JPH0762218B2

JPH0762218B2 - 溶接性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH0762218B2
Application number: JP63260673A
Authority: JP
Inventors: 康加藤; 啓一吉岡
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1988-10-18
Filing date: 1988-10-18
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPH02107744A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、化学工業を始めとした種々の分野に広く利用
可能な溶接性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス
鋼に関するものである。

＜従来の技術＞フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステン
レス鋼と比較すると耐応力腐食割れに著しく優れている
が、一般的に耐食性と溶接性ならびに溶接部の特性や機
械的性質が劣っている。しかしながら、製錬技術の進歩
により、極低C,Nのフェライト系ステンレス鋼の製造が
可能となり、さらに、Ti,Nb,Vなどの元素を添加して溶
接部の耐食性や機械的性質が改善された鋼種が開発され
ている。例えば、これらの鋼種は特公昭55−21102号公
報に開示されているが、耐食性、成形性，溶接性に優れ
ており、ボイラー管体や温水器などのような溶接が施さ
れる構造物に適用されるに至っている。

しかしながら、上記鋼種を用いても、例えばTIG溶接施
工時に十分に溶接雰囲気をコントロールしないと溶接部
にテンパーカラーが生じ、実使用時にこの部分で著しく
腐食が生じ、場合によっては短時間で穴あきが生じてい
る。この傾向は、使用される構造物が複雑化，多様化す
るにしたがって著しくなる傾向にあり、また、生成した
テンパーカラーを施工後、電解，研摩あるいは酸洗によ
り除去することも困難となっている。

そこで、従来のSUS444タイプより溶接部の耐食性が優れ
た鋼種の開発が強く望まれている。

＜発明が解決しようとする課題＞本発明の目的は、素材の元来有している溶接性や機械的
性質を損なうことなく、溶接部耐食性を著しく改善した
フェライト系ステンレス鋼を提供することである。

＜課題を解決するための手段＞このような現状に臨み、本発明者らは鋭意努力した結
果、Siを1.0〜2.0％含有させ、さらにMn量を0.5％以下
とすることにより、素材の溶接性や機械的性質を低下さ
せることなく、母材耐食性や溶接部耐食性が著しく改善
されることを見出した。

即ち、本発明は、重量％で、C:0.01％以下及びN:0.01％
以下でかつＣ＋N:0.015％以下,Si:1.0〜2.0％,Mn:0.5％
以下,P:0.04％以下,S:0.001〜0.007％,Cr:15〜25％,Mo:
1.0〜3.0％,Al:0.005〜0.1％を含有し、Nb:0.15〜0.5％
及びTi:0.15〜0.5％の１種あるいは２種を含有し、かつ
Nb＋Ti:0.15〜0.5％ならびにNb＋Ti:（Ｃ＋Ｎ）×８以
上で、残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴
とする溶接性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス
鋼であり、あるいは必要に応じてこれにさらにCu:0.05
〜0.2％含有させたものである。

＜作用＞以下に本発明の組成割合の限定理由を具体的に説明す
る。

C; Ｃは周知の如くCrと結合してCr炭化物を形成しやす
く、とりわけ溶接時の熱影響部に形成され、粒界腐食を
生じさせる。また成形性にも悪影響を及ぼすので、その
上限は0.01重量％（以下％で示す）とした。また、Ｃは
少なければ少ないほどこれら性質にとっては良いので特
に下限は設けない。

Si; Siは本発明を特徴づける重要な元素である。第１
図に、実験室的に溶製した小型鋼塊材を用いて公知の条
件で熱延，焼純，冷延，仕上焼純して、板厚1.0mmの仕
上焼純板を作製し、溶接電圧10V,溶接電流80〜90A,溶接
速度450〜600mm/minの条件下で1.6mmφのタングステン
電極を用いて、トーチ側は８/minArガス，裏ビード側
は１/min,Ar＋１％O₂ガス及びAr＋10％O₂ガスでシー
ルを行いながらTIG溶接（なめ付け溶接）し、裏ビート
側が試験面となるようにしたCASS試験（JIS−Ｄ−201）
16時間後の発誘の程度に及ぼすSi量の影響を示す。

発誘の程度（溶接部）は次のように評価した。

A:ほとんど発誘なし B:発誘程度小 C:発誘程度中 D:著しく発誘 Si量が1.0％以上となると著しく耐食性が良好となるこ
とがわかる。しかしながら、Si量が2.0％を超えると溶
接部の成形性や靭性，母材の引張特性が低下するので、
Siは1.0〜2.0％に限定される。

Mn; Mnも本発明の中で重要な元素である。即ち、Mn量
が0.5％を超えると、前述したようにSi量を1.0％以上加
えても、ほとんど溶接部耐食性の改善効果は認められな
いからである。したがってその上限は0.5％とした。ま
た、その量は低くても何ら不都合は生じないので特に下
限は設けない。

P; Ｐは耐食性を始めとして、靭性，成形性などに悪影
響を及ぼす元素であり、とりわけ0.04％を超えると顕著
となることから、上限は0.04％とした。また、その性質
上、少なければ少ない方が好都合であるので、特に下限
は設けない。

S; Ｓは耐食性とりわけ耐孔食性に有害な元素であり、
0.007％を超えると顕著となるため上限は0.007％とし
た。しかしながら、低すぎると溶接時の湯流れ性を低下
させるので、その下限は0.001％に限定される。

Cr: Crは耐食性に非常に有効な元素であり、通常はそ
の含有量に比例して効果を有するが、十分な耐食性を得
るには15％は必要であり、下限は15％とした。しかしな
がら、その含有量が多くなりすぎると、σ相などの脆い
金属間化合物が生成し靭性，延性が低下するなどの問題
が生じ易くなり、特に25％を超えるとそれが顕著となる
のでその上限は25％とした。

Mo; Moも同様に耐食性に非常に有効な元素である。し
かも塩素イオン存在下の環境においては特に優れた性質
を有しており、その特性を十分に得るには最低1.0％は
必要なので、下限を1.0％とした。一方、同時に多量に
含有させると著しく素材を脆化させ、3.0％を超えると
顕著となることから上限は3.0％とした。

Al; Alは通常脱酸剤としてよく用いられており、その
作用を得るには最低0.005％程度は必要であり、下限を
0.005％とした。一方、多量に添加すると生じる介在物
が群状あるいは粗大なものとなり、成形性や耐食性を劣
化させるので上限は0.1％とした。

N; ＮはＣと同様に素材の成形性を始めとした機械的性
質に悪影響を及ぼすばかりか、溶接時の熱影響部にCr窒
化物を生成させ易く、その結果粒界腐食が生じるので、
その上限は0.01％とした。

Nb,Ti; Nb,TiはCiよりも炭窒化物形成能が強い。従っ
て溶接時の熱影響部でのCr炭窒化物生成を抑制し、優れ
た耐粒界腐食性を得るには、その化学当量的な関係から
最低（Ｃ＋Ｎ）×８以上のNb,Tiが必要であり、また製
鋼時の酸化物生成等を考慮すると0.15％以上となる。従
って下限は0.15％とした。また、その添加量が多くなる
と耐食性とりわけ耐孔食性が低下し、0.5％を超えると
顕著となることより、その上限は0.5％とした。また、N
b,Tiについては単独添加でも複合添加でも本発明は達せ
られるので、１種又は２種添加とする。

C,N; C,Nは前述した如く、溶接時の熱影響部でのCr炭
窒化物の粒界析出による粒界腐食に対して有害であり、
この防止策としてTi,Nbが添加される。しかしながら、
Ｃ＋Ｎが150ppmを超えると上述したようにTr,Nbを添加
してもその効果が少ないので、Ｃ＋Ｎの上限は0.015％
とした。

Cu: Cuはステンレス鋼の耐銹性改善に有効な元素であ
り、また溶接部の耐食性改善にも有効な元素であるので
必要に応じて添加できる。しかし、その効果を得るには
最低0.05％が必要であり、下限は0.05％とした。添加量
が0.2％を超える溶接時に溶接部でCuが粒界に偏析しや
すくなり、脆化を招くので上限は0.2％とした。

本発明の組成の鋼の溶製は、転炉や電気炉，あるいはさ
らに真空脱ガス炉での精練が可能である。

このようにして溶製された鋼は、造塊−分解圧延，ある
いは連続鋳造によりスラブにされ、引続き熱間圧延，熱
延板焼純，酸洗，冷間圧延，仕上焼純，酸洗等の通常の
一連の工程を経て、製品板になる。

＜実施例＞以下に実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は
これに限られるものではない。

表１に示す化学成分の50Kg小型鋼塊を実験室的に溶製
し、公知の条件で熱間圧延，熱延板焼純，酸洗，冷間圧
延，仕上焼純，酸洗を行って板厚1.0mmの仕上焼純板を
作製し、以下の項目について調査した。

母材の耐食性は孔食発生電位をJIS−Ｇ−0577により、
成形性についてはエリクセン試験をJIS−Ｚ−2247によ
り求めた。

また溶接部の耐食性はCASS試験をJIS−Ｄ−201に従い、
裏ビート側を試験面となるように行い、成形性について
はエリクセン試験をJIS−Ｚ−2247に従い、溶接部の表
面を^＃320番研摩後に、ビード部が中心となるように張
り出し、靭性についてはシャルピー衝撃試験をJIS−Ｚ
−2242に従い、溶接ままで溶接部にＶノッチを入れて試
験した。

なお、溶接部の特性を評価するに当たり、次のような条
件でTIG溶接（ナメ付け溶接）を行った。

溶接電圧 10V 溶接電流 80〜90A 溶接速度 450〜600mm/min 電極 1.6mmφタングステン電極シールガス表ビード側 Ar ８/min 裏ビード側 Ar＋１％O₂ １/min なお各試験の評価は次のように行った。

孔食発生電位:V′c₁₀₀μ_Ａ（vs Ag/AgCl）で評価母材の成形性：エリクセン値（mm）溶接部耐食性:16時間CASS試験後の発銹程度を下記の如
く評価 A:ほとんど発銹なし B:発銹程度小 C:発銹程度中 D:著しく発銹溶接部成形性：エリクセン値（mm）溶接部靭性：破面観察による延性−脆性温度（℃）表２より明らかな如く、溶接部の耐食性にはSi添加の効
果が著しく、1.0％以上で大であり、またMnを低下させ
ることも必要であることがわかる。しかしながら（Ｃ＋
Ｎ）量が0.015％を超えたり、TiあるいはNbまたは（Ti
＋Nb）量が本発明成分より少ないと、たとえSi量が1.0
〜2.0％の範囲であっても十分な溶接部耐食性が得られ
ず、また成形性や靭性が劣ることもわかる。一方、Si量
が2.0％を超えると、溶接部成形性，靭性が低下するこ
ともわかる。また、Cu量が0.05〜0.2％の範囲のものに
ついては、溶接部耐食性は改善されていることがわかる
が、0.2％を越えると明らかに溶接部靭性，成形性が低
下することも明らかである。

＜発明の効果＞以上示したように、本発明鋼は母材，溶接部を含めた成
形加工性や靭性に優れており、とりわけ溶接部耐食性が
著しく改善されていることに特徴がある。したがって、
温水機やボイラー缶体を始めとした溶接構造用鋼として
十分な機能を備えた素材である。

【図面の簡単な説明】

第１図はTIG溶接部耐食性に及ぼすSi量の影響を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、C:0.01％以下及びN:0.01％以下
でかつＣ＋N:0.015％以下,Si:1.0〜2.0％,Mn:0.5％以
下,P:0.04％以下,S:0.001〜0.007％,Cr:15〜25％,Mo:1.
0〜3.0％,Al:0.005〜0.1％を含有し、Nb:0.15〜0.5％及
びTi:0.15〜1.5％の１種あるいは２種を含有し、かつNb
＋Ti:0.15〜0.5％ならびにNb＋Ti:（Ｃ＋Ｎ）×８以上
で、残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴と
する溶接性と耐食性に優れたフェライト系ステンレス
鋼。
【請求項２】請求項１記載の成分に重量％で、Cu:0.05
〜0.2％を加えたことを特徴とする溶接性と耐食性に優
れたフェライト系ステンレス鋼。