JP7564428B2 - Weld metal and weld joints - Google Patents
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Description
本発明は、溶接金属及び溶接継手に関する。 The present invention relates to weld metals and welded joints.
世界的なエネルギー需要の増大、及びＣＯ２排出量削減の観点から、天然ガス需要が増大する傾向にある。天然ガスの輸送のためには、長距離にわたるパイプラインが必要である。コスト削減の観点から、操業圧力の高圧化、及び鋼材使用量の削減が可能な高強度鋼管の開発及び適用が進められている。また、近年、パイプラインの大型化、及び寒冷地でのパイプラインの使用が進んでいるので、パイプラインに用いられる鋼板には、更なる高強度化及び高靭性化が求められている。 Demand for natural gas is on the rise due to the increase in global energy demand and the need to reduce CO2 emissions. Long-distance pipelines are necessary for the transportation of natural gas. From the perspective of cost reduction, the development and application of high-strength steel pipes that enable higher operating pressures and reduced steel usage has been promoted. In recent years, pipelines have become larger and are increasingly used in cold regions, so that steel plates used in pipelines are required to have even higher strength and toughness.
また、長距離にわたるパイプラインの建設においては、溶接による鋼管の接合が不可欠である。そのため、高強度鋼管の開発にあたっては、高強度及び高靭性を有する溶接金属を開発することが、重要な課題となる。 In addition, welding is essential for the construction of long-distance pipelines. Therefore, when developing high-strength steel pipes, it is important to develop weld metals that have both high strength and high toughness.
例えば、特許文献１は、溶接金属中でも特にＡｌ、ＴｉおよびＯの含有量を適切に制御すると共に、Ａｌ含有酸化物の平均円相当径と個数密度とを所定の範囲に制御することで、不安定な脆性亀裂の進展を抑制し、ＣＴＯＤ（亀裂先端開口変位量）特性を向上させる技術を開示している。 For example, Patent Document 1 discloses a technology that appropriately controls the content of Al, Ti, and O in the weld metal and controls the average circular equivalent diameter and number density of Al-containing oxides within a predetermined range, thereby suppressing the growth of unstable brittle cracks and improving the CTOD (crack tip opening displacement) characteristics.
また、特許文献１は、溶接金属の化学成分の個別の含有量と共にＣ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量を相互に制御することで、高強度を有する溶接金属を得る技術を開示している。 Patent Document 1 also discloses a technology for obtaining a weld metal with high strength by controlling the contents of C, Mn, Cu, Ni, Cr, and Mo in relation to each other, along with the individual contents of the chemical components of the weld metal.
しかしながら、特許文献１に記載の溶接金属は、Ａｌ含有酸化物を多く有するので、溶接金属の組織が粗大になる傾向がある。そのため、特許文献１に記載の技術を、高強度が要求される溶接金属に適用したときに、十分な靭性が得られないという問題がある。 However, the weld metal described in Patent Document 1 has a large amount of aluminum-containing oxides, so the structure of the weld metal tends to become coarse. Therefore, when the technology described in Patent Document 1 is applied to weld metal that requires high strength, there is a problem that sufficient toughness cannot be obtained.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高強度かつ靭性に優れる溶接金属及び溶接継手を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a weld metal and weld joint that have high strength and excellent toughness.
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
（１）本発明の一態様に係る溶接金属は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０２～０．１２％、Ｓｉ：０．１０～０．７０％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ:０．０２％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｎｉ：１．０～３．５％、Ｃｒ：０％超かつ１．０％以下、Ｍｏ：０．３～２．０％、Ｔｉ：０．００５％超かつ０．５００％以下、及びＯ：０．００５～０．０５０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均化学組成が、Ｍｎ：１０～７０質量％、Ｔｉ：１０～５０質量％、Ｓｉ：０～２０質量％及びＡｌ：５質量％以下を含み、前記平均化学組成において、ＭｎとＴｉとＳｉとの合計量が６０質量％以上であり、前記円相当径が０．１０μｍ以上である前記酸化物の平均円相当径が０．３０～１．００μｍであり、前記円相当径が０．１０μｍ以上である前記酸化物の個数密度が０．００５～０．０５／μｍ２であり、下記（１）式で定義されるαが０．４０％以上０．８０％以下である。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４・・・（１）
ただし、（１）式の［］付元素は、前記溶接金属の化学組成における、各元素の質量％表示の含有量を意味し、含有しない元素の場合には０を代入する。
（２）上記（１）に記載の溶接金属は、前記Ｆｅの一部に替えて、さらに、質量％で、Ａｌ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．２００％以下、Ｎｂ：０．１００％以下、Ｖ：０．１００％以下、およびＢ：０．００２０％以下、の一種または二種以上を含有し、前記溶接金属がＶを含有する場合には、前記（１）式で定義される前記αに変えて、下記（２）式で定義されるαが０．４０％以上０．８０％以下であってもよい。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４・・・（２）
ただし、（２）式の［］付元素は、前記溶接金属の化学組成における、各元素の質量％表示の含有量を意味し、含有しない元素の場合には０を代入する。
（３）本発明の別の態様に係る溶接継手は、（１）又は（２）に記載の溶接金属を備える。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
(1) A weld metal according to one aspect of the present invention has a chemical composition, in mass%, of C: 0.02 to 0.12%, Si: 0.10 to 0.70%, Mn: 0.5 to 2.0%, P: 0.03% or less, S: 0.02% or less, N: 0.03% or less, Ni: 1.0 to 3.5%, Cr: more than 0% and 1.0% or less, Mo: 0.3 to 2.0%, Ti: more than 0.005% and 0.500% or less, and O: 0.005 to 0.050%, with the balance being Fe and impurities, and has an equivalent circle diameter of 0.02 to 0.12%, Si: 0.10 to 0.70%, Mn: 0.5 to 2.0%, P: 0.03% or less, S: 0.02% or less, N: 0.03% or less, Ni: 1.0 to 3.5%, Cr: more than 0% and 1.0% or less, Mo: 0.3 to 2.0%, Ti: more than 0.005% and 0.500% or less, and O: 0.005 to 0.050%, with the balance being Fe and impurities. The oxides having an average chemical composition with a circular equivalent diameter of 0.10 μm or more contain 10 to 70 mass% Mn, 10 to 50 mass% Ti, 0 to 20 mass% Si, and 5 mass% or less Al, and in the average chemical composition, the total amount of Mn, Ti, and Si is 60 mass% or more, the oxides having an average circular equivalent diameter of 0.10 μm or more have an average circular equivalent diameter of 0.30 to 1.00 μm, the number density of the oxides having an equivalent circular diameter of 0.10 μm or more is 0.005 to 0.05/ μm2 , and α defined by the following formula (1) is 0.40% or more and 0.80% or less.
α=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14...(1)
In the formula (1), the elements in brackets [ ] indicate the content of each element in the chemical composition of the weld metal, expressed as mass %, and 0 is substituted for elements that are not contained.
(2) The weld metal described in (1) above may further contain, in place of a portion of the Fe, one or more of, by mass%, Al: 0.010% or less, Cu: 0.200% or less, Nb: 0.100% or less, V: 0.100% or less, and B: 0.0020% or less. In the case where the weld metal contains V, α defined by the following formula (2) may be 0.40% or more and 0.80% or less, instead of the α defined by the formula (1) above.
α=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14...(2)
In the formula (2), the elements in brackets [ ] indicate the content of each element in the chemical composition of the weld metal, expressed as mass %, and 0 is substituted for elements that are not contained.
(3) A welded joint according to another aspect of the present invention comprises the weld metal according to (1) or (2).
本発明によれば、高強度かつ靭性に優れる溶接金属及び溶接継手を提供することができる。 The present invention can provide weld metal and weld joints that have high strength and excellent toughness.
本発明者は、溶接金属の靭性を向上させるために、靭性に及ぼす、合金成分及び介在物の影響について検討し、以下の知見を得た。
引張強度が６００ＭＰａ程度の溶接金属において、Ｂの多量の含有は、粒内変態を促進させることで、溶接金属の組織を微細にして、溶接金属の靭性を向上させる。しかし逆に、引張強度が９８０ＭＰａ程度の溶接金属において、Ｂの多量の含有は粒内変態を抑制し、溶接金属の組織の微細化を阻害する。そのため、引張強度が９８０ＭＰａ以上の溶接金属において、Ｂの多量の含有は溶接金属の靭性を低下させる。
また、溶接金属に含まれる介在物の化学組成を、Ｍｎ、Ｔｉ及びＳｉの酸化物主体とすることで、介在物が粒内変態核として働き、溶接金属の組織の微細化に極めて有効であることがわかった。この介在物を溶接金属中に微細分散させることで、良好な靱性が得られる。
In order to improve the toughness of weld metal, the present inventors have investigated the effects of alloy components and inclusions on toughness and have obtained the following findings.
In weld metals with a tensile strength of about 600 MPa, the inclusion of a large amount of B promotes intragranular transformation, thereby refining the structure of the weld metal and improving the toughness of the weld metal. However, conversely, in weld metals with a tensile strength of about 980 MPa, the inclusion of a large amount of B suppresses intragranular transformation and inhibits the refinement of the structure of the weld metal. Therefore, in weld metals with a tensile strength of 980 MPa or more, the inclusion of a large amount of B reduces the toughness of the weld metal.
It has also been found that by making the chemical composition of the inclusions contained in the weld metal mainly oxides of Mn, Ti, and Si, the inclusions act as intragranular transformation nuclei, which is extremely effective in refining the structure of the weld metal. By finely dispersing these inclusions in the weld metal, good toughness can be obtained.
本発明は以上のような検討の結果なされたものであり、以下、本発明に係る実施形態について、特徴とする技術要件の限定理由や好ましい態様について順次説明する。まず、本発明の実施形態に係る溶接金属について説明する。 The present invention was made as a result of the above-mentioned investigations, and the reasons for limiting the characteristic technical requirements and preferred aspects of the embodiments of the present invention will be explained below. First, the weld metal according to the embodiment of the present invention will be explained.
（溶接金属の化学組成）
本実施形態に係る溶接金属に含有される合金成分および各成分の含有量の限定理由について説明する。なお、以下の説明において、「％」は特に説明がない限り、「質量％」を意味する。
(Chemical composition of weld metal)
The alloy components contained in the weld metal according to this embodiment and the reasons for limiting the content of each component will be described below. In the following description, "%" means "mass %" unless otherwise specified.
Ｃ：０．０２～０．１２％
Ｃは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の強度を向上させる効果がある。さらにＣは、溶接金属の焼き入れ性を向上させる効果がある。溶接金属の強度を確保するために、Ｃ含有量は０．０２％以上とする。Ｃ含有量の下限を０．０５％としてもよい。
一方、過剰な量のＣが溶接金属中に存在する場合、例えば、炭化物やマルテンサイトなどの硬質組織が形成しやすくなる。従って、過剰な量のＣは、溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。また、過剰な量のＣは、溶接金属の溶接高温割れを発生しやすくさせるおそれもある。したがって、Ｃ含有量は０．１２％以下とする。Ｃ含有量の上限は０．１１％としてもよい。
C: 0.02-0.12%
C has the effect of improving the strength of the weld metal by dissolving in the weld metal. Furthermore, C has the effect of improving the hardenability of the weld metal. In order to ensure the strength of the weld metal, The C content is set to 0.02% or more. The lower limit of the C content may be set to 0.05%.
On the other hand, when an excessive amount of C is present in the weld metal, hard structures such as carbides and martensite are likely to form. Therefore, an excessive amount of C may reduce the toughness of the weld metal. In addition, an excessive amount of C may increase the susceptibility of weld metal to hot cracking. Therefore, the C content is set to 0.12% or less. The upper limit of the C content is 0.11%. It is also possible to use the following.
Ｓｉ：０．１０～０．７０％
Ｓｉは脱酸作用を有する元素であるので、溶接金属の清浄度を向上させ、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制する効果がある。そして、Ｓｉは溶接金属に固溶することで、溶接金属の強度を向上させる。加えて、Ｓｉは、後述するＭｎ及びＴｉと共に、溶接金属中に粒内変態核となる酸化物を形成する。溶接金属中に粒内変態核が存在することによって、溶接金属の組織が微細になる。その結果、溶接金属の靭性が向上する。これらの効果を得るために、Ｓｉ含有量は０．１０％以上とする。Ｓｉ含有量の下限は０．２０％としてもよい。
一方、過剰な量のＳｉが溶接金属中に固溶することで、島状マルテンサイトなどの硬質組織が形成しやすくなる。従って、過剰な量のＳｉは、溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ｓｉ含有量は０．７０％以下とする。Ｓｉ含有量の上限は０．５０％としてもよい。
Si: 0.10~0.70%
Since silicon is an element that has a deoxidizing effect, it has the effect of improving the cleanliness of the weld metal and suppressing the occurrence of welding defects such as blowholes. It improves the strength of the metal. In addition, Si, together with Mn and Ti described below, forms oxides that become intragranular transformation nuclei in the weld metal. The presence of intragranular transformation nuclei in the weld metal: The structure of the weld metal becomes fine. As a result, the toughness of the weld metal is improved. In order to obtain these effects, the Si content is set to 0.10% or more. The lower limit of the Si content is 0.20%. It is also possible to use the following.
On the other hand, when an excessive amount of Si dissolves in the weld metal, hard structures such as island martensite tend to form. Therefore, an excessive amount of Si may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the Si content is set to 0.70% or less. The upper limit of the Si content may be set to 0.50%.
Ｍｎ：０．５～２．０％
Ｍｎは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の強度を向上させる効果がある。また、ＭｎはＳｉ及び後述するＴｉと共に、溶接金属中に粒内変態核となる酸化物を形成する。溶接金属中に、粒内変態核が存在することによって、溶接金属の組織が微細になる。その結果、溶接金属の靭性が向上する。これら効果を得るために、Ｍｎ含有量は０．５％以上とする。Ｍｎ含有量の下限は０．８％としてもよい。
一方、過剰な量のＭｎが溶接金属中に固溶することで、マルテンサイトなどの硬質組織が形成しやすくなる、従って、過剰な量のＭｎは、溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする。Ｍｎ含有量の上限は１．５％としてもよい。
Mn: 0.5-2.0%
Mn has the effect of improving the strength of the weld metal by dissolving in the weld metal, and also forms oxides that become intragranular transformation nuclei in the weld metal together with Si and Ti, which will be described later. The presence of intragranular transformation nuclei in the weld metal refines the structure of the weld metal, improving the toughness of the weld metal. To obtain these effects, the Mn content is set to 0.5%. The lower limit of the Mn content may be 0.8%.
On the other hand, an excessive amount of Mn dissolves in the weld metal, making it easier for hard structures such as martensite to form. Therefore, an excessive amount of Mn may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the Mn content is set to 2.0% or less. The upper limit of the Mn content may be set to 1.5%.
Ｐ:０．０３％以下
Ｐは、不純物である。そのため、Ｐ含有量の下限は０％とする。過度の低減はコストの増加を招くので例えば０．００１％以上としてもよい。一方、Ｐ含有量が０．０３％を超えると、溶接金属の靭性を劣化させる。そのため、Ｐ含有量は０．０３％を上限とする。
P: 0.03% or less P is an impurity. Therefore, the lower limit of the P content is set to 0%. Since excessive reduction leads to increased costs, it may be set to, for example, 0.001% or more. On the other hand, if the P content exceeds 0.03%, the toughness of the weld metal is deteriorated. Therefore, the upper limit of the P content is set to 0.03%.
Ｓ:０．０２％以下
Ｓは、不純物である。そのため、Ｓ含有量の下限を０％とする。過度の低減はコストの増加を招くので例えば０．００１％以上としてもよい。一方、Ｓ含有量が０．０２％を超えると、溶接金属の靭性を劣化させる。そのため、Ｓ含有量は０．０２％を上限とする。
S: 0.02% or less S is an impurity. Therefore, the lower limit of the S content is set to 0%. Since excessive reduction leads to an increase in costs, it may be set to, for example, 0.001% or more. On the other hand, if the S content exceeds 0.02%, the toughness of the weld metal is deteriorated. Therefore, the upper limit of the S content is set to 0.02%.
Ｎ：０．０３％以下
Ｎは、不純物である。そのため、Ｎ含有量の下限を０％とする。過度の低減はコストの増加を招くので例えば０．００２％以上としてもよい。一方、Ｎ含有量が０．０３％を超えると、粗大な窒化物が溶接金属の中に形成され、溶接金属の靭性を劣化させる。そのため、Ｎ含有量は０．０３％を上限とする。
N: 0.03% or less N is an impurity. Therefore, the lower limit of the N content is set to 0%. Since excessive reduction leads to an increase in costs, it may be set to, for example, 0.002% or more. On the other hand, if the N content exceeds 0.03%, coarse nitrides are formed in the weld metal, which deteriorates the toughness of the weld metal. Therefore, the upper limit of the N content is set to 0.03%.
Ｎｉ：１．０～３．５％
Ｎｉは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の靭性を向上させる効果がある。この効果を得るために、Ｎｉ含有量は１．０％以上とする。Ｎｉ含有量の下限は２．０％としてもよい。
一方、過剰な量のＮｉが溶接金属中に固溶することで、マルテンサイトなどの硬質組織が形成しやすくなる。従って、過剰な量のＮｉは、溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。また、過剰な量のＮｉは、溶接金属の溶接高温割れを発生しやすくさせるおそれがある。そのため、Ｎｉ含有量は３．５％以下とする。Ｎｉ含有量の上限は３．２％としてもよい。
Ni: 1.0-3.5%
Ni has the effect of improving the toughness of the weld metal by dissolving in the weld metal. To obtain this effect, the Ni content is set to 1.0% or more. The lower limit of the Ni content is 2. It may be set to 0%.
On the other hand, an excessive amount of Ni dissolves in the weld metal, which makes it easier for hard structures such as martensite to form, and therefore an excessive amount of Ni may reduce the toughness of the weld metal. Moreover, an excessive amount of Ni may increase the susceptibility of weld metal to hot cracking. Therefore, the Ni content is set to 3.5% or less. The upper limit of the Ni content may be set to 3.2%. good.
Ｃｒ：０％超かつ１．０％以下
Ｃｒは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の強度を向上させる効果がある。この効果を得るために、Ｃｒ含有量は０％超とする。Ｃｒ含有量の下限は０．１％としてもよい。
一方、過剰な量のＣｒは、Ｃ又はＮと反応して、破壊の起点となるＣｒ炭化物又はＣｒ窒化物を形成する。従って、過剰な量のＣｒは、溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ｃｒ含有量は１．０％以下とする。Ｃｒ含有量の上限は０．７％としてもよい。
Cr: more than 0% and not more than 1.0% Cr has the effect of improving the strength of the weld metal by dissolving in the weld metal. To obtain this effect, the Cr content is set to more than 0%. The lower limit of the Cr content may be set to 0.1%.
On the other hand, an excessive amount of Cr reacts with C or N to form Cr carbides or Cr nitrides that become the starting points of fracture. Therefore, an excessive amount of Cr may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the Cr content is set to 1.0% or less. The upper limit of the Cr content may be set to 0.7%.
Ｍｏ：０．３～２．０％
Ｍｏは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の強度を向上させる効果がある。加えて、Ｍｏは粒界強化の効果がある。従って、Ｍｏは溶接金属の靭性を向上させる。これら効果を得るために、Ｍｏ含有量は０．３％以上とする。Ｍｏ含有量の下限は０．５％としてもよい。
一方、過剰な量のＭｏが溶接金属中に固溶することで、マルテンサイトなどの硬質組織が形成しやすくなる。従って、過剰な量のＭｏは、溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ｍｏ含有量は２．０％以下とする。Ｍｏ含有量の上限は１．５％としてもよい。
Mo: 0.3-2.0%
Mo has the effect of improving the strength of the weld metal by dissolving in the weld metal. In addition, Mo has the effect of strengthening grain boundaries. Therefore, Mo improves the toughness of the weld metal. These effects In order to obtain this, the Mo content is set to 0.3% or more. The lower limit of the Mo content may be set to 0.5%.
On the other hand, an excessive amount of Mo dissolves in the weld metal, which makes it easier for hard structures such as martensite to form, and therefore an excessive amount of Mo may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the Mo content is set to 2.0% or less. The upper limit of the Mo content may be set to 1.5%.
Ｔｉ：０．００５％超０．５００％以下
ＴｉはＳｉ及びＭｎと共に、溶接金属中に粒内変態核となる酸化物を形成する。溶接金属中に粒内変態核が存在することによって、溶接金属の組織が微細になる。その結果、溶接金属の靭性が向上する。この効果を得るために、Ｔｉは０．００５％超とする。Ｔｉ含有量の下限は、０．００７％、０．０１０％又は０．０１３％としてもよい。
一方、過剰な量のＴｉは、Ｃ又はＮと反応して、破壊の起点となるＴｉ炭化物又はＴｉ窒化物を形成する。従って、過剰な量のＴｉは、溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ｔｉ含有量は０．５００％以下とする。Ｔｉ含有量の上限は、０．４７０％、０．４３０％又は０．４００％としてもよい。
Ti: more than 0.005% and not more than 0.500% Together with Si and Mn, Ti forms oxides that become intragranular transformation nuclei in the weld metal. The presence of intragranular transformation nuclei in the weld metal makes the structure of the weld metal finer. As a result, the toughness of the weld metal is improved. To obtain this effect, Ti is made to exceed 0.005%. The lower limit of the Ti content may be 0.007%, 0.010%, or 0.013%.
On the other hand, an excessive amount of Ti reacts with C or N to form Ti carbides or Ti nitrides, which are the starting points of fracture. Therefore, an excessive amount of Ti may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the Ti content is set to 0.500% or less. The upper limit of the Ti content may be set to 0.470%, 0.430%, or 0.400%.
Ｏ：０．００５～０．０５０％
ＯはＴｉ、Ｓｉ及びＭｎと反応して、粒内変態核となる酸化物を形成する。溶接金属中に粒内変態核が存在することによって、溶接金属の組織が微細になる。その結果、溶接金属の靭性が向上する。この効果を得るために、Ｏは０．００５％以上とする。Ｏ含有量の下限は０．０１０％としてもよい。
一方、過剰な量のＯは破壊の起点となる介在物の個数密度を増加させる。従って、過剰な量のＯは溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ｏ含有量は０．０５０％以下とする。Ｏ含有量の上限を０．０４０％としてもよい。
O: 0.005-0.050%
O reacts with Ti, Si, and Mn to form oxides that become intragranular transformation nuclei. The presence of intragranular transformation nuclei in the weld metal makes the weld metal structure fine. As a result, The toughness of the weld metal is improved. In order to obtain this effect, the O content is set to 0.005% or more. The lower limit of the O content may be set to 0.010%.
On the other hand, an excessive amount of O increases the number density of inclusions that are the starting points of fracture. Therefore, an excessive amount of O may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the O content is set to 0.050 The upper limit of the O content may be set to 0.040%.
Ａｌ：０．０１０％以下
Ａｌは溶接金属中に含有させなくてもよい。そのため、Ａｌ含有量の下限は０％とする。
しかしながら、Ａｌは脱酸作用を有する元素である。そのため、Ａｌは溶接金属中に含有させてもよい。Ａｌ含有量の下限は０．００１％としてもよい。
一方、ＡｌとＯとの親和性は、Ｔｉ、Ｓｉ及びＭｎとＯとの親和性よりも高い。その結果、過剰な量のＡｌは粒内変態核となるＴｉ、Ｓｉ及びＭｎを含む複合酸化物の形成を阻害する。従って、過剰な量のＡｌは溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ａｌの含有量は０．０１０％以下とする。Ａｌ含有量の上限を０．００７０％としてもよい。
Al: 0.010% or less Al does not have to be contained in the weld metal. Therefore, the lower limit of the Al content is set to 0%.
However, since Al is an element having a deoxidizing effect, Al may be contained in the weld metal. The lower limit of the Al content may be set to 0.001%.
On the other hand, the affinity of Al with O is higher than the affinity of Ti, Si, and Mn with O. As a result, an excessive amount of Al inhibits the formation of complex oxides containing Ti, Si, and Mn that become intragranular transformation nuclei. Therefore, an excessive amount of Al may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the content of Al is set to 0.010% or less. The upper limit of the Al content may be set to 0.0070%.
Ｃｕ：０．２００％以下
Ｃｕは溶接金属中に含有させなくてもよい。そのため、Ｃｕ含有量の下限は０％とする。
しかしながらＣｕは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の強度を向上させる効果がある。さらに、Ｃｕは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の靭性を向上させる。これらの効果を得るために、Ｃｕ含有量の下限は０．００１％としてもよい。
一方、過剰な量のＣｕは、破壊の起点となる析出物を形成しやすくする。従って、過剰な量のＣｕは溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ｃｕ含有量は０．２００％以下とする。Ｃｕ含有量の上限を０．１５０％としてもよい。
Cu: 0.200% or less Cu does not have to be contained in the weld metal. Therefore, the lower limit of the Cu content is set to 0%.
However, Cu has the effect of improving the strength of the weld metal by dissolving in the weld metal. Furthermore, Cu has the effect of improving the toughness of the weld metal by dissolving in the weld metal. In order to obtain these effects, the lower limit of the Cu content may be set to 0.001%.
On the other hand, an excessive amount of Cu easily forms precipitates that become the starting points of fracture. Therefore, an excessive amount of Cu may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the Cu content is set to 0.200% or less. The upper limit of the Cu content may be set to 0.150%.
Ｎｂ：０．１００％以下
Ｎｂは溶接金属中に含有させなくてもよい。そのため、Ｎｂ含有量の下限は０％とする。
しかしながら、Ｎｂは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の強度を向上させる効果がある。この効果を得るためにＮｂを溶接金属中に含有させてもよい。Ｎｂ含有量の下限は０．００１％としてもよい。
一方、過剰な量のＮｂは析出物を形成して溶接金属の靭性を低下させるので好ましくない。そのため、Ｎｂ含有量は０．１００％以下とする。Ｎｂ含有量の上限を０．０７０％としてもよい。
Nb: 0.100% or less Nb does not have to be contained in the weld metal. Therefore, the lower limit of the Nb content is set to 0%.
However, Nb has the effect of improving the strength of the weld metal by dissolving in the weld metal. To obtain this effect, Nb may be contained in the weld metal. The lower limit of the Nb content may be set to 0.001%.
On the other hand, an excessive amount of Nb is undesirable because it forms precipitates and reduces the toughness of the weld metal, so the Nb content is set to 0.100% or less. The upper limit of the Nb content may be set to 0.070%.
Ｖ：０．１００％以下
Ｖは溶接金属中に含有させなくてもよい。そのため、Ｖ含有量の下限は０％とする。
しかしながら、Ｖは溶接金属中に固溶することで、溶接金属の強度を向上させる効果がある。この効果を得るためにＶを溶接金属中に含有させてもよい。Ｖ含有量の下限は０．００１％としてもよい。
一方、過剰な量のＶは破壊の起点となる析出物を形成しやすくする。従って、過剰な量のＶは溶接金属の靭性を低下させるので好ましくない。そのため、Ｖ含有量は０．１００％以下とする。Ｖ含有量の上限を０．０７０％としてもよい。
V: 0.100% or less V does not have to be contained in the weld metal. Therefore, the lower limit of the V content is set to 0%.
However, V has the effect of improving the strength of the weld metal by dissolving in the weld metal. To obtain this effect, V may be contained in the weld metal. The lower limit of the V content may be set to 0.001%.
On the other hand, an excessive amount of V easily forms precipitates that become the starting points of fracture. Therefore, an excessive amount of V is undesirable because it reduces the toughness of the weld metal. Therefore, the V content is set to 0.100% or less. The upper limit of the V content may be set to 0.070%.
Ｂ：０．００２０％以下
Ｂは溶接金属中に含有させなくてもよい。そのため、Ｂ含有量の下限は０％とする。
Ｂは溶接金属中に固溶することで粒内変態を促進すると一般的に考えられている。しかしながら、高強度溶接金属において、過剰な量のＢは、母相と粒内変態核となる酸化物との界面に偏析する。母相と粒内変態核となる酸化物との界面に偏析したＢは、粒内変態を抑制する。これにより、溶接金属の組織が粗大になる。従って、過剰な量のＢは溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、Ｂ含有量は０．００２０％以下とする。
一方、Ｂは溶接金属中に固溶することで溶接金属の焼き入れ性を向上させる効果がある。これらの効果を得るためにＢを溶接金属中に含有させてもよい。Ｂ含有量の下限は０．０００１％、０．０００３％又は０．００１０％としてもよい。
B: 0.0020% or less B does not have to be contained in the weld metal. Therefore, the lower limit of the B content is set to 0%.
It is generally believed that B promotes intragranular transformation by dissolving in the weld metal. However, in high-strength weld metal, an excessive amount of B segregates at the interface between the parent phase and oxides that become the nuclei of intragranular transformation. B segregated at the interface between the parent phase and oxides that become the nuclei of intragranular transformation suppresses intragranular transformation. This causes the structure of the weld metal to become coarse. Therefore, an excessive amount of B may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the B content is set to 0.0020% or less.
On the other hand, B has the effect of improving the hardenability of the weld metal by dissolving in the weld metal. To obtain these effects, B may be contained in the weld metal. The lower limit of the B content may be set to 0.0001%, 0.0003%, or 0.0010%.
溶接金属の残部はＦｅ及び不純物である。不純物とは、溶接材料、母材、及びシールドガス等の周辺雰囲気等から混入する成分であって、本実施形態に係る溶接金属の特性を損なわないものをいう。 The remainder of the weld metal is Fe and impurities. Impurities are components that are mixed in from the welding material, base material, and surrounding atmosphere such as shielding gas, and do not impair the properties of the weld metal according to this embodiment.
（α：０．４０％以上０．８０％以下）
本実施形態の溶接金属は、上述の各元素を含有する。加えて、溶接金属の強度及び靭性を確保する目的で、本実施形態の溶接金属では、さらに下記式（１）で表されるαを、０．４０％以上０．８０％以下とする。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４・・・（１）
ただし、（１）式の［］付元素は、溶接金属の化学組成における、各元素の質量％表示の含有量を意味し、含有しない元素の場合には０を代入する。
ただし、溶接金属がＶを含有する場合は下記（２）式を用いる。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４・・・（２）
(α: 0.40% or more and 0.80% or less)
The weld metal of this embodiment contains the above-mentioned elements. In addition, in order to ensure the strength and toughness of the weld metal, the weld metal of this embodiment further contains α is set to 0.40% or more and 0.80% or less.
α=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4...(1)
In the formula (1), the elements in brackets [ ] indicate the content of each element in the chemical composition of the weld metal, expressed as mass %, and 0 is substituted for elements that are not contained.
However, when the weld metal contains V, the following formula (2) is used.
α=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14...(2)
溶接金属の化学組成の測定方法は以下の通りとする。ＯおよびＮ以外の元素は、まず、溶接ビードの表層から２ｍｍ、かつ、溶接金属中央部から、１５ｍｍ角の試料を採取する。その後、２０１３年、ＪＩＳ Ｇ １２５６（鉄及び鋼蛍光Ｘ線分析方法）に準じて、カウントバック法で化学組成を測定する。なお、溶接金属から１５ｍｍ角の試料を採取できない場合は、２０１３年、ＪＩＳ Ｇ １２５６（鉄及び鋼蛍光Ｘ線分析方法）に替えて、２０１７年、ＪＩＳ Ｇ １２５８（鉄及び鋼ＩＣＰ発光分光分析方法）を用いてもよい。
また、Ｏは、上記試料に対して、２０１４年、ＪＩＳ Ｇ １２３９（不活性ガス溶融－赤外線吸収法）を用いて測定する。Ｎは、上記試料に対して、２００６年、ＪＩＳ Ｇ １２２８（鉄及び鋼－窒素定量方法）を用いて測定する。
The method for measuring the chemical composition of the weld metal is as follows. For elements other than O and N, first, a 15 mm square sample is taken 2 mm from the surface layer of the weld bead and from the center of the weld metal. Then, the chemical composition is measured by the countback method in accordance with JIS G 1256 (Iron and Steel Fluorescent X-Ray Analysis Method) of 2013. If a 15 mm square sample cannot be taken from the weld metal, JIS G 1258 (Iron and Steel ICP Emission Spectroscopic Analysis Method) of 2017 may be used instead of JIS G 1256 (Iron and Steel Fluorescent X-Ray Analysis Method) of 2013.
In addition, O is measured for the above sample using JIS G 1239 (inert gas fusion-infrared absorption method) in 2014. N is measured for the above sample using JIS G 1228 (iron and steel-nitrogen determination method) in 2006.
（酸化物の化学組成）
本実施形態に係る溶接金属中の、酸化物の平均化学組成の限定理由について説明する。
(Chemical composition of oxide)
The reasons for limiting the average chemical composition of oxides in the weld metal according to this embodiment will be described below.
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均化学組成は、Ｍｎ：１０～７０質量％、Ｔｉ：１０～５０質量％、Ｓｉ：０～２０質量％及びＡｌ：５質量％以下を有する。また、この酸化物の平均化学組成において、ＭｎとＴｉとＳｉとの合計量が６０質量％以上である。以下、特に断りがない限り「酸化物」とは円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物を意味する。
酸化物の平均化学組成とは、測定によって得られる複数個の酸化物の化学組成の平均値を表す。また、円相当径が０．１０μｍ未満である酸化物は粒内変態核としてあまり有効ではない。そのため、酸化物の平均化学組成の算出では円相当径が０．１０μｍ未満である酸化物の化学組成は考慮しない。
The average chemical composition of the oxide having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is Mn: 10-70 mass%, Ti: 10-50 mass%, Si: 0-20 mass%, and Al: 5 mass% or less. In the average chemical composition of this oxide, the total amount of Mn, Ti, and Si is 60 mass% or more. Hereinafter, unless otherwise specified, "oxide" means an oxide having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more.
The average chemical composition of an oxide refers to the average value of the chemical compositions of a plurality of oxides obtained by measurement. In addition, oxides with an equivalent circle diameter of less than 0.10 μm are not very effective as intragranular transformation nuclei. Therefore, the calculation of the average chemical composition of an oxide does not take into account the chemical composition of oxides with an equivalent circle diameter of less than 0.10 μm.
酸化物の化学組成を上述の範囲とすることで、溶接金属中に微細に分散された酸化物が、粒内変態核として極めて有効となる。粒内変態核は溶接金属の組織を微細化させる効果がある。その結果、溶接金属の靭性が向上する。
また、Ａｌ酸化物は粒内変態核として作用しない。さらに、酸化物のＡｌ含有量が過剰に高くなると、酸化物による組織微細化効果が損なわれる。したがって、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均化学組成は、Ａｌ：５質量％以下とする。
さらに、酸化物の平均化学組成が上述の範囲外となった場合は、その酸化物は粒内変態核として有効とはならず、むしろ破壊の起点となる。そのため、溶接金属の靭性が低下する。
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物は上述の要件が満たされる限り、上述の元素以外に他の元素を含んでもよい。
By setting the chemical composition of the oxides within the above range, the oxides finely dispersed in the weld metal are extremely effective as intragranular transformation nuclei. The intragranular transformation nuclei have the effect of refining the structure of the weld metal. As a result, the toughness of the weld metal is improved.
In addition, Al oxides do not act as intragranular transformation nuclei. Furthermore, if the Al content of the oxides is excessively high, the effect of the oxides in refining the structure is impaired. Therefore, the average chemical composition of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is set to Al: 5 mass% or less.
Furthermore, if the average chemical composition of the oxides is outside the above range, the oxides will not be effective as intragranular transformation nuclei, but will rather become the starting points of fracture, thereby reducing the toughness of the weld metal.
As long as the above requirements are met, the oxide having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more may contain elements other than those mentioned above.
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均化学組成の測定方法は以下の通りとする。質量％について、まず、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）及びＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）を用いて、５０００倍以上の倍率で酸化物の化学組成を測定する。ここで、円相当径が０．１０μｍ未満である酸化物は、測定対象としない。測定結果の一例は図１に示す。円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の化学組成の平均値を計算することで、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均化学組成を求める。測定視野の大きさは特に限定されないが、平均化学組成を計算するときに使用する円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数は２００個以上とする。 The method for measuring the average chemical composition of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more is as follows. For mass %, first, the chemical composition of the oxide is measured at a magnification of 5000 times or more using a SEM (scanning electron microscope) and EDS (energy dispersive X-ray analysis). Here, oxides with a circle-equivalent diameter of less than 0.10 μm are not measured. An example of the measurement result is shown in Figure 1. The average value of the chemical composition of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more is calculated to obtain the average chemical composition of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more. The size of the measurement field is not particularly limited, but the number of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more used when calculating the average chemical composition is 200 or more.
（酸化物の形態）
本実施形態に係る溶接金属中の、酸化物の形態の限定理由について説明する。
(Oxide form)
The reasons for limiting the form of oxides in the weld metal according to this embodiment will be described below.
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径：０．３０～１．００μｍ
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物は、粒内変態核として有効である。粒内変態核は溶接金属の組織を微細化する効果を有する。従って、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物は溶接金属の靭性を向上させる。円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径が０．３０μｍ未満の場合、粒内変態核の効果が低下する。そのため、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径を０．３０μｍ以上とする。
一方、過剰な量の粗大酸化物は破壊の起点となる。従って、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径が１．００μｍ超の場合、溶接金属の靭性が低下する。そのため、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径を１．００μｍ以下とする。円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径の上限は０．８０μｍとしてもよい。
Average equivalent circle diameter of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more: 0.30 to 1.00 μm
Oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more are effective as intragranular transformation nuclei. Intragranular transformation nuclei have the effect of refining the structure of the weld metal. Therefore, oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more improve the toughness of the weld metal. If the average equivalent circle diameter of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is less than 0.30 μm, the effect of the intragranular transformation nuclei decreases. Therefore, the average equivalent circle diameter of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is set to 0.30 μm or more.
On the other hand, an excessive amount of coarse oxides becomes the starting point of fracture. Therefore, when the average equivalent circle diameter of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more exceeds 1.00 μm, the toughness of the weld metal decreases. Therefore, the average equivalent circle diameter of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is set to 1.00 μm or less. The upper limit of the average equivalent circle diameter of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more may be 0.80 μm.
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径の測定方法は以下の通りとする。まず、ＳＥＭ及びＥＤＳを用いて、酸化物の写真を撮影する。撮影場所は、溶接ビードの表層から２ｍｍ、かつ、溶接金属中央部とする。撮影した写真を画像解析して各酸化物の面積を測定する。測定した酸化物の面積と円の面積を求める公式とを用いて酸化物の円相当径を計算する。測定した各酸化物の内、円相当径が０．１０μｍ未満である酸化物は、測定対象としない。円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の円相当径の平均値を計算する。計算された平均値を円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径とする。測定視野の大きさは特に限定されないが、平均円相当径を計算するときに使用する円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数は２００個以上とする。 The method for measuring the average equivalent circle diameter of oxides with a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more is as follows. First, a photograph of the oxide is taken using SEM and EDS. The photograph is taken 2 mm from the surface layer of the weld bead and at the center of the weld metal. The photograph is analyzed using image analysis to measure the area of each oxide. The equivalent circle diameter of the oxide is calculated using the measured area of the oxide and a formula for calculating the area of a circle. Among the measured oxides, oxides with an equivalent circle diameter of less than 0.10 μm are not measured. The average value of the equivalent circle diameters of oxides with an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is calculated. The calculated average value is the average equivalent circle diameter of oxides with an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more. The size of the measurement field of view is not particularly limited, but the number of oxides with an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more used when calculating the average equivalent circle diameter is 200 or more.
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度：０．００５～０．０５／μｍ２
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物は、粒内変態核として有効である。この効果を得るために、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度は０．００５μｍ２以上とする。円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度が０．００５μｍ２未満の場合は、粒内変態核の数が過剰に少なくなる。そのため、溶接金属の組織が粗大化する。その結果、溶接金属の靭性が低下する。円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度の下限は０．００８／μｍ２としてもよい。
一方、過剰な量の酸化物は破壊の起点となる。従って、過剰な量の酸化物の個数密度は溶接金属の靭性を低下させるおそれがある。そのため、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度は０．０５／μｍ２以下とする。円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度の上限は０．０４５／μｍ２としてもよい。
Number density of oxides with a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more: 0.005 to 0.05/μm 2
Oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more are effective as intragranular transformation nuclei. To obtain this effect, the number density of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is set to 0.005 μm2 or more. If the number density of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is less than 0.005 μm2 , the number of intragranular transformation nuclei becomes excessively small. Therefore, the structure of the weld metal becomes coarse. As a result, the toughness of the weld metal decreases. The lower limit of the number density of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more may be set to 0.008/ μm2 .
On the other hand, an excessive amount of oxides can become the starting point of fracture. Therefore, the number density of an excessive amount of oxides may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the number density of oxides having a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more is set to 0.05/μm2 or less. The upper limit of the number density of oxides having a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more may be set to 0.045/ μm2 .
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度の測定方法は以下の通りである。まず、ＳＥＭ及びＥＤＳを用いて、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数を測定する。測定場所は、溶接ビードの表層から２ｍｍ、かつ、溶接金属中央部とする。その後、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数を測定面積で除することで、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度を求める。測定視野の大きさは特に限定されないが、酸化物の個数密度の測定に使用する円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数は２００個以上とする。 The method for measuring the number density of oxides with an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is as follows. First, the number of oxides with an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is measured using SEM and EDS. The measurement location is 2 mm from the surface of the weld bead and at the center of the weld metal. The number of oxides with an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more is then divided by the measurement area to determine the number density of oxides with an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more. The size of the measurement field of view is not particularly limited, but the number of oxides with an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more used to measure the number density of oxides is 200 or more.
続いて、本発明の実施形態に係る溶接継手について説明する。 Next, we will explain the welded joint according to an embodiment of the present invention.
本発明の実施形態に係る溶接継手は、上述した、本発明の実施形態に係る溶接金属を備える。母材となる鋼板は特に限定されない。母材となる鋼板を強度及び靭性に優れる鋼板にした場合、高強度かつ靭性に優れる溶接継手を得ることができるので好ましい。 The welded joint according to the embodiment of the present invention comprises the weld metal according to the embodiment of the present invention described above. The base steel plate is not particularly limited. When the base steel plate is a steel plate with excellent strength and toughness, it is preferable because a welded joint with high strength and excellent toughness can be obtained.
次に、本発明の実施形態に係る溶接金属及び溶接継手の製造方法について説明する。 Next, we will explain the manufacturing method of the weld metal and weld joint according to an embodiment of the present invention.
本発明の実施形態に係る溶接金属及び溶接継手の製造方法は、特に限定されないが、例えば被覆アーク溶接及びガスシールドアーク溶接を用いてもよい。
母材及び溶接材料の化学組成及び組織は、溶接後の溶接金属の化学組成及び酸化物が本発明の実施形態に係る溶接金属の化学組成及び組織の規定を満す限り、特に限定されない。母材となる鋼板を強度及び靭性に優れる鋼板にした場合、高強度かつ靭性に優れる溶接継手を得ることができるので好ましい。
The method for producing the weld metal and the weld joint according to the embodiment of the present invention is not particularly limited, but for example, shielded metal arc welding and gas shielded metal arc welding may be used.
The chemical composition and structure of the base material and the welding material are not particularly limited as long as the chemical composition and oxides of the weld metal after welding satisfy the requirements of the chemical composition and structure of the weld metal according to the embodiment of the present invention. When the steel plate serving as the base material is a steel plate having excellent strength and toughness, it is preferable because a weld joint having high strength and excellent toughness can be obtained.
本発明の実施形態に係る溶接金属及び溶接継手の製造方法は特に限定しないが、例えば、入熱量を１．５～２．３ｋＪ／ｍｍとすることにより好適に製造できる。入熱量が１．５ｋＪ／ｍｍ未満である場合、溶接金属の冷却速度が速くなり、酸化物の平均円相当径が小さくなるおそれがある。すなわち、粒内変態核として寄与する十分な大きさの酸化物の数が少なくなり、ミクロ組織の微細化効果が十分得られないため、溶接金属及び溶接継手の靱性が不十分となるおそれがある。
一方、入熱量が２．３ｋＪ／ｍｍ超である場合、溶接金属の冷却速度が遅くなり、酸化物の個数密度が低くなるおそれがある。すなわち、粒内変態核の数が少なくなり、ミクロ組織の微細化効果が十分得られないため、溶接金属及び溶接継手の靱性が不十分となるおそれがある。
さらに、入熱量が２．３ｋＪ／ｍｍ超である場合、溶接金属の冷却速度が遅くなり、酸化物の平均円相当径が大きくなるおそれがある。すなわち、破壊の起点となる粗大な介在物の数が多くなるため、溶接金属及び溶接継手の靱性が不十分となるおそれがある。
The method for producing the weld metal and weld joint according to the embodiment of the present invention is not particularly limited, but for example, they can be suitably produced by setting the heat input to 1.5 to 2.3 kJ/mm. If the heat input is less than 1.5 kJ/mm, the cooling rate of the weld metal increases, and the average circular equivalent diameter of the oxides may decrease. In other words, the number of oxides large enough to contribute as intragranular transformation nuclei decreases, and the effect of refining the microstructure is not sufficiently obtained, so that the toughness of the weld metal and weld joint may be insufficient.
On the other hand, when the heat input exceeds 2.3 kJ/mm, the cooling rate of the weld metal becomes slow, and the number density of oxides may become low. In other words, the number of intragranular transformation nuclei becomes small, and the effect of refining the microstructure is not sufficiently obtained, so that the toughness of the weld metal and the welded joint may become insufficient.
Furthermore, when the heat input exceeds 2.3 kJ/mm, the cooling rate of the weld metal is slowed down, and the average circular equivalent diameter of oxides may increase, i.e., the number of coarse inclusions that serve as the starting points of fracture increases, and the toughness of the weld metal and welded joint may become insufficient.
溶接速度、溶接電流、アーク電圧、開先形状および裏当て金などの溶接条件は、入熱量が上述の範囲となる限り、特に限定されない。 Welding conditions such as welding speed, welding current, arc voltage, groove shape, and backing metal are not particularly limited as long as the heat input falls within the above-mentioned range.
本発明の実施形態に係る溶接金属及び溶接継手によれば、溶接金属と酸化物の化学組成、および酸化物の形態を所定の態様とし、粒内変態核となる円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物を溶接金属中に微細に分散させているので、高強度かつ靭性に優れる溶接金属を提供することができる。 The weld metal and weld joint according to the embodiment of the present invention have a predetermined chemical composition of the weld metal and oxides, and a predetermined oxide morphology. Oxides with a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more that act as intragranular transformation nuclei are finely dispersed in the weld metal, making it possible to provide a weld metal with high strength and excellent toughness.
特に、Ｏとの親和性が高いＡｌの含有量を規定することで、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の形成を阻害することなく溶接金属中の酸化物の個数を制御することができる。これにより、高強度かつ靭性に優れる溶接金属及び溶接継手を提供することができる。 In particular, by specifying the content of Al, which has a high affinity with O, it is possible to control the number of oxides in the weld metal without inhibiting the formation of oxides with a circular equivalent diameter of 0.10 μm or more. This makes it possible to provide a weld metal and weld joint with high strength and excellent toughness.
次に、本発明の実施例について説明する。実施例で示した条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一例である。従って、本発明は、この一例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的が達成される限りにおいて、種々の条件を採用することができる。 Next, an embodiment of the present invention will be described. The conditions shown in the embodiment are an example adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to this example. Various conditions can be adopted in the present invention as long as they do not deviate from the gist of the present invention and the object of the present invention is achieved.
表１に示す化学組成を有する母材を用いて開先を作成した。Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂの添加量を変えた複数の鋼板を作成した。被覆アーク溶接棒（溶接材料）のフラックスにおいてＴｉ添加量を変えた棒（表５）を作成した。ただし、表１に示した母材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。作成した開先を被覆アーク溶接した。その結果、実施例１～６及び比較例１～４の合計１０種類の溶接金属及び溶接継手を得た。溶接金属の化学組成を表２に示した。酸化物の化学組成、個数密度及び平均円相当径は表３及び４に示した。溶接金属及び溶接継手の引張強度及び衝撃値は表４に示した。また、溶接材料及び溶接条件を表５～７に示した。なお表２において、Ａｌは意図的に添加しない場合であっても、溶接金属の成分分析を実施し、それらの値を表記した。また、表２の「＜０．００２」との記載は、分析下限値未満であったことを示す。 Grooves were prepared using base metal having the chemical composition shown in Table 1. Several steel plates were prepared with different amounts of Al, Cu, Nb, V, and B added. Rods (Table 5) were prepared with different amounts of Ti added to the flux of the covered metal arc welding rod (welding material). However, the remainder of the chemical composition of the base metal shown in Table 1 is Fe and impurities. The prepared grooves were arc-welded with a covered metal arc. As a result, a total of 10 types of weld metals and weld joints were obtained, Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4. The chemical composition of the weld metals is shown in Table 2. The chemical composition, number density, and average circle equivalent diameter of the oxides are shown in Tables 3 and 4. The tensile strength and impact value of the weld metals and weld joints are shown in Table 4. In addition, the welding materials and welding conditions are shown in Tables 5 to 7. In Table 2, even if Al was not intentionally added, the composition analysis of the weld metal was performed and the values were shown. In addition, the description "<0.002" in Table 2 indicates that it was below the lower limit of analysis.
溶接金属の化学組成の測定方法は以下の通りとした。ＯおよびＮ以外の元素は、まず、溶接ビードの表層から２ｍｍ、かつ、溶接金属中央部から、１５ｍｍ角の試料を採取した。その後、２０１３年、ＪＩＳ Ｇ １２５６（鉄及び鋼蛍光Ｘ線分析方法）に準じて、カウントバック法で化学組成を測定した。
また、Ｏは、上記試料に対して、２０１４年、ＪＩＳ Ｇ １２３９（不活性ガス溶融－赤外線吸収法）を用いて測定した。Ｎは、上記試料に対して、２００６年、ＪＩＳ Ｇ １２２８（鉄及び鋼－窒素定量方法）を用いて測定した。
The method for measuring the chemical composition of the weld metal was as follows: For elements other than O and N, a 15 mm square sample was first taken from the center of the weld metal and 2 mm from the surface layer of the weld bead. Then, the chemical composition was measured by the countback method in accordance with JIS G 1256 (Method for fluorescent X-ray analysis of iron and steel) in 2013.
In addition, O was measured for the above samples using JIS G 1239 (inert gas fusion-infrared absorption method) in 2014. N was measured for the above samples using JIS G 1228 (iron and steel-nitrogen determination method) in 2006.
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径の測定方法は以下の通りとした。まず、ＳＥＭを用いて、酸化物の写真を撮影する。撮影場所は、溶接ビードの表層から２ｍｍ、かつ、溶接金属中央部とした。撮影した写真を画像解析して各酸化物の面積を測定した。測定した酸化物の面積と円の面積を求める公式とを用いて酸化物の円相当径を計算した。測定した各酸化物の内、円相当径が０．１０μｍ未満である酸化物は、測定対象としない。円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の円相当径の平均値を計算した。計算された平均値を円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径とした。なお、測定視野の大きさは特に限定されないが、平均円相当径を計算するときに使用する円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数は２１７個とした。測定結果は表３に示した。 The method for measuring the average equivalent circle diameter of oxides having a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more was as follows. First, a photograph of the oxide was taken using an SEM. The photograph was taken 2 mm from the surface layer of the weld bead and at the center of the weld metal. The photograph was analyzed to measure the area of each oxide. The equivalent circle diameter of the oxide was calculated using the measured area of the oxide and a formula for calculating the area of a circle. Among the measured oxides, oxides having an equivalent circle diameter of less than 0.10 μm were not measured. The average value of the equivalent circle diameter of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more was calculated. The calculated average value was taken as the average equivalent circle diameter of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more. The size of the measurement field of view is not particularly limited, but the number of oxides having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more used to calculate the average equivalent circle diameter was 217. The measurement results are shown in Table 3.
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の化学組成の測定方法は以下の通りとした。まず、ＳＥＭを用いて、酸化物の写真を撮影した。撮影場所は、溶接ビードの表層から２ｍｍ、かつ、溶接金属中央部とした。撮影した写真を画像解析して各酸化物の面積を測定した。測定した酸化物の面積と円の面積を求める公式とを用いて酸化物の円相当径を計算した。測定した各酸化物の内、円相当径が０．１０μｍ未満である酸化物は、測定対象としない。円相当径が０．１０μｍ以上である個々の酸化物中心を狙って、ＥＤＳ点分析により酸化物の化学組成を測定した。なお、測定視野の大きさは特に限定されないが、酸化物の化学組成を計算するときに使用する円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数は２１７個とした。測定結果は表４に示した。 The method for measuring the chemical composition of oxides with a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more was as follows. First, a photograph of the oxide was taken using an SEM. The photograph was taken 2 mm from the surface layer of the weld bead and at the center of the weld metal. The photograph was analyzed to measure the area of each oxide. The circle equivalent diameter of the oxide was calculated using the measured area of the oxide and a formula for calculating the area of a circle. Among the measured oxides, oxides with a circle equivalent diameter of less than 0.10 μm were not measured. The chemical composition of the oxide was measured by EDS point analysis, aiming at the center of each oxide with a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more. The size of the measurement field of view was not particularly limited, but the number of oxides with a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more used to calculate the chemical composition of the oxide was 217. The measurement results are shown in Table 4.
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度の測定方法は以下の通りとした。まず、ＳＥＭを用いて、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数を測定した。測定場所は、溶接ビードの表層から２ｍｍ、かつ、溶接金属中央部とした。その後、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数を測定面積で除することで、円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度を求めた。測定視野の大きさは特に限定されないが、酸化物の個数密度の測定に使用する円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数は２１７個とした。測定結果は表３に示す。 The method for measuring the number density of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more was as follows. First, the number of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more was measured using an SEM. The measurement location was 2 mm from the surface of the weld bead and at the center of the weld metal. Then, the number of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more was divided by the measurement area to obtain the number density of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more. The size of the measurement field of view was not particularly limited, but the number of oxides with a circle-equivalent diameter of 0.10 μm or more used to measure the number density of oxides was 217. The measurement results are shown in Table 3.
図２に示した位置から引張試験片及びシャルピー衝撃試験片を採取した。溶接金属の引張試験は、２０１３年、ＪＩＳ Ｚ ３１２１（突合せ溶接継手の引張試験方法）に準拠して行った。溶接金属のシャルピー衝撃試験は、２０１８年、ＪＩＳ Ｚ ２２４２（金属材料のシャルピー衝撃試験方法）に準拠して行った。衝撃値が８０Ｊ以上であった場合に靱性が良好であると判断した。引張試験及びシャルピー衝撃試験の結果は表３に示す。 Tensile test specimens and Charpy impact test specimens were taken from the positions shown in Figure 2. Tensile tests of weld metal were conducted in accordance with JIS Z 3121 (tensile test method for butt welded joints) in 2013. Charpy impact tests of weld metal were conducted in accordance with JIS Z 2242 (Charpy impact test method for metallic materials) in 2018. Toughness was determined to be good when the impact value was 80 J or more. The results of the tensile test and Charpy impact test are shown in Table 3.
本発明例１～６の溶接金属及び溶接継手は本発明の範囲内であった。そのため、溶接金属及び溶接継手は９８０ＭＰａ以上の引張強度と、８０Ｊ以上のシャルピー衝撃試験値を示した。
比較例１は、溶接金属中のＴｉが少なかった。そのため、酸化物に含まれるＴｉの濃度が本発明の範囲外であったため、その酸化物は粒内変態の核として有効に寄与せず、ミクロ組織が粗大化した。その結果、溶接金属及び溶接継手の靭性が不十分であった。
比較例２は、溶接入熱が過剰に高く、溶接金属の冷却速度が遅くなり、酸化物の個数密度が低かった。すなわち、粒内変態核の数が少なくなり、ミクロ組織の微細化効果が十分得られなかったため、溶接金属及び溶接継手の靱性が不十分であった。
比較例３は、溶接入熱が過剰に低く、溶接金属の冷却速度が速くなり、酸化物の平均円相当径が小さかった。すなわち、粒内変態核として寄与する十分な大きさの酸化物の数が少なくなり、ミクロ組織の微細化効果が十分得られなかったため、溶接金属及び溶接継手の靱性が不十分であった。
比較例４は、溶接入熱が過剰に高く、溶接金属の冷却速度が遅くなり、酸化物の平均円相当径が大きかった。すなわち、破壊の起点となる粗大な介在物の数が多くなったため、溶接金属及び溶接継手の靱性が不十分であった。
The weld metals and weld joints of Inventive Examples 1 to 6 were within the range of the present invention. Therefore, the weld metals and weld joints exhibited a tensile strength of 980 MPa or more and a Charpy impact test value of 80 J or more.
In Comparative Example 1, the weld metal contained a small amount of Ti. Therefore, the concentration of Ti contained in the oxide was outside the range of the present invention, and the oxide did not effectively serve as a nucleus for intragranular transformation, resulting in coarsening of the microstructure. As a result, the toughness of the weld metal and the welded joint was insufficient.
In Comparative Example 2, the welding heat input was excessively high, the cooling rate of the weld metal was slow, and the oxide number density was low. In other words, the number of intragranular transformation nuclei was reduced, and the effect of refining the microstructure was not sufficient, so the toughness of the weld metal and welded joint was insufficient.
In Comparative Example 3, the welding heat input was excessively low, the cooling rate of the weld metal was fast, and the average equivalent circular diameter of the oxides was small. In other words, the number of oxides large enough to contribute as intragranular transformation nuclei was reduced, and the effect of refining the microstructure was not sufficiently obtained, so the toughness of the weld metal and welded joint was insufficient.
In Comparative Example 4, the welding heat input was excessively high, the cooling rate of the weld metal was slow, and the average circular equivalent diameter of the oxides was large. In other words, the number of coarse inclusions that could be the starting points of fracture was increased, and the toughness of the weld metal and welded joint was insufficient.
以上のことから、本発明によれば、高強度かつ靭性に優れる溶接金属及び溶接継手を提供することができ、産業上の利用価値が高い。 As a result of the above, the present invention can provide weld metal and weld joints that have high strength and excellent toughness, and are highly useful in industry.
Claims (3)
Ｃ：０．０２～０．１２％、
Ｓｉ：０．１０～０．７０％、
Ｍｎ：０．５～２．０％、
Ｐ:０．０３％以下、
Ｓ:０．０２％以下、
Ｎ：０．０３％以下、
Ｎｉ：１．０～３．５％、
Ｃｒ：０％超かつ１．０％以下、
Ｍｏ：０．３～２．０％、
Ｔｉ：０．００５％超かつ０．５００％以下、及び
Ｏ：０．００５～０．０４０％を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均化学組成が、Ｍｎ：１０～７０質量％、Ｔｉ：１０～５０質量％、Ｓｉ：０～２０質量％、及びＡｌ：５質量％以下を含み、
前記平均化学組成において、ＭｎとＴｉとＳｉとの合計量が６０質量％以上であり、
前記円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の平均円相当径が０．３０～１．００μｍであり、
前記円相当径が０．１０μｍ以上である酸化物の個数密度が０．００５～０．０５／μｍ２であり、
下記（１）式で定義されるαが０．４０％以上０．８０％以下であることを特徴とする溶接金属。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４・・（１）
ただし、（１）式の［］付元素は、前記溶接金属の化学組成における、各元素の質量％表示の含有量を意味し、含有しない元素の場合には０を代入する。 The chemical composition, in mass%, is
C: 0.02-0.12%,
Si: 0.10-0.70%,
Mn: 0.5-2.0%,
P: 0.03% or less,
S: 0.02% or less,
N: 0.03% or less,
Ni: 1.0 to 3.5%,
Cr: more than 0% and 1.0% or less;
Mo: 0.3-2.0%,
Ti: more than 0.005% and 0.500% or less; and O: 0.005 to 0.040 %;
The balance is Fe and impurities,
The average chemical composition of the oxide having an equivalent circle diameter of 0.10 μm or more includes Mn: 10 to 70 mass%, Ti: 10 to 50 mass%, Si: 0 to 20 mass%, and Al: 5 mass% or less,
In the average chemical composition, the total amount of Mn, Ti, and Si is 60 mass% or more,
the average equivalent circular diameter of the oxide having an equivalent circular diameter of 0.10 μm or more is 0.30 to 1.00 μm;
The number density of the oxide having a circle equivalent diameter of 0.10 μm or more is 0.005 to 0.05/ μm2 ;
A weld metal, characterized in that α defined by the following formula (1) is 0.40% or more and 0.80% or less.
α=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4...(1)
In the formula (1), the elements in brackets [ ] indicate the content of each element in the chemical composition of the weld metal, expressed as mass %, and 0 is substituted for elements that are not contained.
Ａｌ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：０．２００％以下、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｖ：０．１００％以下、及び
Ｂ：０．００２０％以下、
の一種または二種以上を含有し、
前記溶接金属がＶを含有する場合には、前記（１）式で定義される前記αに替えて、下記（２）式で定義されるαが０．４０％以上０．８０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶接金属。
α＝［Ｃ］＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｍｎ］／６＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４・・・（２）
ただし、（２）式の［］付元素は、前記溶接金属の化学組成における、各元素の質量％表示の含有量を意味し、含有しない元素の場合には０を代入する。 The chemical composition of the weld metal further contains, in mass %, replacing a part of the Fe,
Al: 0.010% or less,
Cu: 0.200% or less,
Nb: 0.100% or less,
V: 0.100% or less, and B: 0.0020% or less,
Contains one or more of the following:
2. The weld metal according to claim 1, characterized in that, when the weld metal contains V, α defined by the following formula (2) is 0.40% or more and 0.80% or less, instead of the α defined by the formula (1).
α=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14...(2)
In the formula (2), the elements in brackets [ ] indicate the content of each element in the chemical composition of the weld metal, expressed as mass %, and 0 is substituted for elements that are not contained.
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