JP2012511431A - CrMoV鋼のサブマージアーク溶接用のフラックスおよびワイヤ - Google Patents
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Abstract
【選択図】 なし
Description
− 0.1ないし0.6%の炭素(C)と;
− 0.3ないし3%のマンガン(Mn)と;
− 0.006%未満の硫黄(S)と;
− 0.015%未満の鉛(Pb)と;
− 0.025%未満のリン(P)と;
− 0.1ないし0.8%のチタン(Ti)と;
− 0.02%未満のアンチモン(Sb)と;
を(%S)+(%Sb)+(%P)+(%Pb)<0.040%で有し、
ここで(%S)、(%Sb)、(%P)および(%Pb)は前記フラックス中の元素S、Sb、PおよびPdのそれぞれの重量の量(重量%で表される)であるフラックスに関する。
− フラックスは:0.2ないし0.5%の炭素(C);0.5ないし2%のマンガン(Mn);0.004%未満の硫黄(S);0.0005ないし0.01%の鉛(Pb);0.005ないし0.015%のリン(P);0.3ないし0.6%のチタン(Ti);0.001ないし0.01%アンチモン(Sb)を有する;
− 好ましくは(%S)+(%Sb)+(%P)+(%Pb)<0.025%である。
− フラックスは2ないし10%の珪素(Si)、好ましくは4ないし8%のSiを有する。Siは単純酸化物の形態(SiO2)および/または混合酸化物の形態(珪灰石、パラ珪灰石または珪酸塩)および/または金属合金の形態で供給されうる;
− それは10ないし30%のマグネシウム、好ましくは15ないし25%のマグネシウムを有する;
− それは5ないし15%のアルミニウム、好ましくは7ないし12%のアルミニウムを有する;
− マグネシウムおよびアルミニウムは単純酸化物、すなわちそれぞれMgOおよびAl2O3の形態にある;
− それは20ないし40%のアルカリ土類金属フッ化物、好ましくは1種以上のカルシウム(Ca)フッ化物、たとえばCaF2、および/または1ないし2%の水性珪酸塩の形態にあるアルカリ金属、たとえば珪酸ナトリウムをさらに含む;
− それは少なくとも1種のカルシウムフッ化物、特にはCaF2を有する。
− 0.05ないし0.15%の炭素(C)、好ましくは0.07ないし0.13%のCと;
− 0.4ないし1.3%のマンガン(Mn);好ましくは0.45ないし1.2%のMnと;
− 0.07ないし0.20%の珪素(Si)、好ましくは0.09ないし0.18%のSiと;
− 2ないし2.8%のクロム(Cr)、好ましくは2.2ないし2.6%のCrと;
−0.5ないし1.2%のモリブデン(Mo)、好ましくは0.7ないし1.1%のMoと;
− 0.01ないし0.2%のニッケル(Ni)、好ましくは0.01ないし0.15%のNiと;
− 0.001ないし0.01%の硫黄(S)、好ましくは0.001ないし0.008%のSと;
− 0.025ないし0.012%のリン(P)、好ましくは0.003ないし0.010%のPと;
− 1ないし20ppmのアンチモン(Sb)、好ましくはないし15ppmの間にあるSbと;
− 0.01ないし3ppmの鉛(Pb)、好ましくは0.01ないし2ppmの間にあるPbと;
− 0.01ないし3ppmのビスマス(Bi)、好ましくは0.01ないし2ppmのBiと;
− 0.10ないし0.35%のバナジウム(V)、好ましくは0.15ないし0.03%のVと;
− 残部の鉄(Fe)と
を有する溶接ワイヤに関する。
− 0.004ないし0.035%のニオブ(Nb)、好ましく0.005ないし0.03%のNb。
− 被加工物は、元素Mo、CrおよびVの合計を3重量%未満の総量で有するCrMoV鋼から作られている;
− 被加工物は、2ないし2.5%のCrと、0.9ないし1.1%のMoと、0.25ないし0.35%のVと、鉄とを有するCrMoV鋼から作られている;
− 溶接継手は一般には10回より多くの溶接パス、典型的には20ないし200回の間にある溶接パスによるマルチパス溶接によって得られる。
− 0.07ないし0.13%の炭素(C)と;
− 0.55ないし1%のマンガン(Mn)と;
− 0.09ないし0.18%の珪素(Si)と;
− 2.2ないし2.6%のクロム(Cr)と;
− 0.7ないし1.1%のモリブデン(Mo)と;
− 10ないし100ppmの硫黄(S)と;
− 30ないし100ppmのリン(P)と;
− 1ないし20ppmのアンチモン(Sb)と;
− 0.01ないし3ppmの鉛(Pb)と;
− 0.01ないし3ppmのビスマス(Bi)と;
− 0.15ないし0.3%のバナジウム(V)と;
− 1ないし100ppmの錫(Sn)と;
− 1ないし100ppmの砒素(As)と;
− 残部の鉄(Fe)と
を有しおよび継手の重量に関してppmで表された元素P、S、As、Sn、Sb、PbおよびBiのそれぞれの重量の量が:RC指数<25、好ましくはRC指数<20であるものであり、ここでRC指数=0.05×(P)+0.01×(S)+0.01×(As)+0.18×(Sn)+0.01×(Sb)+5×(Pb)+2×(Bi)であることを特徴とする溶接継手に関する。
− 0.002ないし0.01%のチタン(Ti);
− 0.015ないし0.04%の酸素(O);
− 0.003ないし0.015%の窒素(N);
− 0.005ないし0.03%のニオブ(Nb);および
− 0.01ないし0.2%のニッケル(Ni)。
炭素は室温および高温での引張特性および靭性特性を確保するために添加される。継手中、すなわち溶着金属中のCの含有量が高過ぎると、マルテンサイトタイプの硬い構造および/または構造を硬くする過剰量の炭化物析出物が生じ、低過ぎる靭性をもたらす。反対に、低過ぎるC含有量は不十分な引張機械強度をもたらす。それゆえに、継手においては、約0.07ないし0.13%の間、好ましくは0.075ないし0.012%の間にある炭素(C)の重量の量を順守することが必要である。
珪素は溶接金属中で脱酸素剤として働く。それゆえにそれは酸素(O)含有量を制御するのに十分な量で存在していなければならない。Si含有量が高過ぎると、再熱割れ耐性などの靭性特性が低下する。したがって、継ぎ手中のSiの量を0.07ないし0.20重量%、好ましくは0.09ないし0.18重量%の範囲内に制限することが必要である。
Mnは溶接金属の焼入れ性に対して強い影響を及ぼしおよび、その結果、溶接金属の機械的特性を確保するのに非常に重量な元素である。一方、Mnの量が大きすぎると最終的な熱処理の間に脆化をもたらすことがある。Mnの重量の量は0.55ないし1.3%の間、好ましくは0.60ないし1.2%の間になければならない。
元素CrおよびMoは高温耐力CrMoV鋼の主たる合金元素である。元素CrおよびMoは鋼の炭素(C)と化合して炭化物を形成し、この鋼に、およびそれゆえにさらには溶接金属に、高温機械的強度特性を与える。Cr含有量が低過ぎるおよび/またはMo含有量が低過ぎると高温耐力が低くなる。溶接金属中のCrまたはMoの過剰量は溶接金属の靭性特性の低下を引き起こす。したがって継手中のCrの量が2.2ないし2.6重量%の間にあること、およびMoの量が0.7ないし1.1重量%の間にあることを確実にするため、より好ましくは2.3ないし2.5重量%のCrおよび/または少なくとも0.8重量%のMoを確保するための方策をとらなければならない。
高温耐力CrMoV鋼において、Vを添加することの目的は、粒子中に析出する非常に微細な炭化バナジウムを形成することにある。これら析出物は金属が優れた高温機械的強度特性を有することを確実にするのに役立つ。低過ぎるV含有量は溶接金属の高温での特性の低下をもたらす。したがって0.15ないし0.3重量%の間にあるバナジウム含有量が選択される。
Vと同様に、Nbは溶接金属の高温耐力を高める効果を有する。しかし、高すぎるNb含有量は靭性特性の低下をもたらす。したがって溶着金属中の0.005ないし0.03重量%のニオブの割合を順守することが必要である。
少量のTiの溶接金属への添加は靭性特性を高める。しかし、過剰量のTiは同一の靭性特性の低下をもたらす。したがって、溶着金属中の0.002ないし0.010重量%のチタンの割合を順守することが必要である。
ニッケルの添加は靭性レベルを低下させる効果を有する。この理由のため、Niレベルは0.2重量%未満、好ましくは0.15重量%以下でなければならない。
酸素は溶接金属中に酸化物の形態で存在する。これら酸化物の作用は、少量で存在する場合においては、主たるオーステナイト粒子中の微細な微視的構造の核形成を促進することにある。この作用は優れた靭性特性を達せするのに都合がいい。しかし、過剰量の酸素は溶接金属の特性を低下させる。それゆえに溶接金属において、すなわち継手において、約150ないし400ppmの間、好ましくは180ないし350ppmの間の酸素含有量を有することが望ましい。
溶接金属中に含有される窒素は溶接中にワイヤによって供給されるかまたは周囲空気によって供給されうる。過剰量の窒素は熱処理中にV、NbまたはTiの窒化物析出物の形成をもたらし、これは溶接金属の機械的特性を低下させるであろう。N含有量は好ましくは150ppm未満および有利には120ppm未満である。
元素P、S、Sn、Sb、As、PbおよびBiはワイヤ、フラックスまたはこれらの両方に由来するであろう残部元素である。溶接金属において、これら元素は粒界に偏析してそれらを脆化させる。
以下に挙げる試験の目的は、SA溶接プロセスが本発明による冶金学的組成物を有する溶接継手、特には制御された量の残部元素P、S、Sn、Sb、As、PbおよびBiを有する継手を得るのを可能にするフラックスおよびワイヤを使用してCrMoV鋼被加工物に対して行われる場合、継手の高い再加熱割れ抵抗が達成されることを証明することにある。
− 3.2mmの径を有し、組成が表5に示されているワイヤ(ワイヤ1ないし4)を、表4のフラックスF1およびF2と関連付けて用いたSA溶接;
− 180℃ないし200℃の間での予熱。
− 溶接パスの合間での母材の温度:200ないし230℃;
− 50cm/分の溶接速度の場合に約1.9kJ/mmに等しい溶接エネルギー;
− Starmatic 1003 AC/DC Air liquide溶接電流源によって供給される、31Vで510AのAC電流。
− 0.05ないし0.15%の炭素(C)、好ましくは0.07ないし0.13%の
Cと;
− 0.4ないし1.3%のマンガン(Mn);好ましくは0.45ないし1.2%の
Mnと;
− 0.07ないし0.20%の珪素(Si)、好ましくは0.09ないし0.18%
のSiと;
− 2ないし2.8%のクロム(Cr)、好ましくは2.2ないし2.6%のCrと;
−0.5ないし1.2%のモリブデン(Mo)、好ましくは0.7ないし1.1%のM
oと;
− 0.01ないし0.2%のニッケル(Ni)、好ましくは0.01ないし0.15
%のNiと;
− 0.001ないし0.01%の硫黄(S)、好ましくは0.001ないし0.00
8%のSと;
− 0.001ないし0.012%のリン(P)、好ましくは0.003ないし0.0
10%のPと;
− 1ないし20ppmのアンチモン(Sb)、好ましくは1ないし15ppmの間に
あるSbと;
− 0.01ないし3ppmの鉛(Pb)、好ましくは0.01ないし2ppmの間に
あるPbと;
− 0.01ないし3ppmのビスマス(Bi)、好ましくは0.01ないし2ppm
の間にあるBiと;
− 0.10ないし0.35%のバナジウム(V)、好ましくは0.15ないし0.0
3%のVと;
− 残部の鉄(Fe)と
を有する溶接ワイヤに関する。
Claims (15)
- 凝集溶接フラックスであって、フラックスの重量%で表された:
− 0.1ないし0.6%の炭素(C)と;
− 0.3ないし3%のマンガン(Mn)と;
− 0.006%未満の硫黄(S)と;
− 0.015%未満の鉛(Pb)と;
− 0.025%未満のリン(P)と;
− 0.1ないし0.8%のチタン(Ti)と;
− 0.02%未満のアンチモン(Sb)と;
を(%S)+(%Sb)+(%P)+(%Pb)<0.040%で有し、
ここで(%S)、(%Sb)、(%P)および(%Pb)は前記フラックス中の元素S、Sb、PおよびPdのそれぞれの重量の量(フラックスの重量%で表される)であるフラックス。 - − 0.2ないし0.5%の炭素(C);
− 0.5ないし2%のマンガン(Mn);
− 0.004%未満の硫黄(S);
− 0.0005ないし0.01%の鉛(Pb);
− 0.005ないし0.015%のリン(P);
− 0.3ないし0.6%のチタン(Ti);および/または
− 0.001ないし0.01%アンチモン(Sb)
を有することを特徴とする請求項1に記載のフラックス。 - 2ないし10%の珪素(Si)、10ないし30%のマグネシウムまたは5ないし15%のアルミニウムをさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載のフラックス。
- 20ないし40%のアルカリ土類金属フッ化物および/または水性珪酸塩の形態にある1ないし2%のアルカリ金属をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載のフラックス。
- 元素S、Sb、PおよびPbの重量の量の合計は:
(%S)+(%Sb)+(%P)+(%Pb)<0.025%
であることを特徴とする請求項1ないし4の何れか1項に記載のフラックス。 - 溶接ワイヤであって、前記ワイヤの総重量に関して表された:
− 0.05ないし0.15%の炭素(C)と;
− 0.4ないし1.3%のマンガン(Mn)と;
− 0.07ないし0.20%の珪素(Si)と;
− 2ないし2.8%のクロム(Cr)と;
− 0.5ないし1.2%のモリブデン(Mo)と;
− 0.01ないし0.2%のニッケル(Ni)と;
− 0.001ないし0.01%の硫黄(S)と;
− 0.001ないし0.012%のリン(P)と;
− 1ないし20ppmのアンチモン(Sb)と;
− 0.01ないし3ppmの鉛(Pb)と;
− 0.01ないし3ppmのビスマス(Bi)と;
− 0.10ないし0.35%のバナジウム(V)と;
− 残部の鉄(Fe)と
を有する溶接ワイヤ。 - 0.004ないし0.035%のニオブ(Nb)、1ないし100ppmの錫(Sn)、および/または1ないし100ppmの砒素(As)をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の溶接ワイヤ。
- 少なくとも1つのCrMoV鋼被加工物のサブマージアーク(SA)溶接方法であって、消耗ワイヤおよびフラックスが溶接継手を前記少なくとも1つのCrMoV鋼被加工物上で得るのに使用され、前記ワイヤが請求項6または7に記載の溶接ワイヤでありおよび/または前記フラックスが請求項1ないし5の何れか1項に記載のフラックスであることを特徴とする溶接方法。
- 前記被加工物は2ないし2.5%のCrと、0.9ないし1.1%のMoと、0.25ないし0.35%のVと、鉄とを有するCrMoV鋼である請求項8に記載の溶接方法。
- 請求項8または9に記載の溶接方法によって得ることができる溶接継手であって、継手の重量によって表された:
− 0.07ないし0.13%の炭素(C)と;
− 0.55ないし1%のマンガン(Mn)と;
− 0.09ないし0.18%の珪素(Si)と;
− 2.2ないし2.6%のクロム(Cr)と;
− 0.7ないし1.1%のモリブデン(Mo)と;
− 10ないし100ppmの硫黄(S)と;
− 30ないし100ppmのリン(P)と;
− 1ないし20ppmのアンチモン(Sb)と;
− 0.01ないし3ppmの鉛(Pb)と;
− 0.01ないし3ppmのビスマス(Bi)と;
− 0.15ないし0.3%のバナジウム(V)と;
− 1ないし100ppmの錫(Sn)と;
− 1ないし100ppmの砒素(As)と;
− 残部の鉄(Fe)と
を有することと、継手の重量に関してppmで表された元素P、S、As、Sn、Sb、PbおよびBiのそれぞれの重量の量が:RC指数<25であるものであり、ここでRC指数=0.05×(P)+0.01×(S)+0.01×(As)+0.18×(Sn)+0.01×(Sb)+5×(Pb)+2×(Bi)であることとを特徴とする溶接継手。 - 継手の重量に関してppmで表された元素P、S、As、Sn、Sb、PbおよびBiのそれぞれの重量の量が:RC指数<20であるものであることを特徴とする請求項10に記載の溶接継手。
- 以下の元素:
− 0.002ないし0.01%のチタン(Ti);
− 0.015ないし0.04%の酸素(O);
− 0.003ないし0.015%の窒素(N);
− 0.005ないし0.03%のニオブ(Nb);および
− 0.01ないし0.2%のニッケル(Ni)
の1種以上をさらに含有する請求項10または11に記載の溶接継手。 - 2ないし2.5%のCrと、0.9ないし1.1%のMoと、0.25ないし0.35%のVと、鉄とを有するCrMoV鋼製の被加工物であって、請求項9ないし12の何れか1項に記載の少なくとも1つの溶接継手を有することを特徴とする被加工物。
- パイプ、プレートまたは鍛造品であることを特徴とする請求項13に記載の被加工物。
- リアクタまたはタンクの全体または一部を製造するための請求項13または14に記載の被加工物の使用。
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