JP2002129291A - 耐火性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体 - Google Patents
耐火性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】建築構造物全体として耐火特性を付与したマル
テンサイト系ステンレス鋼溶接構造体を提供する。 【解決手段】質量％で,C:0.005-0.1,Si≦0.50, Mn≦1.
5,P:≦O.030,S:≦0.0050,Cr:10.O-15.0,Ni:O.5-6.O,Mo:
O.3-3.O, N≦:0.03,Al≦0.15,Ti:O.003-0.050 を含有
し,NiとMoの含有量が(1) 式の関係を満たし,残部Fe及び
不可避的不純物からなり,600 ℃での耐力が常温耐力に
対し2/3 以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼母材
に対し,前記母材と同一範囲内の成分を含有し,かつ(2)
及び(3) 式でのB 値,C 値が夫々14.0〜17.O、-11.8 以
上の範囲にある溶接金属。A =[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0
…(1), B=[Ni]+0.5[Mn]+30[C]+O.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[S
i] …(2),C=[Ni]+0.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6
[Si]…(3)
テンサイト系ステンレス鋼溶接構造体を提供する。 【解決手段】質量％で,C:0.005-0.1,Si≦0.50, Mn≦1.
5,P:≦O.030,S:≦0.0050,Cr:10.O-15.0,Ni:O.5-6.O,Mo:
O.3-3.O, N≦:0.03,Al≦0.15,Ti:O.003-0.050 を含有
し,NiとMoの含有量が(1) 式の関係を満たし,残部Fe及び
不可避的不純物からなり,600 ℃での耐力が常温耐力に
対し2/3 以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼母材
に対し,前記母材と同一範囲内の成分を含有し,かつ(2)
及び(3) 式でのB 値,C 値が夫々14.0〜17.O、-11.8 以
上の範囲にある溶接金属。A =[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0
…(1), B=[Ni]+0.5[Mn]+30[C]+O.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[S
i] …(2),C=[Ni]+0.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6
[Si]…(3)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐火性に優れたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼よりなる板、形鋼、鋼管な
どの建築用鋼材を溶接で組み立てた、耐火性に優れたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体に関する。
ルテンサイト系ステンレス鋼よりなる板、形鋼、鋼管な
どの建築用鋼材を溶接で組み立てた、耐火性に優れたマ
ルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】火災時の建築物の倒壊や変形を防止する
要請から、建築構造用鋼材には高温強度が必要とされ
る。一般構造用炭素鋼では３００℃以上の高温に曝され
ると急激に強度が低下するため、鋼材表面への重度の耐
火被覆施工などが必要とされてきたが、耐火被覆施工に
は建設コスト増大などの問題があるため、従来より耐火
被覆を必要としないか、必要としても軽度の施工で済む
耐火性に優れた鋼材が要求されてきており、これに対し
て６００℃での降伏強度が常温降伏強度規格値の２／３
以上を保証し、常温の引張強度が４９０Mpa あるいは５
７０Mpa 級の、特開平２−７７５２３号公報に開示され
たような低合金鋼鋼材が実用化されてきている。
要請から、建築構造用鋼材には高温強度が必要とされ
る。一般構造用炭素鋼では３００℃以上の高温に曝され
ると急激に強度が低下するため、鋼材表面への重度の耐
火被覆施工などが必要とされてきたが、耐火被覆施工に
は建設コスト増大などの問題があるため、従来より耐火
被覆を必要としないか、必要としても軽度の施工で済む
耐火性に優れた鋼材が要求されてきており、これに対し
て６００℃での降伏強度が常温降伏強度規格値の２／３
以上を保証し、常温の引張強度が４９０Mpa あるいは５
７０Mpa 級の、特開平２−７７５２３号公報に開示され
たような低合金鋼鋼材が実用化されてきている。
【０００３】高温強度の観点からすれば、この低合金系
耐火鋼で所望の耐火性能は得られるが、低合金系である
ため防錆性、耐食性が不十分で裸使用は困難であり、防
錆塗装が必須となっている。すなわち、耐火被覆は省略
できても防錆塗装は省略できず、このため施工コストが
嵩んでいる。
耐火鋼で所望の耐火性能は得られるが、低合金系である
ため防錆性、耐食性が不十分で裸使用は困難であり、防
錆塗装が必須となっている。すなわち、耐火被覆は省略
できても防錆塗装は省略できず、このため施工コストが
嵩んでいる。
【０００４】無塗装で建築構造に適用できる可能性のあ
る鋼材としては、各種ステンレス鋼が想定されるが、実
際に柱や梁などの建築構造に使用されている鋼材として
は、意匠性などが重視される極く限られた用途でのオー
ステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）を除
けば殆ど見られない。その最大の理由は、構造物に必須
となる強度、靭性と溶接性をバランス良く満たす鋼種が
なかったためであるが、最近では特開平１１−３２３５
０７号公報に開示されたように、溶接性に有害なＣを低
減してＮｉを添加したマルテンサイト系ステンレス鋼を
建築構造用材料に展開する技術が提唱されてきている。
しかしながら、前述の耐火性の要請に対して十分応えら
れる技術には至っていない。
る鋼材としては、各種ステンレス鋼が想定されるが、実
際に柱や梁などの建築構造に使用されている鋼材として
は、意匠性などが重視される極く限られた用途でのオー
ステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）を除
けば殆ど見られない。その最大の理由は、構造物に必須
となる強度、靭性と溶接性をバランス良く満たす鋼種が
なかったためであるが、最近では特開平１１−３２３５
０７号公報に開示されたように、溶接性に有害なＣを低
減してＮｉを添加したマルテンサイト系ステンレス鋼を
建築構造用材料に展開する技術が提唱されてきている。
しかしながら、前述の耐火性の要請に対して十分応えら
れる技術には至っていない。
【０００５】また、建築用途以外の分野では、例えばラ
インパイプにおいて、特開平９−３１６６１１号公報に
開示されたように、溶接性、耐食性に優れ、パイプライ
ンとして十分な高温強度を有するマルテンサイト系ステ
ンレス鋼材が提案されてきている。しかしながら、パイ
プラインで定義される高温とは１００ないし１５０℃程
度であり、建築用耐火鋼材で規定される６００℃に比べ
ると遥かに低い。したがって、無塗装で建築構造に適用
可能な低Ｃ系マルテンサイト系ステンレス鋼において、
常温での強度・靭性は無論のこと、６００℃の高温条件
で十分な強度が得られる鋼材は未だ提示されていない状
況にある。
インパイプにおいて、特開平９−３１６６１１号公報に
開示されたように、溶接性、耐食性に優れ、パイプライ
ンとして十分な高温強度を有するマルテンサイト系ステ
ンレス鋼材が提案されてきている。しかしながら、パイ
プラインで定義される高温とは１００ないし１５０℃程
度であり、建築用耐火鋼材で規定される６００℃に比べ
ると遥かに低い。したがって、無塗装で建築構造に適用
可能な低Ｃ系マルテンサイト系ステンレス鋼において、
常温での強度・靭性は無論のこと、６００℃の高温条件
で十分な強度が得られる鋼材は未だ提示されていない状
況にある。
【０００６】さらに、構造物として完成された場合、母
材のみならず溶接部での高温強度が問題であり、特に溶
接金属部が重要となる。図１に示す溶接構造部の断面に
おいて、溶接金属は溶接材料と母材の一部が溶け込んで
構成されるものであり、自ずと母材と異なる成分組成と
なる。母材の高温強度が十分でも溶接金属で不十分であ
れば、構造物全体としては十分な高温強度が得られな
い。そして、従来のＪＩＳ Ｚ３３２１などに記載され
ているステンレス用溶接材料を用いた場合には、溶接金
属部で十分な高温強度が得られないという問題がある。
材のみならず溶接部での高温強度が問題であり、特に溶
接金属部が重要となる。図１に示す溶接構造部の断面に
おいて、溶接金属は溶接材料と母材の一部が溶け込んで
構成されるものであり、自ずと母材と異なる成分組成と
なる。母材の高温強度が十分でも溶接金属で不十分であ
れば、構造物全体としては十分な高温強度が得られな
い。そして、従来のＪＩＳ Ｚ３３２１などに記載され
ているステンレス用溶接材料を用いた場合には、溶接金
属部で十分な高温強度が得られないという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
を克服するものであり、特に溶接部において６００℃で
の耐力が常温での耐力規格最小値の２／３以上を保証す
るマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体を提供する
ことを目的とする。
を克服するものであり、特に溶接部において６００℃で
の耐力が常温での耐力規格最小値の２／３以上を保証す
るマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、先ずマル
テンサイト系ステンレス鋼母材の強度、靭性、耐食性、
高温耐力からみた成分設計を行い、次に種々の溶接材料
を用いた溶接試験を重ねて溶接部の高温耐力を評価して
きた。その結果、母材と同等の高温耐力を得るための溶
接金属の成分条件を解明した。本発明は、上記の知見に
基づいて構築したものであり、その要旨は以下の通りで
ある。
テンサイト系ステンレス鋼母材の強度、靭性、耐食性、
高温耐力からみた成分設計を行い、次に種々の溶接材料
を用いた溶接試験を重ねて溶接部の高温耐力を評価して
きた。その結果、母材と同等の高温耐力を得るための溶
接金属の成分条件を解明した。本発明は、上記の知見に
基づいて構築したものであり、その要旨は以下の通りで
ある。
【０００９】（１）質量％で、 Ｃ ：０．００５〜０．１％、 Ｓｉ：０．５０％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、 Ｎｉ：０．５〜６．０％、 Ｍｏ：０．３〜３．０％ を含有し、ＮｉとＭｏの含有量が下記 (1)式の関係を満
たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６０
０℃における耐力が常温での耐力に対して２／３以上で
あるマルテンサイト系ステンレス鋼母材と、前記母材と
同一範囲の成分を含有し、なおかつ下記 (2)および(3)
式で定義するＢ値、Ｃ値がそれぞれ１４．０以上１７．
０以下、−１１．８以上の範囲にある溶接金属とを有す
ることを特徴とする耐火性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼溶接構造体。 Ａ＝[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧O ……(1) Ｂ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]+0.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[Si]……(2) Ｃ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6[Si]……(3)
たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６０
０℃における耐力が常温での耐力に対して２／３以上で
あるマルテンサイト系ステンレス鋼母材と、前記母材と
同一範囲の成分を含有し、なおかつ下記 (2)および(3)
式で定義するＢ値、Ｃ値がそれぞれ１４．０以上１７．
０以下、−１１．８以上の範囲にある溶接金属とを有す
ることを特徴とする耐火性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼溶接構造体。 Ａ＝[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧O ……(1) Ｂ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]+0.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[Si]……(2) Ｃ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6[Si]……(3)
【００１０】（２）質量％で、 Ｃ ：０．００５〜０．１％、 Ｓｉ：０．５０％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ≦０．０３０％、 Ｓ ≦０．００５０％、 Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、 Ｎｉ：０．５〜６．０％、 Ｍｏ：０．３〜３．０％、 Ｎ ：０．０３％以下、 Ａｌ：０．１５％以下、 Ｔｉ：０．００３〜０．０５０％、 および必要に応じ、 Ｃｕ：３．０％以下、 Ｗ ：１．０％以下、 Ｓｎ：１．０％以下、 Ｎｂ：０．０５％以下、 Ｖ ：０．１％以下の１種または２種以上、 さらに必要に応じ、 Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％ の１種または２種 を含有し、ＮｉとＭｏの含有量が下記 (1)式の関係を満
たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６０
０℃における耐力が常温での耐力に対して２／３以上で
あるマルテンサイト系ステンレス鋼母材と、前記母材と
同一範囲の成分を含有し、なおかつ下記 (2)および(3)
式で定義するＢ値、Ｃ値がそれぞれ１４．０以上１７．
０以下、−１１．８以上の範囲にある溶接金属とを有す
ることを特徴とする耐火性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼溶接構造体。 Ａ＝[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0 ……(1) Ｂ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]+0.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[Si]……(2) Ｃ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6[Si]……(3)
たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６０
０℃における耐力が常温での耐力に対して２／３以上で
あるマルテンサイト系ステンレス鋼母材と、前記母材と
同一範囲の成分を含有し、なおかつ下記 (2)および(3)
式で定義するＢ値、Ｃ値がそれぞれ１４．０以上１７．
０以下、−１１．８以上の範囲にある溶接金属とを有す
ることを特徴とする耐火性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼溶接構造体。 Ａ＝[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0 ……(1) Ｂ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]+0.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[Si]……(2) Ｃ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6[Si]……(3)
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。先ず、本発明における母材の成分の限定理由につ
いて述べる。 Ｃ：Ｃは、Ｍｏと同様に高温強度を確保するために必要
な元素であり、０．００５％未満の含有量では６００℃
における高温耐力が不十分となる。しかしながら、含有
させ過ぎると溶接熱影響部の靭性が劣化する。このた
め、両者のバランスから最適範囲を０．００５％〜０．
１％とした。
する。先ず、本発明における母材の成分の限定理由につ
いて述べる。 Ｃ：Ｃは、Ｍｏと同様に高温強度を確保するために必要
な元素であり、０．００５％未満の含有量では６００℃
における高温耐力が不十分となる。しかしながら、含有
させ過ぎると溶接熱影響部の靭性が劣化する。このた
め、両者のバランスから最適範囲を０．００５％〜０．
１％とした。
【００１２】Ｓｉ：Ｓｉは、精錬工程での脱酸のために
添加されて残留しているもので、溶接熱影響部での靭性
に有害なフェライト相を形成する元素であるため、脱酸
に必要とされる最小限の含有量とすべきであり、０．５
％以下を適正範囲とした。
添加されて残留しているもので、溶接熱影響部での靭性
に有害なフェライト相を形成する元素であるため、脱酸
に必要とされる最小限の含有量とすべきであり、０．５
％以下を適正範囲とした。
【００１３】Ｍｎ：Ｍｎは母材の成形過程において重視
される熱間加工性に有害なＳを硫化物として固定して無
害化する元素であると共に、オーステナイト安定化元素
でもあり、熱影響部靭性に有害なフェライトの形成を抑
制する作用を有するため含有させるが、含有し過ぎても
その効果は飽和するため、上限を１．５％とした。
される熱間加工性に有害なＳを硫化物として固定して無
害化する元素であると共に、オーステナイト安定化元素
でもあり、熱影響部靭性に有害なフェライトの形成を抑
制する作用を有するため含有させるが、含有し過ぎても
その効果は飽和するため、上限を１．５％とした。
【００１４】Ｃｒ：Ｃｒは耐食性の確保に必須の元素で
あり、１０．０％以上の含有が必要であるが、反面フェ
ライト安定化元素でもあり、含有量が多いと溶接熱影響
部靭性を劣化させるフェライト相が形成され易くなるた
め、１５．０％を上限とした。
あり、１０．０％以上の含有が必要であるが、反面フェ
ライト安定化元素でもあり、含有量が多いと溶接熱影響
部靭性を劣化させるフェライト相が形成され易くなるた
め、１５．０％を上限とした。
【００１５】Ｎｉ：Ｎｉは耐食性改善に有効な元素であ
り、かつオーステナイトを安定化させフェライト生成を
防止する効果をもつ元素である。このため、０．５％を
下限として含有させる。しかしながら、多量に含有させ
ると６００℃における高温耐力が低下するため、その上
限を６．０％とした。なおＮｉの含有量は、後述のＭｏ
含有量との関係で最適化される。
り、かつオーステナイトを安定化させフェライト生成を
防止する効果をもつ元素である。このため、０．５％を
下限として含有させる。しかしながら、多量に含有させ
ると６００℃における高温耐力が低下するため、その上
限を６．０％とした。なおＮｉの含有量は、後述のＭｏ
含有量との関係で最適化される。
【００１６】Ｍｏ：ＭｏはＣｒと同様、耐食性に有効な
元素であると共に、高温耐力を維持する上で必要かつ不
可欠の元素である。このため、０．３％を下限として含
有させるが、フェライト形成能の強い元素であるため、
溶接部靭性にも配慮して含有量上限を３．０％とした。
元素であると共に、高温耐力を維持する上で必要かつ不
可欠の元素である。このため、０．３％を下限として含
有させるが、フェライト形成能の強い元素であるため、
溶接部靭性にも配慮して含有量上限を３．０％とした。
【００１７】Ｎ：Ｎは、溶接熱影響部の硬さを上昇さ
せ、靭性を低下させる元素であり、Ｃのように高温強度
を改善する効果を有さない。このため０．０３％を上限
として規制した。
せ、靭性を低下させる元素であり、Ｃのように高温強度
を改善する効果を有さない。このため０．０３％を上限
として規制した。
【００１８】Ａｌ：ＡｌはＳｉと同様、脱酸に必要な元
素であると共に、脱硫を促進して前記のＳ含有量を安定
的に確保するために含有させるが、過度に含有させると
酸化物系介在物が多くなることに加えて窒化物も生成さ
れるようになり、靭性が低下する。このため含有量の上
限を０．１５％とした。
素であると共に、脱硫を促進して前記のＳ含有量を安定
的に確保するために含有させるが、過度に含有させると
酸化物系介在物が多くなることに加えて窒化物も生成さ
れるようになり、靭性が低下する。このため含有量の上
限を０．１５％とした。
【００１９】Ｔｉ：Ｔｉは、酸化物または窒化物として
存在し溶接熱影響部の粒成長を抑止して靭性を改善する
効果を有する。またＭｎと同様、熱間加工性に有害なＳ
を硫化物として固定して無害化する効果も有する。この
ため、０．００３％を下限として含有させるが、過剰に
含有させると粗大窒化物が現われて熱間加工性が低下す
ると共に、炭化物が形成されて靭性劣化をきたすため、
上限を０．０５０％とした。
存在し溶接熱影響部の粒成長を抑止して靭性を改善する
効果を有する。またＭｎと同様、熱間加工性に有害なＳ
を硫化物として固定して無害化する効果も有する。この
ため、０．００３％を下限として含有させるが、過剰に
含有させると粗大窒化物が現われて熱間加工性が低下す
ると共に、炭化物が形成されて靭性劣化をきたすため、
上限を０．０５０％とした。
【００２０】Ａ値(=[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0)：高温耐
力に及ぼすＭｏ，Ｎｉ量の影響を図２に示す。これよ
り、本発明のＮｉ含有量で高温耐力の点から、必要とな
る条件はＡ≧０となる範囲である。
力に及ぼすＭｏ，Ｎｉ量の影響を図２に示す。これよ
り、本発明のＮｉ含有量で高温耐力の点から、必要とな
る条件はＡ≧０となる範囲である。
【００２１】以上の組成をべ一スとして、さらに高温耐
力、耐食性、溶接性や靭性、熱間加工性を改善するため
に、以下に述べる元素の１種以上を選択的に添加するこ
とができる。 Ｃｕ：ＣｕはＮｉと同様、耐食性改善に有効な元素であ
ると共に、フェライト生成防止効果を有する元素である
ため含有させるが、過剰に含有させると熱間加工性が劣
化するので上限を３．０％とした。
力、耐食性、溶接性や靭性、熱間加工性を改善するため
に、以下に述べる元素の１種以上を選択的に添加するこ
とができる。 Ｃｕ：ＣｕはＮｉと同様、耐食性改善に有効な元素であ
ると共に、フェライト生成防止効果を有する元素である
ため含有させるが、過剰に含有させると熱間加工性が劣
化するので上限を３．０％とした。
【００２２】Ｗ：ＷはＭｏと同様、高温耐力を向上させ
るのに有効な元素であるため、Ｍｏ含有量が低い場合に
は補足的に含有させても良いが、高価な元素でもあるこ
とから含有量の上限は１．０％とした。
るのに有効な元素であるため、Ｍｏ含有量が低い場合に
は補足的に含有させても良いが、高価な元素でもあるこ
とから含有量の上限は１．０％とした。
【００２３】Ｓｎ：Ｓｎは高温耐力を向上させる効果を
有するため、Ｗと同様に、Ｍｏ含有量が低い場合には補
足的に含有させても良いが、過剰に含有させると熱間加
工性や溶接性が劣化するので、上限を１．０％とした。
有するため、Ｗと同様に、Ｍｏ含有量が低い場合には補
足的に含有させても良いが、過剰に含有させると熱間加
工性や溶接性が劣化するので、上限を１．０％とした。
【００２４】Ｎｂ，Ｖ：Ｎｂ，Ｖは、いずれも高温耐力
を僅かながら改善させる効果を有すると共に溶接熱影響
部硬さを低下させるのに有効である。しかしながら、多
く含有させても効果は飽和するので、含有量の上限をそ
れぞれＮｂ：０．０５％，Ｖ：０．１％とした。
を僅かながら改善させる効果を有すると共に溶接熱影響
部硬さを低下させるのに有効である。しかしながら、多
く含有させても効果は飽和するので、含有量の上限をそ
れぞれＮｂ：０．０５％，Ｖ：０．１％とした。
【００２５】Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｂ：
０．０００５〜０．００５０％ Ｃａ：Ｃａは、熱間加工性改善に有効な元素であり、必
要に応じて０．０００５％以上含有させるが、含有量が
多すぎると粗大酸化物による靭性劣化を招くため、含有
量の上限を０．００５％とした。 Ｂ：Ｂも熱間加工性改善に有効な元素であり、０．００
０５％を下限として含有させるが、０．００５０％超え
て含有させると溶接割れを起こすため、適正範囲を０．
０００５〜０．００５０％とした。
０．０００５〜０．００５０％ Ｃａ：Ｃａは、熱間加工性改善に有効な元素であり、必
要に応じて０．０００５％以上含有させるが、含有量が
多すぎると粗大酸化物による靭性劣化を招くため、含有
量の上限を０．００５％とした。 Ｂ：Ｂも熱間加工性改善に有効な元素であり、０．００
０５％を下限として含有させるが、０．００５０％超え
て含有させると溶接割れを起こすため、適正範囲を０．
０００５〜０．００５０％とした。
【００２６】Ｐ，Ｓ：Ｐ，Ｓは不可避的に含まれる不純
物元素であり、高温耐力には直接影響しないが、靭性や
熱間加工性に害する作用をもつため可及的に低レベルと
するのが望ましい。現在の精錬技術で工業的かつ経済的
に到達可能な範囲として、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．００５％以下が望ましい。
物元素であり、高温耐力には直接影響しないが、靭性や
熱間加工性に害する作用をもつため可及的に低レベルと
するのが望ましい。現在の精錬技術で工業的かつ経済的
に到達可能な範囲として、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．００５％以下が望ましい。
【００２７】次に、溶接金属の成分に関する限定理由に
ついて述べる。以上の組成よりなり６００℃での耐力が
常温耐力の２／３以上となる母材と成分系が同一条件に
あることを前提とした上で、さらに前記(2),(3）式で定
義する成分指標Ｂ値，Ｃ値が所定の範囲にある必要があ
る。
ついて述べる。以上の組成よりなり６００℃での耐力が
常温耐力の２／３以上となる母材と成分系が同一条件に
あることを前提とした上で、さらに前記(2),(3）式で定
義する成分指標Ｂ値，Ｃ値が所定の範囲にある必要があ
る。
【００２８】これらＢ，Ｃ値は、溶接金属の高温耐力に
影響する金属組織に関連する指標である。当該成分系の
溶接金属の金属組織は、マルテンサイト単相、あるいは
マルテンサイト＋オーステナイトの２相、あるいはマル
テンサイト＋フェライトの２相、あるいはマルテンサイ
ト＋オーステナイト＋フェライトの３相のいずれかとな
るが、マルテンサイトは高温強度確保には有利であるが
靭性が劣り、オーステナイトは靭性に優れるものの高温
強度を低下させ、フェライトはマルテンサイトと類似の
作用を有する他、溶接金属の割れ防止にも役立つ。した
がって、耐火建築構造に適用される溶接金属としては、
これら３相が最適条件でバランス良く共存することが必
要となる。
影響する金属組織に関連する指標である。当該成分系の
溶接金属の金属組織は、マルテンサイト単相、あるいは
マルテンサイト＋オーステナイトの２相、あるいはマル
テンサイト＋フェライトの２相、あるいはマルテンサイ
ト＋オーステナイト＋フェライトの３相のいずれかとな
るが、マルテンサイトは高温強度確保には有利であるが
靭性が劣り、オーステナイトは靭性に優れるものの高温
強度を低下させ、フェライトはマルテンサイトと類似の
作用を有する他、溶接金属の割れ防止にも役立つ。した
がって、耐火建築構造に適用される溶接金属としては、
これら３相が最適条件でバランス良く共存することが必
要となる。
【００２９】溶接金属は凝固状態であるから、その金属
組織における相分率は概ね成分含有量をもって近似する
ことができるので、その最適条件をＢ値，Ｃ値をもって
以下のように決定した。 Ｂ値：低すぎるとオーステナイト相が出現せず靭性の低
い溶接金属となってしまう。また高すぎるとオーステナ
イト分率が多くなり過ぎて高温耐力が母材より大幅低下
してしまう。このため、適正範囲として１４．０から１
７．０の範囲を設定した。 Ｃ値：低すぎるとフェライトが出現せず溶接金属に割れ
が生じてしまうので、−１１．８以上を適正とした。
組織における相分率は概ね成分含有量をもって近似する
ことができるので、その最適条件をＢ値，Ｃ値をもって
以下のように決定した。 Ｂ値：低すぎるとオーステナイト相が出現せず靭性の低
い溶接金属となってしまう。また高すぎるとオーステナ
イト分率が多くなり過ぎて高温耐力が母材より大幅低下
してしまう。このため、適正範囲として１４．０から１
７．０の範囲を設定した。 Ｃ値：低すぎるとフェライトが出現せず溶接金属に割れ
が生じてしまうので、−１１．８以上を適正とした。
【００３０】
【実施例】実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明
する。表１に示す組成の鋼を溶製して造塊法にて鋳造し
た後、該鋳片を１２００℃に加熱して板厚１０mmの板圧
延を施し、室温まで冷却した後、焼戻処理を施して母材
とした。この母材に開先加工を行い、表２に示す成分の
溶接材料を用いてＴＩＧ溶接を行った。この溶接部およ
び母材部を対象として、ＪＩＳ Ｚ２２４１に従った常
温引張り試験およびＪＩＳ Ｇ０５６７に従った６００
℃での高温引張試験を行った。
する。表１に示す組成の鋼を溶製して造塊法にて鋳造し
た後、該鋳片を１２００℃に加熱して板厚１０mmの板圧
延を施し、室温まで冷却した後、焼戻処理を施して母材
とした。この母材に開先加工を行い、表２に示す成分の
溶接材料を用いてＴＩＧ溶接を行った。この溶接部およ
び母材部を対象として、ＪＩＳ Ｚ２２４１に従った常
温引張り試験およびＪＩＳ Ｇ０５６７に従った６００
℃での高温引張試験を行った。
【００３１】試験結果を表３に示す。No. １〜９の本発
明では、溶接部において目的とする常温耐力の２／３以
上の６００℃耐力が得られる。一方、比較例 No.１０，
１１，１２は、母材が本発明の成分範囲から外れている
ため、母材部の耐火特性で溶接部全体の耐火特性が決定
されている。比較例 No.１３は溶接金属部においてもＢ
値が発明範囲を外れているため、所期の耐火特性は得ら
れない。また、比較例No.１４は、溶接金属部のＣ値が
本発明範囲を外れているため、溶接割れが生じる。
明では、溶接部において目的とする常温耐力の２／３以
上の６００℃耐力が得られる。一方、比較例 No.１０，
１１，１２は、母材が本発明の成分範囲から外れている
ため、母材部の耐火特性で溶接部全体の耐火特性が決定
されている。比較例 No.１３は溶接金属部においてもＢ
値が発明範囲を外れているため、所期の耐火特性は得ら
れない。また、比較例No.１４は、溶接金属部のＣ値が
本発明範囲を外れているため、溶接割れが生じる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によって、母
材および溶接金属の成分を最適化することにより、耐火
性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体が
得られる。
材および溶接金属の成分を最適化することにより、耐火
性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体が
得られる。
【図１】溶接部の断面を示す図である。
【図２】Ａ値と高温耐力／常温耐力比の関係を示す図で
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/54 Ｃ２２Ｃ 38/54 // Ｂ２３Ｋ 103:04 Ｂ２３Ｋ 103:04
Claims (4)
- 【請求項１】 質量％で、 Ｃ ：０．００５〜０．１％、 Ｓｉ：０．５０％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、 Ｎｉ：０．５〜６．０％、 Ｍｏ：０．３〜３．０％ を含有し、ＮｉとＭｏの含有量が下記 (1)式の関係を満
たして、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６
００℃における耐力が常温での耐力に対して２／３以上
であるマルテンサイト系ステンレス鋼母材と、前記母材
と同一範囲内の成分を含有し、なおかつ下記 (2)および
(3) 式で定義するＢ値、Ｃ値がそれぞれ１４．０以上１
７．０以下、−１１．８以上の範囲にある溶接金属とを
有することを特徴とする耐火性に優れたマルテンサイト
系ステンレス鋼溶接構造体。 Ａ＝[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0 ……(1) Ｂ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]+0.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[Si]……(2) Ｃ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6[Si]……(3) - 【請求項２】 質量％で、 Ｃ ：０．００５〜０．１％、 Ｓｉ：０．５０％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ≦０．０３０％、 Ｓ ≦０．００５０％、 Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、 Ｎｉ：０．５〜６．０％、 Ｍｏ：０．３〜３．０％、 Ｎ ：０．０３％以下、 Ａｌ：０．１５％以下、 Ｔｉ：０．００３〜０．０５０％、 および Ｃｕ：３．０％以下、 Ｗ ：１．０％以下、 Ｓｎ：１．０％以下、 Ｎｂ：０．０５％以下、 Ｖ ：０．１％以下の１種または２種以上 を含有し、ＮｉとＭｏの含有量が下記 (1)式の関係を満
たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６０
０℃における耐力が常温での耐力に対して２／３以上で
あるマルテンサイト系ステンレス鋼母材と、前記母材と
同一範囲の成分を含有し、なおかつ下記 (2)および(3)
式で定義するＢ値、Ｃ値がそれぞれ１４．０以上１７．
０以下、−１１．８以上の範囲にある溶接金属とを有す
ることを特徴とする耐火性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼溶接構造体。 Ａ＝[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0 ……(1) Ｂ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]+0.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[Si]……(2) Ｃ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6[Si]……(3) - 【請求項３】 質量％で、 Ｃ ：０．００５〜０．１％、 Ｓｉ：０．５０％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ≦０．０３０％、 Ｓ ≦０．００５０％、 Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、 Ｎｉ：０．５〜６．０％、 Ｍｏ：０．３〜３．０％、 Ｎ ：０．０３％以下、 Ａｌ：０．１５％以下、 Ｔｉ：０．００３〜０．０５０％、 および Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％ の１種または２種 を含有し、ＮｉとＭｏの含有量が下記 (1)式の関係を満
たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６０
０℃における耐力が常温での耐力に対して２／３以上で
あるマルテンサイト系ステンレス鋼母材と、前記母材と
同一範囲の成分を含有し、なおかつ下記 (2)および(3)
式で定義するＢ値、Ｃ値がそれぞれ１４．０以上１７．
０以下、−１１．８以上の範囲にある溶接金属とを有す
ることを特徴とする耐火性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼溶接構造体。 Ａ＝[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0 ……(1) Ｂ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]+0.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[Si]……(2) Ｃ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6[Si]……(3) - 【請求項４】 質量％で、 Ｃ ：０．００５〜０．１％、 Ｓｉ：０．５０％以下、 Ｍｎ：１．５％以下、 Ｐ ≦０．０３０％、 Ｓ ≦０．００５０％、 Ｃｒ：１０．０〜１５．０％、 Ｎｉ：０．５〜６．０％、 Ｍｏ：０．３〜３．０％、 Ｎ ：０．０３％以下、 Ａｌ：０．１５％以下、 Ｔｉ：０．００３〜０．０５０％、 および Ｃｕ：３．０％以下、 Ｗ ：１．０％以下、 Ｓｎ：１．０％以下、 Ｎｂ：０．０５％以下、 Ｖ ：０．１％以下の１種または２種以上、 さらに Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％ の１種または２種 を含有し、ＮｉとＭｏの含有量が下記 (1)式の関係を満
たし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、６０
０℃における耐力が常温での耐力に対して２／３以上で
あるマルテンサイト系ステンレス鋼母材と、前記母材と
同一範囲の成分を含有し、なおかつ下記 (2)および(3)
式で定義するＢ値、Ｃ値がそれぞれ１４．０以上１７．
０以下、−１１．８以上の範囲にある溶接金属とを有す
ることを特徴とする耐火性に優れたマルテンサイト系ス
テンレス鋼溶接構造体。 Ａ＝[Mo]-4.41[Ni]+22.94 ≧0 ……(1) Ｂ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]+0.8[Cr]+0.8[Mo]+1.2[Si]……(2) Ｃ＝[Ni]+O.5[Mn]+30[C]-1.1[Cr]-1.1[Mo]-1.6[Si]……(3)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000329984A JP4592173B2 (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 耐火性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000329984A JP4592173B2 (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 耐火性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002129291A true JP2002129291A (ja) | 2002-05-09 |
| JP4592173B2 JP4592173B2 (ja) | 2010-12-01 |
Family
ID=18806575
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000329984A Expired - Lifetime JP4592173B2 (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 耐火性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接構造体 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4592173B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008068262A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Babcock Hitachi Kk | 管寄／スタッブ管溶接構造体ならびにそれを備えたボイラ装置 |
| CN101269447B (zh) * | 2007-03-23 | 2013-01-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝 |
| WO2014203472A1 (ja) * | 2013-06-19 | 2014-12-24 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ラインパイプ向溶接鋼管用マルテンサイト系ステンレス熱延鋼帯の製造方法 |
| CN118287889A (zh) * | 2024-05-15 | 2024-07-05 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温环境用超低碳耐热钢焊丝及其应用与焊接方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09316611A (ja) * | 1996-03-27 | 1997-12-09 | Kawasaki Steel Corp | 耐食性および溶接性に優れたラインパイプ用マルテンサイト鋼 |
| JPH1161347A (ja) * | 1997-08-14 | 1999-03-05 | Kawasaki Steel Corp | 耐食性および溶接性に優れたラインパイプ用マルテンサイト鋼 |
| JPH11256281A (ja) * | 1998-03-11 | 1999-09-21 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶接施工性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼 |
-
2000
- 2000-10-30 JP JP2000329984A patent/JP4592173B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
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| CN101269447B (zh) * | 2007-03-23 | 2013-01-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种马氏体不锈钢的气体保护焊焊丝 |
| WO2014203472A1 (ja) * | 2013-06-19 | 2014-12-24 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ラインパイプ向溶接鋼管用マルテンサイト系ステンレス熱延鋼帯の製造方法 |
| JP5971415B2 (ja) * | 2013-06-19 | 2016-08-17 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ラインパイプ向溶接鋼管用マルテンサイト系ステンレス熱延鋼帯の製造方法 |
| CN118287889A (zh) * | 2024-05-15 | 2024-07-05 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温环境用超低碳耐热钢焊丝及其应用与焊接方法 |
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