JP2928904B2 - 高強度高耐食フェライト鋼用溶接材料 - Google Patents
高強度高耐食フェライト鋼用溶接材料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温での強度および耐
食性に優れた高Ｃｒフェライト鋼の溶接に使用される高
強度高耐食性フェライト鋼用溶接材料に関する。
食性に優れた高Ｃｒフェライト鋼の溶接に使用される高
強度高耐食性フェライト鋼用溶接材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ、化学工業用の耐熱耐圧配管に用
いられる高温材料としては、２・１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼
等の低合金鋼、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼等の高Ｃｒフェライト
鋼、１８Ｃｒ−８Ｎｉ鋼に代表されるオーステナイト系
ステンレス鋼の３つが、良く知られている。なかでも、
高Ｃｒフェライト鋼はオーステナイト系ステンレス鋼に
比べ、安価であるばかりなてく、応力腐食割れに対する
抵抗が高く、更に熱膨張係数が小さいために、温度変化
に対して歪みが小さいという高温材料としての優れた利
点も有する。
いられる高温材料としては、２・１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼
等の低合金鋼、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼等の高Ｃｒフェライト
鋼、１８Ｃｒ−８Ｎｉ鋼に代表されるオーステナイト系
ステンレス鋼の３つが、良く知られている。なかでも、
高Ｃｒフェライト鋼はオーステナイト系ステンレス鋼に
比べ、安価であるばかりなてく、応力腐食割れに対する
抵抗が高く、更に熱膨張係数が小さいために、温度変化
に対して歪みが小さいという高温材料としての優れた利
点も有する。
【０００３】しかし、フェライト、ベイナイト、マルテ
ンサイト等のいわゆるフェライト系組織からなる鋼は、
オーステナイト組織からなる鋼に比べて高温での強度が
低いことが短所とされていた。
ンサイト等のいわゆるフェライト系組織からなる鋼は、
オーステナイト組織からなる鋼に比べて高温での強度が
低いことが短所とされていた。
【０００４】そこで、近年８〜１３％Ｃｒ系フェライト
鋼をベースに、Ｍｏ量、Ｗ量、Ｖ量、Ｎｂ量、Ｎｉ量、
Ａｌ量等を調整して、優れた高温強度（クリープ強度）
が得られる新しい高Ｃｒフェライト鋼が次々と開発され
ている（特開昭６１−２３１１３９号公報、特開昭６２
−２９７４３５号公報、特開平２−２３２３４５号公
報、特開平３−９７８３２号公報）。
鋼をベースに、Ｍｏ量、Ｗ量、Ｖ量、Ｎｂ量、Ｎｉ量、
Ａｌ量等を調整して、優れた高温強度（クリープ強度）
が得られる新しい高Ｃｒフェライト鋼が次々と開発され
ている（特開昭６１−２３１１３９号公報、特開昭６２
−２９７４３５号公報、特開平２−２３２３４５号公
報、特開平３−９７８３２号公報）。
【０００５】そして、これらの新しい高Ｃｒフェライト
鋼を溶接構造物として使用する際に必要な溶接材料につ
いても、特開昭６３−１８８４９２号公報および特開昭
６３−７６７８９号公報により新しい提案がなされてい
る。また、これらの新しい溶接材料以外にも、市販の１
３Ｃｒ系フェライト溶接材料やオーステナイト系高Ｎｉ
合金の溶接材料が使用されることがある。
鋼を溶接構造物として使用する際に必要な溶接材料につ
いても、特開昭６３−１８８４９２号公報および特開昭
６３−７６７８９号公報により新しい提案がなされてい
る。また、これらの新しい溶接材料以外にも、市販の１
３Ｃｒ系フェライト溶接材料やオーステナイト系高Ｎｉ
合金の溶接材料が使用されることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述した新開発の高Ｃ
ｒフェライト鋼では、高温での耐食性を重視する場合
は、Ｃｒ量が特に高められる。ところが、そのような高
温材料、特にＣｒ量を１０％以上に高めた高強度高耐食
の高Ｃｒフェライト鋼（例えば特開平２−２３２３４５
号公報）に対して、前述した既知の溶接材料を用いる
と、以下の問題があった。
ｒフェライト鋼では、高温での耐食性を重視する場合
は、Ｃｒ量が特に高められる。ところが、そのような高
温材料、特にＣｒ量を１０％以上に高めた高強度高耐食
の高Ｃｒフェライト鋼（例えば特開平２−２３２３４５
号公報）に対して、前述した既知の溶接材料を用いる
と、以下の問題があった。
【０００７】市販の１３Ｃｒ系フェライト溶接材料、例
えばＪＩＳ Ｙ４３０等を用いると、溶接部の高温強度
が母材に比して著しく低下する。市販のオーステナイト
系高Ｎｉ合金の溶接材料を用いると、溶接高温割れが発
生しやすい他、高温での使用中に母材中のＣが溶接金属
（高Ｎｉ合金）の側に移行し、脱炭層が生じてクリープ
強度を低下させる。
えばＪＩＳ Ｙ４３０等を用いると、溶接部の高温強度
が母材に比して著しく低下する。市販のオーステナイト
系高Ｎｉ合金の溶接材料を用いると、溶接高温割れが発
生しやすい他、高温での使用中に母材中のＣが溶接金属
（高Ｎｉ合金）の側に移行し、脱炭層が生じてクリープ
強度を低下させる。
【０００８】新しく提案された溶接材料、例えば特開昭
６３−１８８４９２号公報に開示されている溶接材料を
用いると、母材と同等のクリープ強度が得られるもの
の、溶接材料中のＣｒ量が１０％未満の場合は、母材に
比べて高温耐食性が劣る。高温耐食性を確保するために
は、Ｃｒ量を１０％以上に高め、且つＳｉ量を0.２５％
以上に高める必要があるが、その場合は、溶接金属にお
いて高い衝撃靱性が得られない。また、Ｃｒ量の多少に
かかわらず溶接施工性が良くない。すなわち溶接ビード
の幅変動が大となり、溶接欠陥が生じ易い。
６３−１８８４９２号公報に開示されている溶接材料を
用いると、母材と同等のクリープ強度が得られるもの
の、溶接材料中のＣｒ量が１０％未満の場合は、母材に
比べて高温耐食性が劣る。高温耐食性を確保するために
は、Ｃｒ量を１０％以上に高め、且つＳｉ量を0.２５％
以上に高める必要があるが、その場合は、溶接金属にお
いて高い衝撃靱性が得られない。また、Ｃｒ量の多少に
かかわらず溶接施工性が良くない。すなわち溶接ビード
の幅変動が大となり、溶接欠陥が生じ易い。
【０００９】本発明の目的は、高温での強度および耐食
性に優れた高Ｃｒフェライト鋼の溶接に際して、母材に
匹敵する高温強度および高温耐食性を溶接部に付与する
と共に、その溶接部の靱性低下を防ぎ、更に、溶接欠陥
が生じ難い幅変動の小さい溶接ビードを得ることができ
る高強度高耐食フェライト鋼用溶接材料を提供すること
にある。
性に優れた高Ｃｒフェライト鋼の溶接に際して、母材に
匹敵する高温強度および高温耐食性を溶接部に付与する
と共に、その溶接部の靱性低下を防ぎ、更に、溶接欠陥
が生じ難い幅変動の小さい溶接ビードを得ることができ
る高強度高耐食フェライト鋼用溶接材料を提供すること
にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】高温での強度および耐食
性に優れた高Ｃｒフェライト鋼の溶接に際して、母材に
匹敵する高温強度および高温耐食性を溶接部に付与する
ためには、溶接材料の高Ｃｒ化、高Ｓｉ化が不可欠と考
えられる。しかし、高Ｃｒ高Ｓｉの溶接材料を使用する
と、前述した通り、溶接部、特に溶接金属の衝撃靱性が
低下する。
性に優れた高Ｃｒフェライト鋼の溶接に際して、母材に
匹敵する高温強度および高温耐食性を溶接部に付与する
ためには、溶接材料の高Ｃｒ化、高Ｓｉ化が不可欠と考
えられる。しかし、高Ｃｒ高Ｓｉの溶接材料を使用する
と、前述した通り、溶接部、特に溶接金属の衝撃靱性が
低下する。
【００１１】高Ｃｒ化高Ｓｉ化に伴う靱性低下は、一般
的には、その主要因である残留フェライト相を生成させ
ないように化学組織を調整することにより防止される
が、溶接材料でこれを具体化することは非常に難しい。
的には、その主要因である残留フェライト相を生成させ
ないように化学組織を調整することにより防止される
が、溶接材料でこれを具体化することは非常に難しい。
【００１２】例えば、Ｎｉを多量添加することにより、
残留フェライト相の生成を抑えてマルテンサイト単相と
することが可能であるが、Ｎｉの過剰な添加は、オース
テナイト変態点を低下させ、溶接後熱処理時にオーステ
ナイト変態が生じることによりクリープ強度の低下を招
く。また、Ｃｒも残留フェライト相の生成抑制に有効と
されてきたが、高Ｃｒフェライト系の溶接金属での効果
影響は未知であった。
残留フェライト相の生成を抑えてマルテンサイト単相と
することが可能であるが、Ｎｉの過剰な添加は、オース
テナイト変態点を低下させ、溶接後熱処理時にオーステ
ナイト変態が生じることによりクリープ強度の低下を招
く。また、Ｃｒも残留フェライト相の生成抑制に有効と
されてきたが、高Ｃｒフェライト系の溶接金属での効果
影響は未知であった。
【００１３】溶接金属が母材と決定的に異なるのは、熱
間加工および熱処理のプロセスによる組織調整を経ず
に、急冷凝固組織のまま使用される点である。
間加工および熱処理のプロセスによる組織調整を経ず
に、急冷凝固組織のまま使用される点である。
【００１４】本発明者らは、この点を考慮して高Ｃｒ高
Ｓｉフェライト鋼におけるＮｉ，Ｃｕの効果影響を子細
に調査検討した。その結果、Ｃｒ量およびＳｉ量に対応
させてＮｉ，Ｃｕを複合添加することにより、溶接金属
においても残留フェライト相の生成を抑えることがで
き、安定した靱性の得られることが判明した。
Ｓｉフェライト鋼におけるＮｉ，Ｃｕの効果影響を子細
に調査検討した。その結果、Ｃｒ量およびＳｉ量に対応
させてＮｉ，Ｃｕを複合添加することにより、溶接金属
においても残留フェライト相の生成を抑えることがで
き、安定した靱性の得られることが判明した。
【００１５】また、Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂも高いクリープ
強度を得るためには不可欠の元素であるが、これらの元
素も靱性に対しては必ずしも好ましいものとは言えな
い。しかし、前述したＮｉ，Ｃｕの適正添加のもとで
は、高Ｃｒ，高Ｓｉがクリープ強度と靱性の両立に有効
であることが判った。
強度を得るためには不可欠の元素であるが、これらの元
素も靱性に対しては必ずしも好ましいものとは言えな
い。しかし、前述したＮｉ，Ｃｕの適正添加のもとで
は、高Ｃｒ，高Ｓｉがクリープ強度と靱性の両立に有効
であることが判った。
【００１６】一方、溶接ビード幅の均一化に関しては、
Ｓ量，Ｓｉ量，Ａｌ量の適正な規制の必要なことが判明
した。すなわち、Ｓ量およびＡｌ量を適正範囲に保つこ
とにより、アークプラズマの電流経路が拡大し、且つＳ
ｉの添加により溶融池上の酸化物の流動性が高まり、こ
れらにより安定した溶融池移行が行われ、ビード幅の均
一性が確保されるのである。
Ｓ量，Ｓｉ量，Ａｌ量の適正な規制の必要なことが判明
した。すなわち、Ｓ量およびＡｌ量を適正範囲に保つこ
とにより、アークプラズマの電流経路が拡大し、且つＳ
ｉの添加により溶融池上の酸化物の流動性が高まり、こ
れらにより安定した溶融池移行が行われ、ビード幅の均
一性が確保されるのである。
【００１７】これらの知見事実から判断すると、特開平
３−９７８３２号公報に開示された高Ｃｒフェライト鋼
（母材）は、８〜１４％のＣｒと0.７％以下のＳｉを含
み、更に１％以下のＮｉと１〜５％のＣｕを含んでいる
ので、Ｃｒ量を１０％以上に高めた高温高強度および高
温高耐食のフェライト鋼の溶接に使用して、母材に匹敵
する高温強度および高温耐食性を溶接部に付与し、合わ
せて溶接金属の靱性低下を防止し得ることが期待でき
る。
３−９７８３２号公報に開示された高Ｃｒフェライト鋼
（母材）は、８〜１４％のＣｒと0.７％以下のＳｉを含
み、更に１％以下のＮｉと１〜５％のＣｕを含んでいる
ので、Ｃｒ量を１０％以上に高めた高温高強度および高
温高耐食のフェライト鋼の溶接に使用して、母材に匹敵
する高温強度および高温耐食性を溶接部に付与し、合わ
せて溶接金属の靱性低下を防止し得ることが期待でき
る。
【００１８】しかし、本発明者らの調査した結果では、
総じてＳｉ量が少なく、溶接材料としては充分とは言え
ないことが判明した。また、Ｃｒ量およびＳｉ量に見合
ったＮｉ，Ｃｕの添加がなされていないため、安定な靱
性改善効果が得られないことが判った。更に、ビード幅
の均一化についても、安定な効果が得られなかった。そ
こで、本発明者らは更に実験研究を続け、本発明を完成
させた。
総じてＳｉ量が少なく、溶接材料としては充分とは言え
ないことが判明した。また、Ｃｒ量およびＳｉ量に見合
ったＮｉ，Ｃｕの添加がなされていないため、安定な靱
性改善効果が得られないことが判った。更に、ビード幅
の均一化についても、安定な効果が得られなかった。そ
こで、本発明者らは更に実験研究を続け、本発明を完成
させた。
【００１９】本発明は重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１
５％、Ｓｉ：０．２５〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２
％、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：０．１〜１．５％、Ｃ
ｕ：３％以下、Ｍｏ：０．０１〜０．４％、Ｗ：１〜
２．５％、Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎｂ：０．
０２〜０．２％、Ｖ：０．０５〜０．３％、Ｎ：０．０
０５〜０．０７％、Ｓ：０．００１〜０．００８％、
Ｐ：０．０２％以下、Ｏ：０．０１％以下と、更に必要
に応じてＭｇ：０．０００５〜０．１％およびＢ：０．
０００１〜０．０１％の１種を含み、且つ、ＮｉとＣｕ
が複合添加されると共に、Ｃｒ＋４Ｓｉ−８．５≦４Ｎ
ｉ＋Ｃｕを満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とする高強度高耐食フェライト鋼用溶
接材料を要旨とする。
５％、Ｓｉ：０．２５〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２
％、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：０．１〜１．５％、Ｃ
ｕ：３％以下、Ｍｏ：０．０１〜０．４％、Ｗ：１〜
２．５％、Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎｂ：０．
０２〜０．２％、Ｖ：０．０５〜０．３％、Ｎ：０．０
０５〜０．０７％、Ｓ：０．００１〜０．００８％、
Ｐ：０．０２％以下、Ｏ：０．０１％以下と、更に必要
に応じてＭｇ：０．０００５〜０．１％およびＢ：０．
０００１〜０．０１％の１種を含み、且つ、ＮｉとＣｕ
が複合添加されると共に、Ｃｒ＋４Ｓｉ−８．５≦４Ｎ
ｉ＋Ｃｕを満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とする高強度高耐食フェライト鋼用溶
接材料を要旨とする。
【００２０】
【作用】以下に本発明の溶接材料における各成分の作用
およびその限定理由を述べる。
およびその限定理由を述べる。
【００２１】Ｃ：0.０３〜1.５％ ＣはＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂと結合して炭化物を形成
し、溶接部の高温強度に寄与する。更には、オーステナ
イト形成元素として、δフェライト相の生成抑制に寄与
する。しかし、溶接金属においては、Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖと
低融点共晶を形成して溶接高温割れを招く。また、マル
テンサイトを硬化させて溶接低温割れを招く原因にな
る。そのため、Ｃは0.０３〜1.５％とした。
し、溶接部の高温強度に寄与する。更には、オーステナ
イト形成元素として、δフェライト相の生成抑制に寄与
する。しかし、溶接金属においては、Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖと
低融点共晶を形成して溶接高温割れを招く。また、マル
テンサイトを硬化させて溶接低温割れを招く原因にな
る。そのため、Ｃは0.０３〜1.５％とした。
【００２２】Ｓｉ：0.２５〜0.８％ Ｓｉは溶接部の耐酸化性および耐高温腐食性を高めるた
めに不可欠の元素である。また、ビード幅を均一化し、
溶接施工性の改善にも寄与する。しかし、多量の添加
は、本発明ではＮｉ，Ｃｕの増量を伴い、クリープ強度
の低下や長時間使用後の靱性低下を招く。そのため、Ｓ
ｉは0.２５〜0.８％とした。
めに不可欠の元素である。また、ビード幅を均一化し、
溶接施工性の改善にも寄与する。しかし、多量の添加
は、本発明ではＮｉ，Ｃｕの増量を伴い、クリープ強度
の低下や長時間使用後の靱性低下を招く。そのため、Ｓ
ｉは0.２５〜0.８％とした。
【００２３】Ｍｎ：0.５〜２％ ＭｎはＳを固定し、0.５％以上で溶接割れ、クリープ脆
化といったＳの有害性を抑える効果がある。しかし、２
％を超えると、溶接金属の脆化を招く。従ってＭｎは0.
５〜２％とした。
化といったＳの有害性を抑える効果がある。しかし、２
％を超えると、溶接金属の脆化を招く。従ってＭｎは0.
５〜２％とした。
【００２４】Ｃｒ：１０〜１３％ Ｃｒは溶接部の高温（５５０〜６５０℃）での耐酸化
性、耐高温腐食性の確保に不可欠の元素である。しか
し、多量の添加は、本発明ではＮｉ，Ｃｕの増量を伴
い、クリープ強度の低下や長時間使用後の靱性低下を招
く。そのため、Ｃｒは１０〜１３％とした。
性、耐高温腐食性の確保に不可欠の元素である。しか
し、多量の添加は、本発明ではＮｉ，Ｃｕの増量を伴
い、クリープ強度の低下や長時間使用後の靱性低下を招
く。そのため、Ｃｒは１０〜１３％とした。
【００２５】Ｎｉ：0.１〜1.５％かつ４Ｎｉ＋Ｃｕ≧Ｃ
ｒ＋４Ｓｉ−8.５ Ｎｉはマトリックスの靱性を高めるために0.１％以上を
必要とする。また、残留δフェライト相の生成を抑え、
マルテンサイト単相組織として靱性を確保する観点か
ら、Ｃｕと共に上式を満足する添加を必要とする。しか
し、一方ではオーステナイト変態温度（Ａｃ1 点）を低
下させ、溶接後熱処理時にオーステナイト変態を生じさ
せて、クリープ強度の低下を招く。そのため、上限は1.
５％とした。
ｒ＋４Ｓｉ−8.５ Ｎｉはマトリックスの靱性を高めるために0.１％以上を
必要とする。また、残留δフェライト相の生成を抑え、
マルテンサイト単相組織として靱性を確保する観点か
ら、Ｃｕと共に上式を満足する添加を必要とする。しか
し、一方ではオーステナイト変態温度（Ａｃ1 点）を低
下させ、溶接後熱処理時にオーステナイト変態を生じさ
せて、クリープ強度の低下を招く。そのため、上限は1.
５％とした。
【００２６】 Ｃｕ：３％以下かつ４Ｎｉ＋Ｃｕ≧Ｃｒ＋４Ｓｉ−8.５ ＣｕはＮｉとの複合添加により、残留δフェライト相の
生成を抑え、溶接金属の靱性を確保する。しかし、過剰
な添加は長時間使用後の靱性低下を招く。そのため、Ｃ
ｕは上式以上、３％以下とした。
生成を抑え、溶接金属の靱性を確保する。しかし、過剰
な添加は長時間使用後の靱性低下を招く。そのため、Ｃ
ｕは上式以上、３％以下とした。
【００２７】Ｍｏ：0.０１〜0.４％ Ｍｏはマトリックスを固溶強化すると共に、微細炭化物
として析出して、クリープ強度に寄与する。その効果
は、Ｗとの複合添加により大きくなる。しかし、0.０１
％未満では、その効果は小さく、一方、0.４％を超える
と靱性が低下する。従って、Ｍｏは0.０１〜0.４％とし
た。
として析出して、クリープ強度に寄与する。その効果
は、Ｗとの複合添加により大きくなる。しかし、0.０１
％未満では、その効果は小さく、一方、0.４％を超える
と靱性が低下する。従って、Ｍｏは0.０１〜0.４％とし
た。
【００２８】Ｗ：1.０〜2.５％ ＷはＭｏと同様にマトリックスを固溶強化すると共に、
微細炭化物として析出して、クリープ強度に寄与する。
その効果は、Ｍｏとの複合添加により大きくなる。しか
し、溶接金属では、凝固時にＷがデントライト境界に偏
析するため、母材ほど有効に作用しない。また、後述す
るＮｂの添加による析出強化でクリープ強度を維持す
る。ただし、Ｗの過剰な添加は、溶接金属の靱性を劣化
させる。このようなことから、Ｗは1.０〜2.５％とし
た。
微細炭化物として析出して、クリープ強度に寄与する。
その効果は、Ｍｏとの複合添加により大きくなる。しか
し、溶接金属では、凝固時にＷがデントライト境界に偏
析するため、母材ほど有効に作用しない。また、後述す
るＮｂの添加による析出強化でクリープ強度を維持す
る。ただし、Ｗの過剰な添加は、溶接金属の靱性を劣化
させる。このようなことから、Ｗは1.０〜2.５％とし
た。
【００２９】Ａｌ：0.００５〜0.０５％ 脱酸剤として添加される。過剰の添加は溶接ビード幅の
均一性を損なう。そのため、Ａｌは0.００５〜0.０５％
とした。
均一性を損なう。そのため、Ａｌは0.００５〜0.０５％
とした。
【００３０】Ｎｂ：0.０２〜0.２％ ＮｂはＮｂ（Ｃ，Ｎ）を形成し、クリープ強度の向上に
寄与する。溶接金属では、Ｗの凝固偏析に伴うマトリッ
クスのクリープ強度低下を補う意味で重要である。しか
し、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）の析出は、一方では硬化を助長し、
靱性を損なう。そのため、Ｎｂは0.０２〜0.２％とし
た。
寄与する。溶接金属では、Ｗの凝固偏析に伴うマトリッ
クスのクリープ強度低下を補う意味で重要である。しか
し、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）の析出は、一方では硬化を助長し、
靱性を損なう。そのため、Ｎｂは0.０２〜0.２％とし
た。
【００３１】Ｖ：0.０５〜0.３％ ＶはＶ（Ｃ，Ｎ）を形成してクリープ強度に寄与する
が、過剰の添加はかえってクリープ強度を損なうので、
0.０５〜0.３％とした。
が、過剰の添加はかえってクリープ強度を損なうので、
0.０５〜0.３％とした。
【００３２】Ｎ：0.００５〜0.０７％ ＮはＮｂ，Ｖと結合して窒化物を析出して、クリープ強
度に寄与する。ただし、過剰の添加は、析出物を粗大化
させ、かえってクリープ強度を損なう。そのため、Ｎは
0.００５〜0.０７％とした。
度に寄与する。ただし、過剰の添加は、析出物を粗大化
させ、かえってクリープ強度を損なう。そのため、Ｎは
0.００５〜0.０７％とした。
【００３３】Ｓ：0.００１〜0.００８％ Ｓは本来は鋼の不可避不純物として扱われてきた、しか
し、溶融状態の溶接金属の流動性改善に有効であり、溶
接材料では0.００１％以上を必要とする。ただし、0.０
０８％を超える添加は、ビード幅の均一性の低下を招
き、溶接欠陥が出易くなる。従って、Ｓは0.００１〜0.
００８％とした。
し、溶融状態の溶接金属の流動性改善に有効であり、溶
接材料では0.００１％以上を必要とする。ただし、0.０
０８％を超える添加は、ビード幅の均一性の低下を招
き、溶接欠陥が出易くなる。従って、Ｓは0.００１〜0.
００８％とした。
【００３４】Ｐ：0.０２％以下 Ｐは溶接金属の加熱脆化を招くために、0.０２％以下と
する。下限は特に設けないが、極度の低Ｐ化は多大なコ
スト増を伴う。
する。下限は特に設けないが、極度の低Ｐ化は多大なコ
スト増を伴う。
【００３５】Ｏ：0.０１％以下 Ｏは酸化物として溶接金属に残存し、靱性の低下を招
く。Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏなどの強化元素の添加により硬
化した組織の靱性を確保しようとすると低Ｏ化が必要と
なり、0.０１％以下とした。
く。Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏなどの強化元素の添加により硬
化した組織の靱性を確保しようとすると低Ｏ化が必要と
なり、0.０１％以下とした。
【００３６】Ｍｇ：0.０００５〜0.１％ Ｍｇは線材に加工する際の熱間加工性の改善に有効であ
る他、Ｓを固定する効果が期待されるので、添加しても
よい。ただし、過剰の添加は、溶接金属の清浄度を低下
させる。そのため、添加する場合は0.０００５〜0.１％
とする。
る他、Ｓを固定する効果が期待されるので、添加しても
よい。ただし、過剰の添加は、溶接金属の清浄度を低下
させる。そのため、添加する場合は0.０００５〜0.１％
とする。
【００３７】Ｂ：0.０００１〜0.０１％ Ｂは微量添加により炭化物を分散・安定化させ、クリー
プ強度を高める効果があるため、添加してもよい。添加
する場合は0.０００１〜0.０１％とする。過剰の添加は
加工性を損なう。
プ強度を高める効果があるため、添加してもよい。添加
する場合は0.０００１〜0.０１％とする。過剰の添加は
加工性を損なう。
【００３８】
【実施例】次に本発明の実施例を示し、比較例と対比さ
せて、本発明の効果を明らかにする。
せて、本発明の効果を明らかにする。
【００３９】表１の化学組成をもつＣｒ量が１０％以上
の高Ｃｒフェライト鋼からなる外径８０ｍｍ、肉厚１２
ｍｍの鋼管を母材とし、この母材に開先を設け、種々の
溶接材料を用いてＴＩＧ溶接により円周溶接をした。こ
のフェライト鋼は高Ｃｒ、高Ｓｉゆえに、６００℃−１
万時間のクリープ強度が約１７ｋｇｆ／ｍｍ2 と高強度
であり、更には耐酸化性および耐高温腐食性も高い。
の高Ｃｒフェライト鋼からなる外径８０ｍｍ、肉厚１２
ｍｍの鋼管を母材とし、この母材に開先を設け、種々の
溶接材料を用いてＴＩＧ溶接により円周溶接をした。こ
のフェライト鋼は高Ｃｒ、高Ｓｉゆえに、６００℃−１
万時間のクリープ強度が約１７ｋｇｆ／ｍｍ2 と高強度
であり、更には耐酸化性および耐高温腐食性も高い。
【００４０】ＴＩＧ溶接に使用した溶接材料の化学組成
を表２に示す。いずれの溶接材料も、溶製熱間加工、線
引加工のプロセスにより製造した外径２ｍｍのワイヤで
ある。溶接条件は、電流１２０〜１４０Ａ、電圧１４〜
１６Ｖ、溶接速度９ｃｍ／min とした。溶接後は７４０
℃にて３０分の溶接後熱処理を行った。
を表２に示す。いずれの溶接材料も、溶製熱間加工、線
引加工のプロセスにより製造した外径２ｍｍのワイヤで
ある。溶接条件は、電流１２０〜１４０Ａ、電圧１４〜
１６Ｖ、溶接速度９ｃｍ／min とした。溶接後は７４０
℃にて３０分の溶接後熱処理を行った。
【００４１】得られた溶接継手の溶接ビード幅を測定す
ると共に、その継手から図１に示すシャルピー衝撃試験
片、クリープ試験片および耐食性試験片を採取し、各試
験片を０℃でのシャルピー衝撃試験、６００℃でのクリ
ープ試験および高温酸化試験にそれぞれ供した。
ると共に、その継手から図１に示すシャルピー衝撃試験
片、クリープ試験片および耐食性試験片を採取し、各試
験片を０℃でのシャルピー衝撃試験、６００℃でのクリ
ープ試験および高温酸化試験にそれぞれ供した。
【００４２】クリープ試験では、母材である高Ｃｒフェ
ライト鋼で５０００〜６０００ｈ、汎用鋼であるＡＳＭ
Ｅ Ｔ９１鋼で約１００ｈの破断寿命を示す応力１8.５
ｋｇｆ／ｍｍ2 を付加し、破断寿命が４０００ｈ未満を
×、４０００ｈ以上を○とした。また、高温酸化試験で
は、水蒸気中で７００℃×１０００ｈの加熱を行い、表
面のスケール厚さを測定して、ボイラ用材料としての耐
高温酸化性を評価した。同試験での母材のスケール厚さ
は８０μｍであった。
ライト鋼で５０００〜６０００ｈ、汎用鋼であるＡＳＭ
Ｅ Ｔ９１鋼で約１００ｈの破断寿命を示す応力１8.５
ｋｇｆ／ｍｍ2 を付加し、破断寿命が４０００ｈ未満を
×、４０００ｈ以上を○とした。また、高温酸化試験で
は、水蒸気中で７００℃×１０００ｈの加熱を行い、表
面のスケール厚さを測定して、ボイラ用材料としての耐
高温酸化性を評価した。同試験での母材のスケール厚さ
は８０μｍであった。
【００４３】各試験結果およびビード幅の変動率を調査
した結果を表３に示す。
した結果を表３に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】本発明条件内の化学組織をもつ溶接材料
（Ａ１〜Ａ７）を用いた溶接継手は、幅変動の少ない溶
接ビードを有し、しかも、母材に匹敵するクリープ強度
および高温耐食性を有し、更に靱性も優れる。しかし、
本発明の条件に合致しない溶接材料を用いた溶接継手で
は、そのような優れた溶接施工性と継手性能を兼ね備え
たものは認められなかった。
（Ａ１〜Ａ７）を用いた溶接継手は、幅変動の少ない溶
接ビードを有し、しかも、母材に匹敵するクリープ強度
および高温耐食性を有し、更に靱性も優れる。しかし、
本発明の条件に合致しない溶接材料を用いた溶接継手で
は、そのような優れた溶接施工性と継手性能を兼ね備え
たものは認められなかった。
【００４８】例えばＢ６，Ｂ７ではそれぞれＳ量，Ａｌ
量が過剰なため、幅の均一なビードが得られなかった。
Ｂ１，Ｂ２ではＣｒ量，Ｓｉ量に見合うだけのＮｉ，Ｃ
ｕが添加されていないために、靱性が低下した。Ｂ３で
はＮｉが過剰なため高靱性を示したものの、クリープ強
度が低下した。これはＮｉ量が高いためにオーステナイ
ト変態点が低くなり、７４０℃での溶接後熱処理の際に
溶接金属の一部がオーステナイト変態したためである。
Ｂ４，Ｂ５ではＣｒ量，Ｓｉ量が低いために高温耐食性
が不足した。
量が過剰なため、幅の均一なビードが得られなかった。
Ｂ１，Ｂ２ではＣｒ量，Ｓｉ量に見合うだけのＮｉ，Ｃ
ｕが添加されていないために、靱性が低下した。Ｂ３で
はＮｉが過剰なため高靱性を示したものの、クリープ強
度が低下した。これはＮｉ量が高いためにオーステナイ
ト変態点が低くなり、７４０℃での溶接後熱処理の際に
溶接金属の一部がオーステナイト変態したためである。
Ｂ４，Ｂ５ではＣｒ量，Ｓｉ量が低いために高温耐食性
が不足した。
【００４９】図２はＡ１〜Ａ７，Ｂ１，Ｂ２におけるＮ
ｉ量およびＣｕ量と靱性との関係を示した図表である。
Ｃｒ量，Ｓｉ量が少ないほどｋが小さくなり、Ｃｕ量，
Ｎｉ量の下限が下がることが分かる。
ｉ量およびＣｕ量と靱性との関係を示した図表である。
Ｃｒ量，Ｓｉ量が少ないほどｋが小さくなり、Ｃｕ量，
Ｎｉ量の下限が下がることが分かる。
【００５０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のフェライト鋼用溶接材料は、Ｃｒ量が１０％以上の高
温高強度・高温高耐食のフェライト鋼に適用した場合に
も、母材に匹敵する高温強度および高温耐食性を溶接部
に付与し、合わせ溶接部の靱性低下を防ぐことができ
る。また、幅変動の少ない溶接ビードを形成でき、溶接
欠陥の防止を図ることができる。
のフェライト鋼用溶接材料は、Ｃｒ量が１０％以上の高
温高強度・高温高耐食のフェライト鋼に適用した場合に
も、母材に匹敵する高温強度および高温耐食性を溶接部
に付与し、合わせ溶接部の靱性低下を防ぐことができ
る。また、幅変動の少ない溶接ビードを形成でき、溶接
欠陥の防止を図ることができる。
【図１】溶接部の性能試験に用いた試験片の寸法図であ
る。
る。
【図２】本発明におけるＮｉ量およびＣｒ量を図示した
図表である。
図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 椹木 義淳 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 高部 秀樹 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 松本 茂 兵庫県尼崎市扶桑町１番17号 住金溶接 工業株式会社内 (72)発明者 水田 俊彦 兵庫県尼崎市扶桑町１番17号 住金溶接 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−280993（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−204885（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 35/30
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、
Ｓｉ：０．２５〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｃ
ｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：０．１〜１．５％、Ｃｕ：３
％以下、Ｍｏ：０．０１〜０．４％、Ｗ：１〜２．５
％、Ａｌ：０．００５〜０．０５％、Ｎｂ：０．０２〜
０．２％、Ｖ：０．０５〜０．３％、Ｎ：０．００５〜
０．０７％、Ｓ：０．００１〜０．００８％、Ｐ：０．
０２％以下、Ｏ：０．０１％以下を含み、且つ、Ｎｉと
Ｃｕが複合添加されると共に、Ｃｒ＋４Ｓｉ−８．５≦
４Ｎｉ＋Ｃｕを満足し、残部がＦｅおよび不可避的不純
物からなることを特徴とする高強度高耐食フェライト鋼
用溶接材料。 - 【請求項２】 請求項１に記載の成分に加えて更に、Ｍ
ｇ：０．０００５〜０．１％を含む高強度高耐食フェラ
イト鋼用溶接材料。 - 【請求項３】 請求項１に記載の成分に加えて更に、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％を含む高強度高耐食フェ
ライト鋼用溶接材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24981993A JP2928904B2 (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 高強度高耐食フェライト鋼用溶接材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24981993A JP2928904B2 (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 高強度高耐食フェライト鋼用溶接材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0780679A JPH0780679A (ja) | 1995-03-28 |
| JP2928904B2 true JP2928904B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=17198664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24981993A Expired - Fee Related JP2928904B2 (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 高強度高耐食フェライト鋼用溶接材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2928904B2 (ja) |
-
1993
- 1993-09-09 JP JP24981993A patent/JP2928904B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0780679A (ja) | 1995-03-28 |
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