JPH0445575B2 - - Google Patents

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JPH0445575B2
JPH0445575B2 JP58195328A JP19532883A JPH0445575B2 JP H0445575 B2 JPH0445575 B2 JP H0445575B2 JP 58195328 A JP58195328 A JP 58195328A JP 19532883 A JP19532883 A JP 19532883A JP H0445575 B2 JPH0445575 B2 JP H0445575B2
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Japan
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intergranular corrosion
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welding
weld metal
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JP58195328A
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JPS6087992A (ja
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Susumu Kami
Wataru Kawahara
Masahiro Yamauchi
Hiroichi Furusaki
Kyoshi Yamauchi
Osamu Tanaka
Yukinobu Matsushita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
Kobe Steel Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550°C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/308Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は肉盛溶接金属に係り、特に低合金鋼
に対して溶接を行う際、粒界腐食を大幅に低減し
得る合金に関する。 例えば軽水型の発電用原子炉に使用される圧力
容器の内面に対しては耐食性を向上させるためオ
ーステナイト系のステンレス鋼が肉盛溶接されて
いる。肉盛溶接は大部分が帯状電極肉盛溶接法を
用いて行なわれており、溶接金属としてSUS308
系の成分を有する溶接金属が得られている。一方
圧力容器本体を構成する母材は、Mn−Ni−Mo
鋼等の低合金鋼が用いられているため溶接後約
620℃で熱処理が行われている。しかし、この熱
処理によつて前記溶接金属についてはCr炭化物
の粒界析出を生じ、鋭敏化して耐粒界腐食性が劣
化する。この耐粒界腐食性を改善するたには溶接
金属中のC量を低下させることが有効であり、溶
着金属としてC含有量の低い金属を使用すること
が効果的である。しかし溶接時に溶着金属に対し
て母材が溶け込み溶接材料の成分がうすめられ
て、母材の成分の影響を受ける現象、つまり希釈
によつて母材側のCが混入し、溶着金属を低Cと
してその効果に限界がある。従つて現在工業的に
得られる低Cレベルのステンレス鋼、例えば下表
のSUS309ステンレス鋼を用いても溶接金属は粒
界腐食を受けることが確認されている。
【表】 一方、この表に示される他のステンレス鋼、
SUS347系の金属は化学プラントに多く使用され
ており、前述の308,309系のステンレス鋼に比較
して耐粒界腐食性の高いことが知られている。し
かしδ−フエライトを含む溶接金属は熱処理によ
つて脆化しやすいためフエライト量の少ない範囲
に限定されて使用されている。 第1図において、347系のステンレス鋼を用い
て母材2に対して溶込み3を有する溶接金属1を
形成し、この溶接金属に対して硫酸・硫酸銅腐食
試験を行つたが、0.5mm程度の粒界腐食が生じ、
原子炉圧力容器に要求される耐粒界腐食性を満す
ことはできなかつた。 この発明は上述した問題点に鑑みなされたもの
であり、肉盛溶接金属中の所定の成分の比率を
夫々の範囲に限定することにより耐粒界腐食性の
高い肉盛溶接金属を提供することにある。 要するにこの発明は、C0.04%以下、Si1.0%以
下、Mn2.5%以下、P0.04%以下、S0.03%以下、
Ni9.0〜11.0%、Cr18.0〜21.0%、Nb0.5〜0.9%で
あつてNbとCはNb/C=13〜26の比率で含有
し、残部は実質的にFeからなる合金で、その合
金中フエライト量FN=10〜20を含み熱処理脆化
防止とともに耐粒界腐食性を高めたことを特徴と
するオーステナイト・フエライト系ステンレス合
金である。 以下この発明の実施例につき説明する。 先ず発明者等はサブマージアーク溶接法
(SAW)とエレクトロスラグ溶接法(ESW)を
用い、母材たる低合金鋼に対して347系の溶着金
属をそのNb含有量を変化させて各々肉盛溶接し、
各溶接金属の粒界腐食試験を行い、各溶接法にお
いて粒界腐食に及ぼすNbの効果についての試験
を行つた。図中□はSAWを、○はESWを示し、
また□および○中の数字は粒界腐食の深さ
(μm/h)を示す。 先ず、粒状フラツクスの中に裸の電極ワイヤを
突込み母材との間に生じるアーク熱で溶接を行う
サブマージアーク溶接と、溶融スラグ中にワイヤ
を連続的に送給し、スラグ中を流れる電流の抵抗
熱を用いてワイヤと母材とを溶接するエレクトロ
スラグ溶接とを比較すると、アーク熱を用いるサ
ブマージアーク溶接の方が母材への溶融金属の溶
込みが深くなる。これに対してアークを発生させ
ないエレクトロスラグ溶接の溶込みはかなり浅く
なる。このため溶接金属における希釈率は溶込み
の深いサブマージアーク溶接の方が大きく、第2
図から明らかなとおりサブマージアーク溶接によ
る溶接金属の方が全体的に高いC含有量を示して
いる。またいづれの方法による溶接金属であつて
もNb含有量が多い方が粒界腐食は少なく1.0%以
上のNbを含有していればいづれの溶接法でも粒
界腐食は殆んど生じないことが確認できた。しか
し、含有C量の関係でみると、含有C量とNb含
有量の間には明らかな相関関係が見られ、含有C
量が少なければ僅かなNb添加で粒界腐食は防止
でき含有C量が0.35%もしくはこれ以下にできる
エレクトロスラグ溶接法の場合には、Nb含有量
を0.2〜0.4%とすることで目的が達成できる。 次にNb添加量については、その量が0.9%を超
えると熱処理時に溶接金属が脆化してしまう。従
つてNb添加量0.9%以下で粒界腐食を防止する必
要があり、このためには溶接金属のC含有量を
0.040%以下とする必要がある。しかし図からも
明らかなとおり、C含有量を0.04%以下となつて
いるエレクトロスラグ溶接法に基づく溶接金属に
おいてもNb添加量を0.5%としているにもかかわ
らず粒界腐食を生じているものが発見された。こ
のためNb量、C量を定めるだけでは高い耐粒界
腐食性を得るには必ずしも十分ではなく他の要因
についても検討する必要がある。 第3図は以上のNbとCの量に加えて、粒界腐
食性に密接な関係があるとされている、溶接金属
中のフエライト量を粒界腐食との関係を試験した
結果を示す。すなわち、NbとCの比の値Nb/C
とフエライト量FN(「FN」はフエライト量を示
すFerrite Numberの略)との関係を示す。また
溶接はC含有量を低く押えるエレクトロスラグ溶
接で行つた。この場合、粒界腐食の発生しなかつ
たものは同図中の範囲A内のもののみであり、具
体的にはNb/C値が約13から約26の間、フエラ
イト量は約11以上20以下となる。なお、FN値に
ついては20以上で組織的な脆化が見受けられ、25
以上では曲げ試験で溶接金属が割れる等の著しい
脆化が見受けられた。一方Nb/C値については
26以上で脆化が確認された。 以上の点から、耐粒界腐食性の高い溶接金属は
SUS347系のステンレス鋼であり、かつC含有量
約0.04%以下、Nb量約0.5%以上0.9%以下、フエ
ライト量約11FN以上20FN以下、Nb/C値が約
13以上約26以下(第3図のAの枠内)とすれば良
いことが分る。なお、この成分範囲は単に肉盛溶
接のみでなく、C含有量の少いステンレス鋼相互
の溶接においても適用し得る。 なお本願発明における合金の組成の数値限定の
根拠は実験で粒界腐食を確認した第2図、第3図
に基づくものである。また組成成分の数値限定に
ついてはSUS347系合金であつて、夫々の成分に
ついて、「特許請求の範囲」の欄に規定する数値
範囲外となつたとき、過剰の場合の現象と、不足
の場合の現象につていは、添付する表3に纏め示
し、これをあわせて限定理由とした。 発明者等は以上に示したこの発明に基づいて所
定の溶接金属を形成し、この溶接金属についての
粒界腐食試験を行つた。試験の内容を具体的に示
すと以下のとおりである。 (1) 溶接材料 (イ) 溶着金属 SUS347 (ロ) フラツクス CaF2−Al2O3−MgO系焼結型 (2) 溶接条件 (イ) 2500A,25V,溶接速度14cm/min (ロ) 母材A533 (3) 熱処理条件 (620℃±15℃)×6〜50hr 以上(1)〜(3)の条件によつて以下の表2に示す溶
接金属を得た。
【表】 以上の溶接金属について粒界腐食試験を行つた
が粒界腐食は生ぜず、また側曲げ試験についても
割れは全く発生しなかつた。 なお、肉盛溶接金属はC量、Nb量、フエライ
ト量、Nb/C値について所定の値を保持すれば
良好な結果を得られるのであり、他の化学成分に
ついてはSUS347系溶着金属によつて当然帰結す
る成分比率であつてもかまわない。すなわち、具
体的にはSi:約1.0%以下、Mn:約2.5%以下、
P:約0.04%以下、S:約0.03%以下、Ni:約9.0
%以上11.0%以下、Cr:約18.0%以上20%以下と
なつていれば良い。 次にこの発明のステンレス合金を構成する成分
の範囲限定につき述べる。 Cは結晶粒界でのクロム炭化物の生成による
Crの枯渇により耐粒界腐食性を劣化させるので、
0.04%以下とし、さらに前記の範囲でNbを添加
しCを安定させ、Crの枯渇を防止し、粒界腐食
を防止している。 Siは高温割れ防止の点から1.0%以下にした。
MnはS等に対する脱酸剤として必要であるが、
2.5%より過剰であるとフエライト量が減少し耐
粒界腐食性の劣化を招くので、この規制は必要で
ある。 Pは不純物として少ない方がよい。また0.04%
より過剰であると高温割れを生じやすい。 SもPと同様不純物としてステンレス合金中に
入つてくるが、高温割れ防止の点より0.03%以下
に押える。 Niは9〜11%と範囲を規定するが、この範囲
以下ではオーステナイト組織が不安定となり、こ
の範囲以上の過剰の場合は、フエライト量が減少
し耐粒界腐食性の劣化を招くこととなる。 Crも同様にしてその範囲を18〜21%とするが、
この範囲以下では、オーステナイト組織が不安定
となると言う問題がある。またこの範囲より過剰
の場合はフエライト量が増加し、組織的な脆化、
曲げ延性不足という問題を生ずる。 Nbは先に述べたように、Cとの関係が重要で
ある。しかしNb自体としては0.5〜0.9%の範囲を
規定するもので、この範囲以下では耐粒界腐食性
の劣化を招き、この範囲より過剰では熱処理時の
脆化を招くものである。 この発明を実施することにより耐粒界腐食性の
きわめて高いオーステナイト・フエライト系ステ
ンレス合金を得ることができ、溶接条件の厳しい
原子炉圧力容器をはじめとして幅広く実施が可能
である。
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
第1図は粒界腐食試験を行う溶接金属と母材か
ら成る試験片の断面図、第2図は溶接金属中のC
量とNb量との関係を示す分布図、第3図は溶接
金属中のフエライト量(FN)とNb/C値との関
係を示す分布図である。 1……溶接金属、2……母材、3……溶込み。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 C0.04%以下、Si1.0%以下、Mn2.5%以下、
    P0.04%以下、S0.03%以下、Ni9.0〜11.0%、
    Cr18.0〜21.0%、Nb0.5〜0.9%、であつてNbと
    CはNb/C=13〜26の比率で含有し、残部実質
    的にFeからなる合金で、その合金中フエライト
    量FN=10〜20を含む耐粒界腐食性を高めたこと
    を特徴とするオーステナイト・フエライト系ステ
    ンレス合金。
JP19532883A 1983-10-20 1983-10-20 耐粒界腐食性を高めたオーステナイト・フェライト系ステンレス合金 Granted JPS6087992A (ja)

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