JPH07227693A - 極低温鋼用溶接ワイヤ - Google Patents
極低温鋼用溶接ワイヤInfo
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- JPH07227693A JPH07227693A JP4176694A JP4176694A JPH07227693A JP H07227693 A JPH07227693 A JP H07227693A JP 4176694 A JP4176694 A JP 4176694A JP 4176694 A JP4176694 A JP 4176694A JP H07227693 A JPH07227693 A JP H07227693A
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- welding wire
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 極低温で使用されるオーステナイト系ステン
レス鋼、高合金鋼の溶接に使用される溶接ワイヤにおい
て、低温での強度・靱性特性、１００ｍｍ以上の板厚を
溶接する場合の耐溶接割れ性が良好で、厚肉材の溶接に
おいても高温割れがない溶接ワイヤを提供する。 【構成】 Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０５
〜５．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：５０〜７５
％、Ｎ：０．１〜０．２５％、Ｎｂ：０．５〜３％、Ｍ
ｏ、Ｗのうち１種または２種：これらの合計で６〜１２
％を含有する極低温鋼用溶接ワイヤ。またさらにＴｉ：
０．０２〜０．２％を含有することも特徴とする。
レス鋼、高合金鋼の溶接に使用される溶接ワイヤにおい
て、低温での強度・靱性特性、１００ｍｍ以上の板厚を
溶接する場合の耐溶接割れ性が良好で、厚肉材の溶接に
おいても高温割れがない溶接ワイヤを提供する。 【構成】 Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．０５
〜５．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：５０〜７５
％、Ｎ：０．１〜０．２５％、Ｎｂ：０．５〜３％、Ｍ
ｏ、Ｗのうち１種または２種：これらの合計で６〜１２
％を含有する極低温鋼用溶接ワイヤ。またさらにＴｉ：
０．０２〜０．２％を含有することも特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温で使用されるオ
ーステナイト系ステンレス鋼、高合金鋼の溶接に使用さ
れる溶接ワイヤに関するものである。
ーステナイト系ステンレス鋼、高合金鋼の溶接に使用さ
れる溶接ワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＮｂＴｉ、Ｎｂ3 Ｓｎなどの超電
導特性を利用するために液体ヘリウムなどの極低温環境
下で高強度・高靱性を示す容器用材料が開発されてい
る。それらの材料は、非磁性が要求されかつ極低温にお
いて高強度・高靱性が求められることから高窒素でデル
タフェライトがない完全オーステナイト系ステンレス鋼
となっている。
導特性を利用するために液体ヘリウムなどの極低温環境
下で高強度・高靱性を示す容器用材料が開発されてい
る。それらの材料は、非磁性が要求されかつ極低温にお
いて高強度・高靱性が求められることから高窒素でデル
タフェライトがない完全オーステナイト系ステンレス鋼
となっている。
【０００３】これらの母材を溶接し構造物とするために
は溶接ワイヤが必要となるが、母材と同一成分系の共金
溶接ワイヤでは厚肉材の溶接時には高温割れが発生する
問題があった。また、高温割れ性を低減するために、熱
膨張率が低く溶接割れ性が低いＮｉ基合金（例えばイン
コネル６２５）が使用されるが、窒素量が低いため破壊
靱性は良好であるが本目的に対応するに十分な耐力が得
られないという課題があった（例えば特開昭４７−４２
４４１号公報、特開昭５１−８３０３１号公報など）。
さらに、特開昭５６−１２８６９６号公報などの開示が
あるが、これらは主に耐熱用途に開発されたものであ
り、本目的の特性を得ることはできない。
は溶接ワイヤが必要となるが、母材と同一成分系の共金
溶接ワイヤでは厚肉材の溶接時には高温割れが発生する
問題があった。また、高温割れ性を低減するために、熱
膨張率が低く溶接割れ性が低いＮｉ基合金（例えばイン
コネル６２５）が使用されるが、窒素量が低いため破壊
靱性は良好であるが本目的に対応するに十分な耐力が得
られないという課題があった（例えば特開昭４７−４２
４４１号公報、特開昭５１−８３０３１号公報など）。
さらに、特開昭５６−１２８６９６号公報などの開示が
あるが、これらは主に耐熱用途に開発されたものであ
り、本目的の特性を得ることはできない。
【０００４】一方、高耐食用途で耐高温割れ性を考慮し
た高Ｎｉ溶接材料として、窒素を添加した成分のものが
開発されているが（特開昭６３−２１２０９号公報）、
この材料は板厚の比較的薄いものには十分な耐高温割れ
性を有しているものの本発明が目的とする板厚１００ｍ
ｍ以上の構造物に対しては耐高温割れ性が不十分であっ
た。
た高Ｎｉ溶接材料として、窒素を添加した成分のものが
開発されているが（特開昭６３−２１２０９号公報）、
この材料は板厚の比較的薄いものには十分な耐高温割れ
性を有しているものの本発明が目的とする板厚１００ｍ
ｍ以上の構造物に対しては耐高温割れ性が不十分であっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来極
低温用に開発されてきた溶接材料は低温での強度・靱性
特性、１００ｍｍ以上の板厚を溶接する場合の耐溶接割
れ性が必ずしも十分ではなかった。本発明はこれらの問
題点を解決するためになされたものであり、厚肉材の溶
接においても高温割れがなく、かつ極低温における強度
と靱性に優れた溶接ワイヤを提供することを目的とす
る。
低温用に開発されてきた溶接材料は低温での強度・靱性
特性、１００ｍｍ以上の板厚を溶接する場合の耐溶接割
れ性が必ずしも十分ではなかった。本発明はこれらの問
題点を解決するためになされたものであり、厚肉材の溶
接においても高温割れがなく、かつ極低温における強度
と靱性に優れた溶接ワイヤを提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、重量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３
％、Ｍｎ：０．０５〜５．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、
Ｎｉ：５０〜７５％、Ｎ：０．１〜０．２５％、Ｎｂ：
０．５〜３％、Ｍｏ、Ｗのうち１種または２種：これら
の合計で６〜１２％を含有し、Ｃ：０．０５％以下、
Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下で残部Ｆｅお
よび不可避的不純物からなることを特徴とする極低温鋼
用溶接ワイヤである。また、さらに重量％で、Ｔｉ：
０．０２〜０．２％を含有することも特徴とする。
するものであって、重量％で、Ｓｉ：０．０１〜０．３
％、Ｍｎ：０．０５〜５．０％、Ｃｒ：１５〜３０％、
Ｎｉ：５０〜７５％、Ｎ：０．１〜０．２５％、Ｎｂ：
０．５〜３％、Ｍｏ、Ｗのうち１種または２種：これら
の合計で６〜１２％を含有し、Ｃ：０．０５％以下、
Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下で残部Ｆｅお
よび不可避的不純物からなることを特徴とする極低温鋼
用溶接ワイヤである。また、さらに重量％で、Ｔｉ：
０．０２〜０．２％を含有することも特徴とする。
【０００７】
【作用】従来、Ｎｉ基材料においては、炭化物、窒化
物、金属間化合物を生成させることによって高強度化を
図ることが通常であり、多量の窒素添加が極低温の強度
に対しどのように効果があるのかはよくわかっていなか
った。また、一般にＮｂは高温割れ感受性を助長する元
素であることが知られているが、その再熱部割れに及ぼ
す影響についてはよくわかっていなかった。
物、金属間化合物を生成させることによって高強度化を
図ることが通常であり、多量の窒素添加が極低温の強度
に対しどのように効果があるのかはよくわかっていなか
った。また、一般にＮｂは高温割れ感受性を助長する元
素であることが知られているが、その再熱部割れに及ぼ
す影響についてはよくわかっていなかった。
【０００８】そこで、本発明者らは、種々の高Ｎｉ合金
ワイヤを用いて板厚１００ｍｍの溶着金属を作成し、割
れ発生の挙動およびそれらの機械的特性を調べた。その
結果、窒素の添加は極低温における耐力を著しく改善す
ることを見いだした。しかしながら、特開昭６３−２１
２０９１号公報に規定の成分の窒素とＭｏおよび／ある
いはＷの添加では、溶接金属の再熱部における割れの発
生を防止することができないことがわかった。そこで、
さらに、種々の成分を検討した結果、Ｎｂおよび／ある
いはＴｉを適量添加することにより割れを防止できるこ
とを見いだした。
ワイヤを用いて板厚１００ｍｍの溶着金属を作成し、割
れ発生の挙動およびそれらの機械的特性を調べた。その
結果、窒素の添加は極低温における耐力を著しく改善す
ることを見いだした。しかしながら、特開昭６３−２１
２０９１号公報に規定の成分の窒素とＭｏおよび／ある
いはＷの添加では、溶接金属の再熱部における割れの発
生を防止することができないことがわかった。そこで、
さらに、種々の成分を検討した結果、Ｎｂおよび／ある
いはＴｉを適量添加することにより割れを防止できるこ
とを見いだした。
【０００９】次に本発明の成分限定理由について述べ
る。まず、Ｃは高Ｎｉ溶接金属中ではＣｒ、Ｍｏあるい
はＮｂなどと結合して粒界に炭化物として析出し、延
性、靱性を阻害し、また、高温割れ性にも有害であり低
いほど好ましい。したがって、０．０５％を上限とし
た。
る。まず、Ｃは高Ｎｉ溶接金属中ではＣｒ、Ｍｏあるい
はＮｂなどと結合して粒界に炭化物として析出し、延
性、靱性を阻害し、また、高温割れ性にも有害であり低
いほど好ましい。したがって、０．０５％を上限とし
た。
【００１０】次に、Ｓｉはワイヤの脱酸元素として０．
０１％以上添加されるが、多量の添加はＣｒ−Ｍｏ系の
金属間化合物であるσ相、あるいはＣが高い場合にＮ
ｂ、Ｍｏなどとの炭化物の生成を助長して、延性、靱
性、耐高温割れ性に有害である。したがって、上限を
０．３％とした。
０１％以上添加されるが、多量の添加はＣｒ−Ｍｏ系の
金属間化合物であるσ相、あるいはＣが高い場合にＮ
ｂ、Ｍｏなどとの炭化物の生成を助長して、延性、靱
性、耐高温割れ性に有害である。したがって、上限を
０．３％とした。
【００１１】Ｍｎは脱酸元素であり、通常０．０５％程
度は含有している。また、Ｎの固溶促進元素であること
から０．０５％以上含有させるが、金属間化合物の析出
も促進させるため５％好ましくは２％を上限とする。
度は含有している。また、Ｎの固溶促進元素であること
から０．０５％以上含有させるが、金属間化合物の析出
も促進させるため５％好ましくは２％を上限とする。
【００１２】ＣｒはＮを固溶させるために１５％以上好
ましくは１８％以上添加するが、３０％を超えると高温
割れ性を助長し、溶接ワイヤの製造性の低下をきたすた
め１５％〜３０％好ましくは１８〜２５％とする。
ましくは１８％以上添加するが、３０％を超えると高温
割れ性を助長し、溶接ワイヤの製造性の低下をきたすた
め１５％〜３０％好ましくは１８〜２５％とする。
【００１３】Ｎｉはマトリックスを構成する主要元素で
あり、延性および靱性確保の点から５０％以上好ましく
は５５％以上の含有が必要となる。上限はＣｒ、Ｍｏ、
Ｎｂなどの添加量から必然的に決まり７５％が上限とな
る。
あり、延性および靱性確保の点から５０％以上好ましく
は５５％以上の含有が必要となる。上限はＣｒ、Ｍｏ、
Ｎｂなどの添加量から必然的に決まり７５％が上限とな
る。
【００１４】Ｍｏ、Ｗはいずれもマトリックスに固溶し
て強度を向上させる。この効果を十分得るためには、こ
れらの合計で６％以上が必要である。一方、１２％超添
加すると延性靱性に有害な金属間化合物の生成を助長す
るため上限を１２％とした。
て強度を向上させる。この効果を十分得るためには、こ
れらの合計で６％以上が必要である。一方、１２％超添
加すると延性靱性に有害な金属間化合物の生成を助長す
るため上限を１２％とした。
【００１５】Ｓ、Ｐはいずれも不可避の不純物であり溶
接高温割れを助長するため、少ないほど望ましい。いず
れも、０．０１％以下とする。
接高温割れを助長するため、少ないほど望ましい。いず
れも、０．０１％以下とする。
【００１６】Ｎはマトリックスに固溶して強度を向上さ
せる元素である。本発明の主目的の耐力確保のために
は、最低０．１％必要となる。しかし、ワイヤ製造性の
面で窒素固溶量を増加させるＣｒ量に制限が生じるた
め、窒素添加量の上限は０．２５％好ましくは０．２０
％とする。これを超える添加では溶接時に窒素放出が起
こり、融合不良、スラグインなどの溶接欠陥が発生す
る。さらに、溶接金属中に形成される窒化物は再熱割れ
防止のために必要ではあるが、析出物が過剰になると粒
界への析出が見られるようになり、溶接部再熱割れが発
生するようになる。
せる元素である。本発明の主目的の耐力確保のために
は、最低０．１％必要となる。しかし、ワイヤ製造性の
面で窒素固溶量を増加させるＣｒ量に制限が生じるた
め、窒素添加量の上限は０．２５％好ましくは０．２０
％とする。これを超える添加では溶接時に窒素放出が起
こり、融合不良、スラグインなどの溶接欠陥が発生す
る。さらに、溶接金属中に形成される窒化物は再熱割れ
防止のために必要ではあるが、析出物が過剰になると粒
界への析出が見られるようになり、溶接部再熱割れが発
生するようになる。
【００１７】Ｎｂは、窒化物として均等に分散析出する
ため、再熱部における窒化物の粗大粒界析出を抑制し再
熱割れを防止する。このための最低の添加量は０．５％
好ましくは１％であるが、過剰になると耐溶接凝固割れ
（溶接中の溶接金属の割れ）性が低下するため上限を３
％とする。
ため、再熱部における窒化物の粗大粒界析出を抑制し再
熱割れを防止する。このための最低の添加量は０．５％
好ましくは１％であるが、過剰になると耐溶接凝固割れ
（溶接中の溶接金属の割れ）性が低下するため上限を３
％とする。
【００１８】Ｔｉは、Ｎｂと同様な効果を持ち必要に応
じ添加されるが、窒素との親和力がＮｂよりも大きく微
量の添加でも効果がある。多量の添加は析出物の粗大化
を招くため微量添加に止める必要がある。したがって、
Ｔｉの添加量は０．０２〜０．２％とする。
じ添加されるが、窒素との親和力がＮｂよりも大きく微
量の添加でも効果がある。多量の添加は析出物の粗大化
を招くため微量添加に止める必要がある。したがって、
Ｔｉの添加量は０．０２〜０．２％とする。
【００１９】上記成分以外の残部および不可避的不純物
としてはＦｅ、Ａｌ、酸素等があげられるが、Ａｌ：
０．０５％以下、酸素：０．０１％以下であることが好
ましい。なお、本発明ワイヤは厚板ステンレス鋼のＴＩ
Ｇ、ＭＩＧ、プラズマ、サブマージアーク溶接等に使用
できる。
としてはＦｅ、Ａｌ、酸素等があげられるが、Ａｌ：
０．０５％以下、酸素：０．０１％以下であることが好
ましい。なお、本発明ワイヤは厚板ステンレス鋼のＴＩ
Ｇ、ＭＩＧ、プラズマ、サブマージアーク溶接等に使用
できる。
【００２０】
【実施例】以下、実施例について本発明を説明する。表
１に示す９種の高Ｎｉ溶接ワイヤおよびステンレス系ワ
イヤ（１．２ｍｍ径）を作成した。表中Ｎｏ．１〜５は
本発明ワイヤであり、Ｎｏ．６〜１０は比較のための溶
接ワイヤである。Ｎｏ．６は市販のインコネル６２５相
当材、Ｎｏ．７は特開昭６３−２１２０９１号公報に記
載のものの相当材およびＮｏ．１０は共金系ステンレス
ワイヤである。
１に示す９種の高Ｎｉ溶接ワイヤおよびステンレス系ワ
イヤ（１．２ｍｍ径）を作成した。表中Ｎｏ．１〜５は
本発明ワイヤであり、Ｎｏ．６〜１０は比較のための溶
接ワイヤである。Ｎｏ．６は市販のインコネル６２５相
当材、Ｎｏ．７は特開昭６３−２１２０９１号公報に記
載のものの相当材およびＮｏ．１０は共金系ステンレス
ワイヤである。
【００２１】
【表１】
【００２２】母材は、表２に示す成分の板厚２００ｍｍ
のステンレス鋼板を用いた。溶接は、片側８．５°の角
度で加工し、ルートギャップを１０ｍｍとして突き合わ
せた台形の開先を準備し、２００Ａ、１０Ｖ、１２ｃｍ
／ｍｉｎの条件で積層を行った。ワイヤの送給速度は１
２ｇｒ／ｍｉｎとした。
のステンレス鋼板を用いた。溶接は、片側８．５°の角
度で加工し、ルートギャップを１０ｍｍとして突き合わ
せた台形の開先を準備し、２００Ａ、１０Ｖ、１２ｃｍ
／ｍｉｎの条件で積層を行った。ワイヤの送給速度は１
２ｇｒ／ｍｉｎとした。
【００２３】
【表２】
【００２４】各検討ワイヤの溶接性および７７Ｋでの引
張試験の結果を表３に示した。本発明ワイヤでは、割れ
の無い良好な溶接部が得られ、かつ低温での耐力、引張
強さも十分大きい値が得られている。
張試験の結果を表３に示した。本発明ワイヤでは、割れ
の無い良好な溶接部が得られ、かつ低温での耐力、引張
強さも十分大きい値が得られている。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【発明の効果】以上の実施例からもわかるように、極厚
の極低温構造物を溶接する場合、従来の高合金Ｎｉワイ
ヤでは引張り強度特性あるいは再熱部の耐溶接高温割れ
性が不足しており、共金系ワイヤでは高温割れが発生す
る。これに対し本発明により割れの無い極厚材の非磁性
の溶接が可能となり、極厚の極低温構造物の製造におい
て大きく貢献するものである。
の極低温構造物を溶接する場合、従来の高合金Ｎｉワイ
ヤでは引張り強度特性あるいは再熱部の耐溶接高温割れ
性が不足しており、共金系ワイヤでは高温割れが発生す
る。これに対し本発明により割れの無い極厚材の非磁性
の溶接が可能となり、極厚の極低温構造物の製造におい
て大きく貢献するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 聰之 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｓｉ：０．０１〜０．３％、 Ｍｎ：０．０５〜５．０％、 Ｃｒ：１５〜３０％、 Ｎｉ：５０〜７５％、 Ｎ ：０．１〜０．２５％、 Ｎｂ：０．５〜３％、 Ｍｏ、Ｗのうち１種または２種：これらの合計で６〜１
２％を含有し、 Ｃ ：０．０５％以下、 Ｐ ：０．０１％以下、 Ｓ ：０．０１％以下、で残部Ｆｅおよび不可避的不純
物からなることを特徴とする極低温鋼用溶接ワイヤ。 - 【請求項２】 さらに重量％で、Ｔｉ：０．０２〜０．
２％を含有することを特徴とする請求項１記載の極低温
鋼用溶接ワイヤ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4176694A JPH07227693A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 極低温鋼用溶接ワイヤ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4176694A JPH07227693A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 極低温鋼用溶接ワイヤ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07227693A true JPH07227693A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12617531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4176694A Withdrawn JPH07227693A (ja) | 1994-02-17 | 1994-02-17 | 極低温鋼用溶接ワイヤ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07227693A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-02-17 JP JP4176694A patent/JPH07227693A/ja not_active Withdrawn
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| CN110666393B (zh) * | 2019-11-15 | 2021-09-28 | 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司 | 一种焊芯材料及其制备方法 |
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