JPH09308989A - 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 - Google Patents
高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料Info
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- JPH09308989A JPH09308989A JP14652096A JP14652096A JPH09308989A JP H09308989 A JPH09308989 A JP H09308989A JP 14652096 A JP14652096 A JP 14652096A JP 14652096 A JP14652096 A JP 14652096A JP H09308989 A JPH09308989 A JP H09308989A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 クリープ強度、靭性および溶接性の優れた高
Crフェライト系耐熱鋼用の溶接材料を提供する。 【解決手段】 Cr:8〜13%、Ni:0.01〜
1.5%、Co:0.5〜4.0%、Mo:0.05〜
2.0%、W:0.5〜3.0%、V:0.03〜0.
50%、Nb:0.01〜0.15%、Ta:0.01
〜0.15%、N:0.01〜0.08%などを含有
し、かつMo、W、NiおよびCoの含有量、Mn、C
oおよびNiの含有量ならびにCr等量に各々一定の関
係があることを特徴とする。
Crフェライト系耐熱鋼用の溶接材料を提供する。 【解決手段】 Cr:8〜13%、Ni:0.01〜
1.5%、Co:0.5〜4.0%、Mo:0.05〜
2.0%、W:0.5〜3.0%、V:0.03〜0.
50%、Nb:0.01〜0.15%、Ta:0.01
〜0.15%、N:0.01〜0.08%などを含有
し、かつMo、W、NiおよびCoの含有量、Mn、C
oおよびNiの含有量ならびにCr等量に各々一定の関
係があることを特徴とする。
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は高温高能率のエネル
ギープラント等に用いられる高い靱性と高温強度を有す
る耐熱鋼の溶接材料に関するものであり、さらに詳しく
は、高温におけるクリープ特性、時効後も含めた靱性、
耐割れ性に優れた溶接金属を与える溶接材料に係わるも
のである。
ギープラント等に用いられる高い靱性と高温強度を有す
る耐熱鋼の溶接材料に関するものであり、さらに詳しく
は、高温におけるクリープ特性、時効後も含めた靱性、
耐割れ性に優れた溶接金属を与える溶接材料に係わるも
のである。
【0002】
【従来の技術】高温高能率型のエネルギープラント用鋼
材として、クリープ強度が極めて優れ、かつオーステナ
イト系ステンレス鋼に見られるような応力腐食割れの心
配の無いフェライト系耐熱鋼が強く要望されている。こ
れに対して、9Cr−Mo系あるいは例えば特開昭61
−069948号公報に開示されているような9Cr−
Mo−W系の耐熱鋼が開発されている。
材として、クリープ強度が極めて優れ、かつオーステナ
イト系ステンレス鋼に見られるような応力腐食割れの心
配の無いフェライト系耐熱鋼が強く要望されている。こ
れに対して、9Cr−Mo系あるいは例えば特開昭61
−069948号公報に開示されているような9Cr−
Mo−W系の耐熱鋼が開発されている。
【0003】この種の耐熱鋼用の溶接材料として、例え
ば特開昭60−257991号公報に開示されている9
Cr−Mo系鋼用溶接ワイヤのように、溶接ワイヤ中の
C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni添加量を限定して
(Nb+V)で0.3%以下とする溶接ワイヤが提案さ
れている。また特開平2−280993号公報では、8
〜12Cr系溶接材料のようにC、Si、Mn、Cr、
Ni、Mo、W、V、Nb、AlおよびNの添加量を限
定し、Creq:13以下とする溶接材料が提案されてい
る。
ば特開昭60−257991号公報に開示されている9
Cr−Mo系鋼用溶接ワイヤのように、溶接ワイヤ中の
C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni添加量を限定して
(Nb+V)で0.3%以下とする溶接ワイヤが提案さ
れている。また特開平2−280993号公報では、8
〜12Cr系溶接材料のようにC、Si、Mn、Cr、
Ni、Mo、W、V、Nb、AlおよびNの添加量を限
定し、Creq:13以下とする溶接材料が提案されてい
る。
【0004】また、9Cr−Mo−W用溶接材料として
例えば特開平5−177383号公報では溶接ワイヤ中
のC、Si、Mn、V、Nb、N、Cr、Ni、Mo、
WおよびCoの添加量を限定しさらにMo、W、Ni、
Coの添加量の間に(Mo+W)/(Ni+Co)≦
1.5の関係が成立するような溶接材料が、また特開平
5−177384号公報では溶接ワイヤ中のC、Si、
Mn、V、Nb、N、Cr、Ni、Mo、WおよびCu
の添加量を限定しさらにMo、W、Ni、Cuの添加量
の間に(Mo+W)/(Ni+Cu)≦1.5の関係が
成立するような溶接材料が提案されている。
例えば特開平5−177383号公報では溶接ワイヤ中
のC、Si、Mn、V、Nb、N、Cr、Ni、Mo、
WおよびCoの添加量を限定しさらにMo、W、Ni、
Coの添加量の間に(Mo+W)/(Ni+Co)≦
1.5の関係が成立するような溶接材料が、また特開平
5−177384号公報では溶接ワイヤ中のC、Si、
Mn、V、Nb、N、Cr、Ni、Mo、WおよびCu
の添加量を限定しさらにMo、W、Ni、Cuの添加量
の間に(Mo+W)/(Ni+Cu)≦1.5の関係が
成立するような溶接材料が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
60−257991号公報あるいは特開平2−2809
93号公報に提案されている溶接材料は、凝固時に晶出
したδフェライトがマルテンサイト相中に存在して靱性
を著しく低下させるという欠点を有する。δフェライト
は基地中マルテンサイトより著しく柔らかい相であり、
このような柔らかい第二相が硬い基地中に分散すると全
体の衝撃特性は著しく低下する。高温での耐酸化性を向
上させる目的で耐熱鋼に含まれるCr量は増加の傾向に
あり、そのためさらにδフェライトが晶出しやすくな
り、靱性の低下の懸念はさらに強くなっている。
60−257991号公報あるいは特開平2−2809
93号公報に提案されている溶接材料は、凝固時に晶出
したδフェライトがマルテンサイト相中に存在して靱性
を著しく低下させるという欠点を有する。δフェライト
は基地中マルテンサイトより著しく柔らかい相であり、
このような柔らかい第二相が硬い基地中に分散すると全
体の衝撃特性は著しく低下する。高温での耐酸化性を向
上させる目的で耐熱鋼に含まれるCr量は増加の傾向に
あり、そのためさらにδフェライトが晶出しやすくな
り、靱性の低下の懸念はさらに強くなっている。
【0006】さらに、特開平5−177383号公報あ
るいは特開平5−178834号公報に提案されている
溶接材料はクリープ強度は向上しているが、Co、Ni
の添加によりAC1温度が低下し、これが溶接後熱処理温
度を低くせざを得なくしている。この結果、溶接金属の
靱性は低くこれが溶接部の特性を低下させている。しか
も、いずれも時効後クリープ強度を向上させている炭化
物、窒化物が粗大化し靱性低下が著しい。
るいは特開平5−178834号公報に提案されている
溶接材料はクリープ強度は向上しているが、Co、Ni
の添加によりAC1温度が低下し、これが溶接後熱処理温
度を低くせざを得なくしている。この結果、溶接金属の
靱性は低くこれが溶接部の特性を低下させている。しか
も、いずれも時効後クリープ強度を向上させている炭化
物、窒化物が粗大化し靱性低下が著しい。
【0007】本発明は、高温におけるクリープ破断強
度、時効後も含めた靱性、耐割れ性に優れた溶接金属を
与える溶接材料を提供することを目的とする。
度、時効後も含めた靱性、耐割れ性に優れた溶接金属を
与える溶接材料を提供することを目的とする。
【0008】
【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、高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材
料において、重量%で、C:0.04〜0.12%、S
i:0.01〜0.45%、Mn:0.3〜1.5%、
Cr:8〜13%、Ni:0.01〜1.0%、Co:
0.5〜5.0%、Mo:0.05〜2.0%、W:
1.5〜3.0%、V:0.03〜0.50%、Nb:
0.01〜0.15%、Ta:0.01〜0.15%、
N:0.01〜0.08%を含有し、必要に応じてC
u:0.01〜4.0%、B:0.0005〜0.00
6%の一方または両方を含有し、残部はFeおよび不可
避的不純物からなり、下記の各式中の元素記号をそれぞ
れの重量%としたとき、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co)≦2.0 ・・・・・ (1) または、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co+Cu)≦2.0 ・・・・・ (1′) かつ、0.4≦(0.5×Co+0.5×Mn+Ni)
≦3.5 ・・・・(2)かつ、下記の式(3)による
溶接金属中のCr等量の値が3以上9.5以下であるこ
とを特徴とする高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料で
ある。 Cr等量=Cr+6×Si+4×Mo+1.5×W+11×V+5×Nb −40×C−30×N−4×Ni−2×Mn−2×Co ・・・・・ (3)
するものであって、高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材
料において、重量%で、C:0.04〜0.12%、S
i:0.01〜0.45%、Mn:0.3〜1.5%、
Cr:8〜13%、Ni:0.01〜1.0%、Co:
0.5〜5.0%、Mo:0.05〜2.0%、W:
1.5〜3.0%、V:0.03〜0.50%、Nb:
0.01〜0.15%、Ta:0.01〜0.15%、
N:0.01〜0.08%を含有し、必要に応じてC
u:0.01〜4.0%、B:0.0005〜0.00
6%の一方または両方を含有し、残部はFeおよび不可
避的不純物からなり、下記の各式中の元素記号をそれぞ
れの重量%としたとき、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co)≦2.0 ・・・・・ (1) または、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co+Cu)≦2.0 ・・・・・ (1′) かつ、0.4≦(0.5×Co+0.5×Mn+Ni)
≦3.5 ・・・・(2)かつ、下記の式(3)による
溶接金属中のCr等量の値が3以上9.5以下であるこ
とを特徴とする高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料で
ある。 Cr等量=Cr+6×Si+4×Mo+1.5×W+11×V+5×Nb −40×C−30×N−4×Ni−2×Mn−2×Co ・・・・・ (3)
【0009】
【発明の実施の形態】本発明は溶接ワイヤ中に適正量の
C、Si、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、Mo、W、
V、Nb、TaおよびNを添加し、さらにCuおよびB
を選択的に添加することにより、高温クリープ強度、靱
性および耐割れ性を確保すると共に、Cr、WおよびM
oのフェライト生成元素と、Ni、Coおよび選択的に
添加されたCuのフェライトの生成を抑制する元素を適
正な含有量の関係で添加し、さらにCo、NiおよびM
nを適正な含有量の関係で添加することにより靱性を確
保するための溶接後熱処理を容易にする。さらに、C
r、Si、Mo、W、V、Nb、C、N、Ni、Mnお
よびCoを適正な含有量の関係で添加することにより、
溶接金属中のδフェライトの生成を抑制しクリープ強度
と時効後の靱性をさらに向上させたものである。以下に
成分の限定理由を示す。
C、Si、Mn、Cr、Ni、Co、Cu、Mo、W、
V、Nb、TaおよびNを添加し、さらにCuおよびB
を選択的に添加することにより、高温クリープ強度、靱
性および耐割れ性を確保すると共に、Cr、WおよびM
oのフェライト生成元素と、Ni、Coおよび選択的に
添加されたCuのフェライトの生成を抑制する元素を適
正な含有量の関係で添加し、さらにCo、NiおよびM
nを適正な含有量の関係で添加することにより靱性を確
保するための溶接後熱処理を容易にする。さらに、C
r、Si、Mo、W、V、Nb、C、N、Ni、Mnお
よびCoを適正な含有量の関係で添加することにより、
溶接金属中のδフェライトの生成を抑制しクリープ強度
と時効後の靱性をさらに向上させたものである。以下に
成分の限定理由を示す。
【0010】C:0.04〜0.12% Cは焼き入れ性と強度確保のため0.04%以上必要で
あるが、0.12%を超えて添加すると硬度の上昇が大
きく耐低温割れ性が損なわれる。そのため上限を0.1
2%とした。
あるが、0.12%を超えて添加すると硬度の上昇が大
きく耐低温割れ性が損なわれる。そのため上限を0.1
2%とした。
【0011】Si:0.01〜0.45% Siは脱酸材として0.01%以上添加するものである
が、また耐酸化性を向上させる元素でもある。しかし
0.45%を超えると靱性の低下を招くので、上限を
0.45%と定めた。
が、また耐酸化性を向上させる元素でもある。しかし
0.45%を超えると靱性の低下を招くので、上限を
0.45%と定めた。
【0012】Mn:0.3〜1.5% Mnは脱酸のためのみでなく、強度保持上も必要な成分
である。上限を1.5%としたのは、これを超すと靱性
を低下させるからである。さらに、過剰添加するとAC1
点を下げるため高温焼戻しが不可能となり、溶接後熱処
理による組織の安定化ができなくなるという欠点を有す
る。下限は脱酸に必要な量として0.3%と定めた。
である。上限を1.5%としたのは、これを超すと靱性
を低下させるからである。さらに、過剰添加するとAC1
点を下げるため高温焼戻しが不可能となり、溶接後熱処
理による組織の安定化ができなくなるという欠点を有す
る。下限は脱酸に必要な量として0.3%と定めた。
【0013】Cr:8〜13% Crは耐酸化性と焼き入れ性を確保する上で非常に重要
な元素であるため最低8%必要であるが、13%を超す
と耐割れ性を損なうと同時にδフェライトを晶出させ靱
性の劣化が著しくなるので、上限は13%とした。
な元素であるため最低8%必要であるが、13%を超す
と耐割れ性を損なうと同時にδフェライトを晶出させ靱
性の劣化が著しくなるので、上限は13%とした。
【0014】Ni:0.01〜1.0% Niはフェライトの生成を抑制し、使用中の脆化軽減に
有効な元素であり、高温で長時間使用される本発明溶接
材料のような用途には必須の元素であるが0.01%未
満ではその効果が得られない。しかし、Niの過剰添加
は高温クリープ特性を劣化させ、さらに、Ni添加によ
りAC1点が下がり、高温焼戻しが不可能となり、組織の
安定化処理ができなくなる。この観点から1.0%を上
限とした。さらに、1.0%の添加で靭性の向上効果は
飽和する。
有効な元素であり、高温で長時間使用される本発明溶接
材料のような用途には必須の元素であるが0.01%未
満ではその効果が得られない。しかし、Niの過剰添加
は高温クリープ特性を劣化させ、さらに、Ni添加によ
りAC1点が下がり、高温焼戻しが不可能となり、組織の
安定化処理ができなくなる。この観点から1.0%を上
限とした。さらに、1.0%の添加で靭性の向上効果は
飽和する。
【0015】Co:0.5〜5.0% CoはMo、W添加によるδフェライトの晶出という問
題点を相殺する重要な元素であり、その効果を得るため
にCoは0.5%以上を必要とする。しかし、過剰添加
するとMn、Niと同様AC1点を下げるため高温焼戻し
が不可能となり、溶接後熱処理による組織の安定化がで
きなくなるという欠点を有するため、Coは上限を5.
0%とした。さらに、Niと同様5.0%の添加で靭性
向上効果は飽和する。
題点を相殺する重要な元素であり、その効果を得るため
にCoは0.5%以上を必要とする。しかし、過剰添加
するとMn、Niと同様AC1点を下げるため高温焼戻し
が不可能となり、溶接後熱処理による組織の安定化がで
きなくなるという欠点を有するため、Coは上限を5.
0%とした。さらに、Niと同様5.0%の添加で靭性
向上効果は飽和する。
【0016】Mo:0.05〜2.0% Moは固溶体強化により高温強度を顕著に高める元素で
あるので使用温度、圧力を上昇させる目的で添加する。
しかし、多量に添加された場合、溶接性を損ない、かつ
δフェライトを晶出させるため靱性の低下を招く。した
がって上限を2.0%とした。一方、Wとの共存におい
て高温強度の向上に効果のあるのは0.05%以上であ
るので、下限を0.05%とした。
あるので使用温度、圧力を上昇させる目的で添加する。
しかし、多量に添加された場合、溶接性を損ない、かつ
δフェライトを晶出させるため靱性の低下を招く。した
がって上限を2.0%とした。一方、Wとの共存におい
て高温強度の向上に効果のあるのは0.05%以上であ
るので、下限を0.05%とした。
【0017】W:1.5〜3.0% Wはフェライト系溶接金属の固溶強化元素としてクリー
プ強度に寄与する。さらにMoの共存においては炭化物
の粗大化を防ぎクリープ強度の低下を防ぐ。その効果は
特に高温長時間側でのクリープ破断強度向上の効果は極
めて大きい。しかしながら、1.5%未満ではMoとの
共存において効果が発揮できないので、下限を1.5%
と定めた。しかし、過剰の添加によりδフェライトを晶
出させ、溶接金属の靱性を低下させ、溶接作業性も劣化
させるので、上限を3.0%とした。
プ強度に寄与する。さらにMoの共存においては炭化物
の粗大化を防ぎクリープ強度の低下を防ぐ。その効果は
特に高温長時間側でのクリープ破断強度向上の効果は極
めて大きい。しかしながら、1.5%未満ではMoとの
共存において効果が発揮できないので、下限を1.5%
と定めた。しかし、過剰の添加によりδフェライトを晶
出させ、溶接金属の靱性を低下させ、溶接作業性も劣化
させるので、上限を3.0%とした。
【0018】V:0.03〜0.50% Vは炭窒化物として析出させて強度を確保するため最低
0.03%必要であるが、他方0.50%を超えるとか
えって強度低下を生じるので上限を0.50%とした。
0.03%必要であるが、他方0.50%を超えるとか
えって強度低下を生じるので上限を0.50%とした。
【0019】Nb:0.01〜0.15% NbはVと同様炭窒化物として析出して強度を確保する
ほか、結晶粒を微細化して靱性を与える元素としても重
要であるため最低0.01%必要であるが、0.15%
を超えるとその効果が飽和してしまうだけでなく溶接性
の低下も招く。従って上限を0.15%とした。
ほか、結晶粒を微細化して靱性を与える元素としても重
要であるため最低0.01%必要であるが、0.15%
を超えるとその効果が飽和してしまうだけでなく溶接性
の低下も招く。従って上限を0.15%とした。
【0020】Ta:0.01%〜0.15% Taは溶接中にTaN、TaCとして析出強化により高
温クリープ強度を向上させると共に固溶しているTaは
靱性を向上させる働きもある。さらに、安定な微細な析
出物として高温長時間保持後も靱性低下を防ぐ。これら
の効果を得るには0.01%以上必要である。一方、
0.15%を超えて過剰に添加すると、クリープ強度が
逆に低下し靱性も低下するので上限を0.15%とし
た。
温クリープ強度を向上させると共に固溶しているTaは
靱性を向上させる働きもある。さらに、安定な微細な析
出物として高温長時間保持後も靱性低下を防ぐ。これら
の効果を得るには0.01%以上必要である。一方、
0.15%を超えて過剰に添加すると、クリープ強度が
逆に低下し靱性も低下するので上限を0.15%とし
た。
【0021】N:0.01〜0.08% N基地中に固溶してもまた窒化物として析出しても著し
いクリープ抵抗として寄与するため最低0.01%を必
要とする。0.08%を超えると窒化物が多量に析出し
て、逆に靱性が低下するなどの問題が生じるので、上限
を0.08%と定めた。
いクリープ抵抗として寄与するため最低0.01%を必
要とする。0.08%を超えると窒化物が多量に析出し
て、逆に靱性が低下するなどの問題が生じるので、上限
を0.08%と定めた。
【0022】また、選択的に添加されるCuおよびBの
限定理由を以下に示す。 Cu:0.01〜4.0% CuはCoと同じくMo、W添加によるδフェライトの
晶出という問題点を相殺する重要な元素である。そのた
め、Cuは0.01%以上を必要とする。しかし、Co
と同様に過剰添加するとAC1点を下げるため高温焼戻し
が不可能となり、組織の安定化処理ができなくなるとい
う欠点を有し、さらに高温割れ感受性も高めるため、上
限を4.0%とした。
限定理由を以下に示す。 Cu:0.01〜4.0% CuはCoと同じくMo、W添加によるδフェライトの
晶出という問題点を相殺する重要な元素である。そのた
め、Cuは0.01%以上を必要とする。しかし、Co
と同様に過剰添加するとAC1点を下げるため高温焼戻し
が不可能となり、組織の安定化処理ができなくなるとい
う欠点を有し、さらに高温割れ感受性も高めるため、上
限を4.0%とした。
【0023】B:0.0005〜0.006% Bは粒界強化によるクリープ特性の向上に有効な元素
で、0.0005%以上添加することによりその効果を
発揮する。しかし、一方ではBは高温割れ感受性を高め
るため、添加する場合の上限を0.006%とした。
で、0.0005%以上添加することによりその効果を
発揮する。しかし、一方ではBは高温割れ感受性を高め
るため、添加する場合の上限を0.006%とした。
【0024】さらにWおよびMoはクリープ強度を高め
るため必須であるが、一方ではδフェライトを晶出す
る。このδフェライトは溶接金属の靭性を低下させる。
一方、Co、NiおよびCuはフェライトの析出を抑制
する。そのため、クリープ強度を高めつつ、かつδフェ
ライトを抑制するためには、WおよびMoとNi、Co
およびCuの適正添加範囲がある。これはCuを添加し
ない場合、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co)≦2.0 ・・・・・ (1) であり、Cuを添加する場合、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co+Cu)≦2.0 ・・・・・ (1′) である。ただし各式中の元素記号はそれぞれの重量%を
表す(以下の各式においても同じ)。
るため必須であるが、一方ではδフェライトを晶出す
る。このδフェライトは溶接金属の靭性を低下させる。
一方、Co、NiおよびCuはフェライトの析出を抑制
する。そのため、クリープ強度を高めつつ、かつδフェ
ライトを抑制するためには、WおよびMoとNi、Co
およびCuの適正添加範囲がある。これはCuを添加し
ない場合、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co)≦2.0 ・・・・・ (1) であり、Cuを添加する場合、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co+Cu)≦2.0 ・・・・・ (1′) である。ただし各式中の元素記号はそれぞれの重量%を
表す(以下の各式においても同じ)。
【0025】また、先に述べたように、Co、Niおよ
びMnの過剰添加はAc1温度を低下させ溶接後熱処理に
よる組織安定化を困難にする。そのため、この三者の合
計添加量を制限し、溶接後熱処理による組織安定化を可
能にするため、 0.4≦(0.5×Co+0.5×Mn+Ni)≦3.5 ・・・・・ (2) とする。
びMnの過剰添加はAc1温度を低下させ溶接後熱処理に
よる組織安定化を困難にする。そのため、この三者の合
計添加量を制限し、溶接後熱処理による組織安定化を可
能にするため、 0.4≦(0.5×Co+0.5×Mn+Ni)≦3.5 ・・・・・ (2) とする。
【0026】さらに、下記式(3)による溶接金属中の
Cr等量の値が3以上9.5以下と限定した理由は以下
による。 Cr等量=Cr+6×Si+4×Mo+1.5×W+11×V+5×Nb −40×C−30×N−4×Ni−2×Mn−2×Co ・・・・・ (3)
Cr等量の値が3以上9.5以下と限定した理由は以下
による。 Cr等量=Cr+6×Si+4×Mo+1.5×W+11×V+5×Nb −40×C−30×N−4×Ni−2×Mn−2×Co ・・・・・ (3)
【0027】溶接金属は、急冷によりδフェライトが残
留しやすく特に本溶接材料ではCr、W、Moの他にも
フェライト生成元素が多量に添加されている。そのた
め、全体的な添加量のバランスも重要となり、式(3)
によるCr等量が9.5を上回ると、δフェライトが溶
接金属中に多量に存在し溶接金属の靱性が低下する。ま
た3を下回ると溶接金属に要求される耐食性あるいは高
温強度が得られなくなる。
留しやすく特に本溶接材料ではCr、W、Moの他にも
フェライト生成元素が多量に添加されている。そのた
め、全体的な添加量のバランスも重要となり、式(3)
によるCr等量が9.5を上回ると、δフェライトが溶
接金属中に多量に存在し溶接金属の靱性が低下する。ま
た3を下回ると溶接金属に要求される耐食性あるいは高
温強度が得られなくなる。
【0028】溶接方法は、通常のTIG溶接方法を用
い、溶接条件は通常のTIG溶接用ソリッドワイヤを用
いて溶接する条件で良く、例えば溶接電流:160〜2
40A、溶接電圧:7〜14V、溶接速度:7〜14c
m/min、ワイヤ送給量:7〜14g/min等でよ
い。ワイヤ径も特に限定されるものではなく通常のTI
G溶接用ソリッドワイヤのワイヤ径を用いれば良く、例
えば、1.2mm〜3.6mmの範囲でよい。
い、溶接条件は通常のTIG溶接用ソリッドワイヤを用
いて溶接する条件で良く、例えば溶接電流:160〜2
40A、溶接電圧:7〜14V、溶接速度:7〜14c
m/min、ワイヤ送給量:7〜14g/min等でよ
い。ワイヤ径も特に限定されるものではなく通常のTI
G溶接用ソリッドワイヤのワイヤ径を用いれば良く、例
えば、1.2mm〜3.6mmの範囲でよい。
【0029】
【実施例】表1に示す化学組成の厚さ20mmの、12
Cr−0.5Mo−Nb−V−W鋼に図1に示すような
開先(厚さT=20mm、開先角度θ=45゜、ルート
ギャップL=6mm)を形成し、表3ないし表5に示す
成分組成のワイヤ径1.6mmの溶接ワイヤを用い、表
2に示す溶接条件でTIG溶接した。
Cr−0.5Mo−Nb−V−W鋼に図1に示すような
開先(厚さT=20mm、開先角度θ=45゜、ルート
ギャップL=6mm)を形成し、表3ないし表5に示す
成分組成のワイヤ径1.6mmの溶接ワイヤを用い、表
2に示す溶接条件でTIG溶接した。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】
【表4】
【0034】
【表5】
【0035】得られた溶接金属を760℃−4時間の後
熱処理をした後、650℃、160MPaおよび120
MPaの応力での溶接金属クリープ破断試験および試験
温度20℃での溶接金属2mmVノッチ衝撃試験を行っ
た。さらに600℃で3000時間時効処理後の試験温
度20℃での溶接金属2mmVノッチ衝撃試験を行っ
た。表6ないし表8に上記試験結果を示す。
熱処理をした後、650℃、160MPaおよび120
MPaの応力での溶接金属クリープ破断試験および試験
温度20℃での溶接金属2mmVノッチ衝撃試験を行っ
た。さらに600℃で3000時間時効処理後の試験温
度20℃での溶接金属2mmVノッチ衝撃試験を行っ
た。表6ないし表8に上記試験結果を示す。
【0036】
【表6】
【0037】
【表7】
【0038】
【表8】
【0039】ワイヤA−1〜14はいずれも本発明の要
件を満たしており溶接金属組織はδフェライトの晶出が
ないマルテンサイト単相組織であり、後熱処理後の靱
性、時効後靱性およびクリープ破断特性が良好で、かつ
優れた溶接金属を得ることができた。
件を満たしており溶接金属組織はδフェライトの晶出が
ないマルテンサイト単相組織であり、後熱処理後の靱
性、時効後靱性およびクリープ破断特性が良好で、かつ
優れた溶接金属を得ることができた。
【0040】ワイヤB−1〜15は比較例を示す。ワイ
ヤB−1は9%Cr−1.0%Mo系のワイヤである
が、Nb、V、WおよびTaを含まないため著しくクリ
ープ破断強度が低い。
ヤB−1は9%Cr−1.0%Mo系のワイヤである
が、Nb、V、WおよびTaを含まないため著しくクリ
ープ破断強度が低い。
【0041】ワイヤB−2はB−1にWを添加し耐高温
強度を向上させたワイヤであるが、Ni、Coを含まな
いため、溶接金属中にδフェライトが晶出し靭性が低
い。また、Taの添加がなくクリープ強度の向上も本発
明のワイヤに比べて十分ではない。
強度を向上させたワイヤであるが、Ni、Coを含まな
いため、溶接金属中にδフェライトが晶出し靭性が低
い。また、Taの添加がなくクリープ強度の向上も本発
明のワイヤに比べて十分ではない。
【0042】B−3は10%Cr−1%Mo−Nb−V
−W−Co系ワイヤの例であるが、Taを含んでいない
ため本発明ワイヤに比べてクリープ強度の向上が十分で
はない。また、Nの添加量も少ないため、NbおよびV
の窒化物の析出によるクリープ強度向上効果も得られて
いない。
−W−Co系ワイヤの例であるが、Taを含んでいない
ため本発明ワイヤに比べてクリープ強度の向上が十分で
はない。また、Nの添加量も少ないため、NbおよびV
の窒化物の析出によるクリープ強度向上効果も得られて
いない。
【0043】B−4はB−3と同じく10%Cr−Mo
−Nb−V−W−Co系ワイヤの例であるが、Moの含
有量が本発明の範囲を超えており、本発明におけるM
o、W、NiおよびCoの関係、および式(3)の範囲
を超えている。そのため、Moによるクリープ強度の向
上の効果は得られているが、逆に靭性の低下が著しい。
また、Taの添加がなくTaによるクリープ強度の向上
効果は得られていない。
−Nb−V−W−Co系ワイヤの例であるが、Moの含
有量が本発明の範囲を超えており、本発明におけるM
o、W、NiおよびCoの関係、および式(3)の範囲
を超えている。そのため、Moによるクリープ強度の向
上の効果は得られているが、逆に靭性の低下が著しい。
また、Taの添加がなくTaによるクリープ強度の向上
効果は得られていない。
【0044】B−5はB−2にCo、Niを添加し靭性
を確保し、Bを添加しさらにクリープ強度の向上を図っ
ている。しかしBの添加量が本発明の範囲を超えている
ため、高温割れが溶接直後に発生し溶接性の低下をきた
している。また、Taの添加がなくTaによるクリープ
強度の向上効果が得られていない。
を確保し、Bを添加しさらにクリープ強度の向上を図っ
ている。しかしBの添加量が本発明の範囲を超えている
ため、高温割れが溶接直後に発生し溶接性の低下をきた
している。また、Taの添加がなくTaによるクリープ
強度の向上効果が得られていない。
【0045】B−6はB−3にTaを添加しクリープ強
度の向上を図ったものであるが、Taの添加量が本発明
の範囲を超えている。その結果、クリープ強度の向上効
果は十分得られていない。B−7はCu添加によりクリ
ープ強度の向上を図ったものであるが、Cuの添加量が
本発明の範囲を超えており、その結果溶接直後に高温割
れが発生しやすくなっている。
度の向上を図ったものであるが、Taの添加量が本発明
の範囲を超えている。その結果、クリープ強度の向上効
果は十分得られていない。B−7はCu添加によりクリ
ープ強度の向上を図ったものであるが、Cuの添加量が
本発明の範囲を超えており、その結果溶接直後に高温割
れが発生しやすくなっている。
【0046】B−8はクリープ強度の向上の目的からW
の添加量を高くし、δフェライトはCoおよびNiの大
量添加で抑制している。しかし、高応力でのクリープ強
度は向上しているが、逆に低応力でのクリープ試験では
Niの大量添加により破断時間が短くなっている。さら
にCo、NiおよびMnの関係が本発明の範囲を超えて
おりその結果Ac1温度の低下により靭性も逆に低下して
いる。
の添加量を高くし、δフェライトはCoおよびNiの大
量添加で抑制している。しかし、高応力でのクリープ強
度は向上しているが、逆に低応力でのクリープ試験では
Niの大量添加により破断時間が短くなっている。さら
にCo、NiおよびMnの関係が本発明の範囲を超えて
おりその結果Ac1温度の低下により靭性も逆に低下して
いる。
【0047】B−9は靭性を向上させるためにCを低減
させているが、その結果クリープ強度の低下が甚だし
い。B−10は、耐酸化性を向上させようとSiを高め
たものであるが、その結果、靭性の低下を招いている。
さらに、耐食性向上のためCrも9%程度添加している
ため、全体的なフェライト生成元素の量も増加しδフェ
ライトが晶出しさらに靭性が低下している。
させているが、その結果クリープ強度の低下が甚だし
い。B−10は、耐酸化性を向上させようとSiを高め
たものであるが、その結果、靭性の低下を招いている。
さらに、耐食性向上のためCrも9%程度添加している
ため、全体的なフェライト生成元素の量も増加しδフェ
ライトが晶出しさらに靭性が低下している。
【0048】B−11はクリープ強度の向上を目的にW
の添加量を増やし、δフェライトの生成はCoおよびN
iの添加で抑制している。しかも、CoおよびNiの添
加量は制限しAc1温度の低下は防いでいる。しかし、W
の添加量が本発明の範囲を超えているため、Coおよび
Niによる靭性回復の効果は十分得られず、溶接金属の
靭性は低い。
の添加量を増やし、δフェライトの生成はCoおよびN
iの添加で抑制している。しかも、CoおよびNiの添
加量は制限しAc1温度の低下は防いでいる。しかし、W
の添加量が本発明の範囲を超えているため、Coおよび
Niによる靭性回復の効果は十分得られず、溶接金属の
靭性は低い。
【0049】B−12はクリープ強度を向上させるため
に、Mnの添加量を高めたものである。しかし、本発明
の範囲を超えて添加しているため靭性に対して悪影響が
出て、さらに本発明のCo、MnおよびNiの範囲を超
えておりAc1温度の低下により焼き戻しが困難となり靭
性の低下が起こっている。
に、Mnの添加量を高めたものである。しかし、本発明
の範囲を超えて添加しているため靭性に対して悪影響が
出て、さらに本発明のCo、MnおよびNiの範囲を超
えておりAc1温度の低下により焼き戻しが困難となり靭
性の低下が起こっている。
【0050】B−13はWおよびMoを低減し靭性を確
保し、強度はCの添加により確保しようとしたものであ
る。しかし、Cの添加量が本発明の範囲を超えておりそ
の結果、溶接時の低温割れ感受性および高温割れ感受性
を高めている。
保し、強度はCの添加により確保しようとしたものであ
る。しかし、Cの添加量が本発明の範囲を超えておりそ
の結果、溶接時の低温割れ感受性および高温割れ感受性
を高めている。
【0051】
【発明の効果】本発明の溶接材料は、従来のフェライト
系耐熱鋼用溶接ワイヤと比較して高温でのクリープ強度
を著しく高めたものであり、時効後を含めた靭性および
溶接性などの特性も優れている。各種発電ボイラ、化学
圧力容器などに使用される高Crフェライト系耐熱鋼を
溶接する場合に、本発明の溶接材料を使用することによ
り、溶接継手の信頼性を大幅に向上させることができ
る。
系耐熱鋼用溶接ワイヤと比較して高温でのクリープ強度
を著しく高めたものであり、時効後を含めた靭性および
溶接性などの特性も優れている。各種発電ボイラ、化学
圧力容器などに使用される高Crフェライト系耐熱鋼を
溶接する場合に、本発明の溶接材料を使用することによ
り、溶接継手の信頼性を大幅に向上させることができ
る。
【図1】実施例に用いた溶接部の開先形状を示す図
1 被溶接材 2 裏当材
Claims (3)
- 【請求項1】 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料に
おいて、重量%で、 C :0.04〜0.12%、 Si:0.01〜0.45%、 Mn:0.3〜1.5%、 Cr:8〜13%、 Ni:0.01〜1.0%、 Co:0.5〜5.0%、 Mo:0.05〜2.0%、 W :1.5〜3.0%、 V :0.03〜0.50%、 Nb:0.01〜0.15%、 Ta:0.01〜0.15%、 N :0.01〜0.08% を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
下記の各式中の元素記号をそれぞれの重量%としたと
き、 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co)≦2.0 ・・・・・ (1) かつ、 0.4≦(0.5×Co+0.5×Mn+Ni)≦3.5 ・・・・(2) かつ、下記の式(3)による溶接金属中のCr等量の値
が3以上9.5以下であることを特徴とする高Crフェ
ライト系耐熱鋼用溶接材料。 Cr等量=Cr+6×Si+4×Mo+1.5×W+11×V+5×Nb −40×C−30×N−4×Ni−2×Mn−2×Co ・・・・・ (3) - 【請求項2】 さらに、 Cu:0.01〜4.0% を含有し、式(1)として下記の式(1′)を用いるこ
とを特徴とする請求項1記載の高Crフェライト系耐熱
鋼用溶接材料。 0.20≦(Mo+W)/(Ni+Co+Cu)≦2.0 ・・・・・ (1′) - 【請求項3】 さらに、 B:0.0005〜0.006% を含有することを特徴とする請求項1または2記載の高
Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14652096A JPH09308989A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14652096A JPH09308989A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09308989A true JPH09308989A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=15409516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14652096A Withdrawn JPH09308989A (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09308989A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000301377A (ja) * | 1999-04-16 | 2000-10-31 | Sumitomo Metal Ind Ltd | フェライト系耐熱鋼の溶接継手および溶接材料 |
CN103857491A (zh) * | 2011-08-17 | 2014-06-11 | 株式会社日本制钢所 | 高Cr钢制涡轮转子的初层或上层焊接部、该焊接部用堆焊材料以及该堆焊部的制造方法 |
KR20180095639A (ko) | 2015-12-18 | 2018-08-27 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 페라이트계 내열강용 용접 재료, 페라이트계 내열강용 용접 조인트 및 페라이트계 내열강용 용접 조인트의 제조 방법 |
WO2020116588A1 (ja) | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 日本製鉄株式会社 | フェライト系耐熱鋼溶接継手の製造方法 |
WO2020170928A1 (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-27 | 株式会社神戸製鋼所 | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 |
-
1996
- 1996-05-17 JP JP14652096A patent/JPH09308989A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000301377A (ja) * | 1999-04-16 | 2000-10-31 | Sumitomo Metal Ind Ltd | フェライト系耐熱鋼の溶接継手および溶接材料 |
CN103857491A (zh) * | 2011-08-17 | 2014-06-11 | 株式会社日本制钢所 | 高Cr钢制涡轮转子的初层或上层焊接部、该焊接部用堆焊材料以及该堆焊部的制造方法 |
KR20180095639A (ko) | 2015-12-18 | 2018-08-27 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 페라이트계 내열강용 용접 재료, 페라이트계 내열강용 용접 조인트 및 페라이트계 내열강용 용접 조인트의 제조 방법 |
US11090755B2 (en) | 2015-12-18 | 2021-08-17 | Nippon Steel Corporation | Welding material for ferritic heat-resistant steel, welded joint for ferritic heat-resistant steel, and method for producing welded joint for ferritic heat-resistant steel |
WO2020116588A1 (ja) | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 日本製鉄株式会社 | フェライト系耐熱鋼溶接継手の製造方法 |
KR20210090704A (ko) | 2018-12-05 | 2021-07-20 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 페라이트계 내열강 용접 조인트의 제조 방법 |
US11834731B2 (en) | 2018-12-05 | 2023-12-05 | Nippon Steel Corporation | Method of producing ferritic heat-resistant steel welded joint |
WO2020170928A1 (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-27 | 株式会社神戸製鋼所 | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接材料 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030805 |