JPH0561036B2

JPH0561036B2 -

Info

Publication number: JPH0561036B2
Application number: JP62083478A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Yamamoto; Yoshio Ootani; Takeshi Fujikawa
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-01-02
Filing date: 1987-04-04
Publication date: 1993-09-03
Also published as: JPS6411092A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は9Cr−1Mo鋼の溶接に使用する溶接
用ワイヤに関するものである。

［従来の技術］ 9Cr−1Mo鋼は高温強度及び耐食性に優れたも
のであるから、化学工業、火力発電あるいは原子
力発電等いおいて高温で使用される圧力容器やそ
の周辺配管などの材料として、従来から広く使用
されている。

これらの構造物においては、最近設備の大型化
や運転条件の高温高圧化が急速に進んできてお
り、それに伴つて溶接材料に対する要求性能も一
段と厳しさを増し、高温強度、耐食性はもちろん
のこと、長時間時効後の高靭性や良好な溶接性と
いつた性能も要求されている。

［発明が解決しようとする問題点］従来の9Cr−1Mo鋼溶接材料は、溶接後、710
〜750℃で焼鈍を施した後の強度と靭性により性
能を評価していた。

これは構造物の製作完了時の状態に相応させた
ものであるが、最近機器の実運転温度である500
〜650℃に長時間保持すると、時効により時間の
経過とともに靭性が著しく低下し、脆性を示して
行くこと（時効脆化）が確認されるに及び、靭性
の低下を招かず、優れた耐時効脆化性を示す改良
技術の開発が切望されている。

また、従来技術では、溶接金属が凝固していく
時に割れを生じる。いわゆる「高温割れ」を発生
しやすいことが指摘されていた。

本出願人は上記事情に着目して、耐時効脆化性
及び耐高温割れ性の優れた9Cr−1Mo鋼溶接用ワ
イヤを特開昭61−88997号としてすでに提案済み
である。

しかしながら本発明者が更に検出を進めたとこ
ろ、前記提案によつて耐時効脆化性及び耐高温割
れ性は大幅に改善されたものの、9Cr−1Mo鋼溶
接材料の具備すべき基本的要件である高温強度特
にクリープラプチヤー強度については大きな改善
効果は認められず、むしろ耐高温割れ性が優れて
いるものほどクリープラプチヤー強度が低いとい
う傾向がみられた。

更に溶接作業性についても必ずしも十分とはい
えない。すなわち、スラグが除去しにくく、ビー
ド外観が必ずしも良好とはいえなかつた。

［問題点を解決する為の手段］本発明は上記事情に着目してなされたものであ
つて、耐時効脆化性及び耐高温割れ性に優れてい
ると共に、高温クリープラプチヤー強度に優れか
つ溶接作業性が良好な9Cr−1Mo鋼溶接用ワイヤ
を提供するものであつて、その構成は、Ｃ：0.02
〜0.18（重量％：以下同じ）、Si：0.03〜0.70％、
Mn：0.90〜2.50％、Cr：8.0〜11.0％、Mo：0.80
〜0.95％、Ni：1.5％以下、Nb：0.01〜0.15％、
Ｖ：0.01〜0.50％及びＮ：0.004〜0.060％を含有
すると共にTi：0.010以下、Ｏ：0.024％以下、
La、Ce、Mgの総含有量を0.010％以下に抑制し、
さらに（Mo＋Ni）≦2.10％の関係を満たし、残
部がFe及び不可避的不純物からなるところに要
旨を有するものである。

［作用］本発明者は、上記従来技術の持つ問題点解決の
為に種々研究を重ねた結果、耐高温割れ性とクリ
ープラプチヤー強度という相反する傾向を示す二
つの特性を同時に大幅に改善する為には、溶接性
に対してはむしろ悪影響を及ぼすと考えられてい
たＮを積極添加することが必須であること、及
び、優れた溶接作業性を得る為にはワイヤに含ま
れている不純物のうち、Ti、Ｏ、La、Ce、Mg
を特定の値以下に抑制することが必須であるとの
知見を得て本発明を完成したものである。

以下本発明に係る溶接用ワイヤの化学成分とそ
の限定理由について説明する。

Ｃは、脱酸と適当な強度を得る為に不可避の元
素であり、0.02％未満では溶着金属の強度が乏し
くなる。しかし多過ぎるとワイヤ製作時の加工性
が悪くなるので0.18％以下に抑えなければならな
い。

Siは、脱酸の目的で含有される元素であり、
0.03％未満では十分な脱酸効果が発揮されない。
しかし多過ぎると溶着金属の靭性を劣化させるの
で0.70％以下にする必要がある。

Mnは、脱酸、強度確保、靭性改善、高温割れ
防止等の諸機能を有しており、0.90％未満では靭
性が低下するばかりでなく、高温割れも発生し易
くなる。しかし過剰に添加すると硬質化し靭性が
低下するので2.50％以下に抑えなければならな
い。

Crは耐食性と高温強度を確保する為の基本成
分であつて、8.0〜11.0％必要である。

Moは溶着金属の高温強度ならびに高温クリー
プ強度を高めるうえで必須の元素であり、少なく
とも0.80％含有させなければならない。しかし多
過ぎるとかえつて高温割れを起こし易くなるの
で、0.95％以下にする必要がある。

Niは、Ｃ、Mn等と同様靭性を改善する作用が
ある。

しかし過剰に添加すると硬化が進みすぎて靭性
が低下するので、1.5％以下に抑えなければなら
ない。さらに、NiはMoとの相乗作用で高温割れ
を助長する働きがあり、高温割れを確実に阻止す
る為には（Mo＋Ni）が2.10％以下となる様に
MoとNiをコントロールすべきである。

Nb、Ｖは微細かる安定な析出物を形成し、時
効による靭性劣化を防止する作用があり、これら
の作用を有効に発揮させる為にはこれら２種の元
素それぞれを0.01％以上含有させなければならな
い。

しかしNb量が0.15％を、Ｖ量が0.50％を夫々超
えるとかえつて靭性が阻害される。

Ｎは本発明に係わる溶接用ワイヤにおいて最重
要の化学成分であり、これまで述べてきた溶接用
ワイヤ成分系において、Ｎを0.004％以上添加す
ることによつて、優れた耐高温割れ性をそこなう
ことなくクリープラプチヤー強度を向上させるこ
とができる。

Ｎがクリープラプチヤー強度を高めるのは、溶
接後の焼鈍によつて、主としてCrとの窒化物を
形成し、微細な析出物として析出することによ
り、クリープラプチヤー強度を高めるものと思わ
れる。

Ｎには以上のような効果があるが、0.060％を
超えると溶接金属に十分に固溶できなくなり、ブ
ローホールなどの溶接欠陥が発生する。

本発明においては、優れた溶接作業性を得るた
め、更に以下の通り特定の不純物についてその上
限を定めるものである。

本発明においては、これら特定不純物の抑制も
重要な要件である。

溶接作業性改善のためには、特定の元素の積極
添加が一般的であるが、本発明者はむしろ不純物
を抑制することによつて解決できること、更に抑
制すべき不純物はTi、Ｏ、La、Ce、Mgである
ことを知見し、溶接作業性を大幅に改善しえたも
のである。

Tiは溶接時に発生するスラグを除去し難くし、
溶接作業性を悪化せしめることが判明したので、
本発明ワイヤにおいては0.010％以下に抑制する。

Ｏは多すぎるとTIG溶接においてビード外観を
劣化させる傾向にあることが判明したので、本発
明ワイヤにおいては0.024％以下に抑制する。

La、Ce、Mgは溶接中に容易にスラグを生成す
るとともにビード外観を劣化せしめることが判明
したので、これらの元素の総含有量を0.01％以下
に抑制する。

La、Ce、Mgなどな高Cr鋼を溶製する際に用
いられる脱酸剤あるいは併用するスクラツプ鋼な
どから混入するが、従来はこれらについて特に規
制はされていなかつた。

［実施例］実施例１第１表に示す化学成分を有する2.4mmφのTIG
溶接用ワイヤを作製し、各ワイヤ用いて第３表に
示す溶接条件でTIG溶接を行ない、第２表の結果
を得た。尚、高温割れ率を評価するために行なつ
たFisco割れ試験法は第４表に示す通りであり、
また機械試験は750℃×1Hrの溶接後焼鈍を施し
た後の溶着金属について行なつた。

この実験結果より次の様に考察することができ
る。

No.１〜４は本発明の規定要件を満たす実施例で
あり、溶接作業性及び溶着金属性能共に良好な結
果が得られている。これに対しNo.５〜15は何れか
の規定要件を欠く比較例であり、下記如く何らか
の問題が発生している。

No.５はNb、Ｖが何れも0.01％未満であるため、
時効処理後の衝撃値の劣化が著しく、かつLa、
Ce及びMgの総含有量が上限を超えているので、
溶接作業性が悪い。

No.６は、Tiが上限を超えているため溶接作業
性が良くない。またＮが低くすぎてクリープラプ
チヤー強度が十分でない。

No.７はＣが下限を下回つているため強度が不足
しており、しかもNb、Ｖが各々0.01％未満であ
るため、時効処理後の衝撃値の劣化が著しい。

No.８はMn、Siが共に上限を超えているため、
As、SRの衝撃値が低く、またＮが上限を超えて
いるため、ブローホールが発生している。

No.９はＣが上限を超えているため、溶着金属の
硬化が進み過ぎて、高温割れ発生率が高くなつて
いる。

No.10はMoが上限を超え、しかも（Mo＋Ni）
値も上限を超えているため、高温割れ発生率が高
い。

No.11はMnが下限を下回つているためAs・SR
の衝撃値が低く、高温割れ発生率が高くなつてい
る。

No.12はNiが上限を上回つているため、溶着金
属の硬化が著しく増し、衝撃値が低下している。
また、Moが下限を下回つているため高温強度が
低く、さらに（Mo＋Ni）値が上限を上回つてい
るため、高温割れ発生率が高い。

No.13はSiが下限を下回つているため、脱酸が不
十分で溶接作業性が悪い。

No.14はNbが上限を超えているため、溶着金属
の硬化が進み、As、SRの衝撃値が低く、またＮ
が低くすぎるのでクリープラプチヤー強度も低
い。

No.15はＶが上限を超えているので、溶着金属の
硬化が進み、As、SRでの衝撃値が低下している
ばかりでなくＮが低くすぎるので、クリープラプ
チヤー強度も低い。

No.16はＯが上限を超えているので、溶接時にス
ラグが発生し、ビード外観を劣化し溶接作業性は
悪い。

No.17〜18は本発明の規定要件を満たす実施例で
あり溶接作業性、及び溶着金属性能共に、良好な
結果が得られている。

実施例２第５表の化学成分を有する1.2mmφのMIG溶接
ワイヤを製作し、第６表に示す条件でMIG溶接
実験を行なつた。

結果は第７表に示す通りであり、No.３はNb、
Ｖの量が0.01％未満である為時効処理後の衝撃値
の低下が著しく、またNo.４はMo量及び（Mo＋
Ni）量が上限を超えている為耐高温割れ性も劣
悪であり、またＮが上限を超えているのでブロー
ホールが発生した。これらに対しNo.１及び２は本
発明の規定要件を充足する実施例であり、何れも
性能上の問題は認められない。

実施例３第８表に示す化学成分を有する4.0mmφ潜弧溶
接用ワイヤを製作し、第９表に示す成分組成の散
布フラツクスを用い、第10表に示す条件で潜弧溶
接を行なつた。

結果は第11表に示した通りであり、No.３はNb、
Ｖの量が不足する為時効処理後の衝撃値の劣化が
著しく、またNo.４はSiの量が上限を超えているた
め衝撃値の劣化が著しく、且つMo及び（Mo＋
Ni）量が上限を超えている為溶着金属の耐割れ
性が劣悪である。これらに対しNo.１及び２は本発
明の規定要件を満たす実施例であり、溶接作業性
及び溶着金属性能共に極めて良好である。

［発明の効果］本発明は以上の様に構成されるが、前述の如く
ワイヤの化学成分を特定することにより、優れた
溶接作業性のもとで卓越した溶接金属性能、殊に
耐時効脆化性、クリープラプチヤー強度及び耐高
温割れ性を与える9Cr−1Mo鋼溶接用ワイヤを提
供し得ることになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図及び第４図は実験で採用した開
先形状を示す説明図、第２図Ａ，ＢはFisco割れ
試験法を実施する際の開先形状を示す説明図であ
る。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ：0.02〜0.18（重量％：以下同じ）、Si：
0.03〜0.70％、Mn：0.90〜2.50％、Cr：8.0〜11.0
％、Mo：0.80〜0.95％、Ni：1.5％以下、Nb：
0.01〜0.15％、Ｖ：0.01〜0.50％及びＮ：0.004〜
0.060％を含有すると共にTi：0.010％以下、Ｏ：
0.024％以下、La、Ce、Mgの総含有量を0.010％
以下に抑制し、さらに（Mo＋Ni）≦2.10％の関
係を満たし、残部がFe及び不可避的不純物から
なることを特徴とする9Cr−1Mo鋼溶接用ワイ
ヤ。