JP2007105734A - 耐Cu脆化割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒 - Google Patents
耐Cu脆化割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒 Download PDFInfo
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- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Abstract
【解決手段】被覆剤中に、溶接棒全質量に対する質量%で、Cu:0.05〜3.0%を含有し、さらに、Bi:0.05〜0.2%、Bi2O3:0.05〜0.2%のうちの1種または2種を含み、かつ、BiとBi2O3の合計含有量を0.2%以下とし、さらに、心線と被覆剤の一方または両方を合計して、溶接棒全質量に対する質量%で、C:0.005〜0.05%、Si:0.1〜1.6%、Mn:0.1〜2.5%、Cr:15.0〜30.0%、Ni:7.5〜25.0%、Mo:0.5〜6.7%、Cu:0.05〜5.0%、N:0.05〜0.35%を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒。
【選択図】なし
Description
これらのステンレス鋼の溶接に際しては、溶接金属の耐食性が母材と同等となるように、溶接材料にもCuが適量添加されており、Cuを0.5〜1.0%含有した高耐食ステンレス鋼用のTIGおよびプラズマ溶接ワイヤ(例えば特許文献3、参照)、Cuを0.8〜2.4%含有した高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ(例えば特許文献4、参照)、Cuを2.5〜4.5%含有した高耐食ステンレス鋼用溶接ワイヤ(例えば特許文献5、参照)が提案され、ガスシールドアーク溶接に用いられている。
Cuを含有したステンレス鋼用被覆アーク溶接棒を製造する場合は、Cuを含有したステンレス鋼心線を用いると製造コストが高くなるため、Cuは少なくとも被覆剤中に含有させ、心線中にはCuを全く含有させないか、或いは、Cu量調整のために含有させる方法が工業的に一般化している。
このCu脆化割れは溶接部の靱性や疲労強度を低下させるとともに、腐食の起点となるため、母材と同等の機械的特性および耐食性を有する溶接継手が得られるための耐Cu脆化割れ性に優れた共金系のオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒の開発が望まれている。
(1)オーステナイト系ステンレス鋼心線に被覆剤を被覆塗装してなる被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤中に、溶接棒全質量に対する質量%で、Cu:0.05〜3.0%を含有し、さらに、Bi:0.05〜0.2%、および、Bi2O3:0.05〜0.2%のうちの1種または2種を含み、かつ、BiとBi2O3の合計含有量が0.2%以下であることを特徴とする耐Cu脆化割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒。
(2)前記オーステナイト系ステンレス鋼心線および前記被覆剤のいずれか一方または両方に、さらに、溶接棒全質量に対する質量%で、C:0.005〜0.05%、Si:0.1〜1.6%、Mn:0.1〜2.5%、Cr:15.0〜30.0%、Ni:7.5〜25.0%、Mo:0.5〜6.7%、Cu:0.05〜5.0%、N:0.05〜0.35%を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする上記(1)項に記載の耐Cu脆化割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒。
以下、本発明について詳細に説明する。
ステンレス心線に被覆塗装されたCuを含有する被覆剤は、溶接アークによって溶融した後、溶接金属中に混入し、溶接金属のCu量を所定の成分に調整される。それとともに、溶融された被覆剤は、溶接金属および溶接熱影響部の表面を覆い、スラグとして凝固することによって、高温の溶接金属および溶接熱影響部を大気から遮断し、酸化および窒化を防止する役割を担う。しかし、被覆剤中にCuを多量に含有した被覆アーク溶接棒を用いて溶接する場合には、被覆剤中のCuに起因して溶接部の特に溶融線近傍でCu脆化割れを発生させる原因となることがわかった。
一般に、BiまたはBi2O3は、フラックス入りワイヤによるアーク溶接のフラックス中またはサブマージアーク溶接のフラックス中に添加され、溶接時にスラグの剥離性を向上させる作用があることが知られている。しかし、被覆アーク溶接ではその効果がほとんどないため、一般に、被覆アーク溶接棒の被覆剤中には添加されていない。
以下に、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒中の成分組成の限定理由を述べる。なお、以下に示す「%」は特段の説明がない限り、「質量%」を意味するものとする。また、本発明において、溶接棒全質量に対する質量%とは、下記(A)式で定義されるものを示す。
溶接棒全質量に対する質量%=心線中の含有%×(100−被覆率)/100+被覆剤中の含有%×被覆率/100 ・・・(A)
但し、上記「心線中の含有%」は心線全質量に対する心線に含有する成分の質量%、上記「被覆剤中の含有%」は被覆剤全質量に対する被覆剤に含有する成分の質量%を意味し、さらに、上記「被覆率」とは溶接棒全質量に対する被覆剤全質量の占める割合を意味する。
Cu:Cuは耐食性を高めるのに顕著な効果があり、特にNi、Mo、Nと共存の形で硫酸環境および塩水環境などで高い耐食性を得るために必須の元素である。溶接棒全質量に対する質量%でCuが0.05%以上で共存添加効果が著しく、3.0%を超えると耐食性は飽和するだけでなく、後述するBi、Bi2O3の添加によっても被覆剤中に含有するCu起因の脆化割れを十分に抑制することは困難となる。したがって、その含有量を被覆剤中に溶接棒全質量に対する質量%で、0.05〜3.0%に限定する。
なお、後述するように被覆剤と心線の両方にCuを含有させる場合には、被覆剤中のCu含有量の上限:3.0%を超えないように、心線中にCuを更に溶接棒全質量に対する質量%で5.0%含有させることはできる。
また、被覆アーク溶接棒の場合、被覆率は一般的に25〜50%であるため、溶接棒全質量に対する質量%でCuを0.05〜3.0%に確保するためには、オーステナイト系ステンレス鋼心線にCuを含有しない場合も考慮して、被覆剤中には、被覆剤全質量に対する質量%で、0.1〜12.0%を含有する必要がある。
なお、通常、オーステナイト系ステンレス鋼心線にはBiを含有しないため、被覆率を考慮すると、被覆剤中には、被覆剤全質量に対する質量%で、0.1〜1.0%となる。
上記Bi及びBi2O3は、これらのうちの1種または2種を上記範囲で被覆剤中に含有するが、Bi及びBi2O3を同時に添加する場合は、高温割れおよび延性低下を防止する観点から、その合計含有量を0.2%以下に制限する。
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼心線と用い、その上記被覆剤中の成分を限定することにより、従来に比べて溶接部の耐Cu脆化割れ性を十分に向上させることが可能となる。
C:Cは耐食性に有害であるが、強度の観点から0.005%以上含有させるのが好ましい。その含有量が0.05%超では溶接のままの状態および再熱を受けるとCはCrと結合してCr炭化物を析出し、耐粒界腐食性および耐孔食性が著しく劣化するとともに、溶接金属の靱性、延性が著しく低下するため、その含有量を0.05%以下に限定した。
Si:Siは脱酸元素およびスラグの剥離性を良くする元素として添加されるが、0.1%未満ではその効果が十分でなく、一方、その含有量が1.6%超では延性低下に伴い、靱性が大きく低下するとともに、溶接時の溶融溶込みも減少し、実用溶接上の問題になる。したがって、その含有量を0.1〜1.6%に限定した。
Cr:Crはオーステナイト系ステンレス鋼の主要元素として不働態皮膜を形成し耐食性の向上に寄与する。このため、15.0%以上含有させる必要がある。一方、Cr含有量が多いほど海水環境下での耐孔食性は向上するが、シグマ相などの脆い金属間化合物が析出しやすくなるため靱性が低下し、また、ワイヤ製造性が低下するとともに製造コストも高くなるため、その含有量の上限を30.0%とした。
Mo:Moは不働態皮膜を安定化して高い耐食性を得るのに極めて有効な元素であり、その効果を十分に得るために0.5%以上含有させるのが好ましい。特に塩化物環境での耐孔食性向上は顕著であるが、その含有量が6.7%を越えるとシグマ相など脆い金属間化合物を生成して溶接金属の靱性が低下するため、6.7%以下に制限する。
本発明では、オーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒として、上述のように成分含有量を規定した溶接棒を用いてオーステナイト系ステンレス鋼を溶接することにより、Cu脆化割れが発生せず、母材と同等の機械的特性および耐食性を有する溶接部が得られる。
なお、本発明の被覆アーク溶接棒の被覆剤中には、溶接中にCO2ガスを発生して溶接金属を大気から遮断することを目的に、炭酸石灰、炭酸バリウム、炭酸マグネシウムなどの金属炭酸塩、良好なスラグ流動性を確保することを目的に、蛍石、氷晶石、弗化バリウムなどの金属弗化物、およびアーク状態を良好に保つ目的に、SiO2、TiO2、NaO2、K2Oなどの金属酸化物が含まれる。
表1に成分を示すオーステナイト系ステンレス鋼(板厚6.0mm)を母材として、開先角度60°、ルート面1mmの開先を作成した。また、表2に成分を示す供試心線に表3の成分の被覆剤を同じく表3に示す被覆率にて被覆塗装して、表4に示す被覆アーク溶接棒を作成した。なお、表3中のその他のスラグ剤は、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、氷晶石、弗化バリウム、NaO2、K2O、CaO、FeO、Al2O3などであり、これらの合計含有量を示した。溶接方法は、棒径3.2mmの溶接棒を用い、溶接電流100〜140A、アーク電圧20〜25V、溶接速度10〜20cm/minで下向き溶接を行った。
Claims (2)
- オーステナイト系ステンレス鋼心線に被覆剤を被覆塗装してなる被覆アーク溶接棒において、前記被覆剤中に、溶接棒全質量に対する質量%で、
Cu:0.05〜3.0%
を含有し、さらに、
Bi:0.05〜0.2%、および、
Bi2O3:0.05〜0.2%
のうちの1種または2種を含み、かつ、BiとBi2O3の合計含有量が0.2%以下であることを特徴とする耐Cu脆化割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒。 - 前記オーステナイト系ステンレス鋼心線および前記被覆剤のいずれか一方または両方に、さらに、溶接棒全質量に対する質量%で、
C:0.005〜0.05%、
Si:0.1〜1.6%、
Mn:0.1〜2.5%、
Cr:15.0〜30.0%、
Ni:7.5〜25.0%、
Mo:0.5〜6.7%、
Cu:0.05〜5.0%、
N:0.05〜0.35%
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の耐Cu脆化割れ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼被覆アーク溶接棒。
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- 2005-10-11 JP JP2005295799A patent/JP4896483B2/ja active Active
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