JP7679268B2 - フェライト系ステンレス鋼溶接構造体及びその製造方法、溶接材料、並びに排熱回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体及びその製造方法、溶接材料、並びに排熱回収装置に関する。

近年の世界的なＣＯ₂排出抑制の取り組みを受け、排熱を有効利用する取り組みが広がっている。例えば、排気ガスから熱エネルギーを回収する技術として、自動車の排気系部品、プラント、家庭用エネルギー機器などにおいて多くの熱交換器が用いられており、今後もその利用が拡大することが期待されている。

熱交換器に利用される排気ガスは、例えば、ガソリンやＬＰＧ（液化石油ガス）の燃焼排気ガスなどであり、高温（約４００℃～約７５０℃）であるとともに、多くの水蒸気を含む酸化性ガスである。したがって、熱交換器には、このような環境に対する耐性（耐熱性及び耐食性）が要求されるため、ステンレス鋼材が素材として用いられている。
また、熱交換器は、低温（常温～約９０℃）から高温（約４００℃～約７５０℃）の温度差にも曝される。特に、熱交換器が大型になると、温度差による熱応力が大きくなって、変形し易くなる。そのため、熱交換器には、熱膨張が小さいフェライト系ステンレス鋼材が素材として用いられることが多い。

ステンレス鋼材は、表面にＣｒ酸化皮膜を形成することにより、優れた耐食性を有する。しかしながら、高温且つ水蒸気を多く含むような酸化性の強い環境下では、Ｃｒ酸化物の成長が早く、また、Ｃｒ酸化物が６価のＣｒとなって飛散するＣｒ蒸発も生じる。
そこで、高温且つ水蒸気を多く含むような酸化性の強い環境下で用いられるステンレス鋼材には、表面にＡｌ酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）を形成することができるフェライト系ステンレス鋼材が用いられている。

例えば、特許文献１には、Ｃｒ：１１～２２質量％、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｎ：０．０３質量％以下、Ｍｎ：１．５質量％以下、Ｓ：０．００８質量％以下、Ｓｉ：２質量％以下、Ａｌ：１．０～６．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼材が提案されている。
また、特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：３％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｒ：１１～２１％、Ａｌ：６％以下、Ｃｕ：０．０１～０．５％、Ｍｏ：０．０１～０．５％、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．００５～０．５０％、Ｓｎ：０．００１～０．１％、Ｎ：０．０３％以下、Ｏ：０．００２％以下、Ｈ：０．００００５％以下、Ｐｂ：０．０１％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物の組成を有するフェライト系ステンレス鋼材が提案されている。
さらに、特許文献３には、Ｃ：０．０３質量％以下と、Ｓｉ：０．５質量％以下と、Ｍｎ：１．０質量％以下と、Ｐ：０．０４質量％以下と、Ｓ：０．０１質量％以下と、Ｎｉ：０．６質量％以下と、Ｃｒ：１５～２０質量％と、Ｎ：０．０３質量％以下と、Ｔｉ：０．５質量％以下と、Ｂ：０．０００５～０．００３質量％と、Ａｌ：１．５質量％以上４．０質量％未満と、を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼材が提案されている。

特開２００９－１６７４４３号公報 特開２０１２－０１２６７４号公報 特開２０１１－１７９０８８号公報

フェライト系ステンレス鋼材の耐食性及び耐熱性は、フェライト系ステンレス鋼材中に固溶したＣ及びＮの量と関係する。固溶したＣ及びＮは、Ｃｒと結合してＣｒの炭化物や窒化物（以下、「炭窒化物」という）を形成し、粒界に優先的に析出する。Ｃｒの炭窒化物が析出した周囲はＣｒが欠乏した鋭敏化と呼ばれる状態となり、高温且つ水蒸気を多く含むような酸化性の強い環境に曝されると、腐食が著しく進行する。また、Ｃｒが欠乏した部分にはＣｒ酸化物やＡｌ酸化物が形成されず、Ｆｅが継続的に酸化してしまうため、耐熱性も担保できない。そのため、フェライト系ステンレス鋼材中のＣ及びＮの含有量を極力低減するとともに、Ｃ及びＮと優先的に結合するＴｉやＮｂなどの元素を添加して炭窒化物を形成させることでＣ及びＮの固溶量を低減することが有効である。

また、熱交換器などを含む排熱回収装置は、フェライト系ステンレス鋼材に対して溶接などの加工処理を施すことによって製造される。溶接を行うと、溶接金属部では、ＴｉやＮｂの炭窒化物が固溶してＣ及びＮの固溶量が増大する。上記のようなＣ及びＮ含有量を極めて低いレベルに制御したフェライト系ステンレス鋼材では、溶接後の自然冷却によってＴｉやＮｂの炭窒化物が再度形成されるため、Ｃ及びＮの固溶量は低いレベルのままとなり、鋭敏化による耐食性及び耐熱性の低下を抑制することができる。しかしながら、Ａｌを含む特許文献１～３に記載のフェライト系ステンレス鋼材は、Ｔｉ及びＮｂの拡散が遅いため、溶接後の自然冷却ではＴｉやＮｂの炭窒化物が再度形成され難く、Ｃ及びＮの固溶量が増大する。これは拡散速度による影響が大きいため、ＴｉやＮｂの過剰添加によって解決できるものではない。逆に、ＴｉやＮｂを過剰添加すると、ＴｉＯ₂などの介在物増加によって表面品質や靭性の低下を招いてしまう。このように特許文献１～３は、フェライト系ステンレス鋼材を溶接して得られるフェライト系ステンレス鋼溶接構造体において、溶接金属部の耐食性及び耐熱性が低下する問題について何ら認識していない。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、耐食性及び耐熱性（特に、溶接金属部の耐食性及び耐熱性）に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接構造体及びその製造方法、並びに排熱回収装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、耐食性及び耐熱性（特に、溶接金属部の耐食性及び耐熱性）に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接構造体を製造するのに適した溶接材料を提供することを目的とする。

本発明者らは、母材及び溶接金属部を含むフェライト系ステンレス鋼溶接構造体について鋭意研究を行った結果、母材の組成、並びに溶接金属部のＡｌ及びＣｒの含有量、Ｃ及びＮの合計固溶量を制御することにより、上記の問題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。また、本発明者らは、特定の組成を有するフェライト系ステンレス鋼材を母材とし、特定の組成を有する溶接材料を用いてアーク溶接を行うことにより、上記のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体を製造し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、母材及び溶接金属部を含むフェライト系ステンレス鋼溶接構造体であって、
前記母材は、質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００１～０．０５０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：３．００％以下、Ａｌ：０．８０～５．００％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
前記溶接金属部は、質量基準で、Ａｌ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１５．００～２４．００％を含み、Ｃ及びＮの合計固溶量が０．０１５質量％以下である、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体である。

また、本発明は、フェライト系ステンレス鋼材を母材とし、溶接材料を用いてアーク溶接を行うフェライト系ステンレス鋼溶接構造体の製造方法であって、
前記フェライト系ステンレス鋼材は、質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００１～０．０５０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：３．００％以下、Ａｌ：０．８０～５．００％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
前記溶接材料は、質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．０１７％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００９～０．０１５％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：２．００％以下、Ａｌ：０．０２～０．５０％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する製造方法である。

また、本発明は、質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００１～０．０５０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：３．００％以下、Ａｌ：０．８０～５．００％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼材を母材として用いるアーク溶接用の溶接材料であって、
質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．０１７％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００９～０．０１５％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：２．００％以下、Ａｌ：０．０２～０．５０％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する溶接材料である。

さらに、本発明は、前記フェライト系ステンレス鋼溶接構造体を備える排熱回収装置である。

本発明によれば、耐食性及び耐熱性（特に、溶接金属部の耐食性及び耐熱性）に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接構造体及びその製造方法、並びに排熱回収装置を提供することができる。
また、本発明によれば、耐食性及び耐熱性（特に、溶接金属部の耐食性及び耐熱性）に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接構造体を製造するのに適した溶接材料を提供することができる。

フェライト系ステンレス鋼溶接構造体の模式的な部分拡大断面図である。

以下、上記の観点に基づいて完成された本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
なお、本明細書において成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、母材及び溶接金属部を含む。このフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、フェライト系ステンレス鋼材を母材とし、溶接材料を用いてアーク溶接を行うことによって製造される。
ここで、本明細書において「フェライト系」とは、常温で金属組織が主にフェライト相であるものを意味する。したがって、「フェライト系」にはフェライト相以外の相（例えば、オーステナイト相やマルテンサイト相など）が僅かに含まれるものも包含される。また、「ステンレス鋼材」とは、ステンレス鋼から形成される材料のことを意味し、その材形は特に限定されない。材形の例としては、板状（帯状を含む）、棒状、管状などが挙げられる。また、材料は、断面形状がＴ形、Ｉ形などの各種形鋼であってもよい。さらに、「溶接材料」とは、溶接の際に母材を接着させるために用いられる材料（溶加材）を意味する。溶接材料は、典型的にステンレス鋼から形成され、その形状は特に限定されず、棒状、線状、帯状、板状などにすることができる。溶接材料は、溶接方法に応じて適宜選択すればよいが、その具体例としては、ＴＩＧ溶接棒、ガスシールドアーク用ソリッドワイヤ、帯状電極、表面にフラックスを塗装した被覆アーク溶接棒、フラックスを鋼板で巻いたガスシールドアーク用フラックス入りワイヤなどが挙げられる。

図１は、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体の模式的な部分拡大断面図を示す。
図１に示されるように、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体（１００）は、母材（１０）及び溶接金属部（３０）を含む。また、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体（１００）は、母材（１０）と溶接金属部（３０）との間に熱影響部（２０）を更に含む。
ここで、「母材」とは、溶接の影響を受けない部分を意味する。また、「熱影響部」とは、溶接の影響によって溶融しないものの熱影響を受ける部分（ＨＡＺとも称される）のことを意味する。また、「溶接金属部」とは、溶接の影響によって溶融して再凝固する部分のことを意味する。

母材は、溶接の影響を受けないため、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体の素材であるフェライト系ステンレス鋼材と同じ組成及び金属組織を有する。
母材（フェライト系ステンレス鋼材）は、Ｃ：０．１００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：３．００％以下、Ａｌ：０．８０～５．００％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する。
ここで、本明細書において「不純物」とは、ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップなどの原料、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。例えば、不純物には、不可避的不純物も含まれる。

また、母材（フェライト系ステンレス鋼材）は、必要に応じて、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下から選択される少なくとも１種を更に含むことができる。
また、母材（フェライト系ステンレス鋼材）は、必要に応じて、ＲＥＭ：０．１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下から選択される少なくとも１種を更に含むことができる。
さらに、母材（フェライト系ステンレス鋼材）は、必要に応じて、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含むことができる。
なお、以下の各元素の説明において、「母材」という場合には、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体の母材だけでなく、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体の製造に用いられるフェライト系ステンレス鋼材も含まれる。

（Ｃ：０．１００％以下）
Ｃは、母材の耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）及びフェライト系ステンレス鋼材の加工性などの特性に影響を与える元素である。Ｃの含有量が多すぎると、母材の耐粒界腐食性及びフェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｃの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０５０％である。一方、Ｃの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｃの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｃの含有量の下限値は、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１％である。

（Ｍｎ：１．００％以下）
Ｍｎは、脱酸元素として有用な元素である。Ｍｎの含有量が多すぎると、腐食起点となるＭｎＳを生成し易くなるとともに、フェライト相を不安定化させる。そのため、Ｍｎの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％である。一方、Ｍｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％である。

（Ｎｉ：１．００％以下）
Ｎｉは、母材の耐食性及び溶接金属部の靭性を向上させるのに有効な元素である。Ｎｉの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Ｎｉの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．８０％、より好ましくは０．６０％である。一方、Ｎｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、上記の効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％である。

（Ｐ：０．１００％以下）
Ｐは、フェライト系ステンレス鋼材の溶接性や加工性などの特性に影響を与える元素である。Ｐの含有量が多すぎると、上記の特性が低下する恐れがある。そのため、Ｐの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０８０％、より好ましくは０．０５０％である。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｐの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｐの含有量の下限値は、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．０１０％である。

（Ｓ：０．０５０％以下）
Ｓは、腐食起点となるＭｎＳを生成し、溶接金属部の靭性に影響を与える元素である。Ｓの含有量が多すぎると、溶接金属部の靭性が低下する恐れがある。そのため、Ｓの含有量の上限値は、０．０５０％、好ましくは０．０４０％、より好ましくは０．０３０％である。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｓの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｓの含有量の下限値は、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００５％である。

（Ｃｒ：１５．００～２４．００％）
Ｃｒは、母材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Ｃｒの含有量が多すぎると、母材の靭性が低下するとともに、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｃｒの含有量の上限値は、２４．００％、好ましくは２３．５０％、より好ましくは２３．００％である。一方、Ｃｒの含有量が少なすぎると、上記の効果が十分に得られないことがある。そのため、Ｃｒの含有量の下限値は、１５．００％、好ましくは１５．５０％、より好ましくは１６．００％である。

（Ｎ：０．１００％以下）
Ｎは、母材の耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）、及びフェライト系ステンレス鋼材の加工性などの特性に影響を与える元素である。Ｎの含有量が多すぎると、母材の耐粒界腐食性及びフェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下してしまう。そのため、Ｎの含有量の上限値は、０．１００％、好ましくは０．０５０％、より好ましくは０．０３０％である。一方、Ｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、Ｎの含有量を少なくすることは精練コストの上昇につながる。そのため、Ｎの含有量の下限値は、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１％である。

（Ｃｕ：１．００％以下）
Ｃｕは、母材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。Ｃｕの含有量が多すぎると、フェライト相が不安定化するとともに、製造コストも上昇する。そのため、Ｃｕの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．７０％、より好ましくは０．３０％である。一方、Ｃｕの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．０１％である。

（Ｍｏ：１．００％以下）
Ｍｏは、母材の耐食性及び耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Ｍｏの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の加工性が低下するとともに、製造コストが上昇する。そのため、Ｍｏの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．８０％、より好ましくは０．５０％である。一方、Ｍｏの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％である。

（Ｓｉ：３．００％以下）
Ｓｉは、母材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。Ｓｉの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の加工性及び溶接金属部の靭性が低下する。そのため、Ｓｉの含有量の上限値は、３．００％、好ましくは２．５０％、より好ましくは２．００％である。一方、Ｓｉの含有量の下限値は、特に限定されないが、上記の効果を得る観点から、好ましくは０．０１％、より好ましくは０．０５％、更に好ましくは０．１０％である。

（Ａｌ：０．８０～５．００％）
Ａｌは、Ｓｉと同様に、母材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。Ａｌの含有量が多すぎると、母材の靭性が低下する。そのため、Ａｌの含有量の上限値は、５．００％、好ましくは４．５０％、より好ましくは４．００％である。一方、Ａｌの含有量の下限値は、上記の効果を得る観点から、０．８０％、好ましくは１．００％、より好ましくは１．２０％である。

（Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量：６（Ｃ＋Ｎ）以上）
Ｎｂ及びＴｉは、母材の耐粒界腐食性（鋭敏化抑制作用）などの特性に影響を与える元素である。
Ｎｂの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の加工性及び母材の靭性が低下する。そのため、Ｎｂの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．４８％、より好ましくは０．４５％である。
また、Ｔｉの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の加工性及び表面品質が低下する。そのため、Ｔｉの含有量の上限値は、０．５０％、好ましくは０．４８％、より好ましくは０．４５％である。
一方、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量の下限値は、耐粒界腐食性を低下させるＣ及びＮの含有量との関係から制御される。具体的には、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量の下限値は、６（Ｃ＋Ｎ）、好ましくは７（Ｃ＋Ｎ）である。ここで、Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す。

（Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下）
Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷは、母材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の加工性及び母材の靭性が低下するとともに、製造コストの上昇につながる。そのため、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量の上限値はいずれも、１．００％、好ましくは０．８０％、より好ましくは０．６０％である。一方、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｖ及びＷの含有量の下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．０１％である。

（ＲＥＭ：０．１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下）
ＲＥＭ（希土類元素）及びＣａは、母材の耐酸化性を向上させるのに有効な元素である。ＲＥＭ及びＣａの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の製造コストの上昇につながる。そのため、ＲＥＭ及びＣａの含有量の上限値はいずれも、０．１０％、好ましくは０．０８％、より好ましくは０．０５％である。一方、ＲＥＭ及びＣａの含有量の下限値はいずれも、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．００３％である。
なお、ＲＥＭは、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。これらは単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。

（Ｓｎ：０．１０％以下）
Ｓｎは、母材の耐食性を向上させるのに有効な元素である。Ｓｎの含有量が多すぎると、Ｓｎが偏析し、製造性が低下する。そのため、Ｓｎの含有量の上限値は、０．１０％、好ましくは０．０８％、より好ましくは０．０５％である。一方、Ｓｎの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％、より好ましくは０．００５％である。

（Ｂ：０．０１００％以下）
Ｂは、フェライト系ステンレス鋼材の二次加工性を向上させるのに有効な元素である。Ｂの含有量が多すぎると、フェライト系ステンレス鋼材の疲労強度が低下する。そのため、Ｂの含有量の上限値は、０．０１００％、好ましくは０．００８０％、より好ましくは０．００５０％である。一方、Ｂの含有量の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．０００１％、より好ましくは０．０００５％である。

溶接金属部は、Ａｌ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１５．００～２４．００％を含む。
溶接金属部においてＡｌの含有量が多すぎると、ＴｉやＮｂの炭窒化物が形成され難くなる。その結果、溶接後の冷却でＣ及びＮの固溶量が増えるため、鋭敏化が生じてしまう。そのため、ＴｉやＮｂ炭窒化物の形成速度を向上させ、溶接後の冷却でＣ及びＮの固溶量を低減する観点から、溶接金属部におけるＡｌの含有量の上限値は、１．００％、好ましくは０．９０％、より好ましくは０．８０％である。このような上限値とすることにより、溶接金属部における鋭敏化が抑制され、溶接金属部の耐食性及び耐熱性を向上させることが可能となる。一方、溶接金属部においてＡｌの含有量が少なすぎると、溶接金属部の耐熱性が低下してしまう。そこで、溶接金属部におけるＡｌの含有量の下限値は、０．１０％、好ましくは０．１５％、より好ましくは０．２０％である。このような下限値とすることにより、溶接金属部における耐熱性を確保することができる。

溶接金属部においてＣｒの含有量が少なすぎると、耐熱性が低下する。そのため、溶接金属部におけるＣｒ含有量の下限値は、１５．００％、好ましくは１５．５％、より好ましくは１６．０％である。このような下限値とすることにより、溶接金属部における耐熱性を確保することができる。一方、溶接金属部においてＣｒの含有量が多すぎると、溶接金属部の靭性が低下するとともに、製造コストの上昇につながる。そのため、溶接金属部におけるＣｒ含有量の上限値は、２４．００％、好ましくは２３．５０％、より好ましくは２３．００％である。このような上限値とすることにより、製造コストの上昇を抑えつつ、溶接金属部における靭性を確保することができる。

溶接金属部は、Ｃ及びＮの合計固溶量が０．０１５％以下、好ましくは０．０１４％以下である。Ｃ及びＮの合計固溶量を０．０１５％以下とすることにより、高温環境下において固溶したＣ及びＮがＣｒと結合してＣｒ炭窒化物が析出することを抑制することができる。したがって、高温環境下における溶接金属部の靭性を向上させるとともに、鋭敏化を抑制することができる。
なお、Ｃ及びＮの合計固溶量の下限値は、特に限定されないが、典型的に０．０００１％、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１％である。
なお、本明細書においてＣ及びＮの合計固溶量とは、後述の実施例に記載された方法で算出されたものを意味する。また、Ｃ及びＮの固溶量を個別に算出することは難しいため、本発明では、Ｃ及びＮの合計固溶量を便宜的に算出している点に留意すべきである。

一般的に、Ａｌを含むフェライト系ステンレス鋼材を用いて製造されたフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、溶接金属部における鋭敏化を抑制するために、溶接後に熱処理を行うことで、ＴｉやＮｂの炭窒化物を析出させ、Ｃ及びＮの固溶量を低減することが必要となる。しかしながら、熱処理は、炉温や冷却速度の詳細な制御が必要であるため、製造コストが増加する。また、熱処理時に変形が生じることがあるとともに、サイズが大きくなると熱処理を実施すること自体も難しい。
これに対して本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、溶接後に熱処理を行わなくても、溶接金属部における鋭敏化を抑制することができる。
溶接後に熱処理を行わない本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、Ａｌ：３０％未満を含む酸化皮膜を表面（母材、熱影響部及び溶接金属部の表面）に備える。この酸化皮膜におけるＡｌの含有量は、２０％以下であることが好ましい。
ここで、本明細書において酸化皮膜中のＡｌの含有量は、後述する実施例に記載された方法で測定されたものを意味する。

ただし、発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、溶接後に熱処理を行ってもよい。溶接後に熱処理を行う本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、Ａｌ：３０質量％以上を含む酸化皮膜を表面に備える。このような酸化皮膜を表面に設けることにより、耐高温酸化性を向上させることができる。この酸化皮膜におけるＡｌの含有量は、耐高温酸化性を安定して高める観点から、好ましくは３２％以上、より好ましくは３５％以上である。一方、Ａｌの含有量の上限値は、特に限定されないが、例えば９０％、好ましくは８０％である。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、上記の組成を有するフェライト系ステンレス鋼材を母材として用い、溶接材料を用いてアーク溶接を行うことによって製造することができる。

上記の組成を有するフェライト系ステンレス鋼材は、常法によって製造することができる。具体的には、まず、上記の組成を有するフェライト系ステンレス鋼を溶製して鍛造又は鋳造した後、熱間圧延を行って熱延材を得る。次に、熱延材に対して焼鈍、酸洗、冷間圧延を順次行って冷延材を得る。次に、冷延材に対して焼鈍及び酸洗を順次行って冷延焼鈍材を得る。なお、各工程における条件については、ステンレス鋼の組成などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。このような方法で作製される熱延材、冷延材又は冷延焼鈍材をフェライト系ステンレス鋼材として用いることができる。これらの中でもフェライト系ステンレス鋼材は冷延焼鈍材であることが好ましい。また、熱延材、冷延材又は冷延焼鈍材は、所定の部材形状に成形加工を行ってもよい。成形加工としては、金型を用いた各種プレス加工、曲げ加工などの機械加工などが挙げられる。
なお、各工程における条件については、フェライト系ステンレス鋼材の組成に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。

アーク溶接用の溶接材料は、Ｃ：０．１００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．１００％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：２．００％以下、Ａｌ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する。
また、このアーク溶接用の溶接材料は、必要に応じて、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。

アーク溶接用の溶接材料は、上記のように、母材として用いられるフェライト系ステンレス鋼材と同成分系の類似する組成を有する。
また一般的に、Ａｌを含むフェライト系ステンレス鋼材を母材として用いてアーク溶接を行う場合、溶接金属部の耐熱性が低下することを抑制するため、Ａｌの含有量が母材と同等又はそれよりも多い組成を有する溶接材料が用いられる。これに対して、本発明の実施形態で用いられるアーク溶接用の溶接材料は、溶接金属部のＡｌの含有量を低減するために母材よりもＡｌ含有量が少ない組成を有する。すなわち、溶接金属部におけるＡｌの含有量（０．１０～１．００％）を考慮し、アーク溶接用の溶接材料は、Ａｌの含有量が０．５０％以下に制御される。
さらに、溶接金属部においてＣｒの含有量が少なすぎると耐熱性が低下するため、溶接金属部におけるＣｒの含有量（１５．００～２４．００％）を考慮し、アーク溶接用の溶接材料は、Ｃｒの含有量が１５．００～２４．００％に制御される。

アーク溶接用の溶接材料は、常法によって製造することができる。例えば、溶接材料が棒状（線状）である場合、上記の組成を有するステンレス鋼を溶製し、熱間圧延を行って熱延棒材（熱延線材）を得る。次に、熱延棒材に対して焼鈍及び酸洗を行った後、伸線加工を行い、焼鈍及び酸洗を行うことによって溶接材料を得ることができる。

アーク溶接は、上記の組成を有する溶接材料を用いて行われる。アーク溶接は、複数のフェライト系ステンレス鋼材同士を溶接してもよいし、フェライト系ステンレス鋼材を他の材質の金属材に溶接してもよい。
アーク溶接の種類としては、特に限定されず、ＴＩＧ溶接、プラズマアーク溶接などが挙げられる。
アーク溶接の条件は、アーク溶接の種類やフェライト系ステンレス鋼材の組成などに応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、アーク溶接後に熱処理を行わなくても、溶接金属部における鋭敏化を抑制することができる。そのため、アーク溶接後に熱処理を行わなくてもよい。
しかしながら、本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体の耐高温酸化性を向上させるために、アーク溶接後に熱処理を行ってもよい。
熱処理の条件は、特に限定されないが、２×１０^-5Ｐａ以上の酸素分圧下、１０００℃以上の温度域でフェライト系ステンレス鋼溶接構造体を１分以上加熱することが好ましい。なお、熱処理雰囲気中の酸素以外の気体は、特に限定されず、水素、アルゴンなどを用いることができる。また、熱処理は、例えば、加熱炉を用いて行うことができる。加熱炉の形態は、バッチ式であっても連続式であっても構わない。
また、熱処理後、９００～７５０℃の温度域で５分以上保持されるようにして冷却することが好ましい。９００～７５０℃の温度域で５分以上保持するためには、例えば、９００～７５０℃の温度域での冷却速度を３０℃／分以下とすればよい。また、９００～７５０℃の温度域の任意の一定温度で５分以上保持した後、３０℃／分を超える冷却速度で７５０℃未満の温度域まで冷却してもよい。

本発明の実施形態に係るフェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、耐食性及び耐熱性に優れているため、これらの特性が要求される各種用途で用いることができる。用途の例としては、自動車の排気系部品、プラント、家庭用エネルギー機器などに用いられる熱交換器を含む排熱回収装置が挙げられる。

本発明の実施形態に係るアーク溶接用の溶接材料は、上記の組成を有するフェライト系ステンレス鋼材を母材として用いるアーク溶接に用いられるものであり、上記の組成を有する。このような特徴を有する本発明の実施形態に係るアーク溶接用の溶接材料は、アーク溶接時に溶接金属部における鋭敏化を抑制し、溶接金属部の耐食性及び耐熱性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る排熱回収装置は、上記のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体を備える。このような特徴を有する本発明の実施形態に係る排熱回収装置は、溶接金属部の耐食性及び耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼溶接構造体を備えているため、その性能を向上させることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。

＜フェライト系ステンレス鋼板（母材）の作製＞
表１に示す組成（残部はＦｅ及び不純物である）を有するフェライト系ステンレス鋼を溶製し、熱間圧延して厚さ３．０ｍｍの熱延板を得た後、熱延板を１０５０℃で焼鈍して酸洗することによって熱延焼鈍板を得た。次に、熱延焼鈍板を冷間圧延して厚さ１．５ｍｍの冷延板を得た後、冷延板を１０００℃で仕上焼鈍して酸洗することによって冷延焼鈍板を得た。次に、冷延焼鈍板から幅方向５０ｍｍ×圧延方向５００ｍｍの試験片を切削によって切り出した。

＜溶接材料（溶接棒）の作製＞
表２に示す組成を有するフェライト系ステンレス鋼を溶製し、熱間圧延を行って直径５．５ｍｍの熱延線材を得た後、熱延線材を１０５０℃で焼鈍して酸洗することによって熱延焼鈍線材を得た。次に、熱延焼鈍線材を直径１．５ｍｍに伸線加工した後、１０５０℃で焼鈍して酸洗し、５３０ｍｍの長さに切断して溶接材料とした。

＜フェライト系ステンレス鋼溶接構造体の作製＞
上記のフェライト系ステンレス鋼板を２枚用い、それらの長辺側に６０°の開先加工を施した後、両者を突き合わせるとともに、その間に上記の溶接材料を挟み、ＴＩＧ溶接を行った。溶接条件は、溶接電流を１８０Ａ、溶接速度を５０ｃｍ／分、電極の直径を２．４ｍｍ、電極間距離を１．０ｍｍとした。使用したフェライト系ステンレス鋼板及び溶接材料の種類は表３に示す。
一部の実施例については、ＴＩＧ溶接後に熱処理を行った。熱処理は、溶接構造体を真空炉に入れ、加熱温度１０２５℃、加熱時間５分、酸素分圧５×１０^-4Ｐａとして行った後、９００～７５０℃の温度域での冷却速度を５℃／分として冷却した。なお、酸素分圧は、真空炉内の圧力を変えることによって制御した。また、冷却速度は、真空炉内への冷却用窒素ガスの導入量によって制御した。
このようにして得られたフェライト系ステンレス鋼溶接構造体について以下の評価を行った。

＜溶接金属部におけるＡｌ及びＣｒの含有量＞
フェライト系ステンレス鋼溶接構造体から溶接金属部が中央に位置するように３０ｍｍ角の測定用試験片を切り出し、測定用試験片の全面を＃６００湿式研磨した後、アセトンで脱脂した。次に、ＪＩＳ Ｋ０１４４：２００１に準拠し、グロー放電発光分光法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて深さ方向の成分濃度の分析を行った。この分析で得られた深さ方向の成分濃度プロファイルにおいて、Ｏ（酸素）濃度が最大値の１０分の１となる位置のＡｌ及びＣｒ濃度を溶接金属部におけるＡｌ及びＣｒの含有量とした。

＜溶接金属部におけるＣ及びＮの合計固溶量＞
まず、Ｔｉ及びＮｂの炭窒化物の生成量を以下の手順によって測定した。
フェライト系ステンレス鋼溶接構造体から溶接金属部が中央に位置するように５０ｍｍ角の測定用試験片を切り出した後、測定用試験片の全面に＃６００湿式研磨を施した。この測定用試験片を、ＳＰＥＥＤ法を用いて電解エッチングした。電解エッチングは、１０％のアセチルアセトン溶液中、４００ｍＶで電気量が５０００クーロンになるまで定電位電解を行い、電解後の溶液を格子径０．０５μｍのフィルターでろ過して炭窒化物を採取した。そして、質量測定によって溶解量及び採取炭窒化物量を求めた。
次に、採取した炭窒化物について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析を行った。ＸＲＤ分析では、ＸＲＤプロファイルからＴｉ炭窒化物及びＮｂ炭窒化物それぞれのピーク強度の和を求めた。以下、Ｔｉ炭窒化物のピーク強度の和を「Ｔｉ炭窒化物ピーク強度」、Ｎｂ炭窒化物のピーク強度の和を「Ｎｂ炭窒化物ピーク強度」という。なお、計算に用いた各炭窒化物のピーク位置（回折角度２θ）は、以下の通りである。
Ｔｉ炭窒化物～ＴｉＣ：４８．８３８°、ＴｉＮ：４９．８９５°
Ｎｂ炭窒化物～ＮｂＣ：４０．５５７°、ＮｂＮ：４１．３０７°
次に、Ｔｉ炭窒化物及びＮｂ炭窒化物の形成に使用されたＣ及びＮの消費量（以下、「消費Ｃ＋Ｎ量」という）を以下の式によって算出した。
消費Ｃ＋Ｎ量［質量％］＝採取炭窒化物量［ｇ］×（０．２１×Ｔｉ炭窒化物ピーク強度＋０．１２×Ｎｂ炭窒化物ピーク強度）／（Ｔｉ炭窒化物ピーク強度＋Ｎｂ炭窒化物ピーク強度）／溶解量［ｇ］×１００
次に、Ｃ及びＮの合計含有量［質量％］から消費Ｃ＋Ｎ量［質量％］を引くことによってＣ及びＮの合計固溶量［質量％］を算出した。

＜酸化皮膜中のＡｌ濃度＞
フェライト系ステンレス鋼溶接構造体から５０ｍｍ角の測定用試験片を切り出し、その表面をアセトンで脱脂した。次に、ＪＩＳ Ｋ０１４４：２００１に準拠し、グロー放電発光分光法（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて深さ方向の成分濃度の分析を行った。この分析で得られた深さ方向の成分濃度プロファイルにおいて、Ｏ（酸素）濃度が最大値の４分の３となる位置のＡｌ、Ｆｅ及びＣｒ濃度を求め、以下の式によって酸化皮膜中のＡｌ濃度を求めた。
酸化皮膜中のＡｌ濃度［質量％］＝Ａｌ濃度／（Ｆｅ濃度＋Ｃｒ濃度＋Ａｌ濃度）×１００

＜溶接金属部の鋭敏化＞
フェライト系ステンレス鋼溶接構造体の実際の使用環境を考慮し、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体について、エレマ電気炉を用い、水分濃度が２５体積％の大気雰囲気下、６００℃で１００時間加熱する使用環境模擬熱処理を行った。
次に、使用環境模擬熱処理を行ったフェライト系ステンレス鋼溶接構造体から溶接金属部が中央に位置するように５０ｍｍ角の測定用試験片を切り出した後、測定用試験片の全面に＃６００湿式研磨を施した。次に、この測定用試験片について、ＪＩＳ Ｇ０５７５：２０１２に規定されるステンレス鋼の硫酸・硫酸銅腐食試験方法に準拠し、フラスコ底面に銅の粒を敷き詰めた後、１５．７％硫酸／５．５％硫酸銅水溶液４００ｍＬと測定用試験片を入れてホットプレートで加熱した。そして、２０時間沸騰状態を保持した後、測定用試験片を取り出して水洗し、乾燥させた。
次に、万能試験機（株式会社島津製作所製ＵＨ－３００ｋＮＩ）を用い、溶接方向と垂直な方向に１ｔ曲げを測定用試験片に施し、曲げ頂部を光学顕微鏡で観察した。この観察の結果、粒界に沿って割れが発生したものを×（鋭敏化あり）、割れの発生が無かったものを○（鋭敏化なし）と評価した。

＜溶接金属部の耐食性＞
フェライト系ステンレス鋼溶接構造体に対し、上記と同様にして使用環境模擬熱処理を行った。
次に、使用環境模擬熱処理を行ったフェライト系ステンレス鋼溶接構造体から溶接金属部が中央に位置するように幅方向５０ｍｍ×圧延方向１００ｍｍの測定用試験片を切り出した後、測定用試験片の両表面に＃６００湿式研磨を施した。次に、測定用試験片の３つの側面（幅方向の側面１つを除く）を樹脂（信越シリコーン株式会社製の一液縮合型ＲＴＶゴムＫＥ４４）で被覆した。次に、７０ｍｍ×１５０ｍｍのベークライト板の上に２０ｍｍφ×１０ｍｍのポリエチレン製チューブ２個を接着し、その上に測定用試験片の樹脂で被覆されていない側面を配置して接着した。このようにして得られたサンプルに対して塩乾湿複合サイクル試験（ＣＣＴ）を行った。サンプルは、測定用試験片の表面が水平面に対して７５°、且つ測定用試験片の樹脂で被覆されていない側面が下部となるようにしてＣＣＴ装置に配置し、５％塩水噴霧（３５℃、２時間）、乾燥（６０℃、２５％ＲＨ、４時間）、湿潤（５０℃、９５％ＲＨ、２時間）を１サイクルとして３０サイクル行った。その後、サンプルを水洗及び乾燥し、測定用試験片の表面における溶接金属部の発銹面積率を評価した（ＪＩＳ Ｇ０５９５：２００４に準拠）。この評価において、レイティングナンバ（ＲＮ）が５以上（発銹面積率が１５％以下に相当）であれば耐食性に優れ、ＲＮが５未満であれば耐食性が劣ると判断することができる。

＜溶接金属部の耐熱性＞
フェライト系ステンレス鋼溶接構造体から溶接金属部が中央に位置するように５０ｍｍ角の測定用試験片を切り出し、測定用試験片の全面を＃６００湿式研磨した後、アセトンで脱脂した。次に、測定用試験片の長さ、幅、厚みをマイクロメーターで測定して表面積を求めるとともに質量測定を行った。
次に、上記と同様にして使用環境模擬熱処理を行った後、質量測定を行った。そして、以下の式により、酸化増量を求めた。
酸化増量［ｍｇ／ｃｍ²］＝（使用環境模擬熱処理後の測定用試験片の質量［ｍｇ］－使用環境模擬熱処理前の測定用試験片の質量［ｍｇ］）／表面積［ｃｍ²］
この評価において、酸化増量が１．０ｍｇ／ｃｍ²以下であれば耐熱性に優れ、１．０ｍｇ／ｃｍ²超過であれば耐熱性が劣ると判断することができる。
上記の各評価結果を表３に示す。

表３に示されるように、母材の組成、並びに溶接金属部のＡｌ及びＣｒの含有量、Ｃ及びＮの合計固溶量が所定の範囲を満たす実施例１～７は、溶接金属部の鋭敏化を抑制することができ、耐食性及び耐熱性が良好であった。
これに対して比較例１は、溶接材料のＡｌ含有量が多すぎたため、溶接金属部のＡｌ含有量も多くなってしまった。その結果、溶接金属部におけるＣ及びＮの合計固溶量が増えてしまったため、鋭敏化が生じ、耐食性が低下してしまった。
比較例２は、溶接材料のＣｒ含有量が少なすぎたため、溶接金属部のＣｒ含有量も少なくなってしまった。その結果、溶接金属部の耐熱性が低下してしまった。
比較例３は、溶接材料のＮｂ及びＴｉの合計量が少なすぎたため、溶接金属部におけるＣ及びＮの合計固溶量が増えてしまった。その結果、鋭敏化が生じ、耐食性が低下してしまった。
比較例４は、母材のＣｒ含有量が少なすぎたため、溶接金属部のＣｒ含有量も少なくなってしまった。その結果、溶接金属部の耐熱性が低下してしまった。
比較例５は、母材のＡｌ含有量が少なすぎたため、溶接金属部のＡｌ含有量も少なくなってしまった。その結果、溶接金属部の耐熱性が低下してしまった。
比較例６は、溶接材料のＡｌ含有量が多すぎたため、溶接金属部のＡｌ含有量も多くなってしまった。また、比較例６は、溶接材料のＮｂ及びＴｉの合計量が６（Ｃ＋Ｎ）以上という要件も満たしていない。それ故、溶接金属部におけるＣ及びＮの合計固溶量が増えてしまったため、鋭敏化が生じ、耐食性及び耐熱性の両方が低下してしまった。

以上の結果からわかるように、本発明によれば、耐食性及び耐熱性（特に、溶接金属部の耐食性及び耐熱性）に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接構造体及びその製造方法、並びに排熱回収装置を提供することができる。また、本発明によれば、耐食性及び耐熱性（特に、溶接金属部の耐食性及び耐熱性）に優れるフェライト系ステンレス鋼溶接構造体を製造するのに適した溶接材料を提供することができる。

Claims (17)

1. 母材及び溶接金属部を含むフェライト系ステンレス鋼溶接構造体であって、
   前記母材は、質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００１～０．０５０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：３．００％以下、Ａｌ：０．８０～５．００％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
   前記溶接金属部は、質量基準で、Ａｌ：０．１０～１．００％、Ｃｒ：１５．００～２４．００％を含み、Ｃ及びＮの合計固溶量が０．０１５質量％以下である、フェライト系ステンレス鋼溶接構造体。
2. 前記母材は、質量基準で、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項１に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体。
3. 前記母材は、質量基準で、ＲＥＭ：０．１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項１又は２に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体。
4. 前記母材は、質量基準で、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体。
5. 前記フェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、Ａｌ：３０質量％未満を含む酸化皮膜を表面に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体。
6. 前記フェライト系ステンレス鋼溶接構造体は、Ａｌ：３０質量％以上を含む酸化皮膜を表面に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体。
7. 排熱回収装置に用いられる、請求項１～６のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体。
8. フェライト系ステンレス鋼材を母材とし、溶接材料を用いてアーク溶接を行うフェライト系ステンレス鋼溶接構造体の製造方法であって、
   前記フェライト系ステンレス鋼材は、質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００１～０．０５０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：３．００％以下、Ａｌ：０．８０～５．００％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有し、
   前記溶接材料は、質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．０１７％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００９～０．０１５％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：２．００％以下、Ａｌ：０．０２～０．５０％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する製造方法。
9. 前記フェライト系ステンレス鋼材は、質量基準で、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項８に記載の製造方法。
10. 前記フェライト系ステンレス鋼材は、質量基準で、ＲＥＭ：０．１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項８又は９に記載の製造方法。
11. 前記フェライト系ステンレス鋼材は、質量基準で、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項８～１０のいずれか一項に記載の製造方法。
12. 前記アーク溶接後に熱処理を行わない、請求項８～１１のいずれか一項に記載の製造方法。
13. 前記アーク溶接後に熱処理を行う、請求項８～１１のいずれか一項に記載の製造方法。
14. 前記溶接材料は、質量基準で、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項８～１３のいずれか一項に記載の製造方法。
15. 質量基準で、Ｃ：０．００１～０．０５０％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００１～０．０５０％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：３．００％以下、Ａｌ：０．８０～５．００％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有するフェライト系ステンレス鋼材を母材として用いるアーク溶接用の溶接材料であって、
    質量基準で、Ｃ：０．０１０～０．０１７％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：１５．００～２４．００％、Ｎ：０．００９～０．０１５％、Ｃｕ：１．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｓｉ：２．００％以下、Ａｌ：０．０２～０．５０％、Ｎｂ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．５０％以下を含み、Ｎｂ及びＴｉの合計含有量が６（Ｃ＋Ｎ）以上（Ｃ及びＮは、Ｃ及びＮの含有量をそれぞれ表す）であり、残部がＦｅ及び不純物からなる組成を有する溶接材料。
16. 質量基準で、Ｚｒ：１．００％以下、Ｃｏ：１．００％以下、Ｖ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下、ＲＥＭ：０．１０％以下、Ｃａ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｂ：０．０１００％以下から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項１５に記載の溶接材料。
17. 請求項１～７のいずれか一項に記載のフェライト系ステンレス鋼溶接構造体を備える排熱回収装置。