JPH06142981A - 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 - Google Patents
高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料Info
- Publication number
- JPH06142981A JPH06142981A JP29747492A JP29747492A JPH06142981A JP H06142981 A JPH06142981 A JP H06142981A JP 29747492 A JP29747492 A JP 29747492A JP 29747492 A JP29747492 A JP 29747492A JP H06142981 A JPH06142981 A JP H06142981A
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- JP
- Japan
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- welding material
- welding
- heat resisting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は高い靱性を有する高強度耐熱鋼の溶
接材料に関するものであり、高温におけるクリープ特
性、靱性、耐割れ性に優れた溶接金属を与える溶接用材
料に係わるものである。 【構成】 重量比で、C:0.03〜0.12%、S
i:0.3%以下、Mn:0.3〜1.5%、V:0.
03〜0.40%、Nb:0.01〜0.15%、N:
0.01〜0.08%、Cr:8〜13%、Ni:0.
05〜1.2%、Mo:0.3〜1.6%、W:0.5
〜3.5%、Co:1.0〜5.0%、Cu:0.5〜
4.0%の範囲に規定される化学成分を必須成分として
含有し、さらにMo、W、Co、Cu添加量の間に(M
o+W)/(Co+Cu)≦1.2なる関係が成立し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴と
する高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
接材料に関するものであり、高温におけるクリープ特
性、靱性、耐割れ性に優れた溶接金属を与える溶接用材
料に係わるものである。 【構成】 重量比で、C:0.03〜0.12%、S
i:0.3%以下、Mn:0.3〜1.5%、V:0.
03〜0.40%、Nb:0.01〜0.15%、N:
0.01〜0.08%、Cr:8〜13%、Ni:0.
05〜1.2%、Mo:0.3〜1.6%、W:0.5
〜3.5%、Co:1.0〜5.0%、Cu:0.5〜
4.0%の範囲に規定される化学成分を必須成分として
含有し、さらにMo、W、Co、Cu添加量の間に(M
o+W)/(Co+Cu)≦1.2なる関係が成立し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴と
する高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高い靱性を有する高強度
耐熱鋼の溶接材料に関するものであり、さらに詳しくは
高温におけるクリープ特性、靱性、耐割れ性に優れた溶
接金属を与える溶接用材料に係わるものである。
耐熱鋼の溶接材料に関するものであり、さらに詳しくは
高温におけるクリープ特性、靱性、耐割れ性に優れた溶
接金属を与える溶接用材料に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】高温高能率型のエネルギープラント用鋼
材として、クリープ強度が極めて優れ、かつオーステナ
イト系ステンレス鋼に見られるような応力腐食割れの心
配が少ないフェライト系耐熱鋼が強く要望され、使用さ
れ始めている。この種の用途を目的として開発されてい
る、例えば特開昭60−257991号公報に開示され
ている9Cr−Mo系鋼用溶接ワイヤの如く、溶接ワイ
ヤ中のC、Si、Mn、Cr、Mo、Ni添加量を限定
し、さらにNb、Vの1種または2種を添加して(Nb
+V)で0.3%以下とする溶接ワイヤが提案されてい
る。
材として、クリープ強度が極めて優れ、かつオーステナ
イト系ステンレス鋼に見られるような応力腐食割れの心
配が少ないフェライト系耐熱鋼が強く要望され、使用さ
れ始めている。この種の用途を目的として開発されてい
る、例えば特開昭60−257991号公報に開示され
ている9Cr−Mo系鋼用溶接ワイヤの如く、溶接ワイ
ヤ中のC、Si、Mn、Cr、Mo、Ni添加量を限定
し、さらにNb、Vの1種または2種を添加して(Nb
+V)で0.3%以下とする溶接ワイヤが提案されてい
る。
【0003】また、特開平2−280993号公報では
8〜12Cr系溶接材料の如く、C、Si、Mn、C
r、Ni、Mo、W、V、Nb、Al、N、C添加量を
限定し、Creq:13以下とする溶接材料が提案され
ている。
8〜12Cr系溶接材料の如く、C、Si、Mn、C
r、Ni、Mo、W、V、Nb、Al、N、C添加量を
限定し、Creq:13以下とする溶接材料が提案され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来技術
では大幅にクリープ強度を向上しようとするものではな
く、マルテンサイト相中にδフェライトが析出し、靱性
面を著しく低下させるという欠点を有する。δフェライ
トは基地中マルテンサイトより著しく軟らかい相であ
り、このような軟らかい第二相が硬い基地中に分散する
場合、全体の衝撃特性は著しく低下する。
では大幅にクリープ強度を向上しようとするものではな
く、マルテンサイト相中にδフェライトが析出し、靱性
面を著しく低下させるという欠点を有する。δフェライ
トは基地中マルテンサイトより著しく軟らかい相であ
り、このような軟らかい第二相が硬い基地中に分散する
場合、全体の衝撃特性は著しく低下する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、重量比で、C:0.03〜0.12% Si:
0.3%以下 Mn:0.3〜1.5% Cr:8〜1
3% Ni:0.05〜1.2% Mo:0.3〜1.
6% W:0.5〜3.5% Co:1.0〜5.0%
Cu:0.5〜4.0% Nb:0.01〜0.15
% V:0.03〜0.40% N:0.01〜0.0
8%の範囲に規定される化学成分を必須成分として含有
し、さらにMo、W、Co、Cu添加量の間に、(Mo
+W)/(Co+Cu)≦1.2なる関係が成立し、残
部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料にある。
ろは、重量比で、C:0.03〜0.12% Si:
0.3%以下 Mn:0.3〜1.5% Cr:8〜1
3% Ni:0.05〜1.2% Mo:0.3〜1.
6% W:0.5〜3.5% Co:1.0〜5.0%
Cu:0.5〜4.0% Nb:0.01〜0.15
% V:0.03〜0.40% N:0.01〜0.0
8%の範囲に規定される化学成分を必須成分として含有
し、さらにMo、W、Co、Cu添加量の間に、(Mo
+W)/(Co+Cu)≦1.2なる関係が成立し、残
部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料にある。
【0006】
【作用】本発明の最大の特徴は、溶接ワイヤ中にCoを
添加し、かつMo、W、Co、Cu量との関係で限定共
存させたところにあり、溶接して得られる溶接金属のδ
フェライトの生成を抑制し、クリープ破断強度と靱性を
格段に高めたところにある。
添加し、かつMo、W、Co、Cu量との関係で限定共
存させたところにあり、溶接して得られる溶接金属のδ
フェライトの生成を抑制し、クリープ破断強度と靱性を
格段に高めたところにある。
【0007】以下に本発明の各成分の限定理由について
述べる。 C:0.03〜0.12% Cは焼入れ性と強度確保のため0.03%以上必要であ
るが、耐割れ性の観点から上限を0.12%とした。 Si:0.3%以下 Siは脱酸材として添加するものであるが、また耐酸化
性を向上させる元素でもある。しかし0.3%を超える
と靱性の低下を招くので上限を0.3%と定めた。
述べる。 C:0.03〜0.12% Cは焼入れ性と強度確保のため0.03%以上必要であ
るが、耐割れ性の観点から上限を0.12%とした。 Si:0.3%以下 Siは脱酸材として添加するものであるが、また耐酸化
性を向上させる元素でもある。しかし0.3%を超える
と靱性の低下を招くので上限を0.3%と定めた。
【0008】Mn:0.3〜1.5% Mnは酸脱のためのみでなく、強度保持上も必要な成分
である。上限を1.5%としたのはこれを超すと靱性の
点から好ましくないからであり、下限は脱酸に必要な量
として0.3%と定めた。 V:0.03〜0.40% Vは炭窒化物として析出させて強度を確保する上で最低
0.03%が必要であるが、他方0.40%を超えると
かえって強度低下を生じるので上限を0.40%とし
た。
である。上限を1.5%としたのはこれを超すと靱性の
点から好ましくないからであり、下限は脱酸に必要な量
として0.3%と定めた。 V:0.03〜0.40% Vは炭窒化物として析出させて強度を確保する上で最低
0.03%が必要であるが、他方0.40%を超えると
かえって強度低下を生じるので上限を0.40%とし
た。
【0009】Nb:0.01〜0.15% NbはVと同様炭窒化物として析出して強度を確保する
ほか、結晶粒を微細化して靱性を与える元素としても重
要であるため最低0.01%が必要であるが、0.15
%を超えるとその効果は飽和してしまうだけでなく溶接
性の低下も招くので上限を0.15%とした。
ほか、結晶粒を微細化して靱性を与える元素としても重
要であるため最低0.01%が必要であるが、0.15
%を超えるとその効果は飽和してしまうだけでなく溶接
性の低下も招くので上限を0.15%とした。
【0010】N:0.01〜0.08% Nは基地中に固溶しても、また窒化物として析出しても
著しいクリープ抵抗の向上に寄与するため最低0.01
%を必要とする。0.08%を超えると窒化物が多量に
析出して、逆に靱性が劣化することなどの問題が生じる
ので上限を0.08%と定めた。
著しいクリープ抵抗の向上に寄与するため最低0.01
%を必要とする。0.08%を超えると窒化物が多量に
析出して、逆に靱性が劣化することなどの問題が生じる
ので上限を0.08%と定めた。
【0011】Cr:8〜13% Crは耐酸化性と焼入れ性を確保する上で最も重要な元
素であるため最低8%が必要であるが、13%を超すと
耐割れ性を損なうと同時にδフェライトを析出させ、靱
性の劣化が著しくなるので上限は13%とした。 Ni:0.05〜1.2% NiはCrとの共存状態で耐酸化性の向上、靱性の向上
に有効であり、高温で長時間使用される本発明溶接材料
のような用途に対しては必須の元素であるが、0.05
%未満ではその効果は得られない。他方1.2%を超す
と高温クリープ特性を劣化させるので上限を1.2%と
した。
素であるため最低8%が必要であるが、13%を超すと
耐割れ性を損なうと同時にδフェライトを析出させ、靱
性の劣化が著しくなるので上限は13%とした。 Ni:0.05〜1.2% NiはCrとの共存状態で耐酸化性の向上、靱性の向上
に有効であり、高温で長時間使用される本発明溶接材料
のような用途に対しては必須の元素であるが、0.05
%未満ではその効果は得られない。他方1.2%を超す
と高温クリープ特性を劣化させるので上限を1.2%と
した。
【0012】Mo:0.3〜1.6% Moは種々の合金元素のうち、クリープ強さに少量でも
効果の著しい元素で、固溶体強化により高温強度を顕著
に高めるので、使用温度、圧力を上昇させる目的で添加
するが、多量に添加された場合、溶接性を損ない、かつ
δフェライトを析出させるため靱性の低下を招く。した
がって添加範囲として上限を1.6%とした。一方Wと
の共存において、高温強度、特に高温長時間側でのクリ
ープ破断強度の向上に効果のあるのは0.3%以上であ
るので下限を0.3%とした。
効果の著しい元素で、固溶体強化により高温強度を顕著
に高めるので、使用温度、圧力を上昇させる目的で添加
するが、多量に添加された場合、溶接性を損ない、かつ
δフェライトを析出させるため靱性の低下を招く。した
がって添加範囲として上限を1.6%とした。一方Wと
の共存において、高温強度、特に高温長時間側でのクリ
ープ破断強度の向上に効果のあるのは0.3%以上であ
るので下限を0.3%とした。
【0013】W:0.5〜3.5% Wはフェライト系溶接金属のクリープ強度に寄与する固
溶体強化元素として最も優れた元素である。特に、高温
長時間側でのクリープ破断強度向上の効果は極めて大き
い。しかしながら0.5%未満ではMoとの共存におい
て効果は発揮できないので下限を0.5%と定めた。し
かし過剰の添加により、δフェライトを析出させ、溶接
金属の靱性が低下し、溶接作業性も劣化するので上限を
3.5%とした。
溶体強化元素として最も優れた元素である。特に、高温
長時間側でのクリープ破断強度向上の効果は極めて大き
い。しかしながら0.5%未満ではMoとの共存におい
て効果は発揮できないので下限を0.5%と定めた。し
かし過剰の添加により、δフェライトを析出させ、溶接
金属の靱性が低下し、溶接作業性も劣化するので上限を
3.5%とした。
【0014】Co:1.0〜5.0% CoはMo、W添加によって生じるδフェライトの析出
という問題点を相殺する重要な元素であり、最低1.0
%以上を必要とする。しかし過剰に添加するとAc1点
を下げるため、高温焼戻しが不可能となり、組織の安定
化処理ができなくなるという欠点を有するので上限を
5.0%と定めた。
という問題点を相殺する重要な元素であり、最低1.0
%以上を必要とする。しかし過剰に添加するとAc1点
を下げるため、高温焼戻しが不可能となり、組織の安定
化処理ができなくなるという欠点を有するので上限を
5.0%と定めた。
【0015】Cu:0.5〜4.0% CuはCoと同様にMo、Wによって生じるδフェライ
トの析出という問題点を相殺する元素であり、最低0.
5%以上を必要とする。しかし過剰に添加すると、高温
焼戻しが不可能となり、組織の安定化処理ができなくな
るので上限を4.0%とした。
トの析出という問題点を相殺する元素であり、最低0.
5%以上を必要とする。しかし過剰に添加すると、高温
焼戻しが不可能となり、組織の安定化処理ができなくな
るので上限を4.0%とした。
【0016】このようにCuはCoと同様にMo、Wと
は相反する効果を与える元素であり、本合金系での適切
な添加バランスは(Mo+W)/(Co+Cu)≦1.
2という範囲である。
は相反する効果を与える元素であり、本合金系での適切
な添加バランスは(Mo+W)/(Co+Cu)≦1.
2という範囲である。
【0017】
【実施例】厚さ20mmのASTM規格A387 Gr
22、9Cr−1Mo鋼、9Cr−1Mo−Nb−V−
W鋼、9Cr−0.5Mo−Nb−V−W鋼、12Cr
−0.5Mo−Nb−V−W鋼に、図1に示すような開
先(厚さT=20mm、開先角度θ=20°、ルートギ
ャップL=12mm)を形成し、表1に示す成分組成の
ワイヤ径1.6mmφの溶接ワイヤを用い、表3に示す
溶接条件でTIG溶接を実施した。
22、9Cr−1Mo鋼、9Cr−1Mo−Nb−V−
W鋼、9Cr−0.5Mo−Nb−V−W鋼、12Cr
−0.5Mo−Nb−V−W鋼に、図1に示すような開
先(厚さT=20mm、開先角度θ=20°、ルートギ
ャップL=12mm)を形成し、表1に示す成分組成の
ワイヤ径1.6mmφの溶接ワイヤを用い、表3に示す
溶接条件でTIG溶接を実施した。
【0018】得られた溶接金属を740℃−4時間の後
熱処理をした後、600℃、20kgf/mm2 の応力
でのクリープ破断試験および試験温度0℃での2mmV
ノッチ衝撃試験を行った。表2(表1のつづき)に上記
試験結果および溶接性の調査結果を示す。ワイヤAT−
1〜AT−9はいずれも本発明の要件を全て満たしてお
り、溶接金属組織はδフェライトの析出はなくマルテン
サイト単相組織であり、後熱処理後の靱性およびクリー
プ破断特性が良好で、かつ溶接性の優れた溶接金属を得
ることができた。
熱処理をした後、600℃、20kgf/mm2 の応力
でのクリープ破断試験および試験温度0℃での2mmV
ノッチ衝撃試験を行った。表2(表1のつづき)に上記
試験結果および溶接性の調査結果を示す。ワイヤAT−
1〜AT−9はいずれも本発明の要件を全て満たしてお
り、溶接金属組織はδフェライトの析出はなくマルテン
サイト単相組織であり、後熱処理後の靱性およびクリー
プ破断特性が良好で、かつ溶接性の優れた溶接金属を得
ることができた。
【0019】ワイヤAT−10〜AT−16は比較例を
示す。ワイヤAT−10は通常の耐熱鋼用として使用さ
れている2・1/4%Cr−1%Mo系ワイヤの例であり、
ワイヤAT−11はさらに耐高温腐食性を向上させた熱
交換器用ワイヤであるが、いずれも本発明ワイヤに比
べ、著しくクリープ破断強度が低い。AT−12は9C
r−1Mo−Nb−V−W系のワイヤの例であるが、C
量が本発明ワイヤに比べて著しく高いので溶接時に割れ
が発生し、耐割れ性および衝撃値が低下している。AT
−13はN量がその上限を超えるものであって、溶接金
属にブロホールが発生するとともに靱性に乏しかった。
AT−14はC、Nが低くCo、Cuの添加がないため
δフェライトが生じて靱性が低下している。AT−15
は9Cr−0.5Mo−Nb−V−W系でMo、W、C
oを含有するが、(Mo+W)/(Co+Cu)が本発
明の条件を外れており、クリープ破断強度が低く、δフェ
ライトが生じて靱性が低い。AT−16は12Cr−
0.5Mo−Nb−V−W系でAT−14と同様にM
o、W、Co、Cuを含有するが(Mo+W)/(Co
+Cu)が本発明の条件を外れており、クリープ破断強
度が低く、δフェライトが生じて靱性が低下している。
示す。ワイヤAT−10は通常の耐熱鋼用として使用さ
れている2・1/4%Cr−1%Mo系ワイヤの例であり、
ワイヤAT−11はさらに耐高温腐食性を向上させた熱
交換器用ワイヤであるが、いずれも本発明ワイヤに比
べ、著しくクリープ破断強度が低い。AT−12は9C
r−1Mo−Nb−V−W系のワイヤの例であるが、C
量が本発明ワイヤに比べて著しく高いので溶接時に割れ
が発生し、耐割れ性および衝撃値が低下している。AT
−13はN量がその上限を超えるものであって、溶接金
属にブロホールが発生するとともに靱性に乏しかった。
AT−14はC、Nが低くCo、Cuの添加がないため
δフェライトが生じて靱性が低下している。AT−15
は9Cr−0.5Mo−Nb−V−W系でMo、W、C
oを含有するが、(Mo+W)/(Co+Cu)が本発
明の条件を外れており、クリープ破断強度が低く、δフェ
ライトが生じて靱性が低い。AT−16は12Cr−
0.5Mo−Nb−V−W系でAT−14と同様にM
o、W、Co、Cuを含有するが(Mo+W)/(Co
+Cu)が本発明の条件を外れており、クリープ破断強
度が低く、δフェライトが生じて靱性が低下している。
【0020】本発明は、TIG溶接において適性の高い
ものであり、他にMIG溶接においても適用可能であ
る。
ものであり、他にMIG溶接においても適用可能であ
る。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】本発明溶接材料は従来の9〜12%Cr
鋼用溶接ワイヤと比較して、高温でのクリープ強度を著
しく高めたものであり、靱性および溶接性などの特性に
も優れている。表2に示したように溶接ワイヤ組成が本
発明の要件を満たすものは、本発明の要件を満たさない
もの(比較例)と比べて高温クリープ特性だけでなく、
靱性および溶接性に優れていることは明らかである。各
種発電ボイラ、化学圧力容器などに使用される9〜12
%Cr系鋼を溶接する場合に本発明に係わる溶接材料を
使用することにより、溶接継手の信頼性を大幅に向上す
ることができる。
鋼用溶接ワイヤと比較して、高温でのクリープ強度を著
しく高めたものであり、靱性および溶接性などの特性に
も優れている。表2に示したように溶接ワイヤ組成が本
発明の要件を満たすものは、本発明の要件を満たさない
もの(比較例)と比べて高温クリープ特性だけでなく、
靱性および溶接性に優れていることは明らかである。各
種発電ボイラ、化学圧力容器などに使用される9〜12
%Cr系鋼を溶接する場合に本発明に係わる溶接材料を
使用することにより、溶接継手の信頼性を大幅に向上す
ることができる。
【図1】実施例に用いた溶接部の開先形状を示す断面図
である。
である。
1 被溶接材 2 裏当材
Claims (1)
- 【請求項1】 重量比で、 C:0.03〜0.12%、 Si:0.3%以下、 Mn:0.3〜1.5%、 V:0.03〜0.40%、 Nb:0.01〜0.15%、 N:0.01〜0.08%、 Cr:8〜13%、 Ni:0.05〜1.2%、 Mo:0.3〜1.6%、 W:0.5〜3.5%、 Co:1.0〜5.0%、 Cu:0.5〜4.0% の範囲に規定される化学成分を必須成分として含有し、
さらにMo、W、Co、Cu添加量の間に、(Mo+
W)/(Co+Cu)≦1.2なる関係が成立し、残部
がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする
高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29747492A JPH06142981A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29747492A JPH06142981A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06142981A true JPH06142981A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=17846970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29747492A Withdrawn JPH06142981A (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06142981A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5560788A (en) * | 1994-06-13 | 1996-10-01 | The Japan Steel Works, Ltd. | Heat resisting steels |
EP0930127A1 (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-21 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Welding materials for high-Cr steels |
CN110512143A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-11-29 | 王平 | 一种抗震耐火高强韧不锈结构钢及其制备方法 |
-
1992
- 1992-11-06 JP JP29747492A patent/JPH06142981A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5560788A (en) * | 1994-06-13 | 1996-10-01 | The Japan Steel Works, Ltd. | Heat resisting steels |
EP0930127A1 (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-21 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Welding materials for high-Cr steels |
US6290904B1 (en) | 1998-01-20 | 2001-09-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Welding materials for high-Cr steels |
CN110512143A (zh) * | 2019-09-09 | 2019-11-29 | 王平 | 一种抗震耐火高强韧不锈结构钢及其制备方法 |
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