JPS6036863B2 - オ−ステナイト系ステンレス鋼の溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はオーステナィト系ステンレス鋼の溶接方法に係
り、特に高温で使用用されるオーステナィト系ステンレ
ス鋼の凝固割れとシグマ腕化を防止する溶接方法に関す
る。

オーステナィト系ステンレス鋼溶接金属では溶接中に凝
固割れが発生し易いことは古くから知られている。

この凝固割れ感受性は、オーステナィト相のマトリック
ス中にフェライト相が析出する場合その析出量が増加し
、更に溶接入熱量が減少すると共に小さくなることも知
られている。従ってオーステナィト系ステンレス鋼の溶
接金属の凝固割れを防止する方法として、従来溶接金属
中のオーステナィトマトリツクス中に少量のフェライト
相、好適には５％以上のフェライト相が析出するような
組成の溶接材料を選定し、また溶接時の入熱量を制限す
る等の対策が講じられて来た。しかしながらかかる対策
を講じてもなお他の一つの重大な問題が残されていた。
それはフェライト相を析出させたオーステナィト系溶接
金属を５５０〜７５００Ｃにて長時間加熱するとフェラ
イト相からＦｅとＣｒの金属間化合物である。相が析出
し、いわゆるシグマ腕化と称せられている欠陥の発生問
題である。シグマ腕化は以前は単に常温における靭性値
を低下するだけの現象であると認識されていたが、最近
では高温におけるクリープ延性や疲労強度の低下等その
他の特性値にも影響することが明らかにされている。従
って高温で使用されるオーステナィト系ステンレス鋼熔
接継手の信頼性を向上させるためには、凝固割れに対す
る対策と同時にシグマ腕化に対しても十分な対策が必要
であるが、今日まで効果的な対策が開示されるに至って
いない現状である。本発明の目的は、前記従来技術の現
状よりオーステナィト系ステンレス鋼溶接金属の凝固割
れを防止すると共に、長時間の高温使用に際してもシグ
マ縦化を発生しないオーステナィト系ステンレス鋼の溶
接方法を提供するにある。

本発明の要旨とするところは次の如くである。

オーステナィトマトリックス中に少量のフェライトを含
む熔接金属を形成するオーステナィト系ステンレス鋼の
溶接方法において、２〜５％のフェライトを含むオース
テナィト系溶接材料を用い、１球Ｊ／肌以下の入熱量に
て前記溶接金属の初層を熔接する工程と、第２層以降を
２％以下のフェライトを含むオーステナィト系溶接材料
を用いて熔接する工程とを有してなることを特徴とする
オーステナィト系ステンレス鋼の溶接方法である。本発
明は凝固割れが発生し易い初層溶接部に対しては凝固割
れの防止に重点を置いた溶接方法をとり、第２層以降に
はシグマ腕化の防止に重点を置いた溶接方法をとって全
体の溶接金属として従来の２つの欠陥を完全に防止する
ことに成功したものである。本発明の詳細ならびに実施
例を添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明による溶接継手を示す断面図である。被
溶接材２Ａ，２Ｂは通常の方法によって関先合わせされ
、次に切層４はフェライト量が２〜５％になるようなオ
ーステナイト系溶接材料を使用し、この溶接時の入熱量
を１靴Ｊ／肌以下に制限する。次に第２層６以降の溶接
に当ってはフェライト量を少くして２％以下になるよう
なオーステナィト系溶接材料を使用して溶接するもので
ある。本発明で使用する溶接材料は母材と同一成分系の
オーステナイト系ステンレス鋼より成っているため母材
による希釈はほとんどなくかつ通常どおり不活性ガス雰
囲気中で溶接されるため元素の酸化消耗もなく、溶接材
料の組成およびフェライト量は第１表に示すとおりその
まま溶接金属における組成とフェライト量となる。また
被覆ァーク溶接棒を用いても表１のＢ‐１，Ｂ−２の結
果から同様なことが言える。本発明において初層４のフ
ェライト量を２〜５％と限定したのは次の理由による。
すなわち初層溶接部は特に凝固割れが発生し易くフェラ
イト相をやや多い目‘こする必要があり、そのために少
くとも２％以上のフェライト量としなければ効果がない
が、余り多くなるとシグマ脆化の危険が発生するので上
限を５％とし、２〜５％のフェライト量としたものであ
る。また綾嬢入熱量は凝固割れ防止のために少し、程よ
いことは周知のとおりであり、溶接可能の最少限として
、その上限を１郎Ｊ／伽に制限した。

すなわち、本発明により溶接されるオーステナィト系ス
テンレス鋼は５５０〜７５０ｑｏの高温で長時間使用さ
れるため、少なくとも７５０ｑｏまで、シグマ相による
腕化が生じないことが必要である。

本発明者等は、フェライト量とシグマ相による脆化（時
効後のシャルピー衝撃値）の関係を調べた結果、第２図
に示すとおりでフェライト量を２％以下にすることによ
り、７５０ｑｏ×１ぴｈの時効後もシャルピー衝撃値８
ｋ９・ｍ／ｃ椎と脆化を抑えることができることがわか
る。前述のとおり、高温腕化を防ぐという点からは、フ
ェライト量を２％以下にすればよいが、一方初層におい
ては、入熱量を大にし、フェライト量の少ない溶接材料
を用いた場合溶接高温割れの問題が生じる。

この溶接高温割れや、フェライト量および入熱量の関係
を実験的にまとめると第３図に示すとおりとなり、初層
に用いる溶接材料としてフヱラィト量が２％以上のもの
を選択し、入熱量を１歌Ｊ／伽以下とすれば高温割れを
防止することができることがわかる。しかしながら、初
層に用いる溶接材料のフェライトが５％を越ええると前
述のとおりの高温腕化の問題が生じるためその上限を５
％にする必要がある。かくの如くして初層４を溶接する
と、第２層６以降は初層溶接部４の拘束によって溶接時
の変形は小さくなるので凝固割れ感受性が４・ごくなる
。

従って第２層６以降の溶接金属のフェライト量は初層４
よりも少〈てよく、シグマ腕化防止を重点に考慮してフ
ェライト量を２％以下とした。添付図面は第２層までの
例を示しているが、第３層、第４層とある厚板溶接時も
第２層以降のすべての層のフェライト量は２％以下でよ
く、かかる構成の溶接部によって凝固割れおよびシグマ
腕化の２つの欠陥発生を完全に防止することができる。
実施例オーステナィト系ステンレス鋼溶接に際し、本発
明法と従来法を同一条件にて実施し、その効果の比較試
験を実施した。

この比較試験に使用した溶接材料の化学成分は第１表に
示すとおりであって、供試材ＡおよびＢ−１はフェライ
ト量それぞれ２．５％、１．５％であり、供試材Ｂ−２
はフェライト量７．５％の従来使用の溶接材料である。

第１表ここでＡ：ＴＩＧ溶接ワイヤ Ｂ−１，一２：被覆アーク溶接棒 この比較試験では供試材Ａを初層の溶接に、供試材Ｂ−
１を第２層以降に使用し、初層および第２層以降にいず
れも比較材Ｂ−２を使用した溶接部の凝固割れとシャル
ピーの衝撃値を溶接のままおよび高温における長時間加
熱後について比較した。

結果は第２表，第３表に示すとおりである。第２表第３
表 第２表、第３表より明らかな如く、本発明法および比較
法による試験Ｎｏ．１，２とも凝固割れは発生しなかっ
たものの、シグマ縦化の一般的評価方法である高温長時
間加熱後のシャルピーの衝撃試験においては明らかな差
異が現れ、特に７００〜７５０℃の高温長時間加熱後の
衝撃値に大なる差異が認められ、従来の比較材Ｂ−２を
使用した試験Ｎｏ．２の溶接部にはシグマ腕化現象が現
われていることを示している。

しかるに本発明法によるものは凝固割れを完全に防止で
きると共に、溶接のままと高温長時間加熱後の衝撃値の
差が少く、シグマ腕化が軽微であると共に、その絶対値
が高くすぐれた靭性を示している。上記実施例より明ら
かな如く、本発明はオーステナィト系ステンレス鋼の溶
接において、初層の溶接に当っては凝固割れに重点をお
き、第２層以降の溶接に当ってはシグマ腕化防止に重点
をおき、それぞれ溶接金属中のフェライト量を限定する
と共に入熱量をも制限することにより溶接部の凝固割れ
を解消すると共に、シグマ腕化を最少限に抑えて高温に
おけるクリープ延性もしくは疲労強度の低下を軽減する
ことができ、これにより高温で使用されるオーステナィ
ト系ステンレス鋼熔接継手の信頼性を著しく向上する効
果を収めることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶接継手の断面を示す図、第２図
は時効後の衝撃値とフェライト量の関係を示す図および
第３図は高温割れに及ぼす入熱量およびフェライト量の
影響を示す図である。 ２Ａ，２Ｂ・・・・・・被溶接材、４・・・・・・初層
、６・・・・・・第２層。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ オーステナイトマトリツクス中に少量のフエライト
   を含む溶接金属を形成するオーステナイト系ステンレス
   鋼の溶接方法において、２〜５％のフエライトを含むオ
   ーステナイト系溶接材料を用い、１５ＫＪ／ｃｍ以下の
   入熱量にて前記溶接金属の初層を溶接する工程と、第２
   層以降を２％以下のフエライトを含むオーステナイト系
   溶接材料を用いて溶接する工程とを有してなることを特
   徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の溶接方法。