JP3720210B2 - 耐隙間腐食性に優れた高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オ−ステナイト系ステンレス鋼をベースにＭｏ、Ｃｕ、Ｎ等を添加した高耐食ステンレス鋼を溶接するに当たり、母材と同等に耐食性、特に耐隙間腐食性の優れた溶接金属を得ることができる高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐食性の要求される環境で使用されるオーステナイト系ステンレス鋼はＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、等の添加量の違いにより、ＪＩＳで規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｌ、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７等、種々の鋼種があり、その使用環境に応じて鋼種が選択されている。それらのステンレス鋼を溶接するに当たっては特開昭５８−２０５６９６号公報、特開昭６２−６８６９６号公報に開示されている様な３０８、３１６、３０８Ｌ、３１６Ｌ系の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や、特開平９−１５０２９５号公報に開示されている様な３４７系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が使用されている。
【０００３】
近年、製鋼技術および圧延技術の進歩により高Ｍｏ化し耐孔食性、耐隙間腐食性に優れ、更に、硫酸環境下の耐食性向上のため、Ｃｕを添加した高耐食ステンレス鋼が開発されている。この様な成分系の溶接材料として、特開平１−９５８９５号公報のＴＩＧおよびプラズマ溶接線材や特開平３−８６３９２号公報のフラックス入りワイヤが開示されているが、硫酸濃度の高い環境下では溶接金属の耐食性が不十分であった。また、火力ボイラーの煙突等、硫酸濃度が高く温度変化のある環境下では、停止時は温度が低下しているため煙突内壁表面に硫酸水が結露し全面腐食が生じ、稼動時は煙突内の温度が高くなり、前記した結露水が蒸発し、煙突内壁の付着物の隙間に硫酸物が残りそこから隙間腐食が生じるという問題があった。特開平６−２９７１８７号公報に高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが開示されているが、全面腐食性は満足するものの、耐隙間腐食性が不十分であった。そこで、高濃度の硫酸環境下でも良好な耐食性、特に耐隙間腐食性を有する、高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤが強く望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を鑑みて、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ等を添加したオーステナイト系ステンレス鋼、高耐食ステンレス鋼の溶接において、高濃度の硫酸環境下でも良好な耐食性、特に耐隙間腐食性を有する溶接金属の得られる高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入り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】
本発明は、前記課題を解決するためになされたのぼであり、その要旨とするところは、以下の通りである。
【０００６】
オーステナイト系ステンレス鋼からなる外皮に、フラックスを充填してなる高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、外皮およびフラックスの全ワイヤに対して、重量％で、
Ｃ ：０．０２５％以下、
Ｍｎ：０．５０〜１．５％、
Ｃｒ：２１．５〜２５．５％、
Ｎｉ：１５〜１９％、
Ｍｏ：６．７％超、９．７％以下、
Ｃｕ：０．６〜１．２％、
Ｎ ：０．１〜０．２５％
を含有し、かつ上記の成分組成が下式を満足し、フラックスにはスラグ剤および脱酸剤のうち少なくともスラグ剤を含有することを特徴とする耐隙間腐食性に優れた高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
【０００７】
Ｃｒ＋０．４Ｎｉ＋２．７Ｍｏ＋Ｃｕ＋１８．７Ｎ≧５０
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のフラックス入りワイヤはワイヤ全体における成分を規定するものであり、外皮、フラックスのいずれから成分を添加してもよい。しかし、Ｎｉ、Ｃｒはその分量が多く、フラックスからのみ添加するのは困難であるので外皮にオーステナイト系ステンレス鋼を使用する。
以下に本発明において各成分等の範囲を限定した理由を述べる。
【０００９】
Ｃ：Ｃは溶接金属の強度を向上させると共に、オーステナイト生成元素として添加する必要がある元素であるが、ＣはＣｒ炭化物を生成して耐食性を低下させる元素でもあるので、０．０２５％以下にする必要がある。０．０２５％以下であれば耐食性を大きく低下させることはなかった。
【００１０】
Ｍｎ：Ｍｎは脱酸およびオーステナイト生成元素として必要な元素であり、それを確保するには０．５％以上添加する必要がある。しかし１．５％を越えて添加してもその効果は顕著に現れない、従って０．５〜１．５％とした。
【００１１】
Ｃｒ：Ｃｒは溶接金属の耐食性と強度の確保のため必要な元素であり、それを確保するには２１．５％以上添加する必要がある。しかし２５．５％を越えて添加しても耐食性に与える効果は顕著に現れないばかりか、溶接金属の組織バランスが崩れ、オーステナイト生成元素を多量に添加しなければならなくなり、経済的に高価になる。従って２１．５〜２５．５％とした。
【００１２】
Ｎｉ：Ｎｉはオーステナイト組織を安定に生成させ、耐食性を向上するに必要な元素であり、それを確保するには１５％以上添加する必要がある。しかし１９％を越えて添加してもその効果は顕著に現れないばかりか、経済的に高価となるため１５〜１９％とした。
【００１３】
Ｍｏ：Ｍｏは溶接金属の耐食性を得るのに極めて有効な元素であって強度を得るのにも必要であり、耐全面腐食性を向上させると共に、特に耐隙間腐食性の向上効果を顕著に得るために６．７％より多く添加する必要がある。しかし、９．７％を越えて添加してもその効果は顕著に現れず、又、経済的に高価となるため６．７％超、９．７％以下とした。
【００１４】
Ｃｕ：ＣｕはＭｏと同様に溶接金属の耐食性を得るのに極めて有効な元素であり、又、耐硫酸性の観点から０．６％以上添加する必要がある。しかし、１．２％を越えて添加してもその効果は顕著に現れないため０．６〜１．２％とした。
【００１５】
Ｎ：ＮはＭｏ、Ｃｕと同様に溶接金属の耐食性を得るのに極めて有効な元素であって、又、耐隙間腐食性および強度を向上させるに必要な元素であり、またオーステナイト組織を生成させる。その効果を得るには０．１％以上添加する必要がある。しかし、０．２５％を越えて添加すると耐食性並びに耐隙間腐食性の効果が顕著に現れないばかりか、強度が過剰となる。又、溶接金属内にブローホールが発生しやすくなるので０．１〜０．２５％とした。
【００１６】
本発明のワイヤはフラックスにスラグ剤および脱酸剤のうち少なくともスラグ剤を含有させる。
スラグ剤とは、立向姿勢等技量を要する溶接姿勢で溶接を行う場合、溶接時に発生するスラグによりメタル垂れを防止し溶接作業性を良好にするために添加するもので、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ等の金属酸化物やＮａＦ、ＣａＦ、ＭｇＦ等のフッ化物やＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３等の金属炭酸塩等から構成されているものである。
【００１７】
またフラックス中の脱酸剤とは、脱酸反応を示す金属元素を添加することにより、溶接金属の酸素レベルを低下させる目的で使用するもので、金属元素としてはＴｉ、Ｆｅ−Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｓｉ等を添加することができる。
【００１８】
更に、本発明では、高濃度の硫酸環境下で優れた耐全面腐食性と共に、特に耐隙間腐食性を顕著に向上させるために以下の（１）式を満たすことが好ましい。
Ｃｒ＋０．４Ｎｉ＋１．７Ｍｏ＋Ｃｕ＋１８．７Ｎ≧５０ ・・・・（１）
（１）式を満たさないと高濃度の硫酸環境下で耐隙間腐食性を向上させる効果が顕著に現れない。
【００１９】
以上が発明のフラックス入りワイヤの要件とする成分組成であるが、上記成分は、個々に単独に使用してもその効果は得られず、併用して使用することにより、その効果を得るものである。
【００２０】
本発明のオ−ステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを製造する方法としては、たとえば、外皮を帯鋼から管状に成形する場合には、配合、攪拌した充填フラックスをＵ形に成形した溝に満たした後丸形に成形して、所定のワイヤ径にまで伸線し、必要に応じて１００〜５００℃で３０分以上乾燥する。
【００２１】
また、外皮がパイプの場合は、巻回したパイプを振動させつつ一端からフラックスを流し込み充填するが、充填フラックスを混合、攪拌したままの粉末で充填すると、充填がスムーズに行われず、不均一になったり、途中でつまって充填不可能になり、均一な充填が難しい。これに対し充填フラックスを珪酸ソーダや珪酸カリの水ガラスで湿式混合し、粒状にすることによって充填フラックスの流動性が良くなり、充填がスムーズに行われ均一な充填ができる。珪酸ソーダや珪酸カリの水ガラスの添加量は、本発明のフラックス組成の場合、フラックス１００ｋｇに対して３〜５リットル程度で充分である。充填を行った後、所定のワイヤ径まで伸線する。
【００２２】
【実施例】
本発明のフラックス入りワイヤとは、図１（ａ）〜（ｄ）にその一例を示す様な断面形状のワイヤであり、パイプあるいは帯鋼からなる外皮１によって、フラックス２を被包したものであり、同図（ｂ）〜（ｄ）の如く継ぎ目３を有するもの、あるいは同図（ａ）の様な継ぎ目のないものでもよい。外皮としては表１に示すようなオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。
【００２３】
以下に実施例にて本発明の効果を具体的に説明する。
表１に示す外皮を用いて、表２に示す供試ワイヤを作製した。そして、その供試ワイヤを用いて、図２に示す様な板厚Ｔ＝６ｍｍ、開先角度θ＝６０゜の開先形状、および表３に示す成分組成を有する供試鋼板に、溶接電流２００Ａ、溶接電圧３１Ｖ、溶接速度３５ｃｍ／ｍｉｎ、シールドガス：１００％ＣＯ_２の溶接条件で下向き溶接を行った。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【表３】

【００２７】
次に、図３（斜線部）に示す様な位置から全面腐食試験片（幅ｗ＝１０ｍｍ、長さｌ＝３０ｍｍ、板厚ｔ＝５ｍｍ）および間隙腐食試験片（幅ｗ＝２０ｍｍ、長さｌ＝３０ｍｍ、板厚ｔ＝３ｍｍ、中央部６ｍｍ径の穴有り）を採取し、全面腐食試験および間隙腐食試験を行った。
【００２８】
全面腐食試験は、５０％ＳＯ_４ ^2-＋０．１％Ｃｌ^-＋０．１％Ｆｅ³⁺、８０℃ の環境下で６時間浸し試験を行い、腐食減量を測定し腐食性評価を行った。その結果として、表４に母材と比較してほぼ同等の腐食減量を示したものの全面腐食性を○とした。
【００２９】
隙間腐食性試験は、試験片を３０％ＨＮＯ_３、３０℃の溶液に約１時間浸し不動態化処理を行った後、隙間面を研磨して板と板を張り合わせて隙間部分を作製し、６．５％ＳＯ_４ ^2-＋０．０３５％Ｆ^-＋２．０％Ｃｌ^-、８０℃、ｐＨ３．００、Ａｒで脱気した高硫酸電解溶液の環境下で隙間腐食試験を実施し、最大隙間腐食深さ（μｍ）を測定して腐食性の評価を行った。一般に言われる臨界隙間腐食深さは、最大値で４０μｍ以下であれば、非成長性であるので耐食的であり、実用可能であると考えられている。
【００３０】
これらの結果を表４に示す。表４中の母材は表３に示した成分のものである。表２および表４において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７が本発明例であり、Ｎｏ．８は〜Ｎｏ．１６が比較例である。Ｎｏ．８は本発明範囲に比べてＣが高く、Ｎｏ．９はＭｎが高く、Ｎｏ．１０はＮｉが低く、 Ｎｏ．１１はＣｒが低く、 Ｎｏ．１２はＭｏが高く、 Ｎｏ．１３はＣｕが高く、 Ｎｏ．１４はＮが高く、Ｎｏ．１５はＣｒ＋０．４Ｎｉ＋２．７Ｍｏ＋Ｃｕ＋１８．７Ｎの値が５０よりも低く、Ｎｏ．１６はＭｏが低い比較例である。
【００３１】
【表４】

【００３２】
表２および表４から明らかなように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の本発明例は、いずれも本発明の成分範囲および（１）式（Ｃｒ＋０．４Ｎｉ＋２．７Ｍｏ＋Ｃｕ＋１８．７Ｎ≧５０）を満足し、全面腐食性と共に耐隙間腐食性も良好な値を示している。
これに対して、比較例であるＮｏ．８〜Ｎｏ．１６は、母材とほぼ同等の腐食減量（６．５〜７ｇ／ｍ²・ｈｒ）を示し全面腐食性は良好であるものの、最大 隙間腐食深さが４０μｍ以上であり、隙間腐食性の劣化が認められた。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明フラックス入りワイヤは、オーステナイト系ステンレス鋼をベースにＭｏ、Ｃｕ、Ｎ等を添加した高耐食ステンレス鋼の溶接において、母材とほぼ同等の全面耐腐食性と共に耐隙間腐食性が得られるフラックス入りワイヤを提供することが可能なるため、排煙脱硫装置等の耐硫酸性が要求される構造物の健全性に大きく貢献できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】各種フラックス入りワイヤの断面形状
【図２】溶接部の腐食試験用試験板の開先形状を示す断面図
【図３】溶接部の腐食試験片採取位置を示す断面図
【符号の説明】
１ 外皮
２ 充填フラックス
３ 継ぎ目
θ 開先角度
Ｔ 試験板板厚
ｔ 腐食試験片板厚

Claims (1)

1. オーステナイト系ステンレス鋼からなる外皮に、フラックスを充填してなる高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいて、外皮およびフラックスの全ワイヤに対して、重量％で、
   Ｃ ：０．０２５％以下、
   Ｍｎ：０．５０〜１．５％、
   Ｃｒ：２１．５〜２５．５％、
   Ｎｉ：１５〜１９％、
   Ｍｏ：６．７％超、９．７％以下、
   Ｃｕ：０．６〜１．２％、
   Ｎ ：０．１〜０．２５％
   を含有し、かつ上記の成分組成が下式を満足し、フラックスにはスラグ剤および脱酸剤のうち少なくともスラグ剤を含有することを特徴とする耐隙間腐食性に優れた高耐食ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ。
   Ｃｒ＋０．４Ｎｉ＋２．７Ｍｏ＋Ｃｕ＋１８．７Ｎ≧５０

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