特許 6384708 ＦＭＳ鋼用溶接ワイヤおよび溶接継ぎ手

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6384708

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】ＦＭＳ鋼用溶接ワイヤおよび溶接継ぎ手

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/30 20060101AFI20180827BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20180827BHJP

   C22C 38/58 20060101ALI20180827BHJP

   C22C 38/12 20060101ALN20180827BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/30 320F

   C22C38/00 302T

   C22C38/58

   C22C38/00 301Z

   !C22C38/12

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-26400(P2014-26400)

(22)【出願日】2014年2月14日

(65)【公開番号】特開2015-150586(P2015-150586A)

(43)【公開日】2015年8月24日

【審査請求日】2017年1月20日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度経済産業省「戦略的基盤技術高度化支援事業」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(73)【特許権者】

【識別番号】000003621

【氏名又は名称】株式会社竹中工務店

(73)【特許権者】

【識別番号】506135866

【氏名又は名称】淡路マテリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100190067

【弁理士】

【氏名又は名称】續 成朗

(74)【代理人】

【識別番号】100093230

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 利夫

(72)【発明者】

【氏名】中村 照美

(72)【発明者】

【氏名】小林 覚

(72)【発明者】

【氏名】櫛部 淳道

(72)【発明者】

【氏名】井上 泰彦

(72)【発明者】

【氏名】杉村 誠一

(72)【発明者】

【氏名】千葉 悠矢

【審査官】 川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１４６６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０９４１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９４２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５６９８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｍｎを２８ｍａｓｓ％含有するＦｅ―Ｍｎ―Ｓｉ三元合金であるＦＭＳ鋼同士の希釈率が２０％以上３０％以下での溶接、およびＦＭＳ鋼と５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼との希釈率が２０％以上３０％以下での溶接の両方に用いられ、溶接金属の化学組成がＦＡ凝固モードとなる溶接ワイヤであって、
この溶接ワイヤは、化学組成成分として、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、ＳｉおよびＣを含有し、残部がＦｅおよび不可避成分からなるものであり、かつ
ｍａｓｓ％で示した化学組成成分の含有量が、次式１で規定されるＣｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）および次式２で規定されるＮｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）で示されるシェフラー型組織図における点Ｐ（1８．７１，１０．０５）、点Ｑ（１７．１２，７．４６）および点Ｒ（７．８０，２．６８）の３点で囲まれる領域の範囲内に入る（ここで、点座標は（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）である）ことを特徴とする溶接ワイヤ。
式１
Ｃｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）＝（ｍａｓｓ％Ｃｒ）＋（ｍａｓｓ％Ｍｏ）＋１．５×（ｍａｓｓ％Ｓｉ）＋０．５×（ｍａｓｓ％Ｎｂ）
式２
Ｎｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）＝（ｍａｓｓ％Ｎｉ）＋３０×（ｍａｓｓ％Ｃ）＋０．５×（ｍａｓｓ％Ｍｎ）

【請求項2】

Ｍｎを２８ｍａｓｓ％含有するＦｅ―Ｍｎ―Ｓｉ三元合金であるＦＭＳ鋼同士、またはＦＭＳ鋼と、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼とが、請求項１に記載の溶接ワイヤによって希釈率が２０％以上３０％以下で溶接され、溶接金属の化学組成がＦＡ凝固モードであることを特徴とする溶接継ぎ手。

【請求項3】

溶接金属のδフェライトの体積率が７２％未満であり、かつ溶接金属の引張強度が６００ＭＰａを上回ることを特徴とする請求項２に記載の溶接継ぎ手。

【請求項4】

応力振幅±３８７ＭＰａにおける疲労寿命がＦＭＳ鋼と同等の１２０００回以上であることを特徴とする請求項２または３に記載の溶接継ぎ手。

【請求項5】

溶接金属のシャルピー衝撃値が−２０℃以上で１００Ｊ以上であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の溶接継ぎ手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｍｎを２８ｍａｓｓ％含有し、制震性能に優れたＦｅ―Ｍｎ―Ｓｉ三元合金（以下、ＦＭＳ鋼と記す）同士の溶接またはＦＭＳ鋼と建築用高強度鋼の溶接を可能とする溶接ワイヤと、この溶接ワイヤを用いて溶接された溶接継ぎ手に関する。

【背景技術】

【0002】

日本は、常に大地震の脅威に曝されており、昨今の大震災では、超高層ビルが共振して激しく揺れる長周期地震動の問題も注目され、制震技術の高度化が求められている。構造物の耐震、制震技術として、ブレース、制震ゴム、油圧ダンパーなどが知られている（特許文献１）。独立行政法人物質・材料研究機構は、Ｍｎを２８ｍａｓｓ％含有するＦＭＳ鋼をこれまでに開発している（特許文献２）。なお、ＦＭＳ鋼におけるＭｎの含有量である２８ｍａｓｓ％とは、有効数字を考慮して２７．５ｍａｓｓ％以上２８．５ｍａｓｓ％未満の範囲に相当する。

【0003】

このＦＭＳ鋼は、疲労特性に優れ、形状記憶特性を持つため、制震ダンパーとして使用することができる。ＦＭＳ鋼の母相のオーステナイト相では、一般の金属の変形が「すべり変形」によって進むのに対して、地震の揺れの初期段階の変形時に「すべり変形」に代わって「応力誘起マルテンサイト変態」という結晶構造の変化によって変形が進行する。この変形によって生じたマルテンサイト相は、熱を加えることによって、母相であるオーステナイト相に戻すことができるが、熱の代わりに最初に加えた変形と逆向きの変形を付与することによってもオーステナイト相に復元する(特許文献１、２、３)。

【0004】

地震による繰り返し振動という外力を受けたとき、従来型の金属ダンパー（極低降伏点鋼）ではすべり変形が蓄積して金属疲労が急速に進む。これに対して、ＦＭＳ鋼では応力誘起マルテンサイト変態とその逆変態の繰り返しによって地震のエネルギーが吸収されるため、疲労特性が非常に優れたメンテナンスフリーの制震ダンパーを実現することができる(非特許文献２)。

【0005】

ところで、ＦＭＳ鋼を「部材化」して制震ダンパーを形成する場合、板材からＨ型鋼のような大断面形状を有する部材を作製する溶接技術や、建築用高強度鋼と接続するための溶接技術が必要不可欠となる。非特許文献１には、ＦＭＳ鋼同士、またはＦＭＳ鋼と、引張強度が７８０ＭＰａである建築用高強度鋼（ＪＩＳ Ｇ ３１２８、以下、ＨＴ７８０鋼と記す）との溶接例として、従来の溶接材料であるＹ３０９溶接ワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３２２１）の使用しか記載されていない。溶接した溶接継ぎ手が、その溶接部の引張強度、疲労特性、衝撃値などの制震ダンパーに要求される特性を満足しているかどうかは、非特許文献１には何ら開示も示唆もされていない。また、非特許文献１には、Ｍｎ含有量の比較的高いＦＭＳ鋼の溶接に最適な溶接ワイヤに関する情報は記載されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平５−２６３８５８号公報

【特許文献2】特開２００６−１９４２８７号公報

【特許文献3】特開２００８−５６９８７号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構，平成２１年度産業技術助成事業，研究成果報告書(最終)０６Ａ２５００５ｄ，鉄系形状状記憶合金の制震特性を利用した建築用制震ダンパーの開発

【非特許文献2】K. Ogawa, T. Sawaguchi and S. Kajiwara, Mater Trans 50 (2009), 2778-2784

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

実際、独立行政法人物質・材料研究機構が開発したＦＭＳ鋼（非特許文献１）を市販の溶接材料で溶接すると、凝固割れが生じ、良質な溶接継ぎ手が得られなかった。

【0009】

そこで、本発明は、溶接金属の凝固モードを制御し、凝固割れが生じず、母材と同等またはそれを超える引張強度および疲労特性を有し、制震ダンパーなどとして使用に堪えうる溶接継ぎ手を実現する溶接ワイヤと、この溶接ワイヤを用いて溶接した溶接継ぎ手を提供することを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するものとして、本発明の溶接ワイヤは、Ｍｎを２８ｍａｓｓ％含有するＦｅ―Ｍｎ―Ｓｉ三元合金であるＦＭＳ鋼同士の溶接、およびＦＭＳ鋼と５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼との溶接の両方に用いられる溶接ワイヤであって、溶接ワイヤは、化学組成成分として、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、ＡｌおよびＣを含有し、残部がＦｅおよび不可避成分からなるものであり、かつｍａｓｓ％で示した化学組成成分の含有量が、次式１で規定されるＣｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）および次式２で規定されるＮｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）で示されるシェフラー型組織図における点Ｐ（1８．７１，１０．０５）、点Ｑ（１７．１２，７．４６）および点Ｒ（７．８０，２．６８）の３点で囲まれる領域の範囲内に入る（ここで、点座標は（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）である）ことを特徴としている。
式１
Ｃｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）＝（ｍａｓｓ％Ｃｒ）＋（ｍａｓｓ％Ｍｏ）＋１．５×（ｍａｓｓ％Ｓｉ）＋０．５×（ｍａｓｓ％Ｎｂ）
式２
Ｎｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）＝（ｍａｓｓ％Ｎｉ）＋３０×（ｍａｓｓ％Ｃ）＋０．５×（ｍａｓｓ％Ｍｎ）

【0011】

本発明の溶接継ぎ手は、Ｍｎを２８ｍａｓｓ％含有するＦｅ―Ｍｎ―Ｓｉ三元合金であるＦＭＳ鋼同士、またはＦＭＳ鋼と、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼とが、上記溶接ワイヤによって溶接されていることを特徴としている。

【0012】

本発明の溶接継ぎ手においては、溶接金属のδフェライトの体積率が７２％以下であり、かつ溶接金属の引張強度が６６０ＭＰａ以上であることが好ましい。

【0013】

本発明の溶接継ぎ手においては、応力振幅±３８７ＭＰａにおける疲労寿命がＦＭＳ鋼と同等の１２０００回以上であることが好ましい。

【0014】

本発明の溶接継ぎ手においては、溶接金属のシャルピー衝撃値が−２０℃以上で１００Ｊ以上であることが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の溶接ワイヤによれば、ＦＭＳ鋼同士の溶接、およびＦＭＳ鋼と、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼との溶接の両方が可能となる。

【0016】

本発明の溶接継ぎ手によれば、ＦＭＳ鋼を「部材化」してＨ型鋼のような大断面形状を有する部材を実現することができ、制震ダンパーなどとしての使用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】溶接金属の凝固割れを抑制することのできるＦＡ凝固モードを示したシェフラー型組織図である。

【図2】溶接金属がＦＡ凝固モードに入るようにするための溶接ワイヤの化学組成を設定する方法を示したシェフラー型組織図である。

【図3】ＦＭＳ鋼同士、およびＦＭＳ鋼とＨＴ７８０鋼の両方の溶接を可能とする溶接ワイヤの化学組成に関するシェフラー型組織図である。

【図4】溶接金属におけるδフェライト相の体積率と引張強度の関係を示したグラフである。

【図5】溶接継ぎ手が、母材であるＦＭＳ鋼で破断する条件範囲をδフェライト相の体積率との関係から求めたシェフラー型組織図である。

【図6】実施例４で作製した溶接継ぎ手における溶接部の断面を示した写真である。

【図7】実施例４で作製した溶接継ぎ手における溶接部の金属組織を示した写真である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

建築構造用圧延鋼材（ＪＩＳ Ｇ ３１３６）では、降伏点（ＹＰ）および引張強度（ＴＳ）の上下限値、降伏比（ＹＲ）の上限、ならびに板厚方向の絞り値の下限が設定され、かつ０℃におけるシャルピー衝撃値の下限が２７Ｊに規定されている。一般的な重層構造物では、通常の溶接をする場合、シャルピー衝撃値は０℃で７０Ｊ以上が望ましいと規定され（ＪＩＳ Ｚ ３３１２）、このシャルピー衝撃値を満足する溶接材料が開発されている。そこで、ＦＭＳ鋼同士、およびＦＭＳ鋼と、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼との溶接継ぎ手では、溶接金属のシャルピー衝撃値に関し、−２０℃で１００Ｊ以上を目標値とした。

【0019】

溶接金属の特性は、溶接金属の化学組成を示すシェフラー型組織図上にプロットすることにより把握することができる。一般に、溶接金属では、種々の凝固モードで凝固が生じ、凝固モードは溶接金属の化学組成によって変化する。溶接金属の凝固割れを抑制するためには、溶接金属がＦＡ凝固モードとなるように溶接ワイヤの化学組成を選定することが有効である。ここで、ＦＡ凝固モードとは、鉄鋼材料の凝固において、液相からまずフェライト相が晶出し、その後オーステナイト相が晶出する凝固モードであり、凝固割れ感受性を低くすることができる。このようなＦＡ凝固モードは、図1に示したシェフラー型組織図においてハッチングした領域となる。溶接金属の化学組成は、溶接条件や開先形状、希釈率などにより異なるが、これらを考慮して溶接金属がＦＡ凝固モードとなるような溶接ワイヤの化学組成を選択する。なお、希釈率とは、全溶接金属量に対する母材溶融量の割合である。

【0020】

一般的なＶ開先に消耗電極式溶接（ＧＭＡ溶接）を行ったときの溶接金属の希釈率は２０％以上３０％以下となる。この条件下でＦＭＳ鋼同士の溶接継ぎ手における溶接金属の化学組成がＦＡ凝固モードとなれば、溶接金属の凝固割れを抑制することができる。同様に、ＦＭＳ鋼と、引張強度が７８０ＭＰａ以上となる建築用高強度鋼（たとえば、ＨＴ７８０鋼）との溶接継ぎ手における溶接金属の化学組成についても、ＦＡ凝固モードとなれば、溶接金属の凝固割れを抑制することができる。

【0021】

まず、ＦＭＳ鋼同士の溶接について説明する。ＦＭＳ鋼の化学組成の一例を表1に示した。この化学組成に基づいて点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）をシェフラー型組織図上にプロットすると、図２に示した点ｇとなる。溶接ワイヤに関し、仮の点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）をシェフラー型組織図上にプロットし、点ｈとする。溶接金属の化学組成に基づく点は線分ｇｈ上にあり、これを点iとする。点ｉのシェフラー型組織図上における位置は希釈率により変化するので、希釈率が２０以上３０％以下のときに点iがＦＡ凝固モードの領域に入るように溶接ワイヤの化学組成に関する点座標、すなわち、点ｈを決める。なお、Ｃｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）およびＮｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）は、次式１および２により規定される。

【0022】

式１
Ｃｒ当量（Ｃｒ_ｅｑ）＝（ｍａｓｓ％Ｃｒ）＋（ｍａｓｓ％Ｍｏ）＋１．５×（ｍａｓｓ％Ｓｉ）＋０．５×（ｍａｓｓ％Ｎｂ）
式２
Ｎｉ当量（Ｎｉ_ｅｑ）＝（ｍａｓｓ％Ｎｉ）＋３０×（ｍａｓｓ％Ｃ）＋０．５×（ｍａｓｓ％Ｍｎ）

【0023】

【表1】

【0024】

次に、ＦＭＳ鋼と、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼との溶接継ぎ手について説明する。ＦＭＳ鋼として表１に示した化学組成を一例として取り上げて説明すると、この化学組成に基づく点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）は、図２に示したシェフラー型組織図の点ｇである。５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼の化学組成に基づく点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）は、図２に示したシェフラー型組織図の点ｓである。ＦＭＳ鋼と建築用高強度鋼では融点が異なるため、溶接時に溶融する割合が異なる。そこで、溶接試験により溶融する割合を調べたところ、ＦＭＳ鋼と建築用高強度鋼の溶融割合は１：３であることが確認された。この事実に基づき線分ｓｇを１：３に内分する点ｔが得られる。そして、溶接ワイヤに関し、仮の点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）をシェフラー型組織図上にプロットし、点ｕとする。ＦＭＳ鋼と建築用高強度鋼の溶接継ぎ手では、溶接金属の化学組成に基づく点は線分ｔｕ上にあり、これを点ｖとする。点ｖのシェフラー型組織図における位置は、点ｉと同様に希釈率により変化する。希釈率が２０以上３０％以下のときに点ｖがＦＡ凝固モードの領域に入るように溶接ワイヤの化学組成に関する点座標、すなわち、点ｕを決める。

【0025】

上記のとおりの点ｈおよび点ｕが取り得る範囲が相互に重なり合う部分が、図３に示したシェフラー型組織図における灰色で示した領域である。

【0026】

また、溶接継ぎ手は、その引張強度が母材の引張強度よりも高いことが望ましい。そこで、良好な引張強度が得られる溶接金属の化学組成を検討した結果、溶接金属の金属微細組織が、マルテンサイト単相、またはマルテンサイト相とδフェライト相の２相組織を有し、かつδフェライト相の体積率が７２％以下となることが有効であることが見出された。δフェライト相と引張強度の関係を表２と図４に示した。溶接金属内にδフェライト相の体積率が７２％より高くなる領域では、この領域の引張強度が、母材であるＦＭＳ鋼の引張強度よりも低くなる。このため、溶接継ぎ手は溶接金属の部分で破断する。一方、δフェライト相の体積率が７２％以下であると、溶接金属の引張強度が母材であるＦＭＳ鋼の引張強度以上となり、溶接継ぎ手は溶接金属の部分で破断しにくくなり、破断は母材で起こりやすくなる。

【0027】

【表2】

【0028】

実際に、溶接継ぎ手の引張強度を調べ、溶接金属で破断したときの溶接ワイヤの化学組成と、母材であるＦＭＳ鋼で破断したときの溶接ワイヤの化学組成をＣｒ当量およびＮｉ当量として表３に示し、かつ図５に示したシェフラー型組織図上にプロットした。図５において溶接金属で破断したときの溶接ワイヤの化学組成に対応する点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）は×印で、ＦＭＳ鋼で破断したときの溶接ワイヤの化学組成に対応する点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）を☆印で示した。これらのプロットに基づき、溶接金属での破断とＦＭＳ鋼での破断の境界である直線ｋが求められる。

【0029】

【表3】

【0030】

また、化学組成を変えた（具体的には、Ｃｒ当量およびＮｉ当量を変えた）溶接金属について、δフェライト相の体積率量を調べ、表４に示した。これらの溶接金属の化学組成に対応する点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）を図５に示したシェフラー型組織図上に併せてプロットした。このプロットにおいて、δフェライト相の体積率が７２％より低い場合を○印とし、高い場合を黒四角印とした。直線ｋよりも左側の領域ではδフェライト相の体積率が７２％より低く、母材であるＦＭＳ鋼で破断することが確認される。そこで、図３に示したシェフラー型組織図に直線ｋを併記した。

【0031】

【表4】

【0032】

以上より、ＦＭＳ鋼同士の溶接継ぎ手、およびＦＭＳ鋼と、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼との溶接継ぎ手の両方に対し、希釈率が２０％以上３０％以下で溶接金属がＦＡ凝固モードとなり、母材であるＦＭＳ鋼または建築用高強度鋼で破断するためには、溶接ワイヤの化学組成は、直線ｋよりも左側の領域に入る必要がある。つまり、溶接ワイヤの化学組成は、図３に示したシェフラー型組織図における点Ｐ（1８．７１，１０．０５）、点Ｑ（１７．１２，７．４６）および点Ｒ（７．８０，２．６８）の３点で囲まれる領域の範囲内に入るものとして定義付けられる。

【0033】

なお、４９０ＭＰａ級の低強度鋼（ＳＭ４９０、ＪＩＳ Ｇ ３１０６）、６００ＭＰａ級の高強度鋼（ＳＭ５９０、ＪＩＳ Ｇ ３１０６）および８００ＭＰａ級の高強度鋼（ＨＴ７８０、本州四国連絡橋公団（ＨＢＳ Ｇ ３１０２））では、Ｃｒ当量やＮｉ当量の値は、表５に示したように各鋼間で大きくは異ならないので、シェフラー型組織図上ではほぼ同じ位置にプロットされる。このため、４００ＭＰａ級の低強度鋼、６００ＭＰａ級の高強度鋼および８００ＭＰａ級鋼と、ＦＭＳ鋼との溶接には、化学組成が上記のとおりに定義付けられる溶接ワイヤを等しく適用することが可能である。得られる溶接継ぎ手は、ＦＭＳ鋼同士の溶接継ぎ手、およびＦＭＳ鋼と、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼との溶接継ぎ手のどちらの場合にも、応力振幅±３８７ＭＰａにおける疲労寿命がＦＭＳ鋼と同等の１２０００回以上であるものとして実現可能である。

【0034】

【表5】

【0035】

ＦＭＳ鋼の化学組成は、一般には、ｍａｓｓ％表示において、
Ｍｎ：２７．５％以上２８．４％未満
Ｓｉ： ２．０％以上１０．０％未満
を含有し、付加的に、
Ｃｒ：０％以上１２．０％未満
Ｎｉ：０％以上４．０％未満
Ａｌ：０％以上１０．０％未満
の含有が許容され、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物元素
が例示される。

【0036】

また、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する建築用高強度鋼の化学組成は、たとえば、ＨＴ５９０により例示される。ＨＴ５９０の化学組成は、ｍａｓｓ％表示において、
Ｃ：０．１１
Ｓｉ：０．２３
Ｍｎ：１．３９
Ｐ：０．０１２
Ｓ：０．００３
Ｖ：０．０５
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物元素
である。

【0037】

＜実施例１＞
ＦＭＳ鋼―ＦＭＳ鋼の突き合わせ溶接継ぎ手、およびＦＭＳ鋼―ＨＴ７８０鋼の突き合わせ溶接継ぎ手に関し、溶接時の希釈率が３０％である場合に、溶接金属がＦＡ凝固モードとなる開発溶接ワイヤ１を試作した。その化学組成を表６に示した。開発溶接ワイヤ１の化学組成に基づく点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）は、図３に示したシェフラー型組織図の点Ｐ、点Ｑおよび点Ｒで囲まれる領域内に入る。

【0038】

【表6】

【0039】

この溶接ワイヤを使用し、板厚１６ｍｍ、６０°のＶ開先で、シールドガスにＡｒ+２％Ｏ_２混合ガスを用いたＭＩＧ溶接を行った。溶接金属は、すべてＦＡ凝固モードで凝固し、溶接金属には割れは生じなかった。

【0040】

＜実施例２＞
溶接金属の強度を調べるために、溶接金属からＪＩＳ Ｚ ３１２１ １Ａ号試験片を切り出し、室温での引張試験を行った。その結果を表７に示した。また、比較のために、ＦＡ凝固モードで凝固したが、点座標（Ｃｒ_ｅｑ，Ｎｉ_ｅｑ）で示される化学組成が、図３に示した直線ｋよりも右側にプロットされる比較溶接ワイヤ１および２を試作した。その化学組成を表６に併せて示した。これらの比較溶接ワイヤ１および２を使用し、実施例１と同様に、板厚１６ｍｍ、６０°のＶ開先で、シールドガスにＡｒ+２％Ｏ_２混合ガスを用いたＭＩＧ溶接を行った。得られた溶接継ぎ手における溶接金属の引張試験を行った。その結果を表７に併せて示した。

【0041】

【表7】

【0042】

開発溶接ワイヤ１を使用して溶接して得られた溶接継ぎ手は、すべてＦＭＳ鋼で破断した。これに対し、比較溶接ワイヤ１を使用して得られた溶接継ぎ手は、すべて溶接金属で破断し、比較溶接ワイヤ２を使用して得られた溶接継ぎ手の一部は、溶接金属部で破断した。

【0043】

＜実施例３＞
溶接金属の引張強度に及ぼすδフェライト相の体積率の影響を調べた。開発溶接ワイヤ１と比較溶接ワイヤ１を使用し、板厚１６ｍｍ、６０°Ｖの開先で、シールドガスにＡｒ+２％Ｏ_２混合ガスを用いたＭＩＧ溶接を行い、溶接金属から平行部の長さ１ｍｍ、幅１ｍｍ、厚み０．５ｍｍ微小引張試験片を切り出した。δフェライト相の体積率が０％、１０％、３０％、５１％、６３％、７２％および９０％になる微小引張試験片に対して、室温において引張試験を行った。微小引張試験片のδフェライト相の体積率の測定値と微小引張試験を行った結果は表２に示したとおりである。なお、表２には、ＦＭＳ鋼とＨＴ７８０鋼について微小引張試験を行った結果を併せて示した。また、引張強度とδフェライト相の体積率の関係は図４に示したとおりである。微小試験片の引張強度は、δフェライト相の体積率の増加にともない、約９００ＭＰａから５００ＭＰａまで減少し、δフェライト相の体積率が７２％を超えると、母材であるＦＭＳ鋼の引張強度未満で破断した。

【0044】

＜実施例４＞
溶接継ぎ手の強度を調べるために、開発溶接ワイヤ１（試験体番号３）と比較溶接ワイヤ１（試験体番号７）について、板厚１６ｍｍ、６０°のＶ開先で、シールドガスにＡｒ+２％Ｏ_２混合ガスを用いたＭＩＧ溶接を行い、溶接金属の化学組成を調べた。溶接部の断面は図６に示したとおりである。溶接部の１層目を領域１、２層目を領域２、３層目を領域３、４層目領域４、５層目を領域５として、各領域１〜５における溶接金属の化学組成を分析した。その結果を表８に示した。開発溶接ワイヤ１（試験体番号３）では、すべての領域１〜５でδフェライト相の体積率が３％以下であった。また、表３に示したように、引張試験において溶接継ぎ手は、母材であるＦＭＳ鋼で破断した。これに対し、比較溶接ワイヤ１（試験体番号７）では、δフェライト相の体積率が７２％以上となる領域が存在した。表３に示したように、引張試験において溶接継ぎ手は、溶接金属で破断した。

【0045】

【表8】

【0046】

図７は、溶接継ぎ手における溶接部の金属組織を示した写真である。開発溶接ワイヤ１を使用して溶接した溶接継ぎ手である試験体番号３では、表８に示したように、δフェライト相の体積率は最大で３％となり、図７に示したように、９０％以上がεマルテンサイト相からなるニアマルテンサイト組織であった。これに対し、比較溶接ワイヤ１を使用して溶接した溶接継ぎ手である試験体番号７では、表８に示したように、δフェライト相の体積率が７２％を超える領域が存在し、図７に示したように、針状のεマルテンサイト相とδフェライト相の二相組織となった。

【0047】

＜実施例５＞
開発溶接ワイヤ１、比較溶接ワイヤ１および比較溶接ワイヤ２を使用し、板厚１６ｍｍ、６０°のＶ開先で、シールドガスにＡｒ+２％Ｏ_２混合ガスを用いたＭＩＧ溶接を行い、ＦＭＳ鋼―ＦＭＳ鋼の溶接継ぎ手とＦＭＳ鋼―ＨＴ７８０鋼の溶接継ぎ手とを作製した。これらの溶接継ぎ手について応力振幅一定条件における疲労試験を行った。その結果を表９に示した。ＦＭＳ鋼―ＦＭＳ鋼の溶接継ぎ手とＦＭＳ鋼―ＨＴ７８０鋼の溶接継ぎ手との両方において、応力振幅±３８７ＭＰａにおける疲労寿命がＦＭＳ鋼と同等の１２０００回以上になるのは、開発溶接ワイヤ１を使用して溶接した溶接継ぎ手のみであった。

【0048】

【表9】

【0049】

また、溶接継ぎ手について、溶接金属のシャルピー試験を行った。その結果を表１０に示した。

【0050】

【表10】

【0051】

ＦＭＳ鋼―ＦＭＳ鋼の溶接継ぎ手では、開発溶接ワイヤ１と比較溶接ワイヤ２を使用して溶接した場合に、シャルピー吸収エネルギーは、すべての試験温度で１００Ｊ以上となったが、比較溶接ワイヤ１を使用して溶接した場合に、−５０℃でのシャルピー吸収エネルギーが１００Ｊ未満となった。

【0052】

また、ＦＭＳ鋼―ＨＴ７８０鋼の溶接継ぎ手では、開発溶接ワイヤ１を使用して溶接した場合、比較溶接ワイヤ１および２を使用して溶接した場合よりも、０℃以上でのシャルピー吸収エネルギーが大きくなった。比較溶接ワイヤ２を使用して溶接した場合は、すべての試験温度でシャルピー吸収エネルギーは１００Ｊ未満となった。

【0053】

以上から、ＦＭＳ鋼―ＦＭＳ鋼の溶接継ぎ手およびＦＭＳ鋼―ＨＴ７８０鋼の溶接継ぎ手において、良好なシャルピー吸収エネルギーが得られるのは、開発溶接ワイヤ１を使用して溶接した場合のみであることが確認された。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】