JP2012036444A - ブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

ブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼 Download PDF

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Abstract

【課題】ＴＩＧ溶接部にブラックスポットが生成しにくく、溶接部の耐食性および加工性
に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供する。
【解決手段】質量％で，Ｃ：０．０２０％以下，Ｎ：０．０２５％以下，Ｓｉ：１．０％
以下，Ｍｎ：１．０％以下，Ｐ：０．０３５％以下，Ｓ：０．０１％以下，Ｃｒ：１６．０〜２５．０％，Ａｌ：０．１２％以下，Ｔｉ：０．０５〜０．３５％，Ｃａ：０．００１５％以下を含有し，残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり，下記(１)式を満足する，溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼とする。
ＢＩ＝３Ａｌ＋Ｔｉ＋０．５Ｓｉ＋２００Ｃａ≦０．８…（１）（なお、（１）式中のＡ
ｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａは、鋼中の各成分の含有量［質量％］である。）
【選択図】図３

Description

本発明は、ＴＩＧ溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼に関するものである。
フェライト系ステンレス鋼は一般に耐食性に優れるだけでなく、オーステナイト系ステ
ンレス鋼に比較して熱膨張係数が小さいことや、耐応力腐食割れ性に優れる等の特徴を有
する。このため、食器、厨房機器や屋根材をはじめとする建築外装材料、貯水・貯湯用材料などに広く用いられている。さらに近年、Ｎｉ原料の価格高騰により、オーステナイト系ステンレス鋼からの切り替え需要も多く、その用途は広まってきている。
このようなステンレス鋼の構造体においては、溶接施工は不可欠なものである。元来フ
ェライト系ステンレス鋼はそのＣ，Ｎ固溶限が小さいことから溶接部で鋭敏化を生じ、耐
食性が低下する問題があった。この問題を解決するために、Ｃ，Ｎ量の低減やＴｉやＮｂ
などの安定化元素の添加によるＣ，Ｎの固定等により、溶接金属部の鋭敏化を抑制する方
法（例えば特許文献１参照）が提案されており、広く実用化されている。
また、フェライト系ステンレス鋼の溶接部における耐食性については、溶接の入熱で生
じたスケール部は耐食性が劣化することが知られており、オーステナイト系ステンレス鋼
に比較して不活性ガスによるシールドを十分に実施することが重要であることが知られて
いる。
また、特許文献２には、式Ｐ１＝５Ｔｉ＋２０(Ａｌ−０．０１)≧１．５（式中のＴｉ
，Ａｌは鋼中のそれぞれの含有量を示す）を満たすようにＴｉとＡｌを添加することで、
溶接熱影響部の耐食性を改善するＡｌ酸化皮膜を、溶接時の鋼の表層部に形成させる技術
が開示されている。
また、特許文献３には、ＡｌとＴｉとの複合添加に加え、Ｓｉを一定量以上添加するこ
とで、溶接部の耐すき間腐食性を向上させる技術が開示されている。
また、特許文献４には、４Ａｌ＋Ｔｉ≦０．３２（式中のＴｉ，Ａｌは鋼中のそれぞれ
の含有量を示す）を満足することで、溶接時の入熱を低減させて溶接部のスケール生成を
抑制し、溶接部の耐食性を向上させる技術が開示されている。
前述の従来技術は、溶接部や溶接熱影響部の耐食性を改善させることを目的としたもの
である。
その他に、溶接部ではなく素材自身の耐候性および耐すき間腐食性を向上させる手段と
して、Ｐを積極的に添加し、ＣａおよびＡｌを適正量添加する技術がある（例えば、特許
文献５参照）。特許文献５において、ＣａおよびＡｌは、鋼中の非金属介在物の形状と分
布を制御するために添加されている。なお、特許文献５の最大の特徴はＰを０．０４％超
えで添加することであり、特許文献５には溶接時の効果については一切記載がない。
特公昭５５−２１１０２号公報 特開平５−７０８９９号公報 特開２００６−２４１５６４号公報 特開２００７−２７０２９０号公報 特開平７−３４２０５号公報
従来のフェライト系ステンレス鋼においては、溶接部におけるシールド条件を適正化し
ても、溶接後の溶接裏ビード上に一般にブラックスポットやスラグスポットと呼ばれる黒
点が点在することがあった。ブラックスポットは、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒ
ｔ Ｇａｓ）溶接の凝固時に、酸素との親和力の強いＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａが酸化物と
して溶接金属上に固化したものである。ブラックスポットの発生には、溶接条件、特に不
活性ガスによるシールド条件が大きく影響しており、シールドが不十分なほどブラックス
ポットが多く発生する。
なお、ブラックスポット自身は酸化物であるため、ブラックスポットが少量点在してい
ても、溶接部の耐食性及び加工性には全く問題がない。しかしながら、ブラックスポット
が多量に生成したり連続的に生成したりすると、溶接部を研磨処理せずにそのままで用い
る場合の外観を損ねるだけでなく、溶接部を加工した際にブラックスポット部の剥離が生
じる場合がある。ブラックスポット部の剥離が生じると、加工性が低下したり、剥離した
ブラックスポット部とのすき間において、すき間腐食が生じたりする等の問題が発生する
場合がある。また、溶接後に加工を施さない場合でも、ブラックスポットが厚く生成する
と、構造上、溶接部に応力がかかるものではブラックスポットが剥離して耐食性が低下す
る場合がある。
したがって、ＴＩＧ溶接部の耐食性を向上させるには、単に溶接ビード部や溶接スケー
ル部自体の耐食性を向上させるだけでなく、溶接部に生成するブラックスポットを制御す
ることが重要である。しかしながら、溶接時に生じる変色を伴うスケールについては、溶
接のシールド条件を強化する方法により、ほぼ抑制可能であるが、ＴＩＧ溶接部に生成す
るブラックスポットについては、シールド条件を強化したとしても従来の技術では十分に
抑制することはできなかった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＴＩＧ溶接部にブラックス
ポットが生成しにくく、溶接部の耐食性および加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼
を提供することを課題とするものである。
本発明者は、ブラックスポットの生成量を抑制するために以下に示すように鋭意研究を
重ねた。その結果、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａ量を最適化することにより、ＴＩＧ溶接部に
おけるブラックスポットの生成を抑制できることを見出し、本発明のブラックスポットの
生成の少ないフェライト系ステンレス鋼を想到した。
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）質量％で，Ｃ：０．０２０％以下，Ｎ：０．０２５％以下，Ｓｉ：１．０％以下
，Ｍｎ：１．０％以下，Ｐ：０．０３５％以下，Ｓ：０．０１％以下，Ｃｒ：１６．０〜２５．０％，Ａｌ：０．１２％以下，Ｔｉ：０．０５〜０．３５％，Ｃａ：０．００１５％以下を含有し，残部としてＦｅおよび不可避的不純物からなり，下記(１)式を満足することを特徴とする，溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
ＢＩ＝３Ａｌ＋Ｔｉ＋０．５Ｓｉ＋２００Ｃａ≦０．８ …（１）
（なお、（１）式中のＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａは、鋼中の各成分の含有量［質量％］であ
る。）
（２）さらに、質量％で、Ｎｂ：０．６％以下を含むことを特徴とする（１）に記載の
溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
（３）さらに、質量％で、Ｍｏ：３．０％以下を含むことを特徴とする（１）または（
２）に記載の溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
（４）さらに、質量％で、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下から選ばれる一種
又は二種を含むことを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の溶接部のブラックス
ポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
（５）さらに、質量％で、Ｖ：０．２％以下、Ｚｒ：０．２％以下から選ばれる一種又
は二種を含むことを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載の溶接部のブラックスポ
ットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
（６）さらに、質量％で、Ｂ：０．００５％以下を含有することを特徴とする（１）か
ら（５）のいずれかに記載の溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステ
ンレス鋼。
本発明によれば、ＴＩＧ溶接部にブラックスポットが生成しにくく、ＴＩＧ溶接部の耐
食性および加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼を提供できる。
図１は、ＴＩＧ溶接時に裏側に生じたブラックスポットの外観を示した写真である。 図２は、試験片の裏側におけるブラックスポットおよび溶接ビード部の元素深さプロファイルをＡＥＳで測定した結果を示したグラフである。 図３は、ＢＩ値とブラックスポット生成長さ比との関係を示したグラフである。 図４は、ＢＩ値と腐食との関係を示したグラフである。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼は、下記
(１)式を満足するものである。
ＢＩ＝３Ａｌ＋Ｔｉ＋０．５Ｓｉ＋２００Ｃａ≦０．８ …（１）
（なお、（１）式中のＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａは、鋼中の各成分の含有量［質量％］であ
る。）
Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａは、酸素との親和力が特に強い元素であり、ＴＩＧ溶接時にブ
ラックスポットを生成させる元素である。また、鋼中に含まれるＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａ
の含有量を多くするほど、ブラックスポットが生成されやすくなる。上記(１)式における
Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａの係数は、ブラックスポットの生成を促進する作用の大きさ（強
さ）と鋼中の含有量とに基づいて決定されている。より詳細には、Ａｌは、後述する実験
例に示されるように、ブラックスポットに最も高濃度で含まれており、ブラックスポット
の生成を促進する作用が特に大きい元素である。このため、上記(１)式において、Ａｌの
係数を３としている。また、Ｃａは鋼中の含有量が少ないにもかかわらず、ブラックスポ
ットに高濃度で含まれており、ブラックスポットの生成を促進する作用が大きい元素であ
る。このため、Ｃａの係数を２００としている。
上記ＢＩ値が０．８を超えると、ブラックスポットの生成が顕著になる。これに対して
、ＢＩ値が０．８以下であると、ＴＩＧ溶接部のブラックスポットの生成が十分に少なく
なり、耐食性に優れたものとなる。また、ＢＩ値が０．６以下である場合には、ブラック
スポットの生成をより効果的に抑制でき、更にＢＩ値が０．４以下である場合には、ブラックスポットの生成はほとんど抑制可能となり、ＴＩＧ溶接部の耐食性をより一層向上させることができる。
これは、ブラックスポットが多量に発生するような条件では、ブラックスポットの厚みも厚くなるため、加工時に剥離しやすいと推定され、その場合には張り出し加工のような厳しい加工において剥離が生じ腐食の起点になると考えられる。逆にブラックスポットの発生率が少ない条件では、その厚みも薄くなるため、ブラックスポットが生成しても剥離しにくいと推定される。
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼の成分組成について、詳細に説明する。
まず、上記(１)式を規定する各元素について説明する。
Ａｌは脱酸元素として重要であり，また非金属介在物の組成を制御して組織を微細化す
る効果もある。しかし、Ａｌはブラックスポットの生成に最も寄与する元素である。また
、Ａｌの過剰な添加は、非金属介在物の粗大化を招き，製品の疵発生の起点になる恐れも
ある。そのため，Ａｌ含有量の上限値を０．１２％以下とした。脱酸のためにはＡｌを０
．０１％以上含有させることが好ましい。Ａｌ含有量は、より望ましくは０．０３％〜０．１０％である。
Ｔｉは，Ｃ，Ｎを固定し，溶接部の粒界腐食を抑制して加工性を向上させる上で非常に
重要な元素である。しかしながら、Ｔｉの過剰な添加は、ブラックスポットを生成させる
だけでなく、製造時の表面疵の原因となる。このため，Ｔｉ含有量の範囲を０．０５％〜
０．３５％とした。より望ましくは０．０７％〜０．２０％である。
Ｓｉは，脱酸元素として重要な元素であり，耐食性，耐酸化性の向上にも有効である。
しかし、Ｓｉの過剰な添加はブラックスポットの生成を促進するだけでなく、加工性，製
造性を低下させる。そのため、Ｓｉの含有量の上限値を１．０％とした。脱酸のためには
Ｓｉを０．０１％以上含有させることが好ましい。Ｓｉ含有量は、より望ましくは０．０
５％〜０．５５％である．
Ｃａは脱酸元素として非常に重要であり、非金属介在物として鋼中に微量に含まれる。
ただしＣａは非常に酸化されやすいため、溶接時にブラックスポットを生成させる大きな
要因となる。また、Ｃａは、水溶性介在物を生成させて、耐食性を低下させる場合もある
。このため、Ｃａの含有量は極力低いことが望ましく、Ｃａの含有量の上限値を０．００
１５％以下とした。より好ましくは０．００１２％以下である。
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼を構成するその他元素について説明する。
Ｃは，耐粒界腐食性および加工性を低下させるため，その含有量を低減させる必要があ
る。このため，Ｃの含有量の上限値を０．０２０％以下とした。しかし、Ｃの含有量を過
度に低減させると、精錬コストが悪化するため，０．００２％〜０．０１５％であること
がより望ましい。
Ｎは，Ｃと同様に耐粒界腐食性，加工性を低下させるため，その含有量を低減させる必
要がある。このため，Ｎの含有量の上限を０．０２５％以下とした。しかし、Ｎの含有量
を過度に低減させると、精錬コストが悪化するため、０．００２％〜０．０１５％である
ことがより望ましい。
Ｍｎは，脱酸元素として重要な元素であるが，過剰に添加すると腐食の起点となるＭｎ
Ｓを生成しやすくなり，またフェライト組織を不安定化させる。このため，Ｍｎの含有量
を１．０％以下とした。脱酸のためにはＭｎを０．０１％以上含有させることが好ましい。より望ましくは，０．０５％〜０．５％である。さらに望ましくは、０．０５％〜０．３％である。
Ｐは，溶接性，加工性を低下させるだけでなく，粒界腐食を生じやすくするため，低く
抑える必要がある。そのためＰの含有量を０．０３５％以下とした。より望ましくは０．
００１％〜０．０２％である。
Ｓは，ＣａＳやＭｎＳ等の腐食の起点となる水溶性介在物を生成させるため，低減させ
る必要がある。そのため、Ｓの含有量は０．０１％以下とする。ただし、過度の低減はコ
ストの悪化を招く。このため，Ｓの含有量は、０．０００１％〜０．００５％であること
がより望ましい。
Ｃｒは，ステンレス鋼の耐食性を確保する上で最も重要な元素であり，フェライト組織
を安定化するために１６．０％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃｒは、加工性，製造性を低下させるため，上限を２５．０％以下とした。Ｃｒの含有量は、望ましくは１６．５％〜２３．０％であり，より望ましくは１８．０％〜２２．５％である。
Ｎｂは，その特性上単独またはＴｉと複合して添加することが可能である。ＮｂをＴｉ
とともに含有させる場合（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）≧６（式中のＴｉ、Ｎｂ、Ｃ、Ｎは
、鋼中の各成分の含有量［質量％］である。）を満たすことが好ましい。
Ｎｂは，Ｔｉと同様にＣ，Ｎを固定し，溶接部の粒界腐食を抑制して加工性を向上させ
る元素である。ただし、Ｎｂの過剰な添加は，加工性を低下させるため，Ｎｂの含有量の
上限を０．６％以下とすることが好ましい。また、Ｎｂを含有させることにより、上記の
特性を向上させるためには、Ｎｂを０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｎｂの含
有量は、望ましくは０．１５％〜０．５５％である。
Ｍｏは，不働態皮膜の補修に効果があり，耐食性を向上させるのに非常に有効な元素で
ある。また、ＭｏはＣｒとともに含有されることにより耐孔食性を効果的に向上させる効
果がある。またＭｏは，Ｎｉとともに含有されることにより耐流れさび性を改善する効果
がある。しかし、Ｍｏを増加させると，加工性が低下し，コストが高くなる。このため、
Ｍｏの含有量の上限を３．０％以下とすることが好ましい。また、Ｍｏを含有させること
により、上記の特性を向上させるためには、Ｍｏを０．３０％以上含有させることが好ま
しい。Ｍｏの含有量は、望ましくは，０．６０％〜２．５％であり，より望ましくは０．
９％〜２．０％である。
Ｎｉは，活性溶解速度を抑制させる効果を有し，また水素過電圧が小さいために再不働
態化特性に優れる。ただし、Ｎｉの過剰な添加は，加工性を低下させ，フェライト組織を
不安定にする。このため，Ｎｉの含有量の上限を２．０％以下とすることが好ましい。ま
た、Ｎｉを含有させることにより、上記の特性を向上させるためには、Ｎｉを０．０５％
以上含有させることが好ましい。Ｎｉの含有量は、望ましくは０．１％〜１．２％であり
，より望ましくは０．２％〜１．１％である。
Ｃｕは，Ｎｉと同様に活性溶解速度を低下させるだけでなく，再不働態化を促進する効
果を有する。しかし、Ｃｕの過剰な添加は，加工性を低下させる。このため，Ｃｕを添加
する場合は上限を２．０％以下とすることが好ましい。Ｃｕを含有させることにより、上
記の特性を向上させるためには、Ｃｕは０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｃｕ
の含有量は、望ましくは，０．２％〜１．５％であり、更に望ましくは０．２５％〜１．
１％である。
ＶおよびＺｒは、耐候性や耐すき間腐食性を改善する。また，Ｃｒ，Ｍｏの使用を抑え
てＶを添加すれば優れた加工性も担保することができる。ただし、Ｖおよび／またはＺｒ
の過度の添加は加工性を低下させる上，耐食性向上効果も飽和するため，Ｖおよび／また
はＺｒを含有する場合の含有量の上限を０．２％以下とすることが好ましい。また、Ｖお
よび／またはＺｒを含有させることにより、上記の特性を向上させるためには、Ｖおよび
／またはＺｒは０．０３％以上含有させることが好ましい。また、Ｖおよび／またはＺｒ
の含有量は、より望ましくは０．０５％〜０．１％である。
Ｂは二次加工脆性改善に有効な粒界強化元素であるが，過度の添加はフェライトを固溶
強化して延性低下の原因になる。このため、Ｂを添加する場合は下限を０．０００１％以
下，上限を０．００５％以下とすることが好ましく、０．０００２％〜０．００２０％と
することがより望ましい。
表１に示す化学成分（組成）を有するフェライト系ステンレス鋼からなる試験片を、以下に示す方法で製造した。まず、表１に示す化学成分（組成）の鋳鋼を真空溶解にて溶製して４０ｍｍ厚のインゴットを製造し、これを熱間圧延で５ｍｍ厚に圧延した。その後、各々の再結晶挙動に基づいて温度８００〜１０００℃で１分間の熱処理を行って、スケールを研削除去し、さらに冷間圧延により厚み０．８ｍｍの鋼板を製造した。その後、最終焼鈍として各々の再結晶挙動に基づいて温度８００〜１０００℃で１分間の熱処理を行い、表面の酸化スケールを酸洗除去して供試材とし、これを用いてＮｏ．１〜２８の試験片を製造した。なお、表１に示す化学成分（組成）において、残部は、鉄及び不可避的不純物である。
このようにして得られたＮｏ１〜２８の試験片に対し、以下に示す溶接条件でＴＩＧ溶
接し、以下に示すようにしてブラックスポット生成長さ比を算出した。また、Ｎｏ１〜２８の試験片に対し、以下に示す腐食試験を行った。
「溶接条件」
ＴＩＧ溶接は、送り速度５０ｃｍ／ｍｉｎ、入熱５５０〜６５０Ｊ／ｃｍ２で同鋼種を
突合せて行った。シールドにはトーチ側、裏面側ともアルゴンを用いた。
「ブラックスポット生成長さ比」
ブラックスポット生成長さ比は、ＴＩＧ溶接後のブラックスポットの生成量を表す基準
として求めた。ブラックスポット生成長さ比は、溶接部に生じた各ブラックスポットの溶
接方向の長さを積算し、この積算値を、全溶接長さで割って求めた。溶接長さ約１０ｃｍ
分をデジタルカメラで撮影して各ブラックスポットの長さを測定し、画像処理を用いて溶
接長さ中におけるブラックスポットの長さの総和の溶接長さに対する比を計算させること
により求めた。
「腐食試験」
腐食試験片は、ＴＩＧ溶接部を張り出し加工したものを用いた。張り出し条件は、ＪＩ
Ｓ２２４７に準拠したエリクセン試験条件で、溶接試験片の裏波側を表面として、２０ｍ
ｍφのポンチを用いた。ただし張り出し高さは、加工条件を合わせるため、加工を途中で
停止した。停止高さ（張り出し高さ）は、６ｍｍおよび７ｍｍで統一した。腐食性評価は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠して、５％ＮａＣｌの連続噴霧試験を実施し、４８時間後の流れさびの有無で評価した。張り出し高さ６ｍｍの加工材において５％ＮａＣｌの連続噴霧試験で溶接部に流れさびが認められなかった場合を○、張り出し高さ７ｍｍの加工材において同様にさびが認められなかったものを◎とした。連続噴霧試験で流れさびが発生した場合を×とした。
表１に示すように、化学成分（組成）が本発明の範囲であってＢＩ値が０．８以下である試験片Ｎｏ１〜２１では、ブラックスポット生成長さ比が小さく、ＴＩＧ溶接後のブラックスポットの生成が少なかった。
このうちＢＩ値が０．６以下のＮｏ１〜１５，１８，１９ではよりブラックスポットの生成が抑制されており、更にＢＩ値が０．４以下のＮｏ１〜１３ではその生成長さが１０％以下とほぼその発生が抑制されていた。
さらに張り出し高さ６ｍｍの試験片Ｎｏ１〜２１では、エリクセン試験機で加工した後の耐食性試験片における５％ＮａＣｌの連続噴霧試験で溶接部からのさびは認めらなかった。更に、より加工の厳しい張り出し高さ７ｍｍの試験片Ｎｏ１〜２１においては、ＢＩ値が０．４以下の試験片では溶接部のさびは認められず、０．４を超える試験片ではさびが認められた。
一方、ＢＩ値が０．８を超える試験片Ｎｏ２２、２４，２６〜２８では、ＴＩＧ溶接後のブラックスポット生成長さ比が大きく、何れも腐食試験において溶接部からのさびが確認された。試験片Ｎｏ２２、２４，２６〜２８のさび発生部をルーペで拡大観察したところ、ブラックスポットと溶接ビード部の境界で剥離が認められた。Ａｌ，Ｔｉ、Ｓｉ，Ｃａが規定以上の濃度となったＮｏ２２，２６，２７，２８は、腐食試験でさびが発生した。
また、Ｃｒの組成比が１６％未満である試験片Ｎｏ２５及びＴｉの組成比が０．０５％
未満である試験片Ｎｏ２３では、腐食試験でさびの発生が認められた。
「実験例１」
以下に示す化学成分（組成）を有するフェライト系ステンレス鋼を、冷間圧延により厚
み１ｍｍの鋼板を製造したこと以外はＮｏ１の試験片の製造方法と同様にして供試材を製
造した。これを用いて試験片Ａおよび試験片Ｂを得た。
「化学成分（組成）」
試験片Ａ
Ｃ：０．００７％，Ｎ：０．０１１％，Ｓｉ：０．１２％，Ｍｎ：０．１８％，Ｐ：０．
２２％，Ｓ：０．００１％，Ｃｒ：１９．４％，Ａｌ：０．０６％，Ｔｉ：０．１５％、
Ｃａ：０．０００５％、残部：鉄と不可避的不純物
試験片Ｂ
Ｃ：０．００９％，Ｎ：０．０１０％，Ｓｉ：０．２５％，Ｍｎ：０．１５％，Ｐ：０．
２１％，Ｓ：０．００１％，Ｃｒ：２０．２％，Ａｌ：０．１５％，Ｔｉ：０．１９％、
Ｃａ：０．００１５％、残部：鉄と不可避的不純物
このようにして得られた試験片Ａおよび試験片Ｂに対し、Ｎｏ１の試験片と同様の溶接
条件でＴＩＧ溶接し、ＴＩＧ溶接時に裏側に生じたブラックスポットの外観を観察した。
その結果を図１に示す。
図１（ａ）は、ＴＩＧ溶接時に裏側に生じたブラックスポットの外観を示した写真であ
る。また、図１（ｂ）は、ＴＩＧ溶接時に裏側に生じたブラックスポットの外観を示した
模式図であり、図１（ａ）に示す写真に対応する図面である。
図１（ａ）および図１（ｂ）において左側はＢＩ値が０．４９の試験片Ａの写真であり
、右側はＢＩ値が１．０７の試験片Ｂの写真である。
図１において矢印で示すように、ＢＩ値が０．４９の試験片Ａ及びＢＩ値が１．０７の
試験片Ｂの双方に、斑点状のブラックスポットが散見される。しかし、ＢＩ値が大きい試
験片Ｂ（右側の写真）において、ブラックスポットはより多く発生しているのが分かる。
また、ＢＩ値が１．０７の試験片Ｂについて、溶接ビード部とブラックスポット部の２
カ所について、オージェ電子分光分析（ＡＥＳ）測定を行った。その結果を図２に示す。
なお、ＡＥＳ測定においては、走査型ＦＥオージェ電子分光装置を用い、加速電圧１０
ｋｅＶ、スポット径約４０ｎｍ、スパッタ速度１５ｎｍ／ｍｉｎの条件で、酸素の強度が
殆ど観測されなくなるまで測定を実施した。なお、ＡＥＳの測定スポットは小さいため、
測定位置により誤差が生じる場合があるが、概略の厚さを示すものとして今回採用した。
図２は、試験片の裏側におけるブラックスポットおよび溶接ビード部の元素深さプロフ
ァイル（深さ方向の元素の濃度分布）をＡＥＳで測定した結果を示したグラフである。図
２（ａ）は溶接ビード部の結果であり、図２（ｂ）はブラックスポットの結果である。
図２（ａ）に示すように、溶接ビード部は、Ｔｉが主体であり、Ａｌ、Ｓｉを含む厚さ
数百Åの酸化物であった。一方、図２（ｂ）に示すように、ブラックスポットは、Ａｌが
主体であり、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａを含む厚さ数千Åの厚い酸化物であった。また、図２（ｂ
）に示すブラックスポットのグラフより、Ａｌは、ブラックスポットに最も高濃度で含ま
れており、Ｃａは鋼中の含有量が少ないにもかかわらず、ブラックスポットに高濃度で含
まれていることが確認できた。
「実験例２」
Ｃ：０．００２〜０．０１５％，Ｎ：０．０２〜０．０１５％，Ｃｒ：１６．５〜２３
％，Ｎｉ：０〜１．５％，Ｍｏ：０〜２．５％を基本組成とし、ブラックスポットの主成
分であるＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａ等の含有量の異なる種々の化学成分（組成）を有するフ
ェライト系ステンレス鋼の供試材を、試験片Ａと同様の製造方法により製造した。これを
用いて、複数の試験片を得た。
このようにして得られた複数の試験片に対し、Ｎｏ１の試験片と同様の溶接条件でＴＩ
Ｇ溶接し、Ｎｏ１の試験片と同様にしてブラックスポット生成長さ比を算出した。
その結果、ブラックスポット生成長さ比は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａが増加するほど大
きくなる傾向を示した。これらの元素は酸素との親和力が特に強い元素であり、このうち
特にＡｌの効果が大きく、またＣａは鋼中の含有量が少ないにもかかわらずブラックスポ
ットへの影響が大きいことが判明した。またＴｉ、Ｓｉに関しても同様にブラックスポッ
トの生成に寄与することが分かった。
このことから、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａの添加量が多い場合には、シールドを施しても
ブラックスポットが発生する懸念が大きく、とくにＡｌ、Ｔｉはブラックスポットの生成
に大きな影響を与えることが分かった。
また、複数の試験片それぞれについて下記(１)式で示されるＢＩ値を算出し、ブラック
スポット生成長さ比との関係を調べた。
ＢＩ＝３Ａｌ＋Ｔｉ＋０．５Ｓｉ＋２００Ｃａ≦０．８ …（１）
（なお、（１）式中のＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａは、鋼中の各成分の含有量［質量％］であ
る。）
その結果を図３に示す。図３は、ＢＩ値とブラックスポット生成長さ比との関係を示し
たグラフである。図３に示すように、ＢＩ値が大きいほどブラックスポット生成長さ比が
大きくなることが分かる。
また、複数の試験片それぞれに対し、Ｎｏ１の試験片と同様にして腐食試験を行った。
その結果を、図４に示す。図４は、ＢＩ値と加工後に噴霧試験した後の耐食性評価結果との関係を示したグラフである。図４に示すように、ＢＩ値が０．８以下である場合、張り出し高さが６ｍｍの試験片では腐食が発生せず、特に０．４以下では、張り出し高さが７ｍｍの試験片においても、腐食も認められないため、非常に良好であった。
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、外装材、建材、屋外機器類、貯水・貯湯タンク
、家電製品、浴槽、厨房機器、潜熱回収型ガス給湯器のドレン水回収器とその熱交換器、
各種溶接パイプなどのように、その他屋外・屋内の一般的な用途で、ＴＩＧ溶接されて形
成される構造体において、耐食性を必要とする部材に好適に用いることができる。特に、
本発明のフェライト系ステンレス鋼は、ＴＩＧ溶接後に加工を施す部材に好適である。ま
た、本発明のフェライト系ステンレス鋼は、耐食性のみならずＴＩＧ溶接部の加工性にも
優れるため、加工の厳しい用途においても広く適用可能である。

Claims (6)

  1. 質量％で，
    Ｃ：０．０２０％以下，
    Ｎ：０．０２５％以下，
    Ｓｉ：１．０％以下，
    Ｍｎ：１．０％以下，
    Ｐ：０．０３５％以下，
    Ｓ：０．０１％以下，
    Ｃｒ：１６．０〜２５．０％，
    Ａｌ：０．１２％以下，
    Ｔｉ：０．０５〜０．３５％，
    Ｃａ：０．００１５％以下を含有し，残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり，
    下記(１)式を満足することを特徴とする，溶接部のブラックスポットの生成の少ないフ
    ェライト系ステンレス鋼。
    ＢＩ＝３Ａｌ＋Ｔｉ＋０．５Ｓｉ＋２００Ｃａ≦０．８ （１）
    （なお、（１）式中のＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃａは、鋼中の各成分の含有量［質量％］であ
    る。）
  2. さらに、質量％で、Ｎｂ：０．６％以下を含むことを特徴とする、請求項１に記載の溶
    接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
  3. さらに、質量％で、Ｍｏ：３．０％以下を含むことを特徴とする、請求項１または請求
    項２に記載の溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
  4. さらに、質量％で、Ｃｕ：２．０％以下、Ｎｉ：２．０％以下から選ばれる一種又は二
    種を含むことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れかに記載の溶接部のブラックス
    ポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
  5. さらに、質量％で、Ｖ：０．２％以下、Ｚｒ：０．２％以下から選ばれる一種又は二種
    を含むことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れかに記載の溶接部のブラックスポ
    ットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼。
  6. さらに、質量％で、Ｂ：０．００５％以下を含有することを特徴とする、請求項１から
    請求項５のいずれかに記載の溶接部のブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステ
    ンレス鋼。
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