JP6300778B2 - 耐食性と防眩性に優れたステンレス鋼製レーザ溶接形鋼の製造方法 - Google Patents
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例えば特許文献1に見られるように、フランジ材とウェブ材に一定角度の開先を設けて突き合わせ、その突き合わせ面と平行な角度でレーザ光を照射している。
この方法では、貫通したレーザ光が部材表面を損傷することはないが、加熱によって溶接部周辺のフランジ材やウェブ材の表面に酸化皮膜が発生し、これを除去することが必要なため効率的に製造できない。
特許文献2では、ステンレス鋼を溶接する際に生じる変形を抑えて、矯正をほとんど必要としないことを目的にレーザ溶接を適用している。
しかし、ステンレス鋼を大気中でレーザ溶接した場合は、溶接部近傍や溶接部の裏面に相当する板材表面にテンパーカラーと呼ばれる酸化皮膜が発生してしまう。
溶接部近傍のテンパーカラーは、ブラシなどで除去すると研磨目が発生するが、研磨領域と研磨なし領域とで不均一な外観となり、均一な外観とするために多数パスの研磨工程が必要であり、生産性が非常に低くなる。
また、ステンレス鋼として、成分がC:0.025質量%以下、Si:0.60質量%以下、Mn:1.00質量%以下、P:0.040質量%以下、S:0.020質量%以下、Ni:0.60質量%以下、Cr:16.00〜35.00質量%、Mo:0.30〜6.00質量%、N:0.025質量%以下を含むフェライト系ステンレス鋼であることも特徴としている。
さらに、前記のステンレス鋼に、Nb:0.10〜1.00質量%、Ti:0.05〜0.30質量%、Al:0.01〜0.50質量%のうち1種または2種以上を含むフェライト系ステンレス鋼を用いることもできる。
また、前記のステンレス鋼製レーザ溶接形鋼の表面は、酸性溶接に一定時間浸漬する工程を1回行えば実現できるため、多パスの研磨と比較して非常に効率良く生産することができる。
図1に示した方法で板厚2.3mmのSUS304を素材としてレーザ溶接を行った際に、図3に示すように、製造したステンレス鋼製レーザ溶接形鋼21においては、溶接部24の近傍、フランジ22の端面や、溶接部の裏面にあたる領域25にテンパーカラーが発生する。溶接後に、ステンレス鋼製レーザ溶接形鋼を、フッ化水素酸が8質量%で硝酸が8質量%を含有する酸性溶液に浸漬する時間を変更して、ステンレス鋼製レーザ溶接形鋼のフランジ材2とウェブ材3の表面の60度光沢度と、室外で日光に晒した際に目視で確認した防眩レベルを比較した。また、テンパーカラーの除去状態も確認した。
このうち、フェライト系ステンレス鋼を用いた場合は、比較的低いコストにすることができ、成分によって耐食性も維持できる。このため、良好な品質で低コストのステンレス鋼製レーザ溶接形鋼を実現することができる。
C:0.025質量%以下
Cは、鋼の強度を得るために有用な元素であるが、多量に含むと耐食性を低下させる傾向にある。Cの含有量は、0.025質量%以下が好まし。
Si:0.60質量%以下
Siは、製鋼工程における脱酸剤及び熱源として有用な元素であるが、多量に含むと鋼を硬化させる傾向にある。Siの含有量は、0.60質量%以下が好ましい。
Mn:1.00質量%以下
Mnは、製鋼工程における脱酸剤として有用な元素であるが、多量に含むとオーステナイト相を形成する傾向にある。Mnの含有量は、1.00質量%以下が好ましい。
P:0.040質量%以下
Pは、耐食性を低下させる傾向にある。Pの含有量は、0.040質量%以下が好ましい。
S:0.020質量%以下
Sは、耐食性を低下させる傾向にある。Sの含有量は、0.020質量%以下が好ましい。
Ni:0.60質量%以下
Niは、腐食の進行を抑制する効果やフェライト系ステンレス鋼の靱性改善に有効である点で好ましいが、多すぎるとオーステナイト相の生成やコスト高の原因となる。Niの含有量は、0.60質量%以下が好ましい。
Cr:16.00〜35.00質量%
Crは、耐食性を確保するために有用な元素であるが、多量に含むと高コストだけでなく加工性が低下する傾向にある。Crの含有量は、16.00〜35.00質量%が好ましい。
Mo:0.30〜6.00質量%
Moは、Crの存在下でステンレス鋼の耐食性を向上させるために有用な元素であるが、多量に含むと高コストだけでなく加工性が低下する傾向にある。Moの含有量は、0.30〜6.00質量%が好ましい。
N:0.025質量%以下
Nは、Cと同様に多量に含むと耐食性を低下させる傾向にある。Nの含有量は、0.025質量%以下が好ましい。
Nb:0.10〜1.00質量%
Nbは、C、Nとの親和力が強くフェライト系ステンレス鋼の粒界腐食を抑制する点で好ましいが、多量のNb含有は靱性を阻害する傾向にある。Nbの含有量は、0.10〜1.00質量%が好ましい。
Ti:0.05から0.30質量%
Tiは、C、Nとの親和力が強くフェライト系ステンレス鋼の粒界腐食を抑制する点で好ましいが、多量のTi含有は鋼の表面品質を低下させる傾向にある。Tiの含有量は、0.05〜0.30質量%がより好ましい。
Al:0.01〜0.50質量%
Alは、脱酸剤として精錬や鋳造に有効な元素であるが、過剰に添加すると表面品質を劣化させるとともに、鋼の溶接性や低温靭性を低下させる。Alの含有量は、0.01〜0.50質量%がより好ましい。
光沢度は、ポータブル光沢度計GMX−102(株式会社村上色彩技術研究所製)を用い、光沢度の測定位置は、ウェブ材についてはビードの近傍を、フランジ材については溶接部の裏面にあたる位置とし、溶接形鋼の長さ方向に離れた任意の3か所について測定した。
板厚が2.3mm、3.2mm、4.5mmのオーステナイト系ステンレス鋼板(SUS304)であって、フランジ材は幅100mm×長さ5m、ウェブ材は幅100mm×長さ5mの素材を用いて、図1に示した方法で、表1に示すレーザ溶接条件により溶接して溶接形鋼を製造した。レーザ光の照射角度θは、20°とした。続いて、溶接後のステンレス製レーザ溶接形鋼を、フッ化水素酸が8質量%、硝酸が8質量%を含有する酸性溶液に、浸漬時間を変更して浸漬した。浸漬したレーザ溶接形鋼に関しては、テンパーカラーの除去状態の観察とフランジ材2とウェブ材3の表面の60度光沢度を測定した。以下の表2〜表4に示す光沢度の値は、各条件で製造したステンレス鋼製レーザ溶接形鋼について測定した光沢度の測定値のうち最も高い値である。
実施例1の結果を表2に示す。
(実施例2)
フランジ材2およびウェブ材3として実施例2の素材を用い、図2に示す角継手部とT字継手部を備えた溶接形鋼1を製造した。製造条件は、レーザによる溶接と酸性溶液に浸漬する工程も含めて実施例1と同じとした。
2 フランジ材
3 ウェブ材
4 レーザ光
11 角継手部とT字状継手部を含むステンレス鋼製レーザ溶接形鋼
21 角継手部を含むステンレス鋼製レーザ溶接形鋼
22 フランジ
23 ウェブ
24 溶接部
25 溶接部の近傍または溶接部の裏面にあたる領域
31 角継手部とT字状継手部を含むステンレス鋼製レーザ溶接形鋼
32 フランジ
33 ウェブ
34 溶接部
35 溶接部の近傍または溶接部の裏面にあたる領域
θ レーザ光4の照射角度
Claims (1)
- ステンレス鋼板を用いてウェブ材とフランジ材で角状の溶接継手部を形成した溶接形鋼を製造する際に、溶接法としてレーザ光を照射するレーザ溶接法を用い、溶接後に、ステンレス鋼板の表面の60度光沢度が75以下となるように溶接形鋼を酸性溶液に浸漬することを特徴とするステンレス鋼製レーザ溶接形鋼の製造方法。
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JP2015249182A JP6300778B2 (ja) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | 耐食性と防眩性に優れたステンレス鋼製レーザ溶接形鋼の製造方法 |
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