WO2006013727A1

WO2006013727A1 - 溶接継手およびその溶接材料

Info

Publication number: WO2006013727A1
Application number: PCT/JP2005/013353
Authority: WO
Inventors: Takahiro Osuki; Kazuhiro Ogawa; Yoshitaka Nishiyama
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2006-02-09
Also published as: EP1780295B1; JP4506958B2; EP1780295A4; US20070187379A1; CN1993488A; DK1780295T3; CA2575109A1; JP2006045597A; EP1780295A1

Abstract

　母材および溶接金属がともに、Ｃ：0.01～0.45％、Si：１％を超え４％以下、Mn：0.01～２％、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.01％以下、Cr：15～35％、Ni：40～78％、Al：0.005～2％、Ｎ：0.001～0.2％およびCu：0.015～5.5％を含み、更に下記(1)式を満足するTiを含有し、残部はFeおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする溶接継手。母材および溶接金属は、さらにCo、Mo、Ta、Ｗ、Ｖ、Zr、Nb、Hf、Ｂ、Ca、MgおよびREMの１種以上を含有してもよい。　｛（Si-0.01）／30｝＋ 0.01Cu ≦Ti≦5　　　・・・(1) 　但し、(1)式中の元素記号は、その元素の含有量（質量％）を意味する。

Description

溶接継手およびその溶接材料

技術分野

[0001] 本発明は、高温の腐食環境で使用される部材の溶接継手およびその溶接材料に関する。高温の腐食環境で使用される部材としては、例えば、石油精製、石油化学プラント等の GTLプラントにおける熱交換型炭化水素改質装置、廃熱回収装置等に使用される容器、反応管、部品等が挙げられる。

背景技術

[0002] 石油精製、石油化学プラント等における改質装置、石油等を原料とするアンモニア製造装置、水素製造装置等においては、エネルギー効率を高めるために廃熱回収のための熱交換が多用されるようになってきている。一方、今後、水素ガス、メタノールガス等のクリーンエネルギーは、大幅な需要増加が予想され、これらの製造に欠かせない改質装置には大型で熱効率が高い、量産に適したものが要求される。

[0003] 通常、上記の装置の反応管などの金属材料は、 1000°C程度またはそれ以上の温度で、 H、 CO、 CO、 H 0、炭化水素 (メタン等）を含む反応ガスに曝される。この温

2 2 2

度域においては、金属材料の表面は、 Fe、 Ni等よりも酸化傾向の大きい Cr、 Si等の元素が選択的に酸化され、緻密な酸化皮膜を形成する。これにより金属材料の腐食が抑制される。

[0004] しかし、高温ガスの熱を有効活用するためには、従来よりも低い、 400〜700°Cの温度域における熱交換が重要である。そして、この温度域において反応管や熱交翻等に使用する高 Cr一高 Ni— Fe合金系金属材料の浸炭が生じ、これに伴う腐食が問題となる。金属材料に浸炭が生じるのは、熱交等の相対的に温度の低い部分では、腐食抑制効果のある酸ィ匕皮膜の形成が遅れる力もである。

[0005] 金属材料中に Cr、 Fe等の炭化物を含む浸炭層が形成されると、その部分が膨張して微細な割れが生じやすくなる。更に、金属材料中の炭化物形成が飽和すると、金属材料の表面から炭化物が分解して金属粉末が発生し、これが剥離して腐食消耗が進行する。これ力 Sメタルダステイング発生の原理である。剥離した金属粉末は、金属材料の表面における炭素析出を促進させる。このような損耗、炭素析出等によって管内閉塞が拡大すると、装置の故障を招くおそれがあるので、装置部材としての材料選定に十分な配慮が必要である。

[0006] 従来、このような装置部材用合金としては、高 Cr-高 M-Fe合金が用いられてきた。

例えば、特許文献 1には、化学組成を規定するとともに、 Si、 Cuまたは Sの含有量と N b、 Ta、 Tiおよび Zrの含有量との関係、ならびに Ni、 Coおよび Cuの含有量の関係を一定範囲に規定した溶接継手が開示されている。特許文献 1では、この溶接継手は硫酸環境下での耐食性および耐溶接割れ性に優れて、るとして、る。

[0007] 特許文献 2には、 A1を積極的に含有させるとともに、粒界溶融量と粒界固着力との関係式を規定した Ni基耐熱合金溶接継手が開示されている。特許文献 2では、この溶接継手は耐浸炭性および高温強度に優れてヽるとして、る。

[0008] 特許文献 1：特開 2001-107196号公報

特許文献 2：特開 2002-235136号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 特許文献 1に開示された溶接継手は、 Siの含有量が少な、ため、メタルダスティングが生じる環境下での使用は困難である。特許文献 2に開示された溶接継手は、耐メタルダステイング性を確保するために必要な最小限の Siを添加した場合、溶接凝固割れが生じ、優れた溶接性を確保することは困難である。

[0010] 本発明は、耐メタルダステイング性に優れ、かつ溶接凝固割れが生じなヽ溶接継手を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 耐メタルダステイング性は、 Si、 Cu、 P等の元素を含有させることで向上する力これらの元素は、溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる。そこで、本発明者らは、耐メタルダステイング性を確保しつつも、溶接凝固割れを抑制することを目的として、種々の検討を行った。

[0012] 溶接凝固割れは、溶接凝固過程の終了期に近い、主として結晶粒界に膜状の液相が存在する段階において、凝固収縮または熱収縮により加わる歪みが溶接金属の変形能以上になった場合に発生する。溶接凝固割れ感受性を低減する方法としては、溶接金属の変形能を向上させることも考えられるが、基本成分系を変更する必要が生じて、耐メタルダステイング性を確保するという目的に逆行することになる。このため、本発明者らは、基本成分系を変更することなぐ液相の融点低下を軽減して早期に凝固を完了させることができる化学組成について更に研究を重ねた。

[0013] Niおよび Crを高、濃度で含有する高合金鋼にお!、ては、溶接凝固割れが重大な溶接欠陥であり、それを防止する方法はいくつか知られている。例えば、 P、 S等の液相線を低温側に移動させる元素の含有量を低減する方法、 Ni、 C、 Mn、 Co等のォーステナイト生成元素の含有量を低減し、 Cr、 Si、 Mo等のフェライト生成元素を増加することにより、初めにフェライト相を晶出させ、その後に包共晶反応によりオーステナイト相を晶出させて、凝固形態をフェライト'オーステナイト二相組織にする方法等である。

[0014] しかし、靱性の低下および熱間加工性の劣化を防止するためには、 35%を超える C rを含有させることができない。また、高温強度、組織安定性および耐食性の向上のためには、 Niを 40%以上含有させる必要がある。このため、凝固形態を二相組織にする上記の方法を用いることはできな、。

[0015] そこで、本発明者らは、耐メタルダステイング性と耐溶接凝固割れ性とを両立させることができる化学組成として、オーステナイト相が初晶として晶出し、オーステナイト単相で凝固を完了する高 Ni基合金をベースとした。

[0016] Si、 Cu、 P等の元素は、液相線温度を著しく低下させるため、溶接凝固割れ感受性を増大させる。また、一般にオーステナイト単相の金属材料に Tiを添加した場合、溶接凝固割れ感受性が増大することが知られて、る。

[0017] し力し、本発明者らの研究により、 Siおよび Cuの含有量と関係づけて、適量の Ήを含有させると、溶接凝固割れ感受性を著しく小さくすることができることが判明した。これは、 Si-Tiィ匕合物が溶接金属凝固過程において液相中からオーステナイト相との共晶凝固組織の形態で晶出し、 Si、 Cu、 P等の液相への濃化が抑制され、液相が早期に凝固を完了するからであると考えられる。

[0018] 本発明は、上記の知見を基礎としてなされたものであり、下記の (a)力も (d)までのいずれかに示す溶接継手および下記の (e)力 (h)までのいずれか〖こ示す溶接材料を要旨とする。

[0019] (a) 母材および溶接金属がともに、質量⁰ /₀で、 C:0.01〜0.45%、 Si: 1%を超え 4% 以下、 Mn:0.01〜2%、 P:0.05%以下、 S:0.01%以下、 Cr:15〜35%、 Ni:40〜78% 、 Al:0.005〜2%、？^:0.001〜0.2%ぉょび01:0.015〜5.5%を含み、更に下記 (1)式を満足する Tiを含有し、残部は Feおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする溶接継手。

{(Si-0.01)/30}+ O.OlCu≤Ti≤5 ·'·(1)

但し、（1)式中の元素記号は、その元素の含有量 (質量％)を意味する。

[0020] (b) 上記の (a)に記載の溶接継手において、母材および溶接金属力 Feの一部に代えて、質量⁰ /oで、 Co:0.015〜5.5%、 Mo:0.05〜10%、 Ta:0.05〜5%、 W:0.05〜5 %、 V:0.01〜l%、 Zr:0.01〜1.4%、 Nb:0.01〜1.4%ぉょびHf:0.01〜l%カら選択される 1種以上を含む化学組成を有することを特徴とする溶接継手。

[0021] (c) 上記の (a)または (b)に記載の溶接継手において、母材および溶接金属力 Fe の一部に代えて、質量⁰ /₀で、 B:0.0005〜0.3%、 Ca:0.0005〜0.02%および Mg:0.00 05〜0.02%から選択される 1種以上を含む化学組成を有することを特徴とする溶接継手。

[0022] (d) 上記の (a)力 (c)までのいずれかに記載の溶接継手において、母材および溶接金属が、 Feの一部に代えて、質量％で、 REM:0.005〜0.3%を含む化学組成を有することを特徴とする溶接継手。

[0023] 上記の本発明の溶接継手は、 GTLプラント用の溶接継手として好適である。なお、 GTLとは、 "Gas To Liquid"の略称であり、天然ガスからの石油製品生産のことをいう

[0024] (e) 質量⁰ /₀で、 C:0.01〜0.45%、 Si: 1%を超え 4%以下、 Mn:0.01〜2%、 P:0.05 %以下、 S:0.01%以下、 Cr:15〜35%、 Ni:40〜78%、 Al:0.005〜2%、 N:0.001〜0. 2%および Cu:0.015〜5.5%を含み、更に下記 (1)式を満足する Tiを含有し、残部は F eおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする上記の (a)に係る溶接材料を TIG溶接法により作製するために用いる溶接材料。 { (Si-0.01) /30} + O.OlCu≤Ti≤5 · ' ·(1)

[0025] (D 上記の (e)に記載の溶接材料において、 Feの一部に代えて、質量％で、 Co : 0.0 15〜5.5%、 Mo : 0.05〜10%、 Ta: 0.05〜5%、 W: 0.05〜5%、 V: 0.01〜l%、 Zr: 0.01 〜1.4%、Nb : 0.01〜1.4%ぉょびHf: 0.01〜l%カら選択されるl種以上を含む化学組成を有することを特徴とする上記の (b)に係る溶接材料を TIG溶接法により作製するために用いる溶接材料。

[0026] (g) 上記の (e)または (1)に記載の溶接材料において、 Feの一部に代えて、質量％で、 B: 0.0005〜0.3%、。&: 0.0005〜0.02%ぉょび\1_§: 0.0005〜0.02%カら選択される1 種以上を含む化学組成を有することを特徴とする上記の (c)に係る溶接材料を TIG溶接法により作製するために用いる溶接材料。

[0027] (h) 上記の (e)力 (g)までのいずれかに記載の溶接材料において、 Feの一部に代えて、質量％で、 REM : 0.005〜0.3%を含む化学組成を有することを特徴とする上記の (d)に係る溶接材料を TIG溶接法により作製するために用いる溶接材料。

発明の効果

[0028] 本発明に係る溶接継手は、耐メタルダステイング性に優れて、るので、石油精製や石油化学プラントなどにおける加熱炉管、配管、或いは熱交換器管などに利用することができ、装置の溶接施工性や耐久性、安全性を大幅に向上させることができる。また、本発明に係る溶接材料は、上記の溶接継手を TIG溶接法により作製するのに最適である。

発明を実施するための最良の形態

[0029] 本発明におヽて、溶接継手の母材と溶接金属の化学組成を限定する理由は、下記のとおりである。なお、以下の説明において、各元素の含有量の「％」表示は「質量

%」を意味する。

[0030] C : 0.01〜0.45%

Cは、溶接継手の母材および溶接金属の強度を高める作用を有する元素である。

C含有量が 0.01%未満では高温強度が不十分となる。しかし、その含有量が 0.45% を超えると、溶接継手の靭性が低下する。従って、 Cの含有量を 0.01〜0.45%とした。 Cの含有量は 0.02〜0.4%が好ましぐ最も好ましいのは 0.04〜0.4%である。

[0031] Si: 1%を超え 4%以下

Siは、金属材料の溶製時に脱酸作用を有する元素である。 Siは、また、溶接継手表面の Cr酸ィ匕皮膜の下層に Si酸ィ匕皮膜を形成して溶接継手中への Cの侵入を抑制するとともに溶接継手中の Cの活量を高めて、耐メタルダステイング性を大幅に向上させる作用も有する元素である。これらの効果は、 1%以下では発揮されない。しかし、その含有量が 4%を超えると、母材の熱間加工性および溶接性の低下が著しくなる。従って、 Siの含有量は 1%を超え 4%以下とした。 Siの含有量の下限は、 1.2%が望ましぐ更に望ましいのは 1.5%である。

[0032] なお、 Nの含有量が 0.055%を超える場合には、母材の溶接性や熱間加工性の観点から Siの含有量の上限を 2%とするのがよい。

[0033] Mn: 0.01〜2%

Mnは、不純物として含まれる Sによる母材の熱間加工時の脆性を抑制する効果を有するとともに、溶製時の脱酸に有効な元素である。これらの効果を得るためには、 Mnは 0.01%以上含有させる必要がある。しかし、 Mnの含有量が 2%を超えると、母材および溶接金属カゝらなる溶接継手中の Cの活量を低下させ、溶接継手表面における Crおよび A1の酸ィ匕皮膜の形成を阻害する。このため、雰囲気中からの Cの侵入が促進されてメタルダステイングが発生しやすくなる。従って、 Mnの含有量は 0.01〜2%とした。 Mnの含有量は 0.05〜1.0%が好ましぐ最も好ましいのは 0.1〜0.8%である。

[0034] P : 0.05%以下

Pは、金属材料を溶製する際に原料など力も混入してくる不純物元素であり、耐食性の低下を招き、熱間加工性、溶接性を劣化させる。従って、 Pの含有量は、可能な限り低減することが望ましぐ 0.05%以下とした。 Pの含有量は、 0.03%以下が好ましく、最も好ましいのは 0.02%以下である。

[0035] S : 0.01%以下

Sも金属材料を溶製する際に原料などから混入してくる不純物元素であり、耐食性の低下を招き、熱間加工性、溶接性を劣化させる。従って、 Sの含有量は、可能な限り低減することが望ましぐ 0.01%以下とした。 0.007%以下が好ましぐさらに好ましいのは 0.002%以下である。

[0036] Cr: 15〜35%

Crは、高温の使用環境において、溶接継手中に侵入した Cと結合して浸炭層の成長を遅延する作用を有する。これによつて良好な耐メタルダステイング性が確保される。この効果はその含有量が 15%以上の場合に発揮される。しかし、その含有量が 3 5%を超えると、靱性の低下、熱間加工性の劣化が生じて母材の製造が困難になる。従って、 Crの含有量は 15〜35%とした。 Crの含有量は 18〜33%が望ましぐ更に望ましいのは、 25.2〜33%である。

[0037] Ni:40〜78%

Niは、高温強度と組織安定性を維持し、 Crと共存することによって耐食性を高める作用を有する元素である。また、 Niはメタルダステイングの発生を抑制する効果も有する。これらの効果は Niの含有量が 40%以上の場合に発揮される力 78%を超えてもその効果は飽和する。従って、 Niの含有量は 40〜78%とした。 Niの含有量は、 48〜 78%が好ましぐ更に 50〜78%であれば一層好ましい。最も好ましいのは 56〜78% である。

[0038] Al: 0.005〜2%

A1は、金属材料の溶製時に脱酸作用を有する元素である。 A1は、溶接継手表面の Cr酸ィ匕皮膜の下層または溶接継手の最表面に A1酸ィ匕皮膜を形成し、 Cの金属材料中への侵入を抑制するとともに金属材料中の Cの活量を高めて、耐メタルダスティング性を大幅に向上させる作用も有する。これらの効果を得るためには、 A1の含有量は 0.005%以上とする必要がある。しかし、その含有量力を超えると、母材の熱間加工性ゃ溶接性の低下が著しくなる。従って、 A1の含有量は 0.005〜2%とした。 A1の含有量の上限は 1.5%以下であれば更に好ましい。 A1の含有量の下限が 0.01%、上限力 .8%未満であれば一層好まし!/、。

[0039] N: 0.001〜0.2%

Nは、母材中の Cの活量を高めて、耐メタルダステイング性を向上させる作用を有する元素である。この効果は、その含有量が 0.001%未満では不十分である。し力し、 N の含有量力を超えると、 Crや A1の窒化物が多く形成されて、熱間加工性および溶接性が著しく低下する。従って、 Nの含有量は 0.001〜0.2%とした。上限は 0.02% 未満とするのが望ましい。

[0040] なお、 Siが 2%以下の場合には、 Nの含有量の下限は 0.005%とするのが望ましい。

一方、耐メタルダステイング性を大きく高めるために、 Siの含有量を 1.5%以上とした場合には、溶接性および熱間加工性の観点から Nの含有量の上限は 0.055%とするのがよい。この場合、 Nの含有量の上限は、 0.035%とすることが一層好ましぐ 0.025% とすれば極めて好ましい。

[0041] Cu: 0.015〜5.5%

Cuは、溶接継手中の Cの活量を高めて浸炭層の成長を抑制して、耐メタルダスティング性を向上させる元素である。この効果は、 0.015%以上の Cuを含有させることで発揮される。しかし、 5.5%を超えて Cuを含有させると、母材及び溶接金属の靱性が低下し、熱間加工性が著しく低下する。また溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる。従って、 Cuの含有量は 0.015〜5.5%とした。 Cuの含有量は 0.04〜4.8%が好ましぐ更に好ましいのは 1.5〜4.2%である。

[0042] Ti：下記 (1)式を満足する量

{ (Si-0.01) /30} +0.01Cu≤Ti≤5 · ' ·(1)

[0043] Tiは、炭化物形成元素であり、浸炭層の成長を抑制して耐メタルダステイング性を高め、高温強度を高める作用を有する元素である。 Tiには Siと高温にて化合物を形成して溶接凝固割れ感受性を低減させる作用もある。

[0044] 溶接凝固割れ感受性を低減するため、 Tiの含有量は、 Siおよび Cuの含有量との関係で、 {(Si-0.01)/30} +0.01Cu≤Tiとする必要がある。これは、 Siおよび Cu含有量が小さくなるほど、凝固割れ感受性を低減するために必要な Tiの添加量は減少するからである。 {(Si- 0.01)/30} +0.01Cu≤Tiの範囲の Tiを含有すれば、 Pによる溶接凝固割れ感受性への悪影響も抑制することができる。

[0045] しかし、 Tiの含有量が 5%を超えると、 Si-Ti化合物の晶出形態をオーステナイト相との共晶凝固組織ではなぐ化合物のみの晶出成長を誘発し、凝固割れ感受性を逆に増大させる。し力も、 Si-Tiィ匕合物の晶出量が増大して熱間加工性の低下を招く。 T iの含有量の上限は 4%であるのが望ましい。以上により、 Tiは上記の (1)式を満足する範囲で含有させることとした。

[0046] 本発明の溶接継手を構成する母材および溶接金属は、上記の化学組成を有し、残部は Feおよび不純物力なるものであればよい。また、耐メタルダステイング性を更に高めることを目的として、 Feの一部に代えて、 Co : 0.015〜5.5%、 Mo : 0.05〜10%、 Ta : 0.05〜5%、 W: 0.05〜5%、 V: 0.01〜l%、 Zr: 0.01〜1.4%、 Nb : 0.01〜1.4%および Hf: 0.01〜l%力選択される 1種以上を含有させてもよい。これは、下記の理由による。

[0047] Coは金属材料中の Cの活量を高め、浸炭層の成長を抑制して耐メタルダステイング性を向上させる作用を有する。また、 Mo、 Ta、 W、 V、 Zr、 Nbおよび Hfはいずれも炭化物形成元素であり、浸炭層の成長を抑制して耐メタルダステイング性を高める作用を有する。これらの効果が顕著となるのは、それぞれ Coは 0.015%以上、 Mo、 Taおよび Wは 0.05%以上、 V、 Zr、 Nbおよび Hfは 0.01%以上の場合である。し力し、これらの元素の含有量が多すぎると、熱間加工性、製造性、靱性および溶接性に悪影響を及ぼす。

[0048] 従って、これらの元素から選択される 1種以上を含有させる場合の含有量は、 Coは 0.015〜5.5%、 Moは 0.05〜10%、 Taは 0.05〜5%、 Wは 0.05〜5%、 Vは 0.01〜1%、 Zrは 0.01〜1.4%、 Nbは 0.01〜1.4%、 Hfは 0.01〜1%とするのが望ましい。これらの元素の含有量は、それぞれ Coは 0.02〜4.8%、 Moは 1〜10%、 Taおよび Wはいずれも 0 .5〜5%、 Zrおよび Nbはいずれも 0.01〜0.8%、 Vおよび Hfはいずれも 0.01〜0.6%とするのが望ましぐ更に、最も望ましいのは、それぞれ Coは 0.05〜4.2%、 Moは 1〜8 %、 Taおよび Wはいずれも 1〜3%、 Zrおよび Nbはいずれも 0.02〜0.8%、 Vは 0.01〜 0.3%, Hfは 0.02〜0.6^ο/_οである。

[0049] 本発明の溶接継手の母材および溶接金属は、熱間加工性向上を目的として、 Feの一部に代えて、 B： 0.0005〜0.3%、 Ca: 0.0005〜0.02%および Mg： 0.0005〜0.02%から選択される 1種以上を含有させてもょヽ。

[0050] これらの元素は、いずれも熱間加工性を高める作用を有する元素である。この効果が顕著となるのは、それぞれ 0.0005%以上含有させた場合である。しかし、 Bの含有量が 0.3%を超えると、溶接継手が脆ィ匕するとともに融点が低下して熱間加工性と溶接性の低下を招く。

[0051] Caまたは Mgの含有量が 0.02%を超えると、酸ィ匕物系介在物となって製品表面品質の劣化および耐食性の低下を招く。従って、これらの元素力選択される 1種以上を含有させる場合の含有量は、それぞれ Bは 0.0005〜0.3%、 Caおよび Mgはいずれも 0 .0005〜0.02%とするのが好ましい。いずれの元素も 0.0005〜0.015%とするのがより望ましぐ最も望ましいのは、 0.0005〜0.012%である。

[0052] 本発明の溶接継手の母材および溶接金属は、耐食性向上を目的として、 Feの一部に代えて、 REM : 0.005〜0.3%を含有させてもよい。なお、 REMとは、 Scおよび Yとランタノイド元素の合計 17元素の総称である。

[0053] REMは、使用環境において溶接継手表面に生成する Crおよび A1を含む酸ィ匕皮膜の均一性を高めて密着性を向上させ、耐食性を高める作用を有する。この効果が顕著となるのは、 0.005%以上の場合である。しかし、その含有量が 0.3%を超えると、粗大な酸ィ匕物を形成して靱性および熱間加工性の低下を招くとともに、表面疵の発生を増大させる。従って、 REMを添加する場合の含有量は、 0.005〜0.3%とするのがよい。 REM含有量は 0.005〜0.1%がより好ましぐ最も好ましいのは 0.005〜0.07%である。

[0054] 以上、母材と溶接金属を構成する成分につ!ヽて説明した。母材と溶接金属は、ともに各成分同じ含有量の範囲内にある化学組成を有するが、これは、母材と溶接金属の化学組成がまったく同一でなければならない、ということではない。母材と溶接金属のそれぞれの各成分が上述の含有量の範囲内であればよい。例えば、母材の Cが 0. 10%で、溶接金属の Cが 0.15%であっても差し支えはない。

[0055] 本発明の溶接継手は、 TIG溶接、 MIG溶接等の種々の溶接方法で作製することができる。溶接材料は、採用する溶接方法と溶接条件に応じて、前記の溶接金属の組成が得られる組成のものを選べばよい。また、 TIG溶接を採用する場合には、前述の ( e)力 (h)に示すものを用いるのが望まし、。

実施例

[0056] 表 1および表 2に示す化学組成の金属材料を高周波加熱真空炉を用いて溶製した。各金属材料のインゴットを通常の方法で鍛造した後、 1200°Cで固溶化熱処理を施し、突き合わせ部 1.5mmの 60° V開先加工が施された厚さ 12 mm、幅 50 mm、長さ 150 mmの拘束溶接割れ試験用試験片および厚さ 4mm、幅 10mm、長さ 20mmの耐メタルダステイング性評価用試験片を作製した。

[0057] 得られた拘束溶接割れ試験用試験片を用いて、周囲を拘束溶接し、あらカゝじめ各母材から作製した外径 1.2 mmの溶接材料 (溶接ワイヤー)を使用して、溶接電流 150 A、溶接電圧 15V、溶接速度 10 cm/minの条件で TIG溶接により多層盛り溶接を行つた。ここで、溶接金属の化学組成は、 TIG溶接の場合には希釈はほとんど生じないため、母材と同一である。

[0058] 次いで、拘束溶接割れ試験片の溶接ビード長に対する凝固割れ発生率を測定した。その調査結果を表 1および表 2に併記する。また、各金属材料の耐メタルダスティング性評価用試験片を用いて、体積比で 26%H -60%CO-11.5%CO -2.5%H Oの

2 2 2 雰囲気中で 630°Cにて 1000時間保持する試験を行った。その後、試験片の表面堆積物を除去し、超音波洗浄を施した後、光学顕微鏡にてピットの発生有無を調査した。この結果も表 1および表 2に併記する。なお、耐メタルダステイング性は 200時間未満でピットが発生しな、ことを目標とする。

[0059] [表 1]

「*」は本発明で規定される範囲を外れるこ <! ：:を意味する。

0061

しでも割れが生じたものを意味し、「〇」は、ビード内に割れが全く生じな力つたものを意味する。また、「耐メタルダステイング性」の「X」は、 200時間未満でピットが発生したもの、「△」は、 200時間以上 500時間未満でピットが発生したもの、「〇」は 500時間以上 1000時間未満でピットが発生したもの、「◎」は 1000時間にてピットが発生しなかつたものを意味する。

[0062] 表 1および表 2に示すように、 Tiの含有量が本発明で規定される範囲を下回る No.l 〜6では、溶接ビード全長に渡って溶接凝固割れが発生しており、溶接性に劣っていた。また、 Tiの含有量が本発明で規定される範囲を上回る No.29では、耐メタルダステイング性だけでなぐ鍛造時に多数の凝固割れを生じ、溶接性も非常に劣っていた。 Tiの含有量は本発明で規定される範囲内である力 Cuを含有しない No.7では、溶接凝固割れは発生しな力つた力十分な耐メタルダステイング性を確保できな力つた。

[0063] Tiの含有量は本発明で規定される範囲内である力 Siおよび Cuの含有量が本発明で規定される範囲を外れる No.33では、充分な耐メタルダステイング性を確保できなかった。また、 Tiの含有量は本発明で規定される範囲内である力 A1の含有量が本発明で規定される範囲を超える No.34は、耐メタルダステイング性は確保されて！、た力溶接熱影響部に多数の割れが生じた。

[0064] これに対し、本発明で規定される条件を全て満たす No.8〜28および 30〜32、 35、 3 6では、拘束溶接割れ試験での溶接ビード内に溶接凝固割れが全く無ぐ溶接凝固割れ感受性が極めて低減されており、しカゝも、耐メタルダステイング性に優れていた。産業上の利用可能性

[0065] 本発明の溶接継手は、耐メタルダステイング性および溶接性に優れてヽるので、石油精製や石油化学プラントなどにおける加熱炉管、配管、或いは熱交換器管などに利用することができ、装置の溶接施工性や耐久性、安全性を大幅に向上させることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 母材および溶接金属がともに、質量⁰ /₀で、 C:0.01〜0.45%、 Si: 1%を超え 4%以下、 Mn:0.01〜2%、 P: 0.05%以下、 S: 0.01%以下、 Cr:15〜35%、 Ni:40〜78%、 Al: 0.005〜2%、？^:0.001〜0.2%ぉょび01:0.015〜5.5%を含み、更に下記 (1)式を満足する Tiを含有し、残部は Feおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする溶接継手。

{(Si-0.01)/30}+ O.OlCu≤Ti≤5 ·'·(1)

[2] 請求項 1に記載の溶接継手において、母材および溶接金属がともに、 Feの一部に代えて、質量⁰ /oで、 Co:0.015〜5.5%、 Mo:0.05〜10%、 Ta:0.05〜5%、 W:0.05〜5 %、 V:0.01〜l%、 Zr:0.01〜1.4%、 Nb:0.01〜1.4%ぉょびHf:0.01〜l%カら選択される 1種以上を含む化学組成を有することを特徴とする溶接継手。

[3] 請求項 1または 2に記載の溶接継手において、母材および溶接金属がともに、 Feの一部に代えて、質量⁰ /₀で、 B:0.0005〜0.3%、 Ca:0.0005〜0.02%および Mg:0.0005 〜0.02%から選択される 1種以上を含む化学組成を有することを特徴とする溶接継手。

[4] 請求項 1から 3までのいずれか〖こ記載の溶接継手において、母材および溶接金属がともに、 Feの一部に代えて、質量％で、 REM:0.005〜0.3%を含む化学組成を有することを特徴とする溶接継手。

[5] 質量⁰ /₀で、 C:0.01〜0.45%、 Si: 1%を超え 4%以下、 Mn:0.01〜2%、 P:0.05%以下、 S:0.01%以下、 Cr:15〜35%、 Ni:40〜78%、 Al:0.005〜2%、 N:0.001〜0.2% および Cu:0.015〜5.5%を含み、更に下記 (1)式を満足する Tiを含有し、残部は Feおよび不純物からなる化学組成を有することを特徴とする請求項 1に係る溶接継手を TI G溶接法により作製するために用いる溶接材料。

{(Si-0.01)/30}+ O.OlCu≤Ti≤5 ·'·(1)

[6] 請求項 5に記載の溶接材料において、 Feの一部に代えて、質量％で、 Co:0.015〜 5.5%、 Mo:0.05〜10%、 Ta:0.05〜5%、 W:0.05〜5%、 V:0.01〜l%、 Zr:0.01〜l. 4%、 Nb : 0.01〜1.4%および Hf: 0.01〜l%力選択される 1種以上を含む化学組成を有することを特徴とする請求項 2に係る溶接継手を TIG溶接法により作製するために用いる溶接材料。

[7] 請求項 5または 6に記載の溶接材料にぉ、て、 Feの一部に代えて、質量％で、 B： 0 .0005〜0.3%、。&: 0.0005〜0.02%ぉょび\1_§: 0.0005〜0.02%カら選択される1種以上を含む化学組成を有することを特徴とする請求項 3に係る溶接継手を TIG溶接法により作製するために用いる溶接材料。

[8] 請求項 5から 7までのいずれかに記載の溶接材料において、 Feの一部に代えて、質量％で、 REM： 0.005〜0.3%を含む化学組成を有することを特徴とする請求項 4に係る溶接継手を TIG溶接法により作製するために用いる溶接材料。