JPH10323794A - ９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火力発電プラントの再熱蒸気管や管寄せ用の
高温大径厚肉溶接鋼管等として使用される、Ｎｂ、Ｖを
含有する９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼鋼管において、溶接金属
部、溶接熱影響部のクリープ破断強度を母材並に向上さ
せた鋼管を提供することを課題とする。 【解決手段】 ９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼板から鋼管を製造
するに際して、曲げ加工した鋼板を、重量％で、Ｃ：
０．２％以下、Ｓｉ：０．９％以下、Ｍｎ：１．５％以
下、Ｃｒ：８〜１３％、Ｍｏ：０．０５〜１．２％、
Ｗ：０．３〜３％、かつ、Ｍｏ等量（Ｍｏ＋１／２
Ｗ）：０．５〜２％を含有する溶接金属となる溶接材料
を用いて管状に溶接した後に、焼きならし処理を１００
０℃以上１１５０℃以下で行った後に焼き戻し処理を７
００℃以上Ａｃ１変態点以下の温度で行うことを特徴と
する、優れた溶接部クリープ破断特性を有する溶接鋼管
の製造方法である。また、この熱処理の後に、更に応力
除去焼鈍を目的とする熱処理を行うこともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電プラント
の再熱蒸気管もしくは管寄せ等としての高温大径溶接鋼
管又は主蒸気管等としての高温配管に使用される、９％
Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の溶接部のクリープ破断特性
の改善方法に関する。なおここで、９％Ｃｒ−１％Ｍｏ
鋼とは、特にクリープ破断強度を含む高温強度の改善を
図った、Ｎｂ、Ｖを含有する９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼であ
り、その代表的な化学成分は、Ｃ：０．１％、Ｓｉ：
０．３％、Ｍｎ：０．５％、Ｃｒ：９％、Ｍｏ：１％、
Ｎｂ：０．１％、Ｖ：０．２％を含有し、残部がＦｅ及
び不可避的不純物からなる鋼である。

【０００２】

【従来の技術】火力発電プラントの再熱蒸気管等は、高
温・高圧条件の下で使用されるため、これまで、２．２
５％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼に代表されるＣｒ−Ｍｏ鋼や１８
−８系オーステナイト系ステンレス鋼等の耐熱鋼の中か
ら、目的に応じて好ましい材料が選択され、これらの鋼
板より溶接鋼管が製造されてきた。

【０００３】例えば、２．２５％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼は、
ＪＩＳ Ｇ３４５８ 「配管用合金鋼鋼管」の規格では
ＳＴＰＡ２４として、またＪＩＳ Ｇ４１０９ 「ボイ
ラ及び圧力容器用クロムモリブデン鋼鋼板」の規格では
ＳＣＭＶ４として規格化されている。この鋼は優れた経
済性のみならず溶接性、信頼性も高く、豊富な実績を有
している。

【０００４】しかし、クリープ強度を含めた高温強度は
必ずしも十分ではなく、また、Ｃｒ量が低いため、耐酸
化性あるいは耐水蒸気酸化性の点では十分とは言えず、
使用温度としては、５５０℃が実質的な上限温度となっ
ている。

【０００５】一方、オーステナイト系の耐熱鋼である１
８−８系ステンレス鋼は、６００℃以上の温度において
も高い高温強度を有し、ＪＩＳ Ｇ３４６３ 「ボイラ
・熱交換器用ステンレス鋼鋼管」の規格ではＳＵＳ３０
４ＴＢとして規格化されている。

【０００６】オーステナイト系ステンレス鋼は、溶接
性、耐酸化性、耐水蒸気酸化性も良好であり、さらに高
温において長時間曝された後も高い靱性を有するため、
使い易い材料とされておりこの鋼も実績は豊富である。

【０００７】しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は
熱膨張係数が大きいこと、応力腐食割れ感受性がＣｒ−
Ｍｏ鋼のようなフェライト系の耐熱鋼に比較して高いこ
と、また、材料価格が高価であること等の欠点を有して
いる。

【０００８】こうした既存の材料の欠点を解決するため
に、高温強度を向上させる目的でＮｂ、Ｖを含有したフ
ェライト系の材料である９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼が開発さ
れている。この鋼は、６００℃においてもオーステナイ
ト系ステンレス鋼に匹敵する高温強度を有するととも
に、熱膨張係数が小さい、耐力が高い、応力腐食割れが
起きにくい、耐酸化性に優れる等の長所を有する。この
９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼は、既にＡＳＴＭ規格 Ａ２１３
Ｔ９１／Ｐ９１あるいはＡ３８７−９１として規格化
され、経済的な材料として普及しつつある。

【０００９】しかしながら、９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼は、
溶接した場合、溶接熱影響部に軟化を生ずる。このため
溶接継手部のクリープ破断試験を実施すると、実際の使
用環境に近い高温長時間側の試験条件では、溶接熱影響
部の軟化域で破断が起こり、溶接継手部のクリープ破断
強度は母材のそれと比較して低下することが知られてい
る。

【００１０】特に、火力発電プラントの再熱蒸気管や管
寄せ等として使用される高温大径厚肉溶接鋼管等では、
縦シーム溶接部が存在し、溶接継手部のクリープ破断強
度の低下は特に問題となる。また、鋼管の周溶接部や配
管同士の溶接部においても、溶接継手のクリープ破断強
度が問題となる。

【００１１】したがって、溶接部を含む構造物を設計す
る際には、溶接継手部のクリープ破断強度の低下を考慮
して材料全体を厚肉化せざるを得ず、Ｎｂ、Ｖを含有す
る９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼自体の優れたクリープ破断強度
そのものを十分に生かし切れない。

【００１２】このため、Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接熱影響部の
軟化の発生を防止する発明がいくつかなされているが、
その多くは熱処理方法による改善である。例えば、特公
平６−９２６１６号公報は、変態点以上の局部加熱を伴
う溶接や熱間曲げ加工が実施されるＣｒ−Ｍｏ鋼におい
て、焼きならし後の焼き戻し処理温度を、材料のＡ１変
態点よりも１５０℃低い温度以下で行い、溶接もしくは
熱間加工後に、更に上記変態点より１００℃低い温度以
上で後熱処理する方法に関するものである。

【００１３】しかし、この発明においては、溶接熱影響
部において顕著に出現する局部軟化は改善されるもの
の、溶接熱影響部の硬さは依然として母材の鋼よりも低
く、溶接継手部のクリープ破断強度は母材の水準には至
らないものと推察される。

【００１４】また、溶接部熱影響部の軟化を防止して溶
接継手部のクリープ破断強度を向上させる方法として、
特公平７−９４０７０号公報が開示されている。この発
明は、配管同士を溶接した後に、溶接部近傍を焼きなら
し及び焼き戻し処理を行い、溶接した部材の熱影響部に
生ずる軟化部を、応力集中部より離れた位置に移動させ
る方法である。

【００１５】この場合、熱影響部は再度焼きならし−焼
き戻し処理が施されるため、溶接熱影響部の硬さは母材
の鋼の水準にまで回復し、したがってクリープ破断強度
も母材の水準にあることが窺える。

【００１６】しかし、溶接継手部には、当然のことなが
ら、母材の鋼と当該溶接熱影響部に加え、溶接金属部が
含まれており、これらが一体となって、所要の特性を有
しなければならない。しかしこれらの発明においては、
溶接金属部についての検討はなされていない。

【００１７】発明者らは、９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼におい
て、溶接熱影響部に生じる軟化も問題であり、その改善
を必要とするが、一方現在使用されている共金系溶接材
料、すなわち母材である鋼の化学成分とほほぼ同様の化
学組成を有する溶接材料で溶接し、溶接継手部のクリー
プ破断試験を実施すると、母材よりも低い破断強度で溶
接金属部が破断し、溶接金属のクリープ破断強度が問題
となることを知見している。

【００１８】これは、この９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼用の溶
接材料が、溶接後応力除去焼鈍の熱処理のみが施されて
使用されることを前提としたものであり、母材と同様の
熱処理、すなわち焼ならし−焼戻し処理を受けることを
想定して成分設計されたものではないためである。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、火力発電プ
ラントの再熱蒸気管や管寄せ用の高温大径厚肉溶接鋼管
等として使用される、９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管に
おいて、溶接継手部のクリープ破断強度を母材並に向上
させること目的として、適切な溶接材料を用いた鋼管の
溶接方法及び熱処理方法を提供するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】発明者らは、９％Ｃｒ−
１％Ｍｏ鋼溶接鋼管について、溶接材料と溶接熱影響
部、及びこれらの熱処理方法が溶接継手部のクリープ破
断強度に及ぼす関係について、詳細に検討した。その結
果、溶接金属の化学組成が重量％で、Ｃｒ：８〜１３
％、Ｍｏ：０．０５〜１．２％、Ｗ：０．３〜３％、か
つ、Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜２％となる
溶接材料を用いて溶接し、その後、溶接部全体もしくは
溶接部近傍を１０００℃以上１１５０℃以下の温度で焼
ならしを行い、次いで７００℃以上Ａｃ１変態点以下の
温度で焼き戻しを行うことにより、溶接継手部のクリー
プ破断強度を母材並に向上させることを見いだし、下記
本発明をするに至った。

【００２１】第１の発明は、９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼板を
管状に曲げ加工し、重量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓ
ｉ：０．９％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：８〜１
３％、Ｍｏ：０．０５〜１．２％、Ｗ：０．３〜３％、
かつ、Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜２％を含
有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である溶接金属と
なる溶接材料を用いて管状に溶接した後に、焼きならし
処理を１０００℃以上１１５０℃以下で行い、その後に
焼き戻し処理を７００℃以上Ａｃ１変態点以下の温度で
行うことを特徴とする９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の
製造方法である。本発明により、鋼管の溶接部は母材の
鋼と同様の熱処理を受けるため、溶接熱影響部の軟化の
発生を防止でき高いクリープ破断強度を有する溶接継手
部を得ることができる。このため、信頼性の高い火力発
電プラントの再熱蒸気管や管寄せ等として使用される高
温大径厚肉溶接鋼管等が製造できる。

【００２２】第２の発明は、前記溶接後、７００℃以上
７６０℃以下の温度で応力除去焼鈍処理を行い、その後
前記焼きならし処理及び前記焼戻し処理を行うことを特
徴とする９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の製造方法であ
る。本発明により、溶接後の残留応力を軽減することが
できるので、その後の熱処理作業における種々の問題の
発生を抑えることができる。

【００２３】第３の発明は、９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼板を
管状に曲げ加工し、重量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓ
ｉ：０．９％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：８〜１
３％、Ｍｏ：０．０５〜１．２％、Ｗ：０．３〜３％、
かつ、Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜２％を含
有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である溶接金属と
なる溶接材料を用いて管状に溶接した後、溶接鋼管を曲
がり管に加工し、次いで焼きならし処理を１０００℃以
上１１５０℃以下、焼き戻し処理を７００℃以上Ａｃ１
変態点以下の温度で行うことを特徴とする９％Ｃｒ−１
％Ｍｏ鋼溶接鋼管の製造方法である。本発明により、溶
接鋼管において直管からエルボー等の曲がり管を製造す
るに際して、当該曲がり管の溶接部においても高いクリ
ープ破断強度を得ることができる。

【００２４】第４の発明は、前記溶接により管状に溶接
した後、当該溶接鋼管を１０００℃以上１１５０℃以下
の温度に加熱した後曲がり管に加工し、次いで焼き戻し
処理を７００℃以上Ａｃ１変態点以下の温度で行うこと
を特徴とする９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の製造方法
である。本発明により、曲がり管の製造において、熱間
加工と焼きならし熱処理を兼用することができるため、
製造コストの低減を実現することができる。

【００２５】第５の発明は、前記熱処理を行った溶接鋼
管に、更に７００℃以上７６０℃以下の温度で応力除去
焼鈍処理を行うことを特徴とする９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼
溶接鋼管の製造方法である。本発明により、溶接継手部
分が、その後冷間加工あるいは温間加工を受けたり、補
修のための溶接を施された場合に生じる、残留応力や残
留歪みを除去できるので、施工に際しての材料の信頼性
がより高まる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の基本となる考え方を以下
に述べる。９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼は、Ｃ：０．１％、Ｓ
ｉ：０．３％、Ｍｎ：０．５％、Ｃｒ：９％、Ｍｏ：１
％、Ｎｂ：０．１％、Ｖ：０．２％を含有する鋼であ
り、鋼の製造段階においてはＮｂ、Ｖの炭窒化物を微細
に分散させて、要求される高温強度、クリープ特性を向
上させている。この鋼を溶接すると、溶接の際の熱サイ
クルにより、炭窒化物の凝集粗大化により、溶接熱影響
部の硬さが低下する。

【００２７】従って、まず第１に、溶接熱影響部の軟化
防止については、鋼管溶接後に、当該溶接熱影響部を再
度焼ならし処理を行い凝集粗大化した炭窒化物を再固溶
させ、次いで焼戻し処理により再び微細に析出させるこ
とにより解決できる。これにより、溶接熱影響部の硬さ
およびクリープ破断強度を母材並に回復させることが可
能であり、その結果溶接熱影響部の性能は母材と同等と
なる。すなわちこの熱処理を溶接鋼管全体で行うと、熱
処理による軟化域は生成せず、母材および熱影響部の性
能は同等となる。

【００２８】なお、この熱処理を溶接鋼管全体ではなく
溶接部近傍のみについて場合は、溶接部の母材および熱
影響部の性能は同等となるものの、溶接部から離れた位
置に熱処理の熱履歴に起因した軟化域が形成される。熱
処理による軟化域は、応力集中部から離れた位置に移動
されることにより、構造上問題とならなくすることが可
能である。

【００２９】第２は、溶接金属部の性能の改善である。
前記の方法で、溶接鋼管の溶接熱影響部を母材と同等の
水準に回復させたにしても、９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼に、
これまで用いられてきた共金系の溶接材料で溶接した場
合には、溶接部の焼きならし−焼戻し処理を行うと、溶
接金属のクリープ破断強度は母材よりも低下してしま
う。

【００３０】これを改善するには、焼きならし−焼き戻
し処理において、優れた高温強度を有する溶接材料が必
要であるが、一方、高温強度を確保するために、合金成
分を多く含有する溶接材料は、溶接時の高温割れが発生
しやすくなる。これの解決方法としては、溶接材料中の
Ｃｒ含有量を溶接割れが起こり難い量に制限して高温強
度を確保するために、Ｍｏ及びＷの含有が有効である。
すなわち、Ｃｒ：８〜１３％、Ｍｏ：０．０５〜１．２
％、Ｗ：０．３〜３％、かつ、Ｍｏ当量（Ｍｏ＋１／２
Ｗ）：０．５〜２％を含有する溶接金属となる溶接材料
を用いて溶接することで、初めて溶接部全体として母材
と同等のクリープ破断が得られることになる。

【００３１】以下に、母材の化学成分との関係で溶接金
属部の化学成分の限定した理由を述べる。Ｃは、強度を
確保するために必要な元素であるが、過剰に含有する
と、溶接金属の靭性を損なうため、その上限を０．２％
とする。

【００３２】Ｓｉは、溶接金属部の強度を向上するとと
もに、脱酸にも寄与するために必要な元素であるが、過
剰に含有すると、溶接金属部の靭性を損なうので、その
上限を０．９％とする。

【００３３】Ｍｎは、溶接金属部の強度及び靭性を向上
する必須の元素であるが、過剰に含有すると、高温強度
を低下させるので、その上限を１．５％とする。

【００３４】Ｃｒは、クリープ強度を含めたクリープ破
断強度を含めた高温強度を高め、また、耐酸化性あるい
は耐水蒸気酸化性の点でも好ましい元素であるが、焼き
ならし−焼き戻し処理を前提とした高温強度の確保の観
点から、また過剰に含有すると溶接金属部の割れ感受性
が高まるため、適切な含有量として、８〜１３％とす
る。

【００３５】Ｍｏは、高温強度を高める効果的な元素で
あるが、０．０５％未満では高温強度確保の点で十分で
はなく、過剰に含有すると靭性を低下させるので、適切
な含有量として０．０５〜１．２％とする。

【００３６】Ｗは、クリープ特性向上の点で極めて好ま
しい元素である。しかし、０．３％未満では、その効果
が十分とはいえず、過剰に含有すると靭性を低下させる
ので、適切な含有量を０．３〜３％とする。

【００３７】Ｍｏ及びＷは、いずれも炭化物を形成する
元素であり、Ｗの含有の効果はＭｏの１／２であること
から、前記Ｍｏ、Ｗの含有量の範囲において、Ｍｏ当量
（Ｍｏ＋１／２Ｗ）を０．５〜２％の範囲とする。これ
は、０．５％未満では炭化物形成量が少なく、高温強度
の向上に不十分であり、また２％を超えると靭性が低下
するからである。

【００３８】火力発電プラントの再熱蒸気管や管寄せ用
の高温大径厚肉溶接鋼管を製造するに際しては、厚鋼板
を冷間又は熱間で曲げ加工して管状に成形し、次いで縦
シームを溶接する。上記の化学組成を有する溶接金属と
なるように溶接した溶接鋼管について、溶接後の熱処理
条件の限定理由について述べる。焼きならし処理は、溶
接前の母材と同等の性能を確保するために、１０００℃
以上１１５０℃以下の温度とする。１０００℃未満で
は、焼きならしによる組織の均一化が十分ではなく、ま
た、１１５０℃を超えると、結晶粒が粗大化して靭性が
劣化するためである。

【００３９】焼戻し処理は、７００℃以上Ａｃ１変態点
以下とする。炭化物を十分に生成させるためには７００
℃以上の温度が必要であり、また、高温すぎると、部分
的にフェライト−オーステナイト変態が生じ、靭性に好
ましくない組織が生成するために、その上限をＡｃ１変
態点とした。

【００４０】応力除去焼鈍処理温度は７００℃以上７６
０℃以下の温度とする。応力除去焼鈍は、冷間加工等に
よる歪みや溶接残留応力を除去するためのものである。
焼きならし−焼き戻し処理で得られた鋼板あるいは溶接
部の所定の機械的性質を損なわないためには、焼き戻し
処理温度と同温度以下で行う必要があるため、上記温度
範囲とした。なお、応力除去焼鈍は、溶接後の鋼管につ
いて行うことにより、溶接残留応力を直接に軽減するこ
とが可能であり、その後の熱処理作業における種々の問
題の発生を抑えることができる。

【００４１】本発明は、主として火力発電プラントの再
熱蒸気管等として使用されるいわゆる直管を想定した鋼
管の製造方法である。しかし、本発明の溶接鋼管に施す
熱処理方法は、直管のみならずいわゆるエルボーのよう
な曲がり管の製造にも応用することが可能である。すな
わち、かかる曲がり管の製造においては、直管（溶接鋼
管）を製造した後、通常は熱間加工又は温間加工により
大きな曲率を有する曲がり管に成形する。従って、曲が
り管加工後に１０００℃以上１１５０℃以下の温度域で
焼きならし処理を行い、次いで７００℃以上Ａｃ１変態
点以下の温度域で焼戻し処理を行うことにより、直管と
同様の溶接部のクリープ破断特性を有する曲がり管を製
造することができる。

【００４２】また曲がり管製造を熱間加工で行う場合
は、１０００℃以上１１５０℃以下の温度域に加熱後に
曲がり管加工を行うことにより、次の焼きならし処理を
省略してその後の焼戻し処理を行うことも可能である。
この場合は、熱処理工程を１回省くことができるので、
省エネルギ効果とコスト低減効果が期待できる。なおこ
れらの場合の温度範囲を限定した理由は上記と同様であ
る。

【００４３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１とし
て示す表１及び表２に、溶製したＮｂ、Ｖを含有する９
％Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の化学成分と鋼管の製造方法を示す。
いずれの鋼も、ＡＳＴＭ Ａ３８７−９１の規格を満足
する化学成分である。鋼Ａ及び鋼Ｂについては、熱間
（１０５０℃加熱）にて鋼管に成形し、また鋼Ｃは、鋼
板の段階で曲げ延性の向上を目的として仕上げ温度を制
御して圧延したものであり、冷間で鋼管に成形した。

【００４４】溶接鋼管の製造は、図２として示す表３で
示す化学成分を有する溶接金属となるように溶接を行っ
た。ここで、溶接材料が９Ｃｒ系のものは従来の共金系
の溶接材料であり、一方、１２Ｃｒ系または９Ｃｒ−Ｗ
系は、本発明の溶接材料である。

【００４５】鋼管の溶接方法は、火力発電プラントの施
工方法として一般的に用いられている、被覆アーク溶接
（以下「ＳＭＡＷ」という。）、サブマージアーク溶接
（以下「ＳＡＷ」という。）及びガスシールド非消耗電
極式アーク溶接法であるティグ溶接（以下「ＴＩＧ」と
いう。）の３種類の溶接方法を用いた。図３として示す
表４に、ＳＡＷおよびＴＩＧの溶接条件を示す。

【００４６】これらの９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼の溶接鋼管
について、溶接部から試験片を採取して、溶接部の継手
強度、溶接部のクリープ破断試験及び溶接金属の衝撃試
験を行った。なお、溶接部のクリープ試験は、試験片中
に母材、溶接熱影響部及び溶接金属の全てを、一の試験
片に含むものである。結果を図４として示す表５に示
す。

【００４７】実施例１は、鋼Ａについて熱間成形−焼き
戻し後に応力除去焼鈍（以下「ＰＷＨＴ」という。）を
施した母材の結果であり、試験値の基準となるものであ
る。

【００４８】実施例２及び実施例３は、鋼Ａについて、
従来の９Ｃｒ系溶接材料を用いてＳＡＷ溶接を行った比
較例である。ここで実施例２は、溶接後ＰＷＨＴを施し
た鋼管であり、溶接部の継手クリープ試験の結果は溶接
熱影響部（ＨＡＺ）で破断し破断強度も低い。また、溶
接金属部の靭性も、この種の材料に一般的に要求される
水準をかろうじて満たすレベルである。また、実施例３
は、同じ鋼管について、溶接後焼きならし−焼き戻しを
行ったものであり、溶接金属部の化学組成が適切でない
ため、継手クリープ試験は溶接金属部で破断し破断強度
も低い。ただし、溶接部は焼きならし処理されているた
め、靭性の向上が認められる

【００４９】実施例４から実施例６は、鋼Ａについて、
本発明の溶接材料である１２％Ｃｒ系の溶接材料を用い
てＳＡＷ溶接を行った例である。実施例４は、溶接後Ｐ
ＷＨＴのみを施した鋼管であるため、溶接部の継手クリ
ープ試験は溶接熱影響部（ＨＡＺ）で破断し破断強度も
低い。また、溶接金属の靭性も実施例２と同程度であり
十分とはいえない。一方、実施例５は、溶接後本発明の
熱処理を施したものである。溶接部の継手クリープ試験
の結果は母材部で破断しており、継手のクリープ破断強
度も、母材部の結果（実施例１）よりも高く、本発明の
効果が窺える。また、溶接金属部の靭性も良好である。

【００５０】実施例６は、実施例５の熱処理後に更にＰ
ＷＨＴを行ったものであり、実施例５と同等のクリープ
破断強度及び靭性を有し、ＰＷＨＴによってもクリープ
特性への悪影響は認められないことから、本発明の熱処
理を施した後に、例えば補修溶接等が必要となった場合
の残留応力等を軽減する方法として適している。

【００５１】また、実施例１３は、Ｃｒ含有量を従来の
共金系と同様に抑えその代わりにＷを含有させた溶接材
料（９％Ｃｒ−Ｗ系）を用いて溶接した例である。実施
例５と同様の熱処理を施したものであるが、実施例５と
同様の優れた継手クリープ破断強度と継手靭性を有して
いる。Ｃｒ含有量を抑えた分、溶接に際しての高温割れ
感受性を低減できる利点を有する。

【００５２】実施例７は、鋼Ａについて、１２％Ｃｒ系
の溶接材料を用いＴＩＧ溶接により溶接鋼管とした後に
焼きならし−焼き戻し−ＰＷＨＴ後の結果である。継手
クリープ破断強度は実施例１の母材と同様に高く、ま
た、ＴＩＧ溶接のため溶接金属部の靭性は極めて高い。

【００５３】実施例８〜１０は、鋼ＢについてＳＭＡＷ
で溶接鋼管を製造した結果である。本発明の溶接材料に
て溶接後熱処理を施した実施例９は、比較例である実施
例８に比べて、継手クリープ破断強度が高い。また実施
例１０は、溶接鋼管を焼きならし温度に加熱後、曲がり
管加工を施し、その後焼戻し処理を行った例であるが、
実施例９と同様の良好なクリープ破断特性と溶接金属部
の靭性を有する。

【００５４】実施例１１及び１２は、本発明の溶接材料
を用いたものであるが、本発明の熱処理を施すこと（実
施例１２）で、継手クリープ破断強度と溶接金属部の靭
性が飛躍的に向上することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明である溶接材料を
用いて、Ｎｂ、Ｖを含有する９％Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の溶接
鋼管を製造しその後、焼きならし−焼き戻し熱処理を行
うことで、従来得られなかった高い継手のクリープ強度
を実現することが可能である。また、継手クリープ試験
の破断位置は、局部的な溶接金属部あるいは熱影響部を
回避して、母材部で破断しており、溶接構造物としての
安全性が高くなる。また、本熱処理後に、更に応力除去
焼鈍（ＰＷＨＴ）を行っても、溶接鋼管の継手のクリー
プ破断強度にはなんら影響を与えず、構造物の安全性・
信頼性が高いと言える。

【００５６】以上のことから、本発明の方法によれば、
火力発電プラントの再熱蒸気管や管寄せ用の高温大径厚
肉溶接鋼管等として使用される９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼鋼
管において、一般的に母材の鋼よりも脆弱と考えられる
鋼管の溶接継手部においても、高いクリープ破断強度が
得られるので、構造物の信頼性向上に寄与するのみなら
ず、建設コストの低減に貢献するものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に用いた鋼の化学成分（表１）及び鋼板
・鋼管の製造方法（表２）を示す図である。

【図２】実施例に用いた溶接鋼管の継手部の溶接金属部
の化学成分（表３）を示す図である。

【図３】実施例に用いた溶接鋼管を製造するのに用いた
溶接方法（表４）を示す図である。

【図４】実施例のクリープ破断強度を含む諸特性を示す
図（表５）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２１Ｄ 9/08 Ｃ２１Ｄ 9/08 Ｆ 9/50 １０１ 9/50 １０１Ａ // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１ Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｚ 38/22 38/22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼板を管状に曲げ加
   工し、重量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：０．９％以
   下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：８〜１３％、Ｍｏ：
   ０．０５〜１．２％、Ｗ：０．３〜３％、かつ、Ｍｏ当
   量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜２％を含有し、残部が
   Ｆｅ及び不可避的不純物である溶接金属となる溶接材料
   を用いて管状に溶接した後に、焼きならし処理を１００
   ０℃以上１１５０℃以下で行い、その後に焼き戻し処理
   を７００℃以上Ａｃ１変態点以下の温度で行うことを特
   徴とする９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の製造方法。
2. 【請求項２】 前記溶接後、７００℃以上７６０℃以下
   の温度で応力除去焼鈍処理を行い、その後前記焼きなら
   し処理及び前記焼戻し処理を行うことを特徴とする９％
   Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の製造方法。
3. 【請求項３】 ９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼板を管状に曲げ加
   工し、重量％で、Ｃ：０．２％以下、Ｓｉ：０．９％以
   下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｃｒ：８〜１３％、Ｍｏ：
   ０．０５〜１．２％、Ｗ：０．３〜３％、かつ、Ｍｏ当
   量（Ｍｏ＋１／２Ｗ）：０．５〜２％を含有し、残部が
   Ｆｅ及び不可避的不純物である溶接金属となる溶接材料
   を用いて管状に溶接した後、溶接鋼管を曲がり管に加工
   し、次いで焼きならし処理を１０００℃以上１１５０℃
   以下、焼き戻し処理を７００℃以上Ａｃ１変態点以下の
   温度で行うことを特徴とする９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接
   鋼管の製造方法。
4. 【請求項４】 前記溶接により管状に溶接した後、当該
   溶接鋼管を１０００℃以上１１５０℃以下の温度に加熱
   した後曲がり管に加工し、次いで焼き戻し処理を７００
   ℃以上Ａｃ１変態点以下の温度で行うことを特徴とする
   ９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の製造方法。
5. 【請求項５】 前記熱処理を行った溶接鋼管に、更に７
   ００℃以上７６０℃以下の温度で応力除去焼鈍処理を行
   うことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載
   の９％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼溶接鋼管の製造方法。