JPWO2016017053A1 - プラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板およびその溶接方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]質量%で、C:0.020%以下、Si:0.6%以下、Mn:0.5%以下、P:0.04%以下、S:0.010%以下、Al:0.015%以上、0.20%以下、Cr:17.0%以上、24.0%以下、Ni:0.6%未満、N:0.020%以下、Ca:0.0002%以上、0.0020%以下、O:0.0050%以下、を含有し、
Ti:0.01%以上、0.45%以下、Nb:0.01%以上、0.55%以下から選ばれる1種または2種を更に含有し、残部Fe及びその他不可避的不純物からなり、(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≧8.0(式中のTi、Nb、CおよびNは、各元素の含有量(質量%)を示す。)を満たすプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板。
[2]質量%で、Mo: 0.01%以上、2.0%以下、Cu: 0.01%以上、1.0%以下、Co:0.01%以上、0.2%以下、のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する前記[1]に記載のプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板。
[3]質量%で、V:0.01%以上、0.10%以下、Zr:0.01%以上、0.10%以下、B:0.0002%以上、0.0050%以下、の1種または2種以上を含有する前記[1]または[2]に記載のプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板。
[4]キーホール溶接に用いられる前記[1]〜[3]のいずれか1つに記載のプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板。
[5]前記[1]〜[3]のいずれか1つに記載のプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板をプラズマキーホール溶接に用いるプラズマキーホール溶接方法。
Cは、鋼板の加工性および靱性を低下させる元素であり、C含有量が0.020%を超えると、その悪影響が顕著となるので、C含有量は0.020%以下に限定する。特に、加工性および靱性の向上の観点から、C含有量は0.017%以下とすることが好ましい。また、C含有量は0.012%以下とすることがより好ましい。
Siは、脱酸剤として必要な元素である。その効果は0.01%以上含有させることで得られる。よって、Si含有量は0.01%以上とすることが好ましい。しかし、0.6%を超えてSiを含有させると焼鈍時に酸化して鋼板の表面にSiO2皮膜を形成して酸洗性を低下させる。よって、Si含有量は0.6%以下とする。更に、酸洗性の向上の観点から、Si含有量は0.30%以下とすることが好ましい。
Mnは、脱酸剤として必要な元素である。その効果は0.01%以上含有させることで得られる。よって、Mn含有量は0.01%以上とすることが好ましい。しかし、0.5%を超えてMnを含有させると鋼板の加工性を低下させる。よって、Mn含有量は0.5%以下とする。更に、加工性の向上の観点から、Mn含有量は0.30%以下とすることが好ましい。
Pは、鋼板の加工性および靭性を低下させる元素であり、出来る限り少ない方が好ましく、P含有量は0.04%以下とする。
Sは、靭性を低下させる元素であり、出来る限り少ない方が好ましく、S含有量は0.010%以下とする。靭性の向上の観点から、S含有量を0.007%以下にすることが好ましい。
Alは、本発明の特徴であるプラズマ溶接性の向上のために必要である。Al含有量は、0.015%未満であると、鋼中でAl2O3やCaOとして固定されないOの量が多くなって溶け落ちの発生を抑えることができなくなるため、0.015%以上とする。また、溶け落ち発生の抑制の観点から、Al含有量は0.020%以上とすることが好ましい。しかしながら、Alを過剰に含有するとAl2O3介在物が過度に生成しヘゲ疵等の発生により鋼板の表面品質が低下するため、Al含有量は0.20%以下に限定する。表面品質の向上の観点からは、Al含有量は0.15%以下とすることが好ましい。
Crは耐食性の向上に有効な元素成分であり、十分な耐食性を得るためには17.0%以上の含有量が必要である。また、耐食性の向上の観点から、Cr含有量は20.5%以上とすることが好ましい。一方、Crは鋼板の靱性を低下させ、特にCr含有量が24.0%を超えると靱性の低下が著しくなるため、Cr含有量は24.0%以下に限定する。靱性の向上の観点から、Cr含有量は22.0%以下とすることが好ましい。
Niは、耐食性および靭性を向上させる効果を持つが、原料コストが高いため、Ni含有量は0.6%未満とする。耐食性および靭性の観点からは、Ni含有量は0.10%以上とすることが好ましい。一方、Ni含有量が0.40%を超えると耐食性の向上効果は飽和するため、経済性の観点から、Ni含有量は0.40%以下とすることが好ましい。
Nは、Cと同様に鋼板の加工性および靱性を低下させる元素であり、N含有量が0.020%を超えるとその悪影響が顕著となるので、0.020%以下に限定する。特に、加工性および靱性の向上の観点から、N含有量は0.015%以下とすることが好ましく、0.012%以下とすることがより好ましい。
Caは、本発明の特徴であるプラズマ溶接性の向上のために必要であり、Ca含有量は、0.0002%未満であると、鋼中でAl2O3やCaOとして固定されないOの量が多くなって溶け落ちの発生を抑えることができなくなるため、0.0002%以上とし、0.0005%以上とすることが好ましい。しかしながら、Ca含有量が0.0020%を超えると、その効果が飽和するばかりでなく、Caが介在物となり、ヘゲ疵を発生させることで鋼板の表面品質を低下させる。そのため、Ca含有量は0.0020%以下とする。また、表面品質の向上の観点から、Ca含有量は0.0015%以下とすることが好ましい。
本発明の鋼板は、TiおよびNbの少なくとも一方は必須成分として含有する。TiおよびNbは炭窒化物を形成し、Crが炭素および、窒素と結びついて耐食性を低下させる鋭敏化現象を抑制する効果があるため、
(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≧8.0 ・・・(1)
を満たすようにする(式(1)中のTi、Nb、CおよびNは、各元素の含有量(質量%)を示す。)。しかし、TiおよびNbを過度に含有しても、鋭敏化の抑制効果が飽和するだけでなく、靭性の低下を招くため、Ti含有量は0.45%以下および、Nb含有量は0.55%以下とする。特に、靭性の向上の観点からはTi含有量は0.35%以下および、Nb含有量は0.45%以下とすることが好ましい。また、鋭敏化の抑制の観点からは、上記(1)式を満たすとともに、Tiを含有する場合、Ti含有量は0.01%以上とし、好ましくは0.20%以上とする。Nbを含有する場合には、Nb含有量は0.01%以上とし、好ましくは0.10%以上とする。さらに、鋭敏化の抑制の観点から、上記(1)式の左辺は12.0以上であることが好ましい。
鋼中のO量低減は、本発明の溶け落ちを軽減するという効果を得るために必須であり、Oの含有量を0.0050%以下とすることで、その溶け落ちを軽減するという効果が得られる。O含有量は0.0040%以下にするとその効果は大きくなり、さらに0.0030%以下にするとよりその効果はより大きくなる。
Moは耐食性の向上に有効な元素であり、必要に応じて含有させる。Mo含有量が0.01%以上であることで、その効果は得られる。耐食性の向上の観点から、Mo含有量は0.40%以上にすることが好ましい。しかし、Mo含有量が2.0%を超えると、耐食性向上の効果が飽和するばかりでなく、靱性を低下させるため、Mo含有量は2.0%以下とする。靭性の向上の観点からは、Mo含有量は1.5%以下とすることが好ましい。
Cuは、耐食性向上に特に有効な元素成分であり、必要に応じて含有させる。Cu含有量が0.01%以上であることで、その効果が得られる。しかし、Cu含有量が1.0%を超えると、その効果が飽和するばかりでなく、靱性を低下させる場合があるため、Cu含有量は1.0%以下とする。靭性の向上の観点からは、Cu含有量は0.60%以下とすることが好ましい。十分な耐食性改善効果を得るためには、Cu含有量は0.20%以上とすることが好ましい。
Coは靭性を向上させる元素であり、必要に応じて含有させる。この効果は0.01%以上の含有によって得られる。一方、Co含有量が0.2%を超えると製造性を低下させる場合がある。そのため、本発明の鋼板にCoを含有させる場合、Co含有量は0.01〜0.2%の範囲とする。
Vは微量含有させることにより加工性を高くする元素であり、必要に応じて含有させる。V含有量が0.01%以上であることで、その効果は得られる。しかし、V含有量が0.10%を超えると加工性の向上効果は飽和するため、V含有量は、0.10%以下とする。
Zrは微量含有させることにより加工性を高くする元素であり、必要に応じて含有させる。Zr含有量が0.01%以上であることで、その効果は得られる。しかし、Zr含有量が0.10%を超えると加工性の向上効果は飽和するため、Zr含有量は、0.10%以下とする。
Bは低温二次加工脆化を防止するのに有効な元素であり、必要に応じて含有させる。この効果を得るためには0.0002%以上のBの含有が必要である。しかし、B含有量が0.0050%を超えると熱間加工性が低下する場合がある。そのため、Bを含有する場合は0.0002%以上、0.0050%以下とする。また、B含有量は、低温二次加工脆化の防止の観点から、0.0005%以上とすることが好ましい。また、B含有量は、熱間加工性の向上の観点から、0.0035%以下とすることが好ましく、さらに、0.0020%以下であることがより好ましい。
本発明の鋼板を製造する方法は、溶鋼の段階で上述のように溶鋼の組成を成分調整する以外は、特に限定されず、フェライト系ステンレス鋼板の製造に一般的に採用されている方法をそのまま適用することができる。
上記製造方法における、好ましい製造条件について以下説明する。
実施例として、以下の方法で供試材となる冷延板を得た。
以下の表1に示す化学組成を有する50kg鋼塊を真空溶解炉で溶製し、1200℃に加熱後リバース圧延機による熱間圧延により厚さ6mmの熱延板とし、950〜1000℃で焼鈍した後、酸洗で脱スケールし熱延焼鈍板(熱延酸洗板)とした。次にその熱延焼鈍板を、冷間圧延により板厚3.0mmとし、880〜970℃での仕上げ焼鈍を行った後、60℃の混酸(硝酸10質量%+ふっ酸3質量%)に浸漬して脱スケールし、冷延板を得た。
溶接条件(溶接条件A)は以下に示す通りである。
フローニアス社製プラズマ溶接機
溶接電流:250A
溶接速度:260mm/分
板とチップ間の距離:3mm
拘束ノズル径:3.2mm
パイロットガス:Ar、0.2l/分
シールドガス:Ar、25l/分
ワイヤ:不使用
また、上記の溶接条件Aと比べ、溶接電流を270Aとした以外は、同一の条件である溶接条件Bによる溶接も行った。
◎:溶接電流が270A、250Aの双方で溶け落ち欠陥が発生しなかった。
○:溶接電流が270Aの場合では、溶け落ち欠陥が発生することもあったが、250Aの場合では、溶け落ち欠陥が発生しなかった。
×:溶接電流が270A、250Aの双方で溶け落ち欠陥が発生した。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.020%以下、
Si:0.6%以下、
Mn:0.5%以下、
P:0.04%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.015%以上、0.20%以下、
Cr:17.0%以上、24.0%以下、
Ni:0.6%未満、
N:0.020%以下、
Ca:0.0002%以上、0.0020%以下、
O:0.0050%以下、を含有し、
Ti:0.01%以上、0.45%以下、Nb:0.01%以上、0.55%以下から選ばれる1種または2種を更に含有し、
残部Fe及びその他不可避的不純物からなり、
(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≧8.0 ・・・(1)
(式(1)中のTi、Nb、CおよびNは、各元素の含有量(質量%)を示す。)
を満たすプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板。 - 質量%で、
Mo:0.01%以上、2.0%以下、
Cu:0.01%以上、1.0%以下、
Co:0.01%以上、0.2%以下、のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1に記載のプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板。 - 質量%で、
V:0.01%以上、0.10%以下、
Zr:0.01%以上、0.10%以下、
B:0.0002%以上、0.0050%以下、の1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載のプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板。 - キーホール溶接に用いられる請求項1〜3のいずれか1項に記載のプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のプラズマ溶接用フェライト系ステンレス鋼板をプラズマキーホール溶接に用いるプラズマキーホール溶接方法。
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