(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．４％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃｒ：１８〜３０％、Ｔｉ：０．３５％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる、ことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄からなる金属作業片とステンレス鋼からなる金属作業片とを溶接するための溶接ワイヤ。
【請求項２】
前記Ｎｉ含有量は、３６．０〜４１．０重量％である、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接ワイヤ。
【請求項３】
球状黒鉛鋳鉄からなる第１の金属作業片とステンレス鋼からなる第２の金属作業片との組付け体の製造方法であって、請求項１又は２に記載の溶接ワイヤを用いて、前記第１の金属作業片と前記第２の金属作業片との接合部にアーク溶接を施す、ことを特徴とする組付け体の製造方法。
【請求項４】
前記第１の金属作業片と前記第２の金属作業片はそれぞれパイプ状である、ことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、異材溶接ワイヤに関する。この異材溶接用ワイヤは、球状黒鉛鋳鉄とステンレス鋼との溶接に好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、球状黒鉛鋳鉄とステンレス鋼の異材溶接には、Ｙ３０９（ＪＩＳ  Ｇ  ４３１６）などの溶接ワイヤが用いられてきた。しかし、球状黒鉛鋳鉄とステンレス鋼とを、Ｙ３０９を溶接ワイヤとしてアーク溶接を行った場合、熱サイクルにより溶接ビードに止端割れが発生するという不具合が生じていた。
【０００３】
このような不具合を解消する溶接ワイヤとして、ＹＮｉＣｒ−３（ＪＩＳ  Ｚ３３３４）や特許登録第２８５８０３７号公報に記載されるものなどが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＹＮｉＣｒ−３や特許登録第２８５８０３７号公報などに提案される溶接ワイヤはＮｉ含有量が多いために高価であり、製品コストが高くなるという問題が生じていた。特に、前者のＮｉ含有量は６７重量％以上であり、後者のＮｉ含有量は５０〜８０重量％であった。
本発明は、以上の課題に鑑みなされたものであり、安価で止端割れを起こしにくい、異材溶接に用いられる溶接ワイヤを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成すべくなされたものであり、その構成は次の通りである。即ち、
重量％で、Ｃ：０．４％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃｒ：１８〜３０％、Ｔｉ：０．３５％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる、ことを特徴とする異材溶接ワイヤ。
【０００６】
かかる構成によれば、従来の溶接ワイヤに比べて少ないＮｉ含有量で、従来例と同等又はそれ以上の性能を確保できた。即ち、アーク溶接時及びその後の熱サイクルによっても止端割れがほとんど発生しなかった。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各構成要素について詳細に説明する。
Ｃ（炭素）：０．４％以下
Ｃは、耐割れ性を向上させるが、含有量の増加に伴い延性及び靭性が劣化するため、０．４％以下と定めた。
Ｓｉ（ケイ素）：０．１％以下
Ｓｉは、脱酸材として不可欠であるが、Ｓｉ量の増加は溶接部の割れ感受性が高くなるので望ましくない。鋳鉄からのＳｉの混入を考慮すると、溶接ワイヤのＳｉ量は極力低い方が望ましいため、０．１％以下と定めた。
Ｍｎ：３．５％以下
Ｍｎは、ＭｎＳを形成させることで耐高温割れ性を向上させる目的で添加するが、過剰な添加は引張強さを劣化させるので、３．５％以下と定めた。
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、高温割れの原因となるためできるだけ低く抑えるのが望ましく、０．０３％以下と定めた。
Ｓ：０．０４％以下
Ｓは、凝固時に粒界に低融点のフィルム状組織を形成し高温割れの原因となるためできるだけ低く抑えるのが望ましく、０．０４％以下と定めた。
Ｎｉ：３５〜５０％
Ｎｉはオーステナイト生成元素であって、オーステナイトを安定させ、耐熱性、高温強さ、クリープ破断強さ、耐酸化性及び耐食性を向上させる。従って、溶接ワイヤにおいてＮｉは大きな重量％を占めることとなる。しかしながらＮｉは高価な材料であるため、その使用量の低減を図るべく本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、他の要素を調整することによりＮｉの使用量を３５〜５０重量％まで低減することができた。更に好ましくは、３６．０％〜４１．０％である。更に更に好ましくは、３６．０〜３９．０％である。更に更に更に好ましくは、３６．０〜３８．０％である。
Ｃｒ：１８〜３０％以下
Ｃｒは、耐食性を向上させるためより多いほど望ましいが、３０％を超えると鍛造性が悪化するため、１８〜３０％と定めた。
Ｔｉ：０．３５％以下
Ｔｉは、高温強度の向上、脱酸剤として溶着金属の清浄度の向上及び高温における結晶粒界の強化の目的に添加するが、０．３５％よりも多いと溶接割れの原因となるため、０．３５％以下と定めた。
残部
残部はＦｅ及び不可避不純物からなる。不可避不純物とは、用いる原材料の性質上、又は製造工程上の理由等から混入を避けることができない不純物のことである。
【０００８】
本発明の溶接ワイヤは、異種金属からなる作業片を接合するのに好適に用いられる。特に第１の金属作業片として球状黒鉛鋳鉄、第２の金属作業片としてステンレス鋼のときに好適である。球状黒鉛鋳鉄はフェライト地を有するもの又はフェライト地に一部パーライトが析出したものを用いることができる。ステンレス鋼は、フェライト系のものを用いることができる。
アーク溶接は、アークを発生させて母材を加熱溶融させて接合する方法であり、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接などを用いることができる。
【０００９】
第１の金属作業片として球状黒鉛鋳鉄製パイプを用いるときは、その先端部を面取りして当該先端部を肉薄とすることが好ましい。鋳鉄にはＣが多量に含まれているために、溶接部にＣが析出し脆くなり、耐久性を低下させる原因となっていた。しかし、以上のように先端部を肉薄に形成すれば溶接部に溶け込む鋳鉄の量を少なくでき、溶接部の耐久性を向上できる。先端部を肉薄とするため当該部分をテーパー状とすることもできる。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明の構成をより詳細に説明する。
［実施例１］
球状黒鉛鋳鉄製パイプ（外径６４．２ｍｍφ、板厚６．０ｍｍ）にステンレス製パイプ（外径５１．６ｍｍφ、板厚１．５ｍｍ）を挿入し、表１に示す各溶接ワイヤを用いてＭＩＧ溶接により円周溶接継手を作製した。表１において、開発ワイヤ［I］、［II］が本発明の実施例である。ＹＮｉＣｒ−３、Ｙ３０９は比較例である。
【表１】
0004532794.tif 000002
【００１１】
次に、これらの継手を８００℃に保持した電気炉に投入し、７分間保持した後、炉外で常温まで空冷（１．７℃／秒）する熱処理を３０回繰り返し、溶接金属近傍のステンレス製パイプの外径変化率及び止端割れの有無を調べた。結果を表２に示す。
【表２】
0004532794.tif 000003
本発明の溶接ワイヤを用いて溶接すると、ステンレス製パイプの外径変化率が比較例の一つであるＹ３０９を用いたときより小さく、ＹＮｉＣｒ−３とほぼ同程度であって、止端割れが発生しないことがわかる。
【００１２】
次に、本発明の溶接ワイヤの耐割れ感受性を調査するために、球状黒鉛鋳鉄試験片どうしをＴ形に組み、表１に示す各溶接ワイヤを用いて溶接を行い、Ｔ形溶接割れ試験を行った。Ｔ形溶接割れ試験方法はＪＩＳ  Ｚ  ３１５３の方法で行った。
試験後、割れの有無、試験ビード長さ、割れの合計長さを測定し、下記の式によって割れ率を算出した。
Ｃ＝Σｌ／Ｌ×１００
Ｃ：割れ率（％）
Ｌ：試験ビード長さ（ｍｍ）
Σｌ：割れの合計長さ（ｍｍ）
各溶接ワイヤにおける割れ率を表３にまとめた。
【表３】
0004532794.tif 000004
本発明の開発ワイヤの耐割れ感受性は、Ｙ３０９より良好であって、ＹＮｉＣｒ−３と同等であることがわかる。
【００１３】
［実施例２］
図１は本発明の一つである溶接方法の一実施例を模式的に示した図である。球状黒鉛鋳鉄製パイプ１（外径６４．２ｍｍφ、板厚６．０ｍｍ）にステンレス製パイプ２（外径５１．６ｍｍφ、板厚１．５ｍｍ）を挿入し、鋳鉄製パイプとステンレス製パイプの先端部を重ね合わせ、少なくとも一周以上溶接する。図１における溶接部を図２に示す。図２において、始端１０から重合部１２までの入熱量を２７００Ｊ／ｃｍ以下とし、これに対して、重合部１２から終端１１までの入熱量を１６００Ｊ／ｃｍと小さくすることによって止端割れの発生を抑制することができた。
図３は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。鋳鉄製パイプ１の先端部３の外側を面取りし（３ａ）、溶接部に溶け込む鋳鉄の量を少なくすることで、Ｃの析出を抑制し耐久性を向上させることができた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明により、異種材料からなる金属作業片同士の溶接において、止端割れが発生するという問題が解消される。また、溶接ワイヤ中のＮｉ含有量の低下により、製造コストの低減も図られる。
また、溶接部の始端から重合部までの入熱量に対し、重合部から終端までの入熱量を小さくすることと、鋳鉄製パイプの先端部を肉薄に形成することにより、より止端割れの発生が抑えられる。
【００１５】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００１６】
以下、次の事項を開示する。
１１  重量％で、Ｃ：０．４％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｎｉ：３５〜５０％、Ｃｒ：１８〜３０％、Ｔｉ：０．３５％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる、ことを特徴とする溶接用金属組成物。
１２  前記Ｎｉ含有量は、３６．０〜４１．０重量％である、ことを特徴とする１１に記載の溶接用金属組成物。
１３  １１又は１２に記載の溶接用金属組成物を用いて、第１の金属作業片と該第１の金属作業片と異なる金属材料からなる第２の金属作業片との接合部にアーク溶接を施す、ことを特徴とする溶接方法。
１４  前記第１の金属作業片は球状黒鉛鋳鉄からなり、前記第２の金属作業片はステンレス鋼からなる、ことを特徴とする１３に記載の溶接方法。
１５  前記第１の金属作業片と前記第２の金属作業片はそれぞれパイプである、ことを特徴とする１３又は１４に記載の溶接方法。
１６  パイプ状の第１の金属作業片へパイプ状の第２の金属作業片を嵌め合わせ、その嵌合部を少なくとも一周以上溶接する際、始端から重合部までの入熱量に対して重合部から終端までの入熱量を小さくする、ことを特徴とする溶接方法。
１７  前記重合部から終端までの入熱量は１０００〜２０００Ｊ／ｃｍである、ことを特徴とする１６に記載の溶接方法。
１８  前記パイプ状の第１の金属作業片の先端部を肉薄に形成する、ことを特徴とする１６又は１７に記載の溶接方法。
１９  溶接時に１１又は１２に記載の溶接用金属組成物を用いることを特徴とする１６〜１８のいずれかに記載の溶接方法。
２３  第１の金属作業片と該第１の金属作業片と異なる金属材料からなる第２の金属作業片との組付け体であって、前記第１の金属作業片と前記第２の金属作業片との接合部が１１又は１２に記載の溶接用金属組成物を用いてアーク溶接で接合されている、ことを特徴とする組付け体。
２４  前記第１の金属作業片は球状黒鉛鋳鉄からなり、前記第２の金属作業片はステンレス鋼からなる、ことを特徴とする２３に記載の組付け体。
２５  前記第１の金属作業片と前記第２の金属作業片はそれぞれパイプである、ことを特徴とする２３又は２４に記載の組付け体。
２６  パイプ状の第１の金属作業片とパイプ状の第２の金属作業片との組付け体であって、前記第１の金属作業片と前記第２の金属作業片との嵌合部が少なくとも一周以上溶接されており、始端から重合部までの入熱量に対して重合部から終端までの入熱量が小さくされている、ことを特徴とする組付け体。
２７  前記重合部から終端までの入熱量は１０００〜２０００Ｊ／ｃｍである、ことを特徴とする２６又は２７に記載の組付け体。
２８  前記パイプ状の第１の金属作業片の先端部を肉薄に形成する、ことを特徴とする２６に記載の組付け体。
２９  前記第１金属作業片と前記第２の金属作業片は１１又は１２に記載の溶接用金属組成物を用いて溶接されている、ことを特徴とする２６〜２８のいずれかに記載の溶接方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例における溶接方法を模式的に示した図である。
【図２】図２は、図１における溶接部を示す図である。
【図３】図３は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１  鋳鉄製パイプ
２  ステンレス製パイプ
３  鋳鉄製パイプの先端部
１０  始端
１１  終端
１２  重合部
【図１】
0004532794.tif 000005
【図２】
0004532794.tif 000006
【図３】
0004532794.tif 000007