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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】P2024066737
(43)【公開日】2024-05-16
(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 20060101AFI20240509BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240509BHJP
C22C 38/18 20060101ALI20240509BHJP
B23K 9/23 20060101ALI20240509BHJP
【ＦＩ】
B23K35/30 320D
C22C38/00 301A
C22C38/00 302Z
C22C38/18
B23K35/30 320A
B23K9/23 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022176386
(22)【出願日】2022-11-02
(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】磯野 晋也
(72)【発明者】
【氏名】高内 英亮
【テーマコード（参考）】
4E001
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB07
4E001BB08
4E001CA04
4E001DD02
4E001DD04
4E001DD05
4E001DG03
4E001DG04
4E001EA01
4E001EA08
(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】１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材の溶接に用いられるソリッドワイヤであって、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０５％以上０．１５％以下、Ｓｉ：０．８％以上１．７％以下、Ｍｎ：０．４％以上１．２％以下、Ｃｒ：７．５％以上１３．０％以下、Ｍｏ：０．７０％以上１．５％以下、Ｎｂ：０．０１０％以上０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以上０．５０％以下、Ｎ：０．０１０％以上０．０７０％以下を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：０．８０％以下、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０２０％以下、Ｃｏ：０．７０％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】１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材の溶接に用いられるソリッドワイヤであって、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０５％以上０．１５％以下、Ｓｉ：０．８％以上１．７％以下、Ｍｎ：０．４％以上１．２％以下、Ｃｒ：７．５％以上１３．０％以下、Ｍｏ：０．７０％以上１．５％以下、Ｎｂ：０．０１０％以上０．１０％以下、Ｖ：０．１０％以上０．５０％以下、Ｎ：０．０１０％以上０．０７０％以下を含有し、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：０．８０％以下、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０２０％以下、Ｃｏ：０．７０％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】
１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材の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：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、
Ｓｉ：０．８質量％以上１．７質量％以下、
Ｍｎ：０．４質量％以上１．２質量％以下、
Ｃｒ：７．５質量％以上１３．０質量％以下、
Ｍｏ：０．７０質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｂ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
Ｖ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０１０質量％以上０．０７０質量％以下を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｎｉ：０．８０質量％以下、
Ｔｉ：０．０２５質量％以下、
Ａｌ：０．０２０質量％以下、
Ｃｏ：０．７０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：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、
Ｓｉ：０．８質量％以上１．７質量％以下、
Ｍｎ：０．４質量％以上１．２質量％以下、
Ｃｒ：７．５質量％以上１３．０質量％以下、
Ｍｏ：０．７０質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｂ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
Ｖ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０１０質量％以上０．０７０質量％以下を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｎｉ：０．８０質量％以下、
Ｔｉ：０．０２５質量％以下、
Ａｌ：０．０２０質量％以下、
Ｃｏ：０．７０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：０．１０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：０．１０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、ワイヤ全質量に対して、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
を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。
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
を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】
１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】
１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】
一般的に、Ｃｒ：８質量％～１０質量％及びＭｏ：０．８５質量％～１．２０質量％等を含有する９Ｃｒ－１Ｍｏ鋼に、Ｎｂ、Ｖなどが添加された鋼材は、９Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｎｂ－Ｖ鋼といわれている。このような９Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｎｂ－Ｖ鋼に代表されるＣｒ－Ｍｏフェライト系高強度耐熱鋼は、高温特性に優れており、火力発電、原子力発電のボイラや圧力容器等に使用されている。
【0003】
上記のような高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。
【0004】
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】
【0005】
【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】
【0006】
ところで、９Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｎｂ－Ｖ鋼のようなフェライト系高強度耐熱鋼の溶接金属には、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。
【0007】
さらに、特許文献１においては、δフェライトの生成抑制についても十分に考慮されておらず、火力発電、原子力発電のボイラや圧力容器等に十分に対応できる溶接金属を形成するためには、δフェライトの生成をより一層抑制することが重要となる。
【0008】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材の溶接に用いられ、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】
【0009】
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含有量を制御することが重要であることを見出した。また、本発明者らは、ソリッドワイヤ中のＮｂ、Ｖ及びＣｏの含有量を制御することにより、δフェライトの生成を抑制し、所望の機械的特性を有する溶接金属を得ることができることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【0010】
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。
【0011】
（１） １質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材の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：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、
Ｓｉ：０．８質量％以上１．７質量％以下、
Ｍｎ：０．４質量％以上１．２質量％以下、
Ｃｒ：７．５質量％以上１３．０質量％以下、
Ｍｏ：０．７０質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｂ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
Ｖ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０１０質量％以上０．０７０質量％以下を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｎｉ：０．８０質量％以下、
Ｔｉ：０．０２５質量％以下、
Ａｌ：０．０２０質量％以下、
Ｃｏ：０．７０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：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、
Ｓｉ：０．８質量％以上１．７質量％以下、
Ｍｎ：０．４質量％以上１．２質量％以下、
Ｃｒ：７．５質量％以上１３．０質量％以下、
Ｍｏ：０．７０質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｂ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下、
Ｖ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下、
Ｎ：０．０１０質量％以上０．０７０質量％以下を含有し、
Ｐ：０．０３０質量％以下、
Ｓ：０．０３０質量％以下、
Ｎｉ：０．８０質量％以下、
Ｔｉ：０．０２５質量％以下、
Ａｌ：０．０２０質量％以下、
Ｃｏ：０．７０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。
【0012】
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。
【0013】
（２） さらに、ワイヤ全質量に対して、
Ｚｒ：０．１０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：０．１０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。
【0014】
（３） さらに、ワイヤ全質量に対して、
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
を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。
Ｃｕ：０．５０質量％以下、
を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。
【0015】
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。
【0016】
（４） １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】
【0017】
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】
【0018】
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。
【0019】
〔ソリッドワイヤ〕
本実施形態に係るソリッドワイヤは、１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材の溶接に用いられる。例えば、９％Ｃｒ鋼と２％Ｃｒ鋼と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、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、９Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｎｂ－Ｖ鋼の溶接に用いられることが特に好ましい。
本実施形態に係るソリッドワイヤは、１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する鋼材の溶接に用いられる。例えば、９％Ｃｒ鋼と２％Ｃｒ鋼と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、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、９Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｎｂ－Ｖ鋼の溶接に用いられることが特に好ましい。
【0020】
以下、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、例えば鋼板や鋼管等の溶接に適用することができる。
【0021】
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。
【0022】
＜Ｃ：０．０５質量％以上０．１５質量％以下＞
Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂ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０．０５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０．０５質量％以上とし、０．０６質量％以上であることが好ましく、０．０７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Ｃ含有量が０．１５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、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０．１５質量％以下とし、０．１４質量％以下であることが好ましく、０．１３質量％以下であることがより好ましい。
Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂ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０．０５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０．０５質量％以上とし、０．０６質量％以上であることが好ましく、０．０７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Ｃ含有量が０．１５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、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０．１５質量％以下とし、０．１４質量％以下であることが好ましく、０．１３質量％以下であることがより好ましい。
【0023】
＜Ｓｉ：０．８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０．８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０．８質量％以上とし、０．９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され、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０．８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０．８質量％以上とし、０．９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され、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。
【0024】
＜Ｍｎ：０．４質量％以上１．２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０．４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０．４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、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量が１．２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、Ｍｎが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１．２質量％以下とし、１．１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。
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０．４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０．４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、ワイヤ全質量に対するＭｎ含有量が１．２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、Ｍｎが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１．２質量％以下とし、１．１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。
【0025】
＜Ｃｒ：７．５質量％以上１３．０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、良好な裏波形成が困難である高Ｃｒ含有量の被溶接鋼材の主要元素であり、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７．５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７．５質量％以上とし、７．８質量％以上であることが好ましく、８．０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１３．０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はフェライト生成元素のため、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１３．０質量％以下とし、１２．５質量％以下であることが好ましく、１２．０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、良好な裏波形成が困難である高Ｃｒ含有量の被溶接鋼材の主要元素であり、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７．５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７．５質量％以上とし、７．８質量％以上であることが好ましく、８．０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１３．０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はフェライト生成元素のため、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１３．０質量％以下とし、１２．５質量％以下であることが好ましく、１２．０質量％以下であることがより好ましい。
【0026】
＜Ｍｏ：０．７０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０．７０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０．７０質量％以上とし、０．７５質量％以上であることが好ましく、０．８０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０．７０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０．７０質量％以上とし、０．７５質量％以上であることが好ましく、０．８０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。
【0027】
＜Ｎｂ：０．０１０質量％以上０．１０質量％以下＞
Ｎｂは、固溶強化及び窒化物として析出することで溶接金属の強度を向上させる効果を有する元素である。ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量が０．０１０質量％未満であると、溶接金属の強度を向上させる効果を十分に得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は０．０１０質量％以上とし、０．０１３質量％以上であることが好ましく、０．０１５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Ｎｂ含有量が０．１０％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を大きく劣化させる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は０．１０質量％以下とし、０．０９質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましい。
Ｎｂは、固溶強化及び窒化物として析出することで溶接金属の強度を向上させる効果を有する元素である。ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量が０．０１０質量％未満であると、溶接金属の強度を向上させる効果を十分に得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は０．０１０質量％以上とし、０．０１３質量％以上であることが好ましく、０．０１５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Ｎｂ含有量が０．１０％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を大きく劣化させる。したがって、ワイヤ全質量に対するＮｂ含有量は０．１０質量％以下とし、０．０９質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましい。
【0028】
＜Ｖ：０．１０質量％以上０．５０質量％以下＞
Ｖは、炭窒化物として溶接金属中に析出し溶接金属の強度を向上させる効果を有する元素である。ワイヤ全質量に対するＶ含有量が０．１０質量％未満であると、溶接金属の強度を向上させる効果を十分に得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は０．１０質量％以上とし、０．１３質量％以上であることが好ましく、０．１５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Ｖ含有量が０．５０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０．５０質量％以下とし、０．４０質量％以下であることが好ましく、０．３０質量％以下であることがより好ましい。
Ｖは、炭窒化物として溶接金属中に析出し溶接金属の強度を向上させる効果を有する元素である。ワイヤ全質量に対するＶ含有量が０．１０質量％未満であると、溶接金属の強度を向上させる効果を十分に得ることができない。したがって、ワイヤ全質量に対するＶ含有量は０．１０質量％以上とし、０．１３質量％以上であることが好ましく、０．１５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Ｖ含有量が０．５０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０．５０質量％以下とし、０．４０質量％以下であることが好ましく、０．３０質量％以下であることがより好ましい。
【0029】
＜Ｎ：０．０１０質量％以上０．０７０質量％以下＞
Ｎは、固溶強化及び窒化物として析出して強度の安定化に寄与する元素である。また、オーステナイト形成元素であり、溶接金属中のδフェライトを抑制する効果を有する元素である。ワイヤ全質量に対するＮ含有量が０．０１０質量％未満であると上記効果を十分に得ることができず、強度が低下しδフェライトが生成される。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は０．０１０質量％以上とし、０．０１５質量％以上であることが好ましく、０．０２０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Ｎ含有量が０．０７０質量％を超えると、ブローホールが発生する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は０．０７０質量％以下とし、０．０６５質量％以下であることが好ましく、０．０６０質量％以下であることがより好ましい。
Ｎは、固溶強化及び窒化物として析出して強度の安定化に寄与する元素である。また、オーステナイト形成元素であり、溶接金属中のδフェライトを抑制する効果を有する元素である。ワイヤ全質量に対するＮ含有量が０．０１０質量％未満であると上記効果を十分に得ることができず、強度が低下しδフェライトが生成される。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は０．０１０質量％以上とし、０．０１５質量％以上であることが好ましく、０．０２０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Ｎ含有量が０．０７０質量％を超えると、ブローホールが発生する。したがって、ワイヤ全質量に対するＮ含有量は０．０７０質量％以下とし、０．０６５質量％以下であることが好ましく、０．０６０質量％以下であることがより好ましい。
【0030】
＜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。
【0031】
＜Ｓ：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。本実施形態においてＳ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、より一層裏波形成能を向上させることを目的としてワイヤ中にＳを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は０．００３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。
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。本実施形態においてＳ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、より一層裏波形成能を向上させることを目的としてワイヤ中にＳを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＳ含有量は０．００３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。
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。
【0032】
＜Ｎｉ：０．８０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０．８０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０．８０質量％以下とし、０．６０質量％以下であることが好ましく、０．５０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０．８０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０．８０質量％以下とし、０．６０質量％以下であることが好ましく、０．５０質量％以下であることがより好ましい。
【0033】
＜Ｔｉ：０．０２５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０．０２５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０．０２５質量％以下とし、０．０１８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。
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０．０２５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０．０２５質量％以下とし、０．０１８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。
【0034】
＜Ａｌ：０．０２０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。また、Ａｌはフェライト生成元素であり、溶接金属においてδフェライトが過剰に生成され溶接金属のじん性が低下する。さらに、ＡｌはＮｂ、Ｖよりも優先的に窒化物を形成するため、高温強度を確保する効果を有するＮｂ、Ｖ窒化物の生成を阻害し、高温強度の低下を招く。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は０．０２０質量％以下とし、０．０１５質量％以下であることが好ましく、０．０１２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。また、Ａｌはフェライト生成元素であり、溶接金属においてδフェライトが過剰に生成され溶接金属のじん性が低下する。さらに、ＡｌはＮｂ、Ｖよりも優先的に窒化物を形成するため、高温強度を確保する効果を有するＮｂ、Ｖ窒化物の生成を阻害し、高温強度の低下を招く。したがって、ワイヤ全質量に対するＡｌ含有量は０．０２０質量％以下とし、０．０１５質量％以下であることが好ましく、０．０１２質量％以下であることがより好ましい。
【0035】
＜Ｃｏ：０．７０質量％以下＞
Ｃｏは、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り、ワイヤ中にＣｏを含有させることにより、溶接金属の所望の機械的性能を得ることができる。本実施形態においてＣｏ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Ｃｏを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は０．００５質量％であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましく、０．１０質量％以上であることがさらに好ましく、０．１５質量％以上であることが特に好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量が０．７０質量％を超えると、変態点が低下し、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Ｃｏ含有量は０．７０質量％以下とし、０．６０質量％以下であることが好ましく、０．５０質量％以下であることがより好ましい。
Ｃｏは、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り、ワイヤ中にＣｏを含有させることにより、溶接金属の所望の機械的性能を得ることができる。本実施形態においてＣｏ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Ｃｏを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量は０．００５質量％であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましく、０．１０質量％以上であることがさらに好ましく、０．１５質量％以上であることが特に好ましい。
一方、ワイヤ全質量に対するＣｏ含有量が０．７０質量％を超えると、変態点が低下し、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Ｃｏ含有量は０．７０質量％以下とし、０．６０質量％以下であることが好ましく、０．５０質量％以下であることがより好ましい。
【0036】
本実施形態に係るソリッドワイヤは、上記成分以外に、以下に示す範囲でＺｒ及びＣｕのいずれか一方又は両方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。
【0037】
＜Ｚｒ：０．１０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０．１０質量％以下の範囲でＺｒ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０．１０質量％以下とし、０．０８質量％以下が好ましく０．０７質量％以下であることがより好ましい。
一方、上記効果を得るためにワイヤ中にＺｒを含有させる場合は、ワイヤ全質量に対するＺｒ含有量は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０．１０質量％以下の範囲でＺｒ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０．１０質量％以下とし、０．０８質量％以下が好ましく０．０７質量％以下であることがより好ましい。
一方、上記効果を得るためにワイヤ中にＺｒを含有させる場合は、ワイヤ全質量に対するＺｒ含有量は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。
【0038】
＜Ｃｕ：０．５０質量％以下＞
Ｃｕ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ため、本実施形態に係るソリッドワイヤに、必要に応じてＣｕを含有させることが好ましい。ワイヤ中に０．５０質量％以下の範囲でＣｕを含有させると、溶接金属の高温強度を劣化させることなく、所望の機械的性能を有する溶接金属を得ることができる。したがって、本実施形態に係るソリッドワイヤにＣｕを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は０．５０質量％以下とすることが好ましく、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。
一方、上記効果を得るためにワイヤ中にＣｕを含有させる場合は、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましく、０．１０質量％以上であることがさらに好ましい。なお、本実施形態のワイヤはＣｕめっきが施されていてもよく、Ｃｕ含有量は銅めっき分も含むものとする。
Ｃｕ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ため、本実施形態に係るソリッドワイヤに、必要に応じてＣｕを含有させることが好ましい。ワイヤ中に０．５０質量％以下の範囲でＣｕを含有させると、溶接金属の高温強度を劣化させることなく、所望の機械的性能を有する溶接金属を得ることができる。したがって、本実施形態に係るソリッドワイヤにＣｕを含有させる場合に、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は０．５０質量％以下とすることが好ましく、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。
一方、上記効果を得るためにワイヤ中にＣｕを含有させる場合は、ワイヤ全質量に対するＣｕ含有量は０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０５質量％以上であることがより好ましく、０．１０質量％以上であることがさらに好ましい。なお、本実施形態のワイヤはＣｕめっきが施されていてもよく、Ｃｕ含有量は銅めっき分も含むものとする。
【0039】
＜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。
【0040】
〔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、１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する被溶接鋼材に対して、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、被溶接鋼材のＣｒ含有量が、例えば８質量％～１０質量％である場合に、従来のソリッドワイヤを使用して溶接すると、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、特に裏波が酸化しやすい高Ｃｒ含有量の鋼材のみでなく、１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する被溶接鋼材に対して、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。
本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法は、１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する被溶接鋼材に対して、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、被溶接鋼材のＣｒ含有量が、例えば８質量％～１０質量％である場合に、従来のソリッドワイヤを使用して溶接すると、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、特に裏波が酸化しやすい高Ｃｒ含有量の鋼材のみでなく、１質量％以上１０質量％以下のＣｒを含有する被溶接鋼材に対して、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。
【0041】
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。
【0042】
＜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。
【0043】
＜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0044】
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。
【0045】
［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に示す。なお、ワイヤ中の下記表１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。
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に示す。なお、ワイヤ中の下記表１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。
【0046】
［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：１９ｍｍ、鋼種：ＡＳＴＭ Ａ３８７ Ｇｒａｄｅ９１ Ｃｌａｓｓ２、開先角度：７０°の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：１９ｍｍ、鋼種：ＡＳＴＭ Ａ３８７ Ｇｒａｄｅ９１ Ｃｌａｓｓ２、開先角度：７０°の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。
【0047】
＜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
【0048】
［裏波の評価試験］
＜評価項目＞
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。裏波の外観については、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、裏波の高さ、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。各評価項目の測定結果及び評価結果を下記表２に示す。
＜評価項目＞
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。裏波の外観については、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、裏波の高さ、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。各評価項目の測定結果及び評価結果を下記表２に示す。
【0049】
＜評価方法及び評価基準＞
（裏波の外観）
裏波の外観については、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、不合格と判断されたものについては、測定結果の欄に外観の状態を記載した。
（裏波の外観）
裏波の外観については、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、不合格と判断されたものについては、測定結果の欄に外観の状態を記載した。
【0050】
（裏波の高さ）
断面マクロ観察において、裏波の高さを測定した。本実施例においては、裏波の高さが０．５ｍｍ以上のものを合格とし、裏波の高さが０．５ｍｍ未満のものを不合格とし、測定結果の欄には裏波の高さを記載した。
断面マクロ観察において、裏波の高さを測定した。本実施例においては、裏波の高さが０．５ｍｍ以上のものを合格とし、裏波の高さが０．５ｍｍ未満のものを不合格とし、測定結果の欄には裏波の高さを記載した。
【0051】
（窪みの深さ）
裏波の幅方向端部付近について、窪みの有無を観察し、窪みがあるものについては窪みの深さを測定した。本実施例においては、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、測定結果の欄には窪みの深さを記載した。
裏波の幅方向端部付近について、窪みの有無を観察し、窪みがあるものについては窪みの深さを測定した。本実施例においては、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、測定結果の欄には窪みの深さを記載した。
【0052】
（母材と裏波との境界部分の形状）
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）と判断し、測定結果の欄には「良好」又は「不良」と記載した。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。
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）と判断し、測定結果の欄には「良好」又は「不良」と記載した。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。
【0053】
（裏波の総合評価）
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、評価結果を裏波の評価結果欄に記載した。
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、評価結果を裏波の評価結果欄に記載した。
【0054】
［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。
【0055】
＜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：７６０℃、２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：７６０℃、２時間
【0056】
［溶接金属の機械的性能評価試験］
＜評価項目＞
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、Ａｃ１変態点を測定することによりＰＷＨＴの温度設定の裕度を評価するとともに、δフェライトの面積率を測定した。また、引張試験及びシャルピー衝撃試験を実施することにより、機械的性能を評価した。各評価項目の測定結果及び評価結果を下記表２に併せて示す。なお、裏波が不良となったもののうち、一部の試験片に対しては、溶接金属の機械的性能評価試験を実施しなかった。
＜評価項目＞
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、Ａｃ１変態点を測定することによりＰＷＨＴの温度設定の裕度を評価するとともに、δフェライトの面積率を測定した。また、引張試験及びシャルピー衝撃試験を実施することにより、機械的性能を評価した。各評価項目の測定結果及び評価結果を下記表２に併せて示す。なお、裏波が不良となったもののうち、一部の試験片に対しては、溶接金属の機械的性能評価試験を実施しなかった。
【0057】
＜評価方法及び評価基準＞
（Ａｃ１変態点の測定）
得られたＰＷＨＴ前の溶接金属から、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、７８０℃以上、８００℃未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、７８０℃未満であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
（Ａｃ１変態点の測定）
得られたＰＷＨＴ前の溶接金属から、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、７８０℃以上、８００℃未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、７８０℃未満であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
【0058】
（δフェライト面積率の測定）
得られたＰＷＨＴ前の溶接金属から、溶接方向に直角方向の断面の最終パス原質部を含む１２ｍｍ角の試験片を採取し、適切に研磨・腐食することで最終パス原質部のミクロ組織を観察して、１００倍の視野でδフェライトの面積率を測定した。面積率の測定には点算法を用い、１視野につき６００点以上の格子点から面積率を算出した。
なお、δフェライトは溶接中にオーステナイトに変態せず残留したものであり、強度やじん性に悪影響を及ぼし、溶接継手性能が劣化するため、面積率が小さいほうが良好である。したがって、評価基準としては、δフェライトの面積率が５％未満であったものを評価「Ａ」（優良）とし、５％以上、１０％未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、１０％以上であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
得られたＰＷＨＴ前の溶接金属から、溶接方向に直角方向の断面の最終パス原質部を含む１２ｍｍ角の試験片を採取し、適切に研磨・腐食することで最終パス原質部のミクロ組織を観察して、１００倍の視野でδフェライトの面積率を測定した。面積率の測定には点算法を用い、１視野につき６００点以上の格子点から面積率を算出した。
なお、δフェライトは溶接中にオーステナイトに変態せず残留したものであり、強度やじん性に悪影響を及ぼし、溶接継手性能が劣化するため、面積率が小さいほうが良好である。したがって、評価基準としては、δフェライトの面積率が５％未満であったものを評価「Ａ」（優良）とし、５％以上、１０％未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、１０％以上であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
【0059】
（引張試験）
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、評価基準としては、引張試験による測定結果が７２０ＭＰａ以上であったものを評価「Ａ」（優良）とし、６２０ＭＰａ以上７２０ＭＰａ未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、６２０ＭＰａ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、評価基準としては、引張試験による測定結果が７２０ＭＰａ以上であったものを評価「Ａ」（優良）とし、６２０ＭＰａ以上７２０ＭＰａ未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、６２０ＭＰａ未満であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
【0060】
（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、２０℃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、２０℃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６０（Ｊ／ｃｍ２）以上であったものを評価「Ａ」（優良）とし、３４（Ｊ／ｃｍ２）以上６０（Ｊ／ｃｍ２）未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、３４（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、２０℃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、２０℃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６０（Ｊ／ｃｍ２）以上であったものを評価「Ａ」（優良）とし、３４（Ｊ／ｃｍ２）以上６０（Ｊ／ｃｍ２）未満であったものを評価「Ｂ」（良好）とし、３４（Ｊ／ｃｍ２）未満であったものを評価「Ｃ」（不良）とした。
【0061】
【表1】
【0062】
【表2】
【0063】
［評価結果］
上記表１及び２に示すように、発明例Ｎｏ．Ａ１～Ａ７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、使用した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った。したがって、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。８質量％～１０質量％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、被溶接鋼材のＣｒ含有量が１質量％以上８質量％未満である場合も同様に、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。すなわち、被溶接鋼材のＣｒ含有量が１質量％以上１０質量％以下である場合に、本発明に係るソリッドワイヤを用いることにより、バックシールドガスを使用することなく良好な溶接金属を得ることができる。
上記表１及び２に示すように、発明例Ｎｏ．Ａ１～Ａ７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、使用した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った。したがって、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。８質量％～１０質量％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、被溶接鋼材のＣｒ含有量が１質量％以上８質量％未満である場合も同様に、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。すなわち、被溶接鋼材のＣｒ含有量が１質量％以上１０質量％以下である場合に、本発明に係るソリッドワイヤを用いることにより、バックシールドガスを使用することなく良好な溶接金属を得ることができる。
【0064】
一方、比較例Ｎｏ．Ｂ１～Ｂ７は、ソリッドワイヤ中のＳｉ含有量が本発明で規定する下限値未満であり、さらに比較例Ｎｏ．Ｂ５～Ｂ７は、ソリッドワイヤ中のＴｉ含有量が本発明で規定する上限値を超えていた。したがって、裏波の評価結果が不良となった。また、比較例Ｎｏ．Ｂ８はソリッドワイヤ中のＳｉ含有量が本発明で規定する上限値を超えていたため、δフェライトの面積率が増加した。さらに比較例Ｎｏ．Ｂ９及びＢ１０は、ソリッドワイヤ中のＳｉ含有量が本発明で規定する上限値を超えていたため、δフェライトの面積率が増加するとともに、じん性の評価結果が不良となった。