JPH09137255A - 溶接施工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼および溶接材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】溶接施工性に優れたオーステナイト系ステンレ
ス鋼および溶接材料を提供する。 【解決手段】（１）Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａ
Ｌ、Ｍｏを特定した鋼において、不純物中のＰ、Ｓがそ
れぞれ０．０４０％以下、０．００５％以下であり、さ
らに不純物中のＯ（酸素）が下式を満たす溶接施工性に
優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材
料。 ０．００２５≦（％Ｏ）≦０．０００１２／（％Ａｌ）
^2/3 ＋０．００５ （２）Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＡＬ、Ｍｏを特定
した鋼において不純物中のＰ、Ｓがそれぞれ０．０４０
％以下、０．００４％以下であり、さらに不純物中のＯ
（酸素）が下式を満たす溶接施工性に優れた高耐食オー
ステナイト系ステンレス鋼用溶接材料。 ０．００３０≦（％Ｏ）≦０．０００１２／（％Ａｌ）
^2/3 ＋０．００５

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接施工性に優れ
た高耐食オーステナイト系ステンレス鋼とその溶接用材
料に関し、より詳しくは、化学工業用装置あるいは核燃
料再処理設備の配管等、高い耐食性が要求される部位に
使用される溶接施工性に優れた高耐食オーステナイト系
ステンレス鋼とその溶接材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＵＳ３０４、同３１０、同３１６に代
表されるオーステナイト系ステンレス鋼は、その優れた
耐食性から広範な用途に使用されている。使用される環
境が、特に厳しい腐食環境の場合には、ＳＵＳ３０４Ｌ
のように炭素量を低くし、耐食性を高めたオーステナイ
ト系ステンレス鋼が使用されている。

【０００３】これらのステンレス鋼が、構造用あるいは
配管用の母材材料として用いられる場合には、溶接によ
って施工されることが多い。溶接法としては、アーク溶
接法が一般的であり、溶接される母材材料は勿論、溶接
に際して用いられる溶接材料（ワイヤ）に対しては、当
然のことながら良好な溶接性が要求される。

【０００４】このため、オーステナイト系ステンレス鋼
の溶接性の向上対策としては、従来から数多くの提案が
なされている。

【０００５】例えば、特開昭５９−１５３８７０号公報
には、溶接熱影響部の割れ感受性を低減するために、Ｃ
ｕの含有量を低く制限するとともに、Ｎｉバランスを所
定の範囲内に規定したオーステナイト系ステンレス鋼が
提案されている。また、特開昭６１−２８８０５３号公
報には、薄鋼板のＴＩＧ溶接時に溶着金属のセンター落
ちおよびアンダーカットの発生を防止することを目的と
して、ＭｎとＳｉ含有率の比Ｍｎ／Ｓｉを３以上とした
オーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。この
他、特開昭６３−６０２６０号公報には、薄鋼板のＴＩ
Ｇ溶接時のアンダーカットの発生を抑制し、かつ高速溶
接を可能にするために、Ｃｕを所定の範囲とし、Ｓｉと
ＭｎとＳ含有率の関係を規定したオーステナイト系ステ
ンレス鋼が開示されている。

【０００６】一方、溶接材料としては、例えば、特開昭
６２−１３４１９６号公報には、Ｃｒ、Ｍｏの含有量を
高くし、かつＮｉバランスを規定することにより、オー
ステナイト鋼、特に１８Ｃｒ−１０Ｎｉ−２Ｓｉ−０．
１Ｎのオーステナイト系ステンレス鋼に優れた継手強度
および耐食性を有する溶接金属部を提供しうる溶接材料
が提案されている。また、特開昭６０−１３０４９６号
公報には、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ等を添加することにより、溶
接継手の高温強度を改善したオーステナイト系ステンレ
ス鋼用の溶接材料が提案されている。さらに、特開昭６
２−２４０１９３号公報には、ＳとＯ（酸素）量を所定
の範囲内に規定することにより、裏ビード形成能の改善
を図った溶接材料が提案されている。

【０００７】しかし、これらの溶接性を改善したオース
テナイト系ステンレス鋼および溶接材料も、化学工業装
置あるいは核燃料再処理設備の配管等の母材材料および
溶接材料として使用される場合には問題が多い。例え
ば、オーステナイト系ステンレス鋼が、化学工業装置、
核燃料再処理設備等の配管として使用される場合、母材
材料および溶接材料に対して、優れた耐食性を備えるこ
とに加えて、円周溶接性に優れていることが要求され
る。ここで、円周溶接性とは、溶接時の高温割れやアン
ダーカットなどの溶接欠陥が発生しないのは勿論であ
り、健全な溶接ビードが容易に得られるという溶接施工
性をも意味する。具体的には、ビード幅の均一なビード
が得られること、裏ビードが形成され易いことといった
特性を備えたオーステナイト系ステンレス鋼および溶接
材料が求められている。

【０００８】この溶接施工性の改善策として、従来は、
上記特開昭６２−２４０１９３号公報に見られるよう
に、裏ビード形成能を有するＳの含有量を可及的に高く
する対策が講じられていた。すなわち、表面活性元素で
あるＳの作用により、溶融池内に内向きの対流を発生さ
せ、その熱輸送の効果により溶け込み深さを増大させ、
これによって裏ビード形成能を向上させようとする考え
方であった。この対策により、溶接施工性については、
一応の成果を得ていた。

【０００９】しかし、Ｓには裏ビード形成能を向上させ
る働きがある反面、溶接欠陥発生の原因となり得る溶接
ビード幅の均一性を著しく劣化させるとともに、オース
テナイト系ステンレス鋼およびその溶接金属の耐食性を
低下させる弊害がある。そのため、化学工業用装置、核
燃料再処理設備の配管等、高耐食性を要求される部位へ
の適用には、溶接施工性および耐食性の面で満足できる
ものではなかった。

【００１０】このように、溶接時のビード幅の均一性や
裏ビード形成能等の溶接施工性に優れていることに加え
て、耐食性にも優れるオーステナイト系ステンレス鋼お
よび溶接材料は、未だ開発されていないのが実状であ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
の実状に鑑みなされたもので、化学工業用装置、核燃料
再処理設備の配管等、厳しい腐食環境での使用に耐える
耐食性を備えるとともに、溶接施工性に優れたオーステ
ナイト系ステンレス鋼と溶接材料を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、厳しい腐
食環境における耐食性を備え、かつ溶接施工性に優れた
オーステナイト系ステンレス鋼と溶接材料を開発するこ
とを目標に調査研究を行った結果、次の（ａ）〜（ｄ）
の知見を得た。

【００１３】（ａ）鋼中のＳには、裏ビード形成能を高
める働きがある。その反面、耐食性および溶接ビード幅
の均一性を悪くする作用がある。Ｓについては、裏ビー
ド形成能を犠牲にしてでも、高耐食性と溶接ビード幅の
均一性を確保できる条件を選ぶべきである。そのために
は、Ｓ含有量を０．００５重量％（以下、化学成分の含
有率の％表示は重量％を表す）とする必要がある。ただ
し、溶接材料については後述する本発明の成分範囲外の
オーステナイト系ステンレス鋼を溶接対象とする場合に
おいても優れた溶接施工性を確保するためには、母材の
希釈を考慮して０．００４％以下とする必要がある。

【００１４】（ｂ）Ｓの低減によって低下する裏ビード
形成能は、Ｓと同様に表面活性作用を有するＯ（酸素）
の含有量を適正化することによって補うことができる。
しかし、Ｏ含有量が過剰になると、溶融池で生成するス
ラグ量が増加し、湯流れが悪くなるために、溶接ビード
幅の均一性が低下する。スラグの生成量は、溶融池のＯ
含有量とＡｌ含有量の関係が、下記式の条件を超える
と顕著になる。

【００１５】 Ｏ＝０．０００１２／（％Ａｌ）^2/3 ＋０．００５ ここで、元素記号は、各元素の含有率（重量％）を表
す。

【００１６】従って、Ｏ含有率は下記式を満足させる
必要がある。

【００１７】 ただし、溶接材料については、前述したＳの場合と同じ
理由により、下記式の条件を満足させる必要がある。

【００１８】 なお、上記特開昭６２−２４０１９３号公報に開示され
る技術では、Ａｌとは無関係にＯ量を単独に規定してい
るに過ぎず、両者を関連つけることの必要性について
は、何らの記載もない。

【００１９】（ｃ）Ａｌ含有率が０．０１０％以上の場
合には、溶融池に溶解できるＯ量が低くなり過ぎる傾向
がある。従って、裏ビード形成能を確保するために、Ａ
ｌ含有率は０．０１０％以下に制限する必要がある。た
だし、溶接材料については、上記ＳおよびＯの場合と同
様、母材との希釈を考慮すると、０．００８％以下に制
限する必要がある。

【００２０】（ｄ）Ｍｎはアーク電流の集中の度合いを
増し、入熱を集中させるため、溶け込み深さを大きく
し、裏ビード形成能を向上させる働きがある。この効果
を得るには、０．０５〜４．０％のＭｎ含有率が必要で
ある。ただし、溶接材料については、熱間圧延による線
材加工時の加工性を確保するためには０．８〜５．０％
のＭｎ含有率が必要である。

【００２１】上記の知見に基づく本発明の要旨は、次の
（１）および（２）の溶接施工性に優れた高耐食オース
テナイト系ステンレス鋼と溶接材料にある。

【００２２】（１）重量％で、Ｃ：０．０２５％以下、
Ｓｉ：０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜４．０
％、Ｃｒ：１５〜２７％、Ｎｉ：８〜２３％、Ａｌ：
０．０１０％以下、Ｍｏ：０〜３．２％を含有し、残部
Ｆｅおよび不可避不純物からなり、不純物中のＰ、Ｓが
それぞれ０．０４０％以下、０．００５％以下であり、
さらに不純物中のＯ（酸素）が下式を満たすことを特徴
とする溶接施工性に優れた高耐食オーステナイト系ステ
ンレス鋼。

【００２３】０．００２５≦（％Ｏ）≦０．０００１２
／（％Ａｌ）^2/3 ＋０．００５ （２）重量％で、Ｃ：０．０２５％以下、Ｓｉ：０．０
５〜１．５％、Ｍｎ：０．８〜５．０％、Ｃｒ：１７〜
２９％、Ｎｉ：８〜２４％、Ａｌ：０．００８％以下、
Ｍｏ：０〜３．２％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不
純物からなり、不純物中のＰ、Ｓがそれぞれ０．０４０
％以下、０．００４％以下であり、さらに不純物中のＯ
（酸素）が下式を満たすことを特徴とする溶接施工性に
優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材
料。

【００２４】０．００３０≦（％Ｏ）≦０．０００１２
／（％Ａｌ）^2/3 ＋０．００５ 上記本発明のオーステナイト系ステンレス鋼および溶接
材料は、Ｍｏを含有してもしなくてもよいが、Ｍｏを含
有させる場合は１．８％以上含有させるのが好ましい。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明のオーステナイト系ステン
レス鋼（以下、母材という）および溶接材料の各化学成
分の作用とその限定理由を以下に述べる。なお、以下に
おいて「％」は重量％を意味する。

【００２６】Ｃ：０．０２５％以下 Ｃは、オーステナイト形成元素としてオーステナイト相
の安定化に寄与するとともに、固溶して強度の向上に寄
与する。しかし、過剰に含有させるとＣｒ炭化物を生成
し、耐食性の劣化を招く。この耐食性劣化の問題は、特
に溶接熱影響部で顕著になる。このため、Ｃｒ炭化物を
生成させないため、母材および溶接材料ともに、Ｃ含有
量は０．０２５％以下とする。望ましい上限は０．０２
３％であり、さらに望ましい上限は０．０２０％であ
る。また、下限は特に設ける必要ないが、製造コストの
上昇を抑制するためには０．００２％以上が望ましく、
さらに０．００４％以上とするのがより望ましい。

【００２７】Ｓｉ：０．０５〜１．５％ Ｓｉは、溶製時に脱酸元素として添加される元素であ
り、耐酸化性を向上させる働きもある。これらの効果を
得るためには、母材および溶接材料ともに、０．０５％
以上のＳｉ含有量が必要である。一方、Ｓｉ含有量が
１．５％を超えると溶接高温割れ感受性が増大する。

【００２８】よって、母材および溶接材料ともに、Ｓｉ
含有量は０．０５〜１．５％とした。望ましい範囲は
０．０６〜１．２％、さらに望ましい範囲は０．０８〜
１．０％である。

【００２９】Ｍｎ：母材は０．０５〜４．０％、溶接材
料は０．８〜５．０％ Ｍｎは、溶製時に脱酸元素として添加され、この他、ス
テンレス鋼の熱間加工性の向上、オーステナイト相の安
定化に寄与する。また、Ｍｎは溶接部でＳを固定して高
温割れ感受性を低減させる。さらに、Ｍｎはアーク電流
の集中の度合いを増し、入熱を集中させるため、溶け込
み深さを大きくし、裏ビード形成能を向上させる。これ
らの効果を得るためには、母材については０．０５％以
上、溶接材料については熱間圧延による線材加工時の加
工性確保のためには０．８％以上のＭｎ含有量が必要で
ある。一方、その含有量が母材については４．０％を超
えると、また溶接材料については５．０％を超えると多
量の介在物が生成し、溶接部の靱性が著しく劣化する。

【００３０】よって、母材のＭｎ含有量は、０．０５〜
４．０％とした。望ましい範囲は０．０８〜３．５％、
さらに望ましい範囲０．１〜３．０％である。また、溶
接材料のＭｎ含有量は、０．８〜５．０％とした。望ま
しい範囲は０．９〜４．８％、さらに望ましい範囲１．
０〜４．５％である。

【００３１】Ｃｒ：母材は１５〜２７％、溶接材料は１
７〜２９％ Ｃｒは、溶接部の耐酸化性、耐食性の確保に不可欠の元
素である。このためには、母材では１５％以上、溶接継
手部は凝固ままの組織で母材に比べて耐食性が劣るた
め、溶接材料では１７％以上のＣｒ含有量が必要であ
る。一方、その含有量が母材では２７％を、溶接材料で
は２９％を超えるとＣｒ炭化物の粒界析出を招き、耐食
性が劣化するのみならず、組織の安定性を劣化させる。
よって、母材のＣｒ含有量は１５〜２７％、溶接材料の
Ｃｒ含有量は１７〜２９％とした。

【００３２】Ｎｉ：母材は８〜２３％、溶接材料は８〜
２４％ Ｎｉは、強力なオーステナイト生成元素であり、オース
テナイト組織の安定化に必須の元素である。このために
は、母材および溶接材料ともに８％以上のＮｉ含有量が
必要である。一方、Ｎｉは極めて高価であり、その含有
量が母材では２３％を、溶接材料では２４％を超えて含
有させてもその効果が飽和し、大幅なコスト上昇を招
く。よって、母材のＮｉ含有量は８〜２３％、溶接材料
のＮｉ含有量は８〜２４％とした。

【００３３】なお、上記のＣｒとＮｉは、本発明の母材
および溶接材料の一般的な耐食性、耐孔食性、耐応力腐
食割れ性、耐硝酸腐食性、溶接性、溶接施工性、加工
性、機械的性質、組織安定性などの諸特性を左右する元
素であり、上記の範囲内の含有率で適宜組み合わせるこ
とができる。例えば、上記諸特性のうち、特に、耐硝
酸腐食性を付与したい場合、耐硝酸腐食性に加えて耐
孔食性を向上させたい場合、高濃度硝酸に対する耐食
性を向上させたい場合には、ＣｒとＮｉと下記の範囲で
組み合わせるのが好ましい。

【００３４】の場合：母材では、Ｃｒ：１７〜２１
％、Ｎｉ：８〜１４％。好ましくはＣｒ：１７．２〜２
０．８％、Ｎｉ：８．２〜１３．８％、さらに好ましく
はＣｒ：１７．５〜２０．５％、Ｎｉ：８．５〜１４．
５％。

【００３５】溶接材料では、Ｃｒ：１８〜２５％、Ｎ
ｉ：８〜１５％。好ましくはＣｒ：１８．２〜２４．８
％、Ｎｉ：８．２〜１４．８％、さらに好ましくはＣ
ｒ：１８．５〜２４．５％、Ｎｉ：８．５〜１４．５
％。

【００３６】の場合：母材では、Ｃｒ：１５〜１９
％、Ｎｉ：１１〜１６％。好ましくはＣｒ：１５．２〜
１８．８％、Ｎｉ：１１．２〜１５．８％、さらに好ま
しくはＣｒ：１５．５〜１８．５％、Ｎｉ：１１．５〜
１５．５％。に加え、後述のＭｏを含有させる。

【００３７】溶接材料では、Ｃｒ：１７〜２１％、Ｎ
ｉ：１０〜１５％。好ましくはＣｒ：１７．２〜２０．
８％、Ｎｉ：１０．２〜１４．８％、さらに好ましくは
Ｃｒ：１７．５〜２０．５％、Ｎｉ：９．５〜１４．５
％。に加え、後述のＭｏを含有させる。

【００３８】の場合：母材では、Ｃｒ：２３〜２７
％、Ｎｉ：１８〜２３％。好ましくはＣｒ：２３．２〜
２６．８％、Ｎｉ：１８．２〜２２．８％、さらに好ま
しくはＣｒ：２３．５〜２６．５％、Ｎｉ：１８．５〜
２２．５％。に加え、後述のＭｏを含有させる。

【００３９】溶接材料では、Ｃｒ：２４〜２９％、Ｎ
ｉ：１９〜２４％。好ましくはＣｒ：２４．２〜２８．
８％、Ｎｉ：１９．２〜２３．８％、さらに好ましくは
Ｃｒ：２４．５〜２８．５％、Ｎｉ：１９．５〜２３．
５％。

【００４０】Ｐ：０．０４０％以下 Ｐは、不可避不純物であり、多量に存在すると溶接部の
加熱脆化を招くため、母材および溶接材料ともに、その
含有量は０．０４０％以下とする。

【００４１】なお、Ｐは少なければ少ないほど好ましい
が、極度の低Ｐ化には多大なコストの増加を伴う。この
ため、その下限は０．００１％程度、望ましくは０．０
０２％程度に留めるのが好ましい。また、望ましい上限
は０．０３５％であり、さらに望ましい上限は０．０３
０％である。

【００４２】Ｓ：母材は０．００５％以下、溶接材料は
０．００４％以下 Ｓは、その含有率が本発明の母材および溶接材料を特徴
付ける元素の一つである。Ｓは、上記Ｐと同様、不可避
不純物であるが、前述したように、本発明の課題に対し
ては重要な影響を及ぼす元素である。すなわち、Ｓは溶
融池の溶け込み深さを深くし、裏ビード形成能を向上さ
せるのに有用な元素である。しかし、その含有量が母材
では０．００５％を、溶接材料では０．００４％を超え
ると耐食性を劣化させるとともに、溶融池が変動し易く
なるために、溶接ビード幅の均一性を劣化させる。この
ため、本発明においては、母材のＳ含有量は０．００５
％以下、溶接材料のＳ含有量は０．００４％以下とし
た。

【００４３】なお、Ｐと同様、Ｓは少なければ少ないほ
ど好ましいが、極度の低Ｓ化には多大なコストの増加を
伴う。このため、その下限は、母材および溶接材料とも
に、０．０００３％程度、望ましくは０．０００５％程
度に留めるのが好ましい。また、望ましい上限は、母材
では０．００４５％、さらに望ましい上限は０．００４
０％であり、溶接材料では０．００３５％、さらに望ま
しい上限は０．００３０％である。

【００４４】Ａｌ：母材は０．０１０％以下、溶接材料
は０．００８％以下 Ａｌは強力な脱酸元素であり、溶製時に添加され、その
一部は溶鋼中のＯ（酸素）と結合し、酸化物としてＯと
ともに系外に取り除かれる。鋼中に残ったＡｌは、溶接
時に溶融池の中で、Ｏの溶解量とスラグ生成量に影響を
及ぼす。Ａｌの含有量が母材では０．０１０％を、溶接
材料では０．００８％を超えると、溶融池のＯが低くな
りすぎ、かつスラグ生成量が多くなりすぎるので、溶け
込み深さが浅くなり、十分な裏ビード形成能を確保でき
なのみならず、湯流れが悪くなるために溶接ビード幅の
均一性が低下する。そのため、Ａｌの含有量は、母材で
は０．０１０％以下、溶接材料では０．００８％とし
た。

【００４５】なお、上記Ｐ、Ｓと同様、Ａｌは少なけれ
ば少ないほど好ましいが、極度の低Ａｌ化には溶製時の
コストの上昇を伴う。このため、母材および溶接材料と
もに、その下限は０．０００５％程度、望ましくは０．
００１％程度に留めるのが好ましい。また、望ましい上
限は、母材では０．００９０％、さらに望ましくは０．
００８０％であり、溶接材料では０．００７５％であ
り、さらに望ましくは０．００７０％である。

【００４６】Ｏ（酸素）：母材の下限は０．００２５
％、溶接材料の下限は０．００３０％以上、いずれも上
限は［０．０００１２／（％Ａｌ）^2/3 ＋０．００５］
％ Ｏ（酸素）は、Ｓと同様、その含有率が本発明の母材お
よび溶接材料を特徴付ける元素である。Ｏは、溶製の段
階から、溶鋼中に不可避的に存在する不純物元素であ
り、一般的には少なければ少ないほどよいとされる。し
かし、本発明においては、必要な元素であり、溶融池の
溶け込み深さを深くし、裏ビード形成能を向上させるの
に必要不可欠である。この効果を得るためには、母材で
は０．００２５％以上、溶接材料では０．００３０％以
上、のＯ含有量が必要である。しかし、過剰に含有させ
ると、溶鋼中に溶解できないＯがＡｌと結合し、スラグ
となって溶湯池上に浮遊して湯流れを悪くし、溶接ビー
ドの均一性を劣化させる。このため、母材および溶接材
料ともに、Ｏ含有量の上限は、Ａｌ含有量との関係か
ら、下記のように限定した。

【００４７】 Ｏ（％）≦０．０００１２／Ａｌ^2/3 ＋０．００５ 従って、母材のＯ含有量は下記式、溶接材料のＯ含有
量は下記として規定される。

【００４８】 図１は、後述の実施例結果を示し、本発明の母材を溶加
材（溶接材料）を用いることなくＴＩＧなめ溶接接合し
た場合における母材のＯ含有量とＡｌ含有量が裏ビード
形成能およびビード幅の均一性に及ぼす影響を示す図で
ある。この図から明かなように、上記式を満たす場合
に良好な裏ビード成形能と均一なビード幅が得られてい
ることがわかる。

【００４９】なお、Ｏ含有量の望ましい下限は、母材で
は０．００２８％、さらに望ましくは０．００３０％で
あり、溶接材料では０．００３２％、さらに望ましくは
０．００３５％である。

【００５０】本発明の母材および溶接材料は、上記の成
分の他に、強度および耐食性を向上させる目的でＭｏを
含有させることができる。

【００５１】Ｍｏ：１．８〜３．２％ Ｍｏは、基地に固溶し、強度の向上に寄与するととも
に、不働態皮膜の安定化を図り、耐食性、特に耐孔食性
の向上に寄与する元素である。このため、強度および耐
孔食性の向上を図りたい場合に添加含有させることがで
きる。その効果は１．８％以上を含有させる場合に得ら
れる。しかし、３．２％を超えて含有させると、σ相の
析出を招き、衝撃性能、耐食性が劣化する。従って、含
有させる場合のＭｏ含有量は１．８〜３．２％とする。
望ましい範囲は１．９〜３．１％、さらに望ましい範囲
は２．０〜３．０％である。

【００５２】以上のべたように、本発明の母材および溶
接材料は、炭素含有量の低いオーステナイト系ステンレ
ス鋼において、Ａｌ、ＳおよびＯの含有量を特定の範囲
に規定したことに特徴がある。本発明の母材および溶接
材料は、通常の工業的なステンレス鋼の製造方法によっ
て製造することができる。精錬については、アーク式電
気炉による溶解法、ＡＯＤ（アルゴン−酸素脱酸）法、
ＶＯＤ（真空酸素脱炭）法などが適している。Ｓの低減
（脱硫）については、脱炭の前工程で脱硫処理を行うの
が効果的である。また、ＡｌおよびＯ含有量を本発明の
範囲内に収めるためには、所定の化学組成に成分調整さ
れた溶鋼に対して真空処理を施し、これらの元素の成分
調整精度を向上させる方法が有効である。成分調整され
た溶鋼は、連続鋳造法または造塊法によって、スラブ
（ビッレト）またはインゴットに鋳造する。このスラブ
またはインゴットから、例えば継目無鋼管を製造する場
合には、ユジーンセジュルネ法に代表される熱間押出し
製管法やマンネスマン穿孔圧延法に代表されるマンネス
マン−プラグミル製管法、あるいはマンネスマン−マン
ドレルミル製管法によって製管することができる。その
他、圧延することによって鋼板を製造することもでき、
鍛造することによって鍛鋼部品とすることもできる。ま
た、溶接材料については、熱間圧延によって線材とし、
これをそのままあるいは冷間引き抜き加工した後、溶接
材料（ワイヤ）とする。

【００５３】

【実施例】

《その１》表１および表２に示す化学組成を有する３５
種類の鋼管を準備した。これらの鋼管は、いずれも溶
製、熱間押出し製管、冷間引抜き加工の工程を経て外径
２７．２ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの鋼管に成形した。溶接
は、鋼管の端面を機械加工により、Ｒｍａｘで１００μ
ｍに仕上げ、ルート間隔０ｍｍのＩ開先で突き合わせて
円周自動ＴＩＧ溶接機により、平均入熱量が約５ｋＪ／
ｃｍになる条件で溶加材（溶接材料）を用いることな
く、ＴＩＧなめ溶接して溶接継手を作製した。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】母材鋼管の性能は、引張強さと耐食性を、
以下に述べる方法によって調べた。

【００５７】引張強さは、ＪＩＳ−Ｚ２２０１に規定の
１２Ａ号試験片を採取し、常温で引張試験を行い、ＳＵ
Ｓ３０４ＬおよびＳＵＳ３１６Ｌの引張強さ基準値であ
る５２０Ｎ／ｍｍ² 以上のものを良として判定した。

【００５８】また、耐食性は、溶接継手を６５％硝酸溶
液中に４８時間浸漬する操作を５回繰り返す沸騰浸漬試
験を行って腐食速度を求め、腐食速度が０．３ｇ／ｍ²
・ｈ以下となるか否かで良否判定した。

【００５９】一方、継手の性能（引張強さと耐食性）と
溶接施工性は、以下に述べる方法によって評価した。

【００６０】継手の引張強さは、継手部からＪＩＳ−Ｚ
３１２１に規定の２号管状試験片を採取し、母材の場合
と同様に、常温で引張試験を行い、ＳＵＳ３０４Ｌおよ
びＳＵＳ３１６Ｌの引張強さ基準値である５２０Ｎ／ｍ
ｍ² 以上のものを良として判定した。また、耐食性は、
部継手部を、母材の場合と同様に、６５％硝酸溶液中に
４８時間浸漬する操作を５回繰り返す沸騰浸漬試験を行
って腐食速度を求め、腐食速度が０．３ｇ／ｍ² ・ｈ以
下となるか否かで良否判定した。

【００６１】溶接施工性は、溶接ビードの均一性と裏ビ
ード形成能について調べた。これらのうち、溶接ビード
の均一性については、得られた溶接ビードの定常部のビ
ード幅を円周方向に３ｍｍの等間隔で測定し、最大ビー
ド幅と最小ビード幅の差（変動幅）を求め、その差が２
ｍｍ以上となるか否かで良否判定を行った。また、裏ビ
ード形成能については、管内面側を観察し、１００％裏
ビードが形成されているか否かで良否判定を行った。

【００６２】これらの試験結果を、表３に示した。ま
た、溶接ビードの均一性と裏ビード形成能については、
Ａｌ含有量とＯ含有量との関係を図１に示した。

【００６３】

【表３】

【００６４】表３および図１に示す結果から明らかなよ
うに、本発明鋼からなる鋼管（No.Ａ１〜Ａ２０）およ
びその溶接継手部（No. ＡＷ１〜ＡＷ２０）は、十分な
引張強さを有し、かつ優れた耐食性を有している。ま
た、溶接施工時には均一な幅の溶接ビードが得られ、溶
接ビードの均一性と裏ビード形成能にも優れている。

【００６５】これに対し、本発明の成分範囲を外れる鋼
からなる鋼管（No. Ｂ１〜Ｂ１５）およびその溶接継手
部（No. ＢＷ１〜ＢＷ１５）の引張強度については良好
であるが、優れた耐食性と溶接施工性の両立するものは
得られなかった。

【００６６】すなわち、No. Ｂ１、Ｂ２、Ｂ６およびＢ
１１の鋼管は、鋼中のＳ含有量がそれぞれ０．００６０
％、０．００８２％、０．００５８％および０．００６
５％といずれも過剰であるため、母材および溶接継手部
（No. ＢＷ１、ＢＷ２、ＢＷ６およびＢＷ１１）とも腐
食速度が０．３ｇ／ｍ² ・ｈ以上で、耐食性が劣ってい
る。また、最大ビード変動幅が２ｍｍ以上で、均一なビ
ード幅の溶接ビードも得られなかった。

【００６７】また、No. Ｂ３、Ｂ７、Ｂ８およびＢ１２
の鋼管では、鋼中のＡｌ含有量が、それぞれ０．０１２
％、０．０１２％、０．０１８％および０．０１６％と
いずれも過剰で、溶接時の溶鋼中に溶解できるＯ量が少
なくなるため、その溶接継手部（No. ＢＷ３、ＢＷ７、
ＢＷ８およびＢＷ１２）には、裏ビードが形成されない
部分が存在し、裏ビード形成能が劣っていた。また、こ
れらのうち、No. ＢＷ１２の溶接継手部は、母材鋼管中
のＯ含有量が［０．０００１２／（％Ａｌ）^{2/ 3} ＋０．
００５］を超えているため、ＡｌとＯが結合して溶融池
上に多量のスラグが浮遊し、溶融池の湯流れが悪くな
り、均一なビード幅の溶接ビードも得られなかった。

【００６８】さらに、No. Ｂ４、Ｂ９、Ｂ１３およびＢ
１４の鋼管では、上記No. Ｂ１２の鋼管と同様、母材鋼
管中のＯ含有量がいずれも［０．０００１２／（％Ａ
ｌ）^{2/ 3} ＋０．００５］％を超えているため、ＡｌとＯ
が結合して溶融池上にスラグが浮遊し、溶融池が不安定
となり、その溶接継手部（No. ＢＷ４、ＢＷ９、ＢＷ１
３およびＢＷ１４）の最大ビード変動幅がいずれも２ｍ
ｍ以上となっている。

【００６９】また更に、No. Ｂ５、Ｂ１０およびＢ１５
の鋼管では、鋼中のＯ含有量がそれぞれ０．００１８
％、０．００２０％および０．００１０％と少ないた
め、その溶接継手部（No. ＢＷ５、ＢＷ１０およびＢＷ
１５）には、いずれも裏ビードが形成していない部分が
存在し、裏ビード形成能に劣っていた。

【００７０】《その２》表４および表５に示す化学組成
を有する３５種類の溶接材料を準備した。これらの溶接
材料は、いずれも溶製、熱間加工、線引加工の工程を経
て外径０．８ｍｍの線材に成形した。溶接は、表６に示
す化学組成を有する外径２７．２ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ
の３種類の鋼管の管端部に図２に示す形状寸法の開先加
工を施し、ルート間隔０ｍｍで突き合わせ、円周自動Ｔ
ＩＧ溶接機によって平均入熱量が約５ｋＪ／ｃｍになる
条件でビードオン溶接して溶接継手を作製した。

【００７１】なお、表６中のNo. Ｐ１の供試鋼管につい
ては表４中のNo. Ｃ１〜Ｃ７および表５中のNo. Ｄ１〜
Ｄ５の溶接材料を、No. Ｐ２の供試鋼管については表４
中のNo. Ｃ８〜Ｃ１３および表５中のNo. Ｄ６〜Ｄ１０
の溶接材料を、No. Ｐ３の供試鋼管については表４中の
No. Ｃ１４〜Ｃ２０および表５中のNo. Ｄ１１〜Ｄ１５
の溶接材料を、それぞれ用いた。

【００７２】

【表４】

【００７３】

【表５】

【００７４】

【表６】

【００７５】得られた各継手部の継手性能と溶接施工性
を、上記実施例《その１》と同じ方法によって調べた。

【００７６】すなわち、溶接施工性は、溶接ビードの均
一性と裏波形成能について調べ、溶接ビードの均一性に
ついては、得られた溶接ビードの定常部のビード幅を円
周方向に３ｍｍの等間隔で測定し、最大ビード幅と最小
ビード幅の差（変動幅）を求め、その差が２ｍｍ以上と
なるか否かで良否判定を行った。また、裏ビード形成能
については、管内面側を観察し、１００％裏ビードが形
成されているか否かで良否判定を行った。

【００７７】また、継手性能は、継手の引張強と耐食性
について調べ、引張強さについては、継手部からＪＩＳ
−Ｚ３１２１に規定の２号管状試験片を採取し、常温で
引張試験を行って引張強さを求め、引張強さが５２０Ｎ
／ｍｍ² 以上であるか否かで良否判定した。また、耐食
性については、継手部を６５％硝酸溶液中に４８時間浸
漬する操作を５回繰り返す沸騰浸漬試験を行って腐食速
度を求め、腐食速度が０．３ｇ／ｍ² ・ｈ以下となるか
否かで良否判定した。

【００７８】これらの試験結果を、表７に示した。な
お、表７中、ＤＷ２、ＤＷ３、ＤＷ７〜ＤＷ９、ＤＷ１
２およびＤＷ１３については、裏ビード形成能が不芳で
あったので、引張試験を省略した。

【００７９】

【表７】

【００８０】表７に示す結果から明らかなように、本発
明の溶接材料（No. Ｃ１〜Ｃ２０）を用いて溶接した鋼
管（No. Ｐ１〜Ｐ３）の継手部（No. ＣＷ１〜ＣＷ２
０）は、十分な引張強さを有しており、かつ優れた耐食
性を有している。また、溶接施工時には均一な幅の溶接
ビードが得られ、裏ビード形成能にも優れている。

【００８１】これに対し、本発明の成分範囲を外れる溶
接材料（No. Ｄ１〜Ｄ１５）を用いて溶接した比較例の
鋼管の継手部（No. ＤＷ１〜ＤＷ１５）では、引張強度
は良好であるが、優れた耐食性と溶接施工性の両立する
ものは得られなかった。

【００８２】すなわち、No. ＤＷ１、ＤＷ２、ＤＷ６お
よびＤＷ１１の継手部は、用いた溶接材料（No. Ｄ１、
Ｄ２、Ｄ６およびＤ１１）中のＳ含有量が、それぞれ
０．００５０％、０．００７５％、０．００４５％およ
び０．００６５％といずれも過剰であるため、母材、溶
接継手部ともに腐食速度が０．３ｇ／ｍ² ・ｈ以上で、
耐食性が劣っている。また、最大ビード変動幅が２ｍｍ
以上で、均一なビード幅の溶接ビードも得られなかっ
た。

【００８３】また、No. ＤＷ３、ＤＷ７、ＤＷ８および
ＤＷ１２の継手部では、用いた溶接材料（No. Ｄ３、Ｄ
７、Ｄ８およびＤ１２）中のＡｌ含有量が、それぞれ
０．００９０％、０．０１２０％、０．００８５％およ
び０．００９８％といずれも過剰で、溶接時の溶鋼中に
溶解できるＯ量が少なくなるため、裏ビードが形成され
ない部分が存在し、裏ビード形成能が劣っている。

【００８４】さらに、No. ＤＷ５、ＤＷ１０、ＤＷ１４
およびＤＷ１５の継手部では、用いた溶接材料（No. Ｄ
５、Ｄ１０、Ｄ１４およびＤ１５）中のＯ含有量が、い
ずれも［０．０００１２／（％Ａｌ）^2/3 ＋０．００
５］％を超えているため、ＡｌとＯが結合して溶融池上
にスラグが浮遊し、溶融池が不安定となり、最大ビード
変動幅が２ｍｍ以上となっている。

【００８５】また更に、No. ＤＷ４、ＤＷ９およびＤＷ
１３の継手部では、用いた溶接材料（No. Ｄ４、Ｄ９お
よびＤ１３）中のＯ含有量が、それぞれ０．００２５
％、０．００１０％および０．００２０％と少ないた
め、裏ビードが形成していない部分が存在し、裏ビード
形成能が劣っている。

【００８６】

【発明の効果】本発明鋼または溶接材料によれば、完全
な裏ビードを有する均一なビード幅の優れた強度と耐食
性を有する溶接継手が得られる。特に、本発明の溶接材
料を用いる場合には、母材との希釈を考慮した成分組成
としたので、被溶接材料である母材の成分組成、特にＡ
ｌ、ＯおよびＳが本発明鋼の範囲内であるか否かに関係
なく、完全な裏ビードを有する均一なビード幅の優れた
強度と耐食性を有する溶接継手が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】母材のＯ含有量とＡｌ含有量が裏ビード形成能
およびビード幅の均一性に及ぼす影響を示す図である。

【図２】実施例で用いた溶接開先の形状と寸法を示す図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．０２５％以下、Ｓｉ：
   ０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜４．０％、Ｃ
   ｒ：１５〜２７％、Ｎｉ：８〜２３％、Ａｌ：０．０１
   ０％以下、Ｍｏ：０〜３．２％を含有し、残部Ｆｅおよ
   び不可避不純物からなり、不純物中のＰ、Ｓがそれぞれ
   ０．０４０％以下、０．００５％以下であり、さらに不
   純物中のＯ（酸素）が下式を満たすことを特徴とする溶
   接施工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス
   鋼。 ０．００２５≦（％Ｏ）≦０．０００１２／（％Ａｌ）
   ^2/3 ＋０．００５
2. 【請求項２】重量％で、Ｃ：０．０２５％以下、Ｓｉ：
   ０．０５〜１．５％、Ｍｎ：０．８〜５．０％、Ｃｒ：
   １７〜２９％、Ｎｉ：８〜２４％、Ａｌ：０．００８％
   以下、Ｍｏ：０〜３．２％を含有し、残部Ｆｅおよび不
   可避不純物からなり、不純物中のＰ、Ｓがそれぞれ０．
   ０４０％以下、０．００４％以下であり、さらに不純物
   中のＯ（酸素）が下式を満たすことを特徴とする溶接施
   工性に優れた高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用溶
   接材料。 ０．００３０≦（％Ｏ）≦０．０００１２／（％Ａｌ）
   ^2/3 ＋０．００５