JP2016168616A - 溶接材料並びにそれを用いて形成される溶接金属及び溶接継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】高強度及び高靱性を有し、ブローホールの少ない溶接継手を製造できる溶接材料、並びに、それを用いてなる溶接金属及び溶接継手を提供すること。【解決手段】本実施形態による溶接材料は、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．２５〜１．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｃｕ：２．００％以下、Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．００〜１２．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ｖ：０．０１０〜１．５０％、並びに、Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する。０．１３Ｃ＋０．０５Ｓｉ−０．０２Ｍｎ＋０．１Ｐ＋０．０１Ｃｕ−０．０５５５Ｃｒ＋０．００７Ｎｉ−０．０１３Ｍｏ−０．００２Ｗ−０．１２Ｖ≦−１．０４Ｎ−１．１１６・・・（１）【選択図】図４
Description
本発明は、溶接材料並びにそれを用いて形成される溶接金属及び溶接継手に関し、さらに詳しくは、ステンレス鋼溶接材料並びにそれを用いて形成される溶接金属及び溶接継手に関する。
ラインパイプ及び油井管等に用いられる鋼管には、高い強度及び高い靱性が求められる。高い強度及び高い靱性をもつ材料として、高窒素二相ステンレス鋼及びマルテンサイト系ステンレス鋼等が利用される。これらの高強度ステンレス鋼を母材として溶接継手を製造する場合、溶接金属にも高い強度と高い靱性とが求められる。高い強度を有する溶接材料がたとえば、特開２０１４−３９９５３号公報（特許文献１）及び国際公開ＷＯ２０１２／１１１５３５号公報（特許文献２）に開示されている。
鋼材の溶接には、ガスシールドアーク溶接法が用いられる。ガスシールドアーク溶接法は、非消耗電極式と消耗電極式とに大別される。オーステナイト鋼の溶接には、通常、非消耗電極式の溶接法である、ガスタングステンアーク（Ｇａｓ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ａｒｃ、略してＧＴＡ）溶接法が用いられる。ＧＴＡ溶接法は、タングステンを電極とし、母材を溶融して溶接する方法である。ＧＴＡ溶接法は、良質な溶接金属を形成し易いものの、溶接速度が遅い。
一方で、ガスシールドアーク法には、消耗電極式の溶接法である、ガスメタルアーク（Ｇａｓ Ｍｅｔａｌ Ａｒｃ、略してＧＭＡ）溶接法がある。ＧＭＡ溶接法は、溶接ワイヤを電極とし、溶融したワイヤと溶融した母材とで溶接金属を形成させることにより溶接する方法である。ＧＭＡ溶接法は、径の細いワイヤを電極とするため、溶接速度が速い。そのため、ＧＴＡ溶接法に代えて、ＧＭＡ溶接法を用いることが好ましい。
しかしながら、ＧＭＡ溶接法は、ＧＴＡ溶接法に比べて溶接金属の凝固速度が速いため、溶融金属中に発生したガスが残留したまま、溶接金属が凝固し易い。したがって、ブローホールが発生し易くなる。
ＧＭＡ溶接の溶接材料として、二相ステンレス鋼が利用される。二相ステンレス鋼は、高い強度と高い靱性とを備えるため、上述の高強度ステンレス鋼を母材とした溶接継手の製造に適している。しかしながら、二相ステンレス鋼には、強度向上のために窒素が多量に含まれている。この場合、溶融金属中に窒素ガスが多量に発生し、ブローホールを発生し易い。このため、ブローホールの発生が抑制できる溶接材料及び溶接継手が求められている。
ブローホールを抑制する、ＧＭＡ溶接法による溶接継手の製造方法が、特開２０１４−６０７号公報（特許文献３）に開示されている。特許文献３に記載の製造方法は、質量％で１０．５％以上のＣｒを含有する母材を準備する工程と、母材に対して、１〜２体積％又は３５〜５０体積％のＣＯ2を含有し、残部が不活性ガスからなるシールドガスを用いてＧＭＡ溶接を実施し、質量％で、Ｃ：０．０８０％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：８．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｕ：２．０％以下、Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．００〜１２．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ｏ：０．０２〜０．１４％、Ａｌ：０．０４０％以下、並びに、Ｍｏ：１．００〜４．００％及びＷ：１．００〜４．００％のうちの１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる溶接金属を形成する工程とを備える。これにより、高強度及び高靭性を有し、ブローホールの少ない溶接金属を備えた溶接継手が製造できる、と特許文献３には記載されている。
しかしながら、上述の特許文献３に開示された製造方法によっても、ブローホールが発生する場合がある。
本発明の目的は、高強度及び高靱性を有し、ブローホールの少ない溶接継手を製造できる溶接材料、並びに、それを用いてなる溶接金属及び溶接継手を提供することである。
本実施形態による溶接材料は、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．２５〜１．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：２．００％以下、Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．００〜１２．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ａｌ：０．００１〜０．０４０％、Ｖ：０．０１０〜１．５０％、並びに、Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する。
０．１３Ｃ＋０．０５Ｓｉ−０．０２Ｍｎ＋０．１Ｐ＋０．０１Ｃｕ−０．０５５５Ｃｒ＋０．００７Ｎｉ−０．０１３Ｍｏ−０．００２Ｗ−０．１２Ｖ≦−１．０４Ｎ−１．１１６・・・（１）
ここで、各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
０．１３Ｃ＋０．０５Ｓｉ−０．０２Ｍｎ＋０．１Ｐ＋０．０１Ｃｕ−０．０５５５Ｃｒ＋０．００７Ｎｉ−０．０１３Ｍｏ−０．００２Ｗ−０．１２Ｖ≦−１．０４Ｎ−１．１１６・・・（１）
ここで、各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
本実施形態による溶接金属は、上記溶接材料を用いて、ガスメタルアーク溶接により形成される。本実施形態による溶接金属は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２５〜１．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：２．００％以下、Ｃｒ:２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．００〜１２．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ａｌ：０．００５〜０．０４０％、Ｖ:０．０１０〜１．５０％、Ｏ：０．０１０％〜０．０３０％、並びに、Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。
本実施形態による溶接継手は、上記溶接金属と、ステンレス鋼の母材とを備える。
本実施形態による溶接材料を用いて溶接継手を製造することで、高強度及び高靱性を有し、ブローホールが少ない溶接金属及び溶接継手を得ることができる。
以下、図面を参照して、本実施形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
本発明者らは、溶接材料に対して種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
（Ａ）溶接の際、温度低下に伴う溶融金属中での溶解度の減少、及び、固相の晶出による急激な溶解度の減少によってガスが発生する。発生したガスによる気泡が溶接終了後まで残留した場合、ブローホールと呼ばれる欠陥が生じる。
（Ｂ）溶接継手に要求される、高い強度と高い靱性を得るために、溶接材料として高強度ステンレス鋼が利用される。高窒素二相ステンレス鋼に代表される高強度ステンレス鋼には、強度向上のために窒素が多量に含まれている。この場合、溶融金属中に窒素ガスが多量に発生し、ブローホールを発生し易い。
（Ｃ）溶接の際、溶融金属に溶解できない窒素が上述のとおり窒素ガスとなることがある。したがって、溶融金属に対する窒素の溶解度を上げることによって、窒素ガスの発生が抑制できる。溶融金属に溶解した窒素は、溶接金属が凝固する際、溶接金属中に固溶する。この場合、溶融金属中の窒素は、ガスとなることなく溶接金属中に固溶する。そのため、ブローホールの発生が抑制できる。
（Ｄ）溶融金属中に、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）が含まれる場合、これらの元素は、溶融金属に対する窒素の溶解度を上げる。一方、溶融金属中に、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、銅（Ｃｕ）及びニッケル（Ｎｉ）が含まれる場合、これらの元素は、溶融金属に対する窒素の溶解度を下げる。
（Ｅ）溶融金属中に、バナジウム（Ｖ）が含まれる場合、Ｖは窒化物を形成する。そのため、窒素ガスの発生を抑制する。
（Ｆ）溶融金属中の上記元素の含有量が適切な場合、ブローホールの発生が抑制され、高強度及び高靱性の溶接金属が得られる。
以上の知見に基づいて完成した、本実施形態による溶接材料は、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．２５〜１．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：２．００％以下、Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．００〜１２．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ａｌ：０．００１〜０．０４０％、Ｖ：０．０１０〜１．５０％、並びに、Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する。
０．１３Ｃ＋０．０５Ｓｉ−０．０２Ｍｎ＋０．１Ｐ＋０．０１Ｃｕ−０．０５５５Ｃｒ＋０．００７Ｎｉ−０．０１３Ｍｏ−０．００２Ｗ−０．１２Ｖ≦−１．０４Ｎ−１．１１６・・・（１）
ここで、各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
０．１３Ｃ＋０．０５Ｓｉ−０．０２Ｍｎ＋０．１Ｐ＋０．０１Ｃｕ−０．０５５５Ｃｒ＋０．００７Ｎｉ−０．０１３Ｍｏ−０．００２Ｗ−０．１２Ｖ≦−１．０４Ｎ−１．１１６・・・（１）
ここで、各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
上記化学組成を有する溶接材料を用いて溶接継手を製造することで、高強度及び高靱性を有し、ブローホールが少ない溶接金属及び溶接継手を得ることができる。
本実施形態による溶接金属は、上記溶接材料を用いて、ガスメタルアーク溶接により形成される。本実施形態による溶接金属は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２５〜１．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：２．００％以下、Ｃｒ:２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．００〜１２．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ａｌ：０．００５〜０．０４０％、Ｖ:０．０１０〜１．５０％、Ｏ：０．０１０％〜０．０３０％、並びに、Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。
本実施形態による溶接継手は、上記溶接金属と、ステンレス鋼の母材とを備える。
上記溶接継手のステンレス鋼の母材は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．１００％、Ｓｉ：０．０５０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．０１０〜２．００％、Ｃｒ：１０．５０〜１４．００％、Ｎｉ：０．５０〜１０．００％、Ｎ：０．１０％以下、Ａｌ：０．０４０％以下、並びに、Ｍｏ：０．１０〜４．００％、及び、Ｗ：０．２０〜６．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼であることが好ましい。
上記溶接継手のステンレス鋼の母材は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：８．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｕ：０．２０〜４．００％、Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、Ｎｉ：４．００〜８．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ａｌ：０．０４０％以下、並びに、Ｍｏ：０．５０〜４．００％、及び、Ｗ：０．０１〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる二相ステンレス鋼であることが好ましい。
上記溶接継手の二相ステンレス鋼の母材はさらに、上記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃａ：０．０２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下、及び、Ｂ：０．０２０％以下からなる群から選択される１種以上、又は、希土類元素：０．２０％以下を含有してもよい。
以下、本実施形態による溶接材料、溶接金属及び溶接継手を得るための好ましい条件について説明する。化学組成について「％」とは、質量％を意味する。
［溶接継手］
本実施形態による溶接継手は、母材と、溶接金属とを備える。溶接継手はたとえば、鋼管同士又は鋼板同士を互いの端部で溶接したものである。鋼管は継目無鋼管であってもよいし、溶接鋼管であってもよい。溶接金属は、溶接中に、母材の一部と溶接材料とがＧＭＡ溶接により溶融し、凝固することで形成される。
本実施形態による溶接継手は、母材と、溶接金属とを備える。溶接継手はたとえば、鋼管同士又は鋼板同士を互いの端部で溶接したものである。鋼管は継目無鋼管であってもよいし、溶接鋼管であってもよい。溶接金属は、溶接中に、母材の一部と溶接材料とがＧＭＡ溶接により溶融し、凝固することで形成される。
［溶接材料の化学組成］
本実施形態による溶接材料は、以下の化学組成を有する。
本実施形態による溶接材料は、以下の化学組成を有する。
Ｃ：０．０２％以下
炭素（Ｃ）は溶接金属中のオーステナイト相を安定化させる。Ｃはさらに、固溶強化により溶接金属の強度を高める。しかしながら、Ｃ含有量が高すぎる場合、溶接金属の硬さが高くなり過ぎて靱性が低下する。Ｃはさらに、溶融金属に対する窒素（Ｎ）の溶解度を下げる。したがって、Ｃ含有量は０．０２％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０１５％である。下限は特に設けないが、オーステナイト相を安定化させる場合、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０１％である。
炭素（Ｃ）は溶接金属中のオーステナイト相を安定化させる。Ｃはさらに、固溶強化により溶接金属の強度を高める。しかしながら、Ｃ含有量が高すぎる場合、溶接金属の硬さが高くなり過ぎて靱性が低下する。Ｃはさらに、溶融金属に対する窒素（Ｎ）の溶解度を下げる。したがって、Ｃ含有量は０．０２％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０１５％である。下限は特に設けないが、オーステナイト相を安定化させる場合、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０１％である。
Ｓｉ：０．２５〜１．００％
珪素（Ｓｉ）は溶接時に溶接金属を脱酸する。Ｓｉはさらに、溶接金属の強度を高める。しかしながら、Ｓｉは、溶融金属に対するＮの溶解度を下げる。さらに、Ｓｉ含有量が高すぎる場合、溶接金属の靱性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２５〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．５０％である。
珪素（Ｓｉ）は溶接時に溶接金属を脱酸する。Ｓｉはさらに、溶接金属の強度を高める。しかしながら、Ｓｉは、溶融金属に対するＮの溶解度を下げる。さらに、Ｓｉ含有量が高すぎる場合、溶接金属の靱性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２５〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．５０％である。
Ｍｎ：０．３０〜３．００％
マンガン（Ｍｎ）は溶接時に溶接金属を脱硫及び脱酸する。Ｍｎはさらに、溶接金属の強度を高める。Ｍｎはさらに、溶融金属に対するＮの溶解度を上げる。そのため、ブローホールの発生を抑制する。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎる場合、溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．３０〜３．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は２．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．５０％である。
マンガン（Ｍｎ）は溶接時に溶接金属を脱硫及び脱酸する。Ｍｎはさらに、溶接金属の強度を高める。Ｍｎはさらに、溶融金属に対するＮの溶解度を上げる。そのため、ブローホールの発生を抑制する。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎる場合、溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．３０〜３．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は２．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．５０％である。
Ｐ：０．０２０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは、溶融金属に対するＮの溶解度を下げる。Ｐはさらに、粒界に偏析し溶接金属の靱性を低下させる。Ｐ含有量を低減することで、Ｐをフェライト相中に固溶させることができ、靱性の低下を抑制できる。溶接効率を改善するため大入熱溶接による溶接を行う場合、溶接部の熱影響部（ＨＡＺ）が脆化しやすい。この場合でも、Ｐ含有量を低減することで、優れた靱性を得ることができる。したがって、Ｐ含有量は少ない方が好ましい。Ｐ含有量の上限は０．０２０％であり、好ましくは０．０１０％である。
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは、溶融金属に対するＮの溶解度を下げる。Ｐはさらに、粒界に偏析し溶接金属の靱性を低下させる。Ｐ含有量を低減することで、Ｐをフェライト相中に固溶させることができ、靱性の低下を抑制できる。溶接効率を改善するため大入熱溶接による溶接を行う場合、溶接部の熱影響部（ＨＡＺ）が脆化しやすい。この場合でも、Ｐ含有量を低減することで、優れた靱性を得ることができる。したがって、Ｐ含有量は少ない方が好ましい。Ｐ含有量の上限は０．０２０％であり、好ましくは０．０１０％である。
Ｓ：０．０１０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは、溶接金属の延性と耐食性を低下させ、さらに、高温における溶接金属の割れ感受性を高める。したがって、Ｓ含有量は少ない方が好ましい。Ｓ含有量の上限は０．０１０％であり、好ましくは０．００２％である。
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは、溶接金属の延性と耐食性を低下させ、さらに、高温における溶接金属の割れ感受性を高める。したがって、Ｓ含有量は少ない方が好ましい。Ｓ含有量の上限は０．０１０％であり、好ましくは０．００２％である。
Ｃｕ：２．００％以下
銅（Ｃｕ）は必須元素である。Ｃｕは溶接金属の不動態被膜を強化し、耐ＳＣＣ性を含む耐食性を高める。しかしながら、Ｃｕは、溶融金属に対するＮの溶解度を下げる。さらに、Ｃｕ含有量が高すぎる場合、溶接金属の靱性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は２．００％以下である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．６０％である。
銅（Ｃｕ）は必須元素である。Ｃｕは溶接金属の不動態被膜を強化し、耐ＳＣＣ性を含む耐食性を高める。しかしながら、Ｃｕは、溶融金属に対するＮの溶解度を下げる。さらに、Ｃｕ含有量が高すぎる場合、溶接金属の靱性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は２．００％以下である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．６０％である。
Ｃｒ：２０．０〜３０．０％
クロム（Ｃｒ）は溶接金属の耐食性及び強度を高める。Ｃｒはさらに、溶融金属に対するＮの溶解度を上げる。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎる場合、溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０．０〜３０．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２７．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２２．０％である。
クロム（Ｃｒ）は溶接金属の耐食性及び強度を高める。Ｃｒはさらに、溶融金属に対するＮの溶解度を上げる。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎる場合、溶接金属の耐食性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０．０〜３０．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２７．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２２．０％である。
Ｎｉ：７．００〜１２．００％
ニッケル（Ｎｉ）は溶接金属中のオーステナイト相を安定化し、フェライト量を低下させる。Ｎｉはさらに、溶接金属の靱性を高める。Ｎｉ含有量が７．００％以上である場合、溶接金属中のフェライト量が適切になる。この場合、溶接金属は、二相ステンレス鋼としての特徴を有する。さらに、フェライト中へのＮの固溶度は小さい。そのため、フェライト量を低下させることによってブローホールが抑制できる。しかしながら、Ｎｉは溶融金属に対するＮの溶解度を下げる。さらに、Ｎｉ含有量が高すぎる場合、溶接金属中のフェライト量が過剰に低下する。この場合、二相ステンレス鋼の機械特性が得られなくなる。Ｎｉ含有量が高すぎる場合、さらに、溶接金属の強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は７．００〜１２．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１０．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は８．４０％である。
ニッケル（Ｎｉ）は溶接金属中のオーステナイト相を安定化し、フェライト量を低下させる。Ｎｉはさらに、溶接金属の靱性を高める。Ｎｉ含有量が７．００％以上である場合、溶接金属中のフェライト量が適切になる。この場合、溶接金属は、二相ステンレス鋼としての特徴を有する。さらに、フェライト中へのＮの固溶度は小さい。そのため、フェライト量を低下させることによってブローホールが抑制できる。しかしながら、Ｎｉは溶融金属に対するＮの溶解度を下げる。さらに、Ｎｉ含有量が高すぎる場合、溶接金属中のフェライト量が過剰に低下する。この場合、二相ステンレス鋼の機械特性が得られなくなる。Ｎｉ含有量が高すぎる場合、さらに、溶接金属の強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は７．００〜１２．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１０．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は８．４０％である。
Ｎ：０．１００〜０．３５０％
窒素（Ｎ）は強力なオーステナイト形成元素であり、溶接金属の熱的安定性及び耐食性を高める。Ｎはさらに、固溶強化により溶接金属の強度を高める。フェライト相とオーステナイト相との比率を適切なものに維持するために、フェライト生成元素であるＣｒ及びＭｏの含有量を考慮してＮの含有量を決めることが好ましい。しかしながら、Ｎ含有量が高すぎる場合、ブローホールが発生しやすくなる。Ｎ含有量が高すぎる場合さらに、溶接時に発生する熱により、窒化物が過剰に生成する。過剰に生成した窒化物は、溶接金属の靱性及び耐食性を低下させる。したがって、Ｎ含有量は０．１００〜０．３５０％である。
窒素（Ｎ）は強力なオーステナイト形成元素であり、溶接金属の熱的安定性及び耐食性を高める。Ｎはさらに、固溶強化により溶接金属の強度を高める。フェライト相とオーステナイト相との比率を適切なものに維持するために、フェライト生成元素であるＣｒ及びＭｏの含有量を考慮してＮの含有量を決めることが好ましい。しかしながら、Ｎ含有量が高すぎる場合、ブローホールが発生しやすくなる。Ｎ含有量が高すぎる場合さらに、溶接時に発生する熱により、窒化物が過剰に生成する。過剰に生成した窒化物は、溶接金属の靱性及び耐食性を低下させる。したがって、Ｎ含有量は０．１００〜０．３５０％である。
Ａｌ：０．００１〜０．０４０％
アルミニウム（Ａｌ）は溶接時に溶接金属を脱酸する。Ａｌはさらに、ブローホールの原因となるＮと窒化物を生成する。そのため、ブローホールを抑制する。しかしながら、Ａｌ含有量が高すぎる場合、窒化アルミニウムが過剰に析出する。過剰に析出した窒化アルミニウムは、脆化層を析出させ、溶接金属の延性及び靱性を低下させる。したがって、Ａｌ含有量は０．００１〜０．０４０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、より好ましくは０．０２０％である。
アルミニウム（Ａｌ）は溶接時に溶接金属を脱酸する。Ａｌはさらに、ブローホールの原因となるＮと窒化物を生成する。そのため、ブローホールを抑制する。しかしながら、Ａｌ含有量が高すぎる場合、窒化アルミニウムが過剰に析出する。過剰に析出した窒化アルミニウムは、脆化層を析出させ、溶接金属の延性及び靱性を低下させる。したがって、Ａｌ含有量は０．００１〜０．０４０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、より好ましくは０．０２０％である。
Ｖ：０．０１０〜１．５０％
バナジウム（Ｖ）は溶接金属の耐食性を向上させる。Ｖはさらに、Ｎと窒化物を生成することでブローホールを抑制し、後述の式（１）に寄与する。しかしながら、Ｖ含有量が高すぎる場合、窒化物が過剰に析出し、溶接金属の延性及び靱性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１０〜１．５０％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．１０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２０％であり、より好ましくは０．０３０％である。
バナジウム（Ｖ）は溶接金属の耐食性を向上させる。Ｖはさらに、Ｎと窒化物を生成することでブローホールを抑制し、後述の式（１）に寄与する。しかしながら、Ｖ含有量が高すぎる場合、窒化物が過剰に析出し、溶接金属の延性及び靱性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１０〜１．５０％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．１０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２０％であり、より好ましくは０．０３０％である。
Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、
Ｗ：１．００〜４．００％から選ばれる１種以上
モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）は溶接金属の耐食性及び強度を高める。Ｍｏ及びＷはさらに、溶融金属に対するＮの溶解度を上げる。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎる場合、溶接金属の靱性が低下する。Ｗ含有量が高すぎる場合、Ｗ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は１．００〜４．００％であり、Ｗ含有量は１．００〜４．００％である。Ｍｏ及びＷから選ばれる１種を含有していればよく、２種含有してもよい。
Ｗ：１．００〜４．００％から選ばれる１種以上
モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）は溶接金属の耐食性及び強度を高める。Ｍｏ及びＷはさらに、溶融金属に対するＮの溶解度を上げる。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎる場合、溶接金属の靱性が低下する。Ｗ含有量が高すぎる場合、Ｗ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は１．００〜４．００％であり、Ｗ含有量は１．００〜４．００％である。Ｍｏ及びＷから選ばれる１種を含有していればよく、２種含有してもよい。
本実施形態による溶接材料の残部はＦｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材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、本実施形態による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。不純物とはたとえば、酸素（Ｏ）である。
［窒素の溶解度を示す式（１）］
上記化学組成はさらに、下記式（１）を満たす。
０．１３Ｃ＋０．０５Ｓｉ−０．０２Ｍｎ＋０．１Ｐ＋０．０１Ｃｕ−０．０５５５Ｃｒ＋０．００７Ｎｉ−０．０１３Ｍｏ−０．００２Ｗ−０．１２Ｖ≦−１．０４Ｎ−１．１１６・・・（１）
ここで、各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
上記化学組成はさらに、下記式（１）を満たす。
０．１３Ｃ＋０．０５Ｓｉ−０．０２Ｍｎ＋０．１Ｐ＋０．０１Ｃｕ−０．０５５５Ｃｒ＋０．００７Ｎｉ−０．０１３Ｍｏ−０．００２Ｗ−０．１２Ｖ≦−１．０４Ｎ−１．１１６・・・（１）
ここで、各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
式（１）の左辺をＦ１と定義する。式（１）の右辺をＦ２と定義する。Ｆ１は、溶融金属に対するＮの溶解度を示す。Ｆ１が小さい程、溶融金属に対するＮの溶解度が大きいことを意味する。溶融金属に対するＮの溶解度が大きいと、溶接時に窒素ガスが発生しにくい。溶融金属中に溶解したＮは、溶接金属の凝固時に溶接金属に固溶する。そのため、ブローホールが抑制される。上述のとおり、溶融金属中に、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＷが含まれる場合、これらの元素は、溶融金属に対する窒素の溶解度を上げる。一方、溶融金属中に、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｕ及びＮｉが含まれる場合、これらの元素は、溶融金属に対する窒素の溶解度を下げる。バナジウム（Ｖ）は窒化物の生成により窒素ガスの発生を抑制する。したがって、Ｆ１が小さい程、ブローホールが抑制される。
Ｆ２は、ブローホールを抑制できるＮの溶解度の下限を示す。Ｆ２で示されるＮの溶解度の下限よりも、Ｆ１で示される溶融金属に対するＮの溶解度の方が大きい場合、溶接時の窒素ガスの発生が抑制される。そのため、ブローホールが抑制される。すなわち、Ｆ２よりもＦ１の方が小さい場合にブローホールが抑制される。
［溶接金属の化学組成］
本実施形態の溶接金属は、上述の溶接材料を用いてＧＭＡ溶接により形成される。溶接金属は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２５〜１．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：２．００％以下、Ｃｒ:２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．００〜１２．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ａｌ：０．００５〜０．０４０％、Ｖ:０．０１０〜１．５０％、Ｏ：０．０１０％〜０．０３０％、並びに、Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。
本実施形態の溶接金属は、上述の溶接材料を用いてＧＭＡ溶接により形成される。溶接金属は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２５〜１．００％、Ｍｎ：０．３０〜３．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｕ：２．００％以下、Ｃｒ:２０．０〜３０．０％、Ｎｉ：７．００〜１２．００％、Ｎ：０．１００〜０．３５０％、Ａｌ：０．００５〜０．０４０％、Ｖ:０．０１０〜１．５０％、Ｏ：０．０１０％〜０．０３０％、並びに、Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。
溶接金属中の各元素のうち、溶接材料と重複する元素の作用効果は、溶接材料の場合と同じである。溶接金属中の各元素のうち、数値範囲が溶接材料の対応する元素と同じである場合、好ましい上限、好ましい下限も溶接材料の対応する元素と同じである。たとえば、溶接金属中のＳｉの数値範囲（０．２５〜１．００％）は、溶接材料中のＳｉの数値範囲（０．２５〜１．００％）と同じである。したがって、溶接金属中のＳｉ含有量の好ましい上限は、溶接材料中のＳｉ含有量の好ましい上限と同じ０．８０％である。同様に、溶接金属中のＳｉ含有量の好ましい下限は、溶接材料中のＳｉ含有量の好ましい下限と同じ０．１０％である。
溶接金属中のＣ含有量（０．０３％以下）、Ｓ含有量（０．００５％以下）及びＡｌ含有量（０．００５〜０．０４０％）の数値範囲は、溶接材料中のＣ含有量（０．０２％以下）、Ｓ含有量（０．０１０％以下）及びＡｌ含有量（０．００１〜０．０４０％）の数値範囲と異なるものの、溶接金属中におけるこれらの元素の作用効果は溶接材料と同じである。溶接金属中のＣ含有量の好ましい上限は０．０２０％であり、好ましい下限は０．０１％である。溶接金属中のＡｌ含有量の好ましい上限は０．０２％である。
溶接金属はさらに、上述のとおり、酸素（Ｏ）を含有する。
Ｏ：０．０１０〜０．０３０％
酸素（Ｏ）は不純物である。Ｏは、酸化系介在物を形成し、溶接金属の靱性を低下する。したがって、Ｏ含有量は少ない方が好ましい。しかしながら、本実施形態による溶接継手の製造時に用いられるＧＭＡ溶接では、アークを安定化させるため、シールドガス中に酸素成分が含有される。そのため、シールドガス中の酸素成分が溶接の際に溶接金属に取り込まれる。したがって、溶接金属には０．０１０％以上のＯが含有される。シールドガスの成分を調節することによって、溶接金属のＯ含有量を０．０３０％以下にすることができる。したがって、Ｏ含有量は０．０１０〜０．０３０％である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．０２０％である。
Ｏ：０．０１０〜０．０３０％
酸素（Ｏ）は不純物である。Ｏは、酸化系介在物を形成し、溶接金属の靱性を低下する。したがって、Ｏ含有量は少ない方が好ましい。しかしながら、本実施形態による溶接継手の製造時に用いられるＧＭＡ溶接では、アークを安定化させるため、シールドガス中に酸素成分が含有される。そのため、シールドガス中の酸素成分が溶接の際に溶接金属に取り込まれる。したがって、溶接金属には０．０１０％以上のＯが含有される。シールドガスの成分を調節することによって、溶接金属のＯ含有量を０．０３０％以下にすることができる。したがって、Ｏ含有量は０．０１０〜０．０３０％である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．０２０％である。
本実施形態の溶接金属は、上述の溶接材料により製造される。したがって、溶接金属中のブローホールの発生は抑制される。
［溶接継手の母材］
本実施形態による溶接継手を形成するための母材は、Ｃｒ含有量が１０．５％以上のステンレス鋼が好ましい。好ましくは、マルテンサイト系ステンレス鋼又は二相ステンレス鋼である。これにより、優れた耐食性を得ることができる。
本実施形態による溶接継手を形成するための母材は、Ｃｒ含有量が１０．５％以上のステンレス鋼が好ましい。好ましくは、マルテンサイト系ステンレス鋼又は二相ステンレス鋼である。これにより、優れた耐食性を得ることができる。
［マルテンサイト系ステンレス鋼の化学組成］
母材がマルテンサイト系ステンレス鋼である場合、好ましくは、母材は次の化学組成を有する。
母材がマルテンサイト系ステンレス鋼である場合、好ましくは、母材は次の化学組成を有する。
Ｃ：０．００１〜０．１００％
炭素（Ｃ）は鋼の強度を高める。しかしながら、Ｃ含有量が高すぎる場合、鋼の靱性及び耐応力腐食割れ性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．００１〜０．１００％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０７％であり、より好ましくは０．０５％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、より好ましくは０．００３％である。
炭素（Ｃ）は鋼の強度を高める。しかしながら、Ｃ含有量が高すぎる場合、鋼の靱性及び耐応力腐食割れ性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．００１〜０．１００％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０７％であり、より好ましくは０．０５％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、より好ましくは０．００３％である。
Ｓｉ：０．０５０〜１．００％
珪素（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。しかしながら、Ｓｉ含有量が高すぎる場合、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５０〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、より好ましくは０．６０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、より好ましくは０．１５％である。
珪素（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。しかしながら、Ｓｉ含有量が高すぎる場合、鋼の靱性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５０〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、より好ましくは０．６０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、より好ましくは０．１５％である。
Ｍｎ：０．１０〜１．５０％
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、鋼の靱性を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎる場合、耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０〜１．５０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、より好ましくは１．３０％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１３％であり、より好ましくは０．１５％である。
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、鋼の靱性を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎる場合、耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０〜１．５０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、より好ましくは１．３０％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１３％であり、より好ましくは０．１５％である。
Ｐ：０．０４０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは鋼の熱間加工性を低下させる。Ｐはさらに、溶接時の高温による、割れ感受性を高める。したがって、Ｐ含有量は少ない方が好ましい。Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、より好ましくは０．０２５％である。
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは鋼の熱間加工性を低下させる。Ｐはさらに、溶接時の高温による、割れ感受性を高める。したがって、Ｐ含有量は少ない方が好ましい。Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、より好ましくは０．０２５％である。
Ｓ：０．０１％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは鋼の熱間加工性を低下させる。Ｓはさらに、硫化物を形成して、溶接時の高温による、割れ感受性を高める。したがって、Ｓ含有量は少ない方が好ましい。Ｓ含有量は０．０１％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００５０％であり、より好ましくは０．００２０％である。
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは鋼の熱間加工性を低下させる。Ｓはさらに、硫化物を形成して、溶接時の高温による、割れ感受性を高める。したがって、Ｓ含有量は少ない方が好ましい。Ｓ含有量は０．０１％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００５０％であり、より好ましくは０．００２０％である。
Ｃｕ：０．０１０〜２．００％
銅（Ｃｕ）は鋼の不動態被膜を強化することで、鋼の耐食性を高める。しかしながらＣｕ含有量が高すぎる場合、Ｃｕ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｃｕ含有量は０．０１０〜２．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は、１．９５％であり、より好ましくは１．９０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は、０．０１３％であり、より好ましくは０．０１５％である。
銅（Ｃｕ）は鋼の不動態被膜を強化することで、鋼の耐食性を高める。しかしながらＣｕ含有量が高すぎる場合、Ｃｕ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｃｕ含有量は０．０１０〜２．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は、１．９５％であり、より好ましくは１．９０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は、０．０１３％であり、より好ましくは０．０１５％である。
Ｃｒ：１０．５〜１４．００％
クロム（Ｃｒ）は鋼の不動態被膜を強化することで、鋼の耐食性を高める。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎる場合、溶接性が低下し、溶接割れが発生しやすくなる。したがって、Ｃｒ含有量は１０．５〜１４．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１３．８０％であり、より好ましくは１３．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は１１．００％であり、より好ましくは１１．５０％である。
クロム（Ｃｒ）は鋼の不動態被膜を強化することで、鋼の耐食性を高める。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎる場合、溶接性が低下し、溶接割れが発生しやすくなる。したがって、Ｃｒ含有量は１０．５〜１４．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１３．８０％であり、より好ましくは１３．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は１１．００％であり、より好ましくは１１．５０％である。
Ｎｉ：０．５０〜１０．００％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼の耐食性を向上する。しかしながら、Ｎｉ含有量が高すぎる場合、Ｎｉ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｎｉ含有量は０．５０〜１０．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は９．５０％であり、より好ましくは９．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は１．００％であり、より好ましくは２．００％である。
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼の耐食性を向上する。しかしながら、Ｎｉ含有量が高すぎる場合、Ｎｉ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｎｉ含有量は０．５０〜１０．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は９．５０％であり、より好ましくは９．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は１．００％であり、より好ましくは２．００％である。
Ｎ：０．１％以下
母材がマルテンサイト系ステンレス鋼である場合、窒素（Ｎ）は不純物である。Ｎは鋼の靱性を低下し、さらに、ブローホールの原因となる。したがって、Ｎ含有量は低い方が好ましい。Ｎ含有量は０．１％以下である。
母材がマルテンサイト系ステンレス鋼である場合、窒素（Ｎ）は不純物である。Ｎは鋼の靱性を低下し、さらに、ブローホールの原因となる。したがって、Ｎ含有量は低い方が好ましい。Ｎ含有量は０．１％以下である。
Ａｌ：０．０４０％以下
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌ含有量が高すぎる場合、窒化アルミニウムが過剰に生成する。そのため、鋼の靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０４０％以下である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、より好ましくは０．０３０％である。ＡＬ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、より好ましくは０．００５％である。
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌ含有量が高すぎる場合、窒化アルミニウムが過剰に生成する。そのため、鋼の靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０４０％以下である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、より好ましくは０．０３０％である。ＡＬ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、より好ましくは０．００５％である。
Ｍｏ：０．１０〜４．００％、及び、
Ｗ：０．２０〜６．００％から選ばれる１種以上
モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）は溶接金属の耐食性及び耐応力腐食割れ性を高める。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎる場合、溶接金属の靱性が低下する。Ｗ含有量が高すぎる場合、Ｗ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は０．１０〜４．００％であり、Ｗ含有量は０．２０〜６．００％である。Ｍｏ及びＷから選ばれる１種を含有していればよく、２種含有してもよい。
Ｗ：０．２０〜６．００％から選ばれる１種以上
モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）は溶接金属の耐食性及び耐応力腐食割れ性を高める。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎる場合、溶接金属の靱性が低下する。Ｗ含有量が高すぎる場合、Ｗ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は０．１０〜４．００％であり、Ｗ含有量は０．２０〜６．００％である。Ｍｏ及びＷから選ばれる１種を含有していればよく、２種含有してもよい。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼の残部はＦｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材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、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
［二相ステンレス鋼の化学組成］
母材が二相ステンレス鋼である場合、好ましくは、母材は次の化学組成を有する。
母材が二相ステンレス鋼である場合、好ましくは、母材は次の化学組成を有する。
Ｃ：０．０３％以下
炭素（Ｃ）はオーステナイト相を安定化する。しかしながら、Ｃ含有量が高すぎる場合、炭化物が過剰に析出し、耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％である。
炭素（Ｃ）はオーステナイト相を安定化する。しかしながら、Ｃ含有量が高すぎる場合、炭化物が過剰に析出し、耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％である。
Ｓｉ：０．２０〜１．００％
珪素（Ｓｉ）は溶接時の溶融金属の流動性を維持し、溶接欠陥を低減する。しかしながら、Ｓｉ含有量が高すぎる場合、金属間化合物が生成され、熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２０〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、より好ましくは０．６０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、より好ましくは０．３０％である。
珪素（Ｓｉ）は溶接時の溶融金属の流動性を維持し、溶接欠陥を低減する。しかしながら、Ｓｉ含有量が高すぎる場合、金属間化合物が生成され、熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２０〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、より好ましくは０．６０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、より好ましくは０．３０％である。
Ｍｎ：８．００％以下
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、硫化物を形成して鋼を脱硫し、鋼の熱間加工性を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎる場合、耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は８．００％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は７．５０％であり、より好ましくは５．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、より好ましくは０．０５％である。
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、硫化物を形成して鋼を脱硫し、鋼の熱間加工性を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎる場合、耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は８．００％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は７．５０％であり、より好ましくは５．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、より好ましくは０．０５％である。
Ｐ：０．０４０%以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは鋼の耐食性及び靱性を低下させる。Ｐはさらに、溶接時の高温による、割れ感受性を高める。したがって、Ｐ含有量は少ない方が好ましい。Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、より好ましくは０．０２５％である。
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは鋼の耐食性及び靱性を低下させる。Ｐはさらに、溶接時の高温による、割れ感受性を高める。したがって、Ｐ含有量は少ない方が好ましい。Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、より好ましくは０．０２５％である。
Ｓ：０．０１０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは鋼の熱間加工性を低下させる。Ｓはさらに、硫化物を形成して、溶接時の高温による、割れ感受性を高める。したがって、Ｓ含有量は少ない方が好ましい。Ｓ含有量は０．０１０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００５０％であり、より好ましくは０．００２０％である。
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは鋼の熱間加工性を低下させる。Ｓはさらに、硫化物を形成して、溶接時の高温による、割れ感受性を高める。したがって、Ｓ含有量は少ない方が好ましい。Ｓ含有量は０．０１０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００５０％であり、より好ましくは０．００２０％である。
Ｃｕ：０．２０〜４．００％
銅（Ｃｕ）は鋼の不動態被膜を強化することで、鋼の耐食性を高める。しかしながらＣｕ含有量が高すぎる場合、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０．２０〜４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は、３．５０％であり、より好ましくは３．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は、０．２３％であり、より好ましくは０．２５％である。
銅（Ｃｕ）は鋼の不動態被膜を強化することで、鋼の耐食性を高める。しかしながらＣｕ含有量が高すぎる場合、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０．２０〜４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は、３．５０％であり、より好ましくは３．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は、０．２３％であり、より好ましくは０．２５％である。
Ｃｒ：２０．００〜３０．００％
クロム（Ｃｒ）は鋼の耐食性を高める。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎる場合、金属間化合物が生成され、熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０．００〜３０．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２９．００％であり、より好ましくは２８．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２１．００％であり、より好ましくは２２．００％である。
クロム（Ｃｒ）は鋼の耐食性を高める。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎる場合、金属間化合物が生成され、熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０．００〜３０．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２９．００％であり、より好ましくは２８．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２１．００％であり、より好ましくは２２．００％である。
Ｎｉ：４．００〜８．００％
ニッケル（Ｎｉ）はオーステナイト相を安定化する。Ｎｉはさらに、鋼の靱性及び耐食性を高める。しかしながら、Ｎｉ含有量が高すぎる場合、Ｎｉ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｎｉ含有量は４．００〜８．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は７．８０％であり、より好ましくは７．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．５０％であり、より好ましくは５．００％である。
ニッケル（Ｎｉ）はオーステナイト相を安定化する。Ｎｉはさらに、鋼の靱性及び耐食性を高める。しかしながら、Ｎｉ含有量が高すぎる場合、Ｎｉ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｎｉ含有量は４．００〜８．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は７．８０％であり、より好ましくは７．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．５０％であり、より好ましくは５．００％である。
Ｎ：０．１００〜０．３５０％
窒素（Ｎ）は強力なオーステナイト形成元素であり、鋼の熱的安定性及び耐食性を高める。Ｎはさらに、固溶強化により鋼の強度を高める。フェライト相とオーステナイト相との比率を適切なものに維持するために、フェライト生成元素であるＣｒ及びＭｏの含有量を考慮してＮの含有量を決めることが好ましい。しかしながら、Ｎ含有量が高すぎる場合、ブローホールが発生しやすくなる。したがって、Ｎ含有量は０．１００〜０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．３３０％であり、より好ましくは０．３２０％である。
窒素（Ｎ）は強力なオーステナイト形成元素であり、鋼の熱的安定性及び耐食性を高める。Ｎはさらに、固溶強化により鋼の強度を高める。フェライト相とオーステナイト相との比率を適切なものに維持するために、フェライト生成元素であるＣｒ及びＭｏの含有量を考慮してＮの含有量を決めることが好ましい。しかしながら、Ｎ含有量が高すぎる場合、ブローホールが発生しやすくなる。したがって、Ｎ含有量は０．１００〜０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．３３０％であり、より好ましくは０．３２０％である。
Ａｌ：０．０４０％以下
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌ含有量が高すぎる場合、窒化アルミニウムが過剰に生成する。そのため、鋼の靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０４０％以下である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、より好ましくは０．０３０％である。ＡＬ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、より好ましくは０．００５％である。
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。しかしながら、Ａｌ含有量が高すぎる場合、窒化アルミニウムが過剰に生成する。そのため、鋼の靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０４０％以下である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、より好ましくは０．０３０％である。ＡＬ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、より好ましくは０．００５％である。
Ｍｏ：０．５０〜４．００％、及び、
Ｗ：０．０１〜４．００％から選ばれる１種以上
モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）は鋼の耐食性及び対応力腐食割れ性を高める。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎる場合、鋼の熱間加工性が低下する。Ｗ含有量が高すぎる場合、Ｗ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は０．５０〜４．００％であり、Ｗ含有量は０．０１〜４．００％である。Ｍｏ及びＷから選ばれる１種を含有していればよく、２種含有してもよい。
Ｗ：０．０１〜４．００％から選ばれる１種以上
モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）は鋼の耐食性及び対応力腐食割れ性を高める。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎる場合、鋼の熱間加工性が低下する。Ｗ含有量が高すぎる場合、Ｗ添加による効果は飽和し、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は０．５０〜４．００％であり、Ｗ含有量は０．０１〜４．００％である。Ｍｏ及びＷから選ばれる１種を含有していればよく、２種含有してもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼の残部はＦｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材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、本実施形態による二相ステンレス鋼に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
［二相ステンレス鋼の選択元素］
母材が上述の二相ステンレス鋼である場合、Ｆｅの一部に代えて、以下の第１群及び第２群のうち、少なくとも１群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
母材が上述の二相ステンレス鋼である場合、Ｆｅの一部に代えて、以下の第１群及び第２群のうち、少なくとも１群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
第１群：Ｃａ：０．０２０％以下、Ｍｇ：０．０２０％以下及びＢ：０．０２０％以下
第２群：希土類元素（ＲＥＭ）：０．２０％以下
第２群：希土類元素（ＲＥＭ）：０．２０％以下
［第１群］
Ｃａ：０．０２０％以下
Ｍｇ：０．０２０％以下
Ｂ：０．０２０％以下
カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）及びボロン（Ｂ）は必要に応じて含有される。Ｃａ、Ｍｇ及びＢは、鋼中のＳ及びＯと化合物を形成する。このため、鋼の熱間加工性を高める。母材に高い熱間加工性が求められる場合、これらの元素を含有させることで、高い熱間加工性を得ることができる。しかしながら、これらの元素の含有量が高すぎる場合、これらの元素の硫化物及び酸化物が過剰に析出する。このため、鋼の耐食性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０２０％以下、Ｍｇ含有量は０．０２０％以下、Ｂ含有量は０．０２０％以下である。
Ｃａ：０．０２０％以下
Ｍｇ：０．０２０％以下
Ｂ：０．０２０％以下
カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）及びボロン（Ｂ）は必要に応じて含有される。Ｃａ、Ｍｇ及びＢは、鋼中のＳ及びＯと化合物を形成する。このため、鋼の熱間加工性を高める。母材に高い熱間加工性が求められる場合、これらの元素を含有させることで、高い熱間加工性を得ることができる。しかしながら、これらの元素の含有量が高すぎる場合、これらの元素の硫化物及び酸化物が過剰に析出する。このため、鋼の耐食性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０２０％以下、Ｍｇ含有量は０．０２０％以下、Ｂ含有量は０．０２０％以下である。
［第２群］
希土類元素（ＲＥＭ）：０．２０％以下
希土類元素（ＲＥＭ）とは、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素と、イットリウム（Ｙ）及びスカンジウム（Ｓｃ）を含む１７元素の総称である。ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは必要に応じて含有される。ＲＥＭは鋼中のＳ及びＯと化合物を形成する。このため、鋼の熱間加工性を高める。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎる場合、ＲＥＭの硫化物及び酸化物が過剰に析出する。このため、鋼の耐食性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０．２０％以下である。
希土類元素（ＲＥＭ）：０．２０％以下
希土類元素（ＲＥＭ）とは、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素と、イットリウム（Ｙ）及びスカンジウム（Ｓｃ）を含む１７元素の総称である。ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは必要に応じて含有される。ＲＥＭは鋼中のＳ及びＯと化合物を形成する。このため、鋼の熱間加工性を高める。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎる場合、ＲＥＭの硫化物及び酸化物が過剰に析出する。このため、鋼の耐食性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０．２０％以下である。
［製造方法］
本実施形態による溶接継手は、上述の溶接材料及び上述のステンレス鋼の母材を用いて、ＧＭＡ溶接により製造される。
本実施形態による溶接継手は、上述の溶接材料及び上述のステンレス鋼の母材を用いて、ＧＭＡ溶接により製造される。
初めに、母材となるステンレス鋼を準備する。母材となるステンレス鋼は、上述の化学組成を有し、通常の製造方法により製造される。たとえば、原材料を溶融し、ビレットを形成した後、圧延を行うことにより、継目無鋼管としてもよい。母材は、鋼板としてもよい。好ましくは母材の厚みは１０〜３０ｍｍである。
次に、溶接材料となる二相ステンレス鋼を準備する。溶接材料は上述の化学組成を有し、ＧＭＡ溶接に適切な形に成形される。溶接材料の形状はたとえば、ソリッドワイヤである。ワイヤ径は母材や溶接速度に応じて適宜選択される。一般に、母材の厚みが厚い程、ワイヤ径を太くして大電流溶接を適用する。ワイヤ径はたとえば、０．８〜３．５ｍｍである。
準備された上述の溶接材料及び母材を用いて、ＧＭＡ溶接を実施する。初めに、溶接装置を準備する。溶接装置は、半自動溶接装置でも自動溶接装置でもよい。溶接装置は、溶接電源、溶接材料供給装置、ガス供給装置及び溶接トーチを備える。溶接電源の出力は、一般に直流が用いられるが、交流を用いてもよい。溶接電源は、入力電圧などの外部条件が変動しても、出力が安定していることが好ましい。溶接材料供給装置は、溶接トーチに溶接材料を供給する。ガス供給装置の配管は溶接トーチと接続され、ガス供給装置は溶接トーチにシールドガスを供給する。溶接トーチは、供給された溶接材料と母材との間にアークを発生させ、溶融池と溶接ビードの形成を行うことで溶接金属を形成する。溶接部分が、供給されたシールドガスによって覆われることで大気から遮断され、アークが安定化する。
使用するシールドガスはたとえば、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスと炭酸（ＣＯ2）ガスとの混合ガスである。上述のように、シールドガスの成分を調整することによって、溶接金属中の酸素（Ｏ）含有量を０．０３０％以下に調整することができる。したがって、溶接金属中のＯ含有量が０．０３０％以下となるようにガスの混合比及び流量を調整すればよい。たとえば、シールドガスの混合比をＣＯ2：Ａｒ＝１．０：９９．０〜５．０：９５．０の範囲、シールドガスの流量を２０〜３０Ｌ／分の範囲とすることで、溶接金属中のＯ含有量が０．０３０％以下となる。
［溶接継手の強度、靱性及びブローホール］
以上の工程により、母材と、溶接金属とを備えた溶接継手が製造される。本実施形態による溶接継手は、７００ＭＰａ以上の引張強度を有し、−３０℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ以上となる。さらに、ブローホールの発生が抑制される。
以上の工程により、母材と、溶接金属とを備えた溶接継手が製造される。本実施形態による溶接継手は、７００ＭＰａ以上の引張強度を有し、−３０℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ以上となる。さらに、ブローホールの発生が抑制される。
ブローホールは、以下の方法により確認できる。図１を参照して、溶接継手１の溶接金属２中に、溶接金属２の長手方向に１００ｍｍ、溶接金属２の幅方向に３０ｍｍの領域３を選択する。選択された領域３に対して、ＪＩＳ Ｚ３１０４（１９９５）に基づいて、鋼溶接継手の放射線透過試験方法を実施し、透過画像を撮影する。得られた画像中において、ブローホールの有無を確認する。
［母材の準備］
表１に示す化学組成を持つステンレス鋼を準備した。各ステンレス鋼は厚さが１０ｍｍの鋼板であった。
表１に示す化学組成を持つステンレス鋼を準備した。各ステンレス鋼は厚さが１０ｍｍの鋼板であった。
母材番号Ｘ及び母材番号Ｙは、二相ステンレスであった。母材番号ＸはＣｒを２２％含み、母材番号ＹはＣｒを２５％含む二相ステンレス鋼であった。母材番号ＺはＣｒを１３％含むマルテンサイト系ステンレス鋼であった。
［溶接材料の準備］
表２に示す化学組成を持つワイヤを準備した。溶接材料番号Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｋ及びＯは、いわゆる２２Ｃｒ鋼を基にして化学組成を設定した。溶接材料番号Ｂ、Ｄ〜Ｆ、Ｈ〜Ｊ及びＬ〜Ｎはいわゆる２５Ｃｒ鋼を基にして化学組成を設定した。ワイヤは直径１．２ｍｍのソリッドワイヤであった。
表２に示す化学組成を持つワイヤを準備した。溶接材料番号Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｋ及びＯは、いわゆる２２Ｃｒ鋼を基にして化学組成を設定した。溶接材料番号Ｂ、Ｄ〜Ｆ、Ｈ〜Ｊ及びＬ〜Ｎはいわゆる２５Ｃｒ鋼を基にして化学組成を設定した。ワイヤは直径１．２ｍｍのソリッドワイヤであった。
表２において、式（１）の判定の欄に記載された「○」は、化学組成が式（１）を満たしたことを示す。「×」は、化学組成が式（１）を満たさなかったことを示す。
［ＧＭＡ溶接による溶接継手の製造］
準備した母材及び溶接材料を用いてＧＭＡ溶接を行い、溶接継手を製造した。シールドガスはＣＯ2：Ａｒ＝１．０：９９．０〜６．０：９４．０の混合ガスを用い、ガス流量は２５Ｌ／分、ノズル内径は１５．０〜２０．０ｍｍであった。入熱量を表４に記載のとおりに変化させ、溶接を実施した。
準備した母材及び溶接材料を用いてＧＭＡ溶接を行い、溶接継手を製造した。シールドガスはＣＯ2：Ａｒ＝１．０：９９．０〜６．０：９４．０の混合ガスを用い、ガス流量は２５Ｌ／分、ノズル内径は１５．０〜２０．０ｍｍであった。入熱量を表４に記載のとおりに変化させ、溶接を実施した。
得られた溶接金属の化学組成は表３に示すとおりであった。
得られた溶接金属及び溶接継手に対して、以下の試験を行った。
［ブローホール有無確認試験］
得られた各溶接継手の溶接金属に対して、上述の測定法を実施し、溶接金属中のブローホールの有無を確認した。結果を表４に示す。表４のブローホールの有無の欄に記載された「○」は、溶接金属中にブローホールが確認されなかったことを示す。「×」は、溶接金属中にブローホールが確認されたことを示す。
得られた各溶接継手の溶接金属に対して、上述の測定法を実施し、溶接金属中のブローホールの有無を確認した。結果を表４に示す。表４のブローホールの有無の欄に記載された「○」は、溶接金属中にブローホールが確認されなかったことを示す。「×」は、溶接金属中にブローホールが確認されたことを示す。
［シャルピー衝撃試験］
得られた各溶接金属の靱性を、シャルピー衝撃試験によって評価した。得られた各溶接金属から、シャルピー衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取した。図２は、試験に用いた鋼板の鋼板表面に対し垂直な断面を正面から見た模式図である。図２を参照して、試験片４のＶノッチは、溶接継手１の溶接金属２の中央部に位置した。Ｖノッチ試験片４は幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、長さ５５ｍｍ及びノッチ深さ２ｍｍであった。採取したＶノッチ試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４２（２００５）に基づいてシャルピー衝撃試験を実施し、−３０℃における吸収エネルギーを求めた。結果を表４に示す。表４の衝撃試験の欄に記載された「○」は、シャルピー衝撃試験の結果、−３０℃における溶接金属の吸収エネルギーが１５０Ｊ以上であったことを示す。「×」は、シャルピー衝撃試験の結果、−３０℃における溶接金属の吸収エネルギーが１５０Ｊ未満であったことを示す。
得られた各溶接金属の靱性を、シャルピー衝撃試験によって評価した。得られた各溶接金属から、シャルピー衝撃試験片（Ｖノッチ試験片）を採取した。図２は、試験に用いた鋼板の鋼板表面に対し垂直な断面を正面から見た模式図である。図２を参照して、試験片４のＶノッチは、溶接継手１の溶接金属２の中央部に位置した。Ｖノッチ試験片４は幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、長さ５５ｍｍ及びノッチ深さ２ｍｍであった。採取したＶノッチ試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４２（２００５）に基づいてシャルピー衝撃試験を実施し、−３０℃における吸収エネルギーを求めた。結果を表４に示す。表４の衝撃試験の欄に記載された「○」は、シャルピー衝撃試験の結果、−３０℃における溶接金属の吸収エネルギーが１５０Ｊ以上であったことを示す。「×」は、シャルピー衝撃試験の結果、−３０℃における溶接金属の吸収エネルギーが１５０Ｊ未満であったことを示す。
［引張試験］
得られた各溶接継手の強度を、引張試験によって評価した。得られた各溶接継手から、ＪＩＳ Ｚ３１２１（２００４）に基づいて、４Ａ号の弧状試験片を採取した。図３を参照して、試験片の中央部には溶接金属２が位置し、その両側には溶接熱影響部５と母材６とが順次位置した。採取した試験片を用いて引張試験を行い、室温（２５℃）における引張強度（ＭＰａ）を測定した。結果を表４に示す。表４の引張試験の欄に記載された「○」は、引張試験の結果、室温（２５℃）における溶接継手の引張強度が７００ＭＰａ以上であったことを示す。「×」は、室温（２５℃）における溶接継手の引張強度が７００ＭＰａ未満であったことを示す。
得られた各溶接継手の強度を、引張試験によって評価した。得られた各溶接継手から、ＪＩＳ Ｚ３１２１（２００４）に基づいて、４Ａ号の弧状試験片を採取した。図３を参照して、試験片の中央部には溶接金属２が位置し、その両側には溶接熱影響部５と母材６とが順次位置した。採取した試験片を用いて引張試験を行い、室温（２５℃）における引張強度（ＭＰａ）を測定した。結果を表４に示す。表４の引張試験の欄に記載された「○」は、引張試験の結果、室温（２５℃）における溶接継手の引張強度が７００ＭＰａ以上であったことを示す。「×」は、室温（２５℃）における溶接継手の引張強度が７００ＭＰａ未満であったことを示す。
表４において、式（１）の判定の欄に記載された「○」は、化学組成が式（１）を満たしたことを示す。「×」は、化学組成が式（１）を満たさなかったことを示す。
［評価結果］
表１〜４を参照して、溶接材料番号Ａ〜Ｆの化学組成は適切であり、式（１）を満たした（表１参照）。さらに、得られた溶接金属の化学組成は適切であった（表３中、溶接金属番号１〜７参照）。そのため、得られた溶接継手の溶接金属にブローホールは確認されず、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ以上となり、優れた靱性を示した（表４中、溶接継手番号１〜７参照）。さらに、得られた溶接継手の引張強度は７００ＭＰａ以上となり、優れた強度を示した（表４中、溶接継手番号１〜７参照）。
表１〜４を参照して、溶接材料番号Ａ〜Ｆの化学組成は適切であり、式（１）を満たした（表１参照）。さらに、得られた溶接金属の化学組成は適切であった（表３中、溶接金属番号１〜７参照）。そのため、得られた溶接継手の溶接金属にブローホールは確認されず、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ以上となり、優れた靱性を示した（表４中、溶接継手番号１〜７参照）。さらに、得られた溶接継手の引張強度は７００ＭＰａ以上となり、優れた強度を示した（表４中、溶接継手番号１〜７参照）。
溶接継手番号１は、母材を二相ステンレス鋼とし、２２Ｃｒ鋼を基にして溶接材料の化学組成を設定した例（溶接材料番号Ａ）である。溶接継手番号１の溶接金属は、ブローホールが抑制され、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ以上となり、優れた靱性を示した。さらに、溶接継手番号１の溶接継手は、引張強度が７００ＭＰａ以上となり、優れた強度を示した。
溶接継手番号２及び５は、母材を二相ステンレス鋼とし、２５Ｃｒ鋼を基にして溶接材料の化学組成を設定した例（溶接材料番号Ｂ及びＥ）である。いずれの溶接金属も、ブローホールが抑制され、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ以上となり、優れた靱性を示した。さらに、いずれの溶接継手も引張強度は７００ＭＰａ以上となり、優れた強度を示した。
溶接継手番号３は、溶接継手番号１と比較してＮ含有量を高めた溶接材料（溶接材料番号Ｃ）を使用した例である。Ｎ含有量が高い場合であっても、溶接材料のＣｒ、Ｍｏ及びＭｎ含有量を上げてＮの溶解度を高めることで、溶接金属のブローホールを抑制可能であった。
溶接継手番号４及び７は、母材をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、２５Ｃｒ鋼を基に化学組成を設定した溶接材料（溶接材料番号Ｄ及びＢ）を用いて、入熱量を多くした例である。大入熱であっても、得られた溶接金属のシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ以上となり、優れた靱性を示した。
溶接継手番号６は、溶接継手番号４及び７と比較してＮ含有量を高めた溶接材料（溶接材料番号Ｆ）を使用した例である。Ｎ含有量が高い場合であっても、溶接材料のＣｒ、Ｍｏ及びＭｎ含有量を上げてＮの溶解度を高めることで、溶接金属のブローホールを抑制可能であった。
一方、溶接継手番号８及び１２〜１４に使用した溶接材料（溶接材料番号Ｇ、Ｋ、Ｌ及びＭ）の化学組成は適切であったが、式（１）を満たさなかった。そのため、ブローホールが発生した。
溶接継手番号９〜１１に使用した溶接材料（溶接材料番号Ｈ、Ｉ及びＪ）のＰ含有量は高すぎた。そのため、靱性が低下し、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ未満となった。
溶接継手番号１５に使用した溶接材料（溶接材料番号Ｎ）の化学組成は適切であり、式（１）を満たした。しかしながら、シールドガス中のＣＯ2含有量が６％と高いため、溶接金属のＯ含有量が高すぎた。そのため、靱性が低下し、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ未満となった。
溶接継手番号１６に使用した溶接材料（溶接材料番号Ｏ）のＮｉ含有量は高すぎ、さらに、Ｎ含有量は低すぎた。このため、靱性が低下し、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーは１５０Ｊ未満となった。さらに、強度が低下し、引張強度は７００ＭＰａ未満となった。
図４は、溶接材料のＮ含有量、Ｆ１に定義されるＮの溶解度及びブローホールの発生有無の関係を示す図であり、実施例の結果をプロットしたものである。図４に記載された「○」は、溶接金属中にブローホールが確認されなかったことを示す。「×」は、溶接金属中にブローホールが確認されたことを示す。図４を参照して、Ｆ１に定義されるＮの溶解度が、Ｆ２に定義されるＮの溶解度の下限より大きい場合、ブローホールが発生することがわかる。
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
１ 溶接継手
２ 溶接金属
６ 母材
２ 溶接金属
６ 母材
Claims (7)
- 溶接材料であって、質量％で、
Ｃ：０．０２％以下、
Ｓｉ：０．２５〜１．００％、
Ｍｎ：０．３０〜３．００％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：２．００％以下、
Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、
Ｎｉ：７．００〜１２．００％、
Ｎ：０．１００〜０．３５０％、
Ａｌ：０．００１〜０．０４０％、
Ｖ：０．０１０〜１．５０％、並びに、
Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、
Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する、溶接材料。
０．１３Ｃ＋０．０５Ｓｉ−０．０２Ｍｎ＋０．１Ｐ＋０．０１Ｃｕ−０．０５５５Ｃｒ＋０．００７Ｎｉ−０．０１３Ｍｏ−０．００２Ｗ−０．１２Ｖ≦−１．０４Ｎ−１．１１６・・・（１）
ここで、各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。 - 請求項１に記載の溶接材料を用いて、ガスメタルアーク溶接により形成され、
質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｓｉ：０．２５〜１．００％、
Ｍｎ：０．３０〜３．００％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｃｕ：２．００％以下、
Ｃｒ:２０．０〜３０．０％、
Ｎｉ：７．００〜１２．００％、
Ｎ：０．１００〜０．３５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．０４０％、
Ｖ:０．０１０〜１．５０％、
Ｏ：０．０１０％〜０．０３０％、並びに、
Ｍｏ：１．００〜４．００％、及び、
Ｗ：１．００〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる、溶接金属。 - 請求項２に記載の溶接金属と、
ステンレス鋼の母材とを備える、溶接継手。 - 請求項３に記載の溶接継手であって、
前記ステンレス鋼の母材は、質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１００％、
Ｓｉ：０．０５０〜１．００％、
Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：０．０１０〜２．００％、
Ｃｒ：１０．５０〜１４．００％、
Ｎｉ：０．５０〜１０．００％、
Ｎ：０．１０％以下、
Ａｌ：０．０４０％以下、並びに、
Ｍｏ：０．１０〜４．００％、及び、
Ｗ：０．２０〜６．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼である、溶接継手。 - 請求項３に記載の溶接継手であって、
前記ステンレス鋼の母材は、質量％で、
Ｃ：０．０３％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：８．００％以下、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：０．２０〜４．００％、
Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、
Ｎｉ：４．００〜８．００％、
Ｎ：０．１００〜０．３５０％、
Ａｌ：０．０４０％以下、並びに、
Ｍｏ：０．５０〜４．００％、及び、
Ｗ：０．０１〜４．００％からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる二相ステンレス鋼である、溶接継手。 - 請求項５に記載の溶接継手であって、
前記二相ステンレス鋼の母材はさらに、
前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃａ：０．０２０％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、及び、
Ｂ：０．０２０％以下からなる群から選択される１種以上を含有する、溶接継手。 - 請求項５又は請求項６に記載の溶接継手であって、
前記二相ステンレス鋼の母材はさらに、
前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
希土類元素：０．２０％以下を含有する、溶接継手。
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