JP2001107196A

JP2001107196A - 耐溶接割れ性と耐硫酸腐食性に優れたオーステナイト鋼溶接継手およびその溶接材料

Info

Publication number: JP2001107196A
Application number: JP28623699A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Hirata; 弘征平田; Masayuki Sagara; 雅之相良
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2001-04-17

Abstract

(57)【要約】【課題】硫酸環境下で良好な耐食性を示す耐溶接割れ性
に優れたオーステナイト鋼溶接継手を提供する。【解決手段】継手の溶接金属部が、C：0.08％以下、M
n：3％以下、P：0.02％以下、Ni：4〜75％、Cr：15〜30
％、Al：0.5％以下、N：0.1％以下、O：0.1％以下、N
b、Ta、TiおよびZrのうちの少なくとも１種以上を合計
で0.1〜5％、Co：0〜5％を含み、さらに式「Si≦0.15(N
b＋Ta＋Ti＋Zr)＋0.25」を満たすSi、0〜8％以下で、か
つ式「Cu≦1.5(Nb＋Ta＋Ti＋Zr)＋4.0」を満たすCu、式
「S≦0.0015(Nb＋Ta＋Ti＋Zr)＋0.003」を満たすSを含
有し、残部が実質的にFeからなり、Ni、CoおよびCuの合
計含有量が式「Ni＋Co＋2Cu≧25」を満たす化学組成か
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラなどの高温
装置に使用され、特に、硫酸環境で使用される耐食性に
優れたオーステナイト鋼溶接継手とこの溶接継手を得る
のに用いて好適な溶接材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電用や産業用ボイラなどの燃料と
して使用される石油や石炭には、硫黄が含まれている。
このため、燃焼時には、排ガス中に硫黄酸化物が生成さ
れる。この硫黄酸化物は、排ガス温度が低下するとガス
中の水分と反応して硫酸となって露点温度以下の部材表
面で結露し、いわゆる硫酸露点腐食を生じさせる。

【０００３】上記のような現象が生じるため、排ガス系
に使用される熱交換器などでは、従来、結露が生じない
ように、排ガス温度を高温に保持するなどの対策がとら
れてきた。

【０００４】しかし、近年のエネルギー需要の増大とそ
の有効利用の観点から、熱エネルギーをできるだけ有効
に回収するために排ガス温度が低くなる傾向があり、こ
れに伴い、硫酸に対して耐食性を有する材料が開発され
るようになってきた。

【０００５】特に、近年では、例えば、特開平４−３４
６６３８号公報や特開平６−１２８６９９号公報などに
見られるように、１〜５質量％のＣｕを添加することに
よって耐食性を確保するようにしたオーステナイト鋼が
提案されている。

【０００６】上記のようなＣｕを含むオーステナイト鋼
を構造物として使用する場合には、母材をそのまま溶接
材料として使用することや、特開平６−１４２９８０号
公報に示されるような２〜５質量％のＣｕを含む溶接材
料を使用することなどが考えられる。

【０００７】しかし、母材は、溶製後の圧延や熱処理に
より組織の調整を受け、強度の確保が図られる。これに
対し、溶接金属は、ほとんどの場合、凝固ままの組織で
使用されるため、元素の偏析が生じ、耐食性や強度を母
材と同等にすることは本質的に容易ではない。

【０００８】したがって、母材と同じ化学組成の溶接材
料を用いた場合は、一般的に溶接金属の耐食性や強度が
母材に比べて劣り、所望の性能を備えた溶接継手は得ら
れ難い。また、上記の特開平６−１４２９８０号公報に
示されるＣｕを含む溶接材料を用いた場合は、高温での
強度は確保されるが、硫酸環境での耐食性が十分な溶接
継手が得られないという問題があった。さらに、上記の
特開平４−３４６６３８号公報や特開平６−１２８６９
９号公報に示されるＣｕを含むオーステナイト鋼は、溶
接割れ感受性が高く、凝固割れ以外に、多層盛り溶接し
た際、溶接金属内に極めて微少な割れが発生し、健全な
溶接継手が得られないという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、凝固
割れは勿論、溶接金属が多層盛り溶接された溶接金属で
あっても、その内部に微少な割れを有せず、しかも硫酸
環境下で良好な耐食性を示す耐溶接割れ性と耐硫酸腐食
性に優れたオーステナイト鋼溶接継手と、この溶接継手
を得るのに用いて好適な溶接材料を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）の耐溶接割れ性と耐硫酸腐食性に優れたオーステ
ナイト鋼溶接継手と、下記（２）の溶接材料にある。

【００１１】（１）質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍ
ｎ：３％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｎｉ：４〜７５
％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ａｌ：０．５％以下、Ｎ：
０．１％以下、Ｏ（酸素）：０．１％以下、Ｎｂ、Ｔ
ａ、ＴｉおよびＺｒのうちの少なくとも１種以上を合計
で０．１〜５％、ＭｏまたはＷのいずれか一方または両
方を合計で０〜２０％、Ｃｏ：０〜５％、Ｖ：０〜０．
２５％、Ｂ：０〜０．０１％、Ｃａ：０〜０．０１％、
Ｍｇ：０〜０．０１％、ＲＥＭ：０〜０．０１％を含
み、さらに下記の(1) 式を満たすＳｉ、０〜８％で、か
つ下記の(2) 式を満たすＣｕ、下記の(3) 式を満たすＳ
を含有し、残部が実質的にＦｅからなり、Ｎｉ、Ｃｏお
よびＣｕの合計含有量が下記の(4) 式を満たす化学組成
からなる溶接金属部を有する耐溶接割れ性と耐硫酸腐食
性に優れたオーステナイト鋼溶接継手。

【００１２】Ｓｉ≦０．１５（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋０．２５・・・・ (1) Ｃｕ≦１．５（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋４．０・・・・・・ (2) Ｓ≦０．００１５（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋０．００３・・ (3) Ｎｉ＋Ｃｏ＋２Ｃｕ≧２５・・・・・・・・・・・・・・・・・ (4) ここで、上記(1) 〜(4) 式中の元素記号は、溶接金属中
の各元素の含有量（質量％）を意味する。

【００１３】（２）質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓ
ｉ：２％以下、：Ｍｎ：３％以下、Ｐ：０．０２％以
下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：４〜７５％、Ｃｒ：１
５〜３０％、Ａｌ：０．５％以下、Ｎ：０．１％以下、
Ｏ（酸素）：０．１％以下、Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺ
ｒのうちの少なくとも１種以上を合計で０．１〜５％、
ＭｏまたはＷのいずれか一方または両方を合計で０〜２
０％、Ｃｏ：０〜５％、Ｃｕ：０〜８％、Ｖ：０〜０．
２５％、Ｂ：０〜０．０１％、Ｃａ：０〜０．０１％、
Ｍｇ：０〜０．０１％、ＲＥＭ：０〜０．０１％を含
み、残部が実質的にＦｅからなり、Ｎｉ、ＣｏおよびＣ
ｕの合計含有量が下記の(4) 式を満たす化学組成からな
る溶接材料。

【００１４】Ｎｉ＋Ｃｏ＋２Ｃｕ≧２５・・・・・・・・・・・・・・・・・ (4) ここで、(4) 式中の元素記号は、溶接材料中の各元素の
含有量（質量％）を意味する。

【００１５】上記（１）の本発明のオーステナイト鋼溶
接継手は、その母材が以下に示す化学組成を有するオー
ステナイト鋼であることが好ましい。すなわち、そのオ
ーステナイト鋼は、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓ
ｉ：１％以下、：Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０５％以
下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：１０〜３０％、Ｃｒ：
１０〜３０％、Ｃｕ：２〜１０％、Ｍｏ：１〜６％、Ａ
ｌ：０．５％以下、Ｎ：０．１％以下、Ｏ（酸素）：
０．１％以下、Ｖ：０〜０．２５％、Ｂ：０〜０．０１
％、Ｃａ：０〜０．０１％、Ｍｇ：０〜０．０１％、Ｒ
ＥＭ：０〜０．０１％を含み、残部が実質的にＦｅから
なるオーステナイト鋼である。

【００１６】上記の本発明は、以下に述べる知見に基づ
いて完成させた。

【００１７】Ｃｕを含むオーステナイト鋼からなる母材
を、母材と同じ化学組成を有する溶接材料を用いて多層
盛り溶接すると、溶接金属中に微細な割れが発生するこ
とは前述した通りである。

【００１８】そして、上記の微細な割れは、結晶粒界に
発生しており、次の２つに分類される。すなわち、その
１つはＳｉ、Ｃが顕著に濃化している結晶粒界部分の再
熱割れであり、他の１つはＳ、Ｃｕが顕著に濃化してい
る結晶粒界部分の再熱割れである。

【００１９】前者の割れは、その破面に溶融痕が認めら
れ、結晶粒界に偏析したＳｉ、Ｃが次パスの熱サイクル
によってマトリックスのＦｅと結合して低融点生成物を
形成し、これが溶融するためである。また、後者の割れ
は、その破面が粒界であり、Ｓ、Ｃｕの偏析によって粒
界の固着力が低下するためである。

【００２０】上記２種類の割れ発生は、必須成分とし
て、Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒのうちの１種以上を添
加すれば、防ぐことができる。

【００２１】すなわち、Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒ
は、いずれもＣとの親和力が極めて強く、ＣをＭＣ（Ｍ
はＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ）として固定する。また、こ
れらの元素は、Ｓを含んだ酸化物（例えば、Ｎｂ（Ｓ、
Ｏ））を生成し、Ｓを固定するほか、凝固中にラメラ状
の炭化物を粒界に晶出させ、結晶粒界の形状を複雑にす
る。

【００２２】その結果、前者の割れは、前記の低融点生
成物の形成量が大幅に減少するために発生しなくなり、
後者の割れは、Ｓを含んだ酸化物が結晶粒界の固着力低
下を防ぐのに加えて、複雑化した結晶粒界にはＳやＣｕ
が分散偏析するために発生しなくなる。

【００２３】ただし、上記の効果は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ
およびＺｒのうちの１種以上を合計で０．１〜５％含有
させる一方、その合計含有量をＡ％とした時、Ｓｉ含有
量を（０．１５×Ａ＋０．２５）％以下、Ｃｕ含有量を
（１．５×Ａ＋４．０）％以下、Ｓ含有量を（０．００
１５×Ａ＋０．００３）％以下にした場合に限って得ら
れることを知見した。

【００２４】また、溶接金属は、前述したように、凝固
偏析などが生じやすく、凝固ままの組織で使用されるた
め、母材に比べて耐食性が劣る。しかし、Ｎｉ、Ｃｏお
よびＣｕの合計含有量（Ｎｉ＋Ｃｏ＋２Ｃｕ）が２５％
以上であれば、硫酸の濃度が７０％というような高濃度
の硫酸環境下での耐食性、すなわち耐硫酸腐食性の確保
が可能なことを知見した。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のオーステナイト鋼
溶接継手および溶接材料について詳細に説明する。な
お、以下において、「％」は「質量％」を意味する。

【００２６】まず、溶接金属の化学組成を前記のように
定めた理由について説明する。

【００２７】Ｃ：０．０８％以下Ｃはマトリックスであるオーステナイト相を安定にする
元素である。しかし、過剰に添加すると溶接熱サイクル
によりＣｒ炭窒化物を生成し、耐食性の劣化を招くとと
もに強度低下の原因になる。さらに、Ｃは粒界に偏析し
たＳｉおよびマトリックス中のＦｅと反応して低融点化
合物を生成し、再熱割れ感受性を増大させる。このた
め、Ｃ含有量は０．０８％以下とする。好ましい上限は
０．０５％である。なお、Ｃ含有量はできる限り低い方
が好ましいが、極度の低減はコスト上昇を招くので、そ
の下限は０．００５％程度でもよい。

【００２８】Ｓｉ：｛０．１５×（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋
Ｚｒ）＋０．２５｝％以下Ｓｉは脱酸剤として添加されるが、溶接金属の凝固時に
結晶粒界に偏析し、ＣおよびマトリックスのＦｅと反応
して低融点化合物を生成し、多層溶接時の再熱割れの原
因となる。この再熱割れ感受性は、後述するＮｂ、Ｔ
ａ、ＴｉおよびＺｒのうちの１種以上を添加してＣを固
定すれば低下するが、Ｓｉ含有量が｛０．１５×（Ｎｂ
＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋０．２５｝％を超えると、十分
な耐再熱割れ性が確保されない。このため、Ｓｉ含有量
は｛０．１５×（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋０．２
５｝％以下とする。なお、Ｓｉ含有量は低ければ低いほ
どよく、脱酸に十分なＡｌやＭｎ等を含む場合には必ず
しも添加する必要はないが、脱酸効果を得る必要がある
場合には０．０２％程度以上含有させるのがよい。

【００２９】Ｍｎ：３％以下Ｍｎは脱酸剤として添加され、マトリックスであるオー
ステナイト相を安定にする。しかし、余り過剰に添加す
ると高温かつ長時間の使用中に金属間化合物の生成を促
進し、脆化を招く。このため、Ｍｎ含有量は３％以下と
する。好ましい上限は２％である。なお、下限は特に定
める必要はない。また、Ｍｎは、他の元素（Ｓｉ、Ａ
ｌ）によって脱酸が十分に行われる場合には、無添加で
もよい。

【００３０】Ｐ：０．０２％以下Ｐは不可避不純物であり、溶接の際、溶接金属の凝固時
に最終凝固部に偏析し、残留液相の融点を低下させ、凝
固割れを発生させる。このため、Ｐ含有量は０．０２％
以下とする。好ましい上限は０．０１５％である。な
お、Ｐ含有量は製造コストに問題がない限り低ければ低
いほどよい。

【００３１】Ｓ：｛０．００１５×（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ
＋Ｚｒ）＋０．００３｝以下Ｓは上記のＰと同様の不可避不純物であり、溶接の際、
溶接金属の凝固時に低融点の共晶物を形成し凝固割れを
発生させるとともに、結晶粒界に偏析して粒界の固着力
を低下させ、再熱割れ発生の原因となる。この再熱割れ
感受性は、上記のＳｉの場合と同様に、後述するＮｂ、
Ｔａ、ＴｉおよびＺｒのうちの１種以上を添加してＳを
含む酸化物を形成させてＳを固定すれば低下するが、Ｓ
含有量が｛０．００１５×（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）
＋０．００３｝％を超えると、十分な耐再熱割れ性が確
保されない。このため、Ｓ含有量は｛０．００１５×
（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋０．００３｝％以下とす
る。なお、Ｓ含有量は製造コストに問題がない限り低け
れば低いほどよい。

【００３２】Ｎｉ：４〜７５％Ｎｉはマトリックスであるオーステナイト相を安定化さ
せるとともに、高濃度の硫酸を含んだ環境中での耐食性
を確保するために必須の元素である。十分な耐食性を確
保するためには、Ｎｉと同様に硫酸環境での耐食性を向
上させるのに有効な後述するＣｏ量と２倍のＣｕ量との
合計含有量で２５％以上が必要である。しかし、過剰な
添加は、溶接割れ感受性を高めるとともに、Ｎｉは高価
な元素であるためにコスト上昇を招く。このため、Ｎｉ
含有量は４〜７５％とする。

【００３３】Ｃｒ：１５〜３０％Ｃｒは高温での耐酸化性および耐食性の確保のために有
効な元素であり、高濃度の硫酸を含んだ環境中での耐食
性を確保するためには必須の元素である。十分な耐酸化
性および耐食性を確保するためには、１５％以上が必要
である。しかし、過剰の添加はかえって耐食性を劣化さ
せるとともに、加工性を著しく劣化させる。このため、
Ｃｒ含有量は１５〜３０％とする。なお、好ましい上限
は２５％である。

【００３４】Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ：１種以上を合計
で０．１〜５％これらの元素は本発明において最も重要な元素であり、
溶接金属中のＣを炭化物として固定し、また、Ｓを含む
酸化物を形成して結晶粒界の固着力を向上させるほか、
炭化物を晶出して結晶粒界の形状を複雑にし、Ｓ、Ｃｕ
の結晶粒界偏析を分散させて多層盛り溶接時の再熱割れ
を防止する。その効果を得るためには、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔ
ｉおよびＺｒのうちの１種以上を最低でも合計で０．１
％含有させる必要がある。しかし、合計で５％を超える
過剰の添加は炭化物の粗大化を招き、靱性の劣化を招く
とともに、加工性を劣化させる。このため、これらの元
素の含有量は１種以上を合計で０．１〜５％とする。な
お、好ましい上限は４．５である。

【００３５】Ａｌ：０．５％以下Ａｌは脱酸剤として添加されるが、多量に含まれると溶
接中にスラグを生成して溶接金属の湯流れおよび溶接ビ
ードの均一性を劣化させ、溶接施工性を著しく低下させ
る。また、裏波形成する溶接条件領域を狭くする。この
ため、Ａｌ含有量は０．５％以下とする必要がある。好
ましい上限は０．３％、より好ましい上限は０．２％で
ある。

【００３６】Ｎ：０．１％以下Ｎは強度確保に有効な元素であるが、多量に含まれると
高温かつ長時間の使用中に多量の窒化物を析出させて脆
化の原因となる。このため、Ｎ含有量は０．１％以下と
する。好ましい上限は０．０８％、より好ましい上限は
０．０６％である。

【００３７】Ｏ（酸素）：０．１％以下Ｏは不可避不純物であり、多量に含まれると清浄度が著
しく劣化し、脆化を招く。このため、Ｏ含有量は０．１
％以下とする。好ましい上限は０．０８％、より好まし
い上限は０．０６％である。

【００３８】Ｃｕ：８％以下で、かつ｛１．５×（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋４．０｝％以
下Ｃｕは添加しなくてもよいが、添加すれば高濃度の硫酸
環境での耐食性を向上させるのに有効な元素であり、そ
の効果は０．５％以上で顕著になるが、８％を超えて含
有させると、最終凝固する液相の融点を低下させ、凝固
割れを発生させる。また、Ｃｕは凝固時に結晶粒界に偏
析して粒界の固着力を低下させ、多層溶接時の再熱割れ
を招く。この再熱割れ感受性は、上記したように、Ｎ
ｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒのうちの１種以上の添加によ
る結晶粒界の複雑化効果によってＣｕの粒界偏析が分散
されるので低下するが、Ｃｕ含有量が｛１．５×（Ｎｂ
＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋４．０｝％を超えると、十分な
耐再熱割れ性が確保されない。このため、添加する場合
のＣｕ含有量は、８％以下で、かつ｛１．５×（Ｎｂ＋
Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋４．０｝％以下とするのがよい。

【００３９】Ｍｏ、Ｗ：１種以上を合計で２０％以下これらの元素は添加しなくてもよいが、添加すれば高濃
度の硫酸環境での耐食性を向上させるのに有効な元素で
あり、その効果はいずれか一方または両方の合計含有量
１％以上で顕著になる。しかし、その合計含有量が２０
％を超えるとその効果が飽和するばかりか、かえって使
用中に炭化物や金属間化合物の生成を招き、耐食性およ
び靱性劣化の原因となる。このため、添加する場合のこ
れらの元素の含有量は合計で２０％以下とするのがよ
い。

【００４０】Ｃｏ：５％以下Ｃｏは添加しなくてもよいが、添加すれば前記のＮｉと
同様にオーステナイト相を安定化させるとともに、高濃
度の硫酸環境での耐食性を向上させるのに有効な元素で
あり、その効果は０．５％以上で顕著になる。しかし、
Ｃｏは前記のＮｉに比べ非常に高価な元素で、多量添加
はコスト上昇を招く。このため、添加する場合のＣｏ含
有量は５％以下とするのがよい。好ましい上限は４．５
％、より好ましい上限は４％である。

【００４１】Ｖ：０．２５％以下Ｖは添加しなくてもよいが、添加すれば高温強度を向上
させるのに有効な元素であり、その効果は０．０５％以
上で顕著になる。しかし、過剰な添加は多量の炭窒化物
を析出させ、靭性の低下を招く。このため、添加する場
合のＶ含有量は０．２５％以下とするのがよい。

【００４２】Ｂ：０．０１％以下Ｂは添加しなくてもよいが、添加すれば結晶粒界に偏析
して粒界の強度を向上させ、再熱割れ感受性を低下させ
る効果を有する元素であり、その効果は０．０００５％
以上で顕著になる。しかし、過剰な添加は逆に溶接時の
凝固割れを助長する。このため、添加する場合のＢ含有
量は０．０１％以下とするのがよい。好ましい上限は
０．００９％、より好ましい上限は０．００８％であ
る。

【００４３】Ｃａ：０．０１％以下Ｃａは添加しなくてもよいが、添加すればＳとの親和力
が強く、硫化物を形成してＳを固定し、耐再熱割れ性を
高める効果を有する元素であり、その効果は０．０００
５％以上で顕著になる。しかし、過剰な添加は介在物を
増加させ、清浄度を劣化させる。このため、添加する場
合のＣａ含有量は０．０１％以下とするのがよい。好ま
しい上限は０．００９％、より好ましい上限は０．００
８％である。

【００４４】Ｍｇ：０．０１％以下Ｍｇは添加しなくてもよいが、添加すれば上記のＣａと
同様にＳとの親和力が強く、硫化物を形成してＳを固定
し、耐再熱割れ性を高める効果を有する元素であり、そ
の効果は０．０００５％以上で顕著になる。しかし、過
剰な添加は介在物を増加させ、清浄度を劣化させる。こ
のため、添加する場合のＭｇ含有量は０．０１％以下と
するのがよい。好ましい上限は０．００９％、より好ま
しい上限は０．００８％である。

【００４５】ＲＥＭ：０．０１％以下ＲＥＭは添加しなくてもよいが、添加すればＳとの親和
力が強く、高融点の硫化物を生成して結晶粒界に偏析す
るＳ量を低減し、再熱割れ感受性を低下させる効果を有
する元素であり、その効果は０．０００５％以上で顕著
になる。しかし、過剰な添加は介在物を増加させて清浄
度を損ない、かえって耐食性を劣化させるとともに、靭
性低下を招く。このため、添加する場合のＲＥＭ含有量
は０．０１％以下とするのがよい。好ましい上限は０．
００９％、より好ましい上限は０．００８％である。

【００４６】上記の化学組成を有する溶接金属を備えた
本発明のオーステナイト鋼溶接継手を構成する母材のオ
ーステナイト鋼には、下記の化学組成を有するオーステ
ナイト鋼を用いるのが好ましい。

【００４７】すなわち、そのオーステナイト鋼は、質量
％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１％以下、：Ｍｎ：
２％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、
Ｎｉ：１０〜３０％、Ｃｒ：１０〜３０％、Ｃｕ：２〜
１０％、Ｍｏ：１〜６％、Ａｌ：０．５％以下、Ｎ：
０．１％以下、Ｏ：０．１％以下、Ｂ：０〜０．０１
％、Ｃａ：０〜０．０１％、Ｍｇ：０〜０．０１％、Ｒ
ＥＭ：０〜０．０１％を含み、残部が実質的にＦｅから
なるオーステナイト鋼であり、その理由は次の通りであ
る。

【００４８】Ｃはその含有量が０．０８％を超えると、
特に溶接熱影響部においてＣｒ炭窒化物が生成して所望
の耐食性が確保できなくなるので、０．０８％以下が好
ましい。

【００４９】Ｓｉはその含有量が１％を超えると希釈に
よって溶接金属中のＳｉ含有量が多くなり、溶接金属の
再熱割れ感受性が高くなるので、１％以下が好ましい。

【００５０】Ｍｎは脱酸剤として添加されるが、極端に
過剰添加すると、高温での使用中に金属間化合物を生成
し、脆化を招くので、２％以下が好ましい。

【００５１】Ｐはその含有量が０．０５％を超えると希
釈によって溶接金属中のＰ含有量が多くなり、凝固割れ
感受性が高めるので、０．０５％以下が好ましい。

【００５２】Ｓはその含有量が０．０１％を超えると希
釈によって溶接金属中のＳ含有量が多くなり、溶接金属
の再熱割れ感受性が高くなるので、０．０１％以下が好
ましい。

【００５３】Ｎｉはその含有量が１０％未満であるとオ
ーステナイト相が不安定になり、逆に３０％を超えると
製造コストの増大を招くので、１０〜３０％が好まし
い。

【００５４】Ｃｒはその含有量が１０％未満であると耐
食性が不十分になり、逆に３０％を超えると加工性が著
しく劣化するとともに、溶接熱影響部や高温での使用中
に多量の炭化物の析出を招き、靭性を低下させるので、
１０〜３０％が好ましい。

【００５５】Ｃｕはその含有量が２％未満であると高濃
度の硫酸環境下での耐食性が不芳になり、逆に１０％を
超えると加工性が著しく劣化するので、２〜１０％が好
ましい。

【００５６】Ｍｏはその含有量が１％未満であると高濃
度の硫酸環境下での耐食性が不芳になり、逆に６％を超
えると溶接熱サイクルや高温での使用中に多量の炭化物
や金属間化合物の生成を招き、靭性を低下させるので、
１〜６％が好ましい。

【００５７】Ａｌ、ＮおよびＯ（酸素）は、溶接金属の
場合と同様の理由により、Ａｌについては０．５％以
下、ＮとＯについてはいずれも０．１％以下であること
が好ましい。

【００５８】Ｂは含まなくてもよいが、含む場合、その
含有量が０．０１％超であると希釈によっては溶接金属
中のＢ含有量が多くなり、溶接金属の凝固割れ感受性が
高くなるので、含む場合のＢ含有量は０．０１％以下で
あることが好ましい。

【００５９】Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭは、いずれも含ま
なくてもよいが、含む場合、いずれの元素もその含有量
が０．０１％超であると介在物が増加して清浄度を損な
うので、含む場合のこれら元素の含有量はいずれの元素
も０．０１％以下であることが好ましい。

【００６０】なお、含む場合のＢ、Ｃａ、ＭｇおよびＲ
ＥＭは熱間加工性を向上させる。また、ＲＥＭについて
は、溶接金属中に希釈された際、高融点の硫化物を形成
して結晶粒界へのＳ偏析を抑制し、溶接金属の再熱割れ
性感受性を低下させる。

【００６１】また、本発明のオーステナイト鋼溶接継手
を構成する上記の化学組成を有する溶接金属を得るため
に用いて好適な溶接材料は、下記の化学組成を有する溶
接材料である。

【００６２】すなわち、その溶接材料は、質量％で、
Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：２％以下、：Ｍｎ：３％以
下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｎｉ：
４〜７５％、Ｃｒ：１５〜３０％、Ａｌ：０．５％以
下、Ｎ：０．１％以下、Ｏ：０．１％以下、Ｎｂ、Ｔ
ａ、ＴｉおよびＺｒのうちの少なくとも１種以上を合計
で０．１〜５％、ＭｏまたはＷのいずれか一方または両
方を合計で０〜２０％、Ｃｏ：０〜５％、Ｃｕ：０〜８
％、Ｖ：０〜０．２５％、Ｂ：０〜０．０１％、Ｃａ：
０〜０．０１％、Ｍｇ：０〜０．０１％、ＲＥＭ：０〜
０．０１％を含み、残部が実質的にＦｅからなり、Ｎ
ｉ、ＣｏおよびＣｕの合計含有量が式「Ｎｉ＋Ｃｏ＋２
Ｃｕ≧２５」を満たす化学組成からなるる溶接材料であ
り、その理由は次の通りである。

【００６３】Ｃ含有量は、溶接金属に十分な性能を与え
るためには０．０８％以下であることが好ましい。

【００６４】Ｓｉはその含有量が２％を超えると溶接材
料製造時の熱間加工性を著しく劣化させるとともに、溶
接金属中のＳｉ含有量を増大させて再熱割れ感受性を増
大させるので、２％以下であることが好ましい。

【００６５】Ｍｎはその含有量が３％を超えると溶接材
料製造時の熱間加工性を劣化させるとともに、溶接時に
多量のヒュームの発生を招くので、３％以下であること
が好ましい。

【００６６】Ｐ含有量は、溶接金属の場合と同様の理由
により、０．０２％以下であることが好ましい。

【００６７】Ｓはその含有量が０．０２％を超えると溶
接材料製造時の熱間加工性を劣化させるとともに、溶接
金属中のＳ含有量を増大させて凝固割れ感受性および再
熱割れ感受性を増大させるので、２％以下であることが
好ましい。

【００６８】Ｎｉ含有量は、溶接金属の場合と同様の理
由により、４〜７５％で、かつ式「Ｎｉ＋Ｃｏ＋２Ｃｕ
≧２５」を満たす量であることが好ましい。

【００６９】Ｃｒ含有量は、溶接金属に十分な耐再熱割
れ性を与えるためには１０〜３０％であることが好まし
い。

【００７０】Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒは必須成分と
して１種以上を含有させるが、その含有量は、溶接金属
に十分な耐再熱割れ性を与えるためには合計で０．１〜
５％であることが好ましい。

【００７１】Ａｌ、ＮおよびＯ（酸素）の各含有量は、
溶接金属の場合と同様の理由により、Ａｌについては
０．５％以下、ＮとＯについてはいずれも０．１％以下
であることが好ましい。

【００７２】Ｃｕは含まなくてもよいが、含む場合、そ
の含有量が８％超であると溶接材料製造時の熱間加工性
を著しく低下させるので、含む場合の含有量は８％以下
であることが好ましい。

【００７３】Ｍｏ、Ｗは含まなくてもよいが、いずれか
一方または両方を含む場合の含有量は、溶接金属に必要
な性能を与えるためには合計で２０％以下であることが
好ましい。

【００７４】Ｃｏは含まなくてもよいが、含む場合の含
有量は、溶接金属に必要な性能を与えるためには５％以
下であることが好ましい。

【００７５】Ｖはは含まなくてもよいが、含む場合の含
有量は、溶接金属に必要な性能を与えるためには０．２
５％以下であることが好ましい。

【００７６】Ｂは含まなくてもよいが、含む場合の含有
量は、溶接金属に必要な性能を与えるためには０．０１
％以下であることが好ましい。

【００７７】Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭは、いずれも含ま
なくてもよいが、含む場合の各元素の含有量は、溶接金
属に必要な性能を与えるためにはいずれの元素も０．０
１％以下であることが好ましい。

【００７８】なお、含む場合の上記のＢ、Ｃａ、Ｍｇお
よびＲＥＭは熱間加工性を向上させる。また、ＲＥＭに
ついては、高融点の硫化物を形成して結晶粒界へのＳ偏
析を抑制し、溶接金属の再熱割れ感受性を低下させる。

【００７９】本発明になる上記の溶接継手は、その溶接
金属が本発明で規程する化学組成を有するものでありさ
えすれば、ＴＩＧ法やＭＩＧ法に代表されるガスシール
ドアーク溶接法、被覆アーク溶接法および潜弧溶接法な
どの溶接方法による影響はなく、いずれの溶接方法によ
って製造した場合でも、十分な耐溶接割れ性および耐硫
酸腐食性を示す。

【００８０】また、上記の各溶接方法によって本発明に
なる上記の溶接継手を製造する場合の溶接条件には特別
な条件はない。

【００８１】

【実施例】表１に示す化学組成を有する板厚１２ｍｍの
母材鋼板を準備した。この母材鋼板は、硫酸濃度が７０
％の液温１００℃の硫酸溶液中に８時間浸漬した場合に
おける単位面積当たりの腐食速度が２．０ｇ／ｍ²・ｈ
ｒ以下である。

【００８２】

【表１】

【００８３】また、表２と表３に示す化学組成を有し、
No. Ａ４以外は外径が１．２ｍｍの１２種類の溶接材料
（溶接ワイヤ）を準備した。なお、No. Ａ４の溶接材料
は、外径４ｍｍの溶接ワイヤの外周に、金属炭酸塩、金
属弗化物、Ｓｉ化合物、Ｔｉ化合物および金属粉末から
なる被覆材を塗布した被覆アーク溶接棒である。

【００８４】

【表２】

【００８５】

【表３】

【００８６】再熱割れ試験は、次の方法で行った。上記
の母材鋼板から長辺が１００ｍｍ、短辺が５０ｍｍで、
一方の長辺に開先角度３０゜、ルートフェイス高さ１ｍ
ｍの開先加工を施した溶接試験片を採取して図１に示す
拘束溶接試験に供し、その突き合わせ部を準備した溶接
材料と、ＴＩＧ溶接法、ＭＩＧ溶接および被覆アーク溶
接（ＳＭＡＷ）法を用いて種々の組み合わせで多層盛り
溶接を行った。この拘束溶接試験においては、溶接試験
片１、１の突き合わせ部を除く他の３辺が予め基板２に
拘束溶接３されて固定されているために、突き合わせ部
の溶接時に熱応力が生じ、その突き合わせ溶接部４に割
れが発生しやすい。

【００８７】溶接施工後、溶接金属部が中央部に位置す
るミクロ試験片、厚さ５ｍｍ、幅１５ｍｍ、長さ１００
ｍｍの側曲げ試験片、ノッチが溶接金属部に形成された
ＪＩＳＺ２２０２に規定されるシャルピー衝撃４号試
験片および耐食性試験片を採取し、次の各試験に供し
た。

【００８８】ミクロ試験は、採取した試験片をバフ研磨
した後、光学顕微鏡を用いて４００倍の倍率にて溶接金
属部を全て観察し、再熱割れ発生の有無を観察した。ま
た、側曲げ試験は、母材板厚の２倍の曲げ半径２４ｍｍ
で１８０゜曲げを行い、溶接金属での凝固割れの有無を
調べた。そして、再熱割れおよび凝固割れともに認めら
れなかったものを合格「○」、それ以外のものを不合格
「×」とした。

【００８９】そして、上記２つの試験結果が合格であっ
たものについてのみシャルピー衝撃試験と耐食性試験を
行った。シャルピー衝撃試験は０℃で行い、吸収エネル
ギが５０Ｊ以上のものを合格「○」、５０Ｊ未満のもの
を不合格「×」とした。

【００９０】一方、耐食性試験は、硫酸濃度７０％、液
温１００℃の硫酸水溶液中に８時間浸漬した際の腐食減
量を測定し、その腐食速度が母材と同等の２．０ｇ／ｍ
²・ｈｒ以下のものを合格「○」、２．０ｇ／ｍ²・ｈ
ｒ超のものを不合格「×」とした。

【００９１】表４と表５は、上記の拘束溶接試験におい
て得られた溶接継手を構成する溶接金属の化学組成の分
析結果を示し、上記各試験の結果も併せて示す。なお、
表４の溶接方法欄中の「ＭＩＧＨ」は高希釈のＭＩＧ溶
接であることを示す。

【００９２】

【表４】

【００９３】

【表５】

【００９４】表４と表５より明らかなように、溶接金属
の化学組成が本発明で規定する範囲内である本発明例の
溶接継手（試番１〜６）は、耐割れ性（凝固割れ、再熱
割れ）、耐食性および靱性とも良好であった。

【００９５】これに対し、溶接金属の化学成分が本発明
で規定する範囲を外れる比較例の溶接継手（試番７〜１
３）のうち、試番７は、Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒの
合計含有量が少ないために、再熱割れ防止の効果が得ら
れず、再熱割れが発生した。試番８と試番９は、それぞ
れＳｉ含有量、Ｓ含有量が多すぎるために、再熱割れが
発生した。試番１０は耐割れ性および耐食性は良好であ
るものの、Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒの合計含有量が
多すぎるために、溶接金属の靱性が悪かった。

【００９６】また、試番１２は、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｕ
の合計含有量が少なすぎるために、耐食性が悪かった。
試番１３は、ＳｉとＳの含有量自体は低いものの、Ｎ
ｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒの合計含有量が少なすぎ、結
果としてＳｉとＳの含有量が多すぎたために、再熱割れ
が発生した。

【００９７】

【発明の効果】本発明の溶接継手は広範な溶接条件下で
優れた耐割れ性、耐食性および靱性を有し、高濃度の硫
酸環境下でも何らの問題もなく用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】再熱割れ試験の試験方法を示す図で、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は横断面図である。

【符号の説明】１：溶接試験片、２：基板、３：拘束溶接、４：突き合わせ溶接部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｍｎ：３
％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｎｉ：４〜７５％、Ｃ
ｒ：１５〜３０％、Ａｌ：０．５％以下、Ｎ：０．１％
以下、Ｏ（酸素）：０．１％以下、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉお
よびＺｒのうちの少なくとも１種以上を合計で０．１〜
５％、ＭｏまたはＷのいずれか一方または両方を合計で
０〜２０％、Ｃｏ：０〜５％、Ｖ：０〜０．２５％、
Ｂ：０〜０．０１％、Ｃａ：０〜０．０１％、Ｍｇ：０
〜０．０１％、ＲＥＭ：０〜０．０１％を含み、さらに
下記の(1) 式を満たすＳｉ、０〜８％で、かつ下記の
(2) 式を満たすＣｕ、下記の(3) 式を満たすＳを含有
し、残部が実質的にＦｅからなり、Ｎｉ、ＣｏおよびＣ
ｕの合計含有量が下記の(4) 式を満たす化学組成からな
る溶接金属部を有することを特徴とする耐溶接割れ性と
耐硫酸腐食性に優れたオーステナイト鋼溶接継手。Ｓｉ≦０．１５（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋０．２５・・・・ (1) Ｃｕ≦１．５（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋４．０・・・・・・ (2) Ｓ≦０．００１５（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｔｉ＋Ｚｒ）＋０．００３・・ (3) Ｎｉ＋Ｃｏ＋２Ｃｕ≧２５・・・・・・・・・・・・・・・・・ (4) ここで、上記(1) 〜(4) 式中の元素記号は、溶接金属中
の各元素の含有量（質量％）を意味する。
【請求項２】母材が、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、
Ｓｉ：１％以下、：Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０５％以
下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：１０〜３０％、Ｃｒ：
１０〜３０％、Ｃｕ：２〜１０％、Ｍｏ：１〜６％、Ａ
ｌ：０．５％以下、Ｎ：０．１％以下、Ｏ（酸素）：
０．１％以下、Ｖ：０〜０．２５％、Ｂ：０〜０．０１
％、Ｃａ：０〜０．０１％、Ｍｇ：０〜０．０１％、Ｒ
ＥＭ：０〜０．０１％を含み、残部が実質的にＦｅから
なるオーステナイト鋼であることを特徴とする請求項１
に記載の耐溶接割れ性と耐硫酸腐食性に優れたオーステ
ナイト鋼溶接継手。
【請求項３】質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：２
％以下、：Ｍｎ：３％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：
０．０２％以下、Ｎｉ：４〜７５％、Ｃｒ：１５〜３０
％、Ａｌ：０．５％以下、Ｎ：０．１％以下、Ｏ（酸
素）：０．１％以下、Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒのう
ちの少なくとも１種以上を合計で０．１〜５％、Ｍｏま
たはＷのいずれか一方または両方を合計で０〜２０％、
Ｃｏ：０〜５％、Ｃｕ：０〜８％、Ｖ：０〜０．２５
％、Ｂ：０〜０．０１％、Ｃａ：０〜０．０１％、Ｍ
ｇ：０〜０．０１％、ＲＥＭ：０〜０．０１％を含み、
残部が実質的にＦｅからなり、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｕの
合計含有量が下記の(4) 式を満たす化学組成からなるこ
とを特徴とする溶接材料。Ｎｉ＋Ｃｏ＋２Ｃｕ≧２５・・・・・・・・・・・・・・・・・ (4) ここで、(4) 式中の元素記号は、溶接材料中の各元素の
含有量（質量％）を意味する。