WO1998010888A1

WO1998010888A1 - Materiau d'apport pour la soudure d'aciers inoxydables

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Publication number: WO1998010888A1
Application number: PCT/JP1997/003216
Authority: WO
Inventors: Yoshiaki Murata; Yuichi Komizo; Hiroyuki Hirata
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.; Sumikin Welding Industries, Ltd.
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1997-09-11
Publication date: 1998-03-19
Also published as: DE69709308D1; NO322758B1; NO982150D0; EP0867256A1; EP0867256A4; EP0867256B1; DE69709308T2; NO982150L

Description

明細書

ステンレス鋼用の溶接材料技術分野

本発明は、ステンレス鋼用の溶接材料であって、清浄で耐食性および強度、靱性等の機械的性質に優れた溶接金属を形成することができ、しかも全姿勢溶接に使用するのに好適な溶接材料に関する。本発明の溶接材料は、特に二相ステンレス鋼およびマルテンサイト系ステンレス鋼のガスシールドア一ク溶接に使用するのに適している。背景技術

ステンレス鋼の溶接には、一般には母材と基本組成を同じくする共金系の溶接材料が使用される。しかし、母材の種類によつては、共金系の溶接材料では溶接金属の機械的性質や耐食性に問題が生じることがある。例えば、 Crを 9 〜14 % (以下、合金成分の含有量に関する％は、重量％を意味する）を含むマルテンサイト系ステンレス鋼を同系溶接材料で溶接すると、溶接金属は著しく硬化して所定の靱性が得られず、また、使用環境によっては、耐応力腐食割れに劣ったものとなる。

上記の問題に対処するために、特開平 8- 57683号公報および国際公開公報 W097/ 12072号に開示されるように、マルテンサイト系の母材をオーステナイトとフライトの二相ステンレス鋼の溶接材料で溶接するという発明が提案されている。

他方、母材となるステンレス鋼としても、近年新しい鋼種が次々に開発されているが、それらを溶接するのに適した溶接材料は、必ずしも開発されていない。そのような新鋼種の一つにスーパー二相ステンレス鋼と呼ばれるものがある。

オーステ.ナイト · フヱライト系の二相ステンレス（JI S SUS32 9 等）は良好な耐食性とともに優れた靱性および高い強度を兼ね備えていることから、厳しい腐食環境で使用する耐食性の構造材料として賞用されている。

初期の第一世代とも呼ぶべき二相ステンレス鋼は、加工性および溶接性に難点があつたが、その後、 N (窒素）の添加等による改良が加えられ、今日の第二世代と呼ぶべき二相ステンレス鋼に到って、その用途が格段に拡大した。例えば、近年、石油資源の枯渴化と共に、油井の環境悪化が進み、油井管やラインパイプ用の材料としては、従来のものよりも更に耐食性および靱性などの機械的性能の優れた材料が求められている。これに適応する材料として、従来の二相ステンレス鋼よりも更に N などの合金元素の含有量を高めた新しい二相ステンレス鋼、いわゆるスーパ一二相ステンレス鋼が閧発され、注目されている o

これら二相ステンレス鋼の溶接には、母材とほぼ同成分の共金系の溶接材料を使用するのが一般的であり、従って、溶接材料の N含有量も母材のグレードアップと共に増加の傾向にある。本出願人は、先に特願平 7-60523 号（特閧平 8— 260101号公報）において、 24〜26 %の Cr、 2. 0〜3. 3 %の Moおよび 1 . 5〜 5 %の Wを含有し、さらに 0. 24〜0. 35 %という高含有率の Nを含むスーパー二相ステンレス鋼用の溶接材料を提案した。この溶接材料は、溶接部の耐孔食性と靱性を大きく向上させることができる共金系のソリッドワイヤである。上記のような N含有量の高いワイヤはティグ溶接（tungsten - inert gas we ld ing 以下「TI G溶接」と記す）の溶加材としての適用は可能であるが、ミグ溶接（metal - inert gas we lding 以下「MIG溶接 j と記す）のような消耗電極式溶接に用いた場合にはブローホールと呼ばれる溶接欠陥が生じ易くなる。特に上向溶接においては他の溶接姿勢と比較してブローホール発生頻度が一段と高くなるという現象があるため、全姿勢の M I G溶接への適用には問題がある。

また、共金系のソリッドワイヤには、次のような問題点もある。

二相ステンレス鋼は、耐孔食性等の耐食性を高める Cr、 Moなどの合金元素を多く含有する。これらの元素は硬くて脆い金属間化合物（シグマ相）の析出を助長する作用があり、ワイヤ製造の際の線引等の加工が難しい。即ち、ワイヤの製造が困難で顧客への安定供給に支障がある。

ところで、ステンレス鋼の消耗電極式溶接としては、上記のソリッドワイヤを用いるミグ溶接の外に、フラックス入りワイャ（複合ワイヤ）を使用するガスシールドアーク溶接法もある。フラックス入りワイヤは、合金成分の他にスラグ形成剤を内包するため、スパッ夕の発生が少なくビード形成性が良好である等の利点を有する。

しかし、従来のフラックス入りワイヤを用いて溶接した場合、溶接金属の清浄度が他の溶接法の場合と比べて極めて悪く、そのため溶接金属の靱性および耐孔食性の改善の大きな障壁となっていた。これは、溶接時に酸化物を主体とするスラグ形成剤の一部が介在物として溶接金属中に残留することに起因している。特公平 8-25062 号公報には、スラグ発生量が少ないステンレス鋼溶接用のフラヅクス入りワイヤが開示されている。しかし、このワイヤはスラグ除去作業を省く等の溶接作業性の改善を意図した.に過ぎないものであって、そのワイヤは、二相ステンレス鋼、なかでもスーパ一二相ステンレス鋼の溶接用として適当なものではない。

上述のように、いわゆるスーパー二相ステンレス鋼グレード用の溶接材料としては、全姿勢溶接で健全な溶接金属を得ることができる消耗電極式溶接材料は未だ開発されていない。現状では母材とほぼ同組成の T I G溶接用ソリツドワイヤが開発されているだけである。

先に掲げた特開平 8- 57683号公報の発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼を二相ステンレス鋼の組成を持つ溶接材料で溶接する方法の発明である。しかし、その方法で使用する溶接材料については、形成する溶接金属の機械的性質および耐食性の確保という観点から化学組成が特定されているだけである。前述したような、溶接材料（ワイヤ）の製造上の問題や溶接金属のブローホールの発生および清浄度の悪化等の問題は未解決のままである。このような事情は前記国際公開公報 W097八 2072号の発明でも同じである。マルテンサイ卜系ステンレス鋼の母材を二相ステンレス鋼の組成を持つ溶接材料で溶接するというのは、優れた着想であるが、その着想を現実化するための溶接材料についての改良は未だ十分ではない。発明の開示

本発明の目的は、下記（i )〜（v )の全ての特性を持つ溶接材料を提供することにある。 (i)二相ステンレス鋼およびマルテンサイ卜系ステンレス鋼をはじめとするステンレス鋼の全ての溶接に使用して、耐食性および機械的性質に優れた溶接金属を形成できること。

(ii) TIG溶接のような非消耗電極式の溶接、ならびに MIG溶接、 MAG溶接（metal active gas welding) のような消耗電極式の溶接のいずれにも使用できること。

(iii) ラインパイプなどの組立に採用される水平固定管の MIG 溶接による円周自動溶接への適用を考慮して、下向、立向および上向の溶接を含む全姿勢溶接でブローホールなどの溶接欠陥の発生がないこと。

(iv) 従来のスラグ形成剤を含有するフラックス入り複合ワイャと比較して、溶接金属の清浄度に優れ、その耐食性および靱性が先の特願平 7-60523 号（特開平 8- 260101号公報）で提案した溶接材料と比べても遜色ないこと。

( V ) 従来のスーパ一二相ステンレス鋼のソリッドワイヤと比較して、ワイヤの製造が容易であること。

本発明のステンレス鋼用溶接材料は、下記（1)、（2) および（3) を特徴とするものである。

(1) 溶接材料は、鋼製の外皮と、その外皮中に詰められたスラグ形成剤を伴わない充填材とからなる複合ワイヤ（コアドワイャ）型の溶接材料である。

(2) 上記外皮を構成する鋼の化学成分と上記充填材の化学成分とを総合した溶接材料全体としての化学組成が下記のとおりである。

重量％で、 C ： 0.03%以下、 Si : 1.0%以下、 Mn： 1.5%以下、 P ： 0.04%以下、 S ： 0.01%以下、 A1： 0.5%以下、 Ni： 8.0〜10.0%、 Cr： 22.0〜26.0%、 Mo： 2.0〜5.0%、 N ： 0.12 〜0.24%、 Co : 3.0%以下、 W : 5,0%以下、 Cu : 2.0%以下、 V ： 1.50%以下、残部が Feおよび不可避的不純物からなる。

(3) 上記（2)の化学組成の範囲内で、下記の①式で表される耐孔食性指数. PREWが 42.0 以上、下記の②式で表されるフェラィト容量指数 Ph が 0.12〜0.25である。

PREW= Cr + 3.3 (Mo+ 0.5W) + 16 N ①

Ni +30 (C+N) ― 0.6 (Cr+ 1.5Si+ Mo + 0.4W) +5.6

Ph= . . .②

Cr + 1.5 Si + o + 0.4W— 6 但し、 ①式および②式中の元素記号は、その元素の含有量（重量％) を示す。

溶接材料全体としての化学組成、即ち複合ワイヤの化学組成は、次のようにして決定する。いま、或る合金成分 Aの複合ヮィャ中での含有量（前記のように、合金成分の含有量の％は全て「重量％」を意味する）を Cw%、ワイヤ外皮中の A成分の含有量を Ch%、充填材中の A成分の含有量を Cf%、充填材の充填率（ワイヤ全重量に対する充填材の重量比）を FRとすると、

Cw = (1 - )x Ch + FR X Cf · · · ·③ である。前記（2) の各成分の含有量は上記③式によって算出される含有量である。図面の簡単な説明

図 1は、実施例で使用した複合ワイヤの外皮の化学組成を示す表である。

図 2は、実施例で使用した複合ワイヤの全体の化学組成を示一 3 at ζί' i)る。図 3は、溶接金属のブローホールを調査する X線透過試験用の試験片を作製した溶接条件を示す表である。

図 4は、実施例の試験に用いた母材の化学組成を示す表であ

O o

図 5は、 X線透過試験の結果を示す表である。

図 6は、溶接金属の性能を調べるための試験片を作製した溶接条件を示す表である。

図 7は、図 2に示した本発明例の溶接材料で得た溶接金属の化学組成を示す表である。

図 8は、図 2に示した比較例の溶接材料で得た溶接金属の化学組成を示す表である。

図 9は、図 7の本発明例についての各種の試験結果を示す表ある。

図 10は、図 8の比較例についての各種の試験結果を示す表でめ O o

図 11は、本発明の溶接材料（複合ワイヤ）の横断面形状の例を示す図である。

図 12は、溶接金属のブローホールの有無を判定する X線透過試験用試験片の母材形状を示す側面図である。

図 13は、溶接継手の性能を調査するための試験片作製要領を示す図である。

図 14は、衝撃試験片の採取要領を示す図である。

図 15は、引張試験片、孔食試験片および硫化物応力腐食割れ試験片の採取要領を示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の溶接材料、即ち複合ワイヤは、図 11にその横断面を例示するように、外皮 1 と充填材 2 とからなる。外皮 1 を構成する材料は、炭素鋼やステンレス鋼（フェライ卜系、オーステナイト系、二相系）等、の鋼である。その種類には原則的に制約はない。 .ただし、ワイヤへの加工性を確保するために、冷間加工性に優れたものを選ぶ必要がある。

充填材 2は、粉粒状のものとし、通常のフラックス入りワイャと同様に、外皮 1 となる帯鋼の中に包み込んで成形し、線引きしてワイヤとする。ワイヤの断面形状は、例えば図 11の

( a )、 ( b ) および（c ) に示すような様々の形状を選ぶことがでさる。

本発明の溶接材料は消耗電極式溶接にも非消耗電極式溶接にも使用できるものである。以下、前者の代表として MI G溶接、後者の代表として T IG溶接をそれぞれ例にして説明する。

本発明は先に述べた（i )〜（v ) の特性の全てを備えた溶接材料の提供を目的としている。その目的を達成するために、本発明の溶接材料では下記の対策が採られている。

まず、溶接金属の機械的性質および耐食性の確保のために、本発明の溶接材料では合金元素のそれぞれの含有量とともに、前記①式で表される耐孔食性指数 PREWおよび②式で表されるフェライト容量指数 Phがそれぞれ特定の範囲に調整されている。特に、プロ一ホールの原因となる Nの含有量は必要最小限とされており、それによつて、 TI G溶接および MI G溶接のいずれでも全姿勢溶接で、健全な溶接金属が得られる。なお、この Nの低減によるオーステナイト相の耐孔食性の低下を②式で定義されるフェライト容量指数 Phを低めに設定することによって補う。次に、本発明の溶接材料である複合ワイヤの充填材には、従来の複合ワイャの充填材には通常添加されているスラグ形成剤が添加されていない。これによつて、スラグ形剤に起因する主に酸化物からなる介在物が発生せず、その卷き込みによる溶接金属の清浄度の悪化が避けられる。従って、 M I G溶接でも、 Τ I G溶接でも.耐食性および強度、靱性という基本性能に優れた溶接金属が得られる。

本発明の溶接材料を複合ワイヤとしたのは、その製造を容易にするためである。単一材料からなるソリツドワイヤであれば、その化学組成を母材（被溶接材）である二相ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼等とほぼ同じにしなければならず、冷間加工性の確保は極めて困難である。しかし、複合ワイヤであれば、その全体として母材相当の化学組成とすればよいから、外皮の化学組成には選択の幅がある。従って、カロェ性の良い材料を外皮とすることが可能になり、ワイヤの製造が容易になる。

前記のように、外皮とする鋼は、炭素鋼（低炭素の軟鋼が望ましい）や各種のステンレス鋼などが使用できる。外皮の化学組成に応じて、充填材料の化学組成および充填率を調整すれば、複合ワイヤ全体としての化学組成を所定のものとすることができる。被溶接材である二相ステンレス鋼やマルテンサイト系ステンレス鋼の組成に合わせた組成の複合ワイヤとすることも容易である。なお、外皮として使用できる鋼のいくつかを例示すれば、下記のとおりである。

炭素鋼… J I S G 3141の SPCC 等

フェライト系ステンレス鋼… J I S G 4305の SUS 41 0L 等オーステナイト系ステンレス鋼… J I S G 4305の SUS 31 6L ,

SUS 304L等

二相ステンレス鋼… J I S G 4305 の SUS 329J3L 等充填材は、外皮の化学組成を考慮し、複合ワイヤ全体としての化学組成が前記のようになるように配合した金属粉粒および

/または合金粉粒の混合物である。その粒度はおよそ 150〃m 以下程度と.するのが望ましい。

以下、本発明の溶接材料（複合ワイヤ）の化学組成を前記のように定めた理由を説明する。なお、合金成分の含有量は、前記の③式によって算出されるワイヤ全体としての含有量である

C ：

Cは、その含有量が多ければ、溶接時に炭化物が析出してマトリックス中の Crなどの有用な合金元素の含有量を低減させる。従って、 C含有量は 0.03%以下でできるだけ少ない方がよい。

Si ：

Siは、脱酸剤として有用な元素であるが、溶接金属の靱性には悪影響を与えるものである。特に 1.0%を超えると溶接時に金属間化合物（び相など）の生成を促進し、溶接金属の耐食性および靱性を損なう。従って、 Si含有量は 1.0%以下とする。下限は不純物レベルでもよいが、脱酸剤としての効果を得るには、 0.1 %以上存在するのが望ましい。

Mn：

Mnは、脱酸元素として重要であり、また Nの溶解度を大きくする元素でもあるが、 1.5%を超えると溶接金属の耐孔食性および靱性の点から好ましくない。このため、 Mn含有量は 1.5% 以下とする。下限は不純物レベルでもよいが、脱酸等の上記の効果を得るには 0.1%以上存在するのが望ましい。

P ： Pは、原料から不可避的に混入する好ましくない不純物である。 0.04%は許容上限値であり、これ以下で少なければ少ないほどよい。 Pの含有量が 0.04%を超えると溶接金属の耐孔食性や靱性を損.ない、高温割れ感受性を高める。

S ：

Sも、 Pと同様に原料から不可避的に混入する不純物元素であり、 0.01%を超えると溶接金属部の耐孔食性を悪化させ高温割れ感受性を高める。 Sは 0.01%以下で、できるだけ少ない方がよい。

A1 ：

A1は、一般には脱酸剤として使用されるが本発明の溶接材料には積極的な添加はしない。 A1は強力なフェライ卜安定化元素であるから、 A1が過剰になれば溶接金属のフェライト相が過剰になり、溶接金属の靱性が劣化する。また、 A1は酸化されてビ — ド表面に伝導性の悪い酸化皮膜を形成し、溶接アークを不安定にする。このような酸化皮膜が生成すると、溶接パス毎にこれを除去する必要があるので、溶接作業性が著しく損なわれる。上記ような A1の弊害は、その含有量が 0.5%を超えると顕著になる。従って、 A1含有量は 0.5%以下に抑え、できるだけ少なくするのが望ましい。

Ni ：

Niは、オーステナイト安定化元素であり、溶接金属部のフエライト相の生成を抑制する。この効果は 8.0%以上の含有量で発揮させる。しかし、 Niが 10.0%を超えると、溶接時にび相の析出を助長し、靱性に悪影響を与える。従って、 Ni含有量は 8.0〜10.0%とする。

Cr： Crは、二相ステンレス鋼として十分な耐食性を確保するために少なくとも 22.0%は必要である。しかし、 26.0%を超えると溶接時にび相などの金属間化合物の析出を助長し、靱性を著しく損なう。 .従って、 Cr含有量は 22.0〜26.0%とした。好ましいのは、 22.5〜24.5%である。

Mo：

Moは塩化物環境下での耐孔食性を向上させる元素であるが、一方ではび相の析出を著しく助長する元素でもある。しかし、適正な量の Moは、溶接熱サイクルのような短時間の加熱では、び相の析出を促進することなく溶接金属の耐孔食性を高める。すなわち、 Moの添加により、 Crおよび Nの含有量を少なくしても前記①式の耐孔食指数（PREW)を高めることができる。 2.0% 以下ではその効果が不十分であり、一方 5.0%を超えると溶接時にび相の析出が起こり、靱性および耐孔食性を損なう。従つて、 Mo含有量は 2.0〜 5.0%とした。好ましいのは 3.0〜 5.0 %である。なお、 Moは後述する Wと併用することができる。

N ：

Nは、フェライト相の生成を抑制し、また耐孔食性を向上させる重要な元素である。しかし、その含有量が 0.10 %未満ではその効果が不十分である。一方、 Nの含有量が多くなると、溶接時にブローホールの溶接欠陥を生じ易くなり、溶接金属の健全性を損なう。本発明の溶接材料は、 N含有量の上限を 0.2 4 %に抑えることによって全姿勢溶接で溶接欠陥を生じさせないという特徴を持たせたものである。

Co ：

Coは、添加しなくてもよいが、 Niと同様の作用を有し、 Niに比べて溶接時にび相を析出させる程度が小さいため、必要に応じて Niの一部を Coで置換することができる。しかし、 Coは Niに比べて高価であるから、添加する場合でもその含有量の上限を 3.0%とする。

W ：

Wは、 Moと同様に耐食性、特に孔食および隙間腐食への抵抗性を向上させる元素であり、 p H ( ペーハー）の低い環境でも耐孔食性を低下させない安定な酸化物を形成する。しかも、 Cr や Moとは異なりび相の析出を促進することはない。従って、 Mo と同様に Cr、 Nの含有量を少なくしても、 Wの添加によって耐孔食指数（PREW)を高めることができる。しかし、 Wが 5.0%を超えると、別の金属間化合物相（Laves相）の析出を促進し、靱性および耐孔食性を損なう。

Wの添加は必須ではないが、上記のような好ましい作用効果を持つので、必要に応じて添加する。添加する場合は、 5.0 % 以下とするが、好ましいのは 1.5〜5.0 %である。

Cu：

Cuと次に述べる Vは、耐食性、特に硫酸などの酸に対する耐食性を向上させる元素として、必要に応じて添加することができる。

Cuは、還元性の p H ( ペーハー）の低い環境、例えば H₂S(h あるいは硫化水素を含む環境での耐食性を向上させる。しかし、 2.0 %を超えると溶接金属の靱性を低下させるので、添加する場合でもその含有量を 2.0%以下とする。なお、耐食性の改善の効果を十分に得るには 0.2%以上とするのが望ましい。

V ：

Vは、 Wと複合添加した場合、耐隙間腐食性を向上させる。しかし、 0.05%未満ではその効果が小さいので、添加する場合は、 0. 05 %以上の含有量とするのが望ましい。ただし、 Vが 1 . 50 %を超えるとフェライ卜が増加し、溶接金属部の靱性および耐食性が低下する。

本発明の.溶接材料は、溶接金属部の耐孔食性と靱性を高めるため、これまでに述べた各合金成分の含有量の範囲で、さらに前記①式の耐孔食性指数（PREW ) が 42 . 0以上でかつ、前記②式のフェライト容量指数（Ph )が 0. 12〜0 . 25の範囲であることを特徴の一つとする。

耐孔食性指数（PREW ) ：

二相ステンレス鋼の耐孔食性の良否を判断する指標として幾つかの耐孔食性指数が提案されている。本発明では、先の特願平 7- 60523 号（特開平 8- 260101号公報）においても提案したように、 Wを耐孔食性向上元素として加味した前記①式で定義される耐孔食性指数（PREW )を採用した。この PREW の値が 42 . 0 以上であれば、きわめて優れた耐孔食性が得られる。

フェライト容量指数（Ph ) ：

二相ステンレス鋼の耐孔食性は、上記のとおり Cr、 Mo、および Nによって改善される。ところが、言うまでもなく二相ステンレス鋼はフェライト相とオーステナイト相の混合組織から成るが、上記の元素の分配率は、フェライト相とオーステナイト相とでそれぞれ異なる。フェライト相では Cr、 Moおよび Wの濃度がオーステナイト相のそれと比べて相対的に高くなり、一方 Nはその逆となる。

本発明では、ブローホールの発生を無くするために、溶接材料の N含有量を最小限度に抑えている。従って、オーステナイト相の比率が大き過ぎると、オーステナイト中での Nの濃度が低くなり、その結果、オーステナイト相の耐孔食性の劣化を招く。また、溶接金属の強度低下にもつながる。即ち、本発明の溶接材料のように Nの含有量が相対的に少ないスーパ一二相ステンレス鋼では、オーステナイト相の比率を低くする必要がある。そこで.、フェライ卜容量指数（Ph) を 0.25以下に抑えている。ただし、フェライト容量指数（Ph) が 0.12 未満になるとフェライト相の比率が多くなりすぎ、かえって耐孔食性および靱性の低下を招く。以上の理由で、フェライト容量指数（Ph)を 0.12〜0.25に調整することとした。実施例 1

図 1 に示す化学組成の 4種類の外皮鋼を用いて、図 2に示す化学組成を有する複合ワイヤを製造した。ここで、複合ワイヤの各成分の含有量は、前述の③式によって算出した。充填材は、粒径約 150 zm 以下の粉末で、その充填率は 20〜50%とし、外皮の肉厚は 0.4〜0.8 mm、ワイヤ径はいずれも 1.2ιηιη0 とした。外皮として用いた鋼がいずれも加工性に優れた材料であるから、複合ワイヤの製造は容易であった。

これらの複合ワイヤを用いて、図 3に示す溶接条件で各種姿勢の MIG溶接法および TIG溶接法による溶接試験を行い、 X線透過試験によりブローホールの有無を調査した。

溶接試験では、図 12に示す溝開先 4を有する母材 3を使用して下向、立向および上向き姿勢で 1パス溶接を行った。母材 (被溶接材） 3 としては図 4に組成および引張強度を示す母材 A (スーパ一二相ステンレス鋼）の板（板厚 15mm) を用いた。

X線透過試験結果の評価では、 JIS Z3106 の表 6の「欠陥の種類」の第 1種について、当該規格中の表 12の欠陥の等級の 1級を合格とし、それ以外を不合格とした。結果を図 5に示す。図 5から明らかなように、本発明の溶接材料（図 2の No. 1 〜 9 ) を使用した場合は、 MIG溶接でも TIG溶接でも全姿勢で欠陥等級が 1級の溶接部が得られている。一方、試験 No.MA12および TA12で,は、 N (窒素）の含有量が 0.27%と高い溶接材料 (図 2の No.12) を用いたので、溶接金属にはプロ一ホールが多発し、合格レベルに達していない。実施例 2

溶接金属の性能を評価するため、以下の方法で溶接金属を作製した。母材は、図 4の表に示した組成のスーパー二相ステンレス鋼（母材 A) とマルテンサイト系ステンレス鋼（母材の板（板厚 15mm) である。この板に図 13に示す形状寸法の閧先を切り、裏当て材 7を用いて前記図 2に示した溶接材料で 2層バ夕リング 5を施した後、同じ溶接材料で図 6に示す溶接条件で多パス溶接を行い溶接金属 6 を持つ継手を作製した。

図 7および図 8に作製した継手の溶接金属の組成を示す。図 7の本発明例①は、母材 Aを溶接材料 No, l ~ 9を使用して MIG 溶接した例である。本発明例②は母材 A、 B、溶接材料 No. 1、 4、 9および MIG溶接、 TIG溶接を種々組み合わせた例である。図 8の比較例①は母材 Aを溶接材料 No.10〜； 17を使用して MIG溶接した例であり、比較例②は母材 A、 B、溶接材料 No.ll、13、 17 および MIG溶接、 TIG溶接を種々組み合わせた例である。

得られた溶接継手の図 14に示す位置からシャルビ一衝撃試験片（JIS Z2202 4号） 8を採取した。試験片 8 としては、その切り欠き部が図 14の（a)に示すように溶接金属中央部になるもの、および同図（b)に示すように溶融線に沿う位置になるものをそれぞれ採取した。また、図 15(a)に示す位置で、同図（b)に示す形状の丸棒引張試験片（JIS Z2201 14号） 9 を採取した。さらに、母材 Aおよび母材 Bのそれぞれの実用腐食環境における耐食性を確認するため、母材 Aの溶接継手からは、図 15の（c) に示す位置で同図（d)に示す形状の孔食試験片 10を採取して孔食試験に供し、一方、母材 Bの溶接継手からは、図 15の（e)に示す位置で同図（f)に示す形状の 4点曲げ試験片 11を採取し、これは硫化物応力腐食割れ（SSC) 試験に供した。

シャルビ一衝撃試験は一 30。Cの温度で実施し、実用上十分な性能とみなされる 80J/cm²以上の衝撃値を有する場合を合格とした。引張試験は常温で行い、母材部分で破断したものを合格とした。

孔食試験では試験片を 50°Cの 6 %FeCl₃ 水溶液中に 24時間浸潰した後、孔食の発生の有無を目視にて観察し、孔食発生のないものを合格とした。

硫化物応力腐食割れ試験では、前記の 4点曲げ試験片に母材であるマルテンサイトステンレス鋼の耐力に相当する曲げ応力を負荷し、ォ一トクレーブ中で 150°Cの 5 %NaCl水溶液（分圧 O.OOlMPaの H₂Sと分圧 3 MPaの C0₂を含む）に 720時間浸漬した後、断面観察により割れ発生の有無をしらべた。割れ発生のないものを合格とした。

図 9および図 10に溶接継手の性能試験結果を示す。

図 9から明らかなように、本発明の溶接材料（No. l 〜 9 ) を使用して作製した継手は、全て高い強度と優れた靱性を備えている。また、母材 A (スーパー二相ステンレス鋼）の継手の耐孔食性、母材 Bの継手の耐硫化物応力腐食割れ性もそれぞれ合格レベルである。

これに対して、図 10に示すように、比較例の溶接材料を使用して作製した継手には、それぞれ何等かの欠点がある。即ち、

Ni含有量が 10.5%と高い溶接材料 No.10を使用した継手 MDJ10は衝撃値が低い。また、溶接材料 1*0.11を使用した継手?10«111、 TD J11には孔食が発生した。それは、溶接材料 No.11の耐孔食性指数（PREW) が 39.7と低すぎるからである。溶接材料 No.12を使用した継手（MDJ12)の溶接金属には、前記のようにブローホ一ルが多発していたので、孔食試験は実施しなかった。

フェライト容量指数（Ph)が 0.06と低い溶接材料 No.13を使用した継手 MDJ13、 TDJ13、 MMJ13および TMJ13では、溶接金属のフェライト相が多くなりすぎて孔食が発生し、衝撃値も低い。溶接材料 No.14も Phが低いので、これを用いた継手 MDJ14は、耐孔食性および靱性が十分ではない。

Cr含有量が 27.1%と高い溶接材料 No.15および A1含有量が 0.5 8%と高い溶接材料 No.16をそれぞれ用いて作製された継手 MDJ1 5、 MDJ16ではいずれも衝撃値が低い。

溶接材料 No.17は、充填材にスラグ形成剤を添加したものであり、図 2に示すように酸素（0) を多量に含有する。この溶接材料を用いて作製した継手 MDJ17、 TDJ17、 MMJ17および TMJ17の溶接金属には酸化物主体の介在物の巻き込みが多く、靱性および耐孔食性がいずれも劣る。産業上の利用可能性

図 5、図 9および図 10に示した試験結果からも明らかなように、本発明の溶接材料（複合ワイヤ）を使用すれば、 MIG溶接でも TIG溶接でも、また、母材が二相ステンレス鋼でもマルテンサイト系ステンレス鋼でも全姿勢溶接でブローホールのない健全な溶接金属が得られる。上記の溶接金属からなる溶接継手は、高強度でかつ高靱性であり、耐食性（耐孔食性、耐硫化物応力腐食割れ性）にも優れている。この溶接材料は、耐孔食性を高める Cr、 Mo、 Wなどの合金元素を.適正なパランスで含有しているので、従来の二相ステンレス鋼よりもグレードの高いスーパー二相ステンレス鋼の溶接にも使用できる。しかも、本発明の溶接材料は複合ワイヤであるから、製造が容易である。

Claims

請求の範囲

1. 鋼製の外皮と、その外皮中に詰められたスラグ形成剤を伴わない充填材とからなる複合ワイヤ型の溶接材料であって、溶接材料全体'としての化学組成が下記のとおりであることを特徴とするステンレス鋼用の溶接材料。

重量％で、 C ： 0.03%以下、 Si ： 1.0%以下、 Μπ： 1.5%以下、 Ρ ： 0.04%以下、 S ： 0.01%以下、 A1 ： 0.5%以下、 Ni ： 8.0〜； L0.0%、 Cr： 22.0〜26.0%、 Mo： 2.0〜 5.0%、 N ： 0.12 〜0.24%、 Co : 3.0%以下、 W ： 5.0%以下、 Cu : 2.0%以下、 V ： 1.50%以下、残部が Feおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記の①式で表される耐孔食性指数 PREW が 42.0 以上、下記②式で表されるフェライト容量指数 Ph が0.12〜0.25。

PREW= Cr + 3.3 (Mo+ 0.5W) + 16 N . · .①

Ni +30 (C+N) 一 0.6 (Cr+ 1.5Si+ Mo + 0.4W) +5.6

Ph= —— …②

Cr + 1.5 Si + Mo + 0.4W- 6 但し、 ①式および②式中の元素記号は、その元素の含有量 (重量％) を示す。

2. ステンレス鋼のガスシールドア一ク溶接に用いる請求項 1 の溶接材料。

3. マルテンサイト系ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接に用いる請求項 1の溶接材料。

4. ォ一ステナイ卜とフェライ卜の二相ステンレス鋼のガスシ一ルドアーク溶接に用いる請求項 1の溶接材料。

5. 鋼製の.外皮と、その外皮中に詰められたスラグ形成剤を伴わない充填'材とからなる複合ワイヤ型の溶接材料であって、上記外皮を構成する鋼の化学成分と上記充填材の化学成分とを総合した溶接材料全体としての化学組成が下記のとおりであることを特徴とすることを特徴とする二相ステンレス鋼の MIG溶接用溶接材料。

重量％で、 C ： 0.03%以下、 Si ： 1.0%以下、 Mn： 1.5%以下、 P ： 0.04%以下、 S ： 0.01%以下、 A1： 0.5%以下、 Ni ： 8.0〜： 10.0%、 Cr： 22.0〜26.0%、 Mo： 2.0〜 5.0%、 N ： 0.12 〜0.24%、 Co： 3.0%以下、 W ： 5.0%以下、 Cu： 2.0%以下、 V ： 1.50%以下、残部が Feおよび不可避的不純物からなり、かつ、下記の①式で表される耐孔食性指数 PREW が 42.0 以上、下記②式で表されるフェライト容量指数 Ph が0.12〜0.25。

PREW= Cr + 3.3 ( o+ 0.5W) + 16 N · · ·①

Ni +30 (C+N) — 0.6 (Cr+ 1.5Si+ Mo + 0.4W) +5.6

Ph= . · ·②

Cr + 1.5 Si + o + 0.4W- 6