JP6614785B2 - Alloy-saving duplex stainless steel laser welded member with good laser weld characteristics and manufacturing method of alloy-saving duplex stainless steel laser welded member - Google Patents

Alloy-saving duplex stainless steel laser welded member with good laser weld characteristics and manufacturing method of alloy-saving duplex stainless steel laser welded member Download PDF

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Description

本発明は、二相ステンレス鋼材をレーザ溶接して形成された省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an alloy-saving duplex stainless steel laser welding member formed by laser welding a duplex stainless steel material and a method for manufacturing the same.

二相ステンレス鋼は、鋼の組織にオーステナイト相とフェライト相の両相を持つ。二相ステンレス鋼は、高強度高耐食性の材料として、以前から、石油化学装置材料、ポンプ材料、ケミカルタンク用材料等に使用されている。更に、二相ステンレス鋼は、一般に低Niの成分系である。このことから、二相ステンレス鋼は、直近の金属原料高騰状況に伴い、ステンレス鋼の主流であるオーステナイト系ステンレス鋼よりも、合金コストが低くかつその変動が少ない材料として注目を浴びている。   Duplex stainless steel has both an austenite phase and a ferrite phase in the steel structure. Duplex stainless steel has long been used for petrochemical equipment materials, pump materials, chemical tank materials, and the like as a high-strength, high-corrosion-resistant material. Further, duplex stainless steel is generally a low Ni component system. For this reason, duplex stainless steel is attracting attention as a material with lower alloy costs and less fluctuations than austenitic stainless steel, which is the mainstream of stainless steel, due to the recent surge in metal raw materials.

ところで、二相ステンレス鋼の直近のトピックとして、省合金タイプの開発とその使用量増加がある。
省合金タイプとは、従来の二相ステンレス鋼よりもNi,Mo等の高価な合金成分の含有量を抑え、合金コストが低いメリットを更に増大させた鋼種である。省合金二相ステンレス鋼のうち特許文献1と2に記載の鋼種は、ASTM−A240で規格化されている。特許文献1に記載の鋼種はS32304(代表成分23Cr−4Ni−0.17N)に対応する。特許文献2に記載の鋼種はS32101(代表成分22Cr−1.5Ni−5Mn−0.22N)に対応する。
By the way, the latest topic of duplex stainless steel is the development of an alloy-saving type and an increase in its usage.
The alloy-saving type is a steel type in which the content of expensive alloy components such as Ni and Mo is suppressed as compared with conventional duplex stainless steel, and the merit of low alloy cost is further increased. Among the alloy-saving duplex stainless steels, the steel types described in Patent Documents 1 and 2 are standardized by ASTM-A240. The steel type described in Patent Document 1 corresponds to S32304 (representative component 23Cr-4Ni-0.17N). The steel type described in Patent Document 2 corresponds to S32101 (representative component 22Cr-1.5Ni-5Mn-0.22N).

従来、二相ステンレス鋼のメイン鋼種として、JIS SUS329J3LおよびSUS329J4Lがある。これらの二相ステンレス鋼は、オーステナイト系の高耐食鋼SUS316Lよりも更に高耐食であり、高価なNiを約6〜7%(以下、成分についての%は質量%を意味する)、Moを約3〜4%含有している。
これに対し、省合金二相ステンレス鋼は、耐食性をSUS316Lもしくは汎用鋼のSUS304に近いレベルとした代わりに、Moをほぼ0とし、NiをS32304では約4%、S32101では約1%と大幅に低減している。
Conventionally, there are JIS SUS329J3L and SUS329J4L as main steel types of duplex stainless steel. These duplex stainless steels have higher corrosion resistance than the austenitic high corrosion resistance steel SUS316L, about 6 to 7% of expensive Ni (hereinafter,% for the component means mass%), about Mo. Contains 3-4%.
In contrast, the alloy-saving duplex stainless steel has a corrosion resistance of SUS316L or a level close to that of SUS304, which is a general-purpose steel. Reduced.

上記省合金二相ステンレス鋼で形成された二相ステンレス鋼材(母材)を溶接して溶接部材を形成すると、溶接金属部及びその近傍の溶接熱影響部いわゆるHAZ(Heat Affected Zone)部において、極端な耐食性および靭性の低下が生じる。この特性低下は、以下のような機構で生じる。
二相ステンレス鋼は、加熱温度によりフェライト相とオーステナイト相との相比が変動する。二相ステンレス鋼材を溶接すると、母材を溶融するための加熱によって、溶接金属部およびHAZ部となる部分のフェライト相の割合が増加し、オーステナイト相の割合が減少する。そして、溶接金属部が形成される冷却時には、逆にオーステナイト相が増加する。しかし、一般に、溶接金属部が形成される時の冷却速度は速いため、溶接金属部およびHAZ部中のオーステナイト相の量は母材よりも少なくなる。
When welding a duplex stainless steel material (base material) formed of the above-mentioned alloy-saving duplex stainless steel to form a welded member, in the weld metal affected zone and the weld heat affected zone so-called HAZ (Heat Affected Zone) in the vicinity thereof, Extreme corrosion resistance and toughness degradation occur. This characteristic deterioration is caused by the following mechanism.
In the duplex stainless steel, the phase ratio between the ferrite phase and the austenite phase varies depending on the heating temperature. When the duplex stainless steel material is welded, the ratio of the ferrite phase in the portion that becomes the weld metal part and the HAZ part increases and the ratio of the austenite phase decreases due to heating for melting the base material. And at the time of cooling in which a weld metal part is formed, an austenite phase increases conversely. However, since the cooling rate is generally high when the weld metal part is formed, the amount of austenite phase in the weld metal part and the HAZ part is smaller than that of the base material.

また、母材である二相ステンレス鋼材中のNは、ほとんどがオーステナイト相中に固溶している。しかし、溶接金属部およびHAZ部では、母材と比較してオーステナイト相が少ないため、フェライト相中のN含有量が母材と比較して多くなっている。フェライト相中のNの固溶限界は小さい。このため、溶接に伴う加熱によって、溶接金属部およびHAZ部となるフェライト相中に固溶したNは、溶接金属部が形成される冷却時にCr窒化物として析出する。Cr窒化物が析出することによりCrが消費されると溶接金属部およびHAZ部に、いわゆるCr欠乏層が形成され、耐食性が低下する。   Moreover, most of N in the duplex stainless steel material which is a base material is dissolved in the austenite phase. However, in the weld metal part and the HAZ part, since the austenite phase is less than that of the base material, the N content in the ferrite phase is higher than that of the base material. The solid solubility limit of N in the ferrite phase is small. For this reason, N dissolved in the ferrite phase that becomes the weld metal part and the HAZ part by heating accompanying welding is precipitated as Cr nitride during cooling when the weld metal part is formed. When Cr is consumed by precipitation of Cr nitride, a so-called Cr-depleted layer is formed in the weld metal part and the HAZ part, and the corrosion resistance is lowered.

なお、溶接金属部が形成される際の冷却速度がHAZ部より速く、成分偏析も生じる溶接金属部は、本来、溶接によってHAZ部よりも大きく特性が低下する。しかし、溶接金属部では、この課題に対して、より耐食性の高い成分を持つ溶加材を使用することで回避可能である。このような溶加材は、ステンレス鋼厚板をFCAW(フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接法)等で溶接する場合、使用されるのが通常である。   In addition, the cooling rate at the time of forming a weld metal part is faster than a HAZ part, and the weld metal part which also produces a component segregation has a characteristic lower than a HAZ part by welding originally. However, in the weld metal part, this problem can be avoided by using a filler material having a component with higher corrosion resistance. Such a filler metal is usually used when a stainless steel thick plate is welded by FCAW (gas shield arc welding method using a flux-cored wire) or the like.

溶接によるHAZ部の特性の低下への対策としては、一見矛盾しているが、母材である二相ステンレス鋼材中へのNの添加が一般的に用いられている。Nは、拡散速度が速いオーステナイト生成元素である。したがって、母材中のN含有量を多くすると、溶接金属部が形成される冷却時にオーステナイト相の再析出が促進され、Nがオーステナイト相に再吸収される。一般に、省合金二相ステンレス鋼では、0.1〜0.22%程度のNが含有される。   As a countermeasure against the deterioration of the characteristics of the HAZ part due to welding, although seemingly contradictory, the addition of N into the duplex stainless steel material which is the base material is generally used. N is an austenite generating element having a high diffusion rate. Therefore, when the N content in the base material is increased, reprecipitation of the austenite phase is promoted during cooling when the weld metal part is formed, and N is reabsorbed by the austenite phase. Generally, an alloy-saving duplex stainless steel contains about 0.1 to 0.22% N.

しかしながら、N含有量の多い省合金二相ステンレス鋼材を大入熱溶接する場合に、冷却時の冷却速度が比較的遅いと、以下のような不都合が生じる。すなわち、溶接金属部が形成される冷却過程において、母材中のNにより、オーステナイト相の析出が十分に生じる。しかし、冷却速度が遅いため、冷却過程においてHAZ部となる領域が、約1000℃〜600℃のCr窒化物の析出温度域に長時間さらされる。このことにより結局は、溶接部材のHAZ部にCr窒化物が析出し、HAZ部の耐食性および靭性が母材と比較して低下する。   However, when a high heat input welding is performed on an alloy-saving duplex stainless steel material having a high N content, if the cooling rate during cooling is relatively slow, the following inconvenience occurs. That is, in the cooling process in which the weld metal portion is formed, the austenite phase is sufficiently precipitated by N in the base material. However, since the cooling rate is slow, the region that becomes the HAZ part in the cooling process is exposed to a Cr nitride precipitation temperature range of about 1000 ° C. to 600 ° C. for a long time. Eventually, Cr nitride precipitates in the HAZ portion of the welded member, and the corrosion resistance and toughness of the HAZ portion are reduced as compared with the base material.

溶接部材のHAZ部における特性低下の課題を克服するために、我々は、特許文献3において、省合金二相ステンレス鋼を開示した。この省合金二相ステンレス鋼は、C:0.06%以下、Si:0.1〜1.5%、Mn:2.0〜4.0%、P:0.05%以下、S:0.005%以下、Cr:19.0〜23.0%、Ni:1.0〜4.0%、Mo:1.0%以下、Cu:0.1〜3.0%、V:0.05〜0.5%、Al:0.003〜0.050%、O:0.007%以下、N:0.10〜0.25%、Ti:0.05%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。さらに、Md30値が80以下、Ni−bal.が−8以上−4以下であり、かつN含有量の上限がNi−bal.との関係式で表され、オーステナイト相面積率が40〜70%であり、2×Ni+Cuが3.5以上である溶接熱影響部の耐食性と靭性が良好な省合金二相ステンレス鋼である。この発明のポイントは、固溶レベルの微量のV添加に加え、オーステナイト量推定式であるNi−bal.に応じてN含有量の上限を規定することにより、HAZ部の窒化物析出を抑制することである。   In order to overcome the problem of characteristic deterioration in the HAZ part of the welded member, we have disclosed an alloy-saving duplex stainless steel in Patent Document 3. This alloy-saving duplex stainless steel has C: 0.06% or less, Si: 0.1-1.5%, Mn: 2.0-4.0%, P: 0.05% or less, S: 0 0.005% or less, Cr: 19.0 to 23.0%, Ni: 1.0 to 4.0%, Mo: 1.0% or less, Cu: 0.1 to 3.0%, V: 0.00. Contains 0.5 to 0.5%, Al: 0.003 to 0.050%, O: 0.007% or less, N: 0.10 to 0.25%, Ti: 0.05% or less, the balance being It consists of Fe and inevitable impurities. Furthermore, Md30 value is 80 or less, Ni-bal. Is -8 or more and -4 or less, and the upper limit of the N content is Ni-bal. The austenite phase area ratio is 40 to 70% and 2 × Ni + Cu is 3.5 or more, and the corrosion resistance and toughness of the weld heat affected zone is good alloy-saving duplex stainless steel. The point of this invention is that, in addition to the addition of a very small amount of V at a solid solution level, Ni-bal. Therefore, by defining the upper limit of the N content according to the above, it is to suppress the precipitation of nitride in the HAZ part.

ところで、直近、新しい溶接法として、レーザ溶接が用いられ始めている。レーザ溶接は、熱源としてレーザ光を用い、この光を極小径に収束させ照射することで金属を局部的に溶融・凝固させ接合する方法である。従来の溶接法と比べ、熱源が高エネルギー密度である。このため、高速な溶接が可能であり、溶接ビードが幅狭で深溶込みとなる特長がある。レーザ溶接を用いることにより、格段に生産性を向上させることが可能である。   By the way, laser welding has recently begun to be used as a new welding method. Laser welding is a method in which a laser beam is used as a heat source and the metal is locally melted, solidified and joined by converging and irradiating this light to a minimum diameter. Compared to conventional welding methods, the heat source has a higher energy density. For this reason, high-speed welding is possible, and the weld bead has a narrow width and deep penetration. By using laser welding, productivity can be significantly improved.

二相ステンレス鋼材のレーザ溶接に関しては、特許文献4および特許文献5に記載の技術がある。特許文献4には、シールドガス中にNを混合することで、溶接金属中のフェライト相とオーステナイト相との比を母材と同等にできる二相ステンレス鋼溶接管の製造方法が開示されている。特許文献5には、溶接条件を制御して溶接金属の700℃における冷却速度を10℃/sec未満にすることで、溶接金属中のフェライト率を80%以下にする二相ステンレス鋼溶接管の製造方法が開示されている。いずれも対象鋼種はSUS329J3LやSUS329J4Lのような汎用二相ステンレス鋼である。   Regarding laser welding of duplex stainless steel materials, there are techniques described in Patent Document 4 and Patent Document 5. Patent Document 4 discloses a method for producing a duplex stainless steel welded tube in which the ratio of the ferrite phase and the austenite phase in the weld metal can be made equal to that of the base material by mixing N in the shield gas. . Patent Document 5 discloses a duplex stainless steel welded pipe that controls the welding conditions so that the cooling rate at 700 ° C. of the weld metal is less than 10 ° C./sec, thereby reducing the ferrite ratio in the weld metal to 80% or less. A manufacturing method is disclosed. All of the target steel types are general-purpose duplex stainless steels such as SUS329J3L and SUS329J4L.

特開昭61−56267号公報JP-A 61-56267 国際公開第2002/27056号International Publication No. 2002/27056 国際公開第2009/119895号International Publication No. 2009/119895 特開平8−132262号公報JP-A-8-132262 特開平8−155662号公報JP-A-8-155562 特開2013−204044号公報JP 2013-204044 A

Welding Journal vol.37(1958),210s-215sWelding Journal vol.37 (1958), 210s-215s

レーザ溶接の加熱履歴は、従来の溶接法より著しく急速加熱急速冷却となる。更に、レーザ溶接では、他の溶接法のように溶加材を使用することは通常無い。そのため、二相ステンレス鋼で形成された母材を溶接して得た溶接部材では、従来の溶接法においてもHAZ部よりも溶接時の加熱冷却速度が速い溶接金属部の特性が、母材と比較して大きく低下する。   The heating history of laser welding is remarkably faster heating and faster cooling than conventional welding methods. Furthermore, in laser welding, it is not usual to use a filler metal as in other welding methods. Therefore, in a welded member obtained by welding a base material formed of duplex stainless steel, the characteristics of the weld metal part, which has a faster heating / cooling rate during welding than the HAZ part in the conventional welding method, Compared to a large drop.

レーザ溶接を行う場合においても、溶接金属部およびHAZ部と、母材との特性の差を小さくする対応策としては、前述と同様に、母材中のN含有量を多くすることが考えられる。しかし、レーザ溶接では、従来溶接法よりも溶接金属部が形成される際の冷却速度が著しく速い。このため、単に母材中のN含有量を多くするだけでは、溶接部材の溶接金属部およびHAZ部と、母材との特性の差を十分に小さくできない場合があった。更に、レーザ溶接を用いて形成した溶接部材の溶接金属部では、母材に添加したNが母材の溶融時に散失することがある。このため、母材中のN含有量を多くしても、溶接金属部が形成される冷却過程において、十分にオーステナイト相を析出させることができない場合があった。   Even in the case of performing laser welding, as a countermeasure for reducing the difference in characteristics between the weld metal part and the HAZ part and the base material, it is conceivable to increase the N content in the base material as described above. . However, in laser welding, the cooling rate when the weld metal part is formed is significantly faster than in the conventional welding method. For this reason, there is a case where the difference in characteristics between the weld metal part and the HAZ part of the weld member and the base material cannot be sufficiently reduced by simply increasing the N content in the base material. Furthermore, in the weld metal part of the weld member formed using laser welding, N added to the base material may be lost when the base material is melted. For this reason, even if the N content in the base material is increased, the austenite phase may not be sufficiently precipitated in the cooling process in which the weld metal part is formed.

本発明は、省合金タイプの二相ステンレス鋼材で形成された良好な靱性を有する母材を、溶加材を用いずにレーザ溶接により溶接した溶接部材において、溶接金属部および溶接熱影響部と母材との特性の差が抑制された省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材を提供することを課題とする。
また、本発明は、溶接金属部および溶接熱影響部と母材との特性の差が抑制された省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材の得られる製造方法を提供することを課題とする。
The present invention relates to a welded member in which a base material having good toughness formed of an alloy-saving type duplex stainless steel material is welded by laser welding without using a filler material. It is an object of the present invention to provide an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member in which a difference in characteristics from a base material is suppressed.
Moreover, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method with which the difference in the characteristic of a weld metal part and a welding heat affected zone, and a preform | base_material is suppressed and which can obtain the alloy-saving duplex stainless steel laser welding member.

発明者らは、上記課題を解決するために、以下に示すように検討した。
まず、Ni節減または、NiおよびMoを節減した良好な靱性を有する省合金二相ステンレス鋼材を、溶加材を用いずにレーザ溶接により溶接して複数の溶接部材を形成した。そして、得られた溶接部材について、レーザ溶接部(溶接金属部およびHAZ部)の耐食性が、母材と比較して著しく低下した溶接部材のレーザ溶接部の組織を調査した。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors have studied as follows.
First, an alloy-saving duplex stainless steel material having good toughness with Ni saving or Ni and Mo saving was welded by laser welding without using a filler material to form a plurality of welded members. And about the obtained welding member, the structure of the laser welding part of the welding member in which the corrosion resistance of the laser welding part (welded metal part and HAZ part) fell remarkably compared with the base material was investigated.

その結果、このようなレーザ溶接部では、オーステナイト相の不足により、フェライト相の粒界が、オーステナイト相で完全には覆われていないことが分かった。また、このようなレーザ溶接部では、フェライト相とフェライト相との粒界にCr窒化物がフィルム状に集中して析出していることを把握した。
そこで、発明者らは、レーザ溶接部のフェライト粒界にオーステナイト相を確実に析出させることが重要であると考え、その析出条件を詳細に評価した。
As a result, it was found that in such a laser weld, the grain boundary of the ferrite phase was not completely covered with the austenite phase due to the lack of the austenite phase. Moreover, in such a laser welded part, it was grasped that Cr nitride was concentrated and precipitated in the form of a film at the grain boundary between the ferrite phase and the ferrite phase.
Therefore, the inventors considered that it is important to reliably precipitate the austenite phase at the ferrite grain boundary of the laser weld, and evaluated the precipitation conditions in detail.

具体的には、N含有量およびその他の化学組成を変化させた省合金二相ステンレス鋼材について、種々の冷却速度となるように溶接条件を変更したレーザ溶接を行い、溶接金属部のオーステナイト再析出量と、レーザ溶接部の耐食性とを評価し、以下のように整理した。
まず、レーザ溶接部の耐食性を確保するのに必要な溶接金属部のオーステナイト相の量を評価した。この評価では、溶接金属部の断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均が2.5μm以上であれば良いとした。
Specifically, for the alloy-saving duplex stainless steel materials with varying N content and other chemical compositions, laser welding with different welding conditions was performed to achieve various cooling rates, and austenite reprecipitation of the weld metal part The amount and the corrosion resistance of the laser weld were evaluated and arranged as follows.
First, the amount of austenite phase of the weld metal part necessary for ensuring the corrosion resistance of the laser weld part was evaluated. In this evaluation, it was determined that the average width of the austenite phase precipitated at the grain boundary of the ferrite phase in the cross section of the weld metal portion should be 2.5 μm or more.

上記のオーステナイト相の幅が平均で2.5μm未満であると、フェライト相の粒界がオーステナイト相で完全に覆われず、フェライト相とフェライト相との粒界にCr窒化物がフィルム状に析出することが分かった。フィルム状に析出したCr窒化物は、溶接時の加熱によってフェライト相中に固溶したNが、溶接金属部が形成される際の冷却に伴う固溶限界の低下によって、フェライト相中に固溶できなくなって析出し、形成されたものである。Cr窒化物が形成されることにより、溶接金属部中にCr欠乏層が形成され、レーザ溶接部の耐食性が低下するものと推定される。   If the average width of the austenite phase is less than 2.5 μm, the grain boundary of the ferrite phase is not completely covered with the austenite phase, and Cr nitride precipitates in a film form at the grain boundary between the ferrite phase and the ferrite phase. I found out that The Cr nitride deposited in the film form is dissolved in the ferrite phase due to the decrease in the solid solution limit caused by cooling when the weld metal part is formed. It is no longer possible to deposit and form. By forming Cr nitride, it is estimated that a Cr-deficient layer is formed in the weld metal part and the corrosion resistance of the laser weld part is lowered.

また、レーザ溶接部の耐食性を確保するには、省合金二相ステンレス鋼材として、オーステナイト相の面積率が40%以上70%以下であるものを用いる必要があることが分かった。   Moreover, in order to ensure the corrosion resistance of a laser welding part, it turned out that it is necessary to use what is an area ratio of an austenite phase 40% or more and 70% or less as an alloy-saving duplex stainless steel material.

上述したように、上記のオーステナイト相の幅が平均で2.5μm以上であれば、溶接金属部において充分なオーステナイト相の量を確保できる。しかし、オーステナイト相の量を確保するために、溶接金属部中のN含有量を多くしすぎると、フェライト相からのCr窒化物の析出が多量となり、却って耐食性が悪化する。
そこで、発明者らは、鋭意検討し、Cr窒化物析出の指標として、下記(1)式で算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerを用いることができることを見出した。そして、Nprerが1250℃以下である溶接部材とすることで、Cr窒化物の析出を抑制でき、レーザ溶接部と母材との特性の差を十分に抑制できることを確認した。
As described above, if the width of the austenite phase is 2.5 μm or more on average, a sufficient amount of austenite phase can be secured in the weld metal part. However, if the N content in the weld metal part is excessively increased in order to ensure the amount of the austenite phase, the precipitation of Cr nitride from the ferrite phase increases, and the corrosion resistance deteriorates.
Therefore, the inventors have intensively studied and found that the calculated value N_preer of the Cr nitride precipitation start temperature calculated by the following equation (1) can be used as an index of Cr nitride precipitation. And it confirmed that precipitation of Cr nitride can be suppressed by setting it as a welding member whose Npler is 1250 degrees C or less, and the difference of the characteristic of a laser weld part and a base material can fully be suppressed.

prer=800N−3Cr+20Si+10Ni−4Mn+1140・・・(1)
(1)式中の「N」は溶接金属部中の窒素濃度(質量%)を示し、各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示す。
N prer = 800N r -3Cr + 20Si + 10Ni-4Mn + 1140 ··· (1)
“N r ” in the formula (1) indicates the nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part, and each element symbol indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material.

発明者らは、Nprerを算出するに際して、(1)式に示すように、溶接金属部中の窒素濃度Nを用いた。その理由を以下に示す。
溶接金属部となる省合金二相ステンレス鋼材中のNは、溶融時に雰囲気中に一定量放出される。したがって、溶接金属部中のN含有量は、元の鋼材(母材)中のN含有量よりも少なくなる。このため、Cr窒化物の析出に寄与するN量は、鋼材中の含有量ではなく、溶接金属部中のN含有量である。なお、N以外の鋼材中の元素は、溶融時に放出されにくいものであるため、鋼材中と溶接金属部中の含有量を同じとみなすことができる。
We, when calculating the N PRER, as shown in equation (1) using nitrogen concentration N r in the weld metal portion. The reason is as follows.
N in the alloy-saving duplex stainless steel material that becomes the weld metal part is released in a certain amount into the atmosphere at the time of melting. Therefore, the N content in the weld metal part is less than the N content in the original steel material (base material). For this reason, the N amount contributing to the precipitation of Cr nitride is not the content in the steel material but the N content in the weld metal part. In addition, since the elements in the steel material other than N are difficult to be released at the time of melting, the contents in the steel material and the weld metal part can be regarded as the same.

次に、発明者らは、省合金二相ステンレス鋼材を、溶加材を用いずにレーザ溶接で溶接し、断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均が2.5μm以上である溶接金属部を有し、かつCr窒化物の析出開始温度の計算値が1250℃以下である溶接部材を形成する方法について鋭意検討し、以下の結論を得た。   Next, the inventors welded an alloy-saving duplex stainless steel material by laser welding without using a filler material, and the average width of the austenite phase precipitated at the grain boundaries of the ferrite phase in the cross section was 2.5 μm or more. The method of forming a welded member having a weld metal part having a calculated value of the Cr nitride precipitation start temperature of 1250 ° C. or less was earnestly studied, and the following conclusions were obtained.

レーザ溶接において、溶接金属部が形成される際の冷却速度は、非常に速い。このため、冷却時に拡散しうる元素は軽元素のみである。したがって、省合金二相ステンレス鋼の化学組成では、溶接金属部が形成される冷却過程において、ほぼNの拡散のみでオーステナイト相が形成される。   In laser welding, the cooling rate when a weld metal part is formed is very fast. For this reason, only the light element can be diffused during cooling. Therefore, in the chemical composition of the alloy-saving duplex stainless steel, an austenite phase is formed only by diffusion of N in the cooling process in which the weld metal part is formed.

発明者らは、溶接工程において、Nによるオーステナイト再析出効果が発揮される溶接部材の製造方法について、検討した。
その結果、溶接金属部中の窒素濃度推定値(質量%)「Nre」と、N以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度を示す「DF」と、溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値「VCR」(℃/s)とを用いる下記(3)式で示される溶接金属部のオーステナイト再析出幅の計算値「γ」(μm)によって、溶接金属部の断面のフェライト相の粒界に析出するオーステナイト相の幅の平均値を推定できることを見出した。そして、実験により「γ」の値が2.5μm以上となる条件でCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerが1250℃以下となるように溶接工程を行うことで、上記のオーステナイト相の幅の平均が2.5μm以上である溶接金属部を有し、溶接金属部および溶接熱影響部と母材との特性の差が抑制された溶接部材を形成できることを見出した。
Inventors examined the manufacturing method of the welding member in which the austenite reprecipitation effect by N is exhibited in a welding process.
As a result, the nitrogen concentration estimated value (mass%) “N re ” in the weld metal part, “DF N ” indicating the ferrite phase stability in the weld metal part by elements other than N, and 1000 ° C. of the weld metal part Of the weld metal part by the calculated value “γ N ” (μm) of the austenite reprecipitation width of the weld metal part represented by the following formula (3) using the estimated cooling rate “V CR ” (° C./s) in It has been found that the average value of the width of the austenite phase precipitated at the grain boundaries of the ferrite phase can be estimated. Then, by performing the welding step so that the calculated value N PRER precipitation initiation temperature values Cr nitrides conditions become more 2.5μm of "gamma N" becomes 1250 ° C. or less by experiments, above the austenite phase It has been found that it is possible to form a welded member having a weld metal part having an average width of 2.5 μm or more and in which the difference in properties between the weld metal part and the weld heat affected zone and the base material is suppressed.

γ=(1200Nre−1.2DF+100)/√(VCR)・・・(3)
(3)式中の「Nre」は下記(4)式で示される溶接金属部中の窒素濃度推定値(質量%)を示し、「DF」は下記(5)式で示されるN以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度を示す数値であり、「VCR」は下記(6)式で示される溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)である。
γ N = (1200N re −1.2DF N +100) / √ (V CR ) (3)
“N re ” in the equation (3) represents an estimated nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part represented by the following equation (4), and “DF N ” is other than N represented by the following equation (5). This is a numerical value indicating the stability of the ferrite phase in the weld metal part due to the element, and “V CR ” is an estimated cooling rate (° C./s) at 1000 ° C. of the weld metal part represented by the following formula (6).

re=N−10×N/√(VCR)・・・(4)
(4)式中の「VCR」は下記(6)式で示される数値であり、「N」は二相ステンレス鋼材中の窒素含有量(質量%)を示す。
N re = N−10 × N 2 / √ (V CR ) (4)
“V CR ” in the formula (4) is a numerical value represented by the following formula (6), and “N” represents a nitrogen content (mass%) in the duplex stainless steel material.

DF=7.2(Cr+0.88Mo+0.78Si)−8.9(Ni+0.03Mn+0.72Cu+22C)−44.9・・・(5)
(5)式中の各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示し、その元素が前記鋼材中に含まれない場合は0とする。
DF N = 7.2 (Cr + 0.88Mo + 0.78Si) −8.9 (Ni + 0.03Mn + 0.72Cu + 22C) −44.9 (5)
Each element symbol in the formula (5) indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material, and is 0 when the element is not contained in the steel material.

(6)式中の「λ」は二相ステンレス鋼材の熱伝導率(W/m/K)、「c」は二相ステンレス鋼材の比熱(J/kg/K)、「ρ」は二相ステンレス鋼材の密度(kg/m)、「h」は二相ステンレス鋼材の溶接部の素材肉厚(m)、「V」は溶接速度(m/s)、「P」はレーザ出力(W)、「T」は速度を算出する温度(1000℃)、「T」は室温(20℃)を示す。なお、この推定式は非特許文献1を引用したものである。 In equation (6), “λ” is the thermal conductivity (W / m / K) of the duplex stainless steel material, “c” is the specific heat (J / kg / K) of the duplex stainless steel material, and “ρ” is the duplex phase. The density of stainless steel (kg / m 3 ), “h” is the material thickness (m) of the welded portion of the duplex stainless steel, “V” is the welding speed (m / s), “P” is the laser output (W ), “T” indicates the temperature (1000 ° C.) for calculating the speed, and “T 0 ” indicates the room temperature (20 ° C.). This estimation formula is based on Non-Patent Document 1.

以上説明したように、レーザ溶接部と母材との特性の差が十分に抑制された省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材を製造するには、「Nre」と「DF」と「VCR」とを用いて「γ」を制御する必要があることが判明した。
以上の結果から、上記課題を解決しうる省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材およびその製造方法を発明するに至った。
As described above, in order to manufacture an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member in which the difference in characteristics between the laser weld and the base material is sufficiently suppressed, “N re ”, “DF N ”, and “V N ” It was found that “γ N ” needs to be controlled using “ CR ”.
From the above results, the inventors have invented an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member and a method for producing the same that can solve the above-mentioned problems.

本発明の要旨とするところは以下の通りである。
[1] 化学組成が質量%にて、
C :0.04%以下、
Si:0.10〜1.00%、
Mn:0.50〜6.00%、
P :0.050%以下、
S :0.0050%以下、
Cr:20.0〜25.0%、
Ni:1.00〜6.00%、
N :0.120〜0.250%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、オーステナイト相の面積率が40%以上70%以下である省合金二相ステンレス鋼材と、溶接金属部とを有する溶接部材であり、
前記溶接金属部の化学組成はNを除いて前記省合金二相ステンレス鋼材の化学組成からなり、前記溶接金属部のN量は前記省合金二相ステンレス鋼材のN量より少なく、
前記溶接金属部は、断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均が2.5μm以上であり、
前記溶接部材は、下記(1)式で算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerが1250℃以下であることを特徴とするレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
The gist of the present invention is as follows.
[1] Chemical composition in mass%,
C: 0.04% or less,
Si: 0.10 to 1.00%,
Mn: 0.50 to 6.00%,
P: 0.050% or less,
S: 0.0050% or less,
Cr: 20.0-25.0%,
Ni: 1.00 to 6.00%,
N: containing 0.120 to 0.250%, the balance being Fe and inevitable impurities, and the area ratio of the austenite phase being 40% or more and 70% or less, an alloy-saving duplex stainless steel material, a weld metal part, A welding member having
The chemical composition of the weld metal part is composed of the chemical composition of the alloy-saving duplex stainless steel material except N, and the N amount of the weld metal part is less than the N amount of the alloy-saving duplex stainless steel material,
The weld metal part has an average width of an austenite phase precipitated at a grain boundary of a ferrite phase in a cross section of 2.5 μm or more,
The welded member has a calculated value Nprer of a Cr nitride precipitation start temperature calculated by the following formula (1) of 1250 ° C. or less, and is an alloy-saving duplex stainless steel with good laser weld characteristics. Laser welding member.

prer=800N−3Cr+20Si+10Ni−4Mn+1140・・・(1)
(1)式中の「N」は溶接金属部中の窒素濃度(質量%)を示し、各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示す。
N prer = 800N r -3Cr + 20Si + 10Ni-4Mn + 1140 ··· (1)
“N r ” in the formula (1) indicates the nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part, and each element symbol indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material.

[2] 前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
Mo:1.50%以下、
Cu:2.00%以下から選ばれる1種または2種を含有し、
前記溶接部材は、下記(2)式で算出されるNprerが1250℃以下であることを特徴とする[1]に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
[2] The duplex stainless steel material is further in mass%,
Mo: 1.50% or less,
Cu: 1 type or 2 types selected from 2.00% or less,
N welder calculated by the following formula (2) is 1250 ° C. or less, and the welded member has an excellent property of the laser welded portion according to [1], and is an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member .

prer=800N−3Cr+20Si+6.5Mo+10Ni−4Mn+15Cu+1140・・・(2)
(2)式中の「N」は溶接金属部中の窒素濃度(質量%)を示し、各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示す。
N prer = 800N r -3Cr + 20Si + 6.5Mo + 10Ni-4Mn + 15Cu + 1140 ··· (2)
“N r ” in the formula (2) indicates the nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part, and each element symbol indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material.

[3] 前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
V :0.05〜0.50%、
Nb:0.010〜0.200%、
Ti:0.0030〜0.050%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[1]または[2]に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
[3] The duplex stainless steel material is further in mass%,
V: 0.05 to 0.50%,
Nb: 0.010-0.200%
Ti: One or two or more types selected from 0.0030 to 0.050% are contained. Alloy-saving duplex stainless steel with good laser welded portion characteristics according to [1] or [2] Steel laser welding member.

[4] 前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
Al:0.003〜0.045%、
O :0.007%以下から選ばれる1種または2種を含有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
[4] The duplex stainless steel material is further in mass%,
Al: 0.003-0.045%,
O 2: One or two elements selected from 0.007% or less are contained. Alloy-saving two-phase with good characteristics of laser welded portion according to any one of [1] to [3] Stainless steel laser welding member.

[5] 前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
REM:0.050%以下、
B :0.0040%以下から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
[5] The duplex stainless steel material is further in mass%,
Ca: 0.0050% or less,
Mg: 0.0050% or less,
REM: 0.050% or less,
B: One or two or more selected from 0.0040% or less are contained. The alloy-saving alloy 2 having good characteristics of the laser weld according to any one of [1] to [4] Phase stainless steel laser welded member.

[6] 前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
Zr:0.020%以下、
Ta:0.070%以下、
Co:0.02〜1.00%、
W :1.00%以下、
Sn:0.100%以下から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
[6] The duplex stainless steel material is further in mass%,
Zr: 0.020% or less,
Ta: 0.070% or less,
Co: 0.02 to 1.00%,
W: 1.00% or less,
Sn: One or two or more kinds selected from 0.100% or less are contained, and the alloy-saving alloy 2 having good laser welded part properties according to any one of [1] to [5] Phase stainless steel laser welded member.

[7] [1]〜[6]のいずれか1項に記載の化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、溶加材を用いずにレーザ溶接で溶接する溶接工程を有し、
前記溶接工程は、下記(3)式で算出される溶接金属部のオーステナイト再析出幅の計算値γが2.5μm以上となる条件で行い、下記(7)式で算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerが1250℃以下である溶接部材を形成することを特徴とする省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材の製造方法。
[7] A welding step of welding the duplex stainless steel material having the chemical composition according to any one of [1] to [6] by laser welding without using a filler material,
The welding process is performed under the condition that the calculated value γ N of the austenite reprecipitation width of the weld metal part calculated by the following formula (3) is 2.5 μm or more, and the Cr nitride calculated by the following formula (7) A method for producing an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member, comprising forming a welded member having a calculated value of N precipitation of N preer of 1250 ° C. or lower.

γ=(1200Nre−1.2DF+100)/√(VCR)・・・(3)
(3)式中の「Nre」は下記(4)式で示される溶接金属部中の窒素濃度推定値(質量%)であって0.20質量%以下であり、「DF」は下記(5)式で示されるN以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度を示す数値であり、「VCR」は下記(6)式で示される溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)である。
γ N = (1200N re −1.2DF N +100) / √ (V CR ) (3)
“N re ” in the formula (3) is an estimated nitrogen concentration value (mass%) in the weld metal part represented by the following formula (4) and is 0.20 mass% or less, and “DF N ” is (5) is a numerical value indicating the stability of the ferrite phase in the weld metal part by an element other than N represented by the formula (5), and “V CR ” is a cooling rate estimation at 1000 ° C. of the weld metal part represented by the following formula (6). Value (° C./s).

re=N−10×N/√(VCR)・・・(4)
(4)式中の「VCR」は下記(6)式で示される数値であり、「N」は二相ステンレス鋼材中の窒素含有量(質量%)を示す。
N re = N−10 × N 2 / √ (V CR ) (4)
“V CR ” in the formula (4) is a numerical value represented by the following formula (6), and “N” represents a nitrogen content (mass%) in the duplex stainless steel material.

DF=7.2(Cr+0.88Mo+0.78Si)−8.9(Ni+0.03Mn+0.72Cu+22C)−44.9・・・(5)
(5)式中の各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示し、その元素が前記鋼材中に含まれない場合は0とする。
DF N = 7.2 (Cr + 0.88Mo + 0.78Si) −8.9 (Ni + 0.03Mn + 0.72Cu + 22C) −44.9 (5)
Each element symbol in the formula (5) indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material, and is 0 when the element is not contained in the steel material.

(6)式中の「λ」は二相ステンレス鋼材の熱伝導率(W/m/K)、「c」は二相ステンレス鋼材の比熱(J/kg/K)、「ρ」は二相ステンレス鋼材の密度(kg/m)、「h」は二相ステンレス鋼材の溶接部の素材肉厚(m)、「V」は溶接速度(m/s)、「P」はレーザ出力(W)、「T」は1000℃、「T」は室温(20℃)を示す。
In equation (6), “λ” is the thermal conductivity (W / m / K) of the duplex stainless steel material, “c” is the specific heat (J / kg / K) of the duplex stainless steel material, and “ρ” is the duplex phase. The density of stainless steel (kg / m 3 ), “h” is the material thickness (m) of the welded portion of the duplex stainless steel, “V” is the welding speed (m / s), “P” is the laser output (W ), “T” indicates 1000 ° C. , and “T 0 ” indicates room temperature (20 ° C.).

prer=800N−3Cr+20Si+6.5Mo+10Ni−4Mn+15Cu+1140・・・(7)
(7)式中の「N」は溶接金属部中の窒素濃度(質量%)を示し、各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示し、その元素が前記鋼材中に含まれない場合は0とする。
N prer = 800N r -3Cr + 20Si + 6.5Mo + 10Ni-4Mn + 15Cu + 1140 ··· (7)
“N r ” in the formula (7) indicates the nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part, and each element symbol indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material. 0 is not included in the steel material.

[8] 前記VCRを500℃/s以上とすることを特徴とする[7]に記載の省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材の製造方法。 [8] The method for producing an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member according to [7], wherein the VCR is set to 500 ° C./s or more.

本発明によれば、Ni節減または、NiおよびMoを節減した省合金タイプの良好な靱性を有する二相ステンレス鋼材で形成された母材を、溶加材を用いずにレーザ溶接により溶接した溶接部材において、溶接金属部および溶接熱影響部と母材との特性の差が抑制された省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材が得られる。その結果、大気環境、水環境等で使用される耐食性を有する安価なNi節減型二相ステンレス鋼レーザ溶接部材を提供することが可能となり、産業上寄与するところは極めて大である。   According to the present invention, welding in which a base material formed of a duplex stainless steel material having good toughness of Ni-saving or Ni-Mo-saving alloy-saving type is welded by laser welding without using a filler metal. In the member, an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member in which the difference in characteristics between the weld metal part and the weld heat affected part and the base material is suppressed is obtained. As a result, it is possible to provide an inexpensive Ni-saving duplex stainless steel laser welded member having corrosion resistance that is used in the air environment, water environment, etc., which greatly contributes to the industry.

本発明のレーザ溶接部材の一例における溶接金属部の断面の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the cross section of the weld metal part in an example of the laser welding member of this invention.

以下に本発明を詳細に説明する。
先ず、本発明の省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材について説明する。本発明の省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材は、母材としての二相ステンレス鋼材を、溶加材を用いずにレーザ溶接法により溶接した溶接部材である。
次に、二相ステンレス鋼材の化学組成について説明する。なお、以下の説明において、含有量を示す%は、質量%を意味する。
The present invention is described in detail below.
First, the alloy-saving duplex stainless steel laser welding member of the present invention will be described. The alloy-saving duplex stainless steel laser welding member of the present invention is a welding member obtained by welding a duplex stainless steel material as a base material by a laser welding method without using a filler material.
Next, the chemical composition of the duplex stainless steel material will be described. In addition, in the following description,% which shows content means the mass%.

Cは、二相ステンレス鋼の耐食性を確保するために0.04%以下の含有量に制限する。0.04%を越えてCを含有させると、Cr炭化物が生成して、耐食性が劣化する。C含有量は好ましくは0.03%以下である。一方、C含有量を極端に低減することは大幅なコストアップになるため、好ましくはC含有量の下限を0.001%とする。   C limits the content to 0.04% or less in order to ensure the corrosion resistance of the duplex stainless steel. When C is contained exceeding 0.04%, Cr carbide is generated and the corrosion resistance is deteriorated. The C content is preferably 0.03% or less. On the other hand, since extremely reducing the C content significantly increases the cost, the lower limit of the C content is preferably set to 0.001%.

Siは、脱酸のため0.10%以上添加する。しかしながら、1.00%を超えてSiを添加すると靱性が劣化する。そのため、Si含有量の上限を1.00%に限定する。好ましいSi含有量の範囲は0.20〜0.60%である。   Si is added in an amount of 0.10% or more for deoxidation. However, when Si is added exceeding 1.00%, toughness deteriorates. Therefore, the upper limit of Si content is limited to 1.00%. The range of preferable Si content is 0.20 to 0.60%.

Mnは、二相ステンレス鋼中のオーステナイト相を増加させ、かつ加工誘起マルテンサイトの生成を抑制し、靱性を向上させ、また窒素の固溶度を上げ溶接部における窒化物の析出を抑制することから0.50%以上添加する。しかしながら、6.00%を超えてMnを添加すると耐食性が劣化する。そのため、Mn含有量の上限を6.00%に限定する。Mn含有量の好ましい範囲は1.50〜4.00%、更に好ましい範囲は2.00超〜3.00%未満である。   Mn increases the austenite phase in duplex stainless steel, suppresses the formation of work-induced martensite, improves toughness, increases the solid solubility of nitrogen, and suppresses the precipitation of nitride in the weld. To 0.50% or more. However, if Mn is added over 6.00%, the corrosion resistance deteriorates. Therefore, the upper limit of the Mn content is limited to 6.00%. A preferable range of the Mn content is 1.50 to 4.00%, and a more preferable range is more than 2.00 to less than 3.00%.

Pは、二相ステンレス鋼中に不可避的に含有される元素であって、熱間加工性を劣化させるため0.050%以下に限定する。P含有量は好ましくは0.030%以下である。一方、P含有量を極端に減ずることは大幅なコストアップになる。このため、好ましくはP含有量の下限を0.005%とすることが好ましい。   P is an element inevitably contained in the duplex stainless steel, and is limited to 0.050% or less in order to deteriorate the hot workability. The P content is preferably 0.030% or less. On the other hand, reducing the P content extremely increases the cost significantly. For this reason, it is preferable that the lower limit of the P content is 0.005%.

Sは、Pと同様に鋼中に不可避的に含有される元素であって、熱間加工性、靱性および耐食性をも劣化させるため0.0050%以下に限定する。S含有量は好ましくは0.0020%以下である。一方、S含有量を極端に減ずることは大幅なコストアップになる。このため、好ましくはS含有量の下限を0.0001%とする。   S is an element that is inevitably contained in steel like P, and is limited to 0.0050% or less in order to deteriorate hot workability, toughness, and corrosion resistance. The S content is preferably 0.0020% or less. On the other hand, reducing the S content extremely increases the cost significantly. For this reason, Preferably the minimum of S content shall be 0.0001%.

Crは、耐食性を確保するために基本的に必要な元素である。Crは、比較的安価な合金成分でもあり、本発明では20.0%以上含有させる。一方、Crは、フェライト相を増加させる元素である。25.0%を超えてCrを含有させると、本発明の成分系ではフェライト量が過多となり、耐食性および靱性を害する。このため、Crの含有量を20.0%以上25.0%以下とした。Cr含有量の好ましい範囲は、20.5%〜22.0%である。   Cr is an element that is basically necessary to ensure corrosion resistance. Cr is a relatively inexpensive alloy component, and in the present invention, it is contained in an amount of 20.0% or more. On the other hand, Cr is an element that increases the ferrite phase. If the Cr content exceeds 25.0%, the amount of ferrite in the component system of the present invention becomes excessive, which impairs corrosion resistance and toughness. For this reason, the Cr content is set to 20.0% or more and 25.0% or less. A preferable range of the Cr content is 20.5% to 22.0%.

Niは、二相ステンレス鋼中のオーステナイト相を増加させる元素である。Niは、本発明の成分系においてオーステナイト相を確保するために、また加工誘起マルテンサイトの生成を抑制し靱性を向上させるため、および各種酸に対する耐食性を確保するために1.00%以上添加させる。一方、Niは、高価な合金であるため、本発明では可能な限り抑制し、6.00%以下とする。Ni含有量の好ましい範囲は、1.50%〜3.00%である。   Ni is an element that increases the austenite phase in the duplex stainless steel. Ni is added in an amount of 1.00% or more in order to secure an austenite phase in the component system of the present invention, to suppress the formation of work-induced martensite and improve toughness, and to secure corrosion resistance against various acids. . On the other hand, since Ni is an expensive alloy, it is suppressed as much as possible in the present invention, and is made 6.00% or less. A preferable range of the Ni content is 1.50% to 3.00%.

Nは、オーステナイト相に固溶して強度および耐食性を高めると共に、二相ステンレス鋼中のオーステナイト相を増加させる有効な元素である。Nは、特にオーステナイト相の耐食性を高めるために、重要な元素である。本発明では、特にレーザ溶接において、溶接金属部が形成される際の急速冷却時に、再析出するオーステナイト相を確保する必要があるため、Nを0.120%以上含有させる。一方、0.250%を越えてNを含有させると、溶融凝固時にN気泡を生じる。また、N含有量が0.250%を越えている場合、溶接金属部のCr窒化物の析出量が多く、溶接金属部の耐食性が不充分である溶接部材となる。このため、N含有量の上限を0.250%とした。好ましいN含有量は、0.150〜0.200%である。   N is an effective element for increasing the austenite phase in the duplex stainless steel while at the same time increasing the strength and corrosion resistance by dissolving in the austenite phase. N is an important element particularly for enhancing the corrosion resistance of the austenite phase. In the present invention, particularly in laser welding, since it is necessary to ensure an austenite phase that reprecipitates during rapid cooling when a weld metal part is formed, N is contained in an amount of 0.120% or more. On the other hand, when N is contained exceeding 0.250%, N bubbles are generated during melt solidification. On the other hand, when the N content exceeds 0.250%, the amount of Cr nitride precipitated in the weld metal part is large, and the weld metal part has insufficient corrosion resistance. For this reason, the upper limit of N content was made 0.250%. A preferable N content is 0.150 to 0.200%.

さらに、二相ステンレス鋼材は、Mo、Cuから選ばれる1種または2種を含有してもよい。
Moは、二相ステンレス鋼の耐食性を大きく高める非常に有効な元素であり、本発明では必要に応じて添加する。一方、Moは、非常に高価な元素である。このため、本発明では可能な限りMo含有量を抑制し、Mo含有量の上限を1.50%以下と規定した。Mo含有量の好ましい範囲は、0.10%超〜0.50%未満である。
Furthermore, the duplex stainless steel material may contain one or two selected from Mo and Cu.
Mo is a very effective element that greatly enhances the corrosion resistance of the duplex stainless steel, and is added as necessary in the present invention. On the other hand, Mo is a very expensive element. For this reason, in this invention, Mo content was suppressed as much as possible, and the upper limit of Mo content was prescribed | regulated as 1.50% or less. A preferable range of the Mo content is more than 0.10% and less than 0.50%.

Cuは、Niと同様に二相ステンレス鋼中のオーステナイト相を増加させること、および加工誘起マルテンサイトの生成を抑制し靱性を向上させること、更に各種酸に対する耐食性を改善するのに有効な元素である。Cuは、Niと比べて安価な合金であるため、本発明では必要に応じて添加する。一方、2.00%を越えてCuを含有させると、Cr窒化物の析出を促進するので、Cu含有量の上限を2.00%とした。Cu含有量の好ましい範囲は0.60%超〜1.50%であり、更に好ましい範囲は0.80%超〜1.35%、特に好ましい範囲は1.00%超〜1.20%である。   Cu is an element effective for increasing the austenite phase in the duplex stainless steel as well as Ni, suppressing the formation of work-induced martensite and improving toughness, and further improving the corrosion resistance against various acids. is there. Since Cu is an inexpensive alloy compared with Ni, it is added as necessary in the present invention. On the other hand, if Cu is contained in excess of 2.00%, precipitation of Cr nitride is promoted, so the upper limit of Cu content is set to 2.00%. The preferable range of the Cu content is more than 0.60% to 1.50%, the more preferable range is more than 0.80% to 1.35%, and the particularly preferable range is more than 1.00% to 1.20%. is there.

さらに、二相ステンレス鋼材は、V、Nb、Tiから選ばれる1種または2種以上を含有してもよい。V、Nb、Tiは、それぞれNの活量を下げ、窒化物析出を抑制するのに有効な元素であり、選択的に添加される。   Furthermore, the duplex stainless steel material may contain one or more selected from V, Nb, and Ti. V, Nb, and Ti are effective elements for lowering the activity of N and suppressing nitride precipitation, and are selectively added.

Vは、上記の効果を得るには0.05%以上の添加が必要である。一方、0.50%を越えてVを添加させると、V窒化物の析出によりHAZ部靭性を低下させるため、上限は0.50%とした。V含有量の好ましい範囲は0.06%〜0.20%である。
Nbは、上記の効果を得るには0.010%以上の添加が必要である。Nb含有量は、好ましくは0.020%以上とする。Nbは、Vと比較してNとの親和力が比較的高く、少量の添加でNb窒化物を析出してしまう。このためNb含有量は0.200%以下とする。Nb含有量は、好ましくは0.100%以下とする。
Tiは、上記の効果を得るには0.0030%以上の添加が必要である。Ti含有量は、好ましくは0.0050%以上とする。Tiは、NbよりもさらにNとの親和力が高く、少量の添加でTi窒化物を析出してしまう。このためTi含有量は0.050%以下とする。Ti含有量は、好ましくは0.030%以下とする。
V is required to be added in an amount of 0.05% or more in order to obtain the above effect. On the other hand, if V is added over 0.50%, the HAZ toughness is reduced by precipitation of V nitride, so the upper limit was made 0.50%. A preferable range of the V content is 0.06% to 0.20%.
Nb needs to be added in an amount of 0.010% or more to obtain the above effect. The Nb content is preferably 0.020% or more. Nb has a relatively high affinity with N as compared with V, and Nb nitride is precipitated by addition of a small amount. For this reason, Nb content shall be 0.200% or less. The Nb content is preferably 0.100% or less.
To obtain the above effect, Ti needs to be added in an amount of 0.0030% or more. The Ti content is preferably 0.0050% or more. Ti has a higher affinity with N than Nb, and Ti nitride is precipitated with a small amount of addition. For this reason, Ti content shall be 0.050% or less. The Ti content is preferably 0.030% or less.

さらに、二相ステンレス鋼材は、Al、O(酸素)から選ばれる1種または2種を含有してもよい。
Alは、鋼の脱酸のための重要な元素であり、鋼中の酸素を低減するために選択的に添加される。上記効果を得るには、Alを0.003%以上含有させることが必要である。Al含有量は、好ましくは0.010%以上とする。一方でAlはNとの親和力が比較的大きな元素であり、過剰に添加するとAlNを生じて母材の靭性を阻害する。その程度はN含有量にも依存するが、Alが0.045%を越えると靭性低下が著しくなるため、その含有量の上限を0.045%と定めた。Al含有量は、好ましくは0.030%以下である。
Furthermore, the duplex stainless steel material may contain one or two selected from Al and O (oxygen).
Al is an important element for deoxidation of steel and is selectively added to reduce oxygen in the steel. In order to acquire the said effect, it is necessary to contain Al 0.003% or more. The Al content is preferably 0.010% or more. On the other hand, Al is an element having a relatively large affinity with N, and if added excessively, AlN is generated and the toughness of the base material is inhibited. The degree depends on the N content, but when Al exceeds 0.045%, the toughness deteriorates remarkably, so the upper limit of the content is set to 0.045%. The Al content is preferably 0.030% or less.

Oは、非金属介在物の代表である酸化物を構成する有害な元素であり、過剰な含有は靭性を阻害する。また粗大なクラスター状酸化物が生成すると表面疵の原因となる。このためO含有量の上限を0.007%とした。O含有量は、好ましくは0.005%以下である。一方、O含有量を極端に減ずることは大幅なコストアップになる。このため、O含有量の下限を0.001%とすることが好ましい。   O is a harmful element constituting an oxide that is representative of nonmetallic inclusions, and excessive inclusion inhibits toughness. In addition, the formation of coarse clustered oxides causes surface defects. For this reason, the upper limit of the O content is set to 0.007%. The O content is preferably 0.005% or less. On the other hand, reducing the O content extremely increases the cost significantly. For this reason, it is preferable that the lower limit of the O content is 0.001%.

さらに、二相ステンレス鋼材は、Ca、Mg、REM、Bから選ばれる1種または2種以上を含有してもよい。Ca,Mg,REM,Bは、いずれも鋼の熱間加工性を改善する元素である。一方、いずれも過剰な添加は逆に熱間加工性を低下する。このため、これらの元素の含有量の範囲を次のように定めた。   Furthermore, the duplex stainless steel material may contain one or more selected from Ca, Mg, REM, and B. Ca, Mg, REM, and B are all elements that improve the hot workability of steel. On the other hand, excessive addition conversely reduces hot workability. For this reason, the range of the content of these elements was determined as follows.

CaとMgについては夫々0.0050%以下、REMについては0.050%以下、Bについては0.0040%以下である。ここでREMは、LaやCe等のランタノイド系希土類元素の含有量の総和とする。
なお、CaとMgについては0.0005%以上にすると、安定した効果が得られるので、好ましい範囲は0.0005〜0.0050%である。REMについては0.005%以上にすると、安定した効果が得られるので、好ましい範囲は0.005〜0.050%である。Bについては0.0003%以上にすると、安定した効果が得られるので、好ましい範囲は0.0003〜0.0040%である。
Each of Ca and Mg is 0.0050% or less, REM is 0.050% or less, and B is 0.0040% or less. Here, REM is the total content of lanthanoid rare earth elements such as La and Ce.
In addition, about 0.005% or more about Ca and Mg, since the stable effect is acquired, a preferable range is 0.0005 to 0.0050%. If REM is made 0.005% or more, a stable effect can be obtained, so a preferred range is 0.005 to 0.050%. If B is 0.0003% or more, a stable effect can be obtained, so a preferable range is 0.0003 to 0.0040%.

さらに、二相ステンレス鋼材は、Zr、Ta、Co、W、Snから選ばれる1種または2種以上を含有してもよい。
ZrおよびTaは、添加によりCおよびSの耐食性への悪影響を抑制することができる。この効果を安定して発揮する含有量は、Zrは0.003%以上、Taは0.010%以上である。ZrおよびTaは、過剰に添加すると靱性低下を生じる等の悪影響が発生する。このため、Zrおよび/またはTaを選択的に添加する場合の含有量を、Zrは0.020%以下、Taは0.070%以下に限定した。
Furthermore, the duplex stainless steel material may contain one or more selected from Zr, Ta, Co, W, and Sn.
Zr and Ta can suppress the adverse effect on the corrosion resistance of C and S by addition. The contents that stably exhibit this effect are 0.003% or more for Zr and 0.010% or more for Ta. When Zr and Ta are added excessively, adverse effects such as a decrease in toughness occur. For this reason, the content when Zr and / or Ta is selectively added is limited to 0.020% or less for Zr and 0.070% or less for Ta.

Coは、鋼の靭性と耐食性を高めるために有効な元素であり、選択的に添加される。Coの含有量が0.02%未満であると効果が少ない。このため、Coを添加する場合の含有量を0.02%以上とする。Co含有量は、好ましくは0.04%以上である。しかし、1.00%を越えてCoを含有させると、高価な元素であるためにコストに見合った効果が発揮されないようになる。そのため、Coを添加する場合の含有量を1.00%以下と定めた。Co含有量は、コストの点から好ましくは0.30%未満とする。   Co is an element effective for enhancing the toughness and corrosion resistance of steel, and is selectively added. If the Co content is less than 0.02%, the effect is small. For this reason, content in the case of adding Co shall be 0.02% or more. The Co content is preferably 0.04% or more. However, if Co is contained in excess of 1.00%, since it is an expensive element, the effect corresponding to the cost cannot be exhibited. Therefore, the content when Co is added is determined to be 1.00% or less. The Co content is preferably less than 0.30% from the viewpoint of cost.

Wは、二相ステンレス鋼の耐食性を付加的に高めるために選択的に添加される元素である。この効果を安定して発揮するW含有量は、0.05%以上である。W含有量は、好ましくは0.10%以上である。しかし、Wは、高価な元素であり、過剰添加はコスト増を招くため1.00%以下を含有させる。W含有量は、好ましくは0.50%以下である。   W is an element that is selectively added to additionally enhance the corrosion resistance of the duplex stainless steel. The W content that stably exhibits this effect is 0.05% or more. The W content is preferably 0.10% or more. However, W is an expensive element, and excessive addition causes cost increase, so 1.00% or less is contained. The W content is preferably 0.50% or less.

Snは、耐酸性を付加的に向上させる選択的元素である。この効果を安定して発揮するSn含有量は、0.050%以上である。Snは、熱間加工性の観点から0.100%を上限として添加することが出来る。   Sn is a selective element that additionally improves acid resistance. Sn content which exhibits this effect stably is 0.050% or more. Sn can be added up to 0.100% from the viewpoint of hot workability.

本発明の二相ステンレス鋼レーザ溶接部材において良好な特性を得るためには、母材である二相ステンレス鋼材におけるオーステナイト相の面積率を40〜70%の範囲にすることが必要である。オーステナイト相の面積率が40%未満であると、靱性不良となる。オーステナイト相の面積率が、70%超では熱間加工性が不十分であり、応力腐食割れの問題が生じる。また、オーステナイト相の面積率が40%未満であっても70%を超えても耐食性が不良となる。   In order to obtain good characteristics in the duplex stainless steel laser welded member of the present invention, it is necessary to make the area ratio of the austenite phase in the duplex stainless steel material as the base material in the range of 40 to 70%. When the area ratio of the austenite phase is less than 40%, the toughness is poor. If the area ratio of the austenite phase is more than 70%, the hot workability is insufficient and the problem of stress corrosion cracking occurs. Moreover, even if the area ratio of an austenite phase is less than 40% or exceeds 70%, corrosion resistance becomes poor.

次に、このような二相ステンレス鋼材をレーザ溶接したレーザ溶接部材について説明する。レーザ溶接部材には、溶接を行うことにより、溶接金属部とHAZ部とを有するレーザ溶接部が形成されている。   Next, a laser welding member obtained by laser welding such a duplex stainless steel material will be described. A laser welded portion having a weld metal portion and a HAZ portion is formed on the laser welded member by welding.

溶接金属部の金属組織については、断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均が2.5μm以上のものと規定する。上記のオーステナイト相の幅の平均が2.5μm未満であると、前述の通りフェライト相の粒界がオーステナイト相で覆われず、フェライト相とフェライト相との粒界にCrを含む窒化物がフィルム状に析出し、耐食性が大幅に低下する。このため、上記のオーステナイト相の幅の平均を2.5μm以上とし、好ましくは3.0μm以上とする。   With respect to the metal structure of the weld metal part, the average width of the austenite phase precipitated at the grain boundary of the ferrite phase in the cross section is defined as 2.5 μm or more. When the average width of the austenite phase is less than 2.5 μm, as described above, the grain boundary of the ferrite phase is not covered with the austenite phase, and a nitride containing Cr at the grain boundary between the ferrite phase and the ferrite phase is a film. The corrosion resistance is greatly reduced. For this reason, the average width of the austenite phase is set to 2.5 μm or more, preferably 3.0 μm or more.

溶接金属部の断面におけるフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均は、後述する方法により測定したものである。   The average width of the austenite phase precipitated at the ferrite phase grain boundaries in the cross section of the weld metal part is measured by the method described later.

本実施形態の溶接部材は、上記(1)式で算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerが1250℃以下のものである。
溶接金属部のCr窒化物の析出を抑制するには、N含有量を単に低減するだけではなく、二相ステンレス鋼材中に含まれるCr窒化物の析出に関わる元素の含有量を制御することが重要である。Cr窒化物析出の駆動力の大きさ、即ち化学ポテンシャル(エネルギー)の差(ΔG)は、Cr窒化物の析出開始温度と実際の温度との差で示される過冷度の大きさに対応していると考えられる。過冷度が大きいほど、Cr窒化物の核生成が容易になり、溶接金属部中にCr窒化物が析出しやすくなる。
The welding member of this embodiment has a calculated value N.sub.prer of the Cr nitride precipitation start temperature calculated by the above equation (1) of 1250.degree.
In order to suppress the precipitation of Cr nitride in the weld metal part, it is necessary not only to reduce the N content but also to control the content of elements involved in the precipitation of Cr nitride contained in the duplex stainless steel material. is important. The magnitude of the driving force of Cr nitride precipitation, that is, the difference in chemical potential (energy) (ΔG) corresponds to the degree of supercooling indicated by the difference between the Cr nitride precipitation start temperature and the actual temperature. It is thought that. The greater the degree of supercooling, the easier the nucleation of Cr nitride and the easier it is for Cr nitride to precipitate in the weld metal.

そこで、本発明者らは、溶接金属部の窒素濃度が元の鋼材より低減することを前提として、溶接金属部を形成する際におけるCr窒化物の析出開始温度をシミュレーション計算により求めた。さらに、シミュレーション計算により、二相ステンレス鋼材中に含まれる各成分のCr窒化物の析出への寄与の大きさを算出し、定式化した。これらの結果を用いて、溶接金属部にCr窒化物が析出し難い溶接金属部の窒素濃度および二相ステンレス鋼材の成分範囲を規定することを試みた。   Therefore, the present inventors have determined the precipitation start temperature of Cr nitride when forming the weld metal part by simulation calculation on the premise that the nitrogen concentration of the weld metal part is lower than that of the original steel material. Furthermore, the magnitude | size of the contribution to precipitation of Cr nitride of each component contained in a duplex stainless steel material was calculated and formulated by simulation calculation. Using these results, an attempt was made to define the nitrogen concentration of the weld metal part and the component range of the duplex stainless steel material in which Cr nitride hardly precipitates on the weld metal part.

具体的には、熱力学データを用いたシミュレーション計算により、二相ステンレス鋼材中に含まれる各添加元素のCr窒化物の析出開始温度への影響を算出した。更に、実験により、シミュレーション計算の結果と実験結果とが一致することを確認し、Cr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerを算出する(1)式を作成した。 Specifically, the influence of each additive element contained in the duplex stainless steel material on the Cr nitride precipitation start temperature was calculated by simulation calculation using thermodynamic data. Furthermore, it was confirmed by experiment that the simulation calculation results coincided with the experimental results, and the equation (1) for calculating the calculated value N prer at the Cr nitride precipitation start temperature was created.

通常、レーザ溶接において溶接金属部が形成される際の冷却速度は非常に速いため、溶接金属部の組織のほとんどがフェライト相となる。このため、シミュレーション計算を、以下のような条件で行った。
すなわち、溶接金属部中におけるオーステナイト相から離れたフェライト相では、Nの固溶限界が小さいフェライト相中であるにもかかわらず、オーステナイト再析出前のN含有量を維持したまま存在しているところもあると考えられる。このことから、シミュレーション計算では、オーステナイト相は除外し、フェライト相とCr窒化物のみで、Cr窒化物の析出開始温度の平衡計算を行った。
Usually, since the cooling rate when a weld metal part is formed in laser welding is very fast, most of the structure of the weld metal part is a ferrite phase. For this reason, the simulation calculation was performed under the following conditions.
That is, in the ferrite phase separated from the austenite phase in the weld metal part, the N content before the re-precipitation of austenite is maintained even though it is in the ferrite phase where the solid solution limit of N is small. It is thought that there is also. Therefore, in the simulation calculation, the austenite phase was excluded, and the equilibrium calculation of the Cr nitride precipitation start temperature was performed using only the ferrite phase and Cr nitride.

本発明者らは、このようにして作成した式(1)により算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerと、レーザ溶接部と母材との耐食性の差について、実験により調べた。その実験結果より、Nprerを1250℃以下とすることで、レーザ溶接部と母材である二相ステンレス鋼材との特性の差を十分に抑制しうることを確認した。 The present inventors have found that the calculated value N PRER the deposition starting temperature of Cr nitrides calculated by the equation (1) created in this way, the difference in corrosion resistance between the laser weld and the base material, checked by experiment It was. From the experimental results, it was confirmed that the difference in characteristics between the laser welded portion and the duplex stainless steel material that is the base material can be sufficiently suppressed by setting N.sub.preer to 1250.degree. C. or less.

つまり、本実施形態の溶接部材では、式(1)で算出されるNprerを抑えることで、過冷度が低減されている。このことにより、化学ポテンシャルの差(ΔG)に対応するCr窒化物の析出駆動力が低減されたものとなり、Cr窒化物が析出することによる溶接金属部の耐食性の低下が抑制された溶接部材となる。 That is, in the welding member of the present embodiment, the degree of supercooling is reduced by suppressing N prer calculated by the equation (1). Thereby, the precipitation driving force of Cr nitride corresponding to the difference in chemical potential (ΔG) is reduced, and the weld member in which the deterioration of the corrosion resistance of the weld metal part due to the precipitation of Cr nitride is suppressed, and Become.

(1)式で算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerが1250℃を超えると、鋭敏化が激しく生じて、溶接金属部の耐食性が低下する。鋭敏化は、溶接金属部にCr窒化物が析出することによって、Cr窒化物周辺のCr元素がCr析出物の生成に消費され、Cr窒化物周辺に局所的にCr濃度の低い領域が形成されて生じる。Nprerが1250℃以下であると、溶接金属部が形成される冷却過程におけるCr窒化物の析出開始温度が低くなる。このため、Cr窒化物の析出量が多くなりすぎることがなく、鋭敏化が抑制される。より効果的に鋭敏化を抑制するためには、Nprerは1240℃以下であることが好ましい。 (1) exceeds 1250 ° C. Calculated N PRER the precipitation start temperature of Cr nitrides calculated by the formula, sensitization is caused fiercely, corrosion resistance of the weld metal is reduced. Sensitization is caused by the precipitation of Cr nitride on the weld metal part, so that the Cr element around the Cr nitride is consumed for the formation of the Cr precipitate, and a locally low Cr concentration region is formed around the Cr nitride. Occur. When N preer is 1250 ° C. or lower, the Cr nitride precipitation start temperature in the cooling process in which the weld metal part is formed is lowered. For this reason, the precipitation amount of Cr nitride does not increase too much, and sensitization is suppressed. In order to suppress sensitization more effectively, it is preferable that N.sub.prer is 1240.degree .

(1)式に示されるように、Cr窒化物は、溶接金属部中の窒素濃度(質量%)「N」が少ないと析出しにくい。溶接金属部中の窒素濃度が高すぎると、Nprerが高くなり、溶接金属部におけるCr窒化物析出量が多量となり、鋭敏化が生じて耐食性が低下する。このため、「N」は0.20%以下であることが好ましく、0.18%以下であることがより好ましい。また、「N」が0.14%以上であると、レーザ溶接において溶接金属部が形成される際の急速冷却時に、オーステナイト相が十分に再析出されたものとなり、好ましい。「N」が0.16%以上であると、オーステナイト相の再析出量がより多いものとなるため、より好ましい。
溶接金属部中の窒素濃度Nは、溶接金属部を窒素分析計等により化学分析することにより測定しうる。
As shown in the formula (1), Cr nitride is difficult to precipitate when the nitrogen concentration (mass%) “N r ” in the weld metal part is small. If the nitrogen concentration in the weld metal part is too high, Npler increases, the amount of Cr nitride deposited in the weld metal part becomes large, sensitization occurs, and the corrosion resistance decreases. Therefore, “N r ” is preferably 0.20% or less, and more preferably 0.18% or less. Further, when “N r ” is 0.14% or more, it is preferable that the austenite phase is sufficiently reprecipitated at the time of rapid cooling when a weld metal part is formed in laser welding. “N r ” of 0.16% or more is more preferable because the amount of reprecipitation of the austenite phase is larger.
The nitrogen concentration Nr in the weld metal part can be measured by chemically analyzing the weld metal part with a nitrogen analyzer or the like.

(1)式に示されるように、Cr窒化物の析出開始温度は、Si、Ni、Mnの含有量に関わる。Mnは、Cr窒化物の析出開始温度を低下させて、溶接金属部にCr窒化物が多量に析出されることを抑制する。SiおよびNiは、Cr窒化物の析出開始温度を上昇させて、Cr窒化物の析出を促進する。このため、SiおよびNiは、Nprerが1250℃以下となる範囲で含有される。 As shown in the equation (1), the Cr nitride precipitation start temperature is related to the contents of Si, Ni, and Mn. Mn lowers the precipitation start temperature of Cr nitride and suppresses a large amount of Cr nitride from being deposited on the weld metal part. Si and Ni increase the Cr nitride precipitation start temperature and promote the precipitation of Cr nitride. For this reason, Si and Ni are contained in a range where N preer is 1250 ° C. or lower.

Cr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerは、レーザ溶接部材の母材である二相ステンレス鋼材が、Moおよび/またはCuを含むものである場合、上記(2)式で算出される。
(2)式に示されるように、Cr窒化物の析出開始温度は、Mo、Cuの含有量に関わる。CuおよびMoは、Cr窒化物の析出開始温度を上昇させて、Cr窒化物の析出を促進するものである。このため、CuおよびMoは、Nprerが1250℃以下となる範囲で含有される。
The calculated value N.sub.prer of the Cr nitride precipitation start temperature is calculated by the above equation (2) when the duplex stainless steel material that is the base material of the laser welding member contains Mo and / or Cu.
As shown in the formula (2), the precipitation start temperature of Cr nitride is related to the contents of Mo and Cu. Cu and Mo increase the precipitation start temperature of Cr nitride and promote the precipitation of Cr nitride. For this reason, Cu and Mo are contained in a range where N preer is 1250 ° C. or lower.

本発明の省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材は、溶加材を用いずにレーザ溶接で溶接されたものであればよく、如何なる形状のものであってもよい。例えば、溶接継手、溶接管などであってもよい。   The alloy-saving duplex stainless steel laser welding member of the present invention may be any shape as long as it is welded by laser welding without using a filler material. For example, a welded joint or a welded pipe may be used.

次に、本発明の省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材の製造方法について説明する。
本発明の省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材の製造方法は、上記のいずれかに記載の化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、溶加材を用いずにレーザ溶接で溶接する溶接工程を有する。
本実施形態のレーザ溶接部材において母材として用いる二相ステンレス鋼材の製造方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。
Next, the manufacturing method of the alloy saving duplex stainless steel laser welding member of this invention is demonstrated.
The method for producing an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member of the present invention includes a welding process in which a duplex stainless steel material having the chemical composition described above is welded by laser welding without using a filler material. .
The manufacturing method of the duplex stainless steel material used as a base material in the laser welding member of this embodiment is not particularly limited, and a conventionally known method can be used.

本実施形態における溶接工程は、下記(3)式で算出される溶接金属部のオーステナイト再析出幅の計算値γが2.5μm以上となる条件で、前記(1)式または前記(2)式で算出されるNprerが1250℃以下となるように行う。溶接工程を行うことにより、断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均が2.5μm以上である溶接金属部を有し、かつNprerが1250℃以下である溶接部材を形成できる。その結果、レーザ溶接部と母材との特性の差が抑制されたレーザ溶接部材が得られる。 The welding process in the present embodiment is performed under the condition that the calculated value γ N of the austenite reprecipitation width of the weld metal part calculated by the following expression (3) is 2.5 μm or more, and the expression (1) or (2) This is carried out so that N prer calculated by the equation is 1250 ° C. or lower. By performing the welding process, a weld member having an average width of the austenite phase precipitated at the grain boundary of the ferrite phase in the cross section is 2.5 μm or more and Npler is 1250 ° C. or less is formed. it can. As a result, a laser welded member is obtained in which the difference in characteristics between the laser welded portion and the base material is suppressed.

(3)式は、実験により求めた溶接金属部のオーステナイト再析出幅の推定式である。(3)式により、溶接金属部のオーステナイト再析出幅の計算値γを算出できる。
γ=(1200Nre−1.2DF+100)/√(VCR)・・・(3)
(3)式中の「Nre」は下記(4)式で示される溶接金属部中の窒素濃度推定値(質量%)を示し、「DF」は下記(5)式で示されるN以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度を示す数値であり、「VCR」は下記(6)式で示される溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)である。
Formula (3) is an estimation formula for the austenite reprecipitation width of the weld metal part obtained by experiments. The calculated value γ N of the austenite reprecipitation width of the weld metal part can be calculated from the equation (3).
γ N = (1200N re −1.2DF N +100) / √ (V CR ) (3)
“N re ” in the equation (3) represents an estimated nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part represented by the following equation (4), and “DF N ” is other than N represented by the following equation (5). This is a numerical value indicating the stability of the ferrite phase in the weld metal part due to the element, and “V CR ” is an estimated cooling rate (° C./s) at 1000 ° C. of the weld metal part represented by the following formula (6).

re=N−10×N/√(VCR)・・・(4)
(4)式中の「VCR」は下記(6)式で示される数値であり、「N」は二相ステンレス鋼材中の窒素含有量(質量%)を示す。
N re = N−10 × N 2 / √ (V CR ) (4)
“V CR ” in the formula (4) is a numerical value represented by the following formula (6), and “N” represents a nitrogen content (mass%) in the duplex stainless steel material.

DF=7.2(Cr+0.88Mo+0.78Si)−8.9(Ni+0.03Mn+0.72Cu+22C)−44.9・・・(5)
(5)式中の各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示し、その元素が前記鋼材中に含まれない場合は0とする。
DF N = 7.2 (Cr + 0.88Mo + 0.78Si) −8.9 (Ni + 0.03Mn + 0.72Cu + 22C) −44.9 (5)
Each element symbol in the formula (5) indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material, and is 0 when the element is not contained in the steel material.

(6)式中の「λ」は二相ステンレス鋼材の熱伝導率(W/m/K)、「c」は二相ステンレス鋼材の比熱(J/kg/K)、「ρ」は二相ステンレス鋼材の密度(kg/m)、「h」は二相ステンレス鋼材の溶接部の素材肉厚(m)、「V」は溶接速度(m/s)、「P」はレーザ出力(W)、「T」は速度を算出する温度(1000℃)、「T」は室温(20℃)を示す。 In equation (6), “λ” is the thermal conductivity (W / m / K) of the duplex stainless steel material, “c” is the specific heat (J / kg / K) of the duplex stainless steel material, and “ρ” is the duplex phase. The density of stainless steel (kg / m 3 ), “h” is the material thickness (m) of the welded portion of the duplex stainless steel, “V” is the welding speed (m / s), “P” is the laser output (W ), “T” indicates the temperature (1000 ° C.) for calculating the speed, and “T 0 ” indicates the room temperature (20 ° C.).

溶接金属部でのオーステナイト相の再析出は、Nの拡散によって生じる。このことから、(3)式に示すように、オーステナイト相の再析出幅は、(6)式で示される溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)「VCR」の平方根に反比例すると考えられる。(3)式に示すγには、(3)式に示すように、(4)式で示される溶接金属部中の窒素濃度推定値「Nre」が正の係数として寄与し、(5)式で示されるN以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度「DF」が負の係数として寄与すると考えられる。そして、「Nre」「DF」「VCR」の3つのパラメータの係数を実験により求め整理したのが(3)式である。 The reprecipitation of the austenite phase in the weld metal part is caused by the diffusion of N. From this, as shown in the equation (3), the reprecipitation width of the austenite phase is the square root of the estimated cooling rate (° C./s) “V CR ” at 1000 ° C. of the weld metal part represented by the equation (6). It is considered to be inversely proportional to. As shown in the equation (3), the estimated nitrogen concentration “N re ” in the weld metal part represented by the equation (4) contributes to the γ N shown in the equation (3) as a positive coefficient. It is considered that the ferrite phase stability “DF N ” in the weld metal part due to an element other than N represented by the formula (E) contributes as a negative coefficient. The equation (3) is obtained by arranging the coefficients of the three parameters “N re ”, “DF N ”, and “V CR ” by experiment.

(3)式で算出されるγは、溶接金属部のオーステナイト再析出幅の指標として用いることができる。(3)式で算出されるγが2.5μm以上となる条件で溶接工程を行うことにより、フィルム状のCr窒化物の析出を抑制でき、断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均が2.5μm以上である溶接金属部を有する溶接部材を形成できる。レーザ溶接部と母材との特性の差が、さらに抑制されたレーザ溶接部材を得るためには、γが3.0μm以上となる条件で、溶接工程を行うことが好ましい。 Γ N calculated by the equation (3) can be used as an index of the austenite reprecipitation width of the weld metal part. By performing the welding process under the condition that γ N calculated by the formula (3) is 2.5 μm or more, precipitation of film-like Cr nitride can be suppressed, and the austenite phase precipitated at the grain boundary of the ferrite phase in the cross section. A weld member having a weld metal part having an average width of 2.5 μm or more can be formed. The difference in the characteristics of the laser welding unit and the base material, in order to obtain a suppression laser welding member, under the condition that gamma N is equal to or greater than 3.0 [mu] m, it is preferable to carry out the welding process.

上記(4)式は、溶接金属部中の窒素濃度(質量%)の推定式である。(4)式は、種々の冷却速度となるように溶接条件を変更してレーザ溶接を行って、溶接金属部中の窒素濃度「N」を分析し、その結果を用いて見出したものである。(4)式により、溶接金属部中の窒素濃度推定値(質量%)「Nre」を算出できる。
(4)式で算出される溶接金属部中の窒素濃度推定値(質量%)「Nre」は、(3)式で算出されるγが2.5μm以上となるように、0.14%以上であることが好ましく、0.16%以上であることがより好ましい。また、溶接金属部中の窒素濃度が高すぎると、溶接金属部におけるCr窒化物析出量が多量となり、鋭敏化が生じて耐食性が低下する。このため、「Nre」は0.20%以下であることが好ましく、0.18%以下であることがより好ましい。
The above formula (4) is an estimation formula for the nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part. Equation (4) is found by changing the welding conditions so as to obtain various cooling rates, performing laser welding, analyzing the nitrogen concentration “N r ” in the weld metal part, and using the results. is there. The estimated nitrogen concentration value (mass%) “N re ” in the weld metal part can be calculated by the equation (4).
The estimated nitrogen concentration (mass%) “N re ” in the weld metal part calculated by equation (4) is 0.14 so that γ N calculated by equation (3) is 2.5 μm or more. % Or more is preferable, and 0.16% or more is more preferable. On the other hand, if the nitrogen concentration in the weld metal part is too high, the amount of Cr nitride deposited in the weld metal part becomes large, sensitization occurs, and the corrosion resistance decreases. Therefore, “N re ” is preferably 0.20% or less, and more preferably 0.18% or less.

上記(3)式および(4)式中の溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)「VCR」は、(6)式により算出できる。(6)式は、例えば非特許文献1に記載されているように、溶接金属部の1000℃における冷却速度の推定値を算出するものである。 The estimated cooling rate (° C./s) “V CR ” at 1000 ° C. of the weld metal part in the equations (3) and (4) can be calculated by the equation (6). The expression (6) calculates an estimated value of the cooling rate at 1000 ° C. of the weld metal part as described in Non-Patent Document 1, for example.

上述したように、二相ステンレス鋼材をレーザ溶接で溶接する場合、溶接金属部が形成される際の冷却速度が非常に速いことから、通常の溶接と比べオーステナイト相の析出は非常に少ない。したがって、オーステナイト相の再析出促進を図るために、(3)式および(4)式に示すように、溶接金属部が形成される際の冷却速度がなるべく遅くなるように制御することが良いと考えられる。しかしながら、本発明者らが実際に実験を行ったところ、冷却速度が速い方が却ってレーザ溶接部における耐食性の低下が少なかった。これは、冷却速度が速い程、溶融時のNの放出が少ないことと、窒化物析出温度域をごく短時間で通過するために窒化物の析出が抑制されることとが影響していると考えられる。   As described above, when the duplex stainless steel material is welded by laser welding, the cooling rate when the weld metal portion is formed is very fast, and therefore the austenite phase is precipitated very little compared to normal welding. Therefore, in order to promote the reprecipitation of the austenite phase, it is preferable to control the cooling rate when the weld metal part is formed as slow as possible as shown in the equations (3) and (4). Conceivable. However, when the inventors actually conducted an experiment, the faster the cooling rate, the smaller the deterioration in corrosion resistance at the laser weld. This is because the faster the cooling rate, the smaller the release of N during melting, and the fact that the nitride precipitation is suppressed because it passes through the nitride precipitation temperature range in a very short time. Conceivable.

したがって、(6)式で示される溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)「VCR」は、(3)式で算出されるγが2.5μm以上となる範囲で高いことが好ましい。具体的には、VCRは、500℃/s以上であることが好ましく、1500℃/s以上であることがより好ましい。VCRを500℃/s以上とすることにより、溶接に伴う溶接金属部でのNの放出と窒化物の析出とが抑制される。その結果、レーザ溶接部と母材との特性の差がより一層抑制されたレーザ溶接部材が得られる。また、VCRは、(3)式で算出されるγが2.5μm以上となるように、10000℃/s以下であることが好ましく、6000℃/s以下であることがより好ましい。 Therefore, the estimated cooling rate (° C./s) “V CR ” at 1000 ° C. of the weld metal part represented by equation (6) is within the range where γ N calculated by equation (3) is 2.5 μm or more. High is preferred. Specifically, V CR is preferably 500 ° C. / s or more, more preferably 1500 ° C. / s or higher. By setting the VCR to 500 ° C./s or more, the release of N and the precipitation of nitride in the weld metal part accompanying welding are suppressed. As a result, a laser welding member in which the difference in characteristics between the laser welded portion and the base material is further suppressed can be obtained. Also, V CR is (3) as gamma N calculated is greater than or equal to 2.5μm in expression, preferably not more than 10000 ° C. / s, more preferably at most 6000 ° C. / s.

(5)式で示される「DF」は、N以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度を示す数値である。(5)式は、特許文献6に示されているDF値からNの項を除いたものである。上記(5)式で示されるように、オーステナイト相を増加させる元素であるNi、Mn,Cu、Cが多い程、N以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度「DF」が低くなり、オーステナイト相の化学的安定度が高くなる。 “DF N ” expressed by the formula (5) is a numerical value indicating the stability of the ferrite phase in the weld metal portion by an element other than N. Expression (5) is obtained by removing the N term from the DF value shown in Patent Document 6. As shown in the above formula (5), the more the Ni, Mn, Cu, and C elements that increase the austenite phase, the lower the ferrite phase stability “DF N ” in the weld metal part due to elements other than N. Thus, the chemical stability of the austenite phase is increased.

前述の通り、省合金二相ステンレス鋼の化学組成では、オーステナイト相はほぼNの拡散のみで形成される。しかしながら、オーステナイト再析出量を決定する因子としては、N以外の元素によるオーステナイト相安定度が影響する。なぜなら、N以外の元素によるオーステナイト相安定度が高い場合、オーステナイトを生成するためのN量が少なくて済むからである。   As described above, in the chemical composition of the alloy-saving duplex stainless steel, the austenite phase is formed only by N diffusion. However, as a factor for determining the amount of reprecipitation of austenite, the austenite phase stability due to elements other than N affects. This is because when the austenite phase stability by elements other than N is high, the amount of N for generating austenite is small.

(5)式で示されるN以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度「DF」は、(3)式で算出されるγが2.5μm以上となるように、100以下であることが好ましく、85以下であることがより好ましい。また、DFが50未満であると、鋼材中のN含有量が下限値であっても母材のオーステナイト量が70%を超える可能性が高い。このため、DFは50以上であることが好ましく、70以上であることがより好ましい。 The ferrite phase stability “DF N ” in the weld metal part by an element other than N represented by the formula (5) is 100 or less so that γ N calculated by the formula (3) is 2.5 μm or more. It is preferable that it is 85 or less. Further, when the DF N is less than 50, amount of austenite matrix also N content is a lower limit in the steel is likely to exceed 70%. Therefore, DF N is more preferably preferably 50 or more, 70 or more.

以下、実施例について記載する。
表1および表2に溶接に用いた二相ステンレス鋼材の化学組成(質量%)を示す。なお、表1および表2に記載されている成分以外は、Feおよび不可避的不純物元素であり、空欄は添加していないことを示す。また表中のREMはランタノイド系希土類元素を意味し、含有量はそれら元素の合計を示している。
Examples will be described below.
Tables 1 and 2 show the chemical composition (mass%) of the duplex stainless steel material used for welding. In addition, it is Fe and an unavoidable impurity element other than the component described in Table 1 and Table 2, and it shows that the blank is not added. REM in the table means lanthanoid rare earth elements, and the content indicates the total of these elements.

二相ステンレス鋼材は、以下に示す方法により製造した。
表1および表2に示す成分を有する鋼を、実験室の50kg真空誘導炉によりMgOるつぼ中で溶製し、厚さが約100mmの扁平鋼塊に鋳造した。鋼塊の本体部分より熱間圧延用素材を加工し、得られた素材を1180℃の温度に1〜2h加熱後、仕上温度950〜850℃の条件にて圧延し、10mm厚または20mm厚の熱間圧延鋼板を得た。
なお、圧延直後の鋼材に対して、鋼材温度が800℃以上の状態より200℃以下までスプレー冷却を実施した。また、最終の溶体化熱処理は、熱間圧延鋼板に対して、1050℃で20分間均熱後、水冷の条件で実施した。
The duplex stainless steel material was manufactured by the method shown below.
Steels having the components shown in Tables 1 and 2 were melted in a MgO crucible by a laboratory 50 kg vacuum induction furnace and cast into a flat steel ingot having a thickness of about 100 mm. The raw material for hot rolling is processed from the main body part of the steel ingot, the obtained material is heated to a temperature of 1180 ° C. for 1 to 2 hours, and then rolled at a finishing temperature of 950 to 850 ° C. A hot rolled steel sheet was obtained.
In addition, spray cooling was implemented with respect to the steel material immediately after rolling to 200 degrees C or less from the state with a steel material temperature of 800 degrees C or more. Further, the final solution heat treatment was performed on a hot-rolled steel plate under conditions of water cooling after soaking at 1050 ° C. for 20 minutes.

最終の溶体化熱処理後の鋼板を切断してなる鋼材(母材)を2枚用意し、2枚の鋼材の接合面をI型開先に加工した。そして、2枚の鋼材の接合面を対向させて、COレーザ溶接機を用いて突合せ溶接を行うことにより、番号No.1〜No.23の溶接部材(溶接継手)を得た。 Two steel materials (base materials) obtained by cutting the steel sheet after the final solution heat treatment were prepared, and the joining surfaces of the two steel materials were processed into an I-shaped groove. Then, the joining surfaces of the two steels are opposed, by performing butt welding using a CO 2 laser welding machine to obtain a weld member number Nanba1~nanba23 (weld joint).

なお、レーザ溶接時に溶加材(溶接棒)は使用しなかった。また、溶接条件は下記のA〜Cの3通りで行った。
A:2枚の鋼材の板厚10mm、出力7kV、溶接速度0.6m/min。
B:2枚の鋼材の板厚20mm、出力7kV、溶接速度0.6m/min。
C:2枚の鋼材の板厚10mm、出力7kV、溶接速度2m/min。
上記のA〜Cの各条件の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)「VCR」を、上記(6)式を用いて算出した。その結果、Aの条件では419℃/s、Bの条件では1676℃/s、Cの条件では4654℃/sであった。
Note that no filler metal (welding rod) was used during laser welding. Further, the welding conditions were the following three AC.
A: Thickness 10 mm of two steel materials, output 7 kV, welding speed 0.6 m / min.
B: Plate thickness of two steel materials 20 mm, output 7 kV, welding speed 0.6 m / min.
C: Plate thickness of two steel materials 10 mm, output 7 kV, welding speed 2 m / min.
The estimated cooling rate (° C./s) “V CR ” at 1000 ° C. under each of the conditions A to C was calculated using the above equation (6). As a result, the condition of A was 419 ° C./s, the condition of B was 1676 ° C./s, and the condition of C was 4654 ° C./s.

番号No.1〜No.23の溶接部材について、上記(1)式または(2)式で算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerを算出した。(1)式または(2)式中の溶接金属部中の窒素濃度(質量%)「N」としては、溶接部材の溶接金属部から溶接金属を約1g切り出し、酸素・窒素分析計を用いて化学分析を行うことにより測定した数値を用いた。 No. 1-No. For the 23 welded members, a calculated value N prer of the Cr nitride precipitation start temperature calculated by the above formula (1) or (2) was calculated. As the nitrogen concentration (mass%) “N r ” in the weld metal part in the formula (1) or (2), about 1 g of the weld metal is cut out from the weld metal part of the weld member, and an oxygen / nitrogen analyzer is used. The numerical values measured by performing chemical analysis were used.

また、番号No.1〜No.26の溶接部材について、上記(4)式で示される溶接金属部中の窒素濃度推定値(質量%)「Nre」、上記(5)式で示されるN以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度を示す数値「DF」を算出し、「Nre」と「DF」と「VCR」とを用いて上記(3)式で算出される溶接金属部のオーステナイト再析出幅の計算値γを算出した。 In addition, the number No. 1-No. For the 26 welded members, the estimated nitrogen concentration (mass%) “N re ” in the weld metal part represented by the above formula (4), and the weld metal part by an element other than N represented by the above formula (5) A numerical value “DF N ” indicating the stability of the ferrite phase is calculated, and the austenite reprecipitation width of the weld metal portion calculated by the above equation (3) using “N re ”, “DF N ”, and “V CR ”. The calculated value γ N of was calculated.

「N」の測定結果と「Nprer」「Nre」「DF」「VCR」「γ」の算出結果を表3に示す。 The measurement results of “N r ” and the calculation results of “N prer ”, “N re ”, “DF N ”, “V CR ”, and “γ N ” are shown in Table 3.

また、以下の方法により、番号No.1〜No.26の溶接部材の母材として使用した各鋼材について、オーステナイト相の面積率を調べた。その結果を表2に示す。
鋼材の圧延方向と平行な断面を樹脂に埋め込んだサンプルを作成し、サンプルの断面を鏡面研磨してからKOH水溶液中で電解エッチングを行って、断面の組織を表出させた。その後、サンプルの表出された断面を、光学顕微鏡を用いて100倍の倍率で撮影した。そして、光学顕微鏡で撮影した視野が約30mmの画像の画像解析を行うことによってフェライト相の面積率を測定し、残りの部分をオーステナイト相の面積率とした。
In addition, by the following method, the number No. 1-No. About each steel material used as a base material of 26 welding members, the area ratio of the austenite phase was investigated. The results are shown in Table 2.
A sample in which a cross section parallel to the rolling direction of the steel material was embedded in a resin was prepared, and the cross section of the sample was mirror-polished and then subjected to electrolytic etching in a KOH aqueous solution to reveal the cross-sectional structure. Thereafter, the exposed cross section of the sample was photographed at a magnification of 100 using an optical microscope. Then, the area ratio of the ferrite phase was measured by performing image analysis of an image having a field of view of about 30 mm 2 taken with an optical microscope, and the remaining portion was defined as the area ratio of the austenite phase.

また、以下の方法により、番号No.1〜No.26の溶接部材において、溶接金属部の断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均を調べた。
フェライト相の面積率の測定に用いた、光学顕微鏡で撮影した視野が約30mmの画像上における任意の30箇所について、オーステナイト相の幅を測定し、得られた結果から算出した平均値を、上記のオーステナイト相の幅の平均とした。
In addition, by the following method, the number No. 1-No. In 26 welded members, the average width of the austenite phase precipitated at the ferrite phase grain boundaries in the cross section of the weld metal part was examined.
The average value calculated from the results obtained by measuring the width of the austenite phase for any 30 locations on the image taken with an optical microscope of about 30 mm 2 used for the measurement of the area ratio of the ferrite phase, The average width of the austenite phase was used.

図1は、溶接部材における溶接金属部の断面の顕微鏡写真の一例を示す。図1に示すように、フェライト相の粒界が、オーステナイト相で完全に覆われており、フィルム状Cr窒化物の析出が抑制されていることが分かった。また、図1に示すように、溶接金属部において、フェライト相の粒界に析出したオーステナイト相と、フェライト相の粒内に析出したオーステナイト相は容易に判別しうる。   FIG. 1 shows an example of a micrograph of a cross section of a weld metal part in a weld member. As shown in FIG. 1, it was found that the grain boundary of the ferrite phase was completely covered with the austenite phase, and precipitation of the film-like Cr nitride was suppressed. Moreover, as shown in FIG. 1, in the weld metal part, the austenite phase precipitated in the ferrite phase grain boundary and the austenite phase precipitated in the ferrite phase grain can be easily distinguished.

また、以下の方法により、番号No.1〜No.26の溶接部材の孔食電位差を算出し、耐食性を評価した。
余盛を除去した表層から、レーザ溶接による溶接線を中央として25mm幅の試験片を採取し、中央の12mm幅を測定面としたものをレーザ溶接部(溶接金属部およびHAZ部)試験片とした。また、溶接線から30mm外れた位置から採取したものを母材試験片とした。レーザ溶接部試験片および母材試験片は、それぞれ6個ずつ採取した。
In addition, by the following method, the number No. 1-No. The pitting corrosion potential difference of 26 welding members was calculated, and corrosion resistance was evaluated.
From the surface layer from which the excess was removed, a 25 mm wide test piece with the welding line by laser welding as the center was collected, and a test piece having a 12 mm width at the center as the measurement surface was used as a laser welded part (welded metal part and HAZ part) test piece. did. A sample taken from a position 30 mm away from the weld line was used as a base material test piece. Six laser welded specimens and base metal specimens were collected.

そして、各試験片の表面を研磨粒度#600で研磨し、表皮下1mmの面に対してJIS G0577に定められた方法にて、飽和塩化銀電極(SSE)を用いて、電流密度100μA/cmに対応する孔食電位(Vc’100)を測定した。その後、母材とレーザ溶接部のそれぞれについて、6個の試験片の結果の平均値を求めた。そして、レーザ溶接部の孔食電位の平均値と、母材の孔食電位の平均値との差(レーザ溶接部−母材)を求め、孔食電位差とした。
レーザ溶接部と母材との孔食電位差が0.15V以下である場合、孔食電位差が小さく、耐食性が十分であると評価した。
また、母材の孔食電位が0.25V(vs SSE)以上である場合、母材の耐食性が充分であると評価した。
Then, the surface of each test piece was polished with an abrasive grain size of # 600, and a current density of 100 μA / cm using a saturated silver chloride electrode (SSE) by a method defined in JIS G0577 for a surface of 1 mm epidermal surface. The pitting potential (Vc′100) corresponding to 2 was measured. Then, the average value of the result of six test pieces was calculated | required about each of a base material and a laser welding part. And the difference (laser welding part-base material) of the average value of the pitting corrosion potential of a laser welding part and the average value of the pitting corrosion potential of a base material was calculated | required, and it was set as the pitting corrosion potential difference.
When the pitting corrosion potential difference between the laser weld and the base material was 0.15 V or less, it was evaluated that the pitting corrosion potential difference was small and the corrosion resistance was sufficient.
Moreover, when the pitting potential of the base material was 0.25 V (vs SSE) or more, it was evaluated that the base material had sufficient corrosion resistance.

また、以下の方法により、番号No.1〜No.26の溶接部材の母材として使用した鋼材の靱性を評価した。
JIS 4号Vノッチシャルピー試験片を鋼材の圧延方向と直角の方向より各3本切り出し、破壊が圧延方向に伝播するようにVノッチを加工して、最大エネルギー500Jの試験機にて衝撃試験を実施し、−20℃での衝撃値を測定した。母材の衝撃値が100J/cm以上である場合、母材の靭性が十分であると評価した。
In addition, by the following method, the number No. 1-No. The toughness of the steel used as a base material for 26 welded members was evaluated.
Cut three JIS No. 4 V-notch Charpy specimens from the direction perpendicular to the rolling direction of the steel material, machine the V-notch so that the fracture propagates in the rolling direction, and perform an impact test with a testing machine with a maximum energy of 500 J. The impact value at −20 ° C. was measured. When the impact value of the base material was 100 J / cm 2 or more, it was evaluated that the base material had sufficient toughness.

溶接金属部の断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均(γ相幅平均値)、孔食電位差、母材の孔食電位、母材の衝撃値の評価結果を表3に示す。
表3に示す番号No.1〜No.26のオーステナイト再析出幅の計算値γとγ相幅平均値の結果から、(3)式を用いて「γ」を算出することでγ相幅平均値を高精度で推定できることが確認できた。
Table 3 shows the evaluation results of the average width of the austenite phase (gamma phase width average value), pitting potential difference, pitting corrosion potential of the base metal, and impact value of the base metal, which were precipitated at the ferrite phase grain boundaries in the weld metal section. Shown in
Numbers shown in Table 3 1-No. It is confirmed that the average value of γ phase width can be estimated with high accuracy by calculating “γ N ” using the equation (3) from the calculated value of γ N and the average value of γ phase width of 26 austenite reprecipitation width. did it.

表3に示すように、番号No.1〜No.15の溶接部材では、γ相幅平均値が2.5μm以上であり、Nprerが1250℃以下であり、母材と溶接部との孔食電位差が小さく、母材の孔食電位および母材の衝撃値が高かった。
このうち、溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)「VCR」が500℃/s以上である番号No.2〜No.8、No.10〜No.15は、番号No.1およびNo.9と比較して、γ相幅平均値が小さいにもかかわらず、孔食電位差が小さかった。
As shown in Table 3, number no. 1-No. 15 weld members have an average value of γ phase width of 2.5 μm or more, N pler of 1250 ° C. or less, a small pitting potential difference between the base metal and the welded portion, The impact value of was high.
Among these, numbers No. 2 to No. 8 and Nos. 10 to 15 in which the estimated cooling rate (° C./s) “V CR ” at 1000 ° C. of the weld metal part is 500 ° C./s or more are Nos. Compared with No. 1 and No. 9, the pitting potential difference was small although the γ phase width average value was small.

番号No.16は、Mn含有量が少ないためNprerが高くなった。このため、Cr窒化物が析出して、溶接金属部の耐食性が低下し、母材と溶接部との孔食電位差が大きくなった。番号No.17は、各成分元素の成分範囲は満たしているもののNprerが高いため、番号No.16と同様に、母材と溶接部との孔食電位差が大きくなった。 No. 16 had a high N preer due to a low Mn content. For this reason, Cr nitride was precipitated, the corrosion resistance of the weld metal part was lowered, and the pitting corrosion potential difference between the base metal and the weld part was increased. In No. 17, although the N range was high although the component ranges of the respective component elements were satisfied, the difference in pitting potential between the base material and the welded portion was increased as in No. 16.

番号No.18は、Ni含有量が少ないため、母材の靭性が低かった。
番号No.19はC含有量が多いため、No.20はCr含有量が少ないため、母材の孔食電位が低かった。
番号No.21は、Cr含有量が多く、母材のオーステナイト相の面積率が低く、溶接部のγ相幅平均値が小さいため、母材の衝撃値(靭性)が小さくなるとともに、母材と溶接部との孔食電位差が大きくなった。また、No.22は、N含有量が多いため、Nprerが高くなった。そのため、番号No.22では、Cr窒化物が析出し、母材と溶接部との孔食電位差が大きくなった。
No. 18 had a low Ni content and therefore the toughness of the base material was low.
No. 19 had a high C content, and No. 20 had a low Cr content, so the pitting corrosion potential of the base material was low.
No. 21 has a large Cr content, a low area ratio of the austenite phase of the base material, and a small average value of the γ phase width of the welded portion, so that the impact value (toughness) of the base material becomes small and the base material The difference in pitting corrosion potential between the weld and the weld was increased. Further, No. 22 had a high N preer because of the high N content. Therefore, in No. 22, Cr nitride was precipitated, and the pitting potential difference between the base material and the welded portion was increased.

番号No.23は、N含有量が少なく、γ相幅平均値が小さいため、母材と溶接部との孔食電位差が大きくなった。
番号No.24は、Cu含有量が多いため、Nprerが高くなった。このため、Cr窒化物が析出し、母材と溶接部との孔食電位差が大きくなった。
番号No.25は、母材のオーステナイト相の面積率が低く、母材の靭性が低かった。
番号No.26は、成分(「Nre」「DF」)に対応する冷却速度「VCR」が速すぎるために、オーステナイト再析出幅の計算値γが2.5μm未満の条件で溶接工程を行った例である。番号No.26では、γ相幅平均値が小さいため、母材と溶接部との孔食電位差が大きくなった。
No. 23 had a small N content and a small γ phase width average value, and therefore the pitting potential difference between the base metal and the welded portion was large.
No. No.24, because Cu content is high, N PRER is increased. For this reason, Cr nitride precipitated and the pitting potential difference between the base metal and the welded portion increased.
No. 25 had a low area ratio of the austenite phase of the base material and a low toughness of the base material.
No. 26 is welded under the condition that the calculated austenite reprecipitation width γ N is less than 2.5 μm because the cooling rate “V CR ” corresponding to the components (“N re ” and “DF N ”) is too fast. It is an example of performing the process. In No. 26, since the average value of the γ phase width was small, the pitting corrosion potential difference between the base metal and the welded portion was large.

以上の実施例からわかるように、本発明によりレーザ溶接部の耐食性が良好な二相ステンレス鋼レーザ溶接部材が得られることが明確となった。   As can be seen from the above examples, it has been clarified that the present invention can provide a duplex stainless steel laser welded member with good laser weld corrosion resistance.

本発明によれば、Ni節減またはNiおよびMoを節減した省合金二相ステンレス鋼材を、溶加材を用いずにレーザ溶接により溶接した場合の大きな課題の一つであるレーザ溶接部(溶接金属部およびHAZ部)の耐食性低下を抑制できる。このため、省合金二相ステンレス鋼を構造材等に使用する際の課題を少なくできる。その結果、低コストでオーステナイト系ステンレス鋼を代替する用途への省合金二相ステンレス鋼の用途の拡大が図れ、産業上寄与するところは極めて大である。   According to the present invention, a laser welding portion (welded metal), which is one of the major problems in welding Ni-saving or alloy-saving duplex stainless steel with Ni and Mo saved by laser welding without using a filler material. Part and HAZ part) can be prevented from decreasing in corrosion resistance. For this reason, the subject at the time of using an alloy-saving duplex stainless steel for structural materials etc. can be reduced. As a result, the application of the alloy-saving duplex stainless steel can be expanded to an application that replaces austenitic stainless steel at a low cost, and the place that contributes industrially is extremely large.

Claims (8)

化学組成が質量%にて、
C :0.04%以下、
Si:0.10〜1.00%、
Mn:0.50〜6.00%、
P :0.050%以下、
S :0.0050%以下、
Cr:20.0〜25.0%、
Ni:1.00〜6.00%、
N :0.120〜0.250%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、オーステナイト相の面積率が40%以上70%以下である省合金二相ステンレス鋼材と、溶接金属部とを有する溶接部材であり、
前記溶接金属部の化学組成はNを除いて前記省合金二相ステンレス鋼材の化学組成からなり、前記溶接金属部のN量は前記省合金二相ステンレス鋼材のN量より少なく、
前記溶接金属部は、断面のフェライト相の粒界に析出したオーステナイト相の幅の平均が2.5μm以上であり、
前記溶接部材は、下記(1)式で算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerが1250℃以下であることを特徴とするレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
prer=800N−3Cr+20Si+10Ni−4Mn+1140・・・(1)
(1)式中の「N」は溶接金属部中の窒素濃度(質量%)を示し、各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示す。
The chemical composition is mass%,
C: 0.04% or less,
Si: 0.10 to 1.00%,
Mn: 0.50 to 6.00%,
P: 0.050% or less,
S: 0.0050% or less,
Cr: 20.0-25.0%,
Ni: 1.00 to 6.00%,
N: containing 0.120 to 0.250%, the balance being Fe and inevitable impurities, and the area ratio of the austenite phase being 40% or more and 70% or less, an alloy-saving duplex stainless steel material, a weld metal part, A welding member having
The chemical composition of the weld metal part is composed of the chemical composition of the alloy-saving duplex stainless steel material except N, and the N amount of the weld metal part is less than the N amount of the alloy-saving duplex stainless steel material,
The weld metal part has an average width of an austenite phase precipitated at a grain boundary of a ferrite phase in a cross section of 2.5 μm or more,
The welding member is represented by the following (1) saving alloy duplex stainless steel excellent characteristics of the laser weld, characterized in that calculated values N PRER the deposition starting temperature of 1250 ° C. or less of Cr nitrides calculated by the formula Steel laser welding member.
N prer = 800N r -3Cr + 20Si + 10Ni-4Mn + 1140 ··· (1)
“N r ” in the formula (1) indicates the nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part, and each element symbol indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material.
前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
Mo:1.50%以下、
Cu:2.00%以下から選ばれる1種または2種を含有し、
前記溶接部材は、下記(2)式で算出されるNprerが1250℃以下であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
prer=800N−3Cr+20Si+6.5Mo+10Ni−4Mn+15Cu+1140・・・(2)
(2)式中の「N」は溶接金属部中の窒素濃度(質量%)を示し、各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示す。
The duplex stainless steel material is further in mass%,
Mo: 1.50% or less,
Cu: 1 type or 2 types selected from 2.00% or less,
2. The alloy-saving duplex stainless steel laser welded member according to claim 1, wherein N welder calculated by the following formula (2) is 1250 ° C. or less. .
N prer = 800N r -3Cr + 20Si + 6.5Mo + 10Ni-4Mn + 15Cu + 1140 ··· (2)
“N r ” in the formula (2) indicates the nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part, and each element symbol indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material.
前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
V :0.05〜0.50%、
Nb:0.010〜0.200%、
Ti:0.0030〜0.050%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1または請求項2に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
The duplex stainless steel material is further in mass%,
V: 0.05 to 0.50%,
Nb: 0.010-0.200%
The alloy-saving duplex stainless steel with good characteristics of the laser weld according to claim 1 or 2, characterized by containing one or more selected from Ti: 0.0030 to 0.050% Steel laser welding member.
前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
Al:0.003〜0.045%、
O :0.007%以下から選ばれる1種または2種を含有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
The duplex stainless steel material is further in mass%,
Al: 0.003-0.045%,
O 2: One or two kinds selected from 0.007% or less are contained. Alloy-saving two-phase with good characteristics of laser welded part according to any one of claims 1 to 3 Stainless steel laser welding member.
前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
Ca:0.0050%以下、
Mg:0.0050%以下、
REM:0.050%以下、
B :0.0040%以下から選ばれる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1〜請求項4のいずれか1項に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
The duplex stainless steel material is further in mass%,
Ca: 0.0050% or less,
Mg: 0.0050% or less,
REM: 0.050% or less,
B: 1 type or 2 types or more selected from 0.0040% or less are contained, Alloy-saving 2 with the characteristic of the laser-welded part of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned Phase stainless steel laser welded member.
前記二相ステンレス鋼材は、更に、質量%にて、
Zr:0.020%以下、
Ta:0.070%以下、
Co:0.02〜1.00%、
W :1.00%以下、
Sn:0.100%以下から選ばれる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1〜請求項5のいずれか1項に記載のレーザ溶接部の特性が良好な省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材。
The duplex stainless steel material is further in mass%,
Zr: 0.020% or less,
Ta: 0.070% or less,
Co: 0.02 to 1.00%,
W: 1.00% or less,
Sn: One or two or more selected from 0.100% or less are contained, and the alloy-saving alloy 2 having good laser welded portion characteristics according to any one of claims 1 to 5 Phase stainless steel laser welded member.
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の化学組成を有する二相ステンレス鋼材を、溶加材を用いずにレーザ溶接で溶接する溶接工程を有し、
前記溶接工程は、下記(3)式で算出される溶接金属部のオーステナイト再析出幅の計算値γが2.5μm以上となる条件で行い、下記(7)式で算出されるCr窒化物の析出開始温度の計算値Nprerが1250℃以下である溶接部材を形成することを特徴とする省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材の製造方法。
γ=(1200Nre−1.2DF+100)/√(VCR)・・・(3)
(3)式中の「Nre」は下記(4)式で示される溶接金属部中の窒素濃度推定値(質量%)であって0.20質量%以下であり、「DF」は下記(5)式で示されるN以外の元素による溶接金属部中のフェライト相安定度を示す数値であり、「VCR」は下記(6)式で示される溶接金属部の1000℃における冷却速度推定値(℃/s)である。
re=N−10×N/√(VCR)・・・(4)
(4)式中の「VCR」は下記(6)式で示される数値であり、「N」は二相ステンレス鋼材中の窒素含有量(質量%)を示す。
DF=7.2(Cr+0.88Mo+0.78Si)−8.9(Ni+0.03Mn+0.72Cu+22C)−44.9・・・(5)
(5)式中の各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示し、その元素が前記鋼材中に含まれない場合は0とする。
(6)式中の「λ」は二相ステンレス鋼材の熱伝導率(W/m/K)、「c」は二相ステンレス鋼材の比熱(J/kg/K)、「ρ」は二相ステンレス鋼材の密度(kg/m)、「h」は二相ステンレス鋼材の溶接部の素材肉厚(m)、「V」は溶接速度(m/s)、「P」はレーザ出力(W)、「T」は1000℃、「T」は室温(20℃)を示す。
prer=800N−3Cr+20Si+6.5Mo+10Ni−4Mn+15Cu+1140・・・(7)
(7)式中の「N」は溶接金属部中の窒素濃度(質量%)を示し、各元素記号は、その元素の二相ステンレス鋼材中の含有量(質量%)を示し、その元素が前記鋼材中に含まれない場合は0とする。
A welding step of welding the duplex stainless steel material having the chemical composition according to any one of claims 1 to 6 by laser welding without using a filler material,
The welding process is performed under the condition that the calculated value γ N of the austenite reprecipitation width of the weld metal part calculated by the following formula (3) is 2.5 μm or more, and the Cr nitride calculated by the following formula (7) A method for producing an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member, comprising forming a welded member having a calculated value of N precipitation of N preer of 1250 ° C. or lower.
γ N = (1200N re −1.2DF N +100) / √ (V CR ) (3)
“N re ” in the formula (3) is an estimated nitrogen concentration value (mass%) in the weld metal part represented by the following formula (4) and is 0.20 mass% or less, and “DF N ” is (5) is a numerical value indicating the stability of the ferrite phase in the weld metal part by an element other than N represented by the formula (5), and “V CR ” is a cooling rate estimation at 1000 ° C. of the weld metal part represented by the following formula (6). Value (° C./s).
N re = N−10 × N 2 / √ (V CR ) (4)
“V CR ” in the formula (4) is a numerical value represented by the following formula (6), and “N” represents a nitrogen content (mass%) in the duplex stainless steel material.
DF N = 7.2 (Cr + 0.88Mo + 0.78Si) −8.9 (Ni + 0.03Mn + 0.72Cu + 22C) −44.9 (5)
Each element symbol in the formula (5) indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material, and is 0 when the element is not contained in the steel material.
In equation (6), “λ” is the thermal conductivity (W / m / K) of the duplex stainless steel material, “c” is the specific heat (J / kg / K) of the duplex stainless steel material, and “ρ” is the duplex phase. The density of stainless steel (kg / m 3 ), “h” is the material thickness (m) of the welded portion of the duplex stainless steel, “V” is the welding speed (m / s), “P” is the laser output (W ), “T” indicates 1000 ° C. , and “T 0 ” indicates room temperature (20 ° C.).
N prer = 800N r -3Cr + 20Si + 6.5Mo + 10Ni-4Mn + 15Cu + 1140 ··· (7)
“N r ” in the formula (7) indicates the nitrogen concentration (mass%) in the weld metal part, and each element symbol indicates the content (mass%) of the element in the duplex stainless steel material. 0 is not included in the steel material.
前記VCRを500℃/s以上とすることを特徴とする請求項7に記載の省合金二相ステンレス鋼レーザ溶接部材の製造方法。 The method for producing an alloy-saving duplex stainless steel laser welded member according to claim 7, wherein the VCR is set to 500 ° C / s or more.
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