(57)【要約】【課題】高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金により構成される異材継手において、Ｃの拡散を抑制し、高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金の間で脱炭、及び、浸炭が発生するのを抑制すること。【解決手段】溶接継手は、フェライト系Ｃｒ鋼と、オーステナイト系Ｎｉ基超合金が溶接により接合されている異材継手であって、フェライト系Ｃｒ鋼とオーステナイト系Ｎｉ基超合金の双方のＣｒ含有量が１０〜１５質量％であることを特徴とする。Ｃｒ含有量１０〜１５質量％のフェライト系Ｃｒ鋼と、オーステナイト系Ｎｉ基超合金を用いることにより、両合金間のＣｒ含有量の差を小さく抑えることができ、脱炭・浸炭を回避することができる。【選択図】図１
2014176877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系Ｃｒ鋼と、オーステナイト系Ｎｉ基超合金が溶接により接合されている異材継手であって、
フェライト系Ｃｒ鋼とオーステナイト系Ｎｉ基超合金の双方のＣｒ含有量が１０〜１５質量％である、ことを特徴とする異材継手。
【請求項２】
前記フェライト系Ｃｒ鋼が、
質量％で、Ｃ：0.08〜0.25％、Ｓｉ：0.10％以下、Ｍｎ：0.10％以下、Ｎｉ：0.05〜1.0％、Ｃｒ：10〜12.5％、Ｍｏ：0.5〜1.9％、Ｗ：1.0〜1.95％、Ｖ：0.10〜0.35％、Ｎｂ：0.02〜0.10％、Ｂ：0.001〜0.01％、Ｎ：0.01〜0.08％、Ｃｏ：2.0〜8.0％、残部は不可避的不純物及びＦｅであり、
前記オーステナイト系Ｎｉ基超合金が、
質量％で、Ｃ：0.15％以下、Ｓｉ：1％以下、Ｍｎ：1％以下、Ｃｒ：10〜15％、Ｍｏ＋１/２(Ｗ＋Ｒｅ)：5〜10％、Ｔｉ：0.10〜0.95％、Ａｌ：0.1〜2.5％、Ｂ：0.001〜0.02％、Ｚｒ：0.001〜0.2％、Ｎｂ＋１／２Ｔａ：6.5％以下、Ｃｏ：0.1〜5.0％、Ｆｅ：4.0％以下、残部が不可避的不純物及びＮｉからなる、
請求項１に記載の異材継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば蒸気タービンやガスタービンのロータに適用できる溶接による異材継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気タービンやガスタービンの高温部に用いるロータ用の材料として、フェライト系１２Ｃｒ鋼（例えばＣ：0.13％，Ｓｉ：0.06％，Ｍｎ：0.52％，Ｎｉ：0.7％，Ｃｒ：10.3％，Ｍｏ：0.38％，Ｗ：1.81％，Ｖ：0.17％，Ｎｂ：0.05％，Ｆｅ：残部）が用いられている。なお、本願において、％は質量％を意味する。
近年、熱効率向上のため、例えば蒸気タービンにおいては蒸気温度を６５０℃以上に昇温させるべく開発が進められている。
このように蒸気温度が高温化すると、大型のロータに求められる耐熱強度が高くなり、従来のフェライト系１２Ｃｒ鋼（以下、高Ｃｒ鋼という）では対応することができない。そこで、高Ｃｒ鋼と、高Ｃｒ鋼よりも高い耐熱強度を有するＮｉ基超合金を溶接により一体化したロータが提案されている。この複合化ロータは、高い耐熱強度が要求される部分に、Ｎｉ基超合金により構成される部分が配置される。
【０００３】
高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金のように材質の異なる素材同士を溶接する場合、溶融境界面で脱炭、浸炭が生じる。つまり、Ｃｒ含有量が異なる素材を溶接した後に高温に加熱されると、低Ｃｒ素材の側から高Ｃｒ素材の側にＣが拡散して移動し、低Ｃｒ素材には脱炭層が、また、高Ｃｒ素材には浸炭層が形成されてしまう。通常、脱炭層が軟化（硬度低下）する一方、浸炭層は硬化するため、低Ｃｒ素材と高Ｃｒ素材からなる異材継手は所期の機械的強度が得られないおそれがある。
この脱炭・浸炭を防止するために、特許文献１は、低Ｃｒ鋼と高Ｃｒ鋼の間に両者の中間の組成をもつ溶接材料（以下、中間材）を介在して溶接することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１３０７７６号公報
【特許文献２】特許４８００８５６号
【特許文献３】特許２９４８３２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の提案では、中間材と低Ｃｒ素材の間、中間材と高Ｃｒ素材の間で、Ｃの移動が生じるおそれがある。また、中間材と低Ｃｒ素材の間、中間材と高Ｃｒ素材の間の溶接を行うので、中間材を用いない場合に比べて溶接の手間が増える。さらに、選択する低Ｃｒ素材と高Ｃｒ素材のＣｒ含有量によって、複数種の中間材を用意しなければならない場合もあり、コストがかかる。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金により構成される異材継手において、Ｃの拡散を抑制し、高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金の間で脱炭、及び、浸炭が発生するのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明の溶接継手は、フェライト系Ｃｒ鋼と、オーステナイト系Ｎｉ基超合金が溶接により接合されている異材継手であって、フェライト系Ｃｒ鋼とオーステナイト系Ｎｉ基超合金の双方のＣｒ含有量が１０〜１５質量％であることを特徴とする。
Ｃｒ含有量１０〜１５質量％のフェライト系Ｃｒ鋼と、オーステナイト系Ｎｉ基超合金を用いることにより、両合金間のＣｒ含有量の差を小さく抑えることができ、脱炭・浸炭を回避することができる。
【０００７】
本発明の異材継手は、フェライト系Ｃｒ鋼が、質量％で、Ｃ：0.08〜0.25％、Ｓｉ：0.10％以下、Ｍｎ：0.10％以下、Ｎｉ：0.05〜1.0％、Ｃｒ：10〜12.5％、Ｍｏ：0.5〜1.9％、Ｗ：1.0〜1.95％、Ｖ：0.10〜0.35％、Ｎｂ：0.02〜0.10％、Ｂ：0.001〜0.01％、Ｎ：0.01〜0.08％、Ｃｏ：2.0〜8.0％、残部は不可避的不純物及びＦｅであり、オーステナイト系Ｎｉ基超合金が、質量％で、Ｃ：0.15％以下、Ｓｉ：1％以下、Ｍｎ：1％以下、Ｃｒ：10〜15％、Ｍｏ＋１/２(Ｗ＋Ｒｅ)：5〜10％、Ｔｉ：0.10〜0.95％、Ａｌ：0.1〜2.5％、Ｂ：0.001〜0.02％、Ｚｒ：0.001〜0.2％、Ｎｂ＋１／２Ｔａ：6.5％以下、Ｃｏ：0.1〜5.0％Ｆｅ：4.0％以下、残部が不可避的不純物及びＮｉからなることが好ましい。
このようなフェライト系Ｃｒ鋼とオーステナイト系Ｎｉ基超合金を用いることにより、脱炭・浸炭を生じないＣｒ鋼とＮｉ基超合金からなる異材継手を提供することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フェライト系Ｃｒ鋼とオーステナイト系Ｎｉ基超合金からなる異材継手の脱炭・浸炭を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】脱炭・浸炭を説明するための図である。
【図２】高Ｃｒ鋼／Ｎｉ超合金異材継手境界近傍の成分分布を示す図である。
【図３】高Ｃｒ鋼／Ｎｉ超合金異材継手境界近傍の硬さ分布を示す図である。
【図４】異材継手の引張強さを示す図である。
【図５】本実施形態に係るタービンロータの構成を模式的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
［構成］
本実施形態に係るタービンロータ１、例えば６５０℃以上の高温蒸気が導入される蒸気タービンに用いられる。
図５に示すように、タービンロータ１は、２つのＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂ、２つの高Ｃｒ鋼部１２ａ、１２ｂから構成されている。なお、Ｎｉ基合金部１１、高Ｃｒ鋼部１２と総称することがある。
２つのＮｉ基合金部１１ａとＮｉ基合金部１１ｂは溶接によって接合されて溶接継手２１を形成し、２つのＮｉ基合金部１１ａ、１１ｂはそれぞれ高Ｃｒ鋼部１２ａ、１２ｂと溶接によって接合されてそれぞれ溶接継手２２ａ、２２ｂを形成することで、一端部から高Ｃｒ鋼部１２ａ、溶接継手２２ａ、Ｎｉ基合金部１１ａ、溶接継手２１、Ｎｉ基合金部１１ｂ、溶接継手２２ｂ、高Ｃｒ鋼部１２ｂの順に一体化されたタービンロータ１を形成している。
また、Ｎｉ基合金部１１ａ、１１ｂ及び溶接継手２１は６５０℃以上の温度の蒸気に晒される位置に配置され、溶接継手２２ａ並びに２２ｂ、及び高Ｃｒ鋼部１２ａ並びに１２ｂは６５０℃以下の温度の蒸気に晒される位置に配置される。これらの配置、温度は一例に過ぎず、発明は他の配置を採用することを妨げない。
【００１１】
次に、タービンロータ１を構成するＮｉ基合金部１１、及び高Ｃｒ鋼部１２を構成する合金、鋼の化学成分について説明する。
【００１２】
［Ｎｉ基合金部１１］
Ｎｉ基合金部１１は、Ｃ：0.15％以下、Ｓｉ：1％以下、Ｍｎ：1％以下、Ｃｒ：10〜15％、Ｍｏ＋１/２(Ｗ＋Ｒｅ)：5〜10％、Ｔｉ：0.10〜0.95％、Ａｌ：0.1〜2.5％、Ｂ：0.001〜0.02％、Ｚｒ：0.001〜0.2％、Ｎｂ＋１／２Ｔａ：6.5％以下、Ｆｅ：4.0％以下、Ｃｏ：0.1〜5.0％、残部が不可避的不純物及びＮｉからなる。このＮｉ基超合金は、特許文献２に開示されているが、Ｃｒの含有量を高Ｃｒ鋼部１２と整合させているところに特徴がある。
【００１３】
［Ｃ：0.15％以下］
Ｃは、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃｒ及びＭｏと結合して炭化物を形成し、高温強度を高めるとともに、結晶粒の粗大化を防止するために含有させる元素であるが、0.15％より多いと熱間加工性が低下するので、その含有量を0.15％以下とする。望ましくは、0.10％以下である。
【００１４】
［Ｓｉ：1％以下］
Ｓｉは、脱酸剤として添加されるばかりでなく、耐酸化性を改善させる元素であるが、1％を超えて含有させると延性が低下するので、その含有量を1％以下とする。望ましくは0.5％以下である。
【００１５】
［Ｍｎ：1％以下］
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加されるが、1％を超えて添加すると高温酸化特性が悪くなるばかりでなく、延性を害するη相（Ni３Ti）の析出を助長するので、その含有量を1％以下とする。望ましくは0.5％以下である。
【００１６】
［Ｃｒ：10〜15％］
Ｃｒは、オーステナイト相に固溶し、高温酸化及び腐食を改善させるために含有させる元素である。
十分な耐高温酸化及び腐食特性を維持するためには多い方が望ましいが、線膨張係数を増加する元素である。ただし、本実施形態では、高Ｃｒ鋼部１２との関係で10〜15％とする。
【００１７】
［Ｍｏ＋１/２(Ｗ＋Ｒｅ)：5〜10％］
Ｍｏ，Ｗ及びＲｅは、オーステナイト相に固溶し、固溶強化によって高温強度を高めるとともに熱膨張係数を下げるために含有させる元素である。そのために、Ｍｏ＋１/２(Ｗ＋Ｒｅ)の総和が最低5％以上必要であるがこの総和が多くなりすぎると熱間加工性が低下するばかりでなく、脆化相が析出して延性が低下するので、上限を10％以下にする。
【００１８】
［Ｔｉ：0.10〜0.95％］
Ｔｉは、Ｎｉと結合してγ´相を形成し、γ´相を強化するとともに線膨張係数を低下させ、またγ´相の時効析出硬化を促進させる。この効果を得るために、Ｔｉを0.10％以上含有させる。
一方0.95％を超えて添加すると脆化相であるη相（Ｎｉ３Ｔｉ）の析出を促進して、溶接性を害し、また併せて熱間加工性を害する上、延性の低下を招くため、上限を0.95％とする。
【００１９】
［Ａｌ：0.1〜2.5％］
Ａｌは、耐酸化性を向上させるとともにＮｉと結合してγ´相を形成し析出強化する最も重要な元素である。
この含有量が0.1％より少ないとγ´相の析出が十分でなく、またＴｉやＮｂとＴａが多量に存在する場合にはγ´相が不安定になってη相やδ相が析出して脆化を起こし、熱間加工性が低下して部品への鍛造成形が困難となるので、その含有量を0.1〜2.5％とする。望ましい範囲は0.2〜2.0％未満である。
【００２０】
［Ｂ：0.001〜0.02％及びＺｒ：0.001〜0.2％］
Ｂ及びＺｒは結晶粒界に偏析してクリープ強度を高める。またＢはＴｉの多い合金ではη相の析出を抑える効果がある。但し過剰に含有させると熱間加工性及び溶接性を害するのでＢについては含有量を0.001〜0.02％とし、Ｚｒについては含有量を0.001〜0.2％とする。
【００２１】
［Ｎｂ＋１／２Ｔａ：6.5％以下］
Ｎｂ及びＴａは炭化物を形成して延性低下割れを抑制する作用があると共に、Ｎｉ基超合金の析出強化相であるγ´相（Ｎｉ３(Ａｌ，Ｎｂ，Ｔａ)）や炭化物を形成して高温強度を上昇させる作用がある。但し、Ｎｂ及びＴａの合計量が多過ぎてしまうと、形成されるγ’相の体積割合が多くなり過ぎて熱間加工性および延性が著しく低下してしまうと共に、溶接時の凝固割れが許容できない範囲となってしまうことから、含有量をＮｂ＋１／２Ｔａで６6.5％以下とする。望ましい範囲は2.5％以下である。
【００２２】
［Ｆｅ：4.0％以下］
Ｆｅは、合金のコストを低減するために添加され、または合金にＷ，Ｍｏ等の成分を調整するために添加する母合金に粗製のフェロアロイを用いることで合金に含有される。
Ｆｅは合金の高温強度を低下させ線膨張係数を高くする。このために少ない方が望ましいが、4.0％以下であれば高温強度及び熱膨張係数に及ぼす影響が小さいため上限値を４０％とする。より望ましくは2.0％以下とする。
【００２３】
［Ｃｏ：0.1〜5.0％］
Ｃｏは合金に固溶して高温強度を高くする元素であるが、高価であるのでその含有量は5％未満とする。
【００２４】
［Ｎｉ：残部］
Ｎｉはマトリックスであるオーステナイトを形成する主元素であり、耐熱性及び耐食性を
向上させる元素である。また、析出強化相であるγ´相を形成する元素でもある。
【００２５】
［高Ｃｒ鋼部１２］
次に、高Ｃｒ鋼部１２は、Ｃ：0.08〜0.25％、Ｓｉ：0.10％以下、Ｍｎ：0.10％以下、Ｎｉ：0.05〜1.0％、Ｃｒ：10.0〜12.5％、Ｍｏ：0.6〜1.9％、Ｗ：1.0〜1.95％、Ｖ：0.10〜0.35％、Ｎｂ：0.02〜0.10％、Ｂ：0.001〜0.01％、Ｎ：0.01〜0.08％、Ｃｏ：2.0〜8.0％、残部は不可避的不純物及びＦｅである。この高Ｃｒ鋼は、特許文献３に開示されているが、Ｃｒの含有量をＮｉ基合金部１１と整合させているところに特徴がある。
【００２６】
［Ｃ：0.08〜0.25％］
Ｃは焼入性を確保し、焼戻し過程でＣｒ、Ｍｏ、Ｗなどと結合してＭ２３Ｃ６型炭化物を結晶粒界、マルテンサイトラス粒界上に形成するとともに、Ｎｂ、Ｖなどと結合してMX型炭窒化物をマルテンサイトラス内に形成する。Ｍ２３Ｃ６型炭化物及びMX型炭窒化物の析出強化により高温強度を高めることができる。さらに、Ｃは耐力や靱性を確保する以外にも、δ−フェライト及びＢＮの生成の抑制に必要不可欠な元素であり、本発明ロータ材に必要な耐力や靱性を得るためには、0.08％以上必要である。しかし、あまり多量に添加すると、かえって靱性を低下させるとともに、Ｍ２３Ｃ６型炭化物を過度に析出させ、マトリックスの強度を低めてかえって長時間側の高温強度を損なうので、0.08〜0.25％に限定する。望ましくは、0.09〜0.13％である。さらに望ましくは、0.10〜0.12％である。
【００２７】
［Ｓｉ：0.10％以下］
Ｓｉは溶鋼の脱酸剤として有効な元素である。しかし、Ｓｉは多く添加すると脱酸による生成物であるＳｉＯ２が鋼中に存在し、鋼の清浄度を害し、靱性を低下させる。また、Ｓｉは金属間化合物であるラーベス相（Ｆｅ２Ｍ）の生成を促し、また粒界偏析等によりクリープ破断延性を低下させる。さらに、高温使用中において、焼戻し脆性を助長するので、有害元素としてその含有量を0.10％以下とした。
なお、近年、真空カーボン脱酸法やエレクトロスラグ再溶解法が適用され、必ずしもＳｉ脱酸を行う必要がなくなってきており、そのときの含有量は0.05％以下でありＳｉ量は低減できる。
【００２８】
［Ｍｎ：0.10％以下］
Ｍｎは溶鋼の脱酸、脱硫剤として有効であり、また、焼入を増大させて強度を高めるのに有効な元素である。また、Ｍｎは、δ−フェライト及びＢＮの生成を抑制し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の析出を促進する元素として有効な元素である。しかし、Ｍｎ量増加とともにクリープ破断強度を低下させるので、その含有量を最大０．１％に限定する。望ましくは、0.05〜0.1％である。
【００２９】
［Ｎｉ：0.05〜1.0％］
Ｎｉは鋼の焼入性を増大させ、δ−フェライト及びＢＮの生成を抑制し、室温における強度及び靱性を高める有効な元素のため、最低0.05％必要であり、特に靱性向上に有効である。また、これらの効果はＮｉ及びＣｒ両元素の含有量の多い場合には、その相乗効果により著しく増加する。しかし、Ｎｉは1.0％を越えると、高温強度（クリープ強度、クリープ破断強度）を低下させ、また、焼戻し脆性を助長するので、その含有量を0.05〜1.0％とした。望ましくは、0.05〜0.5％である。
【００３０】
［Ｃｒ：10.0〜12.5％］
Ｃｒは耐酸化性・耐食性を付与し、析出分散強化により高温強度に寄与するＭ２３Ｃ６型炭化物の構成元素として必要不可欠の元素である。上記の効果を得るためには本発明鋼の場合には最低10％必要であるが、12.5％を越えるとδ−フェライトを生成し、高温強度及び靱性を低下させるので10.0〜12.5％に限定する。望ましくは、10.2〜11.5％である。また、大型ロータの製造にあたっては、溶体化熱処理時にδ−フェライトの析出を阻止することが不可欠である、本発明鋼におけるＣｒ当量（Ｃｒ＋６Ｓｉ＋４Ｍｏ＋１．５Ｗ＋１１Ｖ＋５Ｎｂ−４０Ｃ−２Ｍｎ−４Ｎｉ−２Ｃｏ−３０Ｎ）は7.5％以下に限定するのが好ましい。これより、δ−フェライトに生成を回避できる。
【００３１】
［Ｍｏ：0.5〜1.9％］
Ｍｏは、Ｃｒと同様にフェライト鋼の添加元素として重要な元素である。Ｍｏを鋼に添加すると、焼入性を増大し、また、焼戻し時の焼戻し軟化抵抗を大きくして、常温の強度（引張強さ、耐力）及び高温強度の増大に有効である。また、Ｍｏは固溶体強化元素として作用するとともに、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の微細析出を促進し、凝集を妨げる作用がある。そして、その他の炭化物を生成するため、析出強化用元素として、クリープ強度やクリープ破断強度などの高温強度の向上に非常に有効な元素である。さらに、Ｍｏは0.5％程度以上添加すると、鋼の焼戻し脆性を阻止するため、非常に有効な元素である。しかし、Ｍｏの過剰添加はδ−フェライトを生成し、靱性を著しく低下させるとともに、金属間化合物であるラーベス相（Ｆｅ２Ｍ）の新たな析出を招くが、本発明鋼の場合、Ｃｏを同時に添加しているため、上記δ−フェライトの生成は抑制される。したがって、Ｍｏ添加量の上限は1.9％まで高められるので、Mo量は0.5〜1.9％とした。
【００３２】
［Ｗ：1.0〜1.95％］
Ｗは、Ｍｏ以上にＭ２３Ｃ６型炭化物の凝集粗大化を抑制する効果がある。さらに、固溶体強化元素として、クリープ強度やクリープ破断強度などの高温強度の向上に有効な元素であり、その効果はＭｏとの複合添加の場合に顕著である。しかし、Ｗを多く添加するとδ−フェライトや金属間化合物であるラーベス相（Ｆｅ２Ｍ）を生成しやすくなり、延性、靱性が低下するとともに、クリープ破断強度が低下する。また、Ｗの添加量はＭｏの添加量の他に、後述のＣｏの添加量に影響され、2.0〜8.0％のＣｏの添加量の範囲では、Ｗを2％より多く添加すると、大型鍛造品として、凝固偏析等の好ましくない現象もでてくる。これらを考慮して、Ｗ量は1.0〜1.95％とした。なお、Ｗを添加することによる効果は、Ｍｏとの複合添加の場合顕著に表れ、その添加量（Ｍｏ＋０．５Ｗ）は、1.40〜2.45％が好ましい。この（Ｍｏ＋０．５Ｗ）をMo当量と定義する。
【００３３】
［Ｖ：0.10〜0.35％］
Ｖは、Ｍｏと同様に常温における強度（引張強さ、耐力）の向上に有効な元素である。さらに、Ｖの微細な炭窒化物をマルテンサイトラス内に生成させるが、これら微細な炭窒化物は、クリープ中の転位の回復を制御してクリープ強度やクリープ破断強度など高温強度を増加させる。このため、Ｖは析出強化元素として、また固溶体強化元素としても重要な元素である。
そして、Ｖはある程度の添加範囲（0.03〜0.35％）の添加量であれば、結晶粒を微細化させて、靱性向上にも有効である。しかし、あまり多量に添加すると、靱性を低下させるとともに、Ｃを過度に固定し、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の析出量を減じて逆に高温強度を低下させるので、その含有量は0.10〜0.35％とした。望ましくは、0.15〜0.25％である。
【００３４】
［Ｎｂ：0.02〜0.10％］
Ｎｂは、Ｖと同様に引張強さや耐力などの常温強度、ならびにクリープ強度やクリープ破断強度などの高温強度の増大に有効な元素であると同時に微細なＮｂＣを生成して結晶粒を微細化させ、靱性向上に非常に有効な元素である。また、一部は焼入れの際、固溶して焼戻し過程での上記のＶ炭窒化物と複合したMX型炭窒化物を析出し、高温強度を高める作用があり、最低0.02％必要である。しかし、0.10％を越えると、Ｖと同様にＣを過度に固定してＭ２３Ｃ６型炭化物の析出量を減少し、高温強度の低下を招くので0.02〜0.10％に限定する。望ましくは、0.02〜0.05％である。また、大型ロータの製造にあたっては、鋼塊凝固時に塊状のＮｂＣが晶出し、この塊状ＮｂＣが機械的性質に悪影響を及ぼすことがある。
そこで、Ｎｂと0.4倍のＣの和をＮｂ＋０．４Ｃ≦0.12％に限定するのが望ましい。この（Ｎｂ＋０．４Ｃ）をＮｂ当量と定義する。これより、塊状ＮｂＣの晶出を回避できる。
【００３５】
［Ｂ：0.001〜0.01％］
Ｂは粒界強化作用とＭ２３Ｃ６型炭化物中に固溶して、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の凝集粗大化を妨げる作用により、高温強度を高める効果があり、最低0.001％添加すると有効であるが、0.010％を越えると溶接性や鍛造性を害するので、0.001〜0.010％に限定する。望ましくは、0.003〜0.008％である。また、大型ロータの製造にあたっては、900〜1200℃に加熱した鍛造時に共晶Ｆｅ２Ｂ及びＢＮが生成し、鍛造困難及び機械的性質に悪影響を及ぼすことがある。そこで、Ｂと0.5倍のＮの和をＢ＋0.5Ｎ≦0.030％に限定するのが好ましい。この（Ｂ＋0.5Ｎ）をＢ当量と定義する。これにより、共晶Ｆｅ２Ｂ及びＢＮの生成を回避できる。
【００３６】
［Ｎ：0.01〜0.08％］
Ｎは、Ｖの窒化物を析出したり、また固溶した状態でＭｏやＷと共同でＩＳ効果（侵入型固溶元素と置換型固溶元素の相互作用）により高温強度を高めたりする作用があり、最低0.01％は必要であるが、0.08％を越えると延性を低下させるので、0.01％〜0.08％に限定する。望ましくは、0.02％〜0.04％である。また、上記のＢとの共存により共晶Ｆｅ２Ｂ及びＢＮの生成を助長することがある。したがって、上記の通りＢ当量（Ｂ＋0.5Ｎ）≦0.030％に限定するのが好ましい。
【００３７】
［Ｃｏ：2.0〜8.0％］
Ｃｏは、固溶強化に寄与するとともにδ−フェライトの析出抑制に効果があり、大型鍛造品の製造に有用である。Ｃｏの添加によりＡＣ１変態点（約780℃）をほとんど変えず、合金元素の添加が可能となり、高温強度が著しく改善される。このＣｏの効果を得るために、Ｃｏの下限は2.0％とするが、一方Ｃｏを過度に添加すると延性が低下し、またコストが上昇するので、上限は8.0％に限定する。
【００３８】
［試験片製作］
上述した高Ｃｒ鋼からなる試験片（母材）を用意し、この試験片の表面に、上述したＮｉ基超合金からなる溶接材を溶接することで、高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金からなる異材継手を作製した。なお、各々の主要成分は以下の通りであり（質量％）、Ｎｉ基超合金のＣｒ含有量を抑えることで、両者のＣｒ含有量の差を１．５％と小さく抑えている。
Ｎｉ基超合金 Ｃ：0.030％，Ｃｒ：12％，Ｍｏ＋Ｗ：13％，残：Ｎｉ
高Ｃｒ鋼 Ｃ：0.100％，Ｃｒ：10.50％，Ｍｏ＋Ｗ：1.5％，Ｎｉ：0.5％，残：Ｆｅ
【００３９】
［評価］
異材継手の高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金の境界近傍の成分のライン分析を電子線マイクロアナライザ（Electron Probe MicroAnalyser）によって行った。その結果を図２に示す。なお、図２の破線ＢＬは高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金の境界を示している。
また、高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金の境界近傍の硬さを測定した。その結果を図３に示す。
さらに、以上の異材継手について、引張強度試験（ＪＩＳ  Ｚ３１１１準拠）を行った。その結果を図４に示す。
【００４０】
ここで、異材継手で脱炭・浸炭が生じる要因の一つとして、炭化物形成元素であるＣｒの含有量が挙げられる。Ｃｒは炭化物形成能が高く、そのため、異材継手を構成する各々の素材間でＣｒ含有量の差が大きいと、溶接時の温度が高いか、または、溶接後に高温に晒される時間が長くなると、Ｃｒ含有量の少ない継手素材から、Ｃｒ含有量の多い継手素材へ、Ｃが拡散により移動する。そして、こうして移動したＣはＣｒと結合し、Ｃｒ炭化物を形成する。
このことを、図１を参照して説明する。図１は、Ｃｒ含有量の異なる素材Ａと素材Ｂからなる異材継手を模式的に示している。図１（ｂ）に示すように、素材Ａより素材ＢのＣｒ含有量が多く、また、図１（ｃ）に示すように、素材Ａの方が素材ＢよりＣ含有量が多い。
この異材継手は、溶接後に高温に晒される時間が長くなると、Ｃが拡散により素材Ａから素材Ｂに移動すると、素材Ａは素材Ｂとの境界近傍のＣ含有量が減少し、素材Ｂは素材Ａとの境界近傍のＣ含有量が増大する（図１（ｄ））。
【００４１】
そこで、図２を参照すると、Ｃ含有量は、高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金の境界近傍において、顕著な増減を示していない。当該境界近傍において、高Ｃｒ鋼には、ＣとＣｒのピークが一致するところがあるため、Ｃｒ炭化物が存在することが判る。一方、当該境界近傍において、Ｎｉ基超合金には、ＣとＣｒのピークが一致するところは観察されない。
硬度測定の結果（図３）を参照しても、高Ｃｒ鋼の側とＮｉ基超合金の側とで硬度の大小はあるものの、その増減量は少なく、境界近傍において顕著な硬化及び軟化は観察されない。
以上より、高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金からなるこの異材継手には、脱炭・浸炭が生じていないか、生じていたとしても軽微なものと判断される。
このように異材継手が脱炭・浸炭を回避できたのは、高Ｃｒ鋼とＮｉ基超合金のＣｒ含有量の差が小さいためと推察している。つまり、Ｃｒ含有量の差が小さいと、Ｃの拡散自体が生じにくくなり、脱炭・浸炭を回避できたものと解される。
引張強度試験では、破断は溶接部近傍ではなく高Ｃｒ鋼側の母材で生じた。図４に示す結果より、引張強さは高Ｃｒ鋼母材相当である。この引張強度試験の結果も、本実施形態の異材継手で脱炭・浸炭が顕著に生じず、継手強度の低下を回避できたことを示唆している。
【００４２】
なお、図２において、Ｃ及びＮｉの含有量は、高Ｃｒ鋼及びＮｉ基超合金の各々がそれ自体で含む量と相違するが、これはＮｉ基超合金を溶接材として高Ｃｒ鋼に溶融して接合したためと解される。
【００４３】
本実施形態では、Ｃｒ含有量が10.5％の高Ｃｒ鋼、及び、Ｃｒ含有量が12.0％のＮｉ基超合金を用いた例を説明したが、本発明で用いることができる合金素材はこれに限定されない。
高Ｃｒ鋼としては、例えば、以下の合金を用いることができる。
改良12Ｃｒ鋼1；Ｃ：0.05〜0.2％、Ｎｉ：2.5％以下、Ｃｒ：9.5〜10.5％、Ｍｏ：0.3〜2.0％、Ｖ：0.1〜0.3％、Ｎ：0.01〜0.08％及びＮｂ：0.02〜0.15％を含有し、残部が実質的にＦｅからなる。
改良12Ｃｒ鋼2：Ｃ：0.05〜0.2％、Ｎｉ：1.0〜1.5％（1.0及び1.5％は含まず）、Ｃｒ：9.5〜10.5％、Ｍｏ：0.3〜2.0％、Ｖ：0.1〜0.3％、Ｎ：0.01〜0.08％及びＮｂ：0.02〜0.15％を含有し、さらに重量％でＴａ：0.02〜0.2％、Ｂ：0.001〜0.03％、Ｗ：1〜2％、Ｃｏ：1〜4％のうちの一種又は二種以上を含有し、残部が実質的にＦｅからなる。
【００４４】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１      ロータ
１１    Ｎｉ基合金部
１１ａ，１１ｂ  Ｎｉ基合金部
１２    高Ｃｒ鋼部
１２ａ，１２ｂ  高Ｃｒ鋼部
２１，２２ａ，２２ｂ  溶接継手
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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