JP2022089303A - Filler metal for austenitic stainless steel welding - Google Patents

Filler metal for austenitic stainless steel welding Download PDF

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正治 秦野
Masaharu Hatano
三月 松本
Mitsuki Matsumoto
憲治 服部
Kenji Hattori
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Abstract

To provide a filler metal for austenitic stainless steel welding that can achieve improved crack resistance and hydrogen embrittlement resistance.SOLUTION: A filler metal for austenitic stainless steel welding has a chemical composition consisting of, in mass%, C: 0.10% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 8.0-11.0%, P: 0.030% or less, S: 0.0030% or less, Cr: 15.0-18.0%, Ni: 7.0-9.0%, N: 0.15-0.25%, B: 0.0002-0.01%, Mg: 0.0001-0.0050%, Cu: less than 1.0%, Mo: 0.5% or less, O: 0.0050% or less, an optional element, with the balance being Fe and impurities. The f value, calculated by the following formula (i), is more than 30.0 and less than 33.5. f value=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+12.93C+7.55N (i).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材に関する。 The present invention relates to a filler material for welding austenitic stainless steel.

近年、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しないクリーンなエネルギーとして、水素エネルギーが注目されている。しかしながら、水素エネルギーを活用する上で、水素ガスに起因し、材料が脆化する、いわゆる水素脆化が問題になることがある。 In recent years, hydrogen energy has been attracting attention as a clean energy that does not emit greenhouse gases such as carbon dioxide. However, in utilizing hydrogen energy, so-called hydrogen embrittlement, in which the material becomes embrittled due to hydrogen gas, may become a problem.

そこで、水素脆化を抑制すべく、様々な素材が開発されている。例えば、特許文献1には、耐水素脆化特性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼が開発されている。このような水素関連技術に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼は、溶接されることで接合され、溶接継手の状態で、部材として使用されることが多い。 Therefore, various materials have been developed to suppress hydrogen embrittlement. For example, in Patent Document 1, an austenitic stainless steel having improved hydrogen embrittlement resistance has been developed. Austenitic stainless steel used in such hydrogen-related techniques is joined by welding, and is often used as a member in the state of a welded joint.

仮に鋼材の状態で、耐水素脆化性に優れていたとしても、溶接後に、割れおよび延性の低下が生じたり、耐水素脆化性が低下する場合があることから、溶接を行う場合は、溶接継手の状態でも、良好な特性を有することが望ましい。この場合、溶接時に溶融し、その後、凝固した溶接金属において、性能の低下が生じやすくなる。したがって、溶接金属での性能向上が重要になる。 Even if the steel material has excellent hydrogen embrittlement resistance, cracking and ductility may decrease after welding, and hydrogen embrittlement resistance may decrease. Therefore, when welding is performed, It is desirable to have good characteristics even in the state of welded joints. In this case, the performance of the weld metal that melts during welding and then solidifies tends to deteriorate. Therefore, it is important to improve the performance of the weld metal.

上述した点を踏まえ、特許文献2に記載されているように、溶接金属の化学組成を制御することで、耐水素脆化性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手が開発されている。この溶接継手は、Cuを含有させることに加え、Mn含有量を高めることで、耐水素脆化性を向上させている。 Based on the above points, as described in Patent Document 2, an austenitic stainless steel welded joint having improved hydrogen embrittlement resistance by controlling the chemical composition of the weld metal has been developed. This welded joint has improved hydrogen embrittlement resistance by increasing the Mn content in addition to containing Cu.

国際公開第2018/180788号International Publication No. 2018/180788 特開2015-171729号公報JP-A-2015-171729

橋本達哉他(1965)“溶融金属池の温度測定法と測定例について”溶接学会 34.pp654-664.Tatsuya Hashimoto et al. (1965) "Temperature measurement method and measurement example of molten metal pond" Japan Welding Society 34. pp654-664.

このように、耐水素脆化性といった特性を向上させる上で、Mn含有量を高めること、およびCuを含有させることは有効であるものの、例えば、溶接条件によっては、高温割れ、および溶接部の延性低下が生じてしまう場合もある。加えて、近年、水素環境がより低温高圧化しており、このような場合、耐水素脆化性も低下してしまう場合がある。 As described above, in order to improve the properties such as hydrogen embrittlement resistance, it is effective to increase the Mn content and to contain Cu, but for example, depending on the welding conditions, high temperature cracking and the welded portion may be cracked. In some cases, a decrease in ductility may occur. In addition, in recent years, the hydrogen environment has become colder and higher in pressure, and in such a case, the hydrogen embrittlement resistance may decrease.

溶接金属の性能は、溶接時に溶融池に供給され、溶接後に、溶接金属となる、溶加材に影響を受ける。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼を溶接継手とした場合に、溶接金属における高温割れおよび延性低下を抑制しうる、すなわち耐割れ性が良好となる溶加材が求められている。また、上述したような耐水素脆化性の低下を抑制しうることも、溶加材には、当然、求められている。 The performance of the weld metal is affected by the filler metal, which is supplied to the molten pool during welding and becomes the weld metal after welding. Therefore, when austenitic stainless steel is used as a welded joint, there is a demand for a filler material that can suppress high-temperature cracking and ductility deterioration in the weld metal, that is, has good crack resistance. Further, it is naturally required for the fillering material to be able to suppress the decrease in hydrogen embrittlement resistance as described above.

本発明は、上記の課題を解決し、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接に際し、溶接金属において、耐割れ性および耐水素脆化性を向上しうる、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材を提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a filler metal for austenitic stainless steel welding, which solves the above-mentioned problems and can improve crack resistance and hydrogen brittle resistance in a weld metal when welding austenitic stainless steel. With the goal.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and the gist of the present invention is the following austenitic stainless steel welding filler material.

(1)化学組成が、質量%で、
C:0.10%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:8.0~11.0%、
P:0.030%以下、
S:0.0030%以下、
Cr:15.0~18.0%、
Ni:7.0~9.0%、
N:0.15~0.25%、
B:0.0002~0.01%、
Mg:0.0001~0.0050%、
Cu:1.00%未満、
Mo:0.5%以下、
O:0.0050%以下、
Al:0~0.20%、
Ca:0~0.01%、
Nb:0~0.50%、
Ti:0~0.50%、
V:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Zr:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
Ga:0~0.010%、
Hf:0~0.10%、
REM:0~0.10%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で算出されるf値が、30.0超33.5未満である、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
f値=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+12.93C+7.55N ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
(1) The chemical composition is mass%.
C: 0.10% or less,
Si: 1.0% or less,
Mn: 8.0 to 11.0%,
P: 0.030% or less,
S: 0.0030% or less,
Cr: 15.0 to 18.0%,
Ni: 7.0-9.0%,
N: 0.15 to 0.25%,
B: 0.0002-0.01%,
Mg: 0.0001 to 0.0050%,
Cu: less than 1.00%,
Mo: 0.5% or less,
O: 0.0050% or less,
Al: 0 to 0.20%,
Ca: 0-0.01%,
Nb: 0 to 0.50%,
Ti: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.50%,
W: 0 to 0.50%,
Zr: 0 to 0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
Ga: 0-0.010%,
Hf: 0 to 0.10%,
REM: 0 to 0.10%,
Remaining: Fe and impurities,
An austenitic stainless steel welding filler material having an f-number of more than 30.0 and less than 33.5 calculated by the following equation (i).
f value = Ni + 0.72Cr + 0.88Mo + 1.11Mn-0.27Si + 12.93C + 7.55N ... (i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and if it is not contained, it is set to zero.

(2)前記化学組成が、質量%で、
Al:0.003~0.20%、
Ca:0.0002~0.01%、
Nb:0.002~0.50%、
Ti:0.002~0.50%、
V:0.01~0.50%、
W:0.001~0.50%、
Zr:0.01~0.50%、
Co:0.01~0.50%、
Ga:0.001~0.010%、
Hf:0.01~0.10%、および
REM:0.01~0.10%、
から選択される一種以上を含有する、上記(1)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
(2) The chemical composition is mass%.
Al: 0.003 to 0.20%,
Ca: 0.0002-0.01%,
Nb: 0.002 to 0.50%,
Ti: 0.002 to 0.50%,
V: 0.01-0.50%,
W: 0.001 to 0.50%,
Zr: 0.01-0.50%,
Co: 0.01-0.50%,
Ga: 0.001 to 0.010%,
Hf: 0.01 to 0.10%, and REM: 0.01 to 0.10%,
The austenitic stainless steel welding filler material according to (1) above, which contains one or more selected from the above.

(3)前記化学組成が、
P:0.025%以下、
S:0.0020%以下、
B:0.0002~0.0020%、
Mg:0.0001~0.0020%、
Cu:0.50%以下、
O:0.0030%以下、
である、上記(1)または(2)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
(3) The chemical composition is
P: 0.025% or less,
S: 0.0020% or less,
B: 0.0002 to 0.0020%,
Mg: 0.0001 to 0.0020%,
Cu: 0.50% or less,
O: 0.0030% or less,
The austenitic stainless steel welding filler material according to (1) or (2) above.

本発明によれば、溶接金属において、耐割れ性および耐水素脆化性を向上しうる、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a filler metal material for welding austenitic stainless steel, which can improve crack resistance and hydrogen embrittlement resistance in weld metals.

図1は、実施例における溶接試験の開先形状を示した模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing the groove shape of the welding test in the embodiment.

本発明者らは、Mn含有量を高め、耐水素脆化性を向上させることができるオーステナイト系ステンレス鋼用の溶加材を使用し、溶接を行った。そして、得られた溶接継手の溶接金属について、耐割れ性および耐水素脆化性の調査を行った。その結果、溶加材の化学組成について、以下の(a)~(d)の知見を得た。 The present inventors performed welding using a filler metal for austenitic stainless steel, which can increase the Mn content and improve the hydrogen embrittlement resistance. Then, the crack resistance and hydrogen embrittlement resistance of the obtained weld metal of the welded joint were investigated. As a result, the following findings (a) to (d) were obtained regarding the chemical composition of the filler material.

(a)Mn含有量を高めた溶接継手の溶接金属は、高温割れに加え、溶接後の延性が低下しやすい傾向にあった。高温割れを抑制するためには、溶加材において、PおよびSといった低融点元素を低減するのが有効である。また、溶接後の延性低下を抑制するためにも、PおよびSといった元素を低減することが有効である。加えて、延性に悪影響を与えるOも、低減することが望ましい。また、Cuを低減することも、溶接後の延性低下に対し、極めて有効であることが明らかになった。 (A) The weld metal of the welded joint having an increased Mn content tends to have a tendency to decrease the ductility after welding in addition to the high temperature cracking. In order to suppress high temperature cracking, it is effective to reduce low melting point elements such as P and S in the filler material. Further, it is effective to reduce elements such as P and S in order to suppress the decrease in ductility after welding. In addition, it is desirable to reduce O, which adversely affects ductility. It was also clarified that reducing Cu is extremely effective in reducing ductility after welding.

溶接金属の延性の改善において、さらに、微量にBおよびMgを含有させることも効果的であった。この理由は、上記のように溶加材の化学組成を制御すると、溶接継手の溶接金属において、BがCuの粒界偏析を抑制し、Mgが脱酸剤としてOの含有量を低減する効果があるためである。 Further, in improving the ductility of the weld metal, it was also effective to contain a small amount of B and Mg. The reason for this is that when the chemical composition of the filler metal is controlled as described above, B suppresses the grain boundary segregation of Cu and Mg reduces the content of O as a deoxidizing agent in the weld metal of the welded joint. Because there is.

(b)また、耐高温割れおよび溶接後の延性低下の両方に対し、溶接金属の溶け込みに影響を与えるAl、Ca、Nb、およびTiの含有量を最適化することも有効である。この理由は、上記元素の含有量を制御し、溶接金属の溶け込みを良好にすることで、割れの発生を抑制するからである。さらに、これらの元素は、剥離しにくい溶接スラグが形成するのを防止することもできる。 (B) It is also effective to optimize the contents of Al, Ca, Nb, and Ti, which affect the penetration of the weld metal, with respect to both high temperature crack resistance and reduced ductility after welding. The reason for this is that the occurrence of cracks is suppressed by controlling the content of the above elements and improving the penetration of the weld metal. Furthermore, these elements can also prevent the formation of welded slag that is difficult to peel off.

(c)特に、鋼板を溶接する場合、上述したような化学組成の制御は、非常に有効である。この理由は、鋼板の溶接においては、入熱量が比較的小さいことから、Mn、Ni、Cu、およびMo等の元素が凝固偏析したり、粒界偏析したりすることで、溶接金属の割れを誘発しやすくなるからである。 (C) Especially when welding a steel sheet, the control of the chemical composition as described above is very effective. The reason for this is that in the welding of steel sheets, the amount of heat input is relatively small, so elements such as Mn, Ni, Cu, and Mo are solidified and segregated, or grain boundary segregation occurs, causing cracks in the weld metal. This is because it is easy to induce.

(d)過酷な水素環境下、例えば、高温低圧水素ガス環境下においては、溶接金属の耐水素脆化性を高めるために、溶加材において後述するf値の値を制限する必要がある。また、上記環境下において、溶接金属の耐割れ性と、耐水素脆化性とを両立するために、上述した元素とf値の範囲とを最適化する必要がある。これは、上述した各元素の含有量とf値に影響を与える各元素の含有量とが、相互に影響を及ぼし合っているからである。 (D) In a harsh hydrogen environment, for example, in a high temperature and low pressure hydrogen gas environment, it is necessary to limit the value of the f value described later in the filler metal in order to enhance the hydrogen embrittlement resistance of the weld metal. Further, under the above environment, it is necessary to optimize the above-mentioned element and f-number range in order to achieve both crack resistance and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal. This is because the content of each element described above and the content of each element that affects the f value mutually influence each other.

本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.

1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. 1. The reasons for limiting the chemical composition of each element are as follows. In the following description, "%" for the content means "mass%".

C:0.10%以下
Cは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性の向上にも寄与する。しかしながら、Cを過剰に含有させると、溶接金属の高温割れが生じやすくなるとともに、溶接金属の延性が低下して耐割れ性を損なう。このため、C含有量は、0.10%以下とする。C含有量は、0.08%以下とするのが好ましく、0.07%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、C含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
C: 0.10% or less C is an element effective for stabilizing the austenite phase and also contributes to improvement of hydrogen embrittlement resistance. However, if C is excessively contained, high-temperature cracking of the weld metal is likely to occur, and the ductility of the weld metal is lowered to impair the crack resistance. Therefore, the C content is set to 0.10% or less. The C content is preferably 0.08% or less, more preferably 0.07% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the C content is preferably 0.01% or more.

Si:1.0%以下
Siは、溶接金属のビード止端部にノッチ上のえぐれた欠陥が生じるアンダーカットを抑制するとともに、溶接金属表面のスラグ生成を抑制する効果を有する。しかしながら、Siを過剰に含有させると、溶接時に剥離性が不良なスラグが生成することに加え、溶接金属の延性を低下させる。このため、Si含有量は、1.0%以下とする。Si含有量は、0.7%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Si含有量は、0.2%以上とするのが好ましい。
Si: 1.0% or less Si has the effect of suppressing undercuts that cause gouged defects on the notch at the bead toe of the weld metal and suppressing slag formation on the surface of the weld metal. However, if Si is contained in an excessive amount, slag having poor peelability is generated at the time of welding, and the ductility of the weld metal is lowered. Therefore, the Si content is set to 1.0% or less. The Si content is more preferably 0.7% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Si content is preferably 0.2% or more.

Mn:8.0~11.0%
Mnは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性の向上に寄与する。また、Nの固溶限を大きくするため、高価なNiの節減に寄与するとともに溶接時の脱窒素を防止する効果がある。さらに、溶接金属の耐割れ性を良好にする効果がある。このため、Mn含有量は、8.0%以上とする。Mn含有量は、8.5%以上とするのが好ましく、9.0%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Mnを過剰に含有させると、溶接金属の延性低下を招く。このため、Mn含有量は、11.0%以下とし、10.0%以下とするのが好ましい。
Mn: 8.0 to 11.0%
Mn is an element effective for stabilizing the austenite phase and contributes to the improvement of hydrogen embrittlement resistance. Further, since the solid solution limit of N is increased, it contributes to saving expensive Ni and has an effect of preventing denitrification during welding. Further, it has an effect of improving the crack resistance of the weld metal. Therefore, the Mn content is set to 8.0% or more. The Mn content is preferably 8.5% or more, and more preferably 9.0% or more. However, if Mn is excessively contained, the ductility of the weld metal is lowered. Therefore, the Mn content is preferably 11.0% or less and preferably 10.0% or less.

P:0.030%以下
Pは、鋼中に含まれる不純物であり、凝固の最終過程で濃化して鋼の融点を下げる。この結果、高温割れを助長し、溶接金属の耐割れ性を低下させる。また、耐水素脆化性も低下させる。このため、P含有量は、0.030%以下とする。溶接金属の耐割れ性改善の点から、P含有量は、0.025%以下とするのが好ましく、0.015%以下とするのがより好ましい。一方、Pを過剰に低減すると、原料コストの増加に繋がることから、P含有量は、0.005%以上とするのが好ましい。
P: 0.030% or less P is an impurity contained in steel and is concentrated in the final process of solidification to lower the melting point of steel. As a result, high-temperature cracking is promoted and the crack resistance of the weld metal is lowered. It also reduces hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the P content is set to 0.030% or less. From the viewpoint of improving the crack resistance of the weld metal, the P content is preferably 0.025% or less, and more preferably 0.015% or less. On the other hand, if P is excessively reduced, it leads to an increase in raw material cost. Therefore, the P content is preferably 0.005% or more.

S:0.0030%以下
Sは、Pと同様に、鋼中に含まれる不純物であり、溶接金属の耐割れ性を低下させる。また、耐水素脆化性も低下させる。このため、S含有量は、0.0030%以下とする。S含有量は、0.0020%以下とするのが好ましく、0.0010%以下とするのがより好ましい。しかしながら、Sを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、S含有量は、0.0001%以上含有することが好ましい。
S: 0.0030% or less S is an impurity contained in the steel, like P, and lowers the crack resistance of the weld metal. It also reduces hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the S content is set to 0.0030% or less. The S content is preferably 0.0020% or less, more preferably 0.0010% or less. However, if S is excessively reduced, the manufacturing cost increases. Therefore, the S content is preferably 0.0001% or more.

Cr:15.0~18.0%
Crは、溶接金属に必要な耐食性、特に耐候性を向上させる基本元素である。このため、Cr含有量は、15.0%以上とする。しかしながら、Crはフェライト形成元素である。このため、Crを過剰に含有させると、オーステナイト相を不安定化させ、δフェライトの生成に起因し、溶接金属の延性低下および耐水素脆化性の低下が生じる。このため、Cr含有量は、18.0%以下とする。Cr含有量は、17.0%以下とするのが好ましい。
Cr: 15.0 to 18.0%
Cr is a basic element that improves the corrosion resistance required for weld metals, especially the weather resistance. Therefore, the Cr content is set to 15.0% or more. However, Cr is a ferrite forming element. Therefore, if Cr is excessively contained, the austenite phase is destabilized, and the formation of δ-ferrite causes a decrease in ductility and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal. Therefore, the Cr content is set to 18.0% or less. The Cr content is preferably 17.0% or less.

Ni:7.0~9.0%
Niは、Mnとともに、溶接金属の延性と耐水素脆化性とを確保するために必要な元素である。このため、Ni含有量は、7.0%以上とする。しかしながら、過剰にNiを含有させると、原料コストが増加する。このため、Ni含有量は、9.0%以下とする。Ni含有量は、8.5%以下とするのが好ましく、8.0%以下とするのがより好ましい。
Ni: 7.0-9.0%
Ni, together with Mn, is an element necessary for ensuring the ductility and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal. Therefore, the Ni content is set to 7.0% or more. However, if Ni is contained in excess, the raw material cost increases. Therefore, the Ni content is set to 9.0% or less. The Ni content is preferably 8.5% or less, more preferably 8.0% or less.

N:0.15~0.25%
Nは、溶接金属の強度および耐水素脆化性の向上に有効な元素である。このため、N含有量は、0.15%以上とする。しかしながら、Nを過剰に含有させると、溶接金属のブローホール等、内部欠陥が発生しやすくなり、溶接金属の延性も低下させる。このため、N含有量は、0.25%以下とする。N含有量は、0.22%以下とするのが好ましく、0.20%以下とするのがより好ましい。
N: 0.15 to 0.25%
N is an element effective for improving the strength and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal. Therefore, the N content is set to 0.15% or more. However, if N is excessively contained, internal defects such as blowholes of the weld metal are likely to occur, and the ductility of the weld metal is also lowered. Therefore, the N content is set to 0.25% or less. The N content is preferably 0.22% or less, more preferably 0.20% or less.

B:0.0002~0.01%
Bは、粒界を強化し、溶接金属の延性低下を改善する効果を有する。このため、B含有量は、0.0002%以上とする。B含有量は、0.0003%以上とするのが好ましい。しかしながら、Bを過剰に含有させても、その効果が飽和するばかりか、ボロン化合物(BN、BC、CrB)の粒界析出を促進して、溶接金属の耐高温割れ性を低下させる。このため、B含有量は、0.01%以下とする。B含有量は、0.0050%以下とするのが好ましく、0.0020%以下とするのがより好ましい。
B: 0.0002-0.01%
B has the effect of strengthening the grain boundaries and improving the ductility of the weld metal. Therefore, the B content is set to 0.0002% or more. The B content is preferably 0.0003% or more. However, even if B is excessively contained, not only the effect is saturated, but also the grain boundary precipitation of the boron compound (BN, BC, Cr 2B) is promoted, and the high temperature crack resistance of the weld metal is lowered. Therefore, the B content is set to 0.01% or less. The B content is preferably 0.0050% or less, more preferably 0.0020% or less.

Mg:0.0001~0.0050%
Mgは、脱酸効果に有効な元素であり、溶接金属の延性低下を改善する効果を有する。このため、Mg含有量は、0.0001%以上とする。Mg含有量は、0.0003%以上とするのが好ましい。しかしながら、Mgを過剰に含有させると、精錬など製造性を低下させる。また、溶接金属の耐割れ性も低下する。このため、Mg含有量は、0.0050%以下とする。効果と製造性の観点から、Mg含有量は、0.0020%以下とするのが好ましい。
Mg: 0.0001 to 0.0050%
Mg is an element effective for the deoxidizing effect and has an effect of improving the ductility of the weld metal. Therefore, the Mg content is set to 0.0001% or more. The Mg content is preferably 0.0003% or more. However, if Mg is excessively contained, the manufacturability such as refining is lowered. In addition, the crack resistance of the weld metal is also reduced. Therefore, the Mg content is set to 0.0050% or less. From the viewpoint of effectiveness and manufacturability, the Mg content is preferably 0.0020% or less.

Cu:1.00%未満
Cuは、スクラップ等の原料から混入する元素であるが、オーステナイト相を安定化させて耐水素脆化性を向上させる効果を有する。しかしながら、Cuは、低融点元素であり、粒界に偏析しやすく、溶接金属の高温割れを助長するとともに、延性低下を生じやすくする。このため、Cu含有量は、1.00%未満とする。Cu含有量は、0.50%以下とするのが好ましい。しかしながら、Cu含有量を過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Cu含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Cu: Less than 1.00 Cu is an element mixed from raw materials such as scrap, but has the effect of stabilizing the austenite phase and improving the hydrogen embrittlement resistance. However, Cu is a low melting point element and easily segregates at grain boundaries, promotes high-temperature cracking of the weld metal, and tends to cause a decrease in ductility. Therefore, the Cu content is set to less than 1.00%. The Cu content is preferably 0.50% or less. However, if the Cu content is excessively reduced, the raw material for dissolution is restricted and the manufacturing cost increases. Therefore, the Cu content is preferably 0.01% or more.

Mo:0.5%以下
Moは、スクラップ等の原料から混入する元素であるが、強度および耐食性を向上させる効果を有する。その一方、過剰に含有させると、δフェライト相の生成を促進させ、溶接金属の耐割れ性および耐水素脆化性を低下させる。このため、Mo含有量は、0.5%以下とする。一方、Moを過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Mo含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Mo: 0.5% or less Mo is an element mixed from raw materials such as scrap, but has an effect of improving strength and corrosion resistance. On the other hand, if it is contained in an excessive amount, the formation of a δ ferrite phase is promoted, and the crack resistance and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal are lowered. Therefore, the Mo content is set to 0.5% or less. On the other hand, if Mo is excessively reduced, the raw materials for dissolution are restricted and the manufacturing cost increases. Therefore, the Mo content is preferably 0.01% or more.

O:0.0050%以下
Oは、鋼中に含まれる不純物であり、溶接金属の割れおよび延性低下を生じやすくする。さらに、溶接金属表面に生成する非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、O含有量は、0.0050%以下とする。この結果、溶接性をも向上させ、耐割れ性も改善される。このため、O含有量は、0.0040%以下とするのが好ましく、0.0030%以下とするのがより好ましい。しかしながら、Oの過剰な低減は、アンダーカットが生じやすくなる。このため、O含有量は、0.0005%以上とするのが好ましい。
O: 0.0050% or less O is an impurity contained in steel, which tends to cause cracking and ductility deterioration of the weld metal. Further, non-peelable slag generated on the surface of the weld metal is likely to occur. Therefore, the O content is set to 0.0050% or less. As a result, the weldability is also improved and the crack resistance is also improved. Therefore, the O content is preferably 0.0040% or less, and more preferably 0.0030% or less. However, excessive reduction of O tends to cause undercut. Therefore, the O content is preferably 0.0005% or more.

上記の元素に加えて、さらにAl、Ca、Nb、Ti、V、W、Zr、Co、Ga、HfおよびREMから選択される一種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。各元素の限定理由について説明する。 In addition to the above elements, one or more selected from Al, Ca, Nb, Ti, V, W, Zr, Co, Ga, Hf and REM may be further contained in the range shown below. The reason for limiting each element will be described.

Al:0~0.20%
Alは、有効な脱酸元素であることに加え、溶接金属の溶け込みを良くしてアンダーカットを抑制する効果も有する。このため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、Alを過剰に含有させると、溶接時の溶け込みを阻害して、溶接金属表面に非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、Al含有量は、0.20%以下とする。Al含有量は、0.10%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Al含有量は、0.003%以上とするのが好ましく、0.005%以上とするのがより好ましい。
Al: 0 to 0.20%
In addition to being an effective deoxidizing element, Al also has the effect of improving the penetration of the weld metal and suppressing undercutting. Therefore, it may be contained as needed. However, if Al is excessively contained, penetration at the time of welding is hindered, and non-peelable slag is likely to be generated on the surface of the weld metal. Therefore, the Al content is set to 0.20% or less. The Al content is preferably 0.10% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Al content is preferably 0.003% or more, and more preferably 0.005% or more.

Ca:0~0.01%
Caは、Alと同様に、有効な脱酸元素であることに加え、溶接金属の溶け込みを良くしてアンダーカットを抑制する効果も有する。このため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、Caを過剰に含有させると、溶接時の溶け込みを阻害して溶接金属表面に非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、Ca含有量は、0.01%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ca含有量は、0.0002%以上とするのが好ましく、0.0005%以上とするのがより好ましい。
Ca: 0-0.01%
Like Al, Ca is an effective deoxidizing element and also has an effect of improving the penetration of the weld metal and suppressing undercut. Therefore, it may be contained as needed. However, if Ca is excessively contained, penetration during welding is hindered and non-peelable slag is likely to be generated on the surface of the weld metal. Therefore, the Ca content is set to 0.01% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Ca content is preferably 0.0002% or more, and more preferably 0.0005% or more.

Nb:0~0.50%
Nbは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、溶接金属の耐割れ性を改善する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Nbを過剰に含有させると、溶接金属の延性が低下する。このため、Nb含有量は、0.50%以下とする。Nb含有量は、0.30%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Nb含有量は、0.002%以上とするのが好ましく、0.010%以上とするのがより好ましい。
Nb: 0 to 0.50%
Nb has the effect of forming a carbonitride, refining the crystal grains, and improving the crack resistance of the weld metal. Therefore, it may be contained as needed. However, if Nb is excessively contained, the ductility of the weld metal is lowered. Therefore, the Nb content is set to 0.50% or less. The Nb content is preferably 0.30% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Nb content is preferably 0.002% or more, and more preferably 0.010% or more.

Ti:0~0.50%
Tiは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、溶接金属の耐割れ性を改善する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Tiを過剰に含有させると、溶接金属の延性が低下する。このため、Ti含有量は、0.50%以下とする。Ti含有量は、0.30%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ti含有量は、0.002%以上とするのが好ましく、0.010%以上とするのがより好ましい。
Ti: 0 to 0.50%
Ti has the effect of forming a carbonitride, refining the crystal grains, and improving the crack resistance of the weld metal. Therefore, it may be contained as needed. However, if Ti is excessively contained, the ductility of the weld metal is lowered. Therefore, the Ti content is set to 0.50% or less. The Ti content is preferably 0.30% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Ti content is preferably 0.002% or more, more preferably 0.010% or more.

V:0~0.50%
Vは、固溶または炭窒化物として析出し、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Vを過剰に含有させると、炭窒化物が過剰に形成し、溶接金属の延性を低下させる。このため、V含有量は、0.50%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、V含有量は、0.01%以上とするのが好ましく、0.02%以上とするのがより好ましい。
V: 0 to 0.50%
V has the effect of improving the strength of the weld metal by precipitating as a solid solution or carbonitride. Therefore, it may be contained as needed. However, if V is excessively contained, carbonitride is excessively formed, which reduces the ductility of the weld metal. Therefore, the V content is preferably 0.50% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the V content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more.

W:0~0.50%
Wは、溶接金属の強度および耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Wを過剰に含有させると、溶接金属の延性を低下させる。このため、W含有量は、0.50%以下とする。W含有量は、0.30%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、W含有量は、0.001%以上とするのが好ましい。
W: 0 to 0.50%
W has the effect of improving the strength and corrosion resistance of the weld metal. Therefore, it may be contained as needed. However, excessive inclusion of W reduces the ductility of the weld metal. Therefore, the W content is set to 0.50% or less. The W content is preferably 0.30% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the W content is preferably 0.001% or more.

Zr:0~0.50%
Zrは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Zrを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Zr含有量は、0.50%以下とする。Zr含有量は、0.30%以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Zr含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Zr: 0 to 0.50%
Zr has a deoxidizing effect and has an effect of improving the ductility of the weld metal. Therefore, it may be contained as needed. However, if Zr is excessively contained, oxides are excessively formed, and the crack resistance of the weld metal is lowered. Therefore, the Zr content is set to 0.50% or less. The Zr content is preferably 0.30% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Zr content is preferably 0.01% or more.

Co:0~0.50%
Coは、溶接金属のオーステナイト相を安定化させて、耐水素脆化性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Coを過剰に含有させると、溶接金属の延性を低下させる。このため、Co含有量は、0.50%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Co含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Co: 0 to 0.50%
Co has the effect of stabilizing the austenite phase of the weld metal and improving the hydrogen embrittlement resistance. Therefore, it may be contained as needed. However, excessive content of Co reduces the ductility of the weld metal. Therefore, the Co content is set to 0.50% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Co content is preferably 0.01% or more.

Ga:0~0.010%
Gaは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Gaを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Ga含有量は、0.010%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ga含有量は、0.001%以上とするのが好ましい。
Ga: 0 to 0.010%
Ga has a deoxidizing effect and has an effect of improving the ductility of the weld metal. Therefore, it may be contained as needed. However, if Ga is excessively contained, oxides are excessively formed, and the crack resistance of the weld metal is lowered. Therefore, the Ga content is 0.010% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Ga content is preferably 0.001% or more.

Hf:0~0.10%
Hfは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Hfを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Hf含有量は、0.10%以下とする。一方、上記効果を得るためには、Hf含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
Hf: 0 to 0.10%
Hf has a deoxidizing effect and has an effect of improving the ductility of the weld metal. Therefore, it may be contained as needed. However, if Hf is excessively contained, oxides are excessively formed, and the crack resistance of the weld metal is lowered. Therefore, the Hf content is set to 0.10% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Hf content is preferably 0.01% or more.

REM:0~0.10%
REMは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、REMを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、REM含有量は、0.10%以下とする。一方、上記効果を得るためには、REM含有量は、0.01%以上とするのが好ましい。
REM: 0 to 0.10%
REM has a deoxidizing effect and has an effect of improving the ductility of the weld metal. Therefore, it may be contained as needed. However, if REM is excessively contained, oxides are excessively formed, and the crack resistance of the weld metal is lowered. Therefore, the REM content is set to 0.10% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the REM content is preferably 0.01% or more.

REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、上記REM含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。REMは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加されることが多い。 REM refers to a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoids, and the REM content means the total content of these elements. REM is often added industrially in the form of misch metal.

本発明の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、オーステナイト系ステンレス鋼用溶加材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the present invention, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component mixed with raw materials such as ore and scrap and various factors in the manufacturing process when industrially manufacturing austenitic stainless steel filler material, and has an adverse effect on the present invention. It means what is allowed within the range that does not give.

f値
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材では、耐水素脆化性に係るオーステナイト相の安定性を表す指標として、以下に算出されるf値を規定する。具体的には、下記(i)式で算出されるf値を、30.0超33.5未満とする。
f value In the austenitic stainless steel welding filler material according to the present invention, the f value calculated below is specified as an index showing the stability of the austenitic phase related to hydrogen embrittlement resistance. Specifically, the f value calculated by the following equation (i) is set to more than 30.0 and less than 33.5.

f値=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+12.93C+7.55N ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
f value = Ni + 0.72Cr + 0.88Mo + 1.11Mn-0.27Si + 12.93C + 7.55N ... (i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and if it is not contained, it is set to zero.

ここで、f値が30.0以下であると、オーステナイト相の安定性が低く、溶接金属の耐水素脆化性が低下する。このため、f値は、30.0超とする。しかしながら、f値が33.5以上であると、高合金化により溶接金属の耐割れ性が低下する。また、原料コストが増加し、溶加材の製造コストも増加する。また、耐水素脆化性も低下する場合もある。このため、f値は、33.5未満とする。溶接金属の耐水素脆化性、耐割れ性、および経済性の観点から、f値は30.0超32.5以下の範囲とするのが好ましい。 Here, when the f value is 30.0 or less, the stability of the austenite phase is low, and the hydrogen embrittlement resistance of the weld metal is lowered. Therefore, the f value is set to exceed 30.0. However, when the f value is 33.5 or more, the crack resistance of the weld metal is lowered due to the high alloying. In addition, the raw material cost increases and the manufacturing cost of the filler metal also increases. In addition, hydrogen embrittlement resistance may be reduced. Therefore, the f value is set to less than 33.5. From the viewpoint of hydrogen embrittlement resistance, crack resistance, and economic efficiency of the weld metal, the f value is preferably in the range of more than 30.0 and 32.5 or less.

2.用途
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材は、高圧水素等の水素用機器用に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手を製造するために用いられるのが好ましい。
2. 2. Applications The austenitic stainless steel welding filler according to the present invention is preferably used for manufacturing welded joints of austenitic stainless steel used for hydrogen equipment such as high-pressure hydrogen.

なお、上記オーステナイト系ステンレス鋼の化学組成、すなわち、溶接に用いる母材鋼板(溶接継手において、溶接熱影響部および溶接金属を除く母材)の化学組成は、例えば、C:0.10%以下、Si:1.0%以下、Mn:8.0~10.0%、P:0.030%以下、S:0.0030%以下、Cr:15.0~18.0%、Ni:7.0~9.0%、N:0.15~0.25%、B:0~0.01%、Mg:0~0.005%、Cu:1.0%未満、Mo:1.0%未満、Al:0~0.20%、Ca:0~0.01%、Nb:0~0.50%、Ti:0~0.50%、V:0~0.50%、W:0~0.50%、Zr:0~0.50%、Co:0~0.50%、Ga:0~0.010%、Hf:0~0.10%、REM:0~0.10%、残部:Feおよび不純物であり、下記(I)式で算出されるF値が、29.5超32.5未満であるのが好ましい。 The chemical composition of the austenite-based stainless steel, that is, the chemical composition of the base steel plate used for welding (the base material excluding the weld heat-affected portion and the weld metal in the weld joint) is, for example, C: 0.10% or less. , Si: 1.0% or less, Mn: 8.0 to 10.0%, P: 0.030% or less, S: 0.0030% or less, Cr: 15.0 to 18.0%, Ni: 7 .0 to 9.0%, N: 0.15 to 0.25%, B: 0 to 0.01%, Mg: 0 to 0.005%, Cu: less than 1.0%, Mo: 1.0 %, Al: 0 to 0.20%, Ca: 0 to 0.01%, Nb: 0 to 0.50%, Ti: 0 to 0.50%, V: 0 to 0.50%, W: 0 to 0.50%, Zr: 0 to 0.50%, Co: 0 to 0.50%, Ga: 0 to 0.010%, Hf: 0 to 0.10%, REM: 0 to 0.10 %, The balance: Fe and impurities, and the F value calculated by the following formula (I) is preferably more than 29.5 and less than 32.5.

F値=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N・・・(I)
但し、上記(I)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
F value = Ni + 0.72Cr + 0.88Mo + 1.11Mn-0.27Si + 0.53Cu + 12.93C + 7.55N ... (I)
However, each element symbol in the above formula (I) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and if it is not contained, it is set to zero.

また、溶接継手の溶接金属においては、C:0.10%以下、Si:1.0%以下、Mn:8.0~11.0%、P:0.030%以下、S:0.0030%以下、Cr:15.0~18.0%、Ni:7.0~9.0%、N:0.15~0.25%、B:0~0.01%、Mg:0~0.005%、Al:0~0.20%、Cu:1.0%未満、Mo:1.0%未満、Ca:0~0.01%、Nb:0~0.50%、Ti:0~0.50%、V:0~0.50%、W:0~0.50%、Zr:0~0.50%、Co:0~0.50%、Ga:0~0.010%、Hf:0~0.10%、REM:0~0.10%、残部:Feおよび不純物であり、下記(I)式で算出されるF値が、29.5超32.5未満となるよう、溶加材、母材鋼板および溶接条件等を適宜、調整するのが好ましい。 In the weld metal of welded joints, C: 0.10% or less, Si: 1.0% or less, Mn: 8.0 to 11.0%, P: 0.030% or less, S: 0.0030. % Or less, Cr: 15.0 to 18.0%, Ni: 7.0 to 9.0%, N: 0.15 to 0.25%, B: 0 to 0.01%, Mg: 0 to 0 .005%, Al: 0 to 0.20%, Cu: less than 1.0%, Mo: less than 1.0%, Ca: 0 to 0.01%, Nb: 0 to 0.50%, Ti: 0 ~ 0.50%, V: 0 ~ 0.50%, W: 0 ~ 0.50%, Zr: 0 ~ 0.50%, Co: 0 ~ 0.50%, Ga: 0 ~ 0.010% , Hf: 0 to 0.10%, REM: 0 to 0.10%, balance: Fe and impurities, and the F value calculated by the following formula (I) is more than 29.5 and less than 32.5. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the filler metal, the base metal plate, the welding conditions, and the like.

F値=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+0.53Cu+12.93C+7.55N・・・(I)
但し、上記(I)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
F value = Ni + 0.72Cr + 0.88Mo + 1.11Mn-0.27Si + 0.53Cu + 12.93C + 7.55N ... (I)
However, each element symbol in the above formula (I) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and if it is not contained, it is set to zero.

なお、上記溶接金属の化学組成は、溶接金属全体の平均の化学組成とする。ここで、溶接継手において溶接金属とは、溶接した際に、溶接中に溶融して凝固した金属部分のことである。また、溶接金属と、母材において、溶接熱で影響を受ける溶接熱影響部とを合わせて、溶接部と呼ぶ。 The chemical composition of the weld metal is the average chemical composition of the entire weld metal. Here, in a welded joint, the weld metal is a metal portion that is melted and solidified during welding at the time of welding. Further, the weld metal and the weld heat affected zone affected by the weld heat in the base metal are collectively referred to as a welded portion.

また、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材は、鋼板、鋼管、棒、線材の溶接に用いるものとし、特に鋼板の溶接に用いるのが好ましい。 Further, the filler metal for welding austenitic stainless steel according to the present invention is used for welding steel plates, steel pipes, rods and wires, and is particularly preferably used for welding steel plates.

3.製造方法
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材の好ましい製造方法について説明する。
3. 3. Manufacturing Method A preferable manufacturing method of the filler metal for welding austenitic stainless steel according to the present invention will be described.

本発明に係る溶加材は、上述した化学組成を有する鋼を溶製し、ビレット等を製造するのがよい。ビレットは、例えば、900~1300℃熱間鍛造、950~1150℃の範囲で熱処理を行い、伸線加工により伸線して、鋼線とするのがよい。なお、この鋼線は、スプール巻とすることが多い。また、他の具体的な製造条件については、溶加材の効果を損なわない範囲であれば、適宜、調整すればよい。 As the filler material according to the present invention, it is preferable to melt steel having the above-mentioned chemical composition to produce billets and the like. The billet may be, for example, hot forged at 900 to 1300 ° C., heat-treated in the range of 950 to 1150 ° C., and drawn by wire drawing to form a steel wire. This steel wire is often spooled. Further, other specific production conditions may be appropriately adjusted as long as the effect of the fillering material is not impaired.

本発明に係る溶加材を用いてオーステナイト系ステンレス鋼を溶接する場合、その効果を損なわない範囲であれば、溶接条件を限定するものでない。本発明の効果を享受する溶接金属を得るためには、例えば、ガスタングステンアーク溶接(TIG溶接)方法を用いて溶接することが好ましい。 When austenitic stainless steel is welded using the filler material according to the present invention, the welding conditions are not limited as long as the effect is not impaired. In order to obtain a weld metal that enjoys the effects of the present invention, it is preferable to perform welding using, for example, a gas tungsten arc welding (TIG welding) method.

溶接金属の耐割れ性を向上させるには、Mn、Ni、Cu、およびMoの凝固偏析と粒界偏析とを抑制することが有効である。このため、溶接後は、緩冷却に制御することが望ましい。具体的には、溶接金属において、合金元素の拡散および移動が進む1300~800℃の温度域で、冷却速度を20℃/秒以下に制御することが好ましく、1~10℃/秒の範囲に制御するのがより好ましい。なお、上述したような溶接後の冷却速度は、例えば、溶接速度により制御することができる。 In order to improve the crack resistance of the weld metal, it is effective to suppress solidification segregation and grain boundary segregation of Mn, Ni, Cu, and Mo. Therefore, it is desirable to control the cooling to slow after welding. Specifically, in the weld metal, it is preferable to control the cooling rate to 20 ° C./sec or less in the temperature range of 1300 to 800 ° C. where the diffusion and movement of the alloying elements proceed, and the cooling rate is in the range of 1 to 10 ° C./sec. It is more preferable to control. The cooling rate after welding as described above can be controlled by, for example, the welding rate.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

表1に記載の化学組成を有する鋼を溶製し、熱間圧延、焼鈍、冷間圧延、焼鈍により板厚1.0mmと2.0mmの冷延焼鈍鋼板(「母材鋼板」ともいう。)を製造した。溶加材は、表2に示す各種成分のW1~W22を溶製した後、1000~1250℃熱間鍛造、1000~1100℃の範囲で熱処理を行い、伸線加工により1.0mm径まで伸線してスプール巻きとした。 The steels having the chemical compositions shown in Table 1 are melted and hot-rolled, annealed, cold-rolled, and annealed to obtain cold-rolled and annealed steel sheets (also referred to as "base steel sheets") having a thickness of 1.0 mm and 2.0 mm. ) Was manufactured. The filler metal is melted from W1 to W22 of various components shown in Table 2, then hot forged at 1000 to 1250 ° C., heat-treated in the range of 1000 to 1100 ° C., and stretched to a diameter of 1.0 mm by wire drawing. Wired and spooled.

Figure 2022089303000001
Figure 2022089303000001

Figure 2022089303000002
Figure 2022089303000002

得られた母材鋼板と溶加材とを用い、図1に示すように、板厚tが1.0mmおよび2.0mmの鋼板を2枚ずつ用意し、それぞれの鋼板1間においてギャップなしのI開先3を形成させ、裏面に銅当金2を当てた試験体を作製した。この試験体について、表3に示す条件で、表2に記載の溶加材を用い、TIG溶接を行い、溶接継手を作製した。 Using the obtained base steel plate and filler metal, as shown in FIG. 1, two steel plates having a plate thickness t of 1.0 mm and 2.0 mm were prepared, and there was no gap between the respective steel plates 1. A test piece was prepared in which the groove 3 was formed and the copper pad 2 was applied to the back surface. This test piece was TIG welded using the filler metal shown in Table 2 under the conditions shown in Table 3 to prepare a welded joint.

溶接金属が1300~800℃である温度域の冷却速度は、非特許文献1に記載されているような熱電対による直接測定により求めた。なお、表3で記載したような溶接条件とすることで、条件1では、上記温度域において15~25℃/秒の範囲で冷却速度を調整し、条件2では、3~10℃/秒の範囲で冷却速度を調整した。その後、溶接金属の耐割れ性および耐水素脆化性の評価するため、後述する条件で引張試験等を行った。なお、板厚tが1.0mmの場合の試験体は、耐割れ性を評価するためのものであり、板厚tが2.0mmの場合の試験体は、耐水素脆化性を評価するためのものである。 The cooling rate in the temperature range of 1300 to 800 ° C. for the weld metal was determined by direct measurement with a thermocouple as described in Non-Patent Document 1. By setting the welding conditions as described in Table 3, the cooling rate is adjusted in the range of 15 to 25 ° C./sec in the above temperature range under the condition 1, and 3 to 10 ° C./sec under the condition 2. The cooling rate was adjusted in the range. Then, in order to evaluate the crack resistance and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal, a tensile test or the like was performed under the conditions described later. The test piece when the plate thickness t is 1.0 mm is for evaluating the crack resistance, and the test piece when the plate thickness t is 2.0 mm is for evaluating the hydrogen embrittlement resistance. Is for.

Figure 2022089303000003
Figure 2022089303000003

(耐割れ性)
溶接金属の耐割れ性は、ビード外観の目視観察および大気中の引張試験により評価した。引張試験は、溶接部の余盛を除去し、ビード長手方向に幅25mm、長さ94mmの板状試験片を採取し、試験片の平行部が、幅4mm、長さ20mmとなるよう作製した。また、試験片においては、溶接金属が平行部の長さの中央付近になるように調整した。比較材として母材鋼板の板状試験片を作製した。引張試験は、室温、歪速度2.5×10-3/sで行った。
(Crack resistance)
The crack resistance of the weld metal was evaluated by visual observation of the appearance of the bead and a tensile test in the atmosphere. In the tensile test, the surplus of the welded portion was removed, and a plate-shaped test piece having a width of 25 mm and a length of 94 mm was collected in the longitudinal direction of the bead, and the parallel portion of the test piece was prepared to have a width of 4 mm and a length of 20 mm. .. Further, in the test piece, the weld metal was adjusted so as to be near the center of the length of the parallel portion. As a comparative material, a plate-shaped test piece of a base steel plate was prepared. The tensile test was performed at room temperature and a strain rate of 2.5 × 10 -3 / s.

ビード外観の目視観察より割れが観察されず、引張試験において溶接金属で破断せずに母材で破断となった場合を、耐割れ性に特に優れる例として「◎」と記載した。上記を除き、溶接金属で破断した例においても相対破断伸び≧0.90の場合は、耐割れ性が良好である例として、「○」と記載した。一方、目視で割れが観察される場合、または目視で割れが観察されずとも相対破断伸び<0.90となった場合を、耐割れ性が不良として「×」と評価した。なお、相対破断伸びは、以下の(a)式により算出した。
相対破断伸び=溶接金属含む引張試験の破断伸び/母材の引張試験の破断伸び・・・(a)
The case where no crack was observed by visual observation of the appearance of the bead and the base metal was not broken by the weld metal in the tensile test was described as "◎" as an example of particularly excellent crack resistance. Except for the above, when the relative breaking elongation ≧ 0.90 even in the case of breaking with the weld metal, “◯” is described as an example of good crack resistance. On the other hand, when cracks were visually observed, or when the relative breaking elongation was <0.90 even if no cracks were visually observed, the crack resistance was evaluated as "x". The relative breaking elongation was calculated by the following formula (a).
Relative breaking elongation = breaking elongation of tensile test including weld metal / breaking elongation of tensile test of base metal ... (a)

(耐水素脆化性)
溶接金属の耐水素脆化性は、0℃、70MPa、H中および0.1MPa、N中の低歪速度引張試験により評価した。引張試験は、図1のように、板厚2.0mmの鋼板1に溶接した溶接部の余盛を除去し、上述した板状試験片を採取した。引張試験は0℃、歪速度10-5/sで行った。引張試験の評価で破断強さ(TS)と破断伸び(EL)を測定し、耐水素脆化性は、(a)式の破断強さ・破断伸びバランス(TS×EL)を用いて評価した。
(Hydrogen embrittlement resistance)
The hydrogen embrittlement resistance of the weld metal was evaluated by a low strain rate tensile test in 0 ° C., 70 MPa, H 2 and 0.1 MPa, N 2 . In the tensile test, as shown in FIG. 1, the surplus of the welded portion welded to the steel plate 1 having a plate thickness of 2.0 mm was removed, and the above-mentioned plate-shaped test piece was collected. The tensile test was performed at 0 ° C. and a strain rate of 10-5 / s. The breaking strength (TS) and breaking elongation (EL) were measured in the evaluation of the tensile test, and the hydrogen embrittlement resistance was evaluated using the breaking strength / breaking elongation balance (TS × EL) of the formula (a). ..

評価値={(70MPaH中のTS×EL)/(0.1MPaN中のTS×EL)・・・(b)
(b)式から算出された評価値が0.9超である場合を、特に、耐水素脆化性が優れているとし、「◎」と記載した。また、上記を除き、評価値が0.8以上の場合を、耐水素脆化性が良好であるとし、「〇」と記載した。一方、評価値が0.8に満たない場合を、耐水素脆化性が不良であるとして、×と記載した。以下、結果を纏めて、表4に示す。
Evaluation value = {(TS x EL in 70 MPaH 2 ) / (TS x EL in 0.1 MPaN 2 ) ... (b)
When the evaluation value calculated from the equation (b) is more than 0.9, it is described as "◎" because the hydrogen embrittlement resistance is particularly excellent. In addition, except for the above, when the evaluation value was 0.8 or more, the hydrogen embrittlement resistance was considered to be good, and it was described as “◯”. On the other hand, when the evaluation value is less than 0.8, it is described as x because the hydrogen embrittlement resistance is poor. The results are summarized in Table 4 below.

Figure 2022089303000004
Figure 2022089303000004

本発明の化学組成を満足する試験No.1~17は、溶接金属の耐割れ性および耐水素脆化性ともに本発明例の◎もしくは〇であった。No.2、6、10、11、14~17は、本発明の好ましいP、S、B、Mg、Cu、Oの範囲を満足するものであり、溶接金属の耐割れ性と耐水素脆化性は◎であった。一方、No.5、9、13は、より好ましい溶接条件を実施したものであり、本発明の好ましいP、S、B、Mg、Cu、Oの範囲を外れるものの、溶接金属の耐割れ性と耐水素脆化性は◎であった。 Test No. that satisfies the chemical composition of the present invention. Nos. 1 to 17 were ⊚ or 〇 of the example of the present invention in terms of both crack resistance and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal. No. 2, 6, 10, 11, 14 to 17 satisfy the preferable range of P, S, B, Mg, Cu and O of the present invention, and the crack resistance and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal are high. It was ◎. On the other hand, No. Nos. 5, 9 and 13 carry out more preferable welding conditions, and although they are outside the preferable ranges of P, S, B, Mg, Cu and O of the present invention, the weld metal has crack resistance and hydrogen embrittlement resistance. The sex was ◎.

本発明の化学組成を満足しない試験No.18~25は、好ましい溶接条件を実施しても、溶接金属の耐割れ性と耐水素脆化性の少なくとも一方が不良であった。No.18、19、21、22、23、24は、溶接金属の耐割れ性に係るP、S、B、Mg、Cu、Oのいずれかが本発明の規定を満足しなかったため、耐割れ性が低下した。No.20、は、P、S、B、Mg、Cu、Oの規定を満足するものの、f値が低いため、耐水素脆化性が低下した。No.25は、P、S、B、Mg、Cu、Oの規定を満足するものの、Ni含有量が低いために耐水素脆化性が低下した。 Test No. that does not satisfy the chemical composition of the present invention. In Nos. 18 to 25, at least one of the crack resistance and the hydrogen embrittlement resistance of the weld metal was poor even when preferable welding conditions were carried out. No. In 18, 19, 21, 22, 23, 24, since any of P, S, B, Mg, Cu, and O related to the crack resistance of the weld metal did not satisfy the provisions of the present invention, the crack resistance was improved. It has declined. No. 20 satisfies the specifications of P, S, B, Mg, Cu, and O, but the f-number is low, so that the hydrogen embrittlement resistance is lowered. No. Although 25 satisfied the specifications of P, S, B, Mg, Cu, and O, the hydrogen embrittlement resistance was lowered due to the low Ni content.

本発明に係る溶接用溶加材は、溶接金属の耐割れ性と耐水素脆化性とに優れ、高圧水素ガス用途のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接用として好適である。 The welding filler material according to the present invention has excellent crack resistance and hydrogen embrittlement resistance of the weld metal, and is suitable for welding austenitic stainless steel for high-pressure hydrogen gas.

Claims (3)

化学組成が、質量%で、
C:0.10%以下、
Si:1.0%以下、
Mn:8.0~11.0%、
P:0.030%以下、
S:0.0030%以下、
Cr:15.0~18.0%、
Ni:7.0~9.0%、
N:0.15~0.25%、
B:0.0002~0.01%、
Mg:0.0001~0.0050%、
Cu:1.00%未満、
Mo:0.5%以下、
O:0.0050%以下、
Al:0~0.20%、
Ca:0~0.01%、
Nb:0~0.50%、
Ti:0~0.50%、
V:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Zr:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
Ga:0~0.010%、
Hf:0~0.10%、
REM:0~0.10%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式で算出されるf値が、30.0超33.5未満である、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
f値=Ni+0.72Cr+0.88Mo+1.11Mn-0.27Si+12.93C+7.55N ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
The chemical composition is by mass%,
C: 0.10% or less,
Si: 1.0% or less,
Mn: 8.0 to 11.0%,
P: 0.030% or less,
S: 0.0030% or less,
Cr: 15.0 to 18.0%,
Ni: 7.0-9.0%,
N: 0.15 to 0.25%,
B: 0.0002-0.01%,
Mg: 0.0001 to 0.0050%,
Cu: less than 1.00%,
Mo: 0.5% or less,
O: 0.0050% or less,
Al: 0 to 0.20%,
Ca: 0-0.01%,
Nb: 0 to 0.50%,
Ti: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.50%,
W: 0 to 0.50%,
Zr: 0 to 0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
Ga: 0-0.010%,
Hf: 0 to 0.10%,
REM: 0 to 0.10%,
Remaining: Fe and impurities,
An austenitic stainless steel welding filler material having an f-number of more than 30.0 and less than 33.5 calculated by the following equation (i).
f value = Ni + 0.72Cr + 0.88Mo + 1.11Mn-0.27Si + 12.93C + 7.55N ... (i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (mass%) of each element contained in the steel, and if it is not contained, it is set to zero.
前記化学組成が、質量%で、
Al:0.003~0.20%、
Ca:0.0002~0.01%、
Nb:0.002~0.50%、
Ti:0.002~0.50%、
V:0.01~0.50%、
W:0.001~0.50%、
Zr:0.01~0.50%、
Co:0.01~0.50%、
Ga:0.001~0.010%、
Hf:0.01~0.10%、および
REM:0.01~0.10%、
から選択される一種以上を含有する、請求項1に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
The chemical composition is by mass%.
Al: 0.003 to 0.20%,
Ca: 0.0002-0.01%,
Nb: 0.002 to 0.50%,
Ti: 0.002 to 0.50%,
V: 0.01-0.50%,
W: 0.001 to 0.50%,
Zr: 0.01-0.50%,
Co: 0.01-0.50%,
Ga: 0.001 to 0.010%,
Hf: 0.01 to 0.10%, and REM: 0.01 to 0.10%,
The austenitic stainless steel welding filler material according to claim 1, which contains one or more selected from the above.
前記化学組成が、
P:0.025%以下、
S:0.0020%以下、
B:0.0002~0.0020%、
Mg:0.0001~0.0020%、
Cu:0.50%以下、
O:0.0030%以下、
である、請求項1または2に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
The chemical composition is
P: 0.025% or less,
S: 0.0020% or less,
B: 0.0002 to 0.0020%,
Mg: 0.0001 to 0.0020%,
Cu: 0.50% or less,
O: 0.0030% or less,
The austenitic stainless steel welding filler material according to claim 1 or 2.
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