JP6241310B2 - 低温靭性に優れたサブマージアーク溶接部 - Google Patents
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Description
(x)溶接金属止端部から、板表面から板厚方向の距離が7mmまでの間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、板表面から板厚方向の距離が7mm以上、12mm以下の間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値より大きく、
(y)溶接金属止端部から、板表面から板厚方向の距離が7mmまでの間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、15°以上、80°以下であり、
(z)板表面からの板厚方向距離が7mm以上、12mm以下の間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、5°以上、25°以下である
ことを特徴とする低温靱性に優れたサブマージアーク溶接部。
C :0.03%以上、0.12%以下、
Si:0.05%以上、0.50%以下、
Mn:0.80%以上、2.20%以下、
P :0.015%以下、
S :0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Nb:0.050%以下、
V :0.020%以下、
O :0.015%以上、0.045%以下、
N :0.0080%以下、
Al:0.003%以上、0.035%以下、
Ti:0.005%以上、0.030%以下、
B :0.0004%以上、0.0040%以下、
かつ、必要に応じて、
Ni:2.0%以下
Cr:1.5%以下
Mo:1.0%以下の一種又は二種以上、
残部:Fe及び不可避的不純物からなり、さらに、
下記式(1)で定義するPCMが、0.120以上、0.300以下であり、
下記式(2)で算出するα’が、−10以上、30以下である
ことを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の低温靱性に優れたサブマージアーク溶接部。
+[Ni]/60+[Mo]/15+[V]/10+5[B] ・・・(1)
[A]は、元素Aの質量%
α’=(1.5×([O]−0.89×[Al])+3.4×[N]−[Ti])
×1000 ・・・(2)
[A]は元素Aの質量%
(x)溶接金属止端部から、板表面から板厚方向の距離が7mmまでの間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、板表面から板厚方向の距離が7mm以上、12mm以下の間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値より大きく、
(y)溶接金属止端部から、板表面から板厚方向の距離が7mmまでの間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、15°以上、80°以下であり、
(z)板表面からの板厚方向距離が7mm以上、12mm以下の間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、5°以上、25°以下である
ことを特徴とする。
本発明溶接部においては、溶融線と溶接金属の中心線とのなす角度が、溶接金属の板厚方向で、板表面付近と板中心付近で異なり、さらに、板表面付近が、溶融線と溶接金属の中心線のなす角度θがより大きいことが重要である。しかし、溶融線を詳細に観察すると、単純な曲線でないので、特定の位置を指定することは現実的ではない。
溶接金属止端部から板表面から板厚方向の距離が7mmまでの間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と溶接金属の中心線のなす角度の最大値と最小値を除いた5点の平均値が15°未満であると、HAZ部の靭性改善効果が得られないので、該平均値は15°以上とする。好ましくは20°以上である。
表面からの板厚方向距離が7mm以上、12mm以下の間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と溶接金属の中心線とのなす角度の最大値と最小値を除いた5点の平均値が5°未満であると、HAZ部の靭性改善効果が得られないので、該平均値は5°以上とする。好ましくは10°以上である。
C :0.03%以上、0.12%以下、
Si:0.05%以上、0.50%以下、
Mn:0.80%以上、2.20%以下、
P :0.015%以下、
S :0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Nb:0.050%以下、
V :0.020%以下、
O :0.015%以上、0.045%以下、
N :0.0080%以下、
Al:0.003%以上、0.035%以下、
Ti:0.005%以上、0.030%以下、
B :0.0004%以上、0.0040%以下、
かつ、必要に応じて、
Ni:2.0%以下
Cr:1.5%以下
Mo:1.0%以下の一種又は二種以上、
残部:Fe及び不可避的不純物からなり、さらに、
下記式(1)で定義するPCMが、0.120以上、0.300以下であり、
下記式(2)で算出するα’が、−10以上、30以下。
+[Ni]/60+[Mo]/15+[V]/10+5[B] ・・・(1)
[A]は、元素Aの質量%
α’=(1.5×([O]−0.89×[Al])+3.4×[N]−[Ti])
×1000 ・・・(2)
[A]は元素Aの質量%
Cは、溶接金属の強度の確保に有効な元素である。0.03%未満であると、所要の強度が得られず、また、溶接時に高温割れが発生する可能性があるので、0.03%以上とする。好ましくは0.04%以上である。一方、0.10%を超えると、強度が過度に上昇して靱性が低下し、また、凝固割れの可能性も出てくるので、0.12%以下する。好ましくは0.10%以下である。
Siは、溶接金属の脱酸と強度の向上に有効な元素である。0.05%未満であると、添加効果が十分に発現しないので、0.05%以上とする。好ましくは0.09%以上である。一方、0.50%を超えると、溶接金属の靱性が低下するので、0.50%以下とする。好ましくは0.40%以下である。
Mnは、Siと同様に、溶接金属の脱酸と強度の向上に有効な元素である。0.80%未満であると、添加効果が十分に発現しないので、0.80%以上とする。好ましくは1.00%以上である。一方、2.20%を超えると、靱性が低下するので、2.20%以下とする。好ましくは2.00%以下である。
Pは、溶接金属の靱性を阻害する元素である。少ないほど好ましいが、0.015%を超えると溶接金属が著しく脆化するので、0.015%以下とする。好ましくは0.012%以下である。下限は0%を含むが、母材から不可避的に0.002%程度混入する。
Sは、溶接金属の靱性を阻害する元素である。少ないほど好ましいが、0.010%を超えると溶接金属が著しく脆化するので、0.010%以下とする。好ましくは0.007%以下である。下限は0%を含むが、母材から不可避的に0.002%程度混入する。
Cuは、溶接金属の焼入れ性を高め、強度と靱性の改善に有効な元素である。しかし、1.00%を超えると、靭性を阻害し、さらに、高温割れの発生を誘発するので、1.00%以下とする。好ましくは0.75%以下である。下限は特に限定しないが、母材からの溶込み分や溶接ワイヤの不純物から、少なくとも0.01%程度は混入する。
Nbは、強度の向上に有効な元素である。しかし、0.050%を超えると、靱性を阻害するので、0.050%以下とする。好ましくは0.040%以下である。下限は特に限定しないが、母材からの溶込み分や溶接ワイヤの不純物から、少なくとも0.001%程度は混入する。
Vは、強度の向上に有効な元素である。しかし、0.020%を超えると、靱性を阻害するので、0.020%以下とする。好ましくは0.015%以下である。下限は特に限定しないが、母材からの溶け込み分や溶接ワイヤの不純物から、少なくとも0.001%程度は混入する。
Oは、粒内変態の核となる酸化物を形成し、溶接金属の組織を制御する作用をなす元素である。0.015%未満では、強度が500〜850MPa級のX60〜X80クラスの鋼管の溶接金属において、組織をアシキュラーフェライト主体の組織にするために必要な、粒内変態の核となる酸化物の形成が不十分となるので、0.015%以上とする。好ましくは0.018%以上である。
Nは、0.0080%を超えると、固溶Nが増加し、また、窒化物の生成量も増大して、溶接金属の靱性が低下するので、0.0080%以下とする。好ましくは0.0060%以下である。下限は、特に限定しないが、不可避的に0.0010%程度は混入する。
Alは、酸化物を形成し、溶接金属のO量を制御する作用をなす元素である。0.003%未満では、溶接金属中の酸素の量が過剰となるとともに、生成する酸化物が粗大化して、溶接金属の極低温靱性が低下するので、0.003%以上とする。好ましくは0.005%以上である。
Tiは、粒内変態の核となる酸化物を形成して、溶接金属の組織を制御する作用をなす元素である。0.005%未満では、強度がX65〜X80クラスの鋼管の溶接金属において、組織をアシキュラーフェライト主体の組織にするために必要な、粒内変態の核となる酸化物の形成が不十分となるので、0.005%以上とする。好ましくは0.007%以上である。
Bは、溶接金属の焼入れ性を高め、粒界フェライトの生成を抑制する元素である。0.0004%未満であると、添加効果が充分に発現しないので、0.0004%以上とする。好ましくは0.0006%以上である。一方、0.0040%を超えると、固溶Bが増加して、溶接金属の靱性が低下するので、0.0040%以下とする。好ましくは0.0035%以下である。
Niは、溶接金属の焼入れ性を高め、強度向上に寄与する元素である。しかし、2.0%を超えると、凝固割れが発生する可能性が高くなり、靱性を阻害するので、2.0%以下とする。好ましくは1.5%以下である。下限は、特に限定しないが、母材及び/又はワイヤから、不可避的に0.01%程度混入する。
Crは、溶接金属の焼入れ性を高め、強度向上に寄与する元素である。1.5%を超えると、靱性を阻害するので、1.5%以下とする。好ましくは1.0%以下である。下限は、特に限定しないが、母材及び/又はワイヤから、不可避的に0.01%程度混入する。
Moは、溶接金属の焼入れ性を高め、強度向上に寄与する元素である。1.0%を超えると、靱性を阻害するので、1.0%以下とする。好ましくは0.5%以下である。下限は、特に限定しないが、母材及び/又はワイヤから不可避的に0.01%程度混入する。
PCMは、溶接金属の強度を推定する指標として使用する。PCMが0.120未満であると、X65〜X80級のUO鋼管に適した500〜850MPaの強度の溶接金属を得るのが難しくなるので、0.120以上とする。好ましくは0.140以上である。
PCM=[C]+[Si]/30+([Mn]+[Cu]+[Cr])/20
+[Ni]/60+[Mo]/15+[V]/10+5[B] ・・・(1)
[A]は、元素Aの質量%
溶接金属の組織を微細化し、靱性向上効果を安定して得るには、O、Al、N、及び、Tiのバランスが重要である。それ故、α’は、溶接金属の組織を制御するための指標である。
×1000 ・・・(2)
[A]は、元素Aの質量%
表5に化学組成を示す母材及びワイヤと、表3に化学組成を示すフラックスを用いて、内外面各1層のサブマージアーク溶接部を形成した。また、表3に化学組成を示すフラックスに適量の酸化物等を添加して、溶接金属の化学組成を調整した。
2 溶接部
3 溶接金属
3a、3b 溶接金属の止端部
4 HAZ部
5 ノッチ
5a ノッチ5の中央
6 衝撃試験片(試験片)
6a 衝撃試験片(試験片)の中心線
7、7’ 溶融線
7a 溶融線の折曲点
7b、7c 溶融線の接線
7d 接線の交点
8 開先
Claims (3)
- X60〜X80級の板厚20mm以上の鋼板を円筒状に成型して、あらかじめ開先加工を施した突合せ面を、多電極サブマージアーク溶接により、内面から一層、外面から一層により溶接して製造するUO鋼管の溶接部であって、板表面下7mmの溶接金属中央部における溶接金属の吸収エネルギーが、板表面下7mmの溶融線から0.5mmの位置の溶接熱影響部の吸収エネルギーを上回る溶接部において、
(x)溶接金属止端部から、板表面から板厚方向の距離が7mmまでの間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、板表面から板厚方向の距離が7mm以上、12mm以下の間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値より大きく、
(y)溶接金属止端部から、板表面から板厚方向の距離が7mmまでの間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、15°以上、80°以下であり、
(z)板表面からの板厚方向距離が7mm以上、12mm以下の間の板厚方向の間隔が0.5mmの任意の7点における溶融線の接線と、溶接金属の中心線のなす角度の、最大値と最小値を除いた5点の平均値が、5°以上、25°以下である
ことを特徴とする低温靱性に優れたサブマージアーク溶接部。 - 前記表面下7mmの溶接金属中央部における溶接金属の吸収エネルギーが、板表面下7mmの溶融線から0.5mmの位置の溶接熱影響部の吸収エネルギーの2.0倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の低温靱性に優れたサブマージアーク溶接部。
- 前記溶接金属の化学組成が、質量%で、
C :0.03%以上、0.12%以下、
Si:0.05%以上、0.50%以下、
Mn:0.80%以上、2.20%以下、
P :0.015%以下、
S :0.010%以下、
Cu:1.00%以下、
Nb:0.050%以下、
V :0.020%以下、
O :0.015%以上、0.045%以下、
N :0.0080%以下、
Al:0.003%以上、0.035%以下、
Ti:0.005%以上、0.030%以下、
B :0.0004%以上、0.0040%以下、
かつ、必要に応じて、
Ni:2.0%以下
Cr:1.5%以下
Mo:1.0%以下の一種又は二種以上、
残部:Fe及び不可避的不純物からなり、さらに、
下記式(1)で定義するPCMが、0.120以上、0.300以下であり、
下記式(2)で算出するα’が、−10以上、30以下である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の低温靱性に優れたサブマージアーク溶接部。
PCM=[C]+[Si]/30+([Mn]+[Cu]+[Cr])/20
+[Ni]/60+[Mo]/15+[V]/10+5[B] ・・・(1)
[A]は、元素Aの質量%
α’=(1.5×([O]−0.89×[Al])+3.4×[N]−[Ti])
×1000 ・・・(2)
[A]は元素Aの質量%
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