JPH11320097A - 高Crフェライト鋼の溶接継手構造 - Google Patents

高Crフェライト鋼の溶接継手構造

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JPH11320097A
JPH11320097A JP12716298A JP12716298A JPH11320097A JP H11320097 A JPH11320097 A JP H11320097A JP 12716298 A JP12716298 A JP 12716298A JP 12716298 A JP12716298 A JP 12716298A JP H11320097 A JPH11320097 A JP H11320097A
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Yasushi Sato
恭 佐藤
Koji Tamura
広治 田村
Koichi Mitsuhata
浩一 光畑
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】Crを8.5〜13重量%含有する高Crフェ
ライト系耐熱鋼の溶接において、溶接効率を低下するこ
となく、靭性の高い溶接金属が形成でき、溶接部の耐食
性は、母材と同等の耐食性が得られる溶接継手構造を提
供し、かつ、脆性破壊に対する危険性を低減して溶接部
の信頼性を向上する。 【解決手段】初層を、上記高Crフェライト系耐熱鋼と
同じ成分系の溶接材料を用いてTIG溶接法により施工
し、次層以降を、Crを1.9〜2.6重量%含み、Wを
所定量添加した高強度の溶接材料を用いて、被覆アーク
溶接法、サブマージドアーク溶接法、イナートガスメタ
ルアーク溶接法、炭酸ガスメタルアーク溶接法のうちか
ら選択される少なくとも一つの溶接法を用いて施工す
る。もしくは、初層および次層以降を順次溶接した後、
最終層をCrを8.5〜13%含有する母材と同じ成分
系の溶接材料を用いて溶接金属を積層する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフェライト鋼の溶接
継手構造に係り、特にボイラ、化学プラント等の耐圧部
に多用されるCr(クロム)含有量が8.5〜13重量
%の高Crフェライト系高強度耐熱鋼の接合に好適な溶
接継手構造に関する。なお、以下本文中における%は重
量%を表わす。
【0002】
【従来の技術】発電用ボイラや各種熱交換器等において
は、厚肉大径の配管類が高温、高圧の条件下で多数使用
されている。近年、特に大容量の発電用ボイラにおいて
は、発電効率向上のため蒸気温度と圧力がさらに上昇し
て来ており、配管材料として、従来の2.25%Cr1
%Mo(モリブデン)鋼に替わる高温強度の高い8.5
〜13%Crのフェライト系耐熱鋼が新しく開発されて
いる。これらのフェライト系耐熱鋼はCr、Mo、Nb
(ニオブ)、V(バナジウム)、N(窒素)に加えてW
(タングステン)、Cu(銅)あるいはCo(コバル
ト)等を添加し、焼ならし−焼戻し熱処理によって焼戻
しマルテンサイト組織となるように成分設計されたもの
であり、従来材に比べて格段に優れた高温強度と耐食性
を有している。ところで、鉄鋼材料を溶接接合するため
の溶接材料は、従来は母材と同一成分系の溶接材料を用
いるのが原則であり、各々のフェライト鋼の組成に合わ
せた溶接材料が開発されている。しかしながら、Cr
他、合金元素が多くなるほど溶接金属の靭性は低下し、
高品質の溶接金属が得られるTIG溶接(イナートガス
タングステンアーク溶接)法であれば、実用上、問題の
ない良好な靭性値が得られるが、MIG溶接(イナート
ガスメタルアーク溶接)法、被覆アーク溶接法あるいは
サブマージアーク溶接法の場合には、Cr含有量が多い
ことに加えて、組織調整のための他の添加元素も多くな
っていることから、溶接金属の靭性が著しく低下する。
しかも溶接部は形状的に応力集中部となるため、溶接金
属の靭性が低いと水圧試験時において溶接部の脆性破壊
に対する危険性が高くなる。このため、Crが8.5%
以上の高Cr鋼をMIG溶接法、被覆アーク溶接法ある
いはサブマージアーク溶接法で接合する場合には、介在
物やブローホール等の溶接欠陥が生じないように、溶接
の施工に当たって細心の注意を払う必要があった。ま
た、TIG溶接では靭性の良好な溶接金属が得られる
が、他の溶接方法に比べて溶着速度が遅いため、溶接作
業に要する工数が多くなり、溶接効率が低下するという
問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の問題点を解消し、Crを8.5〜13%
含有する高強度の高Crフェライト系耐熱鋼において、
溶接効率を低下することなく、靭性の高い溶接金属が得
られる溶接継手構造を提供し、脆性破壊に対する危険性
を低減して溶接部の信頼性を向上することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の高Crフェライ
ト鋼の溶接継手構造は、基本的には、Cr含有量が8.
5〜13%程度の母材と同じ成分系の溶接材料を用い
て、初層を高品質の溶接金属が得られるTIG(イナー
トガスタングステンアーク)等の溶接法で施工し、次層
以降をCr含有量が1.9〜2.6%およびWを所定量添
加した高強度の溶接材料を用いて被覆アーク溶接法また
はMIG溶接法等のアーク溶接法で施工して、靱性の高
い溶接金属を形成すると共に、次層以降を、溶接効率が
高く、溶接作業の工数が少なくて済む高能率の溶接方法
を採用するものである。また、母材よりもCr量の低い
溶接材料を用いて、管内流体に接する管内面側の初層の
みを母材と同じ組成の溶接金属にして、溶接部の管内表
面の耐食性を母材の一般部の耐食性と同等にするもので
ある。また、上記の溶接施工に加えて、最終層をCr含
有量が8.5〜13%の母材と同じ成分系の溶接材料を
用いて被覆アーク溶接法またはMIG溶接法等で溶接す
ることにより、高Crフェライト鋼の溶接継手構造の内
外表面共、母材と同等の耐食性が確保できる溶接継手構
造とするものである。上記本発明の課題を達成を達成す
るために、具体的には特許請求の範囲の範囲に記載のよ
うな構成とするものである。すなわち、請求項1に記載
のように、Crを8.5〜13%含有する高Crフェラ
イト系耐熱鋼をアーク溶接法により作製する溶接継手構
造であって、初層を、高Crフェライト系耐熱鋼と同じ
成分系の溶接材料を用いてイナートガスタングステンア
ーク溶接(TIG)法により施工し、次層以降を、Cr
を1.9〜2.6%含み、Wを所定量添加した高強度の溶
接材料を用いて、被覆アーク溶接法、サブマージドアー
ク溶接法、イナートガスメタルアーク溶接法、炭酸ガス
メタルアーク溶接法のうちから選択される少なくとも一
つの溶接法を用いて施工した高Crフェライト鋼の溶接
継手構造とするものである。また、本発明は請求項2に
記載のように、請求項1に記載の高Crフェライト鋼の
溶接継手構造において、初層および次層以降を順次溶接
した後、最終層を、Crを8.5〜13%含有する母材
と同じ成分系の溶接材料を用いて、被覆アーク溶接法、
サブマージドアーク溶接法、イナートガスメタルアーク
溶接法、炭酸ガスメタルアーク溶接法のうちから選択さ
れる少なくとも一つの溶接法を用いて施工した高Crフ
ェライト鋼の溶接継手構造とするものである。本発明の
高Crフェライト鋼の溶接継手構造は、請求項1および
請求項2に記載のように、初層を高Crフェライト系耐
熱鋼と同じ成分系の溶接材料を用いてイナートガスタン
グステンアーク溶接(TIG)法により高品質の溶接金
属を積層して、次層以降を溶接効率および溶接作業性の
高い被覆アーク、MIG溶接法等で施工するものであ
り、しかも溶接金属の大半はCr量が約2%程度と低い
ため良好な靭性が得られる。また、水蒸気あるいは高温
燃焼ガスといった管内外の流体に曝される初層あるいは
最終層は、母材とほぼ同じ8.5〜13%Cr鋼の組成
とすることができるので、溶接部も母材と同等の耐食性
を確保できる効果がある。
【0005】
【発明の実施の形態】〈実施の形態1〉以下に本発明の
一実施の形態を挙げ、本発明の高Crフェライト鋼の溶
接継手構造の基本的な作製手順を説明する。母材として
用いたのは、Cr含有量が8.8%で、焼ならし焼戻し
処理を施した高強度フェライト鋼管(A鋼、外径300
mm肉厚40mm)と、Cr含有量が8.9%の溶接材
料(B材)およびCr含有量が2.1%の溶接材料(C
材)で、これらの化学組成を表1に示す。
【0006】
【表1】
【0007】なお、表1において、B材はA鋼用に開発
された共金系(同一成分系)のTIG溶接材料であり、
C材は475〜525℃の温度域でA鋼とほぼ同等の高
温強度を有するCr含有量が1.9〜2.6%でW添加鋼
用の溶接材料として開発された被覆アーク溶接材料であ
る。溶接開先は図1に示す溶接開先面4と突合わ面7を
有するフェライト鋼(A鋼)1よりなる溶接開先とし
た。溶接積層方法は図2に示すように、まず、初層2を
B材を用いて、上記フェライト鋼管の全周にわたってT
IG溶接法で積層し、2層目以降はC材を用いて被覆ア
ーク溶接法により最終層まで順次積層した。これとは別
に、本発明と比較のために、従来法として2層目以降を
B材と同一成分系の被覆アーク溶接材料を用いて積層し
た溶接継手構造を作製した。溶接終了後、約740℃に
て、約2時間の応力除去焼鈍を行った。このようにして
作製した溶接継手構造の溶接金属の中央部から、図3に
示すように、JIS4号シャルピー衝撃試験片5を切削
加工により作製し、シャルピー衝撃試験を行った。その
結果を図4に示す。本発明の溶接部の溶接金属は、従来
法の被覆アーク溶接部の溶接金属よりも吸収エネルギー
が高く、格段に靭性が向上していることが分かる。ま
た、本発明の溶接継手部の引張試験も実施したが、母材
のA鋼と同等の強度が得られ、実用上問題のない溶接部
であることが確認できた。なお、本実施の形態において
は、2層目以降を被覆アーク溶接法により施工する例を
示したが、2層目以降をC材と同一成分系のMIGある
いはサブマージアーク溶接材料を用いて、MIGあるい
はサブマージアーク溶接法により施工しても、同様の効
果が得られることを確認している。本発明の溶接継手構
造では、溶接金属の靭性向上によって脆性破壊に対する
信頼性が向上する他、TIG溶接(イナートガスタング
ステンアーク溶接)法等に比べて2倍以上の溶接効率の
高い被覆アーク溶接法、MIG溶接方法等で施工するた
め、溶接作業の工数が少なく、溶接の作業性が向上す
る。また、母材よりもCr含有量の低い溶接材料を主に
使用するにもかかわらず、管内流体に接する管内面側の
初層のみ母材と同じ高Cr系の溶接金属を溶着している
ため、溶接部の管内表面部の耐食性は母材と同等であ
り、溶接部が選択的に腐食され易くなる傾向は生じな
い。したがって、耐食性の良好な溶接継手構造が得られ
る。
【0008】〈実施の形態2〉図5に、本実施の形態で
例示する溶接継手構造を示す。この実施の形態における
基本的な構成は、上述の実施の形態1と同様であるが、
母材の外表面も腐食性の環境に曝される場合には、図5
に示すように、最終層(B材)6を、B材を用いてMI
G溶接法あるいは被覆アーク溶接法等で施工する。本実
施の形態の場合には、高強度フェライト鋼管の内外表面
とも母材と同等の耐食性を確保することができる効果が
ある。
【0009】
【発明の効果】本発明の高Crフェライト鋼の溶接継手
構造は、溶接金属の靭性の向上によって脆性破壊に対す
る信頼性がいっそう向上する他、TIG溶接法に比べて
2倍以上溶接効率の高い被覆アーク溶接方法、MIG溶
接方法等で施工するため、溶接作業の工数が少なくて済
み、溶接の作業性が一段と向上する。また、母材よりも
Cr含有量の低い溶接材料を主に使用するにもかかわら
ず、管内流体に接する管内面側の初層のみを母材と同じ
高Cr系の溶接金属を積層しているため、溶接部の管内
表面の耐食性は母材の一般部と同等であり、溶接部が選
択的に腐食される恐れは生じない。このように、本発明
の高Crフェライト鋼の溶接継手構造は、従来の問題点
を解消し、新しく8.5〜13%Crフェライト系高強
度の耐熱鋼の用途を拡大することができ、工業的、経済
的に得られる効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1において例示した溶接開
先形状を示す模式図。
【図2】本発明の実施の形態1において例示した溶接金
属の積層状態を示す模式図。
【図3】本発明の実施の形態1において例示した溶接継
手構造の溶接金属部からの衝撃試験片の採取位置を示す
模式図。
【図4】本発明の実施の形態1において例示した溶接継
手構造の溶接金属の衝撃試験結果を示す図。
【図5】本発明の実施の形態2において例示した溶接金
属の積層状態を示す模式図。
【符号の説明】
1…フェライト鋼(A鋼) 2…初層(B材) 3…溶接ビード(C材) 4…溶接開先面 5…衝撃試験片 6…最終層(B材) 7…突合せ面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B23K 35/30 320 B23K 35/30 320D 330 330A C22C 38/00 302 C22C 38/00 302Z 38/26 38/26

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Crを8.5〜13重量%含有する高Cr
    フェライト系耐熱鋼をアーク溶接法により作製する溶接
    継手構造であって、初層を、上記高Crフェライト系耐
    熱鋼と同じ成分系の溶接材料を用いてイナートガスタン
    グステンアーク溶接(TIG)法により施工し、次層以
    降を、Crを1.9〜2.6重量%含み、Wを所定量添加
    した高強度の溶接材料を用いて、被覆アーク溶接法、サ
    ブマージドアーク溶接法、イナートガスメタルアーク溶
    接法、炭酸ガスメタルアーク溶接法のうちから選択され
    る少なくとも一つの溶接法を用いて施工してなることを
    特徴とする高Crフェライト鋼の溶接継手構造。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の高Crフェライト鋼の溶
    接継手構造において、初層および次層以降を順次溶接し
    た後、最終層を、Crが8.5〜13重量%含有する母
    材と同じ成分系の溶接材料を用いて、被覆アーク溶接
    法、サブマージドアーク溶接法、イナートガスメタルア
    ーク溶接法、炭酸ガスメタルアーク溶接法のうちから選
    択される少なくとも一つの溶接法を用いて施工してなる
    ことを特徴とする高Crフェライト鋼の溶接継手構造。
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