JPH10225792A - 高温強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼用ｔｉｇ溶接材料 - Google Patents
高温強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼用ｔｉｇ溶接材料Info
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- JPH10225792A JPH10225792A JP4284697A JP4284697A JPH10225792A JP H10225792 A JPH10225792 A JP H10225792A JP 4284697 A JP4284697 A JP 4284697A JP 4284697 A JP4284697 A JP 4284697A JP H10225792 A JPH10225792 A JP H10225792A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温強度、時効後靭性および溶接性に優れた
オーステナイト系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接材料を得る。 【解決手段】 Ｃ：０．０１％〜０．０５％、Ｓｉ：
０．１％〜１．０％、Ｍｎ：０．５％〜１．５％、Ｐ：
０．０１％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：１４．
０％〜２３．０％、Ｎｉ：１０．０％〜１６．０％、Ｍ
ｏ：０．５％〜２．５％、Ｗ：０．５％〜４．０％、Ｎ
ｂ：０．１％〜０．５％、Ａｌ：０．０４％以下、Ｖ：
０．３％〜０．８％、Ｎ：０．１０％〜０．３０％を含
有し、残部鉄および不可避不純物からなり、さらに所定
の式で得られるＣｒ当量とＮｉ当量の比（Ｎｉ当量）／
（Ｃｒ当量）が０．５５〜０．９５であるオーステナイ
ト系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接材料。
オーステナイト系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接材料を得る。 【解決手段】 Ｃ：０．０１％〜０．０５％、Ｓｉ：
０．１％〜１．０％、Ｍｎ：０．５％〜１．５％、Ｐ：
０．０１％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：１４．
０％〜２３．０％、Ｎｉ：１０．０％〜１６．０％、Ｍ
ｏ：０．５％〜２．５％、Ｗ：０．５％〜４．０％、Ｎ
ｂ：０．１％〜０．５％、Ａｌ：０．０４％以下、Ｖ：
０．３％〜０．８％、Ｎ：０．１０％〜０．３０％を含
有し、残部鉄および不可避不純物からなり、さらに所定
の式で得られるＣｒ当量とＮｉ当量の比（Ｎｉ当量）／
（Ｃｒ当量）が０．５５〜０．９５であるオーステナイ
ト系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接材料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温におけるクリ
ープ強度と時効後靭性と溶接性に優れたオーステナイト
系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接材料に関するものである。
ープ強度と時効後靭性と溶接性に優れたオーステナイト
系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発電効率の向上の目的で火力発電用ボイ
ラの稼働条件は高温、高圧化の方向にある。これに伴
い、ボイラに使用される材料に対してもより優れた高温
強度が要求されるようになり、従来のＳＵＳ３４７、Ｓ
ＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０といったオーステナイト系の
ステンレス鋼やさらに高温強度を高めたオーステナイト
系耐熱鋼の開発が進められている。しかし、溶接構造物
である火力発電用ボイラを考えた場合、溶接部も母材と
同様に優れた高温強度が要求される。また、ボイラの稼
働中の温度変化などによる衝撃力に耐えるように時効後
の靭性も要求される。さらに、現地で溶接する事も考え
られるため、溶接性も兼ね備える必要がある。ところ
が、一方では、圧延、熱処理を加え優れた特性と得る母
材とは異なり、溶接金属は凝固のままで使用する。その
ため、溶接材料には母材と異なった成分設計が必要であ
る。
ラの稼働条件は高温、高圧化の方向にある。これに伴
い、ボイラに使用される材料に対してもより優れた高温
強度が要求されるようになり、従来のＳＵＳ３４７、Ｓ
ＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０といったオーステナイト系の
ステンレス鋼やさらに高温強度を高めたオーステナイト
系耐熱鋼の開発が進められている。しかし、溶接構造物
である火力発電用ボイラを考えた場合、溶接部も母材と
同様に優れた高温強度が要求される。また、ボイラの稼
働中の温度変化などによる衝撃力に耐えるように時効後
の靭性も要求される。さらに、現地で溶接する事も考え
られるため、溶接性も兼ね備える必要がある。ところ
が、一方では、圧延、熱処理を加え優れた特性と得る母
材とは異なり、溶接金属は凝固のままで使用する。その
ため、溶接材料には母材と異なった成分設計が必要であ
る。
【０００３】高温強度の優れた溶接材料として例えば、
特開昭５９−６６９９４号公報に記載されるようなＮｉ
基耐熱合金に微量のＢを添加して高温強度を向上させた
溶接材料や特開昭６１−２５４７２号公報に記載される
ような特定％のＣ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ等を含み、
残部がＮｉからなるＮｉ基耐熱材料のＴＩＧ溶接材料が
発明されているが、何れもＮｉ基の溶接材料でボイラ用
耐熱合金を対象としているものではない。さらに、高価
なＮｉがベースであり経済的にも問題がある。また、特
開平５−５０２８７号公報や特開平５−５０２８８号公
報に記載されるように、オーステナイト系ステンレス鋼
用の溶接材料が公開されているが、これは高速増殖炉を
対象としたもので、適用温度が前記火力発電用ボイラに
比べて低く適用分野が異なり、火力発電ボイラの使用温
度域ではクリープ強度が不足している。さらに、破断延
性を重視するためＰを意図的に添加するなど目的も異な
る。以上の背景から、火力発電ボイラの分野を適用分野
とした、高温強度の優れた経済的な溶接材料の発明が望
まれている。
特開昭５９−６６９９４号公報に記載されるようなＮｉ
基耐熱合金に微量のＢを添加して高温強度を向上させた
溶接材料や特開昭６１−２５４７２号公報に記載される
ような特定％のＣ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ等を含み、
残部がＮｉからなるＮｉ基耐熱材料のＴＩＧ溶接材料が
発明されているが、何れもＮｉ基の溶接材料でボイラ用
耐熱合金を対象としているものではない。さらに、高価
なＮｉがベースであり経済的にも問題がある。また、特
開平５−５０２８７号公報や特開平５−５０２８８号公
報に記載されるように、オーステナイト系ステンレス鋼
用の溶接材料が公開されているが、これは高速増殖炉を
対象としたもので、適用温度が前記火力発電用ボイラに
比べて低く適用分野が異なり、火力発電ボイラの使用温
度域ではクリープ強度が不足している。さらに、破断延
性を重視するためＰを意図的に添加するなど目的も異な
る。以上の背景から、火力発電ボイラの分野を適用分野
とした、高温強度の優れた経済的な溶接材料の発明が望
まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な事情
を鑑み、オーステナイト系耐熱鋼を溶接する上で必要
な、高温におけるクリープ強度と時効後靭性と溶接性の
優れたＴＩＧ用溶接材料を提供するものである。
を鑑み、オーステナイト系耐熱鋼を溶接する上で必要
な、高温におけるクリープ強度と時効後靭性と溶接性の
優れたＴＩＧ用溶接材料を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
する目的で、重量％で、Ｃ：０．０１％〜０．０５％、
Ｓｉ：０．１％〜１．０％、Ｍｎ：０．５％〜１．５
％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ
ｒ：１４．０％〜２３．０％、Ｎｉ：１０．０％〜１
６．０％、Ｍｏ：０．５％〜２．５％、Ｗ：０．５％〜
４．０％、Ｎｂ：０．１％〜０．５％、Ａｌ：０．０４
％以下、Ｖ：０．３％〜０．８％、Ｎ：０．１０％〜
０．３０％を含有し、残部鉄および不可避不純物からな
り、さらに下記（１）式で得られるＣｒ当量および
（２）式で得られるＮｉ当量の比（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ
当量）が０．５５〜０．９５であることを特徴とする、
高温におけるクリープ強度と時効後靭性と溶接性の優れ
たオーステナイト系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接材料。 Ｃｒ当量＝Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％＋１．５×Ｓｉ重量％ ＋０．５×Ｎｂ重量％＋５×Ｖ重量％＋３×Ａｌ重量％ ・・・・・ （１）式 Ｎｉ当量＝Ｎｉ重量％＋３０×Ｃ重量％＋３０×（Ｎ重量％−０．０４５） ＋０．８７ ・・・・・ （２）式
する目的で、重量％で、Ｃ：０．０１％〜０．０５％、
Ｓｉ：０．１％〜１．０％、Ｍｎ：０．５％〜１．５
％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ
ｒ：１４．０％〜２３．０％、Ｎｉ：１０．０％〜１
６．０％、Ｍｏ：０．５％〜２．５％、Ｗ：０．５％〜
４．０％、Ｎｂ：０．１％〜０．５％、Ａｌ：０．０４
％以下、Ｖ：０．３％〜０．８％、Ｎ：０．１０％〜
０．３０％を含有し、残部鉄および不可避不純物からな
り、さらに下記（１）式で得られるＣｒ当量および
（２）式で得られるＮｉ当量の比（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ
当量）が０．５５〜０．９５であることを特徴とする、
高温におけるクリープ強度と時効後靭性と溶接性の優れ
たオーステナイト系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接材料。 Ｃｒ当量＝Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％＋１．５×Ｓｉ重量％ ＋０．５×Ｎｂ重量％＋５×Ｖ重量％＋３×Ａｌ重量％ ・・・・・ （１）式 Ｎｉ当量＝Ｎｉ重量％＋３０×Ｃ重量％＋３０×（Ｎ重量％−０．０４５） ＋０．８７ ・・・・・ （２）式
【０００６】
【発明の実施の形態】圧延、熱処理を加え優れた特性を
とりうる母材とは異なり、凝固ままで使用する溶接金属
の場合、高温強度の確保は添加元素による強化が主たる
強化方法であるため、適正成分範囲の決定は詳細な検討
を要する。具体的には、Ｃ、Ｎ、ＭｏおよびＷにより固
溶強化を行い、さらにＮｂ、Ｖの適量添加により炭窒化
物の微細析出を利用し高温強度の向上を図り、クリープ
強度を確保する。さらにＷの適量添加による析出物の粗
大化を防止し、長時間にわたり安定したクリープ強度を
確保する。
とりうる母材とは異なり、凝固ままで使用する溶接金属
の場合、高温強度の確保は添加元素による強化が主たる
強化方法であるため、適正成分範囲の決定は詳細な検討
を要する。具体的には、Ｃ、Ｎ、ＭｏおよびＷにより固
溶強化を行い、さらにＮｂ、Ｖの適量添加により炭窒化
物の微細析出を利用し高温強度の向上を図り、クリープ
強度を確保する。さらにＷの適量添加による析出物の粗
大化を防止し、長時間にわたり安定したクリープ強度を
確保する。
【０００７】また、溶接材料の場合は高温強度の他に溶
接性が重要になる。特にオーステナイト系の溶接材料の
場合、高温割れが課題となる。これには、ＰおよびＳの
低減を行い溶接金属の高純化を図り、耐高温割れ性を確
保した。さらに、高温割れを防ぐために極微量のδフェ
イトを溶接直後に晶出させる。δフェライト量は式
（１）で示されるＣｒ当量および（２）で示されるＮｉ
当量の比（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）で制御した。すな
わち、０．５以下の場合δフェライト量が多すぎ高温で
の時効に伴い、δフェライトより脆いσ相が結晶粒界を
被う様につながって析出し、靭性低下につながる。一
方、１．０以上ではδフェライトが溶接金属凝固時に全
く晶出せず凝固割れを防止することができない。特に、
（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）の値が０．５〜１．０の範
囲では凝固時に晶出するδフェライトは結晶粒界を被う
ようにつながって晶出する事はなく長時間高温で保持
し、δフェライトよりσ相が析出しても靭性への悪影響
は小さい。
接性が重要になる。特にオーステナイト系の溶接材料の
場合、高温割れが課題となる。これには、ＰおよびＳの
低減を行い溶接金属の高純化を図り、耐高温割れ性を確
保した。さらに、高温割れを防ぐために極微量のδフェ
イトを溶接直後に晶出させる。δフェライト量は式
（１）で示されるＣｒ当量および（２）で示されるＮｉ
当量の比（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）で制御した。すな
わち、０．５以下の場合δフェライト量が多すぎ高温で
の時効に伴い、δフェライトより脆いσ相が結晶粒界を
被う様につながって析出し、靭性低下につながる。一
方、１．０以上ではδフェライトが溶接金属凝固時に全
く晶出せず凝固割れを防止することができない。特に、
（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）の値が０．５〜１．０の範
囲では凝固時に晶出するδフェライトは結晶粒界を被う
ようにつながって晶出する事はなく長時間高温で保持
し、δフェライトよりσ相が析出しても靭性への悪影響
は小さい。
【０００８】次に、以下に成分範囲の限定理由を詳細に
説明する。まず、Ｃは析出強化および固溶強化に対して
重要な元素である。そのため、最低０．０１％以上は必
要である。しかし、過剰の添加は析出物の粗大化をまね
き、高温で時効後の靭性低下や、クリープ強度の低下に
つながる。そのため、Ｃ量は限定する必要がある。詳細
な検討の結果、Ｃ量の上限は０．０５％とした。
説明する。まず、Ｃは析出強化および固溶強化に対して
重要な元素である。そのため、最低０．０１％以上は必
要である。しかし、過剰の添加は析出物の粗大化をまね
き、高温で時効後の靭性低下や、クリープ強度の低下に
つながる。そのため、Ｃ量は限定する必要がある。詳細
な検討の結果、Ｃ量の上限は０．０５％とした。
【０００９】次にＳｉは脱酸剤として添加する。また、
溶融した溶接金属の流動性を向上させ、作業性を確保す
るためにも必要である。その効果を得るためには０．１
％以上必要である。しかし、過剰の添加は溶接金属の靭
性の低下をまねき有害である。そのため上限は１．０％
とした。
溶融した溶接金属の流動性を向上させ、作業性を確保す
るためにも必要である。その効果を得るためには０．１
％以上必要である。しかし、過剰の添加は溶接金属の靭
性の低下をまねき有害である。そのため上限は１．０％
とした。
【００１０】Ｍｎは脱酸剤として必要な元素であり、さ
らに耐高温割れ性に対して有害なＳを固定する元素とし
ても重要な元素である。しかし、過剰添加は、耐酸化性
に対して悪影響を及ぼすため、その適正範囲を０．５〜
１．５％とした。
らに耐高温割れ性に対して有害なＳを固定する元素とし
ても重要な元素である。しかし、過剰添加は、耐酸化性
に対して悪影響を及ぼすため、その適正範囲を０．５〜
１．５％とした。
【００１１】Ｐは母材ではクリープ強度およびクリープ
破断延性を向上させるため添加する場合がある。しか
し、Ｐは凝固時に結晶粒界に偏析し高温割れをまねくた
め、溶接材料に対しては最も有害な元素である。そのた
め、可能な限り低減する目的で０．０１％以下とした。
破断延性を向上させるため添加する場合がある。しか
し、Ｐは凝固時に結晶粒界に偏析し高温割れをまねくた
め、溶接材料に対しては最も有害な元素である。そのた
め、可能な限り低減する目的で０．０１％以下とした。
【００１２】ＳもＰと同様に耐高温割れ性に悪影響を及
ぼすため、０．００５％以下とした。
ぼすため、０．００５％以下とした。
【００１３】Ｃｒは高温クリープ強度、耐高温酸化性を
向上させるので、耐熱鋼の溶接材料にとっては必須の元
素である。耐酸化性を確保する上で１４．０％以上必要
である。しかし、過剰に添加するとδフェライトが多量
に生成し、これが高温での時効中にσ相の析出を促進し
時効後の靭性が低下する。このため、上限を２３．０％
とした。
向上させるので、耐熱鋼の溶接材料にとっては必須の元
素である。耐酸化性を確保する上で１４．０％以上必要
である。しかし、過剰に添加するとδフェライトが多量
に生成し、これが高温での時効中にσ相の析出を促進し
時効後の靭性が低下する。このため、上限を２３．０％
とした。
【００１４】Ｎｉはオーステナイト生成元素として高温
強度の優れたオーステナイト系耐熱鋼溶接材料には必須
の元素である。特に、σ相の析出を抑制するためには１
０．０％以上の添加が望ましい。一方、過剰の添加はコ
スト的にも望ましくなく、また、オーステナイトが安定
化しすぎ溶接性も損なう。また、主たるフェライト生成
元素であるＣｒ、ＭｏおよびＷの上限を考慮すると、最
大１６．０％のＮｉ添加でフェライトの抑制効果は得ら
れる。
強度の優れたオーステナイト系耐熱鋼溶接材料には必須
の元素である。特に、σ相の析出を抑制するためには１
０．０％以上の添加が望ましい。一方、過剰の添加はコ
スト的にも望ましくなく、また、オーステナイトが安定
化しすぎ溶接性も損なう。また、主たるフェライト生成
元素であるＣｒ、ＭｏおよびＷの上限を考慮すると、最
大１６．０％のＮｉ添加でフェライトの抑制効果は得ら
れる。
【００１５】Ｍｏは、固溶強化により高温クリープ強度
を向上させる重要な元素である。そのため、０．５％以
上のＭｏを添加する必要がある。しかし、過剰の添加は
高温で時効した場合に、炭化物の粗大化による脆化をま
ねき特性上望ましくない。そのため上限を２．５％とし
た。
を向上させる重要な元素である。そのため、０．５％以
上のＭｏを添加する必要がある。しかし、過剰の添加は
高温で時効した場合に、炭化物の粗大化による脆化をま
ねき特性上望ましくない。そのため上限を２．５％とし
た。
【００１６】Ｗは、Ｍｏと同じく固溶強化元素である。
さらに、適量のＷを添加する事により炭化物の析出・成
長を遅くさせ安定したクリープ強度を得ることができ
る。しかし、過剰添加は、ＣｒおよびＭｏと同様δフェ
ライトを過剰に析出し、高温での時効後の靭性低下をま
ねく。以上の観点から、下限は効果の得られる０．５％
とし、上限は４．０％とした。
さらに、適量のＷを添加する事により炭化物の析出・成
長を遅くさせ安定したクリープ強度を得ることができ
る。しかし、過剰添加は、ＣｒおよびＭｏと同様δフェ
ライトを過剰に析出し、高温での時効後の靭性低下をま
ねく。以上の観点から、下限は効果の得られる０．５％
とし、上限は４．０％とした。
【００１７】ＮｂおよびＶは単独添加でも炭窒化物を形
成し、析出強化によりクリープ強度を向上させる。しか
し、本発明では、これらを適正範囲で複合添加すること
によりその特性を、飛躍的に向上させることが可能とな
った。特に、Ｃ量の適正化および後述のＮ量の適正化に
より、必要な量の炭窒化物が過剰に析出することなく微
細に析出する。各々の適正範囲は、詳細な検討の結果、
Ｎｂ：０．１〜０．５重量％、Ｖ：０．３〜０．８重量
％とした。
成し、析出強化によりクリープ強度を向上させる。しか
し、本発明では、これらを適正範囲で複合添加すること
によりその特性を、飛躍的に向上させることが可能とな
った。特に、Ｃ量の適正化および後述のＮ量の適正化に
より、必要な量の炭窒化物が過剰に析出することなく微
細に析出する。各々の適正範囲は、詳細な検討の結果、
Ｎｂ：０．１〜０．５重量％、Ｖ：０．３〜０．８重量
％とした。
【００１８】Ａｌは脱酸材として添加されるが、本願発
明ではＳｉおよびＭｎにより脱酸を行うため、意図的に
は添加しない。逆に、過剰なＡｌは靭性低下をまねくた
め、上限を０．０４％とした。
明ではＳｉおよびＭｎにより脱酸を行うため、意図的に
は添加しない。逆に、過剰なＡｌは靭性低下をまねくた
め、上限を０．０４％とした。
【００１９】Ｎは、ＮｂおよびＶの炭窒化物を形成する
のに必要な元素で、最低限０．１０％必要である。これ
により、微細なＮｂ、Ｖの炭窒化物を形成する。また、
析出に寄与しないＮは固溶強化として有効にはたらく。
しかし、０．３％超の添加してもクリープ強度の向上は
飽和し始め、逆に短時間強度の増加に伴い靭性の低下が
見られる。このため、上限を０．３０％とした。
のに必要な元素で、最低限０．１０％必要である。これ
により、微細なＮｂ、Ｖの炭窒化物を形成する。また、
析出に寄与しないＮは固溶強化として有効にはたらく。
しかし、０．３％超の添加してもクリープ強度の向上は
飽和し始め、逆に短時間強度の増加に伴い靭性の低下が
見られる。このため、上限を０．３０％とした。
【００２０】次に、（１）式で示されるＣｒ当量および
（２）式で示されるＮｉ当量の比（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ
当量）の範囲の根拠を示す。図１には、（Ｎｉ当量／Ｃ
ｒ当量）と高温割れ感受性の指標であるバレストレイン
割れ試験における割れ発生個数の関係を示す。割れ発生
個数が多いほど高温割れが発生しやすい事になる。これ
から（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）が０．９５を境に割れ
個数が急激に増加していることが判る。これは、０．９
５以上では高温割れ防止に有効なδフェライトの晶出量
が足らなく高温割れを防ぎきれない為である。
（２）式で示されるＮｉ当量の比（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ
当量）の範囲の根拠を示す。図１には、（Ｎｉ当量／Ｃ
ｒ当量）と高温割れ感受性の指標であるバレストレイン
割れ試験における割れ発生個数の関係を示す。割れ発生
個数が多いほど高温割れが発生しやすい事になる。これ
から（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）が０．９５を境に割れ
個数が急激に増加していることが判る。これは、０．９
５以上では高温割れ防止に有効なδフェライトの晶出量
が足らなく高温割れを防ぎきれない為である。
【００２１】次に、図２には、（Ｎｉ当量／Ｃｒ当量）
と６００℃および７００℃の１００００時間後の溶接金
属の２０℃における吸収エネルギーの関係をしめす。こ
の図より、（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）が０．５５以下
は６００℃および７００℃の１００００時間時効後の靭
性の低下が著しいことがわかる。これは、（Ｎｉ当量）
／（Ｃｒ当量）が０．５５未満になると、δフェライト
は凝固時に結晶粒界を被う様に晶出し、その結果高温で
時効後、脆いσ相が結晶粒界を被う様に析出するためで
ある。以上のことから、（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）の
値を０．５５〜０．９５の範囲で限定した。
と６００℃および７００℃の１００００時間後の溶接金
属の２０℃における吸収エネルギーの関係をしめす。こ
の図より、（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）が０．５５以下
は６００℃および７００℃の１００００時間時効後の靭
性の低下が著しいことがわかる。これは、（Ｎｉ当量）
／（Ｃｒ当量）が０．５５未満になると、δフェライト
は凝固時に結晶粒界を被う様に晶出し、その結果高温で
時効後、脆いσ相が結晶粒界を被う様に析出するためで
ある。以上のことから、（Ｎｉ当量）／（Ｃｒ当量）の
値を０．５５〜０．９５の範囲で限定した。
【００２２】
【実施例】表１ないし表２に本発明の実施例および比較
例の溶接材料化学組成を示す。溶接材料Ｎｏ．１〜１７
までは本発明による溶接材料、溶接材料Ｎｏ．１８〜２
９までが比較例である。これらの溶接材料を用いて溶接
金属を作成し、溶接金属のクリープ破断強度および時効
後の靭性を測定した。溶接金属を作成するために用いた
母材は、各溶接材料と同成分の溶解材を厚さ２０ｍｍに
圧延し作成した板を用い、溶接金属の化学組成が母材の
影響を受けないようにした。図３には用いた開先形状を
示す。
例の溶接材料化学組成を示す。溶接材料Ｎｏ．１〜１７
までは本発明による溶接材料、溶接材料Ｎｏ．１８〜２
９までが比較例である。これらの溶接材料を用いて溶接
金属を作成し、溶接金属のクリープ破断強度および時効
後の靭性を測定した。溶接金属を作成するために用いた
母材は、各溶接材料と同成分の溶解材を厚さ２０ｍｍに
圧延し作成した板を用い、溶接金属の化学組成が母材の
影響を受けないようにした。図３には用いた開先形状を
示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】表３に、溶接金属の性能の評価結果を示
す。溶接金属の性能は、試験温度が７００℃で付加応力
が２００ＭＰａと１６０ＭＰａの試験条件でのクリープ
破断時間、６００Ｃ℃と７００℃の温度で１００００時
間時効した後の溶接金属の２０℃における吸収エネルギ
ーおよび溶接金属断面観察による欠陥発生状況の観察を
行い評価した。
す。溶接金属の性能は、試験温度が７００℃で付加応力
が２００ＭＰａと１６０ＭＰａの試験条件でのクリープ
破断時間、６００Ｃ℃と７００℃の温度で１００００時
間時効した後の溶接金属の２０℃における吸収エネルギ
ーおよび溶接金属断面観察による欠陥発生状況の観察を
行い評価した。
【００２６】
【表３】
【００２７】溶接材料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１７は各々化学
組成を本発明の範囲内で変化させ且つ、Ｎｉ当量／Ｃｒ
当量の比を本発明の範囲である０．５５〜０．９５の範
囲内になるように成分設計してある。そのため、添加元
素による強化機構が有効に働き、比較例に比べて格段の
優れたクリープ破断強度を示している。また、δフェラ
イト量を適正に制御したため、高温割れも無く、且つ時
効後の靭性も良好である。
組成を本発明の範囲内で変化させ且つ、Ｎｉ当量／Ｃｒ
当量の比を本発明の範囲である０．５５〜０．９５の範
囲内になるように成分設計してある。そのため、添加元
素による強化機構が有効に働き、比較例に比べて格段の
優れたクリープ破断強度を示している。また、δフェラ
イト量を適正に制御したため、高温割れも無く、且つ時
効後の靭性も良好である。
【００２８】一方、比較例は溶接材料Ｎｏ．１８はＣ量
が少ないため、クリープ破断強度が低い。溶接材料Ｎ
ｏ．１９は強化元素は本発明の範囲内であり、Ｐも含有
しているためクリープ破断強度は良好であるが、逆にＰ
量およびＳ量が高いため高温割れが発生している。溶接
材料Ｎｏ．２０、２１はＮｉおよびＣｒの含有量が本発
明の範囲外で、Ｎｉ当量／Ｃｒ当量が０．５５以下であ
る。その結果、時効後の靭性が低い。溶接材料Ｎｏ．２
２は逆にＮｉ含有量が高く、Ｎｉ当量／Ｃｒ当量が０．
９５以上になっている。その結果、クリープ破断強度は
ある程度高いが、溶接時に高温割れが発生し、健全な溶
接部が得られていない。溶接材料Ｎｏ．２３、２４はＭ
ｏあるいはＷの含有量が低く、クリープ破断強度が低
い。溶接材料Ｎｏ．２５はＭｏおよびＷ含有量が本発明
の範囲より高くその結果、クリープ破断強度が高いもの
の、時効後靭性が低下している。溶接材料Ｎｏ．２６、
２７、２８、２９は何れもＮｂあるいはＶの含有量が本
発明の範囲からずれており、添加量不足によりクリープ
破断強度が低いか、あるいは過剰添加によるクリープ破
断強度低下が見られる。溶接材料Ｎｏ．３０はＮ含有量
が高く、クリープ強度はある程度強化されているが、時
効後析出物の粗大化に起因すると考えられる靭性低下が
認められる。溶接材料Ｎｏ．３１はＮ含有量が低くクリ
ープ破断強度が不足している。
が少ないため、クリープ破断強度が低い。溶接材料Ｎ
ｏ．１９は強化元素は本発明の範囲内であり、Ｐも含有
しているためクリープ破断強度は良好であるが、逆にＰ
量およびＳ量が高いため高温割れが発生している。溶接
材料Ｎｏ．２０、２１はＮｉおよびＣｒの含有量が本発
明の範囲外で、Ｎｉ当量／Ｃｒ当量が０．５５以下であ
る。その結果、時効後の靭性が低い。溶接材料Ｎｏ．２
２は逆にＮｉ含有量が高く、Ｎｉ当量／Ｃｒ当量が０．
９５以上になっている。その結果、クリープ破断強度は
ある程度高いが、溶接時に高温割れが発生し、健全な溶
接部が得られていない。溶接材料Ｎｏ．２３、２４はＭ
ｏあるいはＷの含有量が低く、クリープ破断強度が低
い。溶接材料Ｎｏ．２５はＭｏおよびＷ含有量が本発明
の範囲より高くその結果、クリープ破断強度が高いもの
の、時効後靭性が低下している。溶接材料Ｎｏ．２６、
２７、２８、２９は何れもＮｂあるいはＶの含有量が本
発明の範囲からずれており、添加量不足によりクリープ
破断強度が低いか、あるいは過剰添加によるクリープ破
断強度低下が見られる。溶接材料Ｎｏ．３０はＮ含有量
が高く、クリープ強度はある程度強化されているが、時
効後析出物の粗大化に起因すると考えられる靭性低下が
認められる。溶接材料Ｎｏ．３１はＮ含有量が低くクリ
ープ破断強度が不足している。
【００２９】
【発明の効果】以上に述べたごとく、本発明による溶接
材料は、溶接性を確保しつつ、クリープ強度の優れた溶
接金属を得ることができる。本溶接材料を用いて、オー
ステナイト系耐熱鋼を溶接することにより高温高圧下で
使用する火力発電ボイラを建造する場合において、高温
強度が優れ且つ信頼性の高い溶接部を得ることができ、
産業上きわめて有効である。
材料は、溶接性を確保しつつ、クリープ強度の優れた溶
接金属を得ることができる。本溶接材料を用いて、オー
ステナイト系耐熱鋼を溶接することにより高温高圧下で
使用する火力発電ボイラを建造する場合において、高温
強度が優れ且つ信頼性の高い溶接部を得ることができ、
産業上きわめて有効である。
【図１】（Ｎｉ当量／Ｃｒ当量）とバレストレイン割れ
試験における割れ発生個数の関係
試験における割れ発生個数の関係
【図２】（Ｎｉ当量／Ｃｒ当量）と６００℃および７０
０℃の５０００時間後の溶接金属の２０℃における吸収
エネルギーの関係
０℃の５０００時間後の溶接金属の２０℃における吸収
エネルギーの関係
【図３】開先形状
Claims (1)
- 【請求項１】 重量％で Ｃ ：０．０１％〜０．０５％、 Ｓｉ：０．１％〜１．０％、 Ｍｎ：０．５％〜１．５％、 Ｐ ：０．０１％以下、 Ｓ ：０．００５％以下、 Ｃｒ：１４．０％〜２３．０％、 Ｎｉ：１０．０％〜１６．０％、 Ｍｏ：０．５％〜２．５％、 Ｗ ：０．５％〜４．０％、 Ｎｂ：０．１％〜０．５％、 Ａｌ：０．０４％以下、 Ｖ ：０．３％〜０．８％、 Ｎ ：０．１０％〜０．３０％を含有し、残部鉄および
不可避不純物からなり、さらに下記（１）式で得られる
Ｃｒ当量および（２）式で得られるＮｉ当量の比（Ｎｉ
当量）／（Ｃｒ当量）が０．５５〜０．９５であること
を特徴とする、高温におけるクリープ強度と時効後靭性
と溶接性の優れたオーステナイト系耐熱鋼用ＴＩＧ溶接
材料。 Ｃｒ当量＝Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％＋１．５×Ｓｉ重量％ ＋０．５×Ｎｂ重量％＋５×Ｖ重量％＋３×Ａｌ重量％ ・・・・・ （１）式 Ｎｉ当量＝Ｎｉ重量％＋３０×Ｃ重量％＋３０×（Ｎ重量％−０．０４５） ＋０．８７ ・・・・・ （２）式
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4284697A JPH10225792A (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | 高温強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼用ｔｉｇ溶接材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4284697A JPH10225792A (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | 高温強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼用ｔｉｇ溶接材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10225792A true JPH10225792A (ja) | 1998-08-25 |
Family
ID=12647375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4284697A Withdrawn JPH10225792A (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | 高温強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼用ｔｉｇ溶接材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10225792A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001300763A (ja) * | 2000-04-18 | 2001-10-30 | Nippon Steel Corp | 高温強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼用ｔｉｇ溶接材料 |
| EP3279359A4 (en) * | 2015-03-31 | 2018-08-22 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Stainless steel sheet for exhaust system component having excellent intermittent oxidation characteristics, and exhaust system component |
| EP3318651A4 (en) * | 2015-07-01 | 2018-12-26 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic heat-resistant alloy and welded structure |
| EP3508602A4 (en) * | 2016-08-30 | 2020-04-01 | Nippon Steel Corporation | AUSTENITIC STAINLESS STEEL |
-
1997
- 1997-02-13 JP JP4284697A patent/JPH10225792A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001300763A (ja) * | 2000-04-18 | 2001-10-30 | Nippon Steel Corp | 高温強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼用ｔｉｇ溶接材料 |
| EP3279359A4 (en) * | 2015-03-31 | 2018-08-22 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corporation | Stainless steel sheet for exhaust system component having excellent intermittent oxidation characteristics, and exhaust system component |
| EP3318651A4 (en) * | 2015-07-01 | 2018-12-26 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Austenitic heat-resistant alloy and welded structure |
| EP3508602A4 (en) * | 2016-08-30 | 2020-04-01 | Nippon Steel Corporation | AUSTENITIC STAINLESS STEEL |
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Legal Events
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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