JP2607594B2 - Cr−Mo系低合金鋼用被覆アーク溶接棒 - Google Patents

Cr−Mo系低合金鋼用被覆アーク溶接棒

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JP2607594B2
JP2607594B2 JP63041529A JP4152988A JP2607594B2 JP 2607594 B2 JP2607594 B2 JP 2607594B2 JP 63041529 A JP63041529 A JP 63041529A JP 4152988 A JP4152988 A JP 4152988A JP 2607594 B2 JP2607594 B2 JP 2607594B2
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/308Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、12重量%(以下、単に%で表わす)Cr低合
金鋼等のCr−Mo系低合金鋼用の被覆アーク溶接棒に関
し、クリープ破断強度及び靭性の双方が優れた溶接部を
得ることができるCr−Mo系低合金鋼用被覆アーク溶接棒
に関する。
[従来の技術] ボイラーのような高温高圧で操業される機器の設計に
際しては、熱効率を高めるために、操業時の温度及び圧
力を可及的に高めようとする傾向がある。このようなボ
イラー等の用途に使用される材料としては、9%Cr鋼又
は10〜12%Cr鋼等の耐熱鋼があり、この従来のCr鋼につ
いて種々の溶接材料が提案されている。例えば、特公昭
62−16755には9%Cr−2%Mo鋼用の被覆アーク溶接棒
が開示されており、特開昭62−220300には9%Cr−1〜
2%Mo鋼用の被覆アーク溶接棒が開示されている。
[発明が解決しようとする課題] 而して、近時、上記鋼の添加成分であるMoの一部をW
に置き換え、Wを添加することにより、更に一層高温で
のクリープ破断強度を向上させた高温高強度鋼が開発さ
れた。しかしながら、上記従来の被覆アーク溶接棒はい
ずれもこの改良鋼に対しては性能上不十分である。例え
ば、特開昭62−220300に開示された溶接棒は、9%Cr鋼
用であり、12%Cr鋼にまで適用することはできない。
また、従来の溶接棒においては、その開発に際して、
溶接部の靭性については特には考慮されていない。つま
り、従来、溶接部のクリープ破断強度が重視されている
ために、溶接部の靭性が不十分となり易く、従来の溶接
棒により溶接部のクリープ破断強度と靭性とを両立させ
るのは困難であった。しかしながら、高温で操業される
機器であっても、操業停止時には環境温度まで冷却され
るため、靭性を無視することはできない。従って、クリ
ープ破断強度及び靭性の双方を同時に満足する溶接部を
得ることができる溶接材料が望まれていた。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、12%Cr低合金鋼用の溶接棒として、十分なクリープ
破断強度を有すると共に靭性も優れた溶接部を形成する
ことができるCr−Mo系低合金鋼用被覆アーク溶接棒を提
供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係るCr−Mo系低合金鋼用被覆アーク溶接棒
は、C,Mn,Si,Cr,Mo,Ni,W,N,V及びNbの各添加成分を、下
記(a)式にて示す(M)(但し、Mは上記各成分を現
わす)が下記(b1)式乃至(b10)式の不等式にて示す
範囲に入ると共に、下記(c)式にて示すPfが1.00乃至
5.00になるように、心線及び/又は被覆剤中に添加した
ことを特徴とする。
0.07≦(C)≦0.18重量% ……(b1) 0.3 ≦(Mn)≦2.0重量% ……(b2) (Si)≦0.6重量% ……(b3) 11 ≦(Cr)≦13重量% ……(b4) 0.3 ≦(Mo)≦1.50重量% ……(b5) (Ni)≦1.0重量% ……(b6) 0.20≦(W)≦1.50重量% ……(b7) 0.02≦(N)≦0.08重量% ……(b8) 0.02≦(V)≦0.40重量% ……(b9) 0.01≦(Nb)≦0.25重量% ……(b10但し、 Bw:心線中に含有された元素の溶着金属への歩留係数 Bf:被覆剤中に含有された元素の溶着金属への歩留係数 〔M(%)〕w:心線含有元素の心線全質量に対する重量
% 〔M(%)〕f:被覆剤含有元素の被覆剤全質量に対する
重量% Af:溶接棒全質量に対する塗布被覆剤重量比 また、Tiは任意添加成分であるが、前記(a)式によ
り求まる(Ti)が下記(b11)式を満足するようにTiを
添加することが好ましい。
(Ti)≦0.1重量% ……(b11) [作用] 高クリープ強度及び高靭性を有する溶接部を得るため
には、溶接金属のフェライト量の調整と、結晶粒の微細
化が必要である。本願発明者等は従来困難とされていた
高クリープ破断強度及び高靭性の双方を満足させる被覆
アーク溶接棒を開発すべく種々検討した結果、下記組成
の溶接棒を得るに至った。
以下、本発明に係る被覆アーク溶接棒の各成分の添加
理由及び組成限定理由について説明する。
但し、成分をMとすると、(M)は下記(a)により
求まる。
上記(a)式において、〔元素記号(%)〕及び
〔元素記号(%)〕は、心線及びフラックス(被覆
剤)中への元素配合量によって定められる。
またAfは被覆剤の重量比率を示すものであり、被覆剤
の被覆率を表すファクターであるが、本発明に係る被覆
アーク溶接棒においては、このAfは0.23〜0.32の範囲か
ら選択される。
更に、Bw及びBfは夫々歩留係数である。この歩留係数
は、各元素と酸素等との親和力の相違等に起因して異な
り、また同じ元素でも被覆剤の成分(例えばスラグ形成
剤、アーク安定剤、ガス発生剤等の一般的配合成分の内
容)等によって相異なるが、実用的な範囲は下記第1表
に示すとおりである。
このような条件下において、最終的に各合金元素の前
記歩留式(b1)乃至(b11)における数値限定範囲を設
定した理由について説明する。
(C):0.07〜0.18% Cは、オーステナイト安定化元素の一つで、粗大フェ
ライトの析出を抑制する作用を有する。この粗大フェラ
イトの析出抑制のためには、(C)を0.07%以上にする
必要があるが、(C)が多すぎると、溶接金属の耐割れ
性を悪化させるので、(C)は0.18%以下に抑える必要
がある。
(Mn):0.3〜2.0% Mnは、溶接金属の焼き入れ性を高め、高強度を確保す
る上で不可欠の元素である。このような作用を得るため
には、(Mn)が少なくとも0.3%以上になるようにMnを
添加する必要がある。しかしながら、(Mn)が2.0%を
超えると焼き入れ硬化性が過大となり、耐割れ性が悪化
する。このため、(Mn)は0.3〜2.0%にする。
(Si):0.6%以下 Siは溶接金属の脱酸のために必須の元素である。しか
しながら、(Si)が0.6%を超えると、長時間の熱時効
により、靭性が低下する。このため、(Si)は0.6%以
下にする。
(Cr):11〜13% Crは、溶接金属の耐酸化性、耐食性及び高温強度を確
保する上で不可欠の元素であり、適用鋼種に応じて11〜
13%の範囲で添加するのが好ましい。(Cr)が11%未満
の場合は、高温強度が不十分となり、13%を超える場合
は、粗大フェライトが出やすくなり、靭性を低下させ
る。従って、Cr含有量を上記範囲に制限する。
(Mo):0.3〜1.5% Moは、Crと同様に高温強度を高めるのに有効な元素で
あり、このためには(Mo)を0.3%以上にする必要があ
る。しかしながら、(Mo)を1.5%を超えて添加する
と、溶接部性能を悪化させるので好ましくない。
(Ni):1.0%以下 Niは、オーステナイト安定化元素であり、粗大フェラ
イトの析出を防止し、靭性を確保する上で有効な元素で
ある。しかし、(Ni)が1.0%を超えると、高温強度特
性、特に、クリープ破断強度が低下してしまう。従っ
て、(Ni)は1.0%以下とする。
(W):0.2〜1.5% Wは、Moと同様に高温強度特性を高めるのに有効な元
素である。(W)は0.2%未満の場合は、このような効
果が得られず、1.5%を超えると溶接金属が硬くなり過
ぎ、靭性が低下する。
(V):0.02〜0.40% Vは、クリープ破断強度を高める元素である。必要な
クリープ破断強度を得るためには、(V)が0.02%以上
になるように、Vを添加する必要があるが、(V)が0.
4%を超えると靭性が低下する。
(Nb):0.01〜0.25% Nbは、Vと同様にクリープ破断強度を高めるのに有効
な元素である。(Nb)が0.01%未満の場合は所要のクリ
ープ破断強度を得ることができない。しかしながら、
(Nb)が0.25%を超えると、靭性が急激に低下する。こ
のため、(Nb)を上記範囲に制限する。
(N):0.02〜0.08% Nは、オーステナイト安定化元素である。9〜12%Cr
低合金鋼において、溶接金属中にNが適切量添加された
場合には、粗大フェライトの析出が抑制されるので、高
靭性の溶接金属を得ることができる。従って、Nは溶接
部の靭性向上に極めて有効である。この靭性向上に有効
な(N)量は、0.02%以上である。一方、(N)が0.08
%を超えると、溶接金属中にブロホール等の欠陥が発生
するので、(N)を0.08%以下に抑える必要がある。こ
のため、(N)は0.02〜0.08%にする。
(Ti):0.1%以下 Tiは、脱酸元素又は組織微細化元素として任意的に添
加される。しかしながら、このTiを多量に添加すると、
溶接金属の靭性を低下させるので、Tiを添加する場合
は、(Ti)が0.1%以下になるようにする。
本発明における必須元素の種類及びその最適含有量は
以上の通りであるが、高温強度特性と靭性との双方の特
性を確実に高めるためには、下記(c)式により算出さ
れるPfが1.00〜5.00の範囲になるように、各成分の含有
量を調整する必要がある。
本願発明者等は、上述の各元素の作用及び単位添加量
当りの効果の強さを総合的に検討し、溶接部の特性を示
すファクターとして上記(c)式を得た。この(c)式
の分子は、高温強度特性を高める一方、粗大フェライト
の析出を促進する元素群であり、分母は、オーステナイ
ト安定化元素であって、粗大フェライトの析出を抑制す
る元素群を表す。なお、各元素記号の前に付した係数は
効果の強さに対応している。この(c)式の分子に記載
された元素群と分母に記載された元素群との比率を所定
範囲に制限することにより、高温強度と靭性との双方を
確実に向上させることができる。つまり、(c)式のPf
が1.00未満になると、粗大フェライトは発生しなくなる
ものの、溶接金属が完全マルテンサイト組織となってし
まい、硬さが硬くなりすぎて、溶接金属の耐割れ性が著
しく低下する。一方、逆に、Pfが5.00を超えると、粗大
フェライトの析出が生じ、靭性の低下が著しい。
なお、溶接ワイヤには、通常不純物としてP及びS等
が含まれているが、本発明においても、これらの不純物
成分は少ない方(例えば、0.020%以下)がよいことは
いうまでもない。
[実施例] 次に、本発明の実施例について、本願特許請求の範囲
から外れる比較例と比較して説明する。下記第2表は心
線の組成を示し、第3表は被覆剤中の合金成分の含有量
を示す。なお、第2表において、残部はFe及び不可避的
不純物である。また、第3表において、残部は一般的な
アーク安定剤及び造滓剤を含む。
この第2表に示す組成の心線と、第3表に示す組成の
被覆剤とを製造し、これらを下記第4表に示すようにし
て組み合わせて被覆アーク溶接棒を製造した。そして、
これらの溶接棒を使用して12%Cr鋼の溶接を実施した。
その結果、得られた溶着金属の組成を第4表に併せて示
す。また、下記第5表にその溶接試験結果を示す。な
お、機械試験はPWHT(760℃×2時間)後に実施した。
また、溶接作業性が不良であった溶接棒5,6については
機械試験を実施することができなかった。
この第5表から明らかなように、本実施例の溶接棒1
至3により溶接した場合は、溶接金属のシャルピー衝撃
値及びクリープ破断強度のいずれも十分に高い値が得ら
れた。これに対し、各組成が本願特許請求の範囲で示し
た組成範囲から外れている比較例はいうまでもなく、溶
接棒No.15,16のように、各成分自体は前記組成範囲を満
足しているもののPfの値が特許請求の範囲から外れてい
るものは、シャルピー衝撃値又はクリープ破断強度の少
なくとも一方が低く、十分な性能が得られない。
[発明の効果] 本発明によれば、溶接棒の心線及び被覆剤の組成を所
定範囲にすると共に、溶接金属の特性ファクターである
Pf値を所定範囲に制限したから、本発明に係る被覆アー
ク溶接棒を使用することにより、高温強度及び靭性の双
方の特性が優れた溶接部を形成することができ、本発明
に係る被覆アーク溶接棒はCr−Mo系低合金鋼用の溶接棒
として極めて有益である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 均 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式會社内 (72)発明者 夏目 松吾 神奈川県茅ケ崎市東海岸北4丁目2―55 (72)発明者 後藤 明信 神奈川県藤沢市藤が岡2丁目15番7― 303 (56)参考文献 特開 昭62−137196(JP,A) 特開 昭60−261690(JP,A) 特開 昭62−220300(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C,Mn,Si,Cr,Mo,Ni,W,N,V及びNbの各添加成
    分を、下記(a)式にて示す(M)(但し、Mは上記各
    成分を現わす)が下記(b1)式乃至(b10)式の不等式
    にて示す範囲に入ると共に、下記(c)式にて示すPf
    1.00乃至5.00になるように、心線及び/又は被覆剤中に
    添加したことを特徴とするCr−Mo系低合金鋼用被覆アー
    ク溶接棒。 0.07≦(C)≦0.18重量% ……(b1) 0.3 ≦(Mn)≦2.0重量% ……(b2) (Si)≦0.6重量% ……(b3) 11 ≦(Cr)≦13重量% ……(b4) 0.3 ≦(Mo)≦1.50重量% ……(b5) (Ni)≦1.0重量% ……(b6) 0.20≦(W)≦1.50重量% ……(b7) 0.02≦(N)≦0.08重量% ……(b8) 0.02≦(V)≦0.40重量% ……(b9) 0.01≦(Nb)≦0.25重量% ……(b10但し、 Bw:心線中に含有された元素の溶着金属への歩留係数 Bf:被覆剤中に含有された元素の溶着金属への歩留係数 〔M(%)〕w:心線含有元素の心線全質量に対する重量
    % 〔M(%)〕f:被覆剤含有元素の被覆剤全質量に対する
    重量% Af:溶接棒全質量に対する塗布被覆剤重量比
  2. 【請求項2】前記添加成分として、Tiを前記(a)式に
    より求まる(Ti)が0.1重量%以下になるように添加し
    たことを特徴とする請求項1に記載のCr−Mo系低合金鋼
    用被覆アーク溶接棒。
JP63041529A 1988-02-24 1988-02-24 Cr−Mo系低合金鋼用被覆アーク溶接棒 Expired - Lifetime JP2607594B2 (ja)

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