JPH0794070B2 - クロム−モリブデン鋼の溶接方法 - Google Patents

クロム−モリブデン鋼の溶接方法

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JPH0794070B2
JPH0794070B2 JP30383886A JP30383886A JPH0794070B2 JP H0794070 B2 JPH0794070 B2 JP H0794070B2 JP 30383886 A JP30383886 A JP 30383886A JP 30383886 A JP30383886 A JP 30383886A JP H0794070 B2 JPH0794070 B2 JP H0794070B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はクロム−モリブデン(Cr−Mo)鋼の溶接方法に
係り,特に機器構成部材の溶接もしくは補修溶接におい
て,溶接により生ずる軟化部を,溶接した部材の応力集
中部より離れた位置に移動させることによって機器の破
壊を防止するCr−Mo鋼の溶接方法および溶接後の熱処理
方法に関する。
〔従来の技術〕
火力発電プラントあるいは化学装置などの高温,高圧で
使用される機器材料としてはCrとMoを添加した耐熱性の
Cr−Mo鋼が使用されている。この理由は,CrおよびMo添
加による析出強化および固溶強化によって強度が向上す
ること,さらに緻密なCr酸化物の形成により耐酸化性が
向上するためである。現在使用されているCr−Mo鋼のCr
含有量は2.25重量(wt)%以下のものが大部分である。
しかし,オーステナイト系ステンレス鋼と比較すると高
温強度,耐酸化性が大幅に劣ることから,さらにCr含有
量を8〜13重量%に増大させると共に,焼ならし後,焼
もどし処理を行うことによって焼もどしてルテンサイト
あるいは焼もどしベーナイト組織となるように調質して
高温強度と耐酸化性を向上させたCr−Mo鋼が開発され,
その一部はオーステナイト系ステンレス鋼の代替材料と
して実用化されている。
このようなCr−Mo鋼の特性を調査したところ,溶接や熱
間曲げ加工に伴う加熱によって特定の温度範囲に加熱さ
れた領域が軟化し,強度低下を生ずることが明らかにな
った。第3図は,9(wt)%Cr−1(wt)%Mo鋼の管(45
mmφ×10mmt)を,初層をガス・タングステン・アーク
溶接(GTAW),2層以降をシールドメタル・アーク溶接
(SMAW)法によって周溶接し(予熱:200℃,入熱:20kJ/
cm,後熱処理:740℃×1h),その継手から外径6mm,長さ3
0mmの試験片を採取し,単軸クリープ破断テストを行っ
た結果である。継手のクリープ破断強度は,母材に比べ
低下し,破断位置は溶接熱影響部最外層であった。第4
図は,この継手のビッカース硬さ(Hv)分布を示したも
のであるが,溶接熱影響部最外層で軟化しており,破断
位置と対応している。さらに詳細に検討すると,軟化す
る部分は溶接や熱間曲げ加工によりA3変態点(フェライ
トからオーステナイトへの変態が完了する温度,この材
料では870〜890℃)直上に加熱され,結晶粒が微細化し
た部分が溶接後の熱処理により軟化することが分かっ
た。この対策として,本発明者らは先に,変態点以上の
局部加熱を伴う溶接や熱間曲げ加工が実施されるCr−Mo
鋼において,焼ならし後の焼もどし処理温度を,使用す
る材料のA1変態点(フェライトからオーステナイトへの
変態を開始する温度)よりも150℃低い温度以下として
焼きもどし処理を行い,溶接あるいは熱間曲げ加工を行
った後、A1変態点よりも100℃低い温度以上で後熱処理
することにより,軟化部の発生を防止するCr−Mo鋼の熱
処理法の発明を出願している(特願昭61−134948号)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した本発明者らの出願にかかるCr−Mo鋼の熱処理法
の発明は,新規に火力発電プラントや化学装置を製作す
る場合に非常に有効な方法であるが,これには,製作組
立後の欠陥補修のための補修溶接についての配慮がなさ
れていなかった。すなわち,上記発明の要点は母材の焼
もどし温度を低くして溶接後の熱処理温度を高くするこ
とにあるが,これらのプラントの製作,組立の時点で
は,すでに溶接部,熱間曲げ加工部を含む全体を高い温
度で後熱処理しており,補修溶接を実施するとA3変態点
直上に加熱される部分が発生し,後熱処理により軟化す
る。これは,補修溶接では不可避のものである。しか
も,補修溶接を実施する箇所はボイラでいえば過熱器管
寄と主蒸気配管のT継手溶接部のような不連続部で,し
かも応力が集中する部分であり,補修溶接によって発生
した軟化部は非常に危険である。
本発明の目的は,火力発電プラントや化学装置などの高
温,高圧で使用される機器の構成部材であるCr−Mo鋼の
溶接もしくは補修溶接において,不可避に発生する軟化
部を,溶接した部材の応力集中部以外の安全な位置に移
動させて,機器の損傷の防止をはかる溶接方法ならびに
溶接後の熱処理方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記本発明の目的は,Cr−Mo鋼よりなる部材の溶接もし
くは補修溶接において,溶接後に溶接部近傍の焼ならし
および焼もどし熱処理を行い,かつ上記の熱処理範囲
を,溶接によって生ずる軟化部の位置が,部材の応力集
中部の位置よりも十分に離れた位置に移動する範囲とす
ることにより,達成される。
さらに本発明の目的は,Cr−Mo鋼よりなる部材を,焼な
らし処理した後,溶接を行ない,ついで焼もどし処理を
行うことによっても,達成される。
本発明の対象となるCr−Mo鋼は,例えばJISボイラ用鋼
管材として規格化されているSTB42B(Cr0.8〜1.2重量
%,Mo0.2〜0.45重量%),STB42C(Cr0.8〜1.2,Mo0.45〜
0.65),STB42D(Cr2〜2.5,Mo0.9〜1.1),STB42E(Cr4〜
6,Mo0.45〜0.65),STB42G(Cr1〜1.5,Mo0.45〜0.65),S
TB42H(Cr8〜10,Mo0.9〜1.1)など,およびCrの含有量
が8〜13%程度含むCr−Mo鋼よりなる管材,板材もしく
はその他の形状をした部材を挙げることができる。
本発明の溶接もしくは補修溶接後に行う熱処理は,Co−M
o鋼のA3変態点からA3変態点+50℃の温度範囲に加熱す
る焼ならし処理後,焼もどし処理を行うことにより達成
される。
本発明のCr−Mo鋼よりなる部材の溶接もしくは補修溶接
において,溶接により生ずる軟化部の位置を応力集中部
の位置より十分に離れた位置に移動させるためには,溶
接後に行う熱処理の範囲を,おおよそCr−Mo鋼よりなる
部材の厚さ以上,その厚さの10倍以下の範囲とすること
が好ましい。
また,本発明のCr−Mo鋼よりなる部材の溶接もしくは補
修溶接において,溶接により生ずる軟化部の位置を応力
集中部の位置より十分に離れた位置に移動させるために
は,溶接後に行う熱処理の範囲を,溶接止端部もしくは
補修溶接前の溶接止端部から少なくとも10mm以上離れた
範囲とすることによっても本発明の目的を達成すること
ができる。
〔作用〕
Cr−Mo鋼よりなる部材の溶接もしくは補修溶接によって
発生した溶接熱影響部最外層の軟化部は,再度,焼なら
し後焼もどし(焼ならし−焼もどし)処理することによ
って元の特性に回復する。このことから,溶接部もしく
は補修溶接部を含む範囲を焼ならし−焼もどし処理する
ことにより,溶接部の熱影響部最外層の軟化は防止でき
る。しかし,この焼ならし−焼もどし処理により新たに
軟化部が発生する。本発明者らが検討したところ,例え
ばCr−Mo鋼管の周溶接継手で軟化部を有する場合であっ
ても,内圧クリープ破断試験の結果では母材部で破断
し、母材と同等の強度を有することが判明した。すなわ
ち,管の周方向応力のみが作用する場合には,管の軸方
向に対して数mm程度の幅で軟化部を有していても,実用
上ほとんど問題が発生しない。以上のことから,焼なら
し−焼もどし処理により発生す軟化部を,管の周方向応
力のみが作用する位置になるように焼ならし−焼もどし
処理の範囲を拡大し,部材の応力集中部より離れた位置
に移動させることによって溶接によう軟化問題を解決す
ることができる。
また,管と管とのT継手溶接部(スタッブ溶接)の場合
には,溶接止端部で最も応力が集中する。このような溶
接部を補修する場合には,補修溶接による熱影響部(後
熱処理による軟化部)が元の溶接止端部近くに位置すれ
ば非常に危険である。そこで,補修溶接時に欠陥を削除
する場合に,元の溶接止端部から十分に離れた位置まで
削除した後,補修溶接を実施することにより,最も危険
な応力集中部と軟化部との距離を十分に離すことができ
る。この方法により,溶接軟化部の影響を十分に排除す
ることができる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を挙げ,図面に基づいてさらに
詳細に説明する。
(実施例1) 第1図は,ボイラの過熱器管寄1と主蒸気配管2とのT
継手溶接部3に補修溶接を実施したところを示してい
る。材質は過熱器管寄1,主蒸気配管2とも9(wt)%Cr
−1(wt)%Mo系のCr−Mo鋼であり,補修溶接部4は,
あらかじめグラインダなどで欠陥が削除できるまで削り
こんで,母材と同成分系の溶接材料で補修溶接を実施し
ている。溶接条件の一例を示すと,予熱200℃で電流170
A,電圧20V,溶接速度10cm/minである。溶接終了後,第1
図中の点線で囲んだA部を焼ならし−焼もどし処理す
る。この熱処理温度は,材料の製造最終熱処理温度です
れば良く,上記の9Cr−1Mo鋼では焼ならし1040℃×1h,
焼もどし760℃×5hである。なお,焼もどしする範囲は
焼ならしにより発生した熱影響部までする必要があるた
め,焼ならし範囲よりもやや広くする必要がある。した
がって,熱処理範囲はT継手溶接部3からそれぞれの管
の板厚以上離れた位置までする必要があり,あまり離れ
すぎると熱処理範囲が広くなり過ぎて,作業性,コスト
などに問題が生ずるため,それぞれの管の板厚の10倍以
上とするのが好ましく,ここでは過熱器管寄1側,主蒸
気配管2側とも約300mmとした。また,加熱方法しては
インダクションヒータを使用した。
補修溶接後,通常の後熱処理を実施すると従来技術でも
述べたように補修溶接部4の熱影響部に軟化部が生じ
る。このような部分で軟化部があると三軸応力状態とな
り,しかもT継手溶接部3の溶接止端部で応力が集中し
やすく,非常に危険である。本発明の実施例のようにA
部を焼ならし−焼もどし処理すると,補修溶接部4の熱
影響部は焼ならしによりほぼ完全に変態してから焼もど
しされるため,製造時と同等の強度を有するようにな
る。当然,A部全体を焼ならし−焼もどし処理されるた
め,製造時と同等の強度を有するようになる。このよう
な熱処理により,A部の外側に軟化部が生じるが,この位
置では管の内圧による周方向応力のみが作用しており,
本発明者らが検討したところ,軟化部を有していても内
圧クリープでは母材で破断するため実用上問題は発生し
ない。このように,管の周方向応力のみが作用するよう
な位置を検討したところ,T継手部を構成している管の板
厚によって支配され,管の板厚以上離せば,管にはほと
んど周方向応力のみが作用するようになることが分かっ
た。
以上のような補修溶接後の熱処理をすれば,軟化部を溶
接止端部の応力集中部から離すだけでなく,そのまわり
の多軸応力状態の部分からも離すことができ,ほぼ完全
に軟化部の影響を取り除くことができる。
なお,本実施例では補修溶接後,焼ならし−焼もどし処
理をしたが,焼ならし後,補修溶接し,その後,焼もど
し処理をしても同等の効果が得られる。また,補修溶接
に限らず,新規に溶接する場合にも本実施例は適用でき
る。
(実施例2) 第2図(a)のように,過熱器管寄1と主蒸気配管2と
のT継手溶接部3に欠陥部5があった場合,第2図
(b)のように欠陥部5を削除して溶接開先を設ける
が,従来は欠陥部5の削除する範囲をできるだけ小さく
している。しかし,本実施例では第2図(b)に示すご
とく削除する範囲を大きくしている。その後,第2図
(c)のように補修溶接を実施して表面を仕上げ,通常
の後熱処理を行う。溶接開先の範囲は元のT継手溶接止
端部から少なくとも10mm以上離れた位置まで削除する必
要がある。これは,10mm以下では溶接止端部の応力集中
の影響が生じ,10mm以上ではその影響がほとんどなるな
るからである。以上のような方法によれは,溶接止端部
の応力集中部と,補修溶接によって発生した軟化部との
位置を少なくとも10mm以上離すことができ,最も危険な
応力集中部と軟化部の一致を避けることができる。ま
た,本実施例の方法によると,極めて簡単に溶接軟化部
の影響を排除することができる。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごとく,本発明の方法によれば,Cr
−Mo鋼の溶接もしくは補修溶接において発生する軟化部
と応力集中部の位置を,極めて簡便な手法で分離させる
ことができ,軟化部の発生による機器構成部材の破断を
防止することができる。したがって,Cr−Mo鋼によって
製作された火力発電プラントや化学装置などの高温,高
圧で使用される機器の補修溶接に際して,強度低下を起
こすことなく十分に,しかも安価に補修することがで
き,機器の寿命を一段と伸ばすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1における過熱器管寄と主蒸気
配管のT継手を示す説明図,第2図(a),(b),
(c)は本発明の実施例2におけるT継手の補修溶接方
法の手順を示す説明図,第3図は9Cr−1Mo鋼の継手およ
び母材の単軸クリープ破断特性を示すグラフ,第4図は
第3図における継手の硬さ分布を示すグラフである。 1……過熱器管寄、2……主蒸気配管 3……T継手溶接部、4……補修溶接部 5……欠陥部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロム−モリブデン(Cr−Mo)鋼よりなる
    部材の溶接方法において,上記部材を溶接した後に溶接
    部近傍を焼ならしおよび焼もどしの熱処理を行うか,も
    しくは上記部材を焼ならし処理した後に溶接を行い,つ
    いで溶接部近傍を焼もどしの熱処理を行う方法であっ
    て,上記溶接部近傍の熱処理を行う範囲が,上記溶接し
    た部材の溶接熱影響部に生ずる軟化部を,上記溶接した
    部材の応力集中部より離れた位置に移動させる範囲であ
    ることを特徴とするクロム−モリブデン鋼の溶接方法。
  2. 【請求項2】溶接後に行う熱処理は,Cr−Mo鋼のA3変態
    点からA3変態点プラス50℃の温度範囲に加熱する焼なら
    し処理後,焼もどし処理を行うことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接方
    法。
  3. 【請求項3】溶接後に行う熱処理の範囲を,Cr−Mo鋼よ
    りなる部材のほぼ厚さ以上,部材の厚さの10倍以下の範
    囲とすることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接方法。
  4. 【請求項4】溶接後に行う熱処理の範囲を,溶接止端部
    もしくは補修溶接前の溶接止端部から少なくとも10mm以
    上離れた範囲とすることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項または第2項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接
    方法。
  5. 【請求項5】Cr−Mo鋼よりなる部材が管状部材であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のい
    ずれか1項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接方法。
  6. 【請求項6】Cr−Mo鋼が,9重量%Cr−1重量%Mo鋼であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第5項
    のいずれか1項に記載のクロム−モリブデン鋼の溶接方
    法。
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