JPS611497A - 9Cr系鋼の溶接方法 - Google Patents

9Cr系鋼の溶接方法

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JPS611497A
JPS611497A JP12093384A JP12093384A JPS611497A JP S611497 A JPS611497 A JP S611497A JP 12093384 A JP12093384 A JP 12093384A JP 12093384 A JP12093384 A JP 12093384A JP S611497 A JPS611497 A JP S611497A
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JP
Japan
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welding
weld metal
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steel
rem
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Pending
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JP12093384A
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English (en)
Inventor
Fumito Yoshino
芳野 文人
Toshihiko Nakano
利彦 中野
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel 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

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は9Cr系鋼を溶接するに当たり耐高温割れ性の
優れた溶接金属を与えることのできる溶接方法に関する
ものである。
〔従来の技術〕
ボイラー等の加熱・加圧装置を構成する材料としては一
般に耐酸化性、耐食性、高温強度等の優れたものを使用
する必要があるが、特に近年の傾向をみると熱効率を改
善する目的で加熱・加圧装置の操業温度及び操業圧力が
かなシ高くなってきている。その為前記特性が一層優れ
ている材料例えば9 Cr−I M o −N b −
V鋼や9 Cr −2M。
鋼等の9Cr系鋼を使用することが多くなυつつある。
尚本発明における9Cr系鋼とは、上記したものに限定
される訳ではなく、鋼中のCr含有量が8〜10重量%
の範囲にある鋼種を意味する。
一方上記9Cr系鋼の溶接に際しては、鋼種に応じた共
金系溶接材料が選択され、又夫々の状況に応じて最適の
溶接法(被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接、サ
ブマージアーク溶接等)が選択されている。
しかるに上記溶接によって得られる溶接部は、Cr+M
o等の自硬性の高いフェライト形成元素を多量に含有す
るので優れた機械的強度を発揮する反面、金属組織中に
粗大フェライトが晶出し易くなっておシ、粗大7エライ
トが晶出した溶接部は強度が局部的にばらついた2相合
金状態となる。
その結果9Cr系鋼の溶接部においては高温割れが発生
し易くなっておシ、その為9Cr系鋼を厚肉構造物に適
用するについては限界があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
9Cr系鋼の溶接に当たシ、高温割れの発生を防止する
と共に母材と同レベルの機械的性能を有する溶接部を与
えることのできる溶接方法を提供することを課題とする
〔問題点を解決するための手段〕 9Cr系鋼の溶接方法であって、 Ti及び/又はREM: 0.01〜5.0%(溶接材
料全重量に対する重 量%、以下同じ) C:0.15チ以下 Cr:8〜13% Mo  : 0.(3〜2.3% Nb:0.15%以下 を含有する溶接材料を用いると共に、溶接金属中の酸素
量を0.015〜0.060%、窒素量を0.003〜
0.050俤、Siを0.6多以下およびMnを02〜
3俤となる様に調節して溶接する点に本発明の要旨が存
在する。
〔作用〕
本発明は溶接手法や溶接手段そのものを制限するもので
はなく例えば被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接
、サブマージアーク溶接等のいずれを採用するにしても
、使用する溶接材料中の成分元素は下記条件を満足しな
ければならない。尚ことで言う溶接材料とは被覆アーク
溶接においては被覆アーク溶接棒、ガスシールドアーク
溶接方法においてはソリッドワイヤあるいはフシックス
人シワイヤ等、サブマージアーク溶接においてはワイヤ
及び溶融型若しくは焼結型フラックスを意味するもので
あシ、溶接金属及びスラグの形成に関与する全ての材料
を対象とするものである。
次に各元素の限定根拠について説明する。
Ti及び/又はREM:0.01〜5.0チTi及びR
EM(Ce、La、Y、Sm等)はいずれも酸素あるい
は窒素と化合し易く溶接金属中において酸化物あるいは
窒化物となるが、これらの酸化物及び窒化物は微細で且
つ高融点であるので、こわらが核となって溶接金属の凝
固が進行し、その結果凝固組織が細かくなって高温割れ
性を低減することができる。さらにこれらはSとの結合
力も強く、溶接金属中のSを硫化物の形で固定する効果
を発揮して高温割れを一層低減することができる。
しかしてその含有量が0.01%未満では添加効果が十
分ではなく、一方5%を超えて添加しても添加効果は飽
和してあがらず、溶接金属の清浄度が悪化するばかシと
なるので含有量は0.01〜5.0−の範囲とすべきで
あシ、特に0.1〜2.0チの範囲で顕著な効果を発揮
する。尚TiとREMは共存させたシ、更に数種類のR
EMを併用した場合でもその効果に変わシはなく、効果
の程度は含有量によって決定される。
C:0.15−以下 Cは溶接金属中に歩留って粗大フェライトの析出を抑制
すると共に焼入れ性を高める。従って溶接金属組織の強
度を向上させる上で極めて有効な元素であり適量添加す
ることが望まれる。しかし過剰に添加すると溶接金属凝
固時に初晶としてγ相を生成し易くなシ、低融点のP、
Sの溶解度が小さくなる為に残液中のP、S量が過剰に
なる結果割れ易くなシ、溶接金属の高温割れを防止でき
なくなるので含有量は0.15%以下に抑えなければな
らない。尚上記効果はわずかのC量によっても発揮され
る為特に下限は限定すべきものでも々いが、この効果を
安定して発揮させる上では0.02チ以上の配合が望ま
れる。
Cr:8〜13% 溶接金属の耐酸化性、耐食性及び高温強度を高める元素
であって9Cr系鋼用溶接材料としては不可欠の主成分
元素である。溶接金属中への歩留シを考慮して8〜13
チ添加させる必要がある。
Mo : 0.8〜2.3% 高温強度を高めると共に溶接金属の耐割れ性を高める元
素であって、Crと共に9 ’Cr系鋼用溶接、材料と
しては不可欠の元素であるので適用鋼種及び溶接材料組
成に応じて少なくとも0.8%を含有させる必要がある
。しかし過剰に添加すると炭素当量を高めて色々の意味
合いにおいて溶接性に悪影響を与えると共に、粗大フェ
ライトを析出して高温割れが発生し易くなるので上限は
2.3チとする必要がある。
Nb:0.15チ以下 Nbは溶接金属の強度向上元素として有効であって特に
クリープ破断強度を上げる上で顕著な効果がある為鋼種
に応じて適量添加すればよい。反面Nbは非常に偏析し
易く、Nb含有量が0.15チを超えると偏析部におけ
るNb含有量は部分的に数−以上にもなシ、共晶等の低
融点組織を形成して割れ感受性が非常に高くなる。従っ
てNb含有量は0.15%以下としなければならない。
尚下限については設定の必要がないけれども効果をよシ
安定して発揮させる為にFio、oi%以上の配合が望
まれる。
本発明方法を実施するた当たっては、上記の様に規定さ
れる溶接材料を用いるが、このとき得られる溶接金属中
の酸素量は0.015〜o、of1o%窒素量は0.0
03〜0.050%に調節する必要がある。即ち溶接金
属中の酸素あるいは窒素の大部分はT i 、 REM
、Mn 、 S i rλ1等の酸化物あるいは窒化物
として存在するが、このうち特にTiあるいはREMの
酸化物窒化物は微細であると共に高融点であることから
溶接金属凝固時に核となシ易く、その結果細かい凝固組
織が形成されて耐高温割れ性が向上する。しかるに溶接
金属中の酸素量が0.015%未満あるいは窒素量が0
0003チ未満では核となる酸化物や窒化物の生成量が
不足し、凝固組織の細粒化を十分にはかることができな
い。一方該酸素量あるいは該窒素量が各々0.060%
 、0.050%を超えると溶接金属中のTiあるいは
REMと結合する量としては過剰であシ、残シはブロー
ホール等の欠陥を作る為に健全な溶接金属を得ることが
出来ない。
またSiは脱酸を主目的として添加される元素であるが
、過剰に添加すると粗大フェライトの析出を助長して高
温割れが発生し易くなるので0.6係以下とすべきであ
る。尚下限値についてはCの場合と同様設定すべくもな
いが、好ましい下限値は0.05チである。
MnもSiと同様に脱酸を目的として添加されるが、併
せて溶接金属中の粗大フェライト生成抑制にも顕著な効
果があシ、高温割れ感受性を低減させると共に溶接金属
の靭性を向上させる。
また溶接金属中のSを硫化物として固定する効果もsb
、高温割れを一層低減することが出来る。
しかしその溶接金属中の含有量が0.2%未満では添加
効果が十分でなく、一方3%を超えて添加しても高温割
れに対する添加効果は飽和してあがらず、必要以上に強
度が高くなるので溶接金属中には0.2〜3チに調節す
る必要がある。特にMnの効果は0.7%以上の添加で
高温割れ感受性を低減させる。
〔実施例〕
下記の様に高温割れの発生状況を調査した。
(試験板) 被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接及びサブマー
ジアーク溶接においては第9図に示す様に板厚50mm
の9Cr鋼板1の2箇所を拘束板2゜2によって拘束し
た試験板を使用した。
一方MIG溶接においては第10図に示す様な開先形状
の拘束された9Cr鋼板試験板を使用した。
(調査方法) 溶接は被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接および
サブマージアーク溶接に於ては3パスまでまたMIGは
1パスのみ行ない、X線によって割れ長さを測定して割
れ率〔(総割れ長さ/全溶接長)X100%〕を算出し
、評価した。
実験1 サブマージアーク溶接においてワイヤ中の(Ti+RE
M:]含有量を種々変更して溶接を行ない、得られた溶
接金属の高温割れ発生状況を調査したところ第1図に示
す結果が得られた。
第1図に示す様にワイヤ中の[Ti+REM]量がo、
ois以上である場合には満足し得る耐高温割れ性が得
られた。又[Ti+REM:]量をOJチ以上にすると
高温割れの発゛生を皆無とすることができた。そこでC
Ti+REM)量は本発明を満′足する値に設定し、他
の元素の含有量を増減することによって高温割れの発生
状況がいかに変化するかを調査した。
実験2 被覆アーク溶接において、心線中のC量を種々変更して
溶接を行ない、得られた溶接金属の高温割れ発生率を調
査したところ第2図に示す結果が得られた。尚心線被覆
フラックスとしてはC量が極めて微量であるものを使用
した。又(Ti十REM〕は上記フラックス中に0.2
%含まれ、心線中には殆んど含まれなかった。
第2図に示す様に[Ti+REM)量が本発明を満足し
ても心線中のC量が0.15%を超えると割れ率が増大
することが分かった。
実験3 被覆アーク溶接において、フラックス及び心線中のMo
量を種々変更して溶接を行ない、溶接金属の高温割れ発
生状況を調査したところ第3図に示す結果が得られた。
尚フラックス中の(Ti+REM、l量は1.2%であ
り、フープ中には殆んど含まれなかった。
第3図に示す様にCrt+REM:]量が本発明を満足
してもMo量が2.3%を超えると溶接金属中の粗大フ
ェライト量が増大し、割れ率が増大した。
実験4 MIG溶接において、ワイヤ中のNb量を種々変更して
溶接を行ない、溶接金属の高温割れ発生状況を調査した
ところ第4図に示す結果が得られた。尚ワイヤ中の[T
i+REM]量は0.06%であった。
第4図に示す様に(Ti+REME量が本発明を満足し
てもワイヤ中のNb量が0.15%を超えると割れ率が
増大することが分かった。
実験5 ガスシールドアーク溶接において、フシックス人シワイ
ヤを用いて溶接金属中のSi量を様々に変えて溶接を行
ない、得られた溶接金属の高温割れ発生率を調査したと
ころ第5図に示す結果が得られた。尚フラックス中の(
Ti+REM)量は2%であル、ンーグ中には殆んど含
まれなかった。
第5図に示す様に(Ti+REME量が本発明を満足し
ても溶接金属中のSi量が0.6%を超えると溶接金属
中の粗大フェライト量が増加し、割れ率が増大すること
が分かった。
実験6 サブマージアーク溶接において、溶接材料及び溶接条件
を調整することによって溶接金属中の酸素量、窒素量お
よびMn量を種々変化させ、割れ率との関係を調査した
ところ第6〜8図に示す結果が得られた。尚ワイヤ中の
[T i + RE M ]量は0.17〜0.24%
であった。
第6〜7図に示す様に(Ti+REM]量が本発明を満
足しても溶接金属中の酸素量がo、oisチ未満あるい
は窒素量が0.003%未満の場合、割れ率が著しく増
加した。また酸素量が0.06−以上、窒素量が0.0
5%以上になると溶接金属中にブローホールが多発した
同様第8図に示す様に[T i 十RE M ]量が本
発明を満足しても溶接金属中のM n Jiが0.2%
未満の場合割れ率が増加した。
本発明は以上の様に構成されており、9Cr系鋼の溶接
に轟たシ、母材と同様の耐酸化性、耐食性を有すると共
に耐高温割れ性の優れた溶接部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜4図は溶接材料中の各成分元素含有量と割れ率の
関係を示すグラフ、第5〜8図は溶接金属中の酸素量、
窒素量、Si量およびMト量と割れ率の関係を示すグラ
フ、第9,10図は試験板の形状を示す斜視説明図であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 9Cr系鋼の溶接方法であつて、 Ti及び/又はREM:0.01〜5.0%(溶接材料
    全重量に対する重 量%、以下同じ) C:0.15%以下 Cr:8〜13% Mo:0.8〜2.3% Nb:0.15%以下 を含有する溶接材料を用いると共に、溶接金属中の酸素
    量を0.015〜0.060%、窒素量を0.003〜
    0.050%、Siを0.6%以下およびMnを3%以
    下となる様に調節して溶接することを特徴とする9Cr
    系鋼の溶接方法。
JP12093384A 1984-06-12 1984-06-12 9Cr系鋼の溶接方法 Pending JPS611497A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6103997A (en) * 1996-07-15 2000-08-15 Pan; Guoxi High hardness and wear-resisting flux cored wire
JP2000301377A (ja) * 1999-04-16 2000-10-31 Sumitomo Metal Ind Ltd フェライト系耐熱鋼の溶接継手および溶接材料
CN103934542A (zh) * 2014-04-08 2014-07-23 武汉钢铁(集团)公司 一种高强度级别Q500qE桥梁钢手工焊接方法

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