JPS63268592A - フエライト系溶接材料 - 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］ 本発明はステンレス鋼の溶接に使用されるフェライト系
溶接材料に闇するものである。

［従来の技術］ 従来ステンレス鋼の溶接に使用されるオーステナイト系
の溶接材料（溶接棒）は数多（発表されている。しかし
フェライト系の溶接材料としてはＪ　ｌ５Ｚ３３２１　
（Ｙ４１０．Ｙ４３０）　しか規格化されていない。Ｙ
４１０は、炭素：０．１２重伍％以下（以下、％は１１
％を示す）、珪素二０．５０％以下、マンガン２０．６
％以下、リン二〇、０３％以下、硫黄：０．０３％以下
、ニッケル＝０．６％以下、クロム：１１．５〜１３．
５％、モリブデン：０．６０％以下、残部鉄の組成より
なる。又Ｙ４３０は、炭素：０．１０％以下、珪素：０
．５０％以下、マンガン二０．６％以下、す′ン、復０
ミ、、０３％以下、硫黄：０．０３％以下、ニッケル２
０．６％以下、クロム：１５．５〜１”ｔ’、　ｏ％、
残部鉄の組成よりなる。

又市販されているフェライト系の溶接材としては、日鉄
溶接工業株式会社製のＹＴ４３４ＮＢ（炭素：０．０７
％、珪素：０．３５％、マンガン：０．６４％、りＯム
：１７．７％、モリブデン：０．９０％、ニオブ：０．
９１％、残部鉄）が知られている。

更に異種金属溶接、例えばフェライト系とオーステナイ
ト系のステンレス鋼を溶接する□場合には、ＪＩＳＺ３
３２１　（Ｙ２Ｏ２）が多用されティる。

このＹ２Ｏ２は、炭素：０．１２％以下、珪素＝０．６
０％以下、マンガン＝１．０〜２．５％、リン：０．０
３％以下、硫黄：０．０３％以下、ニッケル：１２．０
〜１４．０％、クロム：２３゜０〜２５．０％、残部鉄
の組成よりなるものである。

［本発明によって解決される問題点］ フェライト系ステンレス鋼の溶接に使用される従来のＹ
４１０．Ｙ４３０等の溶接材料は、シェードガス中の炭
素、酸素等によりマルテンサイトが析出し非常に脆い材
料になる。上記したＹＴ４３４ＮＢのように、Ｙ４３０
にニオブやチタンを添加することにより遅れ破壊を遅ら
せるとか、チタンの効果により結晶量を小さくして割れ
等への対応を行っている技術らあるが、その効果は十分
とはいえない。またこれら従来の溶接材料には、溶接前
後の熱処理等を省くと水素脆性や耐衝撃性の低下等の問
題点がある。

又異種ステンレス鋼の溶接に用いられるＹ２Ｏ２の溶接
材料は、加熱冷却の熱サイクルを受ける部品では熱膨張
係数の違いから発生する熱応力（熱疲労）によってバル
ジ現象（膨張係数の低いフェライト系材料の上に膨張係
数の高いオーステナイト系を爪ね溶接した場合、繰返し
加熱が加わると溶接ビートが外周方向へ膨らむ現象）が
起り変形亀裂を生じる。しかもこのような異種ステンレ
ス材溶接部にＹ４１０．Ｙ４３０を使用するとオーステ
ナイト系母材から炭素、ニッケル等が溶接ビード内に溶
番ノ込み溶接ピード内組織をマルテンサイト化させ耐衝
撃性に劣るものとなる。又このようにしてマルテンサイ
ト化した材料中に水素、酸素が入った場合遅れ破壊（水
素脆性）等が生じる。

本発明は上記の問題点を克服するもので、異種ステンレ
ス綱材料間での溶接性に優れるとともに、耐酸化性およ
び作業加工性の高いフェライト系溶接材料を提供するこ
とを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のフェライト系溶接材料は、炭素二０゜０３％以
下、珪素：１．００％以下、マンガン：１．００％以下
、クロム：１６．０〜２１．０％、＼１、二Ａプ：０．
３０〜０．８０％、銅：０．３０〜０．８０％、窒素：
０．０２５％以下、残部鉄よりなることを特徴とするも
のである。

又上記した組成中にニッケルを５．０％以下含むもので
あってもよい。

本発明のフェライト系溶接材料はフェライト系及びオー
ステナイト系のような異種ステンレス鋼材料を溶接する
場合にも熱応力によるバルジ現象や水素脆性等が生じに
くい。又本発明のフェライト系溶接材料では、溶接の前
後における熱処理を省略することができる等の優れた効
果を有する。

本発明の溶接材料は、従来のＹ４３０に比べ低炭素、高
クロム、低ニッケルであるとともにニオブ及び銅を含有
していることに特色がある。

炭素含有量を０．０３％以下とするのは組織を７１ライ
ト化するためである。炭素含有量の下限は０．０１％程
度である。珪素含有量を１．００％以下としたのは珪素
含有量が１％を越えると溶接金属部の靭性および延性が
大巾に低下するためである。珪素含有量の下限は０．５
％程度である。

マンガン含有量を１．００％以下としたのはマンガン聞
が１％を越えると材料の硬さを増し、成形加工性を劣化
せしめるためである。マンガン含有量の下限は０．４％
程度である。クロム含有量を１６．０〜２１．０％と高
くしたのは、炭素含有口が低いことと相まつて固溶クロ
ムｍを増加させ強度や耐衝撃性の低下を押えるものであ
る。又、クロムは耐酸化性を向上させるために必要な元
素である。クロム含有量の上限を２１．０％としたのは
２１．０％を越えると溶接金属部の靭性が低下するため
である。又下限を１６．０％としたのは母材に比べ耐食
性が劣化するためである。ニオブは耐層化性の向上と粒
界強化のために組入れられたものである。ニオブ含有量
は０．３％以下ではほとんど効果がなく、０．５％程度
が最良である。しかし０．８％を越えると、高減面伸線
加工時に破断しやすく生産性が低下する傾向にあるため
、上限を０．８％とした。銅は溶接作業性を向上させる
ために組入れられた元素である。本発明の溶接材料では
炭素およびニッケルの含有量を低くしているために、溶
接時の濁流れが非常に悪くなっている。本発明では、こ
の瀉流れ性を銅の少量添加により改善し作業性の向上を
図っている。

銅の添加量が０．３％未満では作業性の向上の効果に十
分ではなく、０．８％を越える場合には溶接熱影響によ
り銅化合物が析出して硬質化し、延性、靭性を低下させ
るという問題がある。オーステナイト系ステンレスとフ
ェライト系ステンレスの組合せによる異種ステンレス鋼
材の溶接時には、オーステナイト系ステンレスからニッ
ケルが溶接ビード内に溶は込み溶接ビード組織をマルテ
ンサイト化させ耐衝撃性に劣るものとなる可能性がある
。しかし溶接ビードにニッケルが適階含有されることに
より加工性が高くなるので、５％以下の範囲内でならば
ニッケル；ｒＸｈ’することが望ましく、特に３％程度
が好ましい。本発明の溶接材料を使用すればニッケル含
有量を上記範囲内でコントロールすることが可能である
。

本発明の溶接材料は炭素含有量が０．０３％以下と極端
に低いため、水素の吸蔵が少なく通常のシールドガスを
使用する場合には水素ｌ１Ｉｉｉ性の問題がない。又溶
接ビート内にマルテンサイトの発生がないため、焼き戻
し等の熱処理が不要である。

このため従来のフェライト系溶接材料に比べ、前後熱処
理が不要となるので作業性が格段に向上する。

使用するシールドガスとしては、アルゴン１００％から
アルゴン＋２０％炭酸ガスまで従来のシールドガスは問
題なく使用できる。特に良好な作業性を得るには、アル
ゴン＋２％酸素が好しい。

なおフラックスを使用してもよい。

溶接に際して、電流、電圧等は通常のＴＩＧ（Ｔｕｎｇ
ｓｔｅｎ　　Ｉｎｅｒｔ　　Ｑａｓ）又はＭＩＧ（Ｍｅ
ｔａｌ　　Ｉｎｅｒｔ　　Ｇａ５）アーク溶接虎の使用
条件範囲内で作業が可能である。

［実施例］ （第１実施例） 第１表にそれぞれの組成を示すように、本発明としてＮ
０９１〜Ｎ００３を、比較例としてＮｏ。

４〜Ｎｏ、６の溶接材料を適当な熱処理と線引き加工を
施して製造した。得られたこれら６種類の溶接材料を用
いてＭＩＧアーク溶接礪により、電流１２０Ａ１ｍ圧１
８ｖ１シールドガスとしてアルゴン＋２％酸素の条件で
溶接を行った。これらの溶接によって得られた各溶接ビ
ートの金属組織を第１図〜第６図の写真に示す。なお、
第１図の組成は、Ｎ００１の溶接材料のもので、第２図
〜第６図はそれぞれ数字が周じＮｏ、２〜Ｎｏ、６の溶
接材料のものである。比較例のＮｏ、４、Ｎ００５、Ｎ
０９６の各溶接材料を用いた場合は、第４図、第５図、
第６図に示される金属組織かられかるようにいずれも黒
い樹枝状のマルテンサイトが生じている。これに対し、
Ｎｏ、１、Ｎｏ。

２、Ｎ００３の本発明の溶接材料を用いた場合は、第１
図、第２図、第３図に示される金属組織かられかるよう
に溶接ビート内組織はすべてフェライトとなっている。

次に本発明の溶接材料および従来規格品であるＹ４３０
、Ｙ２Ｏ２に対し、以下に示すように遅れ破壊試験を行
いそれぞれを評価した。

第７図に示すように、Ａ材として５ＬＪＳ４３０、Ｂ材
としてＳＵＳＸＭ１５Ｊ１を用い、溶接材料には、本発
明のＮｏ、２、および従来規格品のＹ４３０、Ｙ２Ｏ２
をそれぞれ用いて異種ステンレス鋼材間の継手溶接を行
った。用いた鋼材は、１００Ｘ５０Ｘ１．５ｍｍの板状
で、重ね合せ部を約１０ＩＩＩｍにした。溶接条件は、
電流１２０Ａ、電圧１９■、シールドガスとしてアルゴ
ン＋２％酸素ガスを用いた。

本発明の溶接材料Ｎｏ、２を用いた溶接ピード内の金属
組織を第８図の写真に、また、Ｙ４３０の溶接ビード内
組織を第９図の写真に示す。これらの写真より、本発明
の溶接ビート内組織はすべてフェライトとなっており、
これに対しＹ４３０の溶接ビート内組織はマルテンサイ
トとなっているのがわかる。

このようにして１ｑられた試験片に対し、第１０図に示
すように、Ｂ材の端部を挟持し、Ａ材の端部に荷重Ｗ（
−１ｋ（１重）を与え続けた。

その結果、Ｙ４３０を用いた場合には試験開始後８日目
に溶接ビート部に微細なりラックが発生したのに対し、
Ｙ２Ｏ２および本発明を用いた場合は試１１！開始３０
日後においてもクラックの発生は認められなかった。

（第２実施例） 第２表にそれぞれの組成を示すように、本発明の溶接材
料としてＮｏ、１を、比較例としてＮｏ。

２〜７の溶接材料を製造した。比較例については、本発
明の溶接材料に比べＮＯ６２、Ｎｏ、６は高炭素、Ｎ０
１３は高ニオブ、Ｎｏ、４は低ニオブ、Ｎ００５は低ク
ロム、Ｎ００７は高珪素となるようにした。

次にこれら７種類の溶接材料および従来規格品としてＹ
４３０、Ｙ２Ｏ２を用いて以下の試験を行い、それぞれ
を評価した。

（１）冷熱試験 ５ＵＳ４３０のパイプ（φ−４２，７ｍｍ＞の外周面に
、本発明としてＮ０１１を、比較例としてＹ４３０ｅｆ
ｆｉ流１４０Ａ、電圧１９Ｖ、シー）Ｌｔドガス：アル
ゴン＋２％酸素の条件で、また比較例とり、ＴＹ３０４
を電流１６０Ａ１ｆｆｉ圧１８Ｖ、　シールドガス：ア
ルゴン＋２％酸素の条件で、各溶接速度３００■＾ス　
、トーチ角９０°、トーチ高さ１０１１１でそれぞれ溶
接し、第１１図の試験パターンに示すように、１２分１
コで室温より９００℃まで加熱し１８分間で室温まで冷
却するという具合に、繰返し酸化試験を行った。

パイプの変形の測定は、第１２図に示すように４５′″
ピツチでパイプの内径りを測定しその平均値を求めた。

第１３図のグラフに、それぞれの溶接材料を用いた場合
のサイクル数の増加に伴う変形率の増加を示す。Ｙ２Ｏ
２を用いた場合はパイプの変形も著しく、４００サイク
ル修了時の変形率は１．４％であった。これに対し、Ｎ
ｏ、１〜Ｎ００７を用いた場合は、パイプの変形率の増
加は極めて低く、本発明であるＮ０１１を用いた場合は
、４００サイクル修了時においても０．３％程度の変形
しか認められなかった。

冷熱試験の結果、Ｙ４３０は８６サイクル時に溶接ビー
ト部に酸化スケールが発生し、Ｙ２Ｏ２は１２７サイク
ル時より目視にてわかる程の変形が確認された。本発明
であるＮ０１１は、４００サイクルを終えた時点でも大
きな変形は見られなかった。また、Ｙ２Ｏ２、本発明と
も４００サイクル終了後も酸化スケールはほとんど見ら
れなかっだ。

次に、第２表に示す溶接材料を用いて９００℃−１００
８ｒの連続酸化試験を行った。その結果を第１４図に示
す。結果かられかるように、Ｎｏ。

２、Ｎ０８５、Ｎｏ、６を用いた場合著しく酸化劣化し
ているのに対し、ａＮｂ−Ｏｒ系のものは耐酸化性が良
好であることが認められた。

（２）線引き試験 Ｎ０１１〜Ｎｏ、７、および従来規格品としてＹ４３０
１Ｙ３０８の溶接材料を用いて各々適当な熱処理を施し
た後、同−設備、同一ダイスを用いて冷間連続線引き加
工によりワイヤを製造し、１００００ｍ加工時の減面率
に対する破断の有無を調べ、線引き性を評価した。Ｎｏ
、２、Ｎｏ。

３、Ｎｏ、６、Ｎｏ、７の溶接材料を用いた場合は、減
面率が８０％程度で亀裂が発生しはじめたが、本発明で
あるＮ００１の材料およびＮｏ、４、Ｎｏ、５の材料に
おいてはかなり減面率が高い場合でも亀裂は見られず、
減面率が９０％の時点でも断線が認められなかった。

（３）ワイヤ直進性試験 ここでは試験機として松下ＨＦ−３５０ロボット；松下
Ａ　Ｗ　５５０を用い、ノズル高さ１５０１１１１゜ワ
イヤ径φ１．２として直進性試験を行い、ｘｙ軸０を目
標にワイヤがどのくらい中心からはずれるのか、またバ
ラつきが多いのかを評価した。その結果、第１５図に示
すようにＮ０１１は±１０以下という優れた直進性を示
し、Ｎｏ、２は中心よりマイナス側へ曲がる傾向があり
、Ｎ００５においてははプラス側へ大きくバラつきがあ
り溶接ビードの安定性が悪くなっていることが認められ
た。

［発明の効果］ 以上のように、本発明のフェライト系溶接材料は従来の
溶接材料に比べ、炭素およびニッケルの含有ｆｆ１ｆ少
なく、クロムの含有量が比較的多く、更にニオブおよび
銅を含有していることで溶接金属の母材を問わず、同種
間だけではなく異種金属間においても優れた溶接性を示
し、耐酸化性および作業加工性にも優れていることが認
められた。

【図面の簡単な説明】

第１．２および３図は、本発明の溶接ビートの金属組織
を示す写真、第４．５および６図は、比較例の溶接ビー
トの金属組織を示す写真である。 第７図は、継手溶接の方法を示す概略図である。 第８．９図は、本発明および比較例の溶接ビートの金属
組織を示す写真である。第１０図は、遅れ破壊試験の方
法を示す概略図である。 第１１図は、冷熱試験のパターン図である。第１２図は
、冷熱試験の方法を示すａ！略図である。 第１３図は、冷熱試験におけるサイクル数と変形率の関
係を示すグラフである。第１４図は、冷熱試験における
各溶接材料の酸化減量を示すグラフである。 第１５図は、ワイヤー直進性試験における試験結果を示
すグラフである。 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 同　　　住友電気工業株式会社 同　　　日本ステンレス株式会社 図面の浄１１Ｃ茅１＠〜俸ムの 第２図 （ｘｌＯＯ） 第３図 第４図 第５図 第６図 （Ｘ’１００） 第７図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 サイクル数 手続補正占（自発） 昭ｆロ６２年４月３０日 昭和６２年４月２７日提出の特許出願 住所　愛知県豊田市トヨタ町１番地 氏名　（３２０）ｔ−ヨタ自動車株式会社代表者　松本
　清 住所　大阪市東区北浜５丁目１５番地 氏名　（２１３）住友電気工業株式会社代表者　田土　
色部 住所　東京／ｇＩ新宿区本塩町８番地の２氏名　日本ス
テンレス株式会社 代表者　栗１）満信 ４、代理人 〒４５０愛知県名古屋市中村区名駅３丁目３番の４児玉
ピル（電話＜　０５２＞　５８３−９７２０１自発 ６、補正の対象 明Ｉｌｌ閤の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１）明ＩＩｌヨ第１０頁第１２行［となっている。］
の侵に、別紙の第１表を挿入します。 （２）明１１１１第１２頁第７行１にした。Ｊの後に、
別紙の第２表を挿入します。 以上 別紙 第１１！ 第２表 手続補正書（方式） １、事件の表示 昭和６２年特許願第１０３７８０号 愛知県豊田市トヨタ町１番地 ＜３２０）ｔ−ヨタ自動車株式会社 代表者　　松　　本　　　清　　　　　　　　　１大阪
南東区北浜５丁目１５番地 （２１３）住友電気工業株式会社 代表者　川　上　哲　部 東京都新宿区本塩町８番地の２ 日本ステンレス株式会社 代表者　栗　１）満　信 ４、代理人 〒４５０愛知県名古屋市中村区名駅３ 丁目３番の４ 児玉ビル（Ｎ話＜０５２＞５８３−９７２０）昭和６２
年　７月　１日 （発送日　昭和６２年７月２８日） ６、補正の対像 図面（第１図から第６図） ７、補正の内容の欄 別紙のとおり 図面（第１図から第６図）を適正な用 紙を用いて黒色で鮮明にしたもの。 ８、添付書類の目録 （１）図面　　　　　　　　１通 （第１図から第６図）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素：０．０３重量％以下、珪素：１．００重量
   ％以下、マンガン：１．００重量％以下、クロム：１６
   ．０〜２１．０重量％、ニオブ：０．３０〜０．８０重
   量％、銅：０．３０〜０．８０重量％、窒素：０．０２
   ５重量％以下、残部鉄よりなることを特徴とするフェラ
   イト系溶接材料。
2. （２）炭素：０．０１〜０．０３重量％、珪素：０．５
   ０〜１．００重量％、マンガン：０．４０〜１．００重
   量％である特許請求の範囲第１項記載のフェライト系溶
   接材料。
3. （３）炭素：０．０３重量％以下、珪素：１．００重量
   ％以下、マンガン：１．００重量％以下、クロム：１６
   ．０〜２１．０重量％、ニッケル：５．０重量％以下、
   ニオブ：０．３０〜０．８０重量％、銅：０．３０〜０
   ．８０重量％、窒素：０．０２５重量％以下、残部鉄よ
   りなることを特徴とするフェライト系溶接材料。
4. （４）炭素：０．０１〜０．０３重量％、珪素：０．５
   ０〜１．００重量％、マンガン：０．４０〜１．００重
   量％である特許請求の範囲第３項記載のフェライト系溶
   接材料。