(57)【要約】      （修正有）【課題】金属炭化物、金属窒化物の析出物量を制御した溶接物の提供。【解決手段】溶接材料によって接合された、第１の金属体と第２の金属体とを含み、前記溶接材料は、Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、Ｆｅ：３．０重量％以下、Ｎ  ：１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、およびＮｉ：６７重量％以上を含む組成を有する、溶接物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接材料によって接合された、第１の金属体と第２の金属体とを含み、
前記溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、
Ｎ  ：１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む組成を有する、溶接物。
【請求項２】
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
炭素含有量が０．０５重量％に対して、前記複数の析出物の体積分率は、１５ｐｐｍから１２０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５以下であり、２００ｐｐｍから１５００ｐｐｍの範囲の窒素では０．００３以上である、請求項１に記載の溶接物。
【請求項３】
前記溶接材料の前記組成は、１〜４重量％のＮｂ、好ましくは２〜３重量％のＮｂを含む、請求項１に記載の溶接物。
【請求項４】
前記溶接材料の微細構造は、複数のＮｂＣ析出物を含む、請求項３に記載の溶接物。
【請求項５】
窒素が６００ｐｐｍ〜１４００ｐｐｍ、好ましくは１０００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍで存在し、
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、前記複数の析出物は、金属炭化物（ＭＣ型）析出物と、複合炭化物／窒化物（ＭＸ型）析出物とのうちの１つ以上を含み、
炭素含有量が０．０５重量％に対して、前記複数の析出物の体積分率は、０．０１０〜０．０１７５である、請求項１に記載の溶接物。
【請求項６】
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｎｂ：２．０〜３．０重量％、
Ｎ  ：１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍ、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む、請求項１に記載の溶接物。
【請求項７】
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｎｂ：２．０〜３．０重量％、
Ｎ  ：２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む、請求項１に記載の溶接物。
【請求項８】
前記第１の金属体と第２の金属体とは、異種金属である、請求項１に記載の溶接物。
【請求項９】
第１の金属体と第２の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、第１の金属体からの溶融ベース金属と、第２の金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の１つ以上の溶融添加物と、を含む、第１の金属体と第２の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量および前記溶融材料の窒化物含有量の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記第１の金属体を前記第２の金属体に接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの窒素を含む組成を有する、融接方法。
【請求項１０】
前記凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
炭素含有量が０．０５重量％に対して、前記複数の析出物の体積分率は、１５ｐｐｍから１２０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５以下であり、２００ｐｐｍから１５００ｐｐｍの範囲の窒素では０．００３以上である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
窒素含有量を変化させる工程は、凝固させる工程の間に溶融材料の前記領域を覆うようにシールドガスを供給する工程と、１モル％〜２０モル％の窒素を含むようにシールドガスの含有量を調整する工程と、を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域に窒素を添加する工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
窒素含有量を変化させる工程は、窒素および窒化物形成元素の１つ以上を溶融材料の前記領域に添加する工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域における窒化物の溶解度を調整する工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶解度を調整する工程は、溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を増加させる元素を添加する工程、または溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を低下させる元素を添加する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
窒素含有量を変化させる工程は、窒素含有量が５モル％〜２０モル％に調整された溶接助剤を使用する工程を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶接助剤は、フラックスまたは粉末である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｎｂ：２．０〜３．０重量％、
Ｎ  ：１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍ、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｎｂ：２．０〜３．０重量％、
Ｎ  ：２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
窒素が６００ｐｐｍ〜１４００ｐｐｍ、好ましくは１０００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍで存在する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の金属体と第２の金属体とは、異種金属である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの金属体と溶接材料とを含み、
前記溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む組成を有し、
前記組成は、（ｉ）２５０ｐｐｍ以下のＮおよび０．０４０重量％以下のＣ、および、（ｉｉ）１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０３重量％〜０．０６重量％のＣのうちの１つを含む、溶接物。
【請求項２３】
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、０．０３〜０．０５重量％のＣと組み合わせて１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲の窒素に対して０．００２５〜０．００７７である、請求項２２に記載の溶接物。
【請求項２４】
少なくとも１つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、前記金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の１つ以上の溶融添加物と、を含む、少なくとも１つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量と、前記溶融材料の窒化物含有量と、前記溶融材料の炭素含有量と、前記溶融材料の炭化物含有量とのうちの少なくとも１つを変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記金属体に接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、（ｉ）２５０ｐｐｍ以下のＮおよび０．０４０重量％以下のＣ、および、（ｉｉ）１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０３重量％〜０．０６重量％のＣのうちの１つを含む組成を有する、融接方法。
【請求項２５】
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、
Ｎｂ＋Ｔａ：２．０〜３．０重量％、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含み、
前記組成は、（ｉ）２５０ｐｐｍ以下のＮおよび０．０４０重量％以下のＣ、および、（ｉｉ）１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０３重量％〜０．０６重量％のＣのうちの１つを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、０．０３〜０．０５重量％のＣと組み合わせて１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲の窒素に対して０．００２５〜０．００７７である、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連邦政府の請負業者によって与えられた下請け契約のもとでなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
［関連出願情報］
この出願は、２０１７年２月２１日に出願された米国特許出願第１５／４３７，９０１号および２０１６年２月２２日に出願された米国特許出願第６２／２９８，３５８号に優先権を主張し、それぞれの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
［開示分野］
本開示は、溶接材料および溶接方法、並びに溶接材料の得られる特性に関する。より具体的には、本開示は、溶接材料接合体において、特に、溶接製造プロセスが、溶接によって異種金属を接合する溶接金属としてＥＲＮｉＣｒ−３（金属フィラー８２）を使用する場合に、溶接製造プロセスにおける窒素含有量および炭素含有量の１つ以上の制御によって、溶接材料接合体中の析出物、特に、炭化物（例えばＭＣ型）、窒化物（例えばＭＮ型）および／または複合炭化物／窒化物（例えばＭＸ型）型の析出物の制御に関連する。また、開示された溶接材料および溶接方法は、溶接による同種の金属の接合、ならびに耐腐食性溶接金属による非耐腐食性ベース材料のオーバーレイ（overlays）、バタリング（buttering）またはクラッディング（cladding）に関連する他のプロセスおよび構造にも及ぶ。また、本開示は、ベース材料自体の組成および析出物制御にも拡張することができる。
【背景技術】
【０００４】
以下の説明では、特定の構造および／または方法が参照される。しかしながら、以下の参照は、これらの構造および／または方法が従来技術を構成することを認めるものと解釈されるべきではない。出願人は、そのような構造および／または方法が本発明に対する先行技術としての資格を有さないことを示す権利を明示的に留保している。
【０００５】
材料は、組成および加工（processing）の作用である、化学的、微構造的および機械的特性を有する。材料は特定の範囲内の組成を有し、および／または、特定の加工方法を有するが、本明細書では、特定の侵入型成分（interstitial constituents）（ＣまたはＮなど）または材料の全ての所望の特性に影響を及ぼす特定のプロセスを必ずしも記載し又は制限するものではない。さらに、材料が仕様の範囲内であっても、材料の組成にソース−ソース（source-to-source）および熱−熱（heat-to-heat）の変動があり、許容可能な限界および／または許容帯外の特性ばらつきを招く可能性がある。
【０００６】
この変動性は、例えば、溶接に使用される材料および方法に適用される。一例として、ＥＲＮｉＣｒ−３（金属フィラー８２としても知られている溶接ワイヤのグレード）は、異種金属を融接するために広く使用されており、例えば加圧水型原子炉部品における異種金属溶接の原子力産業でよく見られる。ＥＲＮｉＣｒ−３は、様々な製造元から調達することができる。様々な製造元のＥＲＮｉＣｒ−３は仕様内で構成されるが、これらの材料の材料仕様および製造方法は、構成元素のバルク濃度の制御を除いては窒素含有量または窒化物の形成を制御しないで、且つ、組成の局所的なばらつきによる材料含有量および材料性能のばらつきがあるため、ＥＲＮｉＣｒ−３材料は依然として広範囲の化学的、微構造的および機械的特性を示す。
【０００７】
これらの不特定の組成変化は、溶接部を形成する２つの金属体を接合する溶接材料の性能、ならびに溶接部全体に影響を及ぼし得る。例えば、単独の仕様でカバーされていない構成要素のばらつき、またはさまざまな融接プロセスおよび材料の仕様によってカバーされる構成要素の狭い範囲との組み合わせは、溶接微細構造の樹枝状（inter-dendritic）および粒間（inter-granular）の部位内の析出物の形成に影響を及ぼす可能性があり、材料特性（とりわけ溶接割れ感受性）に影響を及ぼし、性能ばらつきをもたらす可能性がある。
【発明の概要】
【０００８】
通常、出願人は、上述の変動および融接における組成−構造−特性の関係に及ぼすそれらの影響を研究し、溶接物を形成する２つの金属体を接合する溶接材料および例えば、耐食性溶接金属を用いた非耐食性母材のオーバーレイ、バタリングまたはクラッディングに関連する溶接物全体および他のプロセスおよび構造の性能に付随した改善と共に、融接プロセスおよび材料の改善にこれらの関係を適用する解決策を提案する。具体的には、出願人は、ＥＲＮｉＣｒ−３材料を用いて形成された材料のような溶接材料間の材料含有量および性能の変動が、しばしば、金属炭化物型（ＭＣ型）、窒化物（例えば、ＭＮ型）および／または複合炭化物／窒化物型（例えば、ＭＸ型）析出物に影響を与える窒素含有量および炭素含有量に関係することを見出した。高温窒化物の早期形成および存在は、炭化物または窒化物型の相の体積（核形成の増進による）および形態、ならびに、部分固化した材料および完全に固化した材料ならびに鉄および非鉄材料の両方の中に付随する一次/二次相の特性（properties）／特徴（characteristics）において顕著な効果を有する。関連して、窒素および／または炭素含有量の制御、特に溶接のような接合中に利用可能な高温窒化物の量および／または溶接材料内の炭化物の形成は、炭化物／窒化物の析出と成長と所望の材料の効果を調節する方法を提供し得る。従って、出願人は、以下の１つ以上によって、溶接材料中の窒素含有量、炭素含有量および析出物のうちの１つ以上を変更する溶接材料および融接方法を開発した。（i）シールドガス組成を調整して、窒素ガスおよび窒化物種を増加させる。（ii）シールドガス組成を調整して、窒素ガスおよび窒化物種を減少させる。（iii）材料中の窒素、窒化物形成および窒化物可溶化成分の組成を調整して、所望の濃度の窒素および窒化物を得る。（iv）例えばフラックスおよびフィラー材料の使用などの他のプロセスを用いて、溶接材料、オーバーレイ、バタリングまたはクラッディングを形成する溶融金属に窒素または窒化物を導入する。（v）シールドガス組成を調整して、炭素ガスおよび炭化物種を増加させる。（vi）シールドガス組成を調整して、炭素ガスおよび炭化物種を減少させる。（vii）材料中の炭素、炭化物形成および炭化物可溶化成分の組成を調整して、所望の濃度の炭素および炭化物を得る。（viii）例えばフラックスおよびフィラー材料の使用などの他のプロセスを用いて、溶接材料、オーバーレイ、バタリングまたはクラッディングを形成する溶融金属に炭素または炭化物を導入する。
【０００９】
一般的に、溶接物の例示的な実施形態は、溶接材料によって接合された、第１の金属体と第２の金属体とを含み、溶接材料は、１８．０〜２２．０重量％のＣｒ、２．５〜３．５重量％のＭｎ、３．０重量％以下のＦｅ、１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍのＮ、および６７重量％以上のＮｉを含む組成を有する。別法として、溶接材料は、１８．０〜２２．０重量％のＣｒ、２．５〜３．５重量％のＭｎ、３．０重量％以下のＦｅ、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮ、０．０３〜０．０６重量％のＣおよび６７重量％以上のＮｉを含む組成を有する。さらに、別法として、溶接材料は、１８．０〜２２．０重量％のＣｒ、２．５〜３．５重量％のＭｎ、３．０重量％以下のＦｅ、２５０ｐｐｍ以下のＮ、０．０４０重量％以下のＣおよび６７重量％以上を含む組成を有する。上記実施形態の各々において、他の元素が以下のように存在していてもよい。２．０〜３．０重量％のＮｂ＋Ｔａ、最大０．７５重量％のＴｉ、および他の元素（合計）最大０．５０重量％。オーバーレイおよびクラッディングの場合、例示的な実施形態は、１つの金属体を利用してもよく、母材成分または溶着物である第２の金属体を利用してもよい。更なる実施形態では、溶接物は、複数の母材成分および１つ以上の溶接材料成分を含んでもよい。
【００１０】
融接の例示的な方法は、第１の金属体と第２の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程であって、溶融材料は、第１の金属体からの溶融ベース金属と、第２の金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の１つ以上の溶融添加物と、を含み、第１の金属体と第２の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程と、溶融材料の窒素含有量および溶融材料の窒化物含有量の少なくとも一方を変化させる工程と、溶融材料を融合させる工程と、溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、凝固した溶接材料は、第１の金属体を第２の金属体に接合して、溶接物を形成し、凝固した溶接材料は、１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの窒素を含む組成を有する。別の実施形態では、溶融材料の窒素または炭素の含有量、および溶融材料の窒化物または炭化物の含有量のうち少なくとも１つが変化し、凝固した溶接材料は、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０６重量％以下のＣ（好ましくは、０．０３〜０．０６重量％のＣ）の１つ以上を含む組成を有する。更なる別の実施形態では、凝固した溶接材料は、２５０ｐｐｍ以下のＮおよび０．０４０重量％以下のＣの１つ以上を含む組成を有する。
【００１１】
また、例示的な実施形態では、溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含む。例示的な実施形態では、複数の析出物の体積分率は、１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５以下（あるいは、１５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲の窒素では０．００１８以下）であり、２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの範囲の窒素では０．００３以上（あるいは、１０００ｐｐｍ超あるいは１０００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍの範囲の窒素では、０．０１０以上あるいは０．０１０〜０．０１７５）である。名目上０．０５重量％の固定炭素含有量（例えば、表２に報告される０．０５０〜０．０５５の範囲）を有するＥＲＮｉＣｒ−３／ＥＮ８２ワイヤについて、上記析出物の体積分率が観察された。他の例示的な実施形態では、複数の析出物の体積分率は、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲の窒素および０．０３〜０．０５重量％のＣでは０．００２５〜０．００７７であり、または、０．０３０重量％のＣと組み合わせて１２５ｐｐｍ〜３５０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５〜０．００６０、および０．０５重量％のＣと組み合わせて２００ｐｐｍ〜３１０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００６０〜０．００７７である。この実施形態では、第１の場合は名目上０．０５重量％（例えば、表５に報告されるように０．０５１〜０．０５５の範囲）、第２の場合は名目上０．０３重量％（例えば、表５に報告されるように０．０２７〜０．０３０の範囲）の固定炭素含量を有する２つの異なるＥＲＮｉＣｒ−３／ＥＮ８２ワイヤのサンプルについて析出物の体積分率が観察された。
【００１２】
本明細書の実施形態の議論で用いられる全ての値は、名目上（この用語が本文中で使用されるか否かにかかわらず）として報告され、実施例および試験の全ての値は実際のものとして報告される。
【００１３】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と関連して読まれることが可能であり、同様の符号は同様の要素を指定する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、溶接材料および溶接物内の特定のゾーンを示す溶接物の例示的な実施形態の概略断面側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、溶接オーバーレイの例示的な実施形態の概略断面側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、溶接バタリングの例示的な実施形態の概略断面側面図である。
【図２】図２は、９５モル％のアルゴンと５モル％の窒素のシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の走査電子顕微鏡写真である。
【図３Ａ】図３Ａは、窒素含有量を変化させたシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の一連のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、窒素含有量を変化させたシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の一連のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、窒素含有量を変化させたシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の一連のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、窒素含有量を変化させたシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の一連のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、窒素含有量を変化させたシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の一連のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、窒素含有量を変化させたシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の一連のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、窒素含有量を変化させたシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の一連のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、窒素含有量を変化させたシールドガスを用いて調製されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の一連のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
融接によって、第１の金属体を第２の金属体に接合して溶接物が形成される。融接のために金属を融点まで加熱しなければならないので、第１の金属体および第２の金属体は、十分に加熱されてそれぞれから溶融したベース材料（base material）を形成し、溶接ワイヤーおよびフィラー材料（filler material）などの任意の添加材料で 溶融材料の領域を形成する。溶融材料の領域が融合（coalesce）して、異なる溶融成分が混合して溶融塊を形成する。溶融した成分金属の間には高度の均質性がしばしば存在するが、局部的な組成変化が生じ得る。融合（coalescence）は、典型的には対流によって生じるが、振動（oscillation）および蒸発（evaporation）さえも役割を果たし得る。続いて、融合溶融領域が凝固して、第１の金属体を第２の金属体に接合する溶接材料が形成され、溶接物が形成される。
【００１６】
図１Ａは、融接接合部における溶接物１０の一部の簡略化された概略断面を示す。溶接物は、溶接材料４０によって接合された第１の金属体２０および第２の金属体３０を含む。溶接材料４０は、完全に溶融した第１の金属体２０および第２の金属体３０からのベース材料と、溶接ワイヤおよびフィラー材料などの任意の添加材料との混合物である。溶接材料４０から少し離れて、かつ溶接材料４０の外側で、界面／部分的に（interface/partially）溶融ゾーン５０によってそこから分離される、熱影響ゾーン（ＨＡＺ）６０が存在する。熱影響ゾーンは、第１の金属体２０および第２の金属体３０中の材料の塊（volume）であり、ベース金属（base metal）は溶融していないが、溶接プロセスからの高温熱によってその微細構造または機械的特性が変化している。溶接材料４０からさらに離れて熱影響ゾーン６０の外側では、第１の金属体２０および第２の金属体３０のベース金属は、基本的に影響を受けない。溶接物１０の図示された部分では、ベース金属が基本的に影響を受けない金属体２０，３０内の領域は、それぞれ７０および８０で示されている。
【００１７】
開示された融接は、溶接オーバーレイ、バタリングおよびクラッディングのような他の応用にも及ぶ。図１Ｂは、溶接オーバーレイの一部の単純化された概略断面を示す。溶接オーバーレイ２００は、特定の特性を有する１つ以上の金属をベース金属またはベース構造に適用して、所望の特性を改善するか、または部品の元の寸法に回復させる。図１Ｂに示したように、溶接オーバーレイ２００は、ベース構造２０４（図１Ｂでは、ベース構造はパイプである）への溶接オーバーレイ材料２０２を含む。溶接材料２０６は、ベース材料２０４の２つのセクション間の接合点または接触点に配置され、溶接材料２０２は、ベース構造（base structure）２０４の表面に沿って欠陥（defect）２０８を越えて延びている（図１Ｂでは、欠陥は亀裂（crack）である）。図１Ｃは、溶接金属層２４２がベース金属２４４上に連続的に適用されて複数の溶接金属層を形成する、溶接バタリング２４０の一部の簡略化された概略断面を示す。図１Ｃは、溶接物表面に平行に適用された溶接堆積物を示しているが、溶接堆積物は溶接物表面に垂直に適用されてもよい。
【００１８】
例示的な実施形態では、溶接材料４０，２０６，２４２（およびオプションとして溶接オーバーレイ材料２０２）は、ＥＲＮｉＣｒ−３溶接金属に基づいている。ＥＲＮｉＣｒ−３溶接金属は、フェライト系およびオーステナイト系材料のような異種金属を使用する場合、第１の金属体と第２の金属体との間の熱膨張係数の差異を調整する手段を提供しながら、優れた耐腐食性および高温機械的特性を提供する。ＥＲＮｉＣｒ−３溶接金属は、機械的傷（mechanical flaws）や凝固割れなどの欠陥に耐性があると一般的に考えられているが、高い拘束状況（restraint situations）では凝固割れが観察されている。高い拘束状況の例には、厚い部分溶接堆積物（section weld deposits）、高度に拘束された金属体、および高い降伏強度を有する金属体が含まれる。さらに、従来のＥＲＮｉＣｒ−３溶接金属の仕様範囲内の化学組成のわずかな変動にもかかわらず、凝固割れ感受性のかなりの熱−熱変動が生じることが観察された。そのような凝固割れが観察され、試料間で比較され得る１つの試験は、Weld World (2013)，「Use of the cast pin tear test to study solidification cracking」，T.Alexandrovら著，57:635-648に開示及び記載されたキャストピン引裂試験（ＣＰＴＴ）であり、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００１９】
溶接材料の窒素含有量および炭素含有量ならびに析出物特性（数、サイズおよび／または分布）のうちの１つ以上は、溶接材料の材料強度および溶接材料の特定の種類の亀裂抵抗（crack resistance）に影響を及ぼす。出願人は、溶接材料中の窒素および窒化物の含有量の制御は、溶接環境の窒素源および窒化物源を制御することによって達成することができ、溶接材料において特定の割れ感受性の低下および改善された機械的強度を含む所望の特性を達成するように用いられ得ることを見出した。同様に、溶接材料中の炭素および炭素含有量の制御は、溶接環境の炭素源および窒化物源を制御することによって達成することができ、溶接材料において特定の割れ感受性の低下および改善された機械的強度を含む所望の特性を達成するように用いられ得る。さらに、窒素および炭素制御の両方を組み合わせて、このような望ましい特性を達成してもよい。
【００２０】
例えば、第１の実施形態では、１５０ｐｐｍ〜２５０ｐｐｍの窒素含有量における熱がより敏感であるようである一方で、１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍの範囲の窒素は凝固割れのような高温割れ機構に耐性を与えるようである。反対に、２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの範囲の高い窒素含有量では、機械的強度が向上し、延性低下割れ（DDC: Ductility Dip Cracking）などの固体状態の割れ機構に対する耐性が促進されるようである。
【００２１】
１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍあるいは２０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲の窒素含有量および析出物の低い体積分率（例えば、０．００５未満）は、引張強度および０．２％降伏強度などの機械的特性にほとんど影響を与えず、凝固割れなどの高温割れ機構に対する溶接材料の耐性を向上させる。また、２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍあるいは６００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍの範囲の窒素含有量および析出物の高い体積分率（例えば、０．０１超あるいは０．０１〜０．０１７５）は、引張強度および０．２％降伏強度などの溶接材料の機械的特性を増大させ、延性低下割れなどの固体状態の割れ機構に対する溶接材料の耐性を向上させる。
【００２２】
上記を考慮すると、溶接材料の特定の実施形態は、１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍの範囲または２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの範囲の窒素含有量を含む組成を有する。また、溶接材料の微細構造は、複数の金属炭化物析出物および複数の金属炭化物／窒化物析出物のうちの１つ以上を含む。窒素含有量が１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍの範囲にあるとき、溶接材料の微細構造は、０．００２５以下の体積分率を有する複数の析出物を含む。窒素含有量が２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの範囲にあるとき、溶接材料の微細構造は、０．００３以上の体積分率を有する複数の析出物を含む。析出物の体積分率は、（以下でさらに説明するように）ＳＥＭを用いた定量的画像解析によって決定され得る。
【００２３】
また、例えば、第２の実施形態では、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０６重量％以下のＣ（好ましくは０．０３〜０．０６重量％のＣ）のうちの１つ以上が機械的性能の改善をもたらす。より詳細には、０．０４０重量％以下の範囲のＣと組み合わせた２５０ｐｐｍ以下のＮの範囲は、凝固割れなどの高温割れ機構に対する耐性をもたらす。反対に、０．０３重量％〜０．０６重量％の範囲のＣと組み合わせた１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲のＮは、機械的強度を改善し、延性低下割れ（ＤＤＣ）などの固体状態の割れ機構に対する耐性を促進する。
【００２４】
以下の表１は、炭素含有量および窒素含有量が制御され、凝固割れおよび延性低下割れ（ＤＤＣ）などの固体状態の割れ機構などのような高温割れ機構に付随した効果を伴った特定の組成を得るＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の組成をまとめたものである。
【００２５】
【表１】
2020146758.tif 000002
【００２６】
上記を考慮すると、溶接材料の特定の実施形態は、０．０４０重量％以下の範囲の炭素含有量と組み合わせて、２５０ｐｐｍ以下の範囲の窒素の窒素含有量を含む組成を有する。また、この溶接材料の微細構造は、複数の金属炭化物析出物および複数の金属炭化物／窒化物析出物のうちの１つ以上を含む。具体的には、この溶接材料の微細構造は、約０．００２５の体積分率を有する複数の析出物を含む。溶接材料の別の特定の実施形態は、０．０３重量％〜０．０６重量％の範囲の炭素含有量と組み合わせて、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲の窒素の窒素含有量を含む組成を有する。また、この溶接材料の微細構造は、複数の金属炭化物析出物および複数の金属炭化物／窒化物析出物のうちの１つ以上を含む。具体的には、この溶接材料の微細構造は、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲の窒素および０．０３〜０．０５重量％の範囲のＣでは０．００２５〜０．００７７、あるいは、０．０３０重量％のＣと組み合わせて１２５ｐｐｍ〜３５０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５〜０．００６０、および０．０５重量％のＣと組み合わせて２００ｐｐｍ〜３１０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００６０〜０．００７７の複数の析出物の体積分率を有する複数の析出物を含む。析出物の体積分率は、（以下にさらに説明するように）ＳＥＭによる定量的画像解析によって決定することができ、高い拘束用途（restraint applications）において、凝固割れなどの高温割れ機構に対する既知の耐性と相関する測定基準を提供する。
【００２７】
図２は、９５モル％のアルゴンと５モル％の窒素のシールドガスを用いて準備されたＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の走査電子顕微鏡画像である。図２のＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の窒素含有量は１３００ｐｐｍであった。図２の画像１００において、光または白色領域１１０は、炭化物（例えばＭＣ型）および複合炭化物／窒化物（例えばＭＸ型）型の析出物である。顕微鏡写真の黒い線１２０は粒界である。画像１００は、２０．０ｋｖおよび１５００倍の倍率で撮影した。定量的画像解析を用いて、１５のＳＥＭ顕微鏡写真からの測定値の平均を取り（すべてサンプルの同じ直交面から、同じ溶接プロセスと一貫したイメージングおよび定量化設定を使用）、図２の画像１００に示される試料の析出物の体積分率は０．０１７５であると決定された。図２に示される他の特徴には、γ相（すなわち、オーステナイト）１３０、小さなＭＣ／ＭＸ相粒子（粒間）１４０、小さなＭＣ／ＭＸ相粒子（樹枝間（inter-dendritic））１５０、および大きなＭＮ／ＭＸ相粒子１６０が含まれる。
【００２８】
溶接材料中の析出物量は、窒化物および炭化物形成成分の存在および量によって影響され得る。ＥＲＮｉＣＲ−３に影響を及ぼす炭化物または窒化物の形成成分は、ニオブおよびチタンである。ニオブは、ＥＲＮｉＣｒ−３の主要な炭化物形成元素である。ＥＲＮｉＣｒ−３の従来の相変態シーケンスは、γ相（すなわち、オーステナイト）およびＮｂＣのみをもたらす。そのため、特定の例では、溶接材料の組成は、１〜４重量％のＮｂ、あるいは２〜３重量％のＮｂおよび０．７５重量％以下のＴｉ、あるいは０．３０〜０．４５重量％のＴｉのうちの１つ以上を含んでもよい。
【００２９】
他の点では、溶接材料は、第１の金属体と第２の金属体とを接合して溶接物を形成するのに適した溶接材料としてもよい。さらなる特定の実施形態では、第１の金属体および第２の金属体は、同様の金属または異種金属（または、鉄および非鉄金属である）から形成され、溶接材料は、ＥＲＮｉＣｒ−３ベースの溶接材料である。
【００３０】
第１の実施形態では、ＥＲＮｉＣｒ−３ベースの溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｍ  ：４．０重量％以下、
Ｎ  ：１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む組成を有する。
【００３１】
第２の実施形態では、ＥＲＮｉＣｒ−３ベースの溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、
Ｍ  ：４．０重量％以下、
Ｎ  ：１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ、
Ｃ  ：０．０３〜０．０６重量％、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む組成を有する。
【００３２】
第３の実施形態では、ＥＲＮｉＣｒ−３ベースの溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、
Ｍ  ：４．０重量％以下、
Ｎ  ：２５０ｐｐｍ以下、
Ｃ  ：０．０４０重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む組成を有する。
【００３３】
上記のそれぞれにおいて、Ｍは、ＮｂまたはＴｉなどの炭化物または窒化物または複合炭化物／窒化物形成成分である。Ｎｂが存在する場合、その限界は１〜４重量％、あるいは２〜３重量％であり、Ｔｉが存在する場合、その限界は０．７５重量％以下、あるいは０．３０〜０．４５重量％である。ＮｂおよびＴａは、ＥＲＮｉＣｒ−３の一次炭化物形成元素であり、互いに置換されることができ、存在する場合、ＥＲＮｉＣｒ−３の従来の相変態シーケンスは、γ相およびＮｂＣおよび／またはＴａＣをもたらす。
【００３４】
炭素はまた、溶接組成中に存在してもよく、溶接材料の析出物特性（数、サイズおよび／または分布）に寄与してもよく、析出量に顕著な影響を及ぼす。ＥＲＮｉＣｒ−３（ＥＮ８２Ｈ）材料の仕様では、Ｃは０．０３重量％〜０．１０重量％の範囲を有する。典型的なバルク組成は０．０３５〜０．０４５重量％のＣであり、高炭素含有量（０．０５０〜０．０６０重量％のＣ）における熱に関する観察によれば、窒化物が依然として不均一な析出のための主要な触媒である一方で、ＮおよびＣの両方が溶接材料中の析出物量に寄与することを示唆している。
【００３５】
単一の溶接物内において、特定の領域は、より多いまたはより少ない窒素および／または析出物を採用して、所望の特性を得ることできる。例えば、多層溶着物を有する溶接物において、溶接物の異なる領域または層は、溶接材料組成中に異なる量の窒素を有する溶接材料を有していてもよい。（溶接凝固の終わりに向かって典型的に起こる）凝固割れに対する感受性の高い溶接物の領域では、溶接材料の窒素含有量を１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍ（約０．００１５重量％〜０．０１２重量％）に調整して、凝固割れに対する耐性を高めてもよく、または４００ｐｐｍ（約０．０４０重量％）まで存在する炭素と組み合わせて窒素が２５０ｐｐｍ（約０．０２５重量％）まで存在する、窒素と炭素の両方を有するように調整してもよい。同じ溶接物内であるが異なる層では、凝固割れ感受性が低い領域もあるが、延性低下割れなどの固体状態の割れ機構に対する感受性が高い領域（例えば、マイグレーションされた溶接粒界または不十分なＭＣ型炭化物析出物を含む領域）があり、これらの領域の溶接材料は、窒素レベルが２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、あるいは５００ｐｐｍ〜１４００ｐｐｍまたは１０００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍ（約０．０２重量％〜０．１５重量％、あるいは０．０５重量％〜０．１４重量％または０．１０重量％〜０．１３重量％）になるように調整された、または３００ｐｐｍ〜６００ｐｐｍ（約０．０３重量％〜０．０６重量％）の範囲内に存在する炭素と組み合わせて窒素が１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ（約０．０１０重量％〜０．０５０重量％）の範囲内に存在する、窒素と炭素の両方を有するように調整された組成を有してもよい。場合によっては、同じ溶接物内であるが異なる層における溶接材料の窒素および／または炭素含有量は調整されなくてもよいとも考えられる。
【００３６】
特定の理論に拘束されるものではないが、溶接プロセスにおける溶接材料の凝固は、十分早く起こり、溶接材料中に炭化物（例えばＭＣ型）、窒化物および／または複合炭化物／窒化物（例えばＭＸ型）型の微粒子を形成するための金属元素系（例えばＮｂ系）または炭素系のルート（routes）は、そのような析出物形成プロセスが本質的に溶接材料の凝固によって停止される前に、核生成し、成長し、析出物を形成する時間が限られていると現在理解されている。これらの条件下では、溶接材料の最終の析出物特性（数、サイズおよび／または分布）の変動に影響を及ぼす能力はほとんどない。しかしながら、溶融溶接材料中の窒素（または窒化物）の存在を増加させると液相線温度が上昇し、溶接材料組成の成分のより高い移動性およびより長い凝固プロセスを可能にし、例えば約１２０ｐｐｍ未満のより少ない量の窒素を含む溶接材料と比較して、析出物性（数、サイズおよび／または分布）の増加を促進させる。窒素／窒化物濃度の増加が析出物性を増加させ、窒素／窒化物濃度の減少が析出物性を減少させるように、これらの増加した析出物特性（数、サイズおよび／または分布）は定性的に相関している。
【００３７】
さらに、低い窒素含有量（１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍ）および析出物の低い体積分率（０．００２５未満）を有する溶接材料は、窒素および析出物が変更されないが高温割れ機構に対する改善された耐性を示す溶接材料と比較して、機械的特性の改善がほとんどまたは全くない。同様に、高い窒素含有量（２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、特に１０００ｐｐｍを超える場合）および析出物の高い体積分率（０．００３超、特に０．０１０以上、あるいは０．０１０〜０．０１７５）を有する溶接材料は、窒素および析出物が変更されておらず、固体状態の割れ機構に対する改善された耐性も示す溶接材料と比較して、機械的特性が改善される。
【００３８】
溶接材料が第１の金属体を第２の金属体に接合して溶接物を形成する融接の方法に目を向けると、例示的な方法は、第１の金属体と第２の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程を含む。この溶融材料は、第１の金属体からの溶融ベース金属（molten base metal）、第２の金属体からの溶融ベース金属、溶接合金からの溶接金属、および任意の１つ以上の溶融フィラー金属を含む。以下でさらに説明するように、溶融材料の窒素および炭素含有量の少なくとも１つが変更され、溶融材料が融合され、これにより第１の金属体からの溶融ベース金属、第２の金属体からの溶融ベース金属、溶接合金からの溶接金属および任意の１つ以上の溶融フィラー金属の異なる成分が融合して混合物となる。次に、融合された溶融材料は、凝固して、使用される開示の実施形態に応じて、（所望の機械的特性および所望の割れ抵抗に応じて、）１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの窒素を含む、または窒素と炭素の両方を含み、ここで、窒素は０．０４０重量％まで存在する炭素と組み合わせて２５０ｐｐｍまで存在する、または窒素と炭素の両方を含み、ここで、０．０３重量％〜０．０６重量％の範囲で存在する炭素と組み合わせて窒素が１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲で存在する組成を有する溶接材料を形成する。
【００３９】
また、溶融材料の窒素および窒化物の含有量を変更させることにより、複数の金属炭化物析出物および複数の金属炭化物／窒化物析出物のうちの１つ以上を含むように、溶接材料の微細構造が変更される。例示的な実施形態では、溶接材料の微細構造は、低い体積分率（０．００２５未満）の析出物で複数のＮｂＣ析出物および／またはＴｉＮ析出物を含み、高温割れ機構に対する耐性を改善するか、または高い体積分率（０．００３超、特に０．０１０以上）の析出物で、固体状態の割れ機構に対する耐性を改善する。炭素および窒素が制御される別の実施形態では、析出物の体積分率は、０．０３〜０．０５重量％のＣと組み合わせて１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５〜０．００７７であり、あるいは、体積分率は、０．０３０重量％のＣと組み合わせた１２５ｐｐｍ〜３５０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５〜０．００６０であり、０．０５重量％のＣと組み合わせた２００ｐｐｍ〜３１０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００６０〜０．００７７である。
【００４０】
本明細書で開示される方法は、溶融溶接材料中の窒素（および窒化物）および／または炭素（および炭化物）の存在を制御することによって、溶融材料の窒素含有量および／または炭素含有量を変更する。また、溶融溶接材料中の窒素（および窒化物）および／または炭素（および炭化物）の存在を制御することによって、窒素および炭化物（例えばＭＣ型）タイプの析出物および／または複合炭化物／窒化物（例えばＭＸ型）タイプの析出物ならびに溶接材料中のそれらの含有量に影響を及ぼし変更させる。例えば、以下の工程の１つ以上を含む溶接プロセスを使用して、溶融材料の窒素含有量および炭素含有量のうちの１つ以上を変更することができる。（i）シールドガス組成を調整して、窒素ガスおよび窒化物種を増加させる、（ii）シールドガス組成を調整して、窒素ガスおよび窒化物種を減少させる、（iii）材料中の窒素、ならびに窒化物形成および窒化物可溶化成分の組成を調整して、所望の濃度の窒素および窒化物を得る、および（iv）フラックスおよびフィラー材料の使用などの他のプロセスが用いられ、溶融材料を形成する溶融金属に窒素または窒化物を導入する、（v）シールドガス組成を調整して、炭素ガスおよび炭化物種を増加させる、（vi）シールドガス組成を調整して、炭素ガスおよび炭化物種を減少させる、（vii）材料中の炭素、ならびに炭化物形成および炭化物可溶化成分の組成を調整して、所望の濃度の炭素および炭化物を得る、および（viii）フラックスおよびフィラー材料の使用などの他のプロセスを用いて、溶接材料、オーバーレイ、バタリングまたはクラッディングを形成する溶融金属に炭素または炭化物を導入する。
【００４１】
例えば成形（shaping）および／またはクリーニングによって溶接用の加工対象物（例えば、溶接材料によって接合されて溶接物を形成する金属体）および材料を準備した後に、溶接プロセスは、溶融材料の領域が第１の金属体と第２の金属体との間に形成される場所で開始及び進行し得る。この溶融材料の領域は、第１の金属体からの溶融ベース金属、第２の金属体からの溶融ベース金属、溶接合金からの溶融溶接金属、および任意の１つ以上の溶融フィラー金属を含む。
【００４２】
例えばガス金属アーク溶接およびガスタングステンアーク溶接中にシールドガスが存在する場合、シールドガスは溶融材料の領域に供給され、溶接の品質を低下させる可能性がある酸素、水蒸気および他の不純物に対する保護ガスバリヤーを形成する。シールドガスは、任意の適切な手段によって供給され得る。例えば、シールドガスは、溶接ラインの端部にあるガスノズルに通じるシールドガスラインを通って供給され、シールドガスは、溶接アークの周りの溶接作業ゾーン（welding work zone）に排出されるか、またはシールドガスは、別個の供給源および装置から供給され、溶接アークの周りの溶接作業ゾーンに適用され得る。
【００４３】
シールドガスの例として、シールドガスは、（個々のガスまたは混合ガスであろうとなかろうと）０〜５モル％の窒素および０〜２５モル％のＣＯ２の１つ以上を含むようにその組成が変更された不活性または半不活性ガス（例えばアルゴンまたはヘリウム）であってもよい。一例として、窒素のみのシールドガスは、ＥＲＮｉＣｒ−３溶接消耗品（welding consumable）を用いた溶接用途（例えばコールドワイヤ（ＡＧＴＡ−ＣＷ）による自動ガスタングステンアーク溶接）に用いられる場合、最大０．０１７５の体積分率でＭＣ型およびＭＸ型の析出物を含み、最大０．１３重量％の窒素を含む組成を有する溶接材料を形成する。
【００４４】
溶接アークの周りの溶接作業ゾーンにおいて、シールドガスの保護ガス障壁は、溶融材料と接触し、ガス障壁からの（元素状窒素または溶接で用いられる高温のために窒化物の形で）窒素または（元素状炭素または溶接で用いられる高温のために炭化物の形で）炭素が溶融材料に導入される。溶接材料中において、凝固中に、窒素（または窒化物）および／または炭素（または炭化物）は、窒素／炭素のままであるか、または溶融金属中の窒化物／炭化物形成種と反応して窒化物／炭化物を形成し、炭化物（例えばＭＣ型）および／または複合炭化物／窒化物（例えばＭＸ型）タイプの微粒子を促進させると共に、溶接材料の窒素含有量に寄与する。
【００４５】
代替的にまたは同時に、溶接材料中の窒素（または窒化物）または炭素（または炭化物）材料の量は、第１の金属体と第２の金属体と溶接合金の溶接金属とのうちの１つ以上の材料中における窒素（および／または炭素）形成および窒素（および／または炭素）可溶化成分の組成によって制御され得る。窒素および窒化物（および／または炭素および炭化物）の量は、窒素／窒化物（および／または炭素／炭化物）形成元素を添加することによって、または窒素または窒化物促進元素（および／または炭素または炭化物促進元素）の溶解度を増加または妨げる元素を添加することによって影響され得る。例として、窒素／窒化物形成元素としてＴｉおよびＡｌを用いることができ、窒素または窒化物の形成を促進する元素としてＭｎを用いることができる。これらの２つのタイプの添加物は、単独でまたは組み合わせて用いられて、窒素と炭化物（例えばＭＣ型）、窒化物および／または複合炭化物／窒化物（例えばＭＸ型）タイプの微粒子の量および分布に対する望ましい効果をバランスさせて、溶接材料の窒素含有量に寄与してもよい。例えば、第１の金属体および第２の金属体の一方または両方は、窒素含有量および／または窒化物含有量が変更された組成を有していてもよい。別の例として、ＶＩＭ溶融（VIM melting）または加圧エレクトロスラグ再溶融プロセス（Ｐ−ＥＳＲ）中のような、一次／二次溶融プロセス中に測定された窒素／窒化物の添加物を用いてもよい。類似の状況は、炭素／炭化物形成元素および／またはプロセスを用いることにより、炭素含有量および／または炭化物含有量について達せられてもよい。例えば、炭素／炭化物形成元素は、材料のＶＩＭ溶融中に、溶接ワイヤのような溶接供給物に組み込まれてもよい。
【００４６】
さらなる例として、例えばＥＲＮｉＣｒ−３溶接金属のような溶接消耗品の溶接金属中の窒素含有量は、例えば、溶接金属を窒化することによって、または溶接金属を被覆することによって、窒素および／または窒化物を含むように変更されてもよい。炭素含有量は、例えば、溶接金属を炭化するか、または溶接金属を被覆することによって同様に調整されてもよい。溶接金属を窒化または炭化するために、従来の溶接金属を温度および／または圧力で窒素／炭素含有雰囲気に暴露して、溶接金属を窒化／炭化し、溶接金属に窒素リッチ／炭素リッチの表面ゾーンを形成してもよい。次に、この窒化／炭化溶接金属は、溶接金属の窒化物／炭化物材料が溶融材料の領域に添加される溶接プロセスにおいて、溶接消耗品として用いられてもよい。溶接金属の窒化／炭化の量を変化させることにより、溶融材料の組成中の窒素／炭素の量が変更される。特定のフラックスベース（flux-based）または粉末コア製品（powder core products）も同様の効果を得るように変更／生成されてもよい。
【００４７】
代替的にまたは同時に、溶接材料中の窒素（または窒化物）材料の量は、溶接プロセスに用いられる溶接助剤（welding aides）の材料中の窒素、窒化物形成および窒化物可溶化成分の組成によって制御されてもよい。同様に、溶接材料中の炭素（または炭化物）材料の量は、溶接プロセスに用いられる溶接助剤の材料中の炭素、炭化物形成および炭化物可溶化成分の組成によって制御されてもよい。溶接助剤の例としては、フラックスおよびフィラーが挙げられる。例えば、ＥＲＮｉＣｒＦｅ−３溶接消耗品を使用したシールド金属アーク溶接（ＳＭＡＷ）では、フラックスが加熱されて流れるとき、それは溶融材料の領域に接触し、溶接の品質を低下させ得る酸素、水蒸気および他の不純物に対する保護バリアを形成する。フラックスは溶融材料と混ざらないが、フラックスと溶融材料との界面では、フラックスからの成分が溶融組成物に入ることができる。これは、溶接に用いられる高温または溶融材料およびフラックスの高い化学ポテンシャルなどのように、そのような成分がフラックス溶融材料界面を横切るような十分な駆動力がある場合に起こり得る。窒化物粉末、炭素粉末、窒化物形成元素、炭化物形成元素、および溶接中に窒素ガスおよび／または炭素ガスを生成するコーティングのような、１つ以上の添加物が用いられる場合、添加物は溶融し、それらの含有量は溶融材料の含有量に寄与する。フィラーの窒素、窒化物、窒化物形成および窒化物可溶化、炭素、炭化物、炭素形成および炭化物可溶化含有量を、例えば組成、窒化、炭化、またはコーティングを変更することにより変化させることによって、材料中の窒素、炭素、窒化物、炭化物、窒化物形成および窒化物可溶化および炭化物形成および炭化物可溶化含有量を変化させて、材料が溶接プロセスにおいて消耗品として用いられる場合に、溶融材料の組成中の窒素および／または炭素の量を変更させる。
【実施例】
【００４８】
表２および３は、溶接材料中の窒素量を変更させた試料の組成分析および機械的試験の結果を報告する。試料は、ＡＧＴＡ−ＣＷ溶接およびニッケル−クロム−鉄合金の合金６００（ＵＮＳ０６６００）の金属体を用いて溶接物を製造することによって準備した。溶接ビードは、合金６００試験片の平坦な位置に堆積させた。４インチ（幅）×５インチ（長さ）×１インチ（高さ）のおおよその形状を有する多層溶接ビルドアップ（multi-layer weld buildup）を生成する。表２および３の試料の溶接金属は、ＥＲＮｉＣｒ−３ベースの溶接金属であった。添加物またはフラックスは用いなかった。表２および表３の試料の溶接プロセス中に、アルゴン混合シールドガスを用いて、窒素含有量は以下のように４つの試料の間で変化させた。試料ＹＴ０１５９−０ＮＣに０モル％（ｍｏｌ％）の窒素シールドガスが用いられ、試料ＹＴ０１５９−１ＮＣに１モル％の窒素シールドガスが用いられ、試料ＹＴ０１５９−５ＮＣに５モル％の窒素シールドガスが用いられ、試料ＹＴ０１５９−２０ＮＣに２０モル％の窒素シールドガスが用いられた。
【００４９】
表２および表３の試料のＥＲＮｉＣｒ−３溶接金属は、真空溶解（VIM: Vacuum Induction Melting）、エレクトロスラグ再溶解炉（ESR: Electroslag Remelting）および真空アーク再溶解炉（VAR: Vacuum Arc Remelting）を含む３段階溶融プロセスで真空溶融技術によって準備され、１５ｐｐｍ〜２５ｐｐｍの範囲の窒素含有量をもたらす。真空溶解技術によって準備されたＥＲＮｉＣｒ−３は、真空溶解したＥＲＮｉＣｒ−３中の窒素および窒化物の含有量が試料間でより一致しており、また窒素および窒化物の含有量が１５ｐｐｍ〜２５ｐｐｍであり、これは、十分小さく、溶接材料中の窒素および窒化物含有量の制御が、溶接プロセス中にユーザーによって添加される、例えば、シールドガス組成、材料中の窒素（および窒化物）形成および窒素（および窒化物）可溶化成分の組成、およびフラックスおよび添加物材料の利用などの他のプロセスのうちの１つ以上の制御を通じて、窒素および窒化物の量に本質的に完全に依存し、かつそれによって制御され得るため、大気溶解ＥＲＮｉＣｒ−３と比較して好ましい溶接消耗品である。
【００５０】
表２：溶接材料の組成分析（重量％）
【表２】
2020146758.tif 000003
【００５１】
表２に報告された組成分析の結果は、誘導炉または抵抗炉内における誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）および燃焼技術（combustion techniques）などの標準的な分析技術を用いて得られた。燃焼技術は、炭素、水素、窒素、酸素および硫黄に用いられた。報告されたニッケル含有量は、他の成分の測定された含有量の残余に基づく。
【００５２】
続いて、試料ＹＴ０１５９−０ＮＣ（０モル％の窒素を含むシールドガスを利用して準備）、試料ＹＴ０１５９−１ＮＣ（１モル％の窒素を含むシールドガスを利用して準備）、試料ＹＴ０１５９−５ＮＣ（５モル％の窒素を含むシールドガスを利用して準備）および試料ＹＴ０１５９−２０ＮＣ（２０モル％の窒素を含むシールドガスを用いて準備）の機械的特性が試験された。表３は、試験結果を含み、各試料について、引張強度（ｋｓｉ）、０．２％降伏強度（ｋｓｉ）、伸び（４Ｄにおける％）（％伸びは、ゲージ長さがそのゲージ直径の４倍である試料で測定されたことを意味する）および溶接進行方向に対して縦方向および横方向の両方向における絞り（％）を報告する。
【００５３】
表３：溶接材料の引張試験
【表３】
2020146758.tif 000004
【００５４】
より具体的には、４つのサンプルを、ＡＳＴＭ Ｅ８−１５ａ（金属材料の引張試験のための標準試験方法）を参照して、ＡＷＳ Ｂ４．０（溶接の機械的試験のための標準的方法）に従って試験した。試験は、０．００５インチ／インチ／分の歪み速度で、全歪みが１．５％になるまで室温で行い、その後、クロスヘッド速度が０．０５０インチ／インチ／分で破損（failure）するまで行った。各試料は全ての溶接金属（表２の組成に対応する）から成り、各試料の試験ブランクは、５／８インチ×５／８インチ×３．５インチで、直径０．２５０インチの円形引張り試験片に機械加工された。
【００５５】
０モル％超の窒素を有するシールドガスを用いて準備された試料の機械的特性を、０モル％の窒素のシールドガスを用いて準備された試料と比較すると、シールドガスの窒素量（そして、溶接材料中の窒素量により）が増加するにつれて、機械的特性の変化を観察することができる。引張強さの変化（絶対値および百分率）を表４に示す。
【００５６】
表４：１モル％、５モル％および２０モル％の窒素シールドガスを用いて準備された試料の機械的特性と０モル％窒素シールドガスを用いて準備された試料の機械的特性との比較
【表４】
2020146758.tif 000005
【００５７】
また、比較のために、ＡＳＭＥ ＩＩＣの附属書Ａ，ＳＦＡ−５．１４につき、従来のＥＲＮｉＣｒ−３溶接金属の典型的な機械的特性には、８０ｋｓｉの引張強度が含まれる。また、比較のために、ＭＩＬ仕様の等価溶接材料（ＥＮ８２Ｈ）、ＭＩＬ−Ｅ−２１５６２は、８０ｋｓｉの最小引張強度および３０％の最小伸びを有し、ＥＮ８２Ｈと一致する引張強度および伸び値を有する焼鈍されたＵＮＳ Ｎ０６６００（ＡＳＴＭ Ｂ１６６／１６８）は、３５ｋｓｉの最小降伏強度（０．２％オフセット）を有する。試験した本発明の試料の特性を比較の従来の試料の特性と比較すると、試験した本発明の試料は、１４．０ｋｓｉから２２．０ｋｓｉ（１７．５％から３３．８％の改善に相当）の引張強度、２６．５ｋｓｉから３８．５ｋｓｉの０．２％降伏強度（７５．７％から１１０％の改善に相当）、および−２％から＋１２％の伸びの変化（６．７％の減少から４０．０％の増加に相当）の改善を示した。
【００５８】
図３は、シールドガスを用いて準備された溶接材料の試料の微細構造を示す２０ｋＶおよび１５００倍の倍率で得られた一連の走査電子顕微鏡写真を含み、シールドガスは、（ｉ）２箇所で０モル％の窒素を含有し（図３Ａ〜Ｂ）、（ｉｉ）２箇所で１モル％の窒素を含有し（図３Ｃ〜Ｄ）、（ｉｉｉ）２箇所で５モル％の窒素を含有し（図３Ｅ〜Ｆ）、（ｉｖ）２箇所で２０モル％の窒素を含有する（図３Ｇ〜Ｈ）。図３Ａ〜図３Ｈは、溶接プロセス中に存在する窒素量が変化するのに伴って、析出物の相体積が異なるが、図２に関して示され説明されたものと同様の特徴を示す。ＳＥＭ顕微鏡写真から明らかなように、溶接シールドガスの窒素含有量の増加および得られる溶接材料（表２参照）は、ＭＣおよびＭＸ相体積の顕著な増加を、増大した分布および大きさの双方からもたらした。また、材料強度の対応する改善は、これらの析出増加に起因する可能性があり、このような二次相は、材料の結晶学的構造を通して転位の運動を妨げることが知られている。（混合ガス中）５モル％と２０モル％窒素の試料の間には、機械的特性および体積分率析出物の僅かな差しか認めらないが、おそらくはＥＲＮｉＣｒ−３溶接材料の溶解限界（すなわち、（溶接金属中に）１３００〜１４００ｐｐｍのバルク窒素含有量）に起因すると考えられる。
【００５９】
別の例では、ＥＲＮｉＣｒ−３／ＥＮ８２Ｈの合金で形成された溶接部（welds）を調べたところ、窒素および炭素の含有量は以下のように変化した。２０〜１４００ｐｐｍの窒素および名目上０．０３重量％の炭素または名目上０．０５重量％の炭素。溶接材料は、溶接進行方向に対して縦方向（longitudinal direction）および横方向（transverse direction）の両方向の引張特性について研究された。表５は、これらの研究の結果を示し、各試料について、引張強度（ｋｓｉ）および０．２％降伏強さ（ｋｓｉ）を報告する。
【００６０】
表５：様々なＮおよびＣ含有量を有するＥＲＮｉＣｒ−３／ＥＮ８２Ｈ合金に基づく溶接材料の引張試験
【表５】
2020146758.tif 000006
【００６１】
表５の上記の結果において、試料の炭素含有量は、異なる炭素含有量（０．０５重量％の高炭素含有量および０．０３重量％の低炭素含有量）を有する２つの熱線（wire heat）を選択することの他に炭素を変化させなかった。同等またはほぼ同等の窒素含有量を有する試料からのデータを比較することにより、これらの試料における炭素の効果を分離することができる。この場合、表５のデータを使用して、試料Ｂ８１４２ １Ｎに対する試料ＹＴ０１５９ １Ｎの機械的特性の値を比較すると、シールドガス中に名目上一定の窒素含有量または混合ガス中に１モル％の窒素含有量での炭素含有量の変化（ＹＴ０１５９ １Ｎでは０．０５重量％のＣ、Ｂ８１４２ １Ｎでは０．０３重量％のＣ）の効果が示される。これらの試料について、表５に報告される試験は、試料間の縦方向の機械的特性の低下を示すが、横方向の機械的特性は名目上一定である。別の場合および表５のデータを使用して、試料Ｂ８１４２ ０．４Ｎに対する試料ＹＴ０１５９ ０．４Ｎの機械的特性の値を比較すると、シールドガス中に名目上一定の窒素含有量または混合ガス中に０．４モル％の窒素含有量での炭素含有量の変化（ＹＴ０１５９ ０．４Ｎでは０．０５重量％のＣ、Ｂ８１４２ ０．４Ｎでは０．０３重量％のＣ）の効果が示される。これらの試料について、表５に報告された試験は、試料間の縦方向の機械的特性における名目上一定値を示すが、横方向の機械的特性は、高炭素試料（０．０５重量％Ｃ）と比較して低炭素試料（０．０３重量％Ｃ）の値の減少を示す。
【００６２】
上記研究からの１つの結論は、窒素は引張および降伏強度に最小限の影響を及ぼし、炭素は引張および降伏強度に窒素よりも強い影響を及ぼすことである。さらに、シールドガス中で同量の窒素の試料ＹＴ０１５９ ５Ｎと比較した場合の低炭素試料Ｂ８１４２ ５Ｎ中の窒素の溶解度の差は注目すべきであり、出発物質含有量、特に炭素（また少量のＴｉおよびＮｂ）は、溶接／溶融プロセス中およびその後の窒素溶解度に直接影響を及ぼすことを示唆／裏付ける。これらの影響は、非平衡計算熱力学的モデリングによっても予測され、バルク材料製造または製品製造の一次／二次溶融プロセス中に観察されることが予測される。これは、炭素と窒素の含有量の相互依存性と、最初の製品形態又は製造中の双方において、ターゲット材料組成を得るために必要な検討事項についての見識を与える。
【００６３】
また、５モル％の窒素（５Ｎ試料）を含むシールドガスを用いて名目上０．０５重量％のＣおよび名目上０．０３重量％のＣの試料の双方から、０モル％の窒素を含むシールドガスを用いて準備された対応する試料までに対して、様々な試料の機械的特性を比較して、シールドガス中の窒素含有量の変化の影響を観察することができ、シールドガス中の窒素量（代理として溶接材料中の窒素量）が増加するにつれて機械的特性の変化を観察することができる。引張強度の変化（絶対値およびパーセント）を表６に示す。
【００６４】
表６：５モル％窒素のシールドガスを用いて準備された試料の機械的特性と０モル％窒素のシールドガスを用いて準備された試料の機械的特性の比較
【表６】
2020146758.tif 000007
【００６５】
上記研究の結論の１つは、名目上の材料炭素含有量の増加が、（溶接／溶融プロセスによって影響される）窒素溶解度のそれぞれの境界内で材料強度の予想される範囲を増加させるだろうということか、あるいは、名目上の材料炭素含有量の減少が、変化する窒素含有量による材料強度の予想される影響を制限するだろうということである。
【００６６】
本発明をその実施形態に関連して説明してきたが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の主旨および範囲から逸脱することなく具体的に記載されていない追加、削除、修正および置換を行うことができることは当業者には理解されるであろう。例えば、溶接材料に関連して記載されているが、本明細書に記載された原理、組成およびプロセスは、ベース材料およびその組成にも適用でき、ベース材料の合金化処理において実施され得る。
【００６７】
本明細書において実質的に任意の複数形および／または単数形の用語の使用に関して、当業者は、文脈および／または用途（application）に適切であるように、複数形から単数形および／または単数形から複数形に置き換えうる。数個の単数形／複数形の置換は、明確さのために本明細書に明示的に記載されていない。
【００６８】
本明細書に記載される主題は、異なる他の構成要素内に含まれるか、またはそれに接続される異なる構成要素を示すことがある。そのように示された構造（architectures）は単なる例示であり、実際には同じ機能を達成する多くの他の構造が実施され得ることは理解されるべきである。概念的な意味において、同じ機能性を達成するための構成要素の配置は、所望の機能性が達成されるように効果的に「関連（associated）」される。したがって、特定の機能性を達成するために組み合わされる任意の２つの構成要素は、構造（architectures）または中間コンポーネント（intermedial components）に関わらず、所望の機能性が達成されるように互いに「関連」するとみなされ得る。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素は、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に接続された」または「動作可能に結合された」とみなすことができ、そのように関連付けることができる任意の２つの構成要素は、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に結合可能」であるとみなすことができる。動作可能に結合可能な具体例としては、限定されないが、物理的に結合可能な（mateable）および／または物理的に相互作用する構成要素、および／または無線で相互作用可能な、および／または無線で相互作用する構成要素、および／または論理的に相互作用する、および／または論理的に相互作用可能な構成要素を含む。
【００６９】
いくつかの例では、１つ以上の構成要素は、「構成される（configured to）」、「により構成される（configured by）」、「構成可能（configurable to）」、「動作可能／動作する（operable/operative to）」、「適合された／適合可能（adapted/adaptable）」、「可能（able to）」、「適合する／適合する（conformable/conformed to）」などとして本明細書に参照されてもよい。当業者であれば、そのような用語（例えば、「構成される（configured to）」）は、文脈が別途必要な場合を除き、一般に、アクティブ状態の構成要素および／または非アクティブな構成要素および／またはスタンバイ状態の構成要素を含むことができることを認識するであろう。
【００７０】
本明細書に記載された本主題の特定の態様が示され、記載されているが、本明細書の教示に基づいて、本明細書に記載される主題およびより広い態様から逸脱することなく変更および改変がなされ得ることは当業者には明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載された主題の真の主旨および範囲内にあるそのような全ての変更および改変をその範囲内に包含するものである。一般に、本明細書、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本文）で用いられる用語は、一般に「オープンな」用語（「含む（including）」という用語は、「含むがこれに限定されない」と解釈すべきであり、「有する（having）」という用語は、「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む（includes）」という用語は、「含むがこれに限定されない」等として解釈されるべき）として意図されることは、当業者には理解されるであろう。導入された請求の列挙の特定の数が意図されている場合、そのような意図は、請求項に明示的に列挙され、そのような列挙がない場合、そのような意図が存在しないことは、当業者にはさらに理解されるであろう。例えば、理解を助けるために、以下の添付の特許請求の範囲には、「少なくとも１つ」および「１つ以上」の導入句の使用を含み、請求の列挙を導入してもよい。しかしながら、そのような語句の利用は、同じ請求項が「１つ以上」または「少なくとも１つ」の導入句および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つ以上の」を意味すると解釈されるべき）を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求の列挙の導入が、そのような導入された請求の列挙を含む特定の請求を、そのような列挙を１つだけ含む請求項に限定することを意味すると解釈されるべきではない。請求の列挙を導入するために使用される明確な冠詞の使用についても同様である。また、導入された請求の列挙の特定の数が明示的に列挙されていても、当業者であれば、そのような列挙は、典型的に少なくとも列挙された数を意味すると解釈されるべきであることを認識するであろう（例えば、他の修飾語が付されていない「２つの列挙」の最小限の列挙は、典型的に少なくとも２つの列挙を意味するか、２つ以上の列挙を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣなどの少なくとも１つ」に類似した表現（convention）が用いられる場合、一般に、このような構文は、当業者がこの表現を理解するであろうという意味において意図される（例えば、「Ａ、ＢおよびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、および／または、Ａ、ＢおよびＣ等を有するシステムに限定されないが、これを含むだろう）。「Ａ、ＢまたはＣなどの少なくとも１つ」に類似した表現が用いられる場合、一般に、このような構文は、当業者がこの表現を理解するであろうという意味において意図される（例えば、「Ａ、ＢまたはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、および／または、Ａ、ＢおよびＣ等を有するシステムに限定されないが、これを含むだろう）。明細書、特許請求の範囲または図面のいずれにおいても、２つ以上の代替用語を提示する典型的に選択的な単語および／または句は、文脈が別段の指示をしない限り、用語の１つ、用語のいずれかまたは両方を含む可能性を意図すると理解されるべきであることは、当業者にとってさらに理解される。例えば、語句「ＡまたはＢ」は、典型的には、「Ａ」または「Ｂ」、または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解される。
【００７１】
添付の特許請求の範囲について、当業者であれば、そこに列挙された操作（operations）は、一般に、任意の順序で行われ得ることを理解するであろう。また、様々な操作フローがシーケンスで示されるが、様々な操作は、図示された順序以外の順序で実行されてもよく、または、同時に実行されてもよいことは理解されるべきである。このような別の順序の例には、文脈が別段の指示をしない限り、重複、交互配置（interleaved）、中断（interrupted）、並べ替え、増加（incremental）、予備（preparatory）、追加（supplemental）、同時（simultaneous）、逆または他の可変の順序が含まれてもよい。さらに、「応答する（responsive to）」、「関連する（related to）」、または他の過去時制形容詞のような用語は、文脈が別段の指示をしない限り、そのような変形を排除することを一般に意図していない。
【００７２】
先行の具体的な例示的なプロセスおよび／または装置および／または技術は、添付された特許請求の範囲および／または本願の他の所のような、本明細書の他の所で教示されている、より一般的なプロセスおよび／または装置および／または技術の典型であることは、当業者であれば理解するだろう。
【００７３】
様々な態様および実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様および実施形態は当業者には明らかであろう。本明細書に開示された様々な態様および実施形態は、実例のためのものであり、本発明を限定するものではなく、以下の特許請求の範囲によって示される真の範囲および主旨を有する。
【００７４】
詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載された例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書に示された主題の主旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよく、他の変更が行われてもよい。
【００７５】
当業者は、本明細書に記載された構成要素（例えば、操作）、装置、物、およびこれらに付随する議論が、概念的な明快さのための例として用いられ、種々の構成変更が検討されることを認識するであろう。その結果、本明細書で用いられているように、説明された特定の例およびそれに伴う議論は、それらのより一般的な分野（classes）を代表することを意図している。一般に、任意の特定の例の使用は、その分野を代表することを意図しており、特定の構成要素（例えば、操作）、装置および物を含まないことが限定解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
2020146758.tif 000008
【図１Ｂ】
2020146758.tif 000009
【図１Ｃ】
2020146758.tif 000010
【図２】
2020146758.tif 000011
【図３Ａ】
2020146758.tif 000012
【図３Ｂ】
2020146758.tif 000013
【図３Ｃ】
2020146758.tif 000014
【図３Ｄ】
2020146758.tif 000015
【図３Ｅ】
2020146758.tif 000016
【図３Ｆ】
2020146758.tif 000017
【図３Ｇ】
2020146758.tif 000018
【図３Ｈ】
2020146758.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月9日(2020.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの金属体と溶接材料とを含み、
前記溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、
Ｍ  ：４．０重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、
１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０３重量％〜０．０５重量％のＣ、および
Ｎｉ：残部として６７重量％以上
を含む組成を有し、
Ｍは、Ｎｂ、Ｔａおよび／またはＴｉから成る群から選択され、
Ｎｂおよび／またはＴａが存在する場合、合計で１〜４重量％であり、
Ｔｉが存在する場合、０．７５重量％以下であり、
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、０．００２５〜０．００７７である、
溶接物。
【請求項２】
前記Ｆｅの含有量が１．０〜３．０重量％である、請求項１に記載の溶接物。
【請求項３】
前記溶接材料の微細構造は、複数のＮｂＣ析出物を含む、請求項１または２に記載の溶接物。
【請求項４】
前記複数の析出物の体積分率は、０．０２７重量％〜０．０３０重量％のＣと組み合わせて１２５ｐｐｍ〜３５０ｐｐｍの範囲の窒素の場合、０．００２５〜０．００６０である、請求項１に記載の溶接物。
【請求項５】
前記複数の析出物の体積分率は、０．０５１重量％〜０．０５５重量％のＣと組み合わせて２００ｐｐｍ〜３１０ｐｐｍの範囲の窒素の場合、０．００６０〜０．００７７である、請求項１に記載の溶接物。
【請求項６】
前記溶接材料によって接合された、前記少なくとも１つの金属体と第２の金属体とを含む、請求項１に記載の溶接物。
【請求項７】
Ｎｂ＋Ｔａは、２．０〜３．０重量％で存在する、請求項１に記載の溶接物。
【請求項８】
少なくとも１つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、少なくとも１つの金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の１つ以上の溶融添加物と、を含む、少なくとも１つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量および前記溶融材料の窒化物含有量の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記少なくとも１つの金属体を接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、
Ｍ  ：４．０重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、
１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０３重量％〜０．０５重量％のＣ、および
Ｎｉ：残部として６７重量％以上
を含む組成を有し、
Ｍは、Ｎｂ、Ｔａおよび／またはＴｉから成る群から選択され、
Ｎｂおよび／またはＴａが存在する場合、合計で１〜４重量％であり、
Ｔｉが存在する場合、０．７５重量％以下であり、
前記凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、０．００２５〜０．００７７である、融接方法。
【請求項９】
前記Ｆｅの含有量が１．０〜３．０重量％である、請求項８に記載の融接方法。
【請求項１０】
窒素含有量を変化させる工程は、凝固させる工程の間に溶融材料の前記領域を覆うようにシールドガスを供給する工程と、１モル％〜２０モル％の窒素を含むようにシールドガスの含有量を調整する工程と、を含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域に窒素を添加する工程を含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１２】
窒素含有量を変化させる工程は、窒素および窒化物形成元素の１つ以上を溶融材料の前記領域に添加する工程を含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１３】
窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域における窒化物の溶解度を調整する工程を含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１４】
前記溶解度を調整する工程は、溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を増加させる元素を添加する工程、または溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を低下させる元素を添加する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
窒素含有量を変化させる工程は、窒素含有量が５モル％〜２０モル％に調整された溶接助剤を使用する工程を含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１６】
前記溶接助剤は、フラックスまたは粉末である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶融材料の領域は、前記少なくとも１つの金属体と第２の金属体との間であり、前記溶融材料は、前記第２の金属体からの溶融ベース金属を含み、前記溶接材料は、前記少なくとも１つの金属体を前記第２の金属体に接合する、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の金属体と前記第２の金属体とは、異種金属である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
Ｎｂ＋Ｔａは、前記凝固した溶接材料中に２．０〜３．０重量％で存在する、請求項８または９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
当業者は、本明細書に記載された構成要素（例えば、操作）、装置、物、およびこれらに付随する議論が、概念的な明快さのための例として用いられ、種々の構成変更が検討されることを認識するであろう。その結果、本明細書で用いられているように、説明された特定の例およびそれに伴う議論は、それらのより一般的な分野（classes）を代表することを意図している。一般に、任意の特定の例の使用は、その分野を代表することを意図しており、特定の構成要素（例えば、操作）、装置および物を含まないことが限定解釈されるべきではない。
本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。
（態様１）
溶接材料によって接合された、第１の金属体と第２の金属体とを含み、
前記溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、
Ｎ  ：１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む組成を有する、溶接物。
（態様２）
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
炭素含有量が０．０５重量％に対して、前記複数の析出物の体積分率は、１５ｐｐｍから１２０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５以下であり、２００ｐｐｍから１５００ｐｐｍの範囲の窒素では０．００３以上である、態様１に記載の溶接物。
（態様３）
前記溶接材料の前記組成は、１〜４重量％のＮｂ、好ましくは２〜３重量％のＮｂを含む、態様１に記載の溶接物。
（態様４）
前記溶接材料の微細構造は、複数のＮｂＣ析出物を含む、態様３に記載の溶接物。
（態様５）
窒素が６００ｐｐｍ〜１４００ｐｐｍ、好ましくは１０００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍで存在し、
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、前記複数の析出物は、金属炭化物（ＭＣ型）析出物と、複合炭化物／窒化物（ＭＸ型）析出物とのうちの１つ以上を含み、
炭素含有量が０．０５重量％に対して、前記複数の析出物の体積分率は、０．０１０〜０．０１７５である、態様１に記載の溶接物。
（態様６）
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｎｂ：２．０〜３．０重量％、
Ｎ  ：１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍ、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む、態様１に記載の溶接物。
（態様７）
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｎｂ：２．０〜３．０重量％、
Ｎ  ：２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む、態様１に記載の溶接物。
（態様８）
前記第１の金属体と第２の金属体とは、異種金属である、態様１に記載の溶接物。
（態様９）
第１の金属体と第２の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、第１の金属体からの溶融ベース金属と、第２の金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の１つ以上の溶融添加物と、を含む、第１の金属体と第２の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量および前記溶融材料の窒化物含有量の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記第１の金属体を前記第２の金属体に接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍまたは２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍの窒素を含む組成を有する、融接方法。
（態様１０）
前記凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
炭素含有量が０．０５重量％に対して、前記複数の析出物の体積分率は、１５ｐｐｍから１２０ｐｐｍの範囲の窒素では０．００２５以下であり、２００ｐｐｍから１５００ｐｐｍの範囲の窒素では０．００３以上である、態様９に記載の方法。
（態様１１）
窒素含有量を変化させる工程は、凝固させる工程の間に溶融材料の前記領域を覆うようにシールドガスを供給する工程と、１モル％〜２０モル％の窒素を含むようにシールドガスの含有量を調整する工程と、を含む、態様９に記載の方法。
（態様１２）
窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域に窒素を添加する工程を含む、態様９に記載の方法。
（態様１３）
窒素含有量を変化させる工程は、窒素および窒化物形成元素の１つ以上を溶融材料の前記領域に添加する工程を含む、態様９に記載の方法。
（態様１４）
窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域における窒化物の溶解度を調整する工程を含む、態様９に記載の方法。
（態様１５）
前記溶解度を調整する工程は、溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を増加させる元素を添加する工程、または溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を低下させる元素を添加する工程を含む、態様１４に記載の方法。
（態様１６）
窒素含有量を変化させる工程は、窒素含有量が５モル％〜２０モル％に調整された溶接助剤を使用する工程を含む、態様９に記載の方法。
（態様１７）
前記溶接助剤は、フラックスまたは粉末である、態様１６に記載の方法。
（態様１８）
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｎｂ：２．０〜３．０重量％、
Ｎ  ：１５ｐｐｍ〜１２０ｐｐｍ、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む、態様９に記載の方法。
（態様１９）
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：１．０〜３．０重量％、
Ｎｂ：２．０〜３．０重量％、
Ｎ  ：２００ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む、態様９に記載の方法。
（態様２０）
窒素が６００ｐｐｍ〜１４００ｐｐｍ、好ましくは１０００ｐｐｍ〜１３００ｐｐｍで存在する、態様１９に記載の方法。
（態様２１）
前記第１の金属体と第２の金属体とは、異種金属である、態様１５に記載の方法。
（態様２２）
少なくとも１つの金属体と溶接材料とを含み、
前記溶接材料は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含む組成を有し、
前記組成は、（ｉ）２５０ｐｐｍ以下のＮおよび０．０４０重量％以下のＣ、および、（ｉｉ）１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０３重量％〜０．０６重量％のＣのうちの１つを含む、溶接物。
（態様２３）
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、０．０３〜０．０５重量％のＣと組み合わせて１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲の窒素に対して０．００２５〜０．００７７である、態様２２に記載の溶接物。
（態様２４）
少なくとも１つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、前記金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の１つ以上の溶融添加物と、を含む、少なくとも１つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量と、前記溶融材料の窒化物含有量と、前記溶融材料の炭素含有量と、前記溶融材料の炭化物含有量とのうちの少なくとも１つを変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記金属体に接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、（ｉ）２５０ｐｐｍ以下のＮおよび０．０４０重量％以下のＣ、および、（ｉｉ）１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０３重量％〜０．０６重量％のＣのうちの１つを含む組成を有する、融接方法。
（態様２５）
前記溶接材料の前記組成は、
Ｃｒ：１８．０〜２２．０重量％、
Ｍｎ：２．５〜３．５重量％、
Ｆｅ：３．０重量％以下、
Ｎｂ＋Ｔａ：２．０〜３．０重量％、
Ｔｉ：０．７５重量％以下、
Ｓｉ：０．２５重量％以下、および
Ｎｉ：６７重量％以上
を含み、
前記組成は、（ｉ）２５０ｐｐｍ以下のＮおよび０．０４０重量％以下のＣ、および、（ｉｉ）１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍのＮおよび０．０３重量％〜０．０６重量％のＣのうちの１つを含む、態様２４に記載の方法。
（態様２６）
凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物／窒化物析出物とのうちの１つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、０．０３〜０．０５重量％のＣと組み合わせて１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲の窒素に対して０．００２５〜０．００７７である、態様２４に記載の方法。
【外国語明細書】
2020146758000001.pdf