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公開番号2024126759
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023035369
出願日2023-03-08
発明の名称サブマージアーク溶接方法及び溶接継手の製造方法
出願人JFEスチール株式会社,株式会社神戸製鋼所
代理人個人
主分類B23K 35/362 20060101AFI20240912BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】入熱300kJ/cm以上で780MPa級鋼のサブマージアーク溶接した場合でも、溶接欠陥がなく、必要とされる降伏強度及び引張強度並びに靭性を満足する溶接継手を製造することができるサブマージアーク溶接方法を提供する。
【解決手段】使用する溶接ワイヤの組成を特定し、その組成から求めるCeqW(式1)を0.40～0.80と規定し、さらに、使用するフラックスの組成を特定し、その組成から求めるα(式2)を0.35～0.70と規定したサブマージアーク溶接方法である。
CeqW=[C]_W+[Si]_W/24+[Mn]_W/6+[Ni]_W/40+[Cr]_W/5+[Mo]_W/4 ・・・ (1)
α=(0.3-[Fe]_F/200)×{[Si]_F/24+[Mn]_F/6+[Ni]_F/40+[Cr]_F/5+[Mo]_F/4}+0.4×CeqW ・・・ (2)
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
溶接入熱量を３００ｋＪ／ｃｍ以上とする７８０ＭＰａ級鋼のサブマージアーク溶接方法において、
使用する溶接ワイヤの化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３％～０．１２％、
Ｓｉ：０．０１％～０．６０％、
Ｍｎ：１．０％～２．０％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｎｉ：１．０％～４．０％、
Ｃｒ：１．５％以下、
Ｍｏ：０．２％～１．２％、
Ｏ：０．０１５％以下、
Ｎ：０．０１０％以下、
を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、
下記式（１）で表されるＣｅｑＷが０．４０～０．８０の範囲であり、
使用するフラックスの成分組成が、質量％で、
ＳｉＯ
2
：５％～３０％、
ＣａＯ：１％～１０％、
ＭｇＯ：５％～３０％、
Ａｌ
2
Ｏ
3
：３％～２０％、
ＴｉＯ
2
：２％～２０％、
Ｎａ
2
Ｏ：１％～３％、
ＣａＦ
2
：２％～２０％、
金属炭酸塩の１種又は２種以上のＣＯ
2
換算値の合計：２％～１２％
Ｓｉ：０．１０％～２．５０％、
Ｍｎ：０．１％～２．０％、
Ｎｉ：１．０％～１２．０％、
Ｃｒ：８．０％以下、
Ｍｏ：１．０％～８．０％、
Ｆｅ：１０％～３０％、
を含有し、
下記式（２）で表されるαが０．３５～０．７０の範囲である
ことを特徴とするサブマージアーク溶接方法。
ＣｅｑＷ＝［Ｃ］
W
＋［Ｓｉ］
W
／２４＋［Ｍｎ］
W
／６＋［Ｎｉ］
W
／４０＋［Ｃｒ］
W
／５＋［Ｍｏ］
W
／４・・・（１）
α＝（０．３－［Ｆｅ］
F
／２００）×｛［Ｓｉ］
F
／２４＋［Ｍｎ］
F
／６＋［Ｎｉ］
F
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記溶接ワイヤの化学組成に加えてさらに、質量％で、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ａｌ：０．２０％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｃａ：０．０１０％以下、
Ｂ：０．０１０％以下、
ＲＥＭ：０．０２０％以下
のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項３】
前記フラックスの成分組成に加えてさらに、質量％で、
Ｂ
2
Ｏ
3
：１．０％以下、
Ｋ
2
Ｏ：３．０％以下、
Ｔｉ：１．００％以下、
Ａｌ：１．００％以下
のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のサブマージアーク溶接方法を用いて製造することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載のサブマージアーク溶接方法を用いて製造することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【請求項６】
前記溶接継手の溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０４％～０．１０％、
Ｓｉ：０．１０％～０．８０％、
Ｍｎ：０．９％～２．０％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｎｉ：１．６％～５．０％、
Ｃｒ：０．３％～２．０％、
Ｍｏ：０．５％～２．０％、
Ｏ：０．０４０％以下、
Ｎ：０．０１０％以下、
を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、
下記式（３）で表されるＣｅｑＤが０．７５～０．９５である
ことを特徴とする請求項４に記載の溶接継手の製造方法。
ＣｅｑＤ＝［Ｃ］
D
＋［Ｓｉ］
D
／２４＋［Ｍｎ］
D
／６＋［Ｎｉ］
D
／４０＋［Ｃｒ］
D
／５＋［Ｍｏ］
D
／４・・・（３）
ここで、式（３）中における溶接金属の［元素］
D
は、当該元素の含有量（質量％）を表し、当該元素が含有されていない場合は、０とする。
【請求項７】
前記溶接継手の溶接金属の組成が、質量％で、
Ｃ：０．０４％～０．１０％、
Ｓｉ：０．１０％～０．８０％、
Ｍｎ：０．９％～２．０％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｎｉ：１．６％～５．０％、
Ｃｒ：０．３％～２．０％、
Ｍｏ：０．５％～２．０％、
Ｏ：０．０４０％以下、
Ｎ：０．０１０％以下、
を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなり、
下記式（３）で表されるＣｅｑＤが０．７５～０．９５である
ことを特徴とする請求項５に記載の溶接継手の製造方法。
ＣｅｑＤ＝［Ｃ］
D
＋［Ｓｉ］
D
／２４＋［Ｍｎ］
D
／６＋［Ｎｉ］
D
／４０＋［Ｃｒ］
D
／５＋［Ｍｏ］
D
／４・・・（３）
ここで、式（３）中における溶接金属の［元素］
D
は、当該元素の含有量（質量％）を表し、当該元素が含有されていない場合は、０とする。
【請求項８】
前記溶接継手の溶接金属の化学組成に加えてさらに、質量％で、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ａｌ：０．１２％以下、
Ｔｉ：０．１２％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｃａ：０．００６％以下、
Ｂ：０．０１０％以下、
ＲＥＭ：０．０２０％以下
のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項６に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項９】
前記溶接継手の溶接金属の化学組成に加えてさらに、質量％で、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ａｌ：０．１２％以下、
Ｔｉ：０．１２％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｃａ：０．００６％以下、
Ｂ：０．０１０％以下、
ＲＥＭ：０．０２０％以下
のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを特徴とする請求項７に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項１０】
前記溶接継手の溶接金属の機械的特性で、常温の降伏強さ（０．２％耐力）が６３０ＭＰａ以上で、溶接金属の引張強度が７８０ＭＰａ以上で、かつ試験温度０℃におけるＶノッチシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー
V
Ｅ
0
が２７Ｊ以上であることを特徴とする請求項６に記載の溶接継手の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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方法及び溶接継手の製造方法に関し、特に、建築構造物に用いられる７８０ＭＰａ級の高張力鋼を、溶接入熱量が３００ｋＪ／ｃｍ以上とするサブマージアーク溶接方法及びその溶接継手の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、建築構造物の大型化や大スパン化により、鉄骨に使用される鋼板は、高強度化の傾向にある。従来、ボックス柱のスキンプレートとしては、５９０ＭＰａ級鋼までの強度クラスが主であったが、７８０ＭＰａ級鋼が使用されるようになってきた。
【０００３】
ボックス柱のスキンプレートの接合には、一般的にサブマージアーク溶接が適用され、溶接金属の強度も母材強度と同等の強度特性が求められる。溶接金属の強度が７８０ＭＰａ以上を確保できるサブマージアーク溶接用の溶接材料としては、例えば、特許文献１にサブマージアーク溶接用ソリッドワイヤが開示されている。この文献には、ワイヤのＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐ、Ｓの含有量を規定するとともに、（［Ｍｎ］＋［Ｎｉ］）／（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］）を１．４～４．０に調整することが記載されている。これにより、溶接金属の低温靭性及び耐水素脆化感受性を大幅に向上させることができるとしている。
【０００４】
また、特許文献２には、７８０ＭＰａ級高張力鋼のサブマージアーク溶接方法が開示され、焼成型フラックス中の合金元素量とフラックスの粒度を適正化することでスラグ巻込みのない良好なビード形状が得られることが記載されている。さらに、組み合わせるソリッドワイヤの化学成分も限定することで引張強さ７８０ＭＰａ以上の高強度で良好な低温靭性の溶接金属を得られるとしている。
【０００５】
また、特許文献３には、両面一層用サブマージアーク溶接用ワイヤが開示されている。母材希釈が大きい両面一層のサブマージアーク溶接において、ワイヤ組成を限定することで溶接金属の強度と靭性を確保し、さらに、ワイヤの引張強度を１２００Ｎ／ｍｍ
2
以下に限定することで、ワイヤ送給性が確保できるとしている。
【０００６】
さらに、特許文献４には、内面と外面から両側１層ずつサブマージアーク溶接を行って製造する溶接鋼管の母材及び溶接金属の引張強さがともに８００ＭＰａ以上であり、耐低温割れ性に優れた溶接金属を有する高強度溶接鋼管が開示されている。Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃの含有量により算出されるＣＳ値を規定することで、耐低温割れ性に優れた溶接金属が得られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１５－１１０２４１号公報
特開２０１５－１２０１７５号公報
特開２００４－３３７８６３号公報
特開２００８－２４００９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１～４で適用されている溶接入熱量は、いずれも５０ｋＪ／ｃｍ以下である。スキンプレートに５９０ＭＰａ級以下の鋼材が用いられたボックス柱の製作では、施工能率の観点から、溶接入熱量（以下、単に「入熱」ともいう。）が３００ｋＪ／ｃｍを超えるサブマージアーク溶接が適用されているのが一般的である。
【０００９】
しかしながら、特許文献１～４で開示されている溶接材料を用いて、３００ｋＪ／ｃｍ以上の入熱で適用した場合には、溶接欠陥の発生、溶接金属の強度不足、靭性の劣化等の問題があった。
【００１０】
本発明は、前記課題を解決し、入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上でサブマージアーク溶接した場合でも、溶接欠陥がなく、必要とされる降伏強度及び引張強度並びに靭性を満足する溶接継手を製造することができる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。
（【００１１】以降は省略されています）

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