WO2014014097A1 - 高強度低合金鋼の溶接構造体、ボイラ水壁パネルおよびその製造方法 - Google Patents

高強度低合金鋼の溶接構造体、ボイラ水壁パネルおよびその製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a welded structure using high-strength low-alloy steel, and is particularly suitable for on-site assembly of high-strength low-alloy steel used under high-temperature and / or high-pressure conditions such as boiler equipment and chemical plants.
  • the present invention relates to a welded structure.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-319494 (Patent Document 1) and the like include a dissimilar material structure that does not require post-weld heat treatment in the welded portion of high chromium-based material such as stainless steel. Proposals have been made.
  • the heat treatment temperature can only be raised to around 500 ° C because there is concern about deformation due to thermal stress or a decrease in strength of surrounding carbon steel members. For this reason, a welding residual stress cannot be removed completely, but it is inadequate as a method of suppressing stress corrosion cracking (SCC) completely.
  • SCC stress corrosion cracking
  • the method of dissimilar joint proposed in Patent Document 1 is intended for welding between high-chromium materials such as stainless steel and dissimilar materials, and low alloy steels in boiler water walls, particularly high strength low alloy steels. This is not an example of welding for high-chromium materials such as stainless steel and dissimilar materials, and low alloy steels in boiler water walls, particularly high strength low alloy steels. This is not an example of welding for high-chromium materials such as stainless steel and dissimilar materials, and low alloy steels in boiler water walls, particularly high strength low alloy steels. This is not an example of welding for
  • the object of the present invention has been made in the background of such prior art, and is a high-strength low-alloy steel that can omit heat treatment after field assembly welding such as boiler water wall panels using high-strength low-alloy steel. It is to provide a welded structure.
  • the first means of the present invention comprises: For example, in a welded structure of high-strength low-alloy steel that connects members such as water wall pipe members made of high-strength low-alloy steel such as ASTM A213 T24 by welding, A welded joint portion is provided at the connection side end of the member made of the high strength low alloy steel, the welded joint portions are welded to each other, and the members made of the high strength low alloy steel are connected to each other.
  • the weld joint is made of a low alloy steel such as SA213T2 that does not require heat treatment after welding of the weld joints.
  • the member made of the high-strength low-alloy steel is heat-treated at, for example, 600 ° C. or higher before welding the welded joint portions.
  • the welded joint portion is thicker than the member made of the high-strength low-alloy steel, and the high-strength gradually becomes thicker from the member made of the high-strength low-alloy steel toward the welded joint portion side.
  • the taper part which consists of low alloy steel comprises the weld joint part integrally with the said weld joint part, It is characterized by the above-mentioned.
  • the members made of the high-strength low-alloy steel connected by the weld joint portion are arranged side by side, and the position of the weld portion between the weld joint portions is relative to the position of the weld portion between the adjacent weld joint portions. For example, it is characterized by being shifted alternately or stepwise.
  • the component composition of the weld joint is C is ⁇ 0.15 wt%, Si is ⁇ 0.50 wt%, Mn is 0.30 to 0.60 wt%, Cr is 0.50 to 0.80 wt%, Mo is 0.40 to 0.65 wt%,
  • the balance is Fe, Alternatively, C is ⁇ 0.15 wt%, Si is ⁇ 0.15 wt%, Mn is 0.30 to 0.60 wt%, Cr is 0.80 to 1.25 wt%, and Mo is 0.45 to 0.65 wt%. And the balance is Fe It is characterized by being.
  • the sixth means of the present invention includes Water wall pipe members and membrane bars made of high-strength low alloy steel are alternately arranged and welded between the water wall pipe members and the membrane bars, and axial ends of the water wall pipe members and the membrane bars are welded.
  • the boiler water wall panel constructed by welding the ends of A tubular weld joint is provided at the axial end of the water wall pipe member, the weld joint parts are welded together to connect the water wall pipe members,
  • the weld joint is made of low alloy steel that does not require heat treatment after welding of the weld joints.
  • the seventh means of the present invention is: Water wall pipe members and membrane bars made of high-strength low alloy steel are alternately arranged and welded between the water wall pipe members and the membrane bars, and axial ends of the water wall pipe members and the membrane bars are welded.
  • the manufacturing method of the boiler water wall panel configured by welding the end portions of A low-alloy that does not require heat treatment after welding of the welded joints by providing a tubular welded joint at the axial end of the waterwall pipe member at the factory production stage of the boiler waterwall panel It is made of steel, and heat treatment is applied to the water wall pipe member.
  • the weld joints are welded together to connect the water wall pipe members.
  • the eighth means of the present invention is the seventh means,
  • the water wall pipe member is heat-treated at 600 ° C. or higher.
  • the present invention is configured as described above, and suppresses stress corrosion cracking (SCC) even if the post-weld heat treatment is omitted in the field assembly weld of a welded structure using high strength low alloy steel. It is possible to provide a welded structure that can be used.
  • SCC stress corrosion cracking
  • the figure (a) is a top view which shows the state of a factory manufacture stage
  • the figure (b) and (c) are field assembly. It is a top view which shows the state of a step. It is a figure which shows the composition range of T2 and T12 of the low alloy steel which is a typical example of the welded joint part which concerns on the Example of this invention. It is a figure which shows the example of the tube diameter D according to site
  • FIG. 3 is a plan view showing a state in an on-site assembly stage. It is a characteristic view which shows the change of the yield strength of steel materials in each temperature of T24 used as a boiler water wall pipe material. It is a figure for demonstrating the conventional manufacturing process of a boiler water wall panel, The figure (a) is a top view which shows the state of a factory manufacture stage, The figure (b) and (c) show the state of a factory manufacture stage. FIG.
  • FIG. 2D is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the figure (a) is a figure which shows the general range of the main element added as an alloy element to high strength low alloy steel, and the figure (b) is T24 and T23 which are the typical examples of the high strength low alloy steel. It is a figure which shows the composition range.
  • the present invention is configured as described above, and the T24 and T23, which are high-strength low-alloy steels, are subjected to heat treatment at 600 ° C. or more to reduce the yield strength and reduce the residual stress. (SCC) property is improved.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing a change in the proof stress of the steel material at each temperature of T24 used as the boiler water wall tube material.
  • the horizontal axis indicates the temperature
  • the vertical axis indicates the yield strength of the material.
  • the plots in the figure are actually measured values obtained by experiments
  • the dotted line is a trend line that shows the lower limit of the actually measured values at each heat treatment temperature.
  • FIGS. 8A to 8D are views for explaining a conventional manufacturing process of a boiler water wall panel.
  • FIG. 8A is a plan view showing a state in a factory manufacturing stage
  • FIG. (C) is a plan view showing a state in a factory production stage
  • (d) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the boiler water wall panel has a plurality of water wall tube members 2 arranged in a membrane bar by arranging long plate-like membrane bars 1 and water wall tube members 2 alternately.
  • the panel structure 4 is manufactured by welding 3 (see FIG. 4D) of the joints between the membrane bars 1 and the water wall pipe member 2 at the factory manufacturing stage. .
  • the axial end of each water wall tube member 2 protrudes from the end of the membrane bar 1 as shown in FIG.
  • FIG. 9 (a) is a diagram showing a general range of main elements added as alloying elements to high-strength low-alloy steel.
  • Cr is 1.9-2. 6 wt%, Mo 0.05 to 1.10 wt%, Ti 0.05 to 0.10 wt%, V 0.20 to 0.30 wt%, W 1.45 to 1.75 wt%, B 0 .0005 to 0.0070 wt%.
  • FIG. 9B is a diagram showing the composition range of T24 and T23, which are representative examples of the high-strength low alloy steel.
  • the composition range of T24 is 2.2 to 2.6 wt% for Cr and 0.90 for Mo. ⁇ 1.10 wt%, Ti is 0.05 to 0.10 wt%, V is 0.20 to 0.30 wt%, B is 0.0015 to 0.0070 wt%, and the balance is Fe.
  • the composition range of T23 is as follows: Cr is 1.9 to 2.6 wt%, Mo is 0.05 to 0.30 wt%, V is 0.20 to 0.30 wt%, and W is 1.45 to 1.75 wt%. %, B is 0.0005 to 0.0060 wt%, and the balance is Fe.
  • FIG. 1 (a) to 1 (c) are diagrams for explaining a manufacturing process of a boiler water wall panel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 (a) is a plan view showing a state in a factory manufacturing stage.
  • Figures (b) and (c) are plan views showing the state of the on-site assembly stage.
  • the boiler water wall panel is constructed by alternately arranging the membrane bar 1 and the water wall pipe member 2 made of high-strength low alloy steel.
  • the panel structure 4 is manufactured by welding the water wall pipe member 2 alternately. This welding state is the same as the state shown in FIG.
  • each water wall tube member 2 At the axial end of each water wall tube member 2, a tube-shaped taper portion 7 made of high-strength low alloy steel similar to the water wall tube member 2 and a tube-shaped weld joint portion 8 made of low alloy steel are provided.
  • the constructed welded joint composite member 9 is welded 10. As shown in FIG. 1A, the welded joint composite member 9 projects beyond the tip of the membrane bar 1.
  • the panel structure 4 is heat-treated at 600 ° C. or higher (in the present embodiment, around 700 ° C.). This heat treatment makes it possible to effectively suppress SCC in high-strength low alloy steel.
  • the heat treatment for example, a quenching process, a tempering process, and a normalizing process are performed.
  • butt welding 5 is performed by abutting the axial ends of the welded joint composite member 9 on site as shown in FIG. At this time, the heat treatment after welding 5 is unnecessary.
  • membrane bar welding 6 between the membrane bars 1 is performed to produce a boiler water wall panel.
  • FIG. 2 is a diagram showing the composition range of SA213 T2 (hereinafter abbreviated as T2) and SA213 T12 (hereinafter abbreviated as T12), which are typical examples of the low alloy steel.
  • composition range of T2 is as follows: C ⁇ 0.15 wt%, Si ⁇ 0.50 wt%, Mn 0.30 to 0 .60 wt%, Cr is 0.50 to 0.80 wt%, Mo is 0.40 to 0.65 wt%, and the balance is Fe.
  • the composition range of T12 is ⁇ 0.15 wt% for C, ⁇ 0.15 wt% for Si, 0.30 to 0.60 wt% for Mn, 0.80 to 1.25 wt% for Cr, and 0.45 for Mo. It is ⁇ 0.65 wt%, and the balance is Fe.
  • the low alloy steel of the welded joint portion 8 has a lower allowable stress than the high strength low alloy steel that is the water wall tube member 2, and therefore it is necessary to increase the wall thickness in order to ensure equivalent strength.
  • a tapered portion 7 that gradually becomes thicker from the water wall pipe member 2 toward the welded joint portion 8 is required.
  • the welded joint composite member 9 has an inter-tube distance, that is, on-site compared with the high strength low alloy steel using portion (water wall pipe member 2 portion). The space margin when performing the butt welding 5 and the membrane bar welding 6 is reduced.
  • FIG. 3 shows the tube diameter D [see FIG. 8 (a)] for each part (part No. 1 to 4), the wall thickness, and the center of the tube when T23 is used for the water wall pipe member 2 in the conventional structure. It is a figure which shows the example of distance L1 [refer Fig.8 (a)] and the minimum width L2 [refer FIG.8 (b)] of a field assembly welding part.
  • FIG. 4 shows a case where T23 is commonly used for the water wall pipe member 2 and T2 is used as the weld joint 8 in the first to eighth embodiments of the present invention [Embodiment 1 shown in FIG. To 4] and the thickness of the welded joint 8 required to satisfy the allowable stress in the case of using T12 as the welded joint 8 [Examples 5 to 8 shown in FIG. It is a figure which shows the example of minimum width L2 [refer FIG.1 (b)] of the local assembly welding part of FIG.
  • Example 4 and Example 8 shown in FIG. 4 the minimum width L2 of the field assembly welded portion is about 8 mm, and there is a possibility of causing a failure in the butt weld 5 at the time of welding construction. In such a case, it is good to make a structure which ensures a space
  • high strength low alloy steel having the alloy composition shown in FIG. 9A can be used as a material for the water wall pipe member 2 and the tapered portion 7 in addition to T23 and T24. Moreover, it is also possible to use a low alloy steel having a composition other than T2 and T12 as the material of the weld tube 8.
  • the on-site heat treatment step is not required by manufacturing the welded joint member 9 at the factory manufacturing stage for the on-site assembly welded portion of the boiler water wall panel. Moreover, since the boiler water wall panel which has the said welded joint composite member 9 is not received by the influence of welding heat, stress corrosion cracking (SCC) can be improved significantly. In addition, it is possible to select other structures as the weld joint structure in the narrow part of the field assembly weld.
  • the present invention is not limited to this, and for example, in other technical fields such as various chemical plants, ) It can also be applied to weld structures of high-strength, low-alloy steels used under high pressure conditions.
  • Membrane bar 2. Water wall pipe member, 3 ... welding, 4 ... Panel structure, 5 ... Butt welding, 6 ... Membrane bar welding 7 ... Tapered part, 8 ... welded joint, 9 ... Welded joint composite member, 10 ... welding.

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Description

高強度低合金鋼の溶接構造体、ボイラ水壁パネルおよびその製造方法
　本発明は、高強度低合金鋼を使用した溶接構造体に係り、特にボイラ装置や化学プラントなどの高温あるいは（ならびに）高圧の条件下で使用される高強度低合金鋼の現地組み立てに好適な溶接構造体に関するものである。
　ボイラ装置の高効率化に伴う蒸気温度や蒸気圧力の上昇により、ボイラ水壁管材料として、高強度低合金鋼、例えばＡＳＴＭ　Ａ２１３　Ｔ２４（以下、Ｔ２４と略記する）やＡＳＴＭ　Ａ２１３　Ｔ２３（以下、Ｔ２３と略記する）を用いる事例が増加すると予測される。しかし、これらの材料をボイラ水壁管に採用する場合には、溶接熱影響部の応力腐食割れ（ＳＣＣ）対策として、溶接後熱処理が必要である。
　既設のボイラ水壁管においては、工場溶接部は７００℃前後での溶接後熱処理が採用されているが、現地組立溶接部ではこのような溶接後処理は行われない。
　また、溶接部の熱処理を省略する手法としては、特開２００５－３１９４９４号公報（特許文献１）などで、ステンレス鋼などの高クロム系材料の溶接部に溶接後熱処理が不要な異材構造を介在する提案がなされている。
特開２００５－３１９４９４号公報
　ボイラ水壁パネルの現地組立溶接部では、熱応力による変形、あるいは周辺の炭素鋼部材の強度低下が懸念されるため、熱処理温度は５００℃前後までしか上げられない。このため、溶接残留応力を完全に除去することはできず、応力腐食割れ（ＳＣＣ）を完全に抑制する手法としては不十分である。
　また前記特許文献１で提案されている異材継手の手法は、ステンレス鋼などの高クロム系材料や異種材料間の溶接を対象としており、ボイラ水壁における低合金鋼、特に高強度低合金鋼どうしの溶接を対象とした例ではない。
　本発明の目的は、このような従来技術の背景においてなされたものであり、高強度低合金鋼を使用する例えばボイラ水壁パネルなどの現地組立溶接後の熱処理が省略できる高強度低合金鋼の溶接構造体を提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
　例えばＡＳＴＭ　Ａ２１３　Ｔ２４などの高強度低合金鋼からなる例えば水壁管部材などの部材どうしを溶接により連結する高強度低合金鋼の溶接構造体において、
　前記高強度低合金鋼からなる部材の連結側端部に溶接継手部を設けて、その溶接継手部どうしを溶接して前記高強度低合金鋼からなる部材どうしを連結する構造になっており、前記溶接継手部は、当該溶接継手部どうしの溶接後の熱処理が不要な例えばＳＡ２１３Ｔ２などの低合金鋼から構成されていること特徴とするものである。
　本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記高強度低合金鋼からなる部材は、前記溶接継手部どうしを溶接する前に例えば６００℃以上で熱処理されていること特徴とするものである。
　本発明の第３の手段は前記第１の手段において、
　前記溶接継手部は前記高強度低合金鋼からなる部材よりも肉厚になっており、前記高強度低合金鋼からなる部材から前記溶接継手部側に向けて徐々に肉厚になった高強度低合金鋼からなるテーパー部が、前記溶接継手部と一体になって溶接継手複合部材を構成していること特徴とするものである。
　本発明の第４の手段は前記第１の手段において、
　前記溶接継手部によって連結される前記高強度低合金鋼からなる部材が並設されており、前記溶接継手部どうしの溶接部の位置が、隣の前記溶接継手部どうしの溶接部の位置に対して例えば交互に、あるいは階段状にずれていること特徴とするものである。
　本発明の第５の手段は前記第１ないし第４のいずれかの手段において、
　前記溶接継手部の成分組成は、
　Ｃが＜０．１５ｗｔ％，Ｓｉが＜０．５０ｗｔ％，Ｍｎが０．３０～０．６０ｗｔ％，Ｃｒが０．５０～０．８０ｗｔ％，Ｍｏが０．４０～０．６５ｗｔ％で、残部がＦｅ、
　あるいは、Ｃが＜０．１５ｗｔ％，Ｓｉが＜０．１５ｗｔ％，Ｍｎが０．３０～０．６０ｗｔ％，Ｃｒが０．８０～１．２５ｗｔ％，Ｍｏが０．４５～０．６５ｗｔ％で、残部がＦｅ
　であること特徴とするものである。
　本発明の第６の手段は、
　高強度低合金鋼からなる水壁管部材とメンブレンバーを交互に配置して前記水壁管部材とメンブレンバーの間を溶接するとともに、前記水壁管部材の軸方向端部どうしならびに前記メンブレンバーの端部どうしを溶接して構成したボイラ水壁パネルにおいて、
　前記水壁管部材の軸方向端部に管状の溶接継手部を設けて、その溶接継手部どうしを溶接して前記水壁管部材どうしを連結する構造になっており、
　前記溶接継手部は、当該溶接継手部どうしの溶接後の熱処理が不要な低合金鋼から構成されていること特徴とするものである。
　本発明の第７の手段は、
　高強度低合金鋼からなる水壁管部材とメンブレンバーを交互に配置して前記水壁管部材とメンブレンバーの間を溶接するとともに、前記水壁管部材の軸方向端部どうしならびに前記メンブレンバーの端部どうしを溶接して構成するボイラ水壁パネルの製造方法において、
　前記ボイラ水壁パネルの工場製作段階で、前記水壁管部材の軸方向端部に管状の溶接継手部を設けて、その溶接継手部は当該溶接継手部どうしの溶接後に熱処理が不要な低合金鋼から構成されており、前記水壁管部材に熱処理を施して、
前記ボイラ水壁パネルの現地組立段階で、前記溶接継手部どうしを溶接して水壁管部材を連結すること特徴とするものである。
　本発明の第８の手段は前記第７の手段において、
　前記水壁管部材を６００℃以上で熱処理すること特徴とするものである。
　本発明は前述のような構成になっており、高強度低合金鋼を使用する溶接構造体の現地組立溶接部において、溶接後熱処理を省略しても応力腐食割れ（ＳＣＣ）を抑制することのできる溶接構造体の提供が可能となる。
本発明の実施例に係るボイラ水壁パネルの製作工程を説明するための図で、同図（ａ）は工場製作段階の状態を示す平面図、同図（ｂ）ならびに（ｃ）は現地組立段階の状態を示す平面図である。 本発明の実施例に係る溶接継手部の代表例である低合金鋼のＴ２ならびにＴ１２の組成範囲を示す図である。 水壁管部材にＴ２３を使用した場合の部位別のチューブ径Ｄ、肉厚、チューブの中心間距離Ｌ１ならびに現地組立溶接部の最小幅Ｌ２の例を示す図である。 本発明の実施例において水壁管部材にＴ２３を共通に使用して、溶接継手部としてＴ２を使用した場合と、溶接継手部としてＴ１２を使用した場合の、許容応力を満たすために必要な溶接継手部の肉厚、それぞれの場合の現地組立溶接部の最小幅Ｌ２の例を示す図である。 本発明の第１の変形例に係るボイラ水壁パネルの製作工程を説明するための図で、同図（ａ）は工場製作段階の状態を示す平面図、同図（ｂ）ならびに（ｃ）は現地組立段階の状態を示す平面図である。 本発明の第２の変形例に係るボイラ水壁パネルの製作工程を説明するための図で、同図（ａ）は工場製作段階の状態を示す平面図、同図（ｂ）ならびに（ｃ）は現地組立段階の状態を示す平面図である。 ボイラ水壁管材料として使用するＴ２４の各温度での鋼材の耐力の変化を示す特性図である。 ボイラ水壁パネルの従来の製作工程を説明するための図で、同図（ａ）は工場製作段階の状態を示す平面図、同図（ｂ）ならびに（ｃ）は工場製作段階の状態を示す平面図、同図（ｄ）は同図（ａ）Ａ－Ａ線上の拡大断面図である。 同図（ａ）は高強度低合金鋼に合金元素として添加される主な元素の一般的な範囲を示す図、同図（ｂ）はその高強度低合金鋼の代表例であるＴ２４ならびにＴ２３の組成範囲を示す図である。
　本発明は前述したような構成になっており、高強度低合金鋼である前記Ｔ２４やＴ２３は６００℃以上の熱処理を行うことで耐力が低下し、残留応力が低減するため、耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）性が向上する。
　一方、ボイラ水壁パネルなどの構造物では、熱応力による変形、あるいは周辺の炭素鋼部材の強度低下が懸念されることから、現地組立溶接部の熱処理施工は行うことができない。
　本発明では、工場製作段階で６００℃以上の温度域で熱処理を行うことから、ボイラ水壁パネルが変形する心配がなく、確実に耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生を抑制することが可能である。
　次に本発明の実施例に係る高強度低合金鋼の異材継手の製作について図面とともに説明する。　
　図７は、ボイラ水壁管材料として使用するＴ２４の各温度での鋼材の耐力の変化を示す特性図である。同図の横軸は温度、縦軸は材料の耐力を示している。また、図中のプロットは実験により得られた実測値であり、点線は各熱処理温度での実測値の下限を連ねて示した傾向線である。
　この図から明らかなように、熱処理温度が６００℃以上になると鋼材の耐力が低下して、残留応力が低減するため、耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）性が向上するものと考えられる。
　なお、この図の出典は、Ｖｏｎ　Ｗ．Ｂｅｎｄｉｃｋ：ＶＧＢ　Ｋｒａｆｔｗｅｒｋｓｔｅｃｈｎｉｋ　７７，Ｈｅｆｔ　５（１９９７）である。
　図８（ａ）～（ｄ）は、ボイラ水壁パネルの従来の製作工程を説明するための図で、同図（ａ）は工場製作段階の状態を示す平面図、同図（ｂ）ならびに（ｃ）は工場製作段階の状態を示す平面図、同図（ｄ）は同図（ａ）Ａ－Ａ線上の拡大断面図である。
　同図（ａ）ならびに（ｄ）に示すように、ボイラ水壁パネルは長板状のメンブレンバー１と水壁管部材２を交互に配置することにより、多数の水壁管部材２がメンブレンバー１を介して並設されており、工場製作段階において各メンブレンバー１と水壁管部材２の接合部を溶接３（同図（ｄ）参照）することにより、パネル構造体４が製作される。このパネル構造体４の状態では、同図（ａ）に示すように、各水壁管部材２の軸方向端部がメンブレンバー１の端部よりも突出している。
　その後、同図（ｂ）に示すように、現地において水壁管部材２の軸方向端部どうしを突き合わせて突き合わせ溶接５を行い、次に同図（ｃ）に示すようにメンブレンバー１間のメンブレンバー溶接６を行って、ボイラ水壁パネルが製作される。
　図９（ａ）は高強度低合金鋼に合金元素として添加される主な元素の一般的な範囲を示す図であり、同図に示されているように、Ｃｒは１．９～２．６ｗｔ％，Ｍｏは０．０５～１．１０ｗｔ％，Ｔｉは０．０５～０．１０ｗｔ％，Ｖは０．２０～０．３０ｗｔ％，Ｗは１．４５～１．７５ｗｔ％，Ｂは０．０００５～０．００７０ｗｔ％である。
　図９（ｂ）はその高強度低合金鋼の代表例であるＴ２４ならびにＴ２３の組成範囲を示す図で、Ｔ２４の組成範囲は、Ｃｒが２．２～２．６ｗｔ％，Ｍｏが０．９０～１．１０ｗｔ％，Ｔｉが０．０５～０．１０ｗｔ％，Ｖが０．２０～０．３０ｗｔ％，Ｂが０．００１５～０．００７０ｗｔ％で、残部がＦｅである。　
　また、Ｔ２３の組成範囲は、Ｃｒが１．９～２．６ｗｔ％，Ｍｏが０．０５～０．３０ｗｔ％，Ｖが０．２０～０．３０ｗｔ％，Ｗが１．４５～１．７５ｗｔ％，Ｂが０．０００５～０．００６０ｗｔ％で、残部がＦｅである。
　図１（ａ）～（ｃ）は、本発明の実施例に係るボイラ水壁パネルの製作工程を説明するための図で、同図（ａ）は工場製作段階の状態を示す平面図、同図（ｂ）ならびに（ｃ）は現地組立段階の状態を示す平面図である。
　同図（ａ）に示すように、ボイラ水壁パネルはメンブレンバー１と高強度低合金鋼からなる水壁管部材２を交互に配置することにより構成されており、工場製作段階においてメンブレンバー１と水壁管部材２を交互に溶接することにより、パネル構造体４が製作される。この溶接状態は、図８（ｄ）に示す状態と同じである。
　各水壁管部材２の軸方向端部には、水壁管部材２と同様の高強度低合金鋼からなるチューブ状のテーパー部７と、低合金鋼からなるチューブ状の溶接継手部８で構成された溶接継手複合部材９が溶接１０される。同図（ａ）に示すように、この溶接継手複合部材９はメンブレンバー１の先端部よりも突出している。
　溶接継手複合部材９を取り付けた後、パネル構造体４は６００℃以上（本実施例では７００℃前後）で熱処理される。この熱処理により、高強度低合金鋼におけるＳＣＣの効果的な抑制が可能となる。熱処理としては、例えば焼入れ処理、焼き戻し処理ならびに焼きならし処理などが行われる。
　その後、同図（ｂ）に示すように現地において溶接継手複合部材９の軸方向端部どうしを突き合わせて突き合わせ溶接５を行う。このとき溶接５をした後の熱処理は不要である。次に同図（ｃ）に示すようにメンブレンバー１間のメンブレンバー溶接６を行って、ボイラ水壁パネルが製作される。
　前記水壁管部材２ならびにテーパー部７には、図９（ａ），（ｂ）に示すような組成の高強度低合金鋼が使用される。一方、溶接継手部８には、現地において溶接継手複合部材９の端部どうしを溶接５した後の熱処理が不要な低合金鋼が使用される。　
　図２はこの低合金鋼の代表例であるＳＡ２１３　Ｔ２（以下、Ｔ２と略記する）ならびにＳＡ２１３　Ｔ１２（以下、Ｔ１２と略記する）の組成範囲を示す図である。これらは構成元素がＦｅ，Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏからなり、Ｔ２の具体的な組成範囲はＣが＜０．１５ｗｔ％，Ｓｉが＜０．５０ｗｔ％，Ｍｎが０．３０～０．６０ｗｔ％，Ｃｒが０．５０～０．８０ｗｔ％，Ｍｏが０．４０～０．６５ｗｔ％で、残部がＦｅである。　
　一方、Ｔ１２の組成範囲はＣが＜０．１５ｗｔ％，Ｓｉが＜０．１５ｗｔ％，Ｍｎが０．３０～０．６０ｗｔ％，Ｃｒが０．８０～１．２５ｗｔ％，Ｍｏが０．４５～０．６５ｗｔ％で、残部がＦｅである。
　前記溶接継手部８の低合金鋼は、水壁管部材２である高強度低合金鋼よりも許容応力が小さいため、同等の強度を確保するために肉厚を増加させる必要があり、そのために水壁管部材２から溶接継手部８に向かって徐々に肉厚になったテーパー部７が必要となる。
　前述のように、溶接継手部８の肉厚を増加させる必要から、高強度低合金鋼使用部（水壁管部材２の部分）に比べて溶接継手複合部材９ではチューブ間距離、すなわち現地での突き合わせ溶接５ならびにメンブレンバー溶接６を実施する際の空間的余裕が少なくなる。
　そこでこの手法が適用可能であるか、水壁管部材２にＴ２３［図９（ｂ）参照］を、溶接継手部８にＴ２またはＴ１２をそれぞれ使用して、次のような検討を行った。
　図３は、従来の構造において水壁管部材２にＴ２３を使用した場合の部位別（部位Ｎｏ．１～４）のチューブ径Ｄ［図８（ａ）参照］、肉厚、チューブの中心間距離Ｌ１［図８（ａ）参照］ならびに現地組立溶接部の最小幅Ｌ２［図８（ｂ）参照］の例を示す図である。
　また図４は、本発明の実施例１～８において、水壁管部材２にＴ２３を共通に使用して、溶接継手部８としてＴ２を使用した場合［同図（ａ）に示す実施例１～４］と、溶接継手部８としてＴ１２を使用した場合［同図（ｂ）に示す実施例５～８］の、許容応力を満たすために必要な溶接継手部８の肉厚、それぞれの場合の現地組立溶接部の最小幅Ｌ２［図１（ｂ）参照］の例を示す図である。
　図４（ａ）に示す実施例１～３および図４（ｂ）に示す実施例５～７では、現地組立溶接部の最小幅Ｌ２が従来技術での最小幅１２ｍｍ（図３の部位Ｎｏ．４参照）以上確保されており、溶接施工において問題は生じないことが確認された。そのため、加工性を考慮して、図１に示したように突き合わせ溶接５の溶接個所が水壁管部材２の並設方向に対して直交する方向に一列となる構造を採用している。
　図４に示す実施例４および実施例８では、現地組立溶接部の最小幅Ｌ２が約８ｍｍとなり、溶接施工時、特に突き合わせ溶接５に障害を生じる可能性がある。このような場合、隣接するチューブ間で溶接個所を互いにずらして、溶接に必要な間隔を確保する構造にするとよい。
　図５および図６はその例を示しており、図５に示す本発明の第１の変形例では、突き合わせ溶接５の溶接個所を交互にずらしており、図６に示す本発明の第２の変形例では、突き合わせ溶接５の溶接個所を階段状にずらすことにより、溶接に必要な間隔を確保している。この図６に示す変形例の場合、溶接個所を階段状にずらすパターンを繰り返すことになる。なお、ボイラ水壁パネルの製作手順は図１に示した実施例と同様であるので、重複する説明は省略する。
　本発明は、水壁管部材２ならびにテーパー部７の材質としてＴ２３，Ｔ２４以外にも図９（ａ）に示した合金組成を有する高強度低合金鋼を使用することも可能である。また、溶接チューブ８の材質としてＴ２，Ｔ１２以外の他の組成の低合金鋼を使用することも可能である。
　本発明では、ボイラ水壁パネルにおける現地組立溶接部に対して工場製作段階で溶接継手部材９の製作を行うことで、現地における熱処理工程が不要になる。また、前記溶接継手複合部材９を有するボイラ水壁パネルは、溶接熱による影響を受けないので、耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）を大幅に向上することができる。　
　また、現地組立溶接部の狭小部における溶接継手構造として、他の構造のものも選択することが可能である。
　前記実施例では本発明をボイラ水壁パネルなどのボイラ装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば各種化学プラントなど他の技術分野において高温あるいは（ならびに）高圧の条件下で使用される高強度低合金鋼の溶接構造体にも適用可能である。
　１・・メンブレンバー、
　２・・水壁管部材、
　３・・・溶接、
　４・・・パネル構造体、
　５・・・突き合わせ溶接、
　６・・・メンブレンバー溶接
　７・・・テーパー部、
　８・・・溶接継手部、
　９・・・溶接継手複合部材、
 １０・・・溶接。

Claims (8)

  1. 　高強度低合金鋼からなる部材どうしを溶接により連結する高強度低合金鋼の溶接構造体において、
    　前記高強度低合金鋼からなる部材の連結側端部に溶接継手部を設けて、その溶接継手部どうしを溶接して前記高強度低合金鋼からなる部材どうしを連結する構造になっており、
    　前記溶接継手部は、当該溶接継手部どうしの溶接後の熱処理が不要な低合金鋼から構成されていること特徴とする高強度低合金鋼の溶接構造体。
  2. 　請求項１に記載の高強度低合金鋼の溶接構造体において、
    　前記高強度低合金鋼からなる部材は、前記溶接継手部どうしを溶接する前に熱処理されていること特徴とする高強度低合金鋼の溶接構造体。
  3. 　請求項１に記載の高強度低合金鋼の溶接構造体において、
    　前記溶接継手部は前記高強度低合金鋼からなる部材よりも肉厚になっており、
    　前記高強度低合金鋼からなる部材から前記溶接継手部側に向けて徐々に肉厚になった高強度低合金鋼からなるテーパー部が、前記溶接継手部と一体になって溶接継手複合部材を構成していること特徴とする高強度低合金鋼の溶接構造体。
  4. 　請求項１に記載の高強度低合金鋼の溶接構造体において、
    　前記溶接継手部によって連結される前記高強度低合金鋼からなる部材が並設されており、
    　前記溶接継手部どうしの溶接部の位置が、隣の前記溶接継手部どうしの溶接部の位置に対してずれていること特徴とする高強度低合金鋼の溶接構造体。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高強度低合金鋼の溶接構造体において、
    　前記溶接継手部の成分組成は、
    　Ｃが＜０．１５ｗｔ％，Ｓｉが＜０．５０ｗｔ％，Ｍｎが０．３０～０．６０ｗｔ％，Ｃｒが０．５０～０．８０ｗｔ％，Ｍｏが０．４０～０．６５ｗｔ％で、残部がＦｅ、
    　あるいは、Ｃが＜０．１５ｗｔ％，Ｓｉが＜０．１５ｗｔ％，Ｍｎが０．３０～０．６０ｗｔ％，Ｃｒが０．８０～１．２５ｗｔ％，Ｍｏが０．４５～０．６５ｗｔ％で、残部がＦｅ
    　であること特徴とする高強度低合金鋼の溶接構造体。
  6. 　高強度低合金鋼からなる水壁管部材とメンブレンバーを交互に配置して前記水壁管部材とメンブレンバーの間を溶接するとともに、前記水壁管部材の軸方向端部どうしならびに前記メンブレンバーの端部どうしを溶接して構成したボイラ水壁パネルにおいて、
    　前記水壁管部材の軸方向端部に管状の溶接継手部を設けて、その溶接継手部どうしを溶接して前記水壁管部材どうしを連結する構造になっており、
    　前記溶接継手部は、当該溶接継手部どうしの溶接後の熱処理が不要な低合金鋼から構成されていること特徴とするボイラ水壁パネル。
  7. 　高強度低合金鋼からなる水壁管部材とメンブレンバーを交互に配置して前記水壁管部材とメンブレンバーの間を溶接するとともに、前記水壁管部材の軸方向端部どうしならびに前記メンブレンバーの端部どうしを溶接して構成するボイラ水壁パネルの製造方法において、
    　前記ボイラ水壁パネルの工場製作段階で、前記水壁管部材の軸方向端部に管状の溶接継手部を設けて、その溶接継手部は当該溶接継手部どうしの溶接後に熱処理が不要な低合金鋼から構成されており、前記水壁管部材に熱処理を施して、
    　前記ボイラ水壁パネルの現地組立段階で、前記溶接継手部どうしを溶接して水壁管部材を連結すること特徴とするボイラ水壁パネルの製造方法。
  8. 　請求項７に記載のボイラ水壁パネルの製造方法において、
    　前記水壁管部材を６００℃以上で熱処理すること特徴とするボイラ水壁パネルの製造方法。
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