(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．０６％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：２．５〜６．５％、
Ｎｉ：９〜１４％、
Ｃｒ：１９〜２４％、
Ｍｏ：１．５〜３．５％、
Ｎｂ：０．１〜０．４％、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ：０．２０〜０．４５％、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜３％、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
ＲＥＭ：０〜０．５％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、かつ、
不純物としてのＯ、ＰおよびＳがそれぞれ、Ｏ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下、および、Ｓ：０．０１％以下である部材１と、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｎ：０．０１〜６．０％、
Ｎｉ：８〜１５％、
Ｃｒ：１５〜２５％、
Ｍｏ：０．０１〜４．０％、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ：０．００１％以上０．２％未満、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｂ：０〜０．５％、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜３％、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
ＲＥＭ：０〜０．５％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、かつ、
不純物としてのＯ、ＰおよびＳがそれぞれ、Ｏ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下、および、Ｓ：０．０１％以下であり、かつ、下記（ｉ）式で規定されるＰ（ＮＩ）が２７％以上を満足する部材２とを、
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮを含み、かつ、下記（ｉ）式で規定されるＰ（ＮＩ）が２９％以上を満足する溶接材料を用いて溶接する、溶接継手の製造方法。
Ｐ（ＮＩ）＝Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｍｎ＋０．６Ｃｒ＋０．３Ｓｉ＋１２（Ｃ＋Ｎ）・・・（ｉ）
ただし、（ｉ）式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
【請求項２】
前記部材１の前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０．５％、
Ｃｕ：０．００５〜３％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％、および、
ＲＥＭ：０．００１〜０．５％から選択される１種以上を含有する、請求項１に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項３】
前記部材２の化学組成が、質量％で、
Ｍｎ：０．０１〜２．１２％である、請求項１または請求項２に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項４】
前記部材２の前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．００１〜０．５％、
Ｎｂ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０．５％、
Ｃｕ：０．００５〜３％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％、および、
ＲＥＭ：０．００１〜０．５％から選択される１種以上を含有する、請求項１から３までのいずれかに記載の溶接継手の製造方法。
【請求項５】
前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、
Ｍｎ：０．０１〜６．５％、
Ｎｉ：８〜１５％、
Ｃｒ：１５〜２５％、
Ｍｏ：０．０１〜４．０％、
Ａｌ：０．０３％以下、
Ｎ：０．００１％以上０．４５％未満、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｂ：０〜０．５％、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜３％、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、かつ、
不純物としてのＯ、ＰおよびＳがそれぞれ、Ｏ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下、および、Ｓ：０．０１％以下である、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の溶接継手の製造方法。
【請求項６】
前記溶接材料の前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．００１〜０．５％、
Ｎｂ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０．５％、
Ｃｕ：０．００５〜３％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、および、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％から選択される１種以上を含有する、請求項５に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項７】
ガスタングステンアーク溶接方法により溶接する、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の溶接継手の製造方法。
【請求項８】
Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１０％混合したシールドガスを使用する、請求項７に記載の溶接継手の製造方法。
【請求項９】
Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１００％混合したバックシールドガスを使用する、請求項７または請求項８に記載の溶接継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水素ガス用機器および液体水素用機器等に使用される異なるオーステナイト系ステンレス鋼を用いた溶接継手の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料に代えて、水素をエネルギーとして利用する輸送機器の実用化研究が活発に進められている。その実用化に際しては、水素を高圧で貯蔵、輸送できる使用環境の整備が併せて必要であり、そこに使用される引張強さで８００ＭＰａを上回るような高強度材料の開発、適用検討が平行して進められている。
【０００３】
このような背景のもと、使用される材料として、例えば、特許文献１〜４には、高Ｍｎ化することでＮの溶解度を高め、かつ、Ｖおよび／またはＮｂを添加することにより、Ｎの固溶強化および窒化物の析出強化、さらにはそのピニング効果による微細化を活用し、高強度化を試みたオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。
【０００４】
ところで、これら多量のＮを含有した高強度オーステナイト系ステンレス鋼を構造物として使用する場合、コスト面からは溶接による組み立てが可能であることが求められている。そのため、例えば、特許文献３、５および６には、Ａｌ、ＴｉおよびＮｂを積極活用し、溶接後熱処理を行うことにより、８００ＭＰａを超える引張強さが得られる溶接材料（溶接金属）が提案されている。また、特許文献７には、溶接材料（溶加材）のＮ量、溶接時のシールドガスおよび溶融池面積を管理し、溶接金属のＮ量を増大させることにより、溶接後熱処理を実施することなく、高強度化を達成する溶接継手が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０８３４７６号
【特許文献２】国際公開第２００４／０８３４７７号
【特許文献３】国際公開第２００４／１１０６９５号
【特許文献４】国際公開第２０１２／１３２９９２号
【特許文献５】特開平５−１９２７８５号公報
【特許文献６】特開２０１０−２２７９４９号公報
【特許文献７】国際公開第２０１３／００５５７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方で、実際の構造物は全てが上記のような高強度オーステナイト系ステンレス鋼で構成されるのではなく、その使用部位によっては、異なるオーステナイト系ステンレス鋼を溶接する必要がある。その際、溶接継手に対しては、高強度は必要とはされない（異材側と同等以上の強度を満足すれば良い）ものの、水素環境下での耐脆化特性には優れることが求められる。しかしながら、異なるオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手では、いずれかの母材と完全に同一の化学組成の溶接材料を使用して溶接した場合、充分な耐水素脆化特性が得られない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、異なるオーステナイト系ステンレス鋼を溶接する際、優れた耐水素脆化特性が得られる溶接継手の製造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】
【０００８】
本発明者らは、上記した課題を解決するために調査を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
【０００９】
まず、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．０６％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：２．５〜６．５％、Ｎｉ：９〜１４％、Ｃｒ：１９〜２４％、Ｍｏ：１．５〜３．５％、Ｎｂ：０．１〜０．４％、Ａｌ：０．０５％以下、および、Ｎ：０．２０〜０．４５％を含む高強度オーステナイト系ステンレス鋼と、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮを含む種々のオーステナイト系ステンレス鋼の耐水素脆化感受性を比較した結果、下記（ｉ）式で規定されるＰ（ＮＩ）が２７％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼のみが、高強度オーステナイト系ステンレス鋼と同等の優れた耐水素脆化特性を有することが明らかとなった。
Ｐ（ＮＩ）＝Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｍｎ＋０．６Ｃｒ＋０．３Ｓｉ＋１２（Ｃ＋Ｎ）・・・（ｉ）
ただし、（ｉ）式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
【００１０】
そこで、このＰ（ＮＩ）が２７％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼と同組成の溶接ワイヤ（溶接材料）を用いて、高強度オーステナイト系ステンレス鋼と、それとは異なるオーステナイト系ステンレス鋼とのタングステンガスアーク溶接継手を作製し、水素脆化感受性を評価した。その結果、Ｐ（ＮＩ）が２７％以上となる場合に、必ずしも溶接継手の耐水素脆化特性が充分とはならないことが判明した。
【００１１】
そのため、溶接金属部の詳細な組織調査を行った結果、溶接継手の溶接金属では、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮに濃度むらがあることが分かった。そして、さらに調査を重ねた結果、母材と同等の特性を得るためには、Ｐ（ＮＩ）が２９％以上の溶接ワイヤ（溶接材料）を使用する必要があることが分かった。
【００１２】
その理由は、次のように考えられる。
【００１３】
すなわち、溶接金属は母材と異なり、凝固のままの組織であるため、溶接金属中では凝固中の合金元素の凝固偏析に起因した濃度むらが残る。その結果、局部的にＰ（ＮＩ）が２７％を下回る箇所が存在し、その部分の水素脆化感受性が高くなる。そのため、溶接継手の耐水素脆化特性が充分ではなかったものと考えられる。そして、溶接材料のＰ（ＮＩ）を２９％以上とすれば、溶接金属のＰ（ＮＩ）を２７％以上とすることができ、結果として優れた耐水素脆化特性を得られるものと考えられる。
【００１４】
さらに、タングステンガスアーク溶接中のシールドガスとして、Ａｒに微量の窒素を含有させると、さらに安定して優れた耐水素脆化特性が達成できることが明らかとなった。これは、溶接中、溶融金属にＮが溶解し、溶接金属のＮ量が高まるためであると考えられる。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記（１）〜（９）に示す溶接継手の製造方法にある。
【００１６】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．０６％、
Ｓｉ：０．２〜１．０％、
Ｍｎ：２．５〜６．５％、
Ｎｉ：９〜１４％、
Ｃｒ：１９〜２４％、
Ｍｏ：１．５〜３．５％、
Ｎｂ：０．１〜０．４％、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ：０．２０〜０．４５％、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜３％、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
ＲＥＭ：０〜０．５％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、かつ、
不純物としてのＯ、ＰおよびＳがそれぞれ、Ｏ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下、および、Ｓ：０．０１％以下である部材１と、
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮを含み、かつ、下記（ｉ）式で規定されるＰ（ＮＩ）が２７％以上を満足する部材２とを、
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮを含み、かつ、下記（ｉ）式で規定されるＰ（ＮＩ）が２９％以上を満足する溶接材料を用いて溶接する、溶接継手の製造方法。
Ｐ（ＮＩ）＝Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｍｎ＋０．６Ｃｒ＋０．３Ｓｉ＋１２（Ｃ＋Ｎ）・・・（ｉ）
ただし、（ｉ）式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
【００１７】
（２）前記部材１の前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０．５％、
Ｃｕ：０．００５〜３％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％、および、
ＲＥＭ：０．００１〜０．５％から選択される１種以上を含有する、前記（１）に記載の溶接継手の製造方法。
【００１８】
（３）前記部材２の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０１〜１．０％、
Ｍｎ：０．０１〜６．０％、
Ｎｉ：８〜１５％、
Ｃｒ：１５〜２５％、
Ｍｏ：０．０１〜４．０％、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｎ：０．００１％以上０．２％未満、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｂ：０〜０．５％、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜３％、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
ＲＥＭ：０〜０．５％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、かつ、
不純物としてのＯ、ＰおよびＳがそれぞれ、Ｏ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下、および、Ｓ：０．０１％以下である、前記（１）または前記（２）に記載の溶接継手の製造方法。
【００１９】
（４）前記部材２の前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．００１〜０．５％、
Ｎｂ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０．５％、
Ｃｕ：０．００５〜３％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％、および、
ＲＥＭ：０．００１〜０．５％から選択される１種以上を含有する、前記（３）に記載の溶接継手の製造方法。
【００２０】
（５）前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１〜０．１２％、
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、
Ｍｎ：０．０１〜６．５％、
Ｎｉ：８〜１５％、
Ｃｒ：１５〜２５％、
Ｍｏ：０．０１〜４．０％、
Ａｌ：０．０３％以下、
Ｎ：０．００１％以上０．４５％未満、
Ｖ：０〜０．５％、
Ｎｂ：０〜０．５％、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｃｕ：０〜３％、
Ｂ：０〜０．０１％、
Ｃａ：０〜０．０５％、
Ｍｇ：０〜０．０５％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、かつ、
不純物としてのＯ、ＰおよびＳがそれぞれ、Ｏ：０．０２％以下、Ｐ：０．０３％以下、および、Ｓ：０．０１％以下である、前記（１）から前記（４）までのいずれかに記載の溶接継手の製造方法。
【００２１】
（６）前記溶接材料の前記化学組成が、質量％で、
Ｖ：０．００１〜０．５％、
Ｎｂ：０．００１〜０．５％、
Ｔｉ：０．００１〜０．５％、
Ｃｕ：０．００５〜３％、
Ｂ：０．０００１〜０．０１％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、および、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％から選択される１種以上を含有する、前記（５）に記載の溶接継手の製造方法。
【００２２】
（７）ガスタングステンアーク溶接方法により溶接する、前記（１）から前記（６）までのいずれかに記載の溶接継手の製造方法。
【００２３】
（８）Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１０％混合したシールドガスを使用する、前記（７）に記載の溶接継手の製造方法。
【００２４】
（９）Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１００％混合したバックシールドガスを使用する、前記（７）または前記（８）に記載の溶接継手の製造方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、異なるオーステナイト系ステンレス鋼を溶接する際、優れた耐水素脆化特性が得られる溶接継手の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の溶接継手の製造方法において、部材１、部材２および溶接材料の化学組成、並びに、部材２および溶接材料のＰ（ＮＩ）を限定する理由は、次のとおりである。なお、以下の説明において、各成分元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００２７】
（Ａ）部材１
Ｃ：０．０１〜０．０６％
Ｃは、オーステナイト組織を安定化させるのに有効な元素であるとともに、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。これらの効果を充分に得るためには、Ｃを０．０１％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、溶接時の加熱により粒界に炭化物を形成し、溶接熱影響部の耐食性を劣化させる。そのため、Ｃ含有量を０．０６％以下とする。望ましい範囲は０．０１５％以上、さらに望ましい範囲は０．０２％以上である。また、望ましい範囲は０．０５５％以下、さらに望ましい範囲は０．０５％以下である。
【００２８】
Ｓｉ：０．２〜１．０％
Ｓｉは、脱酸剤として含有されるが、耐食性の向上に有効な元素であるとともに、耐水素脆化性を高める効果も有する。これらの効果を充分に得るためには、Ｓｉを０．２％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織の安定性を低下させるとともに、延性の低下を招く。そのため、Ｓｉ含有量を１．０％以下とする。望ましい範囲は０．２５％以上、さらに望ましい範囲は０．３％以上である。また、望ましい範囲は０．９５％以下、さらに望ましい範囲は０．９％以下である。
【００２９】
Ｍｎ：２．５〜６．５％
Ｍｎは、製造時の脱酸に寄与するとともに、オーステナイト組織を安定化し、かつ、水素脆化感受性を低減する効果も有する。さらには、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくし、強度を高めるために有効である。このＭｎの効果を充分に活用するためには、Ｍｎを２．５％以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると、延性の低下を招くため、Ｍｎ含有量を６．５％以下とする。望ましい範囲は２．８％以上、さらに望ましい範囲は３．０％以上である。また、望ましい範囲は６．２％以下、さらに望ましい範囲は６．０％以下である。
【００３０】
Ｎｉ：９〜１４％
Ｎｉは、安定なオーステナイト組織を得るために必須の元素であり、積層欠陥エネルギーを高め、水素環境下での脆化感受性を低下させる。それらの効果を充分に得るためには、Ｎｉを９％以上含有させる必要がある。しかしながら、高価な元素であるため、多量の添加はコストの増大を招くとともに、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を小さくし、強度低下を招く。そのため、Ｎｉ含有量を１４％以下とする。望ましい範囲は９．５％以上、さらに望ましい範囲は１０％以上である。また、望ましい範囲は１３．５％以下、さらに望ましい範囲は１３％以下である。
【００３１】
Ｃｒ：１９〜２４％
Ｃｒは、使用環境下での耐食性を確保するとともに、水素脆化感受性を低減させるために必須の元素である。さらには、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくするとともに、炭化物を生成して強度を高めるのにも有効である。その効果を充分に得るためには、Ｃｒを１９％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にするとともに、炭化物の過剰な生成による脆化を招く。そのため、Ｃｒ含有量の上限を２４％とする。望ましい範囲は１９．５％以上、さらに望ましい範囲は２０％以上である。また、望ましい範囲は２３．５％以下、さらに望ましい範囲は２３％以下である。
【００３２】
Ｍｏ：１．５〜３．５％
Ｍｏは、使用環境下での耐食性の向上、および、強度を高めるために有効な元素である。さらに、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。それらの効果を充分に得るためには、Ｍｏを１．５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｏは非常に高価な元素であるとともに、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にさせるため、Ｍｏ含有量を３．５％以下とする。望ましい範囲は１．６％以上、さらに望ましい範囲は１．８％以上である。また、望ましい範囲は３．２％以下、さらに望ましい範囲は３．０％以下である。
【００３３】
Ｎｂ：０．１〜０．４％
Ｎｂは、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るためには、Ｎｂを０．１％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、延性の低下を招く。そのため、Ｎｂ含有量を０．４％以下とする。望ましい範囲は０．１２％以上、さらに望ましい範囲は０．１５％以上である。また、望ましい範囲は０．３８％以下、さらに望ましい範囲は０．３５％以下である。
【００３４】
Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは、ＳｉおよびＭｎと同様に脱酸剤として含有される。しかしながら、過剰に含有させると、多量の窒化物を形成し、延性の低下を招くので、Ａｌ含有量を０．０５％以下とする。望ましい範囲は０．０４％以下、さらに望ましい範囲は０．０３％以下である。なお、特に下限を設ける必要はないが、極端に少ないと、脱酸効果が充分に得られず、鋼の清浄度を劣化させるとともに、製造コストの上昇を招く。そのため、望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００２％以上である。
【００３５】
Ｎ：０．２０〜０．４５％
Ｎは、マトリックスに固溶するとともに、微細な窒化物を形成し、高い強度を得るために必須の元素である。加えて、オーステナイト組織を安定化させ、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。これらの効果を充分に得るためには、Ｎを０．２０％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、製造時の熱間加工性低下の原因となる。そのため、Ｎ含有量を０．４５％以下とする。望ましい範囲は０．２２％以上、さらに望ましい範囲は０．２５％以上である。また、望ましい範囲は０．４３％以下、さらに望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００３６】
Ｖ：０〜０．５％
Ｖは、Ｎｂと同様に、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｖを含有させる場合、その含有量は０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、０．５％以下とする。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００５％以上である。また、望ましい範囲は０．４５％以下、より望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００３７】
Ｔｉ：０〜０．５％
Ｔｉは、ＶおよびＮｂと同様に、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｔｉを含有させる場合、その含有量は０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、０．５％以下とする。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００５％以上である。また、望ましい範囲は０．４５％以下、より望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００３８】
Ｃｕ：０〜３％
Ｃｕは、安定なオーステナイト組織を得るのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｃｕを含有させる場合、その含有量は０．００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、その効果が飽和するとともに、延性の低下を招く。そのため、Ｃｕ含有量を３％以下とする。より望ましい範囲は０．００８％以上、さらに望ましい範囲は０．０１％以上である。また、望ましい範囲は２．５％以下、より望ましい範囲は２．０％以下である。
【００３９】
Ｂ：０〜０．０１％
Ｂは、粒界に偏析して粒界固着力を高め、強度向上に寄与するとともに、水素環境下での脆化を抑制する効果を有するため、含有させても良い。Ｂを含有させる場合、その含有量は０．０００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、溶接熱影響部において液化割れ感受性を増大させるため、０．０１％以下とする。より望ましい範囲は０．０００２％以上、さらに望ましい範囲は０．０００５％以上である。また、望ましい範囲は０．００８％以下、より望ましい範囲は０．００５％以下である。
【００４０】
Ｃａ：０〜０．０５％
Ｃａは、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。Ｃａを含有させる場合、その含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は０．０５％以下とする。より望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。また、望ましい範囲は０．０３％以下、より望ましい範囲は０．０１％以下である。
【００４１】
Ｍｇ：０〜０．０５％
Ｍｇは、Ｃａと同様、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。Ｍｇを含有させる場合、その含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｍｇ含有量は０．０５％以下とする。より望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。また、望ましい範囲は０．０３％以下、より望ましい範囲は０．０１％以下である。
【００４２】
ＲＥＭ：０〜０．５％
ＲＥＭは、Ｓとの親和力が強く、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。ＲＥＭを含有させる場合、その含有量は０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、ＲＥＭの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、ＲＥＭの含有量は０．５％以下とする。より望ましい範囲は０．００１５％以上、さらに望ましい範囲は０．００２％以上である。また、望ましい範囲は０．４５％以下、より望ましい範囲は０．４％以下である。
【００４３】
なお、「ＲＥＭ」とは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量はＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭについては、一般的にミッシュメタルに含有される。このため、例えば、ミッシュメタルの形で添加して、ＲＥＭの量が上記の範囲となるように含有させても良い。
【００４４】
なお、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭのうち二種以上の元素を含有させる場合には、その合計含有量は４．６％以下とするのが好ましい。
【００４５】
本発明に係る溶接継手の製造方法において、部材１は、上記の元素を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなる。「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。不純物のうち、Ｏ、ＰおよびＳについては、その含有量を厳密に制限する必要がある。
【００４６】
Ｏ：０．０２％以下
Ｏは、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、母材製造時の熱間加工性の低下、ならびに、靭性および延性の劣化を招く。そのため、Ｏ含有量を０．０２％以下とする必要がある。望ましい範囲は０．０１５％以下、さらに望ましい範囲は０．０１０％以下である。
【００４７】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶接時に溶接熱影響部の液化割れ感受性を高める。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量を０．０３％以下とする。望ましくは０．０２５％以下、さらに望ましくは０．０２％以下である。
【００４８】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶接時に溶接熱影響部の液化割れ感受性を高める。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｓ含有量を０．０１％以下とする。望ましくは０．００８％以下、さらに望ましくは０．００５％以下である。
【００４９】
（Ｂ）部材２
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮを含み、かつ、下記（ｉ）式で規定されるＰ（ＮＩ）が２７％以上を満足する。
Ｐ（ＮＩ）＝Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｍｎ＋０．６Ｃｒ＋０．３Ｓｉ＋１２（Ｃ＋Ｎ）・・・（ｉ）
母材の水素脆化感受性を低減させるためには、オーステナイト組織の安定性を高め、フェライト組織およびマルテンサイト組織の生成を抑制するとともに、積層欠陥エネルギーを高め、転位の局在化を抑制する必要がある。部材２が、高強度オーステナイト系ステンレス鋼と同等以上の水素脆化感受性を満足させるためには、上記Ｐ（ＮＩ）を２７％以上とする必要がある。望ましい範囲は２７．５％以上、さらに望ましい範囲は２８％以上である。
【００５０】
Ｃ：０．００１〜０．１２％
Ｃは、オーステナイト組織を安定化させるのに有効な元素であるとともに、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｃを０．００１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、溶接時の加熱により粒界に炭化物を形成し、溶接熱影響部の耐食性を劣化させる。そのため、Ｃ含有量を０．１２％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１５％以上、さらに望ましい範囲は０．００２％以上である。また、より望ましい範囲は０．１１％以下、さらに望ましい範囲は０．１０％以下である。
【００５１】
Ｓｉ：０．０１〜１．０％
Ｓｉは、脱酸剤として含有されるが、耐食性の向上に有効な元素であるとともに、耐水素脆化性を高める効果も有する。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｓｉを０．０１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織の安定性を低下させるとともに、延性の低下を招く。そのため、Ｓｉ含有量を１．０％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０２５％以上、さらに望ましい範囲は０．０３％以上である。また、より望ましい範囲は０．９５％以下、さらに望ましい範囲は０．９％以下である。
【００５２】
Ｍｎ：０．０１〜６．０％
Ｍｎは、製造時の脱酸に寄与するとともに、オーステナイト組織を安定化し、かつ、水素脆化感受性を低減する効果も有する。さらには、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくし、強度を高めるために有効である。このＭｎの効果を少しでも活用するためには、Ｍｎを０．０１％以上含有させることが望ましい。一方、過剰に含有させると、延性の低下を招くため、Ｍｎ含有量を６．０％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０１５％以上、さらに望ましい範囲は０．０２％以上である。また、より望ましい範囲は５．８％以下、さらに望ましい範囲は５．５％以下である。
【００５３】
Ｎｉ：８〜１５％
Ｎｉは、安定なオーステナイト組織を得るために必須の元素であり、積層欠陥エネルギーを高め、水素環境下での脆化感受性を低下させる。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｎｉを８％以上含有させることが望ましい。しかしながら、高価な元素であるため、多量の添加はコストの増大を招くとともに、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を小さくし、強度低下を招く。そのため、Ｎｉ含有量を１５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は８．５％以上、さらに望ましい範囲は９％以上である。また、より望ましい範囲は１４．５％以下、さらに望ましい範囲は１４％以下である。
【００５４】
Ｃｒ：１５〜２５％
Ｃｒは、使用環境下での耐食性を確保するとともに、水素脆化感受性を低減させるために必須の元素である。さらには、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくするとともに、炭化物を生成して強度を高めるのにも有効である。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｃｒを１５％以上含有させることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にするとともに、炭化物の過剰な生成による脆化を招く。そのため、Ｃｒ含有量を２５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は１５．５％以上、さらに望ましい範囲は１６％以上である。また、より望ましい範囲は２４．５％以下、さらに望ましい範囲は２４％以下である。
【００５５】
Ｍｏ：０．０１〜４．０％
Ｍｏは、使用環境下での耐食性の向上、および、強度を高めるために有効な元素である。さらに、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｍｏを０．０１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、Ｍｏは非常に高価な元素であるとともに、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にさせるため、Ｍｏ含有量を４．０％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０３％以上、さらに望ましい範囲は０．０５％以上である。また、より望ましい範囲は３．２％以下、さらに望ましい範囲は３．０％以下である。
【００５６】
Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは、ＳｉおよびＭｎと同様に脱酸剤として含有される。しかしながら、過剰に含有すると、清浄性を害し、加工性の低下を招く。そのため、Ａｌ含有量は、０．０５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０４％以下、さらに望ましい範囲は０．０３％以下である。なお、特に下限を設ける必要はないが、極端に少ないと、製造コストの上昇を招く。そのため、望ましい範囲は０．００１％以上、より望ましい範囲は０．００２％以上である。
【００５７】
Ｎ：０．００１％以上０．２％未満
Ｎは、マトリックスに固溶するとともに、微細な窒化物を形成し、高い強度を得るために必須の元素である。加えて、オーステナイト組織の安定化させ、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｎを０．００１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、製造時の熱間加工性低下の原因となる。そのため、Ｎ含有量を０．２％未満とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００３％以上である。また、より望ましい範囲は０．１８％以下、さらに望ましい範囲は０．１５％以下である。
【００５８】
Ｖ：０〜０．５％
Ｖは、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｖを含有させる場合、その含有量は０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、０．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００５％以上である。また、より望ましい範囲は０．４５％以下、さらに望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００５９】
Ｎｂ：０〜０．５％
Ｎｂは、Ｖと同様に、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。しかしながら、過剰に含有させると、延性の低下を招く。そのため、Ｎｂを含有させる場合、その含有量は０．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．３８％以下、さらに望ましい範囲は０．３５％以下である。また、上記効果を得るためには、Ｎｂを０．００１％以上含有させることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１２％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。
【００６０】
Ｔｉ：０〜０．５％
Ｔｉは、ＶおよびＮｂと同様に、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｔｉを含有させる場合、その含有量は０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、０．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００５％以上である。また、より望ましい範囲は０．４５％以下、さらに望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００６１】
Ｃｕ：０〜３％
Ｃｕは、安定なオーステナイト組織を得るのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｃｕを含有させる場合、その含有量は０．００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、その効果が飽和するとともに、延性の低下を招く。そのため、Ｃｕ含有量を３％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００８％以上、さらに望ましい範囲は０．０１％以上である。また、より望ましい範囲は２．５％以下、さらに望ましい範囲は２．０％以下である。
【００６２】
Ｂ：０〜０．０１％
Ｂは、粒界に偏析して粒界固着力を高め、強度向上に寄与するとともに、水素環境下での脆化を抑制する効果を有するため、含有させても良い。Ｂを含有させる場合、その含有量は０．０００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、溶接熱影響部において液化割れ感受性を増大させるため、Ｂ含有量は０．０１％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０００２％以上、さらに望ましい範囲は０．０００５％以上である。また、より望ましい範囲は０．００８％以下、さらに望ましい範囲は０．００５％以下である。
【００６３】
Ｃａ：０〜０．０５％
Ｃａは、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。Ｃａを含有させる場合、その含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は０．０５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。また、より望ましい範囲は０．０３％以下、さらに望ましい範囲は０．０１％以下である。
【００６４】
Ｍｇ：０〜０．０５％
Ｍｇは、Ｃａと同様、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。Ｍｇを含有させる場合、その含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｍｇ含有量は０．０５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。また、より望ましい範囲は０．０３％以下、さらに望ましい範囲は０．０１％以下である。
【００６５】
ＲＥＭ：０〜０．５％
ＲＥＭは、Ｓとの親和力が強く、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。ＲＥＭを含有させる場合、その含有量は０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、ＲＥＭの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、ＲＥＭの含有量は０．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１５％以上、さらに望ましい範囲は０．００２％以上である。また、より望ましい範囲は０．４５％以下、さらに望ましい範囲は０．４％以下である。
【００６６】
なお、「ＲＥＭ」とは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量はＲＥＭのうちの１種または２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭについては、一般的にミッシュメタルに含有される。このため、例えば、ミッシュメタルの形で添加して、ＲＥＭの量が上記の範囲となるように含有させても良い。
【００６７】
なお、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃａ、ＭｇおよびＲＥＭのうち二種以上の元素を含有させる場合には、その合計含有量は５．１％以下とするのが好ましい。
【００６８】
本発明に係る溶接継手の製造方法において、部材２は、上記の元素を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなる。「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。不純物のうち、Ｏ、ＰおよびＳについては、その含有量を厳密に制限する必要がある。
【００６９】
Ｏ：０．０２％以下
Ｏは、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、母材製造時の熱間加工性の低下、ならびに、靭性および延性の劣化を招く。そのため、Ｏ含有量を０．０２％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０１５％以下、さらに望ましい範囲は０．０１０％以下である。
【００７０】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶接時に溶接熱影響部の液化割れ感受性を高める。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量を０．０３％以下とすることが望ましい。より望ましくは０．０２５％以下、さらに望ましくは０．０２％以下である。
【００７１】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶接時に溶接熱影響部の液化割れ感受性を高める。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｓ含有量を０．０１％以下とすることが望ましい。より望ましくは０．００８％以下、さらに望ましくは０．００５％以下である。
【００７２】
（Ｃ）溶接材料
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮを含み、かつ、下記（ｉ）式で規定されるＰ（ＮＩ）が２９％以上を満足する。
Ｐ（ＮＩ）＝Ｎｉ＋Ｍｏ＋Ｍｎ＋０．６Ｃｒ＋０．３Ｓｉ＋１２（Ｃ＋Ｎ）・・・（ｉ）
本発明の溶接継手の製造方法に使用される溶接材料は、部材１および部材２と同等以上の耐水素脆化感受性を確保するために、上記Ｐ（ＮＩ）を管理する必要がある。ただし、溶接金属は凝固のままの組織であるため、凝固中の合金元素の凝固偏析に起因した局部的な濃度むらが残る。そのため、耐水素脆化感受性を満足させるためには、上記Ｐ（ＮＩ）を２９％以上とする必要がある。望ましい範囲は２９．２％以上、さらに望ましい範囲は２９．５％以上である。
【００７３】
Ｃ：０．００１〜０．１２％
Ｃは、オーステナイト組織を安定化させるのに有効な元素であるとともに、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｃを０．００１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、溶接時の加熱により粒界に炭化物を形成し、溶接熱影響部の耐食性を劣化させる。そのため、Ｃ含有量を０．１２％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１５％以上、さらに望ましい範囲は０．００２％以上である。また、より望ましい範囲は０．１０％以下、さらに望ましい範囲は０．０８％以下である。
【００７４】
Ｓｉ：０．０１〜１．５％
Ｓｉは、脱酸剤として含有されるが、耐食性の向上に有効な元素であるとともに、耐水素脆化性を高める効果も有する。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｓｉを０．０１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織の安定性を低下させるとともに、延性の低下を招く。さらに、溶接金属の凝固割れ感受性を高める。そのため、Ｓｉ含有量を１．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０２５％以上、さらに望ましい範囲は０．０３％以上である。また、より望ましい範囲は１．３％以下、さらに望ましい範囲は１．０％以下である。
【００７５】
Ｍｎ：０．０１〜６．５％
Ｍｎは、製造時の脱酸に寄与するとともに、オーステナイト組織を安定化し、かつ、水素脆化感受性を低減する効果も有する。さらには、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくし、強度を高めるために有効である。このＭｎの効果を少しでも活用するためには、Ｍｎを０．０１％以上含有させることが望ましい。一方、過剰に含有させると、延性の低下を招くため、Ｍｎ含有量を６．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０１５％以上、さらに望ましい範囲は０．０２％以上である。また、より望ましい範囲は６．３％以下、さらに望ましい範囲は６．０％以下である。
【００７６】
Ｎｉ：８〜１５％
Ｎｉは、安定なオーステナイト組織を得るために必須の元素であり、積層欠陥エネルギーを高め、水素環境下での脆化感受性を低下させる。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｎｉを８％以上含有させることが望ましい。しかしながら、高価な元素であるため、多量の添加はコストの増大を招くとともに、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を小さくし、強度低下を招く。そのため、Ｎｉ含有量を１５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は８．５％以上、さらに望ましい範囲は９％以上である。また、より望ましい範囲は１４．５％以下、さらに望ましい範囲は１４％以下である。
【００７７】
Ｃｒ：１５〜２５％
Ｃｒは、使用環境下での耐食性を確保するとともに、水素脆化感受性を低減させるために必須の元素である。さらには、母材製造時および溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくするとともに、炭化物を生成して強度を高めるのにも有効である。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｃｒを１５％以上含有させることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にするとともに、炭化物の過剰な生成による脆化を招く。そのため、Ｃｒ含有量を２５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は１５．５％以上、さらに望ましい範囲は１６％以上である。また、より望ましい範囲は２４．５％以下、さらに望ましい範囲は２４％以下である。
【００７８】
Ｍｏ：０．０１〜４．０％以下
Ｍｏは、使用環境下での耐食性の向上、および、強度を高めるために有効な元素である。さらに、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｍｏを０．０１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、Ｍｏは非常に高価な元素であるとともに、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にさせるため、Ｍｏ含有量を４．０％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０３％以上、さらに望ましい範囲は０．０５％以上である。また、より望ましい範囲は３．２％以下、さらに望ましい範囲は３．０％以下である。
【００７９】
Ａｌ：０．０３％以下
Ａｌは、母材と同様に脱酸剤として含有される。しかしながら、過剰に含有させると、清浄性を損ない、加工性の低下を招くとともに、溶接材料においては、溶け込み深さを浅くする。そのため、溶接材料においては、Ａｌ含有量を０．０３％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０２５％以下、さらに望ましい範囲は０．０２％以下である。なお、特に下限を設ける必要はないが、極端に少ないと、製造コストの上昇を招く。そのため、望ましい範囲は０．００１％以上、より望ましい範囲は０．００２％以上である。
【００８０】
Ｎ：０．００１％以上０．４５％未満
Ｎは、マトリックスに固溶するとともに、微細な窒化物を形成し、高い強度を得るために必須の元素である。加えて、オーステナイト組織の安定化させ、水素脆化感受性を低減させる効果も有する。少なくともこれらの効果を得るためには、Ｎを０．００１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、製造時の熱間加工性低下の原因となる。そのため、Ｎ含有量を０．４５％未満とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００３％以上である。また、より望ましい範囲は０．４３％以下、さらに望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００８１】
Ｖ：０〜０．５％
Ｖは、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｖを含有させる場合、その含有量は０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、Ｖ含有量は０．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００５％以上である。また、より望ましい範囲は０．４５％以下、さらに望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００８２】
Ｎｂ：０〜０．５％
Ｎｂは、Ｖと同様に、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。しかしながら、過剰に含有させると、溶接金属の凝固割れ感受性を高めるとともに、延性の低下も招く。そのため、Ｎｂ含有量を０．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．３８％以下、さらに望ましい範囲は０．３５％以下である。また、上記効果を得るためには、Ｎｂを０．００１％以上含有させることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１２％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。
【００８３】
Ｔｉ：０〜０．５％
Ｔｉは、ＶおよびＮｂと同様に、基質に固溶または炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｔｉを含有させる場合、その含有量は０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、０．５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００５％以上である。また、より望ましい範囲は０．４５％以下、さらに望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００８４】
Ｃｕ：０〜３％
Ｃｕは、安定なオーステナイト組織を得るのに有効な元素であるため、含有させても良い。Ｃｕを含有させる場合、その含有量は０．００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、その効果が飽和するとともに、延性の低下を招く。そのため、Ｃｕ含有量を３％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００８％以上、さらに望ましい範囲は０．０１％以上である。また、より望ましい範囲は２．５％以下、さらに望ましい範囲は２．０％以下である。
【００８５】
Ｂ：０〜０．０１％
Ｂは、粒界に偏析して粒界固着力を高め、強度向上に寄与するとともに、水素環境下での脆化を抑制する効果を有するため、含有させても良い。Ｂを含有させる場合、その含有量は０．０００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、溶接金属において凝固割れ感受性を増大させるため、Ｂ含有量は０．０１％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０００２％以上、さらに望ましい範囲は０．０００５％以上である。また、より望ましい範囲は０．００８％以下、さらに望ましい範囲は０．００５％以下である。
【００８６】
Ｃａ：０〜０．０５％
Ｃａは、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。Ｃａを含有させる場合、その含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は０．０５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。また、より望ましい範囲は０．０３％以下、さらに望ましい範囲は０．０１％以下である。
【００８７】
Ｍｇ：０〜０．０５％
Ｍｇは、Ｃａと同様、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。Ｍｇを含有させる場合、その含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｍｇ含有量は０．０５％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。また、より望ましい範囲は０．０３％以下、さらに望ましい範囲は０．０１％以下である。
【００８８】
なお、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｂ、ＣａおよびＭｇのうち二種以上の元素を含有させる場合には、その合計含有量は４．６％以下とするのが好ましい。
【００８９】
本発明に係る溶接継手の製造方法において、溶接材料は、上記の元素を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなる。「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。不純物のうち、Ｏ、ＰおよびＳについては、その含有量を厳密に制限する必要がある。
【００９０】
Ｏ：０．０２％以下
Ｏは、不純物として存在するが、多量に含まれる場合には、母材製造時の熱間加工性の低下、ならびに、靭性および延性の劣化を招く。そのため、Ｏ含有量を０．０２％以下とすることが望ましい。より望ましい範囲は０．０１５％以下、さらに望ましい範囲は０．０１０％以下である。
【００９１】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶接時に溶接金属の凝固割れ感受性を高める。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量を０．０３％以下とすることが望ましい。より望ましくは０．０２５％以下、さらに望ましくは０．０２％以下である。
【００９２】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、不純物として含まれ、製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶接時に溶接金属の凝固割れ感受性を高める。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｓ含有量を０．０１％以下とすることが望ましい。より望ましくは０．００８％以下、さらに望ましくは０．００５％以下である。
【００９３】
＜溶接方法＞
本発明の溶接継手の製造方法では、ガスタングステンアーク溶接方法により溶接することが好ましい。ガスタングステンアーク溶接方法により溶接することで、欠陥のない高品質な溶接継手が容易に得られる。ガスタングステンアーク溶接方法による溶接は、シールドガスとして、Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１０％混合したガスを使用することがさらに好ましい。また、バックシールドガスとして、Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１００％混合したガスを使用することがさらに好ましい。その理由は下記のとおりである。
【００９４】
シールドガス：Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１０％混合したガス
シールドガス中のＮの分圧を高めることにより、溶接金属中の窒素量を増加させ、溶接金属の耐水素脆化性の向上と強度向上とが期待できる。そのため、シールドガスとして、Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１０％混合させることが望ましい。しかしながら、Ｎ２ガスの混合量が１０％を超えると、高温で溶接金属中に溶解していたＮが凝固とともに溶解しきれなくなってＮ２ガスとなり、ブローホールおよびピットを形成する場合がある。そのため、Ｎ２ガスの混合量は１０％以下であることが望ましい。より望ましい範囲は８％以下、さらに望ましい範囲は５％以下である。Ｎ２ガスを混合することの効果を充分に得るため、Ｎ２ガスの混合量は０．２％以上であることがより望ましく、０．５％以上であることがさらに望ましい。
【００９５】
バックシールドガス：Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１００％混合したガス
シールドガスと同様、バックシールドガス中のＮの分圧を高めることにより、溶接金属中の窒素量が少なからず増加し、溶接金属の耐水素脆化性の向上と強度向上とが期待できる。そのため、バックシールドガスとして、Ａｒガスに、体積％でＮ２ガスを０〜１００％混合させることが望ましい。また、Ｎ２ガスを混合することの効果を充分に得るため、Ｎ２ガスの混合量は２％以上であることが望ましく、５％以上であることがさらに望ましい。
【００９６】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００９７】
表１に示す化学組成を有する１Ａ〜１Ｅの部材１を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理および機械加工により、板厚２ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼板を作製した。そして、その鋼板の長手方向に、ルート厚さ１ｍｍ、角度３０°の開先加工を施した。
【００９８】
表２に示す化学組成を有する２Ａ〜２Ｅの部材２を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理および機械加工により、板厚２ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼板を作製した。そして、その鋼板の長手方向に、ルート厚さ１ｍｍ、角度３０°の開先加工を施した。
【００９９】
表３に示す化学組成を有するａ〜ｅの溶接材料を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延および熱処理により、外径１．２ｍｍの溶接ワイヤを作製した。
【０１００】
部材１、部材２、溶接材料、および、溶接条件を表４に示すとおり組み合わせて、ガスタングステンアーク溶接方法により、入熱４ｋＪ/ｃｍとして、突き合わせ溶接を行った。以上により、表４に示す試験番号１〜２７の溶接継手を得た。
【０１０１】
【表１】
0006589536.tif 000002
【０１０２】
【表２】
0006589536.tif 000003
【０１０３】
【表３】
0006589536.tif 000004
【０１０４】
＜低歪速度引張試験＞
得られた溶接継手から、溶接金属を平行部とする段付板状低歪速度引張試験片を採取し、大気中および８５ＭＰａの高圧水素環境下における低歪速度引張試験に供した。なお、歪速度は３×１０−５／ｓとし、低歪速度引張試験において、高圧水素環境下での破断絞りと大気中での破断絞りの比が９０％以上となるものを「良」、８０％以上９０％未満となるものを「可」とし、上記「良」および「可」を「合格」と判定した。また、８０％未満となるものを「不良」とし、「不合格」と判定した。結果を表４に示す。
【０１０５】
【表４】
0006589536.tif 000005
【０１０６】
表４より明らかなように、本発明の要件を満たす溶接継手１〜１２、１４〜１６、１８、１９、２１、２３および２４は、必要とされる耐水素脆化性を有することが明らかとなった。また、溶接継手８と溶接継手９〜１１との比較より、溶接時のシールドガスまたはバックシールドガスにＮ２ガスを混合させることが、水素脆化感受性の低減に有効であることが分かった。
【０１０７】
一方、溶接継手２５〜２７は、部材１のＮｉ量が８．０４％であり、部材１に必要な含有量の９％を下回ったため、部材１の部分で破断し、破断絞りの比が８０％に満たなかった。すなわち、耐水素脆化性が不芳であった。
【０１０８】
また、溶接継手１７および２０は、部材２のＰ（ＮＩ）が必要量の２７％を下回ったため、部材２の部分で破断し、破断絞りの比が８０％に満たなかった。すなわち、耐水素脆化性が不芳であった。
【０１０９】
さらに、溶接継手１３および２２は、溶接材料のＰ（ＮＩ）が必要量の２９％を下回ったため、溶接金属の部分で破断し、破断絞りの比が８０％に満たなかった。すなわち、耐水素脆化性が不芳であった。
【０１１０】
以上のように、本発明の必要要件を満たす溶接継手のみが、必要な耐水素脆化性を有することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明によれば、異なるオーステナイト系ステンレス鋼を溶接する際、優れた耐水素脆化特性が得られる溶接継手の製造方法を提供することができる。したがって、本発明は、高圧水素ガス用機器や液体水素用機器等の種々の鋼材に好適に利用できる。