JP2021030231A - 溶接材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ｗ及びＳｎを含有し、裏波形成能が高く、高温への加熱と冷却とが繰り返されても靭性に優れた溶接金属が得られる溶接材料を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．０９％、Ｓｉ：０．２５％〜０．５５％、
Ｍｎ：０．３０％〜１．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０００２％〜０．００５０％、Ｓｎ：０．０００５％〜０．０１００％、Ｎｉ：０．２０％〜１．００％、Ｃｒ：１．８％〜２．８％、Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、Ｗ：１．０％〜２．２％、Ｖ：０．１５％〜０．２８％、Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、Ａｌ：０．０２０％以下、Ｏ：０．０２０％以下、を含み、かつＳ及びＳｎの合計量が（１）式を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる溶接材料。
０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０ （１）
【選択図】なし
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．０９％、Ｓｉ：０．２５％〜０．５５％、
Ｍｎ：０．３０％〜１．００％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０００２％〜０．００５０％、Ｓｎ：０．０００５％〜０．０１００％、Ｎｉ：０．２０％〜１．００％、Ｃｒ：１．８％〜２．８％、Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、Ｗ：１．０％〜２．２％、Ｖ：０．１５％〜０．２８％、Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、Ａｌ：０．０２０％以下、Ｏ：０．０２０％以下、を含み、かつＳ及びＳｎの合計量が（１）式を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる溶接材料。
０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０ （１）
【選択図】なし
Description
本開示は、溶接材料に関する。
２．２５％Ｃｒ−１％Ｍｏに代表される低合金耐熱鋼は、火力発電ボイラ等、高温で使用される機器に広く利用されている。
近年、火力発電においては熱効率を高めるため蒸気条件の高温高圧化が進められており、排熱回収ボイラにおいても蒸気条件を高温化しようとする動きがある。
排熱回収ボイラの配管材料にも、低合金耐熱鋼が広く使用され、このような蒸気条件の過酷化に伴い、より高いクリープ強度が求められている。そのため、ＷやＶを積極的に活用し、クリープ強度を高めた低合金耐熱鋼が数多く提案されている。
近年、火力発電においては熱効率を高めるため蒸気条件の高温高圧化が進められており、排熱回収ボイラにおいても蒸気条件を高温化しようとする動きがある。
排熱回収ボイラの配管材料にも、低合金耐熱鋼が広く使用され、このような蒸気条件の過酷化に伴い、より高いクリープ強度が求められている。そのため、ＷやＶを積極的に活用し、クリープ強度を高めた低合金耐熱鋼が数多く提案されている。
例えば、特許文献１には、重量％で、Ｃｒ：２．０％〜８．０％、Ｗ：０．１％〜２．５％、Ｖ：０．０５％〜０．５０％等を含み、かつ低Ｓ、低Ｎ化によりクリープ特性と耐水素浸食特性を高めた低合金鋼が開示されている。
特許文献２には、重量％で、Ｃｒ：１．５％〜３．５％、Ｗ：１％〜３％、Ｖ：０．１％〜０．３５％等を含み、かつＴｉとＮの含有量を所定の範囲に規定したクリープ強度と靭性に優れる低合金耐熱鋼が開示されている。
特許文献２には、重量％で、Ｃｒ：１．５％〜３．５％、Ｗ：１％〜３％、Ｖ：０．１％〜０．３５％等を含み、かつＴｉとＮの含有量を所定の範囲に規定したクリープ強度と靭性に優れる低合金耐熱鋼が開示されている。
一方、これら低合金耐熱鋼は溶接して使用されるのが一般的である。そのため、溶接時に使用する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、特許文献３には、質量％で、Ｃｒ：２％〜３．５％、Ｗ：１．３％〜２．５％、Ｖ：０．０５％〜０．３０％等を含む、クリープ強度に優れた耐熱鋼のＴＩＧ溶接などに使用される溶接材料が提案されている。
特許文献４には、質量％で、Ｃｒ：０．５％〜３．５％、Ｗ：０．０１％〜２％、Ｖ：０．００５％〜０．４％等を含み、ＴｉとＮが所定の関係を満たす、Ｗを含有する低合金耐熱鋼の溶接に使用される溶接材料が開示されている。
また、特許文献５には、Ｃｒ：２％〜３％、Ｖ：０．０５％〜０．３％、Ｍｏ：０．４％超〜０．８％等を含み、ＷをＭｏとの関係で０．７％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦１．２％、０．４≦Ｍｏ／Ｗ≦１．８を満たす範囲で含有する低合金耐熱鋼の溶接に使用される溶接材料が開示されている。
例えば、特許文献３には、質量％で、Ｃｒ：２％〜３．５％、Ｗ：１．３％〜２．５％、Ｖ：０．０５％〜０．３０％等を含む、クリープ強度に優れた耐熱鋼のＴＩＧ溶接などに使用される溶接材料が提案されている。
特許文献４には、質量％で、Ｃｒ：０．５％〜３．５％、Ｗ：０．０１％〜２％、Ｖ：０．００５％〜０．４％等を含み、ＴｉとＮが所定の関係を満たす、Ｗを含有する低合金耐熱鋼の溶接に使用される溶接材料が開示されている。
また、特許文献５には、Ｃｒ：２％〜３％、Ｖ：０．０５％〜０．３％、Ｍｏ：０．４％超〜０．８％等を含み、ＷをＭｏとの関係で０．７％≦Ｍｏ＋０．５Ｗ≦１．２％、０．４≦Ｍｏ／Ｗ≦１．８を満たす範囲で含有する低合金耐熱鋼の溶接に使用される溶接材料が開示されている。
ところで、排熱回収ボイラは、石炭火力発電ボイラのように連続稼働することは少なく、必要な発電量に応じて停機及び稼動を繰り返すのが一般的であり、例えば、電力需要の多い昼間のみ稼働し、夜間は停機するような運転がなされる。そのため、排熱回収ボイラに使用されている配管などの部材には、高温への加熱と常温への冷却とが繰り返されることとなる。
このように、高温への加熱と冷却が繰り返される用途に用いられた場合、これら溶接材料を使用して得られる溶接金属は、十分な靭性が安定して得られない場合があることがわかった。特に、溶接材料が溶接金属の耐食性の向上に有効なＳｎを必須で含有する場合、靭性が安定して得られない現象があることがわかった。
このように、高温への加熱と冷却が繰り返される用途に用いられた場合、これら溶接材料を使用して得られる溶接金属は、十分な靭性が安定して得られない場合があることがわかった。特に、溶接材料が溶接金属の耐食性の向上に有効なＳｎを必須で含有する場合、靭性が安定して得られない現象があることがわかった。
本開示は、上記現状に鑑みてなされたもので、Ｗ及びＳｎを含有し、裏波形成能が高く、高温への加熱と冷却とが繰り返されても靭性に優れた溶接金属が得られる溶接材料を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本開示の要旨は次の通りである。
＜１＞ 質量％で
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．２５％〜０．５５％、
Ｍｎ：０．３０％〜１．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０００２％〜０．００５０％、
Ｓｎ：０．０００５％〜０．０１００％、
Ｎｉ：０．２０％〜１．００％、
Ｃｒ：１．８％〜２．８％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下、
を含み、かつＳ及びＳｎの合計量が（１）式を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる溶接材料。
０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０ （１）
前記（１）式中、［％Ｓ］及び［％Ｓｎ］は、それぞれ前記溶接材料に含まれるＳ及びＳｎの質量％を意味する。
＜２＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｔａ：０．２０％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｂ：０．００５％以下、
Ｃａ：０．０１５％以下、
Ｍｇ：０．０１５％以下、及び
ＲＥＭ：０．０５％以下からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含有する＜１＞に記載の溶接材料。
＜１＞ 質量％で
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．２５％〜０．５５％、
Ｍｎ：０．３０％〜１．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０００２％〜０．００５０％、
Ｓｎ：０．０００５％〜０．０１００％、
Ｎｉ：０．２０％〜１．００％、
Ｃｒ：１．８％〜２．８％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下、
を含み、かつＳ及びＳｎの合計量が（１）式を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる溶接材料。
０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０ （１）
前記（１）式中、［％Ｓ］及び［％Ｓｎ］は、それぞれ前記溶接材料に含まれるＳ及びＳｎの質量％を意味する。
＜２＞ 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｔａ：０．２０％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｂ：０．００５％以下、
Ｃａ：０．０１５％以下、
Ｍｇ：０．０１５％以下、及び
ＲＥＭ：０．０５％以下からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含有する＜１＞に記載の溶接材料。
本開示によれば、Ｗ及びＳｎを含有し、裏波形成能が高く、高温への加熱と冷却とが繰り返されても靭性に優れた溶接金属が得られる溶接材料が提供される。
本発明者らは、前記した課題を解決するためにＷを１．０％〜２．２％、Ｓを０．０００２〜０．００５０％、Ｓｎを０．０００５％〜０．０１００％含む溶接材料を使用して得られた溶接金属について詳細な調査を行った。その結果、以下に述べる知見が明らかになった。
（１）高温への加熱及び常温への冷却を繰り返し受けた溶接金属の靱性を調査した結果、ＳとＳｎの合計含有量の増加に伴い、靭性の低下が顕著になった。
（２）衝撃試験後の鋼の破面を観察した結果、破面上には、旧オーステナイト粒界で破壊した領域が混在し、ＳとＳｎの合計含有量が多くなると、その割合が大きくなった。また、旧オーステナイト粒界で破壊した破面からはＳ及びＳｎが検出された。
（１）高温への加熱及び常温への冷却を繰り返し受けた溶接金属の靱性を調査した結果、ＳとＳｎの合計含有量の増加に伴い、靭性の低下が顕著になった。
（２）衝撃試験後の鋼の破面を観察した結果、破面上には、旧オーステナイト粒界で破壊した領域が混在し、ＳとＳｎの合計含有量が多くなると、その割合が大きくなった。また、旧オーステナイト粒界で破壊した破面からはＳ及びＳｎが検出された。
以上の結果より、靭性が低下した理由は以下の通りと推察された。
溶接材料に含有されるＳ及びＳｎは、溶接金属の凝固から冷却の過程で、凝固偏析並びに粒界偏析する。さらに、使用時に高温への加熱と冷却とを繰り返す過程で、粒界偏析し、旧オーステナイト粒界に濃化する。Ｓ及びＳｎは共に粒界の結合力を低下させるため、その結果、靭性の低下が生じる。
そこで、本発明者らは種々検討を重ねた結果、鋼に含まれるＳとＳｎの合計量を０．０１２０％以下に管理することで必要な靭性が得られることを知見した。
一方で、ＳとＳｎは、溶接時の溶け込み深さを増大し、裏波形成能を向上させる。そして、溶接欠陥を抑制して溶接継手としての健全性を保つためには、その合計量を０．００１０％以上に管理することが必要であることを併せて知見した。
溶接材料に含有されるＳ及びＳｎは、溶接金属の凝固から冷却の過程で、凝固偏析並びに粒界偏析する。さらに、使用時に高温への加熱と冷却とを繰り返す過程で、粒界偏析し、旧オーステナイト粒界に濃化する。Ｓ及びＳｎは共に粒界の結合力を低下させるため、その結果、靭性の低下が生じる。
そこで、本発明者らは種々検討を重ねた結果、鋼に含まれるＳとＳｎの合計量を０．０１２０％以下に管理することで必要な靭性が得られることを知見した。
一方で、ＳとＳｎは、溶接時の溶け込み深さを増大し、裏波形成能を向上させる。そして、溶接欠陥を抑制して溶接継手としての健全性を保つためには、その合計量を０．００１０％以上に管理することが必要であることを併せて知見した。
本開示に係る溶接材料は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本開示に係る溶接材料は、質量％で、
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．２５％〜０．５５％、
Ｍｎ：０．３０％〜１．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０００２％〜０．００５０％、
Ｓｎ：０．０００５％〜０．０１００％、
Ｎｉ：０．２０％〜１．００％、
Ｃｒ：１．８％〜２．８％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下、
を含み、かつＳ及びＳｎの合計量が（１）式を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる。
０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０ （１）
前記（１）式中、［％Ｓ］及び［％Ｓｎ］は、それぞれ前記溶接材料に含まれるＳ及びＳｎの質量％を意味する。
すなわち、本開示に係る溶接材料は、質量％で、
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．２５％〜０．５５％、
Ｍｎ：０．３０％〜１．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０００２％〜０．００５０％、
Ｓｎ：０．０００５％〜０．０１００％、
Ｎｉ：０．２０％〜１．００％、
Ｃｒ：１．８％〜２．８％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下、
を含み、かつＳ及びＳｎの合計量が（１）式を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる。
０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０ （１）
前記（１）式中、［％Ｓ］及び［％Ｓｎ］は、それぞれ前記溶接材料に含まれるＳ及びＳｎの質量％を意味する。
本開示の一例である実施形態について説明する。
なお、本開示において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。また、本開示において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「〜」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
なお、本開示において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。また、本開示において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「〜」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
［組成］
本実施形態において、溶接材料の組成を限定する理由は次の通りである。
Ｃ：０．０３％〜０．０９％
溶接金属のベイナイト組織を得るのに有効であるとともに、炭化物を生成し、引張強さやクリープ強度に寄与する。これらの効果を十分得るためには、０．０３％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、却って、クリープ強度や靭性の低下を招くため、０．０９％以下とする。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０４％であり、好ましい上限は０．０８％である。さらに好ましい下限は０．０５％、さらに好ましい上限は０．０７％である。
本実施形態において、溶接材料の組成を限定する理由は次の通りである。
Ｃ：０．０３％〜０．０９％
溶接金属のベイナイト組織を得るのに有効であるとともに、炭化物を生成し、引張強さやクリープ強度に寄与する。これらの効果を十分得るためには、０．０３％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、却って、クリープ強度や靭性の低下を招くため、０．０９％以下とする。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０４％であり、好ましい上限は０．０８％である。さらに好ましい下限は０．０５％、さらに好ましい上限は０．０７％である。
Ｓｉ：０．２５％〜０．５５％
Ｓｉは、溶接材料の製造時に脱酸剤として含有されるが、溶接金属の耐水蒸気酸化特性に有効な元素である。その効果を十分に得るためには、０．２５％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、延性の低下を招く。そのため、Ｓｉの含有量は０．５５％以下とする。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２７％であり、好ましい上限は０．５３％である。さらに好ましい下限は０．３０％、さらに好ましい上限は０．５０％である。
Ｓｉは、溶接材料の製造時に脱酸剤として含有されるが、溶接金属の耐水蒸気酸化特性に有効な元素である。その効果を十分に得るためには、０．２５％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、延性の低下を招く。そのため、Ｓｉの含有量は０．５５％以下とする。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２７％であり、好ましい上限は０．５３％である。さらに好ましい下限は０．３０％、さらに好ましい上限は０．５０％である。
Ｍｎ：０．３０％〜１．００％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接材料の製造時に脱酸剤として含有されるが、溶接金属のベイナイト組織を得るのにも効果を有する。その効果を十分に得るためには、０．３０％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、クリープ脆化を招くため、１．００％以下とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．３５％であり、好ましい上限は０．９５％である。さらに好ましい下限は０．４０％、さらに好ましい上限は０．９０％である。
Ｍｎは、Ｓｉと同様、溶接材料の製造時に脱酸剤として含有されるが、溶接金属のベイナイト組織を得るのにも効果を有する。その効果を十分に得るためには、０．３０％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、クリープ脆化を招くため、１．００％以下とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．３５％であり、好ましい上限は０．９５％である。さらに好ましい下限は０．４０％、さらに好ましい上限は０．９０％である。
Ｐ：０．０１５％以下
Ｐは、過剰に含有すると溶接金属のクリープ延性を低下させるとともに、溶接時の凝固割れ感受性を高める。そのため、Ｐの含有量は０．０１５％以下とする必要がある。Ｐの含有量は０．０１３％以下とするのが好ましく、さらには０．０１２％以下とするのがより好ましい。尚、Ｐの含有量は少なければ少ないほどよく、つまり含有量が０％であってもよいが、極度の低減は溶接材料のコストを極端に増大させる。そのため、Ｐ含有量の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｐは、過剰に含有すると溶接金属のクリープ延性を低下させるとともに、溶接時の凝固割れ感受性を高める。そのため、Ｐの含有量は０．０１５％以下とする必要がある。Ｐの含有量は０．０１３％以下とするのが好ましく、さらには０．０１２％以下とするのがより好ましい。尚、Ｐの含有量は少なければ少ないほどよく、つまり含有量が０％であってもよいが、極度の低減は溶接材料のコストを極端に増大させる。そのため、Ｐ含有量の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｓ：０．０００２〜０．００５０％
Ｓは、過剰に含有すると溶接金属の形成、及び使用時の加熱及び冷却の繰り返しの過程で粒界に偏析し、溶接金属の靭性を低下させる。加えて、溶接金属のクリープ延性を低下させる。そのため、Ｓの含有量は０．００５０％以下とする必要がある。一方、Ｓは、溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を及ぼし、溶け込み深さを増大させる効果を有するとともに、極度の低減は溶接材料のコストを極端に増大させる。そのため、０．０００２％以上とする。Ｓの含有量の好ましい範囲は０．０００５％〜０．００４５％、さらに好ましい範囲は０．０００８％〜０．００４０％である。また、Ｓの含有量は、後述のＳｎとの関係を満足する必要がある。
Ｓは、過剰に含有すると溶接金属の形成、及び使用時の加熱及び冷却の繰り返しの過程で粒界に偏析し、溶接金属の靭性を低下させる。加えて、溶接金属のクリープ延性を低下させる。そのため、Ｓの含有量は０．００５０％以下とする必要がある。一方、Ｓは、溶融金属の表面張力の温度依存性に影響を及ぼし、溶け込み深さを増大させる効果を有するとともに、極度の低減は溶接材料のコストを極端に増大させる。そのため、０．０００２％以上とする。Ｓの含有量の好ましい範囲は０．０００５％〜０．００４５％、さらに好ましい範囲は０．０００８％〜０．００４０％である。また、Ｓの含有量は、後述のＳｎとの関係を満足する必要がある。
Ｓｎ：０．０００５％〜０．０１００％
Ｓｎは、溶接金属表面のスケール下に濃化し、耐食性の向上に有効であり、特に排熱回収ボイラのように加熱及び冷却を繰り返し、表面に結露水が付着しやすい環境で効果がある。さらに、溶融池から蒸発してアークの通電経路を形成することにより、溶け込み深さを増大させる。これらの効果を得るためには、Ｓｎは０．０００５％以上含有する必要がある。一方、Ｓｎを過剰に含有させた場合、溶接金属の形成、及び使用時の加熱及び冷却の繰り返しの過程で粒界に偏析し、溶接金属の靭性の低下を招く。そのため、Ｓｎの含有量は０．０１０％以下とする必要がある。Ｓｎの含有量の好ましい範囲は０．０００８％〜０．００８０％、さらに好ましい範囲は０．００１０％〜０．００６０％である。また、Ｓｎの含有量は、後述のＳとの関係を満足する必要がある。
Ｓｎは、溶接金属表面のスケール下に濃化し、耐食性の向上に有効であり、特に排熱回収ボイラのように加熱及び冷却を繰り返し、表面に結露水が付着しやすい環境で効果がある。さらに、溶融池から蒸発してアークの通電経路を形成することにより、溶け込み深さを増大させる。これらの効果を得るためには、Ｓｎは０．０００５％以上含有する必要がある。一方、Ｓｎを過剰に含有させた場合、溶接金属の形成、及び使用時の加熱及び冷却の繰り返しの過程で粒界に偏析し、溶接金属の靭性の低下を招く。そのため、Ｓｎの含有量は０．０１０％以下とする必要がある。Ｓｎの含有量の好ましい範囲は０．０００８％〜０．００８０％、さらに好ましい範囲は０．００１０％〜０．００６０％である。また、Ｓｎの含有量は、後述のＳとの関係を満足する必要がある。
Ｎｉ：０．２０％〜１．００％
Ｎｉは、溶接金属のベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上に寄与する。その効果を十分に得るためには、０．２０％以上含有する必要がある。しかしながら、高価な元素であり、過剰な含有はコスト増大を招くため、１．００％を上限とする。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、好ましい上限は０．９５％である。さらに好ましい下限は０．３０％、さらに好ましい上限は０．９０％である。
Ｎｉは、溶接金属のベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上に寄与する。その効果を十分に得るためには、０．２０％以上含有する必要がある。しかしながら、高価な元素であり、過剰な含有はコスト増大を招くため、１．００％を上限とする。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、好ましい上限は０．９５％である。さらに好ましい下限は０．３０％、さらに好ましい上限は０．９０％である。
Ｃｒ：１．８％〜２．８％
Ｃｒは、溶接金属の高温での耐水蒸気酸化性及び耐食性の確保に有効な元素である。また、炭化物として析出し、クリープ強度の向上にも寄与する。これらの効果を十分に得るためには、１．８％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、炭化物の安定性を低下させて却ってクリープ強度が低下するため、２．８％以下とする。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２．０％であり、好ましい上限は２．６％である。さらに好ましい下限は２．２％、さらに好ましい上限は２．４％である。
Ｃｒは、溶接金属の高温での耐水蒸気酸化性及び耐食性の確保に有効な元素である。また、炭化物として析出し、クリープ強度の向上にも寄与する。これらの効果を十分に得るためには、１．８％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、炭化物の安定性を低下させて却ってクリープ強度が低下するため、２．８％以下とする。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２．０％であり、好ましい上限は２．６％である。さらに好ましい下限は２．２％、さらに好ましい上限は２．４％である。
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％
Ｍｏは、マトリックスに固溶して、高温でのクリープ強度確保に寄与する。この効果を十分に得るためには、０．０５％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有しても、その効果が飽和するとともに、高価な元素であり、材料コストを増大させるため、０．３５％以下とする。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０８％であり、好ましい上限は０．３０％である。さらに好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましい上限は０．２５％である。
Ｍｏは、マトリックスに固溶して、高温でのクリープ強度確保に寄与する。この効果を十分に得るためには、０．０５％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有しても、その効果が飽和するとともに、高価な元素であり、材料コストを増大させるため、０．３５％以下とする。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０８％であり、好ましい上限は０．３０％である。さらに好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましい上限は０．２５％である。
Ｗ：１．０％〜２．２％
Ｗは、マトリックスに固溶もしく炭化物として析出し、溶接金属の引張強さ及び高温でのクリープ強度確保に寄与する。この効果を十分に得るためには、１．０％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有しても、その効果が飽和するとともに、高価な元素であり、材料コストを増大させるため、２．２％以下とする。Ｗ含有量の好ましい下限は１．２％であり、好ましい上限は２．０％である。さらに好ましい下限は１．４％であり、好ましい上限は１．８％である。
Ｗは、マトリックスに固溶もしく炭化物として析出し、溶接金属の引張強さ及び高温でのクリープ強度確保に寄与する。この効果を十分に得るためには、１．０％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有しても、その効果が飽和するとともに、高価な元素であり、材料コストを増大させるため、２．２％以下とする。Ｗ含有量の好ましい下限は１．２％であり、好ましい上限は２．０％である。さらに好ましい下限は１．４％であり、好ましい上限は１．８％である。
Ｖ：０．１５％〜０．２８％
Ｖは、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する。その効果を十分に得るためには、０．１５％以上含有する必要がある。しかしながら、含有量が過剰になると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．２８％以下とする。Ｖ含有量の好ましい下限は０．１７％であり、好ましい上限は０．２６％である。さらに好ましい下限は０．１８％、さらに好ましい上限は０．２４％である。
Ｖは、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する。その効果を十分に得るためには、０．１５％以上含有する必要がある。しかしながら、含有量が過剰になると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．２８％以下とする。Ｖ含有量の好ましい下限は０．１７％であり、好ましい上限は０．２６％である。さらに好ましい下限は０．１８％、さらに好ましい上限は０．２４％である。
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％
Ｎｂは、Ｖと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する。その効果を十分に得るためには０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．１１％以下とする。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．１０％である。さらに好ましい下限は０．０３％、さらに好ましい上限は０．０８％である。
Ｎｂは、Ｖと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する。その効果を十分に得るためには０．０１％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．１１％以下とする。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、好ましい上限は０．１０％である。さらに好ましい下限は０．０３％、さらに好ましい上限は０．０８％である。
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％
Ｎは、高温での使用中にＶやＮｂと結合して微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには、０．００１％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物の粗大化を招き、かえってクリープ延性の低下を招くため、０．０１２％以下とする。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、好ましい上限は０．０１０％である。さらに好ましい下限は０．００３％、さらに好ましい上限は０．００８％である。
Ｎは、高温での使用中にＶやＮｂと結合して微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する。この効果を得るためには、０．００１％以上含有する必要がある。しかしながら、過剰に含有すると、炭窒化物の粗大化を招き、かえってクリープ延性の低下を招くため、０．０１２％以下とする。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、好ましい上限は０．０１０％である。さらに好ましい下限は０．００３％、さらに好ましい上限は０．００８％である。
Ａｌ：０．０２０％以下
Ａｌは、溶接材料の製造時に脱酸剤として含有されるが、多量に含有すると清浄性を著しく害し、加工性を劣化させる。また、クリープ強度の観点からも好ましくない。そのため、Ａｌの含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１８％以下、さらに好ましくは０．０１５％以下である。尚、下限は特に設ける必要はないが、極度の低減は溶接材料の製造コストを増大させる。そのため、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ａｌは、溶接材料の製造時に脱酸剤として含有されるが、多量に含有すると清浄性を著しく害し、加工性を劣化させる。また、クリープ強度の観点からも好ましくない。そのため、Ａｌの含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１８％以下、さらに好ましくは０．０１５％以下である。尚、下限は特に設ける必要はないが、極度の低減は溶接材料の製造コストを増大させる。そのため、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｏ：０．０２０％以下
Ｏは、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、溶接材料の製造時の加工性を低下させる。そのため、Ｏの含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１５％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。尚、下限は特に設ける必要はなく、つまり含有量が０％であってもよいが、極度の低減は溶接材料の製造コストを増大させる。そのため、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｏは、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、溶接材料の製造時の加工性を低下させる。そのため、Ｏの含有量は０．０２０％以下とする。好ましくは０．０１５％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。尚、下限は特に設ける必要はなく、つまり含有量が０％であってもよいが、極度の低減は溶接材料の製造コストを増大させる。そのため、０．００１％以上とするのが好ましい。
ＳとＳｎの合計の含有量：０．００１０％〜０．０１２０％
（０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０）
ＳとＳｎは、前述の通り、裏波形成能を向上させる。この効果を得るためには、Ｓ及びＳｎを合計で０．００１０％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｓ及びＳｎが過剰になると、前述の通り、靭性の低下を招くため、Ｓ及びＳｎの合計は０．０１２０％以下とする必要がある。Ｓ及びＳｎの合計の含有量の好ましい下限は０．００１２％であり、好ましい上限は０．０１００％である。さらに好ましい下限は０．００１５％であり、さらに好ましい上限は０．００８０％である。
（０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０）
ＳとＳｎは、前述の通り、裏波形成能を向上させる。この効果を得るためには、Ｓ及びＳｎを合計で０．００１０％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｓ及びＳｎが過剰になると、前述の通り、靭性の低下を招くため、Ｓ及びＳｎの合計は０．０１２０％以下とする必要がある。Ｓ及びＳｎの合計の含有量の好ましい下限は０．００１２％であり、好ましい上限は０．０１００％である。さらに好ましい下限は０．００１５％であり、さらに好ましい上限は０．００８０％である。
さらに、本開示に係る溶接材料は、Ｆｅの一部に代えて、Ｔａ：０．２０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｃｏ：０．５０％以下、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｃａ：０．０１５％以下、Ｍｇ：０．０１５％以下、及びＲＥＭ：０．０５％以下からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含有してもよい。下記にその限定理由を述べる。
Ｔａ：０．２０％以下
Ｔａは、ＮｂやＶと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｔａを過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．２０％以下とする。好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％以下である。尚、Ｔａを含有させる場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｔａは、ＮｂやＶと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｔａを過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．２０％以下とする。好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％以下である。尚、Ｔａを含有させる場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｔｉ：０．２０％
ＴｉもＶ、Ｎｂと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．２０％以下とする。好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％以下である。尚、Ｔｉを含有させる場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
ＴｉもＶ、Ｎｂと同様、微細な炭窒化物として粒内に析出し、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有すると、多量かつ粗大に析出し、かえってクリープ強度及びクリープ延性の低下を招くため、０．２０％以下とする。好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％以下である。尚、Ｔｉを含有させる場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｃｏ：０．５０％以下
Ｃｏは、Ｎｉと同様、溶接金属のベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｃｏは高価な元素であり、過剰な含有は溶接材料のコストの増大を招くため、０．５０％を上限とする。好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％以下である。尚、Ｃｏを含有させる場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｃｏは、Ｎｉと同様、溶接金属のベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｃｏは高価な元素であり、過剰な含有は溶接材料のコストの増大を招くため、０．５０％を上限とする。好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％以下である。尚、Ｃｏを含有させる場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｃｕ：０．５０％以下
Ｃｕは、Ｎｉ、Ｃｏと同様、溶接金属のベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｃｕは高価な元素であり、過剰な含有は溶接材料のコストの増大を招くため、０．５０％を上限とする。好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％以下である。尚、Ｃｕを含有させる場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｃｕは、Ｎｉ、Ｃｏと同様、溶接金属のベイナイト組織を得るのに有効な元素であるとともに、靭性の向上にも寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｃｕは高価な元素であり、過剰な含有は溶接材料のコストの増大を招くため、０．５０％を上限とする。好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％以下である。尚、Ｃｕを含有させる場合の好ましい下限は０．０１％、さらに好ましい下限は０．０２％である。
Ｂ：０．００５％以下
Ｂは、炭化物中に固溶して、微細に分散させる効果を有し、溶接金属の高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｂの過剰な含有は溶接中の凝固割れ感受性を高めるため、０．００５％を上限とする。好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４％以下である。尚、Ｂを含有させる場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｂは、炭化物中に固溶して、微細に分散させる効果を有し、溶接金属の高温強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｂの過剰な含有は溶接中の凝固割れ感受性を高めるため、０．００５％を上限とする。好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４％以下である。尚、Ｂを含有させる場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｃａ：０．０１５％以下
Ｃａは、溶接材料の製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰な添加は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させるため０．０１５％以下とする。好ましくは０．０１２％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。尚、Ｃａを含有させる場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｃａは、溶接材料の製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰な添加は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させるため０．０１５％以下とする。好ましくは０．０１２％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。尚、Ｃａを含有させる場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｍｇ：０．０１５％以下
Ｍｇは、Ｃａと同様、溶接材料の製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰な添加は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させるため０．０１５％以下とする必要がある。好ましくは０．０１２％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。尚、Ｍｇを含有させる場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
Ｍｇは、Ｃａと同様、溶接材料の製造時の熱間加工性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、過剰な添加は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間加工性を劣化させるため０．０１５％以下とする必要がある。好ましくは０．０１２％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。尚、Ｍｇを含有させる場合の好ましい下限は０．０００５％、さらに好ましい下限は０．００１％である。
ＲＥＭ：０．０５％以下
ＲＥＭ（希土類元素）は、ＣａやＭｇと同様、溶接材料の製造時の熱間加工性を改善するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有すると、酸素と結合して合金の清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性が低下する。そのため、上限は０．０５％とする。好ましくは０．０４％以下、さらに好ましくは０．０３％以下である。尚、ＲＥＭを含有させる場合の好ましい下限は０．００１％、さらに好ましい下限は０．００５％である。
「ＲＥＭ」とはＳｃ、Ｙ及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量はＲＥＭのうちの１種又は２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭは一般的にミッシュメタルに含有される。このため例えば、合金にミッシュメタルを添加して、ＲＥＭの含有量が上記の範囲となるようにしてもよい。
ＲＥＭ（希土類元素）は、ＣａやＭｇと同様、溶接材料の製造時の熱間加工性を改善するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有すると、酸素と結合して合金の清浄性を著しく低下させ、かえって熱間加工性が低下する。そのため、上限は０．０５％とする。好ましくは０．０４％以下、さらに好ましくは０．０３％以下である。尚、ＲＥＭを含有させる場合の好ましい下限は０．００１％、さらに好ましい下限は０．００５％である。
「ＲＥＭ」とはＳｃ、Ｙ及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量はＲＥＭのうちの１種又は２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭは一般的にミッシュメタルに含有される。このため例えば、合金にミッシュメタルを添加して、ＲＥＭの含有量が上記の範囲となるようにしてもよい。
［用途］
以上、本開示に係る溶接材料を用いて接合する被接合物は限定されないが、例えば発電用ボイラ等、高温で使用される機器に使用される低合金耐熱鋼の溶接に好適に用いられる。
なお、高温で使用される機器の例としては、例えば、排熱回収ボイラ用配管；石炭火力発電プラント、石油火力発電プラント、ごみ焼却発電プラント及びバイオマス発電プラント等のボイラ用配管；石油化学プラントにおける分解管；等が挙げられる。
ここで、本実施形態における「高温での使用」とは、例えば３５０℃以上７００℃以下（さらには４００℃以上６５０℃以下）の環境で使用される態様が挙げられる。
以上、本開示に係る溶接材料を用いて接合する被接合物は限定されないが、例えば発電用ボイラ等、高温で使用される機器に使用される低合金耐熱鋼の溶接に好適に用いられる。
なお、高温で使用される機器の例としては、例えば、排熱回収ボイラ用配管；石炭火力発電プラント、石油火力発電プラント、ごみ焼却発電プラント及びバイオマス発電プラント等のボイラ用配管；石油化学プラントにおける分解管；等が挙げられる。
ここで、本実施形態における「高温での使用」とは、例えば３５０℃以上７００℃以下（さらには４００℃以上６５０℃以下）の環境で使用される態様が挙げられる。
以下、実施例によって本開示に係る溶接材料をより具体的に説明する。尚、本開示に係る溶接材料はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に示す化学成分を有するＡ〜Ｈの材料を実験室にて溶解して鋳込んだインゴットに対し、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理及び機械加工の各工程を順に行うことにより、板厚１５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの板材（母材）並びに板厚４ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ５００ｍｍの板材（溶接材料用素材）を作製した。さらに、この厚さ４ｍｍの板材（溶接材料用素材）を用い、機械加工により、２ｍｍ角、５００ｍｍ長さのカットフィラー（溶接材料）を作製した。
［裏波形成能］
母材の長手方向に、図１に示す開先加工を施した後、突き合わせ、手動ティグ溶接により、母材と同符号の溶接材料を用い、入熱９ｋＪ／ｃｍとして、各代符につき２継手ずつ、初層溶接を行った。
得られた溶接継手のうち、２継手とも溶接線の全長にわたり、裏ビードが形成されたものを裏波形成能が「合格」であるとし、中でも全長にわたり裏ビード幅が２ｍｍ以上となるものを「合格／優」、一部でも２ｍｍを下回る部分があったものを「合格／可」とした。一方、２継手のうち一部でも裏ビードが形成されない部分があった場合は「不合格」と判定した。
その後、母材と同符号のカットフィラーを溶加材として、手動ティグ溶接により開先内に後続の積層溶接をした。尚、溶接に際しては、入熱を９〜１５ｋＪ／ｃｍとし、各符号について溶接継手を２体ずつ作製した。その後、７１５℃×０．５時間の溶接後熱処理を施し、試験用溶接継手とした。尚、母材とカットフィラーワイヤは同組成であることから、表１の化学成分は溶接金属の化学組成と同義であることは自明である。
母材の長手方向に、図１に示す開先加工を施した後、突き合わせ、手動ティグ溶接により、母材と同符号の溶接材料を用い、入熱９ｋＪ／ｃｍとして、各代符につき２継手ずつ、初層溶接を行った。
得られた溶接継手のうち、２継手とも溶接線の全長にわたり、裏ビードが形成されたものを裏波形成能が「合格」であるとし、中でも全長にわたり裏ビード幅が２ｍｍ以上となるものを「合格／優」、一部でも２ｍｍを下回る部分があったものを「合格／可」とした。一方、２継手のうち一部でも裏ビードが形成されない部分があった場合は「不合格」と判定した。
その後、母材と同符号のカットフィラーを溶加材として、手動ティグ溶接により開先内に後続の積層溶接をした。尚、溶接に際しては、入熱を９〜１５ｋＪ／ｃｍとし、各符号について溶接継手を２体ずつ作製した。その後、７１５℃×０．５時間の溶接後熱処理を施し、試験用溶接継手とした。尚、母材とカットフィラーワイヤは同組成であることから、表１の化学成分は溶接金属の化学組成と同義であることは自明である。
［シャルピー衝撃試験／靭性］
各符号の試験用溶接継手のうち１体について、「室温→５５０℃×１０８時間→室温」の加熱及び冷却のサイクルを５回繰り返した。そして、溶接後熱処理まま、及び加熱冷却を繰り返した溶接継手それぞれの板厚方向中央部から、ノッチを加工した２ｍｍＶノッチフルサイズシャルピー衝撃試験片を３本採取し、シャルピー衝撃試験に供した。なお、シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）に準拠して行った。試験は、２０℃にて実施し、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊ以上となるものを「合格」とし、中でも３本の試験片の吸収エネルギーの個値が全て２７Ｊ以上となるものを「合格／優」、それ以外を「合格／可」とし、一方、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊを下回るものを「不合格」とした。
各符号の試験用溶接継手のうち１体について、「室温→５５０℃×１０８時間→室温」の加熱及び冷却のサイクルを５回繰り返した。そして、溶接後熱処理まま、及び加熱冷却を繰り返した溶接継手それぞれの板厚方向中央部から、ノッチを加工した２ｍｍＶノッチフルサイズシャルピー衝撃試験片を３本採取し、シャルピー衝撃試験に供した。なお、シャルピー衝撃試験は、ＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）に準拠して行った。試験は、２０℃にて実施し、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊ以上となるものを「合格」とし、中でも３本の試験片の吸収エネルギーの個値が全て２７Ｊ以上となるものを「合格／優」、それ以外を「合格／可」とし、一方、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が２７Ｊを下回るものを「不合格」とした。
［クリープ破断試験］
加えて、シャルピー衝撃試験に合格した符号については、溶接後熱処理ままの試験用溶接継手材から、丸棒クリープ試験片を採取し、クリープ破断試験を行った。そして、長時間使用時における評価として、母材の目標破断時間が、１０００時間となる５５０℃×１９６ＭＰａの条件でクリープ破断試験を行った。なお、クリープ破断試験は、ＪＩＳ−Ｚ２２７１（２０１０）に準拠して行った。そして、破断時間が目標破断時間を超えるものを「合格」とし、それを下回るものを「不合格」とした。
加えて、シャルピー衝撃試験に合格した符号については、溶接後熱処理ままの試験用溶接継手材から、丸棒クリープ試験片を採取し、クリープ破断試験を行った。そして、長時間使用時における評価として、母材の目標破断時間が、１０００時間となる５５０℃×１９６ＭＰａの条件でクリープ破断試験を行った。なお、クリープ破断試験は、ＪＩＳ−Ｚ２２７１（２０１０）に準拠して行った。そして、破断時間が目標破断時間を超えるものを「合格」とし、それを下回るものを「不合格」とした。
表２から、本開示で規定する条件を満足する溶接金属は高温への加熱と冷却を繰り返しても良好な靭性が得られるとともに、目標とするクリープ強度も具備することがわかる。
これに対して、代符Ｆ１及びＧ１は、ＳとＳｎの合計量が上限値を超えたため、溶接後熱処理ままの溶接金属の靱性は必要な性能を満足するものの、繰り返し加熱、冷却後に目標とする靭性を満足しなかった。
また、代符Ｈ１は、ＳとＳｎの合計量が下限値未満だったため、初層溶接時に全長にわたって裏ビードが形成されず、裏波形成能に劣った。
このように本開示の要件を満足する場合のみ、溶接材料は十分な裏波形成能を有し、それを用いて得られる溶接金属は、繰り返し加熱冷却しても優れた靭性を有するとともに、目標とする高温強度を具備することがわかる。
これに対して、代符Ｆ１及びＧ１は、ＳとＳｎの合計量が上限値を超えたため、溶接後熱処理ままの溶接金属の靱性は必要な性能を満足するものの、繰り返し加熱、冷却後に目標とする靭性を満足しなかった。
また、代符Ｈ１は、ＳとＳｎの合計量が下限値未満だったため、初層溶接時に全長にわたって裏ビードが形成されず、裏波形成能に劣った。
このように本開示の要件を満足する場合のみ、溶接材料は十分な裏波形成能を有し、それを用いて得られる溶接金属は、繰り返し加熱冷却しても優れた靭性を有するとともに、目標とする高温強度を具備することがわかる。
本開示によれば、Ｗ及びＳｎを含有し、裏波形成能が高く、高温への加熱と冷却とが繰り返されても靭性に優れた溶接金属が得られる溶接材料を提供し得る。
Claims (2)
- 質量％で
Ｃ：０．０３％〜０．０９％、
Ｓｉ：０．２５％〜０．５５％、
Ｍｎ：０．３０％〜１．００％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０００２％〜０．００５０％、
Ｓｎ：０．０００５％〜０．０１００％、
Ｎｉ：０．２０％〜１．００％、
Ｃｒ：１．８％〜２．８％、
Ｍｏ：０．０５％〜０．３５％、
Ｗ：１．０％〜２．２％、
Ｖ：０．１５％〜０．２８％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．１１％、
Ｎ：０．００１％〜０．０１２％、
Ａｌ：０．０２０％以下、及び
Ｏ：０．０２０％以下、
を含み、かつＳ及びＳｎの合計量が（１）式を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる溶接材料。
０．００１０≦［％Ｓ］＋［％Ｓｎ］≦０．０１２０ （１）
前記（１）式中、［％Ｓ］及び［％Ｓｎ］は、それぞれ前記溶接材料に含まれるＳ及びＳｎの質量％を意味する。 - 前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｔａ：０．２０％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｂ：０．００５％以下、
Ｃａ：０．０１５％以下、
Ｍｇ：０．０１５％以下、及び
ＲＥＭ：０．０５％以下からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含有する請求項１に記載の溶接材料。
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| CN113828963A (zh) * | 2021-10-21 | 2021-12-24 | 哈尔滨威尔焊接有限责任公司 | 一种建筑结构用低屈强比抗震高韧耐蚀气体保护焊丝及其应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004100027A (ja) * | 2002-09-12 | 2004-04-02 | Nippon Steel Corp | 耐低温変態割れ性に優れた液相拡散接合用鋼材 |
| JP2014005499A (ja) * | 2012-06-25 | 2014-01-16 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 耐食性に優れた鋼材 |
| JP2021031771A (ja) * | 2019-08-13 | 2021-03-01 | 日本製鉄株式会社 | 低合金耐熱鋼及び鋼管 |
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