JPS63112094A - 高温用鋼のガスシ−ルドア−ク溶接方法 - Google Patents

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〕 この発明は、高温用鋼のガスシールドアーク溶接方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

石油プラントに使用される石油精製用圧力容器は、高温
高水素圧環境で運転されるため、従来より高強度高温用
鋼であるＣｒ−Ｍｏ鋼（例えば２’ＡＣｒ−ＩＭｏｆｉ
、３Ｃｒ−ＩＭｏ綱など）を用いて製作されてきた。そ
して、この容器を製作するための溶接方法としてはガス
シールドアーク溶接方法が、自動化が行いやすいことか
ら、近年広く用いられるに至っている。

現状のこの種圧力容器用Ｃｒ−Ｍｏ銅板の規格強度は、
室温引張強さが５３　ｋｇ　ｆ　／＊ｍ”以上であり、
溶接金属の引張強さも同等以上であることが要求されて
いる。この要求に沿った形でガスシールドアーク溶接方
法には、Ｃｒ−Ｍｏ鋼ワイヤが用いられており、このワ
イヤを使用したときの溶接金属の室温度引張強さは、約
５５〜６０に、　ｆ　／菖■２である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで近時、石油精製プラントの操業効率向上を目的
として、圧力容器が大型化する傾向を示してきた。これ
に伴って、圧力容器に用いられるＣ　ｒ　−Ｍ　ｏ鋼板
も厚肉化の傾向にある。しかるに、このような厚肉化は
溶接工数を増大させるため、例えば■の添加によりＣｒ
−Ｍｏ鋼の母材強度を６５ｋｇｆ／ｗｍ”程度まで増加
させて、板厚の増加を回避しようとする動きが強まりつ
つある。これに伴い溶接方法も高強度の溶接金属が得ら
れるものが要求され、具体的には室温引張強さが６５ｋ
ｇｆ／ｍ”以上の溶接金属を確保できる方法が必要とな
る。

本発明の目的は、溶接金属の靭性を堝なうことなく室温
引張強さを６５ｋｇｆ／１ｍ”以上に上昇させ得る高温
用のガスシールドアーク溶接法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

ところで、溶接金属の高強度化は例えば使用ワイヤの高
炭素化によって達成されるが、このような対策は溶接金
属の靭性を低下させる。靭性は強度と並んで重要な一般
特性であるばかりでなく、石油精製用圧力容器用等の高
温用鋼にあっては、特に高温長時間使用中の焼もどし脆
化による靭性劣化を防止する必要等があり、また高強度
化についても単に室温引張強さだけでなく、高温引張強
さや高温クリープ強度等を高めることが求められる。そ
して、このような・多種多様な要求を満足させながら６
５ｋｆｆ／ｆｉ”以上の室温引張強さを確保することは
容易ではない。

本発明者らは、高温用鋼のガスシールドアーク溶接法に
おいて、溶接金属に６５　ｋｉｒ　ｆ　／１ｍ”以上の
室温引張強さを与えることを前提に更に高温強度やクリ
ープ強度を高め、また靭性、特に長時間使用後の靭性が
向上されるような方法を見出すべく研究を重ねた結果、 ■　通量のＶ、Ｎｂの複合添加による高強度化。

■　高強度化に伴う靭性低下を補うための、Ｔｉ添加及
び熔接人熱量の適正化による細粒化。

■　５ｉｌｌの適正化による靭性向上。

の組合せが有効であるとの知見を得るに至った。

本発明は、上記知見にもとづいてなされたもので、重量
比で Ｃ：０．１０〜０．１５％、Ｓｉ　　：０．２０〜０．
４０％、Ｍｎ　　：　０．６０〜１．００％、ｐ　　：
　０．００５％以下、Ｓ　　：　０．００２％以下、Ｃ
ｒ　：　２．００〜３．５０％、Ｍｏ　　：　０．９０
〜１．１０％、Ｖ　　：　０．２０〜０．３５％、Ｎｂ
　　：０．０２〜０．０５％、Ｔｉ　　：０．０３〜０
．１０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物よりなるソ
リッドワイヤを用い、かつ ひ×１０３ ただし、Ｑ：溶接入熱量（ｋＪ／　ｃｍ）Ａ：溶接電流
　（Ａ） ■：アーク電圧（Ｖ） υ：溶接速度（ｃＩａ　／　ｍ　ｉ　ｎ　）で示される
溶接入熱量が２５ｋＪ／ｃ１１以下となる条件で溶接す
ることを特徴とする高温用鋼のガスシールドアーク溶接
方法を要旨とする。

以下、本発明の方法を高温用鋼、ソリッドワイヤの成分
組成および溶接入熱量の順で詳述する。

Ｏ高温用鋼 Ｃｒを１〜５％、ＭＯを０．４〜１．１％程度を含有す
る低台金Ｃｒ−Ｍｏ鋼であり、汎用の高温用鋼であるの
で特に成分を限定するものではない。

○　ソリッドワイヤの成分組成 Ｃ：溶接金属の強度確保に重要な成分で、０．１０％未
満では強度不足し、０，１５％を超えると靭性劣化、溶
接低温割れ感受性及び再熱割れ感受性の上昇を招く、シ
たがって０．１０〜０．１５％と限定した。

Ｓｉ】溶接金属の靭性、特に高温長時間使用後の靭性の
向上には少ないほど良い。しかし、ガスシールドアーク
溶接ではサブマージアーク溶接と異なりフラックスによ
る脱酸が期待できないため、脱酸用成分としてのＳｉが
必要とされ、０．２０％未満では脱酸不足により溶接金
属の靭性が劣化し、０．４０％を超えると靭性が劣化し
、特に高温長時間使用中の焼戻し脆化による靭性劣化が
著しく大きくなる。したがって０．２０〜０．４０％と
限定した。

Ｍｎ：溶接金属の強度及び靭性を向上させるが、０．６
０％未満では強度不足で靭性も劣化させ、１．００％を
超えると高温長時間使用中の焼戻し脆化による靭性劣化
が著しく大きくなる。したがって０．６０〜１．００％
と限定した。

Ｐ：溶接金属の靭性の向上には少ないほど良い。

特に高温長時間使用中の焼戻し脆化による靭性劣化を防
止するためには少ない方がよい。したがって０．００５
％以下と限定し、下限は規定しない。

Ｓ：溶接金属の再熱割れを防止するためには少ないほど
良い０本発明の方法において得られるＣｒ−ＭＯ−Ｖ−
Ｎｂ系鋼溶接金属は再熱割れ感受性が高いためＳを低（
制限することが必要であり、０．００２％以下と限定し
、下限は規定しない。

Ｃｒ：高濫用鋼に要求される耐食性を得るために必要で
あり、また、Ｖ、Ｎｂを添加した場合の再熱割れ発生を
防止するためにも有効な成分で、２．００％未満では耐
食性の確保及び再熱割れの防止に所望の効果が得られな
い、逆に３．５０％を超えると靭性劣化及び溶接低温割
れ感受性の上昇を招く。したがって、２．００〜３．５
０％と限定した。

Ｍｏ：高温用鋼に要求される強度、特に高温強度やクリ
ープ強度を確保するために必要な成分で、０．９０％未
満では強度不足し、１．１０％を超えると靭性劣化、溶
接低温割れ感受性及び再熱割れ感受性の上昇を招く。し
たがって、０．９０〜１．１０％と限定した。

■＝熔接接金属強度、特に高温強度やクリープ強度の上
昇に極めて有効であり、更に、Ｎｂと同時に添加するこ
とによりその効果を上昇させるが、０．２０％未満では
この効果が得られない。逆に０．３５％を超えると靭性
劣化、溶接低温割れ感受性及び再熱割れ感受性の上昇を
招く。したがって・０．２０〜０．３５％と限定した。

Ｎｂ：溶接金属のクリープ強度の上昇に有効であり、特
にＶと同時に添加することによりその効果を上昇させる
。０．０２％未満ではこの効果が得られない。逆に０．
０５％を超えると著しい靭性の劣化及び再熱割れ感受性
の上昇を招く。したがって、０．０２〜０．０５％と限
定した。

Ｔｉ：溶接金属の組織を微細化して靭性を向上する効果
がある。０．０３％未満ではこの効果が得られない。逆
に０．１０％を超えると溶接金属の硬さの上昇及び靭性
の劣化を招り、シたがって、０．０３〜ｏ、ｉｏ％と限
定した。

○　溶接入熱量 溶接能率を向上させ、かつ、溶接金属を大量に形成する
ためには溶接入熱量は大きい程良いが、溶接金属の靭性
向上のためには溶接入熱量は小さい程よい。溶接能率に
ついては狭開先で対処できるので、本発明の方法では溶
接人熱層を低く制限することにより溶接金属の靭性を向
上させることとした。そして、後記する実施例から明ら
かなように、靭性の目標としてｖＴｒ　’　４゜≦−４
０℃ただしｖＴ、’　、。：溶接金属に後記する溶接後
熱処理および脆化熱処理を 行った後のシャルピー吸収 エネルギーが４０ｆｔ−Ｊｂ （５，５ｋｇｆ−ｍ）となる温 度 を採用したとき、前記組成のソリッドワイヤを使用して
この目標値を確保するには、下式で示される溶接入熱量
Ｑ　（ｋＪ／ｃａ＋）が２５ｋＪ／ｃ１１以下に規制さ
れなければならないのである。

υ×１０３ ただしＡ：溶接電流（Ａ） Ｖ：アーク電圧（Ｖ） υ：溶接速度（ｃｍ／ｍ１ｎ） 溶接入熱量Ｑの下限については、溶接入熱がすくないほ
ど靭性に対して有利になるので特に規定しないが、反面
小人熱では溶接能率が低いので、実操業上は１５ｋＪ／
（２）以上で行うことが望まれる。

また、小人熱による溶接能率の低下を補うためには、前
述したように狭開先も有効である。好ましい開先形状を
第１図に示される符号を用いて表わせば、 ｂ：ルートギャップは溶は落ち防止のため５鰭以上。

Ｃ；開先底半径は欠陥防止のため６鶴以上。

ｄ：開先角度は溶接チップを入れるために５°以上。

但し狭開先とするためにはｃ、ｄは少ないほど良く必要
最低値近傍を用いのが良い。

〔実施例〕

第１表に示した成分組成の高温用鋼板に、第１・図で示
す形状で寸法がａ：１００ｎ、ｂ：５ｍｍ、Ｃ：６ｍ５
Ｒ，ｄ：６°の狭開先を形成し、この狭開先に、第２表
に成分組成を示すソリッドワイヤ（Ａ−Ｋ）を用いて、
第３表に示す溶接条件（Ｌ〜Ｐ）によりガスシールドア
ーク溶接を実施した。

第３表に示す以外の条件は下記のとおりである。

シールドガス　：８０％Ａｒ＋２０％Ｃ０ｔ（流量２０
　Ｉｔ　／　＋ｗｉｎ） オシレート条件：３ｆｉ幅で７０回／ｌ１ｉｎ予熱温度
　　　：１００℃ 眉間温度　　　：１５０〜２００℃ そして溶接後は、６９０℃×８ｈ炉冷の溶接後熱処理と
、高温長時間使用後の靭性を評価するための加速脆化熱
処理とを行った。これら熱処理のヒートパターンを第２
図に示す、前述した熱処理はこの第２図に示すものであ
る。得られた溶接金属の成分組成及び機械的特性の試験
結果を第４表に示す。

第　　１　　表 （ｗｔ知 第　　２　　表　　　　　　　（ｗｔ知第　　３　　表 第４表に示されるように、本発明範囲内のソリッドワイ
ヤ（Ａ−Ｅ）と本発明範囲内の溶接条件（Ｌ−Ｎ）とを
組合わせた試験ＰｋＸｌ〜７　（本発明例）では、溶接
後熱処理後の室温引張強さ６５ｋｇｆ／ｗ”以上が確保
されるとともに、溶接後熱処理後に加速脆化熱処理を施
した場合のシャルピー衝撃特性ｖＴ、、′４゜も−４０
℃以下に保たれている。

他の特性についても、溶接後熱処理後の４８２℃引張強
さ５０ｋｇｆ／１ｍ”以上、同り８０℃×１０５ｈクリ
ープ破断強さ２５　ｋｇ　ｆ　／龍２というように良好
な値が得られ、また溶接後熱処理後のシャルピー衝撃特
性ｖＴ□。（シャルピー吸収エネルギーが４０ｆｔ−ｊ
ｉｂとなる温度）も良好である。

これに対し、比較例である磁８ではソリッドワイヤに■
、Ｎｂ、Ｔｉを含まないために、溶接後熱処理後の温度
が低く、シャルピー衝撃特性ｖＴｒ４゜、およびＶＴｒ
　’　４゜も高い、同様に患９ではソリッドワイヤにＴ
ｉを含まないためｖ　Ｔ　Ｐ　４゜およびｖＴｒ　’　
ａ。が高＜、ＰｋＬｉ　ｏではソリッドワイヤにＮｂを
含まないため溶接後熱処理後の強度が低く、Ｎｌｌ　１
ではソリッドワイヤのＶｉｌが低いため、溶接後熱処理
後の強度が低く　ｖＴｒ　’　４゜も高い、また隘１２
ではソリッドワイヤのＳｉ量が高いためｖ　Ｔ　ｒ　ａ
　６、ｖ’ｒｒ　’　４＠共に畜く、丸１３ではソリッ
ドワイヤのＣｆ１が高いためｖ　Ｔ　ｒ　４゜、ｖＴｒ
　’　４゜共に高く、患１４．隘１５ではガスシールド
アーク溶接の溶接入熱量が過大であるため、本発明範囲
内のソリッドワイヤを使用しているにもかかわらずｖ　
Ｔ　ｒ　４゜、ｖＴｒ　’　４゜共に高い。

第３図は、ソリッドワイヤＡを用いた試験１１ｈｌ。

２．３．１４．１５について、そのシャルピー衝撃特性
と溶接入熱量との関係を図示したものである０図にみら
れる通り、ｗＴｒ　’　ａ。≦−４０℃を満足させるた
めには、溶接入熱ｉ１に１が２５ｋＪ／ａｍ以下でなけ
ればならない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明のガスシールド
アーク溶接方法によれば、高温用鋼に対して室温引張強
さが６５ｋｇｆ／ｍｉ”以上で、しかも高温強度やクリ
ープ強度が高く、更に靭性も良好な溶接金属が得られる
ので、石油精製用圧力容器の高強度化が達成され、これ
により厚肉化を伴うことなく容器の大型化が可能になり
、大型化した石油プラントの施工を能率よく行うことが
できる等、工業上を用な効果かもたらさることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は狭開先の形状を示す縦断面図、第２図は溶接後
熱処理及び加速脆化熱処理のヒートパターンを示す線図
、第３図は溶接金属のシャルピー衝撃特性と溶接入熱量
との関係を示す線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で Ｃ：０．１０〜０．１５％、Ｓｉ：０．２０〜０．４０
   ％、Ｍｎ：０．６０〜１．００％、Ｐ：０．００５％以
   下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｒ：２．００〜３．５０
   ％、Ｍｏ：０．９０〜１．１０％、Ｖ：０．２０〜０．
   ３５％、Ｎｂ：０．０２〜０．０５％、Ｔｉ：０．０３
   〜０．１０％を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物よりな
   るソリッドワイヤを用い、かつ Ｑ＝Ａ×Ｖ×６０／υ×１０＾３ ただし、Ｑ：溶接入熱量（ｋＪ／ｃｍ） Ａ：溶接電流（Ａ） Ｖ：アーク電圧（Ｖ） υ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ） で示される溶接入熱量が２５ｋＪ／ｃｍ以下となる条件
   で溶接することを特徴とする高温用鋼のガスシールドア
   ーク溶接方法。