JPH1058189A - ティグ溶接用オーステナイト系ステンレス鋼溶加材 - Google Patents

ティグ溶接用オーステナイト系ステンレス鋼溶加材

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JPH1058189A
JPH1058189A JP22104196A JP22104196A JPH1058189A JP H1058189 A JPH1058189 A JP H1058189A JP 22104196 A JP22104196 A JP 22104196A JP 22104196 A JP22104196 A JP 22104196A JP H1058189 A JPH1058189 A JP H1058189A
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JP
Japan
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metal
tig welding
stainless steel
welding
creep
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JP22104196A
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English (en)
Inventor
Tsukasa Okazaki
司 岡崎
Hideo Hirai
秀夫 平井
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NOF Corp
Original Assignee
NOF Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステンレス鋼のティグ溶接において、高温で
のクリープ延性に優れた溶接金属を得る溶加材を提供す
る。 【解決手段】 軟鋼もしくはステンレス鋼を外皮とし、
NiやCrなどの金属粉、TiO2やSiO2などの金属
酸化物、CaF2やNaFなどの金属フツ化物を特定量
含有するティグ溶接用オーステナイト系ステンレス鋼溶
加材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ティグ溶接用の高
温でのクリープ延性に優れたオーステナイト系ステンレ
ス鋼溶加材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般にオーステナイト系ステンレス鋼は
その優れた耐熱性、耐高温酸化性により500℃を超え
る高温で使用される構造材として、化学装置や発電装置
などで幅広く使用されている。これらの機器では高温で
のクリープ性能、特にクリープ延性や長時間使用後の衝
撃靱性が要求されるが、溶接金属は母材と異なり鋳造組
織であり、凝固時の割れを防ぐ目的で高温で脆化されや
すいデルタフェライト組織を含むよう成分設計がなされ
ているため、母材に比べ高温で使用中に脆化を受けやす
く、このためクリープ延性や衝撃性能の優れた溶接材料
の開発要求が高くなってきている。ティグ溶接は被覆ア
ーク溶接等の消耗型電極による溶接方法に比べて能率は
低いが、溶接金属の清浄度が高く、溶接欠陥の少ない高
品位の溶接が可能であることから重要機器の溶接や厳し
い環境にさらされる部分の溶接に使用されており、上述
のような高温環境下で使用される機器の溶接にも広く使
用されている。また、近年溶加材にワイヤを用い、これ
に電流を流しジュール発熱によりワイヤの溶融速度を高
めた所謂ホットワイヤ方式の全自動溶接や半自動溶接も
実用化されており、弱点であった能率の点でも改善が進
み、その適応範囲も広がっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ティグ溶接に
よる溶接金属は他の溶接方法に比べ溶接金属の酸素量が
低く、靱性は優れているが高温でのクリープ性能、特に
延性が被覆アーク溶接やミグ溶接による溶接金属に比べ
劣っている。高温でのクリープ延性が低いことは、50
0〜800℃の高温環境で長時間使用される機器におい
て、使用中に残留応力や熱応力により割れが発生しやす
くなり、機器の寿命を縮めるとともに、機器の信頼性を
低下させる。特にティグ溶接は機器の中の最重要部分、
すなわち最も厳しい環境にさらされる部分の溶接に使用
されることが多く、ティグ溶接による溶接金属のクリー
プ延性の低いことは大きな問題となる。本発明の目的
は、上記従来技術の欠点を解消して、溶接金属の高温で
のクリープ延性に優れ、かつ溶接作業性が良好なティグ
溶接用溶加材を提供することにある。
【0004】本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、被
覆アーク溶接やフラックス入りワイヤにおける溶接金属
の酸素量とクリープ延性との関係、同一ワイヤを用いて
のミグ溶接とテイグ溶接での溶接金属の酸素量とクリー
プ延性の違いなどから、高温でのクリープ延性を高める
ためにはテイグ溶接での溶接金属に酸素を一定量、例え
ば、350〜1000PPM添加することが必要である
との知見を得た。ティグ溶接による溶接金属に酸素を添
加する方法としては、シールドガス中に酸素を混入させ
る方法が考えられるが、この場合、タングステン電極の
消耗が激しく、また溶接条件やアーク長により溶接金属
中の酸素量が一定とならないため実用には適さない。
【0005】そこで溶加材に酸素源となる金属紛末や金
属酸化物を内包したフラックス入りワイヤを用いること
により、溶接金属に酸素を安定的に添加することが可能
であり、またタングステン電極の消耗も防ぐことができ
る。すなわち、発明者らはティグ溶接において高温での
クリープ延性を高めるためには、溶接金属に特定の金属
粉末を特定量添加して、酸素を一定量にすることにより
解決できるとの知見を得て本発明を完成した。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、軟鋼も
しくはステンレス鋼を外皮とし、ワイヤ全重量に対し
て、フラックス成分として、Fe、Cr、Ni、Mn、
Mo、Nbやこれら2種以上の合金よりなる金属粉末を
5.0〜30.0重量%を含有することを特徴とすティグ
溶接用オーステナイト系ステンレス鋼溶加材である。本
発明の第2、第3は、フラックスに、さらに金属酸化物
を0.01〜0.5重量%または金属フツ化物を0.0
1〜0.3重量%含有することを特徴とするティグ溶接
用オーステナイト系ステンレス鋼溶加材である。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明で使用する金属粉末は、F
e、Cr、Ni、Mn、Mo、Nbやこれら2種以上の
合金、例えば、Fe−CrやSUS304などよりな
り、その添加量はワイヤ全重量に対して、5.0〜3
0.0重量%含有する。5.0重量%未満では、金属表
面の酸化物を溶接金属中にスラグ介在物の形で分散させ
クリープ延性を増加させることができない。また、3
0.0重量%を超えると溶接金属中の酸素量が増加しす
ぎ、クリープ強度や靱性を低下させるため好ましくな
い。なお、金属粉末の粒度は1μm〜1000μm程度
が好ましい。溶接金属の酸素含量と高温でのクリープ延
性との関係において、金属粉末を5.0〜30.0重量
%添加することにより、溶接金属の酸素含量が0.03
5〜0.10重量%になり、ティグ溶接において高温で
のクリープ延性がよくなる。
【0008】本発明で使用する金属酸化物として、例え
ば、TiO2、ZrO2、K2O、Na2O、Ca0、Li
2O、MgO、AL23、Fe23、SiO2等とこれら
の2種以上の化合物をあげることができ、具体的な原料
としては、ルチル(TiO 2)、ジルコサンド(Zr
2、SiO2)、珪灰石(Ca0、SiO2)、カリ長
石(K2O、AL23、SiO2)、イルミナイト(Ti
2、Fe23)等であり、その添加量はワイヤ全重量
に対して、0.01〜0.50重量%添加する。添加す
ることにより溶接金属中の酸素量を増加し、クリープ延
性を高めることができる。しかし、0.01重量%未満
では酸素量増加の効果が少なく、0.50重量%を超え
ると溶接ビード表面に多量のスラグを発生させ、溶接金
属のなじみ性を悪くさせるとともに多層溶接に際してス
ラグ巻込みの発生を招くため好ましくない。なお、金属
酸化物の粒度は1μm〜1000μm程度が好ましい。
【0009】本発明で使用する金属フツ化物は、添加す
ることによりこれらの化合物が溶融金属の表面張力を低
下させ溶融池の母材へのなじみを良くするすることがで
き多層溶接に際し作業性を向上させる。金属フツ化物と
して、例えば、CaF2、NaF、LiF、MgF2、M
nF等とこれら2種以上の化合物をあげることができ、
具体的な原料としては、ホタル石(CaF2)、フツ化
ソーダ(NaF)、フツ化リチウム(LiF)等であ
り、その添加量はワイヤ全重量に対して、0.01〜
0.30重量%添加する。0.01重量%未満では母材
へのなじみや作業性向上の効果が少ない。0.30重量
%を超えるとスラグが多くなり、溶接ビード表面に付着
し多層溶接に際し、スラグ巻き込みなどの欠陥発生の原
因となるので好ましくない。なお、金属フツ化物の粒度
は1μm〜1000μm程度が好ましい。また、金属粉
末に金属酸化物および金属フツ化物を添加することもで
きる。
【0010】
【作用】通常のティグ溶接による溶接金属の酸素量で
は、結晶粒内に酸化物よりなる介在物がほとんど存在せ
ず、クリープ変形中に結晶粒内は強化され、クリープ変
形による歪は、結晶粒界や粒界の3重点に集積し、破断
は結晶粒界破壊が主となり、クリープ延性は低下する。
溶接金属への酸素の添加は適度な大きさの酸化物よりな
る介在物を結晶粒内に分散させ、クリープ変形中の結晶
粒内の強化を抑制し、結晶粒界や粒界の3重点へのクリ
ープ変形による歪み集積を抑制することにより、クリー
プ延性を増加させる。しかし、酸素量が増加しすぎた場
合には、クリープ強度が低下し、低温での靱性も低下す
るため、溶接金属中の酸素量を調整することが必要とな
る。また、酸素を添加した場合、ティグ溶接時に発生す
るスラグによる溶接金属のなじみ性の劣化は、スラグ量
(酸素量)を制御することにより、スラグ巻き込みや融
合不良などの欠陥を発生せず、連続多層溶接性に優れた
500〜800℃の高温でのクリープ延性がよい高能率
の溶接が可能となる。
【0011】
【実施例】
実施例1 表1に示す成分組成で残部がFeであるステンレス鋼か
らなる外皮用帯鋼(ストリップ材:0.25mm厚×8
mm幅)に、表2に示す金属粉末であるFe−Cr合金
(粒径:10μm〜100μm)1.5重量%、SUS
304(粒径:10μm〜100μm)3.80重量%
を添加した成分組成のフラックスを内包し、直径1.2
mmに仕上げ伸線したステンレス鋼溶加材である試作ワ
イヤを製作した。表3にワイヤを用いてティグ溶接して
得られた溶接金属の化学成分を示す。酸素量は0.04
6重量%であった。つぎにこのワイヤを用い、連続多層
溶接性試験をおこなった。溶接用母材として100mm
×250mm長×20mm厚さのSUS304の開先
(角度30度)内を、全自動ティグ溶接で突合せ溶接を
行った。溶接部は放射線透過試験により溶接欠陥の有無
を確認した。溶接条件は、電流200A、電圧18Vで
ワイヤ供給量を10g/minとし、シールガスに10
0%Arを用い、流量は20 l/minとした。放射
線透過試験はJIS Z 3106「ステンレス鋼溶接
部の放射線透過試験法」により行い、その結果を表4に
示した。クリープ破断試験は、JIS Z 2272
「金属材料のクリープ破断試験法」により行った。条件
は前記のSUS304の突合せ溶接部より採取した試験
片により、試験温度を700℃、負荷応力は98N/m
2と78N/mm2として破断時間と破断伸びとの関係
を測定した。このクリープ破断試験の結果を表4に示
す。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【表4】
【0016】実施例2〜10、比較例1〜4 実施例1に準じて、表1に示す成分組成のステンレス鋼
からなる外皮用帯鋼に表2に示す各々の成分組成のフラ
ックスを内包し、直径1.2mmに仕上げ伸線した実施
例2〜10および比較例1〜4のステンレス鋼溶加材で
ある試作ワイヤを製作した。表3に各試作ワイヤを用い
てティグ溶接して得られた全ワイヤの溶接金属の化学成
分を示す。実施例1と同様にして、これらの各ワイヤの
溶接金属について、放射線透過試験およびクリープ破断
試験を行い、これらのクリープ破断試験の試験結果を表
4に示す。
【0017】表4より、本発明のティグ溶接用オーステ
ナイト系ステンレス鋼溶加材である実施例1〜実施例1
0はいずれも良好な連続多層溶接性とクリープ延性を示
している。特に金属フツ化物を加えた実施例8〜実施例
10は溶接金属の母材へのなじみが良かった。これに対
し、比較例1は溶接金属の酸素含量が低くクリープ強度
は高いがクリープ伸びは低く、比較例2は溶接金属の酸
素含量が高くクリープ伸びは大きいがクリープ強度が低
い。また、比較例3は金属酸化物が多く、また、比較例
4は金属フツ化物が多くて溶接のビード表面でのスラグ
の発生量が多すぎてスラグ巻込みが発生した。
【0018】
【発明の効果】ステンレス鋼のティグ溶接において、N
iやCrなどの金属紛、TiO2やSiO2などの金属酸
化物、CaF2やNaFなどの金属フツ化物を含有した
各フラックス入り溶加材により、溶接金属中の酸素量を
調整することにより高温でのクリープ延性を向上させる
ことができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軟鋼もしくはステンレス鋼を外皮とし、
    ワイヤ全重量に対して、フラックス成分としてFe、C
    r、Ni、Mn、Mo、Nbまたはこれら2種以上の合
    金よりなる金属粉末を5.0〜30.0重量%を含有する
    ことを特徴とするティグ溶接用オーステナイト系ステン
    レス鋼溶加材。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のフラックス成分に、さら
    に金属酸化物を0.01〜0.5重量%含有することを
    特徴とするティグ溶接用オーステナイト系ステンレス鋼
    溶加材。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のフラックス成分に、さら
    に金属フツ化物を0.01〜0.3重量%含有すること
    を特徴とするティグ溶接用オーステナイト系ステンレス
    鋼溶加材。
JP22104196A 1996-08-22 1996-08-22 ティグ溶接用オーステナイト系ステンレス鋼溶加材 Pending JPH1058189A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100502570B1 (ko) * 2000-07-20 2005-07-22 현대종합금속 주식회사 안정화 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어
CN103418940A (zh) * 2012-05-23 2013-12-04 中冶焊接科技有限公司 一种含钛或铌奥氏体不锈钢焊接用药芯焊丝
JP2017042811A (ja) * 2015-08-28 2017-03-02 株式会社神戸製鋼所 ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

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US10427249B2 (en) 2015-08-28 2019-10-01 Kobe Steel, Ltd. Flux-cored wire for gas-shielded arc welding

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