JP5170297B1 - Welding material for Ni-base heat-resistant alloy, weld metal and welded joint using the same - Google Patents

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Abstract

【課題】溶接時に優れた耐高温割れ性を有するNi基耐熱合金用溶接材料並びに溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性及び良好なクリープ強度を有する溶接金属と溶接継手を提供すること。
【解決手段】(1)C:0.06〜0.18%、Si≦0.5%、Mn≦1.5%、Ni:45〜55%、Cr:25〜35%、W:7.0〜13.0%、Ti:0.2超〜1.5%、Al<0.1%及びN:0.002〜0.20%を含み、残部がFe及び不純物からなり、不純物中のO≦0.02%、P≦0.008%及びS≦0.005%の化学組成を有するNi基耐熱合金用溶接材料。この溶接材料は、Feの一部に代えてNb≦1.0%を含んでもよい。(2)上記のNi基耐熱合金用溶接材料を用いてなる溶接金属。(3)上記溶接金属と高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材とからなる溶接継手。
【選択図】なし
Welding material for Ni-base heat-resistant alloys having excellent hot cracking resistance during welding, and weld metal having hot cracking resistance during welding, stress relaxation cracking resistance during long-term use at high temperature, and good creep strength And providing welded joints.
(1) C: 0.06 to 0.18%, Si ≦ 0.5%, Mn ≦ 1.5%, Ni: 45 to 55%, Cr: 25 to 35%, W: 7. 0 to 13.0%, Ti: more than 0.2 to 1.5%, Al <0.1% and N: 0.002 to 0.20%, with the balance being Fe and impurities, A welding material for a Ni-base heat-resistant alloy having a chemical composition of O ≦ 0.02%, P ≦ 0.008% and S ≦ 0.005%. This welding material may include Nb ≦ 1.0% instead of a part of Fe. (2) A weld metal using the above-mentioned welding material for Ni-base heat-resistant alloys. (3) A welded joint comprising the weld metal and a base material of a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high temperature strength.
[Selection figure] None

Description

本発明は、Ni基耐熱合金用溶接材料ならびにそれを用いてなる溶接金属および溶接継手に関する。詳しくは、発電用ボイラ等、高温で使用される機器に用いるNi基耐熱合金を溶接するのに好適な溶接材料ならびにそれを使用して得られる溶接金属および溶接継手に関する。   The present invention relates to a welding material for a Ni-base heat-resistant alloy, a weld metal and a welded joint using the same. More specifically, the present invention relates to a welding material suitable for welding a Ni-based heat-resistant alloy used in equipment used at high temperatures such as a power generation boiler, and a weld metal and a welded joint obtained by using the welding material.

近年、環境負荷軽減の観点から発電用ボイラ等では運転条件の高温・高圧化が世界的規模で進められており、それに使用される材料にも、より優れた高温強度を有することが求められている。   In recent years, high-temperature and high-pressure operating conditions have been promoted on a global scale for power generation boilers and the like from the viewpoint of reducing environmental impact, and the materials used therefor are required to have superior high-temperature strength. Yes.

このような要求を満たす材料として、例えば、UNS N06617に規定のNi基耐熱合金がある。また、特許文献1〜5に種々のNi基合金が開示されている。これらは、いずれも母材としての必要性能を満足させるため、種々多様な合金元素範囲を規定したものである。   As a material satisfying such requirements, for example, there is a Ni-based heat-resistant alloy specified in UNS N06617. Patent Documents 1 to 5 disclose various Ni-based alloys. These all define various alloy element ranges in order to satisfy the required performance as a base material.

これらNi基耐熱合金を構造物として使用する場合、溶接により組み立てるのが一般的である。   When these Ni-base heat resistant alloys are used as structures, they are generally assembled by welding.

しかしながら、溶接により組み立てる際に、Ni基合金母材をそのまま溶接材料として使用すると、溶接金属における溶接時の高温割れ感受性が高くなる場合がある。したがって、溶接材料として、広範な組成範囲を有するNi基合金母材をそのまま転用するのではなく、より成分範囲を厳しく管理した合金を使用して、上記の高温割れの防止を図らねばならないこともある。なお、上記「溶接時の高温割れ」には、「凝固割れ」と「延性低下割れ」が含まれる。   However, when the Ni-base alloy base material is used as it is as a welding material when assembling by welding, there is a case where high-temperature cracking susceptibility during welding in the weld metal is increased. Therefore, instead of using a Ni-based alloy base material having a wide composition range as it is as a welding material, it is necessary to use an alloy with a more strictly controlled component range to prevent the above-mentioned hot cracking. is there. The “hot cracking during welding” includes “solidification cracking” and “ductility-reducing cracking”.

一方、溶接により組み立てる際に使用するNi基耐熱合金用溶接材料として、AWS A5.14−2005 ER NiCrCoMo−1が知られている。   On the other hand, AWS A5.14-2005 ER NiCrCoMo-1 is known as a welding material for Ni-base heat-resistant alloys used when assembling by welding.

さらに、特許文献6〜8に、種々のNi基合金用溶接材料が提案されている。   Further, various welding materials for Ni-based alloys are proposed in Patent Documents 6 to 8.

特許文献6には、高強度を有する酸化物分散強化型合金と耐熱合金との溶接に使用される溶接材料であって、Mo、Nbなどの固溶強化元素を積極的に含有させることにより、強度向上を図った、酸化物分散強化型合金用溶接材料が提案されている。   Patent Document 6 discloses a welding material used for welding an oxide dispersion strengthened alloy having high strength and a heat-resistant alloy, and by actively containing a solid solution strengthening element such as Mo and Nb, There has been proposed a welding material for oxide dispersion-strengthened alloys that has improved strength.

特許文献7には、MoおよびWによる固溶強化ならびにAlおよびTiによる析出強化効果を活用して高強度化を図った、Ni基合金用溶接材料が提案されている。   Patent Document 7 proposes a welding material for a Ni-based alloy, which has been strengthened by utilizing the solid solution strengthening by Mo and W and the precipitation strengthening effect by Al and Ti.

特許文献8には、NbとWを含有させて、溶接時の凝固割れとクリープ強度の両立を図った、Ni基合金用溶接材料が提案されている。   Patent Document 8 proposes a welding material for a Ni-based alloy that contains Nb and W to achieve both solidification cracking during welding and creep strength.

ところで、上記のNi基耐熱合金およびNi基耐熱合金用溶接材料を用いてなる溶接構造物は高温で使用されるが、高温で長時間使用した場合には、溶接部で割れが発生することが懸念される。   By the way, a welded structure using the Ni-base heat-resistant alloy and the welding material for the Ni-base heat-resistant alloy is used at a high temperature. However, when it is used at a high temperature for a long time, cracks may occur in the welded portion. Concerned.

例えば、非特許文献1には、Ni基耐熱合金の溶接熱影響部(以下、「HAZ」という。)において、溶接後熱処理中に粒界割れが生じることが指摘されており、γ’相の析出に加えて、Sの粒界偏析が影響することが示唆されている。   For example, Non-Patent Document 1 points out that intergranular cracking occurs during post-weld heat treatment in a welding heat-affected zone (hereinafter referred to as “HAZ”) of a Ni-base heat-resistant alloy. In addition to precipitation, it is suggested that S grain boundary segregation affects.

また、非特許文献2には、18Cr−8Ni−Nb系のオーステナイト系耐熱鋼溶接部の長時間加熱時のHAZにおける粒界割れの防止策についての検討が行われている。そして、適正な後熱処理の適用による溶接残留応力の低減がHAZにおける粒界割れ防止に有効であるとの溶接プロセス面からの対策が提案されている。   Non-Patent Document 2 discusses measures for preventing intergranular cracking in HAZ during long-time heating of 18Cr-8Ni-Nb austenitic heat-resistant steel welds. And the countermeasure from the welding process surface that reduction of the welding residual stress by application of appropriate post-heat treatment is effective in preventing grain boundary cracking in HAZ has been proposed.

このように、Ni基耐熱合金を長時間使用した際、HAZに割れが生じる現象は古くから知られていたものの、近年、材料の高強度化のために多様の合金元素が含有されるに伴い、長時間加熱時の割れ発生が溶接金属においても顕在化する傾向にある。   As described above, when a Ni-based heat-resistant alloy is used for a long time, the phenomenon of cracking in HAZ has been known for a long time. However, in recent years, various alloy elements have been included to increase the strength of materials. In addition, the occurrence of cracks during long-time heating tends to become apparent in weld metal.

しかしながら、長時間使用中に溶接部に発生する割れについては、未だ完全な機構解明には至っておらず、さらには、割れ対策、特に、溶接金属における材料面からの割れ対策は確立されていない。   However, regarding cracks occurring in the welded part during long-time use, the mechanism has not yet been fully elucidated, and furthermore, countermeasures against cracking, particularly cracks from the material surface of the weld metal have not been established.

そのため、上記のNi基耐熱合金用溶接材料として知られているAWS A5.14−2005 ER NiCrCoMo−1を用いて得られる溶接金属は、長時間使用中に発生する割れ(以下、「応力緩和割れ」と称する。)に対しては、課題が残っている。   Therefore, the weld metal obtained using AWS A5.14-2005 ER NiCrCoMo-1 known as a welding material for the above-mentioned Ni-base heat-resistant alloy is cracked during use for a long time (hereinafter referred to as “stress relaxation cracking”). Is still a problem.

また、上述の特許文献6および特許文献7においても、応力緩和割れについては全く考慮されていない。このため、上記特許文献6および特許文献7で提案された溶接材料を用いて得られる溶接金属もまた、応力緩和割れに対しては、課題が残っている。しかも、上記の特許文献6および特許文献7で提案された溶接材料が、Tiまたは/およびAlを多量に含有する場合には、溶接時の作業性に劣るという課題もある。   In the above-mentioned Patent Document 6 and Patent Document 7, stress relaxation cracking is not considered at all. For this reason, the weld metal obtained using the welding material proposed by the said patent document 6 and the patent document 7 also has a subject with respect to a stress relaxation crack. In addition, when the welding materials proposed in Patent Document 6 and Patent Document 7 contain a large amount of Ti and / or Al, there is also a problem that workability during welding is poor.

一方、本発明者らが特許文献8で提案した溶接材料では、Tiの含有量が少ないため、より良好なクリープ強度の確保という点で、改善すべき余地がある。   On the other hand, since the welding material proposed by the present inventors in Patent Document 8 has a small Ti content, there is room for improvement in terms of securing better creep strength.

特開昭63−050440号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-050440 特開平9−157779号公報JP-A-9-157779 特開2004−3000号公報JP 2004-3000 A 国際公開第2009/154161号International Publication No. 2009/154161 特開2010−150593公報JP 2010-150593 A 特開平10−193174号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-193174 国際公開第2010/013565号International Publication No. 2010/013565 特開2008−207242号公報JP 2008-207242 A

井川ら:溶接学会誌、第47巻(1978)第10号、P.679Igawa et al .: Journal of the Japan Welding Society, Vol. 47 (1978) No. 10, p. 679 内木ら:石川島播磨技報、第15巻(1975)第2号、p.209Uchigi et al .: Ishikawajima-Harima Technical Report, Volume 15 (1975) No. 2, p. 209

本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、溶接時に優れた耐高温割れ性を有するNi基耐熱合金用溶接材料の提供と、それを用いてなる溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属の提供を目的とする。さらに、この溶接材料を用いてなる溶接金属と高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材とからなる溶接継手を提供することも本発明の目的である。   The present invention has been made in view of the above situation, and provides a welding material for a Ni-base heat resistant alloy having excellent hot cracking resistance at the time of welding, and hot cracking resistance during welding using the same. It is an object of the present invention to provide a weld metal having stress relaxation crack resistance and good creep strength during long-time use. Furthermore, it is also an object of the present invention to provide a welded joint comprising a weld metal using this weld material and a base material of a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high temperature strength.

本発明者らは、前記した課題を解決するために、先ず、高温で長時間使用中に溶接金属に発生する応力緩和割れについて詳細な調査を行った。その結果、下記(a)〜(c)の事項が明らかになった。   In order to solve the above-described problems, the present inventors first conducted a detailed investigation on stress relaxation cracks generated in a weld metal during long-time use at high temperatures. As a result, the following items (a) to (c) became clear.

(a)応力緩和割れは溶接金属の柱状晶境界に発生している。   (A) Stress relaxation cracks occur at the columnar crystal boundaries of the weld metal.

(b)割れ破面は延性に乏しく、破面上には、PおよびSが濃化している。   (B) The fracture surface is poor in ductility, and P and S are concentrated on the fracture surface.

(c)割れ部近傍のミクロ組織には、結晶粒内に微細な金属間化合物が多量に析出している。   (C) In the microstructure near the cracked portion, a large amount of fine intermetallic compounds are precipitated in the crystal grains.

上記(a)〜(c)の判明事項から、本発明者らは、次の(d)〜(f)の結論に至った。   From the above findings (a) to (c), the present inventors have reached the following conclusions (d) to (f).

(d)応力緩和割れは、溶接時の凝固およびその後の高温での加熱中にPおよびSが偏析することに起因して弱くなった粒界に、溶接残留応力および外部応力が作用することによって開口したものである。   (D) Stress relaxation cracking is caused by welding residual stress and external stress acting on grain boundaries that have weakened due to segregation of P and S during solidification during welding and subsequent heating at high temperatures. It is an opening.

(e)粒内に多量の金属間化合物または/および炭窒化物が微細析出する場合には、粒内の変形能が低下するため、粒界面への応力集中が生じ、粒界が弱くなったこととの重畳作用によって、割れが発生しやすくなる。   (E) When a large amount of intermetallic compounds and / or carbonitrides are finely precipitated in the grains, the deformability in the grains decreases, and stress concentration occurs at the grain interfaces, resulting in weak grain boundaries. Cracks are likely to occur due to the superimposing action.

(f)上記の機構は、非特許文献1にHAZにおける類似の割れについて示唆されている。そして、非特許文献1には、粒界を弱くさせるSの低減またはSを固定するためにCaおよびMgを含有させることがその割れを防止するのに有効であることが示されている。しかしながら、溶接金属は凝固ままの組織で使用されるのが一般的であり、熱処理など調質された母材を元にするHAZとは現象が異なることが予想されるため、非特許文献1で提案されたHAZにおける割れ対策がそのまま、応力緩和割れに対しても適用できる可能性は小さい。具体的には、上記非特許文献1にて提案されているCaおよびMgは酸素との親和力が非常に強いため、溶接中に酸化物を形成しやすく、溶接後の溶接金属への歩留まりは溶接条件の影響を受け、その効果を安定して得るのは難しい。さらに、不純物元素の極端な低減、特にPの低減は製鋼コストの大幅な増大を招くため、大量生産する工業製品に対して適用することは難しい。   (F) The above mechanism is suggested in Non-Patent Document 1 for similar cracks in HAZ. Non-Patent Document 1 shows that the reduction of S that weakens the grain boundaries or the inclusion of Ca and Mg to fix S is effective in preventing the cracking. However, the weld metal is generally used in an as-solidified structure, and the phenomenon is expected to be different from HAZ based on a tempered base material such as heat treatment. It is unlikely that the proposed HAZ crack countermeasures can be applied to stress relaxation cracks as they are. Specifically, since Ca and Mg proposed in Non-Patent Document 1 have a very strong affinity for oxygen, oxides are easily formed during welding, and the yield to the weld metal after welding is welded. Under the influence of conditions, it is difficult to obtain the effect stably. Furthermore, since extreme reduction of impurity elements, particularly P, causes a significant increase in steelmaking costs, it is difficult to apply to industrial products that are mass-produced.

そこで、本発明者らは応力緩和割れを防止するためにさらに詳細な検討を実施した。その結果、次の(g)および(h)によって応力緩和割れに対する感受性を低下できることが判明した。   Therefore, the present inventors conducted further detailed studies in order to prevent stress relaxation cracking. As a result, it was found that the following (g) and (h) can reduce the sensitivity to stress relaxation cracking.

(g)粒界に偏析して粒界を弱くさせる溶接金属中のSおよびPの含有量を特定の範囲内に規制すること。   (G) Regulating the contents of S and P in the weld metal that segregates at the grain boundaries and weakens the grain boundaries within a specific range.

(h)金属間化合物または/および炭窒化物として微細析出して粒内変形抵抗の増大を招く元素、具体的には、TiおよびAlの含有量を特定の範囲内に規制すること。   (H) To restrict the contents of elements, specifically Ti and Al, which are finely precipitated as intermetallic compounds and / or carbonitrides and cause an increase in intragranular deformation resistance within a specific range.

しかしながら、上記(g)及び(h)の対策を講じても、応力緩和割れを完全に防止するには至らなかった。加えて、析出強化効果を十分に活用できないため、所望の良好なクリープ強度が得られないことが判明した。   However, even if the measures (g) and (h) are taken, stress relaxation cracks have not been completely prevented. In addition, it has been found that the desired good creep strength cannot be obtained because the precipitation strengthening effect cannot be fully utilized.

そこでさらに、本発明者らが検討を進めた結果、高濃度のWおよびCrを含有させることによって、具体的には、質量%で、7.0〜13.0%のWおよび25〜35%のCrを含有させることによって、応力緩和割れの防止と所望の良好なクリープ強度の確保を両立させることができることが判明した。その理由は、次の(i)および(j)によるものと考えられる。   Therefore, as a result of further investigation by the present inventors, by containing a high concentration of W and Cr, specifically, 7.0 to 13.0% W and 25 to 35% by mass%. It has been found that the inclusion of Cr in this manner makes it possible to achieve both the prevention of stress relaxation cracking and the securing of a desired good creep strength. The reason is considered to be due to the following (i) and (j).

(i)WおよびCr含有量の増加はそれぞれ、高温で長時間使用中のSおよびPの粒界偏析エネルギーを低下させ、粒界へのSおよびPの濃化を軽減して、間接的に粒界が弱くなることを抑制する。   (I) Increasing the W and Cr contents indirectly reduces the segregation energy of grain boundaries of S and P that have been used at high temperatures for a long time, and reduces the concentration of S and P at the grain boundaries. Suppresses weakening of grain boundaries.

(j)Wは固溶強化元素としてクリープ強度の向上に寄与するが、この場合の粒内の変形能の低下は、微細な金属間化合物および炭窒化物が析出する場合に比べて小さい。   (J) W contributes to the improvement of creep strength as a solid solution strengthening element, but in this case, the decrease in intra-grain deformability is smaller than when fine intermetallic compounds and carbonitrides precipitate.

(k)Crはα−Cr相として析出し、クリープ強度の向上に寄与する。しかし、このα−Cr相が析出する場合は、微細な金属間化合物および炭窒化物が析出する場合に比べて、粒内の変形能の低下が小さい。   (K) Cr precipitates as an α-Cr phase and contributes to the improvement of creep strength. However, when this α-Cr phase precipitates, the deterioration of intra-grain deformability is small as compared with the case where fine intermetallic compounds and carbonitrides precipitate.

しかしながら、上記高濃度のWおよびCrを含有させた場合、高温で長時間使用中に溶接金属に発生する応力緩和割れは防止できるものの、溶接中の凝固割れ感受性が逆に増大することが明らかとなった。   However, when the above-mentioned high concentrations of W and Cr are contained, it is clear that stress relaxation cracking that occurs in the weld metal during long-time use at high temperatures can be prevented, but the susceptibility to solidification cracking during welding increases conversely. became.

そこで、本発明者らはさらに、溶接中の凝固割れを防止するための検討も実施した。その結果、下記(l)の知見が得られた。   Therefore, the present inventors have further studied to prevent solidification cracking during welding. As a result, the following knowledge (1) was obtained.

(l)Cの含有量を特定の範囲内に制御することによって、具体的には、質量%で、0.06〜0.18%とすることによって、溶接中の凝固割れを防止することができる。   (L) By controlling the C content within a specific range, specifically, 0.06 to 0.18% by mass, it is possible to prevent solidification cracking during welding. it can.

その理由は、溶接金属の組織観察結果から、次の(m)によるものと考えられる。   The reason is considered to be due to the following (m) from the observation result of the structure of the weld metal.

(m)質量%でCrを25〜35%含有する場合に、Cの含有量を上記の範囲内に制御すれば、溶接金属の凝固過程でCが主にCrと結合して、(Cr、M)236とオーステナイトの共晶凝固が生じる。その結果、凝固時の液相の消失が早まるため、溶接中の凝固割れを防止することができる。 (M) When Cr is contained in an amount of 25 to 35% by mass, if the C content is controlled within the above range, C is mainly combined with Cr during the solidification process of the weld metal, and (Cr, M) Eutectic solidification of 23 C 6 and austenite occurs. As a result, the disappearance of the liquid phase during solidification is accelerated, so that solidification cracking during welding can be prevented.

加えて、上記のCおよびCrの含有量の適正範囲への管理は、溶接中の延性低下割れの防止にも有効であることが確認できた。   In addition, it was confirmed that the management of the C and Cr contents within the appropriate range is effective for preventing ductile deterioration cracks during welding.

その理由は、溶接金属の組織観察結果から、次の(n)によるものと考えられる。   The reason is considered to be due to the following (n) from the observation result of the structure of the weld metal.

(n)溶接金属の凝固過程でCとCrが結合して生成した(Cr、M)236はラメラ状に柱状晶境界に存在する。その結果、不純物元素の偏析サイトである最終凝固界面を増大させるとともに、上記の炭化物(つまり、(Cr、M)236)が粒界のすべりを抑制し、溶接中の延性低下割れを防止することができる。 (N) (Cr, M) 23 C 6 produced by the combination of C and Cr in the solidification process of the weld metal exists at the columnar crystal boundary in a lamellar shape. As a result, the final solidification interface, which is a segregation site of impurity elements, is increased, and the above carbides (that is, (Cr, M) 23 C 6 ) suppresses the sliding of grain boundaries and prevents ductile deterioration cracks during welding. can do.

また、本発明者らは、溶接時の溶接作業性についても検討した。その結果、下記(o)のように考えるに至った。   In addition, the present inventors also examined welding workability during welding. As a result, it came to think as follows (o).

(o)溶接作業性の低下は、前層の溶接ビード表面に生成したAlを多く含有する高融点の酸化スケールを後続パスが十分溶融できないことにより生じる。   (O) Deterioration of welding workability occurs because the subsequent pass cannot sufficiently melt the high melting point oxide scale containing a large amount of Al produced on the surface of the weld bead of the previous layer.

そこでさらに、本発明者らは、溶接作業性の改善についても検討した。その結果、下記(p)の知見を得た。   Therefore, the present inventors further studied improvement of welding workability. As a result, the following knowledge (p) was obtained.

(p)溶接材料を、質量%で、Tiが0.2%を超えて1.5%以下で、かつAlが0.1%未満のものとすることによって、溶接ビード表面に生成する酸化スケールを、Alを多く含有するものからTiを主体とするものに変えることができるので、溶接作業性が改善する。しかも、応力緩和割れに悪影響を及ぼさない範囲で、TiおよびAlの金属間化合物、ならびにTi炭窒化物による微細析出強化作用を確保することもできる。   (P) Oxidation scale generated on the surface of the weld bead when the welding material is in mass%, Ti is more than 0.2% and not more than 1.5%, and Al is less than 0.1%. Can be changed from one containing a large amount of Al to one containing mainly Ti, so that the welding workability is improved. In addition, the fine precipitation strengthening action by the intermetallic compound of Ti and Al and Ti carbonitride can be ensured within a range that does not adversely affect the stress relaxation cracking.

以上のことから、Ni基耐熱合金用溶接材料としては、質量%で、Cr:25〜35%およびNi:45〜55%の合金をベースとし、C:0.06〜0.18%、W:7.0〜13.0%、Ti:0.2%を超えて1.5%以下およびAl:0.1%未満を含有させることによって、溶接中の優れた溶接作業性および耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および所望の良好なクリープ強度を確保できるとの知見を得たのである。   From the above, the welding material for Ni-base heat-resistant alloy is based on an alloy of Cr: 25-35% and Ni: 45-55% in mass%, C: 0.06-0.18%, W : 7.0 to 13.0%, Ti: more than 0.2% and 1.5% or less, and Al: less than 0.1%, excellent welding workability during welding and hot cracking resistance In other words, it has been found that it is possible to secure the desired stress relaxation cracking resistance and desired good creep strength during long-term use at high temperatures.

そして、このNi基耐熱合金用溶接材料を用いて、溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属と、高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材からなる溶接継手を得ることができる。   And using this welding material for Ni-base heat-resistant alloy, it was excellent in high temperature crack resistance, high temperature crack resistance during welding, stress relaxation crack resistance during long time use at high temperature and good creep strength, and high temperature strength A welded joint made of a Ni-base heat-resistant alloy base material can be obtained.

この溶接材料を用いて溶接継手を得る際に、質量%で、Ni:45〜55%、Cr:25〜35%およびW:3.5〜8.5%を含む高温強度に優れたNi基耐熱合金を母材として用いると、母材においても優れたクリープ強度を確保できることとなるので好ましい。母材として用いる高温強度に優れたNi基耐熱合金は、本発明に係る溶接材料と同じ化学組成を有するNi基耐熱合金であってもよいし、異なってもよい。   When obtaining a welded joint using this welding material, the Ni base excellent in high-temperature strength including Ni: 45-55%, Cr: 25-35% and W: 3.5-8.5% in mass%. It is preferable to use a heat-resistant alloy as a base material because excellent creep strength can be secured even in the base material. The Ni-base heat-resistant alloy having excellent high-temperature strength used as the base material may be a Ni-base heat-resistant alloy having the same chemical composition as the welding material according to the present invention, or may be different.

なお、上記の母材としては、質量%で、C:0.04〜0.12%、Si:0.5%以下、Mn:1.5%以下、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Ni:45〜55%、Cr:25〜35%、W:3.5〜8.5%、Ti:0.05〜1.0%、Zr:0.005〜0.05%、N:0.02%以下、B:0.005%以下およびAl:0.05〜0.3%を含有し、残部がFeおよび不純物からなる高温強度に優れたNi基耐熱合金を用いることが好ましい。   In addition, as said base material, it is the mass%, C: 0.04-0.12%, Si: 0.5% or less, Mn: 1.5% or less, P: 0.03% or less, S: 0.01% or less, Ni: 45-55%, Cr: 25-35%, W: 3.5-8.5%, Ti: 0.05-1.0%, Zr: 0.005-0. A Ni-based heat-resistant alloy containing 05%, N: 0.02% or less, B: 0.005% or less, and Al: 0.05-0.3%, with the balance being Fe and impurities and having excellent high-temperature strength It is preferable to use it.

なお、残部としての「Feおよび不純物」における「不純物」とは、溶接材料または/および耐熱合金を工業的に製造する際に、鉱石あるいはスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入するものを指す。   The “impurities” in the “Fe and impurities” as the balance are various materials in the manufacturing process including raw materials such as ore or scrap when industrially manufacturing welding materials and / or heat-resistant alloys. Refers to something that gets mixed in by factors.

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記(1)および(2)に示す溶接材料、(3)に示す溶接金属、そして(4)〜(6)に示す溶接継手にある。   The present invention has been completed based on the above findings, and the gist of the present invention is a welding material shown in the following (1) and (2), a weld metal shown in (3), and (4) to (6). It is in the welded joint shown in

(1)質量%で、C:0.06〜0.18%、Si:0.5%以下、Mn:1.5%以下、Ni:45〜55%、Cr:25〜35%、W:7.0〜13.0%、Ti:0.2%を超えて1.5%以下、Al:0.1%未満およびN:0.002〜0.20%を含み、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のO、PおよびSがそれぞれ、O:0.02%以下、P:0.008%以下およびS:0.005%以下の化学組成を有することを特徴とする、Ni基耐熱合金用溶接材料。   (1) By mass%, C: 0.06-0.18%, Si: 0.5% or less, Mn: 1.5% or less, Ni: 45-55%, Cr: 25-35%, W: 7.0 to 13.0%, Ti: more than 0.2% and 1.5% or less, Al: less than 0.1% and N: 0.002 to 0.20%, the balance being Fe and impurities Ni, characterized in that O, P and S in the impurities have chemical compositions of O: 0.02% or less, P: 0.008% or less and S: 0.005% or less, respectively Welding material for heat-resistant alloys.

(2)Feの一部に代えて、質量%で、Nb:1.0%以下を含む化学組成を有することを特徴とする、上記(1)に記載のNi基耐熱合金用溶接材料。   (2) The welding material for a Ni-base heat-resistant alloy as described in (1) above, having a chemical composition containing Nb: 1.0% or less in mass% instead of part of Fe.

(3)上記(1)または(2)に記載のNi基耐熱合金用溶接材料を用いてなる溶接金属。   (3) A weld metal using the welding material for a Ni-base heat-resistant alloy as described in (1) or (2) above.

(4)上記(3)に記載の溶接金属と高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材とからなることを特徴とする、溶接継手。   (4) A welded joint comprising the weld metal according to (3) and a base material of a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength.

(5)高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材が、質量%で、W:3.5〜8.5%、Ni:45〜55%およびCr:25〜35%を含有することを特徴とする、上記(4)に記載の溶接継手。   (5) The base material of the Ni-base heat-resistant alloy having excellent high-temperature strength contains, by mass%, W: 3.5 to 8.5%, Ni: 45 to 55%, and Cr: 25 to 35%. The weld joint according to (4) above, which is characterized.

(6)高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材が、質量%で、C:0.04〜0.12%、Si:0.5%以下、Mn:1.5%以下、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Ni:45〜55%、Cr:25〜35%、W:3.5〜8.5%、Ti:0.05〜1.0%、Zr:0.005〜0.05%、N:0.02%以下、B:0.005%以下およびAl:0.05〜0.3%を含有し、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする、上記(4)に記載の溶接継手。   (6) The base material of the Ni-based heat-resistant alloy having excellent high-temperature strength is mass%, C: 0.04 to 0.12%, Si: 0.5% or less, Mn: 1.5% or less, P: 0.03% or less, S: 0.01% or less, Ni: 45-55%, Cr: 25-35%, W: 3.5-8.5%, Ti: 0.05-1.0%, Zr: 0.005 to 0.05%, N: 0.02% or less, B: 0.005% or less, and Al: 0.05 to 0.3%, the balance being made of Fe and impurities The weld joint according to (4) above, which is characterized.

本発明によれば、溶接時に優れた溶接作業性と耐高温割れ性を有するNi基耐熱合金用溶接材料を提供することができ、また、それを用いて、溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属を提供することができる。さらに、この溶接材料を用いて、溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属と高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材とからなる溶接継手を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a welding material for a Ni-base heat-resistant alloy having excellent welding workability and high-temperature cracking resistance at the time of welding. Thus, it is possible to provide a weld metal having stress relaxation cracking resistance and good creep strength during long-time use. Furthermore, using this welding material, a high temperature cracking resistance during welding, a stress relaxation cracking resistance during long-time use at high temperatures, and a base of a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength and a weld metal having good creep strength. A welded joint made of a material can be provided.

本発明において、Ni基耐熱合金用溶接材料の化学組成を限定する理由は次のとおりである。なお、以下の説明において、各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。   In the present invention, the reason for limiting the chemical composition of the Ni-base heat-resistant alloy welding material is as follows. In the following description, “%” display of the content of each element means “mass%”.

C:0.06〜0.18%
Cは、オーステナイト生成元素であり、高温使用時のオーステナイト組織の安定性を高めるのに有効な元素である。さらにCは、本発明において、溶接時の高温割れ防止のために重要な元素である。すなわち、Cは、凝固過程で主にCrと結合して、共晶炭化物を生成させ、液相の消失を早めるとともに、最終凝固部の組織を(Cr、M)236とオーステナイトとのラメラ状組織とする。その結果、液相の残存形態が面状から点状に変化するとともに、特定面への応力集中が抑制されるので、凝固割れを防止することができる。さらにCは、不純物の偏析サイトとなる最終凝固界面積を増大させることから、溶接中の延性低下割れの防止および高温使用中の応力緩和割れの感受性低減にも寄与する。後述する本発明のCr含有量の範囲で、上記の効果を十分得るためには、Cを0.06%以上含有する必要がある。しかしながら、Cを過剰に含有する場合には、凝固中に炭化物とならない過剰なCが高温使用中に炭化物として微細析出し、かえって応力緩和割れ感受性を増大させる。そのため、Cの含有量は0.06〜0.18%とする。C含有量の望ましい下限は0.07%であり、望ましい上限は0.15%である。
C: 0.06 to 0.18%
C is an austenite-forming element and is an element effective for enhancing the stability of the austenite structure when used at high temperatures. Furthermore, C is an important element for preventing hot cracking during welding in the present invention. That is, C mainly binds to Cr in the solidification process to generate eutectic carbide, thereby facilitating the disappearance of the liquid phase, and the structure of the final solidified part is a lamella of (Cr, M) 23 C 6 and austenite. A tissue is used. As a result, the remaining form of the liquid phase changes from a planar shape to a point shape, and stress concentration on a specific surface is suppressed, so that solidification cracking can be prevented. Furthermore, C increases the final solidification interface area that becomes a segregation site of impurities, and thus contributes to the prevention of ductile deterioration cracking during welding and the reduction of the sensitivity of stress relaxation cracking during high temperature use. In order to obtain the above effects sufficiently within the range of the Cr content of the present invention described later, it is necessary to contain C by 0.06% or more. However, when C is contained excessively, excess C that does not become carbide during solidification is finely precipitated as carbide during high temperature use, and on the contrary, the stress relaxation cracking sensitivity is increased. Therefore, the C content is 0.06 to 0.18%. A desirable lower limit of the C content is 0.07%, and a desirable upper limit is 0.15%.

Si:0.5%以下
Siは、脱酸剤として含有されるが、溶接金属の凝固時に柱状晶粒界に偏析し、液相の融点を下げ、凝固割れ感受性を増大させる。そのため、Siの含有量は0.5%以下とする必要がある。Siの含有量は、0.3%以下とするのが好ましい。しかしながら、Si含有量の過度の低減は、脱酸効果が十分に得られず、合金の清浄性が低下するとともに、製造コストの増大を招く。そのため、Si含有量の下限は特に設けないが、望ましくは0.01%である。少なくともSiを0.01%含んでおれば、脱酸効果を得ることができる。さらに望ましいSi含有量の下限は、0.02%である。
Si: 0.5% or less Si is contained as a deoxidizer, but segregates at the columnar grain boundaries during solidification of the weld metal, lowers the melting point of the liquid phase, and increases the susceptibility to solidification cracking. Therefore, the Si content needs to be 0.5% or less. The Si content is preferably 0.3% or less. However, excessive reduction of the Si content does not provide a sufficient deoxidation effect, lowers the cleanliness of the alloy, and increases the manufacturing cost. Therefore, the lower limit of the Si content is not particularly set, but is desirably 0.01%. If at least 0.01% of Si is contained, a deoxidizing effect can be obtained. A more desirable lower limit of the Si content is 0.02%.

Mn:1.5%以下
Mnは、Siと同様、脱酸剤として含有される。しかしながら、Mnを過剰に含有する場合には脆化を招くため、Mnの含有量は1.5%以下とする必要がある。Mnの含有量は1.2%以下とするのが好ましい。Mn含有量の下限は特に設けないが、望ましくは0.01%である。少なくともMnを0.01%含んでおれば、脱酸効果を得ることができる。さらに望ましいMn含有量の下限は、0.02%である。
Mn: 1.5% or less Mn is contained as a deoxidizer in the same manner as Si. However, when Mn is excessively contained, embrittlement is caused, so the Mn content needs to be 1.5% or less. The Mn content is preferably 1.2% or less. Although there is no particular lower limit for the Mn content, it is preferably 0.01%. If at least 0.01% of Mn is contained, a deoxidizing effect can be obtained. A more desirable lower limit of the Mn content is 0.02%.

Ni:45〜55%
Niは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であるとともに、長時間使用時の組織安定性を確保し、十分なクリープ強度を得るために必須の元素である。その効果を得るためには、45%以上のNi含有量が必要である。しかしながら、Niは高価な元素であり、55%を超えるNiの多量の含有はコストの増大を招く。そのため、Niの含有量は45〜55%とする。Ni含有量の望ましい下限は45.5%であり、望ましい上限は54.5%である。Ni含有量のさらに望ましい下限は46%であり、さらに望ましい上限は54%である。
Ni: 45-55%
Ni is an effective element for obtaining an austenite structure, and is an essential element for ensuring the structure stability during long-time use and obtaining sufficient creep strength. In order to obtain the effect, a Ni content of 45% or more is necessary. However, Ni is an expensive element, and a large content of Ni exceeding 55% causes an increase in cost. Therefore, the Ni content is 45 to 55%. A desirable lower limit of the Ni content is 45.5%, and a desirable upper limit is 54.5%. The more desirable lower limit of the Ni content is 46%, and the more desirable upper limit is 54%.

Cr:25〜35%
Crは、高温での耐酸化性および耐食性の確保のために必須の元素である。また、Crは、長時間使用中にα−Cr相として析出し、クリープ強度にも寄与する。加えて、Crは、適正な範囲でCと複合して含有させることにより、凝固過程でCと結合して、共晶炭化物を生成させ、溶接中の凝固割れおよび延性低下割れを防止するとともに、高温使用中のPの偏析エネルギーを低下させ、応力緩和割れ感受性の低減にも間接的に寄与する。これらの効果を得るためには、Crを25%以上含有させる必要がある。しかし、Crの含有量が過剰になって35%を超えると、高温での組織の安定性が劣化して、クリープ強度の低下を招く。このため、Crの含有量は25〜35%とする。Cr含有量の望ましい下限は25.5%であり、望ましい上限は34.5%である。Cr含有量のさらに望ましい下限は26%であり、さらに望ましい上限は34%である。
Cr: 25 to 35%
Cr is an essential element for securing oxidation resistance and corrosion resistance at high temperatures. Moreover, Cr precipitates as an α-Cr phase during long-time use, and contributes to the creep strength. In addition, Cr is combined with C in an appropriate range to combine with C in the solidification process to generate eutectic carbide, and prevent solidification cracking and ductile deterioration cracking during welding, It reduces the segregation energy of P during high temperature use, and indirectly contributes to the reduction of stress relaxation crack sensitivity. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 25% or more of Cr. However, when the Cr content is excessive and exceeds 35%, the stability of the structure at a high temperature deteriorates and the creep strength is reduced. For this reason, the content of Cr is set to 25 to 35%. A desirable lower limit of the Cr content is 25.5%, and a desirable upper limit is 34.5%. A more desirable lower limit of the Cr content is 26%, and a more desirable upper limit is 34%.

W:7.0〜13.0%
Wは、マトリックスに固溶して700℃を超える高温でのクリープ強度の向上に大きく寄与する元素である。また、Wは、Sの粒界偏析エネルギーを低下させ、高温使用中のSの粒界への濃化を軽減することで粒界が弱くなることを抑制し、間接的に応力緩和割れの防止に寄与する。こうした効果を十分に確保して、高温使用中の耐応力緩和割れ性とクリープ強度を両立させるためには、本発明を構成する他の元素との関係で、7.0%以上のW含有量が必要である。しかし、Wを過剰に含有させてもその効果は飽和し、かえって靱性およびクリープ強度を低下させる。さらに、Wは高価な元素であり、13.0%を超えるWの多量の含有はコストの増大を招く。そのため、Wの含有量は7.0〜13.0%とする。W含有量の望ましい下限は7.2%であり、望ましい上限は11.5%である。W含有量のさらに望ましい下限は7.5%であり、さらに望ましい上限は9.5%である。
W: 7.0 to 13.0%
W is an element that contributes greatly to the improvement of creep strength at a high temperature exceeding 700 ° C. by dissolving in the matrix. In addition, W lowers the grain boundary segregation energy of S and suppresses the weakening of the grain boundary by reducing the concentration of S at the grain boundary during high temperature use, and indirectly prevents stress relaxation cracking. Contribute to. In order to ensure such effects sufficiently and to achieve both stress relaxation crack resistance and creep strength during use at high temperatures, a W content of 7.0% or more in relation to other elements constituting the present invention. is necessary. However, even if W is excessively contained, the effect is saturated, and on the contrary, toughness and creep strength are lowered. Furthermore, W is an expensive element, and the inclusion of a large amount of W exceeding 13.0% causes an increase in cost. Therefore, the W content is 7.0 to 13.0%. A desirable lower limit of the W content is 7.2%, and a desirable upper limit is 11.5%. A more desirable lower limit of the W content is 7.5%, and a more desirable upper limit is 9.5%.

Ti:0.2%を超えて1.5%以下
Tiは、Niと結合し、金属間化合物として、また、炭素および窒素と結合して炭窒化物として粒内析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する。さらに、本発明のAl含有量範囲においては、溶接ビード表面に生成する酸化スケールをTi主体のものとすることにより、溶接作業性を改善し、溶接欠陥の発生を抑制する。こうした効果を得るためには、本発明を構成する他の元素との関係で、0.2%を超えるTi含有量が必要である。しかしながら、Tiの含有量が過剰になって1.5%を超えると、金属間化合物の過剰な析出を招き、粒内の変形抵抗が著しく高くなるので、高温使用中の応力緩和割れ感受性が増大する。そのため、Tiの含有量は0.2%を超えて1.5%とする。Ti含有量の望ましい下限は0.3%であり、望ましい上限は1.4%である。
Ti: more than 0.2% and 1.5% or less Ti binds to Ni and precipitates as an intermetallic compound, or carbon and nitrogen, and precipitates as a carbonitride, and creep strength at high temperature It contributes to the improvement. Furthermore, in the Al content range of the present invention, the oxide scale generated on the surface of the weld bead is mainly Ti, thereby improving welding workability and suppressing the occurrence of welding defects. In order to obtain such an effect, a Ti content exceeding 0.2% is necessary in relation to other elements constituting the present invention. However, if the Ti content is excessive and exceeds 1.5%, the intermetallic compound is excessively precipitated and the deformation resistance in the grains is remarkably increased, so that the stress relaxation cracking susceptibility during high temperature use is increased. To do. Therefore, the Ti content exceeds 0.2% and is 1.5%. A desirable lower limit of the Ti content is 0.3%, and a desirable upper limit is 1.4%.

Al:0.1%未満
Alは、Tiと同様、Niと結合し、金属間化合物として微細に粒内析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Alの含有量が過剰になって0.1%以上になると、溶接ビード表面に融点の高いAl主体の酸化スケールを生成し、溶接作業性の劣化を招く。また、金属間化合物の析出による高温使用中の応力緩和割れ感受性の増大も少なからず招く。そのため、Alの含有量は0.1%未満とする。Al含有量の望ましい上限は0.05%である。Al含有量の下限は特に設けないが、極端な低減はコスト上昇を招くため、望ましくは0.0002%である。少なくともAlを0.0002%含んでおれば、クリープ強度の向上効果を得ることができる。より望ましいAl含有量の下限は、0.0005%である。
Al: less than 0.1% Al, like Ti, binds to Ni and precipitates finely as an intermetallic compound, contributing to the improvement of creep strength at high temperatures. However, when the Al content becomes excessive and becomes 0.1% or more, an oxide scale mainly composed of Al having a high melting point is generated on the surface of the weld bead, and the welding workability is deteriorated. In addition, the increase in stress relaxation cracking susceptibility during high temperature use due to the precipitation of intermetallic compounds is not a little. Therefore, the Al content is less than 0.1%. A desirable upper limit of the Al content is 0.05%. The lower limit of the Al content is not particularly set, but an extreme reduction leads to an increase in cost, so it is preferably 0.0002%. If at least Al is contained in 0.0002%, an effect of improving the creep strength can be obtained. A more desirable lower limit of the Al content is 0.0005%.

N:0.002〜0.20%
Nは、オーステナイト生成元素であり、高温使用時のオーステナイト組織の安定性を高めるのに有効な元素である。さらにNは、マトリックスに固溶するとともに、窒化物として析出し、引張強さおよびクリープ強度の向上に寄与する元素でもある。上記の効果を得るためには、0.002%以上のN含有量が必要である。しかしながら、Nの含有量が過剰になって0.20%を超えると、長時間使用中に多量に窒化物として析出して粒内の変形抵抗を著しく高め、高温使用中の応力緩和割れ感受性を増大させるとともに、溶接時にはブローホール生成の原因となる。そのため、Nの含有量は0.002〜0.20%とする。N含有量の下限は0.03%を超えるのが望ましく、さらに望ましい下限は0.035%である。N含有量の望ましい上限は0.18%である。
N: 0.002 to 0.20%
N is an austenite generating element and is an element effective for enhancing the stability of the austenite structure at the time of high temperature use. Further, N is also an element that dissolves in the matrix and precipitates as a nitride and contributes to an improvement in tensile strength and creep strength. In order to acquire said effect, N content of 0.002% or more is required. However, if the N content is excessive and exceeds 0.20%, a large amount of nitride precipitates during long-time use, and the deformation resistance in the grains is remarkably increased, and stress relaxation cracking susceptibility during high-temperature use is increased. While increasing, it causes a blowhole generation at the time of welding. Therefore, the N content is 0.002 to 0.20%. The lower limit of the N content is desirably more than 0.03%, and a more desirable lower limit is 0.035%. A desirable upper limit of the N content is 0.18%.

本発明のNi基耐熱合金用溶接材料の一つは、上述のCからNまでの元素を含み、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のO、PおよびSの含有量をそれぞれ、次に述べる範囲に制限した化学組成を有するものである。   One of the welding materials for the Ni-base heat-resistant alloy of the present invention contains the elements C to N described above, the balance is made of Fe and impurities, and the contents of O, P and S in the impurities are respectively It has a chemical composition limited to the stated range.

O:0.02%以下
O(酸素)は、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、溶接材料の加工性および溶接金属の延性を低下させる。そのため、Oの含有量は0.02%以下とする必要がある。Oの含有量は0.015%以下とするのが望ましい。
O: 0.02% or less O (oxygen) exists as an impurity, but when it is contained in a large amount, it degrades the workability of the welding material and the ductility of the weld metal. Therefore, the content of O needs to be 0.02% or less. The O content is preferably 0.015% or less.

P:0.008%以下
Pは、不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下させ、凝固割れ感受性を著しく増大させるとともに、高温使用中に粒界脆化を引き起こして耐応力緩和割れ性の低下を招く元素である。そのため、Pの含有量は0.008%以下とする必要がある。Pの含有量は0.006%以下とするのが望ましい。
P: 0.008% or less P is contained as an impurity, lowers the melting point of the final solidified portion during solidification of the weld metal, remarkably increases solidification cracking susceptibility, and causes intergranular embrittlement during high-temperature use, resulting in resistance to resistance. It is an element that causes a decrease in stress relaxation cracking property. Therefore, the P content needs to be 0.008% or less. The P content is preferably 0.006% or less.

S:0.005%以下
Sは、Pと同様、不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下させ、凝固割れ感受性を増大させる元素である。さらに、Sは、高温使用中に結晶粒界に偏析・濃化し、応力緩和割れ感受性を著しく高める元素である。そのため、Sの含有量は0.005%以下とする必要がある。Sの含有量は0.003%以下とするのが望ましい。
S: 0.005% or less S, like P, is an element that is contained as an impurity, lowers the melting point of the final solidified portion during solidification of the weld metal, and increases the susceptibility to solidification cracking. Furthermore, S is an element that segregates and concentrates at the grain boundaries during high temperature use, and significantly increases the stress relaxation cracking susceptibility. Therefore, the S content needs to be 0.005% or less. The S content is preferably 0.003% or less.

本発明のNi基耐熱合金用溶接材料の他の一つは、上記残部としての「Feおよび不純物」におけるFeの一部に代えて、1.0%以下のNbを含む化学組成を有するものである。   Another one of the welding materials for Ni-base heat-resistant alloys of the present invention has a chemical composition containing 1.0% or less of Nb in place of a part of Fe in the “Fe and impurities” as the balance. is there.

以下、任意元素であるNbの作用効果と、含有量の限定理由について説明する。   Hereinafter, the effect of Nb which is an arbitrary element and the reason for limiting the content will be described.

Nb:1.0%以下
Nbは、Tiと同様に微細な金属間化合物または/および炭窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。このため、必要に応じてNbを含有させてもよい。しかしながら、Nbの含有量が過剰になって1.0%を超えると、これらの多量析出を招き、粒内の変形抵抗を著しく高め、高温使用中の応力緩和割れ感受性を増大させる。そのため、含有させる場合のNbの量を1.0%以下とした。含有させる場合のNbの量は、0.9%以下とすることが望ましい。
Nb: 1.0% or less Nb is an element that precipitates in the grains as a fine intermetallic compound or / and carbonitride like Ti, and contributes to the improvement of creep strength at high temperatures. For this reason, you may contain Nb as needed. However, if the Nb content is excessive and exceeds 1.0%, a large amount of these precipitates are caused, the deformation resistance in the grains is remarkably increased, and the stress relaxation cracking susceptibility during high temperature use is increased. Therefore, the amount of Nb in the case of inclusion is set to 1.0% or less. When Nb is contained, the Nb content is desirably 0.9% or less.

一方、前記したNbの効果を安定して得るためには、含有させる場合のNbの量は、0.005%以上とすることが望ましく、0.01%以上とすることがさらに望ましい。   On the other hand, in order to stably obtain the effect of Nb described above, the amount of Nb in the case of inclusion is preferably 0.005% or more, and more preferably 0.01% or more.

以上、本発明に係るNi基耐熱合金用溶接材料の化学組成について詳述したが、この溶接材料は、溶接時に優れた溶接作業性と耐高温割れ性を有する。そして、この溶接材料を用いて、溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属を得ることができる。さらに、この溶接材料を用いて、溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属と高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材とからなる溶接継手を得ることができる。   As described above, the chemical composition of the Ni-base heat-resistant alloy welding material according to the present invention has been described in detail. This welding material has excellent welding workability and high-temperature cracking resistance during welding. And using this welding material, the weld metal which has the high temperature cracking resistance in welding, the stress relaxation cracking resistance in use for a long time at high temperature, and favorable creep strength can be obtained. Furthermore, using this welding material, a high temperature cracking resistance during welding, a stress relaxation cracking resistance during long-time use at high temperatures, and a base of a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength and a weld metal having good creep strength. A welded joint made of a material can be obtained.

なお、本発明に係るNi基耐熱合金用溶接材料を用いて溶接継手を得る際に、W:3.5〜8.5%、Ni:45〜55%およびCr:25〜30%を含有する高温強度に優れたNi基耐熱合金を母材として用いると、母材においても700℃以上の高温域において優れた延性およびクリープ強度を有することになるから、好ましい。母材として用いる高温強度に優れたNi基耐熱合金は、本発明に係るNi基耐熱合金用溶接材料と同じ化学組成を有するNi基耐熱合金であってもよいし、異なってもよい。   In addition, when obtaining a welded joint using the welding material for Ni-base heat-resistant alloys according to the present invention, W: 3.5 to 8.5%, Ni: 45 to 55%, and Cr: 25 to 30% are contained. It is preferable to use a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength as a base material because the base material also has excellent ductility and creep strength in a high-temperature region of 700 ° C. or higher. The Ni-base heat-resistant alloy having excellent high-temperature strength used as the base material may be a Ni-base heat-resistant alloy having the same chemical composition as the Ni-base heat-resistant alloy welding material according to the present invention, or may be different.

ここで、母材として高温強度に優れたNi基耐熱合金を用いる場合、その母材は、上記のW:3.5〜8.5%、Ni:45〜55%およびCr:25〜35%を含有するものであることが好ましい理由について詳しく説明する。   Here, when using a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength as a base material, the base material is W: 3.5 to 8.5%, Ni: 45 to 55%, and Cr: 25 to 35%. The reason why it is preferable to contain the material will be described in detail.

W:3.5〜8.5%
Wは、溶接金属におけると同様に、マトリックスに固溶して700℃を超える高温でのクリープ強度の向上に大きく寄与する元素である。母材は凝固ままで使用される溶接金属とは異なり、熱処理によって均質化が図られ、その効果がより得られやすい。このため、母材は、Wを含有することが好ましく、その量は3.5%以上であればよい。しかし、Wは高価な元素であり、コストの増大を招くため、Wを含有する場合のその量は8.5%以下とすることが望ましい。母材におけるW含有量のさらに望ましい下限は3.8%であり、さらに望ましい上限は8.2%である。
W: 3.5-8.5%
W is an element which contributes to the improvement of the creep strength at a high temperature exceeding 700 ° C. by dissolving in the matrix as in the weld metal. Unlike the weld metal that is used as it is in the solid state, the base material is homogenized by heat treatment, and the effect is more easily obtained. For this reason, it is preferable that a base material contains W and the quantity should just be 3.5% or more. However, W is an expensive element and causes an increase in cost. Therefore, when W is contained, the amount is desirably 8.5% or less. A more desirable lower limit of the W content in the base material is 3.8%, and a more desirable upper limit is 8.2%.

Ni:45〜55%
Niは、溶接金属におけると同様に、オーステナイト組織を得るために有効な元素であるとともに、長時間使用時の組織安定性を確保し、十分なクリープ強度を得るために有効な元素である。その効果を得るために、母材は、Niを含有することが好ましく、その量は、溶接金属におけると同様、45%以上とすることが好ましい。一方、Niは高価な元素であり、コストの増大を招くため、Niを含有する場合のその量は55%以下とすることが望ましい。母材におけるNi含有量のさらに望ましい下限は45.5%であり、さらに望ましい上限は54.5%である。母材におけるNi含有量の一層望ましい下限は46%であり、一層望ましい上限は54%である。
Ni: 45-55%
Ni is an element effective for obtaining an austenite structure, as in the case of a weld metal, and is an element effective for ensuring sufficient structure strength during long-time use and obtaining sufficient creep strength. In order to obtain the effect, the base material preferably contains Ni, and the amount thereof is preferably 45% or more as in the case of the weld metal. On the other hand, Ni is an expensive element and causes an increase in cost. Therefore, when Ni is contained, the amount is desirably 55% or less. The more desirable lower limit of the Ni content in the base material is 45.5%, and the more desirable upper limit is 54.5%. The more desirable lower limit of the Ni content in the base material is 46%, and the more desirable upper limit is 54%.

Cr:25〜35%
Crは、溶接金属におけると同様に、母材の高温での耐酸化性、耐食性およびクリープ強度の確保のために有効な元素である。これらの効果を得るために、母材は、Crを含有することが好ましく、その量は、溶接金属におけると同様、25%以上とすることが好ましい。しかし、Crの含有量が過剰になると高温での組織の安定性を劣化して、クリープ強度の低下を招く。このため、Crを含有する場合、その量は35%以下とすることが望ましい。母材におけるCr含有量のさらに望ましい下限は25.5%であり、さらに望ましい上限は34.5%である。母材におけるCr含有量の一層望ましい下限は26%であり、一層望ましい上限は34%である。
Cr: 25 to 35%
Cr is an effective element for ensuring the oxidation resistance, corrosion resistance, and creep strength of the base metal at a high temperature, as in the case of a weld metal. In order to obtain these effects, the base material preferably contains Cr, and the amount thereof is preferably 25% or more as in the weld metal. However, when the Cr content is excessive, the stability of the structure at high temperatures is deteriorated and the creep strength is lowered. For this reason, when it contains Cr, it is desirable that the quantity shall be 35% or less. A more desirable lower limit of the Cr content in the base material is 25.5%, and a more desirable upper limit is 34.5%. A more desirable lower limit of the Cr content in the base material is 26%, and a more desirable upper limit is 34%.

高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材は、上記範囲のW、NiおよびCrに加えて、以下に述べる量の元素を含み、残部がFeおよび不純物からなるものであることがより好ましい。   It is more preferable that the base material of the Ni-base heat-resistant alloy having excellent high temperature strength contains the elements described below in addition to W, Ni and Cr in the above ranges, with the balance being Fe and impurities.

C:0.04〜0.12%
Cは、溶接金属におけると同様に、オーステナイト生成元素であり、高温使用時のオーステナイト組織の安定性を高めるのに有効な元素である。母材は凝固ままで使用される溶接金属とは異なり、熱処理によって均質化が図られ、その効果がより得られやすく、また、溶接割れ防止に対する対策を必要としない。このため、母材は、Cを含有することが好ましく、その量は0.04%以上であればよい。しかしながら、Cの含有量が過剰になると高温での使用中に粗大な炭化物を生成し、かえってクリープ強度の低下を招く。したがって、Cを含有する場合、その量は0.12%以下とすることが望ましい。母材におけるC含有量のさらに望ましい下限は0.05%であり、さらに望ましい上限は0.10%である。
C: 0.04 to 0.12%
C is an austenite-forming element, as in the weld metal, and is an element effective for enhancing the stability of the austenite structure when used at high temperatures. Unlike a weld metal that is used as it is, the base metal is homogenized by heat treatment, and its effect is more easily obtained, and no measures for preventing weld cracks are required. For this reason, it is preferable that the base material contains C, and the amount may be 0.04% or more. However, if the C content is excessive, coarse carbides are generated during use at high temperatures, which in turn leads to a decrease in creep strength. Therefore, when C is contained, the amount is desirably 0.12% or less. A more desirable lower limit of the C content in the base material is 0.05%, and a more desirable upper limit is 0.10%.

Si:0.5%以下
Siは、脱酸作用を有する。母材では上述のように溶接割れ防止に対する対策が必要ないものの、Siの含有量が過剰になって0.5%を超えると靱性を低下させる。したがって、母材がSiを含有する場合、その量は0.5%以下とすることが望ましい。母材におけるSiの含有量は、0.4%以下とするのがさらに好ましい。しかしながら、Si含有量の過度の低減は、脱酸効果が十分に得られず、合金の清浄性が低下するとともに、製造コストの増大を招く。そのため、母材におけるSi含有量の下限は特に設けないが、望ましくは0.01%である。少なくともSiを0.01%含んでおれば、脱酸効果を得ることができる。さらに望ましいSi含有量の下限は、0.02%である。
Si: 0.5% or less Si has a deoxidizing action. Although the base material does not require measures for preventing weld cracks as described above, the toughness is lowered when the Si content is excessive and exceeds 0.5%. Therefore, when the base material contains Si, the amount is desirably 0.5% or less. The Si content in the base material is more preferably 0.4% or less. However, excessive reduction of the Si content does not provide a sufficient deoxidation effect, lowers the cleanliness of the alloy, and increases the manufacturing cost. Therefore, the lower limit of the Si content in the base material is not particularly set, but is desirably 0.01%. If at least 0.01% of Si is contained, a deoxidizing effect can be obtained. A more desirable lower limit of the Si content is 0.02%.

Mn:1.5%以下
Mnは、Siと同様、脱酸作用を有する。しかしながら、Mnの含有量が過剰になると脆化を招く。このため、母材がMnを含有する場合、その量は1.5%以下とすることが望ましく、1.2%以下とするのがさらに好ましい。母材におけるMn含有量の下限は特に設けないが、望ましくは0.01%である。少なくともMnを0.01%含んでおれば、脱酸効果を得ることができる。さらに望ましいMn含有量の下限は、0.02%である。
Mn: 1.5% or less Mn has a deoxidizing action like Si. However, when the Mn content is excessive, embrittlement is caused. For this reason, when the base material contains Mn, the amount is desirably 1.5% or less, and more preferably 1.2% or less. The lower limit of the Mn content in the base material is not particularly set, but is desirably 0.01%. If at least 0.01% of Mn is contained, a deoxidizing effect can be obtained. A more desirable lower limit of the Mn content is 0.02%.

P:0.03%以下
Pは、不純物として含まれ、Pの含有量が過剰になるとクリープ延性の低下を招く。母材は、溶接金属の場合とは異なり、溶接割れ防止に対する対策を必要としないし、P含有量の極度の低減は製鋼コストの著しい増大を招く。このため、母材におけるP含有量は0.03%以下とすることが望ましく、0.02%以下とするのがさらに好ましい。
P: 0.03% or less P is contained as an impurity, and when the content of P is excessive, the creep ductility is reduced. Unlike the case of a weld metal, the base material does not require measures for preventing weld cracking, and the extreme reduction of the P content causes a significant increase in steelmaking costs. For this reason, it is desirable that the P content in the base material be 0.03% or less, and more preferably 0.02% or less.

S:0.01%以下
Sは、Pと同様、不純物として含まれ、Sの含有量が過剰になるとクリープ延性の低下を招く。母材は、溶接金属の場合とは異なり、溶接割れ防止に対する対策を必要としないし、S含有量の極度の低減は製鋼コストの著しい増大を招く。このため、母材におけるS含有量は0.01%以下とすることが望ましく、0.008%以下とするのがさらに好ましい。
S: 0.01% or less S, like P, is contained as an impurity, and when the S content is excessive, the creep ductility is reduced. Unlike the case of a weld metal, the base material does not require measures for preventing weld cracking, and the extreme reduction of the S content causes a significant increase in steelmaking costs. For this reason, the S content in the base material is preferably 0.01% or less, and more preferably 0.008% or less.

Ti:0.05〜1.0%
Tiは、微細な金属間化合物および炭窒化物として粒内に析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。このため、母材は、Tiを含有することが好ましく、その量は、0.05%以上とすることが好ましい。しかしながら、Tiの含有量が過剰になると多量に金属間化合物および炭窒化物を生成し、靱性の低下を招く。そのため、Tiを含有する場合、その量は1.0%以下とすることが望ましい。母材におけるTi含有量のさらに望ましい下限は0.10%であり、さらに望ましい上限は0.95%である。
Ti: 0.05-1.0%
Ti is an element that precipitates in the grains as a fine intermetallic compound and carbonitride, and contributes to the improvement of creep strength at high temperatures. For this reason, the base material preferably contains Ti, and the amount is preferably 0.05% or more. However, when the Ti content is excessive, a large amount of intermetallic compounds and carbonitrides are produced, leading to a decrease in toughness. Therefore, when Ti is contained, the amount is desirably 1.0% or less. A more desirable lower limit of the Ti content in the base material is 0.10%, and a more desirable upper limit is 0.95%.

Zr:0.005〜0.05%
Zrは、マトリックスであるオーステナイトに固溶して、高温での強度を向上させる。母材は、溶接金属とは異なって溶融しない。このため、母材においては、溶接金属ではOと結合してスラグとなってしまう活性なZrの上記効果を、十分に活用できる。したがって、母材は、Zrを含有することが好ましく、その量は、0.005%以上とすることが好ましい。しかしながら、Zrの含有量が過剰になるとクリープ延性の低下を招く。そのため、Zrを含有する場合、その量は0.05%以下とすることが望ましい。母材におけるZr含有量のさらに望ましい下限は0.01%であり、さらに望ましい上限は0.04%である。
Zr: 0.005 to 0.05%
Zr dissolves in austenite as a matrix and improves strength at high temperatures. Unlike the weld metal, the base material does not melt. For this reason, in the base material, the above-mentioned effect of active Zr, which is combined with O in the weld metal and becomes slag, can be fully utilized. Therefore, the base material preferably contains Zr, and the amount is preferably 0.005% or more. However, when the Zr content is excessive, creep ductility is reduced. Therefore, when Zr is contained, the amount is desirably 0.05% or less. A more desirable lower limit of the Zr content in the base material is 0.01%, and a more desirable upper limit is 0.04%.

N:0.02%以下
Nは、オーステナイト相を安定にするのに有効な元素であり、マトリックスに固溶し、引張強さを高めるのに有効な元素である反面、熱間加工性を著しく低下させてしまう。そのため、母材においては、溶接金属に比べて、N含有量の上限を厳しく管理するのがよく0.02%以下とすることが好ましい。母材におけるN含有量のさらに望ましい上限は0.01%である。なお、母材におけるN含有量の下限は特に設けないが、オーステナイト相の安定という点からの下限は、0.0005%である。
N: 0.02% or less N is an element effective for stabilizing the austenite phase, and is an element effective for increasing the tensile strength by solid solution in the matrix. On the other hand, the hot workability is remarkably increased. It will decrease. For this reason, in the base material, it is preferable to strictly manage the upper limit of the N content as compared with the weld metal, and it is preferable to set the content to 0.02% or less. A more desirable upper limit of the N content in the base material is 0.01%. In addition, although the minimum of N content in a base material is not provided in particular, the minimum from the point of stability of an austenite phase is 0.0005%.

B:0.005%以下
Bは、高温での使用中に粒界に偏析して粒界を強化するとともに、粒界炭化物を微細分散させることによって、クリープ強度を向上させるのに有効な元素である。このため、母材は、Bを含有することが好ましい。しかしながら、Bの含有量が過剰になるとHAZの液化割れ感受性を高める。そのため、Bを含有する場合、その量は0.005%以下とすることが望ましい。なお、母材におけるB含有量の下限は特に設けないが、望ましくは0.0002%である。
B: 0.005% or less B is an element effective for improving the creep strength by segregating at grain boundaries during use at high temperatures to strengthen the grain boundaries and finely dispersing grain boundary carbides. is there. For this reason, it is preferable that the base material contains B. However, if the B content is excessive, the HAZ liquefaction cracking sensitivity is increased. Therefore, when B is contained, the amount is preferably 0.005% or less. In addition, although the minimum of B content in a base material is not provided especially, it is 0.0002% desirably.

Al:0.05〜0.3%
Alは、Niと結合し微細な金属間化合物として微細に粒内析出し、高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素であり、溶接作業性に直接関与しない母材においては高強度化のために積極的に活用してもよい。このため、母材は、Alを含有することが好ましく、その量は、0.05%以上とすることが好ましい。しかしながら、Alの含有量が過剰になると、金属間化合物が過剰に析出して、靱性の低下を招く。そのため、Alを含有する場合、その量は0.3%以下とすることが望ましい。母材におけるAl含有量のさらに望ましい下限は0.06%であり、さらに望ましい上限は0.25%である。
Al: 0.05-0.3%
Al is an element that combines with Ni and precipitates finely as a fine intermetallic compound and contributes to the improvement of creep strength at high temperatures. For base materials that are not directly related to welding workability, You may actively use it. Therefore, the base material preferably contains Al, and the amount is preferably 0.05% or more. However, when the Al content is excessive, intermetallic compounds are excessively precipitated, resulting in a decrease in toughness. Therefore, when Al is contained, the amount is desirably 0.3% or less. A more desirable lower limit of the Al content in the base material is 0.06%, and a more desirable upper limit is 0.25%.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples.

表1に示す化学組成を有する材料を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理および機械加工により、板厚12mm、幅50mm、長さ100mmの板材を溶接母材用として作製した。   A plate material having a thickness of 12 mm, a width of 50 mm, and a length of 100 mm is welded from an ingot in which a material having the chemical composition shown in Table 1 is melted and cast in a laboratory by hot forging, hot rolling, heat treatment and machining. It was produced as a material.

さらに、表2に示す化学組成を有する符号A〜Lの材料を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延および機械加工により、外径1.2mm、長さ1000mmの溶接材料(溶接ワイヤ)を作製した。   Furthermore, from an ingot in which the materials A to L having chemical compositions shown in Table 2 were melted and cast in the laboratory, an outer diameter of 1.2 mm and a length of 1000 mm were obtained by hot forging, hot rolling and machining. A welding material (welding wire) was produced.

Figure 0005170297
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Figure 0005170297
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上記の溶接母材用板材の長手方向に、角度30°、ルート厚さ1mmのV開先を加工した後、厚さ25mm、幅200mmで長さ200mmのSM400BのJIS G 3106(2008)に規定の市販の鋼板上に、被覆アーク溶接棒としてJIS Z 3224(2010)に規定の「E Ni 6625」を用いて、四周を拘束溶接した。   After processing a V groove with an angle of 30 ° and a root thickness of 1 mm in the longitudinal direction of the above-mentioned plate material for welded base material, it is specified in SM400B JIS G 3106 (2008) having a thickness of 25 mm, a width of 200 mm and a length of 200 mm. On the commercially available steel plate, four rounds were restrained and welded using “E Ni 6625” defined in JIS Z 3224 (2010) as a coated arc welding rod.

その後、上述した符号A〜Lの溶接材料を用いて、入熱9〜15kJ/cmでTIG溶接により開先内に多層溶接を行って、溶接材料の各符号について2体ずつ溶接継手を作製した。   Thereafter, multilayer welding was performed in the groove by TIG welding with a heat input of 9 to 15 kJ / cm using the above-described welding materials of A to L, and two welded joints were produced for each symbol of the welding material. .

溶接継手は、各符号について、1体は溶接ままで、残りの1体は700℃×500時間の時効熱処理を行ってから、次の試験に供した。   The welded joints were subjected to the next test after being subjected to an aging heat treatment of 700 ° C. × 500 hours, with one welded as-welded for each symbol.

すなわち、各符号について、溶接ままの溶接継手および時効熱処理を施した溶接継手の各5か所から採取した試料の横断面を鏡面研磨、腐食した後、光学顕微鏡により検鏡し、溶接金属における融合不良の有無および割れの有無を調査した。なお、光学顕微鏡により検鏡した5個の全ての試料に割れのない溶接継手を「合格」とした。また、融合不良がないものを溶接作業性が「良好」とした。   That is, for each symbol, the cross-section of the sample taken from each of the five welded joints as welded and the welded joint subjected to aging heat treatment is mirror-polished and corroded, then examined by an optical microscope, and fused in the weld metal. The presence or absence of defects and the presence or absence of cracks were investigated. In addition, the welded joint which does not have a crack in all the five samples examined with the optical microscope was set as "pass". In addition, the welding workability was evaluated as “good” when there was no poor fusion.

さらに、検鏡の結果、溶接金属に融合不良および割れが認められなかった溶接ままの溶接継手から、溶接金属が平行部の中央となるように丸棒クリープ破断試験片を採取し、母材板材の目標破断時間が1000時間以上である700℃、167MPaの条件でクリープ破断試験を行った。なお、クリープ破断時間が、母材板材の目標破断時間である1000時間以上のものを「合格」とした。   Further, as a result of the microscopic examination, a round bar creep rupture test piece was collected from the welded joint as-welded in which no fusion failure or cracking was found in the weld metal so that the weld metal was at the center of the parallel part. The creep rupture test was conducted under the conditions of 700 ° C. and 167 MPa, in which the target rupture time was 1000 hours or more. A creep rupture time of 1000 hours or more, which is the target rupture time of the base plate, was regarded as “pass”.

表3に、上記各試験の結果を示す。   Table 3 shows the results of the above tests.

表3の「割れ観察結果」欄における「○」は、光学顕微鏡による検鏡で5個の全ての試料に割れがない「合格」の溶接継手であることを示す。一方、「×」は、光学顕微鏡による検鏡で5個の試料のうち少なくとも1個の試料に割れが認められたことを示す。   “◯” in the “crack observation result” column of Table 3 indicates that the welded joint is “accepted” in which all five samples are not cracked by an optical microscope. On the other hand, “x” indicates that cracking was observed in at least one of the five samples by inspection with an optical microscope.

また、表3の「溶接作業性結果」欄における「○」は、光学顕微鏡による検鏡で5個の全ての試料に融合不良がない、溶接作業性が「良好」の溶接継手であることを示す。一方、「×」は、光学顕微鏡による検鏡で5個の試料のうち少なくとも1個の試料に融合不良が認められたことを示す。   In addition, “◯” in the “Welding workability result” column of Table 3 indicates that the welded joint has good fusion workability and no fusion failure in all five samples by optical microscope inspection. Show. On the other hand, “x” indicates that fusion failure was observed in at least one of the five samples by optical microscopy.

さらに、「クリープ破断試験結果」欄における「○」は、クリープ破断時間が母材板材の目標破断時間である1000時間以上をクリアした「合格」の溶接継手であることを示す。一方、「×」はクリープ破断時間が1000時間に達しなかったことを示す。溶接材料符号Jの「−」は、溶接ままの溶接継手から採取した試料の溶接金属に融合不良が認められたため、クリープ破断試験を行わなかったことを示す。同様に、溶接材料符号Lの「−」は、溶接ままの溶接継手から採取した試料の溶接金属に割れが認められたため、クリープ破断試験を行わなかったことを示す。   Furthermore, “◯” in the “Creep rupture test result” column indicates that the creep rupture time is a “pass” welded joint that has cleared 1000 hours or more, which is the target rupture time of the base plate. On the other hand, “x” indicates that the creep rupture time did not reach 1000 hours. “-” Of the welding material code J indicates that the creep rupture test was not performed because a fusion failure was observed in the weld metal of the sample taken from the welded joint as welded. Similarly, “−” of the welding material code L indicates that the crack rupture test was not performed because cracks were observed in the weld metal of the sample taken from the welded joint as welded.

Figure 0005170297
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表3から、化学組成が本発明で規定する範囲にある符号A〜Gの溶接材料は溶接作業性に優れ、これらを用いて溶接した溶接継手の溶接金属には、融合不良がなく、時効熱処理中の応力緩和割れおよび溶接中の高温割れともに発生せず、しかも、高いクリープ強度を有することが明らかである。   From Table 3, the welding materials of the symbols A to G whose chemical compositions are within the range defined by the present invention are excellent in welding workability, and the weld metal of the welded joint welded using these has no fusion failure and is subjected to aging heat treatment. It is clear that neither stress relaxation cracks in the inside nor high temperature cracks in welding occur, and that the creep strength is high.

これに対して、Tiの含有量が本発明で規定する上限を超える符号Hの溶接材料を用いて溶接した溶接継手は、微細な金属間化合物が粒内に過剰に生成し、粒内の変形抵抗が高いため、時効熱処理中に応力緩和割れが発生した。   On the other hand, in the welded joint welded using the welding material with the symbol H exceeding the upper limit specified in the present invention, the fine intermetallic compound is generated excessively in the grains, and the deformation in the grains Due to the high resistance, stress relaxation cracking occurred during aging heat treatment.

Tiの含有量が本発明で規定する下限を下回る符号Iの溶接材料を用いて溶接した溶接継手は、割れは発生しなかったものの強度確保に必要なだけの金属間化合物が生成しなかったため、破断時間が1000時間に達せず、クリープ強度を満足しなかった。   Since the weld joint welded using the welding material of the symbol I whose Ti content is lower than the lower limit prescribed in the present invention did not generate cracks, an intermetallic compound necessary for securing the strength was not generated. The rupture time did not reach 1000 hours, and the creep strength was not satisfied.

Alの含有量が本発明で規定する範囲を外れる符号Jの溶接材料を用いて溶接した溶接継手は、融合不良が発生して溶接作業性が悪いことに加えて、微細な金属間化合物が粒内に過剰に生成し、粒内の変形抵抗が高いため、時効熱処理中に応力緩和割れが発生した。   Welded joints welded using a welding material with a symbol J whose Al content is outside the range defined in the present invention have poor fusion workability and poor welding workability, and fine intermetallic compounds are included in the grains. The stress relaxation cracks occurred during the aging heat treatment because of excessive deformation in the grains and high deformation resistance in the grains.

Wの含有量が本発明で規定する範囲を外れる符号Kの溶接材料を用いて溶接した溶接継手は、割れは発生しなかったものの破断時間が1000時間に達せず、クリープ強度を満足しなかった。   A welded joint welded with a welding material with a sign K outside the range specified in the present invention for the W content did not generate cracks, but did not reach 1000 hours and did not satisfy the creep strength. .

Cの含有量が0.02%と低く本発明で規定する範囲を外れる符号Lの溶接材料を用いて溶接した溶接継手は、最終凝固部に十分な(Cr、M)236を生成できなかった結果、凝固割れが発生した。 A welded joint welded with a welding material with a symbol L, which has a low C content of 0.02% and is outside the range specified in the present invention, can produce (Cr, M) 23 C 6 sufficient for the final solidified part. As a result, solidification cracking occurred.

以上述べたように、本発明で規定する範囲内の化学組成を有する溶接材料を用いた場合、溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属となることがわかる。   As described above, when using a welding material having a chemical composition within the range specified in the present invention, resistance to hot cracking during welding, resistance to stress relaxation cracking during long-term use at high temperatures, and good creep strength. It turns out that it becomes a weld metal which has.

本発明によれば、溶接時に優れた溶接作業性と耐高温割れ性を有するNi基耐熱合金用溶接材料を提供することができ、また、それを用いて、溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属を提供することができる。さらに、この溶接材料を用いて、溶接中の耐高温割れ性、高温で長時間使用中の耐応力緩和割れ性および良好なクリープ強度を有する溶接金属と高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材とからなる溶接継手を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a welding material for a Ni-base heat-resistant alloy having excellent welding workability and high-temperature cracking resistance at the time of welding. Thus, it is possible to provide a weld metal having stress relaxation cracking resistance and good creep strength during long-time use. Furthermore, using this welding material, a high temperature cracking resistance during welding, a stress relaxation cracking resistance during long-time use at high temperatures, and a base of a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength and a weld metal having good creep strength. A welded joint made of a material can be provided.

Claims (6)

質量%で、C:0.06〜0.18%、Si:0.5%以下、Mn:1.5%以下、Ni:45〜55%、Cr:25〜35%、W:7.0〜13.0%、Ti:0.2%を超えて1.5%以下、Al:0.1%未満およびN:0.002〜0.20%を含み、残部がFeおよび不純物からなり、不純物中のO、PおよびSがそれぞれ、O:0.02%以下、P:0.008%以下およびS:0.005%以下の化学組成を有することを特徴とする、Ni基耐熱合金用溶接材料。   In mass%, C: 0.06-0.18%, Si: 0.5% or less, Mn: 1.5% or less, Ni: 45-55%, Cr: 25-35%, W: 7.0 -13.0%, Ti: more than 0.2% and 1.5% or less, Al: less than 0.1% and N: 0.002-0.20%, the balance consisting of Fe and impurities, O, P, and S in impurities have chemical compositions of O: 0.02% or less, P: 0.008% or less, and S: 0.005% or less, respectively, for a Ni-based heat-resistant alloy Welding material. Feの一部に代えて、質量%で、Nb:1.0%以下を含む化学組成を有することを特徴とする、請求項1に記載のNi基耐熱合金用溶接材料。   The welding material for a Ni-base heat-resistant alloy according to claim 1, having a chemical composition containing Nb: 1.0% or less in mass% instead of a part of Fe. 請求項1または2に記載のNi基耐熱合金用溶接材料を用いてなる溶接金属。   A weld metal using the welding material for a Ni-base heat-resistant alloy according to claim 1 or 2. 請求項3に記載の溶接金属と高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材とからなることを特徴とする、溶接継手。   A welded joint comprising the weld metal according to claim 3 and a base material of a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength. 高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材が、質量%で、W:3.5〜8.5%、Ni:45〜55%およびCr:25〜35%を含有することを特徴とする、請求項4に記載の溶接継手。   The base material of the Ni-base heat-resistant alloy having excellent high-temperature strength is characterized by containing W: 3.5 to 8.5%, Ni: 45 to 55%, and Cr: 25 to 35% in mass%. The welded joint according to claim 4. 高温強度に優れたNi基耐熱合金の母材が、質量%で、C:0.04〜0.12%、Si:0.5%以下、Mn:1.5%以下、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Ni:45〜55%、Cr:25〜35%、W:3.5〜8.5%、Ti:0.05〜1.0%、Zr:0.005〜0.05%、N:0.02%以下、B:0.005%以下およびAl:0.05〜0.3%を含有し、残部がFeおよび不純物からなることを特徴とする、請求項4に記載の溶接継手。   The base material of the Ni-base heat-resistant alloy having excellent high-temperature strength is mass%, C: 0.04 to 0.12%, Si: 0.5% or less, Mn: 1.5% or less, P: 0.03 %: S: 0.01% or less, Ni: 45-55%, Cr: 25-35%, W: 3.5-8.5%, Ti: 0.05-1.0%, Zr: 0 0.005 to 0.05%, N: 0.02% or less, B: 0.005% or less, and Al: 0.05 to 0.3%, the balance being Fe and impurities The welded joint according to claim 4.
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