藥芯焊絲、使用了藥芯焊絲的焊接方法、使用了藥芯焊絲的焊接接頭的制造方法以及焊接接頭的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于焊接抗拉強度為780MPa以上的高強度鋼的藥芯焊絲，尤其涉及 不需要用于防止低溫開裂的預熱作業(yè)或者能夠顯著減少預熱作業(yè)并且可得到低溫韌性優(yōu) 異的焊接金屬的藥芯焊絲。另外，本發(fā)明涉及使用了該藥芯焊絲的焊接方法、使用了該藥芯 焊絲的焊接接頭的制造方法以及焊接接頭。
[0002] 本申請基于2013年1月31日在日本申請的日本特愿2013-017604號主張優(yōu)先權(quán)， 在此援引其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年，建筑物、橋梁等建筑結(jié)構(gòu)物的大型化、高層化的需求增大；與此相伴，所使用 的鋼材也變成使用抗拉強度為780MPa級（抗拉強度為780MPa以上）或其以上的高強度鋼。
[0004] 使用這些高強度鋼的理由是：通過減少鋼材使用量來減少鋼材費用以及搬運費 用，并且鋼材變薄、單位重量減少。由此，鋼材的處理變得容易，并且焊接量減輕，因此可期 待縮短建設工期以及削減施工成本。
[0005] 然而，盡管對于高強度鋼的使用需求變得非常大，但是780MPa級以上的高強度鋼 的使用量從整體量來看還只是微量。
[0006] 其理由是因為，鋼變得越高強度，鋼的焊接開裂敏感性會變得越高。對于抑制焊接 開裂來說，必須進行預熱作業(yè)，因此存在使用高強度鋼反而會使得焊接施工效率變差而無 助于縮短工期、削減施工成本這樣的問題。
[0007] 此外，當用于開發(fā)、生產(chǎn)石油、天然氣的海洋結(jié)構(gòu)物以及輸送它們的管線設置在北 海、庫頁島等低溫環(huán)境時，對所使用的鋼材以及焊接材料要求極為嚴格的低溫韌性。鋼材變 得越高強度，變得越難確保焊接部的強度以及低溫韌性，這也成為780MPa級的高強度鋼未 得到使用的主要原因。
[0008] 因此，為了使780MPa級以上的高強度鋼得到廣泛使用，強烈要求不需要預熱作業(yè) 或者預熱作業(yè)顯著減輕且可得到低溫韌性優(yōu)異的焊接部的焊接焊絲。
[0009] 作為可得到高韌性的焊接金屬的藥芯焊絲，以往提出了將氟化物作為熔渣形成劑 添加至焊劑而得到的焊絲（例如參照專利文獻1~7)。
[0010] 這些文獻通過氟化物提高熔融池的堿度，由此減少焊接金屬的氧量，獲得高的低 溫韌性。然而，專利文獻1~4均主要以焊接開裂不會成為問題的強度水平的鋼板為焊接 對象，對焊接金屬的低溫開裂完全均未研宄。
[0011] 就此，專利文獻5提出了下述焊絲：對490~780MPa級高張力鋼用的藥芯焊絲進 一步優(yōu)化V的添加量，使V吸貯擴散性氫，從而改善耐低溫開裂性，由此雖為780MPa級焊絲 但焊接開裂停止預熱溫度為50°C以下。然而，就780MPa級以上的鋼的焊接而言，對焊接金 屬要求更高的韌性，但專利文獻5對焊接金屬的韌性未特別研宄。
[0012] 專利文獻6提出了下述焊絲：添加 CaO作為必需成分，由此調(diào)整熔渣的熔點，使得 立焊以及仰焊成為可能，并且減少焊接金屬的氧量，從而改善了韌性。另外，專利文獻7也 提出了下述焊絲：添加 CaO作為必需成分，由此一邊減少焊接金屬的氧量，一邊抑制PWHT后 的焊接金屬的韌性劣化。然而，專利文獻6、專利文獻7對780MPa級以上的高強度鋼的焊接 部所要求的嚴格的低溫韌性均未特別研宄，而且對耐低溫開裂性也未特別研宄。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0014] 專利文獻
[0015] 專利文獻1 :日本特開平1-271098號公報
[0016] 專利文獻2 :日本特開平3-294093號公報
[0017] 專利文獻3 :日本特開平6-155079號公報
[0018] 專利文獻4 :日本特開平8-197283號公報
[0019] 專利文獻5 :日本特開平8-257785號公報
[0020] 專利文獻6 :國際公開第2011-074689號小冊子
[0021] 專利文獻7 :日本特開2011-020154號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 發(fā)明所要解決的問題
[0023] 鑒于上述【背景技術(shù)】的問題，本發(fā)明的目的在于：提供對780MPa以上的高強度鋼進 行焊接時可得到高強度及高韌性的焊接部、耐低溫開裂性優(yōu)異并且不需要用于抑制低溫開 裂的預熱作業(yè)或者能夠顯著減少預熱作業(yè)的藥芯焊絲，從而顯著改善780MPa級以上的高 強度鋼的焊接施工效率。另外，本發(fā)明的目的在于：提供使用了該藥芯焊絲的焊接方法以及 使用了該藥芯焊絲的焊接接頭的制造方法以及焊接接頭。
[0024] 用于解決問題的手段
[0025] 以往，為了得到高韌性的焊接金屬，在強度水平低的鋼用藥芯焊絲中使用了氟化 物。然而，對氟化物會給耐低溫開裂性帶來的影響完全未研宄。
[0026] 本發(fā)明的發(fā)明者們著眼于這樣的氟化物而進行了各種研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了就用于焊 接780MPa級以上的高強度鋼的藥芯焊絲來說最適合用于大幅減少焊接金屬的擴散性氫并 且確保低溫韌性的熔渣組成。
[0027] 進而，本發(fā)明的發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)了 ：對焊接金屬為貝氏體主體的組織、抗拉強度水 平為780MPa~940MPa并且主體為氟化物的藥芯焊絲來說，為了提高焊接金屬的強度韌性 平衡，含有Mo且將Mn及Ni的含量優(yōu)化是有效的。
[0028] 由此，本發(fā)明的發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了對抗拉強度為780MPa以上的高強度鋼進行焊接 時可得到強度以及低溫韌性優(yōu)異的焊接金屬并且能夠省略或簡化用于抑制低溫開裂而實 施的預熱的藥芯焊絲。然后，本發(fā)明的發(fā)明者們對該見解追加進行了進一步的研宄，從而達 成本發(fā)明。
[0029] 這樣進行的本發(fā)明的要旨如下所述。
[0030] (1)本發(fā)明的一個方案的藥芯焊絲是在鋼制外皮的內(nèi)部填充有焊劑而得到的藥芯 焊絲，在上述焊劑中，含有CaF2、BaF2、SrF2、MgF 2以及LiF之中的一種或兩種以上，在將其含 量的總和設定為α時，上述α以相對于藥芯焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計為3. 3~6.0%;含有 Ti氧化物、Si氧化物、Zr氧化物、Mg氧化物以及Al氧化物之中的一種或兩種以上，在將其 含量的總和設定為β時，上述β以相對于上述藥芯焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計為0. 4~I. 2%; 含有0&0)3』&0)3、5冗0 3、1%0)3以及1^20)3之中的一種或兩種以上，其含量的總和以相對于 上述藥芯焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計為0. 1~0. 5% ;上述焊劑中的鐵粉的含量以相對于上述 藥芯焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計小于10% ;除了氟化物、金屬氧化物以及金屬碳酸鹽以外的化 學成分以相對于上述藥芯焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計包含C :0. 04~0. 09%、Si :0. 3~1. 0%、 Mn :1. 0 ~2· 5%、A1 :0· 001 ~0· 050%、Ni :1· 5 ~3. 5%、V :0 ~0· 04%、P :0· 02% 以下、 S :0· 02% 以下、Cu :0 ~0· 5%、Cr :0 ~0· 5%、Mo :0· 3 ~1. 0%、Ti :0 ~0· 30%、Nb :0 ~ 0· 10%、B :0~0· 0100%、Ca :0~0· 50%、REM :0~0· 0100%，剩余部分包含鐵和雜質(zhì)；由 下述式a所定義的Ceq為0. 60~1. 20質(zhì)量％ ;由下述式b所定義的TE為2. 9~4. 4質(zhì) 量％。
[0031] Ceq = [C] + [Si] /24+ [Μη] /6+ [Ni] /40+ [Cr] /5+ [Mo] /4+ [V] /14 (式 a)
[0032] TE = [Μη]/2+[Ni]+3 X [Cr](式 b)
[0033] 其中，帶□的元素表示各元素以質(zhì)量％計的含量。
[0034] (2)根據(jù)上述⑴所述的藥芯焊絲，其中，上述藥芯焊絲中的CaO的含量以相對于 上述藥芯焊絲總質(zhì)量的質(zhì)量％計可以為0. 15%以下。
[0035] (3)根據(jù)上述（1)或⑵所述的藥芯焊絲，其中，上述CaF2的含量與上述α之比 可以為0. 90以上。
[0036] (4)根據(jù)上述⑴~（3)中任一項所述的藥芯焊絲，其中，上述α與上述β之比 可以為3. 1~15. 0。
[0037] (5)根據(jù)上述（1)~（4)中任一項所述的藥芯焊絲，其中，當對使用了上述藥芯焊 絲的氣體保護電弧焊接進行在日本工業(yè)標準JISZ3111-2005中所規(guī)定的熔敷金屬的拉伸 試驗時，上述熔敷金屬的抗拉強度可以為780~940MPa。
[0038] (6)根據(jù)上述（1)~（5)中任一項所述的藥芯焊絲，其中，上述鋼制外皮可以為無 縫形狀。
[0039] (7)根據(jù)上述（1)~（6)中任一項所述的藥芯焊絲，其中，在上述藥芯焊絲的表面 上可以涂布有全氟聚醚油。
[0040] (8)本發(fā)明的另一方案的焊接方法使用上述（1)~（7)中任一項所述的藥芯焊絲， 并且使用純氬氣、純二氧化碳氣體或Ar與3~30體積％的0)2的混合氣體作為保護氣體 來焊接鋼材。
[0041] (9)本發(fā)明的又一方案的焊接接頭的制造方法，其中，上述鋼材的板厚為3~ 100mm，上述鋼材的抗拉強度為780MPa以上，并且通過上述（8)所述的焊接方法進行焊接。
[0042] (10)本發(fā)明的再一方案的焊接接頭具備板厚為3~100mm、抗拉強度為780MPa以 上的鋼材和焊接金屬，并且其是通過上述（9)所述的焊接接頭的制造方法制造的。
[0043] (11)根據(jù)上述（10)所述的焊接接頭，其中，上述焊接金屬的擴散性氫量可以小于 I. 0ml/100g，上述焊接金屬中的氧量可以為300~400ppm，上述焊接金屬的抗拉強度可以 為780~940MPa，上述焊接金屬在-40°C下的夏氏吸收能可以為86J/cm2以上。
[0044] 發(fā)明效果
[0045] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供作為用于對抗拉強度為780MPa以上的高強度鋼進行焊接 的藥芯焊絲的焊接金屬的韌性優(yōu)異且不需要用于防止低溫開裂的預熱作業(yè)或者能夠顯著 減少預熱作業(yè)的的藥芯焊絲。
【附圖說明】
[0046] 圖1是表示實施例的試驗片的采集位置的圖。
[0047] 圖2是表示TE與-40°C的夏氏吸收能vE_4Q之間的關(guān)系的圖。
[0048] 圖3是表示CaO含量與擴散性氫量之間的關(guān)系的圖。
[0049] 圖4是表示CaO含量與焊接金屬的氧量之間的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0050] 以往，據(jù)認為氟化物通過提高熔融池的堿度而具有減少焊接金屬的氧量的效果。 本發(fā)明的發(fā)明者們通過試制各種藥芯焊絲進一步就氟化物對焊接金屬中的氫的效果進行 了詳細研宄。
[0051] 即，試制了下述藥芯焊絲：含有CaF2等金屬氟化物、金屬氧化物以及CaCO 3等金屬 碳酸鹽，作為合金成分含有用于確保韌性的Ni和用于確保多層多道焊接