JPH01197073A - スーパーアロイクラッド鋼の継手溶接方法 - 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〕 本発明は完全オーステナイト系ステンレス鋼あるいは鉄
基、ニッケル基のスーパーアロイクラッド鋼の継手溶接
法に関する。

〔従来の技術〕

一般のステンレス鋼よりニッケル含有量を１５〜２０％
以上に高めたいわゆる完全オーステナイト系ステンレス
鋼あるいは鉄基、ニッケル基のスーパーアロイは、高い
耐食性、耐応力腐食割れ抵抗、耐熱強度等を有しており
、石油ガス生産用ラインパイプ、ガス処理プラント、一
般化学プラント、製紙プラント等用に使用され始めてい
る。

これら合金は一般に価格が高く、また鋼に比べて強度も
低いため、これら合金を合材として強度を高め且つ経済
的に利用したクラツド鋼が広く利用されるようになって
きた。これらのクラツド鋼は通常、溶接施工され、構造
物として使用される。クラツド鋼は性質の異なる２種以
上の材料から成るため溶接方法には工夫を必要とするが
、今まで経済的且つ十分な継手性能を有する溶接方法が
種々提案されており、すでに実用化されている。構造物
としてのクラツド鋼の継手溶接は、−般に第３図（イ）
、（ロ）に示す如く行なわれている。すなわち、第３図
（イ）においては、合材１側を開口部とする■型開光を
設け、開先底部より母材２と同等組成の溶接金属３で母
材２を溶接した後、母材溶接金属３の−Ｆに合金組成が
合材１と同等か、あるいはそれ以上の高合金組成を有す
る溶接材料を用いて合材１を溶接し、合材１と同等か或
はそれ以上の性能を有する合材溶接金属４を得ていた。

また第３図（ロ）ではＸ型開先を設け、まず母材２側よ
り母材２を母材２と同等の母材溶接金属３ａにより溶接
し、次いで合材ｉ側より母材２を母材２と同等の母材溶
接金属３ｂを溶接し、該溶接金属３ｂの上に合材１と同
等、あるいはそれ以上の高合金の合材溶接金属４により
溶接して良好な溶接継手を得ていた。

このように、ステンレスクラット鋼の継手溶接作業が合
材！側から実施可能な場合は第３図（イ）、（ロ）に基
いて説明した方法で問題なく行なわれるが、内面がスー
パーアロイからなるクラツド鋼管の管同志の周継手、密
閉容器あるいは比較的面積が広く実際上、溶接個所の反
転が困難なりラッド鋼板等の溶接においては、母材側に
開いた溶接開先を設け、溶接は母材側からのみ施工せざ
るを得ない場合が多い。この様な場合の溶接法としては
、第４図に示す様な方法が従来から用いられている。す
なわち合材１もしくは、これと略同等の溶接材料４′を
合材１側から母材２側に至る全厚に適用していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に示す従来の溶接方法では、合材側に合材相当の
溶接材料で溶接した後、そのトを母材相当の溶接材料で
溶接すると、母材溶接金属は合材側溶接金属を溶融し多
量のクロム、ニッケル、モリブデン等の合金をピックア
ップすることにより高温割れ、あるいは低温割れを発生
し、さらに延靭性が著しく低下する。

又、第４図の従来の方法では、１種類の溶接材料を使う
点では筒便ではあるが、次の様な欠点を有している。す
なわち、母材側から溶接作業を行なって、クラツド鋼全
厚をスーパーアロイ系高合金鋼を用いて溶接すると、溶
接材料費が高額となり、また溶接金属は全てスーパーア
ロイ系で構成されるために母材によっては溶接継手部の
強度が母材強度を下回る恐れもある。さらに、スーパー
アロイクラッド鋼の構造物は、高温域又は高温と室温と
の間のくり返えし温度域等の熱環境下で使用されること
が多く、この様な使用条件下では、溶接金属の全層がス
ーパーアロイで構成されると、溶接金属と母材との熱膨
張係数の相違のために熱応力を発生して溶接継手が変形
したり、母材から溶接金属へ炭素の拡散のために母材と
のポンド部のクリープ強度が低下するといフた問題があ
った。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、初層をス
ーパーアロイ系合金で溶接した後、割れおよび延靭性低
下の防止を目的とした特殊な中間層を設け、その上を母
材相当の溶加材で溶接することで解決することを試みた
。

すなわち、本発明は、　Ｎｉ含有量が重量％で１５％以
上のステンレス鋼もしくは、　Ｎｉ基合金を合材とし炭
素鋼もしくは低合金鋼を母材とするスーパーアロイクラ
ッド銅の継手溶接において、母材側を開口とする開先を
設け、最初に合材と略同等の化学組成の溶加材により合
材部を溶接し、この合材溶接金属のトに化学組成が重量
％でＣｒ　１０％〜４０％、残部Ｆｅならびに不可避不
純物元素からなる溶加材を用いて第１中間層を溶接した
後、化学組成が重量％でＣ０．０２％以下、Ｓｉ　０．
１〜０．３％およびＴｉ　０．３〜１．０％、Ｎｂ　０
．３〜１．０％の１種または２種を含み、残部がＦｅな
らびに不可避不純物元素からなる溶加材を用いて第２中
間層を溶接し、さらに該第２中間層−トに母材と同等の
炭素鋼もしくは低合金鋼溶加材にて最終層まで溶接する
ことを特徴とするスーパーアロイクララ１〜鋼の継手溶
接方法、である。

〔作用〕

本発明に係るスーパーアロイクラッド鋼の継手溶接方法
の詳細を図面を参照して説明する。第１図において、継
手部の両開材２側を開口部とするＶ型開光を設け、百合
材１は突き合わせとしである！開先はＶ型具外にＵ型も
使用できる。

まず最初に、合材１のみの、溶接が行なわれ、合材溶接
金属４で接合される。この場合に合材１゜１のみを溶融
させることができれば、溶加材を用いる必要はないが、
母材２，２の一部を溶融させる恐れのある場合には合材
１よりも合金組成の高い溶加材を用いて溶接し、合材溶
接金属４の化学組成が所定の組成範囲に入るようにする
必要がある。次に合材溶接金属４の上に、高Ｃｒ系の溶
加材を用いて第１中間層を１層以上溶接する。この際に
得られる第１中間層溶接金属５のミクロ組織が母材２な
らびに合材溶接金属４からの溶は込みにより、フェライ
ト相量が面積率で３％〜４０％で残部がオーステナイト
相がなるようにしなければならない。

この様な第１中間層溶接金属５を得るためには重量％で
Ｃｒ　１０〜４０％、残部Ｆｅならびに不可避不純物元
素からなる溶加材を使用する必要がある。第１中間層金
属５のミクロ組織を上記の範囲にコントロールすること
により、高温割れあるいは延靭性の低下が防止できる。

次にこの上に母材相当の炭素鋼あるいは低合金鋼の溶加
材で溶接すると、第１中間層溶接金属５のＮｉ、　Ｃｒ
、　Ｍｏ等が混入し、炭素鋼溶接層は低温割れ、あるい
は著しい延靭性の低下を招く。この様な合金元素が混入
しても、割れあるいは延靭性の低下を防止するためには
、溶加材は十分低いＣ含有量で且つＣを炭化物として安
定化させるためにＴｉあるいはＮｂを含有している必要
がある。すなわち重量％でＣ０．０２％以下、Ｓｉ　０
．１〜０．３％およびＴｉ　０．３〜１．０％、Ｎｂ　
０．３〜１．０％の１種または２種を含み、残部をＦｅ
ならびに不可避不純物元素からなる溶加材を用いて溶接
しなければならない。

次に上記溶加材を溶接して得られた第２中間層溶接金属
６の上に母材２と同等かそれ以上の合金元素を含有する
溶加材を用いて両開材２の全厚を母材溶接金属３によっ
て接合する。これに適用される溶接法、特に低炭素中間
肉盛法としては、低入熱、低希釈溶接が望ましく、パル
ス−ＴＩＧ溶接、パルス−ＭＩＧ溶接、被覆アーク溶接
が適しているが、被覆アーク溶接の場合は溶接棒の棒径
を４ｍｍφ以下とする。

次に第１中間層を溶接するための溶加材の化学組成の限
定理由について述べる。

第１中間層溶接金属５を溶接する際に適用される溶加材
のＣｒ量１０％以下にすると、第１中間層溶接金属５の
ミクロ組織がほぼ１００％オーステナイト相になるため
高温割れが発生する。一方４０％以上のＣｒ含有量にな
ると第１中間層溶接金属５が極めて高いＣｒ含有量にな
り、極めて延靭性の低いものになる。次に第２中間層溶
接金属６を溶接する際に使用される溶加材の組成の限定
理由について説明する。

Ｃが低いほど第２中間層溶接金属６の硬度は低く、靭性
も良好となる。しかし、Ｃ０．０２％以上になると第２
中間層溶接金属６は、母材２に含有する炭素の移動によ
って炭素が濃化し、極めて硬度が高くなり、第２中間層
溶接金属６の性能劣化を招く。Ｓｉは溶加材の溶融時に
おける流動性を良好とし、且つ脱酸剤として作用する。

′脱酸剤としてＳｉはｏ、ｉ％以上を必要とし、　０．
３％以上添加すると靭性の著しい低下を招くのでその範
囲を０．１〜０．３％とした。ＴｉとＮｂは、Ｃを固定
するために必要な元素であり、ＴｉはＣ量の４倍以上、
ＮｂはＣ量の８倍以上を必要とするが、過剰のＴｉ、Ｎ
ｂの添加による靭性の低下および経済性を考慮して、そ
れぞれ１．０％以下とした。また溶接時にＴｉ、　Ｎｂ
は空気中へ飛散し、有効量が減少するのでそれぞれの下
限値を０．３％とした。

〔実施例〕

つぎに、本発明の詳細な説明する。供試材として、合材
に厚さ２．５ｍｍのインコロイ８２５材を母材に厚さ１
９ｎ＋ｍのＡＰＩ　５Ｌ−Ｘ６０材から成るスーパーア
ロイクラッド鋼板を使用した。開先形状は第２図（イ）
に示すごとく、Ｖ型で母材２の開先角度α＝α’＝３０
”である。まず、第２図（イ）に示す開先形状の合材１
をインコネル６２５のＴＩＧ溶接棒を用いて第２図（ロ
）に示すごとく溶接し、合材溶接金属を得た。次いで合
材溶接金属上に中間層用溶加材として第１表の化学組成
を有する高Ｃｒ系の溶加材を第２表に示した溶接条件で
肉盛りしたく試験Ｎｏ、１〜Ｎｏ、４）。比較のため、
普通炭素鋼溶加材（試験Ｎｏ、５）を用い、インコネル
６２５層の上に被覆アーク溶接法により第２表の溶接条
件にて母材側全厚最終層まで溶接した（試験Ｎｏ、５）
。

第１表　　中間層用溶加材の化学組成（重量％）次いで
試験Ｎｏ、１では第１中間層溶接金属の上に第２図（ニ
）に示すごとく、パルスＴＩＧ溶接により、第２中間層
溶接金属の１層溶接を行なった。

さらに第２中間層溶接金属の上に第２図（ホ）に示すご
とく軟鋼系被覆アーク溶接により母材溶接金属を最終層
まで溶接した。

なお、溶接前の予熱ならびに溶接後の熱処理は全く行な
っていない。

上記の手順により得られた中間層溶接金属の化学組成を
第３表に、また継手溶接部の機誠試験の結果を第４表に
示す。

第４表に示す如くインコネル６２５溶接層のトを直接母
材相当の炭素鋼溶接材料で肉盛りしたもの（試験Ｎｏ、
５）は炭素鋼溶接層は著しい延性の低下を招くとともに
、溶接直後すでにインコネル６２５溶接層直上の炭素鋼
溶接層に多数の高温割れの発生しているのか認められた
。

第３表　　中間層用溶加材の化学組成０ル杉の第４表　
継手溶接部の機械試験結果 なお、木・発明による方法で溶接した継手は十分な延性
を示すとともに、割れも認められず、炭素鋼管同志の溶
接継手とほぼ同等の機械的性質が得られた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、合材は合材相当
の、母材は母材相当の溶接材料を用いることができ、溶
接材料にもクラツド材の特性を与えることが出来る。ま
た本発明は広幅大面積のクラツド鋼板の場合は反転する
必要がなく、密閉容器の場合は炭素鋼側母材からのみ溶
接施工できるため、内面合せ材を汚すことなく経済的な
効果も大きい。さらにクラツド鋼管の様に地中や海中に
埋設される場合、周継手部がスーパーアロイ系であると
母材との腐食電位差のため腐食を生じる恐れがあり、ま
た一般にスーパーアロイは樹脂コーテイング性が悪いと
されており、本発明による溶接法は耐食性、経済性両面
から最適な溶接継手を提供できるといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶接継手の一実施例の断面図、第
２図　（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）は本発
明の溶接手順の一実施例を示す断面図、第３図（イ）、
（ロ）および第４図はそれぞれ従来の溶接継手の断面図
である。 １・・・・・・合材 ２・・・・・・母材 ３−−−−−−母材溶接金属 ４．４°・・・合材溶接金属 ５・・・・・・第１中間層溶接金属 ６・・・・・・第２中間層溶接金属 特許出願人　　株式会社日本製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ含有量が重量％で１５％以上のステンレス鋼
   もしくは、Ｎｉ基合金を合材とし炭素鋼もしくは低合金
   鋼を母材とするスーパーアロイクラッド鋼の継手溶接に
   おいて、母材側を開口とする開先を設け、最初に合材と
   略同等の化学組成の溶加材により合材部を溶接し、この
   合材溶接金属の上に化学組成が重量％でＣｒ１０％〜４
   ０％、残部Ｆｅならびに不可避不純物元素からなる溶加
   材を用いて第１中間層を溶接した後、化学組成が重量％
   でＣ０．０２％以下、Ｓｉ０．１〜０．３％およびＴｉ
   ０．３〜１．０％、Ｎｂ０．３〜１．０％の１種または
   ２種を含み、残部がＦｅならびに不可避不純物元素から
   なる溶加材を用いて第２中間層を溶接し、さらにこの第
   ２中間層上に母材と同等の炭素鋼もしくは低合金鋼溶加
   材にて最終層まで溶接することを特徴とするスーパーア
   ロイクラッド鋼の継手溶接方法。