JPH01132741A - 溶接可能で強靭な混合組織の不銹鋼 - Google Patents

溶接可能で強靭な混合組織の不銹鋼

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JPH01132741A
JPH01132741A JP63201831A JP20183188A JPH01132741A JP H01132741 A JPH01132741 A JP H01132741A JP 63201831 A JP63201831 A JP 63201831A JP 20183188 A JP20183188 A JP 20183188A JP H01132741 A JPH01132741 A JP H01132741A
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niobium
nickel
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molybdenum
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リー エイチ.フラスケ
Narasi Sridhar
ナラシ スリッドハー
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    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はフェライト・オーステナイト混合組織を有する
不銹鋼、とくに引張り延性、衝撃強度および耐蝕性を増
大した溶接溶加材として使用1”るのにとくに適した不
銹鋼に関する。
[従来の技術] この技術においては、ボナール・ランブレ・アロイ社が
θ録商標名°゛フエラリウム″として販売している混合
組織の不銹鋼(合金255)が公知である。この合金は
1971年3月2日付は米国特許用3,567.434
号として開示されている。フェライト−オーステナイト
混合組織の技術的背景および利点はこの特許明細書に記
載されている。
合金255は溶接溶加材として溶接作業に使用されてい
る。全溶接金属特性は一般的に靭性、すなわち低衝撃強
度を除いてうけ入れうるちのである。しかして、溶接溶
加材としての合金255に対しては特別の注意を払わな
ければならない。この課題はこの技術において周知であ
り、したがって溶接された混合組織の不銹鋼の十分な販
売促進を妨害する傾向があった。
他の混合組織の不銹鋼は米国特許用4.585゜479
号、第3,082,082号および英国特許出願第2.
160,221A号に記載されている。
米国特許用4.585.479号は7から12%のニッ
ケルを含む金属を開示し、とくにモリブデンおよび銅の
含ωに対して教示している。
米国特許用3.082.082号は混合組織の不銹鋼に
おける限界窒素添加量の制限を考慮しない合金系を開示
している。
英国特許出願第2.160.221A号は衝撃特性をa
善するためアルミニウム含量の限界をv制御した混合組
織の不銹鋼を開示している。
公知の技術には、LINS  NnJ−93345のエ
スカアOイDとして市販されている混合組織の不銹鋼が
ある。UNS合金の組成は重量%で、クローム20〜2
7、モリブデン3〜4.5、ニッケル8〜11、窒素、
1〜.3、マンガン最高1.0、炭素最高、08、燐最
高、04、硫黄最高、025、残りは鉄である。通常の
エスカアロイDは重量%で、炭素、04、クローム24
、ニッケル9.6、モリブデン3.4、珪素1.07、
マンガン、55、銅、21、窒素、2、残りは鉄で約2
351)I)−の酸素を含んでいる。合金は鋳造または
鍛造構造物、公称的30%の硫化水素を含む深いガス井
に使用する、管または降下孔設備とすることができる。
これらの特許は混合組織の不銹鋼の組成を開示している
が、それらは前記鋼を溶接する課題を解決してはいない
[発明が解決しようとする問題点] これらの不銹鋼は、溶接されたとき、多分一部は窒素含
量のため、ある限界を有する。一般的に溶接状態におい
て、(1)  延性および靭性が低下し、(2)  溶
接後の熱処理が強度を低下し、(3)合金の耐蝕性が低
下する。この技術では耐蝕性、延性および大きい強度を
有する混合組織の不銹鋼を基とする材料の特性をもった
溶接溶加材の技術に対する必要性がある。溶接後の引張
りおよびIi撃強度はとくに要求される。
本発明の目的は靭性が増大した混合組織の不銹鋼を得る
ことにある。
本発明の他の目的は優れた耐蝕性をもった強靭な混合組
織の不銹鋼をうろことにある。
本発明のなお別の目的は容易に製造しつる混合組織の不
銹鋼を得ることにある。
[目的を達成するための手段] 本発明によれば、上2の目的を達成する混合組織の不銹
鋼は、重量%で、炭素最高、07、クローム24から2
8、銅、5から3.0、マンガン2.0以下、モリブデ
ン2.5から4.5、窒素、13から、30、ニオブ3
以下、ニッケル8から13、燐最高、04、硫黄最高、
03、珪素最^1.0、タングステン2以下、残り鉄お
よび不純物より成る組成を有する。
[実施例1 本発明の目的は第1表に記載された合金によって達成さ
れる。第1表に記載された合金は、鋳鍛造品、金属粉末
、溶接溶加材および他の商品の形式、たとえばワイヤ、
棒、板、管、ビレツおよび鍛造品として製造することが
できる。
β;I91呼&パーーー =1品品品品品品 、;l 、 、 、 、−〜 ア1ス: ; : a:、 : :+ ”  ”  ” ≦    21− − ″ 7c′!二煮  壬1 ;
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 置 ゞ実験データおよび例 第2表は、試験のため準備された、一連の実験的合金を
示す。本発明の合金は第2表に($)を付して示されて
いる。
一連の41f!の含金は衝撃試験のため準備されたもの
である。溶接はガスタングステンアーク溶接法により実
施された。第2表は4種の合金、すなわち合金255、
合金A1合金81合金Cの組成を示している。
溶接は(合金255と同様の)市販合金材料のサンプル
を使用して実施された。材料は溶接物として4種の合金
を使用して溶接された。各溶接された集合体は公知のシ
ャルピーms試験機を使用して衝撃試験された。試験は
一100″Fで実施された。衝撃試験の結果は第1図の
グラフに示されている。
同様に、第1図には、混合組織の合金のフェライト含量
が4種の各合金のニッケル含量の関数としてプロットさ
れている。フェライト含量はマグネ・ゲージとして公知
の磁気的測定器具によって決定された。その器具は広い
範囲のオーステナイト・フェライト比に対して使用する
ため改変された。第1図のプロットは4種の合金におけ
るニッケル含量の関数としてほぼ+または一5%のフェ
ライト含量を示す。
理解しうるように、不銹銅工業において冶金相オーステ
ナイト(面心立方相)は優れた低温靭性を有する。オー
ステナイトの量がそのような合金方式において増加した
とき、靭性もまた増加し続けることがIll持される。
第1図の報告された結果は明らかに靭性はオーステナイ
ト含量に対して単調に増加せず、現代の知識に基づく期
待に反している。
これはこの技術における予期しない改善である。
図面は明らかにニッケル約10.5%以下の合金の低1
(−100下)におけるシャルピー靭性増加の傾向を示
している。ついで、ニッケル約12.5%までの高含量
において、靭性は方向を逆にして減少する。
銅は本発明の合金において必要な元素である。
銅は0.5%以下でなくまた3%以上でない含量、通常
的2%、存在しなければならない。
第2表の合金Hは、銅の含量を除いて、本発明の範囲内
ですべての必要な元素を含んでいる。大部分の耐蝕試験
において、銅はもつとも良い結果をつるため必要である
ことが分った。たとえば、24時間転亘る10%硫酸沸
騰試験において、腐蝕φは下記の通りである。
合金 H2317MPY(5,885υ/年)、01%
Cu 合金 1   79MPY (0,200c/年)、9
0%Cu 合金 J    80MPY (0,200cm/年)
2.4%Cu 合金 A    61MPY (0,154a11/年
)1.7%Cu ここにMPYは1年当たりの腐蝕1(1/1000イン
チ)を示す。合金の完全な解析は第2表に示されている
モリブデンは本発明の合金中に存在しなければならない
。ニッケルとモリブデンの比は約3対1が好ましいよう
に見うけられる。ニッケル対モリブデン比はすべての合
金に対して示されている。
すべての場合(合金目を除り)、ニッケル対モリブデン
比が約2から4.5の範囲内の合金に対して良い技術的
特性が発見された。合金Hはその比の中にあるが、しか
しなから、銅の含量が所要の範囲外である。
これらの事実は、一方ではモリブデンの増加による耐蝕
性改善の可能性を指摘するとともに、また他方ではモリ
ブデンの高レベルが実際の製造における合金の有用性に
悪い影響を与えることを強調している。
その結果、許容しうるモリブデンの範囲は2.5から3
.4%であり、最善の値は溶接溶加材においては3.1
%のところに存在する(第1表)。
珪素は本発明の合金において約1%以下、好ましくは、
5%以下の含lで存在することかできる。
珪素は、ある冶金学的利点、たとえば流動性を生する。
、5%以−Vの珪素は延性を消失する。
コロンビウム(Cb)としても知られたニオブ(Nb)
は、とくにある厳しい環境において使用されるとき、本
発明の合金に必要な元素である。
ニオブの添加もまた1つの普通の促進腐食試験において
耐蝕性を改善をすることを示している。
その特殊な腐食環境は10%塩化第2鉄試験である。別
の腐食試験状態においては、ニオブは効果がなかった。
厳しい点食環境におけるニオブの効果において、10%
塩化第2鉄は、種々のニオブ軸受合金(第3表)の腐食
量を試験することにより示すことができる。これらの合
金において、ニオブ含量はゼロから1%まで変化した。
15℃の試験温度において、0.5%のニオブを含む合
金は(第2表、含金O)はニオブをH1画的に無添加ま
たは1%添加した合金よりもいちじるしく腐食率が低か
った(第2表、合金JおよびP)。これらのデータもま
た第2図に示されている。
ASTM  G28法A試験において、1%までの範囲
のニオブの効果は明らかでない(第4表)。
これらのデータは第2図にプロットされている。
85%燐酸の第3の環境において、ニオブの明らかな負
の効果が見られる(第5表)。その環境において、腐食
量はニオブの添加によって増加した。
ニオブの効果はまた10%硫酸中で試験され、そのデー
タは第6表に示されている。これらのデータはニオブが
耐蝕性を付加することを示している。含ff10.5%
のニオブは含量1%のニオブより僅かにすぐれている。
上記データはニオブの限界がその予想した使用環境に依
存することを示している。このため、ニオブは必要に応
じて合金から省略することができる。
この技術において、タンタルがニオブと密に関連するこ
とが知られており、層々ニオブと部分的に置換される。
しかしてタンタルは合金中に3%まで存在することがで
きる。
第4表 ASTM  G−28A法による種々の合金の耐蝕試験
(ストライヒヤー試験) 試験条件=120時間8!im 合金      条  件            腐
食量(MPY)J    GTAW(1接のまま)  
     17  0.043z/年GTAW(溶接の
まま)        17  0.043平均MPY
  17  0.043 0    GTAW(?IJI17)tま)     
  16  0.040GTAW(溶接のまま)   
    20  0.050平均MPY  18  0
.045 P    GTAW(溶接のまま)        2
0  0.050GTAW(溶接のまま)      
  18  0.045平均MPY  19  0.0
48 第5表 試験条件:110℃96時間 合金      条  n、            
 a食fa(MPY)J    GTAW(溶接のまま
)       21  0.053n/年GTAW(
溶接のまま>       24  0.061平均M
PY    23  0.0580    GTAW<
wJFn(Dまま)      65  0.165G
TAW(溶接のまま)       41  0.10
4平均MPY    53  0.134P    G
TAW(溶接のまま)       40  0.10
1GTAW(ra接(M*)       33  0
.083平均MPY    37  0.093第6表 試験条件:沸m24時間 合金     条  件            腐食
!fl(MPY)J    GTAW(溶接のまま) 
       79  0.200cm/年GTAW(
溶接のまま>       80  0.203平均M
RY    80  0.2030    GTAW(
溶接のまま)       57  0.144GTA
W(溶接のまま>       57  0.144平
均MRY    53  0.144P    GTA
W(溶接のまま)       62  0.157G
TAW(溶接のまま’)       71  0.1
80平均MRY    67  0.170チタンは窒
素を含むこのクラスの合金に有用であることが知られて
いる。合金中における窒化チタンの形成は安定性を改善
する。したがって、第1表に開示された範囲内でチタン
を含むことができる。
炭素、りO−ム、マンガン、窒素およびバナジウムのよ
うな他の元素は、複合鋼の技術において公知であるよう
に合金内でt+1JIIIシなければならない。米国特
許箱2.467.434号および第3゜082.082
号は添加元素および不純物の効果に関するデータおよび
情報を示している。
本発明の合金における、10.5%のニラクルを含む合
金84i鍛鍛造品の形で準備された。合金の鋳造および
高温ならびに低温加工は、5.7%のニッケルを含む市
販の合金255と同じであった。合金は真空誘電溶解さ
れ、ついでエレクトロスラブ再溶解(ESR)によって
精練された。合金は鍛練され、ついで高温加工され、さ
らに最終的に試験のため1/8インチ(0,31センチ
)のワイヤに延伸された。
第7表は引張りデータを示す。引張強さは両方の合金に
対してほぼ同じであった。合金255に比較して、本発
明の合金は引張り降伏点が低いが、伸びがいちじるしく
改善された。
この技術に通じた人々には、特殊な例とともに、ここに
開示された新規な理論は種々の他の変形および同様の用
途を支持することが明らかである。
したがって、特許請求の範囲の広さの解釈において、そ
れらはここに記載した本発明の特殊な実施例に限定され
るべきものでないことが望ましい。
第7表 鍛造品の機械的特性 北膠は 、合金            訃伏点(ksi)  
 引張強さ(ksi)   伸び(χ)255 (5,
7%Ni>      97.5    128.6 
    17(5,7%Ni>      97.1 
   133.9     27平均   97.3 
   131.3     2213   (10,5
%Ni)     76.7    132.6   
  37(10,5%Ni)     76.8   
 131.7      皿平均   76.8   
 132.2     38合金は冷間用11900王
(1035℃)で20分焼戻、水で焼入。
[発明の効果] 本発明による、重量%で、炭素最高、07、クローム2
4から28、銅、5から3.0、マンガン2.0以下、
モリブデン2.5から4.5、窒素、13から、30.
ニオブ3以下、ニッケル8から13、燐最高.04、硫
黄m高、301珪素最高1.0、タングステン2以下、
残り鉄および不純物より成る複合不銹鋼によって、従来
技術による不銹鋼にlt L、て引張りおよび衝撃強度
に富む、耐蝕性に侵れたとくに溶接溶加材に適したフェ
ライト・オーステナイト混合組織の不銹鋼かえられた。
【図面の簡単な説明】
第1図は市販材料のフェライト含有材料試験の結果を示
でグラフ。 第2図はニオブの耐蝕試験の結果を示すグラフ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主として重量%で、炭素最高.07、クローム2
    4から28、銅.5から3.0、マンガン2.0以下、
    モリブデン2.5から4.5、窒素.13から30、ニ
    オブ3以下、ニッケル8から13、燐最高.04、硫黄
    最高.03、珪素最高1.0、タングステン2以下、残
    り鉄および不純物より成る混合組織の不銹鋼。
  2. (2)重量%で、炭素最高.04、クローム24から2
    7、銅1.0から2.5、マンガン1.5以下、モリブ
    デン2.9から3.4、窒素.13から.30、ニオブ
    .2から1.0、ニッケル8.5から11.2、珪素最
    高.5、およびタングステン1以下を含む特許請求の範
    囲第1項記載の鋼。
  3. (3)重量%で、炭素約.01、クローム約24.8、
    銅約1.9、マンガン約1、モリブデン約3.1、窒素
    約、18、ニッケル約9、燐最高.01、硫黄最高.0
    03、および珪素約.4を含む特許請求の範囲1項記載
    の鋼。
  4. (4)ニッケル対モリブデンの比が2から4.5好まし
    くは約3である特許請求の範囲第1項記載の鋼。
  5. (5)鋼が最少約.2%のニオブを含み点食耐性を示す
    特許請求の範囲第1項記載の鋼。
  6. (6)溶接溶加材の形状の特許請求の範囲第1項記載の
    鋼。
JP63201831A 1987-08-14 1988-08-12 溶接可能で強靭な混合組織の不銹鋼 Pending JPH01132741A (ja)

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