JP2021080510A - Austenitic heat-resistant steel welded joint - Google Patents
Austenitic heat-resistant steel welded joint Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021080510A JP2021080510A JP2019207361A JP2019207361A JP2021080510A JP 2021080510 A JP2021080510 A JP 2021080510A JP 2019207361 A JP2019207361 A JP 2019207361A JP 2019207361 A JP2019207361 A JP 2019207361A JP 2021080510 A JP2021080510 A JP 2021080510A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- content
- less
- weld metal
- contained
- resistant steel
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
【課題】初層の溶接金属の割れ感受性が低く、かつ、クリープ強度に優れるオーステナイト系耐熱鋼溶接継手を提供する。【解決手段】所定の化学組成有し、(1)式の関係を満足するオーステナイト系耐熱鋼からなる母材と、(2)式および(3)式の関係を満足する溶接金属とを備えるオーステナイト系耐熱鋼溶接継手。30C+3W+2Cu+10Nb+700B+40N≧30・・・(1)[%BWM1]≦0.0025・・・(2)[%NiWM3]≧30・・・(3)ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)、[%BWM1]は、初層の溶接金属に含まれるBの含有量(質量%)、[%NiWM3]は、第3層の溶接金属に含まれるNiの含有量(質量%)をそれぞれ意味する。【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide an austenitic heat-resistant steel welded joint having low crack sensitivity of a weld metal in the first layer and excellent creep strength. SOLUTION: The austenite is provided with a base material made of austenitic heat-resistant steel having a predetermined chemical composition and satisfying the relationship of the formula (1), and a weld metal satisfying the relations of the formulas (2) and (3). Austenitic steel welded joint. 30C + 3W + 2Cu + 10Nb + 700B + 40N ≧ 30 ... (1) [% BWM1] ≦ 0.0025 ... (2) [% NiWM3] ≧ 30 ... (3) However, each element symbol in the above formula is for each element. The content (% by mass) and [% BWM1] are the content of B contained in the weld metal of the first layer (% by mass), and [% NiWM3] is the content of Ni contained in the weld metal of the third layer (% by mass). Mass%) respectively. [Selection diagram] None
Description
本発明は、オーステナイト系耐熱鋼溶接継手に関する。 The present invention relates to an austenitic heat resistant steel welded joint.
近年、高効率化のために蒸気の温度と圧力とを高めた超々臨界圧ボイラの新設が世界中で進められている。このような高温環境下における装置の使用条件が著しく過酷化し、それに伴って使用材料に対する要求性能が厳しくなってきた。例えば、火力発電用ボイラの分野では、蒸気温度が650℃以上になるため、高いクリープ強度が要求される。 In recent years, new ultra-supercritical boilers with increased steam temperature and pressure have been installed all over the world to improve efficiency. The operating conditions of the equipment in such a high temperature environment have become extremely harsh, and the required performance for the materials used has become stricter accordingly. For example, in the field of boilers for thermal power generation, since the steam temperature is 650 ° C. or higher, high creep strength is required.
また、材料を構造部材等として使用するためには溶接施工が必須であり、溶接部においても高いクリープ強度が要求されることとなる。そこで、各種合金元素を最適量含有させることにより、クリープ強度を改善したオーステナイト系ステンレス鋼が発明されてきた(特許文献1など)。 Further, in order to use the material as a structural member or the like, welding work is indispensable, and high creep strength is also required in the welded portion. Therefore, an austenitic stainless steel having improved creep strength by containing various alloying elements in an optimum amount has been invented (Patent Document 1 and the like).
特許文献1では、クリープ破断強度の向上のためにBなどの元素を含有させることとしている。 In Patent Document 1, an element such as B is contained in order to improve the creep rupture strength.
しかしながら、Bを含有するオーステナイト系耐熱鋼を母材とし、Niを多く含む溶接材料を用いて多層溶接する場合に初層の溶接金属において凝固割れが生じるという問題がある。 However, there is a problem that solidification cracks occur in the first layer weld metal when multi-layer welding is performed using austenitic heat-resistant steel containing B as a base material and a welding material containing a large amount of Ni.
本発明は上記の問題を解決し、初層の溶接金属の割れ感受性が低く、かつ、クリープ強度に優れるオーステナイト系耐熱鋼溶接継手を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems and to provide an austenitic heat-resistant steel welded joint having low crack sensitivity of the weld metal in the first layer and excellent creep strength.
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討を行い、下記の知見を得た。 The present inventors conducted studies to solve the above problems and obtained the following findings.
(1)溶接継手のクリープ破断強度を向上するためには、母材は、Bなどの元素を多く含むことが重要である。しかし、このような鋼を母材とする溶接継手において溶接金属中にBが多く存在すると、凝固割れの大きな原因となる。このため、母材と同等の化学組成を有する溶接材料を用いたのでは、凝固割れが発生する。 (1) In order to improve the creep rupture strength of the welded joint, it is important that the base metal contains a large amount of elements such as B. However, if a large amount of B is present in the weld metal in such a welded joint using steel as a base material, it becomes a major cause of solidification cracking. Therefore, if a welding material having the same chemical composition as the base material is used, solidification cracks occur.
(2)ここで、溶接金属は、母材および溶接材料に由来するものであり、その化学組成は、母材の溶接材料への希釈率によって決まる。母材の希釈率は、溶接方向(ビード方向)に垂直な断面において、溶融した母材の面積を[SBM]とし、溶接金属の面積を[SWM]とするとき、[SBM]/[SWM]の計算値である。母材の希釈率は、溶接方法などの影響を受けるが、総じて初層の溶接金属において最も高く、第2層以降の溶接金属において下がっていき、第3層以降の溶接金属ではほとんど変化しない。 (2) Here, the weld metal is derived from the base metal and the welding material, and its chemical composition is determined by the dilution ratio of the base metal into the welding material. Dilution of the base material, in a cross section perpendicular to the welding direction (bead direction), the area of the melted base metal and [S BM], when an area of the weld metal [S WM], [S BM ] / It is a calculated value of [ SWM]. The dilution ratio of the base metal is affected by the welding method and the like, but is generally the highest in the welding metal of the first layer, decreases in the welding metal of the second and subsequent layers, and hardly changes in the welding metal of the third and subsequent layers.
(3)このため、B含有量が低い溶接材料を選べば、第3層以降のB含有量を低減することができ、凝固割れの抑制には寄与する。しかし、単に溶接材料中のB含有量を低減したのでは、溶接金属のクリープ破断強度を低下させてしまう。このため、溶接金属のクリープ強度は、母材とは別の元素で補いつつ、溶接金属中のB含有量を低減することが重要である。 (3) Therefore, if a welding material having a low B content is selected, the B content of the third and subsequent layers can be reduced, which contributes to the suppression of solidification cracking. However, simply reducing the B content in the welding material reduces the creep rupture strength of the weld metal. Therefore, it is important to reduce the B content in the weld metal while supplementing the creep strength of the weld metal with an element different from the base metal.
(4)一方、初層のB含有量は、母材の希釈率の影響を受けるため、単にB含有量が低い溶接材料を選ぶだけでは、初層の溶接金属の凝固割れを完全に防止するには至らない。このため、母材の希釈率を調整し、初層のB含有量を所定の範囲に収めることにより、初層の溶接金属の割れ感受性が低く抑えることが重要である。 (4) On the other hand, since the B content of the first layer is affected by the dilution rate of the base metal, simply selecting a welding material with a low B content completely prevents solidification cracking of the welding metal in the first layer. Does not reach. Therefore, it is important to keep the cracking susceptibility of the weld metal in the initial layer low by adjusting the dilution ratio of the base metal and keeping the B content of the initial layer within a predetermined range.
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、下記のオーステナイト系耐熱鋼溶接継手を要旨とする。 The present invention has been made based on such findings, and the following austenitic heat-resistant steel welded joints are the gist of the present invention.
オーステナイト系耐熱鋼からなる母材と、溶接金属とを備えるオーステナイト系耐熱鋼溶接継手であって、
前記母材の化学組成が、質量%で、
C:0.04〜0.10%、
Si:1.0%以下、
Mn:2.0%以下、
P:0.03%以下、
S:0.015%以下、
Ni:22.5〜32.0%、
Cr:20.0〜27.0%、
W:2.0〜4.0%、
Co:0.5〜3.0%、
Cu:2.0〜3.5%、
Nb:0.20〜0.60%、
B:0.0015〜0.008%、
Al:0.003〜0.05%、
N:0.10〜0.30%、
O:0.02%以下、
Mo:0〜0.5%、
Ca:0〜0.02%、
Mg:0〜0.02%、
REM:0〜0.06%、
残部がFeおよび不純物であり、下記(1)式を満足し、
前記溶接金属が、下記の(2)式および(3)式を満足する、
オーステナイト系耐熱鋼溶接継手。
30C+3W+2Cu+10Nb+700B+40N≧30・・・(1)
[%BWM1]≦0.0025・・・(2)
[%NiWM3]≧30・・・(3)
ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)、[%BWM1]は、初層の溶接金属に含まれるBの含有量(質量%)、[%NiWM3]は、第3層の溶接金属に含まれるNiの含有量(質量%)をそれぞれ意味する。
An austenitic heat-resistant steel welded joint including a base material made of austenitic heat-resistant steel and a weld metal.
The chemical composition of the base material is mass%.
C: 0.04 to 0.10%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.03% or less,
S: 0.015% or less,
Ni: 22.5 to 32.0%,
Cr: 20.0 to 27.0%,
W: 2.0-4.0%,
Co: 0.5-3.0%,
Cu: 2.0-3.5%,
Nb: 0.25 to 0.60%,
B: 0.0015 to 0.008%,
Al: 0.003 to 0.05%,
N: 0.10 to 0.30%,
O: 0.02% or less,
Mo: 0-0.5%,
Ca: 0-0.02%,
Mg: 0-0.02%,
REM: 0-0.06%,
The balance is Fe and impurities, satisfying the following equation (1).
The weld metal satisfies the following equations (2) and (3).
Austenitic heat resistant steel welded joint.
30C + 3W + 2Cu + 10Nb + 700B + 40N ≧ 30 ... (1)
[% B WM1 ] ≤0.0025 ... (2)
[% Ni WM3 ] ≧ 30 ... (3)
However, each element symbol in the above formula is the content (mass%) of each element, [% B WM1 ] is the content of B contained in the welding metal of the first layer (mass%), and [% Ni WM3]. ] Means the content (mass%) of Ni contained in the weld metal of the third layer.
本発明によれば、初層の溶接金属の割れ感受性が低く、かつ、クリープ強度に優れる溶接継手を作製するのに好適なオーステナイト系耐熱鋼を得ることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to obtain an austenitic heat-resistant steel suitable for producing a welded joint having low crack sensitivity of the first layer weld metal and excellent creep strength.
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。本発明に係るオーステナイト系耐熱鋼溶接継手は、オーステナイト系耐熱鋼からなる母材と、溶接金属とで構成されている。 Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. The austenitic heat-resistant steel welded joint according to the present invention is composed of a base material made of austenitic heat-resistant steel and a weld metal.
[オーステナイト系耐熱鋼(母材)の化学組成]
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
[Chemical composition of austenitic heat-resistant steel (base material)]
The reasons for limiting each element are as follows. In the following description, "%" for the content means "mass%".
C:0.04〜0.10%
Cは、オーステナイト相を安定にする効果を有するとともに、Nとともに微細な粒内炭窒化物を形成し、高温強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Cの含有量が過剰になると高温での使用中に粗大な炭化物を生成し、クリープ強度の低下を招くとともに耐食性が低下する。したがって、C含有量は0.04〜0.10%とする。C含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.085%以下であるのが好ましい。
C: 0.04 to 0.10%
C is an element that has the effect of stabilizing the austenite phase and, together with N, forms fine intragranular carbonitrides and contributes to the improvement of high temperature strength. However, if the C content is excessive, coarse carbides are generated during use at high temperatures, resulting in a decrease in creep strength and a decrease in corrosion resistance. Therefore, the C content is set to 0.04 to 0.10%. The C content is preferably 0.05% or more, and preferably 0.085% or less.
Si:1.0%以下
Siは、脱酸作用を有し、また、高温での耐食性、耐酸化性に有効な元素である。しかしながら、その含有量が過剰であると、オーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度および靱性の低下を招く。したがって、Si含有量は1.0%以下とする。Si含有量は0.8%以下であるが好ましく、0.5%以下であるのがより好ましい。
Si: 1.0% or less Si is an element that has a deoxidizing effect and is effective for corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures. However, if the content is excessive, the stability of the austenite phase is reduced, resulting in a decrease in creep strength and toughness. Therefore, the Si content is set to 1.0% or less. The Si content is preferably 0.8% or less, more preferably 0.5% or less.
なお、Si含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Si含有量は0.02%以上であるのが好ましい。 It is not necessary to set a lower limit for the Si content, but if it is extremely lowered, the deoxidizing effect cannot be sufficiently obtained, the cleanliness of the steel is deteriorated, and the manufacturing cost is increased. Therefore, the Si content is preferably 0.02% or more.
Mn:2.0%以下
Mnは、Siと同様に脱酸作用を有する。Mnは、オーステナイト相の安定化にも寄与する。しかしながら、その含有量が過剰であると、脆化を招き、クリープ延性および靱性の低下をきたす。したがって、Mn含有量は2.0%以下とする。Mn含有量は1.5%以下であるのが好ましく、0.6%以下であるのがより好ましい。
Mn: 2.0% or less Mn has a deoxidizing action like Si. Mn also contributes to the stabilization of the austenite phase. However, if its content is excessive, it leads to embrittlement and a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the Mn content is set to 2.0% or less. The Mn content is preferably 1.5% or less, more preferably 0.6% or less.
なお、Mn含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Mn含有量は0.02%以上であるのが好ましい。 It is not necessary to set a lower limit for the Mn content, but if it is extremely lowered, the deoxidizing effect cannot be sufficiently obtained, the cleanliness of the steel is deteriorated, and the manufacturing cost is increased. Therefore, the Mn content is preferably 0.02% or more.
P:0.03%以下
S:0.015%以下
PおよびSは、合金中に不純物として含まれる元素である。これらの元素はいずれも、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下させ、凝固割れ感受性を著しく増大させるとともに、高温使用中に粒界脆化を引き起こして耐応力緩和割れ性の低下を招く元素である。したがって、含有量をそれぞれ、P:0.03%以下およびS:0.015%以下に制限する。
P: 0.03% or less S: 0.015% or less P and S are elements contained as impurities in the alloy. All of these elements lower the melting point of the final solidified part during solidification of the weld metal, significantly increase the solidification cracking sensitivity, and cause intergranular embrittlement during high-temperature use, resulting in a decrease in stress relaxation cracking resistance. It is an element. Therefore, the content is limited to P: 0.03% or less and S: 0.015% or less, respectively.
Ni:22.5〜32.0%
Niは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Niは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ni含有量は22.5〜32.0%とする。Ni含有量は24.0%以上であるのが好ましく、28.0%以下であるのが好ましい。
Ni: 22.5 to 32.0%
Ni is an element effective for obtaining an austenite structure, and is an essential element for ensuring tissue stability during long-term use and obtaining a desired creep strength. On the other hand, since Ni is an expensive element, excessive content causes an increase in cost. Therefore, the Ni content is set to 22.5 to 32.0%. The Ni content is preferably 24.0% or more, and preferably 28.0% or less.
Cr:20.0〜27.0%
Cr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。しかしながら、過剰な含有は、高温でのオーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度の低下を招く。したがって、Cr含有量は20.0〜27.0%とする。Cr含有量は21.5%以上であるのが好ましく、23.5%以下であるのが好ましい。
Cr: 20.0 to 27.0%
Cr is an essential element for ensuring oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. However, excessive content reduces the stability of the austenite phase at high temperatures, leading to a decrease in creep strength. Therefore, the Cr content is set to 20.0 to 27.0%. The Cr content is preferably 21.5% or more, and preferably 23.5% or less.
W:2.0〜4.0%
Wは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、W含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、W含有量は2.0〜4.0%とする。
W含有量は、2.3%以上であるのが好ましく、3.6%以下であるのが好ましい。
W: 2.0-4.0%
W is an element that dissolves in the matrix and contributes to the improvement of high temperature strength, especially the creep strength at high temperature. However, if the W content becomes excessive, the stability of the austenite phase is lowered, and thus the creep strength is rather lowered. In addition, there is a risk of increasing the crack sensitivity of the weld metal. Therefore, the W content is set to 2.0 to 4.0%.
The W content is preferably 2.3% or more, and preferably 3.6% or less.
Co:0.5〜3.0%
Coは、NiおよびCuと同様に、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。しかしながら、Coは極めて高価な元素であるため、過剰な含有は大幅なコスト増加を招く。したがって、Co含有量は0.5〜3.0%とする。Co含有量は1.0%以上であるのが好ましく、2.0%以下であるのが好ましい。
Co: 0.5-3.0%
Like Ni and Cu, Co is an austenite-forming element, which enhances the stability of the austenite structure and contributes to the improvement of creep strength. However, since Co is an extremely expensive element, excessive content causes a significant cost increase. Therefore, the Co content is set to 0.5 to 3.0%. The Co content is preferably 1.0% or more, and preferably 2.0% or less.
Cu:2.0〜3.5%
Cuは、クリープ破断強度を向上させるのに有効な元素である。しかし、過剰に含有させると、クリープ延性がかえって低下する。過剰に含有されると、脆化を招く元素である。そのため、したがって、Cu含有量は2.0〜3.5%とする。Cu含有量は2.3%以上であるのが好ましく、3.2%以下であるのが好ましい。
Cu: 2.0-3.5%
Cu is an element effective for improving creep rupture strength. However, if it is contained in an excessive amount, the creep ductility is rather lowered. It is an element that causes embrittlement when it is contained in excess. Therefore, the Cu content is therefore set to 2.0-3.5%. The Cu content is preferably 2.3% or more, and preferably 3.2% or less.
Nb:0.20〜0.60%
Nbは、炭窒化物として微細に粒内析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Nb含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招く。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Nb含有量は0.20〜0.60%とする。Nb含有量は0.30%以上であるのが好ましく、0.55%以下であるのが好ましい。
Nb: 0.25 to 0.60%
Nb is an element that is finely precipitated in the grain as a carbonitride and contributes to the improvement of creep strength at high temperature. However, if the Nb content is excessive, the carbonitride will rapidly coarsen during use at high temperatures, resulting in an extreme decrease in creep strength and toughness. In addition, there is a risk of increasing the crack sensitivity of the weld metal. Therefore, the Nb content is set to 0.20 to 0.60%. The Nb content is preferably 0.30% or more, and preferably 0.55% or less.
B:0.0015〜0.008%
Bは、粒界に偏析するとともに粒界炭化物を微細分散させることにより、粒界強化に寄与する元素である。しかしながら、B含有量が過剰になると、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下させ、凝固割れ感受性を著しく増大させる。したがって、B含有量は0.0015〜0.008%とする。B含有量は0.0020%以上であるのが好ましく、0.0055%以下であるのが好ましい。
B: 0.0015 to 0.008%
B is an element that contributes to strengthening the grain boundaries by segregating at the grain boundaries and finely dispersing the carbides at the grain boundaries. However, when the B content becomes excessive, the melting point of the final solidified portion is lowered during solidification of the weld metal, and the solidification crack sensitivity is significantly increased. Therefore, the B content is set to 0.0015 to 0.008%. The B content is preferably 0.0020% or more, and preferably 0.0055% or less.
Al:0.003〜0.05%
Alは、脱酸作用を有するが、多量の添加は清浄度を著しく害し、加工性および延性を劣化させる。したがって、Al含有量はAl:0.003〜0.05%とする。Al含有量は0.01%以上であるのが好ましく、0.03%以下であるのが好ましい。
Al: 0.003 to 0.05%
Al has a deoxidizing effect, but the addition of a large amount significantly impairs cleanliness and deteriorates processability and ductility. Therefore, the Al content is Al: 0.003 to 0.05%. The Al content is preferably 0.01% or more, and preferably 0.03% or less.
N:0.10〜0.30%
Nは、オーステナイト安定化元素であり、マトリックスに固溶するとともに、Cと同様に微細な粒内炭窒化物を形成し、高温でのクリープ強度の確保に寄与する元素である。また、耐食性の向上にも有効な元素である。しかしながら、N含有量が過剰になると、窒化物が多量に析出し、クリープ延性を低下させることに加え、熱間加工性を低下させて、母材の表面疵の原因となる。したがって、N含有量は0.10〜0.30%とする。N含有量は0.15%以上であるのが好ましく、0.25%以下であるのが好ましい。
N: 0.10 to 0.30%
N is an austenite stabilizing element, which dissolves in a matrix and forms fine intragranular carbonitrides like C, which contributes to ensuring creep strength at high temperatures. It is also an element that is effective in improving corrosion resistance. However, when the N content becomes excessive, a large amount of nitride is precipitated, which not only lowers the creep ductility but also lowers the hot workability, which causes surface defects of the base metal. Therefore, the N content is set to 0.10 to 0.30%. The N content is preferably 0.15% or more, and preferably 0.25% or less.
O:0.02%以下
O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。そのため、O含有量は0.02%以下とする。O含有量は、0.018%以下であるのが好ましい。
O: 0.02% or less O is contained in the alloy as an impurity, and if it is excessively contained, the hot workability is lowered and the toughness and ductility are deteriorated. Therefore, the O content is set to 0.02% or less. The O content is preferably 0.018% or less.
Mo:0〜0.5%
Moは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Mo含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Mo含有量は0.5%以下とする。上記の効果は、微量でも発現するが、特に、0.01%以上含有させた場合に顕著となる。Mo含有量は0.1%以下であるのが好ましい。
Mo: 0-0.5%
Mo is an element that dissolves in the matrix and contributes to the improvement of high temperature strength, especially the creep strength at high temperature. However, if the Mo content is excessive, the stability of the austenite phase is lowered, and thus the creep strength is rather lowered. In addition, there is a risk of increasing the crack sensitivity of the weld metal. Therefore, the Mo content is set to 0.5% or less. The above effect is exhibited even in a small amount, but is particularly remarkable when it is contained in an amount of 0.01% or more. The Mo content is preferably 0.1% or less.
Ca:0〜0.02%
Caは、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたCaは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ca含有量は、0.02%以下とすることが望ましい。Ca含有量は、さらに望ましくは0.015%以下である。上記の効果を得るためは、Ca含有量は、0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。
Ca: 0-0.02%
Since Ca has an effect of improving the hot deformability, it may be contained if necessary. However, the excessively contained Ca combines with oxygen to significantly reduce the cleanliness, and thus deteriorates the hot deformability. Therefore, the Ca content is preferably 0.02% or less. The Ca content is more preferably 0.015% or less. In order to obtain the above effects, the Ca content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.002% or more.
Mg:0〜0.02%
Mgは、Caと同様、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたMgは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Mg含有量は、0.02%以下とすることが望ましい。Mg含有量は、さらに望ましくは0.015%以下である。上記の効果を得るためは、Mg含有量は、0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。
Mg: 0-0.02%
Like Ca, Mg has an effect of improving the hot deformability, and therefore may be contained if necessary. However, the excessively contained Mg combines with oxygen to significantly reduce the cleanliness, and thus deteriorates the hot deformability. Therefore, the Mg content is preferably 0.02% or less. The Mg content is more preferably 0.015% or less. In order to obtain the above effects, the Mg content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.002% or more.
REM:0〜0.06%
REMは、製造時の熱間変形能の改善に寄与する。しかしながら、過剰に含有されたREMは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、REM含有量は、0.06%以下とすることが好ましい。REM含有量は、さらに望ましくは0.04%以下であり、さらに望ましくは0.03%以下である。上記の効果を得るためは、REM含有量は、0.001%以上であるのが好ましく、0.01%以上であるのがより好ましい。
REM: 0-0.06%
REM contributes to the improvement of hot deformability during manufacturing. However, the excessively contained REM combines with oxygen to significantly reduce the cleanliness, and thus deteriorates the hot deformability. Therefore, the REM content is preferably 0.06% or less. The REM content is more preferably 0.04% or less, and even more preferably 0.03% or less. In order to obtain the above effects, the REM content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.01% or more.
本発明のオーステナイト系耐熱鋼の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。また、本発明のオーステナイト系耐熱鋼の化学組成は、下記(1)式を満足する必要がある。
30C+3W+2Cu+10Nb+700B+40N≧30・・・(1)
ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)を表す。
上記(1)式は、クリープ破断強度を向上させる元素について、各元素による影響の度合いを整理した式である。そして、上記(1)式左辺を計算した値が右辺の値(30)を下回ると、クリープ破断強度が低下する。上記(1)式右辺値は、31とすることが好ましく、33とすることがより好ましい。
In the chemical composition of the austenitic heat-resistant steel of the present invention, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component mixed with raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process when an alloy is industrially manufactured, and is allowed as long as it does not adversely affect the present invention. Means something. Further, the chemical composition of the austenitic heat-resistant steel of the present invention needs to satisfy the following formula (1).
30C + 3W + 2Cu + 10Nb + 700B + 40N ≧ 30 ... (1)
However, each element symbol in the above formula represents the content (mass%) of each element.
The above equation (1) is an equation in which the degree of influence of each element is arranged for the elements that improve the creep rupture strength. Then, when the value calculated on the left side of the above equation (1) is less than the value (30) on the right side, the creep rupture strength decreases. The rvalue in the above equation (1) is preferably 31 and more preferably 33.
[溶接金属の化学組成]
(初層の溶接金属)
溶接金属は、母材および溶接材料に由来するものであり、その化学組成は、母材の溶接材料への希釈率によって決まる。母材の希釈率は、溶接方法などの影響を受けるが、総じて溶接金属の初層の溶接金属において最も高く、第2層以降の溶接金属において下がっていき、第3層以降の溶接金属ではほとんど変化しない。このため、B含有量が低い溶接材料を選べば、第3層以降のB含有量を低減することができ、凝固割れの抑制には寄与する。しかし、初層のB含有量は、母材の希釈率の影響を受けるため、単に、B含有量が低い溶接材料を選ぶだけでは調整することができず、初層の溶接金属の凝固割れを完全に防止するには至らない。そして、母材の希釈率を調整し、初層のB含有量を所定の範囲に収めることができれば、初層の溶接金属の割れ感受性が低く抑えることができる。具体的には、初層の溶接金属に含まれるBの含有量[%BWM1](質量%)は、下記(2)式の関係を満たす必要がある。
[%BWM1]≦0.0025・・・(2)
上記(2)式右辺値は、0.0020であることが好ましく、0.0016であることがより好ましい。
[Chemical composition of weld metal]
(First layer weld metal)
The weld metal is derived from the base metal and the welding material, and its chemical composition is determined by the dilution ratio of the base metal into the welding material. Although the dilution ratio of the base metal is affected by the welding method, etc., it is generally the highest in the welding metal of the first layer of the welding metal, decreases in the welding metal of the second and subsequent layers, and is almost the same in the welding metal of the third and subsequent layers. It does not change. Therefore, if a welding material having a low B content is selected, the B content of the third and subsequent layers can be reduced, which contributes to the suppression of solidification cracking. However, since the B content of the first layer is affected by the dilution rate of the base metal, it cannot be adjusted simply by selecting a welding material with a low B content, and solidification cracking of the weld metal in the first layer is caused. It cannot be completely prevented. Then, if the dilution ratio of the base metal can be adjusted and the B content of the initial layer can be kept within a predetermined range, the crack sensitivity of the weld metal of the initial layer can be suppressed to be low. Specifically, the B content [% B WM1 ] (mass%) contained in the weld metal of the first layer must satisfy the relationship of the following equation (2).
[% B WM1 ] ≤0.0025 ... (2)
The rvalue in the above equation (2) is preferably 0.0020, more preferably 0.0016.
(第3層の溶接金属)
本発明においては、B含有量が低い溶接材料を選び、初層の溶接金属における凝固割れを抑制する一方で、溶接金属のクリープ破断強度を低下させないようにするべく、Niを多く含むことが重要である。すなわち、第3層の溶接金属に含まれるNiの含有量[%NiWM3](質量%)は、下記(3)式の関係を満たす必要がある。
[%NiWM3]≧30・・・(3)
上記(3)式右辺値は、40であることが好ましく、50であることがより好ましい。
より具体的には、第3層の溶接金属は、下記の化学組成を有することが好ましい。
(Third layer weld metal)
In the present invention, it is important to select a welding material having a low B content and to contain a large amount of Ni in order to suppress solidification cracking in the welding metal of the first layer while not lowering the creep rupture strength of the welding metal. Is. That is, the Ni content [% Ni WM3 ] (mass%) contained in the weld metal of the third layer must satisfy the relationship of the following equation (3).
[% Ni WM3 ] ≧ 30 ... (3)
The rvalue in the above equation (3) is preferably 40, more preferably 50.
More specifically, the weld metal of the third layer preferably has the following chemical composition.
C:0.005〜0.180%
Cは、オーステナイト生成元素であり、高温使用時のオーステナイト組織の安定性を高めるのに有効な元素である。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、延性および靭性が低下する。したがって、C含有量は0.005〜0.180%とするのが好ましい。C含有量は0.008%以上であるのが好ましく、0.150%以下であるのが好ましい。
C: 0.005 to 0.180%
C is an austenite-forming element and is an element effective for enhancing the stability of the austenite structure when used at a high temperature. However, if the C content is excessive, ductility and toughness are reduced due to the large amount of carbides present in the weld metal. Therefore, the C content is preferably 0.005 to 0.180%. The C content is preferably 0.008% or more, and preferably 0.150% or less.
Si:0〜1.20%
Siは、脱酸作用を有し、また、高温での耐食性、耐酸化性に有効な元素である。しかしながら、その含有量が過剰であると、オーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度および靱性の低下を招く。したがって、Si含有量は1.20%以下とするのが好ましい。Si含有量は1.0%以下であるのが好ましく、0.8%以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためは、Si含有量は、0.10%以上であるのが好ましく、0.20%以上であるのがより好ましい。
Si: 0 to 1.20%
Si is an element that has a deoxidizing effect and is effective in corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures. However, if the content is excessive, the stability of the austenite phase is reduced, resulting in a decrease in creep strength and toughness. Therefore, the Si content is preferably 1.20% or less. The Si content is preferably 1.0% or less, more preferably 0.8% or less. In order to obtain the above effects, the Si content is preferably 0.10% or more, and more preferably 0.20% or more.
Mn:0.02〜4.00%
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を安定にし、クリープ強度の向上に寄与する。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。したがって、Mn含有量は0.02〜4.00%とするのが好ましい。Mn含有量は0.05%以上であるのが好ましく、3.00%以下であるのが好ましい。
Mn: 0.02 to 4.00%
Mn has a deoxidizing action like Si. In addition, Mn stabilizes the austenite structure and contributes to the improvement of creep strength. However, an excessive Mn content causes embrittlement and further reduces creep ductility. Therefore, the Mn content is preferably 0.02 to 4.00%. The Mn content is preferably 0.05% or more, and preferably 3.00% or less.
P:0.030%以下
Pは、不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に凝固割れ感受性を増大させるとともに、クリープ延性の低下を招く。そのため、Pの含有量は0.030%以下とすることが好ましい。P含有量は0.020%以下とするのがより好ましく、0.015%以下とするのがさらに好ましい。
P: 0.030% or less P is contained as an impurity, which increases the solidification crack sensitivity during solidification of the weld metal and causes a decrease in creep ductility. Therefore, the P content is preferably 0.030% or less. The P content is more preferably 0.020% or less, and further preferably 0.015% or less.
S:0.010%以下
Sは、Pと同様に不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に凝固割れ感受性を増大させるとともに、クリープ延性の低下を招く。そのため、Sの含有量は0.010%以下とすることが好ましい。S含有量は0.008%以下とするのがより好ましく、0.005%以下とするのがさらに好ましい。
S: 0.010% or less S is contained as an impurity like P, and increases the solidification cracking sensitivity at the time of solidification of the weld metal and causes a decrease in creep ductility. Therefore, the S content is preferably 0.010% or less. The S content is more preferably 0.008% or less, and further preferably 0.005% or less.
Cu:0〜3.5%
Cuは、Coと同様、溶接金属の高温での組織を安定化し、クリープ強度を向上させるのに有効な元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、クリープ延性がかえって低下する。そのため、Cu含有量は3.5%以下とすることが好ましい。Cu含有量は3.0%以下であることがより好ましく、2.5%以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Cu含有量は、0.01%以上であるのが好ましく、0.05%以上であるのがより好ましい。
Cu: 0-3.5%
Like Co, Cu may be contained because it is an element effective for stabilizing the structure of the weld metal at high temperature and improving the creep strength. However, if it is contained in an excessive amount, the creep ductility is rather lowered. Therefore, the Cu content is preferably 3.5% or less. The Cu content is more preferably 3.0% or less, and even more preferably 2.5% or less. In order to obtain the above effects, the Cu content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.05% or more.
Co:0〜15.0%
Coは、溶接金属の高温での組織を安定化し、クリープ強度を向上させるのに有効な元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、クリープ強度およびクリープ延性がかえって低下する。加えて、非常に高価な元素であるため、材料コストを増大させる。そのため、Co含有量は15.0%以下とすることが好ましい。Co含有量は14.5%以下であることがより好ましく、14.0%以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Co含有量は、0.50%以上であるのが好ましく、1.00%以上であるのがより好ましい。
Co: 0 to 15.0%
Co may be contained because it is an element effective for stabilizing the structure of the weld metal at high temperature and improving the creep strength. However, if it is contained in an excessive amount, the creep strength and creep ductility are rather lowered. In addition, it is a very expensive element, which increases material costs. Therefore, the Co content is preferably 15.0% or less. The Co content is more preferably 14.5% or less, and even more preferably 14.0% or less. In order to obtain the above effects, the Co content is preferably 0.50% or more, and more preferably 1.00% or more.
Cr:20.0〜27.0%
Crは、溶接金属の高温での耐水蒸気酸化性および耐食性に有効な元素である。また、高温での使用中に炭化物として析出し、クリープ強度の向上にも寄与する。これらの効果を得るためには、20.0%以上含有させることが好ましい。しかしながら、過剰に含有すると、高温での組織安定性を低下させてクリープ強度が低下するおそれがあるため、Cr含有量は27.0%以下とすることが好ましい。Cr含有量は20.5%以上であるのが好ましく、21.0%以上であるのがより好ましい。また、Cr含有量は26.5%以下であるのが好ましく、26.0%以下であるのがより好ましい。
Cr: 20.0 to 27.0%
Cr is an element effective for water vapor oxidation resistance and corrosion resistance at high temperature of the weld metal. In addition, it precipitates as carbide during use at high temperature, which also contributes to the improvement of creep strength. In order to obtain these effects, it is preferable to contain 20.0% or more. However, if it is excessively contained, the tissue stability at high temperature may be lowered and the creep strength may be lowered. Therefore, the Cr content is preferably 27.0% or less. The Cr content is preferably 20.5% or more, and more preferably 21.0% or more. The Cr content is preferably 26.5% or less, more preferably 26.0% or less.
Ni:30.0〜70.0%
Niは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Niは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ni含有量は30.0%〜70.0%とするのが好ましい。Ni含有量は35.0%以上であるのが好ましく、40.0%以上であるのが好ましい。Ni含有量は、68.0%以下であるのが好ましく、65.0%以下であるのがより好ましく、60.0%以下であるのがより好ましい。
Ni: 30.0 to 70.0%
Ni is an element effective for obtaining an austenite structure, and is an essential element for ensuring tissue stability during long-term use and obtaining a desired creep strength. On the other hand, since Ni is an expensive element, excessive content causes an increase in cost. Therefore, the Ni content is preferably 30.0% to 70.0%. The Ni content is preferably 35.0% or more, and preferably 40.0% or more. The Ni content is preferably 68.0% or less, more preferably 65.0% or less, and even more preferably 60.0% or less.
Mo:0.01〜12.0%
Moは、マトリックスに固溶し、溶接金属の高温でのクリープ強度確保に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、高温での組織安定性を低下させ、クリープ強度をかえって低下させる。したがって、Mo含有量は12.0%以下とすることが好ましい。Mo含有量は11.5%以下であることがより好ましく、11.0%以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Mo含有量は、0.01%以上であるのが好ましく、0.05%以上であるのがより好ましい。
Mo: 0.01 to 12.0%
Mo may be contained because it is an element that dissolves in the matrix and contributes to ensuring the creep strength of the weld metal at a high temperature. However, if it is contained in an excessive amount, the tissue stability at high temperature is lowered, and the creep strength is rather lowered. Therefore, the Mo content is preferably 12.0% or less. The Mo content is more preferably 11.5% or less, and even more preferably 11.0% or less. In order to obtain the above effects, the Mo content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.05% or more.
Ti:0.01〜0.50%
Tiは、Nbと同様、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与するため含有させてもよい。しかしながら、含有量が過剰になると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度およびクリープ延性の低下を招くおそれがある。そのため、Ti含有量は0.50%以下であることが好ましい。Ti含有量は0.48%以下であることがより好ましく、0.45%以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Tiの含有量は、0.01%以上であるのが好ましく、0.05%以上であるのがより好ましい。
Ti: 0.01-0.50%
Like Nb, Ti may be contained as a fine carbonitride during use at a high temperature because it precipitates in the grains and contributes to the improvement of the creep strength of the weld metal. However, if the content is excessive, a large amount and coarse precipitation may occur, which may lead to a decrease in creep strength and creep ductility. Therefore, the Ti content is preferably 0.50% or less. The Ti content is more preferably 0.48% or less, and further preferably 0.45% or less. In order to obtain the above effects, the Ti content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.05% or more.
W:0〜4.0%
Wは、Moと同様に、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、W含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、W含有量は4.0%以下とすることが好ましい。W含有量は、3.8%以下であることがより好ましく、3.6%以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、W含有量は、0.01%以上であるのが好ましく、0.05%以上であるのがより好ましい。
W: 0-4.0%
Like Mo, W may be contained because it is an element that dissolves in the matrix and contributes to the improvement of creep strength at high temperatures. However, if the W content becomes excessive, the stability of the austenite phase is lowered, and thus the creep strength is rather lowered. In addition, there is a risk of increasing the crack sensitivity of the weld metal. Therefore, the W content is preferably 4.0% or less. The W content is more preferably 3.8% or less, and even more preferably 3.6% or less. In order to obtain the above effects, the W content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.05% or more.
Nb:0〜1.00%
Nbは、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与するため一方または両方を含有させてもよい。しかしながら、含有量が過剰になると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度およびクリープ延性の低下を招くおそれがある。そのため、Nb含有量は1.00%以下であることが好ましい。Nb含有量は0.90%以下であることがより好ましく、0.80%以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Nb含有量は、0.01%以上であるのが好ましく、0.05%以上であるのがより好ましい。
Nb: 0 to 1.00%
Nb may be contained in one or both of the Nb because it is precipitated in the grains as fine carbonitride during use at a high temperature and contributes to the improvement of the creep strength of the weld metal. However, if the content is excessive, a large amount and coarse precipitation may occur, which may lead to a decrease in creep strength and creep ductility. Therefore, the Nb content is preferably 1.00% or less. The Nb content is more preferably 0.90% or less, and further preferably 0.80% or less. In order to obtain the above effects, the Nb content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.05% or more.
N:0〜0.30%
Nは、高温での溶接金属組織安定性を高めるのに有効な元素であるため含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有する場合、高温での使用中に多量の窒化物の析出を招き、靭性および延性を低下させるため、0.30%以下とすることが好ましい。N含有量は0.28%以下とするのがより好ましく、0.25%以下とするのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Nの含有量は、0.01%以上であるのがより好ましい。
N: 0-0.30%
Since N is an element effective for enhancing the stability of the weld metal structure at high temperatures, it may be contained. However, if it is contained in an excessive amount, a large amount of nitride is precipitated during use at a high temperature, and the toughness and ductility are lowered. Therefore, the content is preferably 0.30% or less. The N content is more preferably 0.28% or less, and further preferably 0.25% or less. In order to obtain the above effects, the N content is more preferably 0.01% or more.
B:0〜0.008%
Bは、粒界に偏析するとともに粒界炭化物を微細分散させることにより、溶接金属のクリープ強度に寄与する元素であるため含有させてもよい。しかしながら、B含有量が過剰になると、溶接金属の靭性を低下させる。したがって、B含有量は0.008%以下とする。B含有量は0.006%以下であるのがより好ましく、0.004%以下であるのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Bの含有量は、0.0001%以上であるのが好ましく、0.0002%以上であるのがより好ましい。
B: 0 to 0.008%
B may be contained because it is an element that contributes to the creep strength of the weld metal by segregating at the grain boundaries and finely dispersing the carbides at the grain boundaries. However, when the B content becomes excessive, the toughness of the weld metal is lowered. Therefore, the B content is set to 0.008% or less. The B content is more preferably 0.006% or less, and further preferably 0.004% or less. In order to obtain the above effects, the content of B is preferably 0.0001% or more, and more preferably 0.0002% or more.
Al:0.01〜2.00%
Alは、Niと結合して金属間化合物として粒内に微細に析出し、溶接金属のクリープ強度向上に寄与するため含有させてもよい。一方で、過剰に含有すると金属間化合物相の過剰な析出を招き、靭性を低下させる。そのため、Al含有量は2.00%以下とすることが好ましい。Al含有量は1.80%以下であるのがより好ましく、1.60%以下であるのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Alの含有量は、0.01%以上であるのが好ましく、0.05%以上であるのがより好ましい。
Al: 0.01-2.00%
Al may be contained because it binds to Ni and is finely precipitated in the grain as an intermetallic compound and contributes to the improvement of the creep strength of the weld metal. On the other hand, excessive content causes excessive precipitation of the intermetallic compound phase and lowers toughness. Therefore, the Al content is preferably 2.00% or less. The Al content is more preferably 1.80% or less, and further preferably 1.60% or less. In order to obtain the above effects, the Al content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.05% or more.
O:0.020%以下
Oは、不純物として含有されるが、多量に含まれる場合には、溶接金属の延性を低下させる。そのため、O含有量は0.020%以下とすることが好ましい。O含有量は0.018%以下とするのがより好ましく、0.015%以下とするのがさらに好ましい。
O: 0.020% or less O is contained as an impurity, but when it is contained in a large amount, the ductility of the weld metal is lowered. Therefore, the O content is preferably 0.020% or less. The O content is more preferably 0.018% or less, and further preferably 0.015% or less.
Ca:0〜0.02%
Caは、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたCaは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ca含有量は、0.02%以下とすることが望ましい。Ca含有量は、さらに望ましくは0.015%以下である。上記の効果を得るためは、Ca含有量は、0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。
Ca: 0-0.02%
Since Ca has an effect of improving the hot deformability, it may be contained if necessary. However, the excessively contained Ca combines with oxygen to significantly reduce the cleanliness, and thus deteriorates the hot deformability. Therefore, the Ca content is preferably 0.02% or less. The Ca content is more preferably 0.015% or less. In order to obtain the above effects, the Ca content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.002% or more.
Mg:0〜0.02%
Mgは、Caと同様、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたMgは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Mg含有量は、0.02%以下とすることが望ましい。Mg含有量は、さらに望ましくは0.015%以下である。上記の効果を得るためは、Mg含有量は、0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。
Mg: 0-0.02%
Like Ca, Mg has an effect of improving the hot deformability, and therefore may be contained if necessary. However, the excessively contained Mg combines with oxygen to significantly reduce the cleanliness, and thus deteriorates the hot deformability. Therefore, the Mg content is preferably 0.02% or less. The Mg content is more preferably 0.015% or less. In order to obtain the above effects, the Mg content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.002% or more.
REM:0〜0.06%
REMは、製造時の熱間変形能の改善に寄与する。しかしながら、過剰に含有されたREMは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、REM含有量は、0.06%以下とすることが好ましい。REM含有量は、さらに望ましくは0.04%以下であり、さらに望ましくは0.03%以下である。上記の効果を得るためは、REM含有量は、0.001%以上であるのが好ましく、0.01%以上であるのがより好ましい。
REM: 0-0.06%
REM contributes to the improvement of hot deformability during manufacturing. However, the excessively contained REM combines with oxygen to significantly reduce the cleanliness, and thus deteriorates the hot deformability. Therefore, the REM content is preferably 0.06% or less. The REM content is more preferably 0.04% or less, and even more preferably 0.03% or less. In order to obtain the above effects, the REM content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.01% or more.
上記第3層の溶接金属の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the weld metal of the third layer, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component mixed by various factors of raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process when an alloy is industrially manufactured, and is allowed as long as it does not adversely affect the present invention. Means something.
[溶接材料の化学組成]
上記母材を溶接する際に用いる溶接材料の組成について、特に制限は設けないが、下記に示す化学組成を有することが好ましい。
[Chemical composition of welding material]
The composition of the welding material used when welding the base metal is not particularly limited, but it is preferable to have the chemical composition shown below.
C:0.005〜0.180%
Cは、オーステナイト生成元素であり、高温使用時のオーステナイト組織の安定性を高めるのに有効な元素である。さらにCは、溶接時の耐高温割れ性を高める。具体的には、Cは、溶接時の凝固過程において主にCrと結合して共晶炭化物を形成する。これにより液相の消失を早め、最終凝固部の組織を(Cr,M)23C6とオーステナイトとのラメラ状組織にする。その結果、液相の残存形態が面状から点状に変化するとともに、特定面での応力集中が抑制され、凝固割れが抑制される。さらにCは、不純物の偏析サイトとなる最終凝固界面積を増大させることから、溶接中の延性低下割れの防止および高温使用中の応力緩和割れの感受性低減にも寄与する。
C: 0.005 to 0.180%
C is an austenite-forming element and is an element effective for enhancing the stability of the austenite structure when used at a high temperature. Further, C enhances high temperature crack resistance during welding. Specifically, C mainly combines with Cr in the solidification process during welding to form eutectic carbides. This accelerates the disappearance of the liquid phase and makes the structure of the final solidified part a lamellar structure of (Cr, M) 23 C 6 and austenite. As a result, the residual morphology of the liquid phase changes from a planar shape to a dot shape, stress concentration on a specific surface is suppressed, and solidification cracking is suppressed. Further, since C increases the final solidification boundary area which is a segregation site of impurities, it also contributes to the prevention of ductile reduction cracks during welding and the reduction of the sensitivity of stress relaxation cracks during high temperature use.
後述するCr含有量の範囲で、上記の効果を十分得るためには、C含有量を0.005%以上とする必要がある。しかしながら、Cを過剰に含有すると、凝固中に炭化物とならない過剰なCが高温使用中に炭化物として微細析出し、かえって応力緩和割れ感受性を増大させる。そのため、Cの含有量は0.005〜0.180%とする。C含有量は0.02%以上であるのが好ましく、0.06%以上であるのがより好ましい。また、C含有量は0.15%以下であるのが好ましい。 In order to obtain the above effect sufficiently within the range of Cr content described later, it is necessary to set the C content to 0.005% or more. However, when C is excessively contained, excess C, which does not become carbide during solidification, is finely precipitated as carbide during high-temperature use, which rather increases the stress relaxation cracking sensitivity. Therefore, the content of C is set to 0.005 to 0.180%. The C content is preferably 0.02% or more, and more preferably 0.06% or more. The C content is preferably 0.15% or less.
Si:1.5%以下
Siは、脱酸剤として含有されるが、溶接金属の凝固時に柱状晶粒界に偏析し、液相の融点を下げ、凝固割れ感受性を増大させる。そのため、Si含有量は1.5%以下とする必要がある。なお、Si含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Si含有量は0.02%以上であるのが好ましい。
Si: 1.5% or less Si is contained as an antacid, but segregates at the columnar grain boundaries during solidification of the weld metal, lowers the melting point of the liquid phase, and increases the solidification cracking sensitivity. Therefore, the Si content needs to be 1.5% or less. It is not necessary to set a lower limit for the Si content, but if it is extremely lowered, the deoxidizing effect cannot be sufficiently obtained, the cleanliness of the steel is deteriorated, and the manufacturing cost is increased. Therefore, the Si content is preferably 0.02% or more.
Mn:2.0%以下
Mnは、Siと同様、脱酸剤として含有される。Mnは、溶接金属中のNの活量を下げることによりアーク雰囲気中からのNの飛散を抑制して、強度の確保にも寄与する。しかしながら、Mnを過剰に含有する場合には脆化を招くため、Mnの含有量は2.0%以下とする必要がある。Mnの含有量は1.5%以下とするのが好ましい。
Mn: 2.0% or less Mn is contained as a deoxidizer like Si. Mn suppresses the scattering of N from the arc atmosphere by lowering the activity of N in the weld metal, and also contributes to ensuring the strength. However, if Mn is excessively contained, embrittlement will occur, so the Mn content needs to be 2.0% or less. The Mn content is preferably 1.5% or less.
なお、Mn含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Mn含有量は0.02%以上であるのが好ましい。 It is not necessary to set a lower limit for the Mn content, but if it is extremely lowered, the deoxidizing effect cannot be sufficiently obtained, the cleanliness of the steel is deteriorated, and the manufacturing cost is increased. Therefore, the Mn content is preferably 0.02% or more.
P:0.020%以下
S:0.030%以下
PおよびSは、不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下させ、凝固割れ感受性を著しく増大させる。そのため、P含有量は0.020%以下、S含有量は0.030%以下とする必要がある。P含有量は0.015%以下、S含有量は0.020%以下であるのが好ましい。
P: 0.020% or less S: 0.030% or less P and S are contained as impurities, lower the melting point of the final solidified portion during solidification of the weld metal, and significantly increase the solidification crack sensitivity. Therefore, the P content needs to be 0.020% or less, and the S content needs to be 0.030% or less. The P content is preferably 0.015% or less, and the S content is preferably 0.020% or less.
Cu:0.15%以下
Cuは、過剰に含有されると、脆化を招く元素である。そのため、Cu含有量は極力低減することが望ましく、0.15%以下とする。Cu含有量は0.10%以下であるのが好ましい。
Cu: 0.15% or less Cu is an element that causes embrittlement when it is contained in excess. Therefore, it is desirable to reduce the Cu content as much as possible, and the Cu content should be 0.15% or less. The Cu content is preferably 0.10% or less.
Cr:20.0〜25.0%
Cr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。Crは、凝固過程でCと結合して、共晶炭化物を生成させ、溶接中の凝固割れおよび延性低下割れを防止するとともに、高温使用中の応力緩和割れ感受性を低減する作用も有する。これらの効果を得るためには、Cr含有量を20.0%以上とする必要がある。しかし、Cr含有量が過剰になって25.0%を超えると、高温での組織の安定性が劣化して、クリープ強度の低下を招く。このため、Cr含有量は20.0〜25.0%とする。Cr含有量は20.5%以上であるのが好ましく、24.5%以下であるのが好ましい。
Cr: 20.0 to 25.0%
Cr is an essential element for ensuring oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. Cr combines with C in the solidification process to generate eutectic carbides, prevents solidification cracks and ductility-reducing cracks during welding, and also has the effect of reducing stress relaxation crack susceptibility during high-temperature use. In order to obtain these effects, the Cr content needs to be 20.0% or more. However, if the Cr content becomes excessive and exceeds 25.0%, the stability of the structure at high temperature deteriorates, resulting in a decrease in creep strength. Therefore, the Cr content is set to 20.0 to 25.0%. The Cr content is preferably 20.5% or more, and preferably 24.5% or less.
Mo:0〜10.0%
Moは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Mo含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するとともに高温での局部腐食が大きくなる。したがって、Mo含有量は10.0%以下とする。Mo含有量は9.5%以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、0%である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Mo含有量は0.5%以上であるのが好ましく、母材中のMo含有量以上であることがより好ましい。
Mo: 0-10.0%
Mo is an element that dissolves in the matrix and contributes to the improvement of high temperature strength, especially the creep strength at high temperature. However, when the Mo content becomes excessive, the stability of the austenite phase decreases and local corrosion at high temperature increases. Therefore, the Mo content is set to 10.0% or less. The Mo content is preferably 9.5% or less. The lower limit does not need to be specified and is 0%. However, when the above effect is desired, the Mo content is preferably 0.5% or more, and more preferably the Mo content or more in the base material.
W:0〜4.0%
Wは、Moと同様に、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、W含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、W含有量は4.0%以下とすることが好ましい。W含有量は、3.8%以下であることがより好ましく、3.6%以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、W含有量は、0.01%以上であるのが好ましく、0.05%以上であるのがより好ましい。
W: 0-4.0%
Like Mo, W may be contained because it is an element that dissolves in the matrix and contributes to the improvement of creep strength at high temperatures. However, if the W content becomes excessive, the stability of the austenite phase is lowered, and thus the creep strength is rather lowered. In addition, there is a risk of increasing the crack sensitivity of the weld metal. Therefore, the W content is preferably 4.0% or less. The W content is more preferably 3.8% or less, and even more preferably 3.6% or less. In order to obtain the above effects, the W content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.05% or more.
Nb:0〜1.0%
Nbは、炭窒化物として微細に粒内析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Nb含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招く。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Nb含有量は1.0%以下とする。Nb含有量は0.6%以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、0%である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Nb含有量は0.1%以上であるのが好ましく、0.4%以上であるのがより好ましい。
Nb: 0-1.0%
Nb is an element that is finely precipitated in the grain as a carbonitride and contributes to the improvement of creep strength at high temperature. However, if the Nb content is excessive, the carbonitride will rapidly coarsen during use at high temperatures, resulting in an extreme decrease in creep strength and toughness. In addition, there is a risk of increasing the crack sensitivity of the weld metal. Therefore, the Nb content is set to 1.0% or less. The Nb content is preferably 0.6% or less. The lower limit does not need to be specified and is 0%. However, when the above effect is desired, the Nb content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.4% or more.
Ti:0〜0.50%
Tiは、炭窒化物として微細に粒内析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素であるが、その含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招くだけでなく、溶接時の液化割れ感受性の著しい増大を招く。したがって、Ti含有量は低減することが好ましく、0.50%以下とする。下限は特に規定する必要はなく、0%である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ti含有量は0.1%以上であるのが好ましく、0.3%以上であるのがより好ましい。
Ti: 0 to 0.50%
Ti is an element that is finely precipitated as a carbonitride in the grain and contributes to the improvement of creep strength at high temperature. However, if the content of Ti is excessive, the carbonitride rapidly becomes coarse during use at high temperature. This not only results in an extreme decrease in creep strength and toughness, but also a significant increase in liquefaction cracking susceptibility during welding. Therefore, the Ti content is preferably reduced to 0.50% or less. The lower limit does not need to be specified and is 0%. However, when the above effect is desired, the Ti content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.3% or more.
Co:15.0%以下
Coは、NiおよびCuと同様に、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。しかしながら、Coは極めて高価な元素であるため、過剰な含有は大幅なコスト増加を招く。したがって、Co含有量は15.0%以下とする。Co含有量は14.0%以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、0%である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Co含有量は0.5%以上であるのが好ましい。
Co: 15.0% or less Co, like Ni and Cu, is an austenite-forming element, which enhances the stability of the austenite structure and contributes to the improvement of creep strength. However, since Co is an extremely expensive element, excessive content causes a significant cost increase. Therefore, the Co content is set to 15.0% or less. The Co content is preferably 14.0% or less. The lower limit does not need to be specified and is 0%. However, when the above effect is desired, the Co content is preferably 0.5% or more.
Al:0〜2.0%
Alは、脱酸作用を有する元素である。しかしながら、多量の添加は清浄度を著しく害し、加工性および延性を劣化させる。したがって、Al含有量は2.0%以下とする。下限は特に規定する必要はなく、0%である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Al含有量は0.5%以上であるのが好ましい。
Al: 0-2.0%
Al is an element having a deoxidizing action. However, the addition of large amounts significantly impairs cleanliness and deteriorates processability and ductility. Therefore, the Al content is set to 2.0% or less. The lower limit does not need to be specified and is 0%. However, when the above effect is desired, the Al content is preferably 0.5% or more.
N:0〜0.30%
Nは、高温での溶接金属組織安定性を高めるのに有効な元素であるため含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有する場合、高温での使用中に多量の窒化物の析出を招き、靭性および延性を低下させるため、0.30%以下とすることが好ましい。N含有量は0.28%以下とするのがより好ましく、0.25%以下とするのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Nの含有量は、0.01%以上であるのがより好ましい。
N: 0-0.30%
Since N is an element effective for enhancing the stability of the weld metal structure at high temperatures, it may be contained. However, when it is contained in an excessive amount, a large amount of nitride is precipitated during use at a high temperature, and the toughness and ductility are lowered. Therefore, the content is preferably 0.30% or less. The N content is more preferably 0.28% or less, and further preferably 0.25% or less. In order to obtain the above effects, the N content is more preferably 0.01% or more.
B:0〜0.005%
Bは、高温での使用中に粒界に偏析し、粒界を強化するとともに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のに有効な元素である。そのため、この効果を得るためにBを含有させてもよい。しかしながら、Bの過剰の含有は、ガスシールドアーク溶接中の凝固割れ感受性を高める。したがって、B含有量は0.005%以下とする。B含有量は0.0045%以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、0%である。しかし、上記の効果を得たい場合には、B含有量は0.002%以上であるのが好ましい。
B: 0 to 0.005%
B is an element effective for improving creep strength by segregating at grain boundaries during use at high temperature, strengthening the grain boundaries, and finely dispersing carbides at the grain boundaries. Therefore, B may be contained in order to obtain this effect. However, the excessive content of B increases the susceptibility to solidification cracking during gas shielded arc welding. Therefore, the B content is set to 0.005% or less. The B content is preferably 0.0045% or less. The lower limit does not need to be specified and is 0%. However, when the above effect is desired, the B content is preferably 0.002% or more.
Ni:30.0〜70.0%
Niは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Niは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ni含有量は30.0%〜70.0%とする。Ni含有量は35.0%以上であるのが好ましく、40.0%以上であるのが好ましい。またNi含有量は65.0%以下であるのが好ましく、60.0%以下であるのが好ましい。
Ni: 30.0 to 70.0%
Ni is an element effective for obtaining an austenite structure, and is an essential element for ensuring tissue stability during long-term use and obtaining a desired creep strength. On the other hand, since Ni is an expensive element, excessive content causes an increase in cost. Therefore, the Ni content is set to 30.0% to 70.0%. The Ni content is preferably 35.0% or more, and preferably 40.0% or more. The Ni content is preferably 65.0% or less, and preferably 60.0% or less.
O:0.020%以下
Oは、不純物として含有されるが、多量に含まれる場合には、溶接金属の延性を低下させる。そのため、O含有量は0.020%以下とすることが好ましい。O含有量は0.018%以下とするのがより好ましく、0.015%以下とするのがさらに好ましい。
O: 0.020% or less O is contained as an impurity, but when it is contained in a large amount, the ductility of the weld metal is lowered. Therefore, the O content is preferably 0.020% or less. The O content is more preferably 0.018% or less, and further preferably 0.015% or less.
上記の溶接材料の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the welding material described above, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component mixed by various factors of raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process when an alloy is industrially manufactured, and is allowed as long as it does not adversely affect the present invention. Means something.
[溶接継手の製造方法]
本発明に係るオーステナイト系耐熱鋼溶接継手は、オーステナイト系耐熱鋼からなる母材同士を所定の溶接材料を用いて溶接して溶接金属を形成することにより製造される。
[Manufacturing method of welded joint]
The austenitic heat-resistant steel welded joint according to the present invention is manufactured by welding base materials made of austenitic heat-resistant steel with each other using a predetermined welding material to form a weld metal.
(オーステナイト系耐熱鋼(母材)の製造方法)
オーステナイト系耐熱鋼(母材)としては、通常の方法により製造されたものが用いられる。すなわち、所定の化学組成を有する耐熱鋼を溶製し、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延および固溶化熱処理により、所定形状の耐熱鋼材を製造する。
(Manufacturing method of austenitic heat resistant steel (base material))
As the austenitic heat-resistant steel (base material), those manufactured by a usual method are used. That is, a heat-resistant steel having a predetermined chemical composition is melted, and a heat-resistant steel material having a predetermined shape is produced by hot forging, hot rolling, cold rolling, and solution heat treatment.
(溶接継手の製造方法)
溶接には、例えば、GTAW溶接(Gas Tungsten Arc Welding)を用いることができる。溶接材料の供給速度を変更することにより、初層における母材の希釈率を変更することができる。具体的には、溶接材料の供給速度を45〜800mm/minの間に変化させて、母材の希釈率を種々変化させた溶接継手を作製した。
(Manufacturing method of welded joint)
For welding, for example, GTAW welding (Gas Tungsten Arc Welding) can be used. By changing the supply rate of the welding material, the dilution rate of the base metal in the initial layer can be changed. Specifically, a welded joint was produced in which the supply rate of the welding material was changed between 45 and 800 mm / min and the dilution rate of the base material was variously changed.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
表1に示す化学組成を有する耐熱鋼を溶解して、熱間鍛造、ならびに熱間圧延および冷間圧延し、1230℃で固溶化熱処理を施した。その後、JIS Z 3001−1(2013)の番号14349においてルート半径r=0.5mm、ルート面b=1.2mm、開先角度θ=40°とするU開先加工が施された厚さ15mm、幅120mm、長さ200mmの拘束溶接割れ試験用試験片を作製した(図1参照)。 The heat-resistant steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted, hot forged, hot-rolled and cold-rolled, and subjected to solution heat treatment at 1230 ° C. After that, in JIS Z 3001-1 (2013) No. 14349, U groove processing was performed so that the root radius r = 0.5 mm, the root surface b = 1.2 mm, and the groove angle θ = 40 °, and the thickness was 15 mm. , A test piece for restraint weld cracking test having a width of 120 mm and a length of 200 mm was prepared (see FIG. 1).
上記のようにして得た各拘束溶接割れ試験用試験片を用いて、被覆アーク溶接棒としてJIS Z 3224(2010)に規定のENi6182を用いて、厚さ25mm、幅200mm、長さ300mmのJIS G 3106(2008)に規定のSM400Cの市販の鋼板上に、四周を拘束溶接した。 Using each restraint weld crack test test piece obtained as described above, using ENi6182 specified in JIS Z 3224 (2010) as a shielded metal arc welding rod, JIS having a thickness of 25 mm, a width of 200 mm, and a length of 300 mm is used. Four circumferences were restrained welded on a commercially available steel plate of SM400C specified in G 3106 (2008).
その後、開先内を表2に示す化学組成を有する直径1.2mmのスプール溶接材料を用いて初層TIG溶接を実施した。入熱は6〜10kJ/cm、溶接材料の送給速度は45〜800mm/minの範囲で種々変更した。その後、初層溶接金属を半分ほど残して、残部を入熱9〜12kJ/cmの条件にて積層溶接した。その際、パス間温度は150℃以下に管理した。そして、溶接金属の中心部分をEPMA分析して定量化することで初層および第3層の溶接金属の組成を測定した。その結果を表3に示す。 Then, the first layer TIG welding was performed using a spool welding material having a diameter of 1.2 mm having the chemical composition shown in Table 2 inside the groove. The heat input was 6 to 10 kJ / cm, and the feeding speed of the welding material was variously changed in the range of 45 to 800 mm / min. Then, about half of the first layer weld metal was left, and the rest was laminated welded under the condition of heat input of 9 to 12 kJ / cm. At that time, the temperature between passes was controlled to 150 ° C. or lower. Then, the composition of the weld metal of the first layer and the third layer was measured by quantifying the central portion of the weld metal by EPMA analysis. The results are shown in Table 3.
上記の溶接施工後、各試験体について、継手の断面ミクロ組織観察用試験片を、初層のみ溶接した部分から2個採取した。そして、断面を鏡面研磨した後クロム酸電解腐食し、割れの発生の有無を、光学顕微鏡を用いて倍率を500倍として観察した。その結果を表3に示している。 After the above welding, two test pieces for observing the cross-sectional microstructure of the joint were collected from the welded portion only in the first layer for each test piece. Then, after the cross section was mirror-polished, chromic acid electrolytically corroded, and the presence or absence of cracks was observed using an optical microscope at a magnification of 500 times. The results are shown in Table 3.
次に、溶接金属が、直径6mm、長さ10mmの平行部の中央に位置するように、段付の丸棒クリープ試験片を切り出し、クリープ破断試験を実施した。そして、実使用環境を想定し、650℃にて200MPaの応力負荷時に破断時間が1,000時間以上となる場合を「合格」、1,000時間未満である場合を「不合格」とした。その結果を表3に示している。 Next, a stepped round bar creep test piece was cut out so that the weld metal was located at the center of a parallel portion having a diameter of 6 mm and a length of 10 mm, and a creep break test was performed. Then, assuming an actual use environment, a case where the breaking time is 1,000 hours or more under a stress load of 200 MPa at 650 ° C. is regarded as "pass", and a case where the breaking time is less than 1,000 hours is regarded as "fail". The results are shown in Table 3.
表3に示すように、所定の化学組成を有する母材を用い、且つ適切な溶接を行い、所定の化学組成を有する溶接金属を形成した場合には、初層の凝固割れが発生せず、良好なクリープ強度を有していた。一方、母材の化学組成が本発明で規定される範囲を外れる試験No.9〜16では、クリープ破断強度が劣化していた。初層の溶接金属のB含有量が多すぎた試験No.18〜20では、初層の凝固割れが発生していた。溶接金属のNi含有量が少なすぎた試験No.21および22では、クリープ破断強度が劣化していた。 As shown in Table 3, when a base metal having a predetermined chemical composition is used and appropriate welding is performed to form a weld metal having a predetermined chemical composition, solidification cracking of the initial layer does not occur. It had good creep strength. On the other hand, Test No. in which the chemical composition of the base material is outside the range specified in the present invention. In 9 to 16, the creep rupture strength was deteriorated. Test No. in which the B content of the weld metal in the first layer was too high. In 18 to 20, solidification cracking of the first layer occurred. Test No. 2 in which the Ni content of the weld metal was too low. At 21 and 22, the creep rupture strength was deteriorated.
本発明によれば、初層の溶接金属の割れ感受性が低く、かつ、クリープ強度に優れる溶接継手を作製するのに好適なオーステナイト系耐熱鋼を得ることが可能になる。そのため、本発明のオーステナイト系耐熱鋼は、高温環境下で使用されるボイラ等の装置用材料として好適に用いることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an austenitic heat-resistant steel suitable for producing a welded joint having low crack sensitivity of the first layer weld metal and excellent creep strength. Therefore, the austenitic heat-resistant steel of the present invention can be suitably used as a material for equipment such as boilers used in a high temperature environment.
Claims (3)
前記母材の化学組成が、質量%で、
C:0.04〜0.10%、
Si:1.0%以下、
Mn:2.0%以下、
P:0.03%以下、
S:0.015%以下、
Ni:22.5〜32.0%、
Cr:20.0〜27.0%、
W:2.0〜4.0%、
Co:0.5〜3.0%、
Cu:2.0〜3.5%、
Nb:0.20〜0.60%、
B:0.0015〜0.008%、
Al:0.003〜0.05%、
N:0.10〜0.30%、
O:0.02%以下、
Mo:0〜0.5%、
Ca:0〜0.02%、
Mg:0〜0.02%、
REM:0〜0.06%、
残部がFeおよび不純物であり、下記(1)式を満足し、
前記溶接金属が、下記の(2)式および(3)式を満足する、
オーステナイト系耐熱鋼溶接継手。
30C+3W+2Cu+10Nb+700B+40N≧30・・・(1)
[%BWM1]≦0.0025・・・(2)
[%NiWM3]≧30・・・(3)
ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)、[%BWM1]は、初層の溶接金属に含まれるBの含有量(質量%)、[%NiWM3]は、第3層の溶接金属に含まれるNiの含有量(質量%)をそれぞれ意味する。 An austenitic heat-resistant steel welded joint including a base material made of austenitic heat-resistant steel and a weld metal.
The chemical composition of the base material is mass%.
C: 0.04 to 0.10%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.03% or less,
S: 0.015% or less,
Ni: 22.5 to 32.0%,
Cr: 20.0 to 27.0%,
W: 2.0-4.0%,
Co: 0.5-3.0%,
Cu: 2.0-3.5%,
Nb: 0.25 to 0.60%,
B: 0.0015 to 0.008%,
Al: 0.003 to 0.05%,
N: 0.10 to 0.30%,
O: 0.02% or less,
Mo: 0-0.5%,
Ca: 0-0.02%,
Mg: 0-0.02%,
REM: 0-0.06%,
The balance is Fe and impurities, satisfying the following equation (1).
The weld metal satisfies the following equations (2) and (3).
Austenitic heat resistant steel welded joint.
30C + 3W + 2Cu + 10Nb + 700B + 40N ≧ 30 ... (1)
[% B WM1 ] ≤0.0025 ... (2)
[% Ni WM3 ] ≧ 30 ... (3)
However, each element symbol in the above formula is the content (mass%) of each element, [% B WM1 ] is the content of B contained in the welding metal of the first layer (mass%), and [% Ni WM3]. ] Means the content (mass%) of Ni contained in the weld metal of the third layer.
Mo:0.01〜0.5%、
Ca:0.0005%〜0.02%
Mg:0.0005%〜0.02%および
REM:0.0003%〜0.06%
から選択される1種以上を含有する、
請求項1に記載のオーステナイト系耐熱鋼溶接継手。 The chemical composition of the base material is mass%.
Mo: 0.01-0.5%,
Ca: 0.0005% -0.02%
Mg: 0.0005% to 0.02% and REM: 0.0003% to 0.06%
Contains one or more selected from,
The austenitic heat-resistant steel welded joint according to claim 1.
C:0.005〜0.180%、
Si:0〜1.20%、
Mn:0.02〜4.00%、
P:0.030%以下、
S:0.010%以下、
Cu:0〜3.5%、
Co:0〜15.0%、
Cr:20.0〜27.0%、
Ni:30.0〜70.0%、
Mo:0.01〜12.0%、
Ti:0.01〜0.50%、
W:0〜4.0%、
Nb:0〜1.00%、
N:0〜0.30%、
B:0〜0.008%、
Al:0.01〜2.00%、
O:0.020%以下、
Ca:0〜0.02%、
Mg:0〜0.02%、
REM:0〜0.06%、
残部がFeおよび不純物である、
請求項1または2に記載のオーステナイト系耐熱鋼溶接継手。
The chemical composition of the weld metal of the third layer is mass%.
C: 0.005 to 0.180%,
Si: 0 to 1.20%,
Mn: 0.02 to 4.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.010% or less,
Cu: 0-3.5%,
Co: 0 to 15.0%,
Cr: 20.0 to 27.0%,
Ni: 30.0 to 70.0%,
Mo: 0.01 to 12.0%,
Ti: 0.01 to 0.50%,
W: 0-4.0%,
Nb: 0-1.00%,
N: 0-0.30%,
B: 0-0.008%,
Al: 0.01-2.00%,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.02%,
Mg: 0-0.02%,
REM: 0-0.06%,
The balance is Fe and impurities,
The austenitic heat-resistant steel welded joint according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019207361A JP7360032B2 (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Austenitic heat resistant steel welded joints |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019207361A JP7360032B2 (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Austenitic heat resistant steel welded joints |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021080510A true JP2021080510A (en) | 2021-05-27 |
JP7360032B2 JP7360032B2 (en) | 2023-10-12 |
Family
ID=75964364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019207361A Active JP7360032B2 (en) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Austenitic heat resistant steel welded joints |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7360032B2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004323937A (en) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Austenitic stainless steel |
WO2015129631A1 (en) * | 2014-02-26 | 2015-09-03 | 新日鐵住金株式会社 | Welded joint |
WO2016204005A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-22 | 新日鐵住金株式会社 | HIGH-Cr AUSTENITIC STAINLESS STEEL |
JP2017202494A (en) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | 新日鐵住金株式会社 | Austenitic heat-resistant steel weld metal and welded joint having the same |
WO2019090304A1 (en) * | 2017-11-06 | 2019-05-09 | The United States Of America, As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services | Cancer treatment utilizing pre-existing microbial immunity |
JP2019173122A (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 日本製鉄株式会社 | Weld joint |
-
2019
- 2019-11-15 JP JP2019207361A patent/JP7360032B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004323937A (en) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Austenitic stainless steel |
WO2015129631A1 (en) * | 2014-02-26 | 2015-09-03 | 新日鐵住金株式会社 | Welded joint |
WO2016204005A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-22 | 新日鐵住金株式会社 | HIGH-Cr AUSTENITIC STAINLESS STEEL |
JP2017202494A (en) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | 新日鐵住金株式会社 | Austenitic heat-resistant steel weld metal and welded joint having the same |
WO2019090304A1 (en) * | 2017-11-06 | 2019-05-09 | The United States Of America, As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services | Cancer treatment utilizing pre-existing microbial immunity |
JP2019173122A (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 日本製鉄株式会社 | Weld joint |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7360032B2 (en) | 2023-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10233523B2 (en) | Carburization resistant metal material | |
JPWO2019168119A1 (en) | Austenitic stainless steel welded joint | |
JP6852809B2 (en) | Austenitic heat-resistant steel Welded metal, welded joints, welding materials for austenitic heat-resistant steel, and methods for manufacturing welded joints | |
JP6384611B2 (en) | Austenitic heat resistant alloys and welded structures | |
JP6384610B2 (en) | Austenitic heat resistant alloys and welded structures | |
WO2014119197A1 (en) | SUBMERGED ARC WELDING WIRE FOR HIGH-STRENGTH 2.25Cr-1Mo-V STEEL AND WELD METAL | |
JPWO2019070001A1 (en) | Austenitic Stainless Steel Welded Metals and Welded Structures | |
JP2017202494A (en) | Austenitic heat-resistant steel weld metal and welded joint having the same | |
JP6795038B2 (en) | Austenitic heat-resistant alloy and welded joints using it | |
JP7272438B2 (en) | Steel material, manufacturing method thereof, and tank | |
JP2021049572A (en) | Austenitic stainless steel weld joint | |
JP2021049570A (en) | Austenitic stainless steel weld joint | |
JP6756147B2 (en) | Welding material for austenitic heat resistant steel | |
JP2017014575A (en) | Austenitic heat resistant alloy and weldment structure | |
JP6638552B2 (en) | Welding material for austenitic heat-resistant steel | |
JP7360032B2 (en) | Austenitic heat resistant steel welded joints | |
JP6638551B2 (en) | Austenitic heat-resistant steel weld metal and welded joint having the same | |
JP2021098199A (en) | Austenitic heat-resistant steel weld metal, weld joint, and weld material for austenitic heat-resistant steel | |
JP2021021130A (en) | Austenitic heat-resistant alloy weld joint | |
JP2021011610A (en) | Austenitic heat resistant alloy welded joint | |
JP7183808B2 (en) | Welding material for heat-resistant austenitic steel, weld metal, welded structure, and method for manufacturing welded structure | |
JP2019130591A (en) | Welded joint | |
WO2021220912A1 (en) | Austenitic heat-resistant steel | |
JP2021195602A (en) | Low-alloy heat-resistant steel | |
WO2024204622A1 (en) | Alloy material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220706 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230728 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230829 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230911 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7360032 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |