JP2002018593A

JP2002018593A - 低合金耐熱鋼用溶接材料および溶接金属

Info

Publication number: JP2002018593A
Application number: JP2000206793A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Hirata; 弘征平田; Kazuhiro Ogawa; 和博小川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-22
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP3582463B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐再熱割れ性が良好な低合金耐熱鋼用の溶接材
料と溶接金属を提供する。【解決手段】Ｃ：０．０３〜０．１８％、Ｓｉ：１％以
下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０
３％以下、Ｃｒ：０．５〜３．５％、Ｍｏ：０．０１〜
０．９％未満、Ｗ：０．０１〜２％、Ｖ：０．００５〜
０．４％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．０
０１〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．０５％、
Ｎ：０．０００５〜０．０３％、Ｏ（酸素）：０．００
０５〜０．０３％、並びにＣｕおよびＮｉの１種以上を
合計で０．００５〜２％含み、式「Ｎ−（１４／４７）
×Ｔｉ≦０．０１５」を満す溶接材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低合金耐熱鋼用の
溶接材料と溶接金属に関し、より詳しくは、必須成分と
してＷを含有する高強度な低合金耐熱鋼の溶接時に生じ
る再熱割れを防止するのに用いて有効な溶接材料と耐再
熱割れ性に優れた溶接金属に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ、化学装置等の耐熱、耐圧配管に
用いられる高温材料としては、数％のＣｒを含む低合金
耐熱鋼、９〜１２％のＣｒを含む高Ｃｒ系耐熱鋼、１８
Ｃｒ−８Ｎｉ鋼に代表されるオーステナイト系ステンレ
ス鋼等がよく知られている。中でも、２・１／４Ｃｒ−
１Ｍｏ鋼に代表される低合金耐熱鋼は安価であるめ、使
用環境に応じて多量に使用されている。

【０００３】上記低合金耐熱鋼は、一般に、焼戻しベイ
ナイト、焼戻しマルテンサイト等のいわゆるフェライト
系の組織からなるが、高Ｃｒ系耐熱鋼やオーステナイト
系ステンレス鋼に比べ、高温強度が低い。このため、近
年では、数％のＣｒを含有する低合金鋼をベースに合金
元素量を調整して優れた高温強度を付与した低合金耐熱
鋼が数多く提案されている。特に、最近ではＷを積極的
に活用した高強度低合金耐熱鋼が多数提案されている
（例えば、特開平２−２１７４３８号、同３−８７３３
２号、同１０−８１９４号の各公報等）。

【０００４】また、これらＷを積極的に活用した高強度
低合金鋼用溶接材料についても多数提案されている（例
えば、特開平５−２６９５９０号公報、同１０−２７２
５９２号公報の各公報等）。

【０００５】これらの高強度低合金耐熱鋼や溶接材料を
構造物として使用する場合には、溶接割れの発生に十分
配慮する必要があり、低温割れ防止の観点からは予熱、
低温割れの防止に加え、残留応力除去や靱性等の溶接部
の性能回復の観点からは溶接後に後熱処理を行うのが一
般的である。

【０００６】しかし、これらの低合金耐熱鋼は、１９９
４年９月２６日日刊工業新聞社発行の社団法人日本
高圧力技術協会応力焼鈍（ＳＲ）委員会編集の「溶接後
熱処理基準とその解説」の１０、２２〜２３、１００お
よび１５０頁に示されているように、溶接後熱処理時に
溶接熱影響部で割れが発生する、いわゆる再熱割れ感受
性が高いことが知られている。そして、本発明者らが検
討を重ねた結果、Ｗ等を添加して高強度化を図った材料
は、再熱割れ感受性が更に高くなることが明らかとなっ
た。

【０００７】低合金耐熱鋼の再熱割れに関しては、数多
くの報告がなされている。例えば、「溶接学会誌第４
１巻（1972）第１号」の５９頁には、再熱割れ感受性
指数が提案されており、Ｃｒ含有量が１．５質量％以下
の範囲では、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの増加
に伴って再熱割れ感受性が大きくなり、特に、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔｉはその影響が大きいことが示されている。ま
た、「溶接学会誌第４９巻（1980）第３号」の２０
３頁には、鋼中の不純物元素であるＰ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａ
ｓの増加により再熱割れ感受性が大きくなることが示さ
れている。

【０００８】このため、母材については、耐再熱割れ性
の改善を図った鋼が提案されている（例えば、特開平５
−１３５１号、同８−１４４０１０号、同８−１４４０
１１号の各公報）。また、耐再熱割れ性を考慮した溶接
材料についても数多く提案されている（例えば、特開平
８−１５０４７８号公報、同９−１９２８８１号公報、
同１０−１２８５７５号公報、同１０−１２８５７６号
公報、同１０−１３７９７５号公報の各公報）。

【０００９】しかし、上記の各公報に示される鋼および
溶接材料のうち、特開平５−２６９５９０号公報に示さ
れる溶接材料は、予後熱の省略化を図ったものでしかな
く、再熱割れについては全く考慮されていない。また、
特開平１０−２７２５９２号公報に示される溶接材料に
ついても、後熱後の高強度化と高靭性化を図ったもので
しかなく、後熱後の再熱割れの問題については全く言及
していない。

【００１０】さらに、耐再熱割れ性が考慮された上記の
各公報に示される溶接材料のうち、特開平１０−１２８
５７５号公報と同１０−１２８５７６号公報に示される
溶接材料はＷを含まないので、必須成分としてＷを含む
高強度な低合金耐熱鋼の溶接材料としては適さない。こ
れに対してその他の溶接材料は、必須成分としてＷを含
む高強度な低合金耐熱鋼の溶接に適するものの、特開平
９−１９２８８１号公報および同１０−１２８５７５号
公報に示される溶接材料は、６５０℃×１０時間という
長時間の後熱処理を必要とするために実用性が不充分で
あり、特開平８−１５０４７８号公報に示される溶接材
料は、特定の入熱量で使用する必要があり汎用性に欠け
るという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、必須
成分としてＷを含む高強度な低合金耐熱鋼の広範囲な入
熱量での溶接に使用でき、しかも長時間の後熱処理を実
施せずとも優れた耐再熱割れ性を発揮する低合金耐熱鋼
用の溶接材料と溶接金属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、下記
（１）の低合金耐熱鋼用溶接材料と、下記（２）の耐再
熱割れ性に優れた溶接金属にある。（１）質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１８％、Ｓｉ：１
％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０３％以下、Ｃｒ：０．５〜３．５％、Ｍｏ：０．
０１〜０．９％未満、Ｗ：０．０１〜２％、Ｖ：０．０
０５〜０．４％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：
０．００１〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．０５
％、Ｎ：０．０００５〜０．０３％、Ｏ（酸素）：０．
０００５〜０．０３％、並びにＣｕおよびＮｉの１種以
上を合計で０．００５〜２％含み、残部が実質的にＦｅ
からなり、かつＴｉとＮの関係が下記の(1) 式を満足す
る低合金耐熱鋼用溶接材料。

【００１３】Ｎ−（１４／４７）×Ｔｉ≦０．０１５・・・・ (1) （２）質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１８％、Ｓｉ：１
％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．０３％以下、Ｃｒ：０．５〜３．５％、Ｍｏ：０．
０１〜０．９％未満、Ｗ：０．０１〜２％、Ｖ：０．０
０５〜０．４％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：
０．００１〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜０．０５
％、Ｎ：０．０００５〜０．０３％、Ｏ（酸素）：０．
０００５〜０．０８％、並びにＣｕおよびＮｉの１種以
上を合計で０．００５〜２％含み、残部が実質的にＦｅ
からなり、かつＴｉとＮの関係が下記の(1) 式を満足す
る溶接金属。

【００１４】Ｎ−（１４／４７）×Ｔｉ≦０．０１５・・・・ (1) 本発明になる上記（１）に記載の溶接材料は、Ｐ、Ｓ、
ＣｒおよびＴｉの含有量が、それぞれ、質量％で、０．
０１％以下、０．０１％以下、０．５〜１．７％未満、
０．００２〜０．０５％であることが望ましく、Ｃｒ含
有量が１．７〜３．５％の範囲ではＭｏ含有量を０．０
１〜０．４５％未満とするのがより望ましい。

【００１５】また、上記（１）と（２）に記載の溶接材
料と溶接金属は、必要により、Ｆｅの一部に代えて、質
量％で、Ｂ：０．０００５〜０．０２％、または／およ
びＣａ：０．０００５〜０．０２％およびＭｇ：０．０
００５〜０．０２％のうちの１種以上を含んでもよく、
不純物としてのＳｎ、Ａｓ、ＳｂおよびＰｂの合計含有
量が０．０８質量％以下であることが望ましい。

【００１６】上記の本発明は、下記の知見に基づいて完
成させた。すなわち、本発明者等は、Ｗを含有する低合
金耐熱鋼の再熱割れの発生メカニズムの究明とその防止
策の開発に努めた。その結果、以下のことが判明した。

【００１７】Ｗを含有する高強度低合金耐熱鋼の溶接金
属に対する後熱処理時には、溶接金属が凝固する時に生
成した粗大な結晶粒界に、割れ、いわゆる再熱割れが発
生する。

【００１８】そして、この割れ破面形態観察と分析の結
果、破面には溶融痕が認められず、破面上にはＮの顕著
な濃化が認められた。また、電子顕微鏡による観察の結
果、割れ近傍の粒内には微細炭化物が生成していること
が明らかとなった。さらに、Ｗを添加した場合には、Ｗ
が含まれない場合に比べ、溶接時の残留応力が緩和し難
いことが明らかとなった。

【００１９】これらより、割れは、(a) 溶接後熱処理に
より、Ｎの粒界偏析が加速され、粒界固着力が低下する
こと、(b) 微細炭化物による析出強化、Ｗによる固溶強
化により、粒内が強化されること、(c) 粗大な結晶粒界
面に熱応力による変形が集中することの重畳効果によ
り、割れが開口するものと推定される。

【００２０】そこで、発明者等は、鋭意検討を行った。
その結果、必須成分としてＴｉを添加し、かつ、Ｎ含有
量を、上記の(1) 式を満たす範囲に調整すれば、再熱割
れが発生しなくなる。

【００２１】すなわち、ＴｉはＮとの親和力が強く、安
定な窒化物を形成する。その結果、粒界固着力を低下さ
せる粒界のフリーＮを低減させることが可能となる。さ
らに、ＴｉＮは、溶接時の冷却過程で主に粒界に生成
し、ピニング効果によって後続パスでの結晶粒の粗大化
を抑制する効果を有する。

【００２２】そして、ＴｉＮによる結晶粒の粗大化抑制
効果を十分に発揮させるためには、溶接金属中に０．０
０１％以上のＴｉ添加と、０．０００５％以上のＮ添加
が必要であることがわかった。

【００２３】なお、本発明では、必須元素としてＴｉを
添加し、Ｎ量をコントロールすることが特徴である、し
たがって、本発明は、Ｔｉを不純物元素としている前述
の特開平９−１９２８１１号公報、同１０−１２８５７
５号公報、同１０−１２８５７６号公報および同１０−
１２８５７６号公報に示される溶接材料とはその合金設
計思想が異なる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の低合金耐熱鋼用溶
接材料と溶接金属の化学組成を上記のように定めた理由
について詳細に説明する。なお、以下の説明において、
「％」は「質量％」を意味する。また、各元素の説明に
おいて、特に断らない限り、溶接材料および溶接金属と
もに共通である。

【００２５】Ｃ：０．０３〜０．１８％Ｃは炭化物を形成し、高温強度の確保に寄与する。ま
た、オーステナイト形成元素として作用し、δフェライ
トの生成を抑制する。この効果を得るためには、０．０
３％以上が必要である。しかし、０．１８％を超えるＣ
は、溶接金属での硬さ上昇を招き、溶接低温割れ感受性
および後熱処理時の再熱割れ感受性を増大させる他、長
時間使用後の脆化を招く。このため、Ｃ含有量は０．０
３〜０．１８％とした。好ましい範囲は０．０４〜０．
１５％、より好ましい範囲は０．０５〜０．１４％であ
る。

【００２６】Ｓｉ：１％以下Ｓｉは製鋼時に脱酸元素として添加されるが、耐酸化
性、耐高温腐食性に有効な元素である。しかし、１％を
超えるＳｉは、高温での長時間使用時に靭性の低下を招
く。このため、Ｓｉ含有量は１以下％とした。好ましい
上限は０．８％、より好ましい上限は０．６％である。
なお、下限は特に定める必要はないが、極度の低減はコ
スト上昇を招くので、０．０５％以上とするのがよい。

【００２７】Ｍｎ：２％以下Ｍｎは、上記のＳｉと同様に、製鋼時に脱酸元素として
添加される。しかし、２％を超えるＭｎは、高温、長時
間使用後の強度低下および靱性低下を招く。このため、
Ｍｎ含有量は２％以下とした。好ましい上限は１．８
％、より好ましい上限は１．６％である。なお、下限は
特に定める必要はないが、極度の低減はコスト上昇を招
くので、０．０５％以上とするのがよい。

【００２８】Ｐ：０．０３％以下Ｐは鋼中の不純物元素であり、多量に含まれると、溶接
時に凝固割れが発生しやすい他、熱処理時の再熱割れ感
受性を高める。このため、Ｐ含有量は０．０３％以下と
した。好ましい上限は０．０１％である。なお、Ｐ含有
量は低ければ低いほどよい。

【００２９】Ｓ：０．０３％以下Ｓは、上記のＰと同様、鋼中の不純物元素であり、多量
に含まれると、溶接時に凝固割れが発生しやすい他、熱
処理時の再熱割れ感受性を高める。このため、Ｓ含有量
は０．０３％以下とした。好ましい上限は０．０１％で
ある。なお、Ｓ含有量は低ければ低いほどよい。

【００３０】Ｃｒ：０．５〜３．５％Ｃｒは、本発明が対象とする低合金耐熱鋼の高温での耐
酸化性、耐高温腐食性および高温強度の確保に必須な元
素である。これらの効果を得るためには０．５％以上が
必要である。しかし、３．５％を超えるＣｒは、使用中
に炭化物の粗大化を招き、かえって高温強度および靱性
の低下を招く。このため、Ｃｒ含有量は０．５〜３．５
％とした。好ましい範囲は０．８〜３％、より好ましい
範囲は１〜２．５％である。

【００３１】Ｍｏ：０．０１〜０．９％未満Ｍｏはマトリックスを固溶強化するとともに炭化物を析
出し、クリープ強度の確保に寄与する。また、Ｐとの親
和力が強く、粒界偏析するＰ量を低減させるため、再熱
割れ感受性の低減にも寄与する。これらの効果を得るた
めには０．０１％以上が必要である。しかし、０．９％
以上のＭｏは、炭化物の粗大化を招き、長時間使用後の
靭性低下を招く。このため、Ｍｏ含有量は０．０１〜
０．９％未満とした。好ましい範囲は０．０５〜０．８
％である。

【００３２】なお、Ｍｏは、上記のＣｒ量が１．７〜
３．５％の範囲では、その含有量が０．４５％以上であ
ると、粒内の炭化物密度を増大させて粒内強化を招き、
かえって再熱割れ感受性を高くする他、クリープ強度お
よび靭性を低下させる。したがって、Ｍｏ含有量は、上
記のＣｒ量が１．７〜３．５％の範囲では０．０１〜
０．４５％未満、より好ましくは０．０５〜０．４５％
未満とするのがよく、Ｃｒ量が０．５〜１．７％未満の
範囲では０．０１〜０．９％未満、より好ましくは０．
０５〜０．８％とするのがよい。

【００３３】Ｗ：０．０１〜２％Ｗは、上記のＭｏと同様に、マトリックスを固溶強化す
るとともに炭化物を生成し、クリープ強度の確保に寄与
する。この効果を得るためには０．０１％以上が必要で
ある。しかし、２％を超えるＷは、靭性の低下を招くと
ともに、固溶強化による粒内強化に起因して、再熱割れ
感受性を高める。このため、Ｗ含有量は０．０１〜２％
とした。好ましい範囲は０．０５〜１．８％である。

【００３４】Ｔｉ：０．００１〜０．０５％Ｔｉは、再熱割れ感受性の低減に必須の元素であり、Ｔ
ｉＮを形成し、粒界固着力を低下させるフリーＮ量を低
減させるとともに、ピニング効果により、結晶粒の粗大
化を抑制し、再熱割れの発生を防止する。その効果を得
るためには０．００１％以上が必要である。一方、０．
０５％を超えるＴｉは、靱性の極端な低下を招く。この
ため、Ｔｉ含有量は、０．００１〜０．０５％とした。
より好ましくは、０．００２〜０．０４％である。な
お、溶接金属中でのＴｉ量の歩留まりは、溶接中に減少
する場合があるので、溶接金属のＴｉ量を０．００１％
以上にするためには、溶接材料のＴｉ含有量は０．００
２％以上、より好ましくは０．００４％以上とすること
が好ましい。

【００３５】Ｏ（酸素）：０．０００５〜０．０３％Ｏは不純物元素であり、過剰なＯは、主に酸化物として
存在し、加工性、強度、靱性の低下を招く。このため、
Ｏ含有量の上限は、溶接材料では０．０３％、溶接金属
では０．０８％とした。なお、Ｏ含有量は低ければ低い
ほどよいが、製造コストの観点から、溶接材料および溶
接金属ともに０．０００５％以上とした。溶接材料にお
けるより望ましい範囲は０．００１〜０．０２％であ
る。また、溶接金属におけるより望ましい範囲は０．０
０２〜０．０６％である。

【００３６】Ｎ：０．０００５〜０．０３％Ｎは溶接金属の粒界にフリーのＮとして存在し、粒界固
着力を低下させ、再熱割れ発生の直接の原因となる。そ
のため、その上限を０．０３％とした。一方、極端な低
減は製鋼上極めて困難であるとともに、Ｔｉ添加によ
り、十分なＴｉＮを生成できず、逆に再熱割れ感受性を
高める結果となる。加えて、微細な窒化物の生成による
クリープ強度向上効果が得られない。そのため、０．０
００５％以上とする。望ましい範囲は０．００１〜０．
０２５％、より好ましい範囲は０．００２〜０．０２％
である。なお、Ｎは上記Ｔｉと後述する関係式を満足す
る必要がある。

【００３７】Ｎｉ、Ｃｕ：いずれか一方または両方を合
計で０．００５〜２％これらの元素は、いずれもオーステナイト生成元素であ
り、δフェライト相の生成を抑え、組織安定性を確保す
るのに有効であり、その効果はいずれか一方または両方
の合計含有量０．００５％以上で得られる。しかし、そ
の合計含有量が２％を超えると、高温下での使用中に延
性の低下を招く。このため、これら元素の含有量は、合
計で０．００５〜２％とした。好ましい範囲は０．００
８〜１．８％、より好ましい範囲は０．０１〜１．５％
である。

【００３８】Ｖ：０．００５〜０．４％Ｖは微細な炭化物、炭窒化物を形成し、クリープ強度の
確保に寄与する。その効果を得るためには０．００５％
以上が必要である。しかし、０．４％を超えて含有させ
ると、溶接後熱処理時の粒内炭化物の析出密度を増大さ
せ、再熱割れ感受性を高めるとともに、使用中には急速
な炭化物の凝集、粗大化を招き、かえってクリープ強度
の低下を招く。このため、Ｖ含有量は０．００５〜０．
４％とした。好ましい範囲は０．００８〜０．３５％、
より好ましい範囲は０．０１〜０．３％である。

【００３９】Ｎｂ：０．００５〜０．２％ＮｂはＶと同様に微細な炭化物、炭窒化物を形成し、ク
リープ強度の確保に寄与する。その効果を得るためには
０．００５％以上が必要である。しかし、０．２％を超
えて含有させると、溶接後熱処理時の粒内炭化物の析出
密度を増大させ、再熱割れ感受性を高めるとともに、使
用中には急速な炭化物の凝集、粗大化を招き、かえって
クリープ強度の低下を招く。このため、Ｎｂ含有量は
０．００５〜０．２％とした。好ましい範囲は０．００
８〜０．１５％、より好ましい範囲は０．０１〜０．１
％である。

【００４０】Ａｌ：０．００１〜０．０５％Ａｌは脱酸元素として添加され、その効果を得るために
は０．００１％以上が必要である。しかし、０．０５％
を超えて含有させると、清浄度が低下して加工性を損な
うとともに、高温強度の低下を招く。このため、Ａｌ含
有量は０．００１〜０．０５％とした。好ましい範囲は
０．００１〜０．０３％、より好ましい範囲は０．００
１〜０．０１５％である。なお、本発明にいうＡｌと
は、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）のことである。

【００４１】ＮとＴｉの関係：再熱割れは、粒界にフリ
ーに存在するＮが原因となる。そのため、Ｔｉを添加し
てＮをＴｉＮとして固定することが極めて有効である。
そして、再熱割れの発生を確実に防ぐためには、ＮとＴ
ｉの関係が下式を満足する必要がある。このことは、後
述する実施例の結果からも明らかである。なお、下式
は、右辺の値を０．１２とするのが好ましい。

【００４２】Ｎ−（１４／４７）×Ｔｉ≦０．０１５Ｂ：Ｂは添加しなくてもよい。添加すれば、ＢＮを形成
し、粒界のフリーＮ量を低減させるとともに、Ｎと結合
しないＢがフリーＢとして粒界に存在して偏析サイトを
占め、Ｎ等の粒界弱化元素の偏析を抑制し、粒界固着力
を増大させ、再熱割れの防止に効果を僅かに有する元素
である。したがって、この効果を得たい場合には添加し
てよく、その効果は０．０００５％以上で顕著になる。
しかし、０．０２％を超えて含有させると、高温強度の
低下を招く。このため、添加する場合のＢ含有量は０．
０００５〜０．０２％とするのがよい。好ましい範囲は
０．０００８〜０．０１８％、より好ましい範囲は０．
００１〜０．０１５％である。

【００４３】Ｃａ、Ｍｇ：これらの元素は添加しなくて
もよい。添加すれば、いずれの元素もＳを固定し、再熱
割れや凝固割れ感受性性を低減させるのに有効である。
したがって、この効果を得たい場合には、いずれか一方
または両方を添加してもよく、その効果はいずれの元素
も０．０００５％以上で顕著になる。しかし、いずれの
元素も０．０２％を超えて含有させると、清浄度を劣化
させ、靭性の低下を招く。このため、添加する場合のこ
れら元素の含有量は、いずれの元素も０．０００５〜
０．０２％とするのがよい。いずれの元素も好ましい範
囲は０．０００８〜０．０１８％、より好ましい範囲は
０．００１〜０．０１５％である。

【００４４】Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐｂ：これらの元素は
いずれも不純物であり、多量に含まれると再熱割れ感受
性を増加させる。しかし、これら元素の合計含有量が
０．０８％以下であれば特に問題なく、その含有量は低
ければ低いほどよい。

【００４５】以上に説明した本発明の溶接材料は、常法
によって製造すればよく、容易に製造可能である。ま
た、本発明の溶接金属を得るための溶接方法は特に制限
されず、本発明の溶接材料を芯線とし、その表面に被覆
剤を塗布した被覆アーク溶接棒、さらにはサブマージ溶
接法等に適用しても効果は失われない。

【００４６】

【実施例】表１と表２に示す化学組成を有する３４種類
の鋼を溶製し、得られたインゴットを対象に鍛造、圧
延、熱処理の工程を経て、厚さ４０ｍｍの鋼板を製作
し、供試母材とした。

【００４７】

【表１】

【表２】次いで、供試母材の各鋼板から、長さ２００ｍｍ、幅１
００ｍｍの溶接試験用の板材２枚を採取し、その長辺に
図１の（ｃ）図に示す横断面形状の開先を施した後、同
図の（ａ）、（ｂ）図に示すように、その４辺全周を、
厚さ４０ｍｍ、一辺３００ｍｍの正方形の炭素鋼製の拘
束板に溶接接合した拘束溶接試験体を作製した。

【００４８】そして、表１と表２に示す鋼の溶製時に分
湯して得られた同じ化学組成を有するインゴットを対象
に、分塊、熱間加工、線引加工の工程を経て外径１．２
ｍｍおよび４．０ｍｍの線材を作製し、それぞれＴＩＧ
溶接材料およびサブマージアーク溶接用芯線として用い
た。

【００４９】拘束溶接試験体の開先部は、２５０℃で予
熱後、ＴＩＧ溶接では入熱量２５ｋＪ／ｃｍ、サブマー
ジアーク溶接では入熱４５ｋＪ／ｃｍで多層溶接した。
その際、パス間温度は２５０℃以上に管理した。その
後、７１５℃に５時間保持する後熱処理を施した。表３
と表４には得られた溶接金属の化学組成を示す。

【００５０】

【表３】

【表４】得られた各溶接継手は、その溶接部の横断面を５断面現
出させ、溶接金属での再熱割れの発生の有無を調べた。
評価は、５断面全てにおいて再熱割れの発生が認められ
なかったものを合格「○」、１断面でも再熱割れの発生
が認められたものを不合格「×」とした。

【００５１】また、上記の再熱割れ評価の結果が合格の
ものについては、得られた溶接継手部から、長手方向の
中央部に溶接金属が位置する平行部直径６ｍｍ、標点間
距離３０ｍｍのクリープ試験片を採取し、下記条件のク
リープ試験に供し、破断時間を調べた。《クリープ試験条件》試験温度：５５０℃、負荷応力：１９７ＭＰａ、クリープ試験の評価は、母材の破断寿命に対し、溶接継
手の破断寿命が８０％以上のものを合格「○」とした。

【００５２】さらに、上記の再熱割れ評価の結果が合格
のものについては、溶接金属の中央部にノッチが位置す
るＪＩＳ(1980) Ｚ２２０２に規定されるフルサイズ
の４号衝撃試験片を採取し、０℃でのシャルピー衝撃試
験を行い、各部の靭性を調べた。靭性の評価はそして、
吸収エネルギーが実用上十分な４０Ｊ以上のものを合格
「○」、４０Ｊ未満のものを不合格「×」とした。以上
の結果を、表５にまとめて示した。

【００５３】

【表５】表５に示す結果から明らかなように、本発明で規定する
条件を満たす溶接材料を用いて製造され、その金属金属
が本発明で規定する条件を満たす溶接継手（継手No. Ｊ
１〜Ｊ３１）は、溶接後熱処理後に再熱割れが発生して
おらず、かつ十分なクリープ強度と靭性を有している。

【００５４】これに対し、溶接材料、溶接金属のいずれ
かが本発明で規定する条件を満たさない溶接継手（継手
No. Ｊ３２〜Ｊ４０）は、溶接後熱処理後に再熱割れが
発生するか、発生してないものでもクリープ強度、靭性
が悪い。

【００５５】具体的に説明すると、No. Ｊ３２の溶接継
手は、Ｔｉを含まないため、Ｎの固定効果およびピニン
グ効果が十分に得られず、後熱処理時に溶接金属に再熱
割れが発生した。No. Ｊ３３〜Ｊ３６およびＪ３９の溶
接継手は、溶接金属のＴｉの含有量が低すぎるため、溶
接金属に再熱割れが発生した。No. Ｊ３７およびＪ３８
の溶接継手は、Ｍｏの含有量が高すぎるため、クリープ
強度が僅かに簿材の８０％を満たさなかった。No. Ｊ４
０の溶接継手は、Ｔｉの含有量が多すぎるため、再熱割
れは発生しないものの、吸収エネルギーが３３Ｊと靭性
が低かった。

【００５６】

【発明の効果】本発明の溶接材料およびそれを使用して
得られる溶接金属は耐再熱割れ性に優れるので、溶接後
の後熱処理時に溶接金属部に割れが発生することがな
い。また、そのクリープ強度と靭性も良好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における拘束溶接試験を説明するための
図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の
イ−イ矢視断面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）中のロ部の
拡大図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｃ２２Ｃ 38/58 38/60 38/60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１８％、Ｓ
ｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．５〜３．５％、Ｍｏ：
０．０１〜０．９％未満、Ｗ：０．０１〜２％、Ｖ：
０．００５〜０．４％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、
Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜
０．０５％、Ｎ：０．０００５〜０．０３％、Ｏ（酸
素）：０．０００５〜０．０３％、並びにＣｕおよびＮ
ｉの１種以上を合計で０．００５〜２％含み、残部が実
質的にＦｅからなり、かつＴｉとＮの関係が下記の(1)
式を満足する低合金耐熱鋼用溶接材料。Ｎ−（１４／４７）×Ｔｉ≦０．０１５・・・・ (1)
【請求項２】Ｐ、Ｓ、ＣｒおよびＴｉの含有量が、それ
ぞれ、質量％で、０．０１％以下、０．０１％以下、
０．５〜１．７％未満、０．００２〜０．０５％である
請求項１に記載の低合金耐熱鋼用溶接材料。
【請求項３】Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、ＭｏおよびＴｉの含有量
が、それぞれ、質量％で、０．０１％以下、０．０１％
以下、１．７〜３．５％、０．０１〜０．４５％未満、
０．００２〜０．０５％である請求項１に記載の低合金
耐熱鋼用溶接材料。
【請求項４】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｂ：０．
０００５〜０．０２％を含む請求項１〜３のいずれかに
記載の低合金耐熱鋼用溶接材料。
【請求項５】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃａ：
０．０００５〜０．０２％およびＭｇ：０．０００５〜
０．０２％のいずれか一方または両方を含む請求項１〜
４のいずれかに記載の低合金耐熱鋼用溶接材料。
【請求項６】不純物としてのＳｎ、Ａｓ、ＳｂおよびＰ
ｂの合計含有量が、０．０８質量％以下である請求項１
〜５のいずれかに記載の低合金耐熱鋼用溶接材料。
【請求項７】質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１８％、Ｓ
ｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．５〜３．５％、Ｍｏ：
０．０１〜０．９％未満、Ｗ：０．０１〜２％、Ｖ：
０．００５〜０．４％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、
Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜
０．０５％、Ｎ：０．０００５〜０．０３％、Ｏ（酸
素）：０．０００５〜０．０８％、並びにＣｕおよびＮ
ｉの１種以上を合計で０．００５〜２％含み、残部が実
質的にＦｅからなり、かつＴｉとＮの関係が下記の(1)
式を満足する溶接金属。Ｎ−（１４／４７）×Ｔｉ≦０．０１５・・・・ (1)
【請求項８】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｂ：０．
０００５〜０．０２％を含む請求項７に記載の溶接金
属。
【請求項９】Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃａ：
０．０００５〜０．０２％およびＭｇ：０．０００５〜
０．０２％のいずれか一方または両方を含む請求項７ま
たは８に記載の溶接金属。
【請求項１０】不純物としてのＳｎ、Ａｓ、Ｓｂおよび
Ｐｂの合計含有量が、０．０８質量％以下である請求項
７〜９のいずれかに記載の溶接金属。