JP3217567B2 - 高Crフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 - Google Patents
高Crフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒Info
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Description
度耐熱鋼の被覆アーク溶接棒に関するものであり、さら
に詳しくは高温におけるクリープ特性、靱性、耐割れ性
に優れた溶接金属を得る被覆アーク溶接棒に係わるもの
である。
材として、クリープ強度が極めて優れかつオーステナイ
ト系ステンレス鋼に見られるような応力腐食割れの心配
が少ないフェライト系耐熱鋼が使用されはじめており、
この種の耐熱鋼用の溶接材料として、例えば特開昭55
−30354号公報に開示されているCr−Mo系鋼用
被覆アーク溶接棒のごとく、NiやMn等の添加量を限
定し、オーステナイト相安定化元素を含有させ、溶接金
属中の粗大フェライト相を減少させるようにしたものが
提案されているが、Niを多量に含有させた場合にはク
リープ破断強度が低下し、多量のNiやMnを含有させ
た場合は溶接金属の耐割れ性が低下するので、目標とす
る高性能の溶接継手を得ることはできない。
は、9%Cr系鋼の溶接において溶接棒中に適量のWを
添加するとともにWをMo量との関係で限定共存させる
ことにより、溶接金属に析出する炭化物の粗大化をV4
C3 、NbCの析出で長時間にわたり抑制するととも
に、さらにMo2 C、W2 Cの析出バランスを適正な範
囲に保つことによって高温長時間側のクリープ強度を向
上させている。さらに、特開平2−280993号公報
では9〜12Cr系溶接材料の如くC、Si、Mn、C
r、Ni、Mo、W、V、Nb、Al、N、C添加量を
限定し、Creq:13%以下とする溶接材料が提案さ
れている。しかしながら、これらのものでは大幅なクリ
ープ強度を向上させるものではなく、靱性面からはマル
テンサイト相中にδフェライトを晶出し著しく低下させ
るという欠点を有する。δフェライト相は基地中マルテ
ンサイトより著しく軟らかい相であり、このような軟ら
かい第二相が硬い基地中に分散する場合全体の衝撃特性
は著しく低下する。
のような事情に着目し、高温強度や高温クリープ強度、
さらには耐割れ性等を損なうことなく粗大フェライト相
を減少し、母材に匹敵する強度、靱性および耐割れ性を
確保することにある。
ろは、溶接棒全重量に対して重量比で鋼心線と被覆剤の
一方または両方に、C:0.01〜0.12%、Si:
0.3〜2.4%、Mn:0.3〜1.9%、V:0.
03〜0.40%、Nb:0.01〜0.15%、N:
0.01〜0.08%、Cr:5.8〜13.0%、N
i:0.05〜1.2%、Mo:0.3〜1.6%、
W:0.5〜3.5%、Co:1.0〜5.0%、T
a:0.01〜3.0%を含有し、さらにアーク安定
剤、スラグ生成剤、粘結剤を含む被覆剤を溶接棒全重量
に対して22から40%重量%となるように鋼心線外周
に被覆してなることを特徴とする高Crフェライト系耐
熱鋼用被覆アーク溶接棒にある。
鋼用被覆アーク溶接棒において、溶接金属におけるδフ
ェライト相の生成を抑制することにより靱性低下を抑制
し、クリープ破断強度と靱性を格段に高めたところにあ
る。
Si、Mn、V、Nb、N、Cr、Ni、Mo、W、C
o、Ta以外の化学成分が重量比で、P:0.02%以
下、S:0.02%以下、Ti:0.01%以下、O:
0.05%以下、残部Feおよび不可避不純物からなる
ものである。以下に本発明における成分限定の理由を詳
細に説明する。
あるが、耐割れ性の観点から上限を0.12%とした。
の確保の上からも必要である。0.3%未満では、脱酸
不足によって溶接金属中に気孔が発生しやすく、一方
2.4%を超えると靱性の低下を招くので上限を2.4
%と定めた。
ある。上限を1.9%としたのはこれを超すと靱性の点
から好ましくないからであり、下限は脱酸に必要な量と
して0.3%と定めた。
0.03%が必要であるが、他方0.40%を超えると
かえって強度低下を生じるので上限を0.40%とし
た。
ほか、結晶粒を微細化して靱性を高める元素としても重
要であるため最低0.01%が必要であるが、0.15
%を超えるとその効果は飽和してしまうだけでなく溶接
性の低下も招く。したがって上限を0.15%とした。
著しいクリープ抵抗として寄与するため最低0.01%
を必要とする。0.08%を超えると窒化物が多量に析
出して、逆に靱性が劣化することなどの問題が生じるの
で上限を0.08%と定めた。
元素であるため最低5.8%必要であるが、13.0%
を超すと耐割れ性を損なうと同時にδフェライトを晶出
させ靱性の劣化が著しくなるので上限は13.0%とし
た。
有効な元素であり、高温で長時間使用される本発明溶接
材料のような用途に対しては必須の元素であるが、0.
05%未満ではその効果は得られない。他方1.2%を
超すと高温クリープ特性を劣化させるので上限を1.2
%とした。
であるので使用温度、圧力を上昇させる目的で添加する
が、多量に添加された場合溶接性を損ない、かつδフェ
ライトを晶出させるため靱性の低下を招く。したがって
添加範囲として上限を1.6%とした。一方Wとの共存
において、高温強度、特に高温長時間側でのクリープ破
断強度の向上に効果のあるのは0.3%以上であるので
下限を0.3%とした。
溶体強化元素として最も優れた元素である。特に、高温
長時間側でのクリープ破断強度向上の効果は極めて大き
い。しかしながら0.5%未満ではMoとの共存におい
て効果は発揮できないので下限を0.5%と定めた。し
かし過剰の添加により、δフェライト相を晶出させ溶接
金属の靱性が低下し、溶接作業性も劣化するので上限を
3.5%とした。
という問題点を相殺する重要な元素であり、最低1.0
%以上を必要とする。しかし過剰に添加するとAc1 点
を下げるため、高温焼戻しが不可能となり組織の安定化
処理ができなくなるという欠点を有するので、上限を
5.0%と定めた。
成分であり、TaCが析出し、特に高温長時間でのクリ
ープ破断強度向上への効果が極めて大きい。しかし0.
01%未満では効果が得られず、一方3.0%を超える
と著しく靱性が劣化するので上限を3.0%と定めた。
の元素を有する鋼心線にアーク安定剤、また鉄粉、アル
カリ成分、ルチル等のスラグ生成剤、さらにまた珪酸ソ
ーダ、珪酸カリを含有する水ガラス等の粘結剤と共に混
練してなる被覆剤を通常の溶接棒塗装機により被覆塗装
した後、水分を除去するために300〜550℃で焼成
して製造する。また被覆剤の量は溶接棒全重量に対して
22から40重量%が適当で、これより少ないとシール
ド効果が不十分となって材質劣化の原因となり、一方こ
れより多いとスラグが多過ぎ作業性が悪くなりまた不経
済である。
示す。本発明に規定される元素を含有させた鋼心線
(4.0mm径)の外周に被覆率30%となるように被
覆剤を塗布し、表1に示す成分組成の被覆アーク溶接棒
を製造した。得られた各溶接棒を用い、厚さ20mmの
ASTM規格A387 Gr22、9Cr−1Mo鋼、
9Cr−1Mo−Nb−V−W鋼、9Cr−0.5Mo
−Nb−V−W鋼、12Cr−Nb−V−W鋼を図1に
示すような開先(厚さT=20mm、開先角度θ=20
°、ルートギャップL=12mm)を形成し、表2に示
す結果を得た。なお溶接条件は、溶接電流170A、溶
接入熱20kJ/cm、予熱・パス間温度150〜20
0℃、下向き姿勢で溶接継手を作製した。得られた溶接
金属を740℃で4時間の後熱処理をした後、600
℃、220N/mm2 の応力でのクリープ破断試験およ
び試験温度0℃での2mmVノッチ衝撃試験を行なっ
た。
要件をすべて満たしており、溶接金属組織はδフェライ
ト相の晶出はなくマルテンサイト単相組織であり、後熱
処理後の靱性およびクリープ破断特性が良好で、かつ溶
接性の優れた溶接金属を得ることができた。
示す。溶接棒AS−14は通常の耐熱鋼用として使用さ
れている2 1/4%Cr−1%Mo系溶接棒の例であり、
溶接棒AS−15は、さらに耐高温腐食性を向上させた
熱交換器用溶接棒であるが、いずれも本発明溶接棒に比
べ、著しくクリープ破断強度が低い。
−V−W系の溶接棒の例であるがC量が本発明溶接棒に
比べて著しく高いので、溶接時に割れが発生し、耐割れ
性および衝撃値が低下している。溶接棒AS−17はM
o、Nがその上限を超えるものであって、溶接金属にブ
ローホールが発生するとともにδフェライト相が生じ、
靱性が乏しかった。溶接棒AS−18はV量が下限を下
回りNbがないため耐割れ性が劣化し、δフェライト相
の生成で結晶粒が粗大になり靱性が低下している。
Nb−V−W系でV量が上限を超えるものでクリープ破
断強度が低く、またC量が上限を上回っているので割れ
が発生した。溶接棒AS−20は12Cr−0.5Mo
−Nb−V−W系で、Mn量が上限を上回っており靱性
が低下している。
Nb−V−W系でMo量が低くクリープ破断強度が低
い。溶接棒AS−22も9Cr−0.5Mo−Nb−V
−W系でW量が上限を超えており、またCoが無いため
δフェライト相が生じ、靱性が低下している。溶接棒A
S−23も9Cr−0.5Mo−Nb−V−W系でTa
が無くCo量が下限を下回っているためクリープ破断強
度が低くδフェライト相が生じ、靱性が低い。
r鋼用被覆アーク溶接棒と比較して、高温でのクリープ
強度を著しく高めたものであり、靱性および溶接性など
の特性にも優れている。例えば表1、表2に示したよう
に本発明の要件を満たすものは本発明の要件を満たさな
いもの(比較例)と比べて、高温クリープ特性だけでな
く靱性および溶接性に優れていることは明らかで、各種
発電ボイラ、化学圧力容器などに使用される9〜12%
Cr系鋼等の高Crフェライト系耐熱鋼を溶接する場合
に適性の高い溶接棒である。
Claims (1)
- 【請求項1】 溶接棒全重量に対して重量比で鋼心線と
被覆剤の一方または両方に、 C :0.01〜0.12%、 Si:0.3〜2.4%、 Mn:0.3〜1.9%、 V :0.03〜0.40%、 Nb:0.01〜0.15%、 N :0.01〜0.08%、 Cr:5.8〜13.0%、 Ni:0.05〜1.2%、 Mo:0.3〜1.6%、 W :0.5〜3.5%、 Co:1.0〜5.0%、 Ta:0.01〜3.0% を含有し、さらにアーク安定剤、スラグ生成剤、粘結剤
を含む被覆剤を溶接棒全重量に対して22から40%重
量%となるように鋼心線外周に被覆してなることを特徴
とする高Crフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP33908093A JP3217567B2 (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 高Crフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP33908093A JP3217567B2 (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 高Crフェライト系耐熱鋼用被覆アーク溶接棒 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07155988A JPH07155988A (ja) | 1995-06-20 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CN113579558B (zh) * | 2020-04-30 | 2024-02-09 | 宝武特种冶金有限公司 | 一种核级镍铬铁合金焊芯及其制造方法 |
-
1993
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