JP7492106B2 - フェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、フェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法 - Google Patents
フェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、フェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、フェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、フェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法に関する。
近年、火力発電では熱効率を高めるために、蒸気条件の高温高圧化が進められている。将来的には６５０℃、３５０気圧という超々臨界圧条件での操業が計画されている。フェライト系耐熱鋼は、オーステナイト系耐熱鋼やＮｉ基耐熱鋼に比べて安価である。フェライト系耐熱鋼はさらに、熱膨張係数が小さいという耐熱鋼としての利点を有する。そのため、フェライト系耐熱鋼は、高温高圧環境において広く利用されている。
例えば、特許文献１には、下記式（Ａ）を満たす化学組成を有するフェライト系耐熱鋼用溶接材料が開示されている。
０．５≦Ｃｒ＋６Ｓｉ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ＋１０Ｂ－４０Ｃ－３０Ｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－２Ｍｎ≦１０．０ （Ａ）
ここで、式（Ａ）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
０．５≦Ｃｒ＋６Ｓｉ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ＋１０Ｂ－４０Ｃ－３０Ｎ－４Ｎｉ－２Ｃｏ－２Ｍｎ≦１０．０ （Ａ）
ここで、式（Ａ）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
特許文献１の溶接材料は、ガスタングステンアーク溶接により、高いクリープ破断強度及び靭性を有する溶接金属を形成できる溶接材料である。
一方、厚肉の鋼母材を溶接するためには、熱入量が高い被覆アーク溶接が利用される。
一方、厚肉の鋼母材を溶接するためには、熱入量が高い被覆アーク溶接が利用される。
しかし、特許文献１の溶接材料を含め、従来の溶接材料に被覆材を被覆して、被覆アーク溶接を実施すると、形成される溶接金属の酸素量が高くなる。そのため、溶接金属の靭性が低下する。
そこで、本発明の課題は、被覆アーク溶接を実施しても、靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られるフェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、当該溶接材料を用いたフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法を提供することである。
課題を解決するための手段は、次の態様を含む。
［１］
芯線と、前記芯線を被覆する被覆材と、を有し、
前記芯線のＣｒ量（質量％）と前記被覆材のＣｒ量（質量％）とが、下記式（１）を満たすフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０ ・・・（１）
［２］
前記芯線が、質量％で、
Ｃ：０．０６～０．１０％、
Ｓｉ：０．１０～０．４０％、
Ｍｎ：０．３０～０．７０％、
Ｐ ：０．０１０％以下、
Ｓ ：０．００３％以下、
Ｃｏ：２．６０～３．４０％、
Ｎｉ：０．０１～１．１０％、
Ｗ ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．０２～０．０８％、
Ｖ ：０．１０～０．３０％、
Ｔａ：０．０２～０．０８％、
Ｂ ：０．００７～０．０１５％、
Ｎ ：０．００５～０．０２０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：０～９．５０％、
Ｍｏ：０～０．０３％、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｔｉ：０～０．３０％、
Ｃａ：０～０．０５％、
Ｍｇ：０～０．０５％、
希土類元素：０～０．１％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有する［１］に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
［３］
前記芯線が、質量％で、下記第１群～第３群から選択される１種又は２種以上の元素を含有する化学組成を有する［２］に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
第１群：Ｃｒ：１．００～９．５０％、Ｍｏ：０．００１～０．０３０％、Ａｌ：０．００１～０．０３０％、Ｃｕ：０．０５～１．００％、
第２群：Ｔｉ：０．０２～０．３０％、
第３群：Ｃａ：０．００１～０．０５０％、Ｍｇ：０．００１～０．０５０％、及び希
土類元素：０．００１～０．１０％
［４］
フェライト系耐熱鋼母材に対して、［１］～［３］のいずれか１項に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成するフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。
［５］
前記フェライト系耐熱鋼母材が、質量％で、
Ｃ ：０．０４～０．１２％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．１０～０．８０％、
Ｐ ：０．０２００％以下、
Ｓ ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：８．００～１０．００％、
Ｗ ：２．００～４．００％、
Ｃｏ：２．００～４．００％、
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計で０．０２～０．１８％、
Ｖ ：０．０５～０．４０％、
Ｎｄ：０．０１～０．０６％、
Ｂ ：０．００５０～０．０２００％、
Ｎ ：０．００２～０．０２５％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｎｉ：０～０．４％、及び
残部：Ｆｅおよび不純物、
からなる化学組成を有する［４］に記載のフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。
［１］
芯線と、前記芯線を被覆する被覆材と、を有し、
前記芯線のＣｒ量（質量％）と前記被覆材のＣｒ量（質量％）とが、下記式（１）を満たすフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０ ・・・（１）
［２］
前記芯線が、質量％で、
Ｃ：０．０６～０．１０％、
Ｓｉ：０．１０～０．４０％、
Ｍｎ：０．３０～０．７０％、
Ｐ ：０．０１０％以下、
Ｓ ：０．００３％以下、
Ｃｏ：２．６０～３．４０％、
Ｎｉ：０．０１～１．１０％、
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Ｖ ：０．１０～０．３０％、
Ｔａ：０．０２～０．０８％、
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Ｃａ：０～０．０５％、
Ｍｇ：０～０．０５％、
希土類元素：０～０．１％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有する［１］に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
［３］
前記芯線が、質量％で、下記第１群～第３群から選択される１種又は２種以上の元素を含有する化学組成を有する［２］に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
第１群：Ｃｒ：１．００～９．５０％、Ｍｏ：０．００１～０．０３０％、Ａｌ：０．００１～０．０３０％、Ｃｕ：０．０５～１．００％、
第２群：Ｔｉ：０．０２～０．３０％、
第３群：Ｃａ：０．００１～０．０５０％、Ｍｇ：０．００１～０．０５０％、及び希
土類元素：０．００１～０．１０％
［４］
フェライト系耐熱鋼母材に対して、［１］～［３］のいずれか１項に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成するフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。
［５］
前記フェライト系耐熱鋼母材が、質量％で、
Ｃ ：０．０４～０．１２％、
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Ｃｒ：８．００～１０．００％、
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Ｃｏ：２．００～４．００％、
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Ｂ ：０．００５０～０．０２００％、
Ｎ ：０．００２～０．０２５％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｎｉ：０～０．４％、及び
残部：Ｆｅおよび不純物、
からなる化学組成を有する［４］に記載のフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。
本発明によれば、被覆アーク溶接を実施しても、靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られるフェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、当該溶接材料を用いたフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法が提供できる。
以下、本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料、および、フェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法の一例について説明する。
なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
「好ましい態様の組み合わせ」は、より好ましい態様である。
なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。
数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
「好ましい態様の組み合わせ」は、より好ましい態様である。
＜溶接材料＞
本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料（以下、単に「溶接材料」とも称する）は、芯線と、前記芯線を被覆する被覆材と、を有する。
そして、芯線のＣｒ量（質量％）と被覆材のＣｒ量（質量％）とは、下記式（１）を満たす。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０ ・・・（１）
本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料（以下、単に「溶接材料」とも称する）は、芯線と、前記芯線を被覆する被覆材と、を有する。
そして、芯線のＣｒ量（質量％）と被覆材のＣｒ量（質量％）とは、下記式（１）を満たす。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０ ・・・（１）
本発明の溶接材料は、靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られる。その理由は、定かではないが、芯線と被覆材のＣｒを適切な添加量とすることで、アーク空間内の酸素分圧増加を抑制し、溶接金属の酸素量増加も抑制すると推測されるためである。
なお、芯線および被覆材ともにＣｒ量を含有しない場合、溶接金属中にＣｒ量が含まれず、目標とするクリープ破断強度を満足しない。つまり、芯線および被覆材の少なくとも一方に、Ｃｒを含有することがよい。また、芯線および被覆材のうち、少なくとも被覆材にＣｒを含有することがよい。
なお、芯線および被覆材ともにＣｒ量を含有しない場合、溶接金属中にＣｒ量が含まれず、目標とするクリープ破断強度を満足しない。つまり、芯線および被覆材の少なくとも一方に、Ｃｒを含有することがよい。また、芯線および被覆材のうち、少なくとも被覆材にＣｒを含有することがよい。
特に、本発明の溶接材料は、ＡＳＭＥ規格にＣｏｄｅ Ｃａｓｅ ２８３９として登録されたフェライト系耐熱鋼管等の鋼母材（例えば、Ｃｒ量８．０～１０．０質量％、Ｗ量２．００～４．００質量％、Ｃｏ量２．００～４．００質量％、Ｎｂ及び／又はＴａの合計量０．０２～０．１８質量％、Ｖ量０．０５～０．４０質量％、Ｎｄ量０．０１～０．０６質量％、Ｂ：０．００５～０．０２０質量％の鋼母材）を被覆アーク溶接すると、靭性に優れた溶接金属を有する溶接継手が得られる。
以下、本発明の溶接材料を詳細に説明する。
（式（１））
（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）が、１０．０を超えると、溶接金属の靭性が低下する。一方で、（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）が０．１未満であると、クリープ破断強度が低下する。
よって、芯線のＣｒ量（質量％）と被覆材のＣｒ量（質量％）とは、下記式（１）を満たす。溶接金属の靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、下記式（１－２）を満たすことが好ましく、下記式（１－３）を満たすことがより好ましい。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０・・・（１）
１．０≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦８．０・・・（１－２）
１．５≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦５．０・・・（１－３）
（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）が、１０．０を超えると、溶接金属の靭性が低下する。一方で、（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）が０．１未満であると、クリープ破断強度が低下する。
よって、芯線のＣｒ量（質量％）と被覆材のＣｒ量（質量％）とは、下記式（１）を満たす。溶接金属の靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、下記式（１－２）を満たすことが好ましく、下記式（１－３）を満たすことがより好ましい。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０・・・（１）
１．０≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦８．０・・・（１－２）
１．５≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦５．０・・・（１－３）
芯線のＣｒ量（質量％）は、靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、Ｃｒ：０～８．５０％（好ましくは１．００～８．００％）がよい。
ここで、芯線のＣｒ量（質量％）は芯線の組成に対するＣｒ量を示し、被覆材のＣｒ量（質量％）は被覆材の組成に対するＣｒ量を示す。
（芯線）
芯線の化学組成は、特に制限はなく、従来の芯線の組成であれば、溶接金属の酸素量が低減されるため、靭性の高い溶接金属が得られる。
一方、靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、特に、芯線は、質量％で、
Ｃ：０．０６～０．１０％、
Ｓｉ：０．１０～０．４０％、
Ｍｎ：０．３～０．７％、
Ｐ ：０．０１０％以下、
Ｓ ：０．００３％以下、
Ｃｏ：２．６０～３．４０％、
Ｎｉ：０．０１～１．１０％、
Ｗ ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．０２～０．０８％、
Ｖ ：０．１～０．３％、
Ｔａ：０．０２～０．０８％、
Ｂ ：０．００７～０．０１５％、
Ｎ ：０．００５～０．０２０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：０～９．５０％、
Ｍｏ：０～０．０３％、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｔｉ：０～０．３０％、
Ｃａ：０～０．０５％、
Ｍｇ：０～０．０５％、
希土類元素：０～０．１％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有することが好ましい。
芯線の化学組成は、特に制限はなく、従来の芯線の組成であれば、溶接金属の酸素量が低減されるため、靭性の高い溶接金属が得られる。
一方、靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、特に、芯線は、質量％で、
Ｃ：０．０６～０．１０％、
Ｓｉ：０．１０～０．４０％、
Ｍｎ：０．３～０．７％、
Ｐ ：０．０１０％以下、
Ｓ ：０．００３％以下、
Ｃｏ：２．６０～３．４０％、
Ｎｉ：０．０１～１．１０％、
Ｗ ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．０２～０．０８％、
Ｖ ：０．１～０．３％、
Ｔａ：０．０２～０．０８％、
Ｂ ：０．００７～０．０１５％、
Ｎ ：０．００５～０．０２０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：０～９．５０％、
Ｍｏ：０～０．０３％、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｔｉ：０～０．３０％、
Ｃａ：０～０．０５％、
Ｍｇ：０～０．０５％、
希土類元素：０～０．１％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有することが好ましい。
Ｃ：０．０６～０．１０％
炭素（Ｃ）は、溶接金属の主たる組織をマルテンサイト組織とする。Ｃは、高温使用時に微細な炭化物（Ｍ２３Ｃ６炭化物）を生成し、クリープ破断強度を高める。Ｃ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、粗大な炭化物が多量に析出し、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｃ量は０．０６～０．１０％が好ましい。Ｃ量のより好ましい下限は０．０７％である。Ｃ量のより好ましい上限は０．０９％である。
炭素（Ｃ）は、溶接金属の主たる組織をマルテンサイト組織とする。Ｃは、高温使用時に微細な炭化物（Ｍ２３Ｃ６炭化物）を生成し、クリープ破断強度を高める。Ｃ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、粗大な炭化物が多量に析出し、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｃ量は０．０６～０．１０％が好ましい。Ｃ量のより好ましい下限は０．０７％である。Ｃ量のより好ましい上限は０．０９％である。
Ｓｉ：０．１０～０．４０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、溶接金属の耐水蒸気酸化特性を高める。Ｓｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｓｉ量が高すぎれば、δフェライトの生成が促進され、溶接金属の靭性が低下するとともに、クリープ延性も低下する場合がある。したがって、Ｓｉ量は０．１０～０．４０％が好ましい。Ｓｉ量のより好ましい下限は０．２５％である。Ｓｉ量のより好ましい上限は０．３５％である。
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、溶接金属の耐水蒸気酸化特性を高める。Ｓｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｓｉ量が高すぎれば、δフェライトの生成が促進され、溶接金属の靭性が低下するとともに、クリープ延性も低下する場合がある。したがって、Ｓｉ量は０．１０～０．４０％が好ましい。Ｓｉ量のより好ましい下限は０．２５％である。Ｓｉ量のより好ましい上限は０．３５％である。
Ｍｎ：０．３０～０．７０％
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉと同様に鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、溶接金属の組織のマルテンサイト化を促進する。Ｍｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｍｎ量が高すぎれば、溶接金属においてクリープ脆化が発生しやすくなる場合がある。したがって、Ｍｎ量は０．３０～０．７０％が好ましい。Ｍｎ量のより好ましい下限は、０．４０％である。Ｍｎ量のより好ましい上限は０．６０％である。
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉと同様に鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、溶接金属の組織のマルテンサイト化を促進する。Ｍｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｍｎ量が高すぎれば、溶接金属においてクリープ脆化が発生しやすくなる場合がある。したがって、Ｍｎ量は０．３０～０．７０％が好ましい。Ｍｎ量のより好ましい下限は、０．４０％である。Ｍｎ量のより好ましい上限は０．６０％である。
Ｐ：０．０１０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは溶接金属の靭性を低下する。したがって、Ｐ量は０．０１％以下が好ましい。Ｐ量のより好ましい上限は０．００８％である。Ｐ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストの観点から、Ｐ量のより好ましい下限は０．０００５％である。
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは溶接金属の靭性を低下する。したがって、Ｐ量は０．０１％以下が好ましい。Ｐ量のより好ましい上限は０．００８％である。Ｐ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストの観点から、Ｐ量のより好ましい下限は０．０００５％である。
Ｓ：０．００３％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。ＳはＢを含有する溶接金属中の旧オーステナイト粒界及びラス界面に偏析し、粒界及びラス界面の固着力を低下する。そのため、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓ量は０．００３％以下が好ましい。Ｓ量のより好ましい上限は０．００２％未満であり、さらに好ましくは０．００１５％未満である。Ｓ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、効果及び材料コストの観点から、Ｓ量のより好ましい下限は０．０００２％である。
硫黄（Ｓ）は不純物である。ＳはＢを含有する溶接金属中の旧オーステナイト粒界及びラス界面に偏析し、粒界及びラス界面の固着力を低下する。そのため、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓ量は０．００３％以下が好ましい。Ｓ量のより好ましい上限は０．００２％未満であり、さらに好ましくは０．００１５％未満である。Ｓ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、効果及び材料コストの観点から、Ｓ量のより好ましい下限は０．０００２％である。
Ｃｏ：２．６０～３．４０％
コバルト（Ｃｏ）は、δフェライトの生成を抑制し、マルテンサイト組織を得るのに有効である。母材と異なり、溶接金属は調質処理がされないため、上記効果を十分に得るためのＣｏ量の下限は２．６０％が好ましい。一方、Ｃｏ量が高すぎれば、かえってクリープ破断強度が低下し、クリープ延性も低下する場合がある。さらに、Ｃｏは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｃｏ量は２．６０～３．４０％が好ましい。Ｃｏ量のより好ましい下限は２．８０％である。Ｃｏ量のより好ましい上限は３．３０％である。
コバルト（Ｃｏ）は、δフェライトの生成を抑制し、マルテンサイト組織を得るのに有効である。母材と異なり、溶接金属は調質処理がされないため、上記効果を十分に得るためのＣｏ量の下限は２．６０％が好ましい。一方、Ｃｏ量が高すぎれば、かえってクリープ破断強度が低下し、クリープ延性も低下する場合がある。さらに、Ｃｏは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｃｏ量は２．６０～３．４０％が好ましい。Ｃｏ量のより好ましい下限は２．８０％である。Ｃｏ量のより好ましい上限は３．３０％である。
Ｎｉ：０．０１～１．１０％
ニッケル（Ｎｉ）は、δフェライトの生成を抑制し、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｎｉはさらに、溶接金属の靭性を高める。Ｎｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎｉ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。さらに、Ｎｉは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｎｉ量は０．０１～１．１０％が好ましい。Ｎｉ量のより好ましい下限は０．０４％である。Ｎｉ量のより好ましい上限は１．００％である。
ニッケル（Ｎｉ）は、δフェライトの生成を抑制し、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｎｉはさらに、溶接金属の靭性を高める。Ｎｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎｉ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。さらに、Ｎｉは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｎｉ量は０．０１～１．１０％が好ましい。Ｎｉ量のより好ましい下限は０．０４％である。Ｎｉ量のより好ましい上限は１．００％である。
Ｗ：２．５０～３．５０％
タングステン（Ｗ）は、マトリックスに固溶、又は、金属間化合物として長時間使用中に析出し、溶接金属の高温でのクリープ破断強度を高める。Ｗ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｗ量が高すぎれば、多量の析出物が生成する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｗ量は２．５０～３．５０％が好ましい。Ｗ量のより好ましい下限は２．７０％である。Ｗ量のより好ましい上限は３．３０％である。
タングステン（Ｗ）は、マトリックスに固溶、又は、金属間化合物として長時間使用中に析出し、溶接金属の高温でのクリープ破断強度を高める。Ｗ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｗ量が高すぎれば、多量の析出物が生成する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｗ量は２．５０～３．５０％が好ましい。Ｗ量のより好ましい下限は２．７０％である。Ｗ量のより好ましい上限は３．３０％である。
Ｎｂ：０．０２～０．０８％
ニオブ（Ｎｂ）は、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｎｂ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｎｂ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｎｂ量は０．０２～０．０８％が好ましい。Ｎｂ量のより好ましい下限は０．０３％である。Ｎｂ量のより好ましい上限は０．０７％である。
ニオブ（Ｎｂ）は、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｎｂ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｎｂ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｎｂ量は０．０２～０．０８％が好ましい。Ｎｂ量のより好ましい下限は０．０３％である。Ｎｂ量のより好ましい上限は０．０７％である。
Ｖ：０．１０～０．３０％
バナジウム（Ｖ）はＮｂと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｖ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｖ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｖ量は、０．１０～０．３０％が好ましい。Ｖ量のより好ましい下限は０．１５％である。Ｖ量のより好ましい上限は０．２５％である。
バナジウム（Ｖ）はＮｂと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｖ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｖ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｖ量は、０．１０～０．３０％が好ましい。Ｖ量のより好ましい下限は０．１５％である。Ｖ量のより好ましい上限は０．２５％である。
Ｔａ：０．０２～０．０８％
タンタル（Ｔａ）はＮｂ及びＶと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｔａ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｔａ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｔａ量は、０．０２～０．０８％が好ましい。Ｔａ量のより好ましい下限は０．０３％である。Ｔａ量のより好ましい上限は０．０７％である。
タンタル（Ｔａ）はＮｂ及びＶと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。Ｔａ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ｔａ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出し、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｔａ量は、０．０２～０．０８％が好ましい。Ｔａ量のより好ましい下限は０．０３％である。Ｔａ量のより好ましい上限は０．０７％である。
Ｂ：０．００７～０．０１５％
ホウ素（Ｂ）は、焼入れ性を高め、溶接金属においてマルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｂはさらに、高温での使用中に炭化物を旧オーステナイト境界及びマルテンサ
イトラス境界に微細分散させ、組織の回復を抑制し、クリープ破断強度を高める。Ｂ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｂ量が高すぎれば、マルテンサイト変態時にマルテンサイトラスが急激に伸長し、破壊単位が大きくなる場合がある。さらに、溶接金属の靭性が極度に低下する場合がある。したがって、Ｂ量は、０．００７～０．０１５％が好ましい。Ｂ量のより好ましい下限は０．００９％である。Ｂ量のより好ましい上限は０．０１２％である。
ホウ素（Ｂ）は、焼入れ性を高め、溶接金属においてマルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｂはさらに、高温での使用中に炭化物を旧オーステナイト境界及びマルテンサ
イトラス境界に微細分散させ、組織の回復を抑制し、クリープ破断強度を高める。Ｂ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｂ量が高すぎれば、マルテンサイト変態時にマルテンサイトラスが急激に伸長し、破壊単位が大きくなる場合がある。さらに、溶接金属の靭性が極度に低下する場合がある。したがって、Ｂ量は、０．００７～０．０１５％が好ましい。Ｂ量のより好ましい下限は０．００９％である。Ｂ量のより好ましい上限は０．０１２％である。
Ｎ：０．００５～０．０２０％
窒素（Ｎ）は、高温での使用中に微細な窒化物として粒内に微細に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎはさらに、δフェライトの生成を抑制する。Ｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｎ量が高すぎれば、溶接金属の凝固時に粗大な窒化物が晶出し、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｎ量は、０．００５～０．０２０％が好ましい。Ｎ量のより好ましい下限は０．００８％である。Ｎ量のより好ましい上限は０．０１５％である。
窒素（Ｎ）は、高温での使用中に微細な窒化物として粒内に微細に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎはさらに、δフェライトの生成を抑制する。Ｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｎ量が高すぎれば、溶接金属の凝固時に粗大な窒化物が晶出し、溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｎ量は、０．００５～０．０２０％が好ましい。Ｎ量のより好ましい下限は０．００８％である。Ｎ量のより好ましい上限は０．０１５％である。
Ｏ：０．０２０％以下
酸素（Ｏ）は、不純物である。Ｏ量が高すぎれば、溶接材料の加工性及び溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｏの量は０．０２％以下が好ましい。Ｏ量のより好ましい上限は０．０１％である。効果と製造コストを考慮すれば、Ｏ量のより好ましい下限は、０．００１％である。
酸素（Ｏ）は、不純物である。Ｏ量が高すぎれば、溶接材料の加工性及び溶接金属の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｏの量は０．０２％以下が好ましい。Ｏ量のより好ましい上限は０．０１％である。効果と製造コストを考慮すれば、Ｏ量のより好ましい下限は、０．００１％である。
残部：Ｆｅ及び不純物
不純物とは、フェライト系耐熱鋼用溶接材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、フェライト系耐熱鋼用溶接材料に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
不純物とは、フェライト系耐熱鋼用溶接材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、フェライト系耐熱鋼用溶接材料に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
［任意元素］
芯線は、さらに、次の第１群～第３群から選択される１種又は２種以上の元素を含有してもよい。以下、これらの元素について詳述する。
芯線は、さらに、次の第１群～第３群から選択される１種又は２種以上の元素を含有してもよい。以下、これらの元素について詳述する。
［第１群］
Ｃｒ：０～９．５０％
クロム（Ｃｒ）は、溶接金属の耐水蒸気酸化性及び耐食性を高める。Ｃｒはさらに、高温での使用中に炭化物として析出し、クリープ破断強度を高める。Ｃｒ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｃｒ量が高すぎれば、炭化物の安定性が低下して、クリープ破断強度が低下する場合がある。Ｃｒ量が高すぎればさらに、靭性が低下する場合がある。したがって、Ｃｒ量は０～９．５０％が好ましい。Ｃｒ量の好ましい下限は１．００％、より好ましい下限は２．００％である。Ｃｒ量のより好ましい上限は９．３０％であり、さらに好ましい上限は８．５０％であり、特に好ましい上限は８．００％である。
Ｃｒ：０～９．５０％
クロム（Ｃｒ）は、溶接金属の耐水蒸気酸化性及び耐食性を高める。Ｃｒはさらに、高温での使用中に炭化物として析出し、クリープ破断強度を高める。Ｃｒ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。一方、Ｃｒ量が高すぎれば、炭化物の安定性が低下して、クリープ破断強度が低下する場合がある。Ｃｒ量が高すぎればさらに、靭性が低下する場合がある。したがって、Ｃｒ量は０～９．５０％が好ましい。Ｃｒ量の好ましい下限は１．００％、より好ましい下限は２．００％である。Ｃｒ量のより好ましい上限は９．３０％であり、さらに好ましい上限は８．５０％であり、特に好ましい上限は８．００％である。
Ｍｏ：０～０．０３％
モリブデン（Ｍｏ）は、不純物である。Ｍｏは、マトリックスに固溶して、溶接金属のクリープ破断強度を高める場合がある。しかしながら、Ｍｏは凝固偏析しやすく、Ｗを含有する金属間化合物及び炭化物の長時間安定性を低下する。したがって、Ｍｏ量はなるべく低い方が好ましく、０～０．０３％が好ましい。しかし、効果及び材料コストの観点から、Ｍｏ量のより好ましい下限は０．００１％である。
モリブデン（Ｍｏ）は、不純物である。Ｍｏは、マトリックスに固溶して、溶接金属のクリープ破断強度を高める場合がある。しかしながら、Ｍｏは凝固偏析しやすく、Ｗを含有する金属間化合物及び炭化物の長時間安定性を低下する。したがって、Ｍｏ量はなるべく低い方が好ましく、０～０．０３％が好ましい。しかし、効果及び材料コストの観点から、Ｍｏ量のより好ましい下限は０．００１％である。
Ａｌ：０～０．０３０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ａｌ量が高すぎれば、清浄性が低下し、溶接材料の加工性及び溶接金属の靭性が低下する場合がある。さらに、溶接金属のクリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ａｌ量は、０～０．０３０％が好ましい。Ａｌ量のより好ましい上限は０．０１０％である。製造コストを考慮すれば、Ａｌ量の好ましい下限は０．００１％である。Ａｌ量はｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。一方、Ａｌ量が高すぎれば、清浄性が低下し、溶接材料の加工性及び溶接金属の靭性が低下する場合がある。さらに、溶接金属のクリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ａｌ量は、０～０．０３０％が好ましい。Ａｌ量のより好ましい上限は０．０１０％である。製造コストを考慮すれば、Ａｌ量の好ましい下限は０．００１％である。Ａｌ量はｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）を意味する。
Ｃｕ：０～１．００％
銅（Ｃｕ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｕは、マルテンサイト組織の生成に有効である。しかしながら、Ｃｕ量が高すぎれば、溶接金属のクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｃｕ量は、０～１．００％が好ましい。Ｃｕ量のより好ましい上限は０．８０％である。Ｃｕ量のより好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
銅（Ｃｕ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｕは、マルテンサイト組織の生成に有効である。しかしながら、Ｃｕ量が高すぎれば、溶接金属のクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｃｕ量は、０～１．００％が好ましい。Ｃｕ量のより好ましい上限は０．８０％である。Ｃｕ量のより好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
［第２群］
Ｔｉ：０～０．３０％
チタン（Ｔｉ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、Ｔｉは、
Ｎｂ、Ｖ、及びＴａと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。しかしながら、Ｔｉ量が高すぎれば、溶接中に粗大な窒化物として晶出したり、高温での使用中に粗大な窒化物として多量に析出して、溶接金属の靭性を低下する場合がある。したがって、Ｔｉ量は０～０．３０％が好ましい。Ｔｉ量のより好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは、０．０５％である。
Ｔｉ：０～０．３０％
チタン（Ｔｉ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、Ｔｉは、
Ｎｂ、Ｖ、及びＴａと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ破断強度を高める。しかしながら、Ｔｉ量が高すぎれば、溶接中に粗大な窒化物として晶出したり、高温での使用中に粗大な窒化物として多量に析出して、溶接金属の靭性を低下する場合がある。したがって、Ｔｉ量は０～０．３０％が好ましい。Ｔｉ量のより好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは、０．０５％である。
［第３群］
Ｃａ：０～０．０５％、
Ｍｇ：０～０．０５％、及び、
希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．１％
カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及び希土類元素（ＲＥＭ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素は、溶接材料製造時の熱間加工性を高める。しかしながら、これらの元素の量が高すぎれば、これらの元素が酸素と結合し、溶接金属の清浄性を低下する場合がある。この場合、溶接金属の熱間加工性を低下する。したがって、Ｃａ量は０～０．０５％であり、Ｍｇ量は０～０．０５％であり、ＲＥＭ量は０～０．１％であることが好ましい。
Ｃａ量、及びＭｇ量のより好ましい下限はそれぞれ０．００１％であり、さらに好ましくはそれぞれ０．００２％である。
Ｃａ量、及びＭｇ量のより好ましい上限はそれぞれ０．０２％である。
ＲＥＭ量のより好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
ＲＥＭ量のより好ましい上限は０．０６％である。
Ｃａ：０～０．０５％、
Ｍｇ：０～０．０５％、及び、
希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．１％
カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及び希土類元素（ＲＥＭ）は、任意元素であり含有されなくてもよい。含有される場合、これらの元素は、溶接材料製造時の熱間加工性を高める。しかしながら、これらの元素の量が高すぎれば、これらの元素が酸素と結合し、溶接金属の清浄性を低下する場合がある。この場合、溶接金属の熱間加工性を低下する。したがって、Ｃａ量は０～０．０５％であり、Ｍｇ量は０～０．０５％であり、ＲＥＭ量は０～０．１％であることが好ましい。
Ｃａ量、及びＭｇ量のより好ましい下限はそれぞれ０．００１％であり、さらに好ましくはそれぞれ０．００２％である。
Ｃａ量、及びＭｇ量のより好ましい上限はそれぞれ０．０２％である。
ＲＥＭ量のより好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
ＲＥＭ量のより好ましい上限は０．０６％である。
ここで、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙ、及び、ランタノイド（原子番号５７番のＬａ～７１番のＬｕ）の少なくとも１種以上を含有する。ＲＥＭ量は、これらの元素の総量を意味する。
（被覆材）
被覆材は、例えば、酸化物（ＴｉＯ２、及びＳｉＯ２等）、炭酸塩（ＣａＣＯ３等）、弗化物（ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６及びＡｌＦ３）等の非金属物質を含む。また、被覆材は、金属物質（単体の金属元素からなる金属粉、複数の金属元素の合金からなる合金粉等）を含んでもよい。
ただし、被覆材のＣｒ量は、上記式（１）を満たす。なお、被覆材のＣｒの供給源は、例えば、金属Ｃｒ、ＦｅＣｒ等が例示される。
被覆材は、例えば、酸化物（ＴｉＯ２、及びＳｉＯ２等）、炭酸塩（ＣａＣＯ３等）、弗化物（ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｋ２ＺｒＦ６、ＢａＦ２、Ｋ２ＳｉＦ６、Ｎａ３ＡｌＦ６及びＡｌＦ３）等の非金属物質を含む。また、被覆材は、金属物質（単体の金属元素からなる金属粉、複数の金属元素の合金からなる合金粉等）を含んでもよい。
ただし、被覆材のＣｒ量は、上記式（１）を満たす。なお、被覆材のＣｒの供給源は、例えば、金属Ｃｒ、ＦｅＣｒ等が例示される。
被覆材の被覆量（＝（溶接材料の総質量－芯線の総質量）／溶接材料の総質量×１００）は、溶接材料の総質量に対して、２０～４０質量％が好ましい。
＜溶接接手の製造方法＞
本発明のフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法（以下、「溶接継手の製造方法」とも称する）は、フェライト系耐熱鋼母材に対して、上記本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成する方法である。
本発明の溶接継手の製造方法では、溶接金属を形成後、溶接金属に対して、熱処理を実施してもよい。
本発明のフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法（以下、「溶接継手の製造方法」とも称する）は、フェライト系耐熱鋼母材に対して、上記本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成する方法である。
本発明の溶接継手の製造方法では、溶接金属を形成後、溶接金属に対して、熱処理を実施してもよい。
［溶接工程］
溶接工程では、フェライト系耐熱鋼母材に対して、上記本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成する。
溶接工程では、フェライト系耐熱鋼母材に対して、上記本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成する。
溶接工程では、例えば、下記条件の被覆アーク溶接により積層溶接することがよい。下記条件の被覆アーク溶接を実施することで、靭性の高い溶接金属が形成できる。また、クリープ破断強度も高い溶接金属が形成できる。
・溶接入熱：１０～２５ｋＪ／ｃｍ
・溶接電流：１００～２００Ａ
・溶接電圧：１０～２５Ｖ
・溶接速度：１０～２０ｃｍ／ｍｉｎ
・溶接入熱：１０～２５ｋＪ／ｃｍ
・溶接電流：１００～２００Ａ
・溶接電圧：１０～２５Ｖ
・溶接速度：１０～２０ｃｍ／ｍｉｎ
フェライト系耐熱鋼母材の化学組成は、特に制限はなく、従来のフェライト系耐熱鋼母材の組成であれば、溶接金属の酸素量が低減されるため、靭性の高い溶接金属が得られる。
一方、靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、特に、フェライト系耐熱鋼母材は、質量％で、
Ｃ ：０．０４～０．１２％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．１０～０．８０％、
Ｐ ：０．０２００％以下、
Ｓ ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：８．００～１０．００％、
Ｗ ：２．００～４．００％、
Ｃｏ：２．００～４．００％、
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計で０．０２～０．１８％、
Ｖ ：０．０５～０．４０％、
Ｎｄ：０．０１～０．０６％、
Ｂ ：０．００５０～０．０２００％、
Ｎ ：０．００２～０．０２５％、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｎｉ：０～０．４％、及び
残部：Ｆｅおよび不純物、
からなる化学組成を有することが好ましい。
一方、靭性とクリープ破断強度との両立の観点から、特に、フェライト系耐熱鋼母材は、質量％で、
Ｃ ：０．０４～０．１２％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．１０～０．８０％、
Ｐ ：０．０２００％以下、
Ｓ ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：８．００～１０．００％、
Ｗ ：２．００～４．００％、
Ｃｏ：２．００～４．００％、
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計で０．０２～０．１８％、
Ｖ ：０．０５～０．４０％、
Ｎｄ：０．０１～０．０６％、
Ｂ ：０．００５０～０．０２００％、
Ｎ ：０．００２～０．０２５％、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｎｉ：０～０．４％、及び
残部：Ｆｅおよび不純物、
からなる化学組成を有することが好ましい。
Ｃ：０．０４～０．１２％
炭素（Ｃ）は、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｃはさらに、高温使用時に微細な炭化物を生成し、母材のクリープ破断強度を高める。Ｃ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃ量が高すぎれば、クリープ破断強度向上の効果が飽和する場合がある。したがって、Ｃ量は、０．０４～０．１２％が好ましい。Ｃ量のより好ましい下限は０．０６％である。Ｃ量のより好ましい上限は０．１０％である。
炭素（Ｃ）は、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｃはさらに、高温使用時に微細な炭化物を生成し、母材のクリープ破断強度を高める。Ｃ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃ量が高すぎれば、クリープ破断強度向上の効果が飽和する場合がある。したがって、Ｃ量は、０．０４～０．１２％が好ましい。Ｃ量のより好ましい下限は０．０６％である。Ｃ量のより好ましい上限は０．１０％である。
Ｓｉ：０．０５～０．６０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、鋼母材の耐水蒸気酸化特性を高める。Ｓｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｓｉ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｓｉ量が高すぎれば、母材のクリープ延性及び靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ量は、０．０５～０．６０％が好ましい。Ｓｉ量のより好ましい下限は０．１０％である。Ｓｉ量のより好ましい上限は０．４０％である。
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、鋼母材の耐水蒸気酸化特性を高める。Ｓｉ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｓｉ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｓｉ量が高すぎれば、母材のクリープ延性及び靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ量は、０．０５～０．６０％が好ましい。Ｓｉ量のより好ましい下限は０．１０％である。Ｓｉ量のより好ましい上限は０．４０％である。
Ｍｎ：０．１０～０．８０％
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉと同様に、鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、鋼母材の組織をマルテンサイトにする。Ｍｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｍｎ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｍｎ量が高すぎれば、クリープ脆化が発生しやすくなる場合がある。したがって、Ｍｎ量は、０．１０～０．８０％が好ましい。Ｍｎ量のより好ましい下限は０．２０％である。Ｍｎ量のより好ましい上限は０．７０％である。
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉと同様に、鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、鋼母材の組織をマルテンサイトにする。Ｍｎ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｍｎ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｍｎ量が高すぎれば、クリープ脆化が発生しやすくなる場合がある。したがって、Ｍｎ量は、０．１０～０．８０％が好ましい。Ｍｎ量のより好ましい下限は０．２０％である。Ｍｎ量のより好ましい上限は０．７０％である。
Ｐ：０．０２００％以下
燐（Ｐ）は、不純物である。Ｐ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｐ量は０．０２００％以下である。Ｐ量のより好ましい上限は０．０１８０％である。Ｐ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストを考慮すれば、Ｐ量の
好ましい下限は０．０００５％である。
燐（Ｐ）は、不純物である。Ｐ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｐ量は０．０２００％以下である。Ｐ量のより好ましい上限は０．０１８０％である。Ｐ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストを考慮すれば、Ｐ量の
好ましい下限は０．０００５％である。
Ｓ：０．０１００％以下
硫黄（Ｓ）は、不純物である。Ｓ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｓ量は０．０１００％以下が好ましい。Ｓ量のより好ましい上限は０．００５０％である。Ｓ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストを考慮すれば、Ｐ量のより好ましい下限は０．０００２％である。
硫黄（Ｓ）は、不純物である。Ｓ量が高すぎれば、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｓ量は０．０１００％以下が好ましい。Ｓ量のより好ましい上限は０．００５０％である。Ｓ量はなるべく低い方が好ましい。しかし、材料コストを考慮すれば、Ｐ量のより好ましい下限は０．０００２％である。
Ｃｒ：８．００～１０．００％
クロム（Ｃｒ）は、溶接材料における場合と同様に、母材の高温での耐水蒸気酸化性及び耐食性を高める。Ｃｒはさらに、高温での使用中に炭化物として析出し、母材のクリープ破断強度を高める。Ｃｒ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃｒ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃｒ量が高すぎれば、炭化物の安定性が低下して母材のクリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ｃｒ量は、８．００～１０．００％が好ましい。Ｃｒ量のより好ましい下限は８．５０％である。Ｃｒ量のより好ましい上限は９．５０％である。
クロム（Ｃｒ）は、溶接材料における場合と同様に、母材の高温での耐水蒸気酸化性及び耐食性を高める。Ｃｒはさらに、高温での使用中に炭化物として析出し、母材のクリープ破断強度を高める。Ｃｒ量が低すぎれば、これらの効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃｒ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃｒ量が高すぎれば、炭化物の安定性が低下して母材のクリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ｃｒ量は、８．００～１０．００％が好ましい。Ｃｒ量のより好ましい下限は８．５０％である。Ｃｒ量のより好ましい上限は９．５０％である。
Ｗ：２．００～４．００％
タングステン（Ｗ）は、溶接材料における場合と同様に、母材のマトリックスに固溶したり、金属間化合物として長時間使用中に析出したりして、高温でのクリープ破断強度を高める。Ｗ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｗ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｗ量が高すぎれば、上記効果が飽和する場合がある。したがって、Ｗ量は、２．００～４．００％が好ましい。Ｗ量のより好ましい下限は２．５０％である。Ｗ量のより好ましい上限は３．５０％である。
タングステン（Ｗ）は、溶接材料における場合と同様に、母材のマトリックスに固溶したり、金属間化合物として長時間使用中に析出したりして、高温でのクリープ破断強度を高める。Ｗ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｗ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｗ量が高すぎれば、上記効果が飽和する場合がある。したがって、Ｗ量は、２．００～４．００％が好ましい。Ｗ量のより好ましい下限は２．５０％である。Ｗ量のより好ましい上限は３．５０％である。
Ｃｏ：２．００～４．００％
コバルト（Ｃｏ）は、母材の組織をマルテンサイト組織にして、クリープ破断強度を高めるのに有効である。Ｃｏ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃｏ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃｏ量が高すぎれば、母材のクリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、Ｃｏは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｃｏ量は、２．００～４．００％が好ましい。Ｃｏ量のより好ましい下限は２．５０％であり、Ｃｏ量のより好ましい上限は３．５０％である。
コバルト（Ｃｏ）は、母材の組織をマルテンサイト組織にして、クリープ破断強度を高めるのに有効である。Ｃｏ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｃｏ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｃｏ量が高すぎれば、母材のクリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。さらに、Ｃｏは高価な元素であるため、材料コストが高くなる。したがって、Ｃｏ量は、２．００～４．００％が好ましい。Ｃｏ量のより好ましい下限は２．５０％であり、Ｃｏ量のより好ましい上限は３．５０％である。
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計０．０２～０．１８％
ニオブ（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）は、溶接材料における場合と同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎｂ及び／又はＴａ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、これらの元素の量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｎｂ及び／又はＴａ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出して、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｎｂ及び／又はＴａの合計量は０．０２～０．１８％が好ましい。Ｎｂ及び／又はＴａの総量のより好ましい下限は０．０５％である。Ｎｂ及び／又はＴａの総量のより好ましい上限は０．１２％である。
ニオブ（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）は、溶接材料における場合と同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎｂ及び／又はＴａ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、これらの元素の量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｎｂ及び／又はＴａ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出して、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｎｂ及び／又はＴａの合計量は０．０２～０．１８％が好ましい。Ｎｂ及び／又はＴａの総量のより好ましい下限は０．０５％である。Ｎｂ及び／又はＴａの総量のより好ましい上限は０．１２％である。
Ｖ：０．０５～０．４０％
バナジウム（Ｖ）はＮｂ及びＴａと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｖ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｖ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｖ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出して、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｖ量は、０．０５～０．４０％が好ましい。Ｖ量のより好ましい下限は０．１０％である。Ｖ量のより好ましい上限は０．３０％である。
バナジウム（Ｖ）はＮｂ及びＴａと同様に、高温での使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｖ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｖ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｖ量が高すぎれば、粗大な炭窒化物が多量に析出して、クリープ破断強度及びクリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｖ量は、０．０５～０．４０％が好ましい。Ｖ量のより好ましい下限は０．１０％である。Ｖ量のより好ましい上限は０．３０％である。
Ｎｄ：０．０１～０．０６％
ネオジム（Ｎｄ）は母材のクリープ延性を改善する。Ｎｄ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。溶接中にスラグとして減少する心配のない母材においては、Ｎｄの上記効果を有効に活用できる。一方、Ｎｄ量が高すぎれば、熱間加工性が低下する場合がある。したがって、Ｎｄ量は、０．０１～０．０６％が好ましい。Ｎｄ量のより好ましい下限は０．０２％である。Ｎｄ量のより好ましい上限は０．０５％である。
ネオジム（Ｎｄ）は母材のクリープ延性を改善する。Ｎｄ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。溶接中にスラグとして減少する心配のない母材においては、Ｎｄの上記効果を有効に活用できる。一方、Ｎｄ量が高すぎれば、熱間加工性が低下する場合がある。したがって、Ｎｄ量は、０．０１～０．０６％が好ましい。Ｎｄ量のより好ましい下限は０．０２％である。Ｎｄ量のより好ましい上限は０．０５％である。
Ｂ：０．００５０～０．０２００％
ホウ素（Ｂ）は、溶接材料における場合と同様に、焼入れ性を高め、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｂはさらに、高温での使用中に炭化物を旧オーステナイト境界、マルテンサイトラス境界に微細分散して、組織の回復を抑制し、クリープ破断強度を高める。Ｂ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｂ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｂ量が高すぎれば、溶接金属の場合と同様に、靭性が低下する場合がある。したがって、Ｂ量は、０．００５～０．０２００％が好ましい。Ｂ量のより好ましい下限は０．００７０％である。Ｂ量のより好ましい上限は０．０１５０％である。
ホウ素（Ｂ）は、溶接材料における場合と同様に、焼入れ性を高め、マルテンサイト組織を得るのに有効である。Ｂはさらに、高温での使用中に炭化物を旧オーステナイト境界、マルテンサイトラス境界に微細分散して、組織の回復を抑制し、クリープ破断強度を高める。Ｂ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｂ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｂ量が高すぎれば、溶接金属の場合と同様に、靭性が低下する場合がある。したがって、Ｂ量は、０．００５～０．０２００％が好ましい。Ｂ量のより好ましい下限は０．００７０％である。Ｂ量のより好ましい上限は０．０１５０％である。
Ｎ：０．００２～０．０２５％
窒素（Ｎ）は、高温での使用中に微細な窒化物として粒内に微細に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｎ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｎ量が高すぎれば、窒化物が粗大化して、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｎ量は、０．００２～０．０２５％が好ましい。Ｎ量のより好ましい下限は０．００５％である。Ｎ量のより好ましい上限は０．０１５％である。
窒素（Ｎ）は、高温での使用中に微細な窒化物として粒内に微細に析出し、クリープ破断強度を高める。Ｎ量が低すぎれば、この効果が得られない場合がある。ただし、母材は溶接金属と異なり、凝固偏析が抑制されており、調質処理された後使用される。そのため、Ｎ量は、溶接材料の場合より低くても、上記効果を得ることができる。一方、Ｎ量が高すぎれば、窒化物が粗大化して、クリープ延性が低下する場合がある。したがって、Ｎ量は、０．００２～０．０２５％が好ましい。Ｎ量のより好ましい下限は０．００５％である。Ｎ量のより好ましい上限は０．０１５％である。
Ｏ：０．０２０％以下
酸素（Ｏ）は、溶接材料における場合と同様に不純物である。Ｏ量が高すぎれば、母材の加工性が低下する場合がある。したがって、Ｏ量は０．０２０％以下が好ましい。Ｏ量のより好ましい上限は０．０１０％である。材料コストを考慮すれば、Ｏ量のより好ましい下限は０．００１％である。
酸素（Ｏ）は、溶接材料における場合と同様に不純物である。Ｏ量が高すぎれば、母材の加工性が低下する場合がある。したがって、Ｏ量は０．０２０％以下が好ましい。Ｏ量のより好ましい上限は０．０１０％である。材料コストを考慮すれば、Ｏ量のより好ましい下限は０．００１％である。
母鋼材は、上記必須元素以外に、任意元素として、Ａｌ、Ｎｉを含有してもよい。
Ａｌ：０～０．０３０％
アルミニウム（Ａｌ）は、溶接材料における場合と同様に、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌ量が高すぎれば、母材の清浄性が低下して加工性が低下する場合がある。Ａｌ量が高すぎればさらに、クリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ａｌ量は、０～０．０３０％以下が好ましい。Ａｌ量のより好ましい上限は０．０１％である。製造コストを考慮すれば、Ａｌ量のより好ましい下限は、０．００１％である。本明細書において、Ａｌ量はｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は、溶接材料における場合と同様に、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌ量が高すぎれば、母材の清浄性が低下して加工性が低下する場合がある。Ａｌ量が高すぎればさらに、クリープ破断強度が低下する場合がある。したがって、Ａｌ量は、０～０．０３０％以下が好ましい。Ａｌ量のより好ましい上限は０．０１％である。製造コストを考慮すれば、Ａｌ量のより好ましい下限は、０．００１％である。本明細書において、Ａｌ量はｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）を意味する。
Ｎｉ：０～０．４％
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｉは、マルテンサイト組織を得るのに有効である。しかしながら、Ｎｉ量が高すぎれば、上記効果が飽和する場合がある。したがってＮｉ量は０～０．４％が好ましい。Ｎｉ量のより好ましい上限は０．２％である。Ｎｉ量のより好ましい下限は０．０５％あり、さらに好ましくは、０．１％である。
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｉは、マルテンサイト組織を得るのに有効である。しかしながら、Ｎｉ量が高すぎれば、上記効果が飽和する場合がある。したがってＮｉ量は０～０．４％が好ましい。Ｎｉ量のより好ましい上限は０．２％である。Ｎｉ量のより好ましい下限は０．０５％あり、さらに好ましくは、０．１％である。
［熱処理工程］
熱処理工程では、溶接金属を形成した後、溶接金属に対して熱処理を実施する。熱処理により、溶接金属の硬さを低下して靭性を高める。例えば、溶接金属部を含む溶接部に、バンドヒーター及びインダクションヒーター等の熱処理装置を配置して、熱処理を実施する。又は、溶接構造物全体を加熱炉内で加熱する。
熱処理工程では、溶接金属を形成した後、溶接金属に対して熱処理を実施する。熱処理により、溶接金属の硬さを低下して靭性を高める。例えば、溶接金属部を含む溶接部に、バンドヒーター及びインダクションヒーター等の熱処理装置を配置して、熱処理を実施する。又は、溶接構造物全体を加熱炉内で加熱する。
熱処理工程では、次の条件で、溶接金属に対して熱処理することがよい。下記条件の熱処理を実施することで、靭性の高い溶接金属が形成できる。また、クリープ破断強度も高い溶接金属が形成できる。
・熱処理温度：７００～８００℃
・熱処理時間：鋼母材の厚さ２５．４ｍｍ当たり、０．５～４．０時間
・熱処理温度：７００～８００℃
・熱処理時間：鋼母材の厚さ２５．４ｍｍ当たり、０．５～４．０時間
熱処理の温度が低すぎると、マルテンサイトの焼戻しが不十分となり、十分な溶接金属の靭性が得られない場合がある。熱処理が高すぎると、溶接金属の一部がオーステナイト変態温度を超え、溶接金属の靭性が低下する場合がある。
よって、熱処理の温度は、７００～８００℃が好ましい。より好ましい熱処理の温度は、７４０～７８０℃である。
よって、熱処理の温度は、７００～８００℃が好ましい。より好ましい熱処理の温度は、７４０～７８０℃である。
鋼母材の単位厚さ当たりの熱処理時間が短すぎれば、マルテンサイト組織の焼戻しが不十分となり、十分な靭性が得られない場合がある。一方、鋼母材の単位厚さあたりの熱処理時間が長すぎれば、焼戻しが過剰となりクリープ破断強度が低下することがある。
よって、熱処理の時間は、鋼母材の厚さ２５．４ｍｍ当たり、０．５～４．０時間であることが好ましい。より好ましい熱処理の時間は、１．０～３．０時間である。
ここで、鋼母材の厚さは、母材が鋼板の場合は板厚であり、鋼管の場合は肉厚である。
よって、熱処理の時間は、鋼母材の厚さ２５．４ｍｍ当たり、０．５～４．０時間であることが好ましい。より好ましい熱処理の時間は、１．０～３．０時間である。
ここで、鋼母材の厚さは、母材が鋼板の場合は板厚であり、鋼管の場合は肉厚である。
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。
表１に示す化学組成を有する溶鋼を用いて、インゴットを製造し、その後、熱間鍛造および熱間圧延を実施して鋼板を製造した。鋼板に対して焼入れおよび焼戻しを実施して、板厚２０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼板（以下、単に母材という）を製造した。焼入れでは、鋼板を１１００℃で１時間保持した後、空冷した（空冷焼入れ）。焼戻しでは、焼入れ後の鋼板を７７０℃で１．５時間保持した。
次に、表２に示す化学組成を有する溶鋼を用いてインゴットを製造し、その後、熱間鍛造、熱間圧延および機械加工を施し、直径４．０ｍｍの被覆アーク溶接材料用の芯線を製造した。
そして、表２に示すＣｒ量の低水素系被覆材を、被覆率３０～４０％で芯線の外周面に被覆した後、焼成し、溶接材料を得た。
そして、表２に示すＣｒ量の低水素系被覆材を、被覆率３０～４０％で芯線の外周面に被覆した後、焼成し、溶接材料を得た。
次に、上記母材の長手方向に、角度３０°、ルート厚さ１ｍｍのＶ開先を加工した。一対の母材のＶ開先同士を突き合わせ、得られた溶接材料を用いて、溶接を実施した。
具体的には、被覆アーク溶接により、溶接材料を開先内に積層溶接して溶接金属を形成し、各溶接継手を製造した。溶接後の溶接継手に対して、７４０℃で４時間保持した後、空冷した。
具体的には、被覆アーク溶接により、溶接材料を開先内に積層溶接して溶接金属を形成し、各溶接継手を製造した。溶接後の溶接継手に対して、７４０℃で４時間保持した後、空冷した。
作製した溶接継手の全溶着金属部から成分分析を行い、酸素量が０．０４%以下のものを「合格」、０．０４％を超えるものを「不合格」とした。
次に上述の溶接継手から溶接金属にノッチを加工した、フルサイズのＶノッチシャルピー衝撃試験片（ノッチ深さ２ｍｍ）を３本採取した。各試験片に対して、２０℃にて、ＪＩＳ Ｚ２２４２（２００５）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施した。吸収エネルギー平均値が１０Ｊを超えるものを「合格」、下回るものを「不合格」とした。
さらに上述の溶接継手から、溶接金属が平行部の中央となるように丸棒クリープ破断試験片を採取した。母材の目標クリープ破断時間が約３０００時間となる６５０℃、１４７ＭＰａの試験条件で、クリープ破断試験を実施した。破断時間が３０００時間を上回る場合を「合格」、下回る場合を「不合格」とした。
上記結果から、継手番号Ａ－１～Ａ－８、Ｂ１～Ｂ８、Ｃ１、Ｄ－１では、酸素量、シャルピー衝撃試験、クリープ破断強度試験が共に合格であった。
一方、継手番号Ａ－９、Ｂ－９では、溶接材料のＢ量が低く、シャルピー衝撃試験が不合格であった。
継手番号Ａ－Ｃ１、Ｂ－Ｃ１では、式（１）を満たさず（「（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）」値が高く）、酸素量、シャルピー衝撃試験が不合格であった。
継手番号Ａ－Ｃ２、Ｂ－Ｃ２では、式（１）を満たさず（「（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）」値が低く）、クリープ破断試験が不合格であった。
継手番号Ａ－Ｃ１、Ｂ－Ｃ１では、式（１）を満たさず（「（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）」値が高く）、酸素量、シャルピー衝撃試験が不合格であった。
継手番号Ａ－Ｃ２、Ｂ－Ｃ２では、式（１）を満たさず（「（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）」値が低く）、クリープ破断試験が不合格であった。
Claims (4)
- 芯線と、前記芯線を被覆する被覆材と、を有し、
前記芯線のＣｒ量（質量％）と前記被覆材のＣｒ量（質量％）とが、下記式（１）を満たし、
前記芯線が、質量％で、
Ｃ：０．０６～０．１０％、
Ｓｉ：０．１０～０．４０％、
Ｍｎ：０．３０～０．７０％、
Ｐ ：０．０１０％以下、
Ｓ ：０．００３％以下、
Ｃｏ：２．６０～３．４０％、
Ｎｉ：０．０１～１．１０％、
Ｗ ：２．５０～３．５０％、
Ｎｂ：０．０２～０．０８％、
Ｖ ：０．１０～０．３０％、
Ｔａ：０．０２～０．０８％、
Ｂ ：０．００７～０．０１５％、
Ｎ ：０．００５～０．０２０％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ｃｒ：０～９．５０％、
Ｍｏ：０～０．０３％、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｔｉ：０～０．３０％、
Ｃａ：０～０．０５％、
Ｍｇ：０～０．０５％、
希土類元素：０～０．１％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物
からなる化学組成を有し、
前記被覆材が、Ｃｒを含むフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
０．１≦（芯線のＣｒ量＋０．８）／（被覆材のＣｒ量＋０．１）≦１０．０ ・・・（１） - 前記芯線が、質量％で、下記第１群～第３群から選択される１種又は２種以上の元素を含有する化学組成を有する請求項１に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
第１群：Ｃｒ：１．００～９．５０％、Ｍｏ：０．００１～０．０３０％、Ａｌ：０．００１～０．０３０％、Ｃｕ：０．０５～１．００％、
第２群：Ｔｉ：０．０２～０．３０％、
第３群：Ｃａ：０．００１～０．０５０％、Ｍｇ：０．００１～０．０５０％、及び希
土類元素：０．００１～０．１０％ - フェライト系耐熱鋼母材に対して、請求項１又は請求項２に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いて、被覆アーク溶接を実施して溶接金属を形成するフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。
- 前記フェライト系耐熱鋼母材が、質量％で、
Ｃ ：０．０４～０．１２％、
Ｓｉ：０．０５～０．６０％、
Ｍｎ：０．１０～０．８０％、
Ｐ ：０．０２００％以下、
Ｓ ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：８．００～１０．００％、
Ｗ ：２．００～４．００％、
Ｃｏ：２．００～４．００％、
Ｎｂ及び／又はＴａ：合計で０．０２～０．１８％、
Ｖ ：０．０５～０．４０％、
Ｎｄ：０．０１～０．０６％、
Ｂ ：０．００５０～０．０２００％、
Ｎ ：０．００２～０．０２５％、
Ｏ ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０～０．０３０％、
Ｎｉ：０～０．４％、及び
残部：Ｆｅおよび不純物、
からなる化学組成を有する請求項３に記載のフェライト系耐熱鋼の溶接継手の製造方法。
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