JP2021090975A - Weld material for ferritic heat-resistant steel, and method for producing weld joint of ferritic heat-resistant steel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、フェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法に関する。 The present invention relates to a welding material for ferritic heat-resistant steel and a method for manufacturing a welded joint of ferritic heat-resistant steel.
近年、火力発電では熱効率を高めるために、蒸気条件の高温高圧化が進められている。将来的には６５０℃、３５０気圧という超々臨界圧条件での操業が計画されている。フェライト系耐熱鋼は、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基耐熱鋼に比べて安価である。フェライト系耐熱鋼はさらに、熱膨張係数が小さいという耐熱鋼としての利点を有する。そのため、フェライト系耐熱鋼は、高温高圧環境において広く利用されている。 In recent years, in thermal power generation, high temperature and high pressure steam conditions have been promoted in order to improve thermal efficiency. In the future, it is planned to operate under ultra-supercritical pressure conditions of 650 ° C and 350 atm. Ferritic heat-resistant steel is cheaper than austenitic heat-resistant steel and Ni-based heat-resistant steel. Ferritic heat-resistant steel further has an advantage as a heat-resistant steel having a small coefficient of thermal expansion. Therefore, ferritic heat-resistant steel is widely used in high-temperature and high-pressure environments.
例えば、特許文献１には、下記式（Ａ）を満たす化学組成を有するフェライト系耐熱鋼用溶接材料が開示されている。
０．５≦Ｃｒ＋６Ｓｉ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ＋１０Ｂ−４０Ｃ−３０Ｎ−４Ｎｉ−２Ｃｏ−２Ｍｎ≦１０．０ （Ａ）
ここで、式（Ａ）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
For example, Patent Document 1 discloses a welding material for ferritic heat-resistant steel having a chemical composition satisfying the following formula (A).
0.5 ≦ Cr + 6Si + 1.5W + 11V + 5Nb + 10B-40C-30N-4Ni-2Co-2Mn ≦ 10.0 (A)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (A).
特許文献１の溶接材料は、ガスタングステンアーク溶接により、高いクリープ破断強度及び靭性を有する溶接金属を形成できる溶接材料である。
一方、厚肉の鋼母材を溶接するためには、熱入量が高い被覆アーク溶接が利用される。
The welding material of Patent Document 1 is a welding material capable of forming a weld metal having high creep rupture strength and toughness by gas tungsten arc welding.
On the other hand, in order to weld a thick steel base metal, shielded metal arc welding with a high heat input is used.
しかし、特許文献１の溶接材料を含め、従来の溶接材料に被覆材を被覆して、被覆アーク溶接を実施すると、形成される溶接金属の酸素量が高くなる。そのため、溶接金属の靭性が低下する。 However, when a conventional welding material, including the welding material of Patent Document 1, is coated with a coating material and shielded metal arc welding is performed, the amount of oxygen in the formed weld metal increases. Therefore, the toughness of the weld metal is reduced.
そこで、本発明の課題は、被覆アーク溶接を実施しても、靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られるフェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、当該溶接材料を用いたフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法を提供することである。 Therefore, the subject of the present invention is a welding material for ferrite-based heat-resistant steel that can obtain a welded joint having a weld metal having excellent toughness even if shielded metal arc welding is performed, and a ferrite-based heat-resistant steel using the welding material. It is to provide the manufacturing method of the welded joint of.
課題を解決するための手段は、次の態様を含む。
［１］
芯線と、前記芯線を被覆する被覆材と、を有し、
前記芯線のＣｒ量（質量％）と前記被覆材のＣｒ量（質量％）とが、下記式（１）を満たすフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０ ・・・（１）
［２］
前記芯線が、質量％で、
Ｃ：０．０６〜０．１０％、
Ｓｉ：０．１０〜０．４０％、
Ｍｎ：０．３０〜０．７０％、
Ｐ ：０．０１０％以下、
Ｓ ：０．００３％以下、
Ｃｏ：２．６０〜３．４０％、
Ｎｉ：０．０１〜１．１０％、
Ｗ ：２．５０〜３．５０％、
Ｎｂ：０．０２〜０．０８％、
Ｖ ：０．１０〜０．３０％、
Ｔａ：０．０２〜０．０８％、
Ｂ ：０．００７〜０．０１５％、
Ｎ ：０．００５〜０．０２０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：０〜９．５０％、
Ｍｏ：０〜０．０３％、
Ａｌ：０〜０．０３０％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｔｉ：０〜０．３０％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
希土類元素：０〜０．１％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有する［１］に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
［３］
前記芯線が、質量％で、下記第１群〜第３群から選択される１種又は２種以上の元素を含有する化学組成を有する［２］に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
第１群：Ｃｒ：１．００〜９．５０％、Ｍｏ：０．００１〜０．０３０％、Ａｌ：０．００１〜０．０３０％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、
第２群：Ｔｉ：０．０２〜０．３０％、
第３群：Ｃａ：０．００１〜０．０５０％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５０％、及び希
土類元素：０．００１〜０．１０％
［４］
フェライト系耐熱鋼母材に対して、［１］〜［３］のいずれか１項に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成するフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。
［５］
前記フェライト系耐熱鋼母材が、質量％で、
Ｃ ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、
Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、
Ｐ ：０．０２００％以下、
Ｓ ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：８．００〜１０．００％、
Ｗ ：２．００〜４．００％、
Ｃｏ：２．００〜４．００％、
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計で０．０２〜０．１８％、
Ｖ ：０．０５〜０．４０％、
Ｎｄ：０．０１〜０．０６％、
Ｂ ：０．００５０〜０．０２００％、
Ｎ ：０．００２〜０．０２５％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜０．４％、及び
残部：Ｆｅおよび不純物、
からなる化学組成を有する［４］に記載のフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。
Means for solving the problem include the following aspects.
[1]
It has a core wire and a coating material that covers the core wire.
A welding material for ferritic heat-resistant steel in which the amount of Cr in the core wire (% by mass) and the amount of Cr in the covering material (% by mass) satisfy the following formula (1).
0.1 ≤ (Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1) ≤ 10.0 ... (1)
[2]
The core wire is by mass%
C: 0.06 to 0.10%,
Si: 0.10 to 0.40%,
Mn: 0.30 to 0.70%,
P: 0.010% or less,
S: 0.003% or less,
Co: 2.60 to 3.40%,
Ni: 0.01-1.10%,
W: 2.50 to 3.50%,
Nb: 0.02 to 0.08%,
V: 0.10 to 0.30%,
Ta: 0.02 to 0.08%,
B: 0.007 to 0.015%,
N: 0.005 to 0.020%,
O: 0.020% or less,
Cr: 0-9.50%,
Mo: 0-0.03%,
Al: 0-0.030%,
Cu: 0-1.00%,
Ti: 0 to 0.30%,
Ca: 0-0.05%,
Mg: 0-0.05%,
The welding material for ferritic heat-resistant steel according to [1], which has a chemical composition consisting of a rare earth element: 0 to 0.1% and a balance: Fe and impurities.
[3]
The welding material for ferritic heat-resistant steel according to [2], wherein the core wire has a chemical composition in mass% and contains one or more elements selected from the following groups 1 to 3.
Group 1: Cr: 1.00 to 9.50%, Mo: 0.001 to 0.030%, Al: 0.001 to 0.030%, Cu: 0.05 to 1.00%,
Group 2: Ti: 0.02 to 0.30%,
Group 3: Ca: 0.001 to 0.050%, Mg: 0.001 to 0.050%, and rare earth elements: 0.001 to 0.10%
[4]
A ferrite type that forms a weld metal by performing shielded metal arc welding on a ferrite type heat resistant steel base material using the welding material for ferrite type heat resistant steel according to any one of [1] to [3]. A method for manufacturing welded joints made of ferritic steel.
[5]
The ferritic heat-resistant steel base material is based on mass%.
C: 0.04 to 0.12%,
Si: 0.05 to 0.60%,
Mn: 0.10 to 0.80%,
P: 0.0200% or less,
S: 0.0100% or less,
Cr: 8.00 to 10.00%,
W: 2.00 to 4.00%,
Co: 2.00 to 4.00%,
Nb and / or Ta: 0.02 to 0.18% in total,
V: 0.05 to 0.40%,
Nd: 0.01-0.06%,
B: 0.0050 to 0.0200%,
N: 0.002 to 0.025%,
O: 0.020% or less,
Al: 0-0.030%,
Ni: 0-0.4%, and balance: Fe and impurities,
The method for manufacturing a welded joint of ferritic heat-resistant steel according to [4], which has a chemical composition comprising.
本発明によれば、被覆アーク溶接を実施しても、靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られるフェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、当該溶接材料を用いたフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法が提供できる。 According to the present invention, a welding material for ferrite-based heat-resistant steel, which can obtain a welded joint having a weld metal having excellent toughness even when shielded metal arc welding is performed, and welding of ferrite-based heat-resistant steel using the welding material. A method for manufacturing a joint can be provided.
以下、本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、フェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法の一例について説明する。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
「好ましい態様の組み合わせ」は、より好ましい態様である。
Hereinafter, an example of the welding material for ferritic heat-resistant steel of the present invention and the method for manufacturing a welded joint of ferritic heat-resistant steel will be described.
In the present specification, the numerical range represented by using "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.
In the numerical range described stepwise, the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range described stepwise.
In the numerical range, the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
The term "process" is included in this term as long as the intended purpose of the process is achieved, not only in an independent process but also in cases where it cannot be clearly distinguished from other processes.
The "combination of preferred embodiments" is a more preferred embodiment.
＜溶接材料＞
本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料（以下、単に「溶接材料」とも称する）は、芯線と、前記芯線を被覆する被覆材と、を有する。
そして、芯線のＣｒ量（質量％）と被覆材のＣｒ量（質量％）とは、下記式（１）を満たす。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０ ・・・（１）
<Welding material>
The welding material for ferritic heat-resistant steel of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “welding material”) has a core wire and a coating material for covering the core wire.
Then, the Cr amount (mass%) of the core wire and the Cr amount (mass%) of the coating material satisfy the following formula (1).
0.1 ≤ (Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1) ≤ 10.0 ... (1)
本発明の溶接材料は、靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られる。その理由は、定かではないが、芯線と被覆材のＣｒを適切な添加量とすることで、アーク空間内の酸素分圧増加を抑制し、溶接金属の酸素量増加も抑制すると推測されるためである。
なお、芯線および被覆材ともにＣｒ量を含有しない場合、溶接金属中にＣｒ量が含まれず、目標とするクリープ破断強度を満足しない。つまり、芯線および被覆材の少なくとも一方に、Ｃｒを含有することがよい。また、芯線および被覆材のうち、少なくとも被覆材にＣｒを含有することがよい。
As the welding material of the present invention, a welded joint having a weld metal having excellent toughness can be obtained. The reason is not clear, but it is presumed that by adjusting the amount of Cr added to the core wire and the coating material to an appropriate amount, the increase in oxygen partial pressure in the arc space is suppressed and the increase in oxygen content in the weld metal is also suppressed. Is.
When neither the core wire nor the covering material contains the amount of Cr, the amount of Cr is not contained in the weld metal, and the target creep rupture strength is not satisfied. That is, Cr may be contained in at least one of the core wire and the covering material. Further, among the core wire and the coating material, at least the coating material may contain Cr.
特に、本発明の溶接材料は、ＡＳＭＥ規格にＣｏｄｅ Ｃａｓｅ ２８３９として登録されたフェライト系耐熱鋼管等の鋼母材（例えば、Ｃｒ量８．０〜１０．０質量％、Ｗ量２．００〜４．００質量％、Ｃｏ量２．００〜４．００質量％、Ｎｂ及び／又はＴａの合計量０．０２〜０．１８質量％、Ｖ量０．０５〜０．４０質量％、Ｎｄ量０．０１〜０．０６質量％、Ｂ：０．００５〜０．０２０質量％の鋼母材）を被覆アーク溶接すると、靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られる。 In particular, the welding material of the present invention is a steel base material such as a ferrite heat-resistant steel pipe registered as Code Case 2839 in the ASME standard (for example, Cr amount 8.0 to 10.0% by mass, W amount 2.00 to 4). .00% by mass, Co amount 2.00 to 4.00% by mass, total amount of Nb and / or Ta 0.02 to 0.18% by mass, V amount 0.05 to 0.40% by mass, Nd amount 0 Shielded metal arc welding of 0.01 to 0.06% by mass and B: 0.005 to 0.020% by mass of steel base material) provides a welded joint having a weld metal having excellent toughness.
以下、本発明の溶接材料を詳細に説明する。 Hereinafter, the welding material of the present invention will be described in detail.
（式（１））
（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）が、１０．０を超えると、溶接金属の靭性が低下する。一方で、（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）が０．１未満であると、クリープ破断強度が低下する。
よって、芯線のＣｒ量（質量％）と被覆材のＣｒ量（質量％）とは、下記式（１）を満たす。溶接金属の靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、下記式（１−２）を満たすことが好ましく、下記式（１−３）を満たすことがより好ましい。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０・・・（１）
１．０≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦８．０・・・（１−２）
１．５≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦５．０・・・（１−３）
(Equation (1))
When (Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1) exceeds 10.0, the toughness of the weld metal decreases. On the other hand, if (Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1) is less than 0.1, the creep rupture strength decreases.
Therefore, the Cr amount (mass%) of the core wire and the Cr amount (mass%) of the coating material satisfy the following formula (1). From the viewpoint of achieving both the toughness of the weld metal and the creep rupture strength, it is preferable to satisfy the following formula (1-2), and it is more preferable to satisfy the following formula (1-3).
0.1 ≤ (Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1) ≤ 10.0 ... (1)
1.0 ≤ (Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1) ≤ 8.0 ... (1-2)
1.5 ≤ (Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1) ≤ 5.0 ... (1-3)
芯線のＣｒ量（質量％）は、靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、Ｃｒ：０〜８．５０％（好ましくは１．００〜８．００％）がよい。 The Cr amount (mass%) of the core wire is preferably Cr: 0 to 8.50% (preferably 1.00 to 8.00%) from the viewpoint of achieving both toughness and creep rupture strength.
ここで、芯線のＣｒ量（質量％）は芯線の組成に対するＣｒ量を示し、被覆材のＣｒ量（質量％）は被覆材の組成に対するＣｒ量を示す。 Here, the Cr amount (mass%) of the core wire indicates the Cr amount with respect to the composition of the core wire, and the Cr amount (mass%) of the coating material indicates the Cr amount with respect to the composition of the coating material.
（芯線）
芯線の化学組成は、特に制限はなく、従来の芯線の組成であれば、溶接金属の酸素量が低減されるため、靭性の高い溶接金属が得られる。
一方、靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、特に、芯線は、質量％で、
Ｃ：０．０６〜０．１０％、
Ｓｉ：０．１０〜０．４０％、
Ｍｎ：０．３〜０．７％、
Ｐ ：０．０１０％以下、
Ｓ ：０．００３％以下、
Ｃｏ：２．６０〜３．４０％、
Ｎｉ：０．０１〜１．１０％、
Ｗ ：２．５０〜３．５０％、
Ｎｂ：０．０２〜０．０８％、
Ｖ ：０．１〜０．３％、
Ｔａ：０．０２〜０．０８％、
Ｂ ：０．００７〜０．０１５％、
Ｎ ：０．００５〜０．０２０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：０〜９．５０％、
Ｍｏ：０〜０．０３％、
Ａｌ：０〜０．０３０％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｔｉ：０〜０．３０％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
希土類元素：０〜０．１％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有することが好ましい。
(Core wire)
The chemical composition of the core wire is not particularly limited, and if the composition of the conventional core wire is used, the amount of oxygen in the weld metal is reduced, so that a weld metal having high toughness can be obtained.
On the other hand, from the viewpoint of achieving both toughness and creep rupture strength, the core wire is particularly mass%.
C: 0.06 to 0.10%,
Si: 0.10 to 0.40%,
Mn: 0.3-0.7%,
P: 0.010% or less,
S: 0.003% or less,
Co: 2.60 to 3.40%,
Ni: 0.01-1.10%,
W: 2.50 to 3.50%,
Nb: 0.02 to 0.08%,
V: 0.1 to 0.3%,
Ta: 0.02 to 0.08%,
B: 0.007 to 0.015%,
N: 0.005 to 0.020%,
O: 0.020% or less,
Cr: 0-9.50%,
Mo: 0-0.03%,
Al: 0-0.030%,
Cu: 0-1.00%,
Ti: 0 to 0.30%,
Ca: 0-0.05%,
Mg: 0-0.05%,
It is preferable to have a chemical composition consisting of a rare earth element: 0 to 0.1% and a balance: Fe and impurities.
Ｃ：０．０６〜０．１０％
炭素（Ｃ）は、溶接金属の主たる組織をマルテンサイト組織とする。Ｃは、高温使用時に微細な炭化物（Ｍ２３Ｃ６炭化物）を生成し、クリープ破断強度を高める。Ｃ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、粗大な炭化物が多量に析出し、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｃ量は０．０６〜０．１０％が好ましい。Ｃ量のより好ましい下限は０．０７％である。Ｃ量のより好ましい上限は０．０９％である。
C: 0.06 to 0.10%
For carbon (C), the main structure of the weld metal is the martensite structure. C produces fine carbides (M 23 C 6 carbides) when used at high temperatures to increase creep rupture strength. If the amount of C is too low, these effects may not be obtained. On the other hand, if the C content is too high, a large amount of coarse carbide may be deposited and the toughness of the weld metal may be lowered. Therefore, the amount of C is preferably 0.06 to 0.10%. A more preferable lower limit of the amount of C is 0.07%. A more preferable upper limit of the amount of C is 0.09%.
Ｓｉ：０．１０〜０．４０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、溶接金属の耐水蒸気酸化特性を高める。Ｓｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｓｉ量が高すぎれば、δフェライトの生成が促進され、溶接金属の靭性が低下するとともに、クリープ延性も低下する場合がある。したがって、Ｓｉ量は０．１０〜０．４０％が好ましい。Ｓｉ量のより好ましい下限は０．２５％である。Ｓｉ量のより好ましい上限は０．３５％である。
Si: 0.10 to 0.40%
Silicon (Si) deoxidizes steel. Si further enhances the water vapor oxidation resistance of the weld metal. If the amount of Si is too low, these effects may not be obtained. On the other hand, if the amount of Si is too high, the formation of δ ferrite is promoted, the toughness of the weld metal is lowered, and the creep ductility may also be lowered. Therefore, the amount of Si is preferably 0.10 to 0.40%. A more preferable lower limit of the amount of Si is 0.25%. A more preferable upper limit of the amount of Si is 0.35%.
Ｍｎ：０．３０〜０．７０％
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉと同様に鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、溶接金属の組織のマルテンサイト化を促進する。Ｍｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｍｎ量が高すぎれば、溶接金属においてクリープ脆化が発生しやすくなる場合がある。したがって、Ｍｎ量は０．３０〜０．７０％が好ましい。Ｍｎ量のより好ましい下限は、０．４０％である。Ｍｎ量のより好ましい上限は０．６０％である。
Mn: 0.30 to 0.70%
Manganese (Mn) deoxidizes steel in the same manner as Si. Mn further promotes martensitic formation of the weld metal structure. If the amount of Mn is too low, these effects may not be obtained. On the other hand, if the amount of Mn is too high, creep embrittlement may easily occur in the weld metal. Therefore, the amount of Mn is preferably 0.30 to 0.70%. A more preferable lower limit of the amount of Mn is 0.40%. A more preferable upper limit of the amount of Mn is 0.60%.
Ｐ：０．０１０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは溶接金属の靭性を低下する。したがって、Ｐ量は０．０１％以下が好ましい。Ｐ量のより好ましい上限は０．００８％である。Ｐ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストの観点から、Ｐ量のより好ましい下限は０．０００５％である。
P: 0.010% or less Phosphorus (P) is an impurity. P reduces the toughness of the weld metal. Therefore, the amount of P is preferably 0.01% or less. A more preferable upper limit of the amount of P is 0.008%. The amount of P is preferably as low as possible. However, from the viewpoint of material cost, the more preferable lower limit of the amount of P is 0.0005%.
Ｓ：０．００３％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。ＳはＢを含有する溶接金属中の旧オーステナイト粒界及びラス界面に偏析し、粒界及びラス界面の固着力を低下する。そのため、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓ量は０．００３％以下が好ましい。Ｓ量のより好ましい上限は０．００２％未満であり、さらに好ましくは０．００１５％未満である。Ｓ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、効果及び材料コストの観点から、Ｓ量のより好ましい下限は０．０００２％である。
S: 0.003% or less Sulfur (S) is an impurity. S segregates at the former austenite grain boundaries and the lath interface in the weld metal containing B, and reduces the adhesive force between the grain boundaries and the lath interface. Therefore, the toughness of the weld metal may decrease. Therefore, the amount of S is preferably 0.003% or less. A more preferable upper limit of the amount of S is less than 0.002%, more preferably less than 0.0015%. The amount of S is preferably as low as possible. However, from the viewpoint of effect and material cost, the more preferable lower limit of the amount of S is 0.0002%.
Ｃｏ：２．６０〜３．４０％
コバルト（Ｃｏ）は、δフェライトの生成を抑制し、マルテンサイト組織を得るのに有効である。母材と異なり、溶接金属は調質処理がされないため、上記効果を十分に得るためのＣｏ量の下限は２．６０％が好ましい。一方、Ｃｏ量が高すぎれば、かえってクリープ破断強度が低下し、クリープ延性も低下する場合がある。さらに、Ｃｏは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｃｏ量は２．６０〜３．４０％が好ましい。Ｃｏ量のより好ましい下限は２．８０％である。Ｃｏ量のより好ましい上限は３．３０％である。
Co: 2.60 to 3.40%
Cobalt (Co) is effective in suppressing the formation of δ-ferrite and obtaining a martensite structure. Unlike the base metal, the weld metal is not tempered, so the lower limit of the amount of Co to sufficiently obtain the above effect is preferably 2.60%. On the other hand, if the amount of Co is too high, the creep rupture strength may be lowered and the creep ductility may be lowered. Further, since Co is an expensive element, the material cost is high. Therefore, the amount of Co is preferably 2.60 to 3.40%. A more preferable lower limit of the amount of Co is 2.80%. A more preferable upper limit of the amount of Co is 3.30%.
Ｎｉ：０．０１〜１．１０％
ニッケル（Ｎｉ）は、δフェライトの生成を抑制し、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｎｉはさらに、溶接金属の靭性を高める。Ｎｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎｉ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。さらに、Ｎｉは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｎｉ量は０．０１〜１．１０％が好ましい。Ｎｉ量のより好ましい下限は０．０４％である。Ｎｉ量のより好ましい上限は１．００％である。
Ni: 0.01 to 1.10%
Nickel (Ni) is effective in suppressing the formation of δ-ferrite and obtaining a martensite structure. Ni also enhances the toughness of the weld metal. If the amount of Ni is too low, these effects cannot be obtained. On the other hand, if the amount of Ni is too high, the creep ductility may decrease. Further, since Ni is an expensive element, the material cost is high. Therefore, the amount of Ni is preferably 0.01 to 1.10%. A more preferable lower limit of the amount of Ni is 0.04%. A more preferable upper limit of the amount of Ni is 1.00%.
Ｗ：２．５０〜３．５０％
タングステン（Ｗ）は、マトリックスに固溶、又は、金属間化合物として長時間使用中に析出し、溶接金属の高温でのクリープ破断強度を高める。Ｗ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｗ量が高すぎれば、多量の析出物が生成する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｗ量は２．５０〜３．５０％が好ましい。Ｗ量のより好ましい下限は２．７０％である。Ｗ量のより好ましい上限は３．３０％である。
W: 2.50 to 3.50%
Tungsten (W) dissolves in the matrix or precipitates as an intermetallic compound during long-term use, increasing the creep rupture strength of the weld metal at high temperatures. If the amount of W is too low, this effect may not be obtained. On the other hand, if the amount of W is too high, a large amount of precipitates may be formed. In addition, the toughness of the weld metal may decrease. Therefore, the amount of W is preferably 2.50 to 3.50%. A more preferable lower limit of the amount of W is 2.70%. A more preferable upper limit of the amount of W is 3.30%.
Ｎｂ：０．０２〜０．０８％
ニオブ（Ｎｂ）は、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｎｂ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｎｂ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｎｂ量は０．０２〜０．０８％が好ましい。Ｎｂ量のより好ましい下限は０．０３％である。Ｎｂ量のより好ましい上限は０．０７％である。
Nb: 0.02 to 0.08%
Niobium (Nb) precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures, increasing the creep rupture strength of the weld metal. If the amount of Nb is too low, this effect may not be obtained. On the other hand, if the amount of Nb is too high, a large amount of coarse carbonitride may be precipitated, and the creep rupture strength and creep ductility may decrease. In addition, the toughness of the weld metal may decrease. Therefore, the amount of Nb is preferably 0.02 to 0.08%. A more preferable lower limit of the amount of Nb is 0.03%. A more preferable upper limit of the amount of Nb is 0.07%.
Ｖ：０．１０〜０．３０％
バナジウム（Ｖ）はＮｂと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｖ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｖ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｖ量は、０．１０〜０．３０％が好ましい。Ｖ量のより好ましい下限は０．１５％である。Ｖ量のより好ましい上限は０．２５％である。
V: 0.10 to 0.30%
Vanadium (V), like Nb, precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures, increasing the creep rupture strength of the weld metal. If the amount of V is too low, this effect may not be obtained. On the other hand, if the amount of V is too high, a large amount of coarse carbonitride may be precipitated, and the creep rupture strength and creep ductility may decrease. In addition, the toughness of the weld metal may decrease. Therefore, the amount of V is preferably 0.10 to 0.30%. A more preferable lower limit of the amount of V is 0.15%. A more preferable upper limit of the amount of V is 0.25%.
Ｔａ：０．０２〜０．０８％
タンタル（Ｔａ）はＮｂ及びＶと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｔａ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｔａ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｔａ量は、０．０２〜０．０８％が好ましい。Ｔａ量のより好ましい下限は０．０３％である。Ｔａ量のより好ましい上限は０．０７％である。
Ta: 0.02 to 0.08%
Like Nb and V, tantalum (Ta) precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures, increasing the creep rupture strength of the weld metal. If the amount of Ta is too low, this effect may not be obtained. On the other hand, if the amount of Ta is too high, a large amount of coarse carbonitride may be precipitated, and the creep rupture strength and creep ductility may decrease. Therefore, the amount of Ta is preferably 0.02 to 0.08%. A more preferable lower limit of the amount of Ta is 0.03%. A more preferable upper limit of the amount of Ta is 0.07%.
Ｂ：０．００７〜０．０１５％
ホウ素（Ｂ）は、焼入れ性を高め、溶接金属においてマルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｂはさらに、高温での使用中に炭化物を旧オーステナイト境界及びマルテンサ
イトラス境界に微細分散させ、組織の回復を抑制し、クリープ破断強度を高める。Ｂ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｂ量が高すぎれば、マルテンサイト変態時にマルテンサイトラスが急激に伸長し、破壊単位が大きくなる場合がある。さらに、溶接金属の靭性が極度に低下する場合がある。したがって、Ｂ量は、０．００７〜０．０１５％が好ましい。Ｂ量のより好ましい下限は０．００９％である。Ｂ量のより好ましい上限は０．０１２％である。
B: 0.007 to 0.015%
Boron (B) enhances hardenability and is effective in obtaining a martensite structure in weld metals. B further finely disperses carbides at the old austenite boundary and the martensite ras boundary during use at high temperatures, suppressing tissue recovery and increasing creep rupture strength. If the amount of B is too low, these effects may not be obtained. On the other hand, if the amount of B is too high, the martensitic truss may rapidly expand at the time of martensitic transformation, and the destruction unit may become large. In addition, the toughness of the weld metal may be extremely reduced. Therefore, the amount of B is preferably 0.007 to 0.015%. A more preferable lower limit of the amount of B is 0.009%. A more preferable upper limit of the amount of B is 0.012%.
Ｎ：０．００５〜０．０２０％
窒素（Ｎ）は、高温での使用中に微細な窒化物として粒内に微細に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎはさらに、δフェライトの生成を抑制する。Ｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｎ量が高すぎれば、溶接金属の凝固時に粗大な窒化物が晶出し、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｎ量は、０．００５〜０．０２０％が好ましい。Ｎ量のより好ましい下限は０．００８％である。Ｎ量のより好ましい上限は０．０１５％である。
N: 0.005 to 0.020%
Nitrogen (N) finely precipitates in the grains as fine nitrides during use at high temperature, and enhances creep rupture strength. N further suppresses the formation of δ ferrite. If the amount of N is too low, these effects may not be obtained. On the other hand, if the amount of N is too high, coarse nitrides may crystallize during solidification of the weld metal, and the toughness of the weld metal may decrease. Therefore, the amount of N is preferably 0.005 to 0.020%. A more preferable lower limit of the amount of N is 0.008%. A more preferable upper limit of the amount of N is 0.015%.
Ｏ：０．０２０％以下
酸素（Ｏ）は、不純物である。Ｏ量が高すぎれば、溶接材料の加工性及び溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｏの量は０．０２％以下が好ましい。Ｏ量のより好ましい上限は０．０１％である。効果と製造コストを考慮すれば、Ｏ量のより好ましい下限は、０．００１％である。
O: 0.020% or less Oxygen (O) is an impurity. If the amount of O is too high, the workability of the welding material and the toughness of the weld metal may decrease. Therefore, the amount of O is preferably 0.02% or less. A more preferable upper limit of the amount of O is 0.01%. Considering the effect and the manufacturing cost, the more preferable lower limit of the amount of O is 0.001%.
残部：Ｆｅ及び不純物
不純物とは、フェライト系耐熱鋼用溶接材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、フェライト系耐熱鋼用溶接材料に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
Remaining: Fe and impurities The impurities are those mixed from ore, scrap, or the manufacturing environment as raw materials when the welding material for ferritic heat-resistant steel is industrially manufactured, and are used for ferritic heat-resistant steel. It means a material that is acceptable as long as it does not adversely affect the welding material.
［任意元素］
芯線は、さらに、次の第１群〜第３群から選択される１種又は２種以上の元素を含有してもよい。以下、これらの元素について詳述する。
[Arbitrary element]
The core wire may further contain one or more elements selected from the following first to third groups. Hereinafter, these elements will be described in detail.
［第１群］
Ｃｒ：０〜９．５０％
クロム（Ｃｒ）は、溶接金属の耐水蒸気酸化性及び耐食性を高める。Ｃｒはさらに、高温での使用中に炭化物として析出し、クリープ破断強度を高める。Ｃｒ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｃｒ量が高すぎれば、炭化物の安定性が低下して、クリープ破断強度が低下する場合がある。Ｃｒ量が高すぎればさらに、靭性が低下する場合がある。したがって、Ｃｒ量は０〜９．５０％が好ましい。Ｃｒ量の好ましい下限は１．００％、より好ましい下限は２．００％である。Ｃｒ量のより好ましい上限は９．３０％であり、さらに好ましい上限は８．５０％であり、特に好ましい上限は８．００％である。
[Group 1]
Cr: 0-9.50%
Chromium (Cr) enhances the steam oxidation resistance and corrosion resistance of the weld metal. Cr further precipitates as carbides during use at high temperatures, increasing creep rupture strength. If the amount of Cr is too low, these effects may not be obtained. On the other hand, if the amount of Cr is too high, the stability of the carbide may decrease and the creep rupture strength may decrease. If the amount of Cr is too high, the toughness may further decrease. Therefore, the amount of Cr is preferably 0 to 9.50%. The preferable lower limit of the amount of Cr is 1.00%, and the more preferable lower limit is 2.00%. A more preferable upper limit of the amount of Cr is 9.30%, a further preferable upper limit is 8.50%, and a particularly preferable upper limit is 8.00%.
Ｍｏ：０〜０．０３％
モリブデン（Ｍｏ）は、不純物である。Ｍｏは、マトリックスに固溶して、溶接金属のクリープ破断強度を高める場合がある。しかしながら、Ｍｏは凝固偏析しやすく、Ｗを含有する金属間化合物及び炭化物の長時間安定性を低下する。したがって、Ｍｏ量はなるべく低い方が好ましく、０〜０．０３％が好ましい。しかし、効果及び材料コストの観点から、Ｍｏ量のより好ましい下限は０．００１％である。
Mo: 0-0.03%
Molybdenum (Mo) is an impurity. Mo may dissolve in the matrix to increase the creep rupture strength of the weld metal. However, Mo is prone to solidification and segregation, which reduces the long-term stability of W-containing intermetallic compounds and carbides. Therefore, the amount of Mo is preferably as low as possible, preferably 0 to 0.03%. However, from the viewpoint of effect and material cost, the more preferable lower limit of the amount of Mo is 0.001%.
Ａｌ：０〜０．０３０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ａｌ量が高すぎれば、清浄性が低下し、溶接材料の加工性及び溶接金属の靭性が低下する場合がある。さらに、溶接金属のクリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ａｌ量は、０〜０．０３０％が好ましい。Ａｌ量のより好ましい上限は０．０１０％である。製造コストを考慮すれば、Ａｌ量の好ましい下限は０．００１％である。Ａｌ量はｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）を意味する。
Al: 0 to 0.030%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. If the amount of Al is too low, this effect may not be obtained. On the other hand, if the amount of Al is too high, the cleanliness may be lowered, and the workability of the welding material and the toughness of the weld metal may be lowered. Further, the creep rupture strength of the weld metal may decrease. Therefore, the amount of Al is preferably 0 to 0.030%. A more preferable upper limit of the amount of Al is 0.010%. Considering the manufacturing cost, the preferable lower limit of the amount of Al is 0.001%. The amount of Al is sol. It means Al (acid-soluble Al).
Ｃｕ：０〜１．００％
銅（Ｃｕ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｕは、マルテンサイト組織の生成に有効である。しかしながら、Ｃｕ量が高すぎれば、溶接金属のクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｃｕ量は、０〜１．００％が好ましい。Ｃｕ量のより好ましい上限は０．８０％である。Ｃｕ量のより好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
Cu: 0-1.00%
Copper (Cu) is an optional element and does not have to be contained. When contained, Cu is effective in the formation of martensite structure. However, if the amount of Cu is too high, the creep ductility of the weld metal may decrease. Therefore, the amount of Cu is preferably 0 to 1.00%. A more preferable upper limit of the amount of Cu is 0.80%. A more preferable lower limit of the amount of Cu is 0.05%, and even more preferably 0.20%.
［第２群］
Ｔｉ：０〜０．３０％
チタン（Ｔｉ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、Ｔｉは、
Ｎｂ、Ｖ、及びＴａと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。しかしながら、Ｔｉ量が高すぎれば、溶接中に粗大な窒化物として晶出したり、高温での使用中に粗大な窒化物として多量に析出して、溶接金属の靭性を低下する場合がある。したがって、Ｔｉ量は０〜０．３０％が好ましい。Ｔｉ量のより好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは、０．０５％である。
[Group 2]
Ti: 0 to 0.30%
Titanium (Ti) is an optional element and does not have to be contained. If included, Ti
Similar to Nb, V, and Ta, it precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures, increasing the creep rupture strength of the weld metal. However, if the amount of Ti is too high, it may crystallize as a coarse nitride during welding or precipitate as a large amount as a coarse nitride during use at a high temperature, which may reduce the toughness of the weld metal. Therefore, the amount of Ti is preferably 0 to 0.30%. A more preferable lower limit of the amount of Ti is 0.02%, and even more preferably 0.05%.
［第３群］
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、及び、
希土類元素（ＲＥＭ）：０〜０．１％
カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及び希土類元素（ＲＥＭ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素は、溶接材料製造時の熱間加工性を高める。しかしながら、これらの元素の量が高すぎれば、これらの元素が酸素と結合し、溶接金属の清浄性を低下する場合がある。この場合、溶接金属の熱間加工性を低下する。したがって、Ｃａ量は０〜０．０５％であり、Ｍｇ量は０〜０．０５％であり、ＲＥＭ量は０〜０．１％であることが好ましい。
Ｃａ量、及びＭｇ量のより好ましい下限はそれぞれ０．００１％であり、さらに好ましくはそれぞれ０．００２％である。
Ｃａ量、及びＭｇ量のより好ましい上限はそれぞれ０．０２％である。
ＲＥＭ量のより好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
ＲＥＭ量のより好ましい上限は０．０６％である。
[Group 3]
Ca: 0-0.05%,
Mg: 0-0.05%, and
Rare earth element (REM): 0-0.1%
Calcium (Ca), magnesium (Mg), and rare earth element (REM) are optional elements and may not be contained. When contained, these elements enhance hot workability during the manufacture of welding materials. However, if the amount of these elements is too high, these elements may combine with oxygen to reduce the cleanliness of the weld metal. In this case, the hot workability of the weld metal is reduced. Therefore, the Ca amount is preferably 0 to 0.05%, the Mg amount is 0 to 0.05%, and the REM amount is preferably 0 to 0.1%.
The more preferable lower limits of the Ca amount and the Mg amount are 0.001%, respectively, and more preferably 0.002%, respectively.
The more preferable upper limits of the Ca amount and the Mg amount are 0.02%, respectively.
A more preferable lower limit of the amount of REM is 0.001%, and even more preferably 0.003%.
A more preferable upper limit of the amount of REM is 0.06%.
ここで、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、及び、ランタノイド（原子番号５７番のＬａ〜７１番のＬｕ）の少なくとも１種以上を含有する。ＲＥＭ量は、これらの元素の総量を意味する。 Here, REM contains at least one or more of Sc, Y, and a lanthanoid (Atomic number 57 La to 71 Lu). The amount of REM means the total amount of these elements.
（被覆材）
被覆材は、例えば、酸化物（ＴｉＯ２、及びＳｉＯ２等）、炭酸塩（ＣａＣＯ３等）、弗化物（ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６及びＡｌＦ３）等の非金属物質を含む。また、被覆材は、金属物質（単体の金属元素からなる金属粉、複数の金属元素の合金からなる合金粉等）を含んでもよい。
ただし、被覆材のＣｒ量は、上記式（１）を満たす。なお、被覆材のＣｒの供給源は、例えば、金属Ｃｒ、ＦｅＣｒ等が例示される。
(Coating material)
Coating materials include, for example, oxides (TiO 2 , SiO 2, etc.), carbonates (CaCO 3, etc.), fluorides (CaF 2 , MgF 2 , LiF, NaF, K 2 ZrF 6 , BaF 2 , K 2 SiF). 6. Includes non-metallic substances such as Na 3 AlF 6 and AlF 3). Further, the covering material may contain a metal substance (a metal powder composed of a single metal element, an alloy powder composed of an alloy of a plurality of metal elements, etc.).
However, the amount of Cr in the coating material satisfies the above formula (1). Examples of the Cr supply source of the coating material include metal Cr and FeCr.
被覆材の被覆量（＝（溶接材料の総質量−芯線の総質量）／溶接材料の総質量×１００）は、溶接材料の総質量に対して、２０〜４０質量％が好ましい。 The coating amount of the covering material (= (total mass of welding material-total mass of core wire) / total mass of welding material x 100) is preferably 20 to 40% by mass with respect to the total mass of the welding material.
＜溶接接手の製造方法＞
本発明のフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法（以下、「溶接継手の製造方法」とも称する）は、フェライト系耐熱鋼母材に対して、上記本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成する方法である。
本発明の溶接継手の製造方法では、溶接金属を形成後、溶接金属に対して、熱処理を実施してもよい。
<Manufacturing method of welding joint>
The method for manufacturing a welded joint of ferrite-based heat-resistant steel of the present invention (hereinafter, also referred to as “method for manufacturing a welded joint”) is to use the above-mentioned welding material for ferrite-based heat-resistant steel of the present invention with respect to the ferrite-based heat-resistant steel base material. It is a method of forming a weld metal by performing shielded metal arc welding.
In the method for manufacturing a welded joint of the present invention, the weld metal may be heat-treated after the weld metal is formed.
［溶接工程］
溶接工程では、フェライト系耐熱鋼母材に対して、上記本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成する。
[Welding process]
In the welding step, shielded metal arc welding is performed on the ferritic heat-resistant steel base material by using the above-mentioned welding material for ferritic heat-resistant steel of the present invention to form a weld metal.
溶接工程では、例えば、下記条件の被覆アーク溶接により積層溶接することがよい。下記条件の被覆アーク溶接を実施することで、靭性の高い溶接金属が形成できる。また、クリープ破断強度も高い溶接金属が形成できる。
・溶接入熱：１０〜２５ｋＪ／ｃｍ
・溶接電流：１００〜２００Ａ
・溶接電圧：１０〜２５Ｖ
・溶接速度：１０〜２０ｃｍ／ｍｉｎ
In the welding step, for example, it is preferable to perform laminating welding by shielded metal arc welding under the following conditions. By performing shielded metal arc welding under the following conditions, a weld metal with high toughness can be formed. In addition, a weld metal having high creep rupture strength can be formed.
・ Welding heat input: 10 to 25 kJ / cm
・ Welding current: 100-200A
・ Welding voltage: 10 to 25V
・ Welding speed: 10 to 20 cm / min
フェライト系耐熱鋼母材の化学組成は、特に制限はなく、従来のフェライト系耐熱鋼母材の組成であれば、溶接金属の酸素量が低減されるため、靭性の高い溶接金属が得られる。
一方、靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、特に、フェライト系耐熱鋼母材は、質量％で、
Ｃ ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、
Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、
Ｐ ：０．０２００％以下、
Ｓ ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：８．００〜１０．００％、
Ｗ ：２．００〜４．００％、
Ｃｏ：２．００〜４．００％、
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計で０．０２〜０．１８％、
Ｖ ：０．０５〜０．４０％、
Ｎｄ：０．０１〜０．０６％、
Ｂ ：０．００５０〜０．０２００％、
Ｎ ：０．００２〜０．０２５％、
Ａｌ：０〜０．０３０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｎｉ：０〜０．４％、及び
残部：Ｆｅおよび不純物、
からなる化学組成を有することが好ましい。
The chemical composition of the ferritic heat-resistant steel base material is not particularly limited, and if the composition of the conventional ferritic heat-resistant steel base material is used, the oxygen content of the weld metal is reduced, so that a weld metal having high toughness can be obtained.
On the other hand, from the viewpoint of achieving both toughness and creep rupture strength, the ferritic heat-resistant steel base material is, in particular, by mass%.
C: 0.04 to 0.12%,
Si: 0.05 to 0.60%,
Mn: 0.10 to 0.80%,
P: 0.0200% or less,
S: 0.0100% or less,
Cr: 8.00 to 10.00%,
W: 2.00 to 4.00%,
Co: 2.00 to 4.00%,
Nb and / or Ta: 0.02 to 0.18% in total,
V: 0.05 to 0.40%,
Nd: 0.01-0.06%,
B: 0.0050 to 0.0200%,
N: 0.002 to 0.025%,
Al: 0-0.030%,
O: 0.020% or less,
Ni: 0-0.4%, and balance: Fe and impurities,
It preferably has a chemical composition consisting of.
Ｃ：０．０４〜０．１２％
炭素（Ｃ）は、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｃはさらに、高温使用時に微細な炭化物を生成し、母材のクリープ破断強度を高める。Ｃ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃ量が高すぎれば、クリープ破断強度向上の効果が飽和する場合がある。したがって、Ｃ量は、０．０４〜０．１２％が好ましい。Ｃ量のより好ましい下限は０．０６％である。Ｃ量のより好ましい上限は０．１０％である。
C: 0.04 to 0.12%
Carbon (C) is effective in obtaining a martensite structure. C further produces fine carbides when used at high temperatures, increasing the creep rupture strength of the base metal. If the amount of C is too low, these effects may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of C is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of C is too high, the effect of improving the creep rupture strength may be saturated. Therefore, the amount of C is preferably 0.04 to 0.12%. A more preferable lower limit of the amount of C is 0.06%. A more preferable upper limit of the amount of C is 0.10%.
Ｓｉ：０．０５〜０．６０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、鋼母材の耐水蒸気酸化特性を高める。Ｓｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｓｉ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｓｉ量が高すぎれば、母材のクリープ延性及び靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ量は、０．０５〜０．６０％が好ましい。Ｓｉ量のより好ましい下限は０．１０％である。Ｓｉ量のより好ましい上限は０．４０％である。
Si: 0.05 to 0.60%
Silicon (Si) deoxidizes steel. Si further enhances the steam oxidation resistance of the steel base material. If the amount of Si is too low, these effects may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of Si is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of Si is too high, the creep ductility and toughness of the base metal may decrease. Therefore, the amount of Si is preferably 0.05 to 0.60%. A more preferable lower limit of the amount of Si is 0.10%. A more preferable upper limit of the amount of Si is 0.40%.
Ｍｎ：０．１０〜０．８０％
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉと同様に、鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、鋼母材の組織をマルテンサイトにする。Ｍｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｍｎ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｍｎ量が高すぎれば、クリープ脆化が発生しやすくなる場合がある。したがって、Ｍｎ量は、０．１０〜０．８０％が好ましい。Ｍｎ量のより好ましい下限は０．２０％である。Ｍｎ量のより好ましい上限は０．７０％である。
Mn: 0.10 to 0.80%
Manganese (Mn), like Si, deoxidizes steel. Mn also makes the structure of the steel base material martensite. If the amount of Mn is too low, these effects may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of Mn is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of Mn is too high, creep embrittlement may easily occur. Therefore, the amount of Mn is preferably 0.10 to 0.80%. A more preferable lower limit of the amount of Mn is 0.20%. A more preferable upper limit of the amount of Mn is 0.70%.
Ｐ：０．０２００％以下
燐（Ｐ）は、不純物である。Ｐ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｐ量は０．０２００％以下である。Ｐ量のより好ましい上限は０．０１８０％である。Ｐ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストを考慮すれば、Ｐ量の
好ましい下限は０．０００５％である。
P: 0.0200% or less Phosphorus (P) is an impurity. If the amount of P is too high, the creep ductility may decrease. Therefore, the amount of P is 0.0200% or less. A more preferable upper limit of the amount of P is 0.0180%. The amount of P is preferably as low as possible. However, considering the material cost, the preferable lower limit of the amount of P is 0.0005%.
Ｓ：０．０１００％以下
硫黄（Ｓ）は、不純物である。Ｓ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｓ量は０．０１００％以下が好ましい。Ｓ量のより好ましい上限は０．００５０％である。Ｓ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストを考慮すれば、Ｐ量のより好ましい下限は０．０００２％である。
S: 0.0100% or less Sulfur (S) is an impurity. If the amount of S is too high, the creep ductility may decrease. Therefore, the amount of S is preferably 0.0100% or less. A more preferable upper limit of the amount of S is 0.0050%. The amount of S is preferably as low as possible. However, considering the material cost, the more preferable lower limit of the amount of P is 0.0002%.
Ｃｒ：８．００〜１０．００％
クロム（Ｃｒ）は、溶接材料における場合と同様に、母材の高温での耐水蒸気酸化性及び耐食性を高める。Ｃｒはさらに、高温での使用中に炭化物として析出し、母材のクリープ破断強度を高める。Ｃｒ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃｒ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃｒ量が高すぎれば、炭化物の安定性が低下して母材のクリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ｃｒ量は、８．００〜１０．００％が好ましい。Ｃｒ量のより好ましい下限は８．５０％である。Ｃｒ量のより好ましい上限は９．５０％である。
Cr: 8.00 to 10.00%
Chromium (Cr) enhances the water vapor oxidation resistance and corrosion resistance of the base metal at high temperatures, as in the case of welding materials. Cr further precipitates as carbides during use at high temperatures, increasing the creep rupture strength of the base metal. If the amount of Cr is too low, these effects may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of Cr is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of Cr is too high, the stability of the carbide may decrease and the creep rupture strength of the base material may decrease. Therefore, the amount of Cr is preferably 8.00 to 10.00%. A more preferable lower limit of the amount of Cr is 8.50%. A more preferable upper limit of the amount of Cr is 9.50%.
Ｗ：２．００〜４．００％
タングステン（Ｗ）は、溶接材料における場合と同様に、母材のマトリックスに固溶したり、金属間化合物として長時間使用中に析出したりして、高温でのクリープ破断強度を高める。Ｗ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｗ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｗ量が高すぎれば、上記効果が飽和する場合がある。したがって、Ｗ量は、２．００〜４．００％が好ましい。Ｗ量のより好ましい下限は２．５０％である。Ｗ量のより好ましい上限は３．５０％である。
W: 2.00 to 4.00%
Tungsten (W) dissolves in the matrix of the base metal as in the case of the welding material, or precipitates as an intermetallic compound during long-term use to increase the creep rupture strength at high temperature. If the amount of W is too low, this effect may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the W amount is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of W is too high, the above effect may be saturated. Therefore, the amount of W is preferably 2.00 to 4.00%. A more preferable lower limit of the amount of W is 2.50%. A more preferable upper limit of the amount of W is 3.50%.
Ｃｏ：２．００〜４．００％
コバルト（Ｃｏ）は、母材の組織をマルテンサイト組織にして、クリープ破断強度を高めるのに有効である。Ｃｏ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃｏ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃｏ量が高すぎれば、母材のクリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、Ｃｏは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｃｏ量は、２．００〜４．００％が好ましい。Ｃｏ量のより好ましい下限は２．５０％であり、Ｃｏ量のより好ましい上限は３．５０％である。
Co: 2.00 to 4.00%
Cobalt (Co) is effective in increasing the creep rupture strength by forming the structure of the base metal into a martensite structure. If the amount of Co is too low, this effect may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of Co is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of Co is too high, the creep rupture strength and creep ductility of the base metal may decrease. Further, since Co is an expensive element, the material cost is high. Therefore, the amount of Co is preferably 2.00 to 4.00%. The more preferable lower limit of the amount of Co is 2.50%, and the more preferable upper limit of the amount of Co is 3.50%.
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計０．０２〜０．１８％
ニオブ（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）は、溶接材料における場合と同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎｂ及び／又はＴａ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、これらの元素の量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｎｂ及び／又はＴａ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出して、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｎｂ及び／又はＴａの合計量は０．０２〜０．１８％が好ましい。Ｎｂ及び／又はＴａの総量のより好ましい下限は０．０５％である。Ｎｂ及び／又はＴａの総量のより好ましい上限は０．１２％である。
Nb and / or Ta: 0.02 to 0.18% in total
Niobium (Nb) and tantalum (Ta) precipitate in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures, as in the case of welded materials, increasing creep rupture strength. If the amount of Nb and / or Ta is too low, this effect may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of these elements is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of Nb and / or Ta is too high, a large amount of coarse carbonitride may be precipitated, and the creep rupture strength and creep ductility may decrease. Therefore, the total amount of Nb and / or Ta is preferably 0.02 to 0.18%. A more preferable lower limit of the total amount of Nb and / or Ta is 0.05%. A more preferable upper limit of the total amount of Nb and / or Ta is 0.12%.
Ｖ：０．０５〜０．４０％
バナジウム（Ｖ）はＮｂ及びＴａと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｖ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｖ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｖ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出して、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｖ量は、０．０５〜０．４０％が好ましい。Ｖ量のより好ましい下限は０．１０％である。Ｖ量のより好ましい上限は０．３０％である。
V: 0.05 to 0.40%
Vanadium (V), like Nb and Ta, precipitates in the grains as fine carbonitrides during use at high temperatures, increasing creep rupture strength. If the amount of V is too low, this effect may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of V is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of V is too high, a large amount of coarse carbonitride may be precipitated, and the creep rupture strength and creep ductility may decrease. Therefore, the amount of V is preferably 0.05 to 0.40%. A more preferable lower limit of the amount of V is 0.10%. A more preferable upper limit of the amount of V is 0.30%.
Ｎｄ：０．０１〜０．０６％
ネオジム（Ｎｄ）は母材のクリープ延性を改善する。Ｎｄ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。溶接中にスラグとして減少する心配のない母材においては、Ｎｄの上記効果を有効に活用できる。一方、Ｎｄ量が高すぎれば、熱間加工性が低下する場合がある。したがって、Ｎｄ量は、０．０１〜０．０６％が好ましい。Ｎｄ量のより好ましい下限は０．０２％である。Ｎｄ量のより好ましい上限は０．０５％である。
Nd: 0.01-0.06%
Neodymium (Nd) improves the creep ductility of the base metal. If the amount of Nd is too low, this effect may not be obtained. The above effect of Nd can be effectively utilized in the base metal which does not have to be reduced as slag during welding. On the other hand, if the amount of Nd is too high, the hot workability may decrease. Therefore, the amount of Nd is preferably 0.01 to 0.06%. A more preferable lower limit of the amount of Nd is 0.02%. A more preferable upper limit of the amount of Nd is 0.05%.
Ｂ：０．００５０〜０．０２００％
ホウ素（Ｂ）は、溶接材料における場合と同様に、焼入れ性を高め、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｂはさらに、高温での使用中に炭化物を旧オーステナイト境界、マルテンサイトラス境界に微細分散して、組織の回復を抑制し、クリープ破断強度を高める。Ｂ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｂ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｂ量が高すぎれば、溶接金属の場合と同様に、靭性が低下する場合がある。したがって、Ｂ量は、０．００５〜０．０２００％が好ましい。Ｂ量のより好ましい下限は０．００７０％である。Ｂ量のより好ましい上限は０．０１５０％である。
B: 0.0050 to 0.0200%
Boron (B) is effective in enhancing hardenability and obtaining a martensite structure, as in the case of welding materials. B further finely disperses carbides at the former austenite boundary and the martensite ras boundary during use at high temperatures to suppress tissue recovery and increase creep rupture strength. If the amount of B is too low, this effect may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of B is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of B is too high, the toughness may decrease as in the case of weld metal. Therefore, the amount of B is preferably 0.005 to 0.0200%. A more preferable lower limit of the amount of B is 0.0070%. A more preferable upper limit of the amount of B is 0.0150%.
Ｎ：０．００２〜０．０２５％
窒素（Ｎ）は、高温での使用中に微細な窒化物として粒内に微細に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｎ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｎ量が高すぎれば、窒化物が粗大化して、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｎ量は、０．００２〜０．０２５％が好ましい。Ｎ量のより好ましい下限は０．００５％である。Ｎ量のより好ましい上限は０．０１５％である。
N: 0.002-0.025%
Nitrogen (N) finely precipitates in the grains as fine nitrides during use at high temperature, and enhances creep rupture strength. If the amount of N is too low, this effect may not be obtained. However, unlike the weld metal, the base metal is suppressed from solidification segregation and is used after being tempered. Therefore, even if the amount of N is lower than that of the welding material, the above effect can be obtained. On the other hand, if the amount of N is too high, the nitride may become coarse and the creep ductility may decrease. Therefore, the amount of N is preferably 0.002 to 0.025%. A more preferable lower limit of the amount of N is 0.005%. A more preferable upper limit of the amount of N is 0.015%.
Ｏ：０．０２０％以下
酸素（Ｏ）は、溶接材料における場合と同様に不純物である。Ｏ量が高すぎれば、母材の加工性が低下する場合がある。したがって、Ｏ量は０．０２０％以下が好ましい。Ｏ量のより好ましい上限は０．０１０％である。材料コストを考慮すれば、Ｏ量のより好ましい下限は０．００１％である。
O: 0.020% or less Oxygen (O) is an impurity as in the case of welding materials. If the amount of O is too high, the workability of the base material may decrease. Therefore, the amount of O is preferably 0.020% or less. A more preferable upper limit of the amount of O is 0.010%. Considering the material cost, the more preferable lower limit of the amount of O is 0.001%.
母鋼材は、上記必須元素以外に、任意元素として、Ａｌ、Ｎｉを含有してもよい。 The base steel material may contain Al and Ni as optional elements in addition to the above essential elements.
Ａｌ：０〜０．０３０％
アルミニウム（Ａｌ）は、溶接材料における場合と同様に、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌ量が高すぎれば、母材の清浄性が低下して加工性が低下する場合がある。Ａｌ量が高すぎればさらに、クリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ａｌ量は、０〜０．０３０％以下が好ましい。Ａｌ量のより好ましい上限は０．０１％である。製造コストを考慮すれば、Ａｌ量のより好ましい下限は、０．００１％である。本明細書において、Ａｌ量はｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）を意味する。
Al: 0 to 0.030%
Aluminum (Al) deoxidizes steel as it does in welding materials. However, if the amount of Al is too high, the cleanliness of the base material may be lowered and the workability may be lowered. If the amount of Al is too high, the creep rupture strength may further decrease. Therefore, the amount of Al is preferably 0 to 0.030% or less. A more preferable upper limit of the amount of Al is 0.01%. Considering the production cost, the more preferable lower limit of the amount of Al is 0.001%. In the present specification, the amount of Al is sol. It means Al (acid-soluble Al).
Ｎｉ：０〜０．４％
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｉは、マルテンサイト組織を得るのに有効である。しかしながら、Ｎｉ量が高すぎれば、上記効果が飽和する場合がある。したがってＮｉ量は０〜０．４％が好ましい。Ｎｉ量のより好ましい上限は０．２％である。Ｎｉ量のより好ましい下限は０．０５％あり、さらに好ましくは、０．１％である。
Ni: 0-0.4%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. When contained, Ni is effective in obtaining a martensite structure. However, if the amount of Ni is too high, the above effect may be saturated. Therefore, the amount of Ni is preferably 0 to 0.4%. A more preferable upper limit of the amount of Ni is 0.2%. A more preferable lower limit of the amount of Ni is 0.05%, and even more preferably 0.1%.
［熱処理工程］
熱処理工程では、溶接金属を形成した後、溶接金属に対して熱処理を実施する。熱処理により、溶接金属の硬さを低下して靭性を高める。例えば、溶接金属部を含む溶接部に、バンドヒーター及びインダクションヒーター等の熱処理装置を配置して、熱処理を実施する。又は、溶接構造物全体を加熱炉内で加熱する。
[Heat treatment process]
In the heat treatment step, after forming the weld metal, the weld metal is heat-treated. The heat treatment reduces the hardness of the weld metal and increases its toughness. For example, a heat treatment device such as a band heater and an induction heater is arranged in the welded portion including the weld metal portion to perform the heat treatment. Alternatively, the entire welded structure is heated in a heating furnace.
熱処理工程では、次の条件で、溶接金属に対して熱処理することがよい。下記条件の熱処理を実施することで、靭性の高い溶接金属が形成できる。また、クリープ破断強度も高い溶接金属が形成できる。
・熱処理温度：７００〜８００℃
・熱処理時間：鋼母材の厚さ２５．４ｍｍ当たり、０．５〜４．０時間
In the heat treatment step, it is preferable to heat-treat the weld metal under the following conditions. By performing the heat treatment under the following conditions, a weld metal with high toughness can be formed. In addition, a weld metal having high creep rupture strength can be formed.
-Heat treatment temperature: 700-800 ° C
-Heat treatment time: 0.5 to 4.0 hours per 25.4 mm thickness of the steel base material
熱処理の温度が低すぎると、マルテンサイトの焼戻しが不十分となり、十分な溶接金属の靭性が得られない場合がある。熱処理が高すぎると、溶接金属の一部がオーステナイト変態温度を超え、溶接金属の靭性が低下する場合がある。
よって、熱処理の温度は、７００〜８００℃が好ましい。より好ましい熱処理の温度は、７４０〜７８０℃である。
If the heat treatment temperature is too low, the tempering of martensite will be insufficient, and sufficient toughness of the weld metal may not be obtained. If the heat treatment is too high, a part of the weld metal may exceed the austenite transformation temperature and the toughness of the weld metal may decrease.
Therefore, the temperature of the heat treatment is preferably 700 to 800 ° C. A more preferable heat treatment temperature is 740 to 780 ° C.
鋼母材の単位厚さ当たりの熱処理時間が短すぎれば、マルテンサイト組織の焼戻しが不十分となり、十分な靭性が得られない場合がある。一方、鋼母材の単位厚さあたりの熱処理時間が長すぎれば、焼戻しが過剰となりクリープ破断強度が低下することがある。
よって、熱処理の時間は、鋼母材の厚さ２５．４ｍｍ当たり、０．５〜４．０時間であることが好ましい。より好ましい熱処理の時間は、１．０〜３．０時間である。
ここで、鋼母材の厚さは、母材が鋼板の場合は板厚であり、鋼管の場合は肉厚である。
If the heat treatment time per unit thickness of the steel base material is too short, the tempering of the martensite structure becomes insufficient, and sufficient toughness may not be obtained. On the other hand, if the heat treatment time per unit thickness of the steel base material is too long, tempering may be excessive and the creep rupture strength may decrease.
Therefore, the heat treatment time is preferably 0.5 to 4.0 hours per 25.4 mm of the thickness of the steel base material. A more preferable heat treatment time is 1.0 to 3.0 hours.
Here, the thickness of the steel base material is the plate thickness when the base material is a steel plate and the wall thickness when the base material is a steel pipe.
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, each of these examples does not limit the present invention.
表１に示す化学組成を有する溶鋼を用いて、インゴットを製造し、その後、熱間鍛造および熱間圧延を実施して鋼板を製造した。鋼板に対して焼入れおよび焼戻しを実施して、板厚２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼板（以下、単に母材という）を製造した。焼入れでは、鋼板を１１００℃で１時間保持した後、空冷した（空冷焼入れ）。焼戻しでは、焼入れ後の鋼板を７７０℃で１．５時間保持した。 An ingot was produced using the molten steel having the chemical composition shown in Table 1, and then hot forging and hot rolling were carried out to produce a steel sheet. The steel sheet was hardened and tempered to produce a steel sheet having a thickness of 20 mm, a width of 50 mm, and a length of 200 mm (hereinafter, simply referred to as a base material). In quenching, the steel sheet was held at 1100 ° C. for 1 hour and then air-cooled (air-cooled quenching). In tempering, the hardened steel sheet was held at 770 ° C. for 1.5 hours.
次に、表２に示す化学組成を有する溶鋼を用いてインゴットを製造し、その後、熱間鍛造、熱間圧延および機械加工を施し、直径４．０ｍｍの被覆アーク溶接材料用の芯線を製造した。
そして、表２に示すＣｒ量の低水素系被覆材を、被覆率３０〜４０％で芯線の外周面に被覆した後、焼成し、溶接材料を得た。
Next, an ingot was manufactured using molten steel having the chemical composition shown in Table 2, and then hot forging, hot rolling and machining were performed to manufacture a core wire for a shielded metal arc welding material having a diameter of 4.0 mm. ..
Then, the low hydrogen-based coating material having a Cr amount shown in Table 2 was coated on the outer peripheral surface of the core wire with a coating ratio of 30 to 40%, and then fired to obtain a welding material.
次に、上記母材の長手方向に、角度３０°、ルート厚さ１ｍｍのＶ開先を加工した。一対の母材のＶ開先同士を突き合わせ、得られた溶接材料を用いて、溶接を実施した。
具体的には、被覆アーク溶接により、溶接材料を開先内に積層溶接して溶接金属を形成し、各溶接継手を製造した。溶接後の溶接継手に対して、７４０℃で４時間保持した後、空冷した。
Next, a V groove having an angle of 30 ° and a root thickness of 1 mm was machined in the longitudinal direction of the base metal. The V-grooves of the pair of base materials were butted against each other, and welding was performed using the obtained welding material.
Specifically, by shielded metal arc welding, the welding material was laminated and welded in the groove to form a weld metal, and each welded joint was manufactured. The welded joint after welding was held at 740 ° C. for 4 hours and then air-cooled.
作製した溶接継手の全溶着金属部から成分分析を行い、酸素量が０．０４%以下のものを「合格」、０．０４％を超えるものを「不合格」とした。 Component analysis was performed from the total weld metal part of the manufactured welded joint, and those with an oxygen content of 0.04% or less were rated as "pass", and those with an oxygen content of more than 0.04% were rated as "fail".
次に上述の溶接継手から溶接金属にノッチを加工した、フルサイズのＶノッチシャルピー衝撃試験片（ノッチ深さ２ｍｍ）を３本採取した。各試験片に対して、２０℃にて、ＪＩＳ Ｚ２２４２（２００５）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施した。吸収エネルギー平均値が１０Ｊを超えるものを「合格」、下回るものを「不合格」とした。 Next, three full-size V-notch Charpy impact test pieces (notch depth 2 mm) in which notches were machined in the weld metal from the above-mentioned welded joint were sampled. Each test piece was subjected to a Charpy impact test in accordance with JIS Z2242 (2005) at 20 ° C. Those having an average absorbed energy value of more than 10J were regarded as "pass", and those having an average absorbed energy value of less than 10J were regarded as "fail".
さらに上述の溶接継手から、溶接金属が平行部の中央となるように丸棒クリープ破断試験片を採取した。母材の目標クリープ破断時間が約３０００時間となる６５０℃、１４７ＭＰａの試験条件で、クリープ破断試験を実施した。破断時間が３０００時間を上回る場合を「合格」、下回る場合を「不合格」とした。 Further, from the above-mentioned welded joint, a round bar creep rupture test piece was collected so that the weld metal was at the center of the parallel portion. The creep rupture test was carried out under the test conditions of 650 ° C. and 147 MPa so that the target creep rupture time of the base metal was about 3000 hours. A case where the breaking time exceeds 3000 hours is regarded as "pass", and a case where the breaking time is less than 3000 hours is regarded as "fail".
上記結果から、継手番号Ａ−１〜Ａ−８、Ｂ１〜Ｂ８、Ｃ１、Ｄ−１では、酸素量、シャルピー衝撃試験、クリープ破断強度試験が共に合格であった。 From the above results, the oxygen content, Charpy impact test, and creep rupture strength test all passed for the joint numbers A-1 to A-8, B1 to B8, C1, and D-1.
一方、継手番号Ａ−９、Ｂ−９では、溶接材料のＢ量が低く、シャルピー衝撃試験が不合格であった。
継手番号Ａ−Ｃ１、Ｂ−Ｃ１では、式（１）を満たさず（「（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）」値が高く）、酸素量、シャルピー衝撃試験が不合格であった。
継手番号Ａ−Ｃ２、Ｂ−Ｃ２では、式（１）を満たさず（「（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）」値が低く）、クリープ破断試験が不合格であった。
On the other hand, in the joint numbers A-9 and B-9, the amount of B of the welding material was low, and the Charpy impact test failed.
In the joint numbers A-C1 and B-C1, the formula (1) is not satisfied (the value of "(Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1)" is high), and the amount of oxygen and Charpy The impact test failed.
In the joint numbers A-C2 and B-C2, the formula (1) is not satisfied (the value of "(Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1)" is low), and the creep rupture test is performed. It was a failure.
Claims (5)
前記芯線のＣｒ量（質量％）と前記被覆材のＣｒ量（質量％）とが、下記式（１）を満たすフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０ ・・・（１） It has a core wire and a coating material that covers the core wire.
A welding material for ferritic heat-resistant steel in which the amount of Cr in the core wire (% by mass) and the amount of Cr in the covering material (% by mass) satisfy the following formula (1).
0.1 ≤ (Cr amount of core wire +0.8) / (Cr amount of coating material +0.1) ≤ 10.0 ... (1)
Ｃ：０．０６〜０．１０％、
Ｓｉ：０．１０〜０．４０％、
Ｍｎ：０．３０〜０．７０％、
Ｐ ：０．０１０％以下、
Ｓ ：０．００３％以下、
Ｃｏ：２．６０〜３．４０％、
Ｎｉ：０．０１〜１．１０％、
Ｗ ：２．５０〜３．５０％、
Ｎｂ：０．０２〜０．０８％、
Ｖ ：０．１０〜０．３０％、
Ｔａ：０．０２〜０．０８％、
Ｂ ：０．００７〜０．０１５％、
Ｎ ：０．００５〜０．０２０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：０〜９．５０％、
Ｍｏ：０〜０．０３％、
Ａｌ：０〜０．０３０％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｔｉ：０〜０．３０％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
希土類元素：０〜０．１％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有する請求項１に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。 The core wire is by mass%
C: 0.06 to 0.10%,
Si: 0.10 to 0.40%,
Mn: 0.30 to 0.70%,
P: 0.010% or less,
S: 0.003% or less,
Co: 2.60 to 3.40%,
Ni: 0.01-1.10%,
W: 2.50 to 3.50%,
Nb: 0.02 to 0.08%,
V: 0.10 to 0.30%,
Ta: 0.02 to 0.08%,
B: 0.007 to 0.015%,
N: 0.005 to 0.020%,
O: 0.020% or less,
Cr: 0-9.50%,
Mo: 0-0.03%,
Al: 0-0.030%,
Cu: 0-1.00%,
Ti: 0 to 0.30%,
Ca: 0-0.05%,
Mg: 0-0.05%,
The welding material for ferritic heat-resistant steel according to claim 1, which has a chemical composition consisting of a rare earth element: 0 to 0.1% and a balance: Fe and impurities.
第１群：Ｃｒ：１．００〜９．５０％、Ｍｏ：０．００１〜０．０３０％、Ａｌ：０．００１〜０．０３０％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、
第２群：Ｔｉ：０．０２〜０．３０％、
第３群：Ｃａ：０．００１〜０．０５０％、Ｍｇ：０．００１〜０．０５０％、及び希
土類元素：０．００１〜０．１０％ The welding material for ferritic heat-resistant steel according to claim 2, wherein the core wire has a chemical composition in mass% and contains one or more elements selected from the following groups 1 to 3.
Group 1: Cr: 1.00 to 9.50%, Mo: 0.001 to 0.030%, Al: 0.001 to 0.030%, Cu: 0.05 to 1.00%,
Group 2: Ti: 0.02 to 0.30%,
Group 3: Ca: 0.001 to 0.050%, Mg: 0.001 to 0.050%, and rare earth elements: 0.001 to 0.10%
Ｃ ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０５〜０．６０％、
Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、
Ｐ ：０．０２００％以下、
Ｓ ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：８．００〜１０．００％、
Ｗ ：２．００〜４．００％、
Ｃｏ：２．００〜４．００％、
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計で０．０２〜０．１８％、
Ｖ ：０．０５〜０．４０％、
Ｎｄ：０．０１〜０．０６％、
Ｂ ：０．００５０〜０．０２００％、
Ｎ ：０．００２〜０．０２５％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０〜０．０３０％、
Ｎｉ：０〜０．４％、及び
残部：Ｆｅおよび不純物、
からなる化学組成を有する請求項４に記載のフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。 The ferritic heat-resistant steel base material is based on mass%.
C: 0.04 to 0.12%,
Si: 0.05 to 0.60%,
Mn: 0.10 to 0.80%,
P: 0.0200% or less,
S: 0.0100% or less,
Cr: 8.00 to 10.00%,
W: 2.00 to 4.00%,
Co: 2.00 to 4.00%,
Nb and / or Ta: 0.02 to 0.18% in total,
V: 0.05 to 0.40%,
Nd: 0.01-0.06%,
B: 0.0050 to 0.0200%,
N: 0.002 to 0.025%,
O: 0.020% or less,
Al: 0-0.030%,
Ni: 0-0.4%, and balance: Fe and impurities,
The method for manufacturing a welded joint of ferritic heat-resistant steel according to claim 4, which has a chemical composition comprising.
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