特許 6901868 エレクトロスラグ溶接用ワイヤ、エレクトロスラグ溶接用フラックス及び溶接継手

(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】6901868

(24)【登録日】2021年6月22日

(45)【発行日】2021年7月14日

(54)【発明の名称】エレクトロスラグ溶接用ワイヤ、エレクトロスラグ溶接用フラックス及び溶接継手

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/30 20060101AFI20210701BHJP

   B23K 35/362 20060101ALI20210701BHJP

   B23K 35/368 20060101ALI20210701BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20210701BHJP

   C22C 38/08 20060101ALN20210701BHJP

【ＦＩ】

   B23K35/30 320X

   B23K35/30 320C

   B23K35/362 B

   B23K35/368 F

   !C22C38/00 302B

   !C22C38/08

【請求項の数】12

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2017-30282(P2017-30282)

(22)【出願日】2017年2月21日

(65)【公開番号】特開2018-43288(P2018-43288A)

(43)【公開日】2018年3月22日

【審査請求日】2019年9月30日

(31)【優先権主張番号】特願2016-178802(P2016-178802)

(32)【優先日】2016年9月13日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石▲崎▼ 圭人

(72)【発明者】

【氏名】袁 倚旻

(72)【発明者】

【氏名】名古 秀徳

(72)【発明者】

【氏名】杉村 朋子

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 喜臣

【審査官】 鈴木 毅

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１３８２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２２０７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５４１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−１１３４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０７１５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９４６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０５４７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３５／３０ − ３５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤ全質量あたり
質量％で、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
Ｆｅ：７９％以上
を含有し、残部が不可避的不純物からなり、
かつ、下記式（１）を満足することを特徴とするソリッドワイヤである、エレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００ （１）

【請求項2】

ワイヤ全質量あたり
質量％で、
合金成分として、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
Ｆｅ：８２％以上
を含有し、
Ｃｒ：０．５０％以下であり、
残部が不可避的不純物からなるとともに、
スラグ形成剤：１５％以下（０％を含む）であり、
かつ、下記式（１）を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤである、エレク
トロスラグ溶接用ワイヤ。
０．１７０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００ （１）

【請求項3】

ワイヤ全質量あたり
質量％で、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
Ｆｅ：７９％以上
を含有し、かつ、
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、残部が不可避的不純物からなり、
かつ、下記式（２）を満足することを特徴とするソリッドワイヤである、エレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００ （２）

【請求項4】

ワイヤ全質量あたり
質量％で、
合金成分として、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
Ｆｅ：８２％以上
を含有し、かつ、
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
残部が不可避的不純物からなるとともに、
スラグ形成剤：１５％以下（０％を含む）であり、
かつ、下記式（２）を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤである、エレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
０．１７０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００ （２）

【請求項5】

合金成分として、
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素をさらに含有し、
かつ、下記式（３）を満足することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
０．００１≦１．６（Ｃａ＋Ｍｇ）＋１．２５（ＲＥＭ＋Ｚｒ）＋Ａｌ＋０．８Ｔｉ≦０．７０ （３）

【請求項6】

前記スラグ形成剤は、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、およびＢａＯからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
かつ、下記式（４）を満足することを特徴とする、請求項２又は４に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。
（ＣａＯ＋ＣａＦ_２＋ＢａＦ_２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／（ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００ （４）
（但し、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）

【請求項7】

前記ワイヤにＣｕめっきが施されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤと共にエレクトロスラグ溶接に用いられるフラックスであって、
前記フラックスは、質量％で、
ＳｉＯ_２：０〜３５％、
ＣａＯ：５〜６０％、
ＣａＦ_２：３〜５０％、
ＢａＦ_２：０〜２０％、
ＭｇＯ：０〜２０％、
Ａｌ_２Ｏ_３：０〜６５％、
ＭｎＯ：０〜２０％、
ＴｉＯ_２：０〜１０％、
ＺｒＯ_２：０〜１０％、
ＦｅＯ：０〜５％、
Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％、
Ｋ_２Ｏ：０〜１０％、
ＢａＯ：０〜２０％、
を含有し、
かつ、下記式（５）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用フラックス。
（ＣａＯ＋ＣａＦ_２＋ＢａＦ_２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／（ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００ （５）
（但し、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）

【請求項9】

請求項６または７に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および請求項８に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手であって、
前記溶接継手における溶接金属が、質量％で、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
かつ、下記式（６）を満足することを特徴とする、溶接継手。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００ （６）

【請求項10】

請求項６または７に記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および請求項８に記載のエレクトロスラグ溶接用フラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手であって、
前記溶接継手における溶接金属が、質量％で、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
を含有し、かつ
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
かつ、下記式（７）の範囲を満足することを特徴とする、溶接継手。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００ （７）

【請求項11】

前記溶接金属は、質量％で
Ｏ：０％以上、０．０２５％以下
Ｎ：０％以上、０．０１０％以下
をさらに含有することを特徴とする、請求項９または１０に記載の溶接継手。

【請求項12】

母材として５〜１０％のＮｉを含有する鋼板を用いることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の溶接継手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液化天然ガスなどを低温で貯蔵するタンクや使用する化学プラントに適用される極低温用鋼５．０〜１０．０％Ｎｉ鋼のエレクトロスラグ溶接に用いられるワイヤおよび当該溶接に用いるフラックス、並びにこれらの溶接材料を用いて得られる溶接継手に関する。

【背景技術】

【0002】

９％Ｎｉ鋼は、高い強度と、液体窒素温度（−１９６℃）程度の優れた極低温靱性とを有している。そのため、９％Ｎｉ鋼は、液化天然ガス（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ、ＬＮＧ）などのように低温で貯蔵される貯蔵タンクを溶接により製造するための母材として汎用されている。これらの貯蔵タンクでは、ＬＮＧなどの液体の温度域である−１６２℃以下の温度域での極低温靭性に優れることが要求される。そのため、９％Ｎｉ鋼を溶接して形成される溶接継手の溶接金属（溶接接合部）においても、同様に、優れた極低温靭性を有していることが要求される。

【0003】

従来、９％Ｎｉ鋼の溶接に際し、Ｎｉ基溶接材料を用いた被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、自動ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接などの溶接方法が適用されてきた。これらの溶接方法で得られた溶接金属は極低温靭性に優れるものの、９％Ｎｉ鋼母材よりも強度が低く、構造物の設計板厚はＮｉ基溶接金属部の強度に合わせて板厚を厚くしなければならない課題がある。一方、鉄鋼各社は極低温用鋼のＮｉ量削減を進めており、７％Ｎｉ鋼や５％Ｎｉ鋼の実用化・検討がなされている。

【0004】

特許文献１〜４には、極低温鋼用の溶接用ソリッドワイヤあるいはガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤが提案されている。しかしながら、いずれの発明も純ＡｒもしくはＡｒに２％以下の酸素、炭酸ガスもしくはＨｅガスを用いたガスシールドアーク溶接で、入熱は１．４〜２．２ｋＪ／ｍｍ程度とＴＩＧ溶接と比較して能率は向上しているものの、さらなる高能率の施工法が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−９２４７号公報

【特許文献2】特開２０１６−２００４号公報

【特許文献3】特開２０１６−９３８２３号公報

【特許文献4】特許第５８８０６６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、例えば入熱量が１０ｋＪ／ｍｍ以上の高能率であって、強度および極低温特性等の機械的特性に優れた溶接金属を有する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】

【0007】

本発明者らは、溶接材料においてもＮｉ基から５．０〜１０．０％Ｎｉ程度の溶接金属継手で所定の機械的特性が得られる高能率の溶接施工法を検討した。その結果、１０．０ｋＪ／ｍｍ以上の高能率な溶接が可能、かつ所定の機械的特性が得られるエレクトロスラグ溶接用ワイヤおよびフラックス、それらを用いた溶接金属化学成分系を見出した。

【0008】

すなわち、上記課題を解決し得る本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量あたり、質量％で、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
Ｆｅ：７９％以上
を含有し、
かつ、下記式（１）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用ワイヤである。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００ （１）

【0009】

または、ワイヤ全質量あたり、
質量％で、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
Ｆｅ：７９％以上
を含有し、かつ、
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
かつ、下記式（２）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用ワイヤである。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００ （２）

【0010】

本発明の好ましい実施形態において、上記エレクトロスラグ溶接用ワイヤは、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
かつ、下記式（３）を満足することを特徴とする。
０．００１≦１．６（Ｃａ＋Ｍｇ）＋１．２５（ＲＥＭ＋Ｚｒ）＋Ａｌ＋０．８Ｔｉ≦０．７０ （３）

【0011】

本発明の好ましい実施形態において、上記エレクトロスラグ溶接用ワイヤは、ソリッドワイヤまたはフラックス入りワイヤである。

【0012】

本発明の好ましい実施形態において、エレクトロスラグ溶接用ワイヤは、ワイヤ全質量に対し、スラグ形成剤を０％超、１５％以下含み、かつ当該スラグ形成剤は、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、およびＢａＯからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、かつ下記式（４）を満足することを特徴とするフラックス入りワイヤである。
（ＣａＯ＋ＣａＦ_２＋ＢａＦ_２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／（ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００ （４）
（但し、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）

【0013】

本発明の好ましい実施形態において、上記エレクトロスラグ溶接用ワイヤは、Ｃｕめっきが施されたものである。

【0014】

上記課題を解決し得る本発明のフラックスは、上記のいずれかに記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤと共にエレクトロスラグ溶接に用いられるフラックスであって、質量％で、
ＳｉＯ_２：０〜３５％、
ＣａＯ：５〜６０％、
ＣａＦ_２：３〜５０％、
ＢａＦ_２：０〜２０％、
ＭｇＯ：０〜２０％、
Ａｌ_２Ｏ_３：０〜６５％、
ＭｎＯ：０〜２０％、
ＴｉＯ_２：０〜１０％、
ＺｒＯ_２：０〜１０％、
ＦｅＯ：０〜５％、
Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％、
Ｋ_２Ｏ：０〜１０％、
ＢａＯ：０〜２０％、
を含有し、
かつ、下記式（５）を満足することを特徴とする、エレクトロスラグ溶接用フラックスである。
（ＣａＯ＋ＣａＦ_２＋ＢａＦ_２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／（ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００ （５）
（但し、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）

【0015】

また、上記課題を解決し得る本発明の溶接継手は、上記のいずれかに記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および前記エレクトロスラグ溶接用フラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手であって、
前記溶接継手における溶接金属が、質量％で、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
かつ、下記式（６）を満足することを特徴とする、溶接継手である。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００ （６）

【0016】

または、上記課題を解決し得る本発明の溶接継手は、上記のいずれかに記載のエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および前記エレクトロスラグ溶接用フラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される溶接継手であって、
前記溶接継手における溶接金属が、質量％で、
Ｃ ：０％超、０．０７％以下、
Ｓｉ：０％超、０．５０％以下、
Ｍｎ：０％超、１．０％以下、
Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
を含有し、かつ
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
かつ、下記式（７）の範囲を満足することを特徴とする、溶接継手である。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００ （７）

【0017】

本発明の好ましい実施形態において、上記溶接継手は、前記溶接金属が、質量％で
Ｏ：０％超、０．０２５％以下
Ｎ：０％超、０．０１０％以下
をさらに含有することを特徴とする。

【0018】

本発明の好ましい実施形態において、前記溶接継手は、母材として５〜１０％のＮｉを含有する鋼板を用いるものである。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、入熱量が例えば１０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接時であっても強度および極低温靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、実施例における開先溶接の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明者らは、上記課題を解決するため、６．０〜１５．０％Ｎｉ程度の溶接材料を用いた大入熱溶接法として、従来検討されていなかったエレクトロスラグ溶接を適用して検討を行なった。その結果、成分が適切に調整された溶接材料を用いれば、入熱量が例えば１０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接時であっても、強度および極低温靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られることを見出し、本発明を完成した。

【0022】

ここでエレクトロスラグ溶接は、溶融したスラグ浴の中に溶接ワイヤを入れ、主に溶融スラグのジュール熱を熱源として母材と溶接ワイヤとを溶融させて溶接する方法である。エレクトロスラグ溶接によれば、造船や産業機械分野などのように板厚が大きい構造物の立向き溶接を１パスで行なうことが可能である。上記構造物の立向き溶接は、これまでエレクトロガスアーク溶接で行なわれてきたが、溶接作業者にとってアーク放射熱、ヒューム、スパッタ等の作業環境上の問題があった。さらに板厚が増すとシールドが劣化し、溶接部の機械的性能が劣化するなどの問題もある。

【0023】

これに対し、エレクトロスラグ溶接では、エレクトロガスアーク溶接のように露出したアークではなく溶融スラグ内で熱が発生してワイヤおよび母材を溶融するので、アーク放射熱が発生せず、またヒューム、スパッタの発生も少なく、作業環境が改善される。また溶融スラグで溶接金属を大気から遮蔽するのでシールドガスが不要であり、板厚が大きくなってもシールド効果が劣化することがなく、大気に存在する窒素などの溶融金属内への侵入を板厚に関係なく効果的に防止できるので、溶接金属の機械的な劣化も発生しにくい。

【0024】

本明細書では、エレクトロスラグ溶接用ワイヤを単にワイヤと呼ぶ場合がある。

【0025】

以下、本発明について詳しく説明する。以下、％は特に断りのない限り、質量％を意味する。また、「〜」とはその下限の値以上、その上限の値以下であることを意味する。

【0026】

（エレクトロスラグ溶接用ワイヤ）
本発明に係るエレクトロスラグ溶接用ワイヤの成分は以下のとおりである。なお、本発明では、後述するようにフラックス入りワイヤが好ましく用いられるが、その場合におけるエレクトロスラグ溶接用ワイヤの成分は、フラックス入りワイヤに含まれる各成分の質量％を当該フラックス入りワイヤの全質量に対する割合で規定したものである。なお、フラックス入りワイヤの全質量とはフープとフラックスとの全質量を合わせたものをいう。

【0027】

Ｃ：０％超、０．０７％以下
Ｃは、固溶強化および化合物を形成して強度確保に寄与する元素である。上記作用を有効に発揮させるため、Ｃ量は０．００３％以上であることが好ましい。但し、Ｃ量を過剰に添加すると化合物粒子数の増加を招き、当該化合物粒子がシャルピー試験時のボイド形成の起点として作用して極低温靭性が低下するため、Ｃ量を０．０７％以下とする。Ｃ量は、０．０５％以下であることが好ましい。

【0028】

Ｓｉ：０％超、０．５０％以下
Ｓｉは脱酸元素であり、溶接金属中の酸素濃度を低下させることで極低温靭性の向上作用を有する。上記作用を有効に発揮させるため、Ｓｉ量は０．００３％以上であることが好ましい。但し、Ｓｉの過剰添加は強度の過大な上昇を招き、極低温靭性が低下するため、Ｓｉ量を０．５０％以下とする。Ｓｉ量は、０．４０％以下であることが好ましい。

【0029】

Ｍｎ：０％超、１．０％以下
Ｍｎは、固溶強化により強度確保に寄与する元素である。Ｍｎ量が不足すると、所定の強度が得られないため、Ｍｎ量は０．０１％以上であることが好ましい。但し、Ｍｎの過剰添加は強度の過大な上昇を招き、極低温靭性が低下するため、Ｍｎ量を１．０％以下とする。Ｍｎ量は、０．９％以下であることが好ましい。

【0030】

Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
Ｎｉは、低温靭性の確保に必須の元素であり、Ｎｉ量を６．０％以上とする。Ｎｉ量は７．０％以上であることが好ましい。但し、Ｎｉの過剰添加は強度の上昇を招き、極低温靭性が低下するため、Ｎｉ量を１５．０％以下とする。Ｎｉ量は、１４．０％以下であることが好ましい。

【0031】

Ｆｅ：７９％以上
Ｆｅは対象母材と同様、基本成分であり、母材と溶接金属とからなる継手の成分的連続性を確保するため、７９％以上とする。７９％未満の場合、他の合金成分あるいはスラグ形成剤を規定以上添加する必要が生じ、結果として溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。Ｆｅ量は、８２％以上であることが好ましい。

【0032】

前述のとおり、各成分の作用については述べたが、規定の成分範囲であっても必要とする機械的性質を満足しない場合があった。そこで発明者らがさらに鋭意検討・試験を行った結果、大入熱のエレクトロスラグ溶接において、溶接金属の組織粗大化を抑え、微細な組織が得られ、結果機械的性質を満足する合金成分の関係式（１）を見出した。なお、式（１）中のＣ、Ｓｉ等は、ワイヤ全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）であるが、単位を省略している。後述する式（２）〜（３）においても同様である。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００ （１）
式（１）のパラメータが０．１５０未満の場合、所定の強度が得られない。式（１）のパラメータは、０．１６０以上が好ましく、０．１７０以上がより好ましい。一方、式（１）のパラメータが０．３００を超えると溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。式（１）のパラメータは、０．２９０以下が好ましく、０．２８０以下がより好ましい。

【0033】

同様に、規定の成分範囲であっても必要とする機械的性質を満足しない場合があった。そこで発明者らがさらに鋭意検討・試験を行った結果、大入熱のエレクトロスラグ溶接において、さらに、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、溶接金属の組織粗大化を抑え、微細な組織が得られ、結果機械的性質を満足する合金成分の関係式（２）を見出した。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００ （２）
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢは強度確保に寄与する元素である。式（２）のパラメータが０．１５０未満の場合、所定の強度が得られない。式（２）のパラメータは、０．１６０以上が好ましく、０．１７０以上がより好ましい。一方、式（２）のパラメータが０．３００を超えると溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。式（２）のパラメータは、０．２９０以下が好ましく、０．２８０以下がより好ましい。

【0034】

上述したＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢの含有量のより好ましい範囲は、以下に示す通りである。
より好ましい範囲
Ｃｕ：０．４５％以下
Ｃｒ：０．５０％以下
Ｍｏ：０．５５％以下
Ｗ ：０．５０％以下
Ｎｂ：０．２０％以下
Ｖ ：０．２０％以下
Ｂ ：０．０１％以下

【0035】

また、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、
０．００１≦１．６（Ｃａ＋Ｍｇ）＋１．２５（ＲＥＭ＋Ｚｒ）＋Ａｌ＋０．８Ｔｉ≦０．７０ （３）
を満足することが好ましい。

【0036】

Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉは脱酸元素であり、溶接金属中の酸素濃度を低下させて極低温靭性の改善作用を有する。このような作用を有効に発揮させるため、式（３）のパラメータが０．００１以上であることが好ましい。しかしながら、本発明のように入熱量の大きい大入熱施工を対象とする場合、前述したように溶接後の冷却速度が低いため、酸化物の凝集・合体による粗大化が進行しやすい。そのため、過剰に添加すると粗大酸化物が増加し、極低温靭性確保の観点から、式（３）のパラメータは０．７０以下が好ましい。また、式（３）のパラメータは０．１０以上であることがより好ましい。

【0037】

上述したＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ、Ａｌ、およびＴｉの含有量のより好ましい範囲は、以下に示す通りである。
より好ましい範囲
Ｃａ：０．０００５〜０．２０％
Ｍｇ：０．０００５〜０．２０％
ＲＥＭ：０．００１〜０．２０％
Ｚｒ：０．００１〜０．１５％
Ａｌ：０．００１〜０．２０％
Ｔｉ：０．００１〜０．１０％

【0038】

本発明に係るエレクトロスラグ溶接用ワイヤの組成は上記のとおりであり、残部は不可避的不純物である。不可避的不純物として、例えばＰ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｏ、Ｎなどが挙げられる。

【0039】

本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤは、通電性を高めるため、表面にＣｕめっきが施されていることが好ましい。そのＣｕめっき量は、０．１０％以上０．３０％以下であることが好ましい。

【0040】

本発明のエレクトロスラグ溶接用ワイヤには、ソリッドワイヤ及びフラックス入りワイヤの両方が含まれる。このうちフラックス入りワイヤは、外皮（以下、フープともいう）の内側にフラックスが充填されたものであり、成分設計がし易く、また溶着速度および溶着効率などにも優れている。

【0041】

上記フープの組成は、フラックス入りワイヤの組成が上記範囲であれば特に限定されない。

【0042】

フラックス入りワイヤのフラックスは酸化物・フッ化物系および金属系に大別されるが、金属系フラックス入りワイヤは特に、メタルコアドワイヤ（ＭＣＷ：Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅｄ Ｗｉｒｅ）と呼ばれることがある。

【0043】

フラックス入りワイヤのフラックス充填率は、５〜２５％であることが好ましい。これらの範囲を外れると、作業性が劣化するなどの問題がある。ここで上記フラックス充填率は、フープ内に充填されるフラックスの充填率を、ワイヤの全質量に対する割合で規定したものである。なお、ワイヤの全質量とはフープとフラックスの全質量を合わせたものをいう。

【0044】

上記フラックス入りワイヤのフラックスは、酸化物・フッ化物系および金属系に大別され、金属系は上述したワイヤ組成の範囲を満足し、酸化物・フッ化物（スラグ形成剤）は、ワイヤ全質量に対し、０％超、１５％以下含まれ、かつＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、およびＢａＯからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有し、かつ下記式（４）を満足することを特徴とする。なお、式（４）中のＣａＯ、ＣａＦ_２等の各成分の表記は、ワイヤ全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）である。
（ＣａＯ＋ＣａＦ_２＋ＢａＦ_２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／（ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００ （４）
（但し、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）

【0045】

スラグ形成剤の使用により、エレクトロスラグ溶接時に当該スラグ形成剤が溶融してスラグ化し、スラグが溶融金属を保護し、大気からの窒素および酸素の混入を防止する。さらに、そのスラグ形成剤の組成式（４）の範囲に規定することにより、溶接金属の酸素量が低減し、極低温靭性が向上する。式（４）のパラメータが１．００以上であることが好ましく、１．３０以上であることがより好ましい。また、スラグ形成剤にはＣａＣＯ_３、ＢａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３などの炭酸塩をフープ内に充填されるフラックス充填剤として用いてもよいが、溶接時に炭酸塩が熱により分解し、ＣＯ_２ガスを発生し、溶接金属中の酸素量が増加し、極低温靭性に影響を及ぼす。従って、好ましくは、炭酸塩をフラックス充填剤に使用しない。なお、炭酸塩を用いる場合、上記式（４）のパラメータの算出には炭酸塩が熱で分解することを考慮し、実際の炭酸塩重量からＣＯ_２分を除き、それぞれＣａＣＯ_３をＣａＯ量に、ＢａＣＯ_３をＢａＯ量に、ＭｇＣＯ_３をＭｇＯ量に換算する。

【0046】

フラックス入り溶接ワイヤの製造方法は特に限定されず、一般的な工程で製造すればよい。例えば、軟鋼のフープをＵ字状に成型し、Ｕ字状成型フープにフラックスを充填した後、フラックスを内部に充填した筒状型に成型し、目的の径まで伸線して製造される。

【0047】

（フラックス）
エレクトロスラグ溶接では、溶接が進むにつれて減少する溶融スラグを補うためにフラックスが追加投入されるが、このフラックスを本明細書では単にフラックスという。エレクトロスラグ溶接では、溶接が進行するにつれて溶融金属は冷却されて溶接金属となり、溶融スラグ浴の一部は溶融スラグ層となるが、溶接の進行につれて溶融スラグ層が冷却されて固化スラグとなり、溶融スラグが消費される。この溶融スラグ浴の減少を補うため、フラックスが用いられる。フラックスは、溶融型フラックスとボンド型（焼成型）フラックスとに大別される。溶融型フラックスは、種々の原料を電気炉などで溶解し、粉砕することにより製造される。一方、焼成型フラックスは、種々の原料をケイ酸アルカリなどのバインダーにより結合し、造粒した後、焼成することにより製造される。焼成型フラックスは前述の炭酸塩を原料として用いる場合があるが、溶接時に炭酸塩が熱により分解し、ＣＯ_２ガスを発生し、溶接金属中の酸素量が増加し、極低温靭性に影響を及ぼす。従って、好ましくは溶融型フラックスを用いる。

【0048】

本発明に用いられるフラックスの組成は以下のとおりである。

【0049】

ＳｉＯ_２：０〜３５％
ＳｉＯ_２は酸性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調整する成分である。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＳｉＯ_２を含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＳｉＯ_２量が３５％を超えると、溶融スラグの粘性が高くなり、溶込み不良が生じるため、ＳｉＯ_２量は３５％以下が好ましく、３０％以下がより好ましい。

【0050】

ＣａＯ：５〜６０％
ＣａＯは塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調節するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ＣａＯ量が５％未満の場合、溶接金属の酸素量が増加するため、ＣａＯ量は５％以上であることが好ましく、１０％以上がより好ましい。但し、ＣａＯ量が６０％を超えると、アンダーカットおよびスラグ巻き込みが発生するため、ＣａＯ量は６０％以下が好ましく、５５％以下がより好ましい。

【0051】

ＣａＦ_２：３〜５０％
ＣａＦ_２も塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調節するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ＣａＦ_２量が３％未満の場合、溶接金属の酸素量が増加するため、ＣａＦ_２量は３％以上が好ましく、５％以上がより好ましい。但し、ＣａＦ_２量が５０％を超えると、アンダーカットおよびスラグ巻き込みが発生し易くなると共に、溶接時にフッ化ガスが発生して溶接が安定しないため、ＣａＦ_２量は５０％以下が好ましく、４５％以下がより好ましい。

【0052】

ＢａＦ_２：０〜２０％
ＢａＦ_２も塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調節するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。本発明では、他成分で粘性および融点、さらには溶接金属酸素量の調整が可能であり、ＢａＦ_２を含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＢａＦ_２量が２０％を超えると溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落する。このため、ＢａＦ_２量は２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましい。

【0053】

ＭｇＯ：０〜２０％
ＭｇＯも塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調整するために有効な成分である。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＭｇＯを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＭｇＯ量が２０％を超えると溶融スラグの融点が高くなり過ぎ粘性も高くなる結果、溶込み不良が生じるため、ＭｇＯ量は２０％以下であることが好ましく、１５％以下がより好ましい。

【0054】

Ａｌ_２Ｏ_３：０〜６５％
Ａｌ_２Ｏ_３は溶融スラグの粘性および融点を調整するために有効な成分である。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、Ａｌ_２Ｏ_３を含まなくてもよい。一方、含有する場合は、Ａｌ_２Ｏ_３量が６５％を超えると溶融スラグの粘性が高くなり、溶込み不良が生じるため、６５％以下であることが好ましく、６０％以下がより好ましい。また、Ａｌ_２Ｏ_３量は、３％以上が好ましい。

【0055】

ＭｎＯ：０〜２０％
ＭｎＯは、溶融スラグの粘性および融点を調整するために有効な成分である。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＭｎＯを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＭｎＯ量が２０％を超えると、溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落する。このため、ＭｎＯ量は２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましい。

【0056】

ＴｉＯ_２：０〜１０％およびＺｒＯ_２：０〜１０％
ＴｉＯ_２およびＺｒＯ_２は、溶融スラグの融点を調整するために有効な成分である。本発明では、他成分で融点の調整が可能であり、ＴｉＯ_２およびＺｒＯ_２を含まなくてもよい。一方、含有する場合、ＴｉＯ_２およびＺｒＯ_２がそれぞれ１０％を超えると、融点付近で粘度が急激に高くなるため、スラグ巻込みが発生しやすくなる。そのため、ＴｉＯ_２およびＺｒＯ_２量はそれぞれ１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。

【0057】

ＦｅＯ：０〜５％
ＦｅＯは、溶融スラグの粘性および融点を調整するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＦｅＯを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＦｅＯ量が５％を超えると、ビード表面にスラグが生成して焼付きやすくなるため、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。

【0058】

Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％
Ｎａ_２Ｏは、溶融スラグの粘性を調整するために非常に有効な成分である。ただし、本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、Ｎａ_２Ｏを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、Ｎａ_２Ｏ量が１０％を超えると、溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落するため、１０％以下が好ましく、より好ましくは７％以下である。

【0059】

Ｋ_２Ｏ：０〜１０％
Ｋ_２Ｏは、溶融スラグの粘性を調整するために非常に有効な成分である。ただし、本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、Ｋ_２Ｏを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、Ｋ_２Ｏ量が１０％を超えると、溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落する。このため、Ｋ_２Ｏ量は、１０％以下が好ましく、７％以下がより好ましい。

【0060】

ＢａＯ：０〜２０％
ＢａＯは、塩基性成分であり、溶融スラグの粘性および融点を調節するために有効な成分であると共に、溶接金属の酸素量を低減させる効果が高い。ただし、本発明では、他成分で粘性および融点の調整が可能であり、ＢａＯを含まなくてもよい。一方、含有する場合は、ＢａＯ量が２０％を超えると、溶融スラグの融点が低くなり過ぎて粘性が不足し、摺動式銅当て金と溶接金属との間から溶融スラグが排出しやすくなり過ぎ、溶融スラグによる溶融金属の抑えが効かなくなり溶落する。このため、ＢａＯ量は、２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましい。

【0061】

フラックスの組成は、溶接金属の酸素量低減に効果的であり、溶接金属部の靭性向上に繋がるため、各成分量の限定範囲内かつ式（５）を満足することが好ましい。なお、式（５）中のＣａＯ、ＣａＦ_２等の各成分の表記は、フラックス全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）である。
（ＣａＯ＋ＣａＦ_２＋ＢａＦ_２＋ＭｇＯ＋ＢａＯ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／（ＳｉＯ_２＋０．５（Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＯ_２＋ＺｒＯ_２＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ））≧１．００ （５）
（但し、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｎＯ、およびＦｅＯのいずれも含まない場合は＞１００とする。）

【0062】

本発明に係るフラックスの組成は上記のとおりであり、残部はＰ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等の不可避的不純物である。

【0063】

（溶接継手）
本発明の溶接継手は、上記エレクトロスラグ溶接用ワイヤおよびフラックスを用い、エレクトロスラグ溶接により作製される。上記溶接継手における溶接金属の組成（各成分量）は、残部がＦｅおよび不可避的不純物である点を除き、エレクトロスラグ溶接用ワイヤの組成と同じであって、各成分の作用効果も同一である。したがって、以下の記載において、前述したエレクトロガス溶接用ワイヤと重複する成分の作用効果は、説明の重複を避けるため省略して、好ましい範囲のみ記載する。

【0064】

Ｃ：０％超、０．０７％以下
好ましい上限：０．０６％

【0065】

Ｓｉ：０％超、０．５０％以下
好ましい上限：０．４０％、より好ましくは０．３０％

【0066】

Ｍｎ：０％超、１．０％以下
好ましい上限：０．８％

【0067】

Ｎｉ：６．０〜１５．０％、
好ましい下限：７．０％、
好ましい上限：１４．０％、より好ましくは１２．０％

【0068】

また、上記溶接継手における溶接金属は、下記式（６）を満足する。なお、式（６）中のＣ、Ｓｉ等は、溶接金属全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）であるが、単位を省略している。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０≦０．３００ （６）
発明者らは、上記ワイヤにおける式（１）と同様の観点から、溶接金属において式（６）を満たすことの技術的意義を見出した。式（６）のパラメータが０．１５０未満の場合、所定の強度が得られない。式（６）のパラメータは、０．１６０以上が好ましく、０．１７０以上がより好ましい。一方、式（６）のパラメータが０．３００を超えると溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。式（６）のパラメータは、０．２９０以下が好ましく、０．２８０以下がより好ましい。

【0069】

また、上記溶接継手における溶接金属は、さらに、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有する場合には、下記式（７）を満足する。なお、式（７）中のＣ、Ｓｉ等は、溶接金属全質量あたりのそれぞれの含有量（質量％）であるが、単位を省略している。
０．１５０≦Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｗ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｎｂ／１０＋Ｖ／１０＋５×Ｂ≦０．３００ （７）
Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢは強度確保に寄与する元素である。発明者らは、上記ワイヤにおける式（２）と同様の観点から、溶接金属において式（７）を満たすことの技術的意義を見出した。式（７）のパラメータが０．１５０未満の場合、所定の強度が得られない。式（７）のパラメータは、０．１６０以上が好ましく、０．１７０以上がより好ましい。一方、式（７）のパラメータが０．３００を超えると溶接金属の強度が過大となり、極低温靭性が低下する。式（７）のパラメータは、０．２９０以下が好ましく、０．２８０以下がより好ましい。
なお、溶接金属中におけるＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢのそれぞれの好ましい含有量は、上記ワイヤにおける好ましい含有量と同じである。

【0070】

Ｏ ：０％超、０．０２５％以下
Ｏは酸化物を形成し、当該酸化物がシャルピー試験時のボイド形成の起点として作用するため、極低温靭性が低下する。したがって、Ｏ量は、０．０２５％以下とすることが好ましく、望ましくは含有しない。

【0071】

Ｎ ：０％超、０．０１０％以下
Ｎは固溶元素として溶接金属部のマトリックスを強化する一方、脆性破壊を誘発する元素でもあり、極低温靭性が低下する。したがって、Ｎ量は、０．０１０％以下とすることが好ましく、望ましくは含有しない。

【0072】

本発明に係る溶接金属の基本組成は上記のとおりであり、残部は、鉄およびワイヤから添加した、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、および脱酸剤として添加したＣａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉの一部がスラグとして排出されず溶接金属中に残ったもの、さらには不可避的不純物である。不可避的不純物として、例えばＰ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等が挙げられる。

【0073】

上記溶接継手の作製に用いられる母材は、５〜１０％のＮｉを含有する鋼板を用いることが好ましい。Ｎｉ量が５％未満では、極低温靭性が確保できないなどの問題がある。Ｎｉ量は、より好ましくは５．２％以上であり、更に好ましくは６．５％以上である。但し、Ｎｉ量が１０％を超えると鋼材コストが上昇するため、Ｎｉ量は１０％以下であることが好ましい。Ｎｉ量は、より好ましくは９．５％以下である。

【実施例】

【0074】

本実施例では、母材として表１に示す組成（残部は不可避的不純物である）を有する鋼板、表２〜５に示す組成を有するエレクトロスラグ溶接用ワイヤ、および表６に示す組成を有するフラックスを用いて下記の溶接条件にて溶接金属を作製した。なお、表１〜６および以下に示す表７〜１０において、各成分組成における“０”なる表記は、組成分析における検出限界値未満であることを意味する。

【0075】

また、表２〜５に示すスラグ量は、ワイヤ中に含まれるスラグ形成剤の量であり、その組成から式（４）にて算出した値を記載している。試験したワイヤは、フラックス入りワイヤ、ＭＣＷ、ソリッドワイヤがあり、ＭＣＷおよびソリッドワイヤの場合は備考欄に示し、フラックス入りワイヤの場合は空欄とした。また、Ｃｕめっきの有無は備考欄に示した。Ｃｕめっき量は、０．１０〜０．３０％の範囲とし、表２〜５のワイヤＣｕ量は、Ｃｕめっき量とめっき以外にワイヤに合金として含有する量の総和を示している。
また、表２〜５に示す各ワイヤにおいて、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢのいずれも含有しないワイヤについては、式（１）のパラメータ値のみを記載し、式（２）のパラメータ値は空欄としている。一方、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有するワイヤについては、式（２）のパラメータ値のみを記載し、式（１）のパラメータ値は空欄としている。

【0076】

【表1】

【0077】

【表2】

【0078】

【表3】

【0079】

【表4】

【0080】

【表5】

【0081】

【表6】

【0082】

また、図１に示すように、銅当て金１（開先の裏側）および摺動式銅当て金２（開先の表側）に囲まれた開先の幅は１０ｍｍであり、２０°Ｖ開先溶接を行った。なお、銅当て金１および摺動式銅当て金２はいずれも、水冷されたものを用いた。

【0083】

溶接方法：エレクトロスラグ溶接
溶接条件：
母材の板厚：３０ｍｍ
開先形状：図１を参照
スラグ浴深さ２５ｍｍで溶接を開始
ワイヤ：表２〜５を参照
ワイヤ径＝１．６ｍｍ
入熱条件：約１２〜１９ｋＪ／ｍｍ（溶接電流３４０〜３８０Ａ−溶接電圧４０〜４４Ｖ）
溶接姿勢：立向き１パス

【0084】

このようにして得られた溶接金属の組成（残部は不可避的不純物である）を表７〜１０に示す。なお、表７〜１０に示される各溶接金属において、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢのいずれも含有しない溶接金属については、式（６）のパラメータ値のみを記載し、式（７）のパラメータ値は空欄としている。一方、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、およびＢからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含有する溶接金属については、式（７）のパラメータ値のみを記載し、式（６）のパラメータ値は空欄としている。また、上記溶接金属について、以下の特性を評価した。

【0085】

（強度）
溶接金属の中央部より、溶接線方向に平行にＪＩＳ Ｚ２２０２記載の方法で引張試験片を採取して、ＪＩＳ Ｚ２２４１に記載の方法で引張り試験を行った。本実施例では、引張強度ＴＳ＞６９０ＭＰａの溶接金属を合格とした。

【0086】

（極低温靭性）
得られた溶接金属の板厚中央部より、溶接線方向に垂直にシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ ４号Ｖノッチ試験片）を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２に記載の方法で−１９６℃でのシャルピー衝撃試験を実施した。同様の試験を３回行い、その平均値を算出したとき、吸収エネルギーＩＶが４０Ｊ以上の溶接金属を極低温靭性に優れると評価した。

【0087】

（ビード外観）
ビード外観は目視にて行い、下記基準で評価した。
合格：ビードの際が揃って直線性に優れているもの
不合格：ビードが大きく蛇行しているもの、またはアンダーカットが発生したもの

【0088】

【表7】

【0089】

【表8】

【0090】

【表9】

【0091】

【表10】

【0092】

表７〜１０の結果より、以下のように考察することができる。

【0093】

まず、表７〜１０のＮｏ．１〜９０は、本発明の要件を満足する表２〜５のＮｏ．１〜９０のワイヤを用いた例であり、１０．０ｋＪ／ｍｍ以上の大入熱溶接を施したにもかかわらず、極低温靭性ＩＶ（吸収エネルギー）および強度ＴＳ（引張強度）の両方に優れた溶接金属が得られた。

【0094】

これらのうち、フラックスとして本発明の組成を満足する表６のＡ〜Ｌを用いた結果、ビード外観は良好であった。

【0095】

これに対し、表１０のＮｏ．９１〜１００は、本発明の要件を満足しない表５のＮｏ．９１〜１００のワイヤを用いた例であり、以下の不具合を有している。

【0096】

Ｎｏ．９１は、ワイヤおよび溶接金属中のＣ量が多く、靭性が劣化した。
Ｎｏ．９２は、ワイヤおよび溶接金属中のＳｉ量が多く、靭性が劣化した。
Ｎｏ．９３は、ワイヤおよび溶接金属中のＭｎ量が多く、靭性が劣化した。
Ｎｏ．９４は、ワイヤおよび溶接金属中のＮｉ量が少なく、強度が低下したうえ、靭性が劣化した。
Ｎｏ．９５は、ワイヤおよび溶接金属中のＮｉ量が多く、靭性が劣化した。
Ｎｏ．９６は、ワイヤのＦｅ量が少なくなった結果、合金成分が過大となり、溶接金属の式（６）のパラメータが大きく、靭性が劣化した。
Ｎｏ．９７は、ワイヤの式（１）のパラメータが小さく、強度が低下した上、靭性が劣化した。
Ｎｏ．９８は、ワイヤの式（１）のパラメータおよび溶接金属の式（６）のパラメータが大きく、靭性が劣化した。
Ｎｏ．９９は、ワイヤの式（２）のパラメータが小さく、強度が低下した上、靭性が劣化した。
Ｎｏ．１００は、ワイヤの式（２）のパラメータおよび溶接金属の式（７）のパラメータが大きく、靭性が劣化した。

【0097】

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

【図1】