JP2008229718A - WELD METAL OF HIGH-STRENGTH Cr-Mo STEEL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被覆アーク溶接棒で形成された高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属に関するものである。 The present invention relates to a weld metal of high-strength Cr—Mo steel formed with a coated arc welding rod.
発電プラント、化学プラントなどの高温高圧環境下で使用されるＣｒ−Ｍｏ系低合金耐熱鋼容器は、装置の大型化によって、使用される鋼材は厚肉化しており、Ｖ、Ｎｂ等を添加した高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼が使用されている。そして、この高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼からなる鋼材を成形し、各部を溶接して大型の容器が製造されている。 Cr-Mo low-alloy heat-resistant steel containers used in high-temperature and high-pressure environments such as power plants and chemical plants are made thicker due to the larger equipment, and V, Nb, etc. are added. High strength Cr-Mo steel is used. And the steel material which consists of this high intensity | strength Cr-Mo steel is shape | molded, each part is welded, and the large sized container is manufactured.
こうした高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接時には、一般的に、溶接効率が良好であるサブマージアーク溶接が適用されているが、特に、ノズル及び配管等の溶接時においては、被覆アーク溶接を適用することが必要とされている。そして、この高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接部を構成する溶接金属においては、耐熱性（高温強度）、耐ＳＲ割れ性（応力除去のための焼鈍時に粒界割れを起こさないこと）、靭性および耐焼戻脆化特性を改善することが求められ、種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ＴＩＧ溶接ワイヤに関する技術であるが、（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｃ(Ｐ＋Ｓｎ＋Ｓｂ＋Ａｓ)で表されるパラメータを一定値に制限することで、焼戻し脆化特性を改善する技術が開示されている。また、特許文献２には、電解抽出により採取した残渣の組成が、Ｆｅ：３５重量％以下、Ｖ：１０重量％以上となるようにすることによって、旧オーステナイト粒界にセメンタイト析出を抑制することで、耐ＳＲ割れ性を改善する被覆アーク溶接金属および被覆アーク溶接材料に関する技術が開示されている。また、特許文献３には、サブマージアーク溶接方法において、溶接金属中の酸素量を低減することで焼戻し脆化特性が改善されることが記載されている。
しかし、ＴＩＧ溶接は施工効率が低いため、装置が厚肉化している近年においては、被覆アーク溶接、ガスシールドアーク溶接、サブマージアーク溶接等のより高い効率で施工可能な溶接方法が望ましいが、ＴＩＧ以外の溶接方法においては、溶接金属中の酸素量がＴＩＧ溶接と比較して不可避的に高くなるため、特許文献１に記載の成分組成を検討する必要があった。また、特許文献２に記載の被覆アーク溶接金属では、すべての特性をバランスよく確保できているが、焼戻し脆化特性に改善の余地があった。さらに、特許文献３に記載のサブマージアーク溶接方法では、耐焼戻し脆化特性のレベルは十分ではなかった。
However, since TIG welding has low construction efficiency, in recent years when the equipment has become thicker, a welding method capable of construction with higher efficiency such as covered arc welding, gas shielded arc welding, submerged arc welding, etc. is desirable. In other welding methods, the amount of oxygen in the weld metal inevitably becomes higher than that in TIG welding, so the component composition described in Patent Document 1 must be studied. Moreover, in the coated arc weld metal described in
そこで、本発明の課題は、耐熱性（高温強度）、耐ＳＲ割れ性、靭性および耐焼戻脆化特性のバランスに優れ、特に、近年の発電プラント、化学プラント等の高温高圧環境下で使用されるＣｒ−Ｍｏ系低合金耐熱鋼容器の溶接金属に対する靭性および焼戻し脆化特性の改善要求に対応できる高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is excellent in the balance of heat resistance (high temperature strength), SR cracking resistance, toughness and temper embrittlement resistance, and is used particularly in high temperature and high pressure environments such as recent power plants and chemical plants. It is an object of the present invention to provide a high strength Cr—Mo steel weld metal that can meet the demand for improvement in toughness and temper embrittlement characteristics of a Cr—Mo low alloy heat resistant steel vessel.
そこで、本発明者らは、脆化促進処理（ステップクーリング）を実施することで、高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の被覆アーク溶接における焼戻し脆化特性について調査した。その結果、溶接金属中の不純物レベルを低減しても、脆化する場合も多く、その原因を調査したところ、溶接金属の耐焼戻脆化特性を支配するのは炭化物形態であることを知見した。具体的には、脆化促進処理（ステップクーリング）時にＮｂを主成分とするＭＣ炭化物の成長を促進させるとともに、Ｃｒを主成分とする炭化物を抑制することで大幅な改善に成功した。また、これらの炭化物形態制御は他の特性（耐ＳＲ割れ性、靭性）も改善できることが明らかとなった。 Then, the present inventors investigated the temper embrittlement characteristic in the covering arc welding of high strength Cr-Mo steel by implementing embrittlement promotion processing (step cooling). As a result, even if the impurity level in the weld metal is reduced, it often embrittles, and when the cause was investigated, it was found that the carbide form dominates the tempering embrittlement resistance of the weld metal. . Specifically, during the embrittlement accelerating treatment (step cooling), the growth of MC carbide containing Nb as a main component was promoted, and a significant improvement was achieved by suppressing the carbide containing Cr as a main component. Moreover, it became clear that these carbide | carbonized_material form control can also improve other characteristics (SR crack resistance, toughness).
さらに、これら炭化物形態を溶接金属において実現するには、被覆アーク溶接棒の成分（Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ）および溶接施工条件を適切に制御すればよいことを見出し、本発明を完成した。 Furthermore, in order to realize these carbide forms in the weld metal, it was found that the components (C, Cr, Mo, Nb, V) and welding conditions of the coated arc welding rod should be appropriately controlled, and the present invention was completed. did.
また、脆化特性を改善するために、炭化物形態以外の支配因子を検討した結果、直径1μm以上の比較的粗大な酸化物系介在物の個数密度を２０００個未満に抑制することで、安定的に所望の脆化特性が得られることを見出した。そして、溶接金属中の酸素量に加えて、脱酸元素の組成を制御することによって、粗大な酸化物系介在物の個数密度を制御できることを見出した。 In addition, as a result of investigating controlling factors other than the carbide form in order to improve the embrittlement characteristics, the number density of relatively coarse oxide inclusions having a diameter of 1 μm or more is suppressed to less than 2000, and stable. It was found that desired embrittlement characteristics can be obtained. It was also found that the number density of coarse oxide inclusions can be controlled by controlling the composition of the deoxidizing element in addition to the amount of oxygen in the weld metal.
すなわち、請求項１に係る発明の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属は、被覆アーク溶接によって形成される溶接金属において、Ｃ：０．０４〜０．１０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．５質量％、Ｍｎ：０．５〜１．０質量％、Ｃｒ：２．００〜３．２５質量％、Ｍｏ：０．９〜１．２質量％、Ｎｂ ：０．０１〜０．０３質量％、Ｖ：０．２〜０．７質量％、Ｂ：０．００３質量％以下（０質量％含まない）、およびＯ：０．０２〜０．０５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、溶接金属原質部のみから電解抽出される残渣におけるＣｒ析出量が０．３質量％未満、かつＮｂ析出量が０．００５質量％以上であることを特徴とする。 That is, the weld metal of the high-strength Cr—Mo steel of the invention according to claim 1 is a weld metal formed by covered arc welding, C: 0.04 to 0.10 mass%, Si: 0.15 to 0 0.5% by mass, Mn: 0.5-1.0% by mass, Cr: 2.00-3.25% by mass, Mo: 0.9-1.2% by mass, Nb: 0.01-0.03 Containing 0.5% by mass, V: 0.2 to 0.7% by mass, B: 0.003% by mass or less (excluding 0% by mass), and O: 0.02 to 0.05% by mass with the balance being Fe And the amount of Cr deposited in the residue which is made of unavoidable impurities and is electrolytically extracted only from the weld metal primary part is less than 0.3% by mass and the amount of Nb deposited is 0.005% by mass or more.
この高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属では、必須成分として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、およびＯの含有量を特定の範囲に制御し、さらに、電解抽出残渣におけるＣｒ析出量およびＮｂ析出量を特定の範囲に制限することによって、脆化促進処理（ステップクーリング）時にＮｂを主成分とするＭＣ炭化物の成長を促進させるとともに、Ｃｒを主成分とする炭化物を抑制して、溶接金属の焼戻し脆化特性を支配する炭化物形態を制御して靱性および耐焼戻脆化特性を改善することができる。 In this high strength Cr-Mo steel weld metal, the contents of C, Si, Mn, Cr, Mo, Nb, V, B, and O as essential components are controlled to a specific range, and further, the electrolytic extraction residue By restricting the Cr precipitation amount and Nb precipitation amount to a specific range, the growth of MC carbide containing Nb as a main component during the embrittlement promotion treatment (step cooling) is promoted, and the carbide containing Cr as a main component is added. Suppressing and controlling the carbide morphology that governs the temper embrittlement characteristics of the weld metal can improve toughness and resistance to temper embrittlement.
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属において、さらに、前記不可避的不純物におけるＣｕおよびＮｉの含有量をそれぞれ０．０５質量％未満に制限することによって、耐焼戻脆化特性に有害なＣｕおよびＮｉの含有量を制限して、耐焼戻脆化特性の改善を図ることができる。
The invention according to
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属において、さらに、前記不可避的不純物におけるＰおよびＳの含有量をそれぞれ０．０１２質量％未満に制限することによって、不純物として旧γ粒界に偏析し、焼戻し脆化を促進させるＰおよびＳの含有量を制限して、耐焼戻脆化特性の改善を図ることができる。
The invention according to claim 3 is the weld metal of the high strength Cr-Mo steel of the invention according to
請求項４に係る発明の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属は、下記式（１）で算出されるパラメータＣＰが、５〜５０であることを特徴とする。
ＣＰ＝[C]×[Nb]／（[Cr]／５２＋[Mo]／９６＋[Nb]／９３＋[V]／５１）×１０００
式（１）
式（１）中、[Ｃ]、[Ｎｂ]、[Ｃｒ]、[Ｍｏ]、[Ｎｂ]および[Ｖ]は、溶接金属中のＣ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｂおよびＶの含有率（質量％）を示す。
The weld metal of the high strength Cr—Mo steel of the invention according to claim 4 is characterized in that the parameter CP calculated by the following formula (1) is 5 to 50.
CP = [C] × [Nb] / ([Cr] / 52 + [Mo] / 96 + [Nb] / 93 + [V] / 51) × 1000
Formula (1)
In formula (1), [C], [Nb], [Cr], [Mo], [Nb] and [V] are the contents of C, Nb, Cr, Mo, Nb and V in the weld metal ( Mass%).
この高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属では、パラメータＣＰを５〜６０の範囲に規制することによって、脆化促進処理（ステップクーリング）時にＮｂを主成分とするＭＣ炭化物の成長を促進させるとともに、Ｃｒを主成分とする炭化物を抑制して、耐焼戻脆化特性の改善を図ることができる。 In this high strength Cr-Mo steel weld metal, by restricting the parameter CP in the range of 5 to 60, the growth of MC carbides mainly composed of Nb during the embrittlement promotion treatment (step cooling) is promoted, By suppressing the carbide containing Cr as a main component, the temper embrittlement resistance can be improved.
請求項５に係る発明の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属は、直径１μｍ以上の酸化物系介在物が、被見面積１ｍｍ2当り２０００個未満であることを特徴とする。 The weld metal of the high strength Cr—Mo steel of the invention according to claim 5 is characterized in that the number of oxide inclusions having a diameter of 1 μm or more is less than 2000 per 1 mm 2 of the observed area.
この高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属では、直径１μｍ以上の酸化物系介在物が、被見面積１ｍｍ2当り２０００個未満であることによって、破壊起点が低減されことによって耐焼戻し脆化特性を改善して、安定的に所望の脆化特性を得ることができる。
ここで、安定的とは、ステップクーリング後のシャルピー試験において、vE-50の最小値（min.）でも５５Ｊ以上確保できることを言う。
In this high strength Cr-Mo steel weld metal, the number of oxide inclusions with a diameter of 1 μm or more is less than 2000 per 1 mm 2 , thereby reducing the starting point of fracture and reducing temper embrittlement resistance. The desired embrittlement characteristics can be stably obtained by improving.
Here, “stable” means that 55 J or more can be secured even with the minimum value (min.) Of vE-50 in the Charpy test after step cooling.
請求項６に係る発明の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属は、溶接金属中のＳｉの含有率［Si］、Ｍｎの含有率［Mn］およびＯの含有率［O］が、下記式（２）で表される関係を有することを特徴とする。
１２０００[Si]＋１７０[Mn]＋１５００００[O]＜９８００
式（２）
The weld metal of the high-strength Cr—Mo steel of the invention according to claim 6 has a Si content [Si], a Mn content [Mn], and an O content [O] in the weld metal of the following formula ( It has the relationship represented by 2).
12000 [Si] +170 [Mn] +150,000 [O] <9800
Formula (2)
この高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属では、溶接金属中のＳｉの含有率［Si］、Ｍｎの含有率［Mn］およびＯの含有率［O］が、下記式（２）で表される関係を有することによって、溶接金属中の酸素量に加えて、脱酸元素の組成を制御して、溶接金属中のＳｉ、ＭｎおよびＯの含有率のバランスを適正にして、粗大な酸化物系介在物の個数密度を制御し、耐焼戻脆化特性を改善して、安定的に所望の脆化特性を得ることができる。 In this high strength Cr—Mo steel weld metal, the Si content [Si], the Mn content [Mn], and the O content [O] in the weld metal are expressed by the following formula (2). By having a relationship, in addition to the amount of oxygen in the weld metal, the composition of the deoxidizing element is controlled, the balance of the content of Si, Mn and O in the weld metal is made appropriate, and the coarse oxide system By controlling the number density of the inclusions and improving the tempering embrittlement resistance, the desired embrittlement characteristics can be stably obtained.
本発明の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属は、Ｎｂを主成分とするＭＣ炭化物の成長を促進させるとともに、Ｃｒを主成分とする炭化物を抑制して、溶接金属の焼戻し脆化特性を支配する炭化物形態を制御して靱性および耐焼戻脆化特性を改善して、近年の発電プラント、化学プラント等の高温高圧環境下で使用されるＣｒ−Ｍｏ系低合金耐熱鋼容器の溶接金属に対する靭性および焼戻し脆化特性の改善要求に対応することができる。 The weld metal of the high strength Cr-Mo steel of the present invention promotes the growth of MC carbides containing Nb as a main component and suppresses carbides containing Cr as a main component to control the temper embrittlement characteristics of the weld metal. Toughness and temper embrittlement resistance by controlling the form of carbides to be used, and toughness to weld metal of Cr-Mo low alloy heat-resistant steel containers used in high-temperature and high-pressure environments such as recent power plants and chemical plants And can meet the demand for improvement of temper embrittlement characteristics.
以下、本発明の高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属（以下、「本発明の溶接金属」という）について詳細に説明する。 Hereinafter, the weld metal of the high-strength Cr—Mo steel of the present invention (hereinafter referred to as “the weld metal of the present invention”) will be described in detail.
本発明の溶接金属は、高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼からなる被溶接材の被溶接部に被覆アーク溶接によって形成される溶接部を構成する金属であり、必須成分として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、およびＯを特定の量含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物で構成されるものである。以下、本発明の溶接金属を構成する各成分の含有量の数値範囲およびその数値範囲の限定理由について説明する。 The weld metal of the present invention is a metal constituting a welded portion formed by covering arc welding on a welded portion of a welded material made of high-strength Cr-Mo steel, and as essential components, C, Si, Mn, Cr , Mo, Nb, V, B, and O are contained in a specific amount, and the balance is composed of Fe and inevitable impurities. Hereinafter, the numerical range of the content of each component constituting the weld metal of the present invention and the reason for limiting the numerical range will be described.
溶接金属中のＣ含有量
Ｃは、溶接金属の焼入れ性に大きな影響を及ぼし、室温および高温における強度ならびに靱性を確保するために重要な役割を有する元素であり、過度の添加はＣｒを主成分とする炭化物量を増加させるため、脆化特性を劣化させる。そこで、溶接金属中のＣ含有量は０．０４〜０．１０質量％である。Ｃ含有量が０．０４質量％未満であると、強度及び靱性が低下する。好ましくは０．０５質量％以上である。また、０．１０質量％を超えると、脆化特性が劣化する。好ましくは０．０８質量％以下である。
C content in weld metal C is an element that has a great influence on the hardenability of the weld metal and plays an important role in securing strength and toughness at room temperature and high temperature. Excessive addition is mainly composed of Cr. In order to increase the amount of carbides, the embrittlement characteristics are deteriorated. Therefore, the C content in the weld metal is 0.04 to 0.10% by mass. When the C content is less than 0.04% by mass, strength and toughness are lowered. Preferably it is 0.05 mass% or more. Moreover, when it exceeds 0.10 mass%, an embrittlement characteristic will deteriorate. Preferably it is 0.08 mass% or less.
溶接金属中のＳｉ含有量
Ｓｉは、脱酸作用により溶接金属を清浄にし歩留まった場合はフェライトを固溶強化させ、また、溶接ビードのなじみ性を改善する役割を有する元素である。そこで、溶接金属中のＳｉ含有量は０．１５〜０．５質量％である。溶接金属中のＳｉ含有量が０．５質量％を超えると強度が高くなり靭性の劣化を招き、また、耐焼戻し脆化特性が低下する。好ましくは０．４質量％以下である。また、Ｓｉ含有量が０．１５質量％未満であると、溶接ビードのなじみ性が不十分であるため溶接の作業性が低下する。好ましくは０．２質量％以上である。
Si content in weld metal Si is an element having a role of improving the solidity of the weld bead and improving the suitability of the weld bead when the weld metal is cleaned and removed by deoxidation. Therefore, the Si content in the weld metal is 0.15 to 0.5 mass%. When the Si content in the weld metal exceeds 0.5% by mass, the strength increases and the toughness is deteriorated, and the resistance to temper embrittlement deteriorates. Preferably it is 0.4 mass% or less. On the other hand, when the Si content is less than 0.15% by mass, the workability of welding is deteriorated because the conformability of the weld bead is insufficient. Preferably it is 0.2 mass% or more.
溶接金属中のＭｎ含有量
Ｍｎは、溶接金属の靱性を改善する役割を有する元素であり、特に、Ｖを含有する溶接金属の靱性を改善する効果を有し、また、ステップクーリング前の溶接金属の靱性を確保するために重要な元素である。そこで、溶接金属中のＭｎ含有量は０．５〜１．０質量％である。溶接金属中のＭｎ含有量が１．０質量％を超えると焼戻し脆化特性が低下する。好ましくは０．９質量％以下である。また、Ｍｎ含有量が０．５質量％未満であると、靱性が不十分となる。好ましくは０．６質量％以上である。
Mn content in weld metal Mn is an element having a role of improving the toughness of the weld metal, and in particular, has an effect of improving the toughness of the weld metal containing V, and is also a weld metal before step cooling. It is an important element to ensure the toughness of the steel. Therefore, the Mn content in the weld metal is 0.5 to 1.0 mass%. When the Mn content in the weld metal exceeds 1.0% by mass, the temper embrittlement characteristics deteriorate. Preferably it is 0.9 mass% or less. Further, if the Mn content is less than 0.5% by mass, the toughness becomes insufficient. Preferably it is 0.6 mass% or more.
溶接金属中のＣｒ含有量
Ｃｒは、耐熱性に優れた高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の主成分であり、溶接金属の強度を確保するために重要な元素である。そこで、溶接金属中のＣｒ含有量は２．００〜３．２５質量である。溶接金属中のＣｒ含有量が３．２５質量％を超えると、焼入性が増大して靱性が低下するとともに、粒界に粗大炭化物が増加して焼戻し脆化特性が劣化する。好ましくは３．０質量％以下である。また、Ｃｒ含有量が２．００質量％未満であると、所望の強度を得ることができない。好ましくは２．１質量％以上である。
Cr content in weld metal Cr is a main component of high strength Cr-Mo steel excellent in heat resistance, and is an important element for ensuring the strength of the weld metal. Therefore, the Cr content in the weld metal is 2.00 to 3.25 mass. When the Cr content in the weld metal exceeds 3.25% by mass, the hardenability increases and the toughness decreases, and coarse carbides increase at the grain boundaries to deteriorate the temper embrittlement characteristics. Preferably it is 3.0 mass% or less. Moreover, desired intensity | strength cannot be obtained as Cr content is less than 2.00 mass%. Preferably it is 2.1 mass% or more.
溶接金属中のＭｏ含有量
Ｍｏは、Ｃｒとともに、耐熱性に優れた高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の主成分であり、溶接金属の機械的強度を確保するために重要な元素である。そこで、溶接金属中のＭｏ含有量は０．９〜１．２質量％である。溶接金属中のＭｏ含有量が１．２質量％を超えると、焼入性が増大して靱性が低下する。好ましくは１．１質量％以下である。また、Ｍｏ含有量が０．９質量未満であると、所望の強度を得ることができない。好ましくは１．０質量％以上である。
Mo content in weld metal Mo is a main component of high strength Cr-Mo steel excellent in heat resistance together with Cr, and is an important element for ensuring the mechanical strength of the weld metal. Therefore, the Mo content in the weld metal is 0.9 to 1.2% by mass. If the Mo content in the weld metal exceeds 1.2% by mass, the hardenability increases and the toughness decreases. Preferably it is 1.1 mass% or less. Moreover, desired intensity | strength cannot be obtained as Mo content is less than 0.9 mass. Preferably it is 1.0 mass% or more.
溶接金属中のＮｂ含有量
Ｎｂは、その含有量が微量であっても、室温および高温における強度ならびにクリープ強度を改善する役割を有する元素である。そこで、溶接金属中のＮｂ含有量は、０．０１〜０．０３質量％である。溶接金属中のＮｂ含有量が０．０３質量％を超えると、強度が高くなりすぎて、靱性が低下する。好ましくは０．０２５質量％以下である。また、Ｎｂ含有量が０．０１質量％未満であると、室温および高温における強度ならびにクリープ強度を改善する効果が得られない。好ましくは０．０１５質量％以上である。
Nb content in weld metal Nb is an element having a role of improving the strength at room temperature and high temperature and the creep strength even if the content is very small. Therefore, the Nb content in the weld metal is 0.01 to 0.03% by mass. When the Nb content in the weld metal exceeds 0.03% by mass, the strength becomes too high and the toughness is lowered. Preferably it is 0.025 mass% or less. Further, if the Nb content is less than 0.01% by mass, the effect of improving the strength and creep strength at room temperature and high temperature cannot be obtained. Preferably it is 0.015 mass% or more.
溶接金属中のＶ含有量
Ｖは、溶接金属中におけるＳＲ処理後の粒内に微細なＭＣ炭化物を優先的に析出させ、溶接金属の靱性および焼戻脆化特性を改善する役割を有する元素である。また、Ｖは溶接金属の室温及び高温強度並びにクリープ強度を高める効果も有している。そこで、溶接金属中のＶ含有量は、０．２〜０．７質量％である。溶接金属中のＶ含有量が０．７質量％を超えると、強度が高くなりすぎて、靱性及び耐焼戻し脆化特性が低下する。好ましくは０．６質量％以下である。また、Ｖ含有量が０．２質量％未満であると、靱性および焼戻脆化特性の改善効果を十分に得ることができない。好ましくは０．３質量％以上である。
V content in weld metal V is an element having a role of preferentially precipitating fine MC carbide in grains after SR treatment in the weld metal and improving the toughness and temper embrittlement characteristics of the weld metal. is there. V also has the effect of increasing the room temperature and high temperature strength and creep strength of the weld metal. Therefore, the V content in the weld metal is 0.2 to 0.7 mass%. When the V content in the weld metal exceeds 0.7% by mass, the strength becomes too high, and the toughness and tempering embrittlement resistance deteriorate. Preferably it is 0.6 mass% or less. On the other hand, if the V content is less than 0.2% by mass, the effect of improving toughness and temper embrittlement cannot be sufficiently obtained. Preferably it is 0.3 mass% or more.
溶接金属中のＢ含有量
Ｂは、溶接金属の靭性確保に有効な元素であり、さらに適量の含有により、Ｃｒを主成分とする炭化物量を低減させる役割を有する元素である。そこで、溶接金属中のＢ含有量は、０．００３質量％以下とし、０質量％は含まない。溶接金属のＢ含有量が０．００３質量％を超えると、溶接金属中に固溶したＮを固定するため、結果として微細なＭＣ炭化物を増加させることになる。好ましくは０．００２質量％以下（０質量％含まない）である。
B Content in Weld Metal B is an element effective for ensuring the toughness of the weld metal, and further has an role of reducing the amount of carbide containing Cr as a main component by containing an appropriate amount. Then, B content in a weld metal shall be 0.003 mass% or less, and 0 mass% is not included. When the B content of the weld metal exceeds 0.003% by mass, the solid solution N is fixed in the weld metal, resulting in an increase in fine MC carbide. Preferably it is 0.002 mass% or less (0 mass% is not included).
溶接金属中のＯ含有量
Ｏは、溶接金属の組織を微細化させて靱性の確保に有効な元素である。また、溶接金属中のＯは、旧オーステナイト粒径の微細化による耐ＳＲ割れ性の改善にも有効な元素である。そこで、溶接金属中のＯ含有量は、０．０２〜０．０５質量％である。溶接金属中のＯ含有量が０．０５質量％を超えると、酸化物系介在物が増加するため、靭性が低下する。好ましくは０．０４質量％以下である。また、Ｏ含有量が０．０２質量％未満であると、靱性の改善効果を得ることができない。好ましくは０．０３質量％以上である。
O Content in Weld Metal O is an element effective for ensuring toughness by refining the structure of the weld metal. In addition, O in the weld metal is an element that is also effective for improving the SR cracking resistance by refining the prior austenite grain size. Therefore, the O content in the weld metal is 0.02 to 0.05 mass%. If the O content in the weld metal exceeds 0.05 mass%, the oxide inclusions increase, and the toughness decreases. Preferably it is 0.04 mass% or less. If the O content is less than 0.02% by mass, the effect of improving toughness cannot be obtained. Preferably it is 0.03 mass% or more.
本発明の溶接金属は、前記のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、およびＯを必須成分とし、残部がＦｅおよび不可避的不純物で構成されるものである。この不可避的不純物に含まれる成分の中で、ＣｕおよびＮｉは、溶接金属の靱性を確保するために有効な元素であるが、焼戻し脆化を促進させる側面をも有する成分である。そこで、本発明の溶接金属においては、不可避的不純物におけるＣｕおよびＮｉの含有量をそれぞれ０．０５質量％未満に制限することが望ましい。さらに好ましくは０．０３質量％未満である。 The weld metal of the present invention comprises C, Si, Mn, Cr, Mo, Nb, V, B, and O as essential components, and the balance is composed of Fe and inevitable impurities. Among the components contained in the inevitable impurities, Cu and Ni are effective elements for ensuring the toughness of the weld metal, but also have a side surface that promotes temper embrittlement. Therefore, in the weld metal of the present invention, it is desirable to limit the contents of Cu and Ni in inevitable impurities to less than 0.05% by mass, respectively. More preferably, it is less than 0.03 mass%.
また、不可避的不純物に含まれる成分の中で、ＰおよびＳは、不純物として旧γ粒界に偏析し、焼戻し脆化を促進させる成分である。そこで、本発明の溶接金属においては、不可避的不純物におけるＰおよびＳの含有量を、それぞれ０．０１２質量％未満に制限することが望ましい。さらに好ましくは０．０１０質量％未満である。 Further, among the components contained in the inevitable impurities, P and S are components that segregate as impurities in the old γ grain boundary and promote temper embrittlement. Therefore, in the weld metal of the present invention, it is desirable to limit the contents of P and S in inevitable impurities to less than 0.012% by mass, respectively. More preferably, it is less than 0.010 mass%.
さらに、本発明の溶接金属において、焼戻し脆化特性を支配する炭化物の形態を適正にするためには、Ｎｂを主成分とするＭＣ炭化物の成長を促進させるとともに、Ｃｒを主成分とする炭化物を抑制するために、下記式で算出されるパラメータＣＰを５〜５０の範囲に制御することが好ましい。微細炭化物（ＭＣ）の成長と粗大炭化物（Ｍ２３Ｃ６）の抑制には、５以上あればよい。５より小さいと粗大Ｍ２３Ｃ６が増加する。５０を超えると微細ＭＣがかえって増加するおそれがあるため、焼戻し脆化特性が劣化する。また、パラメータＣＰの好ましい下限値は１０、より好ましくは１２であり、好ましい上限値は４０、より好ましくは３０である。
ＣＰ＝[C]×[Nb]／（[Cr]／５２＋[Mo]／９６＋[Nb]／９３＋[V]／５１）×１０００
式（１）
式（１）中、[Ｃ]、[Ｎｂ]、[Ｃｒ]、[Ｍｏ]、[Ｎｂ]および[Ｖ]は、溶接金属中のＣ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｂおよびＶの含有率（質量％）を示す。
Furthermore, in the weld metal of the present invention, in order to make the form of the carbide governing the temper embrittlement property appropriate, while promoting the growth of MC carbide containing Nb as a main component, the carbide containing Cr as a main component is added. In order to suppress it, it is preferable to control the parameter CP calculated by the following formula within a range of 5 to 50. The growth of fine carbide (MC) and the suppression of coarse carbide (M23C6) may be 5 or more. If it is less than 5, coarse M23C6 increases. If it exceeds 50, there is a possibility that the fine MC may increase, so that the temper embrittlement characteristics deteriorate. Further, the preferable lower limit value of the parameter CP is 10, more preferably 12, and the preferable upper limit value is 40, more preferably 30.
CP = [C] × [Nb] / ([Cr] / 52 + [Mo] / 96 + [Nb] / 93 + [V] / 51) × 1000
Formula (1)
In formula (1), [C], [Nb], [Cr], [Mo], [Nb] and [V] are the contents of C, Nb, Cr, Mo, Nb and V in the weld metal ( Mass%).
本発明の溶接金属において、溶接金属原質部のみから電解抽出される残渣におけるＣｒ析出量が０．３質量％未満、かつＮｂ析出量が０．００５質量％以上に規制される。電解抽出残渣におけるＣｒ析出量を０．３質量％未満に規制してＣｒを主成分とする粗大炭化物（Ｍ２３Ｃ６および／またはＭ７Ｃ３）を低減することによって、良好な耐焼戻脆化特性を得ることができる。また、電解抽出残渣におけるＮｂ析出量を０．００５６質量％以上にすることによって、Ｎｂを主成分とする微細炭化物（ＭＣ）を成長させ、良好な耐焼戻脆化特性を得ることができる。 In the weld metal of the present invention, the Cr precipitation amount in the residue that is electrolytically extracted only from the weld metal raw material portion is limited to less than 0.3 mass%, and the Nb precipitation amount is regulated to 0.005 mass% or more. By limiting the amount of Cr deposited in the electrolytic extraction residue to less than 0.3% by mass and reducing coarse carbides (M23C6 and / or M7C3) containing Cr as a main component, good temper embrittlement resistance can be obtained. it can. In addition, by setting the Nb precipitation amount in the electrolytic extraction residue to be 0.0056% by mass or more, fine carbide (MC) containing Nb as a main component can be grown and good temper embrittlement resistance can be obtained.
前記の電解抽出は、１０体積％アセチルアセトン−１体積％テトラメチルアンモニウムクロライド−メタノール溶液を電解溶液として、飽和甘汞電極に対して０ｍＶの電解条件下、室温で約１０００Ｃの電気量を通電して、溶接金属から採取した試料を約２ｇ溶解させ、フィルタ孔径０．１μｍのフィルタを用いて電解後の電解液をろ過して行うことができる。そして、ろ過の残渣をＩＣＰ発光分析に掛けてＣｒ析出量およびＮｂ析出量を測定することができる。 In the electrolytic extraction, 10 volume% acetylacetone-1 volume% tetramethylammonium chloride-methanol solution was used as an electrolytic solution, and an electric charge of about 1000 C was applied to a saturated sweet potato electrode at room temperature under an electrolytic condition of 0 mV. About 2 g of a sample collected from the weld metal can be dissolved, and the electrolytic solution after electrolysis can be filtered using a filter having a filter pore diameter of 0.1 μm. The filtration residue can be subjected to ICP emission analysis to measure the Cr precipitation amount and the Nb precipitation amount.
また、本発明の溶接金属において、直径１μｍ以上の酸化物系介在物は、被見面積１ｍｍ2当り２０００個未満に規制される。本発明において、被見面積とは、溶接金属を任意の方向に切断したときに観察される断面を言う。被見面積１ｍｍ2当り、直径１μｍ以上の酸化物系介在物の個数が２０００個未満にすることによって、破壊起点が低減されることによって良好な耐焼戻し脆化特性を得ることができ、さらに、安定的に所望の脆化特性を得ることができる。ここで、安定的とは、ステップクーリング後のシャルピー試験において、vE-50の最小値（min.）でも５５Ｊ以上確保できることを言う。 Further, in the weld metal of the present invention, oxide inclusions having a diameter of 1 μm or more are restricted to less than 2000 per 1 mm 2 of the observed area. In the present invention, the visible area refers to a cross section observed when a weld metal is cut in an arbitrary direction. By making the number of oxide inclusions having a diameter of 1 μm or more per 1 mm 2 of the observed area less than 2000, it is possible to obtain good tempering embrittlement resistance by reducing the fracture starting point, A desired embrittlement characteristic can be stably obtained. Here, “stable” means that 55 J or more can be secured even with the minimum value (min.) Of vE-50 in the Charpy test after step cooling.
さらに、本発明の溶接金属において、溶接金属中のＳｉの含有率［Si］、Ｍｎの含有率［Mn］およびＯの含有率［O］が、下記式（２）で表される関係を有することが好ましい。溶接金属中のＳｉの含有率［Si］、Ｍｎの含有率［Mn］およびＯの含有率［O］が、下記式（２）で表される関係を有することによって、溶接金属中の酸素量に加えて、脱酸元素の組成を制御して、溶接金属中のＳｉ、ＭｎおよびＯの含有率のバランスを適正にして粗大な酸化物系介在物の個数密度を制御し、耐焼戻脆化特性を改善して、安定的に所望の脆化特性を得ることができる。
１２０００[Si]＋１７０[Mn]＋１５００００[O]＜９８００
式（２）
Furthermore, in the weld metal of the present invention, the Si content [Si], the Mn content [Mn], and the O content [O] in the weld metal have a relationship represented by the following formula (2). It is preferable. When the Si content [Si], the Mn content [Mn], and the O content [O] in the weld metal have the relationship represented by the following formula (2), the amount of oxygen in the weld metal In addition to controlling the number density of coarse oxide inclusions by controlling the composition of the deoxidizing element to balance the content of Si, Mn and O in the weld metal, resistance to temper embrittlement The desired embrittlement characteristics can be stably obtained by improving the characteristics.
12000 [Si] +170 [Mn] +150,000 [O] <9800
Formula (2)
この高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の溶接金属では、そのメカニズムについては、すべてを解明したものではないが、以下のように推定される。
すなわち、溶接金属において、酸化物系介在物の個数密度を支配するものは、酸素量と酸化物系介在物のサイズである。ここで、酸素は一定量必要なので、個数密度を低減するには、サイズを比較的大きくすればよい。また酸化物介在物のサイズは、酸化物系介在物の融点または界面エネルギーに依存するとされる。そこで、本発明においては、酸化物系介在物を構成する元素（＝脱酸元素）はＳｉ、Ｍｎであり、これら両元素とＯのバランスによって、形成される酸化物種を制御することで、酸化物介在物のサイズが制御でき、同程度の酸素量でも個数密度が制御できたものと考えられる。
In this high strength Cr-Mo steel weld metal, the mechanism is not fully understood, but is estimated as follows.
That is, in the weld metal, what controls the number density of oxide inclusions is the amount of oxygen and the size of oxide inclusions. Here, since a certain amount of oxygen is required, the size can be made relatively large in order to reduce the number density. The size of the oxide inclusion depends on the melting point or interface energy of the oxide inclusion. Therefore, in the present invention, the elements constituting the oxide inclusions (= deoxidation elements) are Si and Mn, and the oxide species formed by controlling the oxide species formed by the balance between these elements and O can be oxidized. It is considered that the size of inclusions can be controlled and the number density can be controlled even with the same amount of oxygen.
次に、本発明の溶接金属を形成するための被覆アーク溶接方法について説明する。
この被覆アーク溶接方法は、必須成分として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、およびＯを特定の量含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物で構成される溶接金属を形成するために、前記のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＶおよびＢの各成分と、残部がＦｅおよび不可避的不純物と、さらに、アーク安定剤及びスラグ生成剤等を含む被覆剤とを、固着剤によって心線に被覆させて構成される被覆アーク溶接棒を使用して被覆アーク溶接する方法である。このとき、溶接電流の好ましい範囲は、１４０〜１９０Ａである。
Next, the covering arc welding method for forming the weld metal of the present invention will be described.
In this coated arc welding method, a weld metal composed of a specific amount of C, Si, Mn, Cr, Mo, Nb, V, B, and O as an essential component, with the balance being Fe and inevitable impurities. In order to form, a coating agent containing the above-mentioned components of C, Si, Mn, Cr, Mo, Nb, V and B, the balance being Fe and unavoidable impurities, and an arc stabilizer and a slag generator Is covered arc welding using a covered arc welding rod formed by covering the core wire with a fixing agent. At this time, a preferable range of the welding current is 140 to 190A.
次に、被覆アーク溶接棒の各成分の含有量の限定理由および被覆率について説明する。なお、以下に示す成分は溶接棒における心線及び被覆剤のいずれか一方に含有されていても、両方に含有されていてもよく、両方に含有される場合はその合計量を規定するものである。 Next, the reason for limiting the content of each component of the covered arc welding rod and the coverage will be described. In addition, the component shown below may be contained in either one of the core wire and the coating material in the welding rod, or may be contained in both, and when contained in both, it defines the total amount. is there.
被覆アーク溶接棒中のＣ含有量
Ｃは溶接金属の室温及び高温強度、並びに靱性を確保するために重要な元素であり、溶接金属中のＣ含有量を０．０４〜０．１０質量％にするために、歩留まりを考慮して溶接棒全体におけるＣ含有量を調整する必要がある。そこで、被覆アーク溶接棒中のＣ含有量は０．０４〜０．１２質量％にすることが好ましい。さらに好ましくはＣ含有量は０．０５〜０．１１質量％である。
C content in the coated arc welding rod C is an important element for ensuring the room temperature and high temperature strength and toughness of the weld metal, and the C content in the weld metal is 0.04 to 0.10% by mass. Therefore, it is necessary to adjust the C content in the entire welding rod in consideration of the yield. Therefore, the C content in the coated arc welding rod is preferably 0.04 to 0.12% by mass. More preferably, the C content is 0.05 to 0.11% by mass.
被覆アーク溶接棒中のＳｉ含有量
Ｓｉはビードのなじみ性を改善する役割を有する元素であり、溶接金属中のＳｉ含有量を０．１５〜０．５質量％にするために、歩留まりを考慮して被覆アーク溶接棒全体におけるＳｉ含有量を調整する必要がある。従って、被覆アーク溶接棒中のＳｉ含有量は１．０〜１．８質量％にすることが好ましい。さらに好ましくは１．４〜１．７質量％である。
Si content in the coated arc welding rod Si is an element having a role of improving the conformability of the bead, and the yield is considered in order to make the Si content in the weld metal 0.15 to 0.5 mass%. Thus, it is necessary to adjust the Si content in the entire coated arc welding rod. Therefore, the Si content in the coated arc welding rod is preferably 1.0 to 1.8% by mass. More preferably, it is 1.4-1.7 mass%.
被覆アーク溶接棒中のＭｎ含有量
Ｍｎは、特に、Ｖが添加された溶接金属の靱性を向上させる効果を有する成分であり、溶接金属中のＭｎ含有量を０．５〜１．０質量％とするために、歩留まりを考慮して被覆アーク溶接棒全体におけるＭｎ含有量を調整する必要がある。従って、被覆アーク溶接棒中のＭｎ含有量は０．８〜１．８質量％にすることが好ましい。さらに好ましくは、１．０〜１．５質量％である。
Mn content in the coated arc welding rod Mn is a component having an effect of improving the toughness of the weld metal to which V is added, and the Mn content in the weld metal is 0.5 to 1.0% by mass. Therefore, it is necessary to adjust the Mn content in the entire coated arc welding rod in consideration of the yield. Therefore, the Mn content in the coated arc welding rod is preferably 0.8 to 1.8% by mass. More preferably, it is 1.0-1.5 mass%.
被覆アーク溶接棒中のＣｒ含有量
Ｃｒは、耐熱性に優れた高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の主成分であり、溶接金属の機械的強度を確保するために重要な元素であり、溶接金属中のＣｒ含有量を２．００〜３．２５質量％とするために、歩留まりを考慮して被覆アーク溶接棒全体のＣｒ含有量を調整する必要がある。そこで、被覆アーク溶接棒におけるＣｒ含有量は２．０〜３．３質量％にすることが好ましい。さらに好ましくは２．２〜３．０質量％である。
Cr content in the coated arc welding rod Cr is a main component of high strength Cr-Mo steel excellent in heat resistance, and is an important element for securing the mechanical strength of the weld metal. In order to make the Cr content 2.00 to 3.25 mass%, it is necessary to adjust the Cr content of the entire coated arc welding rod in consideration of the yield. Therefore, the Cr content in the coated arc welding rod is preferably 2.0 to 3.3 mass%. More preferably, it is 2.2-3.0 mass%.
被覆アーク溶接棒中のＭｏ含有量
Ｍｏは、Ｃｒとともに、耐熱性に優れた高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼の主成分であり、溶接金属の機械的強度を確保するために重要な元素であり、溶接金属中のＭｏ含有量を０．９〜１．２質量％とするために、歩留まりを考慮して被覆アーク溶接棒全体のＭｏ含有量を調整する必要がある。そこで、被覆アーク溶接棒におけるＭｏ含有量は０．９〜１．２質量％にすることが好ましい。さらに好ましくは１．０〜１．１質量％である。
Mo content in covered arc welding rods Mo is the main component of high strength Cr-Mo steel with excellent heat resistance, together with Cr, and is an important element for ensuring the mechanical strength of weld metal. In order to adjust the Mo content in the metal to 0.9 to 1.2% by mass, it is necessary to adjust the Mo content of the entire coated arc welding rod in consideration of the yield. Therefore, the Mo content in the coated arc welding rod is preferably 0.9 to 1.2% by mass. More preferably, it is 1.0-1.1 mass%.
被覆アーク溶接棒中のＮｂ含有量
Ｎｂは、その含有量が微量であっても、室温および高温における強度ならびにクリープ強度を改善する役割を有する元素であり、溶接金属中のＮｂ含有量を０．０１〜０．０３質量％とするために、歩留まりを考慮して被覆アーク溶接棒全体のＮｂ含有量を調整する必要がある。そこで、被覆アーク溶接棒におけるＮｂ含有量は０．０４〜０．０８質量％にすることが好ましい。さらに好ましくは０．０５〜０．０７質量％である。
Nb content in coated arc welding rod Nb is an element having a role of improving the strength and creep strength at room temperature and high temperature, even if its content is very small. In order to set the content to 01 to 0.03 mass%, it is necessary to adjust the Nb content of the entire coated arc welding rod in consideration of the yield. Therefore, the Nb content in the coated arc welding rod is preferably 0.04 to 0.08% by mass. More preferably, it is 0.05-0.07 mass%.
被覆アーク溶接棒中のＶ含有量
Ｖは、溶接金属中におけるＳＲ処理後の粒内に微細なＭＣ炭化物を優先的に析出させ、溶接金属の靱性および焼戻脆化特性を改善する役割を有する元素であり、溶接金属中のＶ含有量を０．２〜０．７質量％とするために、歩留まりを考慮して被覆アーク溶接棒全体のＶ含有量を調整する必要がある。そこで、被覆アーク溶接棒におけるＶ含有量は０．３〜１．０質量％にすることが好ましい。さらに好ましくは０．４〜０．８質量％である。
V content in the coated arc welding rod V has the role of preferentially precipitating fine MC carbides in the grains after SR treatment in the weld metal and improving the toughness and temper embrittlement characteristics of the weld metal. It is an element, and in order to make the V content in the weld metal 0.2 to 0.7% by mass, it is necessary to adjust the V content of the entire coated arc welding rod in consideration of the yield. Therefore, the V content in the coated arc welding rod is preferably 0.3 to 1.0% by mass. More preferably, it is 0.4-0.8 mass%.
被覆アーク溶接棒中のＢ含有量
Ｂは、溶接金属の靭性確保に有効な元素であり、さらに適量の含有により、Ｃｒを主成分とする炭化物量を低減させる役割を有する元素であり、溶接金属中のＢ含有量を０．００３質量％以下とするために、歩留まりを考慮して被覆アーク溶接棒全体のＢ含有量を調整する必要がある。そこで、被覆アーク溶接棒におけるＢ含有量は０．０００２〜０．００５質量％にすることが好ましい。さらに好ましくは０．０００２〜０．００４質量％である。
B content in the coated arc welding rod B is an element effective for ensuring the toughness of the weld metal, and is an element having a role of reducing the amount of carbide containing Cr as a main component by containing an appropriate amount. In order to make the B content within 0.003% by mass or less, it is necessary to adjust the B content of the entire coated arc welding rod in consideration of the yield. Therefore, the B content in the coated arc welding rod is preferably 0.0002 to 0.005 mass%. More preferably, it is 0.0002-0.004 mass%.
被覆アーク溶接棒中のＣｕおよびＮｉ含有量
ＣｕおよびＮｉは、溶接金属の靱性を確保するために有効な元素であるが、焼戻し脆化を促進させる側面をも有する成分であり、溶接金属中のＣｕ含有量およびＮｉ含有量はそれぞれ０．０５質量％未満に制限することが好ましい。そこで、被覆アーク溶接棒全体のＣｕ含有量およびＮｉ含有量をそれぞれ０．０５質量％未満にすることが好ましい。さらに０．０３質量％未満に制限することが好ましい。
Cu and Ni contents in the coated arc welding rod Cu and Ni are effective elements for ensuring the toughness of the weld metal, but are also components having a side surface that promotes temper embrittlement. The Cu content and Ni content are each preferably limited to less than 0.05% by mass. Therefore, it is preferable that the Cu content and the Ni content of the entire coated arc welding rod are each less than 0.05% by mass. Furthermore, it is preferable to limit to less than 0.03% by mass.
被覆アーク溶接棒中のＰ含有量
ＰおよびＳは、不純物として旧γ粒界に偏析し、焼戻し脆化を促進させる成分であり、溶接金属中のＰ含有量およびＳ含有量をそれぞれ０．０１２質量％未満に制限することが好ましい。そこで、被覆アーク溶接棒全体のＰ含有量およびＳ含有量をそれぞれ０．０１２質量％未満にすることが好ましい。さらに好ましくは０．０１０質量％未満に制限することが好ましい。
P content in the coated arc welding rod P and S are components that segregate at the prior γ grain boundaries as impurities and promote temper embrittlement. The P content and the S content in the weld metal are 0.012 respectively. It is preferable to limit to less than mass%. Therefore, it is preferable that the P content and the S content of the entire coated arc welding rod are each less than 0.012% by mass. More preferably, it is preferably limited to less than 0.010% by mass.
また、アーク安定剤およびスラグ生成剤としては、一般的な石灰等の金属炭酸塩、蛍石等の金属フッ化物、アルミナ及びルチール等の酸化物、Ｍｇ、鉄粉、アルカリ成分等を必要に応じて添加することができる。
さらに、固着剤としては、珪酸ソーダ又は珪酸カリを含有する水ガラスを使用することができる。
As arc stabilizers and slag generators, general metal carbonates such as lime, metal fluorides such as fluorite, oxides such as alumina and rutile, Mg, iron powder, alkaline components, etc. Can be added.
Furthermore, water glass containing sodium silicate or potassium silicate can be used as the fixing agent.
心線に被覆させる被覆剤の被覆率は、溶接棒全質量あたり２５〜４０質量％、好ましくは２８〜３５質量％である。溶接棒全質量あたりの被覆剤の被覆率が２５重量％未満であると、保護筒を十分に形成することができないので、アークが集中せず、スパッタが多発して作業性が極めて悪くなる。また、スラグが十分に形成されず、ビード形状も劣化する。一方、被覆率が４０重量％を超えると、スラグの発生量が極めて多くなり、開先内における運棒が困難になる。また、スラグ巻き込みが発生し、スラグの剥離性が低下するので、溶接作業性が極めて悪いものとなる。 The coverage of the coating agent coated on the core wire is 25 to 40% by mass, preferably 28 to 35% by mass, based on the total mass of the welding rod. When the coating rate of the coating material per total mass of the welding rod is less than 25% by weight, the protective cylinder cannot be sufficiently formed, so that the arc does not concentrate, spatter frequently occurs, and workability becomes extremely poor. Further, the slag is not sufficiently formed, and the bead shape is also deteriorated. On the other hand, if the coverage exceeds 40% by weight, the amount of slag generated becomes extremely large, and it becomes difficult to carry the rod in the groove. Moreover, since slag entrainment occurs and the slag releasability is lowered, the welding workability is extremely poor.
以下、本発明の溶接金属の実施例について、その比較例と比較して具体的に説明する。 Hereinafter, examples of the weld metal of the present invention will be specifically described in comparison with comparative examples.
（実施例１〜９、比較例１〜８）
直径が４．０ｍｍの心線に、被覆材を被覆塗装した後に、乾燥・焼成して表１に示す成分組成を有する被覆アーク溶接棒とした。
(Examples 1-9, Comparative Examples 1-8)
A coating material was coated on a core wire having a diameter of 4.0 mm, dried and fired to obtain a coated arc welding rod having the component composition shown in Table 1.
この被覆アーク溶接棒を用いて、図１に示すとおり、Ｖ形状の開先部３を介して、表２に示す成分組成を有する高強度Ｃｒ−Ｍｏ鋼からなる溶接母材（板厚：１９ｍｍ）１ａおよび１ｂを突合せ溶接して溶接試験片を作製した。開先部３の下部には、溶接母材１ａ，１ｂと同一の組成を有する裏当金２を配置した。また、Ｖ形状の開先部３の開先角度を１０度、裏当金２が配置されている部分の溶接母材１ａと溶接母材１ｂとの間のギャップ幅を２２ｍｍとした。
溶接は、電流１７０Ａ、電圧２５Ｖで、８層１６パスで行った。なお、予熱・パス間温度は２００〜２５０℃とした。
Using this coated arc welding rod, as shown in FIG. 1, a weld base material (plate thickness: 19 mm) made of high-strength Cr-Mo steel having the composition shown in Table 2 through a V-shaped groove 3. ) 1a and 1b were butt welded to produce a weld specimen. Under the groove portion 3, a
Welding was performed with 8 layers and 16 passes at a current of 170 A and a voltage of 25 V. The preheating / interpass temperature was 200 to 250 ° C.
次に、得られた溶接試験片に図２に示すＳＲ（応力除去焼鈍）処理を行った。図２は、温度を縦軸、時間を横軸としてＳＲ処理の温度処理過程を示す図である。このＳＲ処理は、加熱開始後、溶接試験片の温度が３００℃を超えたときに、昇温速度が５５℃／時間となるように加熱し、さらに、溶接試験片の温度が７０５℃に到達した段階で、その温度を８時間保持した。次に、溶接試験片の温度が３００℃以下になるまで、降温速度が５５℃／時間となるように冷却した。なお、試験片の温度が３００℃以下の範囲では、加熱及び冷却条件は規定しない。 Next, SR (stress relief annealing) processing shown in FIG. 2 was performed on the obtained welded test piece. FIG. 2 is a diagram illustrating a temperature processing process of the SR processing with the temperature as the vertical axis and the time as the horizontal axis. In this SR treatment, after the start of heating, when the temperature of the weld specimen exceeds 300 ° C., the heating rate is increased to 55 ° C./hour, and the temperature of the weld specimen reaches 705 ° C. At that stage, the temperature was held for 8 hours. Next, it cooled so that the temperature-fall rate might be set to 55 degreeC / hour until the temperature of a welding test piece became 300 degrees C or less. In addition, in the range whose temperature of a test piece is 300 degrees C or less, heating and cooling conditions are not prescribed | regulated.
次に、得られたＳＲ処理を施した溶接試験片から、図３に示すように、開先部に形成された溶接金属４の中央部からＪＩＳＺ３１１１ ４号に規定されるサイズの試験片５を採取した。
得られた試験片について、吸光光度法（Ｂ）、燃焼-赤外線吸収法（Ｃ・Ｓ）、不活性ガス融解−熱伝導度法（Ｎ・Ｏ）、誘導結合プラズマ発光分光分析法（前述の元素以外）によって化学成分分析を行った。また、下記の方法にしたがって、溶接金属の被見面積１ｍｍ2における酸化物介在物の個数を測定した。
Next, from the obtained welded test piece subjected to the SR treatment, as shown in FIG. 3, a test piece 5 having a size defined in JISZ3111-4 is formed from the central part of the weld metal 4 formed in the groove portion. Collected.
About the obtained test piece, absorptiometric method (B), combustion-infrared absorption method (CS), inert gas melting-thermal conductivity method (N-O), inductively coupled plasma emission spectrometry (described above) Chemical composition analysis was performed by other than elements. In addition, according to the following method, the number of oxide inclusions in the observed area of 1 mm 2 of the weld metal was measured.
酸化物介在物の個数
得られた溶接金属の中央部から試験片を切り出し、まず、走査型電子顕微鏡（ＣａｒｌＺｅｉｓｓ社製、ＳＵＰＲＡ ３５）を用いて、倍率１０００倍で試験片を観察し、被見面積０．００６ｍｍ2の画像を２０視野撮影した。次に、得られた画像を画像解析ソフト（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃ社製、Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ）を用いて解析し、酸化物径を算出し、直径１μｍ以上のものの個数密度（個／ｍｍ2）を算出した。
Number of oxide inclusions A test piece was cut out from the center of the obtained weld metal, and first, the test piece was observed with a scanning electron microscope (SUPRA 35, manufactured by Carl Zeiss) at a magnification of 1000 times. An image having an area of 0.006 mm 2 was photographed in 20 views. Next, the obtained image is analyzed using image analysis software (Media CyberPro, Image-Pro Plus), the oxide diameter is calculated, and the number density (pieces / mm 2 ) of those having a diameter of 1 μm or more is calculated. did.
また、得られた試験片について、ＪＩＳＺ３１１１ ４号に基づき、シャルピー衝撃試験を実施し、vTr55を評価した。 Moreover, the Charpy impact test was implemented about the obtained test piece based on JISZ3111.4, and vTr55 was evaluated.
次に、焼戻し脆化特性を評価するため、脆化促進処理（ステップクーリング）を実施した後にvTr’55を評価した。図４に、ステップクーリングの処理方法を示す。図４に示すように、試験片の温度が３００℃を超えると、温度上昇が毎時５０℃以下になるように加熱条件を調整し、試験片の温度を５９３℃まで加熱して、１時間保持する。その後、同様の要領で５３８℃で１５時間、５２４℃で２４時間、４９６℃で６０時間保持するが、これらの冷却段階においては、毎時５．６℃の温度で試験片が冷却されるように調整する。更に、４９６℃に保持された試験片を、毎時２．８℃の温度で冷却して４６８℃とし、この温度で１００時間保持する。そして、試験片の温度が３００℃以下になるまで、温度降下が毎時２８℃以下となるように試験片を冷却する。なお、ＳＲ条件と同様に、試験片の温度が３００℃以下の範囲では、加熱及び冷却条件は規定していない。 Next, in order to evaluate the temper embrittlement characteristics, vTr′55 was evaluated after the embrittlement promotion treatment (step cooling) was performed. FIG. 4 shows a processing method of step cooling. As shown in FIG. 4, when the temperature of the test piece exceeds 300 ° C., the heating conditions are adjusted so that the temperature rise is 50 ° C. or less per hour, and the temperature of the test piece is heated to 593 ° C. and held for 1 hour. To do. Thereafter, the sample is kept at 538 ° C. for 15 hours, 524 ° C. for 24 hours, and 496 ° C. for 60 hours in the same manner. In these cooling steps, the test piece is cooled at a temperature of 5.6 ° C. per hour. adjust. Further, the test piece held at 496 ° C. is cooled to 468 ° C. at a temperature of 2.8 ° C. per hour, and held at this temperature for 100 hours. Then, the test piece is cooled so that the temperature drop becomes 28 ° C. or less per hour until the temperature of the test piece becomes 300 ° C. or less. In addition, like SR conditions, heating and cooling conditions are not prescribed | regulated in the range whose temperature of a test piece is 300 degrees C or less.
次に、ステップクーリング後に、さらに、ＪＩＳＺ３１１１ ４号に基づき、シャルピー衝撃試験を実施し、vTr'55およびｖE-50を評価した。
また、ステップクーリング後の試験片について、下記の表３に示す条件で電解抽出を行い、得られた残渣について、ＩＣＰ発光分析法によって、Ｃｒ析出量、Ｎｂ析出量を分析した。
Next, after step cooling, a Charpy impact test was further performed based on JISZ3114 and vTr'55 and vE-50 were evaluated.
Moreover, about the test piece after step cooling, the electrolytic extraction was performed on the conditions shown in the following Table 3, and Cr precipitation amount and Nb precipitation amount were analyzed about the obtained residue by ICP emission spectrometry.
表４−１、表４−２および表４−３に、溶接金属中央部の成分組成、パラメータＣＰの算出結果、電解抽出残渣の分析結果、Ｓｉ、ＭｎおよびＯのバランス（式（２）の左辺の数値）ならびに靱性の指標であるvTr55、さらに耐焼戻脆化特性の指標としてΔ＝ｖTr55−vTr'55、およびステップクーリング後のｖE-50をあわせて示す。表４において、vTr55＜-50℃、vTr'55＜-50℃、Δ（＝ｖTr55−vTr'55）＜5℃のものを合格とした。ただしΔがマイナスになる材料については、ゼロと表示した（ほとんど脆化しない優れた材料である）。また、ｖE-50については、シャルピー試験を３回行って、得られた値の平均値（ａｖｅ．）が５５（Ｊ）以上、最小値（ｍｉｎ．）が４７（Ｊ）以上のものを合格とした。 In Table 4-1, Table 4-2, and Table 4-3, the component composition of the weld metal central portion, the calculation result of the parameter CP, the analysis result of the electrolytic extraction residue, the balance of Si, Mn, and O (of the formula (2) (Numerical values on the left side) and vTr55 as an index of toughness, Δ = vTr55−vTr′55 as an index of temper embrittlement resistance, and vE-50 after step cooling are also shown. In Table 4, vTr55 <-50 ° C., vTr′55 <-50 ° C., and Δ (= vTr55−vTr′55) <5 ° C. were accepted. However, a material in which Δ is negative is indicated as zero (it is an excellent material that hardly becomes brittle). For vE-50, the Charpy test was conducted three times, and the average value (ave.) Of the obtained values was 55 (J) or more and the minimum value (min.) Was 47 (J) or more. It was.
表４−１、表４−２および表４−３に示すとおり、実施例１〜８の溶接金属は、各成分の含有量および電解抽出残渣におけるＣｒ析出量（insol.Cr）およびＮｂ析出量（insol.Nb）が本発明の範囲であった。そのため、靱性の指標であるvTr55およびｖE-50、耐焼戻脆化特性の指標であるΔが良好であった。また、ステップクーリング後のシャルピー試験において、vE-50の最小値（min.）でも５５Ｊ以上が確保され、安定的な脆化特性を有することが分かった。 As shown in Table 4-1, Table 4-2, and Table 4-3, the weld metals of Examples 1 to 8 are the content of each component, the amount of Cr precipitation (insol.Cr) and the amount of Nb precipitation in the electrolytic extraction residue. (Insol.Nb) was within the scope of the present invention. Therefore, vTr55 and vE-50, which are toughness indicators, and Δ, which is an indicator of resistance to temper embrittlement, were good. In addition, in the Charpy test after step cooling, 55J or more was secured even at the minimum value (min.) Of vE-50, and it was found that it has stable embrittlement characteristics.
一方、比較例１の溶接金属は、Ｃ含有量が本発明の範囲の上限を超えるとともに、パラメータＣＰが８９．５と６０よりも高い値であるため、insol.Crが高く耐焼戻脆化特性に劣る結果を示している。比較例２の溶接金属は、Ｓｉ含有量が本発明の範囲の上限を超えるため、靭性に劣るとともに、耐焼戻脆化特性も劣る結果を示している。比較例３の溶接金属は、Ｍｎ含有量が本発明の範囲の上限を超えるため、靭性は悪くないが、耐焼戻脆化特性に劣る結果を示している。 On the other hand, the weld metal of Comparative Example 1 has a C content exceeding the upper limit of the range of the present invention, and the parameter CP is higher than 89.5 and 60. Therefore, insol.Cr is high and temper embrittlement resistance is high. Shows inferior results. The weld metal of Comparative Example 2 shows a result that the Si content exceeds the upper limit of the range of the present invention, and therefore the toughness is inferior and the tempering embrittlement resistance is also inferior. Since the Mn content exceeds the upper limit of the range of the present invention, the weld metal of Comparative Example 3 shows a result of inferior tempering embrittlement resistance, although the toughness is not bad.
比較例４の溶接金属は、Ｎｂ含有量が本発明の範囲の下限未満であるとともに、パラメータＣＰが４．０と５未満であるため、耐焼戻脆化特性が劣るとともに、insol.Crが高く、また、insol.Nbが低いため、靭性も劣る結果を示している。比較例５の溶接金属は、Ｎｂ含有量が本発明の上限を超えるとともに、パラメータＣＰが６８．８と６０よりも高い値であるため、低い靭性を示している。 In the weld metal of Comparative Example 4, the Nb content is less than the lower limit of the range of the present invention, and the parameter CP is less than 4.0 and 5, so that the temper embrittlement resistance is inferior and insol.Cr is high. In addition, since insol.Nb is low, the toughness is inferior. The weld metal of Comparative Example 5 shows low toughness because the Nb content exceeds the upper limit of the present invention and the parameter CP is higher than 68.8 and 60.
比較例６の溶接金属は、Ｏ含有量が本発明の範囲の上限を超えるため、靱性に劣る結果を示している。比較例７の溶接金属は、Ｂを含有しないため、靱性に劣る結果を示している。比較例８の溶接金属は、Ｂ含有量が本発明の範囲の上限を超えるとともに、insol.Nbが低いため、耐焼戻脆化特性に劣る結果を示している。 The weld metal of Comparative Example 6 shows a result of inferior toughness because the O content exceeds the upper limit of the range of the present invention. Since the weld metal of Comparative Example 7 does not contain B, the result is inferior in toughness. The weld metal of Comparative Example 8 shows a result of inferior tempering embrittlement resistance because the B content exceeds the upper limit of the range of the present invention and insol.Nb is low.
また、実施例１〜９、および比較例１〜８の溶接金属について、直径１μｍ以上の酸化物介在物の個数と、vE-50の最小値（min.）との関係を図５に示す。
この図５から、直径１μｍ以上の酸化物介在物の個数が２０００未満である実施例１〜４、および実施例６〜９の溶接金属は、vE-50の最小値（min.）が４７（Ｊ）以上の結果を示し、良好な脆化特性を安定的に有することが分かる。これに対して、酸化物介在物の個数が２０００未満である比較例１、３〜５および７〜８は、vE-50の最小値（min.）が４７（Ｊ）以下の結果を示し、良好な脆化特性を安定的に有しないものであることが分かる。
FIG. 5 shows the relationship between the number of oxide inclusions having a diameter of 1 μm or more and the minimum value (min.) Of vE-50 for the weld metals of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 8.
From FIG. 5, the weld metal of Examples 1 to 4 and Examples 6 to 9 in which the number of oxide inclusions having a diameter of 1 μm or more is less than 2000, the minimum value (min.) Of vE-50 is 47 ( J) The above results are shown and it can be seen that the composition has good embrittlement characteristics stably. On the other hand, Comparative Examples 1, 3-5, and 7-8, in which the number of oxide inclusions is less than 2000, show a result that the minimum value (min.) Of vE-50 is 47 (J) or less, It turns out that it does not have a favorable embrittlement characteristic stably.
１ａ，１ｂ 溶接母材
２ 裏当金
３ 開先部
４ 溶接金属
５ 試験片
1a, 1b
Claims (6)
ＣＰ＝[C]×[Nb]／（[Cr]／５２＋[Mo]／９６＋[Nb]／９３＋[V]／５１）×１０００ 式（１）
式（１）中、[Ｃ]、[Ｎｂ]、[Ｃｒ]、[Ｍｏ]、[Ｎｂ]および[Ｖ]は、溶接金属中のＣ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｂおよびＶの含有率（質量％）を示す。 The weld metal of high strength Cr-Mo steel according to any one of claims 1 to 3, wherein a parameter CP calculated by the following formula (1) is 5 to 50 .
CP = [C] × [Nb] / ([Cr] / 52 + [Mo] / 96 + [Nb] / 93 + [V] / 51) × 1000 Formula (1)
In formula (1), [C], [Nb], [Cr], [Mo], [Nb] and [V] are the contents of C, Nb, Cr, Mo, Nb and V in the weld metal ( Mass%).
１２０００[Si]＋１７０[Mn]＋１５００００[O]＜９８００
式（２） The Si content [Si], the Mn content [Mn], and the O content [O] in the weld metal have a relationship represented by the following formula (2). The weld metal of high-strength Cr—Mo steel according to any one of 4.
12000 [Si] +170 [Mn] +150,000 [O] <9800
Formula (2)
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