JPH05161993A

JPH05161993A - Ｃｒ−Ｍｏ系低合金鋼用被覆アーク溶接棒

Info

Publication number: JPH05161993A
Application number: JP35078691A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Goto; 後藤明信; Takeshi Nakagawa; 武中川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1991-12-11
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】特に９％Ｃr低合金鋼用として十分な高温強
度特性と靱性を満足する溶接金属を与えられる被覆アー
ク溶接棒を提供する。【構成】この被覆アーク溶接棒は、各元素Ｍの溶着金
属への歩留を考慮した特定の式に基づく含有量(重量％)
を(Ｍ)で表わすと、(Ｃ):０.１５％以下、(Ｍn):０.３
０〜１.８０％、(Ｓi):０.８０％以下、(Ｃr):８.００
〜１０.５％、(Ｍo):０.７０〜２.３０％、(Ｎi):１.０
０％以下、(Ｎ):０.０５〜０.１０％、(Ｖ):０.０２〜
０.４０％、(Ｎb):０.０１〜０.２５％を含有し、か
つ、((Ｃr)＋(Ｖ))／(Ｎ)を１００以上とし、更に下記
(１)式で表わされるＰＦが１０％以下になるように、心
線及び／又は被覆剤中の成分を調整したことを特徴とし
ている。ＰＦ＝(Ｃr)＋６(Ｓi)＋４(Ｍo)＋１１(Ｖ)＋
５(Ｎb)−４０(Ｃ)−２(Ｍn)−４(Ｎi)−３０(Ｎ) …
(１)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＣr−Ｍo系低合金鋼用被
覆アーク溶接棒に関し、主に９％Ｃr低合金鋼を対象と
して、高温強度特性と靭性が優れた溶接部を与えるため
の被覆アーク溶接棒に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ボイラ
ーのような高温高圧で操業される機器の溶接材料には、
従来よりＣr−Ｍo系低合金鋼用材料が使用され、被覆ア
ーク溶接棒では特公昭６２−５１７１５号などが提案さ
れている。しかしながら、より熱効率を高めるため、操
業時の温度圧力をより高めようとする傾向がある。この
ような要求を満足するものとして、各種９％Ｃr鋼や１
０〜１２％Ｃr鋼があり、それぞれの鋼種に対して既に
多くの溶接材料が提案されている。

【０００３】例えば、特公昭６２−１６７５５号では９
％Ｃr−２％Ｍo鋼用の被覆アーク溶接棒が、特開昭６０
−２６１６９０号、特開昭６１−１８０６９５号、特公
昭６２−１６７５５号及び特公平２−５３１５９号では
９％Ｃr−１〜２％Ｍo鋼用の被覆アーク溶接棒が、更に
特開昭６２−２２０３００号及び特開平１−２１５４９
１号では上記の材料にＷを添加して溶接金属の高温特性
を改善した被覆アーク溶接棒がそれぞれ提案されてい
る。

【０００４】しかしながら、近年の技術の進歩により、
鋼材の改良も行われており、溶接部に要求される性能も
高度化してきている。このような要求に対しては、上記
の既存の提案技術では十分でなく、より高性能の溶接材
料が求められている。特に高温におけるクリープと靱性
を同時に満足する溶接部を与える溶接材料が望まれてい
る。

【０００５】本発明は、上記要請に応えることができ、
Ｃr−Ｍo低合金鋼、特に９％Ｃr低合金鋼用として十分
な高温強度特性(高クリープ強度)を有すると共に靱性も
満足する溶接金属を与えられる被覆アーク溶接棒を提供
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者は、高強度、高靱性を有する溶接部を得る
ためには、フェライト量の調整と、結晶粒の微細化が必
要であることに鑑みて、種々検討の結果、ここに本発明
を完成したものである。

【０００７】すなわち、本発明は、各元素Ｍの溶着金属
への歩留を考慮した下記(２)式に基づく含有量(重量％)
を(Ｍ)で表わすと、(Ｃ):０.１５％以下、(Ｍn):０.３
０〜１.８０％、(Ｓi):０.８０％以下、(Ｃr):８.００
〜１０.５％、(Ｍo):０.７０〜２.３０％、(Ｎi):１.０
０％以下、(Ｎ):０.０５〜０.１０％、(Ｖ):０.０２〜
０.４０％、(Ｎb):０.０１〜０.２５％を含有し、か
つ、((Ｃr)＋(Ｖ))／(Ｎ)を１００以上とし、更に下記
(１)式で表わされるＰＦが１０％以下になるように、心
線及び／又は被覆剤中の成分を調整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を要旨とする
ものである。

【０００８】記ＰＦ＝(Ｃr)＋６(Ｓi)＋４(Ｍo)＋１１(Ｖ)＋５(Ｎb)−４０(Ｃ)−２(Ｍn)− ４(Ｎi)−３０(Ｎ) … (１) 但し、上記(Ｍ)は(２)式

【数２】にて求められる重量％である。ここで、Ｍ：Ｃr、Ｍo等々の元素Ｂw：心線中に含有された元素の溶着金属への歩留係数Ｂf：被覆剤中の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重量に対する重量
％〔Ｍ(％)〕f：被覆剤含有元素の被覆剤全重量に対する
重量％Ａf：溶接棒全重量に対する塗布被覆剤重量比

【０００９】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【００１０】

【作用】

【００１１】本発明に係る被覆アーク溶接棒は、上述の
構成を有するが、特にＮの添加量を規制した点を最も特
徴としている。

【００１２】まず、上記(２)式において、〔Ｍ(％)〕w
及び〔Ｍ(％)〕fは、心線及び被覆剤中への元素配合割
合によって定められる。また、Ａfは被覆剤の重量比率
を表わすものであり、被覆率によって規定されるが、本
発明の用途に用いられる被覆アーク溶接棒では、０.２
３〜０.３２の範囲から選択される。

【００１３】次に、Ｂw及びＢfはおのおの歩留係数であ
るが、これらは各元素と酸素等の親和力の差などによっ
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)等によって影響を受けるが、実用的な範囲は

【表１】に示すとおりである。

【００１３】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における含有量範囲を限定した理由
を以下に示す。

【００１４】(Ｃ)：０.１５％以下Ｃは、オーステナイト安定化元素の１つで、粗大フェラ
イトの析出を抑制する効果があるが、多すぎると溶接金
属の耐割れ性を悪化させるので、０.１５％以下に抑え
る。

【００１５】(Ｍn)：０.３０〜１.８０％Ｍnは、溶接金属の焼入れ性を高め、強度確保の上で不
可欠な元素であり、また、Ｃと同様、フェライトの析出
を抑制する効果もある。そのためには少なくとも０.３
０％以上を含有させる必要があるが、１.８０％を超え
ると焼入れ硬化性が過大となり、溶接金属の耐割れ性が
悪化すると共に、クリープ強度を低下させる。

【００１６】(Ｓi)：０.８０％以下Ｓiは溶接金属の脱酸のために必須の元素であるが、０.
８０％を超えると応力除去焼鈍後のみならず、長時間の
熱時効でも、靱性が低下する。

【００１７】(Ｃr)：８.００〜１０.５０％Ｃrは溶接金属の耐酸化性、耐食性及び高温強度を確保
する上で不可欠な元素であり、そのためには８.００％
以上の添加が必要である。しかし、１０.５０％を超え
ると粗大なフェライトが発生し易くなり、靱性の低下を
招くので好ましくない。

【００１８】(Ｍo)：０.７０〜２.３０％Ｍoは、Ｃrと同様、高温起用度を高めるのに有効な元素
であり、少なくとも０.７０％添加する必要があるが、
２.３０％を超えると粗大なフェライトが発生し易くな
り、靱性の低下を招くので好ましくない。

【００１９】(Ｎi)：１.００％以下Ｎiは、オーステナイト安定化元素であり、粗大フェラ
イトの析出を防ぎ、靱性を安定化する上で有効な元素で
あるが、１.００％を超えて添加すると、高温強度特
性、特にクリープ破断強度を低下する。

【００２０】(Ｖ)：０.０２〜０.４０％Ｖは、必要なクリープ破断強度を得るためには、少なく
とも０.０２％添加する必要があるが、０.４０％を超え
ると靱性が低下する。

【００２１】(Ｎb)：０.０１〜０.２５％Ｎbは、Ｖと同様、クリープ破断強度を高めるのに有効
な元素であり、期待される効果を得るには、少なくとも
０.０１％添加する必要があるが、０.２５％を超えると
靱性が急激に低下する。

【００２２】(Ｎ)：０.０５〜０.１０％、((Ｃr)＋
(Ｖ))／(Ｎ)：１００以上Ｎは、オーステナイト安定化元素であり、９％Ｃr系低
合金鋼において、溶接金属中に適切に添加された場合、
粗大フェライトの析出を抑え、高靱性な溶接金属を得る
のに極めて有効である。本発明者は、溶接試験結果によ
り、クリープ強度を改善するためには、最低０.０５％
以上添加する必要があることを見い出した。

【００２３】しかしながら、従来技術では、溶接金属の
場合は母材と異なり、Ｎを多量に添加することはブロー
ホールの発生につながるため、本発明では他の成分であ
る(Ｃr)及び(Ｖ)との関係式、((Ｃr)＋(Ｖ))／(Ｎ)の値
を１００以上に調整することにより解決した。しかし、
この方法でも、０.１０％を超えると溶接金属中にブロ
ーホールなどの欠陥が発生するので、０.１０％以下に
抑える必要がある。

【００２４】本発明における必須成分の種類及びその最
適含有量は以上のとおりであるが、高温強度特性と靱性
を同時に確実に高めるために、更に重要な点は、次の
(１)式が算出されるＰＦが１０％以下の範囲に規制する
必要がある。ＰＦ＝(Ｃr)＋６(Ｓi)＋４(Ｍo)＋１１(Ｖ)＋５(Ｎb)−４０(Ｃ)−２(Ｍn)− ４(Ｎi)−３０(Ｎ) … (１)

【００２５】この関係式は、各元素の機能及び単位添加
量当りの効果の強さを総合的に検討した結果、得たもの
である。上式において、符号が＋の元素は粗大フェライ
トの析出を促進し、符号が−の元素はオーステナイト安
定化元素で、粗大フェライトの析出を抑制する元素群を
表わし、その比率を規制することにより、本発明の目的
を達成することができる。すなわち、ＰＦが１０％以下
になると、粗大フェライトの発生がなくなり、完全マル
テンサイト組織となり、靱性が安定する。なお、上記式
で、それぞれの元素の前に付した数字は、効果の強さに
対応している。

【００２６】次に本発明の実施例を示す。

【００２７】

【実施例】

【表２】に示す化学成分(wt％)を有する心線と、

【表３】に示す合金成分(wt％)を含有する組成の被覆剤をそれぞ
れ製造し、これらを

【表４】に示す如く組み合わせて被覆アーク溶接棒を製造した。
これらの被覆アーク溶接棒を用いて溶接を行い、表４に
示す化学成分(wt％)の溶接金属を得た。

【表５】に溶接試験結果を示す。

【００２８】なお、、被覆率Ａfは３０％とした。母材
には改良９Ｃr−Ｍo鋼を使用した。

【００２９】表５より明らかなように、本発明例は、い
ずれも、優れた高温強度特性(高クリープ強度)と靱性を
有し、健全な溶接金属が得られている。また溶接作業性
も良好である。

【００３０】一方、個々の化学成分の含有量が本発明範
囲外を外れているか、或いは個々の化学成分の含有量が
本発明範囲内であってもＰＦの値が本発明範囲外である
比較例は、Ｃr−Ｍo系低合金鋼用として十分な性能の溶
接金属が得られていない。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Ｃr−Ｍo低合金鋼、特に９％Ｃr低合金鋼用として特に
高温におけるクリープと靱性を同時に満足する溶接部を
与えることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各元素Ｍの溶着金属への歩留を考慮した
下記(２)式に基づく含有量(重量％、以下、同じ)を(Ｍ)
で表わすと、(Ｃ):０.１５％以下、(Ｍn):０.３０〜１.
８０％、(Ｓi):０.８０％以下、(Ｃr):８.００〜１０.
５％、(Ｍo):０.７０〜２.３０％、(Ｎi):１.００％以
下、(Ｎ):０.０５〜０.１０％、(Ｖ):０.０２〜０.４０
％、(Ｎb):０.０１〜０.２５％を含有し、かつ、((Ｃr)
＋(Ｖ))／(Ｎ)を１００以上とし、更に下記(１)式で表
わされるＰＦが１０％以下になるように、心線及び／又
は被覆剤中の成分を調整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。記ＰＦ＝(Ｃr)＋６(Ｓi)＋４(Ｍo)＋１１(Ｖ)＋５(Ｎb)−４０(Ｃ)−２(Ｍn)− ４(Ｎi)−３０(Ｎ) … (１) 但し、上記(Ｍ)は(２)式【数１】にて求められる重量％である。ここで、Ｍ：Ｃr、Ｍo等々の元素Ｂw：心線中に含有された元素の溶着金属への歩留係数Ｂf：被覆剤中の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重量に対する重量
％〔Ｍ(％)〕f：被覆剤含有元素の被覆剤全重量に対する
重量％Ａf：溶接棒全重量に対する塗布被覆剤重量比