JPS5950991A - ステンレス鋳鋼溶接用の溶着金属および溶接補修方法 - Google Patents

ステンレス鋳鋼溶接用の溶着金属および溶接補修方法

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JPS5950991A
JPS5950991A JP16089982A JP16089982A JPS5950991A JP S5950991 A JPS5950991 A JP S5950991A JP 16089982 A JP16089982 A JP 16089982A JP 16089982 A JP16089982 A JP 16089982A JP S5950991 A JPS5950991 A JP S5950991A
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JP
Japan
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welding
cast steel
austenite
weld
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JP16089982A
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English (en)
Inventor
Koichi Tajima
多嶋 孝一
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/308Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、水車ランナ、ガイドベーン、ボンゲインベラ
などの主に流水中で使用される高強度マルテンサイト系
ステンレス鋳鋼品にかかる補修溶接の溶着金属、及び後
熱処理を含めた溶接補修方法に関するものでめる。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
水力発電設備におけるポンプ水車ランチやガイドベーン
、その他ポンプのインペラやプロペラ等の高速流水中で
運転使用に供される水力機器部材には耐食性や耐潰食性
のほか、高強度性が要求される場合、一般にマルテンサ
イト系のステンレス鋳鋼が多く1史用される。とくに、
Niを3.5〜6%含む13cr系ステンレス鋳鋼品は
強じん性や溶接性にも比較的すぐれていることから、現
在では最高品質の水力機器部材として広く採用されてい
る。
鋳鋼品は一般に大小の鋳造欠陥が発生するのでその部位
の溶接補修を行わねばならない。この補修溶接用の溶接
棒としては、とくに強度などが問題にならない部位にお
いては溶接性の良いオーステナイト系ステンレス鋼が使
用される場合もめるが、基本的には本体と同等の材質の
ものを得るため共金が使用される。
ところが、マルテンサイト鋼の場合、溶接直後の高温状
態ではオーステナイト組織を有するが、その後の(11
却過程においてマルテンサイト組織に変化する)ζめ体
積膨張による変態応力を発生するとともに、溶接後の焼
入れ効果による^硬度マルテンサイト組織となって水素
ぜい化を起しやすくなり、遅れ割れなどの溶接割れを発
生しやすい。
このような溶接割れを防止するため、一般的には溶接前
に欠陥補修箇所近傍、又は全体を例えば100C以上の
ような温度に予熱する。しかし予熱の手間もさることな
がら、予熱を実施しても溶接割れを発生することが現実
の問題としてしばしば起る。
オーステフィト鋼が溶接性に優れている理由は、遅れ割
れ発生の原因となる水素の固溶量がマルテンサイト組織
よりもはるかに多いため水素ぜい化を生じないこと、冷
却過程で変態しないため変態応力を発生しないこと、耐
力が低いだめ冷却過程で生じる熱応力による残留応力が
低いことなどが考えられる。しかし例えばD308のよ
うなオーステナイト系溶接棒で溶接補修後、溶着金属部
にその−1ニー!オーステナイト組織が残ることは耐食
性や強度、及び熱影響部のしん件の点で問題となり、疲
労破壊などを発生する危険性がある。
〔発明の目的〕
本発明は上記の点にかんがみなされたもので、13Cr
系マルテンサイト系ステンレス鋳鋼品の溶接補修におい
て、溶接性を改善しつつ、本体母材と変わらない強じん
性を得ることができる溶着金属、及び溶接後の後熱処理
方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
すなわち本発明においては上記目的を達成するためにC
D、01〜0.07%、 8i 0.1〜1.0% 、
 Mn 2〜7’l 。
Nl 4〜8 % 、 Cr 11〜15% 、Mo 
0.1〜2% 、 N O,OL。
0.1チ残部が実質的にFeより成り、かつNi%+3
0 X C% + 0.5 X Mn % + 30 
X N %で表わされるN1当緻が10〜18チで、溶
接のままでの溶着金属組織中の残留オーステナイ) 搦
が30%以−ヒであることを満足する溶着金属を用い、
溶接完了後は溶着金属を含む局部、あるいは鋳鋼品全体
をいったん常温以下に冷却するいわゆるサブゼロ処理を
施し−Cマルテンサイト変態を進行させ、引続きこのマ
ルテンサイトがオーステナイトに変態を開始するA、c
1点以上に再度加熱して焼戻すという後熱処理を施す。
溶M敞属に膠けるCは溶接のままの状態においてメース
アナイト化を促進させると同時に、マルテンーシ゛イト
変態後はマルテンサイトの強酸を高めるが、0.07%
以上では溶着金属のしん性が低−トし溶接割れを起しや
すくなる。
Stは脱酸剤として有用で溶接部のブローホール発生を
防止するが、■係を越えると粒界に炭化物等が偏析し、
じん性を低下させる。0.1チ以下ではその効果tよな
い3、へ唇nは脱酸剤としても働くが、溶着金属の強じ
ん化とオースアナイト化を促進させる点で次に述べるN
lと同様の効果を持ち、高価なNiの代シとして使用す
ることができる。後に説明するように他の成分との兼ね
合いもあるが、2条以下では本発明の目的を達成するこ
とができず、7チ以上ではオーステナイト殖が多くなり
過き−1又脆いマルテンサイトを形成すると同時に、ブ
ローホールが増加する。
N l ハネ13Cr系ステンレス鋼の強じん性を向上
させる最も有効な成分で必υ、4チ以下ではその効果が
十分でなく、8%以上ではオーステナイト饅が多くなり
過ぎ最終的に強度が低下するなど本発明の目的にそわな
くなる。
Crは耐食性を与えると同時に、本鋼種のようにマルテ
ンサイト変態を起させるに必要な基本的成分でろシ、1
1チ以下ではこれらの条件を満足させることができず、
15チ以上ではδフェライトが析出しじん性が低下する
Nはオースアナイト化を促進させるとともに、マルテン
サイト変態後はCと同様qこ固溶することによってマル
テンサイトを強化する。溶接性の面からclを低くおさ
える代りに補完的に添加するが、0,1チを越えると溶
接性が悪くなる。
Moは耐食性を改善し降伏強度を向上させると同時に、
溶接後の後熱処理時におけるマルテンサイトの焼戻しぜ
い化を防止させる効果がめる。しかし、2チを越えると
δフェライトが析出し、溶着金属のしん性を低下させ溶
接割れの発生を促進させる。
0.1チ以下では上記効果があられれない。
本発明による溶着金属成分は第1図のシエフラーの状態
図において斜線部で表わしたオーステナイトとマルテン
サイトの2相組織の範囲にはいっている。Cr当緻にも
よるがN1当量IO%以下では溶接のままでの残留オー
ステナイト量が少なくなり、逆に18チを越えるとオー
ステナイト電が増えるとともに安定化する。本発明の第
1目的である溶接性の改善のためにはオーステナイトが
30チ以上は残留していることが必要であるが、N1当
量が高くてオーステナイトが安定化すると、後で述べる
Ms点が低下し過ぎるために、ザブゼロ処理によって十
分なマルテンサイト変態が起らなくなる。なお、Cr当
量が高い場合には、若干のフェライトが共存し得るが、
これは差し支えのないものである。
なお、溶接方法は通常の被覆−r−り溶接やTIGI接
等で行ない、溶接性が改善されることにより予熱温度を
低くしたシ、あるいは予熱なしでも溶接を行なうことが
可能となる、 次に、溶接後サブゼロ処理を施した後、溶着金属のA 
c 1変態点以上に加熱して焼戻す理由について説明す
る。
本発明における鋳鋼品本体母材のような通常の13Cr
系マルテンサイト型鋼では、高温におけるオーステナイ
ト組織から冷却過程でマルテンサイト組織への変態を開
始する温度、すなわちMs点は一般に250C以上でア
シ、またマルテンサイト変態を完了する温度、すなわち
Mf点は常温付近であるため、常温ではマルテンサイト
組織が90−以上となる。成分によっては10チ以下の
オーステナイトが残留する場合もある。ところがNiや
Mnの添加量を増やすなどNl当量を大きくするとMs
点が低下する。本発明による溶着金属成分の場合Ms点
は200C以下、Mf点は常温以下となるため溶接後の
常温においてはオーステナイトが30%以上残留する。
オーステナイトが多量に残留することによって先に述べ
た理由から溶接性が改善されるのでめるが、このままで
は溶着金属部の強度とじん性が低いため問題が残る。こ
れを改善するためには、常温以下にさらに冷却していっ
たんマルテンサイト変態を進行させる必要がある。
このザブゼロ処理温度は本発明の場合−50C以下が適
当であるが、例えばドライアイスを用いることによシ容
易に−70〜−80Cが得られる。
あるいはドライアイスとアルコール又はエーテルとの混
合液や液体窒素を用いても良い。冷却方法は鋳鋼品全体
を上記冷媒中に浸漬しても良いが基本的には第2図に示
すように鋳鋼母材1の補修溶接部2のみをドライアイス
等の冷媒3によって局部的に冷却するのみで目的は達せ
られる。
なお、サブゼロ処理は溶接完了後なるべく速やかに実施
することが望ましい。
サブゼロ処理によって約90チ以上のマルテンサイト組
織となるが、このままでは強度は高くなるものの硬度が
高くてじん性に乏しいため、最終的に溶着金属のAc、
変態点以上に加熱して焼戻す。
本発明による溶着金属のAc、変態点は約500Cであ
るが、実質的には550C〜650Cに加熱することに
よってマルテンサイトが焼戻されるとともに、マルテン
サイトの一部が安定なオーステナイトに逆戻シし、常温
に冷却後もこれがそのま′ま残留して焼戻されたマルテ
ンサイト組織の内部に細かく分布することによって、耐
力をあるレベル以上に保持した捷まじん性が回復される
のでおる。
なお、この再加熱処理によシ溶接に伴なって発生してい
た残留応力を除去するとともに、硬化とじん性低下を生
じていた母材の熱影響部を軟化しじん性を回復させるこ
と本可能となる。
〔発明の実施例〕
次に本発明による溶着金属成分の実施例を第1表に示す
。母料は同表に示すように13Cr−4”NI系フマル
テンサイトステンレス鋳鋼ある。これに鋳造欠陥はつシ
後に相当する開先な設け、予熱なしにTIG溶接を行な
った。溶接は一般のD309のようなオーステナイト系
溶接棒と変わらないほど良好で、溶接割れなどの欠陥は
発生しなかった。溶接のままの状態で溶着金属組織中に
占めるオーステナイト量と硬さの測定結果は第2表に示
す通りであった。オーステナイト量が多いため硬さはビ
ッカース200以下で強++を的には母材より低くなっ
ている1、 第1表 第2表 注)衝撃値:シャルピー2■Vノツチ 温度 OC その後、溶接部を局部的にドライアイスで約−70Cに
冷却するサブゼロ処理を行ない、引続き電気炉で600
Cに加熱する焼戻し処理を行なった。その結果、第2表
に示すように溶着金属部の硬さは母材とほとんど変わり
なく、シャルピー衝撃値についても母材に匹敵しじん性
においても十分満足できるものが得られた。なお、表中
試料煮5は共金の溶接棒を用いサブゼロ処理を施したが
N1当鼠が低いため衝撃値が低いっ又試料A6はCr当
峯、に比し、Ni当近が高過ぎるためにオーステナイト
が安定化し、1”l撃値高くても硬さが低い結果となり
でいる。
〔発明の効果J 以」二説明しできだように、本発明の溶着金属と溶接補
修方法によれば溶接補修部の溶着金属組織がおもにオー
ステナイトとマルーアンザイトの混合組織を呈するため
、とくにそのうち多量に残留するオーステナイトの効果
に」、って予熱なしで溶接が可能で、溶接割れが発生し
にくいなど溶接性が改善されるとともに、溶接後のヤブ
ゼロ処理と焼戻し処理を組み合わせたことによって旬材
と変わらない強じんな袖修溶]裏部を得ることができる
【図面の簡単な説明】
第り図は本発明の溶着金めべのンエフラーの状態図、第
2図は浴接補修部の本発明による局部的ザブゼロ処理方
法を示す図で必る。 人・・・オーステナイト、M・・・マルテンサイト、F
・・・フェライト、1・・・マルテンサイト系鋳鋼母材
、2・・・溶接補修部、3・・・冷媒。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 重量百分率で、C: 0.01%〜0.07チ、
    Si:0.1%〜1%、Mn : 2〜7 %、Ni 
    : 4〜8 %、Or:11〜15%、Mo : 0.
    1−〜2チ、N:0.01%〜0.1%、残部が実質的
    にFe、l:υ成シ、Ni係+30×C%+〇、 5 
    X Mnチ−ト:うOXNチで表わされるNl当量が1
    0〜18襲であることを特徴とするマルテンサイト系ス
    テンレス鋳鋼溶接用の溶着金属。 2、特許請求の範囲第1項記載の溶着金属を用いて溶接
    する第1工程と、溶着金属部を局部的にあるいは鋳鋼品
    全体をいったん常温以下に冷却するザブゼロ処理をおこ
    なう第2工程と、溶着金属のAc、変態点以上の温度に
    加熱して焼戻し処理をおこなう第3工程とよシ成ること
    を%徴とするマルテンサイト系ステンレス鋳鋼の溶接補
    修方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09122957A (ja) * 1995-10-31 1997-05-13 Kawasaki Steel Corp マルテンサイト系ステンレス鋼のレーザ溶接用フィラー材料
USRE37562E1 (en) 1988-05-05 2002-02-26 Siemens Westinghouse Power Corporation Turbine system having more failure resistant rotors and repair welding of low alloy ferrous turbine components by controlled weld build-up
CN113151660A (zh) * 2021-03-22 2021-07-23 西安理工大学 一种提高鼓风机叶轮焊接部位强度的双级时效工艺

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