JP2003112291A - 高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温クリープ強度と靭性の両特性に優れた高
Ｃｒフェライト系耐熱鋼溶接金属を提供する。 【解決手段】 Ｃｒ：９．１〜１３．０％、Ｎｂ：０．
００２〜０．１０％、Ｂ：０．００１５〜０．０１５％
およびＮ：０．００５〜０．０８０％を夫々含有すると
共に、下記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００
を満足する。 ＦＰ＝22[C]-1.2[Si]+0.58[Mn]+0.88[Cu]+1.4[Ni]-[Cr]-2.1[Mo]-4.4[V]- 3.2[Nb]-1.4[W]-6.9[Ti]-6.6[Al]+0.75[Co]+28.7[N]+11.5 …（１） 但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V],[Nb],
[W],[Ti],[Al],[Co]および[N]は、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ａ
ｌ，ＣｏおよびＮの含有量（質量％）を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接法によ
って形成される溶接金属に関するものであり、殊にＢ添
加型の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼を溶接する為のもので
あって、高温クリープ強度と靭性の両特性に優れた溶接
金属に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラーや熱交換器等の構造物の素材と
しては、耐熱性や耐圧性等の要求特性を考慮して、比較
的多くのＣｒを含むフェライト系耐熱鋼が使用されてい
る。また、上記の様な用途に使用される場合には、高Ｃ
ｒフェライト系耐熱鋼には高温強度（特に、高温クリー
プ強度）と共に靭性に優れていることも要求される。し
かしながら、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼において高温強
度を高めた場合には、靭性が低下する傾向がある。こう
したことから、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼にＢを添加す
ることによって、靭性を低下させることなくクリープ特
性を改善した鋼材も提案されており、こうした鋼材の開
発によって優れたクリープ特性と靭性を発揮する構造用
鋼が実現されている。

【０００３】ところで、ボイラー等の構造物は、鋼材を
母材としてアーク溶接法によって構築されるのが一般的
である。しかしながら、上記の様な高Ｃｒフェライト系
耐熱鋼を溶接母材として用いた場合には、形成される溶
接金属には母材からのＢが混入することになり、こうし
たＢの混入は溶接金属の靭性を著しく低下させるという
問題がある。即ち、上記の様な高Ｃｒフェライト系耐熱
鋼を溶接母材として構造物を構築するときには、形成さ
れる溶接金属部においても高温クリープ強度と靭性のい
ずれにも優れていることが要求されるのであるが、これ
までの溶接条件では母材に含まれるＢによる靭性劣化に
よって上記両特性を満足する溶接金属が得られていない
の実情である。

【０００４】これまでにも、溶接用ワイヤやフラックス
等の溶接材料における成分を適切に調整することによっ
て、強度や靭性に優れた溶接金属を形成する技術も多く
提案されている（例えば、特開平１１−１７００８７
号、同６−２６２３８８号、特公平８−２５０５５号
等）。しかしながら、溶接金属の特性は溶接用ワイヤー
やフラックスだけでなく、溶接施工条件や母材希釈等の
影響を受けるものであり、上記溶接材料の成分を調整す
るだけでは十分とは言えず、溶接金属自体の成分や組織
を適切に制御する必要がある。

【０００５】また、溶接を行った場合には、部材内部に
残留した応力を除去する為に応力緩和処理（以下、「Ｓ
Ｒ処理」と略称することがある）されるのが一般的であ
るが、こうしたＳＲ処理によっても溶接金属の特性が影
響されるものであり、このＳＲ処理条件も重要なパラメ
ータとなる。

【０００６】一方、特開平１１−２９１０８６号には、
溶接ワイヤとフラックスの組み合わせを適切なものとす
ることによって、高温クリープ強度と靭性に優れた溶接
金属を形成するための高Ｃｒフェライト系耐熱鋼潜弧溶
接方法について提案されている。しかしながらこの技術
においても、近年の要求特性を満足し得る溶接金属を得
ることは困難である。特に、靭性を向上させる為にＢを
添加した高Ｃｒフェライト系耐熱鋼を溶接した際に、優
れた高温クリープ強度と靭性を発揮する溶接金属が得ら
れていないのが実情である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした状況
の下でなされたものであって、その目的は、高温クリー
プ強度と靭性の両特性に優れた高Ｃｒフェライト系耐熱
鋼溶接金属を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接
金属とは、アーク溶接法によって形成される溶接金属で
あって、Ｃｒ：９．１〜１３．０％、Ｎｂ：０．００２
〜０．１０％、Ｂ：０．００１５〜０．０１５％および
Ｎ：０．００５〜０．０８０％を夫々含有すると共に、
［Ｉ］下記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００
を満足するか、および／または［II］応力緩和処理後に
析出しているＮａＣｌ型の炭化物、窒化物および炭窒化
物のアスペクト比（長径／短径）が２以上である点に要
旨を有するものである。 ＦＰ＝22[C]-1.2[Si]+0.58[Mn]+0.88[Cu]+1.4[Ni]-[Cr]-2.1[Mo]-4.4[V]- 3.2[Nb]-1.4[W]-6.9[Ti]-6.6[Al]+0.75[Co]+28.7[N]+11.5 …（１） 但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V],[Nb],
[W],[Ti],[Al],[Co]および[N]は、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ａ
ｌ，ＣｏおよびＮの含有量（質量％）を示す。

【０００９】本発明の溶接金属においては、その好まし
い基本成分として、Ｃ：０．０１〜０．１５％，Ｓｉ：
０．０５〜０．９％，Ｍｎ：０．１〜２％、Ｎｉ：０．
０５〜１．２％を夫々含有するものが挙げられ、また必
要によって、更に（ａ）Ｍｏ：０．０５〜１．５％およ
び／またはＷ：１〜３．５％、（ｂ）Ｃｏ：５％以下
（０％を含まない）および／またはＣｕ：５％以下（０
％を含まない）、（ｃ）Ｖ：０．０５〜０．５％、
（ｄ）Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、（ｅ）Ａｌ：
０．０１５％以下（０％を含まない）等を含有させるこ
とや、（ｆ）Ｐ：０．０２５％以下（０％を含む）、
Ｓ：０．０１５％以下（０％を含む）およびＯ：０．０
５％以下に夫々抑制することも好ましく、含有若しくは
抑制される成分の種類に応じて溶接金属の特性が更に改
善される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記課題を解決す
るべく様々な角度から検討を重ねた。その結果、溶接金
属中におけるＣｒ，Ｎｂ，ＢおよびＮ等の化学成分組成
を適切に調整すると共に、各種成分の含有量によって定
義付けられる前記（１）式を適切な値に調整すること
や、ＳＲ処理後に溶接金属中に析出しているＮａＣｌ型
の炭化物、窒化物および炭窒化物の形態等を適切に調整
することが、優れた高温クリープ強度と靭性の両特性を
具備し得ることを見出し、本発明を完成した。以下、本
発明が完成された経緯を説明しつつ、本発明の作用につ
いて説明する。

【００１１】高Ｃｒフェライト系耐熱鋼においては、そ
の高温クリープ特性改善するためには、Ｂ含有させるこ
とが有効であると考えられている。しかしながら、こう
した鋼材を母材として溶接したときには、形成される溶
接金属中には母材からのＢの移行が生じ、このＢが溶接
金属の靭性を著しく劣化させることになる。本発明者ら
がこうした問題が生じる原因について様々な角度から検
討した結果、溶接金属中にＢが含有するとδ−フェライ
トがより生成し易くなると共に、このδ−フェライトが
溶接金属の靭性劣化の主原因であることを突き止めた。

【００１２】そこで、本発明者らは、こうした靭性劣化
を防止する手段について、様々な角度から検討した。そ
の結果、δ−フェライトの生成を厳格に制御するための
成分パラメータであるＦＰ［前記（１）式］を見出し、
このＦＰがＦＰ≧０．００を満足するように溶接金属の
成分を制御すれば、δ−フェライトの生成を抑制して靭
性の劣化を防止できることが判明したのである。

【００１３】即ち、上記（１）式で定義されるＦＰは、
δ−フェライトの生成を制御するパラメータとなり得る
ものであり、このＦＰの値がＦＰ＜０．００の場合には
原質部および再熱部のいずれにもδ−フェライトが生成
し、靭性が大きく劣化することになる。ここで再熱部と
は、溶着金属のうち溶接凝固後に次パスの熱によりＡｃ
₃点以上に再加熱された領域であり、冶金学的には凝固
して再度オーステナイトに逆変態した領域を指し、原質
部とはその様な再加熱（Ａｃ₃点以上の再加熱）を受け
ていない領域を指したものである。

【００１４】これに対して、ＦＰ≧０．００の場合に
は、少なくとも再熱部におけるδ−フェライトの生成を
抑制できると共に、ＦＰ≧０．５０の場合には原質部に
おいてもδ−フェライトの生成を抑制でき、溶接金属に
おける良好な靭性を確保できるのである。尚、上記ＦＰ
の値は、少なくとも０．００以上とする必要があるが、
０．５０以上とするのが好ましく、より好ましく１．０
０以上とするのが良い。

【００１５】上記の様に本発明では、溶接金属組成を適
切に制御することによって溶接金属の特性を改善するも
のであるが、溶接金属組成はアーク溶接における溶接ワ
イヤ組成に加えて、溶接電流、溶接電圧およびワイヤ突
き出し長さなどの溶接条件、更には母材組成・開先形状
などの影響を受けるものであり、また溶接条件は、ワイ
ヤ組成により変化するものである。従って、本発明の溶
接金属組成を得るためのワイヤ組成、溶接条件、母材組
成などの範囲は一概に決定されるものではなく、要する
にこれらを組み合わせて本発明で規定する溶接金属を得
ることによって、本発明の目的が達成できる。

【００１６】一方、本発明者らが溶接金属の特性を改善
するという観点から、別の角度からも検討したところ、
ＳＲ処理後の溶接金属中に析出しているＮａＣｌ型の炭
化物、窒化物および炭窒化物（例えば、Ｖ炭化物、Ｖ窒
化物、Ｖ炭窒化物、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒化物、Ｎｂ炭窒
化物等）の形態も大いに影響を及ぼしていることを見出
した（以下、これら炭化物、窒化物および炭窒化物を総
称して「炭・窒化物」ということがある）。即ち、ＳＲ
処理後における上記炭・窒化物の存在は、溶接金属のク
リープ特性を改善するものであるが、靭性を劣化させる
因子ともなり得るものである。しかしながら、この炭・
窒化物のアスペクト比が２以上となるように、その形態
を制御すれば、溶接金属の靭性を損なうことなく良好な
高温クリープ強度が確保できたのである。

【００１７】本発明において、形態制御する対象の炭・
窒化物をＮａＣｌ型としたのは、以下の理由による。即
ち、炭・窒化物には、ＮａＣｌ型の他、Ｍ₂₃Ｃ₆型等の
いくつかの型があるが、ＮａＣｌ型の炭・窒化物は主に
マルテンサイトラス内部に析出し、且つ他の析出物（Ｍ
₂₃Ｃ₆型等）に比較して非常に微細である（短径で２０
ｎｍ以下）。このマルテンサイトラス内の微細な析出物
であるＮａＣｌ型の炭・窒化物が、靭性やクリープ特性
を最も強く支配していると考えられるからである。また
炭窒化物のアスペクト比は、炭窒化物の主成分である
Ｖ，Ｎｂ，ＣおよびＮ等の成分含有量のバランスと共
に、ＳＲ処理条件等によっても影響を受けるものである
ので、これらを最適化することによって、アスペクト比
が２以上の炭窒化物を得ることができる。尚、本発明で
は炭窒化物のアスペクト比を２以上とするものである
が、このアスペクト比は３以上にするのが好ましく、よ
り好ましくは４以上にするのが良い。

【００１８】本発明では、上記の様に（１）溶接金属組
成を適切に調整するか、または（２）炭・窒化物の形態
を制御することによって、その目的が達成されるもので
あるがこれらの要件の両方を満足させることによって、
特性のより改善された溶接金属を得ることができる。

【００１９】本発明に係る溶接金属では、少なくとも所
定量のＣｒ，Ｎｂ，ＢおよびＮを必須成分として含有す
るものであるが、これら各元素の範囲限定理由は下記の
通りである。

【００２０】Ｃｒ：９．１〜１３．０％ Ｃｒは、溶接金属の耐酸化性および耐食性を向上させる
と共に、固溶強化による高温強度を維持する効果を発揮
する。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｒ少なく
とも９．１％以上含有させる必要があるが、その含有量
が過剰になって１３．０％を超えるとδ−フェライトの
生成によって靭性を劣化させることになる。従って、溶
接金属中のＣｒ含有量は９．１〜１３．０％とする必要
がある。尚、Ｃｒ含有量の好ましい下限は１０．０％で
あり、より好ましい下限は１１．０％であり、好ましい
上限は１２．５％であり、より好ましい上限は１２．３
％である。

【００２１】Ｎｂ：０．００２〜０．１０％ Ｎｂは、炭窒化物の粒成長を抑制し、高温強度を維持す
る効果を発揮する成分であり、こうした効果を発揮させ
るためには、０．００２％以上含有させる必要がある。
しかしながら、その含有量が過剰になって０．１０％を
超えると、炭・窒化物のアスペクト比を低下させて靭性
の劣化を招くことになる。尚、Ｎｂ含有量の好ましい下
限は０．０１０％であり、より好ましい下限は０．０２
０％であり、好ましい上限は０．０７０％であり、より
好ましい上限は０．０５０％である。

【００２２】Ｂ：０．００１５〜０．０１５％ Ｂは、母材に対する作用と同様に溶接金属のクリープ特
性を改善する効果を発揮するが、その含有量が０．００
１５％未満ではこうした効果が発揮されない。しかしな
がら、Ｂ含有量が過剰になって０．０１５％を超える
と、上記ＦＰの値を適正にしても靭性の劣化を招くこと
になる。尚、Ｂ含有量の好ましい下限は０．００２５％
であり、より好ましい下限は０．００３０％であり、好
ましい上限は０．０１０％であり、より好ましい上限は
０．００８０％である。

【００２３】Ｎ：０．００５〜０．０８０％ Ｎは炭・窒化物の構成元素であり、炭・窒化物の粒成長
を抑制すると共に、アスペクト比を上昇させて高温強度
を維持するのに有効な元素である。こうした効果を発揮
させるためには、Ｎ含有量は０．００５％以上とする必
要があるが、その含有量が過剰になって０．０８０％を
超えると、靭性が劣化することになる。尚、Ｎ含有量の
好ましい下限は０．０１５％であり、より好ましい下限
は０．０２０％であり、好ましい上限は０．０６０％で
あり、より好ましい上限は０．０５０％である。

【００２４】本発明の溶接金属で必須的に含有する成分
は上記の通りであるが、鋼材としての基本成分である
Ｃ，Ｓｉ，ＭｎおよびＮｉについては下記の様に調整す
ることが好ましい。但し、本発明の溶接金属において
は、これらの基本成分はその組成を限定するものではな
く、この成分範囲を外れていても、上記ＦＰの値が適切
な範囲内であれば本発明の目的を達成できるものであ
る。

【００２５】Ｃ：０．０１〜０．１５％ Ｃはオーステナイト安定化元素の１つであり、溶接金属
の強度を向上させる効果を発揮し、また靭性低下の原因
になるδ−フェライトを抑制する効果がある。こうした
効果を確保する為には、Ｃ含有量は０．０１％以上とす
ることが好ましいが、Ｃ含有量が過剰になって０．１５
％を超えると、耐力の上昇による靭性および耐割れ性の
劣化を引き起こす。従って、本発明の溶接金属中のＣ含
有量は、０．０１〜０．１５％とすることが好ましい。
尚、靭性を良好にするという観点から、Ｃ含有量のより
好ましい下限は０．０３％であり、更に好ましい下限は
０．０５％であり、より好ましい上限は０．１２％であ
り、更に好ましい上限は０．１０％である。

【００２６】Ｓｉ：０．０５〜０．９％ Ｓｉは、後述するＭｎやＴｉと同様に脱酸剤として機能
し、溶接金属中の酸素量をコントロールする効果を発揮
する。こうした効果を発揮させるためには、Ｓｉ含有量
は０．０５％以上とすることが好ましいが、Ｓｉ含有量
が過剰になって０．９％を超えると、強度が高くなり過
ぎて靭性低下の原因となる。尚、Ｓｉ含有量のより好ま
しい下限は０．１％であり、更に好ましい下限は０．２
％であり、より好ましい上限は０．６％であり、更に好
ましい上限は０．５％である。

【００２７】Ｍｎ：０．１〜２％ Ｍｎは、上記Ｓｉおよび後述するＴｉと同様に脱酸剤と
して機能し、溶接金属中の酸素量をコントロールする効
果を発揮する。また溶接金属の強度を向上させると共
に、ＳＲ処理時の回復促進作用によって、靭性を著しく
改善する効果をも発揮する。これらの効果を発揮させる
為には、Ｍｎ含有量は０．１％以上とすることが好まし
いが、Ｍｎ含有量が過剰になって２％を超えると高温強
度の劣化を引き起こす。従って、溶接金属中のＭｎ含有
量は０．1〜２％とすることが好ましい。尚、Ｍｎ含有
量のより好ましい下限は０．３％であり、更に好ましい
下限は０．５％であり、より好ましい上限は１．５％で
あり、更に好ましい上限は１％である。

【００２８】Ｎｉ：０．０５〜１．５％ Ｎｉは、Ｍｎと同様に靭性を改善する効果を発揮する。
Ｎｉ含有量が０．０５％未満ではこうした効果が発揮さ
れず、１．５％を超えると高温強度を劣化させる。従っ
て、溶接金属中のＮｉ含有量は０．０５〜１．５％とす
ることが好ましい。尚、Ｎｉ含有量のより好ましい下限
は０．１５％であり、更に好ましい下限は０．３％であ
り、より好ましい上限は１．２％であり、更に好ましい
上限は１％である。

【００２９】本発明に係る溶接金属における必須成分お
よび基本的な化学成分組成は上記の通りであり、残部は
実質的にＦｅからなるものであるが、必要によって
（ａ）Ｍｏ：０．０５〜１．５％および／またはＷ：１
〜３．５％、（ｂ）Ｃｏ：５％以下（０％を含まない）
および／またはＣｕ：５％以下（０％を含まない）、
（ｃ）Ｖ：０．０５〜０．５％、（ｄ）Ｔｉ：０．００
１〜０．０５％、（ｅ）Ａｌ：０．０１５％以下（０％
を含まない）、等を含有させることも有効である。これ
らの成分を含有させるときの範囲限定理由は下記の通り
である。

【００３０】尚、「実質的にＦｅ」とは、Ｆｅ以外にそ
の特性を阻害しない程度の微量成分（許容成分）をも含
み得るものであり、前記許容成分としては例えば、フラ
ックスに用いられる鉱物中に含まれる希土類元素（Ｌ
ａ，Ｃｅなど），Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｃａ等
の元素や、Ｐ，Ｓ，Ｏ等の不純物、特に不可避的不純物
が挙げられる。またこれらＰ，ＳおよびＯ等の不可避不
純物に関しては、良好な靭性を確保するという観点から
下記の様に抑制することが好ましい。

【００３１】Ｍｏ：０．０５〜１．５％および／または
Ｗ：１〜３．５％ ＭｏおよびＷは、固溶強化およびクリープ中に粒界にラ
ーベス相を析出させることによって高温強度を維持する
効果を発揮する。こうした効果を発揮させるためには、
Ｍｏで０．０５％以上、Ｗで１％以上含有させることが
好ましい。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰
になって、Ｍｏで１．５％、Ｗで３．５％を超えると、
強度が過度に上昇して靭性を劣化させることになる。
尚、Ｍｏについては、より好ましい下限は０．１％であ
り、更に好ましい下限は０．２％であり、より好ましい
上限は０．５％であり、更に好ましい上限は０．４％で
ある。またＷについては、より好ましい下限は１．５％
であり、更に好ましい下限は１．８％であり、より好ま
しい上限は３％であり、更に好ましい上限は２．８％で
ある。

【００３２】Ｃｏ：５％以下（０％を含まない）および
／またはＣｕ：５％以下（０％を含ない） ＣｏおよびＣｕは、δ−フェライトの生成を抑制する効
果を発揮する。このうちＣｕは、析出によりクリープ特
性を改善する効果も発揮する。但し、Ｃｏについては、
高温強度改善効果が他の元素に比べて小さいので、δ−
フェライトが生成しにくい成分系であれば、特に含有さ
せる必要はない。こうした効果は、その含有量が多くな
るにつれて増大するが、いずれも５％を超えて過剰に含
有されると靭性が劣化することになる。尚、こうした効
果を発揮させるためのＣｏ含有量の好ましい下限は１％
であり、より好ましい下限は１．５％であり、Ｃｕ含有
量の好ましい下限は０．５％であり、より好ましい下限
は１％である。またＣｏ含有量のより好ましい上限は
４．５％であり、更に好ましい上限は４％であり、Ｃｕ
含有量のより好ましい上限は４．５％であり、更に好ま
しい上限は４％である。

【００３３】Ｖ：０．０５〜０．５％ Ｖは、炭・窒化物の構成元素であり、炭・窒化物の針状
化（即ち、アスペクト比の上昇）を促進し、高温強度を
維持する効果を発揮する。こうした効果を発揮させるた
めには、０．０５％以上含有させることが好ましいが、
その含有量が過剰になって０．５％を超えると炭・窒化
物の粒成長を促進して高温強度を劣化させることにな
る。従って、Ｖを含有するときには、その含有量は０．
０５〜０．５％であることが好ましい。尚、Ｖ含有量の
より好ましい下限は０．１％であり、更に好ましい下限
は０．１５％であり、より好ましい上限は０．４％であ
り、更に好ましい上限は０．３％である。

【００３４】Ｔｉ：０．００１〜０．０５％ Ｔｉは脱酸剤として作用し、溶接時のアークを安定化さ
せると共に。Ｎｂと同様に炭・窒化物の粒成長を抑制し
て高温強度を維持する効果を発揮する。こうした効果を
発揮させるためには、その含有量は０．００１％以上で
あることが好ましい。また、Ｔｉ含有量が０．００１％
未満では、クリープ強度が改善されない。しかしなが
ら、その含有量が過剰になって０．０５％を超えると靭
性を劣化させることになる。従って、溶接金属中にＴｉ
を含有させるときには、その含有量は０．００１〜０．
０５％とすることが好ましい。尚、Ｔｉ含有量のより好
ましい下限は０．００５％であり、更に好ましい下限は
０．００７％であり、より好ましい上限は０．０２％で
あり、更に好ましい上限は０．０１５％である。

【００３５】Ａｌ：０．０１５％以下（０％を含まない） Ａｌは脱酸剤として添加され、溶接金属中にも残留する
が、その量が過剰になると靭性を損なうので、０．０１
５％以下にすることが好ましく、より好ましくは０．０
１％以下とするのが良い。

【００３６】Ｐ：０．０２５％以下（０％を含む），
Ｓ：０．０１５％以下（０％を含む） ＰおよびＳは、多量に含有されると靭性を損なうので、
夫々０．０２５％以下、０．０１５％以下に抑制するこ
とが好ましく、より好ましくはＰは０．０２％以下、Ｓ
は０．０１０％以下に抑制するのが良い。

【００３７】Ｏ：０．０５％以下（０％を含む） Ｏは、大気中やシールドガス中、或はフラックス中から
混入してくるが、多量に存在すると靭性を損なうので、
０．０５％以下に抑制することが好ましく、より好まし
くは０．０４％以下にするのが良い。

【００３８】本発明はで、Ｂ添加型の高Ｃｒフェライト
系耐熱鋼を溶接母材とすることを基本的に想定したもの
であるが、本発明で対象とする溶接母材はこうした鋼材
に限らず、例えばＢフリー型高Ｃｒフェライト系耐熱鋼
のように上記鋼材に類似する特性を発揮する鋼材を溶接
母材と場合であっても適用できるものである。また、本
発明で溶接金属を形成するときの溶接方法は、アーク溶
接法であれば特に限定するものではなく、後記実施例に
示した被覆アーク溶接法およびティグ（ＴＩＧ）溶接の
他、サブマージアーク溶接法（ＳＡＷ），ガスシールド
アーク溶接法（ＭＡＧ，ＭＩＧ）等のアーク溶接法のい
ずれも適用できるものである。

【００３９】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００４０】

【実施例】実施例１ 下記表１に示す化学成分の合金心線（直径：４．０ｍ
ｍ、長さ：４００ｍｍ）の外周に、被覆剤を塗布するこ
とによって、下記表２に示す被覆アーク溶接棒（Ｙ１〜
Ｙ２６）を作製した。このとき、被覆剤中には、必要に
応じて炭酸塩（ＣａＣＯ₃，ＢａＣＯ₃）、弗化物（Ｃａ
Ｆ₂，ＢａＦ₂）、ＳｉＯ₂、Ｍｇ等のアーク安定化剤お
よびスラグ生成剤、およびＮａ₂Ｏ，Ｋ₂Ｏ，Ｌｉ₂Ｏ等
の粘結剤を添加した。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】上記被覆アーク溶接棒を用いて、アーク溶
接を実施した。このとき、溶接母材（試験片）として、
ＡＳＴＭ Ａ３８７−Ｇｒ．９１鋼板に規定されるもの
で、厚さが２０ｍｍ、幅２００ｍｍおよび長さが３５０
ｍｍのものを使用した。溶接母材の化学成分組成を下記
表３に示す。

【００４４】

【表３】

【００４５】また開先は、角度が２０°のＶ字型、そし
てギャップが１８ｍｍとなるように形成されたものを使
用した。このような開先に対して、溶接入熱：１８〜２
２ＫＪ／ｃｍ（溶接電流：１７０Ａ−溶接電圧：２３Ｖ
−溶接速度：１２ｃｍ／ｍｉｍ狙い）、下向き姿勢、予
熱・パス間温度：２００〜２５０℃の溶接条件で溶接を
施した。

【００４６】その後、この試験片を７４０℃で８時間ま
たは１６時間の熱処理（ＳＲ処理：昇温・冷却速度：５
０℃／ｈｒ以下）を行い、その後シャルピー衝撃試験片
（ＪＩＳ Ｚ３１１１の４号）およびクリープ試験片
（ＪＩＳ Ｚ２２７２）を採取し、各規格に準じて試験
を行った。このとき、シャルピー衝撃値は０℃での吸収
エネルギー（ｖＥ₀）を測定し、クリープ試験は７００
℃×７００Ｎ／ｍｍ²の条件で破断するまでの時間（ク
リープ破断時間）を測定した。両試験とも、試験片を各
３本ずつ採取して試験したときの平均値を測定した。

【００４７】また、ＳＲ処理後に析出したＮａＣｌ型炭
・窒化物のアスペクト比は、ＳＲ処理後の溶接金属原質
部について抽出レプリカ法で炭・窒化物を採取し、透過
型電子顕微鏡にて倍率：１０万倍で５視野を観察し、採
取された炭・窒化物の内、短径が２０ｎｍ以下のものを
ＮａＣｌ型の炭・窒化物として選別し、これら選別され
た炭・窒化物の個々についてアスペクト比を求め、この
結果から平均のアスペクト比を求めた。得られた溶接金
属中の合金成分を下記表４に、上記試験結果を下記表５
に夫々示す。尚、各試験における評価基準は、シャルピ
ー衝撃試験については吸収エネルギー（ｖＥ₀）が４７
Ｊ以上のもの、クリープ試験についてはクリープ破断時
間が１０００時間のものを合格と判断した。また、クリ
ープ試験については、靭性が良好（ｖＥ₀が４７Ｊ以上
のもの）についてのみ行った。

【００４８】

【表４】

【００４９】

【表５】

【００５０】この結果から明らかなように、本発明で規
定する化学成分を満足すると共に、［Ｉ］前記（１）式
で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００であるか、または
［II］応力緩和処理後に析出しているＮａＣｌ型の炭・
窒化物のアスペクト比（長径／短径）が２以上である、
の要件の少なくともいずれかを満足するＮｏ．１〜９の
ものでは、高温クリープ強度および靭性のいずれも優れ
ていることがわかる。これに対して、Ｎｏ．１０〜２８
のものでは、化学成分組成、上記要件［Ｉ］および［I
I］の要件のうちのいずれかが発明で規定する範囲を外
れているので、溶接金属のいずれかの特性が劣化してい
ることが分かる。

【００５１】実施例２ ワイヤ径が１．６ｍｍの溶接ワイヤを用い、ＪＩＳ ３
３１６に準拠して、溶接入熱：１５〜１８ＫＪ／ｃｍ
（溶接電流：２５０Ａ−溶接電圧：１１Ｖ−溶接速度：
１２ｃｍ／ｍｉｍ狙い）、下向き姿勢、予熱・パス間温
度：２００〜２５０℃の溶接条件で溶接を行い、下記表
６に化学成分を示した溶接金属を得た。得られた溶接金
属を７４０℃で４時間または８時間の熱処理（ＳＲ処
理）を行った後に、実施例１と同様にして溶接金属の高
温クリープ強度および靭性を評価した。

【００５２】その結果を下記表７に示すが、本発明で規
定する要件を満足するＮｏ．２９，３０のものでは、高
温クリープ強度および靭性のいずれも優れていることが
分かる。

【００５３】

【表６】

【００５４】

【表７】

【００５５】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、高
温クリープ強度と靭性の両特性に優れた高Ｃｒフェライ
ト系耐熱鋼溶接金属が実現できた。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 後藤 明信 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１ 株 式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 CA04 EA05

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーク溶接法によって形成される溶接金
   属であって、Ｃｒ：９．１〜１３．０％（質量％の意
   味、以下同じ）、Ｎｂ：０．００２〜０．１０％、Ｂ：
   ０．００１５〜０．０１５％およびＮ：０．００５〜
   ０．０８０％を夫々含有すると共に、下記（１）式で定
   義されるＦＰがＦＰ≧０．００を満足することを特徴と
   する高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属。 ＦＰ＝22[C]-1.2[Si]+0.58[Mn]+0.88[Cu]+1.4[Ni]-[Cr]-2.1[Mo]-4.4[V]- 3.2[Nb]-1.4[W]-6.9[Ti]-6.6[Al]+0.75[Co]+28.7[N]+11.5 …（１） 但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V],[Nb],
   [W],[Ti],[Al],[Co]および[N]は、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍ
   ｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ａ
   ｌ，ＣｏおよびＮの含有量（質量％）を示す。
2. 【請求項２】 アーク溶接法によって形成される溶接金
   属であって、Ｃｒ：９．１〜１３．０％、Ｎｂ：０．０
   ０２〜０．１０％、Ｂ：０．００１５〜０．０１５％お
   よびＮ：０．００５〜０．０８０％を夫々含有すると共
   に、応力緩和処理後に析出しているＮａＣｌ型の炭化
   物、窒化物および炭窒化物のアスペクト比（長径／短
   径）が２以上であること特徴とする高Ｃｒフェライト系
   耐熱鋼用溶接金属。
3. 【請求項３】 アーク溶接法によって形成される溶接金
   属であって、Ｃｒ：９．１〜１３．０％、Ｎｂ：０．０
   ０２〜０．１０％、Ｂ：０．００１５〜０．０１５％お
   よびＮ：０．００５〜０．０８０％を夫々含有すると共
   に、下記（１）式で定義されるＦＰがＦＰ≧０．００を
   満足し、且つ応力緩和処理後に析出しているＮａＣｌ型
   の炭化物、窒化物および炭窒化物のアスペクト比（長径
   ／短径）が２以上であること特徴とする高Ｃｒフェライ
   ト系耐熱鋼用溶接金属。 ＦＰ＝22[C]-1.2[Si]+0.58[Mn]+0.88[Cu]+1.4[Ni]-[Cr]-2.1[Mo]-4.4[V]- 3.2[Nb]-1.4[W]-6.9[Ti]-6.6[Al]+0.75[Co]+28.7[N]+11.5 …（１） 但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V],[Nb],
   [W],[Ti],[Al],[Co]および[N]は、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍ
   ｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ａ
   ｌ，ＣｏおよびＮの含有量（質量％）を示す。
4. 【請求項４】 Ｃ：０．０１〜０．１５％，Ｓｉ：０．
   ０５〜０．９％，Ｍｎ：０．１〜２％、Ｎｉ：０．０５
   〜１．２％を夫々含有するものである請求項１〜３のい
   ずれかに記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属。
5. 【請求項５】 更に、Ｍｏ：０．０５〜１．５％および
   ／またはＷ：１〜３．５％を含むものである請求項１〜
   ４のいずれかに記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接
   金属。
6. 【請求項６】 更に、Ｃｏ：５％以下（０％を含まな
   い）および／またはＣｕ：５％以下（０％を含まない）
   を含むものである請求項１〜５のいずれかに記載の高Ｃ
   ｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属。
7. 【請求項７】 更に、Ｖ：０．０５〜０．５％を含有す
   るものである請求項１〜６のいずれかに記載の高Ｃｒフ
   ェライト系耐熱鋼用溶接金属。
8. 【請求項８】 更に、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％を
   含有するものである請求項１〜６のいずれかに記載の高
   Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属。
9. 【請求項９】 更に、Ａｌ：０．０１５％以下（０％を
   含まない）を含有するものである請求項１〜８のいずれ
   かに記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接金属。
10. 【請求項１０】 Ｐ：０．０２５％以下（０％を含
    む）、Ｓ：０．０１５％以下（０％を含む）およびＯ：
    ０．０５％以下（０％を含む）に夫々抑制したものであ
    る請求項１〜９のいずれかに記載の高Ｃｒフェライト系
    耐熱鋼用溶接金属。