JP3433790B2 - マルテンサイト系ステンレス鋼用溶接材料 - Google Patents
マルテンサイト系ステンレス鋼用溶接材料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、マルテンサイト系ス
テンレス鋼を溶接する際に優れた溶接施工性を発揮する
溶接材料に関するものである。
テンレス鋼を溶接する際に優れた溶接施工性を発揮する
溶接材料に関するものである。
【０００２】
【従来技術とその課題】近年、エネルギ−需要の増大か
ら湿潤な炭酸ガスや硫化水素を含有する石油，天然ガス
にまで開発・生産の手が延びているが、これに伴い、石
油あるいは天然ガス輸送用ラインパイプやこれらを貯蔵
する容器等の炭酸ガス含有環境における腐食が問題とな
っている。そこで、このような炭酸ガス含有環境におけ
る腐食問題に対処すべく、11〜13％程度（以降、 成分割
合を表す％は重量％とする）のCrを含有させた高Crマル
テンサイト系ステンレス鋼が提案された。この高Crマル
テンサイト系ステンレス鋼は、鋼に11〜13％程度のCrを
含有させることで炭酸ガス含有環境等での耐食性を確保
し、かつ強度と靱性を確保するために焼入れ処理を施し
て組織をマルテンサイト組織とし使用に供されるもので
あって、経済性に優れた耐食性材料として注目を集めて
いる。
ら湿潤な炭酸ガスや硫化水素を含有する石油，天然ガス
にまで開発・生産の手が延びているが、これに伴い、石
油あるいは天然ガス輸送用ラインパイプやこれらを貯蔵
する容器等の炭酸ガス含有環境における腐食が問題とな
っている。そこで、このような炭酸ガス含有環境におけ
る腐食問題に対処すべく、11〜13％程度（以降、 成分割
合を表す％は重量％とする）のCrを含有させた高Crマル
テンサイト系ステンレス鋼が提案された。この高Crマル
テンサイト系ステンレス鋼は、鋼に11〜13％程度のCrを
含有させることで炭酸ガス含有環境等での耐食性を確保
し、かつ強度と靱性を確保するために焼入れ処理を施し
て組織をマルテンサイト組織とし使用に供されるもので
あって、経済性に優れた耐食性材料として注目を集めて
いる。
【０００３】しかし、一般にマルテンサイト系ステンレ
ス鋼は溶接性に劣り、溶接構造部材として適用する場合
には溶接時の加熱冷却に伴う硬いマルテンサイト組織の
生成によって“溶接部の靱性低下”や“溶接割れの発
生”が問題となりやすい。
ス鋼は溶接性に劣り、溶接構造部材として適用する場合
には溶接時の加熱冷却に伴う硬いマルテンサイト組織の
生成によって“溶接部の靱性低下”や“溶接割れの発
生”が問題となりやすい。
【０００４】ただ、これらの問題に対し、例えば「川崎
製鉄技報，Vol 29, No 2 (1997），第34〜40頁」には、
鋼中のＣ，Ｎをそれぞれ0.01％程度に抑えることにより
解決できるとの報告がなされている。
製鉄技報，Vol 29, No 2 (1997），第34〜40頁」には、
鋼中のＣ，Ｎをそれぞれ0.01％程度に抑えることにより
解決できるとの報告がなされている。
【０００５】また、特開平９−２９５１８５号公報に
は、高Crマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接に供され
る共金系溶接材料（溶接ワイヤ）の「Cr当量／Ni当量」
比を適正化することで上記問題が解決されるという報告
が見られる。
は、高Crマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接に供され
る共金系溶接材料（溶接ワイヤ）の「Cr当量／Ni当量」
比を適正化することで上記問題が解決されるという報告
が見られる。
【０００６】しかしながら、前述の高Crマルテンサイト
系ステンレス鋼を炭酸ガス含有環境で使用する石油，天
然ガスの輸送用ラインパイプ等といった溶接構造部材に
適用することを考慮した場合には、十分な“使用性能”
と“溶接時の耐割れ性”が要求されるのは勿論である
が、できるだけ広範囲な溶接条件で容易に溶接できるこ
と｛即ち優れた溶接施工性（作業性）を有しているこ
と｝も実際上の重要な要件となる。なお、ここで言う
「溶接施工性」とは、「“溶接部表面の凹み",“溶接金
属の溶け落ち",“裏面ビ−ドの未形成”のない適正な形
状の溶接ビ−ドが広範囲の溶接条件で容易に得られるこ
と」を指すものである。
系ステンレス鋼を炭酸ガス含有環境で使用する石油，天
然ガスの輸送用ラインパイプ等といった溶接構造部材に
適用することを考慮した場合には、十分な“使用性能”
と“溶接時の耐割れ性”が要求されるのは勿論である
が、できるだけ広範囲な溶接条件で容易に溶接できるこ
と｛即ち優れた溶接施工性（作業性）を有しているこ
と｝も実際上の重要な要件となる。なお、ここで言う
「溶接施工性」とは、「“溶接部表面の凹み",“溶接金
属の溶け落ち",“裏面ビ−ドの未形成”のない適正な形
状の溶接ビ−ドが広範囲の溶接条件で容易に得られるこ
と」を指すものである。
【０００７】しかるに、マルテンサイト系ステンレス鋼
は、この溶接施工性にも劣る材料であり、特に該材料か
ら成る鋼管を固定して円周溶接する所謂「全姿勢溶接」
時に“ビ−ドの凹み”や“溶接金属の溶け落ち”が生じ
やすい。そして、これらを防止するために溶接入熱を低
減した場合には、今度は“裏面ビ−ドの未形成”を生じ
やすくなる。
は、この溶接施工性にも劣る材料であり、特に該材料か
ら成る鋼管を固定して円周溶接する所謂「全姿勢溶接」
時に“ビ−ドの凹み”や“溶接金属の溶け落ち”が生じ
やすい。そして、これらを防止するために溶接入熱を低
減した場合には、今度は“裏面ビ−ドの未形成”を生じ
やすくなる。
【０００８】このようにマルテンサイト系ステンレス鋼
は適正溶接条件範囲の極めて狭い材料であり、そのた
め、前述のように従来から母材組成や溶接材料（溶加
材）面からの工夫がなされてきて“特定使用環境での性
能確保”や“溶接時の割れ防止”等の点で改善が認めら
れるものの、溶接施工性の点で十分に満足できる結果は
得られていない。
は適正溶接条件範囲の極めて狭い材料であり、そのた
め、前述のように従来から母材組成や溶接材料（溶加
材）面からの工夫がなされてきて“特定使用環境での性
能確保”や“溶接時の割れ防止”等の点で改善が認めら
れるものの、溶接施工性の点で十分に満足できる結果は
得られていない。
【０００９】そこで、本発明の目的は、高Crマルテンサ
イト系ステンレス鋼に優れた溶接施工性を確保する手段
を提供することに置かれた。
イト系ステンレス鋼に優れた溶接施工性を確保する手段
を提供することに置かれた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、「高Crマルテンサ
イト系ステンレス鋼をア−ク溶接する際に裏波が不安定
となるのは、 溶融池後方（即ち溶接終了直後の部分）で
マルテンサイト変態による熱膨張が生じ、 その結果溶融
池が不安定となることに起因しており、 この現象は溶接
材料を通じて溶融池中のＳ，Ｏ及びAl量が特定の範囲と
なるように調整することで改善できる」という新しい知
見を得ることができた。そして、更に次の事項を確認す
るに至った。
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、「高Crマルテンサ
イト系ステンレス鋼をア−ク溶接する際に裏波が不安定
となるのは、 溶融池後方（即ち溶接終了直後の部分）で
マルテンサイト変態による熱膨張が生じ、 その結果溶融
池が不安定となることに起因しており、 この現象は溶接
材料を通じて溶融池中のＳ，Ｏ及びAl量が特定の範囲と
なるように調整することで改善できる」という新しい知
見を得ることができた。そして、更に次の事項を確認す
るに至った。
【００１１】(a) マルテンサイト系ステンレス鋼のア
−ク溶接においてＳ，Ｏの低減は溶融池そのものの安定
度向上に効果的であり、Ｓ，Ｏ低減の効果を得るために
は共金系溶接材料（溶加材）を用い、かつ特に該溶接材
料の化学組成が「［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012」な
る条件を満たす必要がある。 (b) しかし、溶接材料中のＳ，Ｏを低減し過ぎると溶
接時の溶け込み深さを十分に確保できなくなって裏面ビ
−ドの未形成や融合不良などを生じやすくなり、かえっ
て溶接作業性を劣化させる。これを防止して十分な溶け
込み深さを確保するには、溶接材料中のＳとＯの含有量
は「0.004 ≦［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］」なる条件を満た
す必要がある。
−ク溶接においてＳ，Ｏの低減は溶融池そのものの安定
度向上に効果的であり、Ｓ，Ｏ低減の効果を得るために
は共金系溶接材料（溶加材）を用い、かつ特に該溶接材
料の化学組成が「［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012」な
る条件を満たす必要がある。 (b) しかし、溶接材料中のＳ，Ｏを低減し過ぎると溶
接時の溶け込み深さを十分に確保できなくなって裏面ビ
−ドの未形成や融合不良などを生じやすくなり、かえっ
て溶接作業性を劣化させる。これを防止して十分な溶け
込み深さを確保するには、溶接材料中のＳとＯの含有量
は「0.004 ≦［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］」なる条件を満た
す必要がある。
【００１２】(c) 更に、Ｏによる溶け込み深さ確保効
果を発揮させるためには溶融池でAlと結合する量以上に
溶融池中にＯが溶解していることが重要であり、このた
めには溶接材料中のＯとAlの含有量が「［％Ｏ］≧ 0.2
×［％Al］」なる条件を満たしていることが必須であ
る。
果を発揮させるためには溶融池でAlと結合する量以上に
溶融池中にＯが溶解していることが重要であり、このた
めには溶接材料中のＯとAlの含有量が「［％Ｏ］≧ 0.2
×［％Al］」なる条件を満たしていることが必須であ
る。
【００１３】(d) 一方、上述のような溶接材料に対す
る適量のTi又はZrの添加は、焼入れ焼戻し後の溶接部靱
性及び溶接部強度の確保に有効な手立てとなる。 (e) また，上記溶接材料中に適量のMo又はＷを添加す
ることは、溶接部の炭酸ガス環境中での局部腐食抑制に
有効な手立てとなる。
る適量のTi又はZrの添加は、焼入れ焼戻し後の溶接部靱
性及び溶接部強度の確保に有効な手立てとなる。 (e) また，上記溶接材料中に適量のMo又はＷを添加す
ることは、溶接部の炭酸ガス環境中での局部腐食抑制に
有効な手立てとなる。
【００１４】本発明は、上記知見事項等に基づいてなさ
れたものであり、「マルテンサイト系ステンレス鋼用溶
接材料を、 Ｃ： 0.001〜 0.015％， Si：0.01〜 1.0％， Mn： 0.1〜 1.5％， Cr：７〜14％， Ni： 0.5〜 9.0％， Ｐ：0.03％以下， Ｓ： 0.005％以下， Al：0.06％以下， Ｏ： 0.008％以下 を含有するか、 あるいは更にTi，Zr，Mo及びＷの１種以
上を Ti：0.01〜0.30％， Zr： 0.005〜 0.3％， Mo＋ 1/2Ｗ： 0.5〜 3.0％ の範囲で含むと共に、 残部がFe及び不可避不純物から成
り、 かつ“Ｏ含有量とＳ含有量との関係”及び“Ｏ含有
量とAl含有量との関係”がそれぞれ 0.004 ≦［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012 ……(1) ［％Ｏ］≧ 0.2×［％Al］ ……(2) なる式を満たしている構成とすることによって、 優れた
溶接部の耐食性，強度が確保されることは勿論のこと、
十分に満足できる溶接施工性をも発揮できるようにした
点」に大きな特徴を有している。
れたものであり、「マルテンサイト系ステンレス鋼用溶
接材料を、 Ｃ： 0.001〜 0.015％， Si：0.01〜 1.0％， Mn： 0.1〜 1.5％， Cr：７〜14％， Ni： 0.5〜 9.0％， Ｐ：0.03％以下， Ｓ： 0.005％以下， Al：0.06％以下， Ｏ： 0.008％以下 を含有するか、 あるいは更にTi，Zr，Mo及びＷの１種以
上を Ti：0.01〜0.30％， Zr： 0.005〜 0.3％， Mo＋ 1/2Ｗ： 0.5〜 3.0％ の範囲で含むと共に、 残部がFe及び不可避不純物から成
り、 かつ“Ｏ含有量とＳ含有量との関係”及び“Ｏ含有
量とAl含有量との関係”がそれぞれ 0.004 ≦［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012 ……(1) ［％Ｏ］≧ 0.2×［％Al］ ……(2) なる式を満たしている構成とすることによって、 優れた
溶接部の耐食性，強度が確保されることは勿論のこと、
十分に満足できる溶接施工性をも発揮できるようにした
点」に大きな特徴を有している。
【００１５】このように、本発明によれば、炭酸ガス含
有環境等で使用されるマルテンサイト系ステンレス鋼溶
接構造部材として必要な耐食性，強度，靱性等を備えた
溶接部を優れた溶接施工性（広範囲の溶接条件にわたっ
て溶接部表面の凹みや溶接金属の溶け落ちを生じること
がなく、 また良好な裏波ビ−ドを安定形成しつつ溶接で
きる性能）の下で実現することが可能な溶接材料を提供
することができるが、以下、本発明において溶接材料の
化学組成を前記の如くに限定した理由をその作用と共に
説明する。
有環境等で使用されるマルテンサイト系ステンレス鋼溶
接構造部材として必要な耐食性，強度，靱性等を備えた
溶接部を優れた溶接施工性（広範囲の溶接条件にわたっ
て溶接部表面の凹みや溶接金属の溶け落ちを生じること
がなく、 また良好な裏波ビ−ドを安定形成しつつ溶接で
きる性能）の下で実現することが可能な溶接材料を提供
することができるが、以下、本発明において溶接材料の
化学組成を前記の如くに限定した理由をその作用と共に
説明する。
【００１６】
【作用】a) Ｃ含有量
Ｃ含有量が 0.015％を超えると、他の添加元素の量にも
よるが、焼入れのままの鋼材溶接部のマルテンサイト率
が９５％以上となって硬度がＨR Ｃ２６を超えてしま
い、カソ−ド防食下での割れを生じる傾向が強くなるた
め、Ｃ含有量の上限を0.015 ％と定めた。なお、Ｃ含有
量は低ければ低いほど性能（例えば溶接のままでの靱性
等）的には好ましいが、溶接材料（鋼）製造時の経済性
を考慮して 0.001％を下限と定めた。
よるが、焼入れのままの鋼材溶接部のマルテンサイト率
が９５％以上となって硬度がＨR Ｃ２６を超えてしま
い、カソ−ド防食下での割れを生じる傾向が強くなるた
め、Ｃ含有量の上限を0.015 ％と定めた。なお、Ｃ含有
量は低ければ低いほど性能（例えば溶接のままでの靱性
等）的には好ましいが、溶接材料（鋼）製造時の経済性
を考慮して 0.001％を下限と定めた。
【００１７】b) Si含有量
Siは脱酸成分として必要な元素であるが、その含有量が
0.01％未満では十分な脱酸効果が得られず、一方、 1.0
％を超えて含有させると熱間加工性が劣化することか
ら、Si含有量は0.01〜 1.0％と定めた。
0.01％未満では十分な脱酸効果が得られず、一方、 1.0
％を超えて含有させると熱間加工性が劣化することか
ら、Si含有量は0.01〜 1.0％と定めた。
【００１８】c) Mn含有量
Mnも脱酸成分として必要な元素であるが、その含有量が
0.1％未満では十分な脱酸効果が得られず、一方、 1.5
％を超えて含有させるとやはり熱間加工性の劣化を招く
ことから、Mn含有量は 0.1〜 1.5％と定めた。
0.1％未満では十分な脱酸効果が得られず、一方、 1.5
％を超えて含有させるとやはり熱間加工性の劣化を招く
ことから、Mn含有量は 0.1〜 1.5％と定めた。
【００１９】d) Cr含有量
Crには溶接部の耐炭酸ガス腐食性を向上させる作用があ
るが、その含有量が７％未満では十分な耐炭酸ガス腐食
性を確保することができず、一方、14％を超えてCrを含
有させると溶接部に焼き入れのままでマルテンサイト相
を得ることが困難となり、構造材としての強度，靱性の
確保が難しいことから、Cr含有量は７〜14％と定めた。
るが、その含有量が７％未満では十分な耐炭酸ガス腐食
性を確保することができず、一方、14％を超えてCrを含
有させると溶接部に焼き入れのままでマルテンサイト相
を得ることが困難となり、構造材としての強度，靱性の
確保が難しいことから、Cr含有量は７〜14％と定めた。
【００２０】e) Ni含有量
Niは溶接のままでの溶接金属におけるフェライト率を５
％未満に抑えて靱性と耐食性を確保するのに必要な成分
であり、そのためには 0.5％以上含有させる必要がある
が、過剰に添加すると残留オ−ステナイト量が増加して
強度低下を招くようになる。従って、Ni含有量は 0.5〜
9.0％と定めた。
％未満に抑えて靱性と耐食性を確保するのに必要な成分
であり、そのためには 0.5％以上含有させる必要がある
が、過剰に添加すると残留オ−ステナイト量が増加して
強度低下を招くようになる。従って、Ni含有量は 0.5〜
9.0％と定めた。
【００２１】f) Ｐ含有量
Ｐは製鋼時に鋼中へ不可避的に混入する不純物元素であ
るが、溶接材料中のＰ含有量が0.03％を超えると硫化水
素環境での硫化物割れ性が高まるので、Ｐ含有量の上限
を0.03％と定めた。
るが、溶接材料中のＰ含有量が0.03％を超えると硫化水
素環境での硫化物割れ性が高まるので、Ｐ含有量の上限
を0.03％と定めた。
【００２２】g) Ｓ含有量
Ｓも製鋼時に鋼中へ不可避的に混入する不純物元素であ
って、溶接時の高温割れ感受性、更には多層溶接時の再
熱割れ感受性を上昇させることから、その含有量は 0.0
05％以下に抑える必要がある。加えて、本発明において
は、溶接施工性の点からＳ含有量をＯ含有量との関係で
更に特定の領域に制御することを重要な要件とするが、
その制御領域及び詳細な理由については後述する。
って、溶接時の高温割れ感受性、更には多層溶接時の再
熱割れ感受性を上昇させることから、その含有量は 0.0
05％以下に抑える必要がある。加えて、本発明において
は、溶接施工性の点からＳ含有量をＯ含有量との関係で
更に特定の領域に制御することを重要な要件とするが、
その制御領域及び詳細な理由については後述する。
【００２３】h) Ｏ含有量
Ｏも製鋼時に鋼中へ不可避的に混入する不純物元素であ
り、酸化物を生成して鋼の熱間加工性を劣化させること
から、その含有量は 0.008％以下に抑える必要がある。
そして、本発明においては、Ｏ含有量についても溶接施
工性の点からＳ含有量との関係で更に特定の領域に制御
することが必要であるが、その制御領域及び詳細な理由
については後述する。
り、酸化物を生成して鋼の熱間加工性を劣化させること
から、その含有量は 0.008％以下に抑える必要がある。
そして、本発明においては、Ｏ含有量についても溶接施
工性の点からＳ含有量との関係で更に特定の領域に制御
することが必要であるが、その制御領域及び詳細な理由
については後述する。
【００２４】i) Al含有量
Alは強力な脱酸作用を有しているので製鋼時に脱酸剤と
して添加される元素であり、十分な脱酸効果を確保する
ためには鋼中に少なくとも 0.004％以上、より好ましく
は 0.006％以上残留していることが望まれるが、過剰に
含有されると鋼の延性，靱性を劣化させると共に、溶接
時に溶接スラグを生成する原因となって溶接ビ−ドの美
観を損なうようになる。そのため、Al含有量は0.06％以
下と定めたが、望ましくは0.04％以下に規制すべきであ
る。加えて、本発明においては、溶接施工性の点からAl
含有量をＯ含有量との関係で更に特定の領域に制御する
ことを重要な要件とするが、その制御領域及び詳細な理
由については後述する。
して添加される元素であり、十分な脱酸効果を確保する
ためには鋼中に少なくとも 0.004％以上、より好ましく
は 0.006％以上残留していることが望まれるが、過剰に
含有されると鋼の延性，靱性を劣化させると共に、溶接
時に溶接スラグを生成する原因となって溶接ビ−ドの美
観を損なうようになる。そのため、Al含有量は0.06％以
下と定めたが、望ましくは0.04％以下に規制すべきであ
る。加えて、本発明においては、溶接施工性の点からAl
含有量をＯ含有量との関係で更に特定の領域に制御する
ことを重要な要件とするが、その制御領域及び詳細な理
由については後述する。
【００２５】
j) 0.004 ≦［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012
先にも説明したように、マルテンサイト系ステンレス鋼
のア−ク溶接やＰＡＷ溶接等といった溶融溶接の際に裏
波が不安定となるのは、溶融池後方（溶接終了直後の部
分）でマルテンサイト変態による熱膨張が生じ、その結
果溶融池が不安定となるためであるが、本発明者等は
「溶融池の不安定は溶接材料中のＳ，Ｏ，Al量を適正範
囲とすることで改善できる」ということを見出した。即
ち、溶接材料中のＯ，Ｓを「［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦
0.012」の領域に低減することにより溶融金属の対流が
緩和され、マルテンサイト変態による溶融池後方部での
熱膨張と呼応して生じていた溶融池の揺動が防止され、
結果として全姿勢溶接で欠陥のない裏波が形成される。
しかし、Ｏ，Ｓは溶接時の溶け込み深さに影響を及ぼす
元素である。そして、十分な溶け込み深さを得、良好な
溶接施工性を得るためには、Ｏ，Ｓ量が「0.004 ≦［％
Ｏ］＋２×［％Ｓ］」を満足する必要がある。このよう
なことから、本発明ではＯ及びＳの含有量を「0.004 ≦
［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012」の範囲に調整するこ
とと定めた。
のア−ク溶接やＰＡＷ溶接等といった溶融溶接の際に裏
波が不安定となるのは、溶融池後方（溶接終了直後の部
分）でマルテンサイト変態による熱膨張が生じ、その結
果溶融池が不安定となるためであるが、本発明者等は
「溶融池の不安定は溶接材料中のＳ，Ｏ，Al量を適正範
囲とすることで改善できる」ということを見出した。即
ち、溶接材料中のＯ，Ｓを「［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦
0.012」の領域に低減することにより溶融金属の対流が
緩和され、マルテンサイト変態による溶融池後方部での
熱膨張と呼応して生じていた溶融池の揺動が防止され、
結果として全姿勢溶接で欠陥のない裏波が形成される。
しかし、Ｏ，Ｓは溶接時の溶け込み深さに影響を及ぼす
元素である。そして、十分な溶け込み深さを得、良好な
溶接施工性を得るためには、Ｏ，Ｓ量が「0.004 ≦［％
Ｏ］＋２×［％Ｓ］」を満足する必要がある。このよう
なことから、本発明ではＯ及びＳの含有量を「0.004 ≦
［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012」の範囲に調整するこ
とと定めた。
【００２６】k) ［％Ｏ］≧ 0.2×［％Al］
上述したＯに絡む“溶け込み深さの確保”と“溶融池安
定化効果の発揮”のためには、溶融池でAlと結合せずに
溶解しているＯを確保する必要がある。しかしながら、
溶接材料中のＯ含有量がAl含有量の 1/5未満であると溶
融池に溶解するＯ量が不足し、十分な溶け込み深さが確
保されない。このようなことから、本発明ではＯ及びAl
の含有量を「［％Ｏ］≧ 0.2×［％Al］の範囲に調整す
ることと定めた。
定化効果の発揮”のためには、溶融池でAlと結合せずに
溶解しているＯを確保する必要がある。しかしながら、
溶接材料中のＯ含有量がAl含有量の 1/5未満であると溶
融池に溶解するＯ量が不足し、十分な溶け込み深さが確
保されない。このようなことから、本発明ではＯ及びAl
の含有量を「［％Ｏ］≧ 0.2×［％Al］の範囲に調整す
ることと定めた。
【００２７】l) Ti含有量及びZr含有量
Ti及びZrは何れも鋼中のＣを固定して焼入れ焼戻し後に
おける溶接部の靱性，強度を確保する有効な元素である
ので、本発明では必要に応じてTi，Zrの何れか又は双方
を含有させるが、Tiの場合にはその含有量が0.01％未
満、そしてZrの場合にはその含有量が 0.005％未満であ
るとその添加効果が十分でなく、一方、Ti含有量が0.30
％を、そしてZr含有量が 0.3％を超えると溶接高温割れ
感受性が増大する。従って、Ti含有量については0.01〜
0.30％と、またZr含有量については 0.005〜 0.3％と、
それぞれ含有量範囲を限定した。
おける溶接部の靱性，強度を確保する有効な元素である
ので、本発明では必要に応じてTi，Zrの何れか又は双方
を含有させるが、Tiの場合にはその含有量が0.01％未
満、そしてZrの場合にはその含有量が 0.005％未満であ
るとその添加効果が十分でなく、一方、Ti含有量が0.30
％を、そしてZr含有量が 0.3％を超えると溶接高温割れ
感受性が増大する。従って、Ti含有量については0.01〜
0.30％と、またZr含有量については 0.005〜 0.3％と、
それぞれ含有量範囲を限定した。
【００２８】m) Mo含有量及びＷ含有量 ％
Mo及びＷは、何れもCrの共存下で鋼の炭酸ガス環境での
局部腐食を防止する作用を有しているので、本発明では
必要に応じてMo，Ｗの何れか又は双方を含有させて溶接
部の耐食性改善を図る。この場合、炭酸ガス環境での局
部腐食防止にはＷの方がMoの２倍の割合で作用する。し
かし、それらの含有量が「Mo＋ 1/2Ｗ」で 0.5％未満の
場合には十分な耐局部腐食性を示さず、一方、「Mo＋ 1
/2Ｗ」で 3.0％を超える量を含有させても耐局部腐食性
の向上傾向が鈍化するので経済上好ましくない。従っ
て、Mo，Ｗの含有量は「Mo＋ 1/2Ｗ」で 0.5〜 3.0％と
定めた。
局部腐食を防止する作用を有しているので、本発明では
必要に応じてMo，Ｗの何れか又は双方を含有させて溶接
部の耐食性改善を図る。この場合、炭酸ガス環境での局
部腐食防止にはＷの方がMoの２倍の割合で作用する。し
かし、それらの含有量が「Mo＋ 1/2Ｗ」で 0.5％未満の
場合には十分な耐局部腐食性を示さず、一方、「Mo＋ 1
/2Ｗ」で 3.0％を超える量を含有させても耐局部腐食性
の向上傾向が鈍化するので経済上好ましくない。従っ
て、Mo，Ｗの含有量は「Mo＋ 1/2Ｗ」で 0.5〜 3.0％と
定めた。
【００２９】次いで、本発明を実施例によって更に具体
的に説明する。
的に説明する。
【実施例】まず、表１に示す１８種類の高Crマルテンサ
イト系ステンレス鋼を溶製し、常法通りにこの鋼片を線
材に加工して溶接ワイヤ（溶接材料）を得た。一方、こ
れとは別に、表１に示す１８種類の高Crマルテンサイト
系ステンレス鋼の鋼片からそれぞれ常法に従って外径 1
68mm，厚さ12mmの鋼管を製造した。続いて、同じ鋼種の
鋼管をＶ開先にて突き合わせ、そのまま水平に固定して
から、前記溶接ワイヤを用い、その全周を３６０°の全
姿勢でＴＩＧ溶接による初層溶接した。なお、溶接ワイ
ヤは母材鋼管と同一鋼種のものを用いた。
イト系ステンレス鋼を溶製し、常法通りにこの鋼片を線
材に加工して溶接ワイヤ（溶接材料）を得た。一方、こ
れとは別に、表１に示す１８種類の高Crマルテンサイト
系ステンレス鋼の鋼片からそれぞれ常法に従って外径 1
68mm，厚さ12mmの鋼管を製造した。続いて、同じ鋼種の
鋼管をＶ開先にて突き合わせ、そのまま水平に固定して
から、前記溶接ワイヤを用い、その全周を３６０°の全
姿勢でＴＩＧ溶接による初層溶接した。なお、溶接ワイ
ヤは母材鋼管と同一鋼種のものを用いた。
【００３０】また、溶接は、次の３条件を適用して鋼管
１種類につき３通り実施した。 〈溶接条件〉 条件１…溶接電流１３０Ａ，溶接電圧１２Ｖ，溶接速度
１５cm/min。 条件２…溶接電流１６０Ａ，溶接電圧１３Ｖ，溶接速度
１５cm/min。 条件３…溶接電流２００Ａ，溶接電圧１６Ｖ，溶接速度
１５cm/min。
１種類につき３通り実施した。 〈溶接条件〉 条件１…溶接電流１３０Ａ，溶接電圧１２Ｖ，溶接速度
１５cm/min。 条件２…溶接電流１６０Ａ，溶接電圧１３Ｖ，溶接速度
１５cm/min。 条件３…溶接電流２００Ａ，溶接電圧１６Ｖ，溶接速度
１５cm/min。
【００３１】
【表１】
【００３２】次に、溶接を終了した各鋼管について「溶
接施工性」の評価を行った。なお、「溶接施工性」の評
価は、各溶接条件にて得られたビ−ドが適正な溶接部形
状をなしているか否かで判断した。ここでの「適正な溶
接ビ−ド形状」とは、まず全周にわたり裏面ビ−ドが形
成されているかどうかを目視にて観察し、全溶接線につ
いて裏面ビ−ドが形成されているものを合格とした。
接施工性」の評価を行った。なお、「溶接施工性」の評
価は、各溶接条件にて得られたビ−ドが適正な溶接部形
状をなしているか否かで判断した。ここでの「適正な溶
接ビ−ド形状」とは、まず全周にわたり裏面ビ−ドが形
成されているかどうかを目視にて観察し、全溶接線につ
いて裏面ビ−ドが形成されているものを合格とした。
【００３３】更に、合格した溶接継手に対してのみ、時
計の１２時及び６時に相当する位置の横断面を切断・現
出させ、溶接部形状を測定した。そして、裏面側の余盛
り高さが０mm以上（即ち凹んでいない） 3.0mm以下とな
るものを合格とした。表２，表３及び表４に、溶接施工
性の評価結果を示す。
計の１２時及び６時に相当する位置の横断面を切断・現
出させ、溶接部形状を測定した。そして、裏面側の余盛
り高さが０mm以上（即ち凹んでいない） 3.0mm以下とな
るものを合格とした。表２，表３及び表４に、溶接施工
性の評価結果を示す。
【００３４】この表２，表３及び表４に示される結果か
らも明らかなように、本発明の規定条件を満たすＡ1 〜
Ａ13鋼より成る溶接ワイヤを用いた場合には、何れも広
範囲な溶接条件で適正な形状の溶接ビ−ドが得られてお
り、優れた溶接施工性を有していることが分かる。
らも明らかなように、本発明の規定条件を満たすＡ1 〜
Ａ13鋼より成る溶接ワイヤを用いた場合には、何れも広
範囲な溶接条件で適正な形状の溶接ビ−ドが得られてお
り、優れた溶接施工性を有していることが分かる。
【００３５】これに対して、化学組成が本発明の規定条
件を満たしていないＢ1 〜Ｂ5 鋼より成る溶接ワイヤを
用いた場合には、何れも溶接施工性に劣ることが分か
る。即ち、鋼種がＢ1 のものでは「［％Ｏ］＋２×［％
Ｓ］」が 0.017％と過大なため、マルテンサイト変態に
伴う溶融池不安定によって６時位置で裏波高さが不芳
（凹み）となり、適正な溶接ビ−ド形状が得られていな
い。
件を満たしていないＢ1 〜Ｂ5 鋼より成る溶接ワイヤを
用いた場合には、何れも溶接施工性に劣ることが分か
る。即ち、鋼種がＢ1 のものでは「［％Ｏ］＋２×［％
Ｓ］」が 0.017％と過大なため、マルテンサイト変態に
伴う溶融池不安定によって６時位置で裏波高さが不芳
（凹み）となり、適正な溶接ビ−ド形状が得られていな
い。
【００３６】また、鋼種がＢ2 及びＢ3 のものでは“Ｏ
量”が“Al量の 0.2倍”に対し不足しており、何れも溶
接条件１，２では十分な溶け込みが得られず、また溶接
条件３のように電流を高めると１２時位置で過大な裏波
高さとなり、適正な溶接ビ−ド形状が得られなかった。
量”が“Al量の 0.2倍”に対し不足しており、何れも溶
接条件１，２では十分な溶け込みが得られず、また溶接
条件３のように電流を高めると１２時位置で過大な裏波
高さとなり、適正な溶接ビ−ド形状が得られなかった。
【００３７】そして、鋼種がＢ4 及びＢ5 では「［％
Ｏ］＋２×［％Ｓ］」が 0.003％と低いため、何れも溶
接条件１，２では十分な溶け込みが得られず、また溶接
条件３のように電流を高めると１２時位置で過大な裏波
高さとなり、適正な溶接ビ−ド形状が得られなかった。
Ｏ］＋２×［％Ｓ］」が 0.003％と低いため、何れも溶
接条件１，２では十分な溶け込みが得られず、また溶接
条件３のように電流を高めると１２時位置で過大な裏波
高さとなり、適正な溶接ビ−ド形状が得られなかった。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】なお、これらとは別に、上記試験と同じ鋼
種の溶接ワイヤ及び鋼管を用いてＭＩＧ溶接による同様
の試験も実施したが、この試験においても本発明の規定
条件を満たす溶接ワイヤを使用した場合のみが広範囲な
溶接条件にわたって適正な溶接部形状を得られることが
確認された。また、試験に使用した何れの鋼種の溶接ワ
イヤで得られた溶接部も、炭酸ガス含有環境において使
用する石油や天然ガスの輸送用ラインパイプ等として十
分な耐食性及び強度，靱性を備えていたことは確認済で
ある。
種の溶接ワイヤ及び鋼管を用いてＭＩＧ溶接による同様
の試験も実施したが、この試験においても本発明の規定
条件を満たす溶接ワイヤを使用した場合のみが広範囲な
溶接条件にわたって適正な溶接部形状を得られることが
確認された。また、試験に使用した何れの鋼種の溶接ワ
イヤで得られた溶接部も、炭酸ガス含有環境において使
用する石油や天然ガスの輸送用ラインパイプ等として十
分な耐食性及び強度，靱性を備えていたことは確認済で
ある。
【００４２】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、炭酸ガス含有環境等における耐食性が良好で、かつ
優れた溶接施工性を有するマルテンサイト系ステンレス
鋼用溶接材料を提供することができ、使用条件が益々苛
酷化する石油，天然ガスの輸送用ラインパイプや貯蔵用
容器等の性能向上に大きく寄与し得るなど、産業上有用
な効果がもたらされる。
ば、炭酸ガス含有環境等における耐食性が良好で、かつ
優れた溶接施工性を有するマルテンサイト系ステンレス
鋼用溶接材料を提供することができ、使用条件が益々苛
酷化する石油，天然ガスの輸送用ラインパイプや貯蔵用
容器等の性能向上に大きく寄与し得るなど、産業上有用
な効果がもたらされる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 村田 義明
兵庫県尼崎市扶桑町１丁目17番地 住金
溶接工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平７−185879（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−103887（ＪＰ，Ａ)
特開 昭51−114346（ＪＰ，Ａ)
特公 昭52−22904（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 35/30
Claims (3)
- 【請求項１】 重量割合にて Ｃ： 0.001〜 0.015％， Si：0.01〜 1.0％， Mn： 0.1〜 1.5％， Cr：７〜14％， Ni： 0.5〜 9.0％， Ｐ：0.03％以下， Ｓ： 0.005％以下， Al：0.06％以下， Ｏ： 0.008％以下 を含むと共に残部がFe及び不可避不純物から成り、かつ
“Ｏ含有量とＳ含有量との関係”及び“Ｏ含有量とAl含
有量との関係”がそれぞれ下記 (1)式及び (2)式を満た
していることを特徴とする、溶接施工性に優れたマルテ
ンサイト系ステンレス鋼用溶接材料。 0.004 ≦［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012 ……(1) ［％Ｏ］≧ 0.2×［％Al］ ……(2) - 【請求項２】 重量割合にて Ｃ： 0.001〜 0.015％， Si：0.01〜 1.0％， Mn： 0.1〜 1.5％， Cr：７〜14％， Ni： 0.5〜 9.0％， Ｐ：0.03％以下， Ｓ： 0.005％以下， Al：0.06％以下， Ｏ： 0.008％以下 を含有し、更に Ti：0.01〜0.30％， Zr： 0.005〜 0.3％ のうちの１種又は２種をも含むと共に残部がFe及び不可
避不純物から成り、かつ“Ｏ含有量とＳ含有量との関
係”及び“Ｏ含有量とAl含有量との関係”がそれぞれ下
記 (1)式及び (2)式を満たしていることを特徴とする、
溶接施工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼用溶
接材料。 0.004 ≦［％Ｏ］＋２×［％Ｓ］≦ 0.012 ……(1) ［％Ｏ］≧ 0.2×［％Al］ ……(2) - 【請求項３】 鋼の構成成分であるFeの一部に代え、Mo
及びＷの何れか又は双方を重量割合にて Mo＋ 1/2Ｗ： 0.5〜 3.0％ の範囲で含有することを特徴とする、請求項１又は２に
記載の溶接施工性に優れたマルテンサイト系ステンレス
鋼用溶接材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26985498A JP3433790B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | マルテンサイト系ステンレス鋼用溶接材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26985498A JP3433790B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | マルテンサイト系ステンレス鋼用溶接材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000094182A JP2000094182A (ja) | 2000-04-04 |
| JP3433790B2 true JP3433790B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=17478132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26985498A Expired - Fee Related JP3433790B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | マルテンサイト系ステンレス鋼用溶接材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3433790B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3504518B2 (ja) | 1998-11-30 | 2004-03-08 | 日鐵住金溶接工業株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接材料ならびに溶接継手およびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4876350B2 (ja) * | 2001-08-30 | 2012-02-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 油井用高強度鋼管継手の製造方法 |
| US7217905B2 (en) * | 2003-10-29 | 2007-05-15 | Delphi Technologies, Inc. | Weld filler metal that reduces residual stress and distortion |
| JP2006192438A (ja) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Hitachi Ltd | 狭開先継手の多層盛溶接方法 |
| JP4415863B2 (ja) * | 2005-01-21 | 2010-02-17 | 株式会社日立製作所 | 多層盛溶接方法及びその多層盛溶接構造物 |
| JP2007090386A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Hitachi Ltd | 両面溶接方法及びその溶接構造物 |
| JP6384708B2 (ja) * | 2014-02-14 | 2018-09-05 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Ｆｍｓ鋼用溶接ワイヤおよび溶接継ぎ手 |
-
1998
- 1998-09-24 JP JP26985498A patent/JP3433790B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP3504518B2 (ja) | 1998-11-30 | 2004-03-08 | 日鐵住金溶接工業株式会社 | マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接材料ならびに溶接継手およびその製造方法 |
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