JPWO2020203334A1 - Tig溶接用溶加材 - Google Patents
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Abstract
Description
C:0.2〜0.8%、
Si:0.15〜0.9%、
Mn:17.0〜28.0%、
P:0.03%以下、
S:0.03%以下、
Ni:0.01〜10.0%、
Cr:0.4〜4.0%、
Mo:0.01〜3.5%、
B:0.0010%未満および
N:0.12%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とするTIG溶接用溶加材。
Cは、固溶強化により、溶接金属の強度を上昇させる作用を有する元素である。また、Cは、オーステナイト相を安定化させ、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。このような効果を得るためには、0.2%以上の含有を必要とする。しかし、0.8%を超えて含有すると、炭化物が析出し、極低温衝撃靭性が低下し、さらに、溶接時の高温割れが生じやすくなる。そのため、Cは0.2〜0.8%の範囲に限定した。好ましくは0.3〜0.7%であり、より好ましくは0.4〜0.6%である。
Siは、脱酸剤として作用し、Mnの歩留りを高めるとともに、溶融金属の粘性を高め、ビード形状を安定的に保持する効果がある。そのような効果を得るためには、0.15%以上の含有を必要とする。しかし、0.9%を超えてSiを含有すると、溶接金属の極低温靭性を低下させる。また、凝固時に偏析し、凝固セル界面に液相を生成して、耐高温割れ性を低下させる。そのため、Siは0.15〜0.9%の範囲に限定した。好ましくは0.2〜0.7%である。
Mnは、安価に、オーステナイト相を安定化する元素であり、本発明では17.0%以上の含有を必要とする。Mnが17.0%未満では、溶接金属中にフェライト相が生成し、極低温での靭性が著しく低下する。一方、Mnが28.0%を超えると、凝固時に過度のMn偏析が発生し,高温割れを誘発する。そのため、Mnは17.0〜28.0%の範囲に制限した。好ましくは18.0〜26.0%である。
Pは、結晶粒界に偏析し、高温割れを誘発する元素であり、本発明では、できるだけ低減することが好ましいが、0.03%以下であれば、許容できる。そのため、Pは0.03%以下に限定した。好ましくは0.02%以下である。一方、過度の低減は、精練コストの高騰を招く。そのため、Pは0.003%以上に調整することが好ましい。
Sは、溶接金属中では、硫化物系介在物MnSとして存在する。MnSは、破壊の発生起点となるため、極低温衝撃靭性を低下させる。そのため、Sは0.03%以下に限定した。好ましくは0.02%以下である。一方、過度の低減は、精練コストの高騰を招く。そのため、Sは0.001%以上に調整することが好ましい。
Niは、オーステナイト粒界を強化する元素であり、粒界に偏析し、極低温衝撃靱性を向上させる。このような効果を得るためには、0.01%以上の含有を必要とする。また、Niは、オーステナイト相を安定化する効果もあるため、さらに含有量を増加すれば、オーステナイト相を安定化させて、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。しかし、Niは高価な元素であり、10.0%を超える含有は、経済的に不利となる。そのため、Niは0.01〜10.0%に限定した。好ましくは0.05〜9.0%であり、より好ましくは1.0〜8.0%である。
Crは、極低温ではオーステナイト相を安定化させる元素として働き、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。また、Crは、溶接金属の強度を向上させる作用も有する。また、Crは、溶融金属の液相線を高めて、高温割れの発生を抑制するのに有効に作用する。さらに、Crは、溶接金属の耐食性を高めるのにも有効に作用する。このような効果を得るためには0.4%以上の含有を必要とする。Crが0.4%未満では、上記した効果を確保できない。一方、4.0%を超えて含有すると、Cr炭化物が生成し、極低温衝撃靭性の低下を招く。さらに、Cr炭化物の生成により、溶加材伸線時の加工性が低下する。そのため、Crは0.4〜4.0%の範囲に限定した。好ましくは、0.8〜3.0%である。
Moは、オーステナイト粒界を強化する元素であり、粒界に偏析し、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。このような効果は0.01%以上の含有で顕著となる。また、0.01%を超える含有では、固溶強化により溶接金属の強度を向上させる作用も有する。一方、3.5%を超えて含有すると、炭化物として析出して、熱間加工性を低下させ、また、溶加材伸線時に割れを誘発させるなど、製造性が低下する。そのため、Moは0.01〜3.5%の範囲に限定した。好ましくは0.1〜3.2%であり、より好ましくは1.0〜3.0%である。
不純物として鋼中に混入したBは、オーステナイト粒界に偏析する。Bが0.0010%以上混入した場合は、オーステナイト粒界で窒化ホウ素を形成し、粒界強度を低下させる。この粒界強度の低下によって、溶加材伸線加工時に、オーステナイト粒界が破壊発生起点となり断線を生じさせて、伸線加工性を低下させ、溶加材製造性を低下させる。この窒化ホウ素の形成は、Bを0.0010%未満に制限することで抑制できるため、Bは0.0010%未満に制限した。好ましくは0.0009%以下であり、より好ましくは0.0008%以下である。
Nは、不可避的に混入する元素であるが、Cと同様に、溶接金属の強度向上に有効に寄与するとともに、オーステナイト相を安定化して、極低温衝撃靱性を安定的に向上させることもできる。このような効果は、0.003%以上の含有で顕著となるため、0.003%以上含有することが好ましい。しかし、0.12%を超えて含有すると、窒化物を形成し、極低温衝撃靱性が低下する。そのため、Nは0.12%以下に限定した。好ましくは0.10%以下であり、より好ましくは0.08%以下である。
V、Ti、Nbはいずれも、炭化物の形成を促進し、溶接金属の強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。
Vは、炭化物形成元素であり、微細な炭化物を析出させて、溶接金属の強度向上に寄与する。このような効果を得るためには0.001%以上含有することが好ましい。一方、0.04%を超えて含有すると、炭化物が粗大化して、溶加材の伸線加工時に割れの発生起点となり、伸線加工性を低下させ、溶加材の製造性を低下させる。そのため、含有する場合には、Vは0.04%以下に限定した。
Tiは、炭化物形成元素であり、微細な炭化物を析出させて、溶接金属の強度向上に寄与する。また、Tiは、溶接金属の凝固セル界面に炭化物を析出させて、高温割れの発生抑制に寄与する。このような効果を得るためには0.001%以上含有することが好ましい。しかし、Ti:0.04%を超えて含有すると、炭化物が粗大化して、溶加材の伸線加工時に割れの発生起点となり、伸線加工性を低下させ、溶加材の製造性を低下させる。そのため、含有する場合には、Tiは0.04%以下に限定した。
Nbは、炭化物形成元素であり、炭化物を析出させて、溶接金属の強度向上に寄与する元素である。また、Nbは、溶接金属の凝固セル界面に炭化物を析出させて、高温割れの発生抑制に寄与する。このような効果を得るためには0.001%以上含有することが好ましい。しかし、Nbが0.04%を超えると、炭化物が粗大化して、溶加材の伸線加工時に割れの発生起点となり、伸線加工性を低下させ、溶加材の製造性を低下させる。そのため、含有する場合には、Nbは0.04%以下に限定した。
Cuはオーステナイト安定化に寄与する元素であり、Alは溶接作業性を向上させる元素であり、Ca、REMは加工性向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。
Cuは、オーステナイト相を安定化する元素であり、極低温でもオーステナイト相を安定化させて、溶接金属の極低温衝撃靭性を向上させる。このような効果を得るためには、0.01%以上含有することが好ましい。しかし、1.0%を超えて多量に含有すると、熱間延性が低下し、溶加材の製造性が低下する。そのため、含有する場合には、Cuは1.0%以下に限定した。
Alは、脱酸剤として作用し、溶融金属の粘性を高め、ビード形状を安定的に保持する重要な作用を有する。また、Alは、溶融金属の液相線温度を高め、溶接金属の高温割れ発生の抑制に寄与する。このような効果は、0.005%以上の含有で顕著となるため、0.005%以上含有することが好ましい。しかし、0.1%を超えて含有すると、溶融金属の粘性が高くなりすぎて、逆に、ビードが広がらず融合不良などの欠陥が増加する。そのため、含有する場合には、Alは0.1%以下の範囲に限定した。好ましくは0.005〜0.06%である。
Caは、溶融金属中でSと結合し、高融点の硫化物CaSを形成する。CaSは、MnSよりも高融点であるため、溶加材の熱間加工時に圧延方向に進展せずに球形を維持し、溶加材の加工性向上に有利に働く。このような効果は0.001%以上の含有で顕著となる。一方、0.01%を超えて含有すると、溶接時にスラグの発生量が増加してスラグ巻込みを引き起こす。そのため、含有する場合には、Caは0.01%以下に限定した。
REMは、強力な脱酸剤であり、溶接金属中でREM酸化物の形態で存在する。REM酸化物は凝固時の核生成サイトとなることで、結晶粒を微細化し、溶接金属の強度の向上に寄与する。このような効果は0.001%以上の含有で顕著となる。一方、0.02%を超えて含有すると、スラグの発生量が増加してスラグ巻込みを引き起こす。そのため、含有する場合には、REMは0.02%以下に限定した。
本発明溶加材の製造は、上記した組成を有する溶鋼を用いること、および焼鈍温度を900〜1200℃とする以外は、とくにその製造方法を限定する必要はなく、常用の溶加材の製造方法がいずれも適用できる。例えば、上記した組成を有する溶鋼を、電気炉、真空溶解炉等の常用の溶製炉で溶製し、所定形状の鋳型等に鋳造して鋼塊を得る鋳造工程と、得られた鋼塊を、所定温度に加熱する加熱工程と、加熱された鋼塊に、熱間圧延を施し、所定形状の鋼素材(棒状)を得る熱延工程と、を順次行い、ついで、得られた鋼素材(棒状)を複数回の冷間圧延(冷間伸線加工)と必要に応じて焼鈍とを施して、所望寸法の溶加材とする冷延工程を行うことで、本発明溶加材を製造することができる。
引張試験は、室温で、各3本の試験片にて実施し、得られた値(0.2%耐力および引張強さ)の平均値を、当該溶加材を用いた溶着金属の引張特性とした。また、シャルピー衝撃試験は、各3本の試験片にて実施し、試験温度:-196℃における吸収エネルギーvE-196を求め、その平均値を、当該溶加材を用いた溶着金属の極低温衝撃靭性とした。
得られた結果を表2に示す。
また、溶加材No.23(比較例)はS含有量が、本発明の範囲を上回っているため、極低温衝撃靭性が低下していた。
また、溶加材No.26(比較例)はC含有量が、溶加材No.27(比較例)はCr含有量が、それぞれ本発明の範囲を下回っているため、強度が低下し、所望の高強度を確保できていなかった。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.2〜0.8%、
Si:0.15〜0.9%、
Mn:17.0〜28.0%、
P:0.03%以下、
S:0.03%以下、
Ni:0.01〜10.0%、
Cr:0.4〜4.0%、
Mo:0.01〜3.5%、
B:0.0010%未満および
N:0.12%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とするTIG溶接用溶加材。 - 前記組成が、さらに、質量%で、V:0.04%以下、Ti:0.04%以下、およびNb:0.04%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のTIG溶接用溶加材。
- 前記組成が、さらに、質量%で、Cu:1.0%以下、Al:0.1%以下、Ca:0.01%以下およびREM:0.02%以下のうちから選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のTIG溶接用溶加材。
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