JPS60180692A

JPS60180692A - フエライト系ステンレス鋼とニツケル系金属との溶接方法

Info

Publication number: JPS60180692A
Application number: JP26752684A
Authority: JP
Inventors: Isamu Asakawa; 浅川　勇; Toshio Morimura; 森村　利男
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1985-09-14
Also published as: JPS622920B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は苛性アルカリ溶液に対して優れた耐食性を有す
るフェライト系ステンレス鋼と旧糸金属との溶接方法に
関する。

苛性アルカリ、例えばその代表的な苛性ソーダ（ＮａＯ
Ｈ）の製造方法は水銀問題により従来広く採用されて来
た水銀電解法から隔膜電解法への転換が急速に進められ
ている。しかしこの隔膜電解法は水銀電解法と異なり、
その製造工程において、１１！素酸ソーダ（Ｎａ（４１
０３）や塩化ナトリウム（ＮａＧｆＬ）などの不純物が
かなり混入しているため、従来の水銀電解法による苛性
ソーダ溶液を取扱う材料として用いられてきた金属Ｎｉ
、旧基合金例えばＩｎｃｏｎｅｌ　８００％あるいは５
ＩＪＳ　’３１［ｉＬ等のオーステナイト系高級ステン
レス鋼は隔膜電解法の装置材料として使用された場合、
ある種の使用部位、例えばＮａＯＨ水溶液の濃縮工程に
おいては激しい腐食を受け、またこれらの材料の不充分
な耐摩耗性が関与して二ロージ耀ンも進行し、その寿命
を暑しく短かくしている。

上述のような腐食及び摩耗のきびしい環境にも耐えうる
金属材料について、近年種々検討がなされ、高Ｃｒフェ
ライト系ステンレス鋼が良好な特性を示すことが見出さ
れている。その結果腐食あるいは摩耗問題を引き起して
いる苛性アルカリ製造装置においては、金属Ｎｉ、　Ｎ
ｉ基合金から高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼に変換さ
れつつある。しかしその全面変換はコストがかさむため
特に腐食あるいは摩耗の激しい筒所のみ変換し、他は従
来の材ネ゛１をそのまま使用すると経済的である。

この局部的体材料変更においては必然的に金属Ｎｉ、　
Ｎｉ基合金と高Ｃｒフェライト系ステンレス鋼との接合
例えば溶接が伴なう。この場合少なくとも溶接部の苛性
アルカリ溶液に接触する側の溶接表面では金属Ｎｉ、　
Ｎｉ基金属と同等程度の耐食性が必要であるが、この異
材溶接に際して、従来より使われてきた金属Ｎｉ、１基
合金又は高クロムフェライト系ステンレス鋼等のいずれ
の溶加材を用いても必要とする耐食性が得られず、その
ため苛性アルカリ環境で使用する場合には高クロムフェ
ライト系ステンレス鋼と金属Ｎｉ、　Ｎｉ基合金との異
材溶接は全く行なわれなかった。高クロムフェライト系
ステンレス鋼と金属層、Ｎｉ基合金をこれらと同種の溶
加材を用いて溶融溶接すると溶接部の接合面は互いに金
属が拡散し、新しい合金組成が生成し、その部分の耐食
性が悪くなる。

一般に二つの金属を溶接するにはこれらを直接溶接する
方法とこれらの間に溶接部材を介して溶接する方法があ
る。後者は溶着部の表面及び裏面とも耐食性とすること
ができる等の利点がある。

本発明はこの後者に属し、高クロムフェライト系ステン
レス鋼と金属ＮｉあるいはＮｉ７０％以上の１基合金（
以下これらｉＮｉ系金属という）とを溶接部材を介して
溶接する方法である。

本発明者らは苛性アルカリ溶液に使用する場合の高クロ
ムフェライト系ステンレス鋼とＮｉ系金属とを溶接部材
を介して溶融溶接した所謂金属の相互拡散を介した溶接
部について鋭意検討した結果、溶接部の組成が特定の範
囲内にあることが、優れた耐食性及び装置材料として充
分な機械的性質を賦与するために必須要件であるこをを
見出した。

以下、本発明の詳細な説明する。

溶融溶接においては、溶接部は微視的な合金組成が各部
分によって異なった所謂変動域となる。

そこで先ずこの溶接部の変動域を微視的な面積単位で腐
食挙動を観察した結果、耐食性の面からＣ「２５〜３５
％（％はｆ（ｉｔ基準、以下同じ）のフェライト系ステ
ンレス鋼とＮｉ系金属との溶接部の変動域の合金組成が
添付図面第１図のＡ　（Ｃｒ　２５％、Ｆｅ７５％）　
、　Ｆｅ　（Ｆｅ　１００％）　、　Ｃ（Ｎｉ　７０％
、Ｆｅ５０％）　、Ｂ　（Ｏｒ　３０％、Ｆｅ　３０％
、Ｎｉ　４０％）に囲まれた範囲外にあることが必要で
あることがわかった。一般に溶加材を使用する溶接でも
溶接部の裏面は両母材が直接接触し溶着する。従って」
二記したフェライト系ステンレス鋼とＮｉ系金属とを溶
接すれば溶接部の裏面の組成は第１図の斜線の範囲外と
なることがある。もっとも腐食は苛性アルカリ溶液に接
触する部分が問題となるので、裏面側を苛性アルカリ溶
液に接触しないように使用する方法もあるが、望ましく
は溶接部の両面とも苛性アルカリ溶液に耐えることであ
る０本発明は特定の溶接部材及び溶加材を使用すること
により溶接部の表面、裏面とも苛性アルカリ溶液に対し
耐食性としたものである。

次に溶接部の機械的性質と溶接割れ性の面から検δ・１
し、ざらに溶加材及び溶接部材を使用して溶接する場合
、これらの材料の製作の難易性の面から検討した結果、
溶接部の組成は添付第１図のＦｅ−Ｃｒ−１三元合金組
成図のＥ　（Ｃｒ　３５％、Ｆｅ　８５％）　、Ｄ　Ｃ
Ｏｒ　８５％、Ｎｉ　３５％）　、　Ｃｒ　（Ｃｒ　１
００％）の範囲外が必要であることが判明した。

即ち、本発明において溶接部の合金組成は上記の範囲を
除外した添付第１図のＡ、Ｂ、Ｃ，Ｎ１（Ｎｉ　１００
％）、Ｄ、Ｈに囲まれた斜線部分の範囲内であることが
必要である。

本発明において、高クロムフェライト系ステンレス鋼の
組成はＣｒ２５〜３５％の範囲である。　Ｃｒが２５％
未満では苛性アルカリ溶液に対して充分な耐食性が得ら
れず、また３５％を越えると加工性、靭性低下のため実
用上の装置材料の製作が困難である。このフェライト系
ステンレス鋼に少量のＮｏを含有させることもでき゛る
。Ｎｏの添加は鋼を硬くするので耐摩耗性」−は好まし
いが、多量に加えると加工性が悪くなるので、５％以下
が望ましい。

またー・般にフェライト系ステンレス鋼の加工性等をよ
くするため、Ｃ，ＮのｔｌＩｌｌ定化剤として知られて
いるＮｂ、　Ｔａ、　Ｔｉ及び脱硫、脱酸、脱窒効果を
有するＣａあるいは希土類元素であるＣｅ、　Ｌａ等を
少量添加してもよい。またフェライト系の構造を失わな
い範囲で少量のＮｉ、即ち約５％以下程度の旧を含有さ
せることもできる。残部はＦｅ及び不可避的不純物であ
る。

Ｎｉ系金属は耐食性を充分高するため金属Ｎｉ又はＮｉ
７０％以上のＮｉ合金である。Ｎｉ合金の残部は主とし
てＯｒ及びＦｅからなる。この系の合金には例えばＮｉ
　７８％、Ｏｒ　ＩＥＩ％、Ｆｅ　７％のＩｎｃｏｎｅ
ｌ　Ａ１１ａｙ６００がある。

本発明の溶接方法は上記したフェライト系ステンレス鋼
とニッケル系金属との溶接部の合金組成が、添付図面で
先に特定した範囲内に入るように溶接するものである。

この溶接は溶融溶接で所謂金属の相互拡散層を伴なうも
のである。

本発明はＬ記二つの母材が特定の溶接部材を介して溶接
するもので、溶接部の１方の側のみ苛性アルカリ溶液に
接触する場合に限らず溶接部全体が苛性アルカリ溶液に
接触する場合でも使用可能である。

次に本発明の溶接方法について図面を参考にして具体的
に説明する。

第２図は溶Ｉ裂９部材４を介してフェライト系ステンレ
ス鋼ｌと旧糸金属２とを溶加材を使用して溶接した場合
で、５と６は夫々溶着部である。この溶接部材は第１図
のＢ、　Ｊ　（Ｎｉ　８６．７％、Ｃｒ３３．１％）、
Ｄ、Ｉ　（Ｘｉ　１８．８％、Ｏｒ　５１．２％、Ｆｅ
　３０％）に囲まれた組成である。この場合溶接町オの
加工性、及びこれを使用した溶接の容易性、耐食性を高
める等から第１図のＤ　、　Ｆ　（Ｃｒ５９．５％、Ｎ
ｉ３０．５％、ＦｅｌＯ％）　、　Ｇ　（Ｃｒ３５％、
旧５５％。

ＦｅｌＯ％）　、　Ｈ（Ｃｒ３５％、Ｎ１Ｅ１５％）に
囲まれた範囲の組成がｔｌｆましい。これに使用する溶
加材はｌと４の溶接にはｌ又は４と同組成のもの、さら
に広くは第１図のＡ、Ｊ、Ｄ、Ｈの範囲内のものも可能
であり、また２と４の溶接には２又は４と同組成のもの
、さらに広くは第１図のＣ，Ｎｉ、　Ｄ、■の範囲内の
組成のものも可能である。しかし溶接部材同様、加工性
、高耐食性等からは溶加材も溶接部材同様第１図のり、
Ｆ、Ｇ、Ｈに囲まれた範囲の組成のものが好ましい。

以上の方法による溶接では、溶接部材として単画変動域
組成が第１図の肩線の領域に入るのですべての面に亘っ
て耐食性がよい。

実験例溶接部の合金組成と腐食性及び加工性を調べるため同一
組成のｌす材と溶加材を用い、これらの組成を種々変え
てタングステンイナートガス溶接を行なった。この溶接
部分を試験片とし、　１４８℃で５０％ＮａＯＨ−５％
ＮａＧ　ｌ溶液中ニ５００時間浸漬してｆｆ１ｆ＆の減
少を測定した。また別に溶接部の靭性を調べるため溶接
母材の０字曲げ試験（溶接部がＵ字形になるように曲げ
る）を行なってその割れ性を観察した。これらの結果を
表１に示す。

（以下余白）表　１０　曲げ試験にて割れが生じないもの ×　曲げ試験にて割れが生じたもの実施例１板厚２ｍｍの高純度３０％Ｃｒ　−２％Ｎｏ−残Ｆｅ合
金鋼と金属Ｎｉを第２図の方法でタングステンイナート
ガス溶接（以下ＴＩＣ溶接と云う）を行なった後、３０
ｍｍＸ　２０ｍｍの試験片（溶接線方向の長さ２０ｍｍ
）を切り出し、温度１４８℃で５０％ＮａＯＨ−５％Ｎ
ａＣｌ溶液中に５００時間浸漬試験をして、重量の変化
の測定及び溶接部の表面観察を行なった。溶加材及び溶
接部材は４１％Ｃｒ　−２％Ｆｅ−残Ｎｉである。なお
比較例として、同一方法で但し、溶加材に金属旧を用い
て溶接したものを試験した。

その結果腐食減量はそれぞれ０．０１８ｇ　／ｍ’・ｈ
ｒ、０．１８ｇ　／　ｍ’−ｈｒであり、表面観察結果
本発明による場合には表面及び裏面ともに全く局部的な
腐食の形跡がみられなかった。

一方比較例の試料については３０％Ｃｒ　−２％Ｎｏ　
−残Ｆｅ合金との溶着部のかなりの部分に腐食の跡がみ
られた。なお、用いた母材の腐食減量は同一腐食条件に
おいて、３０％Ｃｒ−２％Ｍｏ−残Ｆｅ合全Ｆｅ金属旧
はそれぞれ０．０２１ｇ／ｍ″・ｈｒ、　０．０１θｇ
　／　ｍ’　＊ｈｒである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣ！−Ｎｉ−Ｆｅ三元合金組成図である。第２
図は３０％Ｃｒ　−２％ＭＯフェライト系ステンレス鋼
と金属Ｎｉとを溶接部材を介して溶接した場合を示す。図において１・・・・・・フェライト系ステンレス鋼、
２・・・・・・ニッケル系金属、４・・・・・・溶接部
材、５．６・・・・・・溶着部特許出願人　昭和電工株式会社代　理　人　菊　地　精　− 第２図

Claims

【特許請求の範囲】Ｃｒ２５〜３５％のフェライト系ステンレス鋼と旧７０
％以上のＮｉ系金属とを、添付第１図のＢ　（Ｃｒ３０
％、Ｆｅ５０％、Ｎｉ４０％）、Ｊ（旧６６．７％、Ｃ
ｒ３３．３％）　、　Ｄ　（Ｃｒ８５％、Ｎｉ３５％）
　、　Ｉ　（Ｎｉ１８．８％、Ｃｒ５１．２％、Ｆｅ５
０％）に囲まれた組成の溶接部材を介し、前記ステンレ
ス鋼と溶接部材を添付第１図のＡ陀（Ｃｒ２５％、却７５％）　、　Ｊ、　Ｄ、　Ｅ　（Ｃ
ｒ３５％、Ｆｅ８５％）に囲まれた組成の溶加材を用い
、前記旧糸金属と溶接部材を添付第１図ノｃ（Ｎｉ７０
％、Ｆｅ５０％）　、　Ｎｉ　（Ｎｉ　１００％）、Ｄ
、Ｉに囲まれた組成の溶加材を用いて夫々溶接すること
を特徴とする溶接部が苛性アルカリ溶液に対して優れた
耐食性を有するフェライト系ステンレス鋼とＮｉ系金属
との溶接方法。