JPH01215491A - Ｃｒ−Ｍｏ系低合金鋼用被覆アーク溶接棒 - 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、１２重量％（以下、単に％で表わす）Ｃｒ低
合金鋼等のＣｒ−Ｍｏ系低合金鋼用の溶接ワイヤに関し
、クリープ破断強度及び靭性の双方が優れ−た溶接部を
得る９とができるＣｒ−Ｍｏ系低合金鋼用被覆アーク溶
接棒に関する。

［従来の技術］ ボイラーのような高温高圧で操業される機器の設計に際
しては、熱効率を高めるために、操業時の温度及び圧力
を可及的に高めようとする傾向がある。このようなボイ
ラー等の用途に使用される材料としては、９％Ｃｒ鋼又
は１０〜１２％Ｃｒ鋼等の耐熱鋼があり、この従来のＣ
ｒ鋼について種々の溶接材料が提案されている０例えば
、特公昭６２−１６７５５には９％Ｃｒ−２％Ｍｏ鋼用
の被覆アーク溶接棒が開示されており、特開昭６２−２
２０３００には９％Ｃｒ−１〜２％ＭＯ鋼用の被覆アー
ク溶接棒が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 而して、近時、上記鋼の添加成分であるＭＯの一部をＷ
に置き換え、Ｗを添加することにより、更に一層高温で
のクリープ破断強度を向上させた高温高強度鋼が開発さ
れた。しかしながら、上記従来の被覆アーク溶接棒はい
ずれもこの改良鋼に対しては性能上不十分である０例え
ば、特開昭６２−２２０３００に開示された溶接棒は、
９％Ｃｒ鋼用であり、１２％Ｃｒ鋼にまで適用すること
はできない。

また、従来の溶接棒においては、その開発に際して、溶
接部の靭性については特には考慮されていない、つまり
、従来、溶接部のクリープ破断強度が重視されているた
めに、溶接部の靭性が不十分となり易く、従来の溶接棒
により溶接部のクリープ破断強度と靭性とを両立させる
のは困難であった。しかしながら、高温で操業される機
器であっても、操業停止時には環境温度まで冷却される
ため、靭性を無視することはできない、従って、クリー
プ破断強度及び靭性の双方を同時に満足する溶接部を得
ることができる溶接材料が望まれていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
１２％Ｃｒ低合金鋼用の溶接棒として、十分なりリープ
破断強度を有すると共に靭性も優れた溶接部を形成する
ことができるＣｒ−Ｍｏ系低合金鋼用被覆アーク溶接棒
を提供することを目的とする： ［課題を解決するための手段］ 本発明に係るＣｒ−Ｍｏ系低合金鋼用被覆アーク溶接棒
は、Ｃ，Ｍｎ、ＳＬ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ。

Ｗ、Ｎ、Ｖ及びＮｂの各添加成分を、下記（ａ）式にて
示す（Ｍ）　（但し、Ｍは上記各成分を現わす）が下記
（ｂ１）式乃至（ｂｓｏ）式の不等式にて示す範囲に入
ると共に、下記（ｃ）式にて示すＰｆが１．００乃至５
．００になるように、心線及び／又は被覆剤中に添加し
たことを特徴とする。

（Ｍ）　＝　（Ｂ、Ｘ　（Ｍ（％）〕１）ｌ−八ず ０．０７≦（Ｃ）５０．１８重量％　　　・・・（ｂｌ
　）０．３≦（Ｍｎ）≦　２．０重量％　　”（ｂａ）
（Ｓｔ）≦　０．６重量％　　・・・（ｂｓ　）１１　
　≦（Ｃｒ）≦１３重量％　　　”（ｂｉ）０．３≦（
ＭＯ）５１．５０重量％　　・・・（ｂ５）−（Ｎｉ）
≦　１．０重量％　　・・・（ｂ６）０．２０≦（Ｗ）
５１．５０重量％　　　・・・（ｂ））０．０２≦（Ｎ
）≦０．０８重量％　　　”（ｂａ）０．０２≦（Ｖ　
）　５０．４０重量％　　　”（ｂａ）０．０１≦（Ｎ
ｂ）５０．２５重量％　　＝　（ｂ　ｔｏ）・・・　（
Ｃ） 但し、 Ｂｗ：心線中に含有された元素の溶着金属への歩留係数 Ｂｔ：被覆剤中に含有された元素の溶着金属への歩留係
数 （Ｍ（％）〕Ｗ：心線含有元素の心線全質量に対する重
量％ （１４（％）〕ｔ：被覆剤被覆剤含有波覆剤全質量に対
する重量％ Ａｆ：溶接棒全質量に対する塗布被覆剤重量比また、Ｔ
１は任意添加成分であるが、前記（ａ＞式により求まる
（Ｔ１）が下記（ｂｌｔ）式を満足するようにＴ１を添
加することが−好ましい。

（Ｔｉ）５０．１重量％　　　　・・・（ｂ　ｉｔ）［
作用］ 高クリープ強度及び高靭性を有する溶接部を得るために
は、溶接金属のフェライト量の調整と、結晶粒の微細化
が必要である０本願発明者等は従来困難とされていた高
クリープ破断強度及び高靭性の双方を満足させる被覆ア
ーク溶接棒を開発すべく種々検討した結果、下記組成の
溶接棒を得るに至った。

以下、本発明に係る被覆アーク溶接棒の各成分の添加理
由及び組成限定理由について説明する。

但し、成分をＭとすると、（Ｍ）は下記（ａ）により求
まる。

上記（ａ）式において、〔元素記号（％）〕１ｗび〔元
素記号（％）〕；は、心線及びフラックス（被覆剤）中
への元素配合量によって定められる。

またＡｔは被覆剤の門量比率を示すものであり、被覆剤
の被覆率を表すファクターであるが、本発明に係る被覆
アーク溶接棒においては、このＡｔは０．２３〜０．３
２の範囲から選択される。

更に、Ｂ、及びＢｔは夫々歩留係数である。この歩留係
数は、各元素と酸素等との親和力の相違等に起因して異
なり、また同じ元素でも被覆剤の成分（例えばスラグ形
成剤、アーク安定剤、ガス発°生剤等の一般的配合成分
の内容）等によって相異なるが、実用的な範囲は下記第
１表に示すとおりである。

第１表 このような条件下において、最終的に各合金元素の前記
歩留式（ｂ１）乃至（ｂｌｔ）における数値限定範囲を
設定した理由について説明する。

Ｃ：０．０７〜０．１８％ Ｃは、オーステナイト安定化元素の一つで、粗大フェラ
イトの析出を抑制する作用を有する。この粗大フェライ
トの析出抑制のためには、（Ｃ）を０．０７％以上にす
る必要があるが、（Ｃ）が多すぎると、溶接金属の耐割
れ性を悪化させるので、（Ｃ）は０．１８％以下に抑え
る必要がある。

Ｍｎ　　：　　０．３〜２．０％ Ｍｎは、溶接金属の焼き入れ性を高め、高強度を確保す
る上で不可欠の元素である。このような作用を得るため
には、（Ｍｎ）が少なくとも０．３％以上になるように
Ｍｎを添加する必要がある。

しかしながら、（Ｍｎ）が２．０％を超えると焼き入れ
硬化性が過大となり、耐割れ性が悪化する。

このため、（Ｍｎ）は０．３〜２．０％にする。

Ｓｉ：０．６％ｒ Ｓｔは溶接金属の脱酸のために必須の元素である。しか
しながら、（Ｓ１）が０．６％を超えると、長時間の熱
時効により、靭性が低下する。このため、（ＳＬ）は０
．６％以下にする。

Ｃｒ　　：　１１〜１３％ Ｃｒは、溶接金属の耐酸化性、耐食性及び高温強度を確
保する上で不可欠の元素であり、適用鋼種に応じて１１
〜１３％の範囲で添加するのが好ましい、（Ｃｒ）が１
１％未満の場合は、高温強度が不十分となり、１３％を
超える場合は、粗大フ王ライトが出やすくキリ・靭性を
低下させる・従°て・Ｃ・含有！宝上記範囲に制限する
・ Ｍｏ、　　　：　　０．．３〜１．５％Ｍｏは、Ｃｒと
同様に高温強度を一高めるのに有効な元素であり、この
ためには（ＭＯ）を０．３％以上にすりｅ要がある。し
かしながら、（ＭＯ）を１．５％を超えて添加すると、
溶接部性能を悪化させるので好ましくない。

Ｎｉ：１．０％ｒ Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、粗大フ１エ
ライトの析出を防止し、靭性を確保する上で有効な元素
である。しかし、（Ｎ１）が１．０％を超えると、高温
強度特性、特に、クリープ破断強度が低下してしまう、
従って、（Ｎｉ）は１．０％以下とする。

Ｗ：０．２〜１．５％ Ｗは、Ｍｏと同様に高温強度特性を高めるのに有効な元
素である。（Ｗ）が０．２％未満の場合は、このような
効果が得られず、１．５％を超えると溶接金属が硬くな
り過ぎ、靭性が低下する。

Ｖ　　：　０．０２〜０．４０％ ■は、クリープ破断強度を高める元素である。

必要なりリープ破断°強度を得るためには、（Ｖ）が０
．０２％以上になるように、■を添加する必要があるが
、（Ｖ）が０．０４％を超えると靭性が低下する。

Ｎ　ｂ　　：　０．０１〜０．２５％ Ｎｂは、■と同様にクリープ破断強度を高めるのに有効
な元素である。（Ｎｂ）が０．０１％未満の場合は所要
のクリープ破断強度を得ることができない、しかしなが
ら、（Ｎｂ）が０．２５％を超えると、靭性が急激に低
下する。このため、（Ｎｂ）を上記範囲に制限する。

（Ｎ　　：　０．０２〜０．０８％ Ｎは、オーステナイト安定化元素である。９〜１２％Ｃ
，ｒ低合金鋼において、溶接金属中にＮが適切量添加さ
れた場合には、粗大フェライトの析出が抑制されるので
、高靭性の溶接金属を得ることができる。従って、Ｎは
溶接部の靭性向上に極めて有効である。この靭性向上に
有効な（Ｎ）量は、０．０２％以上である。一方、（Ｎ
）が０．０８％を超えると、溶接金属中にブロホール等
の欠陥が発生するので、（Ｎ）を０．０８％以下に抑え
る必要がある。

このため、（Ｎ）は０．０２〜０．０８％にする。

Ｔｉ：０．１％ｒ Ｔｉは、′脱酸元素又は組織微細化元素として任意的に
添加される。しかしながら、このＴｉを多量に添加する
と、溶接金属の靭性を低下させるので、Ｔｉを添加する
場合は、（Ｔ１）が０．１％以下になるようにする。

本発明における必須元素の種類及びその最適含有量は以
上の通りであるが、高温強度特性と靭性との双方の特性
を確実に高めるためには、下記（１）式により算出され
るＰｆが１．００〜５．００の範囲になるように、各成
分の含有量を調整する必要がある。

・・・　（Ｃ） 本願発明者等は、上述の各元素の作用及び単位添加量当
りの効果の強さを総合的に検討し、溶接部の特性を示す
ファクターとして上記（１）式を得た。この（１）式の
分子は、高温強度特性を高める一方、粗大フェライトの
析出を促進する元素群であり、分母は、オーステナイト
安定化元素であって、粗大フェライトの析出を抑制する
元素群を表す、なお、各元素記号の前に付した係数は効
果の強さに対応している。この（１）式の分子に記載さ
れた元素群と分母に記載された元素群との比率を所定範
囲に制限することにより、高温強度と靭性との双方を確
実に向上させることができる。

つまり、（１）式のＰｆが１．０θ未満になると、粗大
フェライトは発生しなくなるものの、溶接金属が完全マ
ルテンサイト組織となってしまい、硬さが硬くなりすぎ
て、溶接金属の耐割れ性が著しく低下する。一方、逆に
、Ｐｒが５．００を超えると、粗大フェライトの析出が
生じ、靭性の低下が著しい。

なお、溶接ワイヤには、通常不純物としてＰ及びＳ等が
含まれているが、本発明においても、これらの不純物成
分は少ない方（例えば、０．０２０％以下）がよいこと
はいうまでもない。

［実施例〕 次に、本発明の実施例について、本願特許請求の範囲か
ら外れる比較例と比較して説明する。下記第２表は心線
の組成を示し、第３表は被覆剤中の合金成分の含有量を
示す、なお、第２表において、残部はＦｅ及び不可避的
不純物である。また、第３表において、残部は一般的な
アーク安定剤及び造滓剤を含む。

第２表 この第２表に示す組成の心線と、第３表に示す組成の被
覆剤とを製造し、これらを下記第４表に示すようにして
組み合わせて被覆アーク溶接棒を製造した。そして、こ
れらの溶接棒を使用して１２％Ｃｒ鋼の溶接を実施した
。その結果、得られた溶着金属の組成を第４表に併せて
示す、また、下記第５表にその溶接試験結果を示す゛、
なお、機械試験はＰＷＨＴ（７６０℃×２時間）後に実
施した。また、溶接作業性が不良であった溶接棒５゜６
については機械試験を実施することができなかった。

この第５表から明らかなように、本実施例の溶接棒１至
３により溶接した場合は、溶接金属のシャルピー衝撃値
及びクリープ破断強度のいずれも十分に高い値が得られ
た。これに対し、各題成が　−本願特許請求の範囲で示
した組成範囲から外れている比較例はいうまでもなく、
溶接棒ＮＩＬ１５，１６のように、各成分自体は前記組
成範囲を満足しているもののＰ、の値が特許請求の範囲
から外れているものは、シャルピー衝撃値又はクリープ
破断強度の少なくとも一方が低く、十分な性能が得られ
ない。

［発明の効果］ 本発明によれば、溶接棒の心線及び被覆剤の組成を所定
範囲にすると共に、溶接金属の特性ファクターであるＰ
ｆ値を所定範囲に制限したから、本発明に係る被覆アー
ク溶接棒を使用することにより、高温強度及び靭性の双
方の特性が優れた溶接部を形感することができ、本発明
に係る被覆アーク溶接棒はＣｒ−Ｍｏ系低合金鋼用の溶
接棒として極めて有益である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｗ，Ｎ，Ｖ
   及びＮｂの各添加成分を、下記（ａ）式にて示す（Ｍ）
   （但し、Ｍは上記各成分を現わす）が下記（ｂ＿１）式
   乃至（ｂ＿１＿０）式の不等式にて示す範囲に入ると共
   に、下記（ｃ）式にて示すＰ＿ｆが１．００乃至５．０
   ０になるように、心線及び／又は被覆剤中に添加したこ
   とを特徴とするＣｒ−Ｍｏ系低合金鋼用被覆アーク溶接
   棒。 （Ｍ）＝｛Ｂ＿ｗ×〔Ｍ（％）〕＿ｗ｝ ＋｛Ａ＿ｆ／（１−Ａ＿ｆ）×Ｂ＿ｆ×〔Ｍ（％）〕＿
   ｆ｝・・・（ａ）０．０７≦（Ｃ）≦０．１８重量％・
   ・・（ｂ＿１）０．３≦（Ｍｎ）≦２．０重量％・・・
   （ｂ＿２）（Ｓｉ）≦０．６重量％・・・（ｂ＿３） １１≦（Ｃｒ）≦１３重量％・・・（ｂ＿４）０．３≦
   （Ｍｏ）≦１．５０重量％・・・（ｂ＿５）（Ｎｉ）≦
   １．０重量％・・・（ｂ＿６） ０．２０≦（Ｗ）≦１．５０重量％・・・（ｂ＿７）０
   ．０２≦（Ｎ）≦０．０８重量％・・・（ｂ＿８）０．
   ０２≦（Ｖ）≦０．４０重量％・・・（ｂ＿９）０．０
   １≦（Ｎｂ）≦０．２５重量％・・・（ｂ＿１＿０）Ｐ
   ＿ｆ＝｛（Ｃｒ）＋６（Ｓｉ）＋４（Ｍｏ）＋２（Ｗ）
   ＋１０（Ｖ）＋５（Ｎｂ）｝／｛４０（Ｃ）＋２（Ｍｎ
   ）＋４（Ｎｉ）＋３０（Ｎ）｝・・・（ｃ） 但し、 Ｂ＿ｗ：心線中に含有された元素の溶着金属への歩留係
   数 Ｂ＿ｆ：被覆剤中に含有された元素の溶着金属への歩留
   係数 〔Ｍ（％）〕＿ｗ：心線含有元素の心線全質量に対する
   重量％ 〔Ｍ（％）〕＿ｆ：被覆剤含有元素の被覆剤全質量に対
   する重量％ Ａ＿ｆ：溶接棒全質量に対する塗布被覆剤重量比（２）
   前記添加成分として、Ｔｉを前記（ａ）式により求まる
   （Ｔｉ）が０．１重量％以下になるように添加したこと
   を特徴とする請求項１に記載のＣｒ−Ｍｏ系低合金鋼用
   被覆アーク溶接棒。