WO2024069983A1 - ソリッドワイヤ及び溶接継手の製造方法 - Google Patents
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- B23K9/186—Submerged-arc welding making use of a consumable electrodes
Definitions
- This disclosure relates to a method for manufacturing solid wire and welded joints.
- Ni-based low-temperature steel containing 6 to 9% Ni is used for the steel materials used in liquid hydrogen tanks, liquid carbon dioxide tanks, LNG tanks, etc., because of the need to ensure toughness at the extremely low temperature of -196°C.
- Austenitic wires that can produce weld metals with excellent low-temperature toughness are used for welding these Ni-based low-temperature steels. These wires are mainly designed with a Ni content of 70%.
- Patent Document 1 describes a wire having a Ni content of 35 to 70%, in which the flux contains TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 in a total amount of 4.0 mass% or more with respect to the total mass of the wire, and further contains Mn oxides in an amount of 0.6 to 1.2 mass% calculated as MnO 2 , and when the contents of TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 and MnO 2 (converted amounts) are expressed in mass% as [TiO 2 ], [SiO 2 ], [ZrO 2 ] and [MnO 2 ], respectively, [TiO 2 ]/[ZrO 2 ] is 2.3 to 3.3, [SiO 2 ]/[ZrO 2 ] is 0.9 to 1.5, and ([TiO 2 ]+[SiO 2 ]+[ZrO 2 ])/[MnO 2 ] is 0.9 to 1.5. ] is 5 to 13
- the objective of the present invention is to provide a solid wire for submerged arc welding that is inexpensive and produces weld metal with excellent low-temperature toughness, and a method for manufacturing a welded joint using the solid wire.
- a solid wire for submerged arc welding the chemical composition of the solid wire being, in mass% with respect to a total mass of the solid wire, C: 0 to 0.650%, Si: 0.03 to 0.50%, Mn: 4.1 to 30.0%, P: 0 to 0.050%, S: 0 to 0.050%, Cu: 0 to 5.0%, Ni: 1.0 to 30.0%, Cr: 0 to 10.0%, Mo: 0 to 10.0%, Nb: 0 to 1.00%, V: 0 to 1.00%, Co: 0 to 1.00%, Pb: 0 to 1.00%, Sn: 0 to 1.00%, Al: 0 to 0.10%, Ti: 0 to 0.10%, B: 0 to 0.1000%, N: 0 to 0.500%, O: 0 to 0.0050%, and the balance: Fe and impurities; and the sum of the Mn content and the Ni content (Mn + Ni) is 5.0% or more
- ⁇ 2> The solid wire according to ⁇ 1>, wherein a mass ratio (Ni/Mn) of the Mn content to the Ni content is 0.10 or more.
- ⁇ 3> The solid wire according to ⁇ 2>, wherein the mass ratio (Ni/Mn) is 1.00 or more.
- ⁇ 4> The solid wire according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the Ti content is Ti: 0.003 to 0.10%.
- a method for manufacturing a welded joint comprising a step of submerged arc welding steel materials using the solid wire according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>.
- the present disclosure provides a solid wire for submerged arc welding that is inexpensive and produces weld metal with excellent low-temperature toughness, as well as a method for manufacturing a welded joint using the solid wire.
- the solid wire according to the present disclosure has a predetermined chemical composition. Due to the above-described configuration, the solid wire according to the present disclosure serves as a wire for submerged arc welding that is inexpensive and can provide a weld metal having excellent low-temperature toughness. The solid wire according to the present disclosure was discovered based on the following findings.
- the present inventors have investigated a technique for obtaining a wire for submerged arc welding capable of improving the low temperature toughness of the weld metal even when the Ni content is reduced and the Mn content is increased. As a result, the following findings have been obtained.
- Both Ni and Mn are austenite stabilizing elements.
- the Ni content is reduced or the Mn content is increased excessively, the stacking fault energy is reduced and the toughness is deteriorated. Therefore, the Ni and Mn contents are controlled to prevent the decrease in stacking fault energy.
- the solid wire for submerged arc welding according to the present disclosure is an inexpensive wire that can provide a weld metal having excellent low-temperature toughness.
- the solid wire for submerged arc welding according to the present disclosure melts together with a part of the steel material to be welded by submerged arc welding and the flux, and becomes a weld metal after solidification.
- the chemical composition of the solid wire according to the present disclosure is: C: 0 to 0.650%, Si: 0.03 to 0.50%, Mn: 4.1 to 30.0%, P: 0 to 0.050%, S: 0 to 0.050%, Cu: 0 to 5.0%, Ni: 1.0 to 30.0%, Cr: 0 to 10.0%, Mo: 0 to 10.0%, Nb: 0 to 1.0%, V: 0 to 1.0%, Co: 0 to 1.0%, Pb: 0 to 1.0%, Sn: 0 to 1.0%, Al: 0 to 0.10%, Ti: 0 to 0.10%, B: 0 to 0.1000%, N: 0 to 0.500%, O: 0 to 0.0050%, and the balance: Fe and impurities; and the sum of the Mn content and the Ni content (Mn + Ni) is 5.0% or more; The total of the Mn content, the Ni content, and the Cr content (Mn+Ni+Cr) is 15.0% or more, The fcc percentage
- C is an element that generates spatter.
- the lower the C content of the wire the more advantageous it is for reducing spatter.
- C is also an interstitial solid solution strengthening element. If the C content of the wire is excessive, the wire becomes hard and the core wire processing becomes difficult. Also, spatter increases. Therefore, the C content of the wire is set to 0 to 0.650%. However, reducing the C content of the wire to 0% increases the cost of decarbonization. In addition, there is a concern that the C content of the wire will be insufficient, resulting in insufficient strength of the weld metal. Therefore, the lower limit of the C content of the wire may be set to 0.003%, 0.005%, or 0.008%.
- the upper limit of the C content of the wire is preferably 0.600%, 0.500%, 0.400%, 0.300%, 0.200%, less than 0.200%, 0.190%, 0.180%, 0.150%, or 0.120%.
- Si is a deoxidizing element. If the Si content of the wire is too low, the P content of the wire increases. On the other hand, Si has a low solid solubility in the austenite phase, and the greater the Si content, the greater the amount of brittle phases such as intermetallic compounds and ⁇ ferrite that are generated at high temperatures, resulting in a deterioration in high-temperature ductility. Therefore, the Si content of the wire is set to 0.03 to 0.50%.
- the lower limit of the Si content of the wire is preferably 0.04%, 0.05%, or 0.08%.
- the upper limit of the Si content of the wire is preferably less than 0.50%, 0.48%, 0.45%, 0.40%, 0.35%, 0.30%, or 0.20%.
- Mn 4.1 to 30.0%
- Mn is an austenite stabilizing element, and if the Mn content of the wire is too low, the austenitization of the weld metal becomes difficult to proceed, and the low-temperature toughness deteriorates. Therefore, the Mn content of the wire is set to 4.1 to 30.0%.
- the lower limit of the Mn content of the wire is preferably 4.2%, 5.0%, more than 5.0%, 5.2%, more than 6.0%, 6.2%, 7.0%, more than 7.0%, 7.2%, more than 10.0%, or 10.2%.
- the upper limit of the Mn content of the wire is preferably 28.0%, 26.0%, 25.0%, 23.0%, 21.0%, 20.0%, 19.0%, 18.0%, 16.8%, 15.0%, 14.8%, or 12.0%.
- the P content of the wire is preferably 0.040% or less, 0.030% or less, 0.020% or less, 0.015% or less, or 0.010% or less.
- the S content of the wire is preferably 0.040% or less, 0.030% or less, 0.020% or less, 0.015% or less, or 0.010% or less.
- Cu is a precipitation strengthening element and may be contained in the wire to improve the strength of the weld metal.
- Cu is also an austenite stabilizing element and may be contained in the wire to improve the low temperature toughness of the weld metal.
- the Cu content of the wire is set to 0 to 5.0%.
- the lower limit of the Cu content of the wire is preferably 0.3%, 0.5%, or 0.7%.
- the upper limit of the Cu content of the wire is preferably 4.5%, 4.0%, or 3.5%.
- Ni is an austenite stabilizing element. If the Ni content of the wire is too low, the austenitization of the weld metal becomes difficult to proceed, and the low-temperature toughness deteriorates. On the other hand, increasing the Ni content of the wire increases the cost of the wire. Therefore, the Ni content of the wire is set to 1.0 to 30.0%.
- the lower limit of the Ni content of the wire is preferably 2.0%, 3.0%, 3.2%, 3.6%, 3.7%, 4.2%, 4.7%, 5.0%, 5.2%, more than 6.0%, 6.2%, 7.0%, more than 8.0%, or 8.2%.
- the upper limit of the Ni content of the wire is preferably 28.0%, 26.0%, 24.0%, 22.0%, 20.0%, 19.0%, 18.0%, 15.0%, or 12.0%.
- Cr is an austenite stabilizing element and may be contained in the wire to improve the low-temperature toughness of the weld metal.
- Cr content of the wire is set to 0 to 10.0%.
- the lower limit of the Cr content of the wire is preferably 0.01%, 0.02%, 1.0%, 2.0%, or 3.0%.
- the upper limit of the Cr content of the wire is preferably 9.0%, 8.0%, less than 8.0%, 7.8%, 7.0%, less than 6.0%, 5.8%, or 4.8%.
- Mo is a precipitation strengthening element and may be contained in the wire to improve the strength of the weld metal.
- Mo content of the wire is set to 0 to 10.0%.
- the lower limit of the Mo content of the wire is preferably 1.0%, 2.0%, or 3.0%.
- the upper limit of the Mo content of the wire is preferably 9.0%, 8.0%, or 7.0%.
- Nb is an element that forms carbides in the weld metal and increases the strength of the weld metal, and therefore may be contained in the wire.
- the Nb content of the wire is set to 0 to 1.00%.
- the lower limit of the Nb content of the wire is preferably 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.15%, or 0.2%.
- the upper limit for the Nb content of the wire is preferably 0.95%, 0.90%, 0.85%, or 0.80%.
- V (V: 0 to 1.00%) V is an element that forms carbonitrides in the weld metal and increases the strength of the weld metal, and therefore may be contained in the wire.
- the V content of the wire is set to 0 to 1.00%.
- the lower limit of the V content of the wire is preferably 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.15%, or 0.20%.
- the upper limit of the V content of the wire is preferably 0.95%, 0.90%, 0.85%, or 0.80%.
- Co (Co: 0 to 1.00%) Co is an element that increases the strength of the weld metal through solid solution strengthening, and therefore may be contained in the wire.
- the Co content of the wire is set to 0 to 1.00%.
- the lower limit of the Co content of the wire is preferably 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.15%, or 0.20%.
- the upper limit of the Co content of the wire is preferably 0.95%, 0.90%, 0.85%, or 0.80%.
- Pb 0 to 1.00%
- Pb has the effect of improving the toe formability between the base steel material and the weld metal and improving the machinability of the weld metal, and therefore may be contained in the wire.
- the Pb content of the wire is set to 0 to 1.00%.
- the lower limit of the Pb content of the wire is preferably 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.15%, or 0.20%.
- the upper limit for the Pb content of the wire is preferably 0.95%, 0.90%, 0.85%, or 0.80%.
- Sn is an element that improves the corrosion resistance of the weld metal and may be contained in the wire.
- the Sn content of the wire is set to 0 to 1.00%.
- the lower limit of the Sn content of the wire is preferably 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.15%, or 0.20%.
- the upper limit of the Sn content of the wire is preferably 0.95%, 0.90%, 0.85%, or 0.80%.
- Al is a deoxidizing element and may be contained in the wire in order to suppress welding defects and improve the cleanliness of the weld metal.
- Al content of the wire is set to 0 to 0.10%.
- the lower limit of the Al content of the wire is preferably 0.01%, 0.02%, or 0.03%.
- the upper limit of the Al content of the wire is preferably 0.09%, 0.08%, or 0.07%.
- Ti is a deoxidizing element and may be contained in the wire in order to suppress welding defects and improve the cleanliness of the weld metal.
- the Ti content of the wire is set to 0 to 0.10%.
- the lower limit of the Ti content of the wire is preferably 0.003%, 0.01%, 0.02%, or 0.03%.
- the upper limit of the Ti content of the wire is preferably 0.09%, 0.08%, 0.07%, or 0.05%.
- B is an austenite stabilizing element and an interstitial solid solution strengthening element, and may be contained in the wire to improve the low temperature toughness and strength of the weld metal.
- B content of the wire is set to 0 to 0.1000%.
- the lower limit of the B content of the wire is preferably 0.0005%, 0.0010%, or 0.0020%.
- the upper limit of the B content of the wire is preferably 0.0800%, 0.0500%, or 0.0100%.
- N is an austenite stabilizing element and an interstitial solid solution strengthening element, and may be contained in the wire to improve the low temperature toughness and strength of the weld metal.
- N content of the wire is set to 0 to 0.500%.
- the lower limit of the N content of the wire is preferably 0.0001%, 0.0002%, or 0.0004%.
- the upper limit of the N content of the wire is preferably 0.400%, 0.200%, 0.100%, 0.050%, or 0.020%.
- O may be contained in the wire as an impurity.
- the upper limit of the O content of the wire is set to 0.0050% or less.
- the upper limit of the O content of the wire is preferably 0.0040% or 0.0030%.
- the lower limit of the O content of the wire is preferably 0.0003% or 0.0005%.
- the remaining components in the wire's chemical composition are Fe and impurities.
- impurities refers to components that are mixed in during industrial production of wire due to raw materials such as ores or scraps, or due to various factors in the manufacturing process, and are acceptable within the range that does not adversely affect the characteristics of the wire.
- Mn and Ni are austenite stabilizing elements that improve the low-temperature toughness of the weld metal.
- Ni is an expensive metal
- the Mn content and Ni content in the wire each satisfy the above-mentioned range, and the sum of the Mn content and Ni content (Mn+Ni) is set to 5.0% or more.
- the total of the Mn content and the Ni content (Mn+Ni) in the wire is preferably 5.4% or more, 5.6% or more, 5.7% or more, 6.0% or more, 6.2% or more, 6.7% or more, 6.9% or more, 7.0% or more, 7.2% or more, 10.0% or more, or 15.0% or more.
- Mn is an element that reduces stacking fault energy and causes a decrease in toughness when added in excess, so from the viewpoint of reducing the cost of the wire and improving the low-temperature toughness of the weld metal, it is preferable that the Mn content and Ni content in the wire each satisfy the above-mentioned range, and that the total of the Mn content and Ni content (Mn+Ni) is 37.0% or less.
- the total content of Mn and Ni in the wire (Mn+Ni) is more preferably 35.0% or less, 32.0% or less, or 30.0% or less.
- Mn, Ni, and Cr are each an austenite stabilizing element and improve the low-temperature toughness of the weld metal.
- Ni is an expensive metal
- the Mn content, Ni content, and Cr content in the wire each satisfy the above-mentioned ranges, and the total of the Mn content, Ni content, and Cr content (Mn+Ni+Cr) is set to 15.0% or more.
- the total of the Mn content, Ni content and Cr content (Mn+Ni+Cr) in the wire is preferably 17.0% or more, 19.0% or more, 20.0% or more, 22.0% or more, 24.0% or more, 26.0% or more, 28.0% or more, or 30.0% or more.
- Mn is an element that reduces stacking fault energy and causes a decrease in toughness when added in excess.
- Cr is an element that forms a martensite structure and affects the core wire workability of the wire. Cr also causes an increase in the amount of low melting point compounds in the molten metal. Therefore, from the viewpoint of reducing the cost of the wire, improving the low temperature toughness of the weld metal, improving the core wire workability, and reducing the amount of low melting point compounds generated in the molten metal, it is preferable that the Mn content, Ni content, and Cr content in the wire each satisfy the above range, and the total of the Mn content, Ni content, and Cr content (Mn + Ni + Cr) is 47.0% or less.
- the total content of Mn, Ni and Cr (Mn+Ni+Cr) in the wire is more preferably 45.0% or less, 42.0% or less, or 40.0% or less.
- Mn and Ni are austenite stabilizing elements and improve the low temperature toughness of the weld metal.
- Ni is an expensive metal
- Mn is an element that reduces stacking fault energy and causes a decrease in toughness when added in excess.
- Ni improves toughness by increasing stacking fault energy. Therefore, from the viewpoint of improving the low-temperature toughness of the weld metal while suppressing the cost of the wire, it is preferable that the mass ratio of the Mn content to the Ni content (Ni/Mn) in the wire is set to 0.10 or more.
- the lower limit of the mass ratio (Ni/Mn) of the Mn content to the Ni content in the wire is more preferably 0.20, 0.30, 0.50, 0.60, 0.68, 1.00, 1.10, or 1.20.
- the upper limit of the mass ratio (Ni/Mn) of the Mn content to the Ni content in the wire is preferably 25.00, 20.00, 15.00, 10.00, 8.00, or 5.00.
- the fcc proportion in the wire is set to 70% or more.
- the fcc proportion is preferably 80% or more, or 90% or more, and may be 100%.
- the remainder of the structure is bcc.
- the solid wire according to the present disclosure may further include a lubricant applied to the wire surface.
- the lubricant applied to the wire surface has the effect of improving the wire feedability during welding.
- Various types of lubricants for welding wires e.g., vegetable oils such as palm oil
- PTFE oil polytetrafluoroethylene oil
- PFPE oil perfluoropolyether oil
- the solid wire according to the present disclosure may further include a plating layer formed on the wire surface. In this case, the lubricant is applied to the surface of the plating layer.
- the diameter of the solid wire according to the present disclosure is not particularly limited, but is, for example, ⁇ 1.6 to ⁇ 2.4 mm. Note that the diameter of a typical solid wire is ⁇ 1.6 to ⁇ 6.4 mm.
- the solid wire according to the present disclosure can be manufactured by the same manufacturing process as that for manufacturing a normal solid wire. That is, first, a steel having the above-mentioned chemical composition is melted, and then forged if necessary. After that, the steel is rolled into a rod shape. The rod-shaped steel is drawn to obtain a solid wire.
- the solid wire may be appropriately heat-treated so as not to impair feedability.
- a plating layer may be formed on the surface of the solid wire. In this case, the average chemical composition of the entire solid wire, including the chemical composition of the plating layer, must be within the above-mentioned range.
- a lubricant may be applied to the surface of the solid wire.
- a method for manufacturing a welded joint according to the present disclosure includes a step of submerged arc welding a steel material using the solid wire according to the present disclosure described above.
- the solid wire according to the present disclosure melts together with a part of the steel material to be welded by submerged arc welding and the flux, and becomes a weld metal after solidification.
- a welded joint manufactured by the welded joint manufacturing method according to the present disclosure has high strength and high toughness.
- a welded structure having a welded joint manufactured by the welded joint manufacturing method according to the present disclosure also has high strength and high toughness at the welded joint.
- submerged arc welding In submerged arc welding, granular flux is spread on the weld line in advance, the solid wire according to the present disclosure is fed into the flux, and welding is performed using the arc heat generated from the arc between the wire and the steel material in the flux.
- General submerged arc welding equipment can be applied.
- the submerged arc welding conditions may be those of a general method.
- the type of steel material (welded material) that serves as the base material of the welded joint is not particularly limited, but for example, Ni-based low-temperature steel containing 6% to 9% Ni with a plate thickness of 20 mm or more can be suitably used.
- the method for manufacturing a welded joint according to the present disclosure it is preferable to include a step of welding steel materials using the solid wire according to the present disclosure in one or more of the first pass to the final pass.
- the solid wire according to the present disclosure is used in the one pass.
- the polarity of the solid wire may be either positive or negative since the effect on the amount of diffusible hydrogen in the weld metal and the amount of spatter generation is negligibly small, but positive is preferred.
- the welded joint obtained by the welded joint manufacturing method according to the present disclosure comprises a base steel material and a welded part consisting of a weld metal and a weld heat affected zone.
- the welded joint according to the present disclosure is manufactured using the solid wire according to the present disclosure, and therefore comprises a weld metal having a good bead shape. Therefore, a welded structure having a welded joint manufactured by the welded joint manufacturing method according to the present disclosure also comprises a weld metal having a good bead shape. It is preferable that the tensile strength of the obtained welded metal is high, for example, 590 to 900 MPa.
- Solid wire manufacturing The solid wires of the present disclosure and the comparative examples were manufactured by the method described below. First, steel having the chemical compositions shown in Tables 1-A to 1-D was melted and then forged. The steel was then rolled into a rod shape, and the rod-shaped steel was drawn to obtain a solid wire. In this manner, a solid wire having a final wire diameter of ⁇ 2.4 mm was produced. The chemical components of the solid wire thus obtained were analyzed and found to be as shown in Tables 1-A to 1-D.
- the units of the contents of the chemical components of the wire shown in Tables 1-A to 1-D are mass % relative to the total mass of the solid wire.
- the balance of the wires shown in Tables 1-A to 1-D is iron and impurities.
- the solid wires shown in Tables 1-A to 1-D no lubricant was applied unless otherwise specified in the "Remarks" column.
- the wires marked “Coated” are those coated with lubricant.
- values outside the ranges specified in this disclosure are underlined.
- the blanks in the tables related to the content of a chemical component mean that the content of the chemical component is less than the significant digits. These chemical components may be unavoidably mixed or produced in amounts less than the significant digits.
- the solid wire for submerged arc welding according to the present disclosure has excellent low-temperature toughness of the weld metal.
- the comparative examples did not satisfy any of the requirements defined in this disclosure and therefore failed in one or more evaluation items.
Landscapes
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Abstract
サブマージアーク溶接用のソリッドワイヤであって、前記ソリッドワイヤの全質量に対する質量%で、前記ソリッドワイヤの化学成分が、C:0~0.650%、Si:0.03~0.50%、Mn:4.1~30.0%、P:0~0.050%、S:0~0.050%、Cu:0~5.0%、Ni:1.0~30.0%、Cr:0~10.0%、Mo:0~10.0%、Nb:0~1.00%、V:0~1.00%、Co:0~1.00%、Pb:0~1.00%、Sn:0~1.00%、Al:0~0.10%、Ti:0~0.10%、B:0~0.1000%、N:0~0.5000%、O:0~0.0050%、並びに残部:Fe及び不純物であり、(Mn+Ni)が5.0%以上であり、(Mn+Ni+Cr)が15.0%以上であり、fcc割合が70%以上であるソリッドワイヤ。
Description
本開示は、ソリッドワイヤ及び溶接継手の製造方法に関する。
近年、地球温暖化の問題による二酸化炭素排出量規制強化により、石油及び石炭などに比べて二酸化炭素の排出がない水素燃料、並びに二酸化炭素の排出が少ない天然ガスなどの需要が高まっている。それに伴い、船舶や地上などで使用する液体水素タンク、液体炭酸ガスタンクおよびLNGタンク等の建造の需要も世界的に高まっている。液体水素タンク、液体炭酸ガスタンクおよびLNGタンクなどに使用される鋼材には、-196℃の極低温度での靭性確保の要求から、6~9%Niを含むNi系低温用鋼が使用されている。
そして、これらNi系低温用鋼の溶接には、優れた低温靭性の溶接金属が得られるオーステナイト系のワイヤが用いられている。このワイヤは、主に、Ni含有量が70%で設計されている。
そして、これらNi系低温用鋼の溶接には、優れた低温靭性の溶接金属が得られるオーステナイト系のワイヤが用いられている。このワイヤは、主に、Ni含有量が70%で設計されている。
例えば、Ni含有量70%のワイヤとして、特許文献1には、「Ni含有量が35~70%であり、フラックス中にワイヤ全質量に対して、TiO2、SiO2及びZrO2を総量で4.0質量%以上含み、さらに、Mn酸化物をMnO2換算で0.6~1.2質量%含み、かつ、TiO2、SiO2、ZrO2及びMnO2(換算量)の含有量を質量%で、それぞれ、[TiO2]、[SiO2]、[ZrO2]及び[MnO2]としたとき、[TiO2]/[ZrO2]が2.3~3.3、[SiO2]/[ZrO2]が0.9~1.5、及び、([TiO2]+[SiO2]+[ZrO2])/[MnO2]が5~13である、Ni基合金を外皮とするワイヤ」が開示されている。
[特許文献1]特開2008-246507号公報
しかし、溶接金属の低温靭性を確保するための、Ni含有量が70%で設計されたワイヤは、非常に高価であり、安価なものが求められている。
高価なNiは、オーステナイト安定化元素として知られているが、低廉なMnも同様の効果がある。そのため、Ni含有量を低減し、Mn含有量を高めれば、安価で、低温靭性に優れた溶接金属が得られる。ただし、Mnを高めただけでは靭性が劣化し、機械特性が確保できない。
高価なNiは、オーステナイト安定化元素として知られているが、低廉なMnも同様の効果がある。そのため、Ni含有量を低減し、Mn含有量を高めれば、安価で、低温靭性に優れた溶接金属が得られる。ただし、Mnを高めただけでは靭性が劣化し、機械特性が確保できない。
そこで、本発明の課題は、安価で、低温靭性に優れた溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用のソリッドワイヤ、及び、当該ソリッドワイヤを用いた溶接継手の製造方法を提供することである。
課題を解決するための手段は、次の態様を含む。
<1> サブマージアーク溶接用のソリッドワイヤであって、前記ソリッドワイヤの全質量に対する質量%で、前記ソリッドワイヤの化学成分が、
C :0~0.650%、
Si:0.03~0.50%、
Mn:4.1~30.0%、
P :0~0.050%、
S :0~0.050%、
Cu:0~5.0%、
Ni:1.0~30.0%、
Cr:0~10.0%、
Mo:0~10.0%、
Nb:0~1.00%、
V :0~1.00%、
Co:0~1.00%、
Pb:0~1.00%、
Sn:0~1.00%、
Al:0~0.10%、
Ti:0~0.10%、
B:0~0.1000%、
N :0~0.500%、
O :0~0.0050%、並びに
残部:Fe及び不純物であり、
かつ前記Mn含有量及び前記Ni含有量の合計(Mn+Ni)が5.0%以上であり、
前記Mn含有量、前記Ni含有量及び前記Cr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)が15.0%以上であり、
磁気誘導法により求められるfcc割合が70%以上であるソリッドワイヤ。
<2> 前記Mn含有量と前記Ni含有量との質量比(Ni/Mn)が、0.10以上である<1>に記載のソリッドワイヤ。
<3> 前記質量比(Ni/Mn)が、1.00以上である<2>に記載のソリッドワイヤ。
<4> 前記Tiの含有量が、Ti:0.003~0.10%である<1>~<3>のいずれか1項に記載のソリッドワイヤ。
<5> <1>~<4>のいずれか1項に記載のソリッドワイヤを用いて、鋼材をサブマージアーク溶接する工程を備える溶接継手の製造方法。
<1> サブマージアーク溶接用のソリッドワイヤであって、前記ソリッドワイヤの全質量に対する質量%で、前記ソリッドワイヤの化学成分が、
C :0~0.650%、
Si:0.03~0.50%、
Mn:4.1~30.0%、
P :0~0.050%、
S :0~0.050%、
Cu:0~5.0%、
Ni:1.0~30.0%、
Cr:0~10.0%、
Mo:0~10.0%、
Nb:0~1.00%、
V :0~1.00%、
Co:0~1.00%、
Pb:0~1.00%、
Sn:0~1.00%、
Al:0~0.10%、
Ti:0~0.10%、
B:0~0.1000%、
N :0~0.500%、
O :0~0.0050%、並びに
残部:Fe及び不純物であり、
かつ前記Mn含有量及び前記Ni含有量の合計(Mn+Ni)が5.0%以上であり、
前記Mn含有量、前記Ni含有量及び前記Cr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)が15.0%以上であり、
磁気誘導法により求められるfcc割合が70%以上であるソリッドワイヤ。
<2> 前記Mn含有量と前記Ni含有量との質量比(Ni/Mn)が、0.10以上である<1>に記載のソリッドワイヤ。
<3> 前記質量比(Ni/Mn)が、1.00以上である<2>に記載のソリッドワイヤ。
<4> 前記Tiの含有量が、Ti:0.003~0.10%である<1>~<3>のいずれか1項に記載のソリッドワイヤ。
<5> <1>~<4>のいずれか1項に記載のソリッドワイヤを用いて、鋼材をサブマージアーク溶接する工程を備える溶接継手の製造方法。
本開示によれば、安価で、低温靭性に優れた溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用のソリッドワイヤ、及び、当該ソリッドワイヤを用いた溶接継手の製造方法が提供できる。
本開示の一例である実施形態について説明する。
なお、本明細書中において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値に「超」及び「未満」が付されていない場合は、これらの数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「~」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これらの数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。また、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、含有量について、「%」は「質量%」を意味する。
含有量(%)として「0~」は、その成分は任意成分であり、含有しなくてもよいことを意味する。
なお、本明細書中において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値に「超」及び「未満」が付されていない場合は、これらの数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「~」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これらの数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。また、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、含有量について、「%」は「質量%」を意味する。
含有量(%)として「0~」は、その成分は任意成分であり、含有しなくてもよいことを意味する。
<ソリッドワイヤ>
本開示に係るソリッドワイヤは、ワイヤの化学成分が所定の組成である。
本開示に係るソリッドワイヤは、上記構成により、安価で、低温靭性に優れた溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用のワイヤとなる。
そして、本開示に係るソリッドワイヤは、次の知見により見出された。
本開示に係るソリッドワイヤは、ワイヤの化学成分が所定の組成である。
本開示に係るソリッドワイヤは、上記構成により、安価で、低温靭性に優れた溶接金属が得られるサブマージアーク溶接用のワイヤとなる。
そして、本開示に係るソリッドワイヤは、次の知見により見出された。
発明者らは、Ni含有量を低減し、Mn含有量を高めても、溶接金属の低温靭性が向上できるサブマージアーク溶接用のワイヤを得る技術について検討した。その結果、次の知見を得た。
低温靭性を確保するには、溶接金属の組織をオーステナイト単相にすることが好ましい。NiとMnはいずれもオーステナイト安定化元素である。ただし、過度にNiを減らしたり、Mnを増やしたりすると、積層欠陥エネルギーが低くなり、靭性が劣化した。そこで、NiおよびMnの含有量を制御することで、積層欠陥エネルギーの低下を防いだ。これにより、ワイヤ全体でのNi含有量を低減し、Mn含有量を高めても、低温靭性に優れた溶接金属が得られた。
以上の知見から、本開示に係るサブマージアーク溶接用のソリッドワイヤは、安価で、低温靭性に優れた溶接金属が得られるワイヤとなることが見出された。
低温靭性を確保するには、溶接金属の組織をオーステナイト単相にすることが好ましい。NiとMnはいずれもオーステナイト安定化元素である。ただし、過度にNiを減らしたり、Mnを増やしたりすると、積層欠陥エネルギーが低くなり、靭性が劣化した。そこで、NiおよびMnの含有量を制御することで、積層欠陥エネルギーの低下を防いだ。これにより、ワイヤ全体でのNi含有量を低減し、Mn含有量を高めても、低温靭性に優れた溶接金属が得られた。
以上の知見から、本開示に係るサブマージアーク溶接用のソリッドワイヤは、安価で、低温靭性に優れた溶接金属が得られるワイヤとなることが見出された。
以下、本開示に係るソリッドワイヤを構成する要件(任意要件も含む要件)の限定理由について具体的に説明する。
なお、本開示に係るサブマージアーク溶接用のソリッドワイヤは、サブマージアーク溶接によって溶接に供される鋼材の一部やフラックスとともに溶融し、凝固後、溶接金属となる。
なお、本開示に係るサブマージアーク溶接用のソリッドワイヤは、サブマージアーク溶接によって溶接に供される鋼材の一部やフラックスとともに溶融し、凝固後、溶接金属となる。
(ソリッドワイヤの化学成分)
以下、本開示に係るソリッドワイヤの化学成分について説明する。
なお、ソリッドワイヤの化学成分の説明において、「%」は、特に説明がない限り、「ソリッドワイヤの全質量に対する質量%」を意味する。
また、本開示に係るソリッドワイヤが外表面にめっき層を有する場合は、ソリッドワイヤの化学成分はめっき層の化学成分も含まれる。
以下、本開示に係るソリッドワイヤの化学成分について説明する。
なお、ソリッドワイヤの化学成分の説明において、「%」は、特に説明がない限り、「ソリッドワイヤの全質量に対する質量%」を意味する。
また、本開示に係るソリッドワイヤが外表面にめっき層を有する場合は、ソリッドワイヤの化学成分はめっき層の化学成分も含まれる。
本開示に係るソリッドワイヤの化学成分は、
C :0~0.650%、
Si:0.03~0.50%、
Mn:4.1~30.0%、
P :0~0.050%、
S :0~0.050%、
Cu:0~5.0%、
Ni:1.0~30.0%、
Cr:0~10.0%、
Mo:0~10.0%、
Nb:0~1.0%、
V :0~1.0%、
Co:0~1.0%、
Pb:0~1.0%、
Sn:0~1.0%、
Al:0~0.10%、
Ti:0~0.10%、
B:0~0.1000%、
N :0~0.500%、
O :0~0.0050%、並びに
残部:Fe及び不純物であり、
かつ前記Mn含有量及び前記Ni含有量の合計(Mn+Ni)が5.0%以上であり、
前記Mn含有量、前記Ni含有量及び前記Cr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)が15.0%以上であり、
磁気誘導法により求められるfcc割合が70%以上である。
C :0~0.650%、
Si:0.03~0.50%、
Mn:4.1~30.0%、
P :0~0.050%、
S :0~0.050%、
Cu:0~5.0%、
Ni:1.0~30.0%、
Cr:0~10.0%、
Mo:0~10.0%、
Nb:0~1.0%、
V :0~1.0%、
Co:0~1.0%、
Pb:0~1.0%、
Sn:0~1.0%、
Al:0~0.10%、
Ti:0~0.10%、
B:0~0.1000%、
N :0~0.500%、
O :0~0.0050%、並びに
残部:Fe及び不純物であり、
かつ前記Mn含有量及び前記Ni含有量の合計(Mn+Ni)が5.0%以上であり、
前記Mn含有量、前記Ni含有量及び前記Cr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)が15.0%以上であり、
磁気誘導法により求められるfcc割合が70%以上である。
(C :0~0.650%)
Cは、スパッタを発生させる元素である。スパッタ低減には、ワイヤのC含有量は低ければ低いほど有利である。また、Cは、侵入型固溶強化元素でもある。ワイヤのC含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、スパッタも増大する。
よって、ワイヤのC含有量は、0~0.650%とする。
ただし、ワイヤのC含有量を0%にするには脱Cコストが上がる。また、ワイヤのC含有量が不足し、溶接金属の強度が不足する懸念がある。よって、ワイヤのC含有量の下限は、0.003%、0.005%、又は0.008%としてもよい。
ワイヤのC含有量の上限は、好ましくは、0.600%、0.500%、0.400%、0.300%、0.200%、0.200%未満、0.190%、0.180%、0.150%、又は0.120%である。
Cは、スパッタを発生させる元素である。スパッタ低減には、ワイヤのC含有量は低ければ低いほど有利である。また、Cは、侵入型固溶強化元素でもある。ワイヤのC含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、スパッタも増大する。
よって、ワイヤのC含有量は、0~0.650%とする。
ただし、ワイヤのC含有量を0%にするには脱Cコストが上がる。また、ワイヤのC含有量が不足し、溶接金属の強度が不足する懸念がある。よって、ワイヤのC含有量の下限は、0.003%、0.005%、又は0.008%としてもよい。
ワイヤのC含有量の上限は、好ましくは、0.600%、0.500%、0.400%、0.300%、0.200%、0.200%未満、0.190%、0.180%、0.150%、又は0.120%である。
(Si:0.03~0.50%)
Siは、脱酸元素である。ワイヤのSi含有量が低すぎると、ワイヤのP含有量が増加する。
一方、Siは、オーステナイト相に対する固溶度が低く、Siを多量に含有するほど、高温で金属間化合物、δフェライト等の脆化相が生成して高温延性が劣化する。
よって、ワイヤのSi含有量は、0.03~0.50%とする。
ワイヤのSi含有量の下限は、好ましくは、0.04%、0.05%、又は0.08%である。
ワイヤのSi含有量の上限は、好ましくは、0.50%未満、0.48%、0.45%、0.40%、0.35%、0.30%、又は0.20%である。
Siは、脱酸元素である。ワイヤのSi含有量が低すぎると、ワイヤのP含有量が増加する。
一方、Siは、オーステナイト相に対する固溶度が低く、Siを多量に含有するほど、高温で金属間化合物、δフェライト等の脆化相が生成して高温延性が劣化する。
よって、ワイヤのSi含有量は、0.03~0.50%とする。
ワイヤのSi含有量の下限は、好ましくは、0.04%、0.05%、又は0.08%である。
ワイヤのSi含有量の上限は、好ましくは、0.50%未満、0.48%、0.45%、0.40%、0.35%、0.30%、又は0.20%である。
(Mn:4.1~30.0%)
Mnを過剰に添加すると積層欠陥エネルギーが低下し、靭性が劣化する。
一方で、Mnは、オーステナイト安定化元素である。ワイヤのMn含有量が低すぎると、溶接金属のオーステナイト化が進行し難くなり、低温靭性が劣化する。
よって、ワイヤのMn含有量は、4.1~30.0%とする。
ワイヤのMn含有量の下限は、好ましくは、4.2%、5.0%、5.0%超、5.2%、6.0%超、6.2%、7.0%、7.0%超、7.2%、10.0%超、又は10.2%である。
ワイヤのMn含有量の上限は、好ましくは、28.0%、26.0%、25.0%、23.0%、21.0%、20.0%、19.0%、18.0%、16.8%、15.0%、14.8%、又は12.0%である。
Mnを過剰に添加すると積層欠陥エネルギーが低下し、靭性が劣化する。
一方で、Mnは、オーステナイト安定化元素である。ワイヤのMn含有量が低すぎると、溶接金属のオーステナイト化が進行し難くなり、低温靭性が劣化する。
よって、ワイヤのMn含有量は、4.1~30.0%とする。
ワイヤのMn含有量の下限は、好ましくは、4.2%、5.0%、5.0%超、5.2%、6.0%超、6.2%、7.0%、7.0%超、7.2%、10.0%超、又は10.2%である。
ワイヤのMn含有量の上限は、好ましくは、28.0%、26.0%、25.0%、23.0%、21.0%、20.0%、19.0%、18.0%、16.8%、15.0%、14.8%、又は12.0%である。
(P :0~0.050%)
Pは、不純物元素であり、溶接金属の靱性を低下させるので、ワイヤのP含有量は極力低減させることが好ましい。よって、ワイヤのP含有量の下限は、0%とする。ただし、脱Pコストの低減の観点から、ワイヤのP含有量は、0.003%以上がよい。
一方、ワイヤのP含有量が0.050%以下であれば、Pの靱性への悪影響が許容できる範囲内となる。
よって、ワイヤのP含有量は、0~0.050%とする
溶接金属の靱性の低下を効果的に抑制するために、ワイヤのP含有量は、0.040%以下、0.030%以下、0.020%以下、0.015%以下、又は0.010%以下が好ましい。
Pは、不純物元素であり、溶接金属の靱性を低下させるので、ワイヤのP含有量は極力低減させることが好ましい。よって、ワイヤのP含有量の下限は、0%とする。ただし、脱Pコストの低減の観点から、ワイヤのP含有量は、0.003%以上がよい。
一方、ワイヤのP含有量が0.050%以下であれば、Pの靱性への悪影響が許容できる範囲内となる。
よって、ワイヤのP含有量は、0~0.050%とする
溶接金属の靱性の低下を効果的に抑制するために、ワイヤのP含有量は、0.040%以下、0.030%以下、0.020%以下、0.015%以下、又は0.010%以下が好ましい。
(S :0~0.050%)
Sは、不純物元素であり、溶接金属の靱性を低下させるので、ワイヤのS含有量は極力低減させることが好ましい。よって、ワイヤのS含有量の下限は、0%とする。ただし、脱Sコストの低減の観点から、ワイヤのS含有量は、0.003%以上がよい。
一方、ワイヤのS含有量が0.050%以下であれば、Sの靱性への悪影響が許容できる範囲内となる。
よって、ワイヤのS含有量は、0~0.050%とする。
溶接金属の靱性の低下を効果的に抑制するために、ワイヤのS含有量は、0.040%以下、0.030%以下、0.020%以下、0.015%以下、又は0.010%以下が好ましい。
Sは、不純物元素であり、溶接金属の靱性を低下させるので、ワイヤのS含有量は極力低減させることが好ましい。よって、ワイヤのS含有量の下限は、0%とする。ただし、脱Sコストの低減の観点から、ワイヤのS含有量は、0.003%以上がよい。
一方、ワイヤのS含有量が0.050%以下であれば、Sの靱性への悪影響が許容できる範囲内となる。
よって、ワイヤのS含有量は、0~0.050%とする。
溶接金属の靱性の低下を効果的に抑制するために、ワイヤのS含有量は、0.040%以下、0.030%以下、0.020%以下、0.015%以下、又は0.010%以下が好ましい。
(Cu:0~5.0%)
Cuは、析出強化元素であり、溶接金属の強度向上のため、ワイヤに含有させてもよい。また、Cuは、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性向上のため、ワイヤに含有させてもよい。一方、ワイヤのCu含有量が過剰であると、上記の効果が飽和する。また、ワイヤのCu含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。
よって、ワイヤのCu含有量は、0~5.0%とする。
ワイヤのCu含有量の下限は、好ましくは、0.3%、0.5%、又は0.7%である。
ワイヤのCu含有量の上限は、好ましくは、4.5%、4.0%、又は3.5%である。
Cuは、析出強化元素であり、溶接金属の強度向上のため、ワイヤに含有させてもよい。また、Cuは、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性向上のため、ワイヤに含有させてもよい。一方、ワイヤのCu含有量が過剰であると、上記の効果が飽和する。また、ワイヤのCu含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。
よって、ワイヤのCu含有量は、0~5.0%とする。
ワイヤのCu含有量の下限は、好ましくは、0.3%、0.5%、又は0.7%である。
ワイヤのCu含有量の上限は、好ましくは、4.5%、4.0%、又は3.5%である。
(Ni:1.0~30.0%)
Niは、オーステナイト安定化元素である。ワイヤのNi含有量が低すぎると、溶接金属のオーステナイト化が進行し難くなり、低温靭性が劣化する。
一方、ワイヤのNi含有量を増やすと、ワイヤのコストが高くなる。
よって、ワイヤのNi含有量は、1.0~30.0%とする。
ワイヤのNi含有量の下限は、好ましくは、2.0%、3.0%、3.2%、3.6%、3.7%、4.2%、4.7%、5.0%、5.2%、6.0%超、6.2%、7.0%、8.0%超、又は8.2%である。
ワイヤのNi含有量の上限は、好ましくは、28.0%、26.0%、24.0%、22.0%、20.0%、19.0%、18.0%、15.0%、又は12.0%である。
Niは、オーステナイト安定化元素である。ワイヤのNi含有量が低すぎると、溶接金属のオーステナイト化が進行し難くなり、低温靭性が劣化する。
一方、ワイヤのNi含有量を増やすと、ワイヤのコストが高くなる。
よって、ワイヤのNi含有量は、1.0~30.0%とする。
ワイヤのNi含有量の下限は、好ましくは、2.0%、3.0%、3.2%、3.6%、3.7%、4.2%、4.7%、5.0%、5.2%、6.0%超、6.2%、7.0%、8.0%超、又は8.2%である。
ワイヤのNi含有量の上限は、好ましくは、28.0%、26.0%、24.0%、22.0%、20.0%、19.0%、18.0%、15.0%、又は12.0%である。
(Cr:0~10.0%)
Crは、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのCr含有量が過剰であると、ワイヤにマルテンサイト組織が形成され、芯線加工が困難になる。また、ワイヤのCr含有量が過剰であると、溶融金属における低融点化合物の量が増大し、さらに溶融金属の固液共存温度範囲が広がるので、高温割れを起こしやすくなる。
よって、ワイヤのCr含有量は、0~10.0%とする。
ワイヤのCr含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.02%、1.0%、2.0%、又は3.0%である。
ワイヤのCr含有量の上限は、好ましくは、9.0%、8.0%、8.0%未満、7.8%、7.0%、6.0%未満、5.8%、又は4.8%である。
Crは、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのCr含有量が過剰であると、ワイヤにマルテンサイト組織が形成され、芯線加工が困難になる。また、ワイヤのCr含有量が過剰であると、溶融金属における低融点化合物の量が増大し、さらに溶融金属の固液共存温度範囲が広がるので、高温割れを起こしやすくなる。
よって、ワイヤのCr含有量は、0~10.0%とする。
ワイヤのCr含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.02%、1.0%、2.0%、又は3.0%である。
ワイヤのCr含有量の上限は、好ましくは、9.0%、8.0%、8.0%未満、7.8%、7.0%、6.0%未満、5.8%、又は4.8%である。
(Mo:0~10.0%)
Moは、析出強化元素であり、溶接金属の強度向上のため、ワイヤに含有させてもよい。一方、ワイヤのMo含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのMo含有量が過剰であると、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。
よって、ワイヤのMo含有量は、0~10.0%とする。
ワイヤのMo含有量の下限は、好ましくは、1.0%、2.0%、又は3.0%である。
ワイヤのMo含有量の上限は、好ましくは、9.0%、8.0%、又は7.0%である。
Moは、析出強化元素であり、溶接金属の強度向上のため、ワイヤに含有させてもよい。一方、ワイヤのMo含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのMo含有量が過剰であると、溶接金属の強度が過剰となり、低温靭性が低下する。
よって、ワイヤのMo含有量は、0~10.0%とする。
ワイヤのMo含有量の下限は、好ましくは、1.0%、2.0%、又は3.0%である。
ワイヤのMo含有量の上限は、好ましくは、9.0%、8.0%、又は7.0%である。
(Nb:0~1.00%)
Nbは、溶接金属中で炭化物を形成し、溶接金属の強度を上昇させる元素であるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方で、ワイヤのNb含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのNb含有量が過剰であると、溶接金属の高温割れが発生する懸念がある。
よって、ワイヤのNb含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのNb含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.2%である。
ワイヤのNb含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
Nbは、溶接金属中で炭化物を形成し、溶接金属の強度を上昇させる元素であるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方で、ワイヤのNb含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのNb含有量が過剰であると、溶接金属の高温割れが発生する懸念がある。
よって、ワイヤのNb含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのNb含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.2%である。
ワイヤのNb含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
(V :0~1.00%)
Vは、溶接金属中で炭窒化物を形成し、溶接金属の強度を上昇させる元素であるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方で、ワイヤのV含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのV含有量が過剰であると、溶接金属の高温割れが発生する可能性がある。
よって、ワイヤのV含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのV含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.20%である。
ワイヤのV含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
Vは、溶接金属中で炭窒化物を形成し、溶接金属の強度を上昇させる元素であるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方で、ワイヤのV含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのV含有量が過剰であると、溶接金属の高温割れが発生する可能性がある。
よって、ワイヤのV含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのV含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.20%である。
ワイヤのV含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
(Co:0~1.00%)
Coは、固溶強化により、溶接金属の強度を上昇させる元素であるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのCo含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのCo含有量が過剰であると、溶接金属の延性が低下し、靱性を確保できない。
よって、ワイヤのCo含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのCo含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.20%である。
ワイヤのCo含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
Coは、固溶強化により、溶接金属の強度を上昇させる元素であるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのCo含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのCo含有量が過剰であると、溶接金属の延性が低下し、靱性を確保できない。
よって、ワイヤのCo含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのCo含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.20%である。
ワイヤのCo含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
(Pb:0~1.00%)
Pbは、母材である鋼材と溶接金属との間の止端成形性を向上させ溶接金属の切削性を向上させる効果があるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのPb含有量が過剰であると、アーク状態が劣化しスパッタを増大させる。
よって、ワイヤのPb含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのPb含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.20%である。
ワイヤのPb含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
Pbは、母材である鋼材と溶接金属との間の止端成形性を向上させ溶接金属の切削性を向上させる効果があるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのPb含有量が過剰であると、アーク状態が劣化しスパッタを増大させる。
よって、ワイヤのPb含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのPb含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.20%である。
ワイヤのPb含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
(Sn:0~1.00%)
Snは、溶接金属の耐食性を向上させる元素であるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのSn含有量が過剰であると、溶接金属での割れ発生の懸念がある。
よって、ワイヤのSn含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのSn含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.20%である。
ワイヤのSn含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
Snは、溶接金属の耐食性を向上させる元素であるため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのSn含有量が過剰であると、溶接金属での割れ発生の懸念がある。
よって、ワイヤのSn含有量は、0~1.00%とする。
ワイヤのSn含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、又は0.20%である。
ワイヤのSn含有量の上限は、好ましくは、0.95%、0.90%、0.85%、又は0.80%である。
(Al:0~0.10%)
Alは、脱酸元素であり、溶接欠陥抑制、及び溶接金属の清浄度向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのAl含有量が過剰であると、ワイヤ中に粗大介在物が生成され、芯線加工が困難になる。また、ワイヤのAl含有量が過剰であると、Alが溶接金属中で窒化物又は酸化物を形成して、溶接金属の低温靱性が低下する可能性がある。
よって、ワイヤのAl含有量は、0~0.10%とする。
ワイヤのAl含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.02%、又は0.03%である。
ワイヤのAl含有量の上限は、好ましくは、0.09%、0.08%、又は0.07%である。
Alは、脱酸元素であり、溶接欠陥抑制、及び溶接金属の清浄度向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのAl含有量が過剰であると、ワイヤ中に粗大介在物が生成され、芯線加工が困難になる。また、ワイヤのAl含有量が過剰であると、Alが溶接金属中で窒化物又は酸化物を形成して、溶接金属の低温靱性が低下する可能性がある。
よって、ワイヤのAl含有量は、0~0.10%とする。
ワイヤのAl含有量の下限は、好ましくは、0.01%、0.02%、又は0.03%である。
ワイヤのAl含有量の上限は、好ましくは、0.09%、0.08%、又は0.07%である。
(Ti:0~0.10%)
Tiは、脱酸元素であり、溶接欠陥抑制、及び溶接金属の清浄度向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのTi含有量が過剰であると、ワイヤ中に粗大介在物が生成され、芯線加工が困難になる。また、ワイヤのTi含有量が過剰であると、溶接金属に炭化物が生成し、溶接金属の靭性を劣化させる可能性がある。
よって、ワイヤのTi含有量は、0~0.10%とする。
ワイヤのTi含有量の下限は、好ましくは、0.003%、0.01%、0.02%、又は0.03%である。
ワイヤのTi含有量の上限は、好ましくは、0.09%、0.08%、0.07%、又は0.05%である。
Tiは、脱酸元素であり、溶接欠陥抑制、及び溶接金属の清浄度向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのTi含有量が過剰であると、ワイヤ中に粗大介在物が生成され、芯線加工が困難になる。また、ワイヤのTi含有量が過剰であると、溶接金属に炭化物が生成し、溶接金属の靭性を劣化させる可能性がある。
よって、ワイヤのTi含有量は、0~0.10%とする。
ワイヤのTi含有量の下限は、好ましくは、0.003%、0.01%、0.02%、又は0.03%である。
ワイヤのTi含有量の上限は、好ましくは、0.09%、0.08%、0.07%、又は0.05%である。
(B :0~0.1000%)
Bは、オーステナイト安定化元素であり、侵入型固溶強化元素でもあり、溶接金属の低温靭性及び強度の向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのB含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのB含有量が過剰であると、M23(C,B)6が析出し、靭性劣化の原因となる。
よって、ワイヤのB含有量は、0~0.1000%とする。
ワイヤのB含有量の下限は、好ましくは、0.0005%、0.0010%、又は0.0020%である。
ワイヤのB含有量の上限は、好ましくは、0.0800%、0.0500%、又は0.0100%である。
Bは、オーステナイト安定化元素であり、侵入型固溶強化元素でもあり、溶接金属の低温靭性及び強度の向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのB含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのB含有量が過剰であると、M23(C,B)6が析出し、靭性劣化の原因となる。
よって、ワイヤのB含有量は、0~0.1000%とする。
ワイヤのB含有量の下限は、好ましくは、0.0005%、0.0010%、又は0.0020%である。
ワイヤのB含有量の上限は、好ましくは、0.0800%、0.0500%、又は0.0100%である。
(N :0~0.500%)
Nは、オーステナイト安定化元素であり、侵入型固溶強化元素でもあり、溶接金属の低温靭性及び強度の向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのN含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのN含有量が過剰であると、ブローの発生が増大し、溶接欠陥の原因となる。
よって、ワイヤのN含有量は、0~0.500%とする。
ワイヤのN含有量の下限は、好ましくは、0.0001%、0.0002%、又は0.0004%である。
ワイヤのN含有量の上限は、好ましくは、0.400%、0.200%、0.100%、0.050%、又は0.020%である。
Nは、オーステナイト安定化元素であり、侵入型固溶強化元素でもあり、溶接金属の低温靭性及び強度の向上のため、ワイヤに含有させてもよい。
一方、ワイヤのN含有量が過剰であると、ワイヤが硬くなり、芯線加工が困難となる。また、ワイヤのN含有量が過剰であると、ブローの発生が増大し、溶接欠陥の原因となる。
よって、ワイヤのN含有量は、0~0.500%とする。
ワイヤのN含有量の下限は、好ましくは、0.0001%、0.0002%、又は0.0004%である。
ワイヤのN含有量の上限は、好ましくは、0.400%、0.200%、0.100%、0.050%、又は0.020%である。
(O :0~0.0050%)
Oは、不純物としてワイヤ中に含有されることがある。しかしながら、Oの含有量が過剰になると、溶接金属における靭性および延性の劣化を招くため、ワイヤのO含有量の上限は、0.0050%以下とする。
ワイヤのO含有量の上限は、好ましくは、0.0040%、又は0.0030%である。
一方、Oの含有量の低減による製造コストの上昇を抑制する観点から、ワイヤのO含有量の下限は、好ましくは、0.0003%、又は0.0005%である。
Oは、不純物としてワイヤ中に含有されることがある。しかしながら、Oの含有量が過剰になると、溶接金属における靭性および延性の劣化を招くため、ワイヤのO含有量の上限は、0.0050%以下とする。
ワイヤのO含有量の上限は、好ましくは、0.0040%、又は0.0030%である。
一方、Oの含有量の低減による製造コストの上昇を抑制する観点から、ワイヤのO含有量の下限は、好ましくは、0.0003%、又は0.0005%である。
(残部:Fe及び不純物)
ワイヤの化学成分におけるその他の残部成分は、Fe及び不純物である。
不純物とは、ワイヤを工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、ワイヤの特性に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
ワイヤの化学成分におけるその他の残部成分は、Fe及び不純物である。
不純物とは、ワイヤを工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、ワイヤの特性に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
(Mn含有量及びNi含有量の合計(Mn+Ni))
Mn及びNiは、各々、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性を向上させる。一方、Niは高価な金属であるため、ワイヤのコストを抑えつつ、溶接金属の低温靭性を向上させるには、ワイヤにおけるMn含有量及びNi含有量が各々上記範囲を満たしつつ、Mn含有量及びNi含有量の合計(Mn+Ni)を5.0%以上とする。
ワイヤにおけるMn含有量及びNi含有量の合計(Mn+Ni)は、好ましくは、5.4%以上、5.6%以上、5.7%以上、6.0%以上、6.2%以上、6.7%以上、6.9%以上、7.0%以上、7.2%以上、10.0%以上、又は15.0%以上である。
Mn及びNiは、各々、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性を向上させる。一方、Niは高価な金属であるため、ワイヤのコストを抑えつつ、溶接金属の低温靭性を向上させるには、ワイヤにおけるMn含有量及びNi含有量が各々上記範囲を満たしつつ、Mn含有量及びNi含有量の合計(Mn+Ni)を5.0%以上とする。
ワイヤにおけるMn含有量及びNi含有量の合計(Mn+Ni)は、好ましくは、5.4%以上、5.6%以上、5.7%以上、6.0%以上、6.2%以上、6.7%以上、6.9%以上、7.0%以上、7.2%以上、10.0%以上、又は15.0%以上である。
また、Mnは過剰に添加することで積層欠陥エネルギーを低下させて靭性の低下の原因となる元素である。そのため、ワイヤのコストを抑え、溶接金属の低温靭性を向上させる観点から、ワイヤにおけるMn含有量及びNi含有量が各々上記範囲を満たしつつ、Mn含有量及びNi含有量の合計(Mn+Ni)は、37.0%以下とすることが好ましい。
ワイヤにおけるMn含有量及びNi含有量の合計(Mn+Ni)は、より好ましくは、35.0%以下、32.0%以下、又は30.0%以下である。
ワイヤにおけるMn含有量及びNi含有量の合計(Mn+Ni)は、より好ましくは、35.0%以下、32.0%以下、又は30.0%以下である。
(Mn含有量、Ni含有量及びCr含有量の合計(Mn+Ni+Cr))
Mn、Ni及びCrは、各々、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性を向上させる。一方、Niは高価な金属であるため、ワイヤのコストを抑えつつ、溶接金属の低温靭性を向上させるには、ワイヤにおけるMn含有量、Ni含有量及びCr含有量が各々上記範囲を満たしつつ、Mn含有量、Ni含有量及びCr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)を15.0%以上とする。
ワイヤにおけるMn含有量、Ni含有量及びCr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)は、好ましくは、17.0%以上、19.0%以上、20.0%以上、22.0%以上、24.0%以上、26.0%以上、28.0%以上、又は30.0%以上である。
Mn、Ni及びCrは、各々、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性を向上させる。一方、Niは高価な金属であるため、ワイヤのコストを抑えつつ、溶接金属の低温靭性を向上させるには、ワイヤにおけるMn含有量、Ni含有量及びCr含有量が各々上記範囲を満たしつつ、Mn含有量、Ni含有量及びCr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)を15.0%以上とする。
ワイヤにおけるMn含有量、Ni含有量及びCr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)は、好ましくは、17.0%以上、19.0%以上、20.0%以上、22.0%以上、24.0%以上、26.0%以上、28.0%以上、又は30.0%以上である。
Mnは過剰に添加することで積層欠陥エネルギーを低下させて靭性の低下の原因となる元素である。Crはマルテンサイト組織を形成させる元素であり、ワイヤの芯線加工性に影響を与える。また、Crは溶融金属における低融点化合物の量を増大させる原因となる。そのため、ワイヤのコストを抑え、溶接金属の低温靭性を向上させつつ、芯線加工性を高め、且つ溶融金属における低融点化合物の発生量を低減する観点から、ワイヤにおけるMn含有量、Ni含有量及びCr含有量が各々上記範囲を満たしつつ、Mn含有量、Ni含有量及びCr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)は、47.0%以下とすることが好ましい。
ワイヤにおけるMn含有量、Ni含有量及びCr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)は、より好ましくは、45.0%以下、42.0%以下、又は40.0%以下である。
ワイヤにおけるMn含有量、Ni含有量及びCr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)は、より好ましくは、45.0%以下、42.0%以下、又は40.0%以下である。
(Mn含有量とNi含有量との質量比(Ni/Mn))
Mn及びNiは、各々、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性を向上させる。一方、Niは高価な金属であり、Mnは過剰に添加することで積層欠陥エネルギーを低下させて靭性の低下の原因となる元素である。なお、Niは積層欠陥エネルギーを上げることで、靭性を向上させる。
そのため、ワイヤのコストを抑えつつ、溶接金属の低温靭性を向上する観点から、ワイヤにおけるMn含有量とNi含有量との質量比(Ni/Mn)を0.10以上とすることが好ましい。
ワイヤにおけるMn含有量とNi含有量との質量比(Ni/Mn)の下限は、より好ましくは、0.20、0.30、0.50、0.60、0.68、1.00、1.10、又は1.20である。
ワイヤにおけるMn含有量とNi含有量との質量比(Ni/Mn)の上限は、好ましくは、25.00、20.00、15.00、10.00、8.00、又は5.00である。
Mn及びNiは、各々、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属の低温靭性を向上させる。一方、Niは高価な金属であり、Mnは過剰に添加することで積層欠陥エネルギーを低下させて靭性の低下の原因となる元素である。なお、Niは積層欠陥エネルギーを上げることで、靭性を向上させる。
そのため、ワイヤのコストを抑えつつ、溶接金属の低温靭性を向上する観点から、ワイヤにおけるMn含有量とNi含有量との質量比(Ni/Mn)を0.10以上とすることが好ましい。
ワイヤにおけるMn含有量とNi含有量との質量比(Ni/Mn)の下限は、より好ましくは、0.20、0.30、0.50、0.60、0.68、1.00、1.10、又は1.20である。
ワイヤにおけるMn含有量とNi含有量との質量比(Ni/Mn)の上限は、好ましくは、25.00、20.00、15.00、10.00、8.00、又は5.00である。
(磁気誘導法により求められるfcc割合)
溶接金属における低温靭性を高めるためには、ワイヤの組織におけるオーステナイトの割合を高めることが好ましい。そのため、ワイヤにおけるfcc割合を、70%以上とする。fcc割合は、好ましくは、80%以上、又は90%以上であり、100%であってもよい。なお、組織の残部はbccである。
溶接金属における低温靭性を高めるためには、ワイヤの組織におけるオーステナイトの割合を高めることが好ましい。そのため、ワイヤにおけるfcc割合を、70%以上とする。fcc割合は、好ましくは、80%以上、又は90%以上であり、100%であってもよい。なお、組織の残部はbccである。
ワイヤの組織におけるfcc割合は、次の方法で求めることができる。
ワイヤからサンプルを採取し、サンプル表面において、FERITSCOPE(登録商標) FMP30(株式会社フィッシャー・インストルメンツ製)を用い、当該測定器のプローブに株式会社フィッシャー・インストルメンツ製プローブ(FGAB 1.3-Fe)を用いて、磁気誘導法によりbcc割合(%)を測定し、測定されたbcc割合の算術平均値を求める。得られたbcc割合の平均値を用いて、以下の式により、ワイヤの組織におけるfcc割合(%)を求める。
fcc割合=100-bcc割合
ワイヤからサンプルを採取し、サンプル表面において、FERITSCOPE(登録商標) FMP30(株式会社フィッシャー・インストルメンツ製)を用い、当該測定器のプローブに株式会社フィッシャー・インストルメンツ製プローブ(FGAB 1.3-Fe)を用いて、磁気誘導法によりbcc割合(%)を測定し、測定されたbcc割合の算術平均値を求める。得られたbcc割合の平均値を用いて、以下の式により、ワイヤの組織におけるfcc割合(%)を求める。
fcc割合=100-bcc割合
本開示に係るソリッドワイヤは、ワイヤ表面に塗布された潤滑剤をさらに備えてもよい。ワイヤ表面に塗布された潤滑剤は、溶接時のワイヤの送給性を向上させる効果を有する。溶接ワイヤ用の潤滑剤としては、様々な種類のもの(例えばパーム油等の植物油)を使用できるが、溶接欠陥を抑制するためには、Hを含有しないポリテトラフルオロエチレン油(PTFE油)及びパーフルオロポリエーテル油(PFPE油)の一方又は両方を使用することが好ましい。また、上述したように、本開示に係るソリッドワイヤは、ワイヤ表面に形成されためっき層をさらに備えてもよい。この場合、潤滑剤はめっき層の表面に塗布される。
(ワイヤ直径)
本開示に係るソリッドワイヤの直径は特に限定されないが、例えばφ1.6~φ2.4mmである。なお、一般的なソリッドワイヤの直径はφ1.6~φ6.4mmである。
本開示に係るソリッドワイヤの直径は特に限定されないが、例えばφ1.6~φ2.4mmである。なお、一般的なソリッドワイヤの直径はφ1.6~φ6.4mmである。
<ソリッドワイヤの製造方法>
次に、本開示に係るソリッドワイヤの製造方法について説明する。
なお、以下に説明する製造方法は一例であり、本開示に係るソリッドワイヤを製造する方法は、以下の方法に限定されるものではない。
次に、本開示に係るソリッドワイヤの製造方法について説明する。
なお、以下に説明する製造方法は一例であり、本開示に係るソリッドワイヤを製造する方法は、以下の方法に限定されるものではない。
本開示に係るソリッドワイヤは、通常のソリッドワイヤの製造方法と同様の製造工程によって製造することができる。
すなわち、まず上述された化学成分を有する鋼を溶解し、その後、必要であれば鍛造加工をする。その後、圧延加工を経て、この鋼を棒状に加工する。この棒状の鋼を伸線することで、ソリッドワイヤが得られる。なお、送給性が損なわれないようにソリッドワイヤに適宜熱処理を行ってもよい。
さらに、このソリッドワイヤの表面にめっき層を形成してもよい。この場合、めっき層の化学成分を含めたソリッドワイヤ全体の平均的な化学成分が上述の範囲内となるようにされる必要がある。また、このソリッドワイヤの表面に潤滑剤を塗布してもよい。
すなわち、まず上述された化学成分を有する鋼を溶解し、その後、必要であれば鍛造加工をする。その後、圧延加工を経て、この鋼を棒状に加工する。この棒状の鋼を伸線することで、ソリッドワイヤが得られる。なお、送給性が損なわれないようにソリッドワイヤに適宜熱処理を行ってもよい。
さらに、このソリッドワイヤの表面にめっき層を形成してもよい。この場合、めっき層の化学成分を含めたソリッドワイヤ全体の平均的な化学成分が上述の範囲内となるようにされる必要がある。また、このソリッドワイヤの表面に潤滑剤を塗布してもよい。
<溶接継手の製造方法>
次に、本開示に係る溶接継手の製造方法(溶接方法)について説明する。
本開示に係る溶接継手の製造方法は、上述された本開示に係るソリッドワイヤを用いて、鋼材を、サブマージアーク溶接する工程を備える。
本開示に係るソリッドワイヤは、サブマージアーク溶接によって溶接に供される鋼材の一部やフラックスとともに溶融し、凝固後、溶接金属となる。
本開示に係る溶接継手の製造方法にて製造された溶接継手は、高強度、および高靱性を有する。また、本開示に係る溶接継手の製造方法にて製造された溶接継手を有する溶接構造物も、溶接継手において高強度、および高靱性を有する。
次に、本開示に係る溶接継手の製造方法(溶接方法)について説明する。
本開示に係る溶接継手の製造方法は、上述された本開示に係るソリッドワイヤを用いて、鋼材を、サブマージアーク溶接する工程を備える。
本開示に係るソリッドワイヤは、サブマージアーク溶接によって溶接に供される鋼材の一部やフラックスとともに溶融し、凝固後、溶接金属となる。
本開示に係る溶接継手の製造方法にて製造された溶接継手は、高強度、および高靱性を有する。また、本開示に係る溶接継手の製造方法にて製造された溶接継手を有する溶接構造物も、溶接継手において高強度、および高靱性を有する。
サブマージアーク溶接では、溶接線上にあらかじめ顆粒状のフラックスを散布しておき、その中に本開示に係るソリッドワイヤを送り込み、フラックス中においてワイヤと鋼材との間のアークから生じるアーク熱で溶接する、一般的なサブマージアーク溶接機器を適用することができる。サブマージアーク溶接条件は、一般の方法であればよい。
本開示に係る溶接継手の製造方法において、溶接継手の母材となる鋼材(被溶接材)の種類は特に限定されないが、例えば、板厚20mm以上の6%~9%のNiを含むNi系低温用鋼を好適に用いることができる。
本開示に係る溶接継手の製造方法では、1パスから最終パスのいずれか1つ以上において、本開示に係るソリッドワイヤを用いて鋼材を溶接する工程を備えることがよい。溶接が1パスのみである場合、その1パスにおいて本開示に係るソリッドワイヤが用いられる。
ソリッドワイヤの極性は、溶接金属の拡散性水素量及びスパッタ発生量に及ぼす影響が無視できる程度に小さいので、プラス及びマイナスのいずれであってもよいが、プラスであることが好ましい。
ソリッドワイヤの極性は、溶接金属の拡散性水素量及びスパッタ発生量に及ぼす影響が無視できる程度に小さいので、プラス及びマイナスのいずれであってもよいが、プラスであることが好ましい。
本開示に係る溶接継手の製造方法によって得られる溶接継手は、母材となる鋼材と、溶接金属及び溶接熱影響部から構成される溶接部とを備える。本開示に係る溶接継手は、本開示に係るソリッドワイヤを用いて製造されるので、良好なビード形状を有する溶接金属を備える。そのため、本開示に係る溶接継手の製造方法にて製造された溶接継手を有する溶接構造物も、良好なビード形状を有する溶接金属を備える。得られる溶接金属の引張強さは、例えば590~900MPaの高強度とすることが好ましい。
次に、本開示例及び比較例により、本開示の実施可能性及び効果についてさらに詳細に説明するが、下記実施例は本開示を限定するものではなく、前・後記の趣旨に徹して設計変更することはいずれも本開示の技術的範囲に含まれるものである。
(ソリッドワイヤの製造)
本開示例及び比較例のソリッドワイヤは、以下に説明する方法により製造した。
まず、表1-A~表1-Dに示す化学成分を有する鋼を溶解し、その後鍛造加工を施した。その後、圧延加工を経てこの鋼を棒状に加工し、この棒状の鋼を伸線することで、ソリッドワイヤを得た。このようにして、最終のワイヤ径がφ2.4mmのソリッドワイヤを試作した。
なお、得られたソリッドワイヤの化学成分を分析したところ、表1-A~表1-Dに示す化学成分を有していた。
本開示例及び比較例のソリッドワイヤは、以下に説明する方法により製造した。
まず、表1-A~表1-Dに示す化学成分を有する鋼を溶解し、その後鍛造加工を施した。その後、圧延加工を経てこの鋼を棒状に加工し、この棒状の鋼を伸線することで、ソリッドワイヤを得た。このようにして、最終のワイヤ径がφ2.4mmのソリッドワイヤを試作した。
なお、得られたソリッドワイヤの化学成分を分析したところ、表1-A~表1-Dに示す化学成分を有していた。
表1-A~表1-Dに示された、ワイヤの化学成分の含有量の単位は、ソリッドワイヤ全質量に対する質量%である。
表1-A~表1-Dに示されたワイヤの残部(すなわち、表に示された各成分以外の成分)は、鉄及び不純物である。
表1-A~表1-Dに示されたソリッドワイヤのうち、「備考」欄で特に断りが無い限り、潤滑剤は塗布していない。また、「塗布」と記載されたワイヤは潤滑剤が塗布されたワイヤである。
なお、表1-A~表1-Dにおいては、本開示で規定される範囲から外れる数値に下線を付してある。
また、表1-A~表1-Dにおいて、化学成分の含有量に係る表中の空欄は、その化学成分の含有量が有効桁数未満であることを意味する。これらの化学成分が有効桁数未満の含有量で不可避的に混入されるか生成することもある。
表1-A~表1-Dに示されたソリッドワイヤのうち、「備考」欄で特に断りが無い限り、潤滑剤は塗布していない。また、「塗布」と記載されたワイヤは潤滑剤が塗布されたワイヤである。
なお、表1-A~表1-Dにおいては、本開示で規定される範囲から外れる数値に下線を付してある。
また、表1-A~表1-Dにおいて、化学成分の含有量に係る表中の空欄は、その化学成分の含有量が有効桁数未満であることを意味する。これらの化学成分が有効桁数未満の含有量で不可避的に混入されるか生成することもある。
[評価]
本開示例及び比較例のソリッドワイヤを用いて、サブマージアーク溶接することにより評価を行った。
具体的には、本開示例及び比較例のソリッドワイヤを、サブマージアーク溶接用フラックスである日鉄溶工製NITTETSU FLUX 10Hと組合せて用いてサブマージアーク溶接した。
溶接する鋼板として板厚が40mmである9%Ni鋼(JIS G 3127:2013 SL9N590に準じた鋼板)を用いた。また、評価の際に、溶接電流は全て直流とし、ワイヤの極性は全てプラスとした。
なお、評価する際の溶接条件は表2に記載の条件とし、下向で溶接した。図1に開先形状と試験片採取位置を示す。
本開示例及び比較例のソリッドワイヤを用いて、サブマージアーク溶接することにより評価を行った。
具体的には、本開示例及び比較例のソリッドワイヤを、サブマージアーク溶接用フラックスである日鉄溶工製NITTETSU FLUX 10Hと組合せて用いてサブマージアーク溶接した。
溶接する鋼板として板厚が40mmである9%Ni鋼(JIS G 3127:2013 SL9N590に準じた鋼板)を用いた。また、評価の際に、溶接電流は全て直流とし、ワイヤの極性は全てプラスとした。
なお、評価する際の溶接条件は表2に記載の条件とし、下向で溶接した。図1に開先形状と試験片採取位置を示す。
(低温靭性の評価)
本開示例及び比較例のソリッドワイヤを用いて、鋼板をサブマージアーク溶接し、溶接金属の表下1mmから衝撃試験片(ノッチ深さ2mmのVノッチ試験片)を3本採取した。
3本の衝撃試験片に対して、-196℃でJIS Z2242:2005に準拠したシャルピー衝撃試験を実施した。
そして、3本の衝撃試験片の、-196℃でのシャルピー吸収エネルギー平均値が34J以上である場合を「優」とし、27J以上34J未満である場合を「合格」とし、27J未満である場合を「不合格」とした。
本開示例及び比較例のソリッドワイヤを用いて、鋼板をサブマージアーク溶接し、溶接金属の表下1mmから衝撃試験片(ノッチ深さ2mmのVノッチ試験片)を3本採取した。
3本の衝撃試験片に対して、-196℃でJIS Z2242:2005に準拠したシャルピー衝撃試験を実施した。
そして、3本の衝撃試験片の、-196℃でのシャルピー吸収エネルギー平均値が34J以上である場合を「優」とし、27J以上34J未満である場合を「合格」とし、27J未満である場合を「不合格」とした。
本開示例のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、溶接金属低温靭性に優れることがわかる。
一方、比較例は、本開示で規定する要件のいずれかを満たしていなかったので、1つ以上の評価項目において不合格となった。
一方、比較例は、本開示で規定する要件のいずれかを満たしていなかったので、1つ以上の評価項目において不合格となった。
Claims (5)
- サブマージアーク溶接用のソリッドワイヤであって、前記ソリッドワイヤの全質量に対する質量%で、前記ソリッドワイヤの化学成分が、
C :0~0.650%、
Si:0.03~0.50%、
Mn:4.1~30.0%、
P :0~0.050%、
S :0~0.050%、
Cu:0~5.0%、
Ni:1.0~30.0%、
Cr:0~10.0%、
Mo:0~10.0%、
Nb:0~1.00%、
V :0~1.00%、
Co:0~1.00%、
Pb:0~1.00%、
Sn:0~1.00%、
Al:0~0.10%、
Ti:0~0.10%、
B:0~0.1000%、
N :0~0.500%、
O :0~0.0050%、並びに
残部:Fe及び不純物であり、
かつ前記Mn含有量及び前記Ni含有量の合計(Mn+Ni)が5.0%以上であり、
前記Mn含有量、前記Ni含有量及び前記Cr含有量の合計(Mn+Ni+Cr)が15.0%以上であり、
磁気誘導法により求められるfcc割合が70%以上であるソリッドワイヤ。 - 前記Mn含有量と前記Ni含有量との質量比(Ni/Mn)が、0.10以上である請求項1に記載のソリッドワイヤ。
- 前記質量比(Ni/Mn)が、1.00以上である請求項2に記載のソリッドワイヤ。
- 前記Tiの含有量が、Ti:0.003~0.10%である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のソリッドワイヤ。
- 請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のソリッドワイヤを用いて、鋼材をサブマージアーク溶接する工程を備える溶接継手の製造方法。
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