JPS649919B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS649919B2 JPS649919B2 JP8771583A JP8771583A JPS649919B2 JP S649919 B2 JPS649919 B2 JP S649919B2 JP 8771583 A JP8771583 A JP 8771583A JP 8771583 A JP8771583 A JP 8771583A JP S649919 B2 JPS649919 B2 JP S649919B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- welding
- toughness
- extremely low
- equivalent
- low temperatures
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550°C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/3066—Fe as the principal constituent with Ni as next major constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明はオーステナイト系ステンレン鋼用被覆
アーク溶接棒に係り、特に超電導磁石容器等の極
低温で使用される溶接構造物において高強度・高
靭性の溶接部を形成するのに好適な被覆アーク溶
接棒に関する。 〔発明の背景〕 本発明では液体水素温度（20.2K）及び液体ヘ
リウム温度（4.2K）のような絶対零度近傍の温
度を極低温と呼ぶことにする。 液体窒素、液体酸素、液体天然ガス等の低温液
体を運搬及び貯蔵する容器用材料としては９％
Ni鋼が比較的多く使用されている。９％Ni鋼は
上述の低温液体の温度では十分な靭性を有する
が、絶対零度近傍の極低温では不十分である。こ
のため極低温用構造物ではさらに高靭性のオース
テナイト系ステンレス鋼が使用されている。その
溶接にはD308、D308L、D316及びD316L系の被
覆アーク溶接棒が適用されている。これらの溶接
棒は溶接割れを防止するためにデルタ・フエライ
トが数％以上晶出するように成分調整されている
のが一般的であるが、デルタ・フエライトをほと
んど晶出しないものも開発されている。デルタ・
フエライトを晶出すると極低温での靭性を損い、
特に超電導応用の構造物では非磁性が要求される
が、これを満足できないためである。しかし、従
来の完全オーステナイト系溶接棒では溶接高温割
れ感受性が高く、極低温での靭性も必ずしも十分
ではないという欠点があつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、溶接高温割れ感受性が低く、
かつ極低温で靭性の高い、オーステナイト系ステ
ンレス鋼用被覆アーク溶接棒を提供することにあ
る。 〔発明の概要〕 本発明は、重量でC0.05〜0.10％、Si0.1〜0.4
％、Mn5〜７％、Ni15〜25％、Cr16〜18％、
Mo2〜４％、P0.02％以下、S0.005％以下及び残
部Feからなる金属成分を有することを特徴とす
るオーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶
接棒にある。 即ち、本発明は、Niが極低温でのオーステナ
イト組織の安定性と靭性を高める効果を利用し溶
着金属中のNi当量をCr当量より大きくし、Ni当
量とCr当量の比（Ni当量／Cr当量）を以下の式
によつて算出されるDelong式で1.1〜1.5とし、全
オーステナイト相となるように調整することが好
ましい。 〔Ni当量＝30×Ｃ（重量％） ＋Ni（重量％）＋0.5×Mn（重量％） Cr当量＝Cr（重量％）＋Mo（重量％） ＋1.5×Si（重量％）〕 本発明の被覆アーク溶接棒による溶着金属は超
電導応用の構造物に使用する場合には、非磁性と
極低温での高靭性が要求され、完全オーステナイ
ト組織を有する合金組成を選ぶべきである。 Ｃはオーステナイトを安定化させ、かつ極低温
での強度を得るために0.05％以上とする。0.1％
を超えると極低温での靭性を損うので、0.05〜
0.1％とする。 Siは脱酸元素として0.1％以上の添加により効
果を示すが、0.4％を越えると極低温での靭性を
低下させるので、0.1〜0.4％とする。特に、0.25
〜0.35％が好ましい。 Mnは本発明では重要なオーステナイトを安定
化させ、また、溶接高温割れを抑える元素として
５％以上の添加が必要であるが、７％を越えると
極低温での靭性を低下させるので５〜７％とす
る。 Niはオーステナイトを安定化させ、かつ極低
温での靭性を高めるために15％以上とする。25％
を越えても顕著な効果は得られないので、15〜25
％とする。特に20〜25％が好ましい。 Crは耐食性と極低温での強度を高めると共に
オーステナイトの安定化のために16％以上とす
る。18％を越えると極低温での靭性を低下させる
ので16〜18％とする。 Moは耐食性及び極低温での引張性質の向上、
溶接高温割れを抑えるのに２％以上添加される。
４％を越えるとデルタ・フエライトを生成し極低
温での靭性を低下させるので、２〜４％とする。 Ｐ、Ｓは不可避的不純物として溶着金属に含有
されるが、その凝固の際、粒界に低融点共晶を生
成するため、収縮歪の作用のもとに割れを生じ、
これが溶接高温割れの原因となる。特に本発明で
はMnを多量に含みＳと反応してMnSを形成し介
在物となり、極低温での靭性を損う。そこで、Ｐ
は0.02％以下及びＳは0.005％以下とする。 この他に被覆アーク溶接棒には脱酸剤として
Al、Ti、及びZr、脱Ｐ、脱Ｓ剤として希土類元
素が添加される。これらの微量添加は溶着金属の
極低温での靭性の向上と溶接高温割れの防止に効
果的であるが、これらの過剰の添加ではかえつて
前記性能を阻害するので、全溶着金属中には総和
量で0.1％以下とする。 一方、Ni当量とCr当量の比は1.1以下ではデル
タフエライトを含むものでは4.2Kにおける靭性
が低下し、含まないものでも溶接高温割れ感受性
が高くなる。また、その比を1.5以上にしても吸
収エネルギー値が飽和し顕著な成果が得られな
い。したがつて、Ni当量とCr当量の比は1.1〜1.5
が好ましい。 〔実施例〕 第１表は本発明及び従来の被覆アーク溶接棒に
おける溶着金属の化学組成（重量％）とNi当量
とCr当量の比を示す。表中のNi当量とCr当量は
前述のDelongの式により計算した値である。Ni
当量とCr当量の比は比較用溶接棒で0.64〜1.09及
び本発明用溶接棒では1.10〜1.49である。 比較用の被覆アーク溶接棒は市販のJIS規格
D308棒、D316棒、18Cr−13Ni−7Mn−1Mo棒及
び19Cr−16Ni−5Mn−3Mo棒のである。本発明
のものは、D316棒及び18Cr−15Ni−7Mn−1Mo
棒の各芯線を使用し、ライムチタニア系のフラツ
クスを使つた被覆剤を施し、Ｃ、Mn、Ni、Mo
の粉末をフラツクスに混合して製作した被覆アー
ク溶接棒である。第１表の溶着金属の化学組成は
被覆アーク溶接棒の金属成分における化学組成と
ほぼ同一である。 被溶接材としてJIS規格SUS304鋼板（16×125
×200mm）端面に各溶接棒で２層肉盛溶接した後、
開先間隙10mmとして45度Ｖ開先に肉盛溶接部を対
向させるように突合せ溶接継手を製作した。従つ
て突合せ溶接部の溶着金属は母材による稀釈は全
く受けていない。溶接棒は直径４mm、溶接条件は
電流140A、電圧24V、溶接速度140mm/minとし、
極性は棒プラスの直流溶接を適用した。このよう
にして得られた溶接金属について化学成分とデル
タフエライト量の測定及び77K、4.2Kにおけるシ
ヤルピー衝撃試験と4.2Kにおける引張試験を実
施した。試験温度4.2Kにおける衝撃試験では、
JISZ3172に規定されている11号試験片を二重ガ
ラス容器に封入し、この容器内に液体ヘリウムを
満たした状態で衝撃荷重を加え、その吸収エネル
ギーを求めた。試験温度77Kの衝撃試験では前記
と同一形状の試験片を液体窒素中に30分以上浸漬
させた後、試験片を取り出して衝撃荷重を加え
た。引張試験では直径4.5mm、平行部長さ20mmの
試験片を液体ヘリウムを満たしたクライオスタツ
ト中に浸漬した状態で実施し、0.2％耐力と引張
強さを求めた。 さらに、溶接高温割れ試験を実施した。
SUS304鋼板（12×120×200mm）端面に各溶接棒
で３層肉盛溶接し、肉盛溶接部を機械仕上げした
後、肉盛溶接部を対向させるように開先間隙2.5
mmとして突合せ、JISZ3155規定されるＣ型ジグ
拘束突合せ溶接割れを試験を実施した。使用した
溶接棒の直径、溶接条件及び極性は前記のものと
同様である。 第２表は本発明及び従来の被覆アーク溶接棒に
おける溶着金属のデルタフエライト量、溶接高温
割れ率、77K、4.2Kにおける吸収エネルギ、4.2K
における0.2％耐力及び引張強さの測定結果であ
る。表中の記号は第１表に示した溶接棒の記号を
示す。溶接高温割れはすべて溶接クレータ割れで
あつた。 比較用溶接棒において、デルタフエライトを含
むものは溶接高温割れが０％であるが、4.2Kに
おける吸収エネルギが極めて低く、デルタフエラ
イトを含まず溶接高温割れが５〜６％と低い溶接
高温割れ感受性を示すものは4.2Kにおける吸収
エネルギが５Kgｆ・ｍ以下であり、4.2Kにおけ
る吸収エネルギが7.2Kgｆ・ｍと高いものでは高
温割れ率が20％以上と高い溶接高温割れ感受性を
呈している。 一方、本発明の溶接棒はデルタフエライトを全
く含まない完全オーステナイトである溶接棒であ
るが、溶接高温割れ率が０〜５％と溶接高温割れ
感受性が低く、かつ77K、4.2Kにおける吸収エネ
ルギは従来のものより高く、特に4.2Kにおいて
６〜８Kgｆ・ｍの高い吸収エネルギを有してい
る。 さらに、本発明の実施例によれば、4.2Kにお
ける0.2％耐力と引張強さも従来のものと同等あ
るいはそれ以上であり、高強度、高靭性の極低温
溶接構造物が得られる。
アーク溶接棒に係り、特に超電導磁石容器等の極
低温で使用される溶接構造物において高強度・高
靭性の溶接部を形成するのに好適な被覆アーク溶
接棒に関する。 〔発明の背景〕 本発明では液体水素温度（20.2K）及び液体ヘ
リウム温度（4.2K）のような絶対零度近傍の温
度を極低温と呼ぶことにする。 液体窒素、液体酸素、液体天然ガス等の低温液
体を運搬及び貯蔵する容器用材料としては９％
Ni鋼が比較的多く使用されている。９％Ni鋼は
上述の低温液体の温度では十分な靭性を有する
が、絶対零度近傍の極低温では不十分である。こ
のため極低温用構造物ではさらに高靭性のオース
テナイト系ステンレス鋼が使用されている。その
溶接にはD308、D308L、D316及びD316L系の被
覆アーク溶接棒が適用されている。これらの溶接
棒は溶接割れを防止するためにデルタ・フエライ
トが数％以上晶出するように成分調整されている
のが一般的であるが、デルタ・フエライトをほと
んど晶出しないものも開発されている。デルタ・
フエライトを晶出すると極低温での靭性を損い、
特に超電導応用の構造物では非磁性が要求される
が、これを満足できないためである。しかし、従
来の完全オーステナイト系溶接棒では溶接高温割
れ感受性が高く、極低温での靭性も必ずしも十分
ではないという欠点があつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、溶接高温割れ感受性が低く、
かつ極低温で靭性の高い、オーステナイト系ステ
ンレス鋼用被覆アーク溶接棒を提供することにあ
る。 〔発明の概要〕 本発明は、重量でC0.05〜0.10％、Si0.1〜0.4
％、Mn5〜７％、Ni15〜25％、Cr16〜18％、
Mo2〜４％、P0.02％以下、S0.005％以下及び残
部Feからなる金属成分を有することを特徴とす
るオーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶
接棒にある。 即ち、本発明は、Niが極低温でのオーステナ
イト組織の安定性と靭性を高める効果を利用し溶
着金属中のNi当量をCr当量より大きくし、Ni当
量とCr当量の比（Ni当量／Cr当量）を以下の式
によつて算出されるDelong式で1.1〜1.5とし、全
オーステナイト相となるように調整することが好
ましい。 〔Ni当量＝30×Ｃ（重量％） ＋Ni（重量％）＋0.5×Mn（重量％） Cr当量＝Cr（重量％）＋Mo（重量％） ＋1.5×Si（重量％）〕 本発明の被覆アーク溶接棒による溶着金属は超
電導応用の構造物に使用する場合には、非磁性と
極低温での高靭性が要求され、完全オーステナイ
ト組織を有する合金組成を選ぶべきである。 Ｃはオーステナイトを安定化させ、かつ極低温
での強度を得るために0.05％以上とする。0.1％
を超えると極低温での靭性を損うので、0.05〜
0.1％とする。 Siは脱酸元素として0.1％以上の添加により効
果を示すが、0.4％を越えると極低温での靭性を
低下させるので、0.1〜0.4％とする。特に、0.25
〜0.35％が好ましい。 Mnは本発明では重要なオーステナイトを安定
化させ、また、溶接高温割れを抑える元素として
５％以上の添加が必要であるが、７％を越えると
極低温での靭性を低下させるので５〜７％とす
る。 Niはオーステナイトを安定化させ、かつ極低
温での靭性を高めるために15％以上とする。25％
を越えても顕著な効果は得られないので、15〜25
％とする。特に20〜25％が好ましい。 Crは耐食性と極低温での強度を高めると共に
オーステナイトの安定化のために16％以上とす
る。18％を越えると極低温での靭性を低下させる
ので16〜18％とする。 Moは耐食性及び極低温での引張性質の向上、
溶接高温割れを抑えるのに２％以上添加される。
４％を越えるとデルタ・フエライトを生成し極低
温での靭性を低下させるので、２〜４％とする。 Ｐ、Ｓは不可避的不純物として溶着金属に含有
されるが、その凝固の際、粒界に低融点共晶を生
成するため、収縮歪の作用のもとに割れを生じ、
これが溶接高温割れの原因となる。特に本発明で
はMnを多量に含みＳと反応してMnSを形成し介
在物となり、極低温での靭性を損う。そこで、Ｐ
は0.02％以下及びＳは0.005％以下とする。 この他に被覆アーク溶接棒には脱酸剤として
Al、Ti、及びZr、脱Ｐ、脱Ｓ剤として希土類元
素が添加される。これらの微量添加は溶着金属の
極低温での靭性の向上と溶接高温割れの防止に効
果的であるが、これらの過剰の添加ではかえつて
前記性能を阻害するので、全溶着金属中には総和
量で0.1％以下とする。 一方、Ni当量とCr当量の比は1.1以下ではデル
タフエライトを含むものでは4.2Kにおける靭性
が低下し、含まないものでも溶接高温割れ感受性
が高くなる。また、その比を1.5以上にしても吸
収エネルギー値が飽和し顕著な成果が得られな
い。したがつて、Ni当量とCr当量の比は1.1〜1.5
が好ましい。 〔実施例〕 第１表は本発明及び従来の被覆アーク溶接棒に
おける溶着金属の化学組成（重量％）とNi当量
とCr当量の比を示す。表中のNi当量とCr当量は
前述のDelongの式により計算した値である。Ni
当量とCr当量の比は比較用溶接棒で0.64〜1.09及
び本発明用溶接棒では1.10〜1.49である。 比較用の被覆アーク溶接棒は市販のJIS規格
D308棒、D316棒、18Cr−13Ni−7Mn−1Mo棒及
び19Cr−16Ni−5Mn−3Mo棒のである。本発明
のものは、D316棒及び18Cr−15Ni−7Mn−1Mo
棒の各芯線を使用し、ライムチタニア系のフラツ
クスを使つた被覆剤を施し、Ｃ、Mn、Ni、Mo
の粉末をフラツクスに混合して製作した被覆アー
ク溶接棒である。第１表の溶着金属の化学組成は
被覆アーク溶接棒の金属成分における化学組成と
ほぼ同一である。 被溶接材としてJIS規格SUS304鋼板（16×125
×200mm）端面に各溶接棒で２層肉盛溶接した後、
開先間隙10mmとして45度Ｖ開先に肉盛溶接部を対
向させるように突合せ溶接継手を製作した。従つ
て突合せ溶接部の溶着金属は母材による稀釈は全
く受けていない。溶接棒は直径４mm、溶接条件は
電流140A、電圧24V、溶接速度140mm/minとし、
極性は棒プラスの直流溶接を適用した。このよう
にして得られた溶接金属について化学成分とデル
タフエライト量の測定及び77K、4.2Kにおけるシ
ヤルピー衝撃試験と4.2Kにおける引張試験を実
施した。試験温度4.2Kにおける衝撃試験では、
JISZ3172に規定されている11号試験片を二重ガ
ラス容器に封入し、この容器内に液体ヘリウムを
満たした状態で衝撃荷重を加え、その吸収エネル
ギーを求めた。試験温度77Kの衝撃試験では前記
と同一形状の試験片を液体窒素中に30分以上浸漬
させた後、試験片を取り出して衝撃荷重を加え
た。引張試験では直径4.5mm、平行部長さ20mmの
試験片を液体ヘリウムを満たしたクライオスタツ
ト中に浸漬した状態で実施し、0.2％耐力と引張
強さを求めた。 さらに、溶接高温割れ試験を実施した。
SUS304鋼板（12×120×200mm）端面に各溶接棒
で３層肉盛溶接し、肉盛溶接部を機械仕上げした
後、肉盛溶接部を対向させるように開先間隙2.5
mmとして突合せ、JISZ3155規定されるＣ型ジグ
拘束突合せ溶接割れを試験を実施した。使用した
溶接棒の直径、溶接条件及び極性は前記のものと
同様である。 第２表は本発明及び従来の被覆アーク溶接棒に
おける溶着金属のデルタフエライト量、溶接高温
割れ率、77K、4.2Kにおける吸収エネルギ、4.2K
における0.2％耐力及び引張強さの測定結果であ
る。表中の記号は第１表に示した溶接棒の記号を
示す。溶接高温割れはすべて溶接クレータ割れで
あつた。 比較用溶接棒において、デルタフエライトを含
むものは溶接高温割れが０％であるが、4.2Kに
おける吸収エネルギが極めて低く、デルタフエラ
イトを含まず溶接高温割れが５〜６％と低い溶接
高温割れ感受性を示すものは4.2Kにおける吸収
エネルギが５Kgｆ・ｍ以下であり、4.2Kにおけ
る吸収エネルギが7.2Kgｆ・ｍと高いものでは高
温割れ率が20％以上と高い溶接高温割れ感受性を
呈している。 一方、本発明の溶接棒はデルタフエライトを全
く含まない完全オーステナイトである溶接棒であ
るが、溶接高温割れ率が０〜５％と溶接高温割れ
感受性が低く、かつ77K、4.2Kにおける吸収エネ
ルギは従来のものより高く、特に4.2Kにおいて
６〜８Kgｆ・ｍの高い吸収エネルギを有してい
る。 さらに、本発明の実施例によれば、4.2Kにお
ける0.2％耐力と引張強さも従来のものと同等あ
るいはそれ以上であり、高強度、高靭性の極低温
溶接構造物が得られる。
【表】
【表】
以上の通り本発明に係るオーステナイト系ステ
ンレス鋼用被覆アーク溶接棒によつて得られる溶
着金属は、完全オーステナイト組織が得られ、溶
接高温割れ感受性が低く、かつ極低温での靭性が
高いので、特に非磁性が要求される超電導磁石容
器などの極低温溶接構造物に好適である。
ンレス鋼用被覆アーク溶接棒によつて得られる溶
着金属は、完全オーステナイト組織が得られ、溶
接高温割れ感受性が低く、かつ極低温での靭性が
高いので、特に非磁性が要求される超電導磁石容
器などの極低温溶接構造物に好適である。
Claims (1)
- １ 重量で、C0.05〜0.10％、Si0.1〜0.4％、Mn5
〜７％、Ni15〜25％、Cr16〜18％、Mo2〜４％、
P0.02％以下、S0.005％以下及び残部がFeからな
る金属成分を有することを特徴とするオーステナ
イト系ステンレン鋼用被覆アーク溶接棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8771583A JPS59215296A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | オーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8771583A JPS59215296A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | オーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59215296A JPS59215296A (ja) | 1984-12-05 |
| JPS649919B2 true JPS649919B2 (ja) | 1989-02-20 |
Family
ID=13922596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8771583A Granted JPS59215296A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | オーステナイト系ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59215296A (ja) |
-
1983
- 1983-05-20 JP JP8771583A patent/JPS59215296A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59215296A (ja) | 1984-12-05 |
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