JPH055599B2 - - Google Patents
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- JPH055599B2 JPH055599B2 JP1041173A JP4117389A JPH055599B2 JP H055599 B2 JPH055599 B2 JP H055599B2 JP 1041173 A JP1041173 A JP 1041173A JP 4117389 A JP4117389 A JP 4117389A JP H055599 B2 JPH055599 B2 JP H055599B2
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- weld metal
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
本発明は、被覆アーク溶接棒に係り、高強度
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼を対象として、高温強
度特性と靭性が優れた溶接部を与えるための被覆
アーク溶接棒に関するものである。 (従来の技術及び解決しようとする課題) 従来より、2.25〜3%Cr−1%Mo鋼は、高温
特性が優れているため、ボイラーや化学反応圧力
容器などの材料として適用されている。 しかし、石炭液化プラントのように、より高温
高圧の水素雰囲気で使用される圧力容器に適用し
ようとすると、このような2.25〜3%Cr−1%
Mo鋼では不十分である。このような要求に対し
て、VやNbなどを含有させて強度を高めると共
に、水素侵食に対する特性をも改善した高強度
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼が開発されている。 一方、この鋼種に対する溶接材料も既に幾つか
提案されている。たとえば、特開昭62−137196号
や特開昭62−161496号などではCr−Mo系低合金
鋼用被覆アーク溶接棒が提案されている。 しかし、このような溶接材料では、単にVや
Nbの添加によるクリープラプチヤー強度等の高
温強度特性の改善は、同時に室温強度の必要以上
の上昇を招き、水素脆化感受性が上昇するという
問題があつた。 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであつて、2.25〜3%Cr−1%
Mo系の高強度低合金鋼の溶接に際しても、必要
以上に室温強度を上げずに、良好なクリープラプ
チヤー強度等の高温強度特性を有する溶接金属が
得られる被覆アーク溶接棒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、本発明者は、室温強
度を高くすることなく、高温強度特性を高めるこ
とができる被覆アーク溶接棒について種々研究を
重ねた。 その結果、溶接棒全体に対する各成分含有量を
規制するだけでなく、特にC、Mn、Niの含有量
を関連させて規制し、しかも心線と被覆剤に含有
させる場合の溶着金属への歩留を考慮して成分調
整することにより、可能であることを見い出し、
ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明に係るCr−Mo系低合金鋼用
被覆アーク溶接棒は、次式(1)に基づく元素の含有
量として、C≦0.12%、Mn≦1.0%、Si≦0.4%、
Cr:1.9〜3.5%、Mo:0.85〜1.5%、Ni≦0.2%、
N≦0.017%、V:0.16〜0.40%及びNb:0.002〜
0.045%を含有し、必要に応じて更にB:0.0005
〜0.0060%を含有し、かつ、次式(2)で表わされる
Pが1.00〜1.70の範囲を満足するように心線及
び/又は被覆剤中の成分を調整したことを特徴と
する高強度2.25〜3%Cr−1%Mo低合金鋼用被
覆アーク溶接棒。 M={Bw×〔M(%)〕w}+ {Af/1−Af×Bf×〔M(%)〕f} …(1) ここで、 M:Cr、Mo等々の元素の含有量(%) Bw:心線中に含有された元素の溶着金属へ
の歩留係数 Bf:被覆剤中に含有された元素の溶着金属
への歩留係数 〔M(%)〕w:心線含有元素の心線全質量に
対する含有量(%) 〔M(%)〕f:被覆剤含有元素の被覆剤全質
量に対する含有量(%) Af:溶接棒全質量に対する塗布被覆剤の重
量比(%)(但し、Afは23 〜32%) P=10×C+Mn+Ni(%) …(2) (作用) 以下に本発明を更に詳細に説明する。 まず、添加元素を心線及び/又は被覆剤に含有
させる場合、それぞれの溶着金属への歩留係数を
考慮するが、その場合、上記式(1)を利用する。こ
の式において、MはCr、Mo等々の含有元素の含
有量(%)を表わすが、〔M(%)〕w及び〔M
(%)〕fは、それぞれ心線及び被覆剤(フラツク
ス)中への元素配合量によつて定められる。また
Afは溶接棒全重量に対する被覆剤の重量比率を
表わすものであり、被覆率によつて規定される
が、本発明の目的に用いられる被覆アーク溶接棒
では、0.23〜0.32の範囲から選択される。 次に、Bw及びBfは、それぞれ心線及びフラツ
クスに含有された元素の溶接金属への歩留係数で
あるが、これは各元素と酸素等の親和力の差など
によつて異なり、また同じ元素でも被覆剤の成分
(例えば、スラグ形成剤、アーク安定剤、ガス発
生剤等の一般的配合成分の内容)等によつて影響
を受けるが、実用的な範囲は第1表に示すとおり
である。
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼を対象として、高温強
度特性と靭性が優れた溶接部を与えるための被覆
アーク溶接棒に関するものである。 (従来の技術及び解決しようとする課題) 従来より、2.25〜3%Cr−1%Mo鋼は、高温
特性が優れているため、ボイラーや化学反応圧力
容器などの材料として適用されている。 しかし、石炭液化プラントのように、より高温
高圧の水素雰囲気で使用される圧力容器に適用し
ようとすると、このような2.25〜3%Cr−1%
Mo鋼では不十分である。このような要求に対し
て、VやNbなどを含有させて強度を高めると共
に、水素侵食に対する特性をも改善した高強度
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼が開発されている。 一方、この鋼種に対する溶接材料も既に幾つか
提案されている。たとえば、特開昭62−137196号
や特開昭62−161496号などではCr−Mo系低合金
鋼用被覆アーク溶接棒が提案されている。 しかし、このような溶接材料では、単にVや
Nbの添加によるクリープラプチヤー強度等の高
温強度特性の改善は、同時に室温強度の必要以上
の上昇を招き、水素脆化感受性が上昇するという
問題があつた。 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであつて、2.25〜3%Cr−1%
Mo系の高強度低合金鋼の溶接に際しても、必要
以上に室温強度を上げずに、良好なクリープラプ
チヤー強度等の高温強度特性を有する溶接金属が
得られる被覆アーク溶接棒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、本発明者は、室温強
度を高くすることなく、高温強度特性を高めるこ
とができる被覆アーク溶接棒について種々研究を
重ねた。 その結果、溶接棒全体に対する各成分含有量を
規制するだけでなく、特にC、Mn、Niの含有量
を関連させて規制し、しかも心線と被覆剤に含有
させる場合の溶着金属への歩留を考慮して成分調
整することにより、可能であることを見い出し、
ここに本発明をなしたものである。 すなわち、本発明に係るCr−Mo系低合金鋼用
被覆アーク溶接棒は、次式(1)に基づく元素の含有
量として、C≦0.12%、Mn≦1.0%、Si≦0.4%、
Cr:1.9〜3.5%、Mo:0.85〜1.5%、Ni≦0.2%、
N≦0.017%、V:0.16〜0.40%及びNb:0.002〜
0.045%を含有し、必要に応じて更にB:0.0005
〜0.0060%を含有し、かつ、次式(2)で表わされる
Pが1.00〜1.70の範囲を満足するように心線及
び/又は被覆剤中の成分を調整したことを特徴と
する高強度2.25〜3%Cr−1%Mo低合金鋼用被
覆アーク溶接棒。 M={Bw×〔M(%)〕w}+ {Af/1−Af×Bf×〔M(%)〕f} …(1) ここで、 M:Cr、Mo等々の元素の含有量(%) Bw:心線中に含有された元素の溶着金属へ
の歩留係数 Bf:被覆剤中に含有された元素の溶着金属
への歩留係数 〔M(%)〕w:心線含有元素の心線全質量に
対する含有量(%) 〔M(%)〕f:被覆剤含有元素の被覆剤全質
量に対する含有量(%) Af:溶接棒全質量に対する塗布被覆剤の重
量比(%)(但し、Afは23 〜32%) P=10×C+Mn+Ni(%) …(2) (作用) 以下に本発明を更に詳細に説明する。 まず、添加元素を心線及び/又は被覆剤に含有
させる場合、それぞれの溶着金属への歩留係数を
考慮するが、その場合、上記式(1)を利用する。こ
の式において、MはCr、Mo等々の含有元素の含
有量(%)を表わすが、〔M(%)〕w及び〔M
(%)〕fは、それぞれ心線及び被覆剤(フラツク
ス)中への元素配合量によつて定められる。また
Afは溶接棒全重量に対する被覆剤の重量比率を
表わすものであり、被覆率によつて規定される
が、本発明の目的に用いられる被覆アーク溶接棒
では、0.23〜0.32の範囲から選択される。 次に、Bw及びBfは、それぞれ心線及びフラツ
クスに含有された元素の溶接金属への歩留係数で
あるが、これは各元素と酸素等の親和力の差など
によつて異なり、また同じ元素でも被覆剤の成分
(例えば、スラグ形成剤、アーク安定剤、ガス発
生剤等の一般的配合成分の内容)等によつて影響
を受けるが、実用的な範囲は第1表に示すとおり
である。
【表】
【表】
このような条件下において、最終的に溶接棒の
心線及び/又は被覆剤に含有させる場合の各添加
元素の数値限定理由は以下のとおりである。 C:0.2%以下 Cは溶接金属の焼入性を高め、室温強度及び高
温強度を高めるのに重要な元素であるが、0.12%
よりも多すぎると高温に加熱された場合、粗大な
炭化物の析出を促進し、クリープ特性の低下する
ので、C量は0.12%以下に制限する。 Mn:1.0%以下 Mnは溶接金属の焼入性を高め、強度確保の上
で不可欠な元素であるが、1.0%を超えると焼入
硬化性が過大となり、耐割れ性が悪化すると共に
クリープ特性の低下の原因ともなるので、Mn量
は1.0%以下に制限する。 Si:0.4%以下 Siは溶接金属の脱酸のために必須の元素である
が、0.4%を超えると長時間の熱時効により靭性
が低下するので、Si量は0.4%以下に制限する。 Cr:1.9〜3.5% Crは溶接金属の耐酸化性、耐食性及び高温強
度を確保する上で不可欠な元素であり、適用鋼に
応じて1.9〜3.5%の範囲で添加する。 Mo:0.85〜1.5% Moは、Crと同様、高温強度を高めるのに有効
な元素であり、少なくとも0.85%を添加する必要
があるが、1.5%を超えて添加すると溶接部性能
を悪化させるので好ましくない。したがつて、
Mo量は0.85〜1.5%とする。 Ni:0.2%以下 Niは靭性を安定化する上で有効な元素である
が、0.2%を超えて添加すると高温強度特性、特
にクリープ破断強度を低下させるので、0.2%以
下に制限する。 V:0.16〜0.40% Vは耐水素侵食特性を改善するのに極めて有効
な元素であると共にクリープ破断強度特性を得る
ためにも有効であり、特に耐水素侵食特性の改善
のためには少なくとも0.16%を添加する必要があ
る。しかし、0.40%を超えると靭性が低下する。
したがつて、V量は0.16〜0.40%とする。 Nb:0.002〜0.045% Nbは、Vと同様、クリープ破断強度を高める
のに有効な元素であり、期待される効果を得るに
は少なくとも0.002%を添加する必要がある。し
かし、0.045%を超えると靭性が急激に低下する。
したがつて、Nb量は0.002〜0.045%とする。 N:0.017%以下 Nは靭性の良好な溶接金属を得るのに有害であ
るので、靭性を確保するために0.017%以下に抑
える必要がある。 以上の各元素を必須成分とするが、必要に応じ
てBを適量で添加することができる。 B:0.0005〜0.0060% Bは焼入性を高め、組織を微細化し、靭性を高
める働きがある。しかしながら、0.0005%未満で
は効果なく、0.0060%を超えると溶接金属が硬く
なりすぎるので好ましくない。したがつて、B量
は0.0005〜0.0060%とする。 本発明における必須元素等の種類及びその最適
含有量は以上のとおりであるが、これだけでは十
分でなく、重要な点は、第1図に示すように、高
温強度特性で重要なクリープラプチヤー強度を高
め、かつ必要な室温強度を得るためには、次式(2)
から算出されるPを1.00〜1.70に規制することで
ある。 P=10×C+Mn+Ni(%) …(2) すなわち、高いクリープラプチヤー強度を得る
ためには、溶接金属中に微細なVやNbの炭化物
を析出、分散させることが有効であるが、過剰の
Cは炭化物の粗大化を招き、Mn、Niはその粗大
化を促進することが判明した。したがつて、必要
な室温強度を確保し、高いクリープ強度を得るた
めには、上記式(2)に定義されるように、C、Mn
及びNiの各含有量の組合せで求められるPを1.00
〜1.70に調整することが有効であることが判明し
たのである。 つまり、本発明は、単にVやNbの添加による
クリープラプチヤー強度の向上だけではなく、
C、Mn及びNiをバランスをとつて適正量添加す
ることにより、VやNbの添加を必要最低限に抑
え、室温強度を必要以上に高くすることなく、高
いクリープラプチヤー強度を有する溶接金属を得
ることを可能とするものである。 なお、適用鋼種はいわゆる高強度2.25〜3%Cr
−1%Mo低合金鋼であり、これは、周知のよう
に2.25〜3%Cr−1%Mo鋼にV、Nb等々を添加
した鋼種であるが、その組成は特に制限されない
ことは云うまでもない。 次に本発明の実施例を示す。 (実施例) 第2表に示す化学成分を有する心線と、第3表
に示す添加元素含有量を有する組成の被覆剤をそ
れぞれ製造し、これらを第4表に示す組合せとな
るように成分調整した被覆アーク溶接棒を製造し
た。 これらの被覆アーク溶接棒を用い、母材として
目標とする溶着金属成分に合つた鋼板(第6表に
示す高強度2.25〜3%Cr−1%Mo鋼)を用いて
溶接を行い、第4表に併記する化学成分を有する
溶着金属を得た。 溶接試験結果を第5表に示す。 第5表から、本発明例の試験No.1〜No.4は、い
ずれも室温強度を必要以上に高くせずに高温強度
特性及び靭性が得られていることがわかる。しか
し、本発明範囲を満足せず、個々の成分が本発明
範囲外である場合は言うまでもなく、個々の成分
は本発明範囲を満足してもPの値が本発明範囲外
である比較例(試験No.5〜No.16)は、少なくとも
室温強度と高温強度特性或いは靭性のいずれかが
満足せず、十分な性能が得られていない。
心線及び/又は被覆剤に含有させる場合の各添加
元素の数値限定理由は以下のとおりである。 C:0.2%以下 Cは溶接金属の焼入性を高め、室温強度及び高
温強度を高めるのに重要な元素であるが、0.12%
よりも多すぎると高温に加熱された場合、粗大な
炭化物の析出を促進し、クリープ特性の低下する
ので、C量は0.12%以下に制限する。 Mn:1.0%以下 Mnは溶接金属の焼入性を高め、強度確保の上
で不可欠な元素であるが、1.0%を超えると焼入
硬化性が過大となり、耐割れ性が悪化すると共に
クリープ特性の低下の原因ともなるので、Mn量
は1.0%以下に制限する。 Si:0.4%以下 Siは溶接金属の脱酸のために必須の元素である
が、0.4%を超えると長時間の熱時効により靭性
が低下するので、Si量は0.4%以下に制限する。 Cr:1.9〜3.5% Crは溶接金属の耐酸化性、耐食性及び高温強
度を確保する上で不可欠な元素であり、適用鋼に
応じて1.9〜3.5%の範囲で添加する。 Mo:0.85〜1.5% Moは、Crと同様、高温強度を高めるのに有効
な元素であり、少なくとも0.85%を添加する必要
があるが、1.5%を超えて添加すると溶接部性能
を悪化させるので好ましくない。したがつて、
Mo量は0.85〜1.5%とする。 Ni:0.2%以下 Niは靭性を安定化する上で有効な元素である
が、0.2%を超えて添加すると高温強度特性、特
にクリープ破断強度を低下させるので、0.2%以
下に制限する。 V:0.16〜0.40% Vは耐水素侵食特性を改善するのに極めて有効
な元素であると共にクリープ破断強度特性を得る
ためにも有効であり、特に耐水素侵食特性の改善
のためには少なくとも0.16%を添加する必要があ
る。しかし、0.40%を超えると靭性が低下する。
したがつて、V量は0.16〜0.40%とする。 Nb:0.002〜0.045% Nbは、Vと同様、クリープ破断強度を高める
のに有効な元素であり、期待される効果を得るに
は少なくとも0.002%を添加する必要がある。し
かし、0.045%を超えると靭性が急激に低下する。
したがつて、Nb量は0.002〜0.045%とする。 N:0.017%以下 Nは靭性の良好な溶接金属を得るのに有害であ
るので、靭性を確保するために0.017%以下に抑
える必要がある。 以上の各元素を必須成分とするが、必要に応じ
てBを適量で添加することができる。 B:0.0005〜0.0060% Bは焼入性を高め、組織を微細化し、靭性を高
める働きがある。しかしながら、0.0005%未満で
は効果なく、0.0060%を超えると溶接金属が硬く
なりすぎるので好ましくない。したがつて、B量
は0.0005〜0.0060%とする。 本発明における必須元素等の種類及びその最適
含有量は以上のとおりであるが、これだけでは十
分でなく、重要な点は、第1図に示すように、高
温強度特性で重要なクリープラプチヤー強度を高
め、かつ必要な室温強度を得るためには、次式(2)
から算出されるPを1.00〜1.70に規制することで
ある。 P=10×C+Mn+Ni(%) …(2) すなわち、高いクリープラプチヤー強度を得る
ためには、溶接金属中に微細なVやNbの炭化物
を析出、分散させることが有効であるが、過剰の
Cは炭化物の粗大化を招き、Mn、Niはその粗大
化を促進することが判明した。したがつて、必要
な室温強度を確保し、高いクリープ強度を得るた
めには、上記式(2)に定義されるように、C、Mn
及びNiの各含有量の組合せで求められるPを1.00
〜1.70に調整することが有効であることが判明し
たのである。 つまり、本発明は、単にVやNbの添加による
クリープラプチヤー強度の向上だけではなく、
C、Mn及びNiをバランスをとつて適正量添加す
ることにより、VやNbの添加を必要最低限に抑
え、室温強度を必要以上に高くすることなく、高
いクリープラプチヤー強度を有する溶接金属を得
ることを可能とするものである。 なお、適用鋼種はいわゆる高強度2.25〜3%Cr
−1%Mo低合金鋼であり、これは、周知のよう
に2.25〜3%Cr−1%Mo鋼にV、Nb等々を添加
した鋼種であるが、その組成は特に制限されない
ことは云うまでもない。 次に本発明の実施例を示す。 (実施例) 第2表に示す化学成分を有する心線と、第3表
に示す添加元素含有量を有する組成の被覆剤をそ
れぞれ製造し、これらを第4表に示す組合せとな
るように成分調整した被覆アーク溶接棒を製造し
た。 これらの被覆アーク溶接棒を用い、母材として
目標とする溶着金属成分に合つた鋼板(第6表に
示す高強度2.25〜3%Cr−1%Mo鋼)を用いて
溶接を行い、第4表に併記する化学成分を有する
溶着金属を得た。 溶接試験結果を第5表に示す。 第5表から、本発明例の試験No.1〜No.4は、い
ずれも室温強度を必要以上に高くせずに高温強度
特性及び靭性が得られていることがわかる。しか
し、本発明範囲を満足せず、個々の成分が本発明
範囲外である場合は言うまでもなく、個々の成分
は本発明範囲を満足してもPの値が本発明範囲外
である比較例(試験No.5〜No.16)は、少なくとも
室温強度と高温強度特性或いは靭性のいずれかが
満足せず、十分な性能が得られていない。
【表】
【表】
【表】
(注) 残部は一般的なアーク安定剤や造滓
剤等を含む。
剤等を含む。
【表】
【表】
【表】
【表】
(発明の効果)
以上詳述したように、本発明によれば、被覆ア
ーク溶接棒の成分調整に際し、各成分の含有量を
溶着金属への歩留を考慮すると共に特定の成分の
関係も考慮して規制したので、高強度2.25〜3%
Cr−1%Mo鋼を対象としても、適度の所望の室
温強度の確保のもとで高温強度特性と靭性に優れ
た溶接金属を得ることができる。
ーク溶接棒の成分調整に際し、各成分の含有量を
溶着金属への歩留を考慮すると共に特定の成分の
関係も考慮して規制したので、高強度2.25〜3%
Cr−1%Mo鋼を対象としても、適度の所望の室
温強度の確保のもとで高温強度特性と靭性に優れ
た溶接金属を得ることができる。
第1図は(10×C+Mn+Ni)量とクリープラ
プチヤー強度及び室温引張強さの関係を示す図で
ある。
プチヤー強度及び室温引張強さの関係を示す図で
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 重量%で(以下、同じ)、次式(1)に基づく元
素の含有量として、C≦0.12%、Mn≦1.0%、Si
≦0.4%、Cr:1.9〜3.5%、Mo:0.85〜1.5%、Ni
≦0.2%、N≦0.017%、V:0.16〜0.40%及び
Nb:0.002〜0.045%を含有し、かつ、次式(2)で表
わされるPが1.00〜1.70の範囲を満足するように
心線及び/又は被覆剤中の成分を調整したことを
特徴とする高強度2.25〜3%Cr−1%Mo低合金
鋼用被覆アーク溶接棒。 M={Bw×〔M(%)〕w}+ {Af/1−Af×Bf×〔M(%)〕f} …(1) ここで、 M:Cr、Mo等々の元素の含有量(%) Bw:心線中に含有された元素の溶着金属へ
の歩留係数 Bf:被覆剤中に含有された元素の溶着金属
への歩留係数 〔M(%)〕w:心線含有元素の心線全質量に
対する含有量(%) 〔M(%)〕f:被覆剤含有元素の被覆剤全質
量に対する含有量(%) Af:溶接棒全質量に対する塗布被覆剤の重
量比(%)(但し、Afは23 〜32%) P=10×C+Mn+Ni(%) …(2) 2 前記成分のほか、更にB:0.0005〜0.0060%
を含有する請求項1に記載の被覆アーク溶接棒。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1041173A JPH02220797A (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Cr―Mo系低合金鋼用被覆アーク溶接棒 |
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JP1041173A JPH02220797A (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | Cr―Mo系低合金鋼用被覆アーク溶接棒 |
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-
1990
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