JPH08294793A

JPH08294793A - 溶接施工性に優れた高強度、高耐食フェライト鋼用溶接材料

Info

Publication number: JPH08294793A
Application number: JP7277611A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Hirata; 弘征平田; Masaaki Igarashi; 正晃五十嵐; Kazuhiro Ogawa; 和博小川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1995-10-25
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接施工性に優れたフェライト鋼用溶接材料を
提供する。【解決手段】Ｃ：0.03〜0.13％、Si：0.10〜0.80％、C
r：８〜13％、Ni：0.01〜1.30％、Mo： 0.005〜0.30
％、Nb：0.01〜0.20％、Ｖ： 0.1〜0.5 ％、Ｗ：1.5〜
4.0 ％、Co： 0.5〜6.0 ％、Cu： 0.005〜3.0 ％、Ｎ：
0.003〜0.080 ％、Al：0.01％以下、Ｓ： 0.001〜0.00
5 ％、Ｂ：０〜0.020 ％、La、CeおよびＹの少なくとも
１種：０〜0.002 ％並びにCaおよびMgのいずれか一方ま
たは両方：０〜0.002 ％を含有し、不純物中のＰがO.02
5 ％以下、かつMnとＳとの関係が下記式、AlとＯ（酸
素）との関係が下記式を満たす溶接施工性に優れた高
強度、高耐食フェライト鋼用溶接材料。（0.0925−12.5〔％Ｓ〕）％≦Mn≦2.0 ％・・・（Al＋Ｏ）≦0.02％・・・・・・・・・・・・・【効果】溶接時の施工性に優れ、かつ十分な耐食性と高
温強度を有する溶接継手を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温で使用される
高強度、高耐食フェライト鋼の溶接に際して用いるのに
好適な溶接材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ、化学装置などの耐熱、耐圧配管
に用いられる高温用材料としては、２・１／４Ｃｒ−１
Ｍｏ鋼、９Ｃｒ−１Ｍｏなどのフェライト鋼、１８Ｃｒ
−８Ｎｉ鋼に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼
がよく知られている。なかでもフェライト鋼はオーステ
ナイト系ステンレス鋼に比べて安価であるばかりでな
く、耐応力腐食割れ性に優れ、しかも熱膨張係数が小さ
いため温度変化に対して歪みが小さいという高温用材料
としての利点を有する。

【０００３】しかし、フェライト、ベイナイト、マルテ
ンサイト等のいわゆるフェライト系の組織からなる鋼
は、オーステナイト組織からなる鋼に比べ、高温強度が
低いことが欠点である。

【０００４】近年、８〜１３％のＣｒを含有するフェラ
イト鋼をベースにＭｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ａｌ等の含有量
を調整して、優れた高温強度を付与した新しいステンレ
ス鋼が数多く発明されてきた（例えば、特開昭６２−２
９７４３５、特開昭６３−８２５６、特開平２−２３２
３４５、特開平３−９７８３２の各号公報参照）。しか
し、最近では高温強度の更なる向上を図るため、Ｗ、Ｃ
ｏを多量に添加した鋼が提案されてきている（例えば、
特開平５−２６３１９６、特開平５−３１１３４４、特
開平５−３１１３４５、特開平６−２９３９４０の各号
公報参照）。

【０００５】また、これらのＷ、Ｃｏを添加した新しい
フェライト鋼を溶接構造物として使用する場合に必要な
溶接材料についても、特開平５−１７７３８３、特開平
５−１７７３８４、特開平５−２１２５８２、特開平６
−１４２９８１、特開平７−８０６８０の各号公報に開
示されているような共金系溶接材料が提案されている。
また、これら共金系溶接材料以外にも、市販のオーステ
ナイト系ステンレス鋼およびＮｉ合金用の溶接材料が用
いられることもある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の既存の溶接材料
を用いて、高強度、高耐食フェライト鋼（例えば、特開
平６−２９３９４０号公報に示される合金）を溶接する
場合には、以下のような問題が残っている。

【０００７】特開平５−１７７３８３、特開平５−１７
７３８４、特開平５−２１２５８２、特開平６−１４２
９８１、特開平７−８０６８０の各号公報に開示されて
いるワイヤを用いた場合、母材と同等の高温強度（クリ
ープ強度、引張強度）が得られるものの、クリープ強度向上を目的としてＭｏを０．３〜１．６
％添加しているため、靱性の低下を招き、溶接部の十分
な衝撃特性が得られない。

【０００８】十分な溶接施工性を有していない。すな
わち、溶接欠陥が生じにくい、ビード幅が均一な溶接ビ
ートが得られず、広範な溶接条件で十分な裏ビートが得
られない。

【０００９】また、市販のオーステナイト系ステンレス
鋼およびＮｉ合金用の溶接材料を用いると、溶接高温割れが発生しやすい。

【００１０】高温使用中に母材中のＣが溶接金属（オ
ーステナイト系ステンレス鋼や高Ｎｉ合金）側に移行
し、脱炭層が生じて割れやクリープ強度の低下を招く。

【００１１】本発明の課題は、高強度、高耐食フェライ
ト鋼の溶接に際し、溶接部に母材に匹敵する高温強度と
耐高温腐食性を付与し、しかも優れた溶接施工性を有す
る溶接材料を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の高
強度、高耐食フェライト鋼用溶接材料にある。

【００１３】質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１３％、Ｓ
ｉ：０．１０〜０．８０％、Ｃｒ：８〜１３％、Ｎｉ：
０．０１〜１．３０％、Ｍｏ：０．００５〜０．３０
％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：０．１〜０．５
％、Ｗ：１．５〜４．０％、Ｃｏ：０．５〜６．０％、
Ｃｕ：０．００５〜３．０％、Ｎ：０．００３〜０．０
８０％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｓ：０．００１〜０．
００５％、Ｂ：０〜０．０２０％、Ｌａ、ＣｅおよびＹ
の少なくとも１種：０〜０．００２％ならびにＣａおよ
びＭｇのいずれか一方または両方：０〜０．００２％を
含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、不純
物中のＰが０．０２５％以下、かつ、ＭｎとＳとの含有
量の関係が下記式、ＡｌとＯ（酸素）との含有量の関
係が下記式をそれぞれ満たすことを特徴とする溶接施
工性に優れた高強度、高耐食フェライト鋼用溶接材料。

【００１４】（０．０９２５−１２．５〔％Ｓ〕）％≦Ｍｎ≦２．０％・・・（Ａｌ＋Ｏ）≦０．０２％・・・・・・・・・・・・・・・・・上記の溶接材料において「０％」は無添加を意味する。
さらに、望ましい条件は次の (1)〜(4) のとおりであ
る。

【００１５】(1)Ａｌ含有量の望ましい上限は０．００
９％、さらに望ましい上限は０．００８％である。

【００１６】(2)Ｂを含有させる場合の望ましい範囲は
０．００１〜０．０２０％、さらに望ましい範囲は０．
００１５〜０．０１８％、最も望ましい範囲は、０．０
０２〜０．０１５％である。

【００１７】(3)Ｌａ、ＣｅおよびＹの少なくとも１種
を含有させる場合の望ましい範囲は、０．０００５〜
０．００２０％、さらに望ましい範囲は０．０００６〜
０．００１８％、最も望ましい範囲は０．０００８〜
０．００１５％である。ただし、Ｌａ、ＣｅおよびＹ
（以下、希土類３元素という）の少なくとも１種とＣａ
またはＭｇとの複合添加は行わないのが望ましい。

【００１８】(4)ＣａおよびＭｇのいずれか一方または
両方を含有させる場合の望ましい範囲は０．０００５〜
０．００２％、さらに望ましい範囲は０．０００６〜
０．００１８％、最も望ましい範囲は０．０００８〜
０．００１５％である。

【００１９】本発明者らは、前記の課題を解決するため
に以下の（イ）、（ロ）を知見し、本発明に至った。

【００２０】（イ）高温強度（クリープ強度）の確保に
はＭｏの添加が不可欠であるが、Ｍｏ量が靱性およびク
リープ強度に与える効果について検討した結果、多量の
添加は高温での使用中に脆弱な金属間化合物の成長を促
進させ、靱性の低下だけでなく、クリープ強度の低下も
招くこと。すなわち、良好なクリープ強度と靱性との維
持を両立させるための適正なＭｏ含有量範囲が存在する
こと。

【００２１】（ロ）鋼中のＳは裏波形成能（裏波溶接の
し易さ）を向上させるが、過剰の添加は溶融池の不安定
を招き、溶接ビートの均一性（ビード幅の変動がない、
均一な溶接ビードの得られ易さ）を劣化させる。そのた
め、Ｓ含有量が過剰になると裏波形成能と溶接ビードと
の均一性を両立させることは不可能である。

【００２２】ＳとＭｎとの含有量の関係について検討し
た結果、Ｍｎ含有量をＳ含有量によって適正に調整する
ことにより、過剰にＳを添加しなくてもアーク電流の集
中の度合いを高め、溶け込み深さを増大させることがで
きること。その結果、溶接ビード幅の均一性を劣化させ
ることなく、容易に裏波溶接を施すのが可能となるこ
と。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の溶接材料中の各成分を前
記のように限定した理由について、作用効果とともに説
明する。％は質量％を意味する。

【００２４】Ｃ：０．０３〜０．１３％Ｃは炭化物を形成し、高温強度の向上に寄与する。さら
に、オーステナイト形成元素としてδフェライトの生成
抑制に寄与する。この効果を得るには、最低でも０．０
３％のＣ含有量が必要である。一方、Ｃ含有量が０．１
３％を超えると溶接金属においてＣｒ、Ｎｂ、Ｖと低融
点の共晶を形成し溶接高温割れを招く。

【００２５】よって、Ｃ含有量の範囲は０．０３〜０．
１３％とした。望ましいのは０．０３５〜０．１２５
％、さらに望ましいのは０．０４〜０．１２０％であ
る。

【００２６】Ｓｉ：０．１０〜０．８０％Ｓｉは耐酸化性、耐高温腐食性の向上に有効である。こ
の効果を得るには、０．１０％以上のＳｉ含有量が必要
である。一方、Ｓｉ含有量が０．８０％を超える過剰の
添加は靱性の低下を招く。

【００２７】よって、Ｓｉ含有量の範囲は０．１０〜
０．８０％とした。望ましいのは０．１３〜０．７０
％、さらに望ましいのは０．１５〜０．６０％である。

【００２８】Ｃｒ：８〜１３％Ｃｒはステンレス鋼を構成する主要な元素であり、高温
での耐酸化性、耐高温腐食性の確保のために必須の元素
である。この効果を得るには、８％以上のＣｒ含有量が
必要である。一方、Ｃｒ含有量が１３％を超えると靱性
の低下を招く。

【００２９】よって、Ｃｒ含有量の範囲は８〜１３％と
した。望ましいのは８．２〜１２．８％、さらに望まし
いのは８．５〜１２．５％である。

【００３０】Ｎｉ：０．０１〜１．３０％Ｎｉはδフェライト相の生成を抑え、マルテンサイト単
相組織として靱性を確保する観点から必要な元素であ
る。この効果を得るには０．０１％以上のＮｉ含有量が
必要である。一方、Ｎｉ含有量が１．３０％を超えると
オーステナイト変態温度（Ａc₁点）を低下させ、その結
果、溶接後熱処理時にオーステナイト変態を生じさせ、
クリープ強度の低下を招く。

【００３１】よって、Ｎｉ含有量の範囲は０．０１〜
１．３０％とした。望ましいのは０．０２〜１．２８
％、さらに望ましいのは０．０３〜１．２５％である。

【００３２】Ｍｏ：０．００５〜０．３０％Ｍｏはマトリックスを固溶強化するとともに微細炭化物
として析出し、クリープ強度の向上に寄与する元素であ
る。この効果を得るには、Ｍｏ含有量は０．００５％以
上とする必要がある。一方、Ｍｏ含有量が０．３０％を
超えると、高温での使用中に脆弱な金属間化合物の生成
を促進し、靱性の低下とともにクリープ強度の低下を招
くこともある。

【００３３】よって、Ｍｏ含有量の範囲は０．００５〜
０．３０％とした。望ましいのは、０．００８〜０．２
９％、さらに望ましいのは０．０１〜０．２８％であ
る。

【００３４】Ｎｂ：０．０１〜０．２０％ＮｂはＮｂ（Ｃ、Ｎ）を形成し、クリープ強度の向上に
寄与する元素である。

【００３５】この効果を得るには０．０１％以上のＮｂ
含有量が必要である。一方、Ｎｂ含有量が０．２０％を
超えると靱性の低下とともに溶接高温割れを招く。

【００３６】よって、Ｎｂ含有量の範囲は、０．０１〜
０．２０％とした。望ましいのは、０．０２〜０．１９
％、さらに望ましいのは０．０３〜０．１８％である。

【００３７】Ｖ：０．１〜０．５％ＶはＶ（Ｃ、Ｎ）を形成し、クリープ強度の向上に寄与
する元素である。この効果を得るには０．１％以上のＶ
含有量が必要である。一方、Ｖ含有量が０．５％を超え
ると靱性の低下とともに溶接高温割れを招く。

【００３８】よって、Ｖ含有量の範囲は０．１〜０．５
％とした。望ましいのは０．１２〜０．４８％、さらに
望ましいのは０．１５〜０．４５％である。

【００３９】Ｗ：１．５〜４．０％Ｗはマトリックスを固溶強化するとともに、微細炭化物
として析出し、クリープ強度の向上に寄与する元素であ
る。この効果を得るには１．５％以上のＷ含有量が必要
である。一方、Ｗ含有量が４．０％を超えると靱性の低
下を招く。

【００４０】よって、Ｗ含有量の範囲は１．５〜４．０
％とした。望ましいのは、１．６〜３．９％、さらに望
ましいのは１．８〜３．８％である。

【００４１】Ｃｏ：０．５〜６．０％Ｃｏはδフェライトの生成を抑え、マルテンサイト単相
組織として靱性を確保する観点から添加が必要な元素で
ある。この効果を得るには０．５％以上のＣｏ含有量が
必要である。一方、Ｃｏ含有量が６．０％を超えるとオ
ーステナイト変態温度（Ａc₁）を低下させ、その結果、
溶接後熱処理時にオーステナイト変態を生じさせるた
め、クリープ強度の低下を招く。

【００４２】よって、Ｃｏ含有量の範囲は０．５〜６．
０％とした。望ましいのは０．７〜５．８％、さらに望
ましいのは１．０〜５．５％である。

【００４３】Ｃｕ：０．００５〜３．０％Ｃｕはδフェライトの生成を抑制し、靱性を確保する効
果を有する。この効果を得るには０．００５％以上のＣ
ｕ含有量が必要である。一方、Ｃｕ含有量が３．０％を
超えると長時間使用後の靱性の低下を招く。

【００４４】よって、Ｃｕ含有量の範囲は０．００５〜
３．０％とした。望ましいのは０．００７〜２．９％、
さらに望ましいのは０．０１〜２．８％である。

【００４５】Ｎ：０．００３〜０．０８０％ＮはＮｂ、Ｖと結合して窒化物を形成し、クリープ強度
の向上に寄与する元素である。この効果を得るには０．
００３％以上のＮ含有量が必要である。一方、Ｎ含有量
が０．０８０％を超えて過剰になると、析出物の粗大化
を招き、かえってクリープ強度を損なう。

【００４６】よって、Ｎ含有量の範囲は０．００３〜
０．０８０％とした。望ましいのは、０．００４〜０．
０７８％、さらに望ましいのは０．００５〜０．０７５
％である。

【００４７】Ａｌ：０．０１％以下Ａｌは脱酸剤として添加される元素である。Ａｌ含有量
の極度の低減は鋼の清浄度を低下させて製造コストの増
大を招くため、特に下限は定めない。一方、Ａｌ含有量
が０．０１％を超えると溶融池内でのスラグの生成を促
進し、溶接金属の湯流れ性を劣化させる。そのため、Ａ
ｌ含有量は０．０１％以下とした。望ましい上限は０．
００９％、さらに望ましい上限は０．００８％である。

【００４８】Ｓ：０．００１〜０．００５％Ｓは溶融池内の対流に影響を与え、溶け込み深さを増大
させ、裏波形成能を向上させるのに有効な元素である。
しかし、Ｓの含有量が０．００５％を超えるとアークの
安定性を劣化させ、逆に溶接施工性劣化の原因となる。
一方、Ｓの含有量を０．００１％未満にすると、製造コ
ストの増大を招く。

【００４９】よって、Ｓ含有量の範囲は０．００１〜
０．００５％とした。望ましいのは、０．００１２〜
０．００４９％、更に望ましいのは０．００１５〜０．
００４８％である。

【００５０】Ｐ：０．０２５％以下Ｐは不可避不純物であり、低い程望ましいが、極度の低
Ｐ化は多大なコスト増を招くため、特に下限は定めな
い。一方、Ｐ含有量が０．０２５％を超えると、溶接金
属の加熱脆化を招く。そのため、Ｐ含有量は０．０２５
％以下とした。望ましい上限は０．０２３％、さらに望
ましい上限は０．０２０％である。

【００５１】本発明の溶接材料では、さらに特にＭｎお
よび（Ａｌ＋Ｏ）を次のような範囲に限定する必要があ
る。

【００５２】Ｍｎ：（０．０９２５−１２．５〔％Ｓ〕）％≦Ｍｎ≦２．０％・・式Ｍｎは、その含有量をＳ含有量によって調整することに
より、溶接ビートの均一性を劣化させることなく、アー
ク電流の集中度合いを高めて裏波形成能を向上させる。
この効果を得るには、Ｍｎ含有量の下限は［０．０９２
５−１２．５（％Ｓ）］％とする必要がある。しかし、
Ｍｎ含有量が２．０％を超える過剰の添加は溶接金属部
の脆化を招くため、上限は２．０％とした。望ましい上
限は、１．９％、さらに望ましい上限は１．８％であ
る。

【００５３】Ａｌ＋Ｏ（酸素）：０．０２％以下（式）Ｏは溶接中にＡｌと結合し、（Ａｌ＋Ｏ）で０．０２％
を超えると多量のスラグを生成して溶接金属の湯流れ性
を劣化させる。そのため、（Ａｌ＋Ｏ）が０．０２％以
下となるようにＯの含有量を限定する。

【００５４】本発明の溶接材料では、加えてさらに次の
Ｂ、希土類３元素（Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ）の少なくとも１
種、もしくはＣａまたはＭｇを選んで含有させることが
でき、これらの複合添加も許容される。

【００５５】Ｂ：上限は０．０２０％Ｂは、微量含有により炭化物を分散、安定化させ、クリ
ープ強度の向上に寄与する。このため、この効果を積極
的に得たい場合に含有させる。しかし、Ｂ含有量が０．
００１％未満であると上記の効果は得られない。一方、
Ｂ含有量が０．０２０％を超えると熱間加工性を損な
う。

【００５６】よって、Ｂを含有させる場合の含有量範囲
は０．００１〜０．０２０％である。望ましいのは、
０．００１５〜０．０１８％、更に望ましいのは０．０
０２〜０．０１５％である。

【００５７】希土類３元素の少なくとも１種：上限は
０．００２０％希土類３元素（Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ）は、いずれの元素も溶
接金属の溶接高温割れ感受性を低減させる。このため、
この効果を積極的に得たい場合に、少なくとも１種を選
んで含有させる。しかし、その含有量が０．０００５％
未満であると上記の効果は得られない。一方、その含有
量が０．００２０％を超えると溶接性を損なう。

【００５８】よって、希土類３元素の少なくとも１種を
含有させる場合の含有量範囲は０．０００５〜０．００
２０％である。望ましい範囲は０．０００６〜０．００
１８％、更に望ましい範囲は０．０００８〜０．００１
５％である。

【００５９】ＣａおよびＭｇのいずれか一方または両
方：上限は０．００２％ＣａとＭｇは、いずれも溶接材料（ワイヤ）である線材
に加工する際の熱間加工性の改善に寄与する。このた
め、この効果を積極的に得たい場合に、どちらか一方ま
たは両方を含有させる。しかし、その含有量が０．００
０５％未満であると上記の効果は得られない。一方、そ
の含有量が０．００２％を超えると溶接金属の清浄度を
低下させる。

【００６０】よって、ＣａとＭｇのいずれか一方または
両方を含有させる場合の含有量範囲は０．０００５〜
０．００２％である。望ましい範囲は０．０００６〜
０．００１８％、更に望ましい範囲は０．０００８〜
０．００１５％である。

【００６１】以上のべたように、本発明の溶接材料は、
フェライト系ステンレス鋼製の溶接材料において、Ｍｏ
の含有量を所定の範囲に規定する一方、所定量のＣｕを
添加含有させ、かつＭｎ、Ａｌ、ＳおよびＯの含有量を
特定の範囲に規定したことに特徴がある。本発明の溶接
材料は、通常の工業的なステンレス鋼の製造方法によっ
て製造することができる。精錬については、アーク式電
気炉による溶解法、ＡＯＤ（アルゴン−酸素脱酸）法、
ＶＯＤ（真空酸素脱炭）法などが適している。

【００６２】例えば、Ｓの低減（脱硫）については、脱
炭の前工程で脱硫処理を行うのが効果的である。また、
ＡｌおよびＯ含有量を本発明の範囲内に収めるために
は、所定の化学組成に成分調整された溶鋼に対して真空
処理を施し、これらの元素の成分調整精度を向上させる
方法が有効である。成分調整された溶鋼は、連続鋳造法
または造塊法によって、スラブ（ビッレト）またはイン
ゴットに鋳造する。このスラブまたはインゴットから、
熱間圧延によって線材とし、これをそのままあるいは冷
間引き抜き加工した後、溶接材料（ワイヤ）とする。

【００６３】

【実施例】表１に示す化学組成の供試鋼管に、図１に示
す形状寸法の開先を設ける一方、ルート間隔２ｍｍで突
き合わせ、表２および表３に示す化学組成の各種溶接材
料（ワイヤ）を用いて、ＴＩＧ溶接法により１０層の多
層円周溶接を施した。

【００６４】

【表１】

【００６５】

【表２】

【００６６】

【表３】

【００６７】前記供試鋼管は外径２００ｍｍ、厚さ２０
ｍｍであり、６００℃で１０００００時間のクリープ強
度が１５ｋｇｆ／ｍｍ²の高強度、高耐食フェライト鋼
からなるものである。用いた溶接材料はいずれも、溶
製、熱間加工、線引加工のプロセスにより製造した外径
２．４ｍｍの綿材である。

【００６８】溶接条件は、入熱量２５０００Ｊ／ｃｍと
なるように設定した。また、溶接施工後、７６０℃で後
熱処理を行った。

【００６９】溶接施工性の評価は、溶接施工後、最終層
のビード変動幅を測定し、溶接ビードの均一性で行い、
評価基準は、溶接ビードの変動幅が２ｍｍ以下を良、そ
れより大きい場合を否とした。

【００７０】さらに、全溶接線長さに対し裏波が形成し
ている長さの割合を測定し、裏波形成能を評価した。評
価基準は、裏波形成率が１００％を良、それより小さい
場合を否とした。

【００７１】次に、溶接部を中央部に含むように、長さ
６０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ３０ｍｍの側曲げ試験片、長
さ５５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、２ｍｍＶノッ
チのシャルピー衝撃試験片、全長７０ｍｍ、標点距離３
０ｍｍ、平行部直径６ｍｍφのクリープ試験片および長
さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの耐食性試験片を
採取し、各試験に供した。

【００７２】側曲げ試験では、板厚の２倍の曲げ半径で
１８０゜曲げ、溶接金属部での溶接高温割れの有無を調
べた。

【００７３】シャルピー衝撃試験およびクリープ試験で
は、それぞれ０℃シャルピー衝撃試験および６５０℃で
のクリープ試験を行った。

【００７４】クリープ試験では、母材である高強度フェ
ライト鋼の破断寿命が約３０００ｈｒとなる１２ｋｇｆ
／ｍｍ²の条件で試験を行い、溶接金属のクリープ破断
寿命を求めた。評価は、クリープ破断寿命が２４００ｈ
ｒ以上を良、それより短い場合を否と判断した。

【００７５】耐食性試験では、水蒸気中で７００℃、１
０００ｈｒの加熱を行い、表面のスケール厚さを測定し
て、ボイラ用材料としての耐高温酸化性を評価した。

【００７６】以上の試験結果を表４および表５に示す。
なお、供試母材単体の水蒸気酸化試験でのスケール厚さ
は、約９０μｍであった。

【００７７】

【表４】

【００７８】

【表５】

【００７９】表４および表５から明らかなように、本発
明で定める範囲内の化学組成の溶接材料（No. Ａ１〜Ａ
１８）を用いてＴＩＧ溶接を行った溶接継手（No. ＡＪ
１〜ＡＪ１８）では、溶接ビードの変動幅が２ｍｍ以下
で溶接ビード幅の均一性に優れ、また全溶接線にわたり
裏波が形成されている。この結果、本発明の溶接材料は
優れた溶接施工性を有し、かつ溶接継手部は母材に匹敵
するクリープ強度、耐水蒸気酸化性および高靱性を有す
ることが確認された。

【００８０】一方、本発明で定める範囲外の化学組成の
溶接材料（No. Ｂ１〜Ｂ２２）を用いた溶接継手（No.
ＢＪ１〜ＢＪ２２）では、十分な溶接施工性と継手性能
を兼ね備えたものは認められなかった。

【００８１】すなわち、No. Ｂ１を用いた継手（No. Ｂ
Ｊ１）では、Ｃ、Ｎｂがそれぞれ０．１３７％、０．２
２％と本発明で定める上限を超えて過剰に含まれている
ため溶接高温割れが発生した。Ｖが０．５２％で本発明
で定める上限を超えるNo. Ｂ２を用いた継手（No. ＢＪ
２）では溶接高温割れが発生した。

【００８２】No. Ｂ３を用いた継手（No. ＢＪ３）で
は、Ｃｒが７．８％と本発明で定める下限以下で過少で
あるため、水蒸気試験でのスケール厚が１１５μｍとな
り、耐水蒸気酸化性に劣った。また、No. ４を用いた継
手（No. ＢＪ４）では、Ｓｉが０．０５％と本発明で定
める下限以下で過少であるため、水蒸気試験でのスケー
ル厚が１１３μｍとなり、耐水蒸気酸化性に劣った。

【００８３】No. Ｂ５およびＢ６を用いた継手（No. Ｂ
Ｊ５およびＢＪ６）では、Ｍｏがそれぞれ０．３０８
％、０．３１９％と過剰に含まれているため、０℃シャ
ルピー衝撃値がそれぞれ２４Ｊ／ｃｍ²、２８Ｊ／ｃｍ
²となり、いずれも十分な靱性が得られなかった。ま
た、No. Ｂ７およびＢ８を用いた継手（No. ＢＪ７およ
びＢＪ８）では、Ｍｎがそれぞれ２．１０％、２．１２
％と過剰に含まれているため、０℃シャルピー衝撃値が
それぞれ２２Ｊ／ｃｍ²、２５Ｊ／ｃｍ²となり、いず
れも十分な靱性が得られなかった。

【００８４】No. Ｂ９を用いた継手（No. ＢＪ９）で
は、Ｗが４．１１％と過剰に含まれているため、０℃シ
ャルピー衝撃値が２５Ｊ／ｃｍ²となり、また、No. Ｂ
１０を用いた継手（No. ＢＪ１０）では、Ｃｏが０．４
％と過少であるためδフェライトが析出し、０℃シャル
ピー衝撃値が２７Ｊ／ｃｍ²となり、いずれも十分な靱
性が得られなかった。

【００８５】No. Ｂ１１およびＢ１２を用いた継手（N
o. ＢＪ１１およびＢＪ１２）では、Ｍｏがそれぞれ
０．００２％、０．００３％と過少であるため、いずれ
も十分なクリープ強度が得られなかった。また、No. Ｂ
１３を用いた継手（No. ＢＪ１３）では、Ｎｉが１．３
３％と過剰に含まれているため溶接後熱処理によりオー
ステナイト変態が生じ、十分なクリープ強度が得られな
かった。

【００８６】No. Ｂ１４を用いた継手（No. ＢＪ１４）
では、Ｗが１．４８％と過少であるため、十分なクリー
プ強度が得られなかった。No. Ｂ１５を用いた継手（N
o. ＢＪ１５）では、Ｃｏが６．２％と過剰であるため
溶接後熱処理によりオーステナイト変態が生じ、十分な
クリープ強度が得られなかった。

【００８７】No. Ｂ１６およびＢ１７を用いた継手（N
o. ＢＪ１６およびＢＪ１７）では、Ｓがそれぞれ０．
００５２％、０．００５８％と過剰であるため、溶接ビ
ードの変動幅がそれぞれ２．４ｍｍ、２．８ｍｍとな
り、いずれも溶接施工性に劣った。また、No. Ｂ１８を
用いた継手（No. ＢＪ１８）では、（Ａｌ＋Ｏ）が０．
０２２％と過剰であるため溶融金属の湯流れが悪くな
り、溶接ビードの変動幅が２．２ｍｍとなり、溶接施工
性に劣った。

【００８８】No. Ｂ１９およびＢ２０を用いた継手（N
o. ＢＪ１１９およびＢＪ２０）では、（０．００９２
５−〔％Ｓ〕）がそれぞれ０．０７７５、０．０３２５
であるのに対し、Ｍｎが０．０７％、０．０２％と過少
であるため、裏波形成率がそれぞれ７５％、９０％とな
り、いれも溶接施工性に劣った。

【００８９】No. Ｂ２１を用いた継手（No. ＢＪ２１）
では、Ｃｕが０．００３％と過小であるため、０℃シャ
ルピー衝撃値が３２Ｊ／ｃｍ²と、十分な靱性が得られ
なかった。また、No. Ｂ２２を用いた継手（No. ＢＪ２
２）では、Ｃｕが３．０７％と過剰であるため、６００
℃×３００ｈｒ時効処理後の０℃シャルピー衝撃値が１
０Ｊ／ｃｍ²で、長時間使用後の靱性が低かった。

【００９０】

【発明の効果】本発明の溶接材料は、高強度、高耐食フ
ェライト鋼の溶接時の施工性に優れ、この材料を使用す
ることで、十分な耐食性および高温強度を有する溶接継
手を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた溶接開先の形状と寸法を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１３％、Ｓ
ｉ：０．１０〜０．８０％、Ｃｒ：８〜１３％、Ｎｉ：
０．０１〜１．３０％、Ｍｏ：０．００５〜０．３０
％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：０．１〜０．５
％、Ｗ：１．５〜４．０％、Ｃｏ：０．５〜６．０％、
Ｃｕ：０．００５〜３．０％、Ｎ：０．００３〜０．０
８０％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｓ：０．００１〜０．
００５％、Ｂ：０〜０．０２０％、Ｌａ、ＣｅおよびＹ
の少なくとも１種：０〜０．００２％ならびにＣａおよ
びＭｇのいずれか一方または両方：０〜０．００２％を
含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、不純
物中のＰが０．０２５％以下、かつ、ＭｎとＳとの含有
量の関係が下記式、ＡｌとＯ（酸素）との含有量の関
係が下記式をそれぞれ満たすことを特徴とする溶接施
工性に優れた高強度、高耐食フェライト鋼用溶接材料。（０．０９２５−１２．５〔％Ｓ〕）％≦Ｍｎ≦２．０％・・・（Ａｌ＋Ｏ）≦０．０２％・・・・・・・・・・・・・・・・・