JPS60210394A

JPS60210394A - 帯状電極によるオ−バレイ溶設法

Info

Publication number: JPS60210394A
Application number: JP6588084A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Koike; 弘之小池; Yasutoshi Nakada; 中田　康俊; Ikuo Wakamoto; 若本　郁夫
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1985-10-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高温重圧環境下で使用される化学容器類の内
面をステンレス鋼でオーバレイ溶接し、耐食性を維持さ
せるための常状電憧によるオーバレイ浴接法に関するも
のであり、特に、ステンレス鋼のオーバレイ部と、母材
との境界に発生する割れを防止するのに有効な下盛オー
バレイ溶接法に関するものである。

（従来技術）化学工業における容器類に適用される耐食材料には、従
莱から溶接性及び加工性の面から、オーステナイト系ス
テンレス鋼によるオーバレイ材が多用されて来ているが
、最近では、塩化物硫化物等による応力腐食割れが生じ
やすい環境には、フェライト系ステンレス鋼によるオー
バレイ材が用いられているなど、多種多様な材料が使用
されており、それにともない、解−決すべき問題も多く
生じている。

これら化学容器類は母材として、例えばＡＳＴ］ＶｆＡ
３８７規格に規定されているＣｒ−Ｍｏ鋼が多く使用さ
れ、その内面に耐食性を付与するため、前述の如きオー
ステナイト系ステンレス鋼、例えば３０４タイプ、３０
９タイプ、３１６タイプあるいは３４７タイプなどの溶
接材料や、フェライト系ステンレス鋼、例えば４１０タ
イプあるいは４３０タイプの溶接材料が使用されている
。

しかし、Ｃｒ−Ｍｏ＠などの低合金鋼の上に、直接ステ
ンレス鋼をオーバレイ溶接すると、オーステナイト系ス
テンレス鋼の°場合は、母材の稀釈により、溶接金属中
のＣ含有量が増加し、境界部付近は、Ｃｒ、Ｎｉ含有量
が若干低くなることもあり、不安定な高炭素マルテンサ
イトが生成したり、母材のＣが溶接後の熱処理により、
オー・ミレイ浴接金属の粒界または粒内に拡散し、炭化
物を形成し、かつＣの拡散速度が、母材とオーバレイ溶
接金属とでは異なるため、境界部に非常にＣ含有量の多
い脆化層を形成し、その部分から割れが発生、進展しや
すくなる。

又、フェライト系ステンレス銅の場合は、高炭素マルテ
ンサイトの生成により硬化が著しくなり、溶接割れや水
素に起因する遅れ割れを誘発する原因となりやすい。

このような母料〜肉盛層境界部の割れ発生を防止するた
めに、従来から種々の方策がとられ、例えば母材表面を
脱炭した後、オーバレイする方法、あるいは（特公昭５
６−７７９２号公報）に示される如く、耐割れ性の良好
なフェライト系ステンレス銅を下盛材として使用する方
法などがある。

しかし、前者の板表面を脱炭する方法では、板全体を脱
炭処理せねばならな〜・ため、大きな熱処理装置を必要
とし、それにかかる工程、時間、人件費等莫大なものに
なり、実用化したとしても相当のコスト上昇が見込まれ
る。又、後者の場合、下盛材としてフェライト系ステン
レス鋼を使用し、その上に耐食材としてオーステナイト
系ステンレス鋼をオーバレイする手段をとるため、必然
的に浴材費が高くなり、全体としての製造コストも高価
になり、コストの安い下盛浴接材料および施工法の出現
が待たれていた。

（発明の技術的背景）本発明省らは、このような事情に鑑み、従来から公知で
ある咄添加によりＣを固定し、ステンレス溶接金属への
Ｃの拡散を防止する方法を検討した。帯状電極としては
、０．４１１１１１厚さＸ７５ｍ幅で基本成分として、
００２％Ｃ−２，３％　Ｃｒ−１，０％Ｍｏ鋼を含有し
ているものを用い、フラックスからＣ１Ｎｂを段階的に
変化させ、その効果について検討ｌ　梁− その結果、陥換算含有量は０．５％以上であればＣを固
定する効果があり、又Ｃとの相関でみると、溶接金属で
はＮｂ／Ｃが６以上であればよいことが判明した。尚、
綿とＣとの溶接過程における歩留りが異なるため、塩基
度が１．１以上であるフラックスと帯状電極を用いる溶
接では、浴接金属中でＮｂ／Ｃが６以上とするためには
、帯状電極及びフラックスでの換算含有箪で、Ｎｂ／Ｃ
が４０以上であることが必要である。　− しかし、下盛層の衝撃特性について検討した場合、Ｎｂ
添加による衝撃特性の低下は著しく、ｌ亜を換算含鳴量
として、２．５係添加した場合、６９０℃×２４時間Ｓ
Ｒ後の浴接金属の衝撃匝は、２ｖＥＯ＝０．５〜１．０
Ｋｇｆ−ｍ程度と極端に低い値となり、とても実用に供
しうるものでないことが判明した。

（発明の目的）これらのことから本発明省らは、化学容器類に多用され
るＡＳＴ１ｖｆＡ３８７規格を満足する銅板を母材とし
て、その内面にフェライト系ステンレス鋼又はオーステ
ナイト系ステンレス鋼をλ−−バレイする際に、母材と
ステンレスオーバレイ部との間のＣ濃度差が異なるため
、例えば応力除去焼鈍などの如く、高温保定中に母材の
Ｃがステンレスオーバレイ部に拡散し、境界部近傍に炭
化物層が生成することを抑制するとともに、下盛層の衝
撃値についても、高い水準を維持しうる下盛材について
の研究を進めた結果、Ｎｂ及びＮ１の複合添加によりＣ
を固定し、割れ発生を防止するとともに、衝撃値も高い
水準に保ちうろことを見出し、帯状電極によるオーバレ
イ溶接法を提供するものである。

（発明の構成）本発明の要旨は、帯状電極もしくはボンドフラックスの
一方又は双方に、（１）式で計算される換算含有量がｃ
ｏ、ｏｓ重量φ以下、Ｓｉ　１．０重量％以下、Ｍｎ　
０．３〜３．０重Ｊｔ％、Ｎｉ　Ｏ，５〜２．０重量％
、Ｃｒ　０．５〜４．Ｏｚ量係、ＩＶＩｏ　Ｏ，４〜１
．２重量％、Ｎｂ　Ｏ，５〜４．０重量％で、かつＮｂ
／Ｃが４０以上となるよう各成分を含有せしめ、さらに
使用されるフラックスは（２）式で示される塩基度が１
．１以上であるようにした帯状電極と、ボンドフラック
スを組み合せてＣｒ−ＩＶＩｏ鋼板に１層下盛溶接した
後、その上に通常のフェライト系ステンレス鋼又は通常
のオーステナイト系ステンレス銅な、１層以上オーバレ
イ溶接することにある。

Ｃ＝Ａ＋−Ｂ　・・・・・・・・・・・・・・・　（１
）Ｃ：換算含有量（重量％）Ａ、帯状電極中の実含有量（重量★）Ｂ：フラックス中の実含有量（重量％）以下に本発明の
詳細な説明する。

まずＣは、ボンド部に脆弱な炭化物を形成し、割れの原
因となるので、できるだけ低く抑えることが望ましいが
、溶接材料工業製品の限度ρ・ら、換算含有量で００８
Ｍ量％以下に限定した。情状゛電極又はフラックス中に
換算含有蓋として、Ｃ：ｏ、ｏｓｘ量う以下含有した場
合、浴接金属としては、母料からの柳眉、によるＣの上
昇を考慮しても十分にＯ，ｌ　０％以下となり、前述の
Ｎｂを添加することによりＣを固定できるので、経済的
見地からも、Ｃは換算含有量で００８電量％以下であれ
ば十分である。

Ｓｌは、脱酸のため通常の溶接に必要であるが、換葬含
凋重で１００重量％なると、溶接金属の靭性の低下をき
たしやすいので、その上限を換算含有量で１０貞箪饅と
した。尚ＳｉはＦ’ｅ−８ｉ　、　５１−Ｍｎ、金属８
１などの形で、フラックスから添加する一方、帯状電極
からの添加も０」能である。

Ｍｎについても通常の鋼に含有されているｍＸ言南電で
０３電量チ程反以上を、合金及び脱酸のために必要とす
るが、換算含有量で３，０電量係超の姫〃口によっても
、浴接金属の緒特性に顕著な改善がみられないので、そ
の換算含有量を０３〜３．０重量％に限定した。尚、Ｍ
ｎは金属馳、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｓｔ−Ｍｎなどの形で、フラ
ックスから添加できるとともに、帯状電極からの添°加
も可能である。

Ｎｉは溶接金属の衝撃特性を改善１−る元素であり、そ
の効果を見出したことにより、本発明をなしえたもので
ある。第１図は換水成分として、帯状電極の合金含有量
を００．０５貞箪饅、Ｓｉ０．０４重ｉｓ、１Ｖｌｎ　
０．４９　亀量饅、Ｃｒ　２４３　重量％、１１ＩＩｌ
。

０．９９重量襲、残りＦｅ及び不可腫不純物とし、これ
にＣａＦ２−　ＣａＣ０ａ　−Ａｌ２Ｏ３ＩＶｉｇＯを
主成分と１〜るボンドフラックスに、金属Ｎｉ及びＰ′
ｅ−Ｎｂを榎々変えて、試作フラックスを組合せて、俗
駁栄１午１２００Ａ、２７Ｖ、１８ｏｓ／ｍｉ　ｎ、予
熱パスＩＪＩ温度１５０〜２００℃で、ＡＳＴＭ　Ａ３
８７　Ｇｒ　２２　’ｔＭ板土　− （２４Ｃｒ　１１Ｖｆｏ　鋼）の上にオーバレイし、そ
の第１層目における６９０℃×２４時間ＳＲ後の衝撃特
性の変化を見たものである。

前に述べたように、図からも明らかなように、Ｃを固定
し耐割れ性を向上しうるＮｂの添加によって、衝撃値は
低下する傾向がある。しかしＮｉの添力■により回復す
る。Ｎｉ　Ｏ，５重誓襲り伯Ｘ力日により、Ｎｂを換算
含有量で４０菫＊％添〃目しだ場合でも、５Ｋｇｆ−ｍ
以上の衝撃値を示し、十分実用化し５るので、その下限
を換算含有量で０５重量％とした。

又、換算含有量でＮｉ　２．０重量％を超えて添加して
も、効果は飽和する傾向にあり、顕著な改善は認められ
ないので、経済的な見地から換算含有量で、２０重量％
を上限とした。尚、Ｎｉは金属Ｎｉ　、　Ｆｅ−Ｎｉな
どの形でフラックスから添加できるとともに、帯状電極
からの添加も可能である。

Ｃｒは、線膨張係数など諸物理的性質をできるだけ母材
と同様にし、使用中の脆化を防止するため、原則として
母材と同様の成分範囲であることが必要である。例えば
−１母材がＡＳＴＩＶＩ　Ａ　３８７グレード１１の場
合は、換算Ｃｒ含有量はｉ、ｏｏ〜１５単忙饅とすべき
であり、ＡＳＴＭ　Ａ　３８７　グレード２２の場合は
、換算Ｃｒ含有量は２．０〜２．５重量％とすべきであ
る。

本発明では、母相としてＡＳＴＭＡ３８７のうち、グレ
ー　ド２、グレード１２、グレード１１、グレード２２
、グレード２１を対象としているので、合金歩留も考慮
すると、換算含有量で０５〜４．０重量％の範囲とすべ
きである。尚、Ｃｒは金属Ｃｒ、　Ｆｅ−Ｃｒ、クロム
カーバイトなどの形でフラックスに添加されるとともに
、帯状電極からの添〃■も０Ｊ能である。

ＭｐはＣｒと同様、母材と同じレベルにする必要があり
、ＡＳＴＭＡ３８７グレード２．１２．１１．２２．２
１を対象とした場合、合金歩留も考慮すると、換算含有
量で０４〜１．２重量％のＭ１α囲とずべきである。尚
、Ｍｏは金属Ｍｏ　、　Ｆｅ−ｆｏ　、などの形でフラ
ックスに添加されるとともに、帯状電極からの添加も可
能である。

Ｎｂは前述のようにＣと結合して悪影響を及ぼさないよ
う固定するのに有効で、境界部近傍での炭化物層生成を
抑制することができ、耐割れ性は向上するが、その量が
換算含有量で０．５重量％未満ではその効果が十分では
なく、又換算含有量で４．０重量％超の場合は、衝撃値
の低下贋金いが太きいため、換算含有量で０．５〜４．
０重量％の範囲とした。

又、ＮｂはＣを固定するために゛添加するのであり当然
Ｃ含有量との相関がある。溶接金属でみると、Ｎｂ／Ｃ
が６以上であれば十分にＣを固定する働きがあるが、溶
接過程における１’ＪｂとＣの歩留りが異なるため、換
算含有量でみた場合、Ｎｂ／Ｃは４０以上とすべきであ
る。

さらに本発明で用いるフラックスの塩基１（Ｂｔ、）を
、次に示す（２）式で、１．１以上と規定したのは、主
に合金歩留と溶接作業性の面からの制約であり、塩基１
ｆＢｔ、が１，１未満であれば、合金歩留が非常に低下
し、目的とする成分を有する肉盛層を得るためには、過
剰な合金元素を添加せねばならず、それに伴ってスラグ
の剥離性が劣化し、溶接作業性が悪くなるためである。

尚、本発明において使用される前述の塩基度（ＢＬ）が
、１．１以上のフラックスは、ＣａＯ、Ｍｎ０１Ｍｇ０
．５ｉｆｔ　、Ａ４０ａ、Ｔｉ０ｚを構成、成分とする
フラックスの他、その他の任意成分のフラックスも、勿
論使用対象に含まれるものであって、ＣａＦ２、Ｚｒ０
ｚ等の他の酸化物や弗化物、炭酸塩などを含有していて
もよく、要はＣａＯ１Ｍｎ０　、　％ＩｇＯ１Ｓｉ０２
、Ａｔ２０ｓ　、Ｔｉ０ｚについて、（２）式で側與し
た１直が１１以上のものであればよい。

尚、本発明で用いるフラックスの化学組成は主として、
合金歩留を良好に維持することと、作業性を損なわない
ようにするという観点から、ＣａＯ又はＣａＣ０Ｂ２〜
３０重量係、ＣａＦ２２〜２５　重量％、Ａｔ２Ｑ３２
〜４０重量％、ＭｇＯ又はｉＶｌｇＣＯｓ　１〜４０重
量％、５ｉｎｓ　２〜２０重量％、ＴｉＯ２１５，１！
［量チリ下、ＺｒＯ＊１５重量％以下、１ＶＩｎ０５重
量％以下、合金剤、脱酸剤３０重量予以下の範囲が好ま
しい。

（発明の効果）一以下に本発明の効果を、実施例によりさらに具体的に
示す。母材は第１表に示ｊＡＳＴＭＡ３８７を使用した
。下盛、上盛とも、第２表に示す条件で溶接を行１よっ
た。

第３表に使用した帯状電極を、第４表に使用したフラッ
クスを示す。比較のため、本発明方法に用いられるよう
規定された成分範囲外のフラックスについても検討を行
なった。

本発明成分範囲内であるフラックスＡ　Ｆ　−１〜Ｆ−
１７の１７種類のフラックスは、良好な溶接作業性を示
すのに対して、本発明成分範囲外であるフラックス、Ｆ
−１８、Ｆ−１９、Ｆ−２０の３種類Ｇま、（・ずれも
スラグの剥離性が悪いので、以後の試験は中止した。

第５表に試験結果を一括して示した。衝撃試験について
は、ノツチ位置を下盛層に限定して検討する必要性から
、ノツチを母材との境界線と平行で、境界より１５順の
位置に入れた。尚、靭性の判定基準としては、前述の通
り５Ｋｇｆ−ｍ以上の値を示すものを実用性ありと判定
した。

溶接割）ｔについては、溶接完了後Ｘ線透過採湯により
調べ、割れ発生の有無を判定した。

又、６９０℃×２４時間ＳＲ後、上盛層との境界部に、
炭素の拡散による高炭素相が形成されているかについて
も、４００倍の顕微鏡観察により検！＝Ｊシ、明らかに
形成されているものは×、不明瞭又は全く形成されてい
ないものは○として判定した。

側曲げ試験は、ＪＩＳ　Ｚ　３１２２に規定されている
型曲げ試験方法に準拠して行なった。６９０℃×２４時
間ＳＲ後、３号試練片を採取して、型曲げ試験を行ない
、３ＩａＩＩ＋以上の割れが発生したものを×とし、割
れ発生しないもの及び３日未満の割れのものを○と判定
した。

第５表に示すように、比較例として示したＡ、　ｌ　８
．１９．２３は、Ｃ換算含有量にくらべて、Ｎｂ侯葬宮
有量が低いため、Ｃを完全に固定することができず、衝
撃値は満足する値が得られるが、６９０℃×２４　ｈｒ
熱処理後の上盛層との境界部に、Ｃａ！瓜の尚い拡散相
が出来、側曲げ試雇により微、Ｉ＋ｌＢ割れが発生し、
実用には供し得ない。又、扁２０はＣを固定するのに十
分な隅換算含有量となっているため、浴接割れは生ぜず
、熱処理によっても萬Ｃ相は生じないが、Ｎｉを添加し
ていないため衝撃値が極端に低い。

扁２１はＮｌ　、Ｎｂ換算含南量が、本発明範囲より低
いため、衝撃値が低いうえ、溶接割れが生じゃづ−く、
熱処理によって冒Ｃ相が生じやすく、側曲げ試験も欠陥
が生じやすく、実用には供しえな℃・。

屋２３はＮｂ侠其含有量が本発明範囲より低いため、衝
撃値は良好であるが、溶接割れが生じやすく、又、側曲
げ試験により欠陥を生じるので実用に供するとは云い婢
い。

又、Ａ２４はＮｂ換換金含有量本発明範囲より高（・た
め、耐割れ性、・１１１１１曲げ性能は良好であるが、
１−５車前性が極端に悪く、やはり実用性があるとは云
い頬い。

これと比較して本発明により得られた肉ｍ俗接金属では
、？ｉｌ撃特性は高い水準を維持するとともに、浴接割
れは発生せ゛ず、又熱処理による高Ｃ相の析出もなく、
側曲げ試験に於ても良好な結果を示した。

以上詳細に説明したように、本発明はＮｉ　、　Ｎｂの
添加により、耐割れ性良゛好な衝撃特性の良好な溶接金
属を有する下盛溶接を可能にせしめたもので、その工業
的価値は太きい。

第１表第２表注１）水ガラスを加えて混和造粒した後４００℃で２時
間焼成した。

注２）＊　Ｉ　ＣａＦ２９８．４％＊　２　ＣａＯ５５，４％ ”　３　Ａｊａ２０ｇ　９９．３％＊４　５ｉＯ２５２，１％、Ｃａ０　４２．６％＊５Ｍ
１ｇ０　９７．９％＊　６　５ｉ０２　９８．８％＊　７　’Ｉ”ｉｏ、　９８．５％＊８　ＺｒＯ２６７，２％＋　５ｉ０２　３１．７％＊
９　５１０２　５４．７％、Ａｔ２０，１　４０．３％
＊ｔｏ　１ＶＩｌｎｏ　６３．８係＊１１　ＮａＦ　９８．３％＊１２　ＪＩＳ　１ｖ１１ｖｉｎＥ　（Ｍｎ　９９．９
％）＊１３　ＪＩＳ　ＦＳｉ　３　（Ｓｉ　４０．７％
）＊１４　Ｎｉ　９９．９％＊１．５　ＪＩＳ　ＭＣｒ　（Ｃｒ　９９．９％）＊ｉ
６　ＪＩＳ　ＦＭｏＬ　（Ｍｏ　６２．０％）＊１７　
ＪＩＳ　Ｆ”Ｎｂ　（Ｎｂ　６７．５％）

【図面の簡単な説明】

第１図はＮｉ　、　Ｎｂ換算含有量と衝撃値との関係を
示づ−グラフである。第１阻展享Ｎｂ合洟量（１量２）

Claims

【特許請求の範囲】 ■　帯状゛電極もしくはボンドフラックスの一方又は双
方に、（１）式で計算される換算含有量が、ｃｏ、ｏｓ
重量％以下、Ｓｔ　１．０重量％以下、Ｍｎ０、３〜３
．０重量％以下、Ｎｉ　Ｏ，５〜２．Ｏｉｌｉ　量％、
Ｃｒ０．５〜４．０　＝量％、ＩＶＩｏ　Ｏ，４〜１．
２重量％、Ｎｂ０．５〜４．０重量％で、かつＮｂ／Ｃ
が４０以上となるよう各成分を含有せしめ、使用される
フラックスは、（２）式で示される塩基度が１．１以上
であるようにした帯状電極とボンドフラックスを組み合
せて、クロムモリブデン鋼板に１層下盛溶接した後、そ
の上に通常のフェライト系ステンレス鋼又はオーステナ
イト系ステンレス鋼をＩ　Ｊｆｉｉ以上オーバレイ溶接
することを特徴とする帯状電極によるオーバレイ溶接法
。Ｃ＝Ａ＋−Ｂ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・　１１）Ｃ：換算含有量（重量％）Ａ：帯状電極中の実含有量（電ｉ％）Ｂ：フラックス中の実含有量（Ｍｎ４％）