JP2022020163A - 二相ステンレス鋼溶接材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接時の溶融金属の濡れ性を高めた、二相ステンレス鋼溶接材料を提供する。【解決手段】本開示による二相ステンレス鋼溶接材料は、質量％で、Ｃ：０．００１～０．０３０％、Ｓｉ：０．０５～０．６０％、Ｍｎ：０．０５～０．６０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｃｒ：２１．００～２８．００％、Ｎｉ：６．００～１１．００％、Ｍｏ：２．００～４．５０％、Ｎ：０．０８００～０．４０００％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～０．０５０％、Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、Ｂ：０．０００１～０．００３０％、Ｏ：０．０１５０％以下、及び、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する。Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）【選択図】図３
Description
本開示は、二相ステンレス鋼溶接材料に関する。
二相ステンレス鋼は、高強度と塩化物環境下での優れた耐食性とを有する。そのため、二相ステンレス鋼は広範囲の技術分野で使用されている。二相ステンレス鋼はたとえば、海水熱交換器用鋼管の材料及びオフショア開発用のアンビリカルケーブル用鋼管の材料として使用されている。
二相ステンレス鋼は、必要とされる用途に応じて、ＪＩＳ規格（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）及びＡＳＴＭ Ｓｔａｎｄａｒｄｓにおいて規格が定められている。たとえば、ＪＩＳ規格ではＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ及びＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌが定められている。最近では耐孔食指数（ＰＲＥＷ）が４０を超えるスーパー二相ステンレス鋼として、ＳＵＳ３２７Ｌ１が新たにＪＩＳ規格に追加されている。加えて、スーパー二相ステンレス鋼である、ＡＳＴＭ Ａ７８９ Ｓ３９２７４も開発及び実用化されている。ＡＳＴＭ Ａ７８９ Ｓ３９２７４は、ＰＲＥＷをさらに高めて高強度化及び高耐食化がされ、多量のＷの添加によって高ＰＲＥＷ化に伴うシグマ相の析出が抑制されている。
一方、二相ステンレス鋼を溶接材料を用いずに溶接すれば、溶接後の急冷によって、溶接金属中のフェライト量が、二相ステンレス鋼の母材のフェライト量と比較して顕著に多くなる。これにより、溶接金属の強度及び耐食性が低下する。そこで、溶接ままでも溶接金属の強度及び耐食性を高めることが可能な共金系溶接材料（二相ステンレス鋼の母材の化学組成と近い化学組成を有する溶接材料）がたとえば、特開平０８－２６０１０１号公報（特許文献１）及び特開２０１４－０３９９５３号公報（特許文献２）に提案されている。
特許文献１の二相ステンレス鋼溶接用溶接材料は、重量％でＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００３％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下、Ｎｉ：２．０～８．０％、Ｃｒ：２４．０～２６．０％、Ｃｏ：０～６．０％、Ｍｏ：２．０～３．３％、Ｗ：１．５～５．０％、Ｎ：０．２４～０．３５％およびＯ：０．００７％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつ下記（１）式に示す耐孔食性指数ＰＲＥＷが４２．０以上、（２）式に示すフェライト容量指数Ｐｈが０．２５～０．３５である。特許文献１の二相ステンレス鋼溶接用溶接材料は、溶接金属部の耐孔食性と靱性とが母材のそれと同等であり、線材への熱間加工性に優れる、と特許文献１に記載されている。
ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ・・・・・（１）
Ｐｈ＝｛Ｎｉ＋Ｃｏ＋３０（Ｃ＋Ｎ）－０．６（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．４Ｗ）＋５．６｝÷｛Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．４Ｗ－６｝・・・・（２）
但し、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の含有量（重量％）を示す。
ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ・・・・・（１）
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但し、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の含有量（重量％）を示す。
特許文献２の二相ステンレス鋼用溶接材料は、質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．５～３．０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．４～４．０％、Ｎｉ：６．０～１２．０％、Ｃｒ：２５．５～３０．０％、Ｍｏ：２．０～４．０％、Ｗ：２．８～５．０％、Ｎ：０．２４～０．４０％およびＡｌ：０．０４％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、下記（ｉ）式で表わされる強度指数ＳＥＷが４８５以上であり、かつ、下記（ｉｉ）式で表わされる耐孔食性指数ＰＲＥＷが４２以上であることを特徴とする。特許文献２の二相ステンレス鋼用溶接材料を用いて二相ステンレス鋼の溶接を行えば、優れた耐孔食性およびシグマ相の析出抑制効果を有し、高濃度のＭｏおよびＷを含有する高強度二相ステンレス鋼溶接継手を得ることができる、と特許文献２に記載されている。
ＳＥＷ＝１４Ｃｒ＋５Ｍｎ＋１０Ｍｏ＋６０Ｃｕ＋５０（Ｃ＋Ｎ）＋２０Ｗ・・・（ｉ）
ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ・・・（ｉｉ）
ただし、（ｉ）式および（ｉｉ）式中の各元素記号は、各元素の含有量（質量％）を意味する。
ＳＥＷ＝１４Ｃｒ＋５Ｍｎ＋１０Ｍｏ＋６０Ｃｕ＋５０（Ｃ＋Ｎ）＋２０Ｗ・・・（ｉ）
ＰＲＥＷ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ・・・（ｉｉ）
ただし、（ｉ）式および（ｉｉ）式中の各元素記号は、各元素の含有量（質量％）を意味する。
ところで、上述の海水熱交換器の一般的な一例として、多管式熱交換器が挙げられる。二相ステンレス鋼管が多管式熱交換器として使用される場合、細い複数の二相ステンレス鋼管が二相ステンレス鋼の管板にストレングス溶接により固定される。また、二相ステンレス鋼管がアンビリカルケーブル用鋼管として使用される場合、複数の二相ステンレス鋼管が円周ＴＩＧ溶接により溶接され、長尺化される。長尺化された複数の二相ステンレス鋼管は長さ数ｋｍ～数十ｋｍのアンビリカルケーブルの中に組み込まれて使用される。
二相ステンレス鋼は高強度である。そのため、薄肉の二相ステンレス鋼管であっても使用可能である。また、熱交換器の熱交換効率の高効率化、溶接施工性の向上及び溶接効率の高効率化のためには、二相ステンレス鋼管は薄いことが好ましい。
一方で、海水熱交換器及びアンビリカルケーブル用鋼管として使用される二相ステンレス鋼管は、波による揺動を受ける。したがって、二相ステンレス鋼管には高い疲労強度が要求される。溶接後に欠陥寸法又は溶接止端部の形状欠陥があれば、欠陥部を起点に疲労破壊が生じやすい。二相ステンレス鋼管が薄いほど、二相ステンレス鋼管の厚さに対する、溶接後の欠陥寸法及び溶接止端部の形状欠陥の割合は大きくなる。
二相ステンレス鋼管を薄くしても優れた疲労強度を維持するためには、溶接による欠陥寸法及び溶接止端部の形状欠陥による残留応力の集中を抑制することが好ましい。しかしながら、二相ステンレス鋼はＣｒ含有量が高いために溶接時の溶融金属の粘性が高く、溶接ビード部の形状が凸型になりやすい。そのため、二相ステンレス鋼を溶接すると、溶接部表面及び裏面の溶融部両端でのアンダーカットが生じやすい。さらに、溶接ビード部の形状が凸型になりやすいため、溶接止端部に残留応力が集中しやすい。図１は、アンダーカットが生じた鋼管の溶接部における、鋼管の軸方向に平行な断面図である。図１を参照して、２つの鋼管２が溶接ビード部１を介して溶接されており、溶接ビード部１の端には溝が形成されている。この溝をアンダーカット３という。図２は、溶接止端部を説明するための、鋼管の溶接部における、鋼管の軸方向に平行な断面図である。図２を参照して、溶接部の表面において、鋼管２（母材）と溶接ビード部１とが交わる点を溶接止端部４という。溶接された二相ステンレス鋼管が、溶融部両端におけるアンダーカット、又は、溶接止端部における高い残留応力を有する場合、熱交換器及びアンビリカルケーブルの振動時に、アンダーカット及び溶接止端部を起点とする疲労破壊が生じやすい。この場合、熱交換器及びアンビリカルケーブルの寿命が設計基準よりも大幅に下回る可能性がある。したがって、溶接時の溶融金属の濡れ性を高め、アンダーカット及び溶接止端部における残留応力を抑制可能な二相ステンレス鋼用溶接材料が望まれている。
本開示の目的は、溶接時の溶融金属の濡れ性を高めた、二相ステンレス鋼溶接材料を提供することである。
本開示による二相ステンレス鋼溶接材料は、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．０５～０．６０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｒ：２１．００～２８．００％、
Ｎｉ：６．００～１１．００％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｎ：０．０８００～０．４０００％、
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００３０％、
Ｏ：０．０１５０％以下、
Ｗ：０～４．００％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｃｕ：０～４．００％、
Ｃｏ：０～１．００％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ｍｇ：０～０．０２０００％、
ＲＥＭ：０～０．１００％、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する。
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．０５～０．６０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｒ：２１．００～２８．００％、
Ｎｉ：６．００～１１．００％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｎ：０．０８００～０．４０００％、
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００３０％、
Ｏ：０．０１５０％以下、
Ｗ：０～４．００％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｃｕ：０～４．００％、
Ｃｏ：０～１．００％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ｍｇ：０～０．０２０００％、
ＲＥＭ：０～０．１００％、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する。
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。
本開示による二相ステンレス鋼溶接材料は、溶接時の溶融金属の濡れ性を高めることができる。
以下、図面を参照して、本実施形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
本発明者らは、溶接時の溶融金属の濡れ性を高め、アンダーカット及び溶接止端部における残留応力を抑制可能な二相ステンレス鋼用溶接材料について種々検討した。なお、本開示において溶融金属とは、溶接材料を用いて溶接を行う際の溶融状態の金属（つまり、溶融池）をいう。本発明者らは溶接時の溶融金属の濡れ性を高めることができる二相ステンレス鋼溶接材料について検討し、従来の知見とは異なる以下の知見を得た。
Ｓｉは溶接時の溶融金属の粘性を高める。溶接時の溶融金属の濡れ性を高めるためには、溶接時の溶融金属の粘性を低下させて外向きのマランゴニ対流速度を増加させることが有効である。溶接時の溶融金属の粘性を低下させるためには、Ｓｉ量の低減が有効である。
Ｍｎは溶接時の溶融金属の表面張力の温度係数を高める。言い換えると、Ｍｎは溶接時の溶融金属の表面張力の温度依存性を高める。一般的に、温度と表面張力とには負の相関関係があり、温度が高いほど、表面張力は小さくなる。溶接時、溶融金属の温度は、溶融金属の中心部で最も高く、母材に近づくにしたがって低下する。温度が高い溶融金属の中心部と、温度が低い溶融金属の周辺部とで表面張力に差が生じる。表面張力に差が生じれば、溶接ビード部１が凸形状になりやすい。したがって、溶接時の溶融金属の濡れ性を高めるためには、溶接時の溶融金属の表面張力の温度係数の低下が有効である。溶接時の溶融金属の表面張力の温度係数を低下するためには、Ｍｎ量の低減が有効である。
図３は、溶接時の溶融金属の濡れ性と、後述する式（１）との関係を示すグラフである。図３は後述する実施例から得られた。図３の横軸は、Ｆ１（Ｓｉ＋５Ｍｎ）の値を示す。図３の縦軸は、溶接時の溶融金属の濡れ性を示す。図３において、溶接時の溶融金属の濡れ性は、溶け込み深さ（Ｄ）に対する、溶接ビード部１の幅（Ｗ）で示されている。溶け込み深さ（Ｄ）とは、溶接ビード部１の高さと溶接ビード部１の深さとの和である。図３を参照して、Ｆ１（Ｓｉ＋５Ｍｎ）が２．７０以下であれば、溶接時の溶融金属は優れた濡れ性を示す。したがって、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成が式（１）を満たせば、溶接時の溶融金属の濡れ性を高め、溶接後のアンダーカット及び溶接止端部における残留応力の集中を抑制できる。
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
本発明者らはさらに、次の知見を得た。Ｏ（酸素）は溶接時の溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を与える。溶接時の溶融金属の濡れ性を高めるためには、少なくとも溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力との間の負の相関関係を維持する必要がある。溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力との間の負の相関関係を安定させるためには、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を一定量以下に制限することが有効である。溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を一定量以下に制限するためには、溶接材料中にＣａ、Ａｌ及びＢを含有させることが有効である。これにより、溶接時の溶融金属中の溶存酸素と、Ｃａ、Ａｌ及びＢとが結合して酸化物が形成され、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量が低減する。より具体的には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成が式（２）を満たせば、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を一定量以下に制限できる。これにより、溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力との間の負の相関関係を安定させる。溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力との間の負の相関関係が安定化されていることを前提として、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成が式（１）を満たすことで、溶接時の溶融金属の濡れ性が高まる。これにより、溶接後のアンダーカット及び溶接止端部における残留応力の集中を抑制できる。
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
以上の知見に基づいて完成した本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の要旨は、次のとおりである。
［１］
二相ステンレス鋼溶接材料であって、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．０５～０．６０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｒ：２１．００～２８．００％、
Ｎｉ：６．００～１１．００％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｎ：０．０８００～０．４０００％、
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００３０％、
Ｏ：０．０１５０％以下、
Ｗ：０～４．００％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｃｕ：０～４．００％、
Ｃｏ：０～１．００％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ｍｇ：０～０．０２０００％、
ＲＥＭ：０～０．１００％、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。
二相ステンレス鋼溶接材料であって、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．０５～０．６０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｒ：２１．００～２８．００％、
Ｎｉ：６．００～１１．００％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｎ：０．０８００～０．４０００％、
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００３０％、
Ｏ：０．０１５０％以下、
Ｗ：０～４．００％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｃｕ：０～４．００％、
Ｃｏ：０～１．００％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ｍｇ：０～０．０２０００％、
ＲＥＭ：０～０．１００％、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。
［２］
［１］に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｗ：０．５０～４．００％を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［１］に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｗ：０．５０～４．００％を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［３］
［１］又は［２］に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｎｂ：０．０１０～０．１００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、及び
Ｔａ：０．０１～０．１０％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［１］又は［２］に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｎｂ：０．０１０～０．１００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、及び
Ｔａ：０．０１～０．１０％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［４］
［１］～［３］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｃｕ：０．２０～４．００％、及び
Ｃｏ：０．０５～１．００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［１］～［３］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｃｕ：０．２０～４．００％、及び
Ｃｏ：０．０５～１．００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［５］
［１］～［４］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｓｎ：０．００１～０．０１０％を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［１］～［４］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｓｎ：０．００１～０．０１０％を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［６］
［１］～［５］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｍｇ：０．００００１～０．０２０００％、及び
ＲＥＭ：０．００５～０．１００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
［１］～［５］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｍｇ：０．００００１～０．０２０００％、及び
ＲＥＭ：０．００５～０．１００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
以下、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
［化学組成］
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成は、次の元素を含有する。
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成は、次の元素を含有する。
Ｃ：０．００１～０．０３０％
炭素（Ｃ）はオーステナイト相を安定化するのに有効な元素である。Ｃ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接ままでの溶接金属中のオーステナイト量が少なくなり、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。一方で、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、炭化物が析出しやすくなり、溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．００１～０．０３０％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、より好ましくは０．００３％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％である。
炭素（Ｃ）はオーステナイト相を安定化するのに有効な元素である。Ｃ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接ままでの溶接金属中のオーステナイト量が少なくなり、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。一方で、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、炭化物が析出しやすくなり、溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．００１～０．０３０％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、より好ましくは０．００３％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％である。
Ｓｉ：０．０５～０．６０％
シリコン（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。一方で、Ｓｉはフェライト相を安定化する。Ｓｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接ままでの溶接金属中のフェライト量が増大して溶接金属の耐食性及び強度が低下する。Ｓｉはさらに、溶接時の溶融金属の粘性を高める。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５～０．６０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０８％であり、より好ましくは０．１０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．５０％であり、より好ましくは０．４０％である。
シリコン（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。一方で、Ｓｉはフェライト相を安定化する。Ｓｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接ままでの溶接金属中のフェライト量が増大して溶接金属の耐食性及び強度が低下する。Ｓｉはさらに、溶接時の溶融金属の粘性を高める。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５～０．６０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０８％であり、より好ましくは０．１０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．５０％であり、より好ましくは０．４０％である。
Ｍｎ：０．０５～０．６０％
マンガン（Ｍｎ）はオーステナイト相を安定化する。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接ままでの溶接金属中のオーステナイト量が少なくなり、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。一方で、Ｍｎは溶接時の溶融金属の表面張力の温度係数を高める。言い換えると、Ｍｎは溶接時の溶融金属の表面張力の温度依存性を高める。Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接時の溶融金属の濡れ性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．０５～０．６０％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０８％であり、より好ましくは０．１０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．５３％であり、より好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．４０％である。
マンガン（Ｍｎ）はオーステナイト相を安定化する。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接ままでの溶接金属中のオーステナイト量が少なくなり、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。一方で、Ｍｎは溶接時の溶融金属の表面張力の温度係数を高める。言い換えると、Ｍｎは溶接時の溶融金属の表面張力の温度依存性を高める。Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接時の溶融金属の濡れ性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．０５～０．６０％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０８％であり、より好ましくは０．１０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．５３％であり、より好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．４０％である。
Ｐ：０．０２５％以下
リン（Ｐ）は不可避的に含有される不純物である。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐは溶接金属の溶接割れ感受性を著しく高める。したがって、Ｐ含有量は０．０２５％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２３％であり、より好ましくは０．０２０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストの増大を招く。したがって、工業生産性を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００２％である。
リン（Ｐ）は不可避的に含有される不純物である。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐは溶接金属の溶接割れ感受性を著しく高める。したがって、Ｐ含有量は０．０２５％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２３％であり、より好ましくは０．０２０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストの増大を招く。したがって、工業生産性を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００２％である。
Ｓ：０．００３０％以下
硫黄（Ｓ）は不可避的に含有される不純物である。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。一方で、Ｓは溶接時の溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を与える。Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力との間の相関関係が、正の相関関係になる。この場合、溶接時の溶融金属の濡れ性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００３０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００２５％であり、より好ましくは０．００２０％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストの増大を招く。したがって、工業生産性を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、より好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。
硫黄（Ｓ）は不可避的に含有される不純物である。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。一方で、Ｓは溶接時の溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を与える。Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力との間の相関関係が、正の相関関係になる。この場合、溶接時の溶融金属の濡れ性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００３０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００２５％であり、より好ましくは０．００２０％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストの増大を招く。したがって、工業生産性を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、より好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。
Ｃｒ：２１．００～２８．００％
クロム（Ｃｒ）は溶接金属の耐食性を高める。Ｃｒ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属の耐孔食性が低下する。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、シグマ相のような金属間化合物が析出しやすく、溶接材料の熱間加工性や溶接金属の靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２１．００～２８．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２１．５０％であり、より好ましくは２２．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２７．５０％であり、より好ましくは２７．００％である。
クロム（Ｃｒ）は溶接金属の耐食性を高める。Ｃｒ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属の耐孔食性が低下する。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、シグマ相のような金属間化合物が析出しやすく、溶接材料の熱間加工性や溶接金属の靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２１．００～２８．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２１．５０％であり、より好ましくは２２．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２７．５０％であり、より好ましくは２７．００％である。
Ｎｉ：６．００～１１．００％
ニッケル（Ｎｉ）はオーステナイト相を安定化させる。Ｎｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属中のオーステナイト量が少なくなり、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属中のフェライト量が少なくなり、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。この場合、溶接金属の耐食性及び強度が低下し、さらに、シグマ相が析出する。したがって、Ｎｉ含有量は６．００～１１．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は６．５０％であり、より好ましくは７．００％であり、さらに好ましくは７．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１０．５０％であり、より好ましくは１０．００％である。
ニッケル（Ｎｉ）はオーステナイト相を安定化させる。Ｎｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属中のオーステナイト量が少なくなり、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属中のフェライト量が少なくなり、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。この場合、溶接金属の耐食性及び強度が低下し、さらに、シグマ相が析出する。したがって、Ｎｉ含有量は６．００～１１．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は６．５０％であり、より好ましくは７．００％であり、さらに好ましくは７．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１０．５０％であり、より好ましくは１０．００％である。
Ｍｏ：２．００～４．５０％
モリブデン（Ｍｏ）はＣｒと同様に溶接金属の耐食性を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属の耐孔食性及び耐隙間腐食性が低下する。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、シグマ相が析出しやすくなり、溶接材料の製造性の低下、及び、溶接金属の靭性及び耐食性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は２．００～４．５０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は２．５０％であり、より好ましくは３．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．３０％であり、より好ましくは４．００％である。
モリブデン（Ｍｏ）はＣｒと同様に溶接金属の耐食性を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属の耐孔食性及び耐隙間腐食性が低下する。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、シグマ相が析出しやすくなり、溶接材料の製造性の低下、及び、溶接金属の靭性及び耐食性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は２．００～４．５０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は２．５０％であり、より好ましくは３．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．３０％であり、より好ましくは４．００％である。
Ｎ：０．０８００～０．４０００％
窒素（Ｎ）はオーステナイト相を安定化するとともに、ＰＲＥＷを高めて溶接金属の耐孔食性及び耐隙間腐食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属のフェライト相とオーステナイト相とのバランスが崩れ、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、溶接時にブローホール等の欠陥が発生する。したがって、Ｎ含有量は０．０８００～０．４０００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１０００％であり、より好ましくは０．１５００％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．３７００％であり、より好ましくは０．３５００％である。
窒素（Ｎ）はオーステナイト相を安定化するとともに、ＰＲＥＷを高めて溶接金属の耐孔食性及び耐隙間腐食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接金属のフェライト相とオーステナイト相とのバランスが崩れ、溶接金属の耐食性及び強度が低下する。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、溶接時にブローホール等の欠陥が発生する。したがって、Ｎ含有量は０．０８００～０．４０００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１０００％であり、より好ましくは０．１５００％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．３７００％であり、より好ましくは０．３５００％である。
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～０．０５０％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。Ａｌはさらに、溶接時の溶融金属中の溶存酸素と結合して酸化物を形成することで、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を低減する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ＡｌＮが析出して溶接金属の靭性及び耐食性が低下する。したがって、Ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．００１～０．０５０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、より好ましくは０．００５％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、より好ましくは０．０３０％である。なお、本明細書にいうＡｌ含有量は、「酸可溶Ａｌ」、つまり、Ｓｏｌ．Ａｌの含有量を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。Ａｌはさらに、溶接時の溶融金属中の溶存酸素と結合して酸化物を形成することで、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を低減する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ＡｌＮが析出して溶接金属の靭性及び耐食性が低下する。したがって、Ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．００１～０．０５０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、より好ましくは０．００５％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、より好ましくは０．０３０％である。なお、本明細書にいうＡｌ含有量は、「酸可溶Ａｌ」、つまり、Ｓｏｌ．Ａｌの含有量を意味する。
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％
カルシウム（Ｃａ）はＳを固定して溶接材料の熱間加工性を高める。Ｃａ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。Ｃａはさらに、溶接時の溶融金属中の溶存酸素と結合して酸化物を形成することで、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を低減する。一方、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｃａが酸素と結合し、溶接材料の清浄性を著しく低下させて、溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０００２～０．０１００％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、より好ましくは０．００１０％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００７０％であり、より好ましくは０．００５０％である。
カルシウム（Ｃａ）はＳを固定して溶接材料の熱間加工性を高める。Ｃａ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。Ｃａはさらに、溶接時の溶融金属中の溶存酸素と結合して酸化物を形成することで、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を低減する。一方、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｃａが酸素と結合し、溶接材料の清浄性を著しく低下させて、溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０００２～０．０１００％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、より好ましくは０．００１０％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００７０％であり、より好ましくは０．００５０％である。
Ｂ：０．０００１～０．００３０％
ボロン（Ｂ）は高温で粒界に偏析して、溶接材料の熱間加工性を高める。Ｂ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。Ｂはさらに、溶接時の溶融金属中の溶存酸素と結合して酸化物を形成することで、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を低減する。一方、Ｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接部の凝固過程において凝固偏析が生じ、溶接部の凝固割れ感受性が増大する。したがって、Ｂ含有量は０．０００１～０．００３０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、より好ましくは０．００１０％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００２５％であり、より好ましくは０．００２０％である。
ボロン（Ｂ）は高温で粒界に偏析して、溶接材料の熱間加工性を高める。Ｂ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。Ｂはさらに、溶接時の溶融金属中の溶存酸素と結合して酸化物を形成することで、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を低減する。一方、Ｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接部の凝固過程において凝固偏析が生じ、溶接部の凝固割れ感受性が増大する。したがって、Ｂ含有量は０．０００１～０．００３０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、より好ましくは０．００１０％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００２５％であり、より好ましくは０．００２０％である。
Ｏ：０．０１５０％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。ただし、製錬上Ｏ含有量を０％にすることは困難である。すなわち、Ｏ含有量の下限は０％超である。一方、Ｏは溶接時の溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を与える。Ｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量が高まる。この場合、溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力との間の相関関係が正の相関関係になり、溶接時の溶融金属の濡れ性が低下する。したがって、Ｏ含有量は０．０１５０％以下である。ただし、Ｏ含有量の極端な低減は、製造コストの増大を招く。したがって、工業生産性を考慮した場合、Ｏ含有量の好ましい下限は０．００１０％であり、より好ましくは０．００２０％である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．０１４０％であり、より好ましくは０．０１３０％である。
酸素（Ｏ）は不純物である。ただし、製錬上Ｏ含有量を０％にすることは困難である。すなわち、Ｏ含有量の下限は０％超である。一方、Ｏは溶接時の溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を与える。Ｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量が高まる。この場合、溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力との間の相関関係が正の相関関係になり、溶接時の溶融金属の濡れ性が低下する。したがって、Ｏ含有量は０．０１５０％以下である。ただし、Ｏ含有量の極端な低減は、製造コストの増大を招く。したがって、工業生産性を考慮した場合、Ｏ含有量の好ましい下限は０．００１０％であり、より好ましくは０．００２０％である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．０１４０％であり、より好ましくは０．０１３０％である。
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、二相ステンレス鋼溶接材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
［任意元素］
上述の二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｗを含有してもよい。
上述の二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｗを含有してもよい。
Ｗ：０～４．００％
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは安定な酸化物を形成して、ｐＨの低い環境における溶接金属の耐食性を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｗ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、金属間化合物の析出を促進し溶接金属の靱性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～４．００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｗ含有量の好ましい上限は３．５０％であり、より好ましくは３．００％である。
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは安定な酸化物を形成して、ｐＨの低い環境における溶接金属の耐食性を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｗ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、金属間化合物の析出を促進し溶接金属の靱性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～４．００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｗ含有量の好ましい上限は３．５０％であり、より好ましくは３．００％である。
上述の二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｖ及びＴａからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、溶接金属の耐食性を高める。
Ｎｂ：０～０．１００％
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは、Ｃと結合して炭化物を生成する。これにより、粒界でのＣｒ炭化物の生成が抑制され、溶接金属の耐食性が高まる。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、過剰な炭化物を析出させるため、逆に溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは、Ｃと結合して炭化物を生成する。これにより、粒界でのＣｒ炭化物の生成が抑制され、溶接金属の耐食性が高まる。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、過剰な炭化物を析出させるため、逆に溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
Ｖ：０～０．１０％
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｖは、Ｃと結合して炭化物を生成する。これにより、粒界でのＣｒ炭化物の生成が抑制され、溶接金属の耐食性が高まる。Ｖが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｖ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、過剰な炭化物を析出させるため、逆に溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０～０．１０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、より好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｖは、Ｃと結合して炭化物を生成する。これにより、粒界でのＣｒ炭化物の生成が抑制され、溶接金属の耐食性が高まる。Ｖが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｖ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、過剰な炭化物を析出させるため、逆に溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０～０．１０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、より好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Ｔａ：０～０．１０％
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔａは、Ｃと結合して炭化物を生成する。これにより、粒界でのＣｒ炭化物の生成が抑制され、溶接金属の耐食性が高まる。Ｔａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、過剰な炭化物を析出させるため、逆に溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．１０％である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、より好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔａは、Ｃと結合して炭化物を生成する。これにより、粒界でのＣｒ炭化物の生成が抑制され、溶接金属の耐食性が高まる。Ｔａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、過剰な炭化物を析出させるため、逆に溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．１０％である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、より好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
上述の二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ及びＣｏからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、溶接金属の耐酸性を高める。
Ｃｕ：０～４．００％
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｕは硫酸や硫化水素環境における溶接金属の耐酸性を高める。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０～４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．２０％であり、より好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．５０％であり、より好ましくは３．００％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｕは硫酸や硫化水素環境における溶接金属の耐酸性を高める。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０～４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．２０％であり、より好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．５０％であり、より好ましくは３．００％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
Ｃｏ：０～１．００％
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＣｏはＣｕと同様に溶接金属の耐酸性を高めるとともに、オーステナイト相を安定化する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、コストが増加する。したがって、Ｃｏ含有量は０～１．００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、より好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＣｏはＣｕと同様に溶接金属の耐酸性を高めるとともに、オーステナイト相を安定化する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、コストが増加する。したがって、Ｃｏ含有量は０～１．００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、より好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、より好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。
上述の二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎを含有してもよい。
Ｓｎ：０～０．０１０％
錫（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｎは溶接金属の耐孔食性を高める。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶け込み深さが増大して溶接時の溶融金属の濡れ性が低下するとともに、溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０１０％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、より好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％である。
錫（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｎは溶接金属の耐孔食性を高める。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、溶け込み深さが増大して溶接時の溶融金属の濡れ性が低下するとともに、溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０１０％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、より好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％である。
上述の二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｇ及びＲＥＭからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、溶接材料の熱間加工性を高める。
Ｍｇ：０～０．０２０００％
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは溶接材料の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｍｇが酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０２０００％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．００００１％であり、より好ましくは０．００００５％であり、さらに好ましくは０．０００１０％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１５００％であり、より好ましくは０．０１３００％であり、さらに好ましくは０．０１０００％である。
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは溶接材料の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｍｇが酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０２０００％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．００００１％であり、より好ましくは０．００００５％であり、さらに好ましくは０．０００１０％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１５００％であり、より好ましくは０．０１３００％であり、さらに好ましくは０．０１０００％である。
ＲＥＭ：０～０．１００％以下
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭはＣａやＭｇと同様に、溶接材料の熱間加工性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ＲＥＭが酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．１００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、より好ましくは０．００７％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．０６０％であり、より好ましくは０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭはＣａやＭｇと同様に、溶接材料の熱間加工性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ＲＥＭが酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って溶接材料の熱間加工性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．１００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、より好ましくは０．００７％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．０６０％であり、より好ましくは０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
なお、本明細書におけるＲＥＭとは、原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイドである原子番号５７番のランタン（Ｌａ）～原子番号７１番のルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される１元素以上を意味する。本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これらの元素の合計含有量である。また、ＲＥＭについては一般的にミッシュメタルに含有される。このため、たとえば、ミッシュメタルの形で添加して、ＲＥＭ含有量が上記の範囲となるように含有させてもよい。
［式（１）について］
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成は、式（１）を満たす。
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
ここで、式（１）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成は、式（１）を満たす。
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
ここで、式（１）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。
Ｆ１＝Ｓｉ＋５Ｍｎと定義する。上述のとおり、Ｓｉ及びＭｎは、溶接時の溶融金属の粘性及び表面張力に影響を与える。二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成が適切な元素含有量を有し、かつ、後述する式（２）を満たすことを前提として、Ｆ１が２．７０以下であれば、溶接時の溶融金属の濡れ性が高まる。これにより、溶接後のアンダーカット及び溶接止端部における残留応力の集中を抑制できる。その結果、溶接部の疲労強度が高まる。Ｆ１の好ましい上限は２．６５であり、より好ましくは２．６０である。
［式（２）について］
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成は、式（２）を満たす。
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
ここで、式（２）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成は、式（２）を満たす。
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
ここで、式（２）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。
Ｆ２＝Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａと定義する。溶接時の溶融金属の濡れ性を高めるためには、溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力とが負の相関関係を安定して有することを前提として、式（１）に規定されるとおりにＳｉ含有量及びＭｎ含有量を低減する必要がある。溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力とが負の相関関係を安定して有するためには、溶接時の溶融金属中の溶存酸素量を一定量以下に制限する必要がある。Ｆ２が０．０１２０以下であれば、溶接時の溶融金属の温度と溶接時の溶融金属の表面張力とが負の相関関係を安定して有する。Ｆ２の好ましい上限は０．０１１０であり、より好ましくは０．０１００である。
［ミクロ組織］
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料のミクロ組織は、フェライト及びオーステナイトからなる。本明細書において、「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナイト以外の相が無視できるほど少ないことを意味する。たとえば、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料のミクロ組織において、析出物や介在物の体積率は、フェライト及びオーステナイトの体積率と比較して、無視できるほど低い。すなわち、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料のミクロ組織には、フェライト及びオーステナイト以外に、析出物や介在物等を微小量含んでもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料のミクロ組織は、フェライト及びオーステナイトからなる。本明細書において、「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナイト以外の相が無視できるほど少ないことを意味する。たとえば、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料のミクロ組織において、析出物や介在物の体積率は、フェライト及びオーステナイトの体積率と比較して、無視できるほど低い。すなわち、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料のミクロ組織には、フェライト及びオーステナイト以外に、析出物や介在物等を微小量含んでもよい。
［製造方法］
上述の構成を有する、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。
上述の構成を有する、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。
本実施形態の二相ステンレス鋼溶接材料の製造方法の一例は、素材を準備する工程（素材準備工程）と、素材を加工する工程（加工工程）と、溶体化処理を実施して溶接材料を製造する工程（溶体化処理工程）とを含む。以下、各製造工程について詳述する。
［素材準備工程］
素材準備工程では、上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は製造して準備してもよいし、第三者から購入することにより準備してもよい。すなわち、素材を準備する方法は特に限定されない。
素材準備工程では、上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は製造して準備してもよいし、第三者から購入することにより準備してもよい。すなわち、素材を準備する方法は特に限定されない。
素材を製造する場合、たとえば、次の方法で製造する。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼を用いて造塊法により鋼塊（インゴット）を製造する。その後、インゴットを熱間鍛造や分塊圧延によってビレットを製造する。以上の工程により素材を製造する。
［加工工程］
加工工程では、準備された素材に対して熱間加工及び冷間加工を実施する。まず、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材に対して、熱間加工を実施する。本実施形態では、熱間加工は特に限定されない。熱間加工は、熱間圧延であってもよく、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよい。その後、冷間加工を実施することで素材を溶接に適した形状に成形する。溶接材料の形状はたとえば、ソリッドワイヤ等の線材である。ワイヤ径は母材や溶接速度に応じて適宜選択される。一般に、母材の厚みが厚い程、ワイヤ径を太くして大電流溶接を適用する。ワイヤ径はたとえば、０．８～４．０ｍｍである。
加工工程では、準備された素材に対して熱間加工及び冷間加工を実施する。まず、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材に対して、熱間加工を実施する。本実施形態では、熱間加工は特に限定されない。熱間加工は、熱間圧延であってもよく、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよい。その後、冷間加工を実施することで素材を溶接に適した形状に成形する。溶接材料の形状はたとえば、ソリッドワイヤ等の線材である。ワイヤ径は母材や溶接速度に応じて適宜選択される。一般に、母材の厚みが厚い程、ワイヤ径を太くして大電流溶接を適用する。ワイヤ径はたとえば、０．８～４．０ｍｍである。
［溶体化処理工程］
溶体化処理工程では、加工工程で成形された線材に対して、溶体化処理を実施する。溶体化処理の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、線材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷する。溶体化処理の温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。溶体化処理の時間は特に限定されないが、たとえば、１～６０分である。
溶体化処理工程では、加工工程で成形された線材に対して、溶体化処理を実施する。溶体化処理の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、線材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷する。溶体化処理の温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。溶体化処理の時間は特に限定されないが、たとえば、１～６０分である。
［その他の工程］
本実施形態による製造方法では、上記以外の製造工程を含んでもよい。他の製造工程とはたとえば、焼鈍、酸洗である。たとえば、加工工程の後や溶体化処理工程の前、又は、溶体化処理工程後の線材に焼鈍処理を行ってもよい。焼鈍の温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。また、たとえば、溶体化処理後の線材にさらに冷間加工を行ってもよい。冷間加工は周知の方法で行われる。また、たとえば、溶体化処理後の線材に酸洗を行ってもよい。酸洗は周知の方法で行われる。
本実施形態による製造方法では、上記以外の製造工程を含んでもよい。他の製造工程とはたとえば、焼鈍、酸洗である。たとえば、加工工程の後や溶体化処理工程の前、又は、溶体化処理工程後の線材に焼鈍処理を行ってもよい。焼鈍の温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。また、たとえば、溶体化処理後の線材にさらに冷間加工を行ってもよい。冷間加工は周知の方法で行われる。また、たとえば、溶体化処理後の線材に酸洗を行ってもよい。酸洗は周知の方法で行われる。
以上の工程により、本実施形態による二相ステンレス鋼溶接材料が製造できる。なお、上述の二相ステンレス鋼溶接材料の製造方法は一例であり、他の方法によって二相ステンレス鋼溶接材料が製造されてもよい。以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［溶接材料の製造工程］
表１に示す化学組成を有する溶鋼を用いてインゴットを製造した。なお、表１中の「－」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであったことを意味する。
表１に示す化学組成を有する溶鋼を用いてインゴットを製造した。なお、表１中の「－」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであったことを意味する。
各試験番号のインゴットを１２５０℃に加熱した後、熱間鍛造及び熱間圧延を行い、外径３０ｍｍ程度の棒鋼を製造した。棒鋼に対して冷間圧延と１０００～１２５０℃の中間焼鈍を繰り返して外径０．８ｍｍのスプール巻ワイヤを製造した。得られたワイヤに対して１１００℃で３０分間の溶体化処理を実施した後水冷し、各試験番号の溶接材料を得た。
［被溶接材の製造工程］
ＡＳＴＭ ＵＮＳ Ｓ３９２７４の化学組成を有する溶鋼を用いて、鋳造により棒鋼を製造した。棒鋼に対して熱間押出及び冷間圧延を行い、外径７７ｍｍ、肉厚６．３５ｍｍの鋼管を作製した。その後、溶接される部分を外削しスケールを除去した。
ＡＳＴＭ ＵＮＳ Ｓ３９２７４の化学組成を有する溶鋼を用いて、鋳造により棒鋼を製造した。棒鋼に対して熱間押出及び冷間圧延を行い、外径７７ｍｍ、肉厚６．３５ｍｍの鋼管を作製した。その後、溶接される部分を外削しスケールを除去した。
［溶接試験］
作成した鋼管外削部の表面に対し、各試験番号の溶接材料を用いて自動ガスタングステンアーク溶接により溶接を行った。溶接は、鋼管を周方向に回転させながら１Ｇにて行う全周溶接であった。なお、溶接に際しては、入熱を約１ｋＪ／ｃｍとした。また、シールドガスにはＡｒ＋２％Ｎ２を用い、流量を１０Ｌ／分とした。溶接材料の供給速度は２５ｍｍ／ｓで一定とした。得られた溶接継手の溶接始終端から溶接方向（つまり、鋼管の周方向）に９０°回転した位置において、溶接ビード部１を含み、かつ、鋼管の軸方向に平行な断面を有する試験片を採取した。試験片の溶接ビード部１において、溶接ビード部１の幅と溶け込み深さを測定した。図４は、実施例における溶接ビード部１の幅（Ｗ）と溶け込み深さ（Ｄ）とを示す図である。図４を参照して、溶接ビード部１の幅（Ｗ）とは、鋼管２の軸方向と平行な断面における溶接止端部４間の距離である。図４を参照して、溶け込み深さ（Ｄ）とは、溶接ビード部の高さ（ｈ）と溶接ビード部の深さ（ｄ）との和である。溶け込み深さ（Ｄ）に対する溶接ビード部の幅（Ｗ）（Ｗ／Ｄ）を求めた。結果を表２に示す。
作成した鋼管外削部の表面に対し、各試験番号の溶接材料を用いて自動ガスタングステンアーク溶接により溶接を行った。溶接は、鋼管を周方向に回転させながら１Ｇにて行う全周溶接であった。なお、溶接に際しては、入熱を約１ｋＪ／ｃｍとした。また、シールドガスにはＡｒ＋２％Ｎ２を用い、流量を１０Ｌ／分とした。溶接材料の供給速度は２５ｍｍ／ｓで一定とした。得られた溶接継手の溶接始終端から溶接方向（つまり、鋼管の周方向）に９０°回転した位置において、溶接ビード部１を含み、かつ、鋼管の軸方向に平行な断面を有する試験片を採取した。試験片の溶接ビード部１において、溶接ビード部１の幅と溶け込み深さを測定した。図４は、実施例における溶接ビード部１の幅（Ｗ）と溶け込み深さ（Ｄ）とを示す図である。図４を参照して、溶接ビード部１の幅（Ｗ）とは、鋼管２の軸方向と平行な断面における溶接止端部４間の距離である。図４を参照して、溶け込み深さ（Ｄ）とは、溶接ビード部の高さ（ｈ）と溶接ビード部の深さ（ｄ）との和である。溶け込み深さ（Ｄ）に対する溶接ビード部の幅（Ｗ）（Ｗ／Ｄ）を求めた。結果を表２に示す。
［評価結果］
表１及び表２を参照して、試験番号１～１２の溶接材料はいずれも、各元素の含有量が適切であり、かつ、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有した。その結果、試験番号１～１２の溶接材料の濡れ性は５．０以上であり、優れた濡れ性を示した。
表１及び表２を参照して、試験番号１～１２の溶接材料はいずれも、各元素の含有量が適切であり、かつ、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有した。その結果、試験番号１～１２の溶接材料の濡れ性は５．０以上であり、優れた濡れ性を示した。
一方、試験番号１３及び１６の溶接材料は、各元素の含有量が適切であるにも関わらず、式（１）を満たさなかった。その結果、試験番号１３及び１６の溶接材料の濡れ性は５．０未満となり、濡れ性が低かった。
試験番号１４の溶接材料は、Ｍｎ含有量が高すぎ、かつ、式（１）を満たさなかった。その結果、試験番号１４の溶接材料の濡れ性は４．２となり、濡れ性が低かった。
試験番号１５の溶接材料は、Ｍｎ含有量が高すぎ、かつ、式（１）及び式（２）を満たさなかった。その結果、試験番号１５の溶接材料の濡れ性は３．９となり、濡れ性が低かった。
試験番号１７は、各元素の含有量が適切であるにも関わらず、式（２）を満たさなかった。その結果、試験番号１７の溶接材料の濡れ性は４．８となり、濡れ性が低かった。
試験番号１８は、Ｓ含有量が高すぎた。その結果、試験番号１８の溶接材料の濡れ性は４．４となり、濡れ性が低かった。
以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
１ 溶接ビード部
２ 鋼管
３ アンダーカット
４ 溶接止端部
Ｗ 溶接ビード部の幅
Ｄ 溶け込み深さ
ｈ 溶接ビード部の高さ
ｄ 溶接ビード部の深さ
２ 鋼管
３ アンダーカット
４ 溶接止端部
Ｗ 溶接ビード部の幅
Ｄ 溶け込み深さ
ｈ 溶接ビード部の高さ
ｄ 溶接ビード部の深さ
Claims (6)
- 二相ステンレス鋼溶接材料であって、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．０５～０．６０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｒ：２１．００～２８．００％、
Ｎｉ：６．００～１１．００％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｎ：０．０８００～０．４０００％、
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００３０％、
Ｏ：０．０１５０％以下、
Ｗ：０～４．００％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｔａ：０～０．１０％、
Ｃｕ：０～４．００％、
Ｃｏ：０～１．００％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ｍｇ：０～０．０２０００％、
ＲＥＭ：０～０．１００％、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
Ｓｉ＋５Ｍｎ≦２．７０ （１）
Ｏ－（８／２７）×Ｓｏｌ．Ａｌ－（８／１１）×Ｂ－（２／１５）×Ｃａ≦０．０１２０ （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各元素記号には、二相ステンレス鋼溶接材料の化学組成中の各元素の質量％での含有量が代入される。 - 請求項１に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｗ：０．５０～４．００％を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。 - 請求項１又は請求項２に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｎｂ：０．０１０～０．１００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、及び
Ｔａ：０．０１～０．１０％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｃｕ：０．２０～４．００％、及び
Ｃｏ：０．０５～１．００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。 - 請求項１～４のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｓｎ：０．００１～０．０１０％を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。 - 請求項１～５のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼溶接材料であって、
前記化学組成は、質量％で、
Ｍｇ：０．００００１～０．０２０００％、及び
ＲＥＭ：０．００５～０．１００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、二相ステンレス鋼溶接材料。
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|---|---|---|---|---|
| WO2022210849A1 (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼溶接継手 |
| WO2023248656A1 (ja) * | 2022-06-21 | 2023-12-28 | 株式会社神戸製鋼所 | メタル系フラックス入りワイヤ |
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-
2020
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