JPH07197204A - Ｔｉｇ溶接性に優れたステンレス鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 C:0.11% 以下、Si:0.2〜1%、Mn: 0.2 〜2%、
Cr: 11〜30% 、O:0.009%以下、S:0.008%以下、および、
Ca: 0.0004〜0.0065%, Mg:0.0004〜0.0065% の少なくと
も１つ、必要に応じ、Ni:6〜22% 、残りFeからなり、0.
045%≦ O＋(1/2)×S ≦0.012%を満足するＴＩＧ溶接性
に優れたステンレス鋼板。 【効果】 ステンレス薄鋼板に対してノンフィラー隅肉
溶接を施す際に、適正なビード形状が保持され、アンダ
ーカット、および、溶接ビード表面に穴あきやウロコ状
盛り上がり等の欠陥が発生しない、ＴＩＧ溶接性に優れ
たステンレス鋼板が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＴＩＧ溶接性に優れ
たステンレス鋼板に関するものであり、特に、板厚３mm
以下のステンレス薄鋼板に対し、溶接ワイヤおよび添加
ワイヤを使用しない、いわゆるノンフィラー隅肉溶接を
施すに際し、適正なビード形状が保持され、アンダーカ
ット、および、溶接ビード表面に穴あきやウロコ状の盛
り上がり等の欠陥が発生することのない、ＴＩＧ溶接性
に優れたステンレス鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ステンレス薄鋼板からなる容器
の殻構造を溶接によって製作する場合には、ステンレス
薄鋼板の溶接すべき端部を相互に重ね合わせ、その重ね
合わせ部に対し、溶接ワイヤおよび添加ワイヤを使用し
ない、いわゆるノンフィラー隅肉溶接を施すことが行わ
れている。このような方法で溶接することにより、溶接
部の液密性が確実になり、且つ、溶接材料が節約され、
材料面および装置面から経済性を高めることができる。

【０００３】ステンレス薄鋼板に対しノンフィラー隅肉
溶接を施す際には溶接特性として、重ね溶接部のビード
形状の確保および溶接欠陥の発生防止が要求されてお
り、ステンレス鋼板の特性が前記溶接特性に直接影響を
及ぼす。

【０００４】重ね溶接部のビード形状として、下記事項
が要求されている。 図１に示す、２枚のステンレス薄鋼板１、２の重ね
合わせ端部を隅肉溶接する際に、継手としての最低限の
強度特性を維持させるため、のど厚ｄ即ちルートと溶接
ビード３の表面との距離が、鋼板１、２の各板厚の70%
以上であること。 ２枚のステンレス薄鋼板１、２の重ね合わせ端部を
隅肉溶接する際に、疲労特性の維持や欠陥調査のための
カラーチェックにおいて疑欠陥とされないように、止端
角度θ即ち下側鋼板２の表面と溶接ビード３とのなす角
度θが、40°以下であること。

【０００５】重ね溶接部における溶接欠陥の発生防止と
して、下記事項が要求されている。 アンダーカットが発生しないこと。 溶接ビード表面に、穴あきやウロコ状の盛り上がり
等の欠陥が発生しないこと。

【０００６】重ね溶接部のビード形状が上述した条件を
満たしていない場合、または、重ね溶接部に上述した溶
接欠陥が発生した場合には、容器構造体の継手強度が劣
化し、また、容器としての液密性が損なわれる問題が発
生する。

【０００７】ステンレス鋼板の高温割れを防止する技術
として、例えば、下記化学成分組成を有する鋼が開示さ
れている( 以下、先行技術１という）。 特開昭49-126513 号 Si≦0.25wt.%、 Si/C≦4.0 、 0.02 ≦N ≦0.25wt.% 特開昭59-153870 号 C≦0.08wt.%、Si≦1.00wt.%、Mn≦2.00wt.%、P ≦0.045
wt.% 、S ≦0.030wt.%、18.00 ≦Cr≦20.00wt.% 、8.00
≦Ni≦13.00wt.% 、 Cu ≦0.08wt.%、-0.7≦Niバランス
≦-2.5、

【０００８】ステンレス系薄鋼板突き合わせ溶接時のア
ンダーカットおよび溶け落ちを抑制する技術として、下
記化学成分組成を有する鋼が開示されている( 以下、先
行技術２という）。 特開昭63-60260号 0.03 ≦ C≦0.08wt.%、0.40≦Si≦0.60wt.%、1.10≦Mn
≦1.50wt.%、P ≦0.040wt.% 、S ≦0.010wt.% 、0.08≦
Cu≦0.20wt.%、8.00≦Ni≦10.00wt.% 、18.00 ≦Cr≦1
9.00wt.% 、Al≦0.020 wt.%、N ≦0.065 wt.%、O ≦0.0
60 wt.%、Mn/Si ＜3.0 、1.670 ≦ 1.5×Si+0.5×Mn+10
√S ≦2.160

【０００９】アンダーカットの発生を抑止する高速溶接
用ステンレス鋼として、下記化学成分組成を有する鋼が
開示されている( 以下、先行技術３という）。 特開昭61-288053 号 1. C≦0.08wt.%、Si≦0.6 wt.%、1 ≦Mn≦6wt.% 、6 ≦
Ni≦15wt.%、16≦Cr≦20wt.%、Mn/Si ≧3 2. クレーム1.に、S ≦0.003 wt.% 3. C≦0.08wt.%、Si≦0.6 wt.%、1 ≦Mn≦6wt.% 、6 ≦
Ni≦15wt.%、16≦Cr≦20wt.%、Mo≦ 3wt.%、Mn/Si ≧3 4. クレーム3.に、S ≦0.003 wt.%

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１には、重ね
合わせ部に対し、ノンフィラー隅肉溶接を施す際に、重
ね溶接部のビード形状の確保、および、アンダーカット
やビード部の表面欠陥を防止することができない問題が
ある。

【００１１】先行技術２および３は、完全溶け込み継手
におけるアンダーカットの発生や溶け落ち欠陥に対応す
るものである。従って、先行技術２および３によって
は、板厚３mm以下のステンレス薄鋼板に対し、その重ね
合わせ部をノンフィラー隅肉溶接する際に、前述した、
重ね溶接部のビード形状に対する要求事項（のど厚ｄ：
鋼板板厚の70% 以上、止端角度θ：40°以下）、およ
び、アンダーカット、またはビード部表面に生ずる穴あ
きやウロコ状盛り上がり等の溶接欠陥の発生を防止する
ことはできない。

【００１２】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、特に、板厚３mm以下のステンレス薄鋼板に対
してノンフィラー隅肉溶接を施すに際し、適正なビード
形状が保持され、アンダーカット、および、溶接ビード
表面に穴あきやウロコ状の盛り上がり等の欠陥が発生す
ることのない、ＴＩＧ溶接性に優れたステンレス鋼板を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
問題を解決し、ＴＩＧ溶接性に優れたステンレス鋼板を
開発すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、溶接性に関
して、鋼中のＯおよびＳ含有量に適切な下限値が存在
し、ＯおよびＳ含有量が適正範囲でないと充分な溶接性
が得られないことを知見した。

【００１４】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、この発明のステンレス鋼板は、下記化学
成分組成を有していることに特徴を有するものである。 炭素(C) ： 0.11 wt.% 以下、 シリコン(Si) ： 0.2 〜 1 wt.% 、 マンガン(Mn) ： 0.2 〜 2 wt.% 、 クロム(Cr) ：11 〜30 wt.% 酸素(O) ： 0.009 wt.% 以下、 硫黄(S) ： 0.008 wt.% 以下、 および、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
素、 カルシウム(Ca) ： 0.0004 〜0.0065wt.%、 マグネシウム(Mg)： 0.0004 〜0.0065wt.%、 更に、必要に応じ、 ニッケル(Ni) ： ６ 〜22wt.%、 残り ：実質的に鉄(Fe)、 からなっており、そして、0.0045 wt.% ≦ 0＋ (1/2)×
S ≦0.012 wt.%を満足している。

【００１５】

【作用】この発明のステンレス鋼板の化学成分組成を、
上述した範囲内に限定した理由について、以下に述べ
る。 (1) 炭素(C) ：Ｃ含有量が 0.11 wt.%を超えると、ステ
ンレス鋼板の粒界腐食および加工性に悪影響を与える。
従って、Ｃ含有量は 0.11 wt.%以下に限定すべきであ
る。

【００１６】(2) シリコン(Si)：Siは、溶解精錬時にお
ける脱酸元素として不可欠である。しかしながら、Si含
有量が0.2 wt.%未満では、上述した作用に所望の効果が
得られない。一方、Si含有量が1wt.% を超えると、溶接
時における溶融金属の粘性が激減する。従って、Si含有
量は0.2 〜1 wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００１７】(3) マンガン(Mn)：Mnは、Siと同様に、溶
解精錬時における脱酸元素として不可欠である。しかし
ながら、Mn含有量が0.2 wt.%未満では、上述した作用に
所望の効果が得られない。一方、Mn含有量が2wt.% を超
えると、溶接ビード表面に模様が発生する。従って、Mn
含有量は0.2 〜2wt.% の範囲内に限定すべきである。

【００１８】(4) クロム(Cr)：Crは、ステンレス鋼板に
耐食性を付与するために不可欠な元素である。しかしな
がら、Cr含有量が11wt.%未満では、上述した作用に所望
の効果が得られない。一方、Cr含有量が30wt.%を超える
と、その効果が飽和する上、不経済になる。従って、Cr
含有量は11〜30wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００１９】(5) ニッケル(Ni):Niは、ステンレス鋼の
組織を限定する元素である。従って、鋼板の用途により
必要に応じて添加する。Ni含有量が6wt.% 未満では、オ
ーステナイト相の安定化を図ることができない。一方、
Ni含有量が22wt.%を超えると、その効果が飽和する上、
不経済になる。従って、Niを含有させる場合の量は６〜
22wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００２０】(6) カルシウム(Ca)、マグネシウム（M
g）：CaおよびMgは、溶融プールのような高温度におい
て、鋼中のＯおよびＳを固定し、ＯおよびＳによる悪影
響を除去する作用を有している。従って、CaおよびMgの
少なくとも１つを含有させることが必要である。しかし
ながら、Caおよび/ またはMgの各含有量が0.0004wt.%未
満では、上述した作用に所望の効果が得られない。一
方、Caおよび/ またはMgの各含有量が0.0065wt.%を超え
ると、溶接時にビード表面を多量のスラグが覆い、溶接
アークの正常な発生を阻害する問題が生ずる。従って、
CaおよびMgの少なくとも１つの各含有量は0.0004〜0.00
65wt.%の範囲内に限定すべきである。

【００２１】(7) 酸素(0) 、硫黄(S) ：溶接継手の機械
的性質および耐食性の観点から、Ｏ含有量は0.009 wt.%
以下、Ｓ含有量は0.008 wt.%以下に限定すべきである。

【００２２】しかしながら、２枚のステンレス薄鋼板の
重ね合わせ部に対し、ノンフィラー隅肉溶接する際に
は、鋼中のＯおよびＳの作用によって、以下に述べるよ
うに、ビード形状および溶接欠陥の発生の有無が決定さ
れる。 重ね合わせ部の上鋼板がアーク熱により溶融して、
一定の熱量をもった湯が生成する。この湯が、重力およ
びアーク圧力によって、下鋼板側に流れる。

【００２３】 上記湯の流動性が良好な場合には、湯
は、下鋼板側を遠くに流れて凝固し、表面ビードが決ま
る。この場合止端角度は比較的小さくなる。 これと同時に、下鋼板側のとけ込み形状が決まる。
ただし、流動性が良好な湯の場合には、湯が広く拡がる
ために、熱量が分散する結果、下鋼板のとけ込みが浅く
なり、のど厚は、比較的小さくなる。 更に、湯の流動性が大になると、湯が流れ過ぎる結
果、アンダーカットが発生する。 アーク力が過大になると、溶接ビードに穴あきやウ
ロコ状盛り上がり等の欠陥が発生する。

【００２４】 一方、上記湯の流動性が悪い場合に
は、湯は、下鋼板側を過度に流れず、溶け込みが深くな
る。このため、ビード止端角度は過大になり、のど厚が
比較的大きくなる。この場合には、アンダーカットの欠
陥は発生しないが、極端に流動性が悪くなると、下鋼板
を湯が濡らさず、穴あきやウロコ状盛り上がり等の欠陥
が発生する。

【００２５】上記湯の流動性は、表面張力や粘性が低い
場合に高くなるが、ステンレス鋼板の耐食性、加工性、
機械的性質を維持する範囲においては、鋼中のＯおよび
Ｓが、流動性を変化させる主要な元素である。即ち、鋼
中のＯおよびＳの含有量が多いと、湯の流動性が高くな
る。

【００２６】本発明者等による多くの試験結果から、上
記作用は「 0＋ (1/2)×S 」に依存し、「 0＋ (1/2)×
S 」値が、 0.0045 〜0.012 wt.%の範囲がもっとも適正
であることがわかった。従って、この発明においては、
０含有量を0.009 wt.%以下、S 含有量を0.008 wt.%以下
に限定すると共に、「0 ＋(1/2) ×S 」値を0.0045〜0.
012 wt.%の範囲内に限定する。

【００２７】

【実施例】次に、この発明を、実施例により比較例と対
比しながら説明する。表１に示す、この発明の範囲内の
化学成分組成を有する、厚さ2.0mm 、表面仕上げNo.2B
のステンレス薄鋼板（以下、本発明供試体という）No.1
〜14を調製した。

【００２８】

【表１】

【００２９】本発明供試体No.1〜14の各２枚の、図１に
示した重ね合わせ端部に対し、下記条件でＴＩＧ溶接を
施した。 溶接電流 ： 110 A、 アーク長 ： 1 mm 、 溶接速度 ： 160 mm/min 、 狙い位置 ：上板端から1.5mm 、 仮付け間隔 ： 20 mm 、 溶接長 ： 500 mm 、 シールドガス： Ar 、10リットル/min。

【００３０】比較のために、表１に併せて示す、化学成
分組成の少なくとも１つが本発明の範囲外である上記と
同じ厚さのステンレス薄鋼板（以下、比較用供試体とい
う）No.1〜８を調製し、その各２枚に対し上記と同じ条
件でＴＩＧ溶接を施した。

【００３１】上述のようにしてＴＩＧ溶接が施された本
発明供試体および比較用供試体の各々について、そのビ
ード形状（のど厚および止端角度）、溶接欠陥（アンダ
ーカットおよび穴あき、ウロコの発生）の有無、およ
び、アーク安定性を下記により調べた。 のど厚 ：のど厚が、供試体板厚(2mm) の70% 以上ある
か否かについて調べ、70% 以上ある場合を合格（○
印）、70% 未満の場合を不合格（×印）とした。 止端角度：止端角度が40°以下であるか否かについて調
べ、40°以下の場合を合格（○印）、40°超の場合を不
合格（×印）とした。 アンダーカット：アンダーカットの発生の有無について
調べ、発生していない場合を合格（○印）、発生した場
合を不合格（×印）とした。 穴あき・ウロコ：穴あきおよびウロコ状盛り上がりの有
無について調べ、それらが発生していない場合を合格
（○印）、発生した場合を不合格（×印）とした。

【００３２】各供試体に対する上記ビード形状、溶接欠
陥の有無およびアーク安定性の調査結果を表２に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】表１および表２から明らかなように、Caお
よび／またはMgを含有せず且つ「0+(1/2)×S 」値が本
発明の範囲を外れて少ない比較用供試体No.1、No.2およ
びNo.4は、止端角度が悪かった。Caおよび／またはMgを
含有しない比較用供試体No.3およびNo.5は、のど厚が悪
く、且つ、アンダーカットおよび穴あき・ウロコ等の溶
接欠陥が発生した。

【００３５】Caおよび／またはMgを含有せず且つ「0+
(1/2)×S 」値が本発明の範囲を外れて少ない比較用供
試体No.6は、のど厚および止端角度が悪かった。Caの含
有量が本発明の範囲を外れて多く且つ「0+ (1/2)×S 」
値が本発明の範囲を外れて多い比較用供試体No.7は、ア
ーク安定性が悪かった。そして、Caおよび／またはMgを
含有しない比較用供試体No.8は、のど厚が悪く且つアン
ダーカットが発生した。

【００３６】これに対し、本発明供試体No.1〜14は、何
れも、のど厚および止端角度が目標値の範囲内であり、
ビード部にアンダーカットおよび穴あき、ウロコ等が発
生せず、アーク安定性は良好であって、ビード形状に優
れ且つ溶接欠陥は全く発生しなかった。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
板厚３mm以下のステンレス薄鋼板に対してノンフィラー
隅肉溶接を施すに際し、適正なビード形状が保持され、
アンダーカット、および、溶接ビード表面に穴あきやウ
ロコ状の盛り上がり等の欠陥が発生することがない、Ｔ
ＩＧ溶接性に優れたステンレス鋼板が得られる工業上優
れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】薄鋼板の重ね合わせ端部を隅肉溶接する際のの
ど厚および止端角度を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 薄鋼板、 ２ 薄鋼板、 ３ 溶接ビード、 ｄ のど厚、 θ 止端角度。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素(C) ： 0.11 wt.% 以下、 シリコン(Si) ： 0.2 〜 1 wt.% 、 マンガン(Mn) ： 0.2 〜 2 wt.% 、 クロム(Cr) ：11 〜30 wt.% 酸素(O) ： 0.009 wt.% 以下、 硫黄(S) ： 0.008 wt.% 以下、 および、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
   素、 カルシウム(Ca) ： 0.0004 〜0.0065wt.%、 マグネシウム(Mg)： 0.0004 〜0.0065wt.%、 残り ：実質的に鉄(Fe)、 からなっており、そして、 下記式 0.0045 wt.%≦ 0＋ (1/2)×S ≦0.012 wt.% を満足していることを特徴とする、ＴＩＧ溶接性に優れ
   たステンレス鋼板。
2. 【請求項２】炭素(C) ： 0.11 wt.% 以下、 シリコン(Si) ： 0.2 〜 1 wt.% 、 マンガン(Mn) ： 0.2 〜 2 wt.% 、 ニッケル(Ni) ： 6 〜22 wt.%、 クロム(Cr) ：11 〜30 wt.% 酸素(O) ： 0.009 wt.% 以下、 硫黄(S) ： 0.008 wt.% 以下、 および、下記からなる群から選んだ少なくとも１つの元
   素、 カルシウム(Ca) ： 0.0004 〜0.0065wt.%、 マグネシウム(Mg)： 0.0004 〜0.0065wt.%、 残り ：実質的に鉄(Fe)、 からなっており、そして、 下記式 0.0045 wt.%≦ 0＋ (1/2)×S ≦0.012 wt.% を満足していることを特徴とする、ＴＩＧ溶接性に優れ
   たステンレス鋼板。