JP2012200778A - オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Nbおよび/またはVを含有する耐粒界腐食性に優れたSUS310系ステンレス鋼を溶接するに際し、C:0.03%以下、Si:0.65%以下、Mn:1.0〜2.5%、Cr:19.5〜25%、Ni:9〜14%、Mo:0〜0.75%、Cu:0〜0.75%、N:0.1%以下、P:0.03%以下、S:0.03%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなる溶接材料を用いて得られる溶接金属の初層部における化学組成が、C:0.026%以下、Si:0.2%〜0.65%、Mn:0.01〜2%、Cr:19.5〜25.5%、Ni:9〜17.5%、Mo:0.75%以下、Cu:0〜0.75%、N:0.07%以下、P:0.03%以下、S:0.002%以下、Nb:0.1%以下およびV:0.15%以下の1種または2種を含有し、残部はFeおよび不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手。
【選択図】 なし
Description
C:0.02%以下、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:0.01〜2%、
Cr:24〜26%、
Ni:18〜22%、
Mo:0.10%を超えて0.50%未満、
N:0.04%を超えて0.15%以下、
P:0.02%以下および
S:0.002%以下ならびに
Nb:0.30%以下およびV:0.40%以下の1種または2種
を含有し、
残部がFeおよび不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼を溶接するに際し、
C:0.03%以下、
Si:0.65%以下、
Mn:1.0〜2.5%、
Cr:19.5〜25%、
Ni:9〜14%、
Mo:0〜0.75%、
Cu:0〜0.75%、
N:0.1%以下、
P:0.03%以下および
S:0.03%以下
を含有し、
残部はFeおよび不純物からなる溶接材料を用いて得られる溶接金属の初層部における化学組成が、
C:0.026%以下、
Si:0.2%〜0.65%、
Mn:0.01〜2%、
Cr:19.5〜25.5%、
Ni:9〜17.5%、
Mo:0.75%以下、
Cu:0〜0.75%、
N:0.07%以下、
P:0.03%以下および
S:0.002%以下ならびに
Nb:0.1%以下およびV:0.15%以下の1種または2種
を含有し、
残部はFeおよび不純物からなることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手。
本発明の溶接継手の母材となるオーステナイト系ステンレス鋼の化学組成は、質量%で、C:0.02%以下、Si:0.01〜0.5%、Mn:0.01〜2%、Cr:24〜26%、Ni:18〜22%、Mo:0.10%を超えて0.50%未満、N:0.04%を超えて0.15%以下、P:0.02%以下およびS:0.002%以下ならびにNb:0.30%以下およびV:0.40%以下の1種または2種を含有し、残部がFeおよび不純物からなる。
Cは、鋼の脱酸および強度確保の目的で用いられる。しかしながら、耐食性の観点から炭化物の析出を防止するために、その含有量はできる限り低くするのが良い。従って、Cの含有量を0.02%以下とした。C含有量は0.015%以下とすることが好ましい。なお、鋼の脱酸および強度確保と炭化物析出とを考慮すると、Cの含有量は、0.005%以上、0.010%以下とすることがより好ましい。
Siは、鋼の脱酸の目的で用いられる。本発明鋼では、その含有量を0.01%以上とする。ただし、Siを過剰に含有すると介在物の生成を促すので、その含有量は低い方が望ましく、0.01〜0.5%とした。Siは、0.15%以上、0.3%以下の含有量とすることが好ましい。
Mnは、鋼の脱酸およびオーステナイト相の安定に有効な元素で、0.01%以上の含有量でその効果が得られる。一方、MnはSと硫化物を形成し、その硫化物は非金属介在物となる。さらに、Mnは、鋼材が溶接される際には溶接部の表面に優先的に濃化して鋼材の耐食性を低下させる。従って、Mnの含有量を0.01〜2%とした。望ましいMnの含有量は0.30%以上である。Mnの含有量は、0.40%以上、0.80%以下とすることがより望ましい。
Crは、鋼の耐食性を保つために不可欠な元素である。Crの含有量が24%未満では十分な耐食性が得られない。一方、本発明鋼の想定される使用環境では、Crは26%までの含有量であれば十分であり、26%を超えると、加工性の低下を招き、さらに、実用鋼としての価格およびオーステナイト相安定の面から問題がある。従って、Cr含有量を24〜26%とした。
Niは、オーステナイト相を安定させ耐食性を維持するために重要な元素である。耐食性の観点から、18%以上のNi含有量が必要である。一方、Crの含有量が24〜26%である本発明においては、Niの含有量が多くなって22%を超えると溶接性の低下を招く。このため、溶接性の観点から、Ni含有量の上限を22%とした。
Moは、鋭敏化抑制作用を有し、0.10%を超える含有量で効果が得られる。しかしながら、Moの含有量が多くなって0.50%以上になっても前記の効果は飽和するので、コストが嵩むばかりである。このため、Moの含有量を0.10%を超えて0.50%未満とした。なお、Mo含有量の好ましい上限は0.40%である。
Nは、本発明において重要な元素である。Nを含有させることによって鋼の強度を高めることができ、さらに、Nの含有量を高めることで、Cを粒内に固定するNbおよび/またはVの炭窒化物を形成するだけでなく、Crを粒内にて固定できる窒化物を形成することで鋭敏化を抑制することができる。こうした効果を得るには、0.04%を超えるN含有量が必要である。しかしながら、Nの含有量が過剰になって、特に0.15%を超えると、粒内だけではなく粒界からのCr窒化物の析出も促進して耐粒界腐食性を低下させる。従って、Nの含有量を0.04%を超えて0.15%以下とした。N含有量の好ましい下限は0.05%であり、より好ましくは0.07%である。また、好ましい上限は0.13%である。
Pは、不純物として含有される元素であり、その含有量が多くなって、特に0.02%を超えると、粒界脆化を引き起こし、また、耐食性も劣化させる。さらに、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、主に粒内でCrを窒化物として固定して粒界鋭敏化を抑制するものであり、粒内窒化物の析出促進により粒内強度が上昇するので、特にPを0.02%を超えて含む場合には、Pの偏析によって脆化した粒界との強度差が大きくなり、溶接熱影響部での割れ感受性の増大も生じる。従って、Pの含有量は0.02%以下に制限する必要がある。なお、Pの含有量は0.015%以下とすることが好ましい。
Sは、不純物として含有される元素であり、その含有量が多くなって、特に0.002%を超えると、粒界脆化を引き起こし、また、耐食性も劣化させる。さらに、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、主に粒内でCrを窒化物として固定して粒界鋭敏化を抑制するものであり、粒内窒化物の析出促進により粒内強度が上昇するので、特にSを0.002%を超えて含む場合には、Sの偏析によって脆化した粒界との強度差が大きくなり、溶接熱影響部での割れ感受性の増大も生じる。従って、Sの含有量は0.002%以下に制限する必要がある。なお、Sの含有量は0.001%以下とすることが好ましい。
NbおよびVも本発明において重要な元素であり、これらの元素を含有させることによってNbおよびVの炭窒化物だけでなく、Cr(Nb、V)Nの析出も促進する。このため、Cr(Nb、V)Nおよび一部NbとVの1種以上が固溶したCr2Nの両窒化物を粒内析出させることができ、CとCrの粒内固溶量を低減させて鋭敏化を抑制することができる。
上記母材を溶接する際に用いる本発明の溶接材料の化学組成は、質量%で、C:0.03%以下、Si:0.65%以下、Mn:1.0〜2.5%、Cr:19.5〜25%、Ni:9〜14%、Mo:0〜0.75%、Cu:0〜0.75%、N:0.1%以下、P:0.03%以下およびS:0.03%以下を含有し、残部はFeおよび不純物からなる。
Cは、耐食性の観点から炭化物の析出を防止するために、その含有量はできる限り低くするのが良い。さらに、Cはオーステナイト安定化元素であるため、溶接材料中のC含有量を出来る限り低くするのが良い。従って、溶接材料中のCの含有量を0.03%以下とした。C含有量は0.02%以下とすることが好ましい。
Siは、溶接時における脱酸の目的で用いられる。しかしながら、Siの過剰添加は溶接金属での凝固割れ感受性を増大させることから、Si含有量を0.65%以下とした。Si含有量は0.5%以下とすることが好ましい。
Mnは、脱酸や高強度の目的で添加される。そのため、Mnは1.0%以上含有させる。しかしながら、含有量が過剰になるとオーステナイトを安定化してフェライトの晶出を抑制するため、上限を設けMnの含有量を2.5%以下とした。
Crは、耐食性を保つために不可欠な元素である。加えてCrはフェライト安定化元素であり、含有量が多いほど溶接割れ防止には有効である。この効果を得るためには、19.5%以上のCr含有量が必要である。一方、含有量が多くなって、特に25%を超えると、溶接材料の伸線加工性の低下を招く。従って、Crの含有量を19.5〜25%とした。Cr含有量は20%以上とすることが好ましい。
Niは、組織安定性や耐食性を向上させる元素であり、9%以上含有させる。しかしながら、Niは強力なオーステナイト安定化元素であり、含有量が多くなって、特に14%を超えると、溶接割れ感受性を増大させる。そのため、Ni含有量を9〜14%とした。
Moは必要に応じて含有させることができる。Moを含有させれば、耐食性を向上させる効果がある。ただし、0.75%を超えて含有させると高温での脆化を招きやすくなる。従って、含有させるときの上限値は0.75%とする。なお、上記の効果を安定的に発現するためには、0.1%以上含有させることが好ましい。
Cuは必要に応じて含有させることができる。Cuを含有させれば、個温強度を向上させる効果がある。ただし、0.75%を超えて含有させるとオーステナイトが安定化されるため溶接割れ感受性が増大する。従って、含有させるときの上限値は0.75%とする。なお、上記の効果を安定的に発現するためには、0.1%以上含有させることが好ましい。
Nは、強度を向上させるために有効な元素である。しかしながら、オーステナイト安定化元素であるため、過剰に含有させると溶接割れ感受性が増大する。従って、Nの含有量に上限を設け、0.1%以下とした。好ましくは0.08%以下である。
Pは不純物元素であり、溶接割れ感受性を増大させる元素である。そのため、その量は極力低減することが望ましいが、過度の減少はコスト増を招く。従って、Pの含有量は0.03%以下とした。好ましくは0.02%以下である。
SもまたPと同様に不純物元素であり、溶接割れ感受性を増大させる元素である。そのため、その量は極力低減することが望ましいが、過度の減少はコスト増を招く。従って、Sの含有量を0.03%以下とした。好ましくは0.01%以下である。
溶接金属の化学組成は、母材と溶接材料との流入割合で決定される。本発明において、上記の母材および溶接材料を用いて溶接を行う場合、溶接金属中のフェライト量を一定量以上とするためには、母材の流入する割合を60%以下とする必要がある。すなわち、本発明の溶接継手は、溶接金属の初層部における化学組成が、質量%で、C:0.026%以下、Si:0.2%〜0.65%、Mn:0.01〜2%、Cr:19.5〜25.5%、Ni:9〜17.5%、Mo:0.75%以下、Cu:0〜0.75%、N:0.07%以下、P:0.03%以下およびS:0.002%以下ならびにNb:0.1%以下およびV:0.15%以下の1種または2種を含有し、残部はFeおよび不純物からなることを最大の特徴とする。
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.02%以下、
Si:0.01〜0.5%、
Mn:0.01〜2%、
Cr:24〜26%、
Ni:18〜22%、
Mo:0.10%を超えて0.50%未満、
N:0.04%を超えて0.15%以下、
P:0.02%以下および
S:0.002%以下ならびに
Nb:0.30%以下およびV:0.40%以下の1種または2種
を含有し、
残部がFeおよび不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼を溶接するに際し、
C:0.03%以下、
Si:0.65%以下、
Mn:1.0〜2.5%、
Cr:19.5〜25%、
Ni:9〜14%、
Mo:0〜0.75%、
Cu:0〜0.75%、
N:0.1%以下、
P:0.03%以下および
S:0.03%以下
を含有し、
残部はFeおよび不純物からなる溶接材料を用いて得られる溶接金属の初層部における化学組成が、
C:0.026%以下、
Si:0.2%〜0.65%、
Mn:0.01〜2%、
Cr:19.5〜25.5%、
Ni:9〜17.5%、
Mo:0.75%以下、
Cu:0〜0.75%、
N:0.07%以下、
P:0.03%以下および
S:0.002%以下ならびに
Nb:0.1%以下およびV:0.15%以下の1種または2種
を含有し、
残部はFeおよび不純物からなることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手。 - 溶接材料の化学組成のうち、CrおよびNiの含有量が、Cr:19.5〜22%、Ni:9〜11%であり、溶接金属の初層部における化学組成のうち、CrおよびNiの含有量が、Cr:19.5〜23%、Ni:9〜16%であることを特徴とする請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手。
- 溶接材料の化学組成のうち、CrおよびNiの含有量が、Cr:23〜25%、Ni:12〜14%であり、溶接金属の初層部における化学組成のうち、CrおよびNiの含有量が、Cr:23〜25.5%、Ni:12〜17.5%であることを特徴とする請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手。
- 沸騰水型原子力発電プラントのPLR配管またはシュラウド等の炉心材料として使用することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手。
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