JP2660708B2

JP2660708B2 - ステンレス鋼ガスシールドアーク溶接用ワイヤ

Info

Publication number: JP2660708B2
Application number: JP63024607A
Authority: JP
Inventors: 久吉柳館; 弘之小池; 敏彦小関; 忠雄小川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPH01202395A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、オーステナイト系およびオーステナイト・
フェライト二相ステンレス鋼の溶接に使用し、特に能率
性に優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）従来、ステンレス鋼のガスシールドアーク溶接法とし
ては、不活性ガスを用いるティグ溶接と不活性ガスに小
量の活性ガスを添加した混合ガスを用いるミグ溶接が適
用されている。

ティグ溶接は不活性ガスでシールドするので大気中の
Ｏ、Ｎの侵入がほとんどなく、溶接金属の性能は非常に
優れているが、タングステン電極と母材との間に発生さ
せたアーク中にワイヤを挿入してアークの熱でワイヤを
溶融させるため、ワイヤの溶融速度に限度があり、能率
性に劣るという問題点がある。

ミグ溶接は、ワイヤ自体が電極となってアークを出し
溶融するので高能率であるが、シールドガスが不活性ガ
スのみだとアークが不安定で溶け込みが少なく、融合不
良などの溶接欠陥が生じやすい。

これらの溶接欠陥を改善するためにシールドガスに小
量の活性ガスを添加する方法が特公昭54−32745号公報
に開示されている。しかしながら、活性ガスを添加する
ため必然的に溶接金属中のＯ量が増加し、低温靭性、耐
食性が損なわれるとともに、溶接金属が酸化してビード
表面に融点の高いスラグを形成し、これが融合不良の原
因となりやすい。

このようなミグ溶接における問題点を解決する手段と
して、特開昭61−71185号公報には希土類元素を添加し
たワイヤを用いることにより不活性ガスシールドでアー
クを安定化させる方法が、そしてこの方法を適用したワ
イヤが特開昭62−197294号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする課題）希土類元素を添加したワイヤを用いることにより不活
性ガスシールドでのミグ溶接が可能となるが、溶接金属
にブローホールの発生がみられるという問題が生じる。

これらの事情に鑑み、本発明は高能率で低温靭性、高
耐食性の溶接金属が得られ、しかも溶接金属にブローホ
ールが発生しない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ことを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、不活性ガスからなるシールドガス下で行なうミグ溶接
に用いるステンレス鋼ガスシールドアーク溶接用ワイヤ
において、重量％で、 C:0.001〜0.08％、 Si:0.01〜1.0％、 Mn:0.01〜5.5％、 Cr:18〜27.5％、 Ni:9％を超え22％以下、 N:0.01〜0.50％、希土類元素:0.020〜0.40％を含有し、且つ Al:0.020％以下、 P:0.030％以下、 S:0.020％以下、 O:0.015％以下に制限し、残部Feおよび不可避不純物からなることを特
徴とする、低温靭性、高耐食性、かつ、ガスブローホー
ルの発生しないステンレス鋼ガスシールドアーク溶接用
ワイヤ、ならびに不活性ガスからなるシールドガス下で行なうミグ溶接
に用いるステンレス鋼ガスシールドアーク溶接用ワイヤ
において、重量％で C:0.001〜0.08％、 Si:0.01〜1.0％、 Mn:0.01〜5.5％、 Cr:18〜27.5％、 Ni:9％を超え22％以下、 Mo:0.01〜7.0％、 N:0.01〜0.50％、希土類元素:0.020〜0.40％を含有し、且つ Al:0.020％以下、 P:0.030％以下、 S:0.020％以下、 O:0.015％以下に制限し、残部Feおよび不可避不純物からなることを特
徴とする、低温靭性、高耐食性、かつ、ガスブローホー
ルの発生しないステンレス鋼ガスシールドアーク溶接用
ワイヤである。

（作用）まず、高能率を実現するためにミグ溶接を採用し、低
温靭性および高耐食性を確保するためにワイヤに希土類
元素を添加して不活性ガスによる溶接を実現し、これに
よりＯを低く押えるようにした。

しかし、希土類元素を添加し、不活性ガスのみを用い
るミグ溶接においては、前述のように溶接金属にブロー
ホールの発生がみられることが多く、この傾向はワイヤ
中のＮ量が多いと特に顕著である。本発明者らは、ブロ
ーホールの防止策を種々検討した結果、ワイヤ中のAl量
が大きな影響をもっていることを突き止めた。すなわ
ち、Alが多いとブローホールの発生が多くなるので、Al
を低く押えることによりＮ量の多少にかかわらずブロー
ホールの発生がみられず、健全な溶接金属が得られる。

次に、本発明ワイヤの成分限定理由について述べる。

Ｃは強度を保持するのに0.001％以上必要である。し
かし、Crと結合して粒界などに炭化物として析出し、靭
性、耐食性を阻害するので、上限を0.08％とする。

Siは脱酸効果および強度を保持するのに0.01％以上必
要である。しかし、多量に含有すると耐割れ性が低下す
るので、上限を１％とする。

Muは脱酸元素であるとともにオーステナイト安定化元
素であり、Ｎの固溶を促進するので0.01％以上必要であ
るが、多量に含有すると耐食性などに有害な金属間化合
物の析出がみられるので、上限を5.5％とする。

Ｐ、Ｓはいずれも溶接高温割れ感受性を著しく阻害す
るので、上限をP0.030％以下、S0.020％以下に限定す
る。

Crは耐食性を付与する主要元素であり、その効果を十
分にするためには18％以上必要である。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共に、耐食
性に有害な金属間化合物の析出を促すので、上限を27.5
％とする。

Niはオーステナイト安定化主要元素であり、オーステ
ナイト・フェライト相バランス確保および靭性確保のた
めに最低９％必要である。一方、22％を超えて添加して
もその効果は顕著に出ないのみならず、耐割れ性が低下
するので、上限を22％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、その効果を十分にするためには0.01％以上必要で
あるが。一方、0.50％超添加してもその効果は顕著に現
れないので、上限を0.50％とする。

Ｏはオーステナイト系溶接金属の靭性を低下させる。
0.015％を超えると靭性の低下が顕著になるので0.015％
以下に限定する。

Moは耐食性を向上させると共に強度を上昇させるため
に含有させる場合は0.01％以上必要であるが、７％を超
えて含有させると耐食性に有害な金属間化合物がみられ
るので上限を7.0％とする。

希土類元素は不活性ガスを用いるミグ溶接を可能にす
るのに非常に効果を発揮するが、その効果を得るために
は0.020％以上必要である。しかし、0.40％を超えると
靭性が低下するので、上限を0.40％とする。

Alについては特公昭61−9112号公報に、ステンレス鋼
ミグ溶接においてブローホール防止策としてワイヤ中の
Al、Ｂを制限することが開示されている。特公昭61−91
12号公報は、活性ガスを添加したシールドガスを用いた
ミグ溶接法であり、必然的に溶接金属中のＯが多くなる
ものであり、AlのみならずＢも同時に制限することが必
須要件となっている。Alはステンレス鋼溶剤材料の溶製
に際し脱酸剤として用いられ、前述の特公昭61−9112号
公報にも市販Y308系溶融用ワイヤ中に0.015〜0.05％程
度含有していることが開示されている。

本発明はワイヤに希土類元素を添加し、不活性ガスシ
ールドガスのみで行うミグ溶接において、溶接金属にみ
られるブローホールの防止策として、Alを低く押えると
溶滴の移行がスムースに行われ、溶接金属のブローホー
ルの発生が少なくなるという新たな知見に基づいてお
り、その効果はAl0.020％以下で顕著になるので、Alを
0.020％以下に制限する。

これらはオーステナイト系およびオーステナイト・フ
ェライト二相ステンレス鋼の溶接に適用されるととも
に、それらの構造物の補修溶接、あるいは肉盛溶接等に
適用できる。

なお、本発明のワイヤは真空または大気雰囲気のもと
で溶解、鋳造して得られたインゴットを熱鍛造によりコ
イルとし、これより冷間加工で所定のワイヤ径まで伸線
することにより製造することができる。

（実施例）以下に、本発明の効果を実施例によりさらに具体的に
述べる。

第１表にワイヤの化学成分を示す。ワイヤ径はいずれ
も1.2mmφである。

第２表に供試鋼材を示す。鋼材はいずれも板厚12mmで
ある。

第３表に溶接条件を示す。

第４表に供試ワイヤ、供試鋼材の組合せおよび性能試
験結果を示す。

性能試験板は、第２表に示す鋼材（板厚12mm、幅150m
m、長さ500mm）を用い、Ｙ開先（80゜、ルートフェー
ス;1mm、ルートギャップ;2mm）で拘束板２枚を取り付け
て組立て、溶接割れ試験を兼ねるようにし、表側を積層
し、裏はつりを行い、同じ溶接条件で溶接した。

Ｘ線性能試験は、スタート部およびクレータ部を除い
たビード本体について、JIS Ｚ 3106（ステンレス鋼
溶接部の放射線透過試験方法および透過写真の等級分類
方法）に準拠して行った。

溶接部の割れ試験は、初層溶接終了後、スタート部お
よびクレータ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認められるものは
不可とした。

溶接金属の引張試験は、溶接部よりJIS Z 3111 A2号
試験片（平行部6mmφ）採取して、室温にて引張試験を
行った。

溶接金属の衝撃試験は、溶接部よりJIS Z 3112 4号試
験片（2mmVノッチシャルビ試験片）を採取し、−196℃
にて試験した。

腐食試験は、耐粒界腐食試験としてJIS G 0575（ステ
ンレス鋼の硫酸、硫酸銅腐食試験方法）および耐孔食試
験としてJIS G 0578（ステンレス鋼の塩化第二鉄腐食試
験方法）を実施した。

耐粒界腐食試験は、溶接部より3t×10w×70lmmの試験
片を採取し、腐食液に連続16時間浸漬したのち、曲げ半
径2t、曲げ角度180゜まで曲げ面について粒界腐食によ
る割れの有無を観察した。

耐孔食試験は、溶接部より3t×10w×30lmm試験片を採
取し、塩化物環境での臨界孔食発生温度（CPT）を求め
て評価した。腐食液は６％塩化第二鉄＋0.05N塩酸水溶
液を用い、CPTは５℃間隔で管理された腐食液に24時間
浸漬し、孔食の発生しない最高温度を求めてCPTと定義
した。CPT55℃以上を合格とした。

なお、溶接金属引張試験、衝撃試験、および腐食試験
片は、ワイヤ記号A13およびB19については溶接終了後、
熱処理（1150℃×60分保持後水冷）を施してから試験片
を採取した。A13およびB19を除く他の試験は、すべて溶
接のままで試験片を採取した。

以上の結果から、実施例A1〜A15はいずれも溶接部の
Ｘ線透過試験性能および溶接金属の耐割れ性にすぐれ、
健全な溶接部が得られ、溶接金属の性能がすぐれている
ことが明らかである。

これに対し、比較例B1はＣが0.08％を超えており、耐
食性が劣る。B2はSiが1.0％を超えており、B5はNiが22
％を超えており、B10はＰが0.030％を超えており、B11
はＳが0.020％を超えており、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5.5％を超えており、B4はNiが5.5％未満であ
り、B6はCrが18％未満であり、B7はCrが27.5％を超えて
おり、B9はＮが0.50％を超えており、B18はMoが７％を
超えており、いずれも耐食性が劣る。

B12はＯが0.015％を超えており、B14は希土類元素が
0.40％を超えており、いずれも靭性が劣る。

B8はＮが0.010％以下であり、溶接金属の引張強さが
低かった。

B13は希土類元素が0.020％以下であり、溶接部にブロ
ーホールがみられ、B15、B16およびB17はAlが0.020％を
超えており、いずれもブローホールがみられ、その分類
等級はすべて３級であった。

また、B1およびB14は耐食性が劣る上に溶接金属の衝
撃値が低い。

（発明の効果）以上の実施例からも明らかなように、本発明ワイヤは
不活性ガスを用いたミグ溶接が良好にでき、これにより
溶接金属のＯの増加を防ぎ、しかもＸ線性能にすぐれ、
健全な溶接部が得られ、さらに溶接金属の割れがなく、
引張性能、衝撃性能および耐食性にすぐれており、産業
上の効果は極めて顕著である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川忠雄神奈川県相模原市淵野辺５―10―１新日本製鐵株式会社第二技術研究所内 (56)参考文献特開昭62−28097（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−197294（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−13054（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−76452（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−9112（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】不活性ガスからなるシールドガス下で行な
うミグ溶接に用いるステンレス鋼ガスシールドアーク溶
接用ワイヤにおいて、重量％で、 C:0.001〜0.8％ Si:0.01〜1.0％ Mn:0.01〜5.5％ Cr:18〜27.5％ Ni:9％を超え22％以下 N:0.01〜0.50％，希土類元素:0.020〜0.40％を含有し、且つ Al:0.020％以下 P:0.030％以下 S:0.020％以下 O:0.015％以下に制限し、残部Feおよび不可避不純物からなることを特
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。
【請求項２】不活性ガスからなるシールドガス下で行な
うミグ溶接に用いるステンレス鋼ガスシールドアーク溶
接用ワイヤにおいて、重量％で、 C:0.001〜0.8％ Si:0.01〜1.0％ Mn:0.01〜5.5％ Cr:18〜27.5％ Ni:9％を超え22％以下 Mo:0.01〜7.0％ N:0.01〜0.50％希土類元素:0.020〜0.40％を含有し、且つ Al:0.020％以下 P:0.030％以下 S:0.020％以下 O:0.015％以下に制限し、残部Feおよび不可避不純物からなることを特
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。