JPH10263879A - 高窒素オーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒 - Google Patents

高窒素オーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒

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JPH10263879A
JPH10263879A JP8554397A JP8554397A JPH10263879A JP H10263879 A JPH10263879 A JP H10263879A JP 8554397 A JP8554397 A JP 8554397A JP 8554397 A JP8554397 A JP 8554397A JP H10263879 A JPH10263879 A JP H10263879A
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JP
Japan
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stainless steel
austenitic stainless
core wire
welding rod
coated
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JP8554397A
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Manabu Mizumoto
学 水本
Tatsuo Enomoto
達夫 榎本
Satoyuki Miyake
聰之 三宅
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 B入りの高窒素オーステナイト系ステンレス
鋼心線を用いた被覆ア−ク溶接棒において、心線の焼鈍
時にBが消失するという課題を解決し、かつ高温強度等
の溶接諸性能の安定化を図ることを目的とする。 【解決手段】 水素又はアルゴン雰囲気で焼鈍した高窒
素オーステナイト系ステンレス鋼を心線とし、CaCO
3 及びCaF2 等のスラグ形成剤、金属粉末をそれぞれ
適量とした被覆剤を被覆したことを特徴とする被覆ア−
ク溶接棒。 【効果】 発電プラント等に使用される高窒素オーステ
ナイト系ステンレス鋼の被覆ア−ク溶接において、溶接
部の高温強度等の溶接諸性能の安定化が期待できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力プラント等の高
温・高圧環境化で使用されるオーステナイト系ステンレ
ス鋼の溶接に適用する被覆アーク溶接棒に係わるもので
ある。詳しくは、δフェライトの晶出を抑制した高窒素
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接において、その溶
接部が高温・高圧環境に曝されても強度・耐高温割れ性
・耐食性等の諸性能が優れ、かつ全姿勢で溶接作業性が
優れる被覆アーク溶接棒に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、火力発電においても省エネルギー
の観点から効率向上の動きが活発になってきている。こ
うした背景から、熱効率の向上を可能とするボイラー用
鋼管等の用途に、δフェライトの晶出を抑制した高Cr
−高Ni−高N系でMo、Nb、Ti、B等を添加した
オーステナイト系ステンレス鋼管が開発され、すでに実
用化されつつある。このような趨勢から溶接材料面にお
いても、鋼管と同様な特性を確保することが必要になっ
てきている。この種の溶接材料として本発明者らは、母
材とほぼ共金成分系の特開平7−284988号公報に
開示されている「高窒素オーステナイト・ステンレス鋼
用被覆アーク溶接棒」を提案したが、この種の被覆アー
ク溶接棒は高温強度確保の一手段として心線中にBを添
加している。しかし心線中のBは、製造工程の溶解、鍛
造、圧延、焼鈍で消失しやすく、製造工程や最終心線径
の違いにより、B値がばらつくという課題があり、被覆
アーク溶接棒の棒径毎に品質のばらつきの原因となって
いた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の特開平
7−284988号公報「高窒素オーステナイト・ステ
ンレス鋼用被覆アーク溶接棒」の課題であるB入りの被
覆アーク溶接棒における製造時の品質安定化及び溶着金
属性能の安定化を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、N、Bを
含有するオーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶
接棒における高温強度等、溶着金属性能の安定確保のた
め、心線の製造工程および心線と被覆剤の組成上から種
々の検討を実施した。その結果、以下の知見を得るに至
った。
【0005】即ち、従来の特開平7−284988号公
報の「高窒素オーステナイト・ステンレス鋼用被覆アー
ク溶接棒」において、心線製造工程の溶解、鍛造、圧
延、焼鈍という熱間加工の特に、伸線工程における焼鈍
中の雰囲気に、安価なアンモニア(NH3 )分解ガスを
用いており、このような窒素が存在する雰囲気では、雰
囲気中の窒素と心線中のBが反応し、Bの大半が消失す
るということが分かった。そこで、先ず、焼鈍雰囲気の
窒素を抑制する必要があり、アンモニア(NH3)分解
ガスの替わりに水素ガス又はアルゴンガスを用いれば、
Bの消失を防止できるとの結論を得た。即ち、図4は心
線製造工程の焼鈍雰囲気、焼鈍回数、心線径と心線中の
B量の関係を示すものであり、心線中のB量はアンモニ
ア分解ガス雰囲気で焼鈍した場合、水素ガス又はアルゴ
ンガス雰囲気で焼鈍した場合よりも低く、また、通常は
細径心線ほど焼鈍回数が多くなるので、同一インゴット
であっても、焼鈍回数の多い細径心線ほどB量が低くな
ることが明かとなった。
【0006】本発明は以上の知見を基にして構成された
ものであり、その要旨とするところは、[請求項1]
N、Bを含有するオーステナイト系ステンレス鋼を水素
又はアルゴン雰囲気で焼鈍後心線とし、その心線の周囲
に被覆剤全重量に対して、炭酸カルシウムと弗化カルシ
ウムの両方を含むスラグ形成剤の合計が50〜90重量
%、金属粉末の合計が10〜50重量%、残部が前記以
外の金属酸化物、炭酸塩、不可避的不純物からなる被覆
剤を、溶接棒全重量に対して20〜45重量%被覆する
ことを特徴とする高窒素オーステナイト系ステンレス鋼
用被覆アーク溶接棒。
【0007】[請求項2]心線用線材の焼鈍に際し、1
000〜1150℃の温度で線材径1mm当たり0.5
〜15分間保持し、雰囲気は水素又はアルゴンで実施す
ることを特徴とする請求項1記載の高窒素オーステナイ
ト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒。
【0008】[請求項3]棒径2.0〜5.0mmの被
覆アーク溶接棒を製造する際に、被覆外径が心線径の
1.5〜1.9倍になるように制御することを特徴とす
る請求項1と請求項2に記載の高窒素オーステナイト系
ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒製造方法。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明における高窒素オーステナ
イト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒の各種成分等の
特定理由及び数値限定理由を以下に説明する。
【0010】先ず、本発明の心線にN、Bを含有する完
全オーステナイト系ステンレス鋼と限定した理由は、目
標とする溶着金属成分を得易くし、700℃近傍の高温
強度等の溶着金属性能の確保を容易にするためである。
さらに、心線製造時の線引きによる加工硬化対策として
行う焼鈍の雰囲気を水素ガス又はアルゴンガスと限定し
た理由は前記の如く、焼鈍時に心線中のBの消失を防止
するためのものである。
【0011】次に、被覆剤中に添加するスラグ形成剤と
して、炭酸カルシウムは、溶接中にCO2 を発生してシ
ールドガスとしての効果があり、またスラグの流動性を
良くする。また弗化カルシウムは、スラグの融点や粘性
を下げ、かつ溶込みを深くし、融合不良やブローホール
の欠陥防止に有効である。従って炭酸カルシウムと弗化
カルシウムは必須であり、その他にSiO2 等の金属酸
化物や炭酸カルシウム以外の炭酸塩等も、アークの安定
性、スラグの流動性等作業性目的の必要に応じて、単独
あるいは2種類以上を複合して使用できる。前記溶接作
業性を良好なものに制御する上から炭酸カルシウムと弗
化カルシウムの両方を含むスラグ形成剤の合計が少なく
ても50%以上は必要であり、90%を超えるとアーク
が不安定となりスパッタも多発する。
【0012】金属粉末は、Ti、Al、Cr、Ni、M
n、Fe−Mo、Fe−Nb、Fe−B、Fe、窒化M
n等を指し、主として脱酸剤、合金剤、及び溶接作業性
向上を目的として1種以上添加でき、これらの効果は1
0%以上で現れ、また50%を超えると耐棒焼け性が劣
化する。
【0013】本発明の構成要件からなる被覆剤で、良好
な溶着金属性能及び溶接作業性の諸性質を確保するため
に、溶接棒全重量に対しての被覆剤全重量(以下被覆率
とする)を20〜45%に制御しなければならない。
【0014】さらに、心線用線材の焼鈍に際し、線引加
工により硬化した線材の軟化に必要な温度と時間は、1
000〜1150℃で、線材径1mm当たりを0.5〜
15分間保持する必要がある。線材径に応じて保持時間
を調整しなければならない。
【0015】また、棒径2.0〜5.0mmの溶接棒を
製造する際に、良好なアークの安定性、耐棒焼け性等作
業性を確保するために、被覆外径が心線径の1.5〜
1.9倍になるように被覆剤を塗装する必要がある。
【0016】本発明のN、Bを含有するオーステナイト
系ステンレス鋼心線とは、重量%で、Cが0.01〜
0.12%、Siが0.05〜0.5%、Mnが0.5
〜1.5%、Pが0.01%以下、Sが0.008%以
下、Niが22〜28%、Crが18〜28%、Moが
0.5〜2.5%、Nbが0.05〜0.6%、Tiが
0.02〜0.2%、Bが0.0001〜0.01%、
Nが0.1〜0.3%、Oが0.002〜0.025
%、Mgが0.01%以下、残部がFeおよび不可避的
不純物である化学成分範囲の心線を指す。
【0017】また、被覆アーク溶接棒の製造方法につい
て言及すると、心線と配合・混合した被覆剤を準備して
から被覆剤に固着剤(珪酸カリおよび珪酸ソーダの水溶
液)を添加しながら湿式混合を行い、心線の周囲に被覆
外径が心線径の1.5〜1.9倍となるように塗装し、
200〜400℃で約1〜3時間の乾燥・焼成を行う。
【0018】
【実施例】表1に水素ガス又はアルゴンガス雰囲気によ
る焼鈍を行って製造した2.0〜5.0mmφの供試心
線の化学成分を示す。表2及び表3に表1に記載の供試
心線と被覆剤の組み合わせによる被覆アーク溶接棒の組
成を示す。表4に供試鋼板の化学成分を示す。表5及び
表6には、表2及び表3に記載の被覆アーク溶接棒にお
いて実施した各種試験結果を示す。溶接方法は、棒径
2.0〜5.0mmφの溶接棒を用い、溶接電流50〜
180A(AC)、アーク電圧18〜27V、溶接速度
80〜250mm/minで図1に示す開先形状の試験
板を治具で拘束してから1パス目を裏波溶接し、その上
をパス間温度150℃以下で積層した。図1において、
板厚t=16mm、開先角度θ=60゜、ルートフェー
スr=1.5mmとした。なお、溶接作業性試験は下向
および立向上進の各姿勢で行ったが、その他の試験は下
向で実施した。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】
【表5】
【0024】
【表6】
【0025】高温割れ試験は溶接部断面マクロ試験片を
6個採取し、湿式研磨およびエッチング後、100〜2
00倍の顕微鏡にて割れの有無を観察した。高温引張試
験は図2の要領でJIS Z3111 A2号タイプの
試験片を採取し、700℃で実施した。衝撃試験片は図
3の要領でJIS Z31114号試験片を3本採取し
その平均値を表5及び表6に示した。
【0026】試験結果は、表5及び表6に示す。No.
1〜4は比較例であり、No.5〜6は本発明である。
No.1は被覆剤中のスラグ形成剤量が少なく、金属粉
末の合計量が多いため、棒焼けし易く、ビード形状も不
良であった。No.2は被覆剤中のスラグ形成剤量が多
く、金属粉末の合計量が少ないため、アークが不安定
で、スパッタが多発した。No.3は、被覆率が低す
ぎ、また被覆外径と心線径の比も低すぎるため、棒焼け
し易く、アークも不安定であった。No.4は、被覆率
が高すぎ、また被覆外径と心線径の比も高すぎるため、
保護筒が深くなりすぎ、アークが不安定であった。
【0027】これに対して、本発明のNo.5〜12
は、下向及び立向姿勢の溶接作業性が良好で、かつ高温
強度、靱性等の溶接諸性能、および耐高温割れ性も良好
であった。なお、表5及び表6中の溶接作業性評価は、
○:良好、×:不良を示すものである。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明のN、B入りオース
テナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒は、発電プ
ラント等の高温・高圧環境で使用される高窒素オーステ
ナイト系ステンレス鋼の溶接において良好な溶接作業
性、耐高温割れ性を有し、高温強度、靱性等の溶接性能
の安定化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の溶接試験における開先形状を示す断面
【図2】溶着金属の引張試験片採取位置を示す断面図
【図3】溶着金属の衝撃試験片採取位置を示す断面図
【図4】心線中のBと焼鈍条件との関係を示すグラフ
【符号の説明】
t 板厚 θ 開先角度 r ルートフェース 1 母材 2 溶接金属 3 高温引張試験片 4 衝撃試験片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C21D 1/26 C21D 1/26 P 1/74 1/74 G C22C 38/00 302 C22C 38/00 302Z 38/54 38/54 // B23K 9/14 B23K 9/14 Z

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 N、Bを含有するオーステナイト系ステ
    ンレス鋼を水素又はアルゴン雰囲気で焼鈍後心線とし、
    その心線の周囲に被覆剤全重量に対して、炭酸カルシウ
    ムと弗化カルシウムの両方を含むスラグ形成剤の合計が
    50〜90重量%、金属粉末の合計が10〜50重量
    %、残部が前記以外の金属酸化物、炭酸塩、不可避的不
    純物からなる被覆剤を、溶接棒全重量に対して20〜4
    5重量%被覆することを特徴とする高窒素オーステナイ
    ト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒。
  2. 【請求項2】 心線用線材の焼鈍に際し、1000〜1
    150℃の温度で線材径1mm当たり0.5〜15分間
    保持し、雰囲気は水素又はアルゴンで実施することを特
    徴とする請求項1記載の高窒素オーステナイト系ステン
    レス鋼用被覆アーク溶接棒。
  3. 【請求項3】 棒径2.0〜5.0mmの被覆アーク溶
    接棒を製造する際に、被覆外径が心線径の1.5〜1.
    9倍になるように制御することを特徴とする請求項1と
    請求項2に記載の高窒素オーステナイト系ステンレス鋼
    用被覆アーク溶接棒製造方法。
JP8554397A 1997-03-21 1997-03-21 高窒素オーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒 Withdrawn JPH10263879A (ja)

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