JPH09291343A - 溶接構造物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐微生物腐食性に優れた溶接構造物およびその
溶接構造物の製造方法の提供。 【解決手段】（１）母材ステンレス鋼に対して下記、、
のCr等を含み、δフェライトが7vol% 以下のオーステナイトのステンレス
鋼の溶接金属を含む溶接構造物。Cr^O等を母材のwt%と
し、Cr^J等を溶接金属のwt%として、Cr^J-Cr^O≧2.35・・、Mo
^J-Mo^O≧0.27・・、{Cr^J+1.1Mo^J+12N^J+0.1Nｉ^J}-{Cr^O+1.1
Mo^O+12N^O+0.1Ni^O｝≧2.85・・ （２）wt%でC:0.08以下、Si:0.1〜1.5、Mn:0.1〜2.5、Ni:
3.5〜45、Cr:15〜30、 Mo:0〜7、Cu:0〜3、N:0.002〜0.3、
任意元素を含むステンレス鋼に対して下記、、、のCr等
を含むステンレス鋼溶材により、上記ステンレス鋼を溶接する上記
（１）の溶接構造物の製造法。Cr^W等を溶接材料のwt%と
して、Cr^W-Cr^O≧2.5・・、Mo^W-Mo^O≧0.3・・、{Cr^W+1.1Mo
^W+12N^W+0.1Ni^W}-{Cr^O+1.1Mo^O+12N^O+0.1Ni^O}≧3・・、1.3
4Cr^W(eq)-Ni^W(eq)≦14・・、ただし、Cr^W(eq)=Cr^W+Mo^W+
1.5Si^W、Ni^W(eq)=Ni^W+30C^W+30N^W+0.5Mn^W

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、湖沼水、河川水な
どの淡水環境で使用される配管、送水ポンプ、熱交換器
もしくはダムゲート、または海水中で使用される海洋構
造物などの部材または全体である溶接構造物およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

1) 塩素イオンを含有する水溶液中でステンレス鋼を使
用した場合、孔食や隙間腐食などの局部腐食の発生が問
題となることがある。これらの塩素イオンを含有する水
溶液中におけるステンレス鋼の孔食や隙間腐食の発生に
対しては、従来から溶液中の塩素イオンの濃度と溶液の
温度が重要な因子と考えられてきた。

【０００３】2) しかし、最近これらの因子のみでは説
明しきれない、いわゆる微生物腐食が問題となるケース
が報告されるようになってきた。微生物腐食とは、環境
中に存在している微生物の作用により誘起される腐食で
あり、例えば嫌気性環境下における硫酸塩還元菌による
炭素鋼の腐食促進の事例がよく知られている。

【０００４】また、試薬を用いて塩素イオン濃度等を調
整して腐食環境を人工的に再現した溶液中における試験
では十分な耐食性を有するステンレス鋼でも、実際の海
水や淡水等の自然環境水中においては局部腐食が発生す
る場合がある。これも自然環境中に存在している微生物
の影響によるものと考えられている。つまり、自然環境
中においては、そこに存在している微生物の作用により
ステンレス鋼の腐食電位が貴側に移行して、局部腐食発
生電位を超えてしまうために局部腐食の発生に至ると考
えられる。

【０００５】このような微生物に起因するステンレス鋼
の腐食は、母材（被溶接材）よりも溶接部において発生
しやすいことが報告されている。さらに、溶融凝固した
組織中のオーステナイト相の選択溶解が顕著に発生する
ことが知られている。

【０００６】ステンレス鋼の溶接材料としては、例え
ば、汎用のSUS 304 鋼にはSUSY308が、またSUS 316L鋼
には母材と同じ組成である共金系のSUSY316Lが、一般的
に用いられる。これら溶接材料を用いて溶接した溶接金
属の組織中には数％程度のδフェライト相が析出してお
り、そのような組織においてオーステナイト相の溶解が
選択的に生じ、スケルトン状のδフェライト相が残る微
生物腐食の事例が多く報告されている（G. J. Licina；
CORROSION，88 (1988), No.268）。SUSY308やSUSY316L
等の既存の溶接材料では、ＣｒやＭｏ等の耐食性改善に
有効な元素が母材よりも幾分高く設定されているが、そ
のような軽微な対策では耐微生物腐食性に対しては不十
分である。

【０００７】一般に、溶接材料を用いて母材を溶接した
結果できた“凝固組織からなる部分”を、“溶接金属”
という。溶接金属には、溶接材料から移行した大部分
と、一部溶融した母材が含まれる。溶接金属のうち、溶
接材料から移行した合金分をとくに“溶着金属”という
場合がある。すなわち、溶接金属は溶接材料の組成その
ものではなく、比率は小さいが溶融した母材によって希
釈された溶着金属から構成される。希釈の程度は、溶接
方法、とくに溶接入熱に依存し、ステンレス鋼の溶接に
汎用されるガス・タングステン・アーク溶接（ＧＴＡ
Ｗ）のように比較的入熱が小さい場合には、希釈は大き
くない。

【０００８】また、“溶接部”とは“溶接金属および溶
接熱影響部（ＨＡＺ）”を指す。ＨＡＺは、溶接時に溶
融しない部分を指すこととする。“ボンド”とは、溶着
金属と母材の境目付近の母材が溶融した部分をも含む部
分をいう。通常、ボンドは母材の化学組成の影響が大き
いために、ＨＡＺに含まれるものとして扱われるが、本
明細書においては“ボンドのうち溶融した部分”をも
“溶接金属”に含めることとする。

【０００９】3) 苛酷な腐食環境下において、耐食性が
劣る溶接金属に母材と同等の耐食性を付与するために、
耐孔食性向上に有効なＭｏ等を母材より多く溶接金属に
含有させる対策が従来行われてきた。さらに、合金元素
増量程度の対策にとどまらず、Ａｌｌｏｙ６２５（61%N
i-9%Mo-22%Cr-3.4%Nb ）等の高価な高合金材料が用いら
れる場合もある（小川他；溶接学会論文集,9[1](1991),
p154）。

【００１０】このようなＮｉ基合金が用いられる理由の
一つとして、溶接材料中にＭｏを母材よりも多く含有さ
せても、Ｆｅ基合金では凝固した溶接金属中でのＭｏの
偏析が大きく、Ｍｏの効果が得られにくいが、Ｎｉ基合
金では、Ｍｏの凝固偏析が小さいことが挙げられる。

【００１１】これまでの、溶接金属の組織の不均一性に
起因する耐食性劣化の試験は、上記Ａｌｌｏｙ６２５使
用の例も含めて、ほとんどがＦｅＣｌ₃ 溶液中での苛酷
な腐食環境（低ｐＨ、高Ｃｌ^-）中で行われたものであ
る。このような苛酷な環境は、微生物腐食の発生が問題
となる中性の海水もしくは海水の混入した淡水または淡
水（数ｐｐｍＣｌ^- ）のような比較的マイルドな環境中
での腐食機構とは本質的に異なるものである。

【００１２】4) 苛酷な環境を前提とした溶接材料のむ
やみな高合金化は経済性の観点からも好ましくなく、耐
微生物腐食性に優れた汎用性のある適切な溶接材料に対
する要望が高まっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、海水または
湖沼水もしくは河川水などの微生物腐食が問題となる比
較的マイルドな自然環境水中において優れた耐微生物腐
食性を有する安価な溶接金属をふくむ溶接構造物および
その溶接構造物の製造方法の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】自然環境中におけるステ
ンレス鋼の微生物腐食の発生の機構はつぎのようにまと
められる。

【００１５】1) ステンレス鋼を微生物の存在する自然
環境水中に浸漬すると、その表面には付着した微生物に
よる膜、いわゆる生物皮膜が速やかに形成される。この
生物皮膜が存在するとステンレス鋼の腐食電位の貴側へ
の移行が生じ、その表面では、カソード反応（酸素還元
反応）が著しく促進されていることが明らかになった
（天谷ら：日本金属学会会報 ,35(1996),231）。これは
微生物の代謝反応の中間生成物として過酸化水素等の活
性酸素種が生成し、それら活性酸素種が酸化作用を促進
するからである。

【００１６】2) このような腐食電位の貴化にともな
い、塩素イオンが存在する環境中では、ステンレス鋼表
面の不働態皮膜の一部は、塩素イオンにより破壊されて
孔食等の局部腐食の発生に至る。このように、温度ある
いは塩素イオン濃度からのみ判断するかぎり比較的マイ
ルドであると考えられるような環境でも、微生物が存在
することにより、腐食の発生が激しく起きるのである。

【００１７】3) この機構に基づく微生物腐食は、実際
の配管や構造物の場合、溶接部、とくに溶接金属に集中
的に発生する。その理由として、溶接金属においては、
その形状のために溶液の滞留部が生じやすく、したがっ
て微生物が付着しやすいことが考えられる。すなわち、
溶接金属において上記の活性酸素種による酸化作用が促
進される。これに対しては、溶接ビード部を平滑に研磨
するなどの処置が考えられるものの、管内面等では難し
く、手間もかかるためにあまり実際的な方法であるとは
いえない。

【００１８】4) さらに、溶接金属では、(a) 溶接時に
生成した酸化スケールが表面に存在すること、(b) 凝固
ままの組織であるためにミクロ組織に対応した成分の不
均一があること等により、微生物腐食の感受性が母材に
比して高くなる。すなわち、微生物の作用によって酸化
性環境となり腐食電位が貴化すると、溶接金属の不働態
皮膜が母材の不働態皮膜に比べて安定度が低いので、塩
素イオンの存在する環境下では溶接金属において、選択
的に不働態皮膜の破壊が起こり、腐食が発生するのであ
る。ミクロ組織的な視点からみて、溶接金属における微
生物腐食がオーステナイト相の選択溶解となるのは、こ
のような凝固組織中におけるδフェライト相とオーステ
ナイト相との成分不均一に起因する。

【００１９】本発明者は、このような微生物に起因する
ステンレス鋼溶接金属の腐食に及ぼす溶接金属の合金組
成とミクロ組織の影響について試験と考察を行うことに
より、つぎに示すような耐微生物腐食性に優れた溶接構
造物、とくに溶接金属、およびその製造方法、とくに溶
接材料を見いだした。

【００２０】本発明は、Ｃｒ等の合金元素を母材ステン
レス鋼に比べて一定量多くした溶接金属をふくむ溶接構
造物およびその溶接構造物の製造方法を要旨とする。

【００２１】（１）ステンレス鋼の母材とステンレス鋼
の溶接金属とからなる溶接構造物にあって、溶接金属の
Ｃｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮｉの含有率が、母材のＣｒ、Ｍ
ｏ、ＮおよびＮｉの含有率に対して下記の式、式お
よび式を満足し、かつ、ミクロ組織のδフェライトの
体積率が７％以下で残余が実質オーステナイトからなる
溶接金属である溶接構造物（〔発明１〕とする）。

【００２２】ここに、合金元素の%を重量%とし、母材の
Ｃｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮｉの含有率をＣｒ^O、Ｍｏ^O、Ｎ
^OおよびＮｉ^Oとし、溶接金属のＣｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮ
ｉの含有率を、Ｃｒ^J、Ｍｏ^J、Ｎ^JおよびＮｉ^Jとして、 Ｃｒ^J(%)−Ｃｒ^O(%)≧２．３５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｍｏ^J(%)−Ｍｏ^O(%)≧０．２７・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ｛Ｃｒ^J(%)＋１．１Ｍｏ^J(%)＋１２Ｎ^J(%)＋０．１Ｎｉ^J(%)｝−｛Ｃｒ^O(%)＋１ ．１Ｍｏ^O(%)＋１２Ｎ^O(%)＋０．１Ｎｉ^O(%)｝≧２．８５・・・・・・・・・ （２）ステンレス鋼の被溶接材とステンレス鋼の溶接金
属からなる溶接構造物の製造において、被溶接材とし
て、重量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１〜
１．５％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｎｉ：３．５〜４
５％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｍｏ：０〜７％、Ｃｕ：０
〜３％、Ｎ：０．００２〜０．３％、Ｎｂ：０〜０．５
％、Ｔｉ：０〜０．５％およびＡｌ：０〜０．２％以下
を含むステンレス鋼に対して、溶接材料として、そのＣ
ｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮｉが下記の式、式および式
を満足し、かつ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃおよ
びＭｎが式をも満足するステンレス鋼を用いて、溶接
する上記（１）に記載する溶接構造物の製造方法（〔発
明２〕とする）。

【００２３】ここに、被溶接材のＣｒ、Ｍｏ、Ｎおよび
Ｎｉの含有率をＣｒ^O、Ｍｏ^O、Ｎ^OおよびＮｉ^Oとし、溶
接材料のＣｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＣおよびＭｎの
含有率をＣｒ^W、Ｍｏ^W、Ｎ^W、Ｎｉ^W、Ｓｉ^W、Ｃ^Wおよび
Ｍｎ^Wとして、 Ｃｒ^W(%)−Ｃｒ^O(%)≧２．５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｍｏ^W(%)−Ｍｏ^O(%)≧０．３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ｛Ｃｒ^W(%)＋１．１Ｍｏ^W(%)＋１２Ｎ^W(%)＋０．１Ｎｉ^W(%)｝ −｛Ｃｒ^O(%)＋１．１Ｍｏ^O(%)＋１２Ｎ^O(%)＋０．１Ｎｉ^O(%)｝≧３・・ １．３４Ｃｒ^W（ｅｑ）−Ｎｉ^W（ｅｑ）≦１４ ・・・・・・・・・・・・ ただし、Ｃｒ^W（ｅｑ）＝Ｃｒ^W(%)＋Ｍｏ^W(%)＋１．５
Ｓｉ^W(%) Ｎｉ^W（ｅｑ）＝Ｎｉ^W(%)＋３０Ｃ^W(%)＋３０Ｎ^W(%)＋
０．５Ｍｎ^W(%) 〔発明１〕における“溶接金属”には、ＧＴＡＷおよび
ＧＭＡＷによって溶接された溶接金属のみならず、フラ
ックスを被覆された溶接棒を用いたシールディッド・メ
タル・アーク溶接（いわゆる手溶接、以下、ＳＭＡ
Ｗ）、フラックスを使用したＳＡＷ、またフラックス入
りの複合ワイヤを用いた溶接方法によって製作された溶
接金属が含まれる。また、“溶接構造物”とは、溶接鋼
管、配管として溶接された継目無鋼管または溶接された
鋼板もしくは鋼棒など、およそ溶接された鋼部材等のす
べてが該当する。

【００２４】〔発明２〕における“溶接材料”は、ＳＭ
ＡＷに用いられる溶接棒の芯の鋼棒、ＧＴＡＷやガス・
メタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）およびサブマージ・ア
ーク溶接（ＳＡＷ）用のソリッドワイヤまたは溶接鋼棒
をさす。フラックス入りの複合ワイヤの場合は、フラッ
クスを除いた残りの鋼の部分のことをさす。

【００２５】ＳＭＡＷまたはＳＡＷの際は、フラックス
は必ず使用されるが、フラックス以外の鋼の部分が〔発
明２〕に該当すれば、本発明方法の使用となる。

【００２６】溶接材料の鋼の合金元素の重量％は、ＳＭ
ＡＷの場合は溶接棒の芯の鋼、また、その他の溶接方法
の場合はソリッドワイヤまたは鋼の部分での重量％であ
り、母材の鋼の合金元素の重量％は母材中での重量％
を、また溶接金属の鋼の合金元素の重量％は溶接金属中
での重量％を表す。３者は類似した組成のステンレス鋼
なので、３者のそれぞれにおいて、例えばＮｉが同じ重
量％であるということは、同じ重量の３者をとったと
き、それぞれにおいて、Ｎｉはほとんど同じ量ふくまれ
るとみることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】

１．被溶接材（母材） 本発明における母材、すなわち被溶接材はステンレス鋼
のうち、オーステナイト系ステンレス鋼、例えば、SUS
304、SUS 304L、SUS 304N1およびSUS 316、SUS316L、SU
S316N などが対象となる。

【００２８】これら母材ステンレス鋼に含まれる合金元
素は、一般にステンレス鋼の範囲として知られている範
囲、例えば、つぎの範囲にあるものが対象となる。

【００２９】まず、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮｉ、すなわ
ちＣｒ^O、Ｍｏ^O、Ｎ^OおよびＮｉ^Oは、Ｃｒ^O：１５〜３
０％、Ｍｏ^O：０〜７％、Ｎ^O：０．００２〜０．３％
およびＮｉ^O：３．５〜４５％の範囲内にあればよい。

【００３０】つぎに、その他の元素は、Ｃ^O：０．０８
％以下、Ｓｉ^O：０．１〜１．５％、Ｍｎ^O：０．１〜３
％、Ｐ^O：０．０３％以下、Ｓ^O：０．０３％以下、Ｃｕ
^O：０〜３％、Ｎｂ^O：０〜０．５％、Ｔｉ^O：０〜０．
５％、Ａｌ^O：０〜０．２％の範囲にあればよい。

【００３１】〔発明２〕において母材がこれらの合金元
素を上記の範囲に含むステンレス鋼であるとした理由は
つぎのとおりである。

【００３２】Ｃｒ^O：Ｃｒは、１５％未満では母材自体
の耐食性が十分ではなく、一方、３０％を超えると加工
性が劣化するので１５〜３０％とする。

【００３３】Ｍｏ^O：母材ステンレス鋼にＭｏは添加さ
れていなくてもよい。しかし、ＭｏはＣｒと共存して母
材の耐食性を向上させるので、より厳しい環境にさらさ
れる場合、または腐食促進度の強い微生物の環境に対処
する場合には添加する。しかし、７％を超えると表面性
状が劣化するので含ませるとしても７％以下とする。よ
り美麗な表面性状と耐食性を備えるためには０．５〜
４．５％とすることが望ましい。

【００３４】Ｎ^O：Ｎは、意図的に添加しなくてもよ
い。意図的に添加しない場合に鋼に含まれるＮの下限は
０．００２％程度である。しかし、自然に鋼中に含まれ
る量を超えて添加すると降伏強さを高めるので、Ｃを下
げることができ耐食性の向上に有効である。また、Ｎ自
体にも耐孔食性を高める効果があるので、さらに厳しい
環境で使用する場合には添加する。しかし、０．３％を
超えると、表面疵の原因となる粗大な窒化物を析出し表
面疵を多発するので、含有させる場合でも０．３％以下
とする。良好な耐食性と表面性状を得るためには０．０
２〜０．２５％とすることが望ましい。

【００３５】Ｎｉ^O：Ｎｉは、組織をオーステナイト相
にするのに必要である。Ｎｉが３．５％未満では、オー
ステナイト化が十分でなく、また４５％を超えると、き
わめて粘着力の強い酸化スケールを生じ押し込み疵を発
生したり、酸洗時間が長時間となるので３．５〜４５％
とする。

【００３６】Ｃ^O：Ｃは、ＨＡＺにＣｒ炭化物を生成し
やすく、その場合、耐食性を劣化するので、少なくする
ことが望ましい。しかし、Ｃを下げるには製鋼費用を上
昇させるので、許容される範囲である０．０８％以下と
する。さらに耐食性を向上させるには０．０６％以下と
することが望ましい。

【００３７】Ｓｉ^O：Ｓｉは、鋼の脱酸に必要であり、
また耐食性も高める。０．１％未満ではこれらの効果を
十分期待できず、一方１．５％を超えると加工性が劣化
するので０．１〜１．５％とする。

【００３８】Ｍｎ^O：Ｍｎは鋼の脱酸に効果があり、ま
たオーステナイトフォーマーとしてＮｉの補助的な役割
をするが、０．１％未満では不十分である。一方、２．
５％を超えると耐食性が劣化するので０．１〜２．５％
とする。

【００３９】Ｃｕ^O：Ｃｕは添加しなくてもよい。添加
すると降伏強さを高め耐食性も高める効果が期待できる
ので、降伏強さを高める場合には添加する。しかし、３
％を超えると加工性が劣化するので、含有させる場合で
も３％以下とする。良好な加工性と高い降伏強さを両立
させるためには、０．５〜２．５％とすることが望まし
い。

【００４０】Ｎｂ^O：Ｎｂは添加しなくてもよい。Ｎｂ
は鋼中でＣをＮｂ炭化物として固定し、耐食性を安定し
て高く保てるので、一時的または定期的に高温にさらさ
れるおそれのある部位に使用する場合には添加する。し
かし、０．５％を超えると表面性状が劣化するので、含
有させる場合でも０．５％以下とする。良好な表面性状
と安定した耐食性の両方を確保するには、０．１〜０．
３５％とすることが望ましい。

【００４１】Ｔｉ^O：０〜０．５％ Ｔｉは添加しなくてもよい。ＴｉはＮｂと同様に安定な
炭化物を生成し、耐食性の向上に有効であり、しかも表
面性状の劣化も起きないので、これらの性能を向上させ
る場合には添加する。しかし、０．５％を超えると加工
性および靭性を低下させるので、含ませる場合でも０．
５％以下とする。良好な耐食性ならびに加工性および靭
性を確保するには０．０５〜０．３５％とすることが望
ましい。

【００４２】Ａｌ^O：０〜０．２％ Ａｌは添加しなくてもよい。Ａｌは強い脱酸力を有する
元素であり、連続鋳造を行い、内部欠陥の発生を防止す
る場合などに使用する。その場合でも、酸素と結びつい
た酸化物はできるだけ浮上させ排除するが、脱酸に作用
した後、残留するＡｌは残っていてもかまわない。しか
し、０．２％を超えて残留するほどになると粗大な酸化
物が鋳込み中に混入するようになるので、Ａｌ脱酸をお
こないＡｌを残留させる場合でも、鋼中のＡｌは０．２
％以下とする。なお、Ａｌを添加しない場合の脱酸はＳ
ｉ、Ｔｉなどにより行われる。

【００４３】不可避的不純物元素のうち、Ｐは耐食性劣
化を防止するために０．０３％以下とし、Ｓは加工性確
保のために０．０３％以下とするのが望ましい。

【００４４】さらに、これら合金元素を含むステンレス
鋼であって、Ｃｒ炭化物等を粒界に析出していない、溶
体化処理を施されているものが望ましい。

【００４５】２．溶接金属 つぎに〔発明１〕における溶接金属の化学組成について
説明する。この溶接金属は、溶接方法（ＳＭＡＷ、ＧＴ
ＡＷ、ＧＭＡＷ、ＳＡＷなど）によらず、溶接施工され
た溶接金属すべてに適用される。溶接金属のうち下記す
る合金元素の含有率の範囲は、後述する溶接材料のみを
用いることによっても実現されるし、また、当該溶接材
料とフラックスとを組み合わせて用いても、また当該溶
接材料の範囲外のものとフラックスと組み合わせても実
現できる。

【００４６】 １） Ｃｒ^J(%)−Ｃｒ^O(%)≧２．３５・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｃｒは不働態皮膜を形成させるために必須の元素であ
る。溶接金属のＣｒと母材のＣｒとの差が２．３５％未
満では、凝固組織である溶接金属において母材と同等の
耐微生物腐食性を有した不働態皮膜を与えることができ
ないので、式の左辺の値（以下、“左辺の”を省略す
る）を２．３５％以上とする。

【００４７】 ２） Ｍｏ^J(%)−Ｍｏ^O(%)≧０．２７・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｍｏは、耐孔食性改善に有効な元素である。これはＭｏ
によって不働態皮膜の自己修復機能が増大して、皮膜安
定性が向上することによるものである。Ｍｏの溶接金属
の濃度と母材のそれとの差が、重量％で０．２７％未満
では、溶接金属における不働態皮膜は母材と同等の耐食
性とならないので、式の値を０．２７％以上とする。

【００４８】 ３） ｛Ｃｒ^J(%)＋１．１Ｍｏ^J(%)＋１２Ｎ^J(%)＋０．１Ｎｉ^J(%)｝−｛Ｃｒ^O( %)＋１．１Ｍｏ^O(%)＋１２Ｎ^O(%)＋０．１Ｎｉ^O(%)｝≧２．８５・・・・・・ この式は、溶接金属において、凝固偏析による耐食性
能の劣化を考慮し、耐食性を保持するための条件を表す
ものである。溶接金属における｛Ｃｒ^J(%)＋１．１Ｍｏ
^J(%)＋１２Ｎ^J(%)＋０．１Ｎｉ^J(%)｝が、母材における
｛Ｃｒ^O(%)＋１．１Ｍｏ^O(%)＋１２Ｎ^O(%)＋０．１Ｎｉ
^O(%)｝よりも２．８５％未満しか高くないと、溶接され
た配管または構造物は、その溶接部において十分な耐微
生物腐食性を確保できないので、式の値を２．８５％
以上とする。式に含まれる個々の合金元素のうちＣｒ
およびＭｏについては、溶接金属における含有率を母材
よりも多くする理由は上記したとおりである。Ｎｉおよ
びＮについてはつぎのとおりである。

【００４９】４） Ｎｉ^J：母材に比べて溶接金属のＮ
ｉを高めにする理由は、溶接金属の凝固組織におけるＭ
ｏのδフェライト相への凝固偏析を低減するためであ
り、また、Ｎｉはオーステナイト相を安定化するいわゆ
るオーステナイトフォーマーであるので、溶接金属中の
δフェライト相の析出を低減するためである。Ｎｉ単独
での溶接金属での含有率は特に限定するものではない
が、このような効果を十分に得るためには１．７％以上
が望ましく、また上限は、湯流れを劣化させないために
４６％程度が望ましい。

【００５０】５） Ｎ^J：Ｎは、耐孔食性を改善するの
に有効であり、またＮｉと同様にオーステナイトフォー
マーであるので、溶接金属の凝固組織中のδフェライト
の析出を低減する効果がある。このため、上記の式に
おいて、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉとともに溶接金属の含有
率を母材よりも高めにする。溶接材料においてＮだけと
り出して特別に含有率を限定する必要はないが、これら
の効果を十分得るためには、Ｎの溶接金属中の含有率は
０．００７％以上とすることが好ましい。また、Ｎを過
剰とするとブローホールを多発し強度が低下するので、
０．３５％以下とすることが好ましい。

【００５１】６） 溶接金属のその他の元素：溶接金属
中の合金元素は、上記Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃ
およびＭｎ以外の元素、すなわちＮｂ、Ｔｉ等は母材と
同等とする。また、Ａｌおよび酸素は酸化物の形態で、
母材より多く含まれてもよい。不可避的不純物であるＰ
およびＳは、母材と同等とする。

【００５２】７）ミクロ組織 δフェライトは体積率で７％以下とする。７％を超える
と、上記したように凝固の際、Ｃｒ等の元素の偏析が生
じ、オーステナイト中のこれら元素が欠乏してオーステ
ナイトの選択腐食が生じるからである。このδフェライ
トの体積率は、後記する通常の溶接入熱の条件下で溶接
ままで実現することは容易である。

【００５３】溶接金属においては、大部分のオーステナ
イト相、体積率７％以下のδフェライトのほかに炭化
物、窒化物などの析出物を含んでもよい。“実質”と
は、炭化物、窒化物などの析出物を含んだ組織（オース
テナイトおよびδフェライト）をさす。炭化物等は、溶
接後冷却途中に析出する場合があるが、粒界に沿って粗
大なＣｒ炭化物等が析出しなければ、本発明が対象とす
るマイルドな環境においては耐食性が劣化する程度は小
さい。ただし、炭化物の体積率は小さいほうが好まし
い。したがって、炭化物の体積率を増大させる後熱処理
等は好ましくない。

【００５４】３．溶接材料 つぎに説明する溶接材料は、〔発明２〕におけるソリッ
ドワイヤ、溶接鋼棒またはＳＭＡＷ溶接棒の芯鋼棒のこ
とをさす。これら溶接材料の合金元素のうち、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃ、およびＭｎについて範囲を限
定した理由をつぎに示す。

【００５５】 １） Ｃｒ^W(%)−Ｃｒ^O(%)≧２．５ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｃｒは不働態皮膜を形成させるために必須の元素であ
り、溶接材料のＣｒと母材のＣｒとの差を、重量％で
２．５％以上とすることにより、凝固組織である溶接金
属においても母材と同等の耐微生物腐食性を有した不働
態皮膜を与えることができる。ステンレス鋼の溶接に汎
用されるＧＴＡＷを行う際に、このような溶接ワイヤを
用いると、溶接金属と母材のＣｒの差は通常、２．３５
％以上となる。

【００５６】 ２） Ｍｏ^W(%)−Ｍｏ^O(%)≧０．３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｍｏは、耐孔食性改善に有効な元素である。これはＭｏ
によって不働態皮膜の自己修復機能が増大して、皮膜安
定性が向上することによるものである。Ｍｏについて
も、Ｃｒの場合と同じく、溶接材料中の濃度と母材中の
それとの差を、重量％で０．３％以上とすることによ
り、溶接金属においても母材と同等の耐食性を有した不
働態皮膜を与えることができる。このような溶接材料を
用いてＧＴＡＷによる溶接を行ったとき、溶接金属と母
材の濃度差は０．２７％以上となる。

【００５７】 ３）｛Ｃｒ^W(%)＋１．１Ｍｏ^W(%)＋１２Ｎ^W(%)＋０．１Ｎｉ^W(%)｝−｛Ｃｒ^O(%) ＋１．１Ｍｏ^O(%)＋１２Ｎ^O(%)＋０．１Ｎｉ^O(%)｝≧３・・・・・・・・・・ この式は、溶接金属における凝固偏析による耐食性能
の劣化を補って、耐食性を保持するための条件を表すも
のである。溶接材料における｛Ｃｒ^W(%)＋１．１Ｍｏ
^W(%)＋１２Ｎ^W(%)＋０．１Ｎｉ^W(%)｝が、母材における
｛Ｃｒ^O(%)＋１．１Ｍｏ^O(%)＋１２Ｎ^O(%)＋０．１Ｎｉ
^O(%)｝よりも３％未満高いだけでは、溶接された配管ま
たは構造物は、その溶接部において十分な耐微生物腐食
性を確保できない。式の値で３％以上の溶接材料を用
いて、例えばＧＴＡＷによって溶接した場合、溶接金属
の式の値は２．８５％以上溶接金属のほうが母材より
も高くなる。この溶接金属の母材に比して高い値が、溶
接金属の耐食性を向上させ母材と同等のものとするので
ある。

【００５８】式に含まれる個々の合金元素のうちＣｒ
およびＭｏについては、溶接金属のこれら元素を母材よ
りも多くする理由は上記したとおりである。Ｎｉおよび
Ｎの単独での含有率についてはつぎのとおりである。

【００５９】４） Ｎｉ^W：母材に比べて溶接材料のＮ
ｉを高めにする理由は、溶接金属の凝固組織におけるＭ
ｏのδフェライト相への凝固偏析を低減するためであ
り、また、Ｎｉはオーステナイト相を安定化するいわゆ
るオーステナイトフォーマーであるので、溶接金属中の
δフェライト相の析出を低減するためである。Ｎｉの溶
接材料中での含有率は特に限定するものではないが、こ
のような効果を十分に得るためにはＮｉ^W は２％以上が
望ましく、また上限は、湯流れ劣化を防止するために４
７％程度とすることが望ましい。

【００６０】５） Ｎ^W：Ｎは、耐孔食性を改善するの
に有効であり、またＮｉと同様にオーステナイトフォー
マーであるので、溶接金属の凝固組織中のδフェライト
相の析出を低減する効果がある。このため、上記の式
において、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉとともに溶接材料中の
重量％を母材よりも高めにする。溶接材料中の含有率を
Ｎだけとり出して特別に限定する必要はないが、これら
の効果を十分得るためには、Ｎの溶接材料中の重量％は
０．０１％以上とすることが好ましい。また、Ｎを過剰
とすると硬度が上昇して加工性が悪くなり、また溶接部
におけるブローホールの原因になることから、０．４％
以下とすることが好ましい。

【００６１】 ６） １．３４Ｃｒ^w（ｅｑ）−Ｎｉ^w（ｅｑ）≦１４・・・・・・・・・・・ ただし、Ｃｒ^w（ｅｑ）＝Ｃｒ^w(%)＋Ｍｏ^w(%)＋１．５
Ｓｉ^w(%) Ｎｉ^w（ｅｑ）＝Ｎｉ^w(%)＋３０Ｃ^w(%)＋３０Ｎ^w(%)＋
０．５Ｍｎ^w(%) 上記式は溶接金属の凝固組織中におけるδフェライト
の体積率を７％以下にするために溶接材料が満たすべき
条件である。溶接金属中のδフェライトが７％を超える
と、Ｍｏ、Ｃｒ等の耐食性改善に有効な元素がδフェラ
イトに偏在し、オーステナイト中のこれら元素の減少が
大きくなるため、オーステナイトの選択溶解を起こす耐
微生物腐食性の著しい低下を招くこととなる。溶接材料
中の式の値が１４％を超えると、溶接金属のδフェラ
イトが７％を超えてしまい、オーステナイトでのＭｏ、
Ｃｒ等の減少が無視できなくなるので、式の値は１４
％以下とする。

【００６２】７） 溶接材料のその他の元素：溶接材料
のその他の元素、すなわち、Ｔｉ、Ｎｂ、等の元素は、
母材と同等とするが、Ａｌについては溶接中に脱酸を行
い酸化する分を見込んで母材よりもやや多く、例えば
０．０１〜０．３％とすることが望ましい。また、不純
物元素であるＰおよびＳは母材と同等とする。

【００６３】４．溶接方法 〔発明１〕における溶接構造物を組み立てる溶接方法に
は、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ、ＧＭＡＷ、ＳＡＷなど通常の
溶接方法が用いられる。ただし、溶接入熱を過大にする
と冷却速度が遅くなり、炭化物を析出して耐食性を損な
う場合があるので、溶接の入熱は５０ｋＪ／ｃｍ以下に
することが望ましい。ステンレス鋼の溶接に際しては、
入熱は通常１０ｋＪ／ｃｍ以下であるので、〔発明２〕
の溶接材料のみを用いることにより、問題なく〔発明
１〕の溶接金属を実現することができる。 ＳＡＷの場
合は、フラックスを用いるが〔発明２〕の溶接材料（ソ
リッドワイヤ）と組み合わせることにより、また、調整
範囲は限定されるものの、フラックスの組成を調整する
ことにより、〔発明２〕の範囲を少し外れた組成のソリ
ッドワイヤを用いても、〔発明１〕の溶接金属を実現す
ることができる。

【００６４】同様なことは、複合ワイヤについても言え
ることである。複合ワイヤに含まれるフラックスおよび
外側の鋼の部分のそれぞれの組成を調整して、〔発明
１〕の溶接金属を実現することができる。この複合ワイ
ヤは、ＧＭＡＷもしくはＧＴＡＷの溶接材料として主に
使用されるが、ＳＡＷ等の溶接ワイヤとして使用される
こともある。

【００６５】ＳＡＷにおいては、炭素鋼や低合金鋼の溶
接に際しては、５０ｋＪ／ｃｍを超える大入熱溶接が行
われる場合があるが、ステンレス鋼の溶接では、通常３
０ｋＪ／ｃｍ以下とされる。

【００６６】５．溶接構造物 〔発明１〕における溶接構造物とは、溶接されたオース
テナイト系ステンレス鋼および溶接金属のことをいう。
溶接方法は、上記のＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ、ＧＭＡＷ、Ｓ
ＡＷなど、どのような溶接方法で溶接されたものでもよ
い。したがって、溶接されたステンレス鋼管、送水ポン
プ、熱交換器、機械部品など、およそ溶接されたステン
レス鋼すべてが該当する。

【００６７】

【実施例】つぎに、本発明の効果を実施例により説明す
る。

【００６８】一般に微生物腐食が問題にされる環境であ
る河川や湖沼等の淡水を腐食環境の対象として採用し
た。被溶接材のステンレス鋼としては、汎用されている
SUS 304鋼およびSUS316L鋼を用いた。

【００６９】表１は、被溶接材（母材）であるステンレ
ス鋼（SUS 304およびSUS316L）の化学組成を示す表であ
る。

【００７０】

【表１】

【００７１】これら被溶接材のＣｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮ
ｉに対して、〔発明２〕の条件（式、式、式およ
び式）を満足する化学組成となるように溶接材料のＣ
ｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＣおよびＭｎを調整して溶
解し、鍛造および線引きにより２．４ｍｍφのＧＴＡＷ
用溶接材料（ソリッドワイヤ）を試作した。また、比較
例の一部として、市販のSUS Y308およびSUS Y316L のＧ
ＴＡＷ用溶接材料を実験に供した。

【００７２】表２は、これら溶接材料の化学組成を示す
一覧表であり、上記の市販の溶接材料（SUS Y308および
SUS Y316L）も含む。

【００７３】

【表２】

【００７４】表３は溶接材料の合金元素の式、式、
式および式の値を示す一覧表である。

【００７５】

【表３】

【００７６】表４は、上記の母材に対して、上記溶接材
料を用いておこなったＧＴＡＷ溶接の条件を示すもので
ある。入熱は平均５ｋＪ／ｃｍと、通常のＧＴＡＷで用
いられる条件でおこなった。

【００７７】

【表４】

【００７８】溶接後の試験体から試験片を作製し腐食試
験用テストピースを製作した。

【００７９】図１は、溶接部を含んだ腐食試験用テスト
ピースを示す図面である。

【００８０】腐食試験は、河川水をポンプで連続的に汲
み上げて通水する試験槽（３０℃に制御）内に浸漬して
行った。母材がSUS 304鋼である試験片に対しては河川
の比較的上流域で採取した水を循環させて試験を行っ
た。また、母材がSUS 316L鋼である試験片に対しては河
口から２ｋｍ程度の地点で採取した水を用いて浸漬試験
を行った。浸漬１年間後、試験片を取り出して、溶接
部、とくに溶接金属における孔食の発生の有無を調査し
た。

【００８１】表５は、溶接金属の式、式および式
の値およびδフェライトの体積率とともに腐食試験の結
果をまとめた一覧表である。同表において試験符号は、
溶接材料に用いた符号と同じものとした。

【００８２】

【表５】

【００８３】この結果から明らかなように、本発明例で
ある試験符号Ａ〜Ｈのいずれの試験片においても溶接金
属における微生物腐食の発生は見られなかった。これに
対して、式の値が低く、したがって式の値が低く、
δフェライト体積率も高い比較例の試験符号Ｉ、もしく
は、Ｃｒ、Ｍｏの増量によりＮｉ（ｅｑ）値が低くδフ
ェライトの多い試験符号Ｊ、もしくはδフェライトが少
なくても、式の値が低い試験符号Ｋのいずれにおいて
も溶接金属においてオーステナイト相の選択腐食となる
微生物腐食が発生した。

【００８４】市販品溶接棒を用いた比較例（SUS Y304
およびSUS Y316L）においても同様のオーステナイト相
の選択腐食が発生した。

【００８５】本発明例における微生物腐食抑制の効果は
明白である。

【００８６】

【発明の効果】本発明により、ステンレス鋼の溶接構造
物において、高価な高合金の溶接金属としなくても、適
切に化学組成を調整した溶接金属とすることにより、自
然水環境中において耐微生物腐食性に優れた溶接構造物
を得ることができ、またその溶接構造物を施工する製造
方法、とくに溶接材料も提供され、関連業界へ非常に大
きな効果を及ぼす。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接金属を含んだ耐微生物腐食試験用テストピ
ースをあらわす図面である。

【符号の説明】

１…母材 ２…溶接金属

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステンレス鋼の母材とステンレス鋼の溶接
   金属とからなる溶接構造物にあって、溶接金属のＣｒ、
   Ｍｏ、ＮおよびＮｉの含有率が、母材のＣｒ、Ｍｏ、Ｎ
   およびＮｉの含有率に対して下記の式、式および
   式を満足し、かつ、ミクロ組織のδフェライトの体積率
   が７％以下で残余が実質オーステナイトからなる溶接金
   属であることを特徴とする溶接構造物。ここに、合金元
   素の%を重量%とし、母材のＣｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮｉの
   含有率をＣｒ^O、Ｍｏ^O、Ｎ^OおよびＮｉ^Oとし、溶接金属
   のＣｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮｉの含有率を、Ｃｒ^J、Ｍ
   ｏ^J、Ｎ^JおよびＮｉ^Jとして、 Ｃｒ^J(%)−Ｃｒ^O(%)≧２．３５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｍｏ^J(%)−Ｍｏ^O(%)≧０．２７・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ｛Ｃｒ^J(%)＋１．１Ｍｏ^J(%)＋１２Ｎ^J(%)＋０．１Ｎｉ^J(%)｝−｛Ｃｒ^O(%)＋１ ．１Ｍｏ^O(%)＋１２Ｎ^O(%)＋０．１Ｎｉ^O(%)｝≧２．８５・・・・・・・・・
2. 【請求項２】ステンレス鋼の被溶接材とステンレス鋼の
   溶接金属からなる溶接構造物の製造において、被溶接材
   として、重量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１
   〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｎｉ：３．５〜
   ４５％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｍｏ：０〜７％、Ｃｕ：
   ０〜３％、Ｎ：０．００２〜０．３％、Ｎｂ：０〜０．
   ５％、Ｔｉ：０〜０．５％およびＡｌ：０〜０．２％以
   下を含むステンレス鋼に対して、溶接材料として、その
   Ｃｒ、Ｍｏ、ＮおよびＮｉが下記の式、式および
   式を満足し、かつ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃお
   よびＭｎが式をも満足するステンレス鋼を用いて、溶
   接することを特徴とする請求項１に記載する溶接構造物
   の製造方法。ここに、被溶接材のＣｒ、Ｍｏ、Ｎおよび
   Ｎｉの含有率をＣｒ^O、Ｍｏ^O、Ｎ^OおよびＮｉ^Oとし、溶
   接材料のＣｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＣおよびＭｎの
   含有率をＣｒ^W、Ｍｏ^W、Ｎ^W、Ｎｉ^W、Ｓｉ^W、Ｃ^Wおよび
   Ｍｎ^Wとして、 Ｃｒ^W(%)−Ｃｒ^O(%)≧２．５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Ｍｏ^W(%)−Ｍｏ^O(%)≧０．３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ｛Ｃｒ^W(%)＋１．１Ｍｏ^W(%)＋１２Ｎ^W(%)＋０．１Ｎｉ^W(%)｝ −｛Ｃｒ^O(%)＋１．１Ｍｏ^O(%)＋１２Ｎ^O(%)＋０．１Ｎｉ^O(%)｝≧３・・ １．３４Ｃｒ^W（ｅｑ）−Ｎｉ^W（ｅｑ）≦１４ ・・・・・・・・・・・・ ただし、Ｃｒ^W（ｅｑ）＝Ｃｒ^W(%)＋Ｍｏ^W(%)＋１．５
   Ｓｉ^W(%) Ｎｉ^W（ｅｑ）＝Ｎｉ^W(%)＋３０Ｃ^W(%)＋３０Ｎ^W(%)＋
   ０．５Ｍｎ^W(%)