KR20130109233A

KR20130109233A - 크리프 특성이 우수한 용접 금속

Info

Publication number: KR20130109233A
Application number: KR1020137020998A
Authority: KR
Inventors: 히데노리 나코; 겐 야마시타; 미노루 오츠; 미키히로 사카타; 겐이치 다니구치
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-10-07
Also published as: JP5671364B2; JP2012166203A; WO2012108517A1; KR101595636B1; CN103347645B; US9289859B2; EP2674241A4; BR112013019878A2; US20130309003A1; BR112013019878A8; EP2674241A1; CN103347645A

Abstract

본 발명의 용접 금속은 우수한 크리프 특성을 갖고, 소정의 화학 성분 조성을 갖고, 하기 식 1에 의해 규정되는 A값이 200 이상이고, 또한 원상당 직경으로 0.40㎛ 이상의 탄화물의 평균 원상당 직경이 0.85m 미만인 동시에, 6㎛의 직선 상에 3개 이상 존재하는 원상당 직경 0.4㎛ 이상의 탄화물의 각 중심끼리를 연결하는 선에 있어서, 상기 선과 탄화물이 교차하는 부분의 길이의 합계가 상기 선의 전체 길이의 25％ 이상이다.
[식 1]

단, [V], [Nb], [Cr] 및 [Mo]은 각각 용접 금속 중의 V, Nb, Cr 및 Mo의 함유량(질량％)을 나타낸다.

Description

크리프 특성이 우수한 용접 금속 {WELD METAL WITH EXCELLENT CREEP CHARACTERISTICS}

본 발명은 용접 구조체에 사용되는 용접 금속에 있어서, 크리프 특성을 개선한 용접 금속 및 이러한 용접 금속을 구비한 용접 구조체에 관한 것이다.

보일러나 화학 반응 용기에 있어서 사용되는 고강도 Cr-Mo강은 고온 고압 환경 하에 있어서 사용되므로, 강도 및 인성 등의 특성과 함께, 높은 크리프 특성(이하, 「내크리프 파단 특성」이라고도 부름)이 요구되고 있다. 특히, 최근에 있어서, 상기한 각 설비에서는 고효율의 조업의 관점으로부터, 조업 조건의 가일층의 고온 고압화가 지향되고 있고, 가일층의 크리프 특성의 개선이 요망되고 있다.

이러한 요구는 고강도 Cr-Mo강을 용접한 경우에 형성되는 용접 금속에 있어서도 마찬가지이고, 응력 제거 어닐링(SR 어닐링:Stress Relief 어닐링) 후에 있어서의 고온 강도, 인성 및 SR 어닐링에 대한 내균열성(내SR 균열성)에 추가하여, 크리프 특성을 고수준으로 겸비하는 것이 중요한 과제로 되어 있다.

이러한 점에서, 용접 금속의 고온 크리프 특성을 향상시키는 기술로서, 지금까지 다양한 기술이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, 강판 조성, 용접 재료 조성 및 용접 조건을 상세하게 규정함으로써, 내크리프 파단 특성과 모든 특성을 겸비한 용접이 얻어지는 것이 개시되어 있다. 그러나 이 기술에서는, 상정하고 있는 내크리프 파단 특성의 레벨이 550℃, 800시간에서 240㎫ 상당으로 충분하다고는 할 수 없다. 또한, 1회의 SR 어닐링 처리 조건이, 최장 26시간으로 짧은 것이다(내크리프 파단 특성이 높게 나오기 쉬운 조건). 또한, 2회의 SR 어닐링 처리를 실시하는 등, 번잡한 공정을 필요로 하고 있다는 문제가 있다.

솔리드 와이어나 본드 플럭스의 성분 및 용접 조건(입열량)을 고려함으로써, 내크리프 파단 특성과 모든 특성을 겸비하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2, 3). 그러나 이들 기술에서는, 상정하고 있는 SR 어닐링 처리 조건이 700℃에서 26시간으로 보유 지지 시간이 짧게 되어 있고, 보다 엄격한 SR 어닐링 처리 조건을 실시한 경우라도 양호한 내크리프 파단 특성이 얻어지는 보증은 없다.

특허문헌 4에는 용접 금속 성분 및 주요 원소의 밸런스를 제어함으로써, 내크리프 파단 특성과 모든 특성을 겸비하는 기술이 제안되어 있다. 그러나 이 기술에서는, 상정하고 있는 내크리프 파단 특성의 레벨이 538℃×206㎫에서 900시간 상당으로 충분하다고는 할 수 없다. 또한, SR 어닐링 처리에 있어서의 보유 지지 시간이 기재되어 있지 않아, 양호한 내크리프 파단 특성을 실현할 수 있는지 불분명하다.

한편, 고온 크리프 특성 이외의 특성에 착안한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 5와 같은 기술도 제안되어 있다. 이 기술은 탄화물의 형태를 제어함으로써, 인성 및 내템퍼링 취화 특성을 개선하는 것이지만, 내크리프 파단 특성을 개선하는 것에 대해서는 전혀 기재되어 있지 않다.

일본 특허 출원 공개 평2-182378호 공보 일본 특허 출원 공개 평6-328292호 공보 일본 특허 출원 공개 평8-150478호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-301378호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-106949호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 우수한 크리프 특성을 발휘하는 동시에, 인성, 내SR 균열성, 강도 등의 특성에 있어서 우수한 용접 금속 및 이와 같은 용접 금속을 구비한 용접 구조체를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 관한 용접 금속이라 함은, C:0.05 내지 0.20％(「질량％」의 의미. 이하 동일함), Si:0.10 내지 0.50％, Mn:0.60 내지 1.3％, Cr:1.8 내지 3.0％, Mo:0.8 내지 1.5％, V:0.25 내지 0.50％, Nb:0.010 내지 0.050％, N:0.025％ 이하(0％를 포함하지 않음), O:0.020 내지 0.060％를 각각 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 식 1에 의해 규정되는 A값이 200 이상이고, 또한 용접 금속에 포함되는 원상당 직경으로 0.40㎛ 이상의 탄화물의 평균 원상당 직경이 0.85㎛ 미만인 동시에, 6㎛의 직선 상에 3개 이상 존재하는 원상당 직경 0.4㎛ 이상의 탄화물의 각 중심끼리를 연결하는 선에 있어서, 상기 선과 탄화물이 교차하는 부분의 길이의 합계가 상기 선의 전체 길이의 25％ 이상인 점에 요지를 갖는다.

또한, 상기 「원상당 직경」이라 함은, 현미경(예를 들어, 투과형 전자 현미경)의 관찰면 상에서 인정되는 탄화물 입자의 크기에 착안하여, 그 면적이 동등해지도록 상정한 원의 직경이다. 또한, 평균 원상당 직경이라 함은, 원상당 직경이 0.40㎛ 이상인 탄화물의 크기(원상당 직경)를 그 개수로 나눈 값(산술 평균값)이다.

본 발명의 용접 금속에 있어서는, 또 다른 원소로서, (a) Cu:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Ni:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), (b) W:0.50％ 이하(0％를 포함하지 않음), (c) B:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음), (d) Al:0.030％ 이하(0％를 포함하지 않음), (e) Ti:0.020％ 이하(0％를 포함하지 않음) 등을 포함하는 것도 바람직하고, 함유시키는 원소의 종류에 따라서 용접 금속의 특성이 더욱 개선된다.

본 발명은 상기와 같은 용접 금속을 구비한 용접 구조체도 포함한다.

본 발명에 따르면, 화학 성분 조성과 함께, 탄화물의 평균 원상당 직경이나, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중 탄화물이 존재하는 길이의 비율을 적절하게 규정하도록 하였으므로, 우수한 크리프 특성을 발휘하는 동시에, 인성, 내SR 균열성, 강도 등의 특성에 있어서 우수한 용접 금속을 실현할 수 있다.

도 1a는 탄화물이 존재하는 입계의 길이 비율을 계산하는 방법을 설명하기 위한 제1 개념도이다.
도 1b는 탄화물이 존재하는 입계의 길이 비율을 계산하는 방법을 설명하기 위한 제2 개념도이다.
도 1c는 탄화물이 존재하는 입계의 길이 비율을 계산하는 방법을 설명하기 위한 제3 개념도이다.
도 1d는 탄화물이 존재하는 입계의 길이 비율을 계산하는 방법을 설명하기 위한 제4 개념도이다.
도 1e는 탄화물이 존재하는 입계의 길이 비율을 계산하는 방법을 설명하기 위한 제5 개념도이다.
도 2는 인장 시험편의 채취 위치를 도시하는 개략 설명도이다.
도 3은 샤르피 충격 시험편의 채취 위치를 도시하는 개략 설명도이다.
도 4a는 내SR 균열성 시험편의 채취 위치를 도시하는 개략 설명도이다.
도 4b는 내SR 균열성 시험편의 형상을 도시하는 개략 설명도이다.
도 4c는 내SR 균열성 시험편의 채취 방법을 도시하는 개략 설명도이다.
도 5는 크리프 파단 시험편의 채취 위치를 도시하는 개략 설명도이다.

본 발명자들은 용접 금속에 있어서, 내크리프 파단 특성과 모든 특성, 특히 인성, 내SR 균열성 및 강도를 겸비시키기 위한 수단에 대해, 다양한 각도에서 검토하였다. 그 결과, 용접 시 및 SR 어닐링 처리 시에 형성되는 용접 금속 중의 입계 상의 탄화물 형태를 제어하는 동시에, 크리프 시험 중의 미세 MC 탄화물 입자(M:탄화물 형성 원소)의 오스왈드 성장을 억제함으로써, 내크리프 파단 특성과 상기 모든 특성을 겸비할 수 있는 용접 금속을 실현할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.

즉, 용접 금속 성분을 소정의 범위로 제어하는 동시에, 하기 식 1에 의해 규정되는 A값을 200 이상으로 하고, 또한 용접 금속에 포함되는 원상당 직경으로 0.40㎛ 이상의 탄화물의 평균 원상당 직경을 0.85㎛ 미만으로 억제하고, 또한 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 부분의 길이의 비율이, 입계의 전체 길이의 25％ 이상으로 함으로써, 내크리프 파단 특성과 상기 모든 특성을 겸비할 수 있는 것이 판명되었다.

[수학식 1]

상기 식 1에서 규정되는 A값은 내크리프 파단 특성의 향상에 기여하는 MC 탄화물 입자의 개수를 제어하기 위한 요건이다. MC 탄화물 입자는 크리프 파단 시험 중의 전위 이동에 대한 장해로서 작용함으로써, 크리프 파단 특성을 향상시킨다. 이러한 작용은 MC 탄화물 입자수가 증가할수록 증대되지만, 크리프 파단 시험 중의 MC 탄화물 입자는 오스왈드 성장에 의해 그 수를 감소시키므로, 크리프 파단 시험 중의 MC 탄화물 입자의 개수를 어떻게 확보할지가, 내크리프 파단 특성을 향상시키는 데 중요한 사항이 된다.

따라서 본 발명자들은 크리프 파단 시험 중의 MC 탄화물 입자의 개수를 확보하는 기술을 검토하여, 크리프 파단 시험에 앞서, MC 탄화물 입자의 개수를 충분히 확보한 후, 크리프 파단 시험 중의 오스왈드 성장, 바꾸어 말하면 MC 탄화물 입자수의 감소를 억제함으로써, 내크리프 파단 특성의 향상이 도모되는 것을 명백하게 하는 동시에, MC 탄화물 입자의 개수 확보 및 개수 감소의 억제의 관점으로부터, 크리프 파단 시험 중의 MC 탄화물 입자수를 제어하는 요건으로서, 상기 A값을 규정하였다.

내크리프 파단 특성을 향상시키기 위해서는, 상기 A값의 제어에 의한 크리프 파단 시험 중의 MC 탄화물 입자수의 확보 및 개수 감소의 억제와 함께, 크리프 파단 시험 시에 있어서의 입계 미끄럼의 억제도 필요하다. 따라서 본 발명자들은, 입계 미끄럼을 억제하는 방책을 검토하여, 입계에 석출하는 탄화물이 입계 미끄럼의 저항이 되는 것을 발견한 후, 입계 중, 탄화물이 존재하는 부분의 길이의 비율이, 입계의 전체 길이의 25％ 이상으로 함으로써, 가일층의 내크리프 파단 특성의 개선이 얻어지는 것을 발견하였다. 또한, 상기 「입계」라 함은, 페라이트 입계는 물론, 구오스테나이트 입계, 블록 경계, 패킷 경계 등을 포함하는 대경각 입계(서로 인접하는 결정립계의 방위차가 15°보다도 큰 입계)이다.

본 발명의 용접 금속에 있어서, 그 화학 성분 조성을 적절하게 제어하는 것도 중요한 요건이지만, 그 범위 설정 이유는 이하와 같다.

[C:0.05 내지 0.20％]

C는 탄화물을 형성하는 유용한 원소이다. C 함유량이 0.05％보다도 낮으면, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율이 25％를 하회하게 된다. 그러나, C 함유량이 과잉으로 되면, 탄화물의 조대화를 초래함으로써, 인성 저하의 원인이 되므로 0.20％ 이하로 한다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.07％이고, 보다 바람직하게는 0.09％ 이상이고, 바람직한 상한은 0.15％, 보다 바람직하게는 0.13％ 이하이다.

[Si:0.10 내지 0.50％]

Si는 용접 시의 작업성을 양호하게 하기 위해 유효한 원소이다. Si 함유량이 0.10％를 하회하면, 용접 작업성이 열화된다. 그러나, Si 함유량이 과잉으로 되면, 강도의 과대한 상승, 또는 마르텐사이트 등의 경질 조직 증가를 초래하여, 인성 저하를 초래하므로, 0.50％ 이하로 한다. 또한, Si 함유량의 바람직한 하한은 0.15％이고, 보다 바람직하게는 0.17％ 이상이고, 바람직한 상한은 0.40％, 보다 바람직하게는 0.32％ 이하이다.

[Mn:0.60 내지 1.3％]

Mn은 용접 금속의 강도를 확보하기 위해 유효한 원소이고, 그 함유량이 0.60％를 하회하면, 실온에서의 강도가 저하되는 것 외에, 내SR 균열성에도 악영향을 미친다. 그러나, Mn 함유량이 과잉으로 되면, 고온 강도를 저하시키므로, 1.3％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.8％이고, 보다 바람직하게는 1.0％ 이상이고, 바람직한 상한은 1.2％, 보다 바람직하게는 1.15％ 이하이다.

[Cr:1.8 내지 3.0％]

Cr은 탄화물(주로 M₂₃C₆ 탄화물)을 형성하는 유용한 원소이다. Cr 함유량이 1.8％보다도 낮아지면, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율이 25％를 하회하게 된다. 그러나, Cr 함유량이 과잉으로 되면, 탄화물 조대화를 초래함으로써 인성 저하의 원인이 되므로, 3.0％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, Cr 함유량의 바람직한 하한은 1.9％이고, 보다 바람직하게는 2.0％ 이상이고, 바람직한 상한은 2.8％, 보다 바람직하게는 2.6％ 이하이다.

[Mo:0.8 내지 1.5％]

Mo는 탄화물(주로 M₆C 탄화물)을 형성하는 유용한 원소이다. Mo 함유량이 0.8％보다도 낮으면, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율이 25％를 하회하게 된다. 그러나, Mo 함유량이 과잉으로 되면, 탄화물 조대화를 초래함으로써 인성 저하의 원인이 되므로, 1.5％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, Mo 함유량의 바람직한 하한은 0.9％이고, 보다 바람직하게는 0.95％ 이상이고, 바람직한 상한은 1.2％, 보다 바람직하게는 1.1％ 이하이다.

[V:0.25 내지 0.50％]

V은 탄화물(MC 탄화물)을 형성하여, 크리프 파단 특성을 향상시키기 위해 유용한 원소이다. V 함유량이 0.25％를 하회하면, 크리프 파단 특성이 열화된다. 그러나, V 함유량이 과잉으로 되면, 강도의 과대한 상승을 초래하여 인성을 저하시키므로, 0.50％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, V 함유량의 바람직한 하한은 0.27％이고, 보다 바람직하게는 0.30％ 이상이고, 바람직한 상한은 0.45％, 보다 바람직하게는 0.40％ 이하이다.

[Nb:0.010 내지 0.050％]

Nb는 탄화물(MC 탄화물)을 형성하여, 크리프 파단 특성을 향상시키기 위해 유용한 원소이다. Nb 함유량이 0.010％를 하회하면, 크리프 파단 특성이 열화된다. 그러나, Nb 함유량이 과잉으로 되면, 강도의 과대한 상승을 초래하여 인성을 저하시키므로, 0.050％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, Nb 함유량의 바람직한 하한은 0.012％이고, 보다 바람직하게는 0.015％ 이상이고, 바람직한 상한은 0.040％, 보다 바람직하게는 0.035％ 이하이다.

[N:0.025％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

N은 MC 탄화물에 용입되어, MC 탄화물의 미세 입자수를 증가시킴으로써, 크리프 파단 특성 향상에 기여한다. 그러나, N 함유량이 과잉으로 되면, MC 탄화물의 조대화를 초래하여, 크리프 파단 특성에 악영향을 미치므로, 0.025％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, 상기 효과를 발휘시키기 위해 바람직한 하한은 0.005％(보다 바람직하게는 0.008％ 이상)이고, 바람직한 상한은 0.020％(보다 바람직하게는 0.015％ 이하)이다.

[O:0.020 내지 0.060％]

O는 산화물을 형성하여, 조직 미세화에 기여함으로써 인성을 향상시키는 데 유용한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, 0.020％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, O 함유량이 과잉으로 되어 0.060％를 초과하면, 조대 산화물이 증가하여, 취성 파괴의 기점이 됨으로써 오히려 인성은 저하된다. 또한, O 함유량의 바람직한 하한은 0.025％(보다 바람직하게는 0.028％ 이상)이고, 바람직한 상한은 0.050％(보다 바람직하게는 0.045％ 이하)이다.

본 발명에서 규정하는 함유 원소는 상기와 같으며, 잔량부는 철 및 불가피적 불순물이고, 상기 불가피적 불순물로서, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라서 반입하는 원소(예를 들어, P, S 등)의 혼입이 허용될 수 있다.

본 발명의 용접 금속에 있어서는, 또 다른 원소로서, (a) Cu:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Ni:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음), (b) W:0.50％ 이하(0％를 포함하지 않음), (c) B:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음), (d) Al:0.030％ 이하(0％를 포함하지 않음), (e) Ti:0.020％ 이하(0％를 포함하지 않음) 등을 함유시키는 것이 바람직하고, 함유시키는 원소의 종류에 따라서 용접 금속의 특성이 더욱 개선된다. 이들 원소를 함유시킬 때의 범위 설정 이유는 하기와 같다.

[Cu:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Ni:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

Cu 및 Ni은 조직 미세화에 의한 인성 향상에 유효한 원소이다. 그러나, 이들 원소의 함유량이 과잉으로 되면, 조직을 현저하게 미세화시켜, 크리프 파단 특성을 저하시키므로, Cu 또는 Ni의 함유량은 각각 0.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 각각 0.4％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.3％ 이하이다. 또한, 상기 효과를 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 모두 0.02％ 이상(보다 바람직하게는 0.03％ 이상)이다.

[W:0.50％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

W은 탄화물을 형성하여, 크리프 파단 특성의 향상에 기여하는 원소이다. 그러나, W 함유량이 과잉으로 되면, 입계에 석출하는 탄화물을 조대화시켜, 인성에 악영향을 미치므로, 0.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.3％ 이하(더욱 바람직하게는, 0.2％ 이하)이다. 또한, 상기 효과를 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 0.08％ 이상(보다 바람직하게는 0.1％ 이상)이다.

[B:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

B는 입계에 생성하기 쉬운 탄화물인 M₂₃C₆에 용입하여, 이 탄화물을 미세화함으로써, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이를 향상시켜, 내크리프 파단 특성의 개선에 기여하는 원소이다. 그러나, B 함유량이 과잉으로 되면, 내SR 균열성을 저하시키므로, 0.005％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.004％ 이하(더욱 바람직하게는 0.0025％ 이하)이다. 또한, 상기 효과를 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 0.0005％ 이상(보다 바람직하게는 0.0010％ 이상)이다.

[Al:0.030％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

Al은 탈산제로서 유효한 원소이다. 그러나, Al 함유량이 과잉으로 되면, 산화물 조대화를 초래하여 인성에 악영향을 미치므로, 0.030％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.020％ 이하(더욱 바람직하게는 0.015％ 이하)이다. 또한, 상기 효과를 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 0.01％ 이상(보다 바람직하게는 0.012％ 이상)이다.

[Ti:0.020％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

Ti은 MC 탄화물을 형성하여, 크리프 파단 특성의 향상에 기여하는 원소이다. 그러나, Ti 함유량이 과잉으로 되면, MC 탄화물의 석출 강화가 촉진되는 것에 의한 입내 강화의 현저한 상승을 초래하여, 내SR 균열성을 저하시키므로, 0.020％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.015％ 이하(더욱 바람직하게는 0.012％ 이하)이다. 또한, 상기 효과를 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 0.005％ 이상(보다 바람직하게는 0.008％ 이상)이다.

본 발명의 용접 금속에서는 상기 식 1에서 규정되는 A값이 200 이상일 필요가 있지만, 이 범위를 규정한 이유는 다음과 같다. 이 A값은 크리프 파단 시험 중의 MC 탄화물 입자의 개수를 제어하는 요건이고, 이 값이 200을 하회하면 크리프 파단 시험에 앞서는 MC 탄화물 입자의 개수가 적어지거나, 혹은 크리프 파단 시험 중의 MC 탄화물 입자의 오스왈드 성장이 진행됨으로써, MC 탄화물 입자의 개수의 감소가 촉진되어, 내크리프 파단 특성이 저하된다. 이 A값은, 바람직하게는 205 이상이고, 보다 바람직하게는 210 이상, 더욱 바람직하게는 215 이상이다. 또한, A값은 과대해지면 SR 어닐링 시에 생성하는 MC 탄화물 입자가 현저하게 미세하고 또한 다량이 되어, 내SR 균열성에 악영향을 미치므로, 250 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 용접 금속에 있어서는, 원상당 직경으로 0.40㎛ 이상의 탄화물의 평균 원상당 직경이 0.85㎛ 미만일 필요가 있지만, 이 평균 원상당 직경이 0.85㎛ 이상이 되면, 조대 탄화물이 파괴 균열의 진전을 조장하여 인성이 열화된다. 이 평균 원상당 직경은, 바람직하게는 0.80㎛ 미만이고, 보다 바람직하게는 0.75㎛ 미만, 특히 바람직하게는 0.70㎛ 미만이다. 또한, 인성에 악영향을 미치는 조대 탄화물은 주로 M₂₃C₆ 탄화물, M₆C 탄화물이고, 미세(대략 0.1㎛ 이하)한 MC 탄화물은 그 자신의 인성으로의 악영향은 비교적 작다. 그로 인해, 특히 M₂₃C₆ 탄화물, M₆C 탄화물에 착안하여 인성을 제어하기 위해, 대상으로 하는 탄화물의 크기(원상당 직경)를 0.40㎛ 이상으로 하였다.

본 발명의 용접 금속에 있어서는, 6㎛의 직선 상에 3개 이상 존재하는 원상당 직경 0.4㎛ 이상의 탄화물의 각 중심끼리를 연결하는 선에 있어서, 상기 선과 탄화물이 교차하는 부분의 길이의 합계가 상기 선의 전체 길이의 25％ 이상일 필요가 있지만, 이 비율이 25％를 하회하면, 크리프 파단 시험 중의 입계 미끄럼을 억제하는 효과가 부족해, 내크리프 파단 특성이 저하된다. 이 비율은, 바람직하게는 30％ 이상, 보다 바람직하게는 40％ 이상이다. 탄화물이 존재하는 길이의 비율의 산출 방법을 도 1을 사용하여 설명한다.

우선 레플리카 TEM(투과형 전자 현미경) 관찰용 시험편을 채취하여, 원상당 직경이 0.40㎛ 이상인 탄화물(도면 중, 흑색으로 기재함)의 적어도 3개와 교차하고, 길이가 6㎛인 직선 Ai(i＝1, 2, 3…n, n:직선의 총 개수)를 선정한다(도 1a, 도 1b:제1, 제2 개념도). 이때, 원상당 직경이 0.40㎛ 이상인 탄화물이 3개 미만밖에 교차하지 않는 경우에는 직선은 그을 수 없게 된다. 또한, 도 1b에서는 8개의 직선(A1 내지 A8)이 그어진 것을 도시하고 있고, 이들 직선 A1 내지 A8은 모두 길이가 6㎛로 되어 있다.

다음에, 상기 직선 Ai와 교차하는 원상당 직경이 0.40㎛ 이상인 탄화물을 선정한다(도 1c:제3 개념도). 직선 Ai 상에서 인접하는 탄화물의 외접 직사각형(직사각형, 정사각형)의 중심을 직선 Bi(i＝1, 2, 3…m, m:직선의 총 개수)로 연결하여(도 1d:제4 개념도), 각 직선 Bi 중, 탄화물과 겹치는 부분의 길이 Ci(i＝1, 2, 3…k)를 산출한 후(도 1e:제5 개념도), 「(C1 내지 Ck의 합계값)÷(직선 B1 내지 Bm의 합계 길이)×100」을, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 부분의 입계 전체 길이에 대한 길이 비율로 정의한다.

본 발명의 용접 금속을 얻기 위한 용접 방법은 아크 용접법이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 화학 반응 용기 등을 실제로 용접 시공할 때에 다용되는, 서브머지드 아크 용접(SAW), 피복 아크 용접(SMAW)의 적용이 바람직하다.

단, 본 발명의 용접 금속을 실현하기 위해서는, 용접 재료 및 용접 조건을 적절하게 제어할 필요가 있다. 용접 재료 성분은 당연히 필요로 하는 용접 금속 성분에 의해 제약을 받고, 또한 소정의 탄화물 형태를 얻기 위해서는, 용접 조건 및 용접 재료 성분이 적절하게 제어되어야만 한다.

예를 들어, SAW에 있어서의 바람직한 용접 조건은 용접 입열량이 2.5 내지 5.0kJ/㎜이고, 또한 용접 시의 예열-패스 사이 온도가 190 내지 250℃ 정도이다. 이들의 용접 조건에 있어서, 소정의 용접 금속을 얻기 위해서는, 용접 와이어 중의 Si 함유량을 0.11％ 이상으로 한 후, 용접 와이어 중의 Mn의 함유량 [Mn]과 Cr 함유량 [Cr]의 비([Mn]/[Cr])의 값을 0.48 이상으로 하면 된다.

용접 와이어 중의 Si 함유량이 0.11％ 미만으로 되거나, 혹은 상기 비([Mn]/[Cr])가 0.48을 하회하면, Si나 Mn의 탈산 작용이 저하됨으로써, 일부의 Cr이 산화물로서 고정되어, 탄화물 생성에 기여하는 Cr이 감소하고, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율이 25％를 하회하게 된다. 용접 와이어 중의 Si 함유량은, 바람직하게는 0.15％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.20％ 이상이다. 또한, 상기 비([Mn]/[Cr])의 값은, 바람직하게는 0.50 이상이고, 보다 바람직하게는 0.55 이상이다. 또한, 이 비([Mn]/[Cr])의 값은 과대해지면, 시공 시의 편차에 의해 용접 금속의 Mn, Cr 농도가 소정의 범위를 만족시키지 않게 될 우려가 생기므로, 0.72 이하로 하는 것이 바람직하다.

SAW에 있어서의 입열량이 2.5kJ/㎜를 하회하거나, 혹은 예열-패스 사이 온도가 190℃를 하회하면, 용접 시의 냉각 속도가 빨라져, 용접 금속의 입경이 미소해지고, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율이 25％를 하회하게 된다. 또한, 입열량이 5.0kJ/㎜를 상회하거나, 혹은 예열-패스 사이 온도가 250℃를 상회하면, 용접 금속 조직이 조대해져, 탄화물의 생성 사이트인 입계가 감소하는 결과, 개개의 탄화물 사이즈가 커져, 조대 탄화물이 증가하므로 인성을 확보할 수 없게 된다.

한편, SMAW에 있어서의 바람직한 용접 조건은 용접 입열량이 2.3 내지 3.0kJ/㎜이고, 또한 용접 시의 예열-패스 사이 온도가 190 내지 250℃ 정도이다. 이들 용접 조건에 있어서, 소정의 용접 금속을 얻기 위해서는, 용접봉을 제조할 때에, 피복제의 (Si＋SiO₂) 함유량을 5.0％ 이상으로 한 후, 피복제 중의 Mn의 함유량 [Mn]과 Cr 함유량 [Cr]의 비([Mn]/[Cr])의 값을 1.2 이상으로 하면 된다.

피복제의 (Si＋SiO₂) 함유량이 5.0％ 미만이 되거나, 혹은 비([Mn]/[Cr])의 값이 1.2를 하회하면, Si나 Mn의 탈산 작용이 저하됨으로써, 일부의 Cr이 산화물로서 고정되어, 탄화물 생성에 기여하는 Cr이 감소하고, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율이 25％를 하회하게 된다. 피복제의 (Si＋SiO₂) 함유량은, 바람직하게는 5.5％ 이상이고, 보다 바람직하게는 6.0％ 이상이다. 또한 상기 비([Mn]/[Cr])의 값은, 바람직하게는 1.5 이상이고, 보다 바람직하게는 2.0 이상이다.

SMAW에 있어서의 입열량이 2.3kJ/㎜를 하회하거나, 혹은 예열-패스 사이 온도가 190℃를 하회하면, 용접 시의 냉각 속도가 빨라져, 용접 금속의 입경이 미소해져, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율이 25％를 하회하게 된다. 또한, 입열량이 3.0kJ/㎜를 상회하거나, 혹은 예열-패스 사이 온도가 250℃를 상회하면, 용접 금속 조직이 조대해져, 탄화물의 생성 사이트인 입계가 감소하는 결과, 개개의 탄화물 사이즈가 커져, 조대 탄화물이 증가하므로 인성을 확보할 수 없게 된다.

상기와 같은 조건에 따라서 용접 금속을 형성함으로써, 우수한 크리프 특성을 발휘하는 동시에, 인성, 내SR 균열성, 강도 등의 특성에 있어서 우수한 용접 금속이 얻어지고, 이와 같은 용접 금속을 구비한 용접 구조체를 실현할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것은 아니고, 전ㆍ후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

하기의 성분을 갖는 모재를 사용하여, 후술하는 각 용접 조건으로 용접 금속을 제작하여, 각종 특성을 평가하였다.

[모재 조성(질량％)]

C:0.12％, Si:0.23％, Mn:0.48％, P:0.004％, S:0.005％, Cu:0.04％, Al: <0.002％, Ni:0.08％, Cr:2.25％, Mo:0.99％, V:0.004％, Ti:0.002％, Nb:0.005％(잔량부:철 및 불가피적 불순물)

[용접 조건(SAW)]

용접 방법:서브머지드 아크 용접(SAW)

모재 판 두께:25㎜

개선 각도:10°(V자형)

루트 간격:25㎜

용접 자세:하향

와이어 직경:4.0㎜φ(와이어 조성은 하기 표 1, 표 2에 나타냄)

입열 조건(AC-AC 탠덤)

가) 2.4kJ/㎜(L:440A-25V/T:480A-27V, 10㎜/초)

나) 2.6kJ/㎜(L:480A-25V/T:500A-28V, 10㎜/초)

다) 3.7kJ/㎜(L:580A-30V/T:600A-32V, 10㎜/초)

라) 4.8kJ/㎜(L:440A-25V/T:480A-27V, 5㎜/초)

마) 5.2kJ/㎜(L:480A-25V/T:500A-28V, 5㎜/초)

단, L:Leading wire(선행 전극), T:Trailing wire(후행 전극)

예열-패스 사이 온도:180∼260℃

적층 방법:1층 2패스(총 6층)

(사용 플럭스 조성)

조성 A(질량％) SiO₂:6％, Al₂O₃:18％, MgO:35％, CaF₂:20％, CaO:11％, 기타(CO₂, Ca, AlF₃ 등):10％

조성 B(질량％) SiO₂:8％, Al₂O₃:14％, MgO:31％, CaF₂:27％, CaO:10％, 기타(CO₂, Ca, AlF₃ 등):10％

[용접 조건(SMAW)]

용접 방법: 피복 아크 용접(SMAW)

모재 판 두께:20㎜

개선 각도:20°(V자형)

루트 간격:19㎜

용접 자세: 하향

심선 직경:5.0㎜φ(피복제의 조성은 하기 표 7에 나타냄)

입열 조건

ㄱ) 2.1kJ/㎜(210A-27V, 2.7㎜/초)

ㄴ) 2.3kJ/㎜(215A-27V, 2.5㎜/초)

ㄷ) 2.7kJ/㎜(215A-27V, 2.2㎜/초)

ㄹ) 3.0kJ/㎜(220A-27V, 2.0㎜/초)

ㅁ) 3.2kJ/㎜(225A-28V, 2.0㎜/초)

예열-패스 사이 온도:180 내지 260℃

적층 방법:1층 2패스(총 8층)

(사용 심선 조성)

조성 a(질량％) C:0.09％, Si:0.15％, Mn:0.49％, Cu:0.04％, Ni:0.03％, Cr:2.31％, Mo:1.10％(잔량부:철 및 불가피적 불순물)

조성 b(질량％) C:0.05％, Si:0.2％, Mn:0.45％, Cu:0.04％, Ni:0.02％, Cr:1.39％, Mo:0.55％(잔량부:철 및 불가피적 불순물)

[평가 특성]

(원상당 직경이 0.40㎛ 이상인 탄화물의 평균 원상당 직경:0.85㎛ 미만)

705℃×32시간의 SR 어닐링 처리를 실시한 용접 금속의 최종 패스 중앙부로부터 레플리카 TEM 관찰용 시험편을 채취하여, 7500배로 13.3×15.7㎛의 시야를 갖는 화상을 4매 촬영하였다. 화상 해석 소프트(「Image-Pro Plus」 Media Cybernetics사제)에 의해, 원상당 직경:0.40㎛ 이상의 탄화물을 선택한 후, 그들의 평균 원상당 직경(탄화물의 원상당 직경 합계를 개수로 나눈 값)을 산출하였다.

(용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율이 25％ 이상)

705℃×32시간의 SR 어닐링 처리를 실시한 용접 금속의 최종 패스 중앙부로부터 레플리카 TEM 관찰용 시험편을 채취하여, 7500배로 13.3×15.7㎛의 시야를 갖는 화상을 4매 촬영하였다. 화상 해석 소프트(「Image-Pro Plus」 Media Cybernetics사제)에 의해, 이하의 방법으로 탄화물 형태의 해석을 행하였다.

(1) 길이가 6㎛이고, 원상당 직경으로 하여 0.40㎛ 이상의 탄화물의 적어도 3개와 교차하는 직선 Ai(i＝1, 2, 3…n, n:직선의 총 개수)를 선정한다(상기 도 1a, 도 1b)

(2) 상기 직선 Ai와 교차하는 원상당 직경이 0.40㎛ 이상인 탄화물을 선정한다(상기 도 1c).

(3) 직선 Ai 상에서 인접하는 탄화물의 외접 사각형의 중심을 직선 Bi(i＝1, 2, 3…m, m:직선의 총 개수)로 연결하여(도 1d), 각 직선 Bi와 교차하는 탄화물의 길이 Ci(i＝1, 2, 3…k)를 산출한 후(도 1e), 「(C1 내지 Ck의 합계값)÷(직선 B1 내지 Bm의 합계 길이)×100」을, 용접 금속 중에 존재하는 입계 중, 탄화물이 존재하는 길이의 비율(입계 탄화물 비율)로 정의한다.

(고온 강도)

705℃×32시간의 SR 어닐링 처리를 실시한 용접 금속의 판 두께 표면으로부터 10㎜ 깊이의 위치로부터, 도 2에 기초하여 용접선 방향으로 인장 시험편(JIS Z3111 A2호)을 채취하여, 540℃에 있어서, JIS Z 2241의 요령으로, 인장 강도 TS를 측정하였다. 인장 강도 TS>400㎫을 강도(고온 강도)가 우수하다고 평가하였다.

(인성)

705℃×8시간의 SR 어닐링 처리를 실시한 용접 금속의 판 두께 중앙부로부터, 도 3에 기초하여 용접선 방향으로 수직으로 샤르피 충격 시험편(JIS Z 31114호 V 노치 시험편)을 채취하여, JIS Z 2242의 요령으로, －30℃에서의 흡수 에너지 vE_-30을 측정하였다. 3회의 측정의 평균값이 54J을 초과했을 때에 인성이 우수하다고 평가하였다.

(내SR 균열성)

용접 금속의 최종 패스(원질부)로부터, 슬릿 사이즈＝0.5㎜의 링 균열 시험편을 하기에 기초하여 채취하였다. 625℃×10시간의 SR 어닐링 처리를 실시하여, 시험편 6개(관찰면 3×시험수 2) 모두, 노치 저부 근방에 균열이 발생하지 않았던 경우를 내SR 균열성이 우수하다(평가 ○)고 평가하고, 균열이 발생한 경우를 내SR 균열성이 뒤떨어진다(평가 ×)고 평가하였다.

이때, 내SR 균열성의 평가 방법으로서, 링 균열 시험의 개요를 이하에 나타낸다. 도 4a에 시험편의 채취 위치, 도 4b에 시험편의 형상을 도시한다. U노치 바로 아래 조직이 원질부가 되도록, 최종 비드 표면 바로 아래로부터 채취하여, 슬릿 사이즈(폭)는 0.5㎜로 한다. 슬릿 폭이 0.05㎜로 될 때까지 압축하여, 슬릿부를 TIG 용접하고, 노치 저부에 인장 잔류 응력을 부하한다. TIG 용접 후의 시험편을 머플로에서 625℃×10시간의 SR 어닐링 처리를 실시하고, SR 어닐링 처리 후, 도 4c에 도시한 바와 같이, 시험편을 3등분하여 채취하여(관찰면 1 내지 3), 그 단면(노치 저부 부근)을 광학 현미경으로 관찰하여, SR 균열 발생 상황을 관찰하였다.

(내크리프 파단 특성)

705℃×32시간의 SR 어닐링 처리를 실시한 용접 금속의 판 두께 중앙부로부터, 도 5에 기초하여 용접선 방향으로 표점 거리:30㎜, 6.0㎜φ의 크리프 시험편을 채취하여, 540℃에서 210㎫의 조건으로 크리프 시험을 실시하여, 파단 시간을 측정하였다. 파단 시간이 1000시간을 초과하는 경우를 내크리프 파단 특성이 우수하다고 평가하였다.

[실시예 1]

SAW로 용접 금속을 형성했을 때에 사용한 각종 용접 와이어(W1 내지 47)의 화학 성분 조성을, 비([Mn]/[Cr])의 값과 함께, 하기 표 1, 표 2에 나타낸다. 또한 형성된 용접 금속의 화학 성분 조성을 용접 조건(용접 와이어 No.입열 조건, 사용 플럭스, 예열 패스 사이 온도) 및 A값과 함께, 하기 표 3, 표 4에 나타낸다. 또한, 각 용접 금속의 평가 특성 결과[탄화물 평균 원상당 직경, 입계 탄화물 비율, 인장 강도 TS, 인성(vE_-30), 내SR 균열성, 내크리프 파단 특성]를 하기 표 5, 표 6에 나타낸다.

표 1 내지 표 6으로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다(또한, 하기 No.는 표 3 내지 표 6의 시험 No.를 나타냄). No.1 내지 30은 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시키는 예이고, 우수한 내크리프 파단 특성을 발휘하는 동시에, 인성, 내SR 균열성, 강도 등의 특성에 있어서 우수한 용접 금속이 얻어지고 있다.

한편, No.31 내지 47은 본 발명에서 규정하는 어느 하나의 요건을 벗어나는 예이다. 어느 하나의 특성이 뒤떨어져 있다. 이 중, No.31은 입열 조건에 기인하여(입열량이 2.4kJ/㎜) 입계 탄화물 비율이 적게 되어 있고, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다(파단 시간이 800시간). No.32는 입열 조건에 기인하여(입열량이 5.2kJ/㎜), 용접 금속에 포함되는 원상당 직경으로 0.40㎛ 이상의 탄화물의 평균 원상당 직경이 규정의 범위를 초과하였으므로, 인성이 열화되어 있다(vE_-30이 51J).

No.33은 예열-패스 사이 온도가 적정한 범위보다도 낮고, 또한 C 함유량이 과잉으로 되어 있고, 탄화물의 평균 원상당 직경이 커지는 동시에, 입계 탄화물 비율이 적어져, 인성 및 크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.34는 예열-패스 사이 온도가 적정한 범위보다도 높고, 또한 Cr 함유량이 과잉으로 되어 있어, 탄화물의 평균 원상당 직경이 커지는 동시에, 입계 탄화물 비율이 적어져, 인성 및 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다.

No.35는 용접 금속 중의 성분에 의해 규정되는 A값이 200 미만이고, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.36은 C 함유량이 부족하고, 입계 탄화물 비율이 적어, 강도가 저하되는 동시에, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다.

No.37은 Si 함유량이 부족한 동시에, Mo 함유량이 과잉으로 되어 있고, 또한 A값이 200 미만이고, 탄화물의 평균 원상당 직경이 커지는 동시에, 입계 탄화물 비율이 적어져, 인성 및 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.38은 용접 와이어 중의 비([Mn]/[Cr])의 값이 낮고(0.35), 또한 용접 금속 중의 Mn과 Cr의 함유량이 부족하고, 입계 탄화물 비율이 적어져, 내SR 균열성 및 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다.

No.39는 Si 함유량이 과잉으로 되는 동시에, Nb 함유량이 부족하고, 입계 탄화물 비율이 적어, 강도가 저하되는 동시에, 인성 및 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.40은 용접 금속 중의 Mn 함유량 및 W 함유량이 과잉으로 되어 있고, 탄화물의 평균 원상당 직경이 커져, 인성이 열화되어 있다.

No.41은 Mo 함유량이 부족한 동시에, O 함유량이 과잉으로 되어 있고, 입계 탄화물 비율이 적어, 강도가 저하되는 동시에, 인성 및 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.42는 용접 금속 중의 V 함유량이 부족하고, 강도가 저하되는 동시에 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.43은 용접 금속 중의 V 함유량이 과잉으로 되어 있어, 인성이 열화되어 있다.

No.44는 용접 금속 중의 Nb 함유량이 과잉으로 되어 있어, 인성 및 내SR 균열성이 열화되어 있다. No.45는 용접 금속 중의 N 함유량 및 Ti 함유량이 과잉으로 되어 있어, 인성, 내SR 균열성, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다.

No.46은 용접 금속 중의 Cu 함유량 및 B 함유량이 과잉으로 되어 있고, 입계 탄화물 비율이 적어, 내SR 균열성 및 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.47은 용접 금속 중의 Ni 함유량 및 Al 함유량이 과잉으로 되어 있고, 입계 탄화물 비율이 적어져, 인성 및 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다.

[실시예 2]

SMAW로 용접 금속을 형성했을 때에 사용한 각종 피복제의 화학 성분 조성을, (S＋SiO₂량) 및 비([Mn]/[Cr])의 값과 함께, 하기 표 7에 나타낸다(피복제 No.B1 내지 20). 또한 형성된 용접 금속의 화학 성분 조성을, 용접 조건(피복제No., 입열 조건, 심선 종류, 예열-패스 사이 온도) 및 A값과 함께, 하기 표 8에 나타낸다. 또한, 각 용접 금속의 평가 특성 결과[탄화물 평균 원상당 직경, 입계 탄화물 비율, 인장 강도 TS, 인성(vE_-30), 내SR 균열성, 내크리프 파단 특성]를 하기 표 9에 나타낸다.

표 7 내지 표 9로부터 다음과 같이 고찰할 수 있다(또한, 하기 No.는 표 8, 표 9의 시험 No.를 나타냄). No.48 내지 61은 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시키는 예이고, 우수한 내크리프 파단 특성을 발휘하는 동시에, 인성, 내SR 균열성, 강도 등의 특성에 있어서 우수한 용접 금속이 얻어지고 있다.

한편, No.62 내지 71은 본 발명에서 규정하는 어느 하나의 요건을 벗어나는 예이다. 어느 하나의 특성이 뒤떨어져 있다. 이 중, No.62는 예열-패스 사이 온도가 적정한 범위보다도 낮게 되어 있고, 입계 탄화물 비율이 적어져, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.63은 예열-패스 사이 온도가 적정한 범위보다도 높게 되어 있고, 용접 금속에 포함되는 원상당 직경으로 0.40㎛ 이상의 탄화물의 평균 원상당 직경이 규정의 범위를 초과하였으므로, 인성이 열화되어 있다.

No.64는 입열 조건에 원인하여(입열량이 2.1kJ/㎜) 입계 탄화물 비율이 적게 되어 있어, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다(파단 시간이 817시간). No.65는 입열 조건에 원인하여(입열량이 3.2kJ/㎜), 용접 금속에 포함되는 원상당 직경으로 0.40㎛ 이상의 탄화물의 평균 원상당 직경이 규정의 범위를 초과하였으므로, 인성이 열화되어 있다(vE_-30이 48J).

No.66은 피복제 중의 비([Mn]/[Cr])의 값이 낮게 되어 있고, 입계 탄화물 비율이 적어져, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.67은 용접 금속 중의 성분에 의해 규정되는 A값이 200 미만이고, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다.

No.68은 C 함유량이 부족한 동시에, A값이 200 미만이고, 입계 탄화물 비율이 적어져, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다. No.69는 Mn 함유량이 부족해, 내SR 균열성이 열화되어 있다.

No.70은 Mn 함유량이 과잉으로 되는 동시에, V 함유량이 부족해, 강도가 저하되어 있다. No.71은 Cr 함유량 및 V 함유량이 부족하고, 입계 탄화물 비율이 적어져, 내크리프 파단 특성이 열화되어 있다.

본 발명을 상세하고 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 추가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은 2011년 2월 9일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2011-026485)에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 용접 금속은 크리프 특성을 개선한 것으로, 예를 들어 보일러나 화학 반응 용기 등에 유용하다.

Claims

C:0.05 내지 0.20％(「질량％」의 의미. 이하 동일함),
Si:0.10 내지 0.50％,
Mn:0.60 내지 1.3％,
Cr:1.8 내지 3.0％,
Mo:0.8 내지 1.5％,
V:0.25 내지 0.50％,
Nb:0.010 내지 0.050％,
N:0.025％ 이하(0％를 포함하지 않음),
O:0.020 내지 0.060％를 각각 함유하고,
잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
하기 식 1에 의해 규정되는 A값이 200 이상이고, 또한 용접 금속에 포함되는 원상당 직경으로 0.40㎛ 이상의 탄화물의 평균 원상당 직경이 0.85㎛ 미만인 동시에, 6㎛의 직선 상에 3개 이상 존재하는 원상당 직경 0.4㎛ 이상의 탄화물의 각 중심끼리를 연결하는 선에 있어서, 상기 선과 탄화물이 교차하는 부분의 길이의 합계가 상기 선의 전체 길이의 25％ 이상인 것을 특징으로 하는, 크리프 특성이 우수한 용접 금속.
[식 1]

단, [V], [Nb], [Cr] 및 [Mo]은 각각 용접 금속 중의 V, Nb, Cr 및 Mo의 함유량(질량％)을 나타낸다.
제1항에 있어서, 또 다른 원소로서, Cu:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Ni:0.5％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 함유하는 것인, 용접 금속.
제1항 또는 제2항에 있어서, 또 다른 원소로서, W:0.50％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 함유하는 것인, 용접 금속.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 또 다른 원소로서, B:0.005％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 함유하는 것인, 용접 금속.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 또 다른 원소로서, Al:0.030％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 함유하는 것인, 용접 금속.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 또 다른 원소로서, Ti:0.020％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 함유하는 것인, 용접 금속.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 용접 금속을 구비한, 용접 구조체.