JP2619079B2 - 高温でのクリープ破断延性や強度及び耐脆化性の優れたNi―Crオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料 - Google Patents
高温でのクリープ破断延性や強度及び耐脆化性の優れたNi―Crオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料Info
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Description
耐脆化性の優れたNi−Crオーステナイト系ステンレス鋼
溶接材料に関するものである。
は、SUS304,SUS316等のオーステナイト系ステンレス鋼
が使用されるが、これらの構造材料は、クリープ温度領
域で使用される。高速増殖炉の構造材料に負荷される主
要応力は、温度変動にともなう熱応力である。この熱応
力による残留応力が、高温運転時にクリープにより緩和
される過程が構造材料に繰り返し加えられることから、
クリープ疲労特性が重要視される。ところで、このクリ
ープ疲労特性は、クリープ破断延性と相関関係があるこ
とが明らかにされており、高速増殖炉の構造材料に使用
されるステンレス鋼は、クリープ破断延性が優れている
ことが要求される。このようなステンレス鋼として、本
発明者等はクリープ破断延性の優れた316系のステンレ
ス鋼厚板を発明した(特開昭62−23346号公報参照)。
ため、その溶接金属部に対してもクリープ破断延性に優
れていることが要求される。これまでの高温用溶接材料
は、たとえばSUS Y316では、クリープ中に炭化物が析出
し十分なクリープ破断延性が得られない、あるいは炭素
含有量の低いSUS Y316L系では、クリープ破断延性は優
れるがクリープ破断強度が低く、いずれも高速増殖炉の
構造用として十分とは言えないものであった。さらにこ
れらの溶接材料では、溶接時の高温割れを防止するため
導入されたδ−フェライト相から、脆化相であるシグマ
相が析出し、靭性低下をまねく傾向にある。
溶接材料は、クリープ破断延性、あるいはクリープ破断
強度の何れかの点、及び耐脆化性の点で高速増殖炉の構
造材料として不十分なものである。この原因は、SUS Y3
16系については、鋼中に存在するCが、高温での使用中
にδ−フェライトとオーステナイト相の界面に炭化物と
して析出すること、及びδ−フェライト相からシグマ相
が析出することに関係している。すなわち、界面に析出
する炭化物は界面脆化を引き起こし、延性低下あるいは
クリープ破断強度の劣化原因となり、またSUS Y316L系
では強化元素であるC量が低いため、クリープ破断延性
が十分でない。さらに、δ−フェライト相から容易にシ
グマ相が析出するため靭性が低下するという問題点があ
った。
ープ破断延性や強度及び耐脆化性の優れたオーステナイ
ト系ステンレス鋼溶接材料を提供するものである。
たものであって、その要旨とするところは、 (1)重量%で、C:0.030%以下、Si:1.0%以下、Mn:3.
0%以下、P:0.01〜0.07%、Cr:14.0〜20.0%、Ni:6.0〜
10.0%(ただし、10.0%を除く)、Mo:2.0〜3.0%、Al:
0.04%以下、N:0.06〜0.18%を含有し、残部は実質的に
Feからなる溶接材料であり、かつ該溶接材料によって得
られる溶接金属物におけるδ−フェライト量が、下記式
1によって求められる容積%で、1〜12%の範囲になる
ように前記溶接材料の成分を構成することを特徴とする
高温でのクリープ破断延性や強度に優れ、かつ高温での
耐脆化性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼溶接材
料。
0%以下、P:0.01〜0.07%、Cr:14.0〜20.0%、Ni:6.0〜
10.0%(ただし、10.0%を除く)、Mo:2.0〜3.0%、Al:
0.04%以下、N:0.06〜0.18%、さらにW:3.0%以下を含
有し、残部は実質的にFeからなる溶接材料であり、かつ
該溶接材料によって得られる溶接金属物におけるδ−フ
ェライト量が、下記式1によって求められる容積%で、
1〜12%の範囲になるように前記溶接材料の成分を構成
することを特徴とする高温でのクリープ破断延性や強度
に優れ、かつ高温での耐脆化性の優れたオーステナイト
系ステンレス鋼溶接材料。
する。
強度に対する、化学成分およびδ−フェライト量につい
て系統的な調査を行った。第1図(A)と(B)にクリ
ープ破断特性に対するCとN量の影響(試験温度は550
℃)を示す。(A)図から低C化することにより、クリ
ープ破断延性が向上しクリープ破断強度が低下すること
がわかる。一方、Nについては、(B)図に示すよう
に、Cが0.05%存在する場合は、N量とともにクリープ
破断強度は増加するが、クリープ破断延性は低下する。
これに対し、Cが0.01%と低い系ではN量とともにクリ
ープ破断強度は向上するが、クリープ破断延性は低下し
ない。すなわち、強化元素をCからNに変えることによ
り、クリープ破断強度、クリープ破断延性ともに優れた
溶接材料の開発の可能性が見出された。
−高N系(0.01%C−0.08%N−8%Ni−16%Cr−2.1M
o)の溶接金属部のクリープ破断特性に対するPの影響
を示したものである。Pを添加することにより、クリー
プ破断強度、クリープ破断延性がともに向上することが
わかる。
して、高温割れがあり、この対策として、通常溶接金属
にδ−フェライトを導入することが行われている。この
δ−フェライトは、先に述べたように、クリープ亀裂の
伝播径路となることからクリープ破断特性への影響が考
えられる。第3図は、クリープ破断特性に対するδ−フ
ェライト量の影響を示したもので、クリープ破断特性に
対して、δ−フェライト量に最適値が存在することがわ
かる。すなわち、従来型の0.06%C−0.02%N系では、
クリープ中に炭化物の析出が生じることから、δ−フェ
ライトの影響が顕著であるが、クリープ破断延性が改善
された0.01%C−0.11%N系においても、やや変化量は
小さいものの、やはり最適δ−フェライト量が存在す
る。
有するクリープ破断延性の優れた溶接材料の可能性を見
出したわけであるが、クリープ破断延性を損なわずに、
更にクリープ破断強度を高めるための検討を行った。ク
リープ破断延性を損なわずに強化する方法としては、固
溶強化が最適であり、その代表元素としてNを利用した
が、0.18%以上では析出するため他の元素を考える必要
がある。
大きい元素としてWを選定し、その効果について調査し
た。第4図はその結果を示したもので、0.01%C−0.07
%N−9%Ni−16%Cr−2.1%Mo系にWを添加すること
によりクリープ破断強度が向上することがわかる。しか
し、多量に添加するとクリープ破断延性が低下するが、
これはWを含む金属間化合物が析出することに起因して
いる。
はあるが、δ−フェライトとオーステナイト相の界面に
炭化物として析出するため、高温長時間使用後のクリー
プ破断特性などの高温の機械的性質を損なう元素でもあ
る。このような観点から、C量は0.030%以下と定めた
が、とくに高いクリープ破断延性が要求される場合は0.
020%以下とすることが望ましい。
て過剰に存在すると高温割れ感受性を高めるのでこの値
を上限とした。
ことから熱間加工性を向上させる効果を有するが、3%
を超えるとクリープ破断強度を低下させるのでこの値を
上限とした。
強化作用を有し、さらに相界面を強化する作用もあるこ
とから、クリープ破断延性の点から効果的な元素である
が、その効果は0.01%より生じることから下限を0.01%
とした。しかし、過剰の添加は溶接性および熱間加工性
を著しく損なうことから、その上限を0.07%とした。な
お、特にクリープ破断延性が必要とされる場合は、P量
を0.02%以上とすることが望ましい。
り、δ−フェライト量を所定の範囲に制御するために、
フェライト生成元素であるCr量に対し成分平衡上、式1
により調整される元素であるが、クリープ破断特性を劣
化させるσ−相、χ−相の析出を抑制する効果を有する
ことから、6%以上とした。10%以上の添加は、δ−フ
ェライト量制御に必要なCr量を添加させる結果、全体の
合金量を大幅に高めることになり、溶接性を損なうこと
から、上限を10%とした。
%以上を必要とするが、20%を超えると高温長時間加熱
中にδ−フェライト相からシグマ相の析出が促進され、
シグマ相による脆化を引き起こすことから、上限を20%
とした。
満では不十分であり、また3.0%超では高温長時間加熱
による脆化を起こすことから、上限を3.0%とした。
されると、高温長時間加熱により鋼中のNと結合しAlN
を形成し、クリープ破断延性を損なうことから、上限を
0.04%とした。
が大きく、かつ強力な固溶強化作用を有する元素であ
る。その作用は0.06%より顕著となることから、下限を
0.06%とした。また、0.18%超のN添加は高温使用中に
窒化物の析出を引き起こすことから、0.18%を上限とし
た。
おいては、さらに高強度化を図るためWを所定の範囲で
含有せしめることが有効である。すなわち、WはMoと同
様に固溶強化作用を有し、かつ固溶限も大きいことか
ら、クリープ破断延性を損なうことなくクリープ破断強
度を増加させることができる元素である。しかし3.0%
を超えると、高温使用中に金属間化合物の析出を引き起
こしクリープ破断延性を低下させることから、この値を
上限とした。
クリープ破断延性を確保するためおよび溶接時の高温割
れを防止するため最低1%が必要である。一方、δ−フ
ェライトを12%を超えて含有するとクリープ破断延性を
損なうことから上限を12%とした。
る。式1の計算に用いる各成分濃度は溶接材料中の濃度
を適用する。本発明の溶接材料は組成が溶接材料に近い
母材に適用し、また、母材組成が溶接金属組成にほとん
ど影響しない溶接手段で溶接するので、溶接金属組成は
溶接材料組成でほぼ反映できる。
に示す。
成分を示す。第2表は溶接条件とδ−フェライトの実測
値を示す。δ−フェライト実測値は溶接材料の組成から
算出した値とほぼ近い値である。第3表は第1表の鋼に
ついて550℃の引張特性とクリープ破断特性を示したも
のである。これら特性調査結果から明らかなように、本
発明溶接材料は比較材に比べ高温長時間使用後のクリー
プ破断強度およびクリープ破断延性が優れたものであ
る。
比して優れたクリープ破断特性を有する材料となってお
り、クリープ領域で使用される高温構造物用の溶接材料
として工業的に極めて有効なものである。
N量の影響を示す図、第2図はクリープ破断特性に対す
るP量の影響を示す図、第3図はクリープ破断特性に対
するδ−フェライト量の影響を示す図、第4図はクリー
プ破断特性に対するW量の影響を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】重量%で、C:0.030%以下、Si:1.0%以
下、Mn:3.0%以下、P:0.01〜0.07%、Cr:14.0〜20.0
%、Ni:6.0〜10.0%(ただし、10.0%を除く)、Mo:2.0
〜3.0%、Al:0.04%以下、N:0.06〜0.18%を含有し、残
部は実質的にFeからなる溶接材料であり、かつ該溶接材
料によって得られる溶接金属物におけるδ−フェライト
量が、下記式1によって求められる容積%で、1〜12%
の範囲になるように前記溶接材料の成分を構成すること
を特徴とする高温でのクリープ破断延性や強度に優れ、
かつ高温での耐脆化性の優れたオーステナイト系ステン
レス鋼溶接材料。 δ−フェライト量=−70.29+3.2×Creq−0.031 ×(Nieq)2+15.661×Creq/Nieq−0.0208 ×Creq×Nieq ……(1) [但し、Creq=Cr+Mo+0.5×Si、 Nieq=Ni+0.5×Mn+30×(C+N)] - 【請求項2】重量%で、C:0.030%以下、Si:1.0%以
下、Mn:3.0%以下、P:0.01〜0.07%、Cr:14.0〜20.0
%、Ni:6.0〜10.0%(ただし、10.0%を除く)、Mo:2.0
〜3.0%、Al:0.04%以下、N:0.06〜0.18%、さらにW:3.
0%以下を含有し、残部は実質的にFeからなる溶接材料
であり、かつ該溶接材料によって得られる溶接金属部に
おけるδ−フェライト量が、下記式1によって求められ
る容積%で、1〜12%の範囲になるように前記溶接材料
の成分を構成することを特徴とする高温でのクリープ破
断延性や強度に優れ、かつ高温での耐脆化性の優れたオ
ーステナイト系ステンレス鋼溶接材料。 δ−フェライト量=−70.29+3.2×Creq−0.031 ×(Nieq)2+15.661×Creq/Nieq−0.0208 ×Creq×Nieq ……(1) [但し、Creq=Cr+Mo+0.5×W+1.5×Si、 Nieq=Ni+0.5×Mn+30×(C×N)]
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1306672A JP2619079B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 高温でのクリープ破断延性や強度及び耐脆化性の優れたNi―Crオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1306672A JP2619079B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 高温でのクリープ破断延性や強度及び耐脆化性の優れたNi―Crオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03169497A JPH03169497A (ja) | 1991-07-23 |
JP2619079B2 true JP2619079B2 (ja) | 1997-06-11 |
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Family Applications (1)
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JP1306672A Expired - Lifetime JP2619079B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 高温でのクリープ破断延性や強度及び耐脆化性の優れたNi―Crオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料 |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2555292B2 (ja) | 1988-10-04 | 1996-11-20 | 新日本製鐵株式会社 | 高温におけるクリープ破断強度および延性の優れたNiーCrオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5080941A (ja) * | 1973-11-22 | 1975-07-01 | ||
JPS586792A (ja) * | 1981-07-03 | 1983-01-14 | Nippon Steel Corp | ステンレス鋼用ガスシ−ルド溶接材料 |
JPS5858996A (ja) * | 1981-10-02 | 1983-04-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Tig溶接用溶加材 |
JPS6250232A (ja) * | 1985-08-28 | 1987-03-04 | Toyota Motor Corp | 四輪駆動装置 |
JP2831051B2 (ja) * | 1989-09-22 | 1998-12-02 | 株式会社神戸製鋼所 | オーステナイト系ステンレス鋼溶接用ワイヤ |
-
1989
- 1989-11-28 JP JP1306672A patent/JP2619079B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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JP2555292B2 (ja) | 1988-10-04 | 1996-11-20 | 新日本製鐵株式会社 | 高温におけるクリープ破断強度および延性の優れたNiーCrオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料 |
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