フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ及びその製造方法
【課題】 断線を防止でき、結晶粒子を小さくして、耐割れ性等を改善できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを提供する。
【解決手段】 線材として、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：ＣとＮとの合計の質量％の８倍〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる線材を用いる。熱処理を施して線材の結晶粒度を３〜１０にする。線材を伸線してフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを製造する。
【解決手段】 線材として、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：ＣとＮとの合計の質量％の８倍〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる線材を用いる。熱処理を施して線材の結晶粒度を３〜１０にする。線材を伸線してフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接等に用いられるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ及びその製造方法に関するものであり、特に、自動車の排気系の溶接に用いられるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールドアーク溶接等に用いられるワイヤとしてフェライト系ステンレス鋼を用いたワイヤが知られている。このようなフェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価であり、熱膨張係数が小さいので熱疲労を起こしにくい。また、塩化物環境下における耐割れ性も高い。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼を溶接すれば、母材熱影響部はＣｒ等の成分により少量のマルテンサイトを含む場合があるが、大部分はフェライト組織のままである。このようにフェライト系ステンレス鋼はほとんど変態しないので、入熱量が大きくなると溶接金属の結晶が粗大化し、脆弱化する。
【０００３】
また、フェライト系ステンレス鋼の母材と同一または類似の溶接ワイヤ（共金溶接材料）で溶接した溶接金属についても母材と同様であり、溶接のままでは粗大化した溶接金属の結晶粒のため、引張強さが低く、シャルピ衝撃試験による靱性も低く、曲げ性も低い。また、耐割れ性も低くなる。引張強さは、溶接後の熱処理により改善できるが、熱処理を行っても、シャルピ衝撃試験による靱性及び曲げ性は低いままである。
【０００４】
このため、特開２００４−４２１１６号公報（特許文献１）、特開２００４−１４１９３４号公報（特許文献２）、特許第２５００００８号公報（特許文献３）や特開２００５−９７１号公報（特許文献４）に示されるように、Ａｌ、Ｔｉ等を少量添加して、溶接金属の結晶の粗大化を防いで耐割れ性を高めたフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤが提案された。
【０００５】
なお、本明細書において、「耐割れ性が高い」ことは、溶接後においてビード（溶接金属）が割れ難いことを意味し、「耐割れ性が低い」ことは、溶接後において溶接金属が割れやすいことを意味する。また、「曲げ性が高い」ことは、溶接金属を曲げても溶接金属が割れ難いことを意味し、曲げ性が低いことは、溶接金属を曲げたときに溶接金属が割れやすいことを意味する。また、「耐食性が高い」ことは、溶接金属が腐食し難いことを意味し、「耐食性が低いこと」は、溶接金属が腐食しやすいことを意味する。更に、「耐酸化性が高い」ことは、溶接金属が酸化し難いことを意味し、「耐酸化性が低い」ことは、溶接金属が酸化しやすいことを意味する。
【特許文献１】特開２００４−４２１１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１４１９３４号公報
【特許文献３】特許第２５００００８号公報
【特許文献４】特開２００５−９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自動車の排気系の溶接に用いられるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤにおいては、以下の点が要求されている。
【０００７】
（１）ワイヤの断線を防止できて比較的容易に製造できること。
【０００８】
（２）溶接金属の耐割れ性が高いこと。
【０００９】
（３）溶接金属（溶接後の母材と溶接材とが混合した溶接部分の金属）の結晶粒度が大きく細粒であること。
【００１０】
（４）溶接金属の曲げ性が高いこと。
【００１１】
（５）溶接金属の高温までの引張り強さが規格（母材）以上であること。
【００１２】
（６）溶接金属の耐食性が高いこと。
【００１３】
（７）溶接金属の耐酸化性が高いこと。
【００１４】
しかしながら、従来のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤでは、これらの全ての条件を満たすには限界があった。
【００１５】
自動車の排気系の溶接は、通常、ロボット等の自動機器により効率よく行われる。そのため、適当な硬度で、均一で滑らかな表面を有するワイヤを用いて、スムーズな供給により安定した溶接を行うこと求められている。
【００１６】
本発明の目的は、結晶粒子を小さくして、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張り強さ、耐食性、耐酸化性を改善できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、上記の目的に加えて断線を防止できて比較的容易に製造できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（ＣとＮとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。
【００１９】
本発明のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤでは、溶接金属の結晶粒度を大きくして結晶を細粒化して、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張り強さ、耐食性、耐酸化性を改善できる。なお、結晶粒度とは、ＪＩＳ-Ｇ-０５５２の鋼のフェライト結晶粒度試験方法６．１項の比較法に準じて行った粒度番号（Ｇ）である。この粒度番号（Ｇ）は、断面積１ｍｍ２あたりの結晶の数をｍとしたときのｍ＝８×２Ｇで表される指標である。一般に溶接金属は、アーク等の熱源により溶接ワイヤと母材（被溶接材）との一部が溶融し短時間に凝固するいわゆる鋳造組織であって、この結晶粒度は、ワイヤの組成によって調整される。
【００２０】
特に本発明では、Ａｌ、Ｔｉを適量加えることにより、従来のワイヤに比べて結晶を効果的に細粒化することができる。また、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つを適量加えることにより、耐食性を高めることができる。
【００２１】
以下に、各組成の作用及び含有量の限定理由について説明する。
【００２２】
Ｃは、オーステナイト生成元素であり、溶接金属の強度を高めることができる。しかしながら、含有量が０．０３質量％を上回ると、溶接金属の耐食性が低下し、溶接後の冷却過程でマルテンサイトが形成され溶接割れが発生しやすくなる。
【００２３】
Ｓｉ及びＭｎは、脱酸作用がある。しかしながら、Ｓｉの含有量を高めると、溶接金属の靭性が低下して延性が悪くなる。また、Ｍｎの含有量を高めると加工性が低下し、溶接金属の耐酸化性が低下する。そこで、含有量をいずれも３質量％以下とした。
【００２４】
Ｎｉは、オーステナイト生成元素で溶接金属の延性、靭性、曲げ性を高める。しかしながら、含有量を高めると溶接金属の耐割れ性が低下する。そこで、含有量を２質量％以下とした。
【００２５】
Ｃｒは、フェライト生成元素であり、高温強度、耐食性、耐酸化性を高める。しかしながら、１１質量％を下回ると十分な効果が得られない。また、２０質量％を上回ると、硬化して製造し難くなる。
【００２６】
Ｍｏは、フェライト生成元素であり、高温強度、耐食性を高める。しかしながら、含有量が３質量％を上回ると溶接金属の靭性、曲げ性が低下する。
【００２７】
Ｃｏは、高温で引張り強さや耐酸化性等の高温特性を高めるが、コスト面も考慮して１質量％以下とした。
【００２８】
Ｃｕは、溶接金属の湯流れを良くし、良好なビードを形成する。また、少量の添加では、耐割れ性、靭性、曲げ性を高めるが、含有量が２質量％を上回ると、逆に低下する。
【００２９】
Ａｌ及びＴｉは、脱酸剤であり、Ａｌは溶接過程でＮ，Ｏと窒化物、酸化物を形成し、ＴｉはＮ，Ｃと窒化物、酸化物を形成し、これらが核となり、等軸晶の細粒の組織が得られる。また、Ｔｉの炭化物は、Ｃｒの炭化物よりも形成されやすいので、Ｃｒの低下による耐食性の低下防止を図ることができる。Ａｌ及びＴｉの含有量が０．０２質量％、０．２質量％を下回るとこれらの効果を得ることができない。また、２．０質量％、１．０質量％を上回るとワイヤの製造時に断線が生じやすくなる。また、溶接後にこれらの窒化物、酸化物がスラグ化し、ビードの外観が悪くなる。そこで、Ａｌの含有量を０．０２〜２．０質量％とし、Ｔｉの含有量を０．２〜１．０質量％とした。
【００３０】
Ｏは、ワイヤの製造過程において、ある程度の量が含まれてしまう。しかしながら、含有量が高くなると、過剰な酸化物が形成されて靭性、曲げ性が低下する。そこで、Ｏの含有量は０．０２質量％以下に抑える必要がある。
【００３１】
Ｎは、オーステナイト生成元素である。前述のようにＡｌ、Ｔｉと窒化物を生成し、溶接金属が凝固後の冷却過程でこれらが核となり、等軸晶の細粒の組織が得られる。しかしながら、含有量が０．０４質量％を上回ると、溶接金属の耐割れ性、靭性、曲げ性が低下する。
【００３２】
Ｎｂ及びＴａは、周期律表のＶａ族の元素であり性質が似ている。これらは、いずれも炭窒化物生成元素であり、耐食性を低下させるＣｒ炭化物の析出を抑制する効果がある。この効果はＮｂ及びＴａの少なくとも１つがＣとＮとの合計の質量％の８倍を下回ると得ることができない。例えば、Ｃが０．０１質量％であり、Ｎが０．００５質量％の場合、（０．０１質量％＋０．００５）×８＝０．１２質量％を下回ると効果を得ることができない。また、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つの含有量が１．０質量％を上回ると溶接金属の耐割れ性、靭性、曲げ性が低下し、ワイヤの製造時に断線が生じやすくなる。
【００３３】
本発明のワイヤでは、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｗ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．０２質量％以下、Ｂ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下、Ｍｇ：０．００５質量％以下の内、少なくとも１つを更に含有することができる。
【００３４】
Ｐ及びＳは、含有量が高くなると、溶接金属の耐割れ性、靭性が低下し、曲げ性が低くなる。Ｐ及びＳが不純物として含有される場合は、Ｐの含有量を０．０４質量％以下とし、Ｓの含有量を０．０２質量％以下とする必要がある。Ｖは炭化物生成元素で耐食性を低下させるＣｒ炭化物の析出を抑制する効果があるが、０．５質量％を上回ると溶接アークが不安定になる。Ｗは、高温強度及び耐食性を高めるが、０．５質量％を上回ると溶接金属の靭性、曲げ性が低下する。Ｚｒ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇは脱酸作用及び金属加工性が向上するが、０．０２質量％、０．０２質量％、０．００５質量％、０．００５質量％をそれぞれ上回ると溶接アークが不安定になる。
【００３５】
このように本発明のワイヤは、自動車の排気系の溶接に要求される点を満たすので、自動車排気系統用溶接ワイヤとして用いると高い効果を得ることができる。
【００３６】
通常、フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、線材に熱処理を施し、その後に主ダイス等により所定の線径まで伸線されて製造される。この製造方法では、前述の成分の線材を用い、熱処理を施して線材の結晶粒度を３〜１０にするのが好ましい。このような範囲であると伸線工程での断線を防ぐことができる。線材の結晶粒度が３を下回って結晶が大きくなると、粗大化した結晶粒のため、その後の伸線工程で断線が生じる。フェライト系ステンレス鋼は、冷間圧延等の機械的方法以外では細粒化できないので、実質的にワイヤ製造はできなくなる。また、１０を上回って結晶が小さくなっても、伸線工程で断線が生じやすくなる。この場合、再度熱処理を行うことにより伸線は可能であるが、工数が増えてワイヤの製造が煩雑になる。なお、ここでいう線材の結晶粒度は、前述したＪＩＳ-Ｇ-０５５２の鋼のフェライト結晶粒度試験方法６．１項の比較法に準じて行った粒度番号（Ｇ）である。また、線材の結晶粒度は、前述した溶接金属の結晶粒度とは関連性を有するものではない。線材の結晶粒度は線材に施す熱処理による影響が大きく、溶接金属の結晶粒度は前述したようにワイヤの組成による影響が大きい。
【００３７】
線材の結晶粒度を３〜１０にするには、本発明の組成の場合は、例えば、１０００℃±１００℃で加熱後急冷する熱処理を施せばよい。
【００３８】
通常、フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、線径２〜１０ｍｍの線材に熱処理を施し、その後に線径０．６〜２ｍｍにまで伸線する場合が多い。この場合、線材として、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（ＣとＮとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる線材を用い、熱処理を施して線材の結晶粒度を３〜１０にすればよい。このようにすれば、伸線工程で断線を防ぐことができ、耐割れ性等を改善できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを得ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張り強さ、耐食性、耐酸化性を改善できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを得ることができる。特に自動車の排気系の溶接に要求される点を満たすので、自動車排気系統用溶接ワイヤとして用いると高い効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の効果を確認するために、各種の組成のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤからなるソリッドワイヤを作り、試験を行った。まず、表１に示すような本発明の実施例１〜１０及び比較例１〜２５の組成により線径５．１〜５．５ｍｍの線材を作った。なお、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つの欄（Ｎｂ，Ｔａ）には、参考として下限値（ＣとＮとの合計の質量％の８倍）も併せて記載している。
【表１】
【００４１】
次に各線材に条件の異なる２つの熱処理１及び２をそれぞれ施した。熱処理１は、１０００℃±１００℃で加熱後急冷する熱処理であり、熱処理２は、８００℃±１００℃で加熱後徐冷する熱処理である。そして、これらの熱処理後の結晶粒度と、熱処理後に各線材を１０〜１２ダイスにより線径１．２ｍｍに伸線してワイヤを製造した際の断線状況とを調べた。表２は、その結果を示している。なお、ＪＩＳ-Ｇ-０５５２では、粒度番号は、−３〜１０の範囲で規定されているが、本例では、−３〜１０の範囲を超えて記載している。
【表２】
【００４２】
表２における断線状況の判定は、線材の結晶粒度が３を超えている場合は、◎：１回も断線しないもの、○：１回断線したもの、△：２回以上断線したもの、×：断線が多発したものとした。また、線材の結晶粒度が３以下の場合は、◎：１回も断線しないもの、○：１回断線したもの、×：粗大化した結晶粒のため断線し、その後の伸線ができないものとした。
【００４３】
表２より、本発明の実施例１〜１０の線材は、１０００℃±１００℃で加熱後急冷する熱処理１を行って結晶粒度を３〜１０にすると、伸線工程での断線を防ぐことができるのが分かる。
【００４４】
次に熱処理２を施した実施例１〜１０及び比較例１〜２５の組成のワイヤを用いて、耐割れ性試験、溶接金属の結晶粒度の測定、曲げ試験、引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験を行った。表３はその測定結果を示している。
【表３】
【００４５】
耐割れ性試験は、ＪＩＳ-Ｚ-３１５３のＴ形溶接割れ試験方法に準拠して行った。具体的には、図１に示すように、厚み１９ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×幅８０ｍｍの２枚のＳＵＳ４３０のステンレス板１を１ｍｍのギャップＧを隔てた状態でＴ型に配置し、試験ビードＢ１と拘束ビードＢ２とを形成するように、２枚のステンレス板１に跨って各ワイヤでガスシールドアーク溶接を行った。具体的には、まず、２３０Ａの電流及び２５Ｖの電圧により、Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを２０l/minの流速で流して、３０cm/minの溶接速度で拘束ビードＢ２を形成した。次に、２３０Ａの電流及び２５Ｖの電圧により、Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを２０l/minの流速で流して、６０cm/minと８０cm/minの２つの溶接速度で試験ビードＢ１を形成した。そして、クレータ部を除く試験ビードＢ１の表面の割れ率［（割れ長さ／ビード長さ）×１００］を求めて判定を行った。判定は、○：割れ率０％、△：割れ率０％を上回り３０％を下回る、×：割れ率３０％以上とした。
【００４６】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いると、比較例４，５，７，９〜１１，１７，１８，２０，２１，２３，２５のワイヤを用いた場合に比べて溶接金属の割れ率を低くできるのが分かる。
【００４７】
溶接金属の結晶粒度は、ＪＩＳ-Ｇ-０５５２の鋼のフェライト結晶粒度測定試験方法に準拠して行った。結晶粒度３以上が細粒と認められる。なお、ここでいう溶接金属の結晶粒度は、表２に示す線材の結晶粒度とは関連するものではない。溶接金属の結晶粒度はワイヤの組成により大きく影響してその値が決定し、線材の結晶粒度は線材に施す熱処理により大きく影響してその値が決定する。
【００４８】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いた場合は、全て結晶粒度が３以上の細粒であったのに対して、比較例１〜５，７〜１１，１４〜２５のワイヤを用いた場合は、結晶粒度が３を下回っているのが分かる。
【００４９】
曲げ試験は、厚み１．５ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×幅５０ｍｍの２枚のＳＵＳ４２９Ｍｏｄ．のステンレス板２を図２に示すように幅方向の端部を重ねて配置し、図３に示すようにトーチ角度θを１０°にしてビードＢ３を形成するように、２枚のステンレス板２に跨って各ワイヤでガスシールドアーク溶接を行った。具体的には、１５０Ａの電流及び２４Ｖの電圧により、Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを２０l/minの流速で流して、８０cm/minの溶接速度で行った。そして、図４に示すように、ビードＢ３が１００ｍｍのピッチで配置された径寸法３２ｍｍの２つの円柱Ｃ側に位置し、長さ方向の両端が２つの円柱Ｃに当接するように２枚のステンレス板２を配置した。そして、ビードＢ３の長手方向と直交する方向から先端が１３．５ｍｍの径寸法で湾曲するプレスＰを用いて２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍの３つの押し込み量で２枚の溶接されたステンレス板２を押し込んで曲げた。そして、染色浸透探傷試験によりビードＢ３の表面割れを調べて判定した。判定は、○：割れなし、△：長さ１ｍｍ以下の割れが２個以下、×：長さ１ｍｍ以上の割れまたは割れが３個以上とした。
【００５０】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いると、比較例１，４，５，７，８，１１，１４〜２５のワイヤを用いた場合に比べて曲げによる割れ発生を低くできる（曲げ性を高くできる）のが分かる。
【００５１】
引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験は、図５に示すように、厚み１．５ｍｍ×長さ２５０ｍｍ×幅１５０ｍｍの２枚のＳＵＳ４２９Ｍｏｄ．のステンレス板３が幅方向の端部が１０ｍｍで異なるように配置し、ビードＢ４を形成するように、２枚のステンレス板３に跨ってガスシールドアーク溶接を行った。具体的には、前述の曲げ試験と同様に、１５０Ａの電流及び２４Ｖの電圧により、Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを２０l/minの流速で流して、８０cm/minの溶接速度で行った。そして、２枚のステンレス板３を切断片４〜８を形成するように５等分し、中心の３つの切断片５〜７を引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験に用いた。なお、両端の切断片４，８は廃棄した。
【００５２】
引張り試験では、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、切断片５の中央部の寸法が長さ４０ｍｍ、幅４０ｍｍになるようにくびれを形成して試験片９を形成した。そして、試験片９を室温（ＲＴ）、７００℃、９００℃において両端から引張って試験片９が切断された際の単位面積あたりの力（Ｍｐａ）を測定した。表３において＊印を記した比較例６，１４，１５，２３のワイヤを用いた試験片では溶接熱影響部から溶接金属（ビードＢ４）の部分が切断され、それ以外の試験片では母材３ａが切断された。なお、溶接金属の部分が切断されたものも母材３ａが切断されたものも、切断部の断面積は、母材３ａの断面積から求めた。
【００５３】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いた場合は、全て母材３ａで切断されたのに対して、比較例６，１４，１５，２３のワイヤを用いた場合は溶接金属（ビードＢ４）で切断されるのが分かる。
【００５４】
耐食性試験は、ＪＩＳ-Ｇ-０５７１のステンレス鋼のしゅう酸エッチング試験方法に準拠して行った。具体的には、切断片６を溶接金属（ビードＢ４）以外の部分（母材）にマスキングを施して１０％シュウ酸溶液中に浸漬して、一定電流密度で通電を行って判定した。判定は、○：溝状組織が認められないもの、△：部分的に溝状組織が認められるもの、×：全ての結晶粒界に溝状組織が認められるものとした。
【００５５】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いると、比較例１，２，６〜８，１１〜１６，１８，１９，２２，２４のワイヤを用いた場合に比べて耐食性を高くできるのが分かる。
【００５６】
耐酸化性試験は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、切断片７の中央部分を長さ４０ｍｍ、幅３０ｍｍに切り出して試験片１１を形成した。そして、試験片１１を大気中において９００℃で４８時間加熱して単位面積あたりの酸化による増量（ｇ／ｃｍ２）を測定した。酸化増量１ｇ／ｃｍ２以下が良好である。
【００５７】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いた場合はいずれも良好で、耐酸化性が高いのに対して、比較例６，１４，１５，２３のワイヤを用いた場合は、酸化増量が１ｇ／ｃｍ２を超えて耐酸化性が低下するのが分かる。
【００５８】
以上のように、表３全体より、本発明の実施例１〜１０のワイヤを用いた場合は、溶接金属の結晶粒度を大きくして結晶を細粒化して、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張り強さ、耐食性、耐酸化性を改善できるのが分かる。
【００５９】
表４は熱処理１を施した実施例１〜１０の組成のワイヤを用いた場合の耐割れ性試験、溶接金属の結晶粒度の測定、曲げ試験、引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験の結果を示している。
【表４】
【００６０】
表４より熱処理１を施した場合でも、実施例１〜１０の組成のワイヤは表３と同様の性能を得られるのが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】耐割れ性試験に用いるステンレス板の溶接された状態の側面図である。
【図２】曲げ試験に用いるステンレス板の溶接された状態の斜視図である。
【図３】曲げ試験に用いるステンレス板を溶接する態様の図である。
【図４】溶接されたステンレス板に曲げ試験を行う態様の図である。
【図５】引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験に用いるステンレス板の溶接された状態の平面図である。
【図６】（Ａ）及び（ｂ）は、引張り試験に用いる試験片の平面図及び側面図である。
【図７】（Ａ）及び（ｂ）は、耐酸化性試験に用いる試験片の平面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１，２，３ ステンレス板
４〜８ 切断片
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接等に用いられるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ及びその製造方法に関するものであり、特に、自動車の排気系の溶接に用いられるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールドアーク溶接等に用いられるワイヤとしてフェライト系ステンレス鋼を用いたワイヤが知られている。このようなフェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼に比べて安価であり、熱膨張係数が小さいので熱疲労を起こしにくい。また、塩化物環境下における耐割れ性も高い。しかしながら、フェライト系ステンレス鋼を溶接すれば、母材熱影響部はＣｒ等の成分により少量のマルテンサイトを含む場合があるが、大部分はフェライト組織のままである。このようにフェライト系ステンレス鋼はほとんど変態しないので、入熱量が大きくなると溶接金属の結晶が粗大化し、脆弱化する。
【０００３】
また、フェライト系ステンレス鋼の母材と同一または類似の溶接ワイヤ（共金溶接材料）で溶接した溶接金属についても母材と同様であり、溶接のままでは粗大化した溶接金属の結晶粒のため、引張強さが低く、シャルピ衝撃試験による靱性も低く、曲げ性も低い。また、耐割れ性も低くなる。引張強さは、溶接後の熱処理により改善できるが、熱処理を行っても、シャルピ衝撃試験による靱性及び曲げ性は低いままである。
【０００４】
このため、特開２００４−４２１１６号公報（特許文献１）、特開２００４−１４１９３４号公報（特許文献２）、特許第２５００００８号公報（特許文献３）や特開２００５−９７１号公報（特許文献４）に示されるように、Ａｌ、Ｔｉ等を少量添加して、溶接金属の結晶の粗大化を防いで耐割れ性を高めたフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤが提案された。
【０００５】
なお、本明細書において、「耐割れ性が高い」ことは、溶接後においてビード（溶接金属）が割れ難いことを意味し、「耐割れ性が低い」ことは、溶接後において溶接金属が割れやすいことを意味する。また、「曲げ性が高い」ことは、溶接金属を曲げても溶接金属が割れ難いことを意味し、曲げ性が低いことは、溶接金属を曲げたときに溶接金属が割れやすいことを意味する。また、「耐食性が高い」ことは、溶接金属が腐食し難いことを意味し、「耐食性が低いこと」は、溶接金属が腐食しやすいことを意味する。更に、「耐酸化性が高い」ことは、溶接金属が酸化し難いことを意味し、「耐酸化性が低い」ことは、溶接金属が酸化しやすいことを意味する。
【特許文献１】特開２００４−４２１１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１４１９３４号公報
【特許文献３】特許第２５００００８号公報
【特許文献４】特開２００５−９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自動車の排気系の溶接に用いられるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤにおいては、以下の点が要求されている。
【０００７】
（１）ワイヤの断線を防止できて比較的容易に製造できること。
【０００８】
（２）溶接金属の耐割れ性が高いこと。
【０００９】
（３）溶接金属（溶接後の母材と溶接材とが混合した溶接部分の金属）の結晶粒度が大きく細粒であること。
【００１０】
（４）溶接金属の曲げ性が高いこと。
【００１１】
（５）溶接金属の高温までの引張り強さが規格（母材）以上であること。
【００１２】
（６）溶接金属の耐食性が高いこと。
【００１３】
（７）溶接金属の耐酸化性が高いこと。
【００１４】
しかしながら、従来のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤでは、これらの全ての条件を満たすには限界があった。
【００１５】
自動車の排気系の溶接は、通常、ロボット等の自動機器により効率よく行われる。そのため、適当な硬度で、均一で滑らかな表面を有するワイヤを用いて、スムーズな供給により安定した溶接を行うこと求められている。
【００１６】
本発明の目的は、結晶粒子を小さくして、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張り強さ、耐食性、耐酸化性を改善できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、上記の目的に加えて断線を防止できて比較的容易に製造できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（ＣとＮとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。
【００１９】
本発明のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤでは、溶接金属の結晶粒度を大きくして結晶を細粒化して、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張り強さ、耐食性、耐酸化性を改善できる。なお、結晶粒度とは、ＪＩＳ-Ｇ-０５５２の鋼のフェライト結晶粒度試験方法６．１項の比較法に準じて行った粒度番号（Ｇ）である。この粒度番号（Ｇ）は、断面積１ｍｍ２あたりの結晶の数をｍとしたときのｍ＝８×２Ｇで表される指標である。一般に溶接金属は、アーク等の熱源により溶接ワイヤと母材（被溶接材）との一部が溶融し短時間に凝固するいわゆる鋳造組織であって、この結晶粒度は、ワイヤの組成によって調整される。
【００２０】
特に本発明では、Ａｌ、Ｔｉを適量加えることにより、従来のワイヤに比べて結晶を効果的に細粒化することができる。また、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つを適量加えることにより、耐食性を高めることができる。
【００２１】
以下に、各組成の作用及び含有量の限定理由について説明する。
【００２２】
Ｃは、オーステナイト生成元素であり、溶接金属の強度を高めることができる。しかしながら、含有量が０．０３質量％を上回ると、溶接金属の耐食性が低下し、溶接後の冷却過程でマルテンサイトが形成され溶接割れが発生しやすくなる。
【００２３】
Ｓｉ及びＭｎは、脱酸作用がある。しかしながら、Ｓｉの含有量を高めると、溶接金属の靭性が低下して延性が悪くなる。また、Ｍｎの含有量を高めると加工性が低下し、溶接金属の耐酸化性が低下する。そこで、含有量をいずれも３質量％以下とした。
【００２４】
Ｎｉは、オーステナイト生成元素で溶接金属の延性、靭性、曲げ性を高める。しかしながら、含有量を高めると溶接金属の耐割れ性が低下する。そこで、含有量を２質量％以下とした。
【００２５】
Ｃｒは、フェライト生成元素であり、高温強度、耐食性、耐酸化性を高める。しかしながら、１１質量％を下回ると十分な効果が得られない。また、２０質量％を上回ると、硬化して製造し難くなる。
【００２６】
Ｍｏは、フェライト生成元素であり、高温強度、耐食性を高める。しかしながら、含有量が３質量％を上回ると溶接金属の靭性、曲げ性が低下する。
【００２７】
Ｃｏは、高温で引張り強さや耐酸化性等の高温特性を高めるが、コスト面も考慮して１質量％以下とした。
【００２８】
Ｃｕは、溶接金属の湯流れを良くし、良好なビードを形成する。また、少量の添加では、耐割れ性、靭性、曲げ性を高めるが、含有量が２質量％を上回ると、逆に低下する。
【００２９】
Ａｌ及びＴｉは、脱酸剤であり、Ａｌは溶接過程でＮ，Ｏと窒化物、酸化物を形成し、ＴｉはＮ，Ｃと窒化物、酸化物を形成し、これらが核となり、等軸晶の細粒の組織が得られる。また、Ｔｉの炭化物は、Ｃｒの炭化物よりも形成されやすいので、Ｃｒの低下による耐食性の低下防止を図ることができる。Ａｌ及びＴｉの含有量が０．０２質量％、０．２質量％を下回るとこれらの効果を得ることができない。また、２．０質量％、１．０質量％を上回るとワイヤの製造時に断線が生じやすくなる。また、溶接後にこれらの窒化物、酸化物がスラグ化し、ビードの外観が悪くなる。そこで、Ａｌの含有量を０．０２〜２．０質量％とし、Ｔｉの含有量を０．２〜１．０質量％とした。
【００３０】
Ｏは、ワイヤの製造過程において、ある程度の量が含まれてしまう。しかしながら、含有量が高くなると、過剰な酸化物が形成されて靭性、曲げ性が低下する。そこで、Ｏの含有量は０．０２質量％以下に抑える必要がある。
【００３１】
Ｎは、オーステナイト生成元素である。前述のようにＡｌ、Ｔｉと窒化物を生成し、溶接金属が凝固後の冷却過程でこれらが核となり、等軸晶の細粒の組織が得られる。しかしながら、含有量が０．０４質量％を上回ると、溶接金属の耐割れ性、靭性、曲げ性が低下する。
【００３２】
Ｎｂ及びＴａは、周期律表のＶａ族の元素であり性質が似ている。これらは、いずれも炭窒化物生成元素であり、耐食性を低下させるＣｒ炭化物の析出を抑制する効果がある。この効果はＮｂ及びＴａの少なくとも１つがＣとＮとの合計の質量％の８倍を下回ると得ることができない。例えば、Ｃが０．０１質量％であり、Ｎが０．００５質量％の場合、（０．０１質量％＋０．００５）×８＝０．１２質量％を下回ると効果を得ることができない。また、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つの含有量が１．０質量％を上回ると溶接金属の耐割れ性、靭性、曲げ性が低下し、ワイヤの製造時に断線が生じやすくなる。
【００３３】
本発明のワイヤでは、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｗ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．０２質量％以下、Ｂ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下、Ｍｇ：０．００５質量％以下の内、少なくとも１つを更に含有することができる。
【００３４】
Ｐ及びＳは、含有量が高くなると、溶接金属の耐割れ性、靭性が低下し、曲げ性が低くなる。Ｐ及びＳが不純物として含有される場合は、Ｐの含有量を０．０４質量％以下とし、Ｓの含有量を０．０２質量％以下とする必要がある。Ｖは炭化物生成元素で耐食性を低下させるＣｒ炭化物の析出を抑制する効果があるが、０．５質量％を上回ると溶接アークが不安定になる。Ｗは、高温強度及び耐食性を高めるが、０．５質量％を上回ると溶接金属の靭性、曲げ性が低下する。Ｚｒ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇは脱酸作用及び金属加工性が向上するが、０．０２質量％、０．０２質量％、０．００５質量％、０．００５質量％をそれぞれ上回ると溶接アークが不安定になる。
【００３５】
このように本発明のワイヤは、自動車の排気系の溶接に要求される点を満たすので、自動車排気系統用溶接ワイヤとして用いると高い効果を得ることができる。
【００３６】
通常、フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、線材に熱処理を施し、その後に主ダイス等により所定の線径まで伸線されて製造される。この製造方法では、前述の成分の線材を用い、熱処理を施して線材の結晶粒度を３〜１０にするのが好ましい。このような範囲であると伸線工程での断線を防ぐことができる。線材の結晶粒度が３を下回って結晶が大きくなると、粗大化した結晶粒のため、その後の伸線工程で断線が生じる。フェライト系ステンレス鋼は、冷間圧延等の機械的方法以外では細粒化できないので、実質的にワイヤ製造はできなくなる。また、１０を上回って結晶が小さくなっても、伸線工程で断線が生じやすくなる。この場合、再度熱処理を行うことにより伸線は可能であるが、工数が増えてワイヤの製造が煩雑になる。なお、ここでいう線材の結晶粒度は、前述したＪＩＳ-Ｇ-０５５２の鋼のフェライト結晶粒度試験方法６．１項の比較法に準じて行った粒度番号（Ｇ）である。また、線材の結晶粒度は、前述した溶接金属の結晶粒度とは関連性を有するものではない。線材の結晶粒度は線材に施す熱処理による影響が大きく、溶接金属の結晶粒度は前述したようにワイヤの組成による影響が大きい。
【００３７】
線材の結晶粒度を３〜１０にするには、本発明の組成の場合は、例えば、１０００℃±１００℃で加熱後急冷する熱処理を施せばよい。
【００３８】
通常、フェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤは、線径２〜１０ｍｍの線材に熱処理を施し、その後に線径０．６〜２ｍｍにまで伸線する場合が多い。この場合、線材として、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（ＣとＮとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる線材を用い、熱処理を施して線材の結晶粒度を３〜１０にすればよい。このようにすれば、伸線工程で断線を防ぐことができ、耐割れ性等を改善できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを得ることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張り強さ、耐食性、耐酸化性を改善できるフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤを得ることができる。特に自動車の排気系の溶接に要求される点を満たすので、自動車排気系統用溶接ワイヤとして用いると高い効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の効果を確認するために、各種の組成のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤからなるソリッドワイヤを作り、試験を行った。まず、表１に示すような本発明の実施例１〜１０及び比較例１〜２５の組成により線径５．１〜５．５ｍｍの線材を作った。なお、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つの欄（Ｎｂ，Ｔａ）には、参考として下限値（ＣとＮとの合計の質量％の８倍）も併せて記載している。
【表１】
【００４１】
次に各線材に条件の異なる２つの熱処理１及び２をそれぞれ施した。熱処理１は、１０００℃±１００℃で加熱後急冷する熱処理であり、熱処理２は、８００℃±１００℃で加熱後徐冷する熱処理である。そして、これらの熱処理後の結晶粒度と、熱処理後に各線材を１０〜１２ダイスにより線径１．２ｍｍに伸線してワイヤを製造した際の断線状況とを調べた。表２は、その結果を示している。なお、ＪＩＳ-Ｇ-０５５２では、粒度番号は、−３〜１０の範囲で規定されているが、本例では、−３〜１０の範囲を超えて記載している。
【表２】
【００４２】
表２における断線状況の判定は、線材の結晶粒度が３を超えている場合は、◎：１回も断線しないもの、○：１回断線したもの、△：２回以上断線したもの、×：断線が多発したものとした。また、線材の結晶粒度が３以下の場合は、◎：１回も断線しないもの、○：１回断線したもの、×：粗大化した結晶粒のため断線し、その後の伸線ができないものとした。
【００４３】
表２より、本発明の実施例１〜１０の線材は、１０００℃±１００℃で加熱後急冷する熱処理１を行って結晶粒度を３〜１０にすると、伸線工程での断線を防ぐことができるのが分かる。
【００４４】
次に熱処理２を施した実施例１〜１０及び比較例１〜２５の組成のワイヤを用いて、耐割れ性試験、溶接金属の結晶粒度の測定、曲げ試験、引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験を行った。表３はその測定結果を示している。
【表３】
【００４５】
耐割れ性試験は、ＪＩＳ-Ｚ-３１５３のＴ形溶接割れ試験方法に準拠して行った。具体的には、図１に示すように、厚み１９ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×幅８０ｍｍの２枚のＳＵＳ４３０のステンレス板１を１ｍｍのギャップＧを隔てた状態でＴ型に配置し、試験ビードＢ１と拘束ビードＢ２とを形成するように、２枚のステンレス板１に跨って各ワイヤでガスシールドアーク溶接を行った。具体的には、まず、２３０Ａの電流及び２５Ｖの電圧により、Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを２０l/minの流速で流して、３０cm/minの溶接速度で拘束ビードＢ２を形成した。次に、２３０Ａの電流及び２５Ｖの電圧により、Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを２０l/minの流速で流して、６０cm/minと８０cm/minの２つの溶接速度で試験ビードＢ１を形成した。そして、クレータ部を除く試験ビードＢ１の表面の割れ率［（割れ長さ／ビード長さ）×１００］を求めて判定を行った。判定は、○：割れ率０％、△：割れ率０％を上回り３０％を下回る、×：割れ率３０％以上とした。
【００４６】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いると、比較例４，５，７，９〜１１，１７，１８，２０，２１，２３，２５のワイヤを用いた場合に比べて溶接金属の割れ率を低くできるのが分かる。
【００４７】
溶接金属の結晶粒度は、ＪＩＳ-Ｇ-０５５２の鋼のフェライト結晶粒度測定試験方法に準拠して行った。結晶粒度３以上が細粒と認められる。なお、ここでいう溶接金属の結晶粒度は、表２に示す線材の結晶粒度とは関連するものではない。溶接金属の結晶粒度はワイヤの組成により大きく影響してその値が決定し、線材の結晶粒度は線材に施す熱処理により大きく影響してその値が決定する。
【００４８】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いた場合は、全て結晶粒度が３以上の細粒であったのに対して、比較例１〜５，７〜１１，１４〜２５のワイヤを用いた場合は、結晶粒度が３を下回っているのが分かる。
【００４９】
曲げ試験は、厚み１．５ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×幅５０ｍｍの２枚のＳＵＳ４２９Ｍｏｄ．のステンレス板２を図２に示すように幅方向の端部を重ねて配置し、図３に示すようにトーチ角度θを１０°にしてビードＢ３を形成するように、２枚のステンレス板２に跨って各ワイヤでガスシールドアーク溶接を行った。具体的には、１５０Ａの電流及び２４Ｖの電圧により、Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを２０l/minの流速で流して、８０cm/minの溶接速度で行った。そして、図４に示すように、ビードＢ３が１００ｍｍのピッチで配置された径寸法３２ｍｍの２つの円柱Ｃ側に位置し、長さ方向の両端が２つの円柱Ｃに当接するように２枚のステンレス板２を配置した。そして、ビードＢ３の長手方向と直交する方向から先端が１３．５ｍｍの径寸法で湾曲するプレスＰを用いて２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍの３つの押し込み量で２枚の溶接されたステンレス板２を押し込んで曲げた。そして、染色浸透探傷試験によりビードＢ３の表面割れを調べて判定した。判定は、○：割れなし、△：長さ１ｍｍ以下の割れが２個以下、×：長さ１ｍｍ以上の割れまたは割れが３個以上とした。
【００５０】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いると、比較例１，４，５，７，８，１１，１４〜２５のワイヤを用いた場合に比べて曲げによる割れ発生を低くできる（曲げ性を高くできる）のが分かる。
【００５１】
引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験は、図５に示すように、厚み１．５ｍｍ×長さ２５０ｍｍ×幅１５０ｍｍの２枚のＳＵＳ４２９Ｍｏｄ．のステンレス板３が幅方向の端部が１０ｍｍで異なるように配置し、ビードＢ４を形成するように、２枚のステンレス板３に跨ってガスシールドアーク溶接を行った。具体的には、前述の曲げ試験と同様に、１５０Ａの電流及び２４Ｖの電圧により、Ａｒ＋２０％ＣＯ２のシールドガスを２０l/minの流速で流して、８０cm/minの溶接速度で行った。そして、２枚のステンレス板３を切断片４〜８を形成するように５等分し、中心の３つの切断片５〜７を引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験に用いた。なお、両端の切断片４，８は廃棄した。
【００５２】
引張り試験では、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、切断片５の中央部の寸法が長さ４０ｍｍ、幅４０ｍｍになるようにくびれを形成して試験片９を形成した。そして、試験片９を室温（ＲＴ）、７００℃、９００℃において両端から引張って試験片９が切断された際の単位面積あたりの力（Ｍｐａ）を測定した。表３において＊印を記した比較例６，１４，１５，２３のワイヤを用いた試験片では溶接熱影響部から溶接金属（ビードＢ４）の部分が切断され、それ以外の試験片では母材３ａが切断された。なお、溶接金属の部分が切断されたものも母材３ａが切断されたものも、切断部の断面積は、母材３ａの断面積から求めた。
【００５３】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いた場合は、全て母材３ａで切断されたのに対して、比較例６，１４，１５，２３のワイヤを用いた場合は溶接金属（ビードＢ４）で切断されるのが分かる。
【００５４】
耐食性試験は、ＪＩＳ-Ｇ-０５７１のステンレス鋼のしゅう酸エッチング試験方法に準拠して行った。具体的には、切断片６を溶接金属（ビードＢ４）以外の部分（母材）にマスキングを施して１０％シュウ酸溶液中に浸漬して、一定電流密度で通電を行って判定した。判定は、○：溝状組織が認められないもの、△：部分的に溝状組織が認められるもの、×：全ての結晶粒界に溝状組織が認められるものとした。
【００５５】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いると、比較例１，２，６〜８，１１〜１６，１８，１９，２２，２４のワイヤを用いた場合に比べて耐食性を高くできるのが分かる。
【００５６】
耐酸化性試験は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、切断片７の中央部分を長さ４０ｍｍ、幅３０ｍｍに切り出して試験片１１を形成した。そして、試験片１１を大気中において９００℃で４８時間加熱して単位面積あたりの酸化による増量（ｇ／ｃｍ２）を測定した。酸化増量１ｇ／ｃｍ２以下が良好である。
【００５７】
表３より、実施例１〜１０のワイヤを用いた場合はいずれも良好で、耐酸化性が高いのに対して、比較例６，１４，１５，２３のワイヤを用いた場合は、酸化増量が１ｇ／ｃｍ２を超えて耐酸化性が低下するのが分かる。
【００５８】
以上のように、表３全体より、本発明の実施例１〜１０のワイヤを用いた場合は、溶接金属の結晶粒度を大きくして結晶を細粒化して、耐割れ性、曲げ性、高温までの引張り強さ、耐食性、耐酸化性を改善できるのが分かる。
【００５９】
表４は熱処理１を施した実施例１〜１０の組成のワイヤを用いた場合の耐割れ性試験、溶接金属の結晶粒度の測定、曲げ試験、引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験の結果を示している。
【表４】
【００６０】
表４より熱処理１を施した場合でも、実施例１〜１０の組成のワイヤは表３と同様の性能を得られるのが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】耐割れ性試験に用いるステンレス板の溶接された状態の側面図である。
【図２】曲げ試験に用いるステンレス板の溶接された状態の斜視図である。
【図３】曲げ試験に用いるステンレス板を溶接する態様の図である。
【図４】溶接されたステンレス板に曲げ試験を行う態様の図である。
【図５】引張り試験、耐食性試験、耐酸化性試験に用いるステンレス板の溶接された状態の平面図である。
【図６】（Ａ）及び（ｂ）は、引張り試験に用いる試験片の平面図及び側面図である。
【図７】（Ａ）及び（ｂ）は、耐酸化性試験に用いる試験片の平面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１，２，３ ステンレス板
４〜８ 切断片
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（前記Ｃと前記Ｎとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ。
【請求項２】
Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｗ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．０２質量％以下、Ｂ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下、Ｍｇ：０．００５質量％以下の内、少なくとも１つを更に含有する請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ。
【請求項３】
線材に熱処理を施し、その後に伸線するフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法において、
前記線材として、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（前記Ｃと前記Ｎとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる線材を用い、
前記熱処理を施して前記線材の結晶粒度を３〜１０にすることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記線材として、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｗ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．０２質量％以下、Ｂ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下、Ｍｇ：０．００５質量％以下の内、少なくとも１つを更に含有する線材を用いることを特徴とする請求項３に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記熱処理は、１０００℃±１００℃で加熱後急冷することを特徴とする請求項３または４に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法。
【請求項６】
線径２〜１０ｍｍの線材に熱処理を施し、その後に線径０．６〜２ｍｍにまで伸線するフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法において、
前記線材として、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（前記Ｃと前記Ｎとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる線材を用い、
前記熱処理を施して前記線材の結晶粒度を３〜１０にすることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法。
【請求項１】
Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（前記Ｃと前記Ｎとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ。
【請求項２】
Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｗ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．０２質量％以下、Ｂ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下、Ｍｇ：０．００５質量％以下の内、少なくとも１つを更に含有する請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤ。
【請求項３】
線材に熱処理を施し、その後に伸線するフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法において、
前記線材として、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（前記Ｃと前記Ｎとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる線材を用い、
前記熱処理を施して前記線材の結晶粒度を３〜１０にすることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記線材として、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｗ：０．５質量％以下、Ｚｒ：０．０２質量％以下、Ｂ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下、Ｍｇ：０．００５質量％以下の内、少なくとも１つを更に含有する線材を用いることを特徴とする請求項３に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記熱処理は、１０００℃±１００℃で加熱後急冷することを特徴とする請求項３または４に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法。
【請求項６】
線径２〜１０ｍｍの線材に熱処理を施し、その後に線径０．６〜２ｍｍにまで伸線するフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法において、
前記線材として、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：３質量％以下、Ｍｎ：３質量％以下、Ｎｉ：２質量％以下、Ｃｒ：１１〜２０質量％、Ｍｏ：３質量％以下、Ｃｏ：１質量％以下、Ｃｕ：２質量％以下、Ａｌ：０．０２〜２．０質量％、Ｔｉ：０．２〜１．０質量％、Ｏ：０．０２質量％以下、Ｎ：０．０４質量％以下、Ｎｂ及びＴａの少なくとも１つ：（前記Ｃと前記Ｎとの合計の質量％の８倍）〜１．０質量％を含み残部がＦｅ及び不可避不純物からなる線材を用い、
前記熱処理を施して前記線材の結晶粒度を３〜１０にすることを特徴とするフェライト系ステンレス鋼溶接ワイヤの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２３１４０４（Ｐ２００６−２３１４０４Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６７９９（Ｐ２００６−１６７９９）
【出願日】平成１８年１月２５日（２００６．１．２５）
【出願人】（０００２２７９６２）日本ウエルディング・ロッド株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２５日（２００６．１．２５）
【出願人】（０００２２７９６２）日本ウエルディング・ロッド株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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