JPH044079B2

JPH044079B2 -

Info

Publication number: JPH044079B2
Application number: JP57084560A
Authority: JP
Priority date: 1982-05-19
Filing date: 1982-05-19
Publication date: 1992-01-27
Also published as: JPS58202993A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はステンレス鋼溶接線材に係り、特に、
溶接作業性に優れ、高品質な溶接部を得ることの
できるNi−Cr−Fe系ステンレス鋼溶接材料に関
するものである。周知の如く、SUS304、SUS316などのNi−Cr
−Fe系ステンレス鋼は、耐食性、耐熱性等の性
能に優れているため、化学装置、耐熱装置、原子
力プラント等の材料として広く用いられている。
そして、これらの装置には、当然のことながら、
気密性、水密性が重要視されるところから、それ
は通常溶接により組み立てられているが、そのよ
うな材料を溶接するために用いられる溶接材料と
しては、従来からY308等のNi−Cr−Fe系ステン
レス鋼溶接線材が用いられてきた。しかしながら、従来から市販されているNi−
Cr−Fe系ステンレス鋼溶接材料は、(1)ビード状
状が悪く、ビードが凸形となること、(2)溶接アー
クの安定性が悪いこと、(3)溶接部においてスラグ
が剥離し難いこと等の欠点を有していることによ
り、溶接部において(a)融合不良(b)ブローホールの
発生、(c)スラグの巻き込み等の欠陥が生じ、この
ため所定の溶接部性能を得るのに、かかる溶接部
に対して、機械加工、グラインダ研削加工などに
よる多大の手直し工数を必要とする大きな問題が
あつた。したがつて、従来からアークの安定性、ビード
形状の改善について、各分野から種々検討が為さ
れ、例えばワイヤ成分の見直しとしては、
ER308Siの如く、Siの添加を行なつたり、或いは
溶接機の改良としてはパルス溶接機の開発を図
り、更にはシールドガスの見直しも行なわれてい
るが、未だ上記問題を完全に解決するには至つて
いないのである。加えて、溶接部におけるスラグ
の剥離性の改善については現在のところ何らの解
決策も提案されていないのである。本発明者らは、これらの状況に鑑み、ビード形
状がよく、溶接アークの安定性が優れ、更にはス
ラグ量が少なく且つスラグの剥離性の良好なNi
−Cr−Fe系ステンレス鋼溶接線材を得るため、
種々の合金元素の影響について検討した結果、既
知の添加元素Siの他に、Ｓ（硫黄）、Ｏ（酸素）を
添加することにより、下向き溶接条件下でのビー
ド形状が著しく改善されることを見出したのであ
る。また、特に、Mn（マンガン）とSi（ケイ素）
量の比率を所定の範囲内に規制した場合におい
て、極く僅かのＳの添加でもその添加効果が認め
られ、Ｏとの複合添加と相俟つて、全溶接姿勢で
のビード形状及び耐ブローホール性の明らかな改
善効果が他の性質、例えば耐食性を損うことなく
認められる事実を見い出したのである。そして、
本発明はこれらの知見に基づいて完成されたもの
である。すなわち、本発明は、重量で、Ｃ：0.20％以
下、Si：0.30〜1.50％、Mn：1.10〜2.60％、Ni：
6.0〜25.0％、Cr：12.0〜32.0％、Ｓ：0.011〜
0.050％、Ｏ：0.0050〜0.040％、Ｎ：0.06％以下
を含有し、且つMn／Siの含量比が1.3〜8.0の範
囲内となり、残部がFe及び／不可避的不純物よ
りなる溶接作業性に優れたステンレス鋼溶接線材
を特徴とするものである。そして、かかる構成に
よつて、ビード形状に優れた、また溶接アークに
安定性のよい、更には耐ブローホール性の改善さ
れた溶接部を得ることが可能となつたのである。さらに、本発明にあつては、かかる成分組成の
溶接線材に対して、従来から溶接アークの不安定
の原因とされていたＢ、Ca、Mg及び稀土類元素
（REM）のうちの少なくとも１種を、更に0.5％
を越えない割合で複合含有せしめることによつ
て、溶接部の耐食性やビード形状を損うことなく
スラグの発生をより少なくし得、且つスラグの剥
離性をより一層向上せしめ得たのである。ここにおいて、かくの如き本発明に従う溶接線
材中に含有せしめられるＣ（炭素）は、溶接部の
オーステナイト組織を安定化せしめ、またその強
度を向上せしめる為に含有せしめられるものであ
り、一般にその含有量は0.20％以下（重量基準以
下同じ）、好ましくは0.06％以下、更に好ましく
は0.03％以下の割合に維持される。なお、あまり
にもＣの含有量が多くなると、溶接部の耐食性が
劣化し、粒界腐食や孔食などの問題が惹起される
こととなり、望ましくない。また、Si（ケイ素）は、溶接部の形成に際して、
溶接雰囲気中の酸素の影響を避けるために脱酸剤
として加えられるものであるが、またかかるSiは
溶接アークの安定化や溶接部の耐酸化性を向上せ
しめ得る作用を為し、その効果は一般に0.30％以
上において期待することができる。しかし、Siの
含有量が1.5％を越えるようになると、靭性の劣
化や耐食性の劣化が惹起されるようになるので、
その上限は1.50％である。特に、Si含量の望まし
い範囲としては0.7〜0.95％である。さらに、Mn（マンガン）も、Siと同様に脱酸剤
として添加されるものであり、これは1.10％以上
の含有量においてγ層の安定化や含有せしめられ
るＳ（硫黄）による悪影響を阻止するのに有効で
ある。なお、Mn量が2.60％を越えるようになる
と、耐食性の劣化を惹き起こすようになるので、
それ以上の添加は避けるべきである。特に、Mn
含有量の好ましい添加範囲としては1.7〜1.95％
である。なお、かかるMnとSiは、そのMn／Siの含量比
が1.3〜8.0、好ましくは1.8〜2.8の範囲内となる
ような割合で添加せしめなければならない。
Mn／Siの含量比が1.3より小さくなると、耐割れ
性が劣化し、溶接部に割れが生じやすくなる問題
を起こすのであり、またMn／Siの含量比が8.0を
越えるようになると、後述するところのＳやＯの
添加効果を十分に発揮し得なくなるからである。本発明において重要な意義を有する重要な元素
であるＳ（硫黄）は、通常溶接部の凝固時に低融
点化合物を形成し、溶接割れの原因となるとされ
ているが、本発明者らの検討によれば、かかるＳ
はSi、Mn、Ｏとの相互作用によつて、0.011〜
0.050％の含有量範囲において、溶接割れや耐食
性の劣化を惹起することなく、ビード形状、耐ブ
ローホール性の効果的な向上を図り得ることが明
らかとなつたのである。なお、かかるＳの好まし
い範囲としては0.011〜0.025％、更に好ましい範
囲としては0.020を起えない範囲である。このよ
うな範囲によつて、Ｓの添加効果が更に強調され
ることとなる。また、Ｏ（酸素）は溶接アークの安定性、ビー
ド形状の改善に寄与するものであつて、そのよう
な効果を十分に奏せしめるためには、少なくとも
0.0050％以上の割合で含有せしめる必要がある
が、0.040％を越えるようになると、熱間、冷間
での加工性が劣化するところから、その含有範囲
としては0.0050〜0.040％、好ましくは0.035％以
下、更に好ましくは0.030％以下、特に好ましく
は0.010〜0.020％が採用される。なお、Ni（ニツケル）は溶接線材の主要元素で
あり、γ層安定、靭性の向上、耐食性の向上の観
点から、少なくとも6.0％以上の割合で含有せし
める必要があり、またかかるニツケルの上限とし
ては、溶接割れ性が劣化したり、多量の使用によ
り、線材自体が高価となるところから、その上限
は25.0％程度に留められることとなる。また、Cr（クロム）は、上記Niと共に、基礎元
素となるFeに添加せしめられる主要元素であつ
て、耐食性、耐酸化性を向上せしめる元素であ
り、そのような効果は通常12％以上の含有割合で
発揮されるが、その32％を越える添加は、σ相析
出等の高温脆化の問題を惹起することから、一般
には12〜32％の割合で含有せしめられることとな
る。さらに、Ｎ（窒素）は、通常ステンレス鋼に含
まれる元素であり、その所定量によつて靭性の向
上、γ層の安定化をはかり得るものであるが、そ
の含有量が多くなるとビード形状が劣化するなど
の問題を生じるので、その含有量は0.06％以下に
止めなければならない。本発明は、かくの如き所定の元素を特定割合の
量で配合、含有せしめ、残部をFe（鉄）及び不可
避的不純物（例えばＰ、Alなど）として、溶接
線材を構成せしめたものであつて、これによつて
溶接部におけるビード形状を改善し、即ちビード
の突出を避け、比較的フラツトなビード形状と為
し得るのであり、また溶接アークの安定性を高め
得、更に耐ブローホール性の改善をも達成し得た
のである。特に、本発明に係る溶接線材は、ステ
ンレス鋼のMIG溶接、TIG溶接における溶接ワ
イヤーとして好適に用いられるものである。また、かかる本発明に従う溶接線材には、必要
に応じて高温強度の向上や耐食性、耐孔食性の向
上をはかるために、Mo（モリブデン）を５％を
越えない割合で配合せしめることができる。な
お、Moの多量の添加は高温脆化や靭性劣化を惹
起し望ましくない。また、Cu（銅）も５％以下の
割合で含有せしめられ得、これによつて耐食性が
向上されるが、その効果は上記Moとの複合添加
によつて、さらに顕著なものとなるのである。こ
のCuも多量に含有せしめられると、高温脆化を
惹起し、熱間加工性を劣化させるなどの問題を生
じる。さらに、Ti（チタン）は脱酸剤として添加
せしめられ、耐粒界腐食性を向上せしめる利点が
あるところから、１％を越えない割合で添加、含
有せしめることができる。しかし、１％を越える
ようなTiの添加は、高温脆化と共に耐孔食性が
劣化する等の問題が生じるので望ましくない。ま
た、これらMo、Cu、Tiは複合して添加すること
ができるが、これらの２種以上が添加される場合
においては、その合計量が７％を越えないように
することが望ましい。そしてまた、本発明にあつては、特に上記化学
組成の本発明に従う溶接線材に、更にCa（カルシ
ウム）、Mg（マグネシウム）、Ｂ（ホウ素）並びに
REM（稀土類元素）のうち少なくとも１種を添加
せしめることにより、溶接部において生じるスラ
グの剥離性が、前記Ｓ、Ｏ、Si、Mnの所定量の
配合と相俟つて更に一層改善され得るのである。
さらに、このようなCa、Mg、Ｂ、REMは、熱
間加工性、耐溶接割れ性、高温強度の向上等にも
寄与するものである。そして、これらの効果の達
成のために、上記元素の１種若しくは２種以上が
用いられる場合にあつても、合計して0.5％を越
えない割合で用いることが望ましい。なお、それ
らCa、Mgなどを合計量で0.5％を越える量で添
加、含有せしめると、熱間加工性を劣化させた
り、溶接アークを不安定にするなどの問題を生
じ、望ましくない。以下に、本発明を更に具体的に説明するために
実施例を示すが、本発明がかかる実施例の記載に
よつて何らの制限をも受けるものではないことは
言うまでもないところである。なお、実施例中の
百分率は、特に断わりのない限り、重量基準で示
すこととする。実施例１第１表に示す成分組成を有し、残部が鉄並びに
不可避的不純物であるステンレス鋼を２トンの溶
解炉で溶解せしめた後、鋼塊を製造し、次いで常
法に従つて鍛造、圧延、線引を行なつて線径1.2
mmの溶接ワイヤを得た。そして、かくして得られた成分組成の異なる各
種の溶接ワイヤを用いて、第２表に示す下向溶接
条件及び第３表に示す立向上進隅肉溶接条件によ
り、アーク溶接を行ない、その溶接部に生成した
ビード形状の評価を行なつた。なお、ビード形状
値（Ｈ／Ｗ）はビード巾（Ｗ）に対する余盛高さ
（Ｈ）で示される数値であつて、通常、第２表に
おける下向溶接条件にあつては、その値（α）が
0.300より小さいときにビード形状が良好とされ、
また第３表における立向上進隅肉溶接にあつて
は、その値（β）が0.250より小さいときに良好
と考えられている。また、ブローホール溶接割れ評価については、
第４表に従う条件下でアーク溶接を行ない、その
評価を行なつた。そして、また腐食減量評価については、第４表
に従う条件下で溶接されたものをJIS−Ｚ−3321
の方法により試験片を採取し、JIS−Ｇ−0591に
従う５％H₂SO₄試験法によつて求めた。かくして得られた結果、即ち線材の加工性、ビ
ード形状値（α，β）、溶接割れ性、ブローホー
ル、腐食減量の結果を第５表にまとめて示した。第５表の結果から明らかなように、本発明に従
うNo.19〜29の溶接ワイヤは、何れも線材加工性が
良好であることは勿論、下向溶接条件下並び立向
上進隅肉溶接条件下においても、何れも優れたビ
ード形状、即ちビード巾に対する余盛高さが小さ
く、溶接割れやブローホールもなく、腐食減量に
あつてもその数値が低く、良好な耐食性を示すも
のであつた。これに対して、本発明の成分組成から外れた市
販材或いは比較材であるNo.１〜18のワイヤにあつ
ては、ビード形状が悪かつたり、溶接割れ、ブロ
ーホール或いは腐食減量の何れかにおいて、何ら
かの問題を有しているのである。

【表】

【表】実施例２下記第６表に示される各種成分組成を有し、残
部が鉄であるステンレス鋼から、実施例１の方法
に従つて、それぞれ溶接ワイヤを作製した後、実
施例１の評価方法に従つて、線材加工性、ビード
形状、溶接割れ、ブローホール、腐食減量につい
て評価し、その結果を下記第７表に示した。下記第７表より明らかなように、本発明に従う
組成の溶接ワイヤに対して、更に銅、モリブデ
ン、チタンの少なくとも何れか一種を添加採用す
ることによつて、腐食減量が著しく向上されてい
ることが理解できるのである。

【表】

【表】実施例３下記第８表に示される合金成分組成のステンレ
ス鋼から、実施例１の手法に従つて各種の溶接ワ
イヤを作製し、更にかかる各種の溶接ワイヤを用
いて、それぞれ実施例１の手法に従つて溶接を行
ない、各種特性を評価し、その結果を下記第９表
に示した。なお、本実施例は、REM、Mg、Ca、Ｂの添
加効果をみたものであり、また更にそれらにモリ
ブデン等の元素を添加し、その添加効果を調べた
ものである。第９表の結果から明らかなように、REM、
Mg、Ca、Ｂの少なくとも何れか一種の元素が配
合されることによつて、アークの安定性は向上さ
れ、またスラグの面積率が小さくなつて、スラグ
の剥離性が著しく改善されていることがわかるの
である。加えて、モリブデンが添加されたときに
は、実施例２において証明されたように、腐食減
量値が著しく低下し、耐食性が向上せしめられる
ことがわかるのである。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１重量で、Ｃ：0.20％以下、Si：0.30〜1.50％、
Mn：1.10〜2.60％、Ni：6.0〜25.0％、Cr：12.0
〜32.0％、Ｓ：0.011〜0.050％、Ｏ：0.0050〜
0.040％、Ｎ：0.06％以下を含有し、且つMn／Si
の含量比が1.3〜8.0の範囲内となる、残部がFeお
よび不可避的不純物よりなる溶接作業性に優れた
ステンレス鋼溶接線材。２重量で、5.0％以下のMo、5.0％以下のCu、
及び1.0％以下のTiのうち、少なくとも１種を更
に含む（但し、２種以上含有する場合には、その
合計量が７％以下である）特許請求の範囲第１項
記載の溶接線材。３重量で、Ｃ：0.20％以下、Si：0.30〜1.50％、
Mn：1.10〜2.60％、Ni：6.0〜25.0％、Cr：12.0
〜32.0％、Ｓ：0.011〜0.050％、Ｏ：0.0050〜
0.040％、Ｎ：0.06％以下を含有し、且つMn／Si
の含量比が1.3〜8.0の範囲内となると共に、Ｂ、
Ca、Mg及び稀土類元素からなる群より選ばれた
少なくとも１種が0.5％を越えない割合で含有さ
れる、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる
溶接作業性に優れたステンレス鋼溶接線材。４重量で、5.0％以下のMo、5.0％以下のCu、
及び1.0％以下のTiのうち、少なくとも１種を更
に含む（但し、２種以上含有する場合には、その
合計量が７％以下である）特許請求の範囲第３項
記載の溶接線材。