JPH0636995B2

JPH0636995B2 - 高合金オ−ステナイト鋼の溶接方法

Info

Publication number: JPH0636995B2
Application number: JP4550087A
Authority: JP
Inventors: 潤一酒井; 泰男小林; 正宏片平; 治田中; 恒司小川; 紳介堤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-02-28
Filing date: 1987-02-28
Publication date: 1994-05-18
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: JPS63212090A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、高合金オーステナイト鋼の溶接方法に関す
る。

［従来技術］従来より、Ｎｉが２０％以上、Ｃｒが１６％以上、Ｍｏ
が２％以上の各種の高合金オーステナイト鋼が、腐食環
境の構造材料として使用されているが、特に近年石油資
源の枯渇化に伴い、油、ガス井用材料としても高合金オ
ーステナイト鋼が使用され始めている。

ところで、高合金オーステナイト鋼の溶接方法として
は、これらの高合金オーステナイト鋼の母材とほぼ同成
分系の溶接材料を使用する方法が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、上記従来技術には次のような問題点がある。

すなわち、上記従来技術によると、しばしば高温割れの問題が生じている。そのため低入
熱で溶接するなどの溶接施工上の工夫もされているが、
必ずしも十分なものであるとは言い難い。

また、耐食性についても問題が生じていて、母材と同
成分の溶接ワイヤを用いて溶接した場合には、溶体化処
理して調質した母材に比べ、鋳造組織である継手部分
（溶接によって接合された部分）の溶接金属｛溶接中に
溶接凝固した部分、すなわち、溶着金属（ワイヤから母
材に溶着した金属）と母材が溶融凝固した部分｝の方が
耐食性が劣り、継手部分の溶接金属が選択的に腐食され
やすい。このような問題は特に孔食について起こりやす
く、所期の母材性能が発揮できないことがしばしば起き
ている。

なお、隙間腐食防止溶接盛金材としてＣｒ：２０〜３５％、Ｍｏ：３〜８％、残部Ｎｉ及び
不可避的不純物からなる技術（特開昭５６−９９０９６
号公報）、あるいは、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｍｏ：３〜８％、Ｆｅ：２５％
以下、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなる技術（特開
昭５６−９９０９７号公報）があるが、これらの技術
は、継手部分の溶接金属の選択的腐食を防止したもので
はない。

すなわち、上記技術では、盛金部すなわち溶着金属その
ものの耐食性は向上させ得るが、継手部分の溶接金属の
選択的腐食を防止することはできない。

そこで、本発明者は、これら高合金オーステナイト鋼の
溶接に当り、耐高温割れ性に優れ、かつ、溶接金属を含
む継手部分全体の耐食性（特に耐孔食性）に優れた溶接
継手の得られる溶接法について種々の検討を行った。

その結果、次の手段により上記問題点は解決しうること
を知見した。

［問題点を解決するための手段］上記問題点を解決した本発明方法とは、高合金オーステナイト鋼を溶接ワイヤを使用して溶接す
る方法において、該高合金オーステナイト鋼は、Ｎｉ≧２０％、Ｃｒ≧１６％、Ｍｏ≧２％を含有し、Ｃ≦０．０５％、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．０１０％に抑制し、残部がＦｅおよび不純物からなり、該溶接ワイヤは、Ｎｉ≧２５％、Ｃｒ：２０〜３０％、Ｍｏ：２〜１０％、Ｍｎ≦６％、を含有し、Ｃ≦０．０５％、Ｓｉ≦０．９％、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．０１０％、に抑制し、残部がＦｅおよび不純物からなり、さらに、該高合金オーステナイト鋼のＣｒ量（％）をＣ
ｒ（Ｂ）、Ｍｏ量（％）をＭｏ（Ｂ）とし、該溶接ワイ
ヤのＣｒ量（％）をＣｒ（Ｙ）、Ｍｏ量（％）をＭｏ
（Ｙ）として下記に示す式を満足する溶接ワイヤを用い
て溶接することを特徴とする高合金オーステナイト鋼の
溶接方法にその要旨が存在するものである。

1/2Ｃｒ（Ｂ）＋1/2Ｃｒ（Ｙ）＋３｛1/2Ｍｏ（Ｂ）＋1/2Ｍｏ（Ｙ）｝ ≧Ｃｒ（Ｂ）＋３Ｍｏ（Ｂ）＋５［作用］以下に本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明者はまず溶接金属の耐高温割れ性をみるため、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｍｏなどの各種の合金成分量を変えた高合金
オーステナイト鋼溶接金属を作り、これについてトラン
スバレストレイン試験および腐食試験を行った。

トランスバレストレイン試験で発生した凝固割れを評価
することによって、耐高温割れ性に及ぼす各種合金成分
の影響を詳細に検討した。

腐食試験では、溶接金属について塩化第２鉄による孔食
試験（ＪＩＳＧ０５７８）を行い、耐食性に及ぼす各種
合金成分の影響を検討した。

さらに、数種の高合金オーステナイト鋼を用いて溶接継
手を作り、耐高温割れ性、耐食性について検討を行っ
た。

これらの試験結果を詳細に検討した結果、耐高温割れ
性、耐食性にすぐれた溶接方法を見出すことができた。

次に溶接ワイヤの成分を限定した理由について説明す
る。

１）Ｃ≦０．０５％Ｃは、耐食性を低下させる成分であり、第１図に示すよ
うに、０．０５％を越えると腐食減量が急激に多くな
る。そこでＣは０．０５％以下とした。

２）Ｓｉ≦０．９％Ｓｉは、脱酸剤として、また溶接時の溶融金属の流動性
を改善して溶接ビードのなじみを良くする成分として有
効な成分である。

しかし、第２図に示すように、０．９％を越えると高温
割れ感受性が高くなるので、Ｓｉは０．９％以下とし
た。

３）Ｍｎ≦６％Ｍｎは、脱酸剤として、又、ＭｎＳとなって、Ｓの高温
割れへの影響を低減するのに有効な成分である。

しかし、６％以上添加しても効果は飽和し、それ以上の
改善の効果は得られないので、Ｍｎは６％以下とした。

４）Ｐ≦０．０１５％，Ｓ≦０．０１０％Ｐ，Ｓは、いずれも耐高温割れ性に有害な成分である。
第３図に耐高温割れ性に及ぼすＰ，Ｓの影響を示すが、
Ｐを０．０１５％以下、Ｓを０．０１０％以下にすれ
ば、インコネル系溶接金属（テストＮｏ．２２）以上に
良好な耐高温割れ性が得られるので、Ｐは０．０１５以
下、Ｓは０．０１０％以下とした。

５）Ｎｉ≧２５％Ｎｉは、組織を安定なオーステナイト組織に保つのに不
可欠な成分である。Ｃｒを２０％程度、Ｍｏを２％程度
含有している溶接金属が完全オーステナイト組織である
ためにははＮｉは少なくとも２５％は必要である。

そこで、Ｎｉは２５％以上とした。

Ｃｒ：２０〜３０％Ｃｒは、組織を安定なオーステナイト組織に保つのに不
可欠であり、さらに耐食性を高めるのに有効な成分であ
る。

耐食性の点からみた場合、Ｃｒ量は母材の含有Ｃｒ量以
上とする必要があり、２０％以上は必須である。

しかし、過度のＣｒ量は熱間加工性を著しく低下させ、
溶接ワイヤの製作が困難になるので、Ｃｒ量は３０％以
下にする必要がある。

そこで、Ｃｒは２０〜３０％とした。

Ｍｏ：２〜１０％次に、Ｍｏは、耐食性を高めるのにＣｒ以上の効果があ
り、耐食性の点からみた場合、Ｍｏ量は少なくとも母材
と同量は必要で、２％以上にすることが必須である。

又、Ｃｒの場合と同様過度のＭｏ量は熱間加工性を低下
させるので、Ｍｏ量は１０％以下にする必要がある。

そこで、Ｍｏは２〜１０％とした。

しかし、溶接継手を考えた場合には以上の限定では不十
分である。

第４図は後記第１実施例（ただし、Ｎｏ．３，Ｎｏ．４
はＣ量が高いため除外している）における腐食試験結果
および後記第２実施例における第３表（ｂ）、第５表の
腐食試験結果をまとめたものであり、腐食減量に及ぼ
す、（Ｃｒ＋３Ｍｏ）値の影響を示したものであるが、
（Ｃｒ＋３Ｍｏ）値の増加とともに母材、溶接金属とも
耐食性が改善されることが明らかである。

しかし、溶接金属と母材とでは耐食性に大きな差のある
ことがわかった。

溶接金属が母材と同程度の耐食性を得るには溶接金属の
（Ｃｒ＋３Ｍｏ）値を母材のそれより５％以上多くする
必要がある。

また、溶接継手では溶接時に当然母材の希釈を受けるの
で、溶接ワイヤとしては母材の希釈を考慮したＣｒ，Ｍ
ｏ量が必要とななる。

溶接継手でも最も大きな希釈を受けるのは配管溶接等に
適用される片面裏波溶接のルートパス部の溶接で、通常
希釈率は最大で約５０％である。

そこで、溶接ワイヤのＣｒ（Ｙ），Ｍｏ（Ｙ）量は母材
との希釈を考慮した次の（１）式を満足する必要があ
る。

1/2Ｃｒ（Ｂ）＋1/2Ｃｒ（Ｙ）＋３｛1/2Ｍｏ（Ｂ）＋1/2Ｍｏ（Ｙ）｝ ≧Ｃｒ（Ｂ）＋３Ｍｏ（Ｂ）＋５・・（１）第６表に、片面裏波溶接継手のルート部の腐食試験結果
を示しているが、（１）式を満足することによって継手
部も母材と同様の耐食性の得られていることが明らかで
ある。

残部はＦｅおよび不純物であるが、不純物として、Ｃｕ
及びＷは３％以下の範囲で、Ｎは０．２以下の範囲で、
さらにＶは０．５％以下の範囲であれば、耐食性、耐割
れ性への有害性が認められないので、含有してもさしつ
かえない。

母材についてＰ，Ｓを制限した理由について以下に説明
する。

Ｐ，Ｓの有害性についてはすでに溶接ワイヤで説明した
が、母材の希釈の大きいルートパスの溶接では、母材か
らの溶接金属量を無視するわけにはいかない。そこで、
母材についても溶接ワイヤと同様Ｐを０．０１５％以
下、Ｓを０．０１０％以下とした。

なお、他の金属又は非金属と、高合金オーステナイト鋼
とのクラッド材において、このクラッド材の高合金オー
ステナイト鋼の部分を溶接する場合にも本発明は適用し
得る。

［発明の実施例］次に実施例について説明する。

（第１実施例）第１表および第２表は、第１表および第２表に示す化学
成分の素材よりＴＩＧ溶接により溶接金属を作り、これ
について行なったトランスバレストレイン試験および腐
食試験の結果を示したものである。

トランスバレストレイン試験は、２００Ａ−１６Ｖ−１
０ｃｍ／ｍｉｎの条件でＴＩＧ溶接を行ないながら、溶
接中に３％の歪を溶接部に与え、凝固部に発生した凝固
割れの最大割れを測定することにより行なった。

腐食試験は、塩化第２鉄腐食試験（ＪＩＳＧ０５７８に
準拠）を５０℃で行ない、腐食減量を求めた。

なお、テストＮｏ．２２は市販インコネル系溶接材料
で、３０８系などのオーステナイト系ステンレス鋼溶接
材料に比べると耐割れ性は劣るものの完全オーステナイ
ト溶接材料としては比較的良好で、十分な配慮を払えば
割れの発生しない溶接施工が可能であるる。そこで、ト
ランスバレストレイン試験における耐割れ性の評評価と
して、凝固割れの最大割れ長さが、１．０ｍｍ以下のも
のを良好なものとし〇で示し、１．０ｍｍを超えたもの
を良好でなないものとして×で示した。

以上の試験結果を、同じく第１表及び第２表に示す。

なお、耐食性の評価として、母材Ａ鋼より腐食減量の少
ないものを良好なものとしてて〇で示し、それより多い
ものを良好でないものとして×で示した。

テストＮｏ．１〜Ｎｏ．４は主に、溶接金属の耐食性に
及ぼすＣ量の影響をみたもので、第１図にＣ量と耐食性
との関係を示す。

Ｃ量が０．０５％を超えるＮｏ．３（比較例）、Ｎｏ．
４（比較例）は腐食減量が大きいことがわかる。

テストＮｏ．１、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８は主に、溶接金属
の耐高温割れ性に及ぼすＳｉ量の影響をみたもので、第
２図にＳｉ量と耐高温割れ性との関係を示す。

Ｓｉが０．９％を超えたＮＯ．６（比較例）、Ｎｏ．７
（（比較例）、Ｎｏ．８（比較例）はいずれも最大割れ
長さが１ｍｍを超え耐高温割れ性が悪いことがわかる。

テストＮｏ．９，Ｎｏ．１０は主に、Ｎｉ量の影響をみ
たものである。

テストＮｏ．１１〜Ｎｏ．１５は主に、溶接金属の耐割
れ性に及ぼすＰ量、Ｓ量の影響をみたもので、第３図に
Ｐ量、Ｓ量と耐割れ性の関係を示す。

Ｐ量が０．０１５％を超えたＮｏ．１２（比較例）、Ｎ
ｏ．１３（溶接）、Ｓ量が０．０１０％を超えたＮｏ．
１４（比較例）、Ｎｏ．１５（比較例）はいずれも最大
割れ長さが１．０ｍｍを超え、耐高温割れ性が悪いこと
がわかる。

テストＮｏ．１７〜Ｎｏ．２１は主に、Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｎ，Ｃｕ量の影響をみたものである。

Ｃｒ量が２０％未満のＮｏ．１７（比較例）、Ｍｏ量が
２％未満のＮｏ．１８（比較例）はいずれも腐食減量が
大きく耐食性が悪いことがわかる。

（第２実施例）母材として第３表（ａ）に示す組成の高合金オーステナ
イト鋼を用い、第４表に示す組成の溶接ワイヤでＴＩＧ
溶接継手を作り、溶接継手の機械的性能の確認および腐
食試験を行なった。

継手形式としては、前述の配管溶接を想定した片面裏溶
接とした。開先形状を第５図に示す。なお、腐食試験に
使用した試験片の採取位置を第６図に示す。

また、溶接条件は下記によった。

溶接電流：１５０〜２５０Ａ極性：ＤＣ−ＳＰ溶接電圧：９〜１１Ｖシールドガス：アルゴンバックシールド：ルートパス溶接時Ａｒにてバックシー
ルドを実施予熱パス間温度≦１５０℃ 第６表（ａ），（ｂ）には、母材Ａ、ワイヤＥの組合
せ、母材Ｂ、ワイヤＥの組合せ、母材Ｂ、ワイヤＦの組
合せ、母材Ｃ、ワイヤＦの組合せ、母材Ｄ、ワイヤＧの
組合せの継手性能を示す。

なお、母材自体の腐食試験を行ない、その結果を第３表
（ｂ）に示す。

また、第４表の溶接ワイヤでＴＩＧ溶接した時の全溶着
金属の機械的性能および腐食試験結果を第５表に示す
が、いずれも良好な性能を有している。

前述の（１）式を満足する組合せではいずれの継手も母
材と同等あるいは同等以上の耐食性を示すが、（１）式
を満足しない母材Ｂ、ワイヤＥの組合せでは継手部の耐
食性は母材より劣っている。又、Ｐの含有量の高い母材
Ｃとの組合せでは割れが発生しており、良好な継手性能
が得られない。

（第３実施例）第７表に示す炭素鋼材と第３表（ａ）中のＤに示す組成
を有する高合金オーステナイト鋼とからなるクラッド材
の溶接を行なった。

クラッド材の開先形状を第７図（ａ）に示す。

また、第７図（ｂ）に示す積層法で下記の溶接条件で溶
接を行った。

・高合金オーステナイト鋼部分（２層ＴＩＧ溶接）ワイヤ組成：第３表Ｇシールドガス：アルゴン予熱パス間温度≦１５０℃ 第１層溶接電流：２５０Ａ溶接電圧：１１Ｖ溶接速度：８ｃｍ／ｍｉｎ第２層溶接電流：２８０Ａ溶接電圧：１２Ｖ溶接速度：８ｃｍ／ｍｉｎ・炭素鋼材部分（サブマージアーク溶接）市販の５０ｋｇ級ワイヤ（４．０φ）とフラックスを使
用Ｂａｃｋ側Ｌ；溶接電流：７００Ａ溶接電圧：３２Ｖ溶接速度：１２０ｃｍ／ｍｉｎＴ；溶接電流：５００Ａ溶接電圧：３６Ｖ溶接速度：１２０ｃｍ／ｍｉｎＦｉｎａｌ側Ｌ；溶接電流：８００Ａ溶接電圧：３６Ｖ溶接速度：１１０ｃｍ／ｍｉｎＴ；溶接電流：６５０Ａ溶接電圧：４２Ｖ溶接速度：１１０ｃｍ／ｍｉｎなお、腐食試験片は第８表に示す位置より採取した。

その結果を第８表に示す。第８表から明らかなようにク
ラッド鋼溶接継手の機械的性能、腐食試験結果はいずれ
も良好である。

［発明の効果］本発明は以上のように構成したので、次の諸効果が得ら
れる。

耐高温割れ性に優れた溶接継手の得られる溶接法を提
供することができる。

溶接金属を含む継手部分全体の耐食性（特に耐孔食
性）に優れた溶接継手の得られる溶接法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤ中のＣ量が耐食性に与える影響を示すグ
ラフである。第２図はＳｉ量が高温割れ感受性に与える
影響を示すグラフである。第３図は耐高温割れ性に及ぼ
すＰ，Ｓの影響を示すグラフである。第４図は腐食減量
に及ぼす（Ｃｒ＋３Ｍｏ）の影響を示したグラフであ
る。第５図および第７図（ａ）は実施例における母材の
開先形状を示す側面図である。第６図および第８図は腐
食試験の採取位置を示す側面図である。第７図（ｂ）は
クラッド材の積層方法を示す図である。１０……高合金オーステナイト鋼（合せ材）、１２……
炭素鋼材（クラッド鋼の母材）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中治神奈川県藤沢市大庭3910 湘南ライフタウン西部団地２−８−843 (72)発明者小川恒司神奈川県藤沢市亀井野４−３−22 (72)発明者堤紳介神奈川県藤沢市藤が岡２−15−８−304 (56)参考文献特公昭57−20078（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高合金オーステナイト鋼を溶接ワイヤを使
用して溶接する方法において、該高合金オーステナイト鋼は、Ｎｉ≧２０％、Ｃｒ≧１６％、Ｍｏ≧２％を含有し、Ｃ≦０．０５％、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．０１０％に抑制し、残部がＦｅおよび不純物からなり、該溶接ワイヤは、Ｎｉ≧２５％、Ｃｒ：２０〜３０％、Ｍｏ：２〜１０％、Ｍｎ≦６％、を含有し、Ｃ≦０．０５％Ｓｉ≦０．９％、Ｐ≦０．０１５％、Ｓ≦０．０１０％、に抑制し、残部がＦｅおよび不純物からなり、さらに、該高合金オーステナイト鋼のＣｒ量（％）をＣ
ｒ（Ｂ）、Ｍｏ量（％）をＭｏ（Ｂ）とし、該溶接ワイ
ヤのＣｒ量（％）をＣｒ（Ｙ）、Ｍｏ量（％）をＭｏ
（Ｙ）として下記に示す式を満足する溶接ワイヤを用い
て溶接することを特徴とする高合金オーステナイト鋼の
溶接方法。 1/2Ｃｒ（Ｂ）＋1/2Ｃｒ（Ｙ）＋３｛1/2Ｍｏ（Ｂ）＋1/2Ｍｏ（Ｙ）｝ ≧Ｃｒ（Ｂ）＋３Ｍｏ（Ｂ）＋５ただし、％は重量％である（以下同じ）。
【請求項２】高合金オーステナイト鋼はクラッド材の合
せ材を構成する高合金オーステナイト鋼である特許請求
の範囲第１項記載の高合金オーステナイト鋼の溶接方
法。