(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｎｉ：４０％〜４６％、
Ｃｒ：１９％〜２５％、
Ｗ：７％〜１０％
を含み、残部がＦｅおよび意図的に含有させたものではない成分である不純物からなり、
かつ、電解抽出残渣として分析されるＷ量が０．０１％〜６％であり、
２０℃でのフルサイズシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上であることを特徴とするオーステナイト系耐熱合金溶接金属。
【請求項２】
Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、
Ｃ：０．０３％〜０．１８％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０１％以下、
Ｔｉ：０．０１％〜０．２％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．５％、
Ｎ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．０２％以下、
Ｏ：０．０３％以下
を含み、残部がＦｅおよび意図的に含有させたものではない成分である不純物からなり、
かつ、前記不純物としてのＳ、Ｓｎ、ＰｂおよびＺｎが下記式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載のオーステナイト系耐熱合金溶接金属。
式（１）  ［％Ｓ］＋０．５×｛［％Ｓｎ］＋［％Ｐｂ］＋［％Ｚｎ］｝≦０．００５０％
（式（１）中、［％Ｓ］、［％Ｓｎ］、［％Ｐｂ］、及び［％Ｚｎ］は、前記不純物としてのＳ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎの含有量（質量％）を表す。）
【請求項３】
Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、下記の１種または２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項２に記載のオーステナイト系耐熱合金溶接金属。
Ｃｕ：０％〜４％、
Ｃｏ：０％〜２％、
Ｍｏ：０％〜２％、
Ｂ：０％〜０．００５％、
Ｃａ：０％〜０．０２％、
Ｍｇ：０％〜０．０２％、
ＲＥＭ：０％〜０．０６％
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステナイト系耐熱合金溶接金属に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷軽減の観点から発電用ボイラ等では運転条件の高温・高圧化が世界的規模で進められている。発電用ボイラ等に使用される材料には、より優れた高温強度等の特性を有することが求められている。
このような要求を満たす材料として、特許文献１および特許文献２には、Ｗを多量に含有させることにより、７００℃以上の高温域において優れたクリープ強度を有するオーステナイト系の耐熱合金が提案されている。
【０００３】
これらオーステナイト系耐熱合金は、一般には、溶接金属を有する溶接構造物として使用される。そのため、溶接構造物として、これらオーステナイト系耐熱合金の性能を活用し得る溶接金属についても種々提案されてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、Ｗを５％〜８％含有するとともに、ＮｂおよびＴｉの共晶炭化物を活用したオーステナイト系耐熱合金溶接金属は、溶接時の高温割れ防止とクリープ強度とを両立させ、かつ、高温強度に優れることが開示されている。
また、特許文献２には、Ｗ含有量を８％超〜１３％とすることに加え、ＮｂおよびＴｉの含有量を最適化したオーステナイト系耐熱合金溶接金属は、溶接時の高温割れに加え、高温での使用時に発生する応力緩和割れの防止を達成することが開示されている。
さらに、特許文献３には、Ｗを８％超〜９．１％含有し、Ｓ量と有効Ｏ（酸素）量とを調整したオーステナイト系耐熱合金溶接金属は、溶接時のスラグ剥離性を具備することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０７２４２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５５３９０号公報
【特許文献３】特開２０１４−１４０８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、これら特許文献１〜３に開示されている、多量のＷを含むオーステナイト系耐熱合金溶接金属は、確かに優れたクリープ強度および耐応力緩和割れ性を満足する。しかしながら、これらオーステナイト系耐熱合金溶接金属は、使用中に靭性が低下し、停機時などに問題となる場合があり、さらなる改善の余地があることが判明した。
【０００７】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、使用される機器に用いる溶接構造物を構成する溶接金属において、使用中の衝撃特性（具体的には、靭性低下の抑制）に優れるオーステナイト系耐熱合金溶接金属の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記した課題を解決するために、Ｗを７％〜１０％含有する溶接金属において、使用中の靭性の低下現象について詳細な調査を行った。その結果、下記に示す（ａ）〜（ｃ）の事項が明らかになった。
（ａ）  使用中の溶接金属の靭性低下は、Ｗ量の増加とともに大きくなる。
（ｂ）  溶接金属中には、Ｗを含有する析出物が多量に析出している。
（ｃ）  溶接金属中のＳ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎの不純物の含有量が増大すると、靭性低下がより顕著となり、衝撃試験後の破面には柱状晶境界が混在するようになる。
【０００９】
上記（ａ）〜（ｃ）の判明事項から、本発明者らは、次の結論に至った。即ち、使用中に、ＷとＦｅからなる金属間化合物相（Ｌａｖｅｓ相）が粒内に析出し、また、Ｗを含有する炭化物（Ｍ２３Ｃ６）が粒界および粒内に析出する。それら析出物の析出量は、Ｗ含有量が増えるにつれ増加する。そして、この金属間化合物相および炭化物の析出により、粒内変形能が低下するとともに、粒界にも硬質な炭化物が存在する。そのため、外部からの衝撃を受けた場合、破壊までの塑性変形量が減少する結果、溶接金属の靭性が低下すると考えられた。
さらに、使用中には不純物として含有されるＳ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎが柱状晶境界に（粒界）偏析し、柱状晶境界の脆化を招く。そのため、Ｓ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎ含有量が増加すると、この脆化が重畳するため、溶接金属の靭性低下がより顕著になることも考えられた。
【００１０】
そこで、本発明者らは、溶接金属の靭性低下の防止策について検討した。その結果、溶接金属中の炭化物および金属間化合物相の少なくとも一方として存在するＷ量を所定の範囲に管理することで、溶接金属として必要な性能を確保することが可能なことがわかった。具体的には、Ｗを７％〜１０％含有する溶接金属において、電解抽出残渣として分析されるＷ量を０．０１％〜６％となるように調整することで、２７Ｊ以上となる２０℃でのフルサイズシャルピー吸収エネルギーを確保できることが明らかとなった。
さらに、その効果を安定して得るため、合金元素量、ならびにＳ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎの不純物量を調整することが有効であることも併せて明らかにした。
本発明は、以上の検討を重ねることにより完成するに至ったものである。
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
【００１１】
（１）  質量％で、
Ｎｉ：４０％〜４６％、
Ｃｒ：１９％〜２５％、
Ｗ：７％〜１０％
を含み、残部がＦｅおよび意図的に含有させたものではない成分である不純物からなり、
かつ、電解抽出残渣として分析されるＷ量が０．０１％〜６％であり、
２０℃でのフルサイズシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上であることを特徴とするオーステナイト系耐熱合金溶接金属。
【００１２】
（２）  Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、
Ｃ：０．０３％〜０．１８％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ：０．０１％以下、
Ｔｉ：０．０１％〜０．２％、
Ｎｂ：０．０１％〜０．５％、
Ｎ：０．０５％以下、
Ａｌ：０．０２％以下、
Ｏ：０．０３％以下
を含み、残部がＦｅおよび意図的に含有させたものではない成分である不純物からなり、
かつ、前記不純物としてのＳ、Ｓｎ、ＰｂおよびＺｎが下記式（１）を満足することを特徴とする（１）に記載のオーステナイト系耐熱合金溶接金属。
式（１）  ［％Ｓ］＋０．５×｛［％Ｓｎ］＋［％Ｐｂ］＋［％Ｚｎ］｝≦０．００５０％
（式（１）中、［％Ｓ］、［％Ｓｎ］、［％Ｐｂ］、及び［％Ｚｎ］は、前記不純物としてのＳ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎの含有量（質量％）を表す。）
【００１３】
（３）  Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、下記の１種または２種以上の元素を含有することを特徴とする（２）に記載のオーステナイト系耐熱合金溶接金属。
Ｃｕ：０％〜４％、
Ｃｏ：０％〜２％、
Ｍｏ：０％〜２％、
Ｂ：０％〜０．００５％、
Ｃａ：０％〜０．０２％、
Ｍｇ：０％〜０．０２％、
ＲＥＭ：０％〜０．０６％
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、使用される機器に用いる溶接構造物を構成する溶接金属において、使用中の衝撃特性（具体的には、靭性低下の抑制）に優れるオーステナイト系耐熱合金溶接金属が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のオーステナイト系耐熱合金溶接金属の一実施形態について、説明する。
なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。ただし、「超」および「未満」等の断りがある場合は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値の少なくとも一方として含まないことを意味する。
【００１６】
本発明の溶接金属は、Ｎｉ：４０％〜４６％、Ｃｒ：１９％〜２５％、Ｗ：７％〜１０％を含有し、残部が主としてＦｅからなり、かつ、電解抽出残渣として分析されるＷ量が０．０１％〜６％である。そして、２０℃でのフルサイズシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上である。
【００１７】
なお、本明細書中において、「２０℃でのフルサイズシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上である」とは、２０℃の環境下で、ＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５）に準じて、２ｍｍＶノッチ試験片フルサイズシャルピー衝撃試験を行ったとき、全ての試験片の吸収エネルギーが２７Ｊ以上であることを示す。
【００１８】
本発明のオーステナイト系耐熱合金溶接金属において、化学組成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、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００１９】
（Ｎｉ：４０％〜４６％）
Ｎｉ（ニッケル）は、長時間使用中の組織安定性を確保するために有効な元素である。その効果を得るためには、４０％以上のＮｉ含有量が必要である。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であるため、Ｎｉの過剰の含有はコストの増大を招く。また、Ｎｉを過剰に含有する場合、Ｗを含有する金属間化合物相の析出を促進し、使用中の靭性の低下を招く。そのため、Ｎｉ含有量は、上限を４６％以下とする。Ｎｉ含有量の望ましい上限は４５．５％以下であり、さらに望ましい上限は４５％以下である。また、Ｎｉ含有量の望ましい下限は４０．５％以上であり、Ｎｉ含有量のさらに望ましい下限は４１％以上である。
【００２０】
（Ｃｒ：１９％〜２５％）
Ｃｒ（クロム）は、耐酸化性および耐食性の確保のために必須の元素である。この効果を得るためには、Ｃｒを１９％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃｒの含有量が過剰になって２５％超となると、使用中にＣと反応してＷを含む炭化物を多量に生成し、靭性を低下させる。このため、Ｃｒの含有量は１９％〜２５％とする。Ｃｒ含有量の望ましい上限は２４．５％以下であり、さらに望ましい上限は２４％以下である。また、Ｃｒ含有量の望ましい下限は１９．５％以上であり、さらに望ましい下限は２０％以上である。
【００２１】
（Ｗ：７％〜１０％）
Ｗ（タングステン）は、マトリックスに固溶、又は金属間化合物相および炭化物の少なくとも一方として析出し、クリープ強度の向上に大きく寄与する元素である。この効果を十分に確保するためには、Ｗは７％以上含有する必要がある。しかし、Ｗを過剰に含有させてもクリープ強度に対する効果は飽和するとともに、金属間化合物相および炭化物の過剰析出を招き、靭性を低下させる。そのため、Ｗ含有量は１０％以下とする。Ｗ含有量の望ましい上限は９．８％以下であり、さらに望ましい上限は９．５％以下である。また、Ｗ含有量の望ましい下限は７．２％以上であり、さらに望ましい下限は７．５％以上である。
なお、ここでのＷ含有量とは、溶接金属に含まれるＷの総量を意味する。すなわち、マトリックスに固溶しているＷの量と、析出物として存在しているＷの量との合計を意味する。なお、本実施形態では、Ｗ含有量に加えて、析出物として存在しているＷの量、すなわち電解抽出残渣として分析されるＷ量も後述の通り、規定の範囲にする必要がある。
【００２２】
（電解抽出残渣として分析されるＷ量：０．０１％〜６％）
ここで、電解抽出残渣として分析されるＷ量について説明する。
溶接金属に含有されるＷは、溶接、及びその後の使用過程で、炭化物および金属間化合物相の少なくとも一方として析出する。これら析出物は、クリープ強度に寄与する。しかしながら、これら析出物が過剰になると、溶接金属の靭性が低下する。これら析出物の量は、電解抽出残渣として分析されるＷ量として見積もることができる。使用中に、これら析出物が過剰になると、溶接金属の靭性が低下するので、使用前、すなわち、溶接金属作製時から使用中にわたって、これら析出物（すなわち、電解抽出残渣として分析されるＷ量）の上限を６％以下とする必要がある。電解抽出残渣として分析されるＷ量の上限は、望ましくは５．８％以下であり、さらに望ましくは５．５％以下である。なお、靭性の観点からは、電解抽出残渣として分析されるＷ量の下限は、低く抑えることが望ましいが、極度に低減するためには、溶接方法および使用条件の制約を招く。そのため、電解抽出残渣として分析されるＷ量の下限は、０．０１％以上とする。電解抽出残渣として分析されるＷ量が少なくとも０．０１％であれば、上記の効果を少なからず得ることができる。電解抽出残渣として分析されるＷ量の下限は、望ましくは０．０２％以上であり、さらに望ましくは０．０３％以上である。
【００２３】
電解抽出残渣として分析されるＷ量は、溶接金属のＮｉ、Ｃｒ、及びＷの含有量によって調整することができる。具体的には、溶接金属のＮｉ、Ｃｒ、及びＷの含有量が多いほど、電解抽出残渣として分析されるＷ量は多くなる。
【００２４】
なお、電解抽出残渣として分析されるＷ量は、以下のように測定する。
オーステナイト系耐熱合金溶接金属から、所定の大きさの試験材を採取する。１０体積％アセチルアセトン−１質量％テトラメチルアンモニウムクロライドメタノール溶液を電解液として用いた定電流電解法によって、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２〜２５ｍＡ／ｃｍ２で試験材を陽極溶解し、炭窒化物及び金属間化合物相を残渣として抽出する。抽出した残渣を酸分解した後、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分析を行い、残渣中のＷの質量を測定する。残渣中のＷの質量を試験材の溶解量で除して、金属間化合物相及び炭化物の少なくも一方として存在しているＷ量を求める。すなわち、このＷ量は、電解抽出残渣として分析されるＷ量である。
【００２５】
以上から、質量％で、Ｎｉ：４０％〜４６％、Ｃｒ：１９％〜２５％、Ｗ：７％〜１０％で、かつ電解抽出残渣として分析されるＷ量が０．０１％〜６％にすることが、溶接したまま、および使用中でも、２０℃でのフルサイズシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊ以上となる必須の要件である。
【００２６】
本発明のオーステナイト系耐熱合金溶接金属は、溶接金属の靱性の低下をより抑制する点で、上記範囲のＮｉ量、Ｃｒ量、Ｗ量および電解抽出残渣として分析されるＷ量の要件に加えて、以下に述べる量の元素を含み、Ｓ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎの不純物量として、下記式（１）を満足するように調整することが望ましい。
【００２７】
すなわち、本発明のオーステナイト系耐熱合金溶接金属は、Ｆｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｃ：０．０３％〜０．１８％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．０１％〜０．２％、Ｎｂ：０．０１％〜０．５％、Ｎ：０．０５％以下、Ａｌ：０．０２％以下、Ｏ：０．０３％以下を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物としてのＳ、Ｓｎ、ＰｂおよびＺｎが下記式（１）を満足することが望ましい。
式（１）  ［％Ｓ］＋０．５×｛［％Ｓｎ］＋［％Ｐｂ］＋［％Ｚｎ］｝≦０．００５０％（式（１）中、［％Ｓ］、［％Ｓｎ］、［％Ｐｂ］、及び［％Ｚｎ］は、不純物としてのＳ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎの含有量（質量％）を表す。）
【００２８】
なお、本明細書中において、「不純物」とは材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップまたは製造環境などから混入する成分であり、意図的に含有させたものではない成分を指す。
【００２９】
以下、各成分について説明する。
以下の説明において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００３０】
（Ｃ：０．０３％〜０．１８％）
Ｃ（炭素）は、オーステナイト生成元素であり、使用時の組織の安定性を高めるのに有効な元素である。この効果を十分得るために、Ｃは０．０３％以上含有することがよい。しかしながら、Ｃを過剰に含有する場合には、使用中に炭化物を多量に析出させ、靭性を低下させる原因となる。そのため、Ｃ含有量の上限は０．１８％以下とすることがよい。Ｃ含有量の望ましい上限は０．１６％以下であり、さらに望ましい上限は０．１４％以下である。また、Ｃ含有量の望ましい下限は０．０５％以上であり、さらに望ましい下限は０．０７％以上である。
【００３１】
（Ｓｉ：０．５％以下）
Ｓｉ（ケイ素）は、耐水蒸気酸化性および耐食性の確保に寄与する。一方で、溶接時の凝固割れ感受性を増大させるとともに、靭性にも少なからず悪影響を及ぼすため、Ｓｉ含有量の上限は０．５％以下とすることがよい。Ｓｉ含有量の上限は、０．４％以下とするのが望ましく、０．３％以下とするのがさらに望ましい。Ｓｉ含有量の下限は特に設けないが、望ましくは０．０１％以上である。Ｓｉを少なくとも０．０１％含んでいれば、上記の効果が得られやすい。さらに望ましいＳｉ含有量の下限は、０．０２％以上である。
【００３２】
（Ｍｎ：１．５％以下）
Ｍｎ（マンガン）は、組織安定性を高め、クリープ強度の確保に寄与する。しかしながら、Ｍｎを過剰に含有する場合には脆化を招くため、Ｍｎの含有量の上限は１．５％以下とすることがよい。Ｍｎの含有量の上限は１．３％以下とするのが望ましく、１．０％以下とするのがさらに望ましい。Ｍｎ含有量の下限は特に設けないが、望ましくは０．０１％以上である。Ｍｎを少なくとも０．０１％含んでいれば、上記の効果が得られやすい。さらに望ましいＭｎ含有量の下限は、０．０２％以上である。
【００３３】
（Ｐ：０．０１％以下）
Ｐ（リン）は、不純物として溶接金属に含まれ、溶接時の凝固割れ感受性を著しく増大させるとともに、クリープ延性の低下を招く元素である。そのため、Ｐの含有量の上限は０．０１％以下とすることがよい。Ｐの含有量の上限は０．００８％以下とするのが望ましく、０．００６％以下とするのがさらに望ましい。Ｐの含有量は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。そのため、Ｐ含有量の望ましい下限は０．０００５％以上、さらに望ましい下限は０．０００８％以上である。
【００３４】
（Ｔｉ：０．０１％〜０．２％）
Ｔｉ（チタン）は、使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上に寄与する。その効果を有効に得るためには、Ｔｉ含有量は０．０１％以上とすることがよい。しかしながら、Ｔｉの含有量が過剰になると、多量に析出し、粒内の変形抵抗を高め、靭性を低下させる。そのため、Ｔｉの含有量は０．０１％〜０．２％以下とすることがよい。Ｔｉ含有量の望ましい上限は０．１８％以下であり、さらに望ましい上限は０．１５％以下である。また、Ｔｉ含有量の望ましい下限は０．０３％以上であり、さらに望ましい下限は０．０５％以上である。
【００３５】
（Ｎｂ：０．０１％〜０．５％）
Ｎｂ（ニオブ）は、Ｔｉと同様、使用中に微細な炭窒化物として粒内に析出し、クリープ強度の向上にも寄与する。その効果を有効に得るためには、Ｎｂは０．０１％以上含有することがよい。しかしながら、Ｎｂの含有量が過剰になると、多量に析出し、粒内の変形抵抗を著しく高め、靭性を低下させる。そのため、Ｎｂの含有量は０．０１％〜０．５％とすることがよい。Ｎｂ含有量の望ましい上限は０．４５％以下であり、さらに望ましい上限は０．４％以下である。また、Ｎｂ含有量の望ましい下限は０．０３％以上であり、さらに望ましい下限は０．０５％以上である。
【００３６】
（Ｎ：０．０５％以下）
Ｎ（窒素）は、オーステナイト生成元素であり、使用時の組織の安定性を高めるのに有効な元素であるとともに、マトリックスに固溶し、引張強さの向上に寄与する元素でもある。しかしながら、Ｎを過剰に含有する場合、使用中に多量の窒化物の析出を招き、靭性を低下させる。そのため、Ｎの含有量の上限は０．０５％以下とすることがよい。Ｎの含有量は０．０４％以下とするのが望ましく、０．０３％以下とするのがさらに望ましい。Ｎ含有量の下限は特に設けないが、望ましくは０．０００５％以上である。Ｎを少なくとも０．０００５％含んでいれば、上記の効果が得られやすい。さらに望ましいＮ含有量の下限は、０．００１％以上である。
【００３７】
（Ａｌ：０．０２％以下）
Ａｌ（アルミニウム）は、多量に含有すると清浄性を著しく害し、延性を劣化させる。そのため、Ａｌの含有量は０．０２％以下とすることがよい。Ａｌの含有量は０．０１８％以下とするのが望ましく、０．０１５％以下とするのがさらに望ましい。Ａｌの含有量は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。そのため、Ａｌの含有量の望ましい下限は０．０００５％以上であり、さらに望ましい下限は、０．００１％以上である。
【００３８】
（Ｏ：０．０３％以下）
Ｏ（酸素）は、不純物として含有される。しかしながら、Ｏ（酸素）が多量に含まれる場合には、延性を低下させる。そのため、Ｏ（酸素）の含有量は０．０３％以下とすることがよい。Ｏ（酸素）の含有量は０．０２８％以下とするのが望ましく、０．０２５％以下とするのがさらに望ましい。Ｏの含有量は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招くとともに、溶接方法に制約を及ぼす。そのため、Ｏ（酸素）含有量の望ましい下限は０．０００５％以上であり、さらに望ましい下限は、０．００１％以上である。
【００３９】
（Ｓ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎ：［％Ｓ］＋０．５×｛［％Ｓｎ］＋［％Ｐｂ］＋［％Ｚｎ］｝≦０．００５０％）
これら元素は不純物として溶接金属中に含まれ、使用中に柱状晶境界に偏析して脆化を招き、靭性を低下させる。本発明者らは、種々実験した結果、Ｓは偏析エネルギーが大きいため、粒界偏析しやく、Ｓの靭性低下を起こす影響度が、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎに比べて、２倍もあることを知見した。
そこで、溶接金属の靭性低下をより効果的に軽減するためには、式（１）（［％Ｓ］＋０．５×｛［％Ｓｎ］＋［％Ｐｂ］＋［％Ｚｎ］｝）で求められる値を０．００５０％以下とすることが望ましい。式（１）の値の上限は、より望ましくは０．００４０％以下、さらに望ましくは０．００３０％以下である。なお、これら不純物（Ｓ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎ）は可能な限り低減することが望ましいが、極度の低減は製造コストの増大を招く。そのため、式（１）で求められる値の望ましい下限は０．０００１％以上、さらに望ましい下限は０．０００２％以上である。
【００４０】
本発明のオーステナイト系耐熱合金溶接金属は、合金成分としてのＦｅの一部に代えて、さらに、質量％で、Ｃｕ：０％〜４％、Ｃｏ：０％〜２％、Ｍｏ：０％〜２％、Ｂ：０％〜０．００５％、Ｃａ：０％〜０．０２％、Ｍｇ：０％〜０．０２％、ＲＥＭ：０％〜０．０６％の１種または２種以上の元素を含有してもよい。下記に、各成分について説明する。
【００４１】
（Ｃｕ：０％〜４％）
Ｃｕ（銅）は、組織の安定性を高めるとともに、使用中に微細に析出して、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有すると、延性の低下を招く。そのため、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量の上限は４％以下とする。Ｃｕ含有量の上限は、望ましくは、３．８％以下、さらに望ましくは、３．５％以下である。なお、Ｃｕを含有する場合のＣｕ含有量の望ましい下限は０．０１％以上、さらに望ましい下限は０．０３％以上である。
【００４２】
（Ｃｏ：０％〜２％）
Ｃｏ（コバルト）は、ＮｉおよびＣｕと同様、オーステナイト生成元素であり、組織の安定性を高めて、クリープ強度の向上に寄与する。しかしながら、Ｃｏは、極めて高価な元素であるため、Ｃｏの過剰の含有は大幅なコスト増を招く。そのため、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量の上限は２％以下とする。Ｃｏ含有量の上限は、望ましくは、１．８％以下、さらに望ましくは、１．５％以下である。なお、Ｃｏを含有する場合のＣｏ含有量の望ましい下限は０．０１％以上、さらに望ましい下限は０．０３％以上である。
【００４３】
（Ｍｏ：０％〜２％）
Ｍｏ（モリブデン）は、Ｗと同様、マトリックスに固溶してクリープ強度および引張強さの向上に寄与する元素である。しかしながら、Ｍｏは、過剰に含有すると、組織安定性を低下させ、逆にクリープ強度を低下させる場合もある。さらに、Ｍｏは高価な元素であるため、過剰の含有はコストの増大を招く。そのため、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量の上限は２％以下とする。Ｍｏ含有量の上限は、望ましくは１．５％以下、さらに望ましくは１．２％以下である。なお、Ｍｏを含有する場合のＭｏ含有量の望ましい下限は０．０１％以上、さらに望ましい下限は０．０３％以上である。
【００４４】
（Ｂ：０％〜０．００５％）
Ｂ（ホウ素）は、炭化物を微細に分散させることにより、溶接金属のクリープ強度を向上させるとともに、粒界を強化して靭性の向上にも寄与する元素である。しかしながら、Ｂは過剰に含有すると、溶接中の凝固割れ感受性を高める。そのため、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量の上限は０．００５％以下とする。Ｂ含有量の上限は、望ましくは、０．００３％以下、さらに望ましくは、０．００２％以下である。なお、Ｂを含有する場合のＢ含有量の望ましい下限は０．０００３％以上、さらに望ましい下限は０．０００５％以上である。
【００４５】
（Ｃａ：０％〜０．０２％）
Ｃａ（カルシウム）は、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｃａの過剰の含有は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量の上限は０．０２％以下とする。Ｃａ含有量の上限は、望ましくは０．０１５％以下、更に望ましくは０．０１％以下である。なお、Ｃａを含有する場合のＣａ含有量の望ましい下限は０．０００５％以上、さらに望ましい下限は０．００１％以上である。
【００４６】
（Ｍｇ：０％〜０．０２％）
Ｍｇ（マグネシウム）は、Ｃａと同様、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｍｇの過剰の含有は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量の上限は０．０２％以下とする。Ｍｇ含有量の上限は、望ましくは０．０１５％以下、更に望ましくは０．０１％以下である。なお、Ｍｇを含有する場合のＭｇ含有量の望ましい下限は０．０００５％以上、さらに望ましい下限は０．００１％以上である。
【００４７】
（ＲＥＭ：０％〜０．０６％）
ＲＥＭ（希土類元素）は、ＣａおよびＭｇと同様、熱間変形能を改善する効果を有するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、ＲＥＭの過剰の含有は酸素と結合し、清浄性を著しく低下させて、却って熱間変形能を劣化させる。そのため、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量の上限は、０．０６％以下とする。ＲＥＭ含有量の上限は、望ましくは０．０４％以下、更に望ましくは０．０３％以下である。なお、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量の望ましい下限は０．０００５％以上、さらに望ましい下限は０．００１％である。
【００４８】
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、ＲＥＭは、ＲＥＭの含有量が上記の範囲となるように、ミッシュメタルの形で含有させてもよい。
【００４９】
本発明の溶接金属は、例えば、厚板や鋼管に開先加工した後、フィラーワイヤを用いて、シールドガス下でティグ溶接することにより、作製することができる。母材（厚板や鋼管）は、質量％で、Ｎｉ：４２％〜４８％、Ｃｒ：２０％〜２６％、Ｗ：７％〜９％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる成分を有する合金であることが望ましい。また、フィラーワイヤ（溶接材料）は、質量％で、Ｎｉ：４０％〜４６％、Ｃｒ：１９％〜２５％、Ｗ：７％〜１０％（残部がＦｅおよび不純物）の成分を含有する鉄合金であることが望ましい。
【実施例】
【００５０】
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。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５１】
表１に示す化学組成を有する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、熱処理および機械加工により、板厚１２ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１２０ｍｍの板材（板材（１））、及び板厚４ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ５００ｍｍの板材（板材（２））を作製した。さらに、板材（２）を用い、機械加工により、２ｍｍ角、５００ｍｍ長さのカットフィラーを作製した。
【００５２】
【表１】
0006756164.tif 000002
【００５３】
上記の板材（１）を母材とし、板材（１）の長手方向に、角度３０°、ルート面（ルートフェイス）１ｍｍのＶ開先を加工した後、市販の鋼板（ＪＩＳ  Ｇ  ３１６０（２００８）に規定のＳＭ４００Ｂ、厚さ２５ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ）上に、被覆アーク溶接棒（ＪＩＳ  Ｚ３２２４（１９９９）に規定の「ＤＮｉＣｒＦｅ−３」）を用いて、四周を拘束溶接した。
その後、作製したカットフィラーを用いて、シールドガスをＡｒとした手動ティグ溶接により開先内に積層溶接を行って溶接継手を作製した。溶接継手は、各カットフィラーについて４体ずつ作製した。なお、溶接に際しては、入熱を９ｋＪ／ｃｍ〜１５ｋＪ／ｃｍとした。また、母材とカットフィラーは同組成であるため、表１の化学成分は溶接金属の化学組成と同義である。
【００５４】
［電解抽出残渣として分析されるＷ量の測定］
得られた溶接継手のうち３体について、使用を模擬して、７００℃で保持時間を５００時間、１０００時間、及び３０００時間と変化させて時効熱処理を行った。時効熱処理した溶接継手に加え、溶接したままの溶接継手の溶接金属から、８ｍｍ角、長さ４０ｍｍの試験材を採取し、上述の実施形態で説明した方法によって、電解抽出残渣として分析されるＷ量を測定した。
【００５５】
［シャルピー衝撃試験］
残った１体の溶接継手から、溶接金属にノッチを加工した２ｍｍＶノッチ  フルサイズシャルピー衝撃試験片を３本採取し、ＪＩＳ  Ｚ３１１１（２００５）に準拠して、２０℃で衝撃試験を実施した。
そして、３本の試験片の吸収エネルギーの個値がすべて２７Ｊ以上のものを「合格」とした。合格の中でも、３本の試験片の吸収エネルギーの平均値が４０Ｊを超えるものを「良」、４０Ｊ以下であるものを「可」とした。そして、３本の試験片のうち、１本でも吸収エネルギーが２７Ｊ未満であったものを「不合格」とした。
表２に、上記各試験の結果を併せて示す。
【００５６】
【表２】
0006756164.tif 000003
【００５７】
表２から、溶接金属中の化学組成におけるＷ量、及び電解抽出残渣として分析されるＷ量が、本発明の範囲にある溶接金属は、時効熱処理した後でも良好な靭性を示すことがわかる。そして、溶接金属が、さらに、［％Ｓ］＋０．５×｛［％Ｓｎ］＋［％Ｐｂ］＋［％Ｚｎ］｝≦０．００５０％の条件も満足する場合、シャルピー吸収エネルギーの平均が４０Ｊを上回り、特に靭性に優れることがわかる。
これに対して、代符Ｅ−４およびＦ−４は、溶接金属中のＷ量および残渣として分析されるＷ量が本発明の範囲を超えたため、試験片のうちの少なくとも一つのシャルピー吸収エネルギーが２７Ｊを下回り、目標とする靭性を満足しないことがわかる。
以上述べたように、本発明で規定する範囲を満足する溶接金属は、使用を模擬した時効熱処理後においても、目標とする靭性を有することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、使用される機器に用いる溶接構造物を構成する溶接金属において、使用中の衝撃特性に優れるオーステナイト系耐熱合金溶接金属を提供することができる。そのため、本発明の溶接金属は、例えば、発電用ボイラ等の機器に適用される溶接構造物を構成する溶接金属として有用である。