WO2015190574A1 - 肉盛溶接体 - Google Patents

肉盛溶接体 Download PDF

Info

Publication number
WO2015190574A1
WO2015190574A1 PCT/JP2015/066944 JP2015066944W WO2015190574A1 WO 2015190574 A1 WO2015190574 A1 WO 2015190574A1 JP 2015066944 W JP2015066944 W JP 2015066944W WO 2015190574 A1 WO2015190574 A1 WO 2015190574A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mass
less
content
weld metal
base material
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/066944
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
剛夫 宮村
難波　茂信
哲直 池田
雅俊 石田
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社神戸製鋼所 filed Critical 株式会社神戸製鋼所
Priority to KR1020167034102A priority Critical patent/KR20170002567A/ko
Priority to CN201580027517.2A priority patent/CN106413977A/zh
Priority to EP15806825.4A priority patent/EP3156170A4/en
Publication of WO2015190574A1 publication Critical patent/WO2015190574A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/011—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of iron alloys or steels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum

Definitions

  • the present invention relates to an overlay welded body in which a weld metal is overlay welded to the surface of a base material. More specifically, the present invention relates to an overlay welded body in which an overlay overlay weld metal is formed on the surface of a ferritic heat resistant steel.
  • Ferritic heat-resistant steel containing about 2 to 12% by mass of Cr which is a heat-resistant structural material, is used for pressure vessels used at high temperatures such as in chemical plants (see, for example, Patent Document 1).
  • Heat-resistant structural materials such as ferritic heat-resistant steel have a fine metal structure called a tempered martensite structure formed by quenching and tempering treatment from an austenite phase.
  • a large-sized pressure vessel is manufactured by producing a plurality of ring-shaped structures with such a heat-resistant structural material, and circumferentially welding them together and joining them.
  • ferritic heat resistant steel is inferior in corrosion resistance to austenitic stainless steel containing, for example, 18% by mass or more of Cr, and has sufficient corrosion resistance for corrosion caused by polythionic acid or hydrogen sulfide generated in a chemical plant. It cannot be said that it has.
  • austenitic stainless steel has a large coefficient of thermal expansion, there is a problem that it is not suitable for a thick member or a large forged product for high temperature applications. Therefore, conventionally, large pressure vessels used in chemical plants use ferritic heat-resistant steel as a base material, and an overlay weld metal made of austenitic stainless steel is formed on the contact surface with the corrosive components. Yes.
  • post-weld heat treatment is performed after joining the base metals.
  • fracture toughness of the peripheral weld is formed by PWHT. Will improve.
  • PWHT post-weld heat treatment
  • a base material with high heat resistance it is necessary to perform PWHT at a higher temperature.
  • PWHT is performed at a high temperature, the build-up weld metal becomes brittle and the thermal stress during use at a high temperature is reduced. There is a problem that cracks are likely to occur in the overlay weld due to repeated loads.
  • Patent Document 2 is intended to prevent peeling of the overlay weld metal focused on the influence of hydrogen, and is focused on the deformability as a mechanical property of the welded portion made of the base material and the weld metal. Not a thing.
  • the main object of the present invention is to provide a built-up welded body with excellent bending cracking resistance of the welded portion.
  • the present inventor examines the problem that the bending crack resistance of the overlay welded body deteriorates after high-temperature PWHT, and improves both the ductility of the interface region between the weld metal and the base metal and the ductility of the weld metal itself. As a result, the inventors have found that the bending cracking resistance of the welded portion is improved, and have reached the present invention. Specifically, since the ductility of the interface region is caused by the hardening of the interface layer due to the reaction between Cr of the weld metal and C of the base metal, the Cr content ratio and the C content ratio of the weld metal and base material It can be improved by setting the product to a specific range. In addition, the ductility of the weld metal can be improved by reducing the Mn content of the weld metal and setting the parameter value calculated from the content of each component of the weld metal within a specific range.
  • the build-up welded body according to the present invention is a build-up welded body in which a weld metal is build-up welded to the surface of the base material, and the base material includes C: 0.07 to 0.12% by mass, Cr : 2.0 to 10% by mass, Mo: 0.5 to 1.5% by mass, V: 0.02 to 0.5% by mass and Nb: 0.01 to 0.2% by mass, and Si : 0.6 mass% or less, Mn: 1 mass% or less, P: 0.04 mass% or less, S: 0.02 mass% or less, Cu: 0.3 mass% or less, Ni: 0.6 mass% or less And N: restricted to 0.1% by mass or less, the balance being composed of Fe and inevitable impurities, the weld metal is Ni: 9-11% by mass, Cr: 18-21% by mass and Nb: In addition to containing 0.1 to 1% by mass, C: 0.08% by mass or less, Si: 1.0% by mass or less, Mn: 0.9% by mass or less, P: 0.0.
  • the horizontal axis represents the product of the Cr content ratio and the C content ratio of the weld metal and base metal represented by Formula 4, and the vertical axis is calculated from the content of each component of the weld metal represented by Formula 3. It is a graph which shows the relationship of these values in each test body of an Example and a comparative example, taking a parameter.
  • the build-up welded body of the present embodiment is a structure that requires heat resistance such as a pressure vessel used at a high temperature, and a weld metal is build-up welded on the surface of the base material. It is an overlay welded joint.
  • the base metal in the overlay welded body of the present embodiment is C: 0.07 to 0.12 mass%, Cr: 2.0 to 10 mass%, Mo: 0.5 to 1.5 mass%, V: 0 0.02 to 0.5 mass% and Nb: 0.01 to 0.2 mass%, Si: 0.6 mass% or less, Mn: 1 mass% or less, P: 0.04 mass% or less, S: 0.02% by mass or less, Cu: 0.3% by mass or less, Ni: 0.6% by mass or less, and N: 0.1% by mass or less, with the balance being Fe and inevitable impurities Have.
  • the weld metal is Ni: 9 to 11 mass. %, Cr: 18-21% by mass and Nb: 0.1-1% by mass, C: 0.08% by mass or less, Si: 1.0% by mass or less, Mn: 0.9% by mass or less , P: 0.04 mass% or less, S: 0.03 mass% or less, Cu: 0.75 mass% or less, Mo: 0.75 mass% or less, V: 0.15 mass% or less, N: 0.0.
  • the austenitic stainless steel has a composition that is limited to 08% by mass or less, the balance is Fe and inevitable impurities, and satisfies the following formula 3.
  • [Cr] in the above formula 3 is the Cr content (mass%)
  • [Mo] is the Mo content (mass%)
  • [Si] is the Si content (mass%)
  • [Nb] is the Nb content ( Mass%)
  • [Mn] is the Mn content (mass%)
  • [Ni] is the Ni content (mass%)
  • [C] is the C content (mass%).
  • the relationship between the Cr and C contents in the weld metal and the Cr and C contents in the base material satisfies the following mathematical formula 4.
  • [Crw] in the following formula 4 is the Cr content (mass%) of the weld metal
  • [Crm] is the Cr content (mass%) of the base material
  • [Cw] is the C content (mass%) of the weld metal
  • [Cm] is the C content (mass%) of the base metal.
  • Base material As the base material, a base material that is usually used in the application of the overlay welded body of the present embodiment can be used, and specifically, a steel material having the above-described component composition is used. It should be noted that the components to be regulated, Si, Mn, P, S, Cu, Ni, and N, may not be contained at all (that is, 0% by mass), but the production cost is increased to reduce them extremely. From the viewpoint of cost-effectiveness, the lower limit does not include 0% by mass. Examples of the steel having such a component composition include heat resistant steels excellent in high temperature strength and long-term reliability, such as 2.25Cr-1Mo steel, 2.25Cr-1Mo-V steel, and 9Cr-1Mo-V steel.
  • Ni is one of the essential elements for stainless steel and has the effect of stabilizing the austenite phase.
  • the austenite phase may not be maintained.
  • the Ni content of the weld metal exceeds 11% by mass, the manufacturing cost increases, and the ferrite phase in the weld metal may be excessively reduced. Therefore, the Ni content of the weld metal is 9 to 11% by mass.
  • Cr 18 to 21% by mass> Cr is an element that improves the corrosion resistance, and is one of the essential elements for stainless steel.
  • the Cr content of the weld metal is less than 18% by mass, it becomes difficult to exhibit basic corrosion resistance as stainless steel, and when it exceeds 21% by mass, the ferrite phase in the weld metal can be maintained. May cause hot cracking. Therefore, the Cr content of the weld metal is 18 to 21% by mass.
  • Nb is one of the elements that improves the corrosion resistance of stainless steel by fixing carbon in the weld metal.
  • the Nb content of the weld metal is less than 0.1% by mass, carbon fixation is insufficient, and when it exceeds 1% by mass, the amount of solid solution Nb may increase and the amount of ferrite may be excessively increased. . Therefore, the Nb content of the weld metal is 0.1-1% by mass.
  • C is an element that combines with Cr to form a compound. And when C content of a weld metal exceeds 0.08 mass%, the amount of solid solution Cr will reduce locally and will cause a corrosion-resistant fall. Therefore, the C content of the weld metal is regulated to 0.08% by mass or less. In addition, C is an element contained in the weld metal even if it is contained in the welding material and flux and not added positively. In order to reduce the C content excessively, a large amount of cost is involved. Therefore, from the viewpoint of cost effectiveness, the C content is preferably set to 0.005% by mass or more.
  • Si is an element that promotes the formation of the ⁇ phase.
  • the Si content of the weld metal is regulated to 1.0% by mass or less.
  • the Si content is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.15% by mass or more. .
  • Mn is an important element for obtaining a part of the effect of the present invention, and cracking occurs in the weld metal by regulating the Mn content to 0.9 mass% or less in the weld metal satisfying the above mathematical formula 3. Can be suppressed.
  • Mn content shall be 0.8 mass% or less from a viewpoint of the ductility improvement of a weld metal, More preferably, it is 0.7 mass% or less.
  • the Mn content is preferably 0.2% by mass or more.
  • Mo is an element that improves the corrosion resistance.
  • the weld metal contains Mo with dilution of the base material, and the Mo content is 0.75 mass. If it exceeds%, the weld metal tends to become brittle. Therefore, the Mo content in the weld metal is regulated to 0.75 mass% or less.
  • the Mo content is preferably 0.05% by mass or more.
  • V is an element that strongly stabilizes ferrite. If the V content exceeds 0.15% by mass, the ferrite in the weld metal excessively increases. Therefore, the V content of the weld metal is regulated to 0.15% by mass or less. V may not be contained in the weld metal at all (that is, 0% by mass), but an extremely low reduction is accompanied by an increase in manufacturing cost. Therefore, from the viewpoint of cost effectiveness, the lower limit of the V amount does not include 0 mass%. A more preferred lower limit is 0.01% by mass.
  • P is an inevitable impurity, and when the P content exceeds 0.04% by mass, weld cracks are likely to occur in the weld metal. Therefore, the P content of the weld metal is regulated to 0.04% by mass or less. P may not be contained in the weld metal at all (that is, 0% by mass). However, since it is inevitably mixed, an increase in manufacturing cost is accompanied by an extreme reduction. Therefore, from the viewpoint of cost effectiveness, the lower limit of the amount of P does not include 0 mass%. A more preferred lower limit is 0.005% by mass.
  • S is an inevitable impurity, and when the S content exceeds 0.03% by mass, the weld metal becomes brittle. Therefore, the S content of the weld metal is regulated to 0.03% by mass or less. S may not be contained in the weld metal at all (that is, 0% by mass), but since it is inevitably mixed, an increase in manufacturing cost is accompanied by an extreme reduction. Therefore, from the viewpoint of cost effectiveness, the lower limit of the amount of S does not include 0% by mass. A more preferred lower limit is 0.003% by mass.
  • Cu is an unavoidable impurity, and if the Cu content exceeds 0.75 mass%, the weld metal may be excessively cured. Therefore, the Cu content of the weld metal is regulated to 0.75% by mass or less. In addition, it is preferable to make Cu content into 0.50 mass% or less, More preferably, it is 0.20 mass% or less, More preferably, it is 0.05 mass% or less. Cu may not be contained in the weld metal at all (that is, 0% by mass). However, since it is inevitably mixed, an increase in manufacturing cost is accompanied by an extreme reduction. Therefore, from the viewpoint of cost effectiveness, the lower limit of the amount of Cu does not include 0% by mass. A more preferred lower limit is 0.01% by mass.
  • N is one of the inevitable impurities, and when the N content of the weld metal exceeds 0.08% by mass, the solid solution amount of Cr is reduced by forming a nitride. Therefore, the N content of the weld metal is regulated to 0.08% by mass or less. N may not be contained in the weld metal at all (that is, 0% by mass). However, since it is inevitably mixed, an increase in manufacturing cost is accompanied by an extreme reduction. Therefore, from the viewpoint of cost effectiveness, the lower limit of the N amount does not include 0 mass%. A more preferred lower limit is 0.005% by mass.
  • ⁇ Remainder> Components other than the above in the weld metal, that is, the balance are Fe and inevitable impurities.
  • inevitable impurities include Sn, Pb, Sb, As, Se, Zn, Ca, Al, Mg, Ti, Zr, Y, Ta, Hf, in addition to the aforementioned P, S, Cu, and N.
  • Examples include Sc, Co, and Ag. Even if these components are contained in the weld metal, the effect of the present invention is not affected.
  • the ductility of the weld metal can be improved by setting the Mn content to 0.9% by mass or less and setting the weld metal to a composition that satisfies Equation 3 above.
  • the composition By setting the composition to satisfy Formula 3, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the ferrite phase present in the solidified structure generated by bending deformation after passing through a higher temperature PWHT.
  • the composition of the weld metal does not satisfy the above formula 3, and the parameters shown in the left side of the formula 3 ([Cr] + [Mo] + 1.5 ⁇ [Si] + 0.5 ⁇ [Nb] + 2.5 ⁇ [ If the value of Mn] ⁇ 0.2 ⁇ [Ni] + 30 ⁇ [C]) exceeds 21.5, the ductility of the weld metal is insufficient when the PWHT condition is high, and cracks occur in the ferrite phase in the weld metal. Is likely to occur.
  • the value of the parameter shown on the left side of Equation 3 is preferably 21 or less, and more preferably 20 or less.
  • the Cr content and the C content For each of these, the concentration difference between the base metal and the weld metal is made small.
  • the Cr content and C content of the base material, and the Cr content and C content of the weld metal are set to satisfy the above mathematical formula 4. Thereby, the ductility of the joint interface region between the base material and the weld metal can be improved.
  • the value of ⁇ (Crw / Crm) ⁇ (Cm / Cw) ⁇ shown on the left side of Equation 4 is preferably 14 or less, more preferably 13 or less. is there.
  • the build-up welded body of the present embodiment can be formed by build-up welding the base material having the above-described composition by, for example, SAW (submerged arc welding) or ESW (electroslag welding).
  • the welding method is not limited to SAW and ESW, and any welding method may be applied as long as it is a method capable of obtaining a weld metal component having the above-described composition.
  • the welding material used when forming the build-up welded body of the present embodiment can have a composition corresponding to the component of the weld metal, but Cr and Nb that are easily oxidized and consumed during welding are preliminarily determined. By increasing the concentration, the target component may be easily obtained. It is also possible to adjust the components of the weld metal by adding raw materials to the flux used during construction. The composition of the weld metal can also be adjusted by the type of flux and the addition of raw materials.
  • the build-up welded body is a large apparatus
  • a thin and wide strip electrode build-up welding material as the welding material.
  • a belt-shaped welding material having a thickness of 0.8 mm or less and a width of 15 mm or more is used, a large area can be efficiently constructed compared to a linear welding material having a diameter of 2 mm.
  • a metal can be formed.
  • the manufacturing method of the base material is not particularly limited, but a quenching treatment in a temperature range where the austenite structure is formed and a tempering treatment in a temperature range where the austenite structure is not formed, a tempered martensite structure is obtained. It needs to be formed.
  • the base material is made of a steel ingot by performing ingot and casting so as to have the component composition described above, and then subjected to a quenching treatment at a temperature condition of 1000 ° C. or higher for a plate material formed by hot working. Then, tempering can be performed at a temperature of about 600 to 750 ° C.
  • the overlay welded body makes the content of each component contained in the base material and the weld metal, which are heat-resistant structural materials, within a specific range, and the base material and the weld metal in the above-described range. Since it is set as the composition which satisfy
  • overlay welding was performed using base materials and strip electrodes having different component compositions, and the bending cracking resistance of the resulting overlay weld metal was evaluated.
  • the base material is No. 1 in Table 1 below.
  • Steel materials having the component compositions shown in A to M were prepared by melting, casting, and forging, subjected to quenching at 1020 to 1060 ° C., and then tempered at 670 to 775 ° C.
  • the balance in the base material component composition shown in Table 1 below is Fe and inevitable impurities.
  • the Cu content in each example was 0.3% by mass or less.
  • the base materials A to H and J to M have compositions within the scope of the present invention.
  • the base material of I is a comparative example in which the C content is outside the scope of the present invention.
  • the evaluation was performed by roughly cutting the weld specimen prepared by the above-described method so that the thickness of the base material portion was 10 mm and the width in the direction perpendicular to the welding direction was 70 mm, and the welding direction was the test piece. What was sliced so as to be in the plate thickness direction was mechanically polished to prepare a bending test piece having a thickness described later. The dimensions of the bending test piece are 70 mm in length, 15 mm in width, and 3 mm in thickness. Of the 15 mm in width, 5 mm is a portion of the overlay weld metal.
  • the bending test was carried out in the manner of three-point bending using a general-purpose tensile and compression testing machine. After placing the two rollers on the receiving side in parallel and horizontally with the pedestal of the testing machine, place a test piece on each roller, and push the punch with a semicircular tip into the center between the rollers. Bending deformation was applied. At this time, the direction of the test piece was such that the vertical (70 mm) side was perpendicular to the axial direction of the roller. That is, the punch was pushed in parallel to the welding direction.
  • the plate thickness of the test piece was 1.5 mm, 2.5 mm, and 3.5 mm
  • the radius of the punch tip was 2 mm, 3 mm, and 6 mm
  • bending deformations with different curvatures were applied depending on each combination.
  • the distance between the rollers was set to be the sum of the diameter of the punch tip and twice the thickness of the test piece.
  • each specimen of the comparative example had a bending crack resistance of 17 or less, whereas each specimen of the example had a good bending crack resistance of 20 or more. It was.
  • the specimen No. Nos. 12, 14, and 16 are comparative examples that satisfy Equation 3 but do not satisfy Equation 4.
  • 8, 10, 19, and 20 are comparative examples that satisfy Equation 4 but do not satisfy Equation 3. Since these specimens have only 17 or less bending crack resistance, which is inferior to each specimen in the examples, the effects of the present invention can be obtained unless both Equation 3 and Equation 4 are satisfied. I can't understand.
  • the overlay welded body of the present invention is excellent in the bending crack resistance of the welded portion after high temperature PWHT, and thus is useful for a pressure vessel of a chemical plant.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

　Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎを特定量含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成の母材の表面に、肉盛溶接により、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎを特定量含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、数式（Ａ）を満たす組成の溶接金属を形成する。その際、母材及び溶接金属のＣｒ含有量及びＣ含有量が数式（Ｂ）を満たすようにする。尚、｛　｝はそれぞれの元素の含有量（質量％）である。 【数１】［Ｃｒ］+［Ｍｏ］+１．５×［Ｓｉ］+０．５×［Ｎｂ］+２．５×［Ｍｎ］－０．２×［Ｎｉ］+３０×［Ｃ］≤２１．５・・・（Ａ） （［Ｃｒｗ］／［Ｃｒｍ］）×［（Ｃｍ）／［Ｃｗ］）≤１５ ・・・（Ｂ）

Description

肉盛溶接体
　本発明は、母材の表面に溶接金属が肉盛溶接された肉盛溶接体に関する。より詳しくは、フェライト系耐熱鋼の表面にオーバーレイ肉盛溶接金属が形成された肉盛溶接体に関する。
　化学プラントなどの高温で使用される圧力容器には、耐熱構造材料であるＣｒを２～１２質量％程度含有するフェライト系の耐熱鋼が用いられている（例えば、特許文献１参照）。フェライト系耐熱鋼などの耐熱構造材料は、オーステナイト相からの焼入れ・焼戻し処理で形成される焼戻しマルテンサイト組織と呼ばれる微細な金属組織を有している。そして、大型の圧力容器は、このような耐熱構造材料で複数のリング状の構造物を作製し、それらを軸方向に周溶接して接合することにより製造されている。
　耐熱材料の耐食性は、鋼中に含有されるＣｒ量に強く依存する。このため、フェライト系の耐熱鋼は、例えばＣｒを１８質量％以上含有するようなオーステナイト系ステンレス鋼よりも耐食性の点で劣り、化学プラントで生じるポリチオン酸や硫化水素による腐食には十分な耐食性を有しているとは言えない。一方、オーステナイト系ステンレス鋼は、熱膨張率が大きいため、高温用途の厚肉部材や大型鍛造品などには適していないという問題がある。そこで、従来、化学プラントで使用される大型の圧力容器では、母材にフェライト系耐熱鋼を使用し、その腐食成分との接触面に、オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛溶接金属が形成されている。
　このような耐熱性が要求される肉盛溶接体では、母材同士を接合した後で溶接後熱処理（Ｐｏｓｔ　Ｗｅｌｄ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：ＰＷＨＴ）が行われており、一般に、ＰＷＨＴにより周溶接部の破壊靭性が向上する。一方、耐熱性が高い母材を用いた場合、より高温でＰＷＨＴを行う必要があるが、高温でＰＷＨＴを行うと、肉盛溶接金属が脆化し、高温下で使用する中での熱応力の繰返負荷によって、肉盛溶接部に割れが生じやすくなるという問題がある。
　ＰＷＨＴによる溶接部への影響を抑制する技術としては、例えば、母材の成分組成を特定することにより、境界層近傍のオーバーレイステンレス鋼のオーステナイト結晶粒の粗大化を防止すると共に、ＰＷＨＴにおいて母材からステンレス鋼への炭素の拡散移行阻止する方法がある（特許文献２参照）。
日本国特開２０１４－１７０２号公報 日本国特開平３－２６４６４７号公報
　しかしながら、特許文献２に記載の技術は、水素の影響に着目した肉盛溶接金属の剥離を防止するものであり、母材と溶接金属からなる溶接部の機械的性質としての変形能に着目されたものではない。
　そこで、本発明は、溶接部の耐曲げ割れ性が優れた肉盛溶接体を提供することを主目的とする。
　本発明者は、肉盛溶接体の耐曲げ割れ性が高温のＰＷＨＴ後に劣化してしまう問題について検討を行い、溶接金属と母材の界面領域の延性と溶接金属自体の延性の両方を改善することで、溶接部の耐曲げ割れ性が向上することを見出し、本発明に至った。具体的には、界面領域の延性は、溶接金属のＣｒと母材のＣが反応することによる界面層の硬化に起因するため、溶接金属及び母材のＣｒ含有量比とＣ含有量比の積を特定の範囲にすることにより、改善することができる。また、溶接金属の延性は、溶接金属のＭｎ含有量を低減すると共に、溶接金属の各成分の含有量から算出されるパラメータの値を特定の範囲することにより、改善することができる。
　即ち、本発明に係る肉盛溶接体は、母材の表面に溶接金属が肉盛溶接された肉盛溶接体であり、前記母材は、Ｃ：０．０７～０．１２質量％、Ｃｒ：２．０～１０質量％、Ｍｏ：０．５～１．５質量％、Ｖ：０．０２～０．５質量％及びＮｂ：０．０１～０．２質量％を含有すると共に、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｍｎ：１質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｎｉ：０．６質量％以下及びＮ：０．１％質量以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記溶接金属は、Ｎｉ：９～１１質量％、Ｃｒ：１８～２１質量％及びＮｂ：０．１～１質量％を含有すると共に、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：０．９質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｃｕ：０．７５質量％以下、Ｍｏ：０．７５質量％以下、Ｖ：０．１５質量％以下、Ｎ：０．０８質量％以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、Ｃｒ含有量（質量％）を［Ｃｒ］、Ｍｏ含有量（質量％）を［Ｍｏ］、Ｓｉ含有量（質量％）を［Ｓｉ］、Ｎｂ含有量（質量％）を［Ｎｂ］、Ｍｎ含有量（質量％）を［Ｍｎ］、Ｎｉ含有量（質量％）を［Ｎｉ］、Ｃ含有量（質量％）を［Ｃ］としたとき、下記数式１を満たす組成を有し、前記溶接金属のＣｒ含有量（質量％）を［Ｃｒｗ］、前記母材のＣｒ含有量（質量％）を［Ｃｒｍ］、前記溶接金属のＣ含有量（質量％）を［Ｃｗ］、前記母材のＣ含有量（質量％）を［Ｃｍ］としたとき、下記数式２を満たすものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　本発明によれば、溶接部の耐曲げ割れ性を改善し、高温ＰＷＨＴ後の肉盛溶接部の変形能を向上させることができる。
横軸に数式４で表される溶接金属及び母材のＣｒ含有量比とＣ含有量比の積をとり、縦軸に数式３で表される溶接金属の各成分の含有量から算出されるパラメータをとって、実施例及び比較例の各試験体におけるこれらの値の関係を示すグラフ図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
　本実施形態の肉盛溶接体は、高温で使用される圧力容器などのように耐熱性が要求される構造物であり、母材の表面に溶接金属が肉盛溶接されたものであり、例えば肉盛溶接継手である。
　本実施形態の肉盛溶接体における母材は、Ｃ：０．０７～０．１２質量％、Ｃｒ：２．０～１０質量％、Ｍｏ：０．５～１．５質量％、Ｖ：０．０２～０．５質量％及びＮｂ：０．０１～０．２質量％を含有すると共に、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｍｎ：１質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｎｉ：０．６質量％以下及びＮ：０．１％質量以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する。
　また、母材の耐食性を向上させるために形成される肉盛溶接金属としては、ＳＵＳ３０９やＳＵＳ３４７などが存在し、本実施形態の肉盛溶接体においては、溶接金属を、Ｎｉ：９～１１質量％、Ｃｒ：１８～２１質量％及びＮｂ：０．１～１質量％を含有すると共に、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：０．９質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｃｕ：０．７５質量％以下、Ｍｏ：０．７５質量％以下、Ｖ：０．１５質量％以下、Ｎ：０．０８質量％以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、下記数式３を満たす組成のオーステナイト系ステンレス鋼としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　なお、上記数式３における［Ｃｒ］はＣｒ含有量（質量％）、［Ｍｏ］はＭｏ含有量（質量％）、［Ｓｉ］はＳｉ含有量（質量％）、［Ｎｂ］はＮｂ含有量（質量％）、［Ｍｎ］はＭｎ含有量（質量％）、［Ｎｉ］はＮｉ含有量（質量％）、［Ｃ］はＣ含有量（質量％）である。
　更に、本実施形態の肉盛溶接体は、溶接金属におけるＣｒ及びＣの含有量と、母材におけるＣｒ及びＣの含有量との関係が、下記数式４を満たす。なお、下記数式４における［Ｃｒｗ］は溶接金属のＣｒ含有量（質量％）であり、［Ｃｒｍ］は母材のＣｒ含有量（質量％）である。また、［Ｃｗ］は溶接金属のＣ含有量（質量％）であり、［Ｃｍ］は母材のＣ含有量（質量％）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　次に、本実施形態の肉盛溶接体を構成する母材及び溶接金属に含有される成分について説明する。 
（母材） 
　母材は、本実施形態の肉盛溶接体の用途において、通常使用されている母材を用いることができ、具体的には、前述した成分組成を有する鋼材が用いられる。なお、規制する成分であるＳｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＮについては全く含まれていない（即ち０質量％）でも構わないが、極端に低減するには製造コスト増加が伴うため、費用対効果の観点からは、下限はいずれも０質量％を含まないものとなる。このような成分組成を有する鋼としては、２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ鋼、２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｖ鋼及び９Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｖ鋼などの高温強度及び長期信頼性に優れた耐熱鋼が挙げられる。
（溶接金属）
＜Ｎｉ：９～１１質量％＞
　Ｎｉは、ステンレス鋼として必須の元素の１つであり、オーステナイト相を安定化させる効果がある。しかしながら、溶接金属のＮｉ含有量が９質量％未満の場合、オーステナイト相を維持できない場合がある。一方、溶接金属のＮｉ含有量が１１質量％を超えると、製造コストの増加を招き、また、溶接金属中のフェライト相を過度に減少させてしまうこともある。よって、溶接金属のＮｉ含有量は９～１１質量％とする。
＜Ｃｒ：１８～２１質量％＞
　Ｃｒは、耐食性を向上させる元素であり、ステンレス鋼として必須の元素の１つである。しかしながら、溶接金属のＣｒ含有量が１８質量％未満の場合、ステンレス鋼としての基本的な耐食性を発揮することが難しくなり、また、２１質量％を超えると、溶接金属中のフェライト相を維持できず高温割れをもたらす場合がある。よって、溶接金属のＣｒ含有量は１８～２１質量％とする。
＜Ｎｂ：０．１～１質量％＞
　Ｎｂは溶接金属中の炭素を固定してステンレス鋼の耐食性を向上させる元素のひとつである。しかしながら、溶接金属のＮｂ含有量が０．１質量％未満の場合炭素の固定が不十分となり、１質量％を超えると固溶Ｎｂが増加してフェライト量を過度に増加させてしまう場合がある。よって、溶接金属のＮｂ含有量は０．１～１質量％とする。
＜Ｃ：０．０８質量％以下＞
　Ｃは、Ｃｒと結合して化合物を形成する元素である。そして、溶接金属のＣ含有量が０．０８質量％を超えると、固溶Ｃｒ量が局部的に減少し、耐食性の低下を招く。よって、溶接金属のＣ含有量は０．０８質量％以下に規制する。なお、Ｃは、溶接材料やフラックスに含まれており、積極的に添加しなくても溶接金属に含有される元素である。Ｃ含有量を過度に低下させるためには、多大なコストが伴うため、費用対効果の観点から、Ｃ含有量は０．００５質量％以上とすることが好ましい。
＜Ｓｉ：１．０質量％以下＞
　Ｓｉは、従来からσ相の形成を促進させる元素とされており、Ｓｉ含有量が１．０質量％を超えると、溶接金属が脆化することがある。よって、溶接金属のＳｉ含有量は１．０質量％以下に規制する。ただし、Ｓｉは、湯流れ性の確保の観点からも若干量含んでいることが望ましく、Ｓｉ含有量は０．１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．１５質量％以上である。
＜Ｍｎ：０．９質量％以下＞ 
　Ｍｎは、本発明の一部の効果を得るために重要な元素であり、上記数式３を満たす溶接金属においてＭｎ含有量を０．９質量％以下に規制することにより、溶接金属で発生する割れを抑制することができる。なお、溶接金属の延性改善の観点から、Ｍｎ含有量は０．８質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．７質量％以下である。ただし、溶接金属のＭｎ含有量を過度に低下させることは、コスト増加をもたらすため、Ｍｎ含有量は０．２質量％以上とすることが好ましい。
＜Ｍｏ：０．７５質量％以下＞ 
　Ｍｏは、耐食性を向上させる元素であるが、本発明はＭｏを含む母材を対象としているため、母材の希釈に伴い溶接金属がＭｏを含有してしまい、Ｍｏ含有量が０．７５質量％を超えると、溶接金属が脆化しやすくなる。よって、溶接金属のＭｏ含有量は０．７５質量％以下に規制する。ただし、溶接金属のＭｏ含有量を過度に低下させることは、コスト増加をもたらすため、Ｍｏ含有量は０．０５質量％以上とすることが好ましい。
＜Ｖ：０．１５質量％以下＞ 
　Ｖは、フェライトを強く安定化させる元素であり、Ｖ含有量が０．１５質量％を超えると、溶接金属中のフェライトが過度に増加してしまう。よって、溶接金属のＶ含有量は０．１５質量％以下に規制する。溶接金属中にＶは全く含まれていない（即ち０質量％）でも構わないが、極端に低減するには製造コスト増加が伴う。したがって、費用対効果の観点からは、Ｖ量の下限は０質量％を含まないものとなる。より好ましい下限は０．０１質量％である。
＜Ｐ：０．０４質量％以下＞ 
　Ｐは、不可避不純物であり、Ｐ含有量が０．０４質量％を超えると、溶接金属に溶接割れが発生しやくなる。よって、溶接金属のＰ含有量は０．０４質量％以下に規制する。溶接金属中にＰは全く含まれていない（即ち０質量％）でも構わないが、不可避的に混入するものであるため、極端に低減するには製造コスト増加が伴う。したがって、費用対効果の観点からは、Ｐ量の下限は０質量％を含まないものとなる。より好ましい下限は０．００５質量％である。
＜Ｓ：０．０３質量％以下＞ 
　Ｓは、不可避的不純物であり、Ｓ含有量が０．０３質量％を超えると、溶接金属が脆化する。よって、溶接金属のＳ含有量は０．０３質量％以下に規制する。溶接金属中にＳは全く含まれていない（即ち０質量％）でも構わないが、不可避的に混入するものであるため、極端に低減するには製造コスト増加が伴う。したがって、費用対効果の観点からは、Ｓ量の下限は０質量％を含まないものとなる。より好ましい下限は０．００３質量％である。
＜Ｃｕ：０．７５質量％以下＞ 
　Ｃｕは、不可避的不純物であり、Ｃｕ含有量が０．７５質量％を超えると、溶接金属が過度に硬化してしまう場合がある。よって、溶接金属のＣｕ含有量は０．７５質量％以下に規制する。なお、Ｃｕ含有量は、０．５０質量％以下にすることが好ましく、より好ましくは０．２０質量％以下、更に好ましくは０．０５質量％以下である。溶接金属中にＣｕは全く含まれていない（即ち０質量％）でも構わないが、不可避的に混入するものであるため、極端に低減するには製造コスト増加が伴う。したがって、費用対効果の観点からは、Ｃｕ量の下限は０質量％を含まないものとなる。より好ましい下限は０．０１質量％である。
＜Ｎ：０．０８質量％以下＞ 
　Ｎは、不可避不純物のひとつであり、溶接金属のＮ含有量が０．０８質量％を超えると、窒化物を形成することでＣｒの固溶量を減少させてしまう。よって、溶接金属のＮ含有量は０．０８質量％以下に規制する。溶接金属中にＮは全く含まれていない（即ち０質量％）でも構わないが、不可避的に混入するものであるため、極端に低減するには製造コスト増加が伴う。したがって、費用対効果の観点からは、Ｎ量の下限は０質量％を含まないものとなる。より好ましい下限は０．００５質量％である。
＜残部＞
　溶接金属における上記以外の成分、即ち、残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。ここで、不可避的不純物としては、前述したＰ、Ｓ、Ｃｕ及びＮの他に、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｚｎ、Ｃａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｓｃ、Ｃｏ及びＡｇなどが挙げられ、溶接金属にこれらの成分が含まれていても、本発明の効果には影響しない。
＜Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ＋０．５Ｎｂ＋２．５Ｍｎ－０．２Ｎｉ＋３０Ｃ≦２１．５＞
　溶接金属の延性は、Ｍｎ含有量を０．９質量％以下とした上で、溶接金属を上記数式３を満足する組成とすることで改善することができる。上記数式３を満足する組成にすることで、より高温のＰＷＨＴを経た後、曲げ変形で生じる凝固組織中に存在するフェライト相での亀裂発生を抑制することができる。
　一方、溶接金属の組成が上記数式３を満足せず、上記数式３の左辺に示すパラメータ（［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋１．５×［Ｓｉ］＋０．５×［Ｎｂ］＋２．５×［Ｍｎ］－０．２×［Ｎｉ］＋３０×［Ｃ］）の値が２１．５を超えると、ＰＷＨＴ条件が高温である場合に溶接金属の延性が不足し、溶接金属中のフェライト相で亀裂が発生しやすくなる。なお、溶接金属の延性改善の観点から、上記数式３の左辺に示すパラメータの値は、２１以下であることが好ましく、より好ましくは２０以下である。
（母材及び溶接金属のＣ含有量とＣｒ含有量の関係） 
　母材及び溶接金属の成分組成を前述した範囲にしても、肉盛溶接体の耐割れ性を十分に向上させることができるとは限らない。特に、高温のＰＷＨＴを行った肉盛溶接体の場合、母材と溶接金属の接合界面領域における延性が低下し、曲げ変形に伴ってこの領域で亀裂が発生することがある。
　接合界面領域の延性低下は、溶接金属のＣｒと母材のＣが反応することによる界面層の硬化に起因することから、本実施形態の肉盛溶接体においては、Ｃｒ含有量及びＣ含有量のそれぞれについて、母材と溶接金属とで濃度差が小さくなるようにする。具体的には、母材のＣｒ含有量及びＣ含有量、溶接金属のＣｒ含有量及びＣ含有量が、上記数式４を満たすようにする。これにより、母材と溶接金属の接合界面領域の延性を改善することができる。
　一方、溶接金属及び母材の組成が上記数式４を満足せず、上記数式４の左辺に示す｛（Ｃｒｗ／Ｃｒｍ）×（Ｃｍ／Ｃｗ）｝の値が１５を超えると、高温のＰＷＨＴを行った場合に母材と溶接金属の接合界面領域における延性が不足し、曲げ変形により接合界面領域において容易に亀裂が発生しやすくなる。なお、接合界面領域の延性改善の観点から、上記数式４の左辺に示す｛（Ｃｒｗ／Ｃｒｍ）×（Ｃｍ／Ｃｗ）｝の値は、１４以下であることが好ましく、より好ましくは１３以下である。
［形成方法］
　次に、本実施形態の肉盛溶接体の形成方法について説明する。本実施形態の肉盛溶接体は、前述した組成の母材を、例えばＳＡＷ（サブマージアーク溶接）やＥＳＷ（エレクトロスラグ溶接）により、肉盛溶接することにより形成することができる。なお、溶接方法は、ＳＡＷ及びＥＳＷに限定されるものではなく、前述した組成の溶接金属成分を得られる方法であればよく、各種溶接方法を適用することができる。
　また、本実施形態の肉盛溶接体を形成する際に用いる溶接材料は、溶接金属の成分に相当する組成とすることができるが、溶接中に酸化して消費されやすいＣｒやＮｂは、予め濃度を高めておくことにより、目的の成分が得られやすくなることもある。また、施工時に用いるフラックス中に原料を添加することにより、溶接金属の成分を調節することも可能である。なお、溶接金属の組成は、フラックスの種類や原料添加によっても調節することができる。
　なお、肉盛溶接体が大型の機器である場合には、溶接材料には、薄肉かつ幅広の帯状電極肉盛溶接材料を用いることが好ましい。例えば、肉厚０．８ｍｍ以下、幅１５ｍｍ以上の帯状溶接材料を用いると、直径２ｍｍの線状の溶接材料に比べて、広い面積を効率良く施工することができ、更に、比較的平坦な溶接金属を形成することが可能となる。
　更に、母材の製造方法は、特に限定されるものではないが、オーステナイト組織となる温度域での焼入処理と、オーステナイト化しない温度域での焼戻処理とを行い、焼戻しマルテンサイト組織を形成させておく必要がある。例えば、母材は、前述した成分組成になるように、溶塊及び鋳造を行って鋼塊を作製した後、熱間加工で成形した板材に対して、１０００℃以上の温度条件で焼入処理を行った後、６００～７５０℃程度の温度条件で焼戻処理を行うことにより製造することができる。
　以上詳述したように、本実施形態の肉盛溶接体は、耐熱構造材料である母材及び溶接金属に含まれる各成分の含有量を特定の範囲にすると共に、母材及び溶接金属を上記数式３及び数式４を満足する組成にしているため、溶接部の耐曲げ割れ性を改善することができる。これにより、高温ＰＷＨＴ後の肉盛溶接部の変形能が向上するため、高温耐熱機器の稼動や停止による熱応力が負荷されても、肉盛溶接継手の割れや剥離が発生しにくい肉盛溶接体を実現することができる。
　以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、成分組成が異なる母材及び帯状電極を使用して肉盛溶接を行い、得られた肉盛溶接金属の耐曲げ割れ性を評価した。
［母材の作製方法］
　母材は、下記表１のＮｏ．Ａ～Ｍに示す成分組成の鋼材を、溶解・鋳造、鍛造加工によって作製し、１０２０～１０６０℃で焼入処理を行った後、６７０～７７５℃で焼戻し処理を行うことにより作製した。なお、下記表１に示す母材成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。表中にＣｕの記載は無いが、いずれの例においてもＣｕ含有量は０．３質量％以下であった。また、Ｎｏ．Ａ～Ｈ，Ｊ～Ｍの母材は本発明の範囲内の組成を有するが、Ｎｏ．Ｉの母材はＣ含有量が本発明の範囲を外れた比較例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
［溶接方法］
　上記表１に示すＮｏ．Ａ～Ｍの各母材の表面に、７５ｍｍ幅の帯状電極を用いたＥＳＷ（エレクトロスラグ溶接）方式の肉盛溶接によって、厚さが約５ｍｍの肉盛溶接金属を形成した。溶接条件は、電流を１４００Ａ、溶接速度を１８ｃｍ／分、１層盛りとした。そして、溶接後に、ＰＷＨＴとして７７５℃の温度条件で３２時間の熱処理を実施し、評価用の溶接試験体とした。
［評価方法］
　評価は、前述した方法で作製した溶接試験体を、母材部分の厚さが１０ｍｍ、溶接方向に対して垂直な方向の幅が７０ｍｍとなるように粗切断し、更に溶接方向が試験片の板厚方向となるようスライス加工を行ったものを機械研磨して、後述する厚さの曲げ試験片を作製した。この曲げ試験片の寸法は、縦７０ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ３ｍｍであり、横１５ｍｍのうち５ｍｍが肉盛溶接金属の部分である。
　曲げ試験は、汎用の引張圧縮試験機を用いて３点曲げの要領で実施した。受け側となる２本のローラーを、試験機の台座に平行かつ水平に設置した後、各ローラー上に試験片を設置し、先端が半円形状のパンチをローラー間の中央部分に押し込むことにより曲げ変形を付与した。このとき、試験片の向きは、縦（７０ｍｍ）の辺がローラーの軸方向と垂直になる向きとした。即ち、溶接方向と平行にパンチを押し込んだ。
　なお、曲げ試験では、試験片の板厚を１．５ｍｍ、２．５ｍｍ、３．５ｍｍとし、パンチ先端の半径を２ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍとして、各々の組み合わせによって曲率が異なる曲げ変形を加えた。また、ローラー間の距離は、パンチ先端の直径と試験片の厚さの２倍との和になるよう設定した。そして、曲げ変形後に外側となる試験片表面での引張歪量を曲げ歪とし、前述した板厚とパンチ径の組み合わせによって曲げ歪が１１％、１７％、２０％、２３％、２８％、２９％及び３７％となる試験を、各々の鋼種毎にＮ＝２の試験数で行った。
　曲げ試験後の割れの発生の有無は、肉眼と実体顕微鏡で確認し、試験数Ｎ＝２の試験片が何れも割れが発生しなかった最も高い歪量を耐曲げ割れ性とした。その結果を、下記表２に示す。また、下記表２には、得られた溶接金属の成分組成も併せて示す。なお、溶接に用いた帯状電極の成分は、下記表２に示す各溶接金属の成分とほぼ同等である。また、下記表２に示す溶接金属の成分組成における残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。なお、表中にＣｕの記載は無いが、いずれの例においてもＣｕ含有量は0.05質量％以下であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　上記表２に示す試験体Ｎｏ．１～７，９，１１，１３，１５は、本発明の範囲内の実施例であり、試験体Ｎｏ．８，１０，１２，１４，１６～２０は、本発明の範囲から外れる比較例である。また、図１は横軸に数式４で表される溶接金属及び母材のＣｒ含有量比とＣ含有量比の積をとり、縦軸に数式３で表される溶接金属の各成分の含有量から算出されるパラメータをとって、実施例及び比較例の各試験体におけるこれらの値の関係を示すグラフ図である。図１に示すように、実施例の各試験体は、数式３及び数式４を満たす範囲に存在していることがわかる。
　上記表２に示すように、比較例の各試験体では、耐曲げ割れ性が１７以下であったのに対して、実施例の各試験体では２０以上の良好な耐曲げ割れ性が得られた。また、試験体Ｎｏ．１２，１４，１６は、数式３を満たすものの数式４を満たさない比較例であり、試験体Ｎｏ．８，１０，１９，２０は、数式４を満たすものの数式３を満たさない比較例である。これらの試験体は、実施例の各試験体よりも劣る１７以下の耐曲げ割れ性しか有していないことから、数式３及び数式４の両方を満足していなければ、本発明の効果を得ることができないことがわかる。
　以上の結果から、本発明で規定した成分範囲及び条件式を満足することで、耐曲げ割れ性に優れた肉盛溶接体が得られることが確認された。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１４年６月１１日出願の日本特許出願（特願２０１４－１２０７５７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明の肉盛溶接体は、高温ＰＷＨＴ後における溶接部の耐曲げ割れ性に優れるため、化学プラントの圧力容器等に有用である。

Claims (1)

  1. 　母材の表面に溶接金属が肉盛溶接された肉盛溶接体であって、
    　前記母材は、Ｃ：０．０７～０．１２質量％、Ｃｒ：２．０～１０質量％、Ｍｏ：０．５～１．５質量％、Ｖ：０．０２～０．５質量％及びＮｂ：０．０１～０．２質量％を含有すると共に、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｍｎ：１質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｎｉ：０．６質量％以下及びＮ：０．１％質量以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、
    　前記溶接金属は、Ｎｉ：９～１１質量％、Ｃｒ：１８～２１質量％及びＮｂ：０．１～１質量％を含有すると共に、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：０．９質量％以下、Ｐ：０．０４質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｃｕ：０．７５質量％以下、Ｍｏ：０．７５質量％以下、Ｖ：０．１５質量％以下及びＮ：０．０８質量％以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、Ｃｒ含有量（質量％）を［Ｃｒ］、Ｍｏ含有量（質量％）を［Ｍｏ］、Ｓｉ含有量（質量％）を［Ｓｉ］、Ｎｂ含有量（質量％）を［Ｎｂ］、Ｍｎ含有量（質量％）を［Ｍｎ］、Ｎｉ含有量（質量％）を［Ｎｉ］、Ｃ含有量（質量％）を［Ｃ］としたとき、下記数式（Ａ）を満たす組成を有し、
    　前記溶接金属のＣｒ含有量（質量％）を［Ｃｒｗ］、前記母材のＣｒ含有量（質量％）を［Ｃｒｍ］、前記溶接金属のＣ含有量（質量％）を［Ｃｗ］、前記母材のＣ含有量（質量％）を［Ｃｍ］としたとき、下記数式（Ｂ）を満たす肉盛溶接体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
PCT/JP2015/066944 2014-06-11 2015-06-11 肉盛溶接体 WO2015190574A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020167034102A KR20170002567A (ko) 2014-06-11 2015-06-11 육성 용접체
CN201580027517.2A CN106413977A (zh) 2014-06-11 2015-06-11 堆焊体
EP15806825.4A EP3156170A4 (en) 2014-06-11 2015-06-11 Buildup welded body

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014120757A JP6244267B2 (ja) 2014-06-11 2014-06-11 肉盛溶接体
JP2014-120757 2014-06-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015190574A1 true WO2015190574A1 (ja) 2015-12-17

Family

ID=54833660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/066944 WO2015190574A1 (ja) 2014-06-11 2015-06-11 肉盛溶接体

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3156170A4 (ja)
JP (1) JP6244267B2 (ja)
KR (1) KR20170002567A (ja)
CN (1) CN106413977A (ja)
WO (1) WO2015190574A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018061779A1 (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 株式会社神戸製鋼所 鉄鋼部品およびその製造方法ならびに鉄鋼部品用の鋼板

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6257454B2 (ja) * 2014-06-11 2018-01-10 株式会社神戸製鋼所 肉盛溶接金属及び機械構造物
JP2019158167A (ja) * 2018-03-07 2019-09-19 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 ボイラの放射伝熱面の防食方法及びボイラ
CN114571134B (zh) * 2022-03-08 2023-04-25 江苏省徐州技师学院 一种用于硬质合金刀具钎焊的钎焊材料及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58199847A (ja) * 1982-05-15 1983-11-21 Nippon Steel Corp 耐デイスボンデング特性の優れた圧力容器用鋼
JPS60121098A (ja) * 1983-12-05 1985-06-28 Kawasaki Steel Corp オ−ステナイト系ステンレス鋼肉盛溶接における水素はくり割れ防止方法
JPS61115674A (ja) * 1984-11-08 1986-06-03 Kawasaki Steel Corp 耐はく離割れ性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼一層肉盛溶接方法
JPS6264493A (ja) * 1985-09-18 1987-03-23 Toshiba Corp 高温用溶接構造物
JPS6268693A (ja) * 1985-09-24 1987-03-28 Toshiba Corp 高温用溶接構造物
JPS6369941A (ja) * 1986-09-09 1988-03-30 Nippon Kokan Kk <Nkk> 耐デイスボンデイング性の優れたオ−バ−レイクラツド鋼
JPS6410317B2 (ja) * 1981-07-24 1989-02-21 Kobe Steel Ltd

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6026632B2 (ja) * 1982-04-22 1985-06-25 川崎製鉄株式会社 オ−ステナイト系ステンレス鋼による肉盛り溶接方法
JP2684109B2 (ja) 1990-03-13 1997-12-03 株式会社 日本製鋼所 高温高圧用低合金鋼を母材とした剥離抵抗性の優れたオーバレイステンレスクラッド鋼
CN100460133C (zh) * 2007-05-23 2009-02-11 山东大学 一种堆焊用合金粉块
JP5917312B2 (ja) 2012-06-20 2016-05-11 株式会社東芝 蒸気弁装置およびその製造方法
JP6257454B2 (ja) * 2014-06-11 2018-01-10 株式会社神戸製鋼所 肉盛溶接金属及び機械構造物

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6410317B2 (ja) * 1981-07-24 1989-02-21 Kobe Steel Ltd
JPS58199847A (ja) * 1982-05-15 1983-11-21 Nippon Steel Corp 耐デイスボンデング特性の優れた圧力容器用鋼
JPS60121098A (ja) * 1983-12-05 1985-06-28 Kawasaki Steel Corp オ−ステナイト系ステンレス鋼肉盛溶接における水素はくり割れ防止方法
JPS61115674A (ja) * 1984-11-08 1986-06-03 Kawasaki Steel Corp 耐はく離割れ性に優れたオ−ステナイト系ステンレス鋼一層肉盛溶接方法
JPS6264493A (ja) * 1985-09-18 1987-03-23 Toshiba Corp 高温用溶接構造物
JPS6268693A (ja) * 1985-09-24 1987-03-28 Toshiba Corp 高温用溶接構造物
JPS6369941A (ja) * 1986-09-09 1988-03-30 Nippon Kokan Kk <Nkk> 耐デイスボンデイング性の優れたオ−バ−レイクラツド鋼

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3156170A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018061779A1 (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 株式会社神戸製鋼所 鉄鋼部品およびその製造方法ならびに鉄鋼部品用の鋼板
JP2018059190A (ja) * 2016-09-30 2018-04-12 株式会社神戸製鋼所 鉄鋼部品およびその製造方法ならびに鉄鋼部品用の鋼板

Also Published As

Publication number Publication date
CN106413977A (zh) 2017-02-15
EP3156170A4 (en) 2017-11-15
KR20170002567A (ko) 2017-01-06
EP3156170A1 (en) 2017-04-19
JP6244267B2 (ja) 2017-12-06
JP2016000411A (ja) 2016-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5984213B2 (ja) 溶接性に優れる被覆管用オーステナイト系Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金
KR102415777B1 (ko) 2상 스테인리스 클래드 강판 및 그 제조 방법
KR101345074B1 (ko) Ｎｉ기 합금재
JP6870749B2 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼溶接金属および溶接構造物
US20190126408A1 (en) Welding Structure Member
WO2015190574A1 (ja) 肉盛溶接体
JP5018863B2 (ja) 耐アルカリ性に優れた二相ステンレス鋼
JP5454723B2 (ja) 耐海水腐食性に優れたステンレスクラッド鋼板の合せ材及びそれを用いたステンレスクラッド鋼板並びにその製造方法
EP2803741B1 (en) Method of post weld heat treatment of a low alloy steel pipe
JP6965938B2 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼溶接金属および溶接構造物
JP6870748B2 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼
EP3862456A1 (en) Clad austenitic stainless steel sheet, base steel sheet and method for producing clad steel sheet
JP6494745B2 (ja) ステンレス鋼溶接継ぎ手および燃料改質器用ステンレス鋼
US20190105727A1 (en) Welding Structure Member
JP6257454B2 (ja) 肉盛溶接金属及び機械構造物
RU2451588C2 (ru) Сварочная проволока для автоматической сварки теплоустойчивых сталей перлитного класса
KR20190062488A (ko) 오스테나이트계 내열 합금 및 그것을 이용한 용접 이음매
JP4465066B2 (ja) フェライト・オーステナイト二相系ステンレス鋼用溶接材料
JP2022038084A (ja) クラッド鋼板およびその製造方法ならびに溶接構造物
JP6172077B2 (ja) 耐粒界腐食特性に優れたＮｉ合金クラッド鋼の製造方法
JP7357761B2 (ja) クラッド鋼板およびその製造方法ならびに溶接構造物
JP2018176195A (ja) 熱延工場サイドガイド部材
JP6462431B2 (ja) 肉盛溶接金属及び機械構造物
EP2803743B1 (en) Low alloy steel

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15806825

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015806825

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015806825

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167034102

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE