JPH08170154A - 溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼 - Google Patents

溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼

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JPH08170154A
JPH08170154A JP31225594A JP31225594A JPH08170154A JP H08170154 A JPH08170154 A JP H08170154A JP 31225594 A JP31225594 A JP 31225594A JP 31225594 A JP31225594 A JP 31225594A JP H08170154 A JPH08170154 A JP H08170154A
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JP
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less
ferritic stainless
stainless steel
welding
weldability
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JP31225594A
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English (en)
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Hiroshige Inoue
裕滋 井上
Toshihiko Koseki
敏彦 小関
Shigeru Okita
茂 大北
Nobutaka Yurioka
信孝 百合岡
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶接部の延性、靭性を確保すると
ともに、安定な溶込み形状が得られる優れた溶接性を有
するフェライト系ステンレス鋼を提供する。 【構成】 C:0.005〜0.02%、Si:0.0
1〜1.0%未満、Mn:0.1〜0.5%未満、S:
0.001〜0.01%未満、Cr:10.5〜24.
0%、Al:0.001〜0.03%未満、N:0.0
05〜0.04%未満、O:0.005%超〜0.01
%未満を含有し、且つ、[O]/(1.5×[Al]+
2.4×10-2×[Si]+1.7×10-3×[M
n])で表される値が0.1〜0.2であり、さらに
[S]+[O]で表される値が0.006〜0.01で
あることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼。ある
いはさらに、Ni:0.6%超〜2.0%、V:0.0
3〜0.15%、Ti:0.005〜0.6%の1種以
上を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化学プラント、建築材
料、自動車排気系装置、温水器、家電など幅広い分野で
利用可能な、溶接性、特に溶込み特性に優れたフェライ
ト系ステンレス鋼に関わるものである。
【0002】
【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に比較して安価であり、強度や塩
化物環境での耐応力腐食割れ性という面でも優れている
が、耐食性や溶接性ならびに溶接部の機械的特性という
面では逆に劣っており、その適用分野に制限を受けてい
た。しかしながら、最近のフェライト系ステンレス鋼の
需要の拡大化につれて、加工性、耐食性および溶接性に
優れたフェライト系ステンレス鋼が要望されている。
【0003】このようなフェライト系ステンレス鋼溶接
部の耐食性や延性、靭性の低下に対しては、例えば、特
公昭55−47102号公報、特開平2−107744
号公報に開示されているように、CおよびN量の制限、
Ti,Nb等の安定化元素の添加、さらに、特公昭55
−47102号公報、特開昭50−109809号公報
に開示されているように、Alの添加などの技術が発明
されてきた。
【0004】一方、一般に、フェライト系ステンレス鋼
は薄板で使用され、その薄板の突合せ溶接などでは、溶
接材料を使用しない鋼材のメルトランTIG溶接となる
場合が非常に多い。このような場合、1パス溶接によっ
て安定した裏波溶接を行うこと、すなわち、安定な溶込
み形状を得ることが必須となる。
【0005】ところが、溶接の自動化の普及および高速
化に伴って、融合不良や不安定ビードなどの溶込み不足
に起因する新たな溶接性の問題が表面化している。この
ような溶込み形状に対しては、従来から鋼材に含まれる
不純物元素あるいは微量添加元素の影響が指摘されてき
た(例えば、International Materials Reviews,Vol.3
5,No.4(1990),p185-216)。しかしながら、従来知見で
は、溶込み形状に及ぼすそのような不純物元素あるいは
微量添加元素の影響について、定量的に検討したものは
なく、いまだ溶接部の溶込み不足が問題となることが多
い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、化学プラン
ト、建築材料、自動車排気系装置、温水器、家電などを
はじめとする幅広い分野での適用を可能とするために、
溶接部の延性、靭性を確保するとともに、安定な溶込み
形状が得られる優れた溶接性を有するフェライト系ステ
ンレス鋼を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の問
題を解決するために、種々の成分系のフェライト系ステ
ンレス鋼を用いて、溶接材料を使用しないメルトランT
IG溶接を行い、それらの溶込み形状および溶接部の延
性に及ぼす鋼材の成分元素の影響を検討した。その結
果、下記組成からなるフェライト系ステンレス鋼におい
て、優れた溶接性を有することを見いだした。
【0008】すなわち、本発明の要旨は、下記(1),
(2)にある。すなわち、 (1)重量%で、 C :0.005〜0.02%、 Si:0.01〜
1.0%未満、Mn:0.1〜0.5%未満、 S
:0.001〜0.01%未満、Cr:10.5〜2
4.0%、 Al:0.001〜0.03%未満、
N :0.005〜0.04%未満、O :0.005
%超0.01%未満を含有し、残りがFe及び不可避不
純物よりなり、且つ、各元素量(wt%)を[]で表示
した場合に、[O]/(1.5×[Al]+2.4×1
-2×[Si]+1.7×10-3×[Mn])で表され
る値が0.1以上、0.2以下であり、さらに[S]+
[O]で表される値が0.006%以上、0.01%以
下であることを特徴とする溶接性に優れたフェライト系
ステンレス鋼。 (2)さらに、上記成分に加えて、重量%で、 Ni:0.6%超〜2.0%、 V :0.03〜
0.15%、Ti:0.005〜0.6% の1種以上を含有することを特徴とする前記(1)記載
の溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
【0009】
【作用】以下に本発明において各成分等の範囲を限定し
た理由を述べる。 C:Cは、耐食性に有害であるが、強度の観点からある
程度以上の含有量は必要である。0.005%未満の極
低炭素量では製造コストが高くなり、さらに、強度が確
保できない。また、0.02%超では、加工性、靭性が
著しく低下するとともに、溶接のままの状態および再熱
を受けると、Crなどと結合して、粒界に炭化物として
析出し、これらの領域の耐食性を著しく劣化させる。し
たがって、0.005%以上、0.02%以下に限定し
た。
【0010】Si:Siは脱酸剤および強化元素として
有効であるが、0.01%未満ではそれらの効果は十分
ではない。また、1.0%以上では、衝撃靭性が低下す
るとともに、深溶込みに有効な固溶酸素量を低減させ
る。したがって、0.01%以上、1.0%未満に限定
した。
【0011】Mn:Mnは脱酸元素として添加するが、
0.1%未満ではその効果は十分ではない。また、0.
5%以上では、加工性が劣化する。したがって、0.1
%以上、0.5%未満に限定した。
【0012】S:Sは表面活性元素として、溶融金属の
表面張力対流を内向きにし、溶込み深さを深くするた
め、0.001%以上必要である。また、0.01%以
上では、熱間加工性、延性および耐食性を低下させる。
したがって、0.001%以上、0.01%未満に限定
した。
【0013】Cr:Crはフェライト安定元素であり、
かつ、耐食性に非常に有効な元素である。10.5%未
満では、冷却中にオーステナイト領域を通過するため、
室温ではフェライト単相組織とはならず、マルテンサイ
ト+フェライト二相組織となり、また、十分な耐食性も
得られない。24.0%超では、良好な耐食性を示す
が、靭性、延性が低下し、加工性が劣化する。したがっ
て、10.5%以上、24.0%以下に限定した。
【0014】Al:Alは脱酸剤および良好な熱間加工
性を有するために、0.001%以上の添加が必要であ
る。一方、多量に添加すると、靭性が低下するととも
に、特に、0.03%以上添加すると、表面活性元素と
して深溶込みに有効な固溶酸素量が確保できなくなり、
溶込み深さが浅くなる。したがって、0.001%以
上、0.03%未満に限定した。
【0015】N:Nは強度確保の観点から、0.005
%以上の添加が必要である。また、0.04%以上で
は、窒化物の析出が増加し、延性、靭性が低下する。し
たがって、0.005%以上、0.04%未満に限定し
た。
【0016】O:OはSと同じように、表面活性元素と
して、溶融金属の表面張力対流を内向きにし、溶込み深
さを深くするため、0.005%超必要である。また、
0.01%以上では、熱間加工性および靭性を著しく低
下させる。したがって、0.005%超、0.01%未
満に限定した。
【0017】また、選択的に添加するNi,V,Tiは
以下の理由により含有量を限定した。 Ni:Niは靭性、延性の改善に有効な元素であるた
め、0.6%超の添加が必要である。また、2.0%超
では、耐酸化性を劣化させる。したがって、0.6%
超、2.0%以下に限定した。
【0018】V:Vは強度、耐候性に有効な元素であ
り、0.03%以上の添加が必要である。また、0.1
5%超では、延性が低下する。したがって、0.03%
以上、0.15%以下に限定した。
【0019】Ti:Tiは強力な炭窒化物生成元素であ
り、Cr炭窒化物の生成を抑制し、耐粒界腐食性を改善
するとともに、強度および加工性を改善するため、0.
005%以上の添加が必要である。また、0.6%超で
は、熱間加工性を低下させる。したがって、0.005
%以上、0.6%以下に限定した。また、Ni,V,T
iについては、単独添加でも複合添加でも本発明の目的
は達せられる。
【0020】以上のような成分組成に加えて、本発明の
目的を達成させるためには、以下2つの式を規定する必
要がある。[]内は、記入された各元素の重量%を示
す。 [O]/(1.5×[Al]+2.4×10-2×[S
i]+1.7×10-3×[Mn]) Oは上述のごとく、表面活性元素として、溶込み特性に
有効である。一方、製造上、脱酸剤としてAl,Si,
Mnが必要であるが、脱酸元素が過剰に添加されると、
多量の酸素が酸化物となってしまい、溶込み特性に有効
な鋼中の固溶酸素量が確保できない。そこで、Al,S
i,Mnそれぞれの脱酸力を計算し、それらの係数をお
のおのの元素量に乗じたものの総和を総脱酸力とし、酸
素量を総脱酸力で除した値を固溶酸素量のパラメーター
とした。すなわち、上述の値が小さい場合は、固溶酸素
量が少なく、溶込み深さを確保できない、また、上述の
値が大きいと、溶込み深さは深くなるが、靭性、延性を
劣化させる。したがって、上式の右辺を0.1以上、
0.2以下に限定する。
【0021】[S]+[O] SとOはともに、表面活性元素として、溶融金属の表面
張力対流を内向きにし、溶込み深さを深くする。また、
過剰のSとOの添加は熱間加工性および靭性を著しく低
下させる。したがって、上式の右辺を0.006%以
上、0.01%以下に限定する。
【0022】本発明は、主に、板厚0.1mmから3.0
mmのフェライト系ステンレス鋼薄板を対象に、メルトラ
ンTIG溶接した時の溶接性改善を目的としたものであ
るが、板厚3.0mm以上のフェライト系ステンレス鋼厚
板に対しても、電子ビーム溶接、レーザー溶接、プラズ
マ溶接のような溶接材料を使用しない溶接方法において
も適用でき、溶接性は優れている。さらに、TIG溶
接、MIG溶接などで溶接材料を使用する場合でも、溶
接材料の溶着量が同一の場合は、鋼板の溶融挙動の観点
から従来鋼より溶込み深さは大きくなり、溶接パス数が
減少する。
【0023】
【実施例】以下、実施例に基づき発明の効果を具体的に
述べる。表1に示す化学組成の鋼を真空溶解にて溶製し
た後、公知の条件で熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷間
圧延、仕上焼鈍、酸洗を行って、板厚1.0mmの鋼板を
作製した。これらの鋼板を次に示す条件で、メルトラン
TIG溶接を行った後、溶接部の断面検鏡を行い、溶込
み深さを測定した。さらに、溶接部のエリクセン試験を
実施した。それらの結果を表2に示す。 溶接電流 :60A 溶接電圧 :10V 溶接速度 :70cm/min 電極径 :2.4φ 電極先端角 :40゜ シールドガス:トーチ ・・・Ar 20L/min アフター・・・Ar 35L/min バック ・・・Ar 3L/min
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】表2から明らかなように、比較例の中で
も、No.9,11,14は溶接部の延性は良好である
が、溶込み深さは浅く、逆に、No.13,15は溶込
み深さは深いが、延性が低くなっており、溶込み特性と
延性の両者を同時に満足していないことが分かる。それ
に対して、本発明例であるNo.1〜7は、比較例に比
べ、溶込み深さが深く、かつ同時に、溶接部の延性も良
好であり、優れた溶接性を有していることがわかる。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、溶接部の
延性を確保するとともに、安定な溶込み形状が得られる
優れた溶接性を有するフェライト系ステンレス鋼を提供
することを可能としたものであり、産業上の効果は極め
て顕著である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 百合岡 信孝 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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.005〜0.02%、 Si:0.01〜1.0%未満、 Mn:0.1〜0.5%未満、 S :0.001〜0.01%未満、 Cr:10.5〜24.0%、 Al:0.001〜0.03%未満、 N :0.005〜0.04%未満、 O :0.005%超〜0.01%未満 を含有し、残りがFe及び不可避不純物よりなり、且
    つ、[O]/(1.5×[Al]+2.4×10-2×
    [Si]+1.7×10-3×[Mn])で表される値が
    0.1以上、0.2以下であり、さらに[S]+[O]
    で表される値が0.006%以上、0.01%以下であ
    ることを特徴とする溶接性に優れたフェライト系ステン
    レス鋼。(上記式の[]内は各元素の重量%である。)
  2. 【請求項2】 重量%で、請求項1の成分に加えて、さ
    らに、 Ni:0.6%超〜2.0%、 V :0.03〜0.15%、 Ti:0.005〜0.6% の1種以上を含有することを特徴とする請求項1記載の
    溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼。
JP31225594A 1994-12-15 1994-12-15 溶接性に優れたフェライト系ステンレス鋼 Withdrawn JPH08170154A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010018821A (ja) * 2008-07-08 2010-01-28 National Institute For Materials Science 蒸気機関用鋼製部品
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WO2018003521A1 (ja) 2016-06-27 2018-01-04 Jfeスチール株式会社 フェライト系ステンレス鋼板

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