(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鋼部材に発生した亀裂を補修するために用いる溶接材料であって、
ニッケルを主成分とし、ニッケル以外の成分として、０．８重量％〜５．５重量％のクロム及び不純物のみを含み、鉄は含まないことを特徴とする鋳鋼部材の溶接材料。
【請求項２】
鋳鋼部材に発生した亀裂を補修するために用いる溶接材料であって、
ニッケルを主成分とし、ニッケル以外の成分として、０．８重量％〜５．５重量％のクロム、０．０３重量％〜０．０８重量％の炭素、及び不純物のみを含み、鉄は含まないことを特徴とする鋳鋼部材の溶接材料。
【請求項３】
鋳鋼部材に発生した亀裂を補修するために用いる溶接材料であって、
ニッケルを主成分とし、ニッケル以外の成分として、０．８重量％〜５．５重量％のクロム、０．０３重量％〜０．０８重量％の炭素、０．４重量％〜０．８重量％のケイ素、０．７重量％〜１．３重量％のマンガン、及び不純物のみを含み、鉄は含まないことを特徴とする鋳鋼部材の溶接材料。
【請求項４】
前記不純物であるリン及び硫黄の含有量がそれぞれ０．０１重量％以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の鋳鋼部材の溶接材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳鋼部材に発生した亀裂を補修するために用いる溶接材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所施設内に設けられる蒸気タービン車室や弁といった鋳鋼製の部材は、その起動・停止時等に伴って熱応力を受け、これが主原因となって亀裂が発生することがある。
【０００３】
鋳鋼部材にこのような亀裂が発生した場合には従来、その部分を研削、除去することが行われている。しかし、亀裂を研削、除去した後の鋳鋼部材の肉厚がその必要最小肉厚よりも薄くなると、その鋳鋼部材は使用不能となり、新たなものに交換しなければならない。そこで、研削、除去後にその部分を溶接材で肉盛溶接することも行われている。
【０００４】
肉盛溶接の方法としては、例えば、特許文献１に、鋳鉄母材に溶接肉盛りした後に過冷処理によって硬化させる硬化肉盛り用溶接材料として、材料の基本成分組成を、溶接肉盛りした状態において過冷処理の前後の硬度差が所定値以上になる、シェフラーの組織図における領域に含まれるＮｉ当量及びＣｒ当量を満たすと共に、マルテンサイト変態開始温度が所定温度以下になるようにすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４１７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述のような発電所施設内の鋳鋼部材には大型のものが多く、溶接作業を行うために工場に持ち帰るといったことができないので、その溶接は現場で行わざるを得ない。しかし、現場では溶接部の温度管理が難しく、溶接部が急冷して割れが生じる可能性があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修するための溶接材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明は、鋳鋼部材に発生した亀裂を補修するために用いる溶接材料であって、ニッケルを主成分とし、ニッケル以外の成分として、０．８重量％〜５．５重量％のクロム及び不純物のみを含み、鉄は含まないことを特徴とする。
【０００９】
本発明のように、冷却速度が速くても硬化が少ないニッケルを溶接材料の主成分とすることで、溶接時の予熱処理や溶接後熱処理における温度調節、温度管理を容易にし、これにより現場での溶接施工を容易にすることができる。また、溶接時の予熱処理を不要とすることも可能である。
また、本発明ではニッケルにクロムを添加している。ニッケルは高温で酸化、腐食しやすいため、クロムを添加することで耐酸化性、耐食性を向上させることができる。ただし、クロムは溶接部を硬化させる性質があるため、クロムの添加量が多いと補修後に熱応力による割れが再び生じるおそれが生じる。そこで本発明では、クロムの添加割合を０．８重量％〜５．５重量％と最小限にすることにより、補修後の割れの再発を起こすことなく、補修部の耐酸化性、耐食性を確実に向上させることができる。
【００１０】
このように、本発明の鋳鋼部材の溶接材料によれば、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修することができる。
【００１１】
また、本発明において、炭素を０．０３重量％〜０．０８重量％を含んでいてもよい。。これにより、補修後の溶接部の強度を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明において、ケイ素を０．４重量％〜０．８重量％を含み、かつマンガンを０．７重量％〜１．３重量％を含んでいてもよい。これにより、母材や大気中の酸素と結合させ、酸素を空洞欠陥とさせないようにすることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記不純物であるリン及び硫黄の含有量がそれぞれ０．０１重量％以下であってもよい。これにより、溶接部材の脆化を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】蒸気タービン車室の外殻部材１０を示す図である。
【図２】本実施形態の溶接材料の成分の特徴を説明する図である。
【図３】本実施形態の溶接部材の成分例を示した図である。
【図４】本実施形態の溶接部材による外殻部材１０の補修方法を説明するフローチャートである。
【図５】亀裂１２を切削して凹部を形成する工程を説明する図である。
【図６】溶接部材を用いて凹部１３を肉盛溶接する工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施形態に係る溶接材料について説明する。
図１は、火力発電所や原子力発電所等に設けられる蒸気タービン車室の外殻部材１０である。この外殻部材１０は、例えばＣｒＭｏ鋳鋼などからなり、その起動・停止に伴って熱応力を受ける。これにより外殻部材１０はクリープ損傷を受け、その内側の表面１１に亀裂１２が発生する。以下、この亀裂１２の補修をする場合を例として、本実施形態の鋳鋼部材の溶接材料について説明する。
【００１７】
図２は、本実施形態の溶接材料の成分の特徴を説明する図である。同図に示すように、本実施形態の溶接材料は、ニッケルを主成分とする合金である。ニッケルは、冷却速度が速くても硬化が少ないので、ニッケルを主成分とすることで、溶接時に行う予熱処理や溶接後熱処理（PWHT：Post Weld Heat Treatment）における温度調節、温度管理を容易にし、これにより現場での溶接施工を容易にすることができる。
【００１８】
また、この溶接材料は、クロム（Ｃｒ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）を含んでいる。
【００１９】
前述のニッケルは高温で酸化、腐食しやすい性質があるため、クロムを添加することで耐酸化性、耐食性を向上させることができる。その一方で、クロムは溶接部を硬化させる性質があるため、クロムの添加量が多過ぎると、今度は補修後に熱応力による割れが生じやすくなる。そこで、本実施形態の溶接材料では、クロムの添加割合を約１〜５重量％と最小限にしている。より具体的には、クロムの添加割合を０．８〜５．５重量％としている。このように、クロムの添加量を最小限にすることにより、補修後の割れの再発を起こすことなく、補修部の耐酸化性、耐食性を確実に向上させることができる。
【００２０】
また、図２に示すように、本実施形態の溶接材料には、鉄（Ｆｅ）が含まれていない。これは以下のような理由による。通常、溶接部の強度を増強させるためには、鉄を添加することが有効とされている。しかし、鋳鋼部材に対して溶接施工を行う際には、母材の鋳鋼部材（例えばＣｒ−Ｍｏ鋳鋼）の主成分である鉄の一部が溶接部に混入する。そのため、ニッケルを主成分としている本実施形態の溶接材料では、この溶接時に混入する鉄分で、溶接部の強度を充分に維持することができる。そこで本実施形態の溶接材料では、鉄をあえて添加していない。このように溶接材料に予め鉄を添加しておかなくても、充分に溶接部の強度を上げることができるからである。
【００２１】
また、本実施形態の溶接部材では、リン（Ｐ）や硫黄（Ｓ）の添加割合をそれぞれ０．０１重量％以下としている。リンや硫黄といった不純物は溶接部材を脆化させる虞があるので、高温処理等によりこれらの成分の含有割合を最小限としている。
【００２２】
図３は、本実施形態の溶接部材の成分例を示した図である。
【００２３】
同図に示すように、Ｃａｓｅ  １の溶接部材では、炭素の添加割合は０．０５重量％（以下、「％」は重量％を意味するものとする）、ケイ素は０．６％、マンガンは１．０％、クロムは１．０％であり、残部がニッケルである。ただし、実際の配合にあたっては、炭素は０．０３〜０．０８％、ケイ素は０．４％〜０．８％、マンガンは０．７〜１．３％、クロムは０．８％〜１．２％の範囲の添加割合にあれば誤差として許容するものとする。
【００２４】
Ｃａｓｅ  ２の溶接部材では、炭素の添加割合は０．０５％、ケイ素は０．６％、マンガンは１．０％、クロムは５．０％であり、残部がニッケルである。ただし、実際の調製にあたっては、炭素は０．０３〜０．０８％、ケイ素は０．４％〜０．８％、マンガンは０．７〜１．３％、クロムは４．５％〜５．５％の範囲の添加割合にあれば誤差として許容するものとする。
【００２５】
次に、このような溶接部材を使用した外殻部材１０の補修方法を説明する。図４は、外殻部材１０の補修方法の一例を説明するフローチャートである。
【００２６】
同図に示すように、まず、外殻部材１０に発生した亀裂１２とその周囲を切削して凹部を形成する（Ｓ１）。例えば、図５は外殻部材１０の肉厚方向の断面図であるが、外殻部材１０の表面１１を、亀裂１２を全て含むようにして切削し、凹部１３を形成する。
【００２７】
次に、形成した凹部１３とその周囲を、例えばバーナー、電気ヒーターで２００℃〜３００度程度に予熱する（図２のＳ２）。但し、本実施形態の溶接部材は冷却速度が速くても硬化が少ないニッケルを主成分としているため、この予熱は行わなくてもよい。また、予熱をする場合であっても、温度調節は容易である。
【００２８】
次に、溶接部材を用いて凹部１３を肉盛溶接する（Ｓ３）。例えば、図６に示すように、被覆アーク溶接により、溶接棒を用いて凹部１３に溶接部材を導入し、肉盛部１４を形成する。
【００２９】
なお、この肉盛溶接の際、凹部１３の近傍から母材の鉄分が加熱により溶脱し、肉盛部１４に侵入する（符号１６）。溶接部材には前述のように鉄が添加されていないが、この侵入した鉄分により、溶接部の強度は増加する。
【００３０】
最後に、肉盛溶接を行った溶接部に対して、溶接後熱処理を行う（図２のＳ４）。具体的には、肉盛部１４やその周囲を例えばバーナー、電気ヒーターで７００℃程度に加熱して保持した後、徐冷する。
【００３１】
この溶接後熱処理により、溶接部の残留応力が除去される。さらに、本実施形態の溶接部材は、冷却速度が速くても硬化が少ないニッケルを主成分としているため、冷却に伴う溶接部への応力負荷を効果的に抑えることができる。そのため、通常の溶接後熱処理よりも、溶接部の温度調節は容易となっている。
【００３２】
以上のように、本実施形態の鋳鋼部材の溶接材料は、冷却速度が速くても硬化が少ないニッケルを主成分としているので、予熱処理や溶接後熱処理における温度調節、温度管理を容易にし、これにより現場での溶接施工を容易にすることができる。また、この溶接材料ではクロムが最小限（０．８％〜５．５％）添加されているので、補修後の割れを再発させることなく補修部の耐酸化性、耐食性を向上させることができる。
このように、本実施形態の溶接材料によれば、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修することができる。
【００３３】
なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  外殻部材、１１  表面、１２  亀裂、１３  凹部、１４  肉盛部
【要約】
【課題】鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修するための溶接材料を提供する。
【解決手段】ニッケルを主成分とし、クロムを０．８重量％〜５．５重量％含む。炭素を０．０３重量％〜０．０８重量％を含んでいてもよい。ケイ素を０．４重量％〜０．８重量％を含み、かつマンガンを０．７重量％〜１．３重量％を含んでいてもよい。リン及び硫黄をそれぞれ０．０１重量％以下含んでいてもよい。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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