JP6244267B2 - 肉盛溶接体 - Google Patents

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Description

本発明は、母材の表面に溶接金属が肉盛溶接された肉盛溶接体に関する。より詳しくは、フェライト系耐熱鋼の表面にオーバーレイ肉盛溶接金属が形成された肉盛溶接体に関する。
化学プラントなどの高温で使用される圧力容器には、耐熱構造材料であるCrを2〜12質量%程度含有するフェライト系の耐熱鋼が用いられている(例えば、特許文献1参照)。フェライト系耐熱鋼などの耐熱構造材料は、オーステナイト相からの焼入れ・焼戻し処理で形成される焼戻しマルテンサイト組織と呼ばれる微細な金属組織を有している。そして、大型の圧力容器は、このような耐熱構造材料で複数のリング状の構造物を作製し、それらを軸方向に周溶接して接合することにより製造されている。
耐熱材料の耐食性は、鋼中に含有されるCr量に強く依存する。このため、フェライト系の耐熱鋼は、例えばCrを18質量%以上含有するようなオーステナイト系ステンレス鋼よりも耐食性の点で劣り、化学プラントで生じるポリチオン酸や硫化水素による腐食には十分な耐食性を有しているとは言えない。一方、オーステナイト系ステンレス鋼は、熱膨張率が大きいため、高温用途の厚肉部材や大型鍛造品などには適していないという問題がある。そこで、従来、化学プラントで使用される大型の圧力容器では、母材にフェライト系耐熱鋼を使用し、その腐食成分との接触面に、オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛溶接金属が形成されている。
このような耐熱性が要求される肉盛溶接体では、母材同士を接合した後で溶接後熱処理(Post Weld Heat Treatment:PWHT)が行われており、一般に、PWHTにより周溶接部の破壊靭性が向上する。一方、耐熱性が高い母材を用いた場合、より高温でPWHTを行う必要があるが、高温でPWHTを行うと、肉盛溶接金属が脆化し、高温下で使用する中での熱応力の繰返負荷によって、肉盛溶接部に割れが生じやすくなるという問題がある。
PWHTによる溶接部への影響を抑制する技術としては、例えば、母材の成分組成を特定することにより、境界層近傍のオーバーレイステンレス鋼のオーステナイト結晶粒の粗大化を防止すると共に、PWHTにおいて母材からステンレス鋼への炭素の拡散移行阻止する方法がある(特許文献2参照)。
特開2014−1702号公報 特開平3−264647号公報
しかしながら、特許文献2に記載の技術は、水素の影響に着目した肉盛溶接金属の剥離を防止するものであり、母材と溶接金属からなる溶接部の機械的性質としての変形能に着目されたものではない。
そこで、本発明は、溶接部の耐曲げ割れ性が優れた肉盛溶接体を提供することを主目的とする。
本発明者は、肉盛溶接体の耐曲げ割れ性が高温のPWHT後に劣化してしまう問題について検討を行い、溶接金属と母材の界面領域の延性と溶接金属自体の延性の両方を改善することで、溶接部の耐曲げ割れ性が向上することを見出し、本発明に至った。具体的には、界面領域の延性は、溶接金属のCrと母材のCが反応することによる界面層の硬化に起因するため、溶接金属及び母材のCr含有量比とC含有量比の積を特定の範囲にすることにより、改善することができる。また、溶接金属の延性は、溶接金属のMn含有量を低減すると共に、溶接金属の各成分の含有量から算出されるパラメータの値を特定の範囲することにより、改善することができる。
即ち、本発明に係る肉盛溶接体は、母材の表面に溶接金属が肉盛溶接された肉盛溶接体であり、前記母材は、C:0.07〜0.12質量%、Cr:2.0〜10質量%、Mo:0.5〜1.5質量%、V:0.05〜0.5質量%及びNb:0.01〜0.2質量%を含有すると共に、Si:0.6質量%以下、Mn:1質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.02質量%以下、Cu:0.3質量%以下、Ni:0.6質量%以下及びN:0.1%質量以下に規制され、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記溶接金属は、Ni:9〜11質量%、Cr:18〜21質量%及びNb:0.1〜1質量%を含有すると共に、C:0.08質量%以下、Si:1.0質量%以下、Mn:0.9質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.03質量%以下、Cu:0.75質量%以下、Mo:0.75質量%以下、V:0.15質量%以下、N:0.08質量%以下に規制され、残部がFe及び不可避不純物からなり、Cr含有量(質量%)を[Cr]、Mo含有量(質量%)を[Mo]、Si含有量(質量%)を[Si]、Nb含有量(質量%)を[Nb]、Mn含有量(質量%)を[Mn]、Ni含有量(質量%)を[Ni]、C含有量(質量%)を[C]としたとき、下記数式1を満たす組成を有し、前記溶接金属のCr含有量(質量%)を[Crw]、前記母材のCr含有量(質量%)を[Crm]、前記溶接金属のC含有量(質量%)を[Cw]、前記母材のC含有量(質量%)を[Cm]としたとき、下記数式2を満たすものである。
Figure 0006244267
Figure 0006244267
本発明によれば、溶接部の耐曲げ割れ性を改善し、高温PWHT後の肉盛溶接部の変形能を向上させることができる。
横軸に数式4で表される溶接金属及び母材のCr含有量比とC含有量比の積をとり、縦軸に数式3で表される溶接金属の各成分の含有量から算出されるパラメータをとって、実施例及び比較例の各試験体におけるこれらの値の関係を示すグラフ図である。
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
本実施形態の肉盛溶接体は、高温で使用される圧力容器などのように耐熱性が要求される構造物であり、母材の表面に溶接金属が肉盛溶接されたものであり、例えば肉盛溶接継手である。
本実施形態の肉盛溶接体における母材は、C:0.07〜0.12質量%、Cr:2.0〜10質量%、Mo:0.5〜1.5質量%、V:0.05〜0.5質量%及びNb:0.01〜0.2質量%を含有すると共に、Si:0.6質量%以下、Mn:1質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.02質量%以下、Cu:0.3質量%以下、Ni:0.6質量%以下及びN:0.1%質量以下に規制され、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有する。
また、母材の耐食性を向上させるために形成される肉盛溶接金属としては、SUS309やSUS347などが存在し、本実施形態の肉盛溶接体においては、溶接金属を、Ni:9〜11質量%、Cr:18〜21質量%及びNb:0.1〜1質量%を含有すると共に、C:0.08質量%以下、Si:1.0質量%以下、Mn:0.9質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.03質量%以下、Cu:0.75質量%以下、Mo:0.75質量%以下、V:0.15質量%以下、N:0.08質量%以下に規制され、残部がFe及び不可避不純物からなり、下記数式3を満たす組成のオーステナイト系ステンレス鋼としている。
Figure 0006244267
なお、上記数式3における[Cr]はCr含有量(質量%)、[Mo]はMo含有量(質量%)、[Si]はSi含有量(質量%)、[Nb]はNb含有量(質量%)、[Mn]はMn含有量(質量%)、[Ni]はNi含有量(質量%)、[C]はC含有量(質量%)である。
更に、本実施形態の肉盛溶接体は、溶接金属におけるCr及びCの含有量と、母材におけるCr及びCの含有量との関係が、下記数式4を満たす。なお、下記数式4における[Crw]は溶接金属のCr含有量(質量%)であり、[Crm]は母材のCr含有量(質量%)である。また、[Cw]は溶接金属のC含有量(質量%)であり、[Cm]は母材のC含有量(質量%)である。
Figure 0006244267
次に、本実施形態の肉盛溶接体を構成する母材及び溶接金属に含有される成分について説明する。
(母材)
母材は、本実施形態の肉盛溶接体の用途において、通常使用されている母材を用いることができ、具体的には、前述した成分組成を有する鋼材が用いられる。このような成分組成を有する鋼としては、2.25Cr−1Mo鋼、2.25Cr−1Mo−V鋼及び9Cr−1Mo−V鋼などの高温強度及び長期信頼性に優れた耐熱鋼が挙げられる。
(溶接金属)
<Ni:9〜11質量%>
Niは、ステンレス鋼として必須の元素の1つであり、オーステナイト相を安定化させる効果がある。しかしながら、溶接金属のNi含有量が9質量%未満の場合、オーステナイト相を維持できない場合がある。一方、溶接金属のNi含有量が11質量%を超えると、製造コストの増加を招き、また、溶接金属中のフェライト相を過度に減少させてしまうこともある。よって、溶接金属のNi含有量は9〜11質量%とする。
<Cr:18〜21質量%>
Crは、耐食性を向上させる元素であり、ステンレス鋼として必須の元素の1つである。しかしながら、溶接金属のCr含有量が18質量%未満の場合、ステンレス鋼としての基本的な耐食性を発揮することが難しくなり、また、21質量%を超えると、溶接金属中のフェライト相を維持できず高温割れもたらす場合がある。よって、溶接金属のCr含有量は18〜21質量%とする。
<Nb:0.1〜1質量%>
Nbは溶接金属中の炭素を固定してステンレス鋼の耐食性を向上させる元素のひとつである。しかしながら、溶接金属のNb含有量が0.1質量%未満の場合炭素を固定が不十分となり、1質量%を超えると固溶Nbが増加してフェライト量を過度に増加させてしまう場合がある。よって、溶接金属のNb含有量は0.1〜1質量%とする。
<C:0.08質量%以下>
Cは、Crと結合して化合物を形成する元素である。そして、溶接金属のC含有量が0.08質量%を超えると、固溶Cr量が局部的に減少し、耐食性の低下を招く。よって、溶接金属のC含有量は0.08質量%以下に規制する。なお、Cは、溶接材料やフラックスに含まれており、積極的に添加しなくても溶接金属に含有される元素である。C含有量を過度に低下させるためには、多大なコストが伴うため、費用対効果の観点から、C含有量は0.005質量%以上とすることが好ましい。
<Si:1.0質量%以下>
Siは、従来からσ相の形成を促進させる元素とされており、Si含有量が1.0質量%を超えると、溶接金属が脆化することがある。よって、溶接金属のSi含有量は1.0質量%以下に規制する。ただし、Siは、湯流れ性の確保の観点からも若干量含んでいることが望ましく、Si含有量は0.1質量%以上であることが好ましく、より好ましくは0.15質量%以上である。
<Mn:0.9質量%以下>
Mnは、本発明の一部の効果を得るために重要な元素であり、上記数式3を満たす溶接金属においてMn含有量を0.9質量%以下に規制することにより、溶接金属で発生する割れを抑制することができる。なお、溶接金属の延性改善の観点から、Mn含有量は0.8質量%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.7質量%以下である。ただし、溶接金属のMn含有量を過度に低下させることは、コスト増加をもたらすため、Mn含有量は0.2質量%以上とすることが好ましい。
<Mo:0.75質量%以下>
Moは、耐食性を向上させる元素であるが、本発明はMoを含む母材を対象としているため、母材の希釈に伴い溶接金属がMoを含有してしまい、Mo含有量が0.75質量%を超えると、溶接金属が脆化しやすくなる。よって、溶接金属のMo含有量は0.75質量%以下に規制する。ただし、溶接金属Mo含有量を過度に低下させることは、コスト増加をもたらすため、Mo含有量は0.05質量%以上とすることが好ましい。
<V:0.15質量%以下>
Vは、フェライトを強く安定化させる元素であり、V含有量が0.15質量%を超えると、溶接金属中のフェライトが過度に増加してしまう。よって、溶接金属のV含有量は0.15質量%以下に規制する。
<P:0.04質量%以下>
Pは、不可避不純物であり、P含有量が0.04質量%を超えると、溶接金属に溶接割れが発生しやくすなる。よって、溶接金属のP含有量は0.04質量%以下に規制する。
<S:0.03質量%以下>
Sは、不可避的不純物であり、S含有量が0.03質量%を超えると、溶接金属が脆化する。よって、溶接金属のS含有量は0.03質量%以下に規制する。
<Cu:0.75質量%以下>
Cuは、不可避的不純物であり、Cu含有量が0.75質量%を超えると、溶接金属が過度に硬化してしまう場合がある。よって、溶接金属のCu含有量は0.75質量%以下に規制する。
<N:0.08質量%以下>
Nは、不可避不純物のひとつであり、溶接金属のN含有量が0.08質量%を超えると、窒化物を形成することでCrの固溶量を減少させてしまう。よって、溶接金属のN含有量は0.08質量%以下に規制する。
<残部>
溶接金属おける上記以外の成分、即ち、残部は、Fe及び不可避的不純物である。ここで、不可避的不純物としては、前述したP、S、Cu及びNの他に、Sn、Pb、Sb、As、Se、Zn、Ca、Al、Mg、Ti、Zr、Y、Ta、Hf、Sc、Co及びAgなどが挙げられ、溶接金属にこれらの成分が含まれていても、本発明の効果には影響しない。
<Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb+2.5Mn−0.2Ni+30C≦21.5以下>
溶接金属の延性は、Mn含有量を0.9質量%以下とした上で、溶接金属を上記数式3を満足する組成とすることで改善することができる。上記数式3を満足する組成にすることで、より高温のPWHTを経た後、曲げ変形で生じる凝固組織中に存在するフェライト相での亀裂発生を抑制することができる。
一方、溶接金属の組成が上記数式3を満足せず、上記数式3の左辺に示すパラメータ([Cr]+[Mo]+1.5×[Si]+0.5×[Nb]+2.5×[Mn]−0.2×[Ni]+30×[C])の値が21.5を超えると、PWHT条件が高温である場合に溶接金属の延性が不足し、溶接金属中のフェライト相で亀裂が発生しやすくなる。なお、溶接金属の延性改善の観点から、上記数式3の左辺に示すパラメータの値は、21以下であることが好ましく、より好ましくは20以下である。
(母材及び溶接金属のC含有量とCr含有量の関係)
母材及び溶接金属の成分組成を前述した範囲にしても、肉盛溶接体の耐割れ性を十分に向上させることができるとは限らない。特に、高温のPWHTを行った肉盛溶接体の場合、母材と溶接金属の接合界面領域における延性が低下し、曲げ変形に伴ってこの領域で亀裂が発生することがある。
接合界面領域の延性低下は、溶接金属のCrと母材のCが反応することによる界面層の硬化に起因することから、本実施形態の肉盛溶接体においては、Cr含有量及びC含有量のそれぞれについて、母材と溶接金属とで濃度差が小さくなるようにする。具体的には、母材のCr含有量及びC含有量、溶接金属のCr含有量及びC含有量が、上記数式4を満たすようにする。これにより、母材と溶接金属の接合界面領域の延性を改善することができる。
一方、溶接金属及び母材の組成が上記数式4を満足せず、上記数式4の左辺に示す{(Crw/Crm)×(Cm/Cw)}の値が15を超えると、高温のPWHTを行った場合に母材と溶接金属の接合界面領域における延性が不足し、曲げ変形により接合界面領域において容易に亀裂が発生しやすくなる。なお、接合界面領域の延性改善の観点から、上記数式4の左辺に示す{(Crw/Crm)×(Cm/Cw)}の値は、14以下であることが好ましく、より好ましくは13以下である。
[形成方法]
次に、本実施形態の肉盛溶接体の形成方法について説明する。本実施形態の肉盛溶接体は、前述した組成の母材を、例えばSAW(サブマージアーク溶接)やESW(エレクトロスラグ溶接)により、肉盛溶接することにより形成することができる。なお、溶接方法は、SAW及びESWに限定されるものではなく、前述した組成の溶接金属成分を得られる方法であればよく、各種溶接方法を適用することができる。
また、本実施形態の肉盛溶接体を形成する際に用いる溶接材料は、溶接金属の成分に相当する組成とすることができるが、溶接中に酸化して消費されやすいCrやNbは、予め濃度を高めておくことにより、目的の成分が得られやすくなることもある。また、施工時に用いるフラックス中に原料を添加することにより、溶接金属の成分を調節することも可能である。なお、溶接金属の組成は、フラックスの種類や原料添加によっても調節することができる。
なお、肉盛溶接体が大型の機器である場合には、溶接材料には、薄肉かつ幅広の帯状電極肉盛溶接材料を用いることが好ましい。例えば、肉厚0.8mm以下、幅15mm以上の帯状溶接材料を用いると、直径2mmの線状の溶接材料に比べて、広い面積を効率良く施工することができ、更に、比較的平坦な溶接金属を形成することが可能となる。
更に、母材の製造方法は、特に限定されるものではないが、オーステナイト組織となる温度域での焼入処理と、オーステナイト化しない温度域での焼戻処理とを行い、焼戻しマルテンサイト組織を形成させておく必要がある。例えば、母材は、前述した成分組成になるように、溶塊及び鋳造を行って鋼塊を作製した後、熱間加工で成形した板材に対して、1000℃以上の温度条件で焼入処理を行った後、600〜750℃程度の温度条件で焼戻処理を行うことにより製造することができる。
以上詳述したように、本実施形態の肉盛溶接体は、耐熱構造材料である母材及び溶接金属に含まれる各成分の含有量を特定の範囲にすると共に、母材及び溶接金属を上記数式3及び数式4を満足する組成にしているため、溶接部の耐曲げ割れ性を改善することができる。これにより、高温PWHT後の肉盛溶接部の変形能が向上するため、高温耐熱機器の稼動や停止による熱応力が負荷されても、肉盛溶接継手の割れや剥離が発生しにくい肉盛溶接体を実現することができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、成分組成が異なる母材及び帯状電極を使用して肉盛溶接を行い、得られた肉盛溶接金属の耐曲げ割れ性を評価した。
[母材の作製方法]
母材は、下記表1のNo.A〜Mに示す成分組成の鋼材を、溶解・鋳造、鍛造加工によって作製し、1020〜1060℃で焼入処理を行った後、670〜775℃で焼戻し処理を行うことにより作製した。なお、下記表1に示す母材成分組成における残部は、Fe及び不可避的不純物である。また、No.A〜H,J〜Mの母材は本発明の範囲内の組成を有するが、No.Iの母材はC含有量が本発明の範囲を外れた比較例である。
Figure 0006244267
[溶接方法]
上記表1に示すNo.A〜Mの各母材の表面に、75mm幅の帯状電極を用いたESW(エレクトロスラグ溶接)方式の肉盛溶接によって、厚さが約5mmの肉盛溶接金属を形成した。溶接条件は、電流を1400A、溶接速度を18cm/分、1層盛りとした。そして、溶接後に、PWHTとして775℃の温度条件で32時間の熱処理を実施し、評価用の溶接試験体とした。
[評価方法]
評価は、前述した方法で作製した溶接試験体を、母材部分の厚さが10mm、溶接方向に対して垂直な方向の幅が70mmとなるように粗切断し、更に溶接方向が試験片の板厚方向となるようスライス加工を行ったものを機械研磨して、後述する厚さの曲げ試験片を作製した。この曲げ試験片の寸法は、縦70mm、横15mm、厚さ3mmであり、横15mmのうち5mmが肉盛溶接金属の部分である。
曲げ試験は、汎用の引張圧縮試験機を用いて3点曲げの要領で実施した。受け側となる2本のローラーを、試験機の台座に平行かつ水平に設置した後、各ローラー上に試験片を設置し、先端が半円形状のパンチをローラー間の中央部分に押し込むことにより曲げ変形を付与した。このとき、試験片の向きは、縦(70mm)の辺がローラーの軸方向と垂直になる向きとした。即ち、溶接方向と平行にパンチを押し込んだ。
なお、曲げ試験では、試験片の板厚を1.5mm、2.5mm、3.5mmとし、パンチ先端の半径を2mm、3mm、6mmとして、各々の組み合わせによって曲率が異なる曲げ変形を加えた。また、ローラー間の距離は、パンチ先端の直径と試験片の厚さの2倍との和になるよう設定した。そして、曲げ変形後に外側となる試験片表面での引張歪量を曲げ歪とし、前述した板厚とパンチ径の組み合わせによって曲げ歪が11%、17%、20%、23%、28%、29%及び37%となる試験を、各々の鋼種毎にN=2の試験数で行った。
曲げ試験後の割れの発生の有無は、肉眼と実体顕微鏡で確認し、試験数N=2の試験片が何れも割れが発生しなかった最も高い歪量を耐曲げ割れ性とした。その結果を、下記表2に示す。また、下記表2には、得られた溶接金属の成分組成も併せて示す。なお、溶接に用いた帯状電極の成分は、下記表2に示す各溶接金属の成分とほぼ同等である。また、下記表2に示す溶接金属の成分組成における残部は、Fe及び不可避的不純物である。
Figure 0006244267
上記表2に示す試験体No.1〜7,9,11,13,15は、本発明の範囲内の実施例であり、試験体No.8,10,12,14,16〜20は、本発明の範囲から外れる比較例である。また、図1は横軸に数式4で表される溶接金属及び母材のCr含有量比とC含有量比の積をとり、縦軸に数式3で表される溶接金属の各成分の含有量から算出されるパラメータをとって、実施例及び比較例の各試験体におけるこれらの値の関係を示すグラフ図である。図1に示すように、実施例の各試験体は、数式3及び数式4を満たす範囲に存在していることがわかる。
上記表2に示すように、比較例の各試験体では、耐曲げ割れ性が17以下であったのに対して、実施例の各試験体では20以上の良好な耐曲げ割れ性が得られた。また、試験体No.12,14,16は、数式4を満たすものの数式3を満たさない比較例であり、試験体No.8,10,19,20は、数式3を満たすものの数式4を満たさない比較例である。これらの試験体は、実施例の各試験体よりも劣る17以下の耐曲げ割れ性しか有していないことから、数式3及び数式4の両方を満足していなければ、本発明の効果を得ることができないことがわかる。
以上の結果から、本発明で規定した成分範囲及び条件式を満足することで、耐曲げ割れ性に優れた肉盛溶接体が得られることが確認された。

Claims (1)

  1. 母材の表面に溶接金属が肉盛溶接された肉盛溶接体であって、
    前記母材は、C:0.07〜0.12質量%、Cr:2.0〜10質量%、Mo:0.5〜1.5質量%、V:0.05〜0.5質量%及びNb:0.01〜0.2質量%を含有すると共に、Si:0.6質量%以下、Mn:1質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.02質量%以下、Cu:0.3質量%以下、Ni:0.6質量%以下及びN:0.1%質量以下に規制され、残部がFe及び不可避的不純物からなる組成を有し、
    前記溶接金属は、Ni:9〜11質量%、Cr:18〜21質量%及びNb:0.1〜1質量%を含有すると共に、C:0.08質量%以下、Si:1.0質量%以下、Mn:0.9質量%以下、P:0.04質量%以下、S:0.03質量%以下、Cu:0.75質量%以下、Mo:0.75質量%以下、V:0.15質量%以下及びN:0.08質量%以下に規制され、残部がFe及び不可避不純物からなり、Cr含有量(質量%)を[Cr]、Mo含有量(質量%)を[Mo]、Si含有量(質量%)を[Si]、Nb含有量(質量%)を[Nb]、Mn含有量(質量%)を[Mn]、Ni含有量(質量%)を[Ni]、C含有量(質量%)を[C]としたとき、下記数式(A)を満たす組成を有し、
    前記溶接金属のCr含有量(質量%)を[Crw]、前記母材のCr含有量(質量%)を[Crm]、前記溶接金属のC含有量(質量%)を[Cw]、前記母材のC含有量(質量%)を[Cm]としたとき、下記数式(B)を満たす肉盛溶接体。
    Figure 0006244267

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6257454B2 (ja) * 2014-06-11 2018-01-10 株式会社神戸製鋼所 肉盛溶接金属及び機械構造物
CN109790592B (zh) * 2016-09-30 2021-04-27 株式会社神户制钢所 钢铁零件及其制造方法和钢铁零件用的钢板
JP2019158167A (ja) * 2018-03-07 2019-09-19 Jfeエンジニアリング株式会社 ボイラの放射伝熱面の防食方法及びボイラ
CN114571134B (zh) * 2022-03-08 2023-04-25 江苏省徐州技师学院 一种用于硬质合金刀具钎焊的钎焊材料及其制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5816793A (ja) * 1981-07-24 1983-01-31 Kobe Steel Ltd 低合金鋼の肉盛溶接方法
JPS6026632B2 (ja) * 1982-04-22 1985-06-25 川崎製鉄株式会社 オ−ステナイト系ステンレス鋼による肉盛り溶接方法
JPS58199847A (ja) * 1982-05-15 1983-11-21 Nippon Steel Corp 耐デイスボンデング特性の優れた圧力容器用鋼
JPS60121098A (ja) * 1983-12-05 1985-06-28 Kawasaki Steel Corp オ−ステナイト系ステンレス鋼肉盛溶接における水素はくり割れ防止方法
JPS61115674A (ja) * 1984-11-08 1986-06-03 Kawasaki Steel Corp 耐はく離割れ性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼一層肉盛溶接方法
JPS6264493A (ja) * 1985-09-18 1987-03-23 Toshiba Corp 高温用溶接構造物
JPS6268693A (ja) * 1985-09-24 1987-03-28 Toshiba Corp 高温用溶接構造物
JPS6369941A (ja) * 1986-09-09 1988-03-30 Nippon Kokan Kk <Nkk> 耐デイスボンデイング性の優れたオ−バ−レイクラツド鋼
JP2684109B2 (ja) 1990-03-13 1997-12-03 株式会社 日本製鋼所 高温高圧用低合金鋼を母材とした剥離抵抗性の優れたオーバレイステンレスクラッド鋼
CN100460133C (zh) * 2007-05-23 2009-02-11 山东大学 一种堆焊用合金粉块
JP5917312B2 (ja) 2012-06-20 2016-05-11 株式会社東芝 蒸気弁装置およびその製造方法
JP6257454B2 (ja) * 2014-06-11 2018-01-10 株式会社神戸製鋼所 肉盛溶接金属及び機械構造物

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