JPH0760481A - Welding material for high-cr and high-n austenitic steel - Google Patents

Welding material for high-cr and high-n austenitic steel

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JPH0760481A
JPH0760481A JP21115393A JP21115393A JPH0760481A JP H0760481 A JPH0760481 A JP H0760481A JP 21115393 A JP21115393 A JP 21115393A JP 21115393 A JP21115393 A JP 21115393A JP H0760481 A JPH0760481 A JP H0760481A
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welding
less
strength
high temperature
welding material
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JP21115393A
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Japanese (ja)
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Kazuhiro Ogawa
和博 小川
Yoshiatsu Sawaragi
義淳 椹木
Takao Ko
隆夫 高
Shigeru Matsumoto
茂 松本
Toshihiko Mizuta
俊彦 水田
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Sumikin Welding Industries Ltd
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumikin Welding Industries Ltd
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide stable strength at high temp. in the wide range of weld executing condition without enhancing sensibility of weld cracking at high temp. by specifying the contents of Mn, Cr, Ni, Nb and P, S as impurities in welding material. CONSTITUTION:The composition of a gas shielded arc welding material for a high-Cr and high-N austenitic steel consists of, by wt.%, 0.03-0.1% C, 0.1-0.5% Si, 1.2-8% Mn, 23-28% Cr, 18-30% Ni, 0.01-0.7% Nb, <=0.5% Al, 0.2-0.4% N, 0.5-1.5% Mo, <=0.01% B and <=0.01% P, <=0.02% (P+S) in P and S as impurities, further the balance Fe with inevitable impurities. Besides, 1-4% Cu is contained. By use of this material, adequate weldability and strength at high temp. are secured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、発電ボイラ用等の高
温強度に優れた高Cr高Nのオーステナイト鋼用ガスシー
ルドアーク溶接に使用される溶接材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding material used for gas shielded arc welding for austenitic steel of high Cr and high N, which is excellent in high temperature strength for power generation boilers and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、高温で使用される発電用ボイ
ラ、化学反応装置等には、主として、18−8系のオース
テナイトステンレス鋼が使用されてきた。しかし、最近
のボイラ等での運転条件の苛酷化(高温化、高圧化)に
伴い、18−8系よりも更に高温強度が高く、耐食性に優
れた材料が必要とされるようになった。このような要求
に応えるために開発されたものとして、高Cr高Nを特徴
とするオーステナイト鋼があり、例えば特開昭57−1649
72号および特開昭59− 64752号の両公報には、高Crで、
N、Nb、Bを添加することにより、高温強度および耐食
性の改善を図ったオーステナイト鋼が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, 18-8 type austenitic stainless steel has been mainly used for power generation boilers, chemical reactors and the like used at high temperatures. However, with the recent severer operating conditions in boilers (higher temperatures and higher pressures), materials with higher high-temperature strength and higher corrosion resistance than the 18-8 series have been required. Austenitic steels characterized by high Cr and high N have been developed to meet such demands.
In both 72 and JP-A-59-64752, high Cr content,
An austenitic steel having improved high temperature strength and corrosion resistance by adding N, Nb and B is disclosed.

【0003】そして、このような高Cr高Nオーステナイ
ト鋼の溶接に使用される溶接材料としては、母材をその
まま線材加工したものや、高Ni合金用アーク溶接材料
(例えば JIS溶接棒 DNiCr系) の使用が考えられてお
り、更に、共金系高Cr高Nオーステナイト鋼用溶接材料
(特開平5−69187 号公報参照)も提案されている。
As a welding material used for welding such a high Cr high N austenitic steel, a base material is directly processed into a wire rod, or an arc welding material for high Ni alloys (for example, JIS welding rod DNiCr system). In addition, a welding material for high-Cr, high-N N-austenitic steels (see Japanese Patent Laid-Open No. 5-69187) has been proposed.

【0004】しかし、高Cr高Nオーステナイト鋼の溶接
では、母材は溶製後、圧延、熱処理により組織の調整を
受けて高温強度の確保が図られるのに対し、溶接金属は
殆どの場合、凝固時の組織で使用される。そのため、溶
接金属は、母材に比べ高温強度を高めることが本質的に
容易でない。
However, in the welding of high Cr and high N austenitic steel, while the base metal is melted, and then the structure is adjusted by rolling and heat treatment to secure the high temperature strength, whereas in most cases, the weld metal is Used in tissues during coagulation. Therefore, it is essentially not easy to increase the high temperature strength of the weld metal as compared with the base metal.

【0005】また、オーステナイト組織では高合金組成
のため割れ感受性が高くなり、溶接高温割れが発生しや
すく、特に、溶接金属では、溶接凝固時に溶接金属内に
発生する凝固割れが問題となる。更に、オーステナイト
鋼材の高温強度を高めるために添加される一部の成分
は、溶接高温割れに悪影響を与え、その防止を一層困難
にしている。
Further, the austenite structure has a high alloy composition, which increases the crack susceptibility and easily causes high-temperature welding cracking. Particularly, in the case of weld metal, solidification cracking that occurs in the weld metal during weld solidification poses a problem. Further, some of the components added to increase the high temperature strength of the austenitic steel material have a bad influence on the hot cracking of the weld, making its prevention more difficult.

【0006】そのため、母材をそのまま線材に加工した
溶接材料では、次のような問題がある。
Therefore, the welding material in which the base material is directly processed into a wire has the following problems.

【0007】例えば、母材の高温強度の改善に有効なB
は、溶接金属の溶接高温割れ感受性を高める作用があ
る。また、溶接高温割れ感受性の低減には、Ni量を減じ
てδフェライトを数%晶出させることが有効であるが、
このδフェライトは高温での使用中にシグマ相へ変態し
て脆化の原因になるため、δフェライトの晶出は抑えな
ければならない。一方、δフェライトの晶出を抑えた条
件下で、高温強度の改善に有効なNbを添加すると、割れ
感受性は一層高められることになる。従って、母材をそ
のまま線材に加工した溶接材料では、溶接金属に優れた
高温強度と同時に耐溶接高温割れ性を付与することは困
難であった。
For example, B which is effective in improving the high temperature strength of the base material
Has the effect of increasing the sensitivity of the weld metal to hot cracking. Further, in order to reduce the susceptibility to welding hot cracking, it is effective to reduce the amount of Ni and crystallize several% of δ ferrite.
This δ-ferrite transforms into a sigma phase during use at high temperature and causes embrittlement, so crystallization of δ-ferrite must be suppressed. On the other hand, if Nb which is effective in improving the high temperature strength is added under the condition that the crystallization of δ ferrite is suppressed, the crack susceptibility is further enhanced. Therefore, it has been difficult to provide the weld metal with excellent high-temperature strength and at the same time high resistance to high-temperature cracking by welding when the base metal is directly processed into a wire rod.

【0008】一方、高温で使用される発電用ボイラ等の
溶接部の強度は、特にオーステナイト組織において、溶
接時の加熱により軟化し易いので、溶接入熱量、層間温
度等の溶接施工条件の影響を受けるため、従来の高Ni合
金用アーク溶接材料や先に特開平5−69187 号公報で提
案された共金系高Cr高Nオーステナイト鋼用溶接材料で
は、広範な溶接条件のもとで、高強度の母材に対して必
ずしも安定した高温強度が得られないという問題があっ
た。また、高Ni合金用アーク溶接材料は、高価であり、
経済性の点でも好ましくない。
On the other hand, the strength of the welded portion of a power generation boiler or the like used at high temperature is easily softened by heating during welding, especially in an austenitic structure. Therefore, the conventional arc welding materials for high Ni alloys and the welding materials for eutectic high Cr high N austenitic steels previously proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-69187 have been considered There is a problem that stable high temperature strength cannot always be obtained for a strong base material. In addition, arc welding materials for high Ni alloys are expensive,
It is not preferable in terms of economy.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
溶接材料では、溶接金属に優れた高温強度と同時に耐溶
接高温割れ性を付与することは困難であった。本発明
は、このような問題に鑑み、溶接部の溶接高温割れ感受
性を高めることなく、安定した高温強度がより広い溶接
施工条件範囲で得られる溶接材料を提供することを目的
としている。
As described above, in the conventional welding materials, it was difficult to impart excellent high temperature strength and weld hot cracking resistance to the weld metal. The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a welding material that can obtain stable high-temperature strength in a wider welding execution condition range without increasing the susceptibility to high-temperature welding cracking of a welded portion.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の溶接材
料を要旨としている。
The present invention is based on the following welding materials.

【0011】(1) 重量%で、C:0.03〜0.1 %、Si:
0.1〜0.5 %、Mn: 1.2〜8%、Cr:23〜28%、Ni:18
〜30%、Nb:0.01〜0.7 %、Al: 0.5%以下、N: 0.2
〜0.4%、Mo: 0.5〜1.5 %、およびB:0.01%以下を
含有し、かつ不純物としてP、SがP:0.01%以下なら
びにP+S:0.02%以下を満足し、残部がFeおよび不可
避不純物からなることを特徴とする高Cr高Nオーステナ
イト鋼用ガスシールドアーク溶接材料。
(1) C: 0.03 to 0.1% by weight, Si:
0.1 to 0.5%, Mn: 1.2 to 8%, Cr: 23 to 28%, Ni: 18
~ 30%, Nb: 0.01 ~ 0.7%, Al: 0.5% or less, N: 0.2
.About.0.4%, Mo: 0.5 to 1.5%, and B: 0.01% or less, and P and S as impurities satisfy P: 0.01% or less and P + S: 0.02% or less, and the balance is Fe and inevitable impurities. Gas shielded arc welding material for high Cr high N austenitic steels.

【0012】この材料には、必要に応じて更に、1〜4
%のCuを含むことができる。
This material may further contain 1 to 4 if necessary.
% Cu can be included.

【0013】(2) 重量%で、C: 0.1%を超えて0.24%
まで、Si: 0.1〜0.5 %、Mn:8%以下、Cr:23〜28
%、Ni:18〜30%、Nb:0.01〜0.7 %、Al: 0.5%以
下、N:0.15〜0.35%、Mo: 0.5〜1.5 %、およびB:
0.01%以下を含有し、かつ不純物としてP、SがP:0.
01%以下ならびにP+S:0.02%以下を満足し、残部が
Feおよび不可避不純物からなることを特徴とする高Cr高
Nオーステナイト鋼用ガスシールドアーク溶接材料。
(2) In% by weight, C: more than 0.1% and 0.24%
Up to Si: 0.1-0.5%, Mn: 8% or less, Cr: 23-28
%, Ni: 18 to 30%, Nb: 0.01 to 0.7%, Al: 0.5% or less, N: 0.15 to 0.35%, Mo: 0.5 to 1.5%, and B:
Contains 0.01% or less, and P and S as impurities P: 0.
01% or less and P + S: 0.02% or less, the balance is
A gas shielded arc welding material for high Cr high N austenitic steel, characterized by comprising Fe and inevitable impurities.

【0014】上記 (1)または (2)の材料は、更に、Mg:
0.02%以下または/およびCa:0.02%以下を含有するこ
とが望ましい。
The material of (1) or (2) above may further contain Mg:
It is desirable to contain 0.02% or less or / and Ca: 0.02% or less.

【0015】[0015]

【作用】本発明者は、溶接部の溶接高温割れ感受性を高
めることなく、安定した高温強度がより広い溶接施工条
件範囲で得られるガスシールドアーク溶接材料に関して
詳細に検討した結果、次の知見を得た。ここで言うガス
シールドアーク溶接とは、Ar、He等の不活性ガスにより
アークをシールドして溶接を行う方法である。
The present inventor has made a detailed study on a gas shielded arc welding material that can obtain stable high-temperature strength in a wider welding working condition range without increasing the susceptibility to high-temperature cracking of the welded part, and as a result, Obtained. The gas shielded arc welding referred to here is a method in which the arc is shielded by an inert gas such as Ar or He and welding is performed.

【0016】 Nの固溶強化により高温強度の改善が
図れるため、溶接材料の高N化は、溶接金属の高温強度
の向上に有効である。
Since the high temperature strength can be improved by solid solution strengthening of N, increasing the N content of the welding material is effective for improving the high temperature strength of the weld metal.

【0017】しかし、溶接施工時、溶接材料に含有され
るNが溶接金属中に残留しない (歩留らない) という問
題がある。これは、特に大入熱溶接において顕著となる
が、Nがアーク雰囲気中に飛散するためであり、溶接材
料中に多量のNが含有されていても、有効なNが溶接金
属中に歩留らない状況になる。この対策として、Mnの含
有量を 1.2%以上にすることにより、溶接金属中のNの
活量を下げ、Nの歩留り量の向上を図ることができる。
ここで、Nの活量とは、溶融金属中でのNの溶解度のこ
とである。
However, there is a problem that N contained in the welding material does not remain in the weld metal during welding (no yield). This is particularly noticeable in high heat input welding, but because N scatters in the arc atmosphere, even if a large amount of N is contained in the welding material, effective N is retained in the weld metal. There is no situation. As a countermeasure against this, by setting the content of Mn to 1.2% or more, the activity of N in the weld metal can be reduced and the yield of N can be improved.
Here, the N activity is the solubility of N in the molten metal.

【0018】 Cも固溶強化元素として高温強度の向
上に寄与するため、溶接材料の高C化は、溶接金属の高
温強度の向上に有効である。しかし、Cを過剰に含有さ
せると、Cは炭窒化物として多量に析出し、かえって高
温強度の低下を招くことになる。従って、Nとの相乗効
果による高温強度の改善をも考慮し、Nの含有量との関
係において、Cの含有量は適正に調整する必要がある。
Since C also contributes to the improvement of high temperature strength as a solid solution strengthening element, increasing the C content of the welding material is effective for improving the high temperature strength of the weld metal. However, if C is excessively contained, C will be precipitated in a large amount as carbonitride, which will rather lower the high temperature strength. Therefore, in consideration of the improvement of the high temperature strength due to the synergistic effect with N, the content of C needs to be appropriately adjusted in relation to the content of N.

【0019】 Cuも固溶強化元素であるが、固溶強化
とともにCuの富化した化合物相の微細析出による析出強
化の作用を有するので、溶接金属の高温強度には有効で
ある。従って、炭窒化物の析出の問題があるCの含有量
を増す代わりにCuを添加してもよい。
Cu is also a solid solution strengthening element, but since it has the effect of precipitation strengthening by fine precipitation of the Cu-rich compound phase together with solid solution strengthening, it is effective for high temperature strength of weld metal. Therefore, Cu may be added instead of increasing the C content, which causes the problem of carbonitride precipitation.

【0020】本発明は以上の知見に基づき完成されたも
のである。以下、本発明における溶接材料の成分の含有
量を前記のように限定した理由について述べる。以下、
「%」は「重量%」を意味する。
The present invention has been completed based on the above findings. Hereinafter, the reason for limiting the content of the components of the welding material in the present invention as described above will be described. Less than,
"%" Means "% by weight".

【0021】C:溶接金属の高温引張強さおよびクリー
プ強度の向上に寄与する。しかし、過剰の含有は、前記
の通り炭窒化物として析出しかえって高温強度の低下を
招く。例えば、NbCrNおよびCr236 型の炭化物の析出
強化とCのマトリックスの固溶強化が高温引張強さおよ
びクリープ強度の向上に有効である。しかし、C量を過
剰に含有した場合には、粗大なCr236 が析出し、強度
の向上には寄与しない。一方、微細炭化物の析出により
Crが消費されると、Nが Cr2Nとして析出するので、固
溶Nが減少し、溶接金属の強度の低下を防ぐことができ
る。そこで、CとNとの相乗効果を狙い、N量が 0.2〜
0.4 %のときにC量は0.03〜0.1 %とし、N量が0.15〜
0.35%のときにC量は 0.1〜0.24%とした。
C: Contributes to improvement of high temperature tensile strength and creep strength of weld metal. However, if the content is excessive, as described above, precipitation occurs as a carbonitride, resulting in a decrease in high temperature strength. For example, precipitation strengthening of NbCrN and Cr 23 C 6 type carbides and solid solution strengthening of C matrix are effective for improving high temperature tensile strength and creep strength. However, when the C content is excessively contained, coarse Cr 23 C 6 is deposited and does not contribute to the improvement of strength. On the other hand, due to the precipitation of fine carbide
When Cr is consumed, N precipitates as Cr 2 N, so that the solid solution N decreases and the strength of the weld metal can be prevented from lowering. Therefore, aiming at the synergistic effect of C and N, the amount of N is 0.2-
When the content is 0.4%, the C content is 0.03 to 0.1%, and the N content is 0.15 to 0.1%.
When the content was 0.35%, the C content was 0.1 to 0.24%.

【0022】Si:脱酸剤として添加されるが、過度の含
有は溶接高温割れ感受性を高めるので、 0.1〜0.5 %と
した。
Si: It is added as a deoxidizer, but its excessive content increases the sensitivity to hot cracking in the weld, so it was made 0.1 to 0.5%.

【0023】Mn:脱酸剤として添加されるが、高温脆性
に悪影響を及ぼすSを固定して、溶接高温割れ感受性の
低減に寄与する。更に、溶接金属中のNの活量を下げる
ことにより、溶接時にアーク雰囲気中へのNの飛散を抑
え、溶接金属中のNの歩留り量を上げ、高温引張強さお
よびクリープ強さの向上に寄与する。そこで、N量が0.
2〜0.4 %のときに、Mn量の下限を1.2 %とする。ただ
し、過度の含有は溶接金属の脆化を招くため、Mn量の下
限は8%とする。望ましいのは 1.2〜6%である。
Mn: Although added as a deoxidizer, it fixes S, which adversely affects high temperature brittleness, and contributes to reduction of weld hot cracking susceptibility. Further, by reducing the activity of N in the weld metal, it is possible to suppress the scattering of N into the arc atmosphere during welding, increase the yield of N in the weld metal, and improve the high temperature tensile strength and creep strength. Contribute. Therefore, the amount of N is 0.
When the content is 2 to 0.4%, the lower limit of Mn content is 1.2%. However, the excessive content causes embrittlement of the weld metal, so the lower limit of the Mn content is 8%. 1.2 to 6% is preferable.

【0024】Cr:高温強度、耐酸化性、耐食性の確保の
ために必要であるが、過度の含有は熱間加工性を損な
う。そのため、Cr量は23〜28%とした。
Cr: Necessary to secure high temperature strength, oxidation resistance and corrosion resistance, but excessive inclusion impairs hot workability. Therefore, the Cr amount is set to 23 to 28%.

【0025】Ni:オーステナイト組織の安定化、高温強
度の確保のために必須であるが、δフェライトを晶出さ
せる。δフェライトは溶接高温割れ感受性を低下させる
が、一方、高温使用中での脆化の原因になる。本発明の
溶接材料では、δフェライトの晶出を抑えて高温脆化を
防ぐとともに、Niは高価な元素であるので、多量の添加
は経済性を損なうことも考慮し、Ni量は18〜30%とし
た。
Ni: essential for stabilizing the austenite structure and ensuring high temperature strength, but crystallizes δ ferrite. δ-ferrite reduces weld hot cracking susceptibility, but it also causes embrittlement during high temperature use. In the welding material of the present invention, while suppressing the crystallization of δ ferrite to prevent high temperature embrittlement, Ni is an expensive element, so considering that addition of a large amount impairs economic efficiency, the Ni amount is 18 to 30. %.

【0026】Nb:NbCrNとして炭窒化物を微細析出させ
ることにより、高温強度の向上に有効である。しかし、
Nbの添加は溶接高温割れ感受性を上昇させる。特にδフ
ェライトを晶出させない条件下では、この割れ感受性の
上昇は著しいものとなる。そこで、Nb量は0.01〜0.7 %
とした。
Fine precipitation of carbonitride as Nb: NbCrN is effective for improving high temperature strength. But,
The addition of Nb increases the hot cracking susceptibility of the weld. In particular, under the condition that δ ferrite is not crystallized, the crack susceptibility is remarkably increased. Therefore, the Nb content is 0.01-0.7%
And

【0027】Al:脱酸剤として添加されるが、多く添加
してもその効果は飽和するため、含有量は0.5 %以下と
した。望ましくは0.01〜0.3 %である。
Al: Although it is added as a deoxidizer, its effect is saturated even if it is added in a large amount, so the content is made 0.5% or less. Desirably 0.01 to 0.3%.

【0028】Ca、Mg:溶接高温割れ感受性の低下および
線材加工時の熱間加工性の改善に有効である。しかし、
過剰の含有は、溶接金属中の介在物を増加させるため好
ましくない。従って、これらを添加する場合でも、その
含有量は0.02%以下とするのがよい。
Ca, Mg: Effective for reducing the sensitivity to welding hot cracking and improving hot workability during wire processing. But,
Excessive inclusion is not preferable because it increases the inclusions in the weld metal. Therefore, even when these are added, the content is preferably 0.02% or less.

【0029】N:溶接金属の高温強度の確保に不可欠で
ある。即ち、Nは凝固組織のマトリックス中に固溶して
これを強化するとともに、一部は窒化物として析出する
ことにより析出強化の作用をもつ。しかし、過度の含有
は、高温での使用中に多量の炭窒化物を析出させて、溶
接金属の脆化の原因となる。そのため、C量が0.03〜0.
1 %のときにN量を0.2 〜0.4 %とし、C量が0.1 〜0.
24%のときにN量を0.15〜0.35%とした。
N: Indispensable for ensuring the high temperature strength of the weld metal. That is, N has a solidification solution in the matrix of the solidified structure to strengthen it, and partly precipitates as a nitride to have a precipitation strengthening action. However, excessive content causes a large amount of carbonitride to precipitate during use at high temperature, which causes embrittlement of the weld metal. Therefore, the amount of C is 0.03-0.
When the amount is 1%, the amount of N is 0.2 to 0.4%, and the amount of C is 0.1 to 0.
When it was 24%, the N content was 0.15 to 0.35%.

【0030】Mo:凝固組織のマトリックス中に固溶し
て、溶接金属の高温強度を高めることができる。しか
し、含有量が 0.5%未満ではその効果が小さく、 1.5%
を超えるとその効果が飽和してしまうばかりか、耐食性
の低下を招く。従って、Mo量は 0.5〜1.5 %とした。
Mo: It can be solid-solved in the matrix of the solidified structure to enhance the high temperature strength of the weld metal. However, if the content is less than 0.5%, the effect is small, and
If it exceeds, not only the effect is saturated, but also the corrosion resistance is deteriorated. Therefore, the Mo content is set to 0.5 to 1.5%.

【0031】Cu:Cu富化相として微細析出するため、高
温引張強さおよびクリープ強さの向上に有効に寄与す
る。従って、炭窒化物の析出の問題があるCの含有量の
増加の代わりに、Cuを添加するのが望ましい場合があ
る。Cuを添加する場合には、含有量は1%以上とし、過
剰の添加は延性の低下を招くため、上限は4%とする。
Cu: Fine precipitation as a Cu-rich phase effectively contributes to improvement of high temperature tensile strength and creep strength. Therefore, it may be desirable to add Cu instead of increasing the C content, which has the problem of carbonitride precipitation. When Cu is added, the content is 1% or more, and excessive addition causes a decrease in ductility, so the upper limit is 4%.

【0032】B:結晶粒界に偏析して粒界の強度を高め
ることにより、クリープ強さの向上に寄与する。しか
し、過剰の添加は溶接高温割れを助長するため、含有量
は0.01%以下とする。
B: Segregation at the grain boundaries to increase the strength of the grain boundaries contributes to the improvement of creep strength. However, excessive addition promotes welding hot cracking, so the content is made 0.01% or less.

【0033】P、S:凝固時に低融点の共晶物を生成
し、溶接高温割れの発生原因となるので、Pは0.01%以
下でかつP+Sで0.02%以下とする。このようにPおよ
びSの2成分を同時に規制しているのは、PとSの相乗
効果で共晶物の融点が低下し、割れ感受性が高まるのを
防ぐためであり、これにより、Nb、Bの添加に伴う溶接
高温割れ感受性の上昇を抑えることができる。Nb添加鋼
であっても、充分な溶接性が確保され、Nbの添加による
高温強度の確保も容易になる。
P, S: A eutectic having a low melting point is formed during solidification, which causes the occurrence of hot cracking in the weld. Therefore, P is 0.01% or less and P + S is 0.02% or less. The reason why the two components of P and S are simultaneously regulated in this way is to prevent the melting point of the eutectic crystal from decreasing due to the synergistic effect of P and S and increasing the cracking susceptibility. It is possible to suppress an increase in weld hot cracking susceptibility associated with the addition of B. Even with Nb-added steel, sufficient weldability is secured, and it becomes easy to secure high-temperature strength by adding Nb.

【0034】なお、本発明の溶接材料が対象とする母材
は、主要合金成分がCr:17 〜28%、Ni:18 〜25%、C:
0.02 〜0.1 %、N:0.15 〜0.4 %、Nb:0.2〜0.8 %お
よびB:0.002〜0.006 %のいわゆる高Cr高Nオーステナ
イト鋼である。
In the base material targeted for the welding material of the present invention, the main alloy components are Cr: 17-28%, Ni: 18-25%, and C:
It is a so-called high Cr high N austenitic steel containing 0.02 to 0.1%, N: 0.15 to 0.4%, Nb: 0.2 to 0.8% and B: 0.002 to 0.006%.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比させ
て、更に詳しく説明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described in more detail below in comparison with comparative examples.

【0036】母材として、表1に示す化学組成の高強度
の高Cr高Nオーステナイト鋼を用いて、ガスシールドア
ーク溶接材料の性能比較を行った。この母材は、高Cr系
でN、Nb、Bの成分を含有し、そのクリープ強度( 600
℃×100000時間)は18.8kgf/mm2 であり、SUS 347Hのク
リープ強度に比べ約 1.6倍に引き上げられている。
Using a high strength, high Cr, high N austenitic steel having the chemical composition shown in Table 1 as a base material, the performance comparison of gas shielded arc welding materials was carried out. This base material is a high Cr-based material containing N, Nb, and B components, and its creep strength (600
℃ × 100000 hours) is 18.8kgf / mm 2, which is about 1.6 times higher than the creep strength of SUS 347H.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】溶接材料は、表2に示す12種類(本発明例
および比較例各6種類)とし、いずれも、実験室にて真
空溶製後、外径2mmの線材に加工することにより作製し
た。
Twelve kinds of welding materials (six kinds for each of the present invention example and the comparative example) shown in Table 2 were prepared, and all were prepared by vacuum melting in a laboratory and then processing into a wire having an outer diameter of 2 mm. .

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】図1は、溶接試験に用いた開先の形状を示
す図であり、開先は60°とした。また、図2は、溶接試
験で作製した継手の形状を示す図であるが、溶接材料の
評価試験はこの継手を用いて行った。
FIG. 1 is a view showing the shape of the groove used in the welding test, and the groove was set at 60 °. Further, although FIG. 2 is a diagram showing the shape of the joint produced in the welding test, the welding material evaluation test was performed using this joint.

【0041】溶接試験では、まず、図1に示す開先を設
けた外形38〜60mmのパイプの母材1を、図2に示すよう
に突き合わせ、炭素鋼からなる拘束棒2上に拘束溶接し
た。
In the welding test, first, as shown in FIG. 2, the base materials 1 of the pipes having an outer shape of 38 to 60 mm provided with the groove as shown in FIG. 1 were butted and restrained and welded onto the restraining rod 2 made of carbon steel. .

【0042】次いで、その開先に対して供試溶接材料に
より多層溶接を行って、評価用の継手を作製した。継手
の溶接箇所は拘束溶接部3および開先に対する試験溶接
部4であるが、それぞれの溶接はArをシールドガスとし
たTIG法を用いた。ここで、拘束溶接を行うのは、母
材の両端を拘束することにより、開先部分の試験溶接部
4の溶接の際に生じた熱応力によって、試験溶接部4に
割れが発生しやすくするためである。
Next, multi-layer welding was performed on the groove with the test welding material to produce a joint for evaluation. The welded portions of the joint were the restraint welded portion 3 and the test welded portion 4 for the groove, and each welding was performed by the TIG method using Ar as a shielding gas. Here, restraint welding is performed by restraining both ends of the base metal so that cracks easily occur in the test welded portion 4 due to thermal stress generated during welding of the test welded portion 4 in the groove portion. This is because.

【0043】図3は、継手から採取した側曲げ試験片の
形状を示す図である。また、図4は、継手から採取した
高温引張試験およびクリープ試験に用いる試験片の形状
を示す図である。
FIG. 3 is a view showing the shape of a side bending test piece taken from the joint. Further, FIG. 4 is a diagram showing the shape of a test piece used for a high temperature tensile test and a creep test taken from a joint.

【0044】継手の溶接後、機械加工によって図3に示
す側曲げ試験片を採取し、これを板厚の2倍の曲げ半径
(8〜14mm) で、角度 180度の曲げ加工を行い、開先部
分の試験溶接部4における溶接高温割れ発生の有無を調
べた。さらに、機械加工によって採取した図4に示す試
験片により高温引張試験およびクリープ試験を行った。
After welding the joint, a side bending test piece shown in FIG. 3 was sampled by machining, and this was bent at a bending radius (8 to 14 mm) of twice the plate thickness and an angle of 180 degrees, and then opened. The presence or absence of hot cracking in the test weld 4 of the tip portion was examined. Further, a high temperature tensile test and a creep test were conducted using a test piece shown in FIG. 4 which was taken by machining.

【0045】高温引張試験は、 600℃にて行い、母材の
設計基準となる許容応力値以上の強度を保証しうる 47k
gf/mm2を判定基準とし、これを超えるものを合格とし
た。
The high temperature tensile test is conducted at 600 ° C., and the strength above the allowable stress value, which is the design standard of the base material, can be guaranteed.
Gf / mm 2 was used as the criterion, and those exceeding this were regarded as acceptable.

【0046】クリープ試験では、母材の破断時間が約30
00時間となる温度 600℃および荷重22kgf/mm2 の条件で
試験を行い、試験溶接部4の破断時間を調べた。評価の
判断基準は、母材の破断時間の80%として、これに達し
ないものをクリープ強度不足とした。
In the creep test, the breaking time of the base metal was about 30.
A test was conducted under the conditions of a temperature of 600 ° C. for 00 hours and a load of 22 kgf / mm 2 to examine the fracture time of the test welded portion 4. The criterion for evaluation was 80% of the fracture time of the base metal, and those that did not reach this were considered to have insufficient creep strength.

【0047】溶接材料の評価にあたり、溶接高温割れに
ついて○は割れなし、×は割れ発生を示し、高温引張試
験について○は 47kgf/mm2の判定基準を超えるものを示
し、×は判定基準に達しないものを示す。更に、クリー
プ強度について○は破断時間が母材の破断時間の80%を
超えるものを示し、×は母材の破断時間の80%に達しな
いものを示す。また、溶接の施工条件は、母材のパイプ
寸法とともに溶接入熱量(KJ/cm )および層間温度
(℃)を変化させている。ここで、溶接入熱量(KJ/cm
)は{溶接電流(A)×溶接電圧(V)/溶接速度(c
m/min)}× 60 の関係から求め、層間温度(℃)は特
定の温度範囲で変色する示温塗料によって測定してい
る。以上の評価結果を表3に示す。
In the evaluation of the welding material, for welding high temperature cracks, ○ indicates no cracking, × indicates cracking, and high temperature tensile test indicates ○ exceeding the judgment standard of 47 kgf / mm 2 , and × reached the judgment standard. Show what you don't. Further, regarding the creep strength, ◯ indicates that the breaking time exceeds 80% of the breaking time of the base material, and × indicates that it does not reach 80% of the breaking time of the base material. As for the welding conditions, the heat input (KJ / cm 2) and interlayer temperature (° C) along with the pipe dimensions of the base metal were changed. Where the welding heat input (KJ / cm
) Is {welding current (A) × welding voltage (V) / welding speed (c
m / min)} x 60, and the interlayer temperature (° C) is measured with a temperature-indicating paint that changes color in a specific temperature range. Table 3 shows the above evaluation results.

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】表3より明らかなように、本発明例である
溶接材料No. A1〜A6は、大入熱量および高い層間温
度の苛酷な条件でも、いずれも溶接高温割れの発生がな
く、高温引張試験およびクリープ試験においても良好な
成績であった。特に、溶接材料No. A1は、広範な施工
条件に対応すべく、溶接入熱量9〜13KJ/cm 、層間温度
150〜400 ℃およびパイプ寸法38〜60mmの広い範囲の条
件で評価したが、いずれの条件でも、優れた耐高温割れ
性、高温引張強さおよびクリープ強さを有していること
が分かる。
As is clear from Table 3, the welding materials Nos. A1 to A6, which are examples of the present invention, do not cause welding hot cracking even under severe conditions of large heat input and high interlayer temperature, and have high temperature tensile strength. Good results were also obtained in tests and creep tests. In particular, welding material No. A1 has a welding heat input of 9 to 13 KJ / cm 2 and an interlayer temperature in order to meet a wide range of construction conditions.
The evaluation was conducted under a wide range of conditions of 150 to 400 ° C. and pipe dimensions of 38 to 60 mm, and it was found that excellent hot crack resistance, high temperature tensile strength and creep strength were obtained under all the conditions.

【0050】一方、比較例において、溶接材料No. B1
〜B2は溶接高温割れの発生があり、溶接材料No. B3
〜B6は高温引張試験およびクリープ試験において強度
不足であった。
On the other hand, in Comparative Example, welding material No. B1
~ B2 has high temperature cracking caused by welding. Welding material No. B3
B6 had insufficient strength in the high temperature tensile test and the creep test.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明の高Cr高Nオーステナイト鋼用ガ
スシールドアーク溶接材料は、高Cr高N鋼材であるの
で、高Ni合金用溶接材に比して安価である。
The gas shielded arc welding material for high Cr high N austenitic steels of the present invention is a high Cr high N steel material, and is therefore less expensive than the welding material for high Ni alloys.

【0052】また、広範な施工条件のもとで母材に匹敵
する優れた高温強度を溶接金属に与え、更に、溶接高温
割れ感受性を低下させ、溶接割れを防ぐことができる。
Further, under a wide range of working conditions, it is possible to give the weld metal excellent high temperature strength comparable to that of the base metal, further reduce the weld hot cracking susceptibility, and prevent weld cracking.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】溶接試験に用いた開先の形状を示す図である。FIG. 1 is a view showing a shape of a groove used in a welding test.

【図2】溶接試験で作製した継手の形状を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing the shape of a joint produced in a welding test.

【図3】継手から採取した側曲げ試験片の形状を示す図
である。
FIG. 3 is a view showing a shape of a side bending test piece taken from a joint.

【図4】継手から採取した高温引張試験およびクリープ
試験用試験片の形状を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the shapes of test pieces for high temperature tensile test and creep test taken from a joint.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…母材、2…拘束棒、3…拘束溶接部、4…試験溶接
1 ... Base material, 2 ... Restraint bar, 3 ... Restrained weld, 4 ... Test weld

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高 隆夫 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 松本 茂 兵庫県尼崎市扶桑町1番17号住金溶接工業 株式会社内 (72)発明者 水田 俊彦 兵庫県尼崎市扶桑町1番17号住金溶接工業 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takao Taka, 4-53-3 Kitahama, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sumitomo Metal Industries, Ltd. (72) Inventor Shigeru Matsumoto 1-17 Fuso-cho, Amagasaki City, Hyogo Prefecture No. Sumikin Welding Industry Co., Ltd. (72) Inventor Toshihiko Mizuta No. 17 Fuso-cho Amagasaki City, Hyogo Prefecture Sumikin Welding Industry Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】重量%で、C:0.03〜0.1 %、Si: 0.1〜
0.5 %、Mn: 1.2〜8%、Cr:23〜28%、Ni:18〜30
%、Nb:0.01〜0.7 %、Al: 0.5%以下、N: 0.2〜0.
4 %、Mo: 0.5〜1.5 %、およびB:0.01%以下を含有
し、かつ不純物としてP、SがP:0.01%以下ならびに
P+S:0.02%以下を満足し、残部がFeおよび不可避不
純物からなることを特徴とする高Cr高Nオーステナイト
鋼用ガスシールドアーク溶接材料。
1. C: 0.03-0.1%, Si: 0.1-
0.5%, Mn: 1.2-8%, Cr: 23-28%, Ni: 18-30
%, Nb: 0.01 to 0.7%, Al: 0.5% or less, N: 0.2 to 0.
4%, Mo: 0.5 to 1.5%, and B: 0.01% or less, and P and S as impurities satisfy P: 0.01% or less and P + S: 0.02% or less, and the balance is Fe and inevitable impurities. Gas shielded arc welding material for high Cr and high N austenitic steels.
【請求項2】重量%で、請求項1に記載の成分に加えて
更に、Cu:1〜4%を含有し、かつ不純物としてP、S
がP:0.01%以下ならびにP+S:0.02%以下を満足
し、残部がFeおよび不可避不純物からなることを特徴と
する高Cr高Nオーステナイト鋼用ガスシールドアーク溶
接材料。
2. In addition to the components according to claim 1, in a weight percentage, Cu: 1 to 4% is further contained, and P, S as impurities.
Satisfying P: 0.01% or less and P + S: 0.02% or less, and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, gas shield arc welding material for high Cr high N austenitic steel.
【請求項3】重量%で、C: 0.1%を超えて0.24%ま
で、Si: 0.1〜0.5 %、Mn:8%以下、Cr:23〜28%、
Ni:18〜30%、Nb:0.01〜0.7 %、Al: 0.5%以下、
N:0.15〜0.35%、Mo: 0.5〜1.5 %、およびB:0.01
%以下を含有し、かつ不純物としてP、SがP:0.01%
以下ならびにP+S:0.02%以下を満足し、残部がFeお
よび不可避不純物からなることを特徴とする高Cr高Nオ
ーステナイト鋼用ガスシールドアーク溶接材料。
3. By weight%, C: more than 0.1% and up to 0.24%, Si: 0.1-0.5%, Mn: 8% or less, Cr: 23-28%,
Ni: 18-30%, Nb: 0.01-0.7%, Al: 0.5% or less,
N: 0.15 to 0.35%, Mo: 0.5 to 1.5%, and B: 0.01
% Or less, and P and S as impurities P: 0.01%
A gas shield arc welding material for high Cr high N austenitic steels, which satisfies the following and P + S: 0.02% or less, and the balance is Fe and inevitable impurities.
【請求項4】重量%で、請求項1、請求項2または請求
項3に記載の成分に加えて更に、Mg:0.02%以下または
/およびCa:0.02%以下を含有し、かつ不純物として
P、SがP:0.01%以下ならびにP+S:0.02%以下を
満足し、残部がFeおよび不可避不純物からなることを特
徴とする高Cr高Nオーステナイト鋼用ガスシールドアー
ク溶接材料。
4. In addition to the component according to claim 1, claim 2 or claim 3, it contains Mg: 0.02% or less and / or Ca: 0.02% or less by weight%, and contains P as an impurity. , S satisfies P: 0.01% or less and P + S: 0.02% or less, and the balance is Fe and unavoidable impurities, which is a gas shield arc welding material for high Cr high N austenitic steel.
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