JP2599201B2

JP2599201B2 - ニッケル基合金からなる溶接ワイヤ

Info

Publication number: JP2599201B2
Application number: JP21350889A
Authority: JP
Inventors: 英司高橋; 忠昭山田; 正典森部; 治田中; 正義高野; 修松本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-08-19
Filing date: 1989-08-19
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPH0377791A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はニッケル基合金からなる溶接ワイヤに係り、
特に、超電導ロータ用に使用されるインコネル718改良
合金等の溶接用として好適なニッケル基合金溶接ワイヤ
に関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題）超電導ロータ材は構造材料として高強度・非磁性鋼が
要求され、引張強さ100kg/mm²以上、0.2％耐力が80kg/m
m²以上が必要であり、これにはインコネル718、A286等
が考えられるが、A286は耐力が低いため、インコネル71
8が使用されることが多い。しかし、インコネル718を溶
接構造材として用いた場合、溶接時に割れを発生すると
いう問題がある。

すなわち、インコネル系材料は、引張強さや耐力が高
いという特性があるが、割れ易いのが欠点である。

例えば、第１表に示す従来の市販の溶接ワイヤを使用
してインコネル系材料（母材寸法：第１図参照）を溶接
した場合、第２図に示す供試材の拘束状態では、第２表
に示すように溶接条件をどのように制御しても、溶接金
属においてＸ線や超音波では検出できない微視的割れを
止めることができない。このため、従来の市販の溶接ワ
イヤは、４K゜の超低温で使用する超電導ロータ材の溶
接材料としては、使用時に割れが進展し破壊する危険性
があるので使用できない。

本発明は、インコネル系材料の溶接に際し、その特性
を維持しつつ、溶接金属に割れ発生がない新規な溶接ワ
イヤを提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）かゝる目的達成のため、本発明者は、インコネル718
の性能を維持しつつ、溶接割れを起こさない溶接材料を
開発すべく鋭意研究を重ねた結果、ここにニッケル基合
金からなる溶接ワイヤを開発したものである。

すなわち、本発明は、C:0.025％以下、Si:0.30％以
下、Mn:5.5％以下、P:0.010％以下、S:0.006％以下、N
i:45.0〜55.0％、Cr:10.0〜30.0％、Mo:3.0〜6.0％、N
b:2.0〜4.5％、Ti:1.50〜2.00％、B:0.001％以下、Al:
0.6％以下を含み、残部が実質的にFeからなることを特
徴とするニッケル基合金からなるインコネル系材料溶接
用ワイヤ。

以下に本発明を詳述する。

（作用）本発明における化学成分の限定理由は以下のとおりで
ある。

C:0.025％以下Ｃは引張強さ及び0.2％耐力を上げる作用があるが、
一方では溶接割れを助長する元素であるため、Ｃ量は0.
025％以下に限定する。

Si:0.30％以下 Siは引張強さや0.2％耐力にはあまり影響を及ぼさな
いが、溶接割れに大きな影響を与える。第３図はワイヤ
（図中のNo.は第３表のNo.に同じ）中のSi量を変えて溶
接割れの影響を調べたものである。同図より明らかなよ
うに、Si量が0.30％を超えると溶接割れが発生するよう
になる。したがって、Si量は0.30％以下に限定する。

Mn:5.5％以下、 Mnはビード表面に発生するスラグに影響を与え、5.5
％を超えるとビード表面にスラグが多量に発生するよう
になり、それに伴ってビードのなじみが悪くなり、ビー
ド幅が安定しなくなる。したがって、Mn量は5.5％以下
に限定する。

P:0.010％以下、Ｐは溶接割れを助長する元素であり、極力低い方が好
ましいが、Ｓに比較し、その効果が低いので、0.010％
以下に限定する。

S:0.006％Ｓは、Ｐと同様、粒界に析出し、溶接割れの原因とな
り、その程度はＰより大きいため、本発明では0.006％
以下に限定する。

Ni:45.0〜55.0％本ワイヤは、極低温で使用する超電導ロータ材として
のインコネル系材料の溶接用ワイヤの開発を主目的とし
ているため、低温靭性の良いニッケル系合金にするた
め、Ni量を45.0〜55.0％の範囲に限定する。

Cr:10.0〜30.0％ Crは10.0％未満では一般に耐食性が悪くなるため、そ
れ以上の添加が必要である。しかし、30.0％を超えると
熱間加工性が悪くなり、溶接ワイヤの製造が困難になる
ので、Cr量は10.0〜30.0％の範囲とする。

Mo:3.0〜6.0％本成分系において、特にMoを3.0以上、6.0％以下に規
制することにより、溶接割れを抑制する効果を有するこ
とが明らかとなったため、Mo量を3.0〜6.0％の範囲とす
る。

Nb:2.0〜4.5％ Nbは引張強さ及び0.2％耐力の向上に効果を持ち、添
加量をますと引張強さ及び0.2％耐力が増加するが、同
時に溶接割れが発生し易くなる。第４図はワイヤ（図中
のNo.は第３表のNo.に同じ）中のNb量を変えて溶接割れ
の影響を調べたものである。同図より明らかなように、
Nb量が4.5％を超えると溶接割れを発生するようにな
る。したがって、強度を確保しつつ溶接割れを防止する
ために、Nb量は2.0〜4.5％の範囲とする。

Ti:1.50〜2.00％溶接割れを抑制するためにNb量を4.5％以下に抑える
と引張強さ及び0.2％耐力を規格値に対し不充分になる
ため、引張強さ及び0.2％耐力を上げ、かつ、溶接割れ
を発生しない添加元素が必要である。Tiは、第５図に示
すように、その目的に合致した元素であり、そのために
Ti量を1.50〜2.00％の範囲とするのが最適であることが
判明した。なお、第５図はワイヤ（図中のNo.は第３表
のNo.に同じ）中のTi量を変えて溶接割れの影響を調べ
たものである。

B:0.001％以下、Ｂは溶接割れに悪影響をもたらす元素であるため、極
力下げる必要がある元素であり、本発明ではＢ量を0.00
1％以下に限定する。

Al: Alは析出して引張強さ及び0.2％耐力を上げる作用が
あるが、一方では溶接割れを助長する元素であるため、
極力少ない方がよく、その許容限度は0.6％である。

なお、残部は実質的にFeである。FeはNi量とバランス
させることにより、高強度、高靭性と耐割れ性を向上さ
せることができる。Ni量が少ないとFe量が増加してバラ
ンスが悪くなり、耐割れ性が劣化する。

上記化学成分を有するワイヤを使用すると溶接割れが
発生しないのは、これらの成分が適正にバランスされて
いるためと考えられる。すなわち、本発明者が溶接割れ
部を調べたところ、第６図の写真に示すように、溶接割
れ部は粒界部であり、粒界部には偏析が起こっており、
割れ先端部を線分析した結果、Nb、Ti、Mo、Ｓ、Ｐ、S
i、Ｃ、Ｂ等が存在していることがわかった。したがっ
て、これらの成分を制御すると共にNi等の他の成分をバ
ランスよく調整することにより、所期の効果が得られる
ものと考えられる。

なお、溶接対象は主にインコネル系材料であり、その
組成は何ら制限されるものではない。また溶接条件も適
宜選定できる。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）第３表に示す化学成分を有するワイヤを用い、インコ
ネル718（化学成分：第１表参照）を母材とし、以下の
溶接条件で溶接試験を行った。

〈溶接条件〉溶接法:TIG溶接電流:220A 溶接速度:7cm/min ワイヤ径:1.2mmφ Ar流量:20l/min 得られた溶接金属の引張強さ、0.2％耐力、溶接割れ
状況を同表に併記する。なお、溶接割れは第２表の脚注
２の要領で調べ、○（溶接割れなし）×（溶接割れ発
生）にて評価した。

第３表より、以下の如く考察される。

比較例No.1はＣ、Nb、Ｂ、Ｓが高く、Moが低いために
溶接割れを生じている。

比較例No.2はＣ、Siが高く、Moが低く、更にNi（少）
とFe（多）のバランスが悪いために溶接割れを生じてい
る。

比較例No.3はNb、Ｓが高く、Moが低いために溶接割れ
を生じている。

比較例No.4では、溶接割れは生じないものの、Tiが低
いために、0.2％耐力が低くなっている。

比較例No.5はNbが低く、引張強さ及び0.2％耐力が不
足している。

比較例No.5はTiが低く、0.2％耐力が不足している。

比較例No.7はTiが不足し、0.2％耐力が不足してい
る。

比較例No.8はNb、Ti、Moが低く、引張強さ及び0.2％
耐力が不足している。

比較例No.9はNb、Ti、Moが不足しているため、引張強
さ及び0.2％耐力が不足している。

比較例No.10はTiが不足しているために、0.2％耐力が
不足している。

比較例No.11はＰが高く、Moが不足しているために溶
接割れを生じている。

比較例No.13はMoが低いために溶接割れを生じてい
る。

比較例No.14〜No.16はSiが高いために溶接割れが生じ
ている。

比較例No.19はMoが高すぎ、溶接割れを発生させてい
る。

比較例No.21はＣが高すぎて溶接割れを生じている。

一方、本発明例No.12、No.17〜No.18、No.20、No.22
〜No.23は本発明範囲内の成分組成を有するワイヤを用
いたので、引張強さ及び0.2％耐力を満足し、かつ、溶
接割れが生じない。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、特定組成を有
するニッケル基合金からなる溶接ワイヤとするので、超
電導ロータ材等に使用されるインコネル系材料の持つ特
性を維持し、且つ溶接割れを起こさないで溶接施工でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は供試材の寸法を示す説明図、第２図は供試材の拘束状態を示す説明図、第３図は溶接割れに及ぼすSiの影響を示す図、第４図は引張強さと0.2％耐力及び溶接割れに及ぼすNb
の影響を示す図、第５図は引張強さと0.2％耐力及び溶接割れに及ぼすTi
の影響を示す図、第６図（ａ）、（ｂ）は溶接割れ発生部分の金属組織を
示す図で、（ａ）は２次電子線像（×480）、（ｂ）は
組成像（×480）を示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き合議体審判長石橋和美審判官小野秀幸審判官小柳健悟 (56)参考文献特開昭49−59052（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−247493（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−194892（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−262486（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、C:0.025％以
下、Si:0.30％以下、Mn:5.5％以下、P:0.010％以下、S
0.006％以下、Ni:45.0〜55.0％、Cr:10.0〜30.0％、Mo:
3.0〜6.0％、Nb:2.0〜4.5％、Ti:1.50〜2.00％、B:0.00
1％以下、Al:0.6％以下を含み、残部が実質的にFeから
なることを特徴とするニッケル基合金からなるインコネ
ル系材料溶接用ワイヤ。