JP6515287B2 - Method of manufacturing welded joint - Google Patents
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Description
本発明は、高圧水素ガス用機器や液体水素用機器等に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼からなる溶接継手の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a welded joint made of austenitic stainless steel used for high pressure hydrogen gas equipment, liquid hydrogen equipment and the like.
近年、化石燃料に代えて、水素をエネルギーとして利用する輸送機器の実用化研究が活発に進められている。その実用化に際しては、水素を高圧で貯蔵、輸送できる使用環境の整備が併せて必要であり、そこに使用される引張強さで800MPaを上回るような高強度材料の開発、適用検討が平行して進められている。 In recent years, research on commercialization of transportation devices that use hydrogen as energy instead of fossil fuels has been actively promoted. At the time of practical use, it is also necessary to maintain a working environment where hydrogen can be stored and transported at high pressure, and development and application of high strength materials with tensile strength exceeding 800MPa used in parallel Is in progress.
このような背景のもと、使用される材料として、例えば、特許文献1〜4には、高Mn化することでNの溶解度を高め、かつ、VやNbを添加することにより、Nの固溶強化及び窒化物の析出強化、さらにはそのピニング効果による微細化を活用し、高強度化を試みたオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。 Under such background, as materials to be used, for example, in Patent Documents 1 to 4, the solubility of N is increased by increasing Mn, and the solid of N is added by adding V or Nb. An austenitic stainless steel has been proposed in which high strength is attempted by taking advantage of solution strengthening, precipitation strengthening of nitride, and further miniaturization due to its pinning effect.
ところで、これら多量のNを含有した高強度オーステナイト系ステンレス鋼を構造物として使用する場合、コスト面からは溶接による組み立てが可能であることが求められている。そのため、例えば、特許文献3、5及び6には、Al、Ti及びNbを積極活用し、溶接後熱処理を行うことにより、800MPaを超える引張強さが得られる溶接材料(溶接金属)が提案されている。また、特許文献7には、溶接材料(溶加材)のN量、溶接時のシールドガスや溶融池面積を管理し、溶接金属のN量を増大させることにより、溶接後熱処理を実施することなく、高強度化を達成する溶接継手が提案されている。
By the way, when using a high strength austenitic stainless steel containing such a large amount of N as a structure, it is required that assembly by welding is possible from the viewpoint of cost. Therefore, for example,
一方で、実際の構造物では、その使用部位によっては溶加材の使用が困難であるため、溶加材を用いずにガスタングステンアーク溶接により突き合わせ溶接する必要がある。その際、溶け込み深さが充分でない場合には、未溶融の突き合わせ面が欠陥として残存し、必要な溶接継手強度が得られないという問題が生じる。その対策の一つとして、溶接入熱を増大させることが考えられるが、溶融部が大きくなり、アンダーカットや溶け落ちが生じ、却って、溶接継手の健全性が損なわれる場合がある。 On the other hand, in an actual structure, it is necessary to use butt welding by gas tungsten arc welding without using a filler metal because it is difficult to use the filler material depending on the use site. At that time, if the penetration depth is not sufficient, the unmelted butted surface remains as a defect, causing a problem that the required weld joint strength can not be obtained. As one of the measures, it is conceivable to increase the welding heat input, but the fusion zone becomes large, undercut or burnout occurs, and the soundness of the welded joint may be impaired.
これらの問題を解決するために、例えば、特許文献8〜11では、ガスタングステンアーク溶接時に溶け込み深さを増大させる金属酸化物を含有したフラックスが種々提案されている。特許文献8には、Hfを除く遷移金属IVa族の酸化物もしくは純金属と、Wを除く遷移金属VIa族の酸化物との混合物からなり、この混合物中の酸素原子と金属原子の割合を規定したTIG溶接用フラックスが開示されている。また、特許文献9には、SiO2とCr2O3とからなり、その成分比を0.15〜2.0の範囲に規定したフラックスが開示され、特許文献10には、TiO2を5〜15重量%含有し、残りがSiO2とCr2O3とからなり、その成分比を0.5〜1.2の範囲に規定したフラックスが開示されている。特許文献9および10では、いずれもTIG溶接時の溶け込みを増加させるフラックスが提案されている。さらに、特許文献11には、W酸化物およびTi酸化物を必須で50質量%含有したフラックスが提案されている。 In order to solve these problems, for example, Patent Documents 8 to 11 propose various fluxes containing metal oxides that increase the penetration depth during gas tungsten arc welding. Patent Document 8 is a mixture of a transition metal group IVa oxide or pure metal except Hf and a transition metal group VIa oxide other than W, and the ratio of oxygen atom to metal atom in this mixture is specified. Discloses a flux for TIG welding. Further, Patent Document 9 discloses a flux comprising SiO 2 and Cr 2 O 3 and defining the component ratio in the range of 0.15 to 2.0, and Patent Document 10 discloses TiO 2 There is disclosed a flux which contains 15 wt%, the balance is SiO 2 and Cr 2 O 3, and the component ratio is defined in the range of 0.5 to 1.2. Patent Documents 9 and 10 all propose a flux that increases penetration during TIG welding. Furthermore, Patent Document 11 proposes a flux containing essentially 50 mass% of W oxide and Ti oxide.
上記特許文献8〜11に開示されたフラックスは、確かに、炭素鋼やオーステナイト系ステンレス鋼において溶け込み深さを増大させる効果を有する。しかしながら、Nを積極的に活用した高強度ステンレス鋼に使用した場合、必要な溶接継手強度が得られなかったり、耐水素脆化特性が著しく低下したりすることが明らかとなった。 The fluxes disclosed in Patent Documents 8 to 11 certainly have the effect of increasing the penetration depth in carbon steel and austenitic stainless steel. However, it has been revealed that, when N is used in a high strength stainless steel actively utilized, the required weld joint strength can not be obtained or the hydrogen embrittlement resistance is significantly reduced.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、溶加材を用いずにガスタングステンアーク溶接する場合に、充分な溶け込み深さが得られるとともに、優れた強度および耐水素脆化特性が得られる溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned present situation, and when gas tungsten arc welding is performed without using a filler metal, sufficient penetration depth can be obtained, and excellent strength and resistance to hydrogen embrittlement can be obtained. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a welded joint.
本発明者らは、上記した課題を解決するために調査を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。 As a result of repeated investigations in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors obtained the following findings.
すなわち、質量%で、C:0.005〜0.07%、Si:0.1〜1.2%、Mn:2.5〜10%、Ni:9〜14%、Cr:19〜24%、Mo:1〜4%、Nb:0.1〜0.4%、N:0.20〜0.45%、Al:0.0005〜0.05%を含有するオーステナイト系ステンレス鋼に、種々の金属酸化物を含有するフラックスを塗布して、ガスタングステンアーク溶接した結果、フラックスの種類にかかわらず、溶け込み深さが深くなり、溶接施工性が向上することが明らかとなった。 That is, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.1 to 1.2%, Mn: 2.5 to 10%, Ni: 9 to 14%, Cr: 19 to 24% by mass , Mo: 1 to 4%, Nb: 0.1 to 0.4%, N: 0.20 to 0.45%, Al: 0.0005 to 0.05% Various types of austenitic stainless steels As a result of applying the flux containing metal oxide of the above and performing gas tungsten arc welding, it became clear that the penetration depth becomes deep regardless of the type of the flux, and the weldability improves.
しかしながら、フラックスの種類によっては得られた溶接継手の引張強さや耐水素脆化性が必要な性能を満足しないことも明らかとなった。そして、充分な溶け込み深さを得て、かつ、溶接継手が優れた強度および耐水素脆化特性を発揮するためには、フラックスにTiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上を、質量%で、合計5〜90%含有させる必要があることが判明した。 However, it has also become clear that the tensile strength and hydrogen embrittlement resistance of the obtained weld joint do not satisfy the required performance depending on the type of flux. And, in order to obtain a sufficient penetration depth and to exhibit excellent strength and resistance to hydrogen embrittlement of the welded joint, the flux is one selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2. It turned out that it is necessary to make the above contain 5 to 90% in total by mass%.
その理由は、次のように考えられる。 The reason is considered as follows.
すなわち、フラックス中にTiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上を含有させた場合、これらは溶接中の溶融池で解離し、溶融金属中のO量を増加させる。溶融池中のOは表面活性元素として働くため、溶融金属の湯流れに影響を及ぼし、溶け込み深さが増大したものと考えられる。また、解離したTi、CrおよびZrは、Nの溶解度を高め、溶接中に溶融池からの窒素の飛散を低減し、溶接金属中のNの歩留まりを高め、固溶N量を増加させる。加えて、これらの元素の一部は、溶接金属中に窒化物として析出する。このNによる固溶強化および窒化物による析出強化により、溶接金属の強度が向上し、結果として充分な溶接継手の強度が得られたものと推察される。一方で、これらを過剰に含有させた場合、固溶N量の増加の効果が飽和するのに対し、窒化物の析出量が増加する。過剰に析出した窒化物は、水素中での延性を低下させるため、耐水素脆化特性が充分とはならなかったものと判断される。 That is, when one or more elements selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 are contained in the flux, they dissociate in the weld pool during welding to increase the amount of O in the molten metal. Since O in the molten pool acts as a surface active element, it affects the molten metal flow and is considered to have increased the penetration depth. Further, dissociated Ti, Cr and Zr increase the solubility of N, reduce the scattering of nitrogen from the weld pool during welding, increase the yield of N in the weld metal, and increase the amount of solid solution N. In addition, some of these elements precipitate as nitrides in the weld metal. It is presumed that the strength of the weld metal is improved by the solid solution strengthening by N and the precipitation strengthening by nitride, and as a result, sufficient strength of the welded joint is obtained. On the other hand, when these are contained excessively, while the effect of the increase in the amount of solid solution N saturates, the amount of precipitation of nitride increases. It is judged that the nitride deposited in excess reduces the ductility in hydrogen, so that the hydrogen embrittlement resistance is not sufficient.
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)〜(3)に示す溶接継手の製造方法にある。 This invention is completed based on said knowledge, The summary is in the manufacturing method of the weld joint shown to following (1)-(3).
(1)オーステナイト系ステンレス鋼の被溶接部にフラックスを塗布して、溶加材を用いずに、ガスタングステンアーク溶接して得られる溶接継手の製造方法であって、
上記オーステナイト系ステンレス鋼が、質量%で、C:0.005〜0.07%、Si:0.1〜1.2%、Mn:2.5〜10%、Ni:9〜14%、Cr:19〜24%、Mo:1〜4%、Nb:0.1〜0.4%、N:0.20〜0.45%、Al:0.0005〜0.05%、V:0〜0.5%、Ti:0〜0.5%、B:0〜0.01%、Cu:0〜3%、Ca:0〜0.05%、Mg:0〜0.05%、および、REM:0〜0.5%を含み、残部がFeおよび不純物からなり、不純物としてのO、PおよびSがそれぞれ、O:0.008%以下、P:0.03%以下、および、S:0.01%以下である化学組成を有し、
上記フラックスが、TiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上を、質量%で、合計5〜90%含有し、かつ、
溶接金属中の酸素含有量が0.020%以下である、溶接継手の製造方法。
(1) A method of manufacturing a welded joint obtained by applying a flux to a welded portion of austenitic stainless steel and performing gas tungsten arc welding without using a filler metal,
The above-described austenitic stainless steel is, by mass%, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.1 to 1.2%, Mn: 2.5 to 10%, Ni: 9 to 14%, Cr 19-24% Mo: 1-4% Nb: 0.1-0.4% N: 0.20-0.45% Al: 0.0005-0.05% V: 0- 0.5%, Ti: 0 to 0.5%, B: 0 to 0.01%, Cu: 0 to 3%, Ca: 0 to 0.05%, Mg: 0 to 0.05%, and REM: containing 0 to 0.5%, the balance being Fe and impurities, and O, P and S as impurities O: 0.008% or less, P: 0.03% or less, and S: Have a chemical composition that is less than 0.01%,
The flux contains, in mass%, a total of 5 to 90% of one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 , and
The manufacturing method of a weld joint whose oxygen content in a weld metal is 0.020% or less.
(2)上記オーステナイト系ステンレス鋼が、質量%で、V:0.001〜0.5%、Ti:0.001〜0.5%、B:0.0001〜0.01%、Cu:0.005〜3%、Ca:0.0005〜0.05%、Mg:0.0005〜0.05%、および、REM:0.001〜0.5%から選択される1種以上を含有する、上記(1)に記載の溶接継手の製造方法。 (2) The austenitic stainless steel is, by mass%, V: 0.001 to 0.5%, Ti: 0.001 to 0.5%, B: 0.0001 to 0.01%, Cu: 0 .005 to 3%, Ca: 0.0005 to 0.05%, Mg: 0.0005 to 0.05%, and REM: at least one selected from 0.001 to 0.5% The manufacturing method of the weld joint as described in said (1).
(3)上記オーステナイト系ステンレス鋼に含まれるN含有量と、上記フラックスに含まれるTiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上の合計含有量とが、下記(i)式を満足する、上記(1)または上記(2)に記載の溶接継手の製造方法。
14−20N ≦ TiO2+Cr2O3+ZrO2 ≦ 98−40N ・・・(i)
ただし、(i)式中、N、TiO2、Cr2O3、ZrO2は、それぞれの元素または酸化物の含有量(質量%)を表す。
(3) The N content contained in the austenitic stainless steel and the total content of one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 contained in the flux are represented by the following formula (i) The manufacturing method of the weld joint as described in said (1) or said (2) which is satisfied.
14-20 N ≦ TiO 2 + Cr 2 O 3 + ZrO 2 ≦ 98-40 N (i)
However, in the formula (i), N, TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 represent the content (mass%) of the respective elements or oxides.
本発明によれば、溶加材を用いずにガスタングステンアーク溶接する場合に、充分な溶け込み深さが得られるとともに、優れた強度および耐水素脆化特性が得られる溶接継手の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a welded joint in which sufficient penetration depth can be obtained and excellent strength and resistance to hydrogen embrittlement can be obtained when performing gas tungsten arc welding without using a filler metal. can do.
なお、本発明の溶接継手の製造方法では、強度など必要な性能を満足する溶接継手が得られれば、溶加材を使用できることは言うまでもない。 It goes without saying that in the method of manufacturing a welded joint according to the present invention, if a welded joint satisfying required performance such as strength can be obtained, a filler metal can be used.
本発明の溶接継手の製造方法において、オーステナイト系ステンレス鋼、フラックスおよび溶接金属の化学組成を限定する理由は、次のとおりである。なお、以下の説明において、各成分元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。 The reasons for limiting the chemical compositions of the austenitic stainless steel, the flux and the weld metal in the method of manufacturing a weld joint according to the present invention are as follows. In the following description, “%” indication of the content of each component element means “mass%”.
<オーステナイト系ステンレス鋼>
C:0.005〜0.07%
Cは、オーステナイト組織を安定化させるのに有効な元素である。この効果を得るためには、Cを0.005%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は0.01%以上、さらに望ましい範囲は0.02%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、溶接時の加熱により粒界に炭化物を形成し、溶接熱影響部の耐食性を劣化させる。そのため、C含有量を0.07%以下とする。望ましい範囲は0.06%以下、さらに望ましい範囲は0.05%以下である。
<Austenitic stainless steel>
C: 0.005 to 0.07%
C is an element effective to stabilize the austenite structure. In order to acquire this effect, it is necessary to contain C 0.005% or more. A desirable range is 0.01% or more, and a further desirable range is 0.02% or more. However, if it is contained excessively, carbides are formed in grain boundaries by heating at the time of welding, and the corrosion resistance of the heat affected zone at the welding heat is deteriorated. Therefore, the C content is made 0.07% or less. A desirable range is 0.06% or less, and a further desirable range is 0.05% or less.
Si:0.1〜1.2%
Siは、脱酸剤として含有されるが、耐食性の向上に有効な元素である。その効果を充分に得るためには、0.1%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は0.15%以上、さらに望ましい範囲は0.2%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織の安定性を低下させるとともに、延性の低下を招く。さらに、溶加材を用いない溶接では、溶接金属の凝固割れ感受性を高める。そのため、Si含有量を1.2%以下とする。望ましい範囲は1.1%以下、さらに望ましい範囲は1.0%以下である。
Si: 0.1 to 1.2%
Si is contained as a deoxidizer, but is an element effective for improving the corrosion resistance. In order to obtain the effect sufficiently, it is necessary to contain 0.1% or more. A desirable range is 0.15% or more, and a further desirable range is 0.2% or more. However, when it is contained in excess, the stability of the austenitic structure is reduced and the ductility is reduced. Furthermore, welds that do not use filler metal increase the susceptibility to solidification cracking of the weld metal. Therefore, the Si content is set to 1.2% or less. A desirable range is 1.1% or less, and a further desirable range is 1.0% or less.
Mn:2.5〜10%
Mnは、製造時の脱酸に寄与するとともに、オーステナイト組織を安定化し、かつ、水素脆化感受性を低減する効果も有する。さらには、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のNの溶解度を大きくし、強度を高めるために有効である。このMnの効果を充分に活用するためには、Mnを2.5%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は2.8%以上、さらに望ましい範囲は3.0%以上である。一方、過剰に含有させると、延性の低下を招くため、Mn含有量を10%以下とする。望ましい範囲は8%以下、さらに望ましい範囲は6.5%以下である。
Mn: 2.5 to 10%
Mn not only contributes to deoxidation during production, but also has the effect of stabilizing the austenitic structure and reducing the susceptibility to hydrogen embrittlement. Furthermore, it is effective to increase the solubility of N in the molten metal and to increase the strength during base metal production and welding. In order to fully utilize the effect of this Mn, it is necessary to contain Mn 2.5% or more. A desirable range is 2.8% or more, and a further desirable range is 3.0% or more. On the other hand, when it is contained excessively, the ductility is lowered, so the Mn content is made 10% or less. A desirable range is 8% or less, and a further desirable range is 6.5% or less.
Ni:9〜14%
Niは、安定なオーステナイト組織を得るために必須の元素であり、積層欠陥エネルギーを高め、水素環境下での脆化感受性を低下させる。それらの効果を充分に得るためには、Niを9%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は9.5%以上、さらに望ましい範囲は10%以上である。しかしながら、高価な元素であるため、多量の添加はコストの増大を招くとともに、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のNの溶解度を小さくし、強度低下を招く。そのため、Ni含有量を14%以下とする。望ましい範囲は13.5%以下、さらに望ましい範囲は13%以下である。
Ni: 9 to 14%
Ni is an element essential for obtaining a stable austenite structure, which increases stacking fault energy and reduces the susceptibility to embrittlement in a hydrogen environment. In order to sufficiently obtain those effects, it is necessary to contain 9% or more of Ni. A desirable range is 9.5% or more, and a further desirable range is 10% or more. However, since it is an expensive element, addition of a large amount leads to an increase in cost, and reduces the solubility of N in the molten metal during base metal production and welding, leading to a reduction in strength. Therefore, the Ni content is 14% or less. A desirable range is 13.5% or less, and a further desirable range is 13% or less.
Cr:19〜24%
Crは、使用環境下での耐食性を確保するために必須の元素である。さらには、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のNの溶解度を大きくするとともに、炭化物を生成して強度を高めるのにも有効である。その効果を充分に得るためには、Crを19%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は19.5%以上、さらに望ましい範囲は20%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にするとともに、炭化物の過剰な生成による脆化を招く。そのため、Cr含有量を24%以下とする。望ましい範囲は23.5%以下、さらに望ましい範囲は23%以下である。
Cr: 19 to 24%
Cr is an essential element to ensure corrosion resistance in the use environment. Furthermore, in addition to increasing the solubility of N in the molten metal at the time of base material production and welding, it is also effective in generating carbides and enhancing strength. In order to obtain the effect sufficiently, Cr needs to be contained 19% or more. A desirable range is 19.5% or more, and a further desirable range is 20% or more. However, when it is contained in excess, the austenite structure becomes unstable and it causes embrittlement due to excessive formation of carbide. Therefore, the Cr content is 24% or less. A desirable range is 23.5% or less, and a further desirable range is 23% or less.
Mo:1〜4%
Moは、使用環境下での耐食性の向上、および、強度を高めるために有効な元素である。さらに、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。それらの効果を充分に得るためには、Moを1%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は1.2%以上、さらに望ましい範囲は1.5%以上である。しかしながら、Moは非常に高価な元素であるとともに、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にさせるため、Mo含有量を4%以下とする。望ましい範囲は3.8%以下、さらに望ましい範囲は3.5%以下である。
Mo: 1 to 4%
Mo is an element effective to improve the corrosion resistance in the use environment and to enhance the strength. Furthermore, it also has the effect of reducing the susceptibility to hydrogen embrittlement. In order to sufficiently obtain those effects, it is necessary to contain Mo at 1% or more. A desirable range is 1.2% or more, and a further desirable range is 1.5% or more. However, Mo is a very expensive element, and if it is contained excessively, the Mo content is 4% or less in order to destabilize the austenite structure. A desirable range is 3.8% or less, and a further desirable range is 3.5% or less.
Nb:0.1〜0.4%
Nbは、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るためには、Nbを0.1%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は0.12%以上、さらに望ましい範囲は0.15%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、溶加材を用いない溶接では、溶接金属の凝固割れ感受性を高めるとともに、延性の低下も招く。そのため、Nb含有量を0.4%以下とする。望ましい範囲は0.38%以下、さらに望ましい範囲は0.35%以下である。
Nb: 0.1 to 0.4%
Nb is an element effective for improving the strength by depositing as a solid solution or carbonitride on a substrate. In order to acquire the effect, it is necessary to contain Nb 0.1% or more. A desirable range is 0.12% or more, and a further desirable range is 0.15% or more. However, if it is contained in excess, in welding without using a filler metal, in addition to enhancing the solidification cracking susceptibility of the weld metal, it also causes a decrease in ductility. Therefore, the Nb content is 0.4% or less. A desirable range is 0.38% or less, and a further desirable range is 0.35% or less.
N:0.20〜0.45%
Nは、マトリックスに固溶するとともに、微細な窒化物を形成し、高い強度を得るために必須の元素である。加えて、オーステナイト組織の安定化にも寄与する元素である。これらの効果を充分に得るためには、Nを0.20%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は0.22%以上、さらに望ましい範囲は0.25%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、製造時の熱間加工性低下の原因となる。そのため、N含有量を0.45%以下とする。望ましい範囲は0.43%以下、さらに望ましい範囲は0.40%以下である。
N: 0.20 to 0.45%
N is an essential element in order to form a fine nitride and obtain high strength while forming a solid solution in the matrix. In addition, it is an element that contributes to the stabilization of the austenite structure. In order to obtain these effects sufficiently, it is necessary to contain N 0.20% or more. A desirable range is 0.22% or more, and a further desirable range is 0.25% or more. However, if it is contained excessively, it causes a decrease in hot workability at the time of production. Therefore, the N content is set to 0.45% or less. A desirable range is 0.43% or less, and a further desirable range is 0.40% or less.
Al:0.0005〜0.05%
Alは、SiやMnと同様に脱酸剤として含有される。その効果を充分に得るためには、Alを0.0005%以上含有させる必要がある。望ましい範囲は0.0008%以上、さらに望ましい範囲は0.001%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、溶接中にNの溶解度を低めて固溶N量を低減し、強度低下を招くため、Al含有量を0.05%以下とする。望ましい範囲は0.04%以下、さらに望ましい範囲は0.03%以下である。
Al: 0.0005 to 0.05%
Al is contained as a deoxidizer like Si and Mn. In order to obtain the effect sufficiently, it is necessary to contain Al by 0.0005% or more. A desirable range is 0.0008% or more, and a further desirable range is 0.001% or more. However, if it is contained excessively, the solubility of N is reduced during welding to reduce the amount of solid solution N, leading to a decrease in strength, so the Al content is made 0.05% or less. A desirable range is 0.04% or less, and a further desirable range is 0.03% or less.
V:0〜0.5%
Vは、Nbと同様に、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させてもよい。含有させる場合、0.001%以上とすることが望ましい。より望ましい範囲は0.005%以上、さらに望ましい範囲は0.01%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、V含有量を0.5%以下とする。望ましい範囲は0.45%以下、さらに望ましい範囲は0.40%以下である。
V: 0 to 0.5%
V, like Nb, precipitates as a solid solution or as a carbonitride in a substrate and is an element effective for improving the strength, and thus V may be contained. When it is contained, it is desirable to be 0.001% or more. A more desirable range is 0.005% or more, and a further desirable range is 0.01% or more. However, when it is contained excessively, a large amount of carbonitrides precipitates, which causes a decrease in ductility, so the V content is made 0.5% or less. A desirable range is 0.45% or less, and a further desirable range is 0.40% or less.
Ti:0〜0.5%
Tiは、V、Nbと同様に、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させてもよい。含有させる場合、0.001%以上とすることが望ましい。より望ましい範囲は0.003%以上、さらに望ましい範囲は0.005%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、0.5%以下とする。望ましい範囲は0.45%以下、さらに望ましい範囲は0.40%以下である。
Ti: 0 to 0.5%
Like V and Nb, Ti may be contained as a solid solution or as a carbonitride precipitated on a substrate and is an element effective for improving the strength, and therefore, may be contained. When it is contained, it is desirable to be 0.001% or more. A more desirable range is 0.003% or more, and a further desirable range is 0.005% or more. However, when it is contained in excess, a large amount of carbonitride precipitates, which causes a decrease in ductility, so the content is made 0.5% or less. A desirable range is 0.45% or less, and a further desirable range is 0.40% or less.
B:0〜0.01%
Bは、粒界に偏析して粒界固着力を高め、強度向上に寄与するとともに、水素環境下での脆化を抑制する効果を有するため、含有させてもよい。含有させる場合、0.0001%以上とすることが望ましい。より望ましい範囲は0.0002%以上、さらに望ましい範囲は0.0005%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、溶加材を使用しない場合、溶接金属において凝固割れ感受性を増大させるため、0.01%以下とする。望ましい範囲は0.008%以下、さらに望ましい範囲は0.005%以下である。
B: 0 to 0.01%
B segregates at grain boundaries to enhance the grain boundary adhesion and contributes to the improvement of strength, and also has the effect of suppressing embrittlement in a hydrogen environment, and thus may be incorporated. When it contains it, it is desirable to set it as 0.0001% or more. A more desirable range is 0.0002% or more, and a further desirable range is 0.0005% or more. However, if it is contained in excess, in order to increase solidification cracking sensitivity in the weld metal when no filler metal is used, the content is made 0.01% or less. A desirable range is 0.008% or less, and a further desirable range is 0.005% or less.
Cu:0〜3%
Cuは、安定なオーステナイト組織を得るのに有効な元素であるため、含有させてもよい。含有させる場合、0.005%以上とすることが望ましい。望ましい範囲は0.008%以上、さらに望ましい範囲は0.01%以上である。しかしながら、過剰に含有させると、溶加材を用いない溶接では、溶接金属の凝固割れ感受性を高める。そのため、Cu含有量を3%以下とする。望ましい範囲は2.5%以下、さらに望ましい範囲は2.0%以下である。
Cu: 0 to 3%
Cu may be contained because it is an element effective to obtain a stable austenitic structure. When it is contained, it is desirable to make it 0.005% or more. A desirable range is 0.008% or more, and a further desirable range is 0.01% or more. However, when it is contained in excess, in the welding which does not use the filler, the solidification cracking sensitivity of the weld metal is enhanced. Therefore, the Cu content is 3% or less. A desirable range is 2.5% or less, and a further desirable range is 2.0% or less.
Ca:0〜0.05%
Caは、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させてもよい。含有させる場合、0.0005%以上とすることが望ましい。より望ましい範囲は0.001%以上、さらに望ましい範囲は0.0015%以上である。しかしながら、Caの含有量が過剰になると、Oと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ca含有量は0.05%以下とする。望ましい範囲は0.03%以下、さらに望ましい範囲は0.01%以下である。
Ca: 0 to 0.05%
Ca may be contained because it has the effect of improving the hot workability. When it is contained, it is desirable to be 0.0005% or more. A more desirable range is 0.001% or more, and a further desirable range is 0.0015% or more. However, when the content of Ca is excessive, it combines with O to significantly reduce the cleanliness, and rather deteriorates the hot workability. Therefore, the Ca content is 0.05% or less. A desirable range is 0.03% or less, and a further desirable range is 0.01% or less.
Mg:0〜0.05%
Mgは、Caと同様、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させてもよい。含有させる場合、0.0005%以上とすることが望ましい。より望ましい範囲は0.001%以上、さらに望ましい範囲は0.0015%以上である。しかしながら、Caの含有量が過剰になると、Oと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Mg含有量は0.05%以下とする。望ましい範囲は0.03%以下、さらに望ましい範囲は0.01%以下である。
Mg: 0 to 0.05%
Mg, like Ca, may be included because it has the effect of improving hot workability. When it is contained, it is desirable to make it 0.0005% or more. A more desirable range is 0.001% or more, and a further desirable range is 0.0015% or more. However, when the content of Ca is excessive, it combines with O to significantly reduce the cleanliness, and rather deteriorates the hot workability. Therefore, the Mg content is 0.05% or less. A desirable range is 0.03% or less, and a further desirable range is 0.01% or less.
REM:0〜0.5%
REMは、Sとの親和力が強く、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させてもよい。含有させる場合、0.001%以上とすることが望ましい。より望ましい範囲は0.002%以上、さらに望ましい範囲は0.005%以上である。しかしながら、REMの含有量が過剰になると、Oと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、REMの含有量は0.5%以下とする。望ましい範囲は0.3%以下、さらに望ましい範囲は0.1%以下である。
なお、「REM」とは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量はREMのうちの1種または2種以上の元素の合計含有量を指す。また、REMについては、一般的にミッシュメタルに含有される。このため、例えば、ミッシュメタルの形で添加して、REMの量が上記の範囲となるように含有させてもよい。
REM: 0 to 0.5%
REM may be contained because it has a strong affinity with S and has an effect of improving hot workability. When it is contained, it is desirable to be 0.001% or more. A more desirable range is 0.002% or more, and a further desirable range is 0.005% or more. However, when the content of REM is excessive, it combines with O to significantly reduce the cleanliness, and rather deteriorates the hot workability. Therefore, the content of REM is 0.5% or less. A desirable range is 0.3% or less, and a further desirable range is 0.1% or less.
In addition, "REM" is a general term for 17 elements in total of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM indicates the total content of one or more elements of REM. In addition, REM is generally contained in misch metal. Therefore, for example, it may be added in the form of misch metal, and the amount of REM may be contained so as to fall within the above range.
なお、V、Ti、B、Cu、Ca、MgおよびREMのうち二種以上の元素を含有させる場合には、その合計含有量は4.6%以下とするのが好ましい。 When two or more elements of V, Ti, B, Cu, Ca, Mg and REM are contained, the total content thereof is preferably 4.6% or less.
本発明に係る溶接継手および溶接継手の製造方法において、オーステナイト系ステンレス鋼は、上記の元素を含有し、残部はFeおよび不純物からなる。「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。不純物のうち、O、PおよびSについては、その含有量を厳密に制限する必要がある。 In the welded joint and the method of manufacturing a welded joint according to the present invention, the austenitic stainless steel contains the above-described elements, and the balance is composed of Fe and impurities. The term "impurity" means a component mixed due to raw materials such as ore, scrap and the like and other factors when industrially manufacturing steel products. Of the impurities, O, P and S need to be strictly limited in their contents.
O:0.008%以下
Oは、不純物として存在するが、溶融池内でフリーの酸素として存在する場合、溶け込み深さを大きくする効果を有する。しかしながら、多量に含まれる場合には、母材製造時の熱間加工性の低下や靭性、および、延性の劣化を招く。さらに、本発明のようにフラックスを塗布して溶接した場合、溶接金属中の酸素量が増加し、耐水素脆化特性が低下する。そのため、O含有量を0.008%以下とする必要がある。望ましい範囲は0.007%以下、さらに望ましい範囲は0.006%以下である。
O: 0.008% or less O exists as an impurity, but when it exists as free oxygen in the molten pool, it has the effect of increasing the penetration depth. However, when it is contained in a large amount, it causes deterioration in hot workability and toughness and ductility during base material production. Furthermore, when the flux is applied and welded as in the present invention, the amount of oxygen in the weld metal increases, and the hydrogen embrittlement resistance decreases. Therefore, the O content needs to be 0.008% or less. A desirable range is 0.007% or less, and a further desirable range is 0.006% or less.
P:0.03%以下
Pは、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶加材を使用しない場合、溶接金属において凝固割れ感受性を増大させる。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、P含有量を0.03%以下とする。望ましくは0.025%以下、さらに望ましくは0.02%以下である。
P: 0.03% or less P is contained as an impurity and inhibits the hot workability at the time of manufacture, and increases the solidification cracking susceptibility in the weld metal when the filler metal is not used. Therefore, although it is preferable to reduce as much as possible, extreme reduction leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the P content is made 0.03% or less. Desirably, it is 0.025% or less, more preferably 0.02% or less.
S:0.01%以下
Sは、不純物として含まれ、母材においては製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶加材を使用しない場合、溶接金属において凝固割れ感受性を増大させる。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、S含有量を0.01%以下とする。望ましくは0.008%以下、さらに望ましくは0.005%以下である。
S: 0.01% or less S is contained as an impurity, and in the base material, it inhibits the hot workability at the time of production and increases the susceptibility to solidification cracking in the weld metal when the filler metal is not used. Therefore, although it is preferable to reduce as much as possible, extreme reduction leads to an increase in steelmaking costs. Therefore, the S content is 0.01% or less. Desirably, it is 0.008% or less, more preferably 0.005% or less.
<フラックス>
TiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上:合計5〜90%
フラックス中にTiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上を含有させた場合、これらの金属酸化物は溶接中の溶融池で解離し、溶融金属中のO量を増加させて、溶融金属の湯流れ方向を変化させ、溶け込み深さを増大させる。また、解離したCr,TiおよびZrは、Nの溶解度を高め、溶接中に溶融池からの窒素の飛散を低減して、凝固後の溶接金属中の固溶N量を増加させるとともに、これらの元素の一部は溶接金属中に窒化物として析出して、溶接金属の強度を高める。これらの効果を充分に得るため、TiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上を、合計で5%以上含有させる必要がある。望ましくは8%以上、さらに望ましくは10%以上である。しかしながら、過剰に含有させた場合、固溶N量の増加の効果が飽和するともに、窒化物の析出量が増加し、耐水素脆化特性を低下させる。そのため、合計含有量は90%以下とする。望ましくは85%以下、さらに望ましくは80%以下である。
<Flux>
One or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 : 5 to 90% in total
When the flux contains one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 , these metal oxides dissociate in the weld pool during welding, and increase the amount of O in the molten metal. Change the flow direction of the molten metal and increase the penetration depth. In addition, dissociated Cr, Ti and Zr increase the solubility of N, reduce the scattering of nitrogen from the weld pool during welding, and increase the amount of solid solution N in the weld metal after solidification. Some of the elements are precipitated as nitrides in the weld metal to increase the strength of the weld metal. In order to sufficiently obtain these effects, it is necessary to contain one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 in a total amount of 5% or more. Desirably, it is 8% or more, more preferably 10% or more. However, when it is contained in excess, the effect of increasing the amount of solid solution N saturates, and the amount of precipitation of nitride increases, which lowers the hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the total content is 90% or less. Preferably it is 85% or less, more preferably 80% or less.
さらに、TiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上の合計含有量と、オーステナイト系ステンレス鋼に含まれるN含有量とは、下記(i)式を満足することが好ましい。
14−20N ≦ TiO2+Cr2O3+ZrO2 ≦ 98−40N ・・・(i)
ただし、(i)式中、N、TiO2、Cr2O3、ZrO2は、それぞれの元素または酸化物の含有量(質量%)を表す。
Furthermore, it is preferable that the total content of one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 and the N content contained in the austenitic stainless steel satisfy the following formula (i).
14-20 N ≦ TiO 2 + Cr 2 O 3 + ZrO 2 ≦ 98-40 N (i)
However, in the formula (i), N, TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 represent the content (mass%) of the respective elements or oxides.
その理由は、上述の通り、N量が少ない場合ほど、溶接金属中の固溶N量および窒化物量が増大し、溶接金属の強度を確保するのに有利であるからである。逆に、N量が多い場合には、これらの効果を積極的に活用せずとも、強度が確保できることに加え、窒化物量が過剰となり、耐水素脆化性の確保が困難となるからである。 The reason is that, as described above, as the amount of N decreases, the amount of solid solution N and the amount of nitride in the weld metal increase, which is advantageous for securing the strength of the weld metal. On the other hand, when the amount of N is large, in addition to being able to secure strength without actively utilizing these effects, the amount of nitride becomes excessive and it becomes difficult to secure hydrogen embrittlement resistance. .
なお、フラックスには、TiO2、Cr2O3およびZrO2以外に、SiO2、Fe2O3、Fe3O4、MoO3、WO3、MgO、CaO、K2O等の金属酸化物や、CaF2、CaF等のフッ化物を含有させてもよい。また、これらのフラックスは、メタノール、エタノール、プロパノ―ルなどの溶媒に混合して被溶接部に塗布して用いる。さらに、フラックスの凝集を避けるため、ポリオキシエチレンアルキルエーテルやアミン類などの分散剤を溶媒に混合してもよい。 As the flux, in addition to TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 , metal oxides such as SiO 2 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , MoO 3 , WO 3 , MgO, CaO, K 2 O etc. Alternatively, fluorides such as CaF 2 and CaF may be contained. In addition, these fluxes are mixed with a solvent such as methanol, ethanol, propanol and the like and applied to a portion to be welded. In addition, dispersants such as polyoxyethylene alkyl ethers and amines may be mixed with the solvent to avoid flux aggregation.
<溶接金属>
酸素含有量:0.020%以下
フラックスを塗布して溶接した場合、溶接金属中の酸素含有量が増加する。溶接金属中の酸素含有量が0.020%を超えると、酸化物が多量に存在し、水素中での脆化感受性を高める。そのため、溶接金属中の酸素含有量は、0.020%以下である必要がある。望ましくは0.018%以下、さらに望ましくは0.015%以下である。
<Weld metal>
Oxygen content: 0.020% or less When flux is applied and welded, the oxygen content in the weld metal increases. When the oxygen content in the weld metal exceeds 0.020%, a large amount of oxide is present, and the susceptibility to embrittlement in hydrogen is enhanced. Therefore, the oxygen content in the weld metal needs to be 0.020% or less. Desirably, it is 0.018% or less, more preferably 0.015% or less.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
表1に示す鋼種A〜Dの化学組成を有する材料を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理及び機械加工により、板厚3mm、幅50mm、長さ100mmの鋼板を作製し、試供材料とした。 Materials having chemical compositions of steel types A to D shown in Table 1 are melted in a laboratory and cast from an ingot, hot forging, hot rolling, heat treatment and machining to a plate thickness of 3 mm, width 50 mm, length 100 mm Steel sheets were produced and used as sample materials.
上記試供材料の長手方向に、図1に示すI型の開先加工を施した後、表2に示す化学組成を有するフラックスとメタノールとを混合し、突き合わせ部に塗布した。その後、ガスタングステンアーク溶接方法により、溶加材を用いず、入熱5kJ/cmとして、突き合わせ溶接を行った。以上により、表3に示す試験番号J1〜J19の溶接継手を得た。 After I-shaped groove processing shown in FIG. 1 was performed in the longitudinal direction of the sample material, a flux having a chemical composition shown in Table 2 and methanol were mixed and applied to the butt portion. Thereafter, butt welding was performed by a gas tungsten arc welding method with a heat input of 5 kJ / cm without using a filler metal. From the above, welded joints of test numbers J1 to J19 shown in Table 3 were obtained.
(溶接施工性)
得られた溶接継手のうち、裏ビードが形成されなかったものを溶接施工性が「不合格」、幅が1mm以上の裏ビートが形成されたものを溶接施工性が「合格」と判定した。結果を表3に示す。
(Weldability)
Among the obtained weld joints, those for which the back bead was not formed were judged as “Fail” for weldability, and those for which a back beat having a width of 1 mm or more was formed were “pass” for weldability. The results are shown in Table 3.
(溶接金属中の酸素含有量の分析)
溶接施工性が「合格」であった溶接継手の溶接金属から化学分析用試料を採取し、酸素含有量を分析した。
(Analysis of oxygen content in weld metal)
Samples for chemical analysis were taken from the weld metal of the weld joint for which the weldability was "pass", and the oxygen content was analyzed.
(引張試験)
溶接施工性が「合格」であった溶接継手の溶接金属を平行部中央にもつ板状引張試験片を採取し、常温での引張試験に供した。そして、母材の目標強度である800MPa以上のものを「合格」、800MPa未満のものを「不合格」と判定した。また、「合格」と判定した試験片のうち、母材破断する場合を「合格(良)」、溶接金属破断するものを「合格(可)」とした。結果を表3に示す。
(Tensile test)
A plate-like tensile test specimen having the weld metal of the weld joint in which the weldability was "pass" at the center of the parallel portion was collected and subjected to a tensile test at normal temperature. And the thing of 800 Mpa or more which is the target intensity | strength of a base material was determined as "pass", and the thing of less than 800 Mpa was determined as "reject." Further, among the test pieces determined as "pass", the case where the base material is broken is referred to as "pass (good)", and the one where the weld metal is broken is referred to as "pass (acceptable)". The results are shown in Table 3.
(低歪速度引張試験)
引張試験に合格した溶接継手については、溶接金属を平行部とする段付板状低歪速度引張試験片を採取し、大気中及び85MPaの高圧水素環境下における低歪速度引張試験に供した。なお、歪速度は3×10−5/sとし、低歪速度引張試験において、大気中での破断絞りに対する高圧水素環境下での破断絞りの比が90%以上となるものを「合格」、90%未満となるものを「不合格」とした。また、「合格」と判定した試験片のうち、大気中での破断絞りに対する高圧水素環境下での破断絞りの比が92%以上となるものを「合格(良)」、それ以外を「合格(可)」とした。結果を表3に示す。
(Low strain rate tensile test)
For welded joints that passed the tensile test, stepped plate-like low strain rate tensile test specimens having parallel parts of weld metal were collected and subjected to a low strain rate tensile test in air and under a high pressure hydrogen environment of 85 MPa. The strain rate is 3 × 10 -5 / s, and in the low strain rate tensile test, those that have a ratio of 90% or more in the high-pressure hydrogen environment to that in the high-pressure hydrogen environment with respect to the breaking in the atmosphere are "passed" Those with less than 90% are considered as "rejected". In addition, among the test pieces judged as “pass”, the ones for which the ratio of the throttling throttling in a high-pressure hydrogen environment to the throttling throttling in the atmosphere is 92% or more is “pass (good)”, the other is “pass” (OK) The results are shown in Table 3.
表3より明らかなように、本発明の要件を満たす溶接継手J2〜J8およびJ12〜J16は、充分な溶け込み深さが得られる優れた溶接施工性を有するとともに、少なくとも母材の目標引張強さである800MPaを上回る溶接継手強度が得られることが明らかとなった。加えて、大気中での破断絞りに対する高圧水素環境下での破断絞りの比が90%以上を満足する良好な耐水素脆化感受性をも有することが明らかとなった。特に、TiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上の合計含有量とオーステナイト系ステンレス鋼板に含まれるN含有量とが所定の関係を満足する場合、母材破断し、大気中での破断絞りに対する高圧水素環境下での破断絞りの比が92%以上を満足した。 As apparent from Table 3, the welded joints J2 to J8 and J12 to J16 satisfying the requirements of the present invention have excellent weldability which can obtain a sufficient penetration depth, and at least the target tensile strength of the base material. It became clear that weld joint strength over 800MPa is obtained. In addition, it has been revealed that it also has a good resistance to hydrogen embrittlement in which the ratio of the throttling throttling in a high pressure hydrogen environment to the throttling in air is 90% or more. In particular, when the total content of one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 and the N content contained in the austenitic stainless steel sheet satisfy a predetermined relationship, the base material is broken and the atmosphere is broken. The ratio of the breaking restriction under high pressure hydrogen environment to the breaking restriction in the medium satisfied 92% or more.
一方、溶接継手J1およびJ11は、フラックスを塗布しなかったため、溶け込み深さが充分でなく、健全な溶接継手が得られなかった。また、溶接継手J9およびJ17は、フラックス中のTiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上の合計含有量が2%であり、必要量を下回ったため、溶接中の溶融池からのNの飛散を充分に抑制できず、溶接継手の引張強さが800MPaを下回った。さらに、溶接継手J10は、フラックス中のTiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上の合計含有量が95%と過剰であった。そのため、凝固後の溶接金属中に多量の窒化物が析出し、高圧水素環境下での延性が芳しくなく、大気中での破断絞りに対する高圧水素環境下での破断絞りの比が90%を下回った。加えて、溶接継手J18およびJ19は、母材の酸素量が0.012%と多かったため、溶接後の溶接金属中の酸素量が0.02%を上回った。そのため、高圧水素環境下での延性が芳しくなく、大気中での破断絞りに対する高圧水素環境下での破断絞りの比が90%を下回った。
以上のように、本発明の要件を満たす溶接継手のみが、溶加材を用いずに溶接した場合、良好な溶接施工性を有するとともに、800MPa以上の引張強さと、大気中での破断絞りに対する高圧水素環境下での破断絞りの比が90%を上回り、耐水素脆化性に優れた溶接継手が得られることが分かる。
On the other hand, weld joints J1 and J11 were not coated with flux, so the penetration depth was not sufficient and a sound weld joint could not be obtained. In addition, weld joints J9 and J17 have a total content of 2% of one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 in the flux, which is less than the necessary amount, and therefore the weld pool during welding It was not possible to sufficiently suppress the scattering of N from the weld joint, and the tensile strength of the welded joint was below 800 MPa. Furthermore, weld joint J10 had a total content of one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 in the flux in excess of 95%. Therefore, a large amount of nitrides precipitates in the weld metal after solidification, and the ductility in a high pressure hydrogen environment is not good, and the ratio of the breaking restriction in a high pressure hydrogen environment to the breaking restriction in the atmosphere is less than 90%. The In addition, in the welded joints J18 and J19, the oxygen content in the base metal was as high as 0.012%, so the oxygen content in the weld metal after welding exceeded 0.02%. Therefore, the ductility in a high pressure hydrogen environment is not good, and the ratio of the breaking restriction in a high pressure hydrogen environment to the breaking restriction in the atmosphere is less than 90%.
As described above, when only welded joints satisfying the requirements of the present invention are welded without using a filler metal, they have good weldability and have a tensile strength of 800 MPa or more and a reduction of area in the atmosphere. It can be seen that a welded joint excellent in resistance to hydrogen embrittlement can be obtained, in which the ratio of fracture reduction in a high pressure hydrogen environment exceeds 90%.
本発明によれば、溶加材を用いずにガスタングステンアーク溶接する場合に、充分な溶け込み深さが得られるとともに、優れた強度および耐水素脆化特性が得られる溶接継手の製造方法を提供することができる。したがって、本発明の溶接継手の製造方法は、高圧水素ガス用機器や液体水素用機器等の種々の鋼材に好適に利用できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a welded joint in which sufficient penetration depth can be obtained and excellent strength and resistance to hydrogen embrittlement can be obtained when performing gas tungsten arc welding without using a filler metal. can do. Therefore, the manufacturing method of the weld joint of the present invention can be suitably used for various steel materials, such as equipment for high pressure hydrogen gas and equipment for liquid hydrogen.
Claims (3)
前記オーステナイト系ステンレス鋼が、質量%で、C:0.005〜0.07%、Si:0.1〜1.2%、Mn:2.5〜10%、Ni:9〜14%、Cr:19〜24%、Mo:1〜4%、Nb:0.1〜0.4%、N:0.20〜0.45%、Al:0.0005〜0.05%、V:0〜0.5%、Ti:0〜0.5%、B:0〜0.01%、Cu:0〜3%、Ca:0〜0.05%、Mg:0〜0.05%、および、REM:0〜0.5%を含み、残部がFeおよび不純物からなり、不純物としてのO、PおよびSがそれぞれ、O:0.008%以下、P:0.03%以下、および、S:0.01%以下である化学組成を有し、
前記フラックスが、TiO2、Cr2O3およびZrO2から選択される1種以上を、質量%で、合計5〜90%含有し、かつ、
溶接金属中の酸素含有量が0.020%以下である、溶接継手の製造方法。 A method of manufacturing a welded joint obtained by applying a flux to a welded portion of austenitic stainless steel and performing gas tungsten arc welding without using a filler metal,
The austenitic stainless steel is, by mass%, C: 0.005 to 0.07%, Si: 0.1 to 1.2%, Mn: 2.5 to 10%, Ni: 9 to 14%, Cr 19-24% Mo: 1-4% Nb: 0.1-0.4% N: 0.20-0.45% Al: 0.0005-0.05% V: 0- 0.5%, Ti: 0 to 0.5%, B: 0 to 0.01%, Cu: 0 to 3%, Ca: 0 to 0.05%, Mg: 0 to 0.05%, and REM: containing 0 to 0.5%, the balance being Fe and impurities, and O, P and S as impurities O: 0.008% or less, P: 0.03% or less, and S: Have a chemical composition that is less than 0.01%,
The flux contains, in mass%, a total of 5 to 90% of one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 , and
The manufacturing method of a weld joint whose oxygen content in a weld metal is 0.020% or less.
14−20N ≦ TiO2+Cr2O3+ZrO2 ≦ 98−40N ・・・(i)
ただし、(i)式中、N、TiO2、Cr2O3、ZrO2は、それぞれの元素または酸化物の含有量(質量%)を表す。 The N content contained in the austenitic stainless steel and the total content of one or more selected from TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 contained in the flux satisfy the following formula (i) The method of manufacturing a welded joint according to claim 1 or 2.
14-20 N ≦ TiO 2 + Cr 2 O 3 + ZrO 2 ≦ 98-40 N (i)
However, in the formula (i), N, TiO 2 , Cr 2 O 3 and ZrO 2 represent the content (mass%) of the respective elements or oxides.
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