JP2583967B2 - 耐高温割れ性に優れたＮｉ基合金溶接用ワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は多層盛溶接時の耐高温割れ性、とくに耐延
性低下割れ性が優れたNi基合金ガスシールドアーク溶接
用ワイヤに関するものである。

［従来の技術］ Ni基合金は耐食性及び耐熱性に優れており、石油化学
プラント、原子炉プラントなどの苛酷な条件下で使用さ
れている。また、強度上の問題から、厚板を使用する機
会も多く、その際の溶接には必然的に多層盛溶接が採用
されることになる。

ところが、Ni基合金の多層盛溶接を行なった場合、溶
接金属部に微細な割れ（ビード下ミクロ割れ）がしばし
ば発生し、問題となることがある。この割れは前層ビー
ドが後層ビードによって再加熱された熱影響部で発生
し、Si及び不可避不純物として含有するP,S成分に起因
する高温割れ（延性低下割れ）である。

従来、この割れを防止するためには、溶接施工時に予
熱を行ない、拘束を小さくして小入熱で溶接する方法が
採用されてきた。しかしながら、小入熱で溶接した場
合、ビードが小さく多層盛溶接ではパス数が多くなり溶
接効率が極めて悪いという問題を生じる。

このような問題点を解決するものとして、特開昭62−
13025号がある。これは、インコ社（International Nic
kel Co.Inc.）製品であるNi基合金Inconel（登録商標）
718の組成を基本としてNb,Taを低減し、溶接ミクロ割れ
防止を図ったものである。

しかし、この技術内容に示された溶接材料を製作して
も耐高温割れ性の向上には問題がある。即ち、Inconel
718を基本組成として、Nb,Taを低減しても、なお数％の
Nb,Taを含有しているため、粒界にラーフェス相が生成
され、溶接再熱時に脆化及び局部溶融が起こり、高温割
れ発生の原因となる。

また、この他の従来高温割れ感受性の小さいと言われ
ている溶接材料を使用した場合でも、母材の希釈や、フ
ラックスの影響により、粒界へ不純物としてP,S等が混
入することがある。これらのP,Sも粒界脆化及び粒界で
低融点の共晶物を生成し、高温割れが発生する原因とな
る。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はNi基合金を多層盛溶接した場合に発生する延
性低下割れを防止し、優れた耐高温割れ性を有するNi基
合金溶接材料を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは上述の問題を解決するために、Ni基合金
多層盛溶接金属の高温割れに及ぼす化学組成の影響につ
いて広範囲に詳細な研究を行なった。

即ち、第１表に示した化学組成からなる供試材を板厚
3mm、長さ100mm、幅50mmに加工し、第１図に示すような
クロスビードバレストレイン試験を行なった。

板幅方向にTIG溶接によって１層目のビードオンプレ
ート溶接を行ない、ビード表面の酸化スケールを除去し
た後、１層目ビード５に直径方向にＡ点からＢ点に向か
ってTIG溶接によって２層目のビードオンプレート溶接
を行なった。

１層目及び２層目のTIG溶接条件は第２表に示したと
おりである。２層目ビード６の溶接池がＢ点の１層目ビ
ードに達っした瞬間、落下速度300mm/sでヨーク２を落
下させて歪みを付加し（試験片表面における歪み量は4.
1％）、１層目ビードを高温割れを発生させて、総割れ
長さを測定した。

この結果、本発明の組成からなる溶接材料を用いて溶
接を行なうことにより、多層盛溶接時の耐高温割れ性
（耐延性低下割れ性）が向上することを見出した。

即ち、本発明は重量％で、C:0.1％以下、Si:0.01〜0.
75％、Mn:0.01〜1.0％、P:0.04％以下、S:0.02％以下、
Cr:6〜14％、Fe:16〜52％を含有し、残りがNi及び不可
避不純物からなることを特徴とする耐高温割れ性に優れ
たNi基合金ガスシールドアーク溶接用ワイヤである。

［作用］ 以下に本発明による各元素含有量の限定理由について
述べる。

C:0.1％以下 Ｃの添加は耐熱誠及び引張り強さを向上させるが、過
剰に含有されるとCrと結合して粒界に炭化物を形成し、
耐食性を劣化させる。また延性、靭性をも劣化させるた
め0.1％以下と定めた。

Si:0.01〜0.75％ Siは脱酸元素として不可欠であるが、過剰に含有され
ると介在物として析出し、延性、靭性を劣化させる。ま
た、0.75％超では所望の耐高温割れ性を確保することが
できないので0.01〜0.75％と定めた。

Mn:0.01〜1.0％ Mnは脱酸及び脱硫元素として添加するが、過剰添加は
耐食性、耐酸化性及び引張強さを劣化させるので0.01〜
1.0％と定めた。

P:0.04％以下 Ｐは不可避不純物であり、粒界脆化及び粒界で低融点
の共晶物を生成し、高温割れ発生の原因となるため0.04
％以下と定めた。

S:0.02％以下 Ｓは不可避不純物であり、粒界脆化及び粒界で低融点
の共晶物を生成し、高温割れ発生の原因となるため0.02
％以下と定めた。

Cr:6〜14％ 第２図は本発明の基本成分を有するNi基合金の延性低
下割れ感受性に及ぼすCrの影響を調べた結果を示すもの
である。

第２図からCrが６％未満、及び14％超の含有量では延
性低下割れ防止の効果が少なくなっている。これは、Cr
量が増加するとＳの粒界偏析は低下して延性低下割れ感
受性が低下する効果が現れる。

一方、Cr量の増加は粒界のCr炭化物の増加及び硬さの
上昇により延性低下割れ感受性が上昇する効果が現れ
る。この相反する効果があいまって作用し、Cr量が６〜
14％で延性低下割れ感受性が低下する。したがって、所
望の耐高温割れ性を確保するために６〜14％と定めた。

Fe:16〜52％ Feは耐熱衝撃性を向上させる作用があり、16％以上の
含有が必要である。一方52％より多いと塩化物環境にお
ける耐粒界応力腐食割れ性が低下するので16〜52％と定
めた。

［実 施 例］ 上記の知見を基にして、第３表に示す化学組成の溶接
ワイヤを製作し、TIG溶接、MIG溶接によって溶接金属の
耐高温割れ試験を行なった。

耐高温割れ試験は、第１表に示す10CF−Ｂと同じ成分
で板厚15mm、幅120mm、長さ200mmの板に、第３図（Ａ）
に示すような３層盛溶接を行ない、溶接終了後、第３図
（Ｂ）に示すように母材表面からの距離がh1（1.5m
m）、h2（3.0mm）、h3（4.5mm）までビード上層を段階
状に研磨し、単位面積当りの割れ個数で評価した。

なお、第３表に各溶接法による溶接条件を合わせて示
す。

第４表に溶接金属の耐高温割れ試験結果を示す。

TIG溶接、MIG溶接ともに、本発明の溶接材料（T3〜T
9,M3〜M9）による溶接金属は比較材（T1,T2,T10,T11,M
1,M2,M10,M11）に比べ著しく耐高温割れ性が優れている
のは明らかである。

以上のことから、本発明による溶接材料においては高
温割れを抑制し、優れた耐高温割れ性を有していること
がわかる。

［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかなように、本発明溶接ワイ
ヤは多層盛溶接時の耐高温割れ性が優れており、産業上
の効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図はクロスビードバレストレイン試験方法の概要を
示す平面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）、第２図は本発明の
基本成分を有するNi基合金の延性低下割れ感受性に及ぼ
すCrの影響を示す図表、また第３図は溶接金属の耐高温
割れ試験方法を示す斜視図で、（Ａ）は多層盛溶接方
法、（Ｂ）は割れの測定位置を示している。 １……TIGトーチ、２……ヨーク ３……試験片、４……曲げ治具 ５……１層目ビード、６……２層目ビード ７……溶接方向

フロントページの続き (72)発明者 井上 裕滋 神奈川県相模原市淵野辺５―10―１ 新 日本製鐵株式会社第二技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−40997（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、 C :0.1％以下 Si:0.01〜0.75％ Mn:0.01〜1.0％ P :0.04％以下 S :0.02％以下 Cr:6〜14％ Fe:16〜52％ 残りNi及び不可避不純物からなることを特徴とする耐高
   温割れ性に優れたNi基合金ガスシールドアーク溶接用ワ
   イヤ。