KR20170104589A - 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법 및 그것을 이용하여 얻어지는 용접 조인트 - Google Patents

오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법 및 그것을 이용하여 얻어지는 용접 조인트 Download PDF

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Abstract

화학 조성이, 질량%로, C:0.04~0.12%, Si:1.0% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.03% 이하, S:0.01% 이하, Ni:42.0~54.0%, Cr:20.0~33.0%, W:3.0~10.0%, Ti:0.05~1.0%, Al:0.3% 이하, B:0.0001~0.01%, N:0.02% 이하, O:0.01% 이하, Ca:0~0.05%, Mg:0~0.05%, REM:0~0.5%, Co:0~1.0%, Cu:0~4.0%, Mo:0~1.0%, V:0~0.5%, Nb:0~0.5%, Zr:0~0.05%, 잔부:Fe 및 불순물이며, 또한, 사용시의 가열 유지 온도 TA(℃) 및 사용시의 가열 유지 시간 tA(h)가 [600≤TA≤850] 및 [2100≤TA×(1.0+log tA)]를 만족하는 조건으로 사용된 합금 모재를, 열처리 유지 온도 TP(℃) 및 열처리 유지 시간 tP(h)가 [1050≤TP≤1300] 및 [-0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145)]를 만족하는 조건으로 열처리를 실시한 후 용접하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.

Description

오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법 및 그것을 이용하여 얻어지는 용접 조인트
본 발명은, 화력 발전용 보일러의 주증기관 또는 재열증기관 등의 고온 부재로서 장기 사용된 오스테나이트계 내열합금을 이용한 용접 조인트의 제조 방법 및 그것을 이용하여 얻어지는 용접 조인트에 관한 것이다.
근년, 환경 부하 경감의 관점에서 발전용 보일러 등에서는 운전 조건인 고온 및 고압화가 세계적 규모로 진행되고 있고, 과열기관 또는 재열기관의 재료로서 사용되는 오스테나이트계 내열합금 또는 Ni기 내열합금에는, 보다 뛰어난 고온 강도 및 내식성을 갖는 것이 요구되고 있다.
또, 종래, 페라이트계 내열강이 사용되고 있었던, 주증기관 또는 재열증기관 등의 두꺼운 부재를 포함하는 다양한 부재에 있어서도, 고강도화가 요구되고 있고, 고강도 오스테나이트계 내열합금 또는 Ni기 내열합금의 적용이 검토되고 있다.
이러한 기술적 배경하에서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, W을 활용해 고온 강도를 높임과 더불어, 유효 B량을 규정함으로써, 열간 가공성을 개선한 Ni기 합금 제품이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에는, Cr, Ti 및 Zr의 활용에 의해, 크리프 파단 강도를 높인 오스테나이트계 내열합금이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 다량의 W을 함유시킴과 더불어, Al 및 Ti을 활용해, 고용 강화와 γ'상에 의한 석출 강화에 의해 크리프 파단 강도를 높인 Ni기 내열합금이 개시되어 있다.
이들 오스테나이트계 내열합금 또는 Ni기 내열합금을 구조물로서 사용하는 경우, 일반적으로는 용접에 의해 조립된다. 그 때, 용접부에는, 주로 야금적 요인에 기인한 다양한 균열이 발생하기 쉬워진다고 알려져 있다. 특히, 고온 환경에서 장시간 사용했을 때에, 소위 응력 완화 균열이 발생하는 것이 문제가 된다. 응력 완화 균열이란, 용접에 의해 발생한 잔류 응력이 완화되어 가는 과정에서 발생하는 균열이다.
그 때문에, 특허문헌 4에는, Al, Ti 및 Nb를 활용해, 크리프 강도를 높임과 동시에, P 및 B의 함유량의 관리 및 Nd의 함유에 의해 내액화 균열성을 높인 오스테나이트계 내열합금이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 5에는, Mo 및 W을 활용해, 크리프 강도를 높임과 더불어, 불순물 원소, 및, Ti 및 Al의 함유량을 규정하고, 용접시의 내액화 균열 및 사용시의 내응력 완화 균열성을 개선한 오스테나이트계 내열합금이 개시되어 있다.
일본국 특허 제4631986호 공보 국제 공개 제2009/154161호 국제 공개 제2010/038826호 국제 공보 제2011/071054호 일본국 특허 공개 2010-150593호 공보
특허문헌 4 및 5에 개시되어 있는 오스테나이트계 내열합금을 주증기관 또는 재열증기관 등의 두꺼운 부재에 적용하고, 용접에 의해 조립한 경우, 확실하게 용접시의 액화 균열 및 사용시의 응력 완화 균열을 방지할 수 있다.
그러나, 이들 고온에서 사용되는 오스테나이트계 내열합금의 구조물은, 경년 열화에 수반하는 부분적인 손상에 의해, 구조물의 일부를 용접 보수할 필요가 발생하는 경우가 있다. 그리고, 이들 고온에서 사용된 오스테나이트계 내열합금을 이용하여 용접하면, 용접 열영향부에 균열이 발생하는 경우가 있는 것이 새롭게 판명되었다.
본 발명은, 상기 현상황을 감안하여 이루어진 것이며, 화력발전용 보일러의 주증기관 또는 재열증기관 등의 고온 부재로서 장기 사용된 오스테나이트계 내열합금을 이용하여, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트를 제조하는 방법 및 그것을 이용하여 얻어지는 용접 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 우선, 고온에 장시간 노출된 오스테나이트계 내열합금을 이용한 용접 조인트의 용접 열영향부의 균열 발생 현상에 대해서, 상세한 조사를 행했다. 그 결과, 하기 <1>~<3>이 확인되었다.
<1> 용접 열영향부의 균열은, 고온에서 사용되었을 때의 온도 및 시간의 증대와 함께 발생하기 쉬워지고, 어느 조건을 초과하면 발생하기 쉬워지는 경향이 있는 것을 알았다. 구체적으로는, 사용시의 가열 유지 온도 TA가 600~850℃인 경우, 사용시의 가열 유지 온도 TA 및 가열 유지 시간 tA로부터 정해지는 파라미터(이하, PA라고도 한다.)가 2100 이상이면, 용접 열영향부의 균열이 발생하기 쉬워지는 경향이 있음을 알았다. 단, PA=TA×(1.0+log tA)이다.
<2> 용접 열영향부의 균열은, 용융 경계로부터 수백 μm 떨어진 위치에서 발생했다. 그리고, 그 균열 파면을 관찰한 결과, 용융흔은 보이지 않고, 연성이 부족한 파면을 나타내고 있었다. 또한, 균열 파면 상에는, 농화된 S 및 P가 검출되었다.
<3> 또한, 용접 열영향부의 조직 관찰의 결과, 균열이 발생한 용융 경계로부터 수백 μm 떨어진 용접 열영향부의 입자 내에는, 용융선 근방의 용접 열영향부에 비해, 미세한 석출물이 많이 관찰되었다.
이들 결과로부터, 고온에서 장기 사용된 오스테나이트계 내열합금을 이용하여 용접한 경우에 용접 열영향부에 발생하는 균열은, 이하의 기구에 의해 발생한 것이라고 추정되었다.
즉, 고온에서의 장기 사용과 함께, 오스테나이트계 내열합금의 결정립 내에는 석출물이 미세하게 석출되는데, 사용 온도가 높을수록 단시간에 석출되고, 사용시간이 길어지면 그 양이 증대한다. 또한, 사용 중에는, 불순물 원소인 S 및 P의 입계 편석도 아울러 발생한다.
이와 같이, 입자 내에 석출상이 존재하고, 불순물이 입계 편석한 오스테나이트계 내열합금을 용접한 경우, 용융 경계 근방의 용접 열영향부에서는, 최고 도달 온도가 높기 때문에, 입자 내 석출물은 다시 모상으로 고용됨과 더불어, 입계 편석이 해소된다. 그러나, 용융 경계로부터 조금 떨어진 용접 열영향부에서는, 최고 도달 온도가 낮기 때문에, 입자 내 석출물의 재고용 및 입계 편석의 해소는 발생하지 않는다. 여기서, 용접시에는, 용접에 수반하는 팽창 수축에 의해 용접 열영향부에 열응력이 발생한다. 그 때문에, 입자 내에 다량으로 석출상이 존재하는 영역, 즉 용융 경계로부터 조금 떨어진 용접 열영향부에서는, 입자 내의 변형 저항이 높고, 입자 내를 변형할 수 없게 되어, 열응력에 의한 변형이 입계에 집중된다. 추가해, 입계에 S 및 P 등의 불순물 원소도 다량으로 편석되어 있어, 취화가 발생한다. 그 결과, 변형에 견디지 못해 입계가 개구되어, 균열에 이른 것이라고 생각된다.
그리고, 예의 검토를 반복한 결과, 이것을 방지하기 위해서는 이하의 방법이 유효한 것이 밝혀졌다. 즉, 용접시의 균열을 방지하기 위해서는, 고온에서의 사용중에 과잉으로 입자 내에 석출이 발생하는 경우, 그 석출물을 재고용시킴과 더불어, 불순물의 입계 편석을 경감시키는 것이 유효함을 알았다.
구체적으로는, 하기 〔1〕 및 〔2〕에 나타내는 것을 알았다.
〔1〕오스테나이트계 내열합금에 있어서, 사용시의 가열 유지 온도 TA가 600~850℃이며, 또한, 사용시의 가열 유지 온도 TA 및 가열 유지 시간 tA로부터 정해지는 파라미터(이하, PA라고도 한다.)가 2100 이상이 되는 경우, 용접 전에 열처리를 실시하는 것이 유효하다. 단, PA=TA×(1.0+log tA)이다.
〔2〕용접 전에 실시하는 열처리는, 열처리 유지 온도 TP가 1050~1300℃이며, 열처리 유지 시간 tP가［-0.1×(TP/50-30)］이상인 것이 유효하다. 단, 열처리 유지 시간 tP가 ［-0.1×(TP/10-145)］를 초과하면, 효과가 없을 뿐더러, 오히려 악영향을 준다.
본 발명은, 상기 지견을 기초로 하여 이루어진 것이며, 하기 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법 및 그것을 이용하여 얻어지는 용접 조인트를 요지로 한다.
(1) 하기 (i)식 및 (ii)식을 만족하는 조건으로 사용된 합금 모재를,
하기 (iii)식 및 (iv)식을 만족하는 조건으로 열처리를 실시한 후, 용접하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
600≤TA≤850 …(i)
2100≤TA×(1.0+log tA) …(ii)
1050≤TP≤1300 …(iii)
-0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145) …(iv)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 하기와 같다.
TA:사용시의 가열 유지 온도(℃)
tA:사용시의 가열 유지 시간(h)
TP:열처리 유지 온도(℃)
tP:열처리 유지 시간(h)
(2) 상기 합금 모재의 화학 조성이, 질량%로,
C:0.04~0.12%,
Si:1.0% 이하,
Mn:2.0% 이하,
P:0.03% 이하,
S:0.01% 이하,
Ni:42.0~54.0%,
Cr:20.0~33.0%,
W:3.0~10.0%,
Ti:0.05~1.0%,
Al:0.3% 이하,
B:0.0001~0.01%,
N:0.02% 이하,
O:0.01% 이하,
Ca:0~0.05%,
Mg:0~0.05%,
REM:0~0.5%,
Co:0~1.0%,
Cu:0~4.0%,
Mo:0~1.0%,
V:0~0.5%,
Nb:0~0.5%,
Zr:0~0.05%,
잔부:Fe 및 불순물인, 상기 (1)에 기재된 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
(3) 화학 조성이, 질량%로,
C:0.04~0.12%,
Si:1.0% 이하,
Mn:2.0% 이하,
P:0.03% 이하,
S:0.01% 이하,
Ni:42.0~48.0%,
Cr:20.0~26.0%,
W:4.0~10.0%,
Ti:0.05~0.15%,
Nb:0.1~0.4%,
Al:0.3% 이하,
B:0.0001~0.01%,
N:0.02% 이하,
O:0.01% 이하,
Ca:0~0.05%,
Mg:0~0.05%,
REM:0~0.1%,
Co:0~1.0%,
Cu:0~4.0%,
Mo:0~1.0%,
V:0~0.5%,
잔부:Fe 및 불순물이며, 또한,
하기 (i)식 및 (ii)식을 만족하는 조건으로 사용된 합금 모재를,
하기 (iii)식 및 (iv)식을 만족하는 조건으로 열처리를 실시한 후 용접하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
600≤TA≤850 …(i)
2800≤TA×(1.0+log tA) …(ii)
1050≤TP≤1300 …(iii)
-0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145) …(iv)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 하기와 같다.
TA:사용시의 가열 유지 온도(℃)
tA:사용시의 가열 유지 시간(h)
TP:열처리 유지 온도(℃)
tP:열처리 유지 시간(h)
(4) 상기 합금 모재의 화학 조성이, 질량%로,
Ca:0.0001~0.05%,
Mg:0.0001~0.05%,
REM:0.0005~0.1%,
Co:0.01~1.0%,
Cu:0.01~4.0%,
Mo:0.01~1.0%, 및
V:0.01~0.5%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
(5) 화학 조성이, 질량%로,
C:0.04~0.12%,
Si:0.5% 이하,
Mn:1.5% 이하,
P:0.03% 이하,
S:0.01% 이하,
Ni:46.0~54.0%,
Cr:27.0~33.0%,
W:3.0~9.0%,
Ti:0.05~1.0%,
Zr:0.005~0.05%,
Al:0.05~0.3%,
B:0.0001~0.005%,
N:0.02% 이하,
O:0.01% 이하,
Ca:0~0.05%,
Mg:0~0.05%,
REM:0~0.5%,
Co:0~1.0%,
Cu:0~4.0%,
Mo:0~1.0%,
V:0~0.5%,
Nb:0~0.5%,
잔부:Fe 및 불순물이며, 또한,
하기 (i)식 및 (ii)식을 만족하는 조건으로 사용된 합금 모재를,
하기 (iii)식 및 (iv)식을 만족하는 조건으로 열처리를 실시한 후 용접하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
600≤TA≤850 …(i)
2100≤TA×(1.0+log tA) …(ii)
1050≤TP≤1250 …(iii)
-0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145) …(iv)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 하기와 같다.
TA:사용시의 가열 유지 온도(℃)
tA:사용시의 가열 유지 시간(h)
TP:열처리 유지 온도(℃)
tP:열처리 유지 시간(h)
(6) 상기 합금 모재의 화학 조성이, 질량%로,
Ca:0.0001~0.05%,
Mg:0.0001~0.05%,
REM:0.0005~0.5%,
Co:0.01~1.0%,
Cu:0.01~4.0%,
Mo:0.01~1.0%,
V:0.01~0.5%, 및
Nb:0.01~0.5%,
로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (2) 또는 (5)에 기재된 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
(7) 상기 열처리에 있어서, 냉각 과정에 있어서의 500℃까지의 평균 냉각 속도가 50℃／h 이상인, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
(8) 상기 열처리는, 적어도 피용접부로부터 30mm 이내의 범위 전부에 실시하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
(9) 화학 조성이, 질량%로,
C:0.06~0.18%,
Si:1.0% 이하,
Mn:2.0% 이하,
P:0.03% 이하,
S:0.01% 이하,
Ni:40.0~60.0%,
Cr:20.0~33.0%,
Mo 및 W으로부터 선택되는 1종 이상:합계 6.0~13.0%
Ti:0.05~1.5%,
Co:0~15.0%,
Nb:0~0.5%,
Al:1.5% 이하,
B:0~0.005%,
N:0.18% 이하,
O:0.01% 이하,
잔부:Fe 및 불순물인 용접 재료를 사용하여 용접하는, 상기 (1) 내지 상기 (8) 중 어느 하나에 기재된 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
(10) 상기 (1) 내지 상기 (9) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법을 이용하여 얻어지는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트.
본 발명에 따른 제조 방법에 의하면, 화력발전용 보일러의 주증기관 또는 재열증기관 등의 고온 부재로서 장기 사용된 오스테나이트계 내열합금을 이용하여, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트를 안정적으로 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 각 요건에 대해서 자세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
1. 합금 모재의 화학 조성
본 발명에 따른 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조에 사용하는 합금 모재에 함유되는 각 원소의 한정 이유는 하기와 같다.
C:0.04~0.12%
C는, 오스테나이트를 안정화시키는 작용을 가짐과 더불어, 미세한 탄화물을 형성하고, 고온 사용 중의 크리프 강도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.04% 이상의 C 함유량이 필요하다. 그러나, C 함유량이 과잉이면, 탄화물이 조대해지고, 또한, 다량으로 석출되기 때문에, 크리프 강도에 대한 기여가 포화된다. 그뿐만 아니라, 연성을 저하시켜, 장시간 사용한 재료에 있어서 용접성을 저하시킨다. 따라서, C 함유량은 0.12% 이하로 한다. C 함유량은, 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.06% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, C 함유량은, 0.11% 이하인 것이 바람직하고, 0.08% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Si:1.0% 이하
Si는, 탈산 작용을 가짐과 더불어, 고온에서의 내식성 및 내산화성의 향상에 유효한 원소이다. 그러나, Si가 과잉으로 함유된 경우에는 오스테나이트의 안정성이 저하되어, 인성 및 크리프 강도의 저하를 초래한다. 그 때문에, Si의 함유량에 상한을 설정해 1.0% 이하로 한다. Si 함유량은, 0.8% 이하인 것이 바람직하고, 0.5% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, Si의 함유량에 대해서 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적으로 저감시키면 탈산 효과를 충분히 얻지 못해 합금의 청정성이 열화됨과 더불어, 고온에서의 내식성 및 내산화성의 향상 효과가 얻기 어려워져, 제조 비용도 크게 상승한다. 그 때문에, Si 함유량은, 0.02% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Mn:2.0% 이하
Mn은, Si와 동일하게, 탈산 작용을 갖는 원소이다. 또, Mn은, 오스테나이트의 안정화에도 기여한다. 그러나, Mn의 함유량이 과잉이 되면 취화를 초래하고, 또한, 인성 및 크리프 연성의 저하도 발생한다. 그 때문에, Mn의 함유량에 상한을 설정해 2.0% 이하로 한다. Mn의 함유량은, 1.8% 이하인 것이 바람직하고, 1.5% 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.3% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, Mn의 함유량에 대해서도 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적으로 저감시키면 탈산 효과를 충분히 얻지 못해 합금의 청정성이 열화됨과 더불어, 오스테나이트 안정화 효과가 얻기 어려워지고, 또한 제조 비용도 크게 상승한다. 그 때문에, Mn 함유량은, 0.02% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다.
P:0.03% 이하
P는, 불순물로서 합금 중에 포함되고, 용접 중에 용접 열영향부의 결정립계에 편석되어, 액화 균열 감수성을 높이는 원소이다. 또한, 고온에서 장시간 사용했을 때에 입계에 편석되어, 크리프 연성을 저하시킴과 더불어, 장시간 사용한 재료에 있어서 용접성을 저하시킨다. 그 때문에, P의 함유량에 상한을 설정해 0.03% 이하로 한다. P의 함유량은, 0.025% 이하인 것이 바람직하고, 0.02% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, P의 함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 극도로 저감하는 것은 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, P 함유량은, 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0008% 이상인 것이 보다 바람직하다.
S:0.01% 이하
S은, P과 마찬가지로 불순물로서 합금 중에 포함되고, 용접 중에 용접 열영향부의 결정립계에 편석하여, 액화 균열 감수성을 높이는 원소이다. 또한, 고온에서 장시간 사용했을 때에 입계에 편석되어 취화를 초래해, 장시간 사용한 재료에 있어서 용접성을 저하시킨다. 그 때문에, S의 함유량에 상한을 설정해 0.01% 이하로 한다. S의 함유량은, 0.008% 이하인 것이 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, S의 함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 극도로 저감하는 것은 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, S 함유량은, 0.0001% 이상인 것이 바람직하고, 0.0002% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Ni:42.0~54.0%
Ni은, 오스테나이트를 얻기 위해서 유효한 원소이며, 고온에서의 장시간 사용시에 있어서의 조직 안정성을 확보하기 위해서 필수의 원소이다. 본 발명의 Cr 함유량의 범위에서 충분한 효과를 얻기 위해서는, 42.0% 이상의 Ni 함유량이 필요하다. 그러나, Ni은 고가의 원소이며, 다량으로 함유시키면 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, 상한을 설정해, Ni의 함유량을 54.0% 이하로 한다. Ni 함유량은, 42.5% 이상인 것이 바람직하고, 43.0% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Ni 함유량은, 53.0% 이하인 것이 바람직하고, 52.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Cr:20.0~33.0%
Cr은, 고온에서의 내산화성 및 내식성의 확보를 위해서 필수의 원소이다. 또, Cr은, 미세한 탄화물 또는 추가로 Cr 부화상(富化相)을 형성하여 크리프 강도의 확보에도 기여한다. 본 발명의 Ni 함유량의 범위에서, 상기 효과를 얻기 위해서는, 20.0% 이상의 Cr 함유량이 필요하다. 그러나, Cr의 함유량이 33.0%를 초과하면, 고온에서의 오스테나이트의 안정성이 열화되어 크리프 강도의 저하를 초래한다. 또한, 다량의 탄화물 또는 추가로 Cr 부화상의 석출을 초래해, 변형 저항을 높여 장시간 사용한 재료에 있어서 용접성을 저하시킨다. 따라서, Cr의 함유량을 33.0% 이하로 한다. Cr 함유량은, 20.5% 이상인 것이 바람직하고, 21.0% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Cr 함유량은, 32.5% 이하인 것이 바람직하고, 32.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.
W:3.0~10.0%
W은, 매트릭스에 고용되고, 또는, 미세한 금속간 화합물상을 형성하여, 고온에서의 크리프 강도 및 인장 강도의 향상에 크게 기여하는 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 3.0% 이상의 W 함유량이 필요하다. 그러나, W을 과잉으로 함유시켜도 효과는 포화되어, 오히려 크리프 강도를 저하시킨다. 또한, 다량의 금속간 화합물의 석출을 초래해, 변형 저항을 높여 장시간 사용한 재료에 있어서 용접성을 저하시키는 경우도 있다. 또, 고가의 원소이므로, 과잉으로 함유시키면 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에 상한을 설정해, W의 함유량을 10.0% 이하로 한다.
W 함유량은, 3.5% 이상인 것이 바람직하고, 4.0% 이상인 것이 보다 바람직하고, 4.5% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 5.0% 이상인 것이 특히 바람직하다. 또, W 함유량은, 9.5% 이하인 것이 바람직하고, 9.0% 이하인 것이 보다 바람직하고, 8.5% 이하인 것이 더욱 바람직하고, 8.0% 이하인 것이 특히 바람직하다.
Ti:0.05~1.0%
Ti은, 미세한 탄질화물 또는 금속간 화합물상으로서 입자 내에 석출되고, 고온에서의 크리프 강도 및 인장 강도의 향상에 기여한다. 그 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.05% 이상의 Ti 함유량이 필요하다. 그러나, Ti의 함유량이 과잉이 되면, 탄질화물이 다량으로 석출되어, 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래함과 더불어, 장시간 사용한 재료에 있어서 용접성을 저하시킨다. 그 때문에, 상한을 설정해, Ti의 함유량을 1.0% 이하로 한다. Ti 함유량은, 0.06% 이상인 것이 바람직하고, 0.07% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Ti 함유량은, 0.9% 이하인 것이 바람직하고, 0.8% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Al:0.3% 이하
Al은, 탈산 작용을 가짐과 더불어, 사용 중에 금속간 화합물상으로서 석출되어, 크리프 강도의 향상에도 기여하는 원소이다. 그러나, Al의 함유량이 과잉이 되면 합금의 청정성이 현저하게 열화되어, 열간 가공성 및 연성이 저하된다. 그 때문에, 상한을 설정해, Al의 함유량을 0.3% 이하로 한다. Al 함유량은, 0.2% 이하인 것이 바람직하고, 0.1% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, Al의 함유량에 대해서 특히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적으로 저감시키면 탈산 효과를 충분히 얻지 못해, 합금의 청정성이 오히려 열화됨과 더불어, 제조 비용도 크게 상승한다. 그 때문에, Al 함유량은, 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.001% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 크리프 강도의 향상 효과를 얻고자 하는 경우에는, Al 함유량은, 0.05% 이상인 것이 바람직하고, 0.06% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.07% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
B:0.0001~0.01%
B는, 입계 탄화물을 미세 분산시킴으로써, 크리프 강도를 향상시킴과 더불어, 입계에 편석하여 입계를 강화하는데 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, B 함유량을 0.0001% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, B의 함유량이 과잉이 되면, 용접 중의 용접 열사이클에 의해 용융 경계 근방의 열영향부에 B가 다량으로 편석하여 입계의 융점이 저하되어, 액화 균열 감수성이 높아진다. 그 때문에, 상한을 설정해, B의 함유량을 0.01% 이하로 한다. B 함유량은, 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.001% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, B 함유량은, 0.008% 이하인 것이 바람직하고, 0.006% 이하인 것이 보다 바람직하다.
N:0.02% 이하
N는, 오스테나이트를 안정시키는데 유효한 원소이지만, 과잉으로 함유되면, 고온에서의 사용 중에 다량의 미세 질화물이 입자 내에 석출되어, 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 또, 장시간 사용한 재료의 용접성을 저하시킨다. 그 때문에, N의 함유량에 상한을 설정해 0.02% 이하로 한다. N의 함유량은, 0.018% 이하인 것이 바람직하고, 0.015% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, N의 함유량에 대해서 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적으로 저감시키면 오스테나이트를 안정시키는 효과가 얻기 어려워지고, 제조 비용도 크게 상승한다. 그 때문에, N 함유량은, 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0008% 이상인 것이 보다 바람직하다.
O:0.01% 이하
O(산소)는, 불순물로서 합금 중에 포함되고, 그 함유량이 과잉이 되면 열간 가공성이 저하되고, 또한 인성 및 연성의 열화를 초래한다. 이 때문에, O의 함유량에 상한을 설정해 0.01% 이하로 한다. O의 함유량은, 0.008% 이하인 것이 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, O의 함유량에 대해서 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적인 저감은 제조 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, O 함유량은, 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0008% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Ca:0~0.05%
Ca은, 열간 가공성을 개선하는 작용을 갖는 원소이기 때문에, 함유시켜도 된다. 그러나, Ca의 함유량이 과잉이 되면, O와 결합하여, 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성을 열화시킨다. 따라서, Ca을 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.05% 이하로 한다. Ca 함유량은, 0.03% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, Ca 함유량을 0.0001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0005% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Mg:0~0.05%
Mg은, Ca과 같이, 열간 가공성을 개선하는 작용을 갖는 원소이므로, 함유시켜도 된다. 그러나, Mg의 함유량이 과잉이 되면, O와 결합하여, 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성을 열화시킨다. 따라서, Mg을 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.05% 이하로 한다. Mg 함유량은, 0.03% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우는, Mg 함유량을 0.0001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0005% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
REM:0~0.5%
REM은, S과의 친화력이 강하고, 열간 가공성을 개선하는 작용을 갖는 원소이므로, 함유시켜도 된다. 그러나, REM의 함유량이 과잉이 되면, O와 결합하여, 청정성을 현저하게 저하시켜, 오히려 열간 가공성을 열화시킨다. 따라서, REM을 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.5% 이하로 한다. REM 함유량은, 0.2% 이하인 것이 바람직하고, 0.1% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.06% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우는, REM 함유량을 0.0005% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.001% 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 미시 메탈에 함유된다. 이 때문에, 예를 들면, 미시 메탈의 형태로 첨가하여, REM의 양이 상기 범위가 되도록 함유시켜도 된다.
상기 Ca, Mg 및 REM은, 모두 열간 가공성을 향상시키는 작용을 가지므로, 그 중 어느 1종만, 또는 2종 이상의 복합으로 함유시킬 수 있다. 이들 원소를 복합하여 함유시키는 경우의 합계량은, 0.5% 이하인 것이 바람직하다.
Co:0~1.0%
Co는, Ni과 마찬가지로, 오스테나이트를 얻기 위해서 유효한 원소이며, 상 안정성을 높여 크리프 강도의 향상에 기여하기 때문에, 함유시켜도 된다. 그러나, Co는 매우 고가의 원소이므로, Co의 과잉 함유는 대폭적인 비용 증가를 초래한다. 따라서, Co를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 1.0% 이하로 한다. CO 함유량은, 0.8% 이하인 것이 바람직하고, 0.4% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, CO 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Cu:0~4.0%
Cu는, 크리프 강도를 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 즉, Cu는, Ni 및 Co와 동일하게, 오스테나이트를 얻기 위해서 유효한 원소이며, 상 안정성을 높여 크리프 강도의 향상에 기여한다. 이 때문에, Cu를 함유시켜도 된다. 그러나, Cu가 과잉으로 함유된 경우에는, 열간 가공성의 저하를 초래한다. 따라서, Cu를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 4.0% 이하로 한다. Cu 함유량은, 3.0% 이하인 것이 바람직하고, 1.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우는, Cu 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Mo:0~1.0%
Mo은, 크리프 강도를 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 즉, Mo은, 매트릭스에 고용되어 고온에서의 크리프 강도를 향상시키는 작용을 가지므로, 함유시켜도 된다. 그러나, Mo이 과잉으로 함유된 경우, 오스테나이트의 안정성이 저하되어, 오히려 크리프 강도의 저하를 초래한다. 따라서, Mo을 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 1.0% 이하로 한다. Mo 함유량은, 0.8% 이하인 것이 바람직하고, 0.5% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우는, Mo 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
V:0~0.5%
V은, 크리프 강도를 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 즉, V은, C 또는 N와 결합하여 미세한 탄화물 또는 탄질화물을 형성하고, 크리프 강도를 향상시키는 작용을 가지므로, 함유시켜도 된다. 그러나, V이 과잉으로 함유된 경우, 탄화물 또는 탄질화물로서 다량으로 석출되어, 크리프 연성의 저하를 초래함과 더불어, 장시간 사용한 재료에 있어서 용접성을 저하시킨다. 따라서, V을 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.5% 이하로 한다. V 함유량은, 0.4% 이하인 것이 바람직하고, 0.2% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, V의 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.02% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Nb:0~0.5%
Nb는, Ti 및 V과 마찬가지로, C 또는 N와 결합하여 미세한 탄화물 또는 탄질화물로서 입자 내에 석출되어, 고온에서의 크리프 강도 향상에 기여하기 때문에, 함유시켜도 된다. 그러나, Nb의 함유량이 과잉이 되면, 탄화물 및 탄질화물로서 다량으로 석출되어, 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래함과 더불어, 장시간 사용한 재료에 있어서 용접성을 저하시킨다. 그 때문에, 상한을 설정해, Nb의 함유량을 0.5% 이하로 한다. Nb 함유량은, 0.4% 이하인 것이 바람직하고, 0.38% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.35% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우는, Nb 함유량은, 0.01% 이상인 것이 바람직하고, 0.02% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 Co, Cu, Mo, V 및 Nb는, 모두 크리프 강도를 향상시키는 작용을 가지므로, 그 중 어느 1종만, 또는, 2종 이상의 복합으로 함유시킬 수 있다. 이들 원소를 복합하여 함유시키는 경우의 합계량은, 6.0% 이하인 것이 바람직하다.
Zr:0~0.05%
Zr은, Ti과 마찬가지로, 매트릭스에 고용되어 고온에서의 크리프 강도를 향상시킨다. 또, Zr은, S과의 친화력이 강해, S의 고정에 의해 크리프 연성도 향상시킨다. 그러나, Zr의 함유량이 과잉이 되면, 크리프 연성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한을 설정해, Zr의 함유량을 0.05% 이하로 한다. Zr 함유량은, 0.04% 이하인 것이 바람직하고, 0.03% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, Zr 함유량은, 0.005% 이상인 것이 바람직하고, 0.008% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.01% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조에 사용하는 합금 모재는, 상술한 각 원소를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 것이다.
또한, 「불순물」이란, 합금을 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석, 스크랩 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 것을 가리킨다.
상기 합금 모재의 조성으로서 대표적인 것은, 이하의 2종류이다.
(a) 화학 조성이, 질량%로, C:0.04~0.12%, Si:1.0% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.03% 이하, S:0.01% 이하, Ni:42.0~48.0%, Cr:20.0~26.0%, W:4.0~10.0%, Ti:0.05~0.15%, Nb:0.1~0.4%, Al:0.3% 이하, B:0.0001~0.01%, N:0.02% 이하, O:0.01% 이하, Ca:0~0.05%, Mg:0~0.05%, REM:0~0.1%, Co:0~1.0%, Cu:0~4.0%, Mo:0~1.0%, V:0~0.5%, 잔부:Fe 및 불순물인 합금 모재.
(b) 화학 조성이, 질량%로, C:0.04~0.12%, Si:0.5% 이하, Mn:1.5% 이하, P:0.03% 이하, S:0.01% 이하, Ni:46.0~54.0%, Cr:27.0~33.0%, W:3.0~9.0%, Ti:0.05~1.0%, Zr:0.005~0.05%, Al:0.05~0.3%, B:0.0001~0.005%, N:0.02% 이하, O:0.01% 이하, Ca:0~0.05%, Mg:0~0.05%, REM:0~0.5%, Co:0~1.0%, Cu:0~4.0%, Mo:0~1.0%, V:0~0.5%, Nb:0~0.5%, 잔부:Fe 및 불순물인 합금 모재.
상기 (a)의 화학 조성에 있어서는, Si 함유량은 0.6% 이하인 것이 바람직하다. Ni 함유량은, 48.0% 이하인 것이 바람직하고, 47.5% 이하인 것이 보다 바람직하고, 47.0% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또, Cr 함유량은, 25.5% 이하인 것이 바람직하고, 25.0% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, Ti 함유량은, 0.14% 이하인 것이 바람직하고, 0.13% 이하인 것이 보다 바람직하다. 그리고, Nb 함유량은, 0.12% 이상인 것이 바람직하고, 0.15% 이상인 것이 보다 바람직하다.
상기 (b)의 화학 조성에 있어서는, Mn 함유량은 1.1% 이하인 것이 바람직하다. Ni 함유량은 46.0% 이상인 것이 바람직하고, 47.0% 이상인 것이 보다 바람직하고, 48.0% 이상인 것이 더욱 바람직하다. Cr 함유량은, 27.5% 이상인 것이 바람직하고, 28.0% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, Nb 함유량은, 0.2% 이하인 것이 바람직하다.
2. 합금 모재의 사용 조건
본 발명의 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조에 사용하는 합금 모재는, 사용시의 가열 유지 온도 TA가 하기 (i)식을 만족하고, 또한, 사용시의 가열 유지 온도 TA 및 가열 유지 시간 tA로부터 정해지는 파라미터(이하, PA라고도 한다.)가 하기 (ii)식을 만족하는 조건으로 사용된 것이다.
사용시의 가열 유지 온도 TA(℃):600≤TA≤850 …(i)
PA:2100≤TA×(1.0+log tA) …(ii)
본 발명의 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조에 사용하는 합금 모재는, 600~850℃로 가열된 경우, 결정립 내에 석출물이 미세하게 석출된다. 특히, 합금 모재가 상기 (a)에 기재되는 화학 조성을 갖는 경우에 있어서는, M23C6 탄화물 및 금속간 화합물인 라베스상이 석출되고, 상기 (b)에 기재되는 화학 조성을 갖는 경우에 있어서는, M23C6 탄화물 및 Cr이 부화한 bcc상이 석출되는 경향이 있다.
또, S 및 P의 입계 편석도 동시에 발생한다. 석출물이 입자 내에 석출되는 양, 및, 불순물의 입계 편석하는 양이 소정의 양을 초과하면, 입자 내의 변형 저항이 커짐과 더불어, 입계가 약화되기 때문에, 장시간 사용 후의 재료를 용접하면 용접 균열이 발생한다. 본 발명의 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조에 사용하는 합금 모재는, PA가 2100 이상이 되면, 석출에 의한 입자 내 변형 저항의 증대와 편석에 의한 입계의 약화가 현저해지기 때문에, 용접 전에 열처리를 실시하는 것이 필요하다. 또한, 합금 모재가 상기 (a)에 기재되는 화학 조성을 갖는 경우에 있어서는, PA가 2800 이상이 되었을 때에, 용접 전에 열처리를 실시하는 것으로 해도 된다.
3. 열처리 조건
본 발명의 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법에서는, 상기 합금 모재를 용접하기 전에 열처리를 실시한다. 상기 열처리는, 용접 균열을 방지하기 위해서, 열처리 유지 온도 TP 및 열처리 유지 시간 tP가 하기 (iii)식 및 (iv)식을 만족하는 조건으로 행할 필요가 있다.
열처리 유지 온도 TP(℃):1050≤TP≤1300 …(iii)
용접 균열을 방지하기 위해서는, 열처리에 의해, 고온에서의 사용 중에 과잉으로 입자 내에 석출된 석출물을 다시 기지에 고용시킴과 더불어, 입계에 편석된 불순물 원소를 경감시키는 것이 유효하다. 그러기 위해서는, 열처리 유지 온도 TP를 적어도 1050℃ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, 열처리 유지 온도 TP가 1300℃를 초과하면, 입계의 국부 용융이 개시된다. 그 때문에, 열처리 유지 온도 TP는 1300℃ 이하로 한다.
또한, 후술하는 바와 같이, 열처리시에는, 열처리 유지 온도 TP에 따라서, 열처리 유지 시간 tP를 소정의 범위로 관리할 필요가 있다. 열처리 유지 온도 TP는, 1080℃ 이상인 것이 바람직하고, 1100℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 열처리 유지 온도 TP는, 1280℃ 이하인 것이 바람직하고, 1250℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 특히, 합금 모재가 상기 (b)에 기재되는 화학 조성을 갖는 경우에 있어서는, 열처리 유지 온도 TP는 1250℃ 이하인 것이 바람직하고, 1230℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1200℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
열처리 유지 시간 tP(h):-0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145) …(iv)
용접 균열을 방지하기 위해서는, 열처리의 실시가 유효하지만, 그 열처리 유지 시간 tP는 -0.1×(TP/50-30) 이상으로 할 필요가 있다. 이것은, 열처리 유지 시간 tP가 이 값을 밑돌면, 석출물의 기지로의 재고용 및 입계 편석의 경감을 달성하기 위한 합금 원소의 확산에 필요로 하는 시간이 불충분해지기 때문이다. 그러나, 열처리 유지 시간 tP가 -0.1×(TP/10-145)를 초과하면, 결정입경의 조대화가 현저해져, 용접시, 용융선 근방에 액화 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 열처리 유지 시간 tP는, -0.1×(TP/10-145) 이하로 할 필요가 있다.
또한, 열처리에 있어서, 그 냉각의 과정에서는, 500℃까지의 평균 냉각 속도가 50℃／h 이상인 것이 바람직하다. 그 이유는, 평균 냉각 속도가 50℃／h를 밑돌면, 냉각 과정에서 다시 입자 내에 탄화물 등이 석출됨과 더불어, 불순물의 입계 편석이 발생하는 경우가 있기 때문이다.
또, 열처리는, 적어도 피용접부로부터 30mm 이내의 범위 전부에 실시하는 것이 바람직하다. 이것은, 용접 중에 발생하는 열응력에 의해 생기는 변형이, 이 영역에서 커지기 때문이다.
4. 용접 재료의 화학 조성
본 발명에 따른 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조에 사용하는 용접 재료의 화학 조성에 대해서는 특별히 제한은 설정하지 않는다. 그러나, 하기에 나타내는 범위의 화학 조성을 갖는 용접 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 각 원소의 한정 이유는 하기와 같다.
C:0.06~0.18%
C는, 용접 후의 용접 금속 중의 오스테나이트를 안정화시키는 작용을 가짐과 더불어, 미세한 탄화물을 형성하고, 고온 사용 중의 크리프 강도를 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 또한, 용접 응고 중에 Cr과 공정 탄화물을 형성함으로써, 응고 균열 감수성의 저감에도 기여한다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, 0.06% 이상의 C 함유량이 필요하다. 그러나, C 함유량이 과잉이면, 탄화물이 다량으로 석출되기 때문에, 오히려 크리프 강도 및 연성을 저하시킨다. 따라서, C 함유량은 0.18% 이하로 한다. C 함유량은 0.07% 이상인 것이 바람직하고, 0.08% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, C 함유량은 0.16% 이하인 것이 바람직하고, 0.14% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Si:1.0% 이하
Si는, 용접 재료의 제조시에 있어서 탈산에 유효함과 더불어, 용접 후의 용접 금속의 고온에서의 내식성 및 내산화성의 향상에 유효한 원소이다. 그러나, Si가 과잉으로 함유된 경우에는 오스테나이트의 안정성이 저하되어, 인성 및 크리프 강도의 저하를 초래한다. 그 때문에, Si의 함유량에 상한을 설정해 1.0% 이하로 한다. Si 함유량은 0.8% 이하인 것이 바람직하고, 0.6% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, Si의 함유량에 대해 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적으로 저감시키면 탈산 효과를 충분히 얻지 못해 합금의 청정성이 열화함과 더불어, 고온에서의 내식성 및 내산화성의 향상 효과가 얻기 어려워져, 제조 비용도 크게 상승한다. 그 때문에, Si 함유량은 0.02% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Mn:2.0% 이하
Mn은, Si와 같이, 용접 재료의 제조시에 있어서 탈산에 유효한 원소이다. 또, Mn은, 용접 후의 용접 금속 중의 오스테나이트의 안정화에도 기여한다. 그러나, Mn의 함유량이 과잉이 되면 취화를 초래하고, 또한, 인성 및 크리프 연성의 저하도 발생한다. 그 때문에, Mn의 함유량에 상한을 설정해 2.0% 이하로 한다. Mn의 함유량은 1.8% 이하인 것이 바람직하고, 1.5% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, Mn의 함유량에 대해서도 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적으로 저감시키면 탈산 효과를 충분히 얻지 못해 합금의 청정성이 열화함과 더불어, 오스테나이트 안정화 효과가 얻기 어려워지고, 또한 제조 비용도 크게 상승한다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.02% 이상인 것이 바람직하고, 0.05% 이상인 것이 보다 바람직하다.
P:0.03% 이하
P은, 불순물로서 용접 재료 중에 포함되고, 용접 중에 응고 균열 감수성을 높이는 원소이다. 또한, 고온에서 장시간 사용한 후의 용접 금속의 크리프 연성을 저하시킨다. 그 때문에, P의 함유량에 상한을 설정해 0.03% 이하로 한다. P의 함유량은, 0.025% 이하인 것이 바람직하고, 0.02% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, P의 함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 극도로 저감하는 것은 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, P 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0008% 이상인 것이 보다 바람직하다.
S:0.01% 이하
S은, P과 마찬가지로 불순물로서 용접 재료 중에 포함되고, 용접 중에 응고 균열 감수성을 높이는 원소이다. 또한, S은, 용접 금속에 있어서 장시간 사용 중에 주상결정 입계에 편석되어 취화를 초래해, 응력 완화 균열 감수성을 높인다. 그 때문에, S의 함유량에 상한을 설정해 0.01% 이하로 한다. S의 함유량은, 0.008% 이하인 것이 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, S의 함유량은 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 극도로 저감하는 것은 제조 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, S 함유량은, 0.0001% 이상인 것이 바람직하고, 0.0002% 이상인 것이 보다 바람직하다.
Ni:40.0~60.0%
Ni은, 용접 후의 용접 금속중의 오스테나이트를 안정화시키는데 유효한 원소이며, 장시간 사용시의 크리프 강도를 확보하기 위해서 필수의 원소이다. 그 효과를 얻기 위해서는, 용접 재료의 Ni 함유량을 40.0% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Ni은 고가의 원소이며, 소규모 제조의 용접 재료에 있어서도, 다량으로 함유시키면 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, 상한을 설정해, Ni의 함유량을 60.0% 이하로 한다. Ni 함유량은, 40.5% 이상인 것이 바람직하고, 41.0% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Ni 함유량은, 59.5% 이하인 것이 바람직하고, 59.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Cr:20.0~33.0%
Cr은, 용접 후의 용접 금속의 고온에서의 내산화성 및 내식성의 확보를 위해서 유효한 원소이다. 또, Cr은, 미세한 탄화물 또는 Cr이 부화한 bcc상을 형성하여 크리프 강도의 확보에도 기여한다. 또한, 용접 중에 C와 공정 탄화물을 형성함으로써, 응고 균열 감수성의 저감에도 기여한다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 20% 이상의 Cr 함유량이 필요하다. 그러나, Cr의 함유량이 33.0%를 초과하면, 상기 40~60%의 Ni량 범위에 있어서 고온에서의 오스테나이트의 안정성이 열화되어 크리프 강도의 저하를 초래한다. 따라서, Cr의 함유량을 33.0% 이하로 한다.
Cr 함유량은, 20.5% 이상인 것이 바람직하고, 21.0% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Cr 함유량은, 32.5% 이하인 것이 바람직하고, 32.0% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 합금 모재가 상기 (a)에 기재되는 화학 조성을 갖는 경우에 있어서는, Cr의 함유량은, 26.0% 이하인 것이 바람직하고, 25.5% 이하인 것이 보다 바람직하고, 25.0% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
Mo 및 W으로부터 선택되는 1종 이상:합계 6.0~13.0%
Mo 및 W은, 용접 금속에 있어서 매트릭스에 고용되고, 또는, 미세한 금속간 화합물상을 형성하여, 고온에서의 크리프 강도 및 인장 강도의 향상에 크게 기여하는 원소이다. 이 효과를 충분히 얻기 위해서는, Mo 및 W으로부터 선택되는 1종 이상을 합계 6.0% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 이들 원소를 과잉으로 함유시켜도 효과는 포화되어, 오히려 크리프 강도를 저하시킨다. 또한, Mo 및 W은 고가의 원소이기 때문에, 과잉으로 함유시키면 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에 상한을 설정해, Mo 및 W으로부터 선택되는 1종 이상의 합계 함유량을 13.0% 이하로 한다. 합계 함유량은, 6.5% 이상인 것이 바람직하고, 7.0% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 합계 함유량은, 12.5% 이하인 것이 바람직하고, 12.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.
Ti:0.05~0.6%
Ti은, 용접 금속 중에 미세한 탄질화물로서, 또한, Ni과의 금속간 화합물상으로서, 입자 내에 석출되어, 고온에서의 크리프 강도 및 인장 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그 효과를 충분히 얻기 위해서는, Ti 함유량을 0.05% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Ti의 함유량이 과잉이 되면 탄질화물이 다량으로 석출되어, 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 상한을 설정해, Ti의 함유량을 1.5% 이하로 한다.
Ti 함유량은, 0.06% 이상인 것이 바람직하고, 0.07% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Ti 함유량은, 1.3% 이하인 것이 바람직하고, 1.1% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 합금 모재가 상기 (a)에 기재되는 화학 조성을 갖는 경우에 있어서는, Ti 함유량은, 0.6% 이하인 것이 바람직하고, 0.58% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.55% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
Co:0~15.0%
Co는, Ni과 마찬가지로, 오스테나이트를 얻기 위해서 유효한 원소이며, 상 안정성을 높여 크리프 강도의 향상에 기여하기 때문에, 함유시켜도 된다. 그러나, Co는 매우 고가의 원소이므로, 용접 재료라 할지라도 과잉으로 함유하는 것은 대폭적인 비용 증가를 초래한다. 따라서, Co를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 15.0% 이하로 한다. Co 함유량은, 14.0% 이하인 것이 바람직하고, 13.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우는, Co 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Nb:0~0.5%
Nb는, Ti과 마찬가지로, C 또는 N와 결합하여 미세한 탄화물 또는 탄질화물로서 입자 내에 석출되고, 고온에서의 크리프 강도 향상에 기여하기 때문에, 함유시켜도 된다. 그러나, Nb의 함유량이 과잉이 되면, 탄화물 또는 탄질화물로서 다량으로 석출되어, 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, Nb를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.5% 이하로 한다. Nb 함유량은, 0.48% 이하인 것이 바람직하고, 0.45% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우는, Nb 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.03% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Al:1.5% 이하
Al은, 용접 재료의 제조시에 있어서 탈산에 유효한 원소이다. 또, 용접 금속에 있어서 미세한 금속간 화합물상을 형성하여, 크리프 강도의 향상에 기여한다. 그러나, Al의 함유량이 과잉이 되면 합금의 청정성이 현저하게 열화되어, 용접 재료의 열간 가공성 및 연성이 저하되므로, 제조성이 저하된다. 추가해, 용접 금속 중에서 다량의 금속간 화합물상을 형성하고, 고온에서 장시간 사용했을 때의 응력 완화 균열 감수성을 현저하게 높인다. 그 때문에, 상한을 설정해, Al의 함유량을 1.5% 이하로 한다. Al 함유량은, 1.4% 이하인 것이 바람직하고, 1.3% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, Al의 함유량에 대해서 특히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적으로 저감시키면 탈산 효과를 충분히 얻지 못해 합금의 청정성이 오히려 열화됨과 더불어, 제조 비용도 크게 상승한다. 그 때문에, Al 함유량은 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.001% 이상인 것이 보다 바람직하다.
B:0~0.005%
B는, 용접 금속의 크리프 강도의 향상에 유효한 원소이므로, 함유시켜도 된다. 그러나, B의 함유량이 과잉이 되면, 용접 중의 응고 균열 감수성이 현저하게 높아진다. 그 때문에, 상한을 설정해, B의 함유량을 0.005% 이하로 한다. B 함유량은, 0.004% 이하인 것이 바람직하고, 0.003% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, B 함유량을 0.0001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.0005% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
N:0.18% 이하
N는, 용접 금속 중의 오스테나이트를 안정화시켜, 크리프 강도를 향상시킴과 더불어, 고용되어 인장 강도의 확보에 기여하는 원소이다. 그러나, 과잉으로 함유 되면, 고온에서의 사용 중에 다량의 미세 질화물이 입자 내에 석출되어 크리프 연성 및 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, N 함유량에 상한을 설정해 0.18% 이하로 한다. N 함유량은, 0.16% 이하인 것이 바람직하고, 0.14% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, N의 함유량에 대해서 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적으로 저감시키면 오스테나이트를 안정시키는 효과가 얻기 어려워지고, 제조 비용도 크게 상승한다. 그 때문에, N 함유량은, 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0008% 이상인 것이 보다 바람직하다.
O:0.01% 이하
O(산소)는, 불순물로서 용접 재료 중에 포함되고, 그 함유량이 과잉이 되면 열간 가공성이 저하되어, 제조성의 열화를 초래한다. 이 때문에, O의 함유량에 상한을 설정해 0.01% 이하로 한다. O의 함유량은, 0.008% 이하인 것이 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, O의 함유량에 대해서 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적인 저감은 제조 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, O 함유량은, 0.0005% 이상인 것이 바람직하고, 0.0008% 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조에 사용하는 용접 재료는, 상술한 각 원소를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 것이다.
5. 그 외
본 발명의 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법에서는, 상기 합금 모재에 열처리를 실시한 후 용접한다. 용접 방법으로는, 특별히 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 가스 텅스텐 아크 용접, 가스 메탈 아크 용접, 피복 아크 용접 등을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조에 사용하는 합금 모재 및 용접 재료의 형상 또는 치수에 대해서, 특별히 제한은 설정하지 않는다. 단, 본 발명에 따른 제조 방법은, 특히, 두께가 30mm 이상의 합금 모재를 이용한 경우에 효과를 발휘한다. 따라서, 합금 모재의 두께는, 30mm 이상인 것이 바람직하다.
이하, 실시예에 의해서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 합금을 용해하여 잉곳을 제작했다. 상기 잉곳을 이용하여, 열간 단조에 의해 성형한 후, 용체화 열처리를 행하여, 두께 30mm, 폭 50mm, 길이 100mm의 오스테나이트계 내열합금판을 제작했다.
Figure pct00001
또한, 표 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 합금을 용해하여 잉곳을 제작한 후, 열간 단조, 열간 압연 및 기계 가공에 의해, 외경 1.2mm의 용접 재료를 제작했다.
Figure pct00002
고온에서의 사용을 모의하기 위해서, 오스테나이트계 내열합금판을, 표 3에 나타낸 가열 유지 온도 및 가열 유지 시간으로 가열했다. 그 후, 시험 번호 A3 및 A22의 용접 조인트 이외에는, 표 3에 나타낸 열처리 유지 온도, 열처리 유지 시간 및 평균 냉각 속도로 열처리를 행했다.
Figure pct00003
상술한 합금판의 길이 방향으로, 개선(開先) 각도 30°, 루트 두께 1mm의 V개선을 가공했다. 그 후, 두께 50mm, 폭 200mm, 길이 200mm의 JIS G3160 (2008)에 규정된 SM400B 강판 상에, JIS Z3224 (1999)에 규정된 피복 아크 용접봉 DNiCrFe-3을 이용하여, 둘레를 구속 용접했다.
그 후, 상술한 용접 재료를 이용하여, TIG 용접에 의해, 개선 내에 입열 12~18kJ/cm로 적층 용접을 행하여, 용접 조인트를 제작했다.
(균열 관찰 시험)
얻어진 용접 조인트의 5개소로부터 채취한 시료의 횡단면을 경면 연마, 부식시켜, 광학 현미경에 의해 세균 검사를 행하고, 용접 열영향부의 균열 유무를 조사했다. 그리고, 5개의 시료 중, 모든 시료에서 균열이 보이지 않았던 용접 조인트를 「○」, 1~2개의 시료로 균열이 보였던 용접 조인트를 「△」로 하고, 「합격」이라고 판정했다. 또, 5개의 시료 모두에서 균열이 보였던 용접 조인트를 「×」로 하고, 「불합격」이라고 판정했다.
표 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 열처리 조건이 본 발명의 규정을 만족하는 시험 번호 A1, A2, A5~A8, A10~A16, A18, A20, A21, A23~A26, B2~B6, C1 및 D1의 용접 조인트는, 균열 관찰 시험의 결과가 합격이며, 두께가 30mm여도, 건전한 용접 조인트가 얻어진 것을 알 수 있다.
이에 대해, 시험 번호 A3 및 A22의 용접 조인트는, 합금판에 열처리를 실시하지 않았던 점에서, 용접 열영향부에 균열이 발생했다.
시험 번호 A4의 용접 조인트는, 용접 전에 실시한 열처리 유지 온도가 1000℃로 낮았던 점에서, 석출물의 재고용이 불충분하기 때문에, 입자 내의 변형 저항이 높고, 또한, 입계 편석의 해소도 불충분했다. 그 때문에, 용접시에 용융선으로부터 조금 떨어진 위치에 용접 균열이 발생했다.
시험 번호 A19의 용접 조인트는, 열처리 유지 온도가 1350℃로 높았기 때문에, 입계의 국부 용융이 발생해, 용접시에 그 부분이 개구되어, 균열이 발생했다.
시험 번호 A9 및 B1의 용접 조인트는, 열처리 유지 시간이, 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌았기 때문에, 석출물의 재고용 및 입계 편석의 해소가 불충분하고, 용접시에 용융선으로부터 조금 떨어진 위치에 용접 균열이 발생했다.
시험 번호 A17 및 B7의 용접 조인트는, 열처리 유지 시간이, 본 발명에서 규정하는 범위를 초과했기 때문에, 결정립의 조대화가 현저하고, 용접시, 용융선에 인접하는 부분에 액화 균열이 발생했다.
시험 번호 A11의 용접 조인트는, 열처리에 있어서의 평균 냉각 속도가 50℃／h를 밑돌았기 때문에, 냉각 중에 석출물의 재석출 및 입계 편석이 발생했다. 그 때문에, 균열 관찰 시험의 결과가 합격이지만, 1개의 시료에서 용접 열영향부에 균열이 발생했다.
실시예 2
표 4에 나타낸 화학 조성을 갖는 합금을 용해하여 잉곳을 제작했다. 상기 잉곳을 이용하여, 열간 단조에 의해 성형한 후, 용체화 열처리를 행하고, 두께 30mm, 폭 50mm, 길이 100mm의 오스테나이트계 내열합금판을 제작했다.
Figure pct00004
또한, 표 5에 나타낸 화학 조성을 갖는 합금을 용해하여 잉곳을 제작한 후, 열간 단조, 열간 압연 및 기계 가공에 의해, 외경 1.2mm의 용접 재료를 제작했다.
Figure pct00005
고온에서의 사용을 모의하기 위해, 오스테나이트계 내열합금판을, 표 6에 나타낸 가열 유지 온도 및 가열 유지 시간으로 가열했다. 그 후, 시험 번호 AA3 및 AA22의 용접 조인트 이외에는, 표 6에 나타낸 열처리 유지 온도, 열처리 유지 시간 및 평균 냉각 속도로 열처리를 행했다.
Figure pct00006
상술한 합금판의 길이 방향으로, 개선 각도 30°, 루트 두께 1mm의 V개선을 가공했다. 그 후, 두께 50mm, 폭 200mm, 길이 200mm의 JIS G3160 (2008)에 규정된 SM400B 강판 상에, JIS Z3224 (1999)에 규정된 피복 아크 용접봉 DNiCrFe-3을 이용하여, 사방을 구속 용접했다.
그 후, 상술한 용접 재료를 이용하여, TIG 용접에 의해, 개선 내에 입열 12~18kJ/cm로 적층 용접을 행하고, 용접 조인트를 제작했다. 그리고, 얻어진 용접 조인트에 대해서, 실시예 1과 동일한 방법으로 균열 관찰 시험을 행했다.
표 6의 결과로부터 알 수 있듯이, 열처리 조건이 본 발명의 규정을 만족하는 시험 번호 AA1, AA2, AA5~AA7, AA9~AA14, AA16, AA17, AA19~AA21, AA23~AA26, BB2~BB5, CC1 및 DD1의 용접 조인트는, 균열 관찰 시험의 결과가 합격이며, 두께가 30mm여도, 건전한 용접 조인트가 얻어졌음을 알 수 있다.
이에 대해, 시험 번호 AA3 및 AA22의 용접 조인트는, 합금판에 열처리를 실시하지 않았던 점에서, 용접 열영향부에 균열이 발생했다.
시험 번호 AA4의 용접 조인트는, 용접 전에 실시한 열처리 유지 온도가 1000℃로 낮았던 점에서, 석출물의 재고용이 불충분하기 때문에, 입자 내의 변형 저항이 높고, 또한, 입계 편석의 해소도 불충분했다. 그 때문에, 용접시에 용융선으로부터 조금 떨어진 위치에 용접 균열이 발생했다.
시험 번호 AA18의 용접 조인트는, 열처리 유지 온도가 1320℃로 높았기 때문에, 입계의 국부 용융이 발생해, 용접시에 그 부분이 개구되어, 균열이 발생했다.
시험 번호 AA8 및 BB1의 용접 조인트는, 열처리 유지 시간이, 본 발명에서 규정하는 범위를 밑돌았기 때문에, 석출물의 재고용 및 입계 편석의 해소가 불충분하고, 용접시에 용융선으로부터 조금 떨어진 위치에 용접 균열이 발생했다.
시험 번호 AA15 및 BB6의 용접 조인트는, 열처리 유지 시간이, 본 발명에서 규정하는 범위를 초과했기 때문에, 결정립의 조대화가 현저하고, 용접시, 용융 선에 인접하는 부분에 액화 균열이 발생했다.
시험 번호 AA10의 용접 조인트는, 열처리에 있어서의 평균 냉각 속도가 50℃／h를 밑돌았기 때문에, 냉각 중에 석출물의 재석출 및 입계 편석이 발생했다. 그 때문에, 균열 관찰 시험의 결과가 합격이지만, 1개의 시료에서 용접 열영향부에 균열이 발생했다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의하면, 화력발전용 보일러의 주증기관 또는 재열증기관 등의 고온 부재로서 장기 사용된 오스테나이트계 내열합금을 이용하여, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트를 안정적으로 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 하기 (i)식 및 (ii)식을 만족하는 조건으로 사용된 합금 모재를,
    하기 (iii)식 및 (iv)식을 만족하는 조건으로 열처리를 실시한 후 용접하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
    600≤TA≤850 …(i)
    2100≤TA×(1.0+log tA) …(ii)
    1050≤TP≤1300 …(iii)
    -0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145) …(iv)
    단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 하기와 같다.
    TA:사용시의 가열 유지 온도(℃)
    tA:사용시의 가열 유지 시간(h)
    TP:열처리 유지 온도(℃)
    tP:열처리 유지 시간(h)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 합금 모재의 화학 조성이, 질량%로,
    C:0.04~0.12%,
    Si:1.0% 이하,
    Mn:2.0% 이하,
    P:0.03% 이하,
    S:0.01% 이하,
    Ni:42.0~54.0%,
    Cr:20.0~33.0%,
    W:3.0~10.0%,
    Ti:0.05~1.0%,
    Al:0.3% 이하,
    B:0.0001~0.01%,
    N:0.02% 이하,
    O:0.01% 이하,
    Ca:0~0.05%,
    Mg:0~0.05%,
    REM:0~0.5%,
    Co:0~1.0%,
    Cu:0~4.0%,
    Mo:0~1.0%,
    V:0~0.5%,
    Nb:0~0.5%,
    Zr:0~0.05%,
    잔부:Fe 및 불순물인, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
  3. 화학 조성이, 질량%로,
    C:0.04~0.12%,
    Si:1.0% 이하,
    Mn:2.0% 이하,
    P:0.03% 이하,
    S:0.01% 이하,
    Ni:42.0~48.0%,
    Cr:20.0~26.0%,
    W:4.0~10.0%,
    Ti:0.05~0.15%,
    Nb:0.1~0.4%,
    Al:0.3% 이하,
    B:0.0001~0.01%,
    N:0.02% 이하,
    O:0.01% 이하,
    Ca:0~0.05%,
    Mg:0~0.05%,
    REM:0~0.1%,
    Co:0~1.0%,
    Cu:0~4.0%,
    Mo:0~1.0%,
    V:0~0.5%,
    잔부:Fe 및 불순물이며, 또한,
    하기 (i)식 및 (ii)식을 만족하는 조건으로 사용된 합금 모재를,
    하기 (iii)식 및 (iv)식을 만족하는 조건으로 열처리를 실시한 후 용접하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
    600≤TA≤850 …(i)
    2800≤TA×(1.0+log tA) …(ii)
    1050≤TP≤1300 …(iii)
    -0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145) …(iv)
    단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 하기와 같다.
    TA:사용시의 가열 유지 온도(℃)
    tA:사용시의 가열 유지 시간(h)
    TP:열처리 유지 온도(℃)
    tP:열처리 유지 시간(h)
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 합금 모재의 화학 조성이, 질량%로,
    Ca:0.0001~0.05%,
    Mg:0.0001~0.05%,
    REM:0.0005~0.1%,
    Co:0.01~1.0%,
    Cu:0.01~4.0%,
    Mo:0.01~1.0%, 및
    V:0.01~0.5%
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
  5. 화학 조성이, 질량%로,
    C:0.04~0.12%,
    Si:0.5% 이하,
    Mn:1.5% 이하,
    P:0.03% 이하,
    S:0.01% 이하,
    Ni:46.0~54.0%,
    Cr:27.0~33.0%,
    W:3.0~9.0%,
    Ti:0.05~1.0%,
    Zr:0.005~0.05%,
    Al:0.05~0.3%,
    B:0.0001~0.005%,
    N:0.02% 이하,
    O:0.01% 이하,
    Ca:0~0.05%,
    Mg:0~0.05%,
    REM:0~0.5%,
    Co:0~1.0%,
    Cu:0~4.0%,
    Mo:0~1.0%,
    V:0~0.5%,
    Nb:0~0.5%,
    잔부:Fe 및 불순물이며, 또한,
    하기 (i)식 및 (ii)식을 만족하는 조건으로 사용된 합금 모재를,
    하기 (iii)식 및 (iv)식을 만족하는 조건으로 열처리를 실시한 후 용접하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
    600≤TA≤850 …(i)
    2100≤TA×(1.0+log tA) …(ii)
    1050≤TP≤1250 …(iii)
    -0.1×(TP/50-30)≤tP≤-0.1×(TP/10-145) …(iv)
    단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 하기와 같다.
    TA:사용시의 가열 유지 온도(℃)
    tA:사용시의 가열 유지 시간(h)
    TP:열처리 유지 온도(℃)
    tP:열처리 유지 시간(h)
  6. 청구항 2 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 합금 모재의 화학 조성이, 질량%로,
    Ca:0.0001~0.05%,
    Mg:0.0001~0.05%,
    REM:0.0005~0.5%,
    Co:0.01~1.0%,
    Cu:0.01~4.0%,
    Mo:0.01~1.0%,
    V:0.01~0.5%, 및
    Nb:0.01~0.5%,
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리에 있어서, 냉각 과정에 있어서의 500℃까지의 평균 냉각 속도가 50℃／h 이상인, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리는, 적어도 피용접부로부터 30mm 이내의 범위 전부에 실시하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    화학 조성이, 질량%로,
    C:0.06~0.18%,
    Si:1.0% 이하,
    Mn:2.0% 이하,
    P:0.03% 이하,
    S:0.01% 이하,
    Ni:40.0~60.0%,
    Cr:20.0~33.0%,
    Mo 및 W으로부터 선택되는 1종 이상:합계 6.0~13.0%
    Ti:0.05~1.5%,
    Co:0~15.0%,
    Nb:0~0.5%,
    Al:1.5% 이하,
    B:0~0.005%,
    N:0.18% 이하,
    O:0.01% 이하,
    잔부:Fe 및 불순물인 용접 재료를 사용하여 용접하는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트의 제조 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법을 이용하여 얻어지는, 오스테나이트계 내열합금 용접 조인트.
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