特開2023-81643被覆アーク溶接棒、溶接金属、被覆アーク溶接方法及び溶接継手の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023081643
(43)【公開日】2023-06-13
(54)【発明の名称】被覆アーク溶接棒、溶接金属、被覆アーク溶接方法及び溶接継手の製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 35/365 20060101AFI20230606BHJP
C22C 38/04 20060101ALI20230606BHJP
B23K 35/30 20060101ALN20230606BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20230606BHJP
【ＦＩ】
B23K35/365 E
C22C38/04
B23K35/30 330A
C22C38/00 301A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021195514
(22)【出願日】2021-12-01
(71)【出願人】
【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】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】山本 貴大
(72)【発明者】
【氏名】加納 覚
(72)【発明者】
【氏名】井元 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 孝矩
【テーマコード（参考）】
4E084
【Ｆターム（参考）】
4E084AA09
4E084AA12
4E084AA13
4E084AA17
4E084AA20
4E084AA21
4E084AA23
4E084AA24
4E084AA25
4E084AA26
4E084AA27
4E084BA02
4E084BA03
4E084BA04
4E084BA06
4E084BA08
4E084BA09
4E084BA10
4E084BA11
4E084BA13
4E084BA14
4E084BA15
4E084BA16
4E084BA18
4E084CA03
4E084CA13
4E084CA23
4E084CA24
4E084CA25
4E084CA26
4E084DA01
4E084EA07
4E084GA03
4E084HA01
(57)【要約】
【課題】Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄのみならず、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れが抑制された溶接部を得ることができる高張力鋼用被覆アーク溶接棒を提供する。
【解決手段】被覆アーク溶接棒は、被覆剤全質量に対する質量％で、ＣＯ２：１６％以上２７％以下、Ｆ：４％以上１０％以下、Ｓｉ：３％以上１１％以下、Ｎｉ：７．５％以上１３．３％以下、Ｆｅ：１％以上１１％以下、Ｍｏ：０．３％以上１．０％以下、Ｃｒ：０．１５％以上１．２％以下、Ｍｇ：１．５％以上４．５％以下、Ｍｎ：１．５％以上４．０％以下、を含有し、被覆剤中のＮｉ、Ｍｎ、Ｓｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で、それぞれ［Ｎｉ］、［Ｍｎ］、［Ｓｉ］と表す場合に、［Ｎｉ］／（［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］）により算出される値が、０．８５以上１．４５以下、である。
【選択図】なし
【解決手段】被覆アーク溶接棒は、被覆剤全質量に対する質量％で、ＣＯ２：１６％以上２７％以下、Ｆ：４％以上１０％以下、Ｓｉ：３％以上１１％以下、Ｎｉ：７．５％以上１３．３％以下、Ｆｅ：１％以上１１％以下、Ｍｏ：０．３％以上１．０％以下、Ｃｒ：０．１５％以上１．２％以下、Ｍｇ：１．５％以上４．５％以下、Ｍｎ：１．５％以上４．０％以下、を含有し、被覆剤中のＮｉ、Ｍｎ、Ｓｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で、それぞれ［Ｎｉ］、［Ｍｎ］、［Ｓｉ］と表す場合に、［Ｎｉ］／（［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］）により算出される値が、０．８５以上１．４５以下、である。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒であって、
前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、
ＣＯ２：１６質量％以上２７質量％以下、
Ｆ：４質量％以上１０質量％以下、
Ｓｉ：３質量％以上１１質量％以下、
Ｎｉ：７．５質量％以上１３．３質量％以下、
Ｆｅ：１質量％以上１１質量％以下、
Ｍｏ：０．３質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｒ：０．１５質量％以上１．２０質量％以下、
Ｍｇ：１．５質量％以上４．５質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下、を含有し、
被覆剤中の前記Ｎｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｎｉ］と表し、
被覆剤中の前記Ｍｎの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｍｎ］と表し、
被覆剤中の前記Ｓｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｓｉ］と表す場合に、
［Ｎｉ］／（［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］）により算出される値が、０．８５以上１．４５以下、であることを特徴とする被覆アーク溶接棒。
前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、
ＣＯ２：１６質量％以上２７質量％以下、
Ｆ：４質量％以上１０質量％以下、
Ｓｉ：３質量％以上１１質量％以下、
Ｎｉ：７．５質量％以上１３．３質量％以下、
Ｆｅ：１質量％以上１１質量％以下、
Ｍｏ：０．３質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｒ：０．１５質量％以上１．２０質量％以下、
Ｍｇ：１．５質量％以上４．５質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下、を含有し、
被覆剤中の前記Ｎｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｎｉ］と表し、
被覆剤中の前記Ｍｎの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｍｎ］と表し、
被覆剤中の前記Ｓｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｓｉ］と表す場合に、
［Ｎｉ］／（［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］）により算出される値が、０．８５以上１．４５以下、であることを特徴とする被覆アーク溶接棒。
【請求項2】
前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、さらに、
ＣａＯ：２０質量％以上４０質量％以下、
ＢａＯ：２質量％以上６質量％以下、
を含有することを特徴とする、請求項１に記載の被覆アーク溶接棒。
ＣａＯ：２０質量％以上４０質量％以下、
ＢａＯ：２質量％以上６質量％以下、
を含有することを特徴とする、請求項１に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項3】
前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、さらに、
Ｎａ、Ｋ及びＬｉの合計量：０．３質量％以上４．０質量％以下、
Ｔｉ：０．５質量％以上４．０質量％以下、を含有し、
Ａｌ：１．５質量％以下、
Ｚｒ：０．８質量％以下、であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の被覆アーク溶接棒。
Ｎａ、Ｋ及びＬｉの合計量：０．３質量％以上４．０質量％以下、
Ｔｉ：０．５質量％以上４．０質量％以下、を含有し、
Ａｌ：１．５質量％以下、
Ｚｒ：０．８質量％以下、であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項4】
前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、
Ｎｂ：０．０３質量％以下、
Ｖ：０．０３質量％以下、に規制することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒。
Ｎｂ：０．０３質量％以下、
Ｖ：０．０３質量％以下、に規制することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒を用いて、被覆アーク溶接することにより得られることを特徴とする溶接金属。
【請求項6】
請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒を用いて、被覆アーク溶接することを特徴とする被覆アーク溶接方法。
【請求項7】
高張力鋼を母材とし、請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接棒を用いて、被覆アーク溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高張力鋼の溶接に使用される被覆アーク溶接棒（以下、単に「溶接棒」ともいう。）、溶接金属、被覆アーク溶接方法及び溶接継手の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
石油、ガス等の掘削及び生産に使用される海洋構造物及びタンク等の溶接製品は、設備の大型化や寒冷地での稼働が求められており、これらの製造に用いる鋼板や溶接材料は、高強度かつ低温靱性に優れた特性が求められる。また、これらの特性以外にも、溶接製品の品質をより向上させるために、溶接後熱処理（ＰＷＨＴ：Ｐｏｓｔ Ｗｅｌｄ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を施す場合がある。ＰＷＨＴを施すことで、例えば、溶接部の残留応力を除去することができるため、溶接部の割れを抑制できる効果を得ることができる。
【0003】
しかしながら、このＰＷＨＴを行うと、析出硬化や焼き戻し脆化等を原因とした溶接部の脆化により、靱性が低下するおそれがある。特に、高張力鋼の溶接部においては、強度を向上させるために添加した種々の元素の影響により、ＰＷＨＴでの脆化が著しく、強度が上がるほど、ＰＷＨＴを適用することができない場合が多くなる。
よって、ＰＷＨＴ後も優れた機械的性質を有する高張力鋼用の溶接材料の開発が求められている。
よって、ＰＷＨＴ後も優れた機械的性質を有する高張力鋼用の溶接材料の開発が求められている。
【0004】
例えば、特許文献１には、高張力鋼、例えば５９０Ｎ／ｍｍ２級以上の高張力鋼の溶接に際し、低温靱性と応力除去焼鈍後の破壊靱性の優れた溶接金属を得られる被覆アーク溶接棒が提案されている。
また、特許文献２には、溶接作業性が良好で、かつ、溶接のまま（ＡＷ：ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ）及びＰＷＨＴ後の溶接金属の強度及び低温での靱性が優れる５９０ＭＰａ級高張力鋼用の低水素系被覆アーク溶接棒が提案されている。
また、特許文献２には、溶接作業性が良好で、かつ、溶接のまま（ＡＷ：ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ）及びＰＷＨＴ後の溶接金属の強度及び低温での靱性が優れる５９０ＭＰａ級高張力鋼用の低水素系被覆アーク溶接棒が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平８－２５７７９１号公報
【特許文献2】特開２０１７－６４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記特許文献１及び２については、１種類のＰＷＨＴ条件のみで考慮されおり、他のＰＷＨＴ条件でも優れた靱性が得られるとは限らない。
また、ＰＷＨＴ条件の裕度が大きい方が、あらゆる溶接製品に適用でき、施工管理も容易であるとともに、溶接部の品質安定性をより一層向上させることができるといえる。
さらに、上記特許文献１及び２は、いずれも高温割れについて考慮されていないため、耐高温割れ性が良好である溶接金属を得ることができる溶接棒についての要求が、より一層高まっている。
また、ＰＷＨＴ条件の裕度が大きい方が、あらゆる溶接製品に適用でき、施工管理も容易であるとともに、溶接部の品質安定性をより一層向上させることができるといえる。
さらに、上記特許文献１及び２は、いずれも高温割れについて考慮されていないため、耐高温割れ性が良好である溶接金属を得ることができる溶接棒についての要求が、より一層高まっている。
【0007】
一方、従来より、ＰＷＨＴは条件次第で靱性を低下させるおそれがあり、ＰＷＨＴ条件は材料の種類、厚さ、溶接継手、施工条件等によって厳格に決定されるものであることが知られている。
したがって、ＰＷＨＴ条件に裕度を持たせることは非常に困難であり、特に、高強度になるほど、添加元素を多く含むことになることから、焼き戻し脆化等の脆化現象が生じやすくなるため、ＰＷＨＴ条件はより厳格になる。
したがって、ＰＷＨＴ条件に裕度を持たせることは非常に困難であり、特に、高強度になるほど、添加元素を多く含むことになることから、焼き戻し脆化等の脆化現象が生じやすくなるため、ＰＷＨＴ条件はより厳格になる。
【0008】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、高張力鋼用の被覆アーク溶接棒であり、溶接のまま（以下、「Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ」ともいう。）のみならず、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れが抑制された溶接部を得ることができる被覆アーク溶接棒、被覆アーク溶接方法及び溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。また、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れを抑制することができる溶接金属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】
【0009】
本発明の上記目的は、被覆アーク溶接棒に係る下記［１］の構成により達成される。
【0010】
［１］ 心線と、前記心線を被覆する被覆剤と、を有する被覆アーク溶接棒であって、
前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、
ＣＯ２：１６質量％以上２７質量％以下、
Ｆ：４質量％以上１０質量％以下、
Ｓｉ：３質量％以上１１質量％以下、
Ｎｉ：７．５質量％以上１３．３質量％以下、
Ｆｅ：１質量％以上１１質量％以下、
Ｍｏ：０．３質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｒ：０．１５質量％以上１．２０質量％以下、
Ｍｇ：１．５質量％以上４．５質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下、を含有し、
被覆剤中の前記Ｎｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｎｉ］と表し、
被覆剤中の前記Ｍｎの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｍｎ］と表し、
被覆剤中の前記Ｓｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｓｉ］と表す場合に、
［Ｎｉ］／（［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］）により算出される値が、０．８５以上１．４５以下、であることを特徴とする被覆アーク溶接棒。
前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、
ＣＯ２：１６質量％以上２７質量％以下、
Ｆ：４質量％以上１０質量％以下、
Ｓｉ：３質量％以上１１質量％以下、
Ｎｉ：７．５質量％以上１３．３質量％以下、
Ｆｅ：１質量％以上１１質量％以下、
Ｍｏ：０．３質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｒ：０．１５質量％以上１．２０質量％以下、
Ｍｇ：１．５質量％以上４．５質量％以下、
Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下、を含有し、
被覆剤中の前記Ｎｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｎｉ］と表し、
被覆剤中の前記Ｍｎの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｍｎ］と表し、
被覆剤中の前記Ｓｉの含有量を被覆剤全質量に対する質量％で［Ｓｉ］と表す場合に、
［Ｎｉ］／（［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］）により算出される値が、０．８５以上１．４５以下、であることを特徴とする被覆アーク溶接棒。
【0011】
被覆アーク溶接棒に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［４］に関する。
【0012】
［２］ 前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、さらに、
ＣａＯ：２０質量％以上４０質量％以下、
ＢａＯ：２質量％以上６質量％以下、
を含有することを特徴とする、［１］に記載の被覆アーク溶接棒。
ＣａＯ：２０質量％以上４０質量％以下、
ＢａＯ：２質量％以上６質量％以下、
を含有することを特徴とする、［１］に記載の被覆アーク溶接棒。
【0013】
［３］ 前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、さらに、
Ｎａ、Ｋ及びＬｉの合計量：０．３質量％以上４．０質量％以下、
Ｔｉ：０．５質量％以上４．０質量％以下、を含有し、
Ａｌ：１．５質量％以下、
Ｚｒ：０．８質量％以下、であることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の被覆アーク溶接棒。
Ｎａ、Ｋ及びＬｉの合計量：０．３質量％以上４．０質量％以下、
Ｔｉ：０．５質量％以上４．０質量％以下、を含有し、
Ａｌ：１．５質量％以下、
Ｚｒ：０．８質量％以下、であることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の被覆アーク溶接棒。
【0014】
［４］ 前記被覆剤は、被覆剤全質量に対して、
Ｎｂ：０．０３質量％以下、
Ｖ：０．０３質量％以下、に規制することを特徴とする、［１］～［３］のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒。
Ｎｂ：０．０３質量％以下、
Ｖ：０．０３質量％以下、に規制することを特徴とする、［１］～［３］のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒。
【0015】
本発明の上記目的は、溶接金属に係る下記［５］の構成により達成される。
【0016】
［５］ ［１］～［４］のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒を用いて、被覆アーク溶接することにより得られることを特徴とする溶接金属。
【0017】
本発明の上記目的は、被覆アーク溶接方法に係る下記［６］の構成により達成される。
【0018】
［６］ ［１］～［４］のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒を用いて、被覆アーク溶接することを特徴とする被覆アーク溶接方法。
【0019】
本発明の上記目的は、溶接継手の製造方法に係る下記［７］の構成により達成される。
【0020】
［７］ 高張力鋼を母材とし、［１］～［４］のいずれか１つに記載の被覆アーク溶接棒を用いて、被覆アーク溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄのみならず、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れを抑制することができる溶接部を得ることができる高張力鋼用被覆アーク溶接棒を提供することができる。
また、本発明によれば、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れを抑制することができる溶接金属を提供することができる。
さらに、本発明によれば、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れを抑制することができる溶接部を得ることができる被覆アーク溶接方法及び溶接継手の製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れを抑制することができる溶接金属を提供することができる。
さらに、本発明によれば、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れを抑制することができる溶接部を得ることができる被覆アーク溶接方法及び溶接継手の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明者らは、高強度の溶接部において、ＰＷＨＴを行うことによる靱性低下のメカニズムについて検討を行うとともに、幅広い条件でＰＷＨＴを行った場合でも、優れた低温靱性を有する溶接部を得るため、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を見出し、本発明を完成するに至った。なお、上記溶接部とは、溶接金属及び熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ－Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）を表すが、本明細書においては、以下、溶接金属について説明する。
【0023】
まず、高強度鋼における従来の靱性低下メカニズムについて説明する。
ＰＷＨＴ後に溶接金属の靱性が低下する主原因としては、従来、以下の２つの原因が挙げられる。
ＰＷＨＴ後に溶接金属の靱性が低下する主原因としては、従来、以下の２つの原因が挙げられる。
【0024】
（原因１）溶接金属中のＣｒ、Ｍｏ等の含有量が多い場合に、これらの成分がＣと炭化物を形成して析出することにより溶接金属が硬化すること。
（原因２）ＰＷＨＴ温度からの徐冷による焼き戻し脆化等の脆化現象が生じること。
（原因２）ＰＷＨＴ温度からの徐冷による焼き戻し脆化等の脆化現象が生じること。
【0025】
従来は、上記（原因１）及び（原因２）の影響により、主に溶接金属の粒界強度が低下し、その結果、靱性が低下すると考えられていた。
したがって、従来では、ＰＷＨＴ後に目的の強度を維持しつつ、優れた靱性を確保するために、以下の対策がなされていた。
したがって、従来では、ＰＷＨＴ後に目的の強度を維持しつつ、優れた靱性を確保するために、以下の対策がなされていた。
【0026】
（対策１）旧オーステナイト粒界で析出して成長する炭化物を抑制する。
（対策２）旧オーステナイト粒界における不純物元素の偏析を抑制する。
（対策２）旧オーステナイト粒界における不純物元素の偏析を抑制する。
【0027】
しかしながら、ＰＷＨＴ条件によっては、上記（対策１）や（対策２）を実施するのみでは不十分である。なお、一般的に、ＰＷＨＴ条件は、保持温度及び保持時間の要素からなり、これらの要素をパラメータとしたラーソン・ミラー・パラメータ（Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ：以下、「ＬＭＰ」という。）で整理できる。
【0028】
そこで、本明細書においては、以下に示す３つの条件ａ～ｃにおいて、目的の強度を維持しつつ低温靱性が優れた溶接金属が得られる被覆アーク溶接棒を、ＰＷＨＴ条件が幅広いと判断するものとした。
【0029】
（条件ａ）溶接のまま（Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ）。
（条件ｂ）ＬＭＰが高いＰＷＨＴ条件として、６２０℃の温度で８時間の条件（以下、「高ＬＭＰ条件」という。）。
（条件ｃ）ＬＭＰが低いＰＷＨＴ条件として、５８０℃の温度で２時間の条件（以下、「低ＬＭＰ条件」という。）。
（条件ｂ）ＬＭＰが高いＰＷＨＴ条件として、６２０℃の温度で８時間の条件（以下、「高ＬＭＰ条件」という。）。
（条件ｃ）ＬＭＰが低いＰＷＨＴ条件として、５８０℃の温度で２時間の条件（以下、「低ＬＭＰ条件」という。）。
【0030】
（条件ａ）の溶接のまま、及び（条件ｂ）の高ＬＭＰ条件では、上記（対策１）及び（対策２）に加え、溶接棒中にＮｉを適量含有させることで、良好な低温靱性を得ることができることが知られている。
その一方で、（条件ｃ）の低ＬＭＰ条件では、Ｎｉを適量含有させるだけでは、良好な低温靱性を得ることができない。本発明者らは、（条件ｃ）の低ＬＭＰ条件でＰＷＨＴを実施した場合における、低温靱性が低下するメカニズムを見出すとともに、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができる対策を見出した。以下に、（条件ｃ）の低ＬＭＰ条件において、低温靱性が低下するメカニズムと対策について説明する。
その一方で、（条件ｃ）の低ＬＭＰ条件では、Ｎｉを適量含有させるだけでは、良好な低温靱性を得ることができない。本発明者らは、（条件ｃ）の低ＬＭＰ条件でＰＷＨＴを実施した場合における、低温靱性が低下するメカニズムを見出すとともに、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができる対策を見出した。以下に、（条件ｃ）の低ＬＭＰ条件において、低温靱性が低下するメカニズムと対策について説明する。
【0031】
溶接金属中にＮｉが多く含まれると、溶接金属組織上にＮｉを含む偏析帯（以下、「Ｎｉ偏析帯」という。）、すなわち、Ｎｉが濃化した領域が生じる。このＮｉ偏析帯は、（条件ａ）の溶接のまま、及び（条件ｂ）の高ＬＭＰ条件時には、低温靱性に影響を与えない。
しかし、（条件ｃ）の低ＬＭＰ条件時においては、Ｎｉ偏析帯においてＣ含有量が高くなり、Ｎｉ偏析帯において島状マルテンサイトの生成や炭化物の生成及び粗大化が促進される。特に、島状マルテンサイトの生成が顕著であり、これらの生成物の影響により、Ｎｉ偏析帯において脆性破壊が生じやすくなるため、結果として、低温靱性が低下する。
しかし、（条件ｃ）の低ＬＭＰ条件時においては、Ｎｉ偏析帯においてＣ含有量が高くなり、Ｎｉ偏析帯において島状マルテンサイトの生成や炭化物の生成及び粗大化が促進される。特に、島状マルテンサイトの生成が顕著であり、これらの生成物の影響により、Ｎｉ偏析帯において脆性破壊が生じやすくなるため、結果として、低温靱性が低下する。
【0032】
これらのことから、本発明者らは、ＰＷＨＴ後に目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れた溶接金属を確保するための対策として、（対策１）及び（対策２）に加えて、以下に示す（対策３）を実施することが効果的であることを見出した。
【0033】
（対策１）旧オーステナイト粒界で析出して成長する炭化物を抑制する。
（対策２）旧オーステナイト粒界における不純物元素の偏析を抑制する。
（対策３）Ｎｉ偏析帯における島状マルテンサイトの生成を抑制する。
（対策２）旧オーステナイト粒界における不純物元素の偏析を抑制する。
（対策３）Ｎｉ偏析帯における島状マルテンサイトの生成を抑制する。
【0034】
そして、本発明者らは、被覆アーク溶接棒の化学成分組成、並びにＮｉ、Ｓｉ及びＭｎの含有量から算出されるパラメータを適切に制御することで、上記（対策１）～（対策３）を達成することができるとともに、高温割れを抑制することができることを見出した。すなわち、（対策１）～（対策３）が実現された溶接棒を使用することにより、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄのみならず、幅広い条件のＰＷＨＴ後においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れた溶接金属を得ることができる。
【0035】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
【0036】
［１．被覆アーク溶接棒］
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、鋼心線（以下、単に「心線」ともいう。）に被覆剤が被覆されたものである。
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、鋼心線（以下、単に「心線」ともいう。）に被覆剤が被覆されたものである。
【0037】
＜１－１．被覆率＞
被覆率は、被覆剤中の各元素の含有量が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができる。なお、被覆率とは、溶接棒全質量における被覆剤の質量（ｇ）を［被覆剤］とし、溶接棒全質量における心線の質量（ｇ）を［心線］とした場合に、式：｛［被覆剤］／（［被覆剤］＋［心線］）｝×１００により算出することができる。本実施形態においては、上記式により算出される被覆率が、２５質量％以上、４０質量％以下とすることが好ましい。
被覆率は、被覆剤中の各元素の含有量が本発明の範囲内であれば、任意の値に設定することができる。なお、被覆率とは、溶接棒全質量における被覆剤の質量（ｇ）を［被覆剤］とし、溶接棒全質量における心線の質量（ｇ）を［心線］とした場合に、式：｛［被覆剤］／（［被覆剤］＋［心線］）｝×１００により算出することができる。本実施形態においては、上記式により算出される被覆率が、２５質量％以上、４０質量％以下とすることが好ましい。
【0038】
＜１－２．被覆剤＞
以下、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の被覆剤に含有される化学成分組成、その含有量の数値限定理由について、更に詳細に説明する。本実施形態における含有量とは、特に説明がない限り、被覆剤全質量に対する質量％を意味する。
また、以下に示す各元素は、特筆しない限り、金属の形態で被覆剤中に含有されていても、化合物の形態で被覆剤中に含有されていてもよく、また、金属及び化合物の両方の形態で被覆剤中に含有されていてもよい。すなわち、上記各元素がどのような形態で被覆剤中に含有されていても、元素単体に換算した換算値で規定する。例えば、Ｓｉを例に挙げる場合に、Ｓｉ含有量とは、金属ＳｉとＳｉ化合物のＳｉ換算値の合計をいう。なお、金属Ｓｉとは、Ｓｉ単体及びＳｉ合金を含む。
以下、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の被覆剤に含有される化学成分組成、その含有量の数値限定理由について、更に詳細に説明する。本実施形態における含有量とは、特に説明がない限り、被覆剤全質量に対する質量％を意味する。
また、以下に示す各元素は、特筆しない限り、金属の形態で被覆剤中に含有されていても、化合物の形態で被覆剤中に含有されていてもよく、また、金属及び化合物の両方の形態で被覆剤中に含有されていてもよい。すなわち、上記各元素がどのような形態で被覆剤中に含有されていても、元素単体に換算した換算値で規定する。例えば、Ｓｉを例に挙げる場合に、Ｓｉ含有量とは、金属ＳｉとＳｉ化合物のＳｉ換算値の合計をいう。なお、金属Ｓｉとは、Ｓｉ単体及びＳｉ合金を含む。
【0039】
（ＣＯ２：１６～２７質量％）
本実施形態においては、被覆剤中の炭酸塩の含有量をＣＯ２の含有量として規定する。炭酸塩は溶接時にＣＯ２と酸化物に分解し、溶接金属の酸化や窒化を防ぐ効果を有する。被覆剤中のＣＯ２含有量が１６質量％未満であると、溶接時に十分なガスが発生せず、溶接金属の窒化や酸化を招き、低温靱性が劣化する。したがって、被覆剤中のＣＯ２含有量は、被覆剤全質量に対して１６質量％以上とし、１７質量％以上であることが好ましく、１８質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤中のＣＯ２含有量が２７質量％を超えると、ＣＯ２源の炭酸塩が多く含まれることになるため、溶融スラグの流動性が高くなり、均一で被包性の良いスラグ形成が困難になって、スラグ剥離性が劣化する。したがって、被覆剤中のＣＯ２含有量は、被覆剤全質量に対して２７質量％以下とし、２４質量％以下であることが好ましく、２１質量％以下であることがより好ましい。
なお、被覆剤中のＣＯ２源としては、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＭｎＣＯ３、ＦｅＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３等の炭酸塩が挙げられる。
本実施形態においては、被覆剤中の炭酸塩の含有量をＣＯ２の含有量として規定する。炭酸塩は溶接時にＣＯ２と酸化物に分解し、溶接金属の酸化や窒化を防ぐ効果を有する。被覆剤中のＣＯ２含有量が１６質量％未満であると、溶接時に十分なガスが発生せず、溶接金属の窒化や酸化を招き、低温靱性が劣化する。したがって、被覆剤中のＣＯ２含有量は、被覆剤全質量に対して１６質量％以上とし、１７質量％以上であることが好ましく、１８質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤中のＣＯ２含有量が２７質量％を超えると、ＣＯ２源の炭酸塩が多く含まれることになるため、溶融スラグの流動性が高くなり、均一で被包性の良いスラグ形成が困難になって、スラグ剥離性が劣化する。したがって、被覆剤中のＣＯ２含有量は、被覆剤全質量に対して２７質量％以下とし、２４質量％以下であることが好ましく、２１質量％以下であることがより好ましい。
なお、被覆剤中のＣＯ２源としては、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＭｎＣＯ３、ＦｅＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３等の炭酸塩が挙げられる。
【0040】
（Ｆ：４質量％以上１０質量％以下）
ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３等の金属フッ化物は、溶融スラグの融点を低下させ、スラグ被包性を改善してビード外観を良好にする効果を有する。また、Ｆは、溶接時に水素と反応し、溶接金属中の水素分圧を低下させることができるため、溶接金属を低水素化する効果も有する。被覆剤中のＦ含有量が４質量％未満であると、上述の効果を十分に得ることができない。したがって、被覆剤中のＦ含有量は、被覆剤全質量に対して４質量％以上とし、５質量％以上であることが好ましく、６質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤中のＦ含有量が１０質量％を超えると、アークが不安定となり、スパッタ発生量が増加する。したがって、被覆剤中のＦ含有量は、被覆剤全質量に対して１０質量％以下とし、９質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。
ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３等の金属フッ化物は、溶融スラグの融点を低下させ、スラグ被包性を改善してビード外観を良好にする効果を有する。また、Ｆは、溶接時に水素と反応し、溶接金属中の水素分圧を低下させることができるため、溶接金属を低水素化する効果も有する。被覆剤中のＦ含有量が４質量％未満であると、上述の効果を十分に得ることができない。したがって、被覆剤中のＦ含有量は、被覆剤全質量に対して４質量％以上とし、５質量％以上であることが好ましく、６質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤中のＦ含有量が１０質量％を超えると、アークが不安定となり、スパッタ発生量が増加する。したがって、被覆剤中のＦ含有量は、被覆剤全質量に対して１０質量％以下とし、９質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。
【0041】
（Ｓｉ：３質量％以上１１質量％以下）
金属Ｓｉや、フェロシリコン等の合金中に含有されるＳｉは、溶融金属の粘性を上昇させて流動性を調整し、ビード外観およびビード形状を良好にする効果を有する。
ＳｉＯ２等の酸化物は、スラグ形成剤として作用する。また、ＳｉＯ２等の酸化物は、溶融スラグの粘性を上げて流動性を改良し、ビード外観及びビード形状を良好にする効果を有する。このように、被覆剤中の金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物は、それぞれ種々の効果を有するため、本実施形態において、被覆剤中の金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ化合物に含まれる全てのＳｉ含有量で規定する。
金属Ｓｉや、フェロシリコン等の合金中に含有されるＳｉは、溶融金属の粘性を上昇させて流動性を調整し、ビード外観およびビード形状を良好にする効果を有する。
ＳｉＯ２等の酸化物は、スラグ形成剤として作用する。また、ＳｉＯ２等の酸化物は、溶融スラグの粘性を上げて流動性を改良し、ビード外観及びビード形状を良好にする効果を有する。このように、被覆剤中の金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ酸化物は、それぞれ種々の効果を有するため、本実施形態において、被覆剤中の金属Ｓｉ、Ｓｉ合金及びＳｉ化合物に含まれる全てのＳｉ含有量で規定する。
【0042】
被覆剤中のＳｉ含有量が３質量％未満であると、溶融金属やスラグの粘性が低下し、立向姿勢での溶接時にビード形成が困難になり、良好なビードを得ることができない。したがって、被覆剤中のＳｉ含有量は、被覆剤全質量に対して３質量％以上とし、４質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤中のＳｉ含有量が１１質量％を超えると、Ｎｉを含む偏析帯中に硬質な島状マルテンサイトが形成されることにより、焼き戻し脆化を助長し、低温靱性が低下する。したがって、被覆剤中のＳｉ含有量は、被覆剤全質量に対して１１質量％以下とし、９質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。
なお、被覆剤中のＳｉ源としては、ＳｉＯ２等のＳｉの酸化物、Ｓｉの珪酸塩、金属Ｓｉ、フェロシリコン等の合金、水ガラス等の固着剤等が挙げられる。
一方、被覆剤中のＳｉ含有量が１１質量％を超えると、Ｎｉを含む偏析帯中に硬質な島状マルテンサイトが形成されることにより、焼き戻し脆化を助長し、低温靱性が低下する。したがって、被覆剤中のＳｉ含有量は、被覆剤全質量に対して１１質量％以下とし、９質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。
なお、被覆剤中のＳｉ源としては、ＳｉＯ２等のＳｉの酸化物、Ｓｉの珪酸塩、金属Ｓｉ、フェロシリコン等の合金、水ガラス等の固着剤等が挙げられる。
【0043】
（Ｎｉ：７．５質量％以上１３．３質量％以下）
Ｎｉは、母相強化により溶接金属の強度及び低温靱性を向上させる効果を有する成分である。被覆剤中のＮｉ含有量が７．５質量％未満であると、所望の引張強さ及び低温靱性を得ることができない。したがって、被覆剤中のＮｉ含有量は、被覆剤全質量に対して７．５質量％以上とし、８．０質量％以上であることが好ましく、８．５質量％以上であることがより好ましく、９．０質量％以上であることがさらに好ましい。
一方、被覆剤中のＮｉ含有量が１３．３質量％を超えると、偏析帯で低融点の不純物元素が濃化し、高温割れ発生の懸念が高まる。したがって、被覆剤全質量に対するＮｉ含有量は、１３．３質量％以下とし、１２．０質量％以下であることが好ましく、１１．０質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｉは、母相強化により溶接金属の強度及び低温靱性を向上させる効果を有する成分である。被覆剤中のＮｉ含有量が７．５質量％未満であると、所望の引張強さ及び低温靱性を得ることができない。したがって、被覆剤中のＮｉ含有量は、被覆剤全質量に対して７．５質量％以上とし、８．０質量％以上であることが好ましく、８．５質量％以上であることがより好ましく、９．０質量％以上であることがさらに好ましい。
一方、被覆剤中のＮｉ含有量が１３．３質量％を超えると、偏析帯で低融点の不純物元素が濃化し、高温割れ発生の懸念が高まる。したがって、被覆剤全質量に対するＮｉ含有量は、１３．３質量％以下とし、１２．０質量％以下であることが好ましく、１１．０質量％以下であることがより好ましい。
【0044】
（Ｆｅ：１質量％以上１１質量％以下）
Ｆｅは、溶着効率及び溶接作業性に影響する成分である。被覆剤中のＦｅ含有量が１質量％未満であると、溶接効率が低下するとともに、アークがばたつき、溶接作業性が低下する。したがって、被覆剤中のＦｅ含有量は、被覆剤全質量に対して１質量％以上とし、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤中のＦｅ含有量が１１質量％を超えると、シールド効果が低下して、溶接作業性が低下する。したがって、被覆剤中のＦｅ含有量は、被覆剤全質量に対して１１質量％以下とし、９質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。
Ｆｅは、溶着効率及び溶接作業性に影響する成分である。被覆剤中のＦｅ含有量が１質量％未満であると、溶接効率が低下するとともに、アークがばたつき、溶接作業性が低下する。したがって、被覆剤中のＦｅ含有量は、被覆剤全質量に対して１質量％以上とし、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。
一方、被覆剤中のＦｅ含有量が１１質量％を超えると、シールド効果が低下して、溶接作業性が低下する。したがって、被覆剤中のＦｅ含有量は、被覆剤全質量に対して１１質量％以下とし、９質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。
【0045】
（Ｍｏ：０．３質量％以上１．０質量％以下）
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させるとともに、焼き戻し脆化の抑制に効果を有する成分である。Ｍｏ炭化物が溶接金属の粒内へ析出することによって、粒界へのセメンタイトの析出を抑制し、ＰＷＨＴ後の低温靱性の低下を抑制することができる。
被覆剤中のＭｏ含有量が０．３質量％未満であると、ＰＷＨＴによる粒界へのセメンタイトの析出を抑制することができず、所望の低温靱性を得ることができない。したがって、被覆剤中のＭｏ含有量は、被覆剤全質量に対して０．３質量％以上とし、０．５質量％以上であることが好ましく、０．６質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｍｏ含有量が１．０質量％を超えると、ＡＷにおける低温靱性が低下するとともに、ＰＷＨＴにおいても、溶接金属の粒内でＭｏＣ２が過度に析出し、低温靱性が低下する。したがって、被覆剤中のＭｏ含有量は、被覆剤全質量に対して１．０質量％以下とし、０．９質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させるとともに、焼き戻し脆化の抑制に効果を有する成分である。Ｍｏ炭化物が溶接金属の粒内へ析出することによって、粒界へのセメンタイトの析出を抑制し、ＰＷＨＴ後の低温靱性の低下を抑制することができる。
被覆剤中のＭｏ含有量が０．３質量％未満であると、ＰＷＨＴによる粒界へのセメンタイトの析出を抑制することができず、所望の低温靱性を得ることができない。したがって、被覆剤中のＭｏ含有量は、被覆剤全質量に対して０．３質量％以上とし、０．５質量％以上であることが好ましく、０．６質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｍｏ含有量が１．０質量％を超えると、ＡＷにおける低温靱性が低下するとともに、ＰＷＨＴにおいても、溶接金属の粒内でＭｏＣ２が過度に析出し、低温靱性が低下する。したがって、被覆剤中のＭｏ含有量は、被覆剤全質量に対して１．０質量％以下とし、０．９質量％以下であることが好ましく、０．８質量％以下であることがより好ましい。
【0046】
（Ｃｒ：０．１５質量％以上１．２０質量％以下）
Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させるとともに、粒界に析出する粗大な組織を抑制する効果を有する成分である。被覆剤中のＣｒ含有量が０．１５質量％未満であると、粒界に析出する粗大な組織を抑制することができず、所望の引張強さ及びＰＷＨＴ後の低温靱性を得ることができない。したがって、被覆剤中のＣｒ含有量は、被覆剤全質量に対して０．１５質量％以上とし、０．３０質量％以上であることが好ましく、０．４０質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｃｒは、ＰＷＨＴによって主に粗大な粒界炭化物の析出及び成長を助長し、低温靱性を低下させる成分である。被覆剤中のＣｒ含有量が１．２０質量％を超えると、ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下する。したがって、被覆剤中のＣｒ含有量は、被覆剤全質量に対して１．２０質量％以下とし、１．１０質量％以下であることが好ましく、１．００質量％以下であることがより好ましく、０．８０質量％以下であることがさらに好ましい。
Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させるとともに、粒界に析出する粗大な組織を抑制する効果を有する成分である。被覆剤中のＣｒ含有量が０．１５質量％未満であると、粒界に析出する粗大な組織を抑制することができず、所望の引張強さ及びＰＷＨＴ後の低温靱性を得ることができない。したがって、被覆剤中のＣｒ含有量は、被覆剤全質量に対して０．１５質量％以上とし、０．３０質量％以上であることが好ましく、０．４０質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｃｒは、ＰＷＨＴによって主に粗大な粒界炭化物の析出及び成長を助長し、低温靱性を低下させる成分である。被覆剤中のＣｒ含有量が１．２０質量％を超えると、ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下する。したがって、被覆剤中のＣｒ含有量は、被覆剤全質量に対して１．２０質量％以下とし、１．１０質量％以下であることが好ましく、１．００質量％以下であることがより好ましく、０．８０質量％以下であることがさらに好ましい。
【0047】
（Ｍｇ：１．５質量％以上４．５質量％以下）
Ｍｇは、脱酸作用により溶接金属中の酸化物量を低減させ、低温靱性を向上させる成分である。被覆剤中のＭｇ含有量が１．５質量％未満であると、所望の脱酸効果を得ることができない。したがって、被覆剤中のＭｇ含有量は、被覆剤全質量に対して１．５質量％以上とし、２．０質量％以上であることが好ましく、２．２質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｍｇは、溶接時のアーク力を低下させる作用を有する。被覆剤中のＭｇ含有量が４．５質量％を超えると、アークが不安定になり、ビード形状が不良になる。したがって、被覆剤中のＭｇ含有量は、被覆剤全質量に対して４．５質量％以下とし、３．８質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｇは、脱酸作用により溶接金属中の酸化物量を低減させ、低温靱性を向上させる成分である。被覆剤中のＭｇ含有量が１．５質量％未満であると、所望の脱酸効果を得ることができない。したがって、被覆剤中のＭｇ含有量は、被覆剤全質量に対して１．５質量％以上とし、２．０質量％以上であることが好ましく、２．２質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｍｇは、溶接時のアーク力を低下させる作用を有する。被覆剤中のＭｇ含有量が４．５質量％を超えると、アークが不安定になり、ビード形状が不良になる。したがって、被覆剤中のＭｇ含有量は、被覆剤全質量に対して４．５質量％以下とし、３．８質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましい。
【0048】
（Ｍｎ：１．５質量％以上４．０質量％以下）
Ｍｎは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分である。被覆剤中のＭｎ含有量が１．５質量％未満であると、所望の強度を得ることができない。したがって、被覆剤中のＭｎ含有量は、被覆剤全質量に対して１．５質量％以上とし、２．０質量％以上であることが好ましく、２．２質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｍｎは、特に、Ｎｉを含む偏析帯中に硬質な島状マルテンサイトを生成することで、焼き戻し脆化を助長し、低温靱性を低下させるうえに、高温割れの要因となる成分でもある。被覆剤中のＭｎ含有量が４．０質量％を超えると、ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下するのみでなく、高温割れへの懸念が高まる。したがって、被覆剤中のＭｎ含有量は、被覆剤全質量に対して４．０質量％以下とし、３．５質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、被覆剤中のＭｎ源としては、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３の酸化物、Ｍｎの硫化物、Ｍｎの炭酸塩、金属Ｍｎ、フェロマンガン等の合金等が挙げられる。
Ｍｎは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分である。被覆剤中のＭｎ含有量が１．５質量％未満であると、所望の強度を得ることができない。したがって、被覆剤中のＭｎ含有量は、被覆剤全質量に対して１．５質量％以上とし、２．０質量％以上であることが好ましく、２．２質量％以上であることがより好ましい。
一方、Ｍｎは、特に、Ｎｉを含む偏析帯中に硬質な島状マルテンサイトを生成することで、焼き戻し脆化を助長し、低温靱性を低下させるうえに、高温割れの要因となる成分でもある。被覆剤中のＭｎ含有量が４．０質量％を超えると、ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下するのみでなく、高温割れへの懸念が高まる。したがって、被覆剤中のＭｎ含有量は、被覆剤全質量に対して４．０質量％以下とし、３．５質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、被覆剤中のＭｎ源としては、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３の酸化物、Ｍｎの硫化物、Ｍｎの炭酸塩、金属Ｍｎ、フェロマンガン等の合金等が挙げられる。
【0049】
（［Ｎｉ］／（［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］）により算出される値：０．８５以上１．４５以下）
上述のとおり、Ｎｉ、Ｓｉ及びＭｎの含有量から算出される本パラメータ値を適切に制御することにより、目的の強度を維持しつつ、上記（対策３）であるＮｉ偏析帯における島状マルテンサイトの生成を抑制し、低温靱性が優れ、高温割れが抑制された溶接金属を得ることができる。
［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が０．８５未満であると、Ｎｉ偏析帯において島状マルテンサイトが生成されやすくなり、ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下する。したがって、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により算出される値は０．８５以上とし、０．９０以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましく、１．００以上であることがさらに好ましい。
一方、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が１．４５を超えると、Ｎｉ含有量が高くなることから、高温割れの懸念が高まる。したがって、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により算出される値は１．４５以下とし、１．３０以下であることが好ましく、１．２０以下であることがより好ましく、１．１０以下であることがさらに好ましく、１．０７以下であることが特に好ましい。
上述のとおり、Ｎｉ、Ｓｉ及びＭｎの含有量から算出される本パラメータ値を適切に制御することにより、目的の強度を維持しつつ、上記（対策３）であるＮｉ偏析帯における島状マルテンサイトの生成を抑制し、低温靱性が優れ、高温割れが抑制された溶接金属を得ることができる。
［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が０．８５未満であると、Ｎｉ偏析帯において島状マルテンサイトが生成されやすくなり、ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下する。したがって、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により算出される値は０．８５以上とし、０．９０以上であることが好ましく、０．９５以上であることがより好ましく、１．００以上であることがさらに好ましい。
一方、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が１．４５を超えると、Ｎｉ含有量が高くなることから、高温割れの懸念が高まる。したがって、［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により算出される値は１．４５以下とし、１．３０以下であることが好ましく、１．２０以下であることがより好ましく、１．１０以下であることがさらに好ましく、１．０７以下であることが特に好ましい。
【0050】
なお、上記式中において、［Ｎｉ］は、被覆剤中のＮｉ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表す値とし、［Ｍｎ］は、被覆剤中のＭｎ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表す値とし、［Ｓｉ］は、被覆剤中のＳｉ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表す値とする。
【0051】
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、被覆剤中に上記必須成分を所定の含有量の範囲内で含有させることにより、ＡＷのみならず、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れが抑制された溶接金属を得ることができる。
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の被覆剤中には、ＣＯ２源としての炭酸塩として、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３が含有されていることが好ましい。ＣａＣＯ３の分解物であるＣａＯ、及びＢａＣＯ３の分解物であるＢａＯは、良好なスラグを形成し、優れたビード形状が得られるという効果を有するためである。ＣａＯ、ＢａＯの好ましい含有量について、以下に説明する。
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の被覆剤中には、ＣＯ２源としての炭酸塩として、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３が含有されていることが好ましい。ＣａＣＯ３の分解物であるＣａＯ、及びＢａＣＯ３の分解物であるＢａＯは、良好なスラグを形成し、優れたビード形状が得られるという効果を有するためである。ＣａＯ、ＢａＯの好ましい含有量について、以下に説明する。
【0052】
（ＣａＯ：２０質量％以上４０質量％以下）
ＣａＯはスラグ生成化合物であり、均一で被包性の良いスラグ形成を可能とし、スラグ剥離性の改善効果を有する。また、ＣａＯは、被覆剤の絶縁性を確保する効果も有する。被覆剤中のＣａＯ含有量が２０質量％以上であると、十分なスラグが形成され、良好な形状のビードを得ることができる。したがって、被覆剤中のＣａＯ含有量は、被覆剤全質量に対して２０質量％以上であることが好ましく、２５質量％以上であることがより好ましく、２８質量％であることがさらに好ましい。
また、被覆剤中のＣａＯ含有量が４０質量％以下であると、溶融スラグの流動性を良好に保つことができるため、均一で被包性の良いスラグを形成することができ、良好なビード形状を得ることができる。また、アークが強くなることを抑制でき、スパッタの発生量を適正に調整することができる。したがって、被覆剤中のＣａＯ含有量は、被覆剤全質量に対して４０質量％以下であることが好ましく、３８質量％以下であることがより好ましく、３６質量％以下であることがさらに好ましい。
ＣａＯはスラグ生成化合物であり、均一で被包性の良いスラグ形成を可能とし、スラグ剥離性の改善効果を有する。また、ＣａＯは、被覆剤の絶縁性を確保する効果も有する。被覆剤中のＣａＯ含有量が２０質量％以上であると、十分なスラグが形成され、良好な形状のビードを得ることができる。したがって、被覆剤中のＣａＯ含有量は、被覆剤全質量に対して２０質量％以上であることが好ましく、２５質量％以上であることがより好ましく、２８質量％であることがさらに好ましい。
また、被覆剤中のＣａＯ含有量が４０質量％以下であると、溶融スラグの流動性を良好に保つことができるため、均一で被包性の良いスラグを形成することができ、良好なビード形状を得ることができる。また、アークが強くなることを抑制でき、スパッタの発生量を適正に調整することができる。したがって、被覆剤中のＣａＯ含有量は、被覆剤全質量に対して４０質量％以下であることが好ましく、３８質量％以下であることがより好ましく、３６質量％以下であることがさらに好ましい。
【0053】
被覆剤中のＣａＯ源としては、ＣａＯ、溶接時に熱分解して被覆剤中にＣａＯを生成するＣａの炭酸塩、Ｃａの珪酸塩等が挙げられる。
なお、本明細書において、ＣａＯ含有量とは、被覆剤中に含まれる全てのＣａをＣａＯに換算した値である。
なお、本明細書において、ＣａＯ含有量とは、被覆剤中に含まれる全てのＣａをＣａＯに換算した値である。
【0054】
（ＢａＯ：２質量％以上６質量％以下）
ＢａＯは主なスラグ生成化合物であり、スラグの塩基度を調整する役割を有する。被覆剤中のＢａＯ含有量が２質量％以上であると、溶接金属中の酸素量が高くなることを防止することができ、低温靱性の劣化を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＢａＯ含有量は、被覆剤全質量に対して２質量％以上であることが好ましく、３質量％以上であることがより好ましい。
また、被覆剤中のＢａＯ含有量が６質量％以下であると、溶融スラグの流動性を良好に保つことができ、良好なビードを形成することができる。したがって、被覆剤中のＢａＯ含有量は、被覆剤全質量に対して６質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましい。
ＢａＯは主なスラグ生成化合物であり、スラグの塩基度を調整する役割を有する。被覆剤中のＢａＯ含有量が２質量％以上であると、溶接金属中の酸素量が高くなることを防止することができ、低温靱性の劣化を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＢａＯ含有量は、被覆剤全質量に対して２質量％以上であることが好ましく、３質量％以上であることがより好ましい。
また、被覆剤中のＢａＯ含有量が６質量％以下であると、溶融スラグの流動性を良好に保つことができ、良好なビードを形成することができる。したがって、被覆剤中のＢａＯ含有量は、被覆剤全質量に対して６質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましい。
【0055】
被覆剤中のＢａＯ源としては、ＢａＯ、溶接時に熱分解して被覆剤中にＢａＯを生成するＢａの炭酸塩、Ｂａの珪酸塩等が挙げられる。
なお、本明細書において、ＢａＯ含有量とは、被覆剤中に含まれる全てのＢａをＢａＯに換算した値である。
なお、本明細書において、ＢａＯ含有量とは、被覆剤中に含まれる全てのＢａをＢａＯに換算した値である。
【0056】
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒においては、さらに、アーク安定性、溶接金属の機械的性質、ビード形状等を向上させるために、被覆剤中にＮａ、Ｋ及びＬｉ、Ｔｉ、Ａｌ並びにＺｒを以下に示す範囲で含有させてもよい。また、被覆剤中にＮｂ及びＶが含有される場合に、これらの含有量は以下に示す範囲で規制することが好ましい。本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の被覆剤に含有され得る各成分の含有量及びその限定理由について、さらに説明する。
【0057】
（Ｎａ、Ｋ及びＬｉの合計量：０．３質量％以上４．０質量％以下）
Ｎａ、Ｋ及びＬｉは、アークを安定化させる効果を有する成分である。
被覆剤中のＮａ、Ｋ及びＬｉの合計量が０．３質量％以上、４．０質量％以下であると、アークの安定化効果を十分に得ることができる。したがって、被覆剤中のＮａ、Ｋ及びＬｉの合計量は、被覆剤全質量に対して０．３質量％以上であることが好ましく、０．８質量％以上であることがより好ましく、１．５質量％以上であることがさらに好ましい。また、被覆剤中のＮａ、Ｋ及びＬｉの合計量は、被覆剤全質量に対して４．０質量％以下であることが好ましく、３．５質量％以下であることがより好ましく、３．０質量％以下であることがさらに好ましい。
なお、被覆剤中のＮａ、Ｋ及びＬｉは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等の酸化物、金属Ｎａ、金属Ｋ、金属Ｌｉ、Ｎａ合金、Ｋ合金、Ｌｉ合金、水ガラス等の固着剤等に含有されている。
Ｎａ、Ｋ及びＬｉは、アークを安定化させる効果を有する成分である。
被覆剤中のＮａ、Ｋ及びＬｉの合計量が０．３質量％以上、４．０質量％以下であると、アークの安定化効果を十分に得ることができる。したがって、被覆剤中のＮａ、Ｋ及びＬｉの合計量は、被覆剤全質量に対して０．３質量％以上であることが好ましく、０．８質量％以上であることがより好ましく、１．５質量％以上であることがさらに好ましい。また、被覆剤中のＮａ、Ｋ及びＬｉの合計量は、被覆剤全質量に対して４．０質量％以下であることが好ましく、３．５質量％以下であることがより好ましく、３．０質量％以下であることがさらに好ましい。
なお、被覆剤中のＮａ、Ｋ及びＬｉは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ等の酸化物、金属Ｎａ、金属Ｋ、金属Ｌｉ、Ｎａ合金、Ｋ合金、Ｌｉ合金、水ガラス等の固着剤等に含有されている。
【0058】
（Ｔｉ：０．５質量％以上４．０質量％以下）
金属Ｔｉや、合金中に含まれるＴｉは、脱酸元素であり、溶接金属の強度を向上させる効果を有する元素である。また、脱酸剤として作用した後、酸化物として溶接金属中に介在し、この酸化物は結晶粒を微細化する効果を有する。ＴｉＯ２等の酸化物は、スラグ形成剤として作用し、スラグの流動性を向上させる効果を有する。
被覆剤中のＴｉ含有量が、０．５質量％以上、４．０質量％以下であると、脱酸効果、結晶粒の微細化効果及びスラグの流動性を向上させる効果を十分に得ることができる。したがって、被覆剤中のＴｉ含有量は、被覆剤全質量に対して０．５質量％以上であることが好ましく、１．０質量％以上であることがより好ましく、１．３質量％以上であることがさらに好ましい。また、被覆剤中のＴｉ含有量は、被覆剤全質量に対して４．０質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましく、２．５質量％以下であることがさらに好ましい。
なお、被覆剤中のＴｉ源としては、金属Ｔｉ、フェロチタン等の合金、ＴｉＯ２等の化合物を挙げることができる。
金属Ｔｉや、合金中に含まれるＴｉは、脱酸元素であり、溶接金属の強度を向上させる効果を有する元素である。また、脱酸剤として作用した後、酸化物として溶接金属中に介在し、この酸化物は結晶粒を微細化する効果を有する。ＴｉＯ２等の酸化物は、スラグ形成剤として作用し、スラグの流動性を向上させる効果を有する。
被覆剤中のＴｉ含有量が、０．５質量％以上、４．０質量％以下であると、脱酸効果、結晶粒の微細化効果及びスラグの流動性を向上させる効果を十分に得ることができる。したがって、被覆剤中のＴｉ含有量は、被覆剤全質量に対して０．５質量％以上であることが好ましく、１．０質量％以上であることがより好ましく、１．３質量％以上であることがさらに好ましい。また、被覆剤中のＴｉ含有量は、被覆剤全質量に対して４．０質量％以下であることが好ましく、３．０質量％以下であることがより好ましく、２．５質量％以下であることがさらに好ましい。
なお、被覆剤中のＴｉ源としては、金属Ｔｉ、フェロチタン等の合金、ＴｉＯ２等の化合物を挙げることができる。
【0059】
（Ａｌ：１．５質量％以下）
金属Ａｌや、合金中に含まれるＡｌは、脱酸元素として作用する。Ａｌ２Ｏ３等のＡｌ酸化物は、スラグ形成剤として作用する。また、被覆剤中にＡｌ２Ｏ３等が含有されると、溶融スラグの粘性を高め、流動性を改良し、ビード外観及びビード形状を良好にすることができる。本実施形態においては、ビード外観及びビード形状を向上させるために、必要に応じて被覆剤中にＡｌを含有させてもよく、被覆剤中のＡｌ含有量は、被覆剤全質量に対して０．０２質量％以上であることが好ましい。
一方、被覆剤中のＡｌ含有量が、被覆剤全質量に対して１．５質量％以下であると、溶融スラグの粘性を適正に調整し、流動性を制御して、ビード外観及びビード形状を良好に保つことができる。したがって、被覆剤中のＡｌ含有量は、被覆剤全質量に対して１．５質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以下であることがより好ましく、０．７質量％以下であることがさらに好ましい。
なお、被覆剤中のＡｌ源としては、Ａｌ２Ｏ３等のＡｌの酸化物、金属Ａｌ、アルミマグネシウム等の合金等が挙げられる。
金属Ａｌや、合金中に含まれるＡｌは、脱酸元素として作用する。Ａｌ２Ｏ３等のＡｌ酸化物は、スラグ形成剤として作用する。また、被覆剤中にＡｌ２Ｏ３等が含有されると、溶融スラグの粘性を高め、流動性を改良し、ビード外観及びビード形状を良好にすることができる。本実施形態においては、ビード外観及びビード形状を向上させるために、必要に応じて被覆剤中にＡｌを含有させてもよく、被覆剤中のＡｌ含有量は、被覆剤全質量に対して０．０２質量％以上であることが好ましい。
一方、被覆剤中のＡｌ含有量が、被覆剤全質量に対して１．５質量％以下であると、溶融スラグの粘性を適正に調整し、流動性を制御して、ビード外観及びビード形状を良好に保つことができる。したがって、被覆剤中のＡｌ含有量は、被覆剤全質量に対して１．５質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以下であることがより好ましく、０．７質量％以下であることがさらに好ましい。
なお、被覆剤中のＡｌ源としては、Ａｌ２Ｏ３等のＡｌの酸化物、金属Ａｌ、アルミマグネシウム等の合金等が挙げられる。
【0060】
（Ｚｒ：０．８質量％以下）
金属Ｚｒや、合金中に含まれるＺｒは、脱酸元素として作用する。ＺｒＯ２などのＺｒ酸化物は、スラグ形成剤として作用する。また、被覆剤中にＺｒＯ２が含有されると、ビードのなじみを向上させ、フラットなビードを形成する効果を得ることができる。本実施形態においては、ビードのなじみ性、ビード形状を向上させるために、必要に応じて被覆剤中にＺｒを含有させてもよく、被覆剤中のＺｒ含有量は、被覆剤全質量に対して０．０１質量％以上であることが好ましい。
一方、被覆剤中のＺｒ含有量が０．８質量％以下であると、良好なスラグ剥離性を維持しつつ、ビードのなじみを向上させ、フラットなビード形状を得ることができる。したがって、被覆剤中のＺｒ含有量は、被覆材全質量に対して０．８質量％以下であることが好ましく、０．６質量％以下であることがより好ましく、０．３質量％以下であることがさらに好ましい。
なお、被覆剤中のＺｒ源としては、金属Ｚｒ、合金中に含まれるＺｒ、ＺｒＯ２等のＺｒ酸化物が挙げられる。
金属Ｚｒや、合金中に含まれるＺｒは、脱酸元素として作用する。ＺｒＯ２などのＺｒ酸化物は、スラグ形成剤として作用する。また、被覆剤中にＺｒＯ２が含有されると、ビードのなじみを向上させ、フラットなビードを形成する効果を得ることができる。本実施形態においては、ビードのなじみ性、ビード形状を向上させるために、必要に応じて被覆剤中にＺｒを含有させてもよく、被覆剤中のＺｒ含有量は、被覆剤全質量に対して０．０１質量％以上であることが好ましい。
一方、被覆剤中のＺｒ含有量が０．８質量％以下であると、良好なスラグ剥離性を維持しつつ、ビードのなじみを向上させ、フラットなビード形状を得ることができる。したがって、被覆剤中のＺｒ含有量は、被覆材全質量に対して０．８質量％以下であることが好ましく、０．６質量％以下であることがより好ましく、０．３質量％以下であることがさらに好ましい。
なお、被覆剤中のＺｒ源としては、金属Ｚｒ、合金中に含まれるＺｒ、ＺｒＯ２等のＺｒ酸化物が挙げられる。
【0061】
（Ｎｂ：０．０３質量％以下）
Ｎｂは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、ＰＷＨＴによって炭化物を析出させることにより、低温靱性を低下させる成分でもあるため、本実施形態においては、被覆剤中のＮｂ含有量の所定の値以下に規制することが好ましく、０質量％であってもよい。被覆材中のＮｂ含有量が０．０３質量％以下であると、ＰＷＨＴ後の低温靱性の低下を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＮｂ含有量は、被覆材全質量に対して０．０３質量％以下であることが好ましい。
Ｎｂは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、ＰＷＨＴによって炭化物を析出させることにより、低温靱性を低下させる成分でもあるため、本実施形態においては、被覆剤中のＮｂ含有量の所定の値以下に規制することが好ましく、０質量％であってもよい。被覆材中のＮｂ含有量が０．０３質量％以下であると、ＰＷＨＴ後の低温靱性の低下を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＮｂ含有量は、被覆材全質量に対して０．０３質量％以下であることが好ましい。
【0062】
（Ｖ：０．０３質量％以下）
Ｖは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、炭化物の析出及び成長を助長し、低温靱性を低下させる成分でもあるため、本実施形態においては、被覆剤中のＶ含有量を所定の値以下に規制することが好ましく、０質量％であってもよい。被覆剤中のＶ含有量が０．０３質量％以下であると、ＰＷＨＴ後の低温靱性の低下を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＶ含有量は、被覆剤全質量に対して０．０３質量％以下であることが好ましい。
Ｖは、溶接金属の強度を向上させる効果を有する成分であるが、炭化物の析出及び成長を助長し、低温靱性を低下させる成分でもあるため、本実施形態においては、被覆剤中のＶ含有量を所定の値以下に規制することが好ましく、０質量％であってもよい。被覆剤中のＶ含有量が０．０３質量％以下であると、ＰＷＨＴ後の低温靱性の低下を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＶ含有量は、被覆剤全質量に対して０．０３質量％以下であることが好ましい。
【0063】
（Ｂ：０．１０質量％以下）
Ｂは、旧オーステナイト粒界に偏析し、初析フェライトを抑制することにより、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分であるが、高温割れやＳＲ割れを発生させるおそれがある成分でもある。本実施形態において、被覆剤中のＢ含有量の下限は特に規定せず、０質量％であってもよい。
被覆剤中のＢ含有量が０．１０質量％以下であると、溶接金属において、高温割れやＳＲ割れの発生を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＢ含有量は、被覆剤全質量に対して０．１０質量％以下であることが好ましい。
Ｂは、旧オーステナイト粒界に偏析し、初析フェライトを抑制することにより、溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分であるが、高温割れやＳＲ割れを発生させるおそれがある成分でもある。本実施形態において、被覆剤中のＢ含有量の下限は特に規定せず、０質量％であってもよい。
被覆剤中のＢ含有量が０．１０質量％以下であると、溶接金属において、高温割れやＳＲ割れの発生を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＢ含有量は、被覆剤全質量に対して０．１０質量％以下であることが好ましい。
【0064】
（Ｃｕ：０．６質量％以下）
Ｃｕは、強度を維持しつつ、溶接金属の組織を微細化し、低温靱性を向上させる効果を有する成分であるが、被覆剤中のＣｕ含有量によっては、析出物の生成を助長し、低温靱性を低下させることがある。本実施形態においては、必要に応じて被覆剤中にＣｕを含有させてもよいが、被覆剤中のＣｕ含有量の下限は特に規定せず、０質量％であってもよい。
Ｃｕ含有量が０．６質量％以下であると、析出物の生成を助長することはなく、低温靱性の低下を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＣｕ含有量は、被覆剤全質量に対して０．６質量％以下であることが好ましい。
Ｃｕは、強度を維持しつつ、溶接金属の組織を微細化し、低温靱性を向上させる効果を有する成分であるが、被覆剤中のＣｕ含有量によっては、析出物の生成を助長し、低温靱性を低下させることがある。本実施形態においては、必要に応じて被覆剤中にＣｕを含有させてもよいが、被覆剤中のＣｕ含有量の下限は特に規定せず、０質量％であってもよい。
Ｃｕ含有量が０．６質量％以下であると、析出物の生成を助長することはなく、低温靱性の低下を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＣｕ含有量は、被覆剤全質量に対して０．６質量％以下であることが好ましい。
【0065】
（残部）
本実施形態において、被覆剤に含有され得る他の成分として、Ｃが挙げられる。被覆剤中のＣ含有量が０．３０質量％以下であると、炭化物の生成を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＣ含有量は、被覆剤全質量に対して０．３０質量％以下とすることが好ましい。
本実施形態において、被覆剤に含有され得る他の成分として、Ｃが挙げられる。被覆剤中のＣ含有量が０．３０質量％以下であると、炭化物の生成を抑制することができる。したがって、被覆剤中のＣ含有量は、被覆剤全質量に対して０．３０質量％以下とすることが好ましい。
【0066】
なお、本実施形態に係る被覆アーク溶接において、被覆剤中に含有される必須成分であるＣＯ２、Ｆ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇ及びＭｎ含有量の合計は、被覆剤全質量に対して４０質量％以上であることが好ましく、４５質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることがさらに好ましい。
また、ＣａＯ及びＢａＯを更に含む場合に、これらの含有量の合計は、被覆剤全質量に対して８５質量％以上であることが好ましく、８７質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましい。
被覆剤がさらに、Ｎａ、Ｋ及びＬｉの少なくとも１種、並びにＴｉを含み、Ａｌ及びＺｒを含む場合、含まない場合にかかわらず、これらの含有量の合計は、被覆剤全質量に対して９０質量％以上であることが好ましく、９３質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上であることがさらに好ましい。
また、ＣａＯ及びＢａＯを更に含む場合に、これらの含有量の合計は、被覆剤全質量に対して８５質量％以上であることが好ましく、８７質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましい。
被覆剤がさらに、Ｎａ、Ｋ及びＬｉの少なくとも１種、並びにＴｉを含み、Ａｌ及びＺｒを含む場合、含まない場合にかかわらず、これらの含有量の合計は、被覆剤全質量に対して９０質量％以上であることが好ましく、９３質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上であることがさらに好ましい。
【0067】
（不純物）
被覆剤に含まれ得る上記以外の元素として、Ｐ、Ｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｎ等の不可避的不純物が挙げられる。耐高温割れ性等の溶接品質を確保する観点から、被覆剤全質量に対するＰ、Ｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ及びＮの不可避的の含有量は、それぞれ０．５質量％以下に規制することが好ましい。また、被覆剤全質量に対する不純物の合計値は、３質量％以下に規制することが好ましい。
被覆剤に含まれ得る上記以外の元素として、Ｐ、Ｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｎ等の不可避的不純物が挙げられる。耐高温割れ性等の溶接品質を確保する観点から、被覆剤全質量に対するＰ、Ｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ及びＮの不可避的の含有量は、それぞれ０．５質量％以下に規制することが好ましい。また、被覆剤全質量に対する不純物の合計値は、３質量％以下に規制することが好ましい。
【0068】
＜１－３．心線＞
次に、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の心線に含まれる成分及び好ましい含有量について、以下に説明する。
本実施形態において、心線としては、例えばＦｅを主成分とする鉄系心線もしくは鋼心線を好適に使用することができる。鋼心線としては、軟鋼、高張力鋼および低合金鋼からなる鋼心線を好適に使用することができる。
次に、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の心線に含まれる成分及び好ましい含有量について、以下に説明する。
本実施形態において、心線としては、例えばＦｅを主成分とする鉄系心線もしくは鋼心線を好適に使用することができる。鋼心線としては、軟鋼、高張力鋼および低合金鋼からなる鋼心線を好適に使用することができる。
【0069】
なお、本実施形態において、心線におけるその他の成分については特に限定されないが、Ｆｅの他に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｃｕ等が含有されることがある。心線の全質量に対して、心線中のＣ含有量は０．１３質量％以下、Ｓｉ含有量は０．３質量％以下（０質量％を含む）、Ｍｎ含有量は０．２質量％以上１．０質量％以下、Ｐ含有量は０．０４０質量％以下（０質量％を含む）、Ｓ含有量は０．０３５質量％以下（０質量％を含む）、Ｃｕ含有量は０．２質量％以下（０質量％を含む）とすることが好ましい。
また、心線中にはさらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂが含有されることがある。これらの成分のうち、Ｎｂ及びＶの含有量は、それぞれ０．０２質量％以下とすることが好ましい。また、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＡｌの含有量は、合計で４．０質量％以下とすることが好ましい。さらに、Ｂ含有量は、０．０２質量％以下とすることが好ましい。
また、心線中にはさらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂが含有されることがある。これらの成分のうち、Ｎｂ及びＶの含有量は、それぞれ０．０２質量％以下とすることが好ましい。また、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ及びＡｌの含有量は、合計で４．０質量％以下とすることが好ましい。さらに、Ｂ含有量は、０．０２質量％以下とすることが好ましい。
【0070】
本実施形態において、心線の外径は特に限定されないが、例えば、２．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【0071】
［２．被覆アーク溶接棒の製造方法］
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、被覆剤が上記成分組成となるように被覆剤の原材料を配合し、所定の固着剤と共に混錬したものを、被覆剤の質量が被覆アーク溶接棒全質量に対して２５質量％以上４０質量％以下の範囲となるようにして、所定の心線の表面に塗装し、４５０℃から５５０℃で１時間程度焼成させることにより製造することができる。
なお、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を製造する場合に、心線の種類、固着剤の種類、被覆剤の形成方法等は特に限定されず、被覆アーク溶接棒を製造する場合の通常の仕様や条件を用いることができる。
本実施形態に係る被覆アーク溶接棒は、被覆剤が上記成分組成となるように被覆剤の原材料を配合し、所定の固着剤と共に混錬したものを、被覆剤の質量が被覆アーク溶接棒全質量に対して２５質量％以上４０質量％以下の範囲となるようにして、所定の心線の表面に塗装し、４５０℃から５５０℃で１時間程度焼成させることにより製造することができる。
なお、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を製造する場合に、心線の種類、固着剤の種類、被覆剤の形成方法等は特に限定されず、被覆アーク溶接棒を製造する場合の通常の仕様や条件を用いることができる。
【0072】
［３．溶接金属］
本実施形態に係る溶接金属は、上記［１．被覆アーク溶接棒］で説明した本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて、被覆アーク溶接することにより得られるものである。
なお、本実施形態に係る溶接金属において、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いること以外の条件については特に限定されず、母材の種類については、要求される特性に応じて適宜選択することができる。
本実施形態に係る溶接金属は、上記［１．被覆アーク溶接棒］で説明した本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて、被覆アーク溶接することにより得られるものである。
なお、本実施形態に係る溶接金属において、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いること以外の条件については特に限定されず、母材の種類については、要求される特性に応じて適宜選択することができる。
【0073】
［４．被覆アーク溶接方法］
本実施形態に係る被覆アーク溶接方法は、上記［１．被覆アーク溶接棒］で説明した本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて溶接する方法である。
なお、本実施形態に係る被覆アーク溶接方法において、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いること以外の各種溶接条件については特に限定されず、母材の種類、溶接電圧、溶接電流、溶接姿勢等について、被覆アーク溶接棒を用いた溶接方法における一般的な条件を用いることができる。
本実施形態に係る被覆アーク溶接方法は、上記［１．被覆アーク溶接棒］で説明した本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて溶接する方法である。
なお、本実施形態に係る被覆アーク溶接方法において、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いること以外の各種溶接条件については特に限定されず、母材の種類、溶接電圧、溶接電流、溶接姿勢等について、被覆アーク溶接棒を用いた溶接方法における一般的な条件を用いることができる。
【0074】
［５．溶接継手の製造方法］
本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、高張力鋼を溶接母材とし、上記［１．被覆アーク溶接棒］で説明した本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて被覆アーク溶接により溶接継手を製造する方法である。
なお、溶接継手の製造方法において、高張力鋼を溶接母材とすることと、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて被覆アーク溶接すること以外の溶接条件については特に限定されず、溶接電圧、溶接電流、溶接姿勢等について、被覆アーク溶接棒を用いた溶接方法における一般的な条件を用いることができる。
また、母材として使用することができる高張力鋼は問わないが、７２０ＭＰａ級以上であることが好ましく、例えばＥＮ １００２８－６：２０１７のＰ６９０Ｑ、Ｐ６９０ＱＨ、Ｐ６９０ＱＬ１及びＰ６９０ＱＬ２、日本海事協会（ＮＫ）で規定されているＫＤ６２０、ＫＤ６９０、ＫＥ６２０、及びＫＥ６９０、並びにＤＮＶで規定されているＶＬ６９０等が挙げられる。
本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、高張力鋼を溶接母材とし、上記［１．被覆アーク溶接棒］で説明した本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて被覆アーク溶接により溶接継手を製造する方法である。
なお、溶接継手の製造方法において、高張力鋼を溶接母材とすることと、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒を用いて被覆アーク溶接すること以外の溶接条件については特に限定されず、溶接電圧、溶接電流、溶接姿勢等について、被覆アーク溶接棒を用いた溶接方法における一般的な条件を用いることができる。
また、母材として使用することができる高張力鋼は問わないが、７２０ＭＰａ級以上であることが好ましく、例えばＥＮ １００２８－６：２０１７のＰ６９０Ｑ、Ｐ６９０ＱＨ、Ｐ６９０ＱＬ１及びＰ６９０ＱＬ２、日本海事協会（ＮＫ）で規定されているＫＤ６２０、ＫＤ６９０、ＫＥ６２０、及びＫＥ６９０、並びにＤＮＶで規定されているＶＬ６９０等が挙げられる。
【実施例0075】
以下、本実施形態に係る被覆アーク溶接棒の発明例及び比較例について説明する。
【0076】
［被覆アーク溶接］
（被覆アーク溶接棒の作製）
溶接棒塗装機を用いて、直径が４．０ｍｍである鋼心線の表面を、種々の成分組成の被覆剤で被覆した後、４５０～５５０℃で約１時間焼成し、発明例及び比較例の各被覆アーク溶接棒を作製した。被覆率は、被覆アーク溶接棒全質量に対して、２５質量％以上４０質量％以下の範囲となるようにした。
（被覆アーク溶接棒の作製）
溶接棒塗装機を用いて、直径が４．０ｍｍである鋼心線の表面を、種々の成分組成の被覆剤で被覆した後、４５０～５５０℃で約１時間焼成し、発明例及び比較例の各被覆アーク溶接棒を作製した。被覆率は、被覆アーク溶接棒全質量に対して、２５質量％以上４０質量％以下の範囲となるようにした。
【0077】
（被覆アーク溶接）
次に、得られた被覆アーク溶接棒を使用して、下記表１に示す溶接条件により、下記表２に示す板厚及び化学成分を有する鋼板に対して被覆アーク溶接を実施し、溶接継手を製造した。
次に、得られた被覆アーク溶接棒を使用して、下記表１に示す溶接条件により、下記表２に示す板厚及び化学成分を有する鋼板に対して被覆アーク溶接を実施し、溶接継手を製造した。
【0078】
［機械的性質の評価］
（試験片の作製）
溶着金属の機械的性質は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠し、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験片（Ａ２号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取して、引張性能及び衝撃性能を評価した。幅広いＰＷＨＴ条件を検討するにあたり、種々の保持温度，保持時間でＰＷＨＴ（溶接後熱処理）を行ったときの機械的性質の変化は、ラーソン・ミラー・パラメータ（Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ，以下、ＬＭＰと略す。）で整理する方法が多く用いられている。本実施例では、ＬＭＰが低いＰＷＨＴ条件を５８０℃の温度で２時間、ＬＭＰが高い条件を、６２０℃の温度で８時間とし、評価を行った。
（試験片の作製）
溶着金属の機械的性質は、ＪＩＳ Ｚ ３１１１：２００５に規定される「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠し、溶着金属の板厚方向中央部から引張試験片（Ａ２号）及び衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取して、引張性能及び衝撃性能を評価した。幅広いＰＷＨＴ条件を検討するにあたり、種々の保持温度，保持時間でＰＷＨＴ（溶接後熱処理）を行ったときの機械的性質の変化は、ラーソン・ミラー・パラメータ（Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ，以下、ＬＭＰと略す。）で整理する方法が多く用いられている。本実施例では、ＬＭＰが低いＰＷＨＴ条件を５８０℃の温度で２時間、ＬＭＰが高い条件を、６２０℃の温度で８時間とし、評価を行った。
【0079】
（引張試験）
引張試験は、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄの試験片、５８０℃の温度で２時間及び６２０℃の温度で８時間のＰＷＨＴを施した試験片に対して、試験温度を室温（約２０±２℃）として実施し、降伏応力及び引張強さを測定することにより、引張性能を評価した。
なお、本発明例では、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄでの引張強さ（ＴＳ）が７８０ＭＰａ以上である場合に、強度が良好であると判断し、５８０℃の温度で２時間及び６２０℃の温度で８時間のＰＷＨＴ後の各々において、引張強さ（ＴＳ）が７５０ＭＰａ以上である場合に、強度が良好であると判断した。
引張試験は、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄの試験片、５８０℃の温度で２時間及び６２０℃の温度で８時間のＰＷＨＴを施した試験片に対して、試験温度を室温（約２０±２℃）として実施し、降伏応力及び引張強さを測定することにより、引張性能を評価した。
なお、本発明例では、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄでの引張強さ（ＴＳ）が７８０ＭＰａ以上である場合に、強度が良好であると判断し、５８０℃の温度で２時間及び６２０℃の温度で８時間のＰＷＨＴ後の各々において、引張強さ（ＴＳ）が７５０ＭＰａ以上である場合に、強度が良好であると判断した。
【0080】
（衝撃試験）
衝撃試験は、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄの試験片、５８０℃の温度で２時間及び６２０℃の温度で８時間のＰＷＨＴを施した試験片に対して実施した。試験温度は－４０℃、－６０℃とし、それぞれの試験温度で３回ずつシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ－４０℃、ｖＥ－６０℃）を測定し、３つのシャルピー吸収エネルギーのうち最小値を用いて靱性を評価した。なお、本発明例では、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ及びＰＷＨＴ後の－４０℃及び－６０℃における吸収エネルギーの最小値がそれぞれ１００Ｊ以上、８０Ｊ以上である場合に、靱性が良好であると判断した。
そして、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ及びＰＷＨＴ後の強度及び靱性がいずれも良好であったものを合格とし、それ以外のものを不合格とした。
衝撃試験は、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄの試験片、５８０℃の温度で２時間及び６２０℃の温度で８時間のＰＷＨＴを施した試験片に対して実施した。試験温度は－４０℃、－６０℃とし、それぞれの試験温度で３回ずつシャルピー吸収エネルギー（ｖＥ－４０℃、ｖＥ－６０℃）を測定し、３つのシャルピー吸収エネルギーのうち最小値を用いて靱性を評価した。なお、本発明例では、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ及びＰＷＨＴ後の－４０℃及び－６０℃における吸収エネルギーの最小値がそれぞれ１００Ｊ以上、８０Ｊ以上である場合に、靱性が良好であると判断した。
そして、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ及びＰＷＨＴ後の強度及び靱性がいずれも良好であったものを合格とし、それ以外のものを不合格とした。
【0081】
心線の化学成分を下記表３に示し、被覆剤の化学成分を下記表４及び５に示す。また、機械的性質の評価結果を下記表６に示す。なお、下記表３に示す心線の成分の残部は、Ｆｅ及び不純物である。また、下記表４及び５に示す被覆剤の成分の残部は、不純物である。
また、下記表４において、［Ｎｉ］は、被覆剤中のＮｉ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表した値であり、［Ｍｎ］は、被覆剤中のＭｎ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表した値であり、［Ｓｉ］は、被覆剤中のＳｉ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表した値である。
また、下記表４において、［Ｎｉ］は、被覆剤中のＮｉ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表した値であり、［Ｍｎ］は、被覆剤中のＭｎ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表した値であり、［Ｓｉ］は、被覆剤中のＳｉ含有量を被覆剤全質量に対する質量％で表した値である。
【0082】
さらに、下記表５中の含有量の記載において、「－」と記載されているものは定量限界値以下であったことを示す。さらにまた、５８０℃の温度で２時間のＰＷＨＴを施した場合の機械的性質の評価をしなかったものには、表６において、評価結果欄に「－」と表した。
【0083】
【表1】
【0084】
【表2】
【0085】
【表3】
【0086】
【表4】
【0087】
【表5】
【0088】
【表6】
【0089】
上記表４～表６に示すように、被覆剤中の各成分の含有量が本発明で規定する範囲内であった発明例Ｎｏ．１～７は、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄの引張強さ（ＴＳ）が目的とする７８０ＭＰａ以上となり、かつ、異なる２種類のＰＷＨＴ後の引張強さ（ＴＳ）が、目的とする７５０ＭＰａ以上となり、優れた強度を有する溶接金属を得ることができた。また、－４０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上であるとともに、－６０℃における吸収エネルギーが８０Ｊ以上であり、優れた低温靱性を得ることができた。このことから、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄのみならず、幅広いＰＷＨＴ条件においても、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れの発生が抑制された溶接金属を得ることができた。
また、発明例Ｎｏ．１～７は、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄのみならず、幅広いＰＷＨＴ条件において、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れの発生が抑制された溶接部を有する溶接継手を製造することができた。
また、発明例Ｎｏ．１～７は、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄのみならず、幅広いＰＷＨＴ条件において、目的の強度を維持しつつ、低温靱性が優れ、高温割れの発生が抑制された溶接部を有する溶接継手を製造することができた。
【0090】
一方、比較例Ｎｏ．１は、被覆剤中のＣｒ含有量が本発明で規定する範囲の下限値未満であったため、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ及び長時間ＰＷＨＴ後の引張強さが低下し、短時間ＰＷＨＴ後の－６０℃における靱性も低下した。比較例Ｎｏ．２及び５は、式［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が本発明で規定する範囲の下限値未満であったため、短時間ＰＷＨＴ後及び長時間ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下した。比較例Ｎｏ．３は、被覆剤中のＭｏ含有量が本発明で規定する範囲における上限値を超えており、また、式［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が本発明で規定する範囲の下限値未満であったため、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄ、短時間ＰＷＨＴ後及び長時間ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下した。
【0091】
比較例Ｎｏ．４は、被覆剤中のＭｏ含有量が本発明で規定する範囲の上限値を超え、被覆剤中のＣｒ含有量が本発明で規定する範囲の下限値未満であったため、強度は低下しなかったが、式［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が本発明で規定する範囲の下限値未満であったため、短時間ＰＷＨＴ後及び長時間ＰＷＨＴ後の低温靱性が低下した。
比較例Ｎｏ．６～９は、被覆剤中のＮｉ含有量が本発明で規定する範囲の下限値未満であり、式［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が本発明で規定する範囲の下限値未満であったため、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄの強度、－６０℃における靱性及び－４０℃における靱性、並びに、長時間ＰＷＨＴ後の強度、－６０℃における靱性及び－４０℃における靱性の少なくとも１つが低下した。
比較例Ｎｏ．６～９は、被覆剤中のＮｉ含有量が本発明で規定する範囲の下限値未満であり、式［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が本発明で規定する範囲の下限値未満であったため、Ａｓ－ｗｅｌｄｅｄの強度、－６０℃における靱性及び－４０℃における靱性、並びに、長時間ＰＷＨＴ後の強度、－６０℃における靱性及び－４０℃における靱性の少なくとも１つが低下した。
【0092】
比較例Ｎｏ．１０は、式［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が本発明で規定する範囲の上限値を超えていたため、高温割れが発生する懸念が高まった。また、比較例Ｎｏ．１１は、被覆剤中のＮｉ含有量、及び式［Ｎｉ］／（［Ｍｎ］＋［Ｓｉ］）により得られる値が、いずれも本発明で規定する範囲の上限値を超えていたため、比較例Ｎｏ．１０と同様に、高温割れが発生する懸念が高まった。