JP6225598B2 - Austenitic stainless steel welding material - Google Patents
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Description
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料に関する。詳しくは、石油精製、石油化学プラントの加熱炉管等に要求される特性である耐ポリチオン酸応力腐食割れ性および高温強度に優れた溶接継手を得るために用いられ、かつ優れた溶接性を有するオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料に関する。なお、以下の説明においては、「応力腐食割れ」を「SCC」という。 The present invention relates to an austenitic stainless steel welding material. Specifically, it is used to obtain welded joints with excellent resistance to polythionic acid stress corrosion cracking and high-temperature strength, which are characteristics required for heating furnace tubes of petroleum refining and petrochemical plants, and has excellent weldability. The present invention relates to an austenitic stainless steel welding material. In the following description, “stress corrosion cracking” is referred to as “SCC”.
石油精製、石油化学プラントの加熱炉管等の設備は高温環境で稼働し、さらに原料中に含有する硫黄(S)に起因して硫化鉄が生成する。その硫化鉄が水や空気と接触するとポリチオン酸を生成し、SCCを誘発するため、これらの設備に使用される材料には優れた耐ポリチオン酸SCC性が求められる。 Equipment such as heating furnace tubes of petroleum refining and petrochemical plants operate in a high temperature environment, and iron sulfide is generated due to sulfur (S) contained in the raw material. When the iron sulfide comes into contact with water or air, it produces polythionic acid and induces SCC. Therefore, the material used for these facilities is required to have excellent resistance to polythionic acid SCC.
また、原料によっては600℃を超えるような高温での触媒反応が図られており、耐ポリチオン酸SCC性だけではなく、優れた高温強度と時効特性も要求される。 Further, depending on the raw material, a catalytic reaction at a high temperature exceeding 600 ° C. is achieved, and not only the polythionic acid SCC resistance but also excellent high temperature strength and aging characteristics are required.
そのため、母材となる鋼材はもちろんのこと、溶接継手、特に溶接金属においても優れた耐ポリチオン酸SCC性、高温強度および時効特性が必要となり、それを得ることができる溶接材料は不可欠である。 Therefore, not only the steel material as a base material but also welded joints, particularly weld metals, have excellent polythionic acid SCC resistance, high-temperature strength and aging characteristics, and a welding material capable of obtaining them is indispensable.
そこで本発明者らは、特許文献1にて、耐ポリチオン酸SCC性と高温強度に優れ、さらに液化割れや脆化割れといった溶接割れに対する抵抗性、すなわち耐溶接割れ性にも優れるオーステナイト系ステンレス鋼を提案した。 In view of this, the present inventors disclosed in Patent Document 1 an austenitic stainless steel that is excellent in resistance to polythionate SCC and high-temperature strength, and also has excellent resistance to weld cracking such as liquefaction cracking and embrittlement cracking, that is, excellent weld cracking resistance. Proposed.
また、耐ポリチオン酸SCCのような耐粒界鋭敏化特性を確保するために必要となる低C域まで考慮したオーステナイト系溶接材料が種々提案されている。 In addition, various austenitic welding materials have been proposed in consideration of the low C region necessary for securing grain boundary sensitization characteristics such as polythionic acid SCC.
例えば、特許文献2に、C含有量が0.01〜0.15質量%の、耐再熱割れ性とクリープ特性に優れた溶接材料が提案されている。 For example, Patent Document 2 proposes a welding material having a C content of 0.01 to 0.15% by mass and excellent in reheat cracking resistance and creep characteristics.
特許文献3および特許文献4には、C含有量が0.01〜0.05質量%の、また、特許文献5には、C含有量が0.01〜0.07質量%の、いずれも高温強度に優れたTIG溶接材料が提案されている。 Patent Document 3 and Patent Document 4 each have a C content of 0.01 to 0.05% by mass, and Patent Document 5 has a C content of 0.01 to 0.07% by mass. TIG welding materials excellent in high temperature strength have been proposed.
また、特許文献6および特許文献7には、C含有量が0.030質量%以下の低Cで、必要に応じてNbを含有し、さらに、組織に特定量のフェライトを含む溶接材料が提案されている。 Patent Document 6 and Patent Document 7 propose a welding material having a low C content of 0.030% by mass or less, containing Nb as required, and further containing a specific amount of ferrite in the structure. Has been.
他にも特許文献8および特許文献9にはそれぞれ、C含有量が0.01質量%以下の低Cにて、耐応力腐食割れ性に優れた溶接材料および耐高温割れ性に優れた溶接材料が提案されているし、特許文献10および特許文献11にはいずれも、C含有量が0.030質量%以下の低Cであって、溶接金属部のフェライト量が特定の範囲にある溶接材料が提案されている。 In addition, Patent Document 8 and Patent Document 9 each have a low C content of 0.01% by mass or less, a welding material excellent in stress corrosion cracking resistance, and a welding material excellent in hot cracking resistance. In both Patent Document 10 and Patent Document 11, a welding material in which the C content is as low as 0.030% by mass or less and the ferrite content of the weld metal part is in a specific range. Has been proposed.
さらに、特許文献12にも、C含有量が0.01質量%以下の低C系の溶接材料が提案されており、特許文献13には、CとNbの含有量の比が特定の範囲にある溶接材料が提案されている。 Further, Patent Document 12 also proposes a low-C welding material having a C content of 0.01% by mass or less, and Patent Document 13 discloses that the ratio of the content of C and Nb falls within a specific range. Some welding materials have been proposed.
特許文献1で本発明者らが提案したオーステナイト系ステンレス鋼は、確かに耐溶接割れ性に優れ、しかも、良好な耐ポリチオン酸SCC性と高温強度を有するものである。しかしながら、このステンレス鋼を溶接材料として用いるためには、まだ改良すべき点が残されている。 The austenitic stainless steel proposed by the present inventors in Patent Document 1 is indeed excellent in weld crack resistance, and has good polythionic acid SCC resistance and high-temperature strength. However, in order to use this stainless steel as a welding material, there are still points to be improved.
特許文献2で提案された溶接材料は、Cr含有量に対してNi含有量が10%以下と低く組織安定性が十分ではないので、時効特性に劣っている。 The welding material proposed in Patent Document 2 is inferior in aging characteristics because the Ni content is as low as 10% or less with respect to the Cr content and the structure stability is not sufficient.
特許文献3、特許文献4および特許文献5で提案された溶接材料は、高温強度に優れるものではあるが、高価な元素であるWを必須元素として含有させることで高温強度を上げているため、経済性の面で問題がある。さらに、耐ポリチオン酸SCC性に関する検討も課題として残されている。 Although the welding materials proposed in Patent Literature 3, Patent Literature 4 and Patent Literature 5 are excellent in high temperature strength, since the high temperature strength is increased by containing W, which is an expensive element, as an essential element, There is a problem in terms of economy. Furthermore, the examination regarding the anti-polythionic acid SCC property remains as a subject.
特許文献6および特許文献7で提案された溶接材料は、良好な耐粒界鋭敏化特性を有することが期待されるものの、Ni含有量が低く、組織に特定量のフェライトを含むため、時効特性に劣っており、かつクリープ強度も不十分である。 Although the welding materials proposed in Patent Document 6 and Patent Document 7 are expected to have good grain boundary sensitization characteristics, the Ni content is low and the structure contains a specific amount of ferrite, so that the aging characteristics And creep strength is insufficient.
特許文献8〜11で提案された溶接材料は、NbのようなCを固定化する元素が含まれておらず耐ポリチオン酸SCC性が不十分であり、さらに、析出強化を生じる元素も含まれていないので高温強度も劣っている。さらに、特許文献10および特許文献11で提案された溶接材料は溶接金属部にフェライトが存在する組織のため時効特性にも劣っている。 The welding materials proposed in Patent Documents 8 to 11 do not contain an element for fixing C such as Nb, have insufficient polythionic acid SCC resistance, and further contain elements that cause precipitation strengthening. The strength at high temperatures is inferior. Furthermore, the welding materials proposed in Patent Document 10 and Patent Document 11 are inferior in aging characteristics because of the structure in which ferrite exists in the weld metal part.
特許文献12で提案された溶接材料は、優れた耐粒界鋭敏化特性が期待されるものの、Cr含有量が高く組織安定性が十分ではないので時効特性に劣る。さらに、クリープ強化元素が含まれていないので、高温強度も不十分である。 Although the welding material proposed in Patent Document 12 is expected to have excellent grain boundary sensitization properties, it has poor aging properties because of its high Cr content and insufficient structure stability. Furthermore, since no creep strengthening element is contained, the high temperature strength is insufficient.
特許文献13で提案された溶接材料は、Crの含有量が高い。このため、組織安定性の観点からNi含有量も高めざるを得ないので、経済性に劣る。 The welding material proposed in Patent Document 13 has a high Cr content. For this reason, since Ni content must be raised from a viewpoint of structure | tissue stability, it is inferior to economical efficiency.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、優れた耐ポリチオン酸SCC性と高温強度を有するとともに、優れた時効特性および耐溶接割れ性と経済性も有するオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides an austenitic stainless steel welding material having excellent polythionic acid SCC resistance and high-temperature strength, as well as excellent aging characteristics, weld crack resistance and economy. The purpose is to do.
本発明者らは、前記した課題を解決するために検討を重ねた。その結果、下記(a)〜(e)の知見を得た。 The present inventors have repeatedly studied to solve the above-described problems. As a result, the following findings (a) to (e) were obtained.
(a)ポリチオン酸SCCは粒界鋭敏化に起因する応力腐食割れである。したがって、ポリチオン酸SCCの発生を抑制には、粒界鋭敏化の原因となるCr系炭化物の粒界析出を抑制する必要がある。 (A) Polythionic acid SCC is stress corrosion cracking due to grain boundary sensitization. Therefore, in order to suppress the generation of polythionic acid SCC, it is necessary to suppress the precipitation of Cr-based carbides that causes grain boundary sensitization.
(b)Cの含有量を極力低減しつつ特定量のNbを含有させるこによって、炭化物、Cr系窒化物などとして、CおよびCrを固定して活量を低減させれば、優れた耐ポリチオン酸SCC性を発現させることができる。 (B) By containing a specific amount of Nb while reducing the C content as much as possible, if the activity is reduced by fixing C and Cr as carbides, Cr-based nitrides, etc., excellent polythione resistance Acid SCC property can be expressed.
(c)低C化による高温強度の低下は経済性に優れるN含有量の増加によって補填することができ、さらに、経済性に優れるCuを含有させれば、Cu相による析出強化がなされるので、さらなる高強度化を経済的に実現することができる。 (C) The decrease in high-temperature strength due to low C can be compensated by an increase in the N content, which is excellent in economic efficiency. Further, if Cu, which is excellent in economic efficiency, is added, precipitation strengthening due to the Cu phase is achieved. Further, higher strength can be realized economically.
(d)時効特性の点からは、完全オーステナイト組織とするのが最善であり、このためには、Cr含有量に見合ったNi含有量を確保することが必要である。しかしながら、完全オーステナイト組織化すれば、フェライト量減少によって凝固割れが生じることを避け難い。 (D) From the viewpoint of aging characteristics, it is best to have a complete austenite structure, and for this purpose, it is necessary to ensure a Ni content commensurate with the Cr content. However, if a complete austenite structure is formed, it is difficult to avoid solidification cracking due to a decrease in the amount of ferrite.
(e)MX系炭窒化物およびZ相を凝固末期に共晶晶出させて凝固の進行を加速すれば、耐ポリチオン酸SCC性を確保しつつ、凝固割れ感受性も低減することが可能で、このためには、N含有量に見合った量のNbを含有させればよい。 (E) If the MX-based carbonitride and the Z phase are eutectic crystallized at the end of solidification to accelerate the progress of solidification, it is possible to reduce the solidification cracking susceptibility while ensuring the polythionic acid SCC resistance, For this purpose, an amount of Nb commensurate with the N content may be contained.
そこでさらに本発明者らは、C、Nb、N、Cu、Crなど各種合金元素の含有量が、耐ポリチオン酸SCC性、高温強度および時効特性に及ぼす影響について検討し、その結果、下記(f)の知見を得た。 Therefore, the present inventors further examined the effects of the contents of various alloy elements such as C, Nb, N, Cu, Cr on the polythionic acid SCC resistance, high-temperature strength, and aging characteristics, and as a result, the following (f ).
(f)合金元素の含有量が特定の範囲にあり、式中の元素記号を、その元素の質量%での含有量として、下記の(1)式で表されるFn1が、〔40≧Fn1≧−2〕であり、かつ下記の(2)式で表されるFn2が、〔Fn2≧1.3〕である場合に、オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料は、優れた時効特性を有するとともに、優れた耐ポリチオン酸SCC性と高温強度も有する。
Fn1=Ni+0.31Mn+22C+14.2N+Cu−Cr−1.5Si−2Nb・・・(1)、
Fn2=Cu−10C−(Nb/10)・・・(2)。
(F) The content of the alloy element is in a specific range, and the element symbol in the formula is the content in mass% of the element, and Fn1 represented by the following formula (1) is [40 ≧ Fn1 ≧ −2] and when Fn2 represented by the following formula (2) is [Fn2 ≧ 1.3], the austenitic stainless steel welding material has excellent aging characteristics and excellent In addition, it has SCC resistance and high temperature strength.
Fn1 = Ni + 0.31Mn + 22C + 14.2N + Cu-Cr-1.5Si-2Nb (1),
Fn2 = Cu-10C- (Nb / 10) (2).
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記に示すオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料にある。 This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the austenitic stainless steel welding material shown below.
(1)質量%で、C:0.02%以下、Si:2%以下、Mn:2.98%以下、Ni:10〜40%、Cr:15〜25%、Cu:1.5〜5%、Al:0.05%以下、Nb:0.2〜1.0%およびN:0.1%を超えて0.45%以下と、
残部がFeおよび不純物とからなり、
下記の(1)式および(2)式で表されるFn1およびFn2が、それぞれ、40≧Fn1≧−2およびFn2≧1.3であり、
不純物としてのP、SおよびOがそれぞれ、P:0.03%以下、S:0.02%以下およびO:0.02%以下である化学組成を有することを特徴とする、オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料。
Fn1=Ni+0.31Mn+22C+14.2N+Cu−Cr−1.5Si−2Nb・・・(1)
Fn2=Cu−10C−(Nb/10)・・・(2)
ただし、(1)式および(2)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。
(1) By mass%, C: 0.02% or less, Si: 2% or less, Mn: 2.98 % or less, Ni: 10-40%, Cr: 15-25%, Cu: 1.5-5 %, Al: 0.05% or less, Nb: 0.2 to 1.0% and N: more than 0.1% and 0.45% or less,
The balance consists of Fe and impurities,
Fn1 and Fn2 represented by the following formulas (1) and (2) are 40 ≧ Fn1 ≧ −2 and Fn2 ≧ 1.3, respectively.
Austenitic stainless steel characterized in that P, S and O as impurities have chemical compositions of P: 0.03% or less, S: 0.02% or less, and O: 0.02% or less, respectively. Welding material.
Fn1 = Ni + 0.31Mn + 22C + 14.2N + Cu-Cr-1.5Si-2Nb (1)
Fn2 = Cu-10C- (Nb / 10) (2)
However, the element symbol in the formulas (1) and (2) represents the content in mass% of the element.
(2)上記(1)に記載のオーステナイト系溶接材料のFeの一部に代えて、下記の[1]〜[4]から選択される1種以上の元素を含有することを特徴とする、オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料。
[1]:Mo:5%以下、Co:5%以下およびW:1.5%以下
[2]:V:0.3%以下、Ti:0.3%以下およびTa:1%以下
[3]:B:0.01%以下
[4]:Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下およびREM:0.1%以下
(2) Instead of a part of Fe of the austenitic welding material described in (1) above, it contains one or more elements selected from the following [1] to [4], Austenitic stainless steel welding material.
[1]: Mo: 5% or less, Co: 5% or less and W: 1.5% or less [2]: V: 0.3% or less, Ti: 0.3% or less and Ta: 1% or less [3] ]: B: 0.01% or less [4]: Ca: 0.01% or less, Mg: 0.01% or less, and REM: 0.1% or less
本発明によれば、優れた耐ポリチオン酸SCC性と高温強度を有するとともに、優れた時効特性および耐溶接割れ性と経済性も有するオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an austenitic stainless steel welding material having excellent polythionic acid SCC resistance and high-temperature strength, as well as excellent aging characteristics, weld crack resistance and economy.
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、以下の説明における各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。 Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In the following description, “%” of the content of each element means “mass%”.
C:0.02%以下
Cは、オーステナイト組織を安定化する作用を有する。しかしながら、Cは、溶接凝固割れ感受性を増大させ、しかも、溶接金属においては、Crと結合して、後続溶接の熱サイクルにより主に粒界にてCr炭化物として析出し、粒界鋭敏化を生じて耐ポリチオン酸SCC性の低下を招き、特にその含有量が0.02%を超えると、耐ポリチオン酸SCC性の低下が著しくなる。したがって、Cの含有量は0.02%以下にする必要がある。C含有量のさらなる低減は耐ポリチオン酸SCC性の点からより好ましいが、強度確保の点からは、C含有量の下限は、好ましくは0.005%である。
C: 0.02% or less C has an effect of stabilizing the austenite structure. However, C increases the weld solidification cracking susceptibility, and in the weld metal, it combines with Cr and precipitates as Cr carbide mainly at the grain boundary due to the thermal cycle of subsequent welding, resulting in grain boundary sensitization. When the content of the polythionic acid SCC is more than 0.02%, the polythionic acid SCC resistance is significantly lowered. Therefore, the C content needs to be 0.02% or less. Further reduction of the C content is more preferable from the viewpoint of polythionic acid SCC resistance, but from the viewpoint of securing strength, the lower limit of the C content is preferably 0.005%.
Si:2%以下
Siは、脱酸作用を有し、さらに、耐食性の向上にも有効な元素である。しかし、Siの過剰の含有はオーステナイト組織の安定性を低下させて、組織安定性の低下を招くとともに、溶接金属においては凝固時に柱状晶境界に偏析して液相の融点を下げ、凝固割れ感受性を高める。したがって、Siの含有量を2%以下とする。Siの含有量は、望ましくは1.5%以下、さらに望ましくは1.0%以下である。なお、Siの含有量には、特に下限を設ける必要はないが、極端な低下は脱酸効果が十分に得られず、鋼の清浄度が大きくなって清浄性を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Si含有量の下限は、望ましくは0.01%、さらに望ましくは0.05%である。
Si: 2% or less Si is an element that has a deoxidizing action and is also effective in improving corrosion resistance. However, excessive Si content lowers the stability of the austenite structure, leading to a decrease in structure stability. In weld metal, segregation occurs at the columnar crystal boundary during solidification, lowering the melting point of the liquid phase, and susceptibility to solidification cracking. To increase. Therefore, the Si content is 2% or less. The Si content is desirably 1.5% or less, and more desirably 1.0% or less. In addition, it is not necessary to set a lower limit in particular for the content of Si, but an extreme decrease does not provide a sufficient deoxidation effect, and the cleanliness of the steel increases and the cleanliness deteriorates. Invite rise. Therefore, the lower limit of the Si content is desirably 0.01%, and more desirably 0.05%.
Mn:10%以下
Mnは、脱酸作用を有し、さらに、オーステナイト組織を安定化するのにも有効な元素である。さらにMnは、溶融金属中のNの溶解度を大きくすることで、高温強度の上昇に寄与する。しかしながら、Mnの過剰の含有は延性の低下を招く。したがって、Mnの含有量を10%以下とする。Mnの含有量は、望ましくは8%以下、さらに望ましくは6%以下である。なお、Mnの含有量には、特に下限を設ける必要はないが、極端な低下は脱酸効果およびオーステナイト組織安定化の効果が十分に得られない。そのため、Mn含有量の下限は、望ましくは0.1%、さらに望ましくは0.5%である。Mn含有量の下限は、0.8%であれば極めて望ましい。
Mn: 10% or less Mn is an element that has a deoxidizing action and is also effective in stabilizing the austenite structure. Further, Mn contributes to an increase in high temperature strength by increasing the solubility of N in the molten metal. However, excessive inclusion of Mn causes a decrease in ductility. Therefore, the Mn content is 10% or less. The Mn content is desirably 8% or less, and more desirably 6% or less. In addition, although it is not necessary to provide a minimum in particular in content of Mn, the extreme reduction cannot fully obtain the effect of deoxidation effect and austenite structure stabilization. Therefore, the lower limit of the Mn content is desirably 0.1%, and more desirably 0.5%. The lower limit of the Mn content is extremely desirable if it is 0.8%.
Ni:10〜40%
Niは、安定なオーステナイト組織を得るために必須の元素であり、その効果を十分に得るためには、10%以上の含有量が必要である。しかしながら、Niは高価な元素であるため多量の含有はコストの増大を招くとともに、溶融金属中のNの溶解度を小さくする。そのためNi含有量の上限は40%とする。Ni含有量の下限は、望ましくは14%、さらに望ましくは15%である。また、Ni含有量の上限は、望ましくは30%、さらに望ましくは25%である。
Ni: 10-40%
Ni is an essential element for obtaining a stable austenite structure, and a content of 10% or more is necessary to sufficiently obtain the effect. However, since Ni is an expensive element, inclusion of a large amount causes an increase in cost and reduces the solubility of N in the molten metal. Therefore, the upper limit of Ni content is 40%. The lower limit of the Ni content is desirably 14%, and more desirably 15%. Further, the upper limit of the Ni content is desirably 30%, and more desirably 25%.
Cr:15〜25%
Crは、使用環境下での耐食性を確保するために必須の元素であり、その効果を十分に得るためには、15%以上の含有量が必要である。しかしながら、Cr含有量が高すぎると、オーステナイト組織の安定性が低下し、高温強度が低下する。そのためCr含有量の上限は25%とする。Cr含有量の下限は、望ましくは16%、さらに望ましくは17%である。また、Cr含有量の上限は、望ましくは22%、さらに望ましくは20%である。
Cr: 15-25%
Cr is an essential element for ensuring the corrosion resistance under the use environment, and a content of 15% or more is necessary to sufficiently obtain the effect. However, if the Cr content is too high, the stability of the austenite structure decreases and the high temperature strength decreases. Therefore, the upper limit of Cr content is 25%. The lower limit of the Cr content is desirably 16%, and more desirably 17%. Further, the upper limit of the Cr content is desirably 22%, and more desirably 20%.
Cu:1.5〜5%
Cuは、安定なオーステナイト組織を得るために有効な元素であると同時に、鋼中に微細に析出して高温強度(クリープ強度)を高める効果がある。これらの効果を得るには、1.5%以上のCuを含有する必要がある。しかしながら、Cuは粒界に偏析しやすいため、Cuの過剰の含有は熱間加工性や溶接性の低下を招く。したがって、Cuの含有量は1.5〜5%とする。Cu含有量の下限は、望ましくは2%、さらに望ましくは2.5%である。また、Cu含有量の上限は、望ましくは4.5%、さらに望ましくは4%である。
Cu: 1.5 to 5%
Cu is an element effective for obtaining a stable austenite structure, and at the same time has an effect of increasing the high temperature strength (creep strength) by being finely precipitated in the steel. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 1.5% or more of Cu. However, since Cu is easily segregated at the grain boundary, excessive inclusion of Cu causes a decrease in hot workability and weldability. Therefore, the Cu content is 1.5 to 5%. The lower limit of the Cu content is desirably 2%, and more desirably 2.5%. Further, the upper limit of the Cu content is desirably 4.5%, and more desirably 4%.
Al:0.05%未満
Alは、SiおよびMnと同様、脱酸作用を有する。しかし、Alを過剰に含有した場合、多量の窒化物を形成して、延性の低下を招く。このため、Alの含有量を0.05%未満とする。Alの含有量は、望ましくは、0.04%以下、さらに望ましくは0.03%以下である。なお、Alの含有量には、特に下限を設ける必要はないが、極端な低下は脱酸効果が十分に得られず、鋼の清浄度が大きくなって清浄性を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Al含有量の下限は、望ましくは0.001%、さらに望ましくは0.002%である。
Al: Less than 0.05% Al, like Si and Mn, has a deoxidizing action. However, when Al is contained excessively, a large amount of nitride is formed and ductility is reduced. Therefore, the Al content is less than 0.05%. The Al content is desirably 0.04% or less, and more desirably 0.03% or less. In addition, although it is not necessary to provide a lower limit in particular for the content of Al, an extreme decrease does not provide a sufficient deoxidation effect, and the cleanliness of the steel increases and the cleanliness deteriorates. Invite rise. Therefore, the lower limit of the Al content is desirably 0.001%, and more desirably 0.002%.
Nb:0.2〜1.0%
Nbは、本発明において重要な元素であり、MX系炭窒化物またはZ相として析出し、優れた耐ポリチオン酸SCC性を発現させる作用を有する。また、上述した析出物は高温強度(クリープ強度)の向上にも有効である。さらに、適正量のNとともにNbを含有させれば、MX系炭窒化物およびZ相が凝固末期に共晶晶出して凝固の進行が加速するので、耐ポリチオン酸SCC性を確保しつつ、凝固割れ感受性も低減することができる。これらの効果を得るには、0.2%以上のNb含有量が必要である。しかしながら、Nbの含有量が過剰になると、溶接金属において、凝固時に柱状晶境界に偏析して液相の融点を下げ、凝固割れ感受性を高める。したがって、耐ポリチオン酸SCC性および高温強度の確保と、凝固割れの防止のために、Nbの含有量を0.2〜1.0%とする。Nb含有量の下限は、望ましくは0.25%、さらに望ましくは0.3%である。また、Nb含有量の上限は、望ましくは0.9%、さらに望ましくは0.8%である。
Nb: 0.2-1.0%
Nb is an important element in the present invention, and precipitates as MX-based carbonitride or Z phase, and has an effect of exhibiting excellent polythionic acid resistance SCC property. In addition, the above-described precipitate is also effective in improving high temperature strength (creep strength). Furthermore, if Nb is contained together with an appropriate amount of N, MX carbonitride and Z phase eutectic crystallize at the end of solidification and the progress of solidification is accelerated. Cracking susceptibility can also be reduced. In order to obtain these effects, an Nb content of 0.2% or more is necessary. However, if the Nb content is excessive, the weld metal segregates at the boundary between columnar crystals during solidification, lowering the melting point of the liquid phase, and increasing the susceptibility to solidification cracking. Therefore, the content of Nb is set to 0.2 to 1.0% in order to ensure SCC resistance and high-temperature strength and prevent solidification cracking. The lower limit of the Nb content is desirably 0.25%, and more desirably 0.3%. Moreover, the upper limit of Nb content is desirably 0.9%, and more desirably 0.8%.
N:0.1%を超えて0.45%以下
Nは、基質中に固溶して、また、NbとともにZ相の微細なCr系窒化物を形成して、高い強度を得るために必須の元素である。さらに、適正量のNbとともにNを含有させれば、MX系炭窒化物およびZ相が凝固末期に共晶晶出して凝固の進行が加速するので、耐ポリチオン酸SCC性を確保しつつ、凝固割れ感受性も低減することができる。こうした効果を十分に得るためには0.1%を超えるN含有量が必要である。しかし、Nを過剰に含有すると、粒界でのCr系窒化物の析出を誘発することで却って耐ポリチオン酸SCC性の低下を招き、また凝固中に粗大なZ相の共晶窒化物を晶出して凝固割れ感受性も逆に高くなり、さらにはブローホールの生成も誘発する。そのため、N含有量の上限を0.45%とする。N含有量の下限は、望ましくは0.18%、さらに望ましくは0.20%である。また、N含有量の上限は、望ましくは0.42%、さらに望ましくは0.40%である。
N: more than 0.1% but not more than 0.45% N is essential for obtaining high strength by forming a solid solution in the substrate and forming a fine Cr-based nitride of Z phase with Nb Elements. Furthermore, if N is contained together with an appropriate amount of Nb, the MX-based carbonitride and the Z phase are eutectic crystallized at the end of solidification, and the progress of solidification is accelerated. Cracking susceptibility can also be reduced. In order to obtain such effects sufficiently, an N content exceeding 0.1% is necessary. However, when N is contained excessively, precipitation of Cr-based nitrides at the grain boundaries is induced, leading to a decrease in resistance to polythionic acid SCC, and coarse Z-phase eutectic nitrides are crystallized during solidification. This increases the susceptibility to solidification cracking, and also induces the formation of blowholes. Therefore, the upper limit of N content is 0.45%. The lower limit of the N content is desirably 0.18%, and more desirably 0.20%. Further, the upper limit of the N content is desirably 0.42%, and more desirably 0.40%.
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料は、上述の元素と、残部がFeおよび不純物とからなり、さらに後述するFn1およびFn2についての条件を満足し、不純物中のP、SおよびOの含有量を後述する範囲に制限した化学組成を有するものである。 The austenitic stainless steel welding material according to the present invention is composed of the above-described elements, the balance being Fe and impurities, further satisfying the conditions for Fn1 and Fn2 described later, and the contents of P, S and O in the impurities The chemical composition is limited to the range described below.
なお、残部としての「Feおよび不純物」における「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入するものを指す。 In addition, “impurities” in “Fe and impurities” as the balance refer to those mixed from ore, scrap, or production environment as raw materials when industrially producing steel materials.
Fn1:−2以上40以下
CからNまでの各元素の含有量が、上述した範囲にあっても、前記の(1)式で表されるFn1が−2を下回る場合には、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料を用いて得られる溶接金属の組織安定性が低下するため、十分な時効特性が得られない。また、40を超えるFn1の増加は経済性を劣化させるため、Fn1について、40≧Fn1≧−2であることとした。Fn1は、−1以上、30以下であることが望ましい。
Fn1: −2 or more and 40 or less Even when the content of each element from C to N is in the above-described range, when Fn1 represented by the above formula (1) is less than −2, Since the structure stability of the weld metal obtained using such austenitic stainless steel welding material is lowered, sufficient aging characteristics cannot be obtained. Moreover, since the increase of Fn1 exceeding 40 deteriorates economical efficiency, it was decided that 40 ≧ Fn1 ≧ −2 for Fn1. Fn1 is desirably −1 or more and 30 or less.
Fn2:1.3以上
また、CからNまでの各元素の含有量が、上述した範囲にあっても、前記の(2)式で表されるFn2が1.3を下回る場合には、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料は、優れた耐ポリチオン酸SCC性と高温強度を同時に得ることができない。したがって、Fn2について、Fn2≧1.3であることとした。Fn2は、1.5以上、4.0以下であることが望ましい。
Fn2: 1.3 or more In addition, even if the content of each element from C to N is in the above-described range, if Fn2 represented by the above formula (2) is less than 1.3, The austenitic stainless steel welding material according to the invention cannot obtain excellent polythionic acid SCC resistance and high temperature strength at the same time. Therefore, for Fn2, Fn2 ≧ 1.3. Fn2 is desirably 1.5 or more and 4.0 or less.
さらに、本発明においては、不純物中のP、SおよびOは、その含有量をそれぞれ、P:0.03%以下、S:0.02%以下およびO:0.02%以下に制限する必要がある。 Furthermore, in the present invention, the contents of P, S, and O in impurities must be limited to P: 0.03% or less, S: 0.02% or less, and O: 0.02% or less, respectively. There is.
以下、このことについて説明する。 This will be described below.
P:0.03%以下
Pは、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶接金属においては凝固時に液相の融点を低下させ、凝固割れ感受性を増大させる。そのため、Pの含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招くため、0.03%以下とする。P含有量の上限は、望ましくは0.025%、さらに望ましくは0.02%である。
P: 0.03% or less P is contained as an impurity, impedes hot workability during production, and lowers the melting point of the liquid phase during solidification in a weld metal, thereby increasing the susceptibility to solidification cracking. Therefore, it is preferable to reduce the P content as much as possible. However, since extreme reduction leads to an increase in manufacturing cost, it is set to 0.03% or less. The upper limit of the P content is desirably 0.025%, and more desirably 0.02%.
S:0.02%以下
Sは、Pと同様、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶接金属においては凝固時に液相の融点を低下させ、凝固割れ感受性を増大させる。そのため、Sの含有量はPと同様に可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招くため、上限は0.02%とする。S含有量の上限は、望ましくは0.015%、さらに望ましくは0.01%である。
S: 0.02% or less S, which is contained as an impurity like P, inhibits hot workability during production, and lowers the melting point of the liquid phase during solidification in weld metal, increasing the susceptibility to solidification cracking. Let Therefore, it is preferable to reduce the S content as much as possible as in the case of P. However, since the extreme reduction leads to an increase in manufacturing cost, the upper limit is made 0.02%. The upper limit of the S content is desirably 0.015%, more desirably 0.01%.
O:0.02%以下
Oは、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、製造時の熱間加工性の低下、さらには靱性および延性の劣化を招く。そのため、Oの含有量は0.02%以下とする必要がある。O含有量の上限は、望ましくは0.015%、さらに望ましくは0.01%である。
O: 0.02% or less O is present as an impurity, but when it is contained in a large amount, it causes a decrease in hot workability at the time of production, and further a deterioration in toughness and ductility. Therefore, the content of O needs to be 0.02% or less. The upper limit of the O content is desirably 0.015%, more desirably 0.01%.
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料は、必要に応じてさらに、下記の元素を含有してもよい。 The austenitic stainless steel welding material according to the present invention may further contain the following elements as necessary.
Mo:5%以下
Moは、高温強度を高める作用を有する。すなわち、Moは、基質中に固溶して高温強度、なかでもクリープ強度を高める。Moには、粒界でのCr系炭化物の析出を抑制して耐ポリチオン酸SCC性を高める効果もある。このため、これらの効果を得るためにMoを含有させてもよい。しかしながら、Moの過剰の含有は、組織安定性の低下を招くとともに、高価な元素であるため、経済性の低下も招く。したがって、含有させる場合のMo量の上限を5%とする。Mo含有量の上限は、望ましくは4%、さらに望ましくは3%である。
Mo: 5% or less Mo has the effect of increasing the high-temperature strength. That is, Mo dissolves in the substrate to increase the high temperature strength, especially the creep strength. Mo also has the effect of suppressing the precipitation of Cr-based carbides at the grain boundaries and increasing the resistance to polythionic acid SCC. For this reason, in order to acquire these effects, you may contain Mo. However, the excessive content of Mo causes a decrease in the stability of the structure and is an expensive element, which also causes a decrease in economic efficiency. Therefore, the upper limit of the amount of Mo in the case of containing is 5%. The upper limit of the Mo content is desirably 4%, and more desirably 3%.
一方、前記したMoの効果を安定して得るためには、Moの含有量は0.05%以上とすることが望ましく、0.1%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the effect of Mo described above, the Mo content is desirably 0.05% or more, and more desirably 0.1% or more.
Co:5%以下
Coは、高温強度を高める作用を有する。すなわち、Coは、Niと同様にオーステナイト組織を安定化して鋼の高温強度を高める。このため、この効果を得るためにCoを含有させてもよい。しかしながら、Coは高価な元素であるため、過剰の含有は、経済性の低下を招く。したがって、含有させる場合のCo量の上限を5%とする。Co含有量の上限は、望ましくは3%、さらに望ましくは1%である。
Co: 5% or less Co has the effect of increasing the high-temperature strength. That is, Co, like Ni, stabilizes the austenite structure and increases the high temperature strength of the steel. For this reason, in order to acquire this effect, you may contain Co. However, since Co is an expensive element, excessive inclusion causes a decrease in economic efficiency. Therefore, the upper limit of the amount of Co when contained is 5%. The upper limit of the Co content is desirably 3%, and more desirably 1%.
一方、前記したCoの効果を安定して得るためには、Coの含有量は0.03%以上とすることが望ましく、0.1%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the above Co effect, the Co content is preferably 0.03% or more, and more preferably 0.1% or more.
W:1.5%以下
Wは、高温強度を高める作用を有する。すなわち、Wは、Moと同様に基質中に固溶して高温強度、なかでもクリープ強度を高める。このため、この効果を得るためにWを含有させてもよい。しかしながら、Wは高価な元素であるため、過剰の含有は、経済性の低下を招くし、Moとは異なって、却って高温強度の低下をきたし、さらに耐ポリチオン酸SCC性の改善効果も小さい。したがって、含有させる場合のW量の上限を1.5%とする。W含有量の上限は、望ましくは1.2%、さらに望ましくは1.0%である。
W: 1.5% or less W has the effect of increasing the high-temperature strength. That is, W, like Mo, dissolves in the substrate and increases the high temperature strength, especially the creep strength. For this reason, in order to acquire this effect, you may contain W. However, since W is an expensive element, excessive inclusion causes a decrease in economic efficiency, and unlike Mo, it causes a decrease in high-temperature strength, and further, the effect of improving the SCC resistance of polythionic acid is small. Therefore, the upper limit of the amount of W when contained is 1.5%. The upper limit of the W content is desirably 1.2%, and more desirably 1.0%.
一方、前記したWの効果を安定して得るためには、Wの含有量は0.1%以上とすることが望ましく、0.2%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the effect of W described above, the W content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.2% or more.
V:0.3%以下
Vは、高温強度を高める作用を有する。すなわち、Vは、基質中に固溶またはZ相として析出し、高温強度を向上させる。このため、この効果を得るためにVを含有させてもよい。しかしながら、Vの過剰の含有は、炭窒化物を多量析出させ、延性の低下を招く。したがって、含有させる場合のV量の上限を0.3%とする。V含有量の上限は、望ましくは0.25%、さらに望ましくは0.2%である。
V: 0.3% or less V has an effect of increasing high temperature strength. That is, V precipitates as a solid solution or Z phase in the substrate and improves the high temperature strength. For this reason, in order to acquire this effect, you may contain V. However, an excessive content of V causes a large amount of carbonitride to precipitate, resulting in a decrease in ductility. Therefore, the upper limit of the V amount in the case of inclusion is set to 0.3%. The upper limit of the V content is desirably 0.25%, and more desirably 0.2%.
一方、前記したVの効果を安定して得るためには、Vの含有量は0.05%以上とすることが望ましく、0.1%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the effect of V described above, the V content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more.
Ti:0.3%以下
Tiは、高温強度を高める作用を有する。すなわち、Tiは、基質中に固溶またはMX系炭窒化物として析出し、高温強度を向上させる。このため、この効果を得るためにTiを含有させてもよい。しかしながら、Tiの過剰の含有は、粗大な窒化物を生成して、延性の低下を招く。したがって、含有させる場合のTi量の上限を0.3%とする。Ti含有量の上限は、望ましくは0.25%、さらに望ましくは0.2%である。
Ti: 0.3% or less Ti has an effect of increasing the high-temperature strength. That is, Ti precipitates as a solid solution or MX carbonitride in the substrate and improves the high temperature strength. For this reason, in order to acquire this effect, you may contain Ti. However, an excessive content of Ti generates coarse nitrides and causes a reduction in ductility. Therefore, the upper limit of the Ti amount in the case of inclusion is set to 0.3%. The upper limit of the Ti content is desirably 0.25%, and more desirably 0.2%.
一方、前記したTiの効果を安定して得るためには、Tiの含有量は0.05%以上とすることが望ましく、0.1%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the effect of Ti described above, the Ti content is desirably 0.05% or more, and more desirably 0.1% or more.
Ta:1%以下
Taは、高温強度を高める作用を有する。すなわち、Taは、基質中に固溶またはZ相として析出し、高温強度を向上させる。このため、この効果を得るためにTaを含有させてもよい。しかしながら、Taの過剰の含有は、経済性の低下を招く。したがって、含有させる場合のTa量の上限を1%とする。Ta含有量の上限は、望ましくは0.6%、さらに望ましくは0.5%である。
Ta: 1% or less Ta has an effect of increasing high-temperature strength. That is, Ta precipitates as a solid solution or Z phase in the substrate, and improves the high temperature strength. For this reason, in order to acquire this effect, you may contain Ta. However, excessive inclusion of Ta causes a decrease in economic efficiency. Therefore, the upper limit of the Ta amount in the case of inclusion is 1%. The upper limit of the Ta content is desirably 0.6%, and more desirably 0.5%.
一方、前記したTaの効果を安定して得るためには、Taの含有量は0.1%以上とすることが望ましく、0.2%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the effect of Ta described above, the Ta content is desirably 0.1% or more, and more desirably 0.2% or more.
B:0.01%以下
Bは、粒界に偏析して粒界炭化物を微細分散させて高温強度(クリープ強度)を高める作用を有する。このため、この効果を得るためにBを含有させてもよい。しかしながら、B含有量の増加は粒界でのCr系炭化物の析出を促進して各種耐食性の低下を招き、また溶接金属においては凝固中の粒界に偏析して凝固割れ感受性も高める。したがって、含有させる場合のB量の上限を0.01%とする。B含有量の上限は、望ましくは0.005%、さらに望ましくは0.003%である。
B: 0.01% or less B has the effect of increasing the high temperature strength (creep strength) by segregating at the grain boundaries and finely dispersing the grain boundary carbides. For this reason, in order to acquire this effect, you may contain B. However, an increase in the B content promotes the precipitation of Cr-based carbides at the grain boundaries, leading to a reduction in various corrosion resistances. In a weld metal, segregation at the grain boundaries during solidification also increases the susceptibility to solidification cracking. Therefore, the upper limit of the amount of B in the case of containing is 0.01%. The upper limit of the B content is desirably 0.005%, and more desirably 0.003%.
一方、前記したBの効果を安定して得るためには、Bの含有量は0.001%以上とすることが望ましく、0.0015%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of B, the B content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.0015% or more.
Ca、MgおよびREMは、いずれも、Sとの親和力が高いので、熱間加工性を高める作用を有し、さらに、Sの粒界偏析に起因した凝固割れ感受性を低減する作用を有する。このため、より良好な熱間加工性の確保と凝固割れの防止のために、以下の範囲で含有してもよい。 Since Ca, Mg, and REM all have high affinity with S, they have the effect of improving hot workability, and further have the effect of reducing the susceptibility to solidification cracking due to S grain boundary segregation. For this reason, in order to ensure better hot workability and prevent solidification cracking, it may be contained in the following range.
Ca:0.01%以下
Caは、熱間加工性向上および溶接金属における凝固割れ感受性低減作用を有する。このため、これらの効果を得るためにCaを含有させてもよい。しかしながら、Caの含有量が過剰になるとOと結合して、清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。したがって、含有させる場合のCa量の上限を0.01%とする。Ca含有量の上限は、望ましくは0.007%、さらに望ましくは0.005%である。
Ca: 0.01% or less Ca has an effect of improving hot workability and reducing susceptibility to solidification cracking in a weld metal. For this reason, in order to acquire these effects, you may contain Ca. However, when the content of Ca is excessive, it combines with O to remarkably reduce cleanliness, and on the contrary, deteriorate hot workability. Therefore, the upper limit of the Ca content in the case of containing is 0.01%. The upper limit of the Ca content is desirably 0.007%, and more desirably 0.005%.
一方、前記したCaの効果を安定して得るためには、Caの含有量は0.0001%以上とすることが望ましく、0.0003%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the above Ca effect, the Ca content is preferably 0.0001% or more, and more preferably 0.0003% or more.
Mg:0.01%以下
Mgは、Caと同様、熱間加工性向上および溶接金属における凝固割れ感受性低減作用を有する。このため、これらの効果を得るためにMgを含有させてもよい。しかしながら、Mgの含有量が過剰になるとOと結合して、清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。したがって、含有させる場合のMg量の上限を0.01%とする。Mg含有量の上限は、望ましくは0.007%、さらに望ましくは0.005%である。
Mg: 0.01% or less Mg, like Ca, has an effect of improving hot workability and reducing the susceptibility to solidification cracking in a weld metal. For this reason, in order to acquire these effects, you may contain Mg. However, when the Mg content is excessive, it combines with O to significantly reduce cleanliness, and on the contrary, deteriorate hot workability. Therefore, the upper limit of the amount of Mg when contained is 0.01%. The upper limit of the Mg content is desirably 0.007%, and more desirably 0.005%.
一方、前記したMgの効果を安定して得るためには、Mgの含有量は0.0001%以上とすることが望ましく、0.0003%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of Mg, the content of Mg is preferably 0.0001% or more, and more preferably 0.0003% or more.
REM:0.1%以下
REMも、熱間加工性向上および溶接金属における凝固割れ感受性低減作用を有する。このため、これらの効果を得るためにREMを含有させてもよい。しかしながら、REMの含有量が過剰になるとOと結合して、清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。したがって、含有させる場合のREM量の上限を0.1%とする。REM含有量の上限は、望ましくは0.06%、さらに望ましくは0.05%である。
REM: 0.1% or less REM also has an effect of improving hot workability and reducing susceptibility to solidification cracking in weld metal. For this reason, in order to acquire these effects, you may contain REM. However, when the content of REM becomes excessive, it combines with O to remarkably reduce cleanliness, and on the contrary, deteriorate hot workability. Therefore, the upper limit of the amount of REM when contained is 0.1%. The upper limit of the REM content is desirably 0.06%, and more desirably 0.05%.
一方、前記したREMの効果を安定して得るためには、REMの含有量は0.001%以上とすることが望ましく、0.005%以上とすればさらに望ましい。 On the other hand, in order to stably obtain the above-described effect of REM, the REM content is desirably 0.001% or more, and more desirably 0.005% or more.
なお、「REM」とは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素の総称であり、REMの含有量はREMのうちの1種または2種以上の元素の合計含有量を指す。また、REMについては一般的にミッシュメタルに含有される。このため、例えば、ミッシュメタルの形で添加して、REMの量が上記の範囲となるように含有させてもよい。 “REM” is a generic name for a total of 17 elements of Sc, Y, and lanthanoid, and the content of REM refers to the total content of one or more elements of REM. Further, REM is generally contained in misch metal. For this reason, for example, it may be added in the form of misch metal and contained so that the amount of REM falls within the above range.
上記のCa、MgおよびREMは、そのうちのいずれか1種のみ、または2種以上の複合で含有させることができる。 Said Ca, Mg, and REM can be contained only in one of them, or 2 or more types of composites.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples.
表1に示す化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼A〜Nを30kg高周波真空溶解炉によって溶製後、造塊してインゴットを作製した。 Austenitic stainless steels A to N having the chemical compositions shown in Table 1 were melted in a 30 kg high-frequency vacuum melting furnace and then ingoted to produce ingots.
なお、表1中の鋼A〜Iは化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。一方、鋼J〜Nは化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。 Steels A to I in Table 1 are steels whose chemical compositions are within the range defined by the present invention. On the other hand, steels J to N are steels of comparative examples whose chemical compositions deviate from the conditions specified in the present invention.
各インゴットの一部を、熱間鍛造および熱間圧延した後、1100℃で30minの固溶化熱処理を実施し、水冷した。その後、厚さ4mm、幅100mmで長さ100mmのトランスバレストレイン試験用試験片を採取した。 A part of each ingot was subjected to hot forging and hot rolling, and then subjected to a solution heat treatment at 1100 ° C. for 30 minutes, followed by water cooling. Thereafter, a test piece for a transbalance test having a thickness of 4 mm, a width of 100 mm, and a length of 100 mm was collected.
また、各インゴットの残りを用いて、通常の方法で熱間鍛造した後、途中で固溶化熱処理を繰返しながら冷間加工して、直径が2.0mmのソリッドワイヤからなる溶接材料を作製した。 Moreover, after the hot forging was carried out by the usual method using the remainder of each ingot, it was cold worked while repeating the solution heat treatment in the middle to produce a welding material made of a solid wire having a diameter of 2.0 mm.
先ず、各溶接材料の凝固割れ感受性をより詳細に評価するために、前記のトランスバレストレイン試験片を用いて、溶接電流:100A、溶接電圧:15V、溶接速度:15cm/min、付加歪み:2%の条件にてトランスバレストレイン試験を行い、最大割れ長さを測定した。 First, in order to evaluate the solidification cracking susceptibility of each welding material in more detail, welding current: 100 A, welding voltage: 15 V, welding speed: 15 cm / min, additional strain: 2 using the above-described transbalance test specimen. % Was conducted under the condition of% and the maximum crack length was measured.
なお、完全オーステナイト凝固するオーステナイト系ステンレス鋼であるSUS310Sの溶接金属のトランスバレストレイン試験により評価された最大割れ長さは1mm以下であることが知られている。したがって、トランスバレストレイン試験により評価された最大割れ長さが1mm以下のオーステナイト系溶接材料は優れた耐凝固割れ性を有していると考えられるので、これを目標とした。 In addition, it is known that the maximum crack length evaluated by the transbarrain train test of the weld metal of SUS310S which is an austenitic stainless steel which solidifies completely austenite is 1 mm or less. Therefore, the austenitic welding material having a maximum crack length of 1 mm or less evaluated by the transbalance train test is considered to have excellent solidification cracking resistance, and this was the target.
次に、各溶接材料の時効特性、高温強度(クリープ強度)および耐ポリチオン酸SCC性を評価するために、上記のようにして作製した溶接材料を用いて全溶着金属試験体を作製した。 Next, in order to evaluate the aging characteristics, high-temperature strength (creep strength), and polythionic acid SCC resistance of each welding material, a fully welded metal specimen was produced using the welding material produced as described above.
そして、各溶着金属試験体からJIS Z 2242(2005)に記載の幅5mmのVノッチ付きサブサイズシャルピー衝撃試験片を採取できる素材を採取した。この素材を700℃×300h時効後に上記の試験片を切り出し、0℃にてシャルピー衝撃試験を行って時効特性を評価した。なお、時効特性の評価基準として、シャルピー衝撃値が50J/cm2以上であることを目標とした。 And the raw material which can extract | collect the subsize Charpy impact test piece with a V notch of 5 mm of width described in JISZ2242 (2005) from each weld metal test body was extract | collected. The specimen was cut out after aging at 700 ° C. for 300 hours, and a Charpy impact test was performed at 0 ° C. to evaluate the aging characteristics. In addition, as an evaluation standard of aging characteristics, the target was a Charpy impact value of 50 J / cm 2 or more.
また、各溶着金属試験体から平行部の直径が6mmのクリープ破断試験片を採取して700℃×150MPaの条件下にてクリープ破断寿命を評価した。なお、クリープ破断強度の評価基準として、上記クリープ破断寿命が300h以上であることを目標とした。 Further, a creep rupture test piece having a parallel part diameter of 6 mm was taken from each weld metal specimen, and the creep rupture life was evaluated under the condition of 700 ° C. × 150 MPa. In addition, as an evaluation standard of creep rupture strength, the target was that the creep rupture life was 300 hours or longer.
さらに、耐ポリチオン酸SCC性を定量的に評価するために、各溶着金属試験体の残りを650℃×1000h時効により鋭敏化した後、この時効材から、試験面積サイズが10mm×10mmとなる試験片を採取して、JIS G 0580(2003)に規定された方法で、電気化学的再活性化率試験(以下、「EPR試験」という。)を実施した。なお、EPR試験における良好な耐ポリチオン酸SCC性の判断基準は「再活性化率≦5%」であることが知られている。このため、再活性化率が5%以下であることを目標とした。 Furthermore, in order to quantitatively evaluate the SCC resistance of polythionic acid, after sensitizing the remainder of each weld metal specimen by aging at 650 ° C. × 1000 h, a test in which the test area size becomes 10 mm × 10 mm from this aging material Pieces were collected and subjected to an electrochemical reactivation rate test (hereinafter referred to as “EPR test”) by the method defined in JIS G 0580 (2003). In addition, it is known that the criterion for determining good SCC resistance of polythionic acid in the EPR test is “reactivation rate ≦ 5%”. For this reason, it aimed at the reactivation rate being 5% or less.
表2に、上記の各調査結果をまとめて示す。なお、「時効特性」欄における「○」および「×」はそれぞれ、0℃でのシャルピー衝撃値が50J/cm2以上で目標に達したことおよび0℃でのシャルピー衝撃値が50J/cm2未満で目標に未達であったことを表す。また、試験番号10および試験番号13の「クリープ破断寿命」蘭の「−」はクリープ破断試験を行わなかったことを表す。さらに、試験番号13の再活性化率欄の「−」はEPR試験を行わなかったことを表す。 Table 2 summarizes the results of each of the above investigations. In the “aging characteristics” column, “◯” and “×” indicate that the target was reached when the Charpy impact value at 0 ° C. was 50 J / cm 2 or more, and the Charpy impact value at 0 ° C. was 50 J / cm 2, respectively. It means that the target was not achieved at less than. Further, “−” in the “creep rupture life” orchid of test number 10 and test number 13 indicates that the creep rupture test was not performed. Furthermore, “−” in the reactivation rate column of test number 13 indicates that the EPR test was not performed.
表2から、化学組成が本発明で規定する条件を満足する鋼A〜Iからなる溶接材料を用いた試験番号1〜9の場合、いずれも凝固割れ感受性は低く、また時効特性も優れており、700℃×150MPaの条件下でのクリープ破断寿命は目標の300h以上を達成して高温強度に優れており、かつEPR試験にて評価された再活性化率は5%を大きく下回って耐ポリチオン酸SCC性にも優れていることが明らかである。 From Table 2, in the case of test numbers 1 to 9 using welding materials made of steels A to I that satisfy the conditions specified by the present invention in the chemical composition, all have low solidification cracking susceptibility and excellent aging characteristics. The creep rupture life under the condition of 700 ° C. × 150 MPa achieves the target 300 h or more and is excellent in high-temperature strength, and the reactivation rate evaluated by the EPR test is significantly less than 5% and is polythione resistant. It is clear that the acid SCC property is also excellent.
これに対して、化学組成が本発明で規定する条件から外れた鋼J〜Nからなる溶接材料を用いた試験番号10〜14の場合には、少なくとも耐凝固割れ性、時効特性、高温強度、耐ポリチオン酸SCC性のいずれかが目標に達していない。 On the other hand, in the case of test numbers 10 to 14 using a welding material composed of steels J to N whose chemical composition deviates from the conditions specified in the present invention, at least solidification cracking resistance, aging characteristics, high temperature strength, Any of the polythionic acid SCC resistance has not reached its target.
試験番号10の場合は、鋼JのC含有量が0.040%であり、本発明で規定する範囲を超えるために、トランスバレストレイン試験での最大割れ長さが1.44mmで凝固割れ感受性が高く、しかもEPR試験での再活性化率が10.4%と非常に高く耐ポリチオン酸SCC性も著しく劣っている。 In the case of test No. 10, the C content of steel J is 0.040%, and exceeds the range specified in the present invention. Therefore, the maximum crack length in the transbalance train test is 1.44 mm and the solidification cracking sensitivity. In addition, the reactivation rate in the EPR test is very high at 10.4%, and the resistance to polythionic acid SCC is extremely inferior.
試験番号11の場合は、鋼KのN含有量が0.095%と、本発明で規定する範囲を下回りNb含有量に対して少ないため、MX系炭窒化物およびZ相の晶出による凝固割れ感受性低減効果が不十分であり、耐溶接割れ性に劣っている。 In the case of test number 11, since the N content of steel K is 0.095%, which is lower than the range specified in the present invention and is smaller than the Nb content, solidification due to crystallization of MX-based carbonitride and Z phase The effect of reducing crack sensitivity is insufficient and the weld crack resistance is poor.
試験番号12の場合は、鋼LのW含有量が1.73%であり、本発明で規定する範囲を超えるために、700℃×150MPaの条件下でのクリープ破断寿命は282hと短く目標に達していない。このように、高価な元素であるWの過度の含有は、避けるべきであることが明らかである。 In the case of test number 12, the W content of steel L is 1.73%, which exceeds the range specified in the present invention. Therefore, the creep rupture life under conditions of 700 ° C. × 150 MPa is as short as 282 h, which is the target. Not reached. Thus, it is clear that excessive inclusion of the expensive element W should be avoided.
試験番号13の場合は、鋼MのNi含有量が8.73%さらにFn1が−7.26で、いずれも本発明で規定する範囲を下回るために、組織安定性が低下して目標とする時効特性が得られていない。 In the case of test number 13, the Ni content of steel M is 8.73%, and Fn1 is −7.26, both of which are below the range defined in the present invention, so that the structural stability is lowered and targeted. Aging characteristics are not obtained.
試験番号14の場合は、鋼NのFn2が1.29と本発明で規定する範囲を下回るために、700℃×150MPa条件下でのクリープ破断寿命は目標に対して未達であり、且つ再活性化率も目標に未達であることが明らかである。 In the case of test number 14, since the Fn2 of steel N is 1.29, which is below the range specified in the present invention, the creep rupture life under the condition of 700 ° C. × 150 MPa has not reached the target, and It is clear that the activation rate has not reached the target.
本発明によれば、優れた耐ポリチオン酸SCC性と高温強度を有するとともに、優れた時効特性および耐溶接割れ性と経済性も有するオーステナイト系ステンレス鋼溶接材料を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an austenitic stainless steel welding material having excellent polythionic acid SCC resistance and high-temperature strength, as well as excellent aging characteristics, weld crack resistance and economy.
Claims (2)
残部がFeおよび不純物とからなり、
下記の(1)式および(2)式で表されるFn1およびFn2が、それぞれ、40≧Fn1≧−2およびFn2≧1.3であり、
不純物としてのP、SおよびOがそれぞれ、P:0.03%以下、S:0.02%以下およびO:0.02%以下である化学組成を有することを特徴とする、オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料。
Fn1=Ni+0.31Mn+22C+14.2N+Cu−Cr−1.5Si−2Nb・・・(1)
Fn2=Cu−10C−(Nb/10)・・・(2)
ただし、(1)式および(2)式中の元素記号は、その元素の質量%での含有量を表す。 In mass%, C: 0.02% or less, Si: 2% or less, Mn: 2.98 % or less, Ni: 10-40%, Cr: 15-25%, Cu: 1.5-5%, Al : 0.05% or less, Nb: 0.2 to 1.0% and N: more than 0.1% and 0.45% or less,
The balance consists of Fe and impurities,
Fn1 and Fn2 represented by the following formulas (1) and (2) are 40 ≧ Fn1 ≧ −2 and Fn2 ≧ 1.3, respectively.
Austenitic stainless steel characterized in that P, S and O as impurities have chemical compositions of P: 0.03% or less, S: 0.02% or less, and O: 0.02% or less, respectively. Welding material.
Fn1 = Ni + 0.31Mn + 22C + 14.2N + Cu-Cr-1.5Si-2Nb (1 )
Fn2 = Cu-10C- (Nb / 10) (2 )
However, the element symbol in the formulas (1) and (2) represents the content in mass% of the element.
[1]:Mo:5%以下、Co:5%以下およびW:1.5%以下
[2]:V:0.3%以下、Ti:0.3%以下およびTa:1%以下
[3]:B:0.01%以下
[4]:Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下およびREM:0.1%以下 An austenitic stainless steel comprising one or more elements selected from the following [1] to [4] instead of a part of Fe of the austenitic welding material according to claim 1. Welding material.
[1]: Mo: 5% or less, Co: 5% or less and W: 1.5% or less [2]: V: 0.3% or less, Ti: 0.3% or less and Ta: 1% or less [3] ]: B: 0.01% or less [4]: Ca: 0.01% or less, Mg: 0.01% or less, and REM: 0.1% or less
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