JPH09122971A

JPH09122971A - 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: JPH09122971A
Application number: JP7278526A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Hirata; 弘征平田; Yasuto Fukada; 康人深田; 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: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1997-05-13
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: JP3322097B2

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:0.03〜0.15％、Si:0.1〜0.8 ％、Cr:8〜
13％、Ni:0.01 〜1.30％、Nb：0.01〜0.20％、V: 0.1〜
0.5 ％、W: 1.5〜4.0 ％、Co:0.5〜7.0 ％、N: 0.003〜
0.080 ％、Al：0.01％以下、S:0.0005〜0.005 ％、Ta、
HfおよびNdの少なくとも１種:0.002〜0.15％、Mo:0〜0.
3 ％、Cu:0〜3 ％、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
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、高温で使用する高
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鋼などのフェライト鋼、１８Ｃ
ｒ−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などの含有
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−
２９７４３５、同６３−８２５６、特開平２−２３２３
４５、同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、Ｃｏを多
量に添加含有させた鋼が提案されてきている（例えば、
特開平５−２６３１９６、同５−３１１３４４、同５−
３１１３４５、同６−２９３９４の各号公報参照）。

【０００５】また、これらのＷ、Ｃｏを添加含有させた
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、
同５−１７７３８４、同５−２１２５８２、同６−１４
２９８１、同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基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、同５−１７７３
８４、同５−２１２５８２、同６−１４２９８１、同７
−８０６８０の各号公報に開示されている溶接材料（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、クリープ強度の向上を目的として、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
ードが得られず、広範な溶接条件で十分な裏ビードが得
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基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基合金）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材料にある。

【００１３】質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓ
ｉ：０．１〜０．８％、Ｃｒ：８〜１３％、Ｎｉ：０．
０１〜１．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：
０．１〜０．５％、Ｗ：１．５〜４．０％、Ｃｏ：０．
５〜７．０％、Ｎ：０．００３〜０．０８０％、Ａｌ：
０．０１％以下、Ｓ：０．０００５〜０．００５％、Ｔ
ａ、ＨｆおよびＮｄの少なくとも１種：０．００２〜
０．１５％、Ｍｏ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜３％、
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)〜(6) 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)Ｍｏを含有させる場合の望ましい範囲
は０．００１０〜０．３０％、さらに望ましい範囲は
０．００１５〜０．２９％、最も望ましい範囲は０．０
０２０〜０．２８％である。

【００１７】(3)Ｃｕを含有させる場合の望ましい範囲
は０．００５〜３％、さらに望ましい範囲は０．０１〜
２．９％、最も望ましい範囲は０．０１５〜２．８％で
ある。

【００１８】(4)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０．００
２〜０．０１５％である。

【００１９】(5)Ｌａ、ＹおよびＣｅ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０．００６〜
０．００１８％、最も望ましい範囲は０．０００８〜
０．００１５％である。

【００２０】(6)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〜
０．００２０％、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。

【００２１】本発明者らは、前記の課題を達成するため
に種々の実験研究を行い、以下の（イ）〜（ハ）を知見
し、本発明に至った。

【００２２】（イ）Ｔａ、ＨｆおよびＮｄのうち、いず
れか１種を単独添加もしくは２種以上を複合添加する
と、従来から析出強化元素として利用されているＮｂ、
Ｖの炭化物よりも高温でより安定な炭窒化物を形成し、
従来高温強度を確保するためには必須成分と考えられて
いたＭｏを添加含有させなくても、大幅に高温強度を向
上させることができ、そのための適正なＴａ、Ｈｆおよ
びＮｄの含有量範囲が存在すること。

【００２３】（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、溶接ビードの均一性（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の
均一性を両立させることは不可能である。

【００２４】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ことが可能となるこ
と。

【００２５】（ハ）また、高温強度（クリープ強度）の
さらなる向上にはＭｏ添加も有効であるが、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多量析出
を促進させ、靱性の低下だけでなく、かえってクリープ
強度の低下を招くこと。すなわち、Ｍｏを添加含有させ
る場合、良好なクリープ強度と靱性とを両立維持させる
ためには適正なＭｏ含有量範囲が存在すること。

【００２６】

【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％である。

【００２７】Ｃ：０．０３〜０．１５％Ｃは炭化物を形成し、高温強度の確保に寄与する。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
抑制にも寄与する。この効果を得るには、最低でも０．
０３％のＣ含有量が必要である。一方、Ｃ含有量が０．
１５％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。

【００２８】よって、Ｃ含有量の範囲は０．０３〜０．
１５％とした。望ましい範囲は０．０３５〜０．１４
％、さらに望ましい０．０４０〜０．１３％である。

【００２９】Ｓｉ：０．１〜０．８％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、０．１％以上のＳｉ含有量が必要で
ある。一方、Ｓｉ含有量が０．８％超えると靱性の低下
を招く。

【００３０】よって、Ｓｉ含有量の範囲は０．１〜０．
８％とした。望ましい範囲は０．１３〜０．７０％、さ
らに望ましい範囲は０．１５〜０．６０％である。

【００３１】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。

【００３２】よって、Ｃｒ含有量の範囲は８〜１３％と
した。望ましい範囲は８．２〜１２．８％、さらに望ま
しい範囲は８．５〜１２．５％である。

【００３３】Ｎｉ：０．０１〜１．３％Ｎｉはδフェライト相の生成を抑え、マルテンサイト単
相組織に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１．３％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。

【００３４】よって、Ｎｉ含有量の範囲は０．０１〜
１．３％とした。望ましい範囲は０．０２〜１．２％、
さらに望ましい範囲は０．０３〜１．１％である。

【００３５】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。

【００３６】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、靱性の低下を招くとともに溶接高温割れを招
く。

【００３７】よって、Ｎｂ含有量の範囲は０．０１〜
０．２０％とした。望ましい範囲は０．０２〜０．１９
％、さらに望ましい範囲は０．０３〜０．１８％であ
る。

【００３８】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、靱性の低下を招くとともに溶接高温割れを招く。

【００３９】よって、Ｖ含有量の範囲は０．１〜０．５
％とした。望ましい範囲は０．１２〜０．４８％、さら
に望ましい範囲は０．１５〜０．４５％である。

【００４０】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
や金属間化合物として析出し、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。

【００４１】よって、Ｗ含有量の範囲は１．５〜４．０
％とした。望ましい範囲は１．６〜３．９％、さらに望
ましい範囲は１．８〜３．８％である。

【００４２】Ｃｏ：０．５〜７．０％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必要な元素であると
ともに、金属間化合物の析出を促進してクリープ強度の
向上に寄与する元素である。この効果を得るには０．５
％以上のＣｏ含有量が必要である。一方、Ｃｏ含有量が
７．０％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るため、クリープ強度の低下を招
く。

【００４３】よって、Ｃｏ含有量の範囲は０．５〜７．
０％とした。望ましい範囲は０．７〜６．８％、さらに
望ましい範囲は１．０〜６．５％である。

【００４４】Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一種：０．
００２〜０．１５％Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｄは、いずれもこれらを単独もしくは複
合して添加した場合、前述のＮｂ（Ｃ、Ｎ）およびＶ
（Ｃ、Ｎ）に比べ、高温でより安定な炭窒化物を形成
し、クリープ強度の向上に大きく寄与する元素である。
この効果はＴａ、ＨｆおよびＮｄのうちの少なくとも一
種の含有量が０．００２％以上で得られる。

【００４５】一方、その含有量が０．１５％を超えて過
剰になると、靱性の低下を招く。

【００４６】よって、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｄの少なくとも一
種の含有量の範囲は０．００２〜０．１５％とした。望
ましい範囲は０．００２５〜０．１４％、さらに望まし
い範囲は０．００３〜０．１２％である。

【００４７】Ｎ：０．００３〜０．０８０％ＮはＮｂ、ＶさらにはＴａ、Ｈｆ、Ｎｄと結合して炭窒
化物を形成し、クリープ強度の確保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。

【００４８】よって、Ｎ含有量の範囲は０．００３〜
０．０８０％とした。望ましい範囲は０．００４〜０．
０７８％、さらに望ましい範囲は０．００５〜０．０７
５％である。

【００４９】Ａｌ：０．０１％以下Ａｌは脱酸剤として添加される元素である。しかし、Ａ
ｌ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、Ａｌ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。

【００５０】なお、Ａｌ含有量の下限は特に定める必要
はない。ただし、Ａｌ含有量の極度の低減は製造コスト
の増大を招くとともに、鋼の清浄度を低下させる。この
ため、その下限は０．０００５％程度、望ましくは０．
００１％程度とするのが好ましい。

【００５１】Ｓ：０．０００５〜０．００５％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、０．０００５％未満の極度の低減には、製造
コストの増大を招く。

【００５２】よって、Ｓ含有量の範囲は０．０００５〜
０．００５％とした。望ましい範囲は０．０００８〜
０．００４９％、さらに望ましい範囲は０．００１０〜
０．００４８％である。

【００５３】Ｐ：０．０２５％以下Ｐは不可避不純物であり、低ければ低いほど望ましい
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ため、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。

【００５４】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。

【００５５】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、溶接ビード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、（０．０９２５−１２．５〔％
Ｓ〕）％以上のＭｎ含有量が必要である。一方、Ｍｎ含
有量が２．０％を超えて過剰になると、溶接金属部の脆
化を招く。よって、Ｍｎ含有量の範囲は、（０．０９２
５−１２．５〔％Ｓ〕）〜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。

【００５６】（Ａｌ＋Ｏ）≦０．０２％・・・式Ｏ（酸素）は溶接中にＡｌと結合し、（Ａｌ＋Ｏ）の含
有量が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、溶接ビードの均一性を劣
化させる。そのため、（Ａｌ＋Ｏ）の含有量が０．０２
％以下になるようにＯを限定する本発明の溶接材料では、上記の各成分に加えてさらに、
次のＭｏ、Ｃｕ、Ｂならびに希土類３元素（Ｌａ、Ｙ、
Ｃｅ）の少なくとも１種、さらにはＣａおよびＭｇのい
ずれか一方または両方を選んで含有させることができ、
これら５グループの複合添加含有も許容される。

【００５７】Ｍｏ：上限は０．３０％Ｍｏは、上記のＷと同様、マトリックスを固溶強化する
とともに微細炭化物や金属間化合物を析出し、クリープ
強度の向上に寄与する元素である。このため、この効果
を積極的に得たい場合に添加含有させる。しかし、添加
含有させる場合のＭｏ含有量が０．３０％を超えると、
高温での使用中に多量の金属間化合物を生成させるため
に靱性の低下を招くとともに、かえってクリープ強度の
低下を招く。

【００５８】よって、含有させる場合のＭｏ含有量の上
限は０．３０％とした。望ましい上限は０．２９％、さ
らに望ましい上限は０．２８％である。なお、下限は特
に定めないが、望ましい下限は０．００１０％、さらに
望ましい下限は０．００１５％である。

【００５９】Ｃｕ：上限は３％Ｃｕはδフェライトの生成を抑制し、靱性の向上に寄与
する元素である。このため、この効果を積極的に得たい
場合に添加含有させる。しかし、添加含有させる場合の
Ｃｕ含有量が３％を超えると、長時間使用後の靱性の低
下を招く。

【００６０】よって、含有させる場合のＣｕ含有量の上
限は３％とした。望ましい上限は２．９％、さらに望ま
しい上限は２．８％である。なお、下限は特に定めない
が、望ましい下限は０．００５％、さらに望ましい下限
は０．０１％である。

【００６１】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元素である。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。

【００６２】よって、含有させる場合のＢ含有量の範囲
は０．００１〜０．０２０％である。望ましい範囲は
０．００１５〜０．０１８％、さらに望ましい範囲は
０．００２〜０．０１５％である。

【００６３】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。

【００６４】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％、さらに望ましい範囲は０．０００８〜０．００
１５％である。

【００６５】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
たは両方を添加含有させる。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０．００２％を超えると溶接金属の清
浄度を低下させる。

【００６６】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％、さらに望ましい範囲は０．０００８〜
０．００１５％である。

【００６７】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、所定
量のＴａ、ＨｆおよびＮｄの少なくとも１種を添加含有
させるとともに、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、Ｖ
ＯＤ（真空酸素脱炭）法などが適している。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。

【００６８】

【実施例】表１に示す化学組成を有し、外径２００ｍ
ｍ、肉厚２０ｍｍの鋼管に、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
に示す化学組成を有する各種溶接材料を用いて、ＴＩＧ
溶接法により１０層の多層円周溶接を施した。

【００６９】

【表１】

【００７０】

【表２】

【００７１】前記の鋼管は６００℃で１０００００時間
のクリープ強度が１５ｋｇｆ／ｍｍ²の高強度フェライ
ト鋼からなるものである。また、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の線材である。

【００７２】溶接条件は、入熱量２５００Ｊ／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。

【００７３】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。

【００７４】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
場合を否と判断した。

【００７５】次に、溶接部を中央部に含むように、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、標点間距離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。

【００７６】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。

【００７７】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２７００ｈ
ｒ以上を良、それより短い場合を否と判定した。

【００７８】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。以
上の試験結果を、表３に示した。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。

【００７９】

【表３】

【００８０】表３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〜Ａ８）を用い
てＴＩＧ溶接を行った溶接継手（No. ＡＪ１〜ＡＪ８）
では、溶接ビードの変動幅が１．７ｍｍ以下で２ｍｍ以
下となり、溶接ビードの均一性に優れ、また全溶接線に
わたり裏ビードが形成されている。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。

【００８１】一方、本発明で定める範囲外の化学組成を
有する比較例の溶接材料（No. Ｂ１〜Ｂ８）を用いてＴ
ＩＧ溶接を行った溶接継手（No. ＢＪ１〜ＢＪ８）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。

【００８２】すなわち、No. Ｂ１およびＢ２の溶接材料
を用いた溶接継手（No. ＢＪ１およびＢＪ２）では、Ｔ
ａ、Ｈｆ、Ｎｄのいずれをも含有していないため、クリ
ープ破断時間が２５０１ｈｒおよび２４５５ｈｒで、十
分なクリープ強度が得られなかった。また、No. Ｂ２を
用いた溶接継手は、Ｓ含有量が０．００７％と高いた
め、溶接ビード変動幅が２．４ｍｍとなり、溶接ビード
の均一性に劣った。

【００８３】No. Ｂ３の溶接材料を用いた溶接継手（N
o. ＢＪ３）では、Ｓ含有量が０．００６５％と高いた
め、溶接ビード変動幅が２．２ｍｍとなり、溶接ビード
の均一性に劣った。さらに、Ｍｏ含有量０．３５％と高
いためにシャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ²と極めて低
く、十分な靱性が得られないのみならず、クリープ破断
時間も２１３０ｈｒで十分なクリープ強度も得られなか
った。

【００８４】No. Ｂ４の溶接材料を用いた溶接継手（N
o. ＢＪ４）では、（０．０９２５−１２．５〔％
Ｓ〕）が０．０８００であるのに対し、Ｍｎ含有量が
０．０５％と少ないため、裏波形成率が７５％となり、
溶接施工性に劣った。

【００８５】No. Ｂ５の溶接材料を用いた溶接継手（N
o. ＢＪ５）では、（０．０９２５−１２．５〔％
Ｓ〕）が０．０６１２５であるのに対し、Ｍｎ含有量が
０．０５％と少ないため、裏波形成率が９０％となり、
溶接施工性に劣った。また、（Ａｌ＋Ｏ）が０．０２２
％と高いために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も劣った。

【００８６】No. Ｂ６の溶接材料を用いた溶接継手（N
o. ＢＪ６）では、Ｗ含有量が１．２０％と少ないた
め、クリープ破断時間が１２６５ｈｒとなり、十分なク
リープ強度が得られなかった。

【００８７】No. Ｂ７の溶接材料を用いた溶接継手（N
o. ＢＪ７）では、Ｃｏ含有量が７．８％と高いため、
クリープ破断時間が８７９ｈｒとなり、十分なクリープ
強度が得られなかった。

【００８８】No. Ｂ８の溶接材料を用いた溶接継手（N
o. ＢＪ８）では、Ｃｒ含有量が７．５％と少ないた
め、スケール厚さが１１０μｍとなり、耐水蒸気酸化性
に劣った。さらに、Ｍｏ含有量が０．４５％と高いため
に、シャルピー衝撃値が２２Ｊ／ｃｍ²となり、十分な
靱性が得られなかった。またさらに、クリープ破断時間
が１４５０ｈｒとなり、十分なクリープ強度も得られな
かった。

【００８９】

【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】実施例で用いた開先形状と寸法を示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川和博大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓ
ｉ：０．１〜０．８％、Ｃｒ：８〜１３％、Ｎｉ：０．
０１〜１．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：
０．１〜０．５％、Ｗ：１．５〜４．０％、Ｃｏ：０．
５〜７．０％、Ｎ：０．００３〜０．０８０％、Ａｌ：
０．０１％以下、Ｓ：０．０００５〜０．００５％、Ｔ
ａ、ＨｆおよびＮｄの少なくとも１種：０．００２〜
０．１５％、Ｍｏ：０〜０．３％、Ｃｕ：０〜３％、
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％・・・・・・・・・・・・・・・・・