JP2015093287A

JP2015093287A - フェライト系耐熱鋼用溶接材料

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Publication number: JP2015093287A
Application number: JP2013232583A
Authority: JP
Inventors: 正数松井; Masakazu Matsui; 文雄西; Fumio Nishi; 紀彦浅尾; Norihiko Asao; 貞一郎斎藤; Teiichiro Saito; 哲也三五; Tetsuya Sango; 岡本　健二; Kenji Okamoto; 健二岡本
Original assignee: Nippon Welding Rod Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Nippon Welding Rod Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: JP6039532B2

Abstract

【課題】手間のかかる溶接を行うことなく、溶接金属の機械的特性を高くすることができ、かつ溶接作業性に優れたフェライト系耐熱鋼用溶接材料を提供する。【解決手段】Ｃ：０．０５〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．０１〜１．００質量％、Ｍｎ：０．２〜２．０質量％、Ｃｒ：８．０〜１４．０質量％、Ｎｉ：０．１〜１．０質量％、Ｍｏ：０．１〜０．７質量％、Ｔａ：０．２６〜０．６０質量％、Ｖ：０．１〜０．７質量％、Ｗ：０．２〜２．５質量％、Ｃｕ：０．７６〜２．０質量％、Ｎ：０．００１〜０．０８質量％、Ｂ：０．０１００質量％以下、Ｐ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｏ：０．０７質量％以下、Ａｌ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．０１質量％以下、Ｍｇ：０．０１質量％以下、残部がＦｅからなる化学組成を有するフェライト系耐熱鋼用溶接材料を製造する。【選択図】図１

Description

本発明は、高温、高圧の環境下で作動する発電プラント等の溶接で用いられるフェライト系耐熱鋼用溶接材料に関するものである。

高温、高圧の環境下で作動する火力発電プラントの主蒸気管等に用いるフェライト系耐熱鋼用溶接材料として、下記の特許文献１〜１１に示されるものが知られている。

特許文献１〜５には、ＮｂまたはＮｂ及びＴａを添加してクリープ強度を向上または安定化させる技術が開示されている。

特許文献６には、ＮｂとＴａを組み合わせて添加することによって、クリープ強度を確保する技術が開示されている。

特許文献７には、本発明とは使用される分野が異なるが核融合炉において、誘導放射化元素の一つであるＮｂを規制し、Ｔａを添加することによって、クリープ強度を向上させ、また組織微細化による耐衝撃性能を向上させる技術が開示されている。

特許文献８には、低Ｃｒ鋼と高Ｃｒ鋼との異材溶接において通常は２段階の熱処理を行うところ、Ｎｂの代わりにＴａを添加することにより、１回の熱処理で良好な耐衝撃性能が得られる高靱性溶接材料が開示されている。

また特許文献９には、特許文献８を基にＣｕを添加し、高強度、高靭性を得られる高Ｃｒ鋼溶接材料が開示されている。

特許文献１０、１１には、希土類元素（ＲＥＭ）を添加して不活性シールドガス中でアークを安定化させる技術が開示されている。

特許第４４７６０１８号公報特許第３９３８０６８号公報特開２０００−３０１３７７号公報特開平９−３０８９８９号公報特開平７−９６３９０号公報特許第３３７５８１７号公報特許第３１５５１４８号公報特開平８−２９０２９０号公報特許第３００９６５８号公報特開２００１−１９１１９７号公報特許第３８５４４４０号公報

高温、高圧の環境下で長時間使用される機器の溶接部では、クリープ破断強度（ある温度環境で所定の材料に一定応力をかけて放置し続けた場合に、クリープ変形によりその材料が破断するときの引張強度。以下、クリープ強度という）及び耐衝撃性能が求められる。また、実機の溶接施工においては拘束応力が高く溶接割れが発生しやすい厚肉構造部材での溶接に用いられることが多く、溶接金属の健全性を確保すること等の観点から優れた耐溶接割れ性が要求される。さらに、溶接作業能率向上及び施工に係るコスト低減の観点から、Ｏ_２やＣＯ_２などの活性ガスを含むシールドガスを用いたガスメタルアーク溶接法（以下、ガスメタルアーク溶接法という）での溶接作業性の安定性が必要不可欠となる。また、より高品質な溶接金属が得られるＴＩＧ溶接法においても溶接ビード表面に発生する酸化スケールが多いと、融合不良などの溶接欠陥の原因となるため、酸化スケール発生量の少ない溶接材料が求められる。

また、通常フェライト系耐熱鋼溶接部は溶接施工後に溶接部の延性や耐衝撃性能を改善させるため溶接後熱処理を施す。この際、溶着金属のＡｃ１変態点温度が溶接後熱処理温度より低い場合、クリープ強度や耐衝撃性能が大きく劣化する場合がある。ここで、Ａｃ１変態点温度とは、マルテンサイトを加熱した際に、マルテンサイトの一部がオーステナイトに変態し始める温度をいう。クリープ強度及び耐衝撃性能をより安定的なものにするため、溶着金属のＡｃ１変態点温度は電気工作物に関する法令（火力技術基準）で定められた溶接後熱処理温度の上限値である７６０℃以上となることが望ましい。

しかしながら、特許文献１〜１１の技術では、ＴＩＧ溶接等の作業に手間がかかる溶接を行わずに、ガスメタルアーク溶接法等の作業が簡便な溶接を行った場合は、溶着金属の機械的強度を高くしながら、溶接作業性を向上させることはできず、さらに、溶着金属のＡｃ１変態点温度を７６０℃以上まで上げることはできなかった。

本発明の目的は、作業が簡便な溶接を行う場合でも、溶接金属の機械的特性を高くすることができ、かつ溶接作業性に優れたフェライト系耐熱鋼用溶接材料を提供することにある。

本発明の目的は、溶接金属の機械的特性および溶接作業性を低下させることなく、溶接後の熱処理温度を高くすることができるフェライト系耐熱用溶接材料を提供することにある。

本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料は、Ｃ：０．０５〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．０１〜１．００質量％、Ｍｎ：０．２〜２．０質量％、Ｃｒ：８．０〜１４．０質量％、Ｎｉ：０．１〜１．０質量％、Ｍｏ：０．１〜０．７質量％、Ｔａ：０．２６〜０．６０質量％、Ｖ：０．１〜０．７質量％、Ｗ：０．２〜２．５質量％、Ｃｕ：０．７６〜２．０質量％、Ｎ：０．００１〜０．０８質量％、Ｂ：０．０１００質量％以下を含有し、不可避的不純物としてＰ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｏ：０．０７質量％以下、Ａｌ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．０１質量％以下、Ｍｇ：０．０１質量％以下、Ｒｅｍ：０．０１質量％未満を含有し、残部がＦｅからなる化学組成を有している。このような化学組成を有するフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いると、ガスメタルアーク溶接等の作業が簡便な溶接を行うことにより（すなわちＴＩＧ溶接等の作業に手間がかかる溶接を行わなくても）、溶接金属の機械的特性（引張強度、クリープ強度、耐衝撃性能、耐溶接割れ性）を高くすることができ、しかも安定した溶接作業性とすることができる。

また、発明者は、上記の化学組成を有することに加えて、該化学組成中のＣｒ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎの各元素が下記（１）式の関係を満たすことにより、溶接金属のＡｃ１変態点温度が７６０℃以上となることを見い出した。なお、（１）式中の「Ｃｒ」、「Ｗ」、「Ｎｉ」、「Ｍｎ」、「Ｃｕ」、「Ｎ」で示された元素記号には、質量％で表された各元素の含有量が挿入される。

Ｃｒ＋０．４Ｗ−１０．７Ｎｉ−０．１Ｍｎ−０．７Ｃｕ−２９．５Ｎ≧１．０
・・・（１）
すなわち、溶接後の熱処理温度の上限値が法令等で定められている場合に、定められた温度の上限値まで溶接後の熱処理温度を上げることができる。例えば、電気工作物に関する法令（火力技術基準）で定められた溶接後熱処理温度の上限値である７６０℃まで、溶接後の熱処理温度を上げることができる。そのため、溶接後の残留応力の除去や溶接金属の組織改善を確実に行うことができる。また、見方を変えると、法令で定められた最大熱処理温度の７６０℃で溶接後の熱処理を行っても、溶接金属の機械的強度を高い状態で維持することができる。

以下、各元素の作用及び含有量の限定理由について示す。

Ｃ（炭素）は、焼き入れ性を高め室温強度を高めると共に、炭化物を形成しクリープ強度を高める。Ｃが０．０５質量％未満ではその効果が十分に得られず、また、Ｃが０．１５質量％を超えると強度が高くなりすぎて耐溶接割れ性が低下するので、これらの点を考慮してＣ量は０．０５〜０．１５質量％にするのが好ましい。

Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸効果が得られ、また溶接作業性の点において溶接ビードのなじみ性を良好にさせるが、Ｓｉが０．０１質量％未満ではこれらの効果が十分に得られず、またＳｉが１．００質量％を超えると耐衝撃性能が低下するので、Ｓｉ量は０．０１〜１．００質量％にするのが好ましい。

Ｍｎ（マンガン）は、Ｓｉと同様に脱酸元素として有効であり、また耐衝撃性能の改善に有効である。しかし、Ｍｎが０．２質量％未満ではこれらの効果が十分に得られず、また、多量に添加するとクリープ強度が低下するため、Ｍｎ量は０．２〜２．０質量％にするのが好ましい。

Ｃｒ（クロム）は、クリープ強度を確保するために重要な元素である。Ｃｒが８．０質量％未満ではその効果が十分に得られず、またＣｒが１４質量％を超えると溶接金属中にδフェライト組織の析出が顕著となり耐衝撃性能が低下するため、これらの点を考慮してＣｒ量は８．０〜１４．０質量％にするのが好ましい。

Ｎｉ（ニッケル）は、オーステナイト安定化元素であり、δフェライト組織の析出を抑制する効果がある。これにより溶接金属の耐衝撃性能を向上させることができる。しかし、Ｎｉが０．１質量％未満ではこれらの効果が十分に得られず、Ｎｉを多量に添加するとクリープ強度が低下するため、Ｎｉ量は０．１〜１．０質量％にするのが好ましい。

Ｍｏ（モリブデン）は、固溶体強化により室温強度及びクリープ強度を高める元素であるが、Ｍｏが０．１質量％未満ではこの効果が十分に得られず、多量に添加すると耐衝撃性能が低下するので、Ｍｏ量は０．１〜０．７％にするのが好ましい。

Ｔａ（タンタル）は、耐溶接割れ性を低下させることなくクリープ強度を向上させるため重要な元素である。発明者は、Ｎｂの替わりにＴａを添加することで、耐溶接割れ性を低下させることなくクリープ強度を向上させることを見い出した。Ｔａ量は０．２６％以下ではその効果が弱く、また添加量が多すぎると過剰に析出物が発生し、耐衝撃性能が低下するため、Ｔａ量は０．２６〜０．６０質量％にするのが好ましい。

Ｖ（バナジウム）はクリープ強度改善に効果のある元素であるが、Ｖ量が０．１％以下ではその効果が弱く、また多量に添加すると溶接性が低下するので、Ｖ量は０．１〜０．７質量％にするのが好ましい。

Ｗ（タングステン）は、Ｍｏと同様に固溶体強化元素としてクリープ強度の改善及び安定化に寄与する。しかし、Ｗが少量ではこれらの効果が十分に得られず、多量に添加すると耐衝撃性能を低下させるので、Ｗ量は０．２〜２．５質量％にするのが好ましい。

Ｃｕ（銅）は、Ｎｉと同様にオーステナイト安定化元素であり、耐衝撃性能の向上に効果がある。しかしながら、Ｃｕが少量ではこの効果が十分に得られず、多量に添加するとＡｃ１変態点温度を低下させクリープ強度が低下するので、Ｃｕ量は０．７６〜２．０質量％にするのが好ましい。

Ｎ（窒素）は、固溶体強化により室温強度を高め、また高温では窒化物を形成し、クリープ強度を向上させる。しかしながら、Ｎの添加量が少ないと、この効果が弱く、また、過剰に添加した場合は、溶接作業性においてスパッタの発生量の増大、ブローホール発生の原因となる。そのため、Ｎ量は０．００１〜０．０８０質量％にするのが好ましい。

Ｂ（ホウ素）は、粒界強化によりクリープ強度を向上させるのに有効である。多量に添加しすぎると、耐衝撃性能及び耐溶接割れ性が低下するので、Ｂ量は０．０１００質量％以下にするのが好ましい。

本発明はさらに、Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｇ、希土類（Ｒｅｍ）を以下に示す理由より規制する必要がある。

Ｐ（リン）は、不可避不純物であり、過剰に含まれると低融点不純物を形成し溶接割れ感受性を増大させる。よって、Ｐ量は０．０１０質量％以下とした。より溶接割れ感受性を向上させるには、Ｐ量は０．００５質量％以下が望ましい。

Ｓ（硫黄）は、Ｐと同様に不可避不純物元素であり、過剰に含まれると溶接割れ感受性を増大させるため、極力低く抑える必要がある。よって、Ｓ量は０．０１０％以下とした。更に溶接割れ感受性を向上させるには、Ｓ量は０．００５質量％以下が望ましい。

Ｏ（酸素）は、不可避不純物であり過剰に添加すると酸化物を形成し耐衝撃性能が著しく低下する。また溶接作業性の点においてもブローホールやスパッタの発生原因となるため、極力低く抑える必要がある。よって、Ｏ量は０．０７質量％以下が望ましい。

溶接作業性（スパッタ発生の抑制等の効果）を向上させるため、活性ガスと親和力の強いＣａ、Ｍｇ及びＲｅｍ（希土類）のうち、Ｃａ、Ｍｇはいずれも０．０１質量％以下が好ましく、Ｒｅｍ（希土類）は０．０１質量％未満が好ましい。また、Ａｌ、Ｔｉは、不可避不純物として含有するが、各々０．０２質量％以下が好ましい。

本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料の実施例を示す化学組成と、効果を確認するための比較例の化学組成とを示す表である。図１に示すフェライト系耐熱鋼溶接材料の実施例と比較例について、ガスメタルアーク溶接法での溶接作業性評価及びガスメタルア−ク溶接法により溶接された溶着金属のＡｃ１変態点温度、引張強度、クリープ強度、耐衝撃性能および耐溶接割れ性を評価する表である。

以下、本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態として、本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料の化学組成と、本発明の効果を確認するための比較例の化学組成とを示す表である。図１より、実施例１〜１７の化学組成は、いずれもＣ：０．０５〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．０１〜１．００質量％、Ｍｎ：０．２〜２．０質量％、Ｃｒ：８．０〜１４．０質量％、Ｎｉ：０．１〜１．０質量％、Ｍｏ：０．１〜０．７質量％、Ｔａ：０．２６〜０．６０質量％、Ｖ：０．１〜０．７質量％、Ｗ：０．２〜２．５質量％、Ｃｕ：０．７６〜２．０質量％、Ｎ：０．００１〜０．０８質量％、Ｂ：０．０１００質量％以下を含有し、Ｐ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｏ：０．０７質量％以下、Ａｌ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．０１質量％以下、Ｍｇ：０．０１質量％以下、Ｒｅｍ：０．０１質量％未満で、残部がＦｅからなる化学組成を有しており、かつ、下記（１）式の条件を満たしている。なお、下記（１）式中の「Ｃｒ」、「Ｗ」、「Ｎｉ」、「Ｍｎ」、「Ｃｕ」、「Ｎ」で示された元素記号には、質量％で表された各元素の含有量（数値）が入る。

Ｃｒ＋０．４Ｗ−１０．７Ｎｉ−０．１Ｍｎ−０．７Ｃｕ−２９．５Ｎ≧１．０
・・・（１）
図１に示す実施例１〜１７について、比較例との対比から、溶接材料としての性能を評価した。図２はガスメタルアーク溶接法による溶接作業性評価と溶着金属の引張強度、クリープ強度、耐衝撃性能、耐溶接割れ性及びＡｃ１変態点温度を評価する図である。溶接作業性は、ビードオンプレート溶接により溶接を行い、ガスメタルアーク溶接法でのアーク安定性、スパッタ発生量及びビード形状について評価し、良好な溶接作業性が得られるものを合格とした。また、溶接作業性が良好であったものについて、以下の溶着金属の性能評価試験を行った。

溶着金属の性能評価としてはガスメタルアーク溶接法により溶接された溶着金属の試験片を作製し、引張試験ではＪＩＳＧ０２０２に基づいて、室温における引張強度が６２０ＭＰａ以上で破断時の伸び率２０％以上を合格とした。クリープ破断試験はＪＩＳＧ０２０２に基づいて温度条件６５０℃、負荷応力９８ＭＰａの条件下で破断時間１０００ｈｒ以上を合格とした。

耐衝撃性能はＪＩＳＧ０２０２に基づいて、シャルピー衝撃試験により試験温度０℃でのシャルピー吸収エネルギーが３回の平均値で２１Ｊ以上を合格とした。

耐溶接割れ性は、トランスバレストレイン溶接割れ試験を行った。板厚４ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ１００ｍｍの試験片を用いて、ガスメタルア−ク溶接による肉盛溶接金属上をタングステンア−ク溶接によるナメ付け溶接を行い、溶接中に溶接方向に対して直角の方向に試験片を瞬間的に曲げることで、歪み（負荷歪み量２％）を与え、強制的に溶接割れを発生させ、発生した割れの最大割れ長さを測定し、耐溶接割れ性の定量評価を行った。また実機施工を想定した厚肉構造部材での耐溶接割れ性を評価するため、５０ｍｍ厚板開先溶接部の側曲げ試験を行った。側曲げ試験は５０ｍｍ板厚の開先溶接部から採取された板厚１０ｍｍの試験片を用いて、側曲げ試験はＪＩＳＺ３１２２に基づいて実施し、型曲げ試験方法により行った。曲げ方法はジグの雄型を試験片がＵ字形になるように雌型ジグに押し付けて行い、その際の試験片曲率半径（Ｒ）は試験片板厚の２倍（Ｒ＝２０ｍｍ）とした。試験後曲げ表面をＪＩＳＺ２３４３−１に基づき染色浸透探傷試験を行い、溶接部に発生した割れの個数並びに拡大鏡を用いて割れの長さを測定した。

耐割れ性試験は以上の２項目で評価し、トランスバレストレイン試験で最大割れ長さ
が０．６ｍｍ以下を合格とし、かつ実機施工を想定した側曲げ試験で電気工作物の溶接の技術省令第８１号の規定に基づいて、（１）割れ（またはブローホール）の長さが３ｍｍを超えないこと（縁角に発生するものを除く）、（２）上記（１）の条件を満たす割れの長さの合計が７ｍｍを超えないこと、及び（３）割れ及び／またはブローホールの個数が１０個を超えないこと、の全ての要件を満たしたものを合格とした。

Ａｃ１変態点温度は、溶着金属から採取したφ３ｍｍ×１０ｍｍの試験片を用いて、フォーマスター測定方法により、加熱による相変態時の伸び量の変化を測定することでＡｃ１変態点温度を求め、電気工作物に関する法令（火力技術基準）で定められる溶接後熱処理温度の上限温度である７６０℃以上を合格とした。

図２から、実施例１〜１７の化学組成を有するフェライト系耐熱鋼用溶接材料（溶接ワイヤ）を用いると、ガスメタルアーク溶接法において良好な溶接作業性が得られ、ガスメタルアーク溶接法で溶接された溶着金属のＡｃ１変態点温度が７６０℃以上を維持し、クリープ強度及び耐衝撃性能が共に良好で、且つ拘束応力の厳しい実機施工にも耐えうる耐溶接割れ性を備えた溶接部を得ることができた。

具体的に説明すると、比較例１ではＣｕ量が実施例より低いため、十分な耐衝撃性能が得られず、かつＴａ量が実施例より低いため、十分なクリープ強度が得られていない。比較例２ではＣｕ量の適正化により耐衝撃性能は確保できているが、Ｔａ量が実施例より低いため、クリープ強度が不十分である。比較例３ではＣｕ量は適正範囲内であるが、Ｔａの過剰添加により耐衝撃性能が低下している。比較例４ではＴａの適正添加によりクリープ強度は確保できているが、Ｃｕ量が実施例より低いため、十分な耐衝撃性能が得られていない。また比較例５ではＣｕ量の過剰添加により適正なＴａ量であっても十分なクリープ強度が得られない。これに対して、実施例１〜１７では、特にＣｕ量とＴａ量を適正化することにより、耐衝撃性能とクリープ強度が共に良好な溶着金属を得ることができた。

比較例６ではＮｂの添加によりクリープ性能は確保できているが、トランスバレストレイン溶接割れ性評価において少量のＮｂであっても耐溶接割れ性が実施例より高い傾向を示し、実機施工を想定した厚肉構造部材での側曲げ試験では省令８１号（１）項に示される割れ（またはブローホール）の長さが３ｍｍを超えないことの要件を満足しなかった。また比較例７に示すＮｂとＴａの複合添加においても、Ｎｂを含有することで、比較例６と同様に耐溶接割れ性が高い傾向を示した。これに対して、実施例１〜１７では、特にＴａのみの添加とすることで、クリープ強度を確保しつつ、実機施工を想定した厚肉部材での側曲げ試験においても、省令８１号を十分満足する耐溶接割れ性を得ることができた。

また、比較例８では、Ａｌ及びＴｉが、比較例９ではＭｇ、Ｃａが、比較例１０ではＲｅｍ（希土類）が実施例より多いため、ガスメタルアーク溶接において、スパッタの発生量が増加し安定した溶接作業性が得られず、比較例１８ではＮ量が実施例より多いため、スパッタの発生が多く、またブローホールが発生し、良好な溶接作業性が得られなかった。これに対して、実施例１〜１７ではＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｒｅｍ、Ｎを適正化することで良好な溶接作業性を得ることができた。

また比較例１１では、（１）式Ｃｒ＋０．４Ｗ−１０．７Ｎｉ−０．１Ｍｎ−０．７Ｃｕ−２９．５Ｎ≧１．０を満足していないため、Ａｃ１変態点が７６０℃未満となり、溶接後熱処理によりクリープ強度が合格基準を満たさず、また耐衝撃性能が実施例より低下している。これに対して、実施例１〜１７の化学組成は、特に（１）式Ｃｒ＋０．４Ｗ−１０．７Ｎｉ−０．１Ｍｎ−０．７Ｃｕ−２９．５Ｎ≧１．０を満足することで、いずれも溶着金属のＡｃ１変態点温度が７６０℃以上となり、実機施工において実施される溶接後熱処理、つまりは電気工作物に関する法令（火力技術基準）で定められた溶接後の最大熱処理温度である７６０℃で行っても、クリープ強度と耐衝撃性を劣化させることなく維持することができる。

比較例１２では、Ｃ量、Ｍｏ量、Ｃｕ量、Ｎ量がそれぞれ、実施例より少ないため、常温での引張試験強度が低く合格基準を満足せず、かつ、クリ−プ強度も不十分であった。これに対して実施例１〜１７ではＣ量、Ｍｏ量、Ｎ量を適正化することで、良好な室温強度を得ることができた。

比較例１３ではＭｎ量、Ｎｉ量がそれぞれ実施例より多いため、クリ−プ強度が不十分であり、比較例１４ではＭｎ量、Ｎｉ量がそれぞれ実施例より少ないため、耐衝撃性能が不十分である。これに対して実施例１〜１７ではＭｎ量、Ｎｉ量を適正化することで、クリ−プ強度及び耐衝撃性能が共に良好な溶着金属を得ることができた。

また比較例１５ではＣｒ量、Ｍｏ量、Ｗ量、Ｎ量がそれぞれ実施例より多いため、耐衝撃性能が不十分であり、比較例１６ではＣｒ量、Ｍｏ量、Ｗ量がそれぞれ実施例より少ないため、引張強度が低くなり、クリ−プ強度が不十分である。これに対して、実施例１〜１７ではＣｒ量、Ｍｏ量、Ｗ量、Ｎ量を適正化することで、クリ−プ強度及び耐衝撃性能が共に良好な溶着金属を得ることができた。

比較例１７ではＢ量が実施例より多いため、耐衝撃性能が不十分である。これに対して、実施例１〜１７ではＢ量を適正化することで、耐衝撃性能が良好な溶着金属を得ることができた。

このように実施例１〜１７及び比較例１〜１８が示すように、上記の成分範囲内で化学組成を調整することにより、ガスメタルアーク溶接等の比較的手間のかからない簡便な溶接を行うだけで（言い換えると、ＴＩＧ溶接等の手間のかかる溶接を行うことなく）、溶着金属の機械的強度（引張強度、クリープ強度、耐衝撃性、実機施工レベルの耐溶接割れ性）を高くすることができ、しかも溶接作業性を向上させることができることが判った。また、上記（１）式を満足する範囲内で化学組成を調整することで、溶着金属のＡｃ１変態点温度が７６０℃以上となるため、上述の機械的強度を維持しながら、溶接後の熱処理温度を法令基準の熱処理温度の上限値まで上げることができることが判った。

以上、本発明の実施の形態（本発明のフェライト系耐熱鋼用溶接材料をフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤに適用した場合）について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく変更が可能であるのは勿論である。

本発明によれば、フェライト系耐熱鋼用溶接材料の化学組成を、Ｃ：０．０５〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．０１〜１．００質量％、Ｍｎ：０．２〜２．０質量％、Ｃｒ：８．０〜１４．０質量％、Ｎｉ：０．１〜１．０質量％、Ｍｏ：０．１〜０．７質量％、Ｔａ：０．２６〜０．６０質量％、Ｖ：０．１〜０．７質量％、Ｗ：０．２〜２．５質量％、Ｃｕ：０．７６〜２．０質量％、Ｎ：０．００１〜０．０８質量％、Ｂ：０．０１００質量％以下を含有し、不可避的不純物としてＰ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｏ：０．０７質量％以下、Ａｌ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．０１質量％以下、Ｍｇ：０．０１質量％以下、Ｒｅｍ：０．０１質量％未満を含有し、残部がＦｅからなる化学組成を有するフェライト系耐熱鋼用溶接材料を用いると、ＴＩＧ溶接等の手間がかかる溶接を行うことなく、ガスメタルアーク溶接等の簡便な溶接を行うだけで、溶接金属の機械的強度を高くすることができ、しかも耐溶接割れ性に優れたフェライト系耐熱鋼溶接材料を得ることができる。

Claims

Ｃ：０．０５〜０．１５質量％、Ｓｉ：０．０１〜１．００質量％、Ｍｎ：０．２〜２．０質量％、Ｃｒ：８．０〜１４．０質量％、Ｎｉ：０．１〜１．０質量％、Ｍｏ：０．１〜０．７質量％、Ｔａ：０．２６〜０．６０質量％、Ｖ：０．１〜０．７質量％、Ｗ：０．２〜２．５質量％、Ｃｕ：０．７６〜２．０質量％、Ｎ：０．００１〜０．０８質量％、Ｂ：０．０１００質量％以下を含有し、不可避不純物としてＰ：０．０１０質量％以下、Ｓ：０．０１０質量％以下、Ｏ：０．０７質量％以下、Ａｌ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．０２質量％以下、Ｃａ：０．０１質量％以下、Ｍｇ：０．０１質量％以下、Ｒｅｍ：０．０１質量％未満を含有し、残部がＦｅからなる化学組成を有するフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
さらに下記（１）式を満足する請求項１に記載のフェライト系耐熱鋼用溶接材料。
Ｃｒ＋０．４Ｗ−１０．７Ｎｉ−０．１Ｍｎ−０．７Ｃｕ−２９．５Ｎ≧１．０
・・・（１）（但し、式中の元素記号は各元素の質量％を示す。）