JP3164978B2 - High Cr steel welding method - Google Patents
High Cr steel welding methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は高Cr鋼の溶接方法に係
り、さらに詳しくは、例えば石油・天然ガスの輸送に使
われるラインパイプ、あるいは貯蔵に使われる容器、あ
るいはさらに強度と耐食性が要求される用途において使
用される高Cr鋼を溶接するのに適した、耐食性と強度
および靱性に優れた溶接方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for welding high Cr steel, and more particularly, for example, a line pipe used for transporting oil and natural gas, a container used for storage, or a material that requires further strength and corrosion resistance. The present invention relates to a welding method excellent in corrosion resistance, strength and toughness suitable for welding a high Cr steel used in a used application.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年生産される石油・天然ガスは、湿潤
な炭酸ガスや硫化水素を含有するものが増加している。
こうした環境中で、炭素鋼や低合金鋼が著しく腐食する
ことは周知の事実である。従って、かかる腐食性の石油
・天然ガスの輸送に際しては、鋼管の防食対策として、
腐食抑制剤の添加が従来から一般的であった。しかし、
腐食抑制剤は、海洋油井では腐食抑制剤の添加・回収処
理に要する費用が膨大なものとなり、また海洋汚染の問
題もあって使用が困難になりつつある。従って、腐食抑
制剤を添加する必要がない耐食材料に対するニーズが、
最近大きくなっている。2. Description of the Related Art In recent years, the production of petroleum and natural gas containing moist carbon dioxide and hydrogen sulfide has been increasing.
It is a well-known fact that carbon steel and low alloy steel are significantly corroded in such an environment. Therefore, when transporting such corrosive oil and natural gas, as a corrosion prevention measure for steel pipes,
The addition of corrosion inhibitors has been common in the past. But,
In a marine oil well, the cost required for the addition and recovery of the corrosion inhibitor is enormous, and the use of the corrosion inhibitor is becoming difficult due to the problem of marine pollution. Therefore, the need for corrosion-resistant materials that do not require the addition of corrosion inhibitors,
Recently it is getting bigger.
【0003】こうした目的のために、炭酸ガス含有環境
等で優れた耐食性を有し、溶接性にも優れる鋼あるいは
鋼管が多く提案されている。これらは炭酸ガス含有環境
での耐食性を得るために、11〜15%程度のCrを含
有し、溶接性を改善する目的でCを低減し、強度と靱性
を確保するために焼入−焼戻熱処理を施して、組織を焼
戻マルテンサイトとするのが一般的である。例えば、特
開平4−99154号公報および特開平4−99155
号公報には、CおよびNを低減し、置換型オーステナイ
ト安定化元素を添加した溶接性の優れたラインパイプ用
高Cr鋼が提案されている。[0003] For this purpose, many steels or steel pipes having excellent corrosion resistance in an environment containing carbon dioxide gas and the like and excellent weldability have been proposed. These contain about 11 to 15% of Cr in order to obtain corrosion resistance in an environment containing carbon dioxide, reduce C for the purpose of improving weldability, and quench-temper to secure strength and toughness. Generally, the structure is tempered martensite by heat treatment. For example, JP-A-4-99154 and JP-A-4-99155
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-216, proposes a high Cr steel for line pipes which has reduced C and N and which has a substituted austenite stabilizing element and has excellent weldability.
【0004】ところで、ラインパイプや圧力容器は溶接
によって接続あるいは製造されるものであることは周知
の通りであるが、上記のような溶接性の優れた高Cr鋼
に適した溶接材料あるいは溶接方法が従来無かった。N
KK技報、1989年発行、第129号、第15−22
頁には、AISI410鋼をUOE鋼管として製造し、
Niを添加した共金系材料を用いてTIG溶接継手(ラ
インパイプの現地円周溶接相当)を作成した例が報告さ
れている。しかし、該NKK技報にもみられるように、
高Crの共金系材料では、Niを多量に含有したとして
も、溶接金属の硬さが非常に硬くなる。この場合、使用
環境において、微量の硫化水素が混入すると溶接金属に
応力腐食割れを発生する恐れがある、という難点があっ
た。It is well known that line pipes and pressure vessels are connected or manufactured by welding, but a welding material or a welding method suitable for high Cr steel having excellent weldability as described above. There was no conventional. N
KK Technical Report, 1989, No. 129, No. 15-22
On the page, AISI410 steel is manufactured as UOE steel pipe,
There has been reported an example in which a TIG welded joint (corresponding to on-site circumferential welding of a line pipe) was formed using a co-metallic material to which Ni was added. However, as seen in the NKK technical report,
In a high Cr co-metal material, the hardness of the weld metal becomes very hard even if a large amount of Ni is contained. In this case, there is a problem that in a use environment, a small amount of hydrogen sulfide may cause stress corrosion cracking in the weld metal.
【0005】また、溶接後に焼戻熱処理を施して、溶接
金属の硬さを低減することは可能ではある。しかし、高
Cr鋼の場合には、熱処理温度と時間としては例えば
「620℃×1時間」といった、非常に高温かつ長時間
の熱処理が必要である。ラインパイプの敷設現場でこう
した熱処理を施すこと、巨大な圧力容器の溶接部あるい
は全体にこうした熱処理を施すこと等は実際には極めて
困難であり、かつ膨大な費用と時間を要する。また、テ
ィグ(タングステンイナートガス)溶接は溶接速度が遅
く、かつ1パスでの溶接金属量が少ないので、構造物の
溶接に適用すると施工コストが非常に高くなるという難
点もある。従って、高Cr鋼を共金系あるいはマルテン
サイト系ステンレス鋼溶接材料を用いて溶接すること
は、施工上は困難である。Further, it is possible to reduce the hardness of the weld metal by performing a tempering heat treatment after welding. However, in the case of a high Cr steel, a very high temperature and a long time heat treatment such as "620 ° C. × 1 hour" is required as the heat treatment temperature and time. Actually, it is extremely difficult to apply such a heat treatment at a line pipe laying site, or to apply such a heat treatment to a welded portion or a whole of a huge pressure vessel, and it requires enormous cost and time. In addition, TIG (tungsten inert gas) welding has a disadvantage that the welding cost is extremely high when applied to the welding of a structure because the welding speed is low and the amount of weld metal in one pass is small. Therefore, it is difficult to weld a high Cr steel using a common metal or martensitic stainless steel welding material.
【0006】一方、低合金鋼を溶接材料とした場合に
は、溶接は容易であるし、溶接金属に関しては溶接後熱
処理は不要である。しかし、低合金鋼は炭酸ガス含有環
境における耐食性が乏しい。耐食性の優れた高Cr鋼母
材に対して、耐食性の劣る低合金鋼溶接金属が接触して
いると、溶接部が選択的に腐食されるために、構造物の
安全上、極めて危険であり、適用することはできない。On the other hand, when low alloy steel is used as a welding material, welding is easy, and post-weld heat treatment is not required for the weld metal. However, low alloy steel has poor corrosion resistance in a carbon dioxide gas-containing environment. If a low-alloy steel weld metal with poor corrosion resistance contacts a high-Cr steel base material with excellent corrosion resistance, the weld is selectively corroded, which is extremely dangerous for the safety of the structure. , Can not be applied.
【0007】さらに、耐食性の優れた高Niオーステナ
イト系ステンレス鋼や、Ni基超合金を溶接材料とした
場合には、溶接部の選択腐食は発生せず、溶接金属の硬
さが低く、溶接金属の靱性を確保することができる。し
かし、オーステナイト系ステンレス鋼やNi基超合金
は、その結晶構造上、強度が低い、という問題点があ
る。一般的には、これらの材料の降伏強度は300〜4
00N/mm2 程度しかない。降伏強度が560N/m
m2 以上にもなる高Cr鋼母材を、強度が非常に低い溶
接金属で溶接すると、外部応力が負荷された場合に溶接
金属が集中的に変形し、破壊に至る恐れがある。従っ
て、オーステナイト系ステンレス鋼や高Ni合金を溶接
材料として、高Cr鋼を溶接することにも大きな困難が
あった。Further, when high Ni austenitic stainless steel or Ni-base superalloy having excellent corrosion resistance is used as a welding material, selective corrosion of the weld does not occur, the hardness of the weld metal is low, and the weld metal is low. Toughness can be secured. However, austenitic stainless steel and Ni-based superalloy have a problem that their strength is low due to their crystal structure. Generally, the yield strength of these materials is between 300 and 4
00N / mm 2 about only. Yield strength is 560N / m
When a high Cr steel base material having a size of m 2 or more is welded with a weld metal having a very low strength, the weld metal may be intensively deformed when external stress is applied, leading to breakage. Therefore, there was also a great difficulty in welding high Cr steels using austenitic stainless steel or high Ni alloy as a welding material.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした現状
に鑑みて、高Cr鋼を溶接するに際して、炭酸ガス含有
環境等で優れた耐食性を有し、溶接部の靱性、強度、等
にも優れる溶接方法を提供することを目的としている。In view of these circumstances, the present invention has excellent corrosion resistance when welding high Cr steel in a carbon dioxide gas-containing environment and the like, and also has excellent toughness, strength, and the like in a welded portion. It is intended to provide a welding method.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、重量%でCr:7.5〜18.0%
を含有し、ミクロ組織が実質的にマルテンサイト単相、
あるいはマルテンサイトを主体として一部フェライトを
含む高Cr鋼の溶接において、重量%で、Si:0.0
1〜1.0%、Mn:0.02〜3.0%、Cr:1
8.0〜28.0%、Ni:5.0〜10.0%、Mo
+0.5W:1.0〜5.0%、Al:0.005〜
0.5%を含有し、C:0.03%以下、P:0.03
%以下、S:0.01%以下に規制し、残部Feおよび
不可避不純物からなる溶接材料を用いてアーク溶接し、
かつ溶接金属のミクロ組織をオーステナイトとフェライ
トの2相組織とし、オーステナイト分率を30〜70%
とすることを特徴とする高Cr鋼の溶接方法である。ま
たさらに必要に応じて溶接材料が重量%で、Cu:3%
以下、N:0.2%以下の1種または2種を含有するこ
と、Nb、V、Ti、Zr、Taの1種または2種以上
を合計含有量で重量%で1.0%以下含有することも特
徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has a Cr content of 7.5 to 18.0% by weight.
The microstructure is substantially a martensitic single phase,
Alternatively, in welding of high Cr steel mainly containing martensite and partially containing ferrite, Si: 0.0
1 to 1.0%, Mn: 0.02 to 3.0%, Cr: 1
8.0-28.0%, Ni: 5.0-10.0%, Mo
+ 0.5W: 1.0 to 5.0%, Al: 0.005 to
0.5%, C: 0.03% or less, P: 0.03
%, S: regulated to 0.01% or less, and arc welding using a welding material consisting of the balance Fe and inevitable impurities,
In addition, the microstructure of the weld metal is a two-phase structure of austenite and ferrite, and the austenite fraction is 30 to 70%.
It is a method for welding high Cr steel. Further, if necessary, the content of the welding material is% by weight, and Cu: 3%.
Hereinafter, N: contains one or two kinds of 0.2% or less, and contains one or more kinds of Nb, V, Ti, Zr, and Ta in a total content of 1.0% or less by weight%. It is also a feature.
【0010】[0010]
【作用】以下に本発明において各成分等の範囲を限定し
た理由を述べる。なお、本発明において%は特に明記し
ない限り、重量%を意味する。The reasons for limiting the range of each component in the present invention will be described below. In the present invention,% means% by weight unless otherwise specified.
【0011】Si:Siは、溶接金属の脱酸剤および強
化元素として有効であるが、含有量が0.01%未満で
はその脱酸効果が充分ではなく、1.0%を超えて含有
させてもその効果は飽和するばかりか衝撃靱性を低下さ
せるので、Siの含有量範囲は0.01〜1.0%に限
定する。Si: Si is effective as a deoxidizing agent and a strengthening element for a weld metal. However, if the content is less than 0.01%, the deoxidizing effect is not sufficient, and the content is more than 1.0%. However, the effect is not only saturated but also lowers the impact toughness, so the content range of Si is limited to 0.01 to 1.0%.
【0012】Mn:Mnは、溶接金属の脱酸剤として必
要で、また溶接金属の組織を調整するためのオーステナ
イト生成元素としても重要であって、0.02%以上を
含有させる必要がある。しかし、3.0%を超えて含有
させてもその効果はもはや飽和しているばかりか、過剰
にMnを含有させることは材料の製造時に困難を生ずる
ので、上限含有量は3.0%とする。Mn: Mn is required as a deoxidizing agent for a weld metal, and is also important as an austenite-forming element for adjusting the structure of a weld metal, and must be contained at 0.02% or more. However, even if the content exceeds 3.0%, the effect is no longer saturated, and the excessive addition of Mn causes difficulty in the production of the material, so the upper limit content is 3.0%. I do.
【0013】Cr:Crは、溶接金属の耐食性と強度を
確保するために18.0%以上を含有させることが必要
であるが、28.0%を超えて含有させると、溶接金属
の組織を調整するためには、オーステナイト生成元素と
して多量の合金元素を添加しなければならず、これはコ
ストをいたずらに上昇させるばかりである。従って、C
rの含有量は18.0〜28.0%とする。[0013] Cr: Cr must be contained at 18.0% or more in order to ensure the corrosion resistance and strength of the weld metal. However, if the Cr content exceeds 28.0%, the structure of the weld metal is reduced. In order to adjust it, a large amount of alloying element must be added as an austenite forming element, which only increases the cost unnecessarily. Therefore, C
The content of r is set to 18.0 to 28.0%.
【0014】Ni:Niは、溶接金属の組織中にオース
テナイトを安定に生成させ、靱性と耐食性を確保する元
素として重要である。その含有量が5.0%未満では衝
撃靱性が不充分であり、またオーステナイト分率を確保
することが困難になる。Niの含有量が10.0%を超
えると、オーステナイト分率が過大になって溶接金属の
強度が低下する恐れがあるのに対して、衝撃靱性を向上
させる効果はもはや飽和する。従って、Niの含有量は
5.0〜10.0%とする。Ni: Ni is important as an element that stably forms austenite in the structure of the weld metal and ensures toughness and corrosion resistance. If the content is less than 5.0%, impact toughness is insufficient, and it becomes difficult to secure an austenite fraction. If the Ni content exceeds 10.0%, the austenite fraction may become excessive and the strength of the weld metal may decrease, but the effect of improving the impact toughness is no longer saturated. Therefore, the content of Ni is set to 5.0 to 10.0%.
【0015】Mo+0.5W:MoおよびWは溶接金属
の耐食性と高強度を確保するために添加する。ここで、
含有量が同じである場合に、Wの効果はMoの効果の1
/2であるので、両者を合計した効果はMo+0.5W
で表わされる。そして、Mo+0.5Wが1.0%未満
では溶接金属の耐食性と強度が充分ではなく、5.0%
を超えると溶接金属のフェライトとオーステナイトの分
率を適正に保つのが困難になるか、オーステナイト分率
を30〜70%とするためには、オーステナイト生成元
素を過大に添加しなければならなくなる。従って、Mo
+0.5Wの値は2.0〜5.0%とする。ここで、M
oとWは、いずれかを単独に添加しても良いし、両者を
複合して添加しても良い。重要なことは、Mo+0.5
Wで表わされる量が2.0〜5.0%の範囲に入ってい
ることである。Mo + 0.5W: Mo and W are added to secure the corrosion resistance and high strength of the weld metal. here,
When the content is the same, the effect of W is one of the effects of Mo.
/ 2, the total effect of both is Mo + 0.5W
Is represented by If Mo + 0.5W is less than 1.0%, the corrosion resistance and strength of the weld metal are not sufficient, and 5.0%
If the ratio exceeds 3, it becomes difficult to keep the ferrite and austenite fractions of the weld metal properly, or in order to make the austenite fraction 30 to 70%, the austenite forming element must be excessively added. Therefore, Mo
The value of +0.5 W is set to 2.0 to 5.0%. Where M
Any of o and W may be added alone, or both may be added in combination. The important thing is Mo + 0.5
That is, the amount represented by W is in the range of 2.0 to 5.0%.
【0016】Al:Alは、脱酸剤として0.005%
以上の添加が必要である。しかし、0.5%を超えて添
加すると、粗大な酸化物系介在物を形成して溶接金属の
耐食性と衝撃靱性を損なうので、上限含有量は0.5%
とする。Al: Al is 0.005% as a deoxidizing agent
The above addition is necessary. However, if added in excess of 0.5%, coarse oxide-based inclusions are formed to impair the corrosion resistance and impact toughness of the weld metal, so the upper limit content is 0.5%.
And
【0017】C:Cは、Crと炭化物を形成して耐食性
を低下させ、また溶接金属の硬さを大きく上昇させるの
で、Cの含有量は0.03%以下に限定する。あるいは
さらに、0.02%以下に低減すると耐食性と靱性を改
善することかが一段と顕著であり、より好ましい。C: Since C forms carbides with Cr to lower the corrosion resistance and greatly increase the hardness of the weld metal, the content of C is limited to 0.03% or less. Alternatively, it is more remarkable that the reduction to 0.02% or less improves the corrosion resistance and toughness, which is more preferable.
【0018】P:Pは多量に存在すると靱性を低下させ
るので、少ない方が望ましく、0.03%以下に低減す
ることが必要であり、少ないほど好ましい。P: Since the presence of a large amount of P lowers the toughness, it is desirable to reduce the P, and it is necessary to reduce it to 0.03% or less, and the smaller the P, the better.
【0019】S:Sも多量に存在すると、熱間加工性、
延性および耐食性を低下させるので、少ない方が望まし
く、0.01%以下に低減することが必要である。溶接
材料としての製造性を一段と改善し、溶接金属の耐食性
をさらに改善するためには、Sを0.005%以下に低
減するとより好ましい。S: When S is present in a large amount, hot workability,
Since the ductility and the corrosion resistance are reduced, a smaller amount is desirable, and it is necessary to reduce the content to 0.01% or less. In order to further improve the productivity as a welding material and further improve the corrosion resistance of the weld metal, it is more preferable to reduce S to 0.005% or less.
【0020】以上が本発明方法で使用する溶接材料の基
本成分であるが、本発明においては必要に応じてさらに
以下の元素を添加して、特性を一段と向上させた溶接材
料も対象としている。The above are the basic components of the welding material used in the method of the present invention. In the present invention, the following elements are further added as necessary to further improve the properties of the welding material.
【0021】Cu:Cuは、溶接金属の強度と耐食性を
高めるのに顕著な効果があり、オーステナイト分率を所
定の範囲に調整するためにも有用な元素である。しか
し、3.0%を超えて添加してもその効果はもはや飽和
するのに対して、熱間割れなどにより溶接材料の製造性
を低下させるので、上限含有量は3.0%とする。Cu: Cu has a remarkable effect on increasing the strength and corrosion resistance of the weld metal, and is also a useful element for adjusting the austenite fraction to a predetermined range. However, if the addition exceeds 3.0%, the effect is no longer saturated, but the productivity of the welding material is reduced due to hot cracking or the like. Therefore, the upper limit content is set to 3.0%.
【0022】N:Nは、溶接金属においてオーステナイ
ト分率を所定の範囲に調整するためのオーステナイト生
成元素として、また溶接金属の強度を高める元素として
有用である。しかし、0.2%を超えて含有させること
は困難であるし、コストをいたずらに増加させるので、
上限含有量は0.2%とする。N: N is useful as an austenite-forming element for adjusting the austenite fraction in the weld metal to a predetermined range and as an element for increasing the strength of the weld metal. However, since it is difficult to contain more than 0.2%, and unnecessarily increases the cost,
The upper limit content is set to 0.2%.
【0023】Nb、V、Ti、Zr、Ta:Nb、V、
Ti、Zr、Taは、溶接金属の硬さを低下させ、耐食
性を改善する効果がある。しかし、過剰に添加してもこ
れらの効果は飽和するのに対して靱性を低下させるの
で、Nb、V、Ti、Zr、Taの1種または2種以上
の合計含有量が1.0%を超えないものとする。Nb, V, Ti, Zr, Ta: Nb, V,
Ti, Zr, and Ta have the effect of reducing the hardness of the weld metal and improving the corrosion resistance. However, even if it is added excessively, these effects are saturated but the toughness is reduced, so that the total content of one or more of Nb, V, Ti, Zr, and Ta is 1.0%. Shall not exceed.
【0024】本発明方法で使用する溶接材料において
は、上記の成分の他に、製造性、靱性や耐食性などを調
整する目的で、あるいは添加合金元素に付随した不純物
として、Sn、Sb、Bなどを含有することができる。
また、製造性を改善する目的で、希土類元素(RE
M)、Ca、Mgなどを含有することも可能である。な
お、ここで希土類元素とは、原子番号が57〜71番お
よび89〜103番の元素およびYを指す。また、本発
明では酸素の含有量は特に限定はしていないが、酸素は
酸化物系非金属介在物を生成する根源となる不純物であ
るから、少ないほど好ましいのは当然である。In the welding material used in the method of the present invention, in addition to the above-mentioned components, Sn, Sb, B, etc., for the purpose of adjusting the productivity, toughness, corrosion resistance and the like, or as impurities accompanying the added alloy element. Can be contained.
In order to improve manufacturability, rare earth elements (RE
M), Ca, Mg and the like can be contained. Here, the rare earth element means an element having an atomic number of 57 to 71 or 89 to 103 and Y. In the present invention, the content of oxygen is not particularly limited. However, since oxygen is an impurity serving as a source for generating oxide-based nonmetallic inclusions, it is natural that the smaller the oxygen content, the better.
【0025】次に、本発明においてミクロ組織を限定し
た理由を説明する。溶接金属のミクロ組織は、強度、衝
撃靱性、硬さ、耐食性という複数の要求特性を同時に満
足するために、オーステナイト+フェライトの2相組織
であることが必要である。フェライト単相あるいはフェ
ライト主体の組織では衝撃靱性が悪い。一方、オーステ
ナイト単相あるいはオーステナイトを主体とする組織で
は溶接金属の強度が不足する。また、溶接金属の組織が
マルテンサイト単相あるいはマルテンサイトを主体とす
る組織であると、硬さが大で、衝撃靱性に乏しい。オー
ステナイト+フェライトの2相組織とすることで、溶接
金属の強度が高まる一方で硬さが過剰に上昇することを
防止し、従って溶接に際して予熱あるいは後熱処理を施
さなくても溶接割れは発生せず、さらに優れた衝撃靱性
が得られる。Next, the reason why the microstructure is limited in the present invention will be described. The microstructure of the weld metal must have a two-phase structure of austenite + ferrite in order to simultaneously satisfy a plurality of required properties such as strength, impact toughness, hardness, and corrosion resistance. A ferrite single phase or a structure mainly composed of ferrite has poor impact toughness. On the other hand, if the structure is mainly composed of a single phase of austenite or austenite, the strength of the weld metal is insufficient. If the structure of the weld metal is a martensite single phase or a structure mainly composed of martensite, the hardness is large and the impact toughness is poor. The two-phase structure of austenite + ferrite increases the strength of the weld metal while preventing the hardness from excessively increasing. Therefore, welding cracks do not occur even if preheating or post heat treatment is not performed during welding. And further excellent impact toughness.
【0026】ここで、溶接金属中のオーステナイト分率
が30%未満では、フェライト分率が過大になって溶接
金属の衝撃靱性が低下するとともに、フェライト硬さが
高くなりすぎる。一方で、オーステナイト分率が70%
を超えると、成分をいかに調整しても溶接金属の強度を
確保することが困難になる。従って、溶接金属のオース
テナイト分率は30〜70%の範囲とすることが重要か
つ必要である。Here, when the austenite fraction in the weld metal is less than 30%, the ferrite fraction becomes excessively large, so that the impact toughness of the weld metal decreases and the ferrite hardness becomes too high. On the other hand, the austenite fraction is 70%
If the ratio exceeds the limit, it becomes difficult to secure the strength of the weld metal, no matter how the components are adjusted. Therefore, it is important and necessary that the austenite fraction of the weld metal be in the range of 30 to 70%.
【0027】本発明方法では、溶接方法はアーク溶接を
対象とする。通常のアーク溶接であれば特に限定される
ものではないが、ラインパイプや圧力容器等の溶接に
は、被覆アーク溶接、ミグ(メタルイナートガス)溶
接、マグ(メタルアクティブガス)溶接、ティグ(タン
グステンイナートガス)溶接なとが一般的に良く使用さ
れる。溶接は、自動、半自動、手溶接のいずれでも良
く、特に限定されるものではない。In the method of the present invention, the welding method is intended for arc welding. There is no particular limitation on ordinary arc welding, but welding of line pipes, pressure vessels, and the like includes covered arc welding, MIG (metal inert gas) welding, MAG (metal active gas) welding, and TIG (tungsten inert gas). ) Welding is commonly used. The welding may be automatic, semi-automatic, or manual welding, and is not particularly limited.
【0028】本発明が対象とする高Cr鋼はCr量が
7.5〜18.0%であって、ミクロ組織が実質的にマ
ルテンサイト単相、あるいはマルテンサイトを主体とし
て一部フェライトを含むもので、高強度が要求される鋼
である。本発明は母材の降伏強度が448N/mm2 以
上である場合に特に有効であり、母材の強度が517N
/mm2 以上である場合にはさらに一段と有効である。
The high Cr steel of the present invention has a Cr content of 7.5 to 18.0% and has a microstructure of substantially a single martensite phase, or mainly martensite and partially containing ferrite. It is a steel that requires high strength. The present invention is particularly effective when the yield strength of the base material is 448 N / mm 2 or more, and the strength of the base material is 517 N / mm 2.
/ Mm 2 or more is more effective.
【0029】高Cr鋼ではあっても、該鋼の組織がフェ
ライト単相、あるいは実質的にフェライトからなる場合
には、鋼自体の強度が必ずしも高くはないので本発明方
法を適用する必要がない場合が多い。その理由は、こう
した鋼は主として加工性を要求される薄板として使用さ
れる場合が多く、母材あるいは溶接部の衝撃靱性に対す
る要求がないか、あっても要求レベルが低いためであ
る。また、溶接部に要求される強度もさほど高くないか
らである。Even if it is a high Cr steel, if the structure of the steel is composed of a ferrite single phase or substantially ferrite, the strength of the steel itself is not necessarily high, so that it is not necessary to apply the method of the present invention. Often. The reason is that such steels are often used mainly as thin plates requiring workability, and there is no requirement for the impact toughness of the base material or the welded portion, or the requirement level is low. Further, the strength required for the welded portion is not so high.
【0030】本発明が対象とする高Cr鋼においては、
Cr量が前述の範囲であれば他の成分は特に限定される
ものではなく、いずれも適用可能である。念のために代
表的な成分の考え方を例示すると、以下の通りである。 (1)溶接性を改善する目的でCおよびNを低減する。 (2)マルテンサイト組織を得るためにNi、Cu、M
nを添加する。 (3)あるいはさらに、耐食性を改善する目的でMo、
Wを添加する。 (4)あるいはさらに、衝撃靱性と熱影響部硬さを改善
する目的等で、Nb、V、Ti、Zr、Ta等を添加す
る。 (5)耐食性や熱間加工性などを改善する目的で、希土
類元素(REM)、Caの1種以上を添加する。このほ
か、不純物であるP、S、Oは低減されるのが一般的で
ある。Si、Alは脱酸目的で添加される。強度を目的
としてBを添加する場合もある。In the high Cr steel to which the present invention is applied,
The other components are not particularly limited as long as the Cr content is in the above range, and any of them can be applied. The following is an example of the concept of typical components just in case. (1) C and N are reduced for the purpose of improving weldability. (2) Ni, Cu, M to obtain martensite structure
Add n. (3) Alternatively, for the purpose of improving corrosion resistance, Mo,
Add W. (4) Alternatively, Nb, V, Ti, Zr, Ta or the like is added for the purpose of improving impact toughness and heat-affected zone hardness. (5) At least one of rare earth elements (REM) and Ca is added for the purpose of improving corrosion resistance and hot workability. In addition, P, S, and O, which are impurities, are generally reduced. Si and Al are added for the purpose of deoxidation. B may be added for the purpose of strength.
【0031】本発明は、ラインパイプなどの鋼管の円周
溶接に適用することは、勿論可能であるし、圧力容器や
構造物に使用される鋼板の溶接に適用することも勿論可
能である。The present invention can of course be applied to circumferential welding of steel pipes such as line pipes, and of course can be applied to welding of steel plates used in pressure vessels and structures.
【0032】[0032]
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。表
1に成分を示す高Cr鋼管(肉厚12.7mm)を母材
とし、表2に示す溶接材料で溶接を行なって溶接継手を
作成した。なお、表1の鋼管は、鋼管として製造された
後に、焼入−焼戻熱処理を施して、いずれも降伏強度を
551N/mm2 以上としたものである。表3に溶接条
件を示すが、各溶接材料を適用した鋼管の番号を記し
た。また、溶接に際して予熱はまったく適用せず、溶接
後の熱処理も行なっていない。各溶接継手の断面につい
て、エッチングして組織を現出した後に、オーステナイ
ト分率をポイントカウント法で測定した結果を、表3中
にあわせて記載した。Embodiments of the present invention will be described below. A high-Cr steel pipe (wall thickness: 12.7 mm) whose components are shown in Table 1 was used as a base material, and welding was performed with a welding material shown in Table 2 to form a welded joint. The steel pipes shown in Table 1 were manufactured as steel pipes, and then subjected to quenching-tempering heat treatment to yield a yield strength of 551 N / mm 2 or more. Table 3 shows the welding conditions. The numbers of the steel pipes to which each welding material was applied are shown. In addition, no preheating was applied at the time of welding, and no heat treatment was performed after welding. Table 3 also shows the results of measuring the austenite fraction by the point count method after etching to reveal the structure of the cross section of each welded joint.
【0033】[0033]
【表1】 [Table 1]
【0034】[0034]
【表2】 [Table 2]
【0035】[0035]
【表3】 [Table 3]
【0036】次に各々の溶接継手から、切欠が溶接金属
に位置するようにJIS4号衝撃試験片(フルサイズ)
を採取した後に、衝撃試験を実施した。溶接金属の最高
硬さは、荷重1kgのビッカース硬さとして測定した。
溶接線に直交する方向において、平行部に溶接金属、溶
接熱影響部、母材を含むように、JIS5号引張試験片
を採取し、室温で引張試験を行なった。Next, from each of the welded joints, a JIS No. 4 impact test piece (full size) was placed so that the notch was located in the weld metal.
After sampling, an impact test was performed. The maximum hardness of the weld metal was measured as Vickers hardness at a load of 1 kg.
In a direction perpendicular to the welding line, a JIS No. 5 tensile test piece was sampled so as to include a weld metal, a weld heat affected zone, and a base material in a parallel portion, and a tensile test was performed at room temperature.
【0037】一方、各溶接継手の溶接金属から試験片を
採取して、湿潤炭酸ガス環境における腐食試験を行なっ
た。湿潤炭酸ガス環境における腐食試験条件としては、
試験温度120℃のオートクレーブ中で、炭酸ガス40
気圧の条件で5%NaCl水溶液中に30日間浸漬し
て、試験前後の重量変化から腐食速度を算出した。腐食
速度の単位はmm/yで表わしたが、一般にある環境に
おけるある材料の腐食速度が0.1mm/y未満の場
合、材料は充分耐食性を有し、使用可能であると考えら
れている。On the other hand, test specimens were taken from the weld metal of each welded joint and subjected to a corrosion test in a wet carbon dioxide gas environment. Corrosion test conditions in a wet carbon dioxide gas environment include:
In an autoclave at a test temperature of 120 ° C., carbon dioxide gas 40
It was immersed in a 5% NaCl aqueous solution for 30 days under atmospheric pressure, and the corrosion rate was calculated from the weight change before and after the test. The unit of the corrosion rate is expressed in mm / y. Generally, when the corrosion rate of a certain material in an environment is less than 0.1 mm / y, it is considered that the material has sufficient corrosion resistance and can be used.
【0038】試験結果を第3表に示した。表3の衝撃試
験結果において、○は破面遷移温度が−30℃以下、×
は破面遷移温度が−30℃を超えて0℃以下、××は破
面遷移温度が−0℃超であったことをそれぞれ表わして
いる。引張試験結果においては、○は母材部で破断し、
溶接金属部では破断しなかったもの、×は溶接金属部で
破断したものを表わしている。腐食試験結果としては、
腐食速度を示した。The test results are shown in Table 3. In the impact test results in Table 3, ○ indicates that the fracture surface transition temperature is −30 ° C. or less,
Indicates that the fracture surface transition temperature exceeded −30 ° C. and was 0 ° C. or less, and XX indicates that the fracture surface transition temperature exceeded −0 ° C., respectively. In the results of the tensile test, ○ was broken at the base material,
The ones that did not break at the weld metal part and the ones that failed at the weld metal part represent crosses. Corrosion test results include:
The corrosion rate was shown.
【0039】表3から明らかなように、本発明例である
No.1〜5は、溶接金属の衝撃靱性が優れ、溶接金属
の強度が高く(溶接金属では破断しない)、溶接金属の
最高硬さは低く、かつ溶接金属の耐食性が優れるとい
う、多数の要求特性を同時に満足できることがわかる。
また、これらの特性は、溶接時の予熱あるいは後熱処理
を施さない、溶接ままで得られている。As is evident from Table 3, No. 1 of the present invention was used. Nos. 1 to 5 have many required properties such as excellent impact toughness of weld metal, high strength of weld metal (not broken by weld metal), low hardness of weld metal, and excellent corrosion resistance of weld metal. It turns out that it can be satisfied simultaneously.
In addition, these characteristics are obtained as-welded without performing preheating or post-heating during welding.
【0040】これに対して、比較例であるNo.6は低
合金鋼ベースであるために溶接金属の耐食性と衝撃靱性
が著しく悪い。比較例No.7は13%Cr−4Ni共
金系であってマルテンサイト組織であり、溶接ままでは
溶接金属の硬さが非常に大きい。また、比較例No.8
はオーステナイト系溶接材料であるが、耐食性と衝撃靱
性は良いものの溶接金属の強度が非常に低く、まったく
不充分である。比較例No.9はフェライト+オーステ
ナイト2相混合組織ではあるものの成分が適切ではな
く、かつ溶接金属のオーステナイト分率が不適切である
ために、溶接金属の衝撃靱性が著しく悪い。On the other hand, in Comparative Example No. Since No. 6 is based on a low alloy steel, the corrosion resistance and impact toughness of the weld metal are extremely poor. Comparative Example No. No. 7 is a 13% Cr-4Ni co-gold system and has a martensitic structure, and the hardness of the weld metal is very large as it is. Also, in Comparative Example No. 8
Is an austenitic welding material, but the corrosion resistance and impact toughness are good, but the strength of the weld metal is very low, which is completely insufficient. Comparative Example No. No. 9 is a ferrite + austenite two-phase mixed structure, but the components are not appropriate and the austenite fraction of the weld metal is inappropriate, so that the impact toughness of the weld metal is extremely poor.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上述べたように、本発明は溶接材料と
してCr、Niをバランス良く含有させることにより溶
接金属をオーステナイトとフェライトの2相組織とし、
その他の成分をさらに規定することとあいまって、耐食
性、強度および靱性に優れた高Cr鋼の溶接方法を提供
することを可能としたものであり、産業の発展に貢献す
るところが極めて大である。As described above, according to the present invention, Cr and Ni are contained in a well-balanced manner as a welding material to form a weld metal into a two-phase structure of austenite and ferrite.
This, together with further defining other components, makes it possible to provide a method for welding high Cr steel having excellent corrosion resistance, strength, and toughness, and greatly contributes to industrial development.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−123497(JP,A) 特開 昭53−40656(JP,A) 特開 昭50−158546(JP,A) 特開 昭51−40345(JP,A) 特公 昭28−3307(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/23 B23K 35/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-123497 (JP, A) JP-A-53-40656 (JP, A) JP-A-50-158546 (JP, A) 40345 (JP, A) JP 28-3307 (JP, B1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 9/23 B23K 35/30
Claims (3)
有し、ミクロ組織が実質的にマルテンサイト単相、ある
いはマルテンサイトを主体として一部フェライトを含む
高Cr鋼の溶接において、重量%で、 Si:0.01〜1.0%、 Mn:0.02〜3.0%、 Cr:18.0〜28.0%、 Ni:5.0〜10.0%、 Mo+0.5W:1.0〜5.0%、 Al:0.005〜0.5%、を含有し、 C:0.03%以下、 P:0.03%以下、 S:0.01%以下、に規制し、残部Feおよび不可避
不純物からなる溶接材料を用いてアーク溶接し、かつ溶
接金属のミクロ組織をオーステナイトとフェライトの2
相組織とし、オーステナイト分率を30〜70%とする
ことを特徴とする高Cr鋼の溶接方法。1. A welding method for a high Cr steel containing 7.5 to 18.0% by weight of Cr and having a microstructure substantially of martensite single phase or martensite and partially containing ferrite. Si: 0.01 to 1.0%, Mn: 0.02 to 3.0%, Cr: 18.0 to 28.0%, Ni: 5.0 to 10.0%, Mo + 0 0.5 W: 1.0 to 5.0%, Al: 0.005 to 0.5%, C: 0.03% or less, P: 0.03% or less, S: 0.01% or less And arc welding using a welding material consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, and changing the microstructure of the weld metal to austenite and ferrite.
A method for welding a high Cr steel, comprising a phase structure and an austenite fraction of 30 to 70%.
を特徴とする請求項1に記載の高Cr鋼の溶接方法。2. The high Cr material according to claim 1, wherein the welding material further contains one or two of Cu: 3% or less and N: 0.2% or less by weight. Steel welding method.
r、Taの1種または2種以上を合計含有量で重量%で
1.0%以下含有することを特徴とする請求項1または
2に記載の高Cr鋼の溶接方法。3. The welding material further comprises Nb, V, Ti, Z.
The method for welding a high Cr steel according to claim 1 or 2, wherein one or more of r and Ta are contained in a total content of 1.0% or less by weight%.
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