耐氢脆化敏感性优异的焊接金属和埋弧焊用实芯焊丝的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于焊接结构物，且能够降低对于氢脆化的敏感性的焊接金属。详细 地说，是涉及在使用SSRT (Slow Strain Rate Technique)法评价耐氢脆化敏感性时，即使 用更容易大量包含组织上的弱化部的大型试验片进行试验时，耐氢脆化敏感性仍能够达到 优异的焊接金属。另外，本发明涉及适用于形成上述的焊接金属的埋弧焊用实芯焊丝。
【背景技术】
[0002] 焊接高张力钢时，从焊接金属部的低温裂纹防止的观点出发，需要严密地管理预 热/道间温度，这成为施工效率降低的原因。近年来，焊接结构物所使用的钢材越发高强度 化，在焊接金属中对于高强度化的要求也高涨（例如HT780 :高强度钢780MPa级）。
[0003] 若进行这样的高强度化，则耐低温裂纹性有降低的倾向。因此，需要使高强度化与 耐低温裂纹性兼顾。特别是在埋弧焊中，焊接时的线能量大，为了具有优异的焊接施工效 率，在由此焊接法形成的焊接金属中，要求有确保耐低温裂纹性的技术。
[0004] 上述这样的低温裂纹，推测其原因在于扩散性氢在晶界偏析，晶界强度降低（以 下，将其称为"氢脆化"）。因此，为了改善耐低温裂纹性，重要的是减少扩散性氢或降低焊 接金属的氢脆化敏感性，从这些观点出发，提出有各种各样的技术。
[0005] 例如，在专利文献1中公开有一种技术，其通过使氢捕获能力高的Mo碳化物（含 Mo的碳化物）分散在焊接金属内，实现低温裂纹的防止。但是在此技术中，为了使Mo碳化 物分散，需要在使钢材对接后，从内面侧进行埋弧焊之后，控制在内面侧得到的焊接金属的 最高加热温度这样特殊的焊接方法，不能适用于钢材的普遍焊接。
[0006] 另外在专利文献2中，提出一种通过管理焊接施工时的冷却时间，从而防止低温 裂纹的技术。在此技术中，需要进行与化学成分相应的严格的施工管理，存在作业负荷高这 样的问题。
[0007] 在专利文献3中，提出一种在焊接金属中使捕集扩散性氢的残留奥氏体分率为 1 %以上，从而防止低温裂纹的技术。但是，该技术要以钢管的双面单道有缝焊接为前提，不 能普遍于钢材的焊接。
[0008] 在专利文献4中提出一种技术，其通过减少扩散性氢量，并且适当地控制强度和 化学成分组成，由此改善耐低温裂纹性。但是，在该技术中，应该要满足的强度水平受到成 分的影响，因此在实际的施工时，适用处所受限。
[0009] 专利文献5、6中，公开有一种激光电弧复合焊接这样特殊的焊接方法。该方法具 有的优点是，既能够以低线能量得到只有大线能量埋弧焊才有的施工效率，又能够得到耐 裂纹性优异的焊接金属，但存在不能适用于普遍的电弧焊这样的课题。
[0010] 至今为止提出的技术，作为改善耐低温裂纹性手段，均是提高耐氢脆性。但是在实 际的焊接施工中，由于各种的要因，焊接金属中的氢量会增加，这样的情况下，与耐低温裂 纹无关，而是氢脆化成为问题。因此，与是否克服耐低温裂纹性没有关联，而是需要将耐氢 脆化敏感性的提高作为直接的解决课题。
[0011] 本发明人等，在专利文献7中公开有一种技术，其是通过控制残留奥氏体形态，改 善HT780MPa级焊接金属的耐氢脆化敏感性。但是，该技术所设想的焊接方法，主要是使用 了药芯焊丝（FCW)的气体保护电弧焊。对于使用了例如埋弧焊这样在实际施工中多用的其 他的焊接方法时的耐氢脆化敏感性，还有改善的余地。另外，在专利文献7的技术中，评价 的是焊接金属中的比较狭窄的区域。在实际的焊接金属中，根据观察位置，组织有大幅偏 差，因此为了更高精度地评价耐氢脆化敏感性，需要能够评价焊接金属中的比较的宽阔区 域的方法。
[0012] 另外，近年来，在用于海洋结构物的焊接金属中，HT780级的应用也有所扩。在这些 焊接金属中，要求780MPa级强度下的耐氢脆化敏感性优异，使之可耐受寒冷地区的使用。
[0013] 另一方面，作为埋弧焊用焊丝，在专利文献8中，通过特定焊丝成分组成，以实现 焊接金属部的强度和低温韧性提高。但是，所设想的使用温度截止到_20°C左右，不能对应 更低温侧的要求，例如在-60°C下则韧性等特性不充分。
[0014] 现有技术文献
[0015] 专利文献
[0016] 专利文献1 :日本国特开2005-40816号公报
[0017] 专利文献2 :日本国特开2003-33876号公报
[0018] 专利文献3 :日本国特开2002-115032号公报
[0019] 专利文献4 :日本国特开平11-147196号公报
[0020] 专利文献5 :日本国特开2007-260715号公报
[0021] 专利文献6 :日本国特开2007-260716号公报
[0022] 专利文献7 :日本国特开2012-176434号公报
[0023] 专利文献8 :日本国特开2004-337863号公报
【发明内容】
[0024] 发明要解决的课题
[0025] 本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种即使抗拉强度为高于780MPa 的高强度，耐氢脆化敏感性仍优异的焊接金属。另外，其目的还在于，提供一种适合所述焊 接金属的形成的埋弧焊用实芯焊丝。
[0026] 用于解决课题的手段
[0027] 能够解决上述课题的本发明的耐氢脆化敏感性优异的焊接金属，具有如下要旨： 分别含有
[0028] C :0· 02~0· 12% ( "质量％"的意思。涉及化学成分组成，以下均同）、
[0029] Si :0· 18 ~2. 00%、
[0030] Mn :0· 90 ~2. 5%、
[0031] Ni :1. 0 ~3. 5%、
[0032] Cr :0.3 ~2.0%、
[0033] Al :0· 030% 以下（不含 0% )、
[0034] N :0· 015% 以下（不含 0% )、和
[0035] O :0· 050 % 以下（不含 0 % )，
[0036] 余量由铁和不可避免的杂质构成，
[0037] 含有当量圆直径为0. 15 μπι以上的残留奥氏体粒子2500个/mm2以上，残留奥氏 体相的体积分率相对于组织全体为4. 3%以上，
[0038] Cr与Mn的含量的比[Cr]/[Mn]为0· 20以上。
[0039] 上述个数密度的测量时作为对象的残留奥氏体粒子的大小为测量限度以上，以当 量圆直径计为0. 15 μ m以上。另外，所谓当量圆直径，就是着眼于在光学显微镜的观察面上 确认到的残留奥氏体粒子的大小，假设为与其面积相等的圆时的直径。
[0040] 在本发明的焊接金属中，作为其他的元素，也优选还含有如下等：（a)选自Mo : 0· 95%以下（不含0% )、Ti :低于0· 040% (不含0% )、V :0· 60%以下（不含0% )和Cu : 1.0%以下（不含0% )中的一种以上；(b) Zr :0· 10%以下（不含0% ); (c)B :0.0050%以 下（不含〇% )，根据所含有的元素的种类，焊接金属的特性得到进一步改善。
[0041 ] 在本发明的优选的实施方式中，是由埋弧焊形成的焊接金属。
[0042] 另外，本发明的埋弧焊用实芯焊丝，相对于焊丝总质量，含有C :0. 07~0. 20%、 Si :0· 05 ~I. 60%、Mn :1· 30 ~3. 20%、Ni :1. 00 ~3. 70%、Cr :0· 3 ~2· 2%、Mo :2· 0% 以 下（含〇% )，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
[0043] 该埋弧焊用实芯焊丝中，设Mn含量（％)为[Mn]，Ni含量（％)为[Ni]，Cr含量 (%)为[Cr]，Mo含量（％)为[Mo]时，优选满足下述数学公式1。
[0044]【数学公式U
[0045]
[0046] 此外，除了上述的各成分以外，相对于焊丝总质量，也可以含有Cu :0.07~ 0· 40%、V :0· 019% 以下、Zr :0· 050% 以下、Ti :0· 010% 以下和 B :0· 0050% 以下中的至少一 种。
[0047] 发明效果
[0048] 根据本发明，因为适当控制了化学成分组成，并适当控制了残留奥氏体粒子的个 数密度和体积分率，所以即使在高于780MPa的高强度下，仍能够实现耐氢脆化敏感性优异 的焊接金属。
【附图说明】
[0049] 图1是表示制作焊接金属时的坡口形状的示意说明图。
[0050] 图2是表示进行拉伸试验时的试验片的形状的说明图。
[0051] 图3是表示以SSRT法测量储氢量时的大型试验片的形状的说明图。
【具体实施方式】
[0052] 本发明人等，在例如专利文献7的发明（以下，称为在先申请发明）中，通过控制 残留奥氏体形态、氧化物形态，改善由SSRT试验测量到的耐氢脆化敏感性。
[0053] 但是，在在先申请发明中，设想的焊接方法主要是使用FCW的气体保护电弧焊，并 且将焊接时的线能量限制在2. 5kJ/mm以下。在先申请发明中若焊接线能量高于2. 5kJ/mm， 则得不到既定的残留奥氏体形态，SSRT试验中显示不能满足既定的特性。
[0054] 在实际的施工例多为埋弧焊这样的高效率的焊接施工方法中，也要求有大型SSRT 试验中的耐氢脆化敏感性优异的焊接金属。在高效率的埋弧焊中，焊接线能量多为2. OkJ/ mm以上（优选为2. 5kJ/mm以上）。对于用于实现即使是在这样的线能量大的焊接条件下 得到的焊接金属，由大型SSRT试验评价时仍显示出优异的耐氢脆化敏感性这样的焊接金 属的手段进行了研宄。其结果能够得出如下结论。
[0055] 若焊接线能量变大，则焊接时的冷却速度降低，因此冷却途中的残留奥氏体的分 解被促进。另外，因为旧奥氏体组织粗大化，所以对于氢脆化敏感性一般不利。对此，本发 明人等发现，适当控制焊接材料的化学成分组成，并且抑制焊接金属中的Cr与Mn的含量 的比[Cr]/[Mn] ( 即，Cr的含量[Cr]与Mn的含量[Μη]的比），以及将Ti含量抑制在低于 0.040% (含0%)。若进行这样的控制，则可以既定的形态确保稳定的残留奥氏体，即使在 焊接线能量比较大时，也能够得到在大型SSRT试验中优异的耐氢脆化敏感性。
[0056] 本发明与在先申请发明的最大的不同，就是焊接金属中的Ti含量。在在先申请发 明中，是使焊接金属中的Ti的含量为0. 040~0. 15%，使Ti氧化物起点的微细组织成长， 从而确保残留奥氏体粒子的个数密度，实现耐氢脆化敏感性的改善。但是，在埋弧焊这样的 线能量大的焊接中，因为焊接时的冷却速度降低，所以来自旧奥氏体晶界的贝氏体（晶界 贝氏体）组织成为主体，无法充分获得Ti氧化物起点的微细组织。另外，Ti本身是铁素体 形成元素，对于残留奥氏体的稳定化具有不利的作用。
[0057] 因此在本发明中，基本上在焊接金属中不含Ti