JP7393625B2 - Austenitic stainless steel welded fittings - Google Patents
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Description
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手に関する。 The present invention relates to austenitic stainless steel welded joints.
オーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性、高温強度、靭性、および強度等に優れる。そして、オーステナイト系ステンレス鋼においては、上記特性を高めるために、多種類の合金元素が添加される場合がある。 Austenitic stainless steel has excellent corrosion resistance, high temperature strength, toughness, strength, etc. In austenitic stainless steel, various types of alloying elements may be added in order to enhance the above-mentioned properties.
例えば、特許文献１には、Ｃｕ、Ｎｂ、およびＮを含有し、高温強度と延性とに優れたオーステナイト系ステンレス鋼が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an austenitic stainless steel that contains Cu, Nb, and N and has excellent high-temperature strength and ductility.
しかしながら、上述のような合金元素が添加されたオーステナイト系ステンレス鋼を溶接する場合、使用環境において高温保持されると、熱影響部で割れが生じやすくなるという課題がある。このような割れは、応力緩和割れと呼ばれる割れである。また、応力緩和割れは、溶接時に溶融金属が凝固収縮すること等で生じる溶接残留応力に起因するとされる。 However, when welding austenitic stainless steel to which alloying elements such as those described above are added, there is a problem that cracks are likely to occur in the heat-affected zone if the austenitic stainless steel is kept at a high temperature in the usage environment. Such cracks are called stress relaxation cracks. Furthermore, stress relaxation cracking is said to be caused by welding residual stress caused by solidification and shrinkage of molten metal during welding.
溶接残留応力を除去するために、溶接後、熱処理を行うことが有効である。その一方、オーステナイト系ステンレス鋼においては、通常、溶接後の熱処理を行わないことが多い。これは、熱処理を行った場合、耐食性の低下を招く鋭敏化、またはσ相が析出することによる脆化が生じ、材料特性を損なうからである。 In order to remove welding residual stress, it is effective to perform heat treatment after welding. On the other hand, austenitic stainless steels are usually not heat treated after welding. This is because when heat treatment is performed, sensitization that leads to a decrease in corrosion resistance or embrittlement due to the precipitation of the σ phase occurs, impairing the material properties.
以上を踏まえ、本発明は、溶接後に熱処理しないことを前提とし、応力緩和割れを抑制し得る、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手を提供することを目的とする。 Based on the above, an object of the present invention is to provide an austenitic stainless steel welded joint that can suppress stress relaxation cracking, provided that no heat treatment is performed after welding.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and its gist is the following austenitic stainless steel welded joint.
（１）一方向に延びる裏波ビードが形成された溶接継手であって、
前記溶接継手は母材と溶接金属とを有し、
前記母材はオーステナイト系ステンレス鋼からなり、熱影響部を含み、
前記母材の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．０３～０．１０％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：１８．０～２２．０％、
Ｃｒ：２２．０～２８．０％、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２０～０．７０％、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｎ：０．１０～０．４０％、
Ａｌ：０．００３～０．０５０％、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
前記一方向に垂直な断面において、前記裏波ビードの止端部における接線と、前記母材表面の延長線とがなす角のうち、前記母材側の角度を裏波開き角度とした場合に、
前記裏波開き角度と前記熱影響部の平均粒度番号との関係が、下記（ｉ）式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。
Ｄ×Ｇ≧６００ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各記号は以下により定義される。
Ｄ：裏波開き角度（°）
Ｇ：熱影響部の平均粒度番号
(1) A welded joint in which a uranami bead extending in one direction is formed,
The welded joint has a base metal and a weld metal,
The base material is made of austenitic stainless steel and includes a heat affected zone,
The chemical composition of the base material is in mass%,
C: 0.03 to 0.10%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.030% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 18.0-22.0%,
Cr: 22.0-28.0%,
Mo: 0.50% or less,
Nb: 0.20-0.70%,
B: 0.0002 to 0.0050%,
N: 0.10-0.40%,
Al: 0.003-0.050%,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0 to 0.020%,
REM: 0-0.06%,
The remainder: Fe and impurities,
In a cross section perpendicular to the one direction, among the angles formed by the tangent at the toe of the uranami bead and the extension line of the surface of the base material, the angle on the base material side is taken as the uranami opening angle. ,
An austenitic stainless steel welded joint, wherein the relationship between the Uranami opening angle and the average grain size number of the heat affected zone satisfies the following formula (i).
D×G≧600...(i)
However, each symbol in the above formula (i) is defined as follows.
D: Uranami opening angle (°)
G: Average particle size number of heat affected zone
（２）前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．０００５～０．０２０％、
Ｍｇ：０．０００５％～０．０２０％、および
ＲＥＭ：０．０００３％～０．０６％、
から選択される一種以上を含有する、上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。
(2) The chemical composition of the base material is in mass%,
Ca: 0.0005-0.020%,
Mg: 0.0005% to 0.020%, and REM: 0.0003% to 0.06%,
The austenitic stainless steel welded joint according to (1) above, containing one or more selected from the following.
（３）前記溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３～０．１０％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：１８．０～２５．０％、
Ｃｒ：２２．０～３０．０％、
Ｍｏ：０．５０～１．５０％、
Ｎｂ：０．２０～０．７０％、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｎ：０．１０～０．４０％、
Ｃｕ：１．０～４．０％、
Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物である、上記（１）または（２）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。
(3) The chemical composition of the weld metal is in mass %,
C: 0.03 to 0.10%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 18.0-25.0%,
Cr: 22.0-30.0%,
Mo: 0.50-1.50%,
Nb: 0.20-0.70%,
B: 0.0050% or less,
N: 0.10-0.40%,
Cu: 1.0 to 4.0%,
Al: 0.050% or less,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0 to 0.020%,
REM: 0-0.06%,
The austenitic stainless steel welded joint according to (1) or (2) above, wherein the remainder is Fe and impurities.
本発明によれば、応力緩和割れを抑制しうる、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an austenitic stainless steel welded joint that can suppress stress relaxation cracking.
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be explained in detail.
１．溶接継手
本発明に係る溶接継手は、一方向に延びる裏波ビードが形成された溶接継手である。溶接継手は、母材と溶接金属とを有する。また、母材はオーステナイト系ステンレス鋼からなり、熱影響部を含む。
1. Welded Joint The welded joint according to the present invention is a welded joint in which a uranami bead extending in one direction is formed. A welded joint has a base metal and a weld metal. Further, the base material is made of austenitic stainless steel and includes a heat affected zone.
１－１．母材の化学組成
溶接継手母材の各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
1-1. Chemical composition of base metal The reasons for limiting each element of the welded joint base material are as follows. In addition, in the following description, "%" regarding content means "mass %".
Ｃ：０．０３～０．１０％
Ｃは、オーステナイト相を安定にする効果を有する。また、Ｎとともに微細な粒内炭窒化物を形成し、高温強度の向上に寄与する。このため、Ｃ含有量は、０．０３％以上とする。Ｃ含有量は、０．０４％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。
C: 0.03-0.10%
C has the effect of stabilizing the austenite phase. In addition, it forms fine intragranular carbonitrides together with N, contributing to improving high-temperature strength. Therefore, the C content is set to 0.03% or more. The C content is preferably 0.04% or more, more preferably 0.05% or more.
しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、特に０．１０％を超えると、高温での使用中に多量の微細炭窒化物が粒内に析出する。この結果、粒界面へ応力集中を生じさせ、割れを引き起こしやすくする。加えて、粒界近傍にＣｒ欠乏層を生じさせ、耐食性の低下を招く場合がある。このため、Ｃ含有量は０．１０％以下とする。Ｃ含有量は、０．０９％以下とするのが好ましく、０．０８％以下とするのがより好ましい。 However, if C is contained excessively, particularly if it exceeds 0.10%, a large amount of fine carbonitrides will precipitate within the grains during use at high temperatures. As a result, stress concentration occurs at the grain boundaries, making it easier to cause cracks. In addition, a Cr-depleted layer may be formed near grain boundaries, leading to a decrease in corrosion resistance. Therefore, the C content is set to 0.10% or less. The C content is preferably 0.09% or less, more preferably 0.08% or less.
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、脱酸作用を有し、鋼の清浄性を向上させる効果を有する。また、Ｓｉは、高温での耐食性、および耐酸化性の向上に有効である。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．０％を超えると、オーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度および靱性の低下を招く。このため、Ｓｉ含有量は１．０％以下とする。Ｓｉ含有量は、０．８％以下とするのが好ましく、０．６％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｉ含有量は０．０３％以上とするのが好ましい。
Si: 1.0% or less Si has a deoxidizing effect and has the effect of improving the cleanliness of steel. Further, Si is effective in improving corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures. However, when the Si content exceeds 1.0%, the stability of the austenite phase is reduced, leading to a decrease in creep strength and toughness. Therefore, the Si content is set to 1.0% or less. The Si content is preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Si content is preferably 0.03% or more.
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、脱酸作用を有し、鋼の清浄性を向上させる効果を有する。また、Ｍｎは、オーステナイト相の安定化にも寄与する。さらに、溶接時にＳを固定化して、応力緩和割れを抑制する効果も有する。しかしながら、Ｍｎ含有量が２．０％を超えると、脆化を招き、クリープ延性および靱性の低下を招く。このため、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする。Ｍｎ含有量は１．５％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｍｎ含有量は０．０５％以上とするのが好ましい。
Mn: 2.0% or less Like Si, Mn has a deoxidizing effect and has the effect of improving the cleanliness of steel. Moreover, Mn also contributes to stabilizing the austenite phase. Furthermore, it also has the effect of suppressing stress relaxation cracking by fixing S during welding. However, when the Mn content exceeds 2.0%, embrittlement occurs, leading to a decrease in creep ductility and toughness. Therefore, the Mn content is set to 2.0% or less. The Mn content is preferably 1.5% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Mn content is preferably 0.05% or more.
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは不純物として、鋼中に含有され、熱間加工性および靭性を低下させる。また、溶接時に液化割れを引き起こす場合がある。このため、Ｐ含有量は０．０３０％以下とする。Ｐ含有量は極力低減することが好ましいが、極端なＰの低減は、製造コストの増加に繋がる。このため、Ｐ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。
P: 0.030% or less P is contained in steel as an impurity and reduces hot workability and toughness. Additionally, liquefaction cracking may occur during welding. Therefore, the P content is set to 0.030% or less. Although it is preferable to reduce the P content as much as possible, an extreme reduction in P leads to an increase in manufacturing costs. Therefore, the P content is preferably 0.001% or more.
Ｓ：０．００２％以下
Ｓは不純物として、鋼中に含有され、熱間加工性およびクリープ延性を低下させる。また、Ｓは、応力緩和割れを生じやすくする。このため、Ｓ含有量は０．００２％以下とする。Ｓ含有量は極力低減することが好ましいが、極端なＳの低減は、製造コストの増加に繋がる。このため、Ｓ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましい。
S: 0.002% or less S is contained in steel as an impurity and reduces hot workability and creep ductility. Further, S makes stress relaxation cracking more likely to occur. Therefore, the S content is set to 0.002% or less. Although it is preferable to reduce the S content as much as possible, an extreme reduction in S leads to an increase in manufacturing costs. Therefore, the S content is preferably 0.0002% or more.
Ｎｉ：１８．０～２２．０％
Ｎｉはオーステナイトを安定化させ、クリープ強度を高める。このため、Ｎｉ含有量は、１８．０％以上とする。Ｎｉ含有量は、１９．０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎｉを、過剰に含有させると、上記効果が飽和し、製造コストも高くなる。このため、Ｎｉ含有量は２２．０％以下とする。Ｎｉ含有量は、２１．０％以下とするのが好ましい。
Ni: 18.0-22.0%
Ni stabilizes austenite and increases creep strength. Therefore, the Ni content is set to 18.0% or more. The Ni content is preferably 19.0% or more. However, if Ni is contained excessively, the above effects will be saturated and the manufacturing cost will also increase. Therefore, the Ni content is set to 22.0% or less. The Ni content is preferably 21.0% or less.
Ｃｒ：２２．０～２８．０％
Ｃｒは、鋼の耐食性を向上させる効果を有する。このため、Ｃｒ含有量は２２．０％以上とする。Ｃｒ含有量は２３.０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｃｒを、過剰に含有させると、クリープ強度および靭性が低下する。このため、Ｃｒ含有量は２８．０％以下とする。Ｃｒ含有量は２７．０％以下とするのが好ましい。
Cr:22.0~28.0%
Cr has the effect of improving the corrosion resistance of steel. Therefore, the Cr content is set to 22.0% or more. The Cr content is preferably 23.0% or more. However, when Cr is contained excessively, creep strength and toughness decrease. Therefore, the Cr content is set to 28.0% or less. The Cr content is preferably 27.0% or less.
Ｍｏ：０．５０％以下
Ｍｏは、６００～７００℃での使用環境において、粒界に炭化物が生成するのを抑制する効果を有する。さらに、粒界強度を高め、クリープ強度を高める効果も有する。しかしながら、Ｍｏを、過剰に含有させると、オーステナイト相の安定性を低下させる。このため、Ｍｏ含有量は０．５０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｍｏ含有量は０．０５％以上とするのが好ましい。
Mo: 0.50% or less Mo has the effect of suppressing the formation of carbides at grain boundaries in an environment of use at 600 to 700°C. Furthermore, it also has the effect of increasing grain boundary strength and creep strength. However, when Mo is contained excessively, the stability of the austenite phase is reduced. Therefore, the Mo content is set to 0.50% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Mo content is preferably 0.05% or more.
Ｎｂ：０．２０～０．７０％
Ｎｂは、６００～７００℃の高温使用環境下において、Ｃと結合して炭窒化物を形成し、クリープ強度を高める効果を有する。このため、Ｎｂ含有量は０．２０％以上とする。Ｎｂ含有量は０．３０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎｂを、過剰に含有させると、δフェライトが生成する。この結果、鋼のクリープ強度、靭性を低下させる。また溶接性を低下させることで割れを発生させやすくする。このため、Ｎｂ含有量は０．７０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．６０％以下とするのが好ましい。
Nb: 0.20-0.70%
Nb combines with C to form carbonitride in a high-temperature operating environment of 600 to 700° C., which has the effect of increasing creep strength. Therefore, the Nb content is set to 0.20% or more. The Nb content is preferably 0.30% or more. However, when Nb is contained excessively, δ ferrite is generated. As a result, the creep strength and toughness of the steel are reduced. Furthermore, by reducing weldability, cracks are more likely to occur. Therefore, the Nb content is set to 0.70% or less. The Nb content is preferably 0.60% or less.
Ｂ：０．０００２～０．００５０％
Ｂは、６００～７００℃での高温使用環境下において、粒界に偏析し、粒界強度を高める効果を有する。その結果、クリープ延性を高める。このため、Ｂ含有量は０．０００２％以上とする。Ｂ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、高温での熱間加工性が低下する。また、溶接性が低下する。このため、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。Ｂ含有量は０．００４０％以下とするのが好ましい。
B: 0.0002-0.0050%
B segregates at grain boundaries in a high-temperature usage environment of 600 to 700°C, and has the effect of increasing grain boundary strength. As a result, creep ductility is increased. Therefore, the B content is set to 0.0002% or more. The B content is preferably 0.0005% or more. However, when B is contained excessively, hot workability at high temperatures decreases. In addition, weldability deteriorates. Therefore, the B content is set to 0.0050% or less. The B content is preferably 0.0040% or less.
Ｎ：０．１０～０．４０％
Ｎは母相に固溶することでオーステナイトを安定化させる、または粒内に微細な炭窒化物を形成することで、クリープ強度を高める効果を有する。このため、Ｎ含有量は０．１０％以上とする。Ｎ含有量は０．１５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎを、過剰に含有させると、粒界でＣｒ窒化物が形成され、溶接熱影響部での耐食性が低下することから、割れが発生しやすくなる。また、加工性が低下する場合もある。このため、Ｎ含有量は０．４０％以下とする。Ｎ含有量は０．３５％以下とするのが好ましい。
N: 0.10-0.40%
N has the effect of increasing creep strength by stabilizing austenite by solid solution in the matrix or by forming fine carbonitrides within grains. Therefore, the N content is set to 0.10% or more. The N content is preferably 0.15% or more. However, when N is contained excessively, Cr nitrides are formed at grain boundaries, which reduces corrosion resistance in the weld heat affected zone, making cracks more likely to occur. Furthermore, workability may be reduced in some cases. Therefore, the N content is set to 0.40% or less. The N content is preferably 0.35% or less.
Ａｌ：０．００３～０．０５０％
Ａｌは脱酸作用を有し、鋼の清浄性を向上させる効果を有する。このため、Ａｌ含有量は０．００３％以上とする。Ａｌ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、却って鋼の清浄性が低下する。また、鋼の加工性および延性も低下する。このため、Ａｌ含有量は０．０５０％以下とする。Ａｌ含有量は０．０４０％以下とするのが好ましい。
Al: 0.003-0.050%
Al has a deoxidizing effect and has the effect of improving the cleanliness of steel. Therefore, the Al content is set to 0.003% or more. The Al content is preferably 0.005% or more. However, when Al is contained excessively, the cleanliness of the steel deteriorates. It also reduces the workability and ductility of the steel. Therefore, the Al content is set to 0.050% or less. The Al content is preferably 0.040% or less.
Ｏ：０．０２０％以下
Ｏは、不純物として鋼中に含有され、鋼の清浄性、ならびに熱間加工性および靭性といった機械的特性を低下させる。このため、Ｏ含有量は０．０２０％以下とする。Ｏ含有量は極力低減するのが好ましいが、極端なＯの低減は、製造コストの増加に繋がる。このため、Ｏ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。
O: 0.020% or less O is contained in steel as an impurity, and reduces the cleanliness of the steel and mechanical properties such as hot workability and toughness. Therefore, the O content is set to 0.020% or less. Although it is preferable to reduce the O content as much as possible, an extreme reduction in O leads to an increase in manufacturing costs. Therefore, the O content is preferably 0.001% or more.
Ｃａ：０～０．０２０％
Ｃａは、ＯおよびＳを介在物として固定することで、鋼の熱間加工性とクリープ延性とを高める効果を有する。このため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、Ｃａを過剰に含有させると、鋼の熱間加工性およびクリープ延性を低下させる。このため、Ｃａ含有量は０．０２０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましい。
Ca: 0-0.020%
Ca has the effect of improving hot workability and creep ductility of steel by fixing O and S as inclusions. Therefore, it may be included if necessary. However, excessive Ca content reduces the hot workability and creep ductility of steel. Therefore, the Ca content is set to 0.020% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Ca content is preferably 0.0005% or more.
Ｍｇ：０～０．０２０％
Ｍｇは、ＯおよびＳを介在物として固定することで、鋼の熱間加工性とクリープ延性とを高める効果を有する。このため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、Ｍｇを過剰に含有させると、鋼の熱間加工性およびクリープ延性を却って低下させる。このため、Ｍｇ含有量は０．０２０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｍｇ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましい。
Mg: 0-0.020%
Mg has the effect of improving hot workability and creep ductility of steel by fixing O and S as inclusions. Therefore, it may be included if necessary. However, when Mg is contained excessively, the hot workability and creep ductility of the steel are reduced. Therefore, the Mg content is set to 0.020% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Mg content is preferably 0.0005% or more.
ＲＥＭ：０～０．０６％
ＲＥＭは、ＯおよびＳを介在物として固定することで、鋼の熱間加工性とクリープ延性とを高める効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有させると、鋼の熱間加工性およびクリープ延性を低下させる。このため、ＲＥＭ含有量は０．０６％以下とする。一方、上記効果を得るためには、ＲＥＭ含有量は０．０００３％以上とするのが好ましい。
REM: 0-0.06%
REM has the effect of improving hot workability and creep ductility of steel by fixing O and S as inclusions. Therefore, it may be included if necessary. However, excessive REM content reduces the hot workability and creep ductility of the steel. Therefore, the REM content is set to 0.06% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the REM content is preferably 0.0003% or more.
ここで、本発明において、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、上記ＲＥＭ含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。 Here, in the present invention, REM refers to a total of 17 elements including Sc, Y, and lanthanoids, and the above REM content refers to the total content of these elements. REM is added industrially in the form of mischmetal.
本発明の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the present invention, the remainder is Fe and impurities. Here, "impurities" are components that are mixed in during the industrial production of steel due to raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process, and are allowed within the range that does not adversely affect the present invention. means something that
１－２．裏波開き角度および熱影響部の平均粒度番号
本発明に係る溶接継手は、後述する、裏波開き角度と、熱影響部の平均粒度番号との関係を規定する。具体的には、裏波開き角度と熱影響部の平均粒度番号との関係が、下記（ｉ）式を満足する。
Ｄ×Ｇ≧６００ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各記号は以下により定義される。
Ｄ：裏波開き角度（°）
Ｇ：熱影響部の平均粒度番号
1-2. Uranami Opening Angle and Average Grain Size Number of the Heat Affected Zone The welded joint according to the present invention defines the relationship between the Uranami opening angle and the average grain size number of the heat affected zone, which will be described later. Specifically, the relationship between the Uranami opening angle and the average particle size number of the heat affected zone satisfies the following formula (i).
D×G≧600...(i)
However, each symbol in the above formula (i) is defined as follows.
D: Uranami opening angle (°)
G: Average particle size number of heat affected zone
裏波開き角度について、図１および２を用いて説明する。図１は、溶接部の形状を模式的に示した図であり、裏波ビードが延びる方向に垂直な断面図である。なお、図１においては、図面が煩雑になることを避けるため、ハッチングは付していない。また、図２は裏波ビードの形状を説明するための模式図である。図１および２に示すように、裏波開き角度は、裏波ビード３の止端部８における接線４と、母材表面の延長線５とがなす角のうち、母材側の角度６である。ここで、図２に示すように裏波ビード３の止端部８における接線４と、母材表面の延長線５とがなす角は、母材側の角度６と、溶接金属２側の角度７との二つがある。本発明においては、母材側の角度６を裏波開き角度とする。
The Uranami opening angle will be explained using FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram schematically showing the shape of a welded portion, and is a sectional view perpendicular to the direction in which the Uranami bead extends. In addition, in FIG. 1, hatching is not added in order to avoid complicating the drawing. Moreover, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the shape of the Uranami bead. As shown in FIGS. 1 and 2, the opening angle of the uranami is the
裏波ビードの止端部８は、左右両端にあるため、止端部８における接線４は、２本引くことができるが、本発明においては、止端部８における接線４とは、当該接線４により形成される裏波開き角度が小さくなる方の接線のことをいう。
Since the
なお、母材の厚さは３～１５ｍｍの範囲とするのが好ましい。開先形状は、特に限定されないが、裏波ビードを出しやすい開先形状が望ましい。このような開先形状の一例としては、Ｖ形開先、逆台形、Ｕ形などの開先形状が例示される。 Note that the thickness of the base material is preferably in the range of 3 to 15 mm. Although the shape of the groove is not particularly limited, it is desirable to have a groove shape that makes it easy to produce a deep wave bead. Examples of such groove shapes include groove shapes such as a V-shaped groove, an inverted trapezoid, and a U-shape.
熱影響部の平均粒度番号について説明する。熱影響部とは、溶接時の入熱により金属組織が変化する部分のことをいう。熱影響部は、腐食液等によりエッチングを行い、組織観察により確認することができる。そして、組織観察により特定した熱影響部の平均粒度番号を算出する。平均粒度番号は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１：２０１３に準拠し、測定を行い、具体的には、切断法を用いる。 The average particle size number of the heat affected zone will be explained. The heat-affected zone is a part where the metal structure changes due to heat input during welding. The heat-affected zone can be confirmed by etching with a corrosive solution or the like and observing the structure. Then, the average particle size number of the heat-affected zone identified by microstructural observation is calculated. The average particle size number is measured in accordance with JIS G 0551:2013, and specifically, a cutting method is used.
上記（ｉ）式左辺値が６００未満であると、応力緩和割れが発生しやすくなる。このため、上記（ｉ）式左辺値は６００以上とし、６５０以上であるのが好ましい。なお、（ｉ）式左辺値の上限は、限定されないが、通常１０００以下となると考えられる。 If the value on the left side of equation (i) is less than 600, stress relaxation cracking is likely to occur. Therefore, the left-hand side value of the above equation (i) is set to be 600 or more, preferably 650 or more. Note that the upper limit of the left-hand side value of equation (i) is not limited, but is generally considered to be 1000 or less.
２．溶接金属の化学組成
本発明に係る溶接継手において、溶接金属の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．０３～０．１０％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：１８．０～２５．０％、
Ｃｒ：２２．０～３０．０％、
Ｍｏ：０．５０～１．５０％、
Ｎｂ：０．２０～０．７０％、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｎ：０．１０～０．４０％、
Ｃｕ：１．０～４．０％、
Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物であるのが好ましい。
2. Chemical composition of weld metal In the welded joint according to the present invention, the chemical composition of the weld metal is expressed in mass%,
C: 0.03 to 0.10%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 18.0-25.0%,
Cr: 22.0-30.0%,
Mo: 0.50-1.50%,
Nb: 0.20-0.70%,
B: 0.0050% or less,
N: 0.10-0.40%,
Cu: 1.0 to 4.0%,
Al: 0.050% or less,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0 to 0.020%,
REM: 0-0.06%,
The balance is preferably Fe and impurities.
上記のうちでも、Ｃ含有量は０．０４％以上とするのが好ましく、０．０９％以下とするのが好ましい。Ｓｉ含有量は０．０３％以上とするのが好ましく、０．９０％以下とするのが好ましい。Ｍｎ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、１．８％以下とするのが好ましい。Ｐ含有量は０．００１％以上とするのが好ましく、０．０１５％以下とするのが好ましい。Ｓ含有量は０．００１％以下とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は１９．０％以上とするのが好ましく、２４．０％以下とするのが好ましい。Ｃｒ含有量は２３．０％以上とするのが好ましく、２９．０％以下とするのが好ましい。Ｍｏ含有量は０．６％以上とするのが好ましく、１．４０％以下とするのが好ましい。 Among the above, the C content is preferably 0.04% or more, and preferably 0.09% or less. The Si content is preferably 0.03% or more, and preferably 0.90% or less. The Mn content is preferably 0.05% or more, and preferably 1.8% or less. The P content is preferably 0.001% or more, and preferably 0.015% or less. The S content is preferably 0.001% or less. The Ni content is preferably 19.0% or more, and preferably 24.0% or less. The Cr content is preferably 23.0% or more, and preferably 29.0% or less. The Mo content is preferably 0.6% or more, and preferably 1.40% or less.
Ｎｂ含有量は０．３０％以上とするのが好ましく、０．６０％以下とするのが好ましい。Ｂ含有量は０．００４０％以下とするのが好ましい。Ｎ含有量は０．１５％以上とするのが好ましく、０．３５％以下とするのが好ましい。Ｃｕ含有量は１．５％以上とするのが好ましく、３．５％以下とするのが好ましい。 The Nb content is preferably 0.30% or more, and preferably 0.60% or less. The B content is preferably 0.0040% or less. The N content is preferably 0.15% or more, and preferably 0.35% or less. The Cu content is preferably 1.5% or more, and preferably 3.5% or less.
Ａｌ含有量は０．０４０％以下とするのが好ましい。Ｏ含有量は０．０１５％以下とするのが好ましい。Ｃａ含有量は０．０１０％以下とするのが好ましい。Ｍｇ含有量は０．０１０％以下とするのが好ましい。ＲＥＭ含有量は０．０１％以下とするのが好ましい。 The Al content is preferably 0.040% or less. The O content is preferably 0.015% or less. The Ca content is preferably 0.010% or less. The Mg content is preferably 0.010% or less. The REM content is preferably 0.01% or less.
なお、本発明において、溶接金属の化学組成とは、溶接金属全体の平均の化学組成を指すものとする。上記の溶接金属の化学組成は、溶接時における母材と溶接材料との流入割合で決定される。以下に、本発明に係る溶接継手を製造するのに用いられる溶接材料の好適な化学組成について説明する。 In the present invention, the chemical composition of the weld metal refers to the average chemical composition of the entire weld metal. The chemical composition of the weld metal described above is determined by the inflow ratio of the base metal and welding material during welding. Below, a suitable chemical composition of the welding material used to manufacture the welded joint according to the present invention will be explained.
３．溶接材料の化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
3. Chemical composition of welding material The reasons for limiting each element are as follows. In addition, in the following description, "%" regarding content means "mass %".
Ｃ：０．０３～０．１０％
Ｃは、溶接後の溶接金属中の相安定性を高める作用を有するとともに、微細な炭化物を形成し、高温使用中のクリープ強度を向上させる効果を有する元素である。さらには、溶接凝固中にＣｒと共晶炭化物を形成することで、凝固割れ感受性の低減にも寄与する。このため、Ｃ含有量は０．０３％以上とするのが好ましい。Ｃ含有量は０．０４％以上とするのがより好ましく、０．０５％以上とするのがさらに好ましい。
C: 0.03-0.10%
C is an element that has the effect of increasing the phase stability in the weld metal after welding, forms fine carbides, and has the effect of improving the creep strength during high-temperature use. Furthermore, by forming eutectic carbide with Cr during welding solidification, it also contributes to reducing the susceptibility to solidification cracking. Therefore, the C content is preferably 0.03% or more. The C content is more preferably 0.04% or more, and even more preferably 0.05% or more.
しかしながら、Ｃ含有量が過剰であると、炭化物が多量に析出するため、却ってクリープ強度および延性を低下させるおそれがある。このため、Ｃ含有量は０．１０％以下とするのが好ましい。Ｃ含有量は０．０９％以下とするのがより好ましく、０．０８％以下とするのがさらに好ましい。 However, if the C content is excessive, a large amount of carbides will precipitate, which may actually reduce creep strength and ductility. For this reason, the C content is preferably 0.10% or less. The C content is more preferably 0.09% or less, and even more preferably 0.08% or less.
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、溶接材料の製造時において脱酸に有効であるとともに、溶接後の溶接金属の高温での耐食性および耐酸化性の向上に有効な元素である。しかしながら、Ｓｉが過剰に含有された場合には相安定性が低下して、靭性およびクリープ強度の低下を招くおそれがある。このため、Ｓｉの含有量は１．０％以下とするのが好ましい。Ｓｉ含有量は０．８％以下とするのがより好ましく、０．６％以下とするのがさらに好ましい。
Si: 1.0% or less Si is an element that is effective for deoxidizing during the production of welding materials, and is also effective for improving the corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures of the weld metal after welding. However, if Si is contained excessively, the phase stability may decrease, leading to a decrease in toughness and creep strength. Therefore, the Si content is preferably 1.0% or less. The Si content is more preferably 0.8% or less, and even more preferably 0.6% or less.
なお、Ｓｉ含有量について特に下限を設ける必要はないが、極端に低減させると脱酸効果が十分に得られず合金の清浄性が劣化するとともに、高温での耐食性および耐酸化性の向上効果が得難くなり、製造コストも大きく上昇する。このため、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０３％以上とするのがより好ましい。 It is not necessary to set a lower limit for the Si content, but if it is reduced too much, the deoxidizing effect will not be sufficient and the cleanliness of the alloy will deteriorate, and the effect of improving corrosion resistance and oxidation resistance at high temperatures will decrease. It becomes difficult to obtain, and the manufacturing cost increases significantly. Therefore, the Si content is preferably 0.01% or more, more preferably 0.03% or more.
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接材料の製造時において脱酸に有効な元素である。また、Ｍｎは、溶接後の溶接金属中の相安定性の向上にも寄与する。しかしながら、Ｍｎの含有量が過剰になると脆化を招き、さらに、靭性およびクリープ延性の低下も生じるおそれがある。このため、Ｍｎの含有量は２．０％以下とするのが好ましい。Ｍｎの含有量は１．８％以下とするのがより好ましく、１．５％以下とするのがさらに好ましい。
Mn: 2.0% or less Like Si, Mn is an effective element for deoxidizing during the production of welding materials. Moreover, Mn also contributes to improving the phase stability in the weld metal after welding. However, an excessive Mn content may lead to embrittlement and may also cause a decrease in toughness and creep ductility. Therefore, the Mn content is preferably 2.0% or less. The content of Mn is more preferably 1.8% or less, and even more preferably 1.5% or less.
なお、Ｍｎの含有量についても特に下限を設ける必要はないが、極端に低減させると脱酸効果が十分に得られず合金の清浄性が劣化するとともに、相安定性の向上効果が得難くなり、さらに製造コストも大きく上昇する。このため、Ｍｎ含有量は０．０２％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。 Note that there is no need to set a lower limit for the Mn content, but if it is reduced too much, the deoxidizing effect will not be sufficient and the cleanliness of the alloy will deteriorate, and it will be difficult to obtain the effect of improving phase stability. Furthermore, the manufacturing cost also increases significantly. Therefore, the Mn content is preferably 0.02% or more, more preferably 0.05% or more.
Ｐ：０．０２０％以下
Ｐは、不純物として溶接材料中に含まれ、溶接中に凝固割れ感受性を高める元素である。さらに、高温で長時間使用した後の溶接金属のクリープ延性を低下させる。このため、Ｐ含有量は０．０２０％以下とするのが好ましい。Ｐ含有量は０．０１５％以下とするのがより好ましく、０．０１０％以下とするのがさらに好ましい。
P: 0.020% or less P is an element that is contained in the welding material as an impurity and increases susceptibility to solidification cracking during welding. Furthermore, it reduces the creep ductility of the weld metal after long-term use at high temperatures. For this reason, the P content is preferably 0.020% or less. The P content is more preferably 0.015% or less, and even more preferably 0.010% or less.
なお、Ｐの含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。このため、Ｐ含有量は０．０００５％以上とするのが好ましく、０．００１％以上とするのがより好ましい。 Note that although it is preferable to reduce the P content as much as possible, excessive reduction will lead to an increase in manufacturing costs. Therefore, the P content is preferably 0.0005% or more, more preferably 0.001% or more.
Ｓ：０．００２％以下
Ｓは、Ｐと同様に不純物として溶接材料中に含まれ、溶接中に凝固割れ感受性を高める元素である。さらに、Ｓは、溶接金属において長時間使用中に柱状晶粒界に偏析して脆化を招き、再熱割れ感受性を高める。このため、Ｓ含有量は０．００２％以下とするのが好ましい。Ｓ含有量は０．００１５％以下とするのがより好ましく、０．００１０％以下とするのがさらに好ましい。
S: 0.002% or less S, like P, is contained in the welding material as an impurity, and is an element that increases susceptibility to solidification cracking during welding. Furthermore, S segregates at columnar grain boundaries during long-term use in weld metals, causing embrittlement and increasing reheat cracking susceptibility. Therefore, the S content is preferably 0.002% or less. The S content is more preferably 0.0015% or less, and even more preferably 0.0010% or less.
なお、Ｓの含有量は可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。このため、Ｓ含有量は、０．０００１％以上とするのが好ましく、０．０００２％以上とするのがより好ましい。 Note that although it is preferable to reduce the S content as much as possible, excessive reduction will lead to an increase in manufacturing costs. Therefore, the S content is preferably 0.0001% or more, more preferably 0.0002% or more.
Ｎｉ：１８．０～２５．０％
Ｎｉは、オーステナイトを安定化させ、高温でのクリープ強度を向上させる。このため、Ｎｉ含有量は１８．０％以上とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は１９．０％以上とするのがより好ましく、２０．０％以上とするのがさらに好ましい。しかしながら、Ｎｉ含有量が２５．０％を超えると、溶接金属の強度が過剰に高くなる。このため、Ｎｉ含有量は２５．０％以下とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は２４．０％以下とするのがより好ましく、２３．０％以下とするのがさらに好ましい。
Ni: 18.0-25.0%
Ni stabilizes austenite and improves creep strength at high temperatures. For this reason, the Ni content is preferably 18.0% or more. The Ni content is more preferably 19.0% or more, and even more preferably 20.0% or more. However, when the Ni content exceeds 25.0%, the strength of the weld metal becomes excessively high. For this reason, the Ni content is preferably 25.0% or less. The Ni content is more preferably 24.0% or less, and even more preferably 23.0% or less.
Ｃｒ：２２．０～３０．０％
Ｃｒは、溶接後の溶接金属の高温での耐酸化性および耐食性の確保のために有効な元素である。また、Ｃｒは、微細な炭化物を形成してクリープ強度の確保にも寄与する。さらに、溶接中にＣと共晶炭化物を形成することで、凝固割れ感受性の低減にも寄与する。このため、Ｃｒ含有量は２２．０％以上とするのが好ましい。Ｃｒ含有量は２３．０％以上とするのがより好ましい。しかしながら、Ｃｒの含有量が３０．０％を超えると、高温での相安定性が劣化してクリープ強度の低下を招くおそれがある。このため、Ｃｒ含有量は３０．０％以下とするのが好ましい。Ｃｒ含有量は２９．０％以下とするのがより好ましく、２８．０％以下とするのがさらに好ましい。
Cr:22.0~30.0%
Cr is an effective element for ensuring high-temperature oxidation resistance and corrosion resistance of the weld metal after welding. Further, Cr forms fine carbides and contributes to ensuring creep strength. Furthermore, forming eutectic carbides with C during welding also contributes to reducing susceptibility to solidification cracking. Therefore, the Cr content is preferably 22.0% or more. More preferably, the Cr content is 23.0% or more. However, if the Cr content exceeds 30.0%, the phase stability at high temperatures may deteriorate, leading to a decrease in creep strength. Therefore, the Cr content is preferably 30.0% or less. The Cr content is more preferably 29.0% or less, and even more preferably 28.0% or less.
Ｍｏ：０．５０～１．５０％
Ｍｏは、Ｗと同様に、溶接金属のマトリックスに固溶して、高温でのクリープ強度および引張強さを向上させる作用を有する元素である。このため、Ｍｏ含有量は０．５０％以上とするのが好ましい。Ｍｏ含有量は０．６０％以上とするのがより好ましく、０．７０％以上とするのがさらに好ましい。しかしながら、Ｍｏを過剰に含有させても効果は飽和し、かえってクリープ強度を低下させる場合がある。さらに、高価な元素であるため、過剰に含有させることはコストの増大を招く。このため、Ｍｏ含有量は１．５０％以下とするが好ましい。Ｍｏ含有量は１．４０％以下とするのがより好ましく、１．３０％以下とするのがさらに好ましい。
Mo: 0.50~1.50%
Like W, Mo is an element that dissolves in solid solution in the matrix of weld metal and has the effect of improving creep strength and tensile strength at high temperatures. For this reason, the Mo content is preferably 0.50% or more. The Mo content is more preferably 0.60% or more, and even more preferably 0.70% or more. However, even if Mo is contained excessively, the effect may be saturated and the creep strength may be reduced on the contrary. Furthermore, since it is an expensive element, containing it in excess leads to an increase in cost. For this reason, the Mo content is preferably 1.50% or less. The Mo content is more preferably 1.40% or less, and even more preferably 1.30% or less.
Ｎｂ：０．２０～０．７０％
Ｎｂは、Ｔｉと同様に、ＣまたはＮと結合して微細な炭化物または炭窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する。このため、Ｎｂ含有量は０．２０％以上とするのが好ましい。Ｎｂ含有量は０．３０％以上とするのがより好ましい。しかしながら、Ｎｂの含有量が過剰になると、炭化物または炭窒化物として多量に析出し、クリープ延性および靭性の低下を招くおそれがある。このため、Ｎｂ含有量は０．７０％以下とするのが好ましい。Ｎｂ含有量は０．６０％以下とするのがより好ましい。
Nb: 0.20-0.70%
Like Ti, Nb combines with C or N and precipitates in grains as fine carbides or carbonitrides, contributing to improving creep strength at high temperatures. For this reason, the Nb content is preferably 0.20% or more. More preferably, the Nb content is 0.30% or more. However, when the content of Nb becomes excessive, a large amount of Nb precipitates as carbides or carbonitrides, which may lead to a decrease in creep ductility and toughness. For this reason, the Nb content is preferably 0.70% or less. The Nb content is more preferably 0.60% or less.
Ｎ：０．１０～０．４０％
Ｎは、溶接金属中の組織を安定化させ、クリープ強度を向上させるとともに、固溶して引張強さの確保に寄与する元素である。このため、Ｎ含有量は０．１０％以上とするのが好ましい。Ｎ含有量は０．１５％以上とするのがより好ましい。しかしながら、過剰に含有されると、高温での使用中に多量の微細窒化物が粒内に析出してクリープ延性および靭性の低下を招くおそれがある。このため、Ｎ含有量は０．４０％以下であるのが好ましい。Ｎ含有量は０．３５％以下とするのがより好ましい。
N: 0.10-0.40%
N is an element that stabilizes the structure in the weld metal, improves creep strength, and contributes to ensuring tensile strength by forming a solid solution. For this reason, the N content is preferably 0.10% or more. More preferably, the N content is 0.15% or more. However, if it is contained in excess, a large amount of fine nitrides may precipitate within the grains during use at high temperatures, leading to a decrease in creep ductility and toughness. For this reason, the N content is preferably 0.40% or less. More preferably, the N content is 0.35% or less.
Ｃｕ：１．０～４．０％
Ｃｕは固溶強化により、溶接金属の強度を高める効果を有する。このため、Ｃｕ含有量は１．０％以上とするのが好ましい。Ｃｕ含有量は１．２％以上とするのがより好ましく、１．５％以上とするのがさらに好ましい。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると、溶接継手における延性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は４．０％以下とするのが好ましい。Ｃｕ含有量は３．８％以下とするのがより好ましく、３．５％以下とするのがさらに好ましい。
Cu: 1.0-4.0%
Cu has the effect of increasing the strength of weld metal through solid solution strengthening. Therefore, the Cu content is preferably 1.0% or more. The Cu content is more preferably 1.2% or more, and even more preferably 1.5% or more. However, when Cu is contained excessively, the ductility of the welded joint decreases. For this reason, the Cu content is preferably 4.0% or less. The Cu content is more preferably 3.8% or less, and even more preferably 3.5% or less.
上記溶接材料の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of the welding material, the remainder is Fe and impurities. Here, "impurities" are components that are mixed in during industrial production of alloys due to raw materials such as ore and scrap, and various factors in the manufacturing process, and are allowed within the range that does not adversely affect the present invention. means something that
４．製造方法
本発明に係る溶接継手は、上記構成を有していれば、その効果を得られるが、例えば、以下のような製造方法を用いれば、安定して、本発明に係る溶接継手を得ることができる。
4. Manufacturing method If the welded joint according to the present invention has the above configuration, the effect can be obtained, but for example, if the following manufacturing method is used, the welded joint according to the present invention can be stably obtained. be able to.
母材の製造方法については特に制限はないが、例えば、上述の化学組成を有する鋼塊または鋳片に、熱間加工を施すことによって製造することができる。また、当該熱間加工の後に、必要に応じて熱間押出等の異なる方法の熱間加工をさらに施してもよい。また、必要に応じて、母材を熱処理してもよい。母材について鋼材の種類は、特に限定されず、例えば、鋼板、鋼管等であればよく、金属組織がオーステナイト相となるように、母材が製造されればよい。 Although there are no particular restrictions on the method for producing the base material, it can be produced, for example, by subjecting a steel ingot or slab having the above-mentioned chemical composition to hot working. Further, after the hot working, hot working by a different method such as hot extrusion may be further performed as necessary. Further, the base material may be heat-treated if necessary. The type of steel material for the base material is not particularly limited, and may be, for example, a steel plate, a steel pipe, etc., as long as the base material is manufactured so that the metal structure is an austenite phase.
得られた母材は、開先加工される。上述した（ｉ）式の規定を満足すれば、開先形状は、特に限定されないが、裏波ビードを出しやすい開先形状である、Ｖ形開先、逆台形、Ｕ形などの開先形状が望ましい。 The obtained base material is beveled. As long as the above-mentioned formula (i) is satisfied, the groove shape is not particularly limited, but groove shapes such as a V-shaped groove, an inverted trapezoid, a U-shape, etc., which are groove shapes that facilitate the formation of underwave beads, can be used. is desirable.
続いて、上述した溶接材料を用い、母材を突き合わせ溶接する。溶接方法は、アーク溶接であるのが好ましい。アーク溶接の一例としては、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、被覆アーク溶接等が例示される。 Subsequently, the base metals are butt-welded using the above-mentioned welding material. The welding method is preferably arc welding. Examples of arc welding include gas tungsten arc welding, gas metal arc welding, shielded arc welding, and the like.
溶接条件については、溶接材料の供給速度が５ｃｍ／ｍｉｎ未満であると、良好な裏波ビードが形成できない場合がある。このため、溶接材料の供給速度は、５ｃｍ／ｍｉｎ以上とするのが好ましく、１０ｃｍ／ｍｉｎ以上とするのがより好ましい。しかしながら、溶接材料の供給速度が８０ｃｍ／ｍｉｎを超えると、本発明に係る（ｉ）式の規定を満足しない場合がある。このため、溶接材料の供給速度は、８０ｃｍ／ｍｉｎ以下とするのが好ましく、７０ｃｍ／ｍｉｎ以下とするのがより好ましい。 Regarding the welding conditions, if the welding material supply rate is less than 5 cm/min, it may not be possible to form a good Uranami bead. Therefore, the welding material supply rate is preferably 5 cm/min or more, more preferably 10 cm/min or more. However, if the welding material supply speed exceeds 80 cm/min, the formula (i) according to the present invention may not be satisfied. Therefore, the supply speed of the welding material is preferably 80 cm/min or less, more preferably 70 cm/min or less.
なお、溶接材料の供給速度以外の条件については、例えば、溶接電流は５０～１００Ａの範囲とするのが好ましく、溶接電圧は、１０～１２Ｖの範囲とするのが好ましい。また、溶接速度は４～１０ｃｍ／ｍｉｎとするのが好ましい。 Regarding conditions other than the supply speed of the welding material, for example, the welding current is preferably in the range of 50 to 100A, and the welding voltage is preferably in the range of 10 to 12V. Further, the welding speed is preferably 4 to 10 cm/min.
なお、溶接の際には、アルゴンガス等のバックシールドガスを用いて溶接するのが好ましい。この際のガスの流量は、裏波ビードが形成されやすい流量とすればよい。 Note that during welding, it is preferable to use backshield gas such as argon gas. The flow rate of the gas at this time may be set to a flow rate that facilitates the formation of Uranami beads.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
表１に示す化学組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼の鋼管母材に１１００～１２５０℃の溶体化処理を施した。なお、上記母材は、以下の手順で作成した。具体的には、表１に記載の化学組成を有する鋼片に１１５０～１２５０℃の範囲で熱間押出を行い、冷間引抜加工後に１１００～１２５０℃、５分の熱処理等を行い、オーステナイト単相の鋼管を得た。鋼管の肉厚は４．５ｍｍであった。 A steel pipe base material of austenitic stainless steel having the chemical composition shown in Table 1 was subjected to solution treatment at 1100 to 1250°C. In addition, the above-mentioned base material was created by the following procedure. Specifically, a steel billet having the chemical composition listed in Table 1 is hot extruded at a temperature of 1,150 to 1,250°C, and after cold drawing, heat treatment is performed at 1,100 to 1,250°C for 5 minutes to form austenitic monomers. A phase steel pipe was obtained. The wall thickness of the steel pipe was 4.5 mm.
続いて、鋼管母材を図３に示すような形状のＶ字形の開先に加工した。開先角度は３０°、ルート間隔は２ｍｍ、ルート面は０．５ｍｍとした。開先加工を施した母材を、表２に示す溶接材料を用い、突き合わせ溶接し、溶接継手を作製した。溶接方法は、ＧＴＡＷ溶接法を用いた。溶接条件は、溶接材料の供給速度は、５～８０ｃｍ／ｍｉｎとし、溶接電圧１０～１２Ｖ、溶接電流５０～１００Ａ、溶接速度は４～１０ｃｍ／ｍｉｎとした。各試料の溶体化処理条件および溶接条件は表３に示すとおりである。 Subsequently, the steel pipe base material was processed into a V-shaped groove as shown in FIG. The groove angle was 30°, the root interval was 2 mm, and the root surface was 0.5 mm. The grooved base metals were butt welded using the welding materials shown in Table 2 to produce welded joints. GTAW welding was used as the welding method. Welding conditions were such that the welding material supply rate was 5 to 80 cm/min, the welding voltage was 10 to 12 V, the welding current was 50 to 100 A, and the welding speed was 4 to 10 cm/min. The solution treatment conditions and welding conditions for each sample are shown in Table 3.
得られた溶接継手について、使用環境を模擬し、６５０℃、１０００ｈの条件で、時効熱処理を行った。その後、熱影響部の平均粒度番号を以下の手順で測定した。具体的には、溶接部断面を観察面とし、混酸を腐食液等とし、エッチングを行い、観察視野１００倍、視野数２視野とし、熱影響部の組織観察を行った。そして、組織観察に基づき、平均粒度番号を算出した。平均粒度番号は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１：２０１３に準拠し、切断法を用いた。なお、上記時効条件においては、母材の平均粒度番号はほとんど変化しないため、時効熱処理の前に平均粒度番号を調べてもよい。また、溶接継手について、ミクロ組織観察により裏波開き角度を調べ、合わせて応力緩和割れが生じているか確認した。 The obtained welded joint was subjected to aging heat treatment at 650° C. for 1000 hours, simulating the usage environment. Thereafter, the average particle size number of the heat affected zone was measured according to the following procedure. Specifically, using a cross section of the weld as an observation surface, etching was performed using a mixed acid as a corrosive liquid, and the structure of the heat-affected zone was observed using a 100x observation field and two fields of view. Then, the average particle size number was calculated based on the microstructure observation. The average particle size number was calculated using a cutting method in accordance with JIS G 0551:2013. Note that under the above aging conditions, the average grain size number of the base material hardly changes, so the average grain size number may be checked before the aging heat treatment. In addition, the welded joints were examined for the opening angle of the underwave by microstructural observation, and it was also confirmed whether stress relaxation cracks had occurred.
以上の結果を表１～表４に纏めて示す。 The above results are summarized in Tables 1 to 4.
本発明の規定を満足する溶接継手Ａ－１～Ａ－３、Ａ－５、Ｂ－１は、時効後も割れが生じておらず、良好な耐応力緩和割れ性を示した。その一方、上記以外の例は、時効後に割れが発生し、耐応力緩和割れ性が不良であった。 Welded joints A-1 to A-3, A-5, and B-1, which satisfied the specifications of the present invention, did not crack even after aging and exhibited good stress relaxation cracking resistance. On the other hand, in the examples other than the above, cracks occurred after aging and the stress relaxation cracking resistance was poor.
１ 母材
２ 溶接金属
３ 裏波ビード
４ 接線
５ 母材表面の延長線
６ 裏波開き角度
７ 溶接金属側の角度
８ 溶接止端部
1
Claims (2)
前記溶接継手は母材と溶接金属とを有し、
前記母材はオーステナイト系ステンレス鋼からなり、熱影響部を含み、
前記母材の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．０３～０．１０％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：１８．０～２２．０％、
Ｃｒ：２２．０～２８．０％、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．２０～０．７０％、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｎ：０．１０～０．４０％、
Ａｌ：０．００３～０．０５０％、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
前記溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３～０．１０％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００２％以下、
Ｎｉ：１８．０～２５．０％、
Ｃｒ：２２．０～３０．０％、
Ｍｏ：０．５０～１．５０％、
Ｎｂ：０．２０～０．７０％、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｎ：０．１０～０．４０％、
Ｃｕ：１．０～４．０％、
Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
前記一方向に垂直な断面において、前記裏波ビードの止端部における接線と、前記母材表面の延長線とがなす角のうち、前記母材側の角度を裏波開き角度とした場合に、
前記裏波開き角度と前記熱影響部の平均粒度番号との関係が、下記（ｉ）式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。
Ｄ×Ｇ≧６００ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各記号は以下により定義される。
Ｄ：裏波開き角度（°）
Ｇ：熱影響部の平均粒度番号 A welded joint in which a uranami bead extending in one direction is formed,
The welded joint has a base metal and a weld metal,
The base material is made of austenitic stainless steel and includes a heat affected zone,
The chemical composition of the base material is in mass%,
C: 0.03 to 0.10%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.030% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 18.0-22.0%,
Cr: 22.0-28.0%,
Mo: 0.50% or less,
Nb: 0.20-0.70%,
B: 0.0002 to 0.0050%,
N: 0.10-0.40%,
Al: 0.003-0.050%,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0 to 0.020%,
REM: 0-0.06%,
The remainder: Fe and impurities,
The chemical composition of the weld metal is in mass%,
C: 0.03 to 0.10%,
Si: 1.0% or less,
Mn: 2.0% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.002% or less,
Ni: 18.0-25.0%,
Cr: 22.0-30.0%,
Mo: 0.50-1.50%,
Nb: 0.20-0.70%,
B: 0.0050% or less,
N: 0.10-0.40%,
Cu: 1.0 to 4.0%,
Al: 0.050% or less,
O: 0.020% or less,
Ca: 0-0.020%,
Mg: 0 to 0.020%,
REM: 0-0.06%,
The remainder: Fe and impurities,
In a cross section perpendicular to the one direction, among the angles formed by the tangent at the toe of the uranami bead and the extension line of the surface of the base material, the angle on the base material side is taken as the uranami opening angle. ,
An austenitic stainless steel welded joint, wherein the relationship between the Uranami opening angle and the average grain size number of the heat affected zone satisfies the following formula (i).
D×G≧600...(i)
However, each symbol in the above formula (i) is defined as follows.
D: Uranami opening angle (°)
G: Average particle size number of heat affected zone
Ｃａ：０．０００５～０．０２０％、
Ｍｇ：０．０００５～０．０２０％、および
ＲＥＭ：０．０００３～０．０６％、
から選択される一種以上を含有する、請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接継手。 The chemical composition of the base material is in mass%,
Ca: 0.0005-0.020%,
Mg: 0.000 5 to 0.020%, and REM: 0.000 3 to 0.06%,
The austenitic stainless steel welded joint according to claim 1, containing one or more selected from the following.
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