JP2017202492A - Austenitic heat-resistant steel weld metal and weld joint having the same - Google Patents
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Abstract
【課題】耐溶接高温割れ性に優れるオーステナイト系耐熱鋼溶接金属およびそれを有する溶接継手の提供。
【解決手段】C:0.06%〜0.14%、Si:0.1%〜0.8%、Mn:0.1%〜1.8%、P:0.025%以下、Cu:2%〜4.%、Ni:12%〜16%、Cr:16.5%〜19.5%、W:2%〜4.5%、Ti:0.05%〜0.35%、Nb:0.05%〜0.5%、N:0.001%〜0.015%、Al:0.08%以下、O:0.08%以下、かつ、不純物としてのS、Sn、PbおよびZnが下記式(1)を満足するオーステナイト系耐熱鋼溶接金属。
式(1) [%S]+0.5×{[%Sn]+[%Pb]+[%Zn]}≦0.0030%([%S]、[%Sn]、[%Pb]、及び[%Zn]は、不純物としてのS、Sn、Pb、及びZnの含有量(質量%)を表す。)
【選択図】なしAn austenitic heat-resistant steel weld metal having excellent resistance to welding hot cracking and a welded joint having the same.
SOLUTION: C: 0.06% to 0.14%, Si: 0.1% to 0.8%, Mn: 0.1% to 1.8%, P: 0.025% or less, Cu: 2% -4. %, Ni: 12% to 16%, Cr: 16.5% to 19.5%, W: 2% to 4.5%, Ti: 0.05% to 0.35%, Nb: 0.05% -0.5%, N: 0.001% -0.015%, Al: 0.08% or less, O: 0.08% or less, and S, Sn, Pb and Zn as impurities are represented by the following formula ( Austenitic heat-resistant steel weld metal satisfying 1).
Formula (1) [% S] + 0.5 × {[% Sn] + [% Pb] + [% Zn]} ≦ 0.0030% ([% S], [% Sn], [% Pb], and [% Zn] represents the content (mass%) of S, Sn, Pb, and Zn as impurities.)
[Selection figure] None
Description
本発明は、オーステナイト系耐熱鋼溶接金属およびそれを有する溶接継手に関する。 The present invention relates to an austenitic heat-resistant steel weld metal and a welded joint having the same.
近年、環境負荷軽減の観点から発電用ボイラ等では運転条件の高温・高圧化が世界的規模で進められている。過熱器管および再熱器管に使用される材料には、より優れた高温強度、耐食性等の特性を有することが求められている。
このような要求を満たす材料として、従来、多量の窒素を含有させた種々のオーステナイト系耐熱鋼(以下、多量の窒素を含有させたオーステナイト系耐熱鋼を「高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼」とも称する)が開発されてきた。
In recent years, high-temperature and high-pressure operating conditions have been promoted on a global scale for power generation boilers and the like from the viewpoint of reducing environmental impact. Materials used for superheater tubes and reheater tubes are required to have more excellent properties such as high-temperature strength and corrosion resistance.
As materials satisfying such requirements, various austenitic heat resistant steels containing a large amount of nitrogen (hereinafter, austenitic heat resistant steels containing a large amount of nitrogen are also referred to as “high nitrogen containing austenitic heat resistant steels”). ) Has been developed.
例えば、特許文献1には、Nを0.1%〜0.35%およびCrを22%超〜30%未満とするとともに、特定の金属組織を規定した高温強度と耐食性に優れる高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼が提案されている。
また、特許文献2にも、Nを0.1%〜0.35%およびCrを22%超〜30%未満とするともに、不純物を特定の条件に規定した高温強度と耐食性に優れる高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼が提案されている。
これらの高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼は、一般には、溶接金属を有する溶接構造物として使用される。そのため、溶接構造物として、これらの高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼の性能を活用し得る溶接金属についても種々提案されてきた。
For example, in Patent Document 1, N is 0.1% to 0.35% and Cr is more than 22% to less than 30%, and a high nitrogen content austenite having a specific metal structure and excellent in high temperature strength and corrosion resistance. A heat resistant steel has been proposed.
Patent Document 2 also describes that N is 0.1% to 0.35% and Cr is more than 22% to less than 30%, and high nitrogen content is excellent in high temperature strength and corrosion resistance in which impurities are specified under specific conditions. Austenitic heat-resistant steel has been proposed.
These high nitrogen content austenitic heat resistant steels are generally used as welded structures having weld metals. Therefore, various weld metals that can utilize the performance of these high nitrogen-containing austenitic heat resistant steels have been proposed as welded structures.
例えば、特許文献3には、Nbを0.5%〜3.5%およびNを0.1%〜0.35%含有させるとともに、Moを0.2%〜1.8%含有させた高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼溶接金属は、高温強度、耐食性、及び溶接時の耐溶接割れ性を満足することが開示されている。 For example, Patent Document 3 includes a high Nb content of 0.5% to 3.5% and N content of 0.1% to 0.35% and Mo content of 0.2% to 1.8%. It is disclosed that a nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel weld metal satisfies high-temperature strength, corrosion resistance, and weld crack resistance during welding.
特許文献4には、Nbを0.8%〜4.5%およびNを0.1%〜0.35%含有させるとともに、C量をNb量により調整した高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼溶接金属は、溶接時の耐溶接割れ性の改善が図れ、かつ、高温強度と耐食性を両立することが開示されている。 Patent Document 4 discloses a high-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel weld metal containing 0.8% to 4.5% Nb and 0.1% to 0.35% N and adjusting the amount of C by the amount of Nb. Discloses that it is possible to improve the weld crack resistance during welding and to achieve both high-temperature strength and corrosion resistance.
特許文献5には、Nbを0.15%〜1.5%、Wを0.5%〜3%、およびNを0.1%〜0.35%含む高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼溶接金属は、高温強度に優れることが開示されている。 Patent Document 5 discloses a high nitrogen content austenitic heat-resistant steel weld metal containing 0.15% to 1.5% Nb, 0.5% to 3% W, and 0.1% to 0.35% N. Is disclosed to be excellent in high-temperature strength.
ところで、これらの高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼は、確かに優れた高強度、耐食性等の特性を満足する。しかしながら、高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼は、多量の窒化物を析出するため、時効後の靭性が乏しい。それに加え、長時間使用中に窒化物が成長し、使用条件によってはクリープ強度の低下が生じる場合がある。そのため、窒素の含有量が低いオーステナイト系耐熱鋼(以下、「低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼」とも称する)の場合でも、高強度を達成し得るオーステナイト系耐熱鋼の開発も進められている。 By the way, these high nitrogen-containing austenitic heat resistant steels certainly satisfy excellent properties such as high strength and corrosion resistance. However, high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel precipitates a large amount of nitride, and therefore has poor toughness after aging. In addition, nitride grows during long-term use, and the creep strength may be lowered depending on the use conditions. Therefore, even in the case of an austenitic heat-resistant steel having a low nitrogen content (hereinafter also referred to as “low nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel”), development of austenitic heat-resistant steel capable of achieving high strength has been promoted.
これら低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼も溶接構造物として使用され、その際に、Ni基合金用溶接金属を有する溶接構造物として溶接することが可能である。しかしながら、Ni基合金は、クリープ強度には優れるものの、高価であることから経済性の観点で好ましくない。加えて、Ni基合金の成分が、母材の成分と大きく異なる場合には、十分な耐溶接高温割れ性(具体的には、耐凝固割れ性)が得られない場合がある。
そのため、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼の性能を活用し得る溶接金属についても母材と同様に必要とされている。したがって、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接構造物として使用する場合、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼の性能を十分に活用し得る溶接金属、及びそれを有する溶接継手の開発が待望されていた。
These low nitrogen-containing austenitic heat resistant steels are also used as welded structures, and at that time, it is possible to weld as welded structures having a weld metal for Ni-based alloys. However, although Ni-based alloys are excellent in creep strength, they are not preferable from the viewpoint of economy because they are expensive. In addition, when the component of the Ni-based alloy is significantly different from the component of the base material, sufficient weld hot cracking resistance (specifically, solidification cracking resistance) may not be obtained.
Therefore, a weld metal that can utilize the performance of the low nitrogen content austenitic heat resistant steel is also required in the same manner as the base metal. Therefore, when low nitrogen content austenitic heat resistant steel is used as a welded structure, development of a weld metal capable of fully utilizing the performance of the low nitrogen content austenitic heat resistant steel and a welded joint having the same has been awaited.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接構造物として使用する場合、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼の性能を十分に活用し得る、耐溶接高温割れ性(具体的には、延性低下割れ)に優れるオーステナイト系耐熱鋼溶接金属およびそれを有する溶接継手を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and when using low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel as a welded structure, it is possible to fully utilize the performance of low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel, which has high resistance to welding. An object of the present invention is to provide an austenitic heat-resistant steel weld metal having excellent crackability (specifically, ductile drop cracking) and a welded joint having the same.
本発明者らは、溶接金属の窒素量を低減した場合の課題の有無を検討するため、質量%で、C:0.06%〜0.14%、Si:0.1%〜0.8%、Mn:0.1%〜1.8%、Cu:2%〜4%、Ni:12%〜16%、Cr:16.5%〜19.5%、W:2%〜4.5%、Ti:0.05%〜0.35%、Nb:0.05%〜0.5%を含有させた溶接金属を作製し、種々検討を行った。その結果、必要な強度は得られるものの、以下に述べる課題があることが判明した。
(a) 溶接金属に、溶接後の補修を模擬した溶接を施すと、溶接金属中の窒素量を低減した場合、溶接中、元の溶接金属に生じる割れの感受性が高まる。
(b) 割れは、補修の溶接熱サイクルの影響により,その溶融境界から少し離れた位置に生じた、いわゆる延性低下割れである。
(c) 溶接金属の組織は、低窒素化により、柱状晶境界の形状が平滑になる傾向があるとともに、柱状晶境界に存在する共晶炭窒化物量が減少する。
(d) 溶接金属の割れ破面の詳細調査の結果、破面上にはS、Sn、Pb、及びZnのいずれか1種以上の濃化が検出された。
In order to examine the presence or absence of a problem when the nitrogen content of the weld metal is reduced, the present inventors, in mass%, C: 0.06% to 0.14%, Si: 0.1% to 0.8 %, Mn: 0.1% to 1.8%, Cu: 2% to 4%, Ni: 12% to 16%, Cr: 16.5% to 19.5%, W: 2% to 4.5 %, Ti: 0.05% to 0.35%, and Nb: 0.05% to 0.5% were produced, and various studies were made. As a result, it was found that although necessary strength was obtained, there were the following problems.
(A) When welding which simulates repair after welding is performed on the weld metal, when the amount of nitrogen in the weld metal is reduced, the susceptibility to cracks generated in the original weld metal is increased during welding.
(B) The crack is a so-called ductile deterioration crack that occurs at a position slightly away from the melting boundary due to the influence of the welding heat cycle of the repair.
(C) The structure of the weld metal has a tendency that the shape of the columnar crystal boundary becomes smooth due to the reduction in nitrogen, and the amount of eutectic carbonitride existing at the columnar crystal boundary decreases.
(D) As a result of the detailed investigation of the cracked fracture surface of the weld metal, at least one enrichment of S, Sn, Pb and Zn was detected on the fracture surface.
上記(a)〜(d)の判明事項から、本発明者らは、次の結論に至った。
すなわち、溶接金属中の窒素の含有量が高い場合、溶接金属の凝固に伴い、液相にTi及びNbなど、C及びNと親和力の強い合金元素が排出されて濃化し、これらの元素から構成される炭窒化物と基質との共晶反応が高温から生じる。そのため、最終層の柱状晶境界は複雑となる。
From the above findings (a) to (d), the inventors have reached the following conclusion.
That is, when the content of nitrogen in the weld metal is high, with the solidification of the weld metal, alloy elements having strong affinity with C and N, such as Ti and Nb, are discharged and concentrated in the liquid phase. The eutectic reaction between the carbonitride and the substrate that occurs is generated from a high temperature. Therefore, the columnar crystal boundary of the final layer becomes complicated.
一方、溶接金属中の窒素を低減した場合、共晶反応が低温まで起こらない。そのため、柱状晶境界は平滑となり、単位体積あたりの境界面積が減少する。
その結果、溶接金属中の窒素を低減した場合、粒界固着力を低下させるS、Sn、Pb、及びZnの柱状晶境界への偏析が大きくなる。さらに、溶接金属に対し、補修溶接を模擬した熱サイクルによる熱応力が作用した場合、形状的に粒界すべりが生じやすくなるため、延性低下割れ感受性が高まると考えられた。
On the other hand, when nitrogen in the weld metal is reduced, the eutectic reaction does not occur to a low temperature. Therefore, the columnar crystal boundary becomes smooth and the boundary area per unit volume decreases.
As a result, when nitrogen in the weld metal is reduced, segregation to the columnar crystal boundaries of S, Sn, Pb, and Zn, which lowers the grain boundary fixing force, increases. Furthermore, when thermal stress due to a thermal cycle simulating repair welding is applied to the weld metal, it is considered that grain boundary slip is likely to occur in shape, so that the ductility lowering cracking sensitivity is increased.
そこで、本発明者らは、上記の割れの防止策について検討した。その結果、溶接金属中に不純物として含有するS、Sn、Pb、及びZn量を、所定の関係式(式(1) [%S]+0.5×{[%Sn]+[%Pb]+[%Zn]}≦0.0030%)を満足するように管理することで、上記の割れの防止が可能であることが明らかとなった。
本発明は、以上の検討を重ねることにより完成するに至ったものである。
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
Therefore, the present inventors examined the above-mentioned crack prevention measures. As a result, the amounts of S, Sn, Pb, and Zn contained as impurities in the weld metal are determined according to a predetermined relational expression (formula (1) [% S] + 0.5 × {[% Sn] + [% Pb] + It was revealed that the above cracks can be prevented by managing so as to satisfy [% Zn]} ≦ 0.0030%).
The present invention has been completed by repeating the above studies.
That is, the gist of the present invention is as follows.
<1> 質量%で、
C:0.06%〜0.14%、
Si:0.1%〜0.8%、
Mn:0.1%〜1.8%、
P:0.025%以下、
Cu:2%〜4%、
Ni:12%〜16%、
Cr:16.5%〜19.5%、
W:2%〜4.5%、
Ti:0.05%〜0.35%、
Nb:0.05%〜0.5%、
N:0.001%〜0.015%、
Al:0.08%以下、
O:0.08%以下、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
かつ、不純物としてのS、Sn、PbおよびZnが下記式(1)を満足するオーステナイト系耐熱鋼溶接金属。
式(1) [%S]+0.5×{[%Sn]+[%Pb]+[%Zn]}≦0.0030%
(式(1)中、[%S]、[%Sn]、[%Pb]、及び[%Zn]は、不純物としてのS、Sn、Pb、及びZnの含有量(質量%)を表す。)
<1> By mass%
C: 0.06% to 0.14%,
Si: 0.1% to 0.8%,
Mn: 0.1% to 1.8%
P: 0.025% or less,
Cu: 2% to 4%,
Ni: 12% to 16%,
Cr: 16.5% to 19.5%,
W: 2% to 4.5%,
Ti: 0.05% to 0.35%,
Nb: 0.05% to 0.5%,
N: 0.001% to 0.015%,
Al: 0.08% or less,
O: 0.08% or less,
And the balance consists of Fe and impurities,
An austenitic heat-resistant steel weld metal in which S, Sn, Pb and Zn as impurities satisfy the following formula (1).
Formula (1) [% S] + 0.5 × {[% Sn] + [% Pb] + [% Zn]} ≦ 0.0030%
(In formula (1), [% S], [% Sn], [% Pb], and [% Zn] represent the contents (mass%) of S, Sn, Pb, and Zn as impurities. )
<2> 合金成分としてのFeに代えて、質量%で、下記の1種または2種以上の元素を含有する<1>に記載のオーステナイト系耐熱鋼溶接金属。
V:0%〜0.35%、
Co:0%〜2%、
Mo:0%〜2%、
B:0%〜0.005%、
Ca:0%〜0.02%、
Mg:0%〜0.02%、
REM:0%〜0.06%
<2> The austenitic heat-resistant steel weld metal according to <1>, which contains one or more of the following elements in mass% instead of Fe as an alloy component.
V: 0% to 0.35%,
Co: 0% to 2%
Mo: 0% to 2%,
B: 0% to 0.005%
Ca: 0% to 0.02%,
Mg: 0% to 0.02%,
REM: 0% to 0.06%
<3> <1>または<2>に記載のオーステナイト系耐熱鋼溶接金属とオーステナイト系耐熱鋼の母材とからなる溶接継手。 <3> A welded joint comprising the austenitic heat resistant steel weld metal according to <1> or <2> and a base material of the austenitic heat resistant steel.
<4> 前記母材が、質量%で、
C:0.04%〜0.15%、
Si:0.05%〜1%、
Mn:0.3%〜2.5%、
P:0.04%以下、
S:0.002%以下、
Cu:2%〜4%、
Ni:11%〜16%、
Cr:16%〜20%、
W:2%〜5%、
Nb:0.1%〜0.8%、
Ti:0.05%〜0.35%、
N:0.001%〜0.015%、
B:0%〜0.01%、
Al:0.03%以下、
O:0.02%以下、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなる<3>に記載の溶接継手。
<4> The base material is mass%,
C: 0.04% to 0.15%,
Si: 0.05% to 1%
Mn: 0.3% to 2.5%
P: 0.04% or less,
S: 0.002% or less,
Cu: 2% to 4%,
Ni: 11% to 16%,
Cr: 16% to 20%,
W: 2% -5%
Nb: 0.1% to 0.8%
Ti: 0.05% to 0.35%,
N: 0.001% to 0.015%,
B: 0% to 0.01%
Al: 0.03% or less,
O: 0.02% or less,
The weld joint according to <3>, further comprising Fe and impurities.
本発明によれば、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接構造物として使用する場合、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼の性能を十分に活用し得る、耐溶接高温割れ性(具体的には、延性低下割れ)に優れるオーステナイト系耐熱鋼溶接金属およびそれを有する溶接継手が提供される。 According to the present invention, when using a low nitrogen content austenitic heat resistant steel as a welded structure, it is possible to fully utilize the performance of the low nitrogen content austenitic heat resistant steel. Provided are an austenitic heat-resistant steel weld metal excellent in reduced cracking) and a welded joint having the same.
以下、本発明のオーステナイト系耐熱鋼溶接金属およびそれを有する溶接継手の一実施形態について、説明する。
なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。ただし、「超」および「未満」等の断りがある場合は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値の少なくとも一方として含まないことを意味する。
Hereinafter, an embodiment of the austenitic heat-resistant steel weld metal of the present invention and a welded joint having the same will be described.
In the present specification, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit and an upper limit unless otherwise specified. However, when there is a notice such as “exceeding” and “less than”, it means that numerical values described before and after “to” are not included as at least one of the lower limit value and the upper limit value.
<溶接金属>
本発明のオーステナイト系耐熱鋼溶接金属は、質量%で、C:0.06%〜0.14%、Si:0.1%〜0.8%、Mn:0.1%〜1.8%、P:0.025%以下、Cu:2%〜4%、Ni:12%〜16%、Cr:16.5%〜19.5%、W:2%〜4.5%、Ti:0.05%〜0.35%、Nb:0.05%〜0.5%、N:0.001%〜0.015%、Al:0.08%以下、O:0.08%以下を含有し、残部としてFeおよび不純物からなる。
そして、不純物としてのS、Sn、PbおよびZnが下記式(1)を満足する。
式(1) [%S]+0.5×{[%Sn]+[%Pb]+[%Zn]}≦0.0030%(ただし、[%S]、[%Sn]、[%Pb]、及び[%Zn]は、不純物としてのS、Sn、Pb、及びZnの含有量(質量%)を表す。)
<Welded metal>
The austenitic heat-resistant steel weld metal of the present invention is, in mass%, C: 0.06% to 0.14%, Si: 0.1% to 0.8%, Mn: 0.1% to 1.8%. , P: 0.025% or less, Cu: 2% to 4%, Ni: 12% to 16%, Cr: 16.5% to 19.5%, W: 2% to 4.5%, Ti: 0 0.05% to 0.35%, Nb: 0.05% to 0.5%, N: 0.001% to 0.015%, Al: 0.08% or less, O: 0.08% or less The balance is Fe and impurities.
And S, Sn, Pb and Zn as impurities satisfy the following formula (1).
Formula (1) [% S] + 0.5 × {[% Sn] + [% Pb] + [% Zn]} ≦ 0.0030% (where [% S], [% Sn], [% Pb] And [% Zn] represents the contents (mass%) of S, Sn, Pb, and Zn as impurities.)
なお、本明細書中において、「不純物」とはオーステナイト系耐熱合金を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップまたは製造環境などから混入する成分であり、意図的に含有させたものではない成分を指す。 In this specification, “impurities” are components that are mixed from ore, scrap, or the production environment as raw materials when industrially producing austenitic heat-resistant alloys, and are intentionally included. Refers to ingredients that are not.
本発明において、オーステナイト系耐熱鋼溶接金属の化学組成を限定する理由は次のとおりである。
なお、以下の説明において、各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。
In the present invention, the reason for limiting the chemical composition of the austenitic heat-resistant steel weld metal is as follows.
In the following description, “%” display of the content of each element means “mass%”.
(C:0.06%〜0.14%)
C(炭素)は、オーステナイト組織を安定にするとともに、微細な炭化物を形成し、高温使用中のクリープ強度を向上させる。さらに、Cは、溶接金属の凝固過程において、Ti、及びNbなどと結合して共晶炭化物を生成する。Ti、及びNbなどの共晶炭化物は、補修溶接時の延性低下割れ感受性の低下にも寄与する。これらの効果を十分に得るために、Cは、0.06%以上含有する必要がある。しかしながら、C含有量が過剰である場合、溶接金属中に炭化物が多量に存在するため、延性が低下する。そのため、C含有量の上限は0.14%以下とする。C含有量の望ましい範囲は0.07%〜0.13%、さらに望ましい範囲は0.08%〜0.12%である。
(C: 0.06% to 0.14%)
C (carbon) stabilizes the austenite structure, forms fine carbides, and improves the creep strength during high temperature use. Further, C combines with Ti, Nb, and the like in the solidification process of the weld metal to generate eutectic carbide. Eutectic carbides such as Ti and Nb also contribute to a reduction in ductility reduction cracking susceptibility during repair welding. In order to sufficiently obtain these effects, C needs to be contained by 0.06% or more. However, when the C content is excessive, the ductility is lowered because a large amount of carbide is present in the weld metal. Therefore, the upper limit of the C content is 0.14% or less. A desirable range for the C content is 0.07% to 0.13%, and a more desirable range is 0.08% to 0.12%.
(Si:0.1%〜0.8%)
Si(ケイ素)は、脱酸作用を有するとともに、高温での耐食性および耐酸化性の向上に有効な元素である。その効果を得るために、Siは、0.1%以上含有する必要がある。しかしながら、Si含有量が過剰である場合には、組織の安定性が低下して、靭性およびクリープ強度の低下を招く。そのため、Si含有量の上限は0.8%以下とする。Si含有量の望ましい範囲は0.12%〜0.7%、さらに望ましい範囲は0.15%〜0.6%である。
(Si: 0.1% to 0.8%)
Si (silicon) is an element that has a deoxidizing action and is effective in improving corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures. In order to acquire the effect, it is necessary to contain Si 0.1% or more. However, when the Si content is excessive, the stability of the structure decreases, leading to a decrease in toughness and creep strength. Therefore, the upper limit of Si content is 0.8% or less. A desirable range for the Si content is 0.12% to 0.7%, and a more desirable range is 0.15% to 0.6%.
(Mn:0.1%〜1.8%)
Mn(マンガン)は、Siと同様、脱酸作用を有する。また、Mnは、オーステナイト組織を安定にし、クリープ強度の向上に寄与する。これらの効果を得るために、Mnは、0.1%以上含有させる必要がある。しかしながら、Mn含有量が過剰になると脆化を招き、さらに、クリープ延性の低下も生じる。そのため、Mn含有量の上限は1.8%以下とする。Mn含有量の望ましい範囲は0.15%〜1.2%、さらに望ましい範囲は0.2%〜1.0%である。
(Mn: 0.1% to 1.8%)
Mn (manganese) has a deoxidizing action like Si. Mn stabilizes the austenite structure and contributes to the improvement of creep strength. In order to acquire these effects, it is necessary to contain Mn 0.1% or more. However, when the Mn content is excessive, embrittlement is caused, and further, creep ductility is reduced. Therefore, the upper limit of the Mn content is 1.8% or less. A desirable range of the Mn content is 0.15% to 1.2%, and a more desirable range is 0.2% to 1.0%.
(P:0.025%以下)
P(リン)は、不純物として溶接金属に含まれ、クリープ延性を低下させる元素である。このため、P含有量の上限は、0.025%以下とする必要がある。P含有量の上限は、望ましくは0.023%以下、さらに望ましくは0.02%以下である。なお、P含有量は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。そのため、P含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.0008%以上である。
(P: 0.025% or less)
P (phosphorus) is an element contained in the weld metal as an impurity and reduces creep ductility. For this reason, the upper limit of P content needs to be 0.025% or less. The upper limit of the P content is desirably 0.023% or less, and more desirably 0.02% or less. In addition, although it is desirable to reduce P content as much as possible, extreme reduction leads to the increase in manufacturing cost. Therefore, a desirable lower limit of the P content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.0008% or more.
(Cu:2%〜4%)
Cu(銅)は、オーステナイト組織の安定性を高めるとともに、使用中に微細に析出して、クリープ強度の向上に寄与する。その効果を得るために、Cuは、2%以上含有する必要がある。しかしながら、Cu含有量が過剰である場合、延性の低下を招くため、Cu含有量の上限は4%以下とする。Cu含有量の望ましい範囲は2.3%〜3.8%、さらに望ましい範囲は2.5%〜3.5%である。
(Cu: 2% to 4%)
Cu (copper) enhances the stability of the austenite structure and precipitates finely during use, contributing to the improvement of creep strength. In order to acquire the effect, Cu needs to contain 2% or more. However, when the Cu content is excessive, the ductility is lowered, so the upper limit of the Cu content is 4% or less. A desirable range for the Cu content is 2.3% to 3.8%, and a more desirable range is 2.5% to 3.5%.
(Ni:12%〜16%)
Ni(ニッケル)は、長時間使用時のオーステナイト組織の安定性を高め、クリープ強度に寄与する。その効果を十分に得るために、Niは、12%以上含有させる必要がある。しかしながら、Niは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、Ni含有量は、上限を設けて16%以下とする。Ni含有量の望ましい範囲は12.5%〜15.5%、さらに望ましい範囲は13%〜15%である。
(Ni: 12% to 16%)
Ni (nickel) increases the stability of the austenite structure when used for a long time and contributes to the creep strength. In order to obtain the effect sufficiently, Ni needs to be contained by 12% or more. However, Ni is an expensive element, and a large amount causes an increase in cost. Therefore, the Ni content is 16% or less with an upper limit. A desirable range of the Ni content is 12.5% to 15.5%, and a more desirable range is 13% to 15%.
(Cr:16.5%〜19.5%)
Cr(クロム)は、高温での耐酸化性および耐食性の確保のために必須の元素である。また、Crは、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。十分にその効果を得るために、Crは、16.5%以上含有させる必要がある。しかしながら、Cr含有量が19.5%を超えると、高温でのオーステナイト組織の安定性が劣化してクリープ強度の低下を招く。したがって、Cr含有量は16.5%〜19.5%とする。Cr含有量の望ましい範囲は17%〜19%、さらに望ましい範囲は17.5%〜18.5%である。
(Cr: 16.5% to 19.5%)
Cr (chromium) is an essential element for securing oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. Further, Cr contributes to ensuring creep strength by forming fine carbides. In order to obtain the effect sufficiently, it is necessary to contain 16.5% or more of Cr. However, if the Cr content exceeds 19.5%, the stability of the austenite structure at a high temperature deteriorates and the creep strength is reduced. Therefore, the Cr content is 16.5% to 19.5%. A desirable range for the Cr content is 17% to 19%, and a more desirable range is 17.5% to 18.5%.
(W:2%〜4.5%)
W(タングステン)は、マトリックスに固溶もしくは微細な金属間化合物相を形成して、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に大きく寄与する元素である。その効果を十分に発揮させるために、Wは、2%以上含有させる必要がある。しかしながら、Wは、高価な元素であるため、Wの過剰の含有はコストの増大を招く。また、Wを過剰に含有しても効果が飽和する。そのため、W含有量の上限は4.5%以下とする。W含有量の望ましい範囲は2.2%〜4.3%であり、さらに望ましい範囲は2.5%〜4%である。
(W: 2% to 4.5%)
W (tungsten) is an element that contributes greatly to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures by forming a solid solution or a fine intermetallic compound phase in the matrix. In order to fully exhibit the effect, W needs to be contained 2% or more. However, since W is an expensive element, excessive content of W causes an increase in cost. Even if W is contained excessively, the effect is saturated. Therefore, the upper limit of the W content is 4.5% or less. A desirable range of W content is 2.2% to 4.3%, and a more desirable range is 2.5% to 4%.
(Ti:0.05%〜0.35%)
Ti(チタン)は、微細な炭窒化物を形成して、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する。その効果を得るために、Tiは、0.05%以上含有させる必要がある。しかしながら、Ti含有量が過剰になると、多量に析出し、クリープ延性および靭性の低下を招く。そのため、Ti含有量の上限は、0.35%以下とする必要がある。Ti含有量の望ましい範囲は0.08%〜0.32%であり、さらに望ましい範囲は0.12%〜0.3%である。
(Ti: 0.05% to 0.35%)
Ti (titanium) forms fine carbonitrides and contributes to improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. In order to acquire the effect, it is necessary to contain Ti 0.05% or more. However, when the Ti content is excessive, it precipitates in a large amount, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the upper limit of the Ti content needs to be 0.35% or less. A desirable range of Ti content is 0.08% to 0.32%, and a more desirable range is 0.12% to 0.3%.
(Nb:0.05%〜0.5%)
Nb(ニオブ)は、Tiと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属の高温でのクリープ強度および引張強さの向上に有効である。さらに、Nbは、補修溶接時の延性低下割れ感受性の低減にも寄与する。その効果を十分に得るために、Nbは0.05%以上含有させる必要がある。しかしながら、Nb含有量が過剰になると、炭窒化物として多量に析出し、クリープ延性および靭性の低下を招く。そのため、Nb含有量の上限は0.5%以下とする。Nb含有量の望ましい範囲は0.08%〜0.45%であり、さらに望ましい範囲は0.12%〜0.4%である。
(Nb: 0.05% to 0.5%)
Nb (niobium), like Ti, precipitates in the grains as fine carbonitride, and is effective in improving the creep strength and tensile strength of the weld metal at high temperatures. Furthermore, Nb also contributes to a reduction in ductility lowering cracking sensitivity during repair welding. In order to obtain the effect sufficiently, Nb needs to be contained by 0.05% or more. However, if the Nb content is excessive, a large amount of carbonitride precipitates, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the upper limit of Nb content is 0.5% or less. A desirable range of Nb content is 0.08% to 0.45%, and a more desirable range is 0.12% to 0.4%.
(N:0.001%〜0.015%)
N(窒素)は、オーステナイト組織を安定にするとともに、固溶または窒化物として析出し、高温強度の向上に寄与する。その効果を少なからず得るために、Nは、0.001%以上含有させる必要がある。しかしながら、Nが0.015%を超えて含有されると、多量の窒化物が析出して、靭性の低下を招く。そのため、N含有量は0.001%〜0.015%とする。N含有量の望ましい範囲は0.002%〜0.012%であり、さらに望ましい範囲は0.003%〜0.01%である。
(N: 0.001% to 0.015%)
N (nitrogen) stabilizes the austenite structure and precipitates as a solid solution or nitride, contributing to the improvement of the high temperature strength. In order to obtain the effects not a little, N needs to be contained by 0.001% or more. However, when N is contained in excess of 0.015%, a large amount of nitride precipitates, resulting in a decrease in toughness. Therefore, the N content is set to 0.001% to 0.015%. A desirable range of the N content is 0.002% to 0.012%, and a more desirable range is 0.003% to 0.01%.
(Al:0.08%以下)
Al(アルミニウム)は、母材の製造時に脱酸剤として含有され、溶接材料の製造時にも脱酸剤として含有される。その結果として、溶接金属にAlが含有される。しかしながら、多量のAlを含有すると延性が低下する。このため、Al含有量の上限は0.08%以下に制限する必要がある。Al含有量の上限は、望ましくは0.06%以下、さらに望ましくは0.04%以下である。なお、Al含有量の下限は特に設ける必要はないが、Al含有量の極端な低減は、製造コストの増大を招く。そのため、Al含有量の望ましい下限は0.0005%以上であり、さらには望ましい下限は0.0008%以上である。
(Al: 0.08% or less)
Al (aluminum) is contained as a deoxidizer during the production of the base material, and is also contained as a deoxidizer during the production of the welding material. As a result, the weld metal contains Al. However, when a large amount of Al is contained, ductility is lowered. For this reason, the upper limit of Al content needs to be limited to 0.08% or less. The upper limit of the Al content is desirably 0.06% or less, and more desirably 0.04% or less. In addition, although it is not necessary to provide the minimum of Al content in particular, the extreme reduction of Al content leads to the increase in manufacturing cost. Therefore, a desirable lower limit of the Al content is 0.0005% or more, and a desirable lower limit is 0.0008% or more.
(O:0.08%以下)
O(酸素)は、不純物として溶接金属中に含まれる。しかしながら、O(酸素)含有量が過剰になると、靭性および延性の劣化を招く。このため、O(酸素)含有量の上限は0.08%以下に制限する必要がある。O(酸素)含有量の上限は、望ましくは0.06%以下、さらに望ましくは0.04%以下である。なお、O(酸素)の含有量について特に下限を設ける必要はないが、極端な低減は製造コストの上昇を招く。そのため、O(酸素)含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.0008%以上である。
(O: 0.08% or less)
O (oxygen) is contained in the weld metal as an impurity. However, when the O (oxygen) content is excessive, toughness and ductility are deteriorated. For this reason, the upper limit of O (oxygen) content needs to be limited to 0.08% or less. The upper limit of the O (oxygen) content is desirably 0.06% or less, and more desirably 0.04% or less. Although there is no particular need to set a lower limit for the O (oxygen) content, an extreme reduction leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the desirable lower limit of the O (oxygen) content is 0.0005% or more, and the more desirable lower limit is 0.0008% or more.
(S、Sn、Pb、及びZn:[%S]+0.5×{[%Sn]+[%Pb]+[%Zn]}≦0.0030%)
これら元素は、不純物として溶接金属中に含まれ、補修溶接時の延性低下割れ感受性を高める元素である。本発明者らは、上述の窒素含有量の範囲において、種々実験した結果、Sは偏析エネルギーが大きいため、粒界偏析しやすく、延性低下割れを起こす影響度が、Sn、Pb、及びZnに比べて、2倍もあることを知見した。
そこで、延性低下割れを安定して防止するためには、式(1)([%S]+0.5×{[%Sn]+[%Pb]+[%Zn]})で求められる値を0.0030%以下とする必要がある。式(1)の値は、望ましくは0.0025%以下、さらに望ましくは0.0020%以下である。なお、これらの不純物(S、Sn、Pb、及びZn)は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。そのため、式(1)で求められる値の望ましい下限は0.0001%以上、さらに望ましい下限は0.0002%以上である。
(S, Sn, Pb, and Zn: [% S] + 0.5 × {[% Sn] + [% Pb] + [% Zn]} ≦ 0.0030%)
These elements are contained in the weld metal as impurities, and are elements that increase the susceptibility to ductile deterioration cracks during repair welding. As a result of various experiments in the range of the nitrogen content described above, the present inventors have found that S has a large segregation energy, so that it is easy to segregate at the grain boundary, and the degree of influence causing ductile drop cracking is Sn, Pb, and Zn. It was found that there are twice as much.
Therefore, in order to stably prevent the ductile drop cracking, the value obtained by the formula (1) ([% S] + 0.5 × {[% Sn] + [% Pb] + [% Zn]}) is used. It is necessary to make it 0.0030% or less. The value of formula (1) is desirably 0.0025% or less, and more desirably 0.0020% or less. Although it is desirable to reduce these impurities (S, Sn, Pb, and Zn) as much as possible, extreme reduction causes an increase in manufacturing cost. Therefore, the desirable lower limit of the value obtained by the formula (1) is 0.0001% or more, and the more desirable lower limit is 0.0002% or more.
本発明のオーステナイト系耐熱鋼溶接金属は上述の各元素を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成のものである。 The austenitic heat-resistant steel weld metal of the present invention has a chemical composition containing the above-mentioned elements, with the balance being Fe and impurities.
本発明のオーステナイト系耐熱鋼溶接金属は、合金成分としてのFeに代えて、質量%で、V:0%〜0.35%、Co:0%〜2%、Mo:0%〜2%、B:0%〜0.005%、Ca:0%〜0.02%、Mg:0%〜0.02%、REM:0%〜0.06%の1種または2種以上の元素を含有してもよい。下記に、各成分について説明する。 The austenitic heat-resisting steel weld metal of the present invention is mass% in place of Fe as an alloy component, V: 0% to 0.35%, Co: 0% to 2%, Mo: 0% to 2%, Contains one or more elements of B: 0% to 0.005%, Ca: 0% to 0.02%, Mg: 0% to 0.02%, REM: 0% to 0.06% May be. Below, each component is demonstrated.
(V:0%〜0.35%以下)
V(バナジウム)は、NbおよびTiと同様、微細な炭窒化物を形成し、クリープ強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Vは、過剰に含有すると、多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。そのため、Vを含む場合、V含有量の上限は0.35%以下とする。V含有量の上限は、望ましくは、0.32%以下、さらに望ましくは0.3%以下である。なお、Vを含有する場合、V含有量の望ましい下限は0.01%以上、さらに望ましい下限は、0.03%以上である。
(V: 0% to 0.35% or less)
V (vanadium), like Nb and Ti, forms fine carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength, and may be contained as necessary. However, when V is contained excessively, it precipitates in a large amount and causes a decrease in creep ductility. Therefore, when V is included, the upper limit of V content is 0.35% or less. The upper limit of the V content is desirably 0.32% or less, and more desirably 0.3% or less. When V is contained, the desirable lower limit of the V content is 0.01% or more, and the more desirable lower limit is 0.03% or more.
(Co:0%〜2%)
Co(コバルト)は、NiおよびCuと同様オーステナイト生成元素であり、オーステナイト組織の安定性を高めてクリープ強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Coは、極めて高価な元素であるため、過剰に含有すると材料の大幅なコスト増を招く。そのため、Coを含む場合、Co含有量の上限は2%以下とする。Co含有量の上限は、望ましくは、1.8%以下、さらに望ましくは、1.5%以下である。なお、Coを含有する場合、Co含有量の望ましい下限は0.01%以上、さらに望ましい下限は0.03%以上である。
(Co: 0% to 2%)
Co (cobalt) is an austenite-forming element like Ni and Cu, and contributes to the improvement of creep strength by increasing the stability of the austenite structure, so it may be contained if necessary. However, since Co is an extremely expensive element, if it is excessively contained, the cost of the material is greatly increased. Therefore, when Co is contained, the upper limit of the Co content is 2% or less. The upper limit of the Co content is desirably 1.8% or less, and more desirably 1.5% or less. When Co is contained, a desirable lower limit of the Co content is 0.01% or more, and a more desirable lower limit is 0.03% or more.
(Mo:0%〜2%)
Mo(モリブデン)は、Wと同様、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素であるので、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Moは過剰に含有すると組織安定性を低下させ、逆にクリープ強度を低下させる場合もある。さらに、Moは高価な元素であるため、過剰の含有はコストの増大を招く。そのため、Moを含む場合、Mo含有量の上限は2%以下とする。Mo含有量の上限は、望ましくは、1.5%以下、さらに望ましくは、1.2%以下である。なお、Moを含有する場合、Mo含有量の望ましい下限は0.01%以上、さらに望ましい下限は0.03%以上である。
(Mo: 0% to 2%)
Mo (molybdenum), like W, is an element that dissolves in the matrix and contributes to the improvement of the creep strength and tensile strength at high temperatures, and may be contained as necessary. However, when Mo is contained excessively, the structure stability is lowered, and on the contrary, the creep strength may be lowered. Furthermore, since Mo is an expensive element, excessive inclusion causes an increase in cost. Therefore, when Mo is included, the upper limit of the Mo content is 2% or less. The upper limit of the Mo content is desirably 1.5% or less, and more desirably 1.2% or less. When Mo is contained, the desirable lower limit of the Mo content is 0.01% or more, and the more desirable lower limit is 0.03% or more.
(B:0%〜0.005%)
B(ホウ素)は、炭化物を微細に分散させることにより、クリープ強度を向上させるとともに、粒界を強化して、補修溶接時の割れ感受性の低下および靭性の向上にも寄与する元素である。しかしながら、Bは過剰に含有すると、補修溶接時の液化割れ感受性を高める。そのため、Bを含む場合、Bの含有量の上限は0.005%以下とする。Bの含有量の上限は、望ましくは、0.003%以下、さらに望ましくは、0.002%以下である。なお、Bを含有する場合の望ましい下限は0.0003%以上、さらに望ましい下限は0.0005%以上である。
(B: 0% to 0.005%)
B (boron) is an element that improves the creep strength by finely dispersing carbides, strengthens the grain boundary, and contributes to a reduction in cracking susceptibility and toughness during repair welding. However, when B is contained excessively, the liquefaction cracking sensitivity at the time of repair welding is increased. Therefore, when B is included, the upper limit of the B content is 0.005% or less. The upper limit of the B content is desirably 0.003% or less, and more desirably 0.002% or less. When B is contained, a desirable lower limit is 0.0003% or more, and a more desirable lower limit is 0.0005% or more.
(Ca:0%〜0.02%)
Ca(カルシウム)は、熱間変形能を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Caの過剰の含有は、酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Caの含有量の上限は0.02%以下とする。Caを含む場合、Caの含有量の上限は、望ましくは0.015%以下、更に望ましくは0.01%以下である。なお、Caを含有する場合の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(Ca: 0% to 0.02%)
Since Ca (calcium) has an effect of improving hot deformability, it may be contained as necessary. However, an excessive content of Ca combines with oxygen, significantly lowers cleanliness, and deteriorates hot deformability. Therefore, the upper limit of the Ca content is 0.02% or less. When Ca is contained, the upper limit of the Ca content is desirably 0.015% or less, and more desirably 0.01% or less. When Ca is contained, a desirable lower limit is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.001% or more.
(Mg:0%〜0.02%)
Mg(マグネシウム)は、Caと同様、熱間変形能を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Mgの過剰の含有は、酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Mgの含有量の上限は0.02%以下とする。Mgを含む場合、Mg含有量の上限は、望ましくは0.015%以下、更に望ましくは0.01%以下である。なお、Mgを含有する場合の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(Mg: 0% to 0.02%)
Since Mg (magnesium) has the effect of improving hot deformability like Ca, it may be contained as necessary. However, the excessive content of Mg combines with oxygen, significantly lowers cleanliness, and deteriorates hot deformability. Therefore, the upper limit of the Mg content is 0.02% or less. When Mg is contained, the upper limit of the Mg content is desirably 0.015% or less, and more desirably 0.01% or less. When Mg is contained, a desirable lower limit is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.001% or more.
(REM:0%〜0.06%)
REM(希土類元素)は、CaおよびMgと同様、熱間変形能を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、REMの過剰の含有は、酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、REMを含む場合、REM含有量の上限は、0.06%以下とする。REM含有量の上限は、望ましくは0.04%以下、更に望ましくは0.03%以下である。なお、REMを含有する場合、REM含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(REM: 0% to 0.06%)
Since REM (rare earth element) has an effect of improving hot deformability like Ca and Mg, it may be contained as necessary. However, an excessive content of REM binds to oxygen, significantly reduces cleanliness, and deteriorates hot deformability. Therefore, when it contains REM, the upper limit of REM content shall be 0.06% or less. The upper limit of the REM content is desirably 0.04% or less, and more desirably 0.03% or less. When REM is contained, the desirable lower limit of the REM content is 0.0005% or more, and the more desirable lower limit is 0.001% or more.
なお、「REM」とはSc、Yおよびランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量はREMのうちの1種または2種以上の元素の合計含有量を指す。また、REMについては一般的にミッシュメタルに含有される。このため、例えば、REMは、REMの含有量が上記の範囲となるように、ミッシュメタルの形で含有させてもよい。 “REM” is a generic name for a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM refers to the total content of one or more elements of REM. Further, REM is generally contained in misch metal. For this reason, for example, REM may be contained in the form of misch metal so that the content of REM is in the above range.
<溶接継手>
本発明の溶接金属と、オーステナイト系耐熱鋼の母材とにより、耐溶接高温割れ性に優れた溶接継手が得られる。溶接継手は、具体的には、継手部の溶接金属と、溶接金属を挟むオーステナイト系耐熱鋼からなる二つの母材とを有する。
なお、溶接継手の具体的形状、溶接継手を得るための溶接の具体的態様(溶接姿勢)は特に限定されず、例えば、鋼管に開先加工した後に突合せ溶接する場合、厚板に開先加工した後に突合せ溶接する場合などに適用すればよい。
以下、溶接継手を構成する母材について説明する。
<Welded joint>
With the weld metal of the present invention and the base material of the austenitic heat-resisting steel, a welded joint having excellent weld hot cracking resistance is obtained. Specifically, the welded joint has a weld metal of the joint part and two base materials made of austenitic heat-resistant steel sandwiching the weld metal.
The specific shape of the welded joint and the specific mode of welding (welding posture) for obtaining the welded joint are not particularly limited. For example, in the case of butt welding after groove processing on a steel pipe, groove processing is performed on a thick plate. For example, it may be applied to the case where butt welding is performed.
Hereinafter, the base material constituting the welded joint will be described.
<母材>
以上、本発明に係るオーステナイト系耐熱鋼溶接金属の化学組成について詳述したが、本発明に係るオーステナイト系耐熱鋼溶接金属を有する溶接継手を得る際に、その母材は下記の化学組成であることが望ましい。
<Base material>
As described above, the chemical composition of the austenitic heat-resistant steel weld metal according to the present invention has been described in detail. When obtaining a welded joint having the austenitic heat-resistant steel weld metal according to the present invention, the base material has the following chemical composition. It is desirable.
母材の望ましい化学組成は、質量%で、C:0.04%〜0.15%、Si:0.05%〜1%、Mn:0.3%〜2.5%、P:0.04%以下、S:0.002%以下、Cu:2%〜4%、Ni:11%〜16%、Cr:16%〜20%、W:2%〜5%、Nb:0.1%〜0.8%、Ti:0.05%〜0.35%、N:0.001%〜0.015%、B:0%〜0.01%、Al:0.03%以下、O:0.02%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる。
以下、その望ましい理由について述べる。なお、以下の説明において、各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。
Desirable chemical composition of the base material is mass%, C: 0.04% to 0.15%, Si: 0.05% to 1%, Mn: 0.3% to 2.5%, P: 0.00. 04% or less, S: 0.002% or less, Cu: 2% to 4%, Ni: 11% to 16%, Cr: 16% to 20%, W: 2% to 5%, Nb: 0.1% -0.8%, Ti: 0.05% -0.35%, N: 0.001% -0.015%, B: 0% -0.01%, Al: 0.03% or less, O: It contains 0.02% or less, and the balance consists of Fe and impurities.
The reason for this is described below. In the following description, “%” display of the content of each element means “mass%”.
(C:0.04%〜0.15%)
Cは、オーステナイト組織を安定にするとともに微細な炭化物を形成し、高温使用中のクリープ強度を向上させる。C含有量が0.04%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Cが過剰に含有された場合、炭化物が多量に析出し、クリープ延性および靭性が低下する。そのため、C含有量の上限は0.15%以下とすることがよい。C含有量の望ましい範囲は0.05%〜0.13%、さらに望ましい範囲は0.06%〜0.12%である。
(C: 0.04% to 0.15%)
C stabilizes the austenite structure, forms fine carbides, and improves the creep strength during high temperature use. If the C content is 0.04% or more, the above effect can be obtained effectively. However, when C is contained excessively, a large amount of carbide precipitates and creep ductility and toughness are lowered. Therefore, the upper limit of the C content is preferably 0.15% or less. A desirable range for the C content is 0.05% to 0.13%, and a more desirable range is 0.06% to 0.12%.
(Si:0.05%〜1%)
Siは、脱酸作用を有するとともに、高温での耐食性および耐酸化性の向上に有効な元素である。Si含有量が0.05%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Siが過剰に含有された場合には組織の安定性が低下して、靭性およびクリープ強度の低下を招く。そのため、Si含有量の上限は1%以下とすることがよい。Si含有量の望ましい範囲は0.08%〜0.8%、さらに望ましい範囲は0.1%〜0.5%である。
(Si: 0.05% to 1%)
Si is an element that has a deoxidizing action and is effective in improving corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures. If the Si content is 0.05% or more, the above effect can be obtained effectively. However, when Si is excessively contained, the stability of the structure is lowered, and the toughness and the creep strength are lowered. Therefore, the upper limit of the Si content is preferably 1% or less. A desirable range of the Si content is 0.08% to 0.8%, and a more desirable range is 0.1% to 0.5%.
(Mn:0.3%〜2.5%)
Mnは、Siと同様、脱酸作用を有する。また、Mnは、オーステナイト組織の安定化に寄与する。Mn含有量が0.3%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Mn含有量が過剰になると脆化を招き、さらに、クリープ延性の低下も生じる。そのため、Mn含有量の上限は2.5%以下とすることがよい。Mn含有量の望ましい範囲は0.4%〜2%、さらに望ましい範囲は0.5%〜1.5%である。
(Mn: 0.3% to 2.5%)
Mn has a deoxidizing action like Si. Further, Mn contributes to stabilization of the austenite structure. If the Mn content is 0.3% or more, the above effect can be obtained effectively. However, when the Mn content is excessive, embrittlement is caused, and further, creep ductility is reduced. Therefore, the upper limit of the Mn content is preferably 2.5% or less. A desirable range for the Mn content is 0.4% to 2%, and a more desirable range is 0.5% to 1.5%.
(P:0.04%以下)
Pは、不純物として合金中に含まれ、溶接中に溶接熱影響部の結晶粒界に偏析して液化割れ感受性を高める元素である。さらに、長時間使用後のクリープ延性も低下させる。そのため、P含有量は0.04%以下に制限することがよい。P含有量の上限は、望ましくは0.035%以下、さらに望ましくは0.03%以下である。なお、P含有量は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。そのため、P含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.0008%以上である。
(P: 0.04% or less)
P is an element contained in the alloy as an impurity and segregates at the grain boundary of the heat affected zone during welding to increase the liquefaction cracking sensitivity. Furthermore, the creep ductility after long-time use is also reduced. Therefore, the P content is preferably limited to 0.04% or less. The upper limit of the P content is desirably 0.035% or less, and more desirably 0.03% or less. In addition, although it is desirable to reduce P content as much as possible, extreme reduction leads to the increase in manufacturing cost. Therefore, a desirable lower limit of the P content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.0008% or more.
(S:0.002%以下)
Sは、Pと同様に不純物として合金中に含まれ、溶接中に溶接熱影響部の結晶粒界に偏析して液化割れ感受性を高める元素である。そのため、S含有量は0.002%以下に制限すると、これらを防止し得る。S含有量の上限は、望ましくは0.0018%以下、さらに望ましくは0.0015%以下である。なお、S含有量は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。そのため、S含有量の望ましい下限は0.0001%以上、さらに望ましい下限は0.0002%以上である。
(S: 0.002% or less)
S is an element which is contained in the alloy as an impurity as in the case of P and segregates at the grain boundary in the weld heat-affected zone during welding to increase liquefaction cracking sensitivity. Therefore, if the S content is limited to 0.002% or less, these can be prevented. The upper limit of the S content is desirably 0.0018% or less, and more desirably 0.0015% or less. In addition, although it is desirable to reduce S content as much as possible, extreme reduction leads to the increase in manufacturing cost. Therefore, the desirable lower limit of the S content is 0.0001% or more, and the more desirable lower limit is 0.0002% or more.
(Cu:2%〜4%)
Cuは、オーステナイト組織の安定性を高めるとともに、使用中に微細に析出して、母材のクリープ強度の向上に寄与する。Cu含有量が2%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Cuが過剰に含有された場合、熱間加工性の低下を招くため、Cu含有量の上限は4%以下とすることがよい。Cu含有量の望ましい範囲は2.3%〜3.8%、さらに望ましい範囲は2.5%〜3.5%である。
(Cu: 2% to 4%)
Cu enhances the stability of the austenite structure and precipitates finely during use, contributing to the improvement of the creep strength of the base material. If the Cu content is 2% or more, the above effect can be obtained effectively. However, when Cu is excessively contained, the hot workability is lowered, so the upper limit of the Cu content is preferably 4% or less. A desirable range for the Cu content is 2.3% to 3.8%, and a more desirable range is 2.5% to 3.5%.
(Ni:11%〜16%)
Niは、長時間使用時のオーステナイト組織の安定性を確保し、クリープ強度を確保するための元素である。Ni含有量が11%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Niは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、Ni含有量の上限は16%以下とすることがよい。Ni含有量の望ましい範囲は12%〜15.5%、さらに望ましい範囲は13%〜15%である。
(Ni: 11% to 16%)
Ni is an element for ensuring the stability of the austenite structure during long-time use and ensuring the creep strength. If the Ni content is 11% or more, the above effect can be obtained effectively. However, Ni is an expensive element, and a large amount causes an increase in cost. Therefore, the upper limit of the Ni content is preferably 16% or less. A desirable range for the Ni content is 12% to 15.5%, and a more desirable range is 13% to 15%.
(Cr:16%〜20%)
Crは、高温での耐酸化性および耐食性の確保のための元素である。また、Crは、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。Cr含有量が16%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Cr含有量が過剰である場合、高温でのオーステナイト組織の安定性が劣化してクリープ強度の低下を招く。したがって、Cr含有量は16%〜20%とすることがよい。Cr含有量の望ましい範囲は16.5%〜19.5%、さらに望ましい範囲は17%〜19%である。
(Cr: 16% to 20%)
Cr is an element for ensuring oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. Further, Cr contributes to ensuring creep strength by forming fine carbides. If the Cr content is 16% or more, the above effect can be obtained effectively. However, when the Cr content is excessive, the stability of the austenite structure at high temperatures deteriorates, leading to a decrease in creep strength. Therefore, the Cr content is preferably 16% to 20%. A desirable range for the Cr content is 16.5% to 19.5%, and a more desirable range is 17% to 19%.
(W:2%〜5%)
Wは、マトリックスに固溶もしくは微細な金属間化合物相を形成して高温でのクリープ強度および引張強さの向上に大きく寄与する元素である。W含有量が2%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Wを過剰に含有させても、その効果は飽和するか、場合によってはクリープ強度を低下させる。さらに、Wは高価な元素であるため、過剰の含有はコストの増大を招く。そのため、W含有量の上限は5%以下とすることがよい。W含有量の望ましい範囲は2.2%〜4.8%であり、さらに望ましい範囲は2.5%〜4.5%である。
(W: 2% to 5%)
W is an element that greatly contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures by forming a solid solution or a fine intermetallic compound phase in the matrix. If the W content is 2% or more, the above effect can be obtained effectively. However, even if W is excessively contained, the effect is saturated or the creep strength is lowered in some cases. Furthermore, since W is an expensive element, excessive inclusion causes an increase in cost. Therefore, the upper limit of the W content is preferably 5% or less. A desirable range of W content is 2.2% to 4.8%, and a more desirable range is 2.5% to 4.5%.
(Nb:0.1%〜0.8%)
Nbは、微細な炭窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する。Nb含有量が0.1%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Nb含有量が過剰になると、炭窒化物として多量に析出し、クリープ延性および靭性の低下を招く。このため、Nb含有量の上限は0.8%以下とすることがよい。Nb含有量の望ましい範囲は0.12%〜0.7%であり、さらに望ましい範囲は0.15%〜0.6%である。
(Nb: 0.1% to 0.8%)
Nb precipitates in the grains as fine carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. If the Nb content is 0.1% or more, the above effect can be obtained effectively. However, if the Nb content is excessive, a large amount of carbonitride precipitates, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. For this reason, the upper limit of Nb content is preferably 0.8% or less. A desirable range of Nb content is 0.12% to 0.7%, and a more desirable range is 0.15% to 0.6%.
(Ti:0.05%〜0.35%)
Tiは、Nbと同様、微細な炭窒化物を形成して、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する。Ti含有量が0.05%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Ti含有量が過剰になると、多量に析出して、クリープ延性および靭性の低下を招く。このため、Ti含有量の上限は0.35%以下とすることがよい。Ti含有量の望ましい範囲は0.08%〜0.32%であり、さらに望ましい範囲は0.12%〜0.3%である。
(Ti: 0.05% to 0.35%)
Ti, like Nb, forms fine carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. If the Ti content is 0.05% or more, the above effect can be obtained effectively. However, when the Ti content is excessive, it precipitates in a large amount and causes a decrease in creep ductility and toughness. For this reason, the upper limit of the Ti content is preferably 0.35% or less. A desirable range of Ti content is 0.08% to 0.32%, and a more desirable range is 0.12% to 0.3%.
(N:0.001%〜0.015%)
Nは、オーステナイト組織を安定にするとともに、固溶または窒化物として析出し、高温強度の向上に寄与する。N含有量が0.001%以上であれば、上記効果が有効に得られる。しかしながら、Nが過剰に含有されると、長時間使用中に多量の微細窒化物が粒内に析出して、クリープ延性および靭性の低下を招く。そのため、N含有量の上限は0.015%以下とすることがよい。N含有量の望ましい範囲は0.002%〜0.012%であり、さらに望ましい範囲は0.004%〜0.01%である。
(N: 0.001% to 0.015%)
N stabilizes the austenite structure and precipitates as a solid solution or a nitride, contributing to an improvement in high temperature strength. If N content is 0.001% or more, the said effect will be acquired effectively. However, when N is excessively contained, a large amount of fine nitride precipitates in the grains during long-time use, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the upper limit of the N content is preferably 0.015% or less. A desirable range of the N content is 0.002% to 0.012%, and a more desirable range is 0.004% to 0.01%.
(B:0%〜0.01%)
Bは、粒界炭化物を微細分散させることにより、クリープ強度を向上させるとともに、粒界に偏析して粒界を強化するのに有効な元素であるため、必要に応じて含有しても良い。しかしながら、B含有量が過剰になると、溶接中の熱影響部の液化割れ感受性を高める。そのため、B含有量の上限は、0.01%以下とすることがよい。B含有量の上限は、望ましくは0.008%以下、さらに望ましくは、0.006%以下である。Bを含有する場合、B含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(B: 0% to 0.01%)
B is an element effective for improving the creep strength by finely dispersing the grain boundary carbides and segregating at the grain boundaries to strengthen the grain boundaries. Therefore, B may be contained as necessary. However, when the B content is excessive, the liquefaction cracking sensitivity of the heat-affected zone during welding is increased. Therefore, the upper limit of the B content is preferably 0.01% or less. The upper limit of the B content is desirably 0.008% or less, and more desirably 0.006% or less. When B is contained, a desirable lower limit of the B content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.001% or more.
(Al:0.03%以下)
Alは、母材の製造時に脱酸剤として含有される。しかしながら、多量のAlを含有すると鋼の清浄性が劣化し、熱間加工性が低下する。そのため、Al含有量は0.03%以下に制限することがよい。Al含有量の上限は、望ましくは0.025%以下、さらに望ましくは0.02%以下である。なお、Al含有量の下限は特に設ける必要はないが、極端な低減は製造コストの増大を招くため、Al含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(Al: 0.03% or less)
Al is contained as a deoxidizer during the production of the base material. However, when a large amount of Al is contained, the cleanliness of the steel deteriorates and the hot workability decreases. Therefore, the Al content is preferably limited to 0.03% or less. The upper limit of the Al content is desirably 0.025% or less, and more desirably 0.02% or less. Note that the lower limit of the Al content is not particularly required, but since an extreme reduction leads to an increase in manufacturing cost, the desirable lower limit of the Al content is 0.0005% or more, and the more desirable lower limit is 0.001% or more. is there.
(O:0.02%以下)
O(酸素)は、不純物として合金中に含まれ、過剰に含有すると熱間加工性が低下するとともに、靭性および延性の劣化を招く元素である。このため、O(酸素)含有量は0.02%以下に制限することがよい。O(酸素)含有量の上限は、望ましくは0.018%以下、さらに望ましくは0.015%以下である。なお、O(酸素)含有量について特に下限を設ける必要はないが、極端な低減は製造コストの上昇を招く。そのため、O(酸素)含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.0008%以上である。
(O: 0.02% or less)
O (oxygen) is an element contained in the alloy as an impurity, and when it is excessively contained, the hot workability is lowered and the toughness and ductility are deteriorated. For this reason, the O (oxygen) content is preferably limited to 0.02% or less. The upper limit of the O (oxygen) content is desirably 0.018% or less, and more desirably 0.015% or less. Although it is not necessary to set a lower limit for the O (oxygen) content, an extreme reduction leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the desirable lower limit of the O (oxygen) content is 0.0005% or more, and the more desirable lower limit is 0.0008% or more.
上記に、母材の主要元素について説明したが、母材には、さらに、必要に応じて、Mo:0.01%〜2.0%,V:0.01%〜0.4%,Nd:0.001%〜0.10%を含んでもいてもよい。 Although the main elements of the base material have been described above, the base material may further include Mo: 0.01% to 2.0%, V: 0.01% to 0.4%, Nd as necessary. : 0.001% to 0.10% may be included.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.
表1に示す化学組成を有する材料(残部はFeおよび不純物である)を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理および機械加工により、板厚12mm、幅50mm、長さ100mmの板材(板材(1))を作製した。板材(1)は溶接用母材とした。
さらに、表2に示す化学組成を有する材料を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理および機械加工により、板厚4mm、幅200mm、長さ500mmの板材(板材(2))を作製した。板材(2)から、機械加工により、2mm角、500mm長さのカットフィラーを作製した。
A material having the chemical composition shown in Table 1 (the balance is Fe and impurities) was melted and cast in a laboratory, and then hot forging, hot rolling, heat treatment and machining were performed to obtain a plate thickness of 12 mm and a width of 50 mm. A plate material (plate material (1)) having a length of 100 mm was produced. The plate material (1) was a welding base material.
Further, from an ingot in which a material having a chemical composition shown in Table 2 was melted and cast in a laboratory, a plate material (thickness 4 mm, width 200 mm, length 500 mm) was obtained by hot forging, hot rolling, heat treatment and machining. A plate material (2)) was produced. A cut filler of 2 mm square and 500 mm length was produced from the plate material (2) by machining.
[耐溶接割れ性試験]
上記の板材(1)の長手方向に、角度30°、ルート厚さ1mmのV開先を加工した後、表2のカットフィラーを用いて、シールドガスをArとした手動ティグ溶接により、開先内に積層溶接を行って溶接継手を作製した。なお、溶接に際しては、入熱を9kJ/cm〜15kJ/cmとした。
この溶接継手の溶融線上の長さ30mmの範囲に、角度60°、深さ4mmの溝を加工した後、市販の鋼板(JIS G 3160(2008)に規定のSM400B、厚さ25mm、幅150mm、長さ200mm)上に、被覆アーク溶接棒(JIS Z 3224(1999)に規定の「DNiCrFe−3」)を用いて、四周を拘束溶接した。
そして、加工溝内に元溶接金属を作製したものと同じカットフィラーを用いて、補修溶接を模擬した溶接を行った。なお、溶接に際しては、入熱を15kJ/cmとした。
最終的に得られた溶接継手の模擬補修溶接を施していない部分(元溶接金属)から切粉を採取し、化学分析を行った。表3にその結果を示す。
[Weld crack resistance test]
After processing a V groove having an angle of 30 ° and a root thickness of 1 mm in the longitudinal direction of the plate material (1), the groove is formed by manual TIG welding using Ar as the shielding gas using the cut filler shown in Table 2. A welded joint was produced by laminating the inside. In the welding, the heat input was set to 9 kJ / cm to 15 kJ / cm.
After processing a groove having an angle of 60 ° and a depth of 4 mm in a range of 30 mm in length on the weld line of this welded joint, a commercially available steel plate (SM400B defined in JIS G 3160 (2008), thickness 25 mm, width 150 mm, On the length of 200 mm), four rounds were restrained and welded using a covered arc welding rod (“DNiCrFe-3” defined in JIS Z 3224 (1999)).
And the welding which simulated repair welding was performed using the same cut filler as what produced the original weld metal in the process groove | channel. In the welding, the heat input was 15 kJ / cm.
Chips were collected from a portion (original weld metal) of the finally obtained welded joint that was not subjected to simulated repair welding and subjected to chemical analysis. Table 3 shows the results.
また、模擬補修溶接を施した部分の3か所から採取した試料の横断面を鏡面研磨、腐食し、光学顕微鏡により検鏡し、模擬補修溶接の溶融境界近傍の元溶接金属中における割れの有無を調査した。検鏡の結果、割れの認められなかった溶接金属を「合格」、3個の試験片のうち、一つでも割れが認められたものを「不合格」とした。 Also, the cross section of the sample taken from the three places where simulated repair welding was performed was mirror polished, corroded, and examined with an optical microscope, and there was no crack in the original weld metal near the melting boundary of simulated repair welding investigated. As a result of microscopic examination, the weld metal in which no crack was recognized was “accepted”, and among the three test pieces, one in which crack was observed was regarded as “fail”.
[クリープ破断試験]
耐溶接割れ性試験の評価のうち、割れが「合格」であった溶接継手の残部の模擬補修溶接を施していない部分から、溶接金属が平行部の中央となるように丸棒クリープ破断試験片を採取した。そして、700℃、196MPaの条件でクリープ破断試験を行い、その破断時間が母材の目標破断時間のおよそ80%である500時間を超えるものを「合格」とし、500時間以下であるものを「不合格」とした。
表4に、上記各試験の評価結果を併せて示す。
[Creep rupture test]
Round bar creep rupture test piece so that the weld metal is in the center of the parallel part from the part of the welded joint where the crack was "passed" in the evaluation of the weld crack resistance test that was not subjected to simulated repair welding. Were collected. Then, a creep rupture test is performed under the conditions of 700 ° C. and 196 MPa, and when the rupture time exceeds about 500%, which is about 80% of the target rupture time of the base material, the “pass” is obtained, and when the rupture time is 500 hours or less, “Fail”.
Table 4 also shows the evaluation results of the above tests.
表4から、化学組成が本発明で規定する範囲にある符号A1〜A3およびB1〜B3の溶接金属を有する溶接継手は、補修溶接の熱影響を受けた溶接金属中に割れは発生せず、かつ母材の目標破断時間の80%以上を満足することが明らかである。
これに対して、符号A4、A5、B4およびB5の溶接金属を有する溶接継手では、[%S]+0.5×{[%Sn]+[%Pb]+[%Zn]}の値が0.0030%を超えたため、補修溶接の熱影響を受けた溶接金属中に延性低下割れが発生した。このように本発明の要件を満足する溶接金属は、耐割れ性に優れるとともに、溶接構造物として必要なクリープ強度をも満足しているため、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼の性能を十分活用し得ることが分かる。
From Table 4, the welded joints having the weld metal of reference signs A1 to A3 and B1 to B3 whose chemical composition is in the range specified in the present invention does not generate cracks in the weld metal affected by the heat of repair welding, It is apparent that 80% or more of the target fracture time of the base material is satisfied.
On the other hand, in the welded joint having the weld metals of the symbols A4, A5, B4, and B5, the value of [% S] + 0.5 × {[% Sn] + [% Pb] + [% Zn]} is 0. Since it exceeded .0030%, ductile drop cracking occurred in the weld metal affected by the heat of repair welding. As described above, the weld metal that satisfies the requirements of the present invention is excellent in crack resistance and also satisfies the creep strength necessary as a welded structure, so that the performance of the low nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel can be fully utilized. I know you get.
本発明を活用すれば、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接構造物として使用する際に、その性能を十分活用できる溶接金属と、それを有する耐溶接割れ性と使用性能に優れた溶接継手とを提供できる。そのため、本発明の溶接金属とそれを有する溶接継手は、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を発電用ボイラ等、高温で使用される機器に適用される溶接構造物を構成する溶接金属とそれを有する溶接継手として有用である。 By utilizing the present invention, when using a low nitrogen content austenitic heat resistant steel as a welded structure, a weld metal that can fully utilize its performance, and a welded joint that has excellent weld crack resistance and use performance including the weld metal Can provide. Therefore, the weld metal of the present invention and the welded joint having the same have a weld metal constituting a welded structure applied to equipment used at a high temperature such as a power generation boiler using a low nitrogen content austenitic heat-resistant steel and the weld metal. It is useful as a welded joint.
Claims (4)
C:0.06%〜0.14%、
Si:0.1%〜0.8%、
Mn:0.1%〜1.8%、
P:0.025%以下、
Cu:2%〜4%、
Ni:12%〜16%、
Cr:16.5%〜19.5%、
W:2%〜4.5%、
Ti:0.05%〜0.35%、
Nb:0.05%〜0.5%、
N:0.001%〜0.015%、
Al:0.08%以下、
O:0.08%以下
を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
かつ、不純物としてのS、Sn、PbおよびZnが下記式(1)を満足するオーステナイト系耐熱鋼溶接金属。
式(1) [%S]+0.5×{[%Sn]+[%Pb]+[%Zn]}≦0.0030%
(式(1)中、[%S]、[%Sn]、[%Pb]、及び[%Zn]は、不純物としてのS、Sn、Pb、及びZnの含有量(質量%)を表す。) % By mass
C: 0.06% to 0.14%,
Si: 0.1% to 0.8%,
Mn: 0.1% to 1.8%
P: 0.025% or less,
Cu: 2% to 4%,
Ni: 12% to 16%,
Cr: 16.5% to 19.5%,
W: 2% to 4.5%,
Ti: 0.05% to 0.35%,
Nb: 0.05% to 0.5%,
N: 0.001% to 0.015%,
Al: 0.08% or less,
O: 0.08% or less, the balance is Fe and impurities,
An austenitic heat-resistant steel weld metal in which S, Sn, Pb and Zn as impurities satisfy the following formula (1).
Formula (1) [% S] + 0.5 × {[% Sn] + [% Pb] + [% Zn]} ≦ 0.0030%
(In formula (1), [% S], [% Sn], [% Pb], and [% Zn] represent the contents (mass%) of S, Sn, Pb, and Zn as impurities. )
V:0%〜0.35%、
Co:0%〜2%、
Mo:0%〜2%、
B:0%〜0.005%、
Ca:0%〜0.02%、
Mg:0%〜0.02%、
REM:0%〜0.06% The austenitic heat-resistant steel weld metal according to claim 1, which contains one or more of the following elements in mass% instead of Fe as an alloy component.
V: 0% to 0.35%,
Co: 0% to 2%
Mo: 0% to 2%,
B: 0% to 0.005%
Ca: 0% to 0.02%,
Mg: 0% to 0.02%,
REM: 0% to 0.06%
C:0.04%〜0.15%、
Si:0.05%〜1%、
Mn:0.3%〜2.5%、
P:0.04%以下、
S:0.002%以下、
Cu:2%〜4%、
Ni:11%〜16%、
Cr:16%〜20%、
W:2%〜5%、
Nb:0.1%〜0.8%、
Ti:0.05%〜0.35%、
N:0.001%〜0.015%、
B:0%〜0.01%、
Al:0.03%以下
O:0.02%以下、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなる請求項3に記載の溶接継手。 The base material is mass%,
C: 0.04% to 0.15%,
Si: 0.05% to 1%
Mn: 0.3% to 2.5%
P: 0.04% or less,
S: 0.002% or less,
Cu: 2% to 4%,
Ni: 11% to 16%,
Cr: 16% to 20%,
W: 2% -5%
Nb: 0.1% to 0.8%
Ti: 0.05% to 0.35%,
N: 0.001% to 0.015%,
B: 0% to 0.01%
Al: 0.03% or less O: 0.02% or less,
The weld joint according to claim 3, wherein the balance is made of Fe and impurities.
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