(57)【要約】  優れた耐メタルダスティング性を有する溶接継手を提供する。溶接継手は、質量％で、Ｃｒ：１５．０〜３０．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含む化学組成を有する溶接材料を用いて溶接された溶接継手であって、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０７５％、Ｓｉ：０．６〜２．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．５％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１６．０％を超えて２３．０％未満、Ｎｉ：２０．０％以上３０．０％未満、Ｃｕ：０．５〜１０．０％、Ｍｏ：１％未満、Ａｌ：０．１５％以下、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．０２％以下、Ｃａ：０〜０．１％、ＲＥＭ：０〜０．１５％、Ｖ：０％以上０．５％未満、Ｎｂ：０〜２％、残部：Ｆｅ及び不純物である母材と、質量％で、Ｆｅ含有量が１０〜４０％である化学組成を有する初層溶接金属とを備える。
2015129631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含む化学組成を有する溶接材料を用いて溶接された溶接継手であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０３〜０．０７５％、
Ｓｉ：０．６〜２．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．５％、
Ｐ  ：０．０４％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０％を超えて２３．０％未満、
Ｎｉ：２０．０％以上３０．０％未満、
Ｃｕ：０．５〜１０．０％、
Ｍｏ：１％未満、
Ａｌ：０．１５％以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．２０％、
Ｏ  ：０．０２％以下、
Ｃａ：０〜０．１％、
ＲＥＭ：０〜０．１５％、
Ｖ  ：０％以上０．５％未満、
Ｎｂ：０〜２％、
残部：Ｆｅ及び不純物である母材と、
質量％で、Ｆｅ含有量が１０〜４０％である化学組成を有する初層溶接金属とを備える、溶接継手。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接継手であって、
前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．００５〜０．１％、及び
ＲＥＭ：０．００５〜０．１５％、
からなる群から選択された１種又は２種を含有する、溶接継手。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶接継手であって、
前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｖ  ：０．００２％以上０．５％未満、及び
Ｎｂ：０．００５〜０．１５％、
からなる群から選択された１種又は２種を含有する、溶接継手。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接継手であって、
前記初層溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０１〜４．０％、
Ｍｎ：０．０５〜３．０％、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０％を超えて３２．０％未満、
Ｎｉ：２０．０％以上、
Ｃｕ：０．０３〜５．０％、
Ａｌ：１．０％以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．２％、
Ｏ  ：０．０２％以下、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｍｏ：０〜８％、
Ｎｂ：０〜３％、
Ｃｏ：０〜１５％、
Ｆｅ：１０〜４０％、
残部：不純物である、溶接継手。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接継手であって、
前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：４．０％以下、
Ｍｎ：０．０１〜３．５％、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、
Ｎｉ：４０．０〜７０．０％、
Ｃｕ：０．０１〜４．０％、
Ａｌ：０〜１．５％、
Ｎ  ：０．００５〜０．１％、
Ｏ  ：０．０３％以下、
Ｔｉ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜１５％、
Ｎｂ：０〜５％、
Ｃｏ：０〜１５％、
残部：Ｆｅ及び不純物である、溶接継手。
【請求項６】
請求項５に記載の溶接継手であって、
前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ａｌ：０．１５〜１．５％、
Ｔｉ：０．１５〜１．０％、及び
Ｍｏ：７〜１５％、
を含み、さらに、
Ｎｂ：０．１〜５％、及びＣｏ：０．１〜１５％の少なくとも一方を含む、溶接継手。
【請求項７】
請求項５に記載の溶接継手であって、
前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ｓｉ：０．５〜４．０％、
を含む、溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継手に関し、より詳しくは、優れた耐メタルダスティング性を有する溶接継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素、メタノール、液体燃料（ＧＴＬ：Ｇａｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄｓ）やジメチルエーテル（ＤＭＥ）といったクリーンエネルギーの燃料は、今後の大幅な需要増加が予想される。これらの合成ガス製造に欠かせない改質装置には大型で熱効率が高い、量産に適したものが好まれる。また、従来の石油精製や石油化学プラント等における改質装置や石油等を原料とするアンモニア製造装置、水素製造装置等においては、エネルギー効率を高めるために廃熱回収のための熱交換が多用されるようになってきている。【０００３】
このような高温ガスの熱を有効活用するためには、従来対象とされてきたよりも低い、４００〜８００℃の温度域における熱交換が重要となってきている。この温度域において反応管や熱交換器等に使用する高Ｃｒ−高Ｎｉ−Ｆｅ合金系金属材料の浸炭現象に伴う腐食が問題となってきている。【０００４】
通常、上述のような反応装置にて製造される合成ガス、すなわちＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ及びメタン等の炭化水素を含むガスは、反応管等の金属材料と１０００℃又はそれ以上の温度で接している。この温度域において金属材料の表面では、ＦｅやＮｉ等よりも酸化傾向の大きいＣｒやＳｉ等の元素が選択的に酸化され、酸化Ｃｒや酸化Ｓｉ等の緻密な被膜が形成されることによって、腐食が抑制される。ところが、熱交換部分等、相対的に温度の低い部分においては、金属材料の内部から表面への元素の拡散が不十分となるため、腐食抑止効果のある酸化被膜の形成が遅れる。さらに、炭化水素を含む組成のガスは浸炭性へと変化するために金属材料表面からＣが侵入して浸炭が生じてくる。【０００５】
エチレン分解炉管等においては、浸炭が進み、ＣｒやＦｅ等の炭化物からなる浸炭相が形成されるとその部分の体積が膨張する。その結果、微細な割れが生じやすくなり、最悪の場合には使用中の管が破断する。また、金属表面が露出すると、表面で金属を触媒とした炭素析出（コーキング）が発生し、管内流路面積の減少や伝熱特性の低下を伴う。【０００６】
原油の蒸留より得られたナフサのオクタン価を高める接触分解炉の加熱炉管等においても炭化水素と水素からなる浸炭性の厳しい環境となり、浸炭やメタルダスティングが発生する。【０００７】
このような亀裂、損耗や管内閉塞が拡大すると、装置故障等が発生して、操業中断に至る恐れがあり、装置部材としての材料選定に十分な配慮が必要である。【０００８】
このような浸炭やメタルダスティングによる腐食を防止するために、従来から、種々の対策が検討されてきた。【０００９】
従来、このような装置部材として、高Ｃｒ−高Ｎｉ−Ｆｅ合金が用いられている。例えば、特開２００１−１０７１９６号公報には、化学組成を規定するとともに、Ｓｉ、Ｃｕ又はＳの含有量とＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ及びＺｒの含有量との関係、並びにＮｉ、Ｃｏ及びＣｕの含有量の関係を一定範囲に規定した溶接継手が開示されている。この文献では、この溶接継手は硫酸環境下での耐食性及び耐溶接割れ性に優れているとしている。しかし、この溶接継手は、Ｓｉ含有量が少ないため、メタルダスティングが生じる環境下での使用は困難である。【００１０】
特開２００２−２３５１３６号公報には、Ａｌを積極的に含有させるとともに、粒界溶融量と粒界固着力との関係を規定したＮｉ基耐熱合金溶接継手が開示されている。この文献では、この溶接継手は耐浸炭性及び高温強度に優れているとしている。しかし、この溶接継手は、耐メタルダスティング性を確保するためにＳｉ含有量を増やすと、溶接凝固割れが生じやすくなり、耐メタルダスティング性と耐溶接凝固割れ性とを両立することが困難である。【００１１】
国際公開第２００９／１０７５８５号には、Ｓｉ及びＣｕ含有鋼に対し、Ｃを高めることで溶接熱影響部（以下、ＨＡＺ）に発生する割れ感受性の低減を図った金属材料が提案されている。しかし、高Ｃ添加は溶接時に発生する凝固割れ感受性を高めるほか、クリープ延性の低下も招く。【００１２】
特開２００７−１８６７２７号公報及び特開２００７−１８６７２８号公報には、Ｐ、Ｓ、Ｓｂ及びＢｉの１種若しくは２種以上を適正量含有させることによって、ガス解離性吸着（ガス／金属表面反応）を抑制することが提案されている。これらの元素は金属表面に偏析するので、過剰に添加しなくても、浸炭やメタルダスティング腐食を大幅に抑制することができる。しかし、これらの元素は金属表面のみならず金属結晶粒の粒界にも偏析するため、熱間加工性や溶接性に課題が残る。【００１３】
国際公開第２０１２／５２４９８３号には、Ｓｉ及びＣｕ含有鋼に対し、Ｃ含有量を制限することで凝固割れ感受性を低減し、かつＴｉ及びＡｌ含有量を制限することでＨＡＺ割れ感受性を低減した金属材料が提案されている。しかし、この文献では、金属材料を溶接して構造物として組み上げるために必要な溶接材料について開示されていない。【００１４】
特開２００６−４５５９７号公報には、Ｔｉを適正添加することによって、Ｓｉの悪影響を低減した溶接材料及びそれを用いた溶接継手が提案されている。
【発明の開示】
【００１５】
しかしながら、母材及び溶接材料のそれぞれの耐メタルダスティング性を確保できていたとしても、溶接継手を作製した際、溶接の条件によっては溶接金属の耐メタルダスティング性を確保できない場合があることが、本発明者らの検討によって明らかとなった。
【００１６】
本発明の目的は、優れた耐メタルダスティング性を有する溶接継手を提供することである。
【００１７】
本発明による溶接継手は、質量％で、Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含む化学組成を有する溶接材料を用いて溶接された溶接継手であって、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．０７５％、Ｓｉ：０．６〜２．０％、Ｍｎ：０．０５〜２．５％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１６．０％を超えて２３．０％未満、Ｎｉ：２０．０％以上３０．０％未満、Ｃｕ：０．５〜１０．０％、Ｍｏ：１％未満、Ａｌ：０．１５％以下、Ｎ：０．００５〜０．２０％、Ｏ：０．０２％以下、Ｃａ：０〜０．１％、ＲＥＭ：０〜０．１５％、Ｖ：０％以上０．５％未満、Ｎｂ：０〜２％、残部：Ｆｅ及び不純物である母材と、質量％で、Ｆｅ含有量が１０〜４０％である化学組成を有する初層溶接金属とを備える。
【００１８】
本発明によれば、優れた耐メタルダスティング性を有する溶接継手が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、溶接継手の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明者らは、溶接継手の耐メタルダスティング性を向上させる方法を検討した。
【００２１】
耐メタルダスティング性はＳｉ、Ｃｕ及びＰ等の元素を含有させることで向上する。しかし、これらの元素は、溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる。溶接凝固割れは、溶接凝固過程の終了期に近い、主として結晶粒界に膜状の液相が存在する段階において、凝固収縮又は熱収縮により加わる歪が溶接金属の変形能以上になった場合に生ずる。溶接凝固割れ感受性を低減する方法としては、溶接金属の変形能を向上させることも考えられる。しかし、母材成分を変更する必要が生じて、耐メタルダスティング性を確保するという目的に反することになる。このため、本発明者らは、母材成分を変更することなく、耐メタルダスティング性及び耐溶接凝固割れ性を確保し得る方法を検討した。
【００２２】
上述のように、母材及び溶接材料のそれぞれの耐メタルダスティング性を確保できていたとしても、溶接継手を作製した際、溶接の条件によっては溶接金属の耐メタルダスティング性を確保できない場合がある。詳細なメカニズムは定かではないが、溶接金属中のＦｅ含有量とＮｉ含有量とのバランスが悪い領域において、凝固組織が影響してメタルダスティングが発生しやすくなることが分かった。溶接金属の初層は、母材希釈率の影響を受けやすく、Ｆｅ含有量とＮｉ含有量とのバランスが悪くなりやすい。そのため、初層が接ガス面になると、メタルダスティングが発生しやすくなる。
【００２３】
母材と同等の耐メタルダスティング性を有する溶接継手を得るためには、溶接金属のＦｅ含有量を制限する必要がある。より具体的には、溶接金属の初層のＦｅ含有量が、質量％で、４０％以下になるように調整すれば、母材と同等の耐メタルダスティング性を有する溶接継手が得られる。一方、溶接金属の初層のＦｅ含有量が少なすぎても、メタルダスティングが発生しやすくなる。そのため、溶接金属の初層のＦｅ含有量が、質量％で１０％以上になるように調整する必要がある。
【００２４】
以上の知見に基づいて、本発明による溶接継手は完成された。以下、本発明の一実施形態による溶接継手を詳細に説明する。なお、以下の説明において、元素の含有量の「％」は、質量％を意味する。
【００２５】
本実施形態による溶接継手は、Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含む化学組成を有する溶接材料で、母材を溶接したものである。溶接継手は例えば、鋼管同士又は鋼板同士を互いの端部で溶接したものである。溶接継手は、母材と、溶接金属とを備える。溶接金属は、母材の一部と溶接材料とが溶融及び凝固して形成される。初層溶接金属は、Ｆｅ含有量が１０〜４０％である化学組成を有する。
【００２６】
［母材の化学組成］
母材は、以下の化学組成を有する。
【００２７】
Ｃ：０．０３〜０．０７５％
炭素（Ｃ）は、Ｃｒ等と結合して炭化物を形成し、母材の強度を高める。一方、Ｃが過剰に含有されると、高温でのクリープ延性が低下する。したがって、母材のＣ含有量は０．０３〜０．０７５％である。母材のＣ含有量の好ましい下限は０．０３５％であり、より好ましい下限は０．０４％である。母材のＣ含有量の好ましい上限は、０．０７％である。
【００２８】
Ｓｉ：０．６〜２．０％
珪素（Ｓｉ）は、酸素との親和力が強く、Ｃｒ２Ｏ３等の保護性酸化スケール層の下層にＳｉ系酸化スケールを形成し、浸炭性ガスを遮断する。一方、Ｓｉが過剰に含有されると、熱間加工性及び溶接性が著しく低下する。したがって、母材のＳｉ含有量は０．６〜２．０％である。母材のＳｉ含有量の好ましい下限は、０．８％である。母材のＳｉ含有量の好ましい上限は、１．５％である。
【００２９】
Ｍｎ：０．０５〜２．５％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸する。Ｍｎはまた、オーステナイト相を安定化させる。Ｍｎはさらに、鋼の加工性及び溶接性を改善する。一方、Ｍｎが過剰に含有されると、保護性酸化スケール層の浸炭性ガス遮断性能が阻害される。したがって、母材のＭｎ含有量は、０．０５〜２．５％である。母材のＭｎ含有量の好ましい下限は、０．１％である。母材のＭｎ含有量の好ましい上限は、２．０％である。
【００３０】
Ｐ：０．０４％以下
燐（Ｐ）は、鋼を溶製する際に原料等から混入する不純物である。Ｐは、鋼の熱間加工性及び溶接性を低下させる。したがって、母材のＰ含有量は０．０４％以下である。母材のＰ含有量は、可能な限り低減することが好ましい。母材のＰ含有量の好ましい上限は０．０３％であり、より好ましい上限は０．０２５％である。
【００３１】
Ｓ：０．０１５％以下
硫黄（Ｓ）は、鋼を溶製する際に原料等から混入する不純物である。Ｓは、鋼の熱間加工性及び溶接性を低下させる。特に、鋼のＳｉ含有量やＣｕ含有量が高いときに、その効果が重要になる。したがって、母材のＳ含有量は０．０１５％以下である。母材のＳ含有量は、可能な限り低減することが好ましい。母材のＳ含有量の好ましい上限は０．００５％であり、より好ましい上限は０．００２％である。
【００３２】
Ｃｒ：１６．０％を超えて２３．０％未満
クロム（Ｃｒ）は、Ｃｒ２Ｏ３等の保護性酸化スケール層を形成し、浸炭性ガスを遮断する。これによって、Ｃｒは、耐浸炭性、耐メタルダスティング性、及び耐コーキング性を鋼に付与する。一方、ＣｒはＣと結合し、炭化物を形成してクリープ延性を低下させる。また、Ｃｒはオーステナイト相のクリープ強度を低下させる。特に、Ｓｉ及びＣｕの含有量が高い場合にはその影響が大きい。したがって、母材のＣｒ含有量は、１６．０％を超えて２３．０％未満である。母材のＣｒ含有量の好ましい下限は、１８．０％である。母材のＣｒ含有量は、上限の観点では、好ましくは２０．０％未満である。
【００３３】
Ｎｉ：２０．０％以上３０．０％未満
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト相を安定化させる。Ｎｉはまた、鋼中に侵入したＣの侵入速度を低下させる。Ｎｉはさらに、鋼の高温強度を高める。一方、Ｎｉが過剰に含有されると、コストが増大する。また、Ｎｉが過剰に含有されると、コーキングやメタルダスティングが促進される場合がある。したがって、母材のＮｉ含有量は２０．０％以上３０．０％未満である。母材のＮｉ含有量の好ましい下限は、２２．０％である。母材のＮｉ含有量の好ましい上限は、２８．０％である。
【００３４】
Ｃｕ：０．５〜１０．０％
銅（Ｃｕ）は、浸炭性ガスと金属との表面反応を抑制し、金属の耐メタルダスティング性を向上させる。Ｃｕはまた、オーステナイト相を安定化させる。一方、Ｃｕが過剰に含有されると、鋼の溶接性が低下する。したがって、母材のＣｕ含有量は０．５〜１０．０％である。母材のＣｕ含有量の好ましい下限は、１．５％である。母材のＣｕ含有量の好ましい上限は、６．０％である。
【００３５】
Ｍｏ：１％未満
モリブデン（Ｍｏ）は、不純物である。Ｍｏを１％以上含有すると、σ相等の金属間化合物の生成を誘発し、組織安定性及び熱間加工性が低下する。したがって、母材のＭｏ含有量は、１％未満である。一方、Ｍｏを極端に低減すると、コストが増大する。そのため、母材のＭｏ含有量の好ましい下限は、０．０５％である。
【００３６】
Ａｌ：０．１５％未満
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。一方、Ａｌが過剰に含有されると、多量の窒化物が形成され、鋼の靱性が低下する。したがって、母材のＡｌ含有量は、０．１５％未満である。Ａｌ含有量は少ないほど良い。ただし、Ａｌを極端に低減すると脱酸効果が十分に得られない。また、Ａｌを極端に低減すると、鋼の清浄度が大きくなる。また、Ａｌを極端に低減すると、コストが増大する。そのため、母材のＡｌ含有量の好ましい下限は、０．００３％である。
【００３７】
Ｎ：０．００５〜０．２０％
窒素（Ｎ）は、鋼の高温強度を高める。Ｎはさらに、母材中のＣの活量を高めて、母材の耐メタルダスティング性を向上させる。一方、Ｎが過剰に含有されると、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、母材のＮ含有量は、０．００５〜０．２０％である。母材のＮ含有量の好ましい下限は、０．０１０％である。母材のＮ含有量の好ましい上限は、０．１５％である。
【００３８】
Ｏ：０．０２％以下
酸素（Ｏ）は、不純物である。Ｏが過剰に含有されると、母材の製造時の熱間加工性が低下する。また、Ｏが過剰に含有されると、溶接金属の靱性及び延性が低下する。したがって、母材のＯ含有量は０．０２％以下である。母材のＯ含有量の好ましい上限は、０．０１％である。
【００３９】
母材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入する元素、又は、製造工程の種々の要因によって混入する元素を意味する。
【００４０】
本実施形態による母材の化学組成は、上記のＦｅの一部に代えて、次に示す第１群及び第２群のうち少なくとも１つの群から選択される１種又は２種を含有しても良い。
第１群：  Ｃａ：０．１％以下、  ＲＥＭ：０．１５％以下
第２群：  Ｖ  ：０．５％未満、  Ｎｂ：２％以下
【００４１】
第１群（Ｃａ：０．１％以下、ＲＥＭ：０．１５％以下）
カルシウム（Ｃａ）及び希土類元素（ＲＥＭ）は、任意元素である。すなわち、Ｃａ及びＲＥＭは、母材に含有されていなくても良い。Ｃａ及びＲＥＭは、いずれも鋼の熱間加工性を向上させる。そのため、Ｃａ及びＲＥＭの１種又は２種を、必要に応じて母材に含有させても良い。母材にＣａ及び／ＲＥＭの含有効果を得たい場合は、少なくとも一方を０．００５％以上含有させるのが好ましい。
【００４２】
なお、「ＲＥＭ」とは、Ｓｃ、Ｙ及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１種又は２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭ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の含有量が上記の範囲となるように含有させてもよい。
【００４３】
一方、Ｃａが過剰に含有されると、鋼の溶接性が低下する。したがって、母材のＣａ含有量の上限は、０．１５である。また、ＲＥＭが過剰に含有されると、鋼の溶接性が低下する。したがって、母材のＲＥＭ含有量の上限は、０．１５％である。上記のＣａ及びＲＥＭは、いずれか１種のみを単独で、又は、２種を複合して含有させることができる。２種を複合して含有させる場合、合計の含有量の好ましい上限は、０．２％である。
【００４４】
第２群（Ｖ：０．５％未満、Ｎｂ：２％以下）
バナジウム（Ｖ）及びニオブ（Ｎｂ）は、任意元素である。すなわち、Ｖ及びＮｂは、母材に含有されていなくても良い。Ｖ及びＮｂは、いずれも鋼の高温強度を向上させる。そのため、Ｖ及びＮｂの１種又は２種を、必要に応じて母材に含有させても良い。なお、Ｖの含有効果を得たい場合には０．００２％以上、Ｎｂの含有効果を得たい場合には０．００５％以上含有させるのが好ましい。
【００４５】
一方、Ｖが過剰に含有されると、鋼の溶接性が低下する。したがって、母材のＶ含有量は、上限の観点では０．５％未満である。また、Ｎｂが過剰に含有されると、鋼の溶接性が低下する。したがって、母材のＮｂ含有量の上限は、２％である。上記のＶ及びＮｂは、いずれか１種のみを単独で、又は、２種を複合して含有させることができる。２種を複合して含有させる場合、合計の含有量の好ましい上限は、２．２％である。
【００４６】
［溶接金属の初層の化学組成］
本実施形態による溶接継手の溶接金属は、Ｆｅ含有量が１０〜４０％である化学組成を有する初層を含む。溶接金属では、凝固偏析が生じる。詳細なメカニズムは定かではないが、溶接金属中のＦｅ含有量とＮｉ含有量とのバランスが悪い領域において、凝固組織が影響してメタルダスティングが発生しやすくなる。溶接金属の初層は、母材希釈率の影響を受けやすく、Ｆｅ含有量とＮｉ含有量とのバランスが悪くなりすい。初層のＦｅ含有量を１０〜４０％にすることで、母材と同等の耐メタルダスティング性が得られる。
【００４７】
溶接金属の初層（初層溶接金属）とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０１９０で規定される初層を指す。初層溶接金属とは、より具体的には、溶接時に第１パス目に溶接した際に作成される溶接金属のことを指す。溶接金属は、母材と溶接材料とが溶融、強固して形成される。溶接金属は、パス数を重ねるほど、母材の成分の影響（母材希釈）を受けなくなり、溶接材料の成分が支配的になる。そのため、母材の希釈の影響を受けやすい初層溶接金属についてのみ、成分範囲を管理し、性能を確保する必要がある。
【００４８】
図１は、溶接継手の一例である溶接継手１の模式的断面図である。溶接継手１は、母材１０と、溶接金属２０とを備えている。この例では、溶接金属２０は、初層溶接金属２１と、２層目以降の層２２とを含んでいる。
【００４９】
溶接金属の初層は、好ましくは、以下の化学組成を有する。
【００５０】
Ｃ：０．０１〜０．１５％
炭素（Ｃ）は、溶接金属の強度を高める。一方、Ｃが過剰に含有されると、溶接金属の靱性が低下する。したがって、溶接金属の初層のＣ含有量は、０．０１〜０．１５％である。溶接金属の初層のＣ含有量の好ましい下限は、０．０５％であり、より好ましくは０．０３％である。溶接金属の初層のＣ含有量の好ましい上限は、０．１２％であり、より好ましくは０．１０％である。
【００５１】
Ｓｉ：０．０１〜４．０％
珪素（Ｓｉ）は、酸素との親和力が強く、Ｃｒ２Ｏ３等の保護性酸化スケール層の下層にＳｉ系酸化スケールを形成し、浸炭性ガスを遮断する。一方、Ｓｉが過剰に含有されると、熱間加工性及び溶接性が著しく低下する。したがって、溶接金属の初層のＳｉ含有量は、０．０１〜４．０％である。溶接金属の初層のＳｉ含有量の好ましい下限は、０．０８％であり、さらに好ましくは０．３％である。溶接金属の初層のＳｉ含有量の好ましい上限は、３．５％であり、さらに好ましくは２．０％である。
【００５２】
Ｍｎ：０．０５〜３．０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸する。Ｍｎはまた、オーステナイト相を安定化させる。Ｍｎはさらに、鋼の加工性及び溶接性を改善する。一方、Ｍｎが過剰に含有されると、保護性酸化スケール層の浸炭性ガス遮断性能を阻害する。したがって、溶接金属の初層のＭｎ含有量は、０．０５〜３．０％である。溶接金属の初層のＭｎ含有量の好ましい下限は、０．１％である。溶接金属の初層のＭｎ含有量の好ましい上限は、２．５％である。
【００５３】
Ｐ：０．０３％以下
燐（Ｐ）は、鋼を溶製する際に原料等から混入する不純物である。Ｐは、鋼の熱間加工性及び溶接性を低下させる。Ｐはさらに、溶接金属においては、溶接凝固割れ感受性を高める。したがって、溶接金属の初層のＰ含有量は０．０３％以下である。溶接金属の初層のＰ含有量は、可能な限り低減することが好ましい。溶接金属の初層のＰ含有量の好ましい上限は０．０２５である。
【００５４】
Ｓ：０．０１５％以下
硫黄（Ｓ）は、鋼を溶製する際に原料等から混入する不純物である。Ｓは、鋼の熱間加工性及び溶接性を低下させる。したがって、溶接金属の初層のＳ含有量は０．０１５％以下である。溶接金属の初層のＳ含有量は、可能な限り低減することが好ましい。溶接金属の初層のＳ含有量の好ましい上限は０．００５％であり、より好ましい上限は０．００２％である。
【００５５】
Ｃｒ：１６．０％を超えて３２．０％未満
クロム（Ｃｒ）は、高温の使用環境において、溶接継手中に侵入したＣと結合して浸炭層の成長を遅らせ、耐メタルダスティング性を高める。一方、Ｃｒが過剰に含有されると、溶接金属の靱性が低下する。したがって、溶接金属の初層のＣｒ含有量は、１６．０％を超えて３２．０％未満である。溶接金属の初層のＣｒ含有量の好ましい下限は、１８．０％である。溶接金属の初層のＣｒ含有量は、上限の観点では、好ましくは２３．０％未満であり、より好ましくは２０．０％未満である。
【００５６】
Ｎｉ：２０．０％以上
ニッケル（Ｎｉ）は、高温強度及び組織安定性を高める。Ｎｉはさらに、Ｃｒと共存することで耐食性を高める。Ｎｉはまた、メタルダスティングの発生を抑制する。したがって、溶接金属の初層のＮｉ含有量は２０．０％以上である。溶接金属の初層のＮｉ含有量の好ましい上限は、８０％である。
【００５７】
Ｃｕ：０．０３〜５．０％
銅（Ｃｕ）は、浸炭性ガスと金属との表面反応を抑制し、金属の耐メタルダスティング性を向上させる。Ｃｕはまた、オーステナイト相を安定化させる。一方、Ｃｕが過剰に含有されると、溶接凝固割れ感受性が高まる。したがって、溶接金属の初層のＣｕ含有量は０．０３〜５．０％である。溶接金属の初層のＣｕ含有量の好ましい下限は、０．０４％である。溶接金属の初層のＣｕ含有量の好ましい上限は、４．５％である。
【００５８】
Ａｌ：１．０％以下
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。一方、Ａｌが過剰に含有されると、多量の窒化物が形成され、鋼の靱性が低下する。また、Ａｌが過剰に含有されると、溶接施工性が悪化する。したがって、溶接金属の初層のＡｌ含有量は、１．０％以下である。Ａｌ含有量は少ないほど良い。ただし、Ａｌを極端に低減すると脱酸効果が十分に得られない。また、Ａｌを極端に低減すると、鋼の清浄度が大きくなる。また、Ａｌを極端に低減するとコストが増大する。そのため、溶接金属の初層のＡｌ含有量の好ましい下限は、０．００３％である。
【００５９】
Ｎ：０．００５〜０．２０％
窒素（Ｎ）は、鋼の高温強度を高める。Ｎはさらに、溶接金属中のＣの活量を高めて、溶接金属の耐メタルダスティング性を向上させる。一方、Ｎが過剰に含有されると、溶接金属の延性が低下する。したがって、溶接金属の初層のＮ含有量は、０．００５〜０．２０％である。溶接金属の初層のＮ含有量の好ましい下限は、０．０１０％である。溶接金属の初層のＮ含有量の好ましい上限は、０．１５％である。
【００６０】
Ｏ：０．０２％以下
酸素（Ｏ）は、不純物である。Ｏが過剰に含有されると、溶接金属の靱性及び延性が低下する。したがって、溶接金属の初層のＯ含有量は０．０２％以下である。溶接金属の初層のＯ含有量の好ましい上限は、０．０１％である。
【００６１】
Ｔｉ：０〜０．５％
チタン（Ｔｉ）は、任意元素である。すなわち、Ｔｉは、溶接金属の初層に含有されていなくても良い。Ｔｉは、Ｎｉと結合し、金属間化合物として微細に粒内析出し、高温でのクリープ強度を確保するのに有効な元素である。そのため、Ｔｉを、必要に応じて含有させても良い。Ｔｉを含有させる場合の好ましい下限は、０．００５％である。しかしながら、Ｔｉ含有量が多くなって、特に０．５％を超えると、高温での使用中に金属間化合物相が急速に粗大化してクリープ強度及び靱性の極端な低下をきたし、溶接時には溶接金属の清浄性の低下を招いて溶接性を悪化させる。したがって、溶接金属の初層のＴｉ含有量の上限は、０．５％である。
【００６２】
Ｍｏ：０〜８％
モリブデン（Ｍｏ）は、任意元素である。すなわち、Ｍｏは、溶接金属の初層に含有されていなくても良い。Ｍｏは、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度の向上に寄与する。そのため、Ｍｏを、必要に応じて含有させても良い。Ｍｏを含有させる場合の好ましい下限は、０．０５％である。しかしながら、Ｍｏ含有量が多くなって、特に８％を超えると、オーステナイトの安定性が低下してクリープ強度の低下を招く。したがって、溶接金属の初層のＭｏ含有量の上限は、８％である。
【００６３】
Ｎｂ：０〜３％
ニオブ（Ｎｂ）は、任意元素である。すなわち、Ｎｂは、溶接金属の初層に含有されていなくても良い。Ｎｂは、マトリックスに固溶して、又は炭窒化物として析出して、高温でのクリープ強度の向上に寄与する。そのため、Ｎｂを、必要に応じて含有させても良い。Ｎｂを含有させる場合の好ましい下限は、０．０５％である。しかしながら、Ｎｂ含有量が多くなって、特に３％を超えると、炭窒化物が多量に析出し、鋼の延性が低下する。したがって、溶接金属の初層のＮｂ含有量の上限は、３％である。
【００６４】
Ｃｏ：０〜１５％
コバルト（Ｃｏ）は、任意元素である。すなわち、Ｃｏは、溶接金属の初層に含有されていなくても良い。Ｃｏは、オーステナイト相を安定化し、クリープ強度を高める。そのため、Ｃｏを、必要に応じて含有させても良い。溶接金属の初層にＣｏを含有させる場合の好ましい下限は、０．０１％である。一方、Ｃｏが過剰に含有されると、コストが増大する。したがって、溶接金属の初層のＣｏ含有量の上限は、１５．０％である。溶接金属の初層のＣｏ含有量の好ましい上限は、１４．５％である。
【００６５】
溶接金属の初層の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。ただし、溶接金属の初層は上述のように、Ｆｅ含有量が１０〜４０％である。
【００６６】
［溶接材料の化学組成］
本実施形態による溶接継手は、上述のように、Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含む化学組成を有する溶接材料で溶接されたものある。溶接材料は、母材の一部とともに、溶接金属を形成する。
【００６７】
Ｃｒ：１５．０〜３５．０％
クロム（Ｃｒ）は、Ｃｒ２Ｏ３等の保護性酸化スケール層を形成し、浸炭性ガスを遮断する。これによって、Ｃｒは、耐浸炭性、耐メタルダスティング性、及び耐コーキング性を鋼に付与する。一方、ＣｒはＣと結合し、炭化物を形成してクリープ強度を低下させる。特に、Ｓｉ及びＣｕの含有量が高い場合にはその影響が大きい。溶接材料のＣｒ含有量は、１５．０％〜３５．０％である。溶接材料のＣｒ含有量の好ましい下限は、１６．０％である。溶接材料のＣｒ含有量の好ましい上限は、３３．０％であり、より好ましくは３０．０％であり、さらに好ましくは２８．０％である。
【００６８】
Ｎｉ：４０．０〜７０．０％
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト相を安定化させる。Ｎｉはまた、鋼中に侵入したＣの侵入速度を低下させる。Ｎｉはさらに、鋼の高温強度を高める。溶接材料においてこれらの効果を発揮するためには、Ｎｉを４０％以上含有させる必要がある。一方、Ｎｉを過剰に含有してもその効果は飽和する。したがって、溶接材料のＮｉ含有量は４０．０〜７０．０％である。溶接材料のＮｉ含有量の好ましい下限は、４５．０％である。
【００６９】
溶接材料は、好ましくは、Ｃｒ及びＮｉに加えて、以下の化学組成を有する。
【００７０】
Ｃ：０．０１〜０．１５％
炭素（Ｃ）は、溶接金属の強度を高める。一方、Ｃが過剰に含有されると、溶接凝固割れ感受性が高まる。したがって、溶接材料のＣ含有量は、０．０１〜０．１５％である。溶接材料のＣ含有量の好ましい下限は、０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。溶接材料のＣ含有量の好ましい上限は、０．１２％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
【００７１】
Ｓｉ：４．０％以下
珪素（Ｓｉ）は、熱間加工性及び溶接性を低下させる。したがって、溶接材料のＳｉ含有量は、４．０％以下である。溶接材料のＳｉ含有量の好ましい上限は、３．５％であり、より好ましくは２．０％であり、さらに好ましくは１．５％である。溶接継手において高い耐食性が必要な場合、溶接材料のＳｉ含有量の下限は、０．５％とすることが好ましい。
【００７２】
Ｍｎ：０．０１〜３．５％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸する。Ｍｎはまた、オーステナイト相を安定化させる。Ｍｎはさらに、鋼の加工性及び溶接性を改善する。一方、Ｍｎが過剰に含有されると、溶接材料製造時の熱間加工性が悪くなる。したがって、溶接材料のＭｎ含有量は、０．０５〜３．５％である。溶接材料のＭｎ含有量の好ましい下限は、０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。溶接材料のＭｎ含有量の好ましい上限は、３．０％である。
【００７３】
Ｐ：０．０３％以下
燐（Ｐ）は、鋼を溶製する際に原料等から混入する不純物である。Ｐは、鋼の熱間加工性及び溶接性を低下させる。Ｐはさらに、溶接金属の溶接凝固割れ感受性を高める。したがって、溶接材料のＰ含有量は０．０３％以下である。溶接材料のＰ含有量は、可能な限り低減することが好ましい。溶接材料のＰ含有量の好ましい上限は０．０２５である。
【００７４】
Ｓ：０．０１５％以下
硫黄（Ｓ）は、鋼を溶製する際に原料等から混入する不純物である。Ｓは、鋼の熱間加工性及び溶接性を低下させる。したがって、溶接材料のＳ含有量は０．０１５％以下である。溶接材料のＳ含有量は、可能な限り低減することが好ましい。溶接材料のＳ含有量の好ましい上限は０．００５％であり、より好ましい上限は０．００２％である。
【００７５】
Ｃｕ：０．０１〜４．０％
銅（Ｃｕ）は、浸炭性ガスと金属との表面反応を抑制し、金属の耐メタルダスティング性を向上させる。Ｃｕはまた、オーステナイト相を安定化させる。一方、Ｃｕが過剰に含有されると、溶接凝固割れ感受性が高まる。したがって、溶接材料のＣｕ含有量は０．０１〜４．０％である。溶接材料のＣｕ含有量の好ましい下限は、０．０３％である。溶接材料のＣｕ含有量の好ましい上限は、３．５％である。
【００７６】
Ａｌ：０〜１．５％
アルミニウム（Ａｌ）は、任意元素である。すなわち、Ａｌは、溶接材料に含有されていなくても良い。Ａｌは、鋼を脱酸する。一方、Ａｌが過剰に含有されると、多量の窒化物が形成され、鋼の靱性が低下する。また、Ａｌが過剰に含有されると、溶接施工性が悪化する。したがって、溶接材料のＡｌ含有量は、１．５％以下であり、好ましくは１．０％以下である。ただし、Ａｌを極端に低減すると脱酸効果が十分に得られない。また、Ａｌを極端に低減すると、鋼の清浄度が大きくなる。また、Ａｌを極端に低減するとコストが増大する。そのため、溶接材料のＡｌ含有量の好ましい下限は、０．００３％である。溶接継手において、高い高温強度が必要な場合、溶接材料のＡｌ含有量の下限は０．１５％とすることが好ましい。
【００７７】
Ｎ：０．００５〜０．１％
窒素（Ｎ）は、鋼の高温強度を高める。Ｎはさらに、溶接材料中のＣの活量を高めて、溶接材料の耐メタルダスティング性を向上させる。一方、Ｎが過剰に含有されると、溶接材料の製造時の熱間加工性が低下する。したがって、溶接材料のＮ含有量は、０．００５〜０．１％である。溶接材料のＮ含有量の好ましい下限は、０．０１０％である。溶接材料のＮ含有量の好ましい上限は、０．０５％である。
【００７８】
Ｏ：０．０３％以下
酸素（Ｏ）は、不純物である。Ｏが過剰に含有されると、溶接材料の製造時の熱間加工性が低下する。また、溶接金属の靱性及び延性も低下する。したがって、溶接材料のＯ含有量は０．０３％以下である。溶接材料のＯ含有量の好ましい上限は、０．０２％である。
【００７９】
Ｔｉ：０〜１．０％
チタン（Ｔｉ）は、任意元素である。すなわち、Ｔｉは、溶接材料に含有されていなくても良い。Ｔｉは、Ｎｉと結合し、金属間化合物として微細に粒内析出し、高温でのクリープ強度を確保するのに有効な元素である。そのため、Ｔｉを、必要に応じて含有させても良い。Ｔｉを含有させる場合の好ましい下限は、０．１５％である。しかしながら、Ｔｉ含有量が多くなって、特に１．０％を超えると、高温での使用中に金属間化合物相が急速に粗大化してクリープ強度及び靱性の極端な低下をきたし、合金の製造時には清浄性の低下を招いて製造性を悪化させる。したがって、溶接材料のＴｉ含有量の上限は、１．０％である。
【００８０】
Ｍｏ：０〜１５％
モリブデン（Ｍｏ）は、任意元素である。すなわち、Ｍｏは、溶接材料に含有されていなくても良い。Ｍｏは、マトリックスに固溶して高温でのクリープ強度の向上に寄与する。そのため、Ｍｏを、必要に応じて含有させても良い。Ｍｏを含有させる場合の好ましい下限は、０．０１％であり、さらに好ましくは７％である。しかしながら、Ｍｏ含有量が多くなって、特に１５％を超えると、オーステナイトの安定性が低下してクリープ強度の低下を招く。したがって、溶接材料のＭｏ含有量の上限は、１５％である。
【００８１】
Ｎｂ：０〜５％
ニオブ（Ｎｂ）は、任意元素である。すなわち、Ｎｂは、溶接材料に含有されていなくても良い。Ｎｂは、マトリックスに固溶して、又は炭窒化物として析出して、高温でのクリープ強度の向上に寄与する。そのため、Ｎｂを、必要に応じて含有させても良い。Ｎｂを含有させる場合の好ましい下限は、０．００５％である。しかしながら、Ｎｂ含有量が多くなって、特に５％を超えると、炭窒化物が多量に析出し、鋼の延性が低下する。したがって、溶接材料のＮｂ含有量の上限は、５％である。
【００８２】
Ｃｏ：０〜１５％
コバルト（Ｃｏ）は、任意元素である。すなわち、Ｃｏは、溶接材料に含有されていなくても良い。Ｃｏは、オーステナイト相を安定化し、クリープ強度を高める。そのため、Ｃｏを、必要に応じて含有させても良い。溶接材料にＣｏを含有させる場合の好ましい下限は、０．０１％である。一方、Ｃｏが過剰に含有されると、コストが増大する。したがって、溶接材料のＣｏ含有量の上限は、１５．０％である。溶接材料のＣｏ含有量の好ましい上限は、１４．５％である。
【００８３】
なお、高温強度を特に確保したい場合、溶接材料の化学組成が、Ａｌ：０．１５〜１．５％、Ｔｉ：０．１５〜１．０％、及びＭｏ：７〜１５％を含み、さらに、Ｎｂ：０．１〜５％、及びＣｏ：０．１〜１５％の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００８４】
また、耐食性を特に確保したい場合、溶接材料の化学組成が、Ｓｉ：０．５〜４．０％を含むことが好ましい。
【００８５】
［製造方法］
まず、母材の製造方法の一例を説明する。上述した母材の化学組成を有する鋼を溶製する。溶製は、電気炉で行っても良いし、Ａｒ−Ｏ２混合ガス底吹き脱炭炉（ＡＯＤ炉）で行っても良いし、真空脱炭炉（ＶＯＤ炉）で行っても良い。溶製された鋼を、造塊法によってインゴットにする。あるいは、溶製された鋼を、連続鋳造法によって鋳片にする。
【００８６】
インゴット又は鋳片を用いて母材を製造する。母材は例えば、鋼板又は鋼管である。鋼板は例えば、インゴット又は鋳片に、熱間鍛造、又は熱間圧延等の熱間加工を実施して製造される。鋼管は例えば、インゴット又は鋳片を熱間加工によって丸ビレットを形成し、丸ビレットに穿孔圧延、熱間押出、又は熱間鍛造等の熱間加工を実施して製造される。鋼管はあるいは、鋼板を曲げ加工してオープンパイプを形成し、オープンパイプの長手方向の両端面を溶接して製造される。
【００８７】
母材に対して、必要に応じて周知の熱処理を実施する。
【００８８】
次に、溶接材料の製造方法の一例を説明する。上述した溶接材料の化学組成を有する鋼を溶製する。溶製された鋼を鋳造してインゴットにする。インゴットを熱間加工して溶接材料を製造する。溶接材料は棒状であっても良いし、ブロック状であっても良い。
【００８９】
溶接材料に対しても、必要に応じて周知の熱処理を実施する。
【００９０】
上記の溶接材料を用いて上記の母材を溶接する。これによって、溶接継手が得られる。溶接方法は例えば、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、及びサブマージ溶接である。溶接時に、母材の一部と溶接材料とが溶融及び凝固して溶接金属が形成される。
【００９１】
このとき、溶接金属の初層のＦｅ含有量が、１０〜４０％になるように、母材希釈率を調整する。より具体的には、母材の化学組成及び溶接材料の化学組成に応じて、初層溶接時の入熱及び溶接材料供給速度を調整する。初層溶接時の入熱を大きくすれば、母材希釈率が大きくなり、溶接金属の初層のＦｅ含有量が大きくなる。また、溶接材料供給速度を速くすれば、母材希釈率が小さくなり、溶接金属の初層のＦｅ含有量が小さくなる。
【実施例】
【００９２】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されない。【００９３】
表１に示す化学組成を有する符号Ａ及び符号Ｂの鋼を実験室溶解してインゴットを作製した。作製したインゴットに、熱間鍛造、冷間圧延、熱処理及び機械加工を実施して、外径２５．４ｍｍ、板厚３．３ｍｍ、長さ６０ｍｍの鋼管（母材）を作製した。【００９４】
【表１】
2015129631.tif 000003
【００９５】
表２に示す化学組成を有する符号Ｔ〜Ｚの鋼を実験室溶解してインゴットを作製した。インゴットに、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理及び機械加工を実施して、外径１．２ｍｍの溶接ワイヤ（溶接材料）を作製した。【００９６】
【表２】
2015129631.tif 000004
【００９７】
上記の鋼管の周方向に、開先加工を実施した後、母材及び溶接材料を表３に示す組み合わせ及び条件で溶接して溶接継手を作製した。【００９８】
【表３】
2015129631.tif 000005
【００９９】
表３に示すように、初層の溶接入熱（初層入熱）を４〜８ｋＪ／ｃｍの範囲で、溶接材料供給速度を４９０〜７７０ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させることによって、母材希釈率を変化させた。その後、積層時は８〜１５ｋＪ／ｃｍの範囲で溶接し、溶接継手を作製した。【０１００】
まず、初層のみを溶接した継手において、溶接金属の初層の化学組成を分析した。【０１０１】
次いで、各溶接継手の耐溶接凝固割れ性を評価した。具体的には、作製した溶接継手の各々の溶接ビードに対して浸透探傷試験を実施し、ビード表面に生じる欠陥（溶接凝固割れ）を検出した。欠陥が検出されない場合、本発明の性能を満足すると判断した。【０１０２】
さらに、各溶接継手の耐メタルダスティング性を評価した。具体的には、作製した溶接継手の各々から、溶接金属を中央にして、板厚３．３ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を切出した。この試験片を、体積比で４５％ＣＯ‐４２．５％Ｈ２‐６．５％ＣＯ２‐６％Ｈ２Ｏガス雰囲気中、６５０℃で５００時間等温保持した。その後、試験片表面に発生するピットの有無を、目視及び光学顕微鏡によって判断した。ピット発生がない場合、本発明の性能を満足すると判断した。【０１０３】
結果を表３に示す。表３の「化学組成」の欄には、各溶接継手の溶接金属の初層の化学組成が記載されている。表３の「溶接金属の耐ＭＤ性」の欄には、耐メタルダスティング性の評価結果が記載されている。「○」は、同評価においてピットが発生しなかったことを示す。「×」は、同評価においてピットが発生したことを示す。なお、作製したすべての溶接継手において、溶接凝固割れは検出されなかった。【０１０４】
試験記号Ｊ１〜Ｊ３２、Ｊ３４、Ｊ３５、Ｊ３７、及びＪ３８の溶接継手は、本発明の範囲内であった。具体的には、母材の化学組成が本発明の範囲内であり、溶接材料がＣｒ：１５．０〜３０．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含み、溶接金属の初層のＦｅ含有量が１０〜４０％であった。これらの溶接継手は、耐溶接凝固割れ性と、優れた耐メタルダスティング性とを同時に備えていた。【０１０５】
試験記号Ｊ３３の溶接継手は、耐メタルダスティング性の評価において、メタルダスティングが発生した。試験番号Ｊ１８の溶接継手は、母材の化学組成が本発明の範囲内であり、溶接材料がＣｒ：１５．０〜３０．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含んでいた。しかし、試験番号Ｊ３３の溶接継手は、溶接金属の初層のＦｅ含有量が少なかった。そのため、凝固組織である溶接金属において十分な浸炭抑制効果が得られなかったと考えられる。【０１０６】
試験記号Ｊ３６の溶接継手は、耐メタルダスティング性の評価において、メタルダスティングが発生した。試験番号Ｊ３６の溶接継手は、母材の化学組成が本発明の範囲内であり、溶接材料がＣｒ：１５．０〜３０．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含んでいた。しかし、試験番号Ｊ２１の溶接継手は、溶接金属の初層のＦｅ含有量が多かった。そのため、凝固組織である溶接金属において十分な浸炭抑制効果が得られなかったと考えられる。【０１０７】
試験記号Ｊ３９〜４１の溶接継手は、耐メタルダスティング性の評価において、メタルダスティングが発生した。試験記号Ｊ３９〜４１の溶接継手は、溶接材料のＮｉ含有量が少なかった。その結果、溶接金属中のＦｅ含有量の比率が大きくなり、初層のＦｅ含有量も多かった。そのため、凝固組織である溶接金属において十分な浸炭抑制効果が得られなかったと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、高温の腐食環境で使用される部材の溶接継手として好適に使用できる。本発明は例えば、石油・ガス精製や石油化学プラント等における熱交換型炭化水素改質装置、廃熱回収装置等に使用される容器、反応管、部品等の溶接継手として好適に使用できる。
【図１】
2015129631.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月7日(2016.7.7)
【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】
質量％で、Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含む化学組成を有する溶接材料を用いて溶接された溶接継手であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０３〜０．０７５％、
Ｓｉ：０．６〜２．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．５％、
Ｐ  ：０．０４％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０％を超えて２３．０％未満、
Ｎｉ：２０．０％以上３０．０％未満、
Ｃｕ：０．５〜１０．０％、
Ｍｏ：１％未満、
Ａｌ：０．１５％以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．２０％、
Ｏ  ：０．０２％以下、
Ｃａ：０〜０．１％、
ＲＥＭ：０〜０．１５％、
Ｖ  ：０％以上０．５％未満、
Ｎｂ：０〜２％、
残部：Ｆｅ及び不純物である母材と、
質量％で、Ｆｅ含有量が１０〜４０％である化学組成を有する初層溶接金属とを備える、溶接継手。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接継手であって、
前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．００５〜０．１％、及び
ＲＥＭ：０．００５〜０．１５％、
からなる群から選択された１種又は２種を含有する、溶接継手。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶接継手であって、
前記母材の化学組成が、質量％で、
Ｖ  ：０．００２％以上０．５％未満、及び
Ｎｂ：０．００５〜０．１５％、
からなる群から選択された１種又は２種を含有する、溶接継手。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接継手であって、
前記初層溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０１〜４．０％、
Ｍｎ：０．０５〜３．０％、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０％を超えて３２．０％未満、
Ｎｉ：２０．０％以上、
Ｃｕ：０．０３〜５．０％、
Ａｌ：１．０％以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．２％、
Ｏ  ：０．０２％以下、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｍｏ：０〜８％、
Ｎｂ：０〜３％、
Ｃｏ：０〜１５％、
Ｆｅ：１０〜４０％、
残部：不純物である、溶接継手。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接継手であって、
前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：４．０％以下、
Ｍｎ：０．０１〜３．５％、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、
Ｎｉ：４０．０〜７０．０％、
Ｃｕ：０．０１〜４．０％、
Ａｌ：０〜１．５％、
Ｎ  ：０．００５〜０．１％、
Ｏ  ：０．０３％以下、
Ｔｉ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜１５％、
Ｎｂ：０〜５％、
Ｃｏ：０〜１５％、
残部：Ｆｅ及び不純物である、溶接継手。
【請求項６】
請求項５に記載の溶接継手であって、
前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ａｌ：０．１５〜１．５％、
Ｔｉ：０．１５〜１．０％、及び
Ｍｏ：７〜１５％、
を含み、さらに、
Ｎｂ：０．１〜５％、及びＣｏ：０．１〜１５％の少なくとも一方を含む、溶接継手。
【請求項７】
請求項５に記載の溶接継手であって、
前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ｓｉ：０．５〜４．０％、
を含む、溶接継手。
【請求項８】
化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０３〜０．０７５％、
Ｓｉ：０．６〜２．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．５％、
Ｐ  ：０．０４％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０％を超えて２３．０％未満、
Ｎｉ：２０．０％以上３０．０％未満、
Ｃｕ：０．５〜１０．０％、
Ｍｏ：１％未満、
Ａｌ：０．１５％以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．２０％、
Ｏ  ：０．０２％以下、
Ｃａ：０〜０．１％、
ＲＥＭ：０〜０．１５％、
Ｖ  ：０％以上０．５％未満、
Ｎｂ：０〜２％、
残部：Ｆｅ及び不純物である母材と、
化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０１〜４．０％、
Ｍｎ：０．０５〜３．０％、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０％を超えて３２．０％未満、
Ｎｉ：２０．０％以上、
Ｃｕ：０．０３〜５．０％、
Ａｌ：１．０％以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．２％、
Ｏ  ：０．０２％以下、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｍｏ：０〜８％、
Ｎｂ：０〜３％、
Ｃｏ：０〜１５％、
Ｆｅ：１０〜４０％、
残部：不純物である、初層溶接金属とを備える、溶接継手。
【請求項９】
化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０３〜０．０７５％、
Ｓｉ：０．６〜２．０％、
Ｍｎ：０．０５〜２．５％、
Ｐ  ：０．０４％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０％を超えて２３．０％未満、
Ｎｉ：２０．０％以上３０．０％未満、
Ｃｕ：０．５〜１０．０％、
Ｍｏ：１％未満、
Ａｌ：０．１５％以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．２０％、
Ｏ  ：０．０２％以下、
Ｃａ：０〜０．１％、
ＲＥＭ：０〜０．１５％、
Ｖ  ：０％以上０．５％未満、
Ｎｂ：０〜２％、
残部：Ｆｅ及び不純物である母材を準備する工程と、
前記母材を、質量％で、Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、及びＮｉ：４０．０〜７０．０％を含む化学組成を有する溶接材料を用いて溶接する工程とを備え、
前記溶接継手は、質量％で、Ｆｅ含有量が１０〜４０％である化学組成を有する初層溶接金属を備える、溶接継手の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の溶接継手の製造方法であって、
前記初層溶接金属の化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０１〜４．０％、
Ｍｎ：０．０５〜３．０％、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１６．０％を超えて３２．０％未満、
Ｎｉ：２０．０％以上、
Ｃｕ：０．０３〜５．０％、
Ａｌ：１．０％以下、
Ｎ  ：０．００５〜０．２％、
Ｏ  ：０．０２％以下、
Ｔｉ：０〜０．５％、
Ｍｏ：０〜８％、
Ｎｂ：０〜３％、
Ｃｏ：０〜１５％、
Ｆｅ：１０〜４０％、
残部：不純物である、溶接継手の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の溶接継手の製造方法であって、
前記溶接材料の化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０１〜０．１５％、
Ｓｉ：４．０％以下、
Ｍｎ：０．０１〜３．５％、
Ｐ  ：０．０３％以下、
Ｓ  ：０．０１５％以下、
Ｃｒ：１５．０〜３５．０％、
Ｎｉ：４０．０〜７０．０％、
Ｃｕ：０．０１〜４．０％、
Ａｌ：０〜１．５％、
Ｎ  ：０．００５〜０．１％、
Ｏ  ：０．０３％以下、
Ｔｉ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜１５％、
Ｎｂ：０〜５％、
Ｃｏ：０〜１５％、
残部：Ｆｅ及び不純物である、溶接継手の製造方法。
【国際調査報告】
2015129631.tif 000007
2015129631.tif 000008
2015129631.tif 000009
2015129631.tif 000010