(57)【要約】【課題】多層溶接時の微小割れを防止でき、かつ高温での耐食性と強度に優れる、高耐食オーステナイト鋼用の溶接材料および溶接金属を提供する。【解決手段】質量％で、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：３０〜５０％、Ｃｒ：２０〜４０％、Ｍｏ：０．２〜１．８％、Ｎｂ：０．８〜４．５％、Ｎ：０．１〜０．３５％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｏ（酸素）：０．０３％以下を含み、さらに、Ｃが下記▲１▼式を満足し、Ｐが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下である溶接材料、またはこの溶接材料を用いて形成される溶接金属で、Ｂ（０．０００５〜０．０１％）、ＣａおよびＭｇの中の１種以上（単独または合計で０．０００５〜０．０１％）、または、ＢとＣａおよびＭｇの中の１種以上含むものであってもよい。０．１０≦Ｃ（％）／Ｎｂ（％）≦０．１５　　　・・・▲１▼【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：３０〜５０％、Ｃｒ：２０〜４０％、Ｍｏ：０．２〜１．８％、Ｎｂ：０．８〜４．５％、Ｎ：０．１〜０．３５％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｏ（酸素）：０．０３％以下を含み、さらに、Ｃが下記▲１▼式を満足し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下であることを特徴とする溶接材料。
０．１０≦Ｃ（％）／Ｎｂ（％）≦０．１５　　　・・・▲１▼
【請求項２】
請求項１に記載の成分に加えて、さらに、質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含み、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下であることを特徴とする溶接材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載の成分に加えて、さらに、質量％で、ＣａおよびＭｇの中の１種以上を単独または合計で０．０００５〜０．０１％含み、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下であることを特徴とする溶接材料。
【請求項４】
質量％で、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：３０〜５０％、Ｃｒ：２０〜４０％、Ｍｏ：０．２〜１．８％、Ｎｂ：０．５〜４％、Ｎ：０．１〜０．３５％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｏ（酸素）：０．０３％以下を含み、さらに、Ｃが下記▲１▼式を満足し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下であることを特徴とする溶接金属。
０．１０≦Ｃ（％）／Ｎｂ（％）≦０．１５　　　・・・▲１▼
【請求項５】
請求項４に記載の成分に加えて、さらに、質量％で、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含み、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下であることを特徴とする溶接金属。
【請求項６】
請求項４または５に記載の成分に加えて、さらに、質量％で、ＣａおよびＭｇの中の１種以上を単独または合計で０．０００５〜０．０１％含み、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下であることを特徴とする溶接金属。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかに記載の溶接材料を使用して得られることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の溶接金属。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ等の高温装置用の部材としての高耐食オーステナイト鋼の溶接に使用される溶接材料、および溶接金属に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ごみ焼却廃熱用ボイラの伝熱管などには、主に１８Ｃｒ−８Ｎｉ系のオーステナイトステンレス鋼が使用されてきた。しかし、近年の運転条件、燃焼物の腐食度の苛酷化にともない、より高温、悪環境での耐食性に優れた材料が必要とされるようになった。このような要求に応えるために、様々な元素を添加することにより耐食性を高めた新材料が多数開発されてきた。例えば、特許第２８１７４５６号公報に、高Ｃｒ高ＮｉをベースとしてＭｏを添加することにより耐食性の改善を図ったオーステナイト鋼が提案されている。
【０００３】
このようなオーステナイト鋼を溶接構造物として使用する場合，溶接材料としては、被溶接材である母材をそのまま溶接材料として使用する共金溶接材料、または高Ｎｉ合金用の溶接材料（例えば、ＪＩＳ　Ｚ　３３２４に規定されるＹＮｉＣｒＭｏ−３）を使用することが考えられる。
【０００４】
しかし、母材は溶製後、圧延、熱処理により組織を調整し、強度の確保を図るのに対し、溶接金属はほとんどの場合、凝固ままの組織で使用されるため、結晶粒は粗大で、かつ元素の偏析が生じており、耐食性や強度を母材と同等にすることは本質的に容易ではない。そのため、母材をそのまま加工して得られた共金溶接材料では、溶接金属の耐食性や強度が母材に比べて一般的に劣り、満足できる性能の継手は得られない。また、高Ｎｉ合金用の溶接材料は非常に高価であり、経済性の観点から好ましくない。
【０００５】
これに対して、特開平１１−２７７２９３号公報には、高温強度と耐食性に優れ、加えて耐微小割れ性にも優れた共金系のオーステナイト鋼用の溶接材料が提案されている。ここでいう「微小割れ」とは、オーステナイト鋼を共金溶接材料を用いて多層溶接する際に溶接金属内に発生する微小な割れをいう。このオーステナイト鋼用の溶接材料は、前記の微小割れを防止するために、その割れ発生の原因である前記溶接材料中のＣ、ＳｉおよびＳの含有量を低減し、かつＮｂを添加することを特徴としている。
【０００６】
ところで、オーステナイト鋼用の溶接材料を用いて多層溶接する場合、溶接割れを防止するために、層間温度（何層も重ねて溶接する際のそのそれぞれの溶接パス間の溶着金属の温度）を、例えば１５０〜２００℃程度以下に管理して溶接を行うことが一般的であるが、最近では、溶接能率向上の観点から、この層間温度管理を省略し、初層の溶接開始から最終層の溶接完了までを連続して行う溶接（このような多層溶接の仕方を、以下、通称にしたがい、「連続溶接」という）が可能であることが求められている。
【０００７】
しかしながら、この要請に対して、前記特開平１１−２７７２９３号公報に記載の発明の溶接材料は、十分に応えることができない。すなわち、多層溶接時に層間の温度管理を行えば、溶接金属内に発生する微小な割れを防止することが可能であるが、連続溶接時にはその効果が十分ではなく、前記微小割れの防止が困難であることが判明した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、その目的は、高Ｃｒ高Ｎｉをベースとした高耐食オーステナイト鋼を多層溶接する際に、層間の温度管理を行う通常の溶接時はもちろん、連続溶接時においても、溶接金属内における微小な割れの発生を完全に抑制し、かつ、塩化物や硫化物を含む高温環境における耐食性と強度に優れた溶接金属ならびにそのような溶接金属を形成するのに好適な溶接材料を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者らは、前掲の公報（特開平１１−２７７２９３号公報）に記載された発明に基づきさらに検討を重ね、以下に述べる新たな知見を得た。
【００１０】
前掲の公報に記載されるように、高Ｃｒ高Ｎｉをベースとした高耐食オーステナイト鋼を対象として共金溶接材料を使用して多層溶接を行う場合、溶接金属中の結晶粒界に微小割れが極めて発生しやすくなる。この微小割れが発生する結晶粒界には、（ａ）Ｓｉ、Ｃが顕著に濃化している部分、および（ｂ）Ｓが顕著に濃化している部分、が認められた。さらに、破面形態の観察の結果によると、Ｓｉ、Ｃが濃化している部分では溶融痕が認められ、また、Ｓが濃化している部分は塑性変形を伴なわず、粒界で破断している様子が観察された。このことから、（ａ）の部分の割れは、一層の溶接を行った後の次の溶接パスの熱サイクルにより、結晶粒界に偏析したＳｉ、ＣがマトリックスのＦｅと低融点の共晶化合物を生成し、液化し、開口するこによって生じた割れであり、（ｂ）の部分の割れは、Ｓの粒界への偏析により粒界固着力が小さくなり、その部分が熱応力により開口した割れであると考えられる。なお、これらの割れは、前記次の溶接パスの熱サイクルによる再加熱により生じる割れであることから、以後、「再熱割れ」ともいう。
【００１１】
この再熱割れを防止するために、前掲の公報に記載の発明では、割れの直接の原因となるＣ、ＳｉおよびＳの含有量を低減することに加え、適正量のＮｂを含有させて凝固時にＣおよびＳをそれぞれ炭化物および硫化物として固定するという手段を採っている。
しかしながら、先に述べたように、この方法では、多層溶接時に層間の温度管理を行えば、溶接金属内に発生する再熱割れを防止することが可能であるが、連続溶接時にはその効果が不十分で、前記再熱割れを防止することはできない。これは、連続溶接時には、溶接金属が後続の溶接パスによる熱サイクルを次から次えと連続的に受けるため、高温に保持される時間が非常に長くなり、Ｓの粒界偏析が生じて粒界固着力が低下することに起因している。加えて、連続溶接時には、溶接による熱応力も大きくなるので、再熱割れが発生しやすくなるからである。
【００１２】
そこで、本発明者らはさらに検討を重ねた結果、連続溶接という厳しい条件下においても再熱割れを防止するためには、ＣとＮｂの複合添加が非常に有効であることを見いだした。すなわち、ＣとＮｂを複合添加することにより、溶接金属の凝固時に、Ｓの偏析サイトとなるデンドライト境界およびその会合部である結晶粒界に多量のＮｂＣを形成させることができ、しかも、このＮｂＣが、高温でマトリックスとの共晶反応により生成するため、樹枝状の組織となって、ＮｂＣとマトリックスの界面の面積、つまりＳの偏析サイトが飛躍的に増大し、その結果、Ｓの粒界偏析量が減少し、粒界固着力の低下が抑制されるのである。また、粒界に樹枝状のＮｂＣを形成させることにより粒界形状が極めて複雑となるので、溶接による熱応力に起因する粒界すべりを抑制し、特定の粒界面への応力集中を軽減することができる。これらの重畳効果によって、連続溶接時においても再熱割れを完全に防止できることが判明した。
【００１３】
この場合、ＣとＮｂを単に複合添加するだけではなく、それらの含有量を適正な範囲に管理する必要がある。すなわち、ＮｂがＣに対して過剰に添加されている場合、具体的には、Ｃ含有量／Ｎｂ含有量の比が０．１０を下回る場合、溶接金属の凝固時の最終段階において、残存した液相中にＮｂが濃化してその凝固完了を遅らせ、その結果、溶接熱応力によってその部分が開口する、いわゆる凝固割れが生じる。一方、ＣがＮｂに対して過剰に添加されている場合、具体的には、Ｃ含有量／Ｎｂ含有量の比が０．１５を上回る場合、高温環境下での使用中に、溶接金属においてＣｒの炭化物が形成され、その結果、マトリックス中のＣｒが減少し、耐酸化性ならびに高温での耐食性が低下する。したがって、ＣとＮｂを複合添加する場合の、Ｃ含有量／Ｎｂ含有量の比（Ｃ（％）／Ｎｂ（％））を０．１０〜０．１５の範囲とする必要があることを知見した。
【００１４】
本発明は上記の知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記（１）の溶接材料、および（２）の溶接金属にある。なお、合金元素の「％」は「質量％」を意味する。
【００１５】
（１）Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：３０〜５０％、Ｃｒ：２０〜４０％、Ｍｏ：０．２〜１．８％、Ｎｂ：０．８〜４．５％、Ｎ：０．１〜０．３５％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｏ（酸素）：０．０３％以下を含み、さらに、Ｃが下記▲１▼式を満足し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下である溶接材料。
【００１６】
０．１０≦Ｃ（％）／Ｎｂ（％）≦０．１５　　　・・・▲１▼
前記の溶接材料は、（１）に記載の成分に加えて、さらに、Ｂを０．０００５〜０．０１％、または、ＣａおよびＭｇの中の１種以上を単独または合計で０．０００５〜０．０１％、または、Ｂを０．０００５〜０．０１％と、ＣａおよびＭｇの中の１種以上を単独または合計で０．０００５〜０．０１％、を含んでいてもよい。
【００１７】
（２）Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：３０〜５０％、Ｃｒ：２０〜４０％、Ｍｏ：０．２〜１．８％、Ｎｂ：０．５〜４％、Ｎ：０．１〜０．３５％、Ａｌ：０．０１％以下、Ｏ（酸素）：０．０３％以下を含み、さらに、Ｃが下記▲１▼式を満足し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０２％以下、Ｓが０．０１％以下である溶接金属。
【００１８】
０．１０≦Ｃ（％）／Ｎｂ（％）≦０．１５　　　・・・▲１▼
前記の溶接材料は、（２）に記載の成分に加えて、さらに、Ｂを０．０００５〜０．０１％、または、ＣａおよびＭｇの中の１種以上を単独または合計で０．０００５〜０．０１％、または、Ｂを０．０００５〜０．０１％と、ＣａおよびＭｇの中の１種以上を単独または合計で０．０００５〜０．０１％、を含んでいてもよい。
【００１９】
また、この溶接金属は、前記（１）に記載の溶接材料を使用すれば、前記の必要な成分規定を安定して満たすことができる。
【００２０】
なお、前記のＣ（％）、Ｎｂ（％）は、溶接材料または溶接金属のＣ含有量（質量％）、Ｎｂ含有量（質量％）を表す。
【００２１】
ここで、本発明の溶接材料を使用して溶接が施される被溶接材（母材）、または母材に溶接が施されて本発明の溶接金属が形成される際のその母材は、先にも述べたように、高Ｃｒ高Ｎｉをベースとしたオーステナイト鋼である。具体的には、Ｃｒ：２０〜４０％、Ｎｉ：３０〜５０％を含有し、さらに、塩化物や硫化物等を含む高温環境における耐食性を高めるためにＭｏを加えた鋼である。形状については、管、板、棒等、溶接接合に供されるものであれば、どのような形状のものでもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の溶接材料（上記（１）の溶接材料）および溶接金属（上記（２）の溶接金属）に含まれる各成分の作用効果とその含有量の限定理由について詳細に説明する。なお、Ｎｂを除いて、母材（ここでは、前記の高Ｃｒ高Ｎｉをベースとする高耐食オーステナイト鋼を指す）の化学組成は溶接材料の化学組成と類似しているため、溶接金属の化学組成は溶接材料のそれとほとんど同じになる。したがって、特に必要でない場合は、溶接材料と溶接金属を区別せずに説明する。
【００２３】
Ｓｉ：１％以下
Ｓｉは脱酸剤として添加されるが、溶接金属の凝固時に粒界に偏析し、ＣおよびマトリックスのＦｅと反応して低融点の化合物を生成し、多層溶接時の再熱割れの原因となる。この割れは、後述するように、ＣおよびＮｂを所定の範囲で含有させれば防止可能であるが、十分な耐再熱割れ性を確保するためには、Ｓｉ含有量を１％以下とすることが必要である。望ましくは０．８％以下、さらに望ましくは０．５％以下である。ＭｎやＡｌなど他の元素で十分脱酸できる場合には、特に添加する必要はない。過度に低減させようとすると製造コストが増大するので、下限は特に設けないが、望ましくは０．００５％、さらに望ましくは０．０１％である。
【００２４】
Ｍｎ：２％以下
Ｍｎは脱酸剤として添加され、溶接金属中のＮの活量を下げることによりアーク雰囲気中からのＮの飛散を抑制し、強度の確保に寄与する。しかし、過剰に含まれると脆化を招くため、Ｍｎ含有量は２％以下とする。望ましくは１．８％以下、さらに望ましくは１．５％以下である。ＳｉやＡｌなど他の元素で十分脱酸できる場合には、特に添加する必要はない。過度の低減は製造コストの増大を招くので、下限は特に設けないが、望ましくは０．０１％、さらに望ましくは０．０５％である。
【００２５】
Ｎｉ：３０〜５０％
Ｎｉはオーステナイト組織を安定化させるために必須の元素であるとともに、塩化物および硫酸塩を含んだ環境中での耐食性を確保するために必須の元素である。このような環境下での耐食性を確保するためには、Ｎｉ含有量は３０％以上とすることが必要である。望ましくは３２％以上、さらに望ましくは３５％以上である。しかし、Ｎｉは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ので、上限は５０％とする。望ましくは４８％、さらに望ましくは４５％である。
【００２６】
Ｃｒ：２０〜４０％
Ｃｒは高温での耐酸化性および耐食性の確保のためには必須の元素である。そのためには、Ｃｒ含有量は２０％以上とすることが必要であり、望ましくは２２％以上、さらに望ましくは２５％以上である。しかし、過剰に含有させると、高温でオーステナイト組織の安定性が低下し、強度が低下するので、上限は４０％とする。望ましくは３８％、さらに望ましくは３５％である。
【００２７】
Ｍｏ：０．２〜１．８％
Ｍｏはマトリックスに固溶し、高温強度を高めるとともに、高温での耐食性を高める効果がある。そのためには、Ｍｏ含有量は０．２％以上とすることが必要であり、望ましくは０．４％以上、さらに望ましくは０．６％以上である。しかし、含有量が１．８％程度でその効果が飽和するばかりか、それを超えると、逆に、耐食性、特に高温での耐応力腐食割れ性低下の原因となるので、上限は１．８％とする。望ましくは１．６％、さらに望ましくは１．４％である。
【００２８】
Ｎｂ：溶接金属では０．５〜４％、溶接材料では０．８〜４．５％
Ｎｂは、先に述べたように、溶接金属の凝固中にＣと結合し、デンドライト境界もしくは結晶粒界に樹枝状の炭化物を生成することによって、層間の温度管理を行う通常の溶接時はもちろん、連続溶接時においても再熱割れを防止するという作用効果を有する元素である。
【００２９】
溶接金属において、Ｎｂ含有量が０．５％を下回る場合は、再熱割れの防止に十分な量の炭化物を生成しないため、溶接金属中におけるＮｂ含有量は０．５％以上とすることが必要である。望ましくは０．６％以上、さらに望ましくは０．８％以上である。しかし、過剰に含有させると、凝固割れ感受性が増大する。したがって、溶接金属中のＮｂ含有量の上限は４％とする。望ましくは３．８％、さらに望ましくは３．５％である。
【００３０】
また、溶接材料におけるＮｂ含有量は、０．８〜４．５％とする。溶接材料においてＮｂ含有量の下限を０．８％とするのは、溶接時における母材との希釈が起こるからで、
溶接材料にこの範囲のＮｂが含まれていれば、溶接時における前記希釈を考慮しても、前述した溶接金属が必要とするＮｂ含有量（０．５〜４％）を確保することができる。望ましくは０．９〜４．２％、さらに望ましくは１．０〜４．０％である。
【００３１】
なお、溶接金属、溶接材料のいずれにおいても、Ｎｂ含有量は、前記の規定を満たすと同時に、次に述べるように、Ｃ含有量との間で所定の関係を満足する必要がある。
【００３２】
Ｃ：０．１０≦Ｃ（％）／Ｎｂ（％）≦０．１５
前記のように、Ｃは、溶接金属の凝固中にＮｂと結合して、デンドライト境界もしくは結晶粒界に樹枝状の炭化物を生成し、連続溶接時においても再熱割れを防止する作用効果を有する元素である。この効果を十分に発揮させるとともに、その他の性能を低下させないためには、ＣとＮｂをほとんど全てＮｂＣとして存在させる必要がある。すなわち、先に述べたように、Ｃ（％）／Ｎｂ（％）が、０．１０を下回る場合、凝固割れが生じやすくなり、０．１５を上回る場合、耐酸化性ならびに高温での耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は、０．１０≦Ｃ（％）／Ｎｂ（％）≦０．１５の関係を満たすように調整することが必要である。
【００３３】
Ｎ：０．１〜０．３５％
Ｎは、高温強度を確保するのに必須の元素である。すなわち、Ｎは凝固組織のマトリックスに固溶してこれを強化するとともに一部は窒化物として析出し、析出強化に寄与する。しかし、過剰に含有させると、高温での使用中に多量のＣｒの窒化物が析出するため耐食性、靭性が低下する。さらに、溶接時にブローホール生成の原因となる。したがって、Ｎの含有量は、０．１０〜０．３５％とする。望ましくは０．１２〜０．３３％、さらに望ましくは０．１４〜０．３１％である。
【００３４】
Ａｌ：０．０１％以下
Ａｌは脱酸剤として添加されるが、溶接金属中に０．０１％以上のＡｌが含まれると清浄度が著しく劣化し、脆化を招く。そのため、溶接金属中のＡｌ含有量は０．０１％以下とする必要がある。望ましくは、０．００８％以下である。ＭｎやＳｉなど他の元素で十分脱酸できる場合には、添加する必要はない。過度の低減は製造コストの増大を招くので、下限は特に設けないが、望ましくは０．０００５％、さらに望ましくは０．００１％である。
【００３５】
Ｏ（酸素）：　０．０３％以下
溶接金属中に０．０３％を超えるＯが含まれると清浄度が著しく劣化し、脆化を招く。そのため、溶接金属中のＯ含有量は０．０３％以下とする必要がある。望ましくは、０．００８％以下である。過度に低減させようとすると、溶解原料や溶接方法の制限、製造コストの増大を招くので、下限は特に設けないが、望ましくは０．０００５％、さらに望ましくは０．００１％である。
【００３６】
上記（１）の溶接材料および（２）の溶接金属は、上述した成分以外、残部がＦｅと不純物からなるものである。不純物としては、ＰおよびＳの上限を抑えることが必要である。
【００３７】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、溶接の際、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下させ、凝固割れを発生させる。そのため、Ｐの含有量は０．０２％以下とする必要がある。望ましくは０．０１８％以下、さらに望ましくは０．０１５％以下である。Ｐの含有量は低いほど望ましいが、過度に低減させようとすると製造コストの増大を招くので、その下限は０．０００５％とすることが望ましい。より望ましくは０．００１％である。
【００３８】
Ｓ：０．０１％以下
Ｐと同様、不可避不純物であり、溶接金属の凝固時に最終凝固部の融点を低下させ、凝固割れを発生させるとともに、粒界に偏析し、粒界固着力を低下させ、再熱割れ発生の原因となる。この割れは、上述したように、ＣおよびＮｂを所定の関係を満たすように添加することによって防止可能であるが、十分な耐再熱割れ性を確保するためには、Ｓ含有量を０．０１％以下とする必要がある。望ましくは０．００８％以下、さらに望ましくは０．００６％以下である。Ｓの含有量は低いほど望ましいが、過度に低減しようとすると製造コストが増大するので、その下限は０．０００２％とすることが望ましい。より望ましくは０．０００５％である。
【００３９】
上記（１）の溶接材料および（２）の溶接金属は、それぞれ、さらに、Ｂを０．０００５〜０．０１％、または、ＣａおよびＭｇの中の１種以上を単独または合計で０．０００５〜０．０１％、または、Ｂを０．０００５〜０．０１％と、ＣａおよびＭｇの中の１種以上を単独または合計で０．０００５〜０．０１％、を含むものであってもよい。これらの成分の作用効果と含有量の適正範囲は下記のとおりである。
【００４０】
Ｂ：０．０００５〜０．０１％
Ｂは粒界に偏析してクリープ強度の向上に寄与するので添加してもよい。しかし、その含有量が０．０００５％未満ではクリープ強度の向上効果は小さいので、添加する場合は、その含有量が０．０００５％以上となるように添加する。ただし、過剰に含有させると溶接時の凝固割れを助長するので、含有量の上限は０．０１％とする。望ましいＢ含有量は、０．０００８〜０．００８％、さらに望ましくは０．００１〜０．００６％である。
【００４１】
Ｃａ、Ｍｇ：少なくとも１種を単独または合計で０．０００５〜０．０１％
ＣａおよびＭｇのいずれも線材加工時の熱間加工性の改善に有効であるため、添加してもよい。添加する場合、これらの元素の少なくとも１種の単独または合計の含有量が０．０００５％未満では前記の改善効果が十分発揮されないので、前記含有量が０．０００５％以上となるように添加する。しかし、過剰の添加は溶接金属中の介在物を増加させ、清浄度を劣化させるので、含有量の上限は０．０１％とする。ＣａおよびＭｇの望ましい含有量は、単独または合計で０．０００８〜０．００８％、さらに望ましくは０．００１〜０．００６％である。
【００４２】
上記（２）の溶接金属は、それに含まれる各成分が上記（２）に記載される規定を満たすものであればよいが、上記（１）の溶接材料を使用して得られたものであれば、溶接金属に含まれる各成分は上記（２）の規定を安定して、すなわち容易に満たし得るので、好適である。
【００４３】
以上述べたように、本発明の溶接材料および溶接金属は、高耐食オーステナイト鋼を多層溶接する際に、層間の温度管理を行う通常の溶接時はもちろん、連続溶接時においても、溶接金属内における微小な割れの発生を完全に抑制できる点に特徴を有するものである。したがって、本発明の溶接材料は連続溶接用の溶接材料として好適であり、また、本発明の溶接金属は連続溶接を施して形成された溶接金属として、従来の溶接金属にはみられない優れた特性（すなわち、先に述べた、溶接金属内における再熱割れがなく、高温環境における耐食性と強度に優れるという特性）を有している。
【００４４】
上記（１）の溶接材料は、高耐食オーステナイト鋼の溶接に使用される通常の溶接方法に適用可能である。例えば、この溶接材料を使用したガスシールドアーク溶接に、または、この溶接材料を芯線としてフラックスを塗布し、被覆アーク溶接に、または、フラックス中での潜弧溶接等に適用できる。また、上記（２）の溶接金属についても、溶接方法によらず、その溶接金属に含まれる各成分が上記（２）に記載される規定を満たすものであればよい。
【００４５】
上述した成分規定を満たす上記（２）の本発明の溶接金属は、高Ｃｒ高Ｎｉベースの高耐食オーステナイト鋼を多層溶接する際に、層間の温度管理を行う通常の溶接時はもちろん、連続溶接時においても、溶接金属内における微小な再熱割れの発生を完全に抑制することができる。しかも、塩化物や硫化物を含む高温環境下において、耐食性に優れ、かつ高い強度を有している。また、この溶接金属は、上述した成分規定を満たす上記（１）本発明の溶接材料を使用すれば容易に得られる。
【００４６】
【実施例】
表１に示す組成を有するオーステナイト鋼板を母材とし、表２に示す組成を有する溶接材料を使用してタングステン・イナートガス溶接法（ＴＩＧ溶接法）により多層溶接を行い、溶接後、溶接金属部を含む各種の試験片を切り出して、それぞれの試験片について性能調査を実施した。
【００４７】
【表１】
2004058062.tif 000002
【００４８】
【表２】
2004058062.tif 000003
【００４９】
母材は６００℃での１０３時間クリープ強度が２７４ＭＰａ（２８ｋｇｆ／ｍｍ２）のオーステナイト鋼板（板厚：１２ｍｍ）である。
【００５０】
使用した溶接材料は１７種類で、すべて実験室で溶製後、外径１．２ｍｍの線材に加工したものである。
【００５１】
性能調査の実施に際し、まず、図１に示した６０°の開先加工を施した母材１を、図２に示すように、拘束板２に拘束溶接し、次いで、開先に対して供試溶接材料を用いてＴＩＧ溶接により多層溶接を行った。符号３が拘束溶接部であり、符号４が多層溶接における試験ビードである。溶接の際には、母材１は拘束板２に拘束されているために溶接による熱応力が生じて割れが発生し易くなる。
【００５２】
溶接条件は、溶接入熱量を約１２ｋＪ／ｃｍとし、層間温度管理を行わず、初層から最終層まで連続溶接した。
【００５３】
溶接施工後に、溶接金属部を中央部に有するミクロ試験片、側曲げ試験片およびクリープ試験片を採取し、それぞれ試験に供した。図３は側曲げ試験片を、また図４はクリープ試験片を示す。図３および図４において、符号５は溶接金属である。さらに、溶接部を中央部にした厚さ３ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍの耐食性試験片を採取し、高温の塩化物と硫酸塩中での耐食性試験に供した。
【００５４】
ミクロ試験片については、バフ研磨後、光学顕微鏡にて４００倍の倍率で溶接金属部を全て観察し、割れ発生の有無を調査した。また、側曲げ試験片については、板厚の２倍の曲げ半径で１８０゜曲げ試験を行い、溶接金属部での割れの有無を調べた。いずれも、割れのないものを良好とした。
【００５５】
ミクロ試験での再熱割れおよび側曲げ試験での割れのなかった継手についてのみクリープ試験および耐食性試験を行った。
【００５６】
クリープ試験は、母材の破断時間が１０００時間となる６００℃、２７４ＭＰａ（２８ｋｇｆ／ｍｍ２）の条件で行った。溶接金属の破断時間を調査し、母材の破断時間の８０％を良否判定基準として、それに達したものをクリープ強度良好とした。
【００５７】
耐食性試験は、試験片に１８．５％のＣｌを含む塩化物と硫酸塩の灰を付着させ、５５０℃で２０時間加熱して、腐食減量を測定し、母材と同等であれば良好と判断した。
【００５８】
表３に前記のＴＩＧ溶接法による多層溶接で得られた溶接金属の化学分析結果を示す。表３および次に述べる表４において、「溶接金属」の欄の符号は表２の「溶接材料」の欄の符号に対応し、例えば、「溶接金属」の欄のＷＡ５とは、表２の「溶接材料」の欄のＡ５の溶接材料を使用して溶接した際に形成される溶接金属を意味する。
【００５９】
また、表４にミクロ試験片による再熱割れ調査結果、側曲げ試験結果、クリープ破断時間および耐食性試験結果を示す。
【００６０】
【表３】
2004058062.tif 000004
【００６１】
【表４】
2004058062.tif 000005
【００６２】
表４の結果から明らかなように、本発明の溶接材料を使用し、さらに、溶接金属の化学組成が本発明で規定する範囲内にある溶接金属ＷＡ１〜ＷＡ１０は、優れた耐割れ性を示し、クリープ強度および耐食性も良好であった。
【００６３】
それに対し、化学組成が本発明で規定する範囲外の溶接材料Ｂ１〜Ｂ３を使用した溶接金属ＷＢ１〜ＷＢ３では、溶接金属中のＣ（％）／Ｎｂ（％）が０．１０を下回ったため、溶接金属のフリーＮｂが凝固完了を遅らせ、溶接金属に凝固割れが発生した。
【００６４】
同じく化学組成が本発明で規定する範囲外の溶接材料Ｂ４およびＢ５を使用した溶接金属ＷＢ４およびＷＢ５では、溶接金属中のＣ（％）／Ｎｂ（％）が０．１５を上回ったため、高温での腐食試験中にＣｒの炭化物が生成し、母材に比べて耐食性に劣った。
【００６５】
また、Ｎｂ含有量が本発明で規定する範囲より低い溶接材料Ｂ６およびＢ７を使用した溶接金属ＷＢ６およびＷＢ７では、溶接金属中のＮｂ含有量が０．５％以下となり、割れを防止しうるのに十分な炭化物を生成できなかったため、溶接金属に再熱割れが発生した。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の溶接金属は、高Ｃｒ高Ｎｉベースの高耐食オーステナイト鋼を多層溶接する際に、層間の温度管理を行う通常の溶接時はもちろん、連続溶接時においても、溶接金属内における微小な再熱割れの発生を完全に抑制することができ、しかも、高温環境下における耐食性に優れ、かつ高い強度を有している。この溶接金属は、本発明の溶接材料を使用すれば容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】再熱割れ試験の開先形状を示す図である。
【図２】再熱割れ試験の試験方法を説明するための図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】側曲げ試験片の形状を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】クリープ試験片の形状を示す図である。
【符号の説明】
１：母材
２：拘束板
３：拘束溶接部
４：多層溶接における試験ビード
５：溶接金属
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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