JP7129831B2 - フェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤ、隅肉溶接方法及び自動車排気部品の製造方法 - Google Patents
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本発明は、ガスメタルアーク溶接に適用されるフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤに関する。詳しくは、Ａｒ＋Ｏ２を主成分とするシールドガスを用いたガスメタルアーク溶接により部品を重ね隅肉溶接する際に、重ねられた母材板間にギャップを有する場合であっても部品の内部に溶鋼が飛散しにくいフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤ、隅肉溶接方法及び自動車排気部品の製造方法に関する。
フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価であるとともに、熱膨張係数が小さく熱歪を抑制できるため、自動車排気系部品、家電製品、給湯器、厨房機器などに幅広く適用されている。
一般に、これらの部品をガスメタルアーク溶接する際には、異物の発生量が極力少ないことが好ましい。このため、Ｃａ含有量を規制して溶接アークを安定化させ、スパッタを低減させたフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤが提案されている（特許文献１）。また、「Ｓ＋５Ａｌ＋５Ｏ＋Ｃａ＋１０Ｍｇ」（元素記号は、フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤに含まれる当該元素の含有率（質量％）を示す。）で定義される値が一定の範囲内になるように組成を制御することによって耐スパッタ性を向上させたフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤも提案されている（特許文献２）。
ところで、近年の自動車には燃費向上や環境負荷低減などのために様々な制御機器が設けられているが、エキゾーストマニホールドなどの自動車排気系部品をＡｒ＋Ｏ２を主成分とするシールドガスを用いたガスメタルアーク溶接により重ね隅肉溶接した際に排気系部品内部に異物が付着する問題がある。この異物は、稼働中に剥離して各種制御機器に混入すると作動不良を引き起こしてしまうため、発生を防止する必要がある。このような問題は、特許文献１および２で対象としているスパッタとは異なるものであり、新たな解決技術の開発が望まれている。
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、Ａｒ＋Ｏ２を主成分とするシールドガスを用いたガスメタルアーク溶接により部品を重ね隅肉溶接する際に、重ねられた母材板間にギャップを有する場合であっても部品の内面側に異物が発生しにくいフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤ、また、当該溶接ワイヤを用いた隅肉溶接方法及び自動車排気部品の製造方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、種々の化学成分を有するフェライト系ステンレス鋼ソリッドワイヤを用いてガスメタルアーク溶接による水平重ね隅肉溶接試験を行い、高速度カメラによる解析などから部品の内面側に異物が発生する原因を鋭意検討した。
その結果、図１に示すように、ワイヤ３の先端の溶滴４と溶融池５とが接触して短絡を生じた際に、部品を構成する重ねられた２枚の母材板１、２同士のギャップ部８を通して部品の内面側９へ前記溶融池５の一部が飛散することを特定した。尚、溶融池５は、母材板１、２の溶融成分及びワイヤ３の溶融成分の混合体である。
短絡を生じた際には、ギャップ部８に存在する溶融池５が突沸して爆発的に蒸発するため、その爆発力によって溶融池５の一部が押し出されて、前記押し出された溶融池５の一部がギャップ部８から内面側９へ飛散する（以下、前記飛散した溶融池５の一部を「溶鋼７」という）。
図１に示すように、特許文献１、２に記載されているスパッタ６はトーチ側の部品表面１０に付着するものであるが、内面側９への溶鋼７の飛散とは異なるものである。ギャップ部８に存在する溶融池５の一部が溶鋼７として部品の内面側９へ飛散する原因は、溶接過程において生じる短絡現象により引き起こされる爆発に起因するものであり、短絡現象は溶接ワイヤの成分により決定される溶融現象に起因する。
そして、溶鋼７の飛散を防止するためには溶接ワイヤ３に含有されるＳ、Ｏ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇを規定して「０．０４＜１０Ｓ＋Ｏ－２Ａｌ－１５（Ｃａ＋Ｍｇ）」を満たすように制御することが有効であることを本発明者らは見出した。本発明は、上記の知見をもとになされたものであり、その要旨とするところは下記の通りである。
（１）質量％で、Ｃ:０．００３～０．０４０％、Ｓｉ：０．０５～１．００％、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｓ：０．００５０～０．０２００、Ｃｒ：１３．０～２０．０％、Ａｌ：０．００１～０．０１０％、Ｃａ：０．０００１～０．００１０％、Ｍｇ：０．０００１～０．００１０％、Ｏ：０．００２０～０．０２００％、Ｎ：０．００３～０．０４０％を含有して「０．０４＜１０Ｓ＋Ｏ－２Ａｌ－１５（Ｃａ＋Ｍｇ）」を満たし、Ｐ：０．０４％以下に制限され、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
（２）質量％で、Ｎｉ：０．０１～２．００％、Ｍｏ：０．０１～３．００％、Ｃｕ：０．０５～１．００％、Ｎｂ：０．２０～０．８０％、Ｔｉ：０．００２～０．５００％、Ｂ：０．０００１～０．００３０％、Ｃｏ：０．０５～１．００％、Ｔａ：０．０４～０．５０％、Ｖ：０．０５～１．００％、Ｗ：０．０５～０．５０％、Ｚｒ：０．０００４～０．１０００％、Ｓｎ：０．０１～２．５０％、ＲＥＭ：０．０００４～０．０５００％の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
（３）隅肉溶接用の前記（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
（４）自動車排気部品用の前記（１）～（３）のうちいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
（５）（１）～（４）のうちいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤを用いて重ね隅肉溶接を行うことを特徴とする隅肉溶接方法。
（６）（５）に記載の隅肉溶接方法を含むことを特徴とする自動車排気部品の製造方法。
（２）質量％で、Ｎｉ：０．０１～２．００％、Ｍｏ：０．０１～３．００％、Ｃｕ：０．０５～１．００％、Ｎｂ：０．２０～０．８０％、Ｔｉ：０．００２～０．５００％、Ｂ：０．０００１～０．００３０％、Ｃｏ：０．０５～１．００％、Ｔａ：０．０４～０．５０％、Ｖ：０．０５～１．００％、Ｗ：０．０５～０．５０％、Ｚｒ：０．０００４～０．１０００％、Ｓｎ：０．０１～２．５０％、ＲＥＭ：０．０００４～０．０５００％の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
（３）隅肉溶接用の前記（１）または（２）に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
（４）自動車排気部品用の前記（１）～（３）のうちいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
（５）（１）～（４）のうちいずれかに記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤを用いて重ね隅肉溶接を行うことを特徴とする隅肉溶接方法。
（６）（５）に記載の隅肉溶接方法を含むことを特徴とする自動車排気部品の製造方法。
本発明によれば、フェライト系ステンレス鋼を適用した自動車排気系部品をＡｒ＋Ｏ２を主成分とするシールドガスを用いたガスメタルアーク溶接により重ね隅肉溶接する際に、部品の内面側にスパッタの発生しにくいフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤを提供できる。
［基本的な元素成分］
まず、本発明のフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤの基本的な元素成分の限定理由について述べる。なお、以下の％は「質量％」を意味する。
まず、本発明のフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤの基本的な元素成分の限定理由について述べる。なお、以下の％は「質量％」を意味する。
Ｃ：０．００３～０．０４０％
Ｃは溶接部の強度を確保する目的で一定量を含有させることが必要であるため、下限を０．００３％とした。一方、Ｃｒ系炭化物を析出させて耐食性を低下させる元素であるため、上限を０．０４０％とした。
Ｃは溶接部の強度を確保する目的で一定量を含有させることが必要であるため、下限を０．００３％とした。一方、Ｃｒ系炭化物を析出させて耐食性を低下させる元素であるため、上限を０．０４０％とした。
Ｓｉ：０．０５～１．００％
Ｓｉは脱酸元素であるとともに、溶融池の湯流れ性を向上させる元素であるため、下限を０．０５％とした。しかしながら、その含有量が１．００％を超えると溶接部の延性が低下するため、上限を１．００％とした。好ましくは０．８０％以下であり、より好ましくは０．５０％以下である。
Ｓｉは脱酸元素であるとともに、溶融池の湯流れ性を向上させる元素であるため、下限を０．０５％とした。しかしながら、その含有量が１．００％を超えると溶接部の延性が低下するため、上限を１．００％とした。好ましくは０．８０％以下であり、より好ましくは０．５０％以下である。
Ｍｎ：０．０５～１．００％
Ｍｎは脱酸元素として作用するが、その含有量が０．０５％未満では効果が十分に発揮されないため、下限を０．０５％とした。一方、１．０％を超えて含有させると溶接部の延性が低下するため、上限を１．００％とした。好ましくは０．８０％以下であり、より好ましくは０．５０％以下である。
Ｍｎは脱酸元素として作用するが、その含有量が０．０５％未満では効果が十分に発揮されないため、下限を０．０５％とした。一方、１．０％を超えて含有させると溶接部の延性が低下するため、上限を１．００％とした。好ましくは０．８０％以下であり、より好ましくは０．５０％以下である。
Ｓ：０．００５０～０．０２００％
Ｓは本発明において最も重要な元素であり、溶鋼の表面張力を著しく低下させて、溶接ワイヤからの溶滴離脱を促進させ、短絡を防止して溶接部品の内部への溶鋼飛散を防止する作用がある。この効果は０．００５０％未満では十分に得られないため、下限を０．００５０％とした。一方、その含有量が０．０２００％を超えると溶接高温割れが発生しやすくなるばかりか、溶接部の延性が低下するため、上限を０．０２００％とした。好ましくは、０．０１５％である。
Ｓは本発明において最も重要な元素であり、溶鋼の表面張力を著しく低下させて、溶接ワイヤからの溶滴離脱を促進させ、短絡を防止して溶接部品の内部への溶鋼飛散を防止する作用がある。この効果は０．００５０％未満では十分に得られないため、下限を０．００５０％とした。一方、その含有量が０．０２００％を超えると溶接高温割れが発生しやすくなるばかりか、溶接部の延性が低下するため、上限を０．０２００％とした。好ましくは、０．０１５％である。
Ｃｒ：１３．０～２０．０％
Ｃｒはフェライト生成元素であり、不働態皮膜を形成して溶接金属に耐食性を付与する主要元素である。１３．０％未満では十分な耐食性が得られないため、下限を１３．０％とした。一方、２０．０％を超えて含有させても耐食性の向上はさほど得られず、コストの上昇を招くため、上限を２０．０％とした。
Ｃｒはフェライト生成元素であり、不働態皮膜を形成して溶接金属に耐食性を付与する主要元素である。１３．０％未満では十分な耐食性が得られないため、下限を１３．０％とした。一方、２０．０％を超えて含有させても耐食性の向上はさほど得られず、コストの上昇を招くため、上限を２０．０％とした。
Ａｌ：０．００１～０．０１０％
Ａｌは脱酸元素として作用するが、０．００１％未満ではその効果は少ない。このため、下限を０．００１％とした。一方、０．０１０％を超えて含有させると溶接部の延性が低下するとともに、スパッタが発生しやすくなる。このため、上限を０．０１０％とした。好ましくは０．００５％以下である。
Ａｌは脱酸元素として作用するが、０．００１％未満ではその効果は少ない。このため、下限を０．００１％とした。一方、０．０１０％を超えて含有させると溶接部の延性が低下するとともに、スパッタが発生しやすくなる。このため、上限を０．０１０％とした。好ましくは０．００５％以下である。
Ｃａ：０．０００１～０．００１０％
Ｃａは脱酸元素として作用するが、０．０００１％未満ではその効果は少ない。このため、下限を０．０００１％とした。一方、０．００１０％を超えて含有させると著しくスパッタ発生量が増大するため、上限を０．００１０％とした。好ましくは０．０００５％以下であり、より好ましくは０．０００３％以下である。
Ｃａは脱酸元素として作用するが、０．０００１％未満ではその効果は少ない。このため、下限を０．０００１％とした。一方、０．００１０％を超えて含有させると著しくスパッタ発生量が増大するため、上限を０．００１０％とした。好ましくは０．０００５％以下であり、より好ましくは０．０００３％以下である。
Ｍｇ：０．０００１～０．００１０％
Ｍｇは脱酸元素として作用するが、０．０００１％未満ではその効果は少ない。このため、下限を０．０００１％とした。一方、０．００１０％を超えて含有させると著しくスパッタ発生量が増大するため、上限を０．００１０％とした。好ましくは０．０００５％以下であり、より好ましくは０．０００３％以下である。
Ｍｇは脱酸元素として作用するが、０．０００１％未満ではその効果は少ない。このため、下限を０．０００１％とした。一方、０．００１０％を超えて含有させると著しくスパッタ発生量が増大するため、上限を０．００１０％とした。好ましくは０．０００５％以下であり、より好ましくは０．０００３％以下である。
Ｏ：０．００２０～０．０２００％以下
ＯはＳと同様に溶鋼の表面張力を低下させて溶接ワイヤからの溶滴離脱を促進させ、短絡を防止してスパッタ発生量を低減させる作用があるが、０．００２０％以下ではその効果は少ない。したがって、下限を０．００２０％とした。一方、０．０２００％を超えて含有させると酸化物が多量に形成されて、溶接金属の延性、靭性が損なわれてしまう。したがって、その上限を０．０２００％とした。
ＯはＳと同様に溶鋼の表面張力を低下させて溶接ワイヤからの溶滴離脱を促進させ、短絡を防止してスパッタ発生量を低減させる作用があるが、０．００２０％以下ではその効果は少ない。したがって、下限を０．００２０％とした。一方、０．０２００％を超えて含有させると酸化物が多量に形成されて、溶接金属の延性、靭性が損なわれてしまう。したがって、その上限を０．０２００％とした。
Ｎ：０．００３～０．０４０％
Ｎは溶接部の強度を確保するために一定量を含有させることが必要であるため、下限を０．００３％とした。一方、その含有量が０．０４０％を超えるとＣｒ窒化物を析出させて、溶接金属の耐食性を劣化させるため、上限を０．０４０％とした。
Ｎは溶接部の強度を確保するために一定量を含有させることが必要であるため、下限を０．００３％とした。一方、その含有量が０．０４０％を超えるとＣｒ窒化物を析出させて、溶接金属の耐食性を劣化させるため、上限を０．０４０％とした。
［選択的成分］
以上を本発明のフラックス入りワイヤの基本成分とするが、以下の成分を本発明のフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤに選択的に添加できる。以下に、選択的な元素成分の限定理由について述べる。なお、以下の％は「質量％」を意味する。
以上を本発明のフラックス入りワイヤの基本成分とするが、以下の成分を本発明のフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤに選択的に添加できる。以下に、選択的な元素成分の限定理由について述べる。なお、以下の％は「質量％」を意味する。
Ｎｉ：０．０１～２．００％
Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、溶接金属の延性、靭性を向上させるため、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０１％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０１％とした。一方で、過剰に含有させるとマルテンサイト相の生成を促進し、溶接金属の耐割れ性が低下するため、上限を２．００％とした。
Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、溶接金属の延性、靭性を向上させるため、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０１％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０１％とした。一方で、過剰に含有させるとマルテンサイト相の生成を促進し、溶接金属の耐割れ性が低下するため、上限を２．００％とした。
Ｍｏ：０．０１～３．００％
Ｍｏはフェライト生成元素であり、耐食性および高温強度を高めるため、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０１％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０１％とした。一方、過剰に含有させると溶接金属の延性が低下するため、上限を３．００％とした。好ましくは２．００％以下であり、さらに好ましくは１．５０％以下である。
Ｍｏはフェライト生成元素であり、耐食性および高温強度を高めるため、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０１％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０１％とした。一方、過剰に含有させると溶接金属の延性が低下するため、上限を３．００％とした。好ましくは２．００％以下であり、さらに好ましくは１．５０％以下である。
Ｃｕ：０．０５～１．００％
Ｃｕは溶接金属の耐食性および高温強度を高めるため、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０５％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０５％とした。一方、過剰に含有させても上記の効果は飽和するとともに、溶接金属の延性が低下しやすくなるため、上限を１．００％とした。
Ｃｕは溶接金属の耐食性および高温強度を高めるため、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０５％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０５％とした。一方、過剰に含有させても上記の効果は飽和するとともに、溶接金属の延性が低下しやすくなるため、上限を１．００％とした。
Ｎｂ：０．２０～０．８０％
ＮｂはＣ、Ｎと結合して安定化させ、Ｃｒ炭化物やＣｒ窒化物の析出を抑制することにより、耐食性を高める元素である。ただし、０．２０％未満ではその効果は少ないため、下限を０．２０％とした。一方、過剰に含有させると溶接高温割れが発生しやすくなるため、上限を０．８０％とした。
ＮｂはＣ、Ｎと結合して安定化させ、Ｃｒ炭化物やＣｒ窒化物の析出を抑制することにより、耐食性を高める元素である。ただし、０．２０％未満ではその効果は少ないため、下限を０．２０％とした。一方、過剰に含有させると溶接高温割れが発生しやすくなるため、上限を０．８０％とした。
Ｔｉ：０．００２～０．５００％
ＴｉもＮｂと同様の作用によって、耐食性を高める元素である。ただし、０．００２％未満ではその効果は少ないため、下限を０．００２％とした。一方、過剰な添加は溶接部の延性を低下させるため、上限を０．５００％とした。
ＴｉもＮｂと同様の作用によって、耐食性を高める元素である。ただし、０．００２％未満ではその効果は少ないため、下限を０．００２％とした。一方、過剰な添加は溶接部の延性を低下させるため、上限を０．５００％とした。
Ｂ：０．０００１～０．００３０％
Ｂは溶接金属の結晶粒微細化を促進させて靭性を向上させる効果があるため、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０００１％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０００１％とした。一方、０．００３０％を超えて含有させても上記の効果は飽和してしまうため、上限を０．００３０％とした。
Ｂは溶接金属の結晶粒微細化を促進させて靭性を向上させる効果があるため、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０００１％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０００１％とした。一方、０．００３０％を超えて含有させても上記の効果は飽和してしまうため、上限を０．００３０％とした。
Ｃｏ：０．０５～１．００％
Ｃｏは、溶接金属の高温強度や耐酸化性を向上させる元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０５％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０５％とした。一方、過剰な添加はコストの上昇を招くため上限を１．００％とした。
Ｃｏは、溶接金属の高温強度や耐酸化性を向上させる元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０５％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０５％とした。一方、過剰な添加はコストの上昇を招くため上限を１．００％とした。
Ｔａ：０．０４～０．５０％
ＴａはＮｂと同じく周期律表のＶａ族元素であり、類似の性質を有する。すなわち、Ｃ、Ｎと結合して安定化させ、Ｃｒ炭化物やＣｒ窒化物の析出を抑制することにより、耐食性を高める元素である。ただし、０．０４％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０４％とした。一方、過剰に含有させてもその効果は飽和するとともに、溶接金属の延性が低下するため、上限を０．５０％とした。
ＴａはＮｂと同じく周期律表のＶａ族元素であり、類似の性質を有する。すなわち、Ｃ、Ｎと結合して安定化させ、Ｃｒ炭化物やＣｒ窒化物の析出を抑制することにより、耐食性を高める元素である。ただし、０．０４％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０４％とした。一方、過剰に含有させてもその効果は飽和するとともに、溶接金属の延性が低下するため、上限を０．５０％とした。
Ｖ：０．０５～１．００％
ＶはＣ、Ｎと結合してＶ炭化物、Ｖ窒化物を形成し、Ｃｒ炭化物の析出を抑制して耐食性を向上させるが、０．０５％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０５％とした。一方、過剰に含有させると溶接金属の延性が低下するため、上限を１．００％とした。
ＶはＣ、Ｎと結合してＶ炭化物、Ｖ窒化物を形成し、Ｃｒ炭化物の析出を抑制して耐食性を向上させるが、０．０５％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０５％とした。一方、過剰に含有させると溶接金属の延性が低下するため、上限を１．００％とした。
Ｗ：０．０５～０．５０％
Ｗは耐食性および高温強度を高める元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０５％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０５％とした。一方、その含有量が０．５０％を超えると溶接金属の延性が低下するため、上限を０．５０％とした。
Ｗは耐食性および高温強度を高める元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０５％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０５％とした。一方、その含有量が０．５０％を超えると溶接金属の延性が低下するため、上限を０．５０％とした。
Ｚｒ：０．０００４～０．１０００％
Ｚｒは溶接金属の結晶粒微細化を促進させる元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０００４％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０００４％とした。一方、０．１０００％を超えて含有させてもその効果は飽和してしまうため、上限を０．１０００％とした。
Ｚｒは溶接金属の結晶粒微細化を促進させる元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０００４％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０００４％とした。一方、０．１０００％を超えて含有させてもその効果は飽和してしまうため、上限を０．１０００％とした。
Ｓｎ：０．０１～２．５０％
Ｓｎは耐食性を高めるのに有効な元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０１％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０１％とした。一方、過剰に含有させると熱間加工性が著しく低下するため、上限を２．５０％とした。
Ｓｎは耐食性を高めるのに有効な元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０１％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０１％とした。一方、過剰に含有させると熱間加工性が著しく低下するため、上限を２．５０％とした。
ＲＥＭ：０．０００４～０．０５００％
ＲＥＭ（希土類元素）は、熱間加工性を向上させる元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０００４％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０００４％とした。一方、過剰に含有させると溶接金属の靭性が低下するため、上限は０．０５００％であり、好ましくは０．０３００％以下である。なお、「ＲＥＭ」とは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量とはＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭは一般的にミッシュメタルに含有されるため、ミッシュメタルの形で添加してＲＥＭの含有量が上記の範囲になるように含有させてもよい。
ＲＥＭ（希土類元素）は、熱間加工性を向上させる元素であり、必要に応じて含有させてもよい。ただし、０．０００４％未満ではその効果は少ないため、下限を０．０００４％とした。一方、過剰に含有させると溶接金属の靭性が低下するため、上限は０．０５００％であり、好ましくは０．０３００％以下である。なお、「ＲＥＭ」とは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量とはＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭは一般的にミッシュメタルに含有されるため、ミッシュメタルの形で添加してＲＥＭの含有量が上記の範囲になるように含有させてもよい。
［不可避的不純物］
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは原料から鋼中に混入する不可避的不純物であり、その含有量が多くなると溶接高温割れを生じやすくなるとともに、溶接部の延性が低下するため、上限を０．０４％以下とした。
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは原料から鋼中に混入する不可避的不純物であり、その含有量が多くなると溶接高温割れを生じやすくなるとともに、溶接部の延性が低下するため、上限を０．０４％以下とした。
上記で説明した以外の各元素についても、本発明の効果を損なわない範囲で含有しても良い。その化学成分について本発明では特に規定するものではないが、一般的な不純物元素であるＺｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｇａ等は可能な限り低減することが好ましい。これらの元素は、本発明の課題を解決する限度の範囲にて制御されるが、Ｚｎ≦０．０１％、Ｂｉ≦０．０１％、Ｐｂ≦０．０１％、Ｓｅ≦０．０１％、Ｓｂ≦０．０５％、Ｇａ≦０．０５％の範囲内に制限される限り、これらの１種以上が含有されていても良い。
また、通電性やアークスタート性を向上させるため、本発明の効果を損なわない範囲で溶接ワイヤ表面にＣｕめっきのみ、またはＮｉとＣｕめっきを施しても良い。
［隅肉溶接方法］
本発明においては、金属板の隅肉継手に適用できる溶接方法のうち、溶接ワイヤを用いるアーク溶接、例えばＭＩＧ、ＭＡＧ、ＴＩＧ溶接に適用できる。
本発明においては、金属板の隅肉継手に適用できる溶接方法のうち、溶接ワイヤを用いるアーク溶接、例えばＭＩＧ、ＭＡＧ、ＴＩＧ溶接に適用できる。
［自動車排気部品の製造方法］
エキゾーストマニホールド、フロントパイプ、フレキシブルパイプ、触媒コンバータ、センターパイプ、メインマフラー、テールエンドパイプの溶接個所に、本発明のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤを用いて、前述した隅肉溶接方法を適用することによって、自動車排気部品を製造することができる。
エキゾーストマニホールド、フロントパイプ、フレキシブルパイプ、触媒コンバータ、センターパイプ、メインマフラー、テールエンドパイプの溶接個所に、本発明のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤを用いて、前述した隅肉溶接方法を適用することによって、自動車排気部品を製造することができる。
表１－１及び表１－２に作製したフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤの発明例および比較例の化学組成を示す。これらのワイヤは、５０ｋｇ真空溶解炉にて溶解し、鋼塊をφ５．５ｍｍまで熱間線材圧延を行った後、φ１．２ｍｍまで冷間伸線加工を施して溶接ワイヤを作製した。
表２に化学組成を示す板厚１．９ｍｍのフェライト系ステンレス鋼を母材とし、表１のワイヤを用いて水平重ね隅肉ＭＩＧ溶接を実施した。その際、部品の内面側へのスパッタ飛散を再現するために、重ねた２枚の板間に約１．０ｍｍのギャップを設けて試験を行った。ビード長さは１０ｃｍであり、溶接条件は、溶接電流：１７０Ａ、溶接電圧：２０Ｖ、溶接速度：８０ｃｍ／ｍiｎ、９８％Ａｒ＋２％Ｏ２シールドガス流量：１５L／ｍiｎ、トーチ角度：４５°とした。
溶接後、試験片の裏面側に設置した受け板および試験片裏面に付着したスパッタの個数を目視にてカウントし、その個数が２個以下の場合は◎、５個以下の場合は○、６個以上の場合には×とした。この結果を化学成分とあわせて表１－１及び表１－２に示す。
本発明例では、いずれの溶接ワイヤでもスパッタ発生量が５個以下と良好な結果が得られており、比較例よりも非常に優れた結果が得られた。
以上の実施例から明らかなように、本発明により、Ａｒ＋Ｏ２を主成分とするシールドガスを用いたガスメタルアーク溶接により部品を重ね隅肉溶接する際に、部品の内部にスパッタの発生しにくいフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤを提供することができ、産業上極めて有用である。燃費向上や環境負荷低減などのため自動車に搭載される制御機器、例えばエキゾーストマニホールドなどの自動車排気系部品、等に利用できる。
１・・・部品（母材）
２・・・部品（母材）
３・・・溶接ワイヤ
４・・・溶滴
５・・・溶融池
６・・・スパッタ
７・・・溶鋼飛散
８・・・ギャップ部
９・・・内面側
１０・・・トーチ側の部品表面
２・・・部品（母材）
３・・・溶接ワイヤ
４・・・溶滴
５・・・溶融池
６・・・スパッタ
７・・・溶鋼飛散
８・・・ギャップ部
９・・・内面側
１０・・・トーチ側の部品表面
Claims (6)
- 質量％で、
Ｃ:０．００３～０．０４０％、
Ｓｉ：０．０５～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～１．００％、
Ｓ：０．００５０～０．０２００％、
Ｃｒ：１３．０～２０．０％、
Ａｌ：０．００１～０．０１０％、
Ｃａ：０．０００１～０．０００５％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００１０％、
Ｏ：０．００２０～０．０２００％、
Ｎ：０．００３～０．０４０％、
Ｎｂ：０．２０～０．８０％
を含有して「０．０４＜１０Ｓ＋Ｏ－２Ａｌ－１５（Ｃａ＋Ｍｇ）」を満たし、
Ｐ：０．０４％以下に制限され、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
ここで、上記数式中のＳ、Ｏ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇは、各元素の含有量を質量％で表した値を意味する。 - 質量％で、
Ｎｉ：０．０１～２．００％、
Ｍｏ：０．０１～３．００％、
Ｃｕ：０．０５～１．００％、
Ｔｉ：０．００２～０．５００％、
Ｂ：０．０００１～０．００３０％、
Ｃｏ：０．０５～１．００％、
Ｔａ：０．０４～０．５０％、
Ｖ：０．０５～１．００％、
Ｗ：０．０５～０．５０％、
Ｚｒ：０．０００４～０．１０００％、
Ｓｎ：０．０１～２．５０％、
ＲＥＭ：０．０００４～０．０５００％
の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に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。 - 隅肉溶接用の請求項１または２に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
- 自動車排気部品用の前記請求項１～３のうちいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤ。
- 請求項１～４のうちいずれか１項に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接用ソリッドワイヤを用いて重ね隅肉溶接を行うことを特徴とする隅肉溶接方法。
- 請求項５に記載の隅肉溶接方法を含むことを特徴とする自動車排気部品の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2002285292A (ja) | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Sumitomo Metal Ind Ltd | フェライト系ステンレス鋼および鋳片 |
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