JP2631228B2 - 9Cr−Mo系鋼用TIG溶接用ワイヤ - Google Patents

9Cr−Mo系鋼用TIG溶接用ワイヤ

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JP2631228B2
JP2631228B2 JP63189684A JP18968488A JP2631228B2 JP 2631228 B2 JP2631228 B2 JP 2631228B2 JP 63189684 A JP63189684 A JP 63189684A JP 18968488 A JP18968488 A JP 18968488A JP 2631228 B2 JP2631228 B2 JP 2631228B2
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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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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は火力発電、原子力発電等のボイラー、高温圧
力容器、動力源機器等に使用される9Cr−Mo系鋼を溶接
する溶接ワイヤに関するものであって、特に高温におけ
る耐酸化性、クリープ特性、靱性および耐割れ性のすぐ
れた溶接金属を与えるTIG溶接用ワイヤに係るものであ
る。
〔従来の技術〕
近年、火力発電所の大型化に伴い、ボイラーが高温、
高圧化しつつあるが、550℃を超すとその材料を選択す
るに当たり、耐酸化性、高温強度の点から通常の21/4C
r−1Mo鋼に変って18−8オーステナイト系ステンレス鋼
の如き高級鋼が使用されていた。21/4Cr−1Mo鋼は耐食
性の点、オーステナイト系ステンレス鋼は高価であり耐
SCC性の点で問題があった。これらの問題を解決するも
のとして9Cr−Mo系鋼が注目されている。9Cr−Mo系鋼
は、耐食性にすぐれ、応力腐食割れの問題がなく、オー
ステナイト系ステンレス鋼に比べて熱膨張率が小さいこ
とから熱応力の点からも有利である。強度の点でもV,Nb
の添加が図られ、前述の部材として一部使用されるよう
になってきている。
しかしながら9Cr−Mo系鋼母材の改良にもかかわら
ず、それらを溶接するための溶接ワイヤの開発が遅れて
いる。
9Cr−Mo系鋼構造材を溶接する場合溶接金属を母材と
同一組成の合金系とすれば溶接部の耐酸化性、高温強度
特性は母材と同程度に維持されるが、曲げ性、靱性の劣
化及び耐割れ性の悪化の問題を生じる。このような状況
から耐高温酸化性、クリープ特性を含む高温強度特性、
靱性および耐割れ性のすぐれた溶接材料の開発が必要と
なり、例えば特開昭60−257991号公報に開示されている
9Cr−Mo系鋼用溶接ワイヤの如く、溶接ワイヤ中のC,Si,
Mn,Cr,Mo,Ni添加量を限定し、さらにNb,Vの1種又は2
種を添加して(Nb+V)で0.3%以下とする溶接ワイヤ
が提案されている。また特開昭55−30354号公報では9Cr
−Mo系鋼の溶接用ワイヤ中のC,Si,Mn,Cr,Mo,Ni添加量を
限定し、強度および靱性を高めた技術を示しているが、
いずれも高温の長時間における特性劣化を招くこと等が
あり、高温高圧下で使用される構造物の溶接材料として
は問題があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はこの様な事情にかんがみ、9Cr−Mo系鋼の溶
接において、高温の長時間における特性のすぐれた9Cr
−Mo系鋼用TIG溶接用ワイヤ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・作用〕
本発明はかかる研究の結果達成されたものであって、
本発明の特徴とするところは、耐割れ性を向上させるた
めにC量をかなり低めにコントロールし、C量低下によ
る強度不足を適正な炭化物の析出によって補う点にあ
る。即ちC量を耐割れ性の点から0.065%以下に抑え、
かつその様な低炭素でもクリープ破断強度等の高温強度
が確保できるようにN量でおぎなうとともにC量との兼
ね合いでNbおよびV量を適正に制御し、NbC、V4C3を微
細に析出させ、それに伴って後より析出するN23C6,M6C
(但しMは金属元素を指す)の析出状態を長時間使用後
も粗大化しにくいようにコントロールして、低炭素であ
りながら、クリープ強度及び靱性を著しく高め、さらに
適正に炭化物を分布させるためC量、Nb量、V量の比を
適正な範囲に制御するのである。
本発明の要旨とするところは、重量%でC:0.030〜0.0
65%、Si:0.05〜0.4%、Mn:0.2〜0.8%、Mo:0.8〜1.2
%、Cr:7.0〜10.0%、Ni:0.15〜0.7%、V:0.05〜0.30
%、Nb:0.02〜0.25%、N:0.015〜0.055%の範囲で規定
される成分を必須成分として含有し、酸素0.006%以下
で残部Feおよび不可避不純物よりなり、(Nb+V)/C
(原子比)が0.35〜2.60の範囲にあることを特徴とする
耐酸化性、クリープ特性、靱性および耐割れ性に優れた
9Cr−Mo系鋼用TIG溶接用ワイヤにある。
ここで、(Nb+V)/C(原子比)とは、{(Nb重量
%)/92.9+(V重量%)/50.9}/{(C重量%)/12.
0}により求めたNb及びVとCの原子数の比であると定
義する。
次に各成分の限定理由について述べる。
C:0.030〜0.065% Cは強度の保持に必要であるが、耐割れ性の点から上
限を0.065%とした。即ち、9%Cr−Mo系鋼の溶接金属
は後述するCr量との関係で非常に焼入性が高く、溶接部
が硬化し、低温割れの原因となる。従って、溶接を健全
に行うためには、かなり高温の予熱を必要とし、溶接作
業能率を低下させる。しかるにC量を0.065%以下に保
てば溶接割れの防止を容易に行いうるので上限を0.065
%とした。また下限についてはC量を0.030%未満にす
るとクリープ破断強度の確保が困難になるので下限を0.
030%とした。
Si:0.05〜0.4% Siは脱酸剤として添加するものであるが、また耐酸化
性を向上させる元素でもある。しかし、0.4%を超える
と靱性の低下を招くので上限を0.4%と定めた。下限は
脱酸を充分に行い健全な溶接金属を得るために0.05%と
した。
Mn:0.2〜0.8% Mnは脱酸のためのみではなく、強度保持上も必要な成
分である。上限を0.8%としたのはこれを超すと靱性の
点から好ましくないからであり、下限は脱酸に必要な量
として0.2%と定めた。
Mo:0.8〜1.2% Moは固溶体強化により、高温強度を顕著に高める元素
であるので使用温度、圧力を上昇させる目的で添加する
が、高価であることと、多量に添加された場合溶接性を
損うので溶接性の低下の低い添加範囲として、上限を1.
2%とした。下限はクリープ破断強度の向上に顕著な効
果があるのは0.8%以上であるので下限を0.8%と定め
た。
Cr:7.0〜10.0% Crは耐酸化性に不可欠の元素であり、耐熱鋼には必ず
添加されているが、その他に本発明ではM23C6,M6Cの微
細析出により、高温強度を高めているので、下限はM23C
6の析出限界である7.0%とし、10.0%を超すと耐割れ性
および靱性の劣化が著しくなるので、上限は10.0%と定
めた。
Ni:0.15〜0.7% Niは靱性の向上、使用中の脆化軽減に有効な元素であ
り、高温・高圧下で長時間使用される本発明溶接材料の
ような用途に対して必須の元素であるが、0.15%未満で
はその効果はなく、0.7%を超すと高温クリープ特性を
劣化させるので、上限を0.7%、下限を0.15%とした。
N:0.015〜0.055% Nは強度保持上必要な元素であり、適量含有すること
により結晶粒を微細化し、靱性を向上させる。0.015%
未満ではその効果は小さく、0.055%を超すと窒化物が
多量に析出して逆に靱性を劣化させ、ブローホールを生
成する傾向がある。
酸素0.006%以下 酸素は溶接金属中に非金属介在物を析出させ、靱性を
著しく低下させるのでその限界を0.006%以下とした。
V:0.05〜0.30% Nb:0.02〜0.25% Nb,Vは前述のM23C6,M6Cの析出分散状態をコントロー
ルし、高温強度を確保する上で極めて重要な元素であ
る。しかもNb,Vはそれぞれ単独ではM23C6,M6Cの析出状
態をコントロールする効果が充分ではなく、両者が共存
することによって互いにNbC,V4C3の析出状態を微細にコ
ントロールし、それに続くM23C6,M6Cの析出状態を使用
温度で長時間使用後も粗大化しにくい分布に制御するの
である。
Nb、V量は後述する範囲内において、しかもCとの関
係(Nb+V)/Cが0.35〜2.60の場合Nbc,V4C3が微細に分
散析出し、クリープ破断強度が著しく高められるので、
Cとの比率を(Nb+V)/C(原子比)で0.35〜2.60とし
た。
またNb,Vの個々の値についてであるが、まずNbについ
ては0.02%未満ではV量が充分含有されていても炭化物
形状、分布が適正でなく、クリープ破断強度の向上に効
果がないので、下限を0.02%とし、また上限は0.25%を
超えるとNbC自体も粗大化し、炭化物の形状、分布及び
延性にも悪影響を及ぼすので0.25%とした。同様にVに
ついてもNbとの複合において0.05%未満では複合の効果
が現われず、0.30%を超すと粗大化が起ってM23C6,M6
析出状態に悪影響を及ぼしクリープ強度が低下すると同
時に耐割れ性をも低下させるので、上限を0.30%、下限
を0.05%と定めた。
〔実施例〕 以下に本発明ワイヤの効果を実施例により説明する。
第2表に示す厚さおよび成分組成を有する鋼材9Cr−1Mo
鋼1でもって第1図に示すような開先(厚さt=20mm,
開先角度θ=50゜,ルートギャップRG=6mm)を形成
し、第1表に示す成分組成のTIG溶接用ワイヤを用い、
第3表に示す溶接条件で溶接試験を行なった。得られた
各溶接継手を740℃で8時間の後熱処理した後、溶接金
属のクリープ破断特性、衝撃値等の機械的性能を調査し
た。第1表に上記試験結果および溶接性を示す。
ワイヤW1〜W9はいずれも本発明の要件を満たし、後熱
処理後の靱性および高温強度が良好でかつ耐割れ性の優
れた溶接金属を得ることができた。ワイヤW10〜W20は比
較例を示す。
ワイヤW10は通常の耐熱鋼用として使用される21/4Cr
−1Mo鋼ワイヤの例であり、更にW11は耐高温酸化性及び
耐高温腐食性を向上させた9Cr−1Mo鋼ワイヤの例である
が、これらは本発明ワイヤに比べて著しくクリープ破断
強度が低い。
ワイヤW12は、C量が本発明ワイヤに比べて高いので
高温割れが発生するなど耐割れ性に難点がある。ワイヤ
W13は本発明ワイヤの必須成分であるNi,V,Nbの成分範囲
をいずれも外れており、ワイヤW14はNbの成分範囲を外
れているので、高温強度及び衝撃値とも充分な値が得ら
れなかった。
ワイヤW15はC,N量が不足するため溶接金属の強度が乏
しかった。
ワイヤW16はN量の多いワイヤの比較例であるがブロ
ーホールが発生するとともに靱性が乏しかった。ワイヤ
W17はO量の多い比較例であるが溶接金属中のO量が多
くなるため靱性に乏しかった。
ワイヤW18はMo量、C量が本発明の成分範囲を外れた
比較例であるが強度も低く、耐割れ性および靱性も劣化
した。
ワイヤW19,W20はC,Nb,V等については本発明の成分範
囲内にあるが(Nb+V)/C(原子比)は各々3.17,0.28
で本発明の要件となる範囲0.35〜2.60を外れた例であ
る。ワイヤW19は強度も低くまた結晶粒が粗大化して靱
性に乏しかった。ワイヤW20はW10またはW11に比べれば
クリープ破断強度は向上したものの未だ充分とはいえな
い。
〔発明の効果〕 本発明ワイヤは耐割れ性能等の溶接性を向上させるた
め、C量を下げるとともにN添加による強度向上とNb,V
を複合添加して炭化物の析出、分布状態を適正にコント
ロールして強度を保証するとともにNiの適量添加によっ
て、使用中脆化の軽減、靱性の向上を図ったものであ
り、第1表に示したように溶接ワイヤ組成が本発明の要
件を満たすものは、本発明の要件を満さないもの(比較
例)と比べて高温強度だけでなく、靱性及び耐割れ性等
の溶接性に優れていることは明らかである。
各種発電ボイラー、化学用圧力容器等に使用される9C
r−1Mo系鋼をTIG溶接する場合に本発明に係るワイヤを
使用することにより、溶接継手の信頼性を大幅に向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の開先形状を示す断面図である。 1……被溶接材、2……裏当材。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で C:0.030〜0.065% Si:0.05〜0.4% Mn:0.2〜0.8% Mo:0.8〜1.2% Cr:7.0〜10.0% Ni:0.15〜0.7% V:0.05〜0.30% Nb:0.02〜0.25% N:0.015〜0.055% の範囲で規定される成分を必須成分として含有し、酸素
    0.0006%以下で残部Feおよび不可避不純物よりなり、
    (Nb+V)/C(原子比)が0.35〜2.60の範囲にあること
    を特徴とする耐酸化性、クリープ特性、靱性および耐割
    れ性に優れた9Cr−Mo系鋼用TIG溶接用ワイヤ。
JP63189684A 1988-07-29 1988-07-29 9Cr−Mo系鋼用TIG溶接用ワイヤ Expired - Lifetime JP2631228B2 (ja)

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JPS58141892A (ja) * 1982-02-19 1983-08-23 Sumikin Yousetsubou Kk 9Cr―2Mo鋼用溶接材料
JPS60257991A (ja) * 1984-06-05 1985-12-19 Babcock Hitachi Kk 9Cr−Mo系鋼用溶接ワイヤ
JPH0237830B2 (ja) * 1984-10-01 1990-08-27 Kobe Steel Ltd 9crr1mokoyosetsuyowaiya
JPH0811313B2 (ja) * 1986-07-01 1996-02-07 新日本製鐵株式会社 Cr−Mo鋼用TIG溶接ワイヤ

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