サブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びソリッドワイヤ並びに低温用鋼のサブマージアーク溶接方法
【課題】低温破壊靭性が優れた溶接部（溶接金属）を、優れた溶接作業性で得ることができるサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びソリッドワイヤ並びに低温用鋼のサブマージアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】ボンドフラックスは、ＭｇＯ：２３乃至４３％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１％、ＣａＦ２：６乃至１６％、ＳｉＯ２：７乃至２０％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足する。
【解決手段】ボンドフラックスは、ＭｇＯ：２３乃至４３％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１％、ＣａＦ２：６乃至１６％、ＳｉＯ２：７乃至２０％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びワイヤに関し、特に−４０℃程度の低温まで優れた破壊靭性を有する溶接部を得ることができ、主として海洋構造物又はＬＰＧタンク等に使用される低温高強度用鋼の溶接に適したサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びソリッドワイヤ並びに低温用鋼のサブマージアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温用鋼は、寒冷地でのラインパイプ、海洋での石油掘削基地等の海洋構造物、ＬＰＧタンク等に使用されている。これらの構造物では、安全性及び耐久性の観点から、更に一層の品質向上が求められており、その中で、溶接部へのより厳しい性能の向上が要求されている。
【０００３】
この溶接部の品質として、低温における破壊靭性性能があり、この靭性の評価基準として、シャルピ−衝撃試験での吸収エネルギ及び設計温度での破壊靭性値（ＣＴＯＤ）がある。
【０００４】
従来、この低温における破壊靭性性能の向上を目的とした技術として、本願出願人は、特許文献１に開示されたものを提案した。この特許文献１に開示されたサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、ＭｇＯ：２０〜４５％、Ａｌ２Ｏ３：１０〜３０％、ＣａＦ２：５〜１５％、ＳｉＯ２：５〜２０％、金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：２〜１０％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種の合計：２〜２０％を含有すると共に、金属Ｓｉ、金属Ａｌ及び金属Ｔｉの１種又は２種以上の合計：０．５〜５％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（Ｔｉ換算）の合計（ｔｏｔａｌＴｉ）：１〜７％、金属Ｂ及びＢ酸化物（Ｂ換算）の１種又は２種の合計：０．１〜０．５％、Ｓ：０．００５〜０．１５％を含有するものである。
【０００５】
また、特許文献２においては、低温用鋼用のＴｉ脱酸鋼に代表される制御脱酸の多層溶接において、良好な溶接作業性とＡＷ（溶接のまま）及びＰＷＨＴ（応力除去焼鈍後）とも良好な靭性を具備する溶接部を得ることを目的とした低温用鋼のサブマージアーク溶接用ワイヤとして、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ及びＡｌから選択された１種以上の元素量の合計が重量％で０．０１５％以下のＴｉ脱酸鋼に代表される制御脱酸鋼板を溶接するサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びワイヤであって、下記式（１）〜（３）を満たし、８≦（ＳｉＯ２）Ｆ≦１６％、（Ｓｉ）Ｆ≦０．５％、０．１≦（Ａｌ）Ｆ≦１．５％、（Ｍｇ）Ｆ≦４．５％、０．１≦（Ａｌ）Ｆ＋０．２５×（Ｍｇ）Ｆ≦１．５％であるサブマージアーク溶接用ボンドフラックスと、同じく下記式（１）〜（３）を満足し、かつ０．００５％≦［Ｃ］Ｗ≦０．０８％、０．００５％≦［Ｓｉ］Ｗ≦０．１０％、１．５％≦［Ｎｉ］Ｗ≦３．５％であるサブマージアーク溶接用ワイヤが開示されている。
０．００２≦０．１×（Ｂ２Ｏ３）Ｆ＋６×［Ｂ］Ｗ＋３×［Ｂ］Ｂ≦０．０２５
・・・（１）
０．０５≦０．０１×（ＴｉＯ２）Ｆ＋０．１×（Ｔｉ）Ｆ＋３×［Ｔｉ］Ｗ＋１．５×［Ｔｉ］Ｂ≦０．２２・・・（２）
０．１×（Ｐ）Ｆ＋０．６×［Ｐ］Ｗ＋０．３×［Ｐ］Ｂ≦０．０１２・・・（３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２５６４８９号公報
【特許文献２】特開平１０−１１３７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、フラックスの塩基度とＴｉ、Ｂ等の合金成分の調整により、溶接金属中の酸素、Ｔｉ、Ｂ量を適正化し、−６０℃まで優れた破壊靭性を確保できる。しかし、溶接金属の強度レベルは、０．２％耐力が４５０ＭＰａ程度であるため、更に一層の高強度化が要望されている。
【０００８】
また、特許文献２においては、海洋構造物及びＬＰＧタンク等に使用される低温用鋼の溶接に際し、ＡＷ（溶接のまま）及びＰＷＨＴ（応力除去焼鈍後）の状態で、−７０℃までの低温靭性が優れた溶接金属を得ようとしているが、低温破壊靭性（特にＣＴＯＤ性能）を向上させるには至っていない。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ワイヤ及びフラックスの組成を適切に規定することにより、低温破壊靭性が優れた溶接部（溶接金属）を、優れた溶接作業性で得ることができるサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びソリッドワイヤ並びに低温用鋼のサブマージアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、ＭｇＯ：２３乃至４３質量％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％、ＣａＦ２：６乃至１６質量％、ＳｉＯ２：７乃至２０質量％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％を含有し、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｎ：０．００８質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であると共に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５を満足することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る低温用鋼のサブマージアーク溶接方法は、
ＭｇＯ：２３乃至４３質量％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％、ＣａＦ２：６乃至１６質量％、ＳｉＯ２：７乃至２０質量％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足するサブマージアーク溶接用ボンドフラックスと、
Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％を含有し、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｎ：０．００８質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であると共に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５を満足するサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤとを使用し、
Ｂ：０．００１０乃至０．００５０質量％及びＴｉ：０．０１０乃至０．０５０質量％を含有し、［Ｔｉ］／［Ｏ］：０．５０乃至０．９０を満足する溶接金属を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスによれば、フラックスの組成を適切に規定することにより、優れた溶接作業性及び破壊靭性を有する溶接金属を得ることができる。
【００１４】
また、本発明のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、ワイヤの組成を適切に規定することにより、高強度且つ優れた破壊靭性を有する溶接金属を得ることができる。
【００１５】
更に、本発明の低温用鋼のサブマージアーク溶接方法によれば、０．２％耐力が５００ＭＰａ以上、引張強さが６１０ＭＰａ以上、ＣＴＯＤ値δ（−４０℃）が０．２５ｍｍ以上の溶接金属を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】溶接金属の各性質に及ぼすワイヤの［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）比率の影響を示すグラフ図である。
【図２】溶接金属の各性質に及ぼすフラックスの（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２の影響を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
従来、溶接金属の高靭性化技術が多数提案されているが、特許文献１に開示された技術は、フラックス塩基度と合金成分の調整により、高靭性化を達成している。また、特許文献２においては、フラックスとワイヤ中の夫々の合金成分の調整により、高靭性化を達成している。しかし、これらの従来の技術においては、０．２％耐力が４５０ＭＰａ程度であり、またＣＴＯＤ値が低いものであった。本発明は、このような従来技術の問題点を解消するためになされたものであって、フラックスとワイヤの合金成分の調整により、強度レベル０．２％耐力が５００ＭＰａ以上、引張強さが６１０ＭＰａ以上、ＣＴＯＤが−４０℃まで０．２５ｍｍ以上で優れた破壊靭性を有する溶接金属を開発したものである。
【００１８】
以下、本発明のフラックス及びワイヤの組成限定理由について説明する、先ず、サブマージアーク溶接用ボンドフラックスの組成について説明する。
【００１９】
（１）サブマージアーク溶接用ボンドフラックス
「ＭｇＯ：２３乃至４３質量％」
ＭｇＯは、その添加により、塩基度を高めると共に、脱酸剤として溶接金属中の酸素を低下させる作用を有するため、酸素低減に効果がある。また、ＭｇＯの添加は、スラグの耐火性も増加させる。ＭｇＯが２３質量％未満では、この作用が発揮されない。また、ＭｇＯが４３質量％を超えると、スラグの剥離及びビード外観が悪化する。
【００２０】
「Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％」
Ａｌ２Ｏ３はスラグ形成剤としての作用を持ち、ビードのスラグ剥離性を確保する効果がある。また、Ａｌ２Ｏ３はアークの集中性及び安定性を高める作用を有する。しかし、Ａｌ２Ｏ３が１１質量％未満では、スラグの剥離性が劣化し、アークが不安定で溶接が困難になる。また、Ａｌ２Ｏ３が３１質量％を超えると、溶接金属中の酸素が増加して、溶接金属の靭性を劣化させる。
【００２１】
「ＣａＦ２：６乃至１６質量％」
ＣａＦ２は生成スラグの融点を調整するという作用が公知であるが、ＣａＦ２は溶接金属中の酸素を低減させる効果も有する。しかし、ＣａＦ２が６質量％未満では、この効果が発揮されず、またＣａＦ２が１６質量％を超えると、アークが不安定になり、ビード外観が劣化し、またビード上にポックマークが発生することがある。
【００２２】
「ＳｉＯ２：７乃至２０質量％」
ＳｉＯ２は、スラグ形成剤としてビード外観及びビード形状を整える作用があるが、ＳｉＯ２が７質量％未満ではこの効果が発揮されず、またＳｉＯ２が２０質量％を超えると、溶接金属中の酸素を増加させ、靭性を劣化させる。
【００２３】
「金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％」
金属炭酸塩は、溶接熱によりガス化して、アーク雰囲気中の水蒸気分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を下げるというアークのシールド効果を有する。しかし、金属炭酸塩が１．０質量％未満ではこの効果が発揮されない。また、金属炭酸塩が８．０質量％を超えると、スラグの剥離性が悪化し、時にはビード上にポックマークが発生し、作業性が不良になる。一般的に、金属炭酸塩としては、ＣaＣＯ３、ＢaＣＯ３等が挙げられる。
【００２４】
「ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％」
ＣａＯ及びＢａＯは、ＭｇＯと共に、塩基度を高め、溶接金属中の酸素低減に効果がある。また、ＣａＯ及びＢａＯは同一の作用効果を有する。しかし、ＣａＯ及びＢａＯは、これらの１種又は２種の合計で２質量％未満では、この効果を発揮せず、また１６質量％を超えると、アーク安定性とビード外観が劣化する。
【００２５】
「金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％」
金属Ｓｉは、溶接金属中の酸素量を低下させる脱酸効果を有する。この金属Ｓｉは、通常、Ｆｅ−Ｓｉ合金の形で添加される。この合金中のＳｉが、フラックス質量あたり、０．４質量％未満では、脱酸効果が発揮されない。また、Ｓｉが１．５質量％を超えると、脱酸効果が飽和してしまい、逆に、溶接金属の靭性が劣化すると共に、強度が上がりすぎてしまう。
【００２６】
「金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％」
金属Ｔｉは、溶接金属中の酸素量を低下させる脱酸効果を有する。また、Ｔｉ酸化物はスラグ形成剤として粘性及び流動性を調整する効果を有する。金属Ｔｉも溶接中に酸化して、Ｔｉ酸化物となり、スラグ形成剤として、粘性及び流動性を調整する効果を有する。これらの合計（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）が１．０質量％未満ではこの効果が発揮されず、７．０質量％を超えると、脱酸過剰となり、またスラグ量が過剰になり、ビード表面に焼き付きを起こし、スラグ剥離性が劣化する。このように、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物は、相互に密接な関連性を有し、ｔｏｔａｌ Ｔｉとして、その量を規制する。フラックスの金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（Ｔｉ換算値）の合計（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）のより好ましい範囲は、０．３乃至１．３質量％である。
【００２７】
「金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％」
金属Ｂ及びＢ酸化物は溶接金属中の固溶Ｂ量を制御する効果を有するが、Ｂ換算値が金属Ｂとの合計で０．０１質量％未満では、固溶Ｂの粒界偏析における微細な組織を抑制し、靭性向上効果が発揮されず、Ｂ換算値の合計が０．２０質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が大幅に上昇し、靭性が低下する。フラックスの金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種は、Ｂ換算値の合計で、より好ましい範囲は０．０１乃至０．１５質量％である。
【００２８】
「アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％」
アルカリ金属Ｎａ、Ｋ、及びＬｉの酸化物はアークを安定させる効果を有するが、これらの酸化物は、各元素への換算値の合計で１．０質量％未満では、この効果が発揮されない。また、各元素への換算値の合計が６．０質量％を超えると、脱酸効果が向上せず、溶接金属の靭性が劣化すると共に、強度が上がりすぎてしまう。
【００２９】
「（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５」
本発明においては、破壊靭性と溶接作業性の双方を確保するために、上述のように各成分の組成を限定するが、本発明者等は、更に、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２を０．０５乃至０．５５を満足する範囲に規定することにより、破壊靭性と溶接作業性の双方を確保できることを見出した。（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２が０．０５未満であると、溶接金属酸素量が高い粗大な組織を生成することにより、破壊靭性が低下する。また、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２が０．５５を超えると、スラグの剥離性及びビード形状等の溶接作業性が劣化し、溶接金属強度も上がり、破壊靭性が低下する。フラックスの（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２のより好ましい範囲は、０．１０乃至０．４０である。
【００３０】
（２）次に、ソリッドワイヤの組成について説明する。
【００３１】
「Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％」
Ｃは良好な靭性を得るために、低くする必要があり、溶接金属で良好な低温靭性を得るために、０．１５質量％以下にする必要がある。但し、Ｃが０．１０質量％未満では、脱酸不足となり、靭性が劣化する。
【００３２】
「Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％」
Ｍｎは溶接金属の焼入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成するうえで必要である。このようなＭｎの効果は、１．５質量％以上で得られるが、Ｍｎが２．５質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が過大となり、靭性が劣化する。
【００３３】
「Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％」
Ｎｉは溶接金属のマトリックスに固溶してフェライトそのものを高靭性化する。このようなＮｉの効果は２．０質量％以上で得られる。一方、Ｎｉが２．６質量％を超えると、Ｐ及びＳが粒界に析出しやすく、高温割れが生じ易くなる。
【００３４】
「Ｍｏ：０．０５質量％以下」
Ｍｏは溶接金属の焼入れ性を向上させる効果がある。但し、Ｍｏが０．０５質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が上昇しすぎてしまい、溶接金属の靭性が低下する。
【００３５】
「Ｎ：０．００８質量％以下」
Ｎは靭性を劣化させる元素であり、できるだけ低い方がよく、このため、Ｎの上限を０．００８質量％とする。なお、本発明のソリッドワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【００３６】
「［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５」
本発明においては、破壊靭性と耐高温割れ性の双方を向上させるために、ソリッドワイヤの組成を上述のように規定するが、本発明者等は、更に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）が０．９乃至１．５を満足する範囲に各成分の組成を調整すると、破壊靭性と耐高温割れ性の双方を更に確実に向上させることができることを見出した。［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）が０．９未満であると、溶接金属の焼入れ性が高く破壊靭性が低下する。また、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ」］が１．５を超えると、高温割れが生じ易くなる。ワイヤの［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）のより好ましい範囲は、１．０乃至１．４である。
【００３７】
（３）次に、本発明の溶接方法により得られる溶接金属の組成について説明する。
【００３８】
「Ｂ：０．００１０乃至０．００５０質量％」
Ｂは０．００１０質量％未満では、初析フェライトの抑制効果を発揮できず、靭性が劣化する。一方、Ｂは０．００５０質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が大きくなり、これにより、靭性が劣化する。
【００３９】
「Ｔｉ：０．０１０乃至０．０５０質量％」
Ｔｉは０．０１０質量％未満では、粒内アシキュラーフェライトの変態核の生成が阻害され、靭性が劣化する。一方、Ｔｉは０．０５０質量％を超えると、粗大なラス状ベイナイトの生成により、靭性が劣化する
「［Ｔｉ］／［Ｏ］：０．５０乃至０．９０」
［Ｔｉ］／［Ｏ］が０．５０未満では、脱酸不足のため、粗大な初析フェライトの生成により、靭性が劣化する。一方、［Ｔｉ］／［Ｏ］が０．９０を超えると、粗大なラス状ベイナイトの生成により、靭性が劣化する。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例により本発明の効果を更に具体的に説明する。下記表１に示すＷ１〜Ｗ６の６種類のワイヤを作製した。表１中Ｗ１〜Ｗ３が本発明の範囲に入る実施例、Ｗ４〜Ｗ６が本発明の範囲から外れる比較例である。ワイヤ径は全てのワイヤにおいて、４．０ｍｍである。同様に、下記表２及び表３に示すＦ１〜Ｆ１５の１５種類のフラックスを作製した。これらのフラックスは原料粉を水ガラスを固着材として造粒した後、５００℃で夫々焼成し、１０乃至４８メッシュの粒度に整粒した。下記表２及び表３中、Ｆ１〜Ｆ５が本発明の範囲に入る実施例、Ｆ６〜Ｆ１５が本発明の範囲から外れる比較例である。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
上記表１に示すソリッドワイヤと、上記表２及び表３に示すフラックスを組み合わせて、下記表４に示す鋼板を、下記表５に示す溶接条件により、全溶着金属溶接試験した。この表５に示す溶接試験条件によって溶接した溶接金属の機械的性質、溶接作業性及び化学成分を下記表６に示す試験方法によって求めた。機械的性質においては、降伏強度が５００ＭＰａ以上、引張強さが６１０ＭＰａ以上及び−４０℃のＣＴＯＤ値が０．２５ｍｍ以上を合格とした。
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】
【表６】
【００４８】
次に、耐高温割れ性能試験について説明する。上記表１に示すワイヤを使用し、上記表２及び表３に示すフラックスを組合せて、上記表４に示す組成の鋼板を使用して、下記表７に示す溶接条件により溶接した溶接金属の耐高温割れ性を、拘束突合せ溶接割れ試験によって求めた。割れ率は、破断したビードのビード長に対する割れ長さの比率（質量％）とし、１０質量％以下を合格（クレータ割れを含む）とした。
【００４９】
【表７】
【００５０】
上記全溶着金属溶接試験及び耐高温割れ性能試験の結果を、下記表８乃至表１０と図１及び図２に示す。表８は本発明の実施例及び比較例の機械的性質、表９は同じく溶接作業性及び割れ率を示す。また、表１０は本発明の実施例及び比較例の溶接金属組成（残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物）を示す。なお、溶接作業性欄の○は良好、×は不良を示す。
【００５１】
【表８】
【００５２】
【表９】
【００５３】
【表１０】
【００５４】
本発明の実施例のソリッドワイヤＷ１〜Ｗ３とフラックスＦ１〜Ｆ５を使用した溶接試験Ｔ１〜Ｔ５の場合は、表８に示すように、０．２％耐力と、引張強さの双方が高く、また、−６０℃の吸収エネルギも高く、ＣＴＯＤ（−４０℃）も大きな値が得られた。これに対し、比較例のソリッドワイヤＷ４〜Ｗ６とフラックスＦ６〜Ｆ１５を使用した溶接試験Ｔ６〜Ｔ１５の場合は、０．２％耐力、引張強さ、−６０℃の吸収エネルギ、ＣＴＯＤ（−４０℃）のいずれかが劣るものであった。
【００５５】
また、表９に示すように、本発明の実施例Ｔ１〜Ｔ５は、溶接作業性を示すスラグ剥離性、ビード外観、ポックマーク、ビードの焼き付き、拡散性水素量及び割れ率の全てが優れているのに対し、比較例Ｔ６〜Ｔ１５は、上記特性のいずれかが劣るものであった。
【００５６】
更に、本発明の実施例Ｔ１〜Ｔ５は、溶接金属の組成が本発明の範囲を満たし、比較例Ｔ６〜Ｔ１５は、溶接金属の組成が本発明の範囲を満たさないものであった。
【００５７】
また、図１及び図２は、夫々、溶接金属の各性質に及ぼすワイヤの［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）比率と、フラックスの（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２の影響を示すグラフ図である。この図１は表１に示すソリッドワイヤＷ１〜Ｗ６をプロットし、図２は表２及び表３に示すフラックスＦ１〜Ｆ１５をプロットしたものである。ソリッドワイヤＷ１〜Ｗ６において、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）が０．９未満であると、溶接金属の焼入れ性が高すぎ、破壊靭性が低下する。また、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ」］が１．５を超えると、高温割れが生じ易くなる。一方、フラックスＦ１〜Ｆ１５において、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２が０．０５未満であると、溶接金属の酸素量が高すぎ、粗大な組織を生成することにより、破壊靭性が低下する。また、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２が０．５５を超えると、スラグの剥離性及びビード外観等の溶接作業性が劣化し、溶接金属強度も上がり、破壊靭性が低下する。
【技術分野】
【０００１】
本発明はサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びワイヤに関し、特に−４０℃程度の低温まで優れた破壊靭性を有する溶接部を得ることができ、主として海洋構造物又はＬＰＧタンク等に使用される低温高強度用鋼の溶接に適したサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びソリッドワイヤ並びに低温用鋼のサブマージアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温用鋼は、寒冷地でのラインパイプ、海洋での石油掘削基地等の海洋構造物、ＬＰＧタンク等に使用されている。これらの構造物では、安全性及び耐久性の観点から、更に一層の品質向上が求められており、その中で、溶接部へのより厳しい性能の向上が要求されている。
【０００３】
この溶接部の品質として、低温における破壊靭性性能があり、この靭性の評価基準として、シャルピ−衝撃試験での吸収エネルギ及び設計温度での破壊靭性値（ＣＴＯＤ）がある。
【０００４】
従来、この低温における破壊靭性性能の向上を目的とした技術として、本願出願人は、特許文献１に開示されたものを提案した。この特許文献１に開示されたサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、ＭｇＯ：２０〜４５％、Ａｌ２Ｏ３：１０〜３０％、ＣａＦ２：５〜１５％、ＳｉＯ２：５〜２０％、金属炭酸塩（ＣＯ２換算）：２〜１０％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種の合計：２〜２０％を含有すると共に、金属Ｓｉ、金属Ａｌ及び金属Ｔｉの１種又は２種以上の合計：０．５〜５％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（Ｔｉ換算）の合計（ｔｏｔａｌＴｉ）：１〜７％、金属Ｂ及びＢ酸化物（Ｂ換算）の１種又は２種の合計：０．１〜０．５％、Ｓ：０．００５〜０．１５％を含有するものである。
【０００５】
また、特許文献２においては、低温用鋼用のＴｉ脱酸鋼に代表される制御脱酸の多層溶接において、良好な溶接作業性とＡＷ（溶接のまま）及びＰＷＨＴ（応力除去焼鈍後）とも良好な靭性を具備する溶接部を得ることを目的とした低温用鋼のサブマージアーク溶接用ワイヤとして、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ及びＡｌから選択された１種以上の元素量の合計が重量％で０．０１５％以下のＴｉ脱酸鋼に代表される制御脱酸鋼板を溶接するサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びワイヤであって、下記式（１）〜（３）を満たし、８≦（ＳｉＯ２）Ｆ≦１６％、（Ｓｉ）Ｆ≦０．５％、０．１≦（Ａｌ）Ｆ≦１．５％、（Ｍｇ）Ｆ≦４．５％、０．１≦（Ａｌ）Ｆ＋０．２５×（Ｍｇ）Ｆ≦１．５％であるサブマージアーク溶接用ボンドフラックスと、同じく下記式（１）〜（３）を満足し、かつ０．００５％≦［Ｃ］Ｗ≦０．０８％、０．００５％≦［Ｓｉ］Ｗ≦０．１０％、１．５％≦［Ｎｉ］Ｗ≦３．５％であるサブマージアーク溶接用ワイヤが開示されている。
０．００２≦０．１×（Ｂ２Ｏ３）Ｆ＋６×［Ｂ］Ｗ＋３×［Ｂ］Ｂ≦０．０２５
・・・（１）
０．０５≦０．０１×（ＴｉＯ２）Ｆ＋０．１×（Ｔｉ）Ｆ＋３×［Ｔｉ］Ｗ＋１．５×［Ｔｉ］Ｂ≦０．２２・・・（２）
０．１×（Ｐ）Ｆ＋０．６×［Ｐ］Ｗ＋０．３×［Ｐ］Ｂ≦０．０１２・・・（３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２５６４８９号公報
【特許文献２】特開平１０−１１３７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、フラックスの塩基度とＴｉ、Ｂ等の合金成分の調整により、溶接金属中の酸素、Ｔｉ、Ｂ量を適正化し、−６０℃まで優れた破壊靭性を確保できる。しかし、溶接金属の強度レベルは、０．２％耐力が４５０ＭＰａ程度であるため、更に一層の高強度化が要望されている。
【０００８】
また、特許文献２においては、海洋構造物及びＬＰＧタンク等に使用される低温用鋼の溶接に際し、ＡＷ（溶接のまま）及びＰＷＨＴ（応力除去焼鈍後）の状態で、−７０℃までの低温靭性が優れた溶接金属を得ようとしているが、低温破壊靭性（特にＣＴＯＤ性能）を向上させるには至っていない。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ワイヤ及びフラックスの組成を適切に規定することにより、低温破壊靭性が優れた溶接部（溶接金属）を、優れた溶接作業性で得ることができるサブマージアーク溶接用ボンドフラックス及びソリッドワイヤ並びに低温用鋼のサブマージアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るサブマージアーク溶接用ボンドフラックスは、ＭｇＯ：２３乃至４３質量％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％、ＣａＦ２：６乃至１６質量％、ＳｉＯ２：７乃至２０質量％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤは、Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％を含有し、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｎ：０．００８質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であると共に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５を満足することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る低温用鋼のサブマージアーク溶接方法は、
ＭｇＯ：２３乃至４３質量％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％、ＣａＦ２：６乃至１６質量％、ＳｉＯ２：７乃至２０質量％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足するサブマージアーク溶接用ボンドフラックスと、
Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％を含有し、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｎ：０．００８質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であると共に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５を満足するサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤとを使用し、
Ｂ：０．００１０乃至０．００５０質量％及びＴｉ：０．０１０乃至０．０５０質量％を含有し、［Ｔｉ］／［Ｏ］：０．５０乃至０．９０を満足する溶接金属を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のサブマージアーク溶接用ボンドフラックスによれば、フラックスの組成を適切に規定することにより、優れた溶接作業性及び破壊靭性を有する溶接金属を得ることができる。
【００１４】
また、本発明のサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤによれば、ワイヤの組成を適切に規定することにより、高強度且つ優れた破壊靭性を有する溶接金属を得ることができる。
【００１５】
更に、本発明の低温用鋼のサブマージアーク溶接方法によれば、０．２％耐力が５００ＭＰａ以上、引張強さが６１０ＭＰａ以上、ＣＴＯＤ値δ（−４０℃）が０．２５ｍｍ以上の溶接金属を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】溶接金属の各性質に及ぼすワイヤの［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）比率の影響を示すグラフ図である。
【図２】溶接金属の各性質に及ぼすフラックスの（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２の影響を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
従来、溶接金属の高靭性化技術が多数提案されているが、特許文献１に開示された技術は、フラックス塩基度と合金成分の調整により、高靭性化を達成している。また、特許文献２においては、フラックスとワイヤ中の夫々の合金成分の調整により、高靭性化を達成している。しかし、これらの従来の技術においては、０．２％耐力が４５０ＭＰａ程度であり、またＣＴＯＤ値が低いものであった。本発明は、このような従来技術の問題点を解消するためになされたものであって、フラックスとワイヤの合金成分の調整により、強度レベル０．２％耐力が５００ＭＰａ以上、引張強さが６１０ＭＰａ以上、ＣＴＯＤが−４０℃まで０．２５ｍｍ以上で優れた破壊靭性を有する溶接金属を開発したものである。
【００１８】
以下、本発明のフラックス及びワイヤの組成限定理由について説明する、先ず、サブマージアーク溶接用ボンドフラックスの組成について説明する。
【００１９】
（１）サブマージアーク溶接用ボンドフラックス
「ＭｇＯ：２３乃至４３質量％」
ＭｇＯは、その添加により、塩基度を高めると共に、脱酸剤として溶接金属中の酸素を低下させる作用を有するため、酸素低減に効果がある。また、ＭｇＯの添加は、スラグの耐火性も増加させる。ＭｇＯが２３質量％未満では、この作用が発揮されない。また、ＭｇＯが４３質量％を超えると、スラグの剥離及びビード外観が悪化する。
【００２０】
「Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％」
Ａｌ２Ｏ３はスラグ形成剤としての作用を持ち、ビードのスラグ剥離性を確保する効果がある。また、Ａｌ２Ｏ３はアークの集中性及び安定性を高める作用を有する。しかし、Ａｌ２Ｏ３が１１質量％未満では、スラグの剥離性が劣化し、アークが不安定で溶接が困難になる。また、Ａｌ２Ｏ３が３１質量％を超えると、溶接金属中の酸素が増加して、溶接金属の靭性を劣化させる。
【００２１】
「ＣａＦ２：６乃至１６質量％」
ＣａＦ２は生成スラグの融点を調整するという作用が公知であるが、ＣａＦ２は溶接金属中の酸素を低減させる効果も有する。しかし、ＣａＦ２が６質量％未満では、この効果が発揮されず、またＣａＦ２が１６質量％を超えると、アークが不安定になり、ビード外観が劣化し、またビード上にポックマークが発生することがある。
【００２２】
「ＳｉＯ２：７乃至２０質量％」
ＳｉＯ２は、スラグ形成剤としてビード外観及びビード形状を整える作用があるが、ＳｉＯ２が７質量％未満ではこの効果が発揮されず、またＳｉＯ２が２０質量％を超えると、溶接金属中の酸素を増加させ、靭性を劣化させる。
【００２３】
「金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％」
金属炭酸塩は、溶接熱によりガス化して、アーク雰囲気中の水蒸気分圧を下げ、溶接金属中の拡散性水素量を下げるというアークのシールド効果を有する。しかし、金属炭酸塩が１．０質量％未満ではこの効果が発揮されない。また、金属炭酸塩が８．０質量％を超えると、スラグの剥離性が悪化し、時にはビード上にポックマークが発生し、作業性が不良になる。一般的に、金属炭酸塩としては、ＣaＣＯ３、ＢaＣＯ３等が挙げられる。
【００２４】
「ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％」
ＣａＯ及びＢａＯは、ＭｇＯと共に、塩基度を高め、溶接金属中の酸素低減に効果がある。また、ＣａＯ及びＢａＯは同一の作用効果を有する。しかし、ＣａＯ及びＢａＯは、これらの１種又は２種の合計で２質量％未満では、この効果を発揮せず、また１６質量％を超えると、アーク安定性とビード外観が劣化する。
【００２５】
「金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％」
金属Ｓｉは、溶接金属中の酸素量を低下させる脱酸効果を有する。この金属Ｓｉは、通常、Ｆｅ−Ｓｉ合金の形で添加される。この合金中のＳｉが、フラックス質量あたり、０．４質量％未満では、脱酸効果が発揮されない。また、Ｓｉが１．５質量％を超えると、脱酸効果が飽和してしまい、逆に、溶接金属の靭性が劣化すると共に、強度が上がりすぎてしまう。
【００２６】
「金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％」
金属Ｔｉは、溶接金属中の酸素量を低下させる脱酸効果を有する。また、Ｔｉ酸化物はスラグ形成剤として粘性及び流動性を調整する効果を有する。金属Ｔｉも溶接中に酸化して、Ｔｉ酸化物となり、スラグ形成剤として、粘性及び流動性を調整する効果を有する。これらの合計（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）が１．０質量％未満ではこの効果が発揮されず、７．０質量％を超えると、脱酸過剰となり、またスラグ量が過剰になり、ビード表面に焼き付きを起こし、スラグ剥離性が劣化する。このように、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物は、相互に密接な関連性を有し、ｔｏｔａｌ Ｔｉとして、その量を規制する。フラックスの金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（Ｔｉ換算値）の合計（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）のより好ましい範囲は、０．３乃至１．３質量％である。
【００２７】
「金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％」
金属Ｂ及びＢ酸化物は溶接金属中の固溶Ｂ量を制御する効果を有するが、Ｂ換算値が金属Ｂとの合計で０．０１質量％未満では、固溶Ｂの粒界偏析における微細な組織を抑制し、靭性向上効果が発揮されず、Ｂ換算値の合計が０．２０質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が大幅に上昇し、靭性が低下する。フラックスの金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種は、Ｂ換算値の合計で、より好ましい範囲は０．０１乃至０．１５質量％である。
【００２８】
「アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％」
アルカリ金属Ｎａ、Ｋ、及びＬｉの酸化物はアークを安定させる効果を有するが、これらの酸化物は、各元素への換算値の合計で１．０質量％未満では、この効果が発揮されない。また、各元素への換算値の合計が６．０質量％を超えると、脱酸効果が向上せず、溶接金属の靭性が劣化すると共に、強度が上がりすぎてしまう。
【００２９】
「（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５」
本発明においては、破壊靭性と溶接作業性の双方を確保するために、上述のように各成分の組成を限定するが、本発明者等は、更に、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２を０．０５乃至０．５５を満足する範囲に規定することにより、破壊靭性と溶接作業性の双方を確保できることを見出した。（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２が０．０５未満であると、溶接金属酸素量が高い粗大な組織を生成することにより、破壊靭性が低下する。また、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２が０．５５を超えると、スラグの剥離性及びビード形状等の溶接作業性が劣化し、溶接金属強度も上がり、破壊靭性が低下する。フラックスの（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２のより好ましい範囲は、０．１０乃至０．４０である。
【００３０】
（２）次に、ソリッドワイヤの組成について説明する。
【００３１】
「Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％」
Ｃは良好な靭性を得るために、低くする必要があり、溶接金属で良好な低温靭性を得るために、０．１５質量％以下にする必要がある。但し、Ｃが０．１０質量％未満では、脱酸不足となり、靭性が劣化する。
【００３２】
「Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％」
Ｍｎは溶接金属の焼入れ性を確保し、粒内フェライトの変態核を生成するうえで必要である。このようなＭｎの効果は、１．５質量％以上で得られるが、Ｍｎが２．５質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が過大となり、靭性が劣化する。
【００３３】
「Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％」
Ｎｉは溶接金属のマトリックスに固溶してフェライトそのものを高靭性化する。このようなＮｉの効果は２．０質量％以上で得られる。一方、Ｎｉが２．６質量％を超えると、Ｐ及びＳが粒界に析出しやすく、高温割れが生じ易くなる。
【００３４】
「Ｍｏ：０．０５質量％以下」
Ｍｏは溶接金属の焼入れ性を向上させる効果がある。但し、Ｍｏが０．０５質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が上昇しすぎてしまい、溶接金属の靭性が低下する。
【００３５】
「Ｎ：０．００８質量％以下」
Ｎは靭性を劣化させる元素であり、できるだけ低い方がよく、このため、Ｎの上限を０．００８質量％とする。なお、本発明のソリッドワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
【００３６】
「［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５」
本発明においては、破壊靭性と耐高温割れ性の双方を向上させるために、ソリッドワイヤの組成を上述のように規定するが、本発明者等は、更に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）が０．９乃至１．５を満足する範囲に各成分の組成を調整すると、破壊靭性と耐高温割れ性の双方を更に確実に向上させることができることを見出した。［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）が０．９未満であると、溶接金属の焼入れ性が高く破壊靭性が低下する。また、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ」］が１．５を超えると、高温割れが生じ易くなる。ワイヤの［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）のより好ましい範囲は、１．０乃至１．４である。
【００３７】
（３）次に、本発明の溶接方法により得られる溶接金属の組成について説明する。
【００３８】
「Ｂ：０．００１０乃至０．００５０質量％」
Ｂは０．００１０質量％未満では、初析フェライトの抑制効果を発揮できず、靭性が劣化する。一方、Ｂは０．００５０質量％を超えると、溶接金属の焼入れ性が大きくなり、これにより、靭性が劣化する。
【００３９】
「Ｔｉ：０．０１０乃至０．０５０質量％」
Ｔｉは０．０１０質量％未満では、粒内アシキュラーフェライトの変態核の生成が阻害され、靭性が劣化する。一方、Ｔｉは０．０５０質量％を超えると、粗大なラス状ベイナイトの生成により、靭性が劣化する
「［Ｔｉ］／［Ｏ］：０．５０乃至０．９０」
［Ｔｉ］／［Ｏ］が０．５０未満では、脱酸不足のため、粗大な初析フェライトの生成により、靭性が劣化する。一方、［Ｔｉ］／［Ｏ］が０．９０を超えると、粗大なラス状ベイナイトの生成により、靭性が劣化する。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例により本発明の効果を更に具体的に説明する。下記表１に示すＷ１〜Ｗ６の６種類のワイヤを作製した。表１中Ｗ１〜Ｗ３が本発明の範囲に入る実施例、Ｗ４〜Ｗ６が本発明の範囲から外れる比較例である。ワイヤ径は全てのワイヤにおいて、４．０ｍｍである。同様に、下記表２及び表３に示すＦ１〜Ｆ１５の１５種類のフラックスを作製した。これらのフラックスは原料粉を水ガラスを固着材として造粒した後、５００℃で夫々焼成し、１０乃至４８メッシュの粒度に整粒した。下記表２及び表３中、Ｆ１〜Ｆ５が本発明の範囲に入る実施例、Ｆ６〜Ｆ１５が本発明の範囲から外れる比較例である。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
上記表１に示すソリッドワイヤと、上記表２及び表３に示すフラックスを組み合わせて、下記表４に示す鋼板を、下記表５に示す溶接条件により、全溶着金属溶接試験した。この表５に示す溶接試験条件によって溶接した溶接金属の機械的性質、溶接作業性及び化学成分を下記表６に示す試験方法によって求めた。機械的性質においては、降伏強度が５００ＭＰａ以上、引張強さが６１０ＭＰａ以上及び−４０℃のＣＴＯＤ値が０．２５ｍｍ以上を合格とした。
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】
【表６】
【００４８】
次に、耐高温割れ性能試験について説明する。上記表１に示すワイヤを使用し、上記表２及び表３に示すフラックスを組合せて、上記表４に示す組成の鋼板を使用して、下記表７に示す溶接条件により溶接した溶接金属の耐高温割れ性を、拘束突合せ溶接割れ試験によって求めた。割れ率は、破断したビードのビード長に対する割れ長さの比率（質量％）とし、１０質量％以下を合格（クレータ割れを含む）とした。
【００４９】
【表７】
【００５０】
上記全溶着金属溶接試験及び耐高温割れ性能試験の結果を、下記表８乃至表１０と図１及び図２に示す。表８は本発明の実施例及び比較例の機械的性質、表９は同じく溶接作業性及び割れ率を示す。また、表１０は本発明の実施例及び比較例の溶接金属組成（残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物）を示す。なお、溶接作業性欄の○は良好、×は不良を示す。
【００５１】
【表８】
【００５２】
【表９】
【００５３】
【表１０】
【００５４】
本発明の実施例のソリッドワイヤＷ１〜Ｗ３とフラックスＦ１〜Ｆ５を使用した溶接試験Ｔ１〜Ｔ５の場合は、表８に示すように、０．２％耐力と、引張強さの双方が高く、また、−６０℃の吸収エネルギも高く、ＣＴＯＤ（−４０℃）も大きな値が得られた。これに対し、比較例のソリッドワイヤＷ４〜Ｗ６とフラックスＦ６〜Ｆ１５を使用した溶接試験Ｔ６〜Ｔ１５の場合は、０．２％耐力、引張強さ、−６０℃の吸収エネルギ、ＣＴＯＤ（−４０℃）のいずれかが劣るものであった。
【００５５】
また、表９に示すように、本発明の実施例Ｔ１〜Ｔ５は、溶接作業性を示すスラグ剥離性、ビード外観、ポックマーク、ビードの焼き付き、拡散性水素量及び割れ率の全てが優れているのに対し、比較例Ｔ６〜Ｔ１５は、上記特性のいずれかが劣るものであった。
【００５６】
更に、本発明の実施例Ｔ１〜Ｔ５は、溶接金属の組成が本発明の範囲を満たし、比較例Ｔ６〜Ｔ１５は、溶接金属の組成が本発明の範囲を満たさないものであった。
【００５７】
また、図１及び図２は、夫々、溶接金属の各性質に及ぼすワイヤの［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）比率と、フラックスの（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２の影響を示すグラフ図である。この図１は表１に示すソリッドワイヤＷ１〜Ｗ６をプロットし、図２は表２及び表３に示すフラックスＦ１〜Ｆ１５をプロットしたものである。ソリッドワイヤＷ１〜Ｗ６において、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）が０．９未満であると、溶接金属の焼入れ性が高すぎ、破壊靭性が低下する。また、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ」］が１．５を超えると、高温割れが生じ易くなる。一方、フラックスＦ１〜Ｆ１５において、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２が０．０５未満であると、溶接金属の酸素量が高すぎ、粗大な組織を生成することにより、破壊靭性が低下する。また、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２が０．５５を超えると、スラグの剥離性及びビード外観等の溶接作業性が劣化し、溶接金属強度も上がり、破壊靭性が低下する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯ：２３乃至４３質量％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％、ＣａＦ２：６乃至１６質量％、ＳｉＯ２：７乃至２０質量％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足することを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
【請求項２】
Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％を含有し、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｎ：０．００８質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であると共に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５を満足することを特徴とするサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
ＭｇＯ：２３乃至４３質量％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％、ＣａＦ２：６乃至１６質量％、ＳｉＯ２：７乃至２０質量％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足するサブマージアーク溶接用ボンドフラックスと、
Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％を含有し、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｎ：０．００８質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であると共に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５を満足するサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤとを使用し、
Ｂ：０．００１０乃至０．００５０質量％及びＴｉ：０．０１０乃至０．０５０質量％を含有し、［Ｔｉ］／［Ｏ］：０．５０乃至０．９０を満足する溶接金属を得ることを特徴とする低温用鋼のサブマージアーク溶接方法。
【請求項１】
ＭｇＯ：２３乃至４３質量％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％、ＣａＦ２：６乃至１６質量％、ＳｉＯ２：７乃至２０質量％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足することを特徴とするサブマージアーク溶接用ボンドフラックス。
【請求項２】
Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％を含有し、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｎ：０．００８質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であると共に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５を満足することを特徴とするサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
ＭｇＯ：２３乃至４３質量％、Ａｌ２Ｏ３：１１乃至３１質量％、ＣａＦ２：６乃至１６質量％、ＳｉＯ２：７乃至２０質量％、金属炭酸塩：ＣＯ２換算で１．０乃至８．０質量％、ＣａＯ及びＢａＯの１種又は２種：合計で２乃至１６質量％を含有すると共に、金属Ｓｉ：０．４乃至１．５質量％、金属Ｔｉ及びＴｉ酸化物（ｔｏｔａｌ Ｔｉ）：Ｔｉ換算値の合計で１．０乃至７．０質量％、金属Ｂ及びＢ酸化物の１種又は２種：Ｂ換算値の両者の合計で０．０１乃至０．２０質量％、アルカリ金属Ｎａ、Ｋ及びＬｉの酸化物：各元素への換算値の合計で１．０乃至６．０質量％を含有しており、（Ｔｉ換算値＋Ｂ換算値）／ＳｉＯ２：０．０５乃至０．５５を満足するサブマージアーク溶接用ボンドフラックスと、
Ｃ：０．１０乃至０．１５質量％、Ｍｎ：１．５乃至２．５質量％、Ｎｉ：２．０乃至２．６質量％を含有し、Ｍｏ：０．０５質量％以下、Ｎ：０．００８質量％以下に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であると共に、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｍｏ］）：０．９乃至１．５を満足するサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤとを使用し、
Ｂ：０．００１０乃至０．００５０質量％及びＴｉ：０．０１０乃至０．０５０質量％を含有し、［Ｔｉ］／［Ｏ］：０．５０乃至０．９０を満足する溶接金属を得ることを特徴とする低温用鋼のサブマージアーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１７６４３５（Ｐ２０１２−１７６４３５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７９９９４（Ｐ２０１１−２７９９９４）
【出願日】平成２３年１２月２１日（２０１１．１２．２１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 ： 社団法人 溶接学会 刊行物名 ： 溶接学会全国大会講演概要 第８７集 平成２２年度秋季全国大会 発行年月日 ： 平成２２年８月１８日
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２１日（２０１１．１２．２１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 ： 社団法人 溶接学会 刊行物名 ： 溶接学会全国大会講演概要 第８７集 平成２２年度秋季全国大会 発行年月日 ： 平成２２年８月１８日
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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