JPH0871784A - High-strength austenitic steel welding material and production thereof - Google Patents
High-strength austenitic steel welding material and production thereofInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、発電用ボイラ、化学反
応装置などの高温強度が要求される用途に使用されるオ
ーステナイト鋼を溶接するための溶接材料およびその製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding material for welding austenitic steel used for applications requiring high temperature strength such as boilers for power generation and chemical reactors, and a method for producing the same.
【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
テナイト系ステンレス鋼が使用されてきた。しかし、例
えばボイラ等では、最近のエネルギー効率の改善要求の
高まりから、運転条件が非常に苛酷化しており、18−
8系のオーステナイト系ステンレス鋼よりも更に高温強
度の高い材料が要求されるようになった。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, for example, in boilers and the like, operating conditions have become extremely severe due to the recent increasing demand for improvement in energy efficiency.
Materials having higher high-temperature strength than 8 type austenitic stainless steel have been required.
【0003】このような要求に対し、Cr量およびNi
量を高めたボイラ用の新材料は多く開発されている。し
かし、それらは性能的には問題がないものの、経済的に
は18−8系のオーステナイト系ステンレス鋼に比べて
非常に高コストとなる。そこで、18−8系のオーステ
ナイト系ステンレス鋼をベースとしてこれにCu,N
b,NおよびBを添加することにより高温強度の改善を
図ったオーステナイト鋼が、特開昭62−133048
号公報により提示されている。To meet such requirements, the amount of Cr and Ni
Many new materials have been developed for boilers in higher quantities. However, although they have no problem in terms of performance, they are economically very expensive as compared with 18-8 austenitic stainless steel. Therefore, based on 18-8 austenitic stainless steel, Cu, N
An austenitic steel improved in high temperature strength by adding b, N and B is disclosed in JP-A-62-133048.
It is presented by the official gazette.
【0004】この18−8系ベースの高強度オーステナ
イト鋼は、CrおよびNiの増量によらずに高温強度を
高めているので経済性が良く、高強度化による薄肉化と
合わせて、溶接構造物の製造コスト低減に大きな効果を
発揮するものと期待されている。This high-strength austenitic steel based on 18-8 has high economic strength because it has high strength at high temperature irrespective of the increase of Cr and Ni. It is expected to exert a great effect on the reduction of manufacturing cost.
【0005】一方、このようなオーステナイト鋼を溶接
するための溶接材料としては、その母材をそのまま溶接
材料として使用すること、高Ni合金用の溶接材料を使
用することが通常考えられる。しかし、高Ni合金用の
溶接材料は高価である。また後で詳しく説明するが、高
温で高強度のオーステナイト鋼をそのまま溶接材料とし
て使用しても溶接金属に母材と同等の性能を与えること
ができない。On the other hand, as a welding material for welding such an austenitic steel, it is usually considered to use the base material as it is or use a welding material for high Ni alloys. However, welding materials for high Ni alloys are expensive. Further, as will be described later in detail, even if austenitic steel having high strength at high temperature is used as a welding material as it is, it is impossible to give the weld metal the same performance as the base metal.
【0006】そこで例えば、オーステナイト鋼にV,N
を共存させ、更に、Mo,W,Ti,Ni,V,Bを複
合添加することにより、高クリープ強度の溶接金属を得
る比較的低コストな溶接材料が、特開昭63−3093
92号公報に開示されている。Therefore, for example, V, N is added to austenitic steel.
A relatively low-cost welding material for obtaining a weld metal having high creep strength by co-existing Co., and further adding Mo, W, Ti, Ni, V, and B in combination is disclosed in JP-A-63-3093.
No. 92 is disclosed.
【0007】また、高Ni合金用の溶接材料が高価なこ
と、母材をそのまま溶接材料として用いた場合に溶接金
属の性能が母材より劣ることなどを考慮して、オーステ
ナイト鋼にNb,Nを添加し、NbC,NbCrNの析
出により凝固組織の微細化を図ることにより、凝固のま
まの溶接金属に高い高温強度を付与する溶接材料が、特
開平6−142980号公報に開示されている。Considering that the welding material for high Ni alloy is expensive and the performance of the weld metal is inferior to that of the base material when the base material is used as it is, Nb and N are added to the austenitic steel. JP-A-6-142980 discloses a welding material that imparts high-temperature strength to the as-solidified weld metal by refining the solidified structure by precipitating NbC and NbCrN.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】特開昭62−1330
48号公報に示されているような高温で高強度のオース
テナイト鋼は、高Ni合金より安価であるが、これをそ
のまま溶接材料に使用すると、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て
いるのに対し、溶接金属は殆どの場合、凝固のままの組
織で使用されるため、溶接金属の高温強度を高めること
が本質的に困難である。Problems to be Solved by the Invention JP-A-62-1330
The high temperature and high strength austenitic steel as shown in Japanese Patent Publication No. 48 is cheaper than the high Ni alloy, but if this is used as it is as a welding material, the base material is melted and then the structure is adjusted by rolling heat treatment. Therefore, while the high temperature strength is ensured, the weld metal is almost always used in the as-solidified structure, so that it is essentially difficult to increase the high temperature strength of the weld metal.
【0009】また、オーステナイト組織では、本質的に
溶接高温割れが発生しやすく、溶接金属では、特に、凝
固時に発生する凝固割れが問題となる。その上、この種
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。[0009] Further, in the austenite structure, welding high temperature cracks are essentially liable to occur, and in the weld metal, solidification cracking which particularly occurs during solidification poses a problem. Moreover, some of the components added to increase the high temperature strength of this type of steel material adversely affect welding hot cracking, making it more difficult to prevent it.
【0010】例えば、母材の高温強度改善に有効なB
は、溶接金属の溶接高温割れ感受性を高める。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。For example, B which is effective for improving the high temperature strength of the base material
Enhances the susceptibility of weld metal to hot cracking. Further, it is effective to reduce the Ni content and crystallize δ ferrite by several% in order to reduce the hot susceptibility to welding, but this δ ferrite transforms into a sigma phase during use at high temperature and becomes brittle. Therefore, the crystallization of δ-ferrite must be suppressed.
【0011】特開昭63−309392号公報に開示さ
れている溶接材料では、クリープ強度を確保するための
成分設計に関連して、TiとNb,VとNbが複合添加
される。TiとNb,VとNbの複合添加は溶接高温割
れ感受性を高めるので、この溶接材料では溶接高温割れ
が問題になる。クリープ強度についても、長時間域まで
考慮すると、600〜700℃の温度域においては必ず
しも高いクリープ強度を得ることができない。In the welding material disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-309392, Ti and Nb, and V and Nb are added in combination in connection with the component design for ensuring the creep strength. Since the combined addition of Ti and Nb and V and Nb increases the hot susceptibility to welding, welding hot cracking becomes a problem in this welding material. Regarding the creep strength as well, considering the long-term range, it is not always possible to obtain a high creep strength in the temperature range of 600 to 700 ° C.
【0012】特開平6−142980号公報に開示され
ている溶接材料では、Ti,V、特にVを使用しないの
で、溶接金属の溶接高温割れ感受性は比較的低い。高温
での強度も優れるが、650℃での105 時間クリープ
強度は約10kgf/mm2が限界であり、これより高
い高温強度の母材に使用した場合は、溶接部でクリープ
強度が不足する。そのため、溶接高温割れ感受性を抑え
たままで更に高い高温強度を確保することが必要にな
る。In the welding material disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-142980, since Ti and V, especially V are not used, the weld metal has relatively low susceptibility to hot cracking. The strength at high temperature is also excellent, but the 10 5 hour creep strength at 650 ° C has a limit of about 10 kgf / mm 2 , and when it is used as a base material having higher high temperature strength than this, the creep strength is insufficient at the welded part. . Therefore, it is necessary to secure higher high temperature strength while suppressing the weld hot cracking susceptibility.
【0013】また、いずれの溶接材料についても、クリ
ープ強度を高めるためにCuが添加されているために、
熱間加工性が悪く、溶接材料とするための線材加工が容
易でなく、仮に高温強度が優れたものであって、熱間加
工で割れが生じ、線材に加工できない場合も考えられ
る。Further, in any of the welding materials, Cu is added to increase the creep strength,
The hot workability is poor, it is not easy to process the wire rod to be used as a welding material, and it is possible that the wire rod cannot be processed into a wire rod due to cracking due to hot working.
【0014】本発明の目的は、溶接高温割れ感受性を高
めずに溶接金属に高い高温強度を付与し、且つ熱間加工
性が良好な高強度オーステナイト鋼溶接材料を提供する
ことにある。An object of the present invention is to provide a high-strength austenitic steel welding material which imparts a high-temperature strength to the weld metal without increasing the hot-cracking susceptibility of the weld metal and has good hot workability.
【0015】本発明の他の目的は、その溶接材料を熱間
加工で割れを生じることなく製造し得る溶接材料の製造
方法を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a method for producing a welding material which can produce the welding material by hot working without causing cracks.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】特開昭62−13304
8号公報に開示されているような高温強度の優れたオー
ステナイト鋼の溶接においては、溶接高温割れ感受性を
高めずに、溶接金属の高温強度を高めることが必要であ
る。この手段として、本発明者らは高N化、Cu添加、
W添加に加えて、高温での使用時にLaves 相等の金属間
化合物が微細分散するように合金設計しておくのが有効
なことを種々の実験から知見した。Means for Solving the Problems JP-A-62-13304
In the welding of austenitic steel excellent in high temperature strength as disclosed in Japanese Patent Publication No. 8 publication, it is necessary to increase the high temperature strength of the weld metal without increasing the susceptibility to high temperature hot cracking. As a means for this, the present inventors have made high N, added Cu,
In addition to the addition of W, it has been found from various experiments that it is effective to design the alloy so that the intermetallic compound such as Laves phase is finely dispersed when used at high temperature.
【0017】高N化は固溶強化およびNbCrNとして
微細析出することによる強化により、溶接金属の高温強
度を高める。Cu添加は析出強化により溶接金属の高温
強度を高める。W添加は固溶強化により高温強度を高め
ると共に、Laves 相等の生成源となる。そして、これら
の強化の相乗と、高温での使用時にLaves 相等の金属間
化合物を微細分散させることによる強化とにより、耐溶
接高温割れ性低下の原因となるTi, Vを添加すること
なく、溶接金属のクリープ強度を著しく向上させること
が可能となる。The high N content enhances the high temperature strength of the weld metal by solid solution strengthening and strengthening by fine precipitation as NbCrN. Cu addition enhances the high temperature strength of the weld metal by precipitation strengthening. The addition of W enhances the high temperature strength by solid solution strengthening, and becomes a source of generation of Laves phase and the like. The synergies of these strengthening and the strengthening by finely dispersing the intermetallic compounds such as Laves phase at the time of use at high temperature enable welding without adding Ti and V, which cause the deterioration of hot crack resistance of welding. It is possible to remarkably improve the creep strength of the metal.
【0018】更に、ここで重要な高温での使用時に金属
間化合物を微細分散させ、これをクリープ強度向上に有
効に寄与させることについては、金属組織のオーステナ
イト形成ポテンシャルを適正にコントロールすることが
必要であることも判明した。具体的には次式にて合金成
分、主にNi量を規制することにより、これが実現され
る。 −8≦AP ≦2 AP =Ni+0.5Mn+30(C+N)−1.1(Cr+
1.5Si+Mo+0.5W)Further, in order to finely disperse the intermetallic compound at the time of use at an important high temperature and effectively contribute to the creep strength improvement, it is necessary to appropriately control the austenite formation potential of the metal structure. Was also found. Specifically, this is realized by regulating the alloy components, mainly the amount of Ni by the following formula. -8 ≦ A P ≦ 2 A P = Ni + 0.5Mn + 30 (C + N) -1.1 (Cr +
1.5Si + Mo + 0.5W)
【0019】これらを実現した溶接材料は、耐溶接高温
割れ性および溶接金属の高温強度に優れ、溶接金属の高
温強度については、650℃での105 時間クリープ強
度が10kgf/mm2 を超えることも可能であり、特
開平6−142980号公報に記載された溶接材料を凌
ぐ。その理由としては、W添加によりLaves 相を生成さ
せた上で、AP 値の適正化によりW含有の微細Laves 相
を析出させることにより、その析出強化がクリープ強度
の向上に有効に寄与することが考えられる。The welding material which realizes these is excellent in weld hot crack resistance and high temperature strength of the weld metal. Regarding the high temperature strength of the weld metal, the 10 5 hour creep strength at 650 ° C. exceeds 10 kgf / mm 2. It is also possible and surpasses the welding material described in JP-A-6-142980. The reason is that by adding W, a Laves phase is generated and then a fine Laves phase containing W is precipitated by optimizing the A P value, and the precipitation strengthening effectively contributes to the improvement of creep strength. Can be considered.
【0020】また、溶接材料とするために必要な熱間加
工性の改善については、次のような事実が判明した。ク
リープ強度確保のために必須元素として添加されるCu
が鋼中のOと結合して、低融点相を生じる。Cuと共に
Nを必須元素としているために、熱間変形抵抗が増大す
る。その結果、鋼塊から丸棒鋼および粗線材に熱間加工
する過程で割れが生じる。この対策として、O量を低く
すると共にCaを添加して、Cuによる低融点相の生成
を抑えることが有効なことを本発明者らは知見した。Regarding the improvement of hot workability required for producing a welding material, the following facts have been found. Cu added as an essential element to secure creep strength
Combines with O in the steel to form a low melting point phase. Since N is an essential element together with Cu, hot deformation resistance increases. As a result, cracking occurs in the process of hot working the steel ingot into round bar steel and rough wire. As a countermeasure against this, the present inventors have found that it is effective to reduce the amount of O and add Ca to suppress the formation of a low melting point phase due to Cu.
【0021】更に、そのような溶接材料を製造する際の
適正な熱間加工条件も、本発明者らによる調査から判明
した。Further, appropriate hot working conditions for producing such a welding material have also been revealed by the investigation by the present inventors.
【0022】本発明の溶接材料は、重量%でC:0.03
〜0.13%、Si:0.1〜0.5%、Mn:0.6〜6%、
Cr:20〜24%、Ni:6〜21%、Nb:0.01
〜0.7%、Mo:0.5〜1.5%、W:1〜3%、Cu1
〜4%、N:0.2〜0.4%、Al:0.5%以下、Ca:
0.002〜0.02%、Mg:0.02%以下、O:0.01
%以下、P:0.01%以下、P+S:0.02%以下と、
更に必要に応じてB:0.01%以下を含み、 −8≦AP ≦2 AP =Ni+0.5Mn+30(C+N)−1.1(Cr+
1.5Si+Mo+0.5W) を満足し、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。The welding material of the present invention contains C: 0.03% by weight.
~ 0.13%, Si: 0.1-0.5%, Mn: 0.6-6%,
Cr: 20-24%, Ni: 6-21%, Nb: 0.01
~ 0.7%, Mo: 0.5-1.5%, W: 1-3%, Cu1
~ 4%, N: 0.2-0.4%, Al: 0.5% or less, Ca:
0.002-0.02%, Mg: 0.02% or less, O: 0.01
% Or less, P: 0.01% or less, P + S: 0.02% or less,
If necessary, B: 0.01% or less is included, and −8 ≦ A P ≦ 2 A P = Ni + 0.5Mn + 30 (C + N) −1.1 (Cr +
1.5 Si + Mo + 0.5 W) and the balance is Fe and inevitable impurities.
【0023】本発明の溶接材料の製造方法は、上記成分
組成の素材を1100℃〜1250℃にて鍛造後、10
50〜1250℃にて外径6mm以上の粗線材に熱間圧
延し、更に40%以下の冷間加工と1000〜1250
℃での熱処理とを繰り返して線材に加工することを特徴
とする。In the method for producing the welding material of the present invention, the material having the above-described composition is forged at 1100 ° C to 1250 ° C, and thereafter 10
Hot rolling at 50 to 1250 ° C. into a coarse wire having an outer diameter of 6 mm or more, further cold working at 40% or less and 1000 to 1250.
It is characterized in that it is processed into a wire by repeating heat treatment at ℃.
【0024】[0024]
【作用】以下に本発明における条件限定理由について述
べる。The reason for limiting the conditions in the present invention will be described below.
【0025】〔溶接材料の成分〕 C:高温での引張強さ、クリープ強度の向上に寄与す
る。ただし、過剰の添加は、炭窒化物として析出し強度
の低下を招く。そのため、0.03〜0.13%とした。好
ましくは0.04〜0.12%、更に好ましくは0.05〜0.
10%である。[Components of Welding Material] C: Contributes to improvement of tensile strength and creep strength at high temperature. However, excessive addition causes precipitation as carbonitrides, leading to a decrease in strength. Therefore, it is set to 0.03 to 0.13%. Preferably 0.04 to 0.12%, more preferably 0.05 to 0.
It is 10%.
【0026】Si:脱酸剤として添加されるが、過度の
添加は凝固割れ感受性を高めるので、0.1〜0.5%とし
た。Si: added as a deoxidizer, but excessive addition increases solidification cracking susceptibility, so the content was made 0.1 to 0.5%.
【0027】Mn:脱酸剤として添加されるが、Sを固
定するため、溶接高温割れ感受性の低減にも寄与する。
ただし、過度の添加は脆化を招く。そのため0.6〜6%
とした。Mn: It is added as a deoxidizing agent, but since it fixes S, it also contributes to the reduction of the hot susceptibility to welding.
However, excessive addition causes embrittlement. Therefore, 0.6-6%
And
【0028】Cr:高温強度、耐酸化性、耐食性の確保
のために不可欠の元素であるが、過度の添加は熱間加工
性を損なう。そのため、20〜24%とした。Cr: An essential element for ensuring high temperature strength, oxidation resistance and corrosion resistance, but excessive addition impairs hot workability. Therefore, it is set to 20 to 24%.
【0029】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不可欠であり、6〜21%とした。
6%未満では溶接金属にフェライト相が生成し、使用中
に有害なシグマ相の析出を促進することにより、クリー
プ強度の低下を招く。一方21%を超えると溶接高温割
れ感受性の増大を招く。Ni: Indispensable for stabilizing the austenite structure and ensuring high temperature strength, and is set to 6 to 21%.
If it is less than 6%, a ferrite phase is generated in the weld metal and promotes precipitation of harmful sigma phase during use, resulting in a decrease in creep strength. On the other hand, if it exceeds 21%, the susceptibility to hot cracking of the weld is increased.
【0030】そして、Ni量を6〜21%とした上で、
AP が−8〜2となるように、主にNi量を調整する。
これはNi量の調整が高温強度を向上させる上で重要な
ポイントとなるからである。Then, after setting the amount of Ni to 6 to 21%,
As A P becomes -8~2 mainly adjusts the amount of Ni.
This is because adjusting the amount of Ni is an important point in improving the high temperature strength.
【0031】AP を−8〜2とすることにより高温での
使用中に金属間化合物(Γ相)が微細析出し、クリープ
強度を向上させる。AP が−8未満では高温での使用中
に粗大な金属間化合物の析出成長が進み、結果としてク
リープ強度の低下を招く。一方、2を超えると高温でオ
ーステナイト相が安定となり、金属間化合物の微細析出
によるクリープ強度の向上が期待できなくなる。AP の
下限としては−6以上が望ましく、−4以上が更に望ま
しい。またその上限としては1以下が望ましく、0以下
が更に望ましい。The intermetallic compound in use at high temperatures by the -8~2 the A P (gamma phase) is finely precipitated, thereby improving the creep strength. If A P is less than −8, coarse intermetallic compounds are precipitated and grown during use at high temperature, resulting in a decrease in creep strength. On the other hand, when it exceeds 2, the austenite phase becomes stable at high temperature, and improvement in creep strength due to fine precipitation of intermetallic compounds cannot be expected. The lower limit of A P is preferably -6 or more, more preferably -4 or more. The upper limit is preferably 1 or less, more preferably 0 or less.
【0032】Nb:炭窒化物を微細析出させることによ
り、高温強度の向上に寄与する。しかし、過度の添加
は、溶接高温割れ感受性を低下させ、特に、δフェライ
トを晶出させない条件下では、この割れ感受性に大きく
影響する。そのため、0.01〜0.7%とした。Nb: Fine precipitation of carbonitride contributes to improvement of high temperature strength. However, excessive addition lowers the weld hot cracking susceptibility, and particularly under the condition that δ ferrite is not crystallized, this cracking susceptibility is greatly affected. Therefore, it is set to 0.01 to 0.7%.
【0033】W:固溶強化と高温で使用中に微細な金属
間化合物(Γ相) を析出させることとにより、クリープ
強度の向上に寄与する。ただし過度の添加は、金属間化
合物の粗大化を促進し、かえってクリープ強度を低下さ
せる。そのため、1〜3%とした。W: Solid solution strengthening and precipitation of fine intermetallic compound (Γ phase) during use at high temperature contribute to improvement of creep strength. However, excessive addition promotes coarsening of the intermetallic compound, and rather reduces the creep strength. Therefore, it is set to 1 to 3%.
【0034】Al:脱酸剤として使用されるが、過剰の
添加は溶接金属中に介在物として残存し、クリープ延性
の低下を招くため、0.03%以下とした。Al: Used as a deoxidizer, but excessive addition thereof remains as inclusions in the weld metal, leading to a decrease in creep ductility, so the content was made 0.03% or less.
【0035】Mg:溶接高温割れ感受性低減および線材
加工時の熱間加工性改善に有効である。ただし、過度の
添加は、溶接金属中の介在物を増加させるため好ましく
ない。そのため、0.02%以下とした。Mg: Effective for reducing the sensitivity to hot cracking in welding and improving hot workability during wire processing. However, excessive addition is not preferable because it increases the inclusions in the weld metal. Therefore, it is set to 0.02% or less.
【0036】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
これを強化すると共に、一部は窒化物として析出するこ
とにより析出強化を行う。しかし、過度の添加は、高温
での使用中に多量の炭窒化物を析出させて脆化の原因と
なる。そのため、0.2〜0.4%とした。N: Indispensable for ensuring the high temperature strength of the weld metal. That is, N solid-dissolves in the matrix of the solidified structure to strengthen it, and partly precipitates as a nitride to strengthen the precipitation. However, excessive addition causes a large amount of carbonitride to precipitate during use at high temperature, which causes embrittlement. Therefore, it is set to 0.2 to 0.4%.
【0037】Mo:凝固ままの組織のマトリックス中に
固溶して高温強度を高めることができる。しかし、0.5
%未満ではその効果が小さく、1.5%超ではその効果が
緩和してしまうばかりか、耐食性の低下を招く。従っ
て、Moを添加する場合は、その量を0.5〜1.5%とし
た。Mo: A high temperature strength can be enhanced by forming a solid solution in the matrix of the as-solidified structure. But 0.5
If it is less than%, the effect is small, and if it exceeds 1.5%, the effect is alleviated and the corrosion resistance is deteriorated. Therefore, when Mo is added, the amount is set to 0.5 to 1.5%.
【0038】Cu:高温引張強さ、クリープ強さに有効
に寄与する。Cu富化相として微細析出するためであ
る。効果を十分に発揮させるため、1%以上とする。過
剰の添加は延性の低下を招くため、4%以下とする。Cu: Effectively contributes to high temperature tensile strength and creep strength. This is because fine precipitation occurs as a Cu-rich phase. In order to fully exert the effect, it is 1% or more. Excessive addition causes a decrease in ductility, so the content is made 4% or less.
【0039】B:粒界に偏析して、粒界の強度を高める
ため、クリープ強度の向上に有効である。ただし、溶接
高温割れを助長するため、添加する場合は0.01%以下
とする。B: It segregates at the grain boundaries to increase the strength of the grain boundaries, which is effective for improving the creep strength. However, in order to promote welding high temperature cracking, if added, the content should be 0.01% or less.
【0040】P,S:凝固時に低融点の共晶物を生成
し、溶接高温割れを発生させるので、P<0.01%でか
つP+S<0.02%とする。これにより、Nb,Bの添
加に伴う溶接高温割れ感受性を抑えることができ、N
b,B添加鋼であっても、十分な溶接性が確保され、N
b,Bの添加による高温強度の確保も容易になる。P, S: Since a eutectic having a low melting point is formed during solidification and hot welding cracks are generated, P <0.01% and P + S <0.02%. As a result, it is possible to suppress the weld hot cracking susceptibility associated with the addition of Nb and B.
Even with b and B added steel, sufficient weldability is secured and N
It becomes easy to secure high-temperature strength by adding b and B.
【0041】O:Cu添加を必須としているため、Cu
と結合して低融点共晶を形成し、熱間加工時に割れ性を
生じる原因になる。そのため、0.007%以下として、
ビレットから線材への加工性を確保する。O: Since Cu is indispensable, Cu
It forms a low-melting-point eutectic by combining with and causes cracking during hot working. Therefore, as 0.007% or less,
Ensure the workability from billet to wire.
【0042】Ca:クリープ強度を損なわずにOを固定
して、熱間加工時に発生する割れを防ぐ。しかし、過剰
の添加は溶接時の溶接アークの不安定を誘発し、結果と
して溶接欠陥が生じやすくなる。そのため、0.002〜
0.02%とした。Ca: O is fixed without impairing the creep strength to prevent cracks generated during hot working. However, excessive addition induces instability of the welding arc during welding, and as a result, welding defects are likely to occur. Therefore, 0.002-
It was set to 0.02%.
【0043】〔溶接材料の製造条件〕製造プロセスとし
ては、まず鋳塊を熱間鍛造により丸棒とし、さらにこれ
を熱間圧延により粗線材となす。[Conditions for Manufacturing Welding Material] In the manufacturing process, first, the ingot is made into a round bar by hot forging, and then this is made into a coarse wire rod by hot rolling.
【0044】鍛造温度は1100〜1250℃とする。
1100℃未満では、結晶粒内の変形抵抗が結晶粒界の
強度を上回り、粒界割れを生ずる。一方、1250℃を
超えると、粒界が一部液化し、割れを生ずる。The forging temperature is 1100 to 1250 ° C.
If the temperature is lower than 1100 ° C, the deformation resistance in the crystal grains exceeds the strength of the crystal grain boundaries, causing grain boundary cracking. On the other hand, if it exceeds 1250 ° C, a part of the grain boundary is liquefied and cracks occur.
【0045】熱間圧延温度は1050℃〜1250℃と
する。理由は鍛造温度の場合と同じであるが、圧延では
粒界割れが生じにくいため、下限が50℃低くなってい
る。The hot rolling temperature is 1050 ° C to 1250 ° C. The reason is the same as that at the forging temperature, but the lower limit is 50 ° C. lower because grain boundary cracking is less likely to occur in rolling.
【0046】熱延後の外径は6mm以上とする。6mm
未満になると外表面の冷却が早くなり、上述の下限温度
を保持することが困難となる。The outer diameter after hot rolling is 6 mm or more. 6 mm
If it is less than this, cooling of the outer surface becomes faster, and it becomes difficult to maintain the above-mentioned lower limit temperature.
【0047】熱延後は、所定の外径の線材を得るため冷
間圧延により外径を減ずるが、加工硬化による破断を防
ぐため、加工度は40%以下とする。加工硬化した線材
に対しては、熱処理により軟化処理を行うが、1000
℃未満ではその効果は小さく、1250℃を超えると表
面の酸化が著しくなるので、熱処理温度は1000〜1
250℃とする。After hot rolling, the outer diameter is reduced by cold rolling to obtain a wire having a predetermined outer diameter, but the workability is 40% or less in order to prevent breakage due to work hardening. The work-hardened wire is softened by heat treatment.
If the temperature is lower than 0 ° C, the effect is small, and if the temperature exceeds 1250 ° C, the surface is significantly oxidized.
The temperature is 250 ° C.
【0048】[0048]
【実施例】以下に本発明の実施例を示し、比較例と対比
することにより、本発明の効果を明らかにする。EXAMPLES Examples of the present invention will be shown below, and the effects of the present invention will be clarified by comparison with Comparative Examples.
【0049】母材として、表1に示す化学組成のオース
テナイト鋼を用いて、溶接材料の性能比較を行った。こ
の母材は、22Crで、且つCu,Mo,W,Nb,B
を含み、その700℃での100,000時間(105 時
間)クリープ強度が9kgf/mm2 である。溶接材料
は、表2および表3に示す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。Using austenitic steel having the chemical composition shown in Table 1 as a base metal, the performance comparison of the welding materials was carried out. This base material is 22Cr and contains Cu, Mo, W, Nb, B
And its creep strength at 700 ° C. for 100,000 hours (10 5 hours) is 9 kgf / mm 2 . The welding materials were six kinds shown in Tables 2 and 3, and all were manufactured by vacuum melting in a laboratory and then processing into a wire having an outer diameter of 2 mm.
【0050】比較試験では、まず、図1に示すように、
所定の開先4を設けた管母材1,1を、鋼からなる拘束
棒2に拘束溶接した。3は拘束溶接部である。次いで、
その開先4に対して供試溶接材料により多層溶接を行っ
た。拘束溶接により、開先に対する溶接の際に熱応力が
生じて割れが発生しやすくなる。溶接にはTIG法を用
いた。In the comparative test, first, as shown in FIG.
The pipe base materials 1 and 1 provided with the predetermined groove 4 were restrained and welded to the restraint rod 2 made of steel. 3 is a restraint welded portion. Then
Multi-layer welding was performed on the groove 4 with the test welding material. The restrained welding causes thermal stress during welding to the groove, which easily causes cracking. The TIG method was used for welding.
【0051】溶接後、機械加工により図2(A)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
(10mm)で180度曲げて、溶接金属5における溶
接高温割れの有無を調べた。また、図2(B)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, a side bending test piece shown in FIG. 2 (A) was sampled by bending, and this was bent 180 degrees with a bending radius (10 mm) twice the plate thickness, and welding hot cracking in weld metal 5 was performed. Was checked for. Further, a high temperature tensile test and a creep test were conducted using the test piece shown in FIG.
【0052】クリープ試験では、母材での破断時間が約
3000時間となる700℃、16kgf/mm2 の条
件で試験を行い、溶接金属5の破断時間を調べた。そし
て、母材破断時間の80%を良否の判定基準として、こ
れに達しないものをクリープ強度不足とした。結果を表
3に示す。溶接高温割れ○は割れなし、×は割れ発生を
示し、クリープ強度○は前述の判定基準を超えているこ
とを示し、×は強度不足を示す。In the creep test, the fracture time of the weld metal 5 was examined by conducting a test under the conditions of 700 ° C. and 16 kgf / mm 2 at which the fracture time in the base metal was about 3000 hours. Then, 80% of the base material rupture time was used as a criterion for determining the quality, and those that did not reach this were determined to have insufficient creep strength. The results are shown in Table 3. Welding hot cracking ○ indicates no cracking, × indicates cracking, creep strength ○ indicates exceeding the above-mentioned criteria, and × indicates insufficient strength.
【0053】A1〜A7は本発明の成分条件を満足す
る。これらの溶接材料は良好な耐溶接高温割れ性および
クリープ強度を示した。これに対し、本発明の成分条件
を満足しないものでは、B3,B4のように溶接割れが
生じたり、B1,B2,B5〜B7のようにクリープ強
度が不足した。また、B8,B9のように線材に加工で
きない場合もある。A1 to A7 satisfy the component conditions of the present invention. These welding materials showed good weld hot crack resistance and creep strength. On the other hand, when the component conditions of the present invention were not satisfied, weld cracking occurred like B3 and B4, and creep strength was insufficient like B1, B2 and B5 to B7. In addition, there are cases where it cannot be processed into a wire rod like B8 and B9.
【0054】[0054]
【表1】 [Table 1]
【0055】[0055]
【表2】 [Table 2]
【0056】[0056]
【表3】 [Table 3]
【0057】表2および表3に示した鋼A1,A2,B
7,B8につき、重量150kg、外径約300mmの
鋳塊を真空溶製し、加熱炉にて所定の温度に4時間保持
後、外径60mmの丸棒に熱間鍛造した。更に得られた
丸棒を加熱炉にて2時間保持後、熱間圧延により所定の
外径に線材加工した。各工程において目視により割れの
有無を調査した。結果を表4に示す。Steels A1, A2 and B shown in Tables 2 and 3
For No. 7 and B8, an ingot having a weight of 150 kg and an outer diameter of about 300 mm was vacuum-melted, held at a predetermined temperature for 4 hours in a heating furnace, and then hot forged into a round bar having an outer diameter of 60 mm. Further, the obtained round bar was held in a heating furnace for 2 hours and then hot-rolled into a wire having a predetermined outer diameter. The presence or absence of cracks was visually examined in each step. The results are shown in Table 4.
【0058】[0058]
【表4】 *印は本発明範囲外[Table 4] * Indicates outside the scope of the present invention
【0059】WB1〜WB3に示すように、本発明の範
囲外の鍛造条件、圧延条件では割れが生じた。WB4,
5のように、本発明の鍛造条件、圧延条件内であって
も、化学組成が発明範囲外であれば割れを生じる。これ
に対し、WA〜WA4のように、本発明の範囲内の化学
組成、鍛造条件、圧延条件を満足するものは、割れが生
ずることなく、良好に線材加工することができた。As shown in WB1 to WB3, cracking occurred under forging and rolling conditions outside the scope of the present invention. WB4
As shown in No. 5, even within the forging and rolling conditions of the present invention, cracking occurs if the chemical composition is outside the range of the invention. On the other hand, like WA to WA4, those satisfying the chemical composition, forging conditions, and rolling conditions within the scope of the present invention were able to be satisfactorily processed into a wire without cracking.
【0060】[0060]
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の溶接材料
は、耐溶接高温割れ性を犠牲にすることなく溶接金属に
とりわけ優れた高温強度を付与する。しかも、この種の
溶接材料に欠除しがちな熱間加工性に優れる。As described above, the welding material of the present invention imparts particularly excellent high temperature strength to the weld metal without sacrificing the weld hot cracking resistance. Moreover, it has excellent hot workability, which tends to be lacking in this kind of welding material.
【0061】また、本発明の溶接材料の製造方法は、線
材に加工するための熱間加工での割れを防ぐことによ
り、製品化を図る上での障害を取り除き、高性能な製品
を市場に提供し得る。In addition, the welding material manufacturing method of the present invention eliminates obstacles in commercialization by preventing cracking during hot working for processing into a wire rod, and puts high-performance products on the market. Can be provided.
【図1】溶接試験で用いた拘束溶接の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of restraint welding used in a welding test.
【図2】継手から採取した試験片の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a test piece taken from a joint.
Claims (3)
0.1〜0.5%、Mn:0.6〜6%、Cr:20〜24
%、Ni:6〜21%、Nb:0.01〜0.7%、Mo:
0.5〜1.5%、W:1〜3%、Cu1〜4%、N:0.2
〜0.4%、Al:0.5%以下、Ca:0.002〜0.02
%、Mg:0.02%以下、O:0.01%以下、P:0.0
1%以下、P+S:0.02%以下を含み、 −8≦AP ≦2 AP =Ni+0.5Mn+30(C+N)−1.1(Cr+
1.5Si+Mo+0.5W) を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする高強度オーステナイト鋼溶接材料。1. C: 0.03 to 0.13% by weight, Si:
0.1-0.5%, Mn: 0.6-6%, Cr: 20-24
%, Ni: 6 to 21%, Nb: 0.01 to 0.7%, Mo:
0.5-1.5%, W: 1-3%, Cu 1-4%, N: 0.2
~ 0.4%, Al: 0.5% or less, Ca: 0.002 to 0.02
%, Mg: 0.02% or less, O: 0.01% or less, P: 0.0
1% or less, including P + S: 0.02% or less, -8 ≦ A P ≦ 2 A P = Ni + 0.5Mn + 30 (C + N) -1.1 (Cr +
1.5Si + Mo + 0.5W), and the balance is Fe and inevitable impurities, and is a high-strength austenitic steel welding material.
B:0.01%以下を含むことを特徴とする高強度オース
テナイト鋼溶接材料。2. A high-strength austenitic steel welding material, which further contains B: 0.01% or less in addition to the components described in claim 1.
テナイト鋼溶接材料を製造する方法であって、素材を1
100℃〜1250℃にて鍛造後、1050〜1250
℃にて外径6mm以上の粗線材に熱間圧延し、更に40
%以下の冷間加工と1000〜1250℃での熱処理と
を繰り返して線材に加工することを特徴とする溶接材料
の製造方法。3. A method for producing the high-strength austenitic steel welding material according to claim 1 or 2, wherein the raw material is 1
After forging at 100 ° C to 1250 ° C, 1050 to 1250
Hot rolled into a coarse wire with an outer diameter of 6 mm or more at ℃
% Or less of cold working and heat treatment at 1000 to 1250 ° C. are repeatedly processed into a wire rod.
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8710405B2 (en) * | 2005-04-15 | 2014-04-29 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Austenitic stainless steel welding wire and welding structure |
CN107617830A (en) * | 2017-09-20 | 2018-01-23 | 中国科学院金属研究所 | High-level waste glass solidified body container austenitic stainless steel welding wire and its preparation method and application |
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- 1994-08-31 JP JP23239194A patent/JP2797981B2/en not_active Expired - Fee Related
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EP3693127A4 (en) * | 2017-10-03 | 2021-03-24 | Nippon Steel Corporation | Welding material for austenitic heat-resistant steel, weld metal and weld structure, and method for manufacturing weld metal and weld structure |
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