JPS61126972A - 肉盛溶接部の割れ防止方法 - Google Patents

肉盛溶接部の割れ防止方法

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JPS61126972A
JPS61126972A JP24926184A JP24926184A JPS61126972A JP S61126972 A JPS61126972 A JP S61126972A JP 24926184 A JP24926184 A JP 24926184A JP 24926184 A JP24926184 A JP 24926184A JP S61126972 A JPS61126972 A JP S61126972A
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JP
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equiv
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cracking
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JP24926184A
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English (en)
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Ryoichi Kume
亮一 粂
Hisayoshi Okabayashi
岡林 久喜
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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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】 (発明の利用分野) この発明は構造用合金鋼にオーステナイトステンレス綱
を肉盛溶接する際の割れ防止方法の改良に係り、更に詳
しく言えばオーステナイトステンレス鋼の肉盛金属また
は肉盛境界部に発生する高温溶接割れ、焼戻によって生
ずるシグマ相析出による脆化割れ及び水素ガス雰囲気中
での使用による水素脆化に起因する肉盛境界部の剥離性
の割れのいずれをも防止する肉盛溶接方法に係る。
(従来技術) 化学プラントの大型圧力容器においては構造用合金鋼、
例えばJIS−G4109ボイラおよび圧力容器用クロ
ムモリブデン鋼板を母材とし、その上にオーステナイト
ステンレス綱を肉盛溶接して耐食性を持たせたものを使
用することが多い。
肉盛溶接後には残留応力除去および溶接部の靭性改善の
ためJIS−Z3700に規定された500〜750℃
の溶接後熱処理が施されるが、溶接待に熱影響部に割れ
(以下高温割れという)を生ずることがあり、また溶接
後熱処理によってシグマ相が析出して脆化し、熱処理後
室温で曲げ試験をすると割れ(以下脆化割れという)を
生して破壊し易い。
上記の高温割れ対策としては肉盛金属中にフェライトが
3%以上析出されるように調整しているが、フェライト
が多量に析出すると溶接後熱処理でフェライトがシグマ
相に変化して肉盛金属を脆化させるようになる。これを
防止するには肉盛金属中のフェライトを8%以下とすれ
ば良いことが知られており、実用上はシエフラーの状態
図によってC,Mn、Si、Ni、Cr、Mo、Nb等
の合金成分の含有量を調整してNi当量、Cr当量を制
御することによりフェライト量を所望の3〜8%の範囲
にして割れの発生を防止している。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら最近この種圧力容器を高温高圧水素ガス雰
囲気で使用していると運転中または運転停止後に第2図
に示す母材1と肉盛層2との境界より僅か肉盛金属中に
入った位置3(以下肉盛境界部という)に剥離性の割れ
5 (以下剥離割れという)が発生し、その対策が覆々
検討されるようになってきた。
この剥離割れ嘉よ溶接によって肉盛境界部の金属組織の
結晶粒が粗大化し、これを高温高圧水素ガス雰囲気中で
使用すると、該肉盛境界部に割れを生じて剥離するよう
になるのであると考えられている。この剥離割れの発生
は最近の大入熱、高能率の肉盛溶接法によって助長され
ている。すなわち肉盛溶接を幅25〜150n++*、
厚さ0.2〜1Ill+の広幅電極を用いてサブマージ
アーク溶接法またはエレクトロスラグ熔接法により行う
方法が開発され、従来方法に比較して高能率であるばか
りでなく、溶込みが非常に浅いので、形成される肉盛金
属の化学成分組成が均一で安定していることがら肉盛溶
接方法として最適な方法として広く採用されるようにな
ってきている。しかしながら大入熱で施工されるので肉
盛境界部では結晶粒が粗大化し易い。
この結晶粒の粗大化を防止して剥離割れを防ぐ方法とし
ては二つの方法が考えられる。その一つは肉盛溶接に使
用する広幅電極の幅を小さくして溶接時の入熱を小さく
し、溶接後の冷却を早め、高温に曝される時間を短くす
る方法であるが、能率の低下は避けることができない、
他の一つは肉盛境界部にフェライトを析出させて結晶粒
を微細化させる方法である。
本発明は後者のフェライトを析出させることによって、
高温割れ、脆化割れを防止すると共に、剥離割れを防止
する方法を提供することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明は上記の目的を達成するため、 構造用合金鋼にオーステナイトステンレス綱を大入熱で
肉盛溶接する方法において、 肉盛金属をCr当量 18.0〜21.8、Ni当量 
10.2〜12.8 で、添付図面に示す点 (イ)(Cr当量18.0、Ni当量11.0)、(ロ
)(Cr当量19.8、Ni当量12.8)、(ハ)(
C「当量21.8、Ni当量12.8)、(ニ)  (
Cr当量19.0.Ni当量10.2)で囲まれる範囲
内のCr当量およびNi当量の化学組成とすることを特
徴とするオーステナイトステンレス鋼の肉盛溶接部の割
れ防止方法に係る。
次に本発明の高温割れ、脆化割れ及び剥離割れを防止す
る方法を説明する。
第3図はオーステナイトステンレス鋼の溶接時の高温割
れとフェライト生成量との関係を示しており、フェライ
ト量がおよそ3%以下になると割れの発生が認められる
ようになるので、高温割れを防止するためにはフェライ
ト量を3%以上とすることが必要であることが判る。
第4図および第5図はタイプ347オーステナイトステ
ンレス鋼の肉盛金属の脆化割れ発生の有無を後熱処理温
度と保持時間に関して、第し図は溶接のままでフェライ
ト量7.4%の場合、第5図は同じ<12.9%の場合
を例示している。
溶接後熱処理温度は通例700℃で行われ、第4図によ
ればこの温度では脆化割れは生じない。
一方、第5図によれば約4時間の保持によって割れを生
ずる。タイプ347以外のオーステナイトステンレス鋼
についても同様な傾向が見られる。。
従って脆化割れを防止するためにはフェライト量をおよ
そ8%以下とすれば良いことが判る。
従って高温割れと脆化割れとを同時に防止する条件は肉
盛金属中のフェライト量を3〜8%とすることである。
これを第6図のシエフラー状態図に示せば肉盛金属のN
i当量およびCr当量はA+F界域で3%Fと8%Fの
線で挟まれた範囲内にあればよい。
ところで本発明者の行った高温高圧水素ガス雰囲気中の
剥離試験結果によれば剥離割れ発生位置は第2図の肉盛
境界から0.03〜0.05m−離れた肉盛境界部3に
発生していることが判った。以下これを剥離割れ発生危
険域という、したがってこの危険域の組織を改善すれば
剥離割れを防止できることになるが、研究によれば該危
険域にフェライトを析出させれば、これを核として結晶
粒が微細化し、剥離割れを防止できる。
本発明者は肉盛溶接部の断面についてX線マイク造アナ
ライザで分析して求めた化学成分の分析値から上記剥離
割れ発生危険域のCr当量、Ni当量をシエフラー状態
図のA+M+F域またはA+F域にあるようにする各当
量値を求めた結果、肉盛金属内のフェライト量が前記の
3%F〜8%Fの範囲でNi当量を12%以下とすれば
よく、このようにすれば剥離割れ発生危険域にフェライ
トを析出させて結晶粒を細かにすることができることを
知った。これを第1図に(ロ)−(ハ)の線で示しであ
る。
また上記X線マイクロアナライザによる分析結果、肉盛
境界線から0.07mm以上離れれば肉盛金属の化学組
成は略一定することが判った。肉盛金属は耐食性を維持
するためA+F域にあることが必要であるから、A+F
域とA+M+F域との境界線がその限界であって、第1
図において3%Fと8%Fの線との交点(イ)がCr当
量の下限、交点(ニ)がNi当量の下限として求められ
る。
従って第1図に示す点(イ)・ (ロ)・ (ハ)・ 
(ニ)で囲まれた範囲内に肉盛金属のCr当量とNi当
量とがあれば、高温割れ、脆化割れおよび剥離割れのす
べての発生を防止する条件を満たすことになる。
(試験例) 次に試験例について述べる。
母材にCr−Mail板(JISG4109・SCMV
4)を用い、耐食性合金として5種類のオーステナイト
ステンレス鋼の幅150ta■または75111111
ノ広幅電極(JISZ3322・YB347F相当)を
用い、母材予熱温度150℃、電圧27v、電流250
0Aまたは1250A、一層盛りの肉盛溶接を行って供
試材とした。
母材及び肉盛金fi11〜隨5の化学成分組成を第1表
に、Ni当量、Cr当量を第2表に示す。
第2表 母材及び各肉盛金属魚1から15のNi当量、Cr当量
に相当する点が第7図に示しである。
これらの供試材をJISZ3700の規定に従って70
0℃x24hの溶接後熱処理を施したのち、次の試験に
供した。
(al高温割れ試験:供試材から所要の試験片を採取し
、表面から1ms+づつ削りながら螢光及び染色浸透探
傷試験(JISZ2343)を行い、割れの有無を調べ
た。
山)脆化試験:供試材からJrSZ3122に規定され
た側曲げ試験片を採取し、半径2xtmm(t=板厚)
の180度曲げを行い、割れの有無を調べた。
(C1剥離試験:水素分圧150kg/d、 450℃
のガス中に48時間保持したのち、強制空冷して室温に
24時間以上放置し、肉盛金属の反対側の母材表面から
超音波探傷検査(JISZ2344)によって剥離の有
無を調べた。
試験結果を一括して第3表に示す。
第3表に示すように試験片Nllは肉盛金属のNi当量
、Cr当量がO%F上にあり、肉盛金属および肉盛境界
部にフェライトが析出していなかったので溶接時の高温
割れ及び剥離割れの発生が認められた。試験片11h2
は肉盛金属にはフェライトが6%析出していたので高温
割れ及び脆化割れの発生は認められなかったが、肉盛金
属のNi当量、Cr当量が大きかったので剥離割れ発生
危険域のNi当量およびCr当量がA+M+F或いはA
+F域から外れ、フェライトが析出していなかったため
剥離割れの発生が認められた。試験片磁3及び隨5は肉
盛金属のフェライトが11%または20%と非常に多く
析出していたので、高温割れおよび剥離割れは認められ
なかったが、脆化割れが発生した。
試験片N14は本発明に係る試験片であるが、肉盛金属
のフェライトが7%で、かつ剥離割れ発生危険域のNi
当量、Cr当量がA+M+F域に入っているため該危険
域にもフェライトが析出しており、結晶粒も平均100
μmで綱か(、いずれの割れの発生も認められなかった
(効果) 以上説明したように従来は肉盛金属のフェライト量を制
御することによって高温割れと脆化割れとを防止できた
が、水素脆化による剥離割れは必ずしも防止できなかっ
た。しかしながら本発明はフェライト量を制御するNi
当量、Cr当量の範囲をシエフラー状態図上に区画し、
肉盛金属の各当量をこの範囲内に入れることによって高
温割れ及び脆化割れと共に剥離割れをも同時に防止でき
るようにしたので、水素ガス雰囲気で使用する圧力容器
等の如く安全を確保することが重要な装置に通用してそ
の実用上の効果が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のNi当量、Cr当量の範囲を示すシエ
フラー状態図、第2図は肉盛溶接金属を図解的に示した
平面図ta+及び断面図山)、第3図はオーステナイト
ステンレス鋼におけるフェライトと高温割れ発生との関
係を示すダイアグラム、第4図はオーステナイトステン
レス鋼肉盛金属の後熱処理温度、時間と割れ発生との関
係の一例を示すダイアグラム、第5図は同しく第4図と
同様な他の例を示すダイアグラム、第6図は高温割れ、
脆化割れ防止範囲を示すシエフラー状態図、第7図は試
験例における試験片1kl〜患5及び母材のNi当量、
Cr当量を示すシエフラー状態図である。 A・・・オーステナイト、F・・・フェライト、M・・
・マルテンサイト、1・・・母材、2・・・肉盛金属、
3・・・肉盛境界部、4・・・熱影響部、5・・・剥離
割れ、6・・・高温割れ、7・・・脆化割れ 出願人代理人 弁理士 鴨志1)次男 第2図 第7図 ス呆 j’f−A壬 m (hr、) 第5 図 刀6 図 第7 区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 構造用合金鋼にオーステナイトステンレス綱を大入熱で
    肉盛溶接する方法において、 肉盛金属をCr当量18.0〜21.8、 Ni当量10.2〜12.8 で、添付図面に示す点 (イ)(Cr当量18.0、Ni当量11.0)、(ロ
    )(Cr当量19.8、Ni当量12.8)、(ハ)(
    Cr当量21.8、Ni当量12.8)、(ニ)(Cr
    当量19.0、Ni当量10.2)で囲まれる範囲内の
    Cr当量およびNi当量の化学組成とすることを特徴と
    するオーステナイトステンレス鋼の肉盛溶接部の割れ防
    止方法
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0651180U (ja) * 1991-11-15 1994-07-12 三和農林株式会社 青物野菜収納容器
CN110449692A (zh) * 2019-07-29 2019-11-15 南京工程学院 一种碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法

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