プレステンパー状態

鋼の降伏強度等級と熱処理状態による

主に、特定の条件下で動作する機械部品や工学構造物に使用されます。

パーライト系耐熱鋼

低温鋼

低合金耐食鋼

低炭素鋼の化学組成は次のとおりです: Wc = 0.10%~0.25%、Wsi≦0.3%、 WMn=0.5%～0.8% 低合金鋼に添加される元素：Mn.Si.Cr、Ni、Mo、V、Nb、 B.銅

溶接構造に使用される低および中合金鋼の合金元素の総質量分率は、通常 10% を超えません。

合金構造用鋼の下限臨界点温度 A₁ (℃) に対するさまざまな元素の総合的な影響は、次の式で表すことができます。 A₁=720 28WSi 5WCr 6WCo 3WTi-5WMn-10WNi-3WV

それが溶けるとき 合金構造用鋼では、窒素が合金元素として広く使用されています。窒素は鋼中の炭素と同様の役割を果たします。 アイアン時はYゾーンが拡大します。窒素は鋼中の他の合金元素と安定した窒化物を形成します。 分散した粒子分布により結晶粒が微細化され、鋼の降伏点と耐脆性破壊性が向上します。窒素の効果はその含有量に依存します 量は鋼に存在する他の合金元素の種類と量にも依存します。

さらに、主に改善を目的として、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cuなどのいくつかの合金元素が添加されています。 鋼の焼入れ性とマルテンサイトの焼き戻し安定性。これらの元素はパーライトとベイナイトの変態を遅らせ、その結果マルテンサイトが生成する可能性があります。 バルク変態のための臨界冷却速度が低下する

合金構造用鋼の強度が高いほど、降伏強さと引張強さの差は小さくなります。降伏強さと引張強さの比は降伏比と呼ばれます。

ノッチ靱性は、材料の脆性破壊に対する耐性の指標です。

吸収エネルギーは、特定の温度範囲での靭性の急激な変化という遷移現象を反映することができます。

熱影響部の異なる構造特性に従って、非焼入れ傾向を有する低合金鋼の溶接熱影響部は、溶融部、粗粒部、細粒部、不完全再結晶部、焼き戻し部に分けられます。

低合金鋼の熱影響部の微細構造は主に低炭素マルテンサイト、ベイナイト、M-A成分、パーライト状構造であり、その結果、異なる硬度、強度特性、可塑性、靭性が生じます。

降伏強さ295～390MPaの普通低合金鋼は、Wc≦0.2%を基準としてMn、Siなどの合金元素を固溶強化して鋼の強度を確保した鋼です。 。 C-Mn または Mn-Si 系鋼に属し、結晶粒微細化と析出強化を達成するために V および Nb を添加することもできます。

熱間圧延鋼は、通常、アルミニウムキルド細粒フェライトおよびパーライト鋼であり、一般に熱間圧延された状態で使用されます。

鋼の正規化は固溶強化に基づいており、炭素と窒素の化合物形成元素（V、Nb、Ti、Mo など）を添加して析出により結晶粒を強化および微細化し、鋼の強度をさらに向上させ、靭性を確保します。 。

焼きならし状態で使用される鋼は、Q390、Q345などのV、Nb、Tiを含む鋼が主で、降伏強さ比が高いことが大きな特徴です。

14 MnMoV、18MnMoNb などの焼きならしおよび焼き戻し条件で使用される Mo 含有鋼。

Z方向鋼、ラメラ引き裂きに強い、降伏強さRm≧343MPa

鋼の構造特性に重大なまたは特別な影響を与える、質量分率約 0.1% の微量合金元素を添加した鋼は、微量合金鋼と呼ばれます。

マイクロアロイング (微量の Nb、V、Ti の添加) や制御された圧延などの技術を使用して、結晶粒微細化と析出強化の組み合わせを実現します。

制御圧延鋼は、高強度、高靭性、良好な溶接性という利点を持っています。

制御された圧延パイプライン鋼の溶接における主な問題は、過熱領域の結晶粒径が粗大であるため、耐衝撃性が低下することです。改善策は、結晶粒を防ぐために鋼に析出強化元素（TiO₂、TiN を形成）を添加することです。成長を促進し、溶接プロセスと仕様を最適化します。

炭素当量

硬化傾向（硬化傾向が大きい鋼の場合、連続冷却転移曲線は右にシフトします）

溶接部の高温亀裂は主に、熱間圧延および焼きならし鋼中の C、S、P、およびその他の元素の含有量が高い、またはひどい偏析に関連しています。

再熱亀裂は一般に熱影響部の粗粒領域で発生します。

靭性は、金属の脆性亀裂の発生および伝播のしやすさを特徴付ける特性です。

溶接部の靭性は、アシキュラーフェライト (AF) と初析 (PF) フェライト構造の比率に依存します。

アシキュラーフェライト組織が支配的な溶接金属の降伏比は、一般に 0.8 より大きくなります。初析フェライト組織が支配的な溶接金属の降伏強度比は、通常 0.8 未満です。溶接金属中に上部ベイナイトが存在する場合、降伏比は0.7未満となります。

粗粒部の脆化：熱影響部の過熱部が1200℃以上になると、粗粒部が脆化して靱性が著しく低下する場合があります。

このような高温領域での脆化を回避するには、溶接入熱を小さくすることが有効です。

熱ひずみ脆化：最高加熱温度がAC1より低い溶接溶融部および亜臨界熱影響部で発生

ラメラ引き裂きの発生は鋼の種類や強度レベルによって制限されません。z 方向の結合力を考慮すると、ラメラ引き裂きは板と密接に関係しています。 一般に板厚が16mm以下であればラメラ破れは発生しません。

鋼の性質上、主に精錬の品質に依存します。鋼中の薄片硫化物と層状ケイ酸塩、または多数の薄片が集中しています。 同一面内の酸化物介在物は Z 方向の塑性を低下させ、層状の裂けを引き起こします。その中でも層状硫化物は最も深刻な影響を及ぼします。

硫黄含有量と Z 方向の面積収縮は、鋼のラメラ引裂き感受性を評価するための主な指標です。

ラメラ引裂き感受性が低い鋼材を合理的に選択し、接合部の形状を改善して鋼板のZ方向の応力と歪みを軽減します。 製品の使用条件を満たすことを前提として、溶接材料の強度の低いものを選択するとともに、予熱や水素低減などの補助措置を講じる必要があります。 層状裂傷の発生を防ぐのに役立ちます

溝入れ加工は加工精度の高い機械加工のほか、フレームカットやカーボンアークガウジングなどを利用することもできます。

溶接応力を軽減するために、溶接部品の組み立てギャップは大きすぎず、強固な組み立ては可能な限り避けてください。

1. 亀裂などの溶接欠陥がないこと。 2. 要求性能を満足できること。

母材の機械的特性に適合する溶接材料のグレードを選択します。

溶融率と冷却速度の影響も考慮する

溶接後の熱処理が溶接の機械的特性に及ぼす影響を考慮する

溶接入熱（接合部に低温割れや熱影響部脆化が発生するかどうかによる）

予熱および溶接後の熱処理（主にクラックの防止が目的ですが、ある程度の構造や性能の向上も目的とします）

焼入性の高いパーライト系耐熱鋼では、溶接時に低温割れが発生することがありますが、一般に鋼中のCrやMoの含有量が多くなるほど発生しやすくなります。

耐熱鋼の溶接における低温割れの発生に影響を与える要因としては、鋼の焼入れ性（構造要因）、溶接部の拡散性水素量、継手の拘束度（応力状態）などが挙げられます。

パーライト系耐熱鋼の再熱割れは溶接熱影響部の粗粒部に発生し、溶接工程や溶接残留応力に関係します。

再熱割れの予防対策

クロムモリブデン耐熱鋼およびその溶接継手は、300～500℃の温度範囲で長期間使用すると、焼き戻し脆性と呼ばれる脆さが発生します。

2.25Cr-1Mo鋼の耐焼戻し脆性特性

溶接方法：電極アーク溶接、サブマージアーク溶接、溶解およびガスシールド溶接、エレクトロスラグ溶接、タングステンアーク溶接など、パーライト系耐熱鋼の溶接に使用できます。

溶接材料の選択: 動作温度における溶接金属の合金組成と強度性能は、母材の対応する指標と一致するか、製品の技術条件で提案されている最小性能指標を満たす必要があります。

溶接割れを防止するには溶接材料の水分管理が重要な対策の一つですが、パーライト系耐熱鋼に使用される溶接棒やフラックスは水分を吸収しやすい性質があります。

加熱後の脱水素処理は低温割れを防ぐ重要な手段の 1 つです

40Cr

35CrMoA および 35CrMoVA

30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA

40CrNiMoA および 34CrNi3MoA

中炭素焼入れ焼戻し鋼は炭素含有量と合金元素含有量が高く、溶接部が凝固・結晶化する際の固液温度範囲が広く、溶接時に結晶偏析が発生しやすい。高温亀裂に対する感度が高くなります。

溶接材料は炭素含有量が低く、S および P 不純物が少ないものをできる限り使用する必要があります。

中炭素焼入れ焼き戻し鋼の硬化傾向は非常に顕著であり、溶接熱影響部に硬くて脆いマルテンサイト組織が現れやすく、溶接継手部の低温割れの傾向が増大します。

母材の炭素含有量が高いほど焼入性が高くなり、溶接冷間割れが発生しやすくなります。

熱影響部の脆化。中炭素の焼入れ焼き戻し鋼は、炭素含有量が高く、合金元素が多いため、かなり硬化する傾向があります。マルテンサイト変態温度は低く、「自己焼き戻し」プロセスはありません。溶接の熱影響部には脆くて硬いマルテンサイト組織が大量に生成されやすく、その結果熱影響部が脆化します。

溶接前の焼き入れ焼き戻し状態の鋼材を溶接時に焼き入れ焼き戻し温度以上に加熱すると、溶接熱影響部に軟化部が現れ、温度が下がります。母材よりも強度と硬度が高くなります。

中炭素焼入れ焼き戻し鋼は、焼きなましまたは焼きならし状態で溶接するのが最適です。溶接後、全体的な調整プロセスを使用して、満足のいく性能の溶接継手を得ることができます。

溶接材料を選択する際には、熱間割れや冷間割れが発生しないようにするための加工要件に加えて、溶接金属の変調および加工仕様が母材の仕様と一致している必要があるという特別な要件もあります。変調後の接合性能も母材と同じであることを保証します。

溶接後の焼き入れおよび焼き戻しの場合、溶接パラメータの決定は主に、焼き入れおよび焼き戻し処理の前に亀裂が発生しないことと、継手の性能を確認することです。 これは溶接後の熱処理によって保証できます。したがって、非常に高い予熱温度(200~350℃)と層間温度を使用することができます。加えて、 多くの場合、溶接継手を確実に室温まで冷却して焼き入れ焼き戻し処理を行うには、溶接直後に焼き入れ焼き戻し処理を行うのでは手遅れになることがよくあります。 溶接前の遅れ割れを防ぐため、溶接後は速やかに中間熱処理を行う必要があります。 この熱処理は、通常、溶接後の予熱温度以上で一定時間維持されることが目的です。 遅延亀裂を防止します。第一に、水素の拡散と除去の役割を果たします。第二に、構造を低温亀裂の影響を受けにくい構造に変換します。

局所予熱を使用する場合、予熱温度範囲は溶接部の両側から 100 mm 以上離れている必要があります。溶接後に焼き戻しが間に合わない場合は、680°C で焼き戻しを行う必要があります。

高炭素マルテンサイトに起因する脆化と硬化は、溶接後の焼き戻し処理によって解決できます。

溶接の低温割れを防ぐために、可塑性と靭性に優れたオーステナイト系電極も使用できます。

変調状態にする必要がある溶接では、可能な限り最小の溶接入熱を使用する必要があります。

溶接方法 中炭素焼入焼戻し鋼の溶接方法としては、アーク溶接、ガスシールド溶接、サブマージアーク溶接などが一般的です。パルスアルゴンアーク溶接、プラズマアーク溶接、電子ビーム溶接などの熱を集中させた溶接方法により、 溶接熱影響部の幅を狭め、細粒組織を得て、溶接継手の機械的特性を向上させることは有益です。薄板の溶接方法には、ガスシールド溶接、タングステンアーク溶接、マイクロビームプラズマアーク溶接が主に使用されています。

溶接材料 中炭素焼入れ焼き戻し鋼溶接材料は、溶接金属の靱性、可塑性、強度を確保し、溶接金属の耐亀裂性を向上させるために、溶接金属のSおよびP不純物含有量を減らすために低炭素合金システムを使用する必要があります。 溶接後に熱処理が必要な部品の場合、溶接金属の化学組成は母材の化学組成と類似している必要があります。溶接材料は、応力条件、性能要件、溶接後の熱処理条件に応じて選択する必要があります。

予熱および溶接後の熱処理 予熱および溶接後の熱処理は、中炭素焼入れ焼戻し鋼の重要なプロセス手段です。予熱を行うかどうかおよび予熱温度のレベルは、溶接部の構造と製造条件によって異なります。制限が緩和されるだけでなく、 予熱を必要としない薄肉のシェルや単純な構造の溶接部を除き、中炭素焼入れ焼戻し鋼の溶接では、一般に予熱または適時の後加熱措置を講じる必要があります。予熱温度は一般に200〜350℃です。

高張力構造用鋼（Rm=600～800MPa）は主に溶接構造のエンジニアリングに使用され、主に引張荷重に耐えます。

高強度耐摩耗鋼（Rm≧1000MPa）は、主に衝撃や耐摩耗性が要求される高強度耐摩耗土木構造物や部品に使用されます。

高強度・高靭性鋼（Rm≧700MPa、高強度と高靭性を同時に要求される鋼で、主に高強度・高靭性の溶接構造に使用されます）

(Rm)w/(Rm)b>1 の場合、「超強力マッチング」と呼ばれます。

(Rm)w/(Rm)b=1の場合を「等強マッチング」といいます。

(Rm)w/(Rm)b<1 の場合、「低強度マッチング」と呼ばれます。

低炭素変調鋼の合金化原理は、低炭素に基づいており、さまざまな合金元素を添加して焼入性を向上させ、高強度と良好な靭性を確保します。低炭素の「自己焼き戻し」マルテンサイトと下部ベイナイトの一部の混合組織です。

化学組成の影響：C含有量が低く、Mn含有量が多く、S含有量、 Pの管理も厳しくなっているため、熱間割れの傾向も小さくなります。 ただし、Ni が多く Mn が少ない鋼種は、高温割れに対して一定の敏感性を持っています。 C、Mn/S、Nに関係し、主に熱影響部の過熱領域で生成されます。 液状化亀裂といいます。

溶接入熱が大きくなるほど、熱影響部の結晶粒は粗くなり、粒界の溶融が大きくなります。 真剣に言うと、結晶粒子間の液体粒界層が長く存在するほど、液体の​​量が多くなります。 ひび割れの傾向が大きくなります。 液状化亀裂の発生を防ぐには、入熱量を少なくし、制御する必要があります。 溶融池の形状を制御し、溶融部の凹みを低減します

再熱割れに最も大きな影響を与えるのは V であり、次に Mo が続きます。V と Mo が同じ場合 加えると感度が上がります。 Cr の影響は含有量 (1%) に関係します。

焼入れ焼戻し鋼の熱影響部の組織特性

熱影響部脆化

熱影響部の軟化

ひび割れを防ぐ

高強度の要件を確実に満たしながら、溶接金属と熱影響部の靭性が向上します。

一般に、ガスメタルアーク溶接や活性ガスアーク溶接などの自動または半自動の機械溶接法が使用されます。

溶接入熱の決定

予熱温度と溶接後の熱処理

低炭素改質鋼の溶接金属に有害な脆化元素は、S、P、N、O、Hであり、これらを制限する必要がある。