KR20160110515A

KR20160110515A - Ni기 내열 합금용 용접 재료 및 그것을 이용하여 이루어지는 용접 금속 및 용접 조인트

Info

Publication number: KR20160110515A
Application number: KR1020167023616A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 히라타; 가나 조토쿠; 도모아키 하마구치; 미츠루 요시자와; 도시히데 오노; 아츠로 이세다
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-09-21
Also published as: CN105939814B; JPWO2015111641A1; EP3100818B1; EP3100818A4; WO2015111641A1; CN105939814A; EP3100818A1; KR101897381B1; JP6197885B2; ES2803574T3

Abstract

(1) 화학 조성이, C：0.08~0.12%, Si≤0.10%, Mn≤1.50%, P≤0.008%, S≤0.002%, Ni：56.0% 초과~60.0%, Co：8.0~12.0%, Cr：18.0~22.0%, Mo：6.0~10.0%, Ti：0.01~0.50%, Al：0.50~1.00%, N≤0.010%, O≤0.010%, Nb：0~0.50%, B：0~0.0050%, Ca：0~0.050%, Mg：0~0.050%, REM：0~0.20%, 잔부：Fe 및 불순물이며, 상기 용접 재료의 표면에 형성되는 산화물층의 두께가 30μm 이하인 Ni기 내열 합금용 용접 재료. (2) 상기의 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 이용하여 이루어지는 용접 금속. (3) 상기 용접 금속과 고온 강도가 우수한 Ni기 내열 합금의 모재로 이루어지는 용접 조인트.

Description

Ni기 내열 합금용 용접 재료 및 그것을 이용하여 이루어지는 용접 금속 및 용접 조인트{WELDING MATERIAL FOR NI-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY, AND WELDED METAL AND WELDED JOINT EACH USING SAME}

본 발명은, Ni기 내열 합금용 용접 재료 및 그것을 이용하여 이루어지는 용접 금속 및 용접 조인트에 관한 것으로, 상세하게는, 발전용 보일러 등, 고온에서 사용되는 기기에 이용하는 Ni기 내열 합금을 용접하는데 적합한 용접 재료 및 그것을 사용하여 얻어지는 용접 금속 및 용접 조인트에 관한 것이다.

최근, 환경 부하 경감의 관점에서 발전용 보일러 등에서는 운전 조건의 고온·고압화가 세계적 규모로 진행되고 있으며, 사용되는 재료에도, 보다 우수한 고온 강도를 갖는 것이 요구되고 있다.

이러한 요구를 만족하는 재료로서, 예를 들면, UNS06617에 규정된 Ni기 내열 합금이 있다. 또, 특허문헌 1~5에 다양한 Ni기 합금이 개시되어 있다. 이들은, 모두 모재로서의 필요 성능을 만족시키기 위해, 여러 가지 다양한 합금 원소 범위를 규정한 것이다.

한편, 이들 Ni기 내열 합금을 구조물로서 사용하는 경우, 용접에 의해 조립하는 것이 일반적이고, 그 때에 사용되는 Ni기 내열 합금용 용접 재료로서, 「AWS A5. 14-2009 ER NiCrCoMo-1」이 이미 존재한다.

또한, 특허문헌 6에는 Mo 및 W에 의한 고용 강화 및, Al 및 Ti에 의한 석출 강화 효과를 활용하여 고강도화를 도모한, Ni기 합금용 용접 재료가 제안되어 있다. 또, 특허문헌 7에는 동일하게 Al 및 Ti에 의한 석출 강화 효과를 활용하여 크리프 강도를 확보함과 더불어, 용접 재료 중에 M₆C 탄화물 및 MC 탄화물을 균일 분산시켜 고속 용접성을 구비시킨 용접 재료가 제안되어 있다.

그런데, 이들 Ni기 내열 합금 및 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 이용하여 이루어지는 용접 구조물은 고온에서 사용되지만, 장시간 고온에서 사용한 경우, 용접부에서 균열(응력 완화 균열)이 발생한다는 문제가 있다.

그 때문에, 특허문헌 8에는, Al 및 Mo의 함유량을 적절한 범위로 조정함으로써 내응력 완화 균열성을 확보함과 더불어, C 및 Cr의 함유량을 규정하고, 응고 균열의 방지를 도모한 용접 재료가 제안되어 있다.

미국 특허 제4877461호 명세서 미국 특허 제4765956호 명세서 미국 특허 제5372662호 명세서 일본국 특허공개 평9－157779호 공보 일본국 특허공개 2001－073053호 공보 국제 공개 제2010/013565호 국제 공개 제2007/119847호 일본국 특허공개 2012－000616호 공보

상술한 Ni기 내열 합금용 용접 재료인 「AWS A5. 14-2009 ER NiCrCoMo-1」 및 특허문헌 6~8에서 개시된 Ni기 합금용의 용접 재료는, 확실하게 각각의 목적으로 하는 소정의 성능을 만족한다. 그러나, 다층 용접, 특히, 응고 균열 등 용접 중의 고온 균열을 방지하기 위해 소입열(小入熱)로 다층 용접한 경우에는, 용접 시공성이 나쁘고, 용접 시공 결함의 하나인, 이른바 「융합 불량」이 일어나기 쉬워, 사용 성능상의 과제가 되는 것이 판명되었다.

본 발명은, 우수한 용접 시공성을 갖는 Ni기 내열 합금용 용접 재료 및, 그것을 이용하여 이루어지는 고온에 있어서의 우수한 크리프 강도와 사용 중의 내응력 완화 균열성을 갖는 용접 금속을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이 용접 재료를 이용하여 이루어지는 용접 금속과 고온에 있어서의 우수한 크리프 강도를 갖는 모재로 이루어지는 용접 조인트를 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.

본 발명자들은, 상기한 과제를 해결하기 위해 상세한 조사를 행하였다. 즉, 용접 조인트에 발생한 융합 불량에 대해 상세한 조사를 행한 결과, 하기 (a) 및 (b)에 서술하는 사항이 명확해졌다.

(a) 융합 불량은 다층 용접의 선행 비드와 후속 비드의 경계에 발생하고 있다.

(b) 융합 불량부에는 Al 및 Si가 포함되는 용접 슬래그가 잔존하고 있다.

또, 용접 현상에 대해 상세하게 관찰한 결과, 하기 (c)에 서술하는 사항이 명확해졌다.

(c) 용접 슬래그는, 용융지(熔融池) 내에서 반응하여 생성하는 것에 더하여, 용접 재료 표면에 잔존하고 있었던 산화물이 용접 재료 용융에 수반하여, 용융지 표면으로 이행하여, 이들이 응집하는 것에 의해서도 형성된다.

상기 (a)~(c)로부터, 본 발명자들은, 융합 불량은 다음의 (d)에 나타내는 이유에 의해 발생한다고 추정하였다.

(d) 용융지 내에서 Al 및 Si 등이 산소(O)와 반응하여 생성한 산화물 및 제조 시의 용접 재료 표면에 잔존하고 있었던 Al 및 Si의 산화물이 용접 중에 응집하여 용접 슬래그로서 용접 비드 상에 잔존한다. 상기의 비드 위를 후속 패스로 용접하는 경우, 용접 슬래그가 고융점이므로, 특히, 소입열 용접 시에는 용접 슬래그를 충분히 용융시킬 수 없어, 융합 불량이 된다.

상기의 추정 하에서, 본 발명자들은, 융합 불량을 방지하기 위한 검토를 실시하였다. 그 결과, 다음의 (e)에 서술하는 사항이 명확해졌다.

(e) 용융지 내의 탈산 반응으로 생성하는 산화물을 저감하는 것 및 용접 재료 표면에 존재하는 산화물층을 저감하는 것, 구체적으로는 용접 재료 중의 Al, Si 및 산소(O)의 함유량을 저감하는 것에 더하여, 용접 재료 표면에 잔존하는 산화물층의 두께를 관리하는 것이 융합 불량을 방지하는데 유효하다.

또한, 본 발명의 대상으로 하는 Ni기 내열 용접 재료에 있어서, Al은 고온에서 장시간 사용 중의 응력 완화 균열 감수성을 현저하게 높이기 위해, 그 함유량을 저감하는 것은 내응력 완화 균열성을 확보하는데도 유효하다. 그러나 한편, Al은 상기 Ni기 내열 용접 재료에 있어서는, 용접 금속에 있어서 장시간 사용 중에 금속간 화합물로서 석출되어, 크리프 강도를 확보하는데 필수의 원소이기도 하다.

그래서, 본 발명자들이 더욱 상세한 검토를 진행시킨 결과, 다음의 사항 (f) 및 (g)가 명확해졌다.

(f) Al, Si 및 O의 함유량의 조정 및, Ni, Co, Cr, Mo 및 Mn의 함유량의 적절한 범위로의 관리가, 상기 (e)에서 서술한 융합 불량의 방지에 유효함과 더불어, 금속간 화합물의 생성량을 줄이지 않고, 그 금속간 화합물의 석출 개시 시간을 늦추는 것에도 유효하다.

(g) 상기의 Al, Si, O, Ni, Co, Cr, Mo 및 Mn의 함유량에 더하여, C, P, S, Ti 및 N의 함유량을 소정의 범위로 제어하고, 용접 재료 표면의 산화물층의 두께를 30μm 이하로 함으로써, 용접 시의 우수한 용접 작업성의 확보에 의한 융합 불량의 방지가 가능해지며, 또한, 고온에서 장시간 사용 중의 양호한 내응력 완화 균열성과 우수한 크리프 강도를 양립시킬 수 있다. 구체적으로는, 용접 재료의 화학 조성을, 질량%로, C：0.08~0.12%, Si：0.10% 이하, Mn：0.02~1.50%, P：0.008% 이하, S：0.002% 이하, Ni：56.0% 초과 60.0% 이하, Co：8.0~12.0%, Cr：18.0~22.0%, Mo：6.0~10.0%, Ti：0.01~0.50%, Al：0.50~1.00%, O：0.010% 이하, N：0.010% 이하, 잔부：Fe 및 불순물로 할 필요가 있다. 상술한 화학 조성의 조정과 표면의 산화물층의 두께 조정에 의해, 용접 시공성에 더하여, 용접 금속의 크리프 강도 및 내응력 완화 균열 특성도 확보할 수 있는 Ni기 내열 용접 재료를 얻을 수 있다.

그리고, 상기 (g)를 만족하는 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 이용함으로써, 고온 사용 중의, 내응력 완화 균열성 및 우수한 크리프 강도를 갖는 용접 금속, 및 고온 강도가 우수한 Ni기 내열 합금의 모재로 이루어지는 용접 조인트를 얻을 수 있다.

본 발명은, 상기의 지견에 의거하여 완성된 것이며, 그 요지는, 하기에 나타내는 Ni기 내열 합금용 용접 재료, 용접 금속 및 용접 조인트에 있다.

(1) 화학 조성이, 질량%로,

C：0.08~0.12%,

Si：0.10% 이하,

Mn：0.02~1.50%,

P：0.008% 이하,

S：0.002% 이하,

Ni：56.0%를 초과하고 60.0% 이하,

Co：8.0~12.0%,

Cr：18.0~22.0%,

Mo：6.0~10.0%,

Ti：0.01~0.50%,

Al：0.50~1.00%,

N：0.010% 이하,

O：0.010% 이하,

Nb：0~0.50%,

B：0~0.0050%,

Ca：0~0.050%,

Mg：0~0.050%,

REM：0~0.20%,

잔부：Fe 및 불순물인 용접 재료로서,

상기 용접 재료의 표면에 형성되는 산화물층의 두께가 30μm 이하인, Ni기 내열 합금용 용접 재료.

(2) 상기 화학 조성이, 질량%로,

Co：9.0~11.0%,

Cr：19.0~21.0%, 및

Mo：7.0~9.0%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1)에 기재된 Ni기 내열 합금용 용접 재료.

(3) 상기 화학 조성이, 질량%로,

Nb：0.01~0.50%,

B：0.0002~0.0050%,

Ca：0.0005~0.050%,

Mg：0.0005~0.050%, 및

REM：0.01~0.20%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 Ni기 내열 합금용 용접 재료.

(4) 상기 화학 조성이 하기 (i)식을 만족하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 Ni기 내열 합금용 용접 재료.

Mn≥0.2×Al－0.1 …(i)

단, 식 중의 각 원소 기호는, 강재 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 이용하여 이루어지는, 용접 금속.

(6) 상기 (5)에 기재된 용접 금속과, Ni기 내열 합금의 모재로 이루어지는, 용접 조인트.

(7) 상기 모재의 화학 조성이, 질량%로,

Ni：41.0~60.0%,

Cr：18.0~25.0%, 및

Mo 및 W의 1종 이상：합계로 6.0~10.0%를 함유하는, 상기 (6)에 기재된 용접 조인트.

(8) 상기 모재의 화학 조성이, 질량%로,

C：0.04~0.12%,

Si：1.00% 이하,

Mn：1.50% 이하,

P：0.03% 이하,

S：0.01% 이하,

Ni：41.0~60.0%,

Co：15.0% 이하,

Cr：18.0~25.0%,

Mo 및 W의 1종 이상：합계로 6.0~10.0%,

Ti：0.01~0.50%,

Nb：0.50% 이하,

N：0.010% 이하,

B：0.0050% 이하,

Al：1.50% 이하,

잔부：Fe 및 불순물인, 상기 (7)에 기재된 용접 조인트.

본 발명에 의하면, 우수한 용접 시공성을 갖는 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 제공할 수 있으며, 또, 그것을 이용하여 이루어지는 고온에서 우수한 크리프 강도와 사용 중의 내응력 완화 균열성을 갖는 용접 금속을 제공할 수 있다. 또한, 이 용접 재료를 이용하여 이루어지는 용접 금속과 고온에 있어서의 우수한 크리프 강도를 갖는 모재로 이루어지는 용접 조인트를 제공할 수도 있다.

본 발명에 있어서, Ni기 내열 합금용 용접 재료 등의 구성 요건을 한정하는 이유는 다음과 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 각 원소의 함유량의「%」는 「질량%」를 의미한다.

(A) Ni기 내열 합금용 용접 재료의 화학 조성

C：0.08~0.12%

C는, 고온 사용 시의 용접 금속의 조직 안정성을 높임과 더불어, 장시간 사용 중에 탄화물로서 석출되어, 크리프 강도를 높이는데 유효한 원소이므로, 0.08% 이상 함유시킨다. 그러나, C를 과잉으로 함유시키면, 탄화물이 조대하게 석출되어, 오히려 크리프 강도를 약화시킨다. 그 때문에, C 함유량은 0.08~0.12%로 한다. C 함유량은 0.09% 이상인 것이 바람직하고, 0.11% 이하인 것이 바람직하다.

Si：0.10% 이하

Si는, 탈산제로서 함유되지만, 용접 중에 용융지 내에서 산소와 반응하여 산화물을 생성한다. 이 산화물은 용접 재료 표면에 산화물로서 존재하고, 그 용융에 수반하여 용융지로 이행한 산화물과 함께 용접 슬래그로서 비드 표면에 잔존한다. 이 용접 슬래그가, 후속 패스의 용접에 의해 용융되지 않고 융합 불량의 원인이 된다. 그 때문에, Si 함유량은 0.10% 이하로 할 필요가 있다. Si 함유량은 0.08% 이하인 것이 바람직하다. Si 함유량은 적으면 적을수록 좋기 때문에, 하한은 특별히 설정하지 않는다. 그러나, 과도한 저감은, 탈산 효과가 충분히 얻어지지 않고 합금의 청정도가 커져 청정성이 저하함과 더불어, 용접 재료의 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, Si 함유량은, 0.005% 이상인 것이 바람직하고, 0.01% 이상인 것이 보다 바람직하다.

Mn：0.02~1.50%

Mn은, Si와 동일하게, 탈산제로서 함유된다. Mn은, 크리프 강도의 확보에도 기여하므로, 0.02% 이상 함유시킨다. 그러나, 과잉으로 함유되면 취화를 초래하므로, Mn 함유량은 1.50% 이하로 할 필요가 있다. Mn 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 1.20% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 융합 불량을 방지하기 위해서는, 용접 재료 중의 Mn 함유량을 후술하는 Al 함유량에 따라 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 이 이유는, 다음과 같다고 생각된다. Mn은, 다른 합금 원소에 비해 증기압이 높고, 용접 중의 용융지 표면으로부터 증발, 이온화하여, 아크의 통전 경로를 형성하며, 전류 밀도를 높여, 아크 직하의 온도가 높아지는 효과가 있다. 그리고 그 결과, 이전 패스에 잔존한 용접 슬래그를 보다 효율적으로 용융하는 효과를 발휘한다. 특히, Al 함유량이 많을수록, 이전 패스에 잔존하는 용접 슬래그가 많아지므로, 이 Mn의 효과를 유효하게 활용하는 것이 바람직하다. 그 때문에, Mn 함유량은, 용접 재료 중에 함유되는 Al양에 따라, 하기 (i)식을 만족하도록 함유시키는 것이 바람직하다.

Mn≥0.2×Al－0.1 …(i)

P：0.008% 이하

P는, 불순물로서 포함되고, 용접 시에 응고 균열 감수성을 현저하게 증대시킴과 더불어, 고온 사용 중에는 용접 금속의 응력 완화 균열 감수성도 높이는 원소이다. 그 때문에, P 함유량은 0.008% 이하로 할 필요가 있다. P 함유량은 0.007% 이하인 것이 바람직하다. P 함유량은 적으면 적을수록 바람직하기 때문에, 하한은 특별히 설정하지 않지만, 과도한 저감은, 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, P 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.001% 이상인 것이 보다 바람직하다.

S：0.002% 이하

S는, P와 동일하게, 불순물로서 포함되고, 응고 균열 감수성 및 응력 완화 균열성을 현저하게 높이는 원소이다. 그 때문에, S 함유량은 0.002% 이하로 할 필요가 있다. S 함유량은 0.0015% 이하인 것이 바람직하다. S 함유량은 적으면 적을수록 바람직하기 때문에, 하한은 특별히 설정하지 않지만, 과도한 저감은, 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, S 함유량은 0.0002% 이상인 것이 바람직하고, 0.0005% 이상인 것이 보다 바람직하다.

Ni：56.0% 초과 60.0% 이하

Ni는, 장시간 사용 시의 용접 금속의 조직 안정성을 확보하여, 크리프 강도의 확보에 기여하는 원소이다. 또, Ni는, Al을 함유하는 금속간 화합물의 석출 구동력에도 영향을 주며, 간접적으로 용접 금속의 크리프 강도 및 응력 완화 균열 감수성에도 영향을 주는 원소이다. 본 발명에 있어서의 다른 합금 원소 범위에 있어서, 필요한 크리프 강도 및 내응력 완화 균열성을 확보하기 위해서는, Ni 함유량은 56.0% 초과 60.0% 이하로 할 필요가 있다. Ni 함유량은 57.0% 이상인 것이 바람직하고, 59.0% 이하인 것이 바람직하다.

Co：8.0~12.0%

Co는, Ni와 동일하게, 장시간 사용 시의 조직 안정성을 확보하여, 크리프 강도의 확보에 기여하는 원소이다. 또, Co는, Al을 함유하는 금속간 화합물의 석출 구동력에도 영향을 주며, 간접적으로 용접 금속의 크리프 강도 및 응력 완화 균열 감수성에도 영향을 주는 원소이다. 본 발명에 있어서의 다른 합금 원소 범위에 있어서, 필수인 크리프 강도 및 내응력 완화 균열성을 확보하기 위해서는, Co 함유량은 8.0~12.0%로 할 필요가 있다. Co 함유량은 9.0% 이상인 것이 바람직하고, 11.0% 이하인 것이 바람직하다.

Cr：18.0~22.0%

Cr은, 용접 금속의 고온에서의 내산화성 및 내식성의 확보를 위해 필수적인 원소이다. 또, Cr은, Al을 함유하는 금속간 화합물의 석출 구동력에도 영향을 주며, 간접적으로 용접 금속의 크리프 강도 및 응력 완화 균열 감수성에도 영향을 주는 원소이다. 그러나, 과잉인 Cr의 함유는, 고온에서의 조직 안정성을 저하시켜, 크리프 강도의 저하를 초래한다. 본 발명에 있어서의 다른 합금 원소 범위에 있어서, 필요한 성능을 확보하기 위해서는, Cr 함유량은 18.0~22.0%로 할 필요가 있다. Cr 함유량은 19.0% 이상인 것이 바람직하고, 21.0% 이하인 것이 바람직하다.

Mo：6.0~10.0%

Mo는, 매트릭스에 고용되어 용접 금속의 크리프 강도의 향상에 크게 기여하는 원소이다. 그 효과를 충분히 확보하기 위해서는, 6.0% 이상의 Mo를 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Mo는, Al을 함유하는 금속간 화합물의 석출 구동력에 영향을 주며, 그 함유량이 과잉이 되면, 본 발명에 있어서의 다른 합금 원소 범위에서는, 오히려, 크리프 강도를 저하시킴과 더불어, 내응력 완화 균열성을 저하시킨다. 그 때문에, Mo 함유량은 10.0% 이하로 한다. Mo 함유량은 7.0% 이상인 것이 바람직하고, 9.0% 이하인 것이 바람직하다.

Ti：0.01~0.50%

Ti는, Ni와 결합하여 금속간 화합물로서 미세하게 입내(粒內) 석출되며, 용접 금속의 크리프 강도의 향상에 기여한다. 그 효과를 얻기 위해서는 Ti 함유량을 0.01% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Ti를 과잉으로 함유시키면, 금속간 화합물상의 과잉 석출을 초래하여, 용접 금속의 응력 완화 균열 감수성을 증대시킨다. 그 때문에, Ti 함유량은 0.50% 이하로 한다. Ti 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.40% 이하인 것이 바람직하다.

Al：0.50~1.00%

Al은, 탈산제로서 함유된다. Al은, Ni와 결합하여 금속간 화합물로서 미세하게 입내 석출되며, 용접 금속의 크리프 강도의 확보에도 유효한 원소이다. 한편, Al을 과잉으로 함유시키면 금속간 화합물상의 과잉 석출을 초래하여, 응력 완화 균열 감수성을 증대시킨다. 또한, Al은, 용접 중에 용융지 내에서 산소와 반응하여 산화물을 생성한다. 이 산화물은, 용접 재료 표면에서 산화물로서 존재하며, 그 용융에 수반하여, 용융지로 이행한 산화물과 함께 용접 슬래그로서 비드 표면에 잔존하여, 융합 불량의 원인이 된다. 본 발명에 있어서의 다른 합금 원소 범위에 있어서, 필요한 크리프 강도 및 내응력 완화 균열성을 확보함과 더불어, 우수한 용접 시공성에 의한 융합 불량 방지를 달성하기 위해서는, Al 함유량은 0.50~1.00%로 할 필요가 있다. Al 함유량은 0.60% 이상인 것이 바람직하고, 0.90% 이하인 것이 바람직하다.

N：0.010% 이하

N은, 용접 금속의 조직 안정성 향상에 기여하는 원소이지만, 과잉으로 함유되면 고온에서의 사용 중에 다량의 질화물을 석출시켜, 용접 금속의 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, N 함유량은 0.010% 이하로 할 필요가 있다. N 함유량은 0.008% 이하인 것이 바람직하다. N 함유량의 하한은 특별히 설정할 필요는 없지만, 극단적인 저하는, 용접 재료의 제조 비용의 상승을 초래하므로, 0.0005% 이상인 것이 바람직하다.

O：0.010% 이하

O는, 불순물로서 함유되고, 용접 중에 용융지 내에서 Al 및 Si 등의 친화력이 강한 원소와 반응하여 산화물을 생성한다. 이들 산화물은, 용접 재료 표면에서 산화물로서 존재하며, 그 용융에 수반하여, 용융지로 이행한 산화물과 함께 용접 슬래그로서 비드 표면에 잔존하여, 융합 불량의 원인이 된다. 그 때문에, O 함유량은 0.010% 이하로 할 필요가 있다. O 함유량은 0.008% 이하인 것이 바람직하다. O 함유량은 적으면 적을수록 좋기 때문에 하한은 특별히 설정하지 않지만, 과도한 저감은, 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, O 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.001% 이상인 것이 보다 바람직하다.

Nb：0~0.50%

Nb는, Ni와 결합하여 금속간 화합물로서 석출되고, 또는 탄소 및 질소와 결합하여 미세 탄질화물로서 석출되어, 용접 금속의 크리프 강도의 향상에 기여한다. 이 때문에, 상기의 효과를 얻기 위해 Nb를 함유시켜도 된다. 그러나, Nb를 과잉으로 함유시키면, 금속간 화합물 및 탄질화물의 과잉 석출을 초래하여, 용접 금속의 응력 완화 균열 감수성을 증대시킨다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Nb양은 0.50% 이하로 한다. Nb 함유량은 0.40% 이하인 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Nb의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Nb 함유량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.05% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

B：0~0.0050%

B는, 용접 금속에 있어서 고온 사용 중의 입계에 편석되어 강화함과 더불어 입계 탄화물을 미세 분산시킴으로써, 크리프 강도를 향상시키는데 유효한 원소이다. 이 때문에, 상기의 효과를 얻기 위해 B를 함유시켜도 된다. 그러나, 다량의 B를 함유시키면, 응고 균열 감수성을 현저하게 높인다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 B양은 0.0050% 이하로 한다. B 함유량은 0.0040% 이하인 것이 바람직하다.

한편, 상기한 B의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, B 함유량은 0.0002% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0005% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

Ca：0~0.050%

Ca는, 합금의 열간 가공성을 개선하여, 용접 재료의 제조성을 높인다. 이 때문에, 이 효과를 얻기 위해 Ca를 함유시켜도 된다. 그러나, Ca를 과잉으로 함유시키면, 용접 중에 산소와 결합해, 용접 슬래그를 생성하여, 융합 불량의 원인이 된다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Ca양은 0.050% 이하로 한다. Ca 함유량은 0.020% 이하인 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Ca의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Ca 함유량은 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.001% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

Mg：0~0.050%

Mg는, Ca와 동일하게, 합금의 열간 가공성을 개선하여, 용접 재료의 제조성을 높인다. 이 때문에, 이 효과를 얻기 위해 Mg를 함유시켜도 된다. 그러나, Mg를 과잉으로 함유시키면, 용접 중에 산소와 결합해, 용접 슬래그를 생성하여, 융합 불량의 원인이 된다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Mg양은 0.050% 이하로 한다. Mg 함유량은 0.020% 이하인 것이 바람직하다.

한편, 상기한 Mg의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, Mg 함유량은 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.001% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

REM：0~0.20%

REM은, Ca 및 Mg와 동일하게, 합금의 열간 가공성을 개선하여, 용접 재료의 제조성을 높인다. 이 때문에, 이 효과를 얻기 위해 REM을 함유시켜도 된다. 그러나, REM을 과잉으로 함유시키면, 용접 중에 산소와 결합해, 용접 슬래그를 생성하여, 융합 불량의 원인이 된다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 REM양은 0.20% 이하로 한다. REM 함유량은 0.10% 이하인 것이 바람직하다.

한편, 상기한 REM의 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, REM 함유량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.02% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 「REM」이란, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM의 함유량은 REM 중 1종 또는 2종 이상의 원소의 합계 함유량을 가리킨다. 또, REM에 대해서는 일반적으로 미시메탈에 함유된다. 이 때문에, 예를 들면, 미시메탈의 형태로 첨가하여, REM의 양이 상기의 범위가 되도록 함유시켜도 된다.

본 발명의 Ni기 내열 합금용 용접 재료에 있어서, 그 화학 조성은, 상술한 원소와, 잔부가 Fe 및 불순물이다. 여기에서 「불순물」이란, 강을 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 여러 가지 요인에 의해 혼입되는 성분으로서, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

(B) Ni기 내열 합금용 용접 재료의 표면의 산화물층 두께

용접 재료 표면에 존재하는 산화물은, 그 용융에 수반하여, 용융지로 이행하며, 특히, 상기 용접 재료 표면에 존재하는 산화물의 두께가 30μm를 초과하면, 용접 중에 반응하여 생성된 산화물과 함께 용접 슬래그로서 비드 표면에 잔존하게 된다. 이들 산화물은 고융점이므로, 후속 패스의 용접에 의해 용융되지 않고 융합 불량의 원인이 된다. 그 때문에, 용접 재료 표면의 산화물 두께는 30μm 이하로 할 필요가 있다. 또한, 용접 재료 표면에 존재하는 산화물층의 두께는 얇으면 얇을수록 바람직하다.

예를 들면, 용접 재료의 제조에 있어서, 수소 등의 환원성 가스 중에서 열처리를 행하면, 표면의 산화가 방지되므로, 용접 재료 표면의 산화물층 두께를 30μm 이하로 조정할 수 있다. 또, 용접 재료의 제조에 있어서, 대기 중 혹은 연소가스 중에서의 열처리를 행함으로써, 표면에 산화물층(산화 스케일)이 형성된 경우에는, 산세(酸洗), 연삭, 연마 등의 처리를 실시하여 기계적으로 제거하면, 용접 재료 표면의 산화물층 두께를 30μm 이하로 조정할 수 있다.

이상, 본 발명에 관련된 Ni기 내열 합금용 용접 재료에 대해 상세히 서술하였지만, 상기의 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 이용하면, 용접 중의 우수한 용접 시공성이 얻어진다. 그리고, 이 용접 재료를 이용하여, 고온 사용 중의 양호한, 내응력 완화 균열성 및 크리프 강도를 갖는 용접 금속을 얻을 수 있다. 또한, 이 용접 재료를 이용하여, 상기 특성을 갖는 용접 금속과 고온 강도가 우수한 Ni기 내열 합금의 모재로 이루어지는 용접 조인트를 얻을 수 있다.

(C) Ni기 내열 합금의 모재의 화학 조성

상기의 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 이용하여 용접 조인트를 얻을 때에, Ni：41.0~60.0%, Cr：18.0~25.0%, Mo 및 W의 1종 이상：합계로 6.0~10.0%를 함유하는, 고온 강도가 우수한 Ni기 내열 합금을 모재로서 이용하면, 모재에 있어서도 고온역에서 우수한 연성 및 크리프 강도를 갖게 되므로 바람직하다.

모재로서 고온 강도가 우수한 Ni기 내열 합금을 이용하는 경우, 그 모재는, 상기의 화학 조성을 갖는 것임이 바람직한 이유에 대해 이하에 설명한다.

Ni：41.0~60.0%

Ni는, 고온에서의 조직을 안정화시켜, 크리프 강도 확보에 유효한 원소이다. 모재는, 용접 금속에 있어서 과제가 되는 융합 불량에 대해 고려할 필요가 없으므로, 그 효과를 얻기 위해, 모재는 Ni를 41.0% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Ni는 고가의 원소이므로 다량으로 사용하면 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에 Ni 함유량의 상한은 60.0%로 하는 것이 바람직하다. Ni 함유량은 42.0% 이상인 것이 보다 바람직하고, 59.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Cr：18.0~25.0%

Cr은, 용접 금속과 동일하게 모재의 고온에서의 내산화성 및 내식성의 확보를 위해 유효한 원소이다. 그 효과를 충분히 얻기 위해, 모재는 Cr을 18.0% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 모재는, 용접 금속에 있어서 과제가 되는 융합 불량에 대해 고려할 필요가 없지만, Cr을 과잉으로 함유시키면 고온에서의 조직의 안정성을 열화시켜, 크리프 강도의 저하를 초래한다. 이 때문에, Cr 함유량은 25.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. Cr 함유량은 19.0% 이상인 것이 보다 바람직하고, 24.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Mo 및 W의 1종 이상：합계로 6.0~10.0%

Mo 및 W는, 모두 매트릭스에 고용되어 고온에서의 크리프 강도의 향상에 크게 기여하는 원소이다. 모재는 용접 금속에 있어서 과제가 되는 융합 불량에 대해 고려할 필요가 없으므로, 상기의 효과를 얻기 위해 모재에 있어서 Mo 및 W의 어느 원소도 활용할 수 있으며, Mo 및 W의 1종 이상을 합계로 6.0% 이상 함유시키면 된다. 그러나, Mo와 W는 모두 고가의 원소이므로 다량으로 사용하면 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에 Mo 및 W의 1종 이상의 합계 함유량은 10.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. 모재에 있어서의 Mo 및 W의 1종 이상의 합계 함유량은 6.5% 이상인 것이 보다 바람직하고, 9.5% 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, Mo 및 W는 복합하여 함유시킬 필요는 없다. Mo를 단독으로 함유시키는 경우에는, Mo의 함유량이 6.0~10.0%이면 되고, W를 단독으로 함유시키는 경우에는, W의 함유량이 6.0~10.0%이면 된다.

고온 강도가 우수한 Ni기 내열 합금의 모재는, 상기 범위의 Ni 및 Cr, 및 Mo 및 W의 1종 이상에 더하여, 이하에 서술하는 양의 원소를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것임이 보다 바람직하다.

C：0.04~0.12%

C는, 모재의 조직 안정성을 높임과 더불어, 탄화물로서 석출되어, 크리프 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 모재는 응고 상태로 사용되는 용접 금속과 달리, 열처리에 의해 균질화가 도모되어, 그 효과가 보다 얻어지기 쉽다. 이 때문에, 모재는, C를 함유하는 것이 바람직하고, 그 양은 0.04% 이상이면 된다. 그러나, C를 과잉으로 함유하는 경우에는, 고온 사용 중에 조대한 탄화물을 생성하여, 오히려 크리프 강도의 저하를 초래한다. 그 때문에, 모재가 C를 함유하는 경우, 그 양은 0.12% 이하로 하는 것이 바람직하다. C 함유량은 0.06% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.10% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Si：1.00% 이하

Si는, 탈산 작용을 갖지만, Si 함유량이 과잉이 되면 인성을 저하시킨다. 그러나, 모재는 용접 금속에 있어서 과제가 되는 융합 불량에 대해 고려할 필요가 없기 때문에, 모재가 Si를 함유하는 경우, 그 양은 1.00% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.80% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, Si 함유량의 하한은 특별히 설정하지 않지만, Si 함유량의 과도한 저감은, 탈산 효과가 충분히 얻어지지 않고 합금의 청정도가 커져 청정성이 저하함과 더불어, 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, Si 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.

Mn：1.50% 이하

Mn은, Si와 동일하게, 탈산 작용을 가짐과 더불어, 조직 안정성도 높여, 크리프 강도의 확보에도 많이 기여한다. 이 때문에, 모재는, Mn을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Mn을 과잉으로 함유시키면 취화를 초래한다. 따라서, 모재가 Mn을 함유하는 경우, 그 양은 1.50% 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.20% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Mn 함유량의 하한은 특별히 설정하지 않지만, 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하다.

P：0.03% 이하

P는, 불순물로서 포함되고, P가 과잉으로 포함되면 크리프 연성의 저하를 초래함과 더불어, 용접 열영향부의 액화 균열 감수성 및 응력 완화 균열 감수성을 높인다. 그 때문에, 모재에 있어서의 P 함유량은 0.03% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.015% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. P 함유량의 하한은 특별히 설정하지 않지만, 극도의 저감은 합금 제조 비용의 현저한 증대를 초래하므로, 0.001% 이상인 것이 바람직하고, 0.002% 이상인 것이 보다 바람직하다.

S：0.01% 이하

S는, P와 동일하게, 불순물로서 포함되고, 과잉으로 포함되는 경우에는 크리프 연성의 저하를 초래함과 더불어, 용접 열영향부의 액화 균열 감수성 및 응력 완화 균열 감수성을 높인다. 그 때문에, 모재에 있어서의 S 함유량은 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.005% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. S 함유량의 하한은 특별히 설정하지 않지만, 극도의 저감은 합금 제조 비용의 현저한 증대를 초래하므로, 0.0002% 이상인 것이 바람직하고, 0.0005% 이상인 것이 보다 바람직하다.

Co：15.0% 이하

Co는, 모재에 있어서도, 고온에서의 조직 안정성을 높여 크리프 강도의 확보에 기여한다. 이 때문에, 모재는, Co를 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 극히 고가의 원소이므로, 모재가 Co를 함유하는 경우, 그 양은 15.0% 이하로 하는 것이 바람직하고, 13.0% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, Co 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.03% 이상인 것이 보다 바람직하다.

Ti：0.01~0.50%

Ti는, 모재에 있어서도, 미세한 금속간 화합물 및 탄질화물로서 입내에 석출되어, 고온에서의 크리프 강도에 기여하는 원소이다. 이 때문에, 모재는, Ti를 함유하는 것이 바람직하고, 그 양은 0.01% 이상이면 된다. 그러나, Ti를 과잉으로 함유하면 다량으로 금속간 화합물 및 탄질화물을 생성하여, 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 모재가 Ti를 함유하는 경우, 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량은 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.40% 이하인 것이 보다 바람직하다.

Nb：0.50% 이하

Nb는, 모재에 있어서도, Ni와 결합하여 금속간 화합물로서 석출되고, 또는 탄소 및 질소와 결합하여 미세 탄질화물로서 석출되어, 고온에서의 크리프 강도의 향상에 기여한다. 이 때문에, 모재는, Nb를 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Nb를 과잉으로 함유하면, 금속간 화합물 및 탄질화물의 과잉 석출을 초래하여, 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 모재가 Nb를 함유하는 경우, 그 양은 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.40% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, Nb 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다.

N：0.010% 이하

N은, 조직을 안정적으로 하는데 유효한 원소이다. 이 때문에, 모재는, N을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, N 함유량이 과잉인 경우, 사용 중에 탄질화물을 다량으로 석출하여, 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 모재가 N을 함유하는 경우, 그 양은 0.010% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.008% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, N 함유량의 하한은 특별히 설정할 필요는 없지만, 극단적인 저감은 제조 비용의 상승을 초래하므로, 0.0005% 이상인 것이 바람직하다.

B：0.0050% 이하

B는, 모재에 있어서도, 고온에서의 사용 중의 입계에 편석되어 강화함과 더불어 입계 탄화물을 미세 분산시킴으로써, 크리프 강도를 향상시키는데 유효한 원소이다. 이 때문에, 모재는, B를 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 다량의 B를 함유시키면, 용접 열영향부의 액화 균열 감수성을 높인다. 이 때문에, 모재가 B를 함유하는 경우, 그 양은 0.0050% 이하인 것이 바람직하고, 0.0040%인 것이 보다 바람직하다. 또한, B 함유량은 0.0002% 이상인 것이 바람직하고, 0.0005% 이상인 것이 보다 바람직하다.

Al：1.50% 이하

Al은, 탈산제로서 함유되고, Ni와 결합하여 금속간 화합물로서 미세하게 입내 석출되어, 크리프 강도를 높이는데 유효한 원소이다. 모재는, 용접 금속에 있어서 과제가 되는 융합 불량에 대해 고려할 필요가 없는 데다, 응고 상태로 사용되는 용접 금속과는 달리, 열처리에 의해 균질화가 도모되어, 크리프 강도가 얻어지기 쉽다. 이 때문에, 모재는, Al을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 다량의 Al을 함유시키면, 가공성을 해쳐, 제조성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 모재가 Al을 함유하는 경우, 1.50% 이하로 하는 것이 바람직하고, 1.30% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, Al 함유량은 0.001% 이상인 것이 바람직하고, 0.005% 이상인 것이 보다 바람직하다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 합금 X 및 Y를 실험실 용해하여 주입(鑄入)한 잉곳으로부터, 열간 단조, 열간 압연, 열처리 및 기계 가공에 의해, 판두께 12mm, 폭 50mm, 길이 100mm의 합금판을 용접 모재용으로서 제작하였다.

또한, 표 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 합금 A~K를 실험실 용해하여 주입한 잉곳으로부터, 열간 단조, 열간 압연 및 열처리에 의해, 외경 1.2mm의 용접 재료(용접 와이어)를 제작하였다. 또한, 용접 재료의 제작에 있어서는, 제조 시의 열처리의 분위기 조정에 의해 용접 재료 표면의 산화물층(산화 스케일)의 두께를 변경하였다. 그리고, 용접 재료를 길이 방향에 수직으로 절단한 단면(이하, 「횡단면」이라고 한다.)으로부터 산화물층의 평균 두께를 측정하였다.

상기의 용접 모재용 합금판의 길이 방향으로, 각도 30°, 루트 두께 1mm의 V개선(開先)을 가공한 후, 두께 25mm, 폭 200mm로 길이 200mm의 「SM400B」의 JIS G 3106(2008)에 규정된 시판의 강판 상에, 피복 아크 용접봉으로서 JIS Z 3224(2010)에 규정된 「E Ni 6182」를 이용하여, 둘레를 구속 용접하였다.

그 후, 상술한 A~K의 용접 재료를 이용하여, 입열 6~12kJ/cm로 TIG 용접에 의해 개선 내에 다층 용접을 행하여, 각 용접 재료에 대해 2체씩 용접 조인트를 제작하였다.

용접 조인트는, 각 용접 재료에 대해, 1체는 용접 상태로, 나머지 1체는 700℃×500시간의 시효 열처리를 행한 후, 다음의 시험에 제공하였다.

우선, 용접 상태 및 시효 열처리를 실시한 용접 조인트로부터 횡단면을 각각 5단면 채취하여, 경면 연마, 부식시킨 후, 광학 현미경에 의해 검사하고, 용접 금속 내의 결함 유무를 조사하여, 채취한 5단면 모두에 있어서 융합 불량 및 균열이 전혀 없는 것을 「양호」, 5단면 중 1단면에서만 0.2mm 이하 크기의 융합 불량 및 균열 중 적어도 한 쪽이 1개 인지된 것을 「가능」으로 하고, 이들을 「합격」으로 판정하였다. 한편, 5단면 중 2단면 이상에 융합 불량 혹은 균열이 인지된 경우, 1단면만이라도 융합 불량 혹은 균열의 크기가 0.2mm를 초과하는 경우, 또는, 융합 불량 혹은 균열이 각각 2개 이상 있었던 경우는 「불합격」으로 하였다.

다음에, 현미경으로 검사한 결과, 「합격」으로 판정된 용접 상태의 용접 조인트로부터, 용접 금속이 평행부 중앙이 되도록 환봉 크리프 파단 시험편을 채취해, 모재용 합금판의 목표 파단 시간이 1000시간이 되는 700℃, 196MPa의 조건에서 크리프 파단 시험을 행하여, 그 파단 시간이, 상기 모재 합금판의 목표 파단 시간(1000시간)을 만족하는 것을 합격으로 하였다.

표 3에, 용접 재료 표면의 산화물층 두께와 상기의 시험 결과를 정리하여 나타낸다. 또한, 표 3 중의 「단면 관찰 결과」란에 있어서의「○○」및「○」는, 각각 상술한 「양호」 및 「가능」으로 판정된 「합격」의 용접 조인트인 것을 나타낸다. 한편, 「×」는 「불합격」인 것을 나타낸다. 또, 「크리프 파단 시험 결과」란에 있어서의 「○」는 용접 조인트 크리프 파단 시험 결과가 모재 합금판의 목표 파단 시간(1000시간)을 만족하는「합격」인 것을, 「－」는 용접 상태의 용접 조인트의 단면 관찰에 있어서 융합 불량이 관찰되었으므로, 크리프 파단 시험을 실시하지 않은 것을 나타낸다.

표 3으로부터, 화학 조성 및 표면의 산화물층 두께가 본 발명에서 규정하는 범위를 만족하는 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 이용한 용접 조인트만, 용접 비드 상에 잔존하는 용접 슬래그를 저감할 수 있으므로, 후속 패스가 선행 비드를 충분히 용융시킬 수 있고, 융합 불량 및 시효 후의 응력 완화 균열이 없는 건전한 용접 조인트임과 더불어, 크리프 파단 시험 결과는 합격이며, 높은 크리프 강도도 구비하는 것을 알 수 있다. 특히, 용접 재료 중의 Mn양이 Al양과의 관계에 있어서 상기 (i)식을 만족하는 경우, 및 Ni, Cr, Mo 및 Co의 함유량이 보다 바람직한 범위를 만족하는 경우, 미소한 융합 불량 및 시효 후의 응력 완화 균열이 전혀 발생하지 않고, 우수한 용접성을 구비하는 것을 알 수 있다.

이에 반해, 용접 조인트 No.4, 8 및 11은, 용접 재료용 합금 A 및 B의 화학 조성은 본 발명에서 규정하는 범위를 만족하지만, 용접 재료 표면의 산화물층의 두께가 30μm를 초과하였기 때문에, 용접 재료 표면의 산화물이 용접 재료 용융에 수반해, 용융지 표면으로 이행하여, 다량의 용접 슬래그로서 용접 비드 상에 잔존하고, 후속 패스가 선행 비드를 충분히 용융시킬 수 없어, 융합 불량이 발생하였다.

용접 조인트 No.14는, 용접 재료용 합금 E의 Al 함유량이 1.44%로 본 발명에서 규정하는 상한을 초과하였기 때문에, 용접 중에 용융지 내에서 산소(O)와 반응해 산화물을 생성하여, 다량의 용접 슬래그로서 용접 비드 상에 잔존하고, 후속 패스가 선행 비드를 충분히 용융시킬 수 없어, 융합 불량이 발생하였다. 또한, 시효 열처리 시에 다량의 금속간 화합물을 생성하였기 때문에, 응력 완화 균열도 발생하였다.

용접 조인트 No.15는, 용접 재료용 합금 F의 Si 및 O의 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위를 초과하였기 때문에, 용접 중에 용융지 내에서 산화물을 생성하여, 다량의 용접 슬래그로서 용접 비드 상에 잔존하고, 후속 패스가 선행 비드를 충분히 용융시킬 수 없어, 융합 불량이 발생하였다.

용접 조인트 No.16은, 용접 재료용 합금 G의 Ni, Co 및 Mo의 함유량이 본 발명에서 규정하는 범위에서 벗어나므로, 다량의 Al의 금속간 화합물의 조기 석출을 초래하고, 이 때문에, 크리프 파단 시험 결과는 합격이었지만, 시효 열처리 시에 응력 완화 균열이 발생하였다.

[산업상의 이용 가능성]

Claims

화학 조성이, 질량%로,
C：0.08~0.12%,
Si：0.10% 이하,
Mn：0.02~1.50%,
P：0.008% 이하,
S：0.002% 이하,
Ni：56.0%를 초과하고 60.0% 이하,
Co：8.0~12.0%,
Cr：18.0~22.0%,
Mo：6.0~10.0%,
Ti：0.01~0.50%,
Al：0.50~1.00%,
N：0.010% 이하,
O：0.010% 이하,
Nb：0~0.50%,
B：0~0.0050%,
Ca：0~0.050%,
Mg：0~0.050%,
REM：0~0.20%,
잔부：Fe 및 불순물인 용접 재료로서,
상기 용접 재료의 표면에 형성되는 산화물층의 두께가 30μm 이하인, Ni기 내열 합금용 용접 재료.
청구항 1에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로,
Co：9.0~11.0%,
Cr：19.0~21.0%, 및
Mo：7.0~9.0%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, Ni기 내열 합금용 용접 재료.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량%로,
Nb：0.01~0.50%,
B：0.0002~0.0050%,
Ca：0.0005~0.050%,
Mg：0.0005~0.050%, 및
REM：0.01~0.20%로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, Ni기 내열 합금용 용접 재료.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 조성이 하기 (i)식을 만족하는, Ni기 내열 합금용 용접 재료.
Mn≥0.2×Al－0.1 …(i)
단, 식 중의 각 원소 기호는, 강재 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 Ni기 내열 합금용 용접 재료를 이용하여 이루어지는, 용접 금속.
청구항 5에 기재된 용접 금속과, Ni기 내열 합금의 모재로 이루어지는, 용접 조인트.
청구항 6에 있어서,
상기 모재의 화학 조성이, 질량%로,
Ni：41.0~60.0%,
Cr：18.0~25.0%, 및
Mo 및 W의 1종 이상：합계로 6.0~10.0%를 함유하는, 용접 조인트.
청구항 7에 있어서,
상기 모재의 화학 조성이, 질량%로,
C：0.04~0.12%,
Si：1.00% 이하,
Mn：1.50% 이하,
P：0.03% 이하,
S：0.01% 이하,
Ni：41.0~60.0%,
Co：15.0% 이하,
Cr：18.0~25.0%,
Mo 및 W의 1종 이상：합계로 6.0~10.0%,
Ti：0.01~0.50%,
Nb：0.50% 이하,
N：0.010% 이하,
B：0.0050% 이하,
Al：1.50% 이하,
잔부：Fe 및 불순물인, 용접 조인트.