(57)【要約】【課題】本発明は高耐食性構造用フェライト系ステンレス鋼のティグ溶接用フェライト系ステンレス溶加棒および該溶接棒を用いた溶接法を提供する。【解決手段】質量%で，C：0.009%以下，N：0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下， S：0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下、Ni，Cu，B、Vの１種または２種以上を含有し，Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし，残部がFeおよび不可避不純物からなることを特徴とするティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒。上記溶接棒を用いて、板厚0.7〜1.2mmの鋼材を重ねすみ肉の片側溶接で完全溶け込みにより安定的に裏波ビードを形成する溶接方法。【選択図】  無し。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で，C：0.009%以下，N：0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下，S：0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下を含有し，Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし，残部がFeおよび不可避不純物からなることを特徴とするティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒。
但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【請求項２】
質量%で，C：0.009%以下，N：0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下，S：0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下、さらに，Ni：0.10〜0.35%，Cu：0.03〜0.07%，B：0.0005%以下，V：0.03〜0.07%の１種または２種以上を含有し、Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし、残部がFeおよび不可避不純物からなることを特徴とするティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒。
但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【請求項３】
板厚0.7〜1.2mmの鋼材を重ねすみ肉の片側溶接で完全溶け込みにより安定的に裏波ビードを形成する際、質量%で，C：0.009%以下，N： 0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下，S：0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下を含有し，Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし，残部がFeおよび不可避不純物からなるティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒で溶接することを特徴とする優れた溶接作業性を有するティグ溶接継手の製造方法。
但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【請求項４】
板厚0.7〜1.2mmの鋼材を重ねすみ肉の片側溶接で完全溶け込みにより安定的に裏波ビードを形成する際、質量%で，C：0.009%以下，N： 0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下，S：0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下，さらに，Ni：0.10〜0.35%，Cu：0.03〜0.07%，B：0.0005%以下，V：0.03〜0.07%の１種 または２種以上を含有し、Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし，残部がFeおよび不可避不純物からなるティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒で溶接することを特徴とする優れた溶接作業性を有するティグ溶接継手の製造方法。
但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【請求項５】
前記鋼材が、質量％でTi:0.005%以下、Nb:0.26〜0.30%,Cr:18.5〜19.5%,Mo:1.85〜1.95%を含有することを特徴とする請求項３または４に記載のティグ溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高耐食性構造用フェライト系ステンレス鋼のティグ溶接用フェライト系ステンレス溶加棒に係わり，特に、ＳＵＳ４４４で代表される含Moフェライ ト系ステンレス鋼板を貯湯槽等の塩素イオンを含む温水環境下における溶接構造部材として使用する場合に用いるティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒として好適なものに関する。  
【背景技術】
【０００２】
ＳＵＳ４４４で代表される含Moフェライト系ステンレス鋼は耐孔食性に優れ，また応力腐食割れ感受性がオーステナイト系ステンレス鋼に比べ極めて少ないことから，塩素イオンを含む温水環境の用途に薄鋼板が使用されている。
【０００３】
含Moフェライト系ステンレス鋼をティグ溶接するための溶接材料として，従来JIS G 4316のＳＵＳＹ３０９，Ｙ３１６Ｌ等のオーステナイト系溶接材料および含Moフェライト系ステンレス鋼溶接材料が用いられてきた。
【０００４】
しかし，オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料は溶接継手性能は優れているが，溶接金属の耐応力腐食割れ感受性がフェライト系ステンレス鋼溶接材料を使用した場合に比して大きく，温水環境で使用する際は種々の検討が必要とされてきた。
【０００５】
一方，従来のフェライト系ステンレス鋼溶接材料は耐応力腐食割れ感受性に優れるが，溶接金属組織の結晶粒の粗大化に起因して溶接部の延性および靭性低下が懸念され、ステンレス鋼溶接部の延性および靭性低下を改善すべく、特許文献１では溶接ワイヤ中にMgとAlを含有させることが提案されている。  
【特許文献１】特開平9-225680号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，特許文献１記載の技術を用いても、板厚0.7〜1.2mmの薄鋼板を重ねすみ肉で片側溶接する際、完全溶け込みにより安定的に裏波ビードを形成する良好な溶接作業性を有するティグ溶接溶加棒は得られない。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し，溶接作業性に優れた温水環境下用の高耐食性構造用フェライト系ステンレス鋼溶加棒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】
【０００８】
本発明者等は溶接金属の耐食性を維持しつつ，板厚0.7〜1.2mmの薄鋼板を重ねすみ肉の片側溶接で完全溶け込みにより安定的に裏波ビードを形成する方法について鋭意検討した。
【０００９】
その結果、ティグ溶接時の溶融池挙動には、TiおよびAlが影響を及ぼし、Ti／Al＜5を
満たすことにより片側溶接で完全溶け込みにより安定的に裏波ビードを形成する知見を得た。本発明の溶接継手はJIS Z 3001重ねすみ肉の片側溶接である。
【００１０】
また，耐食性に関してはNbとTiを溶接金属中のCおよびNを炭窒化物として固定し，粒界腐食を防止するために(Ti+Nb)／(C+N)＞30を満たすと向上するとの知見も得た。
【００１１】
さらに、Nb含有鋼板の重ね隅肉片側溶接で完全溶け込みにより得られた溶接金属では、溶接ワイヤよりNb添加しなくても十分に耐食性が確保できるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は，これらの知見に基づき、更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１ 質量%で，C：0.009%以下，N：0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下，S：0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下を含有し，Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし，残部がFeおよび不可避不純物からなることを 特徴とするティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒。
但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【００１３】
２ 質量%で，C：0.009%以下，N：0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下，S： 0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下、さらに，Ni：0.10〜0.35%，Cu：0.03〜0.07%，B：0.0005%以下，V：0.03〜0.07%の１種 または２種以上を含有し、Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし、残部がFeおよび不可避不純物からなることを特徴とするティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒。
【００１４】
但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【００１５】
３ 板厚0.7〜1.2mmの鋼材を重ねすみ肉の片側溶接で完全溶け込みにより安定的に裏波ビードを形成する際、質量%で，C：0.009%以下，N： 0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下，S：0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下を含有し，Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし，残部がFeおよび不可避不純物からなるティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒で溶接することを特徴とする優れた溶接作業性を有するティグ溶接継手の製造方法。
【００１６】
但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【００１７】
４  板厚0.7〜1.2mmの鋼材を重ねすみ肉の片側溶接で完全溶け込みにより安定的に裏波ビードを形成する際、質量%で，C：0.009%以下，N： 0.01%以下，Si：0.25〜0.40%，Mn：0.10〜0.20%，P：0.020%以下，S：0.002%以下，Cr：18.5〜19.5%， T.Al：0.050〜0.060%，O：0.0070%以下，Mo：1.85〜1.95%，Nb：0.01〜0.30%，Ti：0.20〜0.50%， Ca：0.0005%以下，さらに，Ni：0.10〜0.35%，Cu：0.03〜0.07%，B：0.0005%以下，V：0.03〜0.07%の１種 または２種以上を含有し、Ti／Al＜5および(Ti+Nb)／(C+N)＞30の条件を満たし，残部がFeおよび不可避不純物からなるティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒で溶接することを特徴とする優れた溶接作業性を有するティグ溶接継手の製造方法。
【００１８】
但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【００１９】
５  前記鋼材が、質量％でTi:0.005%以下、Nb:0.26〜0.30%,Cr:18.5〜19.5%,Mo:1.85〜1.95%を含有することを特徴とする３または４に記載のティグ溶接継手の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、貯湯槽等の塩素イオンを含む温水環境下における溶接構造部材として用いられる、ＳＵＳ４４４で代表される含Moフェライト系ステンレス 鋼板を、高耐食性を損なわずに、優れた溶接作業性で溶接可能であり、産業上、極めて有用である。溶接継手の溶接作業性を著しく向上させた点にあり，貯湯槽等の温水環境下の溶接構造物の使用に十分耐えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は含Moフェライト系ステンレス鋼のティグ溶接に使用する溶加棒（フィラーワイヤ）として、Cを0.009%以下、Nを0.01%以下に限定した含Moフェライト系ステンレス鋼溶接材料の成分にAlとTiを適切な量添加することを特徴とする。
【００２２】
本発明の成分限定理由について説明する．％は質量％を指すものとする。
【００２３】
Ｃ
Ｃは溶接金属の靭性向上のため含有量はできるだけ少なくする必要がある。また，Crと結合して結晶粒界に炭化物として析出すると耐食性を低下させるため少なくする必要があり，Cは0.009%以下に限定した。
【００２４】
N  
ＮはＣと同様に，多量に含有していると炭窒化物を生成し，溶接金属の靭性劣化の原因となる。よって，Ｎは0.01%以下に限定した。
【００２５】
Si  
Siは脱酸元素であり，溶鋼の流動性を向上させるが，0.25%未満では効果が不十分であり，0.25%以上含有させることが必要である。一方，多量に含有していると溶接金属の靭性劣化の原因となるので，0.40%以下とした。よって，Siは0.25〜0.40%の範囲に限定した。
【００２６】
Mn  
MnはSiと同様に脱酸効果を有するが0.10%未満では効果はなく，一方，多量に含有すると耐食性を劣化させるので，含有量を低下させる必要があり，0.20%以下とした。よって，Mnは0.10〜0.20%の範囲に限定した。
【００２７】
P,S  
Pは多量に含有すると溶接割れを生じ易くなる．よって，0.020%以下に限定した。Sは多量に含有していると溶接割れを生じ易くなるとともに，耐食性を低下させる。よって，0.002%以下に限定した。
【００２８】
Cr  
Crは耐食性保持の点から不可欠な元素であり，温水環境下においてはとくに耐食性維持のため18.5%以上の添加が必要であるが，19.5%を超えて含有すると溶接材料製造時の冷間線引工程において割れが発生しやすくなるので18.5〜19.5%の範囲に限定した。
【００２９】
Mo  
Moは耐孔食性向上の観点から不可欠な元素であり，本発明の目的を達成するためには1.85%以上の添加が必要である。一方，1.95%を超えて含有すると強度が上昇し，延性が低下する．よって，Moは1.85〜1.95%の範囲に限定した。
【００３０】
Nb
NbはC, Nを炭・窒化物として固定し，粒界腐食を防止するため不可欠な元素である。しかしながら、溶接金属中に含有されるべき量はＴｉとの合計量であり、鋼板からの希釈を考慮した場合、溶接ワイヤから添加しなくても耐食性の低下は認められないことより0.01%以上とした。0.30%を超える添加は溶接金属の靭性を損なうので、Nb含有量は0.01〜0.30%の範囲に限定した。
【００３１】
Ti
TiはCと結合して，溶接金属中の炭化物析出を抑えて耐食性を向上させる．0.20%以上の添加が有効であるが，0.50%超えの添加は溶接ワイヤの製造性，溶接部の延性．靭性を低下させる。よってTiは0.20〜0.50%の範囲に限定した。
【００３２】
Al  
T.Alは本発明において重要で溶接部の溶け込み深さに影響し，0.050%未満ではその効果が小さく，0.060%を超えると溶け込み深さを低下させる。よって，T.Alは0.050〜0.060%の範囲に限定した。
【００３３】
O
Oは多量に含まれると溶接部の靭性および延性を阻害する。よって，Oは0.0070%以下とした。
【００３４】
Ca
Caは多量に含まれると溶接時のアーク安定性が低下し，スパッタ発生量が増加するので，Caは0.0005%以下にした。
【００３５】
Ti／Al＜5
Ti／Alが高すぎるとティグ溶接時の溶融池の湯流れの内向きの流れが強くなり，溶接ビードの裏波は出易くなるものの，安定的に裏波ビードを形成しづらくなる．よって，Ti／Al＜5とする。
【００３６】
(Ti+Nb)／(C+N)＞30
NbとTiは溶接金属中のCおよびNを炭窒化物として固定し，粒界腐食を防止するため低すぎると耐食性が低下するため(Ti+Nb)／(C+N)＞30とした．但し、Ti,Al,Nb,C及びNは各元素の含有量を質量％で表現したものである。
【００３７】
以上が本発明の基本成分組成であるが、更に特性を向上させる場合、Ｎｉ，Cu、Ｂ，Ｖの一種または二種以上を添加することができる。
【００３８】
Ni  
Niは溶接金属の靭性を向上させるために有効である。0.10%以上の添加が有効であるが，0.35%を超えると応力腐食割れ感受性が高くなるので0.35%以下に限定した。
【００３９】
Cu  
Cuは低温靭性と加工性の両方を向上させるのに有効な元素である。その効果は0.03%以上の添加が有効である。しかし，多量に添加すると加工性を阻害する。よって，Cuは0.03〜0.07%の範囲に限定した。
【００４０】
B
Bは多量に含有していると靭性が劣化するので0.0005%以下とした。
【００４１】
V
Vは炭・窒化物生成元素であり，靭性および延性に有害なCやNを固定する作用があり，0.03%以上の添加が必要であるが，0.07%を超える添加は溶接金属の靭性を損なうので，V含有量は0.03〜0.07%の範囲に限定した。  
【００４２】
本発明に係るティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒を用いると、溶接電流140A以下のティグ溶接により，質量％でTi：0.005%以下， Nb：0.26〜0.40% ，Cr：18.5〜19.5%，Mo：1.85〜1.95%の母材組成を有する板厚0.7〜1.2mmの鋼板を重ねすみ肉の片側溶接で完全溶け込みにより 安定的に裏波ビードを形成することが可能で、溶接金属の結晶粒径として300μｍ以下のものが得られる。
【００４３】
更に、この成分系の鋼材は従来より鋼材の耐食性などに優れていたが、溶接で裏波ビードの形成が難しく、高速で溶接することが困難であった。
【００４４】
母材の成分限定理由について説明する。％は質量％を指すものとする。
【００４５】
Ti
Tiは溶接部の溶け込み形状に影響し、安定的に裏波ビードを形成するためには、0.005%
以下とするとよい。
【００４６】
Nb
NbはC,Nを炭窒化物として固定し、粒界腐食を防止するため不可欠な元素であり、0.26%以上の添加が好ましいが、0.30%を超える添加は溶接金属の靭性を損なうのでNb含有量は0.26〜0.30%の範囲に限定した。
【００４７】
Cr
Crは耐食性保持の観点から不可欠な元素であり、温水環境下においては特に耐食性維持のため18.5%以上の添加が好ましいが、19.5%を超えて含有すると脆化が発生しやすくなるので、18.5〜19.5%の範囲に限定した。
【００４８】
Mo
Moは耐孔食性向上の観点から不可欠な元素であり、本発明の目的を達成するためには1.85%以上の添加が好ましい。一方、1.95%を超えて含有すると強度が上昇し、延性が低下する。よって、Moは1.85〜1.95%の範囲に限定した。
【００４９】
尚、溶接においては、シールドガスとして、Ar, Heなどの不活性ガスあるいは前記ガスに少量のO2またはCO2などの活性ガスを添加したガスなどの雰囲気ガスが使用できる。
【実施例１】
【００５０】
表１に示す1.2mm径のティグ溶接用フェライト系ステンレス鋼溶加棒を作製した．表２
に示す鋼板を用いて，表３に示す溶接条件で２枚の鋼板を冶具に固定し，重ねすみ肉継手溶接をティグ溶接で行った。溶接後，X線透過試験により割れの有無を評価した。
【００５１】
ビード形状の判定は溶接部の断面を５箇所切断採取し，バフ研磨後エッチングを行い，ビード形状を評価した。ビード形状は安定して裏波ビードが得られているか，アンダーカットなどなく余盛が形成されているかなどで総合的に判定した。
【００５２】
孔食発生状況は塩化第二鉄腐食試験を液温のみ20℃として，JIS G 0575に準拠して実施し，ピット発生状況を観察した。
【００５３】
表４に試験結果を示す。実施例１〜４は本発明方法によるもので，割れの発生がなく，ビード形状も良好で，孔食の発生も少ないことが確認できた。
【００５４】
一方，比較例１，３では溶接金属に割れの発生していることが確認された。また，比較例２，６はビード形状が安定せず，溶け込み不良が部分的に発生していた。さらに，比較例４，５では，孔食が多数発生し，他に比べ耐食性が劣っていることが明らかとなった。
【００５５】
実施例５，６は本発明方法によるもので、溶接ワイヤ中Ｎｂ量が少なくとも割れの発生がなく、ビード形状も良好で、孔食の発生も少ないことが確認できた。一方、比較例７では、溶接金属にも割れが発生していることが確認された。
【００５６】
【表１】
2006263811.tif 000002
【００５７】
【表２】
2006263811.tif 000003
【００５８】
【表３】
2006263811.tif 000004
【００５９】
【表４】
2006263811.tif 000005