JPH05287464A - 予熱処理、後熱処理省略型1.25Cr−0.5Mo鋼鋼管およびその溶接方法 - Google Patents

予熱処理、後熱処理省略型1.25Cr−0.5Mo鋼鋼管およびその溶接方法

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JPH05287464A
JPH05287464A JP4113179A JP11317992A JPH05287464A JP H05287464 A JPH05287464 A JP H05287464A JP 4113179 A JP4113179 A JP 4113179A JP 11317992 A JP11317992 A JP 11317992A JP H05287464 A JPH05287464 A JP H05287464A
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steel
welding
steel tube
treatment
thickness
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Toshihiro Takamura
登志博 高村
Yukio Nishino
征規男 西野
Kozo Teraoka
幸三 寺岡
Motoaki Oyama
元昭 尾山
Koji Akiyama
孝次 秋山
Takeo Arima
武郎 有馬
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JFE Engineering Corp
Toshiba Engineering and Construction Co Ltd
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Toshiba Engineering and Construction Co Ltd
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接割れおよび溶接部応力腐食割れを防止す
るための予熱,後熱処理を省略できる、発電プラントに
おいて使用されるSTPA23のような蒸気配管用鋼管
を提供する。 【構成】 C:0.03〜0.10wt%, Si:0.50〜1.00wt%,
Mn:0.30〜0.60wt%, P≦0.007 wt%, S≦0.020 wt
%, Cr:1.00〜1.50wt%, Mo:0.45〜0.65wt%, Al:0.
002 〜 0.010wt%, N:0.002 〜 0.010wt%で残部はFe
および不可避不純物からなるCr−Mo鋼鋼管で、管厚は1
3mm以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は予熱後熱処理省略型Cr−Mo鋼鋼管
およびその溶接方法に係り、発電プラント等において使
用されるSTPA23の如き蒸気配管などの鋼管および
その現地溶接に関するものである。
【0002】
【従来の技術】STPA23等の1.25Cr−0.5Mo鋼鋼
管は溶接時の硬化性が極めて高く、従来においてはその
硬度を下げ、又溶接時の溶接低温割れ防止および使用中
の応力腐食割れを防止する目的から予熱処理および後熱
処理をなすことが必要とされている。即ち、溶接割れの
発生を防止するには予熱が必要であり、一方溶接ままで
は前記鋼管の場合、室温でそのシャルピ衝撃試験におけ
る吸収エネルギーが2〜7kg−mであり、これを550
〜700℃に後熱処理することにより10〜15kg−m
程度に改善することが不可欠である。
【0003】その改善努力もなされ、例えば1985年
発行の溶接学会論文集第3巻第2号の371頁には、
C, Ci, Ni, CrおよびMoを特定範囲内に含有した鋼板を
被覆アーク溶接するに当って100℃以下に予熱するこ
とおよび多層SAW溶接するに当り225℃以上に予熱
し且つパス間温度も225℃以上とし、後熱処理は不要
とすることが記載されている。同様の記述が特開昭61
−56309号公報にも開示されている。
【0004】又HIPS、応力焼なまし基準とその解説
においては、SCMV3、STPA23、STBA23
の規格成分の鋼を150〜300℃に予熱し、パス間温
度を150〜300℃として後熱を不要とする旨が記載
されている。また、特開昭61−56309号公報にも
同様の技術が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】1.25Cr−0.5Mo鋼
は、溶接時に熱影響部が非常に硬化するため溶接低温割
れを惹起し易く、これを防止するためには200〜35
0℃の予熱処理を行い、溶接時の熱影響部の硬化を低減
し、また割れの発生原因となる拡散性水素量の低減を図
ることが必要である。又多くの場合、溶接熱影響部の軟
化を図り、かつ残留水素の除去低減を図り、靱性を回復
させると同時に応力腐食割れの防止を図る目的で620
〜700℃の後熱処理が必要である。これらの処理を行
うことは頗る煩雑であると共に工費、工期上においても
不利が多いし、品質管理上においても好ましいものでな
いことは明らかである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
従来のものにおける技術的課題を解消することについて
検討を重ね、1.25Cr−0.5Mo鋼に関し、C、Mn、P、
S量などを特定範囲とし、又素材管厚を特定範囲とし、
更には溶接法を特定することによって予熱および後熱の
両熱処理を共に省略することに成功したものであって、
以下の如くである。
【0007】(1) C:0.03〜0.10wt%、Si:0.
50〜1.00wt%、 Mn:0.30〜0.60wt%、P≦0.020wt%、S≦0.0
07wt%、 Cr:1.00〜1.50wt%、Mo:0.45〜0.65wt%、 Al:0.002〜0.010wt%、N:0.002〜0.010
wt% を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、管
厚が13mm以下である、TIG溶接時における予熱処
理、後熱処理省略型1.25Cr−0.5Mo鋼鋼管。
【0008】(2) C:0.03〜0.10wt%、Si:0.
50〜1.00wt%、 Mn:0.30〜0.60wt%、P≦0.020wt%、S≦0.0
07wt%、 Cr:1.00〜1.50wt%、Mo:0.45〜0.65wt%、 Al:0.002〜0.010wt%、N:0.002〜0.010
wt% を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼に
より造管された肉厚13mm以下の鋼管を準備し、該鋼管
相互または該鋼管と上記成分組成より成る鋼管継手とを
予熱および後熱の何れの熱処理をも実施せずにTIG溶
接することを特徴とする予熱処理、後熱処理省略型1.2
5Cr−0.5Mo鋼鋼管の溶接方法。
【0009】
【作用】上記したような本発明における素材成分範囲限
定理由についてwt%(以下単に%という)により説明す
ると以下の如くである。 C:0.03〜0.10%。 Cは、溶接部の硬化ひいては低温割れの発生に最も影響
する元素であり、その上限を0.10%として割れの防止
および硬度の低下を共に得しめ、又下限を0.03%とし
て素材の強度を確保する。
【0010】Si:0.50〜1.0%。 脱酸剤として0.50%以上を必要とし、又上限を1.00
%として強靱性を得しめる。
【0011】Mn:0.30〜0.60%。 常温強度を確保するため0.30〜0.60%とする。
【0012】P:0.020%以下。 不純物元素であるPを0.020%以下におさえ、衝撃特
性を向上させる。
【0013】S:0.007%以下。 後熱処理することなく溶接ままで高い靱性の溶接継手を
得るためには0.007%以下とすることが枢要である。
【0014】Cr:1.00〜1.50%。 耐食性を確保すると共に高温強度を適切に得るためには
1.00〜1.50%とすることが必要である。
【0015】上記したような成分組成を有する本発明の
鋼管はその管厚を13mm以下とすることが必要である。
即ち溶接の際に鋼材の管厚が大となるに従い、溶接時の
冷却速度が速くなり、溶接部硬度が高くなる。Hv250
以下のような所定硬度を得るためには管厚を13mm以下
とすることが必要である。
【0016】又溶接割れは溶接時に発生する拘束応力に
よりひきおこされ、この拘束力は継手の管厚に比例す
る。従って過大な拘束応力を継手部に発生させないため
には管厚を13mm以下に制限することが必要である。
【0017】更に本発明では溶接方法としてTIG溶接
を採用し、溶着金属への水素の混入を防止する。
【0018】本発明によるものは上記のように素材成分
のうち、C量を低下させると共にPおよびS量を大幅に
低減し、しかも管厚を13mm以下となすと共に溶接法と
してはTIG溶接法を採用することにより予熱、後熱を
必要としないで適切な溶接を得しめ、現場溶接などを有
利に実施することができる。
【0019】
【実施例】上記したような本発明について具体的な技術
的関係を説明すると、溶接部の最高硬度と、C量との関
係は図1に示す如くで、次の表1に示した化学成分を有
する250A×12.7mmの各鋼管A〜Dを、溶接材料と
して0.02C−0.48Si−1.10Mn−1.03Cr−0.5Mo
の成分の溶接棒を用いArガスでシールドし、120±1
0A−13±5Vの電流電圧条件でTIG溶接多層盛り
した結果が示されている。
【0020】
【表1】
【0021】即ちC量が0.10%以下となることにより
Hv250以下の最高硬さが適切に得られることは明かで
ある。
【0022】また溶接部の最高硬さと管厚の関係につい
ては別に図2に示す如くであり、250A×9.5、12.
7、15.9で前記表1のBによる鋼成分の鋼管を前記し
たところと同じ溶接材料、シールドガス、電流電圧条件
下で、TIG溶接多層盛りしたものであって、管厚13
mm以下、特に12mm以下においてその硬さは250Hv以
下を確保し得る。
【0023】更に溶接割れと溶接方法の関係はy拘束割
れ試験結果が図3において示されている。即ち次の表2
に示すようなNo.1〜5の試験材をTIGおよびSMAW
溶接したものであって、以下の如く要約される。 SMAW法では0.14C材の25mm厚の試験片では
割れ発生を防止するには、140℃の予熱が必要であ
る。 SMAW法で0.14C材の12mm厚の試験片ではそ
れは60℃となり、拘束力の低下の効果が出ている。ま
た、0.14C材は50℃となる。 SMAW法で0.08C材の12mm厚の試験片では予
熱なしでも割れは発生しない。 一方、TIG法では、0.14C材、0.08C材の1
2mm試験片では、いずれも割れは発生しない。 これは、割れをひきおこす、水素量が格段に少ない効果
である。
【0024】
【表2】
【0025】即ちTIG溶接法で、0.10%以下の炭素
量材、厚さ12mm以下の組み合わせによって溶接割れに
対し充分に安全な溶接部体となし得るものである。
【0026】次の表3の1,2に示したような成分と機
械的性質を有する鋼によって250A×9.5tの鋼管を
製造し、該鋼管について衝撃試験を実施した結果が図4
に示されている。即ち本発明によるものは充分な強度と
靱性を有していることが確認される。
【0027】
【表3】
【0028】又継手性能については図5に示すような6
0°のV形開先において、TIG全姿勢溶接、3〜5層
の溶接をなし、予熱および後熱なしで次の表4による溶
接条件でTGS−1CML(2.4φ)の溶接材料で次の
表4による溶接条件によって溶接した。
【0029】
【表4】
【0030】得られた継手についての引張試験結果は次
の表5に示す如くである。
【0031】
【表5】
【0032】更に継手部の衝撃試験結果はVノッチ7.5
T ×10W の試験片について図6に示すような〜の
各位置について次の表6の如くである。
【0033】
【表6】
【0034】得られた継手部衝撃試験結果は図7として
要約して示す如くであって、HAZおよび溶接金属の何
れにおいても好ましい特性を有していることが知られ
た。
【0035】更に継手部の上面(開先側)、即ち表層上
面より2mmの位置と、厚さ中央(1/2t)、および下
面(表層下面より2mmの位置)についてビッカース硬さ
試験(試験荷重10kgf )を行い、測定ピッチは母材
部、溶接部が1.0mmで、熱影響部を0.5mmとして得られ
た測定結果は図8に示す如くであり、上面においてはHv
200を超える部分が若干あるとしても全般的に略好ま
しい硬度分布が得られている。
【0036】
【発明の効果】以上説明したような本発明によるとき
は、予熱および後熱を共に省略し、またパス間温度を規
定するようなこともなしに溶接割れを適切に防止し、か
つ溶接部の硬度を250Hv以下として得られ、更に使用
時の応力腐食割れなどを発生しないと共に継手靱性など
も従来材において予熱、後熱を実施したものの性能より
遙かに優れたものを得ることができるなどの効果を共に
有しており、工業的にその効果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶接部の最高硬度とC量との関係を示した図表
である。
【図2】溶接部最高硬さと管厚との関係を示した図表で
ある。
【図3】溶接割れと溶接方法の関係についてy拘束割れ
試験結果を示した図表である。
【図4】本発明による鋼管の強度、靱性試験結果を示し
た図表である。
【図5】継手形成のための開先説明図である。
【図6】本発明による溶接継手部の試験位置説明図であ
る。
【図7】本発明による溶接継手部の衝撃試験結果を示し
た図表である。
【図8】本発明による溶接継手部の硬さ試験結果を要約
して示した図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺岡 幸三 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 尾山 元昭 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 秋山 孝次 東京都港区西新橋3丁目7番1号 東芝プ ラント建設株式会社内 (72)発明者 有馬 武郎 東京都港区西新橋3丁目7番1号 東芝プ ラント建設株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.03〜0.10wt%、Si:0.50〜
    1.00wt%、 Mn:0.30〜0.60wt%、P≦0.020wt%、S≦0.0
    07wt%、 Cr:1.00〜1.50wt%、Mo:0.45〜0.65wt%、 Al:0.002〜0.010wt%、N:0.002〜0.010
    wt% を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、管
    厚が13mm以下である、TIG溶接時における予熱処
    理、後熱処理省略型1.25Cr−0.5Mo鋼鋼管。
  2. 【請求項2】 C:0.03〜0.10wt%、Si:0.50〜
    1.00wt%、 Mn:0.30〜0.60wt%、P≦0.020wt%、S≦0.0
    07wt%、 Cr:1.00〜1.50wt%、Mo:0.45〜0.65wt%、 Al:0.002〜0.010wt%、N:0.002〜0.010
    wt% を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼に
    より造管された肉厚13mm以下の鋼管を準備し、該鋼管
    相互または該鋼管と上記成分組成より成る鋼管継手とを
    予熱および後熱の何れの熱処理をも実施せずにTIG溶
    接することを特徴とする予熱処理、後熱処理省略型1.2
    5Cr−0.5Mo鋼鋼管の溶接方法。
JP4113179A 1992-04-07 1992-04-07 予熱処理、後熱処理省略型1.25Cr−0.5Mo鋼鋼管およびその溶接方法 Pending JPH05287464A (ja)

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US07/984,865 US5435858A (en) 1992-04-07 1992-12-01 Method for TIG welding 1.25 Cr-0.5Mo steel pipe for which preheating and postheating treatments can be effectively omitted

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US07/984,865 US5435858A (en) 1992-04-07 1992-12-01 Method for TIG welding 1.25 Cr-0.5Mo steel pipe for which preheating and postheating treatments can be effectively omitted

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