JP7135649B2 - オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料 - Google Patents
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Description
F1=10C+Si+0.5Mn-0.8Ni+1.3Cr+Cu+5Mo+2.5W+15(V+Nb+Ti)+30N+δ (1)
式(1)中のC、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、W、V、Nb、Ti、Nには、対応する元素の含有量が質量%で代入される。式(1)中のδには、δフェライトの量が面積%で代入される。
F1=10C+Si+0.5Mn-0.8Ni+1.3Cr+Cu+5Mo+2.5W+15(V+Nb+Ti)+30N+δ (1)
式(1)中のC、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、W、V、Nb、Ti、Nには、対応する元素の含有量が質量%で代入される。式(1)中のδには、δフェライトの量が面積%で代入される。
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「%」は、質量%を意味する。
炭素(C)は、固溶強化によって鋼の強度の向上に寄与する。C含有量が0.005%未満では、この効果が十分に得られない。一方、C含有量が0.10%を超えると、炭化物が粒界に析出して靱性が低下する。そのため、C含有量は0.005~0.10%である。C含有量の下限は、好ましくは0.006%であり、さらに好ましくは0.008%である。C含有量の上限は、好ましくは0.08%であり、さらに好ましくは0.05%である。
シリコン(Si)は、固溶強化によって鋼の強度の向上に寄与する。Siが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Siが1.2%を超えると、Ni、Cr等と金属間化合物を形成して、鋼の靱性を低下させる。そのため、Si含有量は1.2%以下である。Si含有量の下限は、好ましくは0.1%であり、さらに好ましくは0.2%である。Si含有量の上限は、好ましくは1.0%であり、さらに好ましくは0.8%である。
マンガン(Mn)は、安価なオーステナイト形成元素であり、Cr、Ni、N等との適正な組み合わせによって、高強度化、並びに延性及び靱性の向上に寄与する。Mn含有量が4.0%未満では、Nの溶解量が少なくなり、Nによる固溶強化や析出強化の効果が十分に得られなくなる。一方、Mn含有量が8.0%を超えると、鋼の熱間加工性が低下する。そのため、Mn含有量は4.0~8.0%である。Mn含有量の下限は、好ましくは4.2%であり、さらに好ましくは4.3%である。Mn含有量の上限は、好ましくは7.0%であり、さらに好ましくは6.0%である。
燐(P)は不純物である。Pは、鋼の靱性及び溶接性を低下させる。そのため、P含有量は0.03%以下である。P含有量は、好ましくは0.02%以下であり、さらに好ましくは0.01%以下である。
硫黄(S)は不純物である。Sは、鋼の靱性及び溶接性を低下させる。そのため、S含有量は0.02%以下である。S含有量は、好ましくは0.01%以下であり、さらに好ましくは0.005%以下である。
ニッケル(Ni)は、オーステナイト形成元素であり、耐水素脆化性、及び低温靱性を向上させる。Ni含有量が14.0%未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ni含有量が18.0%を超えると、適量のδフェライトを析出させることが困難になる。そのため、Ni含有量は14.0~18.0%である。Ni含有量の下限は、好ましくは14.5%であり、さらに好ましくは15.0%であり、さらに好ましくは15.5%である。Ni含有量の上限は、好ましくは17.5%であり、さらに好ましくは17.0%である。
クロム(Cr)は、鋼の耐食性を向上させるとともに、Nの溶解度を高めて硬度の向上に寄与する。Cr含有量が20.0%未満では、この効果が十分に得られない。一方、Cr含有量が26.0%を超えると、オーステナイトが不安定になり、低温靱性が低下する。そのため、Cr含有量は20.0~26.0%である。Cr含有量の下限は、好ましくは21.0%であり、さらに好ましくは22.0%である。Cr含有量の上限は、好ましくは25.0であり、さらに好ましくは24.5%である。
モリブデン(Mo)は、固溶強化及び析出強化によって鋼の強度を向上させる。Mo含有量が1.0%未満では、この効果が十分に得られない。一方、Mo含有量が4.0%を超えると、オーステナイトが不安定になり、低温靱性が低下する。そのため、Mo含有量は1.0~4.0%である。Mo含有量の下限は、好ましくは1.5%であり、さらに好ましくは2.0%である。Mo含有量の上限は、好ましくは3.5%であり、さらに好ましくは3.0%である。
バナジウム(V)は、固溶強化及び析出強化によって鋼の強度を向上させる。Vが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、V含有量が0.50%を超えると、窒化物が過剰に析出し、低温靱性が低下する。そのため、V含有量は0.50%以下である。V含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。V含有量の上限は、好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.20%である。
ニオブ(Nb)は、固溶強化及び析出強化によって鋼の強度を向上させる。Nbが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Nb含有量が0.50%を超えると、窒化物が過剰に析出し、低温靱性が低下する。そのため、Nb含有量は0.50%以下である。Nb含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。Nb含有量の上限は、好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.20%である。
窒素(N)は、固溶強化元素であり、また、窒化物を形成することで結晶粒を微細化し、高強度化に寄与する。N含有量が0.15%未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、N含有量が0.45%を超えると、製造時の熱間加工性が低下するともに、溶接時にブローホールが発生しやすくなる。そのため、N含有量は0.15~0.45%である。N含有量の下限は、好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.25%である。N含有量の上限は、好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%である。
銅(Cu)は、オーステナイト組織を安定化させる。Cuはさらに、固溶強化により強度を高める。Cuが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Cu含有量が3%を超えると、鋼の延性が低下する。そのため、Cu含有量は0~3%である。Cu含有量の上限は、好ましくは2.5%であり、さらに好ましくは2%である。
タングステン(W)は、固溶強化により鋼の強度を高める。Wが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、W含有量が3%を超えると、鋼の延性が低下する。そのため、W含有量は0~3%である。W含有量の上限は好ましくは2.5%であり、さらに好ましくは2%である。
チタン(Ti)は、固溶強化及び析出強化によって鋼の強度を向上させる。Tiが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ti含有量が0.5%を超えると、窒化物が過剰に析出し、低温靱性が低下する。そのため、Ti含有量は0~0.5%である。Ti含有量の下限は、好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。Ti含有量の上限は、好ましくは0.3%であり、さらに好ましくは0.2%である。
アルミニウム(Al)は、脱酸剤として使用される場合がある。一方、Alの残留が多過ぎ、Al含有量が0.5%を超えると、靱性が低下する。そのため、Al含有量は0~0.5%である。Al含有量の上限は、好ましくは0.4%であり、さらに好ましくは0.2%である。
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料は、下記式(1)で定義されるF1が、38.0~48.0である。
F1=10C+Si+0.5Mn-0.8Ni+1.3Cr+Cu+5Mo+2.5W+15(V+Nb+Ti)+30N+δ (1)
式(1)中のC、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、W、V、Nb、Ti、Nには、対応する元素の含有量が質量%で代入される。式(1)中のδには、δフェライトの量が面積%で代入される。
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼用溶接継手は、好ましくは、室温において690MPa以上の引張強さを有する。引張強さは、より好ましくは750MPa以上である。また、本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼用溶接継手は、-196℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが、27J以上である。-196℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは、より好ましくは45J以上である。
本実施形態によるオーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料の製造方法の一例を説明する。オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料の製造方法は、これに限定されない
Claims (1)
- オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料であって、
化学組成が、質量%で、
C :0.005~0.10%、
Si:1.2%以下、
Mn:4.0~8.0%、
P :0.03%以下、
S :0.02%以下、
Ni:14.0~18.0%、
Cr:20.0~26.0%、
Mo:1.0~4.0%、
V :0.50%以下、
Nb:0.50%以下、
N :0.15~0.45%、
Cu:0~3%、
W :0~3%、
Ti:0~0.5%、
Al:0~0.5%、
残部:Fe及び不純物であり、
前記オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料を用いて、ガスタングステンアーク溶接で、入熱9~12kJ/cm、層間温度150℃以下で積層溶接を行って作製される全溶着金属試験片の組織が、面積率で0.05~2.5%のδフェライトを含み、
下記式(1)で定義されるF1が、38.0~48.0である、オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料。
F1=10C+Si+0.5Mn-0.8Ni+1.3Cr+Cu+5Mo+2.5W+15(V+Nb+Ti)+30N+δ (1)
式(1)中のC、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Mo、W、V、Nb、Ti、Nには、対応する元素の含有量が質量%で代入される。式(1)中のδには、δフェライトの量が面積%で代入される。
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