JP3375817B2 - 高クロムフェライト鋼用溶接ワイヤ - Google Patents
高クロムフェライト鋼用溶接ワイヤInfo
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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７重量％乃至１２重量％
のＣｒを含有する高クロムフェライト鋼用の溶接ワイヤ
に関する。 【０００２】 【従来の技術】高クロムフェライト鋼は、高温における
良好な強度特性に加えて、耐酸化性にも優れ、オーステ
ナイト系ステンレス鋼と比較すると、熱膨張係数及び応
力腐食割れの感受性が小さい等の特長を有することか
ら、高温高圧の火力発電プラント及び原子力機器等に使
用されている。近年、地球環境保護の観点から、操業条
件をより高温・高圧にすることにより効率化を図り、単
位エネルギー当たりの炭酸ガスの排出を抑制しようとし
ている。 【０００３】この目的に対して、各種の新しい鋼材が開
発され、既に多くのものが実用化されており、その鋼材
を溶接する溶接材料に関しても、既に幾つかの新しい成
分系のものが提案されている。しかし、この従来の溶接
材料はいずれも特性が不十分である。 【０００４】例えは、特開平１‐２１５４８９及び特開
平２‐２８０９９３では、Ｃａと、必要に応じてＬａ，
Ｃｅを添加して溶接金属の酸素を下げることによる靭性
の向上を提案している。 【０００５】その他、以下に示す公報が公知である。特
開平１‐２１５４９０、特開平２‐３７９８９．特開平
２‐２６８９７７，特開平１−１７４９９８，特開平５
‐１７７３８３，特開平５‐１７７３８４，特開平５‐
２１２５８２，特開平５‐２８５６９１，特開平６−１
４２９８１，特開平６‐２７７８７９，特開平７−８０
６８０，特開平７−９６３９０，特開平７−１６４１８
２，特開平７−２０４８８５，特開平７−２６８５６
３，特開平７−２８４９８６。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の公知の高クロムフェライト鋼用溶接ワイヤは、溶接作
業性が悪いと共に、クリープ破断強度等の高温強度特性
が十分ではないという欠点がある。 【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、クリープ破断強度を主体とする高温強度特
性が十分であり、また溶接作業性が優れていて、高クロ
ムフェライト鋼の特性を生かした種々の分野への適用を
可能とする高クロムフェライト鋼溶接用ワイヤを提供す
ることを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明に係る高クロムフ
ェライト鋼用溶接ワイヤは、Ｃ：０．０１乃至０．１９
重量％、Ｓｉ：０．０１乃至１．５０重量％、Ｍｎ：
０．０１乃至２．００重量％、Ｃｒ：７．００乃至１
３．００重量％、Ｍｏ：０．０１乃至１．６０重量％、
Ｎｉ：０．０２乃至１．５０重量％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．
００２乃至０．２５重量％、Ｖ：０．０１乃至０．５０
重量％、Ｔｉ：０．００１乃至０．１００重量％、Ａ
ｌ：０．００２乃至０．１０重量％、Ｎ：０．００３乃
至０．１００重量％、Ｏ：０．００２乃至０．０３０重
量％、Ｃａ：０．０００２乃至０．０１重量％及びＭ
ｇ：０．０００２乃至０．０１重量％を含有し、Ｔｉ＋
Ａｌ＋１０×（Ｃａ＋Ｍｇ）の和を０．１３重量％以下
に制限すると共に、更に、Ｗ：０．１０乃至３．００重
量％、Ｃｕ：０．００５乃至４．００重量％、Ｃｏ：
０．００５乃至５．００重量％及びＢ：０．０００５乃
至０．０１重量％からなる群から選択された少なくとも
１種を含有し、残部は鉄及び不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の溶接ワイヤの各成
分添加理由及び組成限定理由について説明する。 【００１０】Ｃ：０．０１乃至０．１９重量％ Ｃは溶接金属の焼き入れ性を高め、室温における強度を
確保する上で必要な成分であると共に、溶接後熱処理に
より炭化物を生成し、クリープ破断強度等の高温強度特
性の確保の観点からも重要である。Ｃが０．０１重量％
未満では上記の強度が十分得られない。また、Ｃが０．
１９重量％を超えると、常温での強度が高すぎるため、
水素に起因する低温割れ感受性が高くなる。更に、Ｃが
０．１９重量％を超えるように多量であると、高温割れ
感受性も高くなり、溶接ワイヤとして不適当である。望
ましい下限及び上限は夫々０．０５重量％及び０．１５
重量％である。 【００１１】Ｓｉ：０．０１乃至１．５０重量％ Ｓｉは脱酸元素及びビード形状の調整の点から重要な元
素であるが、過剰の添加は高温で長時間保持された場合
の脆化及び焼き戻し脆化感受性を高めるために注意する
必要がある。以上の観点から、Ｓｉの範囲は０．０１乃
至１．５０重量％とする。望ましいＳｉの下限及び限は
夫々０．１０重量％及び０．８０重量％である。 【００１２】Ｍｎ：０．０１乃至２．００重量％ ＭｎはＳｉと同様に脱酸元素としても作用するが、更に
溶接金属の焼き入れ性を高め、靭性の改善に有効であ
る。しかし、Ｍｎを多量に添加すると、クリープ破断強
度を低下させることになる。そこで、Ｍｎの添加量は
０．０ｌ重量％乃至２．００重量％とする。望ましいＭ
ｎの下限及び上限は夫々０．２０重量％及び１．２０重
量％である。 【００１３】Ｃｒ：７．００乃至１３．００重量％ Ｃｒは耐酸化性と高温強度特性を確保する上で重要な成
分である。耐酸化性と高温強度の観点からＣｒの下限は
７．００重量％必要である。しかしながら、Ｃｒを多量
に添加すると、マルテンサイトの組織にδフェライトが
析出しやすくなり、それに応じて靭性が低下する。靭性
の観点から上限は１３．００重量％とする。なお、Ｃｒ
の望ましい下限及び上限は夫々８．００重量％及び１
２．００重量％である。 【００１４】Ｍｏ：０．０１乃至１．６０重量％ Ｍｏも炭化物を形成して高温強度を確保する上で重要な
元素である。しかし、Ｍｏの過剰の添加は室温強度を高
め、水素に起因する低温割れ感受性を高め、更に靭性を
低下させる。この観点からＭｏの添加量は０．０ｌ重量
％乃至１．６０重量％とする。なお、Ｍｏの望ましい下
限及び上限は夫々０．２０重量％及び１．２０重量％で
ある。 【００１５】Ｎｉ：０．０２乃至１．５０重量％ Ｎｉは高クロムフェライト系鋼においてδフェライトの
析出を抑え、溶接金属の靭性を向上させるためには重要
でかつ有効な元素である。しかし、Ｎｉを多量に添加す
るとクリープ破断強度を低下させるという弊害がある。
従って、Ｎｉの添加量は０．０２重量％乃至１．５０重
量％とする。なお、Ｎｉの望ましい下限及び上限は夫々
０．１０重量％及び１．００重量％である。 【００１６】ＮｂとＴａ：０．００２乃至０．２５重量
％ ＮｂとＴａは共に溶接後熱処理をうけて、微細な炭化物
を形成し、クリープ破断強度を高めるのに有効な元素で
ある。しかし、これらの元素を過剰に添加すると、過剰
な析出物が生成し、靭性の低下を招く。これらのＮｂ及
びＴａは、いずれも同じ作用を有するので、いずれか一
方又はその双方を添加しても良い。従って、ＮｂとＴａ
の添加量はその和で規定し、０．００２重量％乃至０．
２５重量％とする。なお、このＮｂとＴａの和の望まし
い下限及び上限は夫々０．００５重量％及び０．１５重
量％である。 【００１７】Ｖ：０．０１乃至０．５０重量％ ＶもＮｂ又はＴａと共存した状態で、溶接後熱処理をう
けて、微細な炭化物を形成し、クリープ破断強度を高め
るのに有効な元素である。しかし、適切な範囲を超えて
多く添加すると、室温強度が高くなり、水素に起因する
低温割れ感受性が低下して好ましくない。Ｖの適切な添
加量は０．０１重量％乃至０．５０重量％である。な
お、Ｖの望ましい下限及び上限は夫々０．０５重量％及
び０．３０重量％である。 【００１８】Ｔｉ：０．００１乃至０．１００重量％ ＴｉもＮｂ、Ｔａ又はＶとの共存下において、溶接後熱
処理を受けて、微細な炭化物を形成し、クリープ破断強
度を高めるのに有効な元素である。Ｔｉの過剰な添加は
炭化物の粒内析出による靭性の低下を招くだけでなく、
剥離性の悪いスラグが発生する原因となり、溶接作業性
を低下させる。従って、Ｔｉの添加量は０．００１重量
％乃至０．１００重量％とする。なお、Ｔｉの望ましい
下限及び上限は夫々０．００５重量％及び０．０５０重
量％である。 【００１９】Ａｌ：０．００２乃至０．１０重量％ Ａｌは脱酸材として働くと共に、Ｎとの共存下で微細な
窒化物となり、溶接金属の組織の微細化を促し、靭性の
改善に有効である。しかし、Ａｌの過剰な添加は、融点
が高いスラグを発生させ、溶接作業性を著しく害する。
従って、Ａｌの添加量は０．００２重量％乃至０．１０
重量％とした。なお、Ａｌの望ましい下限及び上限は夫
々０．００５重量％及び０．０５０重量％である。 【００２０】Ｎ：０．００３乃至０．１００重量％ Ｎは上記のようにＡｌと窒化物を生成し、溶接金属の靭
性の向上に寄与するのみでなく、クリープ破断強度の改
善にも有効である。しかし、Ｎが過剰に添加された場合
には、溶接金属中で球状欠陥として現れる。従って、Ｎ
の適切な範囲は０．００３重量％乃至０．１００重量％
とした。なお、Ｎの望ましい下限及び上限は夫々０．０
０５重量％及び０．０７０重量％である。 【００２１】Ｏ：０．００２乃至０．０３０重量％ Ｏは溶接金属が溶融状態における流動性を左右し、健全
な溶接部を得るためには、極めて重要な元素である。良
好な溶接金属の外観及びなじみを得るためには、Ｏを
０．００２重量％以上添加する必要がある。しかしなが
ら、Ｏが多くなると、靭性の低下が著しく、０．０３０
重量％を超えると好ましくない。なお、Ｏの望ましい下
限及び上限は夫々０．００３重量％及び０．０２０重量
％である。 【００２２】Ｃａ：０．０００２乃至０．０１重量％ Ｃａは強力な脱酸剤として働き、溶接金属の酸素量を低
減し、靭性の改善に有効である。しかし、Ｃａは大量に
添加すると、スラグの発生量が多くなり、溶接作業性を
損なう。このＣａの適切な添加量は０．０００２重量％
乃至０．０１重量％である。なお、Ｃａの望ましい下限
及び上限は夫々０．０００５重量％及び０．００５重量
％である。 【００２３】Ｍｇ：０．０００２乃至０．０１重量％ ＭｇもＣａとの複合添加で強力な脱酸剤として作用し、
溶接金属の酸素量を低減し、靭性の改善に有効である。
そして、ＭｇはＣａと同様に大量に添加すると、スラグ
の発生量が多くなり、溶接作業性を損なう。このため、
Ｍｇの添加量は０．０００２重量％乃至０．０１重量％
とする。なお、Ｍｇの望ましい下限及び上限は夫々０．
０００５重量％及び０．００５重量％である。 【００２４】Ｔｉ＋Ａｌ＋１０×（Ｃａ＋Ｍｇ）：０．
１３重量％以下 Ｔｉ＋Ａｌ＋１０×（Ｃａ＋Ｍｇ）の和を０．１３重量
％以下に規制することが重要である。前述の如く、Ｔ
ｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇの元素は複合添加することにより
少量で有効な作用を有するが、各元素の単独の添加量の
みではなく、各元素の添加量合計での規制が必要であ
る。即ち、スラグの発生による作業性の低下を検討した
結果、本発明者は上記のようにＴｉ＋Ａｌ＋１０×（Ｃ
ａ＋Ｍｇ）の和を０．１３重量％以下に規制することが
有効であることを見い出した。なお、これらの４元素以
外にランタノイド元素（例えば、Ｌａ及びＣｅ等）を添
加することも可能であるが、その場合にも各元素は０．
０１重量％以下に抑えることが望ましい。 【００２５】さらに本発明ワイヤは選択成分として以下
の作用を有する成分を添加して、さらに性能を高める事
が可能である。 【００２６】Ｗ：０．１０乃至３．００重量％ Ｗは固溶強化により溶接金属の高温強度特性を改善する
効果を有する。しかしながら、Ｗが０．１０重量％未満
ではこの効果が得られない。一方、Ｗが３．００重量％
を超えると、室温強度が高くなり、水素に起因する低温
割れ感受性が高くなる。なお、Ｗの望ましい上限は、
２．００重量％である。 【００２７】Ｃｕ：０．００５乃至４．００重量％ Ｃｕは析出効果により溶接金属のクリープ破断強度を高
めることができる。しかし、Ｃｕが０．００５重量％未
満では効果が認められなかった。更に、Ｃｕ含有量が
４．００重量％を超えると、室温強度が高くなり、水素
に起因する低温割れ感受性が高くなると共に、高温割れ
の感受性も増大する。なお、Ｃｕの望ましい上限は、
２．５０重量％である。 【００２８】Ｃｏ：０．００５乃至５．００重量％ Ｃｏは高クロムフェライト系鋼においてδフェライトの
析出を抑え、溶接金属の靭性を向上させるためには重要
でかつ有効な元素である。Ｃｏ含有量が０．００５重量
％未満では効果が認められず、５．００重量％を超える
と室温強度が高くなり、水素に起因する低温割れ感受性
が高くなる。なお、Ｃｏの望ましい上限は、３．５０重
量％である。 【００２９】Ｂ：０．０００５乃至０．０１重量％ Ｂは溶接金属を微細化し、靭性を高めると共に、クリー
プ破断強度を高める効果がある。しかし、Ｂが０．００
０５重量％未満では効果が認められず、０．０１重量％
を超えて添加すると、室温強度が高くなり、水素に起因
する低温割れ感受性及び高温割れ感受性が高くなる。な
お、Ｂの望ましい上限は、０．００７重量％である。その他 このワイヤはティグ溶接、マグ溶接及びサブマージアー
ク溶接に適用が可能である。また、ワイヤ表面にＣｕや
Ｎｉその他の金属のメッキを施すことも可能であるが、
その場合の合金成分はメッキの量を含めて考える必要が
ある。なお、ワイヤの表面にはメッキ以外に種々の表面
処理剤及び各種の残留物が存在する場合があるが、その
中に含まれる上記の元素も含めて各元素を規定する必要
があるのはいうまでもない。更に、通常不純物元素とし
て、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びＳｎ等も含まれるが、これ
らは夫々０．０１０重量％以下に抑えることが望まし
い。 【００３０】 【実施例】以下、本発明の実施例について、比較例と比
較して説明して本発明の有効性について説明する。下記
表１及び２は溶接ワイヤの化学成分を示す。この溶接ワ
イヤは自動ティグ溶接に供するため、直径１．２ｍｍに
仕上げた。なお、溶接ワイヤの表面にはＣｕメッキを施
さなかった。 【００３１】表３には溶接金属の機械試験用の溶接条件
を示す。表３に示す以外はＪＩＳＺ３３１６（軟鋼及び
低合金鋼用ティグ溶接棒及びワイヤ）に準拠した。試験
板はＪＩＳＧ３１０１（一般構造用圧延鋼材）のＳＳ４
００に供試ワイヤでバタリングを行い、使用した。 【００３２】表４には溶接試験結果を示す。低温割れ試
験は、ＪＩＳＺ３１５７（Ｕ形溶接割れ試験方法）に準
拠し、予熱温度を１５０℃とした。溶接後７２時間放置
し、、割れの発生しなかったものを良好と判定した。ま
た高温割れ試験は、ＪＩＳＺ３１５５（Ｃ形ジグ拘束突
き合わせ溶接試験方法）に準拠した。ルート間隔は２ｍ
ｍである。そして、クレータ以外に割れの発生しないも
のを良好と判定した。低温割れ試験及び高温割れ試験と
も使用した母材はＡＳＴＭＡ３８７Ｇｒ９１鋼の板厚２
５ｍｍのものを使用した。また、溶接条件は下記表３の
条件を適用した。但し、低温割れ試験の予熱温度を除
く。 【００３３】また、機械試験は７４０℃で４時間の溶接
後熱処理を施した後、各種試験片を加工し、試験を行っ
た。クリープ破断試験用の試験片は平行部の直径が６．
０ｍｍ、標点間距離が３０ｍｍのものを使用した。な
お、耐割れ性及び作業性が不良のものに対しては、機械
試験を実施しなかった。機械試験の判定基準として、シ
ャルピ吸収エネルギーは脆化促進熱処理（ステップクー
リング）５５Ｊ以上、クリープ破断時間は１０００時間
以上を良好と判定した。 【００３４】実施例１乃至４は全て本発明の範囲に入っ
ているため、溶接作業性、高温、低温の耐割れ性及び機
械的性能の全てに満足できる結果が得られている。 【００３５】比較例７はＳｉが低く、比較例２１、２３
は夫々Ｔｉ、Ａｌが高く、比較例２５はＮが高く、比較
例２６はＯが低く、比較例２９、３１は夫々Ｃａ、Ｍｇ
が高いため、溶接作業性が悪く、溶接ワイヤとして不適
当である。また、比較例３６は個々の成分は本発明の範
囲内であるが、Ｔｉ＋Ａｌ＋１０×（Ｃａ＋Ｍｇ）の式
で計算した値が０．１３重量％を超えるため、スラグの
多量発生により、やはり溶接作業性が不良であった。 【００３６】比較例６はＣが、比較例１１はＣｒが、比
較例１３はＭｏが、比較例１９はＶが、比較例３２はＷ
が、比較例３３はＣｕが、比較例３４はＣｏが、比較例
３５はＢが、本発明の範囲を超えるため、割れが発生
し、溶接ワイヤとして不適当であることが分かった。比
較例５はＣが、比較例８はＳｉが、比較例９はＭｎが、
比較例１４はＮｉが、比較例１７はＮｂ＋Ｔａが、比較
例２２はＡｌが、比較例２４はＮが、比較例２７はＯ
が、比較例２８はＣａが、比較例３０はＭｇが本発明の
範囲に入らないため、靭性が良くない。 【００３７】更に、比較例５はＣが、比較例１０はＭｎ
が、比較例１２はＭｏが、比較例１５はＮｉが、比較例
１６はＮｂ＋Ｔａが、比較例１８はＶが、比較例２０は
Ｔｉが、比較例２２はＡｌが、比較例２４はＮが本発明
の範囲に入らないため、十分なクリープ破断寿命が得ら
れなかった。 【００３８】以上の結果により、本発明は良好な溶接作
業性と耐割れ性を有し、更に優れた機械的性能を得るこ
とができる溶接材料であることが明らかである。 【００３９】 【表１】 【００４０】 【表２】 【００４１】 【表３】 【００４２】 【表４】 【００４３】 【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、クリープ破断強度を主体とする高温強度特性が極め
て優れており、良好な溶接作業性と耐割れ性が得られ、
更に、優れた機械的性能を得ることができる。このた
め、本発明の溶接ワイヤを使用すれば、高クロムフェラ
イト鋼をその特性を生かした種々の分野へ適用すること
が可能となり、本発明は優れた効果を奏する。
のＣｒを含有する高クロムフェライト鋼用の溶接ワイヤ
に関する。 【０００２】 【従来の技術】高クロムフェライト鋼は、高温における
良好な強度特性に加えて、耐酸化性にも優れ、オーステ
ナイト系ステンレス鋼と比較すると、熱膨張係数及び応
力腐食割れの感受性が小さい等の特長を有することか
ら、高温高圧の火力発電プラント及び原子力機器等に使
用されている。近年、地球環境保護の観点から、操業条
件をより高温・高圧にすることにより効率化を図り、単
位エネルギー当たりの炭酸ガスの排出を抑制しようとし
ている。 【０００３】この目的に対して、各種の新しい鋼材が開
発され、既に多くのものが実用化されており、その鋼材
を溶接する溶接材料に関しても、既に幾つかの新しい成
分系のものが提案されている。しかし、この従来の溶接
材料はいずれも特性が不十分である。 【０００４】例えは、特開平１‐２１５４８９及び特開
平２‐２８０９９３では、Ｃａと、必要に応じてＬａ，
Ｃｅを添加して溶接金属の酸素を下げることによる靭性
の向上を提案している。 【０００５】その他、以下に示す公報が公知である。特
開平１‐２１５４９０、特開平２‐３７９８９．特開平
２‐２６８９７７，特開平１−１７４９９８，特開平５
‐１７７３８３，特開平５‐１７７３８４，特開平５‐
２１２５８２，特開平５‐２８５６９１，特開平６−１
４２９８１，特開平６‐２７７８７９，特開平７−８０
６８０，特開平７−９６３９０，特開平７−１６４１８
２，特開平７−２０４８８５，特開平７−２６８５６
３，特開平７−２８４９８６。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の公知の高クロムフェライト鋼用溶接ワイヤは、溶接作
業性が悪いと共に、クリープ破断強度等の高温強度特性
が十分ではないという欠点がある。 【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、クリープ破断強度を主体とする高温強度特
性が十分であり、また溶接作業性が優れていて、高クロ
ムフェライト鋼の特性を生かした種々の分野への適用を
可能とする高クロムフェライト鋼溶接用ワイヤを提供す
ることを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明に係る高クロムフ
ェライト鋼用溶接ワイヤは、Ｃ：０．０１乃至０．１９
重量％、Ｓｉ：０．０１乃至１．５０重量％、Ｍｎ：
０．０１乃至２．００重量％、Ｃｒ：７．００乃至１
３．００重量％、Ｍｏ：０．０１乃至１．６０重量％、
Ｎｉ：０．０２乃至１．５０重量％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．
００２乃至０．２５重量％、Ｖ：０．０１乃至０．５０
重量％、Ｔｉ：０．００１乃至０．１００重量％、Ａ
ｌ：０．００２乃至０．１０重量％、Ｎ：０．００３乃
至０．１００重量％、Ｏ：０．００２乃至０．０３０重
量％、Ｃａ：０．０００２乃至０．０１重量％及びＭ
ｇ：０．０００２乃至０．０１重量％を含有し、Ｔｉ＋
Ａｌ＋１０×（Ｃａ＋Ｍｇ）の和を０．１３重量％以下
に制限すると共に、更に、Ｗ：０．１０乃至３．００重
量％、Ｃｕ：０．００５乃至４．００重量％、Ｃｏ：
０．００５乃至５．００重量％及びＢ：０．０００５乃
至０．０１重量％からなる群から選択された少なくとも
１種を含有し、残部は鉄及び不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の溶接ワイヤの各成
分添加理由及び組成限定理由について説明する。 【００１０】Ｃ：０．０１乃至０．１９重量％ Ｃは溶接金属の焼き入れ性を高め、室温における強度を
確保する上で必要な成分であると共に、溶接後熱処理に
より炭化物を生成し、クリープ破断強度等の高温強度特
性の確保の観点からも重要である。Ｃが０．０１重量％
未満では上記の強度が十分得られない。また、Ｃが０．
１９重量％を超えると、常温での強度が高すぎるため、
水素に起因する低温割れ感受性が高くなる。更に、Ｃが
０．１９重量％を超えるように多量であると、高温割れ
感受性も高くなり、溶接ワイヤとして不適当である。望
ましい下限及び上限は夫々０．０５重量％及び０．１５
重量％である。 【００１１】Ｓｉ：０．０１乃至１．５０重量％ Ｓｉは脱酸元素及びビード形状の調整の点から重要な元
素であるが、過剰の添加は高温で長時間保持された場合
の脆化及び焼き戻し脆化感受性を高めるために注意する
必要がある。以上の観点から、Ｓｉの範囲は０．０１乃
至１．５０重量％とする。望ましいＳｉの下限及び限は
夫々０．１０重量％及び０．８０重量％である。 【００１２】Ｍｎ：０．０１乃至２．００重量％ ＭｎはＳｉと同様に脱酸元素としても作用するが、更に
溶接金属の焼き入れ性を高め、靭性の改善に有効であ
る。しかし、Ｍｎを多量に添加すると、クリープ破断強
度を低下させることになる。そこで、Ｍｎの添加量は
０．０ｌ重量％乃至２．００重量％とする。望ましいＭ
ｎの下限及び上限は夫々０．２０重量％及び１．２０重
量％である。 【００１３】Ｃｒ：７．００乃至１３．００重量％ Ｃｒは耐酸化性と高温強度特性を確保する上で重要な成
分である。耐酸化性と高温強度の観点からＣｒの下限は
７．００重量％必要である。しかしながら、Ｃｒを多量
に添加すると、マルテンサイトの組織にδフェライトが
析出しやすくなり、それに応じて靭性が低下する。靭性
の観点から上限は１３．００重量％とする。なお、Ｃｒ
の望ましい下限及び上限は夫々８．００重量％及び１
２．００重量％である。 【００１４】Ｍｏ：０．０１乃至１．６０重量％ Ｍｏも炭化物を形成して高温強度を確保する上で重要な
元素である。しかし、Ｍｏの過剰の添加は室温強度を高
め、水素に起因する低温割れ感受性を高め、更に靭性を
低下させる。この観点からＭｏの添加量は０．０ｌ重量
％乃至１．６０重量％とする。なお、Ｍｏの望ましい下
限及び上限は夫々０．２０重量％及び１．２０重量％で
ある。 【００１５】Ｎｉ：０．０２乃至１．５０重量％ Ｎｉは高クロムフェライト系鋼においてδフェライトの
析出を抑え、溶接金属の靭性を向上させるためには重要
でかつ有効な元素である。しかし、Ｎｉを多量に添加す
るとクリープ破断強度を低下させるという弊害がある。
従って、Ｎｉの添加量は０．０２重量％乃至１．５０重
量％とする。なお、Ｎｉの望ましい下限及び上限は夫々
０．１０重量％及び１．００重量％である。 【００１６】ＮｂとＴａ：０．００２乃至０．２５重量
％ ＮｂとＴａは共に溶接後熱処理をうけて、微細な炭化物
を形成し、クリープ破断強度を高めるのに有効な元素で
ある。しかし、これらの元素を過剰に添加すると、過剰
な析出物が生成し、靭性の低下を招く。これらのＮｂ及
びＴａは、いずれも同じ作用を有するので、いずれか一
方又はその双方を添加しても良い。従って、ＮｂとＴａ
の添加量はその和で規定し、０．００２重量％乃至０．
２５重量％とする。なお、このＮｂとＴａの和の望まし
い下限及び上限は夫々０．００５重量％及び０．１５重
量％である。 【００１７】Ｖ：０．０１乃至０．５０重量％ ＶもＮｂ又はＴａと共存した状態で、溶接後熱処理をう
けて、微細な炭化物を形成し、クリープ破断強度を高め
るのに有効な元素である。しかし、適切な範囲を超えて
多く添加すると、室温強度が高くなり、水素に起因する
低温割れ感受性が低下して好ましくない。Ｖの適切な添
加量は０．０１重量％乃至０．５０重量％である。な
お、Ｖの望ましい下限及び上限は夫々０．０５重量％及
び０．３０重量％である。 【００１８】Ｔｉ：０．００１乃至０．１００重量％ ＴｉもＮｂ、Ｔａ又はＶとの共存下において、溶接後熱
処理を受けて、微細な炭化物を形成し、クリープ破断強
度を高めるのに有効な元素である。Ｔｉの過剰な添加は
炭化物の粒内析出による靭性の低下を招くだけでなく、
剥離性の悪いスラグが発生する原因となり、溶接作業性
を低下させる。従って、Ｔｉの添加量は０．００１重量
％乃至０．１００重量％とする。なお、Ｔｉの望ましい
下限及び上限は夫々０．００５重量％及び０．０５０重
量％である。 【００１９】Ａｌ：０．００２乃至０．１０重量％ Ａｌは脱酸材として働くと共に、Ｎとの共存下で微細な
窒化物となり、溶接金属の組織の微細化を促し、靭性の
改善に有効である。しかし、Ａｌの過剰な添加は、融点
が高いスラグを発生させ、溶接作業性を著しく害する。
従って、Ａｌの添加量は０．００２重量％乃至０．１０
重量％とした。なお、Ａｌの望ましい下限及び上限は夫
々０．００５重量％及び０．０５０重量％である。 【００２０】Ｎ：０．００３乃至０．１００重量％ Ｎは上記のようにＡｌと窒化物を生成し、溶接金属の靭
性の向上に寄与するのみでなく、クリープ破断強度の改
善にも有効である。しかし、Ｎが過剰に添加された場合
には、溶接金属中で球状欠陥として現れる。従って、Ｎ
の適切な範囲は０．００３重量％乃至０．１００重量％
とした。なお、Ｎの望ましい下限及び上限は夫々０．０
０５重量％及び０．０７０重量％である。 【００２１】Ｏ：０．００２乃至０．０３０重量％ Ｏは溶接金属が溶融状態における流動性を左右し、健全
な溶接部を得るためには、極めて重要な元素である。良
好な溶接金属の外観及びなじみを得るためには、Ｏを
０．００２重量％以上添加する必要がある。しかしなが
ら、Ｏが多くなると、靭性の低下が著しく、０．０３０
重量％を超えると好ましくない。なお、Ｏの望ましい下
限及び上限は夫々０．００３重量％及び０．０２０重量
％である。 【００２２】Ｃａ：０．０００２乃至０．０１重量％ Ｃａは強力な脱酸剤として働き、溶接金属の酸素量を低
減し、靭性の改善に有効である。しかし、Ｃａは大量に
添加すると、スラグの発生量が多くなり、溶接作業性を
損なう。このＣａの適切な添加量は０．０００２重量％
乃至０．０１重量％である。なお、Ｃａの望ましい下限
及び上限は夫々０．０００５重量％及び０．００５重量
％である。 【００２３】Ｍｇ：０．０００２乃至０．０１重量％ ＭｇもＣａとの複合添加で強力な脱酸剤として作用し、
溶接金属の酸素量を低減し、靭性の改善に有効である。
そして、ＭｇはＣａと同様に大量に添加すると、スラグ
の発生量が多くなり、溶接作業性を損なう。このため、
Ｍｇの添加量は０．０００２重量％乃至０．０１重量％
とする。なお、Ｍｇの望ましい下限及び上限は夫々０．
０００５重量％及び０．００５重量％である。 【００２４】Ｔｉ＋Ａｌ＋１０×（Ｃａ＋Ｍｇ）：０．
１３重量％以下 Ｔｉ＋Ａｌ＋１０×（Ｃａ＋Ｍｇ）の和を０．１３重量
％以下に規制することが重要である。前述の如く、Ｔ
ｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇの元素は複合添加することにより
少量で有効な作用を有するが、各元素の単独の添加量の
みではなく、各元素の添加量合計での規制が必要であ
る。即ち、スラグの発生による作業性の低下を検討した
結果、本発明者は上記のようにＴｉ＋Ａｌ＋１０×（Ｃ
ａ＋Ｍｇ）の和を０．１３重量％以下に規制することが
有効であることを見い出した。なお、これらの４元素以
外にランタノイド元素（例えば、Ｌａ及びＣｅ等）を添
加することも可能であるが、その場合にも各元素は０．
０１重量％以下に抑えることが望ましい。 【００２５】さらに本発明ワイヤは選択成分として以下
の作用を有する成分を添加して、さらに性能を高める事
が可能である。 【００２６】Ｗ：０．１０乃至３．００重量％ Ｗは固溶強化により溶接金属の高温強度特性を改善する
効果を有する。しかしながら、Ｗが０．１０重量％未満
ではこの効果が得られない。一方、Ｗが３．００重量％
を超えると、室温強度が高くなり、水素に起因する低温
割れ感受性が高くなる。なお、Ｗの望ましい上限は、
２．００重量％である。 【００２７】Ｃｕ：０．００５乃至４．００重量％ Ｃｕは析出効果により溶接金属のクリープ破断強度を高
めることができる。しかし、Ｃｕが０．００５重量％未
満では効果が認められなかった。更に、Ｃｕ含有量が
４．００重量％を超えると、室温強度が高くなり、水素
に起因する低温割れ感受性が高くなると共に、高温割れ
の感受性も増大する。なお、Ｃｕの望ましい上限は、
２．５０重量％である。 【００２８】Ｃｏ：０．００５乃至５．００重量％ Ｃｏは高クロムフェライト系鋼においてδフェライトの
析出を抑え、溶接金属の靭性を向上させるためには重要
でかつ有効な元素である。Ｃｏ含有量が０．００５重量
％未満では効果が認められず、５．００重量％を超える
と室温強度が高くなり、水素に起因する低温割れ感受性
が高くなる。なお、Ｃｏの望ましい上限は、３．５０重
量％である。 【００２９】Ｂ：０．０００５乃至０．０１重量％ Ｂは溶接金属を微細化し、靭性を高めると共に、クリー
プ破断強度を高める効果がある。しかし、Ｂが０．００
０５重量％未満では効果が認められず、０．０１重量％
を超えて添加すると、室温強度が高くなり、水素に起因
する低温割れ感受性及び高温割れ感受性が高くなる。な
お、Ｂの望ましい上限は、０．００７重量％である。その他 このワイヤはティグ溶接、マグ溶接及びサブマージアー
ク溶接に適用が可能である。また、ワイヤ表面にＣｕや
Ｎｉその他の金属のメッキを施すことも可能であるが、
その場合の合金成分はメッキの量を含めて考える必要が
ある。なお、ワイヤの表面にはメッキ以外に種々の表面
処理剤及び各種の残留物が存在する場合があるが、その
中に含まれる上記の元素も含めて各元素を規定する必要
があるのはいうまでもない。更に、通常不純物元素とし
て、Ｐ、Ｓ、Ａｓ、Ｓｂ及びＳｎ等も含まれるが、これ
らは夫々０．０１０重量％以下に抑えることが望まし
い。 【００３０】 【実施例】以下、本発明の実施例について、比較例と比
較して説明して本発明の有効性について説明する。下記
表１及び２は溶接ワイヤの化学成分を示す。この溶接ワ
イヤは自動ティグ溶接に供するため、直径１．２ｍｍに
仕上げた。なお、溶接ワイヤの表面にはＣｕメッキを施
さなかった。 【００３１】表３には溶接金属の機械試験用の溶接条件
を示す。表３に示す以外はＪＩＳＺ３３１６（軟鋼及び
低合金鋼用ティグ溶接棒及びワイヤ）に準拠した。試験
板はＪＩＳＧ３１０１（一般構造用圧延鋼材）のＳＳ４
００に供試ワイヤでバタリングを行い、使用した。 【００３２】表４には溶接試験結果を示す。低温割れ試
験は、ＪＩＳＺ３１５７（Ｕ形溶接割れ試験方法）に準
拠し、予熱温度を１５０℃とした。溶接後７２時間放置
し、、割れの発生しなかったものを良好と判定した。ま
た高温割れ試験は、ＪＩＳＺ３１５５（Ｃ形ジグ拘束突
き合わせ溶接試験方法）に準拠した。ルート間隔は２ｍ
ｍである。そして、クレータ以外に割れの発生しないも
のを良好と判定した。低温割れ試験及び高温割れ試験と
も使用した母材はＡＳＴＭＡ３８７Ｇｒ９１鋼の板厚２
５ｍｍのものを使用した。また、溶接条件は下記表３の
条件を適用した。但し、低温割れ試験の予熱温度を除
く。 【００３３】また、機械試験は７４０℃で４時間の溶接
後熱処理を施した後、各種試験片を加工し、試験を行っ
た。クリープ破断試験用の試験片は平行部の直径が６．
０ｍｍ、標点間距離が３０ｍｍのものを使用した。な
お、耐割れ性及び作業性が不良のものに対しては、機械
試験を実施しなかった。機械試験の判定基準として、シ
ャルピ吸収エネルギーは脆化促進熱処理（ステップクー
リング）５５Ｊ以上、クリープ破断時間は１０００時間
以上を良好と判定した。 【００３４】実施例１乃至４は全て本発明の範囲に入っ
ているため、溶接作業性、高温、低温の耐割れ性及び機
械的性能の全てに満足できる結果が得られている。 【００３５】比較例７はＳｉが低く、比較例２１、２３
は夫々Ｔｉ、Ａｌが高く、比較例２５はＮが高く、比較
例２６はＯが低く、比較例２９、３１は夫々Ｃａ、Ｍｇ
が高いため、溶接作業性が悪く、溶接ワイヤとして不適
当である。また、比較例３６は個々の成分は本発明の範
囲内であるが、Ｔｉ＋Ａｌ＋１０×（Ｃａ＋Ｍｇ）の式
で計算した値が０．１３重量％を超えるため、スラグの
多量発生により、やはり溶接作業性が不良であった。 【００３６】比較例６はＣが、比較例１１はＣｒが、比
較例１３はＭｏが、比較例１９はＶが、比較例３２はＷ
が、比較例３３はＣｕが、比較例３４はＣｏが、比較例
３５はＢが、本発明の範囲を超えるため、割れが発生
し、溶接ワイヤとして不適当であることが分かった。比
較例５はＣが、比較例８はＳｉが、比較例９はＭｎが、
比較例１４はＮｉが、比較例１７はＮｂ＋Ｔａが、比較
例２２はＡｌが、比較例２４はＮが、比較例２７はＯ
が、比較例２８はＣａが、比較例３０はＭｇが本発明の
範囲に入らないため、靭性が良くない。 【００３７】更に、比較例５はＣが、比較例１０はＭｎ
が、比較例１２はＭｏが、比較例１５はＮｉが、比較例
１６はＮｂ＋Ｔａが、比較例１８はＶが、比較例２０は
Ｔｉが、比較例２２はＡｌが、比較例２４はＮが本発明
の範囲に入らないため、十分なクリープ破断寿命が得ら
れなかった。 【００３８】以上の結果により、本発明は良好な溶接作
業性と耐割れ性を有し、更に優れた機械的性能を得るこ
とができる溶接材料であることが明らかである。 【００３９】 【表１】 【００４０】 【表２】 【００４１】 【表３】 【００４２】 【表４】 【００４３】 【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、クリープ破断強度を主体とする高温強度特性が極め
て優れており、良好な溶接作業性と耐割れ性が得られ、
更に、優れた機械的性能を得ることができる。このた
め、本発明の溶接ワイヤを使用すれば、高クロムフェラ
イト鋼をその特性を生かした種々の分野へ適用すること
が可能となり、本発明は優れた効果を奏する。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｃ：０．０１乃至０．１９重量％、Ｓ
ｉ：０．０１乃至１．５０重量％、Ｍｎ：０．０１乃至
２．００重量％、Ｃｒ：７．００乃至１３．００重量
％、Ｍｏ：０．０１乃至１．６０重量％、Ｎｉ：０．０
２乃至１．５０重量％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．００２乃至
０．２５重量％、Ｖ：０．０１乃至０．５０重量％、Ｔ
ｉ：０．００１乃至０．１００重量％、Ａｌ：０．００
２乃至０．１０重量％、Ｎ：０．００３乃至０．１００
重量％、Ｏ：０．００２乃至０．０３０重量％、Ｃａ：
０．０００２乃至０．０１重量％及びＭｇ：０．０００
２乃至０．０１重量％を含有し、Ｔｉ＋Ａｌ＋１０×
（Ｃａ＋Ｍｇ）の和を０．１３重量％以下に制限すると
共に、更に、Ｗ：０．１０乃至３．００重量％、Ｃｕ：
０．００５乃至４．００重量％、Ｃｏ：０．００５乃至
５．００重量％及びＢ：０．０００５乃至０．０１重量
％からなる群から選択された少なくとも１種を含有し、
残部は鉄及び不可避的不純物からなることを特徴とする
高クロムフェライト鋼用溶接ワイヤ。
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