(57)【要約】【課題】インコネル６００合金、インコネル６９０合金などからなる構造物および機械部品を溶接するために使用するＮｉ基合金溶接材料を提供する。【解決手段】Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．００１〜０．０１％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になる成分組成を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規制した成分組成を有することを特徴とするＮｉ基合金溶接材料。
【請求項２】
質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、さらにＺｒ：０．００５〜０．５％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規制した成分組成を有することを特徴とするＮｉ基合金溶接材料。
【請求項３】
質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、さらにＶ：０．００１〜０．１％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規制した成分組成を有することを特徴とするＮｉ基合金溶接材料。
【請求項４】
質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、さらにＺｒ：０．００５〜０．５％、Ｖ：０．００１〜０．１％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規制した成分組成を有することを特徴とするＮｉ基合金溶接材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インコネル６００合金、インコネル６９０合金などの高クロムＮｉ基合金からなる構造物および機械部品をアーク溶接するために使用するＮｉ基合金溶接材料に関するものであり、特にティグ溶接またはミグ溶接するために使用するＮｉ基合金溶接材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子力プラント、例えば、加圧水型原子力プラントの蒸気発生器などは、高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れたインコネル６００合金が構造材料として用いられていたが、現在ではインコネル６００合金よりも更に高温高圧水中での耐応力腐食割れ性に優れたインコネル６９０合金に置き換えが進められている。これら加圧水型原子力プラントの蒸気発生器などは多くの個所がアーク溶接により接合されており、アーク溶接の中でも特にティグ溶接またはミグ溶接により接合されている。このインコネル６９０合金（成分組成：Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：２７．０〜３１．０％、Ｃｕ：０．３％以下、Ｆｅ：７．０〜１１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物）からなる構造材料を溶接するための溶接材料としてアメリカ機会学会（ＡＳＭＥ）のＡＳＭＥボイラおよび圧力容器規格（ＡＳＭＥ  ＣＯＤＥ２１４２）により規定されているＮｉ基合金溶接材料が一般に使用されている。
【０００３】
このＡＳＭＥ  ＣＯＤＥ２１４２により規定されているＮｉ基合金溶接材料は、質量％で（以下、％は質量％を示す）Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：２８．０〜３１．５％、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｃｕ：０．３％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ａｌ：１．１０％以下、Ｔｉ：１．００％以下、Ａｌ＋Ｔｉ：１．５％以下、Ｆｅ：７．０〜１１．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなる成分組成を有している。この成分組成を有するＮｉ基合金溶接材料を用いてティグ溶接またはミグ溶接を行うことにより得られた溶接部は室温における機械的強度および耐溶接割れ性などが優れている。しかし、現在ではなお一層耐溶接割れ性に優れた溶接部を得ることのできるＮｉ基合金溶接材料が求められており、その一例としてＣ：０．０４％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．１３％、Ｍｎ：５％以下、Ｃｒ：２８．０〜３１．５％、Ｎｂ：１．８％以下、Ａｌ：０．５〜１．１％、Ｔｉ：０．５〜１％、Ａｌ＋Ｔｉ：１．６％以下、Ｆｅ：７．０〜１１．０％、Ｖ：０．５％以下を含有し、さらに必要に応じてＴａ：０．０１〜３％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、前記不可避不純物として含まれるＰ、Ｓ、ＯおよびＮをそれぞれＰ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｎ：０．００２〜０．０３％に規制したＮｉ基合金溶接材料（特許文献１参照）、さらにＣ：０．０４％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：７％以下、Ｃｒ：２８．０〜３１．５％、Ｎｂ：０．５％以下、Ｔａ：０．００５〜３．０％、Ｆｅ：７．０〜１１．０％、Ａｌ：０．０１〜０．４％、Ｔｉ：０．０１〜０．４５％、Ｖ：０．５％以下を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、前記不可避不純物として含まれるＰ、Ｓ、ＯおよびＮをそれぞれＰ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｎ：０．００２〜０．１％に規定したＮｉ基合金溶接材料（特許文献２参照）などが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−３１１４７３号公報
【特許文献２】ＷＯ２００５−０７０６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら従来のＮｉ基合金溶接材料は確かに耐溶接割れ感受性は高いが、しかし、前記従来のＮｉ基合金溶接材料を用いて厚さ：１０ｍｍ以上の高クロムＮｉ基合金厚板を突合せ溶接すると溶接割れが発生することがあり、また前記従来のＮｉ基合金溶接材料を用いて厚板を突合せ溶接することにより得られた溶接部は、厚板を曲げ加工する際に溶接部に割れが発生することがあり、さらに溶接部の強度低下などに対する十分な解決がなされていないのが現状であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等はこれら課題を解決すべく研究を行った。その結果、
（イ）Ｎｉ基合金溶接材料に含まれる低融点化合物形成元素は溶接部に低融点化合物を偏析させ、溶接割れおよび溶接部を曲げる際に発生する割れの原因となることから、Ｎｉ基合金溶接材料に含まれるＢ、Ｃａなどの低融点化合物形成元素の含有量を少なく規定することが好ましいこと、
（ロ）これら溶接割れおよび溶接部の曲げ割れを防止するには、Ｎｉ基合金溶接材料に含まれるＭｇ、Ｎ、Ｍｎを調節して特定の範囲で組み合わせて添加すると、低融点化合物の偏析を抑制することができ、溶接部を曲げても割れが発生しにくくすることができること、
（ハ）微量のＣｕ、Ｍｏを添加することよって溶接部の強度を母材並に保つことが可能となること、などの研究結果が得られ、これら研究結果に基づいて微量添加元素の添加量を調整して得られたＣｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、さらに必要に応じてＺｒ：０．００５〜０．５％およびＶ：０．００１〜０．１％の内の１種又は２種を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規定した成分組成を有するＮｉ基合金溶接材料を用い、高クロムＮｉ基合金厚板をミグ溶接またはティグ溶接などのアーク溶接により突合せ溶接したところ、厚板を曲げ加工しても溶接部に割れが発生したり、溶接部の強度が低下することはないこと、という研究結果が得られたのである。
【０００６】
この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規定した成分組成を有するＮｉ基合金溶接材料、
（２）Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、さらにＺｒ：０．００５〜０．５％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規定した成分組成を有するＮｉ基合金溶接材料、
（３）Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、さらにＶ：０．００１〜０．１％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規定した成分組成を有するＮｉ基合金溶接材料、
（４）Ｃｒ：２８〜３１．５％、Ｆｅ：８〜１０．５％、Ａｌ：０．０１〜０．４５％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％未満、Ｍｏ：０．００１〜０．２％、Ｗ：０．００１〜０．１％、Ｃｕ：０．０００１〜０．０１％、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ｔａ：０．０００１〜０．０１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５０％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５％、Ｎ：０．００１〜０．０４％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｂ：０．０００１〜０．０４％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％を含有し、さらにＺｒ：０．００５〜０．５％、Ｖ：０．００１〜０．１％を含有し、残りがＮｉと不可避不純物からなり、前記不可避不純物として含まれるＣｏ、Ｏ、Ｐ、ＳおよびＣを、Ｃｏ：０．１％以下、Ｏ：０．０１％以下、Ｐ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃ：０．０４％以下になるように規定した成分組成を有するＮｉ基合金溶接材料、に特徴を有するものである。
【０００７】
この発明のＮｉ基合金溶接材料は、通常の高周波溶解炉を用いて溶解し鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを均質化熱処理し、１０００〜１２３０℃の範囲内に保持しながら熱間鍛造し、最終的に直径：１０ｍｍの丸棒とし、水焼入れによる固溶化処理を施した後ホットロールにより伸線加工することにより作製することができる。
【０００８】
次に、この発明のＮｉ基合金溶接材料の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
【０００９】
Ｃｒ：
Ｃｒは、高温高圧水中での耐応力腐食割れ性を向上させる主要元素であると同時に溶接部における強度を向上させる元素でもある。しかし、その効果を十分に発揮させるためにはＣｒ含有量を２８％以上に維持する必要があるが、一方、３１．５％を超えて含有すると製造時の加工が困難となるため、その含有量を２８〜３１．５％と定めた。一層好まし範囲は２９〜３１％である。
【００１０】
Ｆｅ：
Ｆｅは、溶接凝固割れを抑制する効果があるため添加するが、８％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、１０．５％を超えて含有すると耐応力腐食割れ性が劣化するために好ましくない。したがって、Ｆｅの含有量を８〜１０．５％に定めた。一層好ましい範囲は８．５〜１０．２％である。
【００１１】
Ｎ、ＭｎおよびＭｇ：
Ｎ、ＭｎおよびＭｇを共存させることにより、相安定性を向上させることができる効果がある。すなわち、Ｎ、ＭｎおよびＭｇは母相であるＮｉ−ｆｃｃ相を安定化させ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉなどの低融点化合物形成元素の固溶化を促進し、それにより溶接凝固部における低融点化合物の生成を抑制する効果がある。
しかし、Ｎの含有量が０．００１％未満では、相安定化の効果は無く、したがって溶接凝固部における低融点化合物の生成を抑制する効果が無くなるので好ましくなく、一方、０．０４％を超えて含有すると窒化物を形成し、高温加工性が劣化するため、溶接材料製造が困難になるので、その含有量を０．００１〜０．０４％に定めた。Ｎ含有量の一層好ましい範囲は０．００５〜０．０３％である。
同様に、Ｍｎの含有量が０．０５％未満では、相安定化の効果は無く、したがって溶接凝固部における低融点化合物の生成を抑制する効果が無くなるので好ましくなく、一方、Ｍｎを０．５％を超えて含有すると、逆に、溶接凝固部の溶接割れが発生しやすくなるので好ましくない。したがって、Ｍｎの含有量を０．０５〜０．５％に定めた。Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は０．０６〜０．３％である。
同様に、Ｍｇの含有量が０．０００１％未満では、相安定化の効果は無く、したがって溶接凝固部における低融点化合物の生成を抑制する効果が無くなるので好ましくなく、一方、０．００５％を超えて含有すると、相安定性を損ね、溶接凝固部の溶接割れが発生しやすくなるために好ましくない。したがって、Ｍｇの含有量を０．０００１〜０．００５％に定めた。Ｍｇの一層好ましい範囲は０．０００２〜０．００３％である。
なお、これら３元素の効果はそれぞれ等価ではなく、３元素が同時に所定の範囲で含有しないと効果が無いことを見いだしている。
【００１２】
Ｓｉ、ＡｌおよびＴｉ
Ｓｉ、ＡｌおよびＴｉは、いずれも脱酸剤として添加することにより、合金内の清浄度を高め、結果的に溶接部の曲げ割れの原因の１つとなる酸化物系の不純物を抑制し溶接部の曲げ加工性を向上させる成分である。
しかし、Ｓｉは０．０１％以上含有することで、その効果を示すが、０．５％を超えて含有すると、逆に溶接部の曲げ割れを誘発させるので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量を０．０１〜０．５％に定めた。Ｓｉ含有量の一層好ましい範囲は０．０５〜０．３％である。
同様に、Ａｌを０．０１％以上含有することで、合金内の清浄効果を示すが、０．４５％を超えて含有すると、逆に溶接曲げ割れを誘発させるため、Ａｌの含有量を０．０１〜０．４５％と定めた。Ａｌ含有量の一層好ましい範囲は０．１〜０．３％である。
同様に、Ｔｉを０．０１％以上含有することで、合金内の清浄効果を示すが、０．５％以上含有すると、逆に溶接曲げ割れを誘発させるために好ましくない。したがって、Ｔｉの含有量を０．０１〜０． ５％未満に定めた。Ｔｉ含有量の一層好ましい範囲は０．１〜０．４％である。
【００１３】
ＭｏおよびＷ：
ＭｏおよびＷは、いずれも溶接部における強度を向上させるために添加する成分である。しかし、Ｍｏは０．００１％以上含有することで効果を示すが、０．２％を超えて含有すると溶接凝固部で偏析し耐応力腐食割れ性低下をもたらす傾向にあるため、Ｍｏの含有量を０．００１〜０．２％とした。Ｍｏ含有量の一層好ましい範囲は０．００２〜０．１％である。
同様に、Ｗを０．００１％以上含有することで、合金内の清浄効果を示すが、０．１％を超えて含有すると、溶接凝固部で偏析し耐応力腐食割れ性低下をもたらす傾向にあるため、Ｗの含有量を０．００１％〜０．１％に定めた。Ｗ含有量の一層好ましい範囲は０．００２〜０．０１％である。
【００１４】
ＮｂおよびＴａ：
ＮｂおよびＴａは、共に合金中のＣと結合してＮｂＣまたはＴａＣ等の安定な炭化物を優先的に形成することにより耐応力腐食割れ性を向上させ、またＣｒがＣｒ２３Ｃ６などの炭化物を形成して局部的にＣｒ希薄領域を形成することによって耐応力腐食割れ性が劣化するのを抑制するとともに、形成したＮｂＣまたはＴａＣ等の炭化物が溶接部の強度向上に寄与する効果がある。
しかし、Ｎｂを０．０１％以上含有することでその効果を示すが、０．１％を超えて含有すると溶接割れ感受性が高まる傾向にあるため、Ｎｂの含有量を０．０１〜０．１％に定めた。Ｎｂ含有量の一層好ましい範囲は０．０２〜０．０８％である。
同様にＴａを０．０００１％以上含有することで、上記効果を示すが、０．０１％を超えて含有すると曲げによる溶接部の割れ感受性が高まる傾向にあるため、Ｔａの含有量を０．０００１〜０．０１％に定めた。Ｔａ含有量の一層好ましい範囲は０．０００１〜０．００５％未満である。
【００１５】
ＢおよびＣａ
Ｂ及びＣａは溶接材料としての溶接材料を製造する際の熱間加工性を向上させる効果があるため添加される。
しかし、Ｂは０．０００１％以上含有することが必要であるが、０．０４％を超えて含有すると低融点化合物を形成し溶接割れが発生し易くなるために、Ｂの含有量を０．０００１〜０．０４％に定めた。Ｂ含有量の一層好ましい範囲は０．０００２〜０．００８％である。
同様にＣａは、０．０００１％以上含有することが必要であるが、０．０１％を超えて含有すると低融点化合物を形成し溶接割れが発生し易くなるために、Ｃａの含有量を０．０００１〜０．０１％に定めた。Ｃａ含有量の一層好ましい範囲は０．０００２〜０．００８％である。
【００１６】
Ｃｕ：
Ｃｕは、溶接凝固部の相安定性を高め微量元素の凝固偏析を抑制することにより、特に溶接部曲げ加工時の割れを防止する効果があるため添加されるが、０．０００１％未満含有しても所望の効果が得られず、一方、０．０１％を超えて含有すると低融点化合物を形成し溶接割れが発生し易くなるために、Ｃｕの含有量を０．０００１〜０．０１％に定めた。Ｃｕ含有量の一層好ましい範囲は０．０００２〜０．００８％である。
【００１７】
Ｚｒ：
Ｚｒは、溶接凝固組織を微細化させることにより向上させる効果があるため、必要に応じて添加されるが、その含有量が０．００５％未満では所望の効果が得られず、一方、０．１％を超えて含有すると自らが凝固時に偏析し酸化物を形成するなどにより溶接部曲げ加工時に割れ易くなるために好ましくない。したがって、Ｚｒの含有量を０．００５〜０．１％に定めた。Ｚｒ含有量の一層好ましい範囲は０．００６〜０．０５％である。
【００１８】
Ｖ：
Ｖは、マトリックスに固溶して一層溶接部の強度を高める作用を有するので必要に応じて添加されるが、その含有量が０．００１％未満では所望の効果が得られず、一方、０．１％を超えて含有すると延性が低下して棒状に加工できなくなるので好ましくない。したがって、Ｖの含有量を０．００１〜０．１％に定めた。Ｚｒ含有量の一層好ましい範囲は０．００６〜０．０５％である。
【００１９】
不可避不純物：
不可避不純物として含まれるＣｏはその含有量は少ないほど好ましい。したがって、Ｃｏの量を０．１％以下、一層好ましくは０．０５％以下に規制した。
Ｏは活性な元素と優先的に酸化物を形成し、形成された酸化物は凝固組織におけるデンドライト界面等に濃縮し、溶接部の曲げ加工時に割れの起点となることから不可避不純物として含まれるＯの含有量を０．０１％以下、一層好ましくは０．００７％以下に規制した。
Ｃは溶接凝固組織でＣｒと炭化物を形成することで局所的にＣｒを希薄化し、高温高圧水下での耐応力腐食割れ性を低下させることから不可避不純物として含まれるＣ含有量を０．０４％以下、一層好ましくは０．０２％以下に規制した。
ＳやＰは溶接凝固組織における偏析し濃縮することにより低融点化合物を形成しやすくなることにより溶接割れ感受性を高めてしまうので、いずれも０．００５％以下に規制した。
【発明の効果】
【００２０】
本発明Ｎｉ基合金溶接材料は、特にインコネル６９０合金で知られるＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金を溶接するための溶接材料として使用することにより、曲げ加工をしても割れが発生しない溶接部を含む構造物を構築することを可能とし、構造物のより一層の信頼性を高めることに寄与する。特に、原子力発電プラントを構成する材料としてインコネル６９０合金が注目されており、このインコネル６９０合金からなる原子力発電プラントの溶接部に対する信頼性を高める溶接材料として利用することにより、産業上優れた効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
つぎに、この発明のＮｉ基合金溶接材料を実施例により具体的に説明する。
通常の高周波溶解炉を用いて溶解し、表１〜９に示される成分組成を有し、直径：４０ｍｍで約５ｋｇのインゴットを作製した。このインゴットを１２３０℃で１０時間均質化熱処理を施し、温度：１０００〜１２３０℃の範囲内に保持しながら熱間鍛造を行い、最終的に直径：１０mmの丸棒をとし、これを１１５０℃で３０分間保持し、その後、水焼き入れすることにより固溶化処理を施した。この丸棒をホットロールによる伸線工程を行い、最終的に直径：２．４ｍｍの溶接材料を作製し、表面をエメリー紙＃４００で研磨することにより、本発明OLE_LINK4Ｎｉ合金OLE_LINK4溶接材料１〜４０、比較Ｎｉ合金溶接材料１〜３０を作製し用意した。なお、前記伸線工程では、途中、固溶化熱処理・酸洗を繰り返し加工性を確保した。
また、従来溶接材料１〜２とした市販のＡＳＴＭ ＣＯＤＥ ２１４２と同一規格品を用意した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
【表３】
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【００２５】
【表４】
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【００２６】
【表５】
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【００２７】
【表６】
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【００２８】
【表７】
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【００２９】
【表８】
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【００３０】
【表９】
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【００３１】
次に、市販品である６９０合金（ＵＮＳ Ｎ０６６９０)の縦：２００ｍｍ×横：１００ｍｍ×厚さ：２０ｍｍの寸法を有する板２枚の横の突合せ面に７０°のＶ字開先加工を施し、それぞれ開先面を突き合わせ、表１〜９に示される本発明Ｎｉ合金溶接材料１〜４０、比較Ｎｉ合金溶接材料１〜３０および従来溶接材料１〜２をそれぞれ用いて板の横方向に溶接することにより、縦：４００ｍｍ×横：１００ｍｍ×厚さ：２０ｍｍの寸法を有する溶接線入り板を作製した。この際、溶接条件はいずれもティグ溶接にて行った。アルゴンガス流量は、トーチ側で１４〜１５リットル／分とし、Ａｒガスバックシールドとしての流量は５リットル／分とした。溶接電流は１００Ａｍｐである。パス数は１０層１０パス行った。層間温度は１５０℃以下になるように注意した。このとき、溶接割れの有無を確認し、溶接割れの無い突き合わせ溶接した板については次の曲げ試験に進んだ。
突き合わせ溶接した板をグラインダーおよび研磨機を用いて、ビード余盛りを削除して溶接部を母材と同じ厚さに調整し、このビード余盛りを削除した板から、側曲げ試験をするために、断面が表裏となるようにかつ溶接線を短辺と平行に中央に含むようにして幅：２０ｍｍ×長さ：３８０ｍｍ×厚さ：９．５ｍｍの寸法を有する溶接試験片を切り出し、これら溶接試験片の表面を研磨し最終的に耐水エメリー紙＃４００仕上げとした。この溶接試験片の中央部が曲げの中心となるように１８０°曲げ試験を行った。曲げ半径は１９ｍｍとした。試験後、試験片の曲げ部となった溶接部側を観察し、実態顕微鏡により割れの有無を観察し、その結果を表１０〜１２に示した。
同様に溶接部を含む幅：５０ｍｍ×長さ：３８０ｍｍ×厚さ：２０ｍｍの寸法を有する溶接試験片を素材とし、溶接継ぎ手部が中央になるように引張試験片を加工し、この引張試験片について室温で引張試験を行い、破断部が溶接部か母材部であるかを確認し、その結果を表１０〜１２に示した。溶接部が破断することは、母材よりも強度が小さいということとなり好ましくないからである。
同様に溶接部を含む幅：５０ｍｍ×長さ：３８０ｍｍ×厚さ：２０ｍｍの寸法を有する試験片を素材に溶接継ぎ手部が中央になるようにUベント試験片（幅：１０ｍｍ×長さ：１００ｍｍ×厚さ：３mmの寸法を有する厚板をU字状に保持したもの）を作製し、これをオートクレーブ内の３００℃に保持した５００ｐｐｍＣｌ−イオンを含有する水中で１０００時間保持し、その後、割れの有無を観察し、その結果を表１０〜１２に示した。
【００３２】
【表１０】
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【００３３】
【表１１】
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【００３４】
【表１２】
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【００３５】
表１〜１２に示された結果から、本発明Ｎｉ合金溶接材料１〜４０を用いて溶接した溶接試験片の溶接部は、従来溶接材料１〜２を用いて溶接した溶接試験片の溶接部に比べ、溶接直後には割れも認められず、曲げ試験後も割れが観察されず、引張試験の破断部もすべて母材であって十分な強度を有しており、さらに高温高圧水中でも応力腐食割れが発生しなかったことが確認された。
また、この発明から外れた比較Ｎｉ合金溶接材料１〜３０を用いて作製した溶接試験片の溶接部は、溶接直後には割れも認められたり、曲げ試験後も割れが観察されたり、引張試験により溶接部で破断してしまうか、応力腐食割れが発生したことがわかる。また、この発明から外れた比較Ｎｉ合金溶接材料１〜３０の中には溶接材料を製造する工程中で割れたものもあることおよび従来溶接材料１〜２については溶接時には割れが発生することが分かる。