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JP2596868C - - Google Patents

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Publication number
JP2596868C
JP2596868C JP2596868C JP 2596868 C JP2596868 C JP 2596868C JP 2596868 C JP2596868 C JP 2596868C
Authority
JP
Japan
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less
weld metal
welded structure
hardness
ssc
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
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Japanese (ja)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】 本発明は、硫化水素雰囲気にさらされる球形タンク等の溶接構造物に係わり、
詳しくは耐HIC性及び耐SSC性に優れた溶接構造物に関するものである。 【0002】 【従来の技術】 硫化水素雰囲気にさらされるLPG・ガス貯蔵用球形タンクなどの溶接構造物
は、使用中に水素誘起割れ(HIC)や硫化物応力腐食割れ(SSC)が生じる
可能性があり、これらが生じた場合、構造物の信頼性に多大な影響を及ぼすため
、種々の厳しい要求がなされている。鋼材及び鋼材HAZについての具体的な例 としては、HIC防止のために、硫化物(MnS)等の非金属介在物の低減やそ
の形態制御をする、SSC防止のために、NACEが提唱する、最高硬さをロッ
クウェルC硬さで22以下(ビッカース硬さ248以下に相当、以後Hv248
以下と記す)に抑え、かつNiを1%以下に抑えると言う要求がある。これら特
性を満足させるため、鋼材については、添加元素を低めに抑え制御圧延制御冷却
プロセスなどの方法により、鋼材の強度等特性を確保する方法が現在採用されて
いる。 【0003】 一方、溶接金属の場合についても、構造物の信頼性を確保するために、母材や
溶接熱影響部と同様な特性が要求される。溶接金属については、鋼材と異なり、
圧延プロセスを経ないため、非金属介在物が球状で存在し、しかも鋼材に比べ非
常に微細なためHICは起こらないとされている。SSCについては、母材同様
に、ある条件下では起こる可能性があり、特に焼き入れ性が高まるとその危険性
は増大する。しかし、溶接金属の特性は、溶接条件で決定される冷却過程と溶接
金属の成分で、その特性がほぼ決定されるため、母材と同じ組成では、同等な特
性が得られない場合が多い。従って、従来は、母材と同じ特性を得るために、溶
接金属の合金元素を母材のそれより高めに設定し、この問題を解決してきた。こ
の方法は、溶接金属の強度、靱性を確保する上で必要不可欠であるが、合金元素
の添加は、溶接金属の焼き入れ性を上げる効果となり、耐SSC性と言う観点か
らは好ましくない。この傾向は、特に溶接金属がその後の溶接により熱影響を受
けて硬くなった場合、さらに顕著になる。 【0004】 従来の技術によれば、特開昭63−2588号公報にあるように、NACEが
提唱する最高硬さをHv248以下にすると言う要求を溶接金属にも適用し、耐
SSC性を確保しながら、靱性等の特性を確保するのが通常であった。しかし、
Hv248以下と言う低硬度を保ちながら強度、靱性を確保する方法も、もとも
と相反する特性を両立させると言う点から考えると、適用範囲はおのずと限定さ
れてくる。特に、母材の強度が向上し、溶接金属にも同様の強度が求められるよ
うになってくると、低硬度、高強度を両立させることは、きわめて困難となる。 この問題は、構造物使用中に補修溶接等を行う場合、その熱影響を受けて硬化す
るのは、母材より添加元素の多い溶接金属となる可能性が大きいため、より困難
となってくる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】 このような問題を打ち破るためには、溶接金属については、Hv248以下を
満足する場合は言うに及ばず、Hv248以下を満足しなくても、低硬度が達成
された(Hv248以下を満足する)母材、母材HAZの耐SSC性と同等な特
性をもたせる必要がある。言え替えれば、SSCをおこさない最高の硬さ(以下
単に限界硬さという)が、Hv248を上回るような溶接金属の発明が必要であ
る。このことは、溶接構造物使用中、補修溶接が必要となった場合、その溶接条
件によっては、溶接金属についてはHv248以下の条件を満たさない可能性が
あることを考えると、その意義は大きい。すなわち、本発明はHv248以下と
いう条件が満足されない場合であっても、良好な耐SSC性を示す溶接金属を持
つことを特徴とする溶接構造物を提供することを目的とするものである。 【0006】 【課題を解決するための手段】 本発明者らは、以上のような事情に着目し、また、溶接金属は母材と比べ酸素
量が非常に多いなどの違いがあることから、SSC感受性が母材のそれとは異な
るに違いないと確信し、主として、溶接金属中の成分の、SSC感受性に及ぼす
影響を研究してきた。本発明は、かかる研究の結果完成されたものであり、その
構成とは、母材部が、重量%で、C;0.02〜0.06%、Si;0.6%以
下、Mn;1.0〜1.6%、P;0.020%以下、S;0.001%以下、
Al;0.001〜0.060%、Nb;0.005〜0.04%、Ti;0.
005〜0.030%、Ca;0.001〜0.006%、N;0.006%以
下、必要に応じて、Mo;0.05〜0.5%、Ni;0.05〜0.5%、C
u;0.05〜0.5%、V;0.01〜0.10%の範囲で1種または2種以
上含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなり、溶融金属が、(1)式に示す指
数Pwm;0.25〜0.43%であり、かつ、C;0.03〜0.14%、S i;0.1〜0.6%、Mn;0.70〜1.8%、P;0.02%以下、S;
0.02%以下、Ti;0.005〜0.05%、B;0.0006〜0.00
5%、O;0.015〜0.05%、Al;0.01〜0.055%とし、必要
に応じて、Cr;0.5%以下、Mo;0.5%以下、Ni;1.0%以下、C
u;1.0%以下の1種または2種以上含有し、残部が鉄及び不可避的不純物か
らなる溶接構造物であって、溶接金属の硬さがビッカース硬さで248を上回り
、NACE環境におけるSSCを起こさないこと、もしくは、Pwm;0.25
〜0.55%、C;0.03〜0.14%、Si;0.1〜0.6%、Mn;0
.70〜1.8%、P;0.02%以下、S;0.02%以下、B;0.000
6%未満、O;0.015〜0.08%、Al;0.01〜0.055%とし、
必要に応じて、Cr;0.5%以下、Mo;0.5%以下、Ni;1.0%以下
、Cu;1.0%以下の1種または2種以上含有し、残部が鉄及び不可避的不純
物からなる溶接構造物であって、溶接金属の硬さがビッカース硬さで248を上
回り、NACE環境におけるSSCを起こさないことを特徴とする溶接構造物に
その要旨が存在する。 Pwm=C+Si/24+Mn/5+Cr/7+Mo/4+Ni/10+Cu/
14 (1) 以下に本発明の詳細な説明を行う。 【0007】 【作用】 まず母材部について述べる。 母材の耐HIC性及び耐SSC性は、従来より採用されている。母材中の硫化物
低減及びその形態制御、母材及びHAZの最高硬さをHv248以下を確保する
ことにより達成することとした。そのための成分範囲について以下に説明する。 C及びMnは、母材の強度靱性を確保する上で不可欠な成分である。しかし、
過度の添加は焼き入れ性を上げすぎるため、その範囲を、それぞれ0.02〜0
.06%、1.0〜1.6%とした。 Siは、添加量が多すぎると、HAZ靱性が劣化するので、上限を0.6%と
した。 P及びSは、本発明においては不純物であるが、母材、HAZの靱性を劣化さ
せ、かつSは硫化物を生成するので、上限をそれぞれ、0.020%、0.00
1%とした。 【0008】 Alは、脱酸に必要な量、及び、靱性劣化を起こさない量という点から0.0
01〜0.060%とした。 Nbは、析出効果による強度向上のため0.005%は必要であるが、HAZ
硬さを抑えるため上限を0.04%とした。 Tiは、TiNとして母材及びHAZの微細化に有効であるため、必須である
。しかし、Ti、N共過度の添加は母材及びHAZの靱性を劣化させるので、そ
の範囲を0.005〜0.030%、0.006%以下とした。 Caは硫化物の形態を制御するため、また靱性を向上させるために必要である
が、CaO、CaSが多量に生成されれば、逆に靱性劣化を招くためその範囲を
0.001〜0.006%とした。 以上は基本成分についてであるが、本発明構造物の母材部はこの外に必要に応
じて下記付加成分を1種又は2種以上を含有できる。 【0009】 Moは母材の強度、靱性を向上させるが、添加量が多すぎると靱性、溶接性の
劣化を招くため、0.5%以下とした。下限は、実質的効果が得られるためとい
う意味で、0.05%とした。下限については、Ni、Cuについても同様であ
る。 Niの上限は、HAZ靱性に悪影響を及ぼさないと言う点から0.5%とした。 Cuは、母材製造時のCuクラック防止と言う点から上限を0.5%とした。 Vは、Nb同様析出効果に寄与するものであるが、Nb程の働きが無いため、
その範囲を0.01〜0.10%とした。 以上のような成分範囲の鋼を、必要に応じ制御圧延制御冷却、あるいは、焼き
入れ焼き戻しを行うことにより、強度を50kgf/mm2以上にし、かつ、良
好な耐HIC性及び低硬度(Hv248以下)すなわち良好な耐SSC性を確保
することが可能となる。 【0010】 次に溶接金属について述べる。 溶接金属については既に述べたようにHICは起こらないとされている。SS
Cに関しては、母材及びHAZについてはHv248以下を満足させることによ
って良好な耐SSC性を確保してきたが、溶接金属についてはHv248以下と
いう条件を満足しなくても良好な耐SSC性を示すための成分範囲を設定しなけ
ればならない。 【0011】 まずC、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cuについてであるが、これらの成
分は、溶接金属の耐SSC性から考えると、いずれもSSCを起こさない最高の
硬さ(限界硬さ)を下げる働きがある。しかし、その影響度が異なるため、(1
)式で計算される指数Pwmを導入した。そして、Pwm≦0.55%とするこ
とにより、良好な耐SSC性を得ることができる。逆に、Pwm>0.55%の
場合は、NACEが提唱するHv248以下を満足してもSSCを防ぐことがで
きない場合が生じる。Pwmの上限を0.55%としたのはこの理由による。 【0012】 但し、Pwmの上限も他の元素によって変化してくる。即ち、後に述べるBに
よってPwmの上限は減少してくる。しかし、BはTiと共に溶接金属に添加さ
れ、靱性の向上には非常に有効なため、本発明者らは、溶接金属にBを添加しな
いとするのは不合理と考えた。そこで、Bを添加しても良好な耐SSC性が得ら
れる上限として0.43%を見いだしたものである。 【0013】 一方、Pwm≦0.43%を満たせば、Bの添加・無添加にかかわらずHv2
48以下を満たさなくとも良好な耐SSC性を得られるものであるが、Pwm<
0.25%の範囲においては、母材と同等な強度を確保するのが困難になり、か
つ、通常の溶接施工時で考えられる低入熱量においても最高硬さがHv248以
下となってしまい、従来の技術による耐SSC性確保と同一になる。従って、P
wm<0.25%の範囲は、本発明の範囲から外れるとして、Pwmの下限を0
.25%とした。 【0014】 次に、溶接金属の各成分に付いて、その範囲限定理由に付いて述べる。 Cは、過剰に添加すると、焼き入れ性を過度に上げ、かつ溶接中に凝固割れを
引き起こし、また、耐SSC性を低下させることもあることから上限を0.14
%とした。下限の0.03%は、強度、焼き入れ性を確保する最小の値である。 Mnは、C同様、強度、靱性を確保する上で、必要不可欠である。Mnの下限
、0.70%は、これらを確保する上で必要な最小値である。逆に、Mnは、1
.8%を超すと、過度の焼き入れ性が生じ、かつ限界硬さがHv248以下にな
ってしまうのでこの値を上限とした。 【0015】 Siは脱酸元素であり、後に述べるOの量に大きな影響を与える。また、Si
は、溶接作業時の作業性にも大きく影響を与える。耐SSC性確保という観点か
らはSiは少ないほどよい(O量が多いほどよい)が、実用上充分な作業性を確
保すると言う点、及び過度のO増大を防ぐという点から、その下限を0.1%と
した。上限は、焼き入れ性の過度の上昇、靱性劣化、O量を下げることによる耐
SSC性の低下の点から、0.6%とした。 【0016】 P及びSは、本発明においては不純物である。しかし、P及びSは、溶接金属
中では、粒界に偏析しやすく、この点によるSR脆化、靱性劣化の問題が生じる
可能性があるため、上限をそれぞれ0.020%とした。 【0017】 Bは、それを添加することによって限界硬さを下げる。従って、Bの働きが大
きくない、0.0006%未満については、(1)式に示す、Pwmは、上限を
0.55%としても良いが、それ以上添加する場合は、Pwmの上限を0.43
%としなければならない。このことは、B添加により、C、Si、Mn、Cr、
Mo、Ni、Cuの選択範囲を狭くすることを意味し、好ましいことではないが
、BはTiと共に添加することにより、溶接金属の靱性を飛躍的に向上させるこ
とができる。しかも、B添加による限界硬さの減少は、Bが0.001%以上で
は、Bの限界硬さに与える影響は非常に小さい。以上のことより、本発明者らは 、Pwmの範囲を狭くしても、B添加は実用上有効と考えた。B添加の下限0.
0006%は、実質的な効果が得られるための最小値である。しかし、Bは、過
剰に添加すると、オーステナイト粒界に偏析し、初析フェライトの成長を抑え、
過大な焼き入れ性を生じせしめるので、B添加の上限を0.005%とした。 【0018】 Oは、本発明の中で扱う溶接金属成分のなかで、添加量を増大させることによ
り、限界硬さを上げる、即ち耐SSC性を向上させることができる唯一の成分で
ある。しかし、Oの多くは溶接金属中の非金属介在物として存在し、フェライト
の生成核として働くため、過剰に添加すると焼き入れ性が低くなりすぎ、所定の
靱性が確保できなくなる可能性を生じてくる。さらに、Oは溶接金属中にBが存
在する場合、Bと結合しB23となり、有効Bを減少させる可能性がある。そこ
で、Bを添加する場合、その効果を損なわない範囲として、Oの上限を0.05
%とした。B添加をしない場合については、所定の靱性確保する上限として0.
08%とした。下限の0.015%は、良好な耐SSC性を得るための最小の値
である。 【0019】 Alは、Oと非金属介在物を形成する。Alの量が不十分だと十分な脱酸が行
われず、溶接金属の過剰なOがC、Si、Mnなどと反応を起こすため所定の焼
き入れ性が確保できなくなる可能性がある。Alの下限0.01%は十分な脱酸
を行うため最少の値である。一方、Alの過剰な添加は過度の脱酸が生じ溶接金
属中のOの量が適切な範囲にならない場合がある。Alの上限は、適切なOの量
を確保する最大値として、0.055%とした。 【0020】 以上は、溶接金属における基本成分についてであるが、この他に必要に応じて
、Cr、Mo、Ni、Cu、Tiのうち1種又は2種以上添加することができる
。 Cr、Moは、本発明の優れた特性を生かすために添加されるべき元素である
。しかし、Cr、Moは、C、Mn同様、焼き入れ性を上げる働きがあり、かつ
C、Mnに比べ高価であるためそれぞれ上限を0.5%とした。 【0021】 CuはPwm中のCuの係数を、Mn、Cr、Mo等のそれと比較しても理解
できるように、耐SSC特性への影響は小さい。従って、Cr、Moより選択の
範囲を広くすることが出来る。しかし、影響が全く無いわけではなく、しかも過
度の添加は溶解金属、さらにSRを行った後の溶接金属の靱性を劣化させるため
その上限を1.0%とした。 【0022】 Niは、Cu同様Pwm中の係数は比較的小さい。しかし、過度の添加は溶接
金属の焼入性を上げすぎ、靱性劣化を生じせしめるのでその上限を1.0%とす
ることにした。 【0023】 TiはBと共に添加し、溶接金属の靱性の向上に用いるべきものである。Ti
の下限、0.005%は実質的な効果を得るために必要な最小量である。Tiは
TiN、TiO等となり、フェライトの生成核として働き、微細な組織を形成す
る効果があるが、その反面、TiCなどの析出物を形成し、これが過度に存在す
ると溶接金属の靱性劣化をもたらすため、上限を0.05%とした。 【0024】 以上、母材及び溶接金属の成分範囲について述べてきたが、上記溶接金属の成
分範囲は、その溶接方法によって制限されるものではない。また、溶接金属の成
分を所定の範囲に制限する手段として、溶接ワイヤの成分を制限する、あるいは
、溶接フラックスの成分を制御するなどがあるが、溶接後の溶接金属成分が所定
の範囲内にあれば、これら手段にも依存しない。 【0025】 【実施例】 表1に示すような成分を持つ母材に、JISのZ3101に従い、溶接熱影響
部の最高硬さ試験を行い、母材及びHAZの最高硬さを測定することにより、こ
れらの耐SSC性を評価した。本発明によれば、溶接熱影響部最高硬さが、Hv
248を上回ることがなく、良好な耐SSC性を示すことがわかる。さらに、超
音波探傷により測定したNACE環境下におけるHIC割れ率(CAR)も示し た。比較例に比べ、本発明はHICは発生せず、良好な耐HIC性を示している
。また、4点曲げのSSC試験を実降伏応力に相当する曲げ応力を負荷して行っ
ても、本発明の場合、割れは全く認められなかった。 【0026】 種々の溶接継手を作製するために、図1にあるように、2本のビードを置き、
図2に示す部分より、SSC試験片3を採取した。図1において、第2ビード2
は、第1ビード1に熱影響を与えるためのもので、第2ビードの入熱量を変化さ
せることにより、第1ビードの最高硬さをコントロールできる。第1ビードに用
いた溶接方法は、サブマージドアーク溶接(SAW)、手溶接(SMAW)、ガ
スシールド溶接(GMAW)の3種であり、これら3種の溶接方法は、一般的か
る代表的溶接方法で、ステンレス鋼におけるティグ溶接、溶接金属中の酸素量を
確保することが難しいセルフシールド溶接などを除けば、サワー環境中で用いら
れる溶接構造物のほとんどが、これら3種の溶接方法で施工される。 【0027】 第2ビードは、第1ビード及び母材熱影響部の最高硬さをコントロールするた
めものであるが、SSCが第2ビードより生じる場合は、第1ビードまたは母材
熱影響部のSSC試験ではなくなるため、第2ビードにたいしては、入熱量5k
j/cmでもSSCを起こさなかった表2DにあるY−3のワイヤとシールドガ
スの組合せを用いた。 【0028】 表2A、2B、2Cは、各溶接方法に用いた溶接材料の成分を示している。表
2は、第1ビードに用いた溶接条件及び溶接材料を示している。表3A、BはS
SC試験結果をまとめたものである。溶接金属の化学組成とは、第1ビードの組
成を指す。限界硬さは、第2ビードにより第1ビードの最高硬さを変化させた溶
接継手部を作製し、それぞれの継手よりSSC試験片を図2に示すように採取し
、実降伏応力に相当する曲げ応力をNACE環境下において負荷し、SSCを発
生しない最高の硬さとして決定した。本発明によれば、母材及び母材熱影響部に
はSSCが起こらず、また、溶接金属の限界硬さは全てHv248を超えており
、NACEが提唱するHv248以下という条件を満たさなくとも良好な耐SS C性が得られることがわかる。 【0029】 一方、比較例では、YC3,YC4,YD2,YE2,YE3,YF2,YG
2,MA3,SA,SFのように、溶融金属の限界硬さに達する前に母材または
母材HAZにSSCやHICが生じ、溶接金属の限界硬さが決定できないものや
、MD,ME,SL,SU,SV,SYのように溶接金属の限界硬さがHv24
8を下回るものが生じている。 【0030】 【表1】 【0031】 【表2A】 【0032】 【表2B】 【0033】 【表2C】 【0034】 【表2D】 【0035】 【表2E】 【0036】 【表3A】 【0037】 【表3B】 【0038】 【発明の効果】 本発明により、これまで広く信じられてきた、SSCを防ぐ基準、Hv248
以下と言う条件を必ずしも満足しなくとも、良好な耐SSC性を示す溶接金属を
持つ溶接構造物を提供することができる。このことは、溶接金属成分の選択の幅
が広がることを意味し、耐SSC性及びそれ以外の特性の確保など、溶接構造物
の信頼性の向上、補修溶接作業の能率向上等、期待される有用性はきわめて大で
ある。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welded structure such as a spherical tank exposed to a hydrogen sulfide atmosphere.
More specifically, the present invention relates to a welded structure having excellent HIC resistance and SSC resistance. [0002] Welded structures such as LPG and gas storage spherical tanks exposed to a hydrogen sulfide atmosphere may have hydrogen-induced cracking (HIC) or sulfide stress corrosion cracking (SSC) during use. When these occur, they have a great influence on the reliability of the structure, so that various strict requirements are made. As concrete examples of steel and steel HAZ, NACE is proposed to reduce non-metallic inclusions such as sulfides (MnS) and to control the form thereof to prevent HIC, and to prevent SSC, The maximum hardness is 22 or less in Rockwell C hardness (equivalent to Vickers hardness of 248 or less, hereinafter Hv248
Below), and Ni to 1% or less. In order to satisfy these characteristics, a method of securing the characteristics such as the strength of the steel material by using a method such as a controlled rolling control cooling process while suppressing the addition elements to a low level is currently adopted. On the other hand, in the case of a weld metal, the same characteristics as those of a base metal and a heat affected zone are required in order to ensure the reliability of a structure. Regarding weld metal, unlike steel,
It is said that non-metallic inclusions are spherical because they do not go through a rolling process, and that HIC does not occur because they are very fine compared to steel. As with the base metal, SSC can occur under certain conditions, and the danger increases as hardenability increases. However, since the properties of the weld metal are almost determined by the cooling process and the components of the weld metal determined by the welding conditions, the same properties as the base metal cannot often be obtained with the same composition. Therefore, conventionally, in order to obtain the same characteristics as the base metal, the alloy element of the weld metal has been set higher than that of the base metal to solve this problem. Although this method is indispensable for securing the strength and toughness of the weld metal, the addition of an alloy element has the effect of increasing the hardenability of the weld metal, and is not preferred from the viewpoint of SSC resistance. This tendency becomes more remarkable especially when the weld metal is hardened by the influence of heat by the subsequent welding. According to the prior art, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-2588, the requirement that the maximum hardness proposed by NACE be set to Hv248 or less is applied to a weld metal to secure SSC resistance. However, it has been usual to secure properties such as toughness. But,
The method of securing strength and toughness while maintaining a low hardness of Hv248 or less is naturally limited in view of the fact that the originally contradictory characteristics are compatible. In particular, when the strength of the base metal is improved and the same strength is required for the weld metal, it is extremely difficult to achieve both low hardness and high strength. This problem becomes more difficult when performing repair welding or the like during the use of a structure, because it is likely that the weld metal, which has more added elements than the base metal, will harden under the influence of the heat. . [0005] In order to overcome such a problem, not only does the weld metal satisfy Hv 248 or less, but even if Hv 248 or less is not satisfied, the weld metal has a low hardness. (Hv 248 or less) must be achieved, and the base material HAZ must have properties equivalent to the SSC resistance. In other words, there is a need for an invention of a weld metal in which the highest hardness that does not cause SSC (hereinafter, simply referred to as the limit hardness) exceeds Hv248. This is significant when repair welding becomes necessary during the use of a welded structure, considering that the weld metal may not satisfy the condition of Hv248 or less depending on the welding conditions. That is, an object of the present invention is to provide a welded structure characterized by having a weld metal exhibiting good SSC resistance even when the condition of Hv248 or less is not satisfied. Means for Solving the Problems The present inventors have paid attention to the above circumstances, and since the weld metal has a difference that the amount of oxygen is much larger than that of the base metal, I am convinced that the SSC sensitivity must be different from that of the base metal, and I have mainly studied the effect of components in the weld metal on the SSC sensitivity. The present invention has been completed as a result of such research, and the constitution is that the base material portion is, by weight%, C: 0.02 to 0.06%, Si: 0.6% or less, Mn; 1.0 to 1.6%, P: 0.020% or less, S: 0.001% or less,
Al: 0.001 to 0.060%, Nb: 0.005 to 0.04%, Ti;
0.005 to 0.030%, Ca; 0.001 to 0.006%, N: 0.006% or less, if necessary, Mo; 0.05 to 0.5%, Ni; 0.05 to 0. 5%, C
u: 0.05 to 0.5%, V: 0.01 to 0.10%, one or more kinds are contained, the balance being iron and unavoidable impurities, and the molten metal is represented by the formula (1) Pwm: 0.25 to 0.43%, and C: 0.03 to 0.14%, Si: 0.1 to 0.6%, Mn: 0.70 to 1.8 %, P; 0.02% or less, S;
0.02% or less, Ti: 0.005 to 0.05%, B: 0.0006 to 0.00
5%, O: 0.015 to 0.05%, Al: 0.01 to 0.055%, and if necessary, Cr: 0.5% or less, Mo: 0.5% or less, Ni: 1 0.0% or less, C
u; a welded structure containing 1.0% or less of one or more kinds, and the balance being iron and unavoidable impurities. The hardness of the weld metal exceeds 248 in Vickers hardness, and in a NACE environment. Not causing SSC, or Pwm; 0.25
-0.55%, C: 0.03-0.14%, Si: 0.1-0.6%, Mn: 0
. 70 to 1.8%, P: 0.02% or less, S: 0.02% or less, B: 0.000
Less than 6%, O: 0.015 to 0.08%, Al: 0.01 to 0.055%,
If necessary, one or more of Cr: 0.5% or less, Mo: 0.5% or less, Ni: 1.0% or less, and Cu: 1.0% or less are contained, with the balance being iron and A gist exists for a welded structure comprising unavoidable impurities, wherein the hardness of the weld metal is greater than 248 in Vickers hardness and does not cause SSC in a NACE environment. Pwm = C + Si / 24 + Mn / 5 + Cr / 7 + Mo / 4 + Ni / 10 + Cu /
14 (1) Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, the base material will be described. The HIC resistance and SSC resistance of the base material have been conventionally adopted. Reduction of sulfide in the base material and control of its morphology, and achievement of the maximum hardness of the base material and HAZ by securing Hv248 or less. The component range for that will be described below. C and Mn are indispensable components for securing the strength toughness of the base material. But,
Excessive addition increases the hardenability too much, so the range is 0.02 to 0, respectively.
. 06%, and 1.0 to 1.6%. If the added amount of Si is too large, the HAZ toughness deteriorates, so the upper limit was made 0.6%. Although P and S are impurities in the present invention, they degrade the toughness of the base material and HAZ, and S forms sulfides.
1%. [0008] Al is used in an amount of 0.0 from the viewpoint of the amount required for deoxidation and the amount that does not cause deterioration in toughness.
01-0.060%. Nb is required to be 0.005% in order to improve the strength due to the precipitation effect.
The upper limit is set to 0.04% to suppress the hardness. Ti is indispensable as TiN, which is effective for miniaturization of the base material and HAZ. However, excessive addition of both Ti and N deteriorates the toughness of the base material and the HAZ, so the range is made 0.005 to 0.030% and 0.006% or less. Ca is necessary for controlling the form of sulfides and for improving toughness. However, if CaO and CaS are generated in large amounts, on the contrary, toughness is deteriorated. 006%. Although the above description is about the basic components, the base material portion of the structure of the present invention may further contain one or more of the following additional components as required. [0009] Mo improves the strength and toughness of the base material. However, too much Mo causes deterioration of toughness and weldability. The lower limit is set to 0.05% in the sense that a substantial effect can be obtained. Regarding the lower limit, the same applies to Ni and Cu. The upper limit of Ni is set to 0.5% from the viewpoint that HAZ toughness is not adversely affected. Cu has an upper limit of 0.5% from the viewpoint of preventing Cu cracks during the production of the base material. V contributes to the precipitation effect similarly to Nb, but does not perform as much as Nb.
The range was set to 0.01 to 0.10%. The steel having the above component range is subjected to controlled rolling control cooling or quenching and tempering as required, so that the strength is increased to 50 kgf / mm 2 or more, and good HIC resistance and low hardness (Hv248) are obtained. Below), that is, it is possible to ensure good SSC resistance. Next, the weld metal will be described. It is said that HIC does not occur in the weld metal as described above. SS
As for C, good SSC resistance has been ensured by satisfying Hv248 or less for the base material and HAZ, but good SSC resistance is exhibited for the weld metal even if the condition of Hv248 or less is not satisfied. Must be set. First, with respect to C, Si, Mn, Cr, Mo, Ni, and Cu, all of these components have the highest hardness (critical hardness) that does not cause SSC, considering the SSC resistance of the weld metal. Work). However, due to the different degrees of influence, (1
) The index Pwm calculated by the formula was introduced. By setting Pwm ≦ 0.55%, good SSC resistance can be obtained. Conversely, if Pwm> 0.55%, SSC may not be prevented even if Hv248 or less proposed by NACE is satisfied. It is for this reason that the upper limit of Pwm is set to 0.55%. However, the upper limit of Pwm also varies depending on other elements. That is, the upper limit of Pwm is reduced by B described later. However, since B is added to the weld metal together with Ti and is very effective in improving toughness, the present inventors considered that it was unreasonable not to add B to the weld metal. Thus, 0.43% has been found as the upper limit at which good SSC resistance can be obtained even when B is added. On the other hand, if Pwm ≦ 0.43% is satisfied, Hv2 is satisfied regardless of whether B is added or not.
Although good SSC resistance can be obtained without satisfying 48 or less, Pwm <
In the range of 0.25%, it is difficult to secure the same strength as the base metal, and the maximum hardness is Hv248 or less even at a low heat input that can be considered during normal welding. This is the same as securing SSC resistance by the conventional technology. Therefore, P
If the range of wm <0.25% is out of the range of the present invention, the lower limit of Pwm is set to 0.
. 25%. Next, each component of the weld metal will be described for reasons for limiting its range. If C is excessively added, it hardens excessively, causes solidification cracking during welding, and sometimes lowers SSC resistance.
%. The lower limit of 0.03% is the minimum value for securing strength and hardenability. Mn, like C, is indispensable for securing strength and toughness. The lower limit of Mn, 0.70%, is the minimum value necessary to secure these. Conversely, Mn is 1
. If it exceeds 8%, excessive hardenability occurs and the limit hardness becomes Hv248 or less. Therefore, this value was made the upper limit. [0015] Si is a deoxidizing element, and greatly affects the amount of O described later. In addition, Si
Has a great influence on workability during welding work. From the viewpoint of ensuring SSC resistance, the lower the Si content, the better (the greater the O content, the better). However, the lower limit is set to 0 from the viewpoint of ensuring sufficient workability for practical use and preventing excessive O increase. 0.1%. The upper limit is set to 0.6% from the viewpoint of excessive increase in hardenability, deterioration in toughness, and decrease in SSC resistance due to decrease in O content. [0016] P and S are impurities in the present invention. However, P and S are likely to segregate at the grain boundaries in the weld metal, which may cause problems of SR embrittlement and deterioration of toughness. Therefore, the upper limits are each set to 0.020%. B lowers the critical hardness by adding it. Therefore, the lower limit of Pwm shown in the equation (1) may be set to 0.55% when the function of B is not large and less than 0.0006%, but the upper limit of Pwm is set to 0 when adding more. .43
%. This means that by adding B, C, Si, Mn, Cr,
This means that the selection range of Mo, Ni, and Cu is narrowed, which is not preferable. However, when B is added together with Ti, the toughness of the weld metal can be remarkably improved. In addition, the decrease in the critical hardness due to the addition of B has a very small effect on the critical hardness of B when B is 0.001% or more. From the above, the present inventors considered that B addition was practically effective even when the range of Pwm was narrowed. Lower limit of B addition
0006% is the minimum value for achieving a substantial effect. However, if B is added in excess, it segregates at the austenite grain boundaries and suppresses the growth of proeutectoid ferrite.
Since excessive hardenability is caused, the upper limit of the addition of B is set to 0.005%. O is the only component among the weld metal components handled in the present invention that can increase the limit hardness by increasing the addition amount, that is, can improve the SSC resistance. However, most of O is present as nonmetallic inclusions in the weld metal and acts as nuclei for producing ferrite. Therefore, if added excessively, the hardenability becomes too low, and the possibility that predetermined toughness cannot be ensured arises. come. Furthermore, when B is present in the weld metal, O combines with B to form B 2 O 3 , which may reduce effective B. Therefore, when adding B, the upper limit of O is set to 0.05 as a range that does not impair the effect.
%. In the case where B is not added, 0.1 is set as the upper limit for securing the predetermined toughness.
08%. The lower limit of 0.015% is the minimum value for obtaining good SSC resistance. Al forms nonmetallic inclusions with O. If the amount of Al is insufficient, sufficient deoxidation is not performed, and excess O of the weld metal reacts with C, Si, Mn, or the like, so that a predetermined hardenability may not be secured. The lower limit of 0.01% of Al is the minimum value for sufficient deoxidation. On the other hand, excessive addition of Al may cause excessive deoxidation, and the amount of O in the weld metal may not be in an appropriate range. The upper limit of Al was set to 0.055% as a maximum value for securing an appropriate amount of O. The above is the description of the basic components in the weld metal. In addition, one or more of Cr, Mo, Ni, Cu, and Ti can be added as necessary. Cr and Mo are elements to be added in order to make use of the excellent characteristics of the present invention. However, Cr and Mo, like C and Mn, have the function of increasing the hardenability and are more expensive than C and Mn. Therefore, the upper limit of each is set to 0.5%. Cu has a small effect on the SSC resistance as can be understood by comparing the coefficient of Cu in Pwm with that of Mn, Cr, Mo and the like. Therefore, the selection range can be made wider than Cr and Mo. However, this does not mean that there is no effect at all, and excessive addition causes the toughness of the molten metal and further the weld metal after SR to be deteriorated, so the upper limit was made 1.0%. Ni has a relatively small coefficient in Pwm like Cu. However, excessive addition increases the hardenability of the weld metal excessively and causes deterioration of toughness. Therefore, the upper limit is set to 1.0%. Ti should be added together with B and used for improving the toughness of the weld metal. Ti
The lower limit of 0.005% is the minimum amount necessary to obtain a substantial effect. Ti becomes TiN, TiO, etc. and acts as a nucleus for producing ferrite, and has an effect of forming a fine structure. On the other hand, it forms precipitates such as TiC, and excessive presence thereof causes deterioration of toughness of weld metal. Therefore, the upper limit is set to 0.05%. Although the component ranges of the base metal and the weld metal have been described above, the component ranges of the weld metal are not limited by the welding method. Means for limiting the components of the weld metal to a predetermined range include limiting the components of the welding wire or controlling the components of the welding flux, but the weld metal component after welding falls within the predetermined range. If there is, it does not depend on these means. Example A base material having the components shown in Table 1 was subjected to a maximum hardness test of a heat affected zone in accordance with JIS Z3101, and the maximum hardness of the base material and HAZ was measured. These were evaluated for SSC resistance. According to the present invention, the maximum hardness of the weld heat affected zone is Hv
It can be seen that it does not exceed 248 and shows good SSC resistance. Furthermore, the HIC cracking rate (CAR) in a NACE environment measured by ultrasonic testing was also shown. Compared with the comparative example, the present invention does not generate HIC and shows good HIC resistance. Also, in the case of the present invention, no crack was observed in the case of the present invention, even when the four-point bending SSC test was performed while applying a bending stress corresponding to the actual yield stress. To make various welded joints, two beads are placed as shown in FIG.
An SSC test piece 3 was collected from the portion shown in FIG. In FIG. 1, the second bead 2
Is for giving a thermal effect to the first bead 1, and the maximum hardness of the first bead can be controlled by changing the heat input amount of the second bead. The three welding methods used for the first bead are submerged arc welding (SAW), manual welding (SMAW), and gas shield welding (GMAW). These three welding methods are general and typical welding methods. Except for TIG welding on stainless steel and self-shielded welding where it is difficult to secure the oxygen content in the weld metal, most of the welding structures used in sour environments are constructed using these three welding methods. Is done. The second bead is used to control the maximum hardness of the first bead and the base material heat-affected zone, but when SSC is generated from the second bead, the first bead or the base material heat-affected zone is formed. Since it is no longer an SSC test, for the second bead, the heat input 5k
The combination of the Y-3 wire and the shielding gas in Table 2D that did not cause SSC even at j / cm was used. Tables 2A, 2B and 2C show the components of the welding material used in each welding method. Table 2 shows welding conditions and welding materials used for the first bead. Tables 3A and B are S
It is a summary of SC test results. The chemical composition of the weld metal refers to the composition of the first bead. The limit hardness is equivalent to the actual yield stress, by preparing a welded joint in which the maximum hardness of the first bead is changed by the second bead, collecting an SSC specimen from each joint as shown in FIG. Bending stress was applied in a NACE environment and determined as the highest hardness without SSC. According to the present invention, SSC does not occur in the base metal and the base metal heat-affected zone, and the critical hardness of the weld metal is all higher than Hv248, which is satisfactory without satisfying the condition of Hv248 or less proposed by NACE. It can be seen that excellent SSC resistance can be obtained. On the other hand, in the comparative example, YC3, YC4, YD2, YE2, YE3, YF2, YG
2, MA3, SA, SF, etc., SSC or HIC occurs in the base metal or base metal HAZ before reaching the limit hardness of the molten metal, and the limit hardness of the weld metal cannot be determined; The critical hardness of the weld metal is Hv24, like SL, SU, SV, SY
Some of them are below 8. [Table 1] [Table 2A] [Table 2B] [Table 2C] [Table 2D] [Table 2E] [Table 3A] [Table 3B] According to the present invention, the standard for preventing SSC, Hv248, which has been widely believed so far, has been used.
A welded structure having a weld metal exhibiting good SSC resistance can be provided without necessarily satisfying the following conditions. This means that the range of choice of the weld metal component is widened, and it is expected to improve the reliability of the welded structure, such as securing SSC resistance and other characteristics, and improve the efficiency of repair welding work. The usefulness is enormous.

【図面の簡単な説明】 【図1】 溶接試験に供した溶接継手を示す斜視図、 【図2】 溶接継手部から採取したSSC試験に供する試験片の採取位置を示す正面図で
ある。 【符号の説明】 1 第1ビード 2 第2ビード 3 SSC試験片 4 母材部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a welded joint subjected to a welding test; [Description of Signs] 1 First bead 2 Second bead 3 SSC test piece 4 Base material

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 母材部が、重量%で、C;0.02〜0.06%、Si;0.
6%以下、Mn;1.0〜1.6%、P;0.020%以下、S;0.001%
以下、Al:0.001〜0.060%、Nb;0.005〜0.04%、Ti
;0.005〜0.030%、Ca;0.001〜0.006%、N;0.00
6%以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼であることを特徴とし、溶接
金属が、下記(1)式で示される指数Pwm;0.25〜0.43%を満たし、
C;0.03〜0.14%、Si;0.1〜0.6%、Mn;0.70〜1.8
%、P;0.02%以下、S;0.02%以下、Ti;0.005〜0.05%
、B;0.0006〜0.005%、O;0.015〜0.05%、Al;0.
01〜0.055%とし、残部が鉄及び不可避的不純物からなる溶接構造物であ
って、溶接金属の硬さがビッカース硬さで248を上回り、NACE環境におけ
るSSCを起こさないことを特徴とする溶接構造物。 Pwm=C+Si/24+Mn/5+Cr/7+Mo/4+Ni/10+Cu
/14 (1) 【請求項2】 請求項1に記載の溶接構造物において、溶接金属が、更に重量
%で、Cr;0.5%以下、Mo;0.5%以下、Ni;1.0%以下、Cu;
1.0%以下の1種または2種以上を更に含有することを特徴とする溶接構造物
。 【請求項3】 請求項1に記載の母材と同等の鋼材を母材に持ち、溶接金属が
、重量%で、指数Pwmが、Pwm;0.25〜0.55%を満たし、C;0.
03〜0.14%、Si;0.1〜0.6%、Mn;0.70〜1.8%、P;
0.02%以下、S;0.02%以下、B;0.0006%未満、O;0.01
5〜0.08%、Al;0.01〜0.055%とし、残部が鉄及び不可避的不
純物からなることを特徴とする溶接構造物。 【請求項4】 請求項3に記載の溶接構造物において、溶接金属が、更に重量
%で、Cr;0.5%以下、Mo;0.5%以下、Ni;1.0%以下、Cu ;1.0%以下の1種または2種以上を更に含有することを特徴とする溶接構造
物。 【請求項5】 請求項1に記載の溶接構造物において、母材が、重量%で、M
o;0.05〜0.5%、Ni;0.05〜0.5%、Cu;0.05〜0.5
%、V;0.01〜0.10%の範囲で1種または2種以上を更に含有すること
を特徴とする溶接構造物。 【請求項6】 請求項2に記載の溶接構造物において、母材が、重量%で、M
o;0.05〜0.5%、Ni;0.05〜0.5%、Cu;0.05〜0.5
%、V;0.01〜0.10%の範囲で1種または2種以上を更に含有すること
を特徴とする溶接構造物。 【請求項7】 請求項3に記載の溶接構造物において、母材が、重量%で、M
o;0.05〜0.5%、Ni;0.05〜0.5%、Cu;0.05〜0.5
%、V;0.01〜0.10%の範囲で1種または2種以上を更に含有すること
を特徴とする溶接構造物。 【請求項8】 請求項4に記載の溶接構造物において、母材が、重量%で、M
o;0.05〜0.5%、Ni;0.05〜0.5%、Cu;0.05〜0.5
%、V;0.01〜0.10%の範囲で1種または2種以上を更に含有すること
を特徴とする溶接構造物。
Claims: 1. The base material portion contains, by weight%, C: 0.02 to 0.06%, Si;
6% or less, Mn: 1.0 to 1.6%, P: 0.020% or less, S: 0.001%
Hereinafter, Al: 0.001 to 0.060%, Nb: 0.005 to 0.04%, Ti
0.005-0.030%, Ca; 0.001-0.006%, N; 0.00
6% or less, the balance being steel consisting of iron and unavoidable impurities, wherein the weld metal satisfies the index Pwm represented by the following formula (1);
C: 0.03 to 0.14%, Si: 0.1 to 0.6%, Mn: 0.70 to 1.8
%, P: 0.02% or less, S: 0.02% or less, Ti: 0.005 to 0.05%
, B: 0.0006 to 0.005%, O: 0.015 to 0.05%, Al;
0.01 to 0.055%, with the balance being a welded structure composed of iron and unavoidable impurities, wherein the hardness of the weld metal exceeds 248 in Vickers hardness and does not cause SSC in a NACE environment. Welded structures. Pwm = C + Si / 24 + Mn / 5 + Cr / 7 + Mo / 4 + Ni / 10 + Cu
/ 14 (1) 2. The welded structure according to claim 1, wherein the weld metal further comprises Cr: 0.5% or less, Mo: 0.5% or less, Ni; 0% or less, Cu;
A welded structure further comprising 1.0% or less of one or more types. 3. A steel material equivalent to the base material according to claim 1, wherein the weld metal satisfies an index Pwm of 0.25 to 0.55% in weight% and C; 0.
03-0.14%, Si; 0.1-0.6%, Mn; 0.70-1.8%, P;
0.02% or less, S: 0.02% or less, B: less than 0.0006%, O: 0.01
5 to 0.08%, Al; 0.01 to 0.055%, the balance being iron and inevitable impurities. 4. The welded structure according to claim 3, wherein the weld metal further contains, by weight%, Cr: 0.5% or less, Mo: 0.5% or less, Ni: 1.0% or less, Cu: A welded structure further containing 1.0% or less of one or more of them. 5. The welded structure according to claim 1, wherein the base metal is M
o: 0.05 to 0.5%, Ni: 0.05 to 0.5%, Cu: 0.05 to 0.5
%, V; a welded structure further comprising one or more kinds in the range of 0.01 to 0.10%. 6. The welded structure according to claim 2, wherein the base material comprises M
o: 0.05 to 0.5%, Ni: 0.05 to 0.5%, Cu: 0.05 to 0.5
%, V; a welded structure further comprising one or more kinds in the range of 0.01 to 0.10%. 7. The welded structure according to claim 3, wherein the base material is M
o: 0.05 to 0.5%, Ni: 0.05 to 0.5%, Cu: 0.05 to 0.5
%, V; a welded structure further comprising one or more kinds in the range of 0.01 to 0.10%. 8. The welded structure according to claim 4, wherein the base metal is M
o: 0.05 to 0.5%, Ni: 0.05 to 0.5%, Cu: 0.05 to 0.5
%, V; a welded structure further comprising one or more kinds in the range of 0.01 to 0.10%.

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