JPS5848277B2 - ステンレス鋼ホツトコイルビルドアツプ溶接用溶接ワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はステンレス鋼ホットコイルのピルドアツプのう
ちでも最も困難であるフエライト系ステンレス鋼のホッ
トコイルの本体同志のピルドアツプ溶接において溶接部
に十分な延、靭性と冷延性を与えることができ、かつフ
エライト系ステンレス鋼ホットコイル本体同志のピルド
アツプ溶接のみでなくフエライト系ステンレス鋼ホット
コイルにオーステナイト系ステンレス鋼のリーダー材を
溶接する場合、あるいはオーステナイト系ステンレス鋼
ホットコイルのピルドアツプ溶接にも適用可能であるス
テンレス鋼ホットコイルのピルドアツプ溶接用溶接ワイ
ヤに関するものであり、ホットコイルの材質毎にワイヤ
を交換するわずらわしさを省き、ワイヤ交換の工数の削
減およびワイヤの誤用による破断事故の防止などの効果
を得るものである。

ステンレス鋼ホットコイルの圧延に際しては、歩留の向
上を目的としてホットコイルの両端にリーダー材を溶接
したり、あるいはコイル単重の増加による圧延効率の向
上を図るため、端尺コイルなどのコイル本体同志の溶接
を行なうなどの所謂ビルドアツプ溶接を施すことが要求
される。

しかし、ホットコイルのこのようなピルドアツプはＳＵ
Ｓ ３ ０ ４などのオーステナイト系ステンレス鋼に
対しては特に大きな問題はないが、ＳＵＳ４３０などの
フエライト系ステンレス鋼においては一般にその継手性
能が低いことから、工程中ビルドアツプ溶接した継手部
よりの破断が懸念され、特にホットコイルの本体同志の
溶接の場合においては溶接部も圧延が行なわれるため、
一層破断の危険性は大きくホットコイル本体同志の溶接
は困難となっている。

周知のように、ＳＵＳ ４ ３ ０などのフエライト系
ステンレス鋼の溶接継手部において、溶接材料として共
金を使用すると、溶接のままでは溶接金属及び溶接熱影
響部（ＨＡＺ）共に延、靭性に乏しく、溶接後曲げ変形
又は衝撃的応力を豪ると溶接金属部又はＨＡＺ部より破
壊しやすい欠点を有している。

このため継手部の延、靭性を向上させる手段として従来
いくつかの方法が講ぜられてきた。

以下その従来の方法について説明する。

（ａ）フエライト系ステンレス鋼の溶接継手部の脆化は
マルテンサイトの生成によるものと、さらに高温に加熱
され結晶粒の粗大化した部分の所謂高温脆性とが相俟っ
て生ずるが、このような脆化は溶接後８００〜８５０°
Ｃにて後熱処理を行なうことによりある程度は改善する
ことが可能である。

しかし、後熱処理によっても粗大化した結晶粒は微細化
することはできず、従って溶接部の延、靭性を得るには
後熱処理によっても十分ではない。

また斯る処理をオンラインにて能率よく行なうには設備
的にも困難さがあり、またコイル巻取後、ベル型焼鈍炉
により焼鈍する方法はしばしばコイル巻取時に破断が生
じ、推奨しうる方法とは謂い難い。

（ｂ） フエライト系溶接材料には溶接部の延、靭性
を改善する目的で、Ａ４ Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒなど
を単独にあるいは複合添加して結晶粒変の微細化と炭素
の固定化を狙ったものがある。

このような溶接材料を用いてフエライト系ステンレス鋼
の溶接を行なうと、微細な結晶粒の溶接金属の得られる
場合であっても、ポンド部に隣接したＨＡＺ部の結晶成
長が例えばＳＵＳ４３０などでは極めて大きいこと、及
び溶接材料と母材との稀釈が均一に行なわれないことな
どから、溶接金属の結晶粒はボンド部付近では大きく発
達し、これら大きな結晶粒域より破断する傾向が大きく
、フエライト系ステンレス鋼のビルドアツプ用の溶接材
料として適当なものは末だ見い出されていない。

（ｃ）フエライト系ステンレス鋼を溶接のままで使用す
る場合には、通常３０９型あるいは３１０型などのオー
ステナイト系溶接材料が推奨されている。

しかし、このような従来のオーステナイト系溶接材料を
用いてピルドアツプ溶接を行なった場合、溶接金属の加
工硬化率がフエライト系ステンレス鋼のホットコイル本
体のそれに比べ太きいため、冷延過程において溶接金属
と母材との間に板厚差を生じ、円滑な冷延を阻害すると
ともに、特にｔ．ｏｉｍ以下の薄板では板厚差の過大に
より圧延ロール通過時に衝撃力をうけ破断の傾向が大き
い。

以上のようにフエライト系ステンレス鋼ホットコイルの
ピルドアツプ溶接に関しては溶接後に熱処理を行なう方
法、フエライト系溶接材料の組或を改良する方法、ある
いはオーステナイト系溶接材料を用いる方法などが考え
られ、これらを単独にあるいは組み合せて試みられては
いたが、何れも十分なものではなく、ピルドアツプ溶接
後のコイル巻取時およびその後の製造工程中における溶
接部よりの破断を防止することは困難であった。

本発明者らはフエライト系ステンレス鋼のホットコイル
のピルドアツプ溶接において、溶接後の熱処理なしで溶
接部の十分な延、靭性が得られ、かつ溶接金属の加工硬
化率がフエライト系ステンレス鋼ホットコイル母材と同
等であるような溶接材料を見い出すべく、フエライト系
溶接材料及びオーステナイト系溶接材料について種々の
合金元素の影響を研究した。

その結果、溶接金属の組成として１２％ｃｒ及び１２係
以上のＮｉ並びにＯ〜数係のＣｕを含有させるようなオ
ーステナイト系溶接材料を用いれば溶接金属の組或はオ
ーステナイトであっても加工硬化率はフエライト系ステ
ンレス鋼ホットコイルと同等のものが得られ、上記の条
件を満足するような溶接継手が得られることを見い出し
、またこのような溶接材料はオーステナイト系であるた
め、ＳＵＳ ３ ０ ４のようなオーステナイト系ステ
ンレス鋼ホットコイルのピルドアツプ溶接にも適用でき
るとの知見を得た。

即ち、本発明は （１）重量係で、Ｃ；０．０４以下、ｓｉ；ｏ．’７係
以下、Ｍｎ；２．ｏ％以下、Ｃｒ；５〜ｌｌ係、Ｎｉ；
２０〜４０幅、残部；Ｆｅ及び不可避不純物、または （２）重量係で、Ｃ；０．０４％以下、Ｓｉ：０．７係
以下、Ｍｎ；２．Ｏ％以下、Ｃｒ ； ５ 〜１ ２％
、Ｎｉ ；２０〜４０係、Ｃｕ：４％以下、残部；Ｆｅ
及び不可避不純物 より成る組成を有するオーステナイト系溶接ワイヤであ
り、これを用いてＴＩＧ溶接あるいはＭＩＧ溶接などの
不活性ガスアーク溶接及びサブマージアーク溶接などに
よりステンレス鋼ホットコイルのピルドアツプ溶接継手
を作製するものである。

次にワイヤ成分を限定した理由を謂明する。

Ｃは侵入型に固溶し、靭性の低下と硬化作用をもつほか
、Ｍ２３Ｃ６などの炭化物を形成し、変形能を阻害する
作用をも有するので、可能な限り低値におさえることが
望ましく、上限を０．０４％とした。

Ｓｉは強力な脱酸元素であり、溶鋼の流動性を向上する
作用がある。

しかし、過剰に含有すると特に溶接金属の組成がオース
テナイトー相である場合は溶接割れ発生の危険性を生ず
るためｏ．７％を上限とした。

Ｍｎは脱酸、脱硫の作用とともにオーステナイトを安定
にする効果があるが、多量に含有する場合は加工硬化率
を高めるので、２係を上限とした。

Ｃｒは耐食性及び耐酸化性を付与する主要元素であり、
約１２係が不動態を保つ最低値である。

ピルドアツプコイルにおいても溶接部は焼鈍、酸洗工程
を経るので、溶接金属のＣｒ含有量はｌ２係程変以上は
必要である。

しかし、オーステナイト系ステンレス鋼ではＣｒの増加
とともに加工硬化率も増すので、低加工硬化性を得るに
はＣｒはできるだけ低値にあることが望ましい。

本発明ワイヤにおいては以上のことから溶接金属のＣｒ
量狙いを１２係とし、母材との稀釈を考慮してＣｒ含有
量を５〜１２係とした。

Ｎｉはオーステナイトを安定化し、加工硬化率を低める
作用があり、溶接金属の延性及び靭性を向上させる。

低ニッケルの場合にはオーステナイトが不安定になり、
溶接金属のＣｒ量が１２係の場合にはＮｉ量１２％以下
では金属組織はオーステナイト＋マルテン今イトの二相
組織となり、溶接部の延、靭性は著しく損なわれ、完全
オーステナイト組織を得るにはワイヤ中のＮｉ量は最低
２０係が必要である。

以上のようにＮｉ量はできるだけ多い方が好ましいが、
ワイヤの経済性を考慮して組成範囲を２０〜４０係とし
た。

ＣｕはＮｉと同様、オーステナイト生成元素であり、加
工硬化減少に対しても効果がある。

しかし多量に含有する場合は溶接割れ発生の怖れがある
ため４係を上限とした。

次に実施例をあげて謂明する。

実施例 ｌ ＳＵＳ４３０ホットコイル（厚さ３．２’ｍｉ）につい
て下記第１表に示す成分から或る溶接ワイヤを用いてＴ
ＩＧ溶接した。

溶接条件は開先角度６０゜の■型突合せ溶接とし、溶接
電流１４０Ａ、溶接電圧１５Ｖ、溶接速変８０關／ｍ
Ｉ ｎ ，シールドガス（純Ａｒ ） ｌ Ｏ ｌ／ｍ
ｉｎとしｌパスにて落接した。

なお、上表における溶接ワイヤについて若干謂明すると
、ＡＦ１〜Ｆ１６はフエライト系ワイヤであり、ｌ７Ｃ
ｒあるいは１２Ｃｒ鋼及びこれにＡｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｚｒ，Ｃｕなどを単独にあるいは複合添加したもの
である。

またＡＡ１〜Ａ３は市販のＹ３０８型、Ｙ３０９型、￥
３１０型のオ−ーステナイト系ワイヤであるが、ＡＡ４
〜Ａ８は低Ｃｒ系のオーステナイト系ワイヤであり、こ
のうちＡＡ５〜Ａ８が本発明ワイヤである。

これらのワイヤを用いた溶接部の曲げ試験結果及び溶接
金属の硬さ測定値を下記第２表に示す。

上表より明らかなようにフエライト系ワイヤを用いたも
のでは溶接金属の硬さが低いものであっても、曲げ試験
結果ではボンド部付近の溶接金属部で割れを生じ満足な
ものは見い出せない。

また市販オーステナイト系ワイヤによる継手では、溶接
金属の延性が不十分でボンド部より破断した。

一方低Ｃｒ系オーステナイト系ワイヤを用いたものでは
、Ａ．Ａ４ではＮｉ量が低いため、溶接金属にマルテン
サイト組織が生威し、曲げ試験により破断したが、ＡＡ
５〜Ａ８の本発明ワイヤによる溶接金属は硬さはＳＵＳ
４３０母材より低い値を示し、また曲げ試験においても
１８０゜曲げにて割れの発生はなく良好な延性を示した
。

実施例 ２ ＳＵＳ ４ ３ ０ホットコイル（厚さ３． ２ ｍｍ
）の本体同志を下記第３表に示す成分より成る溶接ワ
イヤ（１．２ｍｍ〆）を用いてＭＩＧ溶接し、続いて冷
間圧延を実施した。

溶接条件はｌ開先にて開先間隔を２間にとり、溶接電流
２００Ａ、溶接電圧３０Ｖ．、溶接速宴４ ５ ０ｍｉ
／ｍｉｎ，シールドガス＊＊（純Ａｒ ） ２ ０ ｌ
／ｍｉｎとして１パスにて溶接した。

溶接後ビード部はグラインダーにより母材板厚まで研削
した。

付付図面は２０段センジマー圧延機による各圧延パス後
の溶接部と母材部の板厚差の変化を示したものである。

本図に示すように市販のＹ３１０ワイヤを用いた場合は
溶接部の冷延性が劣るため溶接部と母材部の板厚差が増
大し２ｍｍまでの圧延で溶接ビードのボンド部に耳割れ
苓生じ、破断の危険のあることを示している。

一方、本発明によるワイヤを使用した継手では０．５７
１Ｌ７１Ｌまでの圧延によっても溶接部と母材部の間に
は板厚差はほとんどなく、溶接部の冷延性は良好であっ
た。

【図面の簡単な説明】

添付図面は市販Ｙ３１０および本発明ワイヤを用いてＳ
ＵＳ ４ ３ ０ホットコイル本体同志をピルドアツプ
溶接したものを、２０段センジマー圧延機により冷延を
行なった際の各圧延パス後の溶接部と母材部の板厚差の
変化を示したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量係で、Ｃ；０．０４係以下、Ｓｉ：０．７係以
   下、Ｍｎ ： ２．０以下、Ｃｒ；５〜ｌ２％、Ｎ＋，
   ２０〜４０係、残部；Ｆｅ及び不可避不純物より戒るス
   テンレス鋼ホットコイルビルドアツプ溶接用溶接ワイヤ
   。 ２ 重量係で、Ｃ；０．０４係以下、Ｓｉ：０．７ 係
   以下、Ｍｎ ： ２．０ ％以下、Ｃｒ ； ５ 〜１
   ２％、Ｎｉ ：２Ｃ）〜４０％、Ｃｕ：４’ｌｙ以下
   、残部；Ｆｅ及び不可避不純物より成るステンレス鋼ホ
   ットコイルビルドアツプ溶接用溶接ワイヤ。