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(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】P2024126759
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【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
(51)【国際特許分類】
B23K 35/362 20060101AFI20240912BHJP
B23K 35/30 20060101ALI20240912BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240912BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20240912BHJP
B23K 9/18 20060101ALI20240912BHJP
B23K 103/04 20060101ALN20240912BHJP
【ＦＩ】
B23K35/362 310C
B23K35/362 310A
B23K35/30 320A
C22C38/00 301B
C22C38/58
B23K9/18 G
B23K103:04
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023035369
(22)【出願日】2023-03-08
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(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】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼田 充志
(72)【発明者】
【氏名】岡部 能知
(72)【発明者】
【氏名】幸村 正晴
【テーマコード（参考）】
4E001
4E084
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB05
4E001CA02
4E001DA01
4E001DC08
4E001DF05
4E001EA05
4E001EA07
4E001QA05
4E084AA02
4E084AA03
4E084AA07
4E084AA08
4E084AA09
4E084AA11
4E084AA12
4E084AA20
4E084AA23
4E084AA24
4E084AA25
4E084AA26
4E084AA27
4E084BA02
4E084BA03
4E084BA04
4E084BA06
4E084BA08
4E084BA09
4E084BA10
4E084BA11
4E084CA03
4E084DA17
4E084GA03
4E084HA06
4E084HA11
(57)【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
【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、
ＳｉＯ2：５％～３０％、
ＣａＯ：１％～１０％、
ＭｇＯ：５％～３０％、
Ａｌ2Ｏ3：３％～２０％、
ＴｉＯ2：２％～２０％、
Ｎａ2Ｏ：１％～３％、
ＣａＦ2：２％～２０％、
金属炭酸塩の１種又は２種以上のＣＯ2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／４０＋［Ｃｒ］F／５＋［Ｍｏ］F／４｝＋０．４×ＣｅｑＷ ・・・ （２）
ここで、上記式（１）におけるワイヤの［元素］W又は上記式（２）におけるフラックスの［成分］Fは、当該元素又は成分の含有量（質量％）を表し、当該元素又は成分が含有されていない場合は、０とする。
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、
ＳｉＯ2：５％～３０％、
ＣａＯ：１％～１０％、
ＭｇＯ：５％～３０％、
Ａｌ2Ｏ3：３％～２０％、
ＴｉＯ2：２％～２０％、
Ｎａ2Ｏ：１％～３％、
ＣａＦ2：２％～２０％、
金属炭酸塩の１種又は２種以上のＣＯ2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／４０＋［Ｃｒ］F／５＋［Ｍｏ］F／４｝＋０．４×ＣｅｑＷ ・・・ （２）
ここで、上記式（１）におけるワイヤの［元素］W又は上記式（２）におけるフラックスの［成分］Fは、当該元素又は成分の含有量（質量％）を表し、当該元素又は成分が含有されていない場合は、０とする。
【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。
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、
Ｂ2Ｏ3：１．０％以下、
Ｋ2Ｏ：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。
Ｂ2Ｏ3：１．０％以下、
Ｋ2Ｏ：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。
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。
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。
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。
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VＥ0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】
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VＥ0が２７Ｊ以上であ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12】
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VＥ0が２７Ｊ以上であることを特徴とする請求項８に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項13】
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VＥ0が２７Ｊ以上であることを特徴とする請求項９に記載の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、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。
【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／ｍｍ2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】
【特許文献1】特開２０１５－１１０２４１号公報
【特許文献2】特開２０１５－１２０１７５号公報
【特許文献3】特開２００４－３３７８６３号公報
【特許文献4】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】
なお、ここでいう必要とされる溶接金属の強度とは、ＪＩＳ Ｚ ３１１１の規程に準拠して作成した溶接金属の常温の降伏強さ（０．２％耐力）が６３０ＭＰａ以上で、かつ、その引張強度が７８０ＭＰａ以上であることをいう。また、必要とされる溶接金属の靭性とは、ＪＩＳ Ｚ ３１２８の規定に準拠して作製した溶接継手の溶接金属についての試験温度：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vＥ0が２７Ｊ以上であることをいう。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上のサブマージアーク溶接方法において、溶接欠陥の発生を防ぐためには、後述する式（１）で表される溶接ワイヤ（以下、単に「ワイヤ」ともいう。）のＣｅｑＷを０．４０～０．８０とすることが有効であることを知見した。
【0013】
しかしながら、溶接ワイヤのＣｅｑＷが０．８０以下では、従来フラックスとの組合せでサブマージアーク溶接した場合に、溶接金属の強度が不足するという課題が解決できない。この課題に対しては、フラックスから溶接金属の強度向上に有効な元素を添加し、後述する式（２）で表されるαを０．３５～０．７０に調整することが有効であることを知見した。
【0014】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものであり、本発明の要旨は、次のとおりである。
〔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、
ＳｉＯ2：５％～３０％、
ＣａＯ：１％～１０％、
ＭｇＯ：５％～３０％、
Ａｌ2Ｏ3：３％～２０％、
ＴｉＯ2：２％～２０％、
Ｎａ2Ｏ：１％～３％、
ＣａＦ2：２％～２０％、
金属炭酸塩の１種又は２種以上のＣＯ2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／４０＋［Ｃｒ］F／５＋［Ｍｏ］F／４｝＋０．４×ＣｅｑＷ ・・・ （２）
ここで、上記式（１）におけるワイヤの［元素］W又は上記式（２）におけるフラックスの［成分］Fは、当該元素又は成分の含有量（質量％）を表し、当該元素又は成分が含有されていない場合は、０とする。
〔２〕前記〔１〕において、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サブマージアーク溶接方法。
〔３〕前記〔１〕又は〔２〕において、前記フラックスの成分組成に加えてさらに、質量％で、
Ｂ2Ｏ3：１．０％以下、
Ｋ2Ｏ：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サブマージアーク溶接方法。
〔４〕前記〔１〕ないし〔３〕のいずれか一つ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。
〔５〕前記〔４〕において、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。
〔６〕前記〔５〕において、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溶接継手の製造方法。
〔７〕前記〔５〕又は〔６〕において、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VＥ0が２７Ｊ以上であることを特徴とする溶接継手の製造方法。
〔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、
ＳｉＯ2：５％～３０％、
ＣａＯ：１％～１０％、
ＭｇＯ：５％～３０％、
Ａｌ2Ｏ3：３％～２０％、
ＴｉＯ2：２％～２０％、
Ｎａ2Ｏ：１％～３％、
ＣａＦ2：２％～２０％、
金属炭酸塩の１種又は２種以上のＣＯ2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／４０＋［Ｃｒ］F／５＋［Ｍｏ］F／４｝＋０．４×ＣｅｑＷ ・・・ （２）
ここで、上記式（１）におけるワイヤの［元素］W又は上記式（２）におけるフラックスの［成分］Fは、当該元素又は成分の含有量（質量％）を表し、当該元素又は成分が含有されていない場合は、０とする。
〔２〕前記〔１〕において、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サブマージアーク溶接方法。
〔３〕前記〔１〕又は〔２〕において、前記フラックスの成分組成に加えてさらに、質量％で、
Ｂ2Ｏ3：１．０％以下、
Ｋ2Ｏ：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サブマージアーク溶接方法。
〔４〕前記〔１〕ないし〔３〕のいずれか一つ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。
〔５〕前記〔４〕において、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。
〔６〕前記〔５〕において、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溶接継手の製造方法。
〔７〕前記〔５〕又は〔６〕において、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VＥ0が２７Ｊ以上であることを特徴とする溶接継手の製造方法。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、７８０ＭＰａ級鋼材の入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上の大入熱サブマージアーク溶接方法において、溶接欠陥の発生がなく、溶接金属の６３０ＭＰａ以上の０．２％耐力と７８０ＭＰａ以上の引張強度が得られる。さらに、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vＥ0が２７J以上を確保でき、産業上特段の効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る実施形態について具体的に説明する。
【0017】
本発明は、７８０ＭＰａ級鋼を対象とする特定の溶接材料（溶接ワイヤ及びフラックス）を用いたサブマージアーク溶接方法に関するものである。まず、サブマージアーク溶接について説明する。
【0018】
［サブマージアーク溶接］
サブマージアーク溶接は、母材上に予め散布した粉粒状のフラックス中に電極ワイヤを連続的に供給し、この電極ワイヤの先端と母材との間でアークを発生させて溶接を連続的に行う溶接法である。このサブマージアーク溶接は、大電流を適用してワイヤの溶着速度を高めることによって、能率よく溶接できるという利点を有している。
サブマージアーク溶接は、母材上に予め散布した粉粒状のフラックス中に電極ワイヤを連続的に供給し、この電極ワイヤの先端と母材との間でアークを発生させて溶接を連続的に行う溶接法である。このサブマージアーク溶接は、大電流を適用してワイヤの溶着速度を高めることによって、能率よく溶接できるという利点を有している。
【0019】
ワイヤとしては、ソリッドワイヤまたはワイヤの内部にワイヤ用フラックスを内包したフラックスコアードワイヤがあるが、本発明においては、後述する成分組成を有するソリッドワイヤを用いて溶接する。
【0020】
本発明に係る大入熱のサブマージアーク溶接の例としては、鋼材を突き合わせて、３５°Ｖ開先を形成し、用意したソリッドワイヤ（直径６．４ｍｍφ）を用いて、フラックスを散布した後、下向き姿勢で、先行と後行の電極により、以下の条件で実施する。電流：１４００Ａ～２２００Ａ（ＡＣ）、電圧：３６Ｖ～５０Ｖ、溶接速度：１６ｃｍ／ｍｉｎ～３０ｃｍ／ｍｉｎ、溶接入熱量：３００ｋＪ／ｃｍ～７００ｋＪ／ｃｍ。
【0021】
なお、溶接する鋼板同士が所定の開先形状を形成するように、開先加工を行う。形成する開先形状は、特に限定する必要はなく、溶接鋼構造物用として通常のＶ開先、レ開先、Ｘ開先、Ｋ開先等を例示することができる。また、代表的なＶ開先の場合の開先角度は、２０°～４５°とするのが好ましい。
【0022】
さらに、サブマージアーク溶接では、１パスでのサブマージアーク溶接を対象としているが、板厚が大きい鋼材の場合には、２パス以上の多層溶接とすることもできる。
【0023】
上記のサブマージアーク溶接条件により、母材となる７８０ＭＰａ級鋼を突き合わせ、後述する溶接ワイヤ及びフラックスを用いて溶接継手を製造するものである。
【0024】
［溶接ワイヤの基本組成］
７８０ＭＰａ級のサブマージアーク溶接における溶接金属の強度を確保するためには、強度向上に寄与する元素であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏを溶接ワイヤから添加する方法が有効であり、溶接ワイヤは、後述する式（１）で表わされるＣｅｑＷを０．４０以上とする必要がある。ただし、このＣｅｑＷが０．８０を超えるとワイヤが硬化しすぎて、ワイヤ送給性が悪化し、溶接欠陥を招くため、ＣｅｑＷは０．８０以下に制限する必要がある。
７８０ＭＰａ級のサブマージアーク溶接における溶接金属の強度を確保するためには、強度向上に寄与する元素であるＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏを溶接ワイヤから添加する方法が有効であり、溶接ワイヤは、後述する式（１）で表わされるＣｅｑＷを０．４０以上とする必要がある。ただし、このＣｅｑＷが０．８０を超えるとワイヤが硬化しすぎて、ワイヤ送給性が悪化し、溶接欠陥を招くため、ＣｅｑＷは０．８０以下に制限する必要がある。
【0025】
以下に、本発明の特徴である７８０ＭＰａ級のサブマージアーク溶接に適した溶接ワイヤの基本組成について説明する。なお、以下、組成における「％」は、「質量％」であることを意味する。
【0026】
［Ｃ：０．０３％～０．１２％］
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる元素であり、その影響度も大きい。ワイヤ中のＣ量が０．０３％未満であると溶接金属強度が不足する。一方、０．１２％を超えると溶接金属中で硬質な第二相を形成し、靭性が劣化する。そのため、Ｃは、０．０３％～０．１２％の範囲に限定する。好ましくは、０．０４％～０．１０％であり、より好ましくは、０．０５％～０．０９％である。
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる元素であり、その影響度も大きい。ワイヤ中のＣ量が０．０３％未満であると溶接金属強度が不足する。一方、０．１２％を超えると溶接金属中で硬質な第二相を形成し、靭性が劣化する。そのため、Ｃは、０．０３％～０．１２％の範囲に限定する。好ましくは、０．０４％～０．１０％であり、より好ましくは、０．０５％～０．０９％である。
【0027】
［Ｓｉ：０．０１％～０．６０％］
Ｓｉは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させることで、溶接金属の靭性向上に寄与する。また、変態温度を低下させることで強度を上げる効果もある。そのため、０．０１％以上に限定する。一方で、０．６０％を超えると、溶接金属中で硬質な第二相の形成を促進し、靭性が劣化する。そのため、Ｓｉは、０．０１％～０．６０％の範囲に限定する。好ましくは、０．０２％～０．５０％であり、より好ましくは、０．０４％～０．４０％である。
Ｓｉは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させることで、溶接金属の靭性向上に寄与する。また、変態温度を低下させることで強度を上げる効果もある。そのため、０．０１％以上に限定する。一方で、０．６０％を超えると、溶接金属中で硬質な第二相の形成を促進し、靭性が劣化する。そのため、Ｓｉは、０．０１％～０．６０％の範囲に限定する。好ましくは、０．０２％～０．５０％であり、より好ましくは、０．０４％～０．４０％である。
【0028】
［Ｍｎ：１．０％～２．０％］
Ｍｎは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度確保するためには、１．０％以上の含有を必要とする。一方、凝固偏析しやすい元素であるため、２．０％を超える場合は凝固偏析により高温割れを誘発する。そのため、Ｍｎは、１．０％～２．０％に限定する。好ましくは、１．２％～１．９％であり、より好ましくは、１．４％～１．８％である。
Ｍｎは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度確保するためには、１．０％以上の含有を必要とする。一方、凝固偏析しやすい元素であるため、２．０％を超える場合は凝固偏析により高温割れを誘発する。そのため、Ｍｎは、１．０％～２．０％に限定する。好ましくは、１．２％～１．９％であり、より好ましくは、１．４％～１．８％である。
【0029】
［Ｐ：０．０１５％以下］
Ｐは、溶接金属中で結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば、許容できる。そのため、Ｐは、０．０１５％以下に限定する。なお、過度の低減は、精錬コストの高騰を招くことから、Ｐは、０．００３％以上に調整することが好ましい。より好ましくは、０．００５％～０．０１２％である。
Ｐは、溶接金属中で結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば、許容できる。そのため、Ｐは、０．０１５％以下に限定する。なお、過度の低減は、精錬コストの高騰を招くことから、Ｐは、０．００３％以上に調整することが好ましい。より好ましくは、０．００５％～０．０１２％である。
【0030】
［Ｓ：０．０１５％以下］
Ｓは、溶接金属中で結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば、許容できる。そのため、Ｓは、０．０１５％以下に限定する。なお、過度の低減は、精錬コストの高騰を招くことから、Ｓは、０．００２％以上に調整することが好ましい。より好ましくは、０．００３％～０．０１０％である。
Ｓは、溶接金属中で結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば、許容できる。そのため、Ｓは、０．０１５％以下に限定する。なお、過度の低減は、精錬コストの高騰を招くことから、Ｓは、０．００２％以上に調整することが好ましい。より好ましくは、０．００３％～０．０１０％である。
【0031】
［Ｎｉ：１．０％～４．０％］
Ｎｉは、溶接金属中において、靭性を低下させずに高強度化させる有効な元素であるため、Ｎｉは、１．０％以上の含有とする。一方、Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、４．０％を超えて含有すると、凝固初晶がオーステナイト相となることで、凝固偏析が大きくなり、高温割れを誘発する。そのため、Ｎｉは、１．０％～４．０％に限定する。好ましくは、１．２％～３．６％であり、より好ましくは、１．５％～３．２％である。
Ｎｉは、溶接金属中において、靭性を低下させずに高強度化させる有効な元素であるため、Ｎｉは、１．０％以上の含有とする。一方、Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、４．０％を超えて含有すると、凝固初晶がオーステナイト相となることで、凝固偏析が大きくなり、高温割れを誘発する。そのため、Ｎｉは、１．０％～４．０％に限定する。好ましくは、１．２％～３．６％であり、より好ましくは、１．５％～３．２％である。
【0032】
［Ｃｒ：１．５％以下］
Ｃｒは、強度向上に有効な元素である。しかしながら、１．５％を超えて含有すると、ワイヤの強度が高くなりすぎて溶接時のワイヤ送給性が悪化する。そのため、Ｃｒは、１．５％以下に限定する。また、強度向上の効果は、０．１％以上の含有で顕著となるため、含有する場合は、０．１％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．１％～１．３％である。
Ｃｒは、強度向上に有効な元素である。しかしながら、１．５％を超えて含有すると、ワイヤの強度が高くなりすぎて溶接時のワイヤ送給性が悪化する。そのため、Ｃｒは、１．５％以下に限定する。また、強度向上の効果は、０．１％以上の含有で顕著となるため、含有する場合は、０．１％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．１％～１．３％である。
【0033】
［Ｍｏ：０．２％～１．２％］
Ｍｏは、強度向上に有効な元素であり、０．２％以上の含有が好ましい。一方、１．２％を超えて含有すると、ワイヤの強度が高くなりすぎて溶接時のワイヤ送給性が悪化する。そのため、Ｍｏは、０．２％～１．２％の範囲に限定する。好ましくは、０．３％～１．０％であり、より好ましくは、０．４％～０．９％である。
Ｍｏは、強度向上に有効な元素であり、０．２％以上の含有が好ましい。一方、１．２％を超えて含有すると、ワイヤの強度が高くなりすぎて溶接時のワイヤ送給性が悪化する。そのため、Ｍｏは、０．２％～１．２％の範囲に限定する。好ましくは、０．３％～１．０％であり、より好ましくは、０．４％～０．９％である。
【0034】
［Ｏ：０．０１５％以下］
Ｏ（酸素）は、不可避的に混入する不純物であり、酸化物を形成することで、ワイヤ伸線性を悪化させる。そのため、Ｏ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば許容できるため、０．０１５％以下に限定する。好ましくは、０．０１０％以下であり、より好ましくは、０．００１％～０．００８％である。
Ｏ（酸素）は、不可避的に混入する不純物であり、酸化物を形成することで、ワイヤ伸線性を悪化させる。そのため、Ｏ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば許容できるため、０．０１５％以下に限定する。好ましくは、０．０１０％以下であり、より好ましくは、０．００１％～０．００８％である。
【0035】
［Ｎ：０．０１０％以下］
Ｎ（窒素）は、不可避的に混入する不純物であり、溶接金属の靭性を劣化させるため、Ｎ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１０％以下であれば許容できるため、０．０１０％以下に限定する。好ましくは、０．００９％以下であり、より好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
Ｎ（窒素）は、不可避的に混入する不純物であり、溶接金属の靭性を劣化させるため、Ｎ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１０％以下であれば許容できるため、０．０１０％以下に限定する。好ましくは、０．００９％以下であり、より好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
【0036】
［溶接ワイヤの任意的選択組成］
上述した化学組成が本発明の溶接ワイヤに関する基本組成であり、本発明では、この基本組成に加えてさらに、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、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％以下及びＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上である。以下、個別に説明する。
上述した化学組成が本発明の溶接ワイヤに関する基本組成であり、本発明では、この基本組成に加えてさらに、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、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％以下及びＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上である。以下、個別に説明する。
【0037】
［Ｃｕ：１．０％以下］
Ｃｕは、溶接金属中に微細析出し、析出強化により強度を向上させる元素である。しかしながら、１．０％を超えて含有すると、１１００℃近傍の温度域で赤熱脆性を示すようになり、ビード表面割れを誘発するため、１．０％以下の範囲とすることが好ましい。このような強度向上効果は、０．１％以上で顕著となるため、０．１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．１％～０．８％である。
Ｃｕは、溶接金属中に微細析出し、析出強化により強度を向上させる元素である。しかしながら、１．０％を超えて含有すると、１１００℃近傍の温度域で赤熱脆性を示すようになり、ビード表面割れを誘発するため、１．０％以下の範囲とすることが好ましい。このような強度向上効果は、０．１％以上で顕著となるため、０．１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．１％～０．８％である。
【0038】
［Ａｌ：０．２０％以下］
Ａｌは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させることで、酸化物を減少させ、溶接金属の高靭性化に寄与する。しかしながら、０．２０％を超えて含有すると、溶接金属中で粗大なＡｌ2Ｏ3を形成し、破壊の発生起点となる。そのため、０．２０％以下の範囲とするのが好ましい。そのような高靭性化効果を得るためには、Ａｌは、０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０１％～０．１６％である。
Ａｌは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させることで、酸化物を減少させ、溶接金属の高靭性化に寄与する。しかしながら、０．２０％を超えて含有すると、溶接金属中で粗大なＡｌ2Ｏ3を形成し、破壊の発生起点となる。そのため、０．２０％以下の範囲とするのが好ましい。そのような高靭性化効果を得るためには、Ａｌは、０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０１％～０．１６％である。
【0039】
［Ｔｉ：０．２０％以下］
Ｔｉは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させる。また、酸化物と溶鋼の界面エネルギーを減少させることで、酸化物を微細分散させて、溶接金属の靭性向上に寄与する。しかしながら、０．２０％を超えて含有すると、溶接金属中の固溶Ｔｉの増加により延性が低下し、靭性が低下する。そのため、０．２０％以下の範囲とするのが好ましい。そのような靭性向上効果を得るためには、Ｔｉは、０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０１％～０．１５％である。
Ｔｉは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させる。また、酸化物と溶鋼の界面エネルギーを減少させることで、酸化物を微細分散させて、溶接金属の靭性向上に寄与する。しかしながら、０．２０％を超えて含有すると、溶接金属中の固溶Ｔｉの増加により延性が低下し、靭性が低下する。そのため、０．２０％以下の範囲とするのが好ましい。そのような靭性向上効果を得るためには、Ｔｉは、０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０１％～０．１５％である。
【0040】
［Ｎｂ：０．１０％以下］
Ｎｂは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．１０％を超えて含有すると、ワイヤの強度が高くなりすぎて溶接時のワイヤ送給性が悪化する。そのため、Ｎｂは、０．１０％以下の範囲とするのが好ましい。このような強度向上効果を得るためには、Ｎｂは、０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０２％～０．０８％である。
Ｎｂは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．１０％を超えて含有すると、ワイヤの強度が高くなりすぎて溶接時のワイヤ送給性が悪化する。そのため、Ｎｂは、０．１０％以下の範囲とするのが好ましい。このような強度向上効果を得るためには、Ｎｂは、０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０２％～０．０８％である。
【0041】
［Ｖ：０．１０％以下］
Ｖは、炭化物形成元素であり、溶接金属中で微細な炭化物を析出させることで、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．１０％を超えて含有すると、ワイヤの強度が高くなりすぎて溶接時のワイヤ送給性が悪化する。そのため、Ｖは、０．１０％以下の範囲とするのが好ましい。このような強度向上効果を得るためには、Ｖは、０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０２％～０．０８％である。
Ｖは、炭化物形成元素であり、溶接金属中で微細な炭化物を析出させることで、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．１０％を超えて含有すると、ワイヤの強度が高くなりすぎて溶接時のワイヤ送給性が悪化する。そのため、Ｖは、０．１０％以下の範囲とするのが好ましい。このような強度向上効果を得るためには、Ｖは、０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０２％～０．０８％である。
【0042】
［Ｃａ：０．０１０％以下］
Ｃａは、Ｓと結合し、硫化物（ＣａＳ）を形成することで、高温割れを抑制する。しかしながら、０．０１０％を超えて含有すると、旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させるため、ワイヤ伸線性が低下する。そのため、Ｃａを含有する場合には、０．０１０％以下の範囲とするのが好ましい。このような高温割れ抑制効果を得るためには、Ｃａは、０．００１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
Ｃａは、Ｓと結合し、硫化物（ＣａＳ）を形成することで、高温割れを抑制する。しかしながら、０．０１０％を超えて含有すると、旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させるため、ワイヤ伸線性が低下する。そのため、Ｃａを含有する場合には、０．０１０％以下の範囲とするのが好ましい。このような高温割れ抑制効果を得るためには、Ｃａは、０．００１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
【0043】
［Ｂ：０．０１０％以下］
Ｂは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．０１０％を超えて含有すると、高温割れを誘発する。そのため、Ｂを含有する場合には、０．０１０％以下の範囲とするのが好ましい。このような強度向上効果を得るためには、Ｂは、０．００１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
Ｂは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．０１０％を超えて含有すると、高温割れを誘発する。そのため、Ｂを含有する場合には、０．０１０％以下の範囲とするのが好ましい。このような強度向上効果を得るためには、Ｂは、０．００１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
【0044】
［ＲＥＭ：０．０２０％以下］
ＲＥＭは、溶融金属中でＳと結合し、高融点の硫化物を形成することで、低融点の硫化物形成を抑制し、高温割れ抑制に寄与する。しかしながら、０．０２０％を超えて含有すると、旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させる作用があるため、ワイヤ伸線性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合には、０．０２０％以下の範囲とするのが好ましい。このような高温割れ抑制効果を得るためには、ＲＥＭは、０．００２％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．００３％～０．０１５％である。
ＲＥＭは、溶融金属中でＳと結合し、高融点の硫化物を形成することで、低融点の硫化物形成を抑制し、高温割れ抑制に寄与する。しかしながら、０．０２０％を超えて含有すると、旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させる作用があるため、ワイヤ伸線性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合には、０．０２０％以下の範囲とするのが好ましい。このような高温割れ抑制効果を得るためには、ＲＥＭは、０．００２％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．００３％～０．０１５％である。
【0045】
［溶接ワイヤの残部組成］
上記した組成以外の残部組成は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、例えば、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｂｉなどが挙げられる。ワイヤ中のＳｎ、Ｓｂ及びＡｓの含有量は、それぞれ０．００５％以下とし、Ｐｂ及びＢｉの含有量は、それぞれ０．０００１％以下としておくことが好ましい。また、前述の基本組成及び任意的選択組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有することを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記した組成以外の残部組成は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、例えば、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｂｉなどが挙げられる。ワイヤ中のＳｎ、Ｓｂ及びＡｓの含有量は、それぞれ０．００５％以下とし、Ｐｂ及びＢｉの含有量は、それぞれ０．０００１％以下としておくことが好ましい。また、前述の基本組成及び任意的選択組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有することを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
【0046】
［溶接ワイヤのＣｅｑＷ］
前述したように、入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上のサブマージアーク溶接方法において、溶接欠陥の発生を防ぐためには、下記の式（１）で表される溶接ワイヤのＣｅｑＷを０．４０～０．８０に調整することが有効である。
ＣｅｑＷ＝［Ｃ］W＋［Ｓｉ］W／２４＋［Ｍｎ］W／６＋［Ｎｉ］W／４０＋［Ｃｒ］W／５＋［Ｍｏ］W／４ ・・・ （１）
ここで、式（１）におけるワイヤの［元素］W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。
前述したように、入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上のサブマージアーク溶接方法において、溶接欠陥の発生を防ぐためには、下記の式（１）で表される溶接ワイヤのＣｅｑＷを０．４０～０．８０に調整することが有効である。
ＣｅｑＷ＝［Ｃ］W＋［Ｓｉ］W／２４＋［Ｍｎ］W／６＋［Ｎｉ］W／４０＋［Ｃｒ］W／５＋［Ｍｏ］W／４ ・・・ （１）
ここで、式（１）におけるワイヤの［元素］W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。
【0047】
ワイヤのＣｅｑＷを０．４０以上とするのは、強度を向上させる元素をワイヤから添加するためである。一方、ＣｅｑＷが０．８０を超えると、ワイヤが硬化しすぎてワイヤの送給性が悪化し、ワイヤ送給が不安定となる。これが起因して、ワイヤ送給が止まり、溶接が停止したり、ワイヤの巻き癖を矯正しきれずに、ワイヤの狙い位置が外れ、開先の溶け残し、すなわち溶接欠陥が発生するからである。
【0048】
［ワイヤの製造方法］
つづいて、本発明の溶接ワイヤ（ソリッドワイヤ）の製造方法について説明する。
本発明の溶接ワイヤの製造は、常用の溶接用ワイヤの製造方法がいずれも適用できる。
つづいて、本発明の溶接ワイヤ（ソリッドワイヤ）の製造方法について説明する。
本発明の溶接ワイヤの製造は、常用の溶接用ワイヤの製造方法がいずれも適用できる。
【0049】
例えば、本発明のソリッドワイヤは、前述した組成を有する溶鋼を、電気炉、真空溶解炉等の常用の溶製炉で溶製し、所定形状の鋳型等に鋳造する鋳造工程を行う。ついで、得られた鋼塊を、所定温度に加熱する加熱工程と、加熱された鋼塊に、熱間圧延を施し、所定形状の鋼素材（棒状）とする熱延工程と、を順次行う。さらに、得られた鋼素材（棒状）を複数回の冷間圧延（冷間伸線加工）と、必要に応じて、焼鈍温度：５００℃～９００℃とする焼鈍工程と、を施して、所望寸法のワイヤとする冷延工程を行うことが好ましい。
【0050】
［フラックスの基本組成］
次に、上述の組成を有する溶接用ワイヤに対して適合するフラックスについて検討を重ねた。その結果、前述したように、溶接金属の強度が不足するという問題に対して、フラックスから溶接金属の強度向上に有効な元素を添加し、後述する式（２）で表されるαを０．３５～０．７０に調整することが有効であることを知見した。以下に、フラックスの基本組成（化合物組成＋金属組成）について説明する。なお、以下、組成における「％」は、「質量％」であることを意味する。
次に、上述の組成を有する溶接用ワイヤに対して適合するフラックスについて検討を重ねた。その結果、前述したように、溶接金属の強度が不足するという問題に対して、フラックスから溶接金属の強度向上に有効な元素を添加し、後述する式（２）で表されるαを０．３５～０．７０に調整することが有効であることを知見した。以下に、フラックスの基本組成（化合物組成＋金属組成）について説明する。なお、以下、組成における「％」は、「質量％」であることを意味する。
【0051】
［フラックスの基本組成中の化合物組成］
［ＳｉＯ2：５％～３０％］
ＳｉＯ2は、良好な溶接ビードを形成するための重要な成分であり、ＳｉＯ2は、５％未満では、ビード止端部のなじみが悪くなり、アンダーカットが発生する。一方、３０％を超えると、溶接金属の酸素量が増加して靭性が劣化する。したがって、ＳｉＯ2の含有量は、５％～３０％に限定する。好ましくは、８％～２５％である。
［ＳｉＯ2：５％～３０％］
ＳｉＯ2は、良好な溶接ビードを形成するための重要な成分であり、ＳｉＯ2は、５％未満では、ビード止端部のなじみが悪くなり、アンダーカットが発生する。一方、３０％を超えると、溶接金属の酸素量が増加して靭性が劣化する。したがって、ＳｉＯ2の含有量は、５％～３０％に限定する。好ましくは、８％～２５％である。
【0052】
［ＣａＯ：１％～１０％］
ＣａＯは、スラグの融点及び流動性を調整する作用があり、１％未満では、ビード止端部のなじみが悪く、アンダーカットが生じる。一方、１０％を超えると流動性が悪くなり、ビード高さが不均一でビード外観が劣化し、スラグ剥離性も劣化する。したがって、ＣａＯの含有量は、１％～１０％に限定する。好ましくは、２％～８％である。
ＣａＯは、スラグの融点及び流動性を調整する作用があり、１％未満では、ビード止端部のなじみが悪く、アンダーカットが生じる。一方、１０％を超えると流動性が悪くなり、ビード高さが不均一でビード外観が劣化し、スラグ剥離性も劣化する。したがって、ＣａＯの含有量は、１％～１０％に限定する。好ましくは、２％～８％である。
【0053】
［ＭｇＯ：５％～３０％］
ＭｇＯは、スラグの塩基度を向上させて溶接金属の酸素量を低下させる効果があり、５％未満では、溶接金属の酸素量が増加して靭性が劣化する。一方、３０％を超えるとフラックスの軟化点が高くなり、ビード高さが不均一でビード外観が劣化し、スラグ剥離性も劣化する。したがって、ＭｇＯの含有量は、５％～３０％に限定する。好ましくは、８％～２５％である。
ＭｇＯは、スラグの塩基度を向上させて溶接金属の酸素量を低下させる効果があり、５％未満では、溶接金属の酸素量が増加して靭性が劣化する。一方、３０％を超えるとフラックスの軟化点が高くなり、ビード高さが不均一でビード外観が劣化し、スラグ剥離性も劣化する。したがって、ＭｇＯの含有量は、５％～３０％に限定する。好ましくは、８％～２５％である。
【0054】
［Ａｌ2Ｏ3：３％～２０％］
Ａｌ2Ｏ3は、良好なスラグ剥離性及びビード外観を得るために必要な成分であり、アーク安定性を向上させる効果もある。そのような効果を得るためには、３％以上の含有を必要とする。一方、２０％を超えると、フラックスの粘度が上昇するため凸ビードとなり、スラグ剥離性も不良となる。したがって、Ａｌ2Ｏ3の含有量は、３％～２０％に限定する。好ましくは、５％～１８％である。
Ａｌ2Ｏ3は、良好なスラグ剥離性及びビード外観を得るために必要な成分であり、アーク安定性を向上させる効果もある。そのような効果を得るためには、３％以上の含有を必要とする。一方、２０％を超えると、フラックスの粘度が上昇するため凸ビードとなり、スラグ剥離性も不良となる。したがって、Ａｌ2Ｏ3の含有量は、３％～２０％に限定する。好ましくは、５％～１８％である。
【0055】
［ＴｉＯ2：２％～２０％］
ＴｉＯ2は、溶融スラグの剥離性や低温靭性に寄与する成分であり、溶接ビード形状を良好にする効果もある。そのような効果を得るためには、２％以上の含有を必要とする。一方、２０％以上の含有では、溶融スラグの融点が上昇しすぎて、スラグ剥離性が劣化する。したがって、ＴｉＯ2の含有量は、２％～２０％に限定する。好ましくは、３％～１８％である。
ＴｉＯ2は、溶融スラグの剥離性や低温靭性に寄与する成分であり、溶接ビード形状を良好にする効果もある。そのような効果を得るためには、２％以上の含有を必要とする。一方、２０％以上の含有では、溶融スラグの融点が上昇しすぎて、スラグ剥離性が劣化する。したがって、ＴｉＯ2の含有量は、２％～２０％に限定する。好ましくは、３％～１８％である。
【0056】
［Ｎａ2Ｏ：１％～３％］
Ｎａ2Ｏは、溶接時のアークを安定化させる成分であり、そのような効果を得るためには、１％以上の含有を必要とする。一方、３％以上の含有では、耐吸湿性が劣化し、溶接金属の拡散性水素量が増加することで、低温割れを誘発する。したがって、Ｎａ2Ｏの含有量は、１％～３％に限定する。好ましくは、１％～２％である。
Ｎａ2Ｏは、溶接時のアークを安定化させる成分であり、そのような効果を得るためには、１％以上の含有を必要とする。一方、３％以上の含有では、耐吸湿性が劣化し、溶接金属の拡散性水素量が増加することで、低温割れを誘発する。したがって、Ｎａ2Ｏの含有量は、１％～３％に限定する。好ましくは、１％～２％である。
【0057】
［ＣａＦ2：２％～２０％］
ＣａＦ2は、溶融スラグの融点及び粘性を低下させる作用があり、大入熱の溶接条件でビードを平滑に保つのに有効な成分である。また、溶接金属のＯ（酸素）量を低減して靭性を向上させる。このような効果を得るためには、２％以上の含有を必要とする。一方、ＣａＦ2が２０％を超えると溶融スラグの粘性が低くなりすぎて、アンダーカットを誘発し、スラグ剥離性も劣化する。したがって、ＣａＦ2の含有量は、２％～２０％に限定する。好ましくは、４％～１８％である。
ＣａＦ2は、溶融スラグの融点及び粘性を低下させる作用があり、大入熱の溶接条件でビードを平滑に保つのに有効な成分である。また、溶接金属のＯ（酸素）量を低減して靭性を向上させる。このような効果を得るためには、２％以上の含有を必要とする。一方、ＣａＦ2が２０％を超えると溶融スラグの粘性が低くなりすぎて、アンダーカットを誘発し、スラグ剥離性も劣化する。したがって、ＣａＦ2の含有量は、２％～２０％に限定する。好ましくは、４％～１８％である。
【0058】
［金属炭酸塩の１種又は２種以上のＣＯ2換算値の合計：２％～１２％］
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）などの金属炭酸塩から溶接時に発生するＣＯ2は、溶接金属を大気から遮断するとともにアークを安定にする効果がある。そのような効果を得るためには、２％以上の含有を必要とする。一方、１２％を超えると、ガス量が過剰となり、吹上げが発生し、溶接作業性を劣化させる。したがって、金属炭酸塩の１種又は２種以上のＣＯ2換算値の合計は、２％～１２％に限定する。好ましくは、３％～１０％である。
炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）などの金属炭酸塩から溶接時に発生するＣＯ2は、溶接金属を大気から遮断するとともにアークを安定にする効果がある。そのような効果を得るためには、２％以上の含有を必要とする。一方、１２％を超えると、ガス量が過剰となり、吹上げが発生し、溶接作業性を劣化させる。したがって、金属炭酸塩の１種又は２種以上のＣＯ2換算値の合計は、２％～１２％に限定する。好ましくは、３％～１０％である。
【0059】
なお、金属炭酸塩としては、上記の他に、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ3）、炭酸リチウム（Ｌｉ2ＣＯ3）などが挙げられる。
【0060】
［フラックスの基本組成中の金属組成］
［Ｓｉ：０．１０％～２．５０％］
Ｓｉは、金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ合金などとして添加され、脱酸材として作用し、溶接金属の酸素量を低減する。また、溶接金属の焼入れ性を向上させる作用も有する。そのような効果を得るためには、０．１０％以上の含有を必要とする。一方、Ｓｉが２．５０％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、靭性が劣化する。したがって、Ｓｉの含有量は、０．１０％～２．５０％に限定する。好ましくは、０．３０％～２．００％である。
［Ｓｉ：０．１０％～２．５０％］
Ｓｉは、金属Ｓｉ、Ｆｅ－Ｓｉ合金などとして添加され、脱酸材として作用し、溶接金属の酸素量を低減する。また、溶接金属の焼入れ性を向上させる作用も有する。そのような効果を得るためには、０．１０％以上の含有を必要とする。一方、Ｓｉが２．５０％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、靭性が劣化する。したがって、Ｓｉの含有量は、０．１０％～２．５０％に限定する。好ましくは、０．３０％～２．００％である。
【0061】
［Ｍｎ：０．１％～２．０％］
Ｍｎは、金属ＭｎやＦｅ－Ｍｎ合金などとして添加され、脱酸材として作用し、溶接金属の酸素量を低減する。また、溶接金属の焼入れ性を向上させる作用も有する。そのような効果を得るためには、０．１％以上の含有を必要とする。一方、Ｍｎが２．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、靭性が劣化する。したがって、Ｍｎの含有量は、０．１％～２．０％に限定する。好ましくは、０．２％～１．８％である。
Ｍｎは、金属ＭｎやＦｅ－Ｍｎ合金などとして添加され、脱酸材として作用し、溶接金属の酸素量を低減する。また、溶接金属の焼入れ性を向上させる作用も有する。そのような効果を得るためには、０．１％以上の含有を必要とする。一方、Ｍｎが２．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰となり、靭性が劣化する。したがって、Ｍｎの含有量は、０．１％～２．０％に限定する。好ましくは、０．２％～１．８％である。
【0062】
［Ｎｉ：１．０％～１２．０％］
Ｎｉは、金属Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉ合金などとして添加され、溶接金属の強度と靭性を向上させる重要な元素である。そのような効果を得るためには、１．０％以上の含有を必要とする。一方で、１２．０％を超えると、凝固初晶がオーステナイト相となることで、凝固偏析が大きくなり、高温割れが発生する。そのため、Ｎｉの含有量は、１．０％～１２．０％に限定する。好ましくは、２．０％～１０．０％である。
Ｎｉは、金属Ｎｉ、Ｆｅ－Ｎｉ合金などとして添加され、溶接金属の強度と靭性を向上させる重要な元素である。そのような効果を得るためには、１．０％以上の含有を必要とする。一方で、１２．０％を超えると、凝固初晶がオーステナイト相となることで、凝固偏析が大きくなり、高温割れが発生する。そのため、Ｎｉの含有量は、１．０％～１２．０％に限定する。好ましくは、２．０％～１０．０％である。
【0063】
［Ｃｒ：８．０％以下］
Ｃｒは、金属Ｃｒ、Ｆｅ－Ｃｒ合金などとして添加され、溶接金属の強度を向上させる元素である。しかしながら、８．０％を超えると溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。したがって、Ｃｒの含有量は、８．０％以下に限定する。また、強度向上の効果は、０．１％以上の含有で顕著となることから、０．１％～８．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．２％～７．５％である。
Ｃｒは、金属Ｃｒ、Ｆｅ－Ｃｒ合金などとして添加され、溶接金属の強度を向上させる元素である。しかしながら、８．０％を超えると溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。したがって、Ｃｒの含有量は、８．０％以下に限定する。また、強度向上の効果は、０．１％以上の含有で顕著となることから、０．１％～８．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．２％～７．５％である。
【0064】
［Ｍｏ：１．０％～８．０％］
Ｍｏは、金属Ｍｏ、Ｆｅ－Ｍｏ合金などとして添加され、溶接金属の強度を向上させる重要な元素である。そのような効果を得るためには、１．０％以上の含有を必要とする。また、フェライト安定化元素であるため、Ｎｉが添加された場合でも、凝固初晶をフェライト相に維持し、高温割れを防止する効果もある。一方、８．０％を超えると溶接金属が硬化しすぎるため、靭性が低下する。したがって、Ｍｏの含有量は、１．０％～８．０％に限定する。好ましくは、１．５％～７．０％である。
Ｍｏは、金属Ｍｏ、Ｆｅ－Ｍｏ合金などとして添加され、溶接金属の強度を向上させる重要な元素である。そのような効果を得るためには、１．０％以上の含有を必要とする。また、フェライト安定化元素であるため、Ｎｉが添加された場合でも、凝固初晶をフェライト相に維持し、高温割れを防止する効果もある。一方、８．０％を超えると溶接金属が硬化しすぎるため、靭性が低下する。したがって、Ｍｏの含有量は、１．０％～８．０％に限定する。好ましくは、１．５％～７．０％である。
【0065】
［Ｆｅ：１０％～３０％］
Ｆｅは、溶着効率及びアーク集中性向上に効果がある。Ｆｅが１０％未満では、溶着効率が低下し、また、アークが広がることで溶融スラグの吹上げが発生する。一方、Ｆｅが３０％を超えると、ビード表面に鉄粒突起が発生してビード外観が劣化する。したがって、Ｆｅの含有量は、１０％～３０％に限定する。好ましくは、１２％～２５％である。
Ｆｅは、溶着効率及びアーク集中性向上に効果がある。Ｆｅが１０％未満では、溶着効率が低下し、また、アークが広がることで溶融スラグの吹上げが発生する。一方、Ｆｅが３０％を超えると、ビード表面に鉄粒突起が発生してビード外観が劣化する。したがって、Ｆｅの含有量は、１０％～３０％に限定する。好ましくは、１２％～２５％である。
【0066】
［フラックスの任意的選択組成］
上述した化学組成が、本発明に用いるフラックスの基本組成であるが、本発明では、この基本組成に加えてさらに、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、Ｂ2Ｏ3：１．０％以下、Ｋ2Ｏ：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種以上である。以下、個別に説明する。
上述した化学組成が、本発明に用いるフラックスの基本組成であるが、本発明では、この基本組成に加えてさらに、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、Ｂ2Ｏ3：１．０％以下、Ｋ2Ｏ：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種以上である。以下、個別に説明する。
【0067】
［フラックスの任意的選択組成中の化合物組成］
［Ｂ2Ｏ3：１．０％以下］
Ｂ2Ｏ3は、溶接金属の焼入れ性向上に寄与する成分であるが、１．０％を超えて含有すると、溶接金属中に低融点の液相を形成し、高温割れを誘発する。したがって、Ｂ2Ｏ3の含有量は１．０％以下とするのが好ましい。また、溶接金属の焼入れ性向上の効果を得るためには、０．１％以上の含有とするのがより好ましい。さらに好ましくは、０．２％～０．８％である。
［Ｂ2Ｏ3：１．０％以下］
Ｂ2Ｏ3は、溶接金属の焼入れ性向上に寄与する成分であるが、１．０％を超えて含有すると、溶接金属中に低融点の液相を形成し、高温割れを誘発する。したがって、Ｂ2Ｏ3の含有量は１．０％以下とするのが好ましい。また、溶接金属の焼入れ性向上の効果を得るためには、０．１％以上の含有とするのがより好ましい。さらに好ましくは、０．２％～０．８％である。
【0068】
［Ｋ2Ｏ：３．０％以下］
Ｋ2Ｏは、溶接時のアークを安定化させる成分であるが、３．０％を超えて含有すると、耐吸湿性が劣化し、溶接金属の拡散性水素量が増加することで、低温割れを誘発する。したがって、Ｋ2Ｏの含有量は、３．０％以下とするのが好ましい。また、溶接時の安定化の効果を得るためには、１．０％以上の含有とするのがより好ましい。さらに好ましくは、１．０％～２．０％である。
Ｋ2Ｏは、溶接時のアークを安定化させる成分であるが、３．０％を超えて含有すると、耐吸湿性が劣化し、溶接金属の拡散性水素量が増加することで、低温割れを誘発する。したがって、Ｋ2Ｏの含有量は、３．０％以下とするのが好ましい。また、溶接時の安定化の効果を得るためには、１．０％以上の含有とするのがより好ましい。さらに好ましくは、１．０％～２．０％である。
【0069】
［フラックスの任意的選択組成中の金属組成］
［Ｔｉ：１．００％以下］
Ｔｉは、金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉなどとして添加され、強力な脱酸材として作用し、溶接金属の酸素量を低減し、靭性向上に寄与するが、１．００％を超えて含有すると、溶接金属中の固溶Ｔｉが多くなり、靭性が劣化する。したがって、Ｔｉの含有量は、１．００％以下とするのが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、０．１０％以上の含有とするのがより好ましい。さらに好ましくは、０．２０％～０．９０％である。
［Ｔｉ：１．００％以下］
Ｔｉは、金属Ｔｉ、Ｆｅ－Ｔｉなどとして添加され、強力な脱酸材として作用し、溶接金属の酸素量を低減し、靭性向上に寄与するが、１．００％を超えて含有すると、溶接金属中の固溶Ｔｉが多くなり、靭性が劣化する。したがって、Ｔｉの含有量は、１．００％以下とするのが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、０．１０％以上の含有とするのがより好ましい。さらに好ましくは、０．２０％～０．９０％である。
【0070】
［Ａｌ：１．００％以下］
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌなどとして添加され、強力な脱酸材として作用し、溶接金属の酸素量を低減し、靭性向上に寄与するが、１．００％を超えて含有すると、溶接金属中の固溶Ａｌが多くなり、靭性が劣化する。したがって、Ａｌの含有量は、１．００％以下とするのが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、０．１０％以上の含有とするのがより好ましい。さらに好ましくは、０．２０％～０．９０％である。
Ａｌは、金属Ａｌ、Ｆｅ－Ａｌなどとして添加され、強力な脱酸材として作用し、溶接金属の酸素量を低減し、靭性向上に寄与するが、１．００％を超えて含有すると、溶接金属中の固溶Ａｌが多くなり、靭性が劣化する。したがって、Ａｌの含有量は、１．００％以下とするのが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、０．１０％以上の含有とするのがより好ましい。さらに好ましくは、０．２０％～０．９０％である。
【0071】
［フラックスの残部組成］
フラックスに含まれる上記以外の残部組成は、Ｂａ、Ｌｉ、Ｐ及びＳなどの不可避的不純物である。これらの不可避的不純物のうち、Ｂａ及びＬｉは、それぞれ３．０％以下に制限することが好ましく、特に、溶接品質に影響するＰ及びＳは、それぞれ０．１％以下に制限することが好ましい。
フラックスに含まれる上記以外の残部組成は、Ｂａ、Ｌｉ、Ｐ及びＳなどの不可避的不純物である。これらの不可避的不純物のうち、Ｂａ及びＬｉは、それぞれ３．０％以下に制限することが好ましく、特に、溶接品質に影響するＰ及びＳは、それぞれ０．１％以下に制限することが好ましい。
【0072】
［フラックスのα］
前述したように、溶接ワイヤのＣｅｑＷを０．８０以下に制限した場合に、従来技術のフラックスとの組合せでは、溶接金属の焼入れ性が不足し、要求される溶接金属強度を満たすことができないという問題があった。これに対して、本発明者らは、フラックスから溶接金属の焼入れ性向上に有効な元素を添加することが有効であると考え、種々のフラックスを試作し、鋭意検討を行った。その結果、フラックスから溶接金属への元素の移行は、フラックスへのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの焼入れ性を高める元素の添加量とともに、フラックス中のＦｅ量にも影響されることがわかった。さらに、フラックスに添加される各元素と溶接ワイヤのＣｅｑＷで示される以下の式（２）で表されるαを０．３５～０．７０に調整することにより、溶接金属の強度確保と耐割れ性の両立が可能であることを知見した。
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）
ここで、上記式（２）におけるフラックスの［成分］Fは、当該金属成分の含有量（質量％）を表し、当該成分が含有されていない場合は、０とする。
前述したように、溶接ワイヤのＣｅｑＷを０．８０以下に制限した場合に、従来技術のフラックスとの組合せでは、溶接金属の焼入れ性が不足し、要求される溶接金属強度を満たすことができないという問題があった。これに対して、本発明者らは、フラックスから溶接金属の焼入れ性向上に有効な元素を添加することが有効であると考え、種々のフラックスを試作し、鋭意検討を行った。その結果、フラックスから溶接金属への元素の移行は、フラックスへのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの焼入れ性を高める元素の添加量とともに、フラックス中のＦｅ量にも影響されることがわかった。さらに、フラックスに添加される各元素と溶接ワイヤのＣｅｑＷで示される以下の式（２）で表されるαを０．３５～０．７０に調整することにより、溶接金属の強度確保と耐割れ性の両立が可能であることを知見した。
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）
ここで、上記式（２）におけるフラックスの［成分］Fは、当該金属成分の含有量（質量％）を表し、当該成分が含有されていない場合は、０とする。
【0073】
このαが、０．３５未満では、溶接金属の強度が不足し、０．７０を超えると、溶接欠陥（割れ）が発生することがある。したがって、αは、０．３５～０．７０と限定する。好ましくは、０．４０～０．６５である。
【0074】
［溶接金属］
前述した７８０ＭＰａ級鋼を突き合わせて、溶接ワイヤとフラックスを用いて入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上でサブマージアーク溶接を行い、得られた溶接継手の溶接金属は、以下に述べる成分組成となる。
前述した７８０ＭＰａ級鋼を突き合わせて、溶接ワイヤとフラックスを用いて入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上でサブマージアーク溶接を行い、得られた溶接継手の溶接金属は、以下に述べる成分組成となる。
【0075】
これにより、溶接欠陥のない、溶接金属の機械的特性である６３０ＭＰａ以上の０．２％耐力と７８０ＭＰａ以上の引張強度が得られ、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vＥ0が２７J以上を確保することができる。
【0076】
溶接金属の化学組成の基本組成は、次のとおり含有することが好ましい。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。また、残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。なお、組成における「％」は、「質量％」である。
【0077】
さらに、下記式（３）で表されるＣｅｑＤが０．７５～０．９５であることが好ましい。
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。
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。
【0078】
さらに、上記溶接金属の基本組成に加えて、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、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種以上である。以下、個別に説明する。
【0079】
［溶接金属の基本組成］
［Ｃ：０．０４％～０．１０％］
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる元素である。Ｃが０．０４％未満であると溶接金属強度が不足する。一方、０．１０％を超えると溶接金属中で硬質な第二相を形成し、靭性が劣化する。そのため、Ｃは、０．０４％～０．１０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．０５％～０．０８％である。
［Ｃ：０．０４％～０．１０％］
Ｃは、溶接金属の強度を向上させる元素である。Ｃが０．０４％未満であると溶接金属強度が不足する。一方、０．１０％を超えると溶接金属中で硬質な第二相を形成し、靭性が劣化する。そのため、Ｃは、０．０４％～０．１０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．０５％～０．０８％である。
【0080】
［Ｓｉ：０．１０％～０．８０％］
Ｓｉは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させることで、溶接金属の靭性向上に寄与する。また、変態温度を低下させることで強度を上げる効果もある。Ｓｉが０．１０％未満では、その効果が乏しく、０．８０％を超えると、溶接金属中で硬質な第二相の形成を促進し、靭性が劣化する。そのため、Ｓｉは、０．１０％～０．８０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．２０％～０．６０％である。
Ｓｉは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させることで、溶接金属の靭性向上に寄与する。また、変態温度を低下させることで強度を上げる効果もある。Ｓｉが０．１０％未満では、その効果が乏しく、０．８０％を超えると、溶接金属中で硬質な第二相の形成を促進し、靭性が劣化する。そのため、Ｓｉは、０．１０％～０．８０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．２０％～０．６０％である。
【0081】
［Ｍｎ：０．９％～２．０％］
Ｍｎは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度確保するためには、０．９％以上含有することが好ましい。一方、凝固偏析しやすい元素であるため、２．０％を超える場合は凝固偏析により高温割れを誘発する。そのため、Ｍｎは、０．９％～２．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、１．２％～１．８％である。
Ｍｎは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度確保するためには、０．９％以上含有することが好ましい。一方、凝固偏析しやすい元素であるため、２．０％を超える場合は凝固偏析により高温割れを誘発する。そのため、Ｍｎは、０．９％～２．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、１．２％～１．８％である。
【0082】
［Ｐ：０．０１５％以下］
Ｐは、溶接金属中で結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば、許容できる。そのため、Ｐは、０．０１５％以下の範囲とするのが好ましい。なお、過度の低減は、溶接ワイヤ製造のための精錬コストの高騰を招くため、Ｐは、０．００３％以上に調整することが好ましいので、より好ましくは、０．００４％～０．０１２％である。
Ｐは、溶接金属中で結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば、許容できる。そのため、Ｐは、０．０１５％以下の範囲とするのが好ましい。なお、過度の低減は、溶接ワイヤ製造のための精錬コストの高騰を招くため、Ｐは、０．００３％以上に調整することが好ましいので、より好ましくは、０．００４％～０．０１２％である。
【0083】
［Ｓ：０．０１５％以下］
Ｓは、溶接金属中で結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば、許容できる。そのため、Ｓは、０．０１５％以下の範囲とするのが好ましい。なお、過度の低減は、溶接ワイヤ製造のための精錬コストの高騰を招くため、Ｓは、０．００２％以上に調整することが好ましいので、より好ましくは、０．００３％～０．０１２％である。
Ｓは、溶接金属中で結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、できるだけ低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば、許容できる。そのため、Ｓは、０．０１５％以下の範囲とするのが好ましい。なお、過度の低減は、溶接ワイヤ製造のための精錬コストの高騰を招くため、Ｓは、０．００２％以上に調整することが好ましいので、より好ましくは、０．００３％～０．０１２％である。
【0084】
［Ｎｉ：１．６％～５．０％］
Ｎｉは、溶接金属中において、靭性を低下させずに高強度化させる有効な元素である。その効果を得るには、Ｎｉは、１．６％以上含有することが好ましい。一方、Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、５．０％を超える添加では凝固初晶がオーステナイト相となることで、凝固偏析が大きくなり、高温割れを誘発する。そのため、Ｎｉは、１．６％～５．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、２．０％～４．５％である。
Ｎｉは、溶接金属中において、靭性を低下させずに高強度化させる有効な元素である。その効果を得るには、Ｎｉは、１．６％以上含有することが好ましい。一方、Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、５．０％を超える添加では凝固初晶がオーステナイト相となることで、凝固偏析が大きくなり、高温割れを誘発する。そのため、Ｎｉは、１．６％～５．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、２．０％～４．５％である。
【0085】
［Ｃｒ：０．３％～２．０％］
Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させる元素である。そのような効果は、０．３％以上の含有で顕著となる。一方、２．０％を超えると、溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。したがって、Ｃｒは、０．３％～２．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．４％～１．８％である。
Ｃｒは、溶接金属の強度を向上させる元素である。そのような効果は、０．３％以上の含有で顕著となる。一方、２．０％を超えると、溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。したがって、Ｃｒは、０．３％～２．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．４％～１．８％である。
【0086】
［Ｍｏ：０．５％～２．０％］
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させる元素である。そのような効果は、０．５％以上の含有で顕著となる。一方、２．０％を超えると、溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。したがって、Ｍｏは、０．５％～２．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．６％～１．６％である。
Ｍｏは、溶接金属の強度を向上させる元素である。そのような効果は、０．５％以上の含有で顕著となる。一方、２．０％を超えると、溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。したがって、Ｍｏは、０．５％～２．０％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．６％～１．６％である。
【0087】
［Ｏ：０．０４０％以下］
Ｏ（酸素）は、不可避的に混入する不純物であり、酸化物を形成することで、溶接金属の靭性を低下させる。そのため、Ｏ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０４０％以下であれば許容できるため、０．０４０％以下の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．０１０％～０．０３６％である。
Ｏ（酸素）は、不可避的に混入する不純物であり、酸化物を形成することで、溶接金属の靭性を低下させる。そのため、Ｏ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０４０％以下であれば許容できるため、０．０４０％以下の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．０１０％～０．０３６％である。
【0088】
［Ｎ：０．０１０％以下］
Ｎ（窒素）は、不可避的に混入する不純物であり、溶接金属の靭性を劣化させる。そのため、Ｎ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１０％以下であれば許容できる。したがって、Ｎは、０．０１０％以下の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
Ｎ（窒素）は、不可避的に混入する不純物であり、溶接金属の靭性を劣化させる。そのため、Ｎ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１０％以下であれば許容できる。したがって、Ｎは、０．０１０％以下の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
【0089】
［溶接金属の任意的選択組成］
上述した化学組成が本発明の溶接金属に関する基本組成であり、本発明では、この基本組成に加えてさらに、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、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％以下及びＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上である。以下、個別に説明する。
上述した化学組成が本発明の溶接金属に関する基本組成であり、本発明では、この基本組成に加えてさらに、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、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％以下及びＲＥＭ：０．０２０％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上である。以下、個別に説明する。
【0090】
［Ｃｕ：１．０％以下］
Ｃｕは、溶接金属中に微細析出し、析出強化により強度を向上させる元素であるが、１．０％を超えて含有すると、溶接欠陥を誘発するため、１．０％以下の範囲とするのが好ましい。また、溶接金属の強度向上効果は、０．１％以上で顕著であるため、より好ましくは、０．１％～１．０％である。
Ｃｕは、溶接金属中に微細析出し、析出強化により強度を向上させる元素であるが、１．０％を超えて含有すると、溶接欠陥を誘発するため、１．０％以下の範囲とするのが好ましい。また、溶接金属の強度向上効果は、０．１％以上で顕著であるため、より好ましくは、０．１％～１．０％である。
【0091】
［Ａｌ：０．１２％以下］
Ａｌは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させることで、酸化物を減少させ、溶接金属の高靭性化に寄与するが、０．１２％を超えると、溶接金属中で粗大なＡｌ2Ｏ3を形成し、破壊の発生起点となる。そのため、０．１２％以下の範囲とするのが好ましい。また、溶接金属の高靭性化効果を得るためには、０．０１％以上含有することが好ましいので、より好ましくは、０．０１％～０．１２％である。
Ａｌは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させることで、酸化物を減少させ、溶接金属の高靭性化に寄与するが、０．１２％を超えると、溶接金属中で粗大なＡｌ2Ｏ3を形成し、破壊の発生起点となる。そのため、０．１２％以下の範囲とするのが好ましい。また、溶接金属の高靭性化効果を得るためには、０．０１％以上含有することが好ましいので、より好ましくは、０．０１％～０．１２％である。
【0092】
［Ｔｉ：０．１２％以下］
Ｔｉは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させる。また、酸化物と溶鋼の界面エネルギーを減少させることで、酸化物を微細分散させて、溶接金属の靭性向上に寄与する。しかしながら、０．１２％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉの増加により延性が低下し、靭性が低下する。そのため、０．１２％以下の範囲とするのが好ましい。また、そのような靭性向上効果を得るためには、Ｔｉは、０．０１％以上含有することが好ましいので、より好ましくは、０．０１％～０．１２％である。
Ｔｉは、溶接金属中で脱酸元素として働き、固溶酸素量を減少させる。また、酸化物と溶鋼の界面エネルギーを減少させることで、酸化物を微細分散させて、溶接金属の靭性向上に寄与する。しかしながら、０．１２％を超えると、溶接金属中の固溶Ｔｉの増加により延性が低下し、靭性が低下する。そのため、０．１２％以下の範囲とするのが好ましい。また、そのような靭性向上効果を得るためには、Ｔｉは、０．０１％以上含有することが好ましいので、より好ましくは、０．０１％～０．１２％である。
【0093】
［Ｎｂ：０．１０％以下］
Ｎｂは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度向上に寄与するが、０．１０％を超えて含有すると、溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。そのため、Ｎｂは、０．１０％以下の範囲とするのが好ましい。また、溶接金属の強度向上効果を得るためには、Ｎｂは、０．０１％以上含有することが好ましいので、より好ましくは、０．０１％～０．１０％である。
Ｎｂは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度向上に寄与するが、０．１０％を超えて含有すると、溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。そのため、Ｎｂは、０．１０％以下の範囲とするのが好ましい。また、溶接金属の強度向上効果を得るためには、Ｎｂは、０．０１％以上含有することが好ましいので、より好ましくは、０．０１％～０．１０％である。
【0094】
［Ｖ：０．１０％以下］
Ｖは、炭化物形成元素であり、溶接金属中で微細な炭化物を析出させることで、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．１０％を超えて含有すると、溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。そのため、Ｖは、０．１０％以下の範囲とするのが好ましい。また、このような溶接金属の強度向上効果を得るためには、Ｖは、０．０１％以上含有することが好ましいので、より好ましくは、０．０１％～０．１０％である。
Ｖは、炭化物形成元素であり、溶接金属中で微細な炭化物を析出させることで、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．１０％を超えて含有すると、溶接金属の硬化を招くため、靭性が低下する。そのため、Ｖは、０．１０％以下の範囲とするのが好ましい。また、このような溶接金属の強度向上効果を得るためには、Ｖは、０．０１％以上含有することが好ましいので、より好ましくは、０．０１％～０．１０％である。
【0095】
［Ｃａ：０．００６％以下］
Ｃａは、Ｓと結合し、硫化物（ＣａＳ）を形成することで、高温割れを抑制する。しかしながら、０．００６％を超えて含有すると旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させるため、溶接金属の靭性が低下する。そのため、Ｃａを含有する場合には、０．００６％以下の範囲とするのが好ましい。また、このような高温割れ抑制効果は、Ｃａが０．００１％以上の含有で顕著となるので、より好ましくは、０．００１％～０．００６％である。
Ｃａは、Ｓと結合し、硫化物（ＣａＳ）を形成することで、高温割れを抑制する。しかしながら、０．００６％を超えて含有すると旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させるため、溶接金属の靭性が低下する。そのため、Ｃａを含有する場合には、０．００６％以下の範囲とするのが好ましい。また、このような高温割れ抑制効果は、Ｃａが０．００１％以上の含有で顕著となるので、より好ましくは、０．００１％～０．００６％である。
【0096】
［Ｂ：０．０１０％以下］
Ｂは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．０１０％を超えて含有すると高温割れを誘発する。そのため、Ｂを含有する場合には、０．０１０％以下の範囲とするのが好ましい。また、このような強度向上効果を得るためには、Ｂは、０．００１％以上含有するのが好ましいので、より好ましくは、０．００１％～０．０１０％である。
Ｂは、焼入れ性を高める元素であり、溶接金属の強度向上に寄与する。しかしながら、０．０１０％を超えて含有すると高温割れを誘発する。そのため、Ｂを含有する場合には、０．０１０％以下の範囲とするのが好ましい。また、このような強度向上効果を得るためには、Ｂは、０．００１％以上含有するのが好ましいので、より好ましくは、０．００１％～０．０１０％である。
【0097】
［ＲＥＭ：０．０２０％以下］
ＲＥＭは、溶融金属中でＳと結合し、高融点の硫化物を形成することで、低融点の硫化物形成を抑制し、高温割れ抑制に寄与する。しかしながら、０．０２０％を超えて含有すると、旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させる作用があるため、溶接金属の靭性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合には、０．０２０％以下の範囲とするのが好ましい。また、このような高温割れ抑制効果は、ＲＥＭが０．００２％以上の含有で顕著となるので、より好ましくは、０．００２％～０.０２０％である。
ＲＥＭは、溶融金属中でＳと結合し、高融点の硫化物を形成することで、低融点の硫化物形成を抑制し、高温割れ抑制に寄与する。しかしながら、０．０２０％を超えて含有すると、旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させる作用があるため、溶接金属の靭性が低下する。そのため、ＲＥＭを含有する場合には、０．０２０％以下の範囲とするのが好ましい。また、このような高温割れ抑制効果は、ＲＥＭが０．００２％以上の含有で顕著となるので、より好ましくは、０．００２％～０.０２０％である。
【0098】
［溶接金属の残部組成］
上記した組成以外の残部組成は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、例えば、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｂｉなどが挙げられる。溶接金属中のＳｎ、Ｓｂ及びＡｓの含有量は、それぞれ０．００５％以下とし、Ｐｂ及びＢｉの含有量は、それぞれ０．０００１％以下としておくことが好ましい。また、前述の基本組成及び任意的選択組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有することを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記した組成以外の残部組成は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、例えば、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｂｉなどが挙げられる。溶接金属中のＳｎ、Ｓｂ及びＡｓの含有量は、それぞれ０．００５％以下とし、Ｐｂ及びＢｉの含有量は、それぞれ０．０００１％以下としておくことが好ましい。また、前述の基本組成及び任意的選択組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有することを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
【0099】
［溶接金属のＣｅｑＤ］
さらに、入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上のサブマージアーク溶接方法において、溶接金属の強度と靭性を確保しつつ、溶接欠陥の発生を防ぐためには、下記の式（３）で表される溶接金属のＣｅｑＤを０．７５～０．９５に調整することが有効である。
ＣｅｑＤ＝［Ｃ］D＋［Ｓｉ］D／２４＋［Ｍｎ］D／６＋［Ｎｉ］D／４０＋［Ｃｒ］D／５＋［Ｍｏ］D／４ ・・・ （３）
ここで、式（３）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。
さらに、入熱３００ｋＪ／ｃｍ以上のサブマージアーク溶接方法において、溶接金属の強度と靭性を確保しつつ、溶接欠陥の発生を防ぐためには、下記の式（３）で表される溶接金属のＣｅｑＤを０．７５～０．９５に調整することが有効である。
ＣｅｑＤ＝［Ｃ］D＋［Ｓｉ］D／２４＋［Ｍｎ］D／６＋［Ｎｉ］D／４０＋［Ｃｒ］D／５＋［Ｍｏ］D／４ ・・・ （３）
ここで、式（３）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。
【0100】
溶接金属のＣｅｑＤを０．７５以上とするのは、溶接金属の強度を確保するためである。一方、ＣｅｑＤが０．９５を超えると、靭性が低下し、低温割れ発生傾向が大きくなるからである。
【0101】
［７８０ＭＰａ級鋼］
本発明の対象となる母材（鋼板）は、７８０ＭＰａ級鋼である。すなわち引張強度が７８０ＭＰａ～９３０ＭＰａである。７８０ＭＰａ級鋼の製造方法としては、常法の製鋼工程及び鋳造工程を経て得た鋼素材を、加熱条件や圧下率などを調整して熱間圧延した後、冷却して鋼板（鋼材）を得る方法などがある。圧延後の鋼板の板厚は、例えば、４０ｍｍ～１００ｍｍである。
本発明の対象となる母材（鋼板）は、７８０ＭＰａ級鋼である。すなわち引張強度が７８０ＭＰａ～９３０ＭＰａである。７８０ＭＰａ級鋼の製造方法としては、常法の製鋼工程及び鋳造工程を経て得た鋼素材を、加熱条件や圧下率などを調整して熱間圧延した後、冷却して鋼板（鋼材）を得る方法などがある。圧延後の鋼板の板厚は、例えば、４０ｍｍ～１００ｍｍである。
【0102】
７８０ＭＰａ級鋼の化学組成としては、例えば、基本組成は、次のようなものである。
Ｃ：０．０３％～０．１５％、Ｓｉ：０．０２％～０．８０％、Ｍｎ：１．０％～２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１２％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：１．５％以下、Ｎ：０．０１０％以下、Ｏ：０．０１０％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物。さらに、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。
Ｃ：０．０３％～０．１５％、Ｓｉ：０．０２％～０．８０％、Ｍｎ：１．０％～２．５％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１２％以下、Ｎｉ：３．０％以下、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：１．５％以下、Ｎ：０．０１０％以下、Ｏ：０．０１０％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物。さらに、必要に応じて、次の任意的選択組成を含有することができる。
【0103】
Ｃｕ：１．０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｃａ：０．００６％以下、Ｂ：０．００５％以下及びＲＥＭ：０．０５０％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上である。
【0104】
［鋼板の基本組成］
本発明の溶接の対象となる７８０ＭＰａ級鋼の基本組成について説明する。
本発明の溶接の対象となる７８０ＭＰａ級鋼の基本組成について説明する。
【0105】
［Ｃ：０．０３％～０．１５％］
Ｃは、鋼材の強度を向上させる元素である。このような効果を得るためには、０．０３％以上の含有を必要とする。一方、０．１５％を超えて含有すると、溶接熱影響部で硬質な第二相を形成し、靭性が低下する。このため、Ｃは、０．０３％～０．１５％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０４％～０．１２％である。
Ｃは、鋼材の強度を向上させる元素である。このような効果を得るためには、０．０３％以上の含有を必要とする。一方、０．１５％を超えて含有すると、溶接熱影響部で硬質な第二相を形成し、靭性が低下する。このため、Ｃは、０．０３％～０．１５％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０４％～０．１２％である。
【0106】
［Ｓｉ：０．０２％～０．８０％］
Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともに、鋼中に固溶して固溶強化により鋼材の高強度化に寄与する元素である。このような効果を得るためには、０．０２％以上の含有を必要とする。一方、０．８０％を超えて含有すると、溶接熱影響部で硬質な第二相を形成し、靭性が低下する。このため、Ｓｉは、０．０２％～０．８０％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０６％～０．６０％である。
Ｓｉは、脱酸剤として作用するとともに、鋼中に固溶して固溶強化により鋼材の高強度化に寄与する元素である。このような効果を得るためには、０．０２％以上の含有を必要とする。一方、０．８０％を超えて含有すると、溶接熱影響部で硬質な第二相を形成し、靭性が低下する。このため、Ｓｉは、０．０２％～０．８０％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、０．０６％～０．６０％である。
【0107】
［Ｍｎ：１．０％～２．５％］
Ｍｎは、焼入れ性を高める元素であり、鋼材の強度確保に寄与する。このような効果を得るためには、１．０％以上の含有を必要とする。一方、凝固偏析しやすい元素であるため、２．５％を超える場合は、板厚中央部に過度のＭｎが偏析し、靭性が低下する。このため、Ｍｎは、１．０％～２．５％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、１．２％～２．０％である。
Ｍｎは、焼入れ性を高める元素であり、鋼材の強度確保に寄与する。このような効果を得るためには、１．０％以上の含有を必要とする。一方、凝固偏析しやすい元素であるため、２．５％を超える場合は、板厚中央部に過度のＭｎが偏析し、靭性が低下する。このため、Ｍｎは、１．０％～２．５％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、１．２％～２．０％である。
【0108】
［Ｐ：０．０１５％以下］
Ｐは、不純物として、粒界に偏析し、靭性を低下させる元素であり、可能なかぎり低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば許容できる。このため、Ｐは、０．０１５％以下の範囲とすることが好ましい。なお、過度の低減は、精錬コストの高騰を招くため、Ｐは０．００３％以上に調整することが好ましい。より好ましくは、０．００４％～０．０１２％である。
Ｐは、不純物として、粒界に偏析し、靭性を低下させる元素であり、可能なかぎり低減することが好ましいが、０．０１５％以下であれば許容できる。このため、Ｐは、０．０１５％以下の範囲とすることが好ましい。なお、過度の低減は、精錬コストの高騰を招くため、Ｐは０．００３％以上に調整することが好ましい。より好ましくは、０．００４％～０．０１２％である。
【0109】
［Ｓ：０．０１２％以下］
Ｓは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、鋼材の延性、極低温靭性を低下させる。このため、Ｓは、可能なかぎり低減することが好ましいが、０．０１２％以下であれば許容できる。このため、Ｓは、０．０１２％以下とすることが好ましい。一方、Ｓを０．００２％未満と極端に低減するには、長時間の精錬を必要とし、精錬コストが高騰する。このため、経済性の観点から、Ｓは、０．００２％以上の範囲とすることがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．０１０％である。
Ｓは、鋼中では硫化物系介在物として存在し、鋼材の延性、極低温靭性を低下させる。このため、Ｓは、可能なかぎり低減することが好ましいが、０．０１２％以下であれば許容できる。このため、Ｓは、０．０１２％以下とすることが好ましい。一方、Ｓを０．００２％未満と極端に低減するには、長時間の精錬を必要とし、精錬コストが高騰する。このため、経済性の観点から、Ｓは、０．００２％以上の範囲とすることがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．０１０％である。
【0110】
［Ｎｉ：３．０％以下］
Ｎｉは、鋼材の靭性を低下させずに強度を向上させるために有効な元素である。そのような効果を得るためには、０．１％以上含有することが好ましい。一方、Ｎｉが３．０％を超えると圧延時に割れが発生するため、Ｎｉは、３．０％以下が好ましい。さらに好ましくは、０．２％～２．５％である。
Ｎｉは、鋼材の靭性を低下させずに強度を向上させるために有効な元素である。そのような効果を得るためには、０．１％以上含有することが好ましい。一方、Ｎｉが３．０％を超えると圧延時に割れが発生するため、Ｎｉは、３．０％以下が好ましい。さらに好ましくは、０．２％～２．５％である。
【0111】
［Ｃｒ：２．０％以下］
Ｃｒは、鋼材の強度向上に有効な元素である。このような効果を得るためには、Ｃｒを０．１％以上含有することが好ましい。一方、２．０％を超えて含有すると、結晶粒径が粗大化し、靭性が低下する。このため、Ｃｒは、より好ましくは、０．２％～１．８％である。
Ｃｒは、鋼材の強度向上に有効な元素である。このような効果を得るためには、Ｃｒを０．１％以上含有することが好ましい。一方、２．０％を超えて含有すると、結晶粒径が粗大化し、靭性が低下する。このため、Ｃｒは、より好ましくは、０．２％～１．８％である。
【0112】
［Ｍｏ：１．５％以下］
Ｍｏは、鋼材の強度向上に寄与する元素である。また、旧オーステナイト粒界から形成する粗大な組織形成を抑制し、靭性向上にも寄与する。このような効果を得るためには、Ｍｏを０．１％以上含有することが好ましい。一方、１．５％を超えて含有すると、溶接熱影響部で炭化物を形成し、靭性が低下する。このため、Ｍｏは、１．５％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．２％～１．２％である。
Ｍｏは、鋼材の強度向上に寄与する元素である。また、旧オーステナイト粒界から形成する粗大な組織形成を抑制し、靭性向上にも寄与する。このような効果を得るためには、Ｍｏを０．１％以上含有することが好ましい。一方、１．５％を超えて含有すると、溶接熱影響部で炭化物を形成し、靭性が低下する。このため、Ｍｏは、１．５％以下とすることが好ましい。より好ましくは０．２％～１．２％である。
【0113】
［Ｎ：０．０１０％以下］
Ｎは、不可避的に混入する不純物であり、鋼材の靭性を劣化させる。そのため、Ｎ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１０％以下であれば許容できる。したがって、Ｎは０．０１０％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは０．００２％～０．００８％である。
Ｎは、不可避的に混入する不純物であり、鋼材の靭性を劣化させる。そのため、Ｎ含有量はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１０％以下であれば許容できる。したがって、Ｎは０．０１０％以下の範囲とすることが好ましい。より好ましくは０．００２％～０．００８％である。
【0114】
［Ｏ（酸素）：０．０１０％以下］
Ｏ（酸素）は、鋼中では酸化物系介在物として存在し、鋼材の極低温靱性を低下させる。このため、Ｏ（酸素）はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１０％以下であれば許容できる。このため、Ｏ（酸素）は、０．０１０％以下含有することが好ましい。また、Ｏ（酸素）を０．００１％未満と極端に低減するには、長時間の精錬を必要とし、精錬コストが高騰する。このため、経済性の観点から、Ｏ（酸素）は、０．００１％以上とすることがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
Ｏ（酸素）は、鋼中では酸化物系介在物として存在し、鋼材の極低温靱性を低下させる。このため、Ｏ（酸素）はできるだけ低減することが好ましいが、０．０１０％以下であれば許容できる。このため、Ｏ（酸素）は、０．０１０％以下含有することが好ましい。また、Ｏ（酸素）を０．００１％未満と極端に低減するには、長時間の精錬を必要とし、精錬コストが高騰する。このため、経済性の観点から、Ｏ（酸素）は、０．００１％以上とすることがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．００８％である。
【0115】
［鋼板の任意的選択組成］
上記した成分が鋼板の基本組成であるが、この基本組成に加えてさらに、必要に応じて次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、Ｃｕ：１．０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｃａ：０．００６％以下、Ｂ：０．００５％以下及びＲＥＭ：０．０５０％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上である。
上記した成分が鋼板の基本組成であるが、この基本組成に加えてさらに、必要に応じて次の任意的選択組成を含有することができる。それらは、Ｃｕ：１．０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以下、Ｃａ：０．００６％以下、Ｂ：０．００５％以下及びＲＥＭ：０．０５０％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上である。
【0116】
［Ｃｕ：１．０％以下］
Ｃｕは、析出強化を通して、鋼材の強度増加に寄与する元素である。しかしながら、１．０％を超える含有は、溶接性が低下するとともに、鋼材製造時に疵が生じやすくなる。このため、含有する場合には、Ｃｕは、１．０％以下の範囲とすることが好ましい。また、強度向上効果を確保するには、０．１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．２％～０．８％である。
Ｃｕは、析出強化を通して、鋼材の強度増加に寄与する元素である。しかしながら、１．０％を超える含有は、溶接性が低下するとともに、鋼材製造時に疵が生じやすくなる。このため、含有する場合には、Ｃｕは、１．０％以下の範囲とすることが好ましい。また、強度向上効果を確保するには、０．１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．２％～０．８％である。
【0117】
［Ａｌ：０．１０％以下］
Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼材の溶鋼脱酸プロセスにおいて、もっとも汎用的に使われる元素である。しかしながら、０．１０％を超えて含有すると、結晶粒が粗大化し、靭性を低下させる。このため、Ａｌは、０．１０％以下の範囲とすることが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、０．０１％以上を含有するのがより好ましい。さらに好ましくは、０．０２％～０．０８％である。
Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼材の溶鋼脱酸プロセスにおいて、もっとも汎用的に使われる元素である。しかしながら、０．１０％を超えて含有すると、結晶粒が粗大化し、靭性を低下させる。このため、Ａｌは、０．１０％以下の範囲とすることが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、０．０１％以上を含有するのがより好ましい。さらに好ましくは、０．０２％～０．０８％である。
【0118】
［Ｔｉ：０．１０％以下］
Ｔｉは、鋼中でＴｉＮを形成し、ＴｉＮがオーステナイト粒成長を抑制する効果がある。このような効果を得るためには、０．０１％以上の含有を必要とする。一方で、０．１０％を超えて含有すると、固溶Ｔｉにより靭性を低下させるため、０．１０％以下含有することが好ましい。より好ましくは、０．０１％～０．０８％である。さらに好ましくは、０．０２％～０．０６％である。
Ｔｉは、鋼中でＴｉＮを形成し、ＴｉＮがオーステナイト粒成長を抑制する効果がある。このような効果を得るためには、０．０１％以上の含有を必要とする。一方で、０．１０％を超えて含有すると、固溶Ｔｉにより靭性を低下させるため、０．１０％以下含有することが好ましい。より好ましくは、０．０１％～０．０８％である。さらに好ましくは、０．０２％～０．０６％である。
【0119】
［Ｎｂ：０．１０％以下］
Ｎｂは、鋼材の強度向上に有効な元素であり、そのような効果を得るためには、０．０１％以上の含有を必要とする。一方で、０．１０％を超えて含有すると、炭化物が析出し、靭性が低下するため、０．１０％以下含有することが好ましい。より好ましくは、０．０１％～０．０８％である。さらに好ましくは、０．０２％～０．０５％である。
Ｎｂは、鋼材の強度向上に有効な元素であり、そのような効果を得るためには、０．０１％以上の含有を必要とする。一方で、０．１０％を超えて含有すると、炭化物が析出し、靭性が低下するため、０．１０％以下含有することが好ましい。より好ましくは、０．０１％～０．０８％である。さらに好ましくは、０．０２％～０．０５％である。
【0120】
［Ｖ：０．１０％以下］
Ｖは、微細炭化物を析出し、鋼材の強度向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｖが０．１０％を超えて含有すると、硬化するため、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Ｖは、０．１０％以下とすることが好ましい。また、強度及び靭性向上効果を得るためには、Ｖを０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０２％～０．０８％である。
Ｖは、微細炭化物を析出し、鋼材の強度向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｖが０．１０％を超えて含有すると、硬化するため、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Ｖは、０．１０％以下とすることが好ましい。また、強度及び靭性向上効果を得るためには、Ｖを０．０１％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０２％～０．０８％である。
【0121】
［Ｃａ：０．００６％以下］
Ｃａは、球状の硫化物を析出させ、ラメラテア防止に寄与する元素である。また、靭性向上に効果的な元素である。このような効果を得るためには、Ｃａを０．００１％以上の含有を必要とする。一方、０．００６％を超えて含有すると、旧オーステナイト粒界に偏析し、靭性が低下する。このため、Ｃａは、０．００１％～０．００６％の範囲とすることがより好ましい。さらに好ましくは０．００２％～０．００５％である。
Ｃａは、球状の硫化物を析出させ、ラメラテア防止に寄与する元素である。また、靭性向上に効果的な元素である。このような効果を得るためには、Ｃａを０．００１％以上の含有を必要とする。一方、０．００６％を超えて含有すると、旧オーステナイト粒界に偏析し、靭性が低下する。このため、Ｃａは、０．００１％～０．００６％の範囲とすることがより好ましい。さらに好ましくは０．００２％～０．００５％である。
【0122】
［Ｂ：０．００５％以下］
Ｂは、粒界に偏析し、粒界から形成する粗大な組織を抑制することで、鋼材の靭性向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｂが０．００５％を超えて含有すると、硬質なマルテンサイト組織を形成することで、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Ｂは、０．００５％以下の範囲にすることが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、Ｂは、０．００１％以上を含有するのがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．００４％である。
Ｂは、粒界に偏析し、粒界から形成する粗大な組織を抑制することで、鋼材の靭性向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｂが０．００５％を超えて含有すると、硬質なマルテンサイト組織を形成することで、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Ｂは、０．００５％以下の範囲にすることが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、Ｂは、０．００１％以上を含有するのがより好ましい。さらに好ましくは、０．００２％～０．００４％である。
【0123】
［ＲＥＭ：０．０５０％以下］
ＲＥＭは、介在物の形態制御を介し、鋼材の靭性向上、さらには延性、耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる作用を有する元素である。しかしながら、０．０５０％を超えて含有すると、高温脆性を示し、熱間圧延時に割れを誘発する。このため、含有する場合には、ＲＥＭは、０．０５０％以下の範囲にすることが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、０．００２％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０１０％～０．０４０％である。
ＲＥＭは、介在物の形態制御を介し、鋼材の靭性向上、さらには延性、耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる作用を有する元素である。しかしながら、０．０５０％を超えて含有すると、高温脆性を示し、熱間圧延時に割れを誘発する。このため、含有する場合には、ＲＥＭは、０．０５０％以下の範囲にすることが好ましい。また、靭性向上効果を得るためには、０．００２％以上含有することがより好ましい。さらに好ましくは、０．０１０％～０．０４０％である。
【0124】
［残部組成］
上記した成分以外の残部組成は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。この不可避的不純物としては、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｂｉなどが例示でき、合計で０．０２％以下であれば許容できる。また、前述の基本組成及び任意的選択組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有することを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記した成分以外の残部組成は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなる。この不可避的不純物としては、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｂｉなどが例示でき、合計で０．０２％以下であれば許容できる。また、前述の基本組成及び任意的選択組成を満足する限り、これら以外の不可避的不純物元素が含有することを妨げるものではなく、そのような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例0125】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。
鋼板は、表１に示す板厚及び組成の７８０ＭＰａ級鋼を準備し、開先角度３５°のＶ開先とした。
鋼板は、表１に示す板厚及び組成の７８０ＭＰａ級鋼を準備し、開先角度３５°のＶ開先とした。
【0126】
【表1】
【0127】
溶接ワイヤは、表２に示す組成の溶鋼を、真空溶解炉で溶製し、鋳造して３００ｋｇの鋼塊とした。得られた鋼塊を１０００℃に加熱した後、熱間圧延と、その後の冷間圧延とにより、φ６．４ｍｍの溶接ワイヤを作製した。
【0128】
【表2】
【0129】
フラックスは、表３に示す組成となるように原料粉を配合し、結合剤（水ガラス）とともに混錬した後、造粒し、５００℃で焼成した。造粒されたフラックスは、ダスト除去及び粗大粒の解砕などの整粒処理を行い、全粒子の粒子径を２．５ｍｍ以下に調整した。
【0130】
【表3】
【0131】
鋼板及び溶接ワイヤ、フラックスをそれぞれ用いて、表４の溶接条件でサブマージアーク溶接を実施し、サブマージアーク溶接継手を作製した。
【0132】
【表4】
【0133】
溶接後、溶着金属中央部から試験片を採取し、湿式分析による元素分析を実施した。
また、溶接継手の断面マクロを光学顕微鏡で観察し、溶接欠陥の有無を判定した。溶接部で溶接欠陥が認められる場合は溶接欠陥「有」と評価した。溶接欠陥が認められない場合は、溶接欠陥「無」と評価した。
また、溶接継手の断面マクロを光学顕微鏡で観察し、溶接欠陥の有無を判定した。溶接部で溶接欠陥が認められる場合は溶接欠陥「有」と評価した。溶接欠陥が認められない場合は、溶接欠陥「無」と評価した。
【0134】
〔溶接金属の機械的特性の測定〕
得られた溶接金属から、ＪＩＳ Ｚ ３１１１の規定に準拠して、引張試験片（平行部径１０ｍｍφ）及びシャルピー衝撃試験片（Ｖノッチ）を採取し、引張試験及び衝撃試験を実施した。
得られた溶接金属から、ＪＩＳ Ｚ ３１１１の規定に準拠して、引張試験片（平行部径１０ｍｍφ）及びシャルピー衝撃試験片（Ｖノッチ）を採取し、引張試験及び衝撃試験を実施した。
【0135】
引張試験は、室温で、各３本実施し、得られた値（０．２％耐力）の平均値を当該ワイヤを用いた溶接金属の引張特性とした。
【0136】
また、シャルピー衝撃試験は、各３本実施し、試験温度：０℃における吸収エネルギー（VＥ0）を求め、その平均値を当該ワイヤを用いた溶接金属の低温衝撃靭性とした。なお、シャルピー衝撃試験片のＶノッチ位置は、板厚の１／２の厚さである溶接金属の中央位置とした。
【0137】
得られた結果を表５に示す。
【0138】
【表5】
【0139】
本発明例はいずれも、溶接欠陥が認められなかった。さらに、常温における降伏強さ（０．２％耐力）が６３０ＭＰａ以上、引張強度が７８０ＭＰａ以上で、試験温度：０℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーVＥ0が２７Ｊ以上であり、高強度と靭性に優れた溶接継手が得られた。
【0140】
一方、本発明の範囲を外れる比較例では、溶接欠陥が発生しているか、溶接金属の衝撃靭性が不足しているかで目的とする溶接継手が得られなかった。