JP6760758B2 - サブマージアーク溶接用ワイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、サブマージアーク溶接用ワイヤに関する。
火力発電ボイラやタービン、脱硫や改質(重油分解)用の化学反応容器(リアクタ)は、高温、高圧で運転されるため、使用環境に応じて、1.25Cr−0.5Mo鋼、2.25Cr−1.0Mo鋼、2.25Cr−1.0Mo−V鋼、8質量%以上のCrを含有する高Cr系CSEF鋼(Creep Strength Enhanced Ferritic Steel)などのフェライト系耐熱鋼が適用されている。高Cr系CSEF鋼とは、所定の熱処理を施し微細な炭化物を析出させ、クリープ強度を強化させたフェライト系耐熱鋼のことである。高Cr系CSEF鋼には、ASTM(American Society for Testing and Materials:米国材料試験協会)規格やASME(American Society of Mechanical Engineers:米国機械協会)規格に規定されるSA387Gr.91、SA213Gr.T91等がある。
例えば、高Cr系CSEF鋼の一つであるMod.9Cr−1Mo鋼は、高温強度や耐食性に優れており、火力発電ボイラ内の配管に適用されている。また、近年、重油の有効利用や石油精製において、さらなる高能率化が求められており、高Cr系CSEF鋼の適用が検討されている。しかしながら、高Cr系CSEF鋼のサブマージアーク溶接は、一般的に、溶接入熱が高く、高温割れ(いわゆる凝固割れ)が発生し易い。高温割れを抑制するためには、Cを低減することが一般的に有効であるが、Cの低減はクリープ強度を低下させてしまう問題があった。このような状況下、高Cr系CSEF鋼の溶接方法として、例えば、特許文献1、2が提案されている。
特許文献1には、具体的には、C:0.01〜0.15%(質量%:以下同じ)、Mn:0.4〜2.5%、Cr:8.0〜11.0%、Mo:0.5〜1.2%、Ni:0.05〜1.3%、V:0.03〜0.30%、Nb:0.02〜0.12%、Al:0.005〜1.5%、N:0.004〜0.100%を含有し、かつSi:0.05%以下、O:0.01%以下に限定したワイヤと、CaF2:25〜70%、CaO、MgOの1種又は2種:8〜30%、Al23、ZrO2の1種又は2種:2〜35%、Al:0.5〜7%を含有し、かつSiO2:5%以下に限定し、Siを実質的に含有しない溶接フラックスと、を組み合わせて行うことを特徴とする9Cr−1Mo鋼のサブマージアーク溶接方法が提案されている。
また、特許文献2には、重量比で、C:0.03〜0.12%、Si:0.3%以下、Mn:0.3〜1.5%、Cr:8〜13%、Nb:0.01〜0.15%、V:0.03〜0.40%、N:0.01〜0.08%を含有し、残部はFe及び不可避不純物からなるワイヤと、CaF2:10〜30%、CaO又はMgOの少なくとも一方:10〜40%、Al23:10〜40%、SiO2:5〜25%を含有するフラックスと、以下の各成分元素をMとしたとき、M=ワイヤ中のM+0.7×フラックス中のMに従ってワイヤとフラックスの一方又は両方に、Mo:0.3〜1.6%、W:0.5〜3.5%、Ni:0.05〜1.2%、Cu又はCoの少なくとも一方:1.0〜5.0%、Ta:0.001〜0.5%を含有させ、かつMo、W、Ni、Cu、Co量の間に、(Mo+W)/(Ni+Cu+Co)≦1.8なる関係を成立させることを特徴とする高Crフェライト系耐熱鋼用潜弧溶接方法が提案されている。
特開昭63−220993号公報 特開平9−277084号公報
前記したように、高Cr系CSEF鋼のサブマージアーク溶接は、一般的に、溶接入熱が高く、高温割れ(いわゆる凝固割れ)が発生し易いという問題がある。例えば、火力発電ボイラやタービン、リアクタは、パイプやチューブ、曲げ加工鋼板、鍛造リングを適宜組み合わせて溶接される。特に、リアクタは、板厚150〜450mm、最大外径約7mの部材が用いられ、溶接されている。これらの溶接にあたっては、能率を重視するため、一般的に狭開先内をサブマージアーク溶接法が用いられている。また、近年、さらなる高温・高水素分圧下での操業が要求されており、高Cr系CSEF鋼の適用が検討されているが、高Cr系CSEF鋼の溶接部は自硬性が高く、高温割れが発生し易い状況にある。
これに対し、特許文献1では、ワイヤ、フラックスのSiを低減し、フラックスからAlを添加することで耐凝固割れ性と溶接作業性を両立する成分系を提案している。しかしながら、フラックスからAlを添加すると、溶接金属中の炭窒化物の生成量を減らしてしまい、クリープ強度を大幅に低下させる可能性がある。また、SiO2はスラグの粘性に影響し、ビード外観に影響を及ぼす成分であり、CaF2は塩基度を高め、溶接金属中のO量を低減し靱性を向上させるが、これらの過度な添加はビード形状やスラグの剥離性を劣化させる。従って、特許文献1においては溶接作業性についても十分な検討がなされていない。
また、特許文献2で提案されている発明は、溶接後熱処理(Post Weld Heat Treatment;PWHT)温度が740℃と低く、近年、海外のボイラやリアクタなどの製作において長時間行われるPWHTの実情と乖離している。そのため、特許文献2で提案されている発明が長時間行われるPWHTに対応できるかは不明、つまり、長時間のPWHT後のクリープ強度は不明である。また、溶接作業性は、ワイヤの成分及びフラックスの成分の相互的な作用で決定されるものであり、その点について言及がない。例えば、ワイヤCr量の範囲が非常に広く、同等の作業性を有しているとは考えられない。
本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、クリープ性能、靭性、耐割れ性及び溶接作業性に優れたサブマージアーク溶接用ワイヤを提供することを課題とする。
本発明者らは、クリープ性能、靭性、耐割れ性、溶接作業性に優れたサブマージアーク溶接用ワイヤを提供するため鋭意研究開発し、以下の知見や取り組みによりこれを解決した。
高Cr系CSEF鋼のサブマージアーク溶接は、高入熱であるため、溶接ビード表面及び内部に高温割れを生じ易い。これは、Cr量が9質量%程度と比較的高いため溶接時の凝固完了温度が低温化し、溶融金属の粘性が高くなり、溶融金属が最終凝固部に行き渡らなくなるため、割れが生じるものである。また、最終凝固部に低融点化合物が濃縮することによってもその感受性は増大する。さらに、高Cr系CSEF鋼のサブマージアーク溶接用ワイヤとフラックスによって形成される溶着金属のミクロ組織はマルテンサイト主体であり、溶接のままの状態では硬度が高く、低靭性である。よって、PWHTを実施することで組織を回復させると共に炭窒化物を析出させ、靭性及びクリープ強度を改善している。
従って、本発明者らは、溶接時に高温割れを発生せず、PWHT後に優れた靭性及びクリープ強度を有する溶着金属を得ることを企図して、サブマージアーク溶接用ワイヤの化学成分を設計した。
なお、材料の成分設計の観点から高温割れ性を改善するには、(1)最終凝固部に低融点化合物を形成する元素の低減、(2)凝固完了温度を低くする元素の低減が有効である。
前記(1)の実現には、PやSなどの不純物を低減することが有効であるが、これらの不純物は工業的に既に十分低いレベルで管理されており、溶製能力上これ以上の低減は難しい。
また、前記(2)の実現には、CやCrなどの主要合金成分を低減することが有効である。特に、狭開先内のサブマージアーク溶接は、高温割れ感受性が非常に高いため、Cの低減が特に有効である。しかし、CやCrはクリープ強度の確保に必要不可欠であり、安易に低減することはできない。その一方で、CやCr以外の合金元素については改善の余地が残されている。よって、本発明では前記(2)に関して、CやCr以外の合金元素について検討した。
また、クリープ強度の改善には、(3)炭窒化物析出量の確保、炭窒化物析出物の粗大化抑制、(4)軟質なδフェライト相の低減が有効である。
また、前記(3)の実現には、耐高温割れ性の向上のために低減させたC量分を他の元素で確保・補填しつつ、長時間行われるPWHTによる析出物サイズの粗大化を抑制する必要がある。また、CrやNb、Vなどの炭窒化物形成元素の増量が有効であるが、炭窒化物の析出量増大は靭性を劣化させる。同時に、CrやNbの増量は、溶接ビードとスラグの結合力を高めるように働き、溶接作業性(スラグ剥離性)を劣化させる。よって、本発明ではCrやNb、Vなどの炭窒化物形成元素の過度な添加を行わずに、クリープ強度を向上させる合金元素について検討した。
さらに、前記(4)の実現には、フェライト相を安定化するSiやCr、Moなどの合金成分を低減するか、オーステナイト相を安定化して相対的にフェライト相を不安定化するMnやNi、Coなどの合金成分を増量することが有効である。しかしながら、これらの合金元素の中には炭窒化物の析出量を変化させ、溶着金属の靭性やクリープ性能に影響を与えるものがある点にも留意せねばならない。なお、ここで言う炭窒化物とは主にNb、Vの炭化物、窒化物による複合化合物を指す。また、前記(3)の効果を損なわないようにこれらの元素の含有量をコントロールすることが必要である。
なお、フラックスの成分も靭性に影響を与える。そのため、靭性確保の目的でフラックスの成分として、所定量の金属フッ化物、金属炭酸塩を添加するが、これらの添加量が増えるとスラグ剥離性などの溶接作業性を劣化させることがある。従って、溶接作業性を確保するため、Ca、Si、Alを適量添加することで、靭性とスラグ剥離性を高位で両立することも併せて検討することとした。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、Niが溶接時の最終凝固部に濃化して凝固完了温度を低下させ、高温割れを促進することを明らかにした。また、NiはPWHT時の炭窒化物の析出量には影響を与えないが、炭窒化物を不安定化して、いわゆるオストワルド成長と呼ばれる単位体積当たりの表面積をできるだけ減少させるよう成長を促し、その粗大化を促進し、クリープ強度を劣化させることも明らかにした。よって、サブマージアーク溶接用ワイヤを低Ni設計とすることで高温割れを抑制し、炭窒化物の析出量に影響を与えないことで靭性を劣化させることなく、炭窒化物を安定化することでクリープ強度を高めることに成功した。
以上に述べた知見や取り組みによって前記課題を解決した本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、フラックスと組み合わせて使用するサブマージアーク溶接用ワイヤであって、前記ワイヤが、前記ワイヤ全質量あたり、質量%で、C:0.03〜0.13%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.20〜1.40%、Cr:8.00〜10.50%、Mo:0.85〜1.20%、V:0.15〜0.30%、Nb:0.02〜0.09%、N:0.03〜0.09%含有し、且つ、Ni:0.25%以下、P:0.010%以下、S:0.010%以下、Cu:0.30%以下、Al:0.04%以下、B:0.0015%以下、O:0.030%以下であり、含有するMn量とNi量の合計量:0.50〜1.75%、含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、残部がFe及び不可避不純物からなることとした。
このように、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、前記した各化学成分と、含有するMn量とNi量の合計量と、含有するMn量とS量の比率(Mn/S)と、を前記範囲にそれぞれ制御している。そのため、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、溶接時に高温割れが生じず、PWHT後のクリープ強度及び靭性に優れると共に、溶接作業性に優れたものとすることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、フラックスと組み合わせて使用するサブマージアーク溶接用ワイヤであって、前記ワイヤが、前記ワイヤ全質量あたり、質量%で、C:0.07〜0.13%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.20〜1.00%、Cr:8.00〜10.50%、Mo:0.85〜1.20%、V:0.15〜0.30%、Nb:0.02〜0.08%、Co:0.05〜0.80%、N:0.03〜0.07%含有し、且つ、Ni:0.50%以下、P:0.010%以下、S:0.002〜0.010%、Cu:0.30%以下、Al:0.04%以下、B:0.0015%以下、O:0.030%以下であり、含有するMn量とNi量の合計量:0.50〜1.15%、含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、残部がFe及び不可避不純物からなることとする。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、より優れたクリープ性能、靭性、耐割れ性及び溶接作業性を得ることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、前記フラックスが、前記フラックス全質量あたり、質量%で、金属フッ化物(Fに換算した値):1.5〜11%、金属炭酸塩(CO2に換算した値):3〜15%、MgO、Al23、ZrO2、TiO2のうちの1種又は2種以上の合計:10〜60%、SiO2:5〜20%、Mn:2.5%以下、Ni:0.10%以下、S:0.010%以下、Ca、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計:0.5〜2.5%を含有し、前記ワイヤの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]W、[Ni]Wとし、前記フラックスの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]F、[Ni]Fとした場合に、0.55%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F≦1.00%、[Ni]W+[Ni]F≦0.50%、0.60%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F≦1.15%であるのが好ましい。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、より優れたクリープ性能、靭性、耐割れ性及び溶接作業性を得ることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、前記ワイヤ及び前記フラックスがPb及びBiのうちの少なくとも1種を含んでおり、前記ワイヤの成分のPb量(ppm)、Bi量(ppm)をそれぞれ[Pb]W、[Bi]Wとし、前記フラックスの成分のPb量(ppm)、Bi量(ppm)をそれぞれ[Pb]F、[Bi]Fとした場合に、[Pb]W+[Bi]W+0.2×[Pb]F+0.2×[Bi]F≦2.0ppmであるのが好ましい。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、より優れた靭性を得ることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、前記ワイヤ及び前記フラックスがP、Sn、As及びSbのうちの少なくとも1種を含んでおり、前記ワイヤの成分のP量(ppm)、Sn量(ppm)、As量(ppm)、Sb量(ppm)をそれぞれ[P]W、[Sn]W、[As]W、[Sb]Wとし、前記フラックスの成分のP量(ppm)、Sn量(ppm)、As量(ppm)、Sb量(ppm)をそれぞれ[P]F、[Sn]F、[As]F、[Sb]Fとした場合に、X=10×[P]W+4×[Sn]W+[As]W+5×[Sb]W、Y=10×[P]F+4×[Sn]F+[As]F+5×[Sb]F、X+0.2×Y≦1500ppmであるのが好ましい。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、より優れた靭性を得ることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、フラックスと組み合わせて使用するサブマージアーク溶接用ワイヤであって、前記ワイヤが、前記ワイヤ全質量あたり、質量%で、C:0.03〜0.08%含有し、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.20〜1.40%、Cr:8.00〜10.50%、Mo:0.85〜1.20%、V:0.15〜0.30%、Nb:0.02〜0.09%、N:0.03〜0.09%含有し、且つ、Ni:0.59%以下、P:0.010%以下、S:0.010%以下、Cu:0.30%以下、Al:0.04%以下、B:0.0015%以下、O:0.030%以下であり、含有するMn量とNi量の合計量:0.60〜1.75%、含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、含有するC量とN量の合計量:0.09〜0.15%、残部がFe及び不可避不純物からなることとする。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、耐割れ性と長時間のPWHT後のクリープ性能をより優れたものとすることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、前記ワイヤの成分のV量(%)、Nb量(%)、C量(%)、N量(%)、Ni量(%)、Mn量(%)、Al量(%)をそれぞれ[V]W、[Nb]W、[C]W、[N]W、[Ni]W、[Mn]W、[Al]Wとした場合に、([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+[Ni]W)×100≧5%であるのが好ましい。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、長時間のPWHT後のクリープ性能をより優れたものとすることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、前記フラックスが、前記フラックス全質量あたり、質量%で、金属フッ化物(Fに換算した値):1.5〜11%、金属炭酸塩(CO2に換算した値):3〜15%、MgO、Al23、ZrO2、TiO2のうちの1種又は2種以上の合計:10〜60%、SiO2:5〜20%、Mn:2.5%以下、Ni:0.10%以下、S:0.010%以下、Ca、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計:0.5〜2.5%を含有し、前記ワイヤの成分のV量(%)、Nb量(%)、C量(%)、N量(%)、Ni量(%)、Mn量(%)、Al量(%)をそれぞれ[V] W 、[Nb] W 、[C] W 、[N] W 、[Ni] W 、[Mn] W 、[Al] W とし、前記フラックスの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]F、[Ni]Fとした場合に、0.55%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F≦1.00%、[Ni]W+[Ni]F≦0.70%、0.60%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F≦1.45%、([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F)×100≧5%であるのが好ましい。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、長時間のPWHT後のクリープ性能をより優れたものとすることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、前記ワイヤが、さらにCo:0.05〜0.80%を含有し、前記ワイヤの成分のCo量(%)を[Co]Wとした場合に、([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F+[Co]W)×100≧5%であるのが好ましい。
このようにすると、本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、長時間のPWHT後のクリープ性能をより優れたものとすることができる。
本発明に係るサブマージアーク溶接用ワイヤは、クリープ性能、靭性、耐割れ性及び溶接作業性に優れる。
溶接試験を実施した試験板の開先形状を示す模式図である。 耐高温割れ性を評価する溶接を行う様子を示す模式図である。 シャルピー衝撃試験片及びクリープ試験片の試験片採取位置を示す模式図である。 クリープ試験片の形状を示す模式図である。 図4AのA部を拡大した拡大図である。
以下、本発明の実施形態に係るサブマージアーク溶接用ワイヤ(以下、単に「ワイヤ」と呼称することもある。)を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、「〜」で結んだ前後の数値は、当該数値を含むものとし、当該数値を含まない場合は、数値に「未満」、「より小さい」、「超える」、「より大きい」などの文言を付して明記する。また、「以上」、「以下」、「≦」及び「≧」は示す数値を含むものとし、「<」及び「>」は示す数値を含まないものとする。
<第1実施形態>
第1実施形態に係るワイヤは、フラックスと組み合わせて使用する。フラックスは任意のものを使用できるが、好適なものを後述する。
このワイヤは、ワイヤ全質量あたり、質量%で、C:0.03〜0.13%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.20〜1.40%、Cr:8.00〜10.50%、Mo:0.85〜1.20%、V:0.15〜0.30%、Nb:0.02〜0.09%、N:0.03〜0.09%含有し、且つ、Ni:0.70%以下、P:0.010%以下、S:0.010%以下、Cu:0.30%以下、Al:0.04%以下、B:0.0015%以下、O:0.030%以下であり、含有するMn量とNi量の合計量:0.50〜1.75%、含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、残部がFe及び不可避不純物からなることとしている。
以下、第1実施形態に係るワイヤの化学成分の限定理由について説明する。
第1実施形態に係るワイヤの成分は、ワイヤ全質量あたり、質量%で以下のようにする。
(C:0.03〜0.13%)
Cは、溶着金属中の焼き入れ性と炭窒化物の析出量に大きな影響を及ぼすと共に、オーステナイト安定化元素として機能し、溶着金属中のδフェライト相の残存を抑制する。溶着金属中のC量が少な過ぎると炭化物の析出量が不十分となり、また、δフェライト相が残存して所定のクリープ強度が得られない。一方で、C量が多過ぎると高温割れ感受性が高まり、特に、狭開先内のサブマージアーク溶接で割れが発生し易くなる。また、C量が多過ぎると炭化物の析出量が増大して溶着金属の強度を著しく高め、靭性を劣化させる。よって、C量は0.03〜0.13%とする。なお、C量の下限は0.04%であるのが好ましく、0.07%であるのがより好ましく、0.08%であるのがさらに好ましい。C量の上限は0.12%であるのが好ましい。
(Si:0.05〜0.50%)
Siは、溶接ビードのなじみ性を改善すると共に、脱酸剤として機能し、溶着金属の強度と靭性を向上させる。溶着金属中のSi量が少な過ぎると溶接作業性(例えば、溶接ビードのなじみ性や融合性)が劣化し、靭性及びクリープ強度も劣化する。一方で、Si量が多過ぎると溶着金属の強度を著しく高め、靭性を劣化させる。よって、Si量は0.05〜0.50%とする。なお、Si量の下限は0.10%であるのが好ましい。Si量の上限は0.40%であるのが好ましく、0.30%であるのがより好ましい。
(Mn:0.20〜1.40%)
Mnは、Siと同様、脱酸剤として機能し、溶着金属の靭性を向上させる。さらに、Mnは、オーステナイト安定化元素として機能し、溶着金属中のδフェライト相の残存を抑制する。溶着金属のMn量が少な過ぎると所定の靭性が得られず、また、軟質なδフェライト相が溶着金属中に残存してクリープ強度を劣化させる。一方で、溶着金属中のMn量が多過ぎると、炭窒化物を不安定化させ、クリープ強度を劣化させる。Mnは後述するとおり、Sの高温割れ性への悪影響を緩和する効果もある。よって、Mn量は0.20〜1.40%とする。Mn量の下限は0.55%とするのが好ましく、0.60%とするのがより好ましい。Mn量の上限は1.00%とするのが好ましく、0.80%とするのがより好ましい。
(Cr:8.00〜10.50%)
Crは、PWHT時に炭窒化物を形成して溶着金属のクリープ強度を高める。Cr量が少な過ぎると炭窒化物の析出量が不足して所定のクリープ強度が得られない。一方、Cr量が多過ぎると凝固完了温度を低下させて高温割れ感受性を高めると共に、δフェライト相が溶着金属中に残留してクリープ強度及び靭性を劣化させる。また、Cr量が多過ぎると、スラグ剥離性が大幅に劣化する。よって、Cr量は8.00〜10.50%とする。Cr量の下限は8.40%とするのが好ましい。Cr量の上限は9.20%とするのが好ましい。
(Mo:0.85〜1.20%)
Moは、PWHT時にCr系炭化物中又は母相中に固溶して溶着金属のクリープ強度を向上させる。Mo量が少な過ぎると所定のクリープ強度が得られない。一方、Mo量が多過ぎると、Cr系炭化物及び母相中への固溶量が過剰に増加して溶着金属の強度が著しく高まり、靭性を劣化させる。よって、Mo量は0.85〜1.20%とする。Mo量の下限は0.94%とするのが好ましい。Mo量の上限は1.05%とするのが好ましい。
(V:0.15〜0.30%)
Vは、PWHT時に炭窒化物を形成し、溶着金属のクリープ強度を向上させる。V量が少な過ぎると所定のクリープ強度が得られない。一方、V量が多過ぎると炭窒化物の析出量が著しく増加して溶着金属の強度が高まり、靭性を劣化させる。よって、V量は0.15〜0.30%とする。V量の下限は0.21%とするのが好ましい。V量の上限は0.27%とするのが好ましい。
(Nb:0.02〜0.09%)
Nbは、Vと同様、PWHT時に炭窒化物を形成し、溶着金属のクリープ強度を向上させる。Nb量が少な過ぎると所定のクリープ強度が得られない。一方、Nb量が多過ぎると炭窒化物の析出量が著しく増加して溶着金属の強度が高まり、靭性を劣化させる。また、Nb量が多過ぎると、スラグ剥離性が大幅に劣化する。よって、Nb量は0.02〜0.09%とする。Nb量の下限は0.04%とするのが好ましい。Nb量の上限は0.08%とするのが好ましく、0.07%とするのがより好ましい。
(N:0.03〜0.09%)
Nは、PWHT時にCrやV、Nbなどと結合して炭窒化物を形成し、溶着金属のクリープ強度を向上させる。N量が少な過ぎると所定のクリープ強度が得られない。一方、N量が多くなると炭窒化物の析出量が著しく増加して溶着金属の強度が高まり、靭性を劣化させる。さらに、N量が多過ぎると溶接過程で発生するN2ガスが溶融金属中に残留し易くなり、ブローホールを発生させる。よって、N量は0.03〜0.09%とする。N量の下限は0.04%とするのが好ましい。N量の上限は0.07%とするのが好ましく、0.06%とするのがより好ましい。
(Ni:0.70%以下)
Niは、本発明の実施形態において最も特徴的な元素である。Niが溶接時の最終凝固部に濃化し、凝固完了温度を低温化することで高温割れ感受性を高める。また、Niは、クリープ変形中に炭窒化物のサイズを粗大化し、クリープ強度を劣化させる。よって、Ni量は0.70%以下とする。Ni量は0.50%以下とするのが好ましく、0.20%以下とするのがより好ましい。
(P:0.010%以下)
Pは、溶接時の最終凝固部に低融点化合物を形成し、高温割れ感受性を高めるだけでなく、溶着金属を脆化させて靭性を劣化させる。よって、P量は0.010%以下とする。P量は0.006%以下とするのが好ましい。
(S:0.010%以下)
Sは、溶接時にFeと結合してFe−FeSの低融点共晶を最終凝固部に形成し、高温割れ性を高めるだけでなく、溶着金属を脆化させて靭性を劣化させる。よって、S量は0.010%以下とする。S量は0.007%以下とするのが好ましい。一方で、Sには溶接ビードのなじみ性やスラグ剥離性を改善する効果があり、この効果を得る場合は、S量を0.002%以上とするのが好ましく、0.003%以上とするのがより好ましい。
(Cu:0.30%以下)
ワイヤのCu量が増加すると、溶着金属中のCu量も増加し、靭性を劣化させる。よって、Cu量は0.30%以下とする。Cu量は0.10%以下とするのが好ましい。なお、Cu量は電気めっき等の手法で溶接用ワイヤの表面にCuをコーティングしている場合には、当該コーティングしているCuを含めて前記したように0.30%以下とする。
(Al:0.04%以下)
Alは、Nとも結合してAlNを形成し、クリープ強度の確保に必要不可欠なCrやNb、Vの炭窒化物析出量を低減し、クリープ強度を劣化させる。Al量の増加は、ビードが焼付き、スラグ剥離性を劣化させる。また、溶接金属中の元素の歩留まりが向上し、強度が上昇し、結果的に靭性が劣化する。よって、Al量は0.04%以下とする。Al量は0.03%以下とするのが好ましい。
(B:0.0015%以下)
Bは、溶接時の最終凝固温度を低下させ、高温割れ感受性を高める。よって、B量は0.0015%以下とする。B量は0.0003%以下とするのが好ましい。
(O:0.030%以下)
Oは、溶接時の凝固過程でSiやMn、Alなどと結合して酸化物を形成し、スラグ量を増加させる。また、形成された酸化物は、脆性破壊の発生起点として作用し、溶着金属の靭性を劣化させる。よって、O量は0.030%以下とする。O量は、0.005%以下とするのが好ましい。
(含有するMn量とNi量の合計量:0.50〜1.75%)
靭性の確保、δフェライト相の低減及びクリープ強度確保の観点から、含有するMn量とNi量の合計量を管理することが有効である。すなわち、靭性の確保の観点から含有するMn量とNi量の合計量の下限を規定する必要があり、δフェライト相の低減及びクリープ強度確保の観点から含有するMn量とNi量の合計量について上限の規定が必要である。具体的には、含有するMn量とNi量の合計量は0.50〜1.75%とする。含有するMn量とNi量の合計量の下限は0.70%とするのが好ましい。含有するMn量とNi量の合計量の上限は1.15%とするのが好ましく、1.00%とするのがより好ましい。
(含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上)
また、Mnは、溶接凝固過程でSと結合してMnSを形成し、上述の悪影響を緩和することで高温割れ性を低減する。このような効果を得るためには、含有するMn量とS量の比率Mn/Sを87以上とすることが必要である。好ましくは、含有するMn量とS量の比率Mn/Sを100以上とし、より好ましくは150以上とする。
(残部)
残部は、Fe及び不可避不純物である。不可避不純物としては、例えば、Sn、As、Sb、Pb、Biなどが挙げられる。本発明の実施形態においては、Sn、As、Sbは、例えば、それぞれ0.005質量%以下、合計で0.015質量%以下であればよい。また、Pb、Biは、例えば、0.001質量%以下であればよい。前記条件を満たす限りこれらの不可避不純物や、本明細書で説明した元素以外の元素を積極的に含有させてもよい(そのような態様も本発明の実施形態に係るワイヤの技術的範囲に含まれる。)。
以上に説明した第1実施形態に係るワイヤは、前記した各化学成分と、含有するMn量とNi量の合計量と、含有するMn量とS量の比率(Mn/S)と、を前記範囲にそれぞれ制御している。そのため、このワイヤは、任意のフラックスと組み合わせて使用することにより、溶接時に高温割れが生じず、PWHT後のクリープ強度及び靭性に優れると共に、溶接作業性に優れたものとすることができる。
<第2実施形態>
第2実施形態に係るワイヤと第1実施形態に係るワイヤの化学成分はほぼ同じであるが、第2実施形態に係るワイヤのC、Mn、Nb、N、Ni、及びSの各含有量と、含有するMn量とNi量の合計量とが、第1実施形態に係るワイヤと相違している。また、第2実施形態に係るワイヤは、Coを含有している点で第1実施形態に係るワイヤと相違している。
具体的に、第2実施形態に係るワイヤは、ワイヤ全質量あたり、質量%で、C:0.07〜0.13%、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.20〜1.00%、Cr:8.00〜10.50%、Mo:0.85〜1.20%、V:0.15〜0.30%、Nb:0.02〜0.08%、Co:0.05〜0.80%、N:0.03〜0.07%含有し、且つ、Ni:0.50%以下、P:0.010%以下、S:0.002〜0.010%、Cu:0.30%以下、Al:0.04%以下、B:0.0015%以下、O:0.030%以下であり、含有するMn量とNi量の合計量:0.50〜1.15%、含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、残部がFe及び不可避不純物からなることとしている。
つまり、第2実施形態に係るワイヤは、C:0.07〜0.13%、Mn:0.20〜1.00%、Nb:0.02〜0.08%、Co:0.05〜0.80%、N:0.03〜0.07%含有し、且つ、Ni:0.50%以下、S:0.002〜0.010%、含有するMn量とNi量の合計量:0.50〜1.15%としている点で、第1実施形態に係るワイヤと相違している。第2実施形態に係るワイヤにおけるその他の点は第1実施形態に係るワイヤと同様である。
第2実施形態に係るワイヤにおけるC、Mn、Nb、N、Ni、及びSの各含有量と、含有するMn量とNi量の合計量とは、第1実施形態と数値範囲は異なっているものの、限定理由は第1実施形態に係るワイヤと同趣旨であるため、これらについての説明は省略し、ここではCoを限定した理由について説明する。
(Co:0.05〜0.80%)
Coは、オーステナイト安定化元素として機能する。そのため、Coは、δフェライト相の残存を抑制し、クリープ強度を向上させることができる。Co量が少な過ぎるとその効果を発揮せず、多過ぎると溶着金属の強度が向上し、靭性を劣化させる。よって、Co量は0.05〜0.80%とするのが好ましい。クリープ強度と靭性をさらに両立するためには、Co量を0.10〜0.75%とするのがより好ましく、0.10〜0.50%とするのがさらに好ましい。
(フラックス)
ここで、第1実施形態及び第2実施形態において好適に用いることのできるフラックスについて説明する。
第1実施形態及び第2実施形態に係るワイヤは、任意のフラックスと組み合わせて用いることができるが、以下に規定するフラックスと組み合わせて用いると好適である。
このようなフラックスとしては、例えば、フラックス全質量あたり、質量%で、金属フッ化物(Fに換算した値):1.5〜11%、金属炭酸塩(CO2に換算した値):3〜15%、MgO、Al23、ZrO2、TiO2のうちの1種又は2種以上の合計:10〜60%、SiO2:5〜20%、Mn:2.5%以下、Ni:0.10%以下、S:0.010%以下、Ca、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計:0.5〜2.5%を含有しているのが好ましい。
(金属フッ化物(Fに換算した値):1.5〜11%)
金属フッ化物は、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性を向上する効果と、溶接金属中の酸素量をコントロールする役割と、ビード形状を整える効果とがある。本発明の実施形態に係るワイヤの場合、金属フッ化物をFに換算した値が1.5%以上であると、溶接金属中の酸素量が低減し、靭性が向上する。また、金属フッ化物をFに換算した値が11%以下であると、アークが安定化し、ビード形状やスラグの剥離性が良くなる。従って、フラックス中の金属フッ化物をFに換算した値は1.5〜11%であるのが好ましい。なお、金属フッ化物の下限は4%であるのがより好ましい。金属フッ化物の上限は9%であるのがより好ましい。金属フッ化物としては、CaF2、AlF3、BaF3、N 3 AlF6、MgF2及びNaF等があるが、Fに換算した値が同じ場合、同様の効果を有する。
(金属炭酸塩(CO2に換算した値):3〜15%)
金属炭酸塩によるCO2は、溶接金属の拡散性水素量を低減し、耐低温割れ性を向上する効果と、溶接金属中の酸素量をコントロールする役割を持つ。本発明の実施形態に係るワイヤの場合、このような効果を効率的に得るためには、金属炭酸塩をCO2に換算した値を3%以上とするのが好ましい。また、金属炭酸塩をCO2に換算した値が15%以下であると、溶接金属中の酸素量が低下し、靱性が向上すると共に、スラグ剥離性が向上する。従って、金属炭酸塩をCO2に換算した値は3〜15%であるのが好ましい。なお、金属炭酸塩の下限は5%であるのがより好ましい。金属炭酸塩の上限は10%であるのがより好ましい。金属炭酸塩としてはCaCO3、BaCO3及びMgCO3等があるが、CO2に換算した値が同じ場合、同様の効果を有する。
(MgO、Al23、ZrO2、TiO2のうちの1種又は2種以上の合計:10〜60%)
MgO、Al23、ZrO2、TiO2は、スラグ造滓剤である。これらのスラグ造滓剤は、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果がある。本発明の実施形態に係るワイヤの場合、このような効果を効率的に得るためには、これらのうちの1種又は2種以上の合計を10%以上とするのが好ましい。また、これらのうちの1種又は2種以上の合計が60%以下であると、スラグ巻き込みが生じ難くなり、溶接作業性が向上する。従って、フラックス中のMgO、Al23、ZrO2、TiO2のうちの1種又は2種以上の合計は10〜60%であるのが好ましい。
この他、フラックスには必要に応じて、Na2O、K2O、LiO2、BaOなどを添加することができる。これらを添加する場合には、各々10%以下とするのが好ましい。
(SiO2:5〜20%)
SiO2は、スラグの流動性を向上させ、ビード形状を整える効果がある。本発明の実施形態に係るワイヤの場合、このような効果を効率的に得るためには、SiO2量を5%以上とするのが好ましい。また、SiO2量が20%以下であると、スラグ巻き込みが生じ難くなり、溶接作業性が向上する。従って、フラックス中のSiO2量は5〜20%であるのが好ましい。なお、SiO2量の下限は8%であるのがより好ましい。SiO2量の上限は15%であるのがより好ましい。このSiO2には、バインダーとして使用される水ガラスに由来のSiO2も含まれる。
(Mn:2.5%以下)
フラックス中のMnは、ワイヤ中のMnと同様の効果を奏する。つまり、フラックス中のMnは脱酸剤として機能し、溶着金属の靭性を向上させる。しかしながら、フラックス中のMnは、溶着金属中で偏析し易いため、十分な効果が得られない場合がある。また、フラックス中のMnの多くは、スラグになるため、溶着金属に十分に歩留まらない場合がある。Mnは、基本的にはワイヤから添加する方が性能面で安定する。よって、フラックス中のMn量は2.5%以下であるのが好ましい。フラックス中のMn量は2.0%以下であるのがより好ましい。
(Ni:0.10%以下)
フラックス中のNiは、ワイヤ中のNiと同様の効果を示し、凝固完了温度を低温化することで高温割れ感受性を高める可能性がある。また、フラックス中のNiは、溶着金属中で偏析し易いため、局所的に高温割れ感受性を高める可能性がある。よって、フラックス中のNi量は0.10%以下であるのが好ましい。フラックス中のNi量は0.05%以下であるのがより好ましい。
(S:0.010%以下)
フラックス中のSは、ワイヤ中のSと同様の効果を示し、高温割れ感受性を高める。また、フラックス中のSは、溶着金属中で偏析し易いため、局所的に高温割れ感受性を高める可能性がある。よって、フラックス中のS量は0.010%以下であるのが好ましい。
(Ca、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計:0.5〜2.5%)
フラックス中のCa、Si、Alは、脱酸剤として作用し、溶着金属中のOを低減する。本実施形態に係るワイヤの場合、フラックス中のCa、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計が0.5%以上であると、十分な脱酸効果が得られ、ビード外観が良好となる。また、フラックス中のCa、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計が2.5%以下であると、スラグ剥離性が向上する。よって、フラックス中のCa、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計は0.5〜2.5%とするのが好ましい。
(ワイヤとフラックスの化学成分の関係)
第2実施形態に係るワイヤは、ワイヤとフラックスの化学成分の関係が、下記の関係式を満たしていることが好ましい。
(Mn及びNiについて)
第2実施形態に係るワイヤは、前記したワイヤの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]W、[Ni]Wとし、フラックスの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]F、[Ni]Fとした場合に、以下の関係式(1)〜(3)を満たすことが好ましい。

0.55%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F≦1.00% …(1)

[Ni]W+[Ni]F≦0.50% …(2)

0.60%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F≦1.15% …(3)
前記関係式(1)は、本発明の実施形態に係るワイヤにおいて、ワイヤ及びフラックス中のMnの歩留まりを考慮したものである。Mnは、オーステナイト安定化元素として機能し、溶着金属中のδフェライト相の残存を抑制する。溶着金属のMn量が少な過ぎると所定の靭性が得られないおそれがある。また、溶着金属のMn量が少な過ぎると軟質なδフェライト相が溶着金属中に残存してクリープ強度を劣化させるおそれがある。一方で、溶着金属中のMn量が多過ぎると、炭窒化物を不安定化させ、クリープ強度を劣化させるおそれがある。よって、前記関係式(1)で示すように、算出される値の範囲は0.55〜1.00%であるのが好ましい。前記関係式(1)で算出される値の下限は0.60%であるのがより好ましい。前記関係式(1)で算出される値の上限は0.80%であるのがより好ましい。
前記関係式(2)は、本発明の実施形態に係るワイヤにおいて、ワイヤ及びフラックス中のNiの歩留まりを考慮したものである。Niは、凝固完了温度を低温化することで高温割れ感受性を高めるおそれがある。よって、前記関係式(2)で示すように、算出される値は0.50%以下であるのが好ましい。前記関係式(2)で算出される値は0.20%以下であるのがより好ましい。
前記関係式(3)は、本発明の実施形態に係るワイヤにおいて、ワイヤ及びフラックス中のMn、Niの歩留まりを考慮したものである。靭性の確保の観点から含有するMn量とNi量の合計量の下限を規定するのが好ましく、δフェライト相の低減及びクリープ強度確保の観点から含有するMn量とNi量の合計量の上限を規定するのが好ましい。よって、前記関係式(3)で示すように、算出される値の範囲は0.60〜1.15%であるのが好ましい。第2実施形態における前記関係式(3)で算出される値の下限は0.70%であるのがより好ましい。前記関係式(3)で算出される値の上限は1.00%であるのがより好ましい。
(Pb及びBiについて)
前記したワイヤ及びフラックスは、Pb及びBiのうちの少なくとも1種を不純物成分として含み得るものである。
この場合において、本発明の実施形態に係るワイヤは、前記したワイヤの成分のPb量(ppm(質量ppmの意味である。以下同じ。))、Bi量(ppm)をそれぞれ[Pb]W、[Bi]Wとし、フラックスの成分のPb量(ppm)、Bi量(ppm)をそれぞれ[Pb]F、[Bi]Fとした場合に、以下の関係式(4)を満たすことが好ましい。

[Pb]W+[Bi]W+0.2×[Pb]F+0.2×[Bi]F≦2.0ppm …(4)
前記関係式(4)は、本発明の実施形態に係るワイヤにおいて、ワイヤ中及びフラックス中のPb、Biの歩留まりを考慮したものである。Pb及びBiは、焼戻しにより、結晶粒界に偏析し脆化する元素であり、著しく靭性を劣化させるおそれがある。よって、前記関係式(4)で示すように、算出される値は2.0ppm以下であるのが好ましい。前記関係式(4)で算出される値は1.5ppm以下であるのがより好ましい。
(P、Sn、As及びSbについて)
また、前記したワイヤ及びフラックスは、P、Sn、As及びSbのうちの少なくとも1種を不純物成分として含み得るものである。
この場合において、本発明の実施形態に係るワイヤは、前記したワイヤの成分のP量(ppm)、Sn量(ppm)、As量(ppm)、Sb量(ppm)をそれぞれ[P]W、[Sn]W、[As]W、[Sb]Wとし、フラックスの成分のP量(ppm)、Sn量(ppm)、As量(ppm)、Sb量(ppm)をそれぞれ[P]F、[Sn]F、[As]F、[Sb]Fとした場合に、以下の関係式(5)〜(7)を満たすことが好ましい。なお、Pは、先の説明では「%」で規定している。従って、Pについては、下記の関係式(5)〜(7)を計算するにあたって「ppm」に換算する。なお、1%=10000ppmに換算される。

X=10×[P]W+4×[Sn]W+[As]W+5×[Sb]W …(5)

Y=10×[P]F+4×[Sn]F+[As]F+5×[Sb]F …(6)

X+0.2×Y≦1500ppm …(7)
前記関係式(5)、(6)を代入して求められる関係式(7)は、本実施形態に係るワイヤにおいて、ワイヤ中及びフラックス中におけるP、Sn、As、Sbの歩留まりを考慮したものである。P、Sn、As、Sbは、焼戻しにより、結晶粒界に偏析し脆化する元素であり、著しく靭性を劣化させるおそれがある。よって、前記関係式(5)、(6)を代入して求められる関係式(7)で算出される値は1500ppm以下であるのが好ましい。前記関係式(7)で算出される値は1200ppm以下であるのがより好ましい。
(残部)
本発明で用いることのできるフラックスの成分組成におけるその他の残部には、その他の金属として、例えば、金属Fe、金属Mo、金属W、金属Cuなどを本発明の効果を妨げない範囲で含有してもよい。なお、これらの成分は、単体として存在してもよいし、合金として存在していてもよい。
また、その他の残部は、不可避不純物である。不可避不純物として、例えば、Ta、Bなどが本発明の効果を妨げない範囲で含有されていてもよい。これらの不可避不純物は、天然鉱物を原料とするため含有されるものである。不可避不純物は前記した所定の含有量を超えなければ、不可避不純物として含有される場合だけではなく、積極的に添加される場合であっても、本発明の効果を妨げない。
また、必須元素ではない金属Fe、金属Mo、金属W、金属Cuなどについては、積極的に添加してもよいが、不可避不純物として含まれていてもよい。
(第2実施形態に係るサブマージアーク溶接方法)
第2実施形態に係るサブマージアーク溶接方法は、第2実施形態で説明したワイヤ及びフラックスを組み合わせて行えばよく、特定の条件に限定されないが、次のようにして行うことができる。
例えば、2〜4つの電極(ワイヤ)を用いた多電極法とすることができ、電極が1つである単電極法とすることもできる。ワイヤ径は2.4〜4.8mmφとすることができる。電源極性はDCEP(Direct Current Electrode Positive)、AC(Alternating Current)のいずれでも構わない。ワイヤ送給速度は100〜170g/minとすることができる。溶接速度は20〜60cm/minとすることができる。溶接電流350〜500Aとすることができる。アーク電圧は29〜33Vとすることができる。溶接入熱は15〜25kJ/cmとすることができる。フラックスの散布高さは25〜35mmとすることができる。チップ/母材間距離は25〜35mmとすることができる。
第2実施形態に係るサブマージアーク溶接方法は、第2実施形態で説明したワイヤ及びフラックスを組み合わせて用いているので、クリープ性能、靭性、耐割れ性、溶接作業性に優れたものとすることができる。
<第3実施形態>
第3実施形態に係るワイヤと第1実施形態に係るワイヤの化学成分はほぼ同じであるが、第3実施形態に係るワイヤのC量と、含有するMn量とNi量の合計量と、含有するC量とN量の合計量とを、所定の範囲としている点で、第1実施形態に係るワイヤと相違している。また、第3実施形態に係るワイヤは、ワイヤの成分のV量、Nb量、C量、N量、Ni量、Mn量、Al量から算出される所定の値が関係式(8)を満たすこととしている点で、第1実施形態に係るワイヤと相違している。
具体的に、第3実施形態に係るワイヤは、ワイヤ全質量あたり、質量%で、C:0.03〜0.08%含有し、Si:0.05〜0.50%、Mn:0.20〜1.40%、Cr:8.00〜10.50%、Mo:0.85〜1.20%、V:0.15〜0.30%、Nb:0.02〜0.09%、N:0.03〜0.09%含有し、且つ、Ni:0.70%以下、P:0.010%以下、S:0.010%以下、Cu:0.30%以下、Al:0.04%以下、B:0.0015%以下、O:0.030%以下であり、含有するMn量とNi量の合計量:0.60〜1.75%、含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、含有するC量とN量の合計量:0.09〜0.15%、残部がFe及び不可避不純物からなることとしている。
つまり、第3実施形態に係るワイヤは、C:0.03〜0.08%含有し、含有するMn量とNi量の合計量:0.60〜1.75%、含有するC量とN量の合計量:0.09〜0.15%としている点で、第1実施形態に係るワイヤと相違している。第3実施形態に係るワイヤにおけるC量と、含有するMn量とNi量の合計量とは、第1実施形態よりも数値範囲は狭くなっているものの、限定理由は第1実施形態に係るワイヤと同趣旨であるため、これらについての説明は省略し、ここでは含有するC量とN量の合計量について説明する。
(含有するC量とN量の合計量:0.09〜0.15%)
靭性の確保、クリープ強度確保の観点から、含有するC量とN量の合計量を管理することが有効である。本実施形態に係るワイヤの場合、C量とN量の合計量が0.09%以上であると、クリープ強度が向上する。また、C量とN量の合計量が0.15%以下であると、靱性が向上する。従って、含有するC量とN量の合計量は0.09〜0.15%であるのが好ましい。含有するC量とN量の合計量の下限は0.10%とするのがより好ましい。含有するC量とN量の合計量の上限は0.14%とするのがより好ましい。
(V、Nb、C、N、Ni、Mn、及びAlについて)
また、第3実施形態に係るワイヤは、前記ワイヤの成分のV量(%)、Nb量(%)、C量(%)、N量(%)、Ni量(%)、Mn量(%)、Al量(%)をそれぞれ[V]W、[Nb]W、[C]W、[N]W、[Ni]W、[Mn]W、[Al]Wとした場合に、下記関係式(8)を満たすのが好ましい。

([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+[Ni]W)×100≧5% …(8)
前記関係式(8)は、長時間PWHT後のクリープ性能を確保することを考慮したものである。本実施形態に係るワイヤは、NbやVを主体とした炭窒化物を積極的に析出させるように設計されている。これらの炭窒化物は、長時間PWHT後でも微細に保たれており、クリープ性能の確保に有効である。本式の分子は、有効な析出物の量を表す項であり、分母は、析出物の粗大化に影響を及ぼす項である。つまり、前記関係式(8)で算出される値が大きいほど、クリープ性能に有効な析出物の量、サイズを確保できる。関係式(8)で算出される値は、好ましくは7%以上、より好ましくは10%以上である。
(フラックス)
第3実施形態においても前記したフラックスを同様に好適に用いることができる。
第3実施形態に係るワイヤと共に前記したフラックスを用いる場合、ワイヤとフラックスの化学成分の関係は、下記の関係式を満たすことが好ましい。
第3実施形態に係るワイヤは、前記したフラックスの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]F、[Ni]Fとした場合に、以下の関係式(9)〜(12)を満たすことが好ましい。なお、[V]W、[Nb]W、[C]W、[N]W、[Ni]W、[Mn]W、[Al]Wは関係式(8)と同義である。

0.55%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F≦1.00% …(9)

[Ni]W+[Ni]F≦0.70% …(10)

0.60%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F≦1.45% …(11)

([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F)×100≧5% …(12)
前記関係式(9)は、第2実施形態で説明した関係式(1)と全く同様である。
前記関係式(10)は、関係式(2)よりも数値範囲は広くなっているものの、これを規定した趣旨は第2実施形態で説明した関係式(2)と同じ理由による。すなわち、前記関係式(10)は、第3実施形態において、ワイヤ及びフラックス中のNiの歩留まりを考慮したものである。Niは、凝固完了温度を低温化することで高温割れ感受性を高めるおそれがある。よって、第3実施形態における前記関係式(10)で示すように、算出される値は0.70%以下であるのが好ましい。前記関係式(10)で算出される値は0.50%以下であるのがより好ましい。前記関係式(10)で算出される値は0.30%以下であるのがさらに好ましい。
前記関係式(11)は、関係式(3)よりも数値範囲は広くなっているものの、これを規定した趣旨は第2実施形態で説明した関係式(3)と同じ理由による。すなわち、前記関係式(11)は、第3実施形態において、ワイヤ及びフラックス中のMn、Niの歩留まりを考慮したものである。靭性の確保の観点から含有するMn量とNi量の合計量の下限を規定するのが好ましく、δフェライト相の低減及びクリープ強度確保の観点から含有するMn量とNi量の合計量の上限を規定するのが好ましい。よって、第3実施形態における前記関係式(11)で示すように、算出される値の範囲は0.60〜1.45%であるのが好ましい。第3実施形態における前記関係式(11)で算出される値の下限は0.70%であるのがより好ましい。第3実施形態における前記関係式(11)で算出される値の上限は1.35%であるのがより好ましい。
関係式(12)を規定した趣旨は、関係式(8)と同じ理由による。なお、関係式(12)は、関係式(8)について、ワイヤ及びフラックス中のMn、Niの歩留まりをさらに考慮したものである。前記関係式(12)を満たすようにすると、リアクタなどの製作において、ワイヤとフラックスとを組み合わせて溶接した場合であっても、長時間行われるPWHTによってクリープ強度が低下し難い。すなわち、前記関係式(12)を満たすワイヤ及びフラックスとすると、リアクタの製作に好適に用いることができる。
(Co)
第3実施形態に係るワイヤは、第2実施形態と同様、Co:0.05〜0.80%を含有していてもよい。Coを含有する意義及び含有量を限定する理由は第2実施形態で述べたとおりである。
なお、第3実施形態に係るワイヤがCoを含有する場合、前記したフラックスを組み合わせて用いることができる。その場合、以下の関係式(13)を満たすのが好ましい。なお、[Co]Wはワイヤの成分のCo量(%)を示す。[V]W、[Nb]W、[C]W、[N]W、[Ni]W、[Mn]W、[Al]Wは関係式(8)と同義であり、[Mn]F、[Ni]Fは関係式(12)と同義である。

([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F+[Co]W)×100≧5% …(13)
関係式(13)を規定した趣旨は、関係式(8)と同じ理由による。なお、関係式(13)は、関係式(8)について、ワイヤ及びフラックス中のMn、Niの歩留まりと共に、ワイヤのCoの歩留まりを考慮したものである。前記関係式(13)を満たすようにすると、リアクタなどの製作において、ワイヤとフラックスとを組み合わせて溶接した場合であっても、長時間行われるPWHTによってクリープ強度が低下し難い。すなわち、前記関係式(13)を満たすワイヤ及びフラックスとすると、リアクタの製作に好適に用いることができる。
(第3実施形態に係るサブマージアーク溶接方法)
第3実施形態に係るサブマージアーク溶接方法は、第3実施形態で説明したワイヤ及びフラックスを組み合わせて行えばよい。第3実施形態に係るサブマージアーク溶接方法は、例えば前記した第2実施形態に係るサブマージアーク溶接方法と同一の条件を用いることができる。
第3実施形態に係るサブマージアーク溶接方法は、第3実施形態で説明したワイヤ及びフラックスを組み合わせて用いているので、クリープ性能、靭性、耐割れ性、溶接作業性に優れたものとすることができる。また、第3実施形態に係るサブマージアーク溶接方法によって溶接されると、長時間行われるPWHTによってクリープ強度が低下し難い。従って、第3実施形態に係るサブマージアーク溶接方法は、特にリアクタの製作に好適に適用することができる。
〔第1実施例〕
以下に、本発明の効果を示す実施例と比較例を参照し、本発明の内容を具体的に説明する。
表1に示した化学成分を有するワイヤと、表2に示した化学成分を有するフラックスとを製造した。
溶接ワイヤは、高周波溶解炉にて溶解後に、押出し、焼鈍、伸線を実施し、2.4mmφとした。ワイヤ番号1〜13は、実施例であり、ワイヤ番号14〜37は、比較例である。
フラックスは、所定原料(フッ化物、金属炭酸塩を含む鉱石粉、溶融フラックス)を混合し、攪拌した後、水ガラスを用いて造粒し、500℃で約1時間焼結した。フラックス番号1〜5は、実施例であり、フラックス番号6〜10は、比較例である。なお、表1、2中、「−」は、検出限界値未満であることを示している。
Figure 0006760758
Figure 0006760758
表1に示した番号1〜37に係るワイヤと、表2に示した番号1〜10に係るフラックスとを表4に示すようにして組み合わせ、溶接した。溶接電源は、垂下特性を示す株式会社ダイヘン製KRUMC−1000を使用した。表3に、サブマージアーク溶接の溶接条件を示す。また、図1に、溶接試験を実施した試験板の開先形状を示す。なお、試験板の母材はASTM A387 Gr.22を用いた。開先面内はワイヤで厚さ10mm程度にバタリングした。溶接は、初層から1層2パスで積層し、溶接作業性の確認試験として、最終層におけるビード外観、スラグ剥離性を評価した。
Figure 0006760758
また、溶接試験体を作製後、760℃×4hrのPWHTを施した。溶接試験体の溶着金属部のクリープ性能及び衝撃性能を評価した。試験片の採取部は、デポ中央(溶着金属中央)及び板厚中央部とした。
(溶接作業性)
溶接作業性の確認試験は、ビード外観に優れ、スラグが容易に剥離したものを「〇」、ビード外観が劣っていたり、スラグが付着し、剥離が困難だったりしたものを「×」と評価した。○が合格、×が不合格である。
(耐高温割れ性)
図2のようなU溝に2層3パスの溶接を実施し、最終パスにおける割れの有無を確認した。なお、試験板の母材はASTM A387 Gr.91を用いた。割れの評価方法は、表面における割れ発生の有無をJIS Z 2343:2001に準じて浸透探傷試験で評価した。割れが発生していないものを「○」、発生しているものを「×」と評価した。○が合格、×が不合格である。
(靭性)
全溶着金属の靭性を評価するためJIS Z 2242:2005に準じてシャルピー衝撃試験を行った。
全溶着金属の靭性の評価には、溶着金属の板厚中央部から溶接線と法線方向(継手方向)にAWS B4.0に準拠した10mm角の2mm−Vノッチ(サイドノッチ)のシャルピー衝撃試験片を供した。また、試験温度は20℃、試験数は3としてその平均値を求めた。なお、図3にシャルピー衝撃試験片の試験片採取位置10及びクリープ試験片の試験片採取位置20を示す。
全溶着金属の靭性は、20℃におけるシャルピー衝撃試験における吸収エネルギー(vE+20℃)の3点平均が65J以上のものを「◎」、45J以上65J未満のものを「○」、45J未満のものを「×」と評価した。◎及び○が合格、×が不合格である。
(クリープ性能)
全溶着金属のクリープ性能を評価するためJIS Z 2271:2010に準じてクリープ試験を行った。
全溶着金属のクリープ性能の評価には、溶着金属の板厚中央部から溶接線方向にクリープ試験片(試験片直径:φ6.0mm、平行部長さ:30.0mm)を供した。図4A及び図4Bにクリープ試験片の形状を示す。
クリープ試験は、試験温度を650℃、初期負荷応力を100MPaとし、クリープ破断時間(Tr)が1000h以上のものを「◎」、600h以上1000h未満のものを「○」、600h未満のものを「×」と評価した。◎及び○が合格、×が不合格である。
表4に、溶接に用いたワイヤとフラックスの組み合わせを示すと共に、溶接作業性、耐高温割れ性、靭性、クリープ性能の評価結果を示す。なお、表4中、「−」は、関係式に関する元素が検出限界未満であったため算出できなかったことを示す。
ここで、溶接作業性、耐高温割れ性の評価結果が「○」であり、靭性、クリープ性能の評価結果が「◎」であるものを総合評価「◎」と評価した。
溶接作業性、耐高温割れ性の評価結果が「○」であり、靭性又はクリープ性能の評価結果が「○」であるものを総合評価「○」と評価した。
溶接作業性、耐高温割れ性、靭性、クリープ性能の評価結果のうちで少なくとも1つ「×」があるものを総合評価「×」と評価した。
なお、今回の検討中に、ワイヤ及びフラックス中のMnとNiに関する知見(すなわち、所定の関係式)が見出されたので、当該知見についても併せて示した。
Figure 0006760758
表4のNo.1〜14に係る溶接試験体は、本発明の要件を満たしていたので、溶接作業性、耐高温割れ性、靭性、クリープ性能の評価結果が優れていた(実施例)。
特に、No.1〜4、6〜8、10に係る溶接試験体は、ワイヤ成分及びフラックス成分が好適であり、ワイヤの成分のMn量(%(質量%の意味である。以下同じ。))、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]W、[Ni]Wとし、フラックスの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]F、[Ni]Fとした場合に、以下の関係式(1)〜(3)を満たしていた。これらの溶接試験体は、特に、関係式(1)を満たしており、また、ワイヤの成分にCoを含有していた。

0.55%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F≦1.00% …(1)

[Ni]W+[Ni]F≦0.50% …(2)

0.60%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F≦1.15% …(3)
そのため、No.1〜4、6〜8、10に係る溶接試験体は、溶接作業性、耐高温割れ性の評価結果が「○」、靭性、クリープ性能の評価結果が「◎」であり、総合評価が「◎」となった。つまり、これらはより良好な態様であることが分かった。
その一方で、No.15〜43に係る溶接試験体は、本発明の要件を満たしていなかったので、溶接作業性、耐高温割れ性、靭性、クリープ性能のうちのいずれかの評価結果が劣っていた(比較例)。これらは総合評価が「×」であった。
具体的には、No.15に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号14に係るワイヤを使用している。No.15に係る溶接試験体は、ワイヤのC量が多過ぎたので、耐高温割れ性、靭性が劣っていた。
No.16に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号15に係るワイヤを使用している。No.16に係る溶接試験体は、ワイヤのSi量が少な過ぎたので、溶接作業性、靭性、クリープ性能が劣っていた。
No.17に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号16に係るワイヤを使用している。No.17に係る溶接試験体は、ワイヤのSi量が多過ぎたので、靭性が劣っていた。
No.18に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号17に係るワイヤを使用している。No.18に係る溶接試験体は、ワイヤのMn量が少な過ぎたので、靭性が劣っていた。
No.19に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号18に係るワイヤを使用している。No.19に係る溶接試験体は、ワイヤのMn量が多過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。なお、ワイヤ番号18に係るワイヤは、ワイヤの含有するMn量とNi量の合計量(Mn+Ni量)が請求項1を満たすものの、請求項2は満たさない例である。
No.20に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号19に係るワイヤを使用している。No.20に係る溶接試験体は、ワイヤのNi量が多過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。なお、ワイヤ番号19に係るワイヤは、Mn+Ni量が請求項1を満たすものの、請求項2は満たさない例である。
No.21に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号20に係るワイヤを使用している。No.21に係る溶接試験体は、ワイヤの含有するMn量とNi量の合計量(Mn+Ni量)が少な過ぎたので、靭性が劣っていた。
No.22に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号21に係るワイヤを使用している。No.22に係る溶接試験体は、ワイヤのMn+Ni量が多過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。なお、ワイヤ番号21に係るワイヤは、Mn量及びNi量がそれぞれ請求項1を満たすものの、請求項2は満たさない例である。
No.23に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号22に係るワイヤを使用している。No.23に係る溶接試験体は、ワイヤのS量が多過ぎると共に、ワイヤの含有するMn量とS量の比率(Mn/S)が低過ぎたので、耐高温割れ性、靭性が劣っていた。
No.24に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号23に係るワイヤを使用している。No.24に係る溶接試験体は、ワイヤのMn/Sが低過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。
No.25に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号24に係るワイヤを使用している。No.25に係る溶接試験体は、ワイヤのP量が多過ぎたので、耐高温割れ性、靭性が劣っていた。
No.26に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号25に係るワイヤを使用している。No.26に係る溶接試験体は、ワイヤのCu量が多過ぎたので、靭性が劣っていた。
No.27に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号26に係るワイヤを使用している。No.27に係る溶接試験体は、ワイヤのCr量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.28に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号27に係るワイヤを使用している。No.28に係る溶接試験体は、ワイヤのCr量が多過ぎたので、耐高温割れ性、靭性、クリープ性能が劣っていた。また、No.28に係る溶接試験体は、焼付きが多く、スラグ剥離性が劣化した。そのため、No.28に係る溶接試験体は、溶接作業性が劣っていた。
No.29に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号28に係るワイヤを使用している。No.29に係る溶接試験体は、ワイヤのMo量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.30に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号29に係るワイヤを使用している。No.30に係る溶接試験体は、ワイヤのMo量が多過ぎたので、靭性が劣っていた。
No.31に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号30に係るワイヤを使用している。No.31に係る溶接試験体は、ワイヤのV量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.32に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号31に係るワイヤを使用している。No.32に係る溶接試験体は、ワイヤのV量が多過ぎたので、靭性が劣っていた。
No.33に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号32に係るワイヤを使用している。No.33に係る溶接試験体は、ワイヤのAl量が多過ぎたので、溶接作業性、靭性、クリープ性能が劣っていた。なお、ワイヤ番号32に係るワイヤは、Mn+Ni量が請求項1を満たすものの、請求項2は満たさない例である。
No.34に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号33に係るワイヤを使用している。No.34に係る溶接試験体は、ワイヤのB量が多過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。
No.35に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号34に係るワイヤを使用している。No.35に係る溶接試験体は、ワイヤのNb量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.36に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号35に係るワイヤを使用している。No.36に係る溶接試験体は、ワイヤのNb量が多過ぎたので、靭性が劣っていた。また、No.36に係る溶接試験体は、焼付きが多く、スラグ剥離性が劣化した。そのため、No.36に係る溶接試験体は、溶接作業性が劣っていた。
No.37に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号36に係るワイヤを使用している。No.37に係る溶接試験体は、ワイヤのN量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.38に係る溶接試験体は、表1のワイヤ番号37に係るワイヤを使用している。No.38に係る溶接試験体は、ワイヤのO量が多過ぎたので、靭性が劣っていた。
No.39に係る溶接試験体は、表2のフラックス番号6に係るフラックスを使用している。No.39に係る溶接試験体は、フラックスのMn量が多過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.40に係る溶接試験体は、表2のフラックス番号7に係るフラックスを使用している。No.40に係る溶接試験体は、フラックスのNi量が多過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.41に係る溶接試験体は、表2のフラックス番号8に係るフラックスを使用している。No.41に係る溶接試験体は、フラックスのS量が多過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。
No.42に係る溶接試験体は、表2のフラックス番号9に係るフラックスを使用している。No.42に係る溶接試験体は、フラックスのCa、Si、Alの合計量が少な過ぎたので、ポックマークが多く、溶接作業性が劣っていた。
No.43に係る溶接試験体は、表2のフラックス番号10に係るフラックスを使用している。No.43に係る溶接試験体は、フラックスのCa、Si、Alの合計量が多過ぎたので、焼付きが多く、スラグ剥離性が劣化した。そのため、No.43に係る溶接試験体は、溶接作業性が劣っていた。
〔第2実施例〕
表5に示した化学成分を有するワイヤと、表6に示した化学成分を有するフラックスとを製造した。
溶接ワイヤは、高周波溶解炉にて溶解後に、押出し、焼鈍、伸線を実施し、3.2mmφとした。ワイヤ番号38〜52は、実施例であり、ワイヤ番号53〜66は、比較例である。
フラックスは、所定原料(フッ化物、金属炭酸塩を含む鉱石粉、溶融フラックス)を混合し、攪拌した後、水ガラスを用いて造粒し、500℃で約1時間焼結した。フラックス番号11〜13は、実施例である。
Figure 0006760758
Figure 0006760758
表5に示した番号38〜66に係るワイヤと、表6に示した番号11〜13に係るフラックスと、を表8に示すようにして組み合わせ、溶接した。表7に、サブマージアーク溶接の溶接条件を示す。溶接電源は、〔第1実施例〕と同様のものを用いた。また、溶接試験を実施した試験板の開先形状も〔第1実施例〕で述べたのと同様とした(図1参照)。溶接は、初層から1層2パスで積層し、溶接作業性の確認試験として、最終層におけるビード外観、スラグ剥離性を評価した。
Figure 0006760758
溶接試験体を作製後、各溶接試験体につき、750℃×8hrのPWHTを施した群と、750℃×32hrのPWHTを施した群と、を用意した。そして、溶接試験体の溶着金属部の衝撃性能は、750℃×8hrのPWHTを施した群を用いて評価した。また、溶接試験体のクリープ性能は、750℃×32hrのPWHTを施した群を用いて評価した。なお、試験片の採取部は、デポ中央(溶着金属中央)及び板厚中央部とした。
溶接作業性及び耐高温割れ性の評価を〔第1実施例〕と同様にして行った。
靭性及びクリープ性能については、以下のようにして評価した。
(靭性)
全溶着金属の靭性を評価するためJIS Z 2242:2005に準じてシャルピー衝撃試験を行った。
全溶着金属の靭性の評価には、溶着金属の板厚中央部から溶接線と法線方向(継手方向)にAWS B4.0に準拠した10mm角の2mm−Vノッチ(サイドノッチ)のシャルピー衝撃試験片を供した。また、試験温度は0℃、試験数は3としてその平均値を求めた。なお、〔第1実施例〕と同様にして、シャルピー衝撃試験片及びクリープ試験片を採取した(図3参照)。
全溶着金属の靭性は、0℃におけるシャルピー衝撃試験における吸収エネルギー(vE+0℃)の3点平均が、50J以上のものを「◎」、38J以上50J未満のものを「○」、38J未満のものを「×」と評価した。◎及び○が合格、×が不合格である。
(クリープ性能)
全溶着金属のクリープ性能を評価するためJIS Z 2271:2010に準じてクリープ試験を行った。
全溶着金属のクリープ性能の評価には、溶着金属の板厚中央部から溶接線方向にクリープ試験片(試験片直径:φ6.0mm、平行部長さ:30.0mm)を供した。クリープ試験片の形状は、〔第1実施例〕と同様とした(図4A及び図4B参照)。
クリープ試験は、試験温度を575℃、初期負荷応力を170MPaとし、クリープ破断時間(Tr)が500h以上のものを「◎」、200h以上500h未満のものを「○」、200h未満のものを「×」と評価した。◎及び○が合格、×が不合格である。
表8に、溶接に用いたワイヤとフラックスの組み合わせを示すと共に、溶接作業性、耐高温割れ性、靭性、クリープ性能の評価結果を示す。
ここで、溶接作業性、耐高温割れ性の評価結果が「○」であり、靭性、クリープ性能の評価結果が「◎」であるものを総合評価「◎」と評価した。
溶接作業性、耐高温割れ性の評価結果が「○」であり、靭性又はクリープ性能の評価結果が「○」であるものを総合評価「○」と評価した。
溶接作業性、耐高温割れ性、靭性、クリープ性能の評価結果のうちで少なくとも1つ「×」があるものを総合評価「×」と評価した。
Figure 0006760758
表8のNo.44〜58に係る溶接試験体は、本発明の要件を満たしていたので、溶接作業性、耐高温割れ性、靭性が優れていると共に、長時間のPWHTを施した後のクリープ性能の評価結果が優れていた(実施例)。特に、No.44、45、47〜49、51、52、54、55、57、58に係る溶接試験体は、長時間のPWHTを施した後のクリープ性能の評価結果が優れていた。
その一方で、No.59〜72に係る溶接試験体は、本発明の要件を満たしていなかったので、溶接作業性、耐高温割れ性、靭性、クリープ性能のうちのいずれかの評価結果が劣っていた(比較例)。これらは総合評価が「×」であった。
具体的には、No.59に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号53に係るワイヤを使用している。No.59に係る溶接試験体は、ワイヤのC量が多過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。また、No.59に係る溶接試験体は、ワイヤの含有するC量とN量の合計量(C+N量)が多過ぎたので、これによっても耐高温割れ性が劣っていた。
No.60に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号54に係るワイヤを使用している。No.60に係る溶接試験体は、ワイヤのC量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.61に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号55に係るワイヤを使用している。No.61に係る溶接試験体は、ワイヤのMn量が多過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。また、No.61に係る溶接試験体は、関係式(8)を満たさなかったので、これによってもクリープ性能が劣ることになった。
No.62に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号56に係るワイヤを使用している。No.62に係る溶接試験体は、ワイヤのMn量が少な過ぎると共に、ワイヤの含有するMn量とNi量の合計量(Mn+Ni量)が少な過ぎたので、靭性が劣っていた。また、No.62に係る溶接試験体は、クリープ性能も劣っていた。
No.63に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号57に係るワイヤを使用している。No.63に係る溶接試験体は、ワイヤのNb量が多過ぎたので、靭性が劣っていた。また、No.63に係る溶接試験体は、焼付きが多く、スラグ剥離性が劣化した。そのため、No.63に係る溶接試験体は、溶接作業性が劣っていた。
No.64に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号58に係るワイヤを使用している。No.64に係る溶接試験体は、ワイヤのNb量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。また、No.64に係る溶接試験体は、関係式(8)を満たさなかったので、これによってもクリープ性能が劣ることになった。
No.65に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号59に係るワイヤを使用している。No.65に係る溶接試験体は、ワイヤのN量が多過ぎたので、靭性が劣っていた。また、No.65に係る溶接試験体は、溶接作業性も劣っていた。
No.66に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号60に係るワイヤを使用している。No.66に係る溶接試験体は、ワイヤのN量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。
No.67に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号61に係るワイヤを使用している。No.67に係る溶接試験体は、フラックスのNi量が多過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。
No.68に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号62に係るワイヤを使用している。No.68に係る溶接試験体は、ワイヤのMn+Ni量が多過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。また、No.68に係る溶接試験体は、関係式(8)を満たさなかったので、これによってもクリープ性能が劣ることになった。
No.69に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号63に係るワイヤを使用している。No.69に係る溶接試験体は、ワイヤのMn+Ni量が少な過ぎたので、靭性が劣っていた。
No.70に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号64に係るワイヤを使用している。No.70に係る溶接試験体は、ワイヤの含有するC量とN量の合計量(C+N量)が多過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。
No.71に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号65に係るワイヤを使用している。No.71に係る溶接試験体は、ワイヤの含有するC+N量が少な過ぎたので、クリープ性能が劣っていた。また、No.71に係る溶接試験体は、関係式(8)を満たさなかったので、これによってもクリープ性能が劣ることになった。
No.72に係る溶接試験体は、表5のワイヤ番号66に係るワイヤを使用している。No.72に係る溶接試験体は、ワイヤのMn/Sが低過ぎたので、耐高温割れ性が劣っていた。
〔第3実施例;不純物成分の影響〕
表1のワイヤ番号1と、表2のフラックス番号3の成分をベースとして、不純物量を変化させたワイヤ及びフラックスを作製した。表9に示すワイヤ番号1−2とワイヤ番号1−3、及び、表10に示すフラックス番号3−2とフラックス番号3−3は、意図的に不純物を増加させた成分系である。なお、表9に示すワイヤ番号1−1は、ワイヤ番号1の不純物成分を示しており、表10に示すフラックス番号3−1は、フラックス番号1の不純物成分を示している。表9に示すX及び表6に示すYはそれぞれ後記する関係式(5)、(6)により算出した値である。
表9に示した番号1−1〜1−3に係るワイヤと、表10に示した番号3−1〜3−3に係るフラックスとを表11に示すようにして組み合わせて溶接し、PWHTを施して表11のNo.73〜75に係る溶接試験体を得た。なお、溶接及びPWHTは〔第1実施例〕で述べたのと同様にして行った。
Figure 0006760758
Figure 0006760758
そして、〔第1実施例〕で述べたのと同様の方法により、靭性の評価を行った。その結果を表11に示す。
Figure 0006760758
表11に示すように、No.73に係る溶接試験体は、ワイヤの成分のPb量(ppm)、Bi量(ppm)をそれぞれ[Pb]W、[Bi]Wとし、フラックスの成分のPb量(ppm)、Bi量(ppm)をそれぞれ[Pb]F、[Bi]Fとした場合に、以下の関係式(4)を満たしていた。

[Pb]W+[Bi]W+0.2×[Pb]F+0.2×[Bi]F≦2.0ppm …(4)
また、No.73に係る溶接試験体は、ワイヤの成分のP量(ppm)、Sn量(ppm)、As量(ppm)、Sb量(ppm)をそれぞれ[P]W、[Sn]W、[As]W、[Sb]Wとし、フラックスの成分のP量(ppm)、Sn量(ppm)、As量(ppm)、Sb量(ppm)をそれぞれ[P]F、[Sn]F、[As]F、[Sb]Fとした場合に、以下の関係式(5)〜(7)を満たしていた。そのため、No.7に係る溶接試験体は、靭性が優れていた。

X=10×[P]W+4×[Sn]W+[As]W+5×[Sb]W …(5)

Y=10×[P]F+4×[Sn]F+[As]F+5×[Sb]F …(6)

X+0.2×Y≦1500ppm …(7)
一方、No.74に係る溶接試験体は、前記した関係式(4)を満たしていなかった。そのため、No.74に係る溶接試験体は、靭性が劣っていた。
また、No.75に係る溶接試験体は、前記した関係式(7)を満たしていなかった。そのため、No.75に係る溶接試験体は、靭性が劣っていた。

Claims (9)

  1. フラックスと組み合わせて使用するサブマージアーク溶接用ワイヤであって、
    前記ワイヤが、前記ワイヤ全質量あたり、質量%で、
    C:0.03〜0.13%、
    Si:0.05〜0.50%、
    Mn:0.20〜1.40%、
    Cr:8.00〜10.50%、
    Mo:0.85〜1.20%、
    V:0.15〜0.30%、
    Nb:0.02〜0.09%、
    N:0.03〜0.09%含有し、且つ、
    Ni:0.25%以下、
    P:0.010%以下、
    S:0.010%以下、
    Cu:0.30%以下、
    Al:0.04%以下、
    B:0.0015%以下、
    O:0.030%以下であり、
    含有するMn量とNi量の合計量:0.50〜1.75%、
    含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、
    残部がFe及び不可避不純物からなることを特徴とするサブマージアーク溶接用ワイヤ。
  2. フラックスと組み合わせて使用するサブマージアーク溶接用ワイヤであって、
    前記ワイヤが、前記ワイヤ全質量あたり、質量%で、
    C:0.07〜0.13%、
    Si:0.05〜0.50%、
    Mn:0.20〜1.00%、
    Cr:8.00〜10.50%、
    Mo:0.85〜1.20%、
    V:0.15〜0.30%、
    Nb:0.02〜0.08%、
    Co:0.05〜0.80%、
    N:0.03〜0.07%含有し、且つ、
    Ni:0.50%以下、
    P:0.010%以下、
    S:0.002〜0.010%、
    Cu:0.30%以下、
    Al:0.04%以下、
    B:0.0015%以下、
    O:0.030%以下であり、
    含有するMn量とNi量の合計量:0.50〜1.15%、
    含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、
    残部がFe及び不可避不純物からなることを特徴とするサブマージアーク溶接用ワイヤ。
  3. 前記フラックスが、前記フラックス全質量あたり、質量%で、
    金属フッ化物(Fに換算した値):1.5〜11%、
    金属炭酸塩(CO2に換算した値):3〜15%、
    MgO、Al23、ZrO2、TiO2のうちの1種又は2種以上の合計:10〜60%、
    SiO2:5〜20%、
    Mn:2.5%以下、
    Ni:0.10%以下、
    S:0.010%以下、
    Ca、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計:0.5〜2.5%を含有し、
    前記ワイヤの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]W、[Ni]Wとし、前記フラックスの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]F、[Ni]Fとした場合に、
    0.55%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F≦1.00%、
    [Ni]W+[Ni]F≦0.50%、
    0.60%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F≦1.15%
    であることを特徴とする請求項2に記載のサブマージアーク溶接用ワイヤ。
  4. 前記ワイヤ及び前記フラックスがPb及びBiのうちの少なくとも1種を含んでおり、
    前記ワイヤの成分のPb量(ppm)、Bi量(ppm)をそれぞれ[Pb]W、[Bi]Wとし、前記フラックスの成分のPb量(ppm)、Bi量(ppm)をそれぞれ[Pb]F、[Bi]Fとした場合に、
    [Pb]W+[Bi]W+0.2×[Pb]F+0.2×[Bi]F≦2.0ppm
    であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のサブマージアーク溶接用ワイヤ。
  5. 前記ワイヤ及び前記フラックスがP、Sn、As及びSbのうちの少なくとも1種を含んでおり、
    前記ワイヤの成分のP量(ppm)、Sn量(ppm)、As量(ppm)、Sb量(ppm)をそれぞれ[P]W、[Sn]W、[As]W、[Sb]Wとし、前記フラックスの成分のP量(ppm)、Sn量(ppm)、As量(ppm)、Sb量(ppm)をそれぞれ[P]F、[Sn]F、[As]F、[Sb]Fとした場合に、
    X=10×[P]W+4×[Sn]W+[As]W+5×[Sb]W
    Y=10×[P]F+4×[Sn]F+[As]F+5×[Sb]F、
    X+0.2×Y≦1500ppm
    であることを特徴とする請求項2から請求項4のうちのいずれか1項に記載のサブマージアーク溶接用ワイヤ。
  6. フラックスと組み合わせて使用するサブマージアーク溶接用ワイヤであって、
    前記ワイヤが、前記ワイヤ全質量あたり、質量%で、
    C:0.03〜0.08%含有し、
    Si:0.05〜0.50%、
    Mn:0.20〜1.40%、
    Cr:8.00〜10.50%、
    Mo:0.85〜1.20%、
    V:0.15〜0.30%、
    Nb:0.02〜0.09%、
    N:0.03〜0.09%含有し、且つ、
    Ni:0.59%以下、
    P:0.010%以下、
    S:0.010%以下、
    Cu:0.30%以下、
    Al:0.04%以下、
    B:0.0015%以下、
    O:0.030%以下であり、
    含有するMn量とNi量の合計量:0.60〜1.75%、
    含有するMn量とS量の比率Mn/S:87以上、
    含有するC量とN量の合計量:0.09〜0.15%、
    残部がFe及び不可避不純物からなることを特徴とするサブマージアーク溶接用ワイヤ。
  7. 前記ワイヤの成分のV量(%)、Nb量(%)、C量(%)、N量(%)、Ni量(%)、Mn量(%)、Al量(%)をそれぞれ[V]W、[Nb]W、[C]W、[N]W、[Ni]W、[Mn]W、[Al]Wとした場合に、
    ([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+[Ni]W)×100≧5%
    であることを特徴とする請求項6に記載のサブマージアーク溶接用ワイヤ。
  8. 前記フラックスが、前記フラックス全質量あたり、質量%で、
    金属フッ化物(Fに換算した値):1.5〜11%、
    金属炭酸塩(CO2に換算した値):3〜15%、
    MgO、Al23、ZrO2、TiO2のうちの1種又は2種以上の合計:10〜60%、
    SiO2:5〜20%、
    Mn:2.5%以下、
    Ni:0.10%以下、
    S:0.010%以下、
    Ca、Si、Alのうちの1種又は2種以上の合計:0.5〜2.5%を含有し、
    前記ワイヤの成分のV量(%)、Nb量(%)、C量(%)、N量(%)、Ni量(%)、Mn量(%)、Al量(%)をそれぞれ[V]W、[Nb]W、[C]W、[N]W、[Ni]W、[Mn]W、[Al]Wとし、前記フラックスの成分のMn量(%)、Ni量(%)をそれぞれ[Mn]F、[Ni]Fとした場合に、
    0.55%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F≦1.00%、
    [Ni]W+[Ni]F≦0.70%、
    0.60%≦[Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F≦1.45%、
    ([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F)×100≧5%
    であることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のサブマージアーク溶接用ワイヤ。
  9. 前記ワイヤが、さらにCo:0.05〜0.80%を含有し、
    前記ワイヤの成分のCo量(%)を[Co]Wとした場合に、
    ([C]W+1.5×[N]W)×([V]W+10×[Nb]W−[Al]W)/([Mn]W+0.1×[Mn]F+[Ni]W+[Ni]F+[Co]W)×100≧5%
    であることを特徴とする請求項8に記載のサブマージアーク溶接用ワイヤ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109440011A (zh) * 2018-12-27 2019-03-08 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司 一种真空感应炉冶炼低合金含氮焊丝钢及其冶炼方法
JP2023038836A (ja) * 2021-09-07 2023-03-17 株式会社神戸製鋼所 サブマージアーク溶接用ボンドフラックス及び溶接金属
CN114473285A (zh) * 2021-12-29 2022-05-13 中国电建集团上海能源装备有限公司 一种用于核电安全壳钢焊接的埋弧焊丝及其制备方法
CN114875332A (zh) * 2022-05-30 2022-08-09 湖南华菱湘潭钢铁有限公司 一种免退火处理的80公斤以上级高强合金焊丝用盘条的生产方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60174295A (ja) * 1984-02-20 1985-09-07 Sumitomo Metal Ind Ltd サブマ−ジア−ク溶接ワイヤおよび溶接方法
JP2529843B2 (ja) 1987-03-09 1996-09-04 新日本製鐵株式会社 9Cr−1Mo鋼のサブマ−ジア−ク溶接方法
JPH0825055B2 (ja) * 1989-04-18 1996-03-13 住友金属工業株式会社 高Crフェライト鋼用溶接材料
JPH04253595A (ja) * 1991-02-04 1992-09-09 Nippon Steel Corp Cr−Mo系低合金鋼のサブマージアーク溶接方法
JP3283763B2 (ja) * 1995-11-08 2002-05-20 株式会社神戸製鋼所 高強度Cr−Mo鋼の溶接金属及びサブマージアーク溶接方法
JPH09277084A (ja) 1996-04-12 1997-10-28 Nippon Steel Corp 高Crフェライト系耐熱鋼用潜弧溶接方法
JPH11291086A (ja) * 1998-04-15 1999-10-26 Nippon Steel Corp 高Crフェライト系耐熱鋼用潜弧溶接方法
JP4476018B2 (ja) * 2004-05-18 2010-06-09 株式会社神戸製鋼所 改良9Cr−1Mo鋼用溶接ワイヤ
CN102233492B (zh) * 2010-04-27 2013-07-31 昆山京群焊材科技有限公司 耐热钢埋弧焊丝
JP6097087B2 (ja) * 2013-02-04 2017-03-15 株式会社神戸製鋼所 高強度2.25Cr−1Mo−V鋼用サブマージアーク溶接ワイヤおよび溶接金属の製造方法

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