JPH04200872A

JPH04200872A - Ａｌ被覆オーステナイトステンレス鋼の溶接方法

Info

Publication number: JPH04200872A
Application number: JP33211890A
Authority: JP
Inventors: Shoji Inoue; 正二井上; Katsuhiko Fukumura; 勝彦福村
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-21

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、たとえばＡｊ２又はＡ２合金か被覆された銅
帯の幅方向端部を突合せ溶接して健全な溶接部をもつ溶
接鋼管等を製造する際、溶接部に取り込まれためっき層
のＡｆｌに起因したフェライト相、硬質金属間化合物等
の析出を防止しなからＡｇ又はＡｆｆ合金が被覆された
オーステナイトステンレス鋼を溶接する方法に関する。

［従来の技術］銅帯から管体を製造する従来の方法では、多数のタンデ
ムミルに配置されたカリバーを有するフォーミンクロー
ル、ケージロール等からなるロール成形機が使用されて
いる。

しかし、この方法では、多段の成形スタンドが配置され
た成形機を必要とするため、設備的な負担が大きくなる
。また、設備の複雑化に伴って保守・点検等の作業も面
倒なものとなる。そして、径の異なる管体を製造しよう
とするとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作業
となる。しかも、板幅に比較し板厚が小さな銅帯を製管
用素材とすると、曲げ過程における弾性変形による影響
や大きなエツジストレッチに起因した緑液等の欠陥が発
生し易く、製造された管体の真円度が劣化すると共に、
溶接自体も困難になる。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法とし
て、従来の成形ロールを使用することなく、金属ストリ
ップが有する弾性力を利用して管状に成形する方法（以
下、これをロールレスフォーミング法という）を開発し
、特開昭６２−１７６６１１号公報、特開平１−４８６
２４号公報等で紹介している。

たとえば、特開昭６２−１７６６１１号公報では、第７
図に概要を示した設備構成を使用している。アンコイラ
１から送り出された金属ストリップＳは、ガイドロール
２を経て予変形部３に送り込まれる。予変形部３は、小
径の曲げロール３ａ及び大径のサポートロール３ｂを備
えており、サポートロール３ｂの表面にポリウレタン等
の弾性ライニング３ｃが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール３ａ側に接
触するように、金属ストリップＳを曲げロール３ａとサ
ポートロール３ｂとの間に送り込む。金属ストリップＳ
が曲げロール３ｂで塑性的げを受けるため、幅方向に−
様な曲げ応力が予変形部３を通過した後の金属ストリッ
プＳに残留する。

曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が与えられた金属スト
リップＳは、保形ロール４．ザイドロール５及び送りロ
ール６を経て下流側に送られる。

この送り過程で、金属ストリップＳは、長手方向の変形
が拘束されているので、残留応力によって管状に弾性変
形する。そして、管状に成形された金属ストリップＳは
、保形ロール４及びザイドロール５により形状が拘束さ
れた状態で、幅方向両端部が突き合わされる。この突合
せ部を溶接トーチ７で溶接することにより、管体が得ら
れる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリッ
プＳを管状に成形するため、得られた管体の真円度は優
れたものとなる。また、金属ストリップＳを管状に曲げ
加工する成形ロールを必要としないため、設備構成が簡
単になり、特に薄肉管の製造に適した方法である。

また、特開平２−７５４１．８号公報では、第８図に示
した概略構成をもつ予変形部を提案した。

この予変形部３では、一対の大径ロール３ｄ及び３ｅの
間に曲げロール３ｆを配置している。金属ストリップＳ
は、大径ロール３ｄと曲げロール３ｆの間を通過した後
、曲げロール３ｆを周回し、大径ロール３ｅと曲げロー
ル３ｆとの間から送り出される。この走行過程で、金属
ストリップＳに曲げ及び曲げ戻しにより残留応力が付与
される。

この予変形部３は、小径の曲げロール３ｆをバックアッ
プする機構を省略することができ、所定の残留応力を金
属ストリップＳにイ」与することが容易となる。

［発明が解決しようとする課題］前述したロールレスフォーミング法をＡＩ２又はＡｇ合
金が被覆された銅帯に適用して鋼管を製造しようとする
と、銅帯の表面にある被覆層のＡｊ２が溶接部の組織内
に取り込まれる。、１Ｍ２は、強力なフェライト形成元
素であると共に、Ｆｅとの間に高い硬度の金属間化合物
ＦｅＡ、ｅを形成する。

そのため、溶接部は、オーステナイトマトリックスにフ
ェライト相が混在し、しかも硬質粒子ＦｅＡ４が分散し
た極めて靭性の低い組織になる。その結果、得られた鋼
管にバルジ加工やコルゲート加工を施すと、多数の亀裂
、破断等の欠陥が溶接部に発生する。

このような問題は、ロール１〜・スフ副−Ｓミング法や
適格の成形ロールを使用した造′ｄ法に限ったもの−Ｃ
′はなく、≦ｆ？］様相互の溶接、横継ぎ手の溶接等に
おいても同様に生し７る。

本発明は、このような問題を解消するためにオ〕出さ、
ｆまたものであり、被溶接部に」−スデナイト形成材半
一１を）容かし２込ませることにより、フェライト相や
金属間化合物の析出を抑制し、健全な組ｊ４ｔｌをもっ
た溶接部を形成することを目的とする。

１課題を解決するための１段１本発明の溶接方法（１Ｊ、その目的を達成するために、
Δρ又ｉｆ：　Ａ　ｆｆ合在が被覆されたオーステナイ
トステンレス鋼を溶接する際、渚接後の被溶接部が依然
とし、で流動性の高い高温状態にあるとき、前記被溶接
部にオースＴ７”　ｆ□　□イト形成材料を溶かし込む
ことを特徴とする。

Ａｐ又（ＪＡ君合金被覆層ＬＩ：、溶融めつきによって
通′畠形成されているが、この外に蒸着、溶射。

クラッド等によ１）で」−スブナイトスデン１／ス泪の
表面に）■シ成する３−ヒができる。或いは、Ｊｆ’水
系の電解液を使用した電気めっきによって、ΔＣ又（、
ＪΔａ合金被覆層を形成することも可能である。

以下の説明では、これら各１！１ｉＡ　Ｑ、又はＡｎ合
金被覆層をＡｆｆめっき層で代表して説明する。

オーステナイト形成材料として（′Ｊ、箔状箔状状線状
粉末状のＮｊ又はＮｉ合金等が使用される。

ニッケル合金には、低炭素二ツウール、パーマロイＣ合
金等がある。これらオーステナイト形成材料の溶込みを
迅速に行わ＋するため、厚み１００４１．　ｍ以下の箔
、線径０．５ｍｍ思下０細線、比表面積が大きく粒度１
００　）ノ、　ｍ以下の細粒を使用することが好ましい
。

たとえば、Ｔ　Ｉ　Ｇ　ｉＦＪ接トーチを使用してＮｉ
を溶かし込まぜるとき、高温状態の被溶接部に厚み１０
０μｍ以下のＮｉ箔を供給し、Ｎ１Ｆｉ’ｉをＴＩＧ溶
接１・・−チで加熱・溶融させる。このとき、使用する
Ｎｉ箔の厚みが３００％ｍを超えると、溶し込みに大き
な入熱及び時間が必要とされる。そのため、作業゛［４
−が低下することは勿論、熱影響部か大きくなる。

また、レーザビーム′ｃＮｉをン后かし込よ−ｉチ具る
とき、線径０．５ｍｍ以下のＮｉ細線を被溶接部に送り
込み、レーザビームで加熱溶融させる。ここで使用する
ニッンル細糾の線径がＱ、８ｍｍを超えると、同様に作
業・［′ｌか低下し７、熱影響部が人きく？、、ｊる。

Ｎ１又はＮｉ合金は、シボフシ−の状態図で溶接部に＋
＋ｉ出するフェライト相を２０％以ドにオるＮ　ｉ当量
の増加か行われるような量で溶かｌ７、込むことが好ま
し、い。ノエライト相が２０％以下であるとき、）Ｊう
〜イト相に起因する被溶接部の組織劣化が抑λ、ら、１
＋る。使方、フェライ］へ相が２０％を超えるど、溶接
部か硬化し１、靭性、加工性の劣化が著しくなる。

Ｎｉの溶し込みは、１５５０℃以よの高温状態にある溶
接部に対し、２行われることか好ましい。溶接部がこの
温度以上にあるとき、加熱溶融されたＮ１か迅速に溶接
部内に拡散し、均一な分布でＮｉを含有する溶接部どな
る。逆に、溶接部が１５１３０℃未満に冷却１，７た状
態でＣ」、Ｎ１の拡散が十分に行われず、局部的にＮｊ
へｈ量が不足する領域が形成され易くなる。

［作　用］Ａｐめっきオーステナイトステンレス鋼方向両端部を研
磨Ｉ。、た役、筒状に成形し２て溶接開先を形成すると
き、めっき層のＡｆｆが被溶接部に取り込まれることに
より、形成された溶接部は、フェライト相等の析出に起
因して硬度が高く、加工性が低い組織となる。たとえば
、第５図に示したシェフラーの状態図にみられるように
、溶接部に取り込まれたＡｐの含有量の増加に従って、
Ｃｒ当量が増加し、溶接部の組織に占めるフェライトの
割合が多くなる。そし−ｒ、Ａｆｆ含有量が６重量％を
超えるとほぼ１００％のフェライト相の溶接組織となる
。このような溶接組織をエックス１１回折すると、第６
図に示すよ）にフェラーｒ１・相に相当する位置にピー
クか検出される。また、金属間化合物Ｆ　ｅ　Ａ、　（
！、に相当する位置にも、ピークか検出される。

このΔ℃が溶接にηえる悪影響を抑制するためには、必
要最小限のＡｇめっき層を被溶接部から除去することが
考えられる。そこで、本発明者等は、幅方向両端部から
Ａｆｆめっき層を部分的に除去する方法を別途開発し、
出願した。

しかし、ＡＪ２めっき層は、基質としてのオーステナイ
トステンレス鋼を防食するために設けられるものである
。そのため、溶接部に対する悪影響が抑制可能であれば
、／１２めっき層の除去を省略或いは軽減し、より耐食
性に優れた溶接鋼管を得ることができる。また、鋼板相
互の溶接や管継ぎ手の溶接等に際しても、／１２めっき
層除去工程の省略は、生産性を向上させると共に、高品
質の溶接部を得る上で望まれるところである。

本発明者等は、Ａｊ２めっき層を予め除去することなく
、前述した八βの取込みによる弊害を抑制するため、溶
接組織のＮｉ当量を高める手段を調査・研究した。そし
て、溶接後の高温状態にある流動性の高い被溶接部にＮ
ｉ、Ｎｉ合金等のオーステナイト形成材料を供給すると
、溶接部のＮｉ当量が高められ、フェライト相の析出が
抑制される。たとえば、めっき層から２重量％のＡｆ２
の取込みが見込まれるＡＩ２めっきオーステナイトステ
ンレス鋼を溶接する場合、２重量％に相当するＮｉの供
給でフェライト相の析出量が２５％以下に抑えられ、６
重量％に相当するＮｉの供給でフェライト相の析出量が
１０％以下に抑えられる。その結果、めっき層のＡｇが
取込まれることに起因する悪影響が相殺されることを見
い出した。

供給されたＮｉ、Ｎｉ合金等は、溶接部に溶は込み、第
５図に上下方向の点線として示すようにＮｉ当量を増加
させる。このとき、流動性が高い高温状態の溶接部にＮ
ｉ、Ｎｉ合金等が供給されるため、溶接部に対するＮｉ
の溶は込みは迅速に行われる。また、Ｎｉ、Ｎｉ合金等
を薄い箔、細線、細粒等として供給すると、供給された
Ｎｉ。

Ｎｉ合金等は、迅速に溶融し、溶融プール中に十分に拡
散される。したがって、Ｎｉ、Ｎｉ合金等を加熱溶融す
るための熱量が軽減され、熱影響部が大きく成長するこ
ともない。

また、めっき層から多量の／ｌが溶は込むことが予想さ
れる場合、めっき層の一部を除去し、Ａｇの溶込み量を
抑え、フェライト相のない健全な溶接組織を得ることも
可能である。

［実施例］以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

実施例１：本実施例においては、８μｍの厚みでＡｇめっきした板
厚０．４ｍｍのオーステナイトステンレス鋼板５ＵＳ３
０４を使用した。また、第１図に示すようにＴＩＧ溶接
トーチ１０を備えた溶接ヘッドを使用した。そして、Ａ
ｇめっきオーステナイトステンレス鋼板３０．３１をＴ
ＩＧ溶接トーチ１０で突合せ溶接しながら、Ｎｉ箔２１
をフィーダ２２から送り出し、高温状態の溶接部３２に
溶かし込ませた。

溶接条件は溶接速度２ｍ／分、溶接電流７０Ａとし、シ
ールドガスとして５％Ｈ２を含有させたＡｒガスを流量
１０ρ／分で供給した。

また、Ｎｊ箔２１には、純度９９％以」二で厚み０．０
５ｍｍ、幅３ｍｍの箔を使用した。このＮｉ箔２１を、
ＴＩＧ溶接トーチ１０のタングステン電極と鋼板３０．
３１との間に発生させたアーク１１により加熱溶融し、
溶接部３３に溶かし込ませた。このとき、フィーダ２２
から溶接部３３に送り込むＮｉ箔２１の供給速度を変え
ることによって、溶接部３３に含まれるＮｉ含有量を調
節した。

Ｎｉ箔２１を溶かし込ませることなくＡｇめっきステン
レス鋼板３１．３２を溶接したとき、得られた溶接部３
３は、Ａｇ２％、Ｃｒ当量（＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋１．５
Ｘ％Ｓｉ＋０．５Ｘ％Ｎｂ＋４．５ＸＡβ）２７％、Ｎ
ｉ当量（＝％Ｎｉ＋０．５×％Ｍｎ＋３０ＸＣ％）１２
％であり、フェライト相含有率は４０％であった。

そこで、Ｎｉ箔２１の溶し込みを行い、溶接部３３のＮ
ｉ含有量を上昇させたところ、第２図に示すようにフェ
ライト相含有率が低下した。すなわち、Ｎｉ当量が６％
増量したとき、フェライト相が１０％に低下した。また
、Ｎｉ当量が１０％増量したとぎ、フェライト相の析出
がみられなくなり、第３図に示す組織をも−〕だ溶接部
が得られた。

Ｎ　ｉの溶し、込みなく溶接を行ったときに得られた溶
接部、及びＮｉ含有量が２２重量％となるＪ、うにＮ　
ｉの溶し込みを行いながら溶接したどきに得ら第１た溶
接部の硬度を測定したところ、第４図に示す結果が得ら
れた。すなわち、Ｎ１ｏ）溶し込みを行わない溶接部で
ＬＩ：、　Ｈｖ　５００にも至る硬度が測定された。こ
れに対し、Ｎｉを溶かし込んだ溶接部では、母材とほぼ
同様なＨｖ　２５０以Ｆの硬度をもつ溶接部が得られた
。

この対杜から明らかなように、Ｎｉの溶し込Ｉノによっ
てフエラーイト相、金属間化合物ＦｅＡρ等の析出が抑
えられ、硬度の１肩が大幅に抑制されていることが判る
。また、溶接部が比較的軟質であるため、ン容接後のオ
ーステナイトステンレス鋼板に対し１．１８０度の曲げ
試験を行っても、溶接部に亀裂、破断等の欠陥が発生し
なかった。

実施例２：本実施例においては、ｌ　５　ｉ、１．　ｎｌの厚みで
Ａｆｆめっきした板厚０．４−０ｍｍのオーステナイト
ステンレス鋼板Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４を第８図に要部を示
したロールレスフ場−ミンク装置で直径５０．８ｍｍの
筒状体に造管した。そして、突台ぜ部を゛ｒＩＧ溶接し
た後、第１図に示した］’　Ｉ　Ｇ溶接トーチ１０に代
えてレーザ溶接機を使用し、線径０．２ｍ１ｎのＮｉワ
イヤを加熱溶融さぜることにＪ：す、溶接部にＮｉを溶
かし込まぜた。

得られた溶接部のフェライト相含有率をＮｉ含有量との
関係で調べたところ、第２図に実施例２として示すよう
に、実施例］とほぼ同様の傾向を示し、Ｎｉ含有量の増
加と共にフェライト相含有率が低下し、１０重量％以上
のＮｉ増量でフェライトの析出を抑えることができた。

Ｎｉ含有＠２２重凰％の溶接部は、第３図ｔこ示したも
のと同様なデンドライト状のオーステナイ）・組織をも
っていた。この溶接部をもつ溶接鋼管に対し拡管率４２
％ｍｌルゲート加工を施し７、ピッヂ２０ｍｍのフレギ
シブルチフ、−ブな製造した。

加工後に溶接部を観察したところ、亀裂、破断等の欠陥
は何ら検出されなかった。

これに対し、Ｎｉの溶し込みを行わずに溶接した鋼管を
同様に＝Ｉルゲート加下したどき、膨出部での破断が見
られ、成形が不可能であった。

この対比から明らかなように、Ｎｉの溶し込みによって
硬度が低く、加工性に優れた溶接鋼管を製造できること
が判る。また、Ａ、ｆ２めっき層の剥離を行・っていな
いため、ン容接部の側方にＡｊ１２め−）き層が連続；
−２で存在し、耐食性も優れたものであった。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明においては、溶接後の高
温状態にある溶接部にＮｉを溶かし込ませることにより
、被覆層からのＡ、Ｃの取り込みに起因したフェライト
相の析出を抑制している。そのため、Ａρ又４；１Ａｆ
ｆ合金被覆層を除去する必要なく、Ａｆｆめっきオース
デナイ１へステンレス鋼を溶接することができ、優れた
加二「性をもつ溶接部が得られる。また、／１２又はＡ
ｆｆ合金被覆層を除去しないため、溶接鋼管のｍｌ・１
食性も確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を説明するための図であり、
第２図は溶接部のＮｉ含有量とフェライト相含有率の関
係を表したグラフ、第３図は実施例１でＮｉ含有量を増
量して２２重量％とじた溶接部の組織を示し、第４図は
Ｎｉの溶し込みの有無が溶接部の高度に与える影響を表
したグラフ、第５図はシェフラーの状態図を示し、第６
図はΔＣめっきオーステナイトステンレス鋼板を溶接し
たときの溶接部をエックス線回折したグラフ、第７図及
び第８図ＣＪ本発明者等が先に掃案した設備構成を示す
。］、　Ｏ：　Ｔ　Ｉ　Ｇ溶接１−−チ　１１．アーク２
１：ニッケル胎　　　　２２：フィーダ３０、：３１：
オーステナイＩ・ステンレスを間抜３２：溶接部　　　
　　　３３：ビード（１００１ΔＨ）？ｍｌへ町へＹム晋偵傳冊　ま

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ａｌ又はＡｌ合金が被覆されたオーステナイトス
テンレス鋼を溶接する際に、被溶接部の表面にあるＡｌ
被覆を残したまま又は部分的に除去した後、前記被溶接
部を溶接し、前記被溶接部が依然として流動性の高い高
温状態にあるとき、前記被溶接部にオーステナイト形成
材料を溶かし込むことを特徴とするＡｌ又はＡｌ合金が
被覆されたオーステナイトステンレス鋼の溶接方法。
（２）請求項１記載のオーステナイト形成材料は、箔状
、線状又は粉末状のＮｉ又はＮｉ合金であることを特徴
とするＡｌ又はＡｌ合金が被覆されたオーステナイトス
テンレス鋼の溶接方法。
（３）高温状態の被溶接部に箔状のＮｉ又はＮｉ合金を
供給し、該Ｎｉ又はＮｉ合金をＴＩＧ溶接トーチで加熱
・溶融することにより、請求項１記載の溶し込みを行う
ことを特徴とするＡｌ又はＡｌ合金が被覆されたオース
テナイトステンレス鋼の溶接方法。
（４）高温状態の被溶接部に線状のＮｉ又はＮｉ合金を
供給し、該Ｎｉ又はＮｉ合金をレーザビームで加熱・溶
融することにより、請求項１記載の溶し込みを行うこと
を特徴とするＡｌ又はＡｌ合金が被覆されたオーステナ
イトステンレス鋼の溶接方法。