JPS63157769A - クロム−モリブデン鋼の溶接方法 - 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〕 本発明はクロム−モリブデン（Ｃｒ−Ｍｏ）　＃ｌｌの
溶接方法に係り、特に機器構成部材の溶接もしくは補修
溶接において、溶接により生ずる軟化部を。

溶接した部材の応力集中部より離れた位置に移動させる
ことによって機器の破壊を防止するＣｒ−Ｍｏ鋼の溶接
方法および溶接後の熱処理方法に関する。

〔従来の技術〕

火力発電プラントあるいは化学装置などの高温。

高圧で使用される機器材料としてはＣｒとＭｏを添加し
た耐熱性のＣｒ−Ｍｏ鋼が使用されている。この理由は
、ＣｒおよびＭｏ添加による析出強化および固溶強化に
よって強度が向上すること、さらに緻密なＣｒ酸化物の
形成により耐酸化性が向上するためである。現在使用さ
れているＣ　ｒ　−Ｍ　ｏ鋼のＣｒ含有量は２．２５重
ｆｆｉ（ｗｔ）％以下のものが大部分である。しかし、
オーステナイト系ステンレス鋼と比較すると高温強度、
耐酸化性が大幅に劣ることから、さらにＣｒ含有量を８
〜１３重量％に増大させると共に、焼ならし後、焼もど
し処理を行うことによって焼もどしマルテンサイトある
いは焼もどしベーナイト組織となるように調質して高温
強度と耐酸化性を向上させたＣｒ−ＭｏｔＪｌｉが開発
され、その一部はオーステナイト系ステンレス鋼の代替
材料として実用化されている。

このようなＣｒ　−Ｍ　ｏ　ｆ！ｌの特性を調査したと
ころ。

溶接や熱間曲げ加工に伴う加熱によって特定の温度範囲
に加熱された領域が軟化し１強度低下を生ずることが明
らかになった。第３図は、９（ｗｔ）％Ｃｒ−Ｃｒ−１
（％Ｍｏ鋼の管（４５ｎ＋ｍφＸ　１０ｍｍｔ）を。

初層をガス・タングステン・アーク溶接（ＧＴＡＷ）、
２層以降をシールドメタル・アーク溶接（ＳＭＡＷ）法
によって周溶接しく予熱＝２００℃。

入熱：　２０ｋＪ　／ｃｍ、後熱処理ニア４０℃ｘｌｈ
）、その継手から外径６ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を
採取し。

単軸クリープ破断テストを行った結果である。継手のク
リープ破断強度は、母材に比べ低下し、破断位置は溶接
熱影響部品外層であった。第１１図は。

この継手のビッカース硬さくＨｖ）分布を示したもので
あるが、ｔｓ接接熱影響最外層で軟化しており、破断位
置と対応している。さらに詳細に検討すると、軟化する
部分は溶接や熱間曲げ加工によりＡ、変態点（フェライ
トからオーステナイトへの変態が完了する温度、この材
料では８７０〜８９０℃）直上に加熱され、結晶粒が微
細化した部分が溶接後の熱処理により軟化することが分
かった。この対策として９本発明者らは先に、変態点以
上の局部加熱を伴う溶接や熱間曲げ加工が実施されるＣ
ｒ−Ｍｏ鋼において、焼ならし後の焼もどし処理温度を
、使用する材料のＡ、変態点（フェライトからオーステ
ナイトへの変態を開始する温度）よりも１５０℃低い温
度以下として焼きもどし処理を行い、ｉ８接あるいは熱
間曲げ加工を行った後。

Ａ、変態点よりも１００℃低い温度以上で後熱処理する
ことにより、軟化部の発生を防止するＣ　ｒ　−Ｍ　。

鋼の熱処理法の発明を出願している（特願昭６１−１３
４９４８号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した本発明者らの出願にがかるＣ　ｒ　−Ｍ　ｏ鋼
の熱処理法の発明は、新規に火力発電プラントや化学装
置を製作する場合に非常に有効な方法であるが、これに
は、製作組立後の欠陥補修のための補修溶接についての
配慮がなされていなかった。

すなわち、上記発明の要点は母材の焼もどし温度を低く
して溶接後の熱処理温度を高くすることにあるが、これ
らのプラントの製作１組立の時点では、すでに溶接部、
熱間曲げ加工部を含む全体を高い温度で後熱処理してお
り、補修溶接を実施するとＡ３変態点直上に加熱される
部分が発生し。

後熱処理により軟化する。これは、補修溶接では不可避
のものである。しかも、補修溶接を実施する箇所はボイ
ラでいえば過熱器管寄と主蒸気配管のＴ継手溶接部のよ
うな不連続部で、しかも応力が集中する部分であり、補
修溶接によって発生した軟化部は非常に危険である。

本発明の目的は、火力発電プラントや化学装置などの高
温、高圧で使用される機器の構成部材であるＣ　ｒ　−
Ｍ　ｏ鋼の溶接もしくは補修溶接において。

不可避に発生する軟化部を、溶接した部材の応力集中部
以外の安全な位置に移動させて９機器の損傷の防止をは
かる溶接方法ならびに溶接後の熱処理方法を提供するこ
とにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 上記本発明の目的は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼よりなる部材の溶接
もしくは補修溶接において、溶接後に溶接部近傍の焼な
らしおよび焼もどし熱処理を行い。

かつ上記の熱処理範囲を、溶接によって生ずる軟化部の
位置が２部材の応力集中部の位置よりも十分に離れた位
置に移動する範囲とすることにより。

達成される。

さらに本発明の目的は、Ｃｒ　　Ｍｏ鋼よりなる部材を
、焼ならし処理した後＋１接を行ない、ついで焼もどし
処理を行うことによっても、達成される。

本発明の対象となるＣｒ−ＭｏＭは１例えばＪＩＳボイ
ラ用鋼管鋼管材て規格化されている５ＴＢ４２Ｂ　（Ｃ
ｒＯ，８−１，２重量％、　Ｍ　ｏ　０　、２〜０　、
４５重量％）。

５ＴＢ４２Ｃ（Ｃｒ０．８〜１．２．Ｍｏ０．４５〜０
．６５）。

Ｓ　Ｔ　Ｂ４２Ｄ　　（Ｃｒ２〜２．５．Ｍｏ０．９〜
１．１）、Ｓ　Ｔ　Ｂ４２Ｅ　　（Ｃｒ４−６　、Ｍｏ
０．４５〜０．６５）、Ｓ　Ｔ　８４２Ｇ（Ｃｒｌ〜１
．５．Ｍｏ０．４５〜０．６５）、５ＴＢ４２Ｈ（Ｃｒ
８〜１０．　Ｍｏ０．９〜１．１）など、およびＣ「の
含有量が８〜１３％程度含むＣｒ　−Ｍ　ｏ鋼よりなる
管材、板材もしくはその他の形状をした部材を挙げるこ
とができる。

本発明の溶接もしくは補修溶接後に行う熱処理は、Ｃｒ
−Ｍｏ鋼のＡ、変態点からＡ□変態点＋５０℃の温度範
囲に加熱する焼ならし処理後、焼もどし処理を行うこと
により達成される。

本発明のＣｒ−Ｍｏ鋼よりなる部材の溶接もしくは補修
溶接において、溶接により生ずる軟化部の位置を応力集
中部の位置より十分に離れた位置に移動させるためには
、溶接後に行う熱処理の範囲を、おおよそＣｒ−Ｍｏ鋼
よりなる部材の厚さ以上。

その厚さの１０倍以下の範囲とすることが好ましい。

また９本発明のＣｒ　−Ｍ　ｏ鋼よりなる部材の溶接も
しくは補修溶接において、溶接により生ずる軟化部の位
置を応力集中部の位置より十分に離れた位置に移動させ
るためには、溶接後に行う熱処理の範囲を、溶接止端部
もしくは補修溶接前の溶接止端部から少なくとも１０ｍ
ｍ以上離れた範囲とすることによっても本発明の目的を
達成することができる。

〔作用〕

Ｃｒ−Ｍｏｔｔｌよりなる部材の溶接もしくは補修溶接
によって発生した溶接熱影響部最外層の軟化部は、再度
、焼ならし後焼もどじ（焼ならし一焼もどし）処理する
ことによって元の特性に回復する。

このことから、溶接部もしくは補修溶接部を含む範囲を
焼ならし一焼もどし処理することにより。

溶接部の熱影響部最外層の軟化は防止できる。しかし、
この焼ならし一焼もどし処理により新たに軟化部が発生
する。本発明者らが検討したところ。

例えばＣｒ−Ｍｏ鋼管の周溶接継手で軟化部を有する場
合であっても、内圧クリープ破断試験の結果では母材部
で破断し、母材と同等の強度を有することが判明した。

すなわち、管の周方向応力のみが作用する場合には、管
の軸方向に対して数ｍｍ程度の幅で軟化部を有していて
も、実用上はとんど問題が発生しない。以上のことから
、焼ならし一焼もどし処理により発生ず軟化部を、管の
周方向応力のみが作用する位置になるように焼ならし一
焼もどし処理の範囲を拡大し１部材の応力集中部より離
れた位置に移動させることによって溶接による軟化問題
を解決することができる。

また、管と管とのＴ継手溶接部（スタップ溶接）の場合
には、溶接止端部で最も応力が集中する。

このような溶接部を補修する場合には、補修溶接による
熱影響部（後熱処理による軟化部）が元の溶接止端部近
くに位置すれば非常に危険である。

そこで、補修溶接時に欠陥を削除する場合に２元の溶接
止端部から十分に離れた位置まで削除した後、補修溶接
を実施することにより、最も危険な応力集中部と軟化部
との距離を十分に離すことができる。この方法により、
溶接軟化部の影響を十分に排除することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を挙げ９図面に基づいてさらに
詳細に説明する。

（実施例１） 第１図は、ボイラの過熱器管寄１と主蒸気配管２とのＴ
継手溶接部３に補修溶接を実施したところを示している
。材質は過熱器管寄１．主蒸気配管２とも９　（ｔｚｔ
）％Ｃｒ−Ｌ（ｗｔ）％Ｍｏ系のＣｒ−Ｍ。

鋼であり、補修溶接部４は、あらかじめグラインダなど
で欠陥が削除できるまで削りこんで、母材と同成分系の
溶接材料で補修溶接を実施している。

溶接条件の一例を示すと、予熱２００℃で電流１７０Ａ
。

電圧２０ｖ、溶接速度１０ｃｍ／ｍｉｎである。溶接終
了後、第１図中の点線で囲んだＡ部を焼ならし一焼もど
し処理する。この熱処理温度は、材料の製造最終熱処理
温度ですれば良く、上記の９Ｃｒ−ＩＭｏ鋼では焼なら
し１０４０℃Ｘｌｈ、焼もどし７６０℃Ｘ５ｈである。

なお、焼もどしする範囲は焼ならしにより発生した熱影
響部までする必要があるため、焼ならし範囲よりもやや
広くする必要がある。

したがって、熱処理範囲はＴ継手溶接部３からそれぞれ
の管の板厚以上離れた位置までする必要があり、あまり
離れすぎると熱処理範囲が広くなり過ぎて２作業性、コ
ストなどに問題が生ずるため。

それぞれの管の板厚の１０倍以下とするのが好ましく、
ここでは過熱器管寄１側、主蒸気配管２側とも約３００
ｍｍとした。また、加熱方法としてはインダクションヒ
ータを使用した。

補修溶接後２通常の後熱処理を実施すると従来技術でも
述べたように補修溶接部４の熱影響部に軟化部が生じる
。このような部分で軟化部があると三軸応力状態となり
、しかもＴ継手溶接部３の溶接止端部で応力が集中しや
すく、非常に危険である。本発明の実施例のようにＡ部
を焼ならし一焼もどし処理すると、補修溶接部４の熱影
響部は焼ならしによりほぼ完全に変態してから焼もどし
されるため、製造時と同等の強度を有するようになる。

当然、Ａ郡全体を焼ならし一焼もどし処理されるため、
製造時と同等の強度を有するようになる。このような熱
処理により、Ａ部の外側に軟化部が生じるが、この位置
では管の内圧による周方向応力のみが作用しており９本
発明者らが検討したところ、軟化部を有していても内圧
クリープでは母材で破断するため実用上問題は発生しな
い。

このように、管の周方向応力のみが作用するような位置
を検討したところ、Ｔ継手部を楕成している管の板厚に
よって支配され、管の板厚以上離せば、管にはほとんど
周方向応力のみが作用するようになることが分かった。

以上のような補修溶接後の熱処理をすれば、軟化部を溶
接止端部の応力集中部から離すだけでなく、そのまわり
の多軸応力状態の部分からも離すことができ、はぼ完全
に軟化部の影響を取り除くことができる。

なお９本実施例では補修溶接後、焼ならし一焼もどし処
理をしたが、焼ならし後、補修溶接し。

その後、焼もどし処理をしても同等の効果が得られる。

また、補修溶接に限らず、新規に溶接する場合にも本実
施例は適用できる。

（実施例２） 第２図（ａ）のように、過熱器管寄１と主蒸気配管２と
のＴ継手溶接部３に欠陥部５があった場合、第２図（ｂ
）のように欠陥部５を削除して溶接開先を設けるが、従
来は欠陥部５の削除する範囲をできるだけ小さくしてい
る。しかし９本実施例では第２図（ｂ）に示すごとく削
除する範囲を大きくしている。その後、第２図（ｃ）の
ように補修溶接を実施して表面を仕上げ２通常の後熱処
理を行う。溶接開先の範囲は元のＴ継手溶接止端部から
少なくとも１０ｍｍ以上離れた位置まで削除する必要が
ある。これは、　１０ｍｍ以下では溶接止端部の応力集
中の影響が生じ、　ｌＯ＋＋＋＋ｎ以上ではその影響が
ほとんどなくなるからである。以上のような方法によれ
ば、溶接止端部の応力集中部と、補修溶接によって発生
した軟化部との位置を少なくとも１０ｍｍ以上離すこと
ができ、最も危険な応力集中部と軟化部の一致を避ける
ことができる。また２本実施例の方法によると、極めて
簡単に溶接軟化部の影でＰを排除することができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したごとく２本発明の方法によれば、Ｃ
ｒ−Ｍｏ鋼の溶接もしくは補修溶接において発生する軟
化部と応力集中部の位置を、極めて簡便な手法で分離さ
せることができ、軟化部の発生による機器構成部材の破
断を防止することができる。したがって、Ｃｒ−Ｍｏ鋼
によって製作された火力発電プラン１−や化学装置など
の高温、高圧で使用される機器の補修溶接に際して２強
度低下を起こすことなく十分に、しかも安価に補修する
ことができ９機器の痔命を一段と伸ばすことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における過熱器管寄と主蒸気
配管のＴ継手を示す説明図、第２図（ａ）、（ｂ）、（
Ｃ）は本発明の実施例２におけるＴ継手の補修溶接方法
の手順を示す説明図、第３図は９Ｃｒ−ＩＭｏ鋼の継手
および母材の車軸クリープ破断特性を示すグラフ、第４
図は第３図における継手の硬さ分布を示すグラフである
。 １・・・過熱器管寄　　　　２・・主蒸気配管３・・・
Ｔ継手溶接部　　　４・・・補修溶接部５・・・欠陥部 代理人弁理士　　中　村　純之助 十１　図 １−２通熱、％ｔ１ ２−・−主（気酉乙噌？ ３−・Ｔ８ヶ名堵昂 ４−・輔修烙括卸 才２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クロム−モリブデン（Ｃｒ−Ｍｏ）鋼よりなる部材
   の溶接方法において、上記部材を溶接した後に溶接部近
   傍を焼ならしおよび焼もどしの熱処理を行うか、もしく
   は上記部材を焼ならし処理した後に溶接を行い、ついで
   溶接部近傍を焼もどしの熱処理を行う方法であって、上
   記溶接部近傍の熱処理を行う範囲が、上記溶接した部材
   の溶接熱影響部に生ずる軟化部を、上記溶接した部材の
   応力集中部より離れた位置に移動させる範囲であること
   を特徴とするクロム−モリブデン鋼の溶接方法。 ２、溶接後に行う熱処理は、Ｃｒ−Ｍｏ鋼のＡ＿３変態
   点からＡ＿３変態点プラス５０℃の温度範囲に加熱する
   焼ならし処理後、焼もどし処理を行うことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のクロム−モリブデン鋼の
   溶接方法。 ３、溶接後に行う熱処理の範囲を、Ｃｒ−Ｍｏ鋼よりな
   る部材のほぼ厚さ以上、部材の厚さの１０倍以下の範囲
   とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接方法。 ４、溶接後に行う熱処理の範囲を、溶接止端部もしくは
   補修溶接前の溶接止端部から少なくとも１０ｍｍ以上離
   れた範囲とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接方法
   。 ５、Ｃｒ−Ｍｏ鋼よりなる部材が管状部材であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   か１項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接方法。 ６、Ｃｒ−Ｍｏ鋼が、９重量％Ｃｒ−１重量％Ｍｏ鋼で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５
   項のいずれか１項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接
   方法。