(57)【要約】【課題】高価なＴｉやＮｂ等を使用することなく粒界腐食を抑制して亀裂が発生し難い信頼性の高いビード部となし得る溶接構造を提供する。【解決手段】フェライト系ステンレス鋼からなる鋼板同士をフェライト系溶接ワイヤーを用いて溶接した溶接構造において、鋼板同士が溶接されたビード部４の組織を、フェライトとマルテンサイトの混相とした。ビード部４の組織は、フェライト結晶粒５とフェライト結晶粒５の間にマルテンサイト結晶粒６が介在するフェライトとマルテンサイトの混相である。このビード部では、Ｃ（炭素）及びＮ（窒素）の含有率が０．０４２％以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系ステンレス鋼からなる鋼板同士をフェライト系溶接ワイヤーを用いて溶接した溶接構造において、
前記鋼板同士が溶接されたビード部の組織を、フェライトとマルテンサイトの混相とした
ことを特徴とする溶接構造。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接構造であって、
前記ビード部は、Ｃ（炭素）及びＮ（窒素）の含有率が０．０４２％以上である
ことを特徴とする溶接構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の溶接構造であって、
前記フェライト系溶接ワイヤーに、Ｃ又はＮを添加した溶接ワイヤーを使用した
ことを特徴とする溶接構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼からなる鋼板同士をフェライト系溶接ワイヤーを用いて溶接する溶接構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フェライト系ステンレス鋼同士の溶接には、フェライト系溶接ワイヤーを使用し、アルゴンガスをベースガスとしたシールドガスを吹き付けながら溶接する技術が知られている（例えば、特許文献１等に記載）。
【特許文献１】特開２００６−２６６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の技術では、フェライト系溶接ワイヤーを使用すると、ビード部組織の粒界にＣ（炭素）及びＣｒ（クロム）が流出して粒界腐食が発生し易くなる。粒界腐食を抑制するためには、Ｔｉ（チタン）やＮｂ（ニオブ）を含有させることも考えられるが、これらは高価であるという課題を有している。
【０００４】
また、フェライト系溶接ワイヤーの代わりにオーステナイト系溶接ワイヤーを使用した場合は、高価なＴｉやＮｂを多量に含有させずに粒界腐食を抑制できるが、母材との熱伸び量の違いからビード部に亀裂が発生する場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、高価なＴｉやＮｂ等を使用することなく粒界腐食を抑制して亀裂が発生し難い信頼性の高いビード部となし得る溶接構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の溶接構造は、フェライト系溶接ワイヤーを用いてフェライト系ステンレス鋼からなる鋼板同士を溶接して得られたビード部の組織を、フェライトとマルテンサイトの混相とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の溶接構造によれば、ビード部の組織をフェライトとマルテンサイトの混相とすることで、マルテンサイトは炭素を結晶粒内に固溶し、クロム炭化物の析出を抑制する。これにより、粒界にクロム炭化物が析出して粒界近傍に連続的なクロム欠乏層が発生せず、粒界腐食の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は本実施形態の溶接構造の一例を示し、エキゾースト部分の溶接部位を示す要部拡大断面図、図２は図１の溶接部位のビード部の組織図、図３はステンレス鋼溶接金属の成分と組織を示す図、図４は比較例における溶接部位のビード部の組織図、図５は図４の組織を有したエキゾースト部分の溶接部位を示す要部拡大断面図である。
【００１０】
図１のエキゾースト部分は、何れもフェライト系ステンレス鋼からなる鋼板であるチューブ１とマフラーパイプ２とエンドプレート３の結合部位であり、これらをフェライト系溶接ワイヤーを用いて溶接してある。ビード部４は、チューブ１とマフラーパイプ２とエンドプレート３の重なり部位に形成されている。
【００１１】
前記ビード部４の組織は、図２に示すように、フェライト結晶粒５とフェライト結晶粒５の間にマルテンサイト結晶粒６が介在するフェライトとマルテンサイトの混相となっている。つまり、ビード部４の組織は、フェライト相の中にマルテンサイト相が発生した組織で構成されている。マルテンサイトは、炭素を結晶粒内に固溶できるので粒界近傍にクロム欠乏層を生じさせる原因となるクロム炭化物（Cr23C6)が析出しない。
【００１２】
また、このビード部４には、Ｃ（炭素）とＮ（窒素）が取り込まれている。ＣとＮの含有率は、０．０４２％以上とされている。このＣとＮの含有率の上限は、図３のステンレス鋼溶接金属の成分と組織を示す図と、本願出願人の実験データから約０．１％程度であることが好ましい。
【００１３】
前記ビード部４へのＣとＮの添加は、フェライト系溶接ワイヤーに添加することが望ましい。ＣとＮを、Ａｒ＋ＣＯ２やＡｒ＋Ｏ２などの溶接ガスに添加することや、防錆油に添加することも考えられるが、安定性を考慮すると溶接ワイヤーに添加することが好ましい。溶接ビード中の溶接ワイヤー希釈率が０．３８３〜０．６６２程度（この数値については後述する）であるので、溶接に使用するワイヤーの（Ｃ＋Ｎ）成分は、０．１〜０．２％が妥当である。
【００１４】
一方、ＣとＮを添加していないフェライト溶接ワイヤーを使用して溶接した場合には、図４に示すように、フェライト結晶粒５間の粒界７に、ＣとＣｒが流出してクロム炭化物（Cr23C6)が析出し、粒界近傍に連続的なクロム欠乏層８が形成される。フェライトは、炭素を結晶粒内にほとんど取り込んでおけないので、クロム炭化物として析出してクロム欠乏層８が発生する。図４では、クロム欠乏層８は斜線で表示してある。このクロム欠乏層８が発生すると、粒界腐食が生じ、図５に示すようにビード部４に亀裂９が生じる。
【００１５】
以下に、次のような実験を行った。母材にＳＵＳ４０９Ｌを使用し、フェライト溶接ワイヤーにＹ４３０を用いて、シールドガス（溶接ガス）としてＡｒ＋Ｏ２またはＡｒ＋ＣＯ２を使用して溶接した時のビード部の組織及びその成分分析を行った。その結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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ビード部の組織がフェライトとマルテンサイトの混相となったサンプルＮＯ１〜３，５，６は、何れもＣとＮの含有率が０．０４２％以上であることが判明した。
【００１７】
また、母材に対する各部材の溶け込み比率を調べた。その結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】
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表２中、溶接ワイヤーとあるのはビード中のワイヤー量を表し、各部材はチューブ、マフラーパイプ、エンドプレートである。この表２から判るように、ビード中の溶接ワイヤー希釈率（溶け込み比率）が０．３８３〜０．６６２程度なので、溶接に使用するワイヤーの（Ｃ＋Ｎ）成分は、０．１〜０．２％程度が妥当であると言える。
【００１９】
以上のように、本実施形態によれば、ビード部４の組織をフェライトとマルテンサイトの混相とすることで、マルテンサイトは炭素を結晶粒内に固溶し、クロム炭化物の析出を抑制することになる。したがって、本実施形態によれば、粒界にクロム炭化物が析出して粒界近傍に連続的なクロム欠乏層の発生を抑制することができ、粒界腐食の発生を回避することができる。
【００２０】
また、本実施形態によれば、ビード部４をＣ及びＮの含有率を０．０４２％以上としたので、ビード部４の組織をフェライト単相ではなくフェライトとマルテンサイトの混相とすることができ、粒界の炭化物や窒化物がマルテンサイト相に溶け込むことで鋭敏化せず、粒界腐食を防止することができる。
【００２１】
また、本実施形態によれば、フェライト系溶接ワイヤーにＣ又はＮを添加した溶接ワイヤーを使用したので、この溶接ワイヤーを使用することにより得られるビード部がフェライトとマルテンサイトの混相になり、粒界腐食の発生を抑制できる。さらに、本実施形態によれば、ワイヤー製造時の脱炭及び脱窒素が緩和される。
【００２２】
以上、本発明を適用した具体的な実施形態について説明したが、上述の実施形態は、本発明の一例に過ぎないからこれら実施形態に、本発明が限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本実施形態の溶接構造の一例を示し、エキゾースト部分の溶接部位を示す要部拡大断面図である。
【図２】図２は図１の溶接部位のビード部の組織図である。
【図３】図３はステンレス鋼溶接金属の成分と組織を示す図である。
【図４】図４は比較例における溶接部位のビード部の組織図である。
【図５】図５は図４の組織を有したエキゾースト部分の溶接部位を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…チューブ
２…マフラーパイプ
３…エンドプレート
４…ビード部
５…フェライト結晶粒
６…マルテンサイト結晶粒
７…粒界
８…クロム欠乏層
９…亀裂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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