WO2024069986A1 - 溶接金属、溶接継手、及び溶接構造物 - Google Patents

溶接金属、溶接継手、及び溶接構造物 Download PDF

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WO2024069986A1
WO2024069986A1 PCT/JP2022/036866 JP2022036866W WO2024069986A1 WO 2024069986 A1 WO2024069986 A1 WO 2024069986A1 JP 2022036866 W JP2022036866 W JP 2022036866W WO 2024069986 A1 WO2024069986 A1 WO 2024069986A1
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weld metal
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weld
metal
welding
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Application number
PCT/JP2022/036866
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English (en)
French (fr)
Inventor
孟 松尾
孝浩 加茂
隼人 立花
Original Assignee
日本製鉄株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C

Definitions

  • This disclosure relates to welded metals, welded joints, and welded structures.
  • 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 welding materials that can provide weld metals with excellent low-temperature toughness are used to form weld metals. These welding materials are mainly designed with a Ni content of 70%.
  • Patent Document 1 describes a welding material with a Ni content of 70% as follows: "Ni content is 35 to 70%, and 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 [TiO 2 ], [SiO 2 ], [ZrO 2 ] and [MnO 2 ], respectively, the ratio [TiO 2 ]/[ZrO 2 ] is 2.3 to 3.3, the ratio [SiO 2 ]/[ZrO 2 ] is 0.9 to 1.5, and the ratio ([TiO 2 ]+[SiO 2 ]+[ZrO 2 ])/[MnO 2 ] is 0.9 to 1.5.”
  • the publication discloses a flux-cored
  • the object of the present invention is to provide a weld metal that is inexpensive and has excellent low-temperature toughness, a weld joint having the weld metal, and a welded structure having the weld joint.
  • the means for solving the problems include the following aspects. ⁇ 1>
  • the chemical composition, expressed as mass% relative to the total mass of the weld metal, is C: 0.030 to 1.000%, 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 20.0%, Mo: 0 to 10.0%, Nb: 0 to 1.000%, V: 0 to 1.00%, Co: 0 to 1.00%, Pb: 0 to 1.00%, Sn: 0 to 1.00%, W: 0 to 20.0%, Mg: 0 to 5.0%, Al: 0 to 0.100%, Ca: 0 to 5.0%, Ti: 0 to 0.100%, B: 0 to 0.5000%, REM: 0 to 0.500%, Zr: 0 to 0.500%, N: 0 to 0.5000%, O: 0.0010
  • ⁇ 2> The weld metal according to ⁇ 1>, in which the total of the Mn content, the Ni content, and the Cr content (Mn+Ni+Cr) is 15.0% or more.
  • ⁇ 3> The weld metal according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the fcc ratio determined by a magnetic induction method is 70% or more.
  • ⁇ 4> The weld metal according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein a mass ratio (Ni/Mn) of the Mn content to the Ni content is 0.10 or more.
  • ⁇ 5> The weld metal according to ⁇ 4>, wherein the mass ratio (Ni/Mn) is 1.00 or more.
  • ⁇ 6> The weld metal according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the Ti content is Ti: 0.003 to 0.100%.
  • ⁇ 7> The weld metal according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the C content is C: 0.110 to 1.000%.
  • ⁇ 8> A welded joint having the weld metal according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>.
  • ⁇ 9> A welded structure having the weld joint according to ⁇ 8>.
  • This disclosure provides an inexpensive weld metal with excellent low-temperature toughness, a weld joint having the weld metal, and a welded structure having the weld joint.
  • the weld metal according to the present disclosure has a predetermined chemical composition.
  • the weld metal according to the present disclosure can be obtained at low cost and with excellent low-temperature toughness.
  • the weld metal according to the present disclosure was discovered based on the following findings.
  • the present inventors have investigated a technique for obtaining a weld metal that can improve the low-temperature toughness of the weld metal even if 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 chemical composition of the weld metal is: C: 0.030 to 1.000%, 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 20.0%, Mo: 0 to 10.0%, Nb: 0 to 1.000%, V: 0 to 1.00%, Co: 0 to 1.00%, Pb: 0 to 1.00%, Sn: 0 to 1.00%, W: 0 to 20.0%, Mg: 0 to 5.0%, Al: 0 to 0.100%, Ca: 0 to 5.0%, Ti: 0 to 0.100%, B: 0 to 0.5000%, REM: 0 to 0.500%, Zr: 0 to 0.500%, N: 0 to 0.5000%, O: 0.0010 to 0.1500%, and the balance: Fe and impurities; and the sum of the Mn content and the Ni content
  • C is an element that improves the strength of the weld metal and ensures the strength of the weld metal.
  • the C content of the weld metal is set to 0.030 to 1.000%.
  • the lower limit of the C content of the weld metal may preferably be 0.050%, 0.100%, 0.110%, 0.120%, 0.140%, 0.150%, 0.200%, or 0.250%.
  • the upper limit of the C content of the weld metal is preferably 0.900%, 0.800%, 0.700%, 0.600%, 0.550%, 0.500%, 0.450%, or 0.400%.
  • Silicon is a deoxidizing element. If the silicon content of the weld metal is too low, the phosphorus content of the weld metal 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 in the weld metal is set to 0.03 to 0.50%.
  • the lower limit of the Si content in the weld metal is preferably 0.04%, 0.05%, or 0.08%.
  • the upper limit of the Si content in the weld metal is preferably 0.48%, 0.45%, 0.40%, 0.35%, 0.30%, or 0.20%.
  • Mn is an austenite stabilizing element. If the Mn content in the weld metal is too low, the austenitization of the weld metal is difficult to proceed, and low-temperature toughness is deteriorated. Mn is also an element that functions as a deoxidizer to improve the cleanliness of the weld metal. Mn is also an element that renders S in the weld metal harmless by forming MnS, thereby improving the low-temperature toughness of the weld metal. In addition, Mn has the effect of preventing high-temperature cracking.
  • the Mn content of the weld metal is set to 4.1 to 30.0%.
  • the lower limit of the Mn content of the weld metal is preferably 4.2%, 4.5%, 5.0%, 7.0%, 9.0%, or 10.0%.
  • the upper limit of the Mn content of the weld metal is preferably 28.0%, 25.0%, 23.0%, 20.0%, 18.0%, 15.0%, or 14.5%.
  • the P content of the weld metal is set to 0%.
  • the P content of the weld metal should be 0.003% or more.
  • the P content of the weld metal is set to 0 to 0.050%.
  • the P content of the weld metal 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 weld metal is set to 0%.
  • the S content of the weld metal should be 0.003% or more.
  • the S content of the weld metal is set to 0 to 0.050%.
  • the S content of the weld metal 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 weld metal to improve the strength of the weld metal.
  • Cu is also an austenite stabilizing element and may be contained in the weld metal to improve the low temperature toughness of the weld metal.
  • the Cu content in the weld metal is set to 0 to 5.0%.
  • the lower limit of the Cu content in the weld metal is preferably 0.3%, 0.5%, or 0.7%.
  • the upper limit of the Cu content in the weld metal is preferably 4.5%, 4.0%, or 3.5%.
  • Ni is an austenite stabilizing element. If the Ni content in the weld metal 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 weld metal increases the cost of the weld metal. Therefore, the Ni content of the weld metal is set to 1.0 to 30.0%.
  • the lower limit of the Ni content in the weld metal is preferably 2.0%, 3.0%, 3.2%, 3.7%, 5.0%, or 7.0%.
  • the upper limit of the Ni content in the weld metal is preferably 28.0%, 25.0%, 23.0%, 20.0%, 18.0%, or 15.0%.
  • Cr is an austenite stabilizing element and may be contained in the weld metal to improve the low-temperature toughness of the weld metal.
  • the Cr content of the weld metal is set to 0 to 20.0%.
  • the lower limit of the Cr content of the weld metal is preferably 1.0%, 2.0%, or 3.0%.
  • the upper limit of the Cr content of the weld metal is preferably 18.0%, 15.8%, 15.3%, 15.0%, 13.3%, 13.0%, 10.0%, 9.0%, 8.0%, or 7.0%.
  • Mo is a precipitation strengthening element and may be contained in the weld metal to improve the strength of the weld metal.
  • Mo content in the weld metal is set to 0 to 10.0%.
  • the lower limit of the Mo content in the weld metal is preferably 1.0%, 2.0%, or 3.0%.
  • the upper limit of the Mo content in the weld metal 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 weld metal.
  • the Nb content of the weld metal is set to 0 to 1.000%.
  • the lower limit of the Nb content in the weld metal is preferably 0.010%, 0.050%, 0.100%, 0.150%, or 0.200%.
  • the upper limit of the Nb content of the weld metal is preferably 0.950%, 0.900%, 0.850%, or 0.800%.
  • 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 weld metal.
  • the V content of the weld metal is set to 0 to 1.00%.
  • the lower limit of the V content of the weld metal is preferably 0.01%, 0.05%, 0.10%, 0.15%, or 0.20%.
  • the upper limit of the V content of the weld metal 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 weld metal.
  • the Co content of the weld metal is set to 0 to 1.00%.
  • the lower limit of the Co content in the weld metal is preferably 0.01%, 0.05%, 0.10%, 0.15%, or 0.20%.
  • the upper limit of the Co content of the weld metal 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 weld metal.
  • the Pb content of the weld metal is set to 0 to 1.00%.
  • the lower limit of the Pb content of the weld metal is preferably 0.01%, 0.05%, 0.10%, 0.15%, or 0.20%.
  • the upper limit of the Pb content of the weld metal 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 weld metal.
  • the Sn content of the weld metal is set to 0 to 1.00%.
  • the lower limit of the Sn content of the weld metal is preferably 0.01%, 0.05%, 0.10%, 0.15%, or 0.20%.
  • the upper limit of the Sn content of the weld metal is preferably 0.95%, 0.90%, 0.85%, or 0.80%.
  • W is a solid solution strengthening element and may be contained in the weld metal to improve strength.
  • the W content of the weld metal is set to 0 to 20.0%.
  • the lower limit of the W content of the weld metal is preferably 0.5%, 1.0%, or 2.0%.
  • the upper limit of the W content of the weld metal is preferably 19.0%, 18.0%, 17.0%, 16.0%, or 15.0%.
  • Mg is a deoxidizing element and is effective in reducing oxygen and improving toughness, and therefore may be contained in the weld metal.
  • the Mg content in the weld metal is set to 0 to 5.0%.
  • the lower limit of the Mg content in the weld metal is preferably 0.02%, 0.05%, 0.1%, or 0.2%.
  • the upper limit of the Mg content of the weld metal is preferably 4.8%, 4.5%, 4.3%, or 4.0%.
  • Al is a deoxidizing element and may be contained in the weld metal in order to suppress welding defects and improve the cleanliness of the weld metal.
  • Al content in the weld metal is set to 0 to 0.100%.
  • the lower limit of the Al content in the weld metal is preferably 0.010%, 0.020%, or 0.030%.
  • the upper limit of the Al content of the weld metal is preferably 0.090%, 0.080%, or 0.070%.
  • Ca 0 to 5.0%
  • Ca has the effect of changing the structure of sulfides in the weld metal and of reducing the size of sulfides and oxides in the weld metal, and is therefore effective in improving the ductility and toughness of the weld metal, so Ca may be contained in the weld metal.
  • the Ca content in the weld metal is set to 0 to 5.0%.
  • the lower limit of the Ca content in the weld metal is preferably 0.01%, 0.02%, or 0.03%.
  • the upper limit of the Ca content in the weld metal is preferably 4.8%, 4.5%, 4.3%, or 4.0%.
  • Ti is a deoxidizing element and may be contained in the weld metal in order to suppress welding defects and improve the cleanliness of the weld metal.
  • the Ti content in the weld metal is set to 0 to 0.100%.
  • the lower limit of the Ti content in the weld metal is preferably 0.003%, 0.010%, 0.020%, or 0.030%.
  • the upper limit of the Ti content in the weld metal is preferably 0.090%, 0.080%, or 0.070%.
  • B is an austenite stabilizing element and an interstitial solid solution strengthening element, and may be contained in the weld metal to improve the low temperature toughness and strength of the weld metal.
  • M 23 (C, B) 6 precipitates, causing a deterioration in toughness. Therefore, the B content of the weld metal is set to 0 to 0.5000%.
  • the lower limit of the B content of the weld metal is preferably 0.0005%, 0.0010%, or 0.0020%.
  • the upper limit of the B content of the weld metal is preferably 0.4800%, 0.4500%, 0.4300%, or 0.4000%.
  • REM 0 to 0.500%
  • REM is an element that stabilizes the arc during welding work to obtain the weld metal, and therefore may be contained in the weld metal.
  • the REM content of the weld metal is set to 0 to 0.500%.
  • the lower limit of the REM content of the weld metal is preferably 0.001%, 0.002%, or 0.005%.
  • the upper limit for the REM content of the weld metal is preferably 0.480%, 0.450%, 0.430%, or 0.400%.
  • Zr 0 to 0.500%
  • Zr can stabilize the bead shape during the welding operation for obtaining the weld metal, and therefore may be contained in the weld metal.
  • the Zr content in the weld metal is set to 0 to 0.500%.
  • the lower limit of the Zr content of the weld metal is preferably 0.001%, 0.002%, or 0.005%.
  • the upper limit of the Zr content of the weld metal is preferably 0.480%, 0.450%, 0.430%, or 0.400%.
  • N is an austenite stabilizing element and an interstitial solid solution strengthening element, and may be contained in the weld metal to improve the low temperature toughness and strength of the weld metal.
  • the N content of the weld metal is set to 0 to 0.5000%.
  • the lower limit of the N content of the weld metal is preferably 0.0010%, 0.0100%, or 0.0500%.
  • the upper limit of the N content of the weld metal is preferably 0.4500%, 0.4000%, or 0.3500%.
  • O (O: 0.0010 to 0.1500%) O is contained in the weld metal as an impurity.
  • the upper limit of the O content in the weld metal is set to 0.1500% or less.
  • the lower limit of the O content in the weld metal is set to 0.0010% or less.
  • the lower limit of the O content in the weld metal is preferably 0.0020% or 0.0030%.
  • the upper limit of the O content in the weld metal is preferably 0.1300% or 0.1000%.
  • the remaining components in the chemical composition of the weld metal are Fe and impurities.
  • impurities refers to components that are mixed in due to raw materials such as ores or scraps, or various factors in the manufacturing process, when industrially producing weld metal, and are acceptable within a range that does not adversely affect the properties of the weld metal.
  • Mn and Ni are each an austenite stabilizing element and improve the low-temperature toughness of the weld metal.
  • Ni is an expensive metal
  • the Mn content and Ni content in the weld metal each satisfy the above-mentioned range, and the total content of Mn and Ni (Mn + Ni) is set to 5.0% or more.
  • the total content of Mn and Ni in the weld metal (Mn+Ni) is preferably 5.2% or more, 6.2% or more, 6.7% or more, 7.0% or more, 10.0% or more, or 15.0% or more.
  • the Mn content and the Ni content in the weld metal each satisfy the above-mentioned range, and that the sum of the Mn content and the Ni content (Mn + Ni) is 37.0% or less.
  • the total content of Mn and Ni (Mn+Ni) in the weld metal 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, so in order to improve the low-temperature toughness of the weld metal while suppressing the cost of the weld metal, it is preferable that the Mn content, Ni content, and Cr content in the weld metal each satisfy the above-mentioned ranges, and that the total of the Mn content, Ni content, and Cr content (Mn+Ni+Cr) be 15.0% or more.
  • the total of the Mn content, Ni content and Cr content (Mn+Ni+Cr) in the weld metal is more 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.
  • the Mn content is not excessive, the stacking fault energy is not too low and toughness can be ensured. Furthermore, since the Cr content is not excessive, the amount of low melting point compounds in the molten metal can be reduced, and the solid-liquid coexistence temperature range of the molten metal can be prevented from widening, so that the occurrence of hot cracks can be suppressed.
  • the Mn content, Ni content, and Cr content in the weld metal 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 weld metal is more preferably 45.0% or less, 42.0% or less, or 40.0% or less.
  • Mn and Ni are each an austenite stabilizing element and improve the low temperature toughness of the weld metal.
  • Ni is an expensive metal, and if Mn is excessively increased, the stacking fault energy decreases and the toughness deteriorates. Therefore, from the viewpoint of improving the low-temperature toughness of the weld metal while suppressing the cost of the weld metal, it is preferable that the mass ratio of the Mn content to the Ni content (Ni/Mn) in the weld metal be 0.10 or more.
  • the lower limit of the mass ratio (Ni/Mn) of the Mn content to the Ni content in the weld metal is more preferably 0.20, 0.30, 0.50, 0.70, 0.73, 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 weld metal is preferably 10.00, 8.00, or 5.00.
  • Nb, Ti, V, and Al are all elements that improve the strength of the weld metal by precipitation strengthening, so the weld metal contains one or more of these elements, and their total content (Nb+Ti+V+Al) is set to be 0.005% or more.
  • the lower limit of the total of Nb, Ti, V, and Al (Nb+Ti+V+Al) in the weld metal is preferably 0.010%, 0.020%, 0.050%, 0.100%, 0.300%, or 0.500%.
  • the upper limit of the total of Nb, Ti, V, and Al (Nb+Ti+V+Al) in the weld metal is not particularly limited, but is preferably 2.000%, 1.800%, 1.500%, or 1.300% in order to prevent deterioration of toughness due to excessive formation of precipitates.
  • the fcc proportion in the weld metal is 70% or more.
  • the fcc proportion is more preferably 80% or more, or 90% or more, and may be 100%.
  • the remainder of the structure is bcc.
  • the tensile strength of the weld metal is preferably, for example, 590 to 1200 MPa.
  • the tensile strength can be measured by conducting a tensile test on the weld metal in accordance with JIS Z3111:2005.
  • the weld joint according to the present disclosure includes the weld metal according to the present disclosure.
  • the weld joint according to the present disclosure includes a steel material serving as a base material, and a welded portion including a weld metal and a weld heat affected zone.
  • a welded structure according to the present disclosure has the welded joint according to the present disclosure.
  • the welded joint according to the present disclosure contains the weld metal according to the present disclosure, so it is inexpensive and has excellent low-temperature toughness.
  • the welded joint according to the present disclosure can be manufactured by welding the base steel material with a welding material.
  • the method of manufacturing a welded joint according to the present disclosure is obtained by gas-shielded arc welding of steel material using a flux-cored wire.
  • the chemical components of the weld metal include components derived from the flux-cored wire, which is the welding material, and the steel material, which is the base material.
  • the manufacturing method of the welded joint according to the present disclosure is obtained by submerged arc welding using a solid wire and flux.
  • a solid wire and flux For example, in submerged arc welding, granular flux is spread on the weld line in advance, a solid wire is fed into it, and welding is performed by the arc heat generated from the arc between the solid wire and the steel material in the flux.
  • the chemical components of the weld metal include components derived from the solid wire and flux, which are the welding materials, and the steel material, which is the base material.
  • the manufacturing method of the welded joint according to the present disclosure can be obtained by a welding method such as, for example, shielded metal arc welding, simple electrogas arc welding, electroslag welding, TIG welding, and gas shielded welding using a solid wire.
  • a welding method such as, for example, shielded metal arc welding, simple electrogas arc welding, electroslag welding, TIG welding, and gas shielded welding using a solid wire.
  • the chemical components of the weld metal include components derived from the welding material and the base steel material.
  • the base material of the welded joint according to the present disclosure i.e., the type of steel material (material to be welded) used in the manufacturing method of the welded joint described above, is not particularly limited, but for example, Ni-based low-temperature steel containing 6-9% Ni with a plate thickness of 20 mm or more can be suitably used.
  • Weld metals were obtained by the following methods: shielded metal arc welding (SMAW) using a shielded metal arc welding rod, gas metal arc welding (GMAW) using a flux-cored wire, and submerged arc welding (SAW) using a solid wire and flux.
  • SMAW shielded metal arc welding
  • GMAW gas metal arc welding
  • SAW submerged arc welding
  • Shielded metal arc welding (SMAW) using a shielded metal arc welding electrode> (Manufacture of covered electrodes)
  • the covered electrode was manufactured by the method described below. First, a core wire having the chemical composition shown in Tables 2-A and 2-B was coated with a flux having the composition shown in Table 2-C, and then baked at a temperature range of 300 to 500°C for 1 to 3 hours to produce a prototype covered metal arc welding rod. The final welding rod diameter of the obtained covered metal arc welding rod was ⁇ 6.0 mm, and the average thickness of the flux was 1.0 mm.
  • the configurations of these covered metal arc welding rods (numbers 1 to 3, 15, A1, and A4) are shown in Tables 2-A to 2-C.
  • the units of the contents of the chemical components of the core wire shown in Tables 2-A and 2-B are “mass % relative to the total mass of the core wire.”
  • the units of the contents of the components of the flux (oxides, fluorides, and metal carbonates) shown in Table 2-C are “mass % relative to the total mass of the flux.”
  • TiO 2 indicates the sum of the TiO 2 converted values of Ti oxides
  • SiO 2 indicates the sum of the SiO 2 converted values of Si oxides
  • Al 2 O 3 indicates the sum of the Al 2 O 3 converted values of Al oxides
  • MgO indicates the sum of the MgO converted values of Mg oxides
  • K 2 O indicates the sum of the K 2 O converted values of K oxides.
  • the remainder of the core wire shown in Tables 2-A and 2-B is iron and impurities.
  • blanks in the tables relating to the chemical composition of the core wire and the content of the flux components mean that the content of the component is less than the significant digits. These components may be unavoidably mixed or generated in amounts less than the significant digits.
  • GMAW Gas shielded arc welding
  • the flux-cored wire was produced by the method described below. First, a steel strip was fed in the longitudinal direction and formed into a U-shaped open tube using a forming roll. Flux was supplied into the open tube through the opening of the open tube, and the opposing edges of the opening of the open tube were butt-welded to obtain a seamless tube. This seamless tube was drawn to obtain a flux-cored wire without slit-like gaps. In this manner, a flux-cored wire having a final wire diameter of ⁇ 1.2 mm was produced.
  • the flux-cored wires were annealed for 4 hours or more at a temperature range of 650 to 950°C. After the prototypes were made, a lubricant was applied to the wire surface.
  • the compositions (chemical components of the entire wire, components of the flux) of these flux-cored wires (numbers 4 to 9, A2) are shown in Tables 3-A to 3-C.
  • the balance of the chemical composition of the entire wire shown in Tables 3-A and 3-B is iron and impurities.
  • Each element contained in the flux-cored wire shown in Tables 3-A and 3-B is in the form of a steel sheath or metal powder.
  • blanks in the tables relating to the chemical composition of the entire wire and the contents of the components of the flux mean that the contents of the components are less than the significant digits. These components may be unavoidably mixed or generated in amounts less than the significant digits.
  • the obtained flux-cored wires (numbers 4 to 9, A2) were used for vertical upward gas-shielded arc welding to produce welded joints having weld metals.
  • As the steel plate to be welded 9% Ni steel (steel plate conforming to JIS G 3127 SL9N590) having a plate thickness of 50 mm was used.
  • the type of welding gas used during welding was Ar-20% CO2 gas. All welding currents used during welding were direct current, and all wire polarities were positive.
  • the welding conditions were those for "flux-cored wire (GMAW)" as shown in Table 5.
  • the chemical compositions of the weld metals in the welded joints produced are shown in Tables 1-A to 1-C (numbers 4 to 9, A2). In Tables 1-A to 1-C, values outside the ranges specified in this disclosure are underlined.
  • Solid wire manufacturing Submerged Arc Welding (SAW) using Solid Wire and Flux> (Solid wire manufacturing)
  • the solid wire was manufactured by the method described below. First, steels having the chemical compositions shown in Tables 4-A and 4-B were melted and then forged. The steels were then rolled into rods, which were then drawn to obtain solid wires. In this manner, solid wires (Nos. 10 to 14, 16 to 17, A3, and A5) each having a final wire diameter of ⁇ 2.4 mm were produced. The chemical components of the obtained solid wire were analyzed and found to be as shown in Tables 4-A and 4-B. After the prototype was made, a lubricant was applied to the wire surface.
  • the balance of the wires shown in Tables 4-A and 4-B is iron and impurities.
  • the blanks in the table for the contents of the chemical components of the wires mean that the contents of the chemical components are less than the significant digits. These chemical components may be unavoidably mixed or generated in amounts less than the significant digits.
  • the obtained solid wires (Nos. 10 to 14, 16 to 17, A3, and A5) were used to perform submerged arc welding in a downward position to produce welded joints having weld metals. Specifically, the solid wires were used in combination with NITTETSU FLUX 10H manufactured by Nippon Steel & Sumitomo Metals Co., Ltd., which is a flux for submerged arc welding, to perform submerged arc welding.
  • the steel plate to be welded was a 9% Ni steel (steel plate conforming to JIS G 3127 SL9N590) having a plate thickness of 40 mm. All welding currents during welding were direct current, and all wire polarities were positive.
  • the welding conditions were those of "submerged arc welding (SAW)" as shown in Table 5.
  • SAW submerged arc welding
  • Tables 1-A to 1-C numbers 10 to 14, 16 to 17, A3, and A5
  • Tables 1-A to 1-C values outside the ranges specified in this disclosure are underlined.
  • weld metal of the present disclosure has excellent low-temperature toughness.
  • the comparative examples did not satisfy any of the requirements defined in this disclosure and therefore failed in low temperature toughness.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

Ｃ：０．０３０～１．０００％、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：０～２０．０％、Ｍｏ：０～１０．０％、Ｎｂ：０～１．０００％、Ｖ：０～１．００％、Ｃｏ：０～１．００％、Ｐｂ：０～１．００％、Ｓｎ：０～１．００％、Ｗ：０～２０．０％、Ｍｇ：０～５．０％、Ａｌ：０～０．１００％、Ｃａ：０～５．０％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｂ：０～０．５０００％、ＲＥＭ：０～０．５００％、Ｚｒ：０～０．５００％、Ｎ：０～０．５０００％、Ｏ：０．００１０～０．１５００％、残部：Ｆｅ及び不純物、Ｍｎ＋Ｎｉ：５．０％以上、Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖ＋Ａｌ：０．００５％以上である溶接金属。

Description

溶接金属、溶接継手、及び溶接構造物
　本開示は、溶接金属、溶接継手、及び溶接構造物に関する。
　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溶接材料を用いて溶接することで溶接金属が形成されている。この溶接材料は、主に、Ｎｉ含有量が７０％で設計されている。
　例えば、Ｎｉ含有量７０％の溶接材料として、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フラックス入りワイヤ」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、溶接金属中に多量にＮｉを含有させると（例えばＮｉ含有量が７０％で設計された溶接材料を用いると）、非常に高価になるため、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。
　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、当該溶接金属を有する溶接継手、及び、当該溶接継手を有する溶接構造物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＞　溶接金属の全質量に対する質量％で、化学成分が、
　Ｃ　：０．０３０～１．０００％、
　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：０～２０．０％、
　Ｍｏ：０～１０．０％、
　Ｎｂ：０～１．０００％、
　Ｖ　：０～１．００％、
　Ｃｏ：０～１．００％、
　Ｐｂ：０～１．００％、
　Ｓｎ：０～１．００％、
　Ｗ　：０～２０．０％、
　Ｍｇ：０～５．０％、
　Ａｌ：０～０．１００％、
　Ｃａ：０～５．０％、
　Ｔｉ：０～０．１００％、
　Ｂ：０～０．５０００％、
　ＲＥＭ：０～０．５００％、
　Ｚｒ：０～０．５００％、
　Ｎ　：０～０．５０００％、
　Ｏ　：０．００１０～０．１５００％、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Ｎｂ含有量、前記Ｔｉ含有量、前記Ｖ含有量、及び前記Ａｌ含有量の合計（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖ＋Ａｌ）が０．００５％以上である溶接金属。
＜２＞　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％以上である＜１＞に記載の溶接金属。
＜３＞　磁気誘導法により求められるｆｃｃ割合が７０％以上である＜１＞又は＜２＞に記載の溶接金属。
＜４＞　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＞～＜３＞のいずれか１項に記載の溶接金属。
＜５＞　前記質量比（Ｎｉ／Ｍｎ）が、１．００以上である＜４＞に記載の溶接金属。
＜６＞　前記Ｔｉの含有量が、Ｔｉ：０．００３～０．１００％である＜１＞～＜５＞のいずれか１項に記載の溶接金属。
＜７＞　前記Ｃの含有量が、Ｃ：０．１１０～１．０００％である＜１＞～＜６＞のいずれか１項に記載の溶接金属。
＜８＞　＜１＞～＜７＞のいずれか１項に記載の溶接金属を有する溶接継手。
＜９＞　＜８＞に記載の溶接継手を有する溶接構造物。
　本開示によれば、安価で、低温靭性に優れた溶接金属、当該溶接金属を有する溶接継手、及び、当該溶接継手を有する溶接構造物が提供できる。
　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。
＜溶接金属＞
　本開示に係る溶接金属は、化学成分が所定の組成である。
　本開示に係る溶接金属は、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。
　そして、本開示に係る溶接金属は、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溶接金属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、溶接金属全体での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、本開示に係る溶接金属は、安価で、低温靭性に優れることが見出された。
　以下、本開示に係る溶接金属を構成する要件（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。
（溶接金属の化学成分）
　以下、溶接金属の化学成分について詳細に説明する。
　なお、溶接金属の化学成分の説明において、「％」は、特に説明がない限り、「溶接金属の全質量に対する質量％」を意味する。
　溶接金属の化学成分は、
　Ｃ　：０．０３０～１．０００％、
　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：０～２０．０％、
　Ｍｏ：０～１０．０％、
　Ｎｂ：０～１．０００％、
　Ｖ　：０～１．００％、
　Ｃｏ：０～１．００％、
　Ｐｂ：０～１．００％、
　Ｓｎ：０～１．００％、
　Ｗ　：０～２０．０％、
　Ｍｇ：０～５．０％、
　Ａｌ：０～０．１００％、
　Ｃａ：０～５．０％、
　Ｔｉ：０～０．１００％、
　Ｂ：０～０．５０００％、
　ＲＥＭ：０～０．５００％、
　Ｚｒ：０～０．５００％、
　Ｎ　：０～０．５０００％、
　Ｏ　：０．００１０～０．１５００％、並びに
　残部：Ｆｅ及び不純物であり、
　かつＭｎ含有量及びＮｉ含有量の合計（Ｍｎ＋Ｎｉ）が５．０％以上であり、
　Ｎｂ含有量、Ｔｉ含有量、Ｖ含有量、及び前記Ａｌ含有量の合計（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖ＋Ａｌ）が０．００５％以上である。
（Ｃ　：０．０３０～１．０００％）
　Ｃは、溶接金属の強度を向上させる元素であり、溶接金属の強度を確保するための元素である。
　一方で、溶接金属のＣ含有量が過剰であると、溶接金属の強度上昇による、靭性を劣化させる影響が大きく、溶接金属の低温靭性が低下する。
　よって、溶接金属のＣ含有量は、０．０３０～１．０００％とする。
　溶接金属のＣ含有量の下限は、好ましくは、０．０５０％、０．１００％、０．１１０％、０．１２０％、０．１４０％、０．１５０％、０．２００％、又は０．２５０％としてもよい。
　溶接金属のＣ含有量の上限は、好ましくは、０．９００％、０．８００％、０．７００％、０．６００％、０．５５０％、０．５００％、０．４５０％、又は０．４００％である。
（Ｓｉ：０．０３～０．５０％）
　Ｓｉは、脱酸元素である。溶接金属のＳｉ含有量が低すぎると、溶接金属の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、溶接金属のＳｉ含有量は、０．０３～０．５０％とする。
　溶接金属のＳｉ含有量の下限は、好ましくは、０．０４％、０．０５％、又は０．０８％である。
　溶接金属のＳｉ含有量の上限は、好ましくは、０．４８％、０．４５％、０．４０％、０．３５％、０．３０％、又は０．２０％である。
（Ｍｎ：４．１～３０．０％）
　Ｍｎは、オーステナイト安定化元素である。溶接金属の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。また、Ｍｎは、脱酸剤として機能して溶接金属の清浄度を向上させる元素である。また、Ｍｎは、ＭｎＳを形成することで、溶接金属中のＳを無害化し、溶接金属の低温靭性を向上させる元素である。加えて、Ｍｎは高温割れを防ぐ効果も有する。
　一方、溶接金属のＭｎ含有量が過剰であると、溶接金属中でミクロ偏析しやすく、偏析部で顕著な脆化が生じる。また、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。
　よって、溶接金属のＭｎ含有量は、４．１～３０．０％とする。
　溶接金属のＭｎ含有量の下限は、好ましくは、４．２％、４．５％、５．０％、７．０％、９．０％、又は１０．０％である。
　溶接金属のＭｎ含有量の上限は、好ましくは、２８．０％、２５．０％、２３．０％、２０．０％、１８．０％、１５．０％、又は１４．５％である。
（Ｐ　：０～０．０５０％）
　Ｐは、不純物元素であり、靱性を低下させるので、溶接金属のＰ含有量は極力低減させることが好ましい。よって、溶接金属の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、溶接金属のＰ含有量は、０．００３％以上がよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＰ含有量は、０～０．０５０％とする。
　靱性の低下を効果的に抑制するために、溶接金属の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、靱性を低下させるので、溶接金属のＳ含有量は極力低減させることが好ましい。よって、溶接金属の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、溶接金属のＳ含有量は、０．００３％以上がよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＳ含有量は、０～０．０５０％とする。
　靱性の低下を効果的に抑制するために、溶接金属の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、溶接金属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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属のＣｕ含有量が過剰であると、上記の効果が飽和する。
　よって、溶接金属のＣｕ含有量は、０～５．０％とする。
　溶接金属のＣｕ含有量の下限は、好ましくは、０．３％、０．５％、又は０．７％である。
　溶接金属の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。溶接金属の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、溶接金属のＮｉ含有量を増やすと、溶接金属のコストが高くなる。
　よって、溶接金属のＮｉ含有量は、１．０～３０．０％とする。
　溶接金属のＮｉ含有量の下限は、好ましくは、２．０％、３．０％、３．２％、３．７％、５．０％、又は７．０％である。
　溶接金属のＮｉ含有量の上限は、好ましくは、２８．０％、２５．０％、２３．０％、２０．０％、１８．０％、又は１５．０％である。
（Ｃｒ：０～２０．０％）
　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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＣｒ含有量は、０～２０．０％とする。
　溶接金属のＣｒ含有量の下限は、好ましくは、１．０％、２．０％、又は３．０％である。
　溶接金属のＣｒ含有量の上限は、好ましくは、１８．０％、１５．８％、１５．３％、１５．０％、１３．３％、１３．０％、１０．０％、９．０％、８．０％、又は７．０％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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＭｏ含有量は、０～１０．０％とする。
　溶接金属のＭｏ含有量の下限は、好ましくは、１．０％、２．０％、又は３．０％である。
　溶接金属の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：０～１．０００％）
　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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方で、溶接金属の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、溶接金属のＮｂ含有量は、０～１．０００％とする。
　溶接金属のＮｂ含有量の下限は、好ましくは、０．０１０％、０．０５０％、０．１００％、０．１５０％、又は０．２００％である。
　溶接金属のＮｂ含有量の上限は、好ましくは、０．９５０％、０．９００％、０．８５０％、又は０．８００％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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方で、溶接金属の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、溶接金属のＶ含有量は、０～１．００％とする。
　溶接金属のＶ含有量の下限は、好ましくは、０．０１％、０．０５％、０．１０％、０．１５％、又は０．２０％である。
　溶接金属の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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＣｏ含有量は、０～１．００％とする。
　溶接金属のＣｏ含有量の下限は、好ましくは、０．０１％、０．０５％、０．１０％、０．１５％、又は０．２０％である。
　溶接金属の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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属のＰｂ含有量が過剰であると、高温割れが発生する。
　よって、溶接金属のＰｂ含有量は、０～１．００％とする。
　溶接金属のＰｂ含有量の下限は、好ましくは、０．０１％、０．０５％、０．１０％、０．１５％、又は０．２０％である。
　溶接金属の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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＳｎ含有量は、０～１．００％とする。
　溶接金属のＳｎ含有量の下限は、好ましくは、０．０１％、０．０５％、０．１０％、０．１５％、又は０．２０％である。
　溶接金属の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。
（Ｗ　：０～２０．０％）
　Ｗは、固溶強化元素であり、強度向上のために溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属のＷ含有量が過剰であると、溶接金属の強度が過剰となり、靭性低下が発生する可能性がある。
　よって、溶接金属のＷ含有量は、０～２０．０％とする。
　溶接金属のＷ含有量の下限は、好ましくは、０．５％、１．０％、又は２．０％である。
　溶接金属のＷ含有量の上限は、好ましくは、１９．０％、１８．０％、１７．０％、１６．０％、又は１５．０％である。
（Ｍｇ：０～５．０％）
　Ｍｇは、脱酸元素であり、酸素を低減し、靭性の改善に効果があるため、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属のＭｇ含有量が過剰であると、溶接金属を得るための溶接作業時においてアークが不安定化して、スパッタおよびブローホールが増加し、溶接作業性を劣化させる。
　よって、溶接金属のＭｇ含有量は、０～５．０％とする。
　溶接金属のＭｇ含有量の下限は、好ましくは、０．０２％、０．０５％、０．１％、又は０．２％である。
　溶接金属のＭｇ含有量の上限は、好ましくは、４．８％、４．５％、４．３％、又は４．０％である。
（Ａｌ：０～０．１００％）
　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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＡｌ含有量は、０～０．１００％とする。
　溶接金属のＡｌ含有量の下限は、好ましくは、０．０１０％、０．０２０％、又は０．０３０％である。
　溶接金属のＡｌ含有量の上限は、好ましくは、０．０９０％、０．０８０％、又は０．０７０％である。
（Ｃａ：０～５．０％）
　Ｃａは、溶接金属中で硫化物の構造を変化させ、また溶接金属中での硫化物及び酸化物のサイズを微細化する働きを有するので、溶接金属の延性及び靭性向上に有効である。そのため、Ｃａを溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属のＣａ含有量が過剰であると、硫化物及び酸化物の粗大化が生じ、溶接金属の低温靭性の劣化を招く可能性がある。
　よって、溶接金属のＣａ含有量は、０～５．０％とする。
　溶接金属のＣａ含有量の下限は、好ましくは、０．０１％、０．０２％、又は０．０３％である。
　溶接金属のＣａ含有量の上限は、好ましくは、４．８％、４．５％、４．３％、又は４．０％である。
（Ｔｉ：０～０．１００％）
　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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＴｉ含有量は、０～０．１００％とする。
　溶接金属のＴｉ含有量の下限は、好ましくは、０．００３％、０．０１０％、０．０２０％、又は０．０３０％である。
　溶接金属のＴｉ含有量の上限は、好ましくは、０．０９０％、０．０８０％、又は０．０７０％である。
（Ｂ　：０～０．５０００％）
　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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＢ含有量は、０～０．５０００％とする。
　溶接金属のＢ含有量の下限は、好ましくは、０．０００５％、０．００１０％、又は０．００２０％である。
　溶接金属のＢ含有量の上限は、好ましくは、０．４８００％、０．４５００％、０．４３００％、又は０．４０００％である。
（ＲＥＭ：０～０．５００％）
　ＲＥＭは、溶接金属を得るための溶接作業時においてアークを安定化させる元素であるので、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属のＲＥＭ含有量が過剰であると、溶接金属を得るための溶接作業時においてスパッタが激しくなり、溶接作業性が劣悪となる可能性がある。
　よって、溶接金属のＲＥＭ含有量は、０～０．５００％とする。
　溶接金属のＲＥＭ含有量の下限は、好ましくは、０．００１％、０．００２％、又は０．００５％である。
　溶接金属のＲＥＭ含有量の上限は、好ましくは、０．４８０％、０．４５０％、０．４３０％、又は０．４００％である。
（Ｚｒ：　０～０．５００％）
　Ｚｒは、溶接金属を得るための溶接作業時においてビード形状を安定化させることができるので、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属のＺｒ含有量が過剰であると、溶接金属の酸素量を増加させ、低温靭性を劣化させる可能性がある。
　よって、溶接金属のＺｒ含有量は、０～０．５００％とする。
　溶接金属のＺｒ含有量の下限は、好ましくは、０．００１％、０．００２％、又は０．００５％である。
　溶接金属のＺｒ含有量の上限は、好ましくは、０．４８０％、０．４５０％、０．４３０％、又は０．４００％である。
（Ｎ　：０～０．５０００％）
　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、溶接金属に含有させてもよい。
　一方、溶接金属の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、溶接金属のＮ含有量は、０～０．５０００％とする。
　溶接金属のＮ含有量の下限は、好ましくは、０．００１０％、０．０１００％、又は０．０５００％である。
　溶接金属のＮ含有量の上限は、好ましくは、０．４５００％、０．４０００％、又は０．３５００％である。
（Ｏ　：０．００１０～０．１５００％）
　Ｏは、不純物として溶接金属中に含有される。しかしながら、Ｏの含有量が過剰になると、靭性および延性の劣化を招くため、溶接金属のＯ含有量の上限は、０．１５００％以下とする。
　一方、Ｏの含有量の極端な低減は製造コストの上昇を招くため、溶接金属のＯ含有量の下限は、０．００１０％以下とする。
　溶接金属のＯ含有量の下限は、好ましくは、０．００２０％、又は０．００３０％である。
　溶接金属のＯ含有量の上限は、好ましくは、０．１３００％、又は０．１０００％である。
（残部：Ｆｅ及び不純物）
　溶接金属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、溶接金属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、溶接金属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、溶接金属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、溶接金属における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。
　溶接金属におけるＭｎ含有量及びＮｉ含有量の合計（Ｍｎ＋Ｎｉ）は、好ましくは、５．２％以上、６．２％以上、６．７％以上、７．０％以上、１０．０％以上、又は１５．０％以上である。
　また、過度にＭｎを増やすと、積層欠陥エネルギーが低くなり靭性が劣化する。そのため、溶接金属のコストを抑え、溶接金属の低温靭性を向上させる観点から、溶接金属における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。
　溶接金属における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、溶接金属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、溶接金属における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％以上とすることが好ましい。
　溶接金属における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、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。
　一方、Ｍｎ含有量が過度な量でないことにより、積層欠陥エネルギーが低くなり過ぎず靭性が確保できる。また、Ｃｒ含有量が過度な量でないことにより、溶融金属における低融点化合物の量を低減でき、さらに溶融金属の固液共存温度範囲が広がることを抑制できるので、高温割れの発生を抑制できる。そのため、溶接金属のコストを抑え、溶接金属の低温靭性を向上させつつ、且つ溶融金属における低融点化合物の発生量を低減し、高温割れの発生を抑制する観点から、溶接金属における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。
　溶接金属における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、さらに過度にＭｎを増やすと積層欠陥エネルギーが低くなり靭性が劣化する。
　そのため、溶接金属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、溶接金属における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。
　溶接金属における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、０．７０、０．７３、１．００、１．１０、又は１．２０である。
　溶接金属における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、１０．００、８．００、又は５．００である。
（Ｎｂ含有量、Ｔｉ含有量、Ｖ含有量、及びＡｌ含有量の合計（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖ＋Ａｌ））
　Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、及びＡｌは、いずれも析出強化により溶接金属の強度を向上させる元素であるため、溶接金属はこれらのうち１種以上を含有し、かつその合計（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖ＋Ａｌ）を０．００５％以上とする。
　溶接金属におけるＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、及びＡｌの合計（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖ＋Ａｌ）の下限は、好ましくは、０．０１０％、０．０２０％、０．０５０％、０．１００％、０．３００％、又は０．５００％である。
　一方、溶接金属におけるＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、及びＡｌの合計（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖ＋Ａｌ）の上限は、特に限定されるものではないが、析出が過剰に形成されることによる靭性劣化を防ぐために、好ましくは、２．０００％、１．８００％、１．５００％、又は１．３００％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、溶接金属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、溶接金属におけるｆｃｃ割合を、７０％以上とすることが好ましい。ｆｃｃ割合は、より好ましくは、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。
　溶接金属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、溶接金属の組織におけるｆｃｃ割合（％）を求める。
　ｆｃｃ割合＝１００－ｂｃｃ割合
（引張強さ）
　溶接金属の引張強さは、例えば５９０～１２００ＭＰａとすることが好ましい。なお、引張強さはＪＩＳ　Ｚ３１１１：２００５に準じて溶接金属の引張試験を行うことで測定できる。
＜溶接継手および溶接構造物＞
　次に、本開示に係る溶接継手および溶接構造物について説明する。
　本開示に係る溶接継手は、本開示に係る溶接金属を有する。例えば本開示に係る溶接継手は、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。
　また、本開示に係る溶接構造物は、本開示に係る溶接継手を有する。
　本開示に係る溶接継手は、本開示に係る溶接金属を有しているので、安価であり、且つ低温靭性に優れる。
　ここで、本開示に係る溶接継手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、本開示に係る溶接継手を製造する方法は、以下の方法に限定されるものではない。
　本開示に係る溶接継手は、溶接材料を用いて母材となる鋼材を溶接することで製造することができる。
　例えば、本開示に係る溶接継手の製造方法は、フラックス入りワイヤを用いて、鋼材をガスシールドアーク溶接することで得られる。この場合、溶接金属の化学成分には、溶接材料であるフラックス入りワイヤ、及び母材である鋼材に由来する成分が含まれる。
　また、本開示に係る溶接継手の製造方法は、ソリッドワイヤ及びフラックスを用いて、サブマージアーク溶接することで得られる。例えば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、その中にソリッドワイヤを送り込み、フラックス中においてソリッド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。この場合、溶接金属の化学成分には、溶接材料であるソリッドワイヤ及びフラックス、並びに母材である鋼材に由来する成分が含まれる。
　また、本開示に係る溶接継手の製造方法は、例えば、被覆アーク溶接、簡易エレクトロガスアーク溶接、エレクトスラグ溶接、ＴＩＧ溶接、およびソリッドワイヤを用いたガスシールド溶接等の溶接方法により得られる。この場合、溶接金属の化学成分には、溶接材料、及び母材である鋼材に由来する成分が含まれる。
　本開示に係る溶接継手が有する母材、つまり上記の溶接継手の製造方法に用いる鋼材（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％Ｎｉを含むＮｉ系低温用鋼を好適に用いることができる。
　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。
　以下に示す方法により、被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接（Shielded Metal Arc Welding：SMAW）、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接（Gas Metal Arc Welding：GMAW）、及びソリッドワイヤおよびフラックスを用いたサブマージアーク溶接（Submerged Arc Welding：SAW）により、溶接金属を得た。
＜１．被覆アーク溶接棒を用いた被覆アーク溶接（SMAW）＞
（被覆アーク溶接棒の製造）
　被覆アーク溶接棒は、以下に説明する方法により製造した。
　まず、表２－Ａ、表２－Ｂに示す化学成分を有する芯線に対し、表２－Ｃに示す成分を有するフラックスを塗布し、３００～５００℃の温度範囲内で１～３時間の範囲で焼成することで、被覆アーク溶接棒を試作した。得られた被覆アーク溶接棒の最終の溶接棒径はφ６．０ｍｍ、フラックスの平均厚さは１．０ｍｍであった。これら被覆アーク溶接棒（番号１～３、１５、Ａ１、Ａ４）の構成を表２－Ａ～表２－Ｃに示す。
　表２－Ａ、表２－Ｂに示された芯線の化学成分の含有量の単位は「芯線全質量に対する質量％」である。また、表２－Ｃに示されたフラックスの成分（酸化物、弗化物、及び金属炭酸塩）の含有量の単位は「フラックスの全質量に対する質量％」である。
　表２－Ｃに示された、「ＴｉＯ２」はＴｉ酸化物のＴｉＯ２換算値の合計を、「ＳｉＯ２」はＳｉ酸化物のＳｉＯ２換算値の合計を、「Ａｌ２Ｏ３」はＡｌ酸化物のＡｌ２Ｏ３換算値の合計を、「ＭｇＯ」はＭｇ酸化物のＭｇＯ換算値の合計を、「Ｎａ２Ｏ」はＮａ酸化物のＮａ２Ｏ換算値の合計を、「Ｋ２Ｏ」はＫ酸化物のＫ２Ｏ換算値の合計を、示す。
　表２－Ａ、表２－Ｂに示された芯線の残部（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２－Ａ～表２－Ｃにおいて、芯線の化学成分及びフラックスの成分の含有量に係る表中の空欄は、その成分等の含有量が有効桁数未満であることを意味する。これらの成分等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。
（溶接継手の製造）
　得られた被覆アーク溶接棒（番号１～３、１５、Ａ１、Ａ４）を用いて、立向上進溶接で、被覆アーク溶接することにより溶接金属を有する溶接継手を製造した。溶接する鋼板として板厚が５０ｍｍである９％Ｎｉ鋼（ＪＩＳ　Ｇ　３１２７：２０１３　ＳＬ９Ｎ５９０に準じた鋼板）を用いた。溶接の際の溶接電流は全て交流とし、溶接条件は表５に記載の「被覆アーク溶接（SMAW）」の条件とした。
　製造した溶接継手における溶接金属の化学成分を表１－Ａ～表１－Ｃに示す（番号１～３、１５、Ａ１、Ａ４）。なお、表１－Ａ～表１－Ｃ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。
＜２．フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接（GMAW）＞
（フラックス入りワイヤの製造）
　フラックス入りワイヤは、以下に説明する方法により製造した。
　まず、鋼帯を長手方向に送りながら、成形ロールを用いて成形してＵ型のオープン管を得た。このオープン管の開口部を通じてオープン管内にフラックスを供給し、オープン管の開口部の相対するエッジ部を突合わせ溶接してシームレス管を得た。このシームレス管を伸線して、スリット状の隙間がないフラックス入りワイヤを得た。
　このようにして、最終のワイヤ径がφ１．２ｍｍのフラックス入りワイヤを試作した。
　なお、これらフラックス入りワイヤの伸線作業の途中で、フラックス入りワイヤを６５０～９５０℃の温度範囲内で４時間以上焼鈍した。試作後、ワイヤ表面には潤滑剤を塗布した。これらフラックス入りワイヤ（番号４～９、Ａ２）の構成（ワイヤ全体の化学成分、フラックスの成分）を表３－Ａ～表３－Ｃに示す。
　表３－Ａ～表３－Ｃに示された、ワイヤ全体の化学成分の含有量、フラックスの成分（酸化物、及び弗化物）の含有量の単位は「フラックス入りワイヤ全質量に対する質量％」である。表中において「ワイヤ全体の化学成分」は、「酸化物、及び弗化物を除くワイヤの化学成分」を意味する。
　表３－Ａ、表３－Ｂに示されたワイヤ全体の化学成分の残部（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３－Ａ、表３－Ｂに示されたフラックス入りワイヤに含まれる各元素は、鋼製外皮又は金属粉の形態である。
　表３－Ａ～表３－Ｃにおいて、ワイヤ全体の化学成分及びフラックスの成分の含有量に係る表中の空欄は、その成分等の含有量が有効桁数未満であることを意味する。これらの成分等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。
（溶接継手の製造）
　得られたフラックス入りワイヤ（番号４～９、Ａ２）を用いて、立向上進溶接で、ガスシールドアーク溶接することにより溶接金属を有する溶接継手を製造した。溶接する鋼板として板厚が５０ｍｍである９％Ｎｉ鋼（ＪＩＳ　Ｇ　３１２７　ＳＬ９Ｎ５９０に準じた鋼板）を用いた。溶接の際の溶接ガスの種類は、Ａｒ－２０％ＣＯ２ガスとした。溶接の際の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。溶接条件は表５に記載の「フラックス入りワイヤ（GMAW）」の条件とした。
　製造した溶接継手における溶接金属の化学成分を表１－Ａ～表１－Ｃに示す（番号４～９、Ａ２）。なお、表１－Ａ～表１－Ｃ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。
＜３．ソリッドワイヤおよびフラックスを用いたサブマージアーク溶接（SAW）＞
（ソリッドワイヤの製造）
　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４－Ａ、表４－Ｂ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（番号１０～１４、１６～１７、Ａ３、Ａ５）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４－Ａ、表４－Ｂに示す化学成分を有していた。試作後、ワイヤ表面には潤滑剤を塗布した。
　表４－Ａ、表４－Ｂ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４－Ａ、表４－Ｂ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４－Ａ、表４－Ｂにおいて、ワイヤの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。
（溶接継手の製造）
　得られたソリッドワイヤ（番号１０～１４、１６～１７、Ａ３、Ａ５）を用いて、サブマージアーク溶接により下向で溶接することにより溶接金属を有する溶接継手を製造した。具体的には、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接工業社製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　ＳＬ９Ｎ５９０に準じた鋼板）を用いた。溶接の際の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。溶接条件は表５に記載の「サブマージアーク溶接（SAW）」の条件とした。
　製造した溶接継手における溶接金属の化学成分を表１－Ａ～表１－Ｃに示す（番号１０～１４、１６～１７、Ａ３、Ａ５）。なお、表１－Ａ～表１－Ｃ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。
＜評価試験＞
（低温靭性の評価）
　本開示例及び比較例で得られた溶接金属（番号１～１７、Ａ１～Ａ５）の板厚方向中心から衝撃試験片（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。
　本開示例の溶接金属は、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、低温靭性において不合格となった。

Claims (9)

  1. 　溶接金属の全質量に対する質量％で、化学成分が、
    　Ｃ　：０．０３０～１．０００％、
    　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：０～２０．０％、
    　Ｍｏ：０～１０．０％、
    　Ｎｂ：０～１．０００％、
    　Ｖ　：０～１．００％、
    　Ｃｏ：０～１．００％、
    　Ｐｂ：０～１．００％、
    　Ｓｎ：０～１．００％、
    　Ｗ　：０～２０．０％、
    　Ｍｇ：０～５．０％、
    　Ａｌ：０～０．１００％、
    　Ｃａ：０～５．０％、
    　Ｔｉ：０～０．１００％、
    　Ｂ：０～０．５０００％、
    　ＲＥＭ：０～０．５００％、
    　Ｚｒ：０～０．５００％、
    　Ｎ　：０～０．５０００％、
    　Ｏ　：０．００１０～０．１５００％、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Ｎｂ含有量、前記Ｔｉ含有量、前記Ｖ含有量、及び前記Ａｌ含有量の合計（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｖ＋Ａｌ）が０．００５％以上である溶接金属。
  2. 　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％以上である請求項１に記載の溶接金属。
  3. 　磁気誘導法により求められるｆｃｃ割合が７０％以上である請求項１又は請求項２に記載の溶接金属。
  4. 　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～請求項３のいずれか１項に記載の溶接金属。
  5. 　前記質量比（Ｎｉ／Ｍｎ）が、１．００以上である請求項４に記載の溶接金属。
  6. 　前記Ｔｉの含有量が、Ｔｉ：０．００３～０．１００％である請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の溶接金属。
  7. 　前記Ｃの含有量が、Ｃ：０．１１０～１．０００％である請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の溶接金属。
  8. 　請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の溶接金属を有する溶接継手。
  9. 　請求項８に記載の溶接継手を有する溶接構造物。
PCT/JP2022/036866 2022-09-30 2022-09-30 溶接金属、溶接継手、及び溶接構造物 WO2024069986A1 (ja)

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