JP2001038487A

JP2001038487A - 高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP2001038487A
Application number: JP11211845A
Authority: JP
Inventors: Masaomi Tsuda; 正臣津田; Kagehiro Amano; 影博天野; Tadashi Okaniwa; 匡史岡庭; Hideo Hirai; 秀夫平井; Tsukasa Okazaki; 司岡崎
Original assignee: NOF Corp; Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: NOF Corp; Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: JP3889903B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表される高耐食オ
ーステナイト系ステンレス鋼以上の耐食性を有し、組織
安定性に優れ、かつＮｉ基合金溶接材料に比べ非常に安
価で、かつ、高能率な溶接作業が可能な溶接材料である
高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入り
ワイヤを提供する。【解決手段】本発明の金属外皮中にフラックスを充填
してなるワイヤは、金属外皮及びフラックス中にワイヤ
全重量に対して、Ｃ：０．０３０重量％以下，Ｓｉ：
０．１〜１．５重量％，Ｍｎ：０．１〜１．５重量％，
Ｐ：０．０１５重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以
下，Ｎｉ：１８．０〜４３．０重量％，Ｃｒ：１８．０
〜２５．０重量％，Ｍｏ：２．０〜９．０重量％，Ｔ
ｉ：１．０重量％以下，Ｃｕ：１．５重量％以下，Ｎ：
０．１０〜０．２５重量％を含有し、残部が造滓成分及
びＦｅからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高耐食オーステナ
イト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤに関し、詳
しくはＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表される高耐食オース
テナイト系ステンレス鋼以上の耐食性を有し、組織安定
性に優れ、かつ、高能率な溶接作業が可能な溶接材料で
ある高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス
入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼は、その良好な耐食性によ
り、さまざまな分野で利用されているが、塩素イオンが
多く存在する環境下、例えば海水中や排煙脱硫装置内な
どで用いられる場合には、孔食や隙間腐食など極めて有
害な腐食が生じ易いため、ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表
される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼が用いられ
ている。また、近年、安全性やメンテナンスフリーによ
るコストパフォーマンスの観点から耐食材料に要求され
る品質のレベルは、非常に高くなっており、これに伴い
新しい高耐食オーステナイト系ステンレス鋼が次々に開
発されている。

【０００３】しかしながら、これら高耐食オーステナイ
ト系ステンレス鋼を溶接するのに適した溶接材料は必ず
しも開発されておらず、一般には母材よりグレードの高
い溶接材料、例えばＪＩＳＺ３３３４に規定されて
いるＹＮｉＣｒＭｏ−３、通称６２５やＹＮｉＣｒＭｏ
−４、通称ハステロイＣ２７６等の高耐食Ｎｉ基合金溶
接材料が用いられている。これらＮｉ基合金溶接材料
は、強度、靭性、及び孔食，全面腐食，隙間腐食等の耐
食性に優れているが、Ｎｉ基合金であるため非常に高価
な溶接材料であり、溶接作業効率が悪いという問題があ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表され
る高耐食オーステナイト系ステンレス鋼以上の耐食性を
有し、組織安定性に優れ、かつＮｉ基合金溶接材料に比
べ非常に安価であり、かつ、高能率な溶接作業が可能な
溶接材料を提供することを目的としている。

【０００５】本発明者らは、上記の課題を解決するため
に鋭意研究を重ねた結果、ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表
される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼以上の耐食
性を有する溶接材料を得るには、Ｎｉ及びＮを適正量添
加し、かつＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｕを適正
範囲内に収めることで組織安定性を高め、耐食性を確保
することが可能であるとの知見を得ることができ、溶接
作業効率の大幅向上に繋がった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記に鑑み提
案されたもので、金属外皮中にフラックスを充填してな
るワイヤにおいて、金属外皮及びフラックス中にワイヤ
全重量に対して、Ｃ：０〜０．０３０重量％、Ｓｉ：０．１〜１．５重量％、Ｍｎ：０．１〜１．５重量％、Ｐ：０〜０．０１５重量％、Ｓ：０〜０．００５重量％、Ｎｉ：１８．０〜４３．０重量％、Ｃｒ：１８．０〜２５．０重量％、Ｍｏ：２．０〜９．０重量％、Ｔｉ：０〜１．０重量％、Ｃｕ：０〜１．５重量％、Ｎ：０．１０〜０．２５重量％を含有し、残部が造滓成分及びＦｅからなることを特徴
とする高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラック
ス入りワイヤに関するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明を具体的に説明す
る。本発明に用いる合金成分及びガス成分は、主に全溶
着金属の組織安定性、耐食性等を得ることを目的として
金属外皮及びフラックス中に特定の割合量を含有させて
いる。以下に本発明の合金成分及びガス成分、並びにそ
の含有量（率）の限定理由について説明する。

【０００８】Ｃは、その含有量が多ければ、溶接時に炭
化物が析出してマトリックス中のＣｒなどの有用な合金
元素の含有量を低減させ、耐粒界腐食性等を劣化させ
る。従って、Ｃの含有量は０．０３０重量％以下とし、
できるだけ少ないほうが良い。

【０００９】Ｓｉは、アーク中でその大部分が酸化さ
れ、不完全な酸化物の形でスラグとなり、スラグの被
り、スラグの剥離性を良くする効果があり、ワイヤ全重
量に対して０．１重量％以上含有させる必要がある。一
方、マトリックス中に固溶した金属Ｓｉは硫酸環境など
に対する耐全面腐食性を向上させる効果があるが、Ｓｉ
の含有量が１．５重量％を超えると溶接時に金属間化合
物（σ相など）の生成を促進し、溶接金属の耐食性及び
靭性を損なう。従って、Ｓｉの含有量は０．１〜１．５
重量％とする。

【００１０】Ｍｎは、オーステナイト相の安定と高強度
を得るための基本成分であるＮの溶解度を高くするた
め、及びマトリックス中のＳを固定し、耐高温割れ性を
向上させるのに有用な元素であり、０．１重量％以上含
有させる必要がある。しかし、Ｍｎの含有量が１．５重
量％を超えると溶接金属の耐孔食性及び靭性の観点から
好ましくない。従って、Ｍｎの含有量は０．１〜１．５
重量％とする。

【００１１】Ｐは、原料から不可避的に混入する好まし
くない不純物である。０．０１５重量％は許容上限値で
あり、これ以下で少なければ少ないほど良い。即ち、Ｐ
の含有量が０．０１５重量％を超えると溶接金属の耐孔
食性や靭性を損ない、高温割れ感受性を高める。

【００１２】Ｓも、前記Ｐと同様に原料から不可避的に
混入する不純物元素であり、その含有量が０．００５重
量％を超えると溶接金属の耐孔食性を劣化させ高温割れ
感受性を高める。従って、Ｓの含有量は０．００５重量
％以下とし、できるだけ少ないほうが良い。

【００１３】Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であ
り、溶接時にσ相などの金属間化合物の析出を抑制し、
靭性、耐孔食性を向上させるために１８．０重量％以上
含有させる必要がある。しかし、過剰なＮｉの添加は溶
接材料の価格上昇を招き、前記従来のＮｉ基溶接材料と
の価格差がなくなるため上限を４３．０重量％とする。
従って、Ｎｉの含有量は１８．０〜４３．０重量％とす
る。

【００１４】Ｃｒは、高級耐食ステンレス鋼として十分
な耐食性を確保するために少なくとも１８．０重量％含
有させる必要がある。しかし、Ｃｒの含有量が２５．０
重量％を超えると溶接時にσ相などの金属間化合物の析
出を助長し、靭性、耐孔食性を著しく損なう。従って、
Ｃｒの含有量は１８．０〜２５．０重量％とする。

【００１５】Ｍｏは、塩化物環境下での耐孔食性、耐隙
間腐食性を向上させる元素であり、２．０重量％以上含
有させる必要がある。しかし、Ｍｏの含有量が９．０重
量％を超えると溶接時にσ相などの金属間化合物の析出
を助長し、靭性、耐孔食性、耐隙間腐食性を損なう。従
って、Ｍｏの含有量は２．０〜９．０重量％とする。

【００１６】Ｔｉは、マトリックス中のＣと高い親和力
を持ち、Ｍ₂₃Ｃ₆型炭化物の析出を抑制するため、マト
リックス中のＣｒなどの有用な元素の含有量低減を抑制
することができる。また、強い脱酸作用を有しているた
め、溶融金属中の酸素量を減少させ、溶融金属の粘性を
上げることができる。一方、Ｔｉはその強い脱酸作用の
ため、溶接時のスパッタの増加を招き、溶接作業性を悪
化させるため、必要に応じて１．０重量％以下含有させ
ることができる。

【００１７】Ｃｕは、耐食性、特に硫酸などの酸に対す
る耐食性を向上させる元素として、必要に応じて添加す
ることができる。また、Ｃｕは、還元性のｐＨ（ペーハ
ー）の低い環境、例えば硫酸あるいは硫化水素を含む環
境での耐食性を向上させる。しかし、Ｃｕの含有量が
１．５重量％を超えると溶接金属の靭性を低下させるの
で、含有させる場合でもその量を１．５重量％以下とす
る。

【００１８】Ｎは、オーステナイト相安定化元素の一つ
で、また耐孔食性を向上させ、溶接金属の強度を増加さ
せる重要な元素である。しかし、Ｎの含有量が０．１０
重量％以下ではその効果が不十分である。一方、Ｎの含
有量が０．２５重量％を超えると、溶接時にブローホー
ルなどの溶接欠陥を生じ易くなり、溶接金属の健全性を
損なう。従って、Ｎの含有量は０．１０〜０．２５重量
％とする。

【００１９】本発明には、その他成分として良好な溶接
金属外観、溶接作業性等を得ることを目的として、造滓
成分をフラックス中に添加している。この造滓成分は、
例えば、ルチール、チタン白、チタン酸カルシウム、イ
ルミナイト、ジルコンサンド、珪灰石、カリ長石、ソー
ダ長石、ムライト、炭酸石灰、炭酸バリウム、炭酸マグ
ネシウム、炭酸マンガン、炭酸リチウム、ホタル石、マ
グネシアクリンカー、焼成３２酸化マンガン、弗化ソー
ダ、弗化リチウム等が添加でき、これらの３種以上の混
合物から成るものとする。また、Ｆｅはステンレス鋼の
基本構成成分である。

【００２０】本発明の金属外皮中もしくはフラックス中
には、前記の特定成分以外にも必要に応じて次のような
成分を本発明の要旨を逸脱しない範囲で添加することが
できる。例えば、耐食性、組織安定性調整のためにＮ
ｂ、Ｗ、Ａｌ、Ｂ、Ｃｏ等が添加できる。

【００２１】また、本発明においては、以上の成分で設
計されたフラックス入りワイヤの全溶着金属の化学成分
が常温海水中での耐孔食性を付与するために、Ｃｒ＋３
Ｍｏ＋２０Ｎ≧４０なる条件を満足することが必要であ
る。

【００２２】

【実施例】次に本発明を実施例で具体的に説明する。実施例１〜６，比較例１〜１３表１に示す化学成分組成のオーステナイト系ステンレス
鋼からなる外皮用帯鋼Ａ〜Ｄ（ストリップ材：０．５０
ｍｍ厚×１０ｍｍ幅）に、表２に示すそれぞれの成分組
成の金属粉成分を内包し、直径１．２ｍｍに仕上げ伸線
したステンレス鋼フラックス入りワイヤを製作した。得
られたワイヤを溶接した際の全溶着金属の化学成分、組
織安定性、耐食性、溶接作業性及びワイヤ単価を次の方
法で調査した。

【００２３】［全溶着金属の化学成分］全容着金属の化
学成分分析は、ＪＩＳＺ３３２３の全溶着金属の化
学成分分析方法に準拠して行った。結果は表４に示す。

【００２４】［組織安定性］組織安定性は、全溶着金属
上にビードオンプレートにて溶接を行い、この溶接ビー
ド断面部を１０％ＮａＯＨで電解エッチし、顕微鏡観察
によりオーステナイト相以外の析出相の有無を確認し
た。その際、ブローホールの発生が確認された場合、析
出相有りとして扱った。尚、試験ビード溶接時の試験板
の温度は１００℃とした。結果は表５に示すが、以下の
判定基準により評価した結果を記載した。 ○：完全オーステナイト相 ×：オーステナイト相以外の析出相及びブローホール発
生

【００２５】［耐食性］耐食性は、全溶着金属を用い、
孔食試験にて評価を行った。試験条件、試験溶液を表３
に示す。結果は表５に示すが、試験片表面の孔食の発生
の有無を１０倍で確認し、以下の判定基準により評価し
た結果を記載した。 ○：孔食の発生無し ×：孔食の発生有り

【００２６】［溶接作業性］溶接作業性は、板厚６ｍｍ
のＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌを用い、ビードオンプレート溶接
を行い、スパッタ発生の有無を以下の基準で調べた。結
果は表５に示すが、以下の判定基準により評価した結果
を記載した。 ○：母材に付着したスパッタの直径が０．５ｍｍ以下 ×：母材に付着したスパッタの直径が０．５ｍｍ以上の
ものあり

【００２７】［ワイヤ単価］ワイヤの単価はインコネル
６２５系フラックス入りワイヤと比較した。結果は表５
に示すが、以下の判定基準により評価した結果を記載し
た。 ○：インコネル６２５系フラックス入りワイヤの２／３
以下 ×：インコネル６２５系フラックス入りワイヤの２／３
以上尚、試験片溶接時の溶接条件は、溶接電流２００Ａ、溶
接電圧３２Ｖで、シールドガスに１００％ＣＯ₂を用
い、流量は２０Ｌ／ｍｉｎとした。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】

【表５】

【００３３】表５より本発明の高耐食オーステナイト系
ステンレス鋼用フラックス入りワイヤである実施例１〜
６はいずれも析出相は確認されず、良好な耐食性を有し
ており、スパッタの発生も少なく、従来のＮｉ基合金ワ
イヤよりも低価格でワイヤ提供ができる。これに対し、
表１、表２、及び表５より比較例１は、Ｔｉが高すぎる
ためスパッタが多い。比較例３はＮが高すぎるため、ブ
ローホールが発生しており、また、固溶しきれない窒素
が外部に大量に放出されるため、スパッタが多い。比較
例２，７，９はそれぞれＮが低いため、Ｃｒが低いた
め、Ｍｏが低いため、全溶着金属の化学成分がＣｒ＋３
Ｍｏ＋２０Ｎ≧４０の条件を満たせず、耐食性が悪い。
また、比較例４、６、１０、１１、１２、１３は全溶着
金属の化学成分がＣｒ＋３Ｍｏ＋２０Ｎ≧４０の条件は
満たしているが、それぞれＣｕが高いため、Ｎｉが低い
ため、Ｍｏが高いため、Ｃｒが高いため、Ｍｎが高いた
め、Ｓｉが高いため組織中に析出相がでており、これを
起点とし腐食が発生し、耐食性が悪い。比較例５はＣが
高いため、粒界に炭化物が析出しやすく、粒界の耐食性
が悪い。比較例８は、組織安定性、耐食性、溶接作業性
に優れるが、Ｎｉが高いためワイヤ単価がＮｉ基合金と
ほぼ同じであり、高価な溶接材料となってしまう。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の高耐食ステ
ンレス鋼用フラックス入りワイヤは、ＳＵＳ３１７Ｊ５
Ｌ等に代表される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼
以上の耐食性を有し、組織安定性に優れ、かつＮｉ基合
金溶接材料に比べ非常に安価で、かつ、高能率な溶接作
業が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者天野影博神奈川県川崎市川崎区小島町４番２号日本冶金工業株式会社川崎製造所内 (72)発明者岡庭匡史神奈川県川崎市川崎区藤崎２−３−９− 403 (72)発明者平井秀夫神奈川県横浜市栄区小菅ヶ谷町2911 (72)発明者岡崎司神奈川県横須賀市金谷２−12−１−506 Ｆターム(参考） 4E084 AA39 GA07 HA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属外皮中にフラックスを充填してなる
ワイヤにおいて、金属外皮及びフラックス中にワイヤ全
重量に対して、Ｃ：０．０３０重量％以下，Ｓｉ：０．
１〜１．５重量％，Ｍｎ：０．１〜１．５重量％，Ｐ：
０．０１５重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以下，Ｎ
ｉ：１８．０〜４３．０重量％，Ｃｒ：１８．０〜２
５．０重量％，Ｍｏ：２．０〜９．０重量％，Ｔｉ：
１．０重量％以下，Ｃｕ：１．５重量％以下，Ｎ：０．
１０〜０．２５重量％を含有し、残部が造滓成分及びＦ
ｅからなることを特徴とする高耐食オーステナイト系ス
テンレス鋼用フラックス入りワイヤ。