JPH0195895A - ステンレス鋼ガスシールドアーク溶接用ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐食用オーステナイト系のステンレス鋼の溶
接に供せられるステンレス鋼ガスシールドアーク溶接用
ワイヤに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、水資源のとぼしい国において、海水淡水化の動き
が活溌になって来ており、大型海水淡水化装置の実用化
が急務となっている。海水に耐える材料としては従来Ｔ
ｉないしハステロイ−Ｃのみであるとされていたが、い
ずれも価格が高く大型構造物に適用すると費用がかかり
すぎるという難点がある。このような背景をふまえ、よ
り価格の安い耐海水用ステンレス鋼の開発がすすめられ
、規格化されている。例えば、ＡＳＴＭ　Ａ２４０５３
１２５４であり、海水中においても耐食性にすぐれてい
るものである。

この鋼材の溶接材料としては、従来、高Ｎｉ合金系が適
用されており、例えば溶接技術１９８３年４月号２５ペ
一ジ表３に２１Ｃｒ　−９Ｍｏ−５Ｆｅ−残Ｎｉ系（Ａ
ｖｅｓｔａ　ＰＩ３）が開示されている。他に高Ｎｉ合
金溶接材料としては、特開昭５６−１２８６９６号公報
や特開昭５８−６６９９４号公報、特開昭５８−８２１
９０号公報等の開示があるが、これらは主に耐熱用の溶
接金属の強度や高温特性の改善を目的としたものである
。すなわち、本発明の如き共金糸の溶接材料の開示はみ
られない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のように、耐海水用ステンレス鋼に適用されている
溶接材料は、高Ｎｉ合金溶接材料であり、高価である上
、溶接高温割れが発生しやすく、溶接施工上問題がある
。一方、ＡＳＴＭ　Ａ２４０５３１２５４と同一成分の
溶接材料では、耐食性および機械的性”能の面で十分な
性能が得られない。

本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、高
Ｎｉ合金溶接材料より低価格で、しかも耐食性および機
械的性能のすぐれている。ステンレス鋼ガスシールドア
ーク溶接用ワイヤを提供するものである。

〔問題点を解決するための手段・作用〕まず、本発明に
おいてガスシールドアーク溶接とは、Ａｒ、　Ｈｅなど
の不活性ガス雰囲気中で行うアーク溶接であって、ティ
グ溶接、プラズマ溶接を指す。

本発明者らは、種々のワイヤを試作して、ＡＳＴＭＡ２
４０５３１２５４相当鋼材に適用してティグ溶接を行い
、緒特性を調べた結果、以下の知見を得た。

すなわち、Ｃ，Ｓｉ、　Ｍｎ、　　Ｐ、　　Ｓを低く押
え、Ｃｒ。

ＮｉおよびＮを鋼材成分より高くし、且つ溶接金属中に
若干のフェライト量を含有する組成にすることにより、
溶接時の高温割れの発生がなく、且つ、溶接終了後熱処
理（１１００″Ｃ以上に加熱後水冷）を施すことによっ
て、耐食性が向上し、しかも引張−さ、延性が鋼材とほ
ぼ向等のものが得られた。

すなわち、本発明の要旨は重量％で、Ｃ：０．０２５％
以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：
０．０２０％以下、　Ｓ　：　０．０１０％以下、　Ｃ
ｕ：　０．５〜１．０％、　Ｃｒ：　２１．５〜２５％
、　Ｎｉ　：　１７．５〜２０％。

Ｍｏ：６．Ｏ〜７．０％、及びＮ　：　０．２５〜０．
５０％含有することを特徴とするステンレス鋼ガスシー
ルドアーク溶接用ワイヤにある。

次に本発明の成分限定理由について述べる。まず、Ｃは
Ｃｒと結合しやすく、粒界等に炭化物として析出し、耐
食性、延性を阻害するとともにＭＯとも結合して耐溶接
高温割れ性も低下させる。したがって、Ｃは低くする必
要があり、０．０２５％を上限とする。

次にＳｉは耐溶接高温割れ性を低下させるとともに耐食
性、延性が劣化するので、低く押える必要があり、０．
３％を上限とする。

Ｍｎは、多量に含有すると耐食性に有害な金属間化合物
の析出を促進するので、１．０％を上限とする。

Ｐ、　Ｓは、いずれも不可避的な不純物であり、両者と
も溶接高温割れを著しく増大させる。従って両元素とも
できるだけ低減する必要があり、ＰＯ，０２０％以下、
３０．０１０％以下とする。

Ｃｒは耐食性を付与する主要元素であり、その効果を十
分ならしめるためには、２１．５％以上が必要である。

一方、多量に含有するとワイヤの製造性が著しく低下す
るとともに、耐食性に有害な金属間化合物の析出を促す
ので、２５％を上限とする。

Ｃｕは、耐食性を向上させるので、０．５％以上必要で
あるが、一方多量に含有すると溶接高温割れを増大させ
るので１．０％を上限とする。

Ｎｉは、オーステナイト生成元素で、オーステナイトを
安定させ耐食性、延性を向上させるので１７．５％以上
必要である。一方、多量に含有すると、溶接金属中にフ
ェライト量が存在しなくなり、溶接高温側性が増大する
ので、上限を２０％とする。

Ｍｏは、マトリックスに固溶して耐食性、強度を向上さ
せる。その効果を十分ならしめるためには６．０％以上
必要であるが、一方７．０％を超えて含有すると耐食性
、延性に有害な金属間化合物の生成がみられるので、上
限を７．０％とする。

Ｎは、マトリックスに固溶して耐食性、強度を向上させ
るが、その効果を十分ならしめるためには０．２５％以
上必要である。一方、０．５０％を超えて含有させると
溶接金属中にフェライト量が存在しなくなり、溶接高温
割れが増大するので、上限を０．５０％とする。

上記成分以外に脱酸剤として、Ａｆｆｉを含有させるこ
とができる。また、ワイヤの熱間加工性を向上させるた
め、若干のＣａ＋　Ｍｇを含有させることができる。

なお、本発明溶接ワイヤは、ティグ溶接、プラズマ溶接
等不活性ガスアーク溶接ワイヤとして使用される他、被
覆アーク溶接棒の心線としても使用することができる。

これらは、耐海水用高耐食オーステナイトステンレス鋼
の溶接に適用されるとともに、それら構造物の補修溶接
あるいは肉盛溶接等に適用できるが、いずれの場合も溶
接後熱処理（１１００°Ｃ以上に加熱後水冷）を施すこ
とによって、良好な性能が得られるものである。

ここで、本発明溶接ワイヤの製造方法について言及する
と、真空、または大気雰囲気のもとて溶解、鋳造して得
られたインゴットを熱間鍛造し、次に熱間圧延によりコ
イルとし、これより冷間伸線により所定のワイヤ径まで
伸線するものである。

熱間鍛造および熱間圧延は、はぼ１０００〜１２５０°
Ｃ程度で熱処理を行って、ワイヤの硬さを調整すること
がある。

以下、本発明の効果を実施例により、さらに具体的に述
べる。

〔実施例〕

第１表にワイヤの化学成分を示す。ワイヤ径はいずれも
１．６ｍｍφである。

第２表に供試鋼板の諸元を示す。鋼板は、ＡＳＴＭＡ２
４０５３１２５４相当の高耐食オーステナイトステンレ
ス鋼で、板厚１０ｍｍである。

第４表に溶接高温割れ試験結果を示す。溶接高温割れ試
験は、Ｃ型拘束治具突合せ溶接割れ試験（ＪＩＳ　Ｚ　
３１５５−１９７４）　ニ準じ、第２表に示す鋼板を用
い、Ｙ開先（８０°、ルートフェース：１ｍｍ。

ルートギャップ：２ｍｍ）で、第３表に示す溶接条件で
溶接を行い、クレータ部およびスタート部を除いたビー
ド本体に割れが認められるか否かを観察し、ビード本体
に割れのあるものは、不可とした。

第５表に溶着金属の腐食試験結果を示す。

第６表に溶着金属の引張試験結果を示す。

いずれも、第２表に示す鋼材を用い、鋼板を２枚重ねに
して２０ｍｍ厚さとし、開先角度：４５°。

ルートギャップ：１２鵬とし、第３表に示す溶接条件で
溶接を行った。溶接終了後の試験板は、熱処理（１１５
０°Ｃ×６０分加熱後水冷）を行った。

耐孔食試験は、溶着金属中央部より３　’ｔ、　Ｘ１０
ｗＸ３０ｊ２ｍｍの試験片を採取し耐粒界腐食試験は溶
着金属中央部より３ｔＸ１０ｗＸ７（１！ｍｍの試験片
を採取して行った。

耐食試験は、耐孔食性及び耐粒界腐食性を調べた。耐孔
食性は、塩化物環境での臨界孔食発生温度（ＣＰＴ）を
求め評価した。腐食条件としては、ＪＩＳＧ　０５７８
−１９８１に定める６％塩化第二鉄＋０．０５　Ｎ塩酸
水溶液を用いた。臨界孔食発生温度（ＣＰＴ）は、５°
Ｃ間隔で管理された腐食環境に２４時間浸漬し、孔食の
発生しない最高温度を求め、それを定義した。

また、耐粒界腐食性については、ＪＩＳ　Ｇ　０５７５
に定める硫酸、硫酸銅腐食試験に定める硫酸・硫酸銅溶
液中で連続１６時間沸騰させたのち、曲げ半径２ｔで曲
げ角度１８０°まで曲げ、曲げ面について粒界腐食によ
る割れの有無を観察した。

また、溶着金属の機械的性能としては、引張試験を行い
、引張強さおよび延性を評価した。試験片は、溶着金属
中央部からＪＩＳ　Ｚ　３１１１Δ１号試験片（平行部
１２．５　ｍｍφの丸棒引張試験片）を採取し、室温に
て引張試験を行った。

第３表　溶接条件 第４表　溶接金属の割れ試験結果 第５表　溶着金属腐食試験結果 第６表　溶着金属の引張試験結果 以上の結果から、本発明のＡ１−Ａ１６は、いずれも溶
接金属の耐割れ性が良好で、しかも溶着金属の耐食性、
および引張強さ、伸びがすぐれており、ＡＳＴＭΔ２４
０５３１２５４相当鋼材とほぼ同等の性能を有している
ことは明らかである。

これに対し、比較ワイヤＢ１は、Ｃが０．０２５％を超
えており、Ｂ２は、Ｓｉが０．３％を超えており、Ｂ４
はＰが０．０２０％を超えており、Ｂ５はＳが０．０１
０％を超えており、Ｂ７はＣｕが１．０％を超えており
、Ｂ１１はＮｉが２０％を超えており、Ｂ１５はＮが０
．５０％を超えており、いずれも溶接金属の耐割れ試験
において、ビード本体に割れがみられた。Ｂ３はＭｎが
１．０％を超えており、Ｂ６はＣｕが０．５％未満であ
り、Ｂ８はＣｒが２１．５％未満であり、ＢＩＯはＮｉ
が１７．５％未満であり、Ｂ１３はＭｏが７．０％を超
えており、Ｂ１４はＮが０．２５％未満であり、いずれ
も溶着金属の耐食性が劣る。また、Ｂ８．Ｂ１２゜Ｂ１
０は溶着金属の引張強さが低く、Ｂ９はＣｒが２５％を
超えており、Ｂ１３はＭｏが７．０％を超えており、と
もに溶着金属の伸びが低い。

〔発明の効果〕

以上の実施例から明らかなように、本発明ワイヤはＣ，
Ｓｉ、　Ｍｎ、　ＰおよびＳを制限し、ＣＬＩ、　Ｃｒ
。

Ｎｉ、　Ｍｏ、およびＮを適量含有させることにより、
溶接金属の耐割れ性にすぐれ、がっ溶着金属の耐海水腐
食性ならびに引張強さ、伸びが良好で、ＡＳＴＭ　Ａ２
４０５３１２５４相当鋼材とほぼ同等の性能を有し、大
型海水淡水化装置の構造部材の溶接に適しているもので
あり、産業上の効果は極めて顕著である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で Ｃ：０．０２５％以下 Ｓｉ：０．３％以下 Ｍｎ：１．０％以下 Ｎｉ：１７．５〜２０％ Ｃｒ：２１．５〜２５％ Ｍｏ：６．０〜７．０％ Ｃｕ：０．５〜１．０％ Ｎ：０．２５〜０．５０％ Ｐ：０．０２０％以下 Ｓ：０．０１０％以下 を含有することを特徴とするステンレス鋼ガスシールド
   アーク溶接用ワイヤ。