JP3327632B2 - ５％Ｃｒ系溶接材料 - Google Patents
５％Ｃｒ系溶接材料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火力発電や原子力発電
などの高温に供される部品等の溶接に適用される５％Ｃ
ｒ系溶接材料に関する。
などの高温に供される部品等の溶接に適用される５％Ｃ
ｒ系溶接材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】火力発電や原子力発電に用いられる圧力
溶器や配管には、低合金鋼製や９〜１２Ｃｒ鋼製の高温
高強度材が用いられている。これらの材料の使い分け
は、用いられる部品の使用条件（温度、作用応力）と材
料の持つ許容応力によって決定される。
溶器や配管には、低合金鋼製や９〜１２Ｃｒ鋼製の高温
高強度材が用いられている。これらの材料の使い分け
は、用いられる部品の使用条件（温度、作用応力）と材
料の持つ許容応力によって決定される。
【０００３】このようにして決められた各部品（圧力容
器や配管）は溶接を用いてつなぐが、このとき低合金鋼
（例えば２．２５％ＣｒＭｏ鋼）と９〜１０Ｃｒ鋼（例
えば９Ｃｒ−１．５Ｍｏ鋼）のような異材の継手が必要
となる。
器や配管）は溶接を用いてつなぐが、このとき低合金鋼
（例えば２．２５％ＣｒＭｏ鋼）と９〜１０Ｃｒ鋼（例
えば９Ｃｒ−１．５Ｍｏ鋼）のような異材の継手が必要
となる。
【０００４】従来の上記異材継手部分の溶接材料として
は、一般には高温強度の優れた９Ｃｒ系の溶接材料を用
いていたが、この場合、低合金鋼と溶接材料との間の熱
膨張係数の差が大きく、熱膨張係数の差による応力の発
生により、構成材料が損傷を受けることがあった。
は、一般には高温強度の優れた９Ｃｒ系の溶接材料を用
いていたが、この場合、低合金鋼と溶接材料との間の熱
膨張係数の差が大きく、熱膨張係数の差による応力の発
生により、構成材料が損傷を受けることがあった。
【０００５】一方、熱膨張係数が低合金鋼と９〜１０Ｃ
ｒ鋼との中間である５％Ｃｒ鋼の場合には、その高温強
度は低く、高温で使用する継手用の溶接材料としては不
十分であった。
ｒ鋼との中間である５％Ｃｒ鋼の場合には、その高温強
度は低く、高温で使用する継手用の溶接材料としては不
十分であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の溶接材料におい
ては、前記のように熱膨張係数の差による応力が発生し
て構成材料が損傷を受けたり、あるいは高温強度が低く
使用に耐えられない等の課題があった。
ては、前記のように熱膨張係数の差による応力が発生し
て構成材料が損傷を受けたり、あるいは高温強度が低く
使用に耐えられない等の課題があった。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するため、熱膨
張係数が低合金鋼と９〜１０Ｃｒ鋼との中間であり、し
かも高温強度の優れた溶接継手を得ることができる新し
い溶接材料を実現することを目的としている。
張係数が低合金鋼と９〜１０Ｃｒ鋼との中間であり、し
かも高温強度の優れた溶接継手を得ることができる新し
い溶接材料を実現することを目的としている。
【０００８】
（１）本発明の５％Ｃｒ系溶接材料は、重量比で炭素：
０．０５〜０．１５％、シリコン：１％以下、マンガ
ン：１％以下、ニッケル：０．５％以下、クロム：４．
５〜５．５％、モリブデン：０．３〜１．５％、バナジ
ウム：０．１〜０．３％、タンタル：０．１５〜０．４
％、窒素：０．０１〜０．０６％、不可避的不純物、及
び鉄からなることを特徴としている。
０．０５〜０．１５％、シリコン：１％以下、マンガ
ン：１％以下、ニッケル：０．５％以下、クロム：４．
５〜５．５％、モリブデン：０．３〜１．５％、バナジ
ウム：０．１〜０．３％、タンタル：０．１５〜０．４
％、窒素：０．０１〜０．０６％、不可避的不純物、及
び鉄からなることを特徴としている。
【０００９】（２）本発明の５％Ｃｒ系溶接材料は、重
量比で炭素：０．０５〜０．１５％、シリコン：１％以
下、マンガン：１％以下、ニッケル：０．５％以下、ク
ロム：４．５〜５．５％、モリブデン：０．３〜１．５
％、バナジウム：０．１〜０．３％、タンタル：０．１
５〜０．４％、窒素：０．０１〜０．０６％、ボロン：
０．００２〜０．００７％、不可避的不純物、及び鉄か
らなることを特徴としている。
量比で炭素：０．０５〜０．１５％、シリコン：１％以
下、マンガン：１％以下、ニッケル：０．５％以下、ク
ロム：４．５〜５．５％、モリブデン：０．３〜１．５
％、バナジウム：０．１〜０．３％、タンタル：０．１
５〜０．４％、窒素：０．０１〜０．０６％、ボロン：
０．００２〜０．００７％、不可避的不純物、及び鉄か
らなることを特徴としている。
【００１０】
【作用】本発明者らは、５％Ｃｒ鋼を基本として成分を
厳選することによる高温強度の優れた新しい溶接材料を
発明した。
厳選することによる高温強度の優れた新しい溶接材料を
発明した。
【００１１】上記発明（１）においては、上記のように
成分を限定しているが、その成分限定理由について以下
に説明する。炭素Ｃは、炭化物となって高温強度を改善
する。しかし、多量に添加すると溶接性を阻害し、ま
た、高温強度も低下させる。０．０５％未満ではその効
果はなく、また、０．１５％を越える量を添加すると溶
接性が極端に劣るようになるため、０．０５〜０．１５
％とした。
成分を限定しているが、その成分限定理由について以下
に説明する。炭素Ｃは、炭化物となって高温強度を改善
する。しかし、多量に添加すると溶接性を阻害し、ま
た、高温強度も低下させる。０．０５％未満ではその効
果はなく、また、０．１５％を越える量を添加すると溶
接性が極端に劣るようになるため、０．０５〜０．１５
％とした。
【００１２】シリコンＳｉは、脱酸材として有用な元素
である。また、湯流れを良くするので溶接材料において
は不可欠な元素といえる。しかし、多量に加えると靭性
の低下や脆化を助長するため１％以下とした。
である。また、湯流れを良くするので溶接材料において
は不可欠な元素といえる。しかし、多量に加えると靭性
の低下や脆化を助長するため１％以下とした。
【００１３】マンガンＭｎも脱酸材として有用な元素で
ある。しかし、多量に加えると溶接部が脆化する。そこ
で、１％以下とした。ニッケルＮｉは、靭性向上に強い
効果がある。しかし、その添加量が増すと高温強度、特
にクリープ破断強度の低下をもたらすため、０．５％以
下とする。
ある。しかし、多量に加えると溶接部が脆化する。そこ
で、１％以下とした。ニッケルＮｉは、靭性向上に強い
効果がある。しかし、その添加量が増すと高温強度、特
にクリープ破断強度の低下をもたらすため、０．５％以
下とする。
【００１４】クロムＣｒは、本発明材の特徴的な元素で
ある。熱膨張係数の関係から低合金鋼の１〜２．５Ｃｒ
と高Ｃｒ鋼である９〜１０Ｃｒとの中間になるような成
分に限定される。そこで、特性が明かになっており、熱
膨張係数が低合金鋼の１〜２．５Ｃｒと高Ｃｒ鋼である
９〜１０Ｃｒとの中間の４．５〜５．５％に限定する。
ある。熱膨張係数の関係から低合金鋼の１〜２．５Ｃｒ
と高Ｃｒ鋼である９〜１０Ｃｒとの中間になるような成
分に限定される。そこで、特性が明かになっており、熱
膨張係数が低合金鋼の１〜２．５Ｃｒと高Ｃｒ鋼である
９〜１０Ｃｒとの中間の４．５〜５．５％に限定する。
【００１５】モリブデンＭｏは炭化物を形成し、高温の
クリープ破断強さを向上させることに効果がある。０．
３％未満ではその効果はなく、１．５％を越える量を添
加すると溶接性を悪化させ、しかも、高温の環境下で使
用する際に脆化をもたらすため、０．３〜１．５％とす
る。
クリープ破断強さを向上させることに効果がある。０．
３％未満ではその効果はなく、１．５％を越える量を添
加すると溶接性を悪化させ、しかも、高温の環境下で使
用する際に脆化をもたらすため、０．３〜１．５％とす
る。
【００１６】バナジウムＶも炭化物を形成しクリープ破
断強度の向上に強く寄与するが、０．１％未満では十分
な効果は得られず、また、０．３％を越えると溶接性と
靭性を低下させるため、０．１〜０．３％とする。
断強度の向上に強く寄与するが、０．１％未満では十分
な効果は得られず、また、０．３％を越えると溶接性と
靭性を低下させるため、０．１〜０．３％とする。
【００１７】タンタルＴａは、組織を微細化して靭性を
向上させることにより溶接性を向上させるとともに、炭
化物を形成することにより、クリープ破断強度の向上に
強く寄与する。０．１５％未満ではその効果はなく、ま
た、０．４％を越える量を添加すると組織が微細になり
過ぎるために十分な高温強度が得られない。そこで、
０．１５〜０．４％とする。
向上させることにより溶接性を向上させるとともに、炭
化物を形成することにより、クリープ破断強度の向上に
強く寄与する。０．１５％未満ではその効果はなく、ま
た、０．４％を越える量を添加すると組織が微細になり
過ぎるために十分な高温強度が得られない。そこで、
０．１５〜０．４％とする。
【００１８】窒素Ｎは、Ｃと同様に溶質元素とともに窒
化物を形成し、高温強度の改善に効果がある。特に溶接
材料の場合には、クロム含有量が多い場合、溶接性を確
保する観点からＣの添加量が制限されるため、その添加
量が低く抑えられる分をＮで補うことになる。０．０１
％未満ではその効果は少なく、また、０．０６％を越え
る量の添加は溶接性を悪化させる。そこで、０．０１〜
０．０６％に限定する。
化物を形成し、高温強度の改善に効果がある。特に溶接
材料の場合には、クロム含有量が多い場合、溶接性を確
保する観点からＣの添加量が制限されるため、その添加
量が低く抑えられる分をＮで補うことになる。０．０１
％未満ではその効果は少なく、また、０．０６％を越え
る量の添加は溶接性を悪化させる。そこで、０．０１〜
０．０６％に限定する。
【００１９】上記により、高温強度が従来の５％Ｃｒ系
の溶接材料に比べて遙かに優れており、また、熱膨張係
数が低合金鋼と９〜１０Ｃｒ鋼との中間になるため、こ
れらの材料による異材継手を製造した場合でも熱膨張係
数の差による熱応力が小さく、安定した異材継手を得る
ことが可能となる。
の溶接材料に比べて遙かに優れており、また、熱膨張係
数が低合金鋼と９〜１０Ｃｒ鋼との中間になるため、こ
れらの材料による異材継手を製造した場合でも熱膨張係
数の差による熱応力が小さく、安定した異材継手を得る
ことが可能となる。
【００２０】上記発明（２）においては、上記発明
（１）における成分にボロンＢを加え、Ｂが粒界に析出
することによる靭性の向上や高温強度の改善を更に図っ
ている。このＢの添加については、０．００２％未満で
は、粒界への析出が十分でないためその効果が得られ
ず、また、０．００７％を越える量を添加すると、余分
なＢによって溶接材料が脆化する。したがって、Ｂの量
は、０．００２〜０．００７％に限定する。
（１）における成分にボロンＢを加え、Ｂが粒界に析出
することによる靭性の向上や高温強度の改善を更に図っ
ている。このＢの添加については、０．００２％未満で
は、粒界への析出が十分でないためその効果が得られ
ず、また、０．００７％を越える量を添加すると、余分
なＢによって溶接材料が脆化する。したがって、Ｂの量
は、０．００２〜０．００７％に限定する。
【００２１】
【実施例】本発明の第１実施例を以下に説明する。本実
施例の５％Ｃｒ系溶接材料においては、重量比で０．０
５〜０．１５％の炭素Ｃ、１％以下のシリコンＳｉ、１
％以下のマンガンＭｎ、０．５％以下のニッケルＮｉ、
４．５〜５．５％のクロムＣｒ、０．３〜１．５％のモ
リブデンＭｏ、０．１〜０．３％のバナジウムＶ、０．
１５〜０．４％のタンタルＴａ、０．０１〜０．０６％
の窒素Ｎ、不可避的不純物、及び鉄からなる成分により
形成されている。
施例の５％Ｃｒ系溶接材料においては、重量比で０．０
５〜０．１５％の炭素Ｃ、１％以下のシリコンＳｉ、１
％以下のマンガンＭｎ、０．５％以下のニッケルＮｉ、
４．５〜５．５％のクロムＣｒ、０．３〜１．５％のモ
リブデンＭｏ、０．１〜０．３％のバナジウムＶ、０．
１５〜０．４％のタンタルＴａ、０．０１〜０．０６％
の窒素Ｎ、不可避的不純物、及び鉄からなる成分により
形成されている。
【００２２】また、本発明の第２実施例の５％Ｃｒ系溶
接材料においては、上記第１実施例における成分に０．
００２〜０．００７％のボロンＢが添加されて形成され
ている。
接材料においては、上記第１実施例における成分に０．
００２〜０．００７％のボロンＢが添加されて形成され
ている。
【００２３】上記第１、及び第２実施例については、そ
の性能を確認するために試験を行っており、その内容と
結果について以下に説明する。上記試験においては、ま
ず、５０Ｋｇ真空溶解炉を用いて下記の表１に示す成分
の材料をそれぞれ溶解し、鍛造を施した後、５mm角程度
の線材として、溶接材料である試験材を形成した。
の性能を確認するために試験を行っており、その内容と
結果について以下に説明する。上記試験においては、ま
ず、５０Ｋｇ真空溶解炉を用いて下記の表１に示す成分
の材料をそれぞれ溶解し、鍛造を施した後、５mm角程度
の線材として、溶接材料である試験材を形成した。
【００２４】
【表１】
【００２５】これらの試験材については、その開先形状
を図１（ａ）に示すように加工した被溶接体（母材）
１、２に対して、下記の表２に示す条件にて溶接を行な
った。溶接後は、６６０℃で５時間焼きもどし処理を行
い、図１（ｂ）に示すように試験片を採取した。
を図１（ａ）に示すように加工した被溶接体（母材）
１、２に対して、下記の表２に示す条件にて溶接を行な
った。溶接後は、６６０℃で５時間焼きもどし処理を行
い、図１（ｂ）に示すように試験片を採取した。
【００２６】
【表２】
【００２７】上記それぞれの試験片については、常温引
張試験、衝撃試験、クリープ破断試験、及び熱膨張係数
の測定を行っており、この結果を母材の特性とともに、
表３、表４、及び表５に示している。
張試験、衝撃試験、クリープ破断試験、及び熱膨張係数
の測定を行っており、この結果を母材の特性とともに、
表３、表４、及び表５に示している。
【００２８】
【表３】
【００２９】上記表３に示された常温引張試験の結果か
ら、本実施例は、母材と遜色ない特性を示すことがわか
る。また、衝撃特性は、比較材に比べて良好な値を示し
ていることがわかる。
ら、本実施例は、母材と遜色ない特性を示すことがわか
る。また、衝撃特性は、比較材に比べて良好な値を示し
ていることがわかる。
【００３０】
【表４】
【００３１】上記表４に示されたクリープ破断試験の結
果から、本実施例は、比較材に比べて遙かに優れたクリ
ープ破断強さを示すことがわる。なお、比較材の中に
は、本実施例並みのクリープ破断強さを示すものもある
（試験材９と１０）が、この材料の場合は次に示す熱膨
張係数が小さく、低合金鋼との熱膨張係数の差が大き
い。
果から、本実施例は、比較材に比べて遙かに優れたクリ
ープ破断強さを示すことがわる。なお、比較材の中に
は、本実施例並みのクリープ破断強さを示すものもある
（試験材９と１０）が、この材料の場合は次に示す熱膨
張係数が小さく、低合金鋼との熱膨張係数の差が大き
い。
【００３２】
【表５】
【００３３】上記表５に示された熱膨張係数の測定結果
においては、本実施例の場合は、低合金鋼と９〜１０Ｃ
ｒ鋼との中間の熱膨張係数を示しており、低合金鋼と９
〜１０Ｃｒ鋼の異材継手の溶接材料として有用であるこ
とがわかる。
においては、本実施例の場合は、低合金鋼と９〜１０Ｃ
ｒ鋼との中間の熱膨張係数を示しており、低合金鋼と９
〜１０Ｃｒ鋼の異材継手の溶接材料として有用であるこ
とがわかる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の５％Ｃｒ系溶接材料は、それぞ
れ適量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔ
ａ、Ｎ及びＦｅにより形成され、更にこれらにＢが加え
られて形成されたことによって、高温強度が従来の５％
Ｃｒ系の溶接材料に比べて遙かに優れており、また、熱
膨張係数が低合金鋼と９〜１０Ｃｒ鋼との中間にあるた
め、これらの材料により異材継手を製造した場合でも熱
膨張係数の差による熱応力が小さく、安定した異材継手
を得ることが可能となる。このことは、今後、熱効率の
向上を目的として火力発電プラントの蒸気温度が上昇し
ていく上から、低合金鋼と９〜１０Ｃｒ鋼の異材継手が
多用されることに対して、有用な溶接材料を提供できる
ことを意味する。
れ適量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔ
ａ、Ｎ及びＦｅにより形成され、更にこれらにＢが加え
られて形成されたことによって、高温強度が従来の５％
Ｃｒ系の溶接材料に比べて遙かに優れており、また、熱
膨張係数が低合金鋼と９〜１０Ｃｒ鋼との中間にあるた
め、これらの材料により異材継手を製造した場合でも熱
膨張係数の差による熱応力が小さく、安定した異材継手
を得ることが可能となる。このことは、今後、熱効率の
向上を目的として火力発電プラントの蒸気温度が上昇し
ていく上から、低合金鋼と９〜１０Ｃｒ鋼の異材継手が
多用されることに対して、有用な溶接材料を提供できる
ことを意味する。
【図１】本発明の第１、第２実施例の溶接材料に係る試
験片製作についての説明図で、（ａ）は溶接前の開先形
状の説明図、（ｂ）は溶接施工後の形状及び試験片の採
取位置の説明図である。
験片製作についての説明図で、（ａ）は溶接前の開先形
状の説明図、（ｂ）は溶接施工後の形状及び試験片の採
取位置の説明図である。
１，２ 被溶接体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 勇作 長崎市深堀町５丁目717番１号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−231591（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−266494（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−258490（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−174998（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 35/30
Claims (2)
- 【請求項１】 重量比で炭素：０．０５〜０．１５％、
シリコン：１％以下、マンガン：１％以下、ニッケル：
０．５％以下、クロム：４．５〜５．５％、モリブデ
ン：０．３〜１．５％、バナジウム：０．１〜０．３
％、タンタル：０．１５〜０．４％、窒素：０．０１〜
０．０６％、不可避的不純物、及び鉄からなることを特
徴とする溶接材料。 - 【請求項２】 重量比で炭素：０．０５〜０．１５％、
シリコン：１％以下、マンガン：１％以下、ニッケル：
０．５％以下、クロム：４．５〜５．５％、モリブデ
ン：０．３〜１．５％、バナジウム：０．１〜０．３
％、タンタル：０．１５〜０．４％、窒素：０．０１〜
０．０６％、ボロン：０．００２〜０．００７％、不可
避的不純物、及び鉄からなることを特徴とする溶接材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16175293A JP3327632B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | ５％Ｃｒ系溶接材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16175293A JP3327632B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | ５％Ｃｒ系溶接材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0716785A JPH0716785A (ja) | 1995-01-20 |
| JP3327632B2 true JP3327632B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=15741220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16175293A Expired - Fee Related JP3327632B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | ５％Ｃｒ系溶接材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3327632B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP16175293A patent/JP3327632B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0716785A (ja) | 1995-01-20 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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