TWI567209B - Stainless steel sheet for ferrous iron and its welding method for plasma welding - Google Patents

Stainless steel sheet for ferrous iron and its welding method for plasma welding Download PDF

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Description

電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板及其熔接方法
本發明係關於電漿熔接所使用的肥粒鐵系不銹鋼鋼板及其熔接方法。
一般而言，電漿熔接係利用強力的電漿氣流使母材熔融，因而在抵接熔接時通常係施行鑰孔熔接，俾防止焊道隆起等熔接缺陷。所以，相較於TIG熔接之下，溶入較深、且熔接速度較快速。又，因為焊珠寬度較小，因而具有母材應變較小的優點。所謂「鑰孔熔接」係指利用電漿氣流一邊使鑰孔(小洞)貫通板厚方向，一邊進行熔接的方法。例如專利文獻1所揭示的麻田散鐵系不銹鋼，係供進行電漿熔接等熔融熔接，而規範Al、P、S及O，且含有7~14質量%的Cr。
關於不銹鋼的鑰孔熔接(以下亦稱「電漿鑰孔熔接」)，習知係針對以SUS304為代表的沃斯田鐵系不銹鋼實施。但是，沃斯田鐵系不銹鋼會有容易發生應力腐蝕龜裂的缺點，而使用不易發生應力腐蝕龜裂的肥粒鐵系不銹鋼用途亦較多。所以，對肥粒鐵系不銹鋼亦要求施行電漿鑰孔熔接。
專利文獻2所揭示的熔接方法，係將板厚在3mm以下的肥粒鐵系不銹鋼，使用電漿焊槍施行非鑰孔熔接的情況。所以，該方法並非屬供施行鑰孔熔接用。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平11-256281號公報
專利文獻2：日本專利特開2012-081480號公報
但是，相較於SUS304，因為肥粒鐵系不銹鋼的熱傳導佳、熱容易擴散，因而在施行TIG熔接等電弧熔接時必需增加入熱量。然而，在電漿鑰孔熔接時若增加入熱量，便會導致熔融量變多，會有造成發生焊穿的情況。
本發明係為解決上述問題而完成的發明，目的在於提供：減輕焊穿、且電漿熔接性優異的肥粒鐵系不銹鋼鋼板。
本發明為解決上述問題，便將鋼成分最佳化，俾防止焊穿。本發明者等施行電漿熔接實驗並深入檢討，結果發現儘可能減少鋼中的O量，且添加容易與O結合的Al、Ca，藉由將O形成Al2O3或CaO而固定，便可抑制發生焊穿。
此現象可認為儘可能減少鋼中的O量，且將O形成Al2O3或CaO而固定，便提升熔融池的黏性，因而不易發生焊穿的緣故所致。本發明係根據以上見解而完成，主旨如以下。
[1]一種電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，係依質量%計，含有：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%以上且0.20%以下、Cr：17.0%以 上且24.0%以下、Ni：未滿0.6%、N：0.020%以下、Ca：0.0002%以上且0.0020%以下、O：0.0050%以下，更含有從：Ti：0.01%以上且0.45%以下、Nb：0.01%以上且0.55%以下之中選擇1種或2種，其餘係由Fe及其他不可避免的雜質構成，並滿足(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≧8.0[式中的Ti、Nb、C及N係表示各元素的含有量(質量%)]。
[2]如上述[1]所記載的電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，其中，依質量%計，含有從Mo：0.01%以上且2.0%以下、Cu：0.01%以上且1.0%以下、Co：0.01%以上且0.2%以下之中選擇1種或2種以上。
[3]如上述[1]或[2]所記載的電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，其中，依質量%計，含有V：0.01%以上且0.10%以下、Zr：0.01%以上且0.10%以下、B：0.0002%以上且0.0050%以下中之1種或2種以上。
[4]如上述[1]~[3]中任一項所記載的電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，係使用於鑰孔熔接。
[5]一種電漿鑰孔熔接方法，係將上述[1]~[3]中任一項所記載的電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，使用於電漿鑰孔熔接。
根據本發明，可減輕焊穿，肥粒鐵系不銹鋼鋼板亦能施行高品質的電漿熔接。
本發明的肥粒鐵系不銹鋼鋼板，係鋼組成依質量%計，含有：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%以上且0.20%以下、Cr：17.0%以上且24.0%以下、Ni：未滿0.6%、N：0.020%以下、Ca：0.0002%以上且0.0020%以下、O：0.0050%以下，更含有從Ti：0.01%以上且0.45%以下、Nb：0.01%以上且0.55%以下之中選擇1種或2種，其餘係由Fe及其他不可避免的雜質構成，並滿足(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≧8.0[式中的Ti、Nb、C及N係表示各元素的含有量(質量%)]。本發明肥粒鐵系不銹鋼鋼板的耐蝕性優異。
再者，本發明肥粒鐵系不銹鋼鋼板係使用於電漿熔接。因為本發明的肥粒鐵系不銹鋼鋼板可施行高品質的電漿熔接，而能使用於電漿鑰孔熔接。
以下，針對本發明肥粒鐵系不銹鋼鋼板(以下稱「本發明鋼板」)的成分限定理由進行說明。另外，本發明鋼板中各成分的「%」，在無特別聲明前提下，係表示「質量%」。
[C：0.020%以下]
C係使鋼板加工性及韌性降低的元素，若C含有量超過0.020%，則此種不良影響會趨於明顯，因而C含有量限定在0.020%以下。特別係就從提升加工性及韌性的觀點，C含有量較佳係設定在0.017%以下。又，C含有量更佳係設定在0.012%以下。
[Si：0.6%以下]
Si係當作脫氧劑用的必要元素。此項效果係藉由含有達0.01% 以上才能獲得。所以，Si含有量較佳係設定為0.01%以上。但是，若Si含有超過0.6%，則在退火時會氧化導致在鋼板表面上形成SiO2皮膜，造成酸洗性降低。所以，Si含有量設定在0.6%以下。又，就從提升酸洗性的觀點，Si含有量較佳係設定在0.30%以下。
[Mn：0.5%以下]
Mn係當作脫氧劑用的必要元素。此項效果係藉由含有達0.01%以上才能獲得。所以，Mn含有量較佳係設定為0.01%以上。但是，若Mn含有超過0.5%，便會導致鋼板的加工性降低。故，Mn含有量設定在0.5%以下。又，就從提升加工性的觀點，Mn含有量較佳係設定在0.30%以下。
[P：0.04%以下]
P係會使鋼板的加工性及韌性降低的元素，儘可能越少越好，P含有量設定在0.04%以下。
[S：0.010%以下]
S係會使韌性降低的元素，儘可能越少越好，S含有量設定在0.010%以下。就從提升韌性的觀點，S含有量較佳係設定在0.007%以下。
[Al：0.015%以上且0.20%以下]
Al係為提升本發明特徵的電漿熔接性所必要。若Al含有量未滿0.015%，則在鋼中沒有形成Al2O3或CaO並固定的O量會變多， 導致無法抑制焊穿發生，因而設定為0.015%以上。又，就從抑制焊穿發生的觀點，Al含有量較佳係設定為0.020%以上。然而，若過剩含有Al，則會過度生成Al2O3介存物，導致因發生結疤瑕疵等而造成鋼板的表面品質降低，因而Al含有量限定在0.20%以下。就從提升表面品質的觀點，Al含有量較佳係設定在0.15%以下。
[Cr：17.0%以上且24.0%以下]
Cr係提升耐蝕性的有效元素成分，為能獲得充分的耐蝕性，必需達17.0%以上的含有量。又，就從提升耐蝕性的觀點，Cr含有量較佳係設定為20.5%以上。另一方面，因為Cr會導致鋼板的韌性降低，特別係若Cr含有量超過24.0%，則韌性降低明顯，因而Cr含有量限定在24.0%以下。就從提升韌性的觀點，Cr含有量較佳係設定在22.0%以下。
[Ni：未滿0.6%]
Ni雖具有提升耐蝕性及韌性的效果，但因為原料成本偏高，因而Ni含有量設定為未滿0.6%。就從耐蝕性及韌性的觀點，Ni含有量較佳係設定為0.10%以上。另一方面，若Ni含有量超過0.40%，則因為耐蝕性提升效果已達飽和，因而就從經濟性的觀點，Ni含有量較佳係設定在0.40%以下。
[N：0.020%以下]
N係與C同樣地均會導致鋼板的加工性及韌性降低之元素，若N含有量超過0.020%，則此不良影響趨於明顯，故限定在0.020% 以下。特別係就從提升加工性及韌性的觀點，N含有量較佳係設定在0.015%以下、更佳係設定在0.012%以下。
[Ca：0.0002%以上且0.0020%以下]
Ca係為為提升本發明特徵的電漿熔接性所必要，若Ca含有量未滿0.0002%，則鋼中沒有形成Al2O3或CaO並固定的O量會變多，導致無法抑制發生焊穿，所以設定為0.0002%以上、較佳係設定為0.0005%以上。然而，若Ca含有量超過0.0020%，除不僅此項效果已達飽和，且Ca會成為夾雜物，導致發生結疤瑕疵，造成鋼板的表面品質降低。所以，Ca含有量設定在0.0020%以下。又，就從提升表面品質的觀點，Ca含有量較佳係設定在0.0015%以下。
[從Ti：0.01%以上且0.45%以下、Nb：0.01%以上且0.55%以下之中選擇1種或2種]
本發明鋼板係含有以Ti及Nb中之至少其中一者為必要成分。因為Ti及Nb會形成碳氮化物，具有抑制Cr與碳及氮結合導致耐蝕性降低的靈敏化現象效果，因而滿足下式：(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≧8.0...(1)
[式(1)中的Ti、Nb、C及N係表示各元素的含有量(質量%)]。但是，即便過度含有Ti及Nb，不僅靈敏化抑制效果已達飽和，亦會導致韌性降低，所以Ti含有量設定在0.45%以下，及Nb含有量設定在0.55%以下。特別係就從提升韌性的觀點，Ti含有量較佳係設定在0.35%以下，及Nb含有量係設定在0.45%以下。又，就從抑制靈敏化的觀點，當滿足上述(1)式、且含有Ti的情況，Ti含有 量設定為0.01%以上、較佳係設定為0.20%以上。當含有Nb的情況，Nb含有量設定為0.01%以上、較佳係設定為0.10%以上。又，就從抑制靈敏化的觀點，上述(1)式的左邊較佳係達12.0以上。
[O：0.0050%以下]
降低鋼中的O量係為能獲得本發明減輕焊穿效果而必須，藉由將O含有量設定在0.0050%以下，便可獲得減輕該焊穿的效果。若O含有量在0.0040%以下則此項效果會變大，尤其係藉由設定在0.0030%以下便可使此項效果變為更大。
本發明鋼板除上述成分以外，其餘係Fe及不可避免的雜質。
再者，本發明中，Mo、Cu、Co、V、Zr及B雖非屬必要成分，但可如以下範圍含有。
[Mo：0.01%以上且2.0%以下]
Mo係提升耐蝕性的有效元素，可視需要含有。藉由Mo含有量達0.01%以上，便可獲得此項效果。就從提升耐蝕性的觀點，Mo含有量較佳係0.40%以上。但是，若Mo含有量超過2.0%，不僅耐蝕性提升效果已達飽和，尚會使韌性降低，所以Mo含有量設定在2.0%以下。就從提升韌性的觀點，Mo含有量較佳係設定在1.5%以下。
[Cu：0.01%以上且1.0%以下]
Cu係提升耐蝕性提升的特別有效元素成分，可視需要含有。 藉由Cu含有量達0.01%以上，便可獲得此項效果。但是，若Cu含有量超過1.0%，不僅此項效果已達飽和，尚會有使韌性降低的情況，所以Cu含有量設定在1.0%以下。就從提升韌性的觀點，Cu含有量係設定在0.60%以下。為能獲得充分的耐蝕性改善效果，Cu含有量較佳係設定為0.20%以上。
[Co：0.01%以上且0.2%以下]
Co係提升韌性的元素，可視需要含有。此項係藉由含有達0.01%以上便可獲得。另一方面，若Co含有量超過0.2%，便會有導致製造性降低的情況。所以，當本發明鋼板中含有Co的情況，Co含有量設定為0.01~0.2%範圍。
[V：0.01~0.10%]
V係藉由微量含有便能提升加工性的元素，可視需要含有。藉由V含有量達0.01%以上，便可獲得此項效果。但是，若V含有量超過0.10%，則因為加工性提升效果已達飽和，所以V含有量設定在0.10%以下。
[Zr：0.01~0.10%]
Zr係藉由微量含有便能提升加工性的元素，可視需要含有。藉由Zr含有量達0.01%以上，便可獲得此項效果。但是、Zr含有量超過0.10%，則因為加工性提升效果已達飽和，所以Zr含有量設定在0.10%以下。
[B：0.0002%以上且0.0050%以下]
B係防止低溫二次加工脆化的有效元素，可視需要含有。為能獲得此項效果，必需含有達0.0002%以上的B。但是，若B含有量超過0.0050%，則會有熱加工性降低的情況。所以，當含有B的情況，便設定為0.0002%以上且0.0050%以下。又，就從防止低溫二次加工脆化的觀點，B含有量較佳係設定為0.0005%以上。又，就從提升熱加工性的觀點，B含有量係設定在0.0035%以下、更佳係0.0020%以下。
[製造方法]
製造本發明鋼板的方法係除在熔鋼階段依如上述進行熔鋼組成的成分調整之外，其餘並無特別的限定，一般在肥粒鐵系不銹鋼鋼板的製造時所採用方法均可直接適用。
關於上述製造方法的較佳製造條件，說明如下。
熔製鋼的製鋼步驟最好係利用轉爐或電爐等，將已熔解的鋼利用VOD法等施行二次精煉，而形成含有上述必要成分及視需要添加成分的鋼。所熔製的熔鋼利用公知方法便可形成鋼素材(鋼胚)，就從生產性及品質面的觀點，最好利用連續鑄造法實施。鋼素材在後續會被加熱至1000~1250℃，利用熱軋形成所需板厚的熱軋板。依此獲得的熱軋板亦可在後續利用850~1100℃溫度施行連續退火後，利用酸洗等施行脫銹皮，而形成熱軋退火板。又，經退火後的冷卻速度並無特別的限制，最好儘可能依短時間冷卻。另外，視需要在酸洗前亦可利用珠粒噴擊除去銹皮。
再者，上述熱軋退火板或熱軋板亦可經冷軋等步驟而 形成冷軋製品。此情況下的冷軋係可為單次，就從生產性、要求品質的觀點，亦可施行夾設有中間退火的2次以上冷軋。單次或2次以上的冷軋步驟總軋縮率較佳係60%以上、更佳係70%以上。經冷軋的鋼板在後續較佳依850~1150℃、更佳900~1100℃溫度施行連續退火(精製退火)，再施行酸洗而形成冷軋製品。此時退火後的冷卻速度亦無特別的限制，但最好儘可能增加速度。又依照用途，亦可在精製退火後，施行表皮輥軋等而施行鋼板的形狀、表面粗糙度、及材質調整。
電漿熔接條件係當抵接熔接的情況，較佳係設定為熔接電流：50~400A、電壓：10~40V、熔接速度：50~600mm/分、限制噴嘴(restraint nozzle)直徑：1.0~5.0mm、引火氣體(pilot gas)(Ar)流量：0.1~5.0L/分、保護氣體流量：4~40L/分。
[實施例1]
以下，針對本發明實施例進行說明。
實施例係依照以下方法獲得成為試體材料的冷軋板。
利用真空熔解爐熔製具有下表1所示化學組成的50kg鋼塊，經加熱至1200℃後，利用可逆式軋延機施行熱軋而形成厚6mm的熱軋板，經依950~1000℃施行退火後，再利用酸洗施行脫銹皮而形成熱軋退火板(熱軋酸洗板)。接著，將該熱軋退火板利用冷軋形成板厚3.0mm，經依880~970℃施行精製退火後，浸漬於60℃混酸(硝酸10質量%+氫氟酸3質量%)中施行脫銹皮，便獲得冷軋板。
為調查熔接性，便針對試體材料依以下條件施行長30cm的抵接電漿熔接計3次，再依目視調查有無焊穿。
熔接條件(熔接條件A)係如下所示： Fronius公司製電漿熔接機
熔接電流：250A
熔接速度：260mm/分
板與碎片間之距離：3mm
限制噴嘴徑：3.2mm
引火氣體：Ar、0.2L/分
保護氣體：Ar、25L/分
焊條：未使用
再者，依照相較於上述熔接條件A之下，除將熔接電流設為270A之外，其餘均為相同條件的熔接條件B施行熔接。
<相關評價結果>
◎：熔接電流270A、250A二種情況下均沒有發生焊穿缺陷。
○：熔接電流270A的情況時有發生焊穿缺陷，但250A的情況則沒有發生焊穿缺陷。
×：熔接電流270A、250A二種情況下均有發生焊穿缺陷。
由表1中得知，即便依同一條件施行熔接，但本發明例並沒有焊穿，另一方面，比較例則有發生焊穿。本發明例中，特別係No.1~5、7~16、18、19及23，因為鋼板中的O成分在0.0040%以下，因而不管熔接條件A及B任一情況均沒有焊穿，得知電漿熔接性優異。

Claims (6)

  1. 一種電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，係依質量%計，含有：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%以上且0.20%以下、Cr：17.0%以上且24.0%以下、Ni：未滿0.6%、N：0.020%以下、Ca：0.0002%以上且0.0020%以下、O：0.0050%以下，更含有從：Ti：0.01%以上且0.45%以下、Nb：0.01%以上且0.55%以下之中選擇1種或2種，其餘係由Fe及其他不可避免的雜質構成，並滿足：(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≧8.0......(1)[式(1)中的Ti、Nb、C及N係表示各元素的含有量(質量%)]。
  2. 如請求項1之電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，其中，依質量%計，含有從：Mo：0.01%以上且2.0%以下、Cu：0.01%以上且1.0%以下、Co：0.01%以上且0.2%以下之中選擇1種或2種以上。
  3. 如請求項1之電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，其中，依質量%計，含有：V：0.01%以上且0.10%以下、Zr：0.01%以上且0.10%以下、B：0.0002%以上且0.0050%以下中之1種或2種以上。
  4. 如請求項2之電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，其中，依質量%計，含有：V：0.01%以上且0.10%以下、Zr：0.01%以上且0.10%以下、B：0.0002%以上且0.0050%以下中之1種或2種以上。
  5. 如請求項1至4中任一項之電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板，其中，使用於鑰孔熔接。
  6. 一種電漿鑰孔熔接方法，係將請求項1至4中任一項之電漿熔接用肥粒鐵系不銹鋼鋼板使用於電漿鑰孔熔接。
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