[发明专利]渣点产生抑制能力优异的不锈钢材和焊接结构构件及其制造方法

说明书

不锈钢材，具有以质量％计为C：0.005～0.100％、Si：0.10～3.00％、Mn：0.10～6.50％、P：0.001～0.050％、S：0.0001～0.0200％、Ni：0～20.00％、Cr：10.50～26.00％、N：0.005～0.200％、O：0.0030～0.0150％、根据需要以规定范围含有Mo、Cu、Nb、V、Zr、W、Co、B、Ti、Al、Ca、Mg、REM(除Y以外的稀土元素)、Y，余量Fe和不可避免的杂质的化学组成，金相组织中观察到的氧化物系夹杂物的平均CaO/(SiO₂+MnO+CaO)质量比为0.40以下，平均CaO/MnO质量比为15.0以下，能够稳定且显著地抑制在电弧焊中渣点的产生。

技术领域

本发明涉及使作为在电弧焊珠中产生的焊接缺陷的一种的被称作“渣点(熔渣点)”或“黑点”的缺陷不易产生的不锈钢材。另外，涉及使用了该钢材的焊接结构构件及其制造方法。

背景技术

在将不锈钢材用于母材进行电弧焊时，有时产生氧化物的凝集体散布在焊珠上的被称作“渣点”的缺陷。图1引用并例示非专利文献1所揭示的产生了渣点的焊珠的外观照片。根据非专利文献1的记载，认为渣点是在焊珠上以数mm至数cm间隔呈岛状或点状地残留浮出的微小熔渣。认为在电弧焊时侵入了熔融池的空气中的氧与钢材中的微量成分的Al、Ca、Ti等活性元素反应而作为渣点残留；尤其在熔融池的充分的气体屏蔽困难的高速度TIG焊接中渣点的产生倾向于变得显著。

图2例示利用TIG焊接而造管得到的钢管的焊珠上所看到的渣点的外观。该钢管所看到的长径1.0mm以上的大小的渣点在熔珠长度方向每1m的个数(以下称作“渣点产生率”)为0.7个/m。

在焊珠上频繁产生渣点时，例如存在以下那样的问题。(i)损害焊珠部的美观。(ii)为了除去，有时需要熔珠表面研磨等复杂的修整。(iii)在焊接钢管的制造中，也存在将钢管内面的焊珠压下而降低熔珠的高度之后实施内面研磨的用途。渣点有时也产生于背面熔珠侧，在该情况下，在将钢管内面的熔珠部压下时，渣点被压入而在熔珠的金属面形成凹陷，在其后的研磨工序中产生研磨残留(未研磨部)。(iv)在构成渣点的异物与熔珠的金属表面之间有时发生间隙腐蚀。(v)在焊接钢管的情况下，内面熔珠上生成的渣点在钢管使用中脱落，会成为异物混入在其中流动的流体的原因。(vi)在电弧焊时成为渣点的原因的异物在熔融池内凝集时，电弧变得不稳定，熔珠形状容易混乱。

因此，期待开发出在作为电弧焊的母材使用时能够显著地抑制渣点的产生的不锈钢材。

在专利文献1、2中，公开了一种通过将易氧化性元素的Al、Ti、Si、Ca的含量调整至优化了的钢组成，从而减少了渣点(黑点)的生成的铁素体系不锈钢。然而，根据发明人的调查，仅调整钢组成，渣点的抑制效果有限，仍有进一步改善的空间。

在专利文献3中，记载了在被覆管用奥氏体系Fe-Ni-Cr合金中，减少成为加工裂纹起点的焊接部表面的异物。教导了：附着于焊接物表面的异物以Al、Ti、Si、Ca、Mg等的氧化物、氮化物为主体，存在于母材中的非金属夹杂物一般为高熔点，因此在焊接时不熔融而在熔融金属的表面浮出并凝集，凝固时，直接残留于表面而形成凹凸(第0035段)。另外，认为附着于焊接部表面的异物源自存在于母材中的非金属夹杂物(第0038段)。在专利文献3所公开的技术中，通过除了极力减少Al、Ti、Si的量以外，还减少其它的作为夹杂物构成元素的Ca、Mg、N和O，从而减少存在于母材中的夹杂物的个数，由此谋求在焊接金属表面观察到的异物的减少(第0039段)。但是，根据发明人的研究，只单纯减少存在于不锈钢材中的非金属夹杂物的数量，难以稳定地得到例如在食品加工生产线、半导体制造设备中使用的焊接钢管所要求的、异物(渣点)极少的电弧焊珠。另外，大幅地减少存在于不锈钢材中的非金属夹杂物的量，这使制钢工序中的负荷增大，招致钢材成本的上升。因此，期望开发出能够不依赖于减少夹杂物的存在量这样的方法而谋求渣点的减少的新方法。

现有技术文献

专利文献