JP2021049571A - Austenitic stainless steel weld joint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手に関する。 The present invention relates to austenitic stainless steel welded joints.
オーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性、高温強度、靭性、および強度等に優れる。そして、オーステナイト系ステンレス鋼においては、上記特性を高めるために、多種類の合金元素が添加される場合がある。 Austenitic stainless steel is excellent in corrosion resistance, high temperature strength, toughness, strength and the like. In the austenitic stainless steel, many kinds of alloying elements may be added in order to enhance the above characteristics.
例えば、特許文献１には、Ｃｕ、Ｎｂ、およびＮを含有し、高温強度と延性とに優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an austenitic stainless steel containing Cu, Nb, and N and having excellent high-temperature strength and ductility.
しかしながら、上述のような合金元素が添加されたオーステナイト系ステンレス鋼を溶接する場合、使用環境において高温保持されると、熱影響部で割れが生じやすくなるという課題がある。このような割れは、応力緩和割れと呼ばれる割れである。また、応力緩和割れは、溶接時に溶融金属が凝固収縮すること等で生じる溶接残留応力に起因するとされる。 However, when welding austenitic stainless steel to which the above-mentioned alloying element is added, there is a problem that cracks are likely to occur in the heat-affected zone if the austenitic stainless steel is kept at a high temperature in the use environment. Such cracks are cracks called stress relaxation cracks. Further, stress relaxation cracks are said to be caused by welding residual stress caused by solidification and shrinkage of molten metal during welding.
溶接残留応力を除去するために、溶接後、熱処理を行うことが有効である。その一方、オーステナイト系ステンレス鋼においては、通常、溶接後の熱処理を行わないことが多い。これは、熱処理を行った場合、耐食性の低下を招く鋭敏化、またはσ相が析出することによる脆化が生じ、材料特性を損なうからである。 In order to remove the welding residual stress, it is effective to perform heat treatment after welding. On the other hand, in austenitic stainless steels, heat treatment after welding is usually not performed in many cases. This is because when the heat treatment is performed, sensitization that lowers the corrosion resistance or embrittlement due to the precipitation of the σ phase occurs, and the material properties are impaired.
以上を踏まえ、本発明は、溶接後に熱処理しないことを前提とし、応力緩和割れを抑制し得る、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手を提供することを目的とする。 Based on the above, it is an object of the present invention to provide an austenitic stainless steel welded joint capable of suppressing stress relaxation cracks on the premise that heat treatment is not performed after welding.
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、下記のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and the following austenitic stainless steel welded joints are the gist of the present invention.
（１）一方向に延びる裏波ビードが形成された溶接継手であって、
前記溶接継手は母材と溶接金属とを有し、
前記母材はオーステナイト系ステンレス鋼からなり、熱影響部を含み、
前記母材の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１２％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：３５．０〜５０．０％、
Ｃｒ：２０．０〜２８．０％、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｗ：４．０〜１０．０％、
Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、
Ｎｂ：０．０１〜１．００％、
Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、
Ｎ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．０００５〜０．０４０％、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
ＲＥＭ：０〜０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
前記一方向に垂直な断面において、前記裏波ビードの止端部における接線と、前記母材表面の延長線とがなす角のうち、前記母材側の角度を裏波開き角度とした場合に、
前記裏波開き角度と前記熱影響部の平均粒度番号との関係が、下記（ｉ）式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。
Ｄ×Ｇ≧５００ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各記号は以下により定義される。
Ｄ：裏波開き角度（°）
Ｇ：熱影響部の平均粒度番号
(1) A welded joint in which a back wave bead extending in one direction is formed.
The welded joint has a base material and a weld metal, and has
The base material is made of austenitic stainless steel and contains a heat-affected zone.
The chemical composition of the base material is mass%.
C: 0.03 to 0.12%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.040% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 35.0-50.0%,
Cr: 20.0 to 28.0%,
Mo: 0.50% or less,
W: 4.0 to 10.0%,
Ti: 0.01-0.30%,
Nb: 0.01 to 1.00%,
B: 0.0005 to 0.0100%,
N: 0.02% or less,
Al: 0.0005 to 0.040%,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0-0.020%,
REM: 0-0.06%,
Remaining: Fe and impurities,
When the angle on the base material side of the angle formed by the tangent line at the toe of the back wave bead and the extension line on the surface of the base material is defined as the back wave opening angle in the cross section perpendicular to one direction. ,
An austenitic stainless steel welded joint in which the relationship between the back wave opening angle and the average particle size number of the heat-affected zone satisfies the following equation (i).
D × G ≧ 500 ・ ・ ・ (i)
However, each symbol in the above equation (i) is defined by the following.
D: Back wave opening angle (°)
G: Average particle size number of heat-affected zone
（２）前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．０００５〜０．０２０％、
Ｍｇ：０．０００５％〜０．０２０％、および
ＲＥＭ：０．０００３％〜０．０６％、
から選択される一種以上を含有する、上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。
(2) The chemical composition of the base material is mass%.
Ca: 0.0005 to 0.020%,
Mg: 0.0005% to 0.020%, and REM: 0.0003% to 0.06%,
The austenitic stainless steel welded joint according to (1) above, which contains one or more selected from the above.
（３）前記溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１４％、
Ｓｉ：０．５０％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：４０．０〜４８．０％、
Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｗ：６．０〜９．１％、
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｎ：０．０００５〜０．０２％、
Ａｌ：０．０４０％以下、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
ＲＥＭ：０〜０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物である、上記（１）または（２）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。
(3) The chemical composition of the weld metal is mass%.
C: 0.04 to 0.14%,
Si: 0.50% or less,
Mn: 1.5% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 40.0-48.0%,
Cr: 20.0 to 25.0%,
Mo: 0.50% or less,
W: 6.0-9.1%,
Ti: 0.01 to 0.20%,
Nb: 0.01 to 0.50%,
B: 0.0100% or less,
N: 0.0005-0.02%,
Al: 0.040% or less,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0-0.020%,
REM: 0-0.06%,
Remaining: The austenitic stainless steel welded joint according to (1) or (2) above, which is Fe and impurities.
本発明によれば、応力緩和割れを抑制しうる、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an austenitic stainless steel welded joint capable of suppressing stress relaxation cracking.
本発明は上記の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．溶接継手
本発明に係る溶接継手は、一方向に延びる裏波ビードが形成された溶接継手である。溶接継手は、母材と溶接金属とを有する。また、母材はオーステナイト系ステンレス鋼からなり、熱影響部を含む。
1. 1. Welded joint The welded joint according to the present invention is a welded joint in which a back wave bead extending in one direction is formed. The welded joint has a base metal and a weld metal. The base material is made of austenitic stainless steel and includes a heat-affected zone.
１−１．母材の化学組成
溶接継手母材の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。
1-1. Chemical composition of base metal The reasons for limiting each element of the welded joint base metal are as follows. In the following description, "%" for the content means "mass%".
Ｃ：０．０３〜０．１２％
Ｃは、オーステナイト相を安定にする効果を有する。また、Ｎとともに微細な粒内炭窒化物を形成し、高温強度の向上に寄与する。このため、Ｃ含有量は、０．０３％以上とする。Ｃ含有量は、０．０４％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。
C: 0.03 to 0.12%
C has the effect of stabilizing the austenite phase. In addition, it forms fine intragranular carbonitrides together with N, which contributes to the improvement of high temperature strength. Therefore, the C content is set to 0.03% or more. The C content is preferably 0.04% or more, and more preferably 0.05% or more.
しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、特に０．１２％を超えると、高温での使用中に多量の微細炭窒化物が粒内に析出する。この結果、粒界面へ応力集中を生じさせ、割れを引き起こしやすくする。加えて、粒界近傍にＣｒ欠乏層を生じさせ、耐食性の低下を招く場合がある。このため、Ｃ含有量は０．１２％以下とする。Ｃ含有量は、０．１１％以下とするのが好ましく、０．１０％以下とするのがより好ましい。 However, when C is excessively contained, especially when it exceeds 0.12%, a large amount of fine carbonitride is precipitated in the grains during use at a high temperature. As a result, stress concentration is generated at the grain interface, and cracks are likely to occur. In addition, a Cr-deficient layer may be formed near the grain boundaries, resulting in a decrease in corrosion resistance. Therefore, the C content is set to 0.12% or less. The C content is preferably 0.11% or less, and more preferably 0.10% or less.
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、脱酸作用を有し、鋼の清浄性を向上させる効果を有する。また、Ｓｉは、高温での耐食性、および耐酸化性の向上に有効である。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると、オーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度および靱性の低下を招く。このため、Ｓｉ含有量は１．０％以下とする。Ｓｉ含有量は、０．８％以下とするのが好ましく、０．６％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｉ含有量は０．０３％以上とするのが好ましい。
Si: 1.0% or less Si has a deoxidizing action and has an effect of improving the cleanliness of steel. Further, Si is effective in improving corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures. However, if the Si content exceeds 1.0%, the stability of the austenite phase is reduced, resulting in a decrease in creep strength and toughness. Therefore, the Si content is set to 1.0% or less. The Si content is preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Si content is preferably 0.03% or more.
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸作用を有し、鋼の清浄性を向上させる効果を有する。また、Ｍｎは、オーステナイト相の安定化にも寄与する。さらに、溶接時にＳを固定化して、応力緩和割れを抑制する効果も有する。しかしながら、Ｍｎ含有量が２．０％を超えると、脆化を招き、クリープ延性および靱性の低下を招く。このため、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする。Ｍｎ含有量は１．５％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｍｎ含有量は０．０５％以上とするのが好ましい。
Mn: 2.0% or less Mn has a deoxidizing action and has an effect of improving the cleanliness of steel, similarly to Si. Mn also contributes to the stabilization of the austenite phase. Further, it also has an effect of immobilizing S at the time of welding to suppress stress relaxation cracks. However, if the Mn content exceeds 2.0%, embrittlement will occur, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the Mn content is set to 2.0% or less. The Mn content is preferably 1.5% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Mn content is preferably 0.05% or more.
Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは不純物として、鋼中に含有され、熱間加工性および靭性を低下させる。また、溶接時に液化割れを引き起こす場合がある。このため、Ｐ含有量は０．０４０％以下とする。Ｐ含有量は極力低減することが好ましいが、極端なＰの低減は、製造コストの増加に繋がる。このため、Ｐ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。
P: 0.040% or less P is contained in steel as an impurity and reduces hot workability and toughness. In addition, it may cause liquefaction cracking during welding. Therefore, the P content is set to 0.040% or less. It is preferable to reduce the P content as much as possible, but an extreme reduction in P leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the P content is preferably 0.001% or more.
Ｓ：０．００２％以下
Ｓは不純物として、鋼中に含有され、熱間加工性およびクリープ延性を低下させる。また、Ｓは、応力緩和割れを生じやすくする。このため、Ｓ含有量は０．００２％以下とする。Ｓ含有量は極力低減することが好ましいが、極端なＳの低減は、製造コストの増加に繋がる。このため、Ｓ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。
S: 0.002% or less S is contained in steel as an impurity and reduces hot workability and creep ductility. Further, S makes it easy for stress relaxation cracks to occur. Therefore, the S content is set to 0.002% or less. It is preferable to reduce the S content as much as possible, but an extreme reduction in S leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the S content is preferably 0.0002% or more.
Ｎｉ：３５．０〜５０．０％
Ｎｉはオーステナイトを安定化させ、クリープ強度を高める。このため、Ｎｉ含有量は、３５．０％以上とする。Ｎｉ含有量は、３８．０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎｉを、過剰に含有させると、上記効果が飽和し、製造コストも高くなる。このため、Ｎｉ含有量は５０．０％以下とする。Ｎｉ含有量は、４８．０％以下とするのが好ましい。
Ni: 35.0-50.0%
Ni stabilizes austenite and increases creep strength. Therefore, the Ni content is set to 35.0% or more. The Ni content is preferably 38.0% or more. However, if Ni is contained in an excessive amount, the above effect is saturated and the production cost is increased. Therefore, the Ni content is set to 50.0% or less. The Ni content is preferably 48.0% or less.
Ｃｒ：２０．０〜２８．０％
Ｃｒは、鋼の耐食性を向上させる効果を有する。このため、Ｃｒ含有量は２０．０％以上とする。Ｃｒ含有量は２１.０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｃｒを、過剰に含有させると、クリープ強度および靭性が低下する。このため、Ｃｒ含有量は２８．０％以下とする。Ｃｒ含有量は２７．０％以下とするのが好ましい。
Cr: 20.0 to 28.0%
Cr has the effect of improving the corrosion resistance of steel. Therefore, the Cr content is set to 20.0% or more. The Cr content is preferably 21.0% or more. However, excessive Cr content reduces creep strength and toughness. Therefore, the Cr content is set to 28.0% or less. The Cr content is preferably 27.0% or less.
Ｍｏ：０．５０％以下
Ｍｏは、６００〜７００℃での使用環境において、粒界に炭化物が生成するのを抑制する効果を有する。さらに、粒界強度を高め、クリープ強度を高める効果も有する。しかしながら、Ｍｏを、過剰に含有させると、オーステナイト相の安定性を低下させる。このため、Ｍｏ含有量は０．５０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｍｏ含有量は０．０１％以上とするのが好ましい。
Mo: 0.50% or less Mo has an effect of suppressing the formation of carbides at the grain boundaries in a usage environment at 600 to 700 ° C. Furthermore, it also has the effect of increasing the grain boundary strength and increasing the creep strength. However, excessive inclusion of Mo reduces the stability of the austenite phase. Therefore, the Mo content is set to 0.50% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Mo content is preferably 0.01% or more.
Ｗ：４．０〜１０．０％
Ｗは、母相に固溶して高温でのクリープ強度および引張強さの向上に大きく寄与する。このため、Ｗ含有量は４．０％以上とする。Ｗ含有量は５．０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｗを過剰に含有させても、その効果は飽和するか、却ってクリープ強度を低下させる場合がある。さらに、Ｗは高価な元素であるため、Ｗの過剰の含有はコストの増大を招く。このため、Ｗ含有量は１０．０％以下とする。Ｗ含有量は９．０％以下とするのが好ましい。
W: 4.0 to 10.0%
W dissolves in the matrix phase and greatly contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. Therefore, the W content is set to 4.0% or more. The W content is preferably 5.0% or more. However, even if W is contained in an excessive amount, the effect may be saturated or the creep strength may be lowered. Further, since W is an expensive element, excessive inclusion of W causes an increase in cost. Therefore, the W content is set to 10.0% or less. The W content is preferably 9.0% or less.
Ｔｉ：０．０１〜０．３０％
Ｔｉは、Ｎｂと同様、微細な炭窒化物を形成して、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する。このため、Ｔｉ含有量は０．０１％以上とする。Ｔｉ含有量は０．０５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｔｉ含有量が過剰になると、Ｎｂと同様に使用初期に多量に析出し、靭性の低下を招く。このため、Ｔｉ含有量は０．３０％以下とする。Ｔｉ含有量は０．２５％以下とするのが好ましい。
Ti: 0.01 to 0.30%
Like Nb, Ti forms fine carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. Therefore, the Ti content is set to 0.01% or more. The Ti content is preferably 0.05% or more. However, when the Ti content becomes excessive, a large amount of precipitation occurs at the initial stage of use as in Nb, which causes a decrease in toughness. Therefore, the Ti content is set to 0.30% or less. The Ti content is preferably 0.25% or less.
Ｎｂ：０．０１〜１．００％
Ｎｂは、６００〜７００℃の高温使用環境下において、Ｃと結合して炭窒化物を形成し、クリープ強度を高める効果を有する。このため、Ｎｂ含有量は０．０１％以上とする。Ｎｂ含有量は０．０５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎｂを、過剰に含有させると、δフェライトが生成する。この結果、鋼のクリープ強度、靭性、および溶接性を低下させる。このため、Ｎｂ含有量は１．００％以下とする。Ｎｂ含有量は０．９０％以下とするのが好ましい。
Nb: 0.01 to 1.00%
Nb has an effect of increasing creep strength by combining with C to form a carbonitride in a high temperature use environment of 600 to 700 ° C. Therefore, the Nb content is set to 0.01% or more. The Nb content is preferably 0.05% or more. However, if Nb is contained in excess, δ ferrite is formed. As a result, the creep strength, toughness, and weldability of the steel are reduced. Therefore, the Nb content is set to 1.00% or less. The Nb content is preferably 0.90% or less.
Ｂ：０．０００５〜０．０１００％
Ｂは、６００〜７００℃での高温使用環境下において、粒界に偏析し、粒界強度を高める効果を有する。その結果、クリープ延性を高める。このため、Ｂ含有量は０．０００５％以上とする。Ｂ含有量は０．００１０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、溶接性および高温での熱間加工性が低下する。このため、Ｂ含有量は０．０１００％以下とする。Ｂ含有量は０．００６０％以下とするのが好ましい。
B: 0.0005 to 0.0100%
B has the effect of segregating at the grain boundaries and increasing the grain boundary strength in a high temperature use environment at 600 to 700 ° C. As a result, creep ductility is increased. Therefore, the B content is set to 0.0005% or more. The B content is preferably 0.0010% or more. However, if B is contained in an excessive amount, the weldability and the hot workability at a high temperature are deteriorated. Therefore, the B content is set to 0.0100% or less. The B content is preferably 0.0060% or less.
Ｎ：０．０２％以下
Ｎは母相に固溶することでオーステナイトを安定化させる、または粒内に微細な炭窒化物を形成することで、クリープ強度を高める効果を有する。しかしながら、Ｎを、過剰に含有させると、粒界でＣｒ窒化物が形成され、溶接熱影響部での耐食性が低下する場合がある。また、加工性が低下する場合もある。このため、Ｎ含有量は０．０２％以下とする。一方、Ｎの過剰な低減は、製造コストを増加させるため、Ｎ含有量は０．０１５％以上とするのが好ましい。
N: 0.02% or less N has the effect of increasing creep strength by stabilizing austenite by dissolving in the matrix phase or by forming fine carbonitrides in the grains. However, if N is excessively contained, Cr nitride is formed at the grain boundaries, and the corrosion resistance at the weld heat affected zone may decrease. In addition, workability may be reduced. Therefore, the N content is set to 0.02% or less. On the other hand, since excessive reduction of N increases the manufacturing cost, the N content is preferably 0.015% or more.
Ａｌ：０．０００５〜０．０４０％
Ａｌは脱酸作用を有し、鋼の清浄性を向上させる効果を有する。このため、Ａｌ含有量は０．０００５％以上とする。Ａｌ含有量は、０．００１０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、却って鋼の清浄性が低下する。また、鋼の加工性および延性も低下する。このため、Ａｌ含有量は０．０４０％以下とする。Ａｌ含有量は０．０３０％以下とするのが好ましい。
Al: 0.0005 to 0.040%
Al has a deoxidizing action and has an effect of improving the cleanliness of steel. Therefore, the Al content is set to 0.0005% or more. The Al content is preferably 0.0010% or more. However, if Al is excessively contained, the cleanliness of the steel is rather lowered. It also reduces the workability and ductility of steel. Therefore, the Al content is set to 0.040% or less. The Al content is preferably 0.030% or less.
Ｏ：０．０２０％以下
Ｏは、不純物として鋼中に含有され、鋼の清浄性、ならびに熱間加工性および靭性といった機械的特性を低下させる。このため、Ｏ含有量は０．０２０％以下とする。Ｏ含有量は極力低減するのが好ましいが、極端なＯの低減は、製造コストの増加に繋がる。このため、Ｏ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。
O: 0.020% or less O is contained in the steel as an impurity and deteriorates the cleanliness of the steel and the mechanical properties such as hot workability and toughness. Therefore, the O content is set to 0.020% or less. It is preferable to reduce the O content as much as possible, but an extreme reduction in O leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the O content is preferably 0.001% or more.
Ｃａ：０〜０．０２０％
Ｃａは、ＯおよびＳを介在物として固定することで、鋼の熱間加工性とクリープ延性とを高める効果を有する。このため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、Ｃａを過剰に含有させると、鋼の熱間加工性およびクリープ延性を低下させる。このため、Ｃａ含有量は０．０２０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましい。
Ca: 0-0.020%
Ca has the effect of enhancing the hot workability and creep ductility of steel by fixing O and S as inclusions. Therefore, it may be contained if necessary. However, excessive Ca content reduces the hot workability and creep ductility of steel. Therefore, the Ca content is set to 0.020% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Ca content is preferably 0.0005% or more.
Ｍｇ：０〜０．０２０％
Ｍｇは、ＯおよびＳを介在物として固定することで、鋼の熱間加工性とクリープ延性とを高める効果を有する。このため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に含有させると、鋼の熱間加工性およびクリープ延性を却って低下させる。このため、Ｍｇ含有量は０．０２０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましい。
Mg: 0 to 0.020%
Mg has the effect of enhancing the hot workability and creep ductility of steel by fixing O and S as inclusions. Therefore, it may be contained if necessary. However, if Mg is excessively contained, the hot workability and creep ductility of the steel are rather lowered. Therefore, the Mg content is set to 0.020% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the Mg content is preferably 0.0005% or more.
ＲＥＭ：０〜０．０６％
ＲＥＭは、ＯおよびＳを介在物として固定することで、鋼の熱間加工性とクリープ延性とを高める効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有させると、鋼の熱間加工性およびクリープ延性を低下させる。このため、ＲＥＭ含有量は０．０６％以下とする。一方、上記効果を得るためには、ＲＥＭ含有量は０．０００３％以上とするのが好ましい。
REM: 0-0.06%
REM has the effect of enhancing the hot workability and creep ductility of steel by fixing O and S as inclusions. Therefore, it may be contained as needed. However, excessive REM content reduces the hot workability and creep ductility of the steel. Therefore, the REM content is set to 0.06% or less. On the other hand, in order to obtain the above effect, the REM content is preferably 0.0003% or more.
ここで、本発明において、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、上記ＲＥＭ含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。 Here, in the present invention, REM refers to a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the REM content means the total content of these elements. REM is industrially added in the form of misch metal.
本発明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 present invention, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component mixed with raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process when steel is industrially manufactured, and is allowed as long as it does not adversely affect the present invention. Means something.
１−２．裏波開き角度および熱影響部の平均粒度番号
本発明に係る溶接継手は、後述する、裏波開き角度と、熱影響部の平均粒度番号との関係を規定する。具体的には、裏波開き角度と熱影響部の平均粒度番号との関係が、下記（ｉ）式を満足する。
Ｄ×Ｇ≧５００ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各記号は以下により定義される。
Ｄ：裏波開き角度（°）
Ｇ：熱影響部の平均粒度番号
1-2. Back wave opening angle and average particle size number of heat-affected zone The welded joint according to the present invention defines the relationship between the back wave opening angle and the average particle size number of the heat-affected zone, which will be described later. Specifically, the relationship between the back wave opening angle and the average particle size number of the heat-affected zone satisfies the following equation (i).
D × G ≧ 500 ・ ・ ・ (i)
However, each symbol in the above equation (i) is defined by the following.
D: Back wave opening angle (°)
G: Average particle size number of heat-affected zone
裏波開き角度について、図１および２を用いて説明する。図１は、溶接部の形状を模式的に示した図であり、裏波ビードが延びる方向に垂直な断面図である。なお、図１においては、図面が煩雑になることを避けるため、ハッチングは付していない。また、図２は裏波ビードの形状を説明するための模式図である。図１および２に示すように、裏波開き角度は、裏波ビード３の止端部８における接線４と、母材表面の延長線５とがなす角のうち、母材側の角度６である。ここで、図２に示すように裏波ビード３の止端部８における接線４と、母材表面の延長線５とがなす角は、母材側の角度６と、溶接金属２側の角度７との二つがある。本発明においては、母材側の角度６を裏波開き角度とする。
The back wave opening angle will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram schematically showing the shape of the welded portion, and is a cross-sectional view perpendicular to the direction in which the back wave bead extends. Note that in FIG. 1, hatching is not provided in order to avoid complicating the drawings. Further, FIG. 2 is a schematic view for explaining the shape of the back wave bead. As shown in FIGS. 1 and 2, the back wave opening angle is the
裏波ビードの止端部８は、左右両端にあるため、止端部８における接線４は、２本引くことができるが、本発明においては、止端部８における接線４とは、当該接線４により形成される裏波開き角度が小さくなる方の接線のことをいう。
Since the toe ends 8 of the back wave bead are located at both left and right ends, two
なお、母材の厚さは３〜５０ｍｍの範囲とするのが好ましい。開先形状は、特に限定されないが、裏波ビードを出しやすい開先形状が望ましい。このような開先形状の一例としては、Ｖ形開先、逆台形、Ｕ形などの開先形状が例示される。 The thickness of the base metal is preferably in the range of 3 to 50 mm. The groove shape is not particularly limited, but a groove shape that easily produces a back wave bead is desirable. As an example of such a groove shape, a groove shape such as a V-shaped groove, an inverted trapezoid, or a U-shape is exemplified.
熱影響部の平均粒度番号について説明する。熱影響部とは、溶接時の入熱により金属組織が変化する部分のことをいう。熱影響部は、腐食液等によりエッチングを行い、組織観察により確認することができる。そして、組織観察により特定した熱影響部の平均粒度番号を算出する。平均粒度番号は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１：２０１３に準拠し、測定を行い、具体的には、切断法を用いる。 The average particle size number of the heat-affected zone will be described. The heat-affected zone is a part where the metal structure changes due to heat input during welding. The heat-affected zone can be confirmed by observing the structure after etching with a corrosive liquid or the like. Then, the average particle size number of the heat-affected zone identified by the structure observation is calculated. The average particle size number shall be measured in accordance with JIS G 0551: 2013, and specifically, the cutting method shall be used.
上記（ｉ）式左辺値が５００未満であると、応力緩和割れが発生しやすくなる。このため、上記（ｉ）式左辺値は５００以上とし、５５０以上であるのが好ましい。なお、（ｉ）式左辺値の上限は、限定されないが、通常１０００以下となると考えられる。 When the lvalue of the above equation (i) is less than 500, stress relaxation cracks are likely to occur. Therefore, the lvalue of the above equation (i) is preferably 500 or more, and preferably 550 or more. The upper limit of the rvalue in Eq. (I) is not limited, but is usually considered to be 1000 or less.
２．溶接金属の化学組成
本発明に係る溶接継手において、溶接金属の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１４％、
Ｓｉ：０．５０％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：４０．０〜４８．０％、
Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｗ：６．０〜９．１％、
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｎ：０．０００５〜０．０２％、
Ａｌ：０．０４０％以下、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
ＲＥＭ：０〜０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物であるのが好ましい。
2. Chemical Composition of Welding Metal In the welded joint according to the present invention, the chemical composition of the welding metal is mass%.
C: 0.04 to 0.14%,
Si: 0.50% or less,
Mn: 1.5% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 40.0-48.0%,
Cr: 20.0 to 25.0%,
Mo: 0.50% or less,
W: 6.0-9.1%,
Ti: 0.01 to 0.20%,
Nb: 0.01 to 0.50%,
B: 0.0100% or less,
N: 0.0005-0.02%,
Al: 0.040% or less,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0-0.020%,
REM: 0-0.06%,
Remaining: Fe and impurities are preferred.
上記のうちでも、Ｃ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、０．１３％以下とするのが好ましい。Ｓｉ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、０．４０％以下とするのが好ましい。Ｍｎ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、１．４０％以下とするのが好ましい。Ｐ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましく、０．０１５％以下とするのが好ましい。Ｓ含有量は０．０００２％以上とするのが好ましく、０．００１５％以下とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は４１．０％以上とするのが好ましく、４７．００％以下とするのが好ましい。Ｃｒ含有量は２１．０％以上とするのが好ましく、２４．０％以下とするのが好ましい。Ｍｏ含有量は０．００１％以上とするのが好ましく、０．４０％以下とするのが好ましい。Ｗ含有量は７．０％以上とするのが好ましく、９．０％以下とするのが好ましい。 Among the above, the C content is preferably 0.05% or more, and preferably 0.13% or less. The Si content is preferably 0.05% or more, and preferably 0.40% or less. The Mn content is preferably 0.05% or more, and preferably 1.40% or less. The P content is preferably 0.0005% or more, and preferably 0.015% or less. The S content is preferably 0.0002% or more, and preferably 0.0015% or less. The Ni content is preferably 41.0% or more, and preferably 47.00% or less. The Cr content is preferably 21.0% or more, and preferably 24.0% or less. The Mo content is preferably 0.001% or more, and preferably 0.40% or less. The W content is preferably 7.0% or more, and preferably 9.0% or less.
Ｔｉ含有量は０．０２％以上とするのが好ましく、０．１８％以下とするのが好ましい。Ｎｂ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、０．４０％以下とするのが好ましい。Ｂ含有量は０．００６０％以下とするのが好ましい。Ｎ含有量は０．００１０％以上とするのが好ましく、０．０１％以下とするのが好ましい。 The Ti content is preferably 0.02% or more, and preferably 0.18% or less. The Nb content is preferably 0.05% or more, and preferably 0.40% or less. The B content is preferably 0.0060% or less. The N content is preferably 0.0010% or more, and preferably 0.01% or less.
Ａｌ含有量は０．０３０％以下とするのが好ましい。Ｏ含有量は０．０１５％以下とするのが好ましい。Ｃａ含有量は０．０１０％以下とするのが好ましい。Ｍｇ含有量は０．０１０％以下とするのが好ましい。ＲＥＭ含有量は０．０１％以下とするのが好ましい。 The Al content is preferably 0.030% or less. The O content is preferably 0.015% or less. The Ca content is preferably 0.010% or less. The Mg content is preferably 0.010% or less. The REM content is preferably 0.01% or less.
なお、本発明において、溶接金属の化学組成とは、溶接金属全体の平均の化学組成を指すものとする。上記の溶接金属の化学組成は、溶接時における母材と溶接材料との流入割合で決定される。以下に、本発明に係る溶接継手を製造するのに用いられる溶接材料の好適な化学組成について説明する。 In the present invention, the chemical composition of the weld metal refers to the average chemical composition of the entire weld metal. The chemical composition of the weld metal is determined by the inflow ratio of the base metal and the welding material at the time of welding. The suitable chemical composition of the welding material used for manufacturing the welded joint according to the present invention will be described below.
３．溶接材料の化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
3. 3. Chemical composition of welding material The reasons for limiting each element are as follows. In the following description, "%" for the content means "mass%".
Ｃ：０．０４〜０．１４％
Ｃは、溶接後の溶接金属中の相安定性を高める作用を有するとともに、微細な炭化物を形成し、高温使用中のクリープ強度を向上させる効果を有する元素である。さらには、溶接凝固中にＣｒと共晶炭化物を形成することで、凝固割れ感受性の低減にも寄与する。このため、Ｃ含有量は０．０４％以上とするのが好ましい。Ｃ含有量は０．０５％以上とするのがより好ましく、０．０６％以上とするのがさらに好ましい。
C: 0.04 to 0.14%
C is an element that has the effect of enhancing the phase stability in the weld metal after welding, and also has the effect of forming fine carbides and improving the creep strength during high-temperature use. Furthermore, by forming eutectic carbides with Cr during welding solidification, it also contributes to the reduction of solidification crack susceptibility. Therefore, the C content is preferably 0.04% or more. The C content is more preferably 0.05% or more, and further preferably 0.06% or more.
しかしながら、Ｃ含有量が過剰であると、炭化物が多量に析出するため、却ってクリープ強度および延性を低下させるおそれがある。このため、Ｃ含有量は０．１４％以下とするのが好ましい。Ｃ含有量は０．１２％以下とするのがより好ましく、０．１０％以下とするのがさらに好ましい。 However, if the C content is excessive, a large amount of carbides are precipitated, which may rather reduce the creep strength and ductility. Therefore, the C content is preferably 0.14% or less. The C content is more preferably 0.12% or less, and further preferably 0.10% or less.
Ｓｉ：０．５０％以下
Ｓｉは、溶接材料の製造時において脱酸に有効であるとともに、溶接後の溶接金属の高温での耐食性および耐酸化性の向上に有効な元素である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有された場合には相安定性が低下して、靭性およびクリープ強度の低下を招くおそれがある。このため、Ｓｉの含有量は０．５０％以下とするのが好ましい。Ｓｉ含有量は０．４０％以下とするのがより好ましく、０．３０％以下とするのがさらに好ましい。
Si: 0.50% or less Si is an element that is effective for deoxidation during the production of welding materials and is also effective for improving the corrosion resistance and oxidation resistance of the weld metal after welding at high temperatures. However, when Si is excessively contained, the phase stability is lowered, which may lead to a decrease in toughness and creep strength. Therefore, the Si content is preferably 0.50% or less. The Si content is more preferably 0.40% or less, and further preferably 0.30% or less.
なお、Ｓｉ含有量について特に下限を設ける必要はないが、極端に低減させると脱酸効果が十分に得られず合金の清浄性が劣化するとともに、高温での耐食性および耐酸化性の向上効果が得難くなり、製造コストも大きく上昇する。このため、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０３％以上とするのがより好ましい。 It is not necessary to set a lower limit for the Si content, but if it is extremely reduced, the deoxidizing effect cannot be sufficiently obtained, the cleanliness of the alloy deteriorates, and the corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures are improved. It becomes difficult to obtain, and the manufacturing cost also rises significantly. Therefore, the Si content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.03% or more.
Ｍｎ：１．５％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接材料の製造時において脱酸に有効な元素である。また、Ｍｎは、溶接後の溶接金属中の相安定性の向上にも寄与する。しかしながら、Ｍｎの含有量が過剰になると脆化を招き、さらに、靭性およびクリープ延性の低下も生じるおそれがある。このため、Ｍｎの含有量は１．５％以下とするのが好ましい。Ｍｎの含有量は１．３％以下とするのがより好ましく、１．２％以下とするのがさらに好ましい。
Mn: 1.5% or less Mn, like Si, is an element effective for deoxidation during the production of welding materials. Mn also contributes to the improvement of phase stability in the weld metal after welding. However, if the Mn content is excessive, embrittlement may occur, and further, toughness and creep ductility may decrease. Therefore, the Mn content is preferably 1.5% or less. The Mn content is more preferably 1.3% or less, and even more preferably 1.2% or less.
なお、Ｍｎの含有量についても特に下限を設ける必要はないが、極端に低減させると脱酸効果が十分に得られず合金の清浄性が劣化するとともに、相安定性の向上効果が得難くなり、さらに製造コストも大きく上昇する。このため、Ｍｎ含有量は０．０２％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。 It is not necessary to set a lower limit for the Mn content, but if it is extremely reduced, the deoxidizing effect cannot be sufficiently obtained, the cleanliness of the alloy deteriorates, and the effect of improving the phase stability becomes difficult to obtain. In addition, the manufacturing cost will increase significantly. Therefore, the Mn content is preferably 0.02% or more, and more preferably 0.05% or more.
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、不純物として溶接材料中に含まれ、溶接中に凝固割れ感受性を高める元素である。さらに、高温で長時間使用した後の溶接金属のクリープ延性を低下させる。このため、Ｐ含有量は０．０２０％以下とするのが好ましい。Ｐ含有量は０．０１５％以下とするのがより好ましく、０．０１０％以下とするのがさらに好ましい。
P: 0.020% or less P is an element that is contained in the welding material as an impurity and enhances the susceptibility to solidification and cracking during welding. In addition, it reduces the creep ductility of the weld metal after long-term use at high temperatures. Therefore, the P content is preferably 0.020% or less. The P content is more preferably 0.015% or less, and further preferably 0.010% or less.
なお、Ｐの含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。このため、Ｐ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましく、０．０００８％以上とするのがより好ましい。 It is preferable to reduce the P content as much as possible, but an extreme reduction leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the P content is preferably 0.0005% or more, and more preferably 0.0008% or more.
Ｓ：０．００２％以下
Ｓは、Ｐと同様に不純物として溶接材料中に含まれ、溶接中に凝固割れ感受性を高める元素である。さらに、Ｓは、溶接金属において長時間使用中に柱状晶粒界に偏析して脆化を招き、再熱割れ感受性を高める。このため、Ｓ含有量は０．００２％以下とするのが好ましい。Ｓ含有量は０．００１５％以下とするのがより好ましく、０．００１０％以下とするのがさらに好ましい。
S: 0.002% or less S is an element that is contained in the welding material as an impurity like P and enhances the susceptibility to solidification and cracking during welding. Further, S segregates at the columnar grain boundaries during long-term use in the weld metal, causing embrittlement and increasing the sensitivity to reheat cracking. Therefore, the S content is preferably 0.002% or less. The S content is more preferably 0.0015% or less, and further preferably 0.0010% or less.
なお、Ｓの含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。このため、Ｓ含有量は、０．０００１％以上とするのが好ましく、０．０００２％以上とするのがより好ましい。 The S content is preferably reduced as much as possible, but an extreme reduction leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the S content is preferably 0.0001% or more, and more preferably 0.0002% or more.
Ｎｉ：４０．０〜４８．０％
Ｎｉは、オーステナイトを安定化させ、高温でのクリープ強度を向上させる。このため、Ｎｉ含有量は４０．０％以上とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は４１．０％以上とするのがより好ましく、４２．０％以上とするのがさらに好ましい。しかしながら、Ｎｉ含有量が４８．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。このため、Ｎｉ含有量は４８．０％以下とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は４７．０％以下とするのがより好ましく、４６．０％以下とするのがさらに好ましい。
Ni: 40.0-48.0%
Ni stabilizes austenite and improves creep strength at high temperatures. Therefore, the Ni content is preferably 40.0% or more. The Ni content is more preferably 41.0% or more, and further preferably 42.0% or more. However, when the Ni content exceeds 48.0%, the strength of the weld metal becomes excessively high. Therefore, the Ni content is preferably 48.0% or less. The Ni content is more preferably 47.0% or less, and even more preferably 46.0% or less.
Ｃｒ：２０．０〜２５．０％
Ｃｒは、溶接後の溶接金属の高温での耐酸化性および耐食性の確保のために有効な元素である。また、Ｃｒは、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。さらに、溶接中にＣと共晶炭化物を形成することで、凝固割れ感受性の低減にも寄与する。このため、Ｃｒ含有量は２０．０％以上とするのが好ましい。Ｃｒ含有量は２１．０％以上とするのがより好ましい。しかしながら、Ｃｒの含有量が２５．０％を超えると、高温での相安定性が劣化してクリープ強度の低下を招くおそれがある。このため、Ｃｒ含有量は２５．０％以下とするのが好ましい。Ｃｒ含有量は２４．０％以下とするのがより好ましく、２３．０％以下とするのがさらに好ましい。
Cr: 20.0 to 25.0%
Cr is an element effective for ensuring the high temperature oxidation resistance and corrosion resistance of the weld metal after welding. In addition, Cr forms fine carbides and contributes to ensuring creep strength. Furthermore, by forming eutectic carbides with C during welding, it also contributes to the reduction of solidification crack sensitivity. Therefore, the Cr content is preferably 20.0% or more. The Cr content is more preferably 21.0% or more. However, if the Cr content exceeds 25.0%, the phase stability at high temperature may deteriorate and the creep strength may decrease. Therefore, the Cr content is preferably 25.0% or less. The Cr content is more preferably 24.0% or less, and even more preferably 23.0% or less.
Ｗ：６．０〜９．１％
Ｗは、母相に固溶して高温でのクリープ強度および引張強さの向上に大きく寄与する。このため、Ｗ含有量は６．０％以上とする。Ｗ含有量は７．０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｗを過剰に含有させても、その効果は飽和するか、却ってクリープ強度を低下させる場合がある。さらに、Ｗは高価な元素であるため、Ｗの過剰の含有はコストの増大を招く。このため、Ｗ含有量は９．１％以下とする。Ｗ含有量は９．０％以下とするのが好ましい。
W: 6.0-9.1%
W dissolves in the matrix phase and greatly contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. Therefore, the W content is set to 6.0% or more. The W content is preferably 7.0% or more. However, even if W is contained in an excessive amount, the effect may be saturated or the creep strength may be lowered. Further, since W is an expensive element, excessive inclusion of W causes an increase in cost. Therefore, the W content is set to 9.1% or less. The W content is preferably 9.0% or less.
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％
Ｔｉは、ＮｂおよびＶと同様、微細な炭窒化物を形成して、高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する。このため、Ｔｉ含有量は０．０１％以上とする。Ｔｉ含有量は０．０２％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｔｉ含有量が過剰になると、Ｎｂと同様に使用初期に多量に析出し、靭性の低下を招く。このため、Ｔｉ含有量は０．２０％以下とする。Ｔｉ含有量は０．１８％以下とするのが好ましい。
Ti: 0.01 to 0.20%
Like Nb and V, Ti forms fine carbonitrides and contributes to the improvement of creep strength and tensile strength at high temperatures. Therefore, the Ti content is set to 0.01% or more. The Ti content is preferably 0.02% or more. However, when the Ti content becomes excessive, a large amount of precipitation occurs at the initial stage of use as in Nb, which causes a decrease in toughness. Therefore, the Ti content is set to 0.20% or less. The Ti content is preferably 0.18% or less.
Ｎｂ：０．０１〜０．５０％
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、ＣまたはＮと結合して微細な炭化物または炭窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する。このため、Ｎｂ含有量は０．０１％以上とするのが好ましい。Ｎｂ含有量は０．０２％以上とするのがより好ましい。しかしながら、Ｎｂの含有量が過剰になると、炭化物または炭窒化物として多量に析出し、クリープ延性および靭性の低下を招くおそれがある。このため、Ｎｂ含有量は０．５０％以下とするのが好ましい。Ｎｂ含有量は０．４０％以下とするのがより好ましい。
Nb: 0.01 to 0.50%
Like Ti, Nb binds to C or N and precipitates in the grains as fine carbides or carbonitrides, which contributes to the improvement of creep strength at high temperatures. Therefore, the Nb content is preferably 0.01% or more. The Nb content is more preferably 0.02% or more. However, if the Nb content is excessive, a large amount of carbide or carbonitride may be precipitated, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the Nb content is preferably 0.50% or less. The Nb content is more preferably 0.40% or less.
Ｎ：０．０００５〜０．０２％
Ｎは、溶接金属中の組織を安定化させ、クリープ強度を向上させるとともに、固溶して引張強さの確保に寄与する元素である。このため、Ｎ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましい。Ｎ含有量は０．０００６％以上とするのがより好ましい。しかしながら、過剰に含有されると、高温での使用中に多量の微細窒化物が粒内に析出してクリープ延性および靭性の低下を招くおそれがある。このため、Ｎ含有量は０．０２％以下であるのが好ましい。Ｎ含有量は０．０１％以下とするのがより好ましい。
N: 0.0005-0.02%
N is an element that stabilizes the structure in the weld metal, improves the creep strength, and dissolves in a solid solution to contribute to ensuring the tensile strength. Therefore, the N content is preferably 0.0005% or more. The N content is more preferably 0.0006% or more. However, if it is contained in an excessive amount, a large amount of fine nitrides may be precipitated in the grains during use at a high temperature, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the N content is preferably 0.02% or less. The N content is more preferably 0.01% or less.
上記溶接材料の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the welding material, the balance is Fe and impurities. Here, the "impurity" is a component mixed with raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process when an alloy is industrially manufactured, and is allowed as long as it does not adversely affect the present invention. Means something.
４．製造方法
本発明に係る溶接継手は、上記構成を有していれば、その効果を得られるが、例えば、以下のような製造方法を用いれば、安定して、本発明に係る溶接継手を得ることができる。
4. Manufacturing Method The welded joint according to the present invention can obtain the effect if it has the above configuration, but for example, if the following manufacturing method is used, the welded joint according to the present invention can be stably obtained. be able to.
母材の製造方法については特に制限はないが、例えば、上述の化学組成を有する鋼塊または鋳片に、熱間加工を施すことによって製造することができる。また、当該熱間加工の後に、必要に応じて熱間押出等の異なる方法の熱間加工をさらに施してもよい。また、必要に応じて、母材を熱処理してもよい。母材について鋼材の種類は、特に限定されず、例えば、鋼板、鋼管等であればよく、金属組織がオーステナイト相となるように、母材が製造されればよい。 The method for producing the base metal is not particularly limited, and for example, it can be produced by hot-working a steel ingot or slab having the above-mentioned chemical composition. Further, after the hot working, if necessary, hot working by a different method such as hot extrusion may be further performed. Further, if necessary, the base metal may be heat-treated. Regarding the base material, the type of the steel material is not particularly limited, and may be, for example, a steel plate, a steel pipe, or the like, and the base material may be manufactured so that the metal structure has an austenite phase.
得られた母材は、開先加工される。上述した（ｉ）式の規定を満足すれば、開先形状は、特に限定されないが、裏波ビードを出しやすい開先形状である、Ｖ形開先、逆台形、Ｕ形などの開先形状が望ましい。 The obtained base material is groove-processed. The groove shape is not particularly limited as long as the above-mentioned specification of the formula (i) is satisfied, but the groove shape such as V-shaped groove, inverted trapezoidal shape, U-shaped, etc., which is a groove shape that easily produces a back wave bead. Is desirable.
続いて、上述した溶接材料を用い、母材を突き合わせ溶接する。溶接方法は、アーク溶接であるのが好ましい。アーク溶接の一例としては、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、被覆アーク溶接等が例示される。 Subsequently, the base metal is butt-welded using the above-mentioned welding material. The welding method is preferably arc welding. Examples of arc welding include gas tungsten arc welding, gas metal arc welding, shielded metal arc welding and the like.
溶接条件については、溶接材料の供給速度が５ｃｍ／ｍｉｎ未満であると、良好な裏波ビードが形成できない場合がある。このため、溶接材料の供給速度は、５ｃｍ／ｍｉｎ以上とするのが好ましく、１０ｃｍ／ｍｉｎ以上とするのがより好ましい。しかしながら、溶接材料の供給速度が８０ｃｍ／ｍｉｎを超えると、本発明に係る（ｉ）式の規定を満足しない場合がある。このため、溶接材料の供給速度は、８０ｃｍ／ｍｉｎ以下とするのが好ましく、７０ｃｍ／ｍｉｎ以下とするのがより好ましい。 Regarding the welding conditions, if the supply speed of the welding material is less than 5 cm / min, a good back wave bead may not be formed. Therefore, the supply speed of the welding material is preferably 5 cm / min or more, and more preferably 10 cm / min or more. However, if the supply speed of the welding material exceeds 80 cm / min, the provision of the formula (i) according to the present invention may not be satisfied. Therefore, the supply speed of the welding material is preferably 80 cm / min or less, and more preferably 70 cm / min or less.
なお、溶接材料の供給速度以外の条件については、例えば、溶接電流は５０〜１００Ａの範囲とするのが好ましく、溶接電圧は、１０〜１２Ｖの範囲とするのが好ましい。また、溶接速度は４〜１０ｃｍ／ｍｉｎとするのが好ましい。 Regarding conditions other than the supply speed of the welding material, for example, the welding current is preferably in the range of 50 to 100 A, and the welding voltage is preferably in the range of 10 to 12 V. The welding speed is preferably 4 to 10 cm / min.
なお、溶接の際には、アルゴンガス等のバックシールドガスを用いて溶接するのが好ましい。この際のガスの流量は、裏波ビードが形成されやすい流量とすればよい。 At the time of welding, it is preferable to use a back shield gas such as argon gas for welding. The flow rate of the gas at this time may be a flow rate at which a back wave bead is likely to be formed.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
表１に示す化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼の鋼管母材に１１００〜１２５０℃の溶体化処理を施した。なお、上記母材は、以下の手順で作成した。具体的には、表１に記載の化学組成を有する鋼片に１１５０〜１２５０℃の範囲で熱間押出を行い、冷間引抜加工後に１１００〜１２５０℃、５分の熱処理等を行い、オーステナイト単相の鋼管を得た。鋼管の肉厚は８．５ｍｍであった。 A steel pipe base material of austenitic stainless steel having the chemical composition shown in Table 1 was subjected to a solution treatment at 1100 to 1250 ° C. The base material was prepared by the following procedure. Specifically, a steel piece having the chemical composition shown in Table 1 is hot-extruded in the range of 1150 to 1250 ° C., and after cold drawing, it is heat-treated at 1100 to 1250 ° C. for 5 minutes, and austenite is used alone. A phase steel pipe was obtained. The wall thickness of the steel pipe was 8.5 mm.
続いて、鋼管母材を図３に示すような形状のＶ字形の開先に加工した。開先角度は３０°、ルート間隔は２ｍｍ、ルート面は０．５ｍｍとした。開先加工を施した母材を、表２に示す溶接材料を用い、突き合わせ溶接し、溶接継手を作製した。溶接方法は、ＧＴＡＷ溶接法を用いた。溶接条件は、溶接材料の供給速度は、５〜８０ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接電圧１０〜１２Ｖ、溶接電流５０〜１００Ａ、溶接速度は４〜１０ｃｍ／ｍｉｎとした。各試料の溶体化処理条件および溶接条件は表３に示すとおりである。 Subsequently, the steel pipe base material was processed into a V-shaped groove having a shape as shown in FIG. The groove angle was 30 °, the root interval was 2 mm, and the root surface was 0.5 mm. The base metal that had been grooved was butt-welded using the welding materials shown in Table 2 to prepare a welded joint. As the welding method, the GTAW welding method was used. The welding conditions were such that the supply speed of the welding material was 5 to 80 cm / min, the welding voltage was 10 to 12 V, the welding current was 50 to 100 A, and the welding speed was 4 to 10 cm / min. The solution treatment conditions and welding conditions for each sample are as shown in Table 3.
得られた溶接継手について、使用環境を模擬し、７００℃、１０００ｈの条件で、時効熱処理を行った。その後、熱影響部の平均粒度番号を以下の手順で測定した。具体的には、溶接部断面を観察面とし、混酸を腐食液等とし、エッチングを行い、観察視野１００倍、視野数２視野とし、熱影響部の組織観察を行った。そして、組織観察に基づき、平均粒度番号を算出した。平均粒度番号は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１：２０１３に準拠し、切断法を用いた。なお、上記時効条件においては、母材の平均粒度番号はほとんど変化しないため、時効熱処理の前に平均粒度番号を調べてもよい。また、溶接継手についてミクロ組織観察により裏波開き角度を調べ、合わせて応力緩和割れが生じているか確認した。 The obtained welded joint was subjected to aging heat treatment under the conditions of 700 ° C. and 1000 h, simulating the usage environment. Then, the average particle size number of the heat-affected zone was measured by the following procedure. Specifically, the cross section of the welded portion was used as the observation surface, the mixed acid was used as a corrosive liquid, etc., and etching was performed. Then, the average particle size number was calculated based on the tissue observation. The average particle size number was based on JIS G 0551: 2013, and the cutting method was used. Since the average particle size number of the base metal hardly changes under the above aging conditions, the average particle size number may be checked before the aging heat treatment. In addition, the back wave opening angle was examined by observing the microstructure of the welded joint, and it was also confirmed whether stress relaxation cracks were generated.
以上の結果を表１〜表４に纏めて示す。 The above results are summarized in Tables 1 to 4.
本発明の規定を満足する溶接継手Ａ−１〜Ａ−５、Ｂ−１〜Ｂ−２は、時効後も割れが生じておらず、良好な耐応力緩和割れ性を示した。その一方、上記以外の例は、時効後に割れが発生し、耐応力緩和割れ性が不良であった。 The welded joints A-1 to A-5 and B-1 to B-2 satisfying the provisions of the present invention did not crack even after aging and showed good stress relaxation resistance cracking property. On the other hand, in the examples other than the above, cracks occurred after aging, and the stress relaxation resistance cracking property was poor.
１ 母材
２ 溶接金属
３ 裏波ビード
４ 接線
５ 母材表面の延長線
６ 裏波開き角度
７ 溶接金属側の角度
８ 溶接止端部
1
Claims (3)
前記溶接継手は母材と溶接金属とを有し、
前記母材はオーステナイト系ステンレス鋼からなり、熱影響部を含み、
前記母材の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１２％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：３５．０〜５０．０％、
Ｃｒ：２０．０〜２８．０％、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｗ：４．０〜１０．０％、
Ｔｉ：０．０１〜０．３０％、
Ｎｂ：０．０１〜１．００％、
Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、
Ｎ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．０００５〜０．０４０％、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
ＲＥＭ：０〜０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
前記一方向に垂直な断面において、前記裏波ビードの止端部における接線と、前記母材表面の延長線とがなす角のうち、前記母材側の角度を裏波開き角度とした場合に、
前記裏波開き角度と前記熱影響部の平均粒度番号との関係が、下記（ｉ）式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。
Ｄ×Ｇ≧５００ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各記号は以下により定義される。
Ｄ：裏波開き角度（°）
Ｇ：熱影響部の平均粒度番号 A welded joint with a back wave bead extending in one direction.
The welded joint has a base material and a weld metal, and has
The base material is made of austenitic stainless steel and contains a heat-affected zone.
The chemical composition of the base material is mass%.
C: 0.03 to 0.12%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.040% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 35.0-50.0%,
Cr: 20.0 to 28.0%,
Mo: 0.50% or less,
W: 4.0 to 10.0%,
Ti: 0.01-0.30%,
Nb: 0.01 to 1.00%,
B: 0.0005 to 0.0100%,
N: 0.02% or less,
Al: 0.0005 to 0.040%,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0-0.020%,
REM: 0-0.06%,
Remaining: Fe and impurities,
When the angle on the base material side of the angle formed by the tangent line at the toe of the back wave bead and the extension line on the surface of the base material is defined as the back wave opening angle in the cross section perpendicular to one direction. ,
An austenitic stainless steel welded joint in which the relationship between the back wave opening angle and the average particle size number of the heat-affected zone satisfies the following equation (i).
D × G ≧ 500 ・ ・ ・ (i)
However, each symbol in the above equation (i) is defined by the following.
D: Back wave opening angle (°)
G: Average particle size number of heat-affected zone
Ｃａ：０．０００５〜０．０２０％、
Ｍｇ：０．０００５％〜０．０２０％、および
ＲＥＭ：０．０００３％〜０．０６％、
から選択される一種以上を含有する、請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。 The chemical composition of the base material is mass%.
Ca: 0.0005 to 0.020%,
Mg: 0.0005% to 0.020%, and REM: 0.0003% to 0.06%,
The austenitic stainless steel welded joint according to claim 1, which contains one or more selected from.
Ｃ：０．０４〜０．１４％、
Ｓｉ：０．５０％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：４０．０〜４８．０％、
Ｃｒ：２０．０〜２５．０％、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｗ：６．０〜９．１％、
Ｔｉ：０．０１〜０．２０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．５０％、
Ｂ：０．０１００％以下、
Ｎ：０．０００５〜０．０２％、
Ａｌ：０．０４０％以下、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
ＲＥＭ：０〜０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物である、請求項１または２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。 The chemical composition of the weld metal is mass%.
C: 0.04 to 0.14%,
Si: 0.50% or less,
Mn: 1.5% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 40.0-48.0%,
Cr: 20.0 to 25.0%,
Mo: 0.50% or less,
W: 6.0-9.1%,
Ti: 0.01 to 0.20%,
Nb: 0.01 to 0.50%,
B: 0.0100% or less,
N: 0.0005-0.02%,
Al: 0.040% or less,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0-0.020%,
REM: 0-0.06%,
The balance: the austenitic stainless steel welded joint according to claim 1 or 2, which is Fe and impurities.
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