JP2908228B2 - 耐溶接高温割れ性に優れたフェライト鋼溶接材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温での強度および耐
食性に優れた高Ｃｒフェライト鋼の溶接に使用される耐
溶接高温割れ性、高温強度および耐食性に優れるフェラ
イト鋼溶接材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ、化学工業用の耐熱耐圧配管に用
いられる高温材料としては、２・１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼
等の低合金鋼、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼等の高Ｃｒフェライト
鋼、１８Ｃｒ−８Ｎｉ鋼に代表されるオーステナイト系
ステンレス鋼の３つが、良く知られている。なかでも、
高Ｃｒフェライト鋼はオーステナイト系ステンレス鋼に
比べ、安価であるばかりでなく、応力腐食割れに対する
抵抗が高く、更に熱膨張係数が小さいために、温度変化
に対して歪みが小さいという高温材料としての優れた利
点も有する。

【０００３】しかし、フェライト、ベイナイト、マルテ
ンサイト等のいわゆるフェライト系組織からなる鋼は、
オーステナイト組織からなる鋼に比べて、高温での強度
が低い。

【０００４】そこで、近年８〜１３％Ｃｒ系フェライト
鋼をベースに、Ｍｏ量、Ｗ量、Ｖ量、Ｎｂ量、Ｎｉ量、
Ａｌ量等を調整して、優れた高温強度（クリープ強度）
を有する新しい高Ｃｒフェライト鋼が次々と開発されて
いる（特開昭６１−２３１１３９号公報、特開昭６２−
２９７４３５号公報、特開平２−２３２３４５号公報、
特開平３−９７８３２号公報）。

【０００５】そして、これらの新しい高Ｃｒフェライト
鋼を溶接構造物として使用する際に必要な溶接材料につ
いても、特開昭６３−１８８４９２号公報、特開昭６３
−７６７８９号公報、特開平５−１７７３８３号公報お
よび特開平５−１７７３８４号公報により新しい提案が
なされている。また、これらの新しい溶接材料以外に
も、市販の１３Ｃｒ系フェライト溶接材料やオーステナ
イト系高Ｎｉ合金の溶接材料が使用されることがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述した新開発の高Ｃ
ｒフェライト鋼では、高温での耐食性を重視する場合
は、Ｃｒ量が特に高められる。ところが、そのような高
温材料、特にＣｒ量を１０％以上に高めた高強度高耐食
の高Ｃｒフェライト鋼（例えば特開平２−２３２３４５
号公報）に対して、前述した既知の溶接材料を用いる
と、以下の問題があった。

【０００７】市販の１３Ｃｒ系フェライト溶接材料、例
えばＪＩＳ Ｙ４３０等を用いると、溶接部の高温強度
が母材に比して著しく低下する。市販のオーステナイト
系高Ｎｉ合金の溶接材料を用いると、溶接高温割れが発
生しやすい他、高温での使用中に母材中のＣが溶接金属
（高Ｎｉ合金）の側に移行し、脱炭層が生じてクリープ
強度を低下させる。

【０００８】新しく提案された溶接材料、例えば特開昭
６３−１８８４９２号公報および特開昭６３−７６７８
９号公報に開示されている溶接材料を用いると、母材と
同等のクリープ強度が得られるものの、溶接材料中の
Ｃｒ量が１０％未満の場合は、母材に比べて溶接金属の
高温耐食性が劣る。高温耐食性を確保するためには、
Ｃｒ量を１０％以上に高め、且つＳｉ量を0.２５％以上
に高める必要があるが、その場合は、溶接金属において
高い衝撃靱性が得られない。クリープ強度確保のため
にＭｏを比較的多く添加していることからも、靱性の低
下が生じる。Ｃｒ量の多少にかかわらず溶接施工性が
良くない。すなわち溶接ビードの幅変動が大となり、溶
接欠陥が生じ易い。

【０００９】また、特開平５−１７７３８３号公報およ
び特開平５−１７７３８４号公報に開示されている溶接
材料を用いた場合も、同様にクリープ強度は確保される
ものの、溶接材料中のＣｒ量が１０％未満のときは、
母材に比べて溶接金属の高温耐食性が劣る。耐溶接高
温割れ性が十分でないため、大入熱ＴＩＧ溶接やサブマ
ージアーク溶接では問題が残る。クリープ強度確保の
ためにＭｏを0.３〜1.６％と比較的多量に添加している
ことから、靱性が十分とは言えない。溶接欠陥が生じ
にくいビード幅均一な溶接ビードが得られない。

【００１０】本発明の目的は、これらの問題を全て解決
し、高温での強度および耐食性が優れた高Ｃｒフェライ
ト鋼の溶接部に、母材に匹敵する高温強度および高温耐
食性を付与すると共に、優れた耐溶接高温割れ性および
靱性を付与し、更に、溶接欠陥が生じ難い幅変動の小さ
い溶接ビードを得ることもできるフェライト鋼溶接材料
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】高温での強度および耐食
性に優れた高Ｃｒフェライト鋼の溶接に際して、母材に
匹敵する高温強度および高温耐食性を溶接部に付与する
ためには、溶接材料の高Ｃｒ化、高Ｓｉ化が不可欠と考
えられる。しかし、高Ｃｒ高Ｓｉの溶接材料を使用する
と、前述した通り、溶接部、特に溶接金属の衝撃靱性が
低下する。

【００１２】高Ｃｒ化高Ｓｉ化に伴う靱性低下は、一般
的には、その主要因である残留フェライト相を生成させ
ないように化学組織を調整することにより防止される
が、溶接材料でこれを具体化することは非常に難しい。

【００１３】例えば、Ｎｉを多量添加することにより、
残留フェライト相の生成を抑えてマルテンサイト単相と
することが可能であるが、Ｎｉの過剰な添加は、オース
テナイト変態点を低下させ、溶接後熱処理時にオーステ
ナイト変態が生じることによりクリープ強度の低下を招
く。また、Ｃｕも残留フェライト相の生成抑制に有効と
されてきたが、高Ｃｒフェライト系の溶接金属での効果
影響は未知であった。

【００１４】溶接金属が母材と決定的に異なるのは、熱
間加工および熱処理のプロセスによる組織調整を経ず
に、急冷凝固組織のまま使用される点である。

【００１５】本発明者らは、この点を考慮して高Ｃｒ高
Ｓｉフェライト鋼におけるＮｉ，Ｃｕの効果影響を子細
に調査検討した。その結果、Ｃｒ量およびＳｉ量に対応
させてＮｉ，Ｃｕを複合添加することにより、溶接金属
においても残留フェライト相の生成を抑えることがで
き、安定した靱性の得られることが判明した。

【００１６】また、Ｎｂ，Ｖはクリープ強度確保のため
に非常に重要な元素である。しかし、その複合添加は
Ｃ，Ｆｅと低融点の共晶を形成し、溶接高温割れの原因
となることが判明した。そのため、これらの元素が通常
レベルで複合添加されている場合は、希土類元素である
Ｙ，Ｌａ，Ｃｅの少なくとも１種を添加する。そうする
と、クリープ強度を低下させることなく溶接高温割れ感
受性が低下する。また、希土類元素を添加する代わり
に、Ｎｂ，Ｖの複合度を低下させてもよい。その場合
も、他の手段でクリープ強度を高めているので、十分な
クリープ強度を確保しつつ溶接高温割れ感受性が低下す
る。Ｎｂ，Ｖの複合度低下とは、その一方を少なくする
ことである。両方を少なくした場合は、クリープ強度の
低下を招く。

【００１７】また、Ｎｂ，Ｖと共にＷ，Ｍｏも高いクリ
ープ強度を得るために不可欠の元素である。しかし、こ
れらの元素はいずれも靱性に対して好ましいものとは言
えない。その靱性低下を抑えるためには、特にＭｏの制
限が有効であることが判明した。Ｍｏを制限しても、前
述したＮｉ，Ｃｕの適正添加のもとでは、高Ｃｒ，高Ｓ
ｉがクリープ強度と靱性の両立に有効であるため、その
制限によるクリープ強度の低下は問題にならない。

【００１８】溶接ビード幅の均一化に関しては、Ｓ量，
Ｓｉ量，Ａｌ量の適正な規制の必要なことが判明した。
すなわち、Ｓ量およびＡｌ量を適正範囲に保つことによ
り、アークプラズマの電流経路が拡大し、且つＳｉの添
加により溶融池上の酸化物の流動性が高まり、これらに
より安定した溶融池移行が行われ、ビード幅の均一性が
確保されるのである。

【００１９】本発明のフェライト鋼溶接材料は、これら
の知見事実に基づいて開発されたものであって、重量％
で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、Ｓｉ：０．１〜０．８
％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：
０．００１〜０．００８％、Ｃｒ：１０〜１３％、Ｎ
ｉ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．３％、
Ｗ：１〜２．５％、Ｎｂ：０．０２〜０．２％、Ｖ：
０．０５〜０．３％、Ｃｕ：３％以下、Ａｌ：０．００
４〜０．０５％、Ｎ：０．００２〜０．０７％、Ｏ：
０．０１％以下を含み、且つ、ＮｉとＣｕが複合添加さ
れると共に、Ｃｒ＋４Ｓｉ−８．５≦４Ｎｉ＋Ｃｕを満
足し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分系
を基礎とするものである。

【００２０】そして、請求項１に記載のフェライト鋼溶
接材料は、これに更に希土類元素であるＹ，Ｃｅ，Ｌａ
の少なくとも１種を0.００１〜0.０１％加えたものであ
る。また、請求項２に記載のフェライト鋼溶接材料は、
希土類元素を加えずにＮｂを0.００２〜0.０２％に減じ
たものであり、請求項３に記載のフェライト鋼溶接材料
は、希土類元素を加えずにＶを0.００８〜0.０５％に減
じたものである。これらの成分操作は、前述した通り、
耐高温溶接割れ性を高めるためのものである。

【００２１】更に、いずれの溶接材料にも、必要に応じ
てＭｇ0.０００５〜0.１％またはＢ0.０００１〜0.０１
％を加えることができる。

【００２２】特開平５−１７７３８４号公報に開示され
たフェライト鋼（溶接材料）は、８〜１３％のＣｒと0.
０５〜1.２％のＮｉと0.５〜４％のＣｕを含んでいるの
で、Ｃｒ量を１０％以上に高めた高温高強度および高温
高耐食のフェライト鋼の溶接に使用して、母材に匹敵す
る高温強度および高温耐食性を溶接部に付与し、合わせ
て溶接金属の靱性低下を防止することが期待できる。

【００２３】しかし、総じてＳｉ量が少なく、耐高温腐
食性は十分とは言えない。また、溶接高温割れ対策が講
じられていないため、大入熱溶接では溶接高温割れを生
じる危険がある。また、Ｍｏ量が多い上、Ｃｒ量および
Ｓｉ量に見合ったＮｉおよびＣｕの添加がなされていな
いため、十分かつ安定な靱性改善効果が得られない。更
に、ビード幅の均一化についても、十分な効果が得られ
ない。

【００２４】

【作用】以下に本発明の溶接材料における各成分の作用
およびその限定理由を述べる。

【００２５】Ｃ：0.０３〜0.１５％ ＣはＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂと結合して炭化物を形成
し、溶接部の高温強度に寄与する。更には、オーステナ
イト形成元素として、δフェライト相の生成抑制に寄与
する。しかし、過剰の添加は、溶接金属においてＣｒ，
Ｎｂ，Ｖと低融点共晶を形成して溶接高温割れを、ま
た、マルテンサイトを硬化させて溶接低温割れを招く原
因になる。そのため、Ｃは0.０３〜0.１５％とした。Ｃ
の望ましい下限は0.０４％、更に望ましい下限は0.０５
％であり、望ましい上限は0.１３％、更に望ましい上限
は0.１１％である。

【００２６】Ｓｉ：0.１〜0.８％ Ｓｉは溶接部の耐酸化性および耐高温腐食性を高めるた
めに不可欠の元素である。また、ビード幅を均一化し、
溶接施工性の改善にも寄与する。しかし、多量の添加
は、本発明ではＮｉ，Ｃｕの増量を伴い、クリープ強度
の低下や長時間使用後の靱性低下を招く。そのため、Ｓ
ｉは0.１〜0.８％とした。Ｓｉの望ましい下限は0.１５
％、更に望ましい下限は0.２％であり、望ましい上限は
0.６％、更に望ましい上限は0.７％である。

【００２７】Ｍｎ：0.５〜２％ ＭｎはＳを固定し、0.５％以上で溶接割れ、クリープ脆
化といったＳの有害性を抑える効果がある。しかし、２
％を超えると、溶接金属の脆化を招く。従ってＭｎは0.
５〜２％とした。Ｍｎの望ましい下限は0.６％、更に望
ましい下限は0.７％であり、望ましい上限は1.８％、更
に望ましい上限は1.６％である。

【００２８】Ｐ：0.０２％以下 Ｐは溶接金属の加熱脆化を招くために、0.０２％以下と
する。下限は特に設けないが、極度の低Ｐ化は多大なコ
スト増を伴うので、0.００２％以上が望ましく、0.００
５％以上が更に望ましい。また、Ｐの望ましい上限は0.
０１５％、更に望ましい上限は0.０１％である。

【００２９】Ｓ：0.００１〜0.００８％ Ｓは本来は鋼の不可避不純物として扱われてきた、しか
し、溶融状態の溶接金属の流動性改善に有効であり、溶
接材料では0.００１％以上を必要とする。ただし、0.０
０８％を超える添加は、ビード幅の均一性の低下を招
き、溶接欠陥が出易くなる。従って、Ｓは0.００１〜0.
００８％とした。Ｓの望ましい下限は0.００２％、更に
望ましい下限は0.００３％であり、望ましい上限は0.０
０６％、更に望ましい上限は0.００５％である。

【００３０】Ｃｒ：１０〜１３％ Ｃｒは溶接部の高温（５５０〜６５０℃）での耐酸化
性、耐高温腐食性の確保に不可欠の元素である。しか
し、多量の添加は、本発明ではＮｉ，Ｃｕの増量を伴
い、クリープ強度の低下や長時間使用後の靱性低下を招
く。そのため、Ｃｒは１０〜１３％とした。Ｃｒの望ま
しい下限は１0.５％、更に望ましい下限は１１％であ
り、望ましい上限は１2.５％、更に望ましい上限は１２
％である。

【００３１】Ｎｉ：0.１〜1.５％かつ４Ｎｉ＋Ｃｕ≧Ｃ
ｒ＋４Ｓｉ−8.５ Ｎｉはマトリックスの靱性を高めるために0.１％以上を
必要とし、0.６％以上が望ましく、0.８％以上が更に望
ましい。また、残留δフェライト相の生成を抑え、マル
テンサイト単相組織として靱性を確保する観点から、Ｃ
ｕと共に上式を満足する添加を必要とする。しかし、一
方ではオーステナイト変態温度（Ａｃ₁点）を低下さ
せ、溶接後熱処理時にオーステナイト変態を生じさせ
て、クリープ強度の低下を招く。そのため、上限は1.５
％とし、1.４％以下が望ましく、1.２％以下が更に望ま
しい。

【００３２】Ｍｏ：0.０１〜0.３％ Ｍｏはマトリックスを固溶強化すると共に、微細炭化物
として析出して、クリープ強度に寄与する。その効果
は、Ｗとの複合添加により大きくなる。しかし、0.０１
％未満では、その効果は小さく、一方、0.３％を超える
と靱性が低下する。従って、Ｍｏは0.０１〜0.３％とし
た。Ｍｏの望ましい下限は0.０２％、更に望ましい下限
は0.０４％であり、望ましい上限は0.２５％、更に望ま
しい上限は0.２％である。

【００３３】Ｗ：１〜2.５％ ＷはＭｏと同様にマトリックスを固溶強化すると共に、
微細炭化物として析出して、クリープ強度に寄与する。
その効果は、Ｍｏとの複合添加により大きくなる。ただ
し、Ｗの過剰な添加は、溶接金属の靱性を劣化させる。
このようなことから、Ｗは１〜2.５％とした。Ｗの望ま
しい下限は1.１％、更に望ましい下限は1.２％であり、
望ましい上限は２％、更に望ましい上限は1.８％であ
る。

【００３４】Ｎｂ：0.０２〜0.２％，0.００２〜0.０２
％ ＮｂはＮｂ（Ｃ，Ｎ）を形成し、クリープ強度の向上に
寄与する。しかし、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）の析出は、一方では
硬化を助長し、靱性を損なう。また、Ｖとの複合添加に
おいては溶接高温割れを招く。そのため、複合度を低下
させる観点から、Ｖが0.００８〜0.０５％のときはＮｂ
を0.０２〜0.２％の通常レベルとし、Ｖが0.０５〜0.３
％のときはＮｂを0.００２〜0.０２％の低レベルとし
た。また、後述する希土類元素が添加される場合には、
Ｖを0.０５〜0.３％の通常レベルとし、Ｎｂを0.０２〜
0.２％の通常レベルとして、十分な複合度を確保した。
Ｎｂが通常レベルの場合、望ましい下限は0.０２５％、
更に望ましい下限は0.０３％であり、望ましい上限は0.
１９％、更に望ましい上限は0.１８％である。また、Ｎ
ｂが低レベルの場合、望ましい下限は0.００２５％、更
に望ましい下限は0.００３％であり、望ましい上限は0.
０１８％、更に望ましい上限は0.０１５％である。

【００３５】Ｖ：0.０５〜0.３％，0.００８〜0.０５％ ＶはＶ（Ｃ，Ｎ）を形成してクリープ強度に寄与する
が、過剰の添加はかえってクリープ強度を損なう。ま
た、Ｎｂとの複合添加においては溶接高温割れを招く。
そのため、Ｎｂのところで述べた通り複合度および希土
類元素との関係に基づいて、0.０５〜0.３％の通常レベ
ルまたは0.００８〜0.０５％の低レベルとした。Ｖが通
常レベルの場合、望ましい下限は0.０５５％、更に望ま
しい下限は0.０６％であり、望ましい上限は0.２５％、
更に望ましい上限は0.２％である。また、Ｖが低レベル
の場合、望ましい下限は0.０１％、更に望ましい下限は
0.０２％であり、望ましい上限は0.０４５％、更に望ま
しい上限は0.０４％である。

【００３６】Ｃｕ：３％以下かつ４Ｎｉ＋Ｃｕ≧Ｃｒ＋
４Ｓｉ−8.５ ＣｕはＮｉとの複合添加により、残留δフェライト相の
生成を抑え、溶接金属の靱性を確保する。しかし、過剰
な添加は長時間使用後の靱性低下を招く。そのため、Ｃ
ｕは上式以上、３％以下とした。Ｃｕの望ましい上限は
2.５％、更に望ましい上限は２％である。

【００３７】Ａｌ：0.００４〜0.０５％ 脱酸剤として添加される。過剰の添加は溶接ビード幅の
均一性を損なう。そのため、Ａｌは0.００４〜0.０５％
とした。Ａｌの望ましい下限は0.００５％、更に望まし
い下限は0.００６％であり、望ましい上限は0.０４％、
更に望ましい上限は0.０３％である。

【００３８】Ｎ：0.００５〜0.０７％ ＮはＮｂ，Ｖと結合して窒化物を析出して、クリープ強
度に寄与する。ただし、過剰の添加は、析出物を粗大化
させ、かえってクリープ強度を損なう。そのため、Ｎは
0.００５〜0.０７％とした。Ｎの望ましい下限は0.０２
％、更に望ましい下限は0.０３％であり、望ましい上限
は0.０６％、更に望ましい上限は0.０５％である。

【００３９】Ｏ：0.０１％以下 Ｏは酸化物として溶接金属に残存し、靱性の低下を招
く。Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏなどの強化元素の添加により硬
化した組織の靱性を確保しようとすると低Ｏ化が必要と
なり、0.０１％以下とした。ただし、過剰の低Ｏ化はコ
スト高を招く。Ｏの望ましい下限は0.０００５％、更に
望ましい下限は0.００１％であり、望ましい上限は0.０
０８％、更に望ましい上限は0.００７％である。

【００４０】Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ：0.００１〜0.０１％ これらの希土類元素はＮｂとＶの複合度を高めた場合の
溶接高温割れ感受性の増大を防止する。しかし、過剰の
添加は溶接性を損なう。そのため、Ｎｂが0.０２〜0.２
％、Ｖが0.０５〜0.３％の場合に、これらの元素の１種
以上を0.００１〜0.０１％含有させる。これらの元素の
望ましい下限は0.００２％、更に望ましい下限は0.００
３％であり、望ましい上限は0.００９％、更に望ましい
上限は0.００８％である。

【００４１】Ｍｇ：0.０００５〜0.１％ Ｍｇは線材に加工する際の熱間加工性の改善に有効であ
る他、Ｓを固定する効果が期待されるので、添加しても
よい。ただし、過剰の添加は、溶接金属の清浄度を低下
させる。そのため、添加する場合は0.０００５〜0.１％
とする。Ｍｇの望ましい下限は0.００１％、更に望まし
い下限は0.００５％であり、望ましい上限は0.０８％、
更に望ましい上限は0.０６％である。

【００４２】Ｂ：0.０００１〜0.０１％ Ｂは微量添加により炭化物を分散・安定化させ、クリー
プ強度を高める効果があるため、添加してもよい。添加
する場合は0.０００１〜0.０１％とする。過剰の添加は
加工性を損なう。Ｂの望ましい下限は0.０００５％、更
に望ましい下限は0.００１％であり、望ましい上限は0.
００８％、更に望ましい上限は0.００６％である。

【００４３】

【実施例】次に本発明の実施例を示し、比較例と対比さ
せて、本発明の効果を明らかにする。

【００４４】表１の化学組成をもつＣｒ量が１０％以上
の高Ｃｒフェライト鋼からなる外径３００ｍｍ×肉厚４
０ｍｍの鋼管と、外径２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの鋼管
とを母材とした。各母材に開先を設け、種々の溶接材料
を用いてＴＩＧ溶接およびサブマージアーク溶接により
円周溶接を施した。このフェライト鋼は、６００℃−１
万時間のクリープ強度が約１７ｋｇｆ／ｍｍ² と高強度
であり、更には耐酸化性および耐高温腐食性も高い。

【００４５】溶接に使用した溶接材料の化学組成を表３
〜表６に示す。いずれの溶接材料も、溶製熱間加工、線
引加工のプロセスにより製造した外径2.４ｍｍのワイヤ
である。溶接条件は、入熱量がＴＩＧ溶接で２５０００
Ｊ／ｃｍ、サブマージアーク溶接で３００００Ｊ／ｃｍ
となるように設定した。溶接後は７４０℃にて溶接後熱
処理を行った。サブマージアーク溶接に使用したフラッ
クスの化学組成を表２に示す。

【００４６】得られた溶接継手の溶接ビード幅を測定す
ると共に、その継手から図１に示す曲げ試験片、シャル
ピー衝撃試験片、クリープ試験片および耐食性試験片を
採取し、各試験片を側曲げ試験、０℃でのシャルピー衝
撃試験、６００℃でのクリープ試験および高温酸化試験
にそれぞれ供した。

【００４７】側曲げ試験では、板厚の２倍の曲げ半径で
試験片を１８０度折り曲げ、溶接金属部での溶接高温割
れの有無を調べ、割れ無しを○、割れ有りを×とした。

【００４８】クリープ試験では、母材である高Ｃｒフェ
ライト鋼で５０００〜６０００ｈ、汎用鋼であるASME
Ｔ９１鋼で約１００ｈの破断寿命を示す応力１8.５ｋｇ
ｆ／ｍｍ² を付加し、破断寿命４０００ｈ未満を×、４
０００ｈ以上を○とした。

【００４９】高温酸化試験では、水蒸気中で７００℃×
１０００ｈの加熱を行い、表面のスケール厚さを測定し
て、ボイラ用材料としての耐高温酸化性を評価した。同
試験での母材のスケール厚さは８０μｍであった。

【００５０】各試験結果およびビード幅の変動率を調査
した結果を表７〜表９に示す。

【００５１】No. １〜１５は本発明の溶接材料Ａ１〜Ａ
１５を大入熱ＴＩＧ溶接（２５０００Ｊ／ｃｍ）に用い
た例、No. １６〜３０は本発明の溶接材料Ａ１〜Ａ１５
をサブマージアーク溶接（３００００Ｊ／ｃｍ）に用い
た例である。全ての溶接金属部に溶接高温割れが生じ
ず、本発明の溶接材料が耐溶接高温割れ性に優れること
を確認できた。また、母材が高Ｃｒ，高Ｓｉであるにも
かかわらず、その母材に匹敵するクリープ強度および高
温耐食性が得られ、優れた靱性も得られた。更に、溶接
欠陥を生じ難い幅変動の少ない溶接ビードが得られた。

【００５２】これに対し、No. ３１〜３４は比較用の溶
接材料Ｂ１〜Ｂ４を大入熱ＴＩＧ溶接に用いた例であ
る。いずれの溶接材料もＮｂとＶの複合度低下の対策が
講じられておらず、また希土類元素の添加もなされてい
ないので、耐溶接高温割れ性が良くなかった。

【００５３】No. ３５〜３７に使用された溶接材料Ｂ５
〜Ｂ７は、Ｍｏ量が多いため、十分な靱性を確保できな
かった。No. ３８，３９に使用されたＢ８，Ｂ９は、Ｃ
ｒ量およびＳｉ量に見合ったＮｉおよびＣａの添加がな
されていないため、やはり十分な靱性を確保できなかっ
た。No. ４０に使用されたＢ１０は、Ｎｉが過剰に添加
されたため、やはり十分な靱性を確保できなかった。

【００５４】Ｂ１１を用いたNo. ４１では、その溶接材
料中のＳｉが不足するため、耐高温腐食性がよくなかっ
た。Ｂ１２を用いたNo. ４２では、その溶接材料のＣｒ
量が少ないため、やはり耐高温腐食性が良くなかった。
Ｂ１３，Ｂ１４を用いたNo.４３，４４では、その溶接
材料においてＳ量，Ａｌ量が制限されていないため、ビ
ード幅変動が大となった。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】

【表３】

【００５８】

【表４】

【００５９】

【表５】

【００６０】

【表６】

【００６１】

【表７】

【００６２】

【表８】

【００６３】

【表９】

【００６４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のフェライト鋼溶接材料は、Ｎｂ，Ｖを複合添加したと
きに問題となる大入熱溶接での高温溶接割れを抑える。
Ｃｒ量が１０％以上の高温高強度・高温高耐食のフェラ
イト鋼に適用した場合にも、母材に匹敵する高温強度お
よび高温耐食性を溶接部に付与し、合わせ溶接部の靱性
低下を防ぐことができる。また、幅変動の少ない溶接ビ
ードを形成でき、溶接欠陥の防止を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接部の性能試験に用いた試験片の寸法図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 茂 兵庫県尼崎市扶桑町１番17号 住金溶接 工業株式会社内 (72)発明者 水田 俊彦 兵庫県尼崎市扶桑町１番17号 住金溶接 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−280993（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 35/30

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、
   Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ：
   ０．０２％以下、Ｓ：０．００１〜０．００８％、Ｃ
   ｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：
   ０．０１〜０．３％、Ｗ：１〜２．５％、Ｎｂ：０．０
   ２〜０．２％、Ｖ：０．０５〜０．３％、Ｃｕ：３％以
   下、Ａｌ：０．００４〜０．０５％、Ｎ：０．００２〜
   ０．０７％、Ｏ：０．０１％以下と、更にＹ，Ｃｅ，Ｌ
   ａの少なくとも１種以上を０．００１〜０．０１％を含
   み、且つ、ＮｉとＣｕが複合添加されると共に、Ｃｒ＋
   ４Ｓｉ−８．５≦４Ｎｉ＋Ｃｕを満足し、残部がＦｅお
   よび不可避的不純物からなることを特徴とする耐溶接高
   温割れ性に優れたフェライト鋼溶接材料。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、
   Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ：
   ０．０２％以下、Ｓ：０．００１〜０．００８％、Ｃ
   ｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：
   ０．０１〜０．３％、Ｗ：１〜２．５％、Ｎｂ：０．０
   ０２〜０．０２％、Ｖ：０．０５〜０．３％、Ｃｕ：３
   ％以下、Ａｌ：０．００４〜０．０５％、Ｎ：０．００
   ２〜０．０７％、Ｏ：０．０１％以下を含み、且つ、Ｎ
   ｉとＣｕが複合添加されると共に、Ｃｒ＋４Ｓｉ−８．
   ５≦４Ｎｉ＋Ｃｕを満足し、残部がＦｅおよび不可避的
   不純物からなることを特徴とする耐溶接高温割れ性に優
   れたフェライト鋼溶接材料。
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％、
   Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ：
   ０．０２％以下、Ｓ：０．００１〜０．００８％、Ｃ
   ｒ：１０〜１３％、Ｎｉ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：
   ０．０１〜０．３％、Ｗ：１〜２．５％、Ｎｂ：０．０
   ２〜０．２％、Ｖ：０．００８〜０．０５％、Ｃｕ：３
   ％以下、Ａｌ：０．００４〜０．０５％、Ｎ：０．００
   ２〜０．０７％、Ｏ：０．０１％以下を含み、且つ、Ｎ
   ｉとＣｕが複合添加されると共に、Ｃｒ＋４Ｓｉ−８．
   ５≦４Ｎｉ＋Ｃｕを満足し、残部がＦｅおよび不可避的
   不純物からなることを特徴とする耐溶接高温割れ性に優
   れたフェライト鋼溶接材料。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載の成分に加え
   て更に、Ｍｇ：０．０００５〜０．１％を含む耐溶接高
   温割れ性に優れたフェライト鋼溶接材料。
5. 【請求項５】 請求項１、２又は３に記載の成分に加え
   て更に、Ｂ：０．０００１〜０．０１％を含む耐溶接高
   温割れ性に優れたフェライト鋼溶接材料。