JPH0284293A - 高強度Cr−Mo鋼のサブマージアーク溶接方法 - Google Patents
高強度Cr−Mo鋼のサブマージアーク溶接方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
(産業上の利用分野)
本発明は高強度Cr−Mo鋼の溶接に係り、より詳しく
は、Nb、Vの1種又は2種を含有する高強度2.25
〜3%Cr−1%MO鋼の溶接において、靭性に優れ、
且つ、クリープ特性に優れた溶接金属を得ることのでき
るサブマージアーク溶接方法に関するものである。 (従来技術) 従来より、2.25〜3%Cr−1%Mo鋼は高温特性
に優れた材料として、ボイラーや化学反応容器などの高
温で使用される設備等に広く適用されている。この分野
では一般に厚板構造物が多く。 その溶接には大溶着量が得られるサブマージアーク溶接
が採用されることが多い。 一方、これらの設備や構造物においても、近年、省エネ
ルギー、省資源の観点より、材料の性能改善による一層
の熱効率向上が期待され、その−手段として、前記Cr
−Mo11を改良してNb、vなどを含有する高強度2
.25〜3%Cr−1%M。 鋼が開発され、実用に供されようとしている。 これに対応して、溶接材料に関してもその高強度化が望
まれているが、現状では鋼板の高強度化に見合った機械
的性能(靭性、クリープ特性など)を持つ溶接材料は未
だ得られていない。 すなわち、鋼板では、製造時の加工、熱処理が比較的自
由に行えるために、その組織も均一で、熱処理による性
能コントロールにより、良好な性能を有する材料が容易
に得られるのに対して、溶接金属では、組織は不均一な
鋳造組織であり、溶接後の熱処理にも制約があるために
、単に溶接金属にNb、Vなどを含有させただけでは、
確かに強度は高くなるが、それに比例して靭性が著しく
劣化してしまう。また、靭性を確保しようとすると、必
要な強度特性が得られない等の問題があった。 (発明が解決しようとする課題) 本発明は、このような状況に鑑みてなれたものであり、
Nb及びVの1種又は2種を含有する高強度2.25〜
3%Cr−1%Mo鋼のサブマージアーク溶接において
、靭性に優れ、且つクリープ特性に優れた溶接金属を得
ることのできる方法を提供することを目的とするもので
ある。 (課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明者らは、Nb及びVの
1種又は2種を含有するいわゆる2、25〜3%Cr−
1%Mo鋼のサブマージアーク溶接において良好な靭性
及びクリープ特性を有する溶接金属を得ることができる
方策を見い出すべく鋭意研究を重ねた。 その結果、ソリッドワイヤと焼結型フラックスを使用す
るが、その際、ソリッドワイヤの化学成分と焼結型フラ
ックスの化学成分及び塩基度を規制し、殊に成分歩留を
考慮してそれらの化学成分を規制することにより、可能
であることを見い出した。 すなわち、本発明に係る高強度Cr−Mo鋼のサブマー
ジアーク溶接方法は、Cr:2.00〜3.25%とM
o:0.90−1.10%を含有し、且つNb及びVの
1種又は2種を含有する高強度2.25〜3%Cr−1
%Mo鋼を、ソリッドワイヤと焼結型フラックスを用い
てサブマージアーク溶接するに当り、前記ソリッドワイ
ヤがc:o、o6〜0゜13%、Mn:0.20−1.
20%、Cr:2.00〜3.50%及びMo:0.9
0〜1.20%を必須成分として含有し、且つSi≦0
.30%、Ni≦0.20%2O≦0.015%に規制
したものであり、前記焼結型フラックスがSiO2:7
〜20%と、MgO及びCaF2の1種又は2種=35
〜65%と、金属炭酸塩(C○2換算):1〜5%を必
須成分として含有し、且つ次式(1)で示される塩基度
Bが2.5〜4.0であると共に、 B =((%CaF2)+(%CaO)+(1Mg0)
+(%BaO)+(%SrO)+(%Na20)+(%
に20)+(%Li20)+0.5 X ((%Mn0
)+(%Fe0)))÷[(%SiO,)+0.5x
((IA Q 20.)+(%TlO2)” (%Zr
O,) ) )・・(1) 前記ソリッドワイヤ及び焼結型フラックスの少なくとも
一方には、AQ及びTiの1種又は2種とNb及びVを
次式(2)〜(4)を満足するように含有させることを
特徴とするものである。 (AQ)A+(Ti)A=((AR)wXWAl”(A
Q)pXFAl)”((Ti)wxυTi+(Tilp
XFTi)=0.01〜0.06%・・・(2)[Nb
]A= (Nb)w X VNb+(Nb)p X F
Nb= 0.005〜0.035%・・・(3) (V)A= (V)wXWv+(V)pXFv =0.
10〜0.50% ・(4)但し、 (x IA :溶接金属中のX成分の重量%(x)w:
ワイヤ中のX成分の重量% (X)F:フラックス中のX成分の重量%すx:ワイヤ
からのX成分の歩留係数 Fx:フラックスからのX成分の歩留係数また、本発明
は、更に、次式(5)で示されるPcが2.2〜3.5
であることを特徴とするものである。 但し、〔Cr)A=〔Cr)IIXWcr(Mo)A=
[Mo)w X WM□(C)A= (C)すXWc また、本発明は、更に、ソリッドワイヤ及び焼結型フラ
ックスの少なくとも一方にCoを次式(6)を満足する
ように含有させることを特徴とするものである。 (Co) =(Co)t+XWc、+〔Co〕F×Fc
o=0.02〜0.60%・・(6) 以下に本発明を更に詳細に説明する。 前述の如く、本発明の目的は、Nb及びVの1種又は2
種を含有する高強度2.25〜3%Cr−1%Mo鋼の
溶接に適用して、良好な靭性及びクリープ特性を有する
溶接金属を得ようとするものであり、特に前記式(2)
〜(6)は、これを達成するために必要な各成分量(〔
X)A)をソリッドワイヤ及び/又は焼結型フラックス
から供給するものとし、これらが溶接金属へ歩留る率を
次式(A)に基づいて定めたものである。 (x)A=(x)wxWx+(x)pXFx
−・(A)但し、 (x)ty:ワイヤ中のX成分の重量%(x)p:フラ
ックス中のX成分の重量%vx:ワイヤからのX成分の
歩留係数 Fx:フラックスからのX成分の歩留係数なお、各成分
の歩留係数Wx及びFxは各成分と酸素との親和力の差
異やフラックスの組成(例えば、スラブ形成剤、アーク
安定剤、ガス発生剤の種類や配合率等)、溶接条件等の
影響を受けるので一律に決めることはできないが、実用
範囲では第1表に示すとおりである。 第1表 また、必要な各成分のうち、C,SilMn、Ni、C
r及びMOについては、主にコスト面での優劣より専ら
ソリッドワイヤから添加するのが良いが、AQ、Ti、
Nb及びVについては、溶接金属での含有量が同一であ
ればその効果は同じであり、ソリッドワイヤ及び焼結型
フラックスのいずれから添加しても良いものとした。 (作用) 次に本発明における各構成要素の作用について述べる。 ■まず、ソリッドワイヤにおける化学成分の限定理由を
説明する。 C:0.06〜0.13% Cは溶接金属の焼入れ性を高め、常温強度及び高温強度
並びに靭性を確保するために必要な元素であり、そのた
めには0.06%以上が必要である。しかし、0.13
%を超えると室温強度が高くなり過ぎ、靭性を低下する
と共に、耐割れ性を劣化する。したがって、ワイヤ中の
C量は0.06〜0.13%の範囲とする。 Si50830% SLは脱酸作用があり、また溶接金属のなじみを改善す
る元素であるが、0.30%を超えると溶接金属の靭性
を劣化するので、ワイヤ中のSi量は0.30%以下と
する。 Mn:0.20〜1.20% Mnは脱酸作用があると共に溶接金属の靭性を改善する
効果があり、そのためには0.20%以上が必要である
。しかし、1.20%を超えるとクリープ強度を低下す
る。したがって、ワイヤ中のMn量は0.20〜1.2
0%の範囲とする。 Cr:2.00〜3.50%、Mo:0.90〜1.3
0五 Cr及びMoは2.25〜3%Cr−1%MO鋼の基本
構成元素であるので、本発明でも、ワイヤ中に所定量の
Cr及びMoを必要とし、それぞれの量は、Cr:2.
00〜3.50%及びMo二O,90〜1.20%の範
囲とした。なお、Crが2.00%未満9Moが0.9
0%未満においても同様に本発明の効果は認められるが
、通常これらの鋼種は高温では使用されないため、また
、Crが3.50%超のものについてはコストの面から
適用されないため、本発明ではそれらの範囲は除外する
こととした。 Ni量0.20% Niは靭性を改善する効果があるが、0.20%を超え
ると、常温強度が高くなり過ぎて溶接金属の耐割れ性が
劣化する。またクリープ強度アップに対しての効果が薄
い。したがって、ワイヤ中のNi量は0.20%以下と
する。 ○≦0.015% Qは溶接金属の靭性の良否に大きく影響し、溶接金属中
の○量は使用するワイヤとフラックスの組合せの種類に
より左右される。本発明では、ワイヤ中の0量を0.0
15%以下とし、このようなソリッドワイヤと特定の組
成を有する焼結型フラックスとを採用することにより、
溶接金属においてO≦0.030%が可能となり、良好
な靭性を有する溶接金属を得ることができる。 Pc 金 :2.2〜3.5更に、本発
明では、溶接金属において以下に示す炭化物生成元素と
炭素の比(パラメータ:Pc)を特定の数値にコントロ
ールすることにより、溶接金属の必要以上の常温強度の
増加を抑えて、靭性を確保した上で、クリープ強度が向
上することが可能であることを見い出した。 すなわち、そのためには、Pcを2.2〜3.5の範囲
にコントロールすることが必要である。 Pcが2.2未満ではクリープ強度が低過ぎ、逆に3.
5を超えると常温強度が高くなり過ぎて靭性が劣化する
。なお、Pcは次式の如く定義される比である。 (Mo)A= (Mo)wX WM。 (C)A= (C)ρC’dc したがって、本発明では、必要に応じて、Pcが2.2
〜3.5の範囲となるように、ワイヤ中の前記C,Cr
、Mo量の範囲内で且つ成分歩留係数を考慮して、ワイ
ヤ中のそれらの含有量を規制するのが好ましい。 ■次に、ワイヤ及び/又はフラックス中の特定成分の限
定理由を説明する。 Nb 金 :0.005〜0.035%N
bは少量の添加により、溶接金属の強度(常温強度、高
温強度、クリープ強度)を高める効果があり、そのため
には、溶接金属中に0.005%以上が必要である。し
かし、0.035%を超えると常温強度が高くなり過ぎ
て、靭性を著しく劣化する。したがって、Nbは、溶接
金属中のNb量が0.005〜0.35%の範囲となる
ように、ワイヤ及びフラックスからの成分歩留係数を考
慮して、ワイヤ及びフラックスの少なくとも一方に含有
させる。 ■ 金属中:0.10−0.50% VもNbと同様に、溶接金属の強度(常温強度、高温強
度、クリープ強度)を高める効果があり、そのためには
、溶接金属中に0.10%以上が必要である。しかし、
0.50%を超えると、常温強度が高くなり過ぎて、靭
性を著しく劣化する。 したがって、■は、溶接金属中のV量が0.10〜O,
SO%の範囲となるように、ワイヤ及びフラックスから
の成分歩留係数を考慮して、ワイヤ及びフラックスの少
なくとも一方に含有させる。 Al び/ 又ハT i 金 )=0.01〜
0.0旦笠 AQ及びTiはいずれも脱酸作用があり、また結晶粒を
微細化して靭性を改善する効果があり、そのためには、
溶接金属中のA11l、Tiの1種又は2種が0.01
%以上必要である。しかし、0゜06%を超えると、常
温強度が高くなり過ぎて、却って靭性を劣化する。した
がって、AQとTiは、溶接金属中のAQ及びTiの1
種又は2種の量が0.10〜0.06%の範囲となるよ
うに、ワイヤ及びフラックスからの成分歩留係数を考慮
して、ワイヤ及びフラックスの少なくとも一方に含有さ
せる。 CO金 :0.02〜0.60 Coを含有させると、溶接金属の常温強度、高温強度に
余り影響を与えずにクリープ強度を高める効果がある。 しかし、溶接金属中のCo量が0゜60%を超えると靭
性が劣化してしまう。したがって、本発明では、必要に
応じて、溶接金属中のCo量が0.02〜0.60%の
範囲となるように、ワイヤ及びフラックスの少なくとも
一方にCOを含有させることができる。 ■次に、焼結型フラックスのスラブ生成剤等の限定理由
を説明する。 SiO:7〜20% Sio、はスラグの流動性を高め、溶接ビード形状を改
善する効果があり、そのためには7%以上が必要である
。しかし、20%を超えるとスラブの塩基度が低下し、
溶接金属の靭性、耐割れ性を劣化する。したがって、フ
ラックス中の5in2量は7〜20%の範囲とする。 MOび/又はCaF:35〜65% MgO,CaF2はいずれもスラブの流動性を高め、ビ
ート形状を改善すると共に、スラブの塩基度を高め、溶
接金属の靭性を改善する効果がある。 そのためにはMgO及びCaF2の1種又は2種で35
%以上が必要であるが、65%を超えるとアーク安定性
が劣化すると共にスラグの剥離性が著しく劣化する。し
たがって、フラックス中におけるMgOとCaF、の1
種又は2種の量は35〜65%の範囲とする。 なお、Mgoとしては、MgC0,の分解により生じる
MgO換算値も含むものである。また、CaF、の代わ
りに他の金属フッ化物(EaF2゜Na、AQF6、M
gF、、NaFなど)も同様の効果があることを確認し
ている。 金 酸塩 Co :1〜5%金属炭酸塩
によるCO2は溶接金属の水素量を低減し、耐割れ性を
改善する効果があり、そのためには、金属炭酸塩をCO
2換算で1%以上が必要である6しかし、5%を超える
と溶接金属の機素量が増大し、靭性が劣化すると共に、
ビード表面にポックマークが発生し易くなる。したがっ
て、金属炭酸塩はCO2換算で1〜5%の範囲とする。 なお、CO2の供給源としては、CaC0,、BaC0
,1MgC0,などの金属炭酸塩が挙げられるが、CO
2換算値が同じであれば、いずれも同様の効果を有する
。 塩基 B:2.5〜4.0 本発明においては、使用する焼結型フラックスにおいて
前記成分の数値を限定するばかりではなく、以下の(1
)式で示される塩基度Bを2.5〜4゜0にすることが
必要である。 B = [(%CaF2)+(%CaO)+(%Mg0
)+(ZBaO)+(%SrO)+(%Na2O)+(
%KzO)”(%LizO)+0.5 X ((%Mn
0)+(%FeO)))÷〔(%Sin、 )+0.5
X ((%AI2,0.)+(%”02 )” (%
Zr02)))・・・(1) しかし、Bが2.5未満では溶接金属の酸素量が増大し
、靭性が劣化すると共に耐高温割れ性が劣化する。また
、4.0を超えるとアークが不安定になると共にビード
形状が劣化するので好ましくない。なお、(1)式の計
算においては、 CaCO2、MgC0,、BaC0,
などの金属炭酸塩の分解により生じるCaO,MgO,
BaOなどの酸化物換算値も含まれる。 なお、本発明法において対象とするNb、V含有高強度
Cr−Mo鋼は、Cr:2.00〜3.25%及びMo
:0.90〜1.10%を含有し、更ニNbとVの1種
又は2種を適宜の量で添加した鋼である。勿論、サブマ
ージアーク溶接条件は特に制限されない。 (実施例) 次に本発明の実施例を示す。 実施例1 第2表に示す化学成分を有するワイヤと第3表に示す組
成のフラックスを組合せて、第4表に示す化学成分を有
する母材の2電極サブマージアーク溶接による多層溶接
(積層法:2パス/IWJ)を行った。 なお、開先形状は第1図に示すとおりであり、また溶接
条件は、先行極:550A(AC電源)−31V −6
0cm/n+in、後行極:550A(ACffiit
り −33V −60cm/min、予熱パス間温度=
200〜250℃である。 第6表は、ワイヤとフラックスを第5表に示すように組
合せて溶接した場合の溶接作業性、溶接金属の耐割れ性
及び機械性能について調査した結果を示している。その
時の溶接金属の化学成分を第5表に併記する。なお、機
械性能の評価のための試験は第7表に示す要領にて行っ
た。 第6表において、テストNα1〜Nα5は本発明例であ
り、溶接作業性、溶接金属の耐割れ性及び機械性能のい
ずれも良好な結果を示している。 これに対して、テストNα6〜Nα12は本発明の構成
要件のうちの少なくともいずれかを満足しない比較例で
あり、以下のように考察される。 NQ 6はワイヤ及び溶接金属組成が本発明の要件から
はずれる(Cが低過ぎ、Si、○、Pcが高過ぎる)た
めに、溶接金属の靭性が劣化している。 Nα7はワイヤ及び溶接金属組成が本発明の要件からは
ずれる(Nb、Vが低過ぎ、Mnが高過ぎる)ために、
溶接金属のクリープ破断強度が低い。 Na 8はワイヤ及び溶接金属組成が本発明の要件から
はずれる(C,Ni、AQ+Tiが高過ぎ、 Pcが低
過ぎる)ために、溶接金属の常温強度が高くなり、耐割
れ性及び靭性が劣化すると共に、クリープ破断強度が低
い。 Na 9はワイヤ及び溶接金属組成が本発明の要件から
はずれる(Mn、 A Q + Tiが低過ぎ、Nb、
■。 Co、Pcが高過ぎる)ために、溶接金属の常温強度が
高くなり過ぎて、靭性が劣化している。 Nα10はフラックス組成が本発明の要件からはずれる
(Sin2が低過ぎ、MgO+CaF2.塩基度Bが高
過ぎる)ために、溶接作業性が劣化している。 翫11はフラックス組成が本発明の要件からはずれる(
Co2が高過ぎ、MgO+CaF2、Pcが低過ぎる)
ために、溶接作業性、溶接金属の耐割れ性が劣化すると
共に、溶接金属の酸素量が増大し、靭性が劣化している
。 Na 12はフラックス組成が本発明の要件からはずれ
る(Sin、が高過ぎ、CO2が低過ぎる)ために、溶
接金属の耐割れ性が劣化すると共に、靭性が劣化してい
る。
は、Nb、Vの1種又は2種を含有する高強度2.25
〜3%Cr−1%MO鋼の溶接において、靭性に優れ、
且つ、クリープ特性に優れた溶接金属を得ることのでき
るサブマージアーク溶接方法に関するものである。 (従来技術) 従来より、2.25〜3%Cr−1%Mo鋼は高温特性
に優れた材料として、ボイラーや化学反応容器などの高
温で使用される設備等に広く適用されている。この分野
では一般に厚板構造物が多く。 その溶接には大溶着量が得られるサブマージアーク溶接
が採用されることが多い。 一方、これらの設備や構造物においても、近年、省エネ
ルギー、省資源の観点より、材料の性能改善による一層
の熱効率向上が期待され、その−手段として、前記Cr
−Mo11を改良してNb、vなどを含有する高強度2
.25〜3%Cr−1%M。 鋼が開発され、実用に供されようとしている。 これに対応して、溶接材料に関してもその高強度化が望
まれているが、現状では鋼板の高強度化に見合った機械
的性能(靭性、クリープ特性など)を持つ溶接材料は未
だ得られていない。 すなわち、鋼板では、製造時の加工、熱処理が比較的自
由に行えるために、その組織も均一で、熱処理による性
能コントロールにより、良好な性能を有する材料が容易
に得られるのに対して、溶接金属では、組織は不均一な
鋳造組織であり、溶接後の熱処理にも制約があるために
、単に溶接金属にNb、Vなどを含有させただけでは、
確かに強度は高くなるが、それに比例して靭性が著しく
劣化してしまう。また、靭性を確保しようとすると、必
要な強度特性が得られない等の問題があった。 (発明が解決しようとする課題) 本発明は、このような状況に鑑みてなれたものであり、
Nb及びVの1種又は2種を含有する高強度2.25〜
3%Cr−1%Mo鋼のサブマージアーク溶接において
、靭性に優れ、且つクリープ特性に優れた溶接金属を得
ることのできる方法を提供することを目的とするもので
ある。 (課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明者らは、Nb及びVの
1種又は2種を含有するいわゆる2、25〜3%Cr−
1%Mo鋼のサブマージアーク溶接において良好な靭性
及びクリープ特性を有する溶接金属を得ることができる
方策を見い出すべく鋭意研究を重ねた。 その結果、ソリッドワイヤと焼結型フラックスを使用す
るが、その際、ソリッドワイヤの化学成分と焼結型フラ
ックスの化学成分及び塩基度を規制し、殊に成分歩留を
考慮してそれらの化学成分を規制することにより、可能
であることを見い出した。 すなわち、本発明に係る高強度Cr−Mo鋼のサブマー
ジアーク溶接方法は、Cr:2.00〜3.25%とM
o:0.90−1.10%を含有し、且つNb及びVの
1種又は2種を含有する高強度2.25〜3%Cr−1
%Mo鋼を、ソリッドワイヤと焼結型フラックスを用い
てサブマージアーク溶接するに当り、前記ソリッドワイ
ヤがc:o、o6〜0゜13%、Mn:0.20−1.
20%、Cr:2.00〜3.50%及びMo:0.9
0〜1.20%を必須成分として含有し、且つSi≦0
.30%、Ni≦0.20%2O≦0.015%に規制
したものであり、前記焼結型フラックスがSiO2:7
〜20%と、MgO及びCaF2の1種又は2種=35
〜65%と、金属炭酸塩(C○2換算):1〜5%を必
須成分として含有し、且つ次式(1)で示される塩基度
Bが2.5〜4.0であると共に、 B =((%CaF2)+(%CaO)+(1Mg0)
+(%BaO)+(%SrO)+(%Na20)+(%
に20)+(%Li20)+0.5 X ((%Mn0
)+(%Fe0)))÷[(%SiO,)+0.5x
((IA Q 20.)+(%TlO2)” (%Zr
O,) ) )・・(1) 前記ソリッドワイヤ及び焼結型フラックスの少なくとも
一方には、AQ及びTiの1種又は2種とNb及びVを
次式(2)〜(4)を満足するように含有させることを
特徴とするものである。 (AQ)A+(Ti)A=((AR)wXWAl”(A
Q)pXFAl)”((Ti)wxυTi+(Tilp
XFTi)=0.01〜0.06%・・・(2)[Nb
]A= (Nb)w X VNb+(Nb)p X F
Nb= 0.005〜0.035%・・・(3) (V)A= (V)wXWv+(V)pXFv =0.
10〜0.50% ・(4)但し、 (x IA :溶接金属中のX成分の重量%(x)w:
ワイヤ中のX成分の重量% (X)F:フラックス中のX成分の重量%すx:ワイヤ
からのX成分の歩留係数 Fx:フラックスからのX成分の歩留係数また、本発明
は、更に、次式(5)で示されるPcが2.2〜3.5
であることを特徴とするものである。 但し、〔Cr)A=〔Cr)IIXWcr(Mo)A=
[Mo)w X WM□(C)A= (C)すXWc また、本発明は、更に、ソリッドワイヤ及び焼結型フラ
ックスの少なくとも一方にCoを次式(6)を満足する
ように含有させることを特徴とするものである。 (Co) =(Co)t+XWc、+〔Co〕F×Fc
o=0.02〜0.60%・・(6) 以下に本発明を更に詳細に説明する。 前述の如く、本発明の目的は、Nb及びVの1種又は2
種を含有する高強度2.25〜3%Cr−1%Mo鋼の
溶接に適用して、良好な靭性及びクリープ特性を有する
溶接金属を得ようとするものであり、特に前記式(2)
〜(6)は、これを達成するために必要な各成分量(〔
X)A)をソリッドワイヤ及び/又は焼結型フラックス
から供給するものとし、これらが溶接金属へ歩留る率を
次式(A)に基づいて定めたものである。 (x)A=(x)wxWx+(x)pXFx
−・(A)但し、 (x)ty:ワイヤ中のX成分の重量%(x)p:フラ
ックス中のX成分の重量%vx:ワイヤからのX成分の
歩留係数 Fx:フラックスからのX成分の歩留係数なお、各成分
の歩留係数Wx及びFxは各成分と酸素との親和力の差
異やフラックスの組成(例えば、スラブ形成剤、アーク
安定剤、ガス発生剤の種類や配合率等)、溶接条件等の
影響を受けるので一律に決めることはできないが、実用
範囲では第1表に示すとおりである。 第1表 また、必要な各成分のうち、C,SilMn、Ni、C
r及びMOについては、主にコスト面での優劣より専ら
ソリッドワイヤから添加するのが良いが、AQ、Ti、
Nb及びVについては、溶接金属での含有量が同一であ
ればその効果は同じであり、ソリッドワイヤ及び焼結型
フラックスのいずれから添加しても良いものとした。 (作用) 次に本発明における各構成要素の作用について述べる。 ■まず、ソリッドワイヤにおける化学成分の限定理由を
説明する。 C:0.06〜0.13% Cは溶接金属の焼入れ性を高め、常温強度及び高温強度
並びに靭性を確保するために必要な元素であり、そのた
めには0.06%以上が必要である。しかし、0.13
%を超えると室温強度が高くなり過ぎ、靭性を低下する
と共に、耐割れ性を劣化する。したがって、ワイヤ中の
C量は0.06〜0.13%の範囲とする。 Si50830% SLは脱酸作用があり、また溶接金属のなじみを改善す
る元素であるが、0.30%を超えると溶接金属の靭性
を劣化するので、ワイヤ中のSi量は0.30%以下と
する。 Mn:0.20〜1.20% Mnは脱酸作用があると共に溶接金属の靭性を改善する
効果があり、そのためには0.20%以上が必要である
。しかし、1.20%を超えるとクリープ強度を低下す
る。したがって、ワイヤ中のMn量は0.20〜1.2
0%の範囲とする。 Cr:2.00〜3.50%、Mo:0.90〜1.3
0五 Cr及びMoは2.25〜3%Cr−1%MO鋼の基本
構成元素であるので、本発明でも、ワイヤ中に所定量の
Cr及びMoを必要とし、それぞれの量は、Cr:2.
00〜3.50%及びMo二O,90〜1.20%の範
囲とした。なお、Crが2.00%未満9Moが0.9
0%未満においても同様に本発明の効果は認められるが
、通常これらの鋼種は高温では使用されないため、また
、Crが3.50%超のものについてはコストの面から
適用されないため、本発明ではそれらの範囲は除外する
こととした。 Ni量0.20% Niは靭性を改善する効果があるが、0.20%を超え
ると、常温強度が高くなり過ぎて溶接金属の耐割れ性が
劣化する。またクリープ強度アップに対しての効果が薄
い。したがって、ワイヤ中のNi量は0.20%以下と
する。 ○≦0.015% Qは溶接金属の靭性の良否に大きく影響し、溶接金属中
の○量は使用するワイヤとフラックスの組合せの種類に
より左右される。本発明では、ワイヤ中の0量を0.0
15%以下とし、このようなソリッドワイヤと特定の組
成を有する焼結型フラックスとを採用することにより、
溶接金属においてO≦0.030%が可能となり、良好
な靭性を有する溶接金属を得ることができる。 Pc 金 :2.2〜3.5更に、本発
明では、溶接金属において以下に示す炭化物生成元素と
炭素の比(パラメータ:Pc)を特定の数値にコントロ
ールすることにより、溶接金属の必要以上の常温強度の
増加を抑えて、靭性を確保した上で、クリープ強度が向
上することが可能であることを見い出した。 すなわち、そのためには、Pcを2.2〜3.5の範囲
にコントロールすることが必要である。 Pcが2.2未満ではクリープ強度が低過ぎ、逆に3.
5を超えると常温強度が高くなり過ぎて靭性が劣化する
。なお、Pcは次式の如く定義される比である。 (Mo)A= (Mo)wX WM。 (C)A= (C)ρC’dc したがって、本発明では、必要に応じて、Pcが2.2
〜3.5の範囲となるように、ワイヤ中の前記C,Cr
、Mo量の範囲内で且つ成分歩留係数を考慮して、ワイ
ヤ中のそれらの含有量を規制するのが好ましい。 ■次に、ワイヤ及び/又はフラックス中の特定成分の限
定理由を説明する。 Nb 金 :0.005〜0.035%N
bは少量の添加により、溶接金属の強度(常温強度、高
温強度、クリープ強度)を高める効果があり、そのため
には、溶接金属中に0.005%以上が必要である。し
かし、0.035%を超えると常温強度が高くなり過ぎ
て、靭性を著しく劣化する。したがって、Nbは、溶接
金属中のNb量が0.005〜0.35%の範囲となる
ように、ワイヤ及びフラックスからの成分歩留係数を考
慮して、ワイヤ及びフラックスの少なくとも一方に含有
させる。 ■ 金属中:0.10−0.50% VもNbと同様に、溶接金属の強度(常温強度、高温強
度、クリープ強度)を高める効果があり、そのためには
、溶接金属中に0.10%以上が必要である。しかし、
0.50%を超えると、常温強度が高くなり過ぎて、靭
性を著しく劣化する。 したがって、■は、溶接金属中のV量が0.10〜O,
SO%の範囲となるように、ワイヤ及びフラックスから
の成分歩留係数を考慮して、ワイヤ及びフラックスの少
なくとも一方に含有させる。 Al び/ 又ハT i 金 )=0.01〜
0.0旦笠 AQ及びTiはいずれも脱酸作用があり、また結晶粒を
微細化して靭性を改善する効果があり、そのためには、
溶接金属中のA11l、Tiの1種又は2種が0.01
%以上必要である。しかし、0゜06%を超えると、常
温強度が高くなり過ぎて、却って靭性を劣化する。した
がって、AQとTiは、溶接金属中のAQ及びTiの1
種又は2種の量が0.10〜0.06%の範囲となるよ
うに、ワイヤ及びフラックスからの成分歩留係数を考慮
して、ワイヤ及びフラックスの少なくとも一方に含有さ
せる。 CO金 :0.02〜0.60 Coを含有させると、溶接金属の常温強度、高温強度に
余り影響を与えずにクリープ強度を高める効果がある。 しかし、溶接金属中のCo量が0゜60%を超えると靭
性が劣化してしまう。したがって、本発明では、必要に
応じて、溶接金属中のCo量が0.02〜0.60%の
範囲となるように、ワイヤ及びフラックスの少なくとも
一方にCOを含有させることができる。 ■次に、焼結型フラックスのスラブ生成剤等の限定理由
を説明する。 SiO:7〜20% Sio、はスラグの流動性を高め、溶接ビード形状を改
善する効果があり、そのためには7%以上が必要である
。しかし、20%を超えるとスラブの塩基度が低下し、
溶接金属の靭性、耐割れ性を劣化する。したがって、フ
ラックス中の5in2量は7〜20%の範囲とする。 MOび/又はCaF:35〜65% MgO,CaF2はいずれもスラブの流動性を高め、ビ
ート形状を改善すると共に、スラブの塩基度を高め、溶
接金属の靭性を改善する効果がある。 そのためにはMgO及びCaF2の1種又は2種で35
%以上が必要であるが、65%を超えるとアーク安定性
が劣化すると共にスラグの剥離性が著しく劣化する。し
たがって、フラックス中におけるMgOとCaF、の1
種又は2種の量は35〜65%の範囲とする。 なお、Mgoとしては、MgC0,の分解により生じる
MgO換算値も含むものである。また、CaF、の代わ
りに他の金属フッ化物(EaF2゜Na、AQF6、M
gF、、NaFなど)も同様の効果があることを確認し
ている。 金 酸塩 Co :1〜5%金属炭酸塩
によるCO2は溶接金属の水素量を低減し、耐割れ性を
改善する効果があり、そのためには、金属炭酸塩をCO
2換算で1%以上が必要である6しかし、5%を超える
と溶接金属の機素量が増大し、靭性が劣化すると共に、
ビード表面にポックマークが発生し易くなる。したがっ
て、金属炭酸塩はCO2換算で1〜5%の範囲とする。 なお、CO2の供給源としては、CaC0,、BaC0
,1MgC0,などの金属炭酸塩が挙げられるが、CO
2換算値が同じであれば、いずれも同様の効果を有する
。 塩基 B:2.5〜4.0 本発明においては、使用する焼結型フラックスにおいて
前記成分の数値を限定するばかりではなく、以下の(1
)式で示される塩基度Bを2.5〜4゜0にすることが
必要である。 B = [(%CaF2)+(%CaO)+(%Mg0
)+(ZBaO)+(%SrO)+(%Na2O)+(
%KzO)”(%LizO)+0.5 X ((%Mn
0)+(%FeO)))÷〔(%Sin、 )+0.5
X ((%AI2,0.)+(%”02 )” (%
Zr02)))・・・(1) しかし、Bが2.5未満では溶接金属の酸素量が増大し
、靭性が劣化すると共に耐高温割れ性が劣化する。また
、4.0を超えるとアークが不安定になると共にビード
形状が劣化するので好ましくない。なお、(1)式の計
算においては、 CaCO2、MgC0,、BaC0,
などの金属炭酸塩の分解により生じるCaO,MgO,
BaOなどの酸化物換算値も含まれる。 なお、本発明法において対象とするNb、V含有高強度
Cr−Mo鋼は、Cr:2.00〜3.25%及びMo
:0.90〜1.10%を含有し、更ニNbとVの1種
又は2種を適宜の量で添加した鋼である。勿論、サブマ
ージアーク溶接条件は特に制限されない。 (実施例) 次に本発明の実施例を示す。 実施例1 第2表に示す化学成分を有するワイヤと第3表に示す組
成のフラックスを組合せて、第4表に示す化学成分を有
する母材の2電極サブマージアーク溶接による多層溶接
(積層法:2パス/IWJ)を行った。 なお、開先形状は第1図に示すとおりであり、また溶接
条件は、先行極:550A(AC電源)−31V −6
0cm/n+in、後行極:550A(ACffiit
り −33V −60cm/min、予熱パス間温度=
200〜250℃である。 第6表は、ワイヤとフラックスを第5表に示すように組
合せて溶接した場合の溶接作業性、溶接金属の耐割れ性
及び機械性能について調査した結果を示している。その
時の溶接金属の化学成分を第5表に併記する。なお、機
械性能の評価のための試験は第7表に示す要領にて行っ
た。 第6表において、テストNα1〜Nα5は本発明例であ
り、溶接作業性、溶接金属の耐割れ性及び機械性能のい
ずれも良好な結果を示している。 これに対して、テストNα6〜Nα12は本発明の構成
要件のうちの少なくともいずれかを満足しない比較例で
あり、以下のように考察される。 NQ 6はワイヤ及び溶接金属組成が本発明の要件から
はずれる(Cが低過ぎ、Si、○、Pcが高過ぎる)た
めに、溶接金属の靭性が劣化している。 Nα7はワイヤ及び溶接金属組成が本発明の要件からは
ずれる(Nb、Vが低過ぎ、Mnが高過ぎる)ために、
溶接金属のクリープ破断強度が低い。 Na 8はワイヤ及び溶接金属組成が本発明の要件から
はずれる(C,Ni、AQ+Tiが高過ぎ、 Pcが低
過ぎる)ために、溶接金属の常温強度が高くなり、耐割
れ性及び靭性が劣化すると共に、クリープ破断強度が低
い。 Na 9はワイヤ及び溶接金属組成が本発明の要件から
はずれる(Mn、 A Q + Tiが低過ぎ、Nb、
■。 Co、Pcが高過ぎる)ために、溶接金属の常温強度が
高くなり過ぎて、靭性が劣化している。 Nα10はフラックス組成が本発明の要件からはずれる
(Sin2が低過ぎ、MgO+CaF2.塩基度Bが高
過ぎる)ために、溶接作業性が劣化している。 翫11はフラックス組成が本発明の要件からはずれる(
Co2が高過ぎ、MgO+CaF2、Pcが低過ぎる)
ために、溶接作業性、溶接金属の耐割れ性が劣化すると
共に、溶接金属の酸素量が増大し、靭性が劣化している
。 Na 12はフラックス組成が本発明の要件からはずれ
る(Sin、が高過ぎ、CO2が低過ぎる)ために、溶
接金属の耐割れ性が劣化すると共に、靭性が劣化してい
る。
【以下余白1
未通ヱし礼
Nb、V、Co、AQ、Tiをフラックスより添加した
場合の溶接金属の機械性能について調査した。 第8表及び第9表には使用したワイヤ及びフラックスの
組成を示す。なお、開先形状及び溶接条件並びに機械試
験要領等は実施例1の場合と同じである。 第10表に溶接金属の機械性能を示すが、いずれの本発
明例も、合金元素をワイヤから添加した場合の本発明例
(実施例1)と同等の良好な性能を示している。 【以下余白】 (発明の効果) 以上詳述したように1本発明によれば、Nb、■の1種
又は2種を含有する高強度2.25〜3%Cr−1%M
o INのサブマージアーク溶接において、使用する
ワイヤとフラックスを特定の組成の溶接金属が得られる
ように規制するので、従来技術では得られなかった優れ
た靭性を有し、且つクリープ特性に優れた溶接金属を得
ることができる。 本発明は、今後適用の増大が予想されるいわゆる高強度
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼の溶接施工において極
めて有用なものである。
場合の溶接金属の機械性能について調査した。 第8表及び第9表には使用したワイヤ及びフラックスの
組成を示す。なお、開先形状及び溶接条件並びに機械試
験要領等は実施例1の場合と同じである。 第10表に溶接金属の機械性能を示すが、いずれの本発
明例も、合金元素をワイヤから添加した場合の本発明例
(実施例1)と同等の良好な性能を示している。 【以下余白】 (発明の効果) 以上詳述したように1本発明によれば、Nb、■の1種
又は2種を含有する高強度2.25〜3%Cr−1%M
o INのサブマージアーク溶接において、使用する
ワイヤとフラックスを特定の組成の溶接金属が得られる
ように規制するので、従来技術では得られなかった優れ
た靭性を有し、且つクリープ特性に優れた溶接金属を得
ることができる。 本発明は、今後適用の増大が予想されるいわゆる高強度
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼の溶接施工において極
めて有用なものである。
第1図は実施例で用いた開先形状、寸法(n+m)を示
す説明断面図である。 特許出願人 株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士 中 村 尚
す説明断面図である。 特許出願人 株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士 中 村 尚
Claims (3)
- (1)重量%で(以下、同じ)、Cr:2.00〜3.
25%とMo:0.90〜1.10%を含有し、且つN
b及びVの1種又は2種を含有する高強度2.25〜3
%Cr−1%Mo鋼を、ソリッドワイヤと焼結型フラッ
クスを用いてサブマージアーク溶接するに当り、前記ソ
リッドワイヤはC:0.06〜0.13%、Mn:0.
20〜1.20%、Cr:2.00〜3.50%及びM
o:0.90〜1.20%を必須成分として含有し、且
つSi≦0.30%、Ni≦0.20%、O≦0.01
5%としたものであり、また前記焼結型フラックスはS
iO_2:7〜20%と、MgO及びCaF_2の1種
又は2種:35〜65%と、金属炭酸塩(CO_2換算
):1〜5%を必須成分として含有し、且つ次式(1)
で示される塩基度Bが2.5〜4.0であると共に、 B=〔(%CaF_2)+(%CaO)+(%MgO)
+(%BaO)+(%SrO)+(%Na_2O)+(
%K_2O)+(%Li_2O)+0.5×{(%Mn
O)+(%FeO)}〕÷〔(%SiO_2)+0.5
×{(%Al_2O_3)+(%TiO_2)+(%Z
rO_2)}〕・・・(1) 前記ソリッドワイヤ及び焼結型フラックスの少なくとも
一方には、Al及びTiの1種又は2種とNb及びVを
下記式(2)〜(4)を満足するように含有させること
を特徴とする高強度Cr−Mo鋼のサブマージアーク溶
接方法。 記 〔Al〕_A+〔Ti〕_A={〔Al〕w×W_A_
l+〔Al〕_F×F_A_l}+{〔Ti〕w×W_
T_i+〔Ti〕_F×F_T_i}=0.01〜0.
06%・・・(2)〔Nb〕_A=〔Nb〕w×W_N
_b+〔Nb〕_F×F_N_b=0.005〜0.0
35%・・・(3) 〔V〕_A=〔V)w×Wv+〔V〕_F×Fv=0.
10〜0.50%・・・(4)但し、 〔x〕_A:溶接金属中のx成分の重量% 〔x〕w:ワイヤ中のx成分の重量% 〔x〕_F:フラックス中のx成分の重量%Wx:ワイ
ヤからのx成分の歩留係数 Fx:フラックスからのx成分の歩留係数 - (2)請求項1に記載のサブマージアーク溶接方法にお
いて、次式(5)で示されるPcが2.2〜3.5であ
ることを特徴とする方法。 pc=(6×〔Cr〕_A+6×〔Mo〕_A+13×
〔Nb〕_A+24〔V〕_A)/(100×〔C〕)
・・・(5)但し、〔Cr〕_A=〔Cr〕w×W_C
_r〔Mo〕_A=〔Mo〕w×W_M_o 〔C〕_A=〔C〕w×Wc - (3)請求項1又は2に記載のサブマージアーク溶接方
法において、ソリッドワイヤ及び焼結型フラックスの少
なくとも一方にCoを次式(6)を満足するように含有
させることを特徴とする方法。 〔Co〕_A=〔Co〕w×Wc_o+〔Co〕_F×
Fc_o=0.02〜0.60%・・・(6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14665388A JPH0284293A (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 高強度Cr−Mo鋼のサブマージアーク溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14665388A JPH0284293A (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 高強度Cr−Mo鋼のサブマージアーク溶接方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0284293A true JPH0284293A (ja) | 1990-03-26 |
JPH0479752B2 JPH0479752B2 (ja) | 1992-12-16 |
Family
ID=15412591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14665388A Granted JPH0284293A (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 高強度Cr−Mo鋼のサブマージアーク溶接方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0284293A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57128741A (en) * | 1981-02-03 | 1982-08-10 | Mitsubishi Electric Corp | Insulating material for casting |
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