JPH09295185A - Welding method of high chromium steel - Google Patents

Welding method of high chromium steel

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JPH09295185A
JPH09295185A JP13256196A JP13256196A JPH09295185A JP H09295185 A JPH09295185 A JP H09295185A JP 13256196 A JP13256196 A JP 13256196A JP 13256196 A JP13256196 A JP 13256196A JP H09295185 A JPH09295185 A JP H09295185A
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JP
Japan
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welding
weld metal
steel
strength
equivalent
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Withdrawn
Application number
JP13256196A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshige Inoue
裕滋 井上
Toshihiko Koseki
敏彦 小関
Shigeru Okita
茂 大北
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welding method suitable for welding the high Cr steel to be used in a line pipe for petroleum and natural gas, and excellent in high temperature cracking resistance, low temperature cracking resistance, toughness, strength, and corrosion resistance of the weld metal. SOLUTION: The gas shielded metal arc welding is performed using a stainless steel wire having a composition consisting of 0.005-0.12% C, 0.01-1% Si, 0.02-2% Mn, 13-18% Cr, 3-5% Ni, 0.05-0.12% N, and with the ratio of the Cr equivalent to the Ni equivalent is >=1.6 to <=2.0 in the welding of the high Cr steel containing 7.5-12% Cr, the micro structure of the weld metal is of three phase structure of austenite, ferrite and martensite.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高Cr鋼の溶接方法
に係り、さらに詳しくは、例えば石油・天然ガスの輸送
に使われるラインパイプ、あるいは貯蔵に使われる容
器、あるいはさらに強度、靱性と耐食性が要求される用
途において使用される高Cr鋼を溶接するのに適した、
予熱および後熱処理を必要とせず耐割れ性が良好で、か
つ強度と靱性および耐食性に優れた溶接方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for welding high Cr steel, and more particularly, to a line pipe used for transportation of oil and natural gas, a container used for storage, or strength, toughness and corrosion resistance. Suitable for welding high Cr steel used in applications where
The present invention relates to a welding method which does not require preheating and post heat treatment, has good crack resistance, and has excellent strength, toughness, and corrosion resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年生産される石油・天然ガスは、湿潤
な炭酸ガスや硫化水素を含有するものが増加している。
こうした環境中で、炭素鋼や低合金鋼が著しく腐食する
ことは周知の事実である。したがって、かかる腐食性の
石油・天然ガスの輸送に際しては、鋼管の防食対策とし
て、腐食抑制剤の添加が従来から一般的であった。しか
し、腐食抑制剤は、海洋油井では腐食抑制剤の添加・回
収処理に要する費用が膨大なものとなり、また海洋汚染
の問題もあって使用が困難になりつつある。したがっ
て、腐食抑制剤を添加する必要がない耐食材料に対する
ニーズが、最近大きくなっている。
2. Description of the Related Art In recent years, petroleum and natural gas produced have increased in amount containing moist carbon dioxide and hydrogen sulfide.
It is a well-known fact that carbon steel and low alloy steel are significantly corroded in such an environment. Therefore, in transporting such corrosive oil and natural gas, addition of a corrosion inhibitor has heretofore been generally used as an anticorrosion measure for steel pipes. However, the corrosion inhibitors are becoming difficult to use due to the enormous cost required for addition and recovery processing of the corrosion inhibitors in the ocean oil well and due to the problem of marine pollution. Therefore, the need for corrosion resistant materials that do not require the addition of corrosion inhibitors has recently increased.

【0003】こうした目的のために、炭酸ガス含有環境
等で優れた耐食性を有し、溶接性にも優れる鋼あるいは
鋼管が多く提案されている。これらは炭酸ガス含有環境
での耐食性を得るために、11〜15%程度のCrを含
有し、溶接性を改善する目的でCを低減し、強度と靱性
を確保するために焼入−焼戻熱処理を施して、組織を焼
戻マルテンサイトとするのが一般的である。例えば、特
開平4−99154号公報および特開平4−99155
号公報には、CおよびNを低減し、置換型オーステナイ
ト安定化元素を添加した溶接性の優れたラインパイプ用
高Cr鋼が提案されている。
[0003] For this purpose, many steels or steel pipes having excellent corrosion resistance in an environment containing carbon dioxide gas and the like and excellent weldability have been proposed. These contain about 11 to 15% of Cr in order to obtain corrosion resistance in an environment containing carbon dioxide, reduce C for the purpose of improving weldability, and quench-temper to secure strength and toughness. Generally, the structure is tempered martensite by heat treatment. For example, JP-A-4-99154 and JP-A-4-99155
In the publication, a high Cr steel for line pipes is proposed in which C and N are reduced and a substitutional austenite stabilizing element is added and which has excellent weldability.

【0004】ところで、ラインパイプや圧力容器は溶接
によって接続あるいは製造されるものであることは周知
の通りであるが、上記のような溶接性の優れた高Cr鋼
に適した溶接材料あるいは溶接方法が従来無かった。N
KK技報、1989年発行、第129号、第15−22
頁には、AISI410鋼をUOE鋼管として製造し、
Niを添加した共金系材料を用いてTIG溶接継手(ラ
インパイプの現地円周溶接相当)を作成した例が報告さ
れている。しかし、該NKK技報にもみられるように、
高Cr鋼の共金系材料では、Niを多量に含有したとし
ても溶接金属の硬さが非常に硬くなる。またこの場合、
溶接金属の低温割れ感受性が高いため、予熱処理もしく
は後熱処理が必須である。したがって、高Cr鋼を従来
の共金系あるいはマルテンサイト系ステンレス鋼溶接材
料を用いて溶接することは、施工上は困難である。
By the way, it is well known that line pipes and pressure vessels are connected or manufactured by welding, but a welding material or welding method suitable for high Cr steel having excellent weldability as described above. There has never been. N
KK Technical Report, 1989, No. 129, No. 15-22
On the page, AISI410 steel is manufactured as UOE steel pipe,
There has been reported an example in which a TIG welded joint (corresponding to on-site circumferential welding of a line pipe) was formed using a co-metallic material to which Ni was added. However, as seen in the NKK Technical Report,
In the high-Cr steel co-metal material, the hardness of the weld metal becomes very hard even if a large amount of Ni is contained. Also in this case,
Pre-heat treatment or post-heat treatment is essential because the weld metal is highly susceptible to cold cracking. Therefore, it is difficult to weld a high Cr steel using a conventional co-metal or martensitic stainless steel welding material.

【0005】一方、耐食性の優れた高Niオーステナイ
ト系ステンレス鋼やNi基超合金を溶接材料とした場合
には、溶接部の選択腐食は発生せず、溶接金属の硬さが
低く、溶接金属の靱性を確保することができる。しか
し、オーステナイト系ステンレス鋼やNi基超合金は、
その結晶構造上、強度が低いという問題点がある。強度
が非常に低い溶接金属で溶接すると、外部応力が負荷さ
れた場合に溶接金属が集中的に変形し、破壊に至る恐れ
がある(アンダーマッチングと称する)。したがって、
オーステナイト系ステンレス鋼や高Ni合金を溶接材料
として、高Cr鋼を溶接することにも大きな困難があっ
た。さらに、近年では二相ステンレス鋼溶接材料も使用
されているが、溶接金属の強度は低くアンダーマッチン
グとなる場合が多い。
On the other hand, when high Ni austenitic stainless steel or Ni-base superalloy having excellent corrosion resistance is used as the welding material, selective corrosion of the welded portion does not occur, the hardness of the welded metal is low, and The toughness can be secured. However, austenitic stainless steels and Ni-base superalloys
Due to its crystal structure, there is a problem that strength is low. When welding is performed with a weld metal having a very low strength, when an external stress is applied, the weld metal is intensively deformed and may be broken (referred to as undermatching). Therefore,
Welding high Cr steel using austenitic stainless steel or high Ni alloy as a welding material has also been very difficult. Further, in recent years, a duplex stainless steel welding material has also been used, but the strength of the weld metal is low and often undermatches.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした現状
に鑑みて、高Cr鋼を溶接するに際して、予熱および後
熱処理を必要とせず、溶接部の耐高温割れ性、耐低温割
れ性および靱性と強度に優れ、さらに、炭酸ガス含有環
境等で優れた耐食性を有する溶接方法を提供することを
目的としている。
In view of these circumstances, the present invention does not require preheating and post heat treatment when welding high Cr steel, and does not require high temperature crack resistance, low temperature crack resistance and toughness of the welded portion. It is an object of the present invention to provide a welding method having excellent strength and excellent corrosion resistance in a carbon dioxide gas-containing environment and the like.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、重量%で(以下同じ)、Cr:7.
5〜12.0%を含有し、ミクロ組織がマルテンサイト
単相、またはマルテンサイト50%以上および残部フェ
ライトからなる高Cr鋼の溶接方法において、C:0.
005〜0.12%、Si:0.01〜1.0%、M
n:0.02〜2.0%、Cr:13.0〜18.0
%、Ni:3.0〜5.0%、N:0.05〜0.12
%を含有し、さらに必要に応じてMo:0.1〜2.0
%Cu:0.1〜2.0%の1種または2種を含有し、
さらに、Pを0.03%以下、Sを0.01%以下に制
限し、残部Feおよび不可避不純物からなり、かつCr
当量をCr+Mo+1.5Si、Ni当量をNi+0.
5Mn+30C+30Nとしたとき、Cr当量/Ni当
量比が1.6以上、2.0以下で、ステンレス鋼ワイヤ
を用いてガスシールドアーク溶接し、溶接金属のミクロ
組織をオーステナイト+フェライト+マルテンサイトの
3相組織とすることを特徴とする高Cr鋼の溶接方法で
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems, and in% by weight (hereinafter the same), Cr: 7.
In the welding method of high Cr steel containing 5 to 12.0% and having a microstructure of martensite single phase, or 50% or more of martensite and the balance ferrite, C: 0.
005 to 0.12%, Si: 0.01 to 1.0%, M
n: 0.02 to 2.0%, Cr: 13.0 to 18.0
%, Ni: 3.0 to 5.0%, N: 0.05 to 0.12
%, And if necessary Mo: 0.1-2.0
% Cu: 0.1 to 2.0% of one or two kinds are contained,
Furthermore, P is limited to 0.03% or less and S is limited to 0.01% or less, and the balance is Fe and inevitable impurities, and Cr
Equivalent weight is Cr + Mo + 1.5Si, Ni equivalent weight is Ni + 0.
When 5Mn + 30C + 30N, the Cr equivalent / Ni equivalent ratio is 1.6 or more and 2.0 or less, gas shield arc welding is performed using a stainless steel wire, and the microstructure of the weld metal is austenite + ferrite + martensite It is a welding method for high Cr steel characterized by having a structure.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下に本発明において各成分等の
範囲を限定した理由を述べる。第一に、ステンレス鋼ワ
イヤの成分限定理由を述べる。 C:Cは溶接金属の強度を大きく上昇させる元素とし
て、またオーステナイト生成元素として0.005%以
上添加する。また、CはCr炭化物を生成して耐食性を
低下させる元素ではあるが、C量が0.12%以下であ
ればC添加による耐食性の低下はさほど大きくはなく、
母材である高Cr鋼のそれを下回ることはない。しか
し、C含有量が0.12%を超えると溶接金属の耐食性
と靱性が低下するので、上限は0.12%とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The reasons for limiting the range of each component in the present invention will be described below. First, the reasons for limiting the components of the stainless steel wire will be described. C: C is added as an element that greatly increases the strength of the weld metal and as an austenite forming element in an amount of 0.005% or more. Further, although C is an element that forms Cr carbides and lowers the corrosion resistance, if the C content is 0.12% or less, the deterioration of the corrosion resistance due to the addition of C is not so large,
It does not fall below that of the high Cr steel that is the base material. However, if the C content exceeds 0.12%, the corrosion resistance and toughness of the weld metal deteriorate, so the upper limit is made 0.12%.

【0009】Si:Siは溶接金属の脱酸剤および強化
元素として有効であるが、含有量が0.01%未満では
その脱酸効果が充分ではなく、1.0%を超えて含有さ
せても、その効果は飽和するばかりか衝撃靱性を低下さ
せるので、Siの含有量範囲は0.01〜1.0%に限
定する。
Si: Si is effective as a deoxidizing agent and a strengthening element for the weld metal, but if its content is less than 0.01%, its deoxidizing effect is not sufficient, and if it exceeds 1.0%. However, since the effect not only saturates but also lowers the impact toughness, the Si content range is limited to 0.01 to 1.0%.

【0010】Mn:Mnは溶接金属の脱酸剤として必要
で、また溶接金属の組織を調整するためのオーステナイ
ト生成元素としても重要であって、0.02%以上を含
有させる必要がある。しかし、2.0%を超えて含有さ
せてもその効果はもはや飽和しているばかりか、過剰に
Mnを含有させることは材料の製造時に困難を生ずるの
で、上限含有量は2.0%とする。
Mn: Mn is necessary as a deoxidizing agent for the weld metal, and is also important as an austenite forming element for adjusting the structure of the weld metal, and it is necessary to contain 0.02% or more. However, even if the content exceeds 2.0%, not only the effect is already saturated, but excessive addition of Mn causes difficulty in manufacturing the material, so the upper limit content is 2.0%. To do.

【0011】Cr:Crは溶接金属の耐食性と強度を確
保するために13.0%以上を含有させることが必要で
あるが、18.0%を超えて含有させると、溶接金属の
強度を確保するためのマルテンサイト組織の生成が困難
となる。したがって、Crの含有量は13.0〜18.
0%とする。
Cr: Cr is required to be contained in an amount of 13.0% or more in order to secure the corrosion resistance and strength of the weld metal, but when it is contained in excess of 18.0%, the strength of the weld metal is secured. Therefore, it becomes difficult to generate a martensite structure. Therefore, the Cr content is 13.0 to 18.
0%.

【0012】Ni:Niは溶接金属の組織中にオーステ
ナイトを安定に生成させ、靱性と耐食性を確保する元素
として重要である。その含有量が3.0%未満では衝撃
靱性が不充分である。Niの含有量が5.0%を超える
と、オーステナイト分率が過大になって、溶接金属の強
度が低下する恐れがあるのに対して、衝撃靱性を向上さ
せる効果はもはや飽和する。したがって、Niの含有量
は3.0〜5.0%とする。
Ni: Ni is important as an element that stably forms austenite in the structure of the weld metal and secures toughness and corrosion resistance. If the content is less than 3.0%, the impact toughness is insufficient. If the Ni content exceeds 5.0%, the austenite fraction may become excessive and the strength of the weld metal may decrease, while the effect of improving impact toughness is saturated. Therefore, the content of Ni is set to 3.0 to 5.0%.

【0013】N:Nは靱性を確保するオーステナイト生
成元素として0.05%以上添加されるが、0.12%
を超えて含有させると溶接金属にブローホールを生成す
るなどの問題を生ずるので、上限含有量は0.12%と
する。
N: N is added as 0.05% or more as an austenite forming element for ensuring toughness, but 0.12%
If it is contained in excess of 0.1%, problems such as formation of blowholes in the weld metal occur, so the upper limit content is made 0.12%.

【0014】P:Pは多量に存在すると溶接金属の耐高
温割れ性および靱性を低下させるので、少ない方が望ま
しく、0.03%以下に低減することが必要であり、少
ないほど好ましい。
P: If a large amount of P is present, the high temperature crack resistance and toughness of the weld metal are deteriorated. Therefore, it is desirable that the amount be small, and it is necessary to reduce it to 0.03% or less.

【0015】S:Sも多量に存在すると、耐溶接高温割
れ性、熱間加工性、延性および耐食性を低下させるの
で、少ない方が望ましく、0.01%以下に低減するこ
とが必要である。溶接材料としての製造性を一段と改善
し、溶接金属の耐食性をさらに改善するためには、Sを
0.005%以下に低減すると、より好ましい。
If a large amount of S: S is present, the weld hot cracking resistance, hot workability, ductility and corrosion resistance are deteriorated. Therefore, a smaller amount is desirable, and it is necessary to reduce it to 0.01% or less. In order to further improve the manufacturability as a welding material and further improve the corrosion resistance of the weld metal, it is more preferable to reduce S to 0.005% or less.

【0016】Cr当量/Ni当量:Cr当量/Ni等量
が1.6未満では、溶接金属がオーステナイト単相凝固
となり高温割れ感受性が高まる。また、2.0超ではフ
ェライト含有量が増すため、靱性が低下する。したがっ
て、Cr当量/Ni当量比を1.6〜2.0に限定し
た。なおCr当量は後述の必要に応じて添加するMoも
含めてCr+Mo+1.5Siであり、Ni当量はNi
+0.5Mn+30C+30Nである。
Cr equivalent / Ni equivalent: When the Cr equivalent / Ni equivalent is less than 1.6, the weld metal becomes austenite single phase solidification and the hot cracking susceptibility increases. On the other hand, if it exceeds 2.0, the ferrite content increases and the toughness decreases. Therefore, the Cr equivalent / Ni equivalent ratio is limited to 1.6 to 2.0. The Cr equivalent is Cr + Mo + 1.5Si, including Mo added as required later, and the Ni equivalent is Ni.
+ 0.5Mn + 30C + 30N.

【0017】以上が本発明方法で使用するステンレス鋼
ワイヤの基本成分であるが、本発明においては、必要に
応じてさらに以下の元素を添加して、特性を一段と向上
させた溶接材料も対象としている。
The above are the basic components of the stainless steel wire used in the method of the present invention. In the present invention, however, the following elements are further added, if necessary, to further improve the properties of the welding material. There is.

【0018】Mo:Moは溶接金属の耐食性と高強度を
確保するために添加する。Moが0.1%未満では溶接
金属の耐食性と強度が充分ではなく、2.0%を超える
と溶接金属中に金属間化合物を生成し、靱性が低下す
る。したがって、Moの含有量は0.1〜2.0%とす
る。
Mo: Mo is added to secure the corrosion resistance and high strength of the weld metal. If the Mo content is less than 0.1%, the corrosion resistance and strength of the weld metal will not be sufficient, and if it exceeds 2.0%, an intermetallic compound will be generated in the weld metal and the toughness will decrease. Therefore, the content of Mo is set to 0.1 to 2.0%.

【0019】Cu:Cuは溶接金属の強度と耐食性を高
めるのに顕著な効果があり、また、靱性を確保するため
のオーステナイト生成元素として、0.1%以上添加さ
れるが、2.0%を超えて添加してもその効果はもはや
飽和するのに対して、溶接材料の製造性を低下させるの
で、上限含有量は2.0%とする。
Cu: Cu has a remarkable effect in enhancing the strength and corrosion resistance of the weld metal, and is added as an austenite forming element for ensuring toughness in an amount of 0.1% or more, but 2.0%. If added in excess, the effect will no longer be saturated, but the manufacturability of the welding material will be reduced, so the upper limit content is made 2.0%.

【0020】第二に、本発明において溶接金属のミクロ
組織を限定した理由を説明する。溶接金属のミクロ組織
は、耐低温割れ性、耐高温割れ性、強度、衝撃靱性、耐
食性という複数の要求特性を同時に満足するために、オ
ーステナイト+フェライト+マルテンサイトの3相組織
であることが必要である。フェライト単相では衝撃靱性
が悪く強度も不足する。オーステナイト単相では高温割
れの危険性が大きく、また強度は著しく低い。マルテン
サイト単相では衝撃靱性に乏しく、また低温割れの危険
性がある。フェライト+オーステナイトの2相では耐割
れ性および靱性は良好であるが、強度不足である。フェ
ライト+マルテンサイトの2相では低温割れ感受性が高
く、また衝撃靱性が乏しい。オーステナイト+マルテン
サイトの2相では高温割れ感受性が高い。
Secondly, the reason why the microstructure of the weld metal is limited in the present invention will be explained. The microstructure of the weld metal must be austenite + ferrite + martensite in order to simultaneously satisfy multiple required properties such as low temperature crack resistance, high temperature crack resistance, strength, impact toughness and corrosion resistance. Is. A ferrite single phase has poor impact toughness and insufficient strength. The austenitic single phase has a high risk of hot cracking and has a significantly lower strength. Martensite single phase is poor in impact toughness and there is a risk of cold cracking. In the two phases of ferrite and austenite, crack resistance and toughness are good, but strength is insufficient. The two phases of ferrite and martensite have high cold cracking susceptibility and poor impact toughness. The two phases of austenite and martensite are highly susceptible to hot cracking.

【0021】オーステナイト+フェライト+マルテンサ
イトの3相組織とすることによって、靱性と耐低温割れ
性がオーステナイトで、強度がマルテンサイトで、耐高
温割れ性がフェライトでそれぞれ確保されるため、溶接
金属の強度と靱性が高まり、高温割れが防止される。さ
らに、予熱あるいは後熱処理を施さなくても、低温割れ
の発生が抑制される。
By forming the three-phase structure of austenite + ferrite + martensite, the toughness and cold crack resistance are secured by austenite, the strength is martensite, and the hot crack resistance is secured by ferrite. Strength and toughness are enhanced and hot cracking is prevented. Furthermore, the occurrence of low temperature cracking is suppressed even without performing preheating or post heat treatment.

【0022】本発明が対象とする高Cr鋼はCr量が
7.5〜12.0%であって、ミクロ組織がマルテンサ
イト単相、あるいはマルテンサイトを50%以上として
残部フェライトを含むもので、高強度が要求される鋼で
ある。ここで、マルテンサイトが50%未満になると強
度が充分ではなく、Cr量が12%超ではマルテンサイ
トが50%以上確保できない。また、Cr量が7.5%
未満では耐食性が充分ではなくなる。本発明は母材の降
伏強度が700N/mm2 以上である場合に特に有効で
ある。
The high Cr steel targeted by the present invention has a Cr content of 7.5 to 12.0% and has a microstructure of martensite single phase or contains martensite of 50% or more and the balance ferrite. A steel that requires high strength. Here, if the martensite content is less than 50%, the strength is insufficient, and if the Cr content exceeds 12%, 50% or more of martensite cannot be secured. Also, the Cr content is 7.5%
If it is less than this, the corrosion resistance becomes insufficient. The present invention is particularly effective when the yield strength of the base material is 700 N / mm 2 or more.

【0023】高Cr鋼ではあっても、該鋼の組織がフェ
ライト単相、あるいはフェライトが50%超からなる場
合には、鋼自体の強度が必ずしも高くはないので、溶接
部に要求される強度もさほど高くなく、本発明方法を適
用する必要がない場合が多い。もちろん、組織がフェラ
イト単相、あるいはフェライトが50%超からなる高C
r鋼に本発明方法を適用しても、何ら問題はない。ま
た、本発明が対象とする高Cr鋼においては、Cr量が
前述の範囲であれば、他の成分は特に限定されるもので
はなく、いずれも適用可能である。
Even if it is a high Cr steel, if the structure of the steel is a ferrite single phase or the ferrite is more than 50%, the strength of the steel itself is not necessarily high, so that the strength required for the welded portion is high. In many cases it is not very expensive and it is not necessary to apply the method of the invention. Of course, the structure is a single ferrite phase, or high C with more than 50% ferrite.
There is no problem in applying the method of the present invention to r steel. In the high Cr steels targeted by the present invention, other components are not particularly limited as long as the Cr content is in the above-mentioned range, and any of them can be applied.

【0024】[0024]

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
1に成分を示す高Cr鋼(板厚14.5mm)を母材と
して、開先角度60゜、ルート面1mmの開先を作製し
た。なお、表1の鋼板は、焼入−焼戻熱処理を施して降
伏強度は710N/mm2以上である。また、上記の知
見を基にして、表2に示す化学組成の鋼を真空溶解で溶
製した後、通常の方法で線引きし、溶接用ワイヤとし
た。表1の母材に対し、これら溶接用ワイヤを用いて2
00A−24V−40cm/minの条件でMIG溶接
を行った。なお、いずれも溶接に際しても、予熱はまっ
たく適用せず、溶接後の熱処理も行なっていない。
Embodiments of the present invention will be described below. A groove having a groove angle of 60 ° and a root face of 1 mm was prepared using a high Cr steel having the components shown in Table 1 (sheet thickness: 14.5 mm) as a base material. The steel sheets in Table 1 are subjected to quenching-tempering heat treatment and have a yield strength of 710 N / mm 2 or more. Further, based on the above findings, steel having the chemical composition shown in Table 2 was melted by vacuum melting and then drawn by a usual method to obtain a welding wire. Using these welding wires for the base metal in Table 1, 2
MIG welding was performed under the conditions of 00A-24V-40 cm / min. In addition, in any case, no preheating was applied at the time of welding and no heat treatment was performed after welding.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】[0026]

【表2】 [Table 2]

【0027】溶接金属のミクロ組織は、各溶接継手の断
面についてエッチングを施し、現出した組織から判別
し、表3にその結果を記載した。次に、各々の溶接継手
から、溶接金属に切欠が位置するようにJIS4号衝撃
試験片(フルサイズ)を採取した後に、衝撃試験を実施
した。また、溶接線に直交する方向において、平行部に
溶接金属、溶接熱影響部、母材を含むように、JIS5
号引張試験片を採取し、室温で引張試験を行なった。
The microstructure of the weld metal was subjected to etching on the cross section of each welded joint, and was distinguished from the exposed structure. The results are shown in Table 3. Next, a JIS No. 4 impact test piece (full size) was sampled from each welded joint so that the notch was located in the weld metal, and then an impact test was performed. In addition, in the direction orthogonal to the welding line, JIS5 should include the weld metal, the weld heat affected zone, and the base metal in the parallel portion.
The No. 10 tensile test piece was sampled and the tensile test was performed at room temperature.

【0028】[0028]

【表3】 [Table 3]

【0029】一方、各溶接継手の溶接金属から試験片を
採取して、湿潤炭酸ガス環境における腐食試験を行なっ
た。湿潤炭酸ガス環境における腐食試験条件としては、
試験温度120℃のオートクレーブ中で、炭酸ガス40
気圧の条件で5%NaCl水溶液中に30日間浸漬し
て、試験前後の重量変化から腐食速度を算出した。腐食
速度の単位はmm/yで表わしたが、一般にある環境に
おけるある材料の腐食速度が0.1mm/y未満の場
合、材料は充分耐食的であり、使用可能であると考えら
れている。さらに、高温割れの試験にはJIS Z31
55に記載のFISCO試験を採用し、低温割れの試験
にはJIS Z3157に記載のU型溶接割れ試験を採
用した。
On the other hand, a test piece was taken from the weld metal of each welded joint and a corrosion test was performed in a wet carbon dioxide gas environment. Corrosion test conditions in a wet carbon dioxide environment include:
40 carbon dioxide in an autoclave at a test temperature of 120 ° C
It was immersed in a 5% NaCl aqueous solution for 30 days under atmospheric pressure, and the corrosion rate was calculated from the weight change before and after the test. Although the unit of the corrosion rate is expressed in mm / y, in general, when the corrosion rate of a material in an environment is less than 0.1 mm / y, the material is considered to be sufficiently corrosion resistant and usable. Furthermore, JIS Z31 is used for the hot crack test.
The FISCO test described in 55 was adopted, and the U-type weld crack test described in JIS Z3157 was adopted for the low temperature crack test.

【0030】各試験結果を表3に示した。表3の高温割
れ試験および低温割れ試験結果において、○は割れが認
められなかったもの、×は割れが発生したものを表して
いる。また、衝撃試験結果において、○は破面遷移温度
が−30℃以下、×は破面遷移温度が−30℃を超えて
0℃以下、××は破面遷移温度が0℃超であったことを
それぞれ表わしている。引張試験結果においては、○は
母材部で破断し、溶接金属部では破断しなかったもの、
×は溶接金属部で破断したものを表わしている。腐食試
験結果としては、腐食速度を示した。
The results of each test are shown in Table 3. In the results of the hot cracking test and cold cracking test in Table 3, ◯ means that no crack was observed, and x means that cracking occurred. Further, in the impact test results, ◯ indicates that the fracture surface transition temperature is −30 ° C. or lower, × indicates that the fracture surface transition temperature exceeds −30 ° C. and is 0 ° C. or less, and XX indicates that the fracture surface transition temperature exceeds 0 ° C. It means that In the tensile test results, ○ was broken in the base metal part, not broken in the weld metal part,
X represents a fracture at the weld metal part. The corrosion test results showed the corrosion rate.

【0031】表3から明らかなように、本発明例である
No.1〜6は、溶接金属の組織がオーステナイト+フ
ェライト+マルテンサイトの3相組織となっており、溶
接時の予熱あるいは後熱処理を施さなくても、耐高温割
れ性および耐低温割れ性が良好で、溶接金属の衝撃靱性
も優れ、溶接金属の強度も高く(溶接金属では破断しな
い)、かつ溶接金属の耐食性が優れるという、多数の要
求特性を同時に満足できることがわかる。
As is apparent from Table 3, No. 1 which is an example of the present invention. In Nos. 1 to 6, the weld metal has a three-phase structure of austenite + ferrite + martensite, and the high temperature cracking resistance and the low temperature cracking resistance are good even without preheating or post heat treatment during welding. It can be seen that a large number of required properties such as excellent impact toughness of the weld metal, high strength of the weld metal (which does not break in the weld metal), and excellent corrosion resistance of the weld metal can be satisfied at the same time.

【0032】これに対して、比較例であるNo.7は溶
接金属がフェライト単相であるために、衝撃靱性が著し
く悪く、強度も低い。比較例No.8およびNo.12
は溶接金属がオーステナイト単相凝固しているために溶
接高温割れが起こっている。さらに、No.8では強度
が低く、No.12では靱性が低い。比較例No.9お
よびNo.11は溶接金属がマルテンサイト単相あるい
はマルテンサイト+フェライト組織となって、低温割れ
が起こり、さらに、衝撃靱性が著しく低下している。比
較例No.10は溶接金属がフェライト+オーステナイ
トの2相組織で耐割れ性、靱性および耐食性は優れてい
るが、強度不足で溶接金属破断を起こしている。
On the other hand, No. In No. 7, since the weld metal is a single ferrite phase, the impact toughness is extremely poor and the strength is low. Comparative Example No. 8 and No. 12
Indicates that the weld metal is austenite single-phase solidified and therefore weld hot cracking occurs. In addition, No. No. 8 has low strength, and No. No. 12 has low toughness. Comparative Example No. 9 and No. In No. 11, the weld metal has a martensite single phase or a martensite + ferrite structure, low temperature cracking occurs, and the impact toughness is remarkably lowered. Comparative Example No. In No. 10, the weld metal has a two-phase structure of ferrite + austenite and is excellent in crack resistance, toughness and corrosion resistance, but the weld metal fractures due to insufficient strength.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、本発明は予熱および
後熱処理を必要とせず、耐高温割れ性、耐低温割れ性、
靱性、強度および耐食性に優れた高Cr鋼の溶接方法を
提供することを可能としたものであり、産業の発展に貢
献するところが極めて大である。
As described above, the present invention does not require preheating and post-heat treatment, and does not require hot crack resistance, cold crack resistance,
It is possible to provide a welding method for high Cr steel excellent in toughness, strength and corrosion resistance, and it is extremely important to contribute to the development of industry.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で(以下同じ)、Cr:7.5〜
12.0%を含有し、ミクロ組織がマルテンサイト単
相、またはマルテンサイト50%以上および残部フェラ
イトからなる高Cr鋼の溶接方法において、 C :0.005〜0.12%、 Si:0.01〜1.0%、 Mn:0.02〜2.0%、 Cr:13.0〜18.0%、 Ni:3.0〜5.0%、 N: 0.05〜0.12% を含有し、さらに、 Pを0.03%以下、 Sを0.01%以下 に制限し、残部Feおよび不可避不純物からなり、かつ
Cr当量をCr+1.5Si、Ni当量をNi+0.5
Mn+30C+30Nとしたとき、Cr当量/Ni当量
比が1.6以上、2.0以下であるステンレス鋼ワイヤ
を用いてガスシールドアーク溶接し、溶接金属のミクロ
組織をオーステナイト+フェライト+マルテンサイトの
3相組織とすることを特徴とする高Cr鋼の溶接方法。
1. Cr: 7.5% by weight (hereinafter the same)
In the welding method for high Cr steel containing 12.0% and having a microstructure of martensite single phase, or martensite 50% or more and the balance ferrite, C: 0.005 to 0.12%, Si: 0. 01-1.0%, Mn: 0.02-2.0%, Cr: 13.0-18.0%, Ni: 3.0-5.0%, N: 0.05-0.12% In addition, P is limited to 0.03% or less, S is limited to 0.01% or less, the balance is Fe and inevitable impurities, and the Cr equivalent is Cr + 1.5Si and the Ni equivalent is Ni + 0.5.
When Mn + 30C + 30N, gas shield arc welding is performed using a stainless steel wire having a Cr equivalent / Ni equivalent ratio of 1.6 or more and 2.0 or less, and the microstructure of the weld metal is austenite + ferrite + martensite A method for welding high Cr steel characterized by having a structure.
【請求項2】 ステンレス鋼ワイヤがさらに、 Mo:0.1〜2.0% Cu:0.1〜2.0% の1種または2種を含有し、かつCr当量としてCr+
Mo+1.5Siを用いることを特徴とする請求項1に
記載の高Cr鋼の溶接方法。
2. A stainless steel wire further contains one or two of Mo: 0.1 to 2.0% Cu: 0.1 to 2.0%, and Cr + as a Cr equivalent.
The method for welding high Cr steel according to claim 1, wherein Mo + 1.5Si is used.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105057926A (en) * 2015-09-22 2015-11-18 山东大学 Special flux-cored wire for hot-working die repairing surfacing

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