JPS62156094A - ９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼用ミグア−ク溶接ワイヤ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、純不活性ガスシールド雰囲気中で９Ｃｒ−１
！、４ｏ　ｉを溶接するのに用いるワイヤであって、こ
の雰囲気中でＣＤ□等を使うまでもなく溶接作業性が良
好で、強度ならびに靭性ともに浸れた溶接金属を得るこ
とができるミグアーク溶接用ワイヤに関するものである
。

９　Ｃｒ−Ｉ　Ｍ　ｏ鋼は、６５０℃程度までオーステ
ナイト系ステンレス鋼に劣らない強度を有しておりまた
フェライト系鋼であるため耐応力腐食割れ性が良好で、
線膨張係数を小さいなどオーステナイト系ステンレ鋼よ
り優れた性質もあり、さらに高価な合金元素であるＣｒ
、　Ｎｉの含有量がオーステナイト系ステンレ鋼より少
なくてすむため、材料コストの点から各種圧力容器やボ
イラ用材料として広い用途に使われている。

これらの構造物は、近年に高温高圧で操業がなされかつ
大形化してきたため、該９Ｃｒ−１！、Ｉｏ鋼１こ用い
る溶接材料に対してもより厳しい性能の要求がなされて
きているのが実情である。要するに良好な溶接性を有し
かつ溶接能率が高く、溶着金属が優れた高温強度と靭性
を兼ね備えている溶接材料が必要となってきたのである
。

（従来の技術） 上述した斯界の実情に対し、最近では、例えばミグアー
ク溶接において、特開昭５２−１１７２５４号公報に開
示されている如く、溶接材料中にＮｉを添加することに
よりδフエライト量を制限し、溶接金属の強度および靭
性を高めようとしたミグアーク溶接材料が提案されてい
る。しかしＮ１は焼戻し軟化抵抗が小さく溶接割れを起
こす可能性もある。

このことから、さらに最近では特開昭５８〜２２１６９
５号公報に開示されているようなＮ１を含まない成分系
のガスメタルアーク溶接材料により溶接金属の強度およ
び靭性を高める技術が提案された。しかし、上記の２つ
の従来例においては必ずしも良好な靭性が得られている
とはいえず、いずれの場合もシールドガスにＡｒと１５
〜２０％ＣＤ２の混合組成のガスを用いている。これは
、一般の溶接ワイヤを用いた場合、ミグアーク溶接を純
不活性ガスシールド雰囲気中で行うとアークが不安定と
なり、良好な溶接作業性が得られないためである。

一方でシールドガスに００２を混合させると、その点は
改善されるが、スパッタが発生しやすくなって溶接作業
性が悪くなり、とりわけ９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼用０ワイヤの
ようにＣｒを９％程度も含むと、Ａｒ＋ＣＤ２のシール
ドガスでは、多量のスパッタの発生が問題となる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者らは上述した従来技術のもつ問題点を改善すべ
く　、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の溶接金属の靭性について詳細
に検討を行った。その結果、靭性を向上させるためには
、溶接金属中の酸素量を極力減らすことが不可欠である
ことを見い出した。もっとも溶接金属中の酸素量の低減
が靭性の向上をもらたすことは、例えば、特開昭５９−
１０４９３号公報にはオーステナイト系ステンレス鋼の
例で示されている。

しかし、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼は、フェライト系の合金鋼で
あり、オーステナイト系ステンレス鋼と大キ＜異なる成
分系を有し、溶接熱サイクルにおける変態特性なども異
なり、同髄の考え方をそのまま適用できない背景があり
、本発明を想到するに至った。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、靭性を向上させるためには、溶接金属中の酸
素量を極力減らすことが不可欠であるという認識のもと
に、そのためには、まず純不活性ガスシールド雰囲気中
でのミグアーク溶接が不可欠であることから、ワイヤに
希土類元素を添加することにより、溶接金属中の酸素含
有量を低く制御することにより、良好な靭性と優れた高
温強度を有し、かつ優れた溶接作業性を有する９Ｃｒ−
ＩＭ。

鋼の純不活性ガスシールド気中のミグアーク溶接ワイヤ
を開発しろるに至ったのである。しかも、純不活性ガス
シールド雰囲気中のミグアーク溶接において、Ｓｉ＋！
Ｊｎを下記の範囲内に限定することにより、スパッタリ
ング量を著しく減少させることができる。

上北の知見が本発明の着想の基礎になっているのである
。すなわち、本発明の第１は、純不活性ガスシールド気
中における９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼用ミグアーク溶接ワイヤに
おいて、その成分組成として、Ｃ：０．０５〜０．１５
ｗｔ％　（以下は単に「％」で示す）、Ｓｉ　　：　０
．０５〜０．５０％　、　Ｍｎ　　：　０．４０〜１．
２０％　、　Ｃｒ　　：　８．００〜１２、００％、Ｍ
ｏ：０．８５〜２．５０％および希土類元素：　０．０
２〜０．３０％を含み、かつＯ：Ｏ，０１０％以下にす
ると共にＳｉ　＋Ｍｎ　：　０．６（１−１，３０％と
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものであ
る。

すなわち、かかるミグアーク溶接ワイヤは、純不活性ガ
スシールド気中のミグアーク溶接においても安定した溶
接作業性を有し、溶接金属の組織をマルテンサイトとし
、かつ溶接金属中の酸素含有量を低く制限することで、
高靭性が確保されるようにしたところに特徴がある。

また、本発明は第２に、上記の成分組成からなる溶接用
ワイヤに加え、さらにＮｂ　＜０．１０％、Ｖ＜０．２
５％およびＴｉ　＜Ｑ、　１０％のうちから少なくとも
１種以上を選らんで含有し、２Ｎｂ　＋　Ｖ　＋　２Ｔ
ｌ：　０．０４〜０．３０％にすると共にＮｉ＜ｌ、Ｑ
％とした残部が実質的にＦｅよりなるワイヤにより、上
述した高靭性と溶接作業性に優れるという特性に加えて
クリープ特性にも優れたワイヤを提案する。

（作　用） 次に本発明にかかるワイヤの成分組成限定理由につき説
明する。

Ｃは、０．０５％未満では十分な強度を得ることができ
ない。しかし０．１５％を超えると焼入れ性が過剰にな
りすぎて溶接割れを生ずるため、０．０５〜０．１５％
に規制する。

Ｓｌは、安定した溶接作業性を維持するためには、０．
０５％以上必要であるが、０．５０％を超えると溶接高
温割れを助長して靭性が低下するため、０．０５〜０．
５０％に規制する。

Ｍｎは、脱酸元素であり、安定した溶接作業性を得るた
めには、０．４０％以上必要であるが、オーステナイト
形成元素であるので、あまり多すぎると焼入れ性が高ま
り、割れを生ずるため、１．２０％以下に限定する。

Ｃｒは、本発明における主成分であり、９　Ｃｒ−１！
、１　ｏ　’ＫＩＪの溶接材料として８．００〜１２．
００％の範囲内であれば母材と同程度の高温特性や耐酸
化特性が得られるので、かかる範囲に限定する。

ＩＪｏは、本発明における主成分の１つであり、高温強
度向上のため０．８５％以上含有させる必要があるが、
あまり多すぎると粗大な組織が生じて靭性を劣化させる
ので、２．５０％以下にする必要がある。

希土類元素（ＲＢＭ）　は、純不活性ガスシールド気中
において、安定したミグアーク溶接を持続して与えるた
め、０．０２％以上を含有させることが必要である。

しかし、酸化不純物が靭性に悪影響を与えるた狛、上限
を０．３０％以下とする。

０は、靭性に対して大きな影響をあたえる元素である。

良好な靭性を１尋るためにはワイヤ中のＯ量を０．０１
０％以下に抑える必要がある。その根拠は、後に示す実
施例において詳細に述べるが、溶接金属中の酸素量が０
．０１０％以下でないと良好な靭性を得ることができな
かったからである。すなわち、たとえ純不活性ガスシー
ルド雰囲気中で溶接する場合においても、溶接ワイヤ中
の酸素量を０．０１０％以下にしなければ、溶接金属中
の酸素量を０．０１０％以下に抑えることができないた
め、ワイヤ中の酸素量を０．０１０％以下に抑える必要
がある。

Ｓｉ十＼１ｎの合計量を規制した理由は以下の通りであ
る。すなわち、ＳｌもＭｎも脱酸剤として作用するが、
　□多く入れすぎると靭性の劣化を招く。しかし、安定
した溶接作業性のためには、ＳｉとＭｎの総量を少なく
とも０．６０％は含有させる必要がある。つまり、９Ｃ
ｒ−１ｊ、ｌｏ鋼用のミグアーク溶接用ワイヤにおいて
は、スパッタの発生が問題であり、それを減少させるた
めにはＳｉ＋！Ｊｎが０．６０％以上必要となる（実施
例１）。

しかし、本発明における純不活性ガスシールド雰囲気中
でのミグアーク溶接に右いては、純不活性ガスシールド
で溶接ができない通常のミグアーク溶接におけるほどに
は脱酸剤は多くを必要としない。そして脱酸剤としての
ＳｉとＭｎの総量を抑制することにより、酸素量の低減
とあいまってさらに靭性の向上が期待できる。このよう
な効果を得るためにはＳｉ＋Ｍｎは１．３０％以下であ
ることが必要である。

なお、上記成分の限定範囲は、純不活性ガスシールド雰
囲気中におけるミグアーク溶接であるため、酸化される
ことがないので、溶接金属中の化学成分も同値である。

ただし希土類元素については、溶接金属中の化学成分範
囲はワイヤー中の約１／２になることが実験事実として
確認されている。

さらに、純不活性ガスシールド雰囲気中における９　Ｃ
ｒ−１！、１　ｏ鋼のミグアーク溶接をするためのワイ
ヤとしては、上述した成分組成のものに加えて、さらに
Ｎｂ　＜０．１０％、Ｖ＜０．１０％のうちから選ばれ
る１種または２種以上を含み、２Ｎｂ　−’−，Ｖ　＋
２７ｉ　　：　０．０４〜０．３０％とすると共にＮｉ
＜１．０％を添加するが、それによってワイヤはさらに
クリープ特性に優れ、かつ良好な靭性を有するものとな
る。

すなわち、溶接金属のクリープ強度を改善するのに、通
常はワイヤにＮｂ、Ｖなどを添加することとしている。

しかし、クリープ強度が改善されると靭性が非常に低下
してしまうのが現状であった。そこで、溶接金属の靭性
を確保し、これらの特徴を活かしさらに浸れたクリープ
強度もあわせもっ９Ｃｒ−１７，ｌｏ鋼用純不活性ガス
シールドミグアーク溶接材料とするために、上記Ｎｂ、
　　ＶおよびＴ１のうちの１種またはそれらの２種以上
を加えることとしたのである。

以下にこれら成分の限定理由について述べる。

Ｎｂは、微細な炭化物を析出して高温強度およびクリー
プ強度を向上する。しかし０，１０％を超えると炭化物
の凝集粗大化や溶接割れが発生するため上限値を０．１
０％に規制する。

■は、溶接金属の組織を微細化して高温強度およびクリ
ープ強度を改善する。しかし、０．２５％を超えると組
織の粗大化や溶接割れが発生するため上限値を０．２５
％に規制する。

Ｔｉは、溶接金属の組織を微細化して高温強度を改善す
る。しかし、０．１０％を超えると溶接金属の強度が高
くなりすぎて良好な靭性が得られないため、上限値を０
．１０％に規制する。

次に、２Ｎｂ　＋　Ｖ　＋２７ｉを限定した理由を述べ
る。

Ｎｔｌ、　ＶおよびＴｉは、組織を微細化し高温強度お
よびクリープ強度を改善する元素でありよく似た挙動を
示す。そこで、複合添加する場合にはその総量も限定す
る必要がある。つまり０．０４％未満では、高温強度お
よびクリープ強度の改善が望めない。しかし、０゜３０
％を超えると組織の粗大化や溶接作業性の低下および靭
性の劣化が生じるため０．３０％以下に限定する。

Ｎｉは、もともと本発明においては上記成分組成のもの
でも既に良好な靭性が得られるが、より以上靭性を高め
る作用があるので、１．０％までを上限として添加すれ
ばさらに良好な靭性が得られる。しかし、１．０％を超
えると溶接割れを生じるため上限値を１．０％以下に限
定する。

なお、上記成分の限定範囲は、純不活性ガスシールド気
中におけるミグアーク溶接であるため、酸化されること
なく溶接金属中の化学成分も同値である。

（実施例） 例１ 軟鋼母板と裏当てとに９［：ｒ−１Ｍｏ系の被覆アーク
溶接棒を用いてバクリングを２層行い。第１図に示すよ
うな開先形状（幅１０ｍｍ、　１２ｍｍ、高さ５０ｍｍ
）とした。

そして表１に示す成分をもつＮｏ、　１〜２０のワイヤ
とシールドガスの組合わせにより表２に示す溶接条件で
ミグアーク溶接を行った。なお、予熱温度およびパス間
温度は２００〜２５０℃とした。このようにして得られ
た溶接継手部は７４０℃で５時間の後加熱処理を行った
。得られた溶接金属の化学組成および機械的性質を表３
に示す。

なお、実施例１においては靭性の改善を主たる目的とし
ているので０℃における２ｍｍＶノツチシャルピー衝撃
試験の吸収エネルギーの３本の平均値が、２０ｋｇｆ−
ｍ以上のものを良好と判定した。また常温での引張り強
さは、６４ｋｇｆ／ｍｍ２以上を６００℃での引張強さ
は３１ｋｇｆ／ｍｍ’以上を良好と判定した。

ワイヤＮｏ、　１〜３の炭素量の影響を見たものである
。

Ｎｏ、　２のワイヤでは、割れが発生した。また、Ｎｏ
、　３のワイヤでは強度が不足していることがわかる。

Ｎｏ、　４〜６は、Ｓｉ量の影響を見たものである。Ｎ
ｏ、　５のワイヤでは、溶接作業性が悪くブローホール
の発生が見られた。また、Ｎｏ、　６では、靭性の低下
が見られた。

ワイヤＮｏ、７〜１０は、Ｍｎ量と（Ｓｉ＋Ｐ、ｌｎ）
量の影響を見たものである。ＮＯ３８および１０では、
割れが発生した。

また、Ｎα９のワイヤでは、溶接作業性が悪くブローホ
ールの発生が見られスパックの発生量も多かった。

Ｎｏ、１１〜１３は、ＭＯ量の影響を見たものである。

Ｎｏ、Ｌ３のように）ＡＯを多く含むと粗大なフェライ
トの析出により靭性が劣化する。また、Ｎｏ、１２のよ
うに）、１０が不足すると高温強度が不足している。

Ｎｏ、１４〜１７は、酸素量の影響について見たもので
ある。Ｎｏ、１５の例のように、たとえ純不活性ガスシ
ールド気中で溶接を行ってもワイヤ成分として０．０１
０％以上酸素を含んでいると溶接金属中の酸素量は低下
しない。

第２図は、溶接金属の靭性と溶接金属中の酸素量との関
係を見たものである。これによると高靭性を得るために
は、溶接金属中の酸素量は、０．０１０％以下でなけれ
ばならない。つまり、純不活性ガスシールド雰囲気中で
あってしかもワイヤ中の酸素量が０．０１０％以下でな
ければならないことが確かめられた。

Ｎｏ、１８および１９は、Ｒ，Ｅ、Ｍ　　（希土１元り
（７）影Ｗを見たものである。Ｎｏ、１８のワイヤのよ
うにＲ９ε１Ｍを添加しないとアークがはい上がり不安
定になるため溶接を行うことができなかった。また、Ｎ
ｏ、１９のように過剰に添加すると靭性が劣化した。

次に、９Ｃｒ　Ｉにｔｏ　ＨＡ用のミグアーク溶接用ワ
イヤにおける成分、シールドガスと溶接時のスパッタ損
失（η）の関係を求めた。試験は第３図に示す捕集箱（
３００ｈｘ２００ｍＸ５００　＊）　ｍＴ［ｌと試験片
（１２ｈｘ３５１ＩＩ　ｘ３００β）　ｍｍを用いて行
った。ただし、ビード長は２５０　ｍｍ一定とした。ま
たスパッタ損失（η）−（全スパッタリング量／（全溶
着金属重量千金スパッタ量））Ｘ　１００　（％）で定
義した。これにより、ワイヤＮｏ、１．７゜９．２０を
用いて溶接電流を３０ＯＡ、溶接速度２４ｃｍ／ｍｉｎ
で一定として溶接を行って得られた溶接電圧とスパック
損失の関係を第４図に示した。なお、本発明においては
スパッタ損失が１．０％以下を良好な溶接作業と判定し
た。これによるとＲ１ε０Ｍ添加ワイヤで純不活性ガス
シールド気中であってもＳｉ＋！、ｌｎが０．６０％未
満であればスパッタの発生が非常に多いことがわかる。

すなわち９　Ｃｒ−１！Ｊ　ｏ制用のミグアーク溶接ワ
イヤにおいて良好な溶接作業性を得るためにはＳｉ＋Ｍ
ｎが０．６０％以上必要であることが確かめられた。

例２ 次に、実施例１のワイヤと同じ組成のものに、さらに表
４に示すような量のＮｂ、　Ｖ、　Ｔｉ、　Ｎｉを添加
したワイヤを用い、第１図の開先で表２に示すような溶
接条件を採用して溶接を行った。なお、予熱およびバス
間温度は２００〜２５０℃とし、溶接継手の後熱処理条
件は、７４０℃で５時間とした。それらによって得られ
た溶接金属の機械的性質を表５に示す。

この実施例においては、０℃における２ｍｍＶノツチシ
ャルピー衝撃試験の吸収エネルギーの３本の平均値が、
１３ｋｇｆ−ｍ以上のものを良好と判定した。

また常温での引張強さは、６４ｋｇｆ／ｍｍ２以上を６
００℃での引張強さは３４ｋｇｆ／ｍＩ［１２以上を良
好と判定した。

１０００ｈｒのクリープ破断強さは、鋼材との比較によ
り１６ｋｇｆ／ｍｍ２以上を良好と判定した。

ワイヤＮｏ、２１〜２７には本発明例をＮｏ、２９〜３
３にはその比較例を示す。Ｎｏ、２９は、２Ｎｂ　＋Ｖ
＋２Ｔｉが不足する場合であり、クリープ破断応力が不
足している。Ｎｏ。

３０は、２Ｎｂ　＋　Ｖ　＋２７ｉ　が、Ｎｏ、３１は
、Ｔｉが、Ｎｏ、３２は、ＮｂがそしてＮｏ、３３は、
■が規制値を超える場合についてであるが、いずれも靭
性値が非常に低く、割れも発生している。つまり良好な
靭性を保ちつつ高温強度およびクリープ強度を向上する
ためには２Ｎｂ＋■＋２Ｔ１が０．０４％以上必要であ
るが、０．３０％を超えると靭性および溶接性の面で問
題があることがわかる。

Ｎｏ、３４は、Ｎｉについてみたものであるが割れが発
生しなおこの実施例１．２ともに狭開先について行った
ものであるが、通常の開先においても純不活性ガスシー
ルド気中で良好なミグアーク溶接が可能であることを確
認している。

（発明の効果） 以上説明したように本発明溶接ワイヤによれば、純不活
性ガスシールド雪囲気中で９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼のミグアー
ク溶接を行っても靭性と溶接作業性に優れた溶接ができ
る他、場合によってはさらにクリープ特性に優れた溶接
金属を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実験に用いた開先形状の断面図、第２図は、
溶接金属中の酸素量と溶接金属の０℃におけるシャルピ
ー衝撃試験の吸収エネルギーの関係を示すグラフ、 第３図は、溶接時のスパッタ損失を測定するために用い
たスパッタ捕集箱（イ）と試験片（ロ）形状の斜視図、 第４図は、溶接電圧とスパッタ損失の関係を示すグラフ
である。 １・・・スパッタ捕集箱　２・・・試験片第１図 第２図 ；客ｔ１．重薦中の酸Ｉｆ（ＰＰ笥） スへ°・・／’７橿矢ｌ（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、 Ｓｉ：０．０５〜０．５０ｗｔ％、 Ｍｎ：０．４０〜１．２０ｗｔ％、 Ｃｒ：８．００〜１２．００ｗｔ％、 Ｍｏ：０．８５〜２．５０ｗｔ％、および 希土類類元素：０．０２〜０．３０ｗｔ％を含み、Ｏ：
   ０．０１０ｗｔ％以下にすると共にＳｉ＋Ｍｎ：０．６
   ０〜１．３ｗｔ％とし、残部がＦｅおよび不可避的不純
   物からなる９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼用ミグアーク溶接ワイヤ。 ２、Ｃ：０．０５〜０．１５ｗｔ％、 Ｓｉ：０．０５〜０．５０ｗｔ％、 Ｍｎ：０．４０〜１．２０ｗｔ％、 Ｃｒ：８．００〜１２．００ｗｔ％、 Ｍｏ：０．８５〜２．５０ｗｔ％、および 希土類類元素：０．０２〜０．３０ｗｔ％を含み、Ｏ：
   ０．０１０ｗｔ％以下にすると共にＳｉ＋Ｍｎ：０．６
   ０〜１．３ｗｔ％とし、さらに Ｎｂ＜０．１０ｗｔ％、Ｖ＜０．２５ｗｔ％およびＴｉ
   ＜０．１０ｗｔ％のうちの１種または２種以上を含み、
   ２Ｎｂ＋Ｖ＋２Ｔ１：０．０４〜０．３０ｗｔ％にする
   と共にＮｉ＜１．０％とし、残部がＦｅおよび不可避的
   不純物からなる９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼用ミグアーク溶接ワイ
   ヤ。