JPS6068175A - １３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼のア−ク溶接法 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼のア
ーク溶接法に関し、詳細には高Ｎｉマルテンサイト系ス
テンレス鋼溶接棒および溶接後熱処理により溶接による
引張り残留応力を低減する１３Ｃｒマルテンサイト系ス
テンレス鋼のアーク溶接法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼構造物がアーク
溶接されると後熱処理として応力除去焼なましがその構
造物に施される。その構造物全体が大型の炉内に入れる
ことができる場合、通常、共金のマルテンサイト系ステ
ンレス鋼溶接棒（ＪＩＳＤ　４１０など）を使用して実
施され、溶接された製品全体に応力除去焼なましが施さ
れる。これに対し炉内に入らない大型の構造物もしくは
現場溶接した大型溶接物などが溶接対象であるとき、溶
接後炉内加熱によって応力除去焼なましを施すことがで
きない。したがって、その補修等で溶接施工が必要であ
る場合、共金のマルテンサイト系ステンレス鋼溶接棒ま
たは溶接性良好なオーステナイト系ステンレス鋼溶接棒
（ＪＩＳＤ３０９など）を用いて溶接して、溶接部およ
びその近傍を５００〜６５０℃程度の温度で局部的に焼
なまし処理が施されている。

しかしながら、マルテンサイト系ステンレス鋼溶接棒を
用いてアーク溶接しその溶接部を局部加熱する従来の溶
接法では、数十分程度の加熱により若干の硬度低下を示
すが、溶接部および溶接部近傍が太ぎた引張り残留応力
状態となる。また、オーステナイト系ステンレス鋼溶接
棒を用いる従来の溶接法でも、溶接部に極めて大きな引
張り残留応力が生じ、熱膨張係数の差による残留応力も
加わって局部的加熱によってもほとんど応力を除去しえ
ない。さらに、ピーニングによる塑性変形で溶接残留応
力を緩和する手法を用いてもその適正条件を選定するの
が難かしく、場合によっては溶接後より高い引張り残留
応力が発生して熱影響部にも加工硬度割れ等を生じるこ
とがある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みなされたものであり、その目
的とするところは、１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレ
ス鋼のアーク溶接により生じる溶接部近傍の引張り残留
応力を低減して、溶接部およびその近傍における耐溶接
割れ性、耐応力腐食割れ性、および耐疲労強度特性を高
めることを可能にする１３Ｃｒマルテンサイト系ステン
レス鋼のアーク溶接法を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明者の研究により、アーク溶接に際し高Ｎｉマルテ
ンサイト系ステンレス鋼溶接棒を使用しかつ溶接後熱処
理においてＡｒｌ変態温度以上に加熱することが上述の
目的達成のために有効であることを見い出した。

すなわち、本発明者は、マルテンサイト系ステンレス鋼
溶接棒を用いてアーク溶接すると溶接部近傍の母材に好
ましくない引張り残留応力が生じるのに対し、溶接部の
溶着金属に圧縮残留応力が生じるという知見を得た。こ
れは、マルテンサイト系ステンレス鋼溶接棒をＡ、ｒ１
変変態度以上の温度に加熱して得らｎた溶着金属が冷却
過程でのマルテンサイト変態により膨張するためである
と考えらｎる。しかも、１３Ｃｒマルテンサイト系ステ
ンレス鋼のＮｉ含有量が増加するに従って、Ａｒ１変態
温度以上の加熱後の冷却過程におけるマルテンサイト開
始変態温度（Ｍｓ点）が低下するために鋼中の引張り残
留応力が低下し逆に圧縮残留応力が増大する傾向を示し
、また、溶接性および靭性を向上させる残留オーステナ
イト量が鋼中に増加する傾向を示することを本発明者は
確認して、本発明を完成するに至った。

本発明の１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼のアー
ク溶接法は、１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼母
材をステンレス鋼アーク溶接棒でアーク溶接して溶接後
熱処理を行うにあたって、該母材のＮｉ含有量以上１０
重量％以下のＮ１含有量の溶着金属を得るマルテンサイ
ト系ステンレス鋼溶接棒を用い、かつ溶接後熱処理に際
し溶接部およびその近傍をＡｒ１変態温度以上に加熱す
ることを特徴とするものである。

以下、本発明をより具体的に説明する。

本発明の溶接法は、１３　Ｃｒマルテンサイト系ステン
レス鋼母材に適用され、この１３Ｃｒマルテンサイト系
ステンレス鋼には、ＪＩＳ規格で、ＳＵＳ　４２０　。

５ＵＳ４０３．５ＵＳ４３１．５ＵＳ４４０　などの他
に、主な化学成分について下表の組成を持つ５ＵＳ４１
０およびＳＣ８５がある。

本発明の溶接法において、母材は、熱処理炉内に母材で
ある構造物全体を入れることができる大ぎさのものであ
ってもまた炉内に入らない大型の構造物もしくは現場溶
接した大型溶接物であってもよい。しかし、好ましくは
、炉内加熱による後熱処理を施すことのできないものを
本発明における対象とする。

本発明における溶接棒は、溶着金属の冷却によりマルテ
ンサイト組織に変態し得るマルテンサイト系ステンレス
鋼溶接棒であってＮｉ成分について母材のＮｉ含量以上
１０重量％以下の溶着金属を得るものでおり、好ましく
は４〜９重量％、さらに好ましくは４〜８重量％のＮｉ
含量の溶着金属を得ることのできるものである。

ここで、Ｎ１成分について母材のＮｉ含有量以上とする
のは、溶着金属中のＮ１含有量を増加させることによっ
て引張り残留応力が低下し同時に耐割れ性、溶接性、お
よび靭性を向上させるからである。

こ几らは、第１図に示すようにＮｉ含有量が増大するに
従って溶接部の圧縮残留応力が増大し溶接部近傍の引張
り残留応力が減少していることから、さらＫ、第２図に
示すように１３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼中の
Ｎｉ含有量が増大するに従って残留オーステナイト量が
増大しかつシャルピー衝撃値が向上することから理解さ
扛る。また、Ｎ１成分について１０重量％の上限値を超
えると、第３図のシエフラーの組織図からも明らかなよ
うに溶接金属がオーステナイト＋マルテンサイトの混合
組織となり、したがってマルテンサイト変態膨張量が減
少して第４図に示すように溶接部の残留応力が太ぎた引
張り残留応力となる。このような上限を超える値では、
溶接部の疲労強度の低下、および応力ｔＵ食割れが発生
しやす（、特に母材との化学組成との違いに基づいて腐
食環境下での粒界腐食および応力腐食割れ感受性が顕著
に高（なる。

本発明における溶接棒は、上述したＮｉ成分を含ｉｆる
マルテンサイト系ステンレス鋼溶接棒であるが、例えば
、Ｎｉ以外の主な化学成分について、下記の組成を有す
る溶着金属を得るものである。

さらに、本発明における溶接棒の種類は、母材の形状、
その種類、溶接姿勢、および使用電流の種類により決め
ることができ、その他の溶接条件は一般的な従来のもの
による。

本発明の溶接法において、溶接後熱処理に際し溶接部お
よびその近傍をＡｒｌ変態温度（例えば、８００℃）以
上の温度に加熱してオーステナイトへ変態させ、加熱後
冷却してマルテンサイト変態を起させる。加熱箇所は溶
接部およびその近傍の局部である。加熱保持時間は加熱
温度、母材の形状とその種類、および加熱条件などによ
り決めることができるが、その本質は、加熱部分を完全
にオーステナイト変態させることにあり加熱箇所の最高
加熱温度のみを管理すれば良い。加熱後の冷却は、Ｆｆ
ｒＷのマルテンサイト変態が起るように実施され、その
冷却条件は母材の形状、寸法、およびその鋼種、ならび
に溶着金属の寸法などに決めら詐る。例えば、５Ｃ８５
材においては、加熱後放冷によって本発明の目的は達せ
られる。

〔実施例〕

本発明を、従来法による比較例および本発明による実施
例を用いて詳細に説明する。

比較例 １３Ｃｒ　−４Ｎｉマルテンサイト系ステンレス鋳鋼（
ＪＩＳ規格、５Ｃ３Ｓ相当品）母材を、下記組成の溶着
金属が得られる従来の共金の１３Ｃｒマルテンサイト系
ステンレス鋼溶接俸（ＪＩＳ規格、Ｄ４１０相当品）を
用いてアーク溶接して補修し、溶接後浴接部およびその
近傍を１５分間５ｏｏ℃に局部加熱した。

その結果の残留応力分布を第５図に示す。この図から明
らかなように、溶接後における溶接部の圧縮残留応力が
局部加熱により引張り残留応力に変化している。

実施例 比較例と同じ母材を、その補修部の開先加工後、下記組
成の溶着金属が得ら几る本発明による１３Ｃｒマルテン
サイト系ステンレス鋼溶接棒を用いて第６図に示すよう
に溶接して補修し、溶接後筒７図に示すように溶接部を
含めて約１００ｍ＋のその両側をバンドヒーター等によ
ってＡｒｌ変態温度以上の８５０℃に局部加熱して５分
間保持し、さらに大気中で放冷した。

この結果の残留応力分布を第８図に示す。この図から示
されるように溶接部のみならず局部加熱された溶接部近
傍も圧縮残留応力とすることカーできた。また、溶接金
属に含まｎるＮｉ含有量が増加しているので残留オース
テナイト量の増加ならびに靭性の向上を期待することが
できる。

本発明は、上述の実施例に限定されず種々に変形して実
施することができる。例えば、疲労き裂の発生防止、特
に応力腐食割れ防止のために補修溶接する場合には、実
施例のように深く開先加工する必要なく、第９図のよう
に溶接部表面のみを開先加工して本発明による高Ｎｉ１
３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼溶接棒を用いて改
善することができ、またＡｒ１変態点以上に局部加熱す
ることにより補修部およびその近傍に圧縮残留応力を生
じさせることができる。

また、溶接部が母材の表裏両側にあっそｎを補修溶接す
る場合には、第１０図のように溶接部表面のみ開先加工
して本発明による高Ｎｉ１３Ｃｒマルテンサイト系ステ
ンレス鋼溶接棒を用いて改善することができ、またＡｒ
ｌ変態点以上に局部加熱することによって補修部および
その近傍に圧縮残留応力を生じさせることができる。な
お、表面加熱時に板厚方向に温度分布ができて裏面温度
がＡｒｌ変態点未満となる場合は、Ａｒｌ変態点以上の
局部加熱を母材の表共に施すことが必要である。

〔発明の効果〕

本発明の溶接法により次の効果が得られる。

（ａ）　母材よりも高Ｎｉ含有の１３Ｃｒ系ステンレス
鋼溶接棒を用いるので、残留オーステナイト量が増加し
て溶接部の靭性を向上させることができまた溶接性を良
好にする。

（ｂ）　溶接後熱処理においてＡｒｔ変態点以上の温度
に溶接部およびその近傍を加熱するので、加熱領域に好
ましい圧縮残留応力を生じさせることができ、特に、溶
接欠陥等の発生し易い溶接部近傍に広範囲な圧縮残留応
力を分布させることができる。したがって、溶接部およ
びその近傍における耐溶接割ｎ性、耐応力腐食割れ性、
および耐疲労強度特性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮｉ含有量と溶接残留応力との関係を示す線図
、第２図はＮｉ含有量と残留オーステナイト量およびシ
ャルピー衝撃値との関係を示す線図、第３図はシエフラ
ーの組織図、第４図はＮｉ含有量と残留オーステナイト
量および残留応力との関係を示す線図、第５図は従来の
溶接法である比較例による残留応力分布図、第６図は実
施例における溶接部の断面図、第７図は実施例における
局部加熱の説明図、第８図は実施例による残留応力分布
図、第９図および第１０図は溶接部表面だけを補修溶接
する他の実施例を説明する断面図である。 １・・・母材、２・・・本発明による溶接金属、３・・
・局部加熱領域、４・・・共金またはオーステナイト系
溶接棒圧よる溶接金属。 出願人代理人　猪　股　清 第１図 Ｎし　含　有　＠　（％） 第２図 Ｎし　含　有　量　（％〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １３Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋼母材をステンレ
   ス鋼アーク溶接棒でアーク溶接して溶接後熱処理を行う
   にあたって、該溶接棒として該母材のＮｉ含有量以上１
   ０重量％以下のＮｉ含有量の溶着金属を得るマルテンサ
   イト系ステンレス鋼溶接棒を用い、かつ溶接後熱処理に
   際し溶接部およびその近傍をＡｒｌ変態温度以上に加熱
   することを特徴とする１３Ｃｒマルテンサイト系ステン
   レス鋼のアーク溶接法。