.30%, the weldability is deteriorated.
Although Cu and Ni are effective elements for strength and toughness, excessive additions degrade weldability, so the upper limits are set to 0.30% and 0.60%, respectively.
[0035]
S forms MnS and is an inevitable impurity harmful to steel quality. In particular, when the S content exceeds 0.010%, MnS precipitates and adversely affects HAZ toughness. Therefore, the upper limit is set to 0.010%. P is also limited to 0.010% or less as an inevitable impurity.
[0036]
By subjecting the steel sheet having the above components to controlled rolling, it is possible to secure the target strength and toughness.However, since the present invention relates to a method for forming a weld metal, the rolling conditions for the steel sheet are as follows. There is no particular limitation.
[0037]
Wire composition:
Next, the reasons for limiting the wire components will be described.
In order to form a weld metal having high strength and high toughness, it is required that the weld metal component satisfies the above component range. Here, the component of the weld metal is determined by the following three reactions.
[0038]

As described above, in order to manufacture a high-strength steel pipe, it is necessary to use a steel sheet having the above component range. Therefore, in order for the weld metal to satisfy the above component range, it is necessary to limit each component of the wire. Further, since it is known that the dilution ratio of the base material is about 50%, the upper limit value of the wire component is shown in the case of C as an example.
[0039]

From the formula (2), the lower limit of the dilution amount from the base material is 0.02%, and considering that the component range of the weld metal is C: 0.04 to 0.07%, the remaining 0.05%. It can be seen that the welding metal can be supplied from the wire to the welding metal, and that any steel sheet within the above-described component range can form a weld metal within the above-described component range. This indicates that when the same wire is used for all of the plurality of electrodes, the wire component can be satisfied if the wire component is 0.05 0.5 = 0.10% or less.
[0040]
By performing the same calculation for Cu, Ni, Cr, Mo, and Ti, the upper limit of the amount of each element in the wire is 0.20% for each of Cu, Ni, Cr, Mo, and Ti, and 5.0. %, 2.0%, 1.60% and 0.10%.
[0041]
Also, for Si and Mn, it is necessary to consider the reaction between the flux and the weld metal. Therefore, since Si flows from the flux into the molten metal, if the content in the wire is 0.30% or less, it can be within the range of the weld metal component. Further, in the case of Mn, conversely, Mn flows out into the flux, so it is necessary to contain 3.2% in the wire.
[0042]
Therefore, the amounts of these elements in the wire need to be at least equal to or less than the upper limit described above, and the lower limit can be determined by a similar method.
Since P and S make the weld metal brittle, it is desirable that the smaller the number, the lower limit is not particularly defined.
[0043]
In addition, B is an important element for the toughness of the weld metal. However, since a B-added type molten flux is usually used, the target toughness of the weld metal is secured by flowing from the flux into the molten metal. can do. Therefore, the lower limit of the wire component is not particularly set, but if the amount of the component in the wire exceeds 0.003%, the B content in the weld metal exceeds 0.004%, and the toughness of the weld metal deteriorates, so the upper limit is set. Was set to 0.003%.
[0044]
【Example】
Four-electrode submerged arc welding was performed using a steel sheet having the composition shown in Table 1 as a base material. At the time of welding, the wires shown in Table 2 and the fluxes shown in Table 3 were used, and the welding conditions in Table 4 were employed.
[0045]
As a result of performing the above-described submerged arc welding by combining the wires of the present invention examples shown in Table 5, the weld metals a to e having the component compositions shown in Table 5 as the present invention examples were also formed. In each case, a weld metal within the composition range of the present invention is formed, and satisfies the target strength toughness. Further, even when a wire having a component outside the range of the present invention such as the weld metal c is combined, the target performance can be satisfied as long as the component of the weld metal is within the specified component range.
[0046]
However, as shown as a comparative example, when the wire of the present invention example was not used (weld metals A to G), none of the weld metals could satisfy the specified component range, and the target performance could be satisfied. Can not.
[0047]
Specifically, the reason why the weld metal does not satisfy the predetermined performance is as follows. , Pcm. Satisfies the specified range, but Si, Cr, and Ti are out of the lower limits, indicating a low absorption energy. In the case of the weld metal B, Mo is also outside the lower limit. Weld metals C and F are Ceq. Is below the lower limit, the strength cannot be secured. In the case of welding metals D, E, and G, Ceq. , Pcm. Satisfies the specified range, but especially in the case of the weld metal D, the B amount is outside the upper limit, the weld metal E is outside the Mn upper limit, and the weld metal G is outside the lower limit of Mo, so that the absorbed energy is low. Is shown.
[0048]
[Table 1]

[0049]
[Table 2]

[0050]
[Table 3]

[0051]
[Table 4]

[0052]
[Table 5]

[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by using a wire having a specific component range and forming a weld metal having a limited component, the tensile strength of the weld metal is 700 N / mm ² or more. It is possible to accurately obtain a high-strength, high-toughness weld metal having a favorable balance that secures high toughness even at a low temperature of −40 ° C. or lower, which is an industrially significant invention.

Claims

重量％で、
Ｃ：0.04〜0.07％、 Si：0.10〜0.25％、 Mn：1.60〜2.30％、
Ｐ：0.010 ％以下、Ｓ：0.010 ％以下、 Cu：0.25％以下、
Ni：2.80％以下、 Cr：0.20〜1.10％、 Mo：0.15〜1.00％、
Ti：0.01〜0.06％、Ｂ：0.002 〜0.004 ％、
かつＣeq.(L)：0.50〜0.62、およびＰcm.:0.20〜0.25を満足し、
残部がFeおよび不可避不純物
からなる高強度高靱性溶接鋼管用の高強度高靱性を有するサブマージアーク溶接による溶接金属。In weight percent,
C: 0.04 to 0.07%, Si: 0.10 to 0.25%, Mn: 1.60 to 2.30%,
P: 0.010% or less, S: 0.010% or less, Cu: 0.25% or less,
Ni: 2.80% or less, Cr: 0.20 to 1.10%, Mo: 0.15 to 1.00%,
Ti: 0.01 to 0.06%, B: 0.002 to 0.004%,
And Ceq. (L): 0.50 to 0.62 and Pcm .: 0.20 to 0.25,
Submerged arc welding metal with high strength and high toughness for high strength and toughness welded steel pipes with the balance consisting of Fe and unavoidable impurities.

重量％で、
Ｃ：0.04〜0.07％、 Si：0.05〜0.25％、 Mn：1.60〜2.25％、
Ｐ：0.010 ％以下、Ｓ：0.010 ％以下、Nb：0.005 〜0.060 ％、
Ti：0.010 〜0.020 ％、Mo：0.20〜0.40％、sol.Al：0.05％以下、
Ｎ：0.01％以下、
さらにCu：0.30％以下、Cr：0.16〜0.30％、およびNi：0.60％以下のうちの１種以上
、
残部がFeおよび不可避不純物
から成る鋼組成を有する母材に、
Ｃ：0.01〜0.10％、Si：0.05〜0.30％、Mn：1.00〜3.20％、
Ｐ：0.010 ％以下、Ｓ：0.010 ％以下、Cu：0.20％以下、
Ni：5.0 ％以下、Cr：0.15〜2.0 ％、Mo：0.10〜1.60％、Ti：0.01〜0.10％、Ｂ：0.003 ％以下を必須成分とするサブマージアーク用ワイヤを使用することを特徴とする、請求項１記載の成分を有する溶接金属の形成方法。In weight percent,
C: 0.04 to 0.07%, Si: 0.05 to 0.25%, Mn: 1.60 to 2.25%,
P: 0.010% or less, S: 0.010% or less, Nb: 0.005 to 0.060%,
Ti: 0.010 to 0.020%, Mo: 0.20 to 0.40%, sol.Al: 0.05% or less,
N: 0.01% or less,
Further, at least one of Cu: 0.30% or less, Cr: 0.16 to 0.30%, and Ni: 0.60% or less,
The base material has a steel composition consisting of Fe and unavoidable impurities,
C: 0.01 to 0.10%, Si: 0.05 to 0.30%, Mn: 1.00 to 3.20%,
P: 0.010% or less, S: 0.010% or less, Cu: 0.20% or less,
Ni: 5.0% or less; Cr: 0.15 to 2.0%; Mo: 0.10 to 1.60%; Ti: 0.01 to 0.10%; B: 0.003% or less. A method for forming a weld metal having the component according to claim 1.