JP2005023357A - 溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手を提供する。
【解決手段】質量％で、母材は、Ｃ：０．００１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％およびＮ：０．００１〜０．１５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物（Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下）であるステンレス鋼で、溶接金属は、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ下記▲１▼式を満足する鋼である溶接継手。さらに、Ｍｏ（０．０５〜３．０％）と、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒの中のいずれか１種以上（０．００１〜０．５％）と、Ｃａ（０．０００３〜０．０１０％）の三つのグループのうちの何れか一以上のグループに属する元素が含まれていてもよい。
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、母材は、Ｃ：０．００１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％およびＮ：０．００１〜０．１５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物（Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下）であるステンレス鋼で、溶接金属は、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ下記▲１▼式を満足する鋼である溶接継手。さらに、Ｍｏ（０．０５〜３．０％）と、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒの中のいずれか１種以上（０．００１〜０．５％）と、Ｃａ（０．０００３〜０．０１０％）の三つのグループのうちの何れか一以上のグループに属する元素が含まれていてもよい。
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学プラント、海水を扱うプラント、原子力プラント等の各種のプラントにおける装置類、配管などの溶接構造物の建造に欠かせない溶接継手であって、特に、溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス鋼は優れた耐食性を有することから、化学プラント、海水を扱うプラント、原子力プラント等の各種のプラントをはじめ、広範な用途に使用されている。これらのステンレス鋼が構造用あるいは配管用の部材として使用される場合、溶接によって施工されることが多い。その際、これら部材を幾つも継ぎ合わせて溶接し、溶接構造物とするので、個々の溶接継手の工作における施工性は極めて重要である。そのため、溶接される母材に対してはもちろんのこと、溶接材料に対しても良好な溶接性が求められる。
【０００３】
ステンレス鋼の溶接性の向上については、従来から数多くの技術的検討がなされている。例えば、特許文献１には、薄板のＴＩＧ溶接に際し、高速溶接を可能にするため、Ｃｕ含有量を所定の範囲とし、ＳｉとＭｎとＳの含有量の関係を規定した、センター落ちおよびアンダーカット等の欠陥のほとんど生じない、優れた溶接性を有するオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。さらに、特許文献２には、開先近傍へのＣｕ、Ｃｕ合金付着に起因する溶接熱影響部での割れ感受性を低減するために、Ｃｕ含有量を０．０８％以下と低く制限するとともに、Ｎｉバランスを所定の範囲内に規定したオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
【０００４】
また、溶接材料に関しては、特許文献３に、特にＭｏの含有量を適正化するとともに、ＭｎとＳの含有量の関係、ＡｌとＯ（酸素）の含有量の関係を規定した、高温で使用される高強度、高耐食フエライト鋼用の溶接施工性に優れた溶接材料が開示されている。
【０００５】
一方、溶接時の高温割れを防止するため、溶接金属中に生成するδフェライトの比率を高くすることが知られているが、δフエライトが生成すると、δフエライトそのものによる低温靭性の低下、成分元素の分配、偏析による耐食性の劣化などが懸念される。これに対して、特許文献４では、溶接金属のＮｉ等量とＣｒ等量の和を制限し（但し、Ｍｎを除く）、かつＭｎを適正量添加することにより、溶接金属中にδフエライトを生成させることなく高温割れが抑制され、低温靭性および高温脆化が改善された溶接金属が得られるオーステナイト系ステンレス鋼用の溶接材料が開示されている。
【０００６】
しかし、前記溶接性が改善されたオーステナイト系ステンレス鋼が使用され、あるいは溶接時に前記特定の溶接材料が用いられても、その適用対象が化学プラントや原子力プラント等の配管の場合、それに要求される円周溶接性については必ずしも十分ではない。前記特許文献１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼は厚さ２ｍｍ以下の薄鋼板で、プラント用配管とは溶接条件が異なり、特許文献２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼は溶接熱影響部の割れ感受性を低下させた鋼で、溶接性は考慮されていない。特許文献４に記載の溶接材料も溶接施工性を改善するという視点からの検討はなされていない。また、特許文献３に記載の溶接材料は溶接部に母材に匹敵する高温強度と耐高温腐食性を付与し、しかも優れた溶接施工性を有しているが、後に示す本発明の特徴であるＣｕの特有の作用およびオーステナイト組織の熱収縮を利用するものではない。
【０００７】
ステンレス鋼がプラント用の配管として使用される場合、優れた耐食性に加えて、前記円周溶接性に優れることが要求される。「円周溶接性」とは、管材を溶接する際に高温割れやアンダーカットなどの溶接欠陥が生じないことはもちろん、健全な溶接ビードが容易に得られるという溶接施工性を意味する。具体的には、ビード幅の均−な裏ビードが形成され易いという特性である。
【０００８】
この溶接施工性の改善を図るべく、特許文献５では、溶接時のビード幅の均一性を確保するためにＳの上限を規定し、Ｓ低減に伴う裏ビード形成能の低下を溶融池のＯ（酸素）およびＡｌの含有量の関係を規定した溶接施工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼および溶接材料が開示されている。しかし、Ｓ含有量は０．００５％以下、Ａｌ含有量は０．０１０％以下と低く抑えられており、実用上は上限の緩和が望まれる。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６３−６０２６０号公報
【特許文献２】
特開昭５９−１５３８７０号公報
【特許文献３】
特開平８−２９４７９３号公報
【特許文献４】
特開平７−３１４１７８号公報
【特許文献５】
特開平９−１３７２５５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、その目的は、プラント用の配管として使用される際に、健全な溶接ビードが容易に得られる（具体的には、ビード幅の均−な裏ビードが形成され易い）溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者らは、厳しい腐食環境における耐食性を備え、かつ溶接施工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼についての研究を行った。その結果、下記（ａ）〜（ｄ）の知見を得た。
【００１２】
（ａ） Ｓは鋼中の裏ビード形成能を高めるが、耐食性や溶接ビード幅の均一性を悪くするため、通常は、Ｓ含有量を極力低減する。このＳ含有量の低減によって低下する裏ビード形成能は、Ｃｕを含有させることにより改善できる。これは、本発明者らが新たに知見した効果で、Ｃｕを０．０５％以上含有させると、例えば、図１（イ）に示すように、母材１を突合わせ溶接する際に形成される溶融池２で、内向き対流３が促進され、ビード幅Ｗｂが小さくなり、溶融金属の重力による垂れ落ちが抑制されるため、健全な裏ビードが形成される。図１（ロ）は溶融池２で外向き対流４が促進されている場合で、母材１の溶融が進行し易くビード幅Ｗｂが大きくなり、溶融金属の重力による垂れ落ち５が生じて裏ビード形状が悪くなる。
【００１３】
（ｂ） 溶接金属部のδフェライト組織とオーステナイト組織の線膨張係数の差を利用することにより、健全な裏ビードが形成される。
【００１４】
オーステナイト組織はδフエライト組織と比べると線膨張係数が大きい。そのため、溶接金属部におけるオーステナイト組織の比率が１００％であれば、溶接後の冷却時にビードが適度に熱収縮し、溶融池が保持され（溶融金属の垂れ落ちが抑制され）るため健全な裏ビードが形成される。しかし、溶接金属部におけるδフェライト組織の比率が多くなると、ビードの熱収縮が小さくなって溶融池を保持できなくなるとともに、オーステナイト組織とδフェライト組織の局部的な熱収縮の差が大きくなって、裏ビード形状が悪くなる。
【００１５】
（ｃ） 前記（ａ）に記載した溶融池での内向き対流の促進によるＣｕの裏ビード形成能はＳと比べると小さいが、Ｃｕはオーステナイト形成元素として線膨張係数の大きいオーステナイト相を安定化させるので、Ｃｕを添加することにより溶接金属部におけるδフェライト組織率（オーステナイト組織に対するδフェライト組織の面積率）が適正化され、前記のように溶融池が保持されて健全な裏ビードが形成される。すなわち、母材であるオーステナイト系ステンレス鋼に優れた溶接施工性を付与することが可能になる。
【００１６】
（ｄ） Ｃｕの添加は母材の耐食性改善に対しても効果がある。
【００１７】
本発明はこれらの知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記の溶接継手にある。なお、合金元素の「％」は「質量％」を意味する。
【００１８】
『母材と溶接金属とを備える溶接継手であって、母材は、Ｃ：０．００１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％およびＮ：０．００１〜０．１５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下であるステンレス鋼であり、溶接金属は、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ下記▲１▼式
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼
を満足する鋼である溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手。』
前記溶接継手は、母材が、前記の成分に加えて、さらに、Ｍｏ：０．０５〜３．０％（これを「第１グループ」という）、Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上：０．００１〜０．５％（これらを「第２グループ」という）、および、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％（これを「第３グループ」という）、の三つのグループのうちの何れか一以上のグループに属する元素（成分）を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下であるステンレス鋼であり、溶接金属が、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ前記▲１▼式を満足する鋼であってもよい。
【００１９】
なお、前記▲１▼式の「Ｃｕ（％）」は、母材のＣｕ含有量（質量％）を表し、「Ｎｄ」は、溶接金属部におけるδフェライト組織率（オーステナイト組織に対するδフェライト組織の面積率（％））を意味する。
【００２０】
また、ここでいうステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼で、具体的に例示すると、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３４７等を指す。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手に含まれる各成分の作用効果とその含有量の限定理由について詳細に説明する。なお、母材の化学組成と溶接金属のそれとはほとんど同じなので、ここでは区別せずに説明する。
【００２２】
Ｃ：０．００１〜０．１０％
Ｃはオーステナイト形成元素としてオーステナイト相の安定に寄与する。しかし、過剰に含有させると炭化物を形成し、耐食性の劣化を招く。特に、溶接熱影響部ではＣｒ炭化物の析出に起因して粒界腐食感受性が高くなり（鋭敏化され）、耐食性の劣化が顕著になる。この鋭敏化を防止するにはＣ含有量をできる限り低くするのが有効であり、Ｃ含有量は０．１０％以下とする。望ましくは、０．０５％未満である。過度に低減させようとすると製造コストが増大するので、Ｃ含有量の下限は０．００１％とする。
【００２３】
Ｓｉ：０．１〜１．０％
Ｓｉは脱酸剤として添加されるが、過剰に含まれると溶接時の高温割れ感受性が増大するので、Ｓｉ含有量の上限は１．０％とする。望ましくは、実用鋼としての価格の面から、０．６０％である。脱酸剤としての作用効果を得るため、下限は０．１％とする。
【００２４】
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは脱酸剤として添加され、熱間加工性の向上、オーステナイト相の安定にも寄与する。また、溶接時に、Ｓを固定化して高温割れ防止に主要な役割を果たす元素である。しかし、過剰に含有させると、溶接部表面に硫化物が優先的に濃化し、鋼材の耐食性を低下させるとともに、溶接作業性の低下、ヒュームの発生などの問題が生じる。従って、Ｍｎ含有量の上限は２．０％とする。望ましくは、１．５％である。前記の諸効果を得るため、下限は０．１％とする。
【００２５】
Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、前述したように、溶接時に形成される溶融池での内向き対流を促進させ、ビード幅を小さくして溶融金属の重力による垂れ落ちを抑制し、健全な裏ビード形成に寄与する。さらに、Ｃｕを添加することにより溶接金属部におけるδフェライト組織率を適正に維持し、母材鋼に優れた溶接施工性を付与することができる。オーステナイト組織はδフェライト組織と比べると溶接後の熱収縮が大きく、溶融池が保持されるので健全な裏ビードが形成されるが、Ｃｕはオーステナイト形成元素としてオーステナイト相を安定化させるからである。また、Ｃｕの添加は母材の耐食性の改善にも効果がある。
【００２６】
前記内向き対流の促進はＣｕ含有量が０．０５％未満では十分に行われないので、Ｃｕ含有量の下限は０．０５％とする。望ましくは０．１５％である。一方、Ｃｕが過剰に含まれると、溶接時の高温割れ感受性が高くなるので、Ｃｕ含有量の上限は１．０％とする。望ましくは０．８％である。さらに望ましくは０．５％である。
【００２７】
Ｃｒ：１５〜３０％
Ｃｒは溶接部の耐酸化性および耐食性の確保に不可欠な元素である。Ｃｒ含有量が１５％未満ではこの効果が十分に得られない。一方、３０％を超えて含まれると、加工性が低下し、また実用鋼としての価格の面で不利になる。従って、Ｃｒ含有量は、１５〜３０％とする。望ましくは、１６％以上２５％未満である。
【００２８】
Ｎｉ：８〜３０％
Ｎｉはオーステナイト相を安定させ、良好な耐食性を確保するために重要な元素である。オーステナイト相を安定させるという観点から、最低８％は必要である。Ｎｉ含有量の上限は、溶接性の観点からＣｒ含有量との相関があり、３０％とする。従って、Ｎｉ含有量は、８〜３０％、望ましくは、８〜２５％、より望ましくは、８〜２０％である。
【００２９】
Ｎ：０．００１〜０．１５％
Ｎはオーステナイト相を安定化させ、同時に溶接金属の強度を高めるのに有効な元素であるが、過剰に含有させると裏ビード形成能を劣化させる。さらに、鋼中のＣｒと結合してＣｒ窒化物を形成し、粒界耐食性を低下させる。従って、Ｎ含有量は０．００１〜０．１５％とする。望ましくは、０．００５〜０．１０％である。
【００３０】
本発明の溶接継手を構成する母材と溶接金属は、前記の成分以外、残部はＦｅと不純物からなるものである。不純物としては、ＰおよびＳの上限を抑えることが必要である。
【００３１】
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは多量に存在すると溶接部の加熱脆化を招くので、できるだけ少ないことが望ましい。従って、その含有量は０．０５％以下とする。
【００３２】
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは溶融池の溶け込み深さを深くし、裏ビード形成能を向上させるのに有用な元素である。しかし、過剰に添加すると、形成された硫化物が耐食性を劣化させたり、加工時のキズ発生の原因となる。さらに、溶接時の高温割れ感受性が高くなる。従って、その含有量は０．０５％以下とする。望ましくは、０．０１％以下である。
【００３３】
その他の不純物としては、Ａｌの上限を抑えることも重要である。Ａｌは強力な脱酸剤で、溶製時に添加されるが、窒化物や酸化物として析出し、溶接部の性状を悪化させるとともに、耐食性を低下させる。従って、その含有量は０．０４％以下とするのが望ましい。
【００３４】
本発明の溶接継手（母材および溶接金属）は、さらに、前記第１グループ（Ｍｏ：０．０５〜３．０％）、前記第２グループ（Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上：０．００１〜０．５％）、および、前記第３グループ（Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％）、の三つのグループのうちの何れか一以上のグループに属する成分を含むものであってもよい。これらの成分の作用効果と含有量の適正範囲は下記のとおりである。
【００３５】
Ｍｏ：０．０５〜３．０％
Ｍｏは不働態皮膜の安定化に効果があり、耐孔食性や耐全面腐食性を確保するためには有効な元素なので添加してもよい。しかし、その含有量が０．０５％未満では前記効果は小さいので、添加する場合には、その含有量が０．０５％以上となるように添加する。一方、フエライト形成元素としてフエライト相の安定に寄与するので、過剰な添加は溶接施工性を劣化させるとともに、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等とともに金属間化合物として粒界に析出すると、粒界における耐食性を低下させる。従って、Ｍｏ含有量の上限は、３．０％とする。望ましくは、２．５％である。
【００３６】
Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上：０．００１〜０．５％
Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒはいずれも鋼中のＣと結びつき、粒内に炭化物を形成する。これにより、溶接熱影響部におけるＣｒ炭化物の析出に起因するＣｒ欠乏層の形成が抑制され、溶接継手の耐食性が改善される。従って、Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上を必要に応じて添加してもよい。添加する場合、前記の作用効果を十分に発揮させるために、これらの元素の中のいずれか１種以上を０．００１％以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると溶接施工性や熱間加工性が低下するので、前記含有量の上限は、０．５％とする。
【００３７】
Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％
Ｃａは鋼の熱間加工性を改善するので、必要に応じて添加してもよい。添加する場合、その作用効果を十分に発揮させるために０．０００３％以上含有させる必要がある。但し、過剰に含有させると耐食性が低下するので、その含有量の上限は０．０１０％とする。
【００３８】
本発明の溶接継手を構成する母材と溶接金属は、前記の成分を含むものであるが、溶接金属にあっては、さらに、δフエライト組織率Ｎｄ（すなわち、オーステナイト組織に対するδフェライト組織の面積率（％））が１０％以下で、かつ下記▲１▼式を満足する鋼であることが必要である。
【００３９】
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼
前記のδフエライト組織率Ｎｄを１０％以下とするのは、次の理由による。すなわち、先に述べたように、オーステナイト組織は線膨張係数が大きく、溶接金属部のオーステナイト組織の比率が仮に１００％であれば、溶接施工後の冷却時にビードが適度に熱収縮し、溶融池が保持されるため健全な裏ビードが形成されるが、δフェライト組織の比率が高くなると、ビードの熱収縮が小さくなって溶融池を保持できなくなり、裏ビード形状が悪くなる。前記溶融池の保持が可能か否かの境界をなすδフエライト組織率Ｎｄが１０％で、Ｎｄが１０％以下であれば、健全な裏ビードが形成される。なお、δフエライト組織率Ｎｄは、ミクロ組織観察により、オーステナイト組織の面積とδフェライト組織の面積を求め、下記▲２▼式により算出される比率（％）である。
【００４０】
Ｎｄ＝（δフェライト組織の面積／オーステナイト組織の面積）×１００・・▲２▼
また、δフエライト組織率Ｎｄが前記▲１▼式を満たすことが必要とされるのは、後述する実施例に示した試験結果によるものである。
【００４１】
図２は、溶接金属のＣｕ含有量と溶接金属のδフエライト組織率Ｎｄとの関係を示す図である。図中の○印が本発明例で、図中に示した曲線Ａが、式：Ｃｕ（％）＝（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ で表される曲線である。
【００４２】
この図から、良好な溶接施工性を得る（つまり、本発明例である）ためには、溶接金属がこの曲線Ａよりも左方、すなわち、前記の▲１▼式を満たす必要があることがわかる。なお、図中に示した破線ＢはＮｄの上限１０％であり、破線Ｃおよび破線ＤはそれぞれＣｕ含有量の下限０．０５％および上限１．０％で、溶接金属が満たすべき他の条件の境界値を表している。従って、本発明の溶接継手を構成する溶接金属は、ＮｄとＣｕ含有量については、曲線Ａ、破線Ｂ、ＣおよびＤで囲まれる領域内の値を示すものであることが必要となる。
【００４３】
本発明の溶接継手を作製するに際し、溶接法としては、ステンレス鋼の溶接において通常使用されている溶接法であればいずれも適用できる。アーク溶接法が一般的である。その中でも、ＴＩＧ溶接法、ＭＩＧ溶接法等が好適である。
【００４４】
溶加材（溶接材料）としては、被溶接材である母材をそのまま溶接材料として使用する共金溶接材料が母材と溶接金属の化学組成をほぼ同じにし得るので望ましいが、溶接金属の化学組成が本発明で規定する母材の化学組成の範囲内に入るのであれば、高Ｎｉ合金用の溶接材料、その他の溶接材料であってもよい。
【００４５】
本発明の溶接継手は、母材ステンレス鋼が優れた溶接施工性を有しているので、特に、プラント用配管等に使用する場合、ビード幅の均一な裏ビードが形成され易く、健全な溶接ビードを容易に得ることができる。
【００４６】
【実施例】
表１に示す化学組成のステンレス鋼（１８種類）を溶製し、それぞれについて、熱間押出、冷間引き抜き加工、溶体化処理の各工程を経て、外径２００ｍｍ、肉厚２０ｍｍの鋼管に成形した。なお、表１において、「−」印は、その成分を添加していないことを示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
これらの鋼管の端面を機械加工によりＲｍａｘ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９８２年制定）に規定される最大高さ）で１００μｍに仕上げ、ルート間隔ＯｍｍのＩ開先で突き合わせて、円周自動ＴＩＧ溶接機により、平均入熱量が約５ｋＪ／ｃｍになる条件で溶接継手を作製し、そのときの溶接施工性および各継手の溶接金属部のδフェライト組織率を調査した。
【００４９】
溶接施工性については、「溶接ビードの均一性」と「裏ビード形成能」を調査した。溶接ビードの均一性の調査においては、得られた溶接ビードの定常幅を円周方向に３ｍｍの等間隔で測定し、最大ビード幅と最小ビード幅の差が２ｍｍ以下であれば「良好」、２ｍｍ超のときは「不芳」と評価した。また、裏ビード形成能の調査においては、管内面側を観察し、裏ビードが１００％形成されていれば「良好」、そうでなければ「不芳」と評価した。
【００５０】
溶接金属部のδフェライト組織率Ｎｄについては、作製した溶接継手から溶接金属部断面のミクロ試験片を採取し、ミクロ組織観察の画像処理により溶接金属部のδフェライト組織およびオーステナイト組織の面積をそれぞれ求め、前記▲２▼式、すなわち、Ｎｄ＝（δフェライト組織の面積／オーステナイト組織の面積）×１００によりＮｄを求めた。
【００５１】
溶接施工性（溶接ビードの均一性および裏ビード形成能）の調査結果を表２に示す。表２において、○印は「良好」であることを、×印は「不芳」であることを表す。また、δフエライト組織率Ｎｄとそれを代入して求められる前記▲１▼式の右辺の計算値を表１に併せて示す。
【００５２】
【表２】
【００５３】
表１から明らかなように、本発明例Ｎｏ．１〜１２に示したステンレス鋼は、それを用いて作製した溶接継手の溶接金属がδフェライト組織率Ｎｄおよび▲１▼式の規定を満たしており、表２に示すように、溶接ビードの均一性、裏ビード形成能のいずれも良好で、溶接施工性に優れている。
【００５４】
一方、比較例Ｎｏ．１３〜１５に示したステンレス鋼は、Ｃｕ含有量が本発明で規定する範囲から外れ、溶接継手の溶接金属がδフェライト組織率Ｎｄおよび▲１▼式の規定のいずれかを満足せず、比較例Ｎｏ．１６〜１８に示したステンレス鋼は、化学組成は本発明の規定範囲内であるが、継手の溶接金属がやはりδフェライト組織率Ｎｄおよび▲１▼式の規定のいずれかを満足せず、表２に示すように、いずれも溶接ビードの均一性および裏ビード形成能の両方が不芳か、または裏ビード形成能が不芳で、溶接施工性が劣った。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の溶接継手は、母材ステンレス鋼が優れた溶接施工性を有しているので、特に、プラント配管等に使用する場合、健全な溶接ビードを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接時に溶融池で生じる対流を模式的に示す図で、（イ）は内向き対流が生じている場合、（ロ）は外向き対流が生じている場合である。
【図２】実施例の結果で、溶接金属のＣｕ含有量と溶接金属のδフエライト組織率Ｎｄとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１：母材
２：溶融池
３：内向き対流
４：外向き対流
５：重力による垂れ落ち
Ｗｂ：ビード幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学プラント、海水を扱うプラント、原子力プラント等の各種のプラントにおける装置類、配管などの溶接構造物の建造に欠かせない溶接継手であって、特に、溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーステナイト系ステンレス鋼は優れた耐食性を有することから、化学プラント、海水を扱うプラント、原子力プラント等の各種のプラントをはじめ、広範な用途に使用されている。これらのステンレス鋼が構造用あるいは配管用の部材として使用される場合、溶接によって施工されることが多い。その際、これら部材を幾つも継ぎ合わせて溶接し、溶接構造物とするので、個々の溶接継手の工作における施工性は極めて重要である。そのため、溶接される母材に対してはもちろんのこと、溶接材料に対しても良好な溶接性が求められる。
【０００３】
ステンレス鋼の溶接性の向上については、従来から数多くの技術的検討がなされている。例えば、特許文献１には、薄板のＴＩＧ溶接に際し、高速溶接を可能にするため、Ｃｕ含有量を所定の範囲とし、ＳｉとＭｎとＳの含有量の関係を規定した、センター落ちおよびアンダーカット等の欠陥のほとんど生じない、優れた溶接性を有するオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。さらに、特許文献２には、開先近傍へのＣｕ、Ｃｕ合金付着に起因する溶接熱影響部での割れ感受性を低減するために、Ｃｕ含有量を０．０８％以下と低く制限するとともに、Ｎｉバランスを所定の範囲内に規定したオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。
【０００４】
また、溶接材料に関しては、特許文献３に、特にＭｏの含有量を適正化するとともに、ＭｎとＳの含有量の関係、ＡｌとＯ（酸素）の含有量の関係を規定した、高温で使用される高強度、高耐食フエライト鋼用の溶接施工性に優れた溶接材料が開示されている。
【０００５】
一方、溶接時の高温割れを防止するため、溶接金属中に生成するδフェライトの比率を高くすることが知られているが、δフエライトが生成すると、δフエライトそのものによる低温靭性の低下、成分元素の分配、偏析による耐食性の劣化などが懸念される。これに対して、特許文献４では、溶接金属のＮｉ等量とＣｒ等量の和を制限し（但し、Ｍｎを除く）、かつＭｎを適正量添加することにより、溶接金属中にδフエライトを生成させることなく高温割れが抑制され、低温靭性および高温脆化が改善された溶接金属が得られるオーステナイト系ステンレス鋼用の溶接材料が開示されている。
【０００６】
しかし、前記溶接性が改善されたオーステナイト系ステンレス鋼が使用され、あるいは溶接時に前記特定の溶接材料が用いられても、その適用対象が化学プラントや原子力プラント等の配管の場合、それに要求される円周溶接性については必ずしも十分ではない。前記特許文献１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼は厚さ２ｍｍ以下の薄鋼板で、プラント用配管とは溶接条件が異なり、特許文献２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼は溶接熱影響部の割れ感受性を低下させた鋼で、溶接性は考慮されていない。特許文献４に記載の溶接材料も溶接施工性を改善するという視点からの検討はなされていない。また、特許文献３に記載の溶接材料は溶接部に母材に匹敵する高温強度と耐高温腐食性を付与し、しかも優れた溶接施工性を有しているが、後に示す本発明の特徴であるＣｕの特有の作用およびオーステナイト組織の熱収縮を利用するものではない。
【０００７】
ステンレス鋼がプラント用の配管として使用される場合、優れた耐食性に加えて、前記円周溶接性に優れることが要求される。「円周溶接性」とは、管材を溶接する際に高温割れやアンダーカットなどの溶接欠陥が生じないことはもちろん、健全な溶接ビードが容易に得られるという溶接施工性を意味する。具体的には、ビード幅の均−な裏ビードが形成され易いという特性である。
【０００８】
この溶接施工性の改善を図るべく、特許文献５では、溶接時のビード幅の均一性を確保するためにＳの上限を規定し、Ｓ低減に伴う裏ビード形成能の低下を溶融池のＯ（酸素）およびＡｌの含有量の関係を規定した溶接施工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼および溶接材料が開示されている。しかし、Ｓ含有量は０．００５％以下、Ａｌ含有量は０．０１０％以下と低く抑えられており、実用上は上限の緩和が望まれる。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６３−６０２６０号公報
【特許文献２】
特開昭５９−１５３８７０号公報
【特許文献３】
特開平８−２９４７９３号公報
【特許文献４】
特開平７−３１４１７８号公報
【特許文献５】
特開平９−１３７２５５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、その目的は、プラント用の配管として使用される際に、健全な溶接ビードが容易に得られる（具体的には、ビード幅の均−な裏ビードが形成され易い）溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者らは、厳しい腐食環境における耐食性を備え、かつ溶接施工性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼についての研究を行った。その結果、下記（ａ）〜（ｄ）の知見を得た。
【００１２】
（ａ） Ｓは鋼中の裏ビード形成能を高めるが、耐食性や溶接ビード幅の均一性を悪くするため、通常は、Ｓ含有量を極力低減する。このＳ含有量の低減によって低下する裏ビード形成能は、Ｃｕを含有させることにより改善できる。これは、本発明者らが新たに知見した効果で、Ｃｕを０．０５％以上含有させると、例えば、図１（イ）に示すように、母材１を突合わせ溶接する際に形成される溶融池２で、内向き対流３が促進され、ビード幅Ｗｂが小さくなり、溶融金属の重力による垂れ落ちが抑制されるため、健全な裏ビードが形成される。図１（ロ）は溶融池２で外向き対流４が促進されている場合で、母材１の溶融が進行し易くビード幅Ｗｂが大きくなり、溶融金属の重力による垂れ落ち５が生じて裏ビード形状が悪くなる。
【００１３】
（ｂ） 溶接金属部のδフェライト組織とオーステナイト組織の線膨張係数の差を利用することにより、健全な裏ビードが形成される。
【００１４】
オーステナイト組織はδフエライト組織と比べると線膨張係数が大きい。そのため、溶接金属部におけるオーステナイト組織の比率が１００％であれば、溶接後の冷却時にビードが適度に熱収縮し、溶融池が保持され（溶融金属の垂れ落ちが抑制され）るため健全な裏ビードが形成される。しかし、溶接金属部におけるδフェライト組織の比率が多くなると、ビードの熱収縮が小さくなって溶融池を保持できなくなるとともに、オーステナイト組織とδフェライト組織の局部的な熱収縮の差が大きくなって、裏ビード形状が悪くなる。
【００１５】
（ｃ） 前記（ａ）に記載した溶融池での内向き対流の促進によるＣｕの裏ビード形成能はＳと比べると小さいが、Ｃｕはオーステナイト形成元素として線膨張係数の大きいオーステナイト相を安定化させるので、Ｃｕを添加することにより溶接金属部におけるδフェライト組織率（オーステナイト組織に対するδフェライト組織の面積率）が適正化され、前記のように溶融池が保持されて健全な裏ビードが形成される。すなわち、母材であるオーステナイト系ステンレス鋼に優れた溶接施工性を付与することが可能になる。
【００１６】
（ｄ） Ｃｕの添加は母材の耐食性改善に対しても効果がある。
【００１７】
本発明はこれらの知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記の溶接継手にある。なお、合金元素の「％」は「質量％」を意味する。
【００１８】
『母材と溶接金属とを備える溶接継手であって、母材は、Ｃ：０．００１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％およびＮ：０．００１〜０．１５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下であるステンレス鋼であり、溶接金属は、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ下記▲１▼式
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼
を満足する鋼である溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手。』
前記溶接継手は、母材が、前記の成分に加えて、さらに、Ｍｏ：０．０５〜３．０％（これを「第１グループ」という）、Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上：０．００１〜０．５％（これらを「第２グループ」という）、および、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％（これを「第３グループ」という）、の三つのグループのうちの何れか一以上のグループに属する元素（成分）を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下であるステンレス鋼であり、溶接金属が、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ前記▲１▼式を満足する鋼であってもよい。
【００１９】
なお、前記▲１▼式の「Ｃｕ（％）」は、母材のＣｕ含有量（質量％）を表し、「Ｎｄ」は、溶接金属部におけるδフェライト組織率（オーステナイト組織に対するδフェライト組織の面積率（％））を意味する。
【００２０】
また、ここでいうステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼で、具体的に例示すると、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３４７等を指す。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手に含まれる各成分の作用効果とその含有量の限定理由について詳細に説明する。なお、母材の化学組成と溶接金属のそれとはほとんど同じなので、ここでは区別せずに説明する。
【００２２】
Ｃ：０．００１〜０．１０％
Ｃはオーステナイト形成元素としてオーステナイト相の安定に寄与する。しかし、過剰に含有させると炭化物を形成し、耐食性の劣化を招く。特に、溶接熱影響部ではＣｒ炭化物の析出に起因して粒界腐食感受性が高くなり（鋭敏化され）、耐食性の劣化が顕著になる。この鋭敏化を防止するにはＣ含有量をできる限り低くするのが有効であり、Ｃ含有量は０．１０％以下とする。望ましくは、０．０５％未満である。過度に低減させようとすると製造コストが増大するので、Ｃ含有量の下限は０．００１％とする。
【００２３】
Ｓｉ：０．１〜１．０％
Ｓｉは脱酸剤として添加されるが、過剰に含まれると溶接時の高温割れ感受性が増大するので、Ｓｉ含有量の上限は１．０％とする。望ましくは、実用鋼としての価格の面から、０．６０％である。脱酸剤としての作用効果を得るため、下限は０．１％とする。
【００２４】
Ｍｎ：０．１〜２．０％
Ｍｎは脱酸剤として添加され、熱間加工性の向上、オーステナイト相の安定にも寄与する。また、溶接時に、Ｓを固定化して高温割れ防止に主要な役割を果たす元素である。しかし、過剰に含有させると、溶接部表面に硫化物が優先的に濃化し、鋼材の耐食性を低下させるとともに、溶接作業性の低下、ヒュームの発生などの問題が生じる。従って、Ｍｎ含有量の上限は２．０％とする。望ましくは、１．５％である。前記の諸効果を得るため、下限は０．１％とする。
【００２５】
Ｃｕ：０．０５〜１．０％
Ｃｕは、前述したように、溶接時に形成される溶融池での内向き対流を促進させ、ビード幅を小さくして溶融金属の重力による垂れ落ちを抑制し、健全な裏ビード形成に寄与する。さらに、Ｃｕを添加することにより溶接金属部におけるδフェライト組織率を適正に維持し、母材鋼に優れた溶接施工性を付与することができる。オーステナイト組織はδフェライト組織と比べると溶接後の熱収縮が大きく、溶融池が保持されるので健全な裏ビードが形成されるが、Ｃｕはオーステナイト形成元素としてオーステナイト相を安定化させるからである。また、Ｃｕの添加は母材の耐食性の改善にも効果がある。
【００２６】
前記内向き対流の促進はＣｕ含有量が０．０５％未満では十分に行われないので、Ｃｕ含有量の下限は０．０５％とする。望ましくは０．１５％である。一方、Ｃｕが過剰に含まれると、溶接時の高温割れ感受性が高くなるので、Ｃｕ含有量の上限は１．０％とする。望ましくは０．８％である。さらに望ましくは０．５％である。
【００２７】
Ｃｒ：１５〜３０％
Ｃｒは溶接部の耐酸化性および耐食性の確保に不可欠な元素である。Ｃｒ含有量が１５％未満ではこの効果が十分に得られない。一方、３０％を超えて含まれると、加工性が低下し、また実用鋼としての価格の面で不利になる。従って、Ｃｒ含有量は、１５〜３０％とする。望ましくは、１６％以上２５％未満である。
【００２８】
Ｎｉ：８〜３０％
Ｎｉはオーステナイト相を安定させ、良好な耐食性を確保するために重要な元素である。オーステナイト相を安定させるという観点から、最低８％は必要である。Ｎｉ含有量の上限は、溶接性の観点からＣｒ含有量との相関があり、３０％とする。従って、Ｎｉ含有量は、８〜３０％、望ましくは、８〜２５％、より望ましくは、８〜２０％である。
【００２９】
Ｎ：０．００１〜０．１５％
Ｎはオーステナイト相を安定化させ、同時に溶接金属の強度を高めるのに有効な元素であるが、過剰に含有させると裏ビード形成能を劣化させる。さらに、鋼中のＣｒと結合してＣｒ窒化物を形成し、粒界耐食性を低下させる。従って、Ｎ含有量は０．００１〜０．１５％とする。望ましくは、０．００５〜０．１０％である。
【００３０】
本発明の溶接継手を構成する母材と溶接金属は、前記の成分以外、残部はＦｅと不純物からなるものである。不純物としては、ＰおよびＳの上限を抑えることが必要である。
【００３１】
Ｐ：０．０５％以下
Ｐは多量に存在すると溶接部の加熱脆化を招くので、できるだけ少ないことが望ましい。従って、その含有量は０．０５％以下とする。
【００３２】
Ｓ：０．０５％以下
Ｓは溶融池の溶け込み深さを深くし、裏ビード形成能を向上させるのに有用な元素である。しかし、過剰に添加すると、形成された硫化物が耐食性を劣化させたり、加工時のキズ発生の原因となる。さらに、溶接時の高温割れ感受性が高くなる。従って、その含有量は０．０５％以下とする。望ましくは、０．０１％以下である。
【００３３】
その他の不純物としては、Ａｌの上限を抑えることも重要である。Ａｌは強力な脱酸剤で、溶製時に添加されるが、窒化物や酸化物として析出し、溶接部の性状を悪化させるとともに、耐食性を低下させる。従って、その含有量は０．０４％以下とするのが望ましい。
【００３４】
本発明の溶接継手（母材および溶接金属）は、さらに、前記第１グループ（Ｍｏ：０．０５〜３．０％）、前記第２グループ（Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上：０．００１〜０．５％）、および、前記第３グループ（Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％）、の三つのグループのうちの何れか一以上のグループに属する成分を含むものであってもよい。これらの成分の作用効果と含有量の適正範囲は下記のとおりである。
【００３５】
Ｍｏ：０．０５〜３．０％
Ｍｏは不働態皮膜の安定化に効果があり、耐孔食性や耐全面腐食性を確保するためには有効な元素なので添加してもよい。しかし、その含有量が０．０５％未満では前記効果は小さいので、添加する場合には、その含有量が０．０５％以上となるように添加する。一方、フエライト形成元素としてフエライト相の安定に寄与するので、過剰な添加は溶接施工性を劣化させるとともに、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等とともに金属間化合物として粒界に析出すると、粒界における耐食性を低下させる。従って、Ｍｏ含有量の上限は、３．０％とする。望ましくは、２．５％である。
【００３６】
Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上：０．００１〜０．５％
Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒはいずれも鋼中のＣと結びつき、粒内に炭化物を形成する。これにより、溶接熱影響部におけるＣｒ炭化物の析出に起因するＣｒ欠乏層の形成が抑制され、溶接継手の耐食性が改善される。従って、Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上を必要に応じて添加してもよい。添加する場合、前記の作用効果を十分に発揮させるために、これらの元素の中のいずれか１種以上を０．００１％以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると溶接施工性や熱間加工性が低下するので、前記含有量の上限は、０．５％とする。
【００３７】
Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％
Ｃａは鋼の熱間加工性を改善するので、必要に応じて添加してもよい。添加する場合、その作用効果を十分に発揮させるために０．０００３％以上含有させる必要がある。但し、過剰に含有させると耐食性が低下するので、その含有量の上限は０．０１０％とする。
【００３８】
本発明の溶接継手を構成する母材と溶接金属は、前記の成分を含むものであるが、溶接金属にあっては、さらに、δフエライト組織率Ｎｄ（すなわち、オーステナイト組織に対するδフェライト組織の面積率（％））が１０％以下で、かつ下記▲１▼式を満足する鋼であることが必要である。
【００３９】
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼
前記のδフエライト組織率Ｎｄを１０％以下とするのは、次の理由による。すなわち、先に述べたように、オーステナイト組織は線膨張係数が大きく、溶接金属部のオーステナイト組織の比率が仮に１００％であれば、溶接施工後の冷却時にビードが適度に熱収縮し、溶融池が保持されるため健全な裏ビードが形成されるが、δフェライト組織の比率が高くなると、ビードの熱収縮が小さくなって溶融池を保持できなくなり、裏ビード形状が悪くなる。前記溶融池の保持が可能か否かの境界をなすδフエライト組織率Ｎｄが１０％で、Ｎｄが１０％以下であれば、健全な裏ビードが形成される。なお、δフエライト組織率Ｎｄは、ミクロ組織観察により、オーステナイト組織の面積とδフェライト組織の面積を求め、下記▲２▼式により算出される比率（％）である。
【００４０】
Ｎｄ＝（δフェライト組織の面積／オーステナイト組織の面積）×１００・・▲２▼
また、δフエライト組織率Ｎｄが前記▲１▼式を満たすことが必要とされるのは、後述する実施例に示した試験結果によるものである。
【００４１】
図２は、溶接金属のＣｕ含有量と溶接金属のδフエライト組織率Ｎｄとの関係を示す図である。図中の○印が本発明例で、図中に示した曲線Ａが、式：Ｃｕ（％）＝（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ で表される曲線である。
【００４２】
この図から、良好な溶接施工性を得る（つまり、本発明例である）ためには、溶接金属がこの曲線Ａよりも左方、すなわち、前記の▲１▼式を満たす必要があることがわかる。なお、図中に示した破線ＢはＮｄの上限１０％であり、破線Ｃおよび破線ＤはそれぞれＣｕ含有量の下限０．０５％および上限１．０％で、溶接金属が満たすべき他の条件の境界値を表している。従って、本発明の溶接継手を構成する溶接金属は、ＮｄとＣｕ含有量については、曲線Ａ、破線Ｂ、ＣおよびＤで囲まれる領域内の値を示すものであることが必要となる。
【００４３】
本発明の溶接継手を作製するに際し、溶接法としては、ステンレス鋼の溶接において通常使用されている溶接法であればいずれも適用できる。アーク溶接法が一般的である。その中でも、ＴＩＧ溶接法、ＭＩＧ溶接法等が好適である。
【００４４】
溶加材（溶接材料）としては、被溶接材である母材をそのまま溶接材料として使用する共金溶接材料が母材と溶接金属の化学組成をほぼ同じにし得るので望ましいが、溶接金属の化学組成が本発明で規定する母材の化学組成の範囲内に入るのであれば、高Ｎｉ合金用の溶接材料、その他の溶接材料であってもよい。
【００４５】
本発明の溶接継手は、母材ステンレス鋼が優れた溶接施工性を有しているので、特に、プラント用配管等に使用する場合、ビード幅の均一な裏ビードが形成され易く、健全な溶接ビードを容易に得ることができる。
【００４６】
【実施例】
表１に示す化学組成のステンレス鋼（１８種類）を溶製し、それぞれについて、熱間押出、冷間引き抜き加工、溶体化処理の各工程を経て、外径２００ｍｍ、肉厚２０ｍｍの鋼管に成形した。なお、表１において、「−」印は、その成分を添加していないことを示す。
【００４７】
【表１】
これらの鋼管の端面を機械加工によりＲｍａｘ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９８２年制定）に規定される最大高さ）で１００μｍに仕上げ、ルート間隔ＯｍｍのＩ開先で突き合わせて、円周自動ＴＩＧ溶接機により、平均入熱量が約５ｋＪ／ｃｍになる条件で溶接継手を作製し、そのときの溶接施工性および各継手の溶接金属部のδフェライト組織率を調査した。
【００４９】
溶接施工性については、「溶接ビードの均一性」と「裏ビード形成能」を調査した。溶接ビードの均一性の調査においては、得られた溶接ビードの定常幅を円周方向に３ｍｍの等間隔で測定し、最大ビード幅と最小ビード幅の差が２ｍｍ以下であれば「良好」、２ｍｍ超のときは「不芳」と評価した。また、裏ビード形成能の調査においては、管内面側を観察し、裏ビードが１００％形成されていれば「良好」、そうでなければ「不芳」と評価した。
【００５０】
溶接金属部のδフェライト組織率Ｎｄについては、作製した溶接継手から溶接金属部断面のミクロ試験片を採取し、ミクロ組織観察の画像処理により溶接金属部のδフェライト組織およびオーステナイト組織の面積をそれぞれ求め、前記▲２▼式、すなわち、Ｎｄ＝（δフェライト組織の面積／オーステナイト組織の面積）×１００によりＮｄを求めた。
【００５１】
溶接施工性（溶接ビードの均一性および裏ビード形成能）の調査結果を表２に示す。表２において、○印は「良好」であることを、×印は「不芳」であることを表す。また、δフエライト組織率Ｎｄとそれを代入して求められる前記▲１▼式の右辺の計算値を表１に併せて示す。
【００５２】
【表２】
表１から明らかなように、本発明例Ｎｏ．１〜１２に示したステンレス鋼は、それを用いて作製した溶接継手の溶接金属がδフェライト組織率Ｎｄおよび▲１▼式の規定を満たしており、表２に示すように、溶接ビードの均一性、裏ビード形成能のいずれも良好で、溶接施工性に優れている。
【００５４】
一方、比較例Ｎｏ．１３〜１５に示したステンレス鋼は、Ｃｕ含有量が本発明で規定する範囲から外れ、溶接継手の溶接金属がδフェライト組織率Ｎｄおよび▲１▼式の規定のいずれかを満足せず、比較例Ｎｏ．１６〜１８に示したステンレス鋼は、化学組成は本発明の規定範囲内であるが、継手の溶接金属がやはりδフェライト組織率Ｎｄおよび▲１▼式の規定のいずれかを満足せず、表２に示すように、いずれも溶接ビードの均一性および裏ビード形成能の両方が不芳か、または裏ビード形成能が不芳で、溶接施工性が劣った。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の溶接継手は、母材ステンレス鋼が優れた溶接施工性を有しているので、特に、プラント配管等に使用する場合、健全な溶接ビードを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接時に溶融池で生じる対流を模式的に示す図で、（イ）は内向き対流が生じている場合、（ロ）は外向き対流が生じている場合である。
【図２】実施例の結果で、溶接金属のＣｕ含有量と溶接金属のδフエライト組織率Ｎｄとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１：母材
２：溶融池
３：内向き対流
４：外向き対流
５：重力による垂れ落ち
Ｗｂ：ビード幅
Claims (4)
- 母材と溶接金属とを備える溶接継手であって、質量％で、母材は、Ｃ：０．００１〜０．１０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜１．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％およびＮ：０．００１〜０．１５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下であるステンレス鋼であり、溶接金属は、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ下記▲１▼式を満足する鋼であることを特徴とする溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手。
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼ - 前記母材が、請求項１に記載の成分に加えて、さらに、質量％で、Ｍｏ：０．０５〜３．０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下であるステンレス鋼であり、溶接金属は、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ下記▲１▼式を満足する鋼であることを特徴とする溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手。
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼ - 前記母材が、請求項１または２に記載の成分に加えて、さらに、質量％で、Ｔｉ、Ｎｂ、ＶおよびＺｒの中のいずれか１種以上を０．００１〜０．５％含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下であるステンレス鋼であり、溶接金属は、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ下記▲１▼式を満足する鋼であることを特徴とする溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手。
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼ - 前記母材が、請求項１〜３のいずれかに記載の成分に加えて、さらに、質量％で、Ｃａ：０．０００３〜０．０１０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下であるステンレス鋼であり、溶接金属は、δフエライト組織率Ｎｄが１０％以下で、かつ下記▲１▼式を満足する鋼であることを特徴とする溶接施工性に優れたステンレス鋼を用いた溶接継手。
Ｃｕ（％）≦（２／Ｎｄ）２／３＋０．２ ・・▲１▼
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2003
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