(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌ以上の耐孔食性を示す高耐食オーステナイト系ステンレス鋼を溶接する際に用いる、金属外皮中にフラックスを充填してなるワイヤにおいて、金属外皮及びフラックス中にワイヤ全重量に対して、Ｃ：０．０３０重量％以下，Ｓｉ：０．１〜１．５重量％，Ｍｎ：０．１〜１．５重量％，Ｐ：０．０１５重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以下，Ｎｉ：１８．０〜４３．０重量％，Ｃｒ：１８．０〜２５．０重量％，Ｍｏ：２．０〜９．０重量％，Ｔｉ：１．０重量％以下，Ｃｕ：１．５重量％以下，Ｎ：０．１０〜０．２５重量％を含有し、残部が造滓成分及びＦｅからなり、全溶着金属の化学成分がＣｒ＋３Ｍｏ＋２０Ｎ≧４０なる条件を満足することを特徴とする高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤに関し、詳しくはＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼以上の耐食性を有し、組織安定性に優れ、かつ、高能率な溶接作業が可能な溶接材料である高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、その良好な耐食性により、さまざまな分野で利用されているが、塩素イオンが多く存在する環境下、例えば海水中や排煙脱硫装置内などで用いられる場合には、孔食や隙間腐食など極めて有害な腐食が生じ易いため、ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。また、近年、安全性やメンテナンスフリーによるコストパフォーマンスの観点から耐食材料に要求される品質のレベルは、非常に高くなっており、これに伴い新しい高耐食オーステナイト系ステンレス鋼が次々に開発されている。
【０００３】
しかしながら、これら高耐食オーステナイト系ステンレス鋼を溶接するのに適した溶接材料は必ずしも開発されておらず、一般には母材よりグレードの高い溶接材料、例えばＪＩＳ  Ｚ  ３３３４に規定されているＹＮｉＣｒＭｏ−３、通称６２５やＹＮｉＣｒＭｏ−４、通称ハステロイＣ２７６等の高耐食Ｎｉ基合金溶接材料が用いられている。これらＮｉ基合金溶接材料は、強度、靭性、及び孔食，全面腐食，隙間腐食等の耐食性に優れているが、Ｎｉ基合金であるため非常に高価な溶接材料であり、溶接作業効率が悪いという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼以上の耐食性を有し、組織安定性に優れ、かつＮｉ基合金溶接材料に比べ非常に安価であり、かつ、高能率な溶接作業が可能な溶接材料を提供することを目的としている。
【０００５】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼以上の耐食性を有する溶接材料を得るには、Ｎｉ及びＮを適正量添加し、かつＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｕを適正範囲内に収めることで組織安定性を高め、耐食性を確保することが可能であるとの知見を得ることができ、溶接作業効率の大幅向上に繋がった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記に鑑み提案されたもので、ＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌ以上の耐孔食性を示す高耐食オーステナイト系ステンレス鋼を溶接する際に用いる、金属外皮中にフラックスを充填してなるワイヤにおいて、金属外皮及びフラックス中にワイヤ全重量に対して、
Ｃ  ：  ０      〜  ０．０３０重量％、
Ｓｉ：  ０．１  〜  １．５    重量％、
Ｍｎ：  ０．１  〜  １．５    重量％、
Ｐ  ：  ０      〜  ０．０１５重量％、
Ｓ  ：  ０      〜  ０．００５重量％、
Ｎｉ：１８．０  〜４３．０    重量％、
Ｃｒ：１８．０  〜２５．０    重量％、
Ｍｏ：  ２．０  〜  ９．０    重量％、
Ｔｉ：  ０      〜  １．０    重量％、
Ｃｕ：  ０      〜  １．５    重量％、
Ｎ  ：  ０．１０〜  ０．２５  重量％
を含有し、残部が造滓成分及びＦｅからなり、全溶着金属の化学成分がＣｒ＋３Ｍｏ＋２０Ｎ≧４０なる条件を満足することを特徴とする高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤに関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を具体的に説明する。
本発明に用いる合金成分及びガス成分は、主に全溶着金属の組織安定性、耐食性等を得ることを目的として金属外皮及びフラックス中に特定の割合量を含有させている。
以下に本発明の合金成分及びガス成分、並びにその含有量（率）の限定理由について説明する。
【０００８】
Ｃは、その含有量が多ければ、溶接時に炭化物が析出してマトリックス中のＣｒなどの有用な合金元素の含有量を低減させ、耐粒界腐食性等を劣化させる。従って、Ｃの含有量は０．０３０重量％以下とし、できるだけ少ないほうが良い。
【０００９】
Ｓｉは、アーク中でその大部分が酸化され、不完全な酸化物の形でスラグとなり、スラグの被り、スラグの剥離性を良くする効果があり、ワイヤ全重量に対して０．１重量％以上含有させる必要がある。一方、マトリックス中に固溶した金属Ｓｉは硫酸環境などに対する耐全面腐食性を向上させる効果があるが、Ｓｉの含有量が１．５重量％を超えると溶接時に金属間化合物（σ相など）の生成を促進し、溶接金属の耐食性及び靭性を損なう。従って、Ｓｉの含有量は０．１〜１．５重量％とする。
【００１０】
Ｍｎは、オーステナイト相の安定と高強度を得るための基本成分であるＮの溶解度を高くするため、及びマトリックス中のＳを固定し、耐高温割れ性を向上させるのに有用な元素であり、０．１重量％以上含有させる必要がある。しかし、Ｍｎの含有量が１．５重量％を超えると溶接金属の耐孔食性及び靭性の観点から好ましくない。従って、Ｍｎの含有量は０．１〜１．５重量％とする。
【００１１】
Ｐは、原料から不可避的に混入する好ましくない不純物である。０．０１５重量％は許容上限値であり、これ以下で少なければ少ないほど良い。即ち、Ｐの含有量が０．０１５重量％を超えると溶接金属の耐孔食性や靭性を損ない、高温割れ感受性を高める。
【００１２】
Ｓも、前記Ｐと同様に原料から不可避的に混入する不純物元素であり、その含有量が０．００５重量％を超えると溶接金属の耐孔食性を劣化させ高温割れ感受性を高める。従って、Ｓの含有量は０．００５重量％以下とし、できるだけ少ないほうが良い。
【００１３】
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、溶接時にσ相などの金属間化合物の析出を抑制し、靭性、耐孔食性を向上させるために１８．０重量％以上含有させる必要がある。しかし、過剰なＮｉの添加は溶接材料の価格上昇を招き、前記従来のＮｉ基溶接材料との価格差がなくなるため上限を４３．０重量％とする。従って、Ｎｉの含有量は１８．０〜４３．０重量％とする。
【００１４】
Ｃｒは、高級耐食ステンレス鋼として十分な耐食性を確保するために少なくとも１８．０重量％含有させる必要がある。しかし、Ｃｒの含有量が２５．０重量％を超えると溶接時にσ相などの金属間化合物の析出を助長し、靭性、耐孔食性を著しく損なう。従って、Ｃｒの含有量は１８．０〜２５．０重量％とする。
【００１５】
Ｍｏは、塩化物環境下での耐孔食性、耐隙間腐食性を向上させる元素であり、２．０重量％以上含有させる必要がある。しかし、Ｍｏの含有量が９．０重量％を超えると溶接時にσ相などの金属間化合物の析出を助長し、靭性、耐孔食性、耐隙間腐食性を損なう。従って、Ｍｏの含有量は２．０〜９．０重量％とする。
【００１６】
Ｔｉは、マトリックス中のＣと高い親和力を持ち、Ｍ23Ｃ6 型炭化物の析出を抑制するため、マトリックス中のＣｒなどの有用な元素の含有量低減を抑制することができる。また、強い脱酸作用を有しているため、溶融金属中の酸素量を減少させ、溶融金属の粘性を上げることができる。一方、Ｔｉはその強い脱酸作用のため、溶接時のスパッタの増加を招き、溶接作業性を悪化させるため、必要に応じて１．０重量％以下含有させることができる。
【００１７】
Ｃｕは、耐食性、特に硫酸などの酸に対する耐食性を向上させる元素として、必要に応じて添加することができる。また、Ｃｕは、還元性のｐＨ（ペーハー）の低い環境、例えば硫酸あるいは硫化水素を含む環境での耐食性を向上させる。しかし、Ｃｕの含有量が１．５重量％を超えると溶接金属の靭性を低下させるので、含有させる場合でもその量を１．５重量％以下とする。
【００１８】
Ｎは、オーステナイト相安定化元素の一つで、また耐孔食性を向上させ、溶接金属の強度を増加させる重要な元素である。しかし、Ｎの含有量が０．１０重量％以下ではその効果が不十分である。一方、Ｎの含有量が０．２５重量％を超えると、溶接時にブローホールなどの溶接欠陥を生じ易くなり、溶接金属の健全性を損なう。従って、Ｎの含有量は０．１０〜０．２５重量％とする。
【００１９】
本発明には、その他成分として良好な溶接金属外観、溶接作業性等を得ることを目的として、造滓成分をフラックス中に添加している。この造滓成分は、例えば、ルチール、チタン白、チタン酸カルシウム、イルミナイト、ジルコンサンド、珪灰石、カリ長石、ソーダ長石、ムライト、炭酸石灰、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸マンガン、炭酸リチウム、ホタル石、マグネシアクリンカー、焼成３２酸化マンガン、弗化ソーダ、弗化リチウム等が添加でき、これらの３種以上の混合物から成るものとする。また、Ｆｅはステンレス鋼の基本構成成分である。
【００２０】
本発明の金属外皮中もしくはフラックス中には、前記の特定成分以外にも必要に応じて次のような成分を本発明の要旨を逸脱しない範囲で添加することができる。
例えば、耐食性、組織安定性調整のためにＮｂ、Ｗ、Ａｌ、Ｂ、Ｃｏ等が添加できる。
【００２１】
また、本発明においては、以上の成分で設計されたフラックス入りワイヤの全溶着金属の化学成分が常温海水中での耐孔食性を付与するために、
Ｃｒ＋３Ｍｏ＋２０Ｎ≧４０
なる条件を満足することが必要である。
【００２２】
【実施例】
次に本発明を実施例で具体的に説明する。
実施例１〜６，比較例１〜１３
表１に示す化学成分組成のオーステナイト系ステンレス鋼からなる外皮用帯鋼Ａ〜Ｄ（ストリップ材：０．５０ｍｍ厚×１０ｍｍ幅）に、表２に示すそれぞれの成分組成の金属粉成分を内包し、直径１．２ｍｍに仕上げ伸線したステンレス鋼フラックス入りワイヤを製作した。
得られたワイヤを溶接した際の全溶着金属の化学成分、組織安定性、耐食性、溶接作業性及びワイヤ単価を次の方法で調査した。
【００２３】
［全溶着金属の化学成分］
全容着金属の化学成分分析は、ＪＩＳ  Ｚ  ３３２３の全溶着金属の化学成分分析方法に準拠して行った。結果は表４に示す。
【００２４】
［組織安定性］
組織安定性は、全溶着金属上にビードオンプレートにて溶接を行い、この溶接ビード断面部を１０％ＮａＯＨで電解エッチし、顕微鏡観察によりオーステナイト相以外の析出相の有無を確認した。その際、ブローホールの発生が確認された場合、析出相有りとして扱った。尚、試験ビード溶接時の試験板の温度は１００℃とした。
結果は表５に示すが、以下の判定基準により評価した結果を記載した。
○：完全オーステナイト相
×：オーステナイト相以外の析出相及びブローホール発生
【００２５】
［耐食性］
耐食性は、全溶着金属を用い、孔食試験にて評価を行った。試験条件、試験溶液を表３に示す。
結果は表５に示すが、試験片表面の孔食の発生の有無を１０倍で確認し、以下の判定基準により評価した結果を記載した。
○：孔食の発生無し
×：孔食の発生有り
【００２６】
［溶接作業性］
溶接作業性は、板厚６ｍｍのＳＵＳ３１７Ｊ４Ｌを用い、ビードオンプレート溶接を行い、スパッタ発生の有無を以下の基準で調べた。
結果は表５に示すが、以下の判定基準により評価した結果を記載した。
○：母材に付着したスパッタの直径が０．５ｍｍ以下
×：母材に付着したスパッタの直径が０．５ｍｍ以上のものあり
【００２７】
［ワイヤ単価］
ワイヤの単価はインコネル６２５系フラックス入りワイヤと比較した。
結果は表５に示すが、以下の判定基準により評価した結果を記載した。
○：インコネル６２５系フラックス入りワイヤの２／３以下
×：インコネル６２５系フラックス入りワイヤの２／３以上
尚、試験片溶接時の溶接条件は、溶接電流２００Ａ、溶接電圧３２Ｖで、シールドガスに１００％ＣＯ2 を用い、流量は２０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００２８】
【表１】
0003889903.tif 000002
【００２９】
【表２】
0003889903.tif 000003
【００３０】
【表３】
0003889903.tif 000004
【００３１】
【表４】
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【００３２】
【表５】
0003889903.tif 000006
【００３３】
表５より本発明の高耐食オーステナイト系ステンレス鋼用フラックス入りワイヤである実施例１〜６はいずれも析出相は確認されず、良好な耐食性を有しており、スパッタの発生も少なく、従来のＮｉ基合金ワイヤよりも低価格でワイヤ提供ができる。
これに対し、表１、表２、及び表５より比較例１は、Ｔｉが高すぎるためスパッタが多い。比較例３はＮが高すぎるため、ブローホールが発生しており、また、固溶しきれない窒素が外部に大量に放出されるため、スパッタが多い。比較例２，７，９はそれぞれＮが低いため、Ｃｒが低いため、Ｍｏが低いため、全溶着金属の化学成分がＣｒ＋３Ｍｏ＋２０Ｎ≧４０の条件を満たせず、耐食性が悪い。また、比較例４、６、１０、１１、１２、１３は全溶着金属の化学成分がＣｒ＋３Ｍｏ＋２０Ｎ≧４０の条件は満たしているが、それぞれＣｕが高いため、Ｎｉが低いため、Ｍｏが高いため、Ｃｒが高いため、Ｍｎが高いため、Ｓｉが高いため組織中に析出相がでており、これを起点とし腐食が発生し、耐食性が悪い。比較例５はＣが高いため、粒界に炭化物が析出しやすく、粒界の耐食性が悪い。比較例８は、組織安定性、耐食性、溶接作業性に優れるが、Ｎｉが高いためワイヤ単価がＮｉ基合金とほぼ同じであり、高価な溶接材料となってしまう。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の高耐食ステンレス鋼用フラックス入りワイヤは、ＳＵＳ３１７Ｊ５Ｌ等に代表される高耐食オーステナイト系ステンレス鋼以上の耐食性を有し、組織安定性に優れ、かつＮｉ基合金溶接材料に比べ非常に安価で、かつ、高能率な溶接作業が可能である。