JP6462431B2

JP6462431B2 - 肉盛溶接金属及び機械構造物

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Publication number: JP6462431B2
Application number: JP2015047739A
Authority: JP
Inventors: 剛夫宮村; 難波　茂信; 茂信難波; 哲直池田; 雅俊石田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-03-10
Also published as: KR20170110140A; CN107405732A; EP3269495A1; WO2016143509A1; EP3269495A4; JP2016165750A

Description

本発明は、肉盛溶接金属及びこの肉盛溶接着金属を備えた機械構造物に関する。より詳しくは、帯状電極などの溶接材料を用いた肉盛溶接によって形成された肉盛溶接金属及び機械構造物に関する。

石油精製や化学プラントの分野では高温環境に耐えるＣｒ−Ｍｏ鋼やフェライト系ステンレス鋼製の圧力容器が使用されており、その内面には耐食性の確保を目的としてＣｒ、Ｎｉに富み耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛溶接が行われている。

例えば、特許文献１では、耐食性を向上を目的として、溶鋼を急冷凝固して得た厚さ１ｍｍ以下の鋼帯であって、σ相を含まないオーステナイト相とフェライト相からなる高クロム二相ステンレス鋼溶接材料素材が提案されている（特許文献１参照）。

特開平３−１１４６９３号公報

近年、溶接後の熱処理が高温長時間の場合にはステンレス鋼である肉盛り溶接金属中にσ相といった脆化相が形成され肉盛溶接金属が脆化しやすいという問題がある。このような肉盛溶接金属の脆化を抑制するためには、溶接後熱処理で形成されるσ相を減少させる必要があり、Ｍｎ濃度を低下させることが有効である。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、製造時の熱間加工により生じる溶接材料のσ脆化を抑制するためのものであり、溶接施工後及び溶接後熱処理で生じる溶接金属のσ脆化を抑制する技術ではない。

また、圧力容器内には触媒床となる凹凸が存在するが、この部分は肉盛溶接金属が施工される中では最も高い応力を受ける。このような高応力下における損傷を防ぐため、肉盛溶接金属には、例えば引張変形における破断伸びなど十分な延性が求められている。また、圧力容器の稼働・停止によって熱応力が発生すると、肉盛溶接金属部にクラックが発生・進展する場合があり、このような観点から肉盛溶接金属には良好な靱性も求められている。

上記のように、肉盛溶接金属の脆化を抑制するためには、溶接後熱処理で形成されるσ相を減少させる必要があり、Ｍｎ濃度を低下させることが有効であるが、Ｍｎ濃度を低下させると溶接材料やフラックスから突発的にＳが高濃度に添加された場合に肉盛溶接金属の延性が十分得られないという問題がある。仮に、Ｓ濃度が高い状況でも良好な延性を得ようとすると、Ｍｎ濃度を高めて固溶Ｓを低減する必要があり、Ｍｎ濃度を十分に下げられずに脆化を抑制できない。このように、脆化に対してはＭｎ濃度を低下させる手段が存在するが、Ｓ濃度が高いケースでは肉盛溶接金属の延性および靱性を両立することは困難であるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐食性を劣化させることなく、脆化、特には溶接熱処理後の脆化が抑制され、さらには、靭性と延性とに優れた肉盛溶接金属及び機械構造物を提供することを主目的とする。

本発明は、Ｎｉ：９〜１１質量％、Ｃｒ：１８〜２１質量％、Ｎｂ：０．１〜１質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．７５質量％、Ｍｎ：０．９〜１．３質量％、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０１０〜０．０３０質量％、Ｃｕ：０．７５質量％以下、Ｍｏ：０．７５質量％以下、Ａｌ：０．００４質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、酸化介在物を１０００〜１８００個／ｍｍ^２含み、該酸化介在物中のＭｎと、Ａｌと、Ｓｉとの合計に占めるＳｉの割合が質量分率で１３％以上である、肉盛溶接金属を提供する。

また、本発明は、本発明の肉盛溶接金属を表面に備えた機械構造物を提供する。

本発明によれば、耐食性を劣化させることなく、脆化、特には溶接熱処理後の脆化が抑制され、さらには、靭性と延性とに優れた肉盛溶接金属及び機械構造物が提供される。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属は、高温環境における耐食性の向上を目的としてステンレス鋼からなる帯状電極が溶接された肉盛溶接金属であって、Ｎｉ：９〜１１質量％、Ｃｒ：１８〜２１質量％、Ｎｂ：０．１〜１質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．７５質量％、Ｍｎ：０．９質量％〜１．３質量％、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０１０〜０．０３０質量％、Ｃｕ：０．７５質量％以下、Ｍｏ：０．７５質量％以下、Ａｌ：０．００４質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、酸化介在物を１０００〜１８００個／ｍｍ^２含み、該酸化介在物中のＭｎ、Ａｌ、Ｓｉの合計に占めるＳｉの割合が質量分率で１３％以上である、肉盛溶接金属である。また、本発明の実施形態に係る機械構造物は、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属を表面に備えた機械構造物である。本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属及びその肉盛溶接金属を表面に備えた機械構造物によれば、肉盛溶接金属のＳ濃度が高くとも良好な靱性と十分な延性を両立することができ肉盛溶接金属の損傷を抑制することが可能となり、また、高Ｓ濃度まで許容できることから使用する溶接材料やフラックスの成分制約が緩和され、施工に伴う生産性を改善することができる。

本発明者らは、高温環境における耐食性の向上を目的としてステンレス鋼からなる帯状電極が溶接された肉盛溶接金属について鋭意検討を行った結果、肉盛溶接金属のＭｎ濃度を低減することでσ相形成が抑制され靱性が改善されるものの、Ｓ濃度が高い場合では固溶ＳをＭｎＳとして固定しきれず、延性が損なわれてしまうという問題に直面した。そこで、本発明者らは、肉盛溶接金属の靱性と延性とに及ぼす関係性を介在物に着目して調査及び研究したところ、肉盛溶接金属中に含まれる酸化介在物の平均組成比（Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｍｎ＋Ａｌ））が質量分率で１３％以上で、かつ、Ｍｎ濃度を０．９質量％以上とすることによって、高いＳ濃度においても良好な靱性と延性とを両立できることを見出した。

すなわち、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属及びその肉盛溶接金属を表面に備えた機械構造物は、Ｍｎ濃度を過度に低下させなくとも溶接金属中の介在物に占めるＳｉ濃度の割合を高めることによって良好な靱性を得らることができ、その上、Ｍｎ濃度を過度に低減していないことから高Ｓ濃度であっても固溶Ｓの影響を低減でき、良好な延性をも同時に得ることができる。

ここで、酸化介在物の組成は肉盛溶接金属の肉厚や母材の温度に伴う冷却速度の相違、使用するフラックスの保管条件による吸湿度に依存するため必ずしも一義的には決まらないものの、Ｓｉ濃度、Ｍｎ濃度を、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属で規定される濃度としたうえでＡｌ濃度を通常の不純物レベルよりも更に下げることで、上記で示した酸化介在物の平均組成比を得ることができる。

すなわち、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属は、組成を、Ｎｉ：９〜１１質量％、Ｃｒ：１８〜２１質量％、Ｎｂ：０．１〜１質量％、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｓｉ：０．１５〜０．７５質量％、Ｍｎ：０．９質量％〜１．３質量％、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０１０〜０．０３０質量％、Ｃｕ：０．７５質量％以下、Ｍｏ：０．７５質量％以下、Ａｌ：０．００４質量％以下、残部が鉄及び不可避的不純物からなることとし、そして酸化介在物を１０００〜１８００個／ｍｍ^２含み、該酸化介在物中のＭｎ、Ａｌ、Ｓｉの合計に占めるＳｉの割合が質量分率で１３％以上とすることによって、優れた靭性及び延性を得ることができる。

次に、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属に含有される各成分の数値範囲の理由について説明する。

［Ｃ：０．０８質量％以下（０質量％を含まない）］
Ｃは耐食性を向上させる作用を持つＣｒを炭化物として固定し、炭化物周囲に腐食の起点となるＣｒ欠乏層を形成してしまう。このため、良好な耐食性を維持するためのＣ含有量の上限は０．０８質量％以下であり、好ましくは０．０６質量％以下であり、より好ましくは０．０４質量％以下である。

［Ｓｉ：０．１５〜０．７５質量％］
Ｓｉは、脱酸作用をもたらし溶融金属の湯流れを向上させる元素ではあるが、過剰に含有すると溶接金属中のオーステナイト相の不安定化をもたらす元素でもある。このため、Ｓｉ含有量の上限は０．７５質量％以下であり、好ましくは０．６質量％以下であり、より好ましくは０．５質量％以下である。また、Ｓｉ含有量の下限は０．１５質量％以上であり、好ましくは０．２５質量％以上であり、より好ましくは０．３５質量％以上である。

［Ｍｎ：０．９〜１．３質量％］
Ｍｎは脱酸作用とオーステナイト相を安定化させる作用も有しており、このような作用を得るためには、一般に０．２質量％以上の含有量が必要となる。しかしながら、本発明の対象とする高Ｓ濃度の組成において良好な引張延性を得ることを前提とすると、Ｍｎ含有量の下限は０．９質量％以上であり、好ましくは０．９５質量％以上であり、より好ましくは１．０質量％以上である。また、Ｍｎ濃度は溶接熱処理後の靱性にも影響し、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属に含まれる酸化介在物の効果も合わせて良好な靱性を得るためには、Ｍｎ含有量の上限は１．３質量％以下であり、好ましい上限は１．２質量％以下であり、より好ましい上限は１．１質量％以下である。

［Ｎｉ：９．０〜１１．０質量％］
Ｎｉは、オーステナイト相を安定化させる作用がある元素である。オーステナイト相を維持するためには、Ｎｉ含有量を９．０質量％以上とする必要がある。しかしながら、Ｎｉ含有量が過剰になって１１．０質量％を超えると、コストの増加をもたらすことになる。Ｎｉ含有量の好ましい下限は９．５質量％以上であり、より好ましい下限は１０．０質量％以上であり、好ましい上限は１０．７質量％以下であり、より好ましい上限は１０．５質量％以下である。

［Ｃｒ：１８〜２１質量％］
Ｃｒは、肉盛溶接金属が優れた耐食性を示すために必須な成分であり、肉盛溶接金属としての基本的な特性を付与するために必須な元素である。このような適切な耐食性を得るためにはＣｒ含有量を１８質量％以上とする必要があるものの、Ｃｒ含有量が過剰になって２１質量％を超えると、本発明の作用があったとしても溶接金属の脆化を免れなくなってしまうため、Ｃｒ含有量の上限は２１質量％とする。Ｃｒ含有量の好ましい下限は１８．５質量％以上であり、より好ましい下限は１９．０質量％以上であり、好ましい上限は２０．５％質量以下であり、より好ましい上限は２０．０質量％以下である。

［Ｎｂ：０．１〜１．０質量％］
Ｎｂは、鋼中の炭素を固定してＣｒ欠乏層の形成を抑制し、Ｃｒの耐食性への寄与を向上させる作用を有している。このような作用を得るためには、Ｎｂ含有量の下限は０．１質量％以上とする必要があり、好ましくは０．３質量％以上であり、より好ましくはＣを固定するに十分な量としてのＣ濃度の８倍以上である。ただし、コストの増加を招くためＮｂ含有量の上限は１．０質量％以下であり、好ましい上限は０．８質量％以下であり、より好ましい上限は０．７質量％以下である。

［Ｍｏ：０．７５質量％以下（０質量％を含まない）］
ＭｏはＣｒと同様な作用をもたらす元素であり、耐食性の調整を目的に含有させることも可能である。但し、Ｍｏを過剰になると本発明の効果を大きく損なうほど、肉盛溶接金属の脆化をもたらすため、Ｍｏ含有量の上限は０．７５質量％以下であり、好ましい上限は０．４０質量％以下であり、より好ましい上限は０．３０質量％以下である。

［Ｃｕ：０．７５質量％以下（０質量％を含まない）］
Ｃｕは不可避的不純物であるが、過剰に含有すると溶接金属が析出強化され硬化してしまうため、０．７５質量％以下とする必要がある。好ましい上限は０．０６質量％以下であり、より好ましい上限は０．０５質量％以下である。

［Ｓ：０．０１０〜０．０３０質量％］
Ｓは、不可避的不純物であるが、その含有量が増加すると著しい脆化をもたらすため、Ｓ含有量の上限は０．０３０質量％以下とする必要がある。Ｓ含有量の上限を０．０２０質量％以下に好適に抑制するのがよく、より好適には０．０１５質量％以下に抑制するのがよい。本発明は高Ｓ濃度の場合に有効に作用する技術であり、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属においては、Ｓ含有量（濃度）として、０．０１０質量％以上を下限とし、０．０１２質量％以上を好ましい下限とした。

［Ｐ：０．０４０質量％以下（０質量％を含まない）］
Ｐは、不可避的不純物であるが、その含有量が増加すると溶接割れが発生しやすくなるため、Ｐ含有量の上限を０．０４０質量％以下とする必要がある。好適にはＰ含有量の上限を０．０３０質量％以下に抑制するのがよく、より好適には０．０２０質量％以下に抑制するのがよい。

［不可避的不純物］
本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属で規定される含有元素は上記の通りであって、残部は鉄および不可避的不純物であるが、不可避的不純物として原料あるいはフラックス、施工雰囲気に由来するＳｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ａｇ等が含まれていても本発明の効果が損なわれるわけではない。ただし、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｚｎといった低融点金属は含有量が多くなるに従って溶接割れを誘発するため低濃度に抑えることが望ましい。また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ｃａ、及びＭｇも粗大な窒化介在物や酸化介在物を形成して機械的性質が低下し易いため低濃度に抑えることが望ましい。

本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属は上記の組成としたうえで、肉盛溶接金属に含まれる酸化介在物が１０００〜１８００個／ｍｍ^２の数密度で含まれており、酸化介在物の平均組成比：Ｓｉ÷（Ｓｉ＋Ｍｎ＋Ａｌ）を質量分率で１３％以上とする必要があり、このような条件を満たすことによって良好な靱性及び延性を得ることができる。このような酸化介在物を形成させるためには肉盛溶接金属の肉厚や冷却速度、フラックスの吸湿量など溶接条件に関わる要因と組成とに関する要因があり、組成については前記組成の制約に加えてＡｌ濃度を下記のように通常の不純物よりも更に低いレベルに制約する必要がある。

［Ａｌ：０．００４質量％以下（０質量％を含まない）］
Ａｌは、脱酸作用をもたらす元素であるが不可避的不純物のひとつである。本発明は、その含有量を低減させることによって所望の介在物組成が得られやすくなるため、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属では、Ａｌの含有量は０．００４質量％を上限とする。好適にはＡｌ含有量の上限を０．００３質量％以下に抑制するのがよく、より好適には０．００２質量％以下に抑制するのがよい。

［肉盛溶接金属の形成方法］
次に、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属の形成方法について、詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属を形成させる方法としては、例えば、帯状電極肉盛溶接材料を用いたＳＡＷ（サブマージアーク溶接）やＥＳＷ（エレクトロスラグ溶接）を用いることができるが、所望の肉盛溶接金属を得られる方法であればこれらに限定されるものではない。使用する帯状電極肉盛溶接材料は広い面積を効率良く施工するため幅１５ｍｍ以上が望ましく、連続的な溶接材料の供給を円滑に行うため肉厚は０．８ｍｍ以下を用いることができる。これらは例えば、溶解で得られた鋼塊を圧延加工と光輝焼鈍を経て作成することができ、表面が過度に酸化していない金属光沢のある箔帯であればよい。

本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属が規定する酸化介在物の組成を得るためには、肉盛溶接金属の各成分を上記の数値範囲内にする必要があり、多くの元素は溶接材料の組成を変えておくことで調節でき、酸化消費され易いＣｒやＮｂなどは予め濃度を高めておくことで、目的の成分が得られ易くなる場合もある。また、施工時に用いるフラックス中への原料添加によって肉盛溶接金属の成分を調節することも可能である。

本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属では、肉盛溶接金属を構成する主要元素の他に不純物レベルで含まれるＡｌ濃度の制御も重要であるが、Ａｌ濃度の低い溶接材料及びフラックスを選択することで制御することが可能であり、例えば、溶接材料の溶製段階において脱酸処理におけるＡｌの使用を減少させることで溶接材料のＡｌ濃度を低減することができる。また、本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属によって規定される介在物は酸化介在物であり、酸化介在物を形成するに足りる酸素濃度が求められる。溶接金属中の酸素濃度はワイヤーに含まれる酸素濃度やフラックスの塩基度に加え、施工時点でのフラックスの吸湿の影響も受ける。本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属が規定する酸化介在物を得るためには、上記いずれかの供給元から酸素が溶接金属中に含まれる必要があり、ワイヤー・フラックスの組成に加え、施工前のフラックスの加熱乾燥処理によって制御することができる。

本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属が規定する酸化介在物の組成を得るためには、肉盛溶接金属の各成分を上記の数値範囲にしたうえで、溶接条件を選択する必要もある。溶接条件として電流、電圧、溶接速度があるが、これらは入熱量[Ｊ／ｃｍ]（＝６０×電流[Ａ]×電圧[Ｖ]÷溶接速度[ｃｍ／ｍｉｎ]）で表せられ、帯状電極を用いることから単位幅当りの入熱量として１２[ｋＪ／ｃｍ]以上とする必要がある。また、予熱温度は２００℃以下としたうえで、母材厚さｔｍに対する肉盛溶接金属の厚さｔｗの比（ｔｍ÷ｔｗ）を１０以上とする必要がある。

本発明の実施形態に係る肉盛溶接金属に含まれる各成分量、酸化介在物の密度及び酸化介在物の組成比の確認のために、肉盛溶接金属の成分とそれに含まれる介在物を分析する必要がある。成分は例えばＩＣＰ分析法や蛍光Ｘ線分光など各元素毎に適した手法で分析することができるが、介在物の分析手法としてはＥＰＭＡの自動分析で調査することが望ましく、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌの濃度について直径０．５μｍ以上の介在物を少なくとも５００個以上に渡って分析する必要がある。分析する際は肉盛溶接金属の肉厚方向、すなわち凝固方向に分布が存在するため、平均化することを目的に肉厚方向に接合界面から表面までの測定を行う。

前述した方法及び材料で肉盛溶接される母材、即ち、本実施形態の肉盛溶接金属が形成される母材は、特に限定されるものではないが、Ｃｒ−Ｍｏ鋼材やフェライト系ステンレス鋼材が好適である。これらの材料からなる部材の表面に、本実施形態の肉盛溶接金属を形成することにより、高温環境で長期間使用後も肉盛溶接金属の割れや剥離が少ない機械構造物を実現することができる。その結果、高温機器の安定稼動が実現できると共に、補修やメンテナンスの省略によるコストダウンが可能となる。なお、本実施形態の肉盛溶接金属が形成される機械構造物としては、例えば高温での腐食が問題となる石油精製用の圧力容器などが挙げられる。

本発明の実施形態は、以下のような構成をとることもできる。
［１］Ｎｉ：９〜１１質量％、
Ｃｒ：１８〜２１質量％、
Ｎｂ：０．１〜１質量％、
Ｃ：０．０８質量％以下、
Ｓｉ：０．１５〜０．７５質量％、
Ｍｎ：０．９〜１．３質量％、
Ｐ：０．０４０質量％以下、
Ｓ：０．０１０〜０．０３０質量％、
Ｃｕ：０．７５質量％以下、
Ｍｏ：０．７５質量％以下、
Ａｌ：０．００４質量％以下、
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
酸化介在物を１０００〜１８００個／ｍｍ^２含み、該酸化介在物中のＭｎと、Ａｌと、Ｓｉとの合計に占めるＳｉの割合が質量分率で１３％以上である、
肉盛溶接金属。
［２］［１］に記載の肉盛溶接金属を表面に備えた、機械構造物。

以下、本発明の所望の効果を奏する実施例及び比較例を示して本発明について具体的に説明する。なお、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。

＜肉盛溶接金属の作製＞
本発明の効果を確認するために必要な様々な成分からなる肉盛溶接金属を作製するため、各々の化学成分相当の３０ｋｇインゴットを溶解・鋳造し、熱間鍛造加工、熱延加工、冷間圧延加工および光輝焼鈍、スリット加工によって幅７５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍの寸法として帯状電極肉盛溶接材料とした。これをＥＳＷ（エレクトロスラグ溶接）によって入熱量１６Ｊ／ｃｍの条件にて９Ｃｒ−１Ｍｏ−Ｖ鋼からなる母材に１層施工した。施工後の溶接金属部の幅はおよそ７５ｍｍで厚さは約５ｍｍであった。

得られた肉盛溶接金属の成分（質量％）、酸化介在物個数密度(個／ｍｍ^２)、及び酸化介在物組成比（Ｓｉ／（Ｓｉ＋Ｍｎ＋Ａｌ)）（質量％比)を下記表１に示す。試験Ｎｏ．１〜１１に示す成分のうち、試験Ｎｏ．１〜５は本発明で規定する化学成分組成及び酸化介在物個数密度・組成比を満足する肉盛溶接金属（実施例１〜５）である。また、試験Ｎｏ．６、７は本発明で規定する化学成分組成及び酸化介在物組成比が外れる肉盛溶接金属（比較例１〜２）であり、試験Ｎｏ．８は既存の従来例の肉盛溶接金属（比較例３）である。さらに、試験Ｎｏ．９〜１１は溶接条件を変更したものであり、試験Ｎｏ．９は、本発明で規定する化学成分組成及び酸化介在物個数密度・組成比を満足する肉盛溶接金属（実施例６）であり、試験Ｎｏ．１０は、本発明で規定する酸化介在物組成比が外れる肉盛溶接金属（比較例４）であり、試験Ｎｏ．１１は、本発明が規定する酸化介在物個数密度の数値範囲が外れる肉盛溶接金属（比較例５）である。試験Ｎｏ．９（実施例６）、１０（比較例４）は同じ溶接材料を用いて溶接条件を変更して試作・評価を行った結果であり、試験Ｎｏ．９（実施例６）は入熱量１６Ｊ／ｃｍとし、試験Ｎｏ．１０（比較例４）は入熱量１０Ｊ／ｃｍとした。また、試験Ｎｏ．１１（比較例５）は１０ｐｐｍ以下の低酸素濃度の肉盛溶接材料を用いた。なお、施工条件Ａは入熱量１６Ｊ／ｃｍとであり、施工条件Ｂは入熱量１０Ｊ／ｃｍであり、施工条件Ｃは１６Ｊ／ｃｍで溶接材料に低酸素材を用いた例である。

＜評価方法＞
上記のように作製した、実施例１〜６及び比較例１〜５の各肉盛溶接金属から、機械加工によって長さ５５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの板材を作製し、長さ２２．５ｍｍの位置にノッチ深さ２ｍｍ、ノッチ底半径１ｍｍのＵ字型ノッチを形成させ、肉盛溶接金属の試験温度０℃のシャルピー衝撃試験片とした。このシャルピー衝撃試験片はＪＩＳＺ２２４２に従う形状である。そして、この試験片を用いて、０℃の温度条件下で、シャルピー衝撃試験を行った。その結果、シャルピー衝撃値が、１０Ｊ以上であったものを合格とした。また、溶接金属部分からＪＩＳＺ２２４２に従う板厚３ｍｍ、平行部の幅１２．５ｍｍ、標点距離５０ｍｍの引張試験片を採取し、引張試験を行って引張破断伸びを測定した。その結果、引張破断伸びが２５％以上であったものを合格とした。さらに、肉盛溶接金属の幅方向中央部からサンプルを採取し、溶接金属の断面にて接合界面から表面までの酸化介在物の組成をＥＰＭＡで分析をした。このときの走査面積は０．８ｍｍ^２であった。

＜評価結果及び考察＞
下記表１に、シャルピー衝撃値（Ｊ）及び引張破断伸び（％）の結果を示す。表１から明らかなように、本発明で規定する肉盛溶接金属成分量（組成）、酸化介在物の個数密度、及び酸化介在物の組成比を満足する肉盛溶接金属（実施例１〜６）はシャルピー衝撃値と引張破断伸びの何れもが良好であった。一方、本発明が規定するＳ含有量及びＭｎ含有量の範囲、並びに酸化介在物組成比が外れる試験Ｎｏ．８（比較例３）の従来の肉盛溶接金属では、Ｍｎ濃度が高いために溶接金属が脆化してしまいシャルピー衝撃値が低下している。これに対して、本発明が規定するＭｎ含有量の数値範囲から外れるほどのＭｎ含有量（濃度）を低下させた場合が、試験Ｎｏ．６の比較例１であり、低Ｍｎ含有量（濃度）であるが故に衝撃値は改善したものの、Ｓ含有量（濃度）（０．０１７質量％）が高い条件下では引張破断伸びが低下してしまう。そこで、引張破断伸びの改善のためにＭｎ含有量（濃度）を０．９質量％以上に敢えて増加させ、更にＡｌ含有量（濃度）を低下させることで靱性を改善した例が試験Ｎｏ．１〜５の実施例１〜５である。そして、本発明が規定するＡｌ含有量の数値範囲から外れるほどのＡｌ含有量（濃度）が高く、本発明が規定する酸化介在物組成比の値から外れるため、良好な衝撃値が得られなかった例が試験Ｎｏ．７の比較例２である。試験Ｎｏ．９（実施例６）に対して入熱量を低下させた試験Ｎｏ．１０（比較例４）では、成分量（質量％）は本発明が規定する数値範囲に含まれているが、酸化介在物の組成比が、本発明が規定する数値範囲から外れており、十分な衝撃値が得られていない。すなわち、成分だけで酸化介在物の組成比を制御することは難しく、本発明で規定する条件の範囲で溶接施工を行う必要がある。また、試験Ｎｏ．１１（比較例５）は酸化介在物の個数密度が、本発明が規定する数値範囲から外れており、低いシャルピー衝撃値しか得られなかった。これは本発明の効果が成分だけではなく酸化介在物組成の作用を利用して得られるものであることを意味しており、酸化介在物の組成比及び個数密度が本発明の数値範囲を満たすことによって良好なシャルピー衝撃値が得られることが確認された。

Claims

Ｎｉ：９〜１１質量％、
Ｃｒ：１８〜２１質量％、
Ｎｂ：０．１〜１質量％、
Ｃ：０．０８質量％以下、
Ｓｉ：０．１５〜０．７５質量％、
Ｍｎ：０．９〜１．３質量％、
Ｐ：０．０４０質量％以下、
Ｓ：０．０１０〜０．０３０質量％、
Ｃｕ：０．７５質量％以下、
Ｍｏ：０．７５質量％以下、
Ａｌ：０．００４質量％以下、
残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
酸化介在物を１０００〜１８００個／ｍｍ^２含み、該酸化介在物中のＭｎと、Ａｌと、Ｓｉとの合計に占めるＳｉの割合が質量分率で１３％以上である、
肉盛溶接金属。
請求項１に記載の肉盛溶接金属を表面に備えた、機械構造物。