药芯焊丝、使用了药芯焊丝的焊接方法、使用了药芯焊丝的焊接接头的制造方法以及焊接接头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于焊接抗拉强度为780MPa以上的高强度钢的药芯焊丝，尤其涉及 不需要用于防止低温开裂的预热作业或者能够显著减少预热作业并且可得到低温韧性优 异的焊接金属的药芯焊丝。另外，本发明涉及使用了该药芯焊丝的焊接方法、使用了该药芯 焊丝的焊接接头的制造方法以及焊接接头。
[0002] 本申请基于2013年1月31日在日本申请的日本特愿2013-017604号主张优先权， 在此援引其内容。
【背景技术】
[0003] 近年，建筑物、桥梁等建筑结构物的大型化、高层化的需求增大；与此相伴，所使用 的钢材也变成使用抗拉强度为780MPa级（抗拉强度为780MPa以上）或其以上的高强度钢。
[0004] 使用这些高强度钢的理由是：通过减少钢材使用量来减少钢材费用以及搬运费 用，并且钢材变薄、单位重量减少。由此，钢材的处理变得容易，并且焊接量减轻，因此可期 待缩短建设工期以及削减施工成本。
[0005] 然而，尽管对于高强度钢的使用需求变得非常大，但是780MPa级以上的高强度钢 的使用量从整体量来看还只是微量。
[0006] 其理由是因为，钢变得越高强度，钢的焊接开裂敏感性会变得越高。对于抑制焊接 开裂来说，必须进行预热作业，因此存在使用高强度钢反而会使得焊接施工效率变差而无 助于缩短工期、削减施工成本这样的问题。
[0007] 此外，当用于开发、生产石油、天然气的海洋结构物以及输送它们的管线设置在北 海、库页岛等低温环境时，对所使用的钢材以及焊接材料要求极为严格的低温韧性。钢材变 得越高强度，变得越难确保焊接部的强度以及低温韧性，这也成为780MPa级的高强度钢未 得到使用的主要原因。
[0008] 因此，为了使780MPa级以上的高强度钢得到广泛使用，强烈要求不需要预热作业 或者预热作业显著减轻且可得到低温韧性优异的焊接部的焊接焊丝。
[0009] 作为可得到高韧性的焊接金属的药芯焊丝，以往提出了将氟化物作为熔渣形成剂 添加至焊剂而得到的焊丝（例如参照专利文献1~7)。
[0010] 这些文献通过氟化物提高熔融池的碱度，由此减少焊接金属的氧量，获得高的低 温韧性。然而，专利文献1~4均主要以焊接开裂不会成为问题的强度水平的钢板为焊接 对象，对焊接金属的低温开裂完全均未研宄。
[0011] 就此，专利文献5提出了下述焊丝：对490~780MPa级高张力钢用的药芯焊丝进 一步优化V的添加量，使V吸贮扩散性氢，从而改善耐低温开裂性，由此虽为780MPa级焊丝 但焊接开裂停止预热温度为50°C以下。然而，就780MPa级以上的钢的焊接而言，对焊接金 属要求更高的韧性，但专利文献5对焊接金属的韧性未特别研宄。
[0012] 专利文献6提出了下述焊丝：添加 CaO作为必需成分，由此调整熔渣的熔点，使得 立焊以及仰焊成为可能，并且减少焊接金属的氧量，从而改善了韧性。另外，专利文献7也 提出了下述焊丝：添加 CaO作为必需成分，由此一边减少焊接金属的氧量，一边抑制PWHT后 的焊接金属的韧性劣化。然而，专利文献6、专利文献7对780MPa级以上的高强度钢的焊接 部所要求的严格的低温韧性均未特别研宄，而且对耐低温开裂性也未特别研宄。
[0013] 现有技术文献
[0014] 专利文献
[0015] 专利文献1 :日本特开平1-271098号公报
[0016] 专利文献2 :日本特开平3-294093号公报
[0017] 专利文献3 :日本特开平6-155079号公报
[0018] 专利文献4 :日本特开平8-197283号公报
[0019] 专利文献5 :日本特开平8-257785号公报
[0020] 专利文献6 :国际公开第2011-074689号小册子
[0021] 专利文献7 :日本特开2011-020154号公报
【发明内容】
[0022] 发明所要解决的问题
[0023] 鉴于上述【背景技术】的问题，本发明的目的在于：提供对780MPa以上的高强度钢进 行焊接时可得到高强度及高韧性的焊接部、耐低温开裂性优异并且不需要用于抑制低温开 裂的预热作业或者能够显著减少预热作业的药芯焊丝，从而显著改善780MPa级以上的高 强度钢的焊接施工效率。另外，本发明的目的在于：提供使用了该药芯焊丝的焊接方法以及 使用了该药芯焊丝的焊接接头的制造方法以及焊接接头。
[0024] 用于解决问题的手段
[0025] 以往，为了得到高韧性的焊接金属，在强度水平低的钢用药芯焊丝中使用了氟化 物。然而，对氟化物会给耐低温开裂性带来的影响完全未研宄。
[0026] 本发明的发明者们着眼于这样的氟化物而进行了各种研宄，结果发现了就用于焊 接780MPa级以上的高强度钢的药芯焊丝来说最适合用于大幅减少焊接金属的扩散性氢并 且确保低温韧性的熔渣组成。
[0027] 进而，本发明的发明者们还发现了 ：对焊接金属为贝氏体主体的组织、抗拉强度水 平为780MPa~940MPa并且主体为氟化物的药芯焊丝来说，为了提高焊接金属的强度韧性 平衡，含有Mo且将Mn及Ni的含量优化是有效的。
[0028] 由此，本发明的发明者们发现了对抗拉强度为780MPa以上的高强度钢进行焊接 时可得到强度以及低温韧性优异的焊接金属并且能够省略或简化用于抑制低温开裂而实 施的预热的药芯焊丝。然后，本发明的发明者们对该见解追加进行了进一步的研宄，从而达 成本发明。
[0029] 这样进行的本发明的要旨如下所述。
[0030] (1)本发明的一个方案的药芯焊丝是在钢制外皮的内部填充有焊剂而得到的药芯 焊丝，在上述焊剂中，含有CaF2、BaF2、SrF2、MgF 2以及LiF之中的一种或两种以上，在将其含 量的总和设定为α时，上述α以相对于药芯焊丝总质量的质量％计为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氧化物之中的一种或两种以上，在将其 含量的总和设定为β时，上述β以相对于上述药芯焊丝总质量的质量％计为0. 4~I. 2%; 含有0&0)3』&0)3、5冗0 3、1%0)3以及1^20)3之中的一种或两种以上，其含量的总和以相对于 上述药芯焊丝总质量的质量％计为0. 1~0. 5% ;上述焊剂中的铁粉的含量以相对于上述 药芯焊丝总质量的质量％计小于10% ;除了氟化物、金属氧化物以及金属碳酸盐以外的化 学成分以相对于上述药芯焊丝总质量的质量％计包含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%，剩余部分包含铁和杂质；由 下述式a所定义的Ceq为0. 60~1. 20质量％ ;由下述式b所定义的TE为2. 9~4. 4质 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，带□的元素表示各元素以质量％计的含量。
[0034] (2)根据上述⑴所述的药芯焊丝，其中，上述药芯焊丝中的CaO的含量以相对于 上述药芯焊丝总质量的质量％计可以为0. 15%以下。
[0035] (3)根据上述（1)或⑵所述的药芯焊丝，其中，上述CaF2的含量与上述α之比 可以为0. 90以上。
[0036] (4)根据上述⑴~（3)中任一项所述的药芯焊丝，其中，上述α与上述β之比 可以为3. 1~15. 0。
[0037] (5)根据上述（1)~（4)中任一项所述的药芯焊丝，其中，当对使用了上述药芯焊 丝的气体保护电弧焊接进行在日本工业标准JISZ3111-2005中所规定的熔敷金属的拉伸 试验时，上述熔敷金属的抗拉强度可以为780~940MPa。
[0038] (6)根据上述（1)~（5)中任一项所述的药芯焊丝，其中，上述钢制外皮可以为无 缝形状。
[0039] (7)根据上述（1)~（6)中任一项所述的药芯焊丝，其中，在上述药芯焊丝的表面 上可以涂布有全氟聚醚油。
[0040] (8)本发明的另一方案的焊接方法使用上述（1)~（7)中任一项所述的药芯焊丝， 并且使用纯氩气、纯二氧化碳气体或Ar与3~30体积％的0)2的混合气体作为保护气体 来焊接钢材。
[0041] (9)本发明的又一方案的焊接接头的制造方法，其中，上述钢材的板厚为3~ 100mm，上述钢材的抗拉强度为780MPa以上，并且通过上述（8)所述的焊接方法进行焊接。
[0042] (10)本发明的再一方案的焊接接头具备板厚为3~100mm、抗拉强度为780MPa以 上的钢材和焊接金属，并且其是通过上述（9)所述的焊接接头的制造方法制造的。
[0043] (11)根据上述（10)所述的焊接接头，其中，上述焊接金属的扩散性氢量可以小于 I. 0ml/100g，上述焊接金属中的氧量可以为300~400ppm，上述焊接金属的抗拉强度可以 为780~940MPa，上述焊接金属在-40°C下的夏氏吸收能可以为86J/cm2以上。
[0044] 发明效果
[0045] 根据本发明，能够提供作为用于对抗拉强度为780MPa以上的高强度钢进行焊接 的药芯焊丝的焊接金属的韧性优异且不需要用于防止低温开裂的预热作业或者能够显著 减少预热作业的的药芯焊丝。
【附图说明】
[0046] 图1是表示实施例的试验片的采集位置的图。
[0047] 图2是表示TE与-40°C的夏氏吸收能vE_4Q之间的关系的图。
[0048] 图3是表示CaO含量与扩散性氢量之间的关系的图。
[0049] 图4是表示CaO含量与焊接金属的氧量之间的关系的图。
【具体实施方式】
[0050] 以往，据认为氟化物通过提高熔融池的碱度而具有减少焊接金属的氧量的效果。 本发明的发明者们通过试制各种药芯焊丝进一步就氟化物对焊接金属中的氢的效果进行 了详细研宄。
[0051] 即，试制了下述药芯焊丝：含有CaF2等金属氟化物、金属氧化物以及CaCO 3等金属 碳酸盐，作为合金成分含有用于确保韧性的Ni和用于确保多层多道焊接