JP2009022989A - Ni基高Cr合金用溶接材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐溶接割れ性、すなわち、耐再熱割れ性及び耐凝固割れ性と、溶接作業性及びワイヤ加工性に優れたNi基高Cr合金用溶接材料を提供する。
【解決手段】溶接材料全質量あたり、Cr:28.0〜31.5質量%、Fe:7.0〜11.0質量%、Mn:2.0〜6.0質量%、Nb:0.8〜2.0質量%を含有し、かつ、前記Mnと前記Nbの合計が2.8〜7.5質量%であり、残部がNi及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、C:0.04質量%以下、Si:0.5質量%以下、P:0.02質量%以下、S:0.004質量%以下、Al:0.1質量%以下、Ti:0.1質量%以下、O:0.01質量%以下、N:0.02質量%以下に抑制し、かつ、前記Alと前記Tiの合計が、0.11質量%以下であるNi基高Cr合金用溶接材料。
【選択図】なし
【解決手段】溶接材料全質量あたり、Cr:28.0〜31.5質量%、Fe:7.0〜11.0質量%、Mn:2.0〜6.0質量%、Nb:0.8〜2.0質量%を含有し、かつ、前記Mnと前記Nbの合計が2.8〜7.5質量%であり、残部がNi及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、C:0.04質量%以下、Si:0.5質量%以下、P:0.02質量%以下、S:0.004質量%以下、Al:0.1質量%以下、Ti:0.1質量%以下、O:0.01質量%以下、N:0.02質量%以下に抑制し、かつ、前記Alと前記Tiの合計が、0.11質量%以下であるNi基高Cr合金用溶接材料。
【選択図】なし
Description
本発明は、主に、強腐食環境で使用されるNi基高Cr合金の溶接用溶接材料に関する。
現在、高温で作動する加圧水型原子炉等や硝酸製造用の再加熱炉等の強腐食環境で使用されている600合金は、ほぼ純水に近い一次冷却水環境で耐粒界応力腐食割れ性に劣ることは従来から知られていた。一方、耐粒界応力腐食割れ性の向上のために、600合金に替わり、近年新たに開発された690合金への材質変更が有効とされている。690合金の代表的な母材規格の合金組成を表1に示す。
この690合金を用いて構造物を製造する際には、溶接を伴うのが一般的である。この溶接後に、強度を保持し、且つ、耐溶接割れ性を確保するためには、溶接材料が必要となる。この溶接材料に関しては、アメリカ機械学会(The American Society of Mechanical Engineers :ASME)のASMEボイラ及び圧力容器規定(ASME Boiler and Pressure Vessel Code:ASME Code)が存在する。その化学成分を表2に示す。
表2に示す溶接材料の組成は、690合金母材の組成である表1と比較すれば明らかなように、溶接材料の主組成も690合金とほとんど同組成であるが、溶接材料の方(表2)は溶接割れを防ぐために、P及びCuの含有量に特に制限を加え、また、耐食性の低下を防ぐためにMo、Nb、Al、Ti及び、AlとTiの合計の含有量に制限を加えている。
また、従来技術である特許文献1では、同様に耐溶接割れ性に優れた溶接材料を提供することを目的として、重量%で、C:0.04%以下、Si:0.01〜0.13%、Mn:5%以下、Cr:28〜31.5%、Nb:1.8%以下、Al:0.5〜1.1%、Ti:0.5〜1%、(但し、Al+Ti:1.6%以下)、Fe:7〜11%、V:0.5%以下を含有し、さらに不可避的不純物として、P:0.02%以下、S:0.015%以下、O:0.01%以下、N:0.002〜0.03%を含み、残部がNiからなる組成のNi基高Cr合金用溶接材料を開示している。
特開2003−311473号公報(段落0009)
しかしながら、従来から用いられている690合金やNi基高Cr合金用溶接材料(以下、ワイヤともいう)では、以下に示す問題があった。
690合金は、耐溶接割れ性に劣るオーステナイトの単一組織であるため、耐溶接割れ性の面で更なる性能の向上が求められていた。また、耐溶接割れ性を向上させたワイヤでも、ワイヤの製造時における熱間加工時の割れの発生で加工性が低下する、すなわち、熱間加工性に劣るものであれば、実用的に難しくなる。ここで、690合金は、特に熱間加工時に割れが発生することが多く、この熱間加工時の割れの発生により、歩留まりの低下を招いていた。そのため、ワイヤ加工性に劣るという問題があった。
なお、ワイヤの製造時における問題としては、熱間加工時の割れ以外に伸線中の断線などがある。これらをまとめて本願ではワイヤ加工性という。
690合金は、耐溶接割れ性に劣るオーステナイトの単一組織であるため、耐溶接割れ性の面で更なる性能の向上が求められていた。また、耐溶接割れ性を向上させたワイヤでも、ワイヤの製造時における熱間加工時の割れの発生で加工性が低下する、すなわち、熱間加工性に劣るものであれば、実用的に難しくなる。ここで、690合金は、特に熱間加工時に割れが発生することが多く、この熱間加工時の割れの発生により、歩留まりの低下を招いていた。そのため、ワイヤ加工性に劣るという問題があった。
なお、ワイヤの製造時における問題としては、熱間加工時の割れ以外に伸線中の断線などがある。これらをまとめて本願ではワイヤ加工性という。
特許文献1に記載の溶接材料に関しては、本発明研究過程において、この組成範囲の溶接材料を作成したところ、特に熱間圧延時に割れが発生する例が多く、歩留まりの低下を招く結果となった。このことから、特許文献1に記載の溶接材料は、ワイヤ加工性に劣るという問題があった。
さらに、ワイヤの成分組成によっては、溶接時に多量のスラグが発生する場合があり、このスラグの発生により、このスラグを取り除く手間がかかり、溶接作業が行いにくくなる、すなわち、溶接作業性が低下することがあった。また、溶接部が偏析により割れる凝固割れが発生する場合があった。
さらに、ワイヤの成分組成によっては、溶接時に多量のスラグが発生する場合があり、このスラグの発生により、このスラグを取り除く手間がかかり、溶接作業が行いにくくなる、すなわち、溶接作業性が低下することがあった。また、溶接部が偏析により割れる凝固割れが発生する場合があった。
本発明は、前記技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的は、耐溶接割れ性、すなわち、耐再熱割れ性及び耐凝固割れ性と、溶接作業性及びワイヤ加工性に優れたNi基高Cr合金用溶接材料を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討した結果、Ni基高Cr合金にMn及びNbを所定量添加することで、耐再熱割れ性に優れたNi基高Cr合金用溶接材料が得られることを知見し、本発明に到達するに至った。更に、Al及びTiの含有量を制限することにより、ワイヤ加工性を損なわないようにし、Nbの含有量を制限することにより、耐凝固割れ性を損なわないようにした。
なお、ここでの再熱割れとは、多層溶接をした場合に、前の溶接ビードの部分に新たに溶接したビードの熱影響により割れの起こる割れ現象をいう。
なお、ここでの再熱割れとは、多層溶接をした場合に、前の溶接ビードの部分に新たに溶接したビードの熱影響により割れの起こる割れ現象をいう。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明に係るNi基高Cr合金用溶接材料は、溶接材料全質量あたり、Cr:28.0〜31.5質量%、Fe:7.0〜11.0質量%、Mn:2.0〜6.0質量%、Nb:0.8〜2.0質量%を含有し、かつ、前記Mnと前記Nbの合計が2.8〜7.5質量%であり、残部がNi及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、C:0.04質量%以下、Si:0.5質量%以下、P:0.02質量%以下、S:0.004質量%以下、Al:0.1質量%以下、Ti:0.1質量%以下、O:0.01質量%以下、N:0.02質量%以下に抑制し、かつ、前記Alと前記Tiの合計が、0.11質量%以下であることを特徴とする。
このような構成によれば、Mn及びNbを所定量含有することにより、Ni基高Cr合金用溶接材料の耐再熱割れ性が向上する。また、Crを所定量添加することにより、耐応力腐食割れ性が向上し、Feを所定量含有することにより、スケールの発生が抑制される。さらに、不可避的不純物のうち、Al及びTiの含有量を制限することにより、ワイヤ加工性の低下が抑制され、所定元素の含有量を制限することにより、耐溶接割れ性や耐応力腐食割れ性等の低下が抑制される。
また、本発明に係るNi基高Cr合金用溶接材料は、前記Mnが、4.0〜5.9質量%、前記Nbが、1.0〜1.8質量%であり、かつ、前記Mnと前記Nbの合計が、5.0〜7.5質量%であることを特徴とする。
このような構成によれば、Mn、Nb及び、MnとNbの合計の含有量を、さらに所定範囲に制限することにより、Ni基高Cr合金用溶接材料の耐再熱割れ性が向上すると共に、溶接作業性やワイヤ加工性が、より低下しにくくなる。
本発明に係るNi基高Cr合金用溶接材料によれば、耐再熱割れ性を向上させることができる。また、熱間圧延時の割れの発生を抑制することができるため、ワイヤ加工性を向上させることができ、その結果、生産性を向上させることができる。さらに、溶接作業性の向上を図ることができる。
以下、本発明に係るNi基高Cr合金用溶接材料(以下、溶接材料という)について、詳細に説明する。
溶接材料は、Cr、Fe、Mn、Nbを所定量含有し、かつ、前記Mnと前記Nbの合計が所定量であり、残部がNi及び不可避的不純物からなるものである。そして、前記不可避的不純物のうち、C、Si、P、S、Al、Ti、O、Nを所定量以下に抑制し、かつ、前記Alと前記Tiの合計を所定量以下に規定したものである。
以下、溶接材料の成分の限定理由について説明する。なお、成分の含有量は、溶接材料全質量あたりの質量%である。
溶接材料は、Cr、Fe、Mn、Nbを所定量含有し、かつ、前記Mnと前記Nbの合計が所定量であり、残部がNi及び不可避的不純物からなるものである。そして、前記不可避的不純物のうち、C、Si、P、S、Al、Ti、O、Nを所定量以下に抑制し、かつ、前記Alと前記Tiの合計を所定量以下に規定したものである。
以下、溶接材料の成分の限定理由について説明する。なお、成分の含有量は、溶接材料全質量あたりの質量%である。
<Cr:28.0〜31.5質量%>
Crは、耐応力腐食割れ性および耐孔食性等の耐食性向上のために必須の元素であるが、耐応力腐食割れ性の効果を十分ならしめるためには、28.0質量%以上の添加が必要である。一方、31.5質量%を超えると、溶接材料の製造時の熱間加工性が著しく低下する。従って、Cr含有量は、28.0〜31.5質量%とする。
Crは、耐応力腐食割れ性および耐孔食性等の耐食性向上のために必須の元素であるが、耐応力腐食割れ性の効果を十分ならしめるためには、28.0質量%以上の添加が必要である。一方、31.5質量%を超えると、溶接材料の製造時の熱間加工性が著しく低下する。従って、Cr含有量は、28.0〜31.5質量%とする。
<Fe:7.0〜11.0質量%>
Feは690合金のような高Cr量の場合に生じるスケールの発生を防止又は抑制する。Feの含有量が7.0質量%未満では、スケールの発生が著しくなる。一方、11.0質量%を超えると、耐応力腐食割れ性が低下する。従って、Fe含有量は、7.0〜11.0質量%とする。
Feは690合金のような高Cr量の場合に生じるスケールの発生を防止又は抑制する。Feの含有量が7.0質量%未満では、スケールの発生が著しくなる。一方、11.0質量%を超えると、耐応力腐食割れ性が低下する。従って、Fe含有量は、7.0〜11.0質量%とする。
<Mn:2.0〜6.0質量%>
Mnは溶接時に脱酸作用及び脱硫作用をもたらす元素として有効であり、またSを固定し、耐再熱割れ性を向上させる効果がある。Mnの含有量が2.0質量%未満では、これらの十分な効果が得られない。一方、これらの効果を高めるためにはMn含有量を多くすることが好ましいが、6.0質量%を超えると、溶接時に発生するスラグにより湯流れを悪くし、溶接作業性が低下する。従って、Mn含有量は、2.0〜6.0質量%とする。好ましくは、4.0〜5.9質量%である。
Mnは溶接時に脱酸作用及び脱硫作用をもたらす元素として有効であり、またSを固定し、耐再熱割れ性を向上させる効果がある。Mnの含有量が2.0質量%未満では、これらの十分な効果が得られない。一方、これらの効果を高めるためにはMn含有量を多くすることが好ましいが、6.0質量%を超えると、溶接時に発生するスラグにより湯流れを悪くし、溶接作業性が低下する。従って、Mn含有量は、2.0〜6.0質量%とする。好ましくは、4.0〜5.9質量%である。
<Nb:0.8〜2.0質量%>
Nbは、耐再熱割れ性を向上させるが、Nbの含有量が0.8質量%未満では、十分な効果が得られない。一方、2.0質量%を超えると耐凝固割れ性が劣化し、さらに溶接材料の製造時の熱間加工性が著しく低下する。従って、Nb含有量は、0.8〜2.0質量%とする。好ましくは、1.0〜1.8質量%である。
Nbは、耐再熱割れ性を向上させるが、Nbの含有量が0.8質量%未満では、十分な効果が得られない。一方、2.0質量%を超えると耐凝固割れ性が劣化し、さらに溶接材料の製造時の熱間加工性が著しく低下する。従って、Nb含有量は、0.8〜2.0質量%とする。好ましくは、1.0〜1.8質量%である。
ここで、本発明においては、MnとNbの含有量の合計を所定範囲に規定する。
<MnとNbの合計:2.8〜7.5質量%>
Mn及びNbの添加は、耐再熱割れ性を向上させるが、MnとNbの合計の含有量が7.5質量%を超えると、溶接材料の製造時の熱間加工性が著しく低下し、また、スラグが発生しやすくなり、溶接作業性が低下する。従って、MnとNbの合計の含有量は、2.8〜7.5質量%とする。好ましくは、5.0〜7.5質量%、より好ましくは5.0〜7.0質量%である。
<MnとNbの合計:2.8〜7.5質量%>
Mn及びNbの添加は、耐再熱割れ性を向上させるが、MnとNbの合計の含有量が7.5質量%を超えると、溶接材料の製造時の熱間加工性が著しく低下し、また、スラグが発生しやすくなり、溶接作業性が低下する。従って、MnとNbの合計の含有量は、2.8〜7.5質量%とする。好ましくは、5.0〜7.5質量%、より好ましくは5.0〜7.0質量%である。
<残部:Ni及び不可避的不純物>
溶接材料は、前記成分を必須として含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなるものである。
以下、不可避的不純物として含まれる元素であるC、Si、P、S、Al、Ti、O、N、及び、AlとTiの合計を所定量以下に抑制した理由について説明する。
溶接材料は、前記成分を必須として含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなるものである。
以下、不可避的不純物として含まれる元素であるC、Si、P、S、Al、Ti、O、N、及び、AlとTiの合計を所定量以下に抑制した理由について説明する。
<C:0.04質量%以下>
Cは固溶体強化元素であり、C含有量の増加と共に引張強度は増加するが、C含有量の増加は耐応力腐食割れ性を低下させる。従って、両特性を考慮して、C含有量は、0.04質量%以下とする。
Cは固溶体強化元素であり、C含有量の増加と共に引張強度は増加するが、C含有量の増加は耐応力腐食割れ性を低下させる。従って、両特性を考慮して、C含有量は、0.04質量%以下とする。
<Si:0.5質量%以下>
Siは含有量が多くなると耐再熱割れ性が劣化するので、Si含有量は、0.5質量%以下とする。
Siは含有量が多くなると耐再熱割れ性が劣化するので、Si含有量は、0.5質量%以下とする。
<P:0.02質量%以下>
PはNiと低融点の共晶(Ni−Ni3P等)を作り、耐再熱割れ性を劣化させる元素である。従って、Pの含有量は少ないほどよいが、過度な制限は経済性の低下を招く。従って、P含有量は、0.02質量%以下とする。
PはNiと低融点の共晶(Ni−Ni3P等)を作り、耐再熱割れ性を劣化させる元素である。従って、Pの含有量は少ないほどよいが、過度な制限は経済性の低下を招く。従って、P含有量は、0.02質量%以下とする。
<S:0.004質量%以下>
SはPと同じようにNiと低融点の共晶(Ni−Ni3S2等)を作り、溶接材料の製造時の熱間加工性を著しく低下させる。従って、S含有量は、0.004質量%以下とする。
SはPと同じようにNiと低融点の共晶(Ni−Ni3S2等)を作り、溶接材料の製造時の熱間加工性を著しく低下させる。従って、S含有量は、0.004質量%以下とする。
<Al:0.1質量%以下>
Alは過剰に含有するとワイヤ加工性を低下させるので、0.1質量%以下とする。
Alは過剰に含有するとワイヤ加工性を低下させるので、0.1質量%以下とする。
<Ti:0.1質量%以下>
TiはAlと同様に、過剰に含有するとワイヤ加工性を低下させるので、0.1質量%以下とする。
TiはAlと同様に、過剰に含有するとワイヤ加工性を低下させるので、0.1質量%以下とする。
ここで、本発明においては、AlとTiの含有量の合計を所定以下に規定する。
<AlとTiの合計:0.11質量%以下>
Al及びTiの過剰な含有はスラグを発生させ、溶接作業性を低下させると共に、ワイヤ加工性を著しく低下させる。従って、AlとTiの合計の含有量は、0.11質量%以下とする。好ましくは、0.10質量%以下である。
<AlとTiの合計:0.11質量%以下>
Al及びTiの過剰な含有はスラグを発生させ、溶接作業性を低下させると共に、ワイヤ加工性を著しく低下させる。従って、AlとTiの合計の含有量は、0.11質量%以下とする。好ましくは、0.10質量%以下である。
<O:0.01質量%以下>
Oは溶接材料の溶製中に大気から侵入する不可避的不純物であり、耐応力腐食割れ性を低下させる。従って、0.01質量%以下とする。
Oは溶接材料の溶製中に大気から侵入する不可避的不純物であり、耐応力腐食割れ性を低下させる。従って、0.01質量%以下とする。
<N:0.02質量%以下>
NはOと同様に、溶接材料の溶製中に大気から侵入する不可避的不純物であり、ブローホール等の欠陥の原因となる。従って、0.02質量%以下とする。
NはOと同様に、溶接材料の溶製中に大気から侵入する不可避的不純物であり、ブローホール等の欠陥の原因となる。従って、0.02質量%以下とする。
なお、不可避的不純物としては、前記したC、Si、P、S、Al、Ti、O、Nの他、例えば、Mo、Cuを含有することが考えられるが、Moについては、0.5質量%以下、Cuについては、0.3質量%以下含有されていたとしても、本発明の効果に本質的な影響を与えるものではない。
次に、本発明に係る溶接材料について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを比較して具体的に説明する。
[第1実施例]
先ず、表3に示す組成を有する溶接材料を作製し、次に、この溶接材料を用いて、以下に示す、耐再熱割れ性(耐溶接割れ性)、溶接作業性についての評価を行なった。また、溶接材料の作製時(製造時)に、ワイヤ加工性についての評価を行なった。
溶接材料の成分組成を表3に示す。なお、表3において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。また、AlとTiの合計量(Al+Ti)の値は、小数点以下3桁目を四捨五入した値である。
先ず、表3に示す組成を有する溶接材料を作製し、次に、この溶接材料を用いて、以下に示す、耐再熱割れ性(耐溶接割れ性)、溶接作業性についての評価を行なった。また、溶接材料の作製時(製造時)に、ワイヤ加工性についての評価を行なった。
溶接材料の成分組成を表3に示す。なお、表3において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。また、AlとTiの合計量(Al+Ti)の値は、小数点以下3桁目を四捨五入した値である。
<耐再熱割れ性>
耐再熱割れ性の評価については、JIS Z 3224に基づき、表曲げ試験により行なった。割れが生じなかったものを耐再熱割れ性が良好(○)、2.4mm以下の割れが2個以下であったものを耐再熱割れ性がやや不良(△)、割れが多数生じたものを耐再熱割れ性が不良(×)と判断した。
耐再熱割れ性の評価については、JIS Z 3224に基づき、表曲げ試験により行なった。割れが生じなかったものを耐再熱割れ性が良好(○)、2.4mm以下の割れが2個以下であったものを耐再熱割れ性がやや不良(△)、割れが多数生じたものを耐再熱割れ性が不良(×)と判断した。
<溶接作業性>
溶接作業性の評価については、作製した溶接材料を用いて実際に溶接作業を行なうことにより行なった。溶接の際、スラグの発生が少なく、溶接作業を通常通り行うことができたものを溶接作業性が良好(○)、溶接作業を行なうことはできたが、スラグの発生により、溶接作業がやや困難であったものを溶接作業性がやや不良(△)、スラグの発生が多く、溶接作業を行なうことができなかったものを溶接作業性が不良(×)と判断した。
溶接作業性の評価については、作製した溶接材料を用いて実際に溶接作業を行なうことにより行なった。溶接の際、スラグの発生が少なく、溶接作業を通常通り行うことができたものを溶接作業性が良好(○)、溶接作業を行なうことはできたが、スラグの発生により、溶接作業がやや困難であったものを溶接作業性がやや不良(△)、スラグの発生が多く、溶接作業を行なうことができなかったものを溶接作業性が不良(×)と判断した。
<ワイヤ加工性>
ワイヤ加工性の評価については、ワイヤ製造時の加工状況を確認することにより行なった。問題なく加工ができたものをワイヤ加工性が良好(◎)、熱間加工時の割れは少ないが、伸線中の断線が発生しやすかったものをワイヤ加工性がやや良好(○)、熱間加工時の割れが多発し、伸線中の断線も多かったものをワイヤ加工性が不良(×)と判断した。
これらの結果を表4に示す。
ワイヤ加工性の評価については、ワイヤ製造時の加工状況を確認することにより行なった。問題なく加工ができたものをワイヤ加工性が良好(◎)、熱間加工時の割れは少ないが、伸線中の断線が発生しやすかったものをワイヤ加工性がやや良好(○)、熱間加工時の割れが多発し、伸線中の断線も多かったものをワイヤ加工性が不良(×)と判断した。
これらの結果を表4に示す。
表4に示すように、実施例1〜5は、成分組成が本発明の範囲を満足しているため、耐再熱割れ性、溶接作業性、ワイヤ加工性すべてにおいて良好であった。
なお、ワイヤ加工性における実施例4は、Nbが2.0質量%以下であるが、1.8質量%を超えたため、他の実施例に比べると、ワイヤ加工性にやや劣るものであった。
一方、比較例6〜19は、成分組成が本発明の範囲を満足していないため、以下の不具合を有していた。
なお、ワイヤ加工性における実施例4は、Nbが2.0質量%以下であるが、1.8質量%を超えたため、他の実施例に比べると、ワイヤ加工性にやや劣るものであった。
一方、比較例6〜19は、成分組成が本発明の範囲を満足していないため、以下の不具合を有していた。
比較例6は、Mn、Nb及び、MnとNbの合計量(Mn+Nb)が下限値を外れたため、溶接作業性及びワイヤ加工性は良好であったが、耐再熱割れ性に劣った。比較例7は、Mn及び、MnとNbの合計量が下限値を外れたため、溶接作業性及びワイヤ加工性は良好であったが、耐再熱割れ性に劣った。比較例8は、Mn及び、MnとNbの合計量が下限値を外れ、また、Nb及び、AlとTiの合計量(Al+Ti)が上限値を超えたため、耐再熱割れ性、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。
比較例9は、Nb及び、MnとNbの合計量が下限値を外れ、AlとTiの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。比較例10は、Nb、Ti及び、AlとTiの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性は良好であったが、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。比較例11は、S、Nb及び、MnとNbの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性は良好であったが、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。
比較例12は、Nbが下限値を外れ、Mn及び、AlとTiの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。比較例13は、Mnが下限値を外れ、Nb、Ti及び、AlとTiの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。
比較例14及び比較例15は、Nbが下限値を外れたため、溶接作業性及びワイヤ加工性は良好であったが、耐再熱割れ性に劣った。比較例16は、Nb、Al及び、AlとTiの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性は良好であったが、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。比較例17は、Ti、Al及び、AlとTiの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性は良好であったが、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。
比較例18は、Ti及び、AlとTiの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性は良好であったが、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。比較例19は、S、Ti、Al及び、AlとTiの合計量が上限値を超えたため、耐再熱割れ性は良好であったが、溶接作業性及びワイヤ加工性に劣った。
次に、前記結果をもとに、Mn、Nb、Al及びTi含有量の適正値について、図面を参照して説明する。
図1は、第1実施例における合金中のMn及びNb含有量と耐再熱割れ性(耐溶接割れ性)の関係を示すグラフ図、図2は、第1実施例における合金中のMnとNbの合計量(Mn+Nb)及び、AlとTiの合計量(Al+Ti)と溶接作業性の関係を示すグラフ図、図3は、第1実施例における合金中のMnとNbの合計量(Mn+Nb)及び、AlとTiの合計量(Al+Ti)とワイヤ加工性の関係を示すグラフ図である。
図1は、第1実施例における合金中のMn及びNb含有量と耐再熱割れ性(耐溶接割れ性)の関係を示すグラフ図、図2は、第1実施例における合金中のMnとNbの合計量(Mn+Nb)及び、AlとTiの合計量(Al+Ti)と溶接作業性の関係を示すグラフ図、図3は、第1実施例における合金中のMnとNbの合計量(Mn+Nb)及び、AlとTiの合計量(Al+Ti)とワイヤ加工性の関係を示すグラフ図である。
図1に示すように、Mn及びNbの添加により耐再熱割れ性の向上が見られるが、Mn又はNbの含有量が少ないと、耐再熱割れ性の向上はみられない。
また、図2及び図3に示すように、MnとNbの合計を適量添加した場合、Al及びTiの添加により、溶接作業性及びワイヤ加工性が損なわれる傾向にあった。また、AlとTiの合計、MnとNbの合計の過剰の添加では、スラグによる溶接作業性の低下、及びワイヤ加工性の低下がみられた。なお、図2、3ともに「MnとNbの合計:0.00質量%、AlとTiの合計:0.02質量%」(比較例6)及び「MnとNbの合計:1.97質量%、AlとTiの合計:0.03質量%」(比較例7)では、「○」となっているが、これは、「MnとNbの合計」及び「AlとTiの合計」の含有量が少ない分には、溶接作業性及びワイヤ加工性には影響しないためである。
[第2実施例]
Nbの添加による耐凝固割れ性の影響を確認するため、表5に示す成分の溶接材料1〜4を作製し、バレストレイン試験による耐凝固割れ性の評価を行った。
溶接材料の成分組成を表5に示す。なお、表5において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。また、AlとTiの合計量(Al+Ti)の値は、小数点以下3桁目を四捨五入した値である。また、溶接条件を表6に示すと共に、図4(a)に溶接形状、(b)に試験片形状を示す。
Nbの添加による耐凝固割れ性の影響を確認するため、表5に示す成分の溶接材料1〜4を作製し、バレストレイン試験による耐凝固割れ性の評価を行った。
溶接材料の成分組成を表5に示す。なお、表5において、本発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。また、AlとTiの合計量(Al+Ti)の値は、小数点以下3桁目を四捨五入した値である。また、溶接条件を表6に示すと共に、図4(a)に溶接形状、(b)に試験片形状を示す。
作製した溶接材料1〜4は、Nb含有量のみを変化させ、その他の元素についてはなるべく同レベルとなるように調整した。そして、バレストレイン試験によって試験片1に生じた溶接割れ長さの合計値(総割れ長さ)を求めた。
溶接材料1〜4のNb含有量と、総割れ長さとの相関を図5に示す。
図5に示すように、Nb含有量の増加に伴って、総割れ長さが大きくなり、Nb含有量が2.0質量%以下であれば、凝固割れの合計値が低いレベルで安定する傾向にあることがわかった。
溶接材料1〜4のNb含有量と、総割れ長さとの相関を図5に示す。
図5に示すように、Nb含有量の増加に伴って、総割れ長さが大きくなり、Nb含有量が2.0質量%以下であれば、凝固割れの合計値が低いレベルで安定する傾向にあることがわかった。
以上、本発明に係る溶接材料について最良の実施の形態及び実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されるものではない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。
1 試験板
R 曲げ半径
R 曲げ半径
Claims (2)
- 溶接材料全質量あたり、Cr:28.0〜31.5質量%、Fe:7.0〜11.0質量%、Mn:2.0〜6.0質量%、Nb:0.8〜2.0質量%を含有し、かつ、前記Mnと前記Nbの合計が2.8〜7.5質量%であり、残部がNi及び不可避的不純物からなり、
前記不可避的不純物のうち、C:0.04質量%以下、Si:0.5質量%以下、P:0.02質量%以下、S:0.004質量%以下、Al:0.1質量%以下、Ti:0.1質量%以下、O:0.01質量%以下、N:0.02質量%以下に抑制し、かつ、前記Alと前記Tiの合計が、0.11質量%以下であることを特徴とするNi基高Cr合金用溶接材料。 - 前記Mnが、4.0〜5.9質量%、前記Nbが、1.0〜1.8質量%であり、かつ、前記Mnと前記Nbの合計が、5.0〜7.5質量%であることを特徴とする請求項1に記載のNi基高Cr合金用溶接材料。
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- 2007-07-20 JP JP2007189972A patent/JP2009022989A/ja active Pending
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