JP3457834B2 - 靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属 - Google Patents
靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属Info
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-
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
- F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
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- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
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- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
-
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- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高温高圧下で使用さ
れる蒸気発生器、ボイラ等の熱交換器など、特に５００
℃以上の高温環境下で使用される高強度低Ｃｒフェライ
ト系耐熱鋼の溶接に好適な溶接金属に関する。
れる蒸気発生器、ボイラ等の熱交換器など、特に５００
℃以上の高温環境下で使用される高強度低Ｃｒフェライ
ト系耐熱鋼の溶接に好適な溶接金属に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ、化学工業及び原子力用などの高
温耐熱耐圧部材としては、オーステナイト系ステンレス
鋼、Ｃｒ含有量が９〜１２％の高Ｃｒフェライト鋼、
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼に代表される低Ｃｒフェライト
鋼、炭素鋼などがあるが（以下、合金成分の含有量はす
べて重量％を意味する）、これらは対象部材の使用温
度、圧力、使用環境などに応じ、かつ経済性を考慮して
選択されている。それらの中でも、経済性の観点から、
高強度でかつ比較的Ｃｒ含有量の少ない低Ｃｒフェライ
ト鋼の実用化が強く望まれており、すでに高Ｃｒフェラ
イト鋼なみの強度を有する低Ｃｒフェライト鋼も開発さ
れている。そのような材料を実用化するためには、それ
らの母材と同等の強度をもつ溶接金属が得られる溶接材
料の開発が不可欠であるが、一般的に、高強度の溶接材
料は靱性に乏しく、強度と靱性という背反する特性を両
立するのが困難であった。
温耐熱耐圧部材としては、オーステナイト系ステンレス
鋼、Ｃｒ含有量が９〜１２％の高Ｃｒフェライト鋼、
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼に代表される低Ｃｒフェライト
鋼、炭素鋼などがあるが（以下、合金成分の含有量はす
べて重量％を意味する）、これらは対象部材の使用温
度、圧力、使用環境などに応じ、かつ経済性を考慮して
選択されている。それらの中でも、経済性の観点から、
高強度でかつ比較的Ｃｒ含有量の少ない低Ｃｒフェライ
ト鋼の実用化が強く望まれており、すでに高Ｃｒフェラ
イト鋼なみの強度を有する低Ｃｒフェライト鋼も開発さ
れている。そのような材料を実用化するためには、それ
らの母材と同等の強度をもつ溶接金属が得られる溶接材
料の開発が不可欠であるが、一般的に、高強度の溶接材
料は靱性に乏しく、強度と靱性という背反する特性を両
立するのが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は靱性に
優れ、かつ従来のものと比べ、飛躍的に高温強度を改善
した低Ｃｒフェライト系耐熱鋼を溶融母材とする溶接金
属（低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属。以下、単に
溶接金属という）を提供するものである。
優れ、かつ従来のものと比べ、飛躍的に高温強度を改善
した低Ｃｒフェライト系耐熱鋼を溶融母材とする溶接金
属（低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属。以下、単に
溶接金属という）を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明者らはＶ及びＮｂによる析出効果と、Ｍｏ，
Ｗ及びＲｅによる固溶強化及び微細炭化物による析出効
果を考え、５００℃以上での高温強度と靱性に優れた溶
接材料について多数の調査を繰返した結果、次のような
知見を得た。
め、本発明者らはＶ及びＮｂによる析出効果と、Ｍｏ，
Ｗ及びＲｅによる固溶強化及び微細炭化物による析出効
果を考え、５００℃以上での高温強度と靱性に優れた溶
接材料について多数の調査を繰返した結果、次のような
知見を得た。
【０００５】従来の低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接
材料はＭｏを主体としたＣｒ−Ｍｏ鋼が一般的であった
が、Ｍｏに比べ原子半径が大きく拡散係数の小さいＷを
大量使用することにより、格段の固溶強化が図れるのに
加え、クリープ強度に寄与する微細炭化物の高温での安
定性が増す。 さらにＷより原子半径が大きなＲｅを添加することに
より、いっそうの固溶強化を期待できる。 しかし、炭化物形成元素であるＶやＮｂを添加した溶
接材料は溶接後、応力除去焼鈍を施してもなお、硬さが
高く、衝撃特性に劣る。
材料はＭｏを主体としたＣｒ−Ｍｏ鋼が一般的であった
が、Ｍｏに比べ原子半径が大きく拡散係数の小さいＷを
大量使用することにより、格段の固溶強化が図れるのに
加え、クリープ強度に寄与する微細炭化物の高温での安
定性が増す。 さらにＷより原子半径が大きなＲｅを添加することに
より、いっそうの固溶強化を期待できる。 しかし、炭化物形成元素であるＶやＮｂを添加した溶
接材料は溶接後、応力除去焼鈍を施してもなお、硬さが
高く、衝撃特性に劣る。
【０００６】しかしながら、同じく炭化物形成元素で
あるＴａを同時添加すると、溶接金属組織が著しく微細
になり、衝撃特性が大幅に改善されることを見いだし
た。これは、Ｔａ炭化物の融点は３４００〜３８７７℃
で、ＶやＮｂの炭化物に比べ融点が非常に高く、ＶやＮ
ｂ炭化物の大部分は溶接金属が溶融した際に固溶してし
まうのに対し、Ｔａ炭化物は析出物の形を保ち、凝固し
た溶接金属中に微細にＴａ炭化物が分散した形となる。
そのため、微細分散したＴａ炭化物が核発生の場所とな
り、凝固時に変態生成されるマルテンサイト及びベイナ
イト組織が著しく微細となる。さらに溶接が続けられ、
再熱された場所においても、Ｔａ炭化物が結晶粒成長を
抑制するピン止め効果があり、組織を微細なままとする
ことができる。組織が微細であるために脆性的な破壊が
起こりにくく、靱性に優れたものとなる。
あるＴａを同時添加すると、溶接金属組織が著しく微細
になり、衝撃特性が大幅に改善されることを見いだし
た。これは、Ｔａ炭化物の融点は３４００〜３８７７℃
で、ＶやＮｂの炭化物に比べ融点が非常に高く、ＶやＮ
ｂ炭化物の大部分は溶接金属が溶融した際に固溶してし
まうのに対し、Ｔａ炭化物は析出物の形を保ち、凝固し
た溶接金属中に微細にＴａ炭化物が分散した形となる。
そのため、微細分散したＴａ炭化物が核発生の場所とな
り、凝固時に変態生成されるマルテンサイト及びベイナ
イト組織が著しく微細となる。さらに溶接が続けられ、
再熱された場所においても、Ｔａ炭化物が結晶粒成長を
抑制するピン止め効果があり、組織を微細なままとする
ことができる。組織が微細であるために脆性的な破壊が
起こりにくく、靱性に優れたものとなる。
【０００７】また、Ｂの添加により、固溶Ｂはクリー
プ強度の向上に寄与する。 溶接時に割れなどが発生する可能性があるが、添加元
素量を適当な範囲とすることで、割れの発生が抑えられ
る。
プ強度の向上に寄与する。 溶接時に割れなどが発生する可能性があるが、添加元
素量を適当な範囲とすることで、割れの発生が抑えられ
る。
【０００８】以上の溶接材料についての知見の結果、本
発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記の
（１）、（２）の構成よりなる靱性に優れた低Ｃｒフェ
ライト系耐熱鋼用溶接金属である。 （１） 化学成分が重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１
％，Ｓｉ：０．１〜０．６％，Ｍｎ：０．１〜０．６
％，Ｐ：０．０００５〜０．０３％，Ｓ：０．０００５
〜０．０１５％，Ｃｒ：１．７５〜２．５％，Ｎｉ：
０．０１〜０．８％，Ｍｏ：０．０５〜１．５％，Ｖ：
０．０１〜０．５％，Ｗ：０．０５〜２％，Ｎｂ：０．
０１〜０．２％，Ｔａ：０．０１〜０．５％，Ａｌ：
０．００３〜０．０５％，Ｂ：０．０００１〜０．０１
％，Ｎ：０．００３〜０．０３％を含み残部は鉄及び不
可避的不純物からなり、かつ下記（ａ）式の条件を満た
す、靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金
属。
発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記の
（１）、（２）の構成よりなる靱性に優れた低Ｃｒフェ
ライト系耐熱鋼用溶接金属である。 （１） 化学成分が重量％で、Ｃ：０．０４〜０．１
％，Ｓｉ：０．１〜０．６％，Ｍｎ：０．１〜０．６
％，Ｐ：０．０００５〜０．０３％，Ｓ：０．０００５
〜０．０１５％，Ｃｒ：１．７５〜２．５％，Ｎｉ：
０．０１〜０．８％，Ｍｏ：０．０５〜１．５％，Ｖ：
０．０１〜０．５％，Ｗ：０．０５〜２％，Ｎｂ：０．
０１〜０．２％，Ｔａ：０．０１〜０．５％，Ａｌ：
０．００３〜０．０５％，Ｂ：０．０００１〜０．０１
％，Ｎ：０．００３〜０．０３％を含み残部は鉄及び不
可避的不純物からなり、かつ下記（ａ）式の条件を満た
す、靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金
属。
【化３】
（２）上記（１）に記載の溶接金属の化学成分が上記
（１）に記載の成分に加えて更に、重量％で０．０３〜
１％のＲｅを含有し、かつ下記（ｂ）式の条件を満た
す、靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金
属。
（１）に記載の成分に加えて更に、重量％で０．０３〜
１％のＲｅを含有し、かつ下記（ｂ）式の条件を満た
す、靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金
属。
【化４】
以下に各成分の作用とその含有量の選定理由を説明す
る。
る。
【０００９】（作用）ＣはＣｒ，Ｆｅ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂと
結合して炭化物を形成し、高温強度に寄与するととも
に、それ自身がオーステナイト安定化元素として組織を
安定化する。０．０４％未満では炭化物析出が不十分で
クリープ破断強度が低く、０．１％を越える場合は炭化
物が過剰析出して溶接金属が著しく硬化し、衝撃特性が
悪化する。また、Ｃの添加量に比例して溶接性が悪くな
るため、Ｃの適正含有量は０．０４〜０．１％である。
その中でも、溶接性と高温強度を両立するためには０．
０５〜０．０８％が望ましい。
結合して炭化物を形成し、高温強度に寄与するととも
に、それ自身がオーステナイト安定化元素として組織を
安定化する。０．０４％未満では炭化物析出が不十分で
クリープ破断強度が低く、０．１％を越える場合は炭化
物が過剰析出して溶接金属が著しく硬化し、衝撃特性が
悪化する。また、Ｃの添加量に比例して溶接性が悪くな
るため、Ｃの適正含有量は０．０４〜０．１％である。
その中でも、溶接性と高温強度を両立するためには０．
０５〜０．０８％が望ましい。
【００１０】Ｓｉは脱酸剤として働き、０．６％を越え
ると靱性が著しく低下し強度に対しても有害である。Ｓ
ｉの含有量は０．１〜０．６％とする。高温強度を重視
する場合、Ｓｉの添加量は低めの方がよく、０．１〜
０．３％が望ましい。
ると靱性が著しく低下し強度に対しても有害である。Ｓ
ｉの含有量は０．１〜０．６％とする。高温強度を重視
する場合、Ｓｉの添加量は低めの方がよく、０．１〜
０．３％が望ましい。
【００１１】Ｍｎは組織の安定化に有効であるが、０．
１％未満では十分な効果が得られず、０．６％を越える
と溶接金属を硬化させる。よってＭｎの含有量は０．１
〜０．６％とする。Ｓｉと同様に０．１〜０．３％と添
加量を低めにすることで、高温強度をより高くすること
ができる。
１％未満では十分な効果が得られず、０．６％を越える
と溶接金属を硬化させる。よってＭｎの含有量は０．１
〜０．６％とする。Ｓｉと同様に０．１〜０．３％と添
加量を低めにすることで、高温強度をより高くすること
ができる。
【００１２】Ｐ，Ｓはいずれも靱性、クリープ強度に有
害な元素で、Ｓが極微量であっても粒界やＣｒ2 Ｏ3 ス
ケール皮膜を不安定にし、強度、靱性低下の原因となる
から、上記の許容範囲内でもできるだけ少ないほうがよ
い。不可避な含有量として、Ｐは０．０００５〜０．０
３％、Ｓは０．０００５〜０．０１５％とした。
害な元素で、Ｓが極微量であっても粒界やＣｒ2 Ｏ3 ス
ケール皮膜を不安定にし、強度、靱性低下の原因となる
から、上記の許容範囲内でもできるだけ少ないほうがよ
い。不可避な含有量として、Ｐは０．０００５〜０．０
３％、Ｓは０．０００５〜０．０１５％とした。
【００１３】Ｃｒ耐熱鋼の耐酸化性、高温腐食性の点か
ら不可欠な元素であり、その含有量が１．７５％未満で
は十分な耐酸化性、高温腐食性が得られない。一方２．
５％を越えて添加すると母材との化学成分差が大きくな
り、溶接金属と母材との間で炭素の移動が起り脆化す
る。また、経済性の観点からも不利となるため、Ｃｒの
含有量は１．７５〜２．５％とする。
ら不可欠な元素であり、その含有量が１．７５％未満で
は十分な耐酸化性、高温腐食性が得られない。一方２．
５％を越えて添加すると母材との化学成分差が大きくな
り、溶接金属と母材との間で炭素の移動が起り脆化す
る。また、経済性の観点からも不利となるため、Ｃｒの
含有量は１．７５〜２．５％とする。
【００１４】Ｎｉはオーステナイト安定化元素であり、
かつ靱性改善に寄与するが、その含有量が０．８％を越
えると高温クリープ強度を損なう。また経済性を鑑みて
も大量添加は不利である。従ってＮｉの含有量は０．０
１〜０．８％とする。他の添加元素にもよるが、衝撃特
性として０℃の衝撃値が１００Ｊ／ｃｍ2 を越える場合
は添加量を少なくすることが可能で０．０１〜０．３％
とすることもできる。
かつ靱性改善に寄与するが、その含有量が０．８％を越
えると高温クリープ強度を損なう。また経済性を鑑みて
も大量添加は不利である。従ってＮｉの含有量は０．０
１〜０．８％とする。他の添加元素にもよるが、衝撃特
性として０℃の衝撃値が１００Ｊ／ｃｍ2 を越える場合
は添加量を少なくすることが可能で０．０１〜０．３％
とすることもできる。
【００１５】Ｍｏはクリープ強度の向上に有効である
が、０．０５％未満では十分な効果が得られず、１．５
％を越えると高温で金属間化合物が析出し靱性が低下す
るだけでなく、強度に対しても効果がなくなる。従っ
て、０．０５〜１．５％とした。
が、０．０５％未満では十分な効果が得られず、１．５
％を越えると高温で金属間化合物が析出し靱性が低下す
るだけでなく、強度に対しても効果がなくなる。従っ
て、０．０５〜１．５％とした。
【００１６】ＶはＣ，Ｎと結合してＶ（Ｃ，Ｎ）等の微
細析出物を形成する。この析出物は高温での長時間クリ
ープ強度の向上に大きく寄与するが、０．０１％未満で
は十分な効果が得られず、０．５％を越える場合にはか
えってクリープ強度と靱性を損なう。よって、Ｖの適正
含有量は０．０１〜０．５％である。その中でも、高温
強度と靱性を両立するためには０．１５〜０．３％が望
ましい。
細析出物を形成する。この析出物は高温での長時間クリ
ープ強度の向上に大きく寄与するが、０．０１％未満で
は十分な効果が得られず、０．５％を越える場合にはか
えってクリープ強度と靱性を損なう。よって、Ｖの適正
含有量は０．０１〜０．５％である。その中でも、高温
強度と靱性を両立するためには０．１５〜０．３％が望
ましい。
【００１７】Ｗは固溶強化及び微細炭化物析出強化元素
としてクリープ強度の向上に有効であり、特にＭｏとの
複合添加により、さらにクリープ強度を高めることがで
きる。０．０５％未満では効果がなく、２％を越えると
鋼を硬化させ溶接作業性も損なうため０．０５〜２％の
範囲とする。
としてクリープ強度の向上に有効であり、特にＭｏとの
複合添加により、さらにクリープ強度を高めることがで
きる。０．０５％未満では効果がなく、２％を越えると
鋼を硬化させ溶接作業性も損なうため０．０５〜２％の
範囲とする。
【００１８】ＮｂはＶと同様Ｃ，Ｎと結合してＮｂ
（Ｃ，Ｎ）を形成しクリープ強度に寄与する。特に６０
０℃以下の比較的低温では著しい強度改善効果を示す。
また、溶接金属の組織を微細化する効果もあり、適量で
あれば靱性改善にも効果がある。０．０１％未満では上
記の効果が得られず、また０．２％を越える場合は未固
溶ＮｂＣが増え、クリープ強度と靱性を損なう。したが
ってＮｂ含有量は０．０１％〜０．２％が適当である。
（Ｃ，Ｎ）を形成しクリープ強度に寄与する。特に６０
０℃以下の比較的低温では著しい強度改善効果を示す。
また、溶接金属の組織を微細化する効果もあり、適量で
あれば靱性改善にも効果がある。０．０１％未満では上
記の効果が得られず、また０．２％を越える場合は未固
溶ＮｂＣが増え、クリープ強度と靱性を損なう。したが
ってＮｂ含有量は０．０１％〜０．２％が適当である。
【００１９】Ｔａの添加は本発明の溶接金属の最大の特
徴であり、適量の添加量では、溶接金属の結晶粒度を著
しく微細にし、衝撃特性を大幅に改善できる。また、ク
リープ強度も向上する働きもあることが明らかとなっ
た。その添加量は０．０１％未満では効果がなく、ま
た、０．５％を越える量では未固溶Ｔａ炭化物が多くな
り、クリープ強度改善の効果が薄れる。よって、Ｔａの
含有量は０．０１〜０．５％とし、その中でも衝撃特性
とクリープ強度を両立するには０．０５〜０．２５％が
望ましい。
徴であり、適量の添加量では、溶接金属の結晶粒度を著
しく微細にし、衝撃特性を大幅に改善できる。また、ク
リープ強度も向上する働きもあることが明らかとなっ
た。その添加量は０．０１％未満では効果がなく、ま
た、０．５％を越える量では未固溶Ｔａ炭化物が多くな
り、クリープ強度改善の効果が薄れる。よって、Ｔａの
含有量は０．０１〜０．５％とし、その中でも衝撃特性
とクリープ強度を両立するには０．０５〜０．２５％が
望ましい。
【００２０】Ａｌは脱酸素元素として必須であり、含有
量として０．００３％未満では効果がなく、０．０５％
を越える場合はクリープ強度を損なうため、Ａｌの含有
量は０．００３〜０．０５％とする。Ａｌの添加量は少
ない方がクリープ強度の低下が少ないため、その中でも
０．００３〜０．０１％が望ましい。
量として０．００３％未満では効果がなく、０．０５％
を越える場合はクリープ強度を損なうため、Ａｌの含有
量は０．００３〜０．０５％とする。Ａｌの添加量は少
ない方がクリープ強度の低下が少ないため、その中でも
０．００３〜０．０１％が望ましい。
【００２１】Ｂは極微量の添加により炭化物の分散、安
定化させる効果がある。０．０００１％未満ではその効
果が小さく、０．０１％を越えると溶接性を損なうか
ら、Ｂの添加はその含有量を０．０００１〜０．０１％
の範囲にするのがよい。
定化させる効果がある。０．０００１％未満ではその効
果が小さく、０．０１％を越えると溶接性を損なうか
ら、Ｂの添加はその含有量を０．０００１〜０．０１％
の範囲にするのがよい。
【００２２】ＮはＶ，Ｎｂとの炭窒化物形成に必要で、
０．００３％未満ではその効果がない。しかしながら
０．０３％を越える場合は窒化物が粗大化し、強度と靱
性を損なう。よってＮの含有量は０．０３％以下とし、
０．００３〜０．０３％とする。その中でも、靱性を考
慮すると０．００３〜０．０１５％が望ましい。
０．００３％未満ではその効果がない。しかしながら
０．０３％を越える場合は窒化物が粗大化し、強度と靱
性を損なう。よってＮの含有量は０．０３％以下とし、
０．００３〜０．０３％とする。その中でも、靱性を考
慮すると０．００３〜０．０１５％が望ましい。
【００２３】上記成分よりなる低Ｃｒフェライト系耐熱
鋼用溶接金属において、各成分間には下記式の関係を満
たすことによって靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱
鋼用溶接金属が得られる。
鋼用溶接金属において、各成分間には下記式の関係を満
たすことによって靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱
鋼用溶接金属が得られる。
【化５】
【００２４】さらに上記成分にＲｅを添加することがで
きる。Ｒｅは添加量に比例してクリープ強度を高める。
これは固溶強化によるものであるが、重要なことは同様
の働きをするＭｏやＷと同時添加しても、さらに、クリ
ープ強度が増すことである。よって、経済性を考え０．
０３〜１％とするのが適当である。Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｗ，Ｒｅ及びＢについてはさらに、
きる。Ｒｅは添加量に比例してクリープ強度を高める。
これは固溶強化によるものであるが、重要なことは同様
の働きをするＭｏやＷと同時添加しても、さらに、クリ
ープ強度が増すことである。よって、経済性を考え０．
０３〜１％とするのが適当である。Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｗ，Ｒｅ及びＢについてはさらに、
【化６】Ｃ＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋Ｗ／
７＋Ｒｅ／３＋５×Ｂ≦０．８％を満たすよう添加す
る。これは、上記式を満たす範囲であれば、溶接時に、
溶接金属に割れの発生がなく、溶接作業性に悪影響を与
えないことを見いだしたからである。０．８％を越える
場合は溶接金属中に割れが発生したり作業性が悪くな
る。
７＋Ｒｅ／３＋５×Ｂ≦０．８％を満たすよう添加す
る。これは、上記式を満たす範囲であれば、溶接時に、
溶接金属に割れの発生がなく、溶接作業性に悪影響を与
えないことを見いだしたからである。０．８％を越える
場合は溶接金属中に割れが発生したり作業性が悪くな
る。
【００２５】
【実施例】市販の２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼板（ＪＩＳ
ＳＣＭＶ４）で図１に示すような開先（被溶接材１の厚
さｔ＝２０ｍｍ、開先角度θ＝２０°、裏当材２使用で
ルートギャップＬ＝２０ｍｍ）を形成し、ワイヤ径１．
６ｍｍの溶接ワイヤを用い、表１に示すように、２００
℃の予熱のもとにＴＩＧ溶接法にて溶接を実施した。表
２に溶接金属の化学成分を示す。なお、溶接金属の化学
成分はワイヤの化学成分とほとんど同じであることを確
認した。ＴＩＧ溶接にて得られた溶接金属には後熱処理
（応力除去焼鈍）として７１５℃で時間の熱処理を行っ
た。溶接金属の特性評価として、溶接金属の結晶粒度測
定、割れ率測定、クリープ破断試験、シャルピー衝撃試
験及び溶接作業性の評価を実施した。それぞれの試験結
果を表３にまとめて示す。以下、個々の試験結果につい
て述べる。
ＳＣＭＶ４）で図１に示すような開先（被溶接材１の厚
さｔ＝２０ｍｍ、開先角度θ＝２０°、裏当材２使用で
ルートギャップＬ＝２０ｍｍ）を形成し、ワイヤ径１．
６ｍｍの溶接ワイヤを用い、表１に示すように、２００
℃の予熱のもとにＴＩＧ溶接法にて溶接を実施した。表
２に溶接金属の化学成分を示す。なお、溶接金属の化学
成分はワイヤの化学成分とほとんど同じであることを確
認した。ＴＩＧ溶接にて得られた溶接金属には後熱処理
（応力除去焼鈍）として７１５℃で時間の熱処理を行っ
た。溶接金属の特性評価として、溶接金属の結晶粒度測
定、割れ率測定、クリープ破断試験、シャルピー衝撃試
験及び溶接作業性の評価を実施した。それぞれの試験結
果を表３にまとめて示す。以下、個々の試験結果につい
て述べる。
【００２６】（１）結晶粒度測定結果
溶接金属の結晶粒度をＪＩＳ Ｇ０５５２に準拠して切
断法を用いて測定した。比較材では粒度番号は４〜６
で、断面積１ｍｍ2 あたり１２８〜５１２個程度の結晶
粒が存在していることがわかった。一方、本発明材では
粒度番号は８以上であり、これは断面積１ｍｍ2 中に２
０４８個以上の結晶粒を含んだ極めて微細な構造を取っ
ていた。また、比較材においてもＴａが添加されている
ものについては、比較的結晶粒度が小さくなっており、
本発明ではＮｂとＴａを適量複合添加することによっ
て、結晶粒径の微細化が実現できたことがわかる。
断法を用いて測定した。比較材では粒度番号は４〜６
で、断面積１ｍｍ2 あたり１２８〜５１２個程度の結晶
粒が存在していることがわかった。一方、本発明材では
粒度番号は８以上であり、これは断面積１ｍｍ2 中に２
０４８個以上の結晶粒を含んだ極めて微細な構造を取っ
ていた。また、比較材においてもＴａが添加されている
ものについては、比較的結晶粒度が小さくなっており、
本発明ではＮｂとＴａを適量複合添加することによっ
て、結晶粒径の微細化が実現できたことがわかる。
【００２７】（２）割れ率測定溶接金属中の割れ率を溶
接金属の切断面を観察して、板厚に対する割れき裂長さ
の比として測定した。これから、本発明材による溶接金
属に割れは認められなかった。また、比較材においては
割れ率に差がみられるものの、いずれも割れが発生して
おり、実際に使用するには補修作業などを必要とし、好
ましくない。
接金属の切断面を観察して、板厚に対する割れき裂長さ
の比として測定した。これから、本発明材による溶接金
属に割れは認められなかった。また、比較材においては
割れ率に差がみられるものの、いずれも割れが発生して
おり、実際に使用するには補修作業などを必要とし、好
ましくない。
【００２８】（３）クリープ破断試験結果
溶接金属からクリープ破断試験片を採取し、６５０℃×
（１３０、１２０、１１０、１００、９０、８０、７０
ＭＰａ）の試験条件で試験を実施した。そのクリープ破
断試験結果より６００℃×１０5 ｈ平均クリープ破断強
度を推定した結果を表３に示した。その結果、本発明材
を用いた溶接金属は６００℃×１０5 ｈクリープ破断強
度が１００ＭＰａ以上で、これは最近開発がなされた高
強度低Ｃｒフェライト鋼の強度を上回るものである。比
較材の溶接金属のクリープ破断強度は従来の２．２５Ｃ
ｒ−１Ｍｏ用溶接金属の強度を上回っているものもある
が、その強度は６０ＭＰａ以下で、本発明材に比べクリ
ープ破断強度に劣っていた。
（１３０、１２０、１１０、１００、９０、８０、７０
ＭＰａ）の試験条件で試験を実施した。そのクリープ破
断試験結果より６００℃×１０5 ｈ平均クリープ破断強
度を推定した結果を表３に示した。その結果、本発明材
を用いた溶接金属は６００℃×１０5 ｈクリープ破断強
度が１００ＭＰａ以上で、これは最近開発がなされた高
強度低Ｃｒフェライト鋼の強度を上回るものである。比
較材の溶接金属のクリープ破断強度は従来の２．２５Ｃ
ｒ−１Ｍｏ用溶接金属の強度を上回っているものもある
が、その強度は６０ＭＰａ以下で、本発明材に比べクリ
ープ破断強度に劣っていた。
【００２９】（４）シャルピー衝撃試験結果
シャルピー衝撃試験は０℃にて２ｍｍＶノッチ試験片を
用いて各３本づつ実施して、シャルピー衝撃値の平均値
により衝撃特性を評価した。発明材の衝撃値は全般的に
高く、すべて１００Ｊ／ｃｍ2 以上である。また、その
衝撃値は結晶粒度と明瞭な関係があり、結晶粒度が大き
いほど（結晶粒度が小さいほど）衝撃値も高いものであ
った。
用いて各３本づつ実施して、シャルピー衝撃値の平均値
により衝撃特性を評価した。発明材の衝撃値は全般的に
高く、すべて１００Ｊ／ｃｍ2 以上である。また、その
衝撃値は結晶粒度と明瞭な関係があり、結晶粒度が大き
いほど（結晶粒度が小さいほど）衝撃値も高いものであ
った。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【発明の効果】本発明の上記組成を有する溶接金属とす
ることで、従来の２Ｃｒ鋼用溶接金属と比較して、靱性
に優れ、高温でのクリープ強度も大幅に改善される。各
種発電用ボイラ、化学圧力容器などに使用される高強度
低Ｃｒフェライト鋼を溶接する際の溶接部を本発明の組
成を有する溶接金属とすることにより、溶接継手の信頼
性を大幅に向上できる。
ることで、従来の２Ｃｒ鋼用溶接金属と比較して、靱性
に優れ、高温でのクリープ強度も大幅に改善される。各
種発電用ボイラ、化学圧力容器などに使用される高強度
低Ｃｒフェライト鋼を溶接する際の溶接部を本発明の組
成を有する溶接金属とすることにより、溶接継手の信頼
性を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼板の溶接時の開先の状
態を示す説明図。
態を示す説明図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 石原 岩見
長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重
工業株式会社長崎造船所内
(72)発明者 横山 知充
東京都千代田区丸の内二丁目５番１号
三菱重工業株式会社内
(56)参考文献 特開 昭53−62725（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−230723（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−303988（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−146296（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−59746（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−6079（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−58187（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−140280（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00
B23K 35/30
Claims (2)
- 【請求項１】 化学成分が重量％で、Ｃ：０．０４〜
０．１％，Ｓｉ：０．１〜０．６％，Ｍｎ：０．１〜
０．６％，Ｐ：０．０００５〜０．０３％，Ｓ：０．０
００５〜０．０１５％，Ｃｒ：１．７５〜２．５％，Ｎ
ｉ：０．０１〜０．８％，Ｍｏ：０．０５〜１．５％，
Ｖ：０．０１〜０．５％，Ｗ：０．０５〜２％，Ｎｂ：
０．０１〜０．２％，Ｔａ：０．０１〜０．５％，Ａ
ｌ：０．００３〜０．０５％，Ｂ：０．０００１〜０．
０１％，Ｎ：０．００３〜０．０３％を含み残部は鉄及
び不可避的不純物からなり、かつ下記（ａ）式の条件を
満たす、靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接
金属。 【化１】 - 【請求項２】 上記溶接金属の化学成分が請求項１に記
載の成分に加えて更に、重量％で０．０３〜１％のＲｅ
を含有し、かつ下記（ｂ）式の条件を満たす、靱性に優
れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属。 【化２】
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09050497A JP3457834B2 (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属 |
| DE69802602T DE69802602T2 (de) | 1997-04-09 | 1998-04-06 | Schweisszusatzwerkstoff für hochzähem ferritischem Stahl mit niedrigem Chromgehalt |
| EP98106255A EP0870573B1 (en) | 1997-04-09 | 1998-04-06 | A welding material for low chromium (Cr) ferritic steel having high toughness |
| US09/057,813 US5945064A (en) | 1997-04-09 | 1998-04-09 | Welding material for low chromium (Cr) ferritic steel having high toughness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09050497A JP3457834B2 (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10280085A JPH10280085A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3457834B2 true JP3457834B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=14000338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09050497A Expired - Fee Related JP3457834B2 (ja) | 1997-04-09 | 1997-04-09 | 靱性に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5945064A (ja) |
| EP (1) | EP0870573B1 (ja) |
| JP (1) | JP3457834B2 (ja) |
| DE (1) | DE69802602T2 (ja) |
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| DE29818244U1 (de) * | 1998-10-13 | 1998-12-24 | Benteler Werke Ag | Stahllegierung |
| JP3854440B2 (ja) * | 2000-02-07 | 2006-12-06 | 三菱重工業株式会社 | 溶接材料およびガスメタルアーク溶接方法並びに溶接構造物 |
| GB2383336B (en) * | 2001-12-21 | 2005-08-31 | Alstom | Rotor and method for welding an element of a rotor |
| US6835913B2 (en) * | 2003-03-03 | 2004-12-28 | Hobart Brothers Company | Hardsurfacing welding wire and process |
| US7732733B2 (en) * | 2005-01-26 | 2010-06-08 | Nippon Welding Rod Co., Ltd. | Ferritic stainless steel welding wire and manufacturing method thereof |
| CN100366778C (zh) * | 2005-05-30 | 2008-02-06 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种耐高温隔热油管用钢及其制造方法 |
| FR2902111B1 (fr) | 2006-06-09 | 2009-03-06 | V & M France Soc Par Actions S | Compositions d'aciers pour usages speciaux |
| CN101214593B (zh) * | 2008-01-18 | 2010-06-09 | 孙中强 | 高强耐磨耐高温纳米合金焊条 |
| JP5157606B2 (ja) * | 2008-04-10 | 2013-03-06 | 新日鐵住金株式会社 | フラックス入りワイヤを用いた高強度鋼のｔｉｇ溶接方法 |
| ES2351281B1 (es) * | 2009-02-03 | 2011-09-28 | Valeo Termico, S.A. | Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor. |
| CN101619432B (zh) * | 2009-06-19 | 2011-01-05 | 北京工业大学 | 电弧喷涂低合金量Fe基非晶合金涂层用粉芯线材 |
| RU2446036C2 (ru) * | 2010-06-02 | 2012-03-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Фгуп "Цнии Км "Прометей" | Сварочная проволока для автоматической сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса |
| JP6084475B2 (ja) * | 2013-02-04 | 2017-02-22 | 株式会社神戸製鋼所 | 溶接金属および溶接構造体 |
| US9895774B2 (en) * | 2013-05-08 | 2018-02-20 | Hobart Brothers Company | Systems and methods for low-manganese welding alloys |
| JP6730927B2 (ja) | 2014-01-24 | 2020-07-29 | エレクトリック パワー リサーチ インスチテュート インコーポレイテッド | 段付き設計の溶接継手用作製物 |
| JP6338028B2 (ja) * | 2015-12-18 | 2018-06-06 | 新日鐵住金株式会社 | フェライト系耐熱鋼用溶接材料、フェライト系耐熱鋼用溶接継手及びフェライト系耐熱鋼用溶接継手の製造方法 |
| CN105397335B (zh) * | 2015-12-21 | 2017-10-24 | 四川鸿舰重型机械制造有限责任公司 | 水冷篦板、刮料板堆焊用药芯焊丝 |
| CN114959459B (zh) * | 2022-05-06 | 2023-06-16 | 鞍钢股份有限公司 | 一种先进核电机组堆芯壳筒体用钢板及其制造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2967886B2 (ja) * | 1991-02-22 | 1999-10-25 | 住友金属工業 株式会社 | クリープ強度と靭性に優れた低合金耐熱鋼 |
| JP3334217B2 (ja) * | 1992-03-12 | 2002-10-15 | 住友金属工業株式会社 | 靱性とクリープ強度に優れた低Ｃｒフェライト系耐熱鋼 |
| JP3096959B2 (ja) * | 1996-02-10 | 2000-10-10 | 住友金属工業株式会社 | 高温強度に優れた低Ｍｎ低Ｃｒフェライト耐熱鋼 |
-
1997
- 1997-04-09 JP JP09050497A patent/JP3457834B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-04-06 EP EP98106255A patent/EP0870573B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-06 DE DE69802602T patent/DE69802602T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-04-09 US US09/057,813 patent/US5945064A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE69802602T2 (de) | 2002-08-01 |
| US5945064A (en) | 1999-08-31 |
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| EP0870573A1 (en) | 1998-10-14 |
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