JP6107170B2 - Welding material for austenitic heat-resistant steel, weld metal and welded joint produced using the same - Google Patents
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本発明は、溶接材料に関し、さらに詳しくはオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料ならびにそれを用いて製造される溶接金属及び溶接継手に関する。 The present invention relates to a welding material, and more particularly to a welding material for austenitic heat-resistant steel, and a weld metal and a welded joint produced using the same.
近年、環境負荷低減の観点から、発電用ボイラ等の高温で使用される構造物では、運転条件の高温、高圧化が世界的規模で進められている。そのため、これらの高温で使用される構造物に使用される材料には、優れた高温強度が求められる。 In recent years, from the viewpoint of reducing the environmental load, in a structure used at a high temperature such as a power generation boiler, a high temperature and high pressure are being promoted on a global scale. Therefore, the material used for the structure used at these high temperatures is required to have excellent high temperature strength.
特開２００４−３０００号公報（特許文献１）及び特開２０１１−６３８３８号公報（特許文献２）は、優れた高温強度を有するオーステナイト系耐熱鋼を提案する。これらの文献に開示されたオーステナイト系耐熱鋼は、Ｗ及びＢを多量に含有するため、７００℃以上の高温域において優れたクリープ強度を有する。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-3000 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-63838 (Patent Document 2) propose an austenitic heat resistant steel having excellent high temperature strength. Since the austenitic heat-resistant steel disclosed in these documents contains a large amount of W and B, the austenitic heat-resistant steel has excellent creep strength in a high temperature range of 700 ° C. or higher.
オーステナイト系耐熱鋼を構造物に利用する場合、オーステナイト系耐熱鋼は母材として溶接されて構造物に組み立てられる。このとき、母材をそのまま溶接材料として使用する場合がある。また、溶接材料規格のＡＷＳ Ａ５．１４−２００５やＥＲＮｉＣｒＣｏＭｏ−１に相当する高Ｎｉ合金用溶接材料を使用する場合もある。 When austenitic heat resistant steel is used for a structure, the austenitic heat resistant steel is welded as a base material and assembled into the structure. At this time, the base material may be used as a welding material as it is. Moreover, the welding material for high Ni alloys corresponding to welding material specification AWS A5.14-2005 and ERNiCrCoMo-1 may be used.
母材は溶製後、圧延及び熱処理により組織が調整されて高温強度が確保される。しかしながら、溶接金属はほとんどの場合、凝固ままの組織で使用される。そのため、母材をそのまま溶接材料として使用すれば、溶接金属では、母材と同等のクリープ強度等の機械的特性が得られない。さらに、オーステナイト系耐熱鋼からなる溶接金属は溶接時の高温割れ感受性が高い。特に、母材では、クリープ強度や耐水蒸気酸化性を高めるためにＢやＳｉを含有するが、これらの元素は高温割れ感受性を高める。したがって、このような母材をそのまま溶接材料として使用するのは好ましくない。 After the base material is melted, the structure is adjusted by rolling and heat treatment to ensure high temperature strength. However, weld metals are most often used in as-solidified structures. Therefore, if the base material is used as a welding material as it is, the weld metal cannot obtain mechanical characteristics such as creep strength equivalent to the base material. Furthermore, a weld metal made of austenitic heat-resistant steel has high hot cracking susceptibility during welding. In particular, the base material contains B and Si in order to increase creep strength and steam oxidation resistance, but these elements increase the hot cracking susceptibility. Therefore, it is not preferable to use such a base material as a welding material as it is.
また、高Ｎｉ合金用溶接材料はクリープ強度に優れるが、高価である。さらに、母材と成分が大きく異なる場合、十分な耐溶接高温割れが得られない場合がある。 Further, the welding material for high Ni alloy is excellent in creep strength but expensive. Furthermore, when the composition is largely different from that of the base material, sufficient welding hot cracking may not be obtained.
特開２００８−２０７２４２号公報（特許文献３）及び特開２０１１−２５５３９０号公報（特許文献４）は溶接時の耐高温割れ性に優れたオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料を提案する。特許文献３に開示された溶接材料は、Ｎｂ、Ｔｉの共晶炭化物を活用し、溶接時の高温割れを抑制しつつ、クリープ強度も優れる。特許文献４に開示された溶接材料は、Ｗ、Ｎｂ及びＴｉの含有量を調整して、溶接時の高温割れを抑制しつつ、高温での使用時に発生し得る応力緩和割れを抑制する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-207242 (Patent Document 3) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-255390 (Patent Document 4) propose a welding material for austenitic heat-resistant steel having excellent hot crack resistance during welding. The welding material disclosed in Patent Document 3 utilizes eutectic carbides of Nb and Ti, suppresses hot cracking during welding, and has excellent creep strength. The welding material disclosed in Patent Document 4 adjusts the contents of W, Nb, and Ti to suppress high temperature cracks during welding and suppress stress relaxation cracks that may occur during use at high temperatures.
これらの溶接材料を用いてボイラ等の大型溶接構造物を組み立てる場合、ティグ溶接だけでなく、サブマージアーク溶接や被覆アーク溶接も広く用いられる。特許文献３及び４で提案されたオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料を用いてティグ溶接により構造物を組み立てた場合、製造された溶接金属は優れた耐高温割れ性及び耐応力緩和割れ性を有する。 When assembling large welded structures such as boilers using these welding materials, not only TIG welding but also submerged arc welding and covered arc welding are widely used. When a structure is assembled by TIG welding using the welding material for austenitic heat-resistant steel proposed in Patent Documents 3 and 4, the manufactured weld metal has excellent hot crack resistance and stress relaxation crack resistance.
しかしながら、特許文献３及び４に提案された溶接材料をサブマークアーク溶接の溶接ワイヤや被覆アーク溶接の芯線として用いて溶接した場合、フラックスが溶融して形成されたスラグが、溶接金属から剥離しにくい場合が生じる。特に、多層溶接を実施した場合、剥離しなかったスラグが積層間に残存し、溶接欠陥となる場合がある。 However, when welding materials proposed in Patent Documents 3 and 4 are used as welding wires for submark arc welding or core wires for covered arc welding, the slag formed by melting the flux peels off from the weld metal. It may be difficult. In particular, when multi-layer welding is performed, slag that has not been peeled may remain between the layers, resulting in a welding defect.
本発明の目的は、サブマージアーク溶接や被覆アーク溶接のようにフラックスを利用する溶接に利用される場合であっても、スラグの剥離性に優れ、かつ、溶接時の耐高温割れ性にも優れるオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料を提供する。 The object of the present invention is excellent in slag releasability and high-temperature crack resistance during welding even when used for welding using flux such as submerged arc welding and coated arc welding. A welding material for austenitic heat-resistant steel is provided.
本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、質量％で、Ｃ：０．０５％よりも高く０．１８％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．００８％以下、Ｎｉ：４０〜４５％未満、Ｃｒ：２０〜２５％未満、Ｗ：８．０％よりも高く９．１％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．１８％未満、Ｎｂ：０．０１〜０．５％、Ｎ：０．０００５〜０．０３％、Ａｌ：０．０１％未満、Ｏ：０．０２％以下、及び、Ｓ：０．００５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する。
０．００３≦［Ｓ］＋［有効Ｏ］ （１）
ここで、［有効Ｏ］は次の式（２）で定義される。
［有効Ｏ］＝［Ｏ］−（８／９）×［Ａｌ］ （２）
式（１）及び式（２）中の［Ｓ］、［Ｏ］、［Ａｌ］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
The welding material for austenitic heat-resisting steel according to the present embodiment is mass%, C: higher than 0.05% and 0.18% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 1.5% or less, P: 0.008% or less, Ni: 40 to less than 45%, Cr: less than 20 to 25%, W: higher than 8.0% and 9.1% or less, Ti: 0.01 to less than 0.18%, Nb : 0.01 to 0.5%, N: 0.0005 to 0.03%, Al: less than 0.01%, O: 0.02% or less, and S: 0.005% or less, The balance consists of Fe and impurities, and has a chemical composition satisfying the formula (1).
0.003 ≦ [S] + [Effective O] (1)
Here, [effective O] is defined by the following equation (2).
[Effective O] = [O] − (8/9) × [Al] (2)
In [S], [O], and [Al] in the formulas (1) and (2), the content (mass%) of the corresponding element is substituted.
本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、サブマージアーク溶接や被覆アーク溶接のようにフラックスを利用する溶接に利用される場合であっても、スラグの剥離性に優れる。さらに、溶接時において優れた耐高温割れ性を有する。 The welding material for austenitic heat-resistant steel according to the present embodiment is excellent in slag removability even when it is used for welding using a flux such as submerged arc welding or coated arc welding. Furthermore, it has excellent hot cracking resistance during welding.
本実施形態によるサブマージアーク溶接用溶接ワイヤは、上記オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料からなる。本実施形態による被覆アーク溶接用溶接棒は、上記オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料からなる芯線を備える。 The welding wire for submerged arc welding according to the present embodiment is made of the above austenitic heat-resistant steel welding material. The welding rod for coated arc welding according to the present embodiment includes a core wire made of the welding material for the austenitic heat-resistant steel.
本実施形態による溶接金属は、上記オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料を用いて製造される。 The weld metal according to the present embodiment is manufactured using the above-mentioned welding material for austenitic heat-resistant steel.
本実施形態による溶接金属は、溶接時における耐高温割れ性に優れ、かつ、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性及びクリープ強度に優れる。 The weld metal according to the present embodiment is excellent in hot crack resistance during welding and excellent in stress relaxation crack resistance and creep strength during long-time use at high temperatures.
本実施形態の溶接継手は、上記溶接金属と、オーステナイト系耐熱鋼からなる母材とを備える。上記母材は、質量％で、Ｗ：６．０〜９．１％、Ｎｉ：４０〜４８％、及び、Ｃｒ：２０〜２５％未満を含有してもよい。上記母材はまた、質量％で、Ｃ：０．０４〜０．１２％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：４０〜４８％、Ｃｒ：２０〜２５％未満、Ｗ：６．０〜９．１％、Ｎｂ：０．０５〜０．６０％未満、Ｔｉ：０．０２〜０．２０％、Ｎ：０．０２％以下、Ｂ：０．００４％以下、及び、Ａｌ：０．０４％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる鋼でもよい。 The welded joint of the present embodiment includes the above weld metal and a base material made of austenitic heat resistant steel. The base material may contain, by mass%, W: 6.0 to 9.1%, Ni: 40 to 48%, and Cr: less than 20 to 25%. The base material is also mass%, C: 0.04 to 0.12%, Si: 0.5% or less, Mn: 1.5% or less, P: 0.03% or less, S: 0.01 %: Ni: 40 to 48%, Cr: 20 to less than 25%, W: 6.0 to 9.1%, Nb: 0.05 to less than 0.60%, Ti: 0.02 to 0.20 %, N: 0.02% or less, B: 0.004% or less, and Al: 0.04% or less, and the balance may be steel made of Fe and impurities.
本発明者らは、サブマージアーク溶接や被覆アーク溶接のようなフラックスを利用する溶接時のスラグの剥離現象について調査し、次の知見を得た。 The present inventors investigated the slag peeling phenomenon during welding using flux such as submerged arc welding and coated arc welding, and obtained the following knowledge.
（Ａ）剥離せずに溶接金属上に残存するスラグと溶接金属との界面にはＣｒを主体とした窒化物が多量に存在する。
（Ｂ）溶接材料に含有される窒素（Ｎ）量が増加するほど、スラグの剥離性は低下する。
（Ｃ）スラグ剥離性は特に、溶接ビードの止端部で低い。
(A) A large amount of nitride mainly composed of Cr exists at the interface between the slag remaining on the weld metal without peeling and the weld metal.
(B) The slag peelability decreases as the amount of nitrogen (N) contained in the welding material increases.
(C) The slag peelability is particularly low at the toe portion of the weld bead.
以上の知見から、スラグ剥離性が低い理由として、次の事項が考えられる。溶接金属中又はフラックス中に含有されるＣｒは、溶接金属の凝固、冷却過程において、溶接金属中に含有されるＮと反応して窒化物を形成する。この窒化物は、溶接金属とフラックスとの界面において生成し、この窒化物によりフラックスが溶接金属に焼付く。溶接金属中のＮ含有量が増加すれば、生成される窒化物も増加する。そのため、スラグ剥離性が低下する。溶接ビードの止端部ではスラグが噛み込まれやすいため、スラグ剥離性がさらに低くなる。 From the above knowledge, the following matters can be considered as the reason why the slag peelability is low. Cr contained in the weld metal or flux reacts with N contained in the weld metal to form nitrides during solidification and cooling of the weld metal. This nitride is generated at the interface between the weld metal and the flux, and the flux is baked onto the weld metal by the nitride. As the N content in the weld metal increases, the nitride produced also increases. Therefore, the slag peelability is reduced. Since the slag is easily bitten at the toe portion of the weld bead, the slag peelability is further lowered.
上述したとおり、オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、スラグ剥離性だけでなく、溶接時の耐高温割れ性、耐応力緩和割れ性及びクリープ強度にも優れる方が好ましい。そこで、これらの特性が得られる溶接材料を検討した結果、本発明者らはさらに次の知見を得た。 As described above, it is preferable that the austenitic heat-resistant steel welding material is excellent not only in slag removability, but also in hot crack resistance, stress relaxation crack resistance and creep strength during welding. Then, as a result of examining the welding material which can obtain these characteristics, the present inventors obtained the following knowledge.
（Ｄ）スラグと溶接金属との界面において、窒化物の生成を抑制できれば、スラグ剥離性は向上する。具体的には、溶接材料中のＮ含有量を低くし、Ｃｒ含有量の上限値を規定する。さらに、Ｃｒを主体とする窒化物生成の駆動力を高めるＷ含有量を制限する。これにより、Ｃｒを主体とする窒化物の生成が抑制され、スラグ剥離性が向上する。 (D) If the formation of nitrides can be suppressed at the interface between the slag and the weld metal, the slag peelability is improved. Specifically, the N content in the welding material is lowered and the upper limit value of the Cr content is specified. Furthermore, W content which raises the driving force of the nitride production | generation mainly consisting of Cr is restrict | limited. Thereby, the production | generation of the nitride mainly containing Cr is suppressed and slag peelability improves.
（Ｅ）溶接ビードの止端部でのスラグ剥離性を高めるためには、止端からの溶接ビードの立ち上がり角（フランク角）を小さくすることが有効である。溶接材料中のＳ含有量及び有効酸素（Ｏ）量が式（１）を満たせば、スラグが剥離しやすい程度にフランク角が小さくなり、スラグ剥離性が高まる。
０．００３≦［Ｓ］＋［有効Ｏ］ （１）
ここで、［有効Ｏ］は有効酸素量であり、次の式（２）で定義される。
［有効Ｏ］＝［Ｏ］−（８／９）×［Ａｌ］ （２）
式（１）及び式（２）中の［Ｓ］、［Ｏ］、［Ａｌ］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
(E) In order to improve the slag peelability at the toe portion of the weld bead, it is effective to reduce the rising angle (flank angle) of the weld bead from the toe end. If the S content and the effective oxygen (O) content in the welding material satisfy the formula (1), the flank angle is reduced to such an extent that the slag is easily peeled off, and the slag peelability is improved.
0.003 ≦ [S] + [Effective O] (1)
Here, [effective O] is an effective oxygen amount, and is defined by the following equation (2).
[Effective O] = [O] − (8/9) × [Al] (2)
In [S], [O], and [Al] in the formulas (1) and (2), the content (mass%) of the corresponding element is substituted.
以上の知見に基づいて本実施形態のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料、サブマージアーク溶接用溶接ワイヤ、被覆アーク溶接用溶接棒、溶接金属及び溶接継手は完成した。以下、本発明の実施形態を詳しく説明する。 Based on the above knowledge, the welding material for austenitic heat-resistant steel, the welding wire for submerged arc welding, the welding rod for covering arc welding, the weld metal, and the welded joint of the present embodiment were completed. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
［オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料］
本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、次の化学組成を有する。以下の説明において特に断りがない場合、「％」は「質量％」を意味する。
[Welding material for austenitic heat-resistant steel]
The welding material for austenitic heat-resistant steel according to the present embodiment has the following chemical composition. In the following description, “%” means “% by mass” unless otherwise specified.
Ｃ：０．０５％よりも高く０．１８％以下
炭素（Ｃ）はオーステナイト形成元素であり、溶接金属として高温使用時のオーステナイト組織の安定性を高める。Ｃはさらに、溶接時の耐高温割れ性を高める。具体的には、Ｃは、溶接時の凝固過程においてＣｒ及びＮｂと結合して共晶炭化物を形成する。これにより、液相の消失を早め、最終凝固部の組織を（Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍ）２３Ｃ６とオーステナイトとのラメラ状組織にする。その結果、液相の残存形態が面状から点状に変化するとともに、特定面での応力集中が抑制され、凝固割れが抑制される。Ｃはさらに、不純物の偏析サイトとなる最終凝固界面積を増大するため、溶接中の延性低下割れが抑制され、溶接金属として高温使用中の応力緩和割れ感受性が低減する。後述するＣｒ含有量の範囲において、Ｃ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、凝固中において炭化物とならない過剰なＣが高温での使用中に炭化物として微細析出し、かえって応力緩和割れ感受性を高める。したがって、Ｃ含有量は０．０５％よりも高く０．１８％以下である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０６％であり、さらに好ましくは０．０８％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．１２％である。
C: higher than 0.05% and not more than 0.18% Carbon (C) is an austenite forming element and improves the stability of the austenite structure when used as a weld metal at a high temperature. C further enhances hot crack resistance during welding. Specifically, C combines with Cr and Nb in the solidification process during welding to form a eutectic carbide. Thereby, the disappearance of the liquid phase is accelerated, and the structure of the final solidified portion is changed to a lamellar structure of (Cr, Nb, M) 23 C 6 and austenite. As a result, the remaining form of the liquid phase changes from a planar shape to a point shape, stress concentration on a specific surface is suppressed, and solidification cracking is suppressed. Further, C increases the final solidification interface area that becomes a segregation site of impurities, so that ductile drop cracking during welding is suppressed, and the stress relaxation cracking susceptibility during high temperature use as a weld metal is reduced. If the C content is too low in the Cr content range described below, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the C content is too high, excess C that does not become carbide during solidification is finely precipitated as carbide during use at high temperature, and on the contrary, the stress relaxation cracking sensitivity is increased. Therefore, the C content is higher than 0.05% and not higher than 0.18%. The minimum with preferable C content is 0.06%, More preferably, it is 0.08%. The upper limit with preferable C content is 0.15%, More preferably, it is 0.12%.
Ｓｉ：０．５％以下
シリコン（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。しかしながらＳｉは溶接金属の凝固時に柱状晶粒界に偏析し、液相の融点を下げて凝固割れ感受性を高める。したがって、Ｓｉ含有量は０．５％以下である。Ｓｉ含有量が過剰に低すぎれば、脱酸が有効に得られにくく鋼の清浄性が低下し、製造コストが高くなる場合がある。したがって、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．３％である。
Si: 0.5% or less Silicon (Si) deoxidizes steel. However, Si segregates at columnar grain boundaries during solidification of the weld metal, lowering the melting point of the liquid phase and increasing the susceptibility to solidification cracking. Therefore, the Si content is 0.5% or less. If the Si content is too low, deoxidation is difficult to obtain effectively, and the cleanliness of the steel is lowered, and the production cost may be increased. Therefore, the minimum with preferable Si content is 0.01%, More preferably, it is 0.02%. The upper limit with preferable Si content is 0.3%.
Ｍｎ：１．５％以下
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉと同様に鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、溶接金属中のＮの活量を下げ、溶接中のアーク雰囲気中からのＮの飛散を抑制する。これにより、鋼の強度が確保される。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎれば、鋼が脆化する。したがって、Ｍｎ含有量は１．５％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．２％である。
Mn: 1.5% or less Manganese (Mn) deoxidizes steel in the same manner as Si. Mn further reduces the activity of N in the weld metal and suppresses the scattering of N from the arc atmosphere during welding. This ensures the strength of the steel. However, if the Mn content is too high, the steel becomes brittle. Therefore, the Mn content is 1.5% or less. The minimum with preferable Mn content is 0.01%, More preferably, it is 0.02%. The upper limit with preferable Mn content is 1.2%.
Ｐ：０．００８％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下し、凝固割れ感受性を高める。Ｐはさらに、溶接金属として高温で使用中に粒界脆化を引き起こして耐応力緩和割れ性を低下する。したがって、Ｐ含有量は０．００８％以下である。好ましいＰ含有量は０．００６％以下である。
P: 0.008% or less Phosphorus (P) is an impurity. P lowers the melting point of the final solidified part during solidification of the weld metal and increases the susceptibility to solidification cracking. Further, P causes grain boundary embrittlement during use as a weld metal at a high temperature, thereby reducing the stress relaxation crack resistance. Therefore, the P content is 0.008% or less. A preferable P content is 0.006% or less.
Ｎｉ：４０〜４５％未満
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト組織を得るために有効であり、溶接金属として高温で長時間使用時の組織を安定化し、クリープ強度を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｎｉは高価である。さらに、溶接材料をサブマージアーク溶接や被覆アーク溶接等のフラックスを利用する溶接に使用する場合、Ｎｉ含有量が高すぎれば、溶接金属へのＮ溶解量を減少させ、溶接金属の凝固、冷却過程において、Ｃｒを主体とする窒化物の生成を促す。これにより、間接的にスラグ剥離性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は４０〜４５％未満である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４０．５％であり、さらに好ましくは４１％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は４４．５％であり、さらに好ましくは４４％である。
Ni: 40 to less than 45% Nickel (Ni) is effective for obtaining an austenite structure, stabilizes the structure when used as a weld metal at a high temperature for a long time, and increases the creep strength. If the Ni content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, Ni is expensive. Furthermore, when the welding material is used for welding using flux such as submerged arc welding or covering arc welding, if the Ni content is too high, the amount of N dissolved in the weld metal is reduced, and the solidification and cooling process of the weld metal , The formation of nitrides mainly composed of Cr is promoted. Thereby, slag peeling property falls indirectly. Therefore, the Ni content is 40 to less than 45%. The minimum with preferable Ni content is 40.5%, More preferably, it is 41%. The upper limit with preferable Ni content is 44.5%, More preferably, it is 44%.
Ｃｒ：２０〜２５％未満
クロム（Ｃｒ）は、高温での耐酸化性及び耐食性を高める。Ｃｒはさらに、凝固過程でＣと結合して共晶炭化物を形成し、溶接中の凝固割れ及び延性低下割れを抑制する。Ｃｒはさらに、溶接金属として高温使用中での応力緩和割れ感受性を低下する。Ｃｒ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、溶接材料をサブマージアーク溶接や被覆アーク溶接等のフラックスを利用する溶接に使用する場合の溶接金属の凝固、冷却の過程において、溶接金属中のＮと反応し、溶接金属とスラグとの界面に窒化物を形成する。この窒化物によりスラグ剥離性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０〜２５％未満である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．５％であり、さらに好ましくは２１％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２４．５％であり、さらに好ましくは２４％である。
Cr: 20 to less than 25% Chromium (Cr) improves oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. Further, Cr combines with C during the solidification process to form a eutectic carbide and suppresses solidification cracking and ductile degradation cracking during welding. Cr further reduces the stress relaxation cracking susceptibility during high temperature use as a weld metal. If the Cr content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Cr content is too high, it reacts with N in the weld metal in the process of solidification and cooling of the weld metal when the welding material is used for welding using flux such as submerged arc welding and coated arc welding. A nitride is formed at the interface between the weld metal and the slag. This nitride reduces slag removability. Therefore, the Cr content is 20 to less than 25%. The minimum with preferable Cr content is 20.5%, More preferably, it is 21%. The upper limit with preferable Cr content is 24.5%, More preferably, it is 24%.
Ｗ：８．０％よりも高く９．１％以下
タングステン（Ｗ）は、マトリクスに固溶して、７００℃を超える高温でのクリープ強度を高める。Ｗはさらに、Ｓの粒界偏析エネルギを低下し、溶接後の熱処理及び高温使用中でのＳの粒界への濃化を軽減する。これにより、粒界が弱くなるのが抑制され、間接的に応力緩和割れが抑制される。Ｗ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｗ含有量が高すぎれば、その効果は飽和する。Ｗ含有量が高すぎればさらに、溶接材料をフラックスを利用する溶接に使用する場合の溶接金属の凝固、冷却過程において、Ｃｒを主体とする窒化物の生成の駆動力が高まり、スラグ剥離性が低下する。したがって、Ｗ含有量は８．０％よりも高く、９．１％以下である。Ｗ含有量の好ましい下限は、８．１％であり、さらに好ましくは８．２％である。Ｗ含有量の好ましい上限は９．０％であり、さらに好ましくは８．８％である。
W: higher than 8.0% and 9.1% or less Tungsten (W) is dissolved in the matrix and increases the creep strength at a high temperature exceeding 700 ° C. Further, W lowers the grain boundary segregation energy of S and reduces the concentration of S to the grain boundary during heat treatment after welding and high temperature use. Thereby, it is suppressed that a grain boundary becomes weak and a stress relaxation crack is suppressed indirectly. If the W content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the W content is too high, the effect is saturated. If the W content is too high, the driving force for the formation of nitrides mainly composed of Cr is increased in the solidification and cooling process of the weld metal when the welding material is used for welding using a flux, and the slag removability is increased. descend. Therefore, the W content is higher than 8.0% and 9.1% or less. The minimum with preferable W content is 8.1%, More preferably, it is 8.2%. The upper limit with preferable W content is 9.0%, More preferably, it is 8.8%.
Ｔｉ：０．０１〜０．１８％未満
チタン（Ｔｉ）は、溶接金属として高温使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度を高める。Ｔｉ含有量が低すぎれば、上記効果は得られない。一方、Ｔｉ含有量が高すぎれば、炭窒化物が多量に析出し、粒内の変形抵抗を高める。その結果、高温使用中の応力緩和割れ感受性を高める。さらに、フラックスを利用する溶接に溶接材料を使用した場合、Ｔｉ含有量が高すぎれば、溶接金属の凝固、冷却過程においてＣｒとともに窒化物を形成し、スラグ剥離性を低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．０１〜０．１８％未満である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．１６％であり、さらに好ましくは０．１４％である。
Ti: 0.01 to less than 0.18% Titanium (Ti) precipitates in the grains as fine carbonitride during use at a high temperature as a weld metal, and increases the creep strength. If the Ti content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Ti content is too high, a large amount of carbonitride precipitates, increasing the deformation resistance within the grains. As a result, the stress relaxation crack sensitivity during high temperature use is increased. Further, when a welding material is used for welding using a flux, if the Ti content is too high, nitride is formed together with Cr in the solidification and cooling process of the weld metal, and the slag peelability is lowered. Therefore, the Ti content is 0.01 to less than 0.18%. The minimum with preferable Ti content is 0.03%, More preferably, it is 0.05%. The upper limit with preferable Ti content is 0.16%, More preferably, it is 0.14%.
Ｎｂ：０．０１〜０．５％
ニオブ（Ｎｂ）は、Ｃｒとともに凝固過程でＣと結合して共晶炭化物を形成する。これにより、溶接中の凝固割れ及び延性低下割れ感受性を低減する。Ｎｂはさらに、引張強度を高める。したがって本実施形態の溶接材料においては、Ｎｂの含有により、Ｎの低減による引張強度の低下を補充できる。Ｎｂはさらに、高温使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度を高める。Ｎｂ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｎｂ含有量が高すぎれば、炭窒化物が過剰に析出し、粒内の変形抵抗が高まる。そのため、高温使用中の応力緩和割れ感受性が高まる。フラックスを利用する溶接に溶接材料を使用する場合にＮｂ含有量が高すぎればさらに、溶接金属の凝固、冷却過程において、ＮｂがＣｒとともに窒化物を形成し、スラグ剥離性を低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．５％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％である。
Nb: 0.01 to 0.5%
Niobium (Nb) combines with Cr in the solidification process together with Cr to form a eutectic carbide. This reduces susceptibility to solidification cracking and ductile drop cracking during welding. Nb further increases the tensile strength. Therefore, in the welding material of this embodiment, the decrease in tensile strength due to the reduction in N can be supplemented by the inclusion of Nb. Further, Nb precipitates in the grains as fine carbonitride during high temperature use, and increases the creep strength. If the Nb content is too low, the above effect cannot be obtained. On the other hand, if the Nb content is too high, excessive carbonitride precipitates and the deformation resistance within the grains increases. Therefore, the stress relaxation crack sensitivity during high temperature use increases. If the Nb content is too high when a welding material is used for welding using a flux, Nb forms a nitride together with Cr in the solidification and cooling process of the weld metal, thereby reducing the slag removability. Therefore, the Nb content is 0.01 to 0.5%. The minimum with preferable Nb content is 0.03%, More preferably, it is 0.05%. The upper limit with preferable Nb content is 0.45%, More preferably, it is 0.40%.
Ｎ：０．０００５〜０．０３％
窒素（Ｎ）は、フラックスを利用する溶接に溶接材料を使用する場合の溶接金属の凝固、冷却過程において、溶接金属及びフラックス中に含まれるＣｒ等と反応し、溶接金属とスラグとの界面において窒化物を形成する。これにより、スラグ剥離性が低下する。一方、Ｎはオーステナイト生成元素であり、高温使用時のオーステナイト組織を安定化する。Ｎはさらに、マトリクスに固溶し、引張強度を高める。したがって、Ｎ含有量は０．０００５〜０．０３％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．０００８であり、さらに好ましくは０．００１％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
N: 0.0005 to 0.03%
Nitrogen (N) reacts with the weld metal and Cr contained in the flux during the solidification and cooling process of the weld metal when using a welding material for welding using the flux, and at the interface between the weld metal and the slag. Nitride is formed. Thereby, slag peelability falls. On the other hand, N is an austenite generating element and stabilizes the austenite structure at the time of high temperature use. N further dissolves in the matrix and increases the tensile strength. Therefore, the N content is 0.0005 to 0.03%. The minimum with preferable N content is 0.0008, More preferably, it is 0.001%. The upper limit with preferable N content is 0.025%, More preferably, it is 0.020%.
Ａｌ：０．０１％未満
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌ含有量が高すぎれば、鋼の清浄性が低下し、溶接材料の加工性及び溶接金属の延性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０１％未満である。好ましいＡｌ含有量は０．００８％以下であり、さらに好ましくは０．００６％である。Ａｌ含有量の下限は不純物レベルでよい。
Al: less than 0.01% Aluminum (Al) deoxidizes steel. However, if the Al content is too high, the cleanliness of the steel is lowered, and the workability of the welding material and the ductility of the weld metal are lowered. Therefore, the Al content is less than 0.01%. A preferable Al content is 0.008% or less, and more preferably 0.006%. The lower limit of the Al content may be the impurity level.
Ｏ：０．０２％以下
酸素（Ｏ）含有量が高すぎれば、溶接材料の加工性及び溶接金属の延性が低下する。したがって、Ｏ含有量は０．０２％以下である。好ましいＯ含有量は０．０１５％以下である。一方、溶接金属中に溶解するＯは、表面活性元素として作用し、界面エネルギを低下する。これにより、溶接ビードの止端部のフランク角が小さくなりスラグ剥離性が高まる。したがって、Ｏ含有量は、後述の式（１）を満たす。
O: 0.02% or less If the oxygen (O) content is too high, the workability of the welding material and the ductility of the weld metal deteriorate. Therefore, the O content is 0.02% or less. A preferable O content is 0.015% or less. On the other hand, O dissolved in the weld metal acts as a surface active element and lowers the interfacial energy. Thereby, the flank angle of the toe part of a weld bead becomes small and slag peelability improves. Therefore, the O content satisfies the following formula (1).
Ｓ：０．００５％以下
硫黄（Ｓ）含有量が高すぎれば、Ｐと同様に、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下し、凝固割れ感受性を高める。さらに、過剰なＳは、高温使用中に結晶粒界に偏析、濃化して応力緩和割れ感受性を高める。したがって、Ｓ含有量は０．００５％以下である。好ましいＳ含有量は０．００４％以下である。一方、溶接金属中に溶解するＳは、Ｏと同様に、表面活性元素として作用し、スラグ剥離性を高める。したがって、Ｓ含有量は後述の式（１）を満たす。
S: 0.005% or less If the sulfur (S) content is too high, like P, the melting point of the final solidified portion is lowered during solidification of the weld metal, and the solidification cracking susceptibility is increased. Furthermore, excess S segregates and concentrates at the grain boundaries during high temperature use, and increases the stress relaxation cracking sensitivity. Therefore, the S content is 0.005% or less. A preferable S content is 0.004% or less. On the other hand, S dissolved in the weld metal acts as a surface active element like O and enhances slag peelability. Therefore, the S content satisfies the following formula (1).
上記溶接材料の残部はＦｅ及び不純物である。ここでいう不純物は、溶接材料の原料として利用される鉱石、スクラップ、又は、製造過程の環境等から混入する元素である。 The balance of the welding material is Fe and impurities. An impurity here is an element mixed from the ore, scrap, or the environment of a manufacturing process utilized as a raw material of a welding material.
［式（１）について］
上記化学組成はさらに、式（１）を満たす。
０．００３≦［Ｓ］＋［有効Ｏ］ （１）
ここで、［有効Ｏ］は有効酸素量（％）を意味し、次の式（２）で定義される。
［有効Ｏ］＝［Ｏ］−（８／９）×［Ａｌ］ （２）
式（１）及び式（２）中の［Ｓ］、［Ｏ］、［Ａｌ］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
[Regarding Formula (1)]
The chemical composition further satisfies formula (1).
0.003 ≦ [S] + [Effective O] (1)
Here, [effective O] means an effective oxygen amount (%) and is defined by the following formula (2).
[Effective O] = [O] − (8/9) × [Al] (2)
In [S], [O], and [Al] in the formulas (1) and (2), the content (mass%) of the corresponding element is substituted.
上述のとおり、溶接金属中に溶解するＳ及びＯは表面活性元素として作用し、界面エネルギを低下する。これにより溶接ビードの止端部のフランク角が小さくなり、止端部でのスラグ剥離性が高まる。しかしながら、この効果を得るためのＯ含有量は、強い脱酸作用を有するＡｌ含有量の影響を受ける。そこで、Ｏについては式（２）で定義される有効酸素量が表面活性元素として作用すると考える。 As described above, S and O dissolved in the weld metal act as surface active elements and lower the interface energy. Thereby, the flank angle of the toe portion of the weld bead is reduced, and the slag peelability at the toe portion is enhanced. However, the O content for obtaining this effect is affected by the Al content having a strong deoxidizing action. Therefore, for O, the effective oxygen amount defined by the equation (2) is considered to act as a surface active element.
Ｆ１＝［Ｓ］＋［有効Ｏ］と定義する。Ｆ１が０．００３％以上であれば、表面活性元素として作用するＳ量及びＯ量を十分に確保することができ、スラグ剥離性が高まる。好ましいＦ１は０．００４％以上である。 Define F1 = [S] + [valid O]. If F1 is 0.003% or more, the amount of S and O that act as surface active elements can be sufficiently secured, and the slag peelability is improved. Preferred F1 is 0.004% or more.
［溶接ワイヤ及び溶接棒について］
本実施形態の溶接材料は、周知の製造方法により製造される。溶接材料はたとえば、溶加棒、サブマージアーク溶接用の溶接ワイヤ、被覆アーク溶接用の溶接棒の芯線等に加工される。
[About welding wires and welding rods]
The welding material of this embodiment is manufactured by a well-known manufacturing method. The welding material is processed into, for example, a filler rod, a welding wire for submerged arc welding, a core wire of a welding rod for covering arc welding, or the like.
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料は、溶接ワイヤや芯線に利用された場合、上記のとおり優れたスラグ剥離性を有し、さらに、溶接時に優れた耐高温割れ性を有する。 The austenitic heat-resistant steel welding material of the present embodiment has excellent slag releasability as described above when used for welding wires and core wires, and also has excellent hot cracking resistance during welding.
［溶接金属について］
本実施形態によるオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、ティグ溶接、サブマージアーク溶接、被覆アーク溶接等の溶接により溶接金属が製造される。本実施形態による溶接材料により製造された溶接金属は、溶接中の高温割れ性に優れ、さらに、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性及びクリープ強度に優れる。
[About weld metal]
Using the welding material for austenitic heat-resistant steel according to the present embodiment, a weld metal is manufactured by welding such as TIG welding, submerged arc welding, and covering arc welding. The weld metal produced from the welding material according to the present embodiment is excellent in high temperature cracking resistance during welding, and is further excellent in stress relaxation cracking resistance and creep strength during long-time use at high temperatures.
［溶接継手について］
本実施形態のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、オーステナイト系耐熱鋼を母材として溶接すれば、上記溶接金属と、オーステナイト系耐熱鋼の母材とを備えた溶接継手が製造される。この溶接継手は優れたクリープ強度を有する。
[About welded joints]
If the austenitic heat-resistant steel is used as a base material and the austenitic heat-resistant steel welding material of the present embodiment is welded, a weld joint including the weld metal and the austenitic heat-resistant steel base material is manufactured. This weld joint has excellent creep strength.
［母材について］
好ましくは、オーステナイト系耐熱鋼からなる母材の化学組成は、次の元素を含有する。
[About the base material]
Preferably, the chemical composition of the base material made of austenitic heat-resistant steel contains the following elements.
Ｗ：６．０〜９．１％
タングステン（Ｗ）は、溶接材料におけるＷと同様に、マトリクスに固溶して７００℃を超える高温でのクリープ強度を高める。母材は、凝固ままで使用される溶接金属と異なり、熱処理により均質化される。そのため、Ｗ含有量は６．０％以上であれば、上記効果が有効に得られる。一方、Ｗは高価であるため、Ｗ含有量が高すぎれば製造コストが高くなる。さらに、上記のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料を、フラックスを利用する溶接に使用する場合、母材の溶融量が大きくなると、溶接金属中のＷ含有量が高くなる。この場合、スラグの剥離性が低下する。したがって、母材中の好ましいＷ含有量は６．０〜９．１％である。Ｗ含有量のさらに好ましい下限は６．５％であり、さらに好ましくは７．０％である。Ｗ含有量のさらに好ましい上限は９．０％であり、さらに好ましくは８．９％である。
W: 6.0 to 9.1%
Tungsten (W), like W in the welding material, increases the creep strength at a high temperature exceeding 700 ° C. by dissolving in the matrix. The base metal is homogenized by heat treatment, unlike a weld metal used as solidified. Therefore, if the W content is 6.0% or more, the above effect can be obtained effectively. On the other hand, since W is expensive, the manufacturing cost increases if the W content is too high. Further, when the above austenitic heat-resistant steel welding material is used for welding using a flux, the W content in the weld metal increases as the amount of melting of the base metal increases. In this case, the slag peelability is reduced. Therefore, the preferable W content in the base material is 6.0 to 9.1%. The more preferable lower limit of the W content is 6.5%, and more preferably 7.0%. The upper limit with more preferable W content is 9.0%, More preferably, it is 8.9%.
Ｎｉ：４０〜４８％
ニッケル（Ｎｉ）は、溶接金属におけるＮｉと同様に、オーステナイト組織を得るために有効である。Ｎｉはさらに、高温での長時間使用時の組織安定性を確保し、クリープ強度を高める。Ｎｉ含有量が４０％以上であれば、上記効果が有効に得られる。一方、Ｎｉは高価であり、製造コストが高くなる。さらに、上記のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料をフラックスを利用する溶接に使用する場合、母材の溶融量が大きくなると、溶接金属中のＮｉ含有量が高くなる。この場合、間接的にスラグの剥離性が低下する。したがって、母材の好ましいＮｉ含有量は、４０〜４８％である。Ｎｉ含有量のさらに好ましい下限は４０．５％であり、さらに好ましくは４２％である。Ｎｉ含有量のさらに好ましい上限は４７．５％であり、さらに好ましくは４７％である。
Ni: 40-48%
Nickel (Ni) is effective for obtaining an austenite structure in the same manner as Ni in the weld metal. Further, Ni ensures the structural stability when used for a long time at a high temperature, and increases the creep strength. If the Ni content is 40% or more, the above effect can be obtained effectively. On the other hand, Ni is expensive and the manufacturing cost becomes high. Further, when the above-mentioned austenitic heat-resistant steel welding material is used for welding using a flux, the Ni content in the weld metal increases as the amount of melting of the base metal increases. In this case, the slag peelability is indirectly reduced. Therefore, the preferable Ni content of the base material is 40 to 48%. The more preferable lower limit of the Ni content is 40.5%, and more preferably 42%. The upper limit with more preferable Ni content is 47.5%, More preferably, it is 47%.
Ｃｒ：２０〜２５％未満
クロム（Ｃｒ）は、溶接金属におけるＣｒと同様に、母材の高温での耐酸化性及び耐食性を高める。Ｃｒ含有量が２０％以上であれば、上記効果が有効に得られる。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、高温での組織の安定性が低下し、クリープ強度が低下する。さらに、上記のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料をフラックスを利用する溶接に使用する場合、母材の溶融量が大きくなると、溶接金属中のＣｒ含有量が高くなり、スラグの剥離性が低下する。したがって、母材の好ましいＣｒ含有量は、２０〜２５％未満である。Ｃｒ含有量のさらに好ましい下限は２０．５％であり、さらに好ましくは２１％である。Ｃｒ含有量のさらに好ましい上限は２４．５％であり、さらに好ましくは２４％である。
Cr: 20 to less than 25% Chromium (Cr) enhances the oxidation resistance and corrosion resistance of the base material at high temperature in the same manner as Cr in the weld metal. If the Cr content is 20% or more, the above effect can be obtained effectively. On the other hand, if the Cr content is too high, the stability of the structure at high temperatures decreases, and the creep strength decreases. Further, when the above-mentioned austenitic heat-resistant steel welding material is used for welding using a flux, when the amount of melting of the base metal increases, the Cr content in the weld metal increases and the slag peelability decreases. Therefore, the preferable Cr content of the base material is 20 to less than 25%. The more preferable lower limit of the Cr content is 20.5%, and more preferably 21%. The upper limit with more preferable Cr content is 24.5%, More preferably, it is 24%.
母材が上述の元素を含有すれば、母材は、７００℃以上の高温域においてさらに優れた延性及びクリープ強度を有する。母材として用いるオーステナイト系耐熱鋼の化学組成は、上述のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。 If the base material contains the above-described elements, the base material has further excellent ductility and creep strength in a high temperature range of 700 ° C. or higher. The chemical composition of the austenitic heat resistant steel used as the base material may be the same as or different from the above-described welding material for austenitic heat resistant steel.
好ましくは、上記母材の化学組成はさらに、次の元素を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。ここでいう不純物は、母材の原料として利用される鉱石、スクラップ、又は、製造過程の環境等から混入する元素である。 Preferably, the chemical composition of the base material further contains the following elements, with the balance being Fe and impurities. An impurity here is an element mixed from the ore used as a raw material of a base material, scrap, or the environment of a manufacturing process.
Ｃ：０．０４〜０．１２％
炭素（Ｃ）は、オーステナイト形成元素であり、高温使用時の母材のオーステナイト組織の安定性を高める。母材は、凝固ままで使用される溶接金属と異なり、熱処理により均質化される。さらに、溶接割れ防止に対する効果を必要としない。そのため、Ｃ含有量が０．０４％以上であれば、上記効果が有効に得られる。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、高温使用中に粗大な炭化物が生成され、クリープ強度が低下する。したがって、母材の好ましいＣ含有量は、０．０４〜０．１２％である。Ｃ含有量のさらに好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましい上限は０．１０％である。
C: 0.04 to 0.12%
Carbon (C) is an austenite forming element and enhances the stability of the austenite structure of the base material when used at high temperatures. The base metal is homogenized by heat treatment, unlike a weld metal used as solidified. Furthermore, the effect for preventing weld cracking is not required. Therefore, if the C content is 0.04% or more, the above effect can be obtained effectively. On the other hand, if the C content is too high, coarse carbides are generated during high temperature use, and the creep strength is lowered. Therefore, the preferable C content of the base material is 0.04 to 0.12%. The more preferable lower limit of the C content is 0.05%, and the more preferable upper limit is 0.10%.
Ｓｉ：０．５％以下
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉが少しでも含有されれば、この効果が得られる。Ｓｉ含有量が０．０１％以上であれば、上記効果がより有効に得られる。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、鋼の靱性が低下する。したがって、母材の好ましいＳｉ含有量は０．５％以下である。Ｓｉ含有量のさらに好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましい上限は０．４％である。
Si: 0.5% or less Silicon (Si) deoxidizes steel. If Si is contained even a little, this effect can be obtained. If the Si content is 0.01% or more, the above effect can be obtained more effectively. On the other hand, if the Si content is too high, the toughness of the steel decreases. Therefore, the preferable Si content of the base material is 0.5% or less. The more preferable lower limit of the Si content is 0.02%, and the more preferable upper limit is 0.4%.
Ｍｎ：１．５％以下
マンガン（Ｍｎ）はＳｉと同様に、鋼を脱酸する。Ｍｎが少しでも含有されれば、この効果が得られる。Ｍｎ含有量が０．０１％以上であれば、上記効果がより有効に得られる。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、鋼が脆化する。したがって、母材の好ましいＭｎ含有量は１．５％以下である。Ｍｎ含有量のさらに好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましい上限は１．２％である。
Mn: 1.5% or less Manganese (Mn) deoxidizes steel in the same manner as Si. This effect can be obtained if Mn is contained even a little. If the Mn content is 0.01% or more, the above effect can be obtained more effectively. On the other hand, if the Mn content is too high, the steel becomes brittle. Therefore, the preferable Mn content of the base material is 1.5% or less. The more preferable lower limit of the Mn content is 0.02%, and the more preferable upper limit is 1.2%.
Ｐ：０．０３％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐ含有量が高すぎれば、クリープ延性が低下する。母材は、溶接金属の場合とは異なり、溶接割れ抑制に関する対策を必要しない。また、Ｐ含有量の極度の低減は、製鋼コストを高くする。そのため、母材の好ましいＰ含有量は０．０３％以下である。さらに好ましいＰ含有量は、０．０２％以下である。
P: 0.03% or less Phosphorus (P) is an impurity. If the P content is too high, the creep ductility decreases. Unlike the case of a weld metal, the base material does not require measures for suppressing weld cracking. Moreover, extreme reduction of the P content increases the steelmaking cost. Therefore, the preferable P content of the base material is 0.03% or less. A more preferable P content is 0.02% or less.
Ｓ：０．０１％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓ含有量が高すぎれば、クリープ延性が低下する。上述のとおり、母材は溶接割れ抑制に関する対策を必要とせず、さらに、Ｓ含有量の極度の低減は、製鋼コストを高くする。そのため、母材の好ましいＳ含有量は０．０１％以下である。さらに好ましいＳ含有量は０．００８％以下である。
S: 0.01% or less Sulfur (S) is an impurity. If the S content is too high, creep ductility decreases. As described above, the base material does not require measures for suppressing weld cracking, and the extreme reduction of the S content increases the steelmaking cost. Therefore, the preferable S content of the base material is 0.01% or less. A more preferable S content is 0.008% or less.
Ｎｂ：０．０５〜０．５０％
ニオブ（Ｎｂ）は、微細な炭窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度を高める。母材では、高温使用中の応力緩和割れ感受性が溶接金属よりも低いため、高温強化のためにＮｂを含有するのが好ましい。一方、Ｎｂ含有量が高すぎれば、多量の炭窒化物が生成し、母材の靱性が低下する。さらに、上記のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料をフラックスを利用する溶接に使用する場合、母材の溶融量が大きくなると、溶接金属中のＮｂ含有量が高くなり、スラグの剥離性が低下する。したがって母材の好ましいＮｂ含有量は０．０５〜０．５０％である。Ｎｂ含有量のさらに好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましい上限は０．４５％である。
Nb: 0.05 to 0.50%
Niobium (Nb) precipitates in the grains as fine carbonitrides and increases the creep strength at high temperatures. Since the base metal has a lower stress relaxation cracking sensitivity during use at high temperatures than the weld metal, it is preferable to contain Nb for high-temperature strengthening. On the other hand, if the Nb content is too high, a large amount of carbonitride is generated and the toughness of the base material is lowered. Furthermore, when using said welding material for austenitic heat-resistant steel for welding using a flux, when the amount of melting of the base metal increases, the Nb content in the weld metal increases and the slag peelability decreases. Therefore, the preferable Nb content of the base material is 0.05 to 0.50%. The more preferable lower limit of the Nb content is 0.10%, and the more preferable upper limit is 0.45%.
Ｔｉ：０．０２〜０．２０％
チタン（Ｔｉ）もＮｂと同様に、微細な炭窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度を高める。上述のとおり、母材では、高温使用中の応力緩和割れ感受性が溶接金属よりも低いため、高温強化のためにＴｉを含有するのが好ましい。一方、Ｔｉ含有量が高すぎれば、多量の炭窒化物が生成し、母材の靱性が低下する。さらに、上記のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料をフラックスを利用する溶接に使用する場合、母材の溶融量が大きくなると、溶接金属中のＴｉ含有量が高くなり、スラグの剥離性が低下する。したがって、母材の好ましいＴｉ含有量は０．０２〜０．２０％である。Ｔｉ含有量のさらに好ましい下限は０．０５％である。Ｔｉ含有量のさらに好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１６％である。
Ti: 0.02 to 0.20%
Titanium (Ti), like Nb, precipitates in the grains as fine carbonitrides, increasing the creep strength at high temperatures. As described above, since the base material is less susceptible to stress relaxation cracking during use at high temperatures than the weld metal, it is preferable to contain Ti for high-temperature strengthening. On the other hand, if the Ti content is too high, a large amount of carbonitride is generated and the toughness of the base material is lowered. Furthermore, when using said welding material for austenitic heat-resistant steel for the welding which utilizes a flux, when the amount of melting | fusing of a base material becomes large, Ti content in a weld metal will become high and the peelability of slag will fall. Therefore, the preferable Ti content of the base material is 0.02 to 0.20%. A more preferred lower limit of the Ti content is 0.05%. The upper limit of the Ti content is more preferably 0.18%, and further preferably 0.16%.
Ｎ：０．０２％以下
窒素（Ｎ）はオーステナイト相を安定化するのに有効である。Ｎはさらに、マトリクスに固溶して引張強度を高める。Ｎが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。しかしながら、Ｎは熱間加工性を低下する。したがって、母材の好ましいＮ含有量は０．０２％以下である。Ｎ含有量のさらに好ましい上限は０．０１％である。
N: 0.02% or less Nitrogen (N) is effective in stabilizing the austenite phase. N further dissolves in the matrix to increase the tensile strength. If N is contained even a little, the above effect can be obtained. However, N decreases the hot workability. Therefore, the preferable N content of the base material is 0.02% or less. A more preferable upper limit of the N content is 0.01%.
Ｂ：０．００４％以下
ボロン（Ｂ）は高温使用中に粒界に偏析して粒界を強化する。Ｂはさらに、粒界炭化物を微細分散させ、クリープ強度を高める。このため、母材はＢを含有するのが好ましい。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果が得られる。しかしながら、Ｂ含有量が高すぎれば、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の液化割れ感受性が高まる。さらに、上記のオーステナイト系耐熱鋼用溶接材料をフラックスを利用する溶接に使用する場合、母材の溶融量が大きくなると、多量のＢが溶接金属へ流れ、Ｃｒ等と同様に窒化物を生成する。このため、スラグの剥離性が低下する。したがって、母材の好ましいＢ含有量は０．００４％以下である。Ｂ含有量の好ましい下限は、０．０００２％である。
B: 0.004% or less Boron (B) segregates at grain boundaries during use at high temperatures and strengthens the grain boundaries. B further finely disperses the grain boundary carbides and increases the creep strength. For this reason, the base material preferably contains B. If B is contained even a little, the above effect can be obtained. However, if the B content is too high, the liquefaction cracking sensitivity of the weld heat affected zone (HAZ) increases. Further, when the above-mentioned austenitic heat-resistant steel welding material is used for welding using a flux, when the amount of melting of the base metal increases, a large amount of B flows to the weld metal and forms nitrides as with Cr and the like. . For this reason, the peelability of slag falls. Therefore, the preferable B content of the base material is 0.004% or less. A preferable lower limit of the B content is 0.0002%.
Ａｌ：０．０４％以下
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が高すぎれば清浄性が低下して母材の加工性が低下する。しかしながら、母材では、溶接金属のように、溶接中に酸化物を生成してさらに清浄性が低下することはない。そのため、母材がＡｌを含有する場合、好ましいＡｌ含有量は０．０４％以下である。Ａｌ含有量のさらに好ましい上限は０．０３％である。
Al: 0.04% or less Aluminum (Al) deoxidizes steel. If the Al content is too high, the cleanliness is lowered and the workability of the base material is lowered. However, in the base material, unlike a weld metal, an oxide is generated during welding and the cleanliness is not further deteriorated. Therefore, when the base material contains Al, the preferable Al content is 0.04% or less. A more preferable upper limit of the Al content is 0.03%.
以上の化学組成を有する母材は、７００℃以上の高温域においても優れた延性及びクリープ強度を有する。 The base material having the above chemical composition has excellent ductility and creep strength even in a high temperature range of 700 ° C. or higher.
表１に示す化学組成を有する材料を溶解してインゴットを製造した。 Ingots were produced by dissolving materials having the chemical composition shown in Table 1.
インゴットを熱間鍛造、熱間圧延及び機械加工して、オーステナイト系耐熱鋼からなる母材を製造した。母材は板材であり、板厚が１２ｍｍ、幅が５０ｍｍ、長さが１００ｍｍであった。 The ingot was hot forged, hot rolled and machined to produce a base material made of austenitic heat-resistant steel. The base material was a plate, and the plate thickness was 12 mm, the width was 50 mm, and the length was 100 mm.
さらに、表２に示す化学組成を有する鋼種番号Ａ〜Ｆの材料を溶解してインゴットを製造した。 Furthermore, ingots were manufactured by melting materials of steel types A to F having chemical compositions shown in Table 2.
各鋼種Ａ〜Ｊのインゴットを熱間鍛造、熱間圧延及び機械加工して、溶接ワイヤを製造した。各溶接ワイヤの直径は１．６ｍｍであった。鋼種番号Ａのインゴットでは、直径１．６ｍｍの溶接ワイヤの他に、直径３．２ｍｍの溶接ワイヤ（芯線）も製造した。そして、直径３．２ｍｍの溶接ワイヤ（芯線）を所定の長さで切断し、ライム系の被覆剤を塗布して被覆アーク溶接棒を製造した。 Ingots of each steel type A to J were hot forged, hot rolled and machined to produce welding wires. The diameter of each welding wire was 1.6 mm. In the ingot of steel type number A, a welding wire (core wire) having a diameter of 3.2 mm was manufactured in addition to a welding wire having a diameter of 1.6 mm. Then, a welding wire (core wire) having a diameter of 3.2 mm was cut to a predetermined length, and a lime-based coating agent was applied to produce a coated arc welding rod.
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。その後、ＪＩＳ Ｇ３１６０（２００８）に規定のＳＭ４００Ｂに相当する化学組成の市販の鋼板（厚さ２５ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ２００ｍｍ）上に、被覆アーク溶接棒としてＪＩＳ Ｚ３２２４（１９９９）に規定の「ＤＮｉＣｒＦｅ−３」を用いて、母材の四周を拘束溶接した。 A V groove having an angle of 30 ° and a root thickness of 1 mm was processed in the longitudinal direction of the base material. Then, on a commercially available steel plate (thickness 25 mm, width 200 mm, length 200 mm) having a chemical composition corresponding to SM400B defined in JIS G3160 (2008), “DNiCrFe” defined in JIS Z3224 (1999) as a coated arc welding rod. -3 "was used to restrain and weld the four circumferences of the base material.
［サブマージアーク溶接試験体］
鋼種番号Ａ〜Ｊの溶接材料と、市販のＮｉ基合金用サブマージアーク溶接フラックスであって、ＪＩＳ Ｚ３３５２（２０１０）に規定の「ＳＡＺ２」とを用いて、入熱１０ｋＪ／ｃｍでサブマージアーク溶接を実施し、溶接材料を開先内に溶接した。以上の製造方法により、表３に示す試験番号１，４〜１２の試験体を製造した。
[Submerged arc welding specimen]
Submerged arc welding with a heat input of 10 kJ / cm using a welding material of steel type numbers A to J and a commercially available submerged arc welding flux for a Ni-based alloy, which is “SAZ2” defined in JIS Z3352 (2010). The welding material was welded in the groove. The test body of the test numbers 1, 4-12 shown in Table 3 was manufactured with the above manufacturing method.
［被覆アーク溶接試験体］
鋼種番号Ａの溶接材料で製造された被覆アーク溶接棒を用いて、入熱２０ｋＪ／ｃｍで被覆アーク溶接を実施し、溶接材料を開先内に溶接した。以上の製造方法により、表３に示す試験番号２の試験体を製造した。
[Clad arc welding specimen]
Using the coated arc welding rod manufactured with the welding material of steel type number A, the coated arc welding was performed at a heat input of 20 kJ / cm, and the welding material was welded in the groove. The test body of the test number 2 shown in Table 3 was manufactured with the above manufacturing method.
［スラグ剥離性評価試験］
製造された試験番号１，２，４〜１２の試験体において、溶接後、試験体に対して裏面側からハンマにて衝撃を与えた。その後、溶接ビード表面のスラグの残存長さを調査した。スラグの残存長さが、溶接ビード全体の５％以下である場合、スラグ剥離性に優れると判断した。
[Slag peelability evaluation test]
In the manufactured test bodies of test numbers 1, 2, 4 to 12, after welding, the test body was impacted with a hammer from the back side. Thereafter, the remaining length of the slag on the surface of the weld bead was investigated. When the remaining length of the slag was 5% or less of the entire weld bead, it was judged that the slag peelability was excellent.
［耐高温割れ性及び耐応力緩和割れ性評価試験］
上記試験番号１，４〜１２において、サブマージアーク溶接により、入熱１０〜１２ｋＪ／ｃｍで多層溶接を実施して、各試験番号ごとに２つの溶接継手を製造した。
[High temperature crack resistance and stress relaxation crack resistance evaluation test]
In the test numbers 1, 4 to 12, multilayer welding was performed by submerged arc welding at a heat input of 10 to 12 kJ / cm, and two weld joints were manufactured for each test number.
同様に、試験番号２において、被覆アーク溶接により、入熱２０〜２４ｋＪ／ｃｍで多層溶接を実施して、２つの溶接継手を製造した。 Similarly, in Test No. 2, two weld joints were manufactured by performing multi-layer welding with a heat input of 20 to 24 kJ / cm by covering arc welding.
さらに、鋼種番号Ａの溶接材料を用いてティグ溶接により入熱１０〜１２ｋＪ／ｃｍで多層溶接を行い、表３に示す試験番号３の２つの溶接継手を製造した。 Furthermore, multilayer welding was performed by TIG welding with a heat input of 10 to 12 kJ / cm using a welding material of steel type number A, and two weld joints of test number 3 shown in Table 3 were manufactured.
各試験番号の２つの溶接継手のうち、一方は溶接ままとし、他方は７００℃で５００時間の時効熱処理を実施した。以降の説明では、溶接ままの溶接継手を「溶接まま材」といい、時効熱処理を実施した溶接継手を「熱処理材」という。 Of the two weld joints of each test number, one was left as welded, and the other was subjected to aging heat treatment at 700 ° C. for 500 hours. In the following description, the welded joint as-welded is referred to as “welded as-welded material”, and the welded joint subjected to aging heat treatment is referred to as “heat-treated material”.
溶接まま材において高温割れの有無を観察し、熱処理材において応力緩和割れの有無を調査した。具体的には、各試験番号において、各溶接まま材及び各熱処理材の５ヶ所から試料を採取した。試料の横断面を鏡面研磨した後、腐食した。腐食した横断面を光学顕微鏡で検鏡し、溶接金属での割れの有無を調査した。溶接まま材において５ヶ所すべてで割れを確認できなかった場合、優れた高温割れ性を有すると評価した。さらに、熱処理材において５ヶ所すべてで割れが確認できなかった場合、優れた耐応力緩和割れ性を有すると評価した。なお、溶接まま材で高温割れが発生した場合、時効熱処理は実施しなかった。 The as-welded material was observed for the presence of hot cracks, and the heat-treated materials were examined for the presence of stress relaxation cracks. Specifically, in each test number, samples were collected from five locations of each as-welded material and each heat-treated material. The cross section of the sample was corroded and then corroded. The corroded cross section was examined with an optical microscope and examined for cracks in the weld metal. When cracks could not be confirmed at all five locations in the as-welded material, it was evaluated as having excellent hot cracking properties. Furthermore, when cracks could not be confirmed at all five locations in the heat-treated material, it was evaluated as having excellent stress relaxation crack resistance. When hot cracking occurred in the as-welded material, no aging heat treatment was performed.
［クリープ強度評価試験］
耐高温割れ性及び耐応力緩和割れ性評価試験の結果、高温割れ又は応力緩和割れが確認されなかった試験番号の溶接まま材から、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。そして、母材の目標破断時間が約１０００時間となる７００℃、１４７ＭＰａの試験条件でクリープ破断試験を実施した。試験の結果、破断位置に関わらず、破断時間が母材の目標破断時間である１０００時間以上となった場合、優れたクリープ強度を有すると評価した。一方、破断時間が１０００時間未満となった場合、クリープ強度は低いと評価した。
[Creep strength evaluation test]
Round bar creep rupture test so that the weld metal is in the center of the parallel part from the as-welded material of the test number where hot cracking or stress relaxation cracking was not confirmed as a result of the hot cracking resistance and stress relaxation cracking resistance evaluation tests Pieces were collected. Then, a creep rupture test was performed under the test conditions of 700 ° C. and 147 MPa at which the target rupture time of the base material was about 1000 hours. As a result of the test, when the rupture time was 1000 hours or more, which is the target rupture time of the base material, regardless of the rupture position, it was evaluated that it had excellent creep strength. On the other hand, when the rupture time was less than 1000 hours, the creep strength was evaluated as low.
［試験結果］
表３に試験結果を示す。表３中の「スラグ剥離性結果」欄の「○」印は、スラグ剥離性評価試験において、スラグ残存長さが、溶接ビードの全長に対して５％以下であったことを示し、「×」印は、スラグ残存長さが、溶接ビードの全長に対して５％を超えたことを示す。「−」印は、対象となる試験番号３がティグ溶接を用いたため、スラグ剥離性評価試験が実施されなかったことを示す。
[Test results]
Table 3 shows the test results. “◯” mark in the “Slag peelability result” column in Table 3 indicates that in the slag peelability evaluation test, the slag remaining length was 5% or less with respect to the total length of the weld bead. "" Indicates that the remaining slag length exceeded 5% of the total length of the weld bead. The “-” mark indicates that the test number 3 in question used TIG welding, and thus the slag peelability evaluation test was not performed.
「割れ観察結果」欄の「○」印は、５つの試料全てで割れが確認されなかったことを示し、「×」印は、５つの試料の少なくとも１つで割れが確認されたことを示す。 A “◯” mark in the “Crack Observation Result” column indicates that no cracks were confirmed in all five samples, and a “X” mark indicates that a crack was confirmed in at least one of the five samples. .
「クリープ破断試験結果」欄の「○」印は、溶接金属ではなく母材が破断したことを示し、「×」印は、母材ではなく溶接金属が破断したことを示す。「−」印は、対象となる試験番号１１及び１２の溶接継手において、耐高温割れ性及び耐応力緩和割れ性評価試験で割れが発生しているため、クリープ破断試験を実施しなかったことを示す。 A “◯” mark in the “creep rupture test result” column indicates that the base metal is broken rather than the weld metal, and an “x” mark indicates that the weld metal is broken rather than the base metal. “-” Mark indicates that the crack rupture test was not carried out in the welded joints of the subject test numbers 11 and 12 because cracking occurred in the hot crack resistance resistance and stress relaxation crack resistance evaluation tests. Show.
表３を参照して、試験番号１〜５の溶接材料は、適切な化学組成を有し、かつ、Ｆ１値が式（１）を満たした。そのため、これらの試験番号の溶接金属では、高温割れ（溶接まま材）が観察されず、優れた耐高温割れ性を示した。さらに、熱処理材でも割れが観察されず、優れた耐応力緩和割れ性を示した。 With reference to Table 3, the welding material of the test numbers 1-5 had a suitable chemical composition, and F1 value satisfy | filled Formula (1). Therefore, in the weld metals of these test numbers, hot cracks (as-welded material) were not observed, and excellent hot crack resistance was exhibited. Furthermore, no cracks were observed even in the heat treated material, and excellent stress relaxation crack resistance was exhibited.
さらに、試験番号１，２，４及び５の溶接材料でサブマージアーク溶接又は被覆アーク溶接を実施した結果、スラグ残存長さはいずれも溶接ビードの全長の５％以下であり、これらの試験番号の溶接材料を用いれば、優れたスラグ剥離性が得られた。 Furthermore, as a result of performing the submerged arc welding or the covering arc welding with the welding materials of the test numbers 1, 2, 4 and 5, all the remaining slag lengths are 5% or less of the total length of the weld bead. If a welding material was used, excellent slag peelability was obtained.
さらに、試験番号１〜５の溶接材料を溶接することで製造される溶接金属はいずれも、優れたクリープ強度を有した。 Furthermore, all the weld metals manufactured by welding the welding materials of test numbers 1 to 5 had excellent creep strength.
一方、試験番号６で用いた鋼種Ｄの溶接材料では、Ｎ含有量が高すぎた。そのため、フラックスを利用したサブマージアーク溶接後のスラグ残存長さが溶接ビード全長の５％を超え、スラグ剥離性が低かった。 On the other hand, the N content in the welding material of steel type D used in test number 6 was too high. Therefore, the slag remaining length after the submerged arc welding using a flux exceeded 5% of the total weld bead, and the slag peelability was low.
試験番号７で用いた鋼種Ｅの溶接材料では、Ｃｒ含有量が高すぎた。そのため、サブマージアーク溶接後のスラグ残存長さが溶接ビード全長の５％を超え、スラグ剥離性が低かった。 In the welding material of steel type E used in test number 7, the Cr content was too high. Therefore, the remaining slag length after submerged arc welding exceeded 5% of the entire weld bead, and the slag peelability was low.
試験番号８で用いた鋼種Ｆの溶接材料では、Ｃｒ含有量及びＮ含有量が高すぎた。そのため、サブマージアーク溶接後のスラグ残存長さが溶接ビード全長の５％を超え、スラグ剥離性が低かった。 In the welding material of steel type F used in test number 8, the Cr content and the N content were too high. Therefore, the remaining slag length after submerged arc welding exceeded 5% of the entire weld bead, and the slag peelability was low.
試験番号９で用いた鋼種Ｇの溶接材料では、Ｆ１値が式（１）を満たさなかった。そのため、サブマージアーク溶接後において、溶接ビードの止端部にスラグが残存し、その長さが溶接ビード全長の５％を超えた。 In the welding material of steel type G used in test number 9, the F1 value did not satisfy the formula (1). Therefore, after submerged arc welding, slag remained at the toe portion of the weld bead, and its length exceeded 5% of the total length of the weld bead.
試験番号１０で用いた鋼種Ｈの溶接材料では、Ｎｂを含有しなかった。そのため、クリープ破断試験において溶接金属が破断し、溶接金属のクリープ強度が低かった。 The welding material of steel type H used in test number 10 did not contain Nb. Therefore, the weld metal broke in the creep rupture test, and the creep strength of the weld metal was low.
試験番号１１で用いた鋼種Ｉの溶接材料では、Ｃ含有量が低すぎた。そのため、溶接中に割れが発生し、溶接まま材の溶接金属で割れ（高温割れ）が確認された。 In the welding material of steel type I used in test number 11, the C content was too low. Therefore, cracks occurred during welding, and cracks (hot cracks) were confirmed with the weld metal of the welded material.
試験番号１２で用いた鋼種Ｊの溶接材料では、Ｎｂ含有量が高すぎた。そのため、サブマージアーク溶接後のスラグ残存長さが溶接ビード全長の５％を超え、スラグ剥離性が低かった。さらに、時効熱処材の溶接金属で応力緩和割れが確認された。時効熱処理中に過剰なＮｂを含有する相が析出したため応力緩和割れが発生したと考えられる。 In the welding material of steel type J used in test number 12, the Nb content was too high. Therefore, the remaining slag length after submerged arc welding exceeded 5% of the entire weld bead, and the slag peelability was low. Furthermore, stress relaxation cracking was confirmed in the weld metal of the aging heat treatment material. It is considered that stress relaxation cracking occurred because a phase containing excessive Nb was precipitated during the aging heat treatment.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。 While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
Claims (11)
Ｃ：０．０５％よりも高く０．１８％以下、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．００８％以下、
Ｎｉ：４０〜４５％未満、
Ｃｒ：２０〜２５％未満、
Ｗ：８．０％よりも高く９．１％以下、
Ｔｉ：０．０１〜０．１８％未満、
Ｎｂ：０．０１〜０．５％、
Ｎ：０．０００５〜０．０３％、
Ａｌ：０．０１％未満、
Ｏ：０．０２％以下、及び、
Ｓ：０．００５％以下を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、
式（１）を満たす化学組成を有する、オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料。
０．００３≦［Ｓ］＋［有効Ｏ］ （１）
ここで、［有効Ｏ］は次の式（２）で定義される。
［有効Ｏ］＝［Ｏ］−（８／９）×［Ａｌ］ （２）
式（１）及び式（２）中の［Ｓ］、［Ｏ］、［Ａｌ］には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。 % By mass
C: higher than 0.05% and 0.18% or less,
Si: 0.5% or less,
Mn: 1.5% or less,
P: 0.008% or less,
Ni: 40 to less than 45%,
Cr: 20 to less than 25%,
W: higher than 8.0% and 9.1% or less,
Ti: 0.01 to less than 0.18%,
Nb: 0.01-0.5%
N: 0.0005 to 0.03%,
Al: less than 0.01%,
O: 0.02% or less, and
S: contains 0.005% or less,
The balance consists of Fe and impurities,
An austenitic heat-resistant steel welding material having a chemical composition satisfying the formula (1).
0.003 ≦ [S] + [Effective O] (1)
Here, [effective O] is defined by the following equation (2).
[Effective O] = [O] − (8/9) × [Al] (2)
In [S], [O], and [Al] in the formulas (1) and (2), the content (mass%) of the corresponding element is substituted.
前記溶接材料が、請求項１に記載のオーステナイト系耐熱用溶接材料、請求項２に記載の溶接ワイヤ、及び請求項３に記載の被覆アーク溶接棒のいずれかであることを特徴とする、溶接金属の製造方法。 A method for producing a weld metal by welding a base material made of austenitic heat-resistant steel using a welding material,
The welding material is one of the austenitic heat-resistant welding material according to claim 1, the welding wire according to claim 2, and the coated arc welding rod according to claim 3. Metal manufacturing method.
前記母材は、質量％で、
Ｗ：６．０〜９．１％、
Ｎｉ：４０〜４８％、及び、
Ｃｒ：２０〜２５％未満を含有することを特徴とする、溶接金属の製造方法。 It is a manufacturing method of the weld metal according to claim 4,
The base material is mass%,
W: 6.0-9.1%
Ni: 40-48%, and
Cr: The manufacturing method of the weld metal characterized by containing 20 to less than 25%.
前記母材はさらに、質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｂ：０．０５〜０．５０％
Ｔｉ：０．０２〜０．２０％、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｂ：０．００４％以下、及び、
Ａｌ：０．０４％以下を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする、溶接金属の製造方法。 It is a manufacturing method of the weld metal according to claim 5,
The base material is further mass%,
C: 0.04 to 0.12%,
Si: 0.5% or less,
Mn: 1.5% or less,
P: 0.03% or less,
S: 0.01% or less,
Nb: 0.05 to 0.50%
Ti: 0.02 to 0.20%,
N: 0.02% or less,
B: 0.004% or less, and
Al: containing 0.04% or less,
The balance is made of Fe and impurities, a method for producing a weld metal.
前記溶接が、ティグ溶接、サブマージアーク溶接、被覆アーク溶接のいずれかであることを特徴とする、溶接金属の製造方法。 A method for producing a weld metal according to any one of claims 4 to 6,
The method for producing a weld metal, wherein the welding is any one of TIG welding, submerged arc welding, and covering arc welding.
前記溶接材料が、請求項１に記載のオーステナイト系耐熱用溶接材料、請求項２に記載の溶接ワイヤ、及び請求項３に記載の被覆アーク溶接棒のいずれかであることを特徴とする、溶接継手の製造方法。 A method of manufacturing a welded joint by welding a base material made of austenitic heat-resistant steel using a welding material,
The welding material is one of the austenitic heat-resistant welding material according to claim 1, the welding wire according to claim 2, and the coated arc welding rod according to claim 3. A method for manufacturing a joint.
前記母材は、質量％で、
Ｗ：６．０〜９．１％、
Ｎｉ：４０〜４８％、及び、
Ｃｒ：２０〜２５％未満を含有することを特徴とする、溶接継手の製造方法。 A method for producing a welded joint according to claim 8,
The base material is mass%,
W: 6.0-9.1%
Ni: 40-48%, and
Cr: The manufacturing method of the welded joint characterized by containing less than 20-25%.
前記母材はさらに、質量％で、
Ｃ：０．０４〜０．１２％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｂ：０．０５〜０．５０％
Ｔｉ：０．０２〜０．２０％、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｂ：０．００４％以下、及び、
Ａｌ：０．０４％以下を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする、溶接継手の製造方法。 A method for producing a welded joint according to claim 9,
The base material is further mass%,
C: 0.04 to 0.12%,
Si: 0.5% or less,
Mn: 1.5% or less,
P: 0.03% or less,
S: 0.01% or less,
Nb: 0.05 to 0.50%
Ti: 0.02 to 0.20%,
N: 0.02% or less,
B: 0.004% or less, and
Al: containing 0.04% or less,
The balance is made of Fe and impurities, and a method for manufacturing a welded joint.
前記溶接が、ティグ溶接、サブマージアーク溶接、被覆アーク溶接のいずれかであることを特徴とする、溶接継手の製造方法。 A method for producing a welded joint according to any one of claims 8 to 10,
The method for manufacturing a welded joint, wherein the welding is any one of TIG welding, submerged arc welding, and covering arc welding.
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