JP3251424B2 - 高強度Cr−Mo鋼用溶接ワイヤ - Google Patents
高強度Cr−Mo鋼用溶接ワイヤInfo
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Description
接に係り、より詳細には、Cr、Mo及びVを必須成分と
して含み、必要に応じてNb、Ti、B及びCaのうちの
1種以上を含有する高強度2.25〜3%Cr−1%Mo
鋼の溶接において、SR後の室温及び高温強度、靭性、
クリープ強度、耐焼戻し脆化特性(高温環境での使用中
脆化の少ないこと)、更に耐高温割れ性(凝固時の割れが
生じ難いこと)、耐低温割れ性(水素による遅れ破壊が生
じ難いこと)及び耐SR割れ性(析出時効による粒界割れ
が生じ難いこと)等が良好な溶接金属が得られる高強度
Cr−Mo鋼用溶接ワイヤに関するものである。
り、いわゆる2.25〜3%Cr−1%Mo鋼は高温特性
に優れているため、ボイラーや化学反応容器等の高温高
圧環境下で使用される材料として広く適用されている。
近年、これらの設備の高効率操業を図るため、構造物が
より大型厚肉化され、使用環境もより高温高圧化される
傾向にあり、VやNb等を添加した高強度Cr−Mo鋼が
開発されている。
は、主に溶接能率の良いサブマージアーク溶接材料が用
いられているが、狭開先溶接用にガスシールドアーク溶
接ワイヤも提案されている。これまでにも上記鋼種用の
ガスシールドアーク溶接ワイヤについては、特公平3−
61558号、特開平2−182377号、特開昭63
−112094号、特開昭62−114795号及び特
開昭62−101394号において開示されているが、
機械的性能と併せて上述の各耐割れ性も考慮し実用化さ
れたワイヤは未だにないのが現実である。
r、Mo及びVを必須成分として含み、必要に応じてN
b、Ti、B及びCaのうちの1種以上を含有する、いわ
ゆる高強度2.25〜3%Cr−1%Mo鋼のガスシール
ドアーク溶接において、SR後の室温及び高温強度、靭
性、クリープ強度、耐焼戻し脆化特性、更に耐高温割れ
性(凝固時の割れが生じ難いこと)、耐低温割れ性(水素
による遅れ破壊が生じ難いこと)及び耐SR割れ性(析出
時効による粒界割れが生じ難いこと)等が良好な溶接金
属が得られる高強度Cr−Mo鋼用溶接ワイヤを提供する
ことを目的とするものである。
解決するために鋭意研究を重ねた結果、ワイヤの成分量
並びに特定の成分の量比を調整することにより、前記課
題を解決することが可能であることを見い出した。
r:2.00〜3.25%、Mo:0.90〜1.20%及び
V:0.18〜0.35%を含み、必要に応じてNb、T
i、B及びCaのうちの1種以上を含有する高強度2.2
5〜3%Cr−1%Mo鋼の溶接にAr+5〜25%CO2
又はAr+1〜5%O2のシールドガスと共に用いる溶接
用ワイヤであって、C:0.07〜0.15%、Si:0.
20〜0.50%、Mn:0.60〜1.20%、Cr:2.
00〜3.50%、Mo:0.90〜1.20%、V:0.
10〜0.50%、O:0.005〜0.030%、を含
有し、また、P:0.010%以下、S:0.015%以
下、Cu:0.35%以下、Ni:0.50%以下、Al:
0.050%以下、Sn+Sb+As:0.020%以下、
N:0.020%以下、を規制し、必要に応じて、更に
Ti:0.01〜0.10%、B:0.0005〜0.00
5%の1種又は2種を含み、残部がFe及びその他の不
可避的不純物であり、且つ、下記(1)式で与えられるT
s1が15.0以下であることを特徴とする高強度Cr−M
o鋼用溶接ワイヤを要旨としている。 Ts1=[V]×(50[P]+1/500[O])×100… (1) 但し、[X]:ワイヤ中のX成分の重量%
r:2.00〜3.25%、Mo:0.90〜1.20%及び
V:0.18〜0.35%を含み、必要に応じてNb、T
i、B及びCaのうちの1種以上を含有する高強度2.2
5〜3%Cr−1%Mo鋼の溶接にAr+5〜25%CO2
又はAr+1〜5%O2のシールドガスと共に用いる溶接
用ワイヤであって、C:0.07〜0.15%、Si:0.
20〜0.50%、Mn:0.60〜1.20%、Cr:2.
00〜3.50%、Mo:0.90〜1.20%、V:0.
10〜0.50%、Nb:0.005〜0.019% O:0.005〜0.030%、を含有し、また、P:
0.010%以下、S:0.015%以下、Cu:0.35
%以下、Ni:0.50%以下、Al:0.050%以下、
Sn+Sb+As:0.020%以下、N:0.020%以
下、を規制し、必要に応じて、更にTi:0.01〜0.
10%、B:0.0005〜0.005%の1種又は2種
を含み、残部がFe及びその他の不可避的不純物であ
り、且つ、下記(2)式で与えられるTs2が30.0以下
であることを特徴とする高強度Cr−Mo鋼用溶接ワイヤ
を要旨としている。 Ts2=([V]+20[Nb])(50[P]+1/500[O])×100… (2) 但し、[X]:ワイヤ中のX成分の重量%
ず、V又はV及びNbの両方を適量添加することによ
り、母材と同等な溶接金属の強度が得られるようにした
ものである。また、従来の高強度Cr−Mo鋼用MIG溶
接ワイヤと比較して、溶接金属の過度な強度上昇と靭性
低下を防ぐためにNi、Al及びNを規制し、耐高温割れ
性の点からS、Cu及びNiを規制し、更に耐焼戻し脆化
特性や耐SR割れ性の観点からP、Sn、Sb及びAsを
規制し、且つ、Oを適量添加し、更に、靭性改善のため
Ti及びBを適量添加していることを特徴としている。
由について述べる。
性を確保するために添加するものであるが、0.07%
未満の場合、焼入れ性が不十分で室温強度が不足し、ま
た、VやNb等の炭化物の析出が不十分になり高温強度
やクリープ強度も不足する。また0.15%を超えると
強度が著しく増加し、靭性や耐低温割れ性が低下する。
したがって、ワイヤ中のC量は0.07〜0.15%とす
る。なお、より好ましくは0.08〜0.11%である。
適量にコントロールするには、0.20%以上が必要で
ある。しかしながら、過度に添加すると後述する溶接金
属中のO量の適量の下限を割り耐SR性が劣化し、また
焼戻し脆化も促進するので、0.50%以下に制限する
必要がある。したがって、ワイヤ中のSi量は0.20〜
0.50%とする。なお、より好ましくは0.30〜0.
40%である。
る効果を持つ。後述する溶接金属中のO量を適量にコン
トロールし、靭性を確保するためには0.60%以上が
必要である。しかしながら、過度に添加すると後述する
溶接金属中のO量の適量の下限を割り耐SR性が劣化
し、また焼戻し脆化を促進しクリープ強度も低下するの
で、1.20%以下に制限する必要がある。したがっ
て、ワイヤ中のMn量は0.60〜1.20%とする。な
お、より好ましくは0.80〜1.10%である。
ために添加するものであり、本発明の対象鋼種の必須成
分でもある。したがって、溶接金属におけるCr及びMo
量を母材と同等にするために、ワイヤ中のCr量は2.0
0〜3.50%、またMo量は0.90〜1.20%とす
る。
強度を確保するために添加する。しかしながら、0.1
0%未満ではその効果がなく、また、0.50%を超え
ると強度が高くなりすぎて靭性が低下する。したがっ
て、ワイヤ中のV量は0.10〜0.50%とする。な
お、より好ましくは、0.20〜0.35%である。
性を劣化させる元素であり、少ないほど良い。このた
め、ワイヤ中のP量は0.010%以下とする。なお、
より好ましくは0.005%以下である。
少ないほど良い。このため、ワイヤ中のS量は0.01
5%以下とする。なお、より好ましくは0.010%以
下である。
いほど良い。このため、ワイヤ中のCu量は防錆のため
のメッキ分を含めて0.35%以下とする。なお、より
好ましくは0.20%以下である。また、中性子照射脆
化を受ける個所の溶接には、ノーメッキのまま使用する
ことも可能である。
属の強度が過度に上昇し、靭性が低下することが判明し
た。また、Niについては、多量に添加すると耐高温割
れ性も低下する。したがって、ワイヤ中のNi量は0.5
0%以下、Al量は0.050%以下及びN量は0.02
0%以下に規制する。なお、より好ましくは、Ni量は
0.10%以下、Al量は0.010%以下、N量は0.0
10%以下である。
焼戻し脆化特性や耐SR割れ性が劣化する。したがっ
て、ワイヤ中のSn+Sb+As量は0.020%以下とす
る。なお、より好ましくは0.008%以下である。
り球状欠陥が生じ難くなる。また、旧オーステナイト粒
界に沿って緻密な組織が析出し、これにより粒界面積が
増えるため、耐焼戻し脆化特性及び耐SR割れ性を向上
する効果がある。この適量とは、本発明においては、
0.025〜0.060%である。すなわち、溶接金属中
のOが0.025%未満では球状欠陥が発生し易く耐S
R割れ性が劣化し、0.060%を越えると耐SR割れ
性は問題ないが、強度及び靭性が大きく低下する。本発
明では、シールドガスとしてAr+5〜25%CO2又は
Ar+1〜5%O2を用いる場合に溶接金属中のO量を適
量にするには、ワイヤ中のO量を0.005〜0.030
%にする必要があることがわかった。なお、より好まし
くは0.008〜0.020%である。
記(1)式で与えられるTs1が15.0以下の場合に、耐
SR割れ性が良好な溶接金属が得られることがわかっ
た。ワイヤ中の各成分が本発明範囲内であっても、Ts1
が15.0を越えると、SR割れが発生する。したがっ
て、Ts1は15.0以下とする。なお、より好ましくは
10.0以下である。 Ts1=[V]×(50[P]+1/500[O])×100… (1) 但し、[X]:ワイヤ中のX成分の重量%
のワイヤにNbを更に添加することで、室温及び高温強
度やクリープ強度を改善することができる。しかしなが
ら、0.005%未満ではその効果がなく、また、0.0
19%を超えると強度が高くなりすぎて靭性が低下す
る。したがって、ワイヤ中のNb量は0.005〜0.0
19%とする。なお、より好ましくは、0.010〜0.
019%である。
記(2)式で与えられるTs2が30.0以下の場合に、耐
SR割れ性が良好な溶接金属が得られることがわかっ
た。ワイヤ中の各成分が本発明範囲内であっても、Ts2
が30.0を超えると、SR割れが発生する。したがっ
て、Ts2は30.0以下とする。なお、より好ましくは
20.0以下である。 Ts2=([V]+20[Nb])(50[P]+1/500[O])×100… (2) 但し、[X]:ワイヤ中のX成分の重量%
又は2種をワイヤ中に必要に応じて添加することができ
る。
効果があるので、必要に応じて添加することができる。
添加する場合、ワイヤ中のTi量が0.01%未満ではそ
の効果がなく、0.10%を超えると強度が大きくなり
逆に靭性が低下する。したがって、ワイヤ中のTi量は
0.01〜0.10%とする。なお、より好ましくは0.
03〜0.08%である。
を改善する効果があるので、必要に応じて添加すること
ができる。添加する場合、ワイヤ中のB量が0.000
5%未満ではその効果がなく、0.005%を超えると
耐高温割れ性が低下する。したがって、ワイヤ中のB量
は0.0005〜0.005%とする。なお、より好まし
くは0.001〜0.003%である。
とは、Nbについては0.005%まで、Tiについては
0.01%まで、Bについては0.0005%まで含有さ
れていても、本発明の効果を阻害することはなく、許容
される。
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼は、必須成分としてCr:
2.00〜3.25%、Mo:0.90〜1.20%及び
V:0.18〜0.35%を含み、必要に応じてNb、T
i、B及びCaのうちの1種以上を含有する組成のもので
ある。この組成は前述の如くその用途に応じて所定の特
性が得られるように調整されるものであり、Cr、Mo、
Vを必須成分として含有する限り、種々の組成が可能で
ある。
は、Ar+5〜25%CO2又はAr+1〜5%O2であ
る。
ヤを用いて、表3に示す化学成分の母材を図1の開先形
状に加工し、図2のように拘束板(SM400B)に拘束
し、表4の溶接条件にて狭開先ガスシールドアーク溶接
を行い、試験材を作成した。得られた試験材に各種試験
を行った。図3は機械試験用のSR条件、図4はSR割
れ試験用の熱処理条件、図5は焼戻し脆化試験のための
ステップクーリング、図6はSR割れ試験用円筒試験片
の採取位置と作成方法を示す。また、表5は機械試験要
領を示す。
758N/mm2(SR:700℃×7h)の場合、及び高温
(482℃)引張強さが507N/mm2以上(SR:700
℃×26h)の場合を良好とした。靭性及び焼戻し脆化特
性については、各々vTr55(55Jを示すシャルピー遷
移温度)が−50℃以下の場合、及びΔvTr55(ステップ
クーリング後のvTr55の遷移量)が20℃以下の場合を
良好とした(SR:700℃×7h)。クリープ強度につ
いては、550℃×1000hクリープ破断強度が21
0N/mm2以上(SR:700℃×26h)の場合を良好と
した。高温割れについては、ミクロ観察及びSEM観察
にて確認した。低温割れについては、拘束板に試験材を
拘束したまま3日間放置し、超音波探傷試験、ミクロ観
察及びSEM観察にて確認した。また、耐SR割れ性の
評価については、「応力除去焼鈍割れに関する研究(第
2報)」(内木ら、溶接学会誌:Vol.33、No.9(1
964)p.718)を参考にし、図6に示すように円筒
型試験片を採取し、曲げ応力をかけた状態でTIGにて
溶加材を使用せずに溶接し、U溝部分に引張残留応力を
生じさせたまま625℃×10hの熱処理を行い、U溝
底部に割れが生じない場合を良好とした。
に溶接金属の各種性能を示す。なお、No.1〜5及び7
〜10はMod.2.25Cr−1Mo鋼用に本発明を適用し
た例であり、No.6及び11はMod.3Cr−1Mo鋼用
に本発明を適用した例である。また、No.12〜27は
比較例である。
学成分及びTs1が本発明範囲であって、機械的性能及び
耐割れ性とも良好である。
分及びTs1が本発明範囲であって、且つTi及びBが本
発明範囲内で添加されており、本発明例No.1〜3に比
較して、更に靱性が改善されている。
化学成分及びTs2が本発明範囲であって、機械的性能及
び耐割れ性とも良好である。
成分及びTs2が本発明範囲であって、且つそれぞれTi
或いはBが本発明範囲内で添加されており、本発明例N
o.7及び8に比較して、更に靱性が改善されている。
のCが本発明範囲より少なく、耐割れ性は問題ないが、
強度や靭性が悪い。また、比較例No.13は、ワイヤの
C及びTiが本発明範囲を超えるため、強度が高くなり
靭性が悪い。また、焼戻し脆化特性や耐低温割れ性も劣
化した。
発明範囲より少ないため脱酸の程度が悪く、溶接金属中
のO量が適量より多くなり、靱性が極めて劣化した。ま
た、比較例No.15は、ワイヤのSiとMnが本発明範囲
を超えるため、溶接金属中のO量の適量の下限を割り耐
SR割れが発生し、耐焼戻し脆化特性やクリープ強度も
悪い。
+Sb+Asが本発明範囲より多く、またTs1が本発明範
囲より大きいため、靭性や焼戻し脆化特性が悪く、高温
割れやSR割れが発生した。
発明範囲より少なく母材の規格さえも下回り、高温強度
や靱性が不足した。また比較例No.18は、ワイヤのC
rとMoが本発明範囲を超えるため母材の規格さえも上回
り、強度が大きくなり靭性が低下しクリープ強度も低
い。また、低温割れも発生した。
発明範囲を超えるため、高温割れが多発した。機械試験
は実施しなかった。
Nが本発明範囲を超えるため、強度が大きくなり靱性が
低下した。また、高温割れも発生した。
囲より少なく、高温強度やクリープ居度が不足した。比
較例No.22は、ワイヤのVが本発明範囲を超えるた
め、室温及び高温強度が大きくなり靱性が低下し、低温
割れが発生した。また、Ts1が本発明範囲より大きいた
め、SR割れも生じた。
囲より少なく溶接金属中のO量が適量より少なくなり、
更にTs1が本発明範囲より大きいため、耐焼戻し脆化特
性が悪くSR割れが生じた。比較例No.24は、ワイヤ
のOが本発明範囲を超えるため溶接金属中のO量が適量
より多くなり、耐SR割れ性は良好であるが強度及び靱
性が低下した。
発明範囲のため機械的性能は良好であるが、Ts1が本発
明範囲より大きくSR割れが発生した。
範囲を超えるため、室温及び高温強度が大きくなり靱性
が低下し、低温割れが発生した。また、Ts2が本発明範
囲より大きいため、SR割れも生じた。
発明範囲のため機械的性能は良好であるが、Ts2が本発
明範囲より大きくSR割れが発生した。
SR後の室温及び高温強度、靱性、クリープ強度、耐焼
戻し脆化特性、更に耐高温割れ性、耐低温割れ性及び耐
SR割れ性が良好な溶接金属を得ることができる。
示す図である。
を示す図で、(a)はノッチが原質部上位になるように
採取する位置を示し、(b)は試験片の側面図、(c)
は試験片の断面図、(d)は(c)のA部の詳細図、
(e)はTIGにて溶加材を使用せずに溶接する要領を
示している。
Claims (3)
- 【請求項1】 重量%で(以下、同じ)、必須成分とし
て、Cr:2.00〜3.25%、Mo:0.90〜1.20
%及びV:0.18〜0.35%を含み、必要に応じてN
b、Ti、B及びCaのうちの1種以上を含有する高強度
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼の溶接にAr+5〜25%
CO2又はAr+1〜5%O2のシールドガスと共に用い
る溶接用ワイヤであって、 C:0.07〜0.15%、 Si:0.20〜0.50%、 Mn:0.60〜1.20%、 Cr:2.00〜3.50%、 Mo:0.90〜1.20%、 V:0.10〜0.50%、 O:0.005〜0.030%、を含有し、また、 P:0.010%以下、 S:0.015%以下、 Cu:0.35%以下、 Ni:0.50%以下、 Al:0.050%以下、 Sn+Sb+As:0.020%以下、 N:0.020%以下、を規制し、残部がFe及びその他
の不可避的不純物であり、且つ、下記(1)式で与えられ
るTs1が15.0以下であることを特徴とする高強度Cr
−Mo鋼用溶接ワイヤ。 Ts1=[V]×(50[P]+1/500[O])×100… (1) 但し、[X]:ワイヤ中のX成分の重量% - 【請求項2】 必須成分としてCr:2.00〜3.25
%、Mo:0.90〜1.20%及びV:0.18〜0.3
5%を含み、必要に応じてNb、Ti、B及びCaのうち
の1種以上を含有する高強度2.25〜3%Cr−1%M
o鋼の溶接にAr+5〜25%CO2又はAr+1〜5%O
2のシールドガスと共に用いる溶接用ワイヤであって、 C:0.07〜0.15%、 Si:0.20〜0.50%、 Mn:0.60〜1.20%、 Cr:2.00〜3.50%、 Mo:0.90〜1.20%、 V:0.10〜0.50%、 Nb:0.005〜0.019% O:0.005〜0.030%、を含有し、また、 P:0.010%以下、 S:0.015%以下、 Cu:0.35%以下、 Ni:0.50%以下、 Al:0.050%以下、 Sn+Sb+As:0.020%以下、 N:0.020%以下、を規制し、残部がFe及びその他
の不可避的不純物であり、且つ、下記(2)式で与えられ
るTs2が30.0以下であることを特徴とする高強度Cr
−Mo鋼用溶接ワイヤ。 Ts2=([V]+20[Nb])(50[P]+1/500[O])×100… (2) 但し、[X]:ワイヤ中のX成分の重量% - 【請求項3】 更に、該ワイヤにTi:0.01〜0.1
0%、B:0.0005〜0.005%の1種又は2種が
添加されていることを特徴とする請求項1又は2に記載
の高強度Cr−Mo鋼用溶接ワイヤ。
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JP10905794A JP3251424B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 高強度Cr−Mo鋼用溶接ワイヤ |
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JP10905794A JP3251424B2 (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 高強度Cr−Mo鋼用溶接ワイヤ |
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Publication Number | Publication Date |
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