JP6638552B2 - Welding material for austenitic heat-resistant steel - Google Patents

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本発明は、オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料に関する。   The present invention relates to a welding material for austenitic heat-resistant steel.

近年、環境負荷軽減の観点から発電用ボイラ等では運転条件の高温・高圧化が世界的規模で進められている。過熱器管および再熱器管に使用される材料には、より優れた高温強度、耐食性等の特性を有することが求められている。
このような要求を満たす材料として、従来、多量の窒素を含有させた種々のオーステナイト系耐熱鋼(以下、多量の窒素を含有させたオーステナイト系耐熱鋼を「高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼」とも称する)が開発されてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, from the viewpoint of reducing environmental load, operating conditions for a power generation boiler and the like have been advanced to a high temperature and a high pressure worldwide. Materials used for superheater tubes and reheater tubes are required to have better properties such as high-temperature strength and corrosion resistance.
As a material satisfying such requirements, conventionally, various austenitic heat-resistant steels containing a large amount of nitrogen (hereinafter, austenitic heat-resistant steels containing a large amount of nitrogen are also referred to as “high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steels”). ) Has been developed.

例えば、特許文献1には、Nを0.1%〜0.35%およびCrを22%超〜30%未満とするともに、特定の金属組織を規定した高温強度と耐食性に優れる高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼が提案されている。
また、特許文献2にも、Nを0.1%〜0.35%およびCrを22%超〜30%未満とするともに、不純物を特定の条件に規定した高温強度と耐食性に優れる高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼が提案されている。
これら高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を使用した構造物とする場合、溶接により組み立てるのが一般的である。そのため、これら高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接するための溶接材料も種々提案されてきた。
For example, Patent Document 1 discloses a high nitrogen-containing austenite in which N is set to 0.1% to 0.35% and Cr is set to more than 22% to less than 30%, and a high-temperature strength and a corrosion resistance that define a specific metal structure are excellent. Heat-resistant steels have been proposed.
Patent Document 2 also discloses that the content of N is 0.1% to 0.35%, the content of Cr is more than 22% to less than 30%, and the content of impurities is specified under specific conditions. Austenitic heat-resistant steel has been proposed.
When a structure using the high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel is used, it is general to assemble by welding. Therefore, various welding materials for welding these high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steels have been proposed.

例えば、特許文献3には、Nbを0.25%〜0.7%、及びNを0.15%〜0.35%含有させるとともに、不純物としてのP、並びにSの規制、及びMgを0.003%〜0.02%添加させた高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、高温強度と耐凝固割れ性を両立することが開示されている。   For example, Patent Document 3 discloses that Nb is contained in an amount of 0.25% to 0.7% and N is contained in an amount of 0.15% to 0.35%, P and S as impurities are regulated, and Mg is reduced to 0%. It is disclosed that a high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel welding material to which 0.003% to 0.02% is added has both high-temperature strength and solidification crack resistance.

特許文献4には、Nを0.20%〜0.40%にするとともに、Bを0.01%以下の範囲で含有させ、さらに、S、Al、及びO(酸素)の含有量を制限した高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、高温強度と溶接作業性を両立することが開示されている。
特許文献5には、Nを0.20%〜0.40%含有するととともに、必要に応じてCuを1%〜4%含有させ、かつ不純物としてのPとSとの合計を0.02%以下に制限した高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、高温強度と溶接性を両立することが開示されている。
In Patent Document 4, N is set to 0.20% to 0.40%, B is contained in a range of 0.01% or less, and the contents of S, Al, and O (oxygen) are further restricted. It is disclosed that the high nitrogen-containing welding material for austenitic heat-resistant steel has both high-temperature strength and welding workability.
Patent Document 5 discloses that N is contained at 0.20% to 0.40%, Cu is contained at 1% to 4% as needed, and the total of P and S as impurities is 0.02%. It is disclosed that the welding materials for high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel limited to the following have both high-temperature strength and weldability.

特許文献6には、Nbを0.5%〜3.5%、Nを0.1%〜0.35%含有させるとともに、Moを0.2%〜0.8%含有させた高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、高温強度と耐食性、及び耐溶接割れ性を満足することが開示されている。   Patent Document 6 discloses a high nitrogen content containing 0.5% to 3.5% of Nb, 0.1% to 0.35% of N, and 0.2% to 0.8% of Mo. It is disclosed that the welding material for austenitic heat-resistant steel satisfies high-temperature strength, corrosion resistance, and welding crack resistance.

特許文献7には、Nbを0.8%〜4.5%、及びNを0.1%〜0.35%含有させるとともに、C量をNb量により調整した高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、耐溶接割れ性の改善を図れ、かつ、高温強度と耐食性を両立することが開示されている。   Patent Document 7 discloses a high-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel containing 0.8% to 4.5% of Nb and 0.1% to 0.35% of N and adjusting the amount of C by the amount of Nb. It is disclosed that a welding material can improve weld cracking resistance and achieve both high temperature strength and corrosion resistance.

特許文献8には、Nbを0.15%〜1.5%、Wを0.5%〜3%、及びNを0.1%〜0.35%含む高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、高温強度に優れることが開示されている。   Patent Document 8 discloses welding for a high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel containing 0.15% to 1.5% of Nb, 0.5% to 3% of W, and 0.1% to 0.35% of N. It is disclosed that the material has excellent high-temperature strength.

特許第4424471号公報Japanese Patent No. 4424471 特許第4946758号公報Japanese Patent No. 4946758 特許第2722893号公報Japanese Patent No. 2722893 特許第2800661号公報Japanese Patent No. 280661 特開平07−060481号公報JP-A-07-060481 特許第3329262号公報Japanese Patent No. 3329262 特許第3918670号公報Japanese Patent No. 3918670 特許第3329261号公報Japanese Patent No. 3329261

ところで、これらの高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼および高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、確かに優れた高強度、耐食性等の特性を満足する。しかしながら、高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼および高窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、多量の窒化物を析出するため、時効後の靭性が乏しい。それに加え、長時間使用中に窒化物が成長し、使用条件によってはクリープ強度の低下が生じる場合がある。そのため、窒素の含有量が低いオーステナイト系耐熱鋼(以下、窒素の含有量が低いオーステナイト系耐熱鋼を「低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼」とも称する)の場合でも、高強度を達成し得るオーステナイト系耐熱鋼の開発も進められている。   Incidentally, these high-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel and welding materials for high-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel certainly satisfy excellent properties such as high strength and corrosion resistance. However, the high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel and the welding material for high nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel precipitate a large amount of nitride, and thus have poor toughness after aging. In addition, nitrides grow during long-term use, and the creep strength may decrease depending on the use conditions. Therefore, even in the case of an austenitic heat-resistant steel having a low nitrogen content (hereinafter, an austenitic heat-resistant steel having a low nitrogen content is also referred to as a "low nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel"), an austenitic heat-resistant steel capable of achieving high strength can be obtained. Development of heat-resistant steel is also underway.

これら低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼も溶接により構造物として組み立てられて使用される。その際、既存の高Ni合金用溶接材料(例えば、AWS規格 A5.14−2005 ERNiCr−3、及びERNiCrMo−3等)を使用して溶接することが可能である。しかしながら、これら既存の高Ni合金用溶接材料は、クリープ強度には優れるものの、高価であることから経済性の観点で好ましくない。加えて、被溶接材料の成分と大きく異なる場合には、十分な耐溶接高温割れ性(具体的には、耐凝固割れ性)が得られない場合がある。
そのため、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料の開発も、母材の開発と平行して求められており、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接するのに好適な溶接材料が待望されていた。
These low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steels are also assembled and used as structures by welding. At this time, welding can be performed using an existing high Ni alloy welding material (for example, AWS standard A5.14-2005 ERNiCr-3 and ERNiCrMo-3). However, these existing welding materials for high Ni alloys, although excellent in creep strength, are not preferable from the viewpoint of economy because they are expensive. In addition, if the composition differs greatly from the components of the material to be welded, sufficient hot cracking resistance (specifically, solidification cracking resistance) may not be obtained.
Therefore, the development of welding materials for low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel is also required in parallel with the development of the base metal, and a welding material suitable for welding low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel has been long-awaited. .

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接する場合に、耐溶接高温割れ性(具体的には、凝固割れ、及び延性低下割れ)に優れた溶接金属とそれを有する溶接継手を形成することが可能なオーステナイト系耐熱鋼用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-mentioned circumstances, and when welding low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel, has excellent welding hot cracking resistance (specifically, solidification cracking and ductility reduction cracking). An object of the present invention is to provide a welding material for austenitic heat-resistant steel capable of forming a weld metal and a weld joint having the same.

本発明者らは、高強度を得るために必要な、C:0.06%〜0.14%、Si:0.1%〜0.5%、Mn:0.1%〜0.8%、Cu:2%〜4%、Ni:12%〜16%、Cr:16.5%〜19.5%、W:2%〜4.5%、Ti:0.05%〜0.35%、Nb:0.05%〜0.35%含有させた溶接材料を使用して、種々検討を行った結果、溶接材料の窒素を低減することにより、以下に述べる事項が生じる可能性があることが判明した。
(a) 溶接材料中の窒素量を低減することにより、溶接中に生じる割れの感受性が高まる。
(b) 溶接中に発生した割れは、溶接金属の凝固の最終過程で発生する、いわゆる凝固割れ、ならびに多層溶接における後続パスの再熱により発生する、いわゆる延性低下割れである。
(c) 低窒素化により溶接金属の柱状晶境界の形状が、より平滑になるとともに、柱状晶境界に存在する共晶炭窒化物量が減少する。
The present inventors have found that C: 0.06% to 0.14%, Si: 0.1% to 0.5%, Mn: 0.1% to 0.8% necessary to obtain high strength. , Cu: 2% to 4%, Ni: 12% to 16%, Cr: 16.5% to 19.5%, W: 2% to 4.5%, Ti: 0.05% to 0.35% , Nb: As a result of various studies using a welding material containing 0.05% to 0.35%, the following matters may occur by reducing the nitrogen in the welding material. There was found.
(A) By reducing the amount of nitrogen in the welding material, the susceptibility of cracks generated during welding increases.
(B) The cracks generated during welding are so-called solidification cracks that occur in the final step of solidification of the weld metal, and so-called ductility-lowering cracks that occur due to reheating of a subsequent pass in multilayer welding.
(C) Due to the low nitrogen, the shape of the columnar crystal boundary of the weld metal becomes smoother and the amount of the eutectic carbonitride existing at the columnar crystal boundary decreases.

上記(a)〜(c)の判明事項から、本発明者らは、次の結論に至った。
すなわち、溶接材料中の窒素の含有量が高い場合、溶接金属の凝固に伴い、TiおよびNbなど、CおよびNと親和力の強い合金元素が、固相から液相に排出されて濃化する。さらに、溶接金属の凝固が進行すると、これらの元素(Ti、Nb、C、及びN)から構成される炭窒化物と基質との共晶反応が生じる。そのため、液相が早く消失するとともに、最終層の柱状晶境界は複雑となる。
From the findings of the above (a) to (c), the present inventors have reached the following conclusions.
That is, when the content of nitrogen in the welding material is high, along with solidification of the weld metal, alloy elements having a strong affinity for C and N, such as Ti and Nb, are discharged from the solid phase to the liquid phase and concentrated. Furthermore, as the solidification of the weld metal progresses, a eutectic reaction between the carbonitride composed of these elements (Ti, Nb, C, and N) and the substrate occurs. Therefore, the liquid phase disappears quickly and the columnar crystal boundary of the final layer becomes complicated.

一方、溶接材料中の窒素を低減した場合、共晶反応が低温まで生じ得ない。そのため、溶接金属の凝固末期まで液相が残存する。その結果、融点を降下させるPおよびSが凝固偏析し、さらなる液相の残存を促進するとともに、柱状晶境界は平滑となり、単位体積あたりの境界面積が減少する。   On the other hand, when the nitrogen in the welding material is reduced, a eutectic reaction cannot occur at low temperatures. Therefore, the liquid phase remains until the end of the solidification of the weld metal. As a result, P and S, which lower the melting point, solidify and segregate, further promote the remaining of the liquid phase, and the columnar crystal boundaries become smooth, and the boundary area per unit volume decreases.

その結果、溶接材料中の窒素を低減した場合、液相の残留する特定の境界面に、溶接による熱応力が集中しやすくなるため、凝固割れの感受性が高まる。加えて、粒界固着力を著しく低下させるSの偏析も大きくなるため、後続パスの再熱による熱応力により生じる延性低下割れ感受性も高まると考えられた。   As a result, when the nitrogen in the welding material is reduced, the thermal stress due to welding tends to concentrate on the specific interface where the liquid phase remains, so that the susceptibility to solidification cracking increases. In addition, it is considered that the segregation of S, which significantly lowers the grain boundary fixing force, also increases, so that the susceptibility of the ductility to cracking caused by the thermal stress due to the reheating of the subsequent pass increases.

そこで、本発明者らは、凝固割れ、及び延性低下割れの防止策について検討した結果、これらの割れは、溶接材料中のPおよびSの含有量を従来にも増して厳密に管理することで防止可能であることが明らかとなった。具体的には、溶接材料中のP含有量を0.008%以下、及びS含有量を0.003%以下とすれば、窒素量を0.001%〜0.01%未満としても、上記の割れを防止し得ることが明らかとなった。
本発明は、以上の検討を重ねることにより完成するに至ったものである。
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
Accordingly, the present inventors have studied solidification cracking and measures to prevent ductility-reducing cracks, and as a result, these cracks have been strictly controlled by increasing the contents of P and S in the welding material as compared with the conventional case. It became clear that it could be prevented. Specifically, if the P content in the welding material is 0.008% or less and the S content is 0.003% or less, the nitrogen content may be less than 0.001% to less than 0.01%. It has become clear that cracks can be prevented.
The present invention has been completed by repeating the above studies.
That is, the gist of the present invention is as follows.

<1> 質量%で、
C:0.06%〜0.14%、
Si:0.1%〜0.5%、
Mn:0.1%〜0.8%、
P:0.008%以下
S:0.003%以下、
Cu:2%〜4%、
Ni:12%〜16%、
Cr:16.5%〜19.5%、
W:2%〜4.5%、
Ti:0.05%〜0.35%、
Nb:0.05%〜0.35%、
N:0.001%〜0.01%未満、
Al:0.08%以下、
O:0.08%以下
を含み、残部がFeおよび不純物からなるオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料。
<1> In mass%,
C: 0.06% to 0.14%,
Si: 0.1% to 0.5%,
Mn: 0.1% to 0.8%,
P: 0.008% or less S: 0.003% or less,
Cu: 2% to 4%,
Ni: 12% to 16%,
Cr: 16.5% to 19.5%,
W: 2% to 4.5%,
Ti: 0.05% to 0.35%,
Nb: 0.05% to 0.35%,
N: 0.001% to less than 0.01%,
Al: 0.08% or less,
O: A welding material for austenitic heat-resistant steel containing 0.08% or less, with the balance being Fe and impurities.

<2> 合金成分としてのFeに代えて、質量%で、下記の1種または2種以上の元素を含有する<1>に記載のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料。
V:0%〜0.35%、
Co:0%〜2%、
Mo:0%〜2%、
B:0%〜0.005%、
Ca:0%〜0.02%、
Mg:0%〜0.02%、
REM:0%〜0.06%
<2> The welding material for austenitic heat-resistant steel according to <1>, which contains one or more of the following elements in mass% instead of Fe as an alloy component.
V: 0% to 0.35%,
Co: 0% to 2%,
Mo: 0% to 2%,
B: 0% to 0.005%,
Ca: 0% to 0.02%,
Mg: 0% to 0.02%,
REM: 0% to 0.06%

本発明によれば、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接する場合に、耐溶接高温割れ性(具体的には、凝固割れ、及び延性低下割れ)に優れた溶接金属とそれを有する溶接継手を形成することが可能なオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料が提供される。   According to the present invention, when welding a low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel, a weld metal excellent in hot cracking resistance (specifically, solidification cracking and ductility-reducing cracking) and a welded joint having the same are provided. A welding material for austenitic heat-resistant steel that can be formed is provided.

以下、本発明のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料の一実施形態について、説明する。
なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。ただし、「超」および「未満」等の断りがある場合は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値の少なくとも一方として含まないことを意味する。
Hereinafter, one embodiment of the welding material for austenitic heat-resistant steel of the present invention will be described.
In addition, in this specification, unless otherwise specified, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit and an upper limit. However, when there are remarks such as “extra” and “less than”, it means that numerical values described before and after “to” are not included as at least one of the lower limit and the upper limit.

本発明のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、質量%で、C:0.06%〜0.14%、Si:0.1%〜0.5%、Mn:0.1%〜0.8%、P:0.008%以下、S:0.003%以下、Cu:2%〜4%、Ni:12%〜16%、Cr:16.5%〜19.5%、W:2%〜4.5%、Ti:0.05%〜0.35%、Nb:0.05%〜0.35%、N:0.001%〜0.01%未満、Al:0.08%以下、及びO(酸素):0.08%以下を含む。そして、残部がFeおよび不純物からなる。   The welding material for austenitic heat-resistant steel of the present invention is, by mass%, C: 0.06% to 0.14%, Si: 0.1% to 0.5%, Mn: 0.1% to 0.8. %, P: 0.008% or less, S: 0.003% or less, Cu: 2% to 4%, Ni: 12% to 16%, Cr: 16.5% to 19.5%, W: 2% 44.5%, Ti: 0.05% to 0.35%, Nb: 0.05% to 0.35%, N: 0.001% to less than 0.01%, Al: 0.08% or less , And O (oxygen): not more than 0.08%. And the balance consists of Fe and impurities.

まず、本発明のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料の化学組成について説明する。
本発明において、オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料の化学組成を限定する理由は次のとおりである。なお、以下の説明において、各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。
First, the chemical composition of the welding material for austenitic heat-resistant steel of the present invention will be described.
In the present invention, the reasons for limiting the chemical composition of the welding material for austenitic heat-resistant steel are as follows. In the following description, “%” of the content of each element means “% by mass”.

(C:0.06%〜0.14%)
C(炭素)は、オーステナイト組織を安定にするとともに微細な炭化物を形成し、高温使用中の溶接金属のクリープ強度を向上させる。さらに、Cは、溶接金属の凝固過程において、Ti、及びNbなどと結合して共晶炭化物を形成し、液相の早期消失を促し、凝固割れ感受性を低減する。また、Ti、及びNbなどの共晶炭化物は、延性低下割れ感受性の低下にも寄与する。これらの効果を十分に得るために、Cは0.06%以上含有する必要がある。しかしながら、Cが過剰に含有された場合、溶接金属中に炭化物が多量に存在するため、延性が低下する。そのため、C含有量の上限は0.14%以下とする。C含有量の望ましい範囲は0.07%〜0.13%、さらに望ましい範囲は0.08%〜0.12%である。
(C: 0.06% to 0.14%)
C (carbon) stabilizes the austenite structure, forms fine carbides, and improves the creep strength of the weld metal during high-temperature use. Further, C combines with Ti, Nb and the like in the solidification process of the weld metal to form a eutectic carbide, promotes early disappearance of the liquid phase, and reduces solidification cracking susceptibility. Further, eutectic carbides such as Ti and Nb also contribute to a reduction in ductility reduction cracking susceptibility. In order to obtain these effects sufficiently, C must be contained at 0.06% or more. However, when C is excessively contained, ductility is reduced because a large amount of carbide is present in the weld metal. Therefore, the upper limit of the C content is set to 0.14% or less. A desirable range of the C content is 0.07% to 0.13%, and a more desirable range is 0.08% to 0.12%.

(Si:0.1%〜0.5%)
Si(ケイ素)は、脱酸作用を有するとともに、溶接金属の高温での耐食性および耐酸化性の向上に有効な元素である。その効果を得るために、Siは、0.1%以上含有する必要がある。しかしながら、Siが過剰に含有された場合には、組織の安定性が低下して、靱性およびクリープ強度の低下を招く。そのため、Si含有量の上限は0.5%以下とする。Si含有量の望ましい範囲は0.12%〜0.48%、さらに望ましい範囲は0.15%〜0.45%である。
(Si: 0.1% to 0.5%)
Si (silicon) is an element that has a deoxidizing effect and is effective in improving the corrosion resistance and oxidation resistance of a weld metal at high temperatures. In order to obtain the effect, it is necessary to contain 0.1% or more of Si. However, when Si is excessively contained, the stability of the structure is reduced, and the toughness and the creep strength are reduced. Therefore, the upper limit of the Si content is set to 0.5% or less. A desirable range of the Si content is 0.12% to 0.48%, and a more desirable range is 0.15% to 0.45%.

(Mn:0.1%〜0.8%)
Mn(マンガン)は、Siと同様、脱酸作用を有する。また、Mnは、溶接金属のオーステナイト組織を安定にし、クリープ強度の向上に寄与する。これらの効果を得るために、Mnは、0.1%以上含有させる必要がある。しかしながら、Mn含有量が過剰になると脆化を招き、さらに、クリープ延性の低下も生じる。そのため、Mn含有量の上限は0.8%以下とする。Mn含有量の望ましい範囲は0.15%〜0.75%、さらに望ましい範囲は0.2%〜0.7%である。
(Mn: 0.1% to 0.8%)
Mn (manganese) has a deoxidizing effect similarly to Si. Further, Mn stabilizes the austenitic structure of the weld metal and contributes to improvement in creep strength. In order to obtain these effects, Mn needs to be contained at 0.1% or more. However, when the Mn content is excessive, embrittlement is caused, and the creep ductility is also reduced. Therefore, the upper limit of the Mn content is set to 0.8% or less. A desirable range of the Mn content is 0.15% to 0.75%, and a more desirable range is 0.2% to 0.7%.

(P:0.008%以下)
P(リン)は不純物として溶接材料中に含まれ、溶接時の凝固割れ感受性を高める元素である。本発明の溶接材料における窒素含有量の範囲において、これを安定して防止するためには、Pの含有量に上限を設けて0.008%以下とする必要がある。P含有量は、望ましくは0.007%以下、さらに望ましくは0.006%以下である。なお、P含有量は可能な限り低減することが望ましいが、P含有量の極度の低減は溶接材料の製造コストの増大を招く。そのため、P含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.0008%以上である。
(P: 0.008% or less)
P (phosphorus) is an element contained in the welding material as an impurity and increases the susceptibility to solidification cracking during welding. In order to stably prevent the nitrogen content in the range of the nitrogen content in the welding material of the present invention, it is necessary to set an upper limit for the P content to 0.008% or less. The P content is desirably 0.007% or less, and more desirably 0.006% or less. Although it is desirable to reduce the P content as much as possible, an extremely low P content causes an increase in the manufacturing cost of the welding material. Therefore, a desirable lower limit of the P content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.0008% or more.

(S:0.003%以下)
S(硫黄)は、Pと同様に不純物として溶接材料中に含まれ、溶接時の凝固割れ感受性を高めるとともに、後続パスの再熱による延性低下割れ感受性も高める元素である。本発明の溶接材料における窒素含有量の範囲において、これらを安定して防止するためには、Sの含有量にも上限を設けて0.003%以下とする必要がある。S含有量は、望ましくは0.0025%以下、さらに望ましくは0.002%以下である。なお、S含有量は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は溶接材料の製造コストの増大を招く。そのため、S含有量の望ましい下限は0.0001%以上、さらに望ましい下限は0.0002%以上である。
(S: 0.003% or less)
S (sulfur) is an element contained in the welding material as an impurity similarly to P, and increases the susceptibility to solidification cracking during welding and also increases the susceptibility to ductility reduction cracking due to reheating of a subsequent pass. In order to stably prevent these in the range of the nitrogen content in the welding material of the present invention, it is necessary to set an upper limit also on the S content to be 0.003% or less. The S content is desirably 0.0025% or less, more desirably 0.002% or less. Although it is desirable to reduce the S content as much as possible, the extreme reduction causes an increase in the manufacturing cost of the welding material. Therefore, a desirable lower limit of the S content is 0.0001% or more, and a more desirable lower limit is 0.0002% or more.

(Cu:2%〜4%)
Cu(銅)は、オーステナイト組織の安定性を高めるとともに、使用中に微細に析出して、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する。その効果を得るために、Cuは、2%以上含有する必要がある。しかしながら、Cuが過剰に含有された場合、延性の低下を招く。そのため、Cu含有量の上限は4%以下とする。Cu含有量の望ましい範囲は2.3%〜3.8%、さらに望ましい範囲は2.5%〜3.5%である。
(Cu: 2% to 4%)
Cu (copper) enhances the stability of the austenite structure and precipitates finely during use, contributing to the improvement in the creep strength of the weld metal. To obtain the effect, Cu needs to be contained at 2% or more. However, when Cu is contained excessively, ductility is reduced. Therefore, the upper limit of the Cu content is set to 4% or less. A desirable range of the Cu content is 2.3% to 3.8%, and a more desirable range is 2.5% to 3.5%.

(Ni:12%〜16%)
Ni(ニッケル)は、長時間使用時の溶接金属のオーステナイト組織の安定性を高め、クリープ強度の向上に寄与する。その効果を十分に得るために、Niは12%以上含有させる必要がある。しかしながら、Niは高価な元素であり、多量の含有はコストの増大を招く。そのため、Ni含有量は、上限を設けて16%以下とする。Ni含有量の望ましい範囲は12.5%〜15.5%、さらに望ましい範囲は13%〜15%である。
(Ni: 12% to 16%)
Ni (nickel) enhances the stability of the austenitic structure of the weld metal during long-term use, and contributes to the improvement in creep strength. In order to obtain the effect sufficiently, it is necessary to contain Ni by 12% or more. However, Ni is an expensive element, and a large content causes an increase in cost. Therefore, the Ni content is set to 16% or less by setting an upper limit. A desirable range of the Ni content is 12.5% to 15.5%, and a more desirable range is 13% to 15%.

(Cr:16.5%〜19.5%)
Cr(クロム)は、溶接金属の高温での耐酸化性および耐食性の確保のために必須の元素である。また、Crは、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。十分にその効果を得るために、Crは16.5%以上の含有が必要である。しかしながら、Cr含有量が19.5%を超えると、高温でのオーステナイト組織の安定性が劣化してクリープ強度の低下を招く。したがって、Cr含有量は16.5%〜19.5%とする。Cr含有量の望ましい範囲は17%〜19%、さらに望ましい範囲は17.5%〜18.5%である。
(Cr: 16.5% to 19.5%)
Cr (chromium) is an essential element for ensuring the oxidation resistance and corrosion resistance of the weld metal at high temperatures. Cr also forms fine carbides and contributes to securing creep strength. In order to sufficiently obtain the effect, the content of Cr must be 16.5% or more. However, if the Cr content exceeds 19.5%, the stability of the austenitic structure at high temperatures is degraded, leading to a decrease in creep strength. Therefore, the Cr content is set to 16.5% to 19.5%. A desirable range of the Cr content is 17% to 19%, and a more desirable range is 17.5% to 18.5%.

(W:2%〜4.5%)
W(タングステン)は、マトリックスに固溶もしくは微細な金属間化合物相を形成して溶接金属の高温でのクリープ強度および引張強さの向上に大きく寄与する元素である。その効果を十分に発揮させるために、Wは少なくとも2%以上の含有が必要である。しかしながら、Wは、高価な元素であるため、Wの過剰の含有はコストの増大を招くとともに、効果が飽和する。そのため、W含有量の上限は4.5%以下とする。W含有量の望ましい範囲は2.2%〜4.3%であり、さらに望ましい範囲は2.5%〜4%である。
(W: 2% to 4.5%)
W (tungsten) is an element that forms a solid solution or a fine intermetallic compound phase in the matrix and greatly contributes to the improvement of the creep strength and the tensile strength at high temperatures of the weld metal. In order to exert its effect sufficiently, W needs to be contained at least 2% or more. However, W is an expensive element, so an excessive W content causes an increase in cost and saturates the effect. Therefore, the upper limit of the W content is set to 4.5% or less. A desirable range of the W content is 2.2% to 4.3%, and a more desirable range is 2.5% to 4%.

(Ti:0.05%〜0.35%)
Ti(チタン)は、微細な炭窒化物を形成して、溶接金属の高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する。その効果を得るために、Tiは0.05%以上の含有が必要である。しかしながら、Ti含有量が過剰になると、多量に析出し、クリープ延性および靱性の低下を招く。そのため、Ti含有量の上限は、0.35%以下とする必要がある。Ti含有量の望ましい範囲は0.08%〜0.32%であり、さらに望ましい範囲は0.1%〜0.3%である。
(Ti: 0.05% to 0.35%)
Ti (titanium) forms fine carbonitrides and contributes to improving the creep strength and tensile strength at high temperatures of the weld metal. In order to obtain the effect, the content of Ti needs to be 0.05% or more. However, when the Ti content is excessive, it precipitates in a large amount and causes a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the upper limit of the Ti content needs to be 0.35% or less. A desirable range of the Ti content is 0.08% to 0.32%, and a more desirable range is 0.1% to 0.3%.

(Nb:0.05%〜0.35%)
Nb(ニオブ)は、Tiと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属の高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する。その効果を十分に得るために、Nbは0.05%以上の含有が必要である。しかしながら、Nb含有量が過剰になると、炭窒化物として多量に析出し、クリープ延性および靱性の低下を招く。そのため、Nb含有量の上限は0.35%以下とする必要がある。Nb含有量の望ましい範囲は0.08%〜0.32%であり、さらに望ましい範囲は0.1%〜0.3%である。
(Nb: 0.05% to 0.35%)
Nb (niobium), like Ti, precipitates as fine carbonitrides in the grains and contributes to the improvement in creep strength and tensile strength at high temperatures of the weld metal. In order to obtain the effect sufficiently, Nb must be contained at 0.05% or more. However, when the Nb content is excessive, it precipitates in a large amount as carbonitride, resulting in a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the upper limit of the Nb content needs to be 0.35% or less. A desirable range of the Nb content is 0.08% to 0.32%, and a more desirable range is 0.1% to 0.3%.

(N:0.001%〜0.01%未満)
N(窒素)は、オーステナイト組織を安定にするとともに、固溶または窒化物として析出し、高温強度の向上に寄与する。その効果を少なからず得るために、Nは、0.001%以上含有する必要がある。しかしながら、Nが0.01%以上含有されると、多量の窒化物が析出して、靱性の低下を招く。そのため、N含有量は0.001%〜0.01%未満とする。N含有量の望ましい範囲は0.002%〜0.009%であり、さらに望ましい範囲は0.003%〜0.008%である。
(N: 0.001% to less than 0.01%)
N (nitrogen) stabilizes the austenite structure and precipitates as a solid solution or as a nitride, contributing to an improvement in high-temperature strength. In order to obtain the effect to some extent, N needs to be contained at 0.001% or more. However, when N is contained in an amount of 0.01% or more, a large amount of nitride precipitates, leading to a decrease in toughness. Therefore, the N content is set to 0.001% to less than 0.01%. A desirable range of the N content is 0.002% to 0.009%, and a more desirable range is 0.003% to 0.008%.

(Al:0.08%以下)
Al(アルミニウム)は、脱酸剤として製造時に溶接材料に含有される。しかしながら、多量のAlを含有すると清浄性が劣化し、溶接材料の製造時に熱間加工性が低下する。そのため、Al含有量の上限は0.08%以下に制限する必要がある。Al含有量の上限は、望ましくは0.06%以下、さらに望ましくは0.04%以下である。なお、Al含有量の下限は特に設ける必要はないが、Al含有量の極端な低減は製造コストの増大を招く。そのため、Al含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(Al: 0.08% or less)
Al (aluminum) is contained in the welding material during production as a deoxidizing agent. However, when a large amount of Al is contained, the cleanliness deteriorates, and the hot workability decreases during the production of the welding material. Therefore, the upper limit of the Al content needs to be limited to 0.08% or less. The upper limit of the Al content is desirably 0.06% or less, more desirably 0.04% or less. The lower limit of the Al content need not be particularly set, but an extreme decrease in the Al content causes an increase in manufacturing cost. Therefore, a desirable lower limit of the Al content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.001% or more.

(O:0.08%以下)
O(酸素)は、不純物として溶接材料中に含まれる。しかしながら、O(酸素)の含有量が過剰になると製造時に熱間加工性が低下するとともに、靱性および延性の劣化を招く。このため、O(酸素)の含有量の上限は、0.08%以下に制限する必要がある。O(酸素)含有量の上限は、望ましくは0.06%以下、さらに望ましくは0.04%以下である。なお、O(酸素)の含有量について特に下限を設ける必要はないが、極端な低減は製造コストの上昇を招く。そのため、O(酸素)の含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.0008%以上である。
(O: 0.08% or less)
O (oxygen) is contained as an impurity in the welding material. However, when the content of O (oxygen) is excessive, hot workability is reduced during production, and toughness and ductility are deteriorated. Therefore, the upper limit of the O (oxygen) content needs to be limited to 0.08% or less. The upper limit of the O (oxygen) content is desirably 0.06% or less, and more desirably 0.04% or less. It is not necessary to set a lower limit for the content of O (oxygen). However, an extreme reduction causes an increase in manufacturing cost. Therefore, a desirable lower limit of the O (oxygen) content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.0008% or more.

本発明のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は上述の各元素を含み、残部がFeおよび不純物からなる化学組成のものである。
なお、本明細書中において、「不純物」とはオーステナイト系耐熱合金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成分であり、意図的に含有させたものではない成分を指す。
The welding material for austenitic heat-resistant steel according to the present invention has a chemical composition containing the above-described elements and the balance being Fe and impurities.
In the present specification, "impurities" are components that are mixed in from an ore, scrap, or a production environment as a raw material when industrially producing an austenitic heat-resistant alloy, and are intentionally contained. Refers to components that are not.

なお、上記に加え、本発明のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、合金成分としてのFeに代えて、質量%で、V:0%〜0.35%、Co:0%〜2%、Mo:0%〜2%、B:0%〜0.005%、Ca:0%〜0.02%、Mg:0%〜0.02%、及びREM:0%〜0.06%の1種または2種以上の元素を含有してもよい。下記に、各成分について説明する。   In addition to the above, the welding material for austenitic heat-resistant steel of the present invention, in place of Fe as an alloying component, is V: 0% to 0.35%, Co: 0% to 2%, Mo in mass%. : 0% to 2%, B: 0% to 0.005%, Ca: 0% to 0.02%, Mg: 0% to 0.02%, and REM: 0% to 0.06% Alternatively, two or more elements may be contained. Hereinafter, each component will be described.

(V:0%〜0.35%)
V(バナジウム)は、NbおよびTiと同様、微細な炭窒化物を形成し、溶接金属のクリープ強度に寄与するため必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Vは、過剰に含有すると、多量に析出し、クリープ延性の低下を招く。そのため、Vを含有する場合、V含有量の上限は0.35%以下とする。V含有量の上限は、望ましくは、0.32%以下、さらに望ましくは0.3%以下である。なお、Vを含有する場合、V含有量の望ましい下限は0.01%以上、さらに望ましい下限は、0.03%以上である。
(V: 0% to 0.35%)
V (Vanadium), like Nb and Ti, forms fine carbonitrides and contributes to the creep strength of the weld metal, so that it may be contained as necessary. However, when V is contained excessively, it precipitates in a large amount and causes a decrease in creep ductility. Therefore, when V is contained, the upper limit of the V content is set to 0.35% or less. The upper limit of the V content is desirably 0.32% or less, and more desirably 0.3% or less. When V is contained, a desirable lower limit of the V content is 0.01% or more, and a more desirable lower limit is 0.03% or more.

(Co:0%〜2%)
Co(コバルト)は、NiおよびCuと同様、オ−ステナイト生成元素であり、溶接金属のオーステナイト組織の安定性を高めてクリープ強度の向上に寄与するため含有してもよい。しかしながら、Coは、極めて高価な元素であるため、過剰の含有は大幅なコスト増を招く。そのため、Coを含有する場合、Co含有量の上限は2%以下とする。Co含有量の上限は、望ましくは、1.8%以下、さらに望ましくは、1.5%以下である。なお、Coを含有する場合、Co含有量の望ましい下限は0.01%以上、さらに望ましい下限は0.03%以上である。
(Co: 0% to 2%)
Co (cobalt), like Ni and Cu, is an austenite-forming element and may be included to enhance the stability of the austenitic structure of the weld metal and contribute to the improvement of creep strength. However, since Co is an extremely expensive element, its excessive content causes a significant cost increase. Therefore, when Co is contained, the upper limit of the Co content is set to 2% or less. The upper limit of the Co content is desirably 1.8% or less, and more desirably 1.5% or less. When Co is contained, a desirable lower limit of the Co content is 0.01% or more, and a more desirable lower limit is 0.03% or more.

(Mo:0%〜2%)
Mo(モリブデン)は、Wと同様、マトリックスに固溶して溶接金属の高温でのクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素であるので含有してもよい。しかしながら、Moは、過剰に含有すると組織安定性を低下させ、逆にクリープ強度を低下させる場合もある。さらに、Moは高価な元素であるため、過剰の含有はコストの増大を招く。そのため、Moを含有する場合、Mo含有量の上限は2%以下とする。Mo含有量の上限は、望ましくは1.5%以下、さらに望ましくは1.2%以下である。なお、Moを含有する場合、Mo含有量の望ましい下限は0.01%以上、さらに望ましい下限は0.03%以上である。
(Mo: 0% to 2%)
Mo (molybdenum), like W, is an element that forms a solid solution in the matrix and contributes to the improvement in creep strength and tensile strength at high temperatures of the weld metal, so that it may be contained. However, when Mo is contained excessively, the structure stability is reduced, and conversely, the creep strength may be reduced. Further, since Mo is an expensive element, its excessive content causes an increase in cost. Therefore, when Mo is contained, the upper limit of the Mo content is set to 2% or less. The upper limit of the Mo content is desirably 1.5% or less, and more desirably 1.2% or less. When Mo is contained, a desirable lower limit of the Mo content is 0.01% or more, and a more desirable lower limit is 0.03% or more.

(B:0%〜0.005%)
B(ホウ素)は炭化物を微細に分散させることにより、溶接金属のクリープ強度を向上させるとともに、粒界を強化して靭性の向上にも寄与する元素である。しかしながら、Bは、過剰に含有すると、溶接中の凝固割れ感受性を高める。そのため、Bを含有する場合、B含有量の上限は0.005%以下とする。B含有量の上限は、望ましくは0.003%以下、さらに望ましくは0.002%以下である。なお、Bを含有する場合、B含有量の望ましい下限は0.0003%以上、さらに望ましい下限は0.0005%以上である。
(B: 0% to 0.005%)
B (boron) is an element that improves the creep strength of the weld metal by finely dispersing carbides, and also strengthens grain boundaries and contributes to improvement in toughness. However, when B is contained excessively, it increases the susceptibility to solidification cracking during welding. Therefore, when B is contained, the upper limit of the B content is set to 0.005% or less. The upper limit of the B content is desirably 0.003% or less, and more desirably 0.002% or less. When B is contained, a desirable lower limit of the B content is 0.0003% or more, and a more desirable lower limit is 0.0005% or more.

(Ca:0%〜0.02%)
Ca(カルシウム)は、溶接材料の製造時に熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Caの過剰の含有は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Caを含有する場合、Caの含有量の上限は0.02%以下とする。Ca含有量の上限は、望ましくは0.015%以下、さらに望ましくは0.01%以下である。なお、Caを含有する場合、Ca含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(Ca: 0% to 0.02%)
Since Ca (calcium) has an effect of improving hot workability during the production of a welding material, it may be contained as necessary. However, an excessive content of Ca combines with oxygen and significantly lowers cleanliness, but rather degrades hot workability. Therefore, when Ca is contained, the upper limit of the Ca content is set to 0.02% or less. The upper limit of the Ca content is desirably 0.015% or less, and more desirably 0.01% or less. When Ca is contained, a desirable lower limit of the Ca content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.001% or more.

(Mg:0%〜0.02%)
Mg(マグネシウム)は、Caと同様、溶接材料の製造時に熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Mgの過剰の含有は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Mgを含有する場合、Mg含有量の上限は0.02%以下とする。Mg含有量の上限は、望ましくは0.015%以下、さらに望ましくは0.01%以下である。なお、Mgを含有する場合、Mg含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(Mg: 0% to 0.02%)
Mg (magnesium), like Ca, has an effect of improving hot workability at the time of manufacturing a welding material, and thus may be contained as necessary. However, an excessive content of Mg combines with oxygen and significantly lowers cleanliness, but rather degrades hot workability. Therefore, when Mg is contained, the upper limit of the Mg content is set to 0.02% or less. The upper limit of the Mg content is desirably 0.015% or less, and more desirably 0.01% or less. When Mg is contained, a desirable lower limit of the Mg content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.001% or more.

(REM:0%〜0.06%)
REM(希土類元素)は、CaおよびMgと同様、溶接材料の製造時に熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、REMの過剰の含有は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させる。そのためREMの含有量の上限は、0.06%以下とする。REMを含有する場合、REM含有量の上限は、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、REMを含有する場合、REM含有量の望ましい下限は0.0005%以上、さらに望ましい下限は0.001%以上である。
(REM: 0% to 0.06%)
REM (rare earth element) has an effect of improving hot workability at the time of manufacturing a welding material, similarly to Ca and Mg, and therefore may be contained as necessary. However, an excessive content of REM combines with oxygen, significantly reducing cleanliness and, on the contrary, deteriorating hot workability. Therefore, the upper limit of the content of REM is set to 0.06% or less. When REM is contained, the upper limit of the REM content is desirably 0.04% or less, more desirably 0.03% or less. When REM is contained, a desirable lower limit of the REM content is 0.0005% or more, and a more desirable lower limit is 0.001% or more.

なお、「REM」とはSc、Y、及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、REMは、REMの含有量が上記の範囲となるように、ミッシュメタルの形で含有させてもよい。   Note that “REM” is a general term for a total of 17 elements of Sc, Y, and lanthanoid, and the content of REM indicates the total content of one or more elements of REM. REM is generally contained in misch metal. Therefore, for example, REM may be contained in the form of a misch metal so that the content of REM is within the above range.

本発明のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、常法で製造することができる。例えば、本発明の溶接材料の化学組成となるように、元素材料を含有した鉄合金を溶解し、インゴットとし、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延または冷間抽伸、熱処理などの工程を経て、外径数mm(例えば、1.0mm〜2.4mm)の線材とすることで、溶接材料が得られる。   The welding material for austenitic heat-resistant steel of the present invention can be manufactured by a conventional method. For example, an iron alloy containing an elemental material is melted into an ingot so that the chemical composition of the welding material of the present invention is obtained, and hot forging, hot rolling, cold rolling or cold drawing, and steps such as heat treatment are performed. After that, by forming a wire having an outer diameter of several mm (for example, 1.0 mm to 2.4 mm), a welding material can be obtained.

本発明の溶接材料は、例えば、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接するための溶接材料として好適に適用できる。   The welding material of the present invention can be suitably applied, for example, as a welding material for welding low nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel.

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。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be made within the scope of the concept described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.

表1に示す化学組成を有する材料(鋼材)(残部はFeおよび不純物である)を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理および機械加工により、次の2種類の板材を作製した。
板材(1):板厚12mm、幅50mm、長さ100mm
板材(2):板厚4mm、幅200mm、長さ500mm
さらに、板材(2)を用い、機械加工により、2mm角、500mm長さのカットフィラーを作製した。
A material (steel material) having the chemical composition shown in Table 1 (the remainder is Fe and impurities) was melted in a laboratory and cast from an ingot by hot forging, hot rolling, heat treatment and machining to obtain the following 2 Various kinds of plate materials were produced.
Board material (1): board thickness 12 mm, width 50 mm, length 100 mm
Board material (2): board thickness 4 mm, width 200 mm, length 500 mm
Further, a 2 mm square, 500 mm long cut filler was produced by machining using the plate material (2).

[耐溶接割れ性試験]
上記の板材(1)の長手方向に、角度30°、ルート面(ルートフェイス)1mmのV開先を加工した後、市販の鋼板(JIS G 3160(2008)に規定のSM400B、厚さ25mm、幅150mm、長さ200mm)上に、被覆アーク溶接棒(JIS Z3224(1999)に規定の「DNiCrFe−3」)を用いて、四周を拘束溶接した。
その後、同組成(例えば、符号Aの化学組成からなる板材(1)と同じ化学組成)のカットフィラーを用いて、シールドガスをArとした手動ティグ溶接により開先内に積層溶接を行って溶接継手を作製した。なお、溶接に際しては、入熱を9kJ/cm〜15kJ/cmとした。
その後、得られた溶接継手の5か所から採取した試料の横断面を鏡面研磨、及び腐食し、光学顕微鏡により検鏡して、溶接金属における割れの有無を調査した。
検鏡の結果、溶接金属に割れの認められなかった溶接継手を「合格」、5個の試験片のうち、一つでも割れが認められたものを「不合格」とした。
[Weld cracking resistance test]
After processing a V groove with an angle of 30 ° and a root surface (root face) of 1 mm in the longitudinal direction of the plate material (1), a commercially available steel plate (SM400B specified in JIS G 3160 (2008), thickness of 25 mm, Using a coated arc welding rod ("DNiCrFe-3" specified in JIS Z3224 (1999)), four rounds were restrained welded on a width of 150 mm and a length of 200 mm).
Then, using a cut filler of the same composition (for example, the same chemical composition as the plate material (1) having the chemical composition of the symbol A), performing lamination welding in the groove by manual TIG welding using Ar as the shielding gas and welding. A joint was made. At the time of welding, the heat input was 9 kJ / cm to 15 kJ / cm.
Thereafter, the cross sections of the samples taken from five places of the obtained welded joint were mirror-polished and corroded, and inspected with an optical microscope to check for cracks in the weld metal.
As a result of the microscopic examination, the welded joint in which no crack was found in the weld metal was regarded as “passed”, and the specimen in which even one of the five test specimens was cracked was regarded as “failed”.

[クリープ破断試験]
耐溶接割れ性の評価のうち、割れが「合格」であった溶接継手については、残りの溶接継手から溶接金属が平行部の中央となるように丸棒クリープ破断試験片を採取した。そして、700℃、196MPaの条件でクリープ破断試験を行い、この条件で目標とされる破断時間が500時間を超えるものを「合格」とし、500時間以下であるものを「不合格」とした。
表2に、上記各試験の評価結果を併せて示す。
[Creep rupture test]
Of the welded joints whose cracking was evaluated as "passed" in the evaluation of weld cracking resistance, round bar creep rupture test specimens were taken from the remaining welded joints so that the weld metal was at the center of the parallel portion. Then, a creep rupture test was conducted under the conditions of 700 ° C. and 196 MPa, and a sample having a target rupture time exceeding 500 hours under this condition was determined as “pass”, and a sample having a rupture time of 500 hours or less was determined as “fail”.
Table 2 also shows the evaluation results of the above tests.


表2から、化学組成が本発明で規定する範囲にある符号A〜Eの溶接材料を用いた溶接継手は、溶接金属中に割れは発生せず、かつ目標とされるクリープ破断時間を満足することが明らかとなった。
これに対して、窒素の含有量が低い符号Fの溶接材料を用いた溶接継手は、溶接金属に割れは発生しなかったものの、クリープ強度が目標をわずかに下回った。Pの含有量が本発明の範囲を超える符号Gの溶接材料を用いた溶接継手では、溶接金属に凝固割れと判断される割れが発生した。Sの含有量が本発明の範囲を超える符号Hの溶接材料を用いた溶接継手は、溶接金属中に延性低下割れと判断される割れが発生した。また、PとSとの含有量が本発明の範囲を超える符号Iの溶接材料を用いた溶接継手は、溶接金属に凝固割れ、及び延性低下割れと判断される割れが発生した。
このように、本発明の要件を満足する溶接材料を用いた溶接継手は、耐溶接割れ性に優れるとともに、クリープ強度をも満足することが分かる。
From Table 2, it can be seen that the welded joints using the welding materials indicated by the symbols A to E whose chemical compositions fall within the range specified in the present invention have no cracks in the weld metal and satisfy the target creep rupture time. It became clear.
On the other hand, in the case of the welded joint using the welding material indicated by symbol F having a low nitrogen content, no crack occurred in the weld metal, but the creep strength was slightly lower than the target. In a welded joint using a welding material having a P content exceeding the range of the present invention, a crack determined to be a solidification crack occurred in the weld metal. In the welded joint using the welding material with the H content exceeding the range of the present invention, cracks occurred in the weld metal, which were judged to be ductility-reduced cracks. In addition, in the welded joint using the welding material with reference numeral I in which the contents of P and S exceeded the range of the present invention, cracks occurred in the weld metal, which were determined to be solidification cracks and ductility-reduced cracks.
Thus, it can be seen that the welded joint using the welding material satisfying the requirements of the present invention has excellent weld cracking resistance and also satisfies the creep strength.

本発明によれば、低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接する場合に、耐溶接高温割れ性(具体的には、凝固割れ、及び延性低下割れ)に優れた溶接金属とそれを有する溶接継手を形成することが可能なオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料が提供できる。そのため、本発明の溶接材料は、発電用ボイラ等、高温で使用される機器に用いる低窒素含有オーステナイト系耐熱鋼を溶接するのに好適である。   According to the present invention, when welding a low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel, a weld metal excellent in hot cracking resistance (specifically, solidification cracking and ductility-reducing cracking) and a welded joint having the same are provided. A welding material for austenitic heat-resistant steel that can be formed can be provided. Therefore, the welding material of the present invention is suitable for welding low-nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel used in equipment used at high temperatures, such as a power boiler.

Claims (2)

質量%で、
C:0.06%〜0.14%、
Si:0.1%〜0.5%、
Mn:0.1%〜0.8%、
P:0.008%以下
S:0.003%以下、
Cu:2%〜4%、
Ni:12%〜16%、
Cr:16.5%〜19.5%、
W:2%〜4.5%、
Ti:0.05%〜0.35%、
Nb:0.05%〜0.35%、
N:0.001%〜0.01%未満、
Al:0.08%以下、
O:0.08%以下
を含み、残部がFeおよび不純物からなるオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料。
In mass%,
C: 0.06% to 0.14%,
Si: 0.1% to 0.5%,
Mn: 0.1% to 0.8%,
P: 0.008% or less S: 0.003% or less,
Cu: 2% to 4%,
Ni: 12% to 16%,
Cr: 16.5% to 19.5%,
W: 2% to 4.5%,
Ti: 0.05% to 0.35%,
Nb: 0.05% to 0.35%,
N: 0.001% to less than 0.01%,
Al: 0.08% or less,
O: A welding material for austenitic heat-resistant steel containing 0.08% or less, with the balance being Fe and impurities.
合金成分としてのFeに代えて、質量%で、下記の1種または2種以上の元素を含有する請求項1に記載のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料。
V:0%〜0.35%、
Co:0%〜2%、
Mo:0%〜2%、
B:0%〜0.005%、
Ca:0%〜0.02%、
Mg:0%〜0.02%、
REM:0%〜0.06%
The welding material for austenitic heat-resistant steel according to claim 1, which contains one or more of the following elements in mass% instead of Fe as an alloy component.
V: 0% to 0.35%,
Co: 0% to 2%,
Mo: 0% to 2%,
B: 0% to 0.005%,
Ca: 0% to 0.02%,
Mg: 0% to 0.02%,
REM: 0% to 0.06%
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