JPH10146691A - 高Ｃｒ鋼の溶接方法 - Google Patents
高Ｃｒ鋼の溶接方法Info
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- JPH10146691A JPH10146691A JP8321210A JP32121096A JPH10146691A JP H10146691 A JPH10146691 A JP H10146691A JP 8321210 A JP8321210 A JP 8321210A JP 32121096 A JP32121096 A JP 32121096A JP H10146691 A JPH10146691 A JP H10146691A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
- B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｃｒ：７．５〜１２．０％を含有する高強度
高Ｃｒ鋼の溶接において、溶接金属の耐高温割れ性、耐
低温割れ性、靱性、強度および耐食性を向上させる。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．００５〜０．１２
％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０２〜２．
０％、Ｃｒ：１２．０〜１７．０％、Ｎｉ：５．０〜
８．０％、Ｍｏ：１．０〜３．０％を含有し、Ｐを０．
０３％以下、Ｓを０．０１％以下に制限し、Ｃｒ当量を
Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ、Ｎｉ当量をＮｉ＋０．５Ｍｎ
＋３０Ｃとして、Ｃｒ当量／Ｎｉ当量比を１．８以上
２．８以下、Ｃｒ当量×Ｎｉ当量を１００以上１４０以
下とし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなるステンレ
ス鋼ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接し、溶接金
属のミクロ組織をオーステナイト相＋フェライト相＋マ
ルテンサイト相の３相組織とする。
高Ｃｒ鋼の溶接において、溶接金属の耐高温割れ性、耐
低温割れ性、靱性、強度および耐食性を向上させる。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．００５〜０．１２
％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．０２〜２．
０％、Ｃｒ：１２．０〜１７．０％、Ｎｉ：５．０〜
８．０％、Ｍｏ：１．０〜３．０％を含有し、Ｐを０．
０３％以下、Ｓを０．０１％以下に制限し、Ｃｒ当量を
Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ、Ｎｉ当量をＮｉ＋０．５Ｍｎ
＋３０Ｃとして、Ｃｒ当量／Ｎｉ当量比を１．８以上
２．８以下、Ｃｒ当量×Ｎｉ当量を１００以上１４０以
下とし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなるステンレ
ス鋼ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接し、溶接金
属のミクロ組織をオーステナイト相＋フェライト相＋マ
ルテンサイト相の３相組織とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高Ｃｒ鋼の溶接方法
に関する。さらに詳しくは、例えば石油・天然ガスの輸
送に使われるラインパイプ、貯蔵に使われる容器、ある
いはさらに強度、靱性と耐食性が要求される用途におい
て使用される高Ｃｒ鋼を溶接するのに適した溶接方法に
関する。
に関する。さらに詳しくは、例えば石油・天然ガスの輸
送に使われるラインパイプ、貯蔵に使われる容器、ある
いはさらに強度、靱性と耐食性が要求される用途におい
て使用される高Ｃｒ鋼を溶接するのに適した溶接方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年生産される石油・天然ガスでは、湿
潤な炭酸ガスや硫化水素を含有するものが増加してい
る。こうした環境中で、炭素鋼や低合金鋼が著しく腐食
することは周知の事実である。従って、かかる腐食性の
石油・天然ガスの輸送に際しては、鋼管の防食対策とし
て、腐食抑制剤の添加が従来から一般的であった。しか
し、腐食抑制剤は、海洋油井では腐食抑制剤の添加・回
収処理に要する費用が膨大なものとなり、また海洋汚染
の問題もあって使用が困難になりつつある。従って、腐
食抑制剤を添加する必要がない耐食材料に対するニーズ
が、最近大きくなっている。
潤な炭酸ガスや硫化水素を含有するものが増加してい
る。こうした環境中で、炭素鋼や低合金鋼が著しく腐食
することは周知の事実である。従って、かかる腐食性の
石油・天然ガスの輸送に際しては、鋼管の防食対策とし
て、腐食抑制剤の添加が従来から一般的であった。しか
し、腐食抑制剤は、海洋油井では腐食抑制剤の添加・回
収処理に要する費用が膨大なものとなり、また海洋汚染
の問題もあって使用が困難になりつつある。従って、腐
食抑制剤を添加する必要がない耐食材料に対するニーズ
が、最近大きくなっている。
【０００３】こうした目的のために、炭酸ガス含有環境
等で優れた耐食性を有し、溶接性にも優れる鋼あるいは
鋼管が多く提案されている。これらは炭酸ガス含有環境
での耐食性を得るために、１１〜１５％程度のＣｒを含
有し、溶接性を改善する目的でＣを低減し、強度と靱性
を確保するために焼入−焼戻熱処理を施して、組織を焼
戻マルテンサイトとするのが一般的である。例えば、特
開平４−９９１５４号公報および特開平４−９９１５５
号公報には、ＣおよびＮを低減し、置換型オーステナイ
ト安定化元素を添加した溶接性の優れたラインパイプ用
高Ｃｒ鋼が開示されている。
等で優れた耐食性を有し、溶接性にも優れる鋼あるいは
鋼管が多く提案されている。これらは炭酸ガス含有環境
での耐食性を得るために、１１〜１５％程度のＣｒを含
有し、溶接性を改善する目的でＣを低減し、強度と靱性
を確保するために焼入−焼戻熱処理を施して、組織を焼
戻マルテンサイトとするのが一般的である。例えば、特
開平４−９９１５４号公報および特開平４−９９１５５
号公報には、ＣおよびＮを低減し、置換型オーステナイ
ト安定化元素を添加した溶接性の優れたラインパイプ用
高Ｃｒ鋼が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ラインパイ
プや圧力容器は溶接によって接続あるいは製造されるも
のであるが、上記のような溶接性の優れた高Ｃｒ鋼に適
した溶接材料あるいは溶接方法が従来無かった。「ＮＫ
Ｋ技報」、１９８９年発行、第１２９号、第１５〜２２
頁には、ＡＩＳＩ４１０鋼をＵＯＥ鋼管として製造し、
Ｎｉを添加した共金系材料を用いてＴＩＧ溶接継手（ラ
インパイプの現地円周溶接相当）を作成した例が報告さ
れている。しかし、同文献にもみられるように、高Ｃｒ
鋼の共金系材料では、Ｎｉを多量に含有したとしても、
溶接金属の硬さが非常に硬くなる。また、この場合、溶
接金属の低温割れ感受性が高いため、予熱処理または後
熱処理が必須である。したがって、高Ｃｒ鋼を従来の共
金系あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼溶接材料を
用いて溶接することは、施工上は困難である。
プや圧力容器は溶接によって接続あるいは製造されるも
のであるが、上記のような溶接性の優れた高Ｃｒ鋼に適
した溶接材料あるいは溶接方法が従来無かった。「ＮＫ
Ｋ技報」、１９８９年発行、第１２９号、第１５〜２２
頁には、ＡＩＳＩ４１０鋼をＵＯＥ鋼管として製造し、
Ｎｉを添加した共金系材料を用いてＴＩＧ溶接継手（ラ
インパイプの現地円周溶接相当）を作成した例が報告さ
れている。しかし、同文献にもみられるように、高Ｃｒ
鋼の共金系材料では、Ｎｉを多量に含有したとしても、
溶接金属の硬さが非常に硬くなる。また、この場合、溶
接金属の低温割れ感受性が高いため、予熱処理または後
熱処理が必須である。したがって、高Ｃｒ鋼を従来の共
金系あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼溶接材料を
用いて溶接することは、施工上は困難である。
【０００５】一方、耐食性の優れた高Ｎｉオーステナイ
ト系ステンレス鋼や、Ｎｉ基超合金を溶接材料とした場
合には、溶接部の選択腐食は発生せず、溶接金属の硬さ
が低く、溶接金属の靱性を確保することができる。しか
し、オーステナイト系ステンレス鋼やＮｉ基超合金は、
その結晶構造上、強度が低いという問題点がある。強度
が非常に低い溶接金属で溶接すると、外部応力が負荷さ
れた場合に溶接金属が集中的に変形し、破壊に至る恐れ
がある（アンダーマッチングと称する）。従って、オー
ステナイト系ステンレス鋼や高Ｎｉ合金を溶接材料とし
て高Ｃｒ鋼を溶接することにも大きな困難があった。さ
らに、近年では二相ステンレス鋼溶接材料も使用されて
いるが、溶接金属の強度は低く、アンダーマッチングと
なる場合が多い。
ト系ステンレス鋼や、Ｎｉ基超合金を溶接材料とした場
合には、溶接部の選択腐食は発生せず、溶接金属の硬さ
が低く、溶接金属の靱性を確保することができる。しか
し、オーステナイト系ステンレス鋼やＮｉ基超合金は、
その結晶構造上、強度が低いという問題点がある。強度
が非常に低い溶接金属で溶接すると、外部応力が負荷さ
れた場合に溶接金属が集中的に変形し、破壊に至る恐れ
がある（アンダーマッチングと称する）。従って、オー
ステナイト系ステンレス鋼や高Ｎｉ合金を溶接材料とし
て高Ｃｒ鋼を溶接することにも大きな困難があった。さ
らに、近年では二相ステンレス鋼溶接材料も使用されて
いるが、溶接金属の強度は低く、アンダーマッチングと
なる場合が多い。
【０００６】本発明はこうした現状に鑑みて、高Ｃｒ鋼
を溶接するに際して、予熱および後熱処理を必要とせ
ず、溶接部の耐高温割れ性、耐低温割れ性および靱性と
強度に優れ、さらに、炭酸ガス含有環境等で優れた耐食
性を有する溶接方法を提供することを目的としている。
を溶接するに際して、予熱および後熱処理を必要とせ
ず、溶接部の耐高温割れ性、耐低温割れ性および靱性と
強度に優れ、さらに、炭酸ガス含有環境等で優れた耐食
性を有する溶接方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は下記（１）〜
（３）の通りである。
（３）の通りである。
【０００８】（１）重量％で、Ｃｒ：７．５〜１２．０
％を含有し、ミクロ組織がマルテンサイト単相、または
マルテンサイト５０％以上および残部フェライトからな
る高Ｃｒ鋼の溶接方法において、重量％で、Ｃ ：
０．００５〜 ０．１２％、Ｓｉ： ０．０１ 〜
１．０ ％、Ｍｎ： ０．０２ 〜 ２．０ ％、Ｃ
ｒ：１２．０ 〜１７．０ ％、Ｎｉ： ５．０
〜 ８．０ ％、Ｍｏ： １．０ 〜 ３．０ ％を
含有し、さらに、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％
以下に制限し、且つＣｒ当量をＣｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓ
ｉ、Ｎｉ当量をＮｉ＋０．５Ｍｎ＋３０Ｃとして、Ｃｒ
当量／Ｎｉ当量比を１．８以上２．８以下、さらに、Ｃ
ｒ当量×Ｎｉ当量を１００以上１４０以下とし、残部Ｆ
ｅおよび不可避不純物からなるステンレス鋼ワイヤを用
いてガスシールドアーク溶接し、溶接金属のミクロ組織
をオーステナイト相＋フェライト相＋マルテンサイト相
の３相組織とすることを特徴とする高Ｃｒ鋼の溶接方
法。
％を含有し、ミクロ組織がマルテンサイト単相、または
マルテンサイト５０％以上および残部フェライトからな
る高Ｃｒ鋼の溶接方法において、重量％で、Ｃ ：
０．００５〜 ０．１２％、Ｓｉ： ０．０１ 〜
１．０ ％、Ｍｎ： ０．０２ 〜 ２．０ ％、Ｃ
ｒ：１２．０ 〜１７．０ ％、Ｎｉ： ５．０
〜 ８．０ ％、Ｍｏ： １．０ 〜 ３．０ ％を
含有し、さらに、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％
以下に制限し、且つＣｒ当量をＣｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓ
ｉ、Ｎｉ当量をＮｉ＋０．５Ｍｎ＋３０Ｃとして、Ｃｒ
当量／Ｎｉ当量比を１．８以上２．８以下、さらに、Ｃ
ｒ当量×Ｎｉ当量を１００以上１４０以下とし、残部Ｆ
ｅおよび不可避不純物からなるステンレス鋼ワイヤを用
いてガスシールドアーク溶接し、溶接金属のミクロ組織
をオーステナイト相＋フェライト相＋マルテンサイト相
の３相組織とすることを特徴とする高Ｃｒ鋼の溶接方
法。
【０００９】（２）前記ステンレス鋼ワイヤが、重量％
で、Ｃｕ：０．１ 〜 ２．０％を含有する前記（１）
の高Ｃｒ鋼の溶接方法。
で、Ｃｕ：０．１ 〜 ２．０％を含有する前記（１）
の高Ｃｒ鋼の溶接方法。
【００１０】（３）前記ステンレス鋼ワイヤが、重量％
で、Ｔｉ：０．００５ 〜 ０．０５％、Ａｌ：０．０
０５ 〜 ０．０５％の１種または２種を含有する前記
（１）または（２）の高Ｃｒ鋼の溶接方法。
で、Ｔｉ：０．００５ 〜 ０．０５％、Ａｌ：０．０
０５ 〜 ０．０５％の１種または２種を含有する前記
（１）または（２）の高Ｃｒ鋼の溶接方法。
【００１１】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。なお、本明細書において％は重量
％を意味する。
定した理由を述べる。なお、本明細書において％は重量
％を意味する。
【００１２】第一に、ステンレス鋼ワイヤの成分限定理
由を述べる。
由を述べる。
【００１３】Ｃ： Ｃは溶接金属の強度を大きく上昇さ
せる元素として、またオーステナイト生成元素として
０．００５％以上添加する。また、ＣはＣｒ炭化物を生
成して耐食性を低下させる元素ではあるが、Ｃ量が０．
１２％以下であればＣ添加による耐食性の低下はさほど
大きくはなく、母材である高Ｃｒ鋼のそれを下回ること
はない。しかし、Ｃ含有量が０．１２％を超えると溶接
金属の耐食性と靱性が低下するので、上限は０．１２％
とする。
せる元素として、またオーステナイト生成元素として
０．００５％以上添加する。また、ＣはＣｒ炭化物を生
成して耐食性を低下させる元素ではあるが、Ｃ量が０．
１２％以下であればＣ添加による耐食性の低下はさほど
大きくはなく、母材である高Ｃｒ鋼のそれを下回ること
はない。しかし、Ｃ含有量が０．１２％を超えると溶接
金属の耐食性と靱性が低下するので、上限は０．１２％
とする。
【００１４】Ｓｉ： Ｓｉは溶接金属の脱酸剤および強
化元素として有効であるが、含有量が０．０１％未満で
はその脱酸効果が充分ではなく、逆に１．０％を超えて
含有させても、その効果は飽和するばかりか、衝撃靱性
を低下させるので、Ｓｉの含有量範囲は０．０１〜１．
０％に限定する。
化元素として有効であるが、含有量が０．０１％未満で
はその脱酸効果が充分ではなく、逆に１．０％を超えて
含有させても、その効果は飽和するばかりか、衝撃靱性
を低下させるので、Ｓｉの含有量範囲は０．０１〜１．
０％に限定する。
【００１５】Ｍｎ： Ｍｎは溶接金属の脱酸剤として必
要で、また溶接金属の組織を調整するためのオーステナ
イト生成元素としても重要であって、０．０２％以上を
含有させる必要がある。しかし、２．０％を超えて含有
させても、その効果はもはや飽和しているばかりか、過
剰にＭｎを含有させると材料の製造時に困難を生ずるの
で、上限含有量は２．０％とする。
要で、また溶接金属の組織を調整するためのオーステナ
イト生成元素としても重要であって、０．０２％以上を
含有させる必要がある。しかし、２．０％を超えて含有
させても、その効果はもはや飽和しているばかりか、過
剰にＭｎを含有させると材料の製造時に困難を生ずるの
で、上限含有量は２．０％とする。
【００１６】Ｃｒ： Ｃｒは溶接金属の耐食性と強度を
確保するために１２．０％以上を含有させることが必要
であるが、１７．０％を超えて含有させると、溶接金属
の強度を確保するためのマルテンサイト組織の生成が困
難となる。従って、Ｃｒの含有量は１２．０〜１７．０
％とする。
確保するために１２．０％以上を含有させることが必要
であるが、１７．０％を超えて含有させると、溶接金属
の強度を確保するためのマルテンサイト組織の生成が困
難となる。従って、Ｃｒの含有量は１２．０〜１７．０
％とする。
【００１７】Ｎｉ： Ｎｉは溶接金属の組織中にオース
テナイトを安定に生成させ、靱性と耐食性を確保する元
素として必要である。その含有量が５．０％未満では衝
撃靱性が不充分である。逆にＮｉの含有量が８．０％を
超えると、オーステナイト分率が過大になって、溶接金
属の強度が低下する恐れがあるのに対して、衝撃靱性を
向上させる効果はもはや飽和する。従って、Ｎｉの含有
量は５．０〜８．０％とする。
テナイトを安定に生成させ、靱性と耐食性を確保する元
素として必要である。その含有量が５．０％未満では衝
撃靱性が不充分である。逆にＮｉの含有量が８．０％を
超えると、オーステナイト分率が過大になって、溶接金
属の強度が低下する恐れがあるのに対して、衝撃靱性を
向上させる効果はもはや飽和する。従って、Ｎｉの含有
量は５．０〜８．０％とする。
【００１８】Ｍｏ： Ｍｏは溶接金属の耐食性と高強度
を確保するために添加する。Ｍｏが１．０％未満では、
溶接金属の耐食性と強度が充分ではなく、３．０％を超
えると、溶接金属中に金属間化合物を生成し、靱性が低
下する。従って、Ｍｏの含有量は１．０〜３．０％とす
る。
を確保するために添加する。Ｍｏが１．０％未満では、
溶接金属の耐食性と強度が充分ではなく、３．０％を超
えると、溶接金属中に金属間化合物を生成し、靱性が低
下する。従って、Ｍｏの含有量は１．０〜３．０％とす
る。
【００１９】Ｐ： Ｐは多量に存在すると溶接金属の耐
高温割れ性および靱性を低下させるので、少ない方が望
ましく、０．０３％以下に低減することが必要であり、
少ないほど好ましい。
高温割れ性および靱性を低下させるので、少ない方が望
ましく、０．０３％以下に低減することが必要であり、
少ないほど好ましい。
【００２０】Ｓ： Ｓも多量に存在すると耐溶接高温割
れ性、熱間加工性、延性および耐食性を低下させるの
で、少ない方が望ましく、０．０１％以下に低減するこ
とが必要である。溶接材料としての製造性を一段と改善
し、溶接金属の耐食性をさらに改善するためには、Ｓを
０．００５％以下に低減するのが好ましい。
れ性、熱間加工性、延性および耐食性を低下させるの
で、少ない方が望ましく、０．０１％以下に低減するこ
とが必要である。溶接材料としての製造性を一段と改善
し、溶接金属の耐食性をさらに改善するためには、Ｓを
０．００５％以下に低減するのが好ましい。
【００２１】Ｃｒ当量／Ｎｉ当量： Ｃｒ当量／Ｎｉ当
量が１．８未満では、溶接金属がオーステナイト単相凝
固となり、高温割れ感受性が高まるとともに、強度の確
保が困難となる。また、２．８超では、フェライト含有
量が増すため、靱性が低下する。従って、Ｃｒ当量／Ｎ
ｉ当量比を１．８〜２．８に限定した。
量が１．８未満では、溶接金属がオーステナイト単相凝
固となり、高温割れ感受性が高まるとともに、強度の確
保が困難となる。また、２．８超では、フェライト含有
量が増すため、靱性が低下する。従って、Ｃｒ当量／Ｎ
ｉ当量比を１．８〜２．８に限定した。
【００２２】Ｃｒ当量×Ｎｉ当量： Ｃｒ当量×Ｎｉ当
量が１００未満では、溶接金属中のマルテンサイト含有
量が増すため、衝撃靱性が低下する。また、１４０超で
は、マルテンサイト含有量が減少するため、強度が低下
する。従って、Ｃｒ当量×Ｎｉ当量を１００〜１４０に
限定した。
量が１００未満では、溶接金属中のマルテンサイト含有
量が増すため、衝撃靱性が低下する。また、１４０超で
は、マルテンサイト含有量が減少するため、強度が低下
する。従って、Ｃｒ当量×Ｎｉ当量を１００〜１４０に
限定した。
【００２３】以上が本発明方法で使用するステンレス鋼
ワイヤの基本成分であるが、本発明は、必要に応じてさ
らに以下の元素を添加して、特性を一段と向上させる場
合も対象としている。
ワイヤの基本成分であるが、本発明は、必要に応じてさ
らに以下の元素を添加して、特性を一段と向上させる場
合も対象としている。
【００２４】Ｃｕ： Ｃｕは溶接金属の強度と耐食性を
高めるのに顕著な効果があり、また、靱性を確保するた
めのオーステナイト生成元素として０．１％以上添加さ
れるが、２．０％を超えて添加しても、その効果はもは
や飽和するのに対して、溶接材料の製造性を低下させる
ので、上限含有量は２．０％とする。
高めるのに顕著な効果があり、また、靱性を確保するた
めのオーステナイト生成元素として０．１％以上添加さ
れるが、２．０％を超えて添加しても、その効果はもは
や飽和するのに対して、溶接材料の製造性を低下させる
ので、上限含有量は２．０％とする。
【００２５】Ｔｉ： Ｔｉは溶接金属における粒内の微
細フェライトの析出を促進し、靱性を向上させるため、
０．００５％以上添加されるが、０．０５％を超えると
溶接金属中のＴｉ系介在物が増し、靱性を低下させるの
で、上限を０．０５％とする。
細フェライトの析出を促進し、靱性を向上させるため、
０．００５％以上添加されるが、０．０５％を超えると
溶接金属中のＴｉ系介在物が増し、靱性を低下させるの
で、上限を０．０５％とする。
【００２６】Ａｌ： Ａｌも溶接金属における粒内の微
細フェライトの析出を促進し、靱性を向上させるため、
０．００５％以上添加されるが、０．０５％を超えると
溶接金属中のＡｌ系介在物が増し、靱性を低下させるの
で、上限を０．０５％とする。
細フェライトの析出を促進し、靱性を向上させるため、
０．００５％以上添加されるが、０．０５％を超えると
溶接金属中のＡｌ系介在物が増し、靱性を低下させるの
で、上限を０．０５％とする。
【００２７】第二に、本発明において、溶接金属のミク
ロ組織を限定した理由を説明する。
ロ組織を限定した理由を説明する。
【００２８】溶接金属のミクロ組織は、耐低温割れ性、
耐高温割れ性、強度、衝撃靱性、耐食性という複数の要
求特性を同時に満足するために、オーステナイト相＋フ
ェライト相＋マルテンサイト相の３相組織とする必要が
ある。フェライト単相では衝撃靱性が悪く、強度も不足
する。オーステナイト単相では高温割れの危険性が大き
く、また強度は著しく低い。マルテンサイト単相では衝
撃靱性に乏しく、また低温割れの危険性がある。フェラ
イト相＋オーステナイト相の２相では耐割れ性および靱
性は良好であるが、強度不足である。フェライト相＋マ
ルテンサイト相の２相では低温割れ感受性が高く、また
衝撃靱性が乏しい。オーステナイト相＋マルテンサイト
相の２相では高温割れ感受性が高い。
耐高温割れ性、強度、衝撃靱性、耐食性という複数の要
求特性を同時に満足するために、オーステナイト相＋フ
ェライト相＋マルテンサイト相の３相組織とする必要が
ある。フェライト単相では衝撃靱性が悪く、強度も不足
する。オーステナイト単相では高温割れの危険性が大き
く、また強度は著しく低い。マルテンサイト単相では衝
撃靱性に乏しく、また低温割れの危険性がある。フェラ
イト相＋オーステナイト相の２相では耐割れ性および靱
性は良好であるが、強度不足である。フェライト相＋マ
ルテンサイト相の２相では低温割れ感受性が高く、また
衝撃靱性が乏しい。オーステナイト相＋マルテンサイト
相の２相では高温割れ感受性が高い。
【００２９】オーステナイト相＋フェライト相＋マルテ
ンサイト相の３相組織とすることによって、靱性と耐低
温割れ性がオーステナイトで、強度がマルテンサイト
で、耐高温割れ性がフェライトでそれぞれ確保されるた
め、溶接金属の強度と靱性が高まり、高温割れが防止さ
れる。さらに、予熱あるいは後熱処理を施さなくても、
低温割れの発生が抑制される。
ンサイト相の３相組織とすることによって、靱性と耐低
温割れ性がオーステナイトで、強度がマルテンサイト
で、耐高温割れ性がフェライトでそれぞれ確保されるた
め、溶接金属の強度と靱性が高まり、高温割れが防止さ
れる。さらに、予熱あるいは後熱処理を施さなくても、
低温割れの発生が抑制される。
【００３０】本発明が対象とする高Ｃｒ鋼は、Ｃｒ量が
７．５〜１２．０％であって、ミクロ組織がマルテンサ
イト単相、またはマルテンサイトを５０％以上として、
残部フェライトを含むもので、高強度が要求される鋼で
ある。ここで、マルテンサイトが５０％未満になると強
度が充分ではなく、Ｃｒ量が１２％超では、マルテンサ
イトを５０％以上確保できない。また、Ｃｒ量が７．５
％未満では耐食性が充分ではなくなる。本発明は母材の
降伏強度が６５０Ｎ／ｍｍ2 以上である場合に特に有効
である。
７．５〜１２．０％であって、ミクロ組織がマルテンサ
イト単相、またはマルテンサイトを５０％以上として、
残部フェライトを含むもので、高強度が要求される鋼で
ある。ここで、マルテンサイトが５０％未満になると強
度が充分ではなく、Ｃｒ量が１２％超では、マルテンサ
イトを５０％以上確保できない。また、Ｃｒ量が７．５
％未満では耐食性が充分ではなくなる。本発明は母材の
降伏強度が６５０Ｎ／ｍｍ2 以上である場合に特に有効
である。
【００３１】高Ｃｒ鋼ではあっても、組織がフェライト
単相、あるいはフェライト５０％超からなる場合には、
鋼自体の強度が必ずしも高くはないので、溶接部に要求
される強度もさほど高くなく、本発明方法を適用する必
要がない場合が多い。勿論、組織がフェライト単相、あ
るいはフェライトが５０％超からなる高Ｃｒ鋼に本発明
方法を適用しても、何ら問題はない。また、本発明が対
象とする高Ｃｒ鋼においては、Ｃｒ量が前述の範囲であ
れば、他の成分は特に限定されるものではなく、いずれ
も適用可能である。
単相、あるいはフェライト５０％超からなる場合には、
鋼自体の強度が必ずしも高くはないので、溶接部に要求
される強度もさほど高くなく、本発明方法を適用する必
要がない場合が多い。勿論、組織がフェライト単相、あ
るいはフェライトが５０％超からなる高Ｃｒ鋼に本発明
方法を適用しても、何ら問題はない。また、本発明が対
象とする高Ｃｒ鋼においては、Ｃｒ量が前述の範囲であ
れば、他の成分は特に限定されるものではなく、いずれ
も適用可能である。
【００３２】
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。
【００３３】表１に成分を示す高Ｃｒ鋼（板厚１４．５
ｍｍ）を母材として、開先角度６０゜、ルート面１ｍｍ
の開先を作製した。なお、表１の鋼板は、焼入−焼戻熱
処理を施して、降伏強度は７１０Ｎ／ｍｍ2 以上であ
る。また、表２に示す化学組成の鋼を真空溶解で溶製し
た後、通常の方法で線引きし、溶接用ワイヤとした。表
１の母材に対し、これらの溶接用ワイヤを用いて２００
Ａ−２４Ｖ−４０ｃｍ／ｍｉｎの条件でＭＩＧ溶接を行
った。なお、いずれの溶接に際しても、予熱はまったく
行わず、溶接後の熱処理も行っていない。
ｍｍ）を母材として、開先角度６０゜、ルート面１ｍｍ
の開先を作製した。なお、表１の鋼板は、焼入−焼戻熱
処理を施して、降伏強度は７１０Ｎ／ｍｍ2 以上であ
る。また、表２に示す化学組成の鋼を真空溶解で溶製し
た後、通常の方法で線引きし、溶接用ワイヤとした。表
１の母材に対し、これらの溶接用ワイヤを用いて２００
Ａ−２４Ｖ−４０ｃｍ／ｍｉｎの条件でＭＩＧ溶接を行
った。なお、いずれの溶接に際しても、予熱はまったく
行わず、溶接後の熱処理も行っていない。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】溶接金属のミクロ組織は、各溶接継手の断
面についてエッチングを施し、現出した組織から判別
し、表３にその結果を記載した。次に、各々の溶接継手
から、溶接金属に切欠が位置するようにＪＩＳ４号衝撃
試験片（フルサイズ）を採取し、衝撃試験を実施した。
また、溶接線に直交する方向において、平行部に溶接金
属、溶接熱影響部、母材を含むように、ＪＩＳ５号引張
試験片を採取し、室温で引張試験を行った。一方、各溶
接継手の溶接金属から試験片を採取して、湿潤炭酸ガス
環境における腐食試験を行った。湿潤炭酸ガス環境にお
ける腐食試験条件は、試験温度１２０℃のオートクレー
ブ中で、炭酸ガス４０気圧の条件で５％ＮａＣｌ水溶液
中に３０日間浸漬して、試験前後の重量変化から腐食速
度を算出した。一般にある環境におけるある材料の腐食
速度が０．１ｍｍ／ｙ未満の場合、材料は充分耐食的で
あり、使用可能であると考えられている。さらに、高温
割れ試験にはＪＩＳ Ｚ ３１５５に記載のＦＩＳＣＯ
試験を採用し、低温割れ試験にはＪＩＳ Ｚ ３１５７
に記載のＵ型溶接割れ試験を採用した。各試験結果も表
３に示した。
面についてエッチングを施し、現出した組織から判別
し、表３にその結果を記載した。次に、各々の溶接継手
から、溶接金属に切欠が位置するようにＪＩＳ４号衝撃
試験片（フルサイズ）を採取し、衝撃試験を実施した。
また、溶接線に直交する方向において、平行部に溶接金
属、溶接熱影響部、母材を含むように、ＪＩＳ５号引張
試験片を採取し、室温で引張試験を行った。一方、各溶
接継手の溶接金属から試験片を採取して、湿潤炭酸ガス
環境における腐食試験を行った。湿潤炭酸ガス環境にお
ける腐食試験条件は、試験温度１２０℃のオートクレー
ブ中で、炭酸ガス４０気圧の条件で５％ＮａＣｌ水溶液
中に３０日間浸漬して、試験前後の重量変化から腐食速
度を算出した。一般にある環境におけるある材料の腐食
速度が０．１ｍｍ／ｙ未満の場合、材料は充分耐食的で
あり、使用可能であると考えられている。さらに、高温
割れ試験にはＪＩＳ Ｚ ３１５５に記載のＦＩＳＣＯ
試験を採用し、低温割れ試験にはＪＩＳ Ｚ ３１５７
に記載のＵ型溶接割れ試験を採用した。各試験結果も表
３に示した。
【００３７】
【表３】
【００３８】表３の高温割れ試験および低温割れ試験結
果において、○は割れが認められなかったもの、×は割
れが発生したものを示している。また、衝撃試験結果に
おいて、○は破面遷移温度が−３０℃以下、×は破面遷
移温度が−３０℃を超えて０℃以下、××は破面遷移温
度が０℃超であったことをそれぞれ示している。引張試
験結果においては、○は母材部で破断し、溶接金属部で
は破断しなかったもの、×は溶接金属部で破断したもの
を示している。腐食試験結果において、○は腐食速度が
０．１ｍｍ／ｙ未満、×は０．１ｍｍ／ｙ以上を示して
いる。
果において、○は割れが認められなかったもの、×は割
れが発生したものを示している。また、衝撃試験結果に
おいて、○は破面遷移温度が−３０℃以下、×は破面遷
移温度が−３０℃を超えて０℃以下、××は破面遷移温
度が０℃超であったことをそれぞれ示している。引張試
験結果においては、○は母材部で破断し、溶接金属部で
は破断しなかったもの、×は溶接金属部で破断したもの
を示している。腐食試験結果において、○は腐食速度が
０．１ｍｍ／ｙ未満、×は０．１ｍｍ／ｙ以上を示して
いる。
【００３９】表３から明らかなように、本発明例である
Ｎｏ．１〜７は、溶接金属の組織がオーステナイト＋フ
ェライト＋マルテンサイトの３相組織となっており、溶
接時の予熱あるいは後熱処理を施さなくても、耐高温割
れ性および耐低温割れ性が良好で、溶接金属の衝撃靱性
も優れ、溶接金属の強度も高く（溶接金属では破断しな
い）、かつ溶接金属の耐食性が優れるという、多数の要
求特性を同時に満足できることがわかる。
Ｎｏ．１〜７は、溶接金属の組織がオーステナイト＋フ
ェライト＋マルテンサイトの３相組織となっており、溶
接時の予熱あるいは後熱処理を施さなくても、耐高温割
れ性および耐低温割れ性が良好で、溶接金属の衝撃靱性
も優れ、溶接金属の強度も高く（溶接金属では破断しな
い）、かつ溶接金属の耐食性が優れるという、多数の要
求特性を同時に満足できることがわかる。
【００４０】これに対して、比較例であるＮｏ．８は溶
接金属がフェライト単相であるため衝撃靱性が著しく悪
く、強度も低い。比較例Ｎｏ．９およびＮｏ．１３は溶
接金属がオーステナイト単相あるいはオーステナイト＋
マルテンサイト組織となっているために溶接高温割れが
起こっている。さらに、Ｎｏ．９は強度が低く、Ｎｏ．
１３は靱性が低い。比較例Ｎｏ．１０およびＮｏ．１２
は溶接金属がマルテンサイト単相あるいはマルテンサイ
ト＋フェライト組織となって、低温割れが起こり、さら
に、衝撃靱性が著しく低下している。また、Ｎｏ．１０
は耐食性が低い。比較例Ｎｏ．１１は溶接金属がフェラ
イト＋オーステナイトの２相組織で、耐割れ性、靱性お
よび耐食性は優れているが、強度不足で溶接金属破断を
起こしている。
接金属がフェライト単相であるため衝撃靱性が著しく悪
く、強度も低い。比較例Ｎｏ．９およびＮｏ．１３は溶
接金属がオーステナイト単相あるいはオーステナイト＋
マルテンサイト組織となっているために溶接高温割れが
起こっている。さらに、Ｎｏ．９は強度が低く、Ｎｏ．
１３は靱性が低い。比較例Ｎｏ．１０およびＮｏ．１２
は溶接金属がマルテンサイト単相あるいはマルテンサイ
ト＋フェライト組織となって、低温割れが起こり、さら
に、衝撃靱性が著しく低下している。また、Ｎｏ．１０
は耐食性が低い。比較例Ｎｏ．１１は溶接金属がフェラ
イト＋オーステナイトの２相組織で、耐割れ性、靱性お
よび耐食性は優れているが、強度不足で溶接金属破断を
起こしている。
【００４１】
【発明の効果】本発明は予熱および後熱処理を必要とせ
ず、耐高温割れ性、耐低温割れ性、靱性、強度および耐
食性に優れた高Ｃｒ鋼の溶接を可能とするものである。
ず、耐高温割れ性、耐低温割れ性、靱性、強度および耐
食性に優れた高Ｃｒ鋼の溶接を可能とするものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｃ２２Ｃ 38/58
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃｒ：７．５〜１２．０％を
含有し、ミクロ組織がマルテンサイト単相、またはマル
テンサイト５０％以上および残部フェライトからなる高
Ｃｒ鋼の溶接方法において、 重量％で、 Ｃ ： ０．００５〜 ０．１２％、 Ｓｉ： ０．０１ 〜 １．０ ％、 Ｍｎ： ０．０２ 〜 ２．０ ％、 Ｃｒ：１２．０ 〜１７．０ ％、 Ｎｉ： ５．０ 〜 ８．０ ％、 Ｍｏ： １．０ 〜 ３．０ ％を含有し、さらに、 Ｐを０．０３％以下、 Ｓを０．０１％以下に制限し、且つＣｒ当量をＣｒ＋Ｍ
ｏ＋１．５Ｓｉ、Ｎｉ当量をＮｉ＋０．５Ｍｎ＋３０Ｃ
として、Ｃｒ当量／Ｎｉ当量比を１．８以上２．８以
下、さらに、Ｃｒ当量×Ｎｉ当量を１００以上１４０以
下とし、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなるステンレ
ス鋼ワイヤを用いてガスシールドアーク溶接し、溶接金
属のミクロ組織をオーステナイト相＋フェライト相＋マ
ルテンサイト相の３相組織とすることを特徴とする高Ｃ
ｒ鋼の溶接方法。 - 【請求項２】 前記ステンレス鋼ワイヤが、重量％で、 Ｃｕ：０．１ 〜 ２．０％を含有する請求項１記載の
高Ｃｒ鋼の溶接方法。 - 【請求項３】 前記ステンレス鋼ワイヤが、重量％で、 Ｔｉ：０．００５ 〜 ０．０５％、 Ａｌ：０．００５ 〜 ０．０５％の１種または２種を
含有する請求項１または２記載の高Ｃｒ鋼の溶接方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8321210A JPH10146691A (ja) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | 高Ｃｒ鋼の溶接方法 |
| EP97912491A EP0953401A4 (en) | 1996-11-18 | 1997-11-18 | WIRE FOR WELDING HIGH-CHROME STEEL |
| PCT/JP1997/004190 WO1998022255A1 (fr) | 1996-11-18 | 1997-11-18 | Fil-electrode pour le soudage de l'acier a haute teneur en chrome |
| US09/308,502 US6159310A (en) | 1996-11-18 | 1997-11-18 | Wire for welding high-chromium steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8321210A JPH10146691A (ja) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | 高Ｃｒ鋼の溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10146691A true JPH10146691A (ja) | 1998-06-02 |
Family
ID=18130040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8321210A Withdrawn JPH10146691A (ja) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | 高Ｃｒ鋼の溶接方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6159310A (ja) |
| EP (1) | EP0953401A4 (ja) |
| JP (1) | JPH10146691A (ja) |
| WO (1) | WO1998022255A1 (ja) |
Cited By (4)
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| US6379821B2 (en) | 1999-08-06 | 2002-04-30 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Martensitic stainless steel welded pipe |
| KR100605678B1 (ko) * | 1999-11-08 | 2006-07-31 | 주식회사 포스코 | 내열강도가 우수한 내열 스테인레스강 |
| JP2015150586A (ja) * | 2014-02-14 | 2015-08-24 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Ｆｍｓ鋼用溶接ワイヤおよび溶接継ぎ手 |
| CN112122824A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-25 | 郑州凯博焊割设备有限公司 | 兼有高硬度和耐酸蚀性强的气保焊不锈钢焊丝及其制备方法和应用 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6712912B2 (en) | 2000-04-28 | 2004-03-30 | Elliott Turbomachinery Co., Inc. | Welding method, filler metal composition and article made therefrom |
| GC0000233A (en) | 2000-08-07 | 2006-03-29 | Exxonmobil Upstream Res Co | Weld metals with superior low temperature toughness for joining high strength, low alloy steels |
| US7217905B2 (en) * | 2003-10-29 | 2007-05-15 | Delphi Technologies, Inc. | Weld filler metal that reduces residual stress and distortion |
| US8710405B2 (en) * | 2005-04-15 | 2014-04-29 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Austenitic stainless steel welding wire and welding structure |
| JP5098217B2 (ja) * | 2005-09-28 | 2012-12-12 | 新日鐵住金株式会社 | 溶接部の耐食性および耐亜鉛脆化割れ性に優れた亜鉛めっき鋼板の溶接継手並びにその製造方法 |
| JP5442456B2 (ja) * | 2007-02-27 | 2014-03-12 | エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー | 軸方向の大きい塑性歪みに適応する炭素鋼構造およびパイプライン中の耐食合金溶接部 |
| US9352424B2 (en) * | 2009-12-04 | 2016-05-31 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Butt welding joint using high-energy density beam |
| AU2012218659B2 (en) * | 2011-02-14 | 2014-07-10 | Nippon Steel Corporation | Welded duplex stainless joint |
| UA111115C2 (uk) | 2012-04-02 | 2016-03-25 | Ейкей Стіл Пропертіс, Інк. | Рентабельна феритна нержавіюча сталь |
| CN103212920A (zh) * | 2013-03-30 | 2013-07-24 | 首钢总公司 | 一种适于大型热轧支撑辊埋弧堆焊用焊丝 |
| DE102018107291A1 (de) * | 2018-03-27 | 2019-10-02 | Voestalpine Automotive Components Linz Gmbh | Verfahren zum Schweißen beschichteter Stahlbleche |
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| US11772207B2 (en) | 2019-09-20 | 2023-10-03 | Lincoln Global, Inc. | High chromium creep resistant weld metal for arc welding of thick walled steel members |
Family Cites Families (8)
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|---|---|---|---|---|
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| AT291708B (de) * | 1967-12-21 | 1971-07-26 | Avesta Jernverks Ab | Schweißelektrode für elektrisches Lichtbogenschweißen |
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-
1996
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1997
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