JPH0231631B2

JPH0231631B2 -

Info

Publication number: JPH0231631B2
Application number: JP59036144A
Authority: JP
Inventors: Kyoteru Hirabayashi; Toyofumi Kitada; Tadaaki Taira
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1990-07-16
Also published as: JPS60180691A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は２相系ステンレス鋼の高靭性溶接金属
を得るサブマージアーク溶接法に係り、２相系ス
テンレスUOE鋼管などのステンレス鋼材に関す
る溶接部に関して高靭性を得しめると共に耐食性
や引張強度などを向上せしめた好ましい溶接金属
を得ることのできる方法を得ようとするものであ
る。２相系ステンレス鋼はフエライトとオーステナ
イトから成る鋼で、フエライト含有率が40〜60％
であり、この鋼はオーステナイト鋼の欠点である
塩化物環境での耐応力腐食割れ性や耐孔食性、耐
隙間腐食性に優れ、引張強度も高いので耐食構造
用材料として用いられている。しかしこの鋼を溶
接するに際しては、該鋼が475℃脆性や６相の生
成、高温加熱による組織変化を起し易いので従来
は小入熱のTIG溶接やMIG溶接、プラズマ溶接
で多層溶接されて来た。一方その内面、外面を共
に２相系ステンレス鋼の共金ワイヤでサブマージ
溶接する場合は溶接金属の耐食性に優れているも
のの、−46℃におけるような低温靭性が低い欠点
を有している。又このステンレス鋼を用いた鋼管
の成形方法としても従来は造船技術誌（1978年No.
２、P79〜84）でも述べられているようにプレス
又はロールベント方式で造管されているが、これ
らの成形方法はUOE方式と比較して格段に能率
が低いので好ましい方法となし得ない。本発明は上記したような実情に鑑み検討を重ね
て創案されたものであつて、２相系ステンレス鋼
材を溶接するに当つて、内面層を、Ｃ：0.05wt％以下、Si：0.6wt％以下、 Mn：0.5〜1.5wt％、Ｐ：0.03wt％以下、Ｓ：0.015wt％以下、Ni：4.0〜7.0wt％、 Cr：21〜26wt％、Mo：1.0〜5.0wt％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物より成
り、しかも下記式によるCr当量が22〜30wt％
で、又下記式によるNi当量が８〜13wt％の組
成を有する２相系ステンレスワイヤを用い、更に
外面層は、Ｃ：0.05wt％以下、Si：0.2〜1.0wt％、 Mn：1.0〜2.0wt％、Ni：９〜14wt％、 Cr：17〜21wt％、Mo：０〜3.0wt％、を含有し残部が鉄および不可避不純物からなり、
前記Cr当量が18〜23wt％で又前記Ni当量が10〜
17wt％の組成をもつたオーステナイト系ステン
レス鋼ワイヤを用い、それぞれサブマージアーク
溶接により両面各１層溶接をした後、上記鋼材を
1000〜1100℃の範囲で固溶化熱処理することを特
徴とする２相系ステンレス鋼の高靭性溶接金属を
得るサブマージアーク溶接法を提案するものであ
る。 Cr当量＝Cr（wt％）＋Mo（wt％）＋1.5×Si（wt
％） …… Ni当量＝Ni（wt％）＋30×Ｃ（wt％）＋30× Ｎ（wt％）＋0.5×Mn（wt％） …… 即ちこのような本発明によれば上記したような
ステンレス鋼管の能率の高いUOEプロセスで造
管して高靭性を得ることができ、耐食性能の良好
な溶接継手を得ることができる。斯かる本発明について更に説明すると、オース
テナイトとフエライトの２相を含むステンレス鋼
SUS329J1は化学成分の範囲がwt％（以下単に％
という）で、Ｃ：0.08％以下、Si：1.00以下、
Mn：1.50％以下、Ｐ：0.04％以下、Ｓ：0.030％
以下、Ni：3.0〜6.0％、Cr：23.0〜28.0％、Mo：
1.0〜3.0％と規定されているが、ここで取扱う２
相系ステンレス鋼はNi：4.0〜7.0％、Cr：21〜26
％、Mo：1.0〜5.0％の範囲で、他の成分は上記
したSU329J1と同じであり、本発明はこのような
成分の２相系ステンレス鋼板を用いたときの溶接
技術に関するものである。即ち上記鋼板をその内
面側を２相系ステンレス鋼共金ワイヤを用い、外
面側はオーステナイト系ステンレス鋼ワイヤを用
いサブマージアーク溶接で両面各１層の溶接を行
つた後、固溶化熱処理を行い、良好な機械的性質
と耐食性能を得るものである。然して上記のように２種類の溶接ワイヤについ
てその化学成分範囲について説明すると以下の如
くである。Ｃは、溶接金属の靭性を低下させ、又溶接中の
凝固割れ感受性を増加するので少ない方が好まし
く、何れのワイヤも0.05％以下とした。 Siは、Ｃ当量を増す元素であり、不働態形成を
容易にし、耐食性を向上させるが、多すぎると溶
接金属の靭性を低下させる元素であるため、２相
系ステンレス鋼ワイヤでは0.6％以下、オーステ
ナイト系ステンレス鋼ワイヤでは0.2〜1.0％とし
た。 Mnは、溶接金属のオーステナイト生成元素と
して作用し、溶接金属のオーステナイト量を得る
のに、２相系ステンレス鋼ワイヤでは0.5％以上、
オーステナイト系ステンレス鋼ワイヤでは1.0％
以上が必要である。又このMn含有量が多くなつ
た場合にはオーステナイト量が多くなるが、Ni
に比較して靭性向上効果が小さいのでその上限を
２相系ワイヤでは1.5％、オーステナイト系ワイ
ヤでは2.0％とした。ＰとＳは、溶接金属の凝固割れを助長させる元
素であり、少ない方が好ましいが、ＳはＰよりも
割れ感受性が高いことからＰを0.03％以下とし、
Ｓは0.015％以下に限定した。 Niは、オーステナイト生成元素の中で最も重
要な元素であり、溶接金属の吸収エネルギーを向
上させる。然し過剰なNiは塩素イオンに対する
応力腐食割れ抵抗を減少させるので２相系ステン
レス鋼ワイヤでは4.0〜7.0％、オーステナイト系
ステンレス鋼ワイヤでは９〜14％とした。 Crは、耐食性を向上させる重要な元素であつ
て、このCr量が少ないと状態図的にみた場合に
マルテンサイトを生じ易く、耐食性の劣化を来す
ので２相系ステンレス鋼ワイヤでは21％以上、オ
ーステナイト系ワイヤでは17％以上が必要であ
る。しかしこのCr量が多過ぎる場合はδ相が析
出して脆化するので２相系ワイヤでは26％以下、
オーステナイト系ワイヤでは21％以下とした。即
ちCrはフエライト生成元素であり、フエライト
量が多い２相系ステンレス鋼ワイヤの方はその上
限を高くする。 Moは、高い吸収エネルギーが得られ、しかも
耐食性を向上させる元素であるので特に耐食性の
要求される内面側は２相系ステンレス鋼ワイヤの
Mo添加が非常に重要であつて1.0％以上を必要と
する。しかし過剰なMoはδ相の析出脆化を生じ
易いので余剰な添加は避けるべきであり、２相系
ワイヤのMo添加量は1.0〜5.0％とし、一方オー
ステナイト系ワイヤでMoを添加する場合は０〜
3.0％とした。 Cr当量は、前記した式に示される当量であ
り、このCr当量は低すぎるとオーステナイト中
にマルテンサイトが析出し易くなり耐食性が劣化
するので特に耐食性が要求される２相系ワイヤで
は22％以上が必要であり、オーステナイト系ワイ
ヤでは18％以上が必要である。又このCr当量が
多くなつた場合はσ相の析出脆化を生ずるのでそ
の上限が規制され、即ち２相系ワイヤでは30％が
上限であり、特に靭性要求の高いオーステナイト
系ワイヤでは上限値を23％とする。 Ni当量は、前述した式で示される如くであ
り、このNi当量が低過ぎる場合はフエライト量
が多くなりすぎ、靭性の低下を招くので２相系ワ
イヤでは８％以上、オーステナイト系ワイヤでは
10％以上を必要とする。又このNi当量が高すぎ
る場合には溶接金属のオーステナイト含量が増
え、塩素イオンに対する抵抗性が低下するのでそ
の上限値を規制することが必要であり、２相系ワ
イヤでは13％、オーステナイト系ワイヤでは17％
以下とした。上述したようにして２相系ステンレス鋼材を２
電極のサブマージアーク溶接する場合に内面側を
共金の２相系ステンレス鋼ワイヤで溶接し、外面
側はオーステナイト系ステンレス鋼ワイヤで溶接
する理由について説明すると、内面側は腐食環境
にあり、特に腐食性能が要求されているため、母
材と共金となる２相系ステンレス鋼ワイヤを使用
している。しかしフエライト含量が40〜60％と多
いため低温靭性の低いことが欠点であり、このた
め外面側は腐食雰囲気の流送物と直接触れないの
で耐食性の優れた２相系ワイヤを使用することな
く、むしろ靭性の良好なオーステナイト系ステン
レス鋼ワイヤを用いることが必要である。次に上記したような考えに基づいて溶接した鋼
管はδ相やCr炭化物を固溶して耐食性と靭性を
増すために固溶化熱処理するが、この固溶化熱処
理温度は1000〜1100℃の範囲が最適である。即ち
この固溶化熱処理温度が1000℃以下となつた場合
はσ相、Cr炭化物の分解固溶が充分でなく、固
溶化の効果があらわれない。又この固溶化温度が
1100℃を越した場合には固溶化は充分に行われる
が過熱のために結晶粒径が大きくなり過ぎ、靭性
の低下を招くので1100℃以上は避けるべきであ
る。本発明によるものの具体的な実施例について説
明すると以下の如くである。本発明者等の用いた供試鋼母材の化学成分は次
の第１表に示す通りである。

【表】又この供試鋼による鋼板の板厚は12.7mmの２相
系ステンレス鋼であり、この鋼板を２電極サブマ
ージアーク溶接で溶接するときの溶接条件で次の
第２表に示す通りであり、開先については第１図
に示すように内面側には厚さ3.5mm、外面側では
厚さ5.5mmの範囲に亘つてそれぞれ45゜の傾斜によ
る開先部を形成したものである。

【表】又溶接に用いられた供試ワイヤの化学成分は次
の第３表の如くであつて、ワイヤａは２相系ステ
ンレス鋼ワイヤであり、ワイヤｂおよびｃはオー
ステナイト系ステンレス鋼ワイヤであつて、ｂは
Mo含有であるが、ｃはMoを含んでいないもの
である。

【表】然して従来技術として、内外面ともワイヤａを
用い、本発明の溶接ワイヤ組合わせとして、内面
ワイヤは耐食性を考慮して母材と共金系のワイヤ
ａを用い、外面側ワイヤは靭性を考慮してワイヤ
ｃ又はｂを用いて溶接した。即ち第２図はこのよ
うな従来技術によるものと本発明の溶接金属につ
いての靭性を比較したものであつて、図中Ｓ，Ｔ
と記述しているものは1050℃、１分の均熱、急冷
して固溶化熱処理したものである。従来技術に比較して本発明による溶接金属の靭
性は溶接まま及び固溶化熱処理の何れも高い値が
得られ、又固溶化熱処理することにより破面遷移
温度は溶接ままのものより低く改善されていて、
本発明の方法を採用することにより溶接金属の靭
性は大幅に改善されることが明らかである。又本
発明によつて得られた溶接継手について４点曲げ
の応力腐食試験を行い、腐食環境としては５％
NaCl溶液に0.02atmP_H2S―9.98atmP_CO2の雰囲気
で95℃、２週間の浸漬をなし、負荷応力としては
27.4Kg／mm²であるが、この試験結果は本発明によ
る溶接継手が何れも応力腐食を発生しておらず、
良好なものであることを確認した。以上説明したような本発明によるときは２相系
ステンレス鋼材を溶接するに当つて、内面側は共
金系の２相系ステンレス鋼ワイヤを用い、外面側
はオーステナイト系ステンレス鋼ワイヤを用い、
それぞれサブマージアーク溶接で両面各１層の溶
接を行つてから固溶化熱処理することによつて溶
接継手部に好ましい高靭性を得しめ、しかも耐食
性、引張強度の如き適切に向上し得るものである
から工業的にその効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を示すものであつて、
第１図は本発明の実施例についての溶接開先の説
明図、第２図は本発明の実施例によるものと従来
技術によるものについて溶接金属の靭性を比較し
て示した図表であつて、白抜きは溶接まま、ソリ
ツドは固溶化熱処理を施した場合を示すものであ
り、横軸には用いられた溶接ワイヤの組み合わせ
が示してある。

Claims

【特許請求の範囲】１２相系ステンレス鋼材を溶接するに当つて、
内面層を、Ｃ：0.05wt％以下、Si：0.6wt％以下、 Mn：0.5〜1.5wt％、Ｐ：0.03wt％以下、Ｓ：0.015wt以下、Ni：4.0〜7.0wt％、 Cr：21〜26wt％、Mo：1.0〜5.0wt％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物より成
り、しかも下記式によるCr当量が22〜30wt％
で、又下記式によるNi当量が８〜13wt％の組
成を有する２相系ステンレス鋼ワイヤを用い、更
に外面層は、Ｃ：0.05wt％以下、Si：0.2〜1.0wt％、 Mn：1.0〜2.0wt％、Ni：９〜14wt％、 Cr：17〜21wt％、Mo：０〜3.0wt％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からな
り、前記Cr当量が18〜23wt％で、又前記Ni当量
が10〜17wt％の組成をもつたオーステナイト系
ステンレス鋼ワイヤを用い、それぞれサブマージ
アーク溶接により両面各１層溶接をした後、上記
鋼材を1000〜1100℃の範囲で固溶化熱処理するこ
とを特徴とする２相系ステンレス鋼の高靭性溶接
金属を得るサブマージアーク溶接法。 Cr当量＝Cr（wt％）＋Mo（wt％）＋1.5×Si（wt
％） …… Ni当量＝Ni（wt％）＋30×Ｃ（wt％）＋30× Ｎ（wt％）＋0.5×Mn（wt％） ……