JP2020104141A - Ferritic heat-resistant steel weld metal and weld joint including the same - Google Patents

Ferritic heat-resistant steel weld metal and weld joint including the same Download PDF

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Abstract

To provide a ferritic heat-resistant steel weld metal having excellent freezing cracking resistance in addition to high creep strength and toughness and a weld joint including the same.SOLUTION: A ferritic heat-resistant steel weld metal has a chemical composition containing, in mass%, C: 0.06-0.10%, Si: 0.10-0.40%, Mn: 0.30-0.70%, P: 0.010% or less, S: 0.003% or less, Cr: 8.5-9.5%, Mo: 0.01-1.0%, Co: 2.6-3.4%, Ni: 0.01-1.10%, W: 2.5-3.5%, Nb: 0.02-0.08%, Ta: 0.02-0.08%, V: 0.1-0.3%, B: 0.007-0.015%, Al: 0.030% or less, N: 0.005-0.017%, O: 0.020% or less, Cu: 0-1.0%, Ti: 0-0.30%, Ca: 0-0.050%, Mg: 0-0.050%, REM: 0-0.10%, with the balance being Fe and impurities, and satisfies [sol.B≥0.005], [insol.B≤0.0045] and [(20(C+N)+Cr+4Mo+2W+10(Nb+Ta+V)+500 sol.B)/(Mn+Co+Ni) ≥4.5].SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、フェライト系耐熱鋼溶接金属およびそれを備えた溶接継手に関する。 The present invention relates to a ferritic heat-resistant steel weld metal and a welded joint provided with the same.

近年、火力発電では熱効率を高めるために、蒸気条件の高温高圧化が進められている。将来的には650℃、350気圧という超々臨界圧条件での操業が計画されている。フェライト系耐熱鋼は、オーステナイト系耐熱鋼およびNi基耐熱鋼に比べて安価である。フェライト系耐熱鋼はさらに、熱膨張係数が小さいという耐熱鋼としての利点を有する。そのため、フェライト系耐熱鋼は、高温高圧環境において広く利用されている。 In recent years, in thermal power generation, high temperature and high pressure steam conditions have been promoted in order to improve thermal efficiency. In the future, operation under ultra-supercritical pressure conditions of 650°C and 350 atm is planned. The ferritic heat resistant steel is less expensive than the austenitic heat resistant steel and the Ni-based heat resistant steel. The ferritic heat-resistant steel further has an advantage as a heat-resistant steel that the coefficient of thermal expansion is small. Therefore, ferritic heat resistant steel is widely used in high temperature and high pressure environments.

また、フェライト系耐熱鋼は溶接されて、溶接継手として構造物に利用される場合がある。この場合、溶接継手の溶接熱影響部(以下、「HAZ」という)のクリープ強度が低下し得る。そこで、特許文献1〜3では、HAZでのクリープ強度低下を抑制したフェライト系耐熱鋼が提案されている。 Further, the ferritic heat-resistant steel may be welded and used as a welded joint in a structure. In this case, the creep strength of the weld heat affected zone (hereinafter referred to as "HAZ") of the welded joint may be reduced. Therefore, Patent Documents 1 to 3 propose ferritic heat-resisting steels that suppress the decrease in creep strength in HAZ.

特許文献1に開示されたフェライト系耐熱鋼は、Bを0.003〜0.03質量%含有することにより、HAZでの細粒化を抑える。これにより、HAZでのクリープ強度低下が抑制される。特許文献2および3に開示されたフェライト系耐熱鋼は、多量のBを含有するとともに、溶接入熱またはB含有量に応じてC含有量を調整する。これにより、HAZでの強度低下を抑制するとともに、溶接時の液化割れが抑制される。 The ferritic heat-resistant steel disclosed in Patent Document 1 contains 0.003 to 0.03% by mass of B to suppress grain refinement in the HAZ. This suppresses the decrease in creep strength in HAZ. The ferritic heat-resistant steels disclosed in Patent Documents 2 and 3 contain a large amount of B, and the C content is adjusted according to the welding heat input or the B content. This suppresses the strength reduction in the HAZ and suppresses liquefaction cracking during welding.

多量のBを含有するフェライト系耐熱鋼を溶接する場合、一般的に溶接材料を使用する。市販Ni基耐熱合金用溶接材料(例えば、JIS Z 3334(2011)SNi6082)を用いて形成された溶接金属は、高いクリープ強度および靱性を有する。しかしながら、溶接時、特に母材の希釈が大きい初層溶接部では、Bが母材から溶接金属中に流入する。 When welding a ferritic heat resistant steel containing a large amount of B, a welding material is generally used. A weld metal formed using a commercially available welding material for Ni-based heat-resistant alloys (for example, JIS Z 3334 (2011) SNi6082) has high creep strength and toughness. However, during welding, B flows into the weld metal from the base metal, especially in the first layer weld where the base metal is highly diluted.

この場合、凝固割れが発生する場合がある。したがって、Bを含有するフェライト系耐熱鋼を溶接するために使用される溶接材料には、溶接金属での高いクリープ強度および靱性が求められるだけでなく、溶接時における凝固割れの抑制も求められる。 In this case, solidification cracking may occur. Therefore, the welding material used for welding the ferritic heat-resistant steel containing B is required not only to have high creep strength and toughness in the weld metal, but also to suppress solidification cracking during welding.

そこで、特許文献4では、Bを含有するフェライト系耐熱鋼を溶接する場合において、高いクリープ強度および靱性を有する溶接金属を形成できるフェライト系耐熱鋼用溶接材料およびフェライト系耐熱鋼用溶接継手が開示されている。 Therefore, Patent Document 4 discloses a welding material for ferritic heat resistant steel and a welded joint for ferritic heat resistant steel, which can form a weld metal having high creep strength and toughness when welding ferritic heat resistant steel containing B. Has been done.

特開2004−300532号公報JP, 2004-300532, A 特開2010−7094号公報JP, 2010-7094, A 国際公開第2008/149703号International Publication No. 2008/149703 特許第6338028号公報Japanese Patent No. 6338028

特許文献4に記載されるフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いてBを含有するフェライト系耐熱鋼の溶接を行った場合、高いクリープ強度および靱性を有する溶接金属を形成することができる。しかしながら、本発明者らがさらなる検討を行った結果、耐凝固割れ性の点において、さらなる改善の余地が残されていることが分かった。 When the ferritic heat-resistant steel containing B is welded using the welding material for ferritic heat-resistant steel described in Patent Document 4, a weld metal having high creep strength and toughness can be formed. However, as a result of further studies by the present inventors, it was found that there is room for further improvement in terms of solidification crack resistance.

本発明は上記の問題を解決し、高いクリープ強度および靱性に加えて、優れた耐凝固割れ性を有するフェライト系耐熱鋼溶接金属およびそれを備えた溶接継手を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to solve the above problems, and to provide a ferritic heat-resistant steel weld metal having high creep strength and toughness as well as excellent solidification cracking resistance, and a welded joint including the same.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のフェライト系耐熱鋼溶接金属およびフェライト系耐熱鋼溶接継手を要旨とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and has as its gist the following ferritic heat resistant steel weld metal and ferritic heat resistant steel welded joint.

(1)化学組成が、質量%で、
C:0.06〜0.10%、
Si:0.10〜0.40%、
Mn:0.30〜0.70%、
P:0.010%以下、
S:0.003%以下、
Cr:8.5〜9.5%、
Mo:0.01〜1.0%、
Co:2.6〜3.4%、
Ni:0.01〜1.10%、
W:2.5〜3.5%、
Nb:0.02〜0.08%、
Ta:0.02〜0.08%、
V:0.1〜0.3%、
B:0.007〜0.015%、
Al:0.030%以下、
N:0.005〜0.017%、
O:0.020%以下、
Cu:0〜1.0%、
Ti:0〜0.30%、
Ca:0〜0.050%、
Mg:0〜0.050%、
REM:0〜0.10%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記の(i)〜(iii)式を満足する、
フェライト系耐熱鋼溶接金属。
sol.B≧0.005 ・・・(i)
insol.B≦0.0045 ・・・(ii)
(20(C+N)+Cr+4Mo+2W+10(Nb+Ta+V)+500sol.B)/(Mn+Co+Ni)≧4.5 ・・・(iii)
但し、式中の各元素記号は、溶接金属中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、sol.Bは溶接金属中に固溶しているB含有量(質量%)、insol.Bは溶接金属中に析出物として存在しているB含有量(質量%)である。
(1) The chemical composition is mass%,
C: 0.06 to 0.10%,
Si: 0.10 to 0.40%,
Mn: 0.30 to 0.70%,
P: 0.010% or less,
S: 0.003% or less,
Cr: 8.5-9.5%,
Mo: 0.01 to 1.0%,
Co: 2.6-3.4%,
Ni: 0.01-1.10%,
W: 2.5-3.5%,
Nb: 0.02 to 0.08%,
Ta: 0.02 to 0.08%,
V: 0.1 to 0.3%,
B: 0.007 to 0.015%,
Al: 0.030% or less,
N: 0.005-0.017%,
O: 0.020% or less,
Cu: 0 to 1.0%,
Ti: 0 to 0.30%,
Ca: 0 to 0.050%,
Mg: 0 to 0.050%,
REM: 0 to 0.10%,
Balance: Fe and impurities,
Satisfies the following expressions (i) to (iii),
Ferritic heat resistant steel weld metal.
sol. B≧0.005 (i)
insol. B≦0.0045 (ii)
(20(C+N)+Cr+4Mo+2W+10(Nb+Ta+V)+500sol.B)/(Mn+Co+Ni)≧4.5 (iii)
However, each element symbol in the formula represents the content (mass %) of each element contained in the weld metal, and the sol. B is the content (% by mass) of B dissolved in the weld metal, insol. B is the B content (mass %) present as a precipitate in the weld metal.

(2)前記化学組成が、質量%で、
Cu:0.05〜1.0%、
Ti:0.02〜0.30%、
Ca:0.001〜0.050%、
Mg:0.001〜0.050%、および、
REM:0.001〜0.10%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)に記載のフェライト系耐熱鋼溶接金属。
(2) The chemical composition is mass%,
Cu: 0.05-1.0%,
Ti: 0.02 to 0.30%,
Ca: 0.001 to 0.050%,
Mg: 0.001 to 0.050%, and
REM: 0.001 to 0.10%,
Containing one or more selected from,
The ferritic heat-resistant steel weld metal according to (1) above.

(3)上記(1)または(2)に記載のフェライト系耐熱鋼溶接金属と、フェライト系耐熱鋼からなる母材と、を含む、
フェライト系耐熱鋼溶接継手。
(3) Includes the ferritic heat-resistant steel weld metal according to (1) or (2) above, and a base material made of ferritic heat-resistant steel.
Ferritic heat resistant steel welded joint.

(4)前記母材の化学組成が、質量%で、
C:0.04〜0.12%、
Si:0.05〜0.60%、
Mn:0.10〜0.80%、
P:0.020%以下、
S:0.010%以下、
Cr:8.0〜10.0%、
Co:2.0〜4.0%、
Ni:0〜0.4%、
W:2.0〜4.0%、
Nb+Ta:合計で0.02〜0.18%、
V:0.05〜0.40%、
B:0.005〜0.020%、
Al:0.030%以下、
N:0.002〜0.025%、
O:0.020%以下、
Nd:0.01〜0.06%、
残部:Feおよび不純物である、
上記(3)に記載のフェライト系耐熱鋼溶接継手。
(4) The chemical composition of the base material is% by mass,
C: 0.04 to 0.12%,
Si: 0.05-0.60%,
Mn: 0.10 to 0.80%,
P: 0.020% or less,
S: 0.010% or less,
Cr: 8.0 to 10.0%,
Co: 2.0-4.0%,
Ni: 0 to 0.4%,
W: 2.0 to 4.0%,
Nb+Ta: 0.02 to 0.18% in total,
V: 0.05 to 0.40%,
B: 0.005-0.020%,
Al: 0.030% or less,
N: 0.002-0.025%,
O: 0.020% or less,
Nd: 0.01 to 0.06%,
Remainder: Fe and impurities,
The ferritic heat resistant steel welded joint according to (3) above.

本発明によれば、高いクリープ強度および靱性に加えて、優れた耐凝固割れ性を有するフェライト系耐熱鋼溶接金属およびそれを備えた溶接継手を得ることが可能になる。 According to the present invention, it becomes possible to obtain a ferritic heat-resistant steel weld metal having excellent creep resistance and solidification cracking resistance in addition to high creep strength and toughness, and a welded joint provided with the same.

本発明者らが特許文献4に記載される技術をベースとし、耐凝固割れ性をさらに改善する方法について検討を重ねた結果、以下の知見を得るに至った。 Based on the technique described in Patent Document 4, the present inventors have made extensive studies on a method for further improving solidification crack resistance, and as a result, have obtained the following findings.

Bはクリープ強度の向上に不可欠な元素であるが、一方、耐凝固割れ性を悪化させるため、その含有量を適切な範囲に制御する必要がある。 B is an element indispensable for improving the creep strength, but on the other hand, since it deteriorates the solidification crack resistance, its content needs to be controlled within an appropriate range.

また、Bは溶接金属中において、固溶してまたは析出物として存在し得るが、析出物として存在するBは、クリープ強度の向上にほとんど寄与せず、耐凝固割れ性の劣化の原因となるだけである。そのため、クリープ強度と耐凝固割れ性とを両立するためには、Bの析出を極力抑制し、固溶量を確保する必要がある。 Further, B may exist as a solid solution or as a precipitate in the weld metal, but B existing as a precipitate hardly contributes to the improvement of creep strength and causes deterioration of solidification crack resistance. Only. Therefore, in order to achieve both the creep strength and the solidification cracking resistance, it is necessary to suppress the precipitation of B as much as possible and to secure the solid solution amount.

Bの析出を抑制するためには、溶接条件の制御が重要であり、Bが析出しやすい温度域にできる限り保持されないようにする必要がある。 In order to suppress the precipitation of B, it is important to control the welding conditions, and it is necessary to keep the temperature in a temperature range where B is likely to precipitate as much as possible.

本発明は上記知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.

1.溶接金属
本発明に係るフェライト系耐熱鋼溶接金属は以下に示す化学組成を有する。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。
1. Weld Metal The ferritic heat-resistant steel weld metal according to the present invention has the chemical composition shown below. The reasons for limiting each element are as follows. In the following description, “%” regarding the content means “mass %”.

C:0.06〜0.10%
炭素(C)は、溶接金属のδフェライト生成を抑制し、溶接金属の主たる組織をマルテンサイト組織とする。Cはさらに、高温使用時に微細な炭化物(M23炭化物)を生成し、クリープ強度を高める。C含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。一方、C含有量が高すぎると、粗大な炭化物が多量に析出し、溶接金属の靱性が低下する。したがって、C含有量は0.06〜0.10%である。C含有量は0.07%以上であるのが好ましく、0.09%以下であるのが好ましい。
C: 0.06 to 0.10%
Carbon (C) suppresses the formation of δ ferrite in the weld metal, and makes the main structure of the weld metal a martensite structure. C further produces fine carbides (M 23 C 6 carbides) when used at high temperatures, increasing the creep strength. If the C content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the C content is too high, a large amount of coarse carbide is deposited, and the toughness of the weld metal is reduced. Therefore, the C content is 0.06 to 0.10%. The C content is preferably 0.07% or more, and preferably 0.09% or less.

Si:0.10〜0.40%
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する効果を有する。Siはさらに、溶接金属の耐水蒸気酸化特性を高める。Si含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。一方、Si含有量が高すぎると、δフェライトの生成が促進され、溶接金属の靱性が低下するとともに、クリープ延性も低下する。したがって、Si含有量は0.10〜0.40%である。Si含有量は0.25%以上であるのが好ましく、0.35%以下であるのが好ましい。
Si: 0.10 to 0.40%
Silicon (Si) has the effect of deoxidizing steel. Si further enhances the steam oxidation resistance properties of the weld metal. If the Si content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Si content is too high, the formation of δ ferrite is promoted, the toughness of the weld metal is lowered, and the creep ductility is also lowered. Therefore, the Si content is 0.10 to 0.40%. The Si content is preferably 0.25% or more, and preferably 0.35% or less.

Mn:0.30〜0.70%
マンガン(Mn)は、Siと同様に鋼を脱酸する効果を有する。Mnはさらに、溶接金属の組織のマルテンサイト化を促進する。Mn含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎると、溶接金属においてクリープ脆化が発生しやすくなる。したがって、Mn含有量は0.30〜0.70%である。Mn含有量は0.40%以上であるのが好ましく、0.60%以下であるのが好ましい。
Mn: 0.30 to 0.70%
Manganese (Mn) has an effect of deoxidizing steel similarly to Si. Mn further promotes martensitic transformation of the weld metal structure. If the Mn content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, creep embrittlement easily occurs in the weld metal. Therefore, the Mn content is 0.30 to 0.70%. The Mn content is preferably 0.40% or more, and preferably 0.60% or less.

P:0.010%以下
リン(P)は不純物として鋼中に含まれる元素である。Pは溶接金属の靱性を低下する。したがって、P含有量は0.010%以下である。P含有量は0.008%以下であるのが好ましく、なるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストの観点から、P含有量は0.0005%以上であるのが好ましい。
P: 0.010% or less Phosphorus (P) is an element contained in steel as an impurity. P reduces the toughness of the weld metal. Therefore, the P content is 0.010% or less. The P content is preferably 0.008% or less, and is preferably as low as possible. However, from the viewpoint of material cost, the P content is preferably 0.0005% or more.

S:0.003%以下
硫黄(S)は不純物として鋼中に含まれる元素である。SはBを含有する溶接金属中の旧オーステナイト粒界およびラス界面に偏析し、粒界およびラス界面の固着力を低下させ、その結果、溶接金属の靱性を低下させる。したがって、S含有量は0.003%以下である。S含有量は0.002%未満であるのが好ましく、0.0015%未満であるのがより好ましい。S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかし、効果および材料コストの観点から、S含有量は0.0002%以上であるのが好ましい。
S: 0.003% or less Sulfur (S) is an element contained in steel as an impurity. S segregates at the prior austenite grain boundaries and lath interfaces in the weld metal containing B, and reduces the adhesion strength at the grain boundaries and lath interfaces, and as a result, reduces the toughness of the weld metal. Therefore, the S content is 0.003% or less. The S content is preferably less than 0.002%, more preferably less than 0.0015%. It is preferable that the S content is as low as possible. However, the S content is preferably 0.0002% or more from the viewpoint of the effect and the material cost.

Cr:8.5〜9.5%
クロム(Cr)は、溶接金属の耐水蒸気酸化性および耐食性を高める。Crはさらに、高温での使用中に炭化物として析出し、クリープ強度を高める。Cr含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。一方、Cr含有量が高すぎると、炭化物の安定性が低下して、クリープ強度が低下する。Cr含有量が高すぎるとさらに、δフェライトの生成が促進され、靱性が低下する。したがって、Cr含有量は8.5〜9.5%である。Cr含有量は8.7%以上であるのが好ましく、9.3%以下であるのが好ましい。
Cr: 8.5-9.5%
Chromium (Cr) enhances the steam oxidation resistance and corrosion resistance of the weld metal. Cr also precipitates as carbides during use at high temperatures, increasing creep strength. If the Cr content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, the stability of the carbide is reduced and the creep strength is reduced. If the Cr content is too high, the formation of δ ferrite is further promoted, and the toughness is reduced. Therefore, the Cr content is 8.5 to 9.5%. The Cr content is preferably 8.7% or more, and preferably 9.3% or less.

Mo:0.01〜1.0%
モリブデン(Mo)は、マトリックスに固溶して、溶接金属のクリープ強度を高める。Mo含有量が低すぎると、この効果が得られない。一方、Mo含有量が高すぎると、Moが凝固偏析し、後述するWを含有する金属間化合物および炭化物の長時間安定性を低下させる。また、金属間化合物として析出し、溶接金属の靱性が低下する。したがって、Mo含有量は0.01〜1.0%である。Mo含有量は0.1%以上であるのが好ましく、0.5%以下であるのが好ましい。
Mo: 0.01-1.0%
Molybdenum (Mo) forms a solid solution in the matrix and enhances the creep strength of the weld metal. If the Mo content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, when the Mo content is too high, Mo is solidified and segregated, and the long-term stability of the W-containing intermetallic compound and carbide described later is reduced. Further, it precipitates as an intermetallic compound, and the toughness of the weld metal decreases. Therefore, the Mo content is 0.01 to 1.0%. The Mo content is preferably 0.1% or more, and preferably 0.5% or less.

Co:2.6〜3.4%
コバルト(Co)は、δフェライトの生成を抑制し、マルテンサイト組織を得るのに有効である。母材と異なり、溶接金属は調質処理がされないため、上記効果を十分に得るためのCo含有量の下限は2.6%である。一方、Co含有量が高すぎると、かえってクリープ強度が低下し、クリープ延性も低下する。さらに、Coは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Co含有量は2.6〜3.4%である。Co含有量は2.8%以上であるのが好ましく、3.3%以下であるのが好ましい。
Co: 2.6-3.4%
Cobalt (Co) suppresses the formation of δ ferrite and is effective in obtaining a martensite structure. Unlike the base metal, since the weld metal is not heat treated, the lower limit of the Co content is 2.6% in order to sufficiently obtain the above effect. On the other hand, if the Co content is too high, the creep strength is rather reduced and the creep ductility is also reduced. Further, since Co is an expensive element, the material cost is high. Therefore, the Co content is 2.6 to 3.4%. The Co content is preferably 2.8% or more, and preferably 3.3% or less.

Ni:0.01〜1.10%
ニッケル(Ni)は、δフェライトの生成を抑制し、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Niはさらに、溶接金属の靱性を高める。Ni含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。一方、Ni含有量が高すぎると、クリープ延性が低下する。さらに、Niは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ni含有量は0.01〜1.10%である。Ni含有量は0.04%以上であるのが好ましく、1.00%以下であるのが好ましい。
Ni: 0.01-1.10%
Nickel (Ni) is effective in suppressing the formation of δ ferrite and obtaining a martensite structure. Ni further enhances the toughness of the weld metal. If the Ni content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the Ni content is too high, the creep ductility decreases. Further, since Ni is an expensive element, the material cost is high. Therefore, the Ni content is 0.01 to 1.10%. The Ni content is preferably 0.04% or more, and preferably 1.00% or less.

W:2.5〜3.5%
タングステン(W)は、マトリックスに固溶、または、金属間化合物として長時間使用中に析出し、溶接金属の高温でのクリープ強度を高める。W含有量が低すぎると、この効果が得られない。一方、W含有量が高すぎると、多量の析出物が生成する。さらに、δフェライトの生成が促進され、溶接金属の靱性が低下する。したがって、W含有量は2.5〜3.5%である。W含有量は2.7%以上であるのが好ましく、3.3%以下であるのが好ましい。
W: 2.5-3.5%
Tungsten (W) is solid-solved in the matrix or is precipitated as an intermetallic compound during long-term use, and enhances the creep strength of the weld metal at high temperatures. If the W content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the W content is too high, a large amount of precipitates are formed. Furthermore, the formation of δ ferrite is promoted, and the toughness of the weld metal is reduced. Therefore, the W content is 2.5 to 3.5%. The W content is preferably 2.7% or more, and preferably 3.3% or less.

Nb:0.02〜0.08%
ニオブ(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を高める。Nb含有量が低すぎると、この効果が得られない。一方、Nb含有量が高すぎると、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ強度およびクリープ延性が低下する。さらに、δフェライトの生成が促進され、溶接金属の靱性が低下する。したがって、Nb含有量は0.02〜0.08%である。Nb含有量は0.03%以上であるのが好ましく、0.07%以下であるのが好ましい。
Nb: 0.02-0.08%
Niobium (Nb) precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures, increasing the creep strength of the weld metal. If the Nb content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Nb content is too high, a large amount of coarse carbonitride precipitates, and the creep strength and creep ductility decrease. Furthermore, the formation of δ ferrite is promoted, and the toughness of the weld metal is reduced. Therefore, the Nb content is 0.02 to 0.08%. The Nb content is preferably 0.03% or more, and preferably 0.07% or less.

Ta:0.02〜0.08%
タンタル(Ta)はNbと同様に、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を高める。Ta含有量が低すぎると、この効果が得られない。一方、Ta含有量が高すぎると、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ強度およびクリープ延性が低下する。したがって、Ta含有量は0.02〜0.08%である。Ta含有量は0.03%以上であるのが好ましく、0.07%以下であるのが好ましい。
Ta: 0.02 to 0.08%
Tantalum (Ta), like Nb, precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures and enhances the creep strength of the weld metal. If the Ta content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the Ta content is too high, a large amount of coarse carbonitride precipitates, and the creep strength and creep ductility decrease. Therefore, the Ta content is 0.02 to 0.08%. The Ta content is preferably 0.03% or more, and preferably 0.07% or less.

V:0.1〜0.3%
バナジウム(V)はNbおよびTaと同様に、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を高める。V含有量が低すぎると、この効果が得られない。一方、V含有量が高すぎると、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ強度およびクリープ延性が低下する。さらに、δフェライトの生成が促進され、溶接金属の靱性が低下する。したがって、V含有量は0.1〜0.3%である。V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。
V: 0.1-0.3%
Vanadium (V), like Nb and Ta, precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures and enhances the creep strength of the weld metal. If the V content is too low, this effect cannot be obtained. On the other hand, if the V content is too high, a large amount of coarse carbonitride precipitates, and the creep strength and creep ductility decrease. Furthermore, the formation of δ ferrite is promoted, and the toughness of the weld metal is reduced. Therefore, the V content is 0.1 to 0.3%. The V content is preferably 0.15% or more, and preferably 0.25% or less.

B:0.007〜0.015%
ホウ素(B)は、焼入れ性を高め、溶接金属においてマルテンサイト組織を得るのに有効である。Bはさらに、高温での使用中に炭化物を旧オーステナイト境界およびマルテンサイトラス境界に微細分散させ、組織の回復を抑制し、クリープ強度を高める。B含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。一方、B含有量が高すぎると、マルテンサイト変態時にマルテンサイトラスが急激に伸長し、破壊単位が大きくなる。さらに、δフェライトの生成が促進される。そのため、溶接金属の靱性が極度に低下する。したがって、B含有量は0.007〜0.015%である。B含有量は0.009%以上であるのが好ましく、0.012%以下であるのが好ましい。
B: 0.007 to 0.015%
Boron (B) enhances the hardenability and is effective in obtaining a martensitic structure in the weld metal. B further finely disperses the carbides at the prior austenite boundaries and martensite lath boundaries during use at high temperatures, suppressing the recovery of the structure and increasing the creep strength. If the B content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the B content is too high, the martensite lath abruptly extends during the martensitic transformation, and the fracture unit increases. Furthermore, the formation of δ ferrite is promoted. Therefore, the toughness of the weld metal is extremely reduced. Therefore, the B content is 0.007 to 0.015%. The B content is preferably 0.009% or more, and preferably 0.012% or less.

ここで、Bは溶接金属中において、固溶してまたは析出物として存在する。上述のように、Bは固溶して含まれている場合にクリープ強度を高める効果を発揮し、析出物として存在する場合にはその効果は少なく、耐凝固割れ性の劣化の原因となるだけである。そのため、固溶してまたは析出物として存在するBの含有量をそれぞれ、下記(i)および(ii)式を満足するよう制御する必要がある。
sol.B≧0.005 ・・・(i)
insol.B≦0.0045 ・・・(ii)
但し、式中のsol.Bは溶接金属中に固溶しているB含有量(質量%)であり、insol.Bは溶接金属中に析出物として存在しているB含有量(質量%)である。
Here, B exists as a solid solution or as a precipitate in the weld metal. As described above, B exhibits the effect of increasing the creep strength when it is contained as a solid solution, and when it exists as a precipitate, it has little effect and only causes deterioration of solidification crack resistance. Is. Therefore, it is necessary to control the contents of B existing as a solid solution or as a precipitate so as to satisfy the following expressions (i) and (ii), respectively.
sol. B≧0.005 (i)
insol. B≦0.0045 (ii)
However, sol. B is the content (mass %) of B dissolved in the weld metal. B is the B content (mass %) present as a precipitate in the weld metal.

なお、sol.Bおよびinsol.Bは、以下の手順により求める。溶接金属を、10%アセチルアセトン−1%テトラメチルアンモニウムクロライド/メタノールにて20mA/cmの電流値で約0.4g電解する。その後、その電解された溶接金属を含む溶液を0.2μmのフィルターでろ過した後、残渣を硫酸+りん酸+硝酸+過塩素酸の混酸で酸分解する。そして、ICP発光分光分析装置にてBの残渣量を求め、insol.Bとする。また、溶鋼中のB含有量から、insol.Bを差し引くことで、sol.Bとする。 In addition, sol. B and insol. B is obtained by the following procedure. About 0.4 g of the weld metal is electrolyzed with 10% acetylacetone-1% tetramethylammonium chloride/methanol at a current value of 20 mA/cm 2 . After that, the solution containing the electrolyzed weld metal is filtered through a 0.2 μm filter, and the residue is acid-decomposed with a mixed acid of sulfuric acid+phosphoric acid+nitric acid+perchloric acid. Then, the amount of residue of B is obtained by an ICP emission spectroscopic analyzer, and B. In addition, from the B content in the molten steel, insol. By subtracting B, the sol. B.

Al:0.030%以下
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する効果を有する。しかしながら、Al含有量が高すぎると、清浄性が低下し、靱性およびクリープ強度が低下する。したがって、Al含有量は0.030%以下である。Al含有量は0.010%以下であるのが好ましい。製造コストを考慮すると、Al含有量は0.001%以上であるのが好ましい。本明細書において、Al含有量はsol.Al(酸可溶Al)を意味する。
Al: 0.030% or less Aluminum (Al) has an effect of deoxidizing steel. However, if the Al content is too high, the cleanability is deteriorated and the toughness and creep strength are deteriorated. Therefore, the Al content is 0.030% or less. The Al content is preferably 0.010% or less. Considering the manufacturing cost, the Al content is preferably 0.001% or more. In the present specification, the Al content is sol. It means Al (acid-soluble Al).

N:0.005〜0.017%
窒素(N)は、高温での使用中に微細な窒化物として粒内に微細に析出し、クリープ強度を高める。Nはさらに、δフェライトの生成を抑制する。N含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。一方、N含有量が高すぎると、溶接金属の凝固時に粗大な窒化物が晶出し、溶接金属の靱性が低下する。したがって、N含有量は0.005〜0.017%である。N含有量は0.008%以上であるのが好ましく、0.015%以下であるのが好ましい。
N: 0.005-0.017%
Nitrogen (N) finely precipitates in the grains as fine nitrides during use at high temperature, and increases the creep strength. N further suppresses the formation of δ ferrite. If the N content is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the N content is too high, coarse nitrides crystallize out during solidification of the weld metal, and the toughness of the weld metal deteriorates. Therefore, the N content is 0.005 to 0.017%. The N content is preferably 0.008% or more, and preferably 0.015% or less.

O:0.020%以下
酸素(O)は、不純物として鋼中に含まれる元素である。O含有量が高すぎると、靱性が低下する。したがって、Oの含有量は0.020%以下である。O含有量は0.010%以下であるのが好ましい。効果および製造コストを考慮すると、O含有量は0.001%以上であるのが好ましい。
O: 0.020% or less Oxygen (O) is an element contained in steel as an impurity. If the O content is too high, the toughness decreases. Therefore, the content of O is 0.020% or less. The O content is preferably 0.010% or less. Considering the effect and the manufacturing cost, the O content is preferably 0.001% or more.

Cu:0〜1.0%
銅(Cu)は、マルテンサイト組織の生成に有効であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cu含有量が高すぎると、溶接金属のクリープ延性が低下する。したがって、Cu含有量は0〜1.0%である。Cu含有量は0.8%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Cu含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.2%以上であるのがより好ましい。
Cu: 0 to 1.0%
Copper (Cu) is effective in generating a martensite structure, and thus may be contained if necessary. However, if the Cu content is too high, the creep ductility of the weld metal deteriorates. Therefore, the Cu content is 0 to 1.0%. The Cu content is preferably 0.8% or less. To obtain the above effect, the Cu content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.2% or more.

Ti:0〜0.30%
チタン(Ti)は、Nb、TaおよびVと同様に、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を高めるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ti含有量が高すぎると、溶接中に粗大な窒化物として晶出して、または、高温での使用中に粗大な窒化物として多量に析出して、溶接金属の靱性を低下させる。したがって、Ti含有量は0〜0.30%である。上記の効果を得たい場合は、Ti含有量は0.02%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 to 0.30%
Titanium (Ti), like Nb, Ta, and V, precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures and increases the creep strength of the weld metal. Good. However, if the Ti content is too high, it crystallizes as a coarse nitride during welding, or precipitates in large amounts as a coarse nitride during use at high temperatures, which lowers the toughness of the weld metal. Therefore, the Ti content is 0 to 0.30%. In order to obtain the above effect, the Ti content is preferably 0.02% or more, more preferably 0.05% or more.

Ca:0〜0.050%
Mg:0〜0.050%
REM:0〜0.10%
カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、および希土類元素(REM)は、溶接材料製造時の熱間加工性を高めるために用いられるため、金属材料中にも必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、これらの元素の含有量が高すぎると、これらの元素が酸素と結合し、溶接金属の清浄性を低下させる。この場合、溶接金属の熱間加工性を低下させる。したがって、Ca含有量は0〜0.050%であり、Mg含有量は0〜0.050%であり、REM含有量は0〜0.10%である。
Ca: 0 to 0.050%
Mg: 0 to 0.050%
REM: 0 to 0.10%
Calcium (Ca), magnesium (Mg), and rare earth element (REM) are used to enhance hot workability during the production of welding materials, and thus may be contained in the metal material as necessary. However, if the content of these elements is too high, these elements combine with oxygen and deteriorate the cleanliness of the weld metal. In this case, the hot workability of the weld metal is reduced. Therefore, the Ca content is 0 to 0.050%, the Mg content is 0 to 0.050%, and the REM content is 0 to 0.10%.

CaおよびMgの含有量それぞれ0.020%以下であるのが好ましく、REM含有量は0.06%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Ca:0.001以上、Mg:0.001以上、REM:0.001以上から選択される1種以上を含有させることが好ましい。 Each of the Ca and Mg contents is preferably 0.020% or less, and the REM content is preferably 0.06% or less. In order to obtain the above effect, it is preferable to contain one or more selected from Ca: 0.001 or more, Mg: 0.001 or more, and REM: 0.001 or more.

ここで、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、前記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。 Here, REM refers to a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of the REM means the total content of these elements.

さらに、本発明に係る溶接金属の化学組成は、下記(iii)式を満足する必要がある。(iii)式左辺値は、クリープ強度の指標である。(iii)式を満足することによって、十分なクリープ強度を確保することができる。(iii)式左辺値は5.0以上であるのが好ましく、5.5以上であるのがより好ましい。
(20(C+N)+Cr+4Mo+2W+10(Nb+Ta+V)+500sol.B)/(Mn+Co+Ni)≧4.5 ・・・(iii)
但し、式中の各元素記号は、溶接金属中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
Further, the chemical composition of the weld metal according to the present invention needs to satisfy the following formula (iii). The value on the left side of the equation (iii) is an index of creep strength. By satisfying the expression (iii), sufficient creep strength can be secured. The value on the left side of the formula (iii) is preferably 5.0 or more, and more preferably 5.5 or more.
(20(C+N)+Cr+4Mo+2W+10(Nb+Ta+V)+500sol.B)/(Mn+Co+Ni)≧4.5 (iii)
However, each element symbol in the formula represents the content (mass %) of each element contained in the weld metal.

本発明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、鋼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 present invention, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component that is mixed in by raw materials such as ore and scrap when manufacturing steel industrially, and various factors in the manufacturing process, and is allowed within a range that does not adversely affect the present invention. Means something.

2.溶接継手
本発明に係るフェライト系耐熱鋼溶接継手は、上述した溶接金属とフェライト系耐熱鋼からなる母材とを含む。上記母材の化学組成について、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。
2. Welded Joint The ferritic heat resistant steel welded joint according to the present invention includes the above-described weld metal and a base material made of ferritic heat resistant steel. The chemical composition of the base material is not particularly limited, but preferably has the chemical composition shown below.

C:0.04〜0.12%
炭素(C)は、マルテンサイト組織を得るのに有効な元素である。Cはさらに、高温使用時に微細な炭化物を生成し、母材のクリープ強度を高める。C含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、C含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、C含有量が高すぎると、クリープ強度向上の効果が飽和する。したがって、C含有量は0.04〜0.12%である。C含有量は0.06%以上であるのが好ましく、0.10%以下であるのが好ましい。
C: 0.04 to 0.12%
Carbon (C) is an element effective for obtaining a martensite structure. C further produces fine carbides when used at high temperatures, increasing the creep strength of the base material. If the C content is too low, these effects cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the C content is lower than that of the weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the C content is too high, the effect of improving creep strength is saturated. Therefore, the C content is 0.04 to 0.12%. The C content is preferably 0.06% or more, and preferably 0.10% or less.

Si:0.05〜0.60%
シリコン(Si)は、鋼を脱酸する効果を有する。Siはさらに、母材の耐水蒸気酸化特性を高める。Si含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Si含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Si含有量が高すぎると、母材のクリープ延性および靱性が低下する。したがって、Si含有量は0.05〜0.60%である。Si含有量は0.10%以上であるのが好ましく、0.40%以下であるのが好ましい。
Si: 0.05-0.60%
Silicon (Si) has the effect of deoxidizing steel. Si further enhances the steam oxidation resistance of the base material. If the Si content is too low, these effects cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the Si content is lower than that in the case of weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the Si content is too high, the creep ductility and toughness of the base material deteriorate. Therefore, the Si content is 0.05 to 0.60%. The Si content is preferably 0.10% or more, and more preferably 0.40% or less.

Mn:0.10〜0.80%
マンガン(Mn)は、Siと同様に、鋼を脱酸する効果を有する。Mnはさらに、母材の組織のマルテンサイト化を促進する。Mn含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Mn含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Mn含有量が高すぎると、クリープ脆化が発生しやすくなる。したがって、Mn含有量は0.10〜0.80%である。Mn含有量は0.20%以上であるのが好ましく、0.70%以下であるのが好ましい。
Mn: 0.10 to 0.80%
Manganese (Mn) has an effect of deoxidizing steel similarly to Si. Mn further promotes martensite formation of the base metal structure. If the Mn content is too low, these effects cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the Mn content is lower than that in the case of weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the Mn content is too high, creep embrittlement easily occurs. Therefore, the Mn content is 0.10 to 0.80%. The Mn content is preferably 0.20% or more, and preferably 0.70% or less.

P:0.020%以下
リン(P)は、不純物として鋼中に含まれる元素である。P含有量が高すぎると、クリープ延性が低下する。したがって、P含有量は0.020%以下である。P含有量は0.018%以下であるのが好ましく、なるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストの観点から、P含有量は0.0005%以上であるのが好ましい。
P: 0.020% or less Phosphorus (P) is an element contained in steel as an impurity. If the P content is too high, the creep ductility decreases. Therefore, the P content is 0.020% or less. The P content is preferably 0.018% or less, and is preferably as low as possible. However, from the viewpoint of material cost, the P content is preferably 0.0005% or more.

S:0.010%以下
硫黄(S)は、不純物として鋼中に含まれる元素である。S含有量が高すぎると、クリープ延性が低下する。したがって、S含有量は0.010%以下である。S含有量は0.005%以下であるのが好ましく、なるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストの観点から、S含有量は0.0002%以上であるのが好ましい。
S: 0.010% or less Sulfur (S) is an element contained in steel as an impurity. If the S content is too high, the creep ductility decreases. Therefore, the S content is 0.010% or less. The S content is preferably 0.005% or less, and is preferably as low as possible. However, from the viewpoint of material cost, the S content is preferably 0.0002% or more.

Cr:8.0〜10.0%
クロム(Cr)は、母材の高温での耐水蒸気酸化性および耐食性を高める。Crはさらに、高温での使用中に炭化物として析出し、母材のクリープ強度を高める。Cr含有量が低すぎると、これらの効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Cr含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Cr含有量が高すぎると、炭化物の安定性が低下して母材のクリープ強度が低下する。したがって、Cr含有量は8.0〜10.0%である。Cr含有量は8.5%以上であるのが好ましく、9.5%以下であるのが好ましい。
Cr: 8.0-10.0%
Chromium (Cr) enhances steam oxidation resistance and corrosion resistance of the base material at high temperatures. Cr also precipitates as carbides during use at high temperatures, increasing the creep strength of the base material. If the Cr content is too low, these effects cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the Cr content is lower than that in the case of weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, the stability of the carbides decreases and the creep strength of the base material decreases. Therefore, the Cr content is 8.0 to 10.0%. The Cr content is preferably 8.5% or more, and more preferably 9.5% or less.

Co:2.0〜4.0%
コバルト(Co)は、母材の組織をマルテンサイト組織にして、クリープ強度を高めるのに有効である。Co含有量が低すぎると、この効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Co含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Co含有量が高すぎると、母材のクリープ強度およびクリープ延性が低下する。さらに、Coは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Co含有量は2.0〜4.0%である。Co含有量は2.5%以上であるのが好ましく、3.5%以下であるのが好ましい。
Co: 2.0-4.0%
Cobalt (Co) is effective in increasing the creep strength by making the structure of the base material a martensite structure. If the Co content is too low, this effect cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the Co content is lower than that of the weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the Co content is too high, the creep strength and the creep ductility of the base material deteriorate. Further, since Co is an expensive element, the material cost is high. Therefore, the Co content is 2.0 to 4.0%. The Co content is preferably 2.5% or more, and preferably 3.5% or less.

Ni:0〜0.4%
ニッケル(Ni)は、マルテンサイト組織を得るのに有効であるため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ni含有量が高すぎると、上記効果が飽和する。したがって、Ni含有量は0〜0.4%である。Ni含有量は0.2%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合は、Ni含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。
Ni: 0 to 0.4%
Nickel (Ni) is effective for obtaining a martensitic structure, and thus may be contained if necessary. However, if the Ni content is too high, the above effect is saturated. Therefore, the Ni content is 0 to 0.4%. The Ni content is preferably 0.2% or less. In order to obtain the above effects, the Ni content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more.

W:2.0〜4.0%
タングステン(W)は、マトリックスに固溶、または、金属間化合物として長時間使用中に析出し、高温でのクリープ強度を高める。W含有量が低すぎると、この効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、W含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、W含有量が高すぎると、上記効果が飽和する。したがって、W含有量は、W:2.0〜4.0%である。W含有量は2.5%以上であるのが好ましく、3.5%以下であるのが好ましい。
W: 2.0 to 4.0%
Tungsten (W) is solid-dissolved in the matrix or precipitates as an intermetallic compound during long-term use and enhances creep strength at high temperatures. If the W content is too low, this effect cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the W content is lower than that of the weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the W content is too high, the above effect is saturated. Therefore, the W content is W: 2.0 to 4.0%. The W content is preferably 2.5% or more, and preferably 3.5% or less.

Nb+Ta:合計で0.02〜0.18%
ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)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、クリープ強度を高める。Nbおよび/またはTaの含有量が低すぎると、この効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、これらの元素の含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Nbおよび/またはTaの含有量が高すぎると、粗大な炭窒化物が多量に析出して、クリープ強度およびクリープ延性が低下する。したがって、NbおよびTaの合計含有量は0.02〜0.18%である。NbおよびTaの合計含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.12%以下であるのが好ましい。
Nb+Ta: 0.02 to 0.18% in total
Niobium (Nb) and tantalum (Ta) precipitate in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures, increasing creep strength. If the content of Nb and/or Ta is too low, this effect cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the contents of these elements are lower than in the case of weld metal, the above effects can be obtained. On the other hand, when the content of Nb and/or Ta is too high, a large amount of coarse carbonitride precipitates, and the creep strength and creep ductility decrease. Therefore, the total content of Nb and Ta is 0.02 to 0.18%. The total content of Nb and Ta is preferably 0.05% or more, and preferably 0.12% or less.

V:0.05〜0.40%
バナジウム(V)はNbおよびTaと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度を高める。V含有量が低すぎると、この効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、V含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、V含有量が高すぎると、粗大な炭窒化物が多量に析出して、クリープ強度およびクリープ延性が低下する。したがって、V含有量は0.05〜0.40%である。V含有量は0.10%以上であるのが好ましく、0.30%以下であるのが好ましい。
V: 0.05 to 0.40%
Vanadium (V), like Nb and Ta, precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures and enhances creep strength. If the V content is too low, this effect cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the V content is lower than that of the weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the V content is too high, a large amount of coarse carbonitride precipitates, and the creep strength and creep ductility decrease. Therefore, the V content is 0.05 to 0.40%. The V content is preferably 0.10% or more, and preferably 0.30% or less.

B:0.005〜0.020%
ホウ素(B)は、焼入れ性を高め、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Bはさらに、高温での使用中に炭化物を旧オーステナイト境界、マルテンサイトラス境界に微細分散して、組織の回復を抑制し、クリープ強度を高める。B含有量が低すぎると、この効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、B含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、B含有量が高すぎると、靱性が低下する。したがって、B含有量は0.005〜0.020%である。B含有量は0.007%以上であるのが好ましく、0.015%以下であるのが好ましい。
B: 0.005-0.020%
Boron (B) is effective in enhancing the hardenability and obtaining a martensite structure. Further, B finely disperses carbides at the former austenite boundary and the martensite lath boundary during use at a high temperature to suppress the recovery of the structure and enhance the creep strength. If the B content is too low, this effect cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the B content is lower than in the case of weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the B content is too high, the toughness decreases. Therefore, the B content is 0.005 to 0.020%. The B content is preferably 0.007% or more, and more preferably 0.015% or less.

Al:0.030%以下
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸する効果を有する。しかしながら、Al含有量が高すぎると、母材の清浄性が低下して加工性が低下する。Al含有量が高すぎるとさらに、クリープ強度が低下する。したがって、Al含有量は0.030%以下である。Al含有量は0.010%以下であるのが好ましい。製造コストを考慮すると、Al含有量は0.001%以上であるのが好ましい。本明細書において、Al含有量はsol.Al(酸可溶Al)を意味する。
Al: 0.030% or less Aluminum (Al) has an effect of deoxidizing steel. However, if the Al content is too high, the cleanability of the base material is lowered and the workability is lowered. If the Al content is too high, the creep strength further decreases. Therefore, the Al content is 0.030% or less. The Al content is preferably 0.010% or less. Considering the manufacturing cost, the Al content is preferably 0.001% or more. In the present specification, the Al content is sol. It means Al (acid-soluble Al).

N:0.002〜0.025%
窒素(N)は、高温での使用中に微細な窒化物として粒内に微細に析出し、クリープ強度を高める。N含有量が低すぎると、この効果が得られない。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、N含有量は、溶接金属の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、N含有量が高すぎると、窒化物が粗大化して、クリープ延性が低下する。したがって、N含有量は0.002〜0.025%である。N含有量は0.005%以上であるのが好ましく、0.015%以下であるのが好ましい。
N: 0.002-0.025%
Nitrogen (N) finely precipitates in the grains as fine nitrides during use at high temperature, and increases the creep strength. If the N content is too low, this effect cannot be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed in solidification segregation and is used after being heat treated. Therefore, even if the N content is lower than that of the weld metal, the above effect can be obtained. On the other hand, if the N content is too high, the nitride is coarsened and the creep ductility is reduced. Therefore, the N content is 0.002 to 0.025%. The N content is preferably 0.005% or more, and preferably 0.015% or less.

O:0.020%以下
酸素(O)は、不純物として鋼中に含まれる元素である。O含有量が高すぎると、母材の加工性が低下する。したがって、O含有量は0.020%以下である。O含有量は0.010%以下であるのが好ましい。製造コストを考慮すると、O含有量は0.001%以上であるのが好ましい。
O: 0.020% or less Oxygen (O) is an element contained in steel as an impurity. If the O content is too high, the workability of the base material is reduced. Therefore, the O content is 0.020% or less. The O content is preferably 0.010% or less. Considering the manufacturing cost, the O content is preferably 0.001% or more.

Nd:0.01〜0.06%
ネオジム(Nd)は母材のクリープ延性を改善する。Nd含有量が低すぎると、この効果が得られない。溶接中にスラグとして減少する心配のない母材においては、Ndの上記効果を有効に活用できる。一方、Nd含有量が高すぎると、熱間加工性が低下する。したがって、Nd含有量は0.01〜0.06%である。Nd含有量は0.02%以上であるのが好ましく、0.05%以下であるのが好ましい。
Nd: 0.01 to 0.06%
Neodymium (Nd) improves the creep ductility of the base material. If the Nd content is too low, this effect cannot be obtained. The above effect of Nd can be effectively utilized in the base material in which there is no fear of reduction as slag during welding. On the other hand, if the Nd content is too high, the hot workability deteriorates. Therefore, the Nd content is 0.01 to 0.06%. The Nd content is preferably 0.02% or more, and preferably 0.05% or less.

本発明の母材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、鋼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 base material of the present invention, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component that is mixed in by raw materials such as ore and scrap when manufacturing steel industrially, and various factors in the manufacturing process, and is allowed within a range that does not adversely affect the present invention. Means something.

3.溶接継手の製造方法
上述の溶接継手の製造方法は、母材に対してフェライト系耐熱鋼用の溶接材料を用いて溶接する工程(溶接工程)と、溶接後の溶接金属に対して熱処理を実施する工程(熱処理工程)とを備える。以下、各工程について詳述する。
3. Welded joint manufacturing method In the above-mentioned welded joint manufacturing method, the base material is welded using a welding material for ferritic heat-resistant steel (welding step), and the heat treatment is performed on the weld metal after welding. And a step (heat treatment step). Hereinafter, each step will be described in detail.

<溶接工程>
母材に対して溶接材料を用いて溶接を実施して溶接金属を形成する。溶接に用いる溶接材料の化学組成については特に制限はなく、溶接金属の化学組成が上述した組成となるよう選択すればよい。なお、母材として、上記の化学組成を有するフェライト系耐熱鋼を用いる場合には、溶接材料の化学組成は、溶接金属の化学組成で説明した各元素の含有量の範囲内とすればよい。また、母材の形状は特に限定されない。母材は鋼板であってもよいし、鋼管であってもよい。
<Welding process>
Welding is performed on the base material using a welding material to form a weld metal. The chemical composition of the welding material used for welding is not particularly limited and may be selected so that the chemical composition of the weld metal is the above-mentioned composition. When the ferritic heat resistant steel having the above chemical composition is used as the base material, the chemical composition of the welding material may be within the range of the content of each element described in the chemical composition of the weld metal. The shape of the base material is not particularly limited. The base material may be a steel plate or a steel pipe.

溶接方法として、ガスタングステンアーク溶接を採用するのが好ましい。ガスタングステンアーク溶接は、溶接時の酸素の混入が少なく、溶接金属の清浄性の低下が抑制されるためである。ガスタングステンアーク溶接時の溶接条件は次のとおりである。 Gas tungsten arc welding is preferably used as the welding method. This is because gas tungsten arc welding has a small amount of oxygen mixed in during welding and suppresses deterioration of the cleanliness of the weld metal. The welding conditions for gas tungsten arc welding are as follows.

溶接入熱範囲:6〜20kJ/cm
ガスタングステンアーク溶接において、溶接入熱が低すぎると、母材の寸法形状によっては、融合不良が生じやすくなる。溶接入熱が低すぎるとさらに、冷却速度が高くなりすぎて、マルテンサイトラスの成長が促進される。この場合、破壊単位が大きくなり、溶接金属の靱性が低下する。
Welding heat input range: 6 to 20 kJ/cm
In the gas tungsten arc welding, if the welding heat input is too low, defective fusion tends to occur depending on the size and shape of the base material. If the welding heat input is too low, the cooling rate becomes too high, and the growth of martensite lath is promoted. In this case, the fracture unit becomes large and the toughness of the weld metal deteriorates.

一方、溶接入熱が高すぎると、冷却速度が低くBが析出しやすくなり、耐凝固割れ性が低下する。したがって、溶接入熱は6〜20kJ/cmとする。溶接入熱は8kJ/cm以上とするのが好ましく、18kJ/cm以下とするのが好ましい。溶接入熱範囲がこの条件を満たせば、優れた靱性および耐凝固割れ性が得られやすい。 On the other hand, when the welding heat input is too high, the cooling rate is low and B is likely to precipitate, so that the solidification cracking resistance decreases. Therefore, the welding heat input is set to 6 to 20 kJ/cm. The welding heat input is preferably 8 kJ/cm or more, and preferably 18 kJ/cm or less. If the welding heat input range satisfies this condition, excellent toughness and solidification crack resistance are likely to be obtained.

また、Bの析出を抑制するためには、Bが析出しやすい温度域に保持しないことが重要である。溶接のパス間の時間を十分に確保しない場合、溶接金属部の温度が高い状態で保持されることとなり、析出物として存在するBの量が多くなる。そのため、パス間の溶接継手温度を300℃以下とし、十分に冷却させることが好ましい。 Further, in order to suppress the precipitation of B, it is important not to maintain the temperature range where B is likely to precipitate. If the time between welding passes is not sufficiently secured, the temperature of the welded metal part is kept high, and the amount of B existing as a precipitate increases. Therefore, it is preferable that the temperature of the welded joint between the passes is 300° C. or less and the welded joint is sufficiently cooled.

<熱処理工程>
溶接金属を形成した後、溶接金属に対して熱処理を実施する。熱処理により、溶接金属の硬さを低下して靱性を高める。例えば、溶接金属部を含む溶接部に、バンドヒーターおよびインダクションヒーター等の熱処理装置を配置して、熱処理を実施する。または、溶接構造物全体を加熱炉内で加熱する。熱処理における熱処理温度、および、その熱処理温度での保持時間(熱処理時間)は次のとおりである。
<Heat treatment process>
After forming the weld metal, heat treatment is performed on the weld metal. The heat treatment reduces the hardness of the weld metal and increases the toughness. For example, a heat treatment apparatus such as a band heater and an induction heater is arranged at a welded portion including a weld metal portion to perform heat treatment. Alternatively, the entire welded structure is heated in the heating furnace. The heat treatment temperature in the heat treatment and the holding time (heat treatment time) at the heat treatment temperature are as follows.

熱処理温度:740〜780℃
熱処理時間:母材の厚さ25.4mm当たり、0.5〜4.0時間
母材の単位厚さは、溶接施工基準等で規定されることの多い、25.4mm(1インチ)とした。熱処理温度が低すぎる場合、または、母材の単位厚さ当たりの熱処理時間が短すぎる場合、マルテンサイト組織の焼戻しが不十分となり、十分な靱性が得られない。
Heat treatment temperature: 740-780°C
Heat treatment time: 0.5 to 4.0 hours per 25.4 mm thickness of the base metal The unit thickness of the base metal is 25.4 mm (1 inch), which is often specified by welding construction standards and the like. .. If the heat treatment temperature is too low, or if the heat treatment time per unit thickness of the base material is too short, tempering of the martensite structure is insufficient and sufficient toughness cannot be obtained.

一方、熱処理温度が高すぎると、溶接金属の一部がオーステナイト変態温度を超え、靱性が低下する。また、母材の単位厚さあたりの熱処理時間が長すぎると、焼戻しが過剰となりクリープ強度が低下する。したがって、熱処理温度は740〜780℃とし、熱処理時間は母材の厚さ25.4mm当たり0.5〜4.0時間とする。 On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, a part of the weld metal exceeds the austenite transformation temperature, and the toughness decreases. Further, if the heat treatment time per unit thickness of the base material is too long, tempering becomes excessive and the creep strength decreases. Therefore, the heat treatment temperature is 740 to 780° C., and the heat treatment time is 0.5 to 4.0 hours per 25.4 mm of the base material thickness.

ここで、母材の厚さは、母材が鋼板の場合は板厚であり、鋼管の場合は肉厚である。熱処理時間の好ましい下限は、母材の厚さ25.4mm当たり1.0時間であり、好ましい上限は3.0時間である。熱処理温度および熱処理時間がこの条件を満たせば、例えば、溶接金属のクリープ破断時間を3000時間以上とすることができ、かつ、優れた靱性が得られやすい。 Here, the thickness of the base material is the plate thickness when the base material is a steel plate, and the wall thickness when the base material is a steel pipe. The preferable lower limit of the heat treatment time is 1.0 hour per 25.4 mm of the thickness of the base material, and the preferable upper limit is 3.0 hours. When the heat treatment temperature and the heat treatment time satisfy this condition, for example, the creep rupture time of the weld metal can be set to 3000 hours or more, and excellent toughness is easily obtained.

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 more specifically by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1に示す化学組成を有する溶鋼を用いて、インゴットを製造し、その後、熱間鍛造および熱間圧延を実施して鋼板を製造した。鋼板に対して焼入れおよび焼戻しを実施して、板厚12mm、幅50mm、長さ200mmの母材鋼板(以下、単に母材という)を製造した。焼入れでは、鋼板を1100℃で1時間保持した後、空冷した(空冷焼入れ)。焼戻しでは、焼入れ後の鋼板を770℃で1.5時間保持した。 An ingot was manufactured using molten steel having the chemical composition shown in Table 1, and then hot forging and hot rolling were performed to manufacture a steel sheet. By quenching and tempering the steel plate, a base steel plate having a plate thickness of 12 mm, a width of 50 mm and a length of 200 mm (hereinafter simply referred to as a base material) was manufactured. In quenching, the steel sheet was held at 1100° C. for 1 hour and then air-cooled (air-cooled quenching). In the tempering, the steel sheet after quenching was held at 770° C. for 1.5 hours.

Figure 2020104141
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次に、表2に示す化学組成を有する溶鋼を用いてインゴットを製造し、その後、熱間鍛造、熱間圧延および機械加工を施し、直径2.4mmのフィラーワイヤを製造した。製造されたフィラーワイヤを溶接材料とした。 Next, an ingot was manufactured using molten steel having the chemical composition shown in Table 2, and then hot forging, hot rolling and machining were performed to manufacture a filler wire having a diameter of 2.4 mm. The manufactured filler wire was used as the welding material.

Figure 2020104141
Figure 2020104141

上記の母材の長手方向に、角度30°、ルート厚さ1mmのV開先を加工した。一対の母材のV開先同士を突き合わせ、上述の溶接材料を用いて、溶接を実施した。具体的には、シールドガスをArとしたガスタングステンアーク溶接により、溶接材料を開先内に積層溶接して溶接金属を形成し、各溶接継手を製造した(試験No.1〜15)。 A V groove having an angle of 30° and a root thickness of 1 mm was processed in the longitudinal direction of the base material. V-grooves of a pair of base materials were butted against each other, and welding was performed using the above-mentioned welding material. Specifically, the welding material was laminated and welded in the groove to form weld metal by gas tungsten arc welding using Ar as a shielding gas, and each welded joint was manufactured (Test Nos. 1 to 15).

このとき、溶接入熱は、初層溶接の入熱を6kJ/cm、積層溶接の入熱を15kJ/cmとした。また、試験No.11を除いて、パス間の溶接継手温度が300℃以下となるよう管理した。これに対して、試験No.11については、パス間の溶接継手温度が300〜400℃の範囲となった。溶接後の溶接継手に対して、740℃で0.5時間保持した後、空冷した。 At this time, the welding heat input was 6 kJ/cm for the first layer welding and 15 kJ/cm for the laminated welding. In addition, the test No. With the exception of 11, the weld joint temperature between passes was controlled to be 300°C or lower. On the other hand, the test No. For No. 11, the weld joint temperature between passes was in the range of 300 to 400°C. The welded joint after welding was held at 740° C. for 0.5 hour and then air-cooled.

得られた溶接継手の溶接金属について、化学組成の測定を行った。溶接金属の化学組成の測定方法は以下のとおりであった。溶接金属から母材が混入しないように、切粉を採取した。採取した切粉を用いて、誘導結合プラズマ発光分光分析法、高周波燃焼法により分析を行った。溶接金属の化学組成の測定結果を表3に示す。 The chemical composition of the weld metal of the obtained welded joint was measured. The method for measuring the chemical composition of the weld metal was as follows. Chips were collected so that the base metal did not mix from the weld metal. The collected chips were analyzed by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy and high frequency combustion method. Table 3 shows the measurement results of the chemical composition of the weld metal.

Figure 2020104141
Figure 2020104141

上記溶接継手とは別に、表1に示す母材の表面上に、表2に示す溶接材料を用いて、シールドガスをArとしたガスタングステンアーク溶接を用いて、12mm厚さとなるまで多層溶接した。これにより溶接金属を作製した。この時の溶接条件は、上述した条件と同一である。 Separately from the above-mentioned welded joint, multi-layer welding was performed on the surface of the base material shown in Table 1 by using the welding material shown in Table 2 and gas tungsten arc welding using Ar as a shielding gas until the thickness became 12 mm. .. This produced the weld metal. The welding conditions at this time are the same as the above-mentioned conditions.

そして、上記の溶接金属から、それぞれ6mm角、長さ40mmの電解抽出用試験片を採取した。そして、上記試験片を用いて、以下の手順により、sol.Bおよびinsol.Bの測定を行った。まず、10%アセチルアセトン−1%テトラメチルアンモニウムクロライド/メタノールにて20mA/cmの電流値で上記試験片を約0.4g電解した。その後、その電解後の溶液を0.2μmのフィルターでろ過した後、残渣を硫酸+りん酸+硝酸+過塩素酸の混酸で酸分解した。そして、ICP発光分光分析装置にてBの残渣量を求め、insol.Bとした。また、溶鋼中のB含有量から、insol.Bを差し引くことで、sol.Bとした。 Then, 6 mm square and 40 mm long test pieces for electrolytic extraction were collected from the above-mentioned weld metal. Then, using the above test piece, sol. B and insol. B was measured. First, about 0.4 g of the above test piece was electrolyzed with 10% acetylacetone-1% tetramethylammonium chloride/methanol at a current value of 20 mA/cm 2 . Then, the electrolyzed solution was filtered through a 0.2 μm filter, and the residue was acid-decomposed with a mixed acid of sulfuric acid+phosphoric acid+nitric acid+perchloric acid. Then, the amount of residue of B is obtained by an ICP emission spectroscopic analyzer, and It was set to B. In addition, from the B content in the molten steel, insol. By subtracting B, the sol. It was set to B.

次に、上述の溶接継手から、溶接金属が平行部の中央となるように丸棒クリープ破断試験片(継手試験片という)を採取した。さらに、母材の表面上に形成した溶接金属からも、丸棒クリープ破断試験片(溶金試験片という)を採取した。各試験片に対して、母材の目標クリープ破断時間が約3000時間となる650℃、147MPaの試験条件で、クリープ破断試験を実施した。 Next, a round bar creep rupture test piece (referred to as a joint test piece) was sampled from the above-mentioned welded joint so that the weld metal was located at the center of the parallel portion. Further, a round bar creep rupture test piece (referred to as a molten metal test piece) was also taken from the weld metal formed on the surface of the base material. A creep rupture test was performed on each test piece under the test conditions of 650° C. and 147 MPa at which the target creep rupture time of the base material was about 3000 hours.

試験の結果より、下記の評価でクリープ強度判定を行った。継手試験片が母材(HAZ)で破断し、かつ溶金試験片のクリープ破断時間が6000時間以上のものを「良」とした。継手試験片が母材(HAZ)で破断し、かつ溶金試験片のクリープ破断時間が3000時間以上、6000時間未満となるものを「可」とした。継手試験片において溶接金属部分で破断するか、または溶金試験片のクリープ破断時間が3000時間を下回るものを「不合格」とした。 From the test results, the creep strength was judged by the following evaluations. When the joint test piece broke in the base material (HAZ) and the creep rupture time of the molten metal test piece was 6000 hours or more, it was defined as “good”. The case where the joint test piece broke in the base material (HAZ) and the creep rupture time of the molten metal test piece was 3000 hours or more and less than 6000 hours was evaluated as "OK". In the joint test piece, the test piece that broke at the weld metal portion or the creep rupture time of the molten metal test piece of less than 3000 hours was regarded as "fail".

次に、上述の溶接継手の3か所から、観察面が継手の横断面(溶接ビードと垂直な断面)になるように観察用試験片を採取した。採取した観察用試験片を鏡面研磨、ビレラ試薬(ピクリン酸1g、塩酸5ml、エタノール100ml)にて30秒から2分程度腐食した後、光学顕微鏡によって観察し、溶接熱影響部における割れの有無を調査した。3個の試料のすべてで割れが観察されなかった溶接継手を「良」、割れが観察された溶接継手を「不合格」と判断した。 Next, test specimens for observation were sampled from three locations of the above-mentioned welded joint so that the observation surface was the cross-section of the joint (a section perpendicular to the weld bead). The collected test piece for observation was mirror-polished and corroded with Virella reagent (1 g of picric acid, 5 ml of hydrochloric acid, 100 ml of ethanol) for about 30 seconds to 2 minutes, and then observed with an optical microscope to check for cracks in the heat affected zone. investigated. Weld joints in which cracks were not observed in all three samples were judged as “good”, and weld joints in which cracks were observed were judged as “fail”.

さらに、上述の溶接継手から、溶接金属にノッチを加工した、フルサイズのVノッチシャルピー衝撃試験片(ノッチ深さ2mm)を3本採取した。各試験片に対して、0℃にて、JIS Z2242(2005)に準拠したシャルピー衝撃試験を実施した。試験結果に基づいて、次のとおり靱性判定を行った。 Further, three full-size V-notch Charpy impact test pieces (notch depth 2 mm) obtained by processing a notch in the weld metal were taken from the above-mentioned welded joint. A Charpy impact test according to JIS Z2242 (2005) was performed on each test piece at 0°C. Based on the test results, toughness was judged as follows.

3本の試験片のシャルピー衝撃試験における吸収エネルギー値が全て27Jを超えるものを「良」、3本のうち少なくとも1本の吸収エネルギー値が27Jを下回るが、平均値で27Jを満足するものを「可」、3本の平均値が27Jを下回るものを「不合格」とした。 "Good" when all three absorbed energy values in the Charpy impact test exceed 27J, and when at least one of the three absorbed energy values is less than 27J, the average value satisfies 27J. “Fair”, and those in which the average value of the three pieces was less than 27 J were defined as “fail”.

それらの結果を表4にまとめて示す。 The results are summarized in Table 4.

Figure 2020104141
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表3および4を参照して、試験No.1〜7の溶接金属は本発明の規定を全て満足する。そのため、これらの溶接金属は、優れたクリープ強度、耐凝固割れ性および靱性を有することが分かる。得られた溶接継手も十分なクリープ強度および靱性を示した。 With reference to Tables 3 and 4, the test No. The weld metals 1 to 7 all satisfy the requirements of the present invention. Therefore, it can be seen that these weld metals have excellent creep strength, solidification crack resistance and toughness. The obtained welded joint also showed sufficient creep strength and toughness.

一方、試験No.8の溶接金属では、Mo含有量、B含有量およびsol.B含有量が下限値を下回っているため、クリープ破断時間が3000時間未満となり、クリープ強度が不合格となった。試験No.9の溶接金属では、Mo含有量が上限を超えているため、シャルピー衝撃値が27Jを下回り、靱性が不合格となった。 On the other hand, the test No. In the weld metal of No. 8, Mo content, B content and sol. Since the B content was below the lower limit, the creep rupture time was less than 3000 hours and the creep strength was unacceptable. Test No. In the weld metal of No. 9, since the Mo content exceeds the upper limit, the Charpy impact value was below 27 J, and the toughness was unacceptable.

試験No.10および13の溶接金属では、N含有量が上限を超えているため、析出物として含有しているB含有量(insol.B)が高かった。そのため、シャルピー衝撃値が27Jを下回り、靱性が不合格となった。試験No.11の溶接金属は、適切な化学組成を有しているものの、パス間温度が高く、析出物として存在しているB含有量(insol.B)が高いため、シャルピー衝撃値が27Jを下回り、靱性が不合格となった。 Test No. In the weld metals 10 and 13, since the N content exceeds the upper limit, the B content (insol.B) contained as a precipitate was high. Therefore, the Charpy impact value was less than 27 J, and the toughness was unacceptable. Test No. Although the weld metal of No. 11 has an appropriate chemical composition, it has a high inter-pass temperature and a high B content (insol.B) existing as a precipitate, so the Charpy impact value is below 27 J, The toughness was rejected.

試験No.12の溶接金属は各元素の含有量は規定範囲であるものの、(iii)式を満足しなかった。そのため、クリープ破断時間が3000時間を下回り、クリープ強度が不合格となった。試験No.14の溶接金属では、B含有量が下限値未満であったため、固溶しているB含有量(sol.B)も低く、クリープ破断時間が3000時間を下回り、クリープ強度が不合格となった。 Test No. The weld metal No. 12 did not satisfy the formula (iii), although the content of each element was within the specified range. Therefore, the creep rupture time was shorter than 3000 hours, and the creep strength failed. Test No. In the weld metal of No. 14, since the B content was less than the lower limit value, the B content (sol.B) in solid solution was low, the creep rupture time was less than 3000 hours, and the creep strength was unacceptable. ..

試験No.15の溶接金属では、B含有量が上限を超えているため、クリープ強度は良好であったものの、靱性が不合格かつ凝固割れが発生した。 Test No. In the weld metal of No. 15, since the B content exceeded the upper limit, the creep strength was good, but the toughness failed and solidification cracking occurred.

本発明によれば、高いクリープ強度および靱性に加えて、優れた耐凝固割れ性を有するフェライト系耐熱鋼溶接金属およびそれを備えた溶接継手を得ることが可能になる。

According to the present invention, it becomes possible to obtain a ferritic heat-resistant steel weld metal having excellent creep resistance and solidification cracking resistance in addition to high creep strength and toughness, and a welded joint provided with the same.

Claims (4)

化学組成が、質量%で、
C:0.06〜0.10%、
Si:0.10〜0.40%、
Mn:0.30〜0.70%、
P:0.010%以下、
S:0.003%以下、
Cr:8.5〜9.5%、
Mo:0.01〜1.0%、
Co:2.6〜3.4%、
Ni:0.01〜1.10%、
W:2.5〜3.5%、
Nb:0.02〜0.08%、
Ta:0.02〜0.08%、
V:0.1〜0.3%、
B:0.007〜0.015%、
Al:0.030%以下、
N:0.005〜0.017%、
O:0.020%以下、
Cu:0〜1.0%、
Ti:0〜0.30%、
Ca:0〜0.050%、
Mg:0〜0.050%、
REM:0〜0.10%、
残部:Feおよび不純物であり、
下記の(i)〜(iii)式を満足する、
フェライト系耐熱鋼溶接金属。
sol.B≧0.005 ・・・(i)
insol.B≦0.0045 ・・・(ii)
(20(C+N)+Cr+4Mo+2W+10(Nb+Ta+V)+500sol.B)/(Mn+Co+Ni)≧4.5 ・・・(iii)
但し、式中の各元素記号は、溶接金属中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、sol.Bは溶接金属中に固溶しているB含有量(質量%)、insol.Bは溶接金属中に析出物として存在しているB含有量(質量%)である。
The chemical composition is% by mass,
C: 0.06 to 0.10%,
Si: 0.10 to 0.40%,
Mn: 0.30 to 0.70%,
P: 0.010% or less,
S: 0.003% or less,
Cr: 8.5-9.5%,
Mo: 0.01 to 1.0%,
Co: 2.6-3.4%,
Ni: 0.01-1.10%,
W: 2.5-3.5%,
Nb: 0.02 to 0.08%,
Ta: 0.02 to 0.08%,
V: 0.1 to 0.3%,
B: 0.007 to 0.015%,
Al: 0.030% or less,
N: 0.005-0.017%,
O: 0.020% or less,
Cu: 0 to 1.0%,
Ti: 0 to 0.30%,
Ca: 0 to 0.050%,
Mg: 0 to 0.050%,
REM: 0 to 0.10%,
Balance: Fe and impurities,
Satisfies the following expressions (i) to (iii),
Ferritic heat resistant steel weld metal.
sol. B≧0.005 (i)
insol. B≦0.0045 (ii)
(20(C+N)+Cr+4Mo+2W+10(Nb+Ta+V)+500sol.B)/(Mn+Co+Ni)≧4.5 (iii)
However, each element symbol in the formula represents the content (mass %) of each element contained in the weld metal, and the sol. B is the content (% by mass) of B dissolved in the weld metal, insol. B is the B content (mass %) present as a precipitate in the weld metal.
前記化学組成が、質量%で、
Cu:0.05〜1.0%、
Ti:0.02〜0.30%、
Ca:0.001〜0.050%、
Mg:0.001〜0.050%、および、
REM:0.001〜0.10%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1に記載のフェライト系耐熱鋼溶接金属。
The chemical composition is% by mass,
Cu: 0.05-1.0%,
Ti: 0.02 to 0.30%,
Ca: 0.001 to 0.050%,
Mg: 0.001 to 0.050%, and
REM: 0.001 to 0.10%,
Containing one or more selected from,
The ferritic heat resistant steel weld metal according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載のフェライト系耐熱鋼溶接金属と、フェライト系耐熱鋼からなる母材と、を含む、
フェライト系耐熱鋼溶接継手。
The ferritic heat-resistant steel weld metal according to claim 1 or 2, and a base material made of ferritic heat-resistant steel,
Ferritic heat resistant steel welded joint.
前記母材の化学組成が、質量%で、
C:0.04〜0.12%、
Si:0.05〜0.60%、
Mn:0.10〜0.80%、
P:0.020%以下、
S:0.010%以下、
Cr:8.0〜10.0%、
Co:2.0〜4.0%、
Ni:0〜0.4%、
W:2.0〜4.0%、
Nb+Ta:合計で0.02〜0.18%、
V:0.05〜0.40%、
B:0.005〜0.020%、
Al:0.030%以下、
N:0.002〜0.025%、
O:0.020%以下、
Nd:0.01〜0.06%、
残部:Feおよび不純物である、
請求項3に記載のフェライト系耐熱鋼溶接継手。

The chemical composition of the base material is% by mass,
C: 0.04 to 0.12%,
Si: 0.05-0.60%,
Mn: 0.10 to 0.80%,
P: 0.020% or less,
S: 0.010% or less,
Cr: 8.0 to 10.0%,
Co: 2.0-4.0%,
Ni: 0 to 0.4%,
W: 2.0 to 4.0%,
Nb+Ta: 0.02 to 0.18% in total,
V: 0.05 to 0.40%,
B: 0.005-0.020%,
Al: 0.030% or less,
N: 0.002-0.025%,
O: 0.020% or less,
Nd: 0.01 to 0.06%,
Remainder: Fe and impurities,
The ferritic heat resistant steel welded joint according to claim 3.

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