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公開番号2025038629
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-19
出願番号2023145358
出願日2023-09-07
発明の名称マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手、溶接構造体および溶接方法
出願人日鉄ステンレス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20250312BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接においてHAZの靭性を向上させることを課題とし、HAZ靭性が良好なマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手、その溶接継手を有した溶接構造体、および溶接方法を提供することを目的とする。
【解決手段】所定の成分組成を有し、式1で示されるγmaxが75以上あるマルテンサイト系ステンレス鋼である溶接継手であって、溶接熱影響部の断面の粒粗大領域においてEBSD(電子線後方散乱回折)法を用いて結晶粒径のヒストグラムを測定した場合に、結晶粒径0.04mm以下の結晶の占める面積率が80%以上であることを特徴とするHAZ靭性良好なマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手
γmax=420C+470N+23Ni+9Cu+7Mn-11.5Cr-11.5Si-52×Al+189 : 式1
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも一方が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下
Ｓｉ：１．００％以下
Ｍｎ：０．１０～３．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００３％以下、
Ｃｒ：１０．０～１２．５％、
Ｎｉ：０．５０～２．００％、
Ｎ：０．０２００％以下、
Ｃｕ：２．００％以下、
Ａｌ：０．０５０％以下
を含み、
Ｃ＋Ｎ：０．０４０％以下であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
式１で示されるγｍａｘが７５以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼である溶接継手であって、
前記溶接継手の断面の溶接熱影響部の中の粒粗大領域においてＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折）法を用いて結晶粒径のヒストグラムを測定した場合に、結晶粒径０．０４ｍｍ以下の結晶の占める面積率が８０％以上であることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手。
γｍａｘ＝４２０Ｃ＋４７０Ｎ＋２３Ｎｉ＋９Ｃｕ＋７Ｍｎ－１１．５Ｃｒ－１１．５Ｓｉ－５２×Ａｌ＋１８９：式１
ただし、式１中の元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を示し、含有しない場合は０を代入する。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記マルテンサイト系ステンレス鋼が、さらに、質量％で
Ｍｏ：１．００％以下、
Ｗ：０．５０％以下、
Ｖ：０．３００％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
ＲＥＭ：０．０５０％以下、
Ｔｉ：０．０２０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
の１種または２種以上を含有する、請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手。
【請求項３】
前記マルテンサイト系ステンレス鋼どうしの溶接継手である、請求項１または２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手。
【請求項４】
請求項１または２に記載の成分を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手の製造方法であって、
溶接熱影響部において、溶接による加熱により最後に１２５０℃以上となったときから、１２５０℃以上である時間が８秒以下であることを特徴とするマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手を少なくとも一部に有することを特徴とする溶接構造体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手、その継手を有する溶接構造体、およびマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
マルテンサイト系ステンレス鋼はＣｒ系ステンレス鋼であり、高温のオーステナイト相の状態から急冷することで生じる硬質なマルテンサイト相を有するステンレス鋼である。硬質である性質を利用して、刃物やシャフトなどに使用されている。マルテンサイト系ステンレス鋼としてはＳＵＳ４１０が知られており、ＮｉやＭｏなどの高価な元素が少ないうえ、他のステンレス鋼より比較的Ｃｒ含有量は少ないため、比較的安価でそれなりの耐食性を有するステンレス鋼でもある（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
このマルテンサイト系ステンレス鋼を、汎用品輸送タンカーの船倉や汎用品貯蔵タンクなどの貯蔵設備に適用することが検討されている。汎用用途の貯蔵設備の場合、貯蔵品が頻繁に変更され、貯蔵品が変更されるたびに貯蔵設備の内面を洗浄しなければならない。現在は、汎用品用途とは言え、ある程度の耐食性が要求されるため通常塗装鋼鈑が使用されている。しかし、塗装鋼鈑では洗浄による塗装のダメージが発生し、その補修に多大な手間と時間がかかっている。そのため、貯蔵設備を塗装鋼鈑ではなく、無塗装で使用できるステンレス鋼にすることにより、洗浄によるダメージをなくし、洗浄処理の効率化と低コスト化を実現する取り組みがなされている。そのステンレス鋼として、比較的安価でそれなりの耐食性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼の適用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭４９－５３５２１号公報
特開２０１１－１９０５２１号公報
国際公開第２０１６／０８８３６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般にマルテンサイト系ステンレス鋼は溶接性が悪く、溶接構造体には適用されていない。その理由は、いわゆる低温割れ感受性が高いので２００～４００℃の予熱が必要になり、これが実作業上のネックとなっているからである。さらに、溶接熱影響部（ＨＡＺ：ＨｅａｔＡｆｆｅｃｔｅｄＺｏｎｅ）の靭性が悪いため、７００～８００℃程度の高温熱処理により靭性を改善する処理が必要となる。このため、現実問題として、溶接構造体を予熱処理や高温熱処理できる熱処理炉が必要となるため溶接構造体へは適用されていない。
【０００６】
特許文献１では、予熱なしで溶接可能で、溶接のままでも延性と靭性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼が提案されている。これは、Ｃ、Ｎを減らし、成分を調整することによりＨＡＺに延性や靭性のよいマッシブ・マルテンサイト組織を生成させるものである。しかし、割れ感受性は改善されているものの、溶接後のＨＡＺ靭性は、厚手材を作業性の良い大入熱で溶接する場合には必ずしも十分とは言えない。
【０００７】
特許文献２では、高価なＮｉの含有量を抑制しつつも溶接部靭性と耐食性を両立したマルテンサイト系ステンレス鋼が提案されている。これは、１６％Ｃｒ－２％Ｎｉ鋼をベースにＭｎを２％以上含有させて溶接部の靭性を改善したものである。これによりある程度の耐食性を有しつつ、溶接後の熱処理をしなくても溶接部靭性を確保できるものである。しかし、Ｍｎは耐食性を低下する元素である。溶接部の靭性確保のためにＭｎを含有させているが、それにより低下した耐食性を補償するためＣｒ含有量を多くし、それに伴ってオーステナイト量を確保するためＮｉ含有量も多くしている。このため、高価になってしまい、コストパフォーマンスの観点からフェライト系や二相系ステンレス鋼と変わらないものとなっている。
【０００８】
特許文献３では、低炭素マルテンサイト系ステンレス鋼管の円周溶接において、第１パスをＣＭＴ（ＣｏｌｄＭｅｔａｌＴｒａｎｓｆｅｒ）溶接で行うことにより、溶接金属の低温靭性を改善でき、溶接後熱処理を行わなくても実用上問題ないことが記載されている。しかし、靭性が改善されるのは溶接金属の破壊靭性であって、母材ＨＡＺ靭性ではない。母材のＨＡＺ靭性を改善するためには、溶接後熱処理が必要となる。
【０００９】
一方、貯蔵設備にマルテンサイト系ステンレス鋼を適用しようとする場合、貯蔵設備自体が大型なため、溶接に際し、予熱や溶接後熱処理をすることは現実的に不可能である。特に、貯蔵設備などに使用される板厚１０ｍｍ以上のマルテンサイト系ステンレス鋼を溶接するとＨＡＺの靭性低下が顕著となり、構造体としての機能低下につながる。
【００１０】
そこで、本発明は、マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手において、予熱や高温熱処理を施さなくても低温割れを起こすことなくＨＡＺの靭性を向上させることを課題とし、ＨＡＺ靭性を改善したマルテンサイト系ステンレス鋼の溶接継手、その溶接継手を有した溶接構造体、および溶接方法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】
（【００１１】以降は省略されています）

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