JP5040841B2 - ステンレス鋼溶接継手の溶接金属 - Google Patents
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1.フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.05質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界または粒界近傍フェライト相側のCr濃度の最小値と、その母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
2.フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.05質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相Cr濃度の差が5質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
3.フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.05質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界または粒界近傍フェライト相側のCr濃度の最小値とその母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下であり、かつ、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相のCr濃度の差が5質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
4.フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.2質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界または粒界近傍フェライト相側のCr濃度の最小値と、その母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
5.フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.2質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相Cr濃度の差が5質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
6.フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.2質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界または粒界近傍フェライト相側のCr濃度の最小値とその母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下であり、かつ、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相のCr濃度の差が5質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
7.前記フェライト系ステンレス鋼板が、C:0.030質量%以下、N:0.030質量%以下を含有し、CとNの合計含有量が0.050質量%以下であり、かつSi:0.60質量%以下、Mn:0.50質量%以下、P:0.040質量%以下、S:0.010質量%以下、Cr:20.5〜22.5質量%、Cu:0.001〜1.00質量%、Ni:1.00質量%以下、Al:0.10質量%以下を含有し、さらにNb:0.10〜1.00質量%およびTi:0.10〜1.00%の中から選ばれる1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする1乃至6の何れか一つに記載のステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
8.前記フェライト系ステンレス鋼板が、さらにV:0.01〜0.5質量%、W:0.01〜5質量%およびB:0.0002〜0.0030質量%の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする7に記載のステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
[溶接金属の成分]
Cr:18〜21質量%
Crは、溶接金属の耐食性を向上させるために不可欠な元素であり、溶接に用いるステンレス鋼板や溶接ワイヤから溶接金属に供給される。ただし、Cr含有量が18質量%未満では、溶接金属の耐食性を向上させる効果が得られない。一方、21質量%を超えると、ステンレス鋼板の靭性が低下する。したがって、Crは18〜21質量%の範囲内とする。
Moは、溶接金属の耐食性を向上させる元素であり、溶接に用いるステンレス鋼板や溶接ワイヤから溶接金属に供給される。しかしMoは高価であるから、過剰に含有させると、ステンレス鋼板の製造コスト(あるいはステンレス鋼板を溶接して作製する製品の製造コスト)の上昇を招く。したがって、Moは0.1質量%以下とする。Moは不可避的不純物程度に含有していても効果がある。そのため、Moは0.001〜0.1質量%の範囲内が好ましい。
Cuは、Moと同様に、溶接金属の耐食性を向上させる元素であり、溶接に用いるステンレス鋼板や溶接ワイヤから溶接金属に供給される。しかしCuを過剰に含有させると、ステンレス鋼板の熱間加工性が低下する。したがって、Cuは0.5質量%以下とする。Cuは不可避的不純物程度に含有していても効果がある。そのため、Cuは0.001〜0.5質量%の範囲内が好ましい。
Nbは、優先的に炭窒化物を形成する元素であり、ステンレス鋼板の溶接時に溶接金属中のCrがCやNと結合するのを防止し、粒界腐食を抑制する効果を有する。Nb含有量が0.03質量%未満では、その効果が得られない。一方、0.25質量%を超えると、溶接時の高温割れが発生し易くなる。しかしながらNb含有量を0.03〜0.25質量%とし、Tiを添加することによって、高温割れを防止できる。したがって、Nbは0.03〜0.25質量%の範囲内とする。
Tiは、Nbと同様に、優先的に炭窒化物を形成する元素であり、ステンレス鋼板の溶接時に溶接金属中のCrがCやNと結合するのを防止し、粒界腐食を抑制する効果を有する。しかし、後述するオーステナイト相のC含有量が0.08質量%以下である場合は、Ti含有量が0.05質量%を超えると、溶接時に高温割れが発生し易くなる。しかしながらTi含有量を0.05質量%以下とし、Nbを添加することによって、高温割れを防止できる。したがって、Tiは0.05質量%以下とする。Tiは不可避的不純物程度に含有していても効果がある。そのため、Tiは0.001〜0.05質量%の範囲内が好ましい。
Nは、Crと結合してCr窒化物を形成する元素である。溶接金属にCr窒化物が析出すると、溶接金属の耐食性を向上するCrの効果が得られない。N含有量が0.04質量%を超えると、溶接金属にCr窒化物が析出し易くなる。したがって、Nは0.04質量%以下とする。ただしN含有量が0.0050質量%未満では、溶接金属でのオーステナイト相の生成量が少なくなってしまう。そのため、Nは0.0050〜0.04質量%の範囲内が好ましい。
[ミクロ組織]
オーステナイト相の分率:20%以上
溶接金属は、オーステナイトとフェライトの2相組織である。ただし、溶接に用いるステンレス鋼板や溶接ワイヤの成分あるいは溶接の条件によっては、オーステナイトの一部がマルテンサイトとなる。
Cは、Crと結合してCr炭化物を形成する元素である。溶接金属にCr炭化物が析出すると、溶接金属の耐食性を向上するCrの効果が得られない。
Cr当量は、フェライト安定化元素を用いた下記の(1)式で算出される値であり、Ni当当量はオーステナイト安定化元素を用いた下記の(2)式で算出される値である。
Ni当量=[%Ni]+30[%C]+0.5[%Mn] ・・・(2)
[%Cr]:溶接金属のCr含有量(質量%)
[%Mo]:溶接金属のMo含有量(質量%)
[%Si]:溶接金属のSi含有量(質量%)
[%Nb]:溶接金属のNb含有量(質量%)
[%Ni]:溶接金属のNi含有量(質量%)
[%C]:溶接金属のC含有量(質量%)
[%Mn]:溶接金属のMn含有量(質量%)
溶接金属をオーステナイトとフェライトの2相組織とするために、Cr当量を18〜25,Ni当量を3〜17の範囲内とする。したがって、溶接金属に含有されるCr,Mo,Si,Nb,Ni,C,Mnは、Cr当量とNi当量が所定の範囲内を満足するように調整する。たとえば、好適な成分を有するステンレス鋼板やステンレス溶接ワイヤを選択して溶接する等の方法で、溶接金属のCr,Mo,Si,Nb,Ni,C,Mnの含有量を調整する。
[ミクロ組織中のCr分布状態]
ミクロ組織中のCr分布状態を、粒界または粒界近傍のフェライト相側のCr濃度の最小値とその母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下、および/または、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相のCr濃度の差が5質量%以下に規定する。好ましくは、フェライト母相との濃度差が5質量%以下、オーステナイト相との差が3質量%以下である。
CとNは、溶接時にCrと結合してCr炭化物,Cr窒化物を形成する。溶接金属にCr炭化物,Cr窒化物が析出すると、Cr欠乏層が生じて粒界腐食を助長する。
Siは、溶接金属の強度を増加させる元素であり、強度の増加に伴って加工性,靭性を低下させる。したがって、Siは可能な限り低減することが望ましいが、溶接金属の耐酸化性を向上する作用を有する。
Mnは、溶接時にSと結合してMnSを形成する。このMnSは可溶性硫化物であり、溶接金属の耐食性に悪影響を及ぼす。このような理由で、Mn含有量を0.50質量%以下とする。好ましくは0.30質量%以下である。
Pは、熱間加工性と耐食性に有害な元素である。特に、ステンレス鋼板のPが0.040質量%を超えると、溶接金属の耐食性が著しく低下する。したがって、Pは0.040質質量%以下とする。ただし、Pは不可避的不純物程度に含有していてもかまわない。
Sは、熱間加工性と耐食性に有害な元素である。特に、ステンレス鋼板のSが0.010質量%を超えると、溶接金属の耐食性が著しく低下する。したがって、Sは0.010質量%以下とする。好ましくは0.005質量%以下である。ただし、Sは不可避的不純物程度に含有していてもかまわない。
Crは、耐食性を向上させる元素であり、特にフェライト系ステンレス鋼板では不可欠の元素である。SUS304に相当する耐食性を得るためには、Crを20.5質量%以上含有する必要がある。
Cuは、耐食性を向上させる元素である。Cu含有量が0.001質量%未満では、溶接金属の耐食性を向上する効果が得られない。一方、1.00質量%を超えると、熱間加工性が劣化するのでステンレス鋼板の製造に支障をきたす。したがって、Cuは0.001〜1.00質量%の範囲内とする。好ましくは0.40〜0.70質量%である。
Niは、耐食性を向上させる元素である。またCuに起因する熱間加工性の劣化を抑制する効果も有する。ただしNiは高価であるので、ステンレス鋼板の製造コストを削減する観点から、1.00質量%以下とする。Niは不可避的不純物程度に含有していても効果がある。そのため、Niは0.001〜1.00質量%の範囲内が好ましい。
Alは、溶接時に溶接金属の脱酸剤として作用するとともに、Nと結合して固溶Nの低減に寄与する元素である。Al含有量が0.10質量%を超えると、脱酸効果と固溶N低減効果のさらなる向上が期待できない。
NbとTiは、いずれも溶接時に炭窒化物を形成して固溶C,固溶Nを低減することによって、Crの炭窒化物の形成を抑制し、溶接金属の延性,靭性,耐食性を高める作用を有する。
VとWは、いずれも溶接熱影響部の溶接割れ感受性を改善する作用を有する。またNbは、溶接金属の高温強度を向上させる作用も有する。VとWは、いずれもその含有量が少な過ぎると、これらの効果が得られない。
Bは、焼入れ性を向上させる元素であり、溶接熱影響部の靭性を改善する効果を有する。B含有量が0.0002質量%未満では、その効果が得られない。一方、0.0030質量%を超えると、溶接熱影響部の強度が過剰に上昇して、靭性と加工性が損なわれる。したがって、Bは0.0002〜0.0030質量%の範囲内とする。好ましくは0.0005〜0.0010質量%である。
溶接電流 :90〜110A
溶接速度 :600〜800mm/分
シールドガス成分:Ar−2体積%O2
シールドガス流量:15 liter/分
溶接ワイヤ :Y308,Y308L,
ワイヤ径 :1.2mm
得られた溶接継手の溶接ビードを中心にして、幅60mm,長さ80mmの試験片を採取し、溶接ビードの余盛を機械加工で除去した後、#600番の研磨紙で研磨して、溶接によるテンパーカラーを除去した。
Claims (8)
- フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.05質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界または粒界近傍フェライト相側のCr濃度の最小値と、その母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
- フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.05質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相Cr濃度の差が5質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
- フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.05質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界または粒界近傍フェライト相側のCr濃度の最小値とその母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下であり、かつ、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相のCr濃度の差が5質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
- フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.2質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界または粒界近傍フェライト相側のCr濃度の最小値と、その母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
- フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.2質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相Cr濃度の差が5質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
- フェライト系ステンレス鋼板とオーステナイト系ステンレス鋼板とを溶接して形成されるステンレス鋼溶接継手の溶接金属であって、Cr:18〜21質量%、Mo:0.1質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Nb:0.03〜0.25質量%、Ti:0.2質量%以下、N:0.04質量%以下を含有し、粒界または粒界近傍フェライト相側のCr濃度の最小値とその母相フェライト相のCr濃度差が10質量%以下であり、かつ、粒界近傍のオーステナイト相側のCr濃度の最小値と、その母相オーステナイト相のCr濃度の差が5質量%以下であることを特徴とするステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
- 前記フェライト系ステンレス鋼板が、C:0.030質量%以下、N:0.030質量%以下を含有し、CとNの合計含有量が0.050質量%以下であり、かつSi:0.60質量%以下、Mn:0.50質量%以下、P:0.040質量%以下、S:0.010質量%以下、Cr:20.5〜22.5質量%、Cu:0.001〜1.00質量%、Ni:1.00質量%以下、Al:0.10質量%以下を含有し、さらにNb:0.10〜1.00質量%およびTi:0.10〜1.00%の中から選ばれる1種または2種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一つに記載のステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
- 前記フェライト系ステンレス鋼板が、さらにV:0.01〜0.5質量%、W:0.01〜5質量%およびB:0.0002〜0.0030質量%の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項7に記載のステンレス鋼溶接継手の溶接金属。
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