高強度の溶接構造に使用されるこのタイプの鋼は、炭素含有量が比較的低く (通常は 0.18 質量% 未満)、その合金組成は溶接要件を満たすように特別に設計されています。したがって、低炭素焼入れ焼き戻し鋼の溶接プロセスは、焼きならし鋼の溶接プロセスと本質的に似ています。主に溶接中に次の問題が発生します。

① 溶接部の熱亀裂と熱影響部の液状化亀裂。低炭素焼き入れ焼き戻し鋼は一般に、炭素含有量が低く、マンガン含有量が高く、硫黄 (S) とリン (P) をより厳密に管理しているため、熱亀裂の傾向が低くなります。対照的に、高ニッケル、低マンガン、低合金の高強度鋼は、熱亀裂と液状化亀裂の両方が発生する傾向が高くなります。

②コールドクラッキング。このタイプの鋼には、焼入れ性を高める合金元素が比較的多量に含まれているため、低温割れが発生しやすい傾向があります。ただし、Ms 温度が高いため、この温度で接合部が十分にゆっくりと冷却され、形成されたマルテンサイトが「自己焼き戻し」プロセスを受けると、低温割れの傾向はある程度減少します。したがって、実際の冷間亀裂傾向は必ずしも深刻ではありません。

③再熱割れ。低炭素焼き入れ焼き戻し鋼には、炭化物の形成を促進する V、Mo、Nb、Cr などの元素が含まれているため、再熱割れが発生しやすい傾向があります。

④熱影響部の軟化。軟化は、母材の元の焼き戻し温度から Ac1 までの温度範囲で溶接中に発生します。元の焼き戻し温度が低いほど、軟化ゾーンの範囲は広くなり、軟化度はより厳しくなります。

⑤熱影響部の脆さ。過熱領域での体積分率 10% ～ 30% の低炭素マルテンサイトと下部ベイナイト相の形成により、高い靭性が得られます。ただし、過度に急冷すると、100% 低炭素マルテンサイトが形成され、靭性が低下します。逆に、ゆっくりと冷却すると、過熱領域で結晶粒が粗大化し、低炭素マルテンサイト、ベイナイト、MA 相要素を含む混合微細構造が発達し、脆性が悪化します。

σs≧980MPaの焼入れ焼戻し鋼を溶接する場合は、タングステン電極アーク溶接や電子ビーム溶接などの溶接方法を採用する必要があります。 σs <980 MPa の低炭素焼入れ焼戻し鋼の場合、電極アーク溶接、サブマージアーク自動溶接、ガスシールドアーク溶接 (SAW) を使用したサブマージアーク溶接、タングステン電極アーク溶接などの技術が適用可能です。ただし、σs ≧ 686 MPa の鋼の場合、SAW が最適な自動溶接プロセスです。さらに、マルチワイヤサブマージアーク溶接やエレクトロスラグ溶接など、高エネルギー入力で冷却速度の遅い溶接方法が必要な場合は、溶接後の焼き入れおよび焼き戻し処理が必須となります。

入熱量が最大許容値に達し、亀裂の発生が避けられない場合には、予熱措置を講じる必要があります。低炭素焼き入れ焼き戻し鋼の場合、予熱の主な目的は低温割れを防ぐことです。ただし、予熱は靭性に悪影響を与える可能性があります。したがって、このような鋼の溶接時には、通常、より低い予熱温度 (≤200°C) が採用されます。予熱は、マルテンサイト変態時の冷却速度を低下させ、マルテンサイトの自己焼き戻し効果により耐クラック性を向上させることを目的としています。予熱温度が高すぎると、低温割れを防ぐことができないだけでなく、冷却速度が脆性微細構造の形成に必要な臨界冷却速度を下回る 800 ～ 500 ℃ に低下し、熱影響部に重大な脆化が生じます。したがって、中間層温度を含む予熱温度の恣意的な上昇は避けるべきです。

低炭素調整鋼は通常、溶接後に追加の熱処理を必要としません。したがって、溶接材料を選択する際には、得られる溶接金属が溶接状態の母材に近い機械的特性を備えている必要があります。低温割れを避けるのが難しい高剛性の構造などの特殊な場合には、母材よりもわずかに低い強度の溶加材を使用することが不可欠です。