JP7370170B2 - フェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
C:0.005~0.040%、
Si:0.05~1.50%、
Mn:0.05~1.00%、
P:0.04%以下、
S:0.0010~0.0300%、
Cr:13.0~24.0%、
Nb:0.20~1.50%、
Al:0.001~0.030%、
O:0.001~0.030%、
N:0.003~0.040%を含有し、
更に、Ni:0.01~2.00%、Mo:0.01~4.00%、Cu:0.05~2.00%、Ti:0.01~1.00%、B:0.0001~0.0040%、Ca:0.0001~0.0030%、Mg:0.0001~0.0030%、Co:0.01~2.00%、Ta:0.01~1.00%、V:0.05~1.00%、W:0.05~1.00%、Zr:0.01~1.00%、Sn:0.01~1.00%、REM:0.0005~0.0500%の1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、
長手方向と直交する断面における、表層から深さ0.2mm位置でのビッカース硬さが400HV以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤ。
(2)前記フェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤは、ワイヤの正送及び逆送と、溶接電流の波形とを同期させながら溶接する溶接方法に用いられることを特徴とする前記(1)に記載のフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤ。
(3)1ダイスあたりの減面率が15%以上、焼鈍後のトータルの減面率が90%以下の伸線工程を施すことにより、長手方向と直交する断面における、表層から深さ0.2mm位置でのビッカース硬さが400HV以下にすることを特徴とする前記(1)または前記(2)に記載のフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤの製造方法。
本実施形態の溶接ワイヤは、化学組成と表層のビッカース硬さを規定するものである。
また、本実施形態の溶接ワイヤは、ソリッドワイヤである。
また、本実施形態の溶接ワイヤは、ワイヤの正送及び逆送と、溶接電流の波形とを同期させながら溶接する溶接方法に用いられることが好ましい。
Cは、溶接ワイヤのビッカース硬さを確保する上である一定量を含有させる必要があり、下限を0.005%以上とする。一方、Cを多量に含有させると、Cr系炭化物が析出して鋭敏化を引き起こして溶接金属の耐食性が低下するため、上限を0.040%以下とする。C量は0.008%以上であってもよく、0.010%以上であってもよい。また、C量は0.020%以下であってもよく、0.015%以下であってもよい。
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ため、シールドガスおよび大気巻き込みから混入した酸素、窒素などに起因するブローホール発生を抑制する。したがって、下限を0.05%以上とする。一方、その含有量が1.50%を超えるとSiO2を形成して溶鋼中のOを固定化して表面張力が低下するため粗大なスパッタが多量に発生してしまう。このため下限を1.50%以下とする。好ましくは1.00%以下であり、より好ましくは0.50%以下である。また、Si量は0.10%以上であってもよく、0.20%以上であってもよい。
Mnは、脱酸元素として作用するが、その含有量が0.05%未満では十分な効果が期待できない。そのため、下限を0.05%以上とする。一方、その含有量が1.00%を超えるとMnOを形成して溶鋼中のOを固定化して表面張力が低下するため粗大なスパッタが多量に発生してしまう。このため、上限を1.00%以下とする。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。また、Mn量は0.10%以上であってもよく、0.20%以上であってもよい。
Pは、不可避不純物として一定量が鋼中に含有されるが、その含有量が多くなると溶接部の耐食性が低下することに加えて、溶接割れが生じやすくなる。このため、上限を0.04%以下とする。好ましくは0.03%以下である。P量は少ないほど好ましいが、精錬コストが増大する場合があるため、0.005%以上であってもよく、0.01%以上であってもよい。
Sは、溶接ワイヤの溶融挙動を制御する上で重要な元素であり、溶鋼の表面張力を低下させてスパッタを微細化させる作用がある。この効果は0.0010%未満では十分に得られないため、下限を0.0010%以上とする。一方、その含有量が0.0300%を超えると耐食性が著しく低下する。このため、上限を0.0300%以下とする。好ましくは0.0200%以下であり、さらに好ましくは0.0150%以下である。また、S量は0.0020%以上であってもよく、0.0050%以上であってもよい。
Crは、溶接金属の耐食性を確保する上で必須の元素であり、そのため下限を13.0%以上とする。ただし、過剰に含有してもその効果は飽和してしまうため、上限を24.0%以下とする。Cr量は14.0%以上であってもよく、15.0%以上であってもよい。また、Cr量は22.0%以下であってもよく、20.0%以下であってもよい。
Nbは、炭窒化物を形成してC、Nを固定化し、Cr炭窒化物の析出を抑制することで溶接部の耐食性を向上させるが、0.20%未満では十分な効果が得られない。このため、下限は0.20%以上とする。一方、過剰に含有させてもその効果は飽和してしまうため、上限を1.50%以下とする。好ましくは1.00%以下、より好ましくは0.80%以下である。また、Nb量は0.40%以上であってもよく、0.60%以上であってもよい。
Alは、脱酸元素として作用し、その効果を得るためには0.001%以上含有させる必要がある。そこで、下限を0.001%以上とする。一方、過剰に含有させると溶接部の延性、靭性が低下するとともに、スパッタが発生しやすくなるため、上限を0.030%以下とする。好ましくは0.010%以下である。また、Al量は0.002%以上であってもよく、0.004%以上であってもよい。
Oは、Sと同様に溶鋼の表面張力を低下させてスパッタを微細化させる作用がある。このため、その含有量を0.001%以上とする必要がある。一方、過剰に含有させると溶接ワイヤ中の硬質な酸化物の個数が増加してコンタクトチップ摩耗の原因となりスパッタ性が低下するため、上限を0.030%以下とする。好ましくは0.010%以下であり、さらに好ましくは0.005%以下である。また、O量は0.002%以上であってもよく、0.003%以上であってもよい。
Nは、Cと同様に溶接ワイヤのビッカース硬さを確保する上であり、一定量を含有させる必要があることから、下限を0.003%以上とする。一方、多量に含有させると、Cr系窒化物が析出して鋭敏化を引き起こし、溶接金属の耐食性が低下するため、上限を0.040%以下とする。好ましくは0.030%以下であり、さらに好ましくは0.020%以下である。また、N量は0.008%以上であってもよく、0.010%以上であってもよい。
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。このような効果を得るためには0.01%以上含有させる必要があり、下限を0.01%以上とする。一方、過剰に含有させるとマルテンサイト相の生成を促進して溶接金属の耐割れ性が低下するため、上限を2.00%以下とする。
Moは、耐食性、高温強度を高める元素であり、このような効果を発揮させるために下限を0.01%以上とする。一方、Moを過剰に含有させるとコスト上昇となるため、上限を4.00%以下とする。好ましくは2.00%以下である。
Cuは、溶接部の強度、耐食性を高めるために有効な元素であり、このような効果を得るためには0.05%以上含有させる必要がある。一方、Cuが2.00%を超えて含有させると、溶接部の延性、靭性が著しく低下する。このため、上限を2.00%以下とする。好ましくは1.00%以下、より好ましくは0.50%以下である。また、溶接ワイヤの表面にCuめっきを施す様態で上記範囲となるように含有させてもよい。
Tiは、Nbと同様に炭窒化物を形成してC、Nを固定化し、Cr炭窒化物の析出を抑制することで溶接部の耐食性を向上させる。このような効果を得るため下限は0.01%以上とする。一方、過剰に含有させるとTi炭窒化物の個数が増加して溶接部の延性、靭性が損なわれるため、上限を1.00%以下とする。
Bは、溶接金属の結晶粒を微細化して靭性を向上させる。このような効果を得るため、下限は0.0001%以上とする。一方、過剰に含有させても上記の効果は飽和してしまうため、上限を00040%以下とする。好ましくは0.0030%以下、さらに好ましくは0.0020%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%以上とする。一方、0.0030%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0.0030%以下とする。好ましくは0.0020%以下であり、より好ましくは0.0010%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%以上とする。一方、0.0030%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0.0030%以下とする。好ましくは0.0020%以下であり、より好ましくは0.0010%以下である。
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るが、0.01%未満ではその効果は少ないため、下限を0.01%以上とする。一方、過剰に含有させるとコストの上昇を招くため上限を2.00%以下とする。
Taは、Nbと同じく周期律表のVa族元素であり、Nbに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、0.01%未満ではその効果は少ないため、下限を0.01%以上とする。一方、過剰に含有させてもその効果は飽和するとともに、溶接金属の延性が大きく低下するため、上限を1.00%以下とする。
Vは、C、Nと結合してV炭窒化物を形成し、Cr炭窒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%以上とする。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%以下とする。
Wは、耐食性および高温強度を高める元素であるが、0.05%未満ではその効果は少ないため、下限を0.05%以上とする。一方、その含有量が1.00%を超えると溶接金属の延性が大きく低下するため、上限を1.00%以下とする。
Zrは、溶接金属の結晶粒を微細化させる元素であるが、0.01%未満ではその効果は少ないため、下限を0.01%以上とする。一方、1.00%を超えて含有させてもその効果は飽和してしまいコストの上昇も招くため、上限を1.00%以下とする。
Snは、耐食性を高めるのに有効な元素であるが、0.01%未満ではその効果は少ないため、下限を0.01%以上とする。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1.00%以下とする。
REM(希土類元素)は、熱間加工性を向上させる元素であるが、0.0005%未満ではその効果は少ないため、下限を0.0005%以上とする。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%以下であり、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。
溶接ワイヤの表層のビッカース硬さを制御するための製造工程を検討した結果、次の工程を実施することが有効であると確認した。すなわち、本実施形態の溶接ワイヤの製造方法では、熱間線材圧延して得られた熱間圧延線材に対して冷間線材圧延及び最終焼鈍を行う。冷間線材圧延は、複数のダイスに線材を順次通過させることによって伸線加工を行う。そして、冷間線材圧延における1ダイスあたりの減面率を高めることが有効である。伸線加工における1ダイスあたりの減面率が小さい場合、表層にのみひずみが蓄積されて加工硬化してしまう。さらに、最終焼鈍後のトータルの減面率が大きくなった場合にも表層のビッカース硬さが増大してしまうので、最終焼鈍後のトータルの減面率の上限を設けることが有効である。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.005~0.040%、
Si:0.05~1.50%、
Mn:0.05~1.00%、
P:0.04%以下、
S:0.0010~0.0300%、
Cr:13.0~24.0%、
Nb:0.20~1.50%、
Al:0.001~0.030%、
O:0.001~0.030%、
N:0.003~0.040%を含有し、
更に、Ni:0.01~2.00%、Mo:0.01~4.00%、Cu:0.05~2.00%、Ti:0.01~1.00%、B:0.0001~0.0040%、Ca:0.0001~0.0030%、Mg:0.0001~0.0030%、Co:0.01~2.00%、Ta:0.01~1.00%、V:0.05~1.00%、W:0.05~1.00%、Zr:0.01~1.00%、Sn:0.01~1.00%、REM:0.0005~0.0500%の1種または2種以上を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、
長手方向と直交する断面における、表層から深さ0.2mm位置でのビッカース硬さが400HV以下であることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤ。 - 前記フェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤは、ワイヤの正送及び逆送と、溶接電流の波形とを同期させながら溶接する溶接方法に用いられ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用溶接ワイヤ。
- 1ダイスあたりの減面率が15%以上、焼鈍後のトータルの減面率が90%以下の伸線工程を施すことにより、長手方向と直交する断面における、表層から深さ0.2mm位置でのビッカース硬さが400HV以下にすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフェライト系ステンレス鋼用溶接ワイヤの製造方法。
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