(57)【要約】【課題】施工が容易でかつ経済性に優れた、耐食性を維持するための二相ステンレス鋼を含む溶接構造物や溶接方法、ならびに二相ステンレス鋼を改質した改質構造物や改質方法を提供する。【解決手段】二相ステンレス鋼と相手材との間の溶接部は、腐食環境に接する外溶接層１０１、および外溶接層１０１より内層側に位置する内溶接層１０２を有しており、外溶接層１０１に含まれる窒素濃度が、二相ステンレス鋼あるいは内溶接層１０２の窒素濃度より高く、外溶接層１０１のγ相に含まれるＣｒ、ＮｉおよびＭｏとα相に含まれるＣｒ、ＮｉおよびＭｏのそれぞれの濃度差が、二相ステンレス鋼あるいは内溶接層１０２のγ相に含まれるＣｒ、ＮｉおよびＭｏとα相に含まれるＣｒ、ＮｉおよびＭｏのそれぞれの濃度差より小さい。【選択図】  図３
2020157331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の母材が二相ステンレス鋼である溶接構造物であり、
前記二相ステンレス鋼と相手材との間の溶接部は、腐食環境に接する外溶接層、および前記外溶接層より内層側に位置する内溶接層を有しており、
前記外溶接層に含まれる窒素濃度が、前記二相ステンレス鋼あるいは前記内溶接層の窒素濃度より高く、
前記外溶接層のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が、前記二相ステンレス鋼あるいは前記内溶接層のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差より小さい
ことを特徴とする溶接構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接構造物において、
前記外溶接層のフェライト相の面積比が、前記外溶接層のオーステナイト相より多い
ことを特徴とする溶接構造物。
【請求項３】
請求項２に記載の溶接構造物において、
前記外溶接層のフェライト相の面積率が８０［％］以上である
ことを特徴とする溶接構造物。
【請求項４】
請求項１に記載の溶接構造物において、
前記外溶接層の窒素濃度が、前記内溶接層と比較して０．０２乃至０．０５ｍａｓｓ％高い
ことを特徴とする溶接構造物。
【請求項５】
請求項１に記載の溶接構造物において、
前記外溶接層のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が、母材である前記二相ステンレス鋼のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンの濃度差より小さく、
かつ、前記外溶接層のフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が０．５ｍａｓｓ％以内である
ことを特徴とする溶接構造物。
【請求項６】
二相ステンレス鋼が改質された改質構造物であって、
前記二相ステンレス鋼からなる基材と、
前記基材のうち腐食環境に接する部分に形成された改質領域と、を備え、
前記改質領域に含まれる窒素濃度が、前記基材の窒素濃度より高く、
前記改質領域のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が、前記基材のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差より小さい
ことを特徴とする改質構造物。
【請求項７】
請求項６に記載の改質構造物において、
前記改質領域のフェライト相の面積比が、前記改質領域のオーステナイト相より多い
ことを特徴とする改質構造物。
【請求項８】
請求項７に記載の改質構造物において、
前記改質領域のフェライト相の面積率が８０［％］以上である
ことを特徴とする改質構造物。
【請求項９】
請求項６に記載の改質構造物において、
前記改質領域の窒素濃度が、前記基材と比較して０．０２乃至０．０５ｍａｓｓ％高い
ことを特徴とする改質構造物。
【請求項１０】
請求項６に記載の改質構造物において、
前記改質領域のフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が０．５ｍａｓｓ％以内である
ことを特徴とする改質構造物。
【請求項１１】
少なくとも一方の母材を二相ステンレス鋼とする溶接方法であって、
最表面部分における溶接条件を窒素を含んだアルゴン雰囲気、入熱量が３５００［Ｊ／ｃｍ］以下の条件として、溶加材あるいは前記母材および相手材の継手面に入熱して溶接部を形成する溶接工程を有する
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の溶接方法において、
前記溶接工程では、腐食環境に曝される溶接部の最表面をガスシールドアーク溶接、あるいはレーザ溶接によって被覆する
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の溶接方法において、
前記ガスシールドアーク溶接、あるいはレーザ溶接に用いるガスは、窒素を２乃至１０［ｖｏｌ％］を含むアルゴンとの混合ガスとする
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の溶接方法において、
前記溶接工程では、前記溶接部の最表面以外を、前記３５００［Ｊ／ｃｍ］以上の条件より大入熱の条件とする
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項１５】
二相ステンレス鋼のうち、腐食環境に曝される表面を改質する方法であって、
前記表面に対し、窒素を含んだアルゴン雰囲気、入熱量が３５００［Ｊ／ｃｍ］以下の条件で入熱処理する工程を有する
ことを特徴とする改質方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の改質方法において、
前記入熱処理工程では、窒素を２乃至１０［ｖｏｌ％］を含むアルゴンとの混合ガスによりシールドしながら入熱処理を行う
ことを特徴とする改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高耐食化された二相ステンレス鋼を含む溶接構造物、および二相ステンレス鋼を改質した改質構造物、ならびに二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法、および二相ステンレス鋼の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来にない高耐食性の新たな改質部を備えた高耐食性金属部材の一例として、特許文献１には、母材金属からなる基部と、この基部の少なくとも一部に形成された改質部とを備える金属部材であって、改質部は全体を１００質量％としたときに０．０５〜５％の窒素を含み、平均結晶粒径が１０μｍ以下である窒素固溶微細組織からなることを特徴とし、このような改質部は、ステンレス鋼等の表面部へ、高エネルギービームを相対移動させつつ照射することにより得られる、ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１８１３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二相ステンレス鋼は経済性が高く、高耐食で高強度である特徴を有する。そのため、近年、海水系などに対する耐食性を要する分野での利用が拡大している。
【０００５】
一方、二相ステンレス鋼は、高クロムでかつ低ニッケルのステンレス鋼である。このため、溶接時などの高温によって熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）や溶接金属部においてじん性と耐食性を著しく劣化させるσ相（シグマ相，主としてクロムと鉄との金属間化合物）が生成されることが知られている。
【０００６】
通常の溶接時は、σ相が生成しないように入熱量およびパス間温度を制御して注意深く施工されるが、溶接対象物の構造や材質によってσ相の生成が避けられないことがある。
【０００７】
例えば、スーパー二相ステンレス鋼の肉厚大型構造物を製造する際は、作業効率を考えてＭＩＧ溶接法などを用いて大入熱量で溶接されることがしばしばみられる。しかし、スーパー二相ステンレス鋼はクロムが２５ｍａｓｓ％（質量百分率濃度）、モリブデンが２ｍａｓｓ％以上含まれるため、比較的短時間でσ相が析出する傾向が強い。
【０００８】
σ相が体積にして０．１［％］以上生成すると、じん性への影響が現れる。更に％オーダに達すると、明瞭なじん性低下が現れる。これは耐食性に関してもほぼ同様で、顕著な耐食性の劣化が生じる。これは、σ相の成長の際にその周囲のクロムやモリブデンが成長の原料になり、σ相の周囲にクロム欠乏層が生じ、その結果として耐食性が低下するためと考えられている。
【０００９】
また、σ相はある温度と時間によって析出することが知られている。クロムとモリブデンの含有量によって異なるものの、７００−１０００［℃］の温度範囲において数１０分ほど保持されるとσ相が析出する危険性が生じる。
【００１０】
ステンレス鋼の耐食性を改善する手段として、上述の特許文献１に記載のような発明が提供されている。しかし、この特許文献１に記載の方法によってσ相をほぼ解消できるか否かは不明である、との課題がある。
【００１１】
また、溶接施工によって一旦生じたσ相を解消する方法として、１０００［℃］を超える温度での熱処理が知られている。これにより、σ相を分解して消失させることができる。しかしながら、現地施工溶接物に対する１０００［℃］を超える熱処理は大掛かりな設備と労力を要し、現実的には困難を伴う、との課題がある。
【００１２】
本発明は、施工が容易でかつ経済性に優れた、耐食性を維持するための二相ステンレス鋼を含む溶接構造物、および二相ステンレス鋼を改質した改質構造物、ならびに二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法、および二相ステンレス鋼の改質方法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】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、少なくとも一方の母材が二相ステンレス鋼である溶接構造物であり、前記二相ステンレス鋼と相手材との間の溶接部は、腐食環境に接する外溶接層、および前記外溶接層より内層側に位置する内溶接層を有しており、前記外溶接層に含まれる窒素濃度が、前記二相ステンレス鋼あるいは前記内溶接層の窒素濃度より高く、前記外溶接層のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が、前記二相ステンレス鋼あるいは前記内溶接層のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差より小さいことを特徴とする。
【００１４】
また、他の一例をあげるならば、二相ステンレス鋼が改質された改質構造物であって、前記二相ステンレス鋼からなる基材と、前記基材のうち腐食環境に接する部分に形成された改質領域と、を備え、前記改質領域に含まれる窒素濃度が、前記基材の窒素濃度より高く、前記改質領域のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が、前記基材のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、施工が容易でかつ経済性に優れた、耐食性を維持するための溶接構造やその方法、改質構造物や改質方法を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の溶接構造物を作製する過程の様子を示す図である。
【図２】第１実施形態の溶接構造物の断面の様子の一例を示す図である。
【図３】第１実施形態の溶接構造物の断面の様子の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態の溶接構造物を作製する過程の様子を示す図である。
【図５】第２実施形態の溶接構造物の断面の様子の一例を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態の機器の断面の様子を示す図である。
【図７】本発明の実施例の溶接構造物の効果を確認するための試験片を採取した位置を示す図である。
【図８】図７に示した試験片と参照試験片の孔食指数に対する孔食電位の関係を示す図である。
【図９】図７に示した試験片のうち、内溶接層形成前にσ相析出熱処理およびしゅう酸電界エッチングを施したときの金属組織の様子を示す図である。
【図１０】図７に示した試験片のうち、外溶接層形成前にσ相析出熱処理およびＫＯＨ電界エッチングを施したときの金属組織の様子を示す図である。
【図１１】図７に示した試験片のうち、内溶接層形成後にσ相析出熱処理およびしゅう酸電界エッチングを施したときの金属組織の様子を示す図である。
【図１２】図７に示した試験片のうち、外溶接層形成後にσ相析出熱処理およびＫＯＨ電界エッチングを施したときの金属組織の様子を示す図である。
【図１３】実施例の溶接方法によってＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを溶接した際のシールドガス中の窒素ガス濃度と平均孔食電位との関係を示す図である。
【図１４】実施例の溶接方法によってＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを溶接した際のシールドガス中の窒素ガス濃度と外溶接層に含まれる炭素濃度や窒素濃度との関係を示す図である。
【図１５】実施例の溶接方法によってＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを溶接した際のシールドガス中の窒素ガス濃度と外溶接層に含まれるクロム、ニッケル、モリブデン濃度との関係を示す図である。
【図１６】図７に示す試験片と比較するためのＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの主要元素濃度をＥＤＸで定量した結果のうち、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏの濃度を示す図である。
【図１７】図７に示す試験片と比較するためのＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの主要元素濃度をＥＤＸで定量した結果のうち、Ｎの濃度を示す図である。
【図１８】図７に示す試験片の主要元素濃度をＥＤＸで定量した結果のうち、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏの濃度を示す図である。
【図１９】図７に示す試験片の主要元素濃度をＥＤＸで定量した結果のうち、Ｎの濃度を示す図である。
【図２０】実施例の溶接方法における、入熱量と孔食電位との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の二相ステンレス鋼を含む溶接構造物、および二相ステンレス鋼を改質した改質構造物、ならびに二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法、および二相ステンレス鋼の改質方法の実施形態および実施例について、図面を用いて説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞  
本発明の二相ステンレス鋼を含む溶接構造物、および二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法の第１実施形態について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本第１実施形態の溶接構造物を作製する過程の様子を示す図、図２および図３は第１実施形態の溶接構造物の断面の様子の一例を示す図である。
【００１９】
なお、本第１実施形態では、板の両面が腐食環境に接する場合に、二枚の二相ステンレス鋼板を突合せ溶接により作製した構造物（６層２２パス）を例として説明する。
【００２０】
溶接に先立ち、図１に示すように、被溶接物である２枚の二相ステンレス鋼製鋼板の母材２の溶接部に６０°のＶ字開先２ａを設ける。
【００２１】
溶接工程では、最初に、図２に示すように、設けたＶ時開先のルート部に外溶接層１０１ａを１パスで接合する。この腐食環境に曝される最表面部分の溶接方法には、ガスシールドアーク溶接、好適にはＴＩＧ（タングステン−不活性ガス）溶接を用いる。また、溶接条件については窒素を含んだアルゴン雰囲気、好適には窒素を２乃至１０［ｖｏｌ％］を含むアルゴンとの混合ガスを用いる。更には、入熱量は３５００［Ｊ／ｃｍ］以下の条件とする。溶加材は二相ステンレス鋼の溶接に好適なものを用いることができ、その種類は特に限定されず、共材としてもよい。
【００２２】
なお、外溶接層１０１ａは、溶接部１（図３参照）のうち腐食環境と接する溶接層のこととする。
【００２３】
この外溶接層１０１ａの上に、内溶接層１０２を４層１０パスで形成する。この最表面以外の内溶接層１０２の溶接条件は、任意の入熱条件とする。
【００２４】
なお、内溶接層１０２は、溶接部１のうち腐食環境に接しない内部の層の部分のこととする。
【００２５】
最後に、図３に示すように、６層目の外溶接層１０１ｂを１１パスで形成する。この外溶接層１０１ｂを形成する溶接方法は外溶接層１０１ａと同様にガスシールドアーク溶接を用いる。溶接条件については、窒素を含んだアルゴン雰囲気として好適には窒素を２乃至１０［ｖｏｌ％］を含むアルゴンとの混合ガスを用い、入熱量が３５００［Ｊ／ｃｍ］以下の条件とする。
【００２６】
このような条件で形成された溶接部１のうち、外溶接層１０１ａ，１０１ｂでは、その中に含まれる固溶窒素濃度が内溶接層１０２や二相ステンレス鋼である母材２より多い構成となっている。特に、外溶接層１０１ａ，１０１ｂの固溶窒素濃度は、内溶接層１０２と比較して０．０２乃至０．０５ｍａｓｓ％高くなっている。
【００２７】
また、外溶接層１０１のオーステナイト相（γ相）に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相（α相）に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が、母材２や内溶接層１０２のγ相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとα相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差より小さくなっている。
【００２８】
特には、外溶接層１０１ａ，１０１ｂのクロム、ニッケルおよびモリブデン濃度は、α相、γ相に係わりなく、０．５ｍａｓｓ％以内でほぼ同程度になっている。
【００２９】
また、外溶接層１０１ａ，１０１ｂのフェライト相の面積比が、外溶接層１０１のオーステナイト相より多く、特には外溶接層１０１ａ，１０１ｂのフェライト相の面積率が８０［％］以上となっている。
【００３０】
以上のような構成によって、外溶接層１０１ａ，１０１ｂの窒素濃度を内溶接層１０２より高めることができ、外溶接層１０１ａ，１０１ｂの耐食性の向上を図ることができる。
【００３１】
また、外溶接層１０１ａ，１０１ｂは低入熱量での溶接になるため、溶融池は急速に凝固、冷却することになり、窒素の固溶限を超えても窒化物としての析出はみられず（窒素の過飽和状態）、σ相の析出も抑制できる。
【００３２】
更に、この急速凝固、冷却により、外溶接層１０１ａ，１０１ｂのα相およびγ相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンの濃度は、相によらずほぼ等しくなり、耐食性の向上に寄与する材料の均一性が増す。
【００３３】
ここで、内溶接層１０２の溶接条件（入熱量の大小）により、最初に溶接した外溶接層１０１ａにおける１パスの窒素が窒化物に化学変化する可能性がある。
【００３４】
そこで、窒化物の生成の懸念が生じる場合、あるいは予防的対策を施すことを目的として、外溶接層１０１ａの溶接が完了した後、十分なバックシールドガスを流通させる、銅などのあて金を接触させる、あるいは、水冷する等の冷却手段を施すことによって外溶接層１０１ａに窒化物の生成をより確実に抑制することができる。あるいは内溶接層１０２を形成した後で外溶接層１０１ａおよび外溶接層１０１ｂを形成することができる。
【００３５】
本第１実施形態の場合、ルート部に相当する外溶接層１０１ａは、母材２との希釈の影響を受け、外溶接層１０１ａにおける窒素濃度が高くならないことがある。その際は、内溶接層１０２のうち、外溶接層１０１ａに隣接する層については、外溶接層１０１ａと同じ溶接条件を適用して外溶接層１０１ａを二層構造あるいはそれ以上とすることができる。
【００３６】
また、本第１実施形態では溶接部１の両面に外溶接層１０１ａ，１０１ｂを設けているが、腐食に対する懸念がある一方にのみ外溶接層１０１を形成することができる。
【００３７】
このような溶接構造を有する構造物は、特には海水に接する構造物であり、例えば、海水に接するポンプ，風車，圧縮機等の機器や淡水化プラントが挙げられる。この他には、モータ，制御機器，電源等の自動車機器や、放射性物質を多量に含んだ水に接する構造物などにも好適である。
【００３８】
これらの構造物のうち、例えばタンクと配管とを接合する溶接部や配管同士の溶接部等のあらゆる溶接部に適用されていることが望まれる。
【００３９】
このような構造を実現するための具体的な溶接条件の一例は次のとおりである。溶接条件は自動、半自動、手動方法により多少異なるため、本実施例では肉盛の均一性が高い自動溶接において、被溶接材である板厚１０［ｍｍ］のＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ製（普通二相ステンレス鋼に分類）の母材２に対して、直径１．２［ｍｍ］のＹＳ３２９Ｊ４Ｌ溶加材で溶接する場合を例に示す。
【００４０】
外溶接層１０１ａ，１０１ｂは、シールドガス中の窒素濃度１０［ｖｏｌ％］（流量１０［Ｌ／ｍｉｎ］）、電流５０［Ａ］、電圧８〜９［Ｖ］、溶接速度（トーチ送り速度）０．１５［ｍ／ｍｉｎ］、溶加材供給速度０．２［ｍ／ｍｉｎ］といった条件を選ぶ。入熱量は概ね１６００［Ｊ／ｃｍ］とする。
【００４１】
一方、内溶接層１０２は、一般的な溶接条件で溶接する。例えば、シールドガス中の窒素濃度２［ｖｏｌ％］（流量１０［Ｌ／ｍｉｎ］）、電流１００［Ａ］、電圧１２［Ｖ］、溶接速度０．０５［ｍ／ｍｉｎ］、溶加材供給速度０．４［ｍ／ｍｉｎ］といった条件を選ぶ。
【００４２】
パス間温度は内溶接層１０２、外溶接層１０１ともに１５０［℃］以下とする。
【００４３】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００４４】
上述した本発明の第１実施形態の溶接構造物では、外溶接層１０１は内溶接層１０２や母材２の二相ステンレス鋼に比べて窒素濃度が高くなる。また、外気と接する部位の溶金部に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンといった二相ステンレス鋼を構成する主要元素の濃度差は、フェライト相やオーステナイト相に関係なく均質化しており、耐食性の向上に寄与する元素の均質化が図られている。また、溶接方法では、最表面部分における溶接条件を、窒素を含んだアルゴン雰囲気、入熱量が３５００［Ｊ／ｃｍ］以下の条件として、溶加材の継手面に入熱して溶接部を形成している。
【００４５】
これらの特徴により、内溶接層１０２を形成する通常の溶接施工でσ相が形成されたとしても、腐食環境に接する外溶接層１０１については、ぜい性破壊の防止と耐食性の維持あるいは向上が図られた層とすることが可能となる。従って、腐食から内溶接層１０２を保護すると同時に、より一層強固な耐食性の付与が可能である。
【００４６】
一般的に二相ステンレス鋼の場合、α相とγ相の面積率がそれぞれ５０［％］のときに最も耐食性が良好（実際は組成によって最良耐食性を示すα相の面積率は±５［％］程度変化する）であることが知られているが、外溶接層１０１を形成する低入熱急速凝固組織の場合、冷却速度に対してα相からγ相への相変態速度が追いつかず非平衡状態になっていると思われる。このため、外溶接層１０１のフェライト相の面積比が外溶接層１０１のオーステナイト相より多い、特には、外溶接層１０１のフェライト相の面積率が８０［％］以上であっても、相比は耐食性に大きく関与していない可能性があり、高い耐食性を保つことができる。
【００４７】
更に、外溶接層１０１の窒素濃度が、内溶接層１０２と比較して０．０２乃至０．０５ｍａｓｓ％高いことで、確実に耐食性の向上を図ることができる。
【００４８】
また、外溶接層１０１のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が、母材２である二相ステンレス鋼のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンの濃度差より小さく、かつ、外溶接層１０１のフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が０．５ｍａｓｓ％以内であることにより、耐食性に寄与するこれらの元素がより均質化され、より強固な耐食性の向上を図ることができる。
【００４９】
更に、溶接工程では、腐食環境に曝される溶接部の最表面をガスシールドアーク溶接によって被覆することにより、外溶接層１０１は低入熱量のアーク溶接で形成されるため、σ層は存在せず、じん性値の低下は極めて小さいものとすることができる。そのため、外溶接層１０１に微小な割れやキズ、凹みなどの切欠として作用する欠陥が存在しても、ぜい性破壊が進行しづらくなる、との効果が得られる。
【００５０】
また、ガスシールドアーク溶接時に用いるガスは、窒素を２乃至１０［ｖｏｌ％］を含むアルゴンとの混合ガスとすることで、確実に耐食性の向上を図るとともに、窒素濃度が高いことによって窒化物相が生じる危険性を小さくすることができる溶接条件とすることができる。
【００５１】
更に、溶接工程では、溶接部１の最表面以外を、３５００［Ｊ／ｃｍ］以上の条件より大入熱の条件とすること、および、耐食性に特に影響を与えない層については大入熱条件などで高速で層を形成することができるため、短時間で溶接部１を形成することができ、低コスト化を図ることができる。
【００５２】
なお、上述の実施形態では母材２のいずれもが少二相ステンレス鋼である場合について説明したが、母材２はいずれもが二相ステンレス鋼である必要はなく、一方の母材２が二相ステンレス鋼であればよい。
【００５３】
相手材としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼や、フェライト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼、炭素鋼、さらにはニッケル基合金等が挙げられ、異種金属の溶接にも本発明を適用することができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞  
本発明の第２実施形態の二相ステンレス鋼を含む溶接構造物、および二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法について図４および図５を用いて説明する。図４は本第２実施形態の溶接構造物を作製する過程の様子を示す図、図５は第２実施形態の溶接構造物の断面の様子の一例を示す図である。
【００５５】
なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。
【００５６】
図４に示すように、本実施形態における内溶接層２０２を形成するための溶接条件は第１実施形態における内溶接層１０２の形成用の溶接条件と略同じでよく、例えば４層１０パスで溶接することで形成する。
【００５７】
次いで、図５に示すように、ノンフィラーで内溶接層２０２が完全に被覆されるように母材２からアークを走らせ、腐食環境に曝される最表面側に外溶接層２０１ａ，２０１ｂを形成する。これにより、溶接部１に加えてその両表面側に外溶接層２０１ａ，２０１ｂ（以下、外溶接層２０１とも記載）が形成される。
【００５８】
ノンフィラーの溶接条件としては、例えばレーザ溶接などがある。このレーザ溶接の際、用いるガスは窒素を２乃至１０［ｖｏｌ％］を含むアルゴンとの混合ガスとすることが望ましい。その他の溶接条件は第１実施形態の外溶接層１０１ａ，１０１ｂを形成した方法と略同じとすることができる。
【００５９】
この場合、ノンフィラーであるため、内溶接層２０２の外表面側が外溶接層２０１ａ，２０１ｂに変わったことになる。また、溶加材を用いていないため、外溶接層２０１ａ，２０１ｂの厚さは溶加材有りの外溶接層１０１ａ，１０１ｂに比べ薄くなり、およそ１［ｍｍ］以内となる。
【００６０】
その他の構成・動作は前述した第１実施形態の二相ステンレス鋼を含む溶接構造物、および二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。
【００６１】
本発明の第２実施形態の二相ステンレス鋼を含む溶接構造物、および二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法においても、外溶接層２０１ａ，２０１ｂの窒素濃度は内溶接層２０２より高くなっている。そのため、同様に外溶接層２０１ａ，２０１ｂにσ相は存在せず、かつ、高固溶窒素濃度と主要元素の均質化の作用により、高耐食化されている。
【００６２】
さらに、本第２実施形態の手法では、母材２上にも外溶接層２０１ａ，２０１ｂを形成しているため、内溶接層２０２の溶接で生じた熱影響部も被覆することができる。熱影響部も場合によってはσ相が生じることがあり、この部分を腐食性のある環境から外溶接層２０１ａ，２０１ｂで遮断できるため、熱影響部における耐食性劣化も防止できる、との利点がある。
【００６３】
なお、本実施形態においても、一旦、内溶接層２０２を形成し、先に形成した内溶接層２０２のσ相の存在を調べる手段、例えばＸ線回折、アルカリ電解エッチング、アルカリ−ヘキサシアノ鉄（ＩＩＩ）酸カリウム水溶液エッチングなどを用いて、σ相の生成が判明したときに外溶接層２０１ａ，２０１ｂを施工することができる。
【００６４】
また、第１実施形態および第２実施形態では、外溶接層１０１，２０１と内溶接層１０２，２０２とで溶接条件を変えて外溶接層１０１，２０１で耐食性を担保する場合について説明した。
【００６５】
これに対し、外溶接層１０１，２０１と内溶接層１０２，２０２との区別無く、全て外溶接層１０１，１０１ｂと同じ溶接条件で形成した層で構成される溶接部とすることができる。
【００６６】
しかし、外溶接層１０１，２０１を成型するためには必然的に低入熱量になるため、溶接効率が充分に高い、とまではいえなくなる。そのため、耐食性を真に必要とする外界（腐食環境）との接触面にのみ耐食性を付与した外溶接層１０１，２０１を設けるほうが経済性に優れる。
【００６７】
この結果、内溶接層２０２を形成する手段は特にＴＩＧに限定せずとも、より溶接効率の高いＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接や被覆アーク溶接など、自由に選択できるようになる。
【００６８】
＜第３実施形態＞  
上述した第１実施形態および第２実施形態は、少なくともいずれか一方の母材２が二相ステンレス鋼とした溶接部１に関する形態であったが、本実施形態は、母材２の上に第２実施形態での溶接と同じ条件の入熱処理による改質方法とそれが適用された改質構造物に関する。
【００６９】
以下、本発明の第３実施形態の二相ステンレス鋼を改質した改質構造物、および二相ステンレス鋼の改質方法について図６を用いて説明する。図６は本第３実施形態の機器の断面の様子を示す図である。
【００７０】
図６に示すように、本実施例の二相ステンレス鋼が改質された改質構造物１０は、二相ステンレス鋼からなるフランジ接合部のガスケット接触面に改質領域３０１で被覆する層を設けた例であり、２本の配管の配管フランジ部３Ａ，３Ｂの接合面に対し、ガスケット４が接触する部分より大きな面積の改質領域３０１が形成されている。この改質領域３０１は配管フランジ部３Ａ，３Ｂのうち異種金属であるガスケット４に接触する部分であり、腐食環境に接する。特に、すき間腐食に対する配慮が必要な部分である。
【００７１】
この改質領域３０１は、第１実施形態の外溶接層１０１や第２実施形態の外溶接層２０１と同様に、改質領域３０１に含まれる窒素濃度が、配管フランジ部３Ａ，３Ｂのバルク部の窒素濃度より高くなっており、特には改質領域３０１の窒素濃度は、配管フランジ部３Ａ，３Ｂのバルク部と比較して０．０２乃至０．０５ｍａｓｓ％ほど高くなっている。
【００７２】
また、改質領域３０１のオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が、配管フランジ部３Ａ，３Ｂのオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差より小さく、特には改質領域３０１のフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が０．５ｍａｓｓ％以内となっている。
【００７３】
更には、改質領域３０１のフェライト相の面積比が、改質領域３０１のオーステナイト相より多く、特には改質領域３０１のフェライト相の面積率が８０［％］以上となっている。
【００７４】
この改質領域３０１は、例えば第２実施形態で記載した溶接方法の際の入熱条件と同じ条件の熱処理を配管フランジ部３Ａ，３Ｂのガスケット４と接触する範囲より広い範囲に対して行うことで形成することが可能である。
【００７５】
具体的には、改質を必要とする表面に対し、窒素を含んだアルゴン雰囲気、入熱量が３５００［Ｊ／ｃｍ］以下の条件で入熱処理する。この入熱処理時には、窒素を２乃至１０［ｖｏｌ％］を含むアルゴンとの混合ガスによりシールドしながら入熱処理を行うことが望ましい。
【００７６】
なお、熱処理後のそのままの状態では、改質領域３０１に凹凸が生じているため、改質領域３０１が消失しない程度にフライス加工等で平坦化することが望ましい。
【００７７】
その後、ガスケット４を二つの配管フランジ部３Ａ，３Ｂではさみ、ボルト５等で締結する。これよって、配管フランジ部３Ａ，３Ｂとガスケット４とが接面する領域は全て耐食性が向上した改質領域３０１となっているため、特にすき間腐食に対する耐性を向上させたものとすることができる。
【００７８】
本第３実施形態はフランジとガスケットの接触面の耐食性を向上させる一例であるが、その他、ソケット溶接、隅肉溶接など、すき間が形成される部位全般に本発明の改質方法を適用することが可能である。
【００７９】
更には、第１実施形態でも説明したような海水に接する構造物や、自動車機器、放射性物質を多量に含んだ水に接する構造物に対しても好適に適用される。
【００８０】
このような本発明の第３実施形態の二相ステンレス鋼を改質した改質構造物、および二相ステンレス鋼の改質方法においても、前述した第１実施形態の二相ステンレス鋼を含む溶接構造物、および二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法とほぼ同様な効果が得られる。
【００８１】
また、改質領域３０１のフェライト相の面積比が、改質領域３０１のオーステナイト相より多く、特には改質領域３０１のフェライト相の面積率が８０［％］以上であっても、相比は耐食性に大きく関与していない可能性があり、高い耐食性を保つことができる。
【００８２】
更に、改質領域３０１の窒素濃度が、配管フランジ部３Ａ，３Ｂと比較して０．０２乃至０．０５ｍａｓｓ％高いことにより、確実に耐食性の向上を図るとともに、窒素濃度が高いことによって窒化物相が生じる危険性を小さくすることができる。
【００８３】
また、改質領域３０１のフェライト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンとオーステナイト相に含まれるクロム、ニッケルおよびモリブデンのそれぞれの濃度差が０．５ｍａｓｓ％以内であることで、耐食性に寄与するこれらの元素がより均質化され、より強固な耐食性の向上を図ることができる。
【００８４】
更に、入熱処理工程では、窒素を２乃至１０［ｖｏｌ％］を含むアルゴンとの混合ガスによりシールドしながら入熱処理を行うことにより、確実に耐食性の向上を図るとともに、窒素濃度が高いことによって窒化物相が生じる危険性を小さくすることができる改質処理条件とすることができる。
【００８５】
＜実施例＞  
次に、実際に二相ステンレス鋼を含む溶接構造物の構造や二相ステンレス鋼を母材とした溶接方法、二相ステンレス鋼を改質した改質構造物、および二相ステンレス鋼の改質方法について評価した結果について図７乃至図２０を用いて説明する。
【００８６】
＜孔食電位の変化＞  
最初に、本発明の溶接方法により形成した溶接構造物に対して実施した孔食電位試験と耐食性の基準となる各種ステンレス鋼の孔食電位の測定結果について図７および図８を用いて説明する。
【００８７】
図７は、本発明の実施例の溶接構造物の効果を確認するための試験片を採取した位置を示す図である。図８は図７に示した試験片と参照試験片の孔食指数に対する孔食電位の関係を示す図である。
【００８８】
図７に示す観察場所ａおよび観察場所ｂの位置から試験片を採取して、ＪＩＳ  Ｇ  ０５７７（２００５）「ステンレス鋼の孔食電位測定方法」で規格化されている手法と同じ手法を用いて第２実施形態の二相ステンレス鋼や耐食性の基準となる各種ステンレス鋼の孔食電位（Ｖｃ‘１００）を求めた。
【００８９】
ただし、ＪＩＳによる測定温度は３０［℃］と定められているが、高耐食合金の場合、３０［℃］では孔食が発生しない場合が多い。このため、本実施例では条件を厳しくして８０［℃］で測定した。電位の単位は測定温度におけるＳＨＥ（標準水素電極電位）基準に換算し、以下、単位は［Ｖ］と略記する。
【００９０】
図８中の「○」プロットは、オーステナイト系およびフェライト系ステンレス鋼の受入れまま（溶体化熱処理）の値であり、各プロットに隣接する数値はＪＩＳのＳＵＳ番号である。二相ステンレス鋼については他のステンレス鋼と区別するために、「□」プロットで示した。図８の横軸は孔食指数であり、材料を構成する元素の質量％濃度から計算される値（孔食指数＝Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎ）である。
【００９１】
この図８に示すように、受入れまま状態のステンレス鋼の孔食電位は、孔食指数に対しほぼ直線的に増加し、孔食指数が４０を超えると急激に孔食電位が高まる傾向を示している。
【００９２】
次に、上述の図４で示した構造を有するＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ製の母材２に外溶接層１０１および内溶接層１０２を形成し、図７で示した観察場所ｂから試験片を切り出して孔食電位を測定した。ただし、σ相の消失を確認するために、内溶接層１０２を形成した段階で、９００［℃］×１０［ｍｉｎ］（昇温速度３００［℃／ｈ］、空冷）の熱処理を加えてσ相を強制的に析出させた。
【００９３】
このときのσ相の析出率（面積率）は、後方散乱電子回折（ＥＢＳＤ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で求めたところ８．８［％］であった。
【００９４】
この後、外溶接層１０１を形成して、外溶接層１０１の防食効果を確認した。孔食電位の測定面は外溶接層１０１が外気と触れる面とした。ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌに加えＳＵＳ３２３Ｌ製（リーン二相ステンレス鋼に分類）についても同じように作製し、孔食電位を測定した。
【００９５】
ＳＵＳ３２９Ｊ４ＬおよびＳＵＳ３２３Ｌの外溶接層１０１の孔食電位を「■」プロットで図８に示す。いずれも孔食電位は受入れまま状態の値に比べ０．２［Ｖ］以上向上し、耐食性は１ランク上のステンレス鋼に匹敵するようになることが分かった。
【００９６】
参考として、熱処理でσ相が８．８［％］析出したＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの内溶接層１０２の孔食電位は図７の「△」プロットで示した位置まで低下し、概ねＳＵＳ３１６Ｌ相当の耐食性にまで低下することが分かった。
【００９７】
＜組織写真＞  
次に、第１実施形態の手法により作製した溶接構造物のうち、内溶接層１０２形成後にσ相析出熱処理を施した状態と、その後に外溶接層１０１を形成した後の金属組織の差異を調べた。その結果を図９乃至図１２に示す。
【００９８】
図９は、図７に示した試験片のうち、内溶接層１０２を形成した後に、σ相析出熱処理したもので、１０［％］しゅう酸電解エッチングを施した母材部における金属組織の様子を示す図である。図１０は、前記図９と同じ部位の組織写真であるが、１０［％］ＫＯＨ電解エッチングを施したときの金属組織の様子を示す図である。図１１は、図７に示した試験片のうち、内溶接層形成後にσ相析出熱処理し、その後、外溶接層１０１を形成した組織写真であり、１０［％］しゅう酸電解エッチングを施したときの金属組織の様子を示す図である。図１２は、前記図１１と同じ部位の組織写真であるが、１０［％］ＫＯＨ電解エッチングを施したときの金属組織の様子を示す図である。
【００９９】
図９乃至図１２の観察箇所は、図７に示した観察場所ａの部位に相当する箇所である。
【０１００】
しゅう酸電解エッチングで組織を現出させた状態を示す図９に示すように、二相ステンレス鋼のα相とγ相が圧延方向（写真の水平方向）に沿って細長い結晶粒を形成していることが確認できた。また、σ相のみを現出できる１０［％］水酸化カリウム水溶液中での電解エッチング後の様子を示す図１０に示すように、黒点は全てσ相であり、母材２全体に細かく一様に析出していることが分かった。
【０１０１】
この状態から外溶接層１０１を形成すると、組織は図１１に示す状態になり、外溶接層１０１が明瞭に現れ（図中右端側）、その左隣に熱影響部（ＨＡＺ）の組織が現れている。さらにその左隣は母材２であり、この部位に変化はないことが分かった。
【０１０２】
同じ場所を同様にＫＯＨ電解エッチングによってσ相のみを現出させると、図１２に示す状態になる。この図１２に示すように、外溶接層１０１にσ相は生成しておらず、さらにＨＡＺの領域に存在したσ相は消失していることがわかった。以上の組織観察から、外溶接層１０１と隣接するＨＡＺについてもσ相は存在しないことが分かった。
【０１０３】
このように、たとえσ相が内溶接層１０２の内部に生じても、外溶接層１０１にσ相が存在しなければ、外部から衝撃が加わったとしても外溶接層１０１がその衝撃を延性的に吸収，緩和して、内溶接層１０２のぜい性破壊を防止できる。
【０１０４】
また、組織上のα相およびγ相の比率にも違いがあることが分かった。母材２のα相の面積率は概ね５０［％］であったが、外溶接層１０１の部分は約８０［％］で、残りの約２０［％］のγ相は凝固組織の粒界にのみ存在していた。
【０１０５】
二相ステンレス鋼の場合、一般的にα相とγ相の面積率がそれぞれ５０［％］のときに最も耐食性が良好（実際は組成によって最良耐食性を示すα相の面積率は±５［％］程度変化する）であることが知られているが、この外溶接層１０１のように低入熱急速凝固組織の場合、冷却速度に対してα相からγ相への相変態が追いつかず非平衡状態になっていると思われる。こういった状況では相比は耐食性に大きく関与しない可能性がある。
【０１０６】
＜孔食電位に及ぼす窒素ガス濃度の影響＞  
次に、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの外溶接層１０１について、シールドガス中の窒素濃度と孔食電位との関係について評価した。その結果を図１３に示す。図１３はＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを溶接した際のシールドガス中の窒素ガス濃度と平均孔食電位との関係を示す図である。
【０１０７】
図１３では、各プロットは６回測定した平均値を示し、最大値と最小値をエラーバーで示した。比較のために、内溶接層１０２を形成した段階で９００［℃］×１０［ｍｉｎ］の熱処理を加えてσ相を析出させたときの孔食電位および受入れまま状態の孔食電位もそれぞれ破線で示した。
【０１０８】
なお、母材２は、一般的に溶体化状態の材料が用いられるため、受入れまま状態の孔食電位を母材２の孔食電位に読み替えても差し支えない。また、内溶接層１０２は通常の溶接方法であるため、溶金のγ相比率を上昇させる効果を有するニッケルが数ｍａｓｓ％程度高め（溶加材からの添加）である。しかし、孔食電位に及ぼすその他の元素は母材と同じ化学組成であるため、σ相が存在しない内溶接層１０２の孔食電位も受入れまま状態の孔食電位に近いとみなせる。
【０１０９】
図１３に示すように、σ相を析出させた内溶接層１０２の孔食電位は、受入れまま状態の孔食電位０．５３［Ｖ］から約０．２７［Ｖ］低下して０．２６［Ｖ］を示した。一方、外溶接層１０１の孔食電位は、図１３中に「●」プロットで示したように、受入れまま状態の孔食電位より高く、シールドガス中の窒素ガス濃度が増加するにしたがって、孔食電位は高くなることが分かった。
【０１１０】
この図１３から、シールドガス中の窒素ガスが、外溶接層１０１の耐食性を向上させていることが明確である。
【０１１１】
ただし、シールドガス中の窒素濃度が１０［ｖｏｌ％］以上になると、エラーバーの最小値が等しくなること、および、固溶窒素が多くなると窒化物相を生じる危険性が増すことを考慮すると、シールドガス中の窒素濃度の最適値は１０［ｖｏｌ％］あるいはそれ以下となることが分かった。
【０１１２】
また、図１３の窒素０％での結果は、エラーバーの範囲が受入れまま状態と略同じであり、窒素濃度が高いほうが良いことが分かった。
【０１１３】
＜表面の元素濃度分析＞  
図１３に示したように、シールドガス中の窒素ガスが外溶接層１０１の耐食性を向上させていることが明らかになったため、シールドガス中の窒素ガス濃度の変化に対する外溶接層１０１に含まれる窒素濃度を表面分析で確認した。その結果を図１４および図１５に示す。
【０１１４】
図１４および図１５は、第１実施形態の溶接方法によってＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを溶接した際のシールドガス中の窒素ガス濃度と外溶接層に含まれる濃度との関係を示す図である。
【０１１５】
図１４および図１５では、ＯＥＳ（光学発光分光法；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて定量した外溶接層１０１に含まれる主要元素濃度をシールドガス中の窒素ガス濃度に対してプロットしている。各プロットの値は、同じ試料の別の場所を６回繰り返し測定した平均値である。縦軸の濃度は大きさの関係から、窒素と炭素は図１４に、クロム、ニッケルおよびモリブデンは図１５に分けて示した。比較のために受入れまま状態の濃度についてもそれぞれ破線で示した。
【０１１６】
図１４および図１５に示すように、窒素を除く外溶接層１０１の炭素、クロム、ニッケルおよびモリブデンの濃度は、シールドガス中の窒素ガス濃度に関係なく一定値を示し、かつ受入れまま状態の値と同一であることが分かった。
【０１１７】
これに対し、図１４に示すように、窒素はシールドガス中の窒素ガス濃度が増加するに従って上昇しており、また図１３に示した孔食電位と同じ傾向を示すことが分かった。このように、外溶接層１０１の耐食性が向上する要因は外溶接層１０１に含まれる窒素が関与していることが裏付けられた。
【０１１８】
一方、シールドガス中の窒素ガス濃度が０［ｖｏｌ％］の場合、外溶接層１０１の窒素濃度は受入れまま状態より０．０４ｍａｓｓ％ほど低いが、図１３に示した外溶接層１０１の孔食電位は受入れまま状態の孔食電位と同じか若干高い値を示している。その理由は、次に述べるように、クロム、ニッケルおよびモリブデンといった主要元素の濃度が結晶構造（α相やγ相）に係わらずほぼ同一濃度にあり、材料の均質化が図られているためと考えられる。
【０１１９】
更に、第１実施形態の溶接方法によって溶接したＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの溶接部と比較用のＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌとに対し、α相およびγ相毎に含まれる主要元素濃度をＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析；Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で定量した。その結果を図１６乃至図１９に示す。
【０１２０】
図１６は比較用（受入れまま状態）のＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの主要元素濃度をＥＤＸで定量した結果のうち、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏの濃度を示す図、図１７はＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの主要元素濃度をＥＤＸで定量した結果のうち、Ｎの濃度を示す図である。図１８は図７に示す試験片の外溶接層１０１における主要元素濃度をＥＤＸで定量した結果のうち、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏの濃度を示す図、図１９は図７に示す試験片の外溶接層１０１における主要元素濃度をＥＤＸで定量した結果のうち、Ｎの濃度を示す図である。
【０１２１】
これら図１６および図１７に示すように、受入れまま状態では、α相中のクロムとモリブデンがγ相より高く、γ相中のニッケルと窒素がα相より高くなっていた。これはごく一般的な傾向である。
【０１２２】
これに対し、図１８に示すように、外溶接層１０１は、α相、γ相に関係なくクロム、ニッケルおよびモリブデンの濃度はほぼ一致していることが分かった。最大でも０．５ｍａｓｓ％程度の差しか発生していないことが分かった。
【０１２３】
ここで図１３乃至図１５を振り返ると、シールドガス中の窒素ガス濃度０［ｖｏｌ％］における外溶接層１０１の窒素濃度は受入まま状態より低かった（図１４）が、孔食電位は受入れまま状態よりわずかに高かった（図１３）。
【０１２４】
本来であれば、シールドガス中の窒素ガス濃度０［ｖｏｌ％］で形成した外溶接層１０１の窒素濃度は、受入れまま状態の窒素濃度より低くなっているから、孔食電位は受入れままより低くなるはずである。しかしそうなっていない。この要因の一つとして、ここで示したクロム、ニッケルおよびモリブデンの主要元素の濃度が、α相、γ相に依存せず、同じ値となっている、すなわち主要元素の分布が相によらず均質化していることが挙げられる。
【０１２５】
現時点では詳細は完全には解明されていないものの、材料が均質化していると腐食サイトが少なくなり、これが耐食性の向上に寄与しているため、と考えられる。したがって、本発明による耐食性向上効果は固溶窒素の増加と材料の均質化の２面の作用によるものと推察される。
【０１２６】
ここで、明瞭な高耐食化に必要なシールドガス中の窒素ガス濃度を考えると、２［ｖｏｌ％］以上必要である。この理由は以下の通りである。
【０１２７】
図１３に示した、シールドガス中の窒素ガス濃度と外溶接層１０１の孔食電位の関係をみると、シールドガス中の窒素ガス濃度が０［ｖｏｌ％］の場合、外溶接層１０１の孔食電位の平均値は受入れまま状態の孔食電位より高いが、受入れまま状態の孔食電位のエラーバーの範囲内にある。したがって、０［ｖｏｌ％］のシールドガス中の窒素ガス濃度を用いて外溶接層１０１を設けても、耐食性はかならずしも高くなくなるわけではない。
【０１２８】
一方、シールドガス中の窒素ガス濃度を２［ｖｏｌ％］以上に高めると、外溶接層１０１の孔食電位の最小から最大値の範囲は受入れまま状態の孔食電位のエラーバーの範囲の上に位置する。したがって、確実な耐食性向上を期すためには、シールガス中の窒素ガス濃度は２［ｖｏｌ％］以上が望まれることが分かった。
【０１２９】
一方、シールドガス中の窒素ガス濃度が１０［ｖｏｌ％］以上になると、孔食電位の平均値は上昇しているが、孔食電位の最低値が変化しないことから、シールドガス中の窒素ガス濃度を１０［ｖｏｌ％］以上にしても耐食性は大きく変化しないと考えられる。
【０１３０】
そのため、外溶接層１０１を形成する際のシールドガス中の窒素ガス濃度は２〜１０［ｖｏｌ％］の範囲、好ましくは１０［ｖｏｌ％］であることが分かった。このときの外溶接層１０１の窒素濃度は溶接まま状態に比べて０．０２〜０．０５ｍａｓｓ％高くなる。
【０１３１】
＜孔食電位に及ぼす入熱量依存性＞  
以上、外溶接層１０１を形成する際、低入熱量での施工が必要であることを述べた。これは入熱量が孔食電位に影響を及ぼすためである。次いで、入熱量と孔食電位の関係について評価した。その結果を図２０に示す。図２０は実施例の溶接方法における、入熱量と孔食電位との関係を示す図である。入熱量ＱはＱ＝アーク電圧×溶接電流／溶接速度で定義される量である。
【０１３２】
この図２０に示すように、外溶接層１０１の孔食電位は入熱量が高くなるにしたがって直線的に低下することが分かった。この図２０におけるプロットを外挿して受入まま状態の孔食電位に等しくなる入熱量は概ね３５００［Ｊ／ｃｍ］と計算される。
【０１３３】
そのため、耐食性の向上効果が期待できる外溶接層１０１を得るためには、入熱量の制限が必要であり、その入熱量は３５００［Ｊ／ｃｍ］以下とすべきことが分かった。
【０１３４】
＜その他＞  
なお、本発明は、上記の実施形態や実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態等は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１３５】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
１…溶接部
２…母材
３Ａ，３Ｂ…配管フランジ部（基材）
４…ガスケット
１０…改質構造物
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，２０１，２０１ａ，２０１ｂ…外溶接層
１０２，２０２…内溶接層
３０１…改質領域
【図１】
2020157331.tif 000003
【図２】
2020157331.tif 000004
【図３】
2020157331.tif 000005
【図４】
2020157331.tif 000006
【図５】
2020157331.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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