JPH07100688A - 高強度Cr−Mo鋼用TIG溶接ワイヤ - Google Patents

高強度Cr−Mo鋼用TIG溶接ワイヤ

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JPH07100688A
JPH07100688A JP26795793A JP26795793A JPH07100688A JP H07100688 A JPH07100688 A JP H07100688A JP 26795793 A JP26795793 A JP 26795793A JP 26795793 A JP26795793 A JP 26795793A JP H07100688 A JPH07100688 A JP H07100688A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SR後の室温及び高温強度、靭性、クリープ
強度、耐焼戻し脆化特性、耐高温割れ性及び耐低温割れ
性等が良好な溶接金属が得られる高強度Cr−Mo鋼用T
IG溶接ワイヤを提供する。 【構成】 必須成分としてCr:2.00〜3.25%、
Mo:0.90〜1.20%及びV:0.18〜0.35%
を含み、必要に応じてNb、Ti、B及びCaのうちの1
種以上を含有する高強度2.25〜3%Cr−1%Mo鋼
の溶接にArやAr+He等の不活性ガスからなるシール
ドガスと共に用いるTIG溶接用ワイヤであって、C:
0.07〜0.15%、Si:0.05〜0.40%、Mn:
0.20〜0.80%、P:0.010%以下、S:0.0
10%以下、Cr:2.00〜3.25%、Mo:0.90
〜1.20%、V:0.10〜0.50%、Nb:0.01
0〜0.050%を含有し、残部がFe及び不可避的不純
物であることを特徴とする高強度Cr−Mo鋼用TIG溶
接ワイヤである。更に、下記(1)式で与えられる 【化1】 が11.0以下であることを特徴としている。 【化2】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度Cr−Mo鋼の溶
接に係り、より詳細には、Cr、Mo及びVを必須成分と
して含み、必要に応じてNb、Ti、B及びCaのうちの
1種以上を含有する高強度2.25〜3%Cr−1%Mo
鋼の溶接において、SR後の室温及び高温強度、靭性、
クリープ強度、耐焼戻し脆化特性(高温環境での使用中
脆化の少ないこと)、耐高温割れ性(凝固時の割れが生じ
難いこと)及び耐低温割れ性(水素による遅れ破壊が生じ
難いこと)等が良好な溶接金属が得られる高強度Cr−M
o鋼用TIG溶接ワイヤに関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、いわゆる2.25〜3%Cr−1%Mo鋼は高温特性
に優れているため、ボイラーや化学反応容器等の高温高
圧環境下で使用される材料として広く適用されている。
近年、これらの設備の高効率操業を図るため、構造物が
より大型厚肉化され、使用環境もより高温高圧化される
傾向にあり、VやNb等を添加した高強度Cr−Mo鋼が
開発されている。
【0003】このような鋼種に対する溶接材料について
は、主に溶接効率の良いサブマージアーク溶接材料が用
いられているが、TIG溶接ワイヤについても構造物の
初層溶接や配管等の溶接に使用されている。従来の2.
25〜3%Cr−1%Mo鋼に対するTIG溶接ワイヤに
ついては、特開昭62−187596号に提案されてい
るが、そのワイヤに含まれるV量は0.040%以下で
あり、その溶接金属の強度は高強度2.25〜3%Cr−
1%Mo鋼に適用するには十分ではない。
【0004】また、上記鋼種用のMIG溶接ワイヤにつ
いては、特公平3−61558号、特開平2−1823
77号、特開昭63−112094号、特開昭62−1
14795号及び特開昭62−101394号に提案さ
れている。しかし、シールドガスがArやAr+He等の
不活性ガスであるTIG溶接ワイヤとして用いるには不
適切である。
【0005】このように、これまでは、上述の高強度C
r−Mo鋼の溶接に適したTIG溶接ワイヤが見られなか
ったのが現実である。
【0006】本発明は、このような状況を鑑みて、C
r、Mo及びVを必須成分として含み、必要に応じてN
b、Ti、B及びCaのうちの1種以上を含有する、いわ
ゆる高強度2.25〜3%Cr−1%Mo鋼のTIG溶接
において、SR後の室温及び高温強度、靭性、クリープ
強度、耐焼戻し脆化特性、耐高温割れ性及び耐低温割れ
性等が良好な溶接金属が得られる高強度Cr−Mo鋼用T
IG溶接ワイヤを提供することを目的とするものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、ワイヤの成分量
並びに特定の成分の量比を調整することにより、前記課
題を解決することが可能であることを見い出した。
【0008】すなわち、本発明は、必須成分としてC
r:2.00〜3.25%、Mo:0.90〜1.20%及び
V:0.18〜0.35%を含み、必要に応じてNb、T
i、B及びCaのうちの1種以上を含有する高強度2.2
5〜3%Cr−1%Mo鋼の溶接にArやAr+He等の不
活性ガスからなるシールドガスと共に用いるTIG溶接
用ワイヤであって、C:0.07〜0.15%、Si:0.
05〜0.40%、Mn:0.20〜0.80%、P:0.
010%以下、S:0.010%以下、Cr:2.00〜
3.25%、Mo:0.90〜1.20%、V:0.10〜
0.50%、Nb:0.010〜0.050%、を含有し、
残部がFe及び不可避的不純物であることを特徴とする
高強度Cr−Mo鋼用TIG溶接ワイヤを要旨としてい
る。
【0009】また、他の本発明は、上記の高強度Cr−
Mo鋼用TIG溶接ワイヤにおいて、更に、下記(1)式
で与えられる
【化3】 が11.0以下であることを特徴としている。
【0010】
【化4】
【0011】
【作用】本発明に係るワイヤの基本的思想は、まず、V
及びNbを適切量添加することにより、母材と同等な溶
接金属の強度が得られるようにしたものである。また、
従来の高強度Cr−Mo鋼用MIG溶接ワイヤと比較し
て、溶接金属の過度な強度上昇を防ぐためにTiを含ま
ず、耐高温割れ性の点からBを添加しないことを特徴と
している。更に、シールドガスとしてArやAr+He等
の不活性ガスを用いるTIG溶接のため脱酸剤としての
SiやMnの上限を制限することができ、これにより耐焼
戻し脆化特性の良好な溶接金属が得られるようにしたも
のである。
【0012】次に本発明における鋼ワイヤの組成限定理
由について述べる。
【0013】C:0.07〜0.15% Cは溶接金属の室温及び高温強度、クリープ強度及び靭
性を確保するために添加するものであるが、0.07%
未満の場合、焼入れ性が不十分で室温強度が不足し、ま
た、VやNb等の炭化物の析出が不十分になり高温強度
やクリープ強度も不足する。また0.15%を超えると
強度が著しく増加し、靭性や耐低温割れ性が低下する。
したがって、ワイヤ中のC量は0.07〜0.15%とす
る。
【0014】Si:0.05〜0.40% Mn:0.20〜0.80% Si及びMnは、脱酸元素であり、各々0.05%以上及
び0.20%以上が必要である。しかしながら、Si及び
Mnは焼戻し脆化を促進するので、各々0.40%以下及
び0.80%以下に制限する必要がある。したがって、
ワイヤ中のSi量は0.05〜0.40%、またMn量は
0.20〜0.80%とする。なお、Si及びMnの上限に
ついては、耐焼戻し脆化特性の点から各々0.25%以
下及び0.55%以下とするのが望ましい。
【0015】P:0.010%以下 Pは、溶接金属の靭性や焼戻し脆化特性を劣化させる元
素であり、少ないほど良い。このため、ワイヤ中のP量
は0.010%以下とする。
【0016】S:0.010%以下 Sは、溶接金属の高温割れに対して有害な元素であり、
少ないほど良い。このため、ワイヤ中のS量は0.01
0%以下とする。
【0017】Cr:2.00〜3.25% Mo:0.90〜1.20% Cr及びMoは、耐食性、耐熱性及び高温強度を確保する
ために添加するものであり、本発明の対象鋼種の必須成
分でもある。したがって、溶接金属におけるCr及びMo
量を母材と同等にするために、ワイヤ中のCr量は2.0
0〜3.25%、またMo量は0.90〜1.20%とす
る。
【0018】V:0.10〜0.50% Nb:0.010〜0.050% V及びNbは析出硬化元素であり、室温及び高温強度を
確保するために添加する。しかしながら、Vが0.10
%未満及びNbが0.010%未満ではその効果がなく、
また、各々0.50%及び0.050%を超えると強度が
高くなりすぎて靭性が低下する。したがって、ワイヤ中
のV量は0.10〜0.50%、またNb量は0.010〜
0.050%とする。
【0019】
【化5】 :11.0%以下 従来、耐焼戻し脆化特性の良好な溶接金属を得るため
に、溶接金属において下記(2)式の
【化6】 や(3)式のJを低く抑えることで対応していたが、本発
明ワイヤに対してはそれだけでは不十分であることが分
かった。すなわち、本発明者の研究により、上記成分組
成のワイヤにおいて、更に下記(1)式の
【化7】 を11.0以下にすることによって、更に焼戻し脆化特
性が改善されることが判明した。
【0020】
【化8】
【0021】
【化9】
【0022】 J=(Si+Mn)(P+Sn)×104 ……………(3)
【0023】この他、本発明ワイヤは、上述の如くT
i、Bのほか、メッキ以外のCu、Ni及びAl等を実質的
に含まないことを特徴としている。ここで、実質的に含
まない量とはTi:0.02%以下、B:0.005%以
下、Cu:0.10%以下(メッキ量を除く)、Ni:0.2
0%以下及びAl:0.010%以下を言う。
【0024】なお、本発明ワイヤが対象とする高強度
2.25〜3%Cr−1%Mo鋼は、必須成分としてCr:
2.00〜3.25%、Mo:0.90〜1.20%及び
V:0.18〜0.35%を含み、必要に応じてNb、T
i、B及びCaのうちの1種以上を含有する組成のもので
ある。この組成は前述の如くその用途に応じて所定の特
性が得られるように調整されるものであり、Cr、Mo、
Vを必須成分として含有する限り、種々の組成が可能で
ある。
【0025】また、TIG溶接に用いられるシールドガ
スはArやAr+He等の不活性ガスである。
【0026】次に本発明の実施例を示す。
【0027】
【実施例】表1に示す化学成分のソリッドワイヤを用い
て、表2に示す化学成分の母材を図1の開先形状に加工
し、表3の溶接条件にてTIG溶接を行い、試験材を作
成した。得られた試験材に各種試験を行った。図2はS
R条件、図3は焼戻し脆化試験のためのステップクーリ
ング条件、表4は各種試験要領を示す。
【0028】強度については、室温引張強さが586〜
758N/mm2(SR:700℃×7h)の場合、及び高温
(454℃)引張強さが507N/mm2以上(SR:700
℃×26h)の場合を良好とした。靭性及び焼戻し脆化特
性については、それぞれvTr55(55Jを示すシャルピ
ー遷移温度)が−70℃以下の場合、及びΔvTr55(ステ
ップクーリング後のvTr55の遷移量)が20℃以下(S
R:700℃×7h)の場合を良好とした。クリープ強度
については、550℃×1000hクリープ破断強度が
210N/mm2以上(SR:700℃×26h)の場合を良
好とした。なお、高温割れ及び低温割れについては、ミ
クロ観察及びSEM観察にて確認した。
【0029】表5に溶接金属の化学成分、表6に溶接金
属の各種性能を示す。なお、No.1〜No.4はMod.2.
25Cr−1Mo鋼用に本発明を適用した例であり、No.
5はMod.3Cr−1Mo鋼用に本発明を適用した例であ
る。また、No.6〜No.14は比較例である。
【0030】本発明例No.1及びNo.2は、ワイヤの化
学成分が本発明範囲であって、機械的性能及び耐割れ性
とも良好である。
【0031】本発明例No.3〜No.5は、ワイヤの化学
成分が本発明範囲であって、且つ
【化10】 が11.0以下であり、No.1やNo.2に比較して、焼
戻し脆化特性が更に改善されている。その他の性能も良
好である。
【0032】これらに対し、比較例No.6は、ワイヤの
Cが本発明範囲より少なく、耐割れ性は問題ないが、強
度や靭性が悪い。
【0033】比較例No.7は、ワイヤのCが本発明範囲
を超えるため、強度が高くなり靭性が悪い。また、焼戻
し脆化特性や耐低温割れ性も劣化した。
【0034】比較例No.8は、ワイヤのSiとMnが本発
明範囲より少なく、脱酸の程度が悪くなり、靭性が極め
て劣化した。また比較例No.9は、ワイヤのSiとMnが
本発明範囲を超えるため、耐焼戻し脆化特性が悪い。
【0035】比較例No.10は、ワイヤのPとSが本発
明範囲より多く、靭性や焼戻し脆化特性が悪く、一部で
はあるが高温割れも発生した。
【0036】比較例No.11は、ワイヤのCrとMoが本
発明範囲より少なく、強度や靭性が不足し、母材の規格
さえも下回っている。また比較例No.12は、ワイヤの
CrとMoが本発明範囲を超えるため、強度が大きくなり
靭性が低下し、母材の規格さえも上回っている。
【0037】比較例No.13は、ワイヤのVやNbが本
発明範囲より少なく、高温強度が不足している。また比
較例No.14は、ワイヤのVやNbが本発明範囲を超え
るため、強度が高くなりすぎ、靭性が低下した。
【0038】
【表1】
【0039】
【表2】
【0040】
【表3】
【0041】
【表4】
【0042】
【表5】
【0043】
【表6】
【0044】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
SR後の室温及び高温強度、靭性、クリープ強度、耐焼
戻し脆化特性、耐高温割れ性及び耐低温割れ性が良好な
溶接金属を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼板の開先形状を示す図である。
【図2】SR条件を示す図である。
【図3】ステップクーリング条件を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で(以下、同じ)、必須成分として
    Cr:2.00〜3.25%、Mo:0.90〜1.20%及
    びV:0.18〜0.35%を含み、必要に応じてNb、
    Ti、B及びCaのうちの1種以上を含有する高強度2.
    25〜3%Cr−1%Mo鋼の溶接にArやAr+He等の
    不活性ガスからなるシールドガスと共に用いるTIG溶
    接用ワイヤであって、 C:0.07〜0.15%、 Si:0.05〜0.40%、 Mn:0.20〜0.80%、 P:0.010%以下、 S:0.010%以下、 Cr:2.00〜3.25%、 Mo:0.90〜1.20%、 V:0.10〜0.50%、 Nb:0.010〜0.050%、 を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であることを
    特徴とする高強度Cr−Mo鋼用TIG溶接ワイヤ。
  2. 【請求項2】 更に、下記(1)式で与えられる 【化1】 が11.0以下であることを特徴とする請求項1に記載
    の高強度Cr−Mo鋼用TIG溶接ワイヤ。 【化2】
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