JP7360032B2 - オーステナイト系耐熱鋼溶接継手 - Google Patents
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Description
本発明は、オーステナイト系耐熱鋼溶接継手に関する。
近年、高効率化のために蒸気の温度と圧力とを高めた超々臨界圧ボイラの新設が世界中で進められている。このような高温環境下における装置の使用条件が著しく過酷化し、それに伴って使用材料に対する要求性能が厳しくなってきた。例えば、火力発電用ボイラの分野では、蒸気温度が６５０℃以上になるため、高いクリープ強度が要求される。
また、材料を構造部材等として使用するためには溶接施工が必須であり、溶接部においても高いクリープ強度が要求されることとなる。そこで、各種合金元素を最適量含有させることにより、クリープ強度を改善したオーステナイト系ステンレス鋼が発明されてきた（特許文献１など）。
特許文献１では、クリープ破断強度の向上のためにＢなどの元素を含有させることとしている。
しかしながら、Ｂを含有するオーステナイト系耐熱鋼を母材とし、Ｎｉを多く含む溶接材料を用いて多層溶接する場合に初層の溶接金属において凝固割れが生じるという問題がある。
本発明は上記の問題を解決し、初層の溶接金属の割れ感受性が低く、かつ、クリープ強度に優れるオーステナイト系耐熱鋼溶接継手を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するために検討を行い、下記の知見を得た。
（１）溶接継手のクリープ破断強度を向上するためには、母材は、Ｂなどの元素を多く含むことが重要である。しかし、このような鋼を母材とする溶接継手において溶接金属中にＢが多く存在すると、凝固割れの大きな原因となる。このため、母材と同等の化学組成を有する溶接材料を用いたのでは、凝固割れが発生する。
（２）ここで、溶接金属は、母材および溶接材料に由来するものであり、その化学組成は、母材の溶接材料への希釈率によって決まる。母材の希釈率は、溶接方向（ビード方向）に垂直な断面において、溶融した母材の面積を［ＳＢＭ］とし、溶接金属の面積を［ＳＷＭ］とするとき、［ＳＢＭ］／［ＳＷＭ］の計算値である。母材の希釈率は、溶接方法などの影響を受けるが、総じて初層の溶接金属において最も高く、第２層以降の溶接金属において下がっていき、第３層以降の溶接金属ではほとんど変化しない。
（３）このため、Ｂ含有量が低い溶接材料を選べば、第３層以降のＢ含有量を低減することができ、凝固割れの抑制には寄与する。しかし、単に溶接材料中のＢ含有量を低減したのでは、溶接金属のクリープ破断強度を低下させてしまう。このため、溶接金属のクリープ強度は、母材とは別の元素で補いつつ、溶接金属中のＢ含有量を低減することが重要である。
（４）一方、初層のＢ含有量は、母材の希釈率の影響を受けるため、単にＢ含有量が低い溶接材料を選ぶだけでは、初層の溶接金属の凝固割れを完全に防止するには至らない。このため、母材の希釈率を調整し、初層のＢ含有量を所定の範囲に収めることにより、初層の溶接金属の割れ感受性が低く抑えることが重要である。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、下記のオーステナイト系耐熱鋼溶接継手を要旨とする。
オーステナイト系耐熱鋼からなる母材と、溶接金属とを備えるオーステナイト系耐熱鋼溶接継手であって、
前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０４～０．１０％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｎｉ：２２．５～３２．０％、
Ｃｒ：２０．０～２７．０％、
Ｗ：２．０～４．０％、
Ｃｏ：０．５～３．０％、
Ｃｕ：２．０～３．５％、
Ｎｂ：０．２０～０．６０％、
Ｂ：０．００１５～０．００８％、
Ａｌ：０．００３～０．０５％、
Ｎ：０．１０～０．３０％、
Ｏ：０．０２％以下、
Ｍｏ：０～０．５％、
Ｃａ：０～０．０２％、
Ｍｇ：０～０．０２％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部がＦｅおよび不純物であり、下記（１）式を満足し、
前記溶接金属が、下記の（２）式および（３）式を満足する、
オーステナイト系耐熱鋼溶接継手。
３０Ｃ＋３Ｗ＋２Ｃｕ＋１０Ｎｂ＋７００Ｂ＋４０Ｎ≧３０・・・（１）
［％ＢＷＭ１］≦０．００２５・・・（２）
［％ＮｉＷＭ３］≧３０・・・（３）
ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）、［％ＢＷＭ１］は、初層の溶接金属に含まれるＢの含有量（質量％）、［％ＮｉＷＭ３］は、第３層の溶接金属に含まれるＮｉの含有量（質量％）をそれぞれ意味する。
前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０４～０．１０％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｎｉ：２２．５～３２．０％、
Ｃｒ：２０．０～２７．０％、
Ｗ：２．０～４．０％、
Ｃｏ：０．５～３．０％、
Ｃｕ：２．０～３．５％、
Ｎｂ：０．２０～０．６０％、
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Ｍｏ：０～０．５％、
Ｃａ：０～０．０２％、
Ｍｇ：０～０．０２％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部がＦｅおよび不純物であり、下記（１）式を満足し、
前記溶接金属が、下記の（２）式および（３）式を満足する、
オーステナイト系耐熱鋼溶接継手。
３０Ｃ＋３Ｗ＋２Ｃｕ＋１０Ｎｂ＋７００Ｂ＋４０Ｎ≧３０・・・（１）
［％ＢＷＭ１］≦０．００２５・・・（２）
［％ＮｉＷＭ３］≧３０・・・（３）
ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）、［％ＢＷＭ１］は、初層の溶接金属に含まれるＢの含有量（質量％）、［％ＮｉＷＭ３］は、第３層の溶接金属に含まれるＮｉの含有量（質量％）をそれぞれ意味する。
本発明によれば、初層の溶接金属の割れ感受性が低く、かつ、クリープ強度に優れる溶接継手を作製するのに好適なオーステナイト系耐熱鋼を得ることが可能になる。
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。本発明に係るオーステナイト系耐熱鋼溶接継手は、オーステナイト系耐熱鋼からなる母材と、溶接金属とで構成されている。
［オーステナイト系耐熱鋼（母材）の化学組成］
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．０４～０．１０％
Ｃは、オーステナイト相を安定にする効果を有するとともに、Ｎとともに微細な粒内炭窒化物を形成し、高温強度の向上に寄与する元素である。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、クリープ強度の低下を招くとともに耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０４～０．１０％とする。Ｃ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、０．０８５％以下であるのが好ましい。
Ｃは、オーステナイト相を安定にする効果を有するとともに、Ｎとともに微細な粒内炭窒化物を形成し、高温強度の向上に寄与する元素である。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、クリープ強度の低下を招くとともに耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０４～０．１０％とする。Ｃ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、０．０８５％以下であるのが好ましい。
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、脱酸作用を有し、また、高温での耐食性、耐酸化性に有効な元素である。しかしながら、その含有量が過剰であると、オーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度および靱性の低下を招く。したがって、Ｓｉ含有量は１．０％以下とする。Ｓｉ含有量は０．８％以下であるが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。
Ｓｉは、脱酸作用を有し、また、高温での耐食性、耐酸化性に有効な元素である。しかしながら、その含有量が過剰であると、オーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度および靱性の低下を招く。したがって、Ｓｉ含有量は１．０％以下とする。Ｓｉ含有量は０．８％以下であるが好ましく、０．５％以下であるのがより好ましい。
なお、Ｓｉ含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Ｓｉ含有量は０．０２％以上であるのが好ましい。
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用を有する。Ｍｎは、オーステナイト相の安定化にも寄与する。しかしながら、その含有量が過剰であると、脆化を招き、クリープ延性および靱性の低下をきたす。したがって、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする。Ｍｎ含有量は１．５％以下であるのが好ましく、０．６％以下であるのがより好ましい。
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸作用を有する。Ｍｎは、オーステナイト相の安定化にも寄与する。しかしながら、その含有量が過剰であると、脆化を招き、クリープ延性および靱性の低下をきたす。したがって、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする。Ｍｎ含有量は１．５％以下であるのが好ましく、０．６％以下であるのがより好ましい。
なお、Ｍｎ含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Ｍｎ含有量は０．０２％以上であるのが好ましい。
Ｐ：０．０３％以下
Ｓ：０．０１５％以下
ＰおよびＳは、合金中に不純物として含まれる元素である。これらの元素はいずれも、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。したがって、含有量をそれぞれ、Ｐ：０．０３％以下およびＳ：０．０１５％以下に制限する。
Ｓ：０．０１５％以下
ＰおよびＳは、合金中に不純物として含まれる元素である。これらの元素はいずれも、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。したがって、含有量をそれぞれ、Ｐ：０．０３％以下およびＳ：０．０１５％以下に制限する。
Ｎｉ：２２．５～３２．０％
Ｎｉは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Ｎｉは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ｎｉ含有量は２２．５～３２．０％とする。Ｎｉ含有量は２４．０％以上であるのが好ましく、２８．０％以下であるのが好ましい。
Ｎｉは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Ｎｉは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ｎｉ含有量は２２．５～３２．０％とする。Ｎｉ含有量は２４．０％以上であるのが好ましく、２８．０％以下であるのが好ましい。
Ｃｒ：２０．０～２７．０％
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。しかしながら、過剰な含有は、高温でのオーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度の低下を招く。したがって、Ｃｒ含有量は２０．０～２７．０％とする。Ｃｒ含有量は２１．５％以上であるのが好ましく、２３．５％以下であるのが好ましい。
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。しかしながら、過剰な含有は、高温でのオーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度の低下を招く。したがって、Ｃｒ含有量は２０．０～２７．０％とする。Ｃｒ含有量は２１．５％以上であるのが好ましく、２３．５％以下であるのが好ましい。
Ｗ：２．０～４．０％
Ｗは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｗ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｗ含有量は２．０～４．０％とする。
Ｗ含有量は、２．３％以上であるのが好ましく、３．６％以下であるのが好ましい。
Ｗは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｗ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｗ含有量は２．０～４．０％とする。
Ｗ含有量は、２．３％以上であるのが好ましく、３．６％以下であるのが好ましい。
Ｃｏ：０．５～３．０％
Ｃｏは、ＮｉおよびＣｕと同様に、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト組織の安定性を高めてクリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｃｏは極めて高価な元素であるため、過剰な含有は大幅なコスト増加を招く。したがって、Ｃｏ含有量は０．５～３．０％とする。Ｃｏ含有量は１．０％以上であるのが好ましく、２．０％以下であるのが好ましい。
Ｃｏは、ＮｉおよびＣｕと同様に、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト組織の安定性を高めてクリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｃｏは極めて高価な元素であるため、過剰な含有は大幅なコスト増加を招く。したがって、Ｃｏ含有量は０．５～３．０％とする。Ｃｏ含有量は１．０％以上であるのが好ましく、２．０％以下であるのが好ましい。
Ｃｕ：２．０～３．５％
Ｃｕは、クリープ破断強度を向上させるのに有効な元素である。しかし、過剰に含有させると、クリープ延性がかえって低下する。過剰に含有されると、脆化を招く元素である。そのため、したがって、Ｃｕ含有量は２．０～３．５％とする。Ｃｕ含有量は２．３％以上であるのが好ましく、３．２％以下であるのが好ましい。
Ｃｕは、クリープ破断強度を向上させるのに有効な元素である。しかし、過剰に含有させると、クリープ延性がかえって低下する。過剰に含有されると、脆化を招く元素である。そのため、したがって、Ｃｕ含有量は２．０～３．５％とする。Ｃｕ含有量は２．３％以上であるのが好ましく、３．２％以下であるのが好ましい。
Ｎｂ：０．２０～０．６０％
Ｎｂは、炭窒化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る。しかしながら、Ｎｂ含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招く。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｎｂ含有量は０．２０～０．６０％とする。Ｎｂ含有量は０．３０％以上であるのが好ましく、０．５５％以下であるのが好ましい。
Ｎｂは、炭窒化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る。しかしながら、Ｎｂ含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招く。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｎｂ含有量は０．２０～０．６０％とする。Ｎｂ含有量は０．３０％以上であるのが好ましく、０．５５％以下であるのが好ましい。
Ｂ：０．００１５～０．００８％
Ｂは、粒界に偏析するとともに粒界炭化物を微細分散させることにより、粒界強化に寄与する元素である。しかしながら、Ｂ含有量が過剰になると、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。したがって、Ｂ含有量は０．００１５～０．００８％とする。Ｂ含有量は０．００２０％以上であるのが好ましく、０．００５５％以下であるのが好ましい。
Ｂは、粒界に偏析するとともに粒界炭化物を微細分散させることにより、粒界強化に寄与する元素である。しかしながら、Ｂ含有量が過剰になると、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。したがって、Ｂ含有量は０．００１５～０．００８％とする。Ｂ含有量は０．００２０％以上であるのが好ましく、０．００５５％以下であるのが好ましい。
Ａｌ：０．００３～０．０５％
Ａｌは、脱酸作用を有するが、多量の添加は清浄度を著しく害し、加工性および延性を劣化させる。したがって、Ａｌ含有量はＡｌ：０．００３～０．０５％とする。Ａｌ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以下であるのが好ましい。
Ａｌは、脱酸作用を有するが、多量の添加は清浄度を著しく害し、加工性および延性を劣化させる。したがって、Ａｌ含有量はＡｌ：０．００３～０．０５％とする。Ａｌ含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以下であるのが好ましい。
Ｎ：０．１０～０．３０％
Ｎは、オーステナイト安定化元素であり、マトリックスに固溶するとともに、Ｃと同様に微細な粒内炭窒化物を形成し、高温でのクリープ強度の確保に寄与する元素である。また、耐食性の向上にも有効な元素である。しかしながら、Ｎ含有量が過剰になると、窒化物が多量に析出し、クリープ延性を低下させることに加え、熱間加工性を低下させて、母材の表面疵の原因となる。したがって、Ｎ含有量は０．１０～０．３０％とする。Ｎ含有量は０．１５％以上であるのが好ましく、０．２５％以下であるのが好ましい。
Ｎは、オーステナイト安定化元素であり、マトリックスに固溶するとともに、Ｃと同様に微細な粒内炭窒化物を形成し、高温でのクリープ強度の確保に寄与する元素である。また、耐食性の向上にも有効な元素である。しかしながら、Ｎ含有量が過剰になると、窒化物が多量に析出し、クリープ延性を低下させることに加え、熱間加工性を低下させて、母材の表面疵の原因となる。したがって、Ｎ含有量は０．１０～０．３０％とする。Ｎ含有量は０．１５％以上であるのが好ましく、０．２５％以下であるのが好ましい。
Ｏ：０．０２％以下
Ｏは、不純物として合金中に含まれ、過剰に含有すると熱間加工性が低下するとともに、靭性および延性の劣化を招く。そのため、Ｏ含有量は０．０２％以下とする。Ｏ含有量は、０．０１８％以下であるのが好ましい。
Ｏは、不純物として合金中に含まれ、過剰に含有すると熱間加工性が低下するとともに、靭性および延性の劣化を招く。そのため、Ｏ含有量は０．０２％以下とする。Ｏ含有量は、０．０１８％以下であるのが好ましい。
Ｍｏ：０～０．５％
Ｍｏは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｍｏ含有量は０．５％以下とする。上記の効果は、微量でも発現するが、特に、０．０１％以上含有させた場合に顕著となる。Ｍｏ含有量は０．１％以下であるのが好ましい。
Ｍｏは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｍｏ含有量は０．５％以下とする。上記の効果は、微量でも発現するが、特に、０．０１％以上含有させた場合に顕著となる。Ｍｏ含有量は０．１％以下であるのが好ましい。
Ｃａ：０～０．０２％
Ｃａは、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたＣａは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は、０．０２％以下とすることが望ましい。Ｃａ含有量は、さらに望ましくは０．０１５％以下である。上記の効果を得るためは、Ｃａ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
Ｃａは、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたＣａは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は、０．０２％以下とすることが望ましい。Ｃａ含有量は、さらに望ましくは０．０１５％以下である。上記の効果を得るためは、Ｃａ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
Ｍｇ：０～０．０２％
Ｍｇは、Ｃａと同様、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたＭｇは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｍｇ含有量は、０．０２％以下とすることが望ましい。Ｍｇ含有量は、さらに望ましくは０．０１５％以下である。上記の効果を得るためは、Ｍｇ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
Ｍｇは、Ｃａと同様、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたＭｇは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｍｇ含有量は、０．０２％以下とすることが望ましい。Ｍｇ含有量は、さらに望ましくは０．０１５％以下である。上記の効果を得るためは、Ｍｇ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
ＲＥＭ：０～０．０６％
ＲＥＭは、製造時の熱間変形能の改善に寄与する。しかしながら、過剰に含有されたＲＥＭは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、ＲＥＭ含有量は、０．０６％以下とすることが好ましい。ＲＥＭ含有量は、さらに望ましくは０．０４％以下であり、さらに望ましくは０．０３％以下である。上記の効果を得るためは、ＲＥＭ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．０１％以上であるのがより好ましい。
ＲＥＭは、製造時の熱間変形能の改善に寄与する。しかしながら、過剰に含有されたＲＥＭは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、ＲＥＭ含有量は、０．０６％以下とすることが好ましい。ＲＥＭ含有量は、さらに望ましくは０．０４％以下であり、さらに望ましくは０．０３％以下である。上記の効果を得るためは、ＲＥＭ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．０１％以上であるのがより好ましい。
本発明のオーステナイト系耐熱鋼の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。また、本発明のオーステナイト系耐熱鋼の化学組成は、下記（１）式を満足する必要がある。
３０Ｃ＋３Ｗ＋２Ｃｕ＋１０Ｎｂ＋７００Ｂ＋４０Ｎ≧３０・・・（１）
ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
上記（１）式は、クリープ破断強度を向上させる元素について、各元素による影響の度合いを整理した式である。そして、上記（１）式左辺を計算した値が右辺の値（３０）を下回ると、クリープ破断強度が低下する。上記（１）式右辺値は、３１とすることが好ましく、３３とすることがより好ましい。
３０Ｃ＋３Ｗ＋２Ｃｕ＋１０Ｎｂ＋７００Ｂ＋４０Ｎ≧３０・・・（１）
ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
上記（１）式は、クリープ破断強度を向上させる元素について、各元素による影響の度合いを整理した式である。そして、上記（１）式左辺を計算した値が右辺の値（３０）を下回ると、クリープ破断強度が低下する。上記（１）式右辺値は、３１とすることが好ましく、３３とすることがより好ましい。
［溶接金属の化学組成］
（初層の溶接金属）
溶接金属は、母材および溶接材料に由来するものであり、その化学組成は、母材の溶接材料への希釈率によって決まる。母材の希釈率は、溶接方法などの影響を受けるが、総じて溶接金属の初層の溶接金属において最も高く、第２層以降の溶接金属において下がっていき、第３層以降の溶接金属ではほとんど変化しない。このため、Ｂ含有量が低い溶接材料を選べば、第３層以降のＢ含有量を低減することができ、凝固割れの抑制には寄与する。しかし、初層のＢ含有量は、母材の希釈率の影響を受けるため、単に、Ｂ含有量が低い溶接材料を選ぶだけでは調整することができず、初層の溶接金属の凝固割れを完全に防止するには至らない。そして、母材の希釈率を調整し、初層のＢ含有量を所定の範囲に収めることができれば、初層の溶接金属の割れ感受性が低く抑えることができる。具体的には、初層の溶接金属に含まれるＢの含有量［％ＢＷＭ１］（質量％）は、下記（２）式の関係を満たす必要がある。
［％ＢＷＭ１］≦０．００２５・・・（２）
上記（２）式右辺値は、０．００２０であることが好ましく、０．００１６であることがより好ましい。
（初層の溶接金属）
溶接金属は、母材および溶接材料に由来するものであり、その化学組成は、母材の溶接材料への希釈率によって決まる。母材の希釈率は、溶接方法などの影響を受けるが、総じて溶接金属の初層の溶接金属において最も高く、第２層以降の溶接金属において下がっていき、第３層以降の溶接金属ではほとんど変化しない。このため、Ｂ含有量が低い溶接材料を選べば、第３層以降のＢ含有量を低減することができ、凝固割れの抑制には寄与する。しかし、初層のＢ含有量は、母材の希釈率の影響を受けるため、単に、Ｂ含有量が低い溶接材料を選ぶだけでは調整することができず、初層の溶接金属の凝固割れを完全に防止するには至らない。そして、母材の希釈率を調整し、初層のＢ含有量を所定の範囲に収めることができれば、初層の溶接金属の割れ感受性が低く抑えることができる。具体的には、初層の溶接金属に含まれるＢの含有量［％ＢＷＭ１］（質量％）は、下記（２）式の関係を満たす必要がある。
［％ＢＷＭ１］≦０．００２５・・・（２）
上記（２）式右辺値は、０．００２０であることが好ましく、０．００１６であることがより好ましい。
（第３層の溶接金属）
本発明においては、Ｂ含有量が低い溶接材料を選び、初層の溶接金属における凝固割れを抑制する一方で、溶接金属のクリープ破断強度を低下させないようにするべく、Ｎｉを多く含むことが重要である。すなわち、第３層の溶接金属に含まれるＮｉの含有量［％ＮｉＷＭ３］（質量％）は、下記（３）式の関係を満たす必要がある。
［％ＮｉＷＭ３］≧３０・・・（３）
上記（３）式右辺値は、４０であることが好ましく、５０であることがより好ましい。
より具体的には、第３層の溶接金属は、下記の化学組成を有することが好ましい。
本発明においては、Ｂ含有量が低い溶接材料を選び、初層の溶接金属における凝固割れを抑制する一方で、溶接金属のクリープ破断強度を低下させないようにするべく、Ｎｉを多く含むことが重要である。すなわち、第３層の溶接金属に含まれるＮｉの含有量［％ＮｉＷＭ３］（質量％）は、下記（３）式の関係を満たす必要がある。
［％ＮｉＷＭ３］≧３０・・・（３）
上記（３）式右辺値は、４０であることが好ましく、５０であることがより好ましい。
より具体的には、第３層の溶接金属は、下記の化学組成を有することが好ましい。
Ｃ：０．００５～０．１８０％
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。しかしながら、Ｃ含有量が過剰である場合、溶接金属中に炭化物が多量に存在するため、延性および靭性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．００５～０．１８０％とするのが好ましい。Ｃ含有量は０．００８％以上であるのが好ましく、０．１５０％以下であるのが好ましい。
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。しかしながら、Ｃ含有量が過剰である場合、溶接金属中に炭化物が多量に存在するため、延性および靭性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．００５～０．１８０％とするのが好ましい。Ｃ含有量は０．００８％以上であるのが好ましく、０．１５０％以下であるのが好ましい。
Ｓｉ：０～１．２０％
Ｓｉは、脱酸作用を有し、また、高温での耐食性、耐酸化性に有効な元素である。しかしながら、その含有量が過剰であると、オーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度および靱性の低下を招く。したがって、Ｓｉ含有量は１．２０％以下とするのが好ましい。Ｓｉ含有量は１．０％以下であるのが好ましく、０．８％以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためは、Ｓｉ含有量は、０．１０％以上であるのが好ましく、０．２０％以上であるのがより好ましい。
Ｓｉは、脱酸作用を有し、また、高温での耐食性、耐酸化性に有効な元素である。しかしながら、その含有量が過剰であると、オーステナイト相の安定性を低下させて、クリープ強度および靱性の低下を招く。したがって、Ｓｉ含有量は１．２０％以下とするのが好ましい。Ｓｉ含有量は１．０％以下であるのが好ましく、０．８％以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためは、Ｓｉ含有量は、０．１０％以上であるのが好ましく、０．２０％以上であるのがより好ましい。
Ｍｎ：０．０２～４．００％
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸作用を有する。また、Ｍｎは、オーステナイト組織を安定にし、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると脆化を招き、さらに、クリープ延性の低下も生じる。したがって、Ｍｎ含有量は０．０２～４．００％とするのが好ましい。Ｍｎ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、３．００％以下であるのが好ましい。
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸作用を有する。また、Ｍｎは、オーステナイト組織を安定にし、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると脆化を招き、さらに、クリープ延性の低下も生じる。したがって、Ｍｎ含有量は０．０２～４．００％とするのが好ましい。Ｍｎ含有量は０．０５％以上であるのが好ましく、３．００％以下であるのが好ましい。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に凝固割れ感受性を増大させるとともに、クリープ延性の低下を招く。そのため、Ｐの含有量は０．０３０％以下とすることが好ましい。Ｐ含有量は０．０２０％以下とするのがより好ましく、０．０１５％以下とするのがさらに好ましい。
Ｐは、不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に凝固割れ感受性を増大させるとともに、クリープ延性の低下を招く。そのため、Ｐの含有量は０．０３０％以下とすることが好ましい。Ｐ含有量は０．０２０％以下とするのがより好ましく、０．０１５％以下とするのがさらに好ましい。
Ｓ：０．０１０％以下
Ｓは、Ｐと同様に不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に凝固割れ感受性を増大させるとともに、クリープ延性の低下を招く。そのため、Ｓの含有量は０．０１０％以下とすることが好ましい。Ｓ含有量は０．００８％以下とするのがより好ましく、０．００５％以下とするのがさらに好ましい。
Ｓは、Ｐと同様に不純物として含まれ、溶接金属の凝固時に凝固割れ感受性を増大させるとともに、クリープ延性の低下を招く。そのため、Ｓの含有量は０．０１０％以下とすることが好ましい。Ｓ含有量は０．００８％以下とするのがより好ましく、０．００５％以下とするのがさらに好ましい。
Ｃｕ：０～３．５％
Ｃｕは、Ｃｏと同様、溶接金属の高温での組織を安定化し、クリープ強度を向上させるのに有効な元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、クリープ延性がかえって低下する。そのため、Ｃｕ含有量は３．５％以下とすることが好ましい。Ｃｕ含有量は３．０％以下であることがより好ましく、２．５％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｃｕ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｃｕは、Ｃｏと同様、溶接金属の高温での組織を安定化し、クリープ強度を向上させるのに有効な元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、クリープ延性がかえって低下する。そのため、Ｃｕ含有量は３．５％以下とすることが好ましい。Ｃｕ含有量は３．０％以下であることがより好ましく、２．５％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｃｕ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｃｏ：０～１５．０％
Ｃｏは、溶接金属の高温での組織を安定化し、クリープ強度を向上させるのに有効な元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、クリープ強度およびクリープ延性がかえって低下する。加えて、非常に高価な元素であるため、材料コストを増大させる。そのため、Ｃｏ含有量は１５．０％以下とすることが好ましい。Ｃｏ含有量は１４．５％以下であることがより好ましく、１４．０％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｃｏ含有量は、０．５０％以上であるのが好ましく、１．００％以上であるのがより好ましい。
Ｃｏは、溶接金属の高温での組織を安定化し、クリープ強度を向上させるのに有効な元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、クリープ強度およびクリープ延性がかえって低下する。加えて、非常に高価な元素であるため、材料コストを増大させる。そのため、Ｃｏ含有量は１５．０％以下とすることが好ましい。Ｃｏ含有量は１４．５％以下であることがより好ましく、１４．０％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｃｏ含有量は、０．５０％以上であるのが好ましく、１．００％以上であるのがより好ましい。
Ｃｒ：２０．０～２７．０％
Ｃｒは、溶接金属の高温での耐水蒸気酸化性および耐食性に有効な元素である。また、高温での使用中に炭化物として析出し、クリープ強度の向上にも寄与する。これらの効果を得るためには、２０．０％以上含有させることが好ましい。しかしながら、過剰に含有すると、高温での組織安定性を低下させてクリープ強度が低下するおそれがあるため、Ｃｒ含有量は２７．０％以下とすることが好ましい。Ｃｒ含有量は２０．５％以上であるのが好ましく、２１．０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｒ含有量は２６．５％以下であるのが好ましく、２６．０％以下であるのがより好ましい。
Ｃｒは、溶接金属の高温での耐水蒸気酸化性および耐食性に有効な元素である。また、高温での使用中に炭化物として析出し、クリープ強度の向上にも寄与する。これらの効果を得るためには、２０．０％以上含有させることが好ましい。しかしながら、過剰に含有すると、高温での組織安定性を低下させてクリープ強度が低下するおそれがあるため、Ｃｒ含有量は２７．０％以下とすることが好ましい。Ｃｒ含有量は２０．５％以上であるのが好ましく、２１．０％以上であるのがより好ましい。また、Ｃｒ含有量は２６．５％以下であるのが好ましく、２６．０％以下であるのがより好ましい。
Ｎｉ：３０．０～７０．０％
Ｎｉは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Ｎｉは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ｎｉ含有量は３０．０％～７０．０％とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は３５．０％以上であるのが好ましく、４０．０％以上であるのが好ましい。Ｎｉ含有量は、６８．０％以下であるのが好ましく、６５．０％以下であるのがより好ましく、６０．０％以下であるのがより好ましい。
Ｎｉは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Ｎｉは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ｎｉ含有量は３０．０％～７０．０％とするのが好ましい。Ｎｉ含有量は３５．０％以上であるのが好ましく、４０．０％以上であるのが好ましい。Ｎｉ含有量は、６８．０％以下であるのが好ましく、６５．０％以下であるのがより好ましく、６０．０％以下であるのがより好ましい。
Ｍｏ：０．０１～１２．０％
Ｍｏは、マトリックスに固溶し、溶接金属の高温でのクリープ強度確保に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、高温での組織安定性を低下させ、クリープ強度をかえって低下させる。したがって、Ｍｏ含有量は１２．０％以下とすることが好ましい。Ｍｏ含有量は１１．５％以下であることがより好ましく、１１．０％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｍｏ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｍｏは、マトリックスに固溶し、溶接金属の高温でのクリープ強度確保に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有させると、高温での組織安定性を低下させ、クリープ強度をかえって低下させる。したがって、Ｍｏ含有量は１２．０％以下とすることが好ましい。Ｍｏ含有量は１１．５％以下であることがより好ましく、１１．０％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｍｏ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｔｉ：０．０１～０．５０％
Ｔｉは、Ｎｂと同様、高温での使用中に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含有させてもよい。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およびクリープ延性の低下を招くおそれがある。そのため、Ｔｉ含有量は０．５０％以下であることが好ましい。Ｔｉ含有量は０．４８％以下であることがより好ましく、０．４５％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｔｉの含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｔｉは、Ｎｂと同様、高温での使用中に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含有させてもよい。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およびクリープ延性の低下を招くおそれがある。そのため、Ｔｉ含有量は０．５０％以下であることが好ましい。Ｔｉ含有量は０．４８％以下であることがより好ましく、０．４５％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｔｉの含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｗ：０～４.０％
Ｗは、Ｍｏと同様に、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、Ｗ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｗ含有量は４．０％以下とすることが好ましい。Ｗ含有量は、３．８％以下であることがより好ましく、３．６％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｗ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｗは、Ｍｏと同様に、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、Ｗ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｗ含有量は４．０％以下とすることが好ましい。Ｗ含有量は、３．８％以下であることがより好ましく、３．６％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｗ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｎｂ：０～１．００％
Ｎｂは、高温での使用中に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一方または両方を含有させてもよい。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およびクリープ延性の低下を招くおそれがある。そのため、Ｎｂ含有量は１．００％以下であることが好ましい。Ｎｂ含有量は０．９０％以下であることがより好ましく、０．８０％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｎｂ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｎｂは、高温での使用中に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一方または両方を含有させてもよい。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およびクリープ延性の低下を招くおそれがある。そのため、Ｎｂ含有量は１．００％以下であることが好ましい。Ｎｂ含有量は０．９０％以下であることがより好ましく、０．８０％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｎｂ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｎ：０～０．３０％
Ｎは、高温での溶接金属組織安定性を高めるのに有効な元素であるため含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有する場合、高温での使用中に多量の窒化物の析出を招き、靭性および延性を低下させるため、０．３０％以下とすることが好ましい。Ｎ含有量は０．２８％以下とするのがより好ましく、０．２５％以下とするのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｎの含有量は、０．０１％以上であるのがより好ましい。
Ｎは、高温での溶接金属組織安定性を高めるのに有効な元素であるため含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有する場合、高温での使用中に多量の窒化物の析出を招き、靭性および延性を低下させるため、０．３０％以下とすることが好ましい。Ｎ含有量は０．２８％以下とするのがより好ましく、０．２５％以下とするのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｎの含有量は、０．０１％以上であるのがより好ましい。
Ｂ：０～０．００８％
Ｂは、粒界に偏析するとともに粒界炭化物を微細分散させることにより、溶接金属のクリープ強度に寄与する元素であるため含有させてもよい。しかしながら、Ｂ含有量が過剰になると、溶接金属の靭性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０．００８％以下とする。Ｂ含有量は０．００６％以下であるのがより好ましく、０．００４％以下であるのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｂの含有量は、０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００２％以上であるのがより好ましい。
Ｂは、粒界に偏析するとともに粒界炭化物を微細分散させることにより、溶接金属のクリープ強度に寄与する元素であるため含有させてもよい。しかしながら、Ｂ含有量が過剰になると、溶接金属の靭性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０．００８％以下とする。Ｂ含有量は０．００６％以下であるのがより好ましく、０．００４％以下であるのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｂの含有量は、０．０００１％以上であるのが好ましく、０．０００２％以上であるのがより好ましい。
Ａｌ：０．０１～２．００％
Ａｌは、Ｎｉと結合して金属間化合物として粒内に微細に析出し、溶接金属のクリープ強度向上に寄与するため含有させてもよい。一方で、過剰に含有すると金属間化合物相の過剰な析出を招き、靭性を低下させる。そのため、Ａｌ含有量は２．００％以下とすることが好ましい。Ａｌ含有量は１．８０％以下であるのがより好ましく、１．６０％以下であるのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ａｌの含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ａｌは、Ｎｉと結合して金属間化合物として粒内に微細に析出し、溶接金属のクリープ強度向上に寄与するため含有させてもよい。一方で、過剰に含有すると金属間化合物相の過剰な析出を招き、靭性を低下させる。そのため、Ａｌ含有量は２．００％以下とすることが好ましい。Ａｌ含有量は１．８０％以下であるのがより好ましく、１．６０％以下であるのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ａｌの含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｏ：０．０２０％以下
Ｏは、不純物として含有されるが、多量に含まれる場合には、溶接金属の延性を低下させる。そのため、Ｏ含有量は０．０２０％以下とすることが好ましい。Ｏ含有量は０．０１８％以下とするのがより好ましく、０．０１５％以下とするのがさらに好ましい。
Ｏは、不純物として含有されるが、多量に含まれる場合には、溶接金属の延性を低下させる。そのため、Ｏ含有量は０．０２０％以下とすることが好ましい。Ｏ含有量は０．０１８％以下とするのがより好ましく、０．０１５％以下とするのがさらに好ましい。
Ｃａ：０～０．０２％
Ｃａは、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたＣａは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は、０．０２％以下とすることが望ましい。Ｃａ含有量は、さらに望ましくは０．０１５％以下である。上記の効果を得るためは、Ｃａ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
Ｃａは、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたＣａは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は、０．０２％以下とすることが望ましい。Ｃａ含有量は、さらに望ましくは０．０１５％以下である。上記の効果を得るためは、Ｃａ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
Ｍｇ：０～０．０２％
Ｍｇは、Ｃａと同様、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたＭｇは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｍｇ含有量は、０．０２％以下とすることが望ましい。Ｍｇ含有量は、さらに望ましくは０．０１５％以下である。上記の効果を得るためは、Ｍｇ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
Ｍｇは、Ｃａと同様、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有されたＭｇは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｍｇ含有量は、０．０２％以下とすることが望ましい。Ｍｇ含有量は、さらに望ましくは０．０１５％以下である。上記の効果を得るためは、Ｍｇ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．００２％以上であるのがより好ましい。
ＲＥＭ：０～０．０６％
ＲＥＭは、製造時の熱間変形能の改善に寄与する。しかしながら、過剰に含有されたＲＥＭは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、ＲＥＭ含有量は、０．０６％以下とすることが好ましい。ＲＥＭ含有量は、さらに望ましくは０．０４％以下であり、さらに望ましくは０．０３％以下である。上記の効果を得るためは、ＲＥＭ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．０１％以上であるのがより好ましい。
ＲＥＭは、製造時の熱間変形能の改善に寄与する。しかしながら、過剰に含有されたＲＥＭは、酸素と結合して清浄性を著しく低下させるので、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、ＲＥＭ含有量は、０．０６％以下とすることが好ましい。ＲＥＭ含有量は、さらに望ましくは０．０４％以下であり、さらに望ましくは０．０３％以下である。上記の効果を得るためは、ＲＥＭ含有量は、０．００１％以上であるのが好ましく、０．０１％以上であるのがより好ましい。
上記第３層の溶接金属の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
［溶接材料の化学組成］
上記母材を溶接する際に用いる溶接材料の組成について、特に制限は設けないが、下記に示す化学組成を有することが好ましい。
上記母材を溶接する際に用いる溶接材料の組成について、特に制限は設けないが、下記に示す化学組成を有することが好ましい。
Ｃ：０．００５～０．１８０％
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、溶接時の耐高温割れ性を高める。具体的には、Ｃは、溶接時の凝固過程において主にＣｒと結合して共晶炭化物を形成する。これにより液相の消失を早め、最終凝固部の組織を（Ｃｒ，Ｍ）２３Ｃ６とオーステナイトとのラメラ状組織にする。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、特定面での応力集中が抑制され、凝固割れが抑制される。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。
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、溶接時の耐高温割れ性を高める。具体的には、Ｃは、溶接時の凝固過程において主にＣｒと結合して共晶炭化物を形成する。これにより液相の消失を早め、最終凝固部の組織を（Ｃｒ，Ｍ）２３Ｃ６とオーステナイトとのラメラ状組織にする。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、特定面での応力集中が抑制され、凝固割れが抑制される。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Ｃｒ含有量の範囲で、上記の効果を十分得るためには、Ｃ含有量を０．００５％以上とする必要がある。しかしながら、Ｃを過剰に含有すると、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０．００５～０．１８０％とする。Ｃ含有量は０．０２％以上であるのが好ましく、０．０６％以上であるのがより好ましい。また、Ｃ含有量は０．１５％以下であるのが好ましい。
Ｓｉ：１．５％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含有量は１．５％以下とする必要がある。なお、Ｓｉ含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Ｓｉ含有量は０．０２％以上であるのが好ましい。
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含有量は１．５％以下とする必要がある。なお、Ｓｉ含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Ｓｉ含有量は０．０２％以上であるのが好ましい。
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸剤として含有される。Ｍｎは、溶接金属中のＮの活量を下げることによりアーク雰囲気中からのＮの飛散を抑制して、強度の確保にも寄与する。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２．０％以下とする必要がある。Ｍｎの含有量は１．５％以下とするのが好ましい。
Ｍｎは、Ｓｉと同様、脱酸剤として含有される。Ｍｎは、溶接金属中のＮの活量を下げることによりアーク雰囲気中からのＮの飛散を抑制して、強度の確保にも寄与する。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２．０％以下とする必要がある。Ｍｎの含有量は１．５％以下とするのが好ましい。
なお、Ｍｎ含有量には特に下限を設ける必要はないが、極端に低下させると、脱酸効果が十分に得られず鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、Ｍｎ含有量は０．０２％以上であるのが好ましい。
Ｐ：０．０２０％以下
Ｓ：０．０３０％以下
ＰおよびＳ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。そのため、Ｐ含有量は０．０２０％以下、Ｓ含有量は０．０３０％以下とする必要がある。Ｐ含有量は０．０１５％以下、Ｓ含有量は０．０２０％以下であるのが好ましい。
Ｓ：０．０３０％以下
ＰおよびＳ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。そのため、Ｐ含有量は０．０２０％以下、Ｓ含有量は０．０３０％以下とする必要がある。Ｐ含有量は０．０１５％以下、Ｓ含有量は０．０２０％以下であるのが好ましい。
Ｃｕ：０．１５％以下
Ｃｕは、過剰に含有されると、脆化を招く元素である。そのため、Ｃｕ含有量は極力低減することが望ましく、０．１５％以下とする。Ｃｕ含有量は０．１０％以下であるのが好ましい。
Ｃｕは、過剰に含有されると、脆化を招く元素である。そのため、Ｃｕ含有量は極力低減することが望ましく、０．１５％以下とする。Ｃｕ含有量は０．１０％以下であるのが好ましい。
Ｃｒ：２０．０～２５．０％
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。Ｃｒは、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、高温使用中の応力緩和割れ感受性を低減する作用も有する。これらの効果を得るためには、Ｃｒ含有量を２０．０％以上とする必要がある。しかし、Ｃｒ含有量が過剰になって２５．０％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含有量は２０．０～２５．０％とする。Ｃｒ含有量は２０．５％以上であるのが好ましく、２４．５％以下であるのが好ましい。
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。Ｃｒは、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、高温使用中の応力緩和割れ感受性を低減する作用も有する。これらの効果を得るためには、Ｃｒ含有量を２０．０％以上とする必要がある。しかし、Ｃｒ含有量が過剰になって２５．０％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含有量は２０．０～２５．０％とする。Ｃｒ含有量は２０．５％以上であるのが好ましく、２４．５％以下であるのが好ましい。
Ｍｏ：０～１０．０％
Ｍｏは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するとともに高温での局部腐食が大きくなる。したがって、Ｍｏ含有量は１０．０％以下とする。Ｍｏ含有量は９．５％以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｍｏ含有量は０．５％以上であるのが好ましく、母材中のＭｏ含有量以上であることがより好ましい。
Ｍｏは、マトリックスに固溶して高温強度の向上、なかでも高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｍｏ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するとともに高温での局部腐食が大きくなる。したがって、Ｍｏ含有量は１０．０％以下とする。Ｍｏ含有量は９．５％以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｍｏ含有量は０．５％以上であるのが好ましく、母材中のＭｏ含有量以上であることがより好ましい。
Ｗ：０～４.０％
Ｗは、Ｍｏと同様に、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、Ｗ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｗ含有量は４．０％以下とすることが好ましい。Ｗ含有量は、３．８％以下であることがより好ましく、３．６％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｗ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｗは、Ｍｏと同様に、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度の向上に寄与する元素であるので含有させてもよい。しかしながら、Ｗ含有量が過剰になるとオーステナイト相の安定性が低下するため、却ってクリープ強度を低下させる。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｗ含有量は４．０％以下とすることが好ましい。Ｗ含有量は、３．８％以下であることがより好ましく、３．６％以下であることがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｗ含有量は、０．０１％以上であるのが好ましく、０．０５％以上であるのがより好ましい。
Ｎｂ：０～１．０％
Ｎｂは、炭窒化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る。しかしながら、Ｎｂ含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招く。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｎｂ含有量は１．０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．６％以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｎｂ含有量は０．１％以上であるのが好ましく、０．４％以上であるのがより好ましい。
Ｎｂは、炭窒化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る。しかしながら、Ｎｂ含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招く。また、溶接金属の割れ感受性を高めるおそれがある。したがって、Ｎｂ含有量は１．０％以下とする。Ｎｂ含有量は０．６％以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｎｂ含有量は０．１％以上であるのが好ましく、０．４％以上であるのがより好ましい。
Ｔｉ：０～０．５０％
Ｔｉは、炭窒化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るが、その含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招くだけでなく、溶接時の液化割れ感受性の著しい増大を招く。したがって、Ｔｉ含有量は低減することが好ましく、０．５０％以下とする。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｔｉ含有量は０．１％以上であるのが好ましく、０．３％以上であるのがより好ましい。
Ｔｉは、炭窒化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るが、その含有量が過剰になると、高温での使用中に炭窒化物が急速に粗大化して、クリープ強度および靱性の極端な低下を招くだけでなく、溶接時の液化割れ感受性の著しい増大を招く。したがって、Ｔｉ含有量は低減することが好ましく、０．５０％以下とする。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｔｉ含有量は０．１％以上であるのが好ましく、０．３％以上であるのがより好ましい。
Ｃｏ：１５．０％以下
Ｃｏは、ＮｉおよびＣｕと同様に、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト組織の安定性を高めてクリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｃｏは極めて高価な元素であるため、過剰な含有は大幅なコスト増加を招く。したがって、Ｃｏ含有量は１５．０％以下とする。Ｃｏ含有量は１４．０％以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｃｏ含有量は０．５％以上であるのが好ましい。
Ｃｏは、ＮｉおよびＣｕと同様に、オーステナイト生成元素であり、オーステナイト組織の安定性を高めてクリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｃｏは極めて高価な元素であるため、過剰な含有は大幅なコスト増加を招く。したがって、Ｃｏ含有量は１５．０％以下とする。Ｃｏ含有量は１４．０％以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｃｏ含有量は０．５％以上であるのが好ましい。
Ａｌ：０～２．０％
Ａｌは、脱酸作用を有する元素である。しかしながら、多量の添加は清浄度を著しく害し、加工性および延性を劣化させる。したがって、Ａｌ含有量は２．０％以下とする。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ａｌ含有量は０．５％以上であるのが好ましい。
Ａｌは、脱酸作用を有する元素である。しかしながら、多量の添加は清浄度を著しく害し、加工性および延性を劣化させる。したがって、Ａｌ含有量は２．０％以下とする。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ａｌ含有量は０．５％以上であるのが好ましい。
Ｎ：０～０．３０％
Ｎは、高温での溶接金属組織安定性を高めるのに有効な元素であるため含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有する場合、高温での使用中に多量の窒化物の析出を招き、靭性および延性を低下させるため、０．３０％以下とすることが好ましい。Ｎ含有量は０．２８％以下とするのがより好ましく、０．２５％以下とするのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｎの含有量は、０．０１％以上であるのがより好ましい。
Ｎは、高温での溶接金属組織安定性を高めるのに有効な元素であるため含有させてもよい。しかしながら、過剰に含有する場合、高温での使用中に多量の窒化物の析出を招き、靭性および延性を低下させるため、０．３０％以下とすることが好ましい。Ｎ含有量は０．２８％以下とするのがより好ましく、０．２５％以下とするのがさらに好ましい。上記の効果を得るためは、Ｎの含有量は、０．０１％以上であるのがより好ましい。
Ｂ：０～０．００５％
Ｂは、高温での使用中に粒界に偏析し、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りクリープ強度を向上させるのに有効な元素である。そのため、この効果を得るためにＢを含有させてもよい。しかしながら、Ｂの過剰の含有は、ガスシールドアーク溶接中の凝固割れ感受性を高める。したがって、Ｂ含有量は０．００５％以下とする。Ｂ含有量は０．００４５％以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｂ含有量は０．００２％以上であるのが好ましい。
Ｂは、高温での使用中に粒界に偏析し、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りクリープ強度を向上させるのに有効な元素である。そのため、この効果を得るためにＢを含有させてもよい。しかしながら、Ｂの過剰の含有は、ガスシールドアーク溶接中の凝固割れ感受性を高める。したがって、Ｂ含有量は０．００５％以下とする。Ｂ含有量は０．００４５％以下であるのが好ましい。下限は特に規定する必要はなく、０％である。しかし、上記の効果を得たい場合には、Ｂ含有量は０．００２％以上であるのが好ましい。
Ｎｉ：３０．０～７０．０％
Ｎｉは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Ｎｉは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ｎｉ含有量は３０．０％～７０．０％とする。Ｎｉ含有量は３５．０％以上であるのが好ましく、４０．０％以上であるのが好ましい。またＮｉ含有量は６５．０％以下であるのが好ましく、６０．０％以下であるのが好ましい。
Ｎｉは、オーステナイト組織を得るために有効な元素であり、長時間使用時の組織安定性を確保して、所望のクリープ強度を得るために必須の元素である。一方、Ｎｉは高価な元素であるため、過剰な含有はコスト増大を招く。したがって、Ｎｉ含有量は３０．０％～７０．０％とする。Ｎｉ含有量は３５．０％以上であるのが好ましく、４０．０％以上であるのが好ましい。またＮｉ含有量は６５．０％以下であるのが好ましく、６０．０％以下であるのが好ましい。
Ｏ：０．０２０％以下
Ｏは、不純物として含有されるが、多量に含まれる場合には、溶接金属の延性を低下させる。そのため、Ｏ含有量は０．０２０％以下とすることが好ましい。Ｏ含有量は０．０１８％以下とするのがより好ましく、０．０１５％以下とするのがさらに好ましい。
Ｏは、不純物として含有されるが、多量に含まれる場合には、溶接金属の延性を低下させる。そのため、Ｏ含有量は０．０２０％以下とすることが好ましい。Ｏ含有量は０．０１８％以下とするのがより好ましく、０．０１５％以下とするのがさらに好ましい。
上記の溶接材料の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
［溶接継手の製造方法］
本発明に係るオーステナイト系耐熱鋼溶接継手は、オーステナイト系耐熱鋼からなる母材同士を所定の溶接材料を用いて溶接して溶接金属を形成することにより製造される。
本発明に係るオーステナイト系耐熱鋼溶接継手は、オーステナイト系耐熱鋼からなる母材同士を所定の溶接材料を用いて溶接して溶接金属を形成することにより製造される。
（オーステナイト系耐熱鋼（母材）の製造方法）
オーステナイト系耐熱鋼（母材）としては、通常の方法により製造されたものが用いられる。すなわち、所定の化学組成を有する耐熱鋼を溶製し、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延および固溶化熱処理により、所定形状の耐熱鋼材を製造する。
オーステナイト系耐熱鋼（母材）としては、通常の方法により製造されたものが用いられる。すなわち、所定の化学組成を有する耐熱鋼を溶製し、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延および固溶化熱処理により、所定形状の耐熱鋼材を製造する。
（溶接継手の製造方法）
溶接には、例えば、ＧＴＡＷ溶接（Gas Tungsten Arc Welding）を用いることができる。溶接材料の供給速度を変更することにより、初層における母材の希釈率を変更することができる。具体的には、溶接材料の供給速度を４５～８００ｍｍ／ｍｉｎの間に変化させて、母材の希釈率を種々変化させた溶接継手を作製した。
溶接には、例えば、ＧＴＡＷ溶接（Gas Tungsten Arc Welding）を用いることができる。溶接材料の供給速度を変更することにより、初層における母材の希釈率を変更することができる。具体的には、溶接材料の供給速度を４５～８００ｍｍ／ｍｉｎの間に変化させて、母材の希釈率を種々変化させた溶接継手を作製した。
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。
表１に示す化学組成を有する耐熱鋼を溶解して、熱間鍛造、ならびに熱間圧延および冷間圧延し、１２３０℃で固溶化熱処理を施した。その後、ＪＩＳ Ｚ ３００１－１（２０１３）の番号１４３４９においてルート半径ｒ＝０．５ｍｍ、ルート面ｂ＝１．２ｍｍ、開先角度θ＝４０°とするＵ開先加工が施された厚さ１５ｍｍ、幅１２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの拘束溶接割れ試験用試験片を作製した（図１参照）。
上記のようにして得た各拘束溶接割れ試験用試験片を用いて、被覆アーク溶接棒としてＪＩＳ Ｚ ３２２４（２０１０）に規定のＥＮｉ６１８２を用いて、厚さ２５ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ３００ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３１０６（２００８）に規定のＳＭ４００Ｃの市販の鋼板上に、四周を拘束溶接した。
その後、開先内を表２に示す化学組成を有する直径１．２ｍｍのスプール溶接材料を用いて初層ＴＩＧ溶接を実施した。入熱は６～１０ｋＪ／ｃｍ、溶接材料の送給速度は４５～８００ｍｍ／ｍｉｎの範囲で種々変更した。その後、初層溶接金属を半分ほど残して、残部を入熱９～１２ｋＪ／ｃｍの条件にて積層溶接した。その際、パス間温度は１５０℃以下に管理した。そして、溶接金属の中心部分をＥＰＭＡ分析して定量化することで初層および第３層の溶接金属の組成を測定した。その結果を表３に示す。
上記の溶接施工後、各試験体について、継手の断面ミクロ組織観察用試験片を、初層のみ溶接した部分から２個採取した。そして、断面を鏡面研磨した後クロム酸電解腐食し、割れの発生の有無を、光学顕微鏡を用いて倍率を５００倍として観察した。その結果を表３に示している。
次に、溶接金属が、直径６ｍｍ、長さ１０ｍｍの平行部の中央に位置するように、段付の丸棒クリープ試験片を切り出し、クリープ破断試験を実施した。そして、実使用環境を想定し、６５０℃にて２００ＭＰａの応力負荷時に破断時間が１，０００時間以上となる場合を「合格」、１，０００時間未満である場合を「不合格」とした。その結果を表３に示している。
表３に示すように、所定の化学組成を有する母材を用い、且つ適切な溶接を行い、所定の化学組成を有する溶接金属を形成した場合には、初層の凝固割れが発生せず、良好なクリープ強度を有していた。一方、母材の化学組成が本発明で規定される範囲を外れる試験Ｎｏ．９～１６では、クリープ破断強度が劣化していた。初層の溶接金属のＢ含有量が多すぎた試験Ｎｏ．１８～２０では、初層の凝固割れが発生していた。溶接金属のＮｉ含有量が少なすぎた試験Ｎｏ．２１および２２では、クリープ破断強度が劣化していた。
本発明によれば、初層の溶接金属の割れ感受性が低く、かつ、クリープ強度に優れる溶接継手を作製するのに好適なオーステナイト系耐熱鋼を得ることが可能になる。そのため、本発明のオーステナイト系耐熱鋼は、高温環境下で使用されるボイラ等の装置用材料として好適に用いることができる。
Claims (3)
- オーステナイト系耐熱鋼からなる母材と、溶接金属とを備えるオーステナイト系耐熱鋼溶接継手であって、
前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０４～０．１０％、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ｎｉ：２２．５～３２．０％、
Ｃｒ：２０．０～２７．０％、
Ｗ：２．０～４．０％、
Ｃｏ：０．５～３．０％、
Ｃｕ：２．０～３．５％、
Ｎｂ：０．２０～０．６０％、
Ｂ：０．００１５～０．００８％、
Ａｌ：０．００３～０．０５％、
Ｎ：０．１０～０．３０％、
Ｏ：０．０２％以下、
Ｍｏ：０～０．５％、
Ｃａ：０～０．０２％、
Ｍｇ：０～０．０２％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部がＦｅおよび不純物であり、下記（１）式を満足し、
前記溶接金属が、下記の（２）式および（３）式を満足する、
オーステナイト系耐熱鋼溶接継手。
３０Ｃ＋３Ｗ＋２Ｃｕ＋１０Ｎｂ＋７００Ｂ＋４０Ｎ≧３０・・・（１）
［％ＢＷＭ１］≦０．００２５・・・（２）
［％ＮｉＷＭ３］≧３０・・・（３）
ただし、上記式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）、［％ＢＷＭ１］は、初層の溶接金属に含まれるＢの含有量（質量％）、［％ＮｉＷＭ３］は、第３層の溶接金属に含まれるＮｉの含有量（質量％）をそれぞれ意味する。 - 前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｍｏ：０．０１～０．５％、
Ｃａ：０．０００５％～０．０２％
Ｍｇ：０．０００５％～０．０２％および
ＲＥＭ：０．０００３％～０．０６％
から選択される１種以上を含有する、
請求項１に記載のオーステナイト系耐熱鋼溶接継手。 - 前記第３層の溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００５～０．１８０％、
Ｓｉ：０～１．２０％、
Ｍｎ：０．０２～４．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ｃｕ：０～３．５％、
Ｃｏ：０～１５．０％、
Ｃｒ：２０．０～２７．０％、
Ｎｉ：３０．０～７０．０％、
Ｍｏ：０．０１～１２．０％、
Ｔｉ：０.０１～０．５０％、
Ｗ：０～４.０％、
Ｎｂ：０～１．００％、
Ｎ：０～０．３０％、
Ｂ：０～０．００８％、
Ａｌ：０．０１～２．００％、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｃａ：０～０．０２％、
Ｍｇ：０～０．０２％、
ＲＥＭ：０～０．０６％、
残部がＦｅおよび不純物である、
請求項１または２に記載のオーステナイト系耐熱鋼溶接継手。
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