溶接用ソリッドワイヤ
【課題】極低温鋼母材と同程度の低温靭性を確保することに加えて更に高い耐亀裂発生強度を有するという優れた極低温特性を備えた溶接継手を形成することが可能な共金系溶接ソリッドワイヤおよびその溶接金属を提供すること。
【解決手段】質量％で、炭素：０.１０％以下（０％を含まない）、珪素：０.１５％以下（０％を含まない）、ニッケル：８.０〜１５.０％，マンガン：０.１０％〜０.８０％、Ａｌ：0.1％以下（０％を含まない）を含み、酸素が１５０ｐｐｍ以下（０を含む）であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤにおいて、ＲＥＭが０.００５〜０．０４０％含有することを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ。
【解決手段】質量％で、炭素：０.１０％以下（０％を含まない）、珪素：０.１５％以下（０％を含まない）、ニッケル：８.０〜１５.０％，マンガン：０.１０％〜０.８０％、Ａｌ：0.1％以下（０％を含まない）を含み、酸素が１５０ｐｐｍ以下（０を含む）であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤにおいて、ＲＥＭが０.００５〜０．０４０％含有することを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は９％ニッケル鋼を始めとする極低温用鋼の溶接に適した鉄基の溶接用ソリッドワイヤおよびその溶接金属に関するものであり、さらに詳しくは極低温用鋼を対象として溶接した際の極低温特性に優れた溶接継手部を形成する極低温用鋼溶接用共金系ソリッドワイヤおよびその溶接金属に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のごとく、９％ニッケル鋼は-１９６℃以下までの極低温下で使用される高張力鋼であり、高い耐力と卓越した低温靭性を有するものであり、極低温用鋼としてＬＮＧや液体窒素，液体酸素の等の貯蔵タンクあるいはその関連機器等に広く用いられている。このように同鋼は優れた極低温靭性を有しているが、この特長を活用するためには、当然ながらその溶接継手部においても同程度の極低温特性が要求される。
【０００３】
こうした背景から極低温用鋼の溶接技術についてもこれまで種々の検討が加えられているが、経済性と極低温特性の両者を満足しようとする立場からは不十分な面が多い。例えば、極低温用鋼に類似した成分の溶接ワイヤ（所謂共金系ワイヤ）を用いてこれを溶接すれば、極低温特性の優れた溶接継手が得られるものと考えられるものの、現状の溶接法では、溶接ままでは安定した低温靭性は確保できず、さらに極低温鋼の溶接構造物は溶接終了後に靭性を回復させる熱処理が極めて困難な事情から実用的ではない。
【０００４】
このため、極低温用鋼の溶接に際しては主に高ニッケル合金溶接ワイヤが多く使用されてきた。しかし高ニッケル合金溶接ワイヤを用いた溶接継手は、溶接ままでも-１９６℃で優れた靭性を示すものの、引張強さ、特に０.２％耐力は９％ニッケル鋼（母材）に比べて極めて低い。その結果７０ｋｇ／ｍｍ２級高張力鋼として９％ニッケル鋼を使用するにも拘わらず、溶接継手部の強度が低いために設計応力もこれに応じて下げざるを得ず、その強度の確保するためには溶接構造物全体の板厚を増大させなければならない不利を生じる。
【０００５】
従って、高ニッケル合金溶接ワイヤを使用する限り、９％ニッケル鋼の高い強度が十分に活かされず、溶接構造物の板厚増加、高価な高ニッケル合金溶接ワイヤの消費量増大という二重の経済的負担を余儀なくされている状況にある。しかも、高ニッケル合金による溶接では、高温割れの問題がつきまとう他、母材である９％ニッケル鋼とは成分が大きく異なるために熱膨張係数差による熱疲労の問題なども出てくる。
【０００６】
以上のような理由から、９％ニッケル鋼は極低温用鋼として卓越した性能を具備しているにも拘わらず、その適用範囲は著しく制限されているのが実情である。
【０００７】
先の９％ニッケル鋼母材と類似成分の共金系溶接ワイヤを用いた溶接技術ついては、従来より溶接継手部の極低温特性を高めるための研究も実施されており、例えば特許文献１などにおいてこの共金系溶接ワイヤの化学成分に着目し、特に溶接ワイヤ中のニッケル，マンガン，硼素，酸素などの含有量を適正範囲に調整、制限することによりこれを改善する方法が開示されている。しかしこの方法ではJIS-Z-3111に準じたシャルピー衝撃試験による溶接継手部の低温靭性改善結果が報告されているものの、全体の吸収エネルギーのみでこれを評価しており、実際の大型溶接構造物として安全性を確保するために必要な亀裂発生からの取組みはなされておらず、従って、吸収エネルギーのみの評価においてはその基準を満たす十分な低温靭性が得られているが、更に後述するような現実の亀裂発生をも反映した耐亀裂発生強度（亀裂抑制強度）については未だ改善の余地がある。
【０００８】
また、特許文献２などでは溶接施工を工夫して溶接継手部の低温靭性を改善する方法が提案されており、すなわち、多層盛り溶接した後に、最終層の溶接ビード表面を１５０℃以下まで冷却し、次いで前記最終層の溶接ビード表面を不活性ガスでシールドしつつ非消耗電極からのアークで再溶融させる方法が開示されている。この方法は開先の中央部（下層部）は上層部溶接時の熱サイクルによって適度の熱処理効果が得られるため下層部の低温靭性は高められるものの、最終層ではこの熱処理効果が期待できないことから、この最終層を再溶融させることによって熱処理を加えその低温靭性を向上させようとするものである。しかしこの方法は溶接施工において工数が増えるという問題とともに、あくまでも溶接継手部における最終溶接層のみの部分的な低温靭性の改善に止まるものであり、従って、溶接継手の特性を支配する溶接金属全体の低温靭性向上に対しては自ずと限界を有する問題がある。また、この方法においても、前記先行技術と同様に簡易的なシャルピー衝撃試験やＣＯＤ試験により低温靭性の改善効果のみを確認しているものであり、実際の大型溶接構造物として安全性を確保するために必要な亀裂発生からの取組みには未だ改善の余地がある。
【０００９】
また、ニッケル含有鋼の低温靭性改善に関し、ニッケル含有鋼の共金溶接部の熱処理を短時間化する技術が特許文献３で提案されている。この特許文献３においては、炭化物形態の制御と溶接後の熱処理により低温靭性を確保している。このとき、その添加の理由は不明であるが、実施例においてＲＥＭを０.０４２％以上添加したワイヤが使用されている。この技術においても、前述した特許文献２と同様、溶接後の熱処理が必要とされるため工数の増加、ひいてはコストの増加を招く。またワイヤ成分に関する検討が不十分であるので、前記先行技術と同様に、実際の大型溶接構造物として安全性を確保するために必要な亀裂発生からの取組みには未だ改善の余地がある。
【特許文献１】特開昭５４-７６４５２号公報
【特許文献２】特開昭５３-１１８２４１号公報
【特許文献３】特開昭６１-１５９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者らは、上述した９％ニッケル鋼に代表される極低温用鋼の普及をさらに高める意味で、前述の通りコスト負担が少ないなどの実用面で有利な共金系溶接ワイヤを用いて極低温用鋼を溶接することを前提としてその溶接継手部の特性を極低温用鋼の母材と同程度にすぐれた極低温特性を付与することが可能な溶接技術の確立を目指してその開発に着手した。そして、この開発に当たっては、溶接継手部の極低温特性の評価に際して、先に指摘した共金系溶接ワイヤを用いた従来技術には開示されていない新規かつ有益な評価の観点を導入することにした。
【００１１】
すなわち、これまで溶接継手部の安全性は簡易的なシャルピー衝撃試験やＣＴＯＤ試験により行われることが多かったが、実際には溶接構造物に外力（荷重）が付加された際には、まず亀裂が発生し、その後に亀裂が伝播することとなるため、上記簡易的な試験法では亀裂の発生、伝播の実態を評価することは困難であった。そこで、本発明者らは外力付加時における亀裂発生の開始から終了までの特性を調査、確認することが実際の大型溶接構造物の極低温特性の評価において重要、不可欠との認識に立ち、具体的には荷重-変位曲線によりシャルピー衝撃試験時の亀裂発生と伝播過程の分離が可能な計装化シャルピー衝撃試験法に着目し、特にこの測定法によって把握できる耐亀裂発生強度の値をその評価要素として採用することにした。これにより、従来の簡易なシャルピー衝撃試験結果のみならず現実の大型脆性破壊強度に即したより精緻な極低温特性の評価が可能となるものである。
【００１２】
本発明はこの様な観点のもとに研究、検討を重ねた結果、完成されたものであり、従来の前記問題を解消し、極低温鋼母材と同程度の低温靭性を確保することに加えて、高い耐亀裂発生強度を有するという優れた極低温特性を溶接継手部に付与させることができる共金系溶接ソリッドワイヤおよびその溶接金属を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を特徴とするものである。
（１）質量％で、炭素：０.１０％以下（０％を含まない）、珪素：０.１５％以下（０％を含まない）、ニッケル：８.０〜１５.０％，マンガン：０.１０％〜０.８０％、Ａｌ：０.１％以下（０％を含まない）を含み、酸素が１５０ｐｐｍ以下（０を含む）であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤにおいて、ＲＥＭを０.００５〜０．０４０％含有することを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ（請求項１）。
（２）上記（１）に記載の溶接用ソリッドワイヤに、更に、チタンを０.１０％以下（０％を含まない）含有する溶接用ソリッドワイヤ。（請求項２）
（３）上記（１）または(２)に記載の溶接用ソリッドワイヤを用いて形成されたことを特徴とする溶接金属（請求項３）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、９％ニッケル鋼に代表される極低温用鋼を溶接した際にその母材と略同等の極低温特性の溶接継手部を形成することができる共金系溶接ソリッドワイヤを提供することが可能となる。特に本発明の溶接ソリッドワイヤにより、シャルピー衝撃試験による吸収エネルギーの高い十分な低温靭性を保持することに加え、特に計装化シャルピー衝撃試験法による耐亀裂発生強度の測定値において非常に高いレベルを有する溶接継手部を得ることができ、実際の大型溶接構造物の脆性破壊現象に即した優れた極低温特性を備えた溶接継手部を形成させることができる。
【００１５】
そして、本発明のかかる共金系溶接ソリッドワイヤの使用により、高合金系ワイヤに比べてワイヤ自身のコスト低下のみならず、溶接継手の強度不足に伴う母材鋼の板厚増加に起因する大きな経済的な負担を一掃することができるとともに同溶接継手部の耐熱割れ性の低下や熱膨張係数の違いによる熱疲労特性の劣化等の品質上の問題も解消することができるため、極低温用鋼で構成される溶接構造物の製作が容易に促進されこととなり、ひいては卓越した特性を具備する極低温用鋼の各種用途への普及を著しく拡大することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は前記課題を達成すべく共金系溶接ソリッドワイヤの主として化学成分について検討を進めたところ、先の特許文献１に開示されたニッケル、マンガンを基本成分として採用し、かつ適正量のＲＥＭ（希土類元素）を含有させることにより、低温靭性と耐亀裂発生強度の両特性に優れた溶接継手が得られることを知見するに到った。以下、本発明の溶接ソリッドワイヤの化学成分について詳述する。なお、以下に言及、規定する化学成分以外の残部は鉄並びに不可避的不純物である。
【００１７】
１．炭素：０.１０質量％以下（０％を含まない）
炭素は少量でも引張強さを高める上で有効であるが、多量に含まれると低温靭性を著しく低下させるためその上限を０.１０％とする。
【００１８】
２．珪素：０.１５質量％以下（０％を含まない）
珪素は溶接作業性の向上に有効に作用するものの、低温靭性を悪化させかつ高温割れ感受性を著しく高めるのでその上限を０.１５％とする。
【００１９】
３.ニッケル：８.０〜１５.０質量％
ニッケルは本発明ワイヤの使用対象となる極低温用鋼（高ニッケル鋼）と同様に低温靭性を確保する上で重要な成分であり、ニッケルが８.０％未満では溶接継手に対して十分な低温靭性を付与することができない。一方ニッケルが１５.０％を越えると、溶接継手の機械的強度が高くなりすぎて延性が極端に低下し、更には不安定な残留オーステナイト生じることで極低温下ではマルテンサイトに変態して低温靭性の低下を招くので好ましくない。従って、ニッケルの含有量は８.０〜１５.０％とする。
【００２０】
４．マンガン：０.１０〜０.８０質量％
マンガンは溶接作業性を改善するとともに脱酸剤あるいは硫黄捕捉剤として卓越した効果を発揮するため、本発明においてやはり重要な基本成分となる。マンガンが０.１０％未満では溶接作業性が著しく低下する問題が生じ、一方０.８０％を越えると安定な残留オーステナイトが生じやすくなり、上記ニッケルと同様に低温靭性が損なわれる。従って、マンガンの含有量は０.１０％〜０.８０％とする。また、好ましい含有量は０.１０％〜０.５０％である。
【００２１】
５．酸素：１５０ｐｐｍ以下（０％を含む）
酸素は後述するＲＥＭやチタンを含有させて本発明が意図する酸化物を形成するのに必須となるが、過剰に溶接金属中に含まれると個数密度の増大や凝集・合体による粗大化をもたらすことになるため、溶接金属中の酸素量は少ない方が望ましく１００ｐｐｍ以下に抑制することが望ましい。そのためには、溶接中に前記マンガンや上記ＲＥＭやチタンなどの脱酸剤元素による脱酸を考慮しても、溶接ワイヤ中に含まれる酸素量は１５０ｐｐｍ以下となるように管理すべきである。従って、酸素量はその上限を１５０ｐｐｍとする。
【００２２】
６．ＲＥＭ：０.００５〜０.０４０質量％
本発明においてＲＥＭは重要かつ特徴的な成分として位置付けられものである。通常、多くの酸化物は結晶粒界等に析出し低温靭性を著しく損なうため、溶接金属中に多数の大きい酸化物を形成することは好ましくない。しかし溶接金属中に含まれる微量の酸素と反応して生成する酸化物が微細であれば、こうした酸化物は破壊起点として作用せず、むしろ溶接凝固過程や凝固後の結晶粒成長を抑制するピン止め粒子として機能するため、溶接金属全体の強度や靭性を高めるのに有効に作用する。本発明ではこの微細な酸化物を適量分散させることにより、溶接継手部の極低温特性を向上させる上で有益な酸化物の生成元素が存在するのではないかと考え、検討、調査した結果、ＲＥＭが最適であることを確認し、ＲＥＭをワイヤー中に積極的に添加、含有させることにした。なお、ＲＥＭの酸化物が他の酸化物と異なり、微細なまま分散した状態で維持されるは、溶融鉄合金との濡れ性が悪い性質を持っているため、これらの酸化物が液相中に生成しても凝集しずらく、従って、それ以上の大きな酸化物には成長しないことによると思われる。また、ＲＥＭとは希土類元素（Rare Earth Metal）のことであり、周期律表のＬａからＬｕまでの元素を総称するものである。本発明においては、これら元素はいずれも同等の効果を発揮するので、ＲＥＭの中から適宜元素を選択して、１種あるいは複数の元素を添加すればよい。
【００２３】
これらＲＥＭを含有させることにより極低温特性を高めることができるが、後述する実施例から明なようにその含有量を適正範囲に維持する必要がある。ＲＥＭについては０.００５％未満の含有量では、溶接継手部の低温靭性には問題がないものの、本発明が注目する特性である溶接継手部の耐亀裂発生強度が不足し、目的とする極低温特性を十分確保することができない。一方、ＲＥＭが過剰に含有される場合、すなわち０．０４０％を越える含有量では低温靭性と耐亀裂発生強度ともに劣化して、やはり．目的とする極低温特性を十分に得られなくなる。従って、ＲＥＭについてはその含有量を０.００５〜０.０４０％とする。
【００２４】
また、溶接継手の低温靭性並びに耐亀裂発生強度の両特性をより有効に高めた状態に維持するためには、ＲＥＭの含有量を０.０１％以上が好ましく、０.０３５％以下にすることが好ましい。更に好ましい上限は０.０３０％である。
【００２５】
なお、上記ＲＥＭに加え、チタンを同時に含有させることも有効である。チタンも上述のＲＥＭほど顕著な効果では無いが、同様な効果を発揮する元素であり、ＲＥＭと同時に含有させることで耐亀裂発生強度を更に向上させることができる。この場合、チタンの含有量は０.１０％以下とすることが好ましい。０.１０％を超える量添加すると、仮にＲＥＭの量が適正であっても、低温靭性と耐亀裂発生強度ともに劣化する様になるからである。また、チタンの添加効果を十分に発揮させるためには０.０２％以上、好ましくは０.０３％以上含有させることが望まれる。
【００２６】
７．その他の成分その他の成分として、アルミニウムを０.１質量％以下（０％を含まない）含有させることができる。アルミニウムは脱酸剤として機能し、ブローホール等の溶接欠陥の防止に有効に作用するため、含有させることが好ましいが、過剰に含有させると耐割れ性を著しく損なうことになる。従って、アルミニウム含有させる場合には上限を０.１％とする。
【００２７】
また、さらに留意すべき成分として、硼素が挙げられ、０.００３％以下ならこれを許容することができる。
【００２８】
この硼素は前述のような成分の溶接ワイヤを使用する場合、極低温において優れた低温靭性を確保する上で極めて有害な不純物となる。すなわち硼素が０.００３％を越えると高温割れ感受性が増大する他、焼入性が増加し低温靭性が急激に低下する。硼素以外の前記成分が如何に適正範囲に含まれていても、硼素含有量が上記条件を満足していない限り、高温割れと低温靭性の確保はできない。このため硼素含有量は実質的に零（測定限界以下）とするのが理想であるが、一般に硼素は、ワイヤ原料の主要物である電解鉄等の鉄系原料中に不純物として混入するものであり、この原料含み中の含有量は不純物の最も少ない電解鉄でさえ０.０２％を越えることがあり、この様に多量の硼素が原料中に混入した場合、真空脱ガス法などの高清浄溶解法を採用したとしても硼素を完全に除去することは不可能である。従って、こうした事情から、硼素の上記悪影響を最小限とし、極低温特性を十分に維持すべく、硼素が含有する場合はその上限を０.００３％とすることが好ましい。
以上に言及、規定した化学成分以外の残部は、前述したとおり、鉄並びに不可避的不純物であるが、不可避的不純物としては、たとえばＰ、Ｓなどが挙げられる。
【００２９】
ところで、本発明にかかる共金系溶接ワイヤを用いた極低温用鋼の溶接法としては、溶接後にその継手部に形成される溶接金属中の酸素量を１００ｐｐｍ以下に保持する必要性から、これに適した溶接方法，例えばＴＩＧ溶接法やシールドガスとして不活性ガスをメインとしたＭＩＧ溶接方法(プラズマＭＩＧ溶接法や同軸複層ワイヤプロセスなど)を採用することが望ましい。
【００３０】
また、本発明の共金系溶接ワイヤを使用して溶接される極低温用鋼としては、先に例示した９％ニッケル鋼に限らず、５.５％ニッケル鋼や３.５％ニッケル鋼のごとくニッケルを３.５〜９.５％含むニッケル鋼を始めとして種々の極低温用鋼が同効に適用できるものである。
【実施例】
【００３１】
表１に示す化学成分(０＝酸素以外は質量％ 残部：鉄）の９％ニッケル鋼母材（板厚：１６ｍｍ）を用い、図１に示す形状の開先加工を施した。次いで表２に示す化学成分(０＝酸素以外は質量％ 残部：鉄及び不可避的不純物）の溶接ワイヤを用いて、表３に示す２条件でＴＩＧ溶接を行った。なお、溶接は自動アーク制御装置付きの全自動ＴＩＧ溶接装置を用い、溶接姿勢は下向きで行った。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
溶接終了後、ＪＩＳ-Ｚ-３１１２、４号によるシャルピー衝撃試験片にて、-１９６℃の温度にて、計装化シャルピー衝撃試験（ＪＴ ＴＯＨＳＩ ＩＮＣ．製 ３００Ｊ計装化シャルピー衝撃試験機 型式：ＣＡＩ−３００Ｄ を使用）を行い、それぞれ試験片の極低温特性を評価した。なお計装化シャルピー衝撃試験を実施すると、図２に示すように衝撃刃により試験片に与えられる荷重と衝撃刃が試験片に接触した後の変位との関係を表す荷重-変位曲線を得ることができる。この試験法により通常に得られる吸収エネルギーだけでなく、荷重-変位曲線により最大荷重（曲線のピークにおける荷重の値）を測定した。この最大荷重は衝撃試験開始(荷重-変位がいずれも０の点)から衝撃試験時の亀裂発生に必要な荷重に相当しており、この値が大きいほど、亀裂発生に必要な強度すなわち耐亀裂発生強度が高いことを意味している。
【００３６】
また、評価に当たっては、吸収エネルギー（ｖＥ-１９６）については、溶接条件Ａ、Ｂのいずれにおいても１００Ｊを基準値とし、耐亀裂発生強度（最大荷重）については２５０００Ｎを基準値とした。
【００３７】
これらの試験結果を、表４に示した。同表４においては、衝撃試験結果の欄に、吸収エネルギー（ｖＥ-１９６）と耐亀裂発生強度（最大荷重）の測定値を記すとともにこれらの値が上記基準値以上の場合は○印を、基準値未満の場合は×印をそれぞれその測定値の数字の右端に付した。そして評価の欄に、各溶接条件Ａ、Ｂ毎に吸収エネルギーと耐亀裂発生強度とがともに上記基準値以上の場合は合格として○印を、基準値未満の場合は不合格として×印を記入した。さらに、総合評価の欄に、溶接条件Ａ、Ｂのいずれにおいても吸収エネルギーと耐亀裂発生強度とがともに上記基準値以上の測定値であった場合にはこれに相当する溶接ワイヤーは最終的に合格として○印を、また、溶接条件Ａ、Ｂの双方あるいはいずれか一方おいて上記基準値に満たない測定値であった場合にはこれに相当する溶接ワイヤーは最終的に不合格として×印を記入した。
【００３８】
【表４】
【００３９】
この表４の結果より、以下のように考察することができる。
表４の試験Ｎｏ.１１〜１４、１９、２０は溶接ワイヤの化学成分が本発明の範囲を満足している実施例であり、溶接条件Ａ、Ｂいずれの場合においても、ｖＥ-１９６は基準値とした１００Ｊを越え十分な低温靭性を示すとともに、衝撃試験時の最大荷重も基準値とした２５０００Ｎを大幅に越え高い耐亀裂発生強度（亀裂抑制強度）を有していることがわかる。従って、これらの試験Ｎｏに相当するワイヤＮｏ.６、７及び１０は全て最終的にその総合評価として合格となった。なお、ワイヤＮｏ.６及び１０は本発明の請求項１に、またワイヤＮｏ.７は本発明の請求項２に対応する実施例である。
【００４０】
一方、表４の試験Ｎｏ.１〜１０及びＮｏ.１５〜１８は、いずれも溶接ワイヤの化学成分が本発明の範囲を満足しない比較例で、これら試験Ｎｏに相当するワイヤＮｏ.１〜５及び８〜９については最終的な総合評価としていずれも不合格となったものであり、それぞれ次のような問題がある。すなわち、試験Ｎｏ.１及び２に関しては、ＲＥＭが含有されていないために、低温靭性は基準値を超えており十分な特性を有するものの、耐亀裂発生強度は基準値を下回っていることが判明する。また、試験Ｎｏ.３及び４に関しては、Ｔｉは含有されているもののＲＥＭが含有されていないため、Ｎｏ.１、２と同様に低温靭性は十分であるが、耐亀裂発生強度が基準値に達していない。試験Ｎｏ.５及び６に関しては、Ｎｏ．３，４と同様にＴｉは含有されているもののＲＥＭが含有されていない例であるがＴｉが０.０３％程度含有されているので、溶接条件Ａ（試験Ｎｏ.５）においては低温靭性、耐亀裂発生強度ともに本発明の基準に達している。しかし、これらは溶接条件Ｂ（試験Ｎｏ.６）において耐亀裂発生強度は基準値以上であるが、低温靭性が基準値に達していなことが分かり、従ってこれらの試験Ｎｏに相当するワイヤＮｏ.３は総合評価として不合格とされている。試験Ｎｏ.７及び８はチタンが多量に含まれているために低温靭性、耐亀裂発生強度のいずれについても基準値を下回っていることが分かる。また、試験Ｎｏ.９及び１０はＲＥＭの含有量が本発明の範囲の下限より少ないために低温靭性は基準値以上であるが耐亀裂発生強度が基準値よりも低い結果となっている。さらに、試験Ｎｏ.１５〜１８はＲＥＭの含有量が過剰の場合で、低温靭性、耐亀裂発生強度がともに基準値を下回っていることが知れる。
【００４１】
以上の実施例からも実証されるように、本発明にかかる共金系溶接ソリッドワイヤを極低温用鋼の溶接に適用することにより、溶接後の溶接継手に対して-１９６℃の極低温下においても十分な低温靭性を有し、かつ耐亀裂発生強度の高い優れた極低温特性を付与することができ、本発明による有利な効果が明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例の溶接開先形状と溶接金属の多層盛の状態を示す模式図。
【図２】計装化シャルピー衝撃試験によって得られ荷重-変位曲線を示す模式図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は９％ニッケル鋼を始めとする極低温用鋼の溶接に適した鉄基の溶接用ソリッドワイヤおよびその溶接金属に関するものであり、さらに詳しくは極低温用鋼を対象として溶接した際の極低温特性に優れた溶接継手部を形成する極低温用鋼溶接用共金系ソリッドワイヤおよびその溶接金属に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のごとく、９％ニッケル鋼は-１９６℃以下までの極低温下で使用される高張力鋼であり、高い耐力と卓越した低温靭性を有するものであり、極低温用鋼としてＬＮＧや液体窒素，液体酸素の等の貯蔵タンクあるいはその関連機器等に広く用いられている。このように同鋼は優れた極低温靭性を有しているが、この特長を活用するためには、当然ながらその溶接継手部においても同程度の極低温特性が要求される。
【０００３】
こうした背景から極低温用鋼の溶接技術についてもこれまで種々の検討が加えられているが、経済性と極低温特性の両者を満足しようとする立場からは不十分な面が多い。例えば、極低温用鋼に類似した成分の溶接ワイヤ（所謂共金系ワイヤ）を用いてこれを溶接すれば、極低温特性の優れた溶接継手が得られるものと考えられるものの、現状の溶接法では、溶接ままでは安定した低温靭性は確保できず、さらに極低温鋼の溶接構造物は溶接終了後に靭性を回復させる熱処理が極めて困難な事情から実用的ではない。
【０００４】
このため、極低温用鋼の溶接に際しては主に高ニッケル合金溶接ワイヤが多く使用されてきた。しかし高ニッケル合金溶接ワイヤを用いた溶接継手は、溶接ままでも-１９６℃で優れた靭性を示すものの、引張強さ、特に０.２％耐力は９％ニッケル鋼（母材）に比べて極めて低い。その結果７０ｋｇ／ｍｍ２級高張力鋼として９％ニッケル鋼を使用するにも拘わらず、溶接継手部の強度が低いために設計応力もこれに応じて下げざるを得ず、その強度の確保するためには溶接構造物全体の板厚を増大させなければならない不利を生じる。
【０００５】
従って、高ニッケル合金溶接ワイヤを使用する限り、９％ニッケル鋼の高い強度が十分に活かされず、溶接構造物の板厚増加、高価な高ニッケル合金溶接ワイヤの消費量増大という二重の経済的負担を余儀なくされている状況にある。しかも、高ニッケル合金による溶接では、高温割れの問題がつきまとう他、母材である９％ニッケル鋼とは成分が大きく異なるために熱膨張係数差による熱疲労の問題なども出てくる。
【０００６】
以上のような理由から、９％ニッケル鋼は極低温用鋼として卓越した性能を具備しているにも拘わらず、その適用範囲は著しく制限されているのが実情である。
【０００７】
先の９％ニッケル鋼母材と類似成分の共金系溶接ワイヤを用いた溶接技術ついては、従来より溶接継手部の極低温特性を高めるための研究も実施されており、例えば特許文献１などにおいてこの共金系溶接ワイヤの化学成分に着目し、特に溶接ワイヤ中のニッケル，マンガン，硼素，酸素などの含有量を適正範囲に調整、制限することによりこれを改善する方法が開示されている。しかしこの方法ではJIS-Z-3111に準じたシャルピー衝撃試験による溶接継手部の低温靭性改善結果が報告されているものの、全体の吸収エネルギーのみでこれを評価しており、実際の大型溶接構造物として安全性を確保するために必要な亀裂発生からの取組みはなされておらず、従って、吸収エネルギーのみの評価においてはその基準を満たす十分な低温靭性が得られているが、更に後述するような現実の亀裂発生をも反映した耐亀裂発生強度（亀裂抑制強度）については未だ改善の余地がある。
【０００８】
また、特許文献２などでは溶接施工を工夫して溶接継手部の低温靭性を改善する方法が提案されており、すなわち、多層盛り溶接した後に、最終層の溶接ビード表面を１５０℃以下まで冷却し、次いで前記最終層の溶接ビード表面を不活性ガスでシールドしつつ非消耗電極からのアークで再溶融させる方法が開示されている。この方法は開先の中央部（下層部）は上層部溶接時の熱サイクルによって適度の熱処理効果が得られるため下層部の低温靭性は高められるものの、最終層ではこの熱処理効果が期待できないことから、この最終層を再溶融させることによって熱処理を加えその低温靭性を向上させようとするものである。しかしこの方法は溶接施工において工数が増えるという問題とともに、あくまでも溶接継手部における最終溶接層のみの部分的な低温靭性の改善に止まるものであり、従って、溶接継手の特性を支配する溶接金属全体の低温靭性向上に対しては自ずと限界を有する問題がある。また、この方法においても、前記先行技術と同様に簡易的なシャルピー衝撃試験やＣＯＤ試験により低温靭性の改善効果のみを確認しているものであり、実際の大型溶接構造物として安全性を確保するために必要な亀裂発生からの取組みには未だ改善の余地がある。
【０００９】
また、ニッケル含有鋼の低温靭性改善に関し、ニッケル含有鋼の共金溶接部の熱処理を短時間化する技術が特許文献３で提案されている。この特許文献３においては、炭化物形態の制御と溶接後の熱処理により低温靭性を確保している。このとき、その添加の理由は不明であるが、実施例においてＲＥＭを０.０４２％以上添加したワイヤが使用されている。この技術においても、前述した特許文献２と同様、溶接後の熱処理が必要とされるため工数の増加、ひいてはコストの増加を招く。またワイヤ成分に関する検討が不十分であるので、前記先行技術と同様に、実際の大型溶接構造物として安全性を確保するために必要な亀裂発生からの取組みには未だ改善の余地がある。
【特許文献１】特開昭５４-７６４５２号公報
【特許文献２】特開昭５３-１１８２４１号公報
【特許文献３】特開昭６１-１５９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者らは、上述した９％ニッケル鋼に代表される極低温用鋼の普及をさらに高める意味で、前述の通りコスト負担が少ないなどの実用面で有利な共金系溶接ワイヤを用いて極低温用鋼を溶接することを前提としてその溶接継手部の特性を極低温用鋼の母材と同程度にすぐれた極低温特性を付与することが可能な溶接技術の確立を目指してその開発に着手した。そして、この開発に当たっては、溶接継手部の極低温特性の評価に際して、先に指摘した共金系溶接ワイヤを用いた従来技術には開示されていない新規かつ有益な評価の観点を導入することにした。
【００１１】
すなわち、これまで溶接継手部の安全性は簡易的なシャルピー衝撃試験やＣＴＯＤ試験により行われることが多かったが、実際には溶接構造物に外力（荷重）が付加された際には、まず亀裂が発生し、その後に亀裂が伝播することとなるため、上記簡易的な試験法では亀裂の発生、伝播の実態を評価することは困難であった。そこで、本発明者らは外力付加時における亀裂発生の開始から終了までの特性を調査、確認することが実際の大型溶接構造物の極低温特性の評価において重要、不可欠との認識に立ち、具体的には荷重-変位曲線によりシャルピー衝撃試験時の亀裂発生と伝播過程の分離が可能な計装化シャルピー衝撃試験法に着目し、特にこの測定法によって把握できる耐亀裂発生強度の値をその評価要素として採用することにした。これにより、従来の簡易なシャルピー衝撃試験結果のみならず現実の大型脆性破壊強度に即したより精緻な極低温特性の評価が可能となるものである。
【００１２】
本発明はこの様な観点のもとに研究、検討を重ねた結果、完成されたものであり、従来の前記問題を解消し、極低温鋼母材と同程度の低温靭性を確保することに加えて、高い耐亀裂発生強度を有するという優れた極低温特性を溶接継手部に付与させることができる共金系溶接ソリッドワイヤおよびその溶接金属を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を特徴とするものである。
（１）質量％で、炭素：０.１０％以下（０％を含まない）、珪素：０.１５％以下（０％を含まない）、ニッケル：８.０〜１５.０％，マンガン：０.１０％〜０.８０％、Ａｌ：０.１％以下（０％を含まない）を含み、酸素が１５０ｐｐｍ以下（０を含む）であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤにおいて、ＲＥＭを０.００５〜０．０４０％含有することを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ（請求項１）。
（２）上記（１）に記載の溶接用ソリッドワイヤに、更に、チタンを０.１０％以下（０％を含まない）含有する溶接用ソリッドワイヤ。（請求項２）
（３）上記（１）または(２)に記載の溶接用ソリッドワイヤを用いて形成されたことを特徴とする溶接金属（請求項３）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、９％ニッケル鋼に代表される極低温用鋼を溶接した際にその母材と略同等の極低温特性の溶接継手部を形成することができる共金系溶接ソリッドワイヤを提供することが可能となる。特に本発明の溶接ソリッドワイヤにより、シャルピー衝撃試験による吸収エネルギーの高い十分な低温靭性を保持することに加え、特に計装化シャルピー衝撃試験法による耐亀裂発生強度の測定値において非常に高いレベルを有する溶接継手部を得ることができ、実際の大型溶接構造物の脆性破壊現象に即した優れた極低温特性を備えた溶接継手部を形成させることができる。
【００１５】
そして、本発明のかかる共金系溶接ソリッドワイヤの使用により、高合金系ワイヤに比べてワイヤ自身のコスト低下のみならず、溶接継手の強度不足に伴う母材鋼の板厚増加に起因する大きな経済的な負担を一掃することができるとともに同溶接継手部の耐熱割れ性の低下や熱膨張係数の違いによる熱疲労特性の劣化等の品質上の問題も解消することができるため、極低温用鋼で構成される溶接構造物の製作が容易に促進されこととなり、ひいては卓越した特性を具備する極低温用鋼の各種用途への普及を著しく拡大することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は前記課題を達成すべく共金系溶接ソリッドワイヤの主として化学成分について検討を進めたところ、先の特許文献１に開示されたニッケル、マンガンを基本成分として採用し、かつ適正量のＲＥＭ（希土類元素）を含有させることにより、低温靭性と耐亀裂発生強度の両特性に優れた溶接継手が得られることを知見するに到った。以下、本発明の溶接ソリッドワイヤの化学成分について詳述する。なお、以下に言及、規定する化学成分以外の残部は鉄並びに不可避的不純物である。
【００１７】
１．炭素：０.１０質量％以下（０％を含まない）
炭素は少量でも引張強さを高める上で有効であるが、多量に含まれると低温靭性を著しく低下させるためその上限を０.１０％とする。
【００１８】
２．珪素：０.１５質量％以下（０％を含まない）
珪素は溶接作業性の向上に有効に作用するものの、低温靭性を悪化させかつ高温割れ感受性を著しく高めるのでその上限を０.１５％とする。
【００１９】
３.ニッケル：８.０〜１５.０質量％
ニッケルは本発明ワイヤの使用対象となる極低温用鋼（高ニッケル鋼）と同様に低温靭性を確保する上で重要な成分であり、ニッケルが８.０％未満では溶接継手に対して十分な低温靭性を付与することができない。一方ニッケルが１５.０％を越えると、溶接継手の機械的強度が高くなりすぎて延性が極端に低下し、更には不安定な残留オーステナイト生じることで極低温下ではマルテンサイトに変態して低温靭性の低下を招くので好ましくない。従って、ニッケルの含有量は８.０〜１５.０％とする。
【００２０】
４．マンガン：０.１０〜０.８０質量％
マンガンは溶接作業性を改善するとともに脱酸剤あるいは硫黄捕捉剤として卓越した効果を発揮するため、本発明においてやはり重要な基本成分となる。マンガンが０.１０％未満では溶接作業性が著しく低下する問題が生じ、一方０.８０％を越えると安定な残留オーステナイトが生じやすくなり、上記ニッケルと同様に低温靭性が損なわれる。従って、マンガンの含有量は０.１０％〜０.８０％とする。また、好ましい含有量は０.１０％〜０.５０％である。
【００２１】
５．酸素：１５０ｐｐｍ以下（０％を含む）
酸素は後述するＲＥＭやチタンを含有させて本発明が意図する酸化物を形成するのに必須となるが、過剰に溶接金属中に含まれると個数密度の増大や凝集・合体による粗大化をもたらすことになるため、溶接金属中の酸素量は少ない方が望ましく１００ｐｐｍ以下に抑制することが望ましい。そのためには、溶接中に前記マンガンや上記ＲＥＭやチタンなどの脱酸剤元素による脱酸を考慮しても、溶接ワイヤ中に含まれる酸素量は１５０ｐｐｍ以下となるように管理すべきである。従って、酸素量はその上限を１５０ｐｐｍとする。
【００２２】
６．ＲＥＭ：０.００５〜０.０４０質量％
本発明においてＲＥＭは重要かつ特徴的な成分として位置付けられものである。通常、多くの酸化物は結晶粒界等に析出し低温靭性を著しく損なうため、溶接金属中に多数の大きい酸化物を形成することは好ましくない。しかし溶接金属中に含まれる微量の酸素と反応して生成する酸化物が微細であれば、こうした酸化物は破壊起点として作用せず、むしろ溶接凝固過程や凝固後の結晶粒成長を抑制するピン止め粒子として機能するため、溶接金属全体の強度や靭性を高めるのに有効に作用する。本発明ではこの微細な酸化物を適量分散させることにより、溶接継手部の極低温特性を向上させる上で有益な酸化物の生成元素が存在するのではないかと考え、検討、調査した結果、ＲＥＭが最適であることを確認し、ＲＥＭをワイヤー中に積極的に添加、含有させることにした。なお、ＲＥＭの酸化物が他の酸化物と異なり、微細なまま分散した状態で維持されるは、溶融鉄合金との濡れ性が悪い性質を持っているため、これらの酸化物が液相中に生成しても凝集しずらく、従って、それ以上の大きな酸化物には成長しないことによると思われる。また、ＲＥＭとは希土類元素（Rare Earth Metal）のことであり、周期律表のＬａからＬｕまでの元素を総称するものである。本発明においては、これら元素はいずれも同等の効果を発揮するので、ＲＥＭの中から適宜元素を選択して、１種あるいは複数の元素を添加すればよい。
【００２３】
これらＲＥＭを含有させることにより極低温特性を高めることができるが、後述する実施例から明なようにその含有量を適正範囲に維持する必要がある。ＲＥＭについては０.００５％未満の含有量では、溶接継手部の低温靭性には問題がないものの、本発明が注目する特性である溶接継手部の耐亀裂発生強度が不足し、目的とする極低温特性を十分確保することができない。一方、ＲＥＭが過剰に含有される場合、すなわち０．０４０％を越える含有量では低温靭性と耐亀裂発生強度ともに劣化して、やはり．目的とする極低温特性を十分に得られなくなる。従って、ＲＥＭについてはその含有量を０.００５〜０.０４０％とする。
【００２４】
また、溶接継手の低温靭性並びに耐亀裂発生強度の両特性をより有効に高めた状態に維持するためには、ＲＥＭの含有量を０.０１％以上が好ましく、０.０３５％以下にすることが好ましい。更に好ましい上限は０.０３０％である。
【００２５】
なお、上記ＲＥＭに加え、チタンを同時に含有させることも有効である。チタンも上述のＲＥＭほど顕著な効果では無いが、同様な効果を発揮する元素であり、ＲＥＭと同時に含有させることで耐亀裂発生強度を更に向上させることができる。この場合、チタンの含有量は０.１０％以下とすることが好ましい。０.１０％を超える量添加すると、仮にＲＥＭの量が適正であっても、低温靭性と耐亀裂発生強度ともに劣化する様になるからである。また、チタンの添加効果を十分に発揮させるためには０.０２％以上、好ましくは０.０３％以上含有させることが望まれる。
【００２６】
７．その他の成分その他の成分として、アルミニウムを０.１質量％以下（０％を含まない）含有させることができる。アルミニウムは脱酸剤として機能し、ブローホール等の溶接欠陥の防止に有効に作用するため、含有させることが好ましいが、過剰に含有させると耐割れ性を著しく損なうことになる。従って、アルミニウム含有させる場合には上限を０.１％とする。
【００２７】
また、さらに留意すべき成分として、硼素が挙げられ、０.００３％以下ならこれを許容することができる。
【００２８】
この硼素は前述のような成分の溶接ワイヤを使用する場合、極低温において優れた低温靭性を確保する上で極めて有害な不純物となる。すなわち硼素が０.００３％を越えると高温割れ感受性が増大する他、焼入性が増加し低温靭性が急激に低下する。硼素以外の前記成分が如何に適正範囲に含まれていても、硼素含有量が上記条件を満足していない限り、高温割れと低温靭性の確保はできない。このため硼素含有量は実質的に零（測定限界以下）とするのが理想であるが、一般に硼素は、ワイヤ原料の主要物である電解鉄等の鉄系原料中に不純物として混入するものであり、この原料含み中の含有量は不純物の最も少ない電解鉄でさえ０.０２％を越えることがあり、この様に多量の硼素が原料中に混入した場合、真空脱ガス法などの高清浄溶解法を採用したとしても硼素を完全に除去することは不可能である。従って、こうした事情から、硼素の上記悪影響を最小限とし、極低温特性を十分に維持すべく、硼素が含有する場合はその上限を０.００３％とすることが好ましい。
以上に言及、規定した化学成分以外の残部は、前述したとおり、鉄並びに不可避的不純物であるが、不可避的不純物としては、たとえばＰ、Ｓなどが挙げられる。
【００２９】
ところで、本発明にかかる共金系溶接ワイヤを用いた極低温用鋼の溶接法としては、溶接後にその継手部に形成される溶接金属中の酸素量を１００ｐｐｍ以下に保持する必要性から、これに適した溶接方法，例えばＴＩＧ溶接法やシールドガスとして不活性ガスをメインとしたＭＩＧ溶接方法(プラズマＭＩＧ溶接法や同軸複層ワイヤプロセスなど)を採用することが望ましい。
【００３０】
また、本発明の共金系溶接ワイヤを使用して溶接される極低温用鋼としては、先に例示した９％ニッケル鋼に限らず、５.５％ニッケル鋼や３.５％ニッケル鋼のごとくニッケルを３.５〜９.５％含むニッケル鋼を始めとして種々の極低温用鋼が同効に適用できるものである。
【実施例】
【００３１】
表１に示す化学成分(０＝酸素以外は質量％ 残部：鉄）の９％ニッケル鋼母材（板厚：１６ｍｍ）を用い、図１に示す形状の開先加工を施した。次いで表２に示す化学成分(０＝酸素以外は質量％ 残部：鉄及び不可避的不純物）の溶接ワイヤを用いて、表３に示す２条件でＴＩＧ溶接を行った。なお、溶接は自動アーク制御装置付きの全自動ＴＩＧ溶接装置を用い、溶接姿勢は下向きで行った。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
溶接終了後、ＪＩＳ-Ｚ-３１１２、４号によるシャルピー衝撃試験片にて、-１９６℃の温度にて、計装化シャルピー衝撃試験（ＪＴ ＴＯＨＳＩ ＩＮＣ．製 ３００Ｊ計装化シャルピー衝撃試験機 型式：ＣＡＩ−３００Ｄ を使用）を行い、それぞれ試験片の極低温特性を評価した。なお計装化シャルピー衝撃試験を実施すると、図２に示すように衝撃刃により試験片に与えられる荷重と衝撃刃が試験片に接触した後の変位との関係を表す荷重-変位曲線を得ることができる。この試験法により通常に得られる吸収エネルギーだけでなく、荷重-変位曲線により最大荷重（曲線のピークにおける荷重の値）を測定した。この最大荷重は衝撃試験開始(荷重-変位がいずれも０の点)から衝撃試験時の亀裂発生に必要な荷重に相当しており、この値が大きいほど、亀裂発生に必要な強度すなわち耐亀裂発生強度が高いことを意味している。
【００３６】
また、評価に当たっては、吸収エネルギー（ｖＥ-１９６）については、溶接条件Ａ、Ｂのいずれにおいても１００Ｊを基準値とし、耐亀裂発生強度（最大荷重）については２５０００Ｎを基準値とした。
【００３７】
これらの試験結果を、表４に示した。同表４においては、衝撃試験結果の欄に、吸収エネルギー（ｖＥ-１９６）と耐亀裂発生強度（最大荷重）の測定値を記すとともにこれらの値が上記基準値以上の場合は○印を、基準値未満の場合は×印をそれぞれその測定値の数字の右端に付した。そして評価の欄に、各溶接条件Ａ、Ｂ毎に吸収エネルギーと耐亀裂発生強度とがともに上記基準値以上の場合は合格として○印を、基準値未満の場合は不合格として×印を記入した。さらに、総合評価の欄に、溶接条件Ａ、Ｂのいずれにおいても吸収エネルギーと耐亀裂発生強度とがともに上記基準値以上の測定値であった場合にはこれに相当する溶接ワイヤーは最終的に合格として○印を、また、溶接条件Ａ、Ｂの双方あるいはいずれか一方おいて上記基準値に満たない測定値であった場合にはこれに相当する溶接ワイヤーは最終的に不合格として×印を記入した。
【００３８】
【表４】
【００３９】
この表４の結果より、以下のように考察することができる。
表４の試験Ｎｏ.１１〜１４、１９、２０は溶接ワイヤの化学成分が本発明の範囲を満足している実施例であり、溶接条件Ａ、Ｂいずれの場合においても、ｖＥ-１９６は基準値とした１００Ｊを越え十分な低温靭性を示すとともに、衝撃試験時の最大荷重も基準値とした２５０００Ｎを大幅に越え高い耐亀裂発生強度（亀裂抑制強度）を有していることがわかる。従って、これらの試験Ｎｏに相当するワイヤＮｏ.６、７及び１０は全て最終的にその総合評価として合格となった。なお、ワイヤＮｏ.６及び１０は本発明の請求項１に、またワイヤＮｏ.７は本発明の請求項２に対応する実施例である。
【００４０】
一方、表４の試験Ｎｏ.１〜１０及びＮｏ.１５〜１８は、いずれも溶接ワイヤの化学成分が本発明の範囲を満足しない比較例で、これら試験Ｎｏに相当するワイヤＮｏ.１〜５及び８〜９については最終的な総合評価としていずれも不合格となったものであり、それぞれ次のような問題がある。すなわち、試験Ｎｏ.１及び２に関しては、ＲＥＭが含有されていないために、低温靭性は基準値を超えており十分な特性を有するものの、耐亀裂発生強度は基準値を下回っていることが判明する。また、試験Ｎｏ.３及び４に関しては、Ｔｉは含有されているもののＲＥＭが含有されていないため、Ｎｏ.１、２と同様に低温靭性は十分であるが、耐亀裂発生強度が基準値に達していない。試験Ｎｏ.５及び６に関しては、Ｎｏ．３，４と同様にＴｉは含有されているもののＲＥＭが含有されていない例であるがＴｉが０.０３％程度含有されているので、溶接条件Ａ（試験Ｎｏ.５）においては低温靭性、耐亀裂発生強度ともに本発明の基準に達している。しかし、これらは溶接条件Ｂ（試験Ｎｏ.６）において耐亀裂発生強度は基準値以上であるが、低温靭性が基準値に達していなことが分かり、従ってこれらの試験Ｎｏに相当するワイヤＮｏ.３は総合評価として不合格とされている。試験Ｎｏ.７及び８はチタンが多量に含まれているために低温靭性、耐亀裂発生強度のいずれについても基準値を下回っていることが分かる。また、試験Ｎｏ.９及び１０はＲＥＭの含有量が本発明の範囲の下限より少ないために低温靭性は基準値以上であるが耐亀裂発生強度が基準値よりも低い結果となっている。さらに、試験Ｎｏ.１５〜１８はＲＥＭの含有量が過剰の場合で、低温靭性、耐亀裂発生強度がともに基準値を下回っていることが知れる。
【００４１】
以上の実施例からも実証されるように、本発明にかかる共金系溶接ソリッドワイヤを極低温用鋼の溶接に適用することにより、溶接後の溶接継手に対して-１９６℃の極低温下においても十分な低温靭性を有し、かつ耐亀裂発生強度の高い優れた極低温特性を付与することができ、本発明による有利な効果が明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例の溶接開先形状と溶接金属の多層盛の状態を示す模式図。
【図２】計装化シャルピー衝撃試験によって得られ荷重-変位曲線を示す模式図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、炭素：０.１０％以下（０％を含まない）、珪素：０.１５％以下（０％を含まない）、ニッケル：８.０〜１５.０％，マンガン：０.１０％〜０.８０％、Ａｌ：０.１％以下（０％を含まない）を含み、酸素が１５０ｐｐｍ以下（０を含む）であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤにおいて、ＲＥＭを０.００５〜０.０４０％含有することを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
更に、チタンを０.１０％以下（０％を含まない）含有するものである請求項１に記載の溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
請求項1または２に記載の溶接用ソリッドワイヤを用いて形成された溶接金属。
【請求項１】
質量％で、炭素：０.１０％以下（０％を含まない）、珪素：０.１５％以下（０％を含まない）、ニッケル：８.０〜１５.０％，マンガン：０.１０％〜０.８０％、Ａｌ：０.１％以下（０％を含まない）を含み、酸素が１５０ｐｐｍ以下（０を含む）であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる溶接ワイヤにおいて、ＲＥＭを０.００５〜０.０４０％含有することを特徴とする溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項２】
更に、チタンを０.１０％以下（０％を含まない）含有するものである請求項１に記載の溶接用ソリッドワイヤ。
【請求項３】
請求項1または２に記載の溶接用ソリッドワイヤを用いて形成された溶接金属。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１０１４１４（Ｐ２００９−１０１４１４Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４１１９７（Ｐ２００８−２４１１９７）
【出願日】平成２０年９月１９日（２００８．９．１９）
【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２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１９日（２００８．９．１９）
【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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