JP2022114890A - Ferrite-austenite duplex stainless steel welded structures, ferrite-austenite duplex stainless steel welded joints, and methods of welding ferrite-austenite duplex stainless steel materials - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接構造物、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接継手及びフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材の溶接方法に関する。 The present invention relates to a ferrite-austenite duplex stainless steel welded structure, a ferrite-austenite duplex stainless steel welded joint, and a welding method for ferrite-austenite duplex stainless steel materials.
二相ステンレス鋼は、鋼の組織にオーステナイト相とフェライト相の両相を有するステンレス鋼である。二相ステンレス鋼は、一般に同等の耐食性を有するオーステナイト系ステンレス鋼に対して、低Niの成分系かつ高強度であることから、合金コストが低くかつ薄肉化が可能な材料として注目を浴びている。以前から高耐食性を活かして石油化学装置材料、ポンプ材料、ケミカルタンク用材料などに厚板として使用されているが、さらに近年では、高強度を活かして構造部材用材料などへの薄板の適用も進んでいる。 Duplex stainless steel is stainless steel having both austenite phase and ferrite phase in the structure of the steel. Compared to austenitic stainless steel, which generally has the same corrosion resistance, duplex stainless steel is attracting attention as a material that can be made thinner with lower alloying costs because of its low Ni content and high strength. . Due to its high corrosion resistance, it has been used as a thick plate for petrochemical equipment, pumps, and chemical tanks. progressing.
二相ステンレス鋼には例えば、省合金型のSUS821L1、合金量が比較的中程度のSUS329J4L、合金量が比較的多いSUS327L1など、多くの鋼種がある。これらの現在広く使われている鋼種には、耐食性を向上させる元素として、Cr、Ni、Moとともに、合金コストに優れるN(窒素)が、約0.1~0.3%程度含有されている。 There are many types of duplex stainless steel, such as SUS821L1 with a low alloy content, SUS329J4L with a relatively medium amount of alloy, and SUS327L1 with a relatively large amount of alloy. These currently widely used steel types contain about 0.1 to 0.3% of N (nitrogen), which is excellent in alloy cost, together with Cr, Ni, and Mo as elements that improve corrosion resistance. .
また、二相ステンレス鋼の溶接構造物を建造する場合の溶接方法としては、非消耗電極式溶接または消耗電極式溶接が適用される。非消耗電極式溶接としては、TIG溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接などが挙げられる。消耗電極式溶接としては、MIG溶接、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接などが挙げられる。これらの中でも、非消耗電極式溶接は、溶接効率で消耗電極式溶接に劣るものの、シールドガスに純Arガスを使用するため、溶接金属中の酸素量が極めて低く、溶接金属の靱性が優れており、品質要求の厳しい溶接構造物の建造に適している。 Non-consumable electrode welding or consumable electrode welding is applied as a welding method for constructing a duplex stainless steel welded structure. Non-consumable electrode welding includes TIG welding, plasma welding, laser welding, and the like. Examples of consumable electrode welding include MIG welding, gas shielded arc welding using flux-cored wire, shielded arc welding, and submerged arc welding. Of these, non-consumable electrode welding is inferior to consumable electrode welding in terms of welding efficiency, but since pure Ar gas is used as the shielding gas, the amount of oxygen in the weld metal is extremely low and the toughness of the weld metal is excellent. It is suitable for the construction of welded structures with strict quality requirements.
フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼を母材とする溶接構造物を必要な用途に適用する際に課題となるのが、溶接金属部および溶接熱影響部においてσ相またはクロム窒化物が析出することによる耐食性の低下である。そのため、溶接の母材として二相ステンレス鋼を使用する際は、耐食性があまり問題にならない用途において限定的に使用する、溶接方法を制限する、溶接後の再熱処理を実施する、溶接ガスを特別なものに変更するなど、溶接作業性を犠牲にする場合が多い。 When applying welded structures with ferritic/austenitic duplex stainless steel as the base material to the required applications, there is a problem due to the precipitation of σ phase or chromium nitrides in the weld metal and weld heat affected zone. This is a decrease in corrosion resistance. Therefore, when duplex stainless steel is used as the base material for welding, it should be used only in applications where corrosion resistance is not a major concern, the welding method should be restricted, reheat treatment should be performed after welding, and special welding gas should be used. In many cases, welding workability is sacrificed, such as by changing to a different material.
ところで、先ほど触れたように、SUS821L1、ASTM S32101またはNSSC 2351などに代表される、Cr、Ni、Moの含有量が比較的少なくN含有量が多く経済性に優れるフェライト・オーステナイト系ステンレス鋼は、省合金二相ステンレス鋼と呼ばれている。省合金二相ステンレス鋼はその耐食性レベルに応じて、汎用オーステナイト系ステンレス鋼であるSUS304やSUS316Lの代替として用いられる場合がある。これらの省合金二相ステンレス鋼では、特にクロム窒化物の生成による耐食性低下が問題になる場合が多い。その耐食性低下は、以下の機構で生じる。 By the way, as mentioned earlier, ferritic-austenitic stainless steels, which are represented by SUS821L1, ASTM S32101, NSSC 2351, etc., have relatively low Cr, Ni, and Mo contents and high N content, and are excellent in economic efficiency. It is called alloy-saving duplex stainless steel. Alloy-saving duplex stainless steel is sometimes used as a substitute for SUS304 and SUS316L, which are general-purpose austenitic stainless steels, depending on its corrosion resistance level. These alloy-saving duplex stainless steels often have a problem of decreased corrosion resistance due to the formation of chromium nitrides. The deterioration of corrosion resistance is caused by the following mechanism.
二相ステンレス鋼は、加熱温度によりフェライト相とオーステナイト相との相比が変動する。そのため、二相ステンレス鋼を溶接すると、母材を溶融するための加熱によって、溶接金属部および溶接熱影響部となる部分のフェライト相の割合が増加し、オーステナイト相の割合が減少する。一方、溶接金属部および溶接熱影響部が形成される冷却時には、オーステナイト相が増加する。しかし一般に、溶接金属部および溶接熱影響部の形成時の冷却速度が速いため、溶接金属部および溶接熱影響部のオーステナイト相の割合は、母材よりも少なくなる。 In duplex stainless steel, the phase ratio between the ferrite phase and the austenite phase varies depending on the heating temperature. Therefore, when duplex stainless steel is welded, the rate of ferrite phase increases and the rate of austenite phase decreases in the weld metal zone and the weld heat-affected zone due to heating for melting the base material. On the other hand, during cooling when the weld metal zone and weld heat affected zone are formed, the austenite phase increases. Generally, however, the rate of cooling during the formation of the weld metal zone and the weld heat affected zone is high, so the ratio of the austenite phase in the weld metal zone and the weld heat affected zone is less than that in the base metal.
また溶接中の高温状態では、溶接金属部からNが容易に蒸発する。Nは、オーステナイト安定元素として作用してオーステナイト量を増やす効果があるため、溶接金属部のNの減少はフェライト量を多くする方向に働く。 In addition, N easily evaporates from the welded metal part under high temperature conditions during welding. Since N acts as an austenite stabilizing element and has the effect of increasing the amount of austenite, a decrease in N in the weld metal works to increase the amount of ferrite.
二相ステンレス鋼中のNは、その殆どがオーステナイト相中に固溶している。しかし、溶接金属部および溶接熱影響部では、母材と比較してオーステナイト相の割合が少ないため、フェライト相中のN含有量が高くなっている。フェライト相中のNの固溶限界は、オーステナイト相に比べて非常に小さいため、溶接中のNの蒸発による若干の減少があったとしても、溶接時の冷却中の溶接金属部および溶接熱影響部のフェライト相中またはフェライト相間の粒界には、フェライト相に固溶しきれないNがクロム窒化物として析出する。 Most of N in the duplex stainless steel is dissolved in the austenite phase. However, in the weld metal zone and the weld heat-affected zone, the ratio of the austenite phase is smaller than that of the base metal, so the N content in the ferrite phase is high. Since the solid solubility limit of N in the ferrite phase is very small compared to that in the austenite phase, even if there is a slight reduction due to the evaporation of N during welding, the weld metal during cooling during welding and the weld heat effect N, which cannot completely dissolve in the ferrite phase, precipitates as chromium nitrides in the ferrite phase or at the grain boundaries between the ferrite phases.
クロム窒化物の生成に伴い鋼中のCrが消費された結果、いわゆるクロム欠乏層が形成され、耐食性が低下する。したがって、溶接金属部および溶接熱影響部に析出するクロム窒化物量を低減することが、溶接部の耐食性向上のために重要である。 As a result of the consumption of Cr in the steel accompanying the formation of chromium nitrides, a so-called chromium-deficient layer is formed, resulting in deterioration of corrosion resistance. Therefore, it is important to reduce the amount of chromium nitride that precipitates in the weld metal zone and the weld heat-affected zone in order to improve the corrosion resistance of the weld zone.
一般的な二相ステンレス鋼の溶接方法として、特許文献1には、溶接最終パスの溶接方法を制御することで、クロム窒化物の析出を抑制する技術が記載されている。 As a general duplex stainless steel welding method, Patent Literature 1 describes a technique for suppressing the precipitation of chromium nitrides by controlling the welding method in the final welding pass.
また、特許文献2には、溶接後に溶接熱影響部を700℃~1000℃で熱処理を施すことでオーステナイト相を再析出させ、溶接熱影響部の耐食性を回復させる技術が記載されている。 In addition, Patent Document 2 describes a technique for recovering the corrosion resistance of the weld heat affected zone by heat-treating the weld heat affected zone at 700° C. to 1000° C. after welding to reprecipitate the austenite phase.
さらに、特許文献3には、溶接ガスとして純アルゴンではなくアルゴンと窒素の混合ガスを溶接時のシールドガスに用いることで、溶接金属中のオーステナイト相量を増加させ、そのオーステナイト相中に窒素を固溶させることで、溶接熱影響部の耐食性低下を抑制する技術が記載されている。 Furthermore, in Patent Document 3, by using a mixed gas of argon and nitrogen as a welding gas instead of pure argon as a shielding gas during welding, the amount of austenite phase in the weld metal is increased, and nitrogen is added to the austenite phase. A technique for suppressing deterioration in corrosion resistance of the weld heat-affected zone by forming a solid solution is described.
しかしながら、特許文献1では、溶接時の条件制御が重要となり、特許文献2では溶接後の熱処理が必要となる。薄板用途では大量に溶接する事が多く、溶接方法の制限または溶接後の熱処理などが難しい場合がある。 However, in Patent Document 1, condition control during welding is important, and in Patent Document 2, heat treatment after welding is required. For thin plate applications, large quantities are often welded, and there are cases where restrictions on the welding method or post-welding heat treatment are difficult.
特許文献3では、溶接ガスへの窒素添加が必要だが、通常の純アルゴンガスを用いた場合に比べて、溶接アークの形状が変化するため、溶接の条件適正化に時間がかかる場合がある。また、窒素はアルゴンに比べて反応性が高いため、TIG溶接などでは溶接電極の消耗が早くなる場合がある。 In Patent Document 3, it is necessary to add nitrogen to the welding gas, but compared to the case of using normal pure argon gas, the shape of the welding arc changes, so it may take time to optimize the welding conditions. In addition, since nitrogen has higher reactivity than argon, the welding electrode may wear out more quickly in TIG welding or the like.
さらに一般に薄板用途では、溶接時に溶加材を用いないため、溶加材による耐食性の改善も難しい。そのため、母材への合金元素の添加によって溶接金属部および溶接熱影響部の耐食性を向上させることが考えられるが、それには合金コストの増加という別の問題が生じる。 Furthermore, in general, thin plate applications do not use a filler material during welding, so it is difficult to improve corrosion resistance with a filler material. Therefore, it is conceivable to improve the corrosion resistance of the weld metal zone and the weld heat affected zone by adding alloying elements to the base metal, but this raises another problem of increased alloy costs.
以上の背景により、溶接工程および溶接構造物作成のコスト削減の観点から、溶接方法の制限が緩く、溶接後の再熱処理が不要になり、更には溶接電極の消耗が少ない二相ステンレス鋼の溶接方法が望まれている。また、耐食性向上の観点から、溶接部の耐食性に優れた溶接構造物及び溶接継手が望まれている。 Due to the above background, from the viewpoint of reducing the cost of welding processes and welding structures, welding of duplex stainless steel with less restrictions on welding methods, no need for reheating after welding, and less consumption of welding electrodes. A method is desired. In addition, from the viewpoint of improving corrosion resistance, a welded structure and a welded joint having excellent corrosion resistance of welded portions are desired.
本発明は、オーステナイト相とフェライト相との二相を持つ二相ステンレス鋼において、溶接した際の、溶接金属部および溶接熱影響部の耐食性低下が少なく、それにより当該鋼使用時のネックとなりうる溶接作業性の向上および溶接コストの低減を図ることができる、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材の溶接方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、溶接金属部の耐食性に優れたフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接構造物並びにフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接継手を提供することを課題とする。
The present invention is a duplex stainless steel having two phases of an austenite phase and a ferrite phase, in which the corrosion resistance of the weld metal part and the weld heat affected zone is less reduced when welded, which can be a bottleneck when using the steel. An object of the present invention is to provide a method for welding ferrite-austenite duplex stainless steel materials that can improve welding workability and reduce welding costs.
Another object of the present invention is to provide a ferrite-austenite duplex stainless steel welded structure and a ferrite-austenite duplex stainless steel welded joint in which the weld metal portion is excellent in corrosion resistance.
本発明者らは、種々の成分および板厚を有する鋼について、溶接した際の、溶接金属部および溶接熱影響部の耐食性に影響する因子を評価するため、種々の試験を実施した。 The present inventors conducted various tests on steels having various compositions and plate thicknesses in order to evaluate the factors affecting the corrosion resistance of the weld metal zone and weld heat affected zone when welded.
上記の試験結果について、本発明者らは溶接金属部の表層近傍は、内部よりも耐食性が低下した組織になりやすいことを発見した。溶接構造物では、溶接金属部は必ずしも研磨されず、焼け取り剤などの薬品で溶接焼けを除去するだけとすることも多く、この場合、溶接金属部の表層近傍の組織が耐食性を決定する。 Regarding the above test results, the present inventors discovered that the vicinity of the surface layer of the weld metal portion tends to have a structure with lower corrosion resistance than the inside. In welded structures, the weld metal part is not necessarily polished, and often the weld burn is simply removed with a chemical such as a scorch remover. In this case, the structure near the surface layer of the weld metal part determines the corrosion resistance.
そこで溶接金属部の表層近傍の耐食性に着目し、溶接金属の表層近傍の耐食性を良好にする因子を調査した結果、溶接時に、アフターガスおよびバックガスに高濃度の窒素を含むガスを用いることで、溶接金属部の表層の窒素濃度を増加させて耐食性を改善できるという知見を得た。 Therefore, we focused on the corrosion resistance in the vicinity of the surface layer of the weld metal and investigated the factors that improve the corrosion resistance in the vicinity of the surface layer of the weld metal. It was found that the corrosion resistance can be improved by increasing the nitrogen concentration in the surface layer of the weld metal.
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、下記のフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材の溶接方法、溶接構造物及び溶接継手を要旨とする。 The present invention has been made based on the above knowledge, and the gist thereof is the welding method, welded structure, and welded joint of ferrite-austenite duplex stainless steel materials described below.
[1] フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材からなる母材と、
溶接部と、を備え、
前記母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMと、前記溶接部の溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMとの差分である前記溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代(γBM-γWM)が20面積%未満であり、
前記母材の孔食電位PBMと、前記溶接部の孔食電位PWMとの差分である孔食電位低下代(PBM-PWM)が150mV未満である、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接構造物。
[2] フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材からなる母材と、
溶接部と、を備え、
前記母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMと、前記溶接部の溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMとの差分である前記溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代(γBM-γWM)が20面積%未満であり、
前記母材の孔食電位PBMと、前記溶接部の孔食電位PWMとの差分である孔食電位低下代(PBM-PWM)が150mV未満である、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接継手。
[3] フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材からなる母材を、ガスシールドアーク溶接法により溶接する方法であって、
アフターガス及びバックガスのいずれか一方または両方に、60~100体積%のN2を含有するガスを用いる、フェライト・オーステナイト二相鋼材の溶接方法。
[4] トーチシールドガスに、60体積%未満のN2を含有するガスを用いる、[3]に記載のフェライト・オーステナイト二相鋼材の溶接方法。
[5] 前記アフターガス及びバックガスのいずれか一方または両方に、60体積%以上のN2及び残部Arを含むガスを用いる、[3]または[4]に記載のフェライト・オーステナイト二相鋼材の溶接方法。
[1] A base material made of a ferritic/austenitic duplex stainless steel material;
a weldment, and
Decrease in the austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal portion (γ BM -γ WM ) is less than 20 area%,
A ferrite-austenite duplex stainless steel in which a pitting potential drop (P BM −P WM ), which is a difference between the pitting potential P BM of the base metal and the pitting potential P WM of the weld zone, is less than 150 mV. Welded structures.
[2] A base material made of a ferrite/austenite duplex stainless steel material;
a weldment, and
Decrease in the austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal portion (γ BM -γ WM ) is less than 20 area%,
A ferrite-austenite duplex stainless steel in which a pitting potential drop (P BM −P WM ), which is a difference between the pitting potential P BM of the base metal and the pitting potential P WM of the weld zone, is less than 150 mV. welded joints.
[3] A method of welding a base material made of a ferrite-austenite duplex stainless steel material by a gas-shielded arc welding method, comprising:
A method for welding ferritic and austenitic duplex steels, wherein a gas containing 60 to 100% by volume of N2 is used as either or both of the after gas and the back gas.
[4] The method for welding ferritic and austenitic duplex steel materials according to [3], wherein the torch shield gas is a gas containing less than 60% by volume of N2 .
[5] The ferrite-austenitic duplex steel material according to [3] or [4], wherein a gas containing 60% by volume or more of N2 and the balance Ar is used as either or both of the after gas and the back gas. Welding method.
本発明の溶接方法によれば、オーステナイト相とフェライト相との二相を持つ二相ステンレス鋼において、溶接した際の、溶接金属部および溶接熱影響部の耐食性の低下が少なく、それにより当該鋼使用時のネックとなりうる溶接作業性の向上および溶接コストの低減を図ることができる。
また、本発明の溶接構造物及び溶接継手によれば、溶接金属部の耐食性を向上することができる。
According to the welding method of the present invention, when a duplex stainless steel having two phases of an austenite phase and a ferrite phase is welded, the corrosion resistance of the weld metal part and the weld heat-affected zone is less reduced, thereby It is possible to improve welding workability and reduce welding costs, which can be a bottleneck during use.
Further, according to the welded structure and the welded joint of the present invention, the corrosion resistance of the welded metal portion can be improved.
以下、本発明の実施形態であるフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接構造物(以下の説明では溶接構造物という場合がある)、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接継手(以下の説明では溶接継手という場合がある)及びフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼板の溶接方法(以下の説明では溶接方法という場合がある)について説明する。 Hereinafter, a ferrite/austenite duplex stainless steel welded structure (which may be referred to as a welded structure in the following description) and a ferrite/austenite duplex stainless steel welded joint (hereinafter referred to as a welded joint) which are embodiments of the present invention and a method of welding ferrite/austenite duplex stainless steel sheets (which may be referred to as a welding method in the following description).
本実施形態の溶接構造物は、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材からなる母材と、溶接部と、を備え、母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMと溶接部の溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMとの差分である溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代(γBM-γWM)が20面積%未満であり、母材の孔食電位PBMと溶接部の孔食電位PWMとの差分である孔食電位低下代(PBM-PWM)が150mV未満である、鋼溶接構造物である。 The welded structure of the present embodiment includes a base material made of a ferrite- austenitic duplex stainless steel material, and a welded portion. The decrease in the austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal (γ BM −γ WM ), which is the difference from the austenite phase ratio γ WM , is less than 20 area%, and the pitting potential P BM of the base metal and the hole of the weld zone The welded steel structure has a pitting potential drop (P BM −P WM ), which is a difference from the corrosion potential P WM , of less than 150 mV.
また、本実施形態の溶接継手は、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材からなる母材と、溶接部と、を備え、母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMと溶接部の溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMとの差分である溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代(γBM-γWM)が20面積%未満であり、母材の孔食電位PBMと溶接部の孔食電位PWMとの差分である孔食電位低下代(PBM-PWM)が150mV未満である、溶接継手である。
以下、各要件について詳しく説明する。
In addition, the welded joint of the present embodiment includes a base material made of a ferrite- austenite duplex stainless steel material, and a welded portion. The decrease in the austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal (γ BM −γ WM ), which is the difference from the austenite phase ratio γ WM of the weld metal part, is less than 20 area%, and the pitting potential P BM of the base metal and The welded joint has a pitting potential drop (P BM −P WM ), which is a difference from the pitting potential P WM , of less than 150 mV.
Each requirement will be described in detail below.
(溶接構造物及び溶接継手)
本実施形態では、付き合わせ溶接によって形成された溶接構造物及び溶接継手を例にして説明するが、本発明は付き合わせ溶接に限定する必要はなく、重ね溶接、隅肉溶接などにより溶接された溶接構造物及び溶接継手にも適用可能である。また、付き合わせ溶接によって形成された溶接構造物及び溶接継手としては、例えば、鋼板同士を突き合わせ溶接した溶接構造物及び溶接継手、鋼管の端部同士を突き合わせ溶接した溶接構造物及び溶接継手などを例示できる。
(Welded structures and welded joints)
In this embodiment, a welded structure and a welded joint formed by butt welding will be described as an example, but the present invention does not need to be limited to butt welding, and welded by lap welding, fillet welding, etc. It is also applicable to welded structures and welded joints. Welded structures and welded joints formed by butt welding include, for example, welded structures and welded joints in which steel plates are butt-welded, and welded structures and welded joints in which ends of steel pipes are butt-welded. I can give an example.
(母材)
本実施形態に係る母材は、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材である。フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材は、金属組織中に、フェライト相及びオーステナイト相の二相組織を含有する。母材の形状は、板材、管材、棒材、線材など、特に限定されるものではない。
(base material)
The base material according to this embodiment is a ferrite-austenite duplex stainless steel material. A ferrite-austenite duplex stainless steel material contains a duplex structure of a ferrite phase and an austenite phase in the metal structure. The shape of the base material is not particularly limited and may be a plate material, a tube material, a bar material, a wire material, or the like.
フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材の化学組成は、後述する。 The chemical composition of the ferrite-austenite duplex stainless steel will be described later.
(溶接部及び溶接金属部について)
本実施形態に係る溶接部は、溶接金属部及び溶接熱影響部から構成される。本実施形態では、溶接部の耐食性向上の観点から、溶接金属部におけるオーステナイト相率の低下代と、溶接部における孔食電位低下代とに着目する。
(Regarding welded parts and weld metal parts)
The welded portion according to this embodiment includes a welded metal portion and a welded heat affected zone. In the present embodiment, from the viewpoint of improving the corrosion resistance of the weld zone, attention is focused on the amount of decrease in the austenite phase ratio in the weld metal part and the amount of decrease in the pitting potential in the weld zone.
(溶接金属部の表層のオーステナイト相率低下代:20面積%未満)
母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMと、溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMとの差分である溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代(γBM-γWM)は、20面積%未満とする。低下代は望ましくは10%未満である。低下代を20面積%未満とすることで、溶接金属部の耐食性を母材の耐食性と同等レベルにまで高めることができる。
(Amount of decrease in austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal part: less than 20% by area)
The decrease in the austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal zone (γ BM −γ WM ), which is the difference between the austenite phase ratio γ BM in the metal structure of the base metal and the austenite phase ratio γ WM of the surface layer of the weld metal zone, is Less than 20 area %. The reduction is desirably less than 10%. By setting the reduction margin to less than 20 area %, the corrosion resistance of the welded metal portion can be increased to the same level as the corrosion resistance of the base material.
溶接金属部の表層におけるオーステナイト相率γBMに着目する理由は、本発明者らの知見に基づく。すなわち、溶接後の溶接金属部の表層近傍は、内部よりも耐食性が低下した組織になりやすいことを本発明者らが発見した。この場合、溶接金属部の表層近傍の組織が耐食性を決定することになる。また、溶接構造物や溶接継手では、溶接金属部の表層が研磨されず、必要に応じて焼け取り剤などの薬品で溶接焼けを除去するだけに過ぎず、溶接後の表層のままになっている場合が多い。よって、耐食性向上のためには、溶接金属部の表層近傍のオーステナイト相率の低下代を小さくすることが必要になる。 The reason for paying attention to the austenite phase ratio γ BM in the surface layer of the weld metal part is based on the findings of the present inventors. That is, the present inventors discovered that the vicinity of the surface layer of the welded metal part after welding tends to have a structure with lower corrosion resistance than the inside. In this case, the structure near the surface layer of the welded metal portion determines the corrosion resistance. In addition, in welded structures and welded joints, the surface layer of the weld metal portion is not polished, and the weld burn is only removed with a chemical such as a scorching agent as necessary, leaving the surface layer as it is after welding. There are many cases. Therefore, in order to improve the corrosion resistance, it is necessary to reduce the decrease in the austenite fraction near the surface layer of the weld metal portion.
また、低下代の下限は特に設定する必要はないが、好ましくは0%、すなわち、母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMと溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMとの差分が0%であることが好ましい。 In addition, although the lower limit of the decrease does not need to be set in particular, it is preferably 0%, that is, the difference between the austenite phase ratio γ BM in the metal structure of the base metal and the austenite phase ratio γ WM in the surface layer of the weld metal is 0. %.
溶接金属部の表層とは、溶接金属部の表面から深さ30μmまでの領域とする。この領域におけるオーステナイト相の含有率をオーステナイト相率γWMとする。 The surface layer of the welded metal portion is defined as a region from the surface of the welded metal portion to a depth of 30 μm. The content of the austenite phase in this region is defined as the austenite phase ratio γWM .
また、母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMは、母材の表面から深さ200μmまでの領域におけるオーステナイト相の含有率とする。 Also, the austenite phase ratio γ BM in the metal structure of the base metal is defined as the content of the austenite phase in the region from the surface of the base metal to a depth of 200 µm.
母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMの測定方法は、次の通りとする。母材を鋼板とする場合は、圧延幅方向中心位置の圧延長さ方向に垂直な断面(TD断面)の200μm幅×表層から200μm深さ領域の金属組織を光学顕微鏡により観察する。観察面の組織画像を画像解析によってフェライト相およびオーステナイト相に分類し、母材のオーステナイト相率γBMを求める。 The method for measuring the austenite fraction γ BM in the metallographic structure of the base metal is as follows. When the base material is a steel plate, the metallographic structure of a 200 μm wide×200 μm deep region from the surface layer of a cross section (TD cross section) perpendicular to the rolling length direction at the center position in the rolling width direction is observed with an optical microscope. The structure image of the observation surface is classified into ferrite phase and austenite phase by image analysis, and the austenite phase ratio γ BM of the base metal is obtained.
また、溶接金属部の表層の金属組織におけるオーステナイト相率γWMの測定方法は、次の通りとする。溶接金属部の幅中央部の溶接方向に垂直な断面について200μm幅×表層から深さ30μmまでの領域の金属組織を光学顕微鏡により観察する。観察面の組織画像を画像解析によってフェライト相およびオーステナイト相に分類し、溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMを求める。 The method for measuring the austenite phase ratio γ WM in the metallographic structure of the surface layer of the weld metal is as follows. A cross section perpendicular to the welding direction at the center of the width of the weld metal portion is observed with an optical microscope for a metal structure of a region of 200 μm width×surface layer to 30 μm depth. The structure image of the observed surface is classified into ferrite phase and austenite phase by image analysis, and the austenite phase ratio γ WM of the surface layer of the weld metal portion is obtained.
そして、溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代(γBM-γWM)は、母材のオーステナイト相率γBMから溶接金属部表層のオーステナイト相率γWMを差し引いた値とする。 The decrease in the austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal portion (γ BM −γ WM ) is the value obtained by subtracting the austenite phase ratio γ WM of the surface layer of the weld metal portion from the austenite phase ratio γ BM of the base metal.
(溶接部の孔食電位低下代:150mV未満)
溶接部においてクロム窒化物が析出すると、溶接部の耐食性が母材部の耐食性よりも劣化してしまう。一方、鋼の孔食電位は、クロム窒化物の析出の程度によって変化し、クロム窒化物の析出が進行すると、孔食電位が低下する。そこで、本発明者らは、溶接部における孔食電位の低下代に着目した。本実施形態において許容される溶接部の孔食電位低下代は150mV未満である。100mV未満とすることがさらに望ましい。孔食電位の低下代は小さいほど望ましいため、下限は設けない。溶接部における孔食電位の低下代を150mV未満にすることで、溶接部における耐食性を高めることができる。
(Welded pitting potential drop: less than 150 mV)
When chromium nitride precipitates in the welded portion, the corrosion resistance of the welded portion deteriorates more than the corrosion resistance of the base metal portion. On the other hand, the pitting potential of steel varies depending on the degree of precipitation of chromium nitrides, and the pitting potential decreases as the precipitation of chromium nitrides progresses. Therefore, the inventors of the present invention paid attention to the amount of decrease in the pitting potential in the weld zone. The allowable pitting potential drop of the weld zone in this embodiment is less than 150 mV. It is more desirable to be less than 100 mV. Since it is desirable that the pitting corrosion potential decrease is as small as possible, there is no lower limit. By setting the pitting potential drop at the welded portion to less than 150 mV, the corrosion resistance at the welded portion can be enhanced.
なお、溶接部の孔食電位の低下代は、母材の孔食電位PBMと、溶接部の孔食電位PWMとの差分(PBM-PWM)である。 The decrease in the pitting potential of the weld zone is the difference (P BM −P WM ) between the pitting potential P BM of the base material and the pitting potential P WM of the weld zone.
母材の孔食電位PBMは、母材表面を0.2mmの深さまで研磨した後に、研磨面に対して孔食電位の測定を行うことによって得られる。
また、溶接部の孔食電位PWMは、溶接部の表面に溶接スケールが付着している場合はそれを取り除いた後に、溶接部以外の箇所に対してマスキング処理を行ってから、溶接部に対して孔食電位の測定を行うことによって得られる。
The pitting potential PBM of the base material is obtained by polishing the surface of the base material to a depth of 0.2 mm and then measuring the pitting potential of the polished surface.
In addition, the pitting potential PWM of the weld zone is obtained by removing the weld scale if it adheres to the surface of the weld zone, masking the areas other than the weld zone, and applying the masking treatment to the weld zone. obtained by measuring the pitting corrosion potential.
より具体的には、母材について、その表皮下0.2mm位置の面に対して研磨粒度#600で湿式研磨した後、JIS G 0577に定められた方法にて、30℃の1mol/NaCl 溶液と飽和塩化銀電極(SSE)を用いて、電流密度100μA/cm2に対応する孔食電位(V´c100)を測定し、測定データ6個を平均した値を母材の孔食電位PBMとする。 More specifically, after wet polishing the surface of the base material at a position of 0.2 mm below the surface with an abrasive grain size of #600, it is subjected to a 1 mol/NaCl solution at 30° C. by the method specified in JIS G 0577. and a saturated silver chloride electrode (SSE), the pitting potential ( V' c100 ) corresponding to a current density of 100 μA/cm 2 is measured, and the value obtained by averaging the six measurement data is the pitting potential of the base material P BM and
また、溶接部に対して、焼け取り材を用いて溶接スケールを除去した後に、測定直前にP600研磨紙で注意深く乾式研磨する事以外はJIS G 0577に定められた方法にて、30℃の1mol/L NaCl 溶液および飽和塩化銀電極(SSE)を用いて、電流密度100μA/cm2に対応する孔食電位(V´c100)を測定し、測定データ6個を平均した値を溶接部の表層の孔食電位PWMとする。焼け取り材としては例えば、ラスノンウェルJL-500(萬商株式会社製)を例示できるが、溶接スケールを十分除去できれば他の薬剤や他の方法でも良い。 In addition, 1 mol at 30 ° C. was performed by the method specified in JIS G 0577 except that the weld was carefully dry-polished with P600 abrasive paper immediately before the measurement after removing the weld scale using a burn-off material. /L NaCl solution and a saturated silver chloride electrode (SSE) were used to measure the pitting corrosion potential ( V'c100 ) corresponding to a current density of 100 μA/cm 2 , and the value obtained by averaging the six measurement data was taken as the surface layer of the weld. is the pitting potential PWM . As the burn-off material, for example, Lathnonwell JL-500 (manufactured by Mansho Co., Ltd.) can be exemplified, but other chemicals or other methods may be used as long as the weld scale can be sufficiently removed.
また、溶接を施した溶接継手について、溶接金属部の内部の耐食性を評価するため、溶接部の板厚方向中央部を評価面として露出させ、JIS G 0577に定められた方法にて、30℃の1mol/L NaCl 溶液および飽和塩化銀電極(SSE)を用いて、電流密度100μA/cm2に対応する孔食電位(V´c100)を測定し、測定データ6個を平均した値を溶接部内部の孔食電位Pmidとする。 In addition, in order to evaluate the corrosion resistance inside the welded metal part of the welded joint, the central part in the plate thickness direction of the welded part was exposed as an evaluation surface, and was heated to 30 ° C. by the method specified in JIS G 0577. 1 mol/L NaCl solution and a saturated silver chloride electrode (SSE), the pitting corrosion potential ( V' c100 ) corresponding to a current density of 100 μA/cm 2 was measured, and the value obtained by averaging the six measurement data was taken as the weld zone. Let the internal pitting potential be Pmid .
なお、本実施形態では、母材の孔食電位PBMと、溶接部の内部の孔食電位Pmidとの差分(PBM-Pmid)を200mV以下にしてもよい。これにより、溶接部の耐食性をより高めることができる。望ましくは150mV以下である。 In this embodiment, the difference (P BM −P mid ) between the pitting potential P BM of the base material and the pitting potential P mid inside the weld may be 200 mV or less. Thereby, the corrosion resistance of the weld can be further enhanced. Desirably, it is 150 mV or less.
溶接部の内部の孔食電位Pmidは、溶接部の板厚方向中央部を評価面として露出させ、JIS G 0577に定められた方法にて、30℃の1mol/L NaCl 溶液および飽和塩化銀電極(SSE)を用いて、電流密度100μA/cm2に対応する孔食電位(V´c100)を測定し、測定データ6個を平均した値を溶接部内部の孔食電位Pmidとすればよい。 The pitting potential Pmid inside the weld zone was measured by exposing the central part of the weld zone in the plate thickness direction as an evaluation surface, and using a 1 mol/L NaCl solution at 30°C and saturated silver chloride by the method specified in JIS G 0577. Using an electrode (SSE), the pitting potential ( V'c100 ) corresponding to a current density of 100 μA/cm 2 is measured, and the value obtained by averaging the six measured data is taken as the pitting potential Pmid inside the weld. good.
なお、本実施形態の溶接構造物及び溶接継手においては、溶接部の表面側(溶接施工時の溶接トーチ側)または溶接部の裏面側(溶接施工時の溶接トーチ側とは反対側)のいずれか一方または両方において、溶接金属部の表層のオーステナイト相率低下代が20面積%未満になるとともに、溶接部の孔食電位低下代が150mV未満になればよい。すなわち、必ずしも溶接部の表面及び裏面の両方においてオーステナイト相率低下代及び孔食電位低下代が本発明の範囲を満たす必要はない。本実施形態に係る溶接構造物及び溶接継手は、その設置環境により、溶接部の表面または裏面のいずれか一方の耐食性が向上していれば満足できる場合があるためである。 In the welded structure and the welded joint of the present embodiment, either the surface side of the welded portion (the welding torch side during welding) or the back side of the welded portion (the side opposite to the welding torch side during welding) In one or both of them, it is sufficient that the surface layer of the weld metal zone has a lower austenite phase ratio of less than 20 area % and a lower pitting potential of the weld zone of less than 150 mV. That is, it is not necessary that the austenite fraction reduction and the pitting potential reduction on both the front and back surfaces of the welded portion satisfy the scope of the present invention. This is because the welded structure and the welded joint according to the present embodiment may be satisfied if the corrosion resistance of either the front surface or the back surface of the welded portion is improved depending on the installation environment.
次に、本実施形態の溶接方法について説明する。
本実施形態の溶接方法は、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼材からなる母材を、ガスシールドアーク溶接法により溶接する方法であって、アフターガス及びバックガスのいずれか一方または両方に、60~100体積%のN2を含有するガスを用いる溶接方法である。
また、本実施形態の溶接方法では、トーチシールドガスに、60体積%未満のN2を含有するガスを用いることが好ましい。
また、本実施形態の溶接方法では、アフターガス及びバックガスのいずれか一方または両方に、60体積%以上のN2及び残部Arを含むガスを用いることが好ましい。
Next, the welding method of this embodiment will be described.
The welding method of this embodiment is a method of welding a base material made of a ferrite-austenite duplex stainless steel material by a gas-shielded arc welding method. It is a welding method using a gas containing vol% N2 .
Moreover, in the welding method of the present embodiment, it is preferable to use a gas containing less than 60% by volume of N 2 as the torch shield gas.
In addition, in the welding method of the present embodiment, it is preferable to use a gas containing 60% by volume or more of N 2 and the balance Ar as one or both of the after gas and the back gas.
本実施形態の溶接方法では、溶接方法または溶接条件および溶加材の使用有無については、適宜設定することが可能であり、何ら限定されるものではない。また、母材の形状、溶接継手の形状についても何ら限定されるものではない。 In the welding method of the present embodiment, the welding method, welding conditions, and whether or not to use a filler material can be appropriately set, and are not limited in any way. Also, the shape of the base material and the shape of the welded joint are not limited at all.
溶接方法として好ましくは、ガスシールドアーク溶接法により溶接を行うとよい。ガスシールドアーク溶接法の中でも、非消耗電極式溶接法が好ましい。また、溶加材は、使用してもよく、使用しなくてもよい。溶加材を使用するかどうかは、母材の形状、母材の厚み、溶接開先の形状、溶接継手の種類によって適宜選択すればよい。例えば、板厚が比較的薄い二相ステンレス鋼板を突き合わせ溶接する場合は、溶加材を使用しない非消耗電極式溶接法が好ましい。 Welding is preferably performed by a gas shielded arc welding method as a welding method. Among gas-shielded arc welding methods, non-consumable electrode welding methods are preferred. Also, a filler material may or may not be used. Whether or not to use a filler material may be appropriately selected according to the shape of the base material, the thickness of the base material, the shape of the weld groove, and the type of weld joint. For example, when butt-welding relatively thin duplex stainless steel plates, a non-consumable electrode welding method that does not use a filler material is preferable.
(アフターガス及びバックガス)
本実施形態の溶接方法では、アフターガス及びバックガスのいずれか一方または両方に、60~100体積%のN2を含有するガス(以下、窒素含有ガスという)を用いる。アフターガスは、溶接施工時の溶接トーチ側に面している溶接直後の高温状態の溶接部の雰囲気を制御するために用いる。
(After gas and back gas)
In the welding method of this embodiment, a gas containing 60 to 100% by volume of N 2 (hereinafter referred to as a nitrogen-containing gas) is used as either one or both of the after gas and the back gas. The aftergas is used to control the atmosphere of the hot weld zone immediately after welding facing the welding torch during welding.
バックガスは、溶接施工時の溶接トーチとは鋼材を挟んで反対側に面している溶接直後の高温状態の溶接部の雰囲気を制御するために用いる。 The back gas is used to control the atmosphere of the welded part in a high temperature state immediately after welding, which faces the opposite side of the steel material from the welding torch during welding.
窒素含有ガスをアフターガスに用いる場合は、施工時に溶接トーチ側に面していた溶接部の耐食性が向上する。また、窒素含有ガスをバックガスに用いる場合は、施工時に溶接トーチ側とは反対側に面していた溶接部の耐食性が向上する。更に、窒素含有ガスをアフターガス及びバックガスの両方に用いる場合は、施工時に溶接トーチ側及びその反対側に面していた溶接部の耐食性がともに向上する。 When the nitrogen-containing gas is used as the aftergas, the corrosion resistance of the welded portion facing the welding torch side during construction is improved. Further, when a nitrogen-containing gas is used as the back gas, the corrosion resistance of the welded portion facing the side opposite to the welding torch side during construction is improved. Furthermore, when the nitrogen-containing gas is used as both the after gas and the back gas, both the corrosion resistance of the welds facing the welding torch side and the opposite side during construction are improved.
アフターガス及び/またはバックガスによって雰囲気を制御する範囲は、溶接部の温度が例えば600℃以下、好ましくは500℃以下に低下するまでの範囲とすればよい。溶接部の冷却速度は比較的速いため、溶接直後から最大で20秒程度の間制御すれば十分である。この範囲までアフターガスまたはバックガスで雰囲気制御することにより、本実施形態の溶接継手及び溶接構造物を製造できる。 The range in which the atmosphere is controlled by the after gas and/or the back gas may be the range until the temperature of the weld zone drops to, for example, 600° C. or lower, preferably 500° C. or lower. Since the cooling rate of the welded portion is relatively fast, it is sufficient to control it for a maximum of about 20 seconds immediately after welding. By controlling the atmosphere with aftergas or back gas to this range, the welded joint and welded structure of the present embodiment can be manufactured.
窒素含有ガスは、60~100体積%のN2を含有するガスであり、好ましくは99体積%以上のN2を含有する工業用の純窒素ガスがよい。また、60体積%以上100体積%未満のN2を含有するガスを用いる場合の残部は、溶接部の酸化を抑制する観点から、非酸化性ガスが好ましく、不活性ガスがより好ましく、Arガスが更に好ましい。窒素含有ガス中の窒素濃度は、溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代が20面積%未満になる範囲であれば特に規定しないが、少なくともN2を60%以上含有する必要がある。耐食性以外の観点から必要に応じて、N2を含む混合ガスを用いてもよい。 The nitrogen-containing gas is a gas containing 60 to 100% by volume of N 2 , preferably an industrial pure nitrogen gas containing 99% by volume or more of N 2 . In addition, when using a gas containing 60% by volume or more and less than 100% by volume of N2 , the remainder is preferably a non-oxidizing gas, more preferably an inert gas, and an Ar gas, from the viewpoint of suppressing oxidation of the weld zone. is more preferred. The nitrogen concentration in the nitrogen-containing gas is not particularly specified as long as the decrease in the austenite fraction of the surface layer of the weld metal portion is less than 20% by area, but at least 60% or more of N2 must be contained. A mixed gas containing N 2 may be used as necessary from a viewpoint other than corrosion resistance.
アフターガスおよび/またはバックガスとして60~100体積%のN2を含有する窒素含有ガスを用いること以外に、本実施形態に係る溶接方法については特に制限は設けない。 Other than using a nitrogen - containing gas containing 60 to 100 vol.
アフターガスおよび/またはバックガスに60体積%以上のN2を含有する窒素含有ガスを用いることで溶接部の表面の耐食性低下を抑制できる機構は次のように考えられる。 The mechanism by which the use of a nitrogen-containing gas containing 60% by volume or more of N2 as the aftergas and/or the back gas can suppress the deterioration of the corrosion resistance of the surface of the weld zone is considered as follows.
図1に、実施例の鋼種Bを母材としてTIG溶接を行った際に、アフターガスを純Arまたは純N2としたTIG溶接継手の溶接金属部の表層の金属組織を示す。なお、図1(a)及び図1(b)はいずれも、トーチシールドガス及びアフターシールドガスを吹き付けた側の溶接金属部の表層の組織である。図1(a)はアフターガスとしてArガスを用いた例であり(試料番号27)、図1(b)はアフターガスとしてN2を用いた例(試料番号5)である。アフターガスにArガスを用いた溶接継手はオーステナイト相率が28.4面積%であるのに対して、アフターガスにN2を用いた溶接継手はオーステナイト相率が38.7面積%となり、アフターガスにN2を用いた溶接継手のほうが、溶接金属部の表層でのオーステナイト相の割合が多くなっている。これは、アフターガスをN2ガスとすることで、溶接金属部が凝固した後の窒素の脱離が抑制されたためと考えられる。 FIG. 1 shows the metallographic structure of the surface layer of the weld metal portion of the TIG welded joint with pure Ar or pure N2 as the aftergas when TIG welding is performed using steel type B of the example as the base material. Both FIGS. 1(a) and 1(b) show the structure of the surface layer of the welded metal portion on the side to which the torch shield gas and the after-shield gas are blown. FIG. 1(a) is an example using Ar gas as the after gas (sample number 27), and FIG. 1(b) is an example using N 2 as the after gas (sample number 5). The weld joint using Ar gas as the after gas has an austenite phase ratio of 28.4 area%, whereas the weld joint using N2 as the after gas has an austenite phase ratio of 38.7 area %. The welded joint using N2 as the gas has a higher proportion of the austenite phase in the surface layer of the weld metal portion. This is probably because the use of N 2 gas as the aftergas inhibited desorption of nitrogen after solidification of the weld metal portion.
前述の通り、フェライト相中のNの固溶限界は、オーステナイト相に比べて非常に小さいため、溶接時の冷却中に溶接金属部および溶接熱影響部のフェライト相中またはフェライト相間の粒界には、フェライト相に固溶しきれないNがクロム窒化物として析出する。このとき、Crが消費されることにより、いわゆるクロム欠乏層が形成され、耐食性が低下する。逆に、溶接金属部の表層でオーステナイト相の割合が多い場合、窒素がオーステナイト相に固溶されるためクロム窒化物の析出が抑制され、耐食性の低下が抑制される。 As mentioned above, the solid solubility limit of N in the ferrite phase is much smaller than that in the austenite phase, so during cooling during welding, N in the ferrite phase of the weld metal and the weld heat-affected zone or at the grain boundary between the ferrite phases N, which cannot completely dissolve in the ferrite phase, precipitates as chromium nitride. At this time, Cr is consumed to form a so-called chromium-deficient layer, which lowers the corrosion resistance. Conversely, when the surface layer of the weld metal portion has a large proportion of the austenite phase, nitrogen dissolves in the austenite phase, thereby suppressing precipitation of chromium nitrides and suppressing deterioration of corrosion resistance.
また図2には、実施例の鋼種Bからなる母材を溶接することによって得られる溶接金属部の表層から深さ方向の窒素濃度の分布を示すグラフを示す。図2(a)はトーチシールドガスにArを、アフターガスにArを用いた場合(試料番号32)のグラフである。図2(b)はトーチシールドガスにAr+5%N2ガスを、アフターガスにArガスを用いた場合(試料番号15)のグラフである。図2(a)及び図2(b)はいずれも、トーチシールドガスを吹き付けた側の溶接金属部の表層の窒素濃度分布である。図中の窒素濃度はEPMA測定により求めた。また、図中の点線は、母材の窒素濃度(0.17%)を示す。 Further, FIG. 2 shows a graph showing the nitrogen concentration distribution in the depth direction from the surface layer of the weld metal portion obtained by welding the base material made of steel type B of the example. FIG. 2(a) is a graph when Ar is used as the torch shield gas and Ar is used as the after gas (Sample No. 32). FIG. 2(b) is a graph in the case of using Ar+5% N2 gas as the torch shield gas and Ar gas as the after gas (Sample No. 15). Both FIGS. 2(a) and 2(b) show the nitrogen concentration distribution of the surface layer of the weld metal portion on the side to which the torch shield gas is blown. The nitrogen concentration in the figure was determined by EPMA measurement. The dotted line in the figure indicates the nitrogen concentration (0.17%) of the base material.
図2(b)に示すように、トーチシールドガスをAr+5%N2ガスとした溶接継手は、図2(a)に示すようなトーチシールドガスを純Arとした溶接継手に比べて、表層から約100μm以上の深さの位置で平均窒素濃度が高くなっている。一方で深さ0~100μm未満の領域では、どちらの溶接継手も急激に窒素濃度が減少している。 As shown in FIG. 2(b), the welded joint in which the torch shield gas is Ar + 5% N 2 gas, compared to the welded joint in which the torch shield gas is pure Ar as shown in FIG. The average nitrogen concentration is high at a depth of about 100 μm or more. On the other hand, in the depth region of 0 to less than 100 μm, both welded joints show a sharp decrease in nitrogen concentration.
溶接金属部で窒素が減少するプロセスは、(A)主にトーチシールドガスに触れる溶融中の液相拡散プロセスと(B)主にアフターガスに触れる凝固後の固相拡散プロセスの2段階に分けて検討する必要がある。トーチシールドガスにAr+5%N2ガスを用いた場合は、上記(A)プロセスでの窒素減少を抑制できるために表層から100μm以上の深さの内部で窒素濃度が母材と同程度であるが、アフターガスが純Arであるため、(B)プロセスでの窒素減少は抑制できず、表層部で窒素濃度が低下したと考えられる。 The process by which nitrogen decreases in the weld metal is divided into two stages: (A) the liquid phase diffusion process during melting, which is mainly exposed to torch shield gas, and (B) the solid phase diffusion process after solidification, which is mainly exposed to after gas. should be considered. When Ar + 5% N 2 gas is used as the torch shield gas, nitrogen concentration can be suppressed in the above process (A), so that the nitrogen concentration is about the same as that of the base material at a depth of 100 μm or more from the surface layer. , Since the aftergas is pure Ar, the decrease in nitrogen in the process (B) cannot be suppressed, and the nitrogen concentration in the surface layer is considered to have decreased.
なお本発明者らは、溶接後の冷却温度履歴を用いた固相中の窒素拡散シミュレーションより、溶接金属表層部の窒素濃度がシミュレーションとよく一致していることを確認している。 The present inventors have confirmed that the nitrogen concentration in the surface layer of the weld metal agrees well with the simulated nitrogen diffusion in the solid phase using the cooling temperature history after welding.
前述の通り、本実施形態に係る溶接部が所望の表面組織および耐食性を達成するには、アフターガスおよび/またはバックガスに60体積%以上のN2を含有する窒素含有ガスを用いればよく、トーチシールドガスの成分は特に規定しないが、トーチシールドガス中の窒素含有量は60%未満とすることが望ましく、5%以下とするのがより望ましく、純Arを用いることが更に望ましい。 As described above, in order for the welded portion according to the present embodiment to achieve the desired surface texture and corrosion resistance, a nitrogen-containing gas containing 60% by volume or more of N2 may be used as the after gas and/or the back gas. Although the components of the torch shield gas are not particularly specified, the nitrogen content in the torch shield gas is preferably less than 60%, more preferably 5% or less, and more preferably pure Ar.
トーチシールドガス中の窒素含有量を60%未満とすることが好ましい理由は、窒素がオーステナイト相を安定化させ、耐食性を向上する元素であると同時に、クロム窒化物の析出を促進してクロム欠乏層を生成することで耐食性を劣化させる元素であるためである。すなわち、トーチシールドガス中の窒素濃度を高くすると、上述の(A)プロセス(トーチシールドガスに触れる溶融中の液相拡散プロセス)において、トーチシールドガス側から溶接金属へ窒素が導入されるため溶接金属中の窒素濃度が高くなる。この際に多くの窒素が溶接金属へ導入されると、溶接金属部の窒素濃度が固溶できる以上の濃度となり、逆にクロム窒化物の析出を促進してしまい溶接金属表層および内部の耐食性を劣化させる場合がある。またTIG溶接などの非消耗電極を使用する溶接では、トーチシールドガス中の窒素ガスが電極と反応して電極を消耗させるため、電極交換の頻度が高くなり作業性の低下および電極コストの増大を招く。よって、トーチシールドガスが、上記の通りとする。 The reason why the nitrogen content in the torch shield gas is preferably less than 60% is that nitrogen is an element that stabilizes the austenite phase and improves corrosion resistance, and at the same time promotes the precipitation of chromium nitrides to prevent chromium deficiency. This is because it is an element that deteriorates the corrosion resistance by forming a layer. That is, when the nitrogen concentration in the torch shield gas is increased, in the above-mentioned process (A) (liquid phase diffusion process during melting in contact with the torch shield gas), nitrogen is introduced from the torch shield gas side into the weld metal, resulting in poor welding. Nitrogen concentration in the metal increases. If a large amount of nitrogen is introduced into the weld metal at this time, the concentration of nitrogen in the weld metal becomes higher than it can be solid-dissolved, which in turn promotes the precipitation of chromium nitrides and reduces the corrosion resistance of the weld metal surface and interior. It may deteriorate. Also, in welding that uses non-consumable electrodes such as TIG welding, the nitrogen gas in the torch shield gas reacts with the electrodes and wears the electrodes, so the frequency of electrode replacement increases, reducing workability and increasing electrode costs. Invite. Therefore, the torch shield gas shall be as described above.
次に、本実施形態に適用可能なフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼としては、例えば化学組成が質量%で、C:0.10%以下、Si:2.00%以下、Mn:0.50~6.00%、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Ni:0.10~8.00%、Cr:17.0~30.0%、N:0.05~0.30%、Mo:0~3.50%、Cu:0~2.0%、Nb:0~0.10%、Sn:0~1.00%、W:0~1.00%、V:0~1.00%、Ti:0~0.05%、B:0~0.0050%、Ca:0~0.0050%、Mg:0~0.0050%、Al:0~0.05%、REM:0~0.50%、残部がFeおよび不純物であり、下記(i)式で計算されるPREN_Mn値が40.0未満といった化学組成が挙げられる。この化学組成はあくまでも例示であり、本発明はこれによって限定されるものではない。この化学組成を挙げた理由は次の通りである。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。 Next, the ferrite/austenite duplex stainless steel applicable to the present embodiment has, for example, a chemical composition in mass % of C: 0.10% or less, Si: 2.00% or less, Mn: 0.50 to 6.00%, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Ni: 0.10-8.00%, Cr: 17.0-30.0%, N: 0.05-0 .30%, Mo: 0-3.50%, Cu: 0-2.0%, Nb: 0-0.10%, Sn: 0-1.00%, W: 0-1.00%, V : 0-1.00%, Ti: 0-0.05%, B: 0-0.0050%, Ca: 0-0.0050%, Mg: 0-0.0050%, Al: 0-0. 05%, REM: 0 to 0.50%, the remainder being Fe and impurities, and the PREN_Mn value calculated by the following formula (i) is less than 40.0. This chemical composition is merely an example, and the present invention is not limited thereto. The reason for mentioning this chemical composition is as follows. In addition, "%" about content in the following description means "mass %."
PREN_Mn値=Cr+3.3Mo+16N-Mn ・・・(i) PREN_Mn value=Cr+3.3Mo+16N−Mn (i)
C:0.10%以下
Cは、オーステナイト相に固溶して強度を高める元素である。しかし、C含有量が0.050%を超えると、鋼材の強度が高くなり加工性が劣化する。また、Cr炭化物の析出を促進するために粒界腐食の発生をもたらす。したがって、C含有量は0.10%以下とする。C含有量は0.050%以下であってもよく、0.040%以下であってもよい。また、耐食性の点からCは低くする方が好ましいが、現存の製鋼設備ではC含有量を0.002%以下に低下させるには大きなコスト増加を招く。そのため、C含有量は0.002%以上であることが好ましい。
C: 0.10% or less C is an element that forms a solid solution in the austenite phase to increase the strength. However, if the C content exceeds 0.050%, the strength of the steel material increases and workability deteriorates. In addition, intergranular corrosion is caused in order to promote the precipitation of Cr carbides. Therefore, the C content should be 0.10% or less. The C content may be 0.050% or less, or may be 0.040% or less. Also, from the viewpoint of corrosion resistance, it is preferable to lower the C content, but in existing steelmaking facilities, reducing the C content to 0.002% or less causes a large increase in cost. Therefore, the C content is preferably 0.002% or more.
Si:2.00%以下
Siは、脱酸元素として使われたり、耐酸化性向上のために添加されたりする場合がある。しかし、Si含有量が2.00%を超えると、鋼板の硬質化をもたらし、靭性および加工性が劣化する。したがって、Si含有量は2.00%以下とする。Si含有量は1.50%以下であるのが好ましく、1.00%以下であるのがより好ましい。また、Si含有量を極少量まで低減するためには、鋼の精錬時のコスト増加を招く。そのため、Si含有量は0.03%以上であることが好ましい。
Si: 2.00% or less Si is sometimes used as a deoxidizing element or added to improve oxidation resistance. However, when the Si content exceeds 2.00%, the steel sheet is hardened and the toughness and workability are deteriorated. Therefore, the Si content should be 2.00% or less. The Si content is preferably 1.50% or less, more preferably 1.00% or less. Moreover, in order to reduce the Si content to a very small amount, the cost increases during steel refining. Therefore, the Si content is preferably 0.03% or more.
Mn:0.50~6.00%
Mnは、オーステナイト相を増加させ、また窒素の固溶度を上げ製造時の気泡欠陥などを抑制する効果を有する。しかし、Mnを多量に含有すると、耐食性および熱間加工性を低下させる。したがって、Mn含有量は0.50~6.00%とする。Mn含有量は1.00%以上であるのが好ましく、2.50%以上であるのがより好ましい。また、Mn含有量は4.00%以下であるのが好ましい。
Mn: 0.50-6.00%
Mn has the effect of increasing the austenite phase and increasing the solid solubility of nitrogen to suppress bubble defects during production. However, a large amount of Mn reduces corrosion resistance and hot workability. Therefore, the Mn content should be 0.50 to 6.00%. The Mn content is preferably 1.00% or more, more preferably 2.50% or more. Also, the Mn content is preferably 4.00% or less.
P:0.050%以下
Pは、鋼中に不可避的に混入する元素であり、またCrなどの原料にも含有されているため、低減することが困難であるが、Pを多量に含有すると成形性を低下させる。P含有量は少ないほど好ましく、0.050%以下とする。P含有量は0.040%以下であるのが好ましい。P含有量は低い方が望ましいが、P含有量を低減するには多大なコスト増となるので、P含有量は0.0005%以上であってもよい。
P: 0.050% or less P is an element that is unavoidably mixed in steel and is also contained in raw materials such as Cr, so it is difficult to reduce it. Reduces moldability. The lower the P content, the better, and it is set to 0.050% or less. The P content is preferably 0.040% or less. A lower P content is desirable, but reducing the P content results in a significant increase in cost, so the P content may be 0.0005% or more.
S:0.050%以下
Sは、鋼中に不可避的に混入する元素であり、Mnと結合して介在物を作り、発銹の基点となる場合がある。したがって、S含有量は0.050%以下とする。S含有量は低いほど耐食性が向上するので、0.0030%以下であるのが好ましい。S含有量は低い方が望ましいが、S含有量を低減するには多大なコスト増となるので、S含有量は0.0001%以上であってもよい。
S: 0.050% or less S is an element that is unavoidably mixed in steel, and may combine with Mn to form inclusions and serve as a starting point for rust generation. Therefore, the S content should be 0.050% or less. Since the lower the S content, the better the corrosion resistance, the S content is preferably 0.0030% or less. A lower S content is desirable, but reducing the S content results in a significant increase in cost, so the S content may be 0.0001% or more.
Ni:0.10~8.00%
Niは、オーステナイト安定化元素であり、表層のオーステナイト相率を増加させるために重要な元素である。また、Niは耐食性を向上させる効果を有する。しかし、Niを多量に含有すると、原料コストの増加をもたらし、応力腐食割れなどの問題が生じる可能性がある。したがって、Ni含有量は0.10~8.00%とする。Ni含有量は1.00%以上であるのが好ましい。また、Ni含有量は6.00%以下であるのが好ましく、4.00%以下であるのがより好ましく、3.00%以下であるのがさらに好ましい。
Ni: 0.10-8.00%
Ni is an austenite stabilizing element and is an important element for increasing the austenite fraction of the surface layer. Moreover, Ni has an effect of improving corrosion resistance. However, if Ni is contained in a large amount, the cost of raw materials increases and problems such as stress corrosion cracking may occur. Therefore, the Ni content should be 0.10 to 8.00%. The Ni content is preferably 1.00% or more. Also, the Ni content is preferably 6.00% or less, more preferably 4.00% or less, and even more preferably 3.00% or less.
Cr:17.0~30.0%
Crは、耐食性を確保するために必要な元素である。しかし、Crを多量に含有すると、熱間加工割れをもたらし、また、溶接金属部および溶接熱影響部でのクロム窒化物の析出量が多くなる。したがって、Cr含有量は17.0~30.0%とする。Cr含有量は20.0%以上であるのが好ましく、21.0%以上であるのがより好ましい。また、Cr含有量は25.0%以下であるのが好ましく、23.0%以下であるのがより好ましく、22.0%以下であるのがさらに好ましい。
Cr: 17.0-30.0%
Cr is an element necessary to ensure corrosion resistance. However, a large amount of Cr causes hot work cracking and increases the amount of chromium nitride precipitation in the weld metal zone and the weld heat affected zone. Therefore, the Cr content should be 17.0 to 30.0%. The Cr content is preferably 20.0% or more, more preferably 21.0% or more. Also, the Cr content is preferably 25.0% or less, more preferably 23.0% or less, and even more preferably 22.0% or less.
N:0.05~0.30%
Nは、オーステナイト相に固溶して強度および耐食性を高めて省合金化に寄与する元素である。しかしながら、Nは、溶接冷却時のクロム窒化物の析出に大きく影響する元素である。0.30%を超えて含有させると、溶接金属部および溶接熱影響部のクロム窒化物の析出量が多くなり、母材と溶接部との耐食性差が大きくなる。したがって、N含有量は、0.05~0.30%とする。強度および耐食性の観点からは、N含有量は0.08%以上であってもよく、0.10%以上が好ましく、0.15%以上であるのがより好ましい。また、クロム窒化物の析出を抑制する観点からは、N含有量は0.25%以下であることが好ましく、0.20%以下であるのがより好ましい。
N: 0.05-0.30%
N is an element that forms a solid solution in the austenite phase to increase strength and corrosion resistance, thereby contributing to alloy saving. However, N is an element that greatly affects precipitation of chromium nitrides during welding cooling. If the content exceeds 0.30%, the amount of chromium nitride precipitated in the weld metal zone and the weld heat-affected zone increases, increasing the difference in corrosion resistance between the base metal and the weld zone. Therefore, the N content should be 0.05 to 0.30%. From the viewpoint of strength and corrosion resistance, the N content may be 0.08% or more, preferably 0.10% or more, and more preferably 0.15% or more. Moreover, from the viewpoint of suppressing precipitation of chromium nitride, the N content is preferably 0.25% or less, more preferably 0.20% or less.
Mo:0~3.50%
Moは、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Moを多量に含有すると、原料コストの増加をもたらし、また溶接部のσ相の析出による耐食性低下が問題となる。したがって、Mo含有量は3.50%以下とする。上記の効果を得るためには、Mo含有量は0.10%以上であるのが好ましい。また、Mo含有量は2.50%以下であるのが好ましく、1.00%以下であるのがより好ましく、0.60%以下であるのがさらに好ましい。
Mo: 0-3.50%
Since Mo is an element that improves corrosion resistance, it may be contained as necessary. However, if a large amount of Mo is contained, the cost of raw materials increases, and the corrosion resistance deteriorates due to the precipitation of the σ phase in the weld zone. Therefore, the Mo content should be 3.50% or less. In order to obtain the above effects, the Mo content is preferably 0.10% or more. Also, the Mo content is preferably 2.50% or less, more preferably 1.00% or less, and even more preferably 0.60% or less.
Cu:0~2.0%
Cuは、耐硫酸性の向上に非常に有効な元素であり、必要に応じて添加しても良い。上記の効果を得るためにはCu含有量は0.1%以上であるのが好ましい。Cu含有量は0.3%以上とするのがより好ましい。一方で、CuはNの活量を上げて溶接金属部でクロム窒化物を析出させやすくする元素であるため、2.0%以下とする。Cu含有量は1.5%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがより好ましい。
Cu: 0-2.0%
Cu is a very effective element for improving sulfuric acid resistance, and may be added as necessary. In order to obtain the above effects, the Cu content is preferably 0.1% or more. More preferably, the Cu content is 0.3% or more. On the other hand, Cu is an element that increases the activity of N and facilitates the precipitation of chromium nitrides in the weld metal portion, so the Cu content is made 2.0% or less. The Cu content is preferably 1.5% or less, more preferably 1.0% or less.
Nb:0~0.10%
Nbは、Nと化合物を作ることでクロム窒化物の析出を抑制する効果があるため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Nbを多量に含有すると、鋼板の加工性を低下させる。したがって、Nb含有量は0.10%以下とする。上記の効果を得るためには、Nb含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.04%以上であるのがより好ましい。
Nb: 0-0.10%
Nb has the effect of suppressing precipitation of chromium nitride by forming a compound with N, so it may be contained as necessary. However, a large amount of Nb reduces the workability of the steel sheet. Therefore, the Nb content should be 0.10% or less. In order to obtain the above effects, the Nb content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.04% or more.
Sn:0~1.00%
Snは、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Snを多量に含有すると、熱間加工性を悪化させる。したがって、Sn含有量は1.00%以下とする。上記の効果を得るためには、Sn含有量は0.010%以上であるのが好ましい。
Sn: 0-1.00%
Since Sn is an element that improves corrosion resistance, it may be contained as necessary. However, a large amount of Sn deteriorates hot workability. Therefore, the Sn content should be 1.00% or less. In order to obtain the above effects, the Sn content is preferably 0.010% or more.
W:0~1.00%
Wは、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Wを多量に含有すると、圧延時の負荷を増大させて製造疵を生成させやすくなる。したがって、W含有量は1.00%以下とする。上記の効果を得るためには、W含有量は0.01%以上であるのが好ましい。また、W含有量は0.50%以下であるのが好ましい。
W: 0-1.00%
Since W is an element that improves corrosion resistance, it may be contained as necessary. However, when a large amount of W is contained, the load during rolling is increased, and manufacturing flaws are likely to occur. Therefore, the W content should be 1.00% or less. In order to obtain the above effects, the W content is preferably 0.01% or more. Also, the W content is preferably 0.50% or less.
V:0~1.00%
Vは、耐食性を向上させる元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Vを多量に含有すると、圧延時の負荷を増大させて製造疵を生成させやすくなる。したがって、V含有量は1.00%以下とする。上記の効果を得るためには、V含有量は0.01%以上であるのが好ましい。また、V含有量は0.50%以下であるのが好ましい。
V: 0-1.00%
Since V is an element that improves corrosion resistance, it may be contained as necessary. However, when V is contained in a large amount, the load during rolling is increased, and manufacturing flaws are likely to occur. Therefore, the V content is set to 1.00% or less. In order to obtain the above effects, the V content is preferably 0.01% or more. Also, the V content is preferably 0.50% or less.
Ti:0~0.05%
Tiは、Nbと同様に、溶接熱影響部の粗大化を防止し、さらには凝固組織を微細等軸晶化する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Tiを多量に含有すると、均一伸びおよび局部伸びを低下させる。したがって、Ti含有量は0.05%以下とする。上記の効果を得るためには、Ti含有量は0.005%以上であるのが好ましい。
Ti: 0-0.05%
Ti, like Nb, has the effect of preventing coarsening of the weld heat-affected zone and further making the solidification structure into fine equiaxed grains, so it may be contained as necessary. However, a large amount of Ti reduces uniform elongation and local elongation. Therefore, the Ti content should be 0.05% or less. In order to obtain the above effects, the Ti content is preferably 0.005% or more.
B:0~0.0050%
Bは、熱間加工性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Bを多量に含有すると、耐食性が著しく劣化する。したがって、B含有量は0.0050%以下とする。上記の効果を得るためには、B含有量は0.0003%以上であるのが好ましい。また、B含有量は0.0030%以下であるのが好ましい。
B: 0 to 0.0050%
B has the effect of improving the hot workability, so it may be contained as necessary. However, when B is contained in a large amount, the corrosion resistance is significantly deteriorated. Therefore, the B content should be 0.0050% or less. In order to obtain the above effects, the B content is preferably 0.0003% or more. Also, the B content is preferably 0.0030% or less.
Ca:0~0.0050%
Caは、脱硫、脱酸のために必要に応じて含有させてもよい。しかし、Caを多量に含有すると、熱間加工割れが生じやすくなり、また耐食性が低下する。したがって、Ca含有量は0.0050%以下とする。上記の効果を得るためには、Ca含有量は0.0001%以上であるのが好ましい。
Ca: 0-0.0050%
Ca may be contained as necessary for desulfurization and deoxidation. However, if a large amount of Ca is contained, hot working cracks are likely to occur, and corrosion resistance is lowered. Therefore, the Ca content should be 0.0050% or less. In order to obtain the above effects, the Ca content is preferably 0.0001% or more.
Mg:0~0.0050%
Mgは、脱酸だけでなく、凝固組織を微細化する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、Mgを多量に含有すると、製鋼工程でのコスト増加をもたらす。したがって、Mg含有量は0.0050%以下とする。上記の効果を得るためには、Mg含有量は0.0001%以上であるのが好ましい。
Mg: 0-0.0050%
Since Mg has the effect of not only deoxidizing but also refining the solidified structure, it may be contained as necessary. However, containing a large amount of Mg causes an increase in cost in the steelmaking process. Therefore, the Mg content should be 0.0050% or less. In order to obtain the above effects, the Mg content is preferably 0.0001% or more.
Al:0~0.05%
Alは、脱硫、脱酸のために必要に応じて含有させてもよい。しかし、Alを多量に含有すると、製造疵の増加ならびに原料コストの増加を招く。したがって、Al含有量は0.05%以下とする。上記の効果を得るためには、Al含有量は0.0030%以上であるのが好ましい。
Al: 0-0.05%
Al may be contained as necessary for desulfurization and deoxidation. However, a large amount of Al causes an increase in manufacturing flaws and an increase in raw material costs. Therefore, the Al content should be 0.05% or less. In order to obtain the above effects, the Al content is preferably 0.0030% or more.
REM:0~0.50%
REM(希土類元素)は、熱間加工性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、REMを多量に含有すると、製造性を損なうとともにコスト増加をもたらす。したがって、REM含有量は0.50%以下とする。上記の効果を得るためには、REM含有量は0.005%以上であるのが好ましい。REM含有量は0.020%以上であるのが好ましく、0.20%以下であるのが好ましい。
REM: 0-0.50%
Since REM (rare earth element) has an effect of improving hot workability, it may be contained as necessary. However, a large amount of REM impairs manufacturability and increases costs. Therefore, the REM content should be 0.50% or less. In order to obtain the above effects, the REM content is preferably 0.005% or more. The REM content is preferably 0.020% or more and preferably 0.20% or less.
なお、REMは、Sc、YおよびLa~Luまでの15元素(ランタノイド)の計17元素の総称であり、REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。なお、ランタノイドは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。 REM is a general term for a total of 17 elements including Sc, Y and 15 elements (lanthanoids) from La to Lu, and the content of REM means the total content of these elements. Incidentally, lanthanoids are industrially added in the form of misch metals.
本発明の鋼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、鋼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 steel of the present invention, the balance is Fe and impurities. Here, the term "impurities" refers to components mixed in by various factors in raw materials such as ores, scraps, etc., and in the manufacturing process when steel is manufactured industrially. means something
PREN_Mn値:40.0未満
PREN_Mn値は、ステンレス鋼板の耐孔食性を示す一般的な指標であり、ステンレス鋼の化学組成から、下記(i)式で計算される。
PREN_Mn value: less than 40.0 The PREN_Mn value is a general index indicating the pitting corrosion resistance of a stainless steel plate, and is calculated from the chemical composition of the stainless steel using the following formula (i).
PREN_Mn値=Cr+3.3Mo+16N-Mn ・・・(i) PREN_Mn value=Cr+3.3Mo+16N−Mn (i)
但し、上記式(i)中の元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有率(質量%)であり、含有しない場合は0を代入する。 However, the element symbol in the above formula (i) is the content (% by mass) of each element contained in the steel, and 0 is substituted when it is not contained.
PREN_Mn値の増加は、CrおよびMoの含有量の増加による、合金コスト増加およびσ相の析出による耐食性低下の問題を生じさせるおそれがある。さらに、N含有量の増加およびMn含有量の低減による窒素気泡の発生が問題になる。したがって、PREN_Mn値は40.0未満とする。PREN_Mn値は30.0未満であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はないが、SUS304相当の耐食性を得るためには、18.0以上であるのが好ましく、20.0以上であるのがより好ましい。 An increase in the PREN_Mn value may cause problems such as an increase in alloy cost due to an increase in Cr and Mo contents and a decrease in corrosion resistance due to precipitation of the σ phase. Furthermore, generation of nitrogen bubbles due to an increase in N content and a decrease in Mn content becomes a problem. Therefore, the PREN_Mn value should be less than 40.0. Preferably, the PREN_Mn value is less than 30.0. Although the lower limit does not have to be specified, it is preferably 18.0 or more, more preferably 20.0 or more, in order to obtain corrosion resistance equivalent to SUS304.
本実施形態に係る溶接構造物は、上記の条件において溶接を実施することによって得られる。そのようにして得られた溶接構造物は、溶接部の孔食電位低下代が母材に対して150mV未満となるため、耐食性が良好な溶接構造物として適用できる。 The welded structure according to this embodiment is obtained by welding under the above conditions. The welded structure thus obtained has a pitting potential drop of less than 150 mV with respect to the base metal, and therefore can be applied as a welded structure with good corrosion resistance.
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。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to these examples.
表1に示す化学組成を有するフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼を溶製して鋼片とし、板厚5mmに熱間圧延した後、焼鈍を実施した。この熱延焼鈍板に対して冷間圧延を施すことよって、板厚1mmおよび3mmの冷延鋼板を作製し、その後、最終焼鈍を実施した。 A ferrite/austenite duplex stainless steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted into a steel slab, hot rolled to a thickness of 5 mm, and then annealed. Cold-rolled steel sheets having thicknesses of 1 mm and 3 mm were produced by subjecting the hot-rolled and annealed sheets to cold rolling, and then subjected to final annealing.
その後、製造した冷延焼鈍鋼板に対して、1パスのTIGなめつけ溶接を実施し、溶接継手を製造した。溶接トーチの後方には、図3に示すような、長さ140mm、幅40mm、高さ40mmのアフターシールドボックスを設置し、トーチシールドガス、バックガス、アフターガスにおけるN2とArの混合率を様々に変化させた。ガス流量は、トーチシールドガス:10L/min、バックガス:15L/min、アフターガス:30L/minとした。トーチシールドガスの組成に応じて適正溶接条件は変化した。このため、アーク長を1mm一定として、裏ビード幅が板厚の2~3倍程度となるように溶接電流、溶接速度を調整した。溶接は溶加材を使用せず、圧延方向を溶接方向として長さ300mm以上行った。 After that, one-pass TIG lick welding was performed on the produced cold-rolled and annealed steel sheets to produce welded joints. Behind the welding torch, an aftershield box with a length of 140 mm , a width of 40 mm, and a height of 40 mm is installed as shown in FIG. changed in various ways. The gas flow rate was set to torch shield gas: 10 L/min, back gas: 15 L/min, and after gas: 30 L/min. Appropriate welding conditions changed according to the composition of torch shield gas. Therefore, the welding current and welding speed were adjusted so that the arc length was fixed at 1 mm and the width of the back bead was about 2 to 3 times the plate thickness. Welding was performed for a length of 300 mm or more with the rolling direction as the welding direction without using a filler material.
溶接前の鋼板について、その表皮下0.2mm位置の面に対して研磨粒度#600で湿式研磨した後、JIS G 0577に定められた方法にて、30℃の1mol/NaCl 溶液と飽和塩化銀電極(SSE)を用いて、電流密度100μA/cm2に対応する孔食電位(V´c100)を測定し、測定データ6個を平均した値を母材の孔食電位PBMとした。 For the steel plate before welding, after wet polishing with a polishing grain size of #600 on the surface at 0.2 mm below the surface, by the method specified in JIS G 0577, 1 mol / NaCl solution and saturated silver chloride at 30 ° C. Using an electrode (SSE), the pitting potential ( V' c100 ) corresponding to a current density of 100 μA/cm 2 was measured, and the value obtained by averaging six measurement data was taken as the pitting potential PBM of the base material.
さらに、溶接を施した溶接継手について、溶接金属部の表層の耐食性を評価するため、通常の湿式研磨ではなく焼け取り材を用いて溶接スケールを除去した後に、測定直前にP600研磨紙で注意深く乾式研磨する事以外はJIS G 0577に定められた方法にて、30℃の1mol/L NaCl 溶液および飽和塩化銀電極(SSE)を用いて、電流密度100μA/cm2に対応する孔食電位(V´c100)を測定し、測定データ6個を平均した値を溶接部の表層の孔食電位PWMとした。孔食電位の測定面を溶接部表面に限定するため、溶接部以外の領域に対してマスキングを行った。なお、焼けとり材としてラスノンウェルJL-500(萬商株式会社)を用いたが、溶接スケールを十分除去できれば他の薬剤や他の方法でも良い。 Furthermore, in order to evaluate the corrosion resistance of the surface layer of the welded metal part of the welded joint, after removing the weld scale using a burning material instead of the usual wet polishing, it was carefully dried with P600 abrasive paper immediately before the measurement. The pitting potential (V ' c100 ) was measured, and the value obtained by averaging the six measurement data was taken as the pitting potential PWM of the surface layer of the weld zone. In order to limit the measurement surface of the pitting potential to the surface of the welded portion, the area other than the welded portion was masked. As the scorching material, Lathnonwell JL-500 (manufactured by Mansho Co., Ltd.) was used, but other chemicals or other methods may be used as long as the weld scale can be sufficiently removed.
また、溶接を施した溶接継手について、溶接金属部の内部の耐食性を評価するため、溶接部の板厚方向中央部を評価面として露出させ、JIS G 0577に定められた方法にて、30℃の1mol/L NaCl 溶液および飽和塩化銀電極(SSE)を用いて、電流密度100μA/cm2に対応する孔食電位(V´c100)を測定し、測定データ6個を平均した値を溶接部内部の孔食電位Pmidとした。 In addition, in order to evaluate the corrosion resistance inside the welded metal part of the welded joint, the central part in the plate thickness direction of the welded part was exposed as an evaluation surface, and was heated to 30 ° C. by the method specified in JIS G 0577. 1 mol/L NaCl solution and a saturated silver chloride electrode (SSE), the pitting corrosion potential ( V' c100 ) corresponding to a current density of 100 μA/cm 2 was measured, and the value obtained by averaging the six measurement data was taken as the weld zone. The internal pitting potential P mid was used.
溶接継手の耐食性試験片は、溶接開始点または終了点から50mm以上離れており、かつ裏面まで溶融しており溶け落ちなどの不良がない溶接定常部より作製した。耐食性試験片には、溶接部を中央として、測定面積1cm2に溶接長が10mm含まれるように作製した。したがって、耐食性試験片の測定面積中には、溶接金属部、溶接熱影響部および母材部が含まれている。孔食電位の測定後に耐食性試験片の孔食発生位置を確認し、溶接金属部または溶接熱影響部以外の、例えば樹脂との隙間部などで孔食が発生している場合や焼け取りが不十分のため溶接スケールが残存している場合は、測定データから除いた。また、測定データを採取した耐食性試験片の部位は、本発明においては溶接部と定義した。溶接部は、溶接金属部および溶接熱影響部から構成される。 A corrosion resistance test piece of a welded joint was prepared from a stationary welded portion which was 50 mm or more away from the welding start point or end point, was melted to the back surface, and had no defects such as burn-through. A corrosion resistance test piece was prepared so that the weld length was 10 mm in a measurement area of 1 cm 2 with the welded part at the center. Therefore, the measured area of the corrosion resistance test piece includes the weld metal zone, the weld heat affected zone and the base metal part. After measuring the pitting potential, check the location of pitting corrosion on the corrosion resistance test piece. When the weld scale remained because it was sufficient, it was excluded from the measurement data. In the present invention, the portion of the corrosion resistance test piece from which the measurement data was collected was defined as the welded portion. A weld consists of a weld metal zone and a weld heat affected zone.
そして、母材の孔食電位PBMから、溶接部の孔食電位PWMを引いた値(PBM-PWM)[(mV vs SSE)]を、孔食電位低下代として求めた。 Then, the value (P BM −P WM ) [(mV vs SSE)] obtained by subtracting the pitting potential P WM of the weld zone from the pitting potential P BM of the base metal was obtained as the pitting potential reduction margin.
また溶接前の鋼板の組織形態を調査するために、圧延幅方向中心位置の圧延長さ方向に垂直な断面(TD断面)の200μm幅×表層から200μm深さ領域の金属組織を光学顕微鏡により調査した。同様に、溶接金属部の組織形態を調査するために、溶接金属部の幅中央部の溶接方向に垂直な断面について200μm幅×表層から深さ30μmまでの領域の金属組織を光学顕微鏡により調査した。得られた組織画像を画像解析によってフェライト相およびオーステナイト相に分類し、母材および溶接金属部の表層のオーステナイト相率γBM、γWMをそれぞれ評価した。そして、母材のオーステナイト相率γBMから、溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMを引いた値(γBM-γWM)(面積%)を、オーステナイト相率低下代として求めた。 In addition, in order to investigate the structure morphology of the steel plate before welding, the metal structure of the 200 μm width × 200 μm depth region from the surface layer of the cross section (TD cross section) perpendicular to the rolling length direction at the center position in the rolling width direction was investigated with an optical microscope. did. Similarly, in order to investigate the structural morphology of the welded metal zone, the metallographic structure of a region of 200 µm width × surface layer to 30 µm depth was examined with an optical microscope on the cross section perpendicular to the welding direction at the center of the width of the welded metal zone. . The microstructure images obtained were classified into ferrite phase and austenite phase by image analysis, and the austenite phase ratios γ BM and γ WM of the surface layers of the base metal and weld metal were evaluated, respectively. Then, the value (γ BM −γ WM ) (area %) obtained by subtracting the austenite phase ratio γ WM of the surface layer of the weld metal portion from the austenite phase ratio γ BM of the base metal was obtained as the austenite phase ratio reduction margin.
なお、バックガスの影響を評価するため、溶接継手の裏面側の溶接金属部についても、上記と同様に表層の耐蝕性およびオーステナイト相率を評価した。 In addition, in order to evaluate the influence of back gas, the corrosion resistance and austenite fraction of the surface layer were evaluated in the same manner as described above for the weld metal part on the back side of the welded joint.
上記の製造条件および測定結果を表2にまとめて示す。なお、表2中の符号の意味は、以下に示すとおりである。 Table 2 summarizes the above production conditions and measurement results. In addition, the meaning of the code|symbol in Table 2 is as showing below.
板厚:母材の板厚
評価面:表面はアフターガスの影響、裏面はバックガスの影響を評価した
γ相率低下代:母材のγ相率γBM(%) - 溶接金属部の表層のγ相率γWM(%)
表面の孔食電位低下代:母材の孔食電位PBM(mV) - 溶接部表面の孔食電位PWM(mV)
内部の孔食電位低下代:母材の孔食電位PBM(mV) - 溶接部内部の孔食電位Pmid(mV)
Plate thickness: Plate thickness of base metal Evaluation surface: The effect of after gas was evaluated on the front surface, and the effect of back gas was evaluated on the back surface. γ phase ratio γ WM (%)
Surface pitting potential drop: base metal pitting potential P BM (mV) - weld surface pitting potential P WM (mV)
Internal pitting potential drop: base metal pitting potential P BM (mV) - pitting potential P mid (mV) inside the weld zone
上記の結果を表2に併せて示す。 The above results are also shown in Table 2.
試料番号1~30は本発明例であり、アフターガスおよび/またはバックガスにN2ガス(100%N2)を用いたことで評価面の表層のγ相率低下代が小さく、孔食電位低下代が150mV未満と良好であった。ただし、試料番号25~30は、トーチシールドガスに100%N2ガスまたはAr+60%N2ガスを用いたため、トーチシールドガスに100%ArガスまたはAr+5%N2ガスを用いた場合に比べ、溶接金属部の内部の耐食性は若干劣位であった。 Sample Nos. 1 to 30 are examples of the present invention. By using N 2 gas (100% N 2 ) as the after gas and/or back gas, the γ-phase ratio decrease in the surface layer of the evaluation surface is small, and the pitting potential is low. The decrease was good with less than 150 mV. However, since sample numbers 25 to 30 used 100% N 2 gas or Ar + 60% N 2 gas as the torch shield gas, welding was more difficult than when 100% Ar gas or Ar + 5% N 2 gas was used as the torch shield gas. The corrosion resistance inside the metal part was slightly inferior.
試料番号31~38は比較例であり、アフターガスおよびバックガスに100%Arガスを用いたことで、評価面の表層のγ相率低下代が大きく、孔食電位低下代が150mV以上と不良であった。 Sample Nos. 31 to 38 are comparative examples, and by using 100% Ar gas as the after gas and back gas, the γ phase ratio decrease in the surface layer of the evaluation surface is large, and the pitting potential decrease is 150 mV or more, which is unsatisfactory. Met.
以上説明したように、本発明例では表層のγ相率低下代が小さく、良好な溶接部の孔食電位が得られた。一方、比較例では表層のγ相率低下代が大きく、耐食性が不良であった。なた、本発明では、アフターガス及びバックガスの制限がある以外は溶接方法の制限が緩く、溶接後の再熱処理が不要になり、更には溶接電極の消耗が少なかった。 As described above, in the examples of the present invention, the decrease in the γ-phase ratio of the surface layer was small, and a good pitting potential of the weld zone was obtained. On the other hand, in the comparative example, the decrease in the γ-phase ratio of the surface layer was large, and the corrosion resistance was poor. In addition, in the present invention, restrictions on the welding method are loose except for restrictions on aftergas and back gas, reheat treatment after welding is unnecessary, and wear of the welding electrode is small.
図4は、表層のγ相率低下代と溶接部の孔食電位低下代の関係を示す図である。図4に示すように、表層のγ相率低下代と溶接部の孔食電位低下代は関係があることが分かる。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the γ-phase rate reduction amount of the surface layer and the pitting potential reduction amount of the weld zone. As shown in FIG. 4, it can be seen that there is a relationship between the γ-phase rate decrease of the surface layer and the pitting potential decrease of the weld zone.
本発明によれば、省合金二相ステンレス鋼材において、溶接部の耐食性に優れたフェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接構造物及び溶接継手を得ることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to obtain a ferrite-austenite duplex stainless steel welded structure and a welded joint having excellent corrosion resistance of the weld zone in the alloy-saving duplex stainless steel material.
Claims (5)
溶接部と、を備え、
前記母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMと、前記溶接部の溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMとの差分である前記溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代(γBM-γWM)が20面積%未満であり、
前記母材の孔食電位PBMと、前記溶接部の孔食電位PWMとの差分である孔食電位低下代(PBM-PWM)が150mV未満である、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接構造物。 a base material made of a ferrite/austenite duplex stainless steel material;
a weldment, and
Decrease in the austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal portion (γ BM -γ WM ) is less than 20 area%,
A ferrite-austenite duplex stainless steel in which a pitting potential drop (P BM −P WM ), which is a difference between the pitting potential P BM of the base metal and the pitting potential P WM of the weld zone, is less than 150 mV. Welded structures.
溶接部と、を備え、
前記母材の金属組織におけるオーステナイト相率γBMと、前記溶接部の溶接金属部の表層のオーステナイト相率γWMとの差分である前記溶接金属部の表層のオーステナイト相率の低下代(γBM-γWM)が20面積%未満であり、
前記母材の孔食電位PBMと、前記溶接部の孔食電位PWMとの差分である孔食電位低下代(PBM-PWM)が150mV未満である、フェライト・オーステナイト二相ステンレス鋼溶接継手。 a base material made of a ferrite/austenite duplex stainless steel material;
a weldment, and
Decrease in the austenite phase ratio of the surface layer of the weld metal portion (γ BM -γ WM ) is less than 20 area%,
A ferrite-austenite duplex stainless steel in which a pitting potential drop (P BM −P WM ), which is a difference between the pitting potential P BM of the base metal and the pitting potential P WM of the weld zone, is less than 150 mV. welded joints.
アフターガス及びバックガスのいずれか一方または両方に、60~100体積%のN2を含有するガスを用いる、フェライト・オーステナイト二相鋼材の溶接方法。 A method of welding a base material made of a ferrite-austenite duplex stainless steel material by a gas-shielded arc welding method, comprising:
A method for welding ferritic and austenitic duplex steels, wherein a gas containing 60 to 100% by volume of N2 is used as either or both of the after gas and the back gas.
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