JPH07228942A - オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手の製造方法 - Google Patents

オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手の製造方法

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JPH07228942A
JPH07228942A JP6020481A JP2048194A JPH07228942A JP H07228942 A JPH07228942 A JP H07228942A JP 6020481 A JP6020481 A JP 6020481A JP 2048194 A JP2048194 A JP 2048194A JP H07228942 A JPH07228942 A JP H07228942A
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welding
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兼保 石川
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不三男 満浦
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱応力によるクリープ又はクリープ疲労亀裂
がフェライト鋼側に発生するのを防止できる、フェライ
ト鋼とオーステナイト系ステンレス鋼との溶接継手を製
造する方法を提供しようとするものである。 【構成】 オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト
鋼との溶接継手を製造する方法において、Ｃ＝0.03〜0.
12、Ｓｉ≦0.70、Ｍｎ＝0.10〜1.50、Ｐ≦0.030、Ｓ≦
0.015 、Ｃｒ＝1.50〜3.50、Ｍｏ≦0.40、Ｗ＝1.00〜3.
00、Ｖ＝0.10〜0.35、Ｎｂ＝0.01〜0.10、Ｓｏｌ．Ａｌ
≦0.030 、Ｂ≦0.020 、及び、Ｎ≦0.030からなるフェ
ライト鋼を、オーステナイト系ステンレス鋼と接合溶接
することを特徴とする溶接継手の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発電用ボイラの過熱器
や再熱器等の高温耐圧部におけるフェライト鋼とオース
テナイト系ステンレス鋼を接合溶接する溶接継手を製造
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発電用ボイラにおけるＣｒＭｏ系低合金
フェライト鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の異種金
属溶接継手は、Ｄ３０９系やインコネル系を溶材として
溶接されている。
【０００３】因みに、ＣｒＭｏ系低合金フェライト鋼の
合金組成を例示すると、Ｃ≦0.15、Ｓｉ≦0.50、Ｍｎ＝
0.30〜0.60、Ｐ≦0.030 、Ｓ≦0.030 、Ｃｒ＝1.90〜2.
60、Ｍｏ＝0.87〜1.13であり（ＪＩＳＧ３４６２ＳＴＢ
Ａ２４参照）、オーステナイト系ステンレス鋼の合金組
成を例示すると、Ｃ＝0.04〜0.10、Ｓｉ≦1.00、Ｍｎ≦
2.00、Ｐ≦0.030 、Ｓ≦0.030 、Ｎｉ＝9.00〜13.00 、
Ｃｒ＝17.00 〜20.00、Ｎｂ＝ 8×Ｃ％〜1.00である
（ＪＩＳＧ３４６３ＳＵＳ３４７ＨＴＢ参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ボイラの蒸気
条件の高温高圧化傾向と、毎日発停や週発停の普及が相
まって、フェライト鋼（熱膨張係数：約13×10-6／
OＫ）とオーステナイト系ステンレス鋼（熱膨張係数：
約17×10-6／ OＫ）の熱膨張差に起因する、フェライト
鋼側ボンド近傍の熱影響部に熱応力によるクリープ又は
クリープ疲労亀裂が発生し、ボイラの運転に支障を来し
ていた。なお、上記のＪＩＳＧ３４６２ＳＴＢＡ２４フ
ェライト鋼のクリープ破断強さは、６００℃、１０万時
間の強さの平均が２．２ｋｇｆ／ｍｍ2 である。（ＮＲ
ＩＭ：科学技術庁金属材料技術研究所のデータ参照）
【０００５】そこで、本発明では、上記の欠点を解消
し、熱応力によるクリープ又はクリープ疲労亀裂がフェ
ライト鋼側に発生するのを防止できる、フェライト鋼と
オーステナイト系ステンレス鋼との溶接継手を製造する
方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、(1) オーステ
ナイト系ステンレス鋼とフェライト鋼との溶接継手を製
造する方法において、Ｃ＝0.03〜0.12、Ｓｉ≦0.70、Ｍ
ｎ＝0.10〜1.50、Ｐ≦0.030 、Ｓ≦0.015 、Ｃｒ＝1.50
〜3.50、Ｍｏ≦0.40、Ｗ＝1.00〜3.00、Ｖ＝0.10〜0.3
5、Ｎｂ＝0.01〜0.10、Ｓｏｌ．Ａｌ≦0.030 、Ｂ≦0.0
20 、及び、Ｎ≦0.030 からなるフェライト鋼を、オー
ステナイト系ステンレス鋼と接合溶接することを特徴と
する溶接継手の製造方法、及び、(2) Ｃ≦0.10、Ｓｉ≦
0.50、Ｍｎ＝2.5 〜3.5 、Ｐ≦0.030 、Ｓ≦0.015 、Ｎ
ｉ≧67.0、Ｃｒ＝18.0〜22.0、Ｆｅ＝3.0 以下、Ｃｂ＋
Ｔａ＝2.0 〜3.0 、又は、Ｃ≦1.5 、Ｓｉ≦0.90、Ｍｎ
≦2.5 、Ｐ≦0.040 、Ｓ≦0.030 、Ｎｉ＝12.0〜14.0、
Ｃｒ＝22.0〜25.0、Ｆｅ＝残部からなる溶接材料を用い
て接合溶接することを特徴とする上記(1) 記載の溶接継
手の製造方法である。
【０００７】
【作用】ＣｒＭｏ系低合金フェライト鋼とオーステナイ
ト系ステンレス鋼との溶接部のＣｒＭｏ系低合金フェラ
イト鋼側に発生するクリープ又はクリープ疲労による損
傷は、ボイラの発停等に伴う加熱・冷却時における、フ
ェライト鋼とオーステナイト系ステンレス鋼との熱膨張
差によって発生する応力がもたらすものであり、材質の
高温強度、特にクリープ強度が大きく影響する。
【０００８】そこで、本発明では、従来のＣｒＭｏ系低
合金フェライト鋼、例えば2(1/4)ＣｒＭｏ鋼と、ほぼ同
等のＣｒ量を含有しながら、約２倍のクリープ強度を有
するフェライト鋼を用いることにより、オーステナイト
系ステンレス鋼との接合溶接による熱応力が作用する領
域のクリープ抵抗を上昇させて損傷の発生を抑制し、長
寿命化を可能にする。また、溶接材料として、Ｃ≦0.1
0、Ｓｉ≦0.50、Ｍｎ＝2.5 〜3.5 、Ｐ≦0.030 、Ｓ≦
0.015 、Ｎｉ≧67.0、Ｃｒ＝18.0〜22.0、Ｆｅ＝3.0 以
下、Ｃｂ＋Ｔａ＝2.0 〜3.0 、又は、Ｃ≦1.5 、Ｓｉ≦
0.90、Ｍｎ≦2.5、Ｐ≦0.040 、Ｓ≦0.030 、Ｎｉ＝12.
0〜14.0、Ｃｒ＝22.0〜25.0からなる溶接材料を用いる
ことにより、一層の長寿命化を可能にする。
【０００９】本発明のフェライト鋼は、上記のようにク
リープ強度を保持するためにその組成の選択がなされた
が、各成分の添加理由を説明すると下記のとおりであ
る。Ｃの添加量は、0.03〜0.12の範囲、好ましくは0.04
〜0.08の範囲であり、上記の範囲において、0.03を下回
ると、クリープ強度が低下する欠点があり、0.12を上回
ると、溶接性が悪化する。
【００１０】Ｓｉの添加量は、0.70以下、下限は不可避
的に混入する量であり、具体的には0.10である。好まし
い範囲は0.20〜0.60である。上記の範囲において、0.70
を上回ると、靭性が低下する欠点がある。
【００１１】Ｍｎの添加量は、0.10〜1.50の範囲、好ま
しくは0.30〜0.60の範囲であり、上記の範囲において、
0.10を下回ると、引張強さが低下する欠点があり、1.50
を上回ると、クリープ強度が低下する欠点がある。
【００１２】Ｐの添加量は、0.030 以下、下限は不可避
的に混入する量であり、具体的には0.005 である。好ま
しい範囲は0.005 〜0.020 である。上記の範囲におい
て、0.030 を上回ると、靭性が低下する欠点がある。
【００１３】Ｓの添加量は、0.015 以下、下限は不可避
的に混入する量であり、具体的には0.005 である。好ま
しい範囲は0.005 〜0.010 である。上記の範囲におい
て、0.010 を上回ると、靭性が低下する欠点がある。
【００１４】Ｃｒの添加量は、1.50〜3.50の範囲、好ま
しくは1.90〜2.60の範囲であり、上記の範囲において、
1.50を下回ると、耐酸化性が劣化する欠点があり、3.50
を上回ると、フェライト相が出現し、靭性が低下する欠
点がある。
【００１５】Ｍｏの添加量は、0.40以下、下限は不可避
的に混入する量であり、具体的には0.01 である。好ま
しい範囲は0.05〜0.30である。上記の範囲において、0.
40を上回ると、クリープ強度が低下する欠点がある。
【００１６】Ｗの添加量は、1.00〜3.00の範囲、好まし
くは1.45〜1.75の範囲であり、上記の範囲において、1.
00を下回ると、クリープ強度が低下する欠点があり、3.
00を上回ると、靭性が低下する欠点がある。
【００１７】Ｖの添加量は、0.10〜0.35の範囲、好まし
くは0.20〜0.30の範囲であり、上記の範囲において、0.
10を下回ると、クリープ強度が低下する欠点があり、0.
35を上回ると、クリープ強度が低下する欠点がある。
【００１８】Ｎｂの添加量は、0.01〜0.10の範囲、好ま
しくは0.02〜0.08の範囲であり、上記の範囲において、
0.01を下回ると、クリープ強度が低下する欠点があり、
0.10を上回ると、長時間側のクリープ強度が低下し、靭
性が低下する欠点がある。
【００１９】Ｓｏｌ．Ａｌの添加量は、0.030 以下、下
限は不可避的に混入する量であり、具体的には0.01であ
る。好ましい範囲は0.01〜0.02である。0.30を上回る
と、クリープ強度が低下する欠点がある。
【００２０】Ｂの添加量は、0.020 以下、好ましくは0.
0001〜0.020 、より好ましい範囲は0.0001〜0.010 であ
る。0.020 を上回ると、靭性が低下する欠点がある。
【００２１】Ｎの添加量は、0.030 以下、下限は不可避
的に混入する量であり、具体的には0.001 である。好ま
しい範囲は0.001 〜0.005 である。0.030 を上回ると、
クリープ強度が著しく低下する欠点がある。
【００２２】本発明において、上記のフェライト鋼とオ
ーステナイト系ステンレス鋼とを接合溶接するために使
用する溶接材料としては、Ｙ３０９系やインコネル系の
ものを挙げることができ、Ｙ３０９系の具体的な合金組
成を例示すると、Ｃ≦0.12、Ｓｉ≦0.65、Ｍｎ＝1.0 〜
2.5 、Ｐ≦0.030 、Ｓ≦0.030 、Ｎｉ＝12.0〜14.0、Ｃ
ｒ＝23.0〜25.0、Ｆｅ＝残部であり（ＪＩＳＺ３３２１
Ｙ３０９参照）、インコネル８２の合金組成例を示す
と、Ｃ≦0.10、Ｓｉ≦0.50、Ｍｎ＝2.5 〜3.5 、Ｐ≦0.
030 、Ｓ≦0.015 、Ｎｉ≧67.0、Ｃｒ＝18.0〜22.0、Ｆ
ｅ＝3.0 以下、Ｃｂ＋Ｔａ＝2.0 〜3.0 であり〔ＡＷＳ
(AMERICAN WELDING SOCIETY)Ａ5.14，ＥＲＮｉＣｒ３参
照〕、インコネル系はＹ３０９系より一層の長寿命化を
可能にする。
【００２３】
【実施例】図１及び２は、オーステナイト系ステンレス
鋼管３（直径42.7mm、厚さ9mm 、合金組成：Ｃ＝0.09、
Ｓｉ＝0.46、Ｍｎ＝1.51、Ｐ＝0.025 、Ｓ＝0.001 、Ｃ
ｒ＝18.5、Ｎｉ＝12.60 及びＮｂ＝0.87、）に対し、本
発明にかかるフェライト鋼１（Ｃ＝0.05、Ｓｉ＝0.21、
Ｍｎ＝0.49、Ｐ＝0.015 、Ｓ＝0.001 、Ｃｒ＝2.17、Ｍ
ｏ＝0.11、Ｗ＝1.59、Ｖ＝0.23、Ｎｂ＝0.05、Ｓｏｌ．
Ａｌ＝0.008 、Ｂ＝0.0042、及び、Ｎ＝0.008 ）、及
び、従来の2(1/4)Ｃｒ−Ｍｏフェライト鋼２（Ｃ＝0.1
1、Ｓｉ＝0.27、Ｍｎ＝0.41、Ｐ＝0.015 、Ｓ＝0.008
、Ｃｒ＝2.11及びＭｏ＝0.95）を接合した溶接継手の
平面図であり、なお、図３は溶接継手に与えた熱サイク
ルの概念図である。
【００２４】図１は、直径1.6mm のＹ３０９溶接ワイヤ
４（Ｃ＝0.06、Ｓｉ＝0.52、Ｍｎ＝1.97、Ｐ＝0.024 、
Ｓ＝0.003 、Ｎｉ＝13.52 、Ｃｒ＝23.35 、Ｆｅ＝残
部）を用いて溶接電流120 〜190 Ａで、下向き自動ＴＩ
Ｇ溶接方法で溶接継手を製造し、また、図２は、インコ
ネル８２溶材５（Ｃ＝0.02、Ｓｉ＝0.13、Ｍｎ＝2.87、
Ｐ＝0.003 、Ｓ＝0.002 、Ｎｉ＝71.32 、Ｃｒ＝20.72
、Ｆｅ＝残部）を用いて溶接電流95〜210 Ａで下向き
自動ＴＩＧ溶接方法で溶接継手を製造したところ、積層
数は共に８層であった。
【００２５】次に、上記の溶接継手を６００℃に加熱保
持した熱処理用の電気炉に挿入して３０分間加熱処理を
行い、その後炉外に取り出して室温まで冷却する操作を
繰り返した。Ｙ３０９溶接ワイヤを用いた溶接継手の１
本は１００サイクルで、他の１本の溶接継手は１６６サ
イクルで2(1/4)Ｃｒ−Ｍｏ鋼のボンド近傍の熱影響部に
亀裂が発生したが、本発明のフェライト鋼の溶接継手に
は、２倍強さの３５０サイクルまで繰り返しても、亀裂
の発生は見られなかった。
【００２６】以上の結果から明らかなように、上記の本
発明にかかるフェライト鋼の溶接継手は、Ｙ３０９溶接
ワイヤを用いる場合、従来の2(1/4)Ｃｒ−Ｍｏフェライ
ト鋼と比べて、寿命が２．１倍以上長く、インコネル８
２溶接ワイヤを用いる場合、寿命が４．４倍以上長いこ
とが分かる。また、本発明において、インコネル８２溶
接ワイヤを用いるときには、Ｙ３０９溶接ワイヤと比べ
て２．１倍以上の長寿命を有することが分かる。
【００２７】また、上記の溶接継手を６００℃における
１０万時間のクリープ破断強度は、本発明にかかるフェ
ライト鋼溶接継手の平均値が８．４ｋｇｆ／ｍｍ2 であ
るのに対し、従来の2(1/4)Ｃｒ−Ｍｏフェライト鋼溶接
継手の平均値が２．２ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、上記のフェライト鋼の溶接継
手を採用することにより、クリープ損傷を防止すること
ができ、かつ、継手の長寿命化を可能にした。また、溶
接材料として、インコネル系を用いるとＹ３０９系に比
べて２．１倍以上の長寿命化が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｙ３０９溶接ワイヤを用いて、オーステナイト
系ステンレス鋼に対し、本発明にかかるフェライト鋼及
び従来の2(1/4)Ｃｒ−Ｍｏフェライト鋼を接合溶接した
溶接継手の平面図である。
【図２】インコネル８２溶接ワイヤを用いて、オーステ
ナイト系ステンレス鋼に対し、本発明にかかるフェライ
ト鋼及び従来の2(1/4)Ｃｒ−Ｍｏを接合溶接した溶接継
手の平面図である。
【図３】実施例で製造した溶接継手に対する加速試験の
熱サイクルを示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/26

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 オーステナイト系ステンレス鋼とフェラ
    イト鋼との溶接継手を製造する方法において、Ｃ＝0.03
    〜0.12、Ｓｉ≦0.70、Ｍｎ＝0.10〜1.50、Ｐ≦0.030 、
    Ｓ≦0.015 、Ｃｒ＝1.50〜3.50、Ｍｏ≦0.40、Ｗ＝1.00
    〜3.00、Ｖ＝0.10〜0.35、Ｎｂ＝0.01〜0.10、Ｓｏｌ．
    Ａｌ≦0.030 、Ｂ≦0.020 、及び、Ｎ≦0.030 からなる
    フェライト鋼を、オーステナイト系ステンレス鋼と接合
    溶接することを特徴とする溶接継手の製造方法。
  2. 【請求項２】 Ｃ≦0.10、Ｓｉ≦0.50、Ｍｎ＝2.5 〜3.
    5 、Ｐ≦0.030 、Ｓ≦0.015 、Ｎｉ≧67.0、Ｃｒ＝18.0
    〜22.0、Ｆｅ＝3.0 以下、Ｃｂ＋Ｔａ＝2.0〜3.0 、又
    は、Ｃ≦1.5 、Ｓｉ≦0.90、Ｍｎ≦2.5 、Ｐ≦0.040 、
    Ｓ≦0.030 、Ｎｉ＝12.0〜14.0、Ｃｒ＝22.0〜25.0、Ｆ
    ｅ＝残部からなる溶接材料を用いて接合溶接することを
    特徴とする請求項１記載の溶接継手の製造方法。
JP6020481A 1994-02-17 1994-02-17 オーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手の製造方法 Pending JPH07228942A (ja)

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