(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃｏ：８％〜１５％、
Ｃｒ：１８％〜２４％、
Ｍｏ：６％〜１２％、
Ａｌ：０．４％〜１．２％、
Ｔｉ：０．０１％〜０．６％
を含み、残部がＮｉ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ＡｌとＴｉとの合計量が０．０１％〜０．８％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Ｎｉ基耐熱合金溶接金属。
【請求項２】
Ｎｉ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、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｏ：０．０３％以下
を含み、残部がＮｉ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Ｎｉ基耐熱合金溶接金属。
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】
Ｎｉ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Ｎｉ基耐熱合金溶接金属。
Ｎｂ：０％〜０．５％
Ｆｅ：０％〜５％
Ｃｕ：０％〜４％
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、Ｎｉ基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、例えば，ＵＮＳ  Ｎ０６６１７に規定のＮｉ基耐熱合金が知られている。また、特許文献１〜５には、ＡｌおよびＴｉを含有した種々のＮｉ基耐熱合金が開示されている。
【０００３】
これらＮｉ基耐熱合金は、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、Ｎｉ基耐熱合金の性能を活用し得る溶接金属が知られている。
例えば、Ｎｉ基耐熱合金を溶接構造物として使用する場合、市販のＮｉ基耐熱合金用溶接材料（例えば、ＡＷＳ規格  Ａ５．１４−２００５  ＥＲ  ＮｉＣｒＣｏＭｏ−１）を用いれば、クリープ強度に優れた溶接金属が得られる。
さらに、例えば、特許文献６および７には、ＡｌおよびＴｉに加え、Ｍｏを含有するとともに、その他の合金元素量を適切な範囲に調整した溶接金属が開示されている。これらの溶接金属は、クリープ強度に加え、応力緩和割れなどの溶接欠陥を抑制し得る。このように、上述のＮｉ基耐熱合金の性能を活用し得る溶接金属が種々提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４８７７４６１号明細書
【特許文献２】米国特許第４７６５９５６号明細書
【特許文献３】米国特許第５３７２６６２号明細書
【特許文献４】特許第４０３７９２９号公報
【特許文献５】特許第３５９６４３０号公報
【特許文献６】特開２０１２−０００６１６号公報
【特許文献７】国際公開第２０１５／１１１６４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、これらの多量のＡｌおよびＴｉを含むＮｉ基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溶接割れ性を満足する。しかしながら、多量のＡｌおよびＴｉを含むＮｉ基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。
【０００６】
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Ｎｉ基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】
【０００７】
本発明者らは、前記した課題を解決するために、Ｃｏ：８％〜１５％、Ｃｒ：１８％〜２４％、Ｍｏ：６％〜１２％、Ａｌ：０．４％〜１．２％、Ｔｉ：０．０１％〜０．６％を含有する多数の溶接金属を作製し、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ＡｌおよびＴｉ量の増加とともに大きくなる。
（ｂ）  溶接金属中にはＡｌおよびＴｉを含むきわめて微細な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、靭性低下はより顕著となり、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。
【０００８】
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、溶接金属中にはＡｌ、Ｔｉ、及びＮｉからなる金属間化合物相（γ’相）が粒内に多量に析出する。この析出物の析出量は、ＡｌおよびＴｉの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の析出により粒内変形能が低下する。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、使用中には同時に不純物として含有されるＳ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎなどが柱状晶境界に偏析し、柱状晶境界の脆化を招く。そのため、Ｓ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びＺｎの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。
【０００９】
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、溶接金属中の金属間化合物相として存在するＡｌおよびＴｉの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、溶接金属中に電解抽出残渣として分析されるＡｌ量とＴｉ量との合計量を０．０１％〜０．８％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。
【００１０】
（１）  質量％で、
Ｃｏ：８％〜１５％、
Ｃｒ：１８％〜２４％、
Ｍｏ：６％〜１２％、
Ａｌ：０．４％〜１．２％、
Ｔｉ：０．０１％〜０．６％
を含み、残部がＮｉ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ＡｌとＴｉとの合計量が０．０１％〜０．８％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Ｎｉ基耐熱合金溶接金属。
【００１１】
（２）  Ｎｉ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、
Ｎ：０．０２％以下、
Ｏ：０．０３％以下
を含み、残部がＮｉ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Ｎｉ基耐熱合金溶接金属。
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。）
【００１２】
（３）  Ｎｉ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Ｎｉ基耐熱合金溶接金属。
Ｎｂ：０％〜０．５％
Ｆｅ：０％〜５％
Ｃｕ：０％〜４％
Ｂ：０％〜０．００５％
Ｃａ：０％〜０．０２％
Ｍｇ：０％〜０．０２％
ＲＥＭ：０％〜０．０６％
【発明の効果】
【００１３】
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Ｎｉ基耐熱合金溶接金属を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のＮｉ基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。
【００１５】
本発明の溶接金属は、質量％で、Ｃｏ：８％〜１５％、Ｃｒ：１８％〜２４％、Ｍｏ：６％〜１２％、Ａｌ：０．４％〜１．２％、Ｔｉ：０．０１％〜０．６％を含有し、残部が主としてＮｉからなり、かつ、電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量が０．０１％〜０．８％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。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明のＮｉ基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。
【００１８】
（Ｃｏ：８％〜１５％）
Ｃｏ（コバルト）は、長時間使用時の組織安定性を確保し、クリープ強度の確保に寄与する元素である。その効果を得るために、Ｃｏは８％以上含有する必要がある。しかしながら、Ｃｏを過剰に含有した場合、ＡｌおよびＴｉを含有する金属間化合物相の析出駆動力に影響を与え、その析出を促進し、溶接金属の靭性の低下を招く。そのため、Ｃｏ含有量の上限を１５％以下とする。Ｃｏ含有量の望ましい範囲は８．５％〜１４．５％、さらに望ましい範囲は９％〜１４％である．
【００１９】
（Ｃｒ：１８％〜２４％）
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１８％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２４％超となると、炭化物を多量に生成させるとともに、ＡｌおよびＴｉを含有する金属間化合物相の析出駆動力に影響を与え、その析出を促進し、溶接金属の靭性を低下させる。このため、Ｃｒの含有量は１８％〜２４％とする。Ｃｒ含有量の望ましい上限は２３．５％以下であり、さらに望ましい上限は２３％以下である。また、Ｃｒ含有量の望ましい下限は１８．５％以上であり、さらに望ましい下限は１９％以上である。
【００２０】
（Ｍｏ：６％〜１２％）
Ｍｏ（モリブデン）は、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。その効果を十分に発揮させるためには、Ｍｏを６％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｏを過剰に含有した場合、ＡｌおよびＴｉを含有する金属間化合物相の析出駆動力に影響を与え、その析出を促進し、靭性の低下を招く。そのため、上限を１２％以下とする。Ｍｏ含有量の望ましい範囲は６．５％〜１１．５％、さらに望ましい範囲は７％〜１１％である。
【００２１】
（Ａｌ：０．４％〜１．２％）
Ａｌ（アルミニウム）は、Ｎｉと結合して金属間化合物相として粒内に微細に析出し，クリープ強度の確保に大きく貢献する。この効果を十分に得るためには、Ａｌを０．４％以上含有させる必要がある。一方で、Ａｌを過剰に含有すると金属間化合物相の過剰な析出を招き、靭性を低下させる。そのため、Ａｌ含有量の上限は１．２％以下とする。Ａｌ含有量の望ましい上限は１．１％以下であり、さらに望ましい上限は１．０％以下である。また、Ａｌ含有量の望ましい下限は０．５％以上であり、さらに望ましい下限は０．６％以上である。
なお、ここでのＡｌ含有量とは、溶接金属に含まれるＡｌ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Ａｌの量と、析出物として存在しているＡｌの量との合計を意味する。
【００２２】
（Ｔｉ：０．０１％〜０．６％）
Ｔｉ（チタン）は、Ａｌと同様、Ｎｉと結合して金属間化合物相として粒内に微細に析出し，クリープ強度の確保に大きく貢献する。この効果を得るには、Ｔｉ含有量は０．０１％以上含有する必要がある。一方で、Ｔｉを過剰に含有すると金属間化合物相の過剰な析出を招き、靭性を低下させる。そのため、Ｔｉ含有量の上限は０．６％以下とする。Ｔｉ含有量の望ましい上限は０．５％以下であり、さらに望ましい上限は０．４％以下である。また、Ｔｉ含有量の望ましい下限は０．０８％以上であり、さらに望ましい下限は０．１％以上である。
なお、ここでのＴｉ含有量とは、溶接金属に含まれるＴｉ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Ｔｉの量と、析出物として存在しているＴｉの量との合計を意味する。
【００２３】
なお、本実施形態では、前述のＡｌおよびＴｉのそれぞれの含有量に加えて、析出物として存在しているＡｌとＴｉとの量、すなわち、電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量も規定の範囲にする必要がある。
【００２４】
（電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量：０．０１％〜０．８％）
ここで、電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量について説明する。
溶接金属に含有されるＡｌおよびＴｉは、溶接、及びその後の使用過程で、金属間化合物相として析出する。この金属間化合物相の析出物は、クリープ強度に寄与する。しかしながら、金属間化合物相として析出するＡｌおよびＴｉの量が過剰になると、溶接金属の靭性が低下する。これを抑制するには、電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量を０．８％以下とする必要がある。電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量の上限は、望ましくは０．７５％以下であり、さらに望ましくは０．７％以下である。なお、溶接金属の靭性の観点からは、電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量の下限は、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ＡｌとＴｉとの合計量は０．０１％以上とする。電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉの合計量が少なくとも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ＡｌとＴｉとの合計量の下限は、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。
【００２５】
電解抽出残渣として分析されるＡｌおよびＴｉの合計量は、溶接金属のＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、及びＴｉの含有量によって調整することができる。具体的には、これらの元素の含有量が多いほど、電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量は多くなる。
【００２６】
なお、電解抽出残渣として分析されるＡｌおよびＴｉの合計量は、以下のように測定する。
Ｎｉ基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。１質量％酒石酸−１質量％硫酸アンモニウム−水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で試験材を溶解する。抽出した残渣を２０質量％の酒石酸を含む２０体積％塩酸溶液に浸漬し、６０℃で加湿処理した後、フィルターで残渣とろ液を分離し、ろ液を１０質量％酒石酸水溶液を用いて定容とする。得られたろ液をＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分析を行い、金属間化合物相としてのＡｌおよびＴｉの質量を測定する。その質量を試験材の溶解量で除して、金属間化合物相として存在しているＡｌおよびＴｉの合計量を求める。すなわち、上記で求めたＡｌおよびＴｉの合計量は、電解抽出残渣として分析されるＡｌおよびＴｉの合計量である。なお、溶液とはすべて水溶液を意味する。
【００２７】
本発明のＮｉ基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、上記含有量の範囲のＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ並びにＴｉ、及び電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量の要件に加えて、以下に述べる元素を含み、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。
【００２８】
すなわち、本発明のＮｉ基耐熱合金溶接金属は、Ｎｉ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、Ｎ：０．０２％以下、Ｏ：０．０３％以下を含み、残部がＮｉ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。）
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（Ｃ：０．０３％〜０．１８％）
Ｃ（炭素）は、使用時の組織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の含有量の上限は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。
【００３２】
（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。
【００３３】
（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延性低下を招くため、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。
【００３４】
（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。
【００３５】
（Ｎ：０．０２％以下）
Ｎ（窒素）は、使用時の組織安定性を高めるのに有効な元素である。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、靭生および延性を低下させる。そのため、Ｎの含有量は０．０２％以下とすることがよい。Ｎの含有量の上限は０．０１５％以下とするのが望ましく、０．０１％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。少なくともＮを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。
【００３６】
（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）の含有量の上限は０．０３％以下とすることがよい。Ｏの含有量の上限は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（酸素）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。
【００３７】
（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。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、本発明者らは種々実験した。その結果、Ｓ，Ｓｎ，ＰｂおよびＺｎは粒界偏析しやすく、特に、Ｓは粒界偏析エネルギーが大きいため、Ｓｎ，ＰｂおよびＺｎに比べて、靭性低下の影響が２倍もあることを知見した。そして、式（１）  ［％Ｓ］＋０．５×｛［％Ｓｎ］＋［％Ｐｂ］＋［％Ｚｎ］｝を０．００５０％以下とすることで、溶接金属の靭性低下をより効果的に低減することが望ましいことが明らかとなった。
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。
【００３８】
本発明のＮｉ基耐熱合金溶接金属は、さらに、合金成分としてのＮｉの一部に代えて、質量％で、Ｎｂ：０％〜０．５％、Ｆｅ：０％〜５％、Ｃｕ：０％〜４％、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。
【００３９】
（Ｎｂ：０％〜０．５％）
Ｎｂ（ニオブ）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も寄与するので、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｎｂの含有量が過剰になると、多量に析出し、靭性を低下させる。そのため、Ｎｂを含有する場合、Ｎｂの含有量の上限は０．５％以下とする。Ｎｂの含有量の望ましい上限は０．４５％以下、さらに望ましい上限は０．４％以下である。なお、Ｎｂを含有する場合の望ましい下限は０．０１％以上、さらに望ましい下限は０．０３％以上である。
【００４０】
（Ｆｅ：０％〜５％）
Ｆｅ（鉄）は、Ｎｉ基耐熱合金に微量でも含有されると、熱間での変形能を改善する効果を有するので、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｆｅが過剰に含有された場合、合金の熱膨張係数が大きくなるとともに、耐水蒸気酸化性も劣化する。そのため、Ｆｅを含有する場合、Ｆｅの含有量の上限は５％以下とする。Ｆｅ含有量の上限は４．５％以下が望ましく、４％以下がさらに望ましい。なお、Ｆｅを含有させて、上記の効果を得る場合は、Ｆｅの含有量を０．０１％以上とすることが望ましく、０．０２％以上とすることがより望ましい。
【００４１】
（Ｃｕ：０％〜４％）
Ｃｕ（銅）は組織安定性を高め、クリープ強度の向上に寄与するため、必要に応じて含有してもよい。しかしながら、Ｃｕは過剰に含有すると、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】
（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、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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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】
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。
【実施例】
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
【表１】
0006756165.tif 000002
【００５０】
上記の板材（１）を母材とし、板材（１）の長手方向に、角度３０°、ルート厚さ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。
【００５１】
［電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量の測定］
得られた溶接継手のうち、３体の使用を模擬して、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ＡｌとＴｉとの合計量を測定した。
【００５２】
［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。
【００５３】
【表２】
0006756165.tif 000003
【００５４】
表２から、溶接金属中の化学組成におけるＡｌ量およびＴｉ量のいずれか一方、及び電解抽出残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量が、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ＡｌおよびＴｉの少なくとも一方の量、並びに残渣として分析されるＡｌとＴｉとの合計量が、本発明の範囲を超えている。そのため、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】
【００５５】
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Ｎｉ基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。