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公開番号2025057765
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023167497
出願日2023-09-28
発明の名称ガスメタルアーク溶接継手
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人
主分類B23K 35/30 20060101AFI20250402BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】極低温環境下で使用される高Mn鋼用の溶接継手として、母材又は溶接材料を変更せずとも、溶接金属の強度をさらに向上させ、高温割れの発生をより一層抑制できるガスメタルアーク溶接継手を提供する。
【解決手段】シールドガスとワイヤを用いて溶接金属を形成してなる鋼材のガスメタルアーク溶接継手であって、鋼材が高Mn含有オーステナイト鋼であり、溶接金属の化学組成が質量%で、C:0.15%～0.80%、Si:0.10%～1.00%、Mn:17.0%～30.0%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Al:0.001%～0.100%、Cr:0.4%～5.5%、Mo:0.01%～3.50%、Ni:0.01%～10.00%、N:0.0200%～0.1500%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする溶接継手である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
シールドガスとソリッドワイヤを用いて溶接金属を形成してなる鋼材のガスメタルアーク溶接継手であって、
前記鋼材が、高Ｍｎ含有オーステナイト鋼であり、
前記鋼材の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１０％～０．７０％、
Ｓｉ：０．０５％～１．００％、
Ｍｎ：１８．０％～３０．０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００７％以下、
Ａｌ：０．０１０％～０．０７０％、
Ｃｒ：２．５０％～７．００％、
Ｎ：０．００５０％～０．０５００％、
Ｏ（酸素）：０．００５０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
前記溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５％～０．８０％、
Ｓｉ：０．１０％～１．００％、
Ｍｎ：１７．０％～３０．０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１％～０．１００％、
Ｃｒ：０．４％～５．５％、
Ｍｏ：０．０１％～３．５０％、
Ｎｉ：０．０１％～１０．００％、
Ｎ：０．０２００％～０．１５００％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる
ことを特徴とするガスメタルアーク溶接継手。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記鋼材の化学組成がさらに、質量％で、
Ｍｏ：０．０１％～２．００％、
Ｖ：０．０１％～２．００％、
Ｗ：０．０１％～２．００％、
Ｎｉ：０．０１％～４．００％、
ＲＥＭ：０．００１０％～０．０２００％及び
Ｂ：０．０００３％～０．００３０％
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に記載のガスメタルアーク溶接継手。
【請求項３】
前記溶接金属の化学組成がさらに、質量％で、
Ｖ：０．０１％～１．００％、
Ｔｉ：０．０１０％～１．０００％、
Ｎｂ：０．０１０％～１．０００％、
Ｗ：０．０１％～１．００％、
Ｃｕ：０．０１％～１．００％及び
Ｂ：０．００１５％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に記載のガスメタルアーク溶接継手。
【請求項４】
前記シールドガスが、下記の〔Ａ〕又は〔Ｂ〕のいずれかのガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスメタルアーク溶接継手。
〔Ａ〕体積％で１．０％以上３０．０％未満の窒素ガスを含有し、残部が炭酸ガス及び不可避的不純物からなるガス
〔Ｂ〕体積％で１．０％以上３０．０％未満の窒素ガス及び５６．０％以上７９．２％未満のＡｒガスを含有し、残部が炭酸ガス及び不可避的不純物からなるガス
【請求項５】
前記シールドガスが、下記の〔Ａ〕又は〔Ｂ〕のいずれかのガスであることを特徴とする請求項３に記載のガスメタルアーク溶接継手。
〔Ａ〕体積％で１．０％以上３０．０％未満の窒素ガスを含有し、残部が炭酸ガス及び不可避的不純物からなるガス
〔Ｂ〕体積％で１．０％以上３０．０％未満の窒素ガス及び５６．０％以上７９．２％未満のＡｒガスを含有し、残部が炭酸ガス及び不可避的不純物からなるガス
【請求項６】
前記ソリッドワイヤのＮ含有量が、質量％で、０．４０００％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスメタルアーク溶接継手。
【請求項７】
前記ソリッドワイヤのＮ含有量が、質量％で、０．４０００％以下であることを特徴とする請求項３に記載のガスメタルアーク溶接継手。
【請求項８】
前記溶接金属の降伏応力（０．２％耐力）が４００ＭＰａ以上、引張強さが６００ＭＰａ以上で、シャルピー衝撃吸収エネルギー（
v
Ｅ
-196
）が２８Ｊ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスメタルアーク溶接継手。
【請求項９】
前記溶接金属の降伏応力（０．２％耐力）が４００ＭＰａ以上、引張強さが６００ＭＰａ以上で、シャルピー衝撃吸収エネルギー（
v
Ｅ
-196
）が２８Ｊ以上であることを特徴とする請求項３に記載のガスメタルアーク溶接継手。
【請求項１０】
前記溶接金属の降伏応力（０．２％耐力）が４００ＭＰａ以上、引張強さが６００ＭＰａ以上で、シャルピー衝撃吸収エネルギー（
v
Ｅ
-196
）が２８Ｊ以上であることを特徴とする請求項４に記載のガスメタルアーク溶接継手。
（【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、シールドガスとソリッドワイヤを用いて溶接金属を形成してなる鋼材のガスメタルアーク溶接継手に関し、特に、極低温環境下で使用される高Ｍｎ含有オーステナイト鋼材のガスメタルアーク溶接継手に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する規制が厳しくなっている。その中で、液化天然ガス（以下、ＬＮＧともいう）は、硫黄を含まないため、硫化物や硫黄酸化物等の大気汚染物質を発生させないクリーンな燃料と言われ、その需要が増加している。そして、ＬＮＧの輸送又は保管のために、ＬＮＧを輸送又は貯蔵する容器（タンク）は、ＬＮＧの液化温度である－１６２℃以下の温度で、優れた極低温衝撃靭性を保持することが求められている。
【０００３】
この優れた極低温衝撃靭性を保持することの必要性から、容器（タンク）等の材料として、従来、アルミニウム合金、９％Ｎｉ鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等が用いられてきた。
【０００４】
しかしながら、アルミニウム合金は、引張強さが低いため、構造物の板厚を大きく設計する必要があり、また溶接作業性が低いという問題がある。また、９％Ｎｉ鋼は、溶接材料として高価なＮｉ基材料を用いることが必要なため、経済的に不利となる。また、オーステナイト系ステンレス鋼は、高価であり、母材強度も低いという問題がある。
【０００５】
このような問題から、ＬＮＧを輸送又は貯蔵する容器用の材料として、最近では、Ｍｎを１０～３５質量％の範囲で含有する高Ｍｎ含有鋼材（以下、「高Ｍｎ鋼」ともいう。）の適用が検討されている。高Ｍｎ鋼は、極低温においても、金属組織がオーステナイト相であり、脆性破壊が発生せず、またオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、高い強度を有するという特徴がある。しかしながら、高Ｍｎ鋼母材は、圧延による加工硬化で強度を向上させているが、溶接部においては、圧延による加工硬化の影響を受けないために母材と比較すると強度が低く、高Ｍｎ鋼本来の強度を十分に活かせないことが課題であった。そこで、高Ｍｎ鋼母材と同等の強度の溶接部を達成できる溶接材料及び溶接技術の開発が要望されていた。
【０００６】
例えば、特許文献１においては、高Ｍｎ鋼材の化学組成に対して溶接材料（ソリッドワイヤ）の化学組成及び溶接条件を調整し、溶接金属への鋼材の希釈率を制御することにより、溶接部の強度及び極低温衝撃靭性が規定値を満足させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許第６９７８６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、高Ｍｎ鋼材に合わせた溶接材料を選択する必要があるが、溶接材料製造のコストや工程を考慮すると、鋼材に合わせて溶接材料をその都度設計・製造するのは困難である。また、溶接条件を詳細に制御する必要があるために溶接施工管理が煩雑になってしまうという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決し、溶接ワイヤの細かな成分調整や溶接条件の調整を必要とせず、簡便に高強度かつ極低温靭性に優れた高Ｍｎ鋼のガスメタルアーク溶接継手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】
本発明者らは、上記目的を達成するために、溶接金属部の特性に及ぼす各種元素の影響を鋭意検討し、母材及び溶接材料（ソリッドワイヤ）以外から溶接部に添加することが可能で、強度の向上に寄与する元素として、窒素（Ｎ）が特に有効であることを見出した。また、溶接金属内のＮ含有量を増加させると、固液共存温度範囲を狭める効果を有し、溶接金属部に発生する高温割れを抑制させる効果も発揮することを知見した。
（【００１１】以降は省略されています）

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