JP2016002576A - フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ - Google Patents
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Abstract
【課題】フェライト系ステンレス鋼からなる構造物の溶接に用いることができ、しかも、耐溶接割れ性及び耐食性に優れた溶接部を得ることが可能なフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを提供すること。【解決手段】フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、フェライト系ステンレス鋼からなり、該フェライト系ステンレス鋼は、０．００３≦Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、０．１≦Ｓｉ≦１．０ｍａｓｓ％、０．１≦Ｍｎ≦０．８ｍａｓｓ％、Ｐ≦０．０４ｍａｓｓ％、Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％、０．０１≦Ｃｕ≦０．２５ｍａｓｓ％、１４．０≦Ｃｒ≦２１．０ｍａｓｓ％、０．０１≦Ｔｉ≦０．８０ｍａｓｓ％、０．０４８≦Ｎｂ≦０．８０ｍａｓｓ％、０．０２≦Ｍｏ≦０．２５ｍａｓｓ％、及び、０．００３≦Ｎ≦０．０５ｍａｓｓ％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、８?（[Ｃ]＋[Ｎ]）≦[Ｎｂ]を満たす。【選択図】なし
Description
本発明は、フェライト系ステンレス鋼の溶接に用いられるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤに関する。
フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比較して、安価であり、塩環境下での耐応力腐食性割れ性に優れている。さらに、フェライト系ステンレス鋼は、熱膨張係数が小さいことから、熱疲労特性にも優れている。そのため、フェライト系ステンレス鋼は、自動車への適用が拡大している。
フェライト系ステンレス鋼を用いて各種の構造物を製造する場合、溶接法を用いることが多い。フェライト系ステンレス鋼の溶接には、通常、フェライト系ステンレス鋼からなる溶接ワイヤが使用される。このような溶接ワイヤに関し、従来から種々の提案がなされている。
フェライト系ステンレス鋼を用いて各種の構造物を製造する場合、溶接法を用いることが多い。フェライト系ステンレス鋼の溶接には、通常、フェライト系ステンレス鋼からなる溶接ワイヤが使用される。このような溶接ワイヤに関し、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＮを含有し、さらに、Ｎｂ及び／又はＴｉを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、（Ｃ＋Ｎ）が０．０３％以下、かつ、（Ｎｂ＋Ｔｉ）／（Ｃ＋Ｎ）が１２以上であるフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤが開示されている。
同文献には、（Ｃ＋Ｎ）及び（Ｎｂ＋Ｔｉ）／（Ｃ＋Ｎ）を所定の範囲とすることによって、溶接金属の耐食性を確保できる点が記載されている。
同文献には、（Ｃ＋Ｎ）及び（Ｎｂ＋Ｔｉ）／（Ｃ＋Ｎ）を所定の範囲とすることによって、溶接金属の耐食性を確保できる点が記載されている。
特許文献２には、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、及びＴｉを含み、さらに、Ｎｂ及び／又はＴａを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤが開示されている。
同文献には、このような溶接ワイヤを用いることによって、溶接金属の結晶粒を微細化でき、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張強さ、耐食性、及び耐酸化性を改善できる点が記載されている。
同文献には、このような溶接ワイヤを用いることによって、溶接金属の結晶粒を微細化でき、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張強さ、耐食性、及び耐酸化性を改善できる点が記載されている。
さらに、特許文献３には、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、及びＣｕを含み、残部が実質的にＦｅからなるフェライト系ステンレス鋼のワイヤと、ワイヤの表面にメッキされたＣｕメッキ層とを備えた溶接ワイヤが開示されている。
同文献には、このような溶接ワイヤを用いることによって、溶接ビードの割れを抑制し、かつ、溶接部の靱性を高めることができる点が記載されている。
同文献には、このような溶接ワイヤを用いることによって、溶接ビードの割れを抑制し、かつ、溶接部の靱性を高めることができる点が記載されている。
溶接構造物としてフェライト系ステンレス鋼が使用される場合、溶接ワイヤには、通常、溶接構造物と同一又は類似の組成を有するフェライト系ステンレス鋼が使用される。しかしながら、その際、溶接部の高温割れや耐食性の低下が問題となる。
このような溶接部の問題点を改善するため、溶接ワイヤにＣｕ、Ｍｏ、Ｔｉ等を添加して溶接金属の粒径を制御したり、Ｔｉの安定化元素を溶接ワイヤに添加することが提案されている。しかしながら、これらの従来技術を用いても、問題が生じることが多い。
このような溶接部の問題点を改善するため、溶接ワイヤにＣｕ、Ｍｏ、Ｔｉ等を添加して溶接金属の粒径を制御したり、Ｔｉの安定化元素を溶接ワイヤに添加することが提案されている。しかしながら、これらの従来技術を用いても、問題が生じることが多い。
本発明が解決しようとする課題は、フェライト系ステンレス鋼からなる構造物の溶接に用いることができ、しかも、耐溶接割れ性及び耐食性に優れた溶接部を得ることが可能なフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを提供することにある。
上記課題を解決するために本発明に係るフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、
フェライト系ステンレス鋼からなり、
前記フェライト系ステンレス鋼は、
０．００３≦Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｓｉ≦１．０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｍｎ≦０．８ｍａｓｓ％、
Ｐ≦０．０４ｍａｓｓ％、
Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｃｕ≦０．２５ｍａｓｓ％、
１４．０≦Ｃｒ≦２１．０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｔｉ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０４８≦Ｎｂ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０２≦Ｍｏ≦０．２５ｍａｓｓ％、及び、
０．００３≦Ｎ≦０．０５ｍａｓｓ％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
８×（[Ｃ]＋[Ｎ]）≦[Ｎｂ]を満たす
ことを要旨とする。
フェライト系ステンレス鋼からなり、
前記フェライト系ステンレス鋼は、
０．００３≦Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｓｉ≦１．０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｍｎ≦０．８ｍａｓｓ％、
Ｐ≦０．０４ｍａｓｓ％、
Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｃｕ≦０．２５ｍａｓｓ％、
１４．０≦Ｃｒ≦２１．０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｔｉ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０４８≦Ｎｂ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０２≦Ｍｏ≦０．２５ｍａｓｓ％、及び、
０．００３≦Ｎ≦０．０５ｍａｓｓ％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
８×（[Ｃ]＋[Ｎ]）≦[Ｎｂ]を満たす
ことを要旨とする。
フェライト系ステンレス鋼において、Ｃｕは、主に室温における強度と耐食性を向上させる作用がある。Ｍｏは、主に塩化物環境下における耐応力腐食割れ性を向上させる作用がある。しかしながら、これらの元素を添加するだけでは、溶接部の高温割れや耐食性の低下を抑制することはできない。
一方、Ｔｉ及びＮｂは、いずれも溶接部に含まれるＣやＮと結合する。そのため、これらは、粒界にＣｒ系の炭化物や窒化物が析出することに起因する溶接部の耐食性の低下を抑制する作用がある。しかしながら、Ｎｂのみを添加すると、溶接部が高温割れを起こしやすくなる。一方、Ｔｉのみを添加すると、ＴｉＯ2となって溶接部から排出されやすくなる。
一方、Ｔｉ及びＮｂは、いずれも溶接部に含まれるＣやＮと結合する。そのため、これらは、粒界にＣｒ系の炭化物や窒化物が析出することに起因する溶接部の耐食性の低下を抑制する作用がある。しかしながら、Ｎｂのみを添加すると、溶接部が高温割れを起こしやすくなる。一方、Ｔｉのみを添加すると、ＴｉＯ2となって溶接部から排出されやすくなる。
これに対し、フェライト系ステンレス鋼からなる溶接ワイヤにおいて、添加元素としてＣｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、及びＮｂを組み合わせ、かつ、これらの添加量を最適化すると、室温における強度や耐応力腐食割れ性に優れるだけでなく、耐溶接割れ性及び耐食性に優れた溶接部を得ることができる。
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ］
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、以下の構成を備えている。
（１）前記フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、フェライト系ステンレス鋼からなる。
（２）前記フェライト系ステンレス鋼は、
０．００３≦Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｓｉ≦１．０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｍｎ≦０．８ｍａｓｓ％、
Ｐ≦０．０４ｍａｓｓ％、
Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｃｕ≦０．２５ｍａｓｓ％、
１４．０≦Ｃｒ≦２１．０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｔｉ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０４８≦Ｎｂ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０２≦Ｍｏ≦０．２５ｍａｓｓ％、及び、
０．００３≦Ｎ≦０．０５ｍａｓｓ％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
８×（[Ｃ]＋[Ｎ]）≦[Ｎｂ]を満たす。
［１． フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ］
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、以下の構成を備えている。
（１）前記フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、フェライト系ステンレス鋼からなる。
（２）前記フェライト系ステンレス鋼は、
０．００３≦Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｓｉ≦１．０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｍｎ≦０．８ｍａｓｓ％、
Ｐ≦０．０４ｍａｓｓ％、
Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｃｕ≦０．２５ｍａｓｓ％、
１４．０≦Ｃｒ≦２１．０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｔｉ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０４８≦Ｎｂ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０２≦Ｍｏ≦０．２５ｍａｓｓ％、及び、
０．００３≦Ｎ≦０．０５ｍａｓｓ％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
８×（[Ｃ]＋[Ｎ]）≦[Ｎｂ]を満たす。
［１．１． フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの組成］
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを構成するフェライト系ステンレス鋼は、以下のような元素を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを構成するフェライト系ステンレス鋼は、以下のような元素を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
［１．１．１． 構成元素］
（１）０．００３≦Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％：
Ｃは、溶接部の強度確保の観点から、ある程度の含有が必要である。そのためには、Ｃ量は、０．００３ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｃ量は、さらに好ましくは、０．００８ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．０１２ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃ量が過剰になると、溶接後の冷却過程でマルテンサイトが形成される。その結果、溶接部が脆くなり、延性、靱性が低下する。また、これによって溶接割れが発生しやすくなる。従って、Ｃ量は、０．０３０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃ量は、さらに好ましくは、０．０２５ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．０２０ｍａｓｓ％以下である。
（１）０．００３≦Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％：
Ｃは、溶接部の強度確保の観点から、ある程度の含有が必要である。そのためには、Ｃ量は、０．００３ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｃ量は、さらに好ましくは、０．００８ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．０１２ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃ量が過剰になると、溶接後の冷却過程でマルテンサイトが形成される。その結果、溶接部が脆くなり、延性、靱性が低下する。また、これによって溶接割れが発生しやすくなる。従って、Ｃ量は、０．０３０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃ量は、さらに好ましくは、０．０２５ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．０２０ｍａｓｓ％以下である。
（２）０．１≦Ｓｉ≦１．０ｍａｓｓ％：
Ｓｉは、溶製時に脱酸剤として添加される。酸素量を低減するためには、Ｓｉ量は、０．１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｓｉ量は、さらに好ましくは、０．２ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．３ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｓｉ量が過剰になると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｓｉ量は、１．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｓｉ量は、さらに好ましくは、０．８ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．６ｍａｓｓ％以下である。
Ｓｉは、溶製時に脱酸剤として添加される。酸素量を低減するためには、Ｓｉ量は、０．１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｓｉ量は、さらに好ましくは、０．２ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．３ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｓｉ量が過剰になると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｓｉ量は、１．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｓｉ量は、さらに好ましくは、０．８ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．６ｍａｓｓ％以下である。
（３）０．１≦Ｍｎ≦０．８ｍａｓｓ％：
Ｍｎは、溶製時に脱酸剤として添加される。酸素量を低減するためには、Ｍｎ量は、０．１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｍｎ量は、さらに好ましくは、０．２ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．３ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｎ量が過剰になると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｍｎ量は、０．８ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｎ量は、さらに好ましくは、０．７ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．６ｍａｓｓ％以下である。
Ｍｎは、溶製時に脱酸剤として添加される。酸素量を低減するためには、Ｍｎ量は、０．１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｍｎ量は、さらに好ましくは、０．２ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．３ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｎ量が過剰になると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｍｎ量は、０．８ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｎ量は、さらに好ましくは、０．７ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．６ｍａｓｓ％以下である。
（４）Ｐ≦０．０４ｍａｓｓ％：
Ｐ量が過剰になると、冷間加工性が低下し、溶接ワイヤの製造が困難となる。また、過剰のＰを含む溶接ワイヤを用いて溶接すると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｐ量は、０．０４ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｐ量は、さらに好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．０２ｍａｓｓ％以下である。
Ｐ量が過剰になると、冷間加工性が低下し、溶接ワイヤの製造が困難となる。また、過剰のＰを含む溶接ワイヤを用いて溶接すると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｐ量は、０．０４ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｐ量は、さらに好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．０２ｍａｓｓ％以下である。
（５）Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％：
Ｓ量が過剰になると、冷間加工性が低下し、溶接ワイヤの製造が困難となる。また、過剰のＳを含む溶接ワイヤを用いて溶接すると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｓ量は、０．０１０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｓ量は、さらに好ましくは、０．００８ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．００６ｍａｓｓ％以下である。
Ｓ量が過剰になると、冷間加工性が低下し、溶接ワイヤの製造が困難となる。また、過剰のＳを含む溶接ワイヤを用いて溶接すると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｓ量は、０．０１０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｓ量は、さらに好ましくは、０．００８ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．００６ｍａｓｓ％以下である。
（６）０．０１≦Ｃｕ≦０．２５ｍａｓｓ％：
Ｃｕは、引張強度と耐食性を高めるために必要である。このような効果を得るためには、Ｃｕ量は、０．０１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｃｕ量は、さらに好ましくは、０．０４ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．０８ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｕ量が過剰になると、効果が飽和するとともに、延性、靱性が低下する。従って、Ｃｕ量は、０．２５ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃｕ量は、さらに好ましくは、０．２３ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．２０ｍａｓｓ％以下である。
Ｃｕは、引張強度と耐食性を高めるために必要である。このような効果を得るためには、Ｃｕ量は、０．０１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｃｕ量は、さらに好ましくは、０．０４ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．０８ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｕ量が過剰になると、効果が飽和するとともに、延性、靱性が低下する。従って、Ｃｕ量は、０．２５ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃｕ量は、さらに好ましくは、０．２３ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．２０ｍａｓｓ％以下である。
（７）１４．０≦Ｃｒ≦２１．０ｍａｓｓ％：
Ｃｒは、耐食性を付与する主要元素である。高い耐食性を得るためには、Ｃｒ量は、１４．０ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｃｒ量は、さらに好ましくは、１４．５ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、１５．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｒ量が過剰になると、材料が硬化し、溶接ワイヤの製造が困難となる。従って、Ｃｒ量は、２１．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃｒ量は、さらに好ましくは、２０．５ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、２０．０ｍａｓｓ％以下である。
Ｃｒは、耐食性を付与する主要元素である。高い耐食性を得るためには、Ｃｒ量は、１４．０ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｃｒ量は、さらに好ましくは、１４．５ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、１５．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｒ量が過剰になると、材料が硬化し、溶接ワイヤの製造が困難となる。従って、Ｃｒ量は、２１．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃｒ量は、さらに好ましくは、２０．５ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、２０．０ｍａｓｓ％以下である。
（８）０．０１≦Ｔｉ≦０．８０ｍａｓｓ％：
Ｔｉは、溶接部の耐食性を高めるために必要な元素である。Ｔｉを含む溶接ワイヤを用いて溶接を行うと、溶接部に含まれるＣ、ＮがＴｉと結合する。その結果、粒界にＣｒ系の炭化物や窒化物が析出することに起因する溶接部の耐食性の低下が抑制される。このような効果を得るためには、Ｔｉ量は、０．０１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｔｉ量は、さらに好ましくは、０．２０ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．３０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｔｉ量が過剰になると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｔｉ量は、０．８０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｔｉ量は、さらに好ましくは、０．６５ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．４５ｍａｓｓ％以下である。
Ｔｉは、溶接部の耐食性を高めるために必要な元素である。Ｔｉを含む溶接ワイヤを用いて溶接を行うと、溶接部に含まれるＣ、ＮがＴｉと結合する。その結果、粒界にＣｒ系の炭化物や窒化物が析出することに起因する溶接部の耐食性の低下が抑制される。このような効果を得るためには、Ｔｉ量は、０．０１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｔｉ量は、さらに好ましくは、０．２０ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．３０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｔｉ量が過剰になると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｔｉ量は、０．８０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｔｉ量は、さらに好ましくは、０．６５ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．４５ｍａｓｓ％以下である。
（９）０．０４８≦Ｎｂ≦０．８０ｍａｓｓ％：
Ｎｂは、溶接部の耐食性を高めるために必要な元素である。Ｎｂを含む溶接ワイヤを用いて溶接を行うと、溶接部に含まれるＣ、ＮがＮｂと結合する。その結果、粒界にＣｒ系の炭化物や窒化物が析出することに起因する溶接部の耐食性の低下が抑制される。このような効果を得るためには、Ｎｂ量は、０．０４８ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｎｂ量は、さらに好ましくは、０．２ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．３５ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｎｂ量が過剰になると、溶接部の耐割れ性、延性、靱性が低下する。従って、Ｎｂ量は、０．８０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｎｂ量は、さらに好ましくは、０．７ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．５５ｍａｓｓ％以下である。
Ｎｂは、溶接部の耐食性を高めるために必要な元素である。Ｎｂを含む溶接ワイヤを用いて溶接を行うと、溶接部に含まれるＣ、ＮがＮｂと結合する。その結果、粒界にＣｒ系の炭化物や窒化物が析出することに起因する溶接部の耐食性の低下が抑制される。このような効果を得るためには、Ｎｂ量は、０．０４８ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｎｂ量は、さらに好ましくは、０．２ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．３５ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｎｂ量が過剰になると、溶接部の耐割れ性、延性、靱性が低下する。従って、Ｎｂ量は、０．８０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｎｂ量は、さらに好ましくは、０．７ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．５５ｍａｓｓ％以下である。
（１０）０．０２≦Ｍｏ≦０．２５ｍａｓｓ％：
Ｍｏは、塩化物環境下での耐孔食性を高めるために必要な元素である。このような効果を得るためには、Ｍｏ量は、０．０２ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｍｏ量は、さらに好ましくは、０．０４ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．０８ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｏ量が過剰になると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｍｏ量は、０．２５ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｏ量は、さらに好ましくは、０．２３ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．２０ｍａｓｓ％以下である。
Ｍｏは、塩化物環境下での耐孔食性を高めるために必要な元素である。このような効果を得るためには、Ｍｏ量は、０．０２ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｍｏ量は、さらに好ましくは、０．０４ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．０８ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｏ量が過剰になると、溶接部の延性、靱性が低下する。従って、Ｍｏ量は、０．２５ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｏ量は、さらに好ましくは、０．２３ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．２０ｍａｓｓ％以下である。
（１１）０．００３≦Ｎ≦０．０５ｍａｓｓ％：
Ｎは、溶接部の強度確保の点からある程度の含有が必要である。そのためには、Ｎ量は、０．００３ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｎ量は、さらに好ましくは、０．００５ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．００７ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｎ量が過剰になると、溶接後の冷却過程で溶接部にマルテンサイトが形成される。その結果、溶接部が脆くなり、延性、靱性が低下する。また、これによって溶接割れが発生しやすくなる。従って、Ｎ量は、０．０５ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｎ量は、さらに好ましくは、０．０４５ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．０４ｍａｓｓ％以下である。
Ｎは、溶接部の強度確保の点からある程度の含有が必要である。そのためには、Ｎ量は、０．００３ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｎ量は、さらに好ましくは、０．００５ｍａｓｓ％以上、さらに好ましくは、０．００７ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｎ量が過剰になると、溶接後の冷却過程で溶接部にマルテンサイトが形成される。その結果、溶接部が脆くなり、延性、靱性が低下する。また、これによって溶接割れが発生しやすくなる。従って、Ｎ量は、０．０５ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｎ量は、さらに好ましくは、０．０４５ｍａｓｓ％以下、さらに好ましくは、０．０４ｍａｓｓ％以下である。
［１．１．２． 成分バランス］
上述したように、Ｎｂは、溶接部に含まれるＣ、Ｎと結合し、溶接部の耐食性の低下を抑制する作用がある。そのため、Ｎｂ量がＣ及びＮの総量に対して相対的に少なくなると、耐食性の低下が顕著となる。従って、フェライト系ステンレス鋼中のＮｂ量（ｍａｓｓ％）は、８×（[Ｃ]＋[Ｎ]）≦[Ｎｂ]を満たしている必要がある。ここで、[Ｘ]は、元素Ｘの含有量（ｍａｓｓ％）を表す。
上述したように、Ｎｂは、溶接部に含まれるＣ、Ｎと結合し、溶接部の耐食性の低下を抑制する作用がある。そのため、Ｎｂ量がＣ及びＮの総量に対して相対的に少なくなると、耐食性の低下が顕著となる。従って、フェライト系ステンレス鋼中のＮｂ量（ｍａｓｓ％）は、８×（[Ｃ]＋[Ｎ]）≦[Ｎｂ]を満たしている必要がある。ここで、[Ｘ]は、元素Ｘの含有量（ｍａｓｓ％）を表す。
［１．２． フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの形状］
フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、フェライト系ステンレス鋼のみからなるもの（いわゆる、「ソリッドワイヤ」）ものでも良く、あるいは、フラックスを含むもの（いわゆる、「フラックス入りワイヤ」）であっても良い。
また、溶接ワイヤの直径や長さは、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、フェライト系ステンレス鋼のみからなるもの（いわゆる、「ソリッドワイヤ」）ものでも良く、あるいは、フラックスを含むもの（いわゆる、「フラックス入りワイヤ」）であっても良い。
また、溶接ワイヤの直径や長さは、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
［２． 作用］
フェライト系ステンレス鋼において、Ｃｕは、主に室温における強度と耐食性を向上させる作用がある。Ｍｏは、主に塩化物環境下における耐応力腐食割れ性を向上させる作用がある。しかしながら、これらの元素を添加するだけでは、溶接部の高温割れや耐食性の低下を抑制することはできない。
一方、Ｔｉ及びＮｂは、いずれも溶接部に含まれるＣやＮと結合する。そのため、これらは、粒界にＣｒ系の炭化物や窒化物が析出することに起因する溶接部の耐食性の低下を抑制する作用がある。しかしながら、Ｎｂのみを添加すると、溶接部が高温割れを起こしやくなる。一方、Ｔｉのみを添加すると、ＴｉＯ2となって溶接部から排出されやすくなる。
フェライト系ステンレス鋼において、Ｃｕは、主に室温における強度と耐食性を向上させる作用がある。Ｍｏは、主に塩化物環境下における耐応力腐食割れ性を向上させる作用がある。しかしながら、これらの元素を添加するだけでは、溶接部の高温割れや耐食性の低下を抑制することはできない。
一方、Ｔｉ及びＮｂは、いずれも溶接部に含まれるＣやＮと結合する。そのため、これらは、粒界にＣｒ系の炭化物や窒化物が析出することに起因する溶接部の耐食性の低下を抑制する作用がある。しかしながら、Ｎｂのみを添加すると、溶接部が高温割れを起こしやくなる。一方、Ｔｉのみを添加すると、ＴｉＯ2となって溶接部から排出されやすくなる。
これに対し、フェライト系ステンレス鋼からなる溶接ワイヤにおいて、添加元素としてＣｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、及びＮｂを組み合わせ、かつ、これらの添加量を最適化すると、室温における強度や耐応力腐食割れ性に優れるだけでなく、耐溶接割れ性及び耐食性に優れた溶接部を得ることができる。
特に、Ｔｉ量を０．３０≦Ｔｉ≦０．４５ｍａｓｓ％とし、かつ、Ｎｂ量を０．３５≦Ｎｂ≦０．５５ｍａｓｓ％とすると、高い耐食性を維持したまま、溶接部の延性、靱性が向上する。これは、高温割れが生じない程度にＮｂ量を低減しているため、及び、Ｎｂの低減により低下した耐食性をＴｉで補っているため、である。
（実施例１〜１６、比較例１〜１６）
［１． 試料の作製］
表１に示す組成の合金を溶製した。得られた鋳塊の熱間加工及び冷間加工を行い、溶接ワイヤ（ソリッドワイヤ）を得た。
［１． 試料の作製］
表１に示す組成の合金を溶製した。得られた鋳塊の熱間加工及び冷間加工を行い、溶接ワイヤ（ソリッドワイヤ）を得た。
［２． 試験方法］
［２．１． ローラー曲げ試験］
［２．１．１． 試験板の作製］
図１（ａ）に、ローラー曲げ試験に用いた試験板の模式図を示す。図１（ｂ）に試験板の溶接方法を説明するための模式図を示す。母材には、板厚：１．５ｍｍのＳＵＳ４３０板を用いた。母材から図１（ａ）に示す寸法の板を切り出した。図１（ｂ）に示すように、重ね部の幅が１０ｍｍとなるように２枚の板を重ね合わせ、各種の溶接ワイヤを用いてすみ肉溶接を行った。母材間のギャップ：０ｍｍ、トーチ回転角：４５°とし、ルート部を狙って溶接した。溶接条件は、以下の通りである。
シールドガス： ９６．５％Ａｒ＋３．５％Ｏ2、流量２０Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流： １７０Ａ
アーク電圧： ２１．５Ｖ
溶接速度： ８０ｃｍ／ｍｉｎ
［２．１． ローラー曲げ試験］
［２．１．１． 試験板の作製］
図１（ａ）に、ローラー曲げ試験に用いた試験板の模式図を示す。図１（ｂ）に試験板の溶接方法を説明するための模式図を示す。母材には、板厚：１．５ｍｍのＳＵＳ４３０板を用いた。母材から図１（ａ）に示す寸法の板を切り出した。図１（ｂ）に示すように、重ね部の幅が１０ｍｍとなるように２枚の板を重ね合わせ、各種の溶接ワイヤを用いてすみ肉溶接を行った。母材間のギャップ：０ｍｍ、トーチ回転角：４５°とし、ルート部を狙って溶接した。溶接条件は、以下の通りである。
シールドガス： ９６．５％Ａｒ＋３．５％Ｏ2、流量２０Ｌ／ｍｉｎ
溶接電流： １７０Ａ
アーク電圧： ２１．５Ｖ
溶接速度： ８０ｃｍ／ｍｉｎ
［２．１．２． 評価方法］
図１（ｃ）に、ローラ曲げ試験法の模式図を示す。溶接ビードが一対のローラのほぼ中央に来るように、かつ、溶接ビードの表側が下になるように、試験板を一対のローラの上に載せ、押しジグの雄型で試験板を下方に押し込んだ。押し込み速度は１０ｍｍ／ｍｉｎ、押し込み量は３５ｍｍ又は７０ｍｍとした。曲げ試験後、浸透探傷試験により溶接ビードの表面割れを調査した。判定基準は、以下の通りである。
◎： 亀裂なし
○： 長さ１ｍｍ未満の亀裂が１個以下
△： 長さ１ｍｍ未満の亀裂が２個以下
×： 長さ１ｍｍ以上の亀裂、または３個以上の亀裂
図１（ｃ）に、ローラ曲げ試験法の模式図を示す。溶接ビードが一対のローラのほぼ中央に来るように、かつ、溶接ビードの表側が下になるように、試験板を一対のローラの上に載せ、押しジグの雄型で試験板を下方に押し込んだ。押し込み速度は１０ｍｍ／ｍｉｎ、押し込み量は３５ｍｍ又は７０ｍｍとした。曲げ試験後、浸透探傷試験により溶接ビードの表面割れを調査した。判定基準は、以下の通りである。
◎： 亀裂なし
○： 長さ１ｍｍ未満の亀裂が１個以下
△： 長さ１ｍｍ未満の亀裂が２個以下
×： 長さ１ｍｍ以上の亀裂、または３個以上の亀裂
［２．２． 耐溶接割れ性試験］
［２．２．１． 試験板の作製］
図２（ａ）に、耐溶接割れ性試験に用いた試験板の模式図を示す。図２（ｂ）に、試験ビードの溶接方法を説明するための模式図を示す。
母材には、厚さ９ｍｍのＳＵＳ４１０Ｌを用いた。母材から図２（ａ）に示す寸法の板を切り出した。横板と縦板を密着させて両端面をタック溶接した後、下向姿勢１パスでビードＳ１を置き、ただちにＳ１と反対側にのど厚がＳ１より小さい試験ビードＳ２を置いた。Ｓ１及びＳ２の溶接は、試験板のほぼ全長にわたって行った。
［２．２．１． 試験板の作製］
図２（ａ）に、耐溶接割れ性試験に用いた試験板の模式図を示す。図２（ｂ）に、試験ビードの溶接方法を説明するための模式図を示す。
母材には、厚さ９ｍｍのＳＵＳ４１０Ｌを用いた。母材から図２（ａ）に示す寸法の板を切り出した。横板と縦板を密着させて両端面をタック溶接した後、下向姿勢１パスでビードＳ１を置き、ただちにＳ１と反対側にのど厚がＳ１より小さい試験ビードＳ２を置いた。Ｓ１及びＳ２の溶接は、試験板のほぼ全長にわたって行った。
溶接条件は、以下の通りである。
シールドガス： ９６．５％Ａｒ＋３．５％Ｏ2
シールドガス流量： ２０Ｌ／ｍｉｎ
溶接方法： パルスミグ溶接
溶接電流： 約２６０Ａ（Ｓ１）、約２５０Ａ（Ｓ２）
アーク電圧： 約２６Ｖ（Ｓ１）、約２５．５Ｖ（Ｓ２）
溶接速度： ４０ｃｍ／ｍｉｎ
Ｅｘｔ．： １５ｍｍ
シールドガス： ９６．５％Ａｒ＋３．５％Ｏ2
シールドガス流量： ２０Ｌ／ｍｉｎ
溶接方法： パルスミグ溶接
溶接電流： 約２６０Ａ（Ｓ１）、約２５０Ａ（Ｓ２）
アーク電圧： 約２６Ｖ（Ｓ１）、約２５．５Ｖ（Ｓ２）
溶接速度： ４０ｃｍ／ｍｉｎ
Ｅｘｔ．： １５ｍｍ
［２．２．２． 評価方法］
溶接後、浸透探傷試験により溶接ビードの表面割れの個数をカウントした。
溶接後、浸透探傷試験により溶接ビードの表面割れの個数をカウントした。
［２．３． 耐食性（１）：塩水噴霧試験］
［２．３．１． 試験板の作製］
ローラー曲げ試験と同様にして、試験板を作製した。
［２．３．２． 評価方法］
溶接後、塩水噴霧試験を行った（ＪＩＳ Ｚ２３７１、１００時間）。判定基準は、以下の通りである。
○： 錆び発生なし
×： 錆び発生あり
［２．３．１． 試験板の作製］
ローラー曲げ試験と同様にして、試験板を作製した。
［２．３．２． 評価方法］
溶接後、塩水噴霧試験を行った（ＪＩＳ Ｚ２３７１、１００時間）。判定基準は、以下の通りである。
○： 錆び発生なし
×： 錆び発生あり
［２．４． 耐食性（２）：しゅう酸エッチング試験］
［２．３．１． 試験板の作製］
ローラー曲げ試験と同様にして、試験板を作製した。
［２．３．２． 評価方法］
溶接後、溶接部の横断面について、樹脂埋込試料を作製した。これを用いて、ステンレス鋼のしゅう酸エッチング試験を行った（ＪＩＳ Ｇ０５７１）。判定基準は、以下の通りである。
○： 段状組織
△： 部分的に溝状組織が認められる
×： すべての結晶粒界で溝状組織が認められる。
［２．３．１． 試験板の作製］
ローラー曲げ試験と同様にして、試験板を作製した。
［２．３．２． 評価方法］
溶接後、溶接部の横断面について、樹脂埋込試料を作製した。これを用いて、ステンレス鋼のしゅう酸エッチング試験を行った（ＪＩＳ Ｇ０５７１）。判定基準は、以下の通りである。
○： 段状組織
△： 部分的に溝状組織が認められる
×： すべての結晶粒界で溝状組織が認められる。
［３． 結果］
表１に、結果を示す。なお、表１には、各溶接ワイヤの組成も併せて示した。表１より、以下のことがわかる。
表１に、結果を示す。なお、表１には、各溶接ワイヤの組成も併せて示した。表１より、以下のことがわかる。
（１）比較例１は、ローラ曲げ試験時に亀裂が発生した。これは、Ｃが過剰であるために、溶接後の冷却過程でマルテンサイトが形成されたためと考えられる。また、比較例１は、溶接割れも発生した。これは、Ｃが過剰であるために、溶接後の冷却過程で粒界に炭化物が析出したためと考えられる。
（２）比較例２〜６は、ローラー曲げ試験時に亀裂が発生した。これは、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、又はＣｕが過剰であるためと考えられる。
（３）比較例７は、耐食性が低い。これは、Ｃｒが少ないためと考えられる。
（４）比較例８〜１０は、しゅう酸に対する耐食性が低い。これは、Ｔｉ及び／又はＮｂが少ないためと考えられる。
（２）比較例２〜６は、ローラー曲げ試験時に亀裂が発生した。これは、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、又はＣｕが過剰であるためと考えられる。
（３）比較例７は、耐食性が低い。これは、Ｃｒが少ないためと考えられる。
（４）比較例８〜１０は、しゅう酸に対する耐食性が低い。これは、Ｔｉ及び／又はＮｂが少ないためと考えられる。
（５）比較例１１〜１３は、ローラー曲げ試験時に亀裂が発生し、溶接割れも発生した。これは、Ｔｉ及び／又はＮｂが過剰であるためと考えられる。
（６）比較例１４は、塩水環境下での耐食性が低い。これは、Ｍｏが少ないためと考えられる。
（７）比較例１５は、ローラー曲げ試験時に亀裂が発生した。これは、Ｍｏが過剰であるためと考えられる。
（８）比較例１６は、ローラー曲げ試験時に亀裂が発生し、溶接割れも発生した。これは、Ｎが過剰であるためと考えられる。
（６）比較例１４は、塩水環境下での耐食性が低い。これは、Ｍｏが少ないためと考えられる。
（７）比較例１５は、ローラー曲げ試験時に亀裂が発生した。これは、Ｍｏが過剰であるためと考えられる。
（８）比較例１６は、ローラー曲げ試験時に亀裂が発生し、溶接割れも発生した。これは、Ｎが過剰であるためと考えられる。
（９）実施例１〜１６は、いずれもローラー曲げ試験時に大きな亀裂が発生せず、かつ溶接割れも発生しなかった。さらに、塩水環境下及びしゅう酸環境下のいずれにおいても、高い耐食性を示した。
（１０）Ｔｉ量を０．３０≦Ｔｉ≦０．４５ｍａｓｓ％とし、かつ、Ｎｂ量を０．３５≦Ｎｂ≦０．５５ｍａｓｓ％とすると、溶接部の延性、靱性がさらに向上した（実施例７〜９、実施例１１〜１２、実施例１４）。
（１０）Ｔｉ量を０．３０≦Ｔｉ≦０．４５ｍａｓｓ％とし、かつ、Ｎｂ量を０．３５≦Ｎｂ≦０．５５ｍａｓｓ％とすると、溶接部の延性、靱性がさらに向上した（実施例７〜９、実施例１１〜１２、実施例１４）。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
本発明に係るフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、フェライト系ステンレス鋼からなる各種構造物の溶接に用いることができる。
Claims (2)
- フェライト系ステンレス鋼からなり、
前記フェライト系ステンレス鋼は、
０．００３≦Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｓｉ≦１．０ｍａｓｓ％、
０．１≦Ｍｎ≦０．８ｍａｓｓ％、
Ｐ≦０．０４ｍａｓｓ％、
Ｓ≦０．０１０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｃｕ≦０．２５ｍａｓｓ％、
１４．０≦Ｃｒ≦２１．０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｔｉ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０４８≦Ｎｂ≦０．８０ｍａｓｓ％、
０．０２≦Ｍｏ≦０．２５ｍａｓｓ％、及び、
０．００３≦Ｎ≦０．０５ｍａｓｓ％
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
８×（[Ｃ]＋[Ｎ]）≦[Ｎｂ]を満たす
フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ。 - 前記フェライト系ステンレス鋼は、
０．３０≦Ｔｉ≦０．４５ｍａｓｓ％、及び、
０．３５≦Ｎｂ≦０．５５ｍａｓｓ％
である請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ。
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|---|---|---|---|---|
| JP2008132515A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp | 耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼溶接金属および溶接ワイヤ |
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