JP2008528806A

JP2008528806A - 延性低下割れ耐性を有する被覆された溶接電極、およびそれから製造された溶着物

Info

Publication number: JP2008528806A
Application number: JP2007553180A
Authority: JP
Inventors: サミュエル、ディー．キサー
Original assignee: Huntington Alloys Corp
Current assignee: Huntington Alloys Corp
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: CN101979210A; US20080121629A1; EP1841893B1; US8603389B2; CN101979210B; CN101248197A; WO2006081258A3; WO2006081258A2; CN101248197B; EP1841893A2; ES2386890T3; EP1841893A4; KR101252478B1; JP5253817B2; KR20070099649A

Abstract

溶着物の形態にあるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、溶接電極およびフラックスおよび該Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金を使用する溶接方法。該合金は、重量％で、Ｃｒ：２７〜３１、Ｆｅ：６〜１１、Ｃ：０．０１〜０．０４、Ｍｎ：１．５〜４、Ｎｂ：１〜３、Ｔａ：３以下、（Ｎｂ＋Ｔａ）：１〜３、Ｔｉ：０．１０〜０．５０、Ｚｒ：０．０００３〜０．０２、Ｂ：０．０００５〜０．００４、Ｓｉ：＜０．５０、Ａｌ：最大０．５０、Ｃｕ：＜０．５０、Ｗ：＜１．０、Ｍｏ：＜１．０、Ｃｏ：＜０．１２、Ｓ：＜０．０１５、Ｐ：＜０．０１５、Ｍｇ：最大０．０１、残部Ｎｉならびに不可避混入物および不純物からなる。溶接方法は、電極先端と溶着物との間の距離を０．１２５インチ未満に維持する短アークを使用する溶接を包含する。

Description

関連出願の相互参照

本願は、ここにその全文が含められる、２００５年１月２５日に出願された「延性低下割れ耐性を有する被覆された溶接電極」と題される米国仮出願第６０／６４７，１７９号の利点を主張するものである。

発明の背景

発明の分野
本発明は、一般的にはニッケル、クロム、鉄溶接合金、そこから製造された、溶接物の製造に使用する製品、および溶接物およびこれらの溶接物を製造するための方法に関する。本発明はさらに、溶接電極、溶接ワイヤおよびフラックス薬被覆組成物および特に延性低下割れに対して耐性がある、ならびに原子力発電環境における一次水応力腐食割れに対して耐性がある溶着物を得るための溶接方法に関する。

関連技術の説明
原子力発電を含む様々な用途で、様々な亀裂現象に対する耐性を与える溶接物が必要とされる。これには、応力腐食割れのみならず、高温割れ、低温割れ、およびルート割れも含まれる。

商業的および軍用原子力発電は、２０世紀後半から存在している。この間、工業界では、クロム１４〜１５％を含むＮｉＣｒＦｅ合金の第一世代が、クロム含有量がより高い３０％オーダーの合金で置き換えられている。この変化は、核純水中での応力腐食割れが、クロムをこの量で含むこの種の合金により回避できることが発見された時点で予言された。Ｃｒ含有量が３０％のオーダーにあるＮｉＣｒＦｅ合金は、今や約２０〜２５年にわたって使用されている。

原子力発電所内で大量の溶接および溶接製品を必要とする原子力発電装置に特別な用途は、核蒸気発電機の製造である。この装置は、一次核反応器冷却剤と二次水から蒸気を発生する実質的に大型の管およびシェルの熱交換機である。この蒸気発生装置の重要な部品はチューブシートである。チューブシートは、直径が１５〜２０フィートで、厚さが優に１フィートを超える場合があり、高強度低合金鋼から鍛造され、加工性が良く、核純水中で応力腐食割れに対して耐性があるＮｉＣｒＦｅ合金で肉盛溶接する必要がある。チューブシートの大きさのため、溶着物は、肉盛溶接の際、かなりの残留応力を受ける。さらに、溶接部の肉盛金属は、ドリル穴を開け、何千本もの小さな蒸気発生管を受け容れるための開口部を設けた後、再溶接できる必要がある。これらの管は、肉盛溶着物に密封溶接し、ヘリウムの漏れに対する密封溶接部を形成する必要がある。これらの溶接部は、極めて高い品質を有し、３０〜５０年の耐用寿命を十分に有していなければならない。さらに、肉盛溶着物および溶接された蒸気発生管の両方が、優れた亀裂耐性を備えていなければならない。この、「凝固割れ」とも呼ばれる高温割れおよび応力腐食割れに対する耐性に関する必要条件は、既存の３０％クロム溶接物のほとんどが適合している。

高温割れ耐性および応力腐食割れ耐性に加えて、チューブとチューブシートの溶接部にはルート割れ耐性も必要である。チューブとチューブシートの溶接部は、チューブ末端と、チューブを取り囲む溶接部の肉盛材料（追加の溶加材金属を使用しても、しなくても）のリングとを一緒に融解させ、それによって、チューブ壁とチューブシート中の開口部との間の空間を密封することにより形成される。これらの溶接部は、溶接部の底部で、チューブとチューブシートの界面で、亀裂を生じる傾向がある。この種の亀裂は、溶接部のルートで起こるので、「ルート割れ」と呼ばれる。既存の３０％クロム溶接物は、ルート割れに対する耐性がない。

生じる可能性がある第三の型の亀裂は、「延性低下割れ」または「ＤＤＣ」とも呼ばれる低温割れである。この亀裂は、溶接部の凝固が完了した後の、固化した状態でのみ起こる。凝固が起きた後、低温で溶接合金の体積が低下する結果、収縮応力が増大し始める。同時に、凝固が完了した後、延性回復が数百度にわたって急速に起こり、続いて延性の一時的な損失が急激に起こり、続いて常温に達するまで、再度、延性がよりゆるやかに連続的に回復する。合金がこの急激な延性低下を示す時に、冷却の残留応力が十分に大きい場合、固体状態亀裂（ＤＤＣ）が起こることがある。これは、微小構造の、支配している温度における応力に抵抗する十分な強度または延性を持たない部分により引き起こされる。現在市販されている３０％クロム溶接合金は、ＤＤＣに対して十分な耐性を有していない。

延性低下割れ（ＤＤＣ）／低温割れは、原子力産業で使用されている、完全にオーステナイト系のニッケル−クロム−鉄合金で、過去１０年以上にわたって重要な問題になっている。科学界では、Ｃｒ約３０％を含むＮｉＣｒＦｅ合金が、核環境中で一次水応力腐食割れ（ＰＷＳＣＣ）に対する耐性を示すことが分かっている。しかし、Ｃｒレベルが高く、Ｎｂが少ない場合、長い直線的なデンドライト境界と共にエピタキシー凝固する溶着物を生じる傾向がある。これらの境界は、高ひずみおよび高温にさらされると、ＤＤＣに特に敏感になる。この現象は、Ｃｒ３０％を含むニッケル合金、例えばInconel合金690およびＡＷＳクラスＮｉＣｒＦｅ−７の溶接製品で、より多く起こると思われる。ＤＤＣ割れの傾向に対しては、Inconel Filler Metal 52MおよびWeld Strip 52M（ＡＷＳクラスＮｉＣｒＦｅ-7A-UNS3N06054）の発明がなされている。これらの製品は、ここにその内容全体を参考として含める、本発明者らの米国特許第６，２４２，１１３号に含まれる。フラックス被覆された電極におけるＤＤＣ／低温割れに対する解決策を特に本願で扱う。

背景情報として、米国溶接協会(「ＡＷＳ」)および米国規格協会(「ＡＮＳＩ」)の様々な規格、すなわちＡＮＳＩ／ＡＷＳ規格Ａ５．１１／Ｍ：２００５「被覆アーク溶接用のニッケルおよびニッケル−合金溶接電極に関する規格」およびＡＮＳＩ／ＡＷＳ規格Ａ５．１４／Ａ５．１４Ｍ：２００５「ニッケルおよびニッケル−合金裸溶接電極およびロッドに関する規格」、も重要である。これらの規格の両方をここにその全文を参考として含める。

発明の概要

本発明の目的は、ニッケル、クロム、鉄溶接合金、そこから製造された溶接部、および所望の強度および耐食性に加えて、高温割れ、ＤＤＣ／低温割れ、ルート割れ、ならびに応力腐食割れに対する耐性を与える溶接方法を提供することである。

本発明の別の目的は、原子力発電に使用する装置の製造に特に適した、ニッケル、クロム、鉄型の、フラックス被覆した溶接合金を提供することである。

本発明により、溶着物の製造に使用するニッケル、クロム、鉄合金を提供する。この合金は、重量％で、クロム約２７〜３１％、鉄約６〜１１％、炭素約０．０１〜０．０４％、マンガン約１．５〜４％、ニオブ＋タンタル約１〜３％、ケイ素０．７５％未満、チタン約０．０１〜０．５０％、アルミニウム最大０．５０％、銅０．５０未満、タングステン１．０％未満、モリブデン１．０％未満、コバルト０．１２％未満、ジルコニウム０．０００３〜０．０２％、硫黄約０．０１５％未満、ホウ素０．０００５〜０．００４％、リン約０．０２％未満、マグネシウム約０．０２以下、および残部ニッケル（好ましくはＮｉ最小４８％）、および不可避不純物からなる。

この合金は、クロム含有量のために十分な応力腐食割れ耐性を示す。この合金は、溶着物、フラックス被覆された溶接電極、フラックス被覆を有するワイヤの形態にある溶接電極、フラックスコアを有するシースの形態にある溶接電極、肉盛溶着物または合金基材を含んでなる溶接物、例えば本発明の合金で肉盛した鋼の形態でよい。この合金は、溶着物の製造に使用するフラックス被覆された電極の形態にある、溶着物または溶接物を製造する方法に使用できる。溶着物の製造方法は、ニッケル、クロムワイヤ、またはニッケル、クロム、鉄ワイヤのフラックス被覆された電極を製造すること、および「短アーク」を使用して該電極を融解させ、フラックス被覆と溶着物との間の相互作用の結果、所望のレベルのホウ素、ジルコニウムおよびマグネシウムを維持しながら、溶着物を製造することを包含する。短アークは、電極先端から溶着物までの距離として定義され、０．１２５インチ未満、好ましくは約０．０２０〜０．０４０インチである。溶着物中のＮｂ：Ｓｉの比は、溶着物に良好な割れ耐性を得るには約５：１〜７：１が好ましい。溶接電極用のフラックス被覆の製造は、それ自体、この分野で良く知られており、ここで詳細に説明する必要はない。本発明のフラックス被覆は、フッ化物、酸化物、炭酸塩およびここに記載する選択された金属間化合物の混合物を含む。

まとめると、本発明は、重量％で、Ｃｒ：２７〜３１、Ｆｅ：６〜１１、Ｃ：０．０１〜０．０４、Ｍｎ：１．５〜４、Ｎｂ：１〜３、Ｔａ：３以下、（Ｎｂ＋Ｔａ）：１〜３、Ｔｉ：０．１０〜０．５０、Ｚｒ：０．０００３〜０．０２、Ｂ：０．０００５〜０．００４、Ｓｉ：０．５０未満、Ａｌ：最大０．２０、Ｃｕ：０．２０未満、Ｗ：１．０未満、Ｍｏ：１．０未満、Ｃｏ：０．１２未満、Ｓ：０．０１５未満、Ｐ：０．０１５未満、Ｍｇ：最大０．０１、残部Ｎｉならびに不可避混入物および不純物からなるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金に関する。この合金は、好ましくは最小４８％のＮｉを含む。より好ましくは、この合金は、Ｃｒ：２９〜３１、Ｆｅ：６．５〜９、Ｂ：０．０００７〜０．００４、Ｍｎ：２．５〜３．５、Ｚｒ：０．００３〜０．０１およびＮｉ：最小５０を含む。

本発明は、重量％で、Ｃｒ：２７〜３１、Ｆｅ：６〜１１、Ｃ：０．０１〜０．０４、Ｍｎ：１．５〜４、Ｎｂ：１〜３、Ｔａ：３以下、（Ｎｂ＋Ｔａ）：１〜３、Ｔｉ：０．１０〜０．５０、Ｚｒ：０．０００３〜０．０２、Ｂ：０．０００５〜０．００４、Ｓｉ：０．５０未満、Ａｌ：最大０．２０、Ｃｕ：０．２０未満、Ｗ：１．０未満、Ｍｏ：１．０未満、Ｃｏ：０．１２未満、Ｓ：０．０１５未満、Ｐ：０．０１５未満、Ｍｇ：０．００４〜０．０１、残部Ｎｉならびに不可避混入物および不純物からなる希釈されていないＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金溶着物も包含する。この溶着物は、好ましくは最小５０のＮｉを含む。この溶着物は、Ｂ：０．０００７〜０．００３およびＺｒ：０．００１〜０．０１およびＮｉ：最小５０を含むのも好ましい。さらに好ましくは、この溶着物は、Ｂ：０．０００５〜０．００２、Ｚｒ：０．００１〜０．０１およびＮｉ最小５０を含む。

本発明の溶着物を製造するための、現在好ましい方法は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅのフラックス被覆された電極またはフラックスが結合しているＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅワイヤを用意し、短アーク技術を用いた溶接工程において、電極またはワイヤの先端と溶着物の距離を０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）未満にして、該電極またはワイヤを融解させ、重量％で、Ｃｒ：２７〜３１、Ｆｅ：６〜１１、Ｃ：０．０１〜０．０４、Ｍｎ：１．５〜４、Ｎｂ：１〜３、Ｔａ：３以下、（Ｎｂ＋Ｔａ）：１〜３、Ｔｉ：０．０１〜０．５０、Ｚｒ：０．０００３〜０．０２、Ｂ：０．０００５〜０．００４、Ｓｉ：０．５０未満、Ａｌ：最大０．５０、Ｃｕ：０．５０未満、Ｗ：１．０未満、Ｍｏ：１．０未満、Ｃｏ：０．１２未満、Ｓ：０．０１５未満、Ｐ：０．０１５未満、Ｍｇ：０．００４〜０．０１、残部Ｎｉならびに不可避混入物および不純物からなる溶着物を生成する工程を含んでなる。電極またはワイヤの先端と溶着物との間の距離は、好ましくは０．０２〜０．０４インチ（０．５０８〜１．０１６ｍｍ）である。本発明の溶接工程は、好ましくは被覆アーク溶接法を使用して行う。この方法では、フラックスが好ましくはＮｉ、Ｍｇ、およびＳｉの一種以上の混合物を含んでなり、Ｎｂ：Ｓｉの重量比が５：１〜７：１の溶着物を製造する。

発明の具体的説明

本発明のＮｉＣｒＦｅ溶接合金は、十分なニッケルとクロムを含むと共に二次化学的構成成分ならびに痕跡量の元素を著しく厳密に調整し、好適な耐食性に加えて優れた応力腐食割れ耐性を与える。さらに、この合金は、凝固割れ、ルート割れ、および再熱条件下での低温割れに対しても耐性を有する必要がある。

凝固割れに対する耐性を与えるために、この合金は、その合金化元素に対する十分な溶解性および狭い液相線から固相線の温度範囲を有するべきである。また、この合金は、硫黄、リン、および他の低融解元素のレベルを低くすべきであり、合金中に低融点相を形成する元素のレベルも最少に抑えるべきである。

低温割れに対する耐性は、粒界における高温強度および延性を増加することにより、制御される。これは、ニオブ、ジルコニウムおよびホウ素を、本発明の限界に従って、慎重に組み合わせることにより、達成される。ニオブは、固体状態における粒界強度に貢献しながら、二次相の形成を避けるために、制限する必要がある。ニオブは、応力腐食割れに対する耐性にも必要である。ホウ素は、粒界強度に貢献し、高温延性を改良するが、本発明より高いレベルでは、高温割れ耐性に有害である。ジルコニウムは、粒界における固体状態強度および延性を改良し、粒界における酸化耐性を改良する。本発明より高いレベルでは、ジルコニウムは高温割れを助長する。本発明より低いホウ素およびジルコニウムレベルでは、低温割れに対する耐性が比較的低い。ホウ素を単独で加えると、低温割れ耐性の改良は非常に僅かであると思われるが、ホウ素をジルコニウムと本発明のレベルで併用すると、低温割れは実質的に排除される。

ニッケル合金溶接の技術における当業者には明らかなように、原子力用途向けの溶接部の品質には、高温割れ、低温割れ、曲げ割れ、ルート割れおよびクレータ割れに対する耐性が要求される。ＮｉＣｒＦｅ−７区分の既存の製品は、現在、これらの種類に属する割れの大部分に対して様々なレベルの耐性を有しているが、依然としてＤＤＣを受け易い。本発明は、ＤＤＣに対する改善策を与え、クレータ割れに対する耐性を改良し、被覆アーク溶接法（ＳＭＡＷ）で溶接する能力を与えるように設計されている。延性低下割れは、完全オーステナイト系ＮｉＣｒＦｅ合金および溶接部の固相線より十分に低い温度における固体状態で起こる粒界割れを特徴とする現象である。この亀裂は、高温クリープ現象に関連すると考えられ、そのため、少量のホウ素およびジルコニウムを添加して粒界強度および延性を改良する。上記の種類の割れを評価するために行った試験は、
（１）高温割れおよびクレータ割れを評価するための肉盛溶着物の浸透探傷試験、
（２）肉盛溶接部中に一連のドリル穴を開けてチューブ対チューブのシート溶接を模擬し、修繕部分の断面を切り、エッチングし、６０ｘで検査してＤＤＣおよびさらなる高温割れの兆候を評価、
（３）ルート割れを評価するために、Inconel Alloy 690の固体プレートを、肉盛溶接部の片側に沿って直立縁部溶接部(standing edge weld)で溶接し、チューブ対チューブのシート溶接を模擬すること、
（４）肉盛溶接部から標準3/8インチ厚の横方向側方曲げ部を切り取り、２Ｔマンドレルの周りで１８０°曲げる。曲げ部の、約２０％伸長された外側表面を曲げ割れまたは「裂け目」を検査し、裂け目の数および大きさを曲げ毎に記録することである。

一連の溶着物化学組成を下記の表１に示す。それぞれの溶着物化学組成は、Ｃｒ：約３０％、Ｎｉ：５８％、Ｆｅ：８％、様々な量のＮｂ、Ｍｎおよび他の少量元素を含んでなる。上記試験の略号を表中の各組成のすぐ下に記載する。この表および結果は、ある程度自明であるが、ホウ素およびジルコニウム対ＤＤＣまたは低温割れの試験は、どちらかが存在しない場合、または両者が存在しない場合、低温割れは決まって起こるのに対し、ホウ素含有量が約０．０００５％〜０．００４％およびジルコニウム約０．０００３％〜０．０２％では、低温割れが回避されることを示している。また、十分なレベルのＮｂおよびＭｎを含み、多の少量元素を適切に調整すると、高温割れが回避されることも分かる。ＮｂおよびＭｎレベルを改良しながらホウ素およびジルコニウムを添加することのもう一つの利点は、Ａｌレベルを下げることができ、それによって、クレータ割れ耐性が改良されることである。表１のロット番号８３Ｆ８ショートアークおよび７６Ｆ９ＨＴＧの試験は、溶着物の、最高品質溶着物を与えるための最適化学組成を示す。本発明のＳＭＡＷ方法により堆積させた希釈されていない化学組成は、好ましくはＮｉ：最小４８％、Ｃｒ：２７％〜３１％、Ｆｅ：６％〜１１％、Ｎｂ：１％〜３％、Ｍｎ：１．５％〜４％、Ｃ：０．０１〜０．０４％、Ｍｇ：０．００５〜０．０１、Ｓ：０．０１５％未満、Ｐ：０．０１５％未満、Ｂ：０．００５〜０．００４％、Ｚｒ：０．０００３％〜０．０２％、Ｔｉ：０．０１％〜０．５０％、およびＡｌ：最大０．５０％である。ＮｂおよびＴａの両方が、特に一次（溶融物から）炭化物を形成し、これが、凝固および冷却の際に、粒界中により大きな曲がりくねりを形成するように、粒子径およびピン粒界を制御する。曲がりくねった粒界は、溶接の際にＤＤＣ（延性低下割れ）の傾向を小さくするのに有利である。ここに記載するＡＷＳ規格は、Ｎｂ＋Ｔａと記載する欄を含む。歴史的に、これらの元素は、地殻中で天然に一緒に産するので、一緒に挙げられており、急激なエレクトロニクス用途の波が来る前には、ＴａをＮｂからすべて抽出するための努力はあまりなされていなかった。これらの元素は、一緒に産し、類似の挙動を示したので、一緒に挙げられているのである。両方とも非常に高い融解温度を有するが、ニオブの密度はタンタルの約半分
である。両方とも体心立方結晶構造を有し、両方とも同等の格子パラメータ（原子の最接近）を有する。従って、これらの観察の実用的な結論として、タンタルのコストが極めて高いために、タンタルをニオブと一緒に添加することはあまりない。ニオブの密度はタンタルの約半分である。そのため、Ｔａは、炭化物形成剤としての効果がニオブの約半分である。Ｔａがより激しい炭化物形成剤になることはできるが、同じ原子数を与えるには、ニオブの２倍の重量％を必要とすることになろう。

本発明の、番号「１５２Ｍ」の溶着物材料で達成される典型的な機械的特性

１５２Ｍ−機械的特性
硬度ＴＳ０．２％ＹＳ伸長％ Red.Area％
９０Ｒ _ｓ９６ｋｓｉ６０ｋｓｉ３５％４５％

表１

表１−続き

まとめると、本発明を使用することにより、ＤＤＣの害を受けることなく、ニッケル＋Ｃｒ３０％の応力腐食割れ耐性の有益性を得ることができる。この合金組成物は、あらゆる種類の多孔度および亀裂を最少に抑えるように釣り合いがとれており、フラックス被覆組成物は、直径3/32および1/8インチ電極の、作業員に最も好まれる優れた能力を与えるように設計されている。

この電極の開発は、電極被覆にフラックス薬およびケイ酸塩結合剤を使用しているために、本発明者らの以前の米国特許第６，２４２，１１３号（INCONEL WE 52M）のそれとは異なっている。ケイ酸ナトリウムおよび場合によりカリウム結合剤を使用することにより、典型的には、亀裂傾向を増加させる溶着物中のケイ素量が増加する。ケイ素に対処する手段は、ニオブの添加である。ニッケル−クロム型合金には、約５：１〜７：１比のＮｂ：Ｓｉを使用し、良好な割れ耐性を得るのが好ましい。表１に記載するデータの下から２行目は、各種合金候補の計算されたＮｂ：Ｓｉ比を示す。次の下から６行は、様々な品質試験結果を示し、ＳＢ＝側方曲げであり、ＳＢ１およびＳＢ２は、実際の曲げ試料の後に裂け目の数および場合により裂け目の個別長さを示す。SBTOTALは、インチで表し、両方の側方曲げにおける裂け目長さの合計をインチで示す。ＴＳ＝チューブシートである。これらは、下記のように行った模擬チューブシート溶接部である。先ず、供試材料の肉盛溶接金属を堆積させ、模擬チューブシート穴（ただし、チューブは含まない）をドリル加工し、次いで穴の最上部の周りにＧＴＡＷ溶接を行い、チューブとチューブシートの溶接部を模擬する。次に、このプレートを穴の中心線を通して断面に切り、模擬溶接部の断面を露出する。試料を研磨し、エッチングし、６０ｘで検査して亀裂を探す。ＴＳ割れは、ＤＤＣ／低温割れ（延性低下割れ）と解釈する。全ての亀裂がＤＤＣの古典的な指針を示すわけではないが、それらのほとんどがそれを示し、ＤＤＣを引き起こす最も低いひずみにおけるＤＤＣであると考えられる。ＲＣ１およびＲＣ２は、チューブとチューブシートの溶接部におけるルート割れの傾向を示す尺度である。

表１の次の１６行は、様々な被覆された電極溶着物例の化学分析値である。この研究は、被覆された電極（ＳＭＡＷ）溶接で高いケイ素含有量を通常経験するので、上記のＮｂ：Ｓｉ比を達成する目的で始めた。この研究の初期では、溶着物中にＢおよびＺｒを導入する様々な方法を試験したが、フラックス被覆添加を使用することにより、効果を与えるのに必要な少量を制御することは事実上不可能であることが確認された。従って、コアワイヤ中にＢ（０．００４％）およびＺｒ（０．００６％）を含む裸コアワイヤ（表１でY9570で示す）を使用して本研究を開始した。基本的な研究は、フラックス被覆された電極を製造し、次いで亀裂の傾向を評価することにより始めた。１００５、１００６、１０１１、および１０１８で示す例は、溶着物中にＢ、Ｚｒ、またはＭｇを含まない被覆された電極の初期の例である。経験から、溶接工程中の単純な酸化により、コアワイヤ中に添加したＢおよびＺｒが溶着物から除去されると考えられる。例１０１８では、フラックス被覆にニッケルマグネシウムを添加し、例１０２２、１０２３，および１０２４では、ニッケルジルコニウム添加を評価した。例１０２３で、マグネシウムが存在しないにも関わらず、ＴＳ割れが無かったのは偶然である。マグネシウムおよびジルコニウムは、両方とも非常に強力な脱酸素剤であることが公知であるので、例１０１８〜１０２４では、ニッケルマグネシウムおよびニッケルジルコニウムがフラックス被覆中に存在していた。これらはニッケルの合金として添加し、展開する際の脱酸素ポテンシャルを保持する。例１０１８にＮｉＭｇを添加したにも関わらず、溶着物の分析ではＭｇが見られなかった。これは、「短アーク」長技術を使用しなかったためであろう（これは後で分かった）。例１０２２、１０２３、および１０２４では、Ｚｒ溶着物が約．００９〜．０１％までの僅かな増加が認められたが、ＴＳ（ＤＤＣ）区分の割れは続いた。ニッケルマグネシウムフラックス含有量は、例１０３６では５％に、例１０４０では７．５％に増加し、溶着物中では０．００３％が保持されていた。これらの例で、Ｂ＝０．００１５％およびＺｒ＝０．０１％の例１０２３およびＢ＝０．００１４％およびＺｒ＝０．０１３％の例１０３８だけがＴＳに対して良好な結果（それぞれ０および３）を与えることが分かった。これらの
結果に基づき、何種類かの直径を有する「パイロット」製品を製造することを決定した。最初に、フラックス中にＮｉＭｇ７．５％を使用して７６Ｆ９を製造したが、溶着物中にＭｇ＝０．００６％、Ｚｒ＝０．００３％およびＢ＝０．００１％を保持しながら、ＴＳ割れは無く、これは好ましい結果であった。次いで、追加のロット番号８３Ｆ５、８３Ｆ６、８３Ｆ７、および８３Ｆ８を、全てＮｉＭｇ７．５％を含む同じ湿式混合物で製造した。フラックス被覆された電極を押し出し、焼き付けた後、試験を行い、非常に驚くべきことに、８３Ｆ７では９個のＴＳ割れが、８３Ｆ８では２３個のＴＳ割れが見られた。化学分析の結果、溶着物中にＢ、Ｚｒ、またはＭｇが保持されていなかったことはさらに予期せぬことであった。試験結果を再評価し、溶接の際に短アーク長を維持することの重要性が分かった。この短アーク技術により、製品中の脱酸素剤が保護され、溶着物中にＭｇ、Ｂ、およびＺｒが保持されることが結論付けられた。短アークの８３Ｆ８と長アークの８３Ｆ８を観察すると、ＴＳ割れは、超アークによる２３個に対して短アークでは１個である。同様に、長と短アークによる８３Ｆ７を比較すると、ＴＳ割れは、長アークでは９個であるのに対し、短アークでは２個である。また、溶着物中に保持されるＢ、ＺｒおよびＭｇは、所望の範囲内であることにも注意すべきである。

「短アーク」は、電極先端と溶着物との間の距離が０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）未満、好ましくは約０．０２０〜０．０４０インチ（０．５０８〜１．０１６ｍｍ）であると定義される。「長アーク」は、０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）を超える。

従って、溶着物中で約５：１〜７：１の好ましいＮｂ：Ｓｉ比を制御し、短アーク溶接技術を使用することにより、溶着物中の所望のＢ、Ｚｒ、およびＭｇ分析値が達成される。

本発明の具体的な実施態様を詳細に説明したが、無論、当業者には明らかなように、これらの詳細に対する様々な修正および変形を、全体的な開示の範囲内で展開することができる。ここに説明した現在好ましい実施態様は、単なる説明であり、請求項およびその等価物に規定する本発明の範囲を制限するものではない。

Claims

重量％で、Ｃｒ：２７〜３１、Ｆｅ：６〜１１、Ｃ：０．０１〜０．０４、Ｍｎ：１．５〜４、Ｎｂ：１〜３、Ｔａ：３以下、（Ｎｂ＋Ｔａ）：１〜３、Ｔｉ：０．０１〜０．５０、Ｚｒ：０．０００３〜０．０２、Ｂ：０．０００５〜０．００４、Ｓｉ：０．５０未満、Ａｌ：最大０．５０、Ｃｕ：０．５０未満、Ｗ：１．０未満、Ｍｏ：１．０未満、Ｃｏ：０．１２未満、Ｓ：０．０１５未満、Ｐ：０．０１５未満、Ｍｇ：最大０．０１、残部Ｎｉならびに不可避混入物および不純物からなる、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金。
最小４８％のＮｉが存在する、請求項１に記載の合金。
Ｃｒ：２９〜３１、Ｆｅ：６．５〜９、Ｂ：０．０００５〜０．００４、Ｍｎ：２．５〜３．５、Ｚｒ：０．０００５〜０．０１、およびＮｉ：最小５０を含む、請求項１に記載の合金。
重量％で、Ｃｒ：２７〜３１、Ｆｅ：６〜１１、Ｃ：０．０１〜０．０４、Ｍｎ：１．５〜４、Ｎｂ：１〜３、Ｔａ：３以下、（Ｎｂ＋Ｔａ）：１〜３、Ｔｉ：０．０１〜０．５０、Ｚｒ：０．０００３〜０．０２、Ｂ：０．０００５〜０．００４、Ｓｉ：０．５０未満、Ａｌ：最大０．５０、Ｃｕ：０．５０未満、Ｗ：１．０未満、Ｍｏ：１．０未満、Ｃｏ：０．１２未満、Ｓ：０．０１５未満、Ｐ：０．０１５未満、Ｍｇ：０．００４〜０．０１、残部Ｎｉならびに不可避混入物および不純物からなる、希釈されていないＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金溶着物。
最小５０のＮｉが存在する、請求項４に記載の溶着物。
Ｂ：０．０００７〜０．００３およびＺｒ：０．００１〜０．０１を含む、請求項５に記載の溶着物。
Ｂ：０．０００５〜０．００２、Ｚｒ：０．００１〜０．０１およびＮｉ：最小５０を含む、請求項６に記載の溶着物。
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅのフラックス被覆された電極またはフラックスが結合しているＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅワイヤを用意し、短アーク技術を用いた溶接工程において、電極またはワイヤの先端と溶着物の距離を０．１２５インチ未満にして、前記電極またはワイヤを融解させ、重量％で、Ｃｒ：２７〜３１、Ｆｅ：６〜１１、Ｃ：０．０１〜０．０４、Ｍｎ：１．５〜４、Ｎｂ：１〜３、Ｔａ：３以下、（Ｎｂ＋Ｔａ）：１〜３、Ｔｉ：０．０１〜０．５０、Ｚｒ：０．０００３〜０．０２、Ｂ：０．０００５〜０．００４、Ｓｉ：０．５０未満、Ａｌ：最大０．５０、Ｃｕ：０．５０未満、Ｗ：１．０未満、Ｍｏ：１．０未満、Ｃｏ：０．１２未満、Ｓ：０．０１５未満、Ｐ：０．０１５未満、Ｍｇ：０．００４〜０．０１、残部Ｎｉならびに不可避混入物および不純物からなる溶着物を生成する工程を含んでなる、溶着物の製造方法。
前記電極またはワイヤの先端と溶着物との間の距離が０．０２〜０．０４インチ（０．５０８〜１．０１６ｍｍ）である、請求項８に記載の方法。
前記溶接工程が、被覆アーク溶接法を使用して行われる、請求項８に記載の方法。
前記フラックスが、Ｎｉ、Ｍｇ、およびＳｉの混合物を含んでなり、Ｎｂ：Ｓｉの重量比が５：１〜７：１の溶着物を生成する、請求項８に記載の方法。