JP3375894B2 - 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用ワイヤ - Google Patents
高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用ワイヤInfo
- Publication number
- JP3375894B2 JP3375894B2 JP24532498A JP24532498A JP3375894B2 JP 3375894 B2 JP3375894 B2 JP 3375894B2 JP 24532498 A JP24532498 A JP 24532498A JP 24532498 A JP24532498 A JP 24532498A JP 3375894 B2 JP3375894 B2 JP 3375894B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- toughness
- effect
- creep strength
- deteriorated
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims description 28
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 31
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001068 laves phase Inorganic materials 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フェライト系耐熱
鋼用ガスシールドアーク溶接用ワイヤに関し、特に、９
乃至１２％のＣｒを含有する低合金鋼を対象として高温
におけるクリープ強度と靭性に優れた溶接金属が得られ
るガスシールドアーク溶接用ワイヤに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、火力発電用ボイラの主蒸気管又は
過熱器等に用いられる材料は、フェライト系耐熱鋼であ
るＣｒ−Ｍｏ鋼が使用されており、溶接材料にも同鋼材
料が適用されてきた。近年、特筆すべき事項として、こ
れらの材料分野における運転（蒸気）条件の高温・高圧
化に対応できることを要求する動きが挙げられる。これ
は、省エネルギーの観点から発電効率の向上を狙いとし
ており、ＣＯ2排出量の削減を考慮した動きとも言え
る。なお、高い高温強度を有する材料としてオーステナ
イト系ステンレス鋼も挙げられるが、熱膨張率、熱伝導
度、応力腐食割れ等の点で劣っているため、高Ｃｒフェ
ライト系耐熱鋼の採用が不可欠であり、要求も強い。 【０００３】この高Ｃｒフェライト系耐熱鋼において、
高温・高強度を達成するためには９乃至１２重量％のＣ
ｒの含有量が、現時点で最大適正量である。これらのＣ
ｒの量により、高温・高強度（クリープ強度）及び耐食
性にも優れた溶接金属を得ることができる。しかし、ク
リープ強度を高める効果を有する一方で、一般的に靭性
は低下する傾向にある。そのため、これらの鋼種におい
て、クリープ強度と靭性を両立させるために、これまで
多くの溶接材料が提案されている。例えば、９％Ｃｒー
１％Ｍｏ鋼用溶接用ワイヤとして、特開平７−９６３９
０号公報等が開示されている。これは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ及びＴ
ａのワイヤの成分を規制してクリープ強度及び靭性の向
上を図っている。 【０００４】また、９乃至１２％Ｃｒ鋼用被覆アーク溶
接棒として、特開平７−１６４１８２号公報が開示され
ている。これは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｎ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ及びＣｕのワイヤの成分を規制して
クリープ強度、靭性及び耐割れ性の向上を図っている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
９％Ｃｒー１％Ｍｏ鋼用溶接用ワイヤ及び被覆アーク溶
接棒では、近年の９乃至１２％Ｃｒ鋼用溶接材料として
求められる高い靭性とクリープ強度の性能を、十分満足
していると言えない。靭性、クリープ強度及びＳＲ条件
にも大きく依存するため、実用化に当たっては安全性を
考慮して、より、高性能の溶接金属が求められている。 【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、フェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク
溶接用ワイヤに関し、主に９乃至１２％のＣｒを含有す
る低合金鋼を対象として高温におけるクリープ強度及び
靭性に優れた溶接金属が得られるガスシールドアーク溶
接用ワイヤを提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】ワイヤ全重量当たり、Ｃ
を０．０８乃至０．１５重量％、Ｓｉを０．０５乃至
０．３０重量％、Ｍｎを０．２０乃至０．７０重量％、
Ｃｕを０．１０乃至１．２０重量％、Ｎｉを０．２０乃
至１．２０重量％、Ｃｒを９．０乃至１３．０重量％、
Ｍｏを０．３０乃至０．７０重量％、Ｖを０．１０乃至
０．５０重量％、Ｎｂを０．０２乃至０．０７重量％、
Ｗを１．０乃至２．０重量％、Ｎを０．０８０重量％を
超え０．１５重量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避
的不純物からなると共に、前記Ｗと、Ｃｕ及びＮとの重
量比Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）が１．０乃至６．０であることを
特徴とする。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明者等は前記のような解決す
べき課題の下で、クリープ強度、靭性に優れた溶接金属
が得られると共に、良好な溶接作業性を有するガスシー
ルドアーク溶接用ワイヤを開発すべく、ワイヤの化学成
分、また溶接金属の機械的性能、析出物、組織等の調査
・検討を行った。その結果、以下のことを確認した。 （１）クリープ強度は、ラーベス相量の増加に伴い、向
上する。 （２）靭性はδフェライトの析出量とＡ1変態点に大き
く依存する。 【０００９】（１）については析出物の成分をなすＣ、
Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎ等の含有量の影響を調査した。
そして、その中でもＷが比較的靭性を損なわずにラーベ
ス相量を増加させ、クリープ強度を向上させることを見
出した。 【００１０】また、（２）については、ＳＲ時に回復を
促進させるＮ、Ｃｕを活用した。ただ、これらの元素は
オーステナイト生成作用によるδフェライトを抑制する
効果を有するが、Ａ1点を低下させるため、ある一定量
を超えるとＳＲ時に逆変態（ＳＲ温度がＡ1点を超える
こと）を起こし、靭性劣化を引き起こす。そのため、Ａ
1点がＳＲ温度直上になるような含有量として、下記の
数式１を見出している（図１参照）。 【００１１】 【数１】１．０≦Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）≦６．０ この範囲であれば、上記（１）と（２）を両立させクリ
ープ強度と靭性が得られることを見出した。 【００１２】以下に各元素の範囲設定の理由について詳
細に説明する。 【００１３】Ｃ：０．０８乃至０．１５重量％ Ｃはオーステナイト安定化元素の１つであり、溶接金属
の強度を向上させる効果を持ち、また低靭性の原因とな
るδフェライトの抑制作用を有する。そのためＣが０．
０８重量％未満ではこれらの効果が確保できず、０．１
５重量％を超えると耐力の上昇による靭性及び耐割れ性
の劣化を引き起こす。 【００１４】Ｓｉ：０．０５乃至０．３０重量％ Ｓｉは脱酸剤としての効果と、クレータの形成に大きく
影響を与え、立向上進溶接には不可欠の成分であり、ま
た強度を上昇させる。Ｓｉが０．０５重量％未満ではそ
の効果が発揮されず０．３０重量％を超えると過剰な強
度上昇を生じ靭性を著しく劣化させる。 【００１５】Ｍｎ：０．２０乃至０．７０重量％ Ｍｎは溶接金属の強度を向上させる効果を持つが、同時
にＳＲ時の回復促進作用により、靭性を著しく改善させ
る効果を有する。Ｍｎが０．２０重量％未満ではこれら
の効果が発揮されず０．７０重量％を超えるとクリープ
強度の劣化を引き起こす。 【００１６】Ｃｕ：０．１０乃至１．２０重量％ Ｃｕはオーステナイト安定化元素としてδフェライトを
抑制し、靭性を維持する効果を有する。Ｃｕが０．１０
重量％未満ではその効果が発揮されず、１．２０重量％
を超えるＡｌ点の大きな低下により靭性を劣化させる。 【００１７】Ｎｉ：０．２０乃至１．２０重量％ ＮｉはＭｎと同様に靭性を得るためには不可欠な成分で
ある。Ｎｉが０．２０重量％未満ではその効果が発揮さ
れず、１．２０重量％を超えるとクリープ強度を劣化さ
せる。 【００１８】Ｃｒ：９．０乃至１３．０重量％ Ｃｒは溶接金属の耐酸化性、耐食性を向上させると共
に、固溶強化によるクリープ強度を維持する効果を有す
る。Ｃｒが９．０重量％未満ではその効果が発揮され
ず、１３．０重量％を超えるとδフェライトの析出によ
り靭性を劣化させる。 【００１９】Ｍｏ：０．３０乃至０．７０重量％ ＭｏはＣｒと同様に、固溶強化及びクリープ温度で粒界
に析出するラーベス相を強化し、クリープ強度を維持す
る効果を有する。Ｍｏが０．３０重量％未満ではその効
果が発揮されず、０．７０重量％を超えると強度の上昇
により靭性を劣化させる。 【００２０】Ｖ：０．１０乃至０．５０重量％ ＶはＭをＶ又はＶ及び後述するＮｂとし、Ｘを炭素及び
／又は窒素としてＭＸで表わされる炭窒化物として析出
し、炭窒化物ＭＸの安定化に寄与し、クリープ強度を維
持する効果を有する。Ｖが０．１０重量％未満ではその
効果が発揮されず、０．５０重量％を超えると靭性を劣
化させる。 【００２１】Ｎｂ：０．０２乃至０．０７重量％ ＮｂはＭをＮｂ又はＮｂ及び前述のＶとし、Ｘを炭素及
び／又は窒素としてＭＸで表わされる炭窒化物として析
出し、この炭窒化物ＭＸを安定、微細化させ、クリープ
強度を著しく改善する効果を有する。Ｎｂが０．０２重
量％未満ではその効果が発揮されず、０．０７重量％を
超えると強度の上昇と共に、靭性劣化を引き起こす。 【００２２】Ｗ：１．０乃至２．０重量％ ＷはＭｏと同様に、固溶強化及びクリープ温度で粒界に
析出するラーベス相を強化しクリープ強度を維持する効
果を有する。Ｗが１．０重量％未満ではその効果が発揮
されず、２．０重量％を超えると強度の上昇とδフェラ
イトの析出により靭性を劣化させる。 【００２３】Ｎ：０．０８０重量％を超えて０．１５重
量％以下 Ｎは前述のＶ及び／又はＮｂの炭窒化物ＭＸの主成分と
して、クリープ強度を維持する効果を有する。Ｎが０．
０８０重量％以下ではその効果が発揮されず、０．１５
重量％を超えると靭性を劣化させる。これらのＮ、Ｖ及
びＮｂの３成分の添加の総合的な効果としてクリープ強
度の維持改善効果が得られる。 【００２４】Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）：１．０乃至６．０ Ｗと、Ｃｕ及びＮとの重量比を示すＷ／（Ｃｕ＋Ｎ）に
おいて、上辺のフェライト生成元素であるＷはラーベス
相の増加作用により、下辺のオーステナイト生成元素の
内Ｎは炭窒化物ＭＸの主成分としてクリープ強度を維持
する効果を有する。また、Ｃｕは強いオーステナイト安
定化作用を有しており、靭性を劣化させるδフェライト
を抑制する効果を有する。このため、これらの３元素の
強化作用により、クリープ強度と靭性のバランスを良好
なものにできる範囲として、Ｗと、Ｃｕ及びＮとの重量
比を１．０乃至６．０の範囲とする。Ｗと、Ｃｕ及びＮ
との重量比が１．０乃至６．０を外れると靭性又はクリ
ープ強度が大きく劣化する。 【００２５】なお、不可避的成分であるＰ、Ｓ等の不純
物はできるだけ抑えることが望ましい。また、本発明の
構成によれば、適用する溶接方法はＴＩＧ溶接が望まし
いが、Ａｒ＋ＣＯ2等を用いたＭＡＧ溶接においても良
好な性能が得られる。 【００２６】次に本発明の実施例を示す。 【００２７】 【実施例】表ｌ乃至表４に示す化学成分のＴＩＧ溶接用
ワイヤ（１．６ｍｍφ）を作製後、溶接試験を実施し
た。溶接は、これらのワイヤを用いてＡＳＴＭＡ３８７
−Ｇｒ９１鋼板（板厚２０ｍｍ、Ｖ開先）を、溶接入
熱：１８ｋＪ／ｃｍ（２５０Ａ−１２Ｖ‐１０ｃｍ／ｍ
ｉｎ狙い）、ワイヤ送給速度１０ｇ／ｍｉｎ、姿勢：下
向、予熱・パス間温度：２００乃至２５０℃、シールド
・ガス：Ａｒで自動溶接を行った。 【００２８】その後、この試験板を７４０℃に８時間加
熱する熱処理（昇温・冷却：≦５０℃／ｈ）を行い、シ
ャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ ４号）、ク
リープ試験片（ＪＩＳ Ｚ２２７２）を採取し、各規格
に準じて試験に供した。なお、図１、表５及び表６に示
す数値は、両試験共、試験片を各３本ずつ採取・供試し
た平均値を示している。ぞれぞれの試験は、シャルピー
衝撃試験は温度０℃で、クリープ試験は温度及び応力が
夫々６５０℃及び１２５Ｎ／ｍｍ２の条件で行った。 【００２９】上記試験における判定値を設定した。シャ
ルピー衝撃試験では、衝撃エネルギを５０（Ｊ）とし、
クリープ試験においては、破断時間を３００（ｈ）とし
た。総合判定は、シャルピー及びクリープ試験共に、判
定値を超えるものを○とし、どちらか一方でも、判定値
を下回るものを×とした。 【００３０】 【表１】【００３１】 【表２】 【００３２】 【表３】 【００３３】 【表４】【００３４】 【表５】 【００３５】 【表６】 【００３６】上記表１及び表２に示すように、供試ワイ
ヤの組成が本発明の特許請求の範囲にあるワイヤＮｏ．
Ｗｌ乃至Ｎｏ．Ｗ５は、表５及び図１の領域Ａに示すよ
うに、いずれも靭性、クリープ強度、溶接作業性が良好
であった。一方、上記表３及び表４に示すように、供試
ワイヤの組成が本発明の特許請求の範囲外にある供試ワ
イヤＮｏ．Ｃ１乃至Ｎｏ．Ｃ２４の比較例は、表５及び
表６並びに図１の領域Ｂ及び領域Ｃに示すように、これ
らの性能について満足し得ない。 【００３７】すなわち、Ｎｏ．Ｃ１は、Ｃが０．０７重
量％と少ないため低靭性でクリープ破断時間も短く、Ｎ
ｏ．Ｃ２は、Ｃが０．１６重量％と多すぎるため靭性が
劣化した。Ｎｏ．Ｃ３は、Ｓｉが０．０４重量％と少な
いためクリープ破断時間が短く、Ｎｏ．Ｃ４は、Ｓｉが
０．３２重量％と多すぎるために靭性が劣化した。Ｎ
ｏ．Ｃ５は、Ｍｎが０．１８重量％と少ないために靭性
が劣化し、Ｎｏ．Ｃ６は、Ｍｎが０．７１重量％と多す
ぎるためにクリープ強度が劣化した。 【００３８】Ｎｏ．Ｃ７は、Ｃｕが０．０８重量％と少
ないため靭性が劣化し、Ｎｏ．Ｃ８はＣｕが１．２２重
量％と多すぎるために靭性が劣化した。Ｎｏ．Ｃ９は、
Ｎｉが０．１８重量％と少ないため靭性が劣化し、Ｎ
ｏ．Ｃ１０は、Ｎｉが１．２２重量％と多すぎるために
クリープ強度が劣化した。Ｎｏ．Ｃ１１は、Ｃｒが８．
８重量％と少ないためにクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．
Ｃ１２は、Ｃｒが１３．２重量％と多すぎるために靭性
が劣化した。Ｎｏ．Ｃ１３は、Ｍｏが０．２７重量％と
少ないためにクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．Ｃ１４、Ｍ
ｏが０．７３重量％と多すぎるために靭性が劣化した。
Ｎｏ．Ｃ１５は、Ｖが０．０８重量％と少ないためにク
リープ強度が劣化し、Ｎｏ．Ｃ１６は、Ｖが０．５２重
量％と多すぎるために靭性が劣化した。Ｎｏ．Ｃ１７は
Ｎｂが０．０１重量％と少ないためにクリープ強度が劣
化し、Ｎｏ．ＣＩ８は、Ｎｂが０．０８重量％と多すぎ
るために靭性が劣化した。Ｎｏ．Ｃ１９は、Ｗが０．９
６重量％と少ないためにクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．
Ｃ２０は、Ｗが２．０４重量％と多すぎるため靭性が劣
化した。Ｎｏ．Ｃ２１は、Ｎが０．０７８重量％と少な
いためにクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．Ｃ２２は、Ｎが
０．１５５重量％と多すぎるために靭性性が劣化した。
Ｎｏ．Ｃ２３は、Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）が０．９と少ないた
めに靭性とクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．Ｃ２４は、Ｗ
／（Ｃｕ＋Ｎ）が６．２と多すぎるために靭性が劣化し
た。 【００３９】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ガ
スシールドアーク溶接において、高Ｃｒフェライト系耐
熱鋼用溶接材料して優れた靭性、クリープ性能を有する
溶接金属が得られる。 【００４０】従って、各種発電ボイラ、化学圧力容器の
安全性と耐久性に寄与する効果は顕著である。
鋼用ガスシールドアーク溶接用ワイヤに関し、特に、９
乃至１２％のＣｒを含有する低合金鋼を対象として高温
におけるクリープ強度と靭性に優れた溶接金属が得られ
るガスシールドアーク溶接用ワイヤに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、火力発電用ボイラの主蒸気管又は
過熱器等に用いられる材料は、フェライト系耐熱鋼であ
るＣｒ−Ｍｏ鋼が使用されており、溶接材料にも同鋼材
料が適用されてきた。近年、特筆すべき事項として、こ
れらの材料分野における運転（蒸気）条件の高温・高圧
化に対応できることを要求する動きが挙げられる。これ
は、省エネルギーの観点から発電効率の向上を狙いとし
ており、ＣＯ2排出量の削減を考慮した動きとも言え
る。なお、高い高温強度を有する材料としてオーステナ
イト系ステンレス鋼も挙げられるが、熱膨張率、熱伝導
度、応力腐食割れ等の点で劣っているため、高Ｃｒフェ
ライト系耐熱鋼の採用が不可欠であり、要求も強い。 【０００３】この高Ｃｒフェライト系耐熱鋼において、
高温・高強度を達成するためには９乃至１２重量％のＣ
ｒの含有量が、現時点で最大適正量である。これらのＣ
ｒの量により、高温・高強度（クリープ強度）及び耐食
性にも優れた溶接金属を得ることができる。しかし、ク
リープ強度を高める効果を有する一方で、一般的に靭性
は低下する傾向にある。そのため、これらの鋼種におい
て、クリープ強度と靭性を両立させるために、これまで
多くの溶接材料が提案されている。例えば、９％Ｃｒー
１％Ｍｏ鋼用溶接用ワイヤとして、特開平７−９６３９
０号公報等が開示されている。これは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ及びＴ
ａのワイヤの成分を規制してクリープ強度及び靭性の向
上を図っている。 【０００４】また、９乃至１２％Ｃｒ鋼用被覆アーク溶
接棒として、特開平７−１６４１８２号公報が開示され
ている。これは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｎ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ及びＣｕのワイヤの成分を規制して
クリープ強度、靭性及び耐割れ性の向上を図っている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
９％Ｃｒー１％Ｍｏ鋼用溶接用ワイヤ及び被覆アーク溶
接棒では、近年の９乃至１２％Ｃｒ鋼用溶接材料として
求められる高い靭性とクリープ強度の性能を、十分満足
していると言えない。靭性、クリープ強度及びＳＲ条件
にも大きく依存するため、実用化に当たっては安全性を
考慮して、より、高性能の溶接金属が求められている。 【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、フェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク
溶接用ワイヤに関し、主に９乃至１２％のＣｒを含有す
る低合金鋼を対象として高温におけるクリープ強度及び
靭性に優れた溶接金属が得られるガスシールドアーク溶
接用ワイヤを提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】ワイヤ全重量当たり、Ｃ
を０．０８乃至０．１５重量％、Ｓｉを０．０５乃至
０．３０重量％、Ｍｎを０．２０乃至０．７０重量％、
Ｃｕを０．１０乃至１．２０重量％、Ｎｉを０．２０乃
至１．２０重量％、Ｃｒを９．０乃至１３．０重量％、
Ｍｏを０．３０乃至０．７０重量％、Ｖを０．１０乃至
０．５０重量％、Ｎｂを０．０２乃至０．０７重量％、
Ｗを１．０乃至２．０重量％、Ｎを０．０８０重量％を
超え０．１５重量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避
的不純物からなると共に、前記Ｗと、Ｃｕ及びＮとの重
量比Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）が１．０乃至６．０であることを
特徴とする。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明者等は前記のような解決す
べき課題の下で、クリープ強度、靭性に優れた溶接金属
が得られると共に、良好な溶接作業性を有するガスシー
ルドアーク溶接用ワイヤを開発すべく、ワイヤの化学成
分、また溶接金属の機械的性能、析出物、組織等の調査
・検討を行った。その結果、以下のことを確認した。 （１）クリープ強度は、ラーベス相量の増加に伴い、向
上する。 （２）靭性はδフェライトの析出量とＡ1変態点に大き
く依存する。 【０００９】（１）については析出物の成分をなすＣ、
Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎ等の含有量の影響を調査した。
そして、その中でもＷが比較的靭性を損なわずにラーベ
ス相量を増加させ、クリープ強度を向上させることを見
出した。 【００１０】また、（２）については、ＳＲ時に回復を
促進させるＮ、Ｃｕを活用した。ただ、これらの元素は
オーステナイト生成作用によるδフェライトを抑制する
効果を有するが、Ａ1点を低下させるため、ある一定量
を超えるとＳＲ時に逆変態（ＳＲ温度がＡ1点を超える
こと）を起こし、靭性劣化を引き起こす。そのため、Ａ
1点がＳＲ温度直上になるような含有量として、下記の
数式１を見出している（図１参照）。 【００１１】 【数１】１．０≦Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）≦６．０ この範囲であれば、上記（１）と（２）を両立させクリ
ープ強度と靭性が得られることを見出した。 【００１２】以下に各元素の範囲設定の理由について詳
細に説明する。 【００１３】Ｃ：０．０８乃至０．１５重量％ Ｃはオーステナイト安定化元素の１つであり、溶接金属
の強度を向上させる効果を持ち、また低靭性の原因とな
るδフェライトの抑制作用を有する。そのためＣが０．
０８重量％未満ではこれらの効果が確保できず、０．１
５重量％を超えると耐力の上昇による靭性及び耐割れ性
の劣化を引き起こす。 【００１４】Ｓｉ：０．０５乃至０．３０重量％ Ｓｉは脱酸剤としての効果と、クレータの形成に大きく
影響を与え、立向上進溶接には不可欠の成分であり、ま
た強度を上昇させる。Ｓｉが０．０５重量％未満ではそ
の効果が発揮されず０．３０重量％を超えると過剰な強
度上昇を生じ靭性を著しく劣化させる。 【００１５】Ｍｎ：０．２０乃至０．７０重量％ Ｍｎは溶接金属の強度を向上させる効果を持つが、同時
にＳＲ時の回復促進作用により、靭性を著しく改善させ
る効果を有する。Ｍｎが０．２０重量％未満ではこれら
の効果が発揮されず０．７０重量％を超えるとクリープ
強度の劣化を引き起こす。 【００１６】Ｃｕ：０．１０乃至１．２０重量％ Ｃｕはオーステナイト安定化元素としてδフェライトを
抑制し、靭性を維持する効果を有する。Ｃｕが０．１０
重量％未満ではその効果が発揮されず、１．２０重量％
を超えるＡｌ点の大きな低下により靭性を劣化させる。 【００１７】Ｎｉ：０．２０乃至１．２０重量％ ＮｉはＭｎと同様に靭性を得るためには不可欠な成分で
ある。Ｎｉが０．２０重量％未満ではその効果が発揮さ
れず、１．２０重量％を超えるとクリープ強度を劣化さ
せる。 【００１８】Ｃｒ：９．０乃至１３．０重量％ Ｃｒは溶接金属の耐酸化性、耐食性を向上させると共
に、固溶強化によるクリープ強度を維持する効果を有す
る。Ｃｒが９．０重量％未満ではその効果が発揮され
ず、１３．０重量％を超えるとδフェライトの析出によ
り靭性を劣化させる。 【００１９】Ｍｏ：０．３０乃至０．７０重量％ ＭｏはＣｒと同様に、固溶強化及びクリープ温度で粒界
に析出するラーベス相を強化し、クリープ強度を維持す
る効果を有する。Ｍｏが０．３０重量％未満ではその効
果が発揮されず、０．７０重量％を超えると強度の上昇
により靭性を劣化させる。 【００２０】Ｖ：０．１０乃至０．５０重量％ ＶはＭをＶ又はＶ及び後述するＮｂとし、Ｘを炭素及び
／又は窒素としてＭＸで表わされる炭窒化物として析出
し、炭窒化物ＭＸの安定化に寄与し、クリープ強度を維
持する効果を有する。Ｖが０．１０重量％未満ではその
効果が発揮されず、０．５０重量％を超えると靭性を劣
化させる。 【００２１】Ｎｂ：０．０２乃至０．０７重量％ ＮｂはＭをＮｂ又はＮｂ及び前述のＶとし、Ｘを炭素及
び／又は窒素としてＭＸで表わされる炭窒化物として析
出し、この炭窒化物ＭＸを安定、微細化させ、クリープ
強度を著しく改善する効果を有する。Ｎｂが０．０２重
量％未満ではその効果が発揮されず、０．０７重量％を
超えると強度の上昇と共に、靭性劣化を引き起こす。 【００２２】Ｗ：１．０乃至２．０重量％ ＷはＭｏと同様に、固溶強化及びクリープ温度で粒界に
析出するラーベス相を強化しクリープ強度を維持する効
果を有する。Ｗが１．０重量％未満ではその効果が発揮
されず、２．０重量％を超えると強度の上昇とδフェラ
イトの析出により靭性を劣化させる。 【００２３】Ｎ：０．０８０重量％を超えて０．１５重
量％以下 Ｎは前述のＶ及び／又はＮｂの炭窒化物ＭＸの主成分と
して、クリープ強度を維持する効果を有する。Ｎが０．
０８０重量％以下ではその効果が発揮されず、０．１５
重量％を超えると靭性を劣化させる。これらのＮ、Ｖ及
びＮｂの３成分の添加の総合的な効果としてクリープ強
度の維持改善効果が得られる。 【００２４】Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）：１．０乃至６．０ Ｗと、Ｃｕ及びＮとの重量比を示すＷ／（Ｃｕ＋Ｎ）に
おいて、上辺のフェライト生成元素であるＷはラーベス
相の増加作用により、下辺のオーステナイト生成元素の
内Ｎは炭窒化物ＭＸの主成分としてクリープ強度を維持
する効果を有する。また、Ｃｕは強いオーステナイト安
定化作用を有しており、靭性を劣化させるδフェライト
を抑制する効果を有する。このため、これらの３元素の
強化作用により、クリープ強度と靭性のバランスを良好
なものにできる範囲として、Ｗと、Ｃｕ及びＮとの重量
比を１．０乃至６．０の範囲とする。Ｗと、Ｃｕ及びＮ
との重量比が１．０乃至６．０を外れると靭性又はクリ
ープ強度が大きく劣化する。 【００２５】なお、不可避的成分であるＰ、Ｓ等の不純
物はできるだけ抑えることが望ましい。また、本発明の
構成によれば、適用する溶接方法はＴＩＧ溶接が望まし
いが、Ａｒ＋ＣＯ2等を用いたＭＡＧ溶接においても良
好な性能が得られる。 【００２６】次に本発明の実施例を示す。 【００２７】 【実施例】表ｌ乃至表４に示す化学成分のＴＩＧ溶接用
ワイヤ（１．６ｍｍφ）を作製後、溶接試験を実施し
た。溶接は、これらのワイヤを用いてＡＳＴＭＡ３８７
−Ｇｒ９１鋼板（板厚２０ｍｍ、Ｖ開先）を、溶接入
熱：１８ｋＪ／ｃｍ（２５０Ａ−１２Ｖ‐１０ｃｍ／ｍ
ｉｎ狙い）、ワイヤ送給速度１０ｇ／ｍｉｎ、姿勢：下
向、予熱・パス間温度：２００乃至２５０℃、シールド
・ガス：Ａｒで自動溶接を行った。 【００２８】その後、この試験板を７４０℃に８時間加
熱する熱処理（昇温・冷却：≦５０℃／ｈ）を行い、シ
ャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ３１１１ ４号）、ク
リープ試験片（ＪＩＳ Ｚ２２７２）を採取し、各規格
に準じて試験に供した。なお、図１、表５及び表６に示
す数値は、両試験共、試験片を各３本ずつ採取・供試し
た平均値を示している。ぞれぞれの試験は、シャルピー
衝撃試験は温度０℃で、クリープ試験は温度及び応力が
夫々６５０℃及び１２５Ｎ／ｍｍ２の条件で行った。 【００２９】上記試験における判定値を設定した。シャ
ルピー衝撃試験では、衝撃エネルギを５０（Ｊ）とし、
クリープ試験においては、破断時間を３００（ｈ）とし
た。総合判定は、シャルピー及びクリープ試験共に、判
定値を超えるものを○とし、どちらか一方でも、判定値
を下回るものを×とした。 【００３０】 【表１】【００３１】 【表２】 【００３２】 【表３】 【００３３】 【表４】【００３４】 【表５】 【００３５】 【表６】 【００３６】上記表１及び表２に示すように、供試ワイ
ヤの組成が本発明の特許請求の範囲にあるワイヤＮｏ．
Ｗｌ乃至Ｎｏ．Ｗ５は、表５及び図１の領域Ａに示すよ
うに、いずれも靭性、クリープ強度、溶接作業性が良好
であった。一方、上記表３及び表４に示すように、供試
ワイヤの組成が本発明の特許請求の範囲外にある供試ワ
イヤＮｏ．Ｃ１乃至Ｎｏ．Ｃ２４の比較例は、表５及び
表６並びに図１の領域Ｂ及び領域Ｃに示すように、これ
らの性能について満足し得ない。 【００３７】すなわち、Ｎｏ．Ｃ１は、Ｃが０．０７重
量％と少ないため低靭性でクリープ破断時間も短く、Ｎ
ｏ．Ｃ２は、Ｃが０．１６重量％と多すぎるため靭性が
劣化した。Ｎｏ．Ｃ３は、Ｓｉが０．０４重量％と少な
いためクリープ破断時間が短く、Ｎｏ．Ｃ４は、Ｓｉが
０．３２重量％と多すぎるために靭性が劣化した。Ｎ
ｏ．Ｃ５は、Ｍｎが０．１８重量％と少ないために靭性
が劣化し、Ｎｏ．Ｃ６は、Ｍｎが０．７１重量％と多す
ぎるためにクリープ強度が劣化した。 【００３８】Ｎｏ．Ｃ７は、Ｃｕが０．０８重量％と少
ないため靭性が劣化し、Ｎｏ．Ｃ８はＣｕが１．２２重
量％と多すぎるために靭性が劣化した。Ｎｏ．Ｃ９は、
Ｎｉが０．１８重量％と少ないため靭性が劣化し、Ｎ
ｏ．Ｃ１０は、Ｎｉが１．２２重量％と多すぎるために
クリープ強度が劣化した。Ｎｏ．Ｃ１１は、Ｃｒが８．
８重量％と少ないためにクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．
Ｃ１２は、Ｃｒが１３．２重量％と多すぎるために靭性
が劣化した。Ｎｏ．Ｃ１３は、Ｍｏが０．２７重量％と
少ないためにクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．Ｃ１４、Ｍ
ｏが０．７３重量％と多すぎるために靭性が劣化した。
Ｎｏ．Ｃ１５は、Ｖが０．０８重量％と少ないためにク
リープ強度が劣化し、Ｎｏ．Ｃ１６は、Ｖが０．５２重
量％と多すぎるために靭性が劣化した。Ｎｏ．Ｃ１７は
Ｎｂが０．０１重量％と少ないためにクリープ強度が劣
化し、Ｎｏ．ＣＩ８は、Ｎｂが０．０８重量％と多すぎ
るために靭性が劣化した。Ｎｏ．Ｃ１９は、Ｗが０．９
６重量％と少ないためにクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．
Ｃ２０は、Ｗが２．０４重量％と多すぎるため靭性が劣
化した。Ｎｏ．Ｃ２１は、Ｎが０．０７８重量％と少な
いためにクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．Ｃ２２は、Ｎが
０．１５５重量％と多すぎるために靭性性が劣化した。
Ｎｏ．Ｃ２３は、Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）が０．９と少ないた
めに靭性とクリープ強度が劣化し、Ｎｏ．Ｃ２４は、Ｗ
／（Ｃｕ＋Ｎ）が６．２と多すぎるために靭性が劣化し
た。 【００３９】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ガ
スシールドアーク溶接において、高Ｃｒフェライト系耐
熱鋼用溶接材料して優れた靭性、クリープ性能を有する
溶接金属が得られる。 【００４０】従って、各種発電ボイラ、化学圧力容器の
安全性と耐久性に寄与する効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｗ、Ｃｕ及びＮとの重量比Ｗ／（Ｃｕ＋Ｎ）と
クリープ強度及び靭性の関係を示す図である。 【符号の説明】 Ａ；特許請求の範囲 Ｂ、Ｃ；特許請求の範囲外
クリープ強度及び靭性の関係を示す図である。 【符号の説明】 Ａ；特許請求の範囲 Ｂ、Ｃ；特許請求の範囲外
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−294793（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−187592（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−268563（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 35/30
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ワイヤ全重量当たり、Ｃを０．０８乃至
０．１５重量％、Ｓｉを０．０５乃至０．３０重量％、
Ｍｎを０．２０乃至０．７０重量％、Ｃｕを０．１０乃
至１．２０重量％、Ｎｉを０．２０乃至１．２０重量
％、Ｃｒを９．０乃至１３．０重量％、Ｍｏを０．３０
乃至０．７０重量％、Ｖを０．１０乃至０．５０重量
％、Ｎｂを０．０２乃至０．０７重量％、Ｗを１．０乃
至２．０重量％、Ｎを０．０８０重量％を超え０．１５
重量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から
なると共に、前記Ｗと、Ｃｕ及びＮとの重量比Ｗ／（Ｃ
ｕ＋Ｎ）が１．０乃至６．０であることを特徴とする高
Ｃｒフェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用ワ
イヤ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24532498A JP3375894B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用ワイヤ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24532498A JP3375894B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用ワイヤ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000071093A JP2000071093A (ja) | 2000-03-07 |
| JP3375894B2 true JP3375894B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=17131976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24532498A Expired - Lifetime JP3375894B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用ワイヤ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3375894B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110029276B (zh) * | 2019-05-23 | 2020-07-07 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 高碳高硅焊接用钢及其制备方法 |
| JP7655009B2 (ja) | 2021-03-04 | 2025-04-02 | 大同特殊鋼株式会社 | 金型補修溶接材料及び金型 |
-
1998
- 1998-08-31 JP JP24532498A patent/JP3375894B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000071093A (ja) | 2000-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001107196A (ja) | 耐溶接割れ性と耐硫酸腐食性に優れたオーステナイト鋼溶接継手およびその溶接材料 | |
| JP3850764B2 (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤ | |
| JP3329261B2 (ja) | 高温高強度鋼用溶接材料および溶接継手 | |
| WO2020196431A1 (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 | |
| CA2259826C (en) | Welding material for high-cr steels | |
| JP3346887B2 (ja) | 高窒素オーステナイト・ステンレス鋼用被覆アーク溶接棒 | |
| JP7235185B1 (ja) | サブマージアーク溶接用メタルコアードワイヤおよびそれを用いたサブマージアーク溶接方法 | |
| JP7658753B2 (ja) | フラックス入りワイヤ | |
| JP2002263883A (ja) | 低合金耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 | |
| JP2000015447A (ja) | マルテンサイト系ステンレス鋼の溶接方法 | |
| JP2742201B2 (ja) | 高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼用ＴＩＧ溶接ワイヤ | |
| JPH0760481A (ja) | 高Ｃｒ高Ｎオーステナイト鋼用溶接材料 | |
| JP2000071093A (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接用ワイヤ | |
| JP3527640B2 (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属 | |
| JP3375868B2 (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用低水素系被覆アーク溶接棒 | |
| JP3375905B2 (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用ガスシールドアーク溶接ワイヤ | |
| JP3217567B2 (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 | |
| JPH09122972A (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 | |
| JPH01215490A (ja) | Ｃｒ−Ｍｏ系低合金鋼用溶接ワイヤ | |
| JP2594265B2 (ja) | ９Ｃｒ−Ｍｏ系鋼用ＴＩＧ溶接用ワイヤ | |
| JPH06262388A (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 | |
| JP3367831B2 (ja) | 高強度フェライト系耐熱鋼用溶接材料 | |
| JP3194207B2 (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 | |
| JP7295418B2 (ja) | 溶接材料 | |
| JP2543801B2 (ja) | 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用被覆ア―ク溶接棒 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081129 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081129 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091129 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101129 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111129 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121129 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131129 Year of fee payment: 11 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |