JPS6238770A

JPS6238770A - 高純度フエライト系ステンレスクラツド鋼材に対する溶接方法

Info

Publication number: JPS6238770A
Application number: JP17803285A
Authority: JP
Inventors: Shingo Noi; 野井　伸悟
Original assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Current assignee: Niigata Engineering Co Ltd
Priority date: 1985-08-13
Filing date: 1985-08-13
Publication date: 1987-02-19
Also published as: JPH0422672B2

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】「産業上の利用分野」本発明は、耐食性および機械的特性に優れるように高純
度フェライト系ステンレスクラッド鋼材　　　　　：を
溶接できる方法に関する。

「従来技術」化学プラント等には、種々の材料を合せ材としたクラツ
ド鋼が多数使用されているが、中でも、オーステナイト
系ステンレスクラッド鋼は、優れた耐食性をもつが故に
、最も広く使用される材料となっている。しかし、本ク
ラツド鋼は、塩化物環境下において、応力腐食割れを発
生する危険性を有しており、このような環境下では、従
来、高Ｎｉ系合金あるいはＴｉ材を合せ材としたクラツ
ド鋼が使用されている。しかし、これらの材料は、高価
であることから、より低摩で、かつ、高耐食性を有する
材料の開発が望まれていた。

そこで近年、この要求を受け、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）
等の不純物元素量の低減化によって、耐食性を著しく改
善した高純度フェライト系ステンレス鋼が開発され、実
際に使用されるようになったが、本鋼材の使用方法とし
ても厚板構造物に対しては、経済性の面からクラツド鋼
として用いる方向へとより拡大してい（可能性がある。

ところが、現状では、この種の高純度フェライト系ステ
ンレスクラッド鋼材を溶接するには、従来、チタンクラ
ッド鋼材の溶接に用いられているような当て板を用いた
溶接法によらざるを得ない。すなわち、第２図に示すよ
うに、炭素鋼製の母材１の片面に高純度フェライト系ス
テンレス板２を接合した高純度フェライト系ステンレス
クラッド鋼の溶接は、母材１．　１間士を溶接した後、
前記ステンレス板２゜２間の間隙を高純度フェライト系
ステンレス鋼のスペーサ３で埋める。次いで、母材１に
小孔４をあげるとともに、その小孔４を通じて母材１の
表面１ａ側からアルゴンガスを母材１の溶接部の裏面ま
で流入させ、これにより、その溶接部裏面を大気から保
護する。そして、前記ステンレス板２と同材質の当て板
５を、前記スペーサ３を覆った状態で前記ステンレス板
２，２の端部表面間にすみ肉溶接を行っていた。

「発明が解決しようとする問題点」ところが、前記高純度フェライト系ステンレスクラッド
鋼材の従来の溶接方法にあっては、小孔４の形成や当て
板５の設置等、複雑な製作工程を要し、更に溶接部に応
力集中部を形成してしまう問題がある上Ｋ、溶接部の検
査において最も信頼性の高い放射線透過試験は高純度フ
ェライト系ステンレス板２と当て板５との溶接部である
すみ肉溶接部６に対しては一般には適用することができ
ず、本溶接部６に対する検査方法は液体浸透探傷試験に
限定されていることなど品質管理上問題がある。

そこで、高純度フェライト系ステンレスクラッド鋼材同
士を直接、肉盛り溶接によって溶接することが考えられ
、この方法によればより高品質の溶接構造を得る可能性
がある。−かしながら、この方法では、炭素鋼製の母材
１，１間士の突合せ溶接を行い、その溶接部の上層を高
純度フェライト系ステンレス鋼溶加俸を用いて肉盛り溶
接により仕上げることになるが、その肉盛り溶接の際Ｋ
、前記ステンレス板２よりもＣ含有量の多い炭素鋼製の
母材１及び母材１の溶接部から、Ｃが高純度フェライト
系ステンレス鋼溶加棒を用いた溶接部分にピックアップ
され、この部分のＣ含有量が増加して、機械的特性、特
に、曲げ特性の著しい劣化を生じてしまう問題がある。

そしてこの曲げ特性の劣化現象は、溶接のままの状態で
は勿論のこと、各種規格および仕様で定められる溶接後
の熱処理を行った肉盛り溶接部において特に顕著になっ
てしまう傾向にある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、溶接
のままの状態では勿論、溶接後の熱処理を経た場合であ
っても、良好な機械的特性と耐食性とを兼ね備えた肉盛
り溶接部を得ることができる高純度フェライト系ステン
レスクラッド鋼材に対する溶接方法を提供することを目
的とする。

ｒ問題点を解決するための手段」上記目的を達成するためＫ、本発明の方法は、高純度フ
ェライト系ステンレス鋼材を母材に対する合せ材に使用
した高純度フェライト系ステンレスクラッド鋼材に対し
て、母材同士を母材と同材質の溶接材料により溶接した
後、Ｃ０，０１％以下、Ｎ０．０１５％以下、Ｚｒ０．
４％以下を含有するフェライト系ステンレス鋼からなる
下盛り溶加棒を使用して前記母材同士の溶接部の上部を
溶接し、次いで、前記合せ材と同等の組成を有する高純
度フェライト系ステンレス鋼からなる上盛り溶加棒を用
いて前記合せ材の肉盛り溶接を行うようにしたものであ
る。

「作　用」本発明の方法では、母材の溶接部の上部を溶接する下盛
り溶加棒として、Ｚｒを意図的に添加した低炭素かつ低
窒素のフェライト系ステンレス鋼を使用することによっ
て、合せ材と同等の材料からなる上盛り溶加棒によって
溶接が行われる合せ材の肉盛り溶接部分へＣやＮがピッ
クアップされるのを抑制する。

「実施例」以下、本発明の方法の一実施例を説明する。

第１図は本発明の方法の一実施例によって施工された高
純度フェライト系ステンレスクラッド鋼１０の溶接部を
示している。このクラツド鋼１０は、炭素鋼からなる板
状の母材１０Ａの一面に、母材１０Ａより薄く高純度フ
ェライト系ステンレス鋼から成る合せ材１０Ｂが接合さ
れて構成されたもので、その合せ材１０Ｂは、Ｃ０．０
２５％以下、Ｎ０．０２５％以下（但し１７＋Ｎ量ハｏ
Ｉ１４％以下）、Ｃｒ１６〜３２％、Ｍｏ０．５〜４．
５層残部Ｆｅの組成を有するものである。

前記クラッド鋼１０．１０同士を溶接するにはまず、母
材１０Ａ、ＩＯＡ同士を母材１０Ａと同材質の溶接材料
で突合せ溶接した後に、その母材溶接部１１の上部を、
Ｃｒ　１５〜２Ｚ５％、Ｎ１０．６％以下、Ｃ０，０１
％以下、Ｎ０．０１５％以下、Ｚｒ０．４％以下、残部
Ｆｅの組成を有するフェライト系ステンレス鋼から成る
下盛り溶加棒を用いて溶接し、下盛り溶接部１２（図面
では１層）を形成する。次いで、この下盛り溶接部１２
の上層を前記合せ材１０Ｂと同材質の高純度フェライト
系ステンレス鋼よりなる上盛り溶加棒を用いて肉盛り溶
接を行い、１つ以上の層（図面では２層）の上盛り溶接
部１３を形成する。

以上説明したような溶接方法を実施した場合、下盛り溶
接部１２が低炭素かつ低窒素であるため。

Ｋ、溶接中に上盛り溶接部１３のＣやＮの含有量の上昇
はほとんど生じない。このため機械的強度および耐食性
に優れるとともに、溶接後に熱処理を施したとしても機
械的特性に優れ、かつ、耐食性に優れた溶接部を形成で
きる。また、下金り溶接部１２は比較的Ｃｒ量が少なく
、かつ、Ｃとの親和力の強い安定化元素であるｚｒを含
有していることからも、前記溶接部はより良好な機械的
特性を呈する。したがって、前記方法を実施して溶接さ
れた前記クラツド鋼１０は、化学プラント機器、食品加
工機械、熱交換器、温水器用等の腐食環境での使用に好
適である。また、前記方法は、当て板５を用いた従来の
溶接法に比較して溶接作業が容易になるとともに、本溶
接部は突合せ溶接部であることから放射線透過試験を製
品検査用に導入することが可能になり、これによって溶
接部分の品質の安定化をなし得る。

「実験例」゛　次に１本発明の溶接方法と他の溶接方法によって施
工した高純度フェライト系ステンレスクラッド鋼１０の
溶接部の機械的特性について比較実験を行った結果を示
す。なお、第１図における母材１０Ａの母材溶接部１１
は母材１０Ａと同材質の溶接材料を用いて溶接されるが
、この部分の溶接は炭素鋼の溶接施工であるため何等困
難な問題はない。問題となる箇所は合せ材１０Ｂの溶接
部、　　　　　　　：すなわち、下盛り溶接部１２、上
盛り溶接部１３である。そこで、本実験では、この箇所
の現象をより詳細に検討することを目的として、母材１
０人（□ 口となる炭素鋼板上に直接肉盛り溶接部を形成し、　　　
　　　　１その溶接部の機械的特性を調べることにした
。　　　　　　　　ｔまた、本実験では、従来の溶接方
法によるものとして、母材１０Ａ上に合せ材１０Ｂと同
等の組成の高純度フェライト系ステンレス鋼からなる溶
加棒によって肉盛り溶接して溶接部を形成したもの　　
　　　　；を採用用る一方、本発明の方法によるものと
して　　　　　　　１□。、□、Ｕ、Ｚｒ□、、４工え
えエヤ９え７．ゎヶ　　　１用いて下盛り溶接を行った
ものを検討し、％Ｋ。

Ｃｒ量及びＺｒ量の及ぼす効果について詳細に検　　　
　　　１討した。　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　１まず、従来の方法では、第１表の炭
素鋼からな　　　　　　　ｌｌる母材上に同表中の高純
度フェライト系ステンレス溶加棒により第２表の溶接条
件に従って肉盛り溶接を行い、その肉盛り溶接部に関し
て試験温度−２０”Ｃまでの側曲げ試験を実施するとと
もに、その肉盛り溶接部に対する熱処理の実施前後にお
ける曲げ延性の変化を訓べた。第３図及び第４図はその
各結果を示すもので、第３図から、熱処理前においては
前記肉盛り溶接部は全ての試験温度範囲で良好な曲げ延
性を呈することがわかるが、第４図から、溶接後熱処理
を行うとその曲げ延性は急激に低下することがわかる。

この延性低下の理由は、溶接後熱処理の実施に伴い、母
材中のＣがＣｒ炭化物として粒界に析出することによっ
て肉盛り溶接部を脆化させたものと考えられる。

次に、本発明の方法では、第３表に示した母材（該母材
の組成は第１表のものと同一）上に、第３表に示すよう
にＣｒｉを変えた２種の低炭素フェライト系ステンレス
ｍ溶加俸を用いて溶込率２５％並びに３５％の条件で１
層の下盛り溶接を行った後、その上層に第３表の高純度
フェライト系ステンレス溶加俸（該溶加棒の組成は第１
表のものと同一〕を用いて所定の条件で２層の上盛り溶
接を行い、さらに、その肉盛り溶接部に熱処理を実施し
た後、側曲げ試験を行った。第５図はその結果を示すも
ので、下盛り溶加棒中のＣｒｆｉの変化に対して、割れ
が発生しない最も低い温度（以下割れ発生遷移温度と称
す）がどのように変わるかを示している。これによれば
、下盛り溶加棒中のＣｒ量が少なくなる程肉盛り溶接部
の曲げ延性が著しく改善され、例えば溶加棒中のＣｒ量
が１９％の場合、溶込率２５％の溶接条件下では２７６
Ｋ（σＣ）まで良好な曲げ延性を有していることがわか
る。

また次に、第４表に示した母材（該母材の組成は第１表
、第３表のものと同一）上に、第４表に示すように、Ｚ
ｒ量を約０．１％から約０．２５％まで３段階に変化さ
せたＺｒ添加低Ｃｒ化フェライト系ステンレス鋼溶加俸
を用いて下盛り溶接を行った後、その上層に第４表の高
純度フェライト系ステンレス溶加棒（該溶加棒の組成は
第１表、第３表のものと略同−）を用いて所定の条件で
２層の上盛り溶接を行い、さらに、その肉盛り溶接部に
熱処理を実施した後、側曲げ試験を行った。第６図及び
第７図はその結果を示すもので、第６図より、Ｚｒ量を
約０．１６％及び０．２５％とした各下盛り溶加棒を用
いた場合には２５３Ｋにおいても１８［Ｆまで割れなし
に曲がる良好な曲げ延性を有することがわかり、また、
第７図では、溶込率によらずＺｒ量が増加するにつれ、
曲げ延性は改善される傾向がみられ、Ｚｒ量が約０．２
５％の場４ｐｒｃｖ＠ｈＱ％’ｌＵｅｍＫ°’！、！Ｒ
ＥＥ２５　％−Ｑ＆−１２５３　　　　。

Ｋ１溶込率３５％では２６３にとＺｒ無添加の時　　　
　　　”Ｋ比べると著しい曲げ延性改善効果があること
が認められる。

さらに、前記実験でＺｒ添加により曲げ延性が改善する
ことがわかったが、その理由の検討を目的として、Ｚｒ
量の異なる数種の下盛り溶加棒を用いて溶込率２５％の
条件で施工した肉盛り溶接″ａｏｍＭ［ＷｆｌＡ；１ｍ
ｏ＊“１１１“、　＠８１１　　　　。

はその結果を示すもので、Ｚｒ添加量の増加につれ第１
層目及び第２層目溶接部の粒界の炭化物幅はＺｒ無添加
の場合に比べてさらに減少しており、　　　　　゛この
粒界炭化物幅の減少が肉盛り溶接部の曲げ延性を改善さ
せた主要因であると推察される。　　　　　　　　）以
上の結果より、従来の方法により施工した溶接部におい
ては溶接後熱処理を行うと曲げ延性が急激に低下するの
に対して、低Ｃｒ化フェライト系ステンレス鋼溶加棒に
より下盛り溶接を行う本発明の方法では、溶接部は良好
な曲げ延性を示し、特に、下盛り溶加棒中のＣｒ量を低
減し、さらに、当該溶加棒にＺｒを添加することにより
、曲げ延性が一段と改善されることがわかる。

「発明の効果」以上説明したように本発明の方法は、高純度フェライト
系ステンレス鋼材を母材に対する合せ材に使用したクラ
ツド鋼材に対して、Ｃを０．０１％以下、Ｎを０．０１
５％以下、Ｚｒを０．４社以下、各々含有したフェライ
ト系ステンレス鋼からなる下盛り溶加棒を用いて母材溶
接を行った後、前記合せ材と同等の組成を有する高純度
フェライト系ステンレス鋼からなる上盛り溶加棒を用い
て溶接を行うよ５Ｋしたので、溶接時に合せ材の溶接部
分へピックアップするＣやＮの量が極カ抑えられ、合せ
材の溶接部分の曲げ延性を良好にして機械特性の向上を
なし得るとともに、ＣやＮといった不純物元素が溶接部
分で少なくなるために、耐食性が向上する効果がある。

したがって本発明の方法により溶接された高純度フェラ
イト系ステンレスクラッド鋼材は、塩化物環境等の腐食
環境におかれる化学プラント用として好適である。また
、肉盛り溶接によってクラツド鋼を接合できるために、
この種のクラツド鋼の溶接手段として、従来性なわれて
いた当て板を用いた溶接法は行わなくて済むようになり
、溶接作業の簡略化をなし得る。さも忙、肉盛り溶接を
行うために、溶接部分は突合せ溶接部となることから溶
接部分の検査として放射線透過試験の採用が可能になり
、これによって溶接部分の品質の安定化をなし５得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施して溶接された高純度フェ
ライト系ステンレスクラッド鋼材の断面図、第２図は従
来の方法によって溶接されたクラツド鋼材の断面図、第
３図は従来の方法により施工された溶接部の熱処理前の
側曲げ試験結果を示すグラフ、第４図は同溶接部の溶接
後熱処理の有無による曲げ延性の変化を示すグラフ、第
５図は下盛り溶加棒中のＣｒ量と曲げ延性との関係を示
すグラフ、第６図及び第７図はＺｒ添加量の異なる下盛
り溶加棒を用いた場合に対する曲げ延性を示すグラフ、
第８図は下盛り溶加棒中のＺｒ添加量と溶接部中の粒界
に存在する炭化物幅との関係を示すグラフである。ｌＯ・・・・・・高Ｎ度フェライト系ステンレスクラッ
ド鋼、ＩＯＡ・・・・・・母材、ＩＯＢ・・・・・・合
せ材、１１・・・・・・母材溶接部、１２・・・・・・
下盛り溶接部、１３・・・・・・上盛り溶接部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃ０．０２５％（重量％、以下同じ）以下、Ｎ０
．０２５％以下を含有する高純度フェライト系ステンレ
ス鋼材を母材に対する合せ材に使用した高純度フェライ
ト系ステンレスクラッド鋼材に対して、母材同士を母材
と同材質の溶接材料により溶接した後、Ｃ０．０１％以
下、Ｎ０．０１５％以下、Ｚｒ０．４％以下を含有する
フェライト系ステンレス鋼からなる下盛り溶加棒を使用
して前記母材同士の溶接部の上部を溶接し、次いで、前
記合せ材と同等の組成を有する高純度フェライト系ステ
ンレス鋼からなる上盛り溶加棒を用いて前記合せ材の肉
盛り溶接を行うことを特徴とする高純度フェライト系ス
テンレスクラッド鋼材に対する溶接方法。
（２）Ｃｒ１６．０〜３２．０％、Ｍｏ０．５〜４．５
％、Ｃ０．０２５％以下、Ｎ０．０２５％以下（但しＣ
＋Ｎ０．０４％以下）を含有する高純度フェライト系ス
テンレス鋼材からなる合せ材を使用するとともに、Ｃｒ
１５〜２７．５％、Ｍｏ２．５％以下、Ｎｉ０．６％以
下、Ｃ０．０１％以下、Ｎ０．０１５％以下及びＺｒ０
．４％以下を含有するフェライト系ステンレス鋼からな
る下盛り溶加棒を使用することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の高純度フェライト系ステンレスクラッ
ド鋼材に対する溶接方法。