JP2004141934A - Ferritic stainless steel welding wire - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferritic stainless steel welding wire which is allowed to reduce the content of Cr as a high-cost additional element and, nevertheless, has a resistance to oxidation equal to that of the conventional ferric stainless steel welding wire having high Cr content. <P>SOLUTION: The ferritic stainless steel welding wire, in wt.%, consists of C ≤0.015%, Si 0.9∼1.5%, Mn ≤1.0%, P ≤0.030%, S ≤0.010%, Cr 9.0∼13.0%, N ≤0.02%, Ca ≤0.002%, Nb 0.10∼0.30%, Ti ≤0.20%, Al ≤0.20%, 20×C%≤Nb+Ti+Al and the remainder substantially comprising Fe. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ミグ溶接，マグ溶接等のガスシールド溶接に用いて好適なフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車排気系のコンバータには耐食性に優れた耐熱鋼材が使用されており、このような耐熱鋼材の溶接にはＣｒを１６〜２１％含有するフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤが使用されて来た。
例えば下記特許文献１にはＣｒを１５〜２５％含有するフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２６７２７１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤにおいて、近年コスト低減の要求が強く、この場合において上記特許文献１に開示の溶接ワイヤでは高価なＣｒを１５〜２５％と高含有量で含有しているため、必然的にコストが高くなるといった問題がある。
この場合単にＣｒの含有量を低減しただけであると、溶接ワイヤとして必要な耐酸化性，高温強度が悪化してしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤはこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、重量％でＣ：≦０．０１５％，Ｓｉ：０．９〜１．５％，Ｍｎ：≦１．０％，Ｐ：≦０．０３０％，Ｓ：≦０．０１０％，Ｃｒ：９．０〜１３．０％，Ｎ：≦０．０２％，Ｃａ：≦０．００２％，Ｎｂ：０．１０〜０．３０％，Ｔｉ：≦０．２０％，Ａｌ：≦０．２０％，２０×Ｃ％≦Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ａｌ，残部実質的にＦｅから成ることを特徴とする。
【０００６】
請求項２のものは、請求項１において、更にＺｒ，Ｂ，Ｍｏ，Ｗの１種若しくは２種以上を、Ｚｒ：≦０．１％，Ｂ：≦０．１％，Ｍｏ：≦５．０％，Ｗ：≦５．０％の範囲で含有していることを特徴とする。
【０００７】
【作用】
本発明は、Ｃｒの含有量を低減するとともに、これと併せてＮｂ，Ｔｉ，Ａｌを添加し、Ｃｒ含有量の低減に伴う耐酸化性，高温強度の低下をそれらＮｂ，Ｔｉ，Ａｌの添加によって補い、以ってＣｒの添加量抑制によりフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤのコストを低く抑えつつ、従来の高Ｃｒ含有量のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤと同等の性能を有するフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを提供し得たものである。
【０００８】
フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤにおけるＣｒは、炭化物を形成することによって耐酸化性，高温強度等の特性が低下する。
一方においてＮｂ，Ｔｉ，Ａｌは鋼中のＣを固定する働きがあり、従ってこれら成分を添加することによってＣｒの炭化物形成を抑制し、これによりＣｒの含有量低減に伴う耐酸化性，高温強度の低下を補う。
【０００９】
本発明においては、Ｚｒ，Ｂ，Ｍｏ，Ｗ等合金成分を選択元素として１種若しくは２種以上含有させることができ（請求項２）、これにより鋼の強度を高強度化することができる。
【００１０】
ここでＺｒ，Ｂは炭化物，窒化物，酸化物等を分散析出し、その析出硬化によって鋼を強化する。
一方Ｍｏ，Ｗはマトリックス中に固溶して鋼を強化する働きを有する。
【００１１】
次に本発明における各化学成分の限定理由を以下に詳述する。
Ｃ：≦０．０１５％
Ｃは溶接部の強度を向上させる作用を有するものの、Ｃ含有量が多過ぎると硬さが過大となり、溶接割れを発生する恐れが生ずるのでその上限値を０．０１５％とした。
【００１２】
Ｓｉ：０．９〜１．５％
ＳｉはＮｂの炭，窒化物の粒界析出を抑制する作用を有し、従ってＳｉを適量添加することによって溶接割れの発生を抑えることができる。但しそのためには０．９％以上が必要である。
一方Ｓｉの含有量が多過ぎると靭性が劣化するため上限値を１．５％とした。
【００１３】
Ｍｎ：≦１．０％
Ｍｎはステンレス鋼の溶製時において脱酸剤として必要なものであるが、多過ぎると耐酸化性を劣化させるため、上限値を１．０％とした。
【００１４】
Ｐ：≦０．０３０％
Ｐは不純物としてのものであって、Ｐの含有量が多いと溶接割れを生じ易くなるとともに溶接部の靭性を劣化させる。そこで本発明では上限値を０．０３０％とした。
【００１５】
Ｓ：≦０．０１０％
Ｓ含有量が多いと溶接割れを生じ易くなるとともに溶接部の靭性を劣化させ、また耐食性を劣化させるため、０．０１０％以下とした。
【００１６】
Ｃｒ：９．０〜１３．０％
Ｃｒは耐酸化性，高温強度を与えるために必須の成分であって、その目的のため９．０％以上が必要である。但し１３．０％より多くなるとコストの上昇をもたらすため上限値を１３．０％とした。
【００１７】
Ｎ：≦０．０２％
Ｎ含有量が多いと耐溶接割れ性を低下させるとともに溶接部分の靭性を劣化させるため上限値を０．０２％とした。
【００１８】
Ｃａ：≦０．００２％
Ｃａは溶製時の脱酸，脱窒を目的として通常添加するが、その量が多いとアーク安定性を低下させるので上限を０．００２％とした。
【００１９】
Ｎｂ：０．１０〜０．３０％
Ｎｂは耐酸化性，高温強度を向上させるのに有用な元素であって、その目的のため０．１０％以上が必要であるが、必要以上に多く含有させると耐溶接割れ性が大きく低下するため上限値を０．３０％とした。
【００２０】
Ｔｉ：≦０．２０％
Ｔｉは耐酸化性を改善する効果がある。但し過剰に添加しても更なる向上は期待できないだけでなく、アーク安定性を阻害するため上限値を０．２０％とした。
【００２１】
Ａｌ：≦０．２０％
Ａｌは耐酸化性を改善する効果がある。但し過剰に添加しても更なる向上は期待できないだけでなく、アーク安定性を阻害するため上限値を０．２０％とした。
【００２２】
２０×Ｃ％≦Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ａｌ
Ｃは溶接部の強度を向上させるために必要であるが、Ｃを固定する安定化元素であるＡｌ，Ｔｉ，Ｎｂの添加量以上に過剰に添加した場合、Ｃｒとの化合物として粒界に析出し、Ｃｒ欠乏層が形成されることによる耐酸化性劣化を招く。これを防ぐためにはＮｂ，Ｔｉ，Ａｌの総量を２０×Ｃ％以上とする必要がある。
【００２３】
Ｚｒ：≦０．１％
Ｚｒは溶接金属の結晶粒の微細化を促進する効果があるため、必要に応じて添加する。但し多く含有させても更なる向上は期待できないので上限値を０．１％とした。
【００２４】
Ｂ：≦０．１％
Ｂは溶接金属の結晶粒の微細化を促進する効果があるため、必要に応じて添加する。但し多く含有させても更なる向上は期待できないので上限値を０．１％とした。
【００２５】
Ｍｏ：≦５．０％
Ｍｏは溶接部のマトリックスを強化するために有効な元素であり、必要に応じて添加する。但し多量に添加した場合、溶接部の延性を劣化させるので上限値を５．０％とした。
【００２６】
Ｗ：≦５．０％
ＷはＭｏと同様に溶接部のマトリックスを強化するために有効な元素であり、必要に応じて添加する。但し多量に添加した場合、溶接部の延性を劣化させるので上限値を５．０％とした。
【００２７】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に詳述する。
表１に示す化学組成のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを製造し、これを用いて以下の条件で溶接性（Ｔ型溶接割れ試験，スパッタ量測定試験），耐酸化性（酸化増量）を調べた。
【００２８】
【表１】

【００２９】
＜Ｔ型溶接割れ試験＞
ＪＩＳ　Ｚ　３１５３に準拠し、図１に示しているように板厚１２ｍｍの母材１２，１４を逆Ｔ型に配置して、先ず拘束用のすみ肉溶接１Ｓを行い、次いで試験用のすみ肉溶接２Ｓを行い、後から行ったすみ肉溶接２Ｓの際の溶接割れの有無を測定した。結果が表１に示してある。
尚表中、○が溶接割れ無しを、×が溶接割れ有りをそれぞれ表している。
【００３０】
＜耐スパッタ性（スパッタ量測定試験）＞
ＷＥＳ２８０７に準拠して、ミグ溶接によって発生する全スパッタ量を測定した。結果が表１に示してある。
尚これらにおいて溶接条件は下記とした。
使用母材：ＳＵＳ４３０
溶接電流：１５０Ａ
アーク電圧：２２Ｖ
溶接速度：６０ｃｍ／ｍｉｎ
シールドガス：９７％Ａｒ＋３％Ｏ_２
【００３１】
＜耐酸化性＞
ＪＩＳ　Ｚ　２２８１に準拠して、９５０℃×５００ｈｒにおける全溶着金属の連続酸化試験後の酸化増量について測定した。結果が表１に示してある。
【００３２】
表１の結果から、本発明例のものは比較例のものに比べて何れも良好な結果が得られている。
また本発明例のものは、Ｃｒを約１９％含有する従来例のものに比べてＣｒ含有量を少なくしているにも拘わらず、耐酸化性においてほぼ同等程度の特性が得られていることが分る。
【００３３】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【００３４】
【発明の効果】
かかる本発明によれば、低コストでしかも従来の高Ｃｒ含有量のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤと同等の性能を有するフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例において行った溶接割れ試験の方法を説明する説明図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferritic stainless steel welding wire suitable for use in gas shield welding such as MIG welding and mag welding.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, a heat-resistant steel material having excellent corrosion resistance has been used for a converter in an automobile exhaust system, and a ferritic stainless steel welding wire containing 16 to 21% of Cr has been used for welding such a heat-resistant steel material. Was.
For example, Patent Literature 1 below discloses a ferritic stainless steel welding wire containing 15 to 25% of Cr.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-267271
[Problems to be solved by the invention]
In the case of this ferritic stainless steel welding wire, there is a strong demand for cost reduction in recent years. In this case, the welding wire disclosed in Patent Document 1 contains expensive Cr at a high content of 15 to 25%. There is a problem that the cost is high.
In this case, if the content of Cr is simply reduced, the oxidation resistance and high-temperature strength required for the welding wire are deteriorated.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The ferritic stainless steel welding wire of the present invention has been devised to solve such a problem.
According to the first aspect, C: ≤ 0.015%, Si: 0.9 to 1.5%, Mn: ≤ 1.0%, P: ≤ 0.030%, and S: ≦ 0.010%, Cr: 9.0 to 13.0%, N: ≦ 0.02%, Ca: ≦ 0.002%, Nb: 0.10 to 0.30%, Ti: ≦ 0.20 %, Al: ≦ 0.20%, 20 × C% ≦ Nb + Ti + Al, with the balance substantially consisting of Fe.
[0006]
According to a second aspect, in the first aspect, one or more of Zr, B, Mo, and W are further added by Zr: ≦ 0.1%, B: ≦ 0.1%, and Mo: ≦ 5. 0%, W: ≤5.0%.
[0007]
[Action]
The present invention reduces the Cr content and simultaneously adds Nb, Ti, and Al to reduce the oxidation resistance and high-temperature strength accompanying the reduction in the Cr content by adding Nb, Ti, and Al. The ferrite stainless steel welding wire has the same performance as the conventional ferrite stainless steel welding wire with a high Cr content while keeping the cost of ferritic stainless steel welding wire low by suppressing the amount of Cr added. Was provided.
[0008]
Cr in a ferritic stainless steel welding wire deteriorates properties such as oxidation resistance and high-temperature strength by forming a carbide.
On the other hand, Nb, Ti, and Al have a function of fixing C in steel. Therefore, by adding these components, the formation of carbides of Cr is suppressed, and thereby, the oxidation resistance and the high-temperature strength accompanying the reduction of the Cr content are reduced. Make up for the decline.
[0009]
In the present invention, one or more alloy components such as Zr, B, Mo, and W can be contained as selective elements (claim 2), whereby the strength of steel can be increased.
[0010]
Here, Zr and B disperse and precipitate carbides, nitrides, oxides and the like, and strengthen the steel by the precipitation hardening.
On the other hand, Mo and W have a function of strengthening steel by forming a solid solution in the matrix.
[0011]
Next, the reasons for limiting each chemical component in the present invention will be described in detail below.
C: ≦ 0.015%
Although C has an effect of improving the strength of the welded portion, if the C content is too large, the hardness becomes excessively high, and there is a possibility that a weld crack may occur. Therefore, the upper limit was set to 0.015%.
[0012]
Si: 0.9-1.5%
Si has an effect of suppressing the grain boundary precipitation of Nb of carbon and nitride. Therefore, by adding an appropriate amount of Si, the occurrence of welding cracks can be suppressed. However, for that purpose, 0.9% or more is required.
On the other hand, if the content of Si is too large, the toughness deteriorates, so the upper limit is set to 1.5%.
[0013]
Mn: ≦ 1.0%
Mn is necessary as a deoxidizing agent when smelting stainless steel, but if too much, the oxidation resistance is deteriorated. Therefore, the upper limit is set to 1.0%.
[0014]
P: ≦ 0.030%
P is an impurity, and when the content of P is large, welding cracks are easily generated and the toughness of the welded portion is deteriorated. Therefore, in the present invention, the upper limit is set to 0.030%.
[0015]
S: ≦ 0.010%
If the S content is large, welding cracks are likely to occur, and the toughness of the welded portion is deteriorated, and the corrosion resistance is deteriorated.
[0016]
Cr: 9.0-13.0%
Cr is an essential component for providing oxidation resistance and high-temperature strength, and 9.0% or more is required for that purpose. However, if it exceeds 13.0%, the cost increases, so the upper limit is set to 13.0%.
[0017]
N: ≦ 0.02%
When the N content is large, the weld crack resistance is reduced and the toughness of the welded portion is deteriorated. Therefore, the upper limit is set to 0.02%.
[0018]
Ca: ≦ 0.002%
Ca is usually added for the purpose of deoxidation and denitrification at the time of smelting, but if the amount is large, the arc stability is reduced. Therefore, the upper limit was made 0.002%.
[0019]
Nb: 0.10 to 0.30%
Nb is an element useful for improving the oxidation resistance and high-temperature strength. For this purpose, 0.10% or more is necessary. However, if it is contained more than necessary, the weld cracking resistance is greatly reduced. Therefore, the upper limit was set to 0.30%.
[0020]
Ti: ≦ 0.20%
Ti has an effect of improving oxidation resistance. However, even if added excessively, further improvement cannot be expected, and the upper limit is set to 0.20% in order to impair the arc stability.
[0021]
Al: ≤0.20%
Al has the effect of improving oxidation resistance. However, even if added excessively, further improvement cannot be expected, and the upper limit is set to 0.20% in order to impair the arc stability.
[0022]
20 × C% ≦ Nb + Ti + Al
C is necessary to improve the strength of the welded portion, but when added in excess of the added amount of Al, Ti, and Nb, which are the stabilizing elements that fix C, precipitates at the grain boundaries as a compound with Cr. However, the formation of the Cr deficient layer causes deterioration of oxidation resistance. To prevent this, the total amount of Nb, Ti, and Al needs to be 20 × C% or more.
[0023]
Zr: ≦ 0.1%
Zr has an effect of accelerating the refinement of the crystal grains of the weld metal, and thus is added as necessary. However, even if a large amount is contained, further improvement cannot be expected, so the upper limit is set to 0.1%.
[0024]
B: ≦ 0.1%
B has an effect of accelerating the refinement of the crystal grains of the weld metal, and thus is added as necessary. However, even if a large amount is contained, further improvement cannot be expected, so the upper limit is set to 0.1%.
[0025]
Mo: ≦ 5.0%
Mo is an element effective for strengthening the matrix of the weld, and is added as necessary. However, when added in a large amount, the ductility of the welded portion is deteriorated, so the upper limit value is set to 5.0%.
[0026]
W: ≦ 5.0%
W is an element effective for strengthening the matrix of the welded portion like Mo, and is added as necessary. However, when added in a large amount, the ductility of the welded portion is deteriorated, so the upper limit value is set to 5.0%.
[0027]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described in detail below.
A ferritic stainless steel welding wire having the chemical composition shown in Table 1 was manufactured, and the weldability (T-type welding crack test, spatter amount measurement test) and oxidation resistance (oxidation increase) were examined under the following conditions. .
[0028]
[Table 1]

[0029]
<T-type weld cracking test>
According to JIS Z 3153, base materials 12 and 14 having a plate thickness of 12 mm are arranged in an inverted T-shape as shown in FIG. 1, first fillet welding 1S for restraint is performed, and then fillet for testing Welding 2S was performed, and the presence or absence of a weld crack in the fillet welding 2S performed later was measured. The results are shown in Table 1.
In the table, ○ indicates that there was no welding crack, and X indicates that there was welding crack.
[0030]
<Spatter resistance (spatter amount measurement test)>
According to WES2807, the total amount of spatter generated by MIG welding was measured. The results are shown in Table 1.
In these, the welding conditions were as follows.
Base material used: SUS430
Welding current: 150A
Arc voltage: 22V
Welding speed: 60cm / min
Shielding _{gas: 97% Ar + 3% O} 2
[0031]
<Oxidation resistance>
In accordance with JIS Z 2281, the increase in oxidation after the continuous oxidation test of all the deposited metals at 950 ° C. × 500 hours was measured. The results are shown in Table 1.
[0032]
From the results in Table 1, all of the examples of the present invention obtained better results than those of the comparative examples.
Further, in the case of the present invention, although the Cr content is smaller than that of the conventional example containing about 19% of Cr, almost the same characteristics in oxidation resistance are obtained. I understand.
[0033]
Although the embodiment of the present invention has been described in detail, this is merely an example, and the present invention can be implemented in variously modified forms without departing from the spirit thereof.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a ferritic stainless steel welding wire which is low in cost and has the same performance as a conventional ferritic stainless steel welding wire having a high Cr content.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view illustrating a method of a weld crack test performed in an example of the present invention.

Claims (2)

重量％で
Ｃ　：≦０．０１５％
Ｓｉ：０．９〜１．５％
Ｍｎ：≦１．０％
Ｐ　：≦０．０３０％
Ｓ　：≦０．０１０％
Ｃｒ：９．０〜１３．０％
Ｎ　：≦０．０２％
Ｃａ：≦０．００２％
Ｎｂ：０．１０〜０．３０％
Ｔｉ：≦０．２０％
Ａｌ：≦０．２０％
２０×Ｃ％≦Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ａｌ
残部実質的にＦｅから成ることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ。C in weight%: ≦ 0.015%
Si: 0.9-1.5%
Mn: ≦ 1.0%
P: ≦ 0.030%
S: ≦ 0.010%
Cr: 9.0-13.0%
N: ≦ 0.02%
Ca: ≦ 0.002%
Nb: 0.10 to 0.30%
Ti: ≦ 0.20%
Al: ≤0.20%
20 × C% ≦ Nb + Ti + Al
A ferritic stainless steel welding wire, the balance being substantially composed of Fe. 請求項１において、更にＺｒ，Ｂ，Ｍｏ，Ｗの１種若しくは２種以上を
Ｚｒ：≦０．１％
Ｂ　：≦０．１％
Ｍｏ：≦５．０％
Ｗ　：≦５．０％
の範囲で含有していることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ。2. The method according to claim 1, wherein one or more of Zr, B, Mo, and W is Zr: ≦ 0.1%.
B: ≦ 0.1%
Mo: ≦ 5.0%
W: ≦ 5.0%
A ferritic stainless steel welding wire characterized by containing in the range of

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