JPS5841955B2 - 高耐食性クロム系ステンレス鋼の不活性ガスア−ク溶接用ワイヤ - Google Patents

高耐食性クロム系ステンレス鋼の不活性ガスア−ク溶接用ワイヤ

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JPS5841955B2
JPS5841955B2 JP5821677A JP5821677A JPS5841955B2 JP S5841955 B2 JPS5841955 B2 JP S5841955B2 JP 5821677 A JP5821677 A JP 5821677A JP 5821677 A JP5821677 A JP 5821677A JP S5841955 B2 JPS5841955 B2 JP S5841955B2
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stainless steel
welding
wire
corrosion resistance
chromium
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司郎 青木
有信 山田
良和 石野
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Nippon Steel Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/308Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐食性と機械的性質に優れた、高耐食性クロム
系ステンレス鋼の不活性ガスアーク溶接用ワイヤに関す
るものである。
合金元素としてNiを含まないクロム系ステンレス鋼は
安価であること、各種の応力耐食割れを超こさないとい
う利点があるが、他方一般耐食性が劣り溶接性不良と溶
接部の耐食性、機械的性質が低いため、広範囲の適用、
特に化学プラントなど高い信頼性の要求される部門への
適用が遅れている。
これらの部門にはオーステナイト系ステンレス鋼が多用
されているのが現状であるが、致命的な応力腐食割れの
発生が多いため、信頼性は必ずしも高いとはいえない場
合が多い。
しかしながら、近年応力腐食割れを起こさないというク
ロム系ステンレス鋼の特徴を生かし、従来よりも耐食性
を向上させたクロム系ステンレス鋼が多く開発されてい
る。
このようなりロム系ステンレス鋼の多くは、その目的で
ある耐食性からCr量を16%以上とするものがほとん
どであり、さらに耐食性を向上させるためMoを0.7
5%以上添加しているのが通常である。
また耐食性及び機械的性質に有害であるC、Nを安定化
させる元素としてTi、Nb を単独するいはTi、N
b の複合で添加している例も多(みられる。
さらに近年耐食性、機械的性質に対して有害であるC、
Nを従来より低下させた高耐食性クロム系ステンレス鋼
も開発されるに至っている。
以上、述べたような耐食性クロム系ステンレス鋼の溶接
においては、溶接ワイヤとしてオーステナイト系を用い
る方法と母材とほぼ同組成の共金クロム系を用いる方法
とがあり、オーステナイト系を用いると溶接金属の機械
的性能は良好であり溶接性は共金のものにくらべると良
好である反面成分的に多量のNiを含んでいるため、溶
接部の応力腐食割れなど種々の問題点を有しておりこれ
が大きな欠点となっている。
他方クロム系を用いると母材とほぼ同成分であるため、
溶接金属の性能はきわめて悪く、溶接性特に延性、靭性
が著しく悪いという欠点を有してる。
このような場合、一般に後熱処理によって延性靭性の改
善を計っているが、それでも充分ではない。
このような傾向は耐食性の向上のためにCr量を増加す
るほど、またMO量を増加するほど著しくなりクロム系
ワイヤを用いて溶接することが困難となる。
以上述べたような点から、クロム系で十分な機械的性質
および高耐食性を有する溶接部が得られるような溶接用
ワイヤの開発が強く望まれている。
本発明者らは以上の点に鑑み、種々検討の結果高耐食ク
ロム系ステンレス鋼の不活性ガスアーク溶接ワイヤとし
て、ワイヤ中のC,Nを従来のクロム系ワイヤより低く
制限し、かつTi、、Nb、AIを適量添加しまたCr
、Moを十分添加することにより、溶接ままで、十分な
耐食性、機械的特性を有する溶接部を得ることができる
ことを見い出し、新しい溶接ワイヤの開発に成功したも
のである。
すなわち、本発明はC+N≦0.030%の範囲で、C
≦0.015%、Cr 16.00〜25.00%、M
o 0.75〜3.50%、(Ti+Nb )/(C+
N)≧15の範囲で、TiO,03〜0.50%、Nb
O,03〜0.50%、AIo、025〜1.00%を
含有することを特徴とする高耐食性クロム系ステンレス
鋼の不活性ガスアーク溶接用ワイヤである。
なお、本発明において不活性ガスアーク溶接とはAr、
He なとの不活性ガスあるいはこれらに少量の活性ガ
スを加えた雰囲気中で行うアーク溶接であってミグ溶接
、ティグ溶接、プラズマ溶接のいづれを問わない。
以下、本発明の詳細な説明する。
クロム系ステンレス鋼の溶接部特性、特に機械的性質を
向上させるために溶接ワイヤ中のC,N含有量を低下さ
せることが効果があるということは公知である。
しかし高クロムでMoを添加した高耐食性クロム系溶接
ワイヤについては、どの程度C,Nを低下させればよい
かは全く知られていない。
第1図は溶接ワイヤ中のCr量を19%、M。
を2%を基本系にC,N量を種々変化させた場合のTI
G溶接部のエリクセン値(Er)を調べた結果である。
母材は板厚1,5imtのCr19%、Mo 2%、C
0,008%、NO,009%を含有するクロム系ステ
ンレス鋼である。
すなわち、第1図からCはNよりも延性劣化に対する効
果が太きく0.015%をこえるとエリクセン値の低下
が大きいことがわかる。
一方NについてはCよりも延性劣化に対する効果はやや
小さくC+N≦0.030%の範囲内にあれば良好な延
性を有することが明らかである。
このような知見に基いてC+N≦0.030%の範囲で
C≦0.015%と定めた。
ところで、溶接部で良好な延性を得るためにワイヤ中の
C,N量をこのように大巾に低下させる必要のある理由
は耐食性を得るために多量に添加されるCrが溶接部延
性低下の一つの原因になること、および延性向上にとっ
ては不利であるM。
の添加があるためである。
すなわち、本発明ワイヤはCr、MOを基本成分とする
クロム系ステンレス鋼用の溶接ワイヤであるのでCr、
Mo の添加が必要である。
Crは耐食性を高める主たる元素であり、その量が増加
するほど耐食性が向上する。
溶接部の耐食性を確保するためにはワイヤ成分としてC
r16%以上が必要であるが25%をすぎるとその効果
は飽和する。
また、いたずらにCr量を高めても靭性の劣化が起こる
ようになり、さらに溶接部の延性劣化の一つの原因とも
なりうる。
そこでCrの範囲を16.00〜25.00%と定めた
また、MoもCrとともに耐食性を向上させる。
3.5%をこえるとその効果が飽和するのとあまり多く
添加されると溶接部の延性が低下するので、上限は3.
50%とした。
また下限は耐食性を確保するため0.75%とした。
また、C+N≦0.030%でCく0.015%という
範囲は従来のクロム系ステンレス鋼母材よりも低い値で
ある。
これはクロム系ステンレス鋼母材においては圧延熱処理
などによってC,N量が高くても十分延性を得ることが
できるが、溶接部は一種の鋳造組織であるため、溶接ま
まの状態ではC,N量が延性に直接影響を与え、溶接部
で特にC,N量を制限する必要があるのである。
しかシ実用的にはC,N量を低下させたのみではまだ延
性は不十分であるし、耐食性も不十分である。
第2図は母材としてCr19%、Mo 2%、co、o
os%、NO,009%を含有する板厚1.5m1tの
クロム系ステンレス鋼を用い、ワイヤとしてCr19%
、Mo 2%、C0,010%、NO,011%でTi
、Nb を変化させた場合のTIG溶接部のエリクセン
試験結果を示す。
この結果より明らかな如く、Ti、Nb を複合で適量
添加することにより溶接部の延性が上昇する。
’[’i、Nbの添加範囲はそれぞれ0.03〜0.5
0%で、Ti、Nb のいづれかが0.50%を超える
とエリクセン値(Er)の低下がはじまる。
またTi、Nb のいづれかが0.03%を下まわると
TiあるいはNbの単独添加と同じ効果となり延性の上
昇はわずかである。
これは延性の上昇に対してTi、Nb 複合添加による
結晶粒微細化効果が太き(影響しており、’l’i 、
Nbのいずれかの単独では微細化効果が小さくなるた
めである。
コノヨうに’l’i、Nb の複合添加によって延性が
改善されるが、この場合のC,N量はやはり前述したよ
うにC+N≦0.030%でC<、0.015%の領域
であることが必要である。
Ti、Nb は延性の改善ばかりでなく、後述するよう
に耐食性の点からも安定化元素として添加が必要である
次にAIの効果について説明する。
第3図は母材板厚1.5 myrt tのCr19%、
M。
2%、C0,008%、NO,009%のクロム系ステ
ンレス鋼を用い、溶接ワイヤとしてCr19%、Mo
2%、C0,010%、NO,011%、Ti0110
%、NbO,25%でAI添加量を変化させたワイヤを
用いた場合のTIG溶接部のエリクセン試験値(Er)
を示したものである。
この結果、A1を適量添加することによって、エリクセ
ン値(Er)がAlを添加しない場合より上昇し、溶接
部の延性が向上する。
AIの溶接ワイヤへの適正添加量は0.025%〜1.
00%である。
添加量が1.00%を超えると逆に溶接部の延性は劣化
する傾向を示す。
また0、025%より少ないとほとんどAl添加の効果
が現れない。
また、溶接部の耐食性に対してはA10.025〜1.
00%の範囲であればほとんど悪影響を及ぼさない。
以上溶接部の延性を中心に考慮すると、C,N、’[’
i 、 Nb 、 AI の成分を厳重に制限する
必要のあることを示したが、次に溶接部の耐食性から成
分を検討する。
第4図は母材として1.5mm1.のCr19%、Mo
2%、co、oos%、NO,009%を含有するク
ロム系ステンレス鋼を用い、ワイヤとじてCr19%、
Mo 2%、AIo、10%で(Ti+Nb)/(C+
N)の比を変化させたものを使用した場合のTIG溶接
部のJ I S 5trauss試験における粒界腐
食割れの発生を調べた結果である。
Ti、Nb の安定化元素としての効果はほぼ同等であ
るため、(Ti +Nb ) で整理した。
また耐食性に有害であるC、Nについてもほぼ同等の効
果であるため(C+N)で整理した。
この結果、溶接ワイヤ中の(Ti +Nb )/ (C
十N) ノ値が15未満であるとU曲げ判定においで溶
接部に粒界割れがみられた。
しかしく Ti +Nb ) /(C+N)≧15であ
ると溶接部には粒界割れは全(観察されなかった。
本試験結果からTi、Nb の添加は延性の向上のみな
らず、耐食性の上からも必要であることが明らかであり
、粒界腐食割れを防ぐためには、(T i +Nb )
/ (C+N )≧15 とすることが必要である。
本発明は、特に高耐食性を有するクロム系ステンレス鋼
の不活性ガスアーク溶接用ワイヤとして開発したもので
あるが、従来のクロム系ステンレス鋼、例えばSUS
405、SU、5409.5US410,5US430
等に適用しても十分な溶接部の機械的特性及び耐食性を
得られることは勿論であり、使用について何ら支障はな
い。
以下、本発明の詳細な説明する。
実施例 1 第1表に示す本発明ワイヤを溶加ワイヤとして用い、テ
ィグ溶接によってSUS 434鋼(127fLれX1
00X200)を溶接し、溶接ままで曲げ試験及び耐食
性試験を行った。
なお、溶接条件は下記のとおりであった。
第2表の結果に示す如く、本発明ワイヤによれば、溶接
ままで十分延性を有し、また耐食性試験においても腐食
減量が少なく割れを発生しなかった。
実施例 2 第4表に示す本発明溶接ワイヤを用い、ティグ溶接及び
ミグ溶接によって溶接を行い、溶接ままで溶接部の曲げ
試験エリクセン試験及び耐食性試験を行った。
母材成分を第3表に示す。(1,5tX100imX3
00π0溶接条件はティグ溶接では下記のとおりであっ
た。
溶接速度: 30cm/min ワイヤ径:1.0酩φ ワイヤ添加量:38crrL/1ru!を電極径:2.
4φトリウム人タングステン溶接電流:100A 予熱:なし シールドガス: Ar 100%、15J/mバックシ
ールドガス:Ar10O%、1゜l/閣
**開先:■開先 突合せギャップ:0關 1パス裏波溶接 ミグ溶接条件は下記のとおりであった。
溶接速度: 50cm/1nin ワイヤ径:1.O關φ 溶接電流:100A−11OA 予熱:なし シールドガス:Ar+0.5%02.201/mvLバ
ックシールドガス:Ar10O%、101/血 開先:■開先 突合せギャップ:011LvIL 1パス裏波溶接 第5表に溶接部のエリクセン試験結果及びJ I S
5trauss試験結果を示す。
第5表の結果から本発明ワイヤによれば、溶接部の加工
性は良好であり粒界腐食割れも全く起こらないことが明
らかである。
実施例 3 第6表に示す成分の母材(6i@tX200關×200
mm)を用いてティグ溶接を行った。
試験に用いた溶接ワイヤ成分を第7表に示す。
溶接条件は下記のとおりであった。
溶接速度: i 0crn/vtm ワイヤ径:L6mmφ 電極径:2.4φトリウム人タングステン **
溶接電流: 160A(D、C,) 予熱:なし シールドガス:Ar10O%、151/mm開先形状:
60°V開先、ルートギャップ5關裏当材:母材と同一
材 パス数:10パス 層間温度ニア0〜ioo℃ 第8表に溶接ままでの溶接部の曲げ試験及びJ I S
5trauss試験結果を示す。
この結果本発明ワイヤによれば溶接部の曲げ性は良好で
あり粒界腐食性も良好であることが明らかである。
以上、実施例で示したように、本発明の溶接ワイヤは高
耐食性クロム系ステンレス鋼の不活性ガスアーク溶接に
対して多大の効果を有するものであり、溶接ままでも良
好な機械的性質及び耐食性を得ることができる。
本発明によって適用が困難であった各種機器、構造物へ
の高耐食クロム系ステンレス鋼の利用が可能となったの
で本発明は産業上貢献するところ極めて犬なるものがあ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は高耐食クロム系ステンレス鋼TIG溶接部の加
工性(エリクセン試験値)に及ぼす溶接ワイヤ中のC,
Nの影響を示す図、第2図はTIG溶接部加工性に及ぼ
すTi、、Nb の影響を示す図、第3図はTIG溶接
部加工性に及ぼすAlの影響を示す図、第4図はTIG
溶接部の粒界腐食性を溶接ワイヤ中の(Ti +Nb
) / (C+N)の比で整理した図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. I C+N≦0.030%の範囲で、C≦0.015
    %、Cr 16.00−25.00%、Mo 0.75
    〜3.50%、(Ti +Nb ) / (C+N )
    ≧15の範囲で、TiO,03〜0.50%、NbO,
    03〜0.50%、AIo、025〜1.00%を含有
    することを特徴とする高耐食性クロム系ステンレス鋼の
    不活性ガスアーク溶接用ワイヤ。
JP5821677A 1977-05-21 1977-05-21 高耐食性クロム系ステンレス鋼の不活性ガスア−ク溶接用ワイヤ Expired JPS5841955B2 (ja)

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