JP2002235143A

JP2002235143A - 溶接金属および溶接構造物

Info

Publication number: JP2002235143A
Application number: JP2001028470A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Hirata; 弘征平田; Kazuhiro Ogawa; 和博小川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2002-08-23

Abstract

(57)【要約】【課題】耐再熱割れ性を有し、機械的強度の高い溶接金
属の提供。【解決手段】質量％で、Ｃ：0.01〜0.18％、Si：0.05〜
1％、Mn：0.30〜3％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.015％以
下、 Cr：3.5超〜8％、Ｖ：0.03〜0.4％、Nb：0.01〜0.
15％、Mo：0.01〜1％、Ｗ：0.01〜2％、Al：0.0005〜0.
05％以下、Ｎ：0.0005〜0.02％およびＯ（酸素）：0.05
％以下を含み、残部が実質的にFeからなり、かつMoのＷ
に対する比Mo／Ｗが0.03〜0.6となるように溶接金属を
作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低合金耐熱鋼用の
溶接金属およびその溶接金属を含む溶接構造物に係り、
より詳しくは、必須成分としてＷを含有させ高温強度を
高めた低合金耐熱鋼用の溶接金属およびその溶接金属を
含む溶接構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ、化学装置などの耐熱、耐圧配管
に用いられる高温材料としては、数％のCrを含む低合金
耐熱鋼、9〜12%の高Crフェライト系耐熱鋼、18Cr-8Ni鋼
に代表されるオ−ステナイト系ステンレス鋼等がよく知
られている。中でも、２・1/4Cr-１Mo鋼に代表される低
合金耐熱鋼は安価であるため、使用環境に応じて多量に
使用されている。

【０００３】上記の低合金耐熱鋼は、一般に焼き戻しベ
イナイト、焼き戻しマルテンサイト等、いわゆるフェラ
イト系の組織からなるが、高Crフェライト系耐熱鋼やオ
−ステナイト系ステンレス鋼に比べ、高温強度が低い。
このため、近年では、この低合金耐熱鋼をベ−スに、
Ｖ、NbあるいはＷを積極的に活用し高温強度を高めた低
合金耐熱鋼が多数提案されている（例えば、特開平２−
２１７４３８号公報、同３−８７３３２号公報、同１０
−８１９４号公報等）。

【０００４】一方で、母材の高強度化に合わせて、鋼材
を接合するために使用する溶接金属にも高強度化が求め
られる。そこで、溶接金属についても、同様な考えか
ら、Ｖ、NbあるいはＷを積極的に活用し高温強度を高め
ることが行われている。しかし、溶接金属にこれらの成
分元素を添加して高強度化を図ると、より再熱割れ感受
性が高まるという問題点が生ずることになる。そこで、
従来から、下記の〜に示すように、溶接金属中に
Ｖ、NbあるいはＷを含有させつつも、耐再熱割れ性を考
慮した溶接金属およびこの溶接金属を作製するための溶
接方法が提案されている。

【０００５】．特開平８−１５０４７８号公報には、
溶接金属中に不純物として存在する酸素の含有量を調整
することで耐ＳＲ割れ性（耐再熱割れ性）を改善し、さ
らに溶接金属にＢを適量添加することによって、酸素の
含有量を調整したことによって低下した靱性を改善した
溶接金属が開示されている。

【０００６】．特開平９−１６８８９１号公報には、
溶接棒の被覆剤における塩基度を一定値以下に規定した
被覆アーク溶接棒が開示されている。このような溶接棒
を用いれば、旧オ−ステナイト粒界にベイナイト（一部
はフェライト）の組織が析出し、その結果、粒界面積が
増加するので、単位面積にかかる応力が分散し、耐再熱
割れを防止することができるという。

【０００７】．特開平９−１９２８８１号公報および
特開平１０−１３７９７５号公報には、溶接金属中の旧
オーステナイト粒界に析出するセメンタイトの生成を抑
制することを主眼に置いた発明が開示されている。

【０００８】特開平９−１９２８８１号公報に記載の発
明では、ＳＲ処理（応力除去焼鈍）後の溶接金属に析出
されるセメンタイト、Ｍ_７Ｃ_３及びＭ_２３Ｃ_６に注目
し、溶接金属を電解抽出して得た残渣中に含まれるこれ
らの炭化物から、耐再熱割れ性を確保するために必要な
セメンタイトの限界析出量を定量的に決定している。す
なわち、電解抽出した残渣中のセメンタイトに起因する
Feと、Ｍ_７Ｃ_３及びＭ_２ _３Ｃ_６に起因するCrの含有量か
ら計算される含有量比（Fe含有量／Cr含有量）を一定値
以下とすることで、耐再熱割れ性を向上させるというも
のである。

【０００９】また、特開平１０−１３７９７５号公報に
記載の発明では、溶接金属中のＶ含有量およびＣ含有量
が一定量になるように溶接棒にＶおよびＣを添加すると
ともに、Ｖが窒化物として消費されないようにするため
に、溶接棒中のＮ含有量を低く抑えることで、Ｖ炭化物
が溶接金属の結晶粒内に析出することを促進し、その結
果、セメンタイトが析出することを抑制して、耐再熱割
れ性を向上させるという。但し、Ｖ含有量、Ｃ含有量お
よびＮ含有量に関する要件を満たすとともに、熱処理後
の溶接金属原質部から電解抽出により採取した残渣中の
Ｖ含有量、Fe含有量を一定値以下とすることを必須要件
とするものである。

【００１０】しかしながら、前出〜の溶接金属およ
び溶接方法では、それぞれ以下のような問題がある。

【００１１】前記の溶接金属では、溶接金属中の酸素
の含有量を規定しているものの、酸素は不純物として混
入してしまうため、溶接方法や溶接条件の影響を受けや
すく、酸素含有量の制御は困難である。たとえ、溶接条
件を同じにして溶接しても、同じ特性をもつ溶接金属を
形成することは難しく、再現性に欠けている。

【００１２】前記の溶接棒によって得られる溶接金属
では、旧オ−ステナイト粒界にフェライト（ベイナイ
ト）を析出させるため、靱性の低下を免れない。また、
は被覆剤の塩基度を規定した被覆アーク溶接棒に関す
る発明であり、溶接法が限定されるため、汎用性に欠け
る。

【００１３】最後に、前記で提案される溶接金属で
は、特定条件で熱処理した後に電解抽出により得られる
残渣の組成から、セメンタイトの析出限界を決定してい
るが、実際の溶接施工では、十分な耐再熱割れ性を有す
るかどうかを判断するためには、残渣の組成分析を行う
必要があり、作業効率も悪く、実用的ではない。

【００１４】したがって、従来技術では、高強度で、か
つ、十分な耐再熱割れ性を有する汎用性の高い耐熱鋼用
の溶接金属は未だ得られていないのが現状であり、その
実用化にはまだ高いハ−ドルが存在していた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、まず、
使用に耐え得るのに十分高い強度をもつ溶接金属を得る
ために、溶接金属にＷを含有させることを前提に従来の
溶接金属の改良を進めた。溶接金属の高強度化のために
は、溶接金属にＷを含有させることが有効であることが
知られている。しかし、Ｗを添加した溶接金属を熱処理
した場合、結晶粒界に、いわゆる再熱割れが発生しやす
くなる。

【００１６】実際に、従来に倣い、溶接金属にＷを添加
し熱処理することで、再熱割れを再現し、このときでき
た割れの破面および溶接金属の組織を詳細に調査した。
その結果、破面には、Ｎの顕著な濃化が認められた。そ
してさらに溶接金属の組織を電子顕微鏡により観察した
ところ、溶接金属の粒界には、母材に析出するのと同様
に、析出が予想された粗大なCr炭化物はほとんど生成せ
ず、粒界あるいはその近傍に微細なＶ窒化物、Nb窒化物
が生成していることが観察された。

【００１７】さらに、同様にＷを添加しない溶接金属も
作製し、溶接した際に生じた残留応力の緩和過程を調べ
たところ、Ｗを添加した溶接金属では、残留応力が熱処
理によって緩和しづらく、Ｗを添加しない溶接金属に比
べ、熱処理中の溶接金属には、なお高い残留応力が存在
していることが明らかになった。

【００１８】以上から、溶接金属が凝固する際に、Ｎの
偏析が生じ、粒界にＮが濃化する。そして、熱処理によ
り、Ｎが偏析した粒界または粒界近傍からは、Cr炭化物
より先に微細なＶ窒化物、Nb窒化物が析出する。その結
果、母材のように粒界に粗大なCr炭化物が数珠状に析出
する場合に比べ、粒界が脆化し、粒界強度と粒内強度の
相対的な強度差が大きくなって、再熱割れが生じると推
論できた。

【００１９】さらに、Ｗを添加した溶接金属では、Ｗを
添加しない溶接金属に比べ、熱処理の際に、応力が緩和
しがたいため、熱処理中に高い残留応力が溶接金属に存
在することが重畳し、再熱割れ感受性が非常に高くなる
と考えられた。

【００２０】本発明は、溶接金属へのＷ添加による高強
度化を図りつつ、Ｗ添加によって生じる粒界及び粒界近
傍のＶ窒化物、Nb窒化物の析出を抑制し、かつ熱処理で
の残留応力の緩和を容易にすることで再熱割れを防止し
た、高強度と高い耐再熱割れ感受性を両立した溶接金属
およびその溶接金属を含む溶接構造物を提供することを
目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】発明者らは、前述した知
見に基づき、種々の検討を行い、以下のような結論を得
た。

【００２２】（Ａ）従来の技術認識に反し、溶接金属で
は、母材と異なりCrを積極的に活用することが、課題の
解決に非常に有効な手段である。すなわち、Crの積極的
な添加は、第１の作用として、Ｎの活量を下げ、粒界へ
のＮの凝固偏析を抑制し、Ｖ窒化物、Nb窒化物の析出を
抑制し、第２の作用として、Cr炭化物を粒界に早期に析
出させる。その結果、溶接金属の組織は、母材と同様な
Cr炭化物が析出した状態になる。

【００２３】従来、母材と溶接金属のCr含有量は同量程
度とするのが常識であった。例えば、前記〜で示し
た溶接金属では、そのCr含有量の上限は母材成分と同量
程度に制限されている。具体的には、またはで示し
た溶接金属のCr含有量はいずれも2〜3.25％と規定され
ている。このようにCr含有量の上限が3.25％と規定され
ているのは、「溶接金属中のCrが3.25％を超える成分範
囲は、実際には高温環境下では使用されない母材のCr成
分範囲に相当し、この成分範囲を含有させるのは妥当で
ない」（；特開平８−１５０４７８号公報

【００２４】等）との技術認識に基づくものである。

【００２５】本発明は、この従来の技術認識に反し、溶
接金属のCr含有量を母材よりも多くし、溶接金属のCr含
有量を3.5％超とすれば、溶接金属の粒界に十分なCr炭
化物を析出させることができることを見い出した。

【００２６】（Ｂ）熱処理による残留応力の緩和が困難
であることについては、MoのＷに対する比Mo／Ｗを所定
の範囲とすることが、十分な高温強度を維持しながら熱
処理の早い段階で残留応力を緩和させるのに有効であ
る。

【００２７】本発明は、上記の（Ａ）、（Ｂ）の知見に
基づいて完成されたものであり、下記（１）の溶接金属
および（２）の溶接構造物を要旨としている。

【００２８】（１）質量％で、Ｃ：0.01〜0.18％、Si：
1％以下、Mn： 3％以下、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.015
％以下、 Cr：3.5超〜8％、Ｖ：0.03〜0.4％、Nb：0.01
〜0.15％、Mo：0.01〜1％、Ｗ：0.01〜2％、Al：0.05％
以下、Ｎ：0.0005〜0.02％およびＯ（酸素）：0.05％以
下を含み、残部が実質的にFeからなり、かつMoのＷに対
する比Mo／Ｗが0.03〜0.6である溶接金属。

【００２９】上記の溶接金属では、Feの一部に代えて、
質量％で、Ni：0.01〜1.5％、Cu：0.01〜1.5％および
Ｂ：0.0005〜0.01％の１種または２種以上を含んでもよ
い。

【００３０】（２）鋼材を溶接して組み立てた溶接構造
物であって、上記（１）の溶接金属を含む溶接構造物。

【００３１】なお、本発明の溶接金属とは、溶融点以上
にて溶接材料および母材金属が溶融し、再び凝固した部
分を、溶接構造物とは、溶接して作られた構造物をい
う。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明は、溶接金属およびこの溶
接金属を含む溶接構造物に関する発明である。本発明で
は、この溶接金属に含有する元素およびその含有量につ
いて規定する。溶接金属が規定された含有量を満足さえ
すれば、他の条件を満たさなくても高強度でかつ耐再熱
割れ性の高い特性を有するので、汎用性は高い。本発明
の溶接金属は主成分をFeとしており、以下では、Fe以外
の元素とその含有量について、限定理由を説明する。な
お、以下の説明において、各元素の含有量は全て質量％
である。

【００３３】Ｃ：0.01〜0.18％オ−ステナイト形成元素として作用し、δフェライトの
生成を抑制し、溶接金属の靱性確保に寄与する。また、
粒界上にCr炭化物を生成し、耐再熱割れ性を改善すると
ともに、粒内に微細な炭化物を生成し、強度確保にも寄
与する。そのためには少なくとも0.01％以上の添加が必
要である。しかし、過剰の添加は、溶接金属の硬さ上昇
を招き、溶接低温割れ感受性を増大させる。そのため、
上限は0.18％とする。好ましくは0.02〜0.15％、より好
ましくは0.03〜0.12％である。

【００３４】Si：1％以下製鋼時に脱酸元素として添加されるが、耐酸化性、耐高
温腐食性の向上に有効な元素である。しかし、過剰に溶
接金属に含まれる場合は、Ｎの凝固偏析を促進し、耐再
熱割れ性を劣化させるとともに、長時間、高温で使用し
た時には、靭性の低下を招く。そのため、上限は1％と
する。上限は、好ましくは0.9％、より好ましくは0.8％
である。なお、SiはMn、Alと相補的な関係にあり、製鋼
時に脱酸元素として、Mnまたは／およびAlが用いられる
場合は、Siは用いられないことがある。その結果、その
製鋼によって作製した材料を用いて溶接を行った場合、
溶接金属にSiが含有しないこともある。また、溶接金属
に0.05％以上のSiが含まれれば、溶接金属に耐酸化性、
耐高温腐食性を持たせることができるので、その効果を
狙う場合の下限は0.08％、好ましくは0.10％である。

【００３５】Mn：3％以下 Siと同様に製鋼時に脱酸元素として添加されるが、Ｎの
活量を下げ、Ｎの凝固偏析を抑制する効果がある。しか
し、過剰に溶接金属に含まれる場合は、長時間、高温で
使用すると、強度の低下および靱性の低下を招く。その
ため、添加範囲は3％以下とする。上限は、好ましくは
2.5％、より好ましくは2％である。また、MnはSi、Alと
相補的な関係にあり、Siの欄で述べたのと同様に、製鋼
時に脱酸元素として、Siまたは／およびAlが用いられる
場合は、Mnは用いられないことがある。その結果、その
製鋼によって作製した材料を用いて溶接を行った場合、
溶接金属にMnが含有しないこともある。また、溶接金属
に0.3％以上のMnが含まれれば、凝固時のＮの凝固偏析
を抑制する効果が得られるので、その効果を狙う場合の
下限は0.4％、好ましくは0.5％である。

【００３６】Ｐ： 0.025％以下鋼中に不純物として含まれる元素であるが、多量に含ま
れると、溶接時に凝固割れ、また、粒界に偏析し、熱処
理時の再熱割れ感受性を高める。そのため、0.025％以
下とする必要があり、好ましくは0.02％以下である。ま
た、特に下限は設けないが、極度の低減は製鋼時のコス
ト増を招くため、好ましくは0.0005％以上である。

【００３７】Ｓ： 0.015％以下Ｐと同様、不純物として含まれる元素であるが、多量に
含まれると、溶接時に凝固割れ、また、粒界に偏析し、
熱処理時の再熱割れ感受性を高める。そのため、0.015
％以下とする必要があり、好ましくは0.012％以下であ
る。また、特に下限は設けないが、極度の低減は製鋼時
のコスト増を招くため、好ましくは0.0005％以上であ
る。

【００３８】Cr：3.5％超〜8％低合金耐熱鋼においては高温での耐酸化性、耐腐食性お
よび強度を確保するために有効な元素である。また、溶
接金属の凝固時にＮの凝固偏析を抑制するとともに、粒
界にCr炭化物の析出を促進し、再熱割れを防止するため
の有効な元素である。

【００３９】低合金耐熱鋼を溶接する場合、従来では、
母材のCr含有量に律されて、溶接金属にこれを超えてCr
を含有させる技術認識はなかった。しかし、前述したよ
うに、溶接金属では凝固する際に、粒界にＮの偏析が生
じ、この後の熱処理により、粒界及び粒界近傍に微細な
Ｖ窒化物、Nb窒化物が析出する。このようなＶ窒化物、
Nb窒化物が再熱割れの一因となるため、Ｖ窒化物、Nb窒
化物の析出に代えて、優先的にCr炭化物を粒界および粒
界近傍に析出させるように、上記の技術認識を覆して、
Crを多く含有させることとする。すなわち、再熱割れを
防止するためには、3.5％を超えるCr添加が必要であ
る。

【００４０】一方、Crの過剰添加は、δフェライトの生
成を促すとともに、使用中に炭化物の粗大化を招き、強
度および靱性の低下を招く。そのため、8％を上限とす
る。好ましく3.8超〜7.8％である。より好ましくは4.0
超〜7.5％である。

【００４１】Ｖ：0.03〜0.4％Ｖは微細な炭化物、炭窒化物を形成し、クリ−プ強度の
確保に寄与する。しかし、過剰の添加は溶接後の熱処理
の際、粒内の炭化物の析出密度を増大させ、再熱割れ感
受性を高めるとともに、使用中には、急速な炭化物の凝
集、粗大化を招き、かえってクリ−プ強度の低下を招
く。そのため、添加範囲は0.03〜0.4％とする。好まし
くは0.05〜0.38％、より好ましくは0.08〜0.35％であ
る。

【００４２】Nb：0.01〜0.15％ Nbは、Ｖと同様な微細な炭化物および窒化物を形成し、
クリ−プ強度の確保に寄与する。しかし、過剰の添加は
溶接後の熱処理の際、粒内の炭化物の析出密度を増大さ
せ、再熱割れ感受性を高める。そのため、添加範囲は0.
01〜0.15％とする。好ましくは0.02〜0.12％である。

【００４３】Mo：0.01〜1％マトリックスを固溶強化するとともに炭化物を析出し、
クリ−プ強度の確保に寄与する。また、Ｐとの親和力が
強く、粒界偏析するＰ量を低減させるため、再熱割れ感
受性の低減にも寄与する。そのため、これらの効果を得
るために0.01％以上の添加を必要とする。しかし、過剰
の添加は、長時間、使用した後の靭性の低下を招くた
め、1％以下とする必要がある。好ましくは0.03〜0.95
％であり、より好ましくは0.05〜0.9％である。

【００４４】Ｗ：0.01〜2％ Moと同様にマトリックスを固溶強化するとともに炭化物
を生成し、クリ−プ強度の確保に寄与する。その効果は
0.01％以上の添加により現れる。しかし、過剰の添加
は、靭性の低下を招くため、2％以下とする必要があ
る。好ましくは0.03〜1.95％、より好ましくは0.05〜1.
9％である。

【００４５】Al：0.05％以下 Alは一般的には製鋼時に脱酸剤として添加されるが、耐
酸化性の向上に有効な元素である。過剰に溶接金属に含
まれる場合は、清浄度の低下により、加工性を損なうと
ともに、高温強度の低下も招く。そのため、上限は0.05
％とする。上限は、好ましくは0.03％、より好ましくは
0.02％である。また、AlはSi、Mnと相補的な関係にあ
り、製鋼時に脱酸元素として、Siまたは／およびMnが用
いられる場合は、Alは用いられないことがある。その結
果、その製鋼によって作製した材料を用いて溶接を行っ
た場合、溶接金属にAlが含有しないこともある。また、
溶接金属に0.0005％以上のAlが含まれれば、耐酸化性の
向上に寄与するので、その効果を狙う場合の下限は0.00
1％、好ましくは0.003％である。

【００４６】Ｎ：0.0005〜0.02％Ｎは溶接金属の凝固時に粒界に偏析し、微細窒化物の生
成を促進し、粒界脆化を招き、再熱割れ発生の原因とな
る。そのため、0.02％以下に低減する必要がある。しか
し、過剰な低減は、製造コストの大幅な増大を招くた
め、下限は0.0005％以上とする。好ましくは0.001〜0.0
18％、より好ましくは0.0015〜0.015％である。

【００４７】Ｏ（酸素）：0.05％以下鋼中の不純物元素であり、主に酸化物として存在し、加
工性、強度、靱性の低下を招く。そのため、0.05％以下
とする必要がある。また、特に下限は設けないが、極度
の低減は製造コストの大幅な増大を招くため、好ましく
は0.0005％以上である。

【００４８】Mo／Ｗ：0.03〜0.6 本発明は、以上のような元素を含有することに加え、Mo
のＷに対する比Mo／Ｗが0.03〜0.6を満たすことが必要
である。前述したように、Ｗは強度の確保に不可欠な元
素であるが、溶接金属中にＷが含まれていると、溶接し
た後の熱処理時に残留応力が緩和し難くなり、再熱割れ
感受性を増大させる。強度低下を防止し、かつ再熱割れ
を防止するためには、Mo／Ｗを0.03〜0.6とし、残留応
力の緩和を促す必要がある。Mo／Ｗが0.03未満の場合、
高い引張残留応力が熱処理時に存在するため、再熱割れ
が発生する。逆に、0.6を超える場合、十分な強度が確
保されない。好ましくは0.04〜0.58、より好ましくは0.
05〜0.55である。

【００４９】本発明の溶接金属が、Feの一部に代えて、
以下の元素のいずれかを含有してもよい。

【００５０】Ni：0.01〜1.5％オ−ステナイト生成元素であるため、δフェライト相の
生成を抑え、組織の安定性を確保し、靱性確保に有効で
ある。そのため、添加してもよい。しかし、過剰に添加
すると、高温で使用した場合、延性が低下するため、添
加範囲は0.01〜1.5％とする。好ましくは0.03〜1.3％、
より好ましくは0.05〜1.2％である。

【００５１】Cu：0.01〜1.5％ Niと同様オ−ステナイト生成元素であり、δフェライト
相の生成を抑え、組織の安定性を確保するのに有効であ
るため、添加してもよい。しかし、過剰に添加すると、
Niと同様、長時間、高温で使用した場合、延性が極端に
低下するため、添加範囲は0.01〜1.5％とする。好まし
くは0.03〜1.3％、より好ましくは0.05〜1.2％である。

【００５２】Ｂ：0.0005〜0.01％Ｂはフリ−Ｂとして粒界に存在して偏析サイトを占め、
Ｎの偏析を抑制し、粒界固着力を増大させ、再熱割れの
防止に効果を発揮する元素であるため、添加しても良
い。しかし、過剰の添加は高温強度の低下を招くため、
添加範囲は0.0005〜0.01％とする。好ましくは0.0008〜
0.008％、より好ましくは0.001〜0.006％である。

【００５３】本発明の効果は、上記の元素範囲を満足す
れば得られるが、さらに、Ca：0.02％以下、Mg：0.02％
以下、REM：0.02％以下等を添加しても失われない。ま
た、本発明の効果を得るためには、溶接金属の組成さえ
満足すればよく、それを得るための溶接方法、溶接材料
の形態などは特に問わない。

【００５４】さらに、上記の元素範囲を満足する溶接金
属を含む溶接構造物は、その溶接部で高強度、かつ再熱
割れが起こらないので、非常に強度の高いものとなる。
本発明の溶接構造物は、その母材が、２・1/4 Cr-１Mo
鋼を代表とする次の組成を有する低合金耐熱鋼であるこ
とが好ましい。

【００５５】即ち、質量％で、Ｃ：0.02〜0.5％、Si：
1.00％以下、Mn：1％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.01
％以下、 Cr：1.5〜3％、Ｖ：0.05〜0.35％、Mo：0.01
〜0.5％、Ｗ：1〜2％、Nb：0.01〜0.1％、Al：0.03％以
下、Ｎ：0.03％以下およびTi：0.03％以下を含み、残部
が実質的にFeからなる低合金耐熱鋼である。

【００５６】

【実施例】本発明の効果を調べるために、実際に鋼板
（母材）を溶接し、溶接金属を作製した。

【００５７】表１は本発明の実施に当たり用いた母材の
化学組成を示す表である。表１の化学組成のインゴット
から鍛造、圧延、熱処理の工程を経て、厚さ40mmの鋼板
を作製し、供試材料とした。

【００５８】

【表１】図１は、供試材料1を拘束板3に溶接した試験体を模式的
に示した側面図である。供試材料1の端部には開先4を設
け、拘束板3に四周を拘束溶接して試験体とした。この
試験体の開先4内には、熱間加工、線引加工により作製
した外径1.2mmの溶接材料（溶接棒）を用い予熱し、250
℃にてTIG多層溶接した。

【００５９】表２は、このとき用いた溶接材料の化学組
成を示す表である。

【００６０】

【表２】表３は、その溶接材料を用い作製した試料（継手No.）
の溶接条件（平均入熱）を示す表である。同一の化学組
成を有する溶接材料に対しては、平均入熱25kJ/cm、50k
J/cmの２条件で溶接を行った。溶接後は、715℃で5時間
の熱処理を行い、溶接金属の化学組成について分析を行
った。

【００６１】

【表３】表４は各試料の溶接金属の化学組成を示す表である。表
４からもわかるように、同一の化学組成を有する溶接材
料を用いても、溶接の入熱条件が異なると、母材により
溶接材料が希釈される度合いが異なるため、化学組成の
異なる溶接金属が生成する。

【００６２】

【表４】その後、溶接部の横断面を現出させ、溶接金属および溶
接熱影響部の再熱割れ発生の有無を調べた。再熱割れの
評価では、同一条件で試料を５つ作製し、５つの断面全
てにおいて割れが認められなかったものを合格（○）、
一断面でも割れの発生が認められたものについては不合
格（×）とした。続いて、再熱割れ評価の結果が合格で
あったものについては、クリ−プ試験および衝撃試験に
供した。

【００６３】図２は、クリープ試験片を模式的に表した
図である。図２に示すように、溶接し熱処理をした試験
片から平行部の直径6mm、平行部長さ30mmとなるように
クリ−プ試験片を採取し、550℃×206MPaの試験条件で
クリープ試験を行った。クリ−プ試験では母材の破断寿
命に対し、溶接継手のクリ−プ破断寿命が70％以上とな
るものを合格（○）、70％未満のものを不合格（×）と
した。

【００６４】また、衝撃試験では、溶接金属部にノッチ
を持つJIS Z2202で規定される4号衝撃試験片を採取し、
0℃での試験を行った。衝撃試験の評価では、吸収エネ
ルギ−が実用上、十分な値である40Jを基準とし、40J以
上であるものを合格（○）、40J未満のものを不合格
（×）とした。

【００６５】表５は、溶接金属の化学組成と３つの試験
による性能評価を示す表である。表５から明らかなよう
に、本発明の要件を満たす溶接金属を有する溶接継手
（継手No. AJ1〜AJ20）は、溶接し、熱処理しても再熱
割れが発生せず、また、十分なクリ−プ強度、衝撃特性
を有することが確認できた。

【００６６】

【表５】一方、継手No. BJ1、BJ6は、Cr含有量の低い溶接材料を
用いて溶接を行い、溶接金属のCr含有量が3.5%を下回っ
たため、粒界にCr炭化物が十分に析出せず、熱処理の
際、溶接金属に再熱割れが発生した。逆に、BJ2、BJ7
は、Cr含有量の高い溶接材料を用いて溶接を行い、Cr含
有量が8%を超えたため、δフェライトが多量に生成し、
十分な靱性が得られなかった。特に、BJ2については、M
o／Ｗが0.6を超えたため、十分なクリ−プ強度も得られ
なかった。

【００６７】BJ3、BJ8は、Mo／Ｗが0.6を超え、残留応
力が緩和しやすくなり、再熱割れは発生しなかったもの
の、十分なクリ−プ強度が得られなかった。逆に、BJ
4、BJ9は、Mo／Ｗが0.03を下回り、熱処理中に残留応力
が緩和しがたくなったため、溶接金属に再熱割れが発生
した。

【００６８】BJ5、BJ10は、N含有量が0.020%を上回った
ため、Nの凝固偏析が促進され、熱処理の際、粒界に微
細な炭窒化物が析出し、溶接金属に再熱割れが発生し
た。

【００６９】以上に述べたように、本発明の要件を満足
した溶接金属のみが再熱割れが発生せず、十分なクリ−
プ強度、衝撃特性を有することが確認された。

【００７０】

【発明の効果】以上、詳述したように、溶接金属が本発
明の規定する範囲を満足すれば、溶接後の熱処理の際、
再熱割れをすることもなく、かつ優れた機械的に十分な
特性を溶接金属に付加することができるので、この溶接
金属を含む溶接構造物は、十分な強度、耐割れ性を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】供試材料を拘束板に溶接した試験体を模式的に
表した側面図である。

【図２】クリープ試験片を模式的に表した図である。

【符号の説明】

１：供試材料２：拘束溶接部３：拘束板４：開先

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 9/00 ５０１Ｂ２３Ｋ 9/00 ５０１ＰＢ２３Ｋ 101:04 Ｂ２３Ｋ 101:04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：0.01〜0.18％、Si：1％以
下、Mn： 3％以下、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.015％以
下、 Cr：3.5超〜8％、Ｖ：0.03〜0.4％、Nb：0.01〜0.
15％、Mo：0.01〜1％、Ｗ：0.01〜2％、Al：0.05％以
下、Ｎ：0.0005〜0.02％およびＯ（酸素）：0.05％以下
を含み、残部が実質的にFeからなり、かつMoのＷに対す
る比Mo／Ｗが0.03〜0.6であることを特徴とする溶接金
属。
【請求項２】Feの一部に代えて、質量％で、Ni：0.01〜
1.5％、Cu：0.01〜1.5％およびＢ：0.0005〜0.01％の１
種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１に記
載の溶接金属。
【請求項３】鋼材を溶接して組み立てた溶接構造物であ
って、請求項１または２の溶接金属を含むことを特徴と
する溶接構造物。