JPH0698499B2 - ステンレス鋼の溶接方法およびステンレス鋼溶接体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温酸化に対して優れた耐熱性を有するフェ
ライト系ステンレス鋼とNi含有オーステナイト系ステン
レス鋼との溶接方法および溶接体に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、耐熱性材料としてAlを含有したフェライト系ステ
ンレス鋼は、高温酸化性においてオーステナイト系ステ
ンレス鋼と同等以上に優れており、またオーステナイト
系ステンレス鋼で問題となる耐応力腐食割れに対して強
い抵抗性を示すことが明らかとなり、注目されている。
従って、この材料は従来オーステナイト系ステンレス鋼
が用いられてきた用途、例えば自動車用排ガス部品，ス
トーブ部品，加熱炉々壁等の用途に近年切替えられ使用
されつつある。

しかしながら、Alを含有したフェライト系ステンレス鋼
帯を製造したり、製品加工するに際して、オーステナイ
ト系ステンレス鋼と溶接する場合、該溶接部を冷間圧延
や曲げ等の加工を施した時には、溶接部で割れが発生し
易く、著しい時には破断に至る。従来は、リベット等を
用いた機械的な接合によりオーステナイト系ステンレス
鋼と組み継ぎしてきたが、溶接接合に比べて作業能率が
極めて低い。更に、鋼帯製造の場合にはリベット部の冷
間圧延が不可能なために、歩留りが低下するデメリット
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、Alを含有したフェライト系ステンレス鋼とNi
含有オーステナイト系ステンレス鋼との溶接部での割れ
感受性を改善することにより、溶接部の加工性を向上さ
せ、さらにAlを含有したフェライト系ステンレス鋼帯の
製造や該フェライト系ステンレス鋼とNi含有オーステナ
イト系ステンレス鋼との溶接加工製品の製造における作
業性および歩留りを向上させることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、この目的のために溶加材および溶接部の組成
を種々検討した結果、完成したもので、その要旨とする
ところは下記のとおりである。

（１）重量％にて、Cr:10〜40％、Al:3〜12％を含有す
るフェライト系ステンレス鋼とNi含有オーステナイト系
ステンレス鋼を、溶加材としてNi≧20％、かつNi＋Mo≧
30％の高合金を用いて、溶接部の成分組成が第１図の領
域ABCDE内の値となるように、溶接することを特徴とす
るステンレス鋼の溶接方法。

（２）母材が重量％にて、Cr:10〜40％、Al:3〜12％を
含有するフェライト系ステンレス鋼とNi含有オーステナ
イト系ステンレス鋼であって、溶接部の成分組成が第１
図の領域ABCDE内の値であることを特徴とするステンレ
ス鋼溶接体。

〔作用〕

本発明の限定理由を以下に詳細に説明する。

本発明において、Alを含有したフェライト系ステンレス
鋼の組成はCr:10〜40％、Al:3〜12％、その他Ｃ、Si、M
n等の通常の成分元素を含み、残部Feおよび不可避的不
純物からなる。

Crは、ステンレス鋼の耐酸化性あるいは耐食性を確保す
る最も基本的な元素である。本発明においては、10％未
満ではこれらの特性が十分に確保されず、一方40％を超
えて含有すると特に熱延鋼帯の靭性および冷間での加工
性（延性）が著しく低下する。従って、Crの成分範囲は
10〜40％とした。

Alは、フェライト系ステンレス鋼の耐酸化性を向上させ
る元素であり、３％未満では耐酸化性を顕著に向上させ
るには十分でなく、12％を超えて含有すると熱延鋼帯の
靭性を著しく低下する。従って、Alの成分範囲は３〜12
％とした。

また、このフェライト系ステンレス鋼の耐酸化性を一層
向上させるために、少量の希土類元素（REM）を含有さ
せても良い。ここでの希土類元素は、La,Ce,Pr,Nd等の
ランタノイドのことである。しかしながら、含有量が多
くなるとREM系酸化物が粗大化し、加工性が著しく低下
するので、合計で0.50％以下が望ましい。更に、熱延鋼
帯の靭性および冷間での加工性（延性）を一層向上させ
るために、Ti,Nb,V,Zr,Ta,Hf,Bから選ばれる元素の１種
または２種以上を含有させても良い。これらの元素は、
それぞれ窒化物あるいは炭化物を形成して固溶C,Nを低
減し、加工性を改善する。しかしながら、含有量が多く
なると窒化物あるいは炭化物が粗大化し、加工性が著し
く低下するので、合計で0.50％以下が望ましい。

本発明において、Ni含有オーステナイト系ステンレス鋼
の組成はCr:15〜30％,Ni:7〜20％が望ましい。必要に応
じて、Moを３％以下含有しても良い。

本発明者等は、溶接部の加工性に及ぼす溶接部組成およ
び組織と溶加材組成の影響を明らかにするために、Cr:2
0％,Al:5％を含有するフェライト系ステンレス鋼とCr:1
8％,Ni:8％を含有するオーステナイト系ステンレス鋼の
サブマージアーク溶接実験および溶接部の繰り返し曲げ
試験を行った。該溶接で用いる溶加材の組成のうちNiを
10〜70％、Moを０〜20％、残りをCr,Feとして変化させ
た。溶接部の組成およびフェライト量と冷間圧延時の溶
接部の割れ有無をまとめた結果を第１図に示す。図中の
数字は溶接部のフェライト量（％）を表し、○および●
はそれぞれ冷間圧延での溶接部の割れなしと割れ発生を
示す。この図から、溶接部の成分組成を第１図の領域AB
CDE内の値、すなわち該部のフェライト量を20％以下に
すれば、溶接部の加工性が著しく向上することがわかっ
た。図において点Ｃの座標Ｃ（45,20,35）はCr＋3Alが4
5％,Ni＋Moが20％,Feが35％の組成であることを示す。
この加工性改善の機構はまだ詳細に明らかにされていな
いが、次のように推定される。溶接部の組織は、溶加材
組成によりオーステナイト単相からオーステナイト＋フ
ェライト二相を経てフェライト単相まで変化し得る。こ
こでのフェライト相は、δ−フェライト相およびマルテ
ンサイト相の両方を指す。溶接部の組織にフェライト相
が多く、量的に20％を越える場合には、フェライト相へ
のAlの固溶度が高いためにAlによる固溶硬化が極めて大
きくなり、延性が顕著に低下すると考えられる。また、
Moはそれ自体フェライト形成元素であるが、オーステナ
イト相中でMoの存在によりAlの固溶度を下げ、Al系化合
物の晶出や析出を促進する効果があるためと推定してい
る。更に、溶接部の成分組成を第１図の領域ABCDE内の
値にするためには、Niが20％未満、またNi＋Moが30％未
満の組成を有する溶加材ではできないことがわかった。
従って、溶加材の組成としてNi≧20％で、かつNi＋Mo≧
30％にした。

〔実施例〕

第１表に示す母材および第２表に示す溶加材（ワイヤ）
を用いてサブマージアーク溶接を行い、該溶接部の組
成，フェライト量および加工性を調べた。溶接部の組成
は、溶融金属の断面中央部をＸ線マイクロアナライザー
により定量線分析にて測定した。溶接部のフェライト量
は、溶融金属の断面中央部をフェライトインディケイタ
ーにより測定した。溶接部の加工性は、曲げ半径が100m
mを有する治具を用いて最大張力8.5kg/mm²を加えた状態
での繰り返し曲げ試験を行い、破断までの回数により評
価した。評価結果を第３表に示す。

本発明法による溶接部は、第３表に示すように加工性が
大いに改善されており、Alを含有したフェライト系ステ
ンレス鋼帯の製造や該フェライト系ステンレス鋼とNi含
有オーステナイト系ステンレス鋼との溶接製品の加工に
おいて溶接部に割れ等のトラブルが発生しないことがわ
かる。

〔発明の効果〕 以上のことから明らかな如く、本発明法に従いAlを含有
したフェライト系ステンレス鋼とNi含有オーステナイト
系ステンレス鋼とを溶接すれば、該溶接部を冷間圧延や
曲げ等の加工を施すに際して、該溶接部での割れや破断
を防止し、作業性や歩留りを大幅に改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、（Cr＋3Al）−（Ni＋Mo）−Fe擬３元合金組
成図である。図中の数字は溶接部のフェライト量（％）
を表す。○および●は、それぞれ冷間圧延での溶接部の
割れなしと割れ発生を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/18 38/40

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％にて、Cr:10〜40％、Al:3〜12％を
   含有するフェライト系ステンレス鋼とNi含有オーステナ
   イト系ステンレス鋼を、溶加材としてNi≧20％、かつNi
   ＋Mo≧30％の高合金を用いて、溶接部の成分組成が第１
   図の領域ABCDE内の値となるように、溶接することを特
   徴とするステンレス鋼の溶接方法。
2. 【請求項２】母材が重量％にて、Cr:10〜40％、Al:3〜1
   2％を含有するフェライト系ステンレス鋼とNi含有オー
   ステナイト系ステンレス鋼であって、溶接部の成分組成
   が第１図の領域ABCDE内の値であることを特徴とするス
   テンレス鋼溶接体。