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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】P2024037428
(43)【公開日】2024-03-19
(54)【発明の名称】ソリッドワイヤ及びガスシールドアーク溶接方法
(51)【国際特許分類】
B23K 35/30 20060101AFI20240312BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240312BHJP
C22C 38/22 20060101ALI20240312BHJP
B23K 9/167 20060101ALI20240312BHJP
B23K 9/173 20060101ALI20240312BHJP
【ＦＩ】
B23K35/30 320A
C22C38/00 301A
C22C38/00 302Z
C22C38/22
B23K9/167 A
B23K9/173 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022142294
(22)【出願日】2022-09-07
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(71)【出願人】
【識別番号】519355493
【氏名又は名称】日揮グローバル株式会社
(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】磯野 晋也
(72)【発明者】
【氏名】高内 英亮
(72)【発明者】
【氏名】高橋 淳
【テーマコード（参考）】
4E001
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB06
4E001BB07
4E001BB08
4E001CA01
4E001DD02
4E001DD04
4E001DD05
(57)【要約】
【課題】バックシールドガスを使用することなく、優れた外観の裏波を得ることができるとともに、優れた機械的性能を有する溶接金属を得ることができるソリッドワイヤを提供する。
【解決手段】被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材である溶接に用いられるソリッドワイヤは、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０２質量％以上０．１１質量％以下、Ｓｉ：０．６質量％以上１．７質量％以下、Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下、Ｓ：０．００５質量％超０．０３０質量％以下、Ｃｒ：４．０質量％以上１３質量％以下、Ｍｏ：０．３質量％以上１．５質量％以下、を含有し、Ｐ：０．０３０質量％以下、Ｎｉ：１．４質量％以下、Ｎｂ：０．０５質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％以下、Ａｌ：０．０５質量％以下、であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。
【選択図】なし
【解決手段】被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材である溶接に用いられるソリッドワイヤは、ワイヤ全質量に対して、Ｃ：０．０２質量％以上０．１１質量％以下、Ｓｉ：０．６質量％以上１．７質量％以下、Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下、Ｓ：０．００５質量％超０．０３０質量％以下、Ｃｒ：４．０質量％以上１３質量％以下、Ｍｏ：０．３質量％以上１．５質量％以下、を含有し、Ｐ：０．０３０質量％以下、Ｎｉ：１．４質量％以下、Ｎｂ：０．０５質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％以下、Ａｌ：０．０５質量％以下、であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材である溶接に用いられるソリッドワイヤであって、
ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０２質量％以上０．１１質量％以下、
Ｓｉ：０．６質量％以上１．７質量％以下、
Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下、
Ｓ：０．００５質量％超０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：４．０質量％以上１３質量％以下、
Ｍｏ：０．３質量％以上１．５質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｎｉ：１．４質量％以下、
Ｎｂ：０．０５質量％以下、
Ｖ：０．０５質量％以下、
Ｔｉ：０．０５質量％以下、
Ａｌ：０．０５質量％以下、であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするソリッドワイヤ。
ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０２質量％以上０．１１質量％以下、
Ｓｉ：０．６質量％以上１．７質量％以下、
Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下、
Ｓ：０．００５質量％超０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：４．０質量％以上１３質量％以下、
Ｍｏ：０．３質量％以上１．５質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｎｉ：１．４質量％以下、
Ｎｂ：０．０５質量％以下、
Ｖ：０．０５質量％以下、
Ｔｉ：０．０５質量％以下、
Ａｌ：０．０５質量％以下、であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするソリッドワイヤ。
【請求項2】
さらに、ワイヤ全質量に対して、
Ｚｒ：０．１５質量％以下
を含有することを特徴とする、請求項１に記載のソリッドワイヤ。
Ｚｒ：０．１５質量％以下
を含有することを特徴とする、請求項１に記載のソリッドワイヤ。
【請求項3】
さらに、Ｃｏ、Ｃｕ及びＮから選択された少なくとも１種を、
ワイヤ全質量に対して、
Ｃｏ：０．５質量％以下、
Ｃｕ：０．５質量％以下、
Ｎ：０．０２質量％以下、
の範囲で含有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のソリッドワイヤ。
ワイヤ全質量に対して、
Ｃｏ：０．５質量％以下、
Ｃｕ：０．５質量％以下、
Ｎ：０．０２質量％以下、
の範囲で含有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のソリッドワイヤ。
【請求項4】
被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材に対して、請求項１又は２に記載のソリッドワイヤを用いて、バックシールドガスを使用せずに溶接することを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【請求項5】
被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材に対して、請求項３に記載のソリッドワイヤを用いて、バックシールドガスを使用せずに溶接することを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ソリッドワイヤ及びガスシールドアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【0002】
石油精製プラントや化学プラントの分野においては、過酷な環境に耐えるためにＣｒを含有する鋼が使用されている。一般的に、高Ｃｒ含有量の鋼材を突合せ片側溶接継手としてガスシールドアーク溶接する場合に、裏波表面の高融点Ｃｒ酸化物の形成による裏波溶接ビードの外観不良を防止するために、初層の溶接には不活性ガスによるバックシールドが必要とされている。しかし、鋼材の裏側からバックシールドガスを流し続けることは、コストが上昇するとともに、対象とする鋼材が例えば管材である場合は、作業が煩雑になるという問題点がある。
【0003】
特許文献１には、バックシールドガスを使用することなく、優れた裏波性能及び機械的性能を有する溶接部を施工しうる溶接材料が開示されている。上記特許文献１に記載の溶接材料は、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ及びＡｌの含有量が規定され、Ｃｒ及びＭｎ含有量とＳｉ含有量との関係、Ｓ含有量とＭｎ含有量との関係、Ａｌ含有量とＯ含有量との合計量が制御されているとともに、不純物中のＰおよびＳの含有量が規定されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１０－２４３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、溶接金属には、じん性の改善等を目的として溶接後熱処理（ＰＷＨＴ：Ｐｏｓｔ Ｗｅｌｄ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）が施されることがある。しかしながら、上記特許文献１に記載の溶接材料では、高温変態温度（Ａｃ１変態点）が検討されておらず、ＰＷＨＴの温度によっては、溶接金属のじん性を確保することができない可能性がある。また、裏波性能及び初層の機械的性能についても、更なる改善の余地があった。
【0006】
本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材である溶接に用いられ、バックシールドガスを使用することなく、優れた外観の裏波を得ることができるとともに、優れた機械的性能を有する溶接金属を得ることができるソリッドワイヤ、及びガスシールドアーク溶接方法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、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、裏波の形成不良の発生を抑制するために、特に、ソリッドワイヤ中のＳｉ含有量及びＳ含有量等を制御することが重要であることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【0008】
本発明の上記目的は、ソリッドワイヤに係る下記［１］の構成により達成される。
【0009】
［１］ 被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材である溶接に用いられるソリッドワイヤであって、
ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０２質量％以上０．１１質量％以下、
Ｓｉ：０．６質量％以上１．７質量％以下、
Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下、
Ｓ：０．００５質量％超０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：４．０質量％以上１３質量％以下、
Ｍｏ：０．３質量％以上１．５質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｎｉ：１．４質量％以下、
Ｎｂ：０．０５質量％以下、
Ｖ：０．０５質量％以下、
Ｔｉ：０．０５質量％以下、
Ａｌ：０．０５質量％以下、であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするソリッドワイヤ。
ワイヤ全質量に対して、
Ｃ：０．０２質量％以上０．１１質量％以下、
Ｓｉ：０．６質量％以上１．７質量％以下、
Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下、
Ｓ：０．００５質量％超０．０３０質量％以下、
Ｃｒ：４．０質量％以上１３質量％以下、
Ｍｏ：０．３質量％以上１．５質量％以下、を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｎｉ：１．４質量％以下、
Ｎｂ：０．０５質量％以下、
Ｖ：０．０５質量％以下、
Ｔｉ：０．０５質量％以下、
Ａｌ：０．０５質量％以下、であり、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするソリッドワイヤ。
【0010】
また、ソリッドワイヤに係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］及び［３］に関する。
【0011】
［２］ さらに、ワイヤ全質量に対して、
Ｚｒ：０．１５質量％以下
を含有することを特徴とする、［１］に記載のソリッドワイヤ。
Ｚｒ：０．１５質量％以下
を含有することを特徴とする、［１］に記載のソリッドワイヤ。
【0012】
［３］ さらに、Ｃｏ、Ｃｕ及びＮから選択された少なくとも１種を、
ワイヤ全質量に対して、
Ｃｏ：０．５質量％以下、
Ｃｕ：０．５質量％以下、
Ｎ：０．０２質量％以下、
の範囲で含有することを特徴とする、［１］又は［２］に記載のソリッドワイヤ。
ワイヤ全質量に対して、
Ｃｏ：０．５質量％以下、
Ｃｕ：０．５質量％以下、
Ｎ：０．０２質量％以下、
の範囲で含有することを特徴とする、［１］又は［２］に記載のソリッドワイヤ。
【0013】
本発明の上記目的は、ガスシールドアーク溶接方法に係る下記［４］の構成により達成される。
【0014】
［４］ 被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材に対して、［１］～［３］のいずれか１つに記載のソリッドワイヤを用いて、バックシールドガスを使用せずに溶接することを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、バックシールドガスを使用することなく、優れた外観の裏波を得ることができるとともに、優れた機械的性能を有する溶接金属を得ることができるソリッドワイヤ、及びこのソリッドワイヤを使用したガスシールドアーク溶接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】
【0016】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本明細書において、ソリッドワイヤを、単に「ワイヤ」ということがある。また、本発明は、以下に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。
【0017】
〔ソリッドワイヤ〕
本実施形態に係るソリッドワイヤは、被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材である溶接に用いられる。被溶接鋼材とは、溶接の対象とする複数の鋼材を表す。例えば、本実施形態のソリッドワイヤを、突き合わせた一対の鋼材の溶接に使用する場合に、一対の鋼材のうち、少なくとも一つの鋼材のＣｒ含有量が４質量％以上１０質量％以下であればよい。すなわち、一対の鋼材のいずれもが、４質量％以上１０質量％以下の範囲でＣｒを含有していてもよいし、一対の鋼材のうち、一方の鋼材のＣｒ含有量が４質量％以上１０質量％以下であり、他方の鋼材のＣｒ含有量は特に限定されず、４質量％以上１０質量％以下の範囲から外れていてもよい。なお、他方の鋼材のＣｒ含有量は、１０質量％以下（０質量％含む）であることが好ましい。一対の鋼材としては、例えば、９％Ｃｒ鋼と２％Ｃｒ鋼との組合せや、９％Ｃｒ鋼とＪＩＳ Ｇ ３１０６に記載される溶接用鋼材の組合せで被溶接鋼材を構成することができ、本実施形態に係るソリッドワイヤは、上記のような異材継手にも適用することができる。
本実施形態に係るソリッドワイヤは、被溶接鋼材のうち少なくとも一つが、４質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材である溶接に用いられる。被溶接鋼材とは、溶接の対象とする複数の鋼材を表す。例えば、本実施形態のソリッドワイヤを、突き合わせた一対の鋼材の溶接に使用する場合に、一対の鋼材のうち、少なくとも一つの鋼材のＣｒ含有量が４質量％以上１０質量％以下であればよい。すなわち、一対の鋼材のいずれもが、４質量％以上１０質量％以下の範囲でＣｒを含有していてもよいし、一対の鋼材のうち、一方の鋼材のＣｒ含有量が４質量％以上１０質量％以下であり、他方の鋼材のＣｒ含有量は特に限定されず、４質量％以上１０質量％以下の範囲から外れていてもよい。なお、他方の鋼材のＣｒ含有量は、１０質量％以下（０質量％含む）であることが好ましい。一対の鋼材としては、例えば、９％Ｃｒ鋼と２％Ｃｒ鋼との組合せや、９％Ｃｒ鋼とＪＩＳ Ｇ ３１０６に記載される溶接用鋼材の組合せで被溶接鋼材を構成することができ、本実施形態に係るソリッドワイヤは、上記のような異材継手にも適用することができる。
【0018】
以下、Ｃｒ含有量が４質量％以上６質量％以下であるものを５％Ｃｒ鋼といい、Ｃｒ含有量が８質量％以上１０質量％以下であるものを、９％Ｃｒ鋼ということがある。本実施形態において、被溶接鋼材として使用する鋼材の形状は特に限定されず、例えば鋼板や管等の溶接に適用することができる。
【0019】
本実施形態に係るソリッドワイヤに含有される化学成分について、その含有理由及び数値限定理由を以下に詳細に説明する。
【0020】
＜Ｃ：０．０２質量％以上０．１１質量％以下＞
Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏと結合して炭化物を形成し、溶接金属の強度を確保する効果を有する重要な元素である。さらにオーステナイト形成元素として溶接金属におけるδフェライトの生成抑制に寄与する。ワイヤ全質量に対するＣ含有量が０．０２質量％未満であると、溶接金属の所望の強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は０．０２質量％以上とし、０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましく、０．０５質量％以上であることがさらに好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＣ含有量が０．１１質量％を超えると、偏析部の凝固温度が大きく低下し、高温割れが発生しやすくなる。また、溶接金属の強度が過剰となり、硫化物応力割れが懸念される。さらに炭化物の析出が過剰となり、溶接金属のじん性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は０．１１質量％以下とし、０．１０５質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏと結合して炭化物を形成し、溶接金属の強度を確保する効果を有する重要な元素である。さらにオーステナイト形成元素として溶接金属におけるδフェライトの生成抑制に寄与する。ワイヤ全質量に対するＣ含有量が０．０２質量％未満であると、溶接金属の所望の強度を得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は０．０２質量％以上とし、０．０３質量％以上であることが好ましく、０．０４質量％以上であることがより好ましく、０．０５質量％以上であることがさらに好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＣ含有量が０．１１質量％を超えると、偏析部の凝固温度が大きく低下し、高温割れが発生しやすくなる。また、溶接金属の強度が過剰となり、硫化物応力割れが懸念される。さらに炭化物の析出が過剰となり、溶接金属のじん性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＣ含有量は０．１１質量％以下とし、０．１０５質量％以下であることが好ましく、０．１０質量％以下であることがより好ましい。
【0021】
＜Ｓｉ：０．６質量％以上１．７質量％以下＞
Ｓｉは、裏波表面に低融点かつ溶接金属の凝固を阻害しにくい酸化被膜を優先的に形成し、溶接時のＣｒの酸化による裏波形成不良を防ぐ効果を有する。ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量が０．６質量％未満であると、上記効果を十分に得ることができず、裏波形状が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は０．６質量％以上とし、０．８質量％以上であることが好ましく、０．９質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量が１．７質量％を超えると、溶接金属においてδフェライトが過剰に生成し、溶接金属のじん性が低下する。また、表ビードへのスラグ発生量が多くなり、スラグ巻込みが発生しやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は１．７質量％以下とし、１．６質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましい。
Ｓｉは、裏波表面に低融点かつ溶接金属の凝固を阻害しにくい酸化被膜を優先的に形成し、溶接時のＣｒの酸化による裏波形成不良を防ぐ効果を有する。ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量が０．６質量％未満であると、上記効果を十分に得ることができず、裏波形状が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は０．６質量％以上とし、０．８質量％以上であることが好ましく、０．９質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量が１．７質量％を超えると、溶接金属においてδフェライトが過剰に生成し、溶接金属のじん性が低下する。また、表ビードへのスラグ発生量が多くなり、スラグ巻込みが発生しやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＳｉ含有量は１．７質量％以下とし、１．６質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以下であることがより好ましい。
【0022】
＜Ｍｎ：０．２質量％以上１．５質量％以下＞
Ｍｎは、溶接金属の脱酸剤として機能し、溶接金属の強度を向上させ、じん性を改善する効果を有する元素である。また、Ｍｎは、オーステナイト形成元素であり、溶接金属におけるδフェライトの生成抑制に寄与する。ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量が０．２質量％未満であると、脱酸不足を引き起こすとともに、溶接金属中のδフェライト残留を抑制する効果を十分に得ることができず、溶接金属のじん性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は０．２質量％以上とし、０．３質量％以上であることが好ましく、０．４質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量が１．５質量％を超えると、溶接金属の高温強度が劣化する。また、偏析部の凝固温度が低下するとともに、変態点が低下して、高温でのＰＷＨＴが困難となる。さらに、Ｃｒとともに複合酸化物を生成し、裏波形成不良を引き起こす。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は１．５質量％以下とし、１．３質量％以下であることが好ましく、１．１質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｎは、溶接金属の脱酸剤として機能し、溶接金属の強度を向上させ、じん性を改善する効果を有する元素である。また、Ｍｎは、オーステナイト形成元素であり、溶接金属におけるδフェライトの生成抑制に寄与する。ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量が０．２質量％未満であると、脱酸不足を引き起こすとともに、溶接金属中のδフェライト残留を抑制する効果を十分に得ることができず、溶接金属のじん性が低下する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は０．２質量％以上とし、０．３質量％以上であることが好ましく、０．４質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量が１．５質量％を超えると、溶接金属の高温強度が劣化する。また、偏析部の凝固温度が低下するとともに、変態点が低下して、高温でのＰＷＨＴが困難となる。さらに、Ｃｒとともに複合酸化物を生成し、裏波形成不良を引き起こす。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量は１．５質量％以下とし、１．３質量％以下であることが好ましく、１．１質量％以下であることがより好ましい。
【0023】
＜Ｓ：０．００５質量％超０．０３０質量％以下＞
Ｓは、溶融池内の対流に影響を与え、溶込み深さを増加させるとともに、アークの安定性を向上させ、良好な裏波を形成する効果を有する。ワイヤ全質量に対するＳ含有量が０．００５質量％以下であると、溶込み不良が発生し、また裏波形状が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は０．００５質量％超とし、０．００６質量％以上であることが好ましく、０．００７質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＳ含有量が０．０３０質量％を超えると、高温割れの発生が懸念される。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は０．０３０質量％以下とし、０．０２５質量％以下であることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
Ｓは、溶融池内の対流に影響を与え、溶込み深さを増加させるとともに、アークの安定性を向上させ、良好な裏波を形成する効果を有する。ワイヤ全質量に対するＳ含有量が０．００５質量％以下であると、溶込み不良が発生し、また裏波形状が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は０．００５質量％超とし、０．００６質量％以上であることが好ましく、０．００７質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＳ含有量が０．０３０質量％を超えると、高温割れの発生が懸念される。したがって、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は０．０３０質量％以下とし、０．０２５質量％以下であることが好ましく、０．０２０質量％以下であることがより好ましい。
【0024】
＜Ｃｒ：４．０質量％以上１３質量％以下＞
Ｃｒは、本実施形態に係るソリッドワイヤを用いた溶接において、被溶接鋼材のうち少なくとも一つの鋼材である５％Ｃｒ鋼、９％Ｃｒ鋼の主要元素であり、溶接金属の高温における耐酸化性や、高温強度を確保するために不可欠な元素である。ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量が４．０質量％未満であると、溶接金属の耐酸化性及び高温強度が不十分となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は４．０質量％以上とし、４．２質量％以上であることが好ましく、４．５質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量が１３質量％を超えると、上述のとおりＳｉ含有量を制御した場合であっても、裏波表面に高融点溶接金属の均一な凝固を阻害する酸化被膜を生成する。また、Ｃｒはフェライト形成元素のため、δフェライトの残留を引き起こし、溶接金属のじん性やクリープ性能を劣化させる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は１３質量％以下とし、１２質量％以下であることが好ましく、１１質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｒは、本実施形態に係るソリッドワイヤを用いた溶接において、被溶接鋼材のうち少なくとも一つの鋼材である５％Ｃｒ鋼、９％Ｃｒ鋼の主要元素であり、溶接金属の高温における耐酸化性や、高温強度を確保するために不可欠な元素である。ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量が４．０質量％未満であると、溶接金属の耐酸化性及び高温強度が不十分となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は４．０質量％以上とし、４．２質量％以上であることが好ましく、４．５質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量が１３質量％を超えると、上述のとおりＳｉ含有量を制御した場合であっても、裏波表面に高融点溶接金属の均一な凝固を阻害する酸化被膜を生成する。また、Ｃｒはフェライト形成元素のため、δフェライトの残留を引き起こし、溶接金属のじん性やクリープ性能を劣化させる。したがって、ワイヤ全質量に対するＣｒ含有量は１３質量％以下とし、１２質量％以下であることが好ましく、１１質量％以下であることがより好ましい。
【0025】
＜Ｍｏ：０．３質量％以上１．５質量％以下＞
Ｍｏは、固溶強化元素であるとともに、炭化物の析出によって高温強度を高める効果を有する元素である。ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量が０．３質量％未満であると、溶接金属の高温強度が不十分となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は０．３質量％以上とし、０．３５質量％以上であることが好ましく、０．４質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量が１．５質量％を超えると、δフェライトの残留を引き起こし、溶接金属のじん性やクリープ性能が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は１．５質量％以下とし、１．３質量％以下であることが好ましく、１．２質量％以下であることがより好ましい。
Ｍｏは、固溶強化元素であるとともに、炭化物の析出によって高温強度を高める効果を有する元素である。ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量が０．３質量％未満であると、溶接金属の高温強度が不十分となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は０．３質量％以上とし、０．３５質量％以上であることが好ましく、０．４質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量が１．５質量％を超えると、δフェライトの残留を引き起こし、溶接金属のじん性やクリープ性能が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＭｏ含有量は１．５質量％以下とし、１．３質量％以下であることが好ましく、１．２質量％以下であることがより好ましい。
【0026】
＜Ｐ：０．０３０質量％以下＞
Ｐは、不純物元素であり、高温割れ感受性を高める成分である。ワイヤ全質量に対するＰ含有量が０．０３０質量％を超えると、高温割れの発生が懸念される。したがって、ワイヤ全質量に対するＰ含有量は０．０３０質量％以下とし、０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１５質量％以下であることがより好ましい。
Ｐは、不純物元素であり、高温割れ感受性を高める成分である。ワイヤ全質量に対するＰ含有量が０．０３０質量％を超えると、高温割れの発生が懸念される。したがって、ワイヤ全質量に対するＰ含有量は０．０３０質量％以下とし、０．０２０質量％以下であることが好ましく、０．０１５質量％以下であることがより好ましい。
【0027】
＜Ｎｉ：１．４質量％以下＞
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト形成元素であり、溶接金属におけるδフェライトの生成抑制に寄与する。本実施形態においてＮｉ含有量の下限は特に限定されず、０質量％であってもよいが、溶接金属中のδフェライトの生成を抑制する目的としてワイヤ中にＮｉを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量が１．４質量％を超えると、溶接金属の高温強度が劣化する。また、変態点が低下して、高温でのＰＷＨＴが困難となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は１．４質量％以下とし、１．２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い。
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト形成元素であり、溶接金属におけるδフェライトの生成抑制に寄与する。本実施形態においてＮｉ含有量の下限は特に限定されず、０質量％であってもよいが、溶接金属中のδフェライトの生成を抑制する目的としてワイヤ中にＮｉを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量が１．４質量％を超えると、溶接金属の高温強度が劣化する。また、変態点が低下して、高温でのＰＷＨＴが困難となる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｉ含有量は１．４質量％以下とし、１．２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い。
【0028】
＜Ｎｂ：０．０５質量％以下＞
Ｎｂは、固溶強化元素であるが、ワイヤ中に過剰に含有されることにより、窒化物を析出させ、溶接金属の強度が過剰に高くなる。また、Ｎｂは、δフェライトの残留を引き起こし、溶接金属のじん性を大きく劣化させる。ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量が０．０５質量％を超えると、溶接金属のじん性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は０．０５質量％以下とし、０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｂは、固溶強化元素であるが、ワイヤ中に過剰に含有されることにより、窒化物を析出させ、溶接金属の強度が過剰に高くなる。また、Ｎｂは、δフェライトの残留を引き起こし、溶接金属のじん性を大きく劣化させる。ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量が０．０５質量％を超えると、溶接金属のじん性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は０．０５質量％以下とし、０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。
【0029】
＜Ｖ：０．０５質量％以下＞
Ｖは、ワイヤ中に過剰に含有されることにより、炭窒化物を析出させ、δフェライトの残留を引き起こし、溶接金属のじん性を劣化させる。ワイヤ全質量に対するＶ含有量が０．０５質量％を超えると、溶接金属のじん性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は０．０５質量％以下とし、０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。
Ｖは、ワイヤ中に過剰に含有されることにより、炭窒化物を析出させ、δフェライトの残留を引き起こし、溶接金属のじん性を劣化させる。ワイヤ全質量に対するＶ含有量が０．０５質量％を超えると、溶接金属のじん性が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は０．０５質量％以下とし、０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。
【0030】
＜Ｔｉ：０．０５質量％以下＞
Ｔｉは、溶接金属の均一な凝固を阻害する酸化被膜を生成し、良好な裏波形状の生成を劣化させる。ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量が０．０５質量％を超えると、裏波形状が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量は０．０５質量％以下とし、０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。
Ｔｉは、溶接金属の均一な凝固を阻害する酸化被膜を生成し、良好な裏波形状の生成を劣化させる。ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量が０．０５質量％を超えると、裏波形状が劣化する。したがって、ワイヤ全質量に対するＴｉ含有量は０．０５質量％以下とし、０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。
【0031】
＜Ａｌ：０．０５質量％以下＞
Ａｌは、Ｓｉとともに、裏波表面に低融点かつ溶接金属の凝固を阻害しにくい酸化被膜を優先的に形成する元素であるが、スラグ生成能が高いため、スラグ巻込みを生じさせる懸念がある。ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量が０．０５質量％を超えると、スラグ巻込みが生じやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は０．０５質量％以下とし、０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。
Ａｌは、Ｓｉとともに、裏波表面に低融点かつ溶接金属の凝固を阻害しにくい酸化被膜を優先的に形成する元素であるが、スラグ生成能が高いため、スラグ巻込みを生じさせる懸念がある。ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量が０．０５質量％を超えると、スラグ巻込みが生じやすくなる。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は０．０５質量％以下とし、０．０３質量％以下であることが好ましく、０．０２質量％以下であることがより好ましい。
【0032】
本実施形態に係るソリッドワイヤは、上記成分以外に、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎを含有していてもよい。ワイヤがさらに含有していてもよい成分の含有量及びその限定理由について、以下に説明する。
【0033】
＜Ｚｒ：０．１５質量％以下＞
Ｚｒは、Ｓｉとともに、裏波表面に溶接金属の凝固を阻害しにくい酸化被膜を優先的に形成する元素であるため、本実施形態に係るソリッドワイヤに、必要に応じてＺｒを含有させることが好ましい。ワイヤ中に０．１５質量％以下の範囲でＺｒ含有量を含有させると、δフェライトの過剰な生成によってじん性を低下させることなく、溶接時のＣｒの酸化による裏波形成不良を防ぐことができる。したがって、本実施形態に係るソリッドワイヤにＺｒを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＺｒ含有量は０．１５質量％以下とすることが好ましい。Ｚｒを含有させる場合は、０．００５質量％以上であることが好ましく、０．０１０質量％以上であることがより好ましい。
Ｚｒは、Ｓｉとともに、裏波表面に溶接金属の凝固を阻害しにくい酸化被膜を優先的に形成する元素であるため、本実施形態に係るソリッドワイヤに、必要に応じてＺｒを含有させることが好ましい。ワイヤ中に０．１５質量％以下の範囲でＺｒ含有量を含有させると、δフェライトの過剰な生成によってじん性を低下させることなく、溶接時のＣｒの酸化による裏波形成不良を防ぐことができる。したがって、本実施形態に係るソリッドワイヤにＺｒを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＺｒ含有量は０．１５質量％以下とすることが好ましい。Ｚｒを含有させる場合は、０．００５質量％以上であることが好ましく、０．０１０質量％以上であることがより好ましい。
【0034】
＜Ｃｏ：０．５質量％以下、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｎ：０．０２質量％以下＞
Ｃｏ、Ｃｕ及びＮは、いずれもＮｉやＭｎと同様にオーステナイト形成元素であり、溶接金属におけるδフェライトの生成抑制に寄与する元素である。δフェライトの生成を抑制することで溶接金属の所望の機械的性能を得るために、本実施形態に係るソリッドワイヤに、必要に応じてＣｏ、Ｃｕ及びＮから選択された少なくとも１種を含有させることができる。したがって、Ｃｏ、Ｃｕ及びＮから選択された少なくとも１種を、ワイヤ全質量に対して、Ｃｏ：０．５質量％以下、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｎ：０．０２質量％以下、の範囲で含有させることが好ましい。なお、Ｃｏ含有量は、０．４０質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることがさらに好ましい。Ｃｕ含有量は、０．４０質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることがさらに好ましい。Ｎ含有量は、０．０１５質量％以下であることがより好ましく、０．０１０質量％以下であることがさらに好ましい。
また、ワイヤ中にＣｏを含有させる場合に、Ｃｏ含有量は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。ワイヤ中にＣｕを含有させる場合に、Ｃｕ含有量は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。ワイヤ中にＮを含有させる場合に、Ｎ含有量は０．００２質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましい。なお、本実施形態のワイヤはＣｕめっきが形成されていてもよく、Ｃｕ含有量は銅めっき分も含む。
Ｃｏ、Ｃｕ及びＮは、いずれもＮｉやＭｎと同様にオーステナイト形成元素であり、溶接金属におけるδフェライトの生成抑制に寄与する元素である。δフェライトの生成を抑制することで溶接金属の所望の機械的性能を得るために、本実施形態に係るソリッドワイヤに、必要に応じてＣｏ、Ｃｕ及びＮから選択された少なくとも１種を含有させることができる。したがって、Ｃｏ、Ｃｕ及びＮから選択された少なくとも１種を、ワイヤ全質量に対して、Ｃｏ：０．５質量％以下、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｎ：０．０２質量％以下、の範囲で含有させることが好ましい。なお、Ｃｏ含有量は、０．４０質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることがさらに好ましい。Ｃｕ含有量は、０．４０質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることがさらに好ましい。Ｎ含有量は、０．０１５質量％以下であることがより好ましく、０．０１０質量％以下であることがさらに好ましい。
また、ワイヤ中にＣｏを含有させる場合に、Ｃｏ含有量は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。ワイヤ中にＣｕを含有させる場合に、Ｃｕ含有量は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。ワイヤ中にＮを含有させる場合に、Ｎ含有量は０．００２質量％以上であることが好ましく、０．００５質量％以上であることがより好ましい。なお、本実施形態のワイヤはＣｕめっきが形成されていてもよく、Ｃｕ含有量は銅めっき分も含む。
【0035】
＜残部：Ｆｅ及び不可避的不純物＞
本実施形態に係るソリッドワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物とは、ワイヤ中に意図的に添加されていないものを意味し、上記以外の元素として、例えばＢ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ等が挙げられる。ソリッドワイヤ中の不純物の含有量は、合計で０．１０質量％以下であることが好ましく、０．０５質量％以下であることがより好ましい。
本実施形態に係るソリッドワイヤの残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物とは、ワイヤ中に意図的に添加されていないものを意味し、上記以外の元素として、例えばＢ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ等が挙げられる。ソリッドワイヤ中の不純物の含有量は、合計で０．１０質量％以下であることが好ましく、０．０５質量％以下であることがより好ましい。
【0036】
〔ガスシールドアーク溶接方法〕
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法は、Ｃｒ含有量が４質量％以上１０質量％以下である鋼材に対して、上記ソリッドワイヤを用いて、バックシールドガスを使用せずに溶接する溶接方法である。上述のとおり、４質量％～１０質量％のＣｒを含有する鋼材を溶接する場合に、従来のソリッドワイヤを使用すると、裏波が酸化しやすくなり、裏波の形状及び外観が劣化する。しかし、少なくとも初層の溶接として、上記本実施形態に係るソリッドワイヤを使用することにより、バックシールドガスを使用せずに、優れた裏波性能及び機械的性能を有する裏波を形成することができる。
なお、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法において、溶接の種類は特に限定されず、ティグ（ＴＩＧ：Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接の他に、マグ（ＭＡＧ：Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ）溶接、ミグ（ＭＩＧ：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接を使用することができる。
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法は、Ｃｒ含有量が４質量％以上１０質量％以下である鋼材に対して、上記ソリッドワイヤを用いて、バックシールドガスを使用せずに溶接する溶接方法である。上述のとおり、４質量％～１０質量％のＣｒを含有する鋼材を溶接する場合に、従来のソリッドワイヤを使用すると、裏波が酸化しやすくなり、裏波の形状及び外観が劣化する。しかし、少なくとも初層の溶接として、上記本実施形態に係るソリッドワイヤを使用することにより、バックシールドガスを使用せずに、優れた裏波性能及び機械的性能を有する裏波を形成することができる。
なお、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法において、溶接の種類は特に限定されず、ティグ（ＴＩＧ：Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接の他に、マグ（ＭＡＧ：Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ）溶接、ミグ（ＭＩＧ：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接を使用することができる。
【0037】
＜シールドガスの種類及び流量＞
本実施形態に係るソリッドワイヤによる溶接時に、表側において使用するシールドガスは特に制限されないが、例えばＡｒガス、炭酸ガス、Ａｒガスと炭酸ガスの混合ガス、Ａｒガスと酸素ガスの混合ガスを用いることができる。ガスの流量も特に制限されないが、例えば１５～５０Ｌ／分とすることができる。
本実施形態に係るソリッドワイヤによる溶接時に、表側において使用するシールドガスは特に制限されないが、例えばＡｒガス、炭酸ガス、Ａｒガスと炭酸ガスの混合ガス、Ａｒガスと酸素ガスの混合ガスを用いることができる。ガスの流量も特に制限されないが、例えば１５～５０Ｌ／分とすることができる。
【0038】
＜溶接姿勢、ワイヤ径＞
また、本実施形態に係るソリッドワイヤを使用した溶接姿勢は特に限定されず、種々の溶接姿勢で溶接を実施することができる。さらに、本実施形態に係るソリッドワイヤのワイヤ径（直径）についても、特に限定されないが、ＡＷＳ又はＪＩＳ等の溶接材料規格に規定された直径のワイヤに適用することができる。
また、本実施形態に係るソリッドワイヤを使用した溶接姿勢は特に限定されず、種々の溶接姿勢で溶接を実施することができる。さらに、本実施形態に係るソリッドワイヤのワイヤ径（直径）についても、特に限定されないが、ＡＷＳ又はＪＩＳ等の溶接材料規格に規定された直径のワイヤに適用することができる。
【実施例0039】
以下、本発明に係る発明例及び比較例を挙げて、本発明の効果を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0040】
［ソリッドワイヤの製造］
ワイヤの含有成分が種々の含有量となるように、ソリッドワイヤを作製した。ワイヤ全質量あたりの化学成分の含有量（質量％）を下記表１及び表２に示す。なお、ワイヤ中の下記表１及び表２に示す化学成分を除く残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、表１及び表２において、「－」はその成分を積極的に含有させていないことを意味する。
ワイヤの含有成分が種々の含有量となるように、ソリッドワイヤを作製した。ワイヤ全質量あたりの化学成分の含有量（質量％）を下記表１及び表２に示す。なお、ワイヤ中の下記表１及び表２に示す化学成分を除く残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。また、表１及び表２において、「－」はその成分を積極的に含有させていないことを意味する。
【0041】
［ガスシールドアーク溶接（裏波評価用）］
裏波の評価のための溶接を実施した。具体的には、板厚が１９～２５ｍｍであり、Ｃｒ含有量が９質量％、Ｍｏ含有量が１質量％であって、開先角度を７０°とした一対の鋼板を準備し、ティグ溶接により初層を形成した。溶接条件を以下に示す。
裏波の評価のための溶接を実施した。具体的には、板厚が１９～２５ｍｍであり、Ｃｒ含有量が９質量％、Ｍｏ含有量が１質量％であって、開先角度を７０°とした一対の鋼板を準備し、ティグ溶接により初層を形成した。溶接条件を以下に示す。
【0042】
＜溶接条件＞
溶接方法：ティグ溶接
ワイヤ径：２．４ｍｍ
ルートギャップ：２～３ｍｍ
溶接電流：９０～１１０Ａ
アーク電圧：１０～１４Ｖ
予熱：１５０～３００℃
シールドガスの種類、流量：１００％Ａｒ、１５リットル／分
バックシールドガス：無し
溶接姿勢：下向
溶接方法：ティグ溶接
ワイヤ径：２．４ｍｍ
ルートギャップ：２～３ｍｍ
溶接電流：９０～１１０Ａ
アーク電圧：１０～１４Ｖ
予熱：１５０～３００℃
シールドガスの種類、流量：１００％Ａｒ、１５リットル／分
バックシールドガス：無し
溶接姿勢：下向
【0043】
［裏波の評価試験］
各ソリッドワイヤを使用して得られた溶接金属について、溶接の裏側（裏波外観）を目視で観察するとともに、溶接金属の断面マクロを目視で観察し、裏波の評価を実施した。溶接裏側については、裏波の形状、酸化の度合い、溶け落ちの有無及び凹ビードの有無を観察した。断面マクロについては、裏波高さ、裏波の窪みの深さ、及び母材と裏波との境界部分の形状を観察した。
各ソリッドワイヤを使用して得られた溶接金属について、溶接の裏側（裏波外観）を目視で観察するとともに、溶接金属の断面マクロを目視で観察し、裏波の評価を実施した。溶接裏側については、裏波の形状、酸化の度合い、溶け落ちの有無及び凹ビードの有無を観察した。断面マクロについては、裏波高さ、裏波の窪みの深さ、及び母材と裏波との境界部分の形状を観察した。
【0044】
なお、裏波外観については、裏波幅が揃っており、蛇行や凹凸が無いとともに、酸化による変色や凹凸がなく、さらに、溶け落ち及び凹ビードが確認されなかったものを良好（合格）とした。一方、裏波幅が不揃いであり、凹凸が激しいもの、裏波が酸化によって変色していたか若しくは凹凸が確認されたもの、又は、溶け落ち若しくは凹ビードが発生したものを不合格とした。
【0045】
また、断面マクロ観察において、裏波高さが１ｍｍ以上のものを合格とし、裏波高さが１ｍｍ未満のものを不合格とした。また、裏波の幅方向端部付近に、母材裏面に対して０．５ｍｍ以上の深さの窪みがないものを合格とし、０．５ｍｍ以上の窪みが発生したものを不合格とした。さらに、断面マクロにおいて母材と裏波との境界部分の形状を観察し、母材から裏波に向かってなだらかな凸形状になっているものを良好（合格）、母材と裏波との境界部分で、裏波が急激に盛り上がった凸形状となっているものを不良（不合格）とした。なお、溶け落ちが発生したものについては、母材と裏波との境界部分で裏波が急激に盛り上がった凸形状となる傾向にあった。
そして、裏波の評価としては、上記全ての項目が合格であったものを、評価「Ａ」とし、１つ以上の項目が不合格であったものを、評価「Ｃ」とした。
そして、裏波の評価としては、上記全ての項目が合格であったものを、評価「Ａ」とし、１つ以上の項目が不合格であったものを、評価「Ｃ」とした。
【0046】
［ガスシールドアーク溶接（溶接金属評価用）］
溶接金属の評価のための溶接を実施した。具体的には、板厚が１２ｍｍである、ＪＩＳ Ｇ３１０６：２０２０に記載のＳＭ４９０Ａ鋼材の開先角度を４５°に加工し、作製したソリッドワイヤを使用して開先内及び裏当て金を２層以上バタリングした後、ルート間隔を６．５ｍｍとして、ティグ溶接により多層溶接にて溶接金属を形成した。溶接条件を以下に示す。
溶接金属の評価のための溶接を実施した。具体的には、板厚が１２ｍｍである、ＪＩＳ Ｇ３１０６：２０２０に記載のＳＭ４９０Ａ鋼材の開先角度を４５°に加工し、作製したソリッドワイヤを使用して開先内及び裏当て金を２層以上バタリングした後、ルート間隔を６．５ｍｍとして、ティグ溶接により多層溶接にて溶接金属を形成した。溶接条件を以下に示す。
【0047】
＜溶接条件＞
溶接方法：ティグ溶接
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接電流：１６０～１８０Ａ
アーク電圧：１０～１６Ｖ
シールドガスの種類、流量：１００％Ａｒ、２５リットル／分
溶接姿勢：下向
ＰＷＨＴ温度、時間：７４５℃、１時間
溶接方法：ティグ溶接
ワイヤ径：１．２ｍｍ
溶接電流：１６０～１８０Ａ
アーク電圧：１０～１６Ｖ
シールドガスの種類、流量：１００％Ａｒ、２５リットル／分
溶接姿勢：下向
ＰＷＨＴ温度、時間：７４５℃、１時間
【0048】
［溶接金属の機械的性能評価試験］
＜変態点測定試験＞
得られた溶接金属から、直径が８ｍｍ、長さが１２ｍｍである丸棒状の試験片を採取し、高周波誘導加熱方式による加熱中の試験片の体積変化を測定することにより、Ａｃ１変態点を測定した。
なお、Ａｃ１変態点よりも高い温度でＰＷＨＴを実施した場合に、溶接金属が逆変態によって高強度、低じん性のフレッシュマルテンサイトを含有した組織となり溶接継手性能が劣化するため、Ａｃ１変態点が高い方がＰＷＨＴの温度設定の裕度を大きくすることができる。したがって、評価基準としては、Ａｃ１変態点が８００℃以上であったものを評価「Ａ」（優良）とし、７６０℃以上、８００℃未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、７６０℃未満であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
＜変態点測定試験＞
得られた溶接金属から、直径が８ｍｍ、長さが１２ｍｍである丸棒状の試験片を採取し、高周波誘導加熱方式による加熱中の試験片の体積変化を測定することにより、Ａｃ１変態点を測定した。
なお、Ａｃ１変態点よりも高い温度でＰＷＨＴを実施した場合に、溶接金属が逆変態によって高強度、低じん性のフレッシュマルテンサイトを含有した組織となり溶接継手性能が劣化するため、Ａｃ１変態点が高い方がＰＷＨＴの温度設定の裕度を大きくすることができる。したがって、評価基準としては、Ａｃ１変態点が８００℃以上であったものを評価「Ａ」（優良）とし、７６０℃以上、８００℃未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、７６０℃未満であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
【0049】
＜引張強さ試験＞
得られた溶接金属の板厚中央から、溶接線方向に平行に直径６ｍｍ、標点距離２４ｍｍの引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に記載の金属材料引張試験方法に準拠して、溶接金属の室温引張強さ（ＴＳ：Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を測定した。
なお、溶接金属の強度が過剰であると、硫化物応力腐食割れの懸念がある。また、溶接金属の強度が不足すると、所望の強度を有する構造物を製造することができない。そのため、評価基準としては、引張強さ試験による測定結果が６００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下であったものを評価「Ａ」（優良）とし、５５０ＭＰａ以上６００ＭＰａ未満であるか、又は７２０ＭＰａ超７８０ＭＰａ以下であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、５５０ＭＰａ未満であるか、又は７８０ＭＰａ超であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
得られた溶接金属の板厚中央から、溶接線方向に平行に直径６ｍｍ、標点距離２４ｍｍの引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に記載の金属材料引張試験方法に準拠して、溶接金属の室温引張強さ（ＴＳ：Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を測定した。
なお、溶接金属の強度が過剰であると、硫化物応力腐食割れの懸念がある。また、溶接金属の強度が不足すると、所望の強度を有する構造物を製造することができない。そのため、評価基準としては、引張強さ試験による測定結果が６００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下であったものを評価「Ａ」（優良）とし、５５０ＭＰａ以上６００ＭＰａ未満であるか、又は７２０ＭＰａ超７８０ＭＰａ以下であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、５５０ＭＰａ未満であるか、又は７８０ＭＰａ超であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
【0050】
＜シャルピー衝撃試験＞
得られた溶接金属の板厚中央から、溶接線方向に垂直に２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２００５に記載の金属材料のシャルピー衝撃試験方法に準拠して、－３０℃又は－４０℃におけるシャルピー衝撃値を測定した。
なお、シャルピー衝撃値によるじん性の評価基準としては、－３０℃以下におけるシャルピー衝撃試験による吸収エネルギーの測定結果を切り欠き部の原断面積で除したシャルピー衝撃値が４７（Ｊ／ｃｍ２）以上であったものを評価「Ａ」（優良）とし、２７（Ｊ／ｃｍ２）以上４７（Ｊ／ｃｍ２）未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、２７（Ｊ／ｃｍ２）未満であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
得られた溶接金属の板厚中央から、溶接線方向に垂直に２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２００５に記載の金属材料のシャルピー衝撃試験方法に準拠して、－３０℃又は－４０℃におけるシャルピー衝撃値を測定した。
なお、シャルピー衝撃値によるじん性の評価基準としては、－３０℃以下におけるシャルピー衝撃試験による吸収エネルギーの測定結果を切り欠き部の原断面積で除したシャルピー衝撃値が４７（Ｊ／ｃｍ２）以上であったものを評価「Ａ」（優良）とし、２７（Ｊ／ｃｍ２）以上４７（Ｊ／ｃｍ２）未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、２７（Ｊ／ｃｍ２）未満であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
【0051】
各評価試験による測定結果を下記表３に示し、評価結果を下記表４に示す。
【0052】
【表1】
【0053】
【表2】
【0054】
【表3】
【0055】
【表4】
【0056】
［評価結果］
上記表１～表４に示すように、発明例Ｎｏ．Ａ１～Ａ１６は、ソリッドワイヤの化学成分が本発明で規定する数値範囲内であるため、バックシールドガスを使用することなく、優れた外観の裏波を得ることができるとともに、優れた機械的性能を有する溶接金属を得ることができた。
上記表１～表４に示すように、発明例Ｎｏ．Ａ１～Ａ１６は、ソリッドワイヤの化学成分が本発明で規定する数値範囲内であるため、バックシールドガスを使用することなく、優れた外観の裏波を得ることができるとともに、優れた機械的性能を有する溶接金属を得ることができた。
【0057】
一方、比較例Ｎｏ．Ｂ１及びＢ３～Ｂ５は、ソリッドワイヤ中のＳｉ含有量が本発明で規定する数値範囲の下限未満であるため、裏波の評価結果が不良となった。また、比較例Ｎｏ．Ｂ２、Ｂ６及びＢ７は、ソリッドワイヤ中のＳｉ含有量が本発明で規定する数値範囲の上限を超えているため、じん性の評価結果が低下した。比較例Ｎｏ．Ｂ８は、ソリッドワイヤ中のＣ含有量が本発明で規定する数値範囲の上限を超えているため、溶接金属の強度が過剰となり、硫化物応力割れが発生する確率が増加した。
【0058】
比較例Ｎｏ．Ｂ９は、ソリッドワイヤ中のＣ含有量及びＮｉ含有量が本発明で規定する数値範囲の上限を超えているため、溶接金属の強度が過剰となり、じん性が低下するとともに、変態点が低下して、高温でのＰＷＨＴが困難となった。比較例Ｎｏ．Ｂ１０は、ソリッドワイヤ中のＣ含有量及びＭｎ含有量が本発明で規定する数値範囲の上限を超えているため、溶接金属の強度が過剰となり、じん性が低下するとともに、変態点が低下して、高温でのＰＷＨＴが困難となり、また、裏波の形成不良が発生した。
【0059】
なお、上記発明例Ｎｏ．Ａ１～Ａ１６は、一般的に良好な裏波形成が困難である高Ｃｒ含有量の鋼板同士を溶接した例であるにもかかわらず、本発明で規定する数値範囲の組成を有するソリッドワイヤを用いたことにより、バックシールドガスを使用することなく良好な評価結果が得られている。このことから、被溶接鋼材のうち少なくとも一つの鋼材のＣｒ含有量が４質量％以上１０質量％以下であり、他方の鋼材のＣｒ含有量が例えば１０質量％以下（０質量％含む）である場合でも同様に、バックシールドガスを使用することなく良好な溶接金属を得ることができることが示される。５質量％～１０質量％以下のＣｒ含有量の鋼板の溶接において、裏波ビードの外観不良は鋼板および溶接材料の高Ｃｒ含有量に起因するものであるため、被溶接鋼材として使用する一方の鋼材のＣｒ含有量が４質量％未満である場合にも、本実施形態にかかるソリッドワイヤを適用することができる。