JPH0475783A

JPH0475783A - 高窒素オーステナイト系ステンレス鋼の潜弧溶接方法

Info

Publication number: JPH0475783A
Application number: JP18708390A
Authority: JP
Inventors: Masahito Ogata; 雅人緒方; Hiroyuki Koike; 弘之小池; Satoyuki Miyake; 三宅　聰之
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1992-03-10

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、高窒素オースブナイト系ステンＬ／ス鋼の潜
弧溶接方法の改良に関し、さらに詳しくは、多量の窒素
を含有するオーステナイト系ステンレス鋼の溶接にあた
り、母材と同等の高い強度・靭性を存し、かつ溶接欠陥
のない健全な溶接金属を容易に得ることの出来る高窒素
オーステナイト系ステンレス鋼の潜弧溶接方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

最近ステンレス鋼は、耐食性１強度特性、外観の美しさ
等多くの長所を持つことから適用範囲か広がり、建築用
構造部材等強度部材としての用途か検討されつつある。

特に、窒素を添加して高強度を得るようにした高窒素オ
ースヂナイト系ステンレス鋼５Ｏ３３０４Ｎ２等は、強
度部材として注目をあびている。

一方、オーステプイト系ステンレス鋼の溶接方法と１７
では、被覆アーク溶接、潜弧溶接、ティグ溶接、ミグ溶
接、フラックス入りワイヤによるガスソールトアーク溶
接等種々あるか、中でも潜弧溶接方法は溶接姿勢に制約
かあるものの、高能率な溶接か可能であるため、広く一
般的に使用されている溶接方法である。

当然、強度部利としてのステンレス鋼の溶接施工におい
て、高能率の潜弧溶接はより一層の重要性を持−つと言
える１、（７かしながら、前述の高窒素オーステナイト
系ステン１／ス鋼の溶接においては、高窒素なるかゆえ
に、従来の溶接では、各溶接方法ともブローポール、ス
ラグ巻き込み等溶接欠陥の多発、スラグはくり性９　ビ
ルド形状等溶接作業性のＳ著な劣化なとの大きな問題か
あった。さらに、必要どされる引張強さ、衝撃靭性、延
性等の強度特性を安定して確保する、−とか出来ないと
言う問題も同時にあった。

これらの問題点を解決（１，うる溶接材料として、被覆
アーク溶接については特開昭５３−３７５５４号公報に
開示されている１、また、本発明者等は高能率化を可能
どずへく鋭意検討し、先に〕冊ツクス入りワイヤについ
て特願平２−１５７５６号に出願しているか、さらによ
り一層の高能率化を達成すへく潜弧溶接材料について鋭
意検討を行２つだ。

オーステナイト系ステンレス鋼の潜弧溶接材料として、
特開昭５４−６２１３４号公報に低炭素オーステナイト
鋼ワイヤと組み合わせて用いるフラックスか開示されて
いるか、このフラックスは溶接金属の耐食性を改善する
ため低炭素化を目的と１，７ており、高強度を得るため
に必要なＣを減少させる二のフラックスては十分なＣか
確保できず、溶接金属の強度か低下するという問題点か
ある。又、特開昭５６−１４１９９３号公報にオーステ
ナイト鋼用のザブマージアーク溶接用フラックスか開示
されているが、このフラックスは特定し９．た成分に鉛
ガラスを配合することによりスラブはくり性を改善して
いる。このフラックスも耐食性を主目的とするため、溶
接金属中のＣか低下し、前述のフラ・ソクス同様、高強
度打着には適用出来ない。又、高窒素ステンレス鋼は高
強度を得るため炭素の夕）窒素を多量（−含有するため
、溶接金属の耐割オ］性に有効なフエラ、イトの確保か
困難となる傾向かあり、鉛ガラスの添ハロによりスラグ
はくり性を改善した二〇−フラッタスでは溶接金属の耐
割れ性か劣化する。又、窒素量か多いためスラグはくり
性かやや悪いという問題点もある。現状のオーステナイ
ト系ス千シ１．・ス鋼用潜弧溶接材利は耐食性を改善す
るため低炭素化しており、高窒素オーステナイト系ステ
ンＬ・ス銅の溶接に適用しても１−分な強度と良好な溶
接作業性を得ることか出来ず、高窒素オースア゛ナイＩ
・系ステン［／ス炉の潜弧溶接は実施されていないのか
現状であった。

この様な現状から、耐溶接欠陥性能か優れ、溶接作業性
か良好で本来の高能率溶接か可能で２且つ安定Ｉ７、て
優れた強′ｇ特性を有する溶接金属を得る、二との出来
る潜弧溶接方法か強く望まれていた。

〔発明か解渋しよ−）とする課題〕

本発明は以上の様な問題点を解決す・＼く成されたもの
であって、その目的とすると、二ろは、多量の窒素を含
有するオースヂナイ１〜系ステン１／ス僧の潜弧溶接に
あｌ−リ、ブローホール、スラグ巻き込み等の溶接欠陥
の発生か極めて少なく、スラグはくり性、ピード形状等
溶接作業性も優れ、ｊ−７かも引張強さ、衝撃靭性、延
性等母材と同等の優れた強度特性を有する溶接金属を能
率的に得る。二との出来る高窒素オーステナイト系スデ
ン］７ス鋼用潜弧溶接方法を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明の要旨は１、ワイヤ全重量に対１．．Ｃ。

０．０５−０．１５％、　Ｃｒ　；　２０−２７％、　
Ｎｉ　；　９−１４％。

Ｍｎ；　　２．０”−６，０％、　　Ｎ　：０．０７　
＝０．３３％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物から
なるワイヤと、フラックス全重量に対し７、石灰石；１
６”３０％、蛍石；　１５□３０９石、アルミナ：１０
〜２０％９　ジ刀３、ニコンザンド、１５・〜２５％、
及び金属単体に換算１７で、脱酸剤；　　１．０”−５
，０％を含有する焼成型フラックスとを組み合わせるこ
とを特徴とする高窒素オーステナイト系ステンレス鋼の
潜弧溶接方法である。

本発明者等は、潜弧溶接用ワイヤとフラックスによる高
窒素オースブチイト系ステンｌ／ス洞の潜弧溶接（二お
ける耐溶接欠陥性能及び溶接作業性の改善、優れた強度
特性を有する溶接金属の確保を目的として鋭意検詞しま
た。その結果、Ｃ，Ｃｒ、　Ｎｉ。

Ｍｎ、及びＮの含有量をそれぞれ適正範囲に制御したワ
イヤと、石灰石、蛍石、アルミナ、ジルコンサンド及び
脱酸剤をそれぞれ適正範囲含有する焼成型フラックスと
を組み合わせて溶接することにより、高窒素オーステナ
イト系ステンＬ・ス鋼の溶接において作業性か良好で溶
接欠陥も発生し歎く、且つ母材と同等の強度特性を有し
２、酎割れ性の良好な溶接金属を得られることか明かと
なった。本発明は以上のごとき新たな知見に基づくもの
である。

以１に本発明を作用と共に詳細に説明する。

〔作　用〕

まず、ワイヤの合金各成分について説明する。

Ｃは強力なオーステナイト生成元素であり、オーステナ
イト相の安定化に有効てあり、さら石ご固溶強化（７よ
る優れた強度特性を確保するだめの必須成分てあり、０
．０５９６以Ｊ二必要であるか、０，１５％を超えると
溶接金属の靭性か劣化するので、０．０５〜０．１５％
とする。

ＣｒはＮ１との共存のもとてオーステナイト系ステンレ
ス鋼としての基本特性である耐食性９Ｍ酸化性、耐熱性
１強度特性等を確保するため、又、高強度を得るための
基本成分であるＮの溶解度を高くするため、ワイヤ全重
量に対して２０％以上必要であるか、２７％を超えると
強度部材として必要な特性の−っである靭性や延性が劣
化し、さらには経済的にも高価（丁なる。従って、２０
〜２７％とする。

Ｎｉは、Ｃｒとの共存のもとにオーステナイト系ステン
レス鋼としての基本特性である耐食性や低温から高温に
至る広い温度域での強度特性を維持し、又、オーステナ
イト相の安定化による靭性や延性の確保には９％以」二
必要であるか、１４％を超えてもその効果は変わらず経
済的に高価になる。従１〕で９〜１４％とする。

Ｍｎは、オーステナイト相の安定化による靭性や延性の
確保と、高強度を得るに必須の窒スその溶解度を大きく
して健全な溶接金属とするために２．０９６以」−必要
であるか、６．０％を超えるとスラグのはくり性等の溶
接作業性か劣化する。従って２．０−６．０％とする。

Ｎは、適当量のＣ「及びＭｎの存在て確保された溶解度
、及びＮ自体のオーステナイト相の安定化効果と相よ−
）で、固溶強化による溶接金属の安定して高い引張強度
ど優Ａ］た靭性・延性の確保に必須の成分てあり、０ｏ
０７％以ト必要であるか、０．３３！”６を超えると強
度の向−にに効果かなくなるばかりでなく、どんなフラ
ックスといえどもブローホール発生やスラグのはくり性
力化か生じてしま・う。

従−って０．０７　＝　０．３３９６とする。

二こで、耐食性や強度特性等をさらに改善Ａ−る目的で
Ｍｏ；２゜５ｏｘＢ下、Ｎｂ；０．３０％以下、Ｗ：０
．５０％以下、　Ｖ　；　０．３０％以下の１種又は２
種以」二を適宜添加してもよい。しかし、それぞれ−Ｌ
限を超えるど、靭性、延性、ｉｔ割２］１性か劣化する
・５゜以上の成分は、強度部材と！、、、　Ｔ）ｌ用す
る場合（二溶接金属に要求される耐食性９強度特性等の
諸行性を確保するため（二必須の成分てあり、オーステ
ナイト系ステンレス閾の基本成分とも言えるＣｒ。

Ｎｉ、　Ｍｎや強度の確保に必要なＣ，Ｎについては、
そのほとんどの量をワイヤ中に含有させ、フラックス中
からの添加は溶接時の酸化・消耗を補い、又は要求特性
に応じた溶接金属成分の設計のための調整添加程度に抑
える、−とが望ましい。

次に、フラックスの各成分について説明する。

石灰石は、溶接金属中のＣを増加させ溶接金Ｅの耐食性
を劣化さゼるため、耐食性を目的とする従来のオーステ
ナイト系ステン１ノス鍜潜弧溶接用フラックスでは最小
限に規制していた。本発明は石灰石を積極的に含有させ
るごとにより溶接時にＣＯやＣＯ２ガスを分解生成さぜ
、蛍石が分解生成するガスと相まって、外気から溶融プ
ールをシールドすることにより、シールド不足が原因と
なるブローホー・ルの発生を防ｊ」する。さらに、分解
生成（、またガスにより溶接雰囲錯１のガス分圧を」−
げることてワイヤか含有するＮがガス化することを抑制
して溶接金属中に固溶させ、従来から高ｇ素なるかゆえ
に問題どなるＮガスによるブローホール発生を防止し、
高強度化に必要なＮを確保することか出来る。またオー
ステナイト相の安定化と強度増加に有効な炭素を安定し
て溶接金属中に含有させるとともに、溶接雰囲気を高塩
基性に保つことにより溶接金属中のＳｉ、　　Ｐ、　　
Ｓ等の不純物を低見する効果かあり、その結果、強度部
材とＬ２で要求される特性である靭性や延性を向上させ
ることか可能となる。又、高温割れ防止に必要なフェラ
イトの確保かＮの多量添加により困難な傾向にあるか、
不純物を低減することて、溶接金属の酎割れ性を改善す
るフェライ）・か減少しても溶接金属の高温割れを防止
することか出来る。さらに、溶融状態のスラグに適当な
粘性・流動性を与え、スラグはくり性を良好にし、溶接
において平滑且つ健全な＃接ビードを得ることか出来る
。これらに対して１６％必要であるか、３０％を超える
とスラグはくり性やビード外観か劣化する。従って１６
＝３０％とする。

なお、石灰石の一部と炭、酸バリウム、炭酸ストロンチ
ウム、炭酸リチウム、炭酸マンガン、炭酸マグネシウム
等とを置換してもその効果は変わらない。

蛍石は、溶融状態のスラグに適当な粘性・流動性を与え
、溶接においても平滑且つ健全な溶接ビートを得るのに
効果かある。同時にフラックス中の石灰石と相まって、
高窒素なるかゆえに従来問題となっていたスラグのはく
り性を顕著に改善する。又、溶接雰囲気を高塩基性に保
つとともに分解生成するガスによって大気やフラックス
中の酸化物から来る酸素の分圧を低減し、溶接金属中の
酸素量を低減し靭性・延性を向上する効果かある。

このため１５％以上必要であるか、３０％を超えると溶
接中のアークか不安定となるなど溶接作業性か劣化する
。従って１５〜３０％とする。

なお、蛍石の一部と弗化アルミニウム、弗化マグネシウ
ム、氷晶石、弗化ソーダ、弗化ジルコンカリ等とを置換
してもその効果は変わらない。

アルミナは、スラグの流動性を良くしてスラグ形状を安
定化し、母材と溶接金属のなじみ性を良くしてアンダー
カットを防止するために１０％以上必要であるか、２０
％を超えるとスラグの融点か」−１昇して流動性を減じ
、アークが不安定となる。

従って１０〜２０％とする。

ジルコンサンドはアークを安定化し、ビード外観を改善
するために１５％以上必要であるか、２５９６を超える
とスラグはくり性か劣化する。従って１５％〜２５％と
する。

脱酸剤は、溶接金属のブロー・ポール発生を防止するた
めに金属単体に換算して１％以上必要であるか、５％を
超えると溶接金属の耐割れ性か劣化する。従って１〜５
％とする。

なお、ここで言う脱酸剤とは金１ｒＳＡ１．　Ｆｅ−Ａ
ｌ。

Ａｌ−Ｍｇ、　Ｆｅ−３ｉ、金ＩＥＴｉ、　Ｆｅ−Ｔｉ
なとを指し、１種又は２種以上を組み合わせてもその効
果に差はない。

又、溶接時の合金の酸化・消耗を補い、更に、要求特性
に応じた溶接金属を得るために金属粉末を適宜添加して
もよい。但し、配合量か多くなると溶接金属の成分か不
均一となる、−とかあるため、３０％以下にすべきであ
る。

なお、ここで言う金属粉末とは、金属Ｃｒ、　ＦｅＣｒ
、金属Ｎｌ、金属Ｍｎ、　Ｆｅ−Ｍｎ、ステンレス粉。

Ｆｅ−Ｍｏ、　Ｆｅ−Ｎｂ、金（ｉＥＷ、Ｆｅ−Ｖ等の
合金剤、及び窒化金ＩＥＭｎ、窒化Ｆｅ−Ｍｎ、窒化金
属Ｃｒ、　？、化Ｆｅ−Ｃｒ等の窒素添加用の粉末など
を指す。

以下に実施例により本発明の効果を具体的に説明する。

〔実施例〕

実験に供したワイヤは頁空溶解後、鍛造、圧延及び線引
きを行って４．０ｍｍφに作成した。ワイヤ組成を第１
表に示すか、Ｗ１〜Ｗ６は本発明例に用いたワイヤで、
ｗ　７−ｗｌｉは比較例に用いたワイヤである。

実験に供したボンドフラックスは、通常のフラックス原
料として用いられる鉱石粉、複合化合物、金属粉等を混
合、攬ばん後、水ガラスを用いて造粒し、約４００　”
Ｃて約１時間焼成して作成した。

フラックスの組成を第２表に示すか、Ｆ１〜Ｆ７は本発
明例に用いたフラックス、Ｆ８〜Ｆ１３は比較例に用い
たフラックスである。

第１表のワイヤと第２表のフラックスとを絹み合わせ、
第３表に示す鋼板を用い、第４表に示す溶接条件で第１
図に示す積層要領により、１ｍの溶接長の潜弧溶接を行
った。第５表、第６表にワイヤとフラックスとの組み合
わせによる溶接金属の化学成分及びその確性試験結果を
示す。

確性試験は溶接作業性試験、Ｘ線透過試験（，１ＩＳＺ
３１０４による）を行った後、継手引張試験片ｃ、ｈｉ
ｓ２３１２１．１号）、衝撃試験片（ＪＩＳ　Ｚ　２２
０２　、　４号）、側曲げ試験片（、ＩＩＳ　Ｚ　３１
２２　、　３号）を採取して溶接金属の基本的な機械的
性質を調査した。衝撃試験は一２０℃で行い、曲げ試験
はＲ＝２ｔて行った。

本発明例のＮｉｌ　１−Ｎ１１２１は溶接作業性、Ｘ線
性能及び機械的性質か良好な溶接金属か得られたか、比
較例のＮａ２２はフラックス中の石灰石及び蛍石か過多
、Ｎｏ、２３は石灰石か過多で蛍石か不足、Ｎａ２４は
蛍石か過多でジルコンサンドか不足、Ｎａ２５はアルミ
ナか不足し、ジルコンサンド及び脱酸剤か過多、険２６
は石灰石か不足、隘２７はアルミナか過多で脱酸剤か不
足、Ｎ（１２８はワイヤ中のＭｎか過多てＮｉか不足、
Ｎα２９はＣか不足しＣｒ及びＷが過多、陥、３０はＣ
か過多てＮか不足、翫３１はＣ，Ｎｉ及び■か過多てＭ
ｎか不足、Ｎ１１１３２はＣｒか不足し、Ｎ及びＮｔｌ
か過多であるというそれぞれの理由により、溶接作業性
不良、Ｘ線性能不良、機械的性質の劣化なとの問題点か
あった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、高窒素オーステナイト系ステン
レス鋼の潜弧溶接において、ワイヤ成分及びフラッグス
成分を特定したものを組み合わせて溶接することにより
、溶接作業性か良好で、溶接欠陥も無く機械的性質も極
めて優れｌ、゛、溶接金属を容易に得ることかてき、特
に強度部材としての高窒素高強度オーステナイ１−系ス
テンレス鋼の高能率溶接に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】第１図は実施例において用いた開先形状及び積層要領を
示す断面図である。代理人　弁理士　秋　沢　政　光他１名第１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ワイヤ全重量に対し、Ｃ；０．０５〜０．１５％、Ｃｒ；２０〜２７％、Ｎｉ；９〜１４％、Ｍｎ；２．０〜６．０％、Ｎ；０．０７〜０．３３％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるワイヤと
、フラックス全重量に対し、石灰石；１６〜３０％、蛍石；１５〜３０％、アルミナ；１０〜２０％、ジルコンサンド；１５〜２５％、及び金属単位に換算して、脱酸剤；１．０〜５．０％を含有する焼成型フラックスとを組み合わせることを特
徴とする高窒素オーステナイト系ステンレス鋼の潜弧溶
接方法。