JPH03114693A - 高クロム二相ステンレス鋼溶接材料用素材 - Google Patents

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） この発明は、原子力や化学工業の反応容器の耐食肉盛り
、および各種ロールの硬化耐食肉盛りのために帯状又は
ワイヤ状で用いられる肉盛り溶接材料用素材に関するも
のである。

（従来の技術） 高耐食性や耐摩耗性（高硬度）が要求される鉄鋼構造体
は、経済性のために軟鋼などの表面を耐食性や体摩耗性
を有するステンレス鋼などで肉盛り溶接して製造される
ことが多い。溶接方法としてはガス肉盛り、帯状電極肉
盛り、サブマージアーク肉盛りなどが実用化されていて
、材料としては通常３．２〜８．０ｍｍ径の心線から成
る被覆アーク溶接棒、０．８〜６．４ｍｍ径のソリッド
ワイヤー、薄鋼帯を巻き締めした巻き締めワイヤー、お
よびワイヤーの中にフラックスを封入したコアードワイ
ヤー、さらには０．４ｍｍ厚、２５〜１５Ｏｒｒ１ｍ幅
の帯状電極（フープ）などが使用されている。

近年、肉盛り層に、より高い耐食性や耐摩耗性（硬度）
が要求されるだけでなく、さらにより薄い肉盛りで従来
並みの特性を得たいという要請が高まっている。これら
の要請に応えるためには、溶接材料の材質を高級化する
、すなわちＮｉやＣｒなどの合成成分を高める必要があ
る。現在、肉盛り材料に用いられているステンレス鋼は
ＳＯ５３０Ｂ３０９、３１６．３４７．３１０５などで
あって、Ｃｒが最大２３４％（以下単に％と略ず）　、
Ｎｉが最大１３％のオーステナイト系である。これらの
成分値の一ト限は、大略、鋼板の製造限界によって決ま
っている。かかる上限値以上の成分付加のために、溶接
フラックスの中にＣｒやＮｉの合金粉を添加する方法も
良く採られるが、溶解熱吸収や成分偏析のために高々５
％程度の成分量アップに限られているのが現状である。

また近年、耐粒界腐食、耐応力腐食に優れた相ステンレ
ス鋼の肉盛り材料に対してもニーズが高い。

以上の要請に応えるためにはＣｒ２２５％、Ｎ４５８％
の高クロム一相ステンレス鋼溶接材料が望まれたとえば
特公昭３７−６６１４号公報には、Ｃｒを３３〜３９％
、Ｎｉを１５〜２５％含有する高クロム、ニンケル鋼心
線を用いる溶接法が開示されているが、かかる組成の心
線の製造は極めて回動であって、実用には到底適用し難
いものであった。

ごの理由は、Ｃｒ２２５％、Ｎ１≧８％の鋼は約１２０
０°Ｃ以下から二相域に入るが、この相で分塊、鍛造、
熱間圧延などの熱間加工を行うと割れなどが生じ、工業
的に加工するのは極めて難しく、また高Ｃｒ鋼は約９０
０°Ｃ以下で極めて脆いσ相を晶出し、やはり冷間圧廷
などの加工が困難になるからである。

そのために鋳造→熱間加工→冷間加工によって鋼帯を製
造する現行のプロセスは製品化が事実上不可能である。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、上記の理由で溶接材料として商品化が達成
されていない高クロム一相ステンレス鋼を工業的に製作
し、溶接材料として提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） すなわちこの発明は、 Ｃ：　０．０６％以下、 Ｓｉ　：　１．００％以下、 Ｍｎ　：　２．００％以下、 Ｐ　：　０．０４！ｌｉ％以下、 Ｓ　：　０．０３０％以下、 Ｃｒ　：　２５．Ｏ〜３５．０％およびＮｉ　：　８．
０〜３０．０％ を含有し、残部実質的にＦｅの組成になる溶鋼に、その
急冷凝固を強いて得た厚み１ｍｍ以下の鋼帯であって、
σ相を含まないオーステナイト相とフェライト相からな
る高クロム二相ステンレス鋼溶接材料用素材である （作　用） この発明では、高Ｃｒ−Ｎｉの二相ステンレス鋼を耐食
性、耐摩耗性を有する肉盛り溶接材料用素材として採用
した。Ｃｒを２５％以上にしたので肉盛り層すなわち溶
着金属は耐食性、耐摩耗性が高まり、また３５％以下に
限定したので、σ相、スピノーダル相の晶出や一相分離
による脆化相の晶出が発生しない。一方、旧は８〜３０
％であるので、肉盛り溶接後の肉盛り層は、第１図に示
すように、フェライト、オーステナイトの二相組織とな
り、靭性と同時に強度や耐応力腐食性が向］二する。

一方、Ｃｒ２２５％、Ｎ４５８％のステンレス鋼は一般
に、熱間加工の際に割れが生じ、また第２図に示すよう
にσ相が品出し、冷間加工が困難であったが、この点、
この発明では、所定の組成の溶鋼に急冷凝固を強いてそ
の薄帯化を導くいわゆる溶湯急冷法を活用するので、上
記のような問題なしに、高クロム二相ステンレス鋼溶接
材料用素材が達成されるのである。

このようにこの発明は、従来の溶接材料より耐食性、耐
摩耗性に優れた肉盛り層を与える材料を開発する目的で
種々のテストを行った結果、高Ｃｒでかつ二相域の材料
が好ましいこと、またその組成の鋼帯は溶湯から直接に
板を作る溶湯急冷法で製造できることの知見に基づき、
完成されたものである。

以下、この発明において高クロム二相ステンレス鋼溶接
材料用素材の成分組成を前記の範囲に限定した理由につ
いて説明する。

Ｃ：　０．０６％以下、 Ｃは、０．０６％を超えるとクロム炭化物などを形成し
耐食性を損なうことがあるので、０．０６％を上限とす
る。

Ｓｉ　：　１．００％以下、 Ｓｔは、脱酸剤として１％を限度に添加する。

Ｍｎ　：　２．００％以下、 Ｍｎは、Ｓなどの脆化元素を固定するために２％を限度
に添加するものとした。

Ｐ　：　０．０４５％以下、Ｓ　：　０．０３０％以下
、不可避不純物としてのＰ、Ｓは、脆化の原因となるの
で極力低減することが好ましいが、それぞれ０．０４５
％以下、０．０３０％以下の範囲で許容できる。

Ｃｒ　：　２５．Ｏ〜３５．０％ 耐食性および耐摩耗性を高めるためには、少なくとも２
５．０％のＣｒを必要とする。しかしながら３５．０％
を超えると肉盛り層にσ相やスピノーダル相などの脆い
晶出相が生じ、 上限を３５．０％とした。

Ｎｉ　：　８．０〜３０．０％ フェライト単相、あるいはオーステナイト単相の肉盛り
層は、結晶粒が粗大化するなどのために割れを生じ易い
。この点、前掲第１図に示したように、Ｎｉを８．０〜
３０．０％含有させると、肉盛り溶接後の肉盛り層がフ
ェライト−オーステナイトの二相組織となって、靭性と
同時に強度や耐応力腐食性を向上させるので、この発明
では、Ｎｉを８．０〜３０．０％の範囲で含有させるも
のとした。

以上、基本組成について説明したが、このほか少量の八
Ｉ＋　Ｃｏ、　Ｎｂ＋　Ｔａ、　Ｗ＋　Ｔｔなどを添加
してもこの発明の効果は達成される。

さて上記したような好適組成に調整された溶鋼は、溶湯
急冷法すなわち溶湯を注湯ノズルなどから回転するロー
ル、ベルト等の冷却面上に供給して該冷却面上で薄い凝
固層を形成させ、それを連続的に引き出しす方法によっ
て薄帯化する。

この方法によって初めて、この発明のような高実用上問
題を生じるので、 クロム鋼帯が工業的に製造でき、溶接材料として実用化
されたのである。

なお上記の溶湯急冷法においては、コイルに巻き取る前
に、９５０〜６００°Ｃの温度範囲を２分以内で冷却す
ることが好ましい。

というのは９５０°Ｃを超える温度ではα−γ２相のみ
であるし、また６００°Ｃ未満の温度では長時間保持し
てもσ相の析出はなく、さらにはたとえ９５０〜６０（
１’ｃのσ相析出ｗ４域においても保持時間が２分を超
えなければσ相の析出は抑制されるからである。

第３図に単ロール法、また第４図に双ロール法の概要を
示す。両者とも通常、５００〜１５００ｍｍφの銅、鋼
製のロールを０．２〜５　ｍ／ｓ程度の周速度で回転さ
せて鋼帯を製作する。鋳造ロールから離脱した鋼帯は通
常８００〜１２００”Ｃの温度にあるので、強制冷却を
しないでそのまま巻き取り、６００〜１０００°Ｃの温
度に長時間保持すると、第２図に示したように、Ｃｒ５
２５％では鋼帯が脆化して、次工程（トリミング、酸洗
、あるいは焼鈍）において割れが発生し処理が困難にな
ったり、歩留が低下するおそれがあるので、上記の温度
範囲はできるだけ短時間で通過させることが好ましい。

第５図に、ａｓ−ｃａｓｔ　急、冷薄帯を各温度レベル
で所定の時間保温し、その後急冷した後の鋼帯の脆化（
１８０’Ｃ曲げテスト及びＸ線回折）について調査した
結果を示す。

同図より明らかなように、Ｃｒ５２５％の高Ｃｒステン
レス鋼帯においては溶湯急冷による薄板化のみでは脆化
の防止は雛しく　、９５０’Ｃ〜６００°Ｃの温度域を
２分以内で通過させて、６００″Ｃ以下の温度まで冷却
する必要がある。

また製作した鋼帯の厚みが１　ｍｍを超えると、綱帯自
身が脆化して後に続く冷間加工が困難になるおそれが大
きく、また１ｍ以上の厚みの鋼帯をそのまま溶接に用い
ることはないので、この発明においては直接製板法で作
製する鋼帯の最大厚みは１　ｎ＋ｍとした。

溶接材料の製作に際しては、溶接に用いられる調帯その
ものを直接製板することが好ましいが、０ 特に０．３ｍｍ以下の薄鋼帯で、あるいはそれを加工し
てワイヤーなどとして用いる場合には適当な熱処理を必
要に応じて施したあと所定の厚みに圧延することができ
る。

さらにワイヤー溶接材料の製作に際しては、以上の鋼帯
を細幅にスリットして巻き締めなどの方法によりソリッ
ド・ワイヤー、あるいはフラックス・コアード・ワイヤ
ー法によりフラックス心線ワイヤーとして実用に供すれ
ばよい。

（実施例） 第１表に示す種々の組成になる溶鋼から、前掲第３図、
第４図に示した単ロール法および双ロール法によって、
種々の厚みの鋼帯を作成し、帯状電極あるいはワイヤー
としたのち、溶接を実施した。

このときの製造性および溶接状況を第１表に併記する。

同表より明らかなように、この発明に従う場合はいずれ
も、従来材料を用いた肉盛りに比べて、耐食性と硬度（
耐摩耗性）が向−トしている。

なお比較のため、同じ組成の５００　ｋｇゼインットを
作り、熱間ロールおよび鍛圧材で熱間加工を試みたが、
全てのケースで割れが生じ、鋼帯に加工することは不可
能であった。

（発明の効果） かくしてこの発明に従う高クロムニ相ステンレス鋼・溶
接材料用素材の使用により、今まで不可能とされた高耐
食および高硬度の肉盛り溶接が実現されるようになった
。具体的には、これを化学工業の反応容器の内張りに用
いると、その耐久性を大幅に向上できる。また腐食環境
下にあるロールの表面に肉盛りすると硬度の上昇による
摩耗量の大幅な低減が可能になると共に耐腐食性も向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ステンレス鋼の組織に及ぼすＣｒ当量とＮｉ
当量の関係を示すシェフラーの組織図、第２図は、Ｆｅ
　−Ｎｉ　−Ｃｒ系三元状態図（９００°Ｃ）、第３図
は、単ロール式溶湯象、冷性の説明図、第４図は、双ロ
ール弐溶湯急冷法の説明図、第５図は、巻き取り温度お
よび保持時間が鋼帯の脆化に及ぼす影響示した図である
。 １・・・鋳造ロール　　　　　２・・・冷却ゾーン３・
・・巻取り機　　　　　　４・・・鋼帯５・・・注湯ノ
ズル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０６ｗｔ％以下、 Ｓｉ：１．００ｗｔ％以下、 Ｍｎ：２．００ｗｔ％以下、 Ｐ：０．０４５ｗｔ％以下、 Ｓ：０．０３０ｗｔ％以下、 Ｃｒ：２５．０〜３５．０ｗｔ％および Ｎｉ：８．０〜３０．０ｗｔ％ を含有し、残部実質的にＦｅの組成になる溶鋼に、その
   急冷凝固を強いて得た厚み１ｍｍ以下の鋼帯であって、
   σ相を含まないオーステナイト相とフェライト相からな
   ることを特徴とする高クロム二相ステンレス鋼溶接材料
   用素材。