JPH08260101A - 高耐食高靱性二相ステンレス鋼溶接用溶接材料 - Google Patents
高耐食高靱性二相ステンレス鋼溶接用溶接材料Info
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- JPH08260101A JPH08260101A JP6052395A JP6052395A JPH08260101A JP H08260101 A JPH08260101 A JP H08260101A JP 6052395 A JP6052395 A JP 6052395A JP 6052395 A JP6052395 A JP 6052395A JP H08260101 A JPH08260101 A JP H08260101A
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Abstract
食性に優れた二相ステンレス鋼溶接用溶接材料の提供。 【構成】重量%でC:0.03%以下、Si:1.0%以下、M
n:1.5%以下、P:0.04 %以下、S:0.003%以下、Sol.A
l:0.040%以下、Ni:2.0〜8.0 %、Cr: 24.0〜26.0%、C
o:0〜6.0 %以下、Mo:2.0〜3.3 %、W:1.5〜5.0 %、
N: 0.24〜0.35%およびO:0.007%以下を含有し、(1)
式のPREWが 42.0 以上、(2) 式のPhが0.25〜0.35である
溶接材料。 PREW= Cr + 3.3 (Mo+ 0.5W)+16N・・・・・(1) Ph={Ni+Co+30(C+N)−0.6(Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W)+5.6 } ÷{Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W−6}・・・・(2) 上記のNiが8.0 %を超え10.0%以下のとき、Ca、Bを
0.001〜0.001 %含有させる。 上記、の成分の外に、さらにCu:0.2〜2.0 %、
V: 0.05〜1.50%の1種以上を含有する溶接材料。
Description
プ、および化学工業プラントなどに用いられる高耐食高
靱性二相ステンレス鋼を溶接するときの溶接材料に関す
る。
ステンレス鋼 (SUS304、SUS316等) 、フェライト系ステ
ンレス鋼 (SUS430等) がそれぞれ特長ある材料として広
く用いられている。近年、この両者の特長を兼ね備え、
弱点を相補完したフェライト・オーステナイト二相ステ
ンレス鋼 (SUS329系) が注目され、実用される分野が広
がっている。
(SCC)抵抗性に優れる。
を有している。
ず、Cr、Moを多く含有するので優れた耐孔食性が得られ
る。
や溶接性がオーステナイト系ステンレス鋼やフェライト
系ステンレス鋼に比べ劣るという欠点があった。二相ス
テンレス鋼を溶接するときの溶接材料としては、母材と
同成分の共金材料を使用するのが一般的である。しか
し、二相ステンレス鋼の共金材料では大入熱で溶接した
場合、高温割れが発生するという現象があった。これを
改善するため、例えば特開昭59−218295号公報には、溶
接金属のフェライト量を10〜20容量%とするため、ニッ
ケルバランス(Ni-bal.) を−10〜−6重量%に調整した
溶接材料が提案されている。また、特開昭58− 93593号
公報には、溶接金属の機械的性質、耐孔食性の観点から
ニッケルバランス(Ni-bal.) を−20〜−10とした溶接材
料が提案されている。
起され、油井の深井戸化、油井の環境の悪化に適応する
材料として新しい二相ステンレス鋼、いわゆるスーパー
二相ステンレス鋼(JIS 329J4L)が開発され注目されて
いる(特開昭62− 56556号公報、特開平5−132741号公
報参照)。
る溶接材料としても、母材と同成分の材料が使用されて
いる。また、上記特開昭59−218295号公報で提案された
溶接材料をスーパー二相ステンレス鋼の溶接に用いた場
合、溶接金属部の耐孔食性と靱性とを共に向上させるこ
とができなかった。
部のそれと同等とするためには、溶接金属部のCr+3.3
Mo+16Nで計算される指数(Wを考慮しない耐孔食性指
数PRE )を42重量%以上とする提案がある。しかし、溶
接金属部のCrおよびMo含有量を高くすると金属間化合物
(σ相)の析出が、N含有量を高くすると窒化物の析出
が著しくなり、いずれも靱性の低下を招く。従って、耐
孔食性と靱性とを同時に満足させることは極めて困難で
あった。
金属部の耐孔食性と靱性とが母材のそれと同等であり、
線材への熱間加工性に優れたスーパー二相ステンレス鋼
(たとえば JIS 329J4L)の溶接用溶接材料を提供する
ことにある。
の耐孔食性と靱性とについて研究を重ね、靱性を低下さ
せずに耐孔食性を高めるためには、溶接材料としてCrと
Moの含有量を制限し、W(タングステン)を含有させ、
耐孔食性指数PREWを 42.0 以上、およびフェライト容量
指数Phを0.25〜0.35%とした溶接材料を用いることがよ
いとの知見を得た。
の要旨とするところは、下記〜に示す溶接材料にあ
る。
下、Mn:1.5%以下、P:0.04 %以下、S:0.003%以下、
Sol.Al:0.040%以下、Ni:2.0〜8.0 %、Cr: 24.0〜26.0
%、Co:0〜6.0 %以下、Mo:2.0〜3.3 %、W:1.5〜5.0
%、N: 0.24〜0.35%およびO:0.007%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ下記(1)
式に示す耐孔食性指数PREWが 42.0 以上、(2) 式に示す
フェライト容量指数Phが0.25〜0.35である高耐食高靱性
二相ステンレス鋼溶接用溶接材料。
含有量(重量%)を示す。
的で添加され、必要に応じ添加される。
上記のNiを除く成分の外に、さらにCa:0.001〜0.01
%、B:0.001〜0.01%の1種以上を含有し、かつ下記
(1) 式に示す耐孔食性指数PREWが 42.0 以上、(2) 式に
示すフェライト容量指数Phが0.25〜0.35である高耐食高
靱性二相ステンレス鋼溶接用溶接材料。
含有量(重量%)を示す。
u:0.2〜2.0 %とV: 0.05〜1.50%の1種以上を含有す
るまたはに記載の高耐食高靱性二相ステンレス鋼溶
接用溶接材料。
めるため、溶接材料の化学成分の外に耐孔食性指数PREW
およびフェライト容量指数Phを規定したものである。
て、その作用効果と含有量の限定理由を説明する。なお
成分含有量についての%は全て重量%を意味する。
イト相を安定化させる元素である。しかし、その含有量
が0.03%を超えると炭化物が析出しやすくなり、溶接金
属部の耐孔食性が低下する。従って、C含有量は0.03%
以下とした。
して使用される。しかし、溶接時には金属間化合物 (σ
相等) の生成を促進し、溶接金属部の靱性を低下させ
る。従って、その含有量は1.0 %以下とした。好ましい
のは0.5 %以下である。
して使用され、またSと結合して熱間加工性を改善し、
さらにNの溶解度を大きくする元素である。しかし、Mn
含有量が1.5 %を超えると溶接金属部の耐孔食性を低下
させる。従って、その含有量は1.5 %以下とした。
0.025 %以上混入する不純物元素であり、少なければ少
ないほうがよい。その含有量が0.040 %を超えると溶接
金属部の耐孔食性および靱性の低下が著しい。従って、
その含有量は0.040 %以下とした。
不可避的に混入する元素であり、少ないほうがよい。S
は鋼の熱間加工性を低下させ、線材への圧延加工を困難
とするとともに、硫化物となって孔食の発生起点とな
り、溶接金属部の耐孔食性を損なう。従って、その含有
量は0.003 %以下とした。好ましいのは0.001 %以下で
ある。
必要な量だけ添加される。しかし、Nと結合して AlN
(窒化アルミニウム) を析出しさせ、Sol.Al含有量が0.0
40 %を超えると、溶接金属部の靱性および耐孔食性を
劣化させる。従って、Sol.Al含有量を0.040 %以下とし
た。なお、本発明の溶接材料では酸素を低くしたいの
で、真空溶解などを採用する方が好ましい。
溶接金属部のフェライト容量を調整し、耐孔食性と靱性
を改善する。しかし、その含有量が2.0 %以下では、そ
れらの効果が得られない。また、溶接金属部のフェライ
ト相は母材に比較してCr、Mo、Wの濃化が小さいので、
耐孔食性が低下する。従って、溶接金属部の耐孔食性を
向上させるには、フェライト量を少なくすることが必要
で、溶接材料では前記フェライト容量指数Ph値が 0.25
以上となるように、Niの下限値を定める必要がある。し
かし、Ni含有量が10.0%を超えると溶接時にσ相の析出
を助長し、靱性の低下を招く。また、Ni含有量が8.0 %
を超えると熱間加工性が低下する。従って、Ca、Bを添
加しないときはNiは8.0 %までにとどめ、8.0 を超える
ときはCaまたはBを添加する。
安定化し、溶接金属部のフェライト容量を調整し、耐孔
食性と靱性を改善する。Niに比べ溶接時にσ相を析出さ
せる程度が小さいため、必要によりNiの一部をCoで置換
する。しかし、CoはNiに比べ高価であるため、その上限
を6.0 %とした。
その含有量が 24.0 %未満では、溶接金属部の耐孔食性
が母材の溶接熱影響部と同等の性能が得られない。しか
し、Crは金属間化合物 (σ相等) の析出を顕著にし、線
材加工時の熱間加工性を低下させる。また、溶接時の溶
接金属部にσ相が析出して靱性を低下させる。従って、
その含有量は24.0〜26.0%とした。
性を向上させる元素である。特に耐孔食性および耐隙間
腐食性を高めるため、その含有量を2.0 %以上とした。
一方、Mo含有量が3.3 %を超えると、Crと同様に金属間
化合物の析出を容易にする作用が強く、製造中の素材の
脆化の原因になり、線材加工が困難となる。また、溶接
時に溶接金属部にσ相の析出を促進させ、継手部の脆化
を招く。従って、その含有量は 2.0〜3.3 %とした。
性、特に孔食および隙間腐食への抵抗性を向上させる元
素であり、pHの低い環境でも耐孔食性を低下させない安
定な酸化物を形成する。また、Cr、Mo、Nと同様に耐孔
食性を向上させる元素であり、しかもCrやMoのようにσ
相を析出させない。即ち、Cr、Moの含有量を少なくして
耐孔食性指数PREWを高めることができる。しかし、1.5
%以下ではその効果が少なく、5.0 %を超えて含有させ
てもその効果は飽和する。従って、その含有量は 1.5〜
5.0 %とした。好ましいのは 2.0〜5.0 %である。
させ、また、耐孔食性を向上させる。本発明の溶接材料
のようにフェライト生成元素であるCr、Moが多量に含有
する場合には、溶接金属部のフェライト相とオーステナ
イト相のバランスを適正(そのための手段としてPhを0.
25から0.35とする)なものにするために、N含有量を0.
24%以上とする必要がある。さらにNは、耐孔食性指数
PREWに寄与してCr、MoおよびWと同様、耐孔食性を向上
させる。しかし、0.35%を超えると、Crを24.0〜26.0%
含有する二相ステンレス鋼では、溶接金属部にブローホ
ール欠陥が発生する。また、溶接の際の熱影響による窒
化物の生成により溶接金属部の靱性、耐食性を劣化させ
る。
数PREWが 42.0 以上となるように、その含有量を調整し
なければならない。
よびBは、二相ステンレス鋼の熱間加工性を改善する。
本発明では溶接金属部の耐孔食性を確保するためフェラ
イト容量を25〜45%に調節する。このために溶接材料に
8.0 %を超えるNiを含有させると、線材の圧延時にσ相
を析出して熱間加工性を低下させる。これを改善するた
め、CaまたはBを含有させる。しかし、Ca、Bがいずれ
も0.001 %以下では上記の効果が得られず、0.01%を超
えると溶接金属部の耐孔食性を損なう。従って、Caまた
はBの含有量は、いずれも 0.001〜0.01%とするのが好
ましい。
せて熱間加工性を損ない、線材加工を困難とする。この
ため、O含有量は少なければ少ないほうがよい。しか
し、真空溶解炉などで得られる 0.007%までは許容でき
る。また、本発明の溶接材料では、AlやSiを低減したい
ので、O含有量を少なくするため真空溶解法などを採用
するのが好ましい。
接金属部の耐食性、特に硫酸等の酸に対する耐酸性を向
上させる。
るいは硫化水素環境での耐食性を向上させる。しかし、
Cu含有量が0.2 %未満ではその効果がなく、2.0 %を超
えると熱間加工性を低下させる。従って、その含有量は
0.2〜2.0 %とした。
性を向上させる。しかし、0.05%未満ではその効果がな
く、1.50%を超えるとフェライト量が増加し、溶接金属
部の靱性および耐食性が低下する。従って、その含有量
は0.05〜1.50%とした。
の限定の外に、溶接金属部の耐孔食性と靱性を高めるた
め耐孔食性指数とフェライト容量指数とを規定する。
テンレス鋼の耐孔食性の良否を判断する指標として耐孔
食性指数が提案されている。本発明ではWを耐孔食性向
上元素として加味した耐孔食性指数 PREW=Cr+3.3(Mo+ 0.5W) +16N・・・・・(1) を採用し、Wを従来よりも多く含有させ、PREWを 42.0
以上として耐孔食性を向上させた。また、Wを増量する
ことによってσ相の析出を抑制して耐孔食性、靱性を向
上させることができる。
ステンレス鋼のフェライト相とオーステナイト相とで
は、その成分元素の濃度が異なり、各元素がある一定の
比率 (分配係数)で分配されている。ところが、溶接金
属部の分配係数は母材のそれよりも小さく、フェライト
相でのCr、Mo量は母材よりも低くなる。特に、溶接金属
部のフェライト相での耐食性を高める元素( Cr 、Mo)
を多くするためには、フェライト相の割合を低くする必
要がある。しかし、Ph値が0.25未満ではその効果がな
く、0.35を超えると溶接時のCr、Moの凝固偏析が顕著と
なり、溶接金属部でのσ相の析出が促進される。従っ
て、溶接材料ではフェライト容量指数Phを0.25〜0.35に
調節する必要がある。
元素記号は、その元素の含有量(重量%)を示す。
とすると、材料の熱間加工性が低下し、溶接材料として
の線材への加工が困難となる。特に、Niを8.0 %以上含
有させる場合には、O(酸素)、S(S)を低減し、か
つCa(カルシウム)、B(ボロン)を含有させるのが好
ましい。
性、溶接金属部の靱性と耐孔食性について実施例により
説明する。
を有する二相ステンレス鋼(No.14 を除く)を真空溶解
によって 500kgの鋳塊に鋳造した。No.14 は大気溶解を
行った。これを1250℃に加熱して、鍛造比16で直径50mm
の鋼片に鍛造した。このとき熱間加工性を評価するた
め、得られた鋼片の断面での割れの有無を浸透探傷法を
用いて調査した。それらの結果を表2に示す。
明例のNo.1〜7、および比較例のNo.8〜12には割れが検
出されず、良好に鍛造できた。しかし、比較例のNo.13
はNi含有量が9.13%に対しCaまたはBを含有しないの
で、No.14 はO含有量が0.0088%と高いので、No.15 は
Mo含有量が4.12%と高いので、いずれも割れが検出され
た。
CaまたはBを添加するか、酸素含有量を少なく制限する
ことによって、熱間加工性が向上することがわかる。
o.1からNo.12 、外径50mm)を、外径10mmまで熱間圧延
し、さらに冷間圧延と1100℃での軟化処理との繰り返し
によって直径2mmの線材に加工し、溶接材料とした。
は、二相ステンレス鋼板をTIG(タングステン・イナ
ートガス)溶接した継手の断面を示す図である。溶接継
手の母材には25%Cr-7%Ni-3%Mo-0.3%Nのスーパー二
相ステンレス鋼5(SUS329J4L 、厚さ15mm、幅100 mm、
長さ300 mm)を用い、溶接材料には上記直径2mmの線材
を用いた。先ず、図1に示すようにステンレス鋼5の開
先の傾斜部3と裏当て材6の表面4に、溶接金属部に母
材成分の影響をなくすため、TIG溶接法でバタリング
溶接部2を形成した後、同じ溶接材料を用いて入熱量 2
0KJ/cmにて溶接することにより、溶接継手7を作製し
た。
(図(a) )と孔食試験片(図(b) )を採取する位置を示
す図である。シャルピー衝撃試験片8 (JISZ2202-4号)
は、切欠部が図(a) に示すように溶接金属の中央部にな
るように、孔食試験片9は、図(b) に示すように溶接金
属部から採取した。シャルピー衝撃試験は−30℃の温度
で行い、孔食試験は50℃の6% FeCl3水溶液中に24時間
浸漬して行った。孔食試験では孔食の発生の有無を目視
にて観察した。それらの結果を表2に示した。
料No.1〜7は、シャルピー衝撃値が108(kJ/cm2) 以上得
られ、また孔食試験でも孔食が観察されず、靱性と耐孔
食性が共に優れていた。
び12は、フェライト容量Ph値がそれぞれ0.21、0.10、0.
19と低いため、孔食試験で孔食が観察された。
いため、衝撃値が38kJ/cm2と低く、靱性が低下した。
9.6と低いため、孔食試験で孔食が観察された。
耐孔食性指数PREWとフェライト容量指数Phを特定するこ
とによって、線材への熱間加工性に優れ、かつ溶接金属
部の靱性と耐孔食性を高める。従って、この溶接材料を
スーパー二相ステンレス鋼の溶接に使用した場合、溶接
金属部に母材と同等の靱性と耐孔食性とを付与すること
ができる。
イナートガス)溶接した継手の断面を示す図である。
)と孔食試験片(図(b) )を採取する位置を示す図で
ある。
3.開先の傾斜部 4.裏当て材の表面 5.二相ステンレス鋼板
6.裏当て材 7.溶接継手 8.シャルピー衝撃試験片
9.孔食試験片
Claims (4)
- 【請求項1】重量%でC:0.03%以下、Si:1.0%以下、
Mn:1.5%以下、P:0.04 %以下、S:0.003%以下、Sol.
Al:0.040%以下、Ni:2.0〜8.0 %、Cr: 24.0〜26.0%、
Co:0〜6.0 %、Mo:2.0〜3.3 %、W:1.5〜5.0 %、N:
0.24〜0.35%およびO:0.007%以下を含有し、残部がFe
および不可避的不純物からなり、かつ下記(1) 式に示す
耐孔食性指数PREWが 42.0 以上、(2) 式に示すフェライ
ト容量指数Phが0.25〜0.35である高耐食高靱性二相ステ
ンレス鋼溶接用溶接材料。 PREW= Cr + 3.3(Mo+ 0.5W)+16N・・・・・(1) Ph={Ni+Co+30(C+N)−0.6(Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W)+5.6 } ÷{Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W−6}・・・・(2) 但し、(1) 式および(2) 式中の元素記号は、その元素の
含有量(重量%)を示す。 - 【請求項2】重量%でC:0.03%以下、Si:1.0%以下、
Mn:1.5%以下、P:0.04 %以下、S:0.003%以下、Sol.
Al:0.040%以下、Ni:8.0%を超え〜10.0%以下、Cr: 2
4.0〜26.0%、Co:0〜6.0 %、Mo:2.0〜3.3 %、W:1.5
〜5.0 %、N: 0.24〜0.35%およびO:0.007%以下を含
有し、さらにCa:0.001〜0.01%、B:0.001〜0.01%の1
種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からな
り、かつ下記(1) 式に示す耐孔食性指数PREWが 42.0 以
上、(2) 式に示すフェライト容量指数Phが0.25〜0.35で
ある高耐食高靱性二相ステンレス鋼溶接用溶接材料。 PREW= Cr + 3.3(Mo+ 0.5W)+16N・・・・・(1) Ph={Ni+Co+30(C+N)−0.6(Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W)+5.6 } ÷{Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W−6}・・・・(2) 但し、(1) 式および(2) 式中の元素記号は、その元素の
含有量(重量%)を示す。 - 【請求項3】重量%でC:0.03%以下、Si:1.0%以下、
Mn:1.5%以下、P:0.04 %以下、S:0.003%以下、Sol.
Al:0.040%以下、Ni:2.0〜8.0 %、Cr: 24.0〜26.0%、
Co:0〜6.0 %、Mo:2.0〜3.3 %、W:1.5〜5.0 %、N:
0.24〜0.35%およびO:0.007%以下を含有し、さらにC
u:0.2〜2.0 %、V: 0.05〜1.50%の1種以上を含有
し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ下記
(1) 式に示す耐孔食性指数PREWが 42.0 以上、(2) 式に
示すフェライト容量指数Phが0.25〜0.35である高耐食高
靱性二相ステンレス鋼溶接用溶接材料。 PREW= Cr + 3.3 (Mo+ 0.5W)+16N・・・・・(1) Ph={Ni+Co+30(C+N)−0.6(Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W)+5.6 } ÷{Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W−6}・・・・(2) 但し、(1) 式および(2) 式中の元素記号は、その元素の
含有量(重量%)を示す。 - 【請求項4】重量%でC:0.03%以下、Si:1.0%以下、
Mn:1.5%以下、P:0.04 %以下、S:0.003%以下、Sol.
Al:0.040%以下、Ni:8.0%を超え〜10.0%以下、Cr: 2
4.0〜26.0%、Co:0〜6.0 %、Mo:2.0〜3.3 %、W:1.5
〜5.0 %、N: 0.24〜0.35%およびO:0.007%以下を含
有し、さらにCu:0.2〜2.0 %、V: 0.05〜1.50%の1種
以上、およびCa:0.001〜0.01%、B:0.001〜0.01%の1
種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からな
り、かつ下記(1) 式に示す耐孔食性指数PREWが 42.0 以
上、(2) 式に示すフェライト容量指数Phが0.25〜0.35を
満足する組成からなる高耐食高靱性二相ステンレス鋼溶
接用溶接材料。 PREW= Cr + 3.3 (Mo+ 0.5W)+16N・・・・・(1) Ph={Ni+Co+30(C+N)−0.6(Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W)+5.6 } ÷{Cr+ 1.5Si+Mo+ 0.4W−6}・・・・(2) 但し、(1) 式および(2) 式中の元素記号は、その元素の
含有量(重量%)を示す。
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---|---|---|---|
JP7060523A JP3022746B2 (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | 高耐食高靱性二相ステンレス鋼溶接用溶接材料 |
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JPH08260101A true JPH08260101A (ja) | 1996-10-08 |
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