JP5489504B2 - 溶接部の靭性に優れたステンレス鋼製溶接構造体および溶接用ステンレス鋼板 - Google Patents
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Description
また、薄肉化する場合、使用時の強度を確保するためには鋼材の高強度化が必須であるが、そのために添加する強化元素の影響で溶接部の靭性の方は低下するという問題が生じる。本発明はこのような問題を解消すべくなされたものであり、高強度でかつ溶接部の靭性を確保したステンレス鋼製溶接構造体および溶接用ステンレス鋼板を提供するものである。
C,Nは鋼中に不可避的に含有されるが、その含有量を低減することにより鋼は軟質になり加工性が向上すると共に炭化物・窒化物の生成が少なくなり、溶接性および溶接部の耐食性が向上する。そのため、上限を各々0.025質量%に限定する。好ましくは0.01%以下とする。
Siは、本発明では高強度化に寄与する重要な元素である。強度を向上させる上では1.0質量%を超えるSi含有量を確保することが必須である。1.0%を越えるSiを添加したとき、安定して500N/mm2以上の引っ張り強度が得られるようになる。ただし、必要以上にSiを添加すると延性が低下することや溶接部の靭性を低下させることが懸念されることから、2.0%以下の範囲で調整する。
また、鋼中のSiは溶接施工後の溶接金属部における介在物の大きさにも寄与しており、Si含有量を高めることで生成される介在物の径を小さくすることができる。
Mnはオーステナイト生成元素であり、加工性、低温靭性の低下を招くことから、1.0%以下の含有量に制限される。
Pは、母材および溶接部の靭性を損なうので出来るだけ少ないことが好ましいが、Cr含有鋼の脱りんは困難であり、かつ製造コストの上昇を招く。したがって、0.045質量%までに制限する。
Sは熱間加工性、耐溶接高温割れ性に悪影響を及ぼす元素であり、0.01質量%以下に制限する。
Niは、フェライト系ステンレス鋼の靭性改善に有効な元素であり、0.3質量%以上添加することが望ましい。高強度化にも効果を発揮するが、過剰な添加は延性を損ねるため、2.0質量%以下に制限する。
Crは、不動態皮膜の構成元素であり、耐孔食性および一般の耐食性を向上させる。これらの作用を十分発揮させるには16質量%以上のCr含有が望まれる。しかし、Cr含有量の増加に伴い耐食性が向上する反面、機械的性質や靭性が損なわれコスト増に繋がることから、28%質量以下のCr含有量とすることが望ましい。
Moは、Crとともに耐食性を高めるために有効な元素である。耐食性を維持する上で0.5%以上添加することが望ましい。しかし、多量のMo添加は加工性の低下やコスト増を招くため、2.5%以下の範囲とする。
Nb,Tiは、C,Nとの親和力が強く、フェライト系ステンレス鋼で問題となる粒界腐食を防止するのに有効であり、その作用を十分に得るには0.05質量%以上の含有を必要とする。しかし、必要以上に添加すると表面品質の低下や溶接部の靭性低下を招くため、0.50質量%を上限とする。
Cuは、フェライト系ステンレス鋼の孔食電位を上昇させるとともに、局部腐食の進行を防止する作用を呈する。しかし、必要以上に添加すると逆に耐食性を阻害する要因になるので、1.0質量%を上限とする。
Alは、Tiと複合添加することにより溶接時の加熱で表面にAl酸化物皮膜を生成させ、Crの酸化ロスを防止する、というAlとTiの複合添加作用を利用する。Al含有量が0.02質量%未満では有効なAl酸化物皮膜が生成しない。一方、必要以上に添加すると表面品質の低下や溶接性の低下を招くため事から、0.6質量%を上限とする。
本発明に係る溶接構造体においては、溶接金属部における介在物の最大径を1μm以下とする。溶接施工により溶接金属部には介在物が生成するが、粗大な介在物が生成されると溶接部の靭性が低下するという弊害がある。そのため、介在物の最大径は1μm以下となるよう制限する。
介在物の径は、本発明に定める合金成分よりなるステンレス鋼板を溶接電流30〜60A、溶接速度20〜40cm/minの条件でTIG溶接することにより、1μm以下に制御することができる。その原理は必ずしも明らかではないが、鋼中の合金成分、特にSiにより溶融池の粘性が低くなったことから均一に溶融されるのと同時に介在物核も均一に分散され、凝固速度が速いので介在物の粗大化が抑制されているものと推察される。
表1の化学組成をもつフェライト系ステンレス鋼を30kg真空溶解炉で溶製した後、熱間圧延にて板厚4mmの熱延板を得た。その後、冷間圧延、仕上げ焼鈍、酸洗を施し、板厚0.9mmの冷延焼鈍板を製造した。
Z 2201に規定される13B号試験片を用いた。調査結果を表2に示す。鋼種No.1〜3については、引張強さは500N/mm2以上、伸びが20%以上と優れた強度・延性を示した。これに対し、鋼種No.4,5では、伸びは20%以上と良好な延性を示したものの引張強さが500N/mm2以下と強度不足であり、一方、鋼種No.6,7では引張強さは500N/mm2以上と良好な強度示したが伸びが20%以下と延性不足であった。これらの結果から、Si含有量は1.0〜2.0質量%にすべきと判断した。
表3の組成を持つフェライト系ステンレス鋼を30kg真空溶解炉で溶製した後、熱間圧延にて板厚4mmの熱延板を得た。その後、冷間圧延、仕上げ焼鈍・酸洗を施し、板厚0.9mmの冷延焼鈍板を製造した。
Z 2201に規定される5号試験片を用いた。調査結果を表4に示す。
鋼種13〜14では良好な強度を示したが、伸びは著しく低下していた。破断面を観察した結果、脆性破断であることを確認した。鋼種15〜17では良好な強度を示し延性破断していたが、伸びが20%以下と低い値を示した。
Claims (4)
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