(57)【要約】【課題】溶接部の高温クリープ強度及び靱性並びに溶接作業性が優れ、且つ線材に熱間割れが発生しない高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤを得る。【解決手段】質量％単位でＣ：０．０１０〜０．１５０、Ｓｉ：０．０５〜０．９０、Ｍｎ：０．２０〜１．２０、Ｓ：０．０００５〜０．０１５、Ｃｕ：０．０５〜３．００、Ｎｉ：０．０５〜１．２０、Ｃｏ：０．５０〜５．００、Ｃｒ：９．１０〜１３．０、Ｍｏ：０．０５〜０．９０、Ｖ：０．０５〜０．９０、Ｎｂ：０．００５〜０．１００、Ｗ：１．００〜５．００、Ｎ：０．０１０〜０．０８０、Ｏ：０．００１〜０．０１５を含有し、Ｓ＋Ｏ：≦０．０２に規制し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり不可避的不純物のうちＰ：≦０．０１５、Ｔｉ：≦０．０１５に規制し、鋼線中Ｃｕが０．５超えのときは鋼線中Ｃｕ／鋼線中Ｎｉ：≦３．０に規制し、適宜Ｂ、Ａｌを添加する。【選択図】　図１
2004042116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼線の表面にＣｕメッキが施された高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤにおいて、ワイヤの全質量あたり、
Ｃ：０．０１０乃至０．１５０質量％、Ｓｉ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｍｎ：０．２０乃至１．２０質量％、Ｓ：０．０００５乃至０．０１５質量％、Ｃｕ：０．０５乃至３．００質量％、Ｎｉ：０．０５乃至１．２０質量％、Ｃｏ：０．５０乃至５．００質量％、Ｃｒ：９．１０乃至１３．０質量％、Ｍｏ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｖ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｎｂ：０．００５乃至０．１００質量％、Ｗ：１．００乃至５．００質量％、Ｎ：０．０１０乃至０．０８０質量％及びＯ：０．００１乃至０．０１５質量％を含有し、Ｓ＋Ｏが０．０２質量％以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０１５質量％以下、Ｔｉが０．０１５質量％以下に規制されており、前記鋼線のＣｕ含有量（質量％）をＣｕｎｅｔ、Ｎｉ含有量（質量％）をＮｉｎｅｔとしたとき、Ｃｕｎｅｔが０．５質量％を超える場合には、Ｃｕｎｅｔ／Ｎｉｎｅｔの値が３．０以下に規制されていることを特徴とする高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤ。
【請求項２】
表面にメッキが施されていない高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤにおいて、ワイヤの全質量あたり、
Ｃ：０．０１０乃至０．１５０質量％、Ｓｉ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｍｎ：０．２０乃至１．２０質量％、Ｓ：０．０００５乃至０．０１５質量％、Ｃｕ：０．０５乃至３．００質量％、Ｎｉ：０．０５乃至１．２０質量％、Ｃｏ：０．５０乃至５．００質量％、Ｃｒ：９．１０乃至１３．０質量％、Ｍｏ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｖ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｎｂ：０．００５乃至０．１００質量％、Ｗ：１．００乃至５．００質量％、Ｎ：０．０１０乃至０．０８０質量％及びＯ：０．００１乃至０．０１５質量％を含有し、Ｓ＋Ｏが０．０２質量％以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０１５質量％以下、Ｔｉが０．０１５質量％以下に規制されており、前記Ｃｕ含有量が０．５質量％を超える場合には、Ｃｕ／Ｎｉの値が３．０以下に規制されていることを特徴とする高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤ。
【請求項３】
前記Ｎｉの含有量は０．１５乃至１．２０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤ。
【請求項４】
更に、Ｂ：０．０１００質量％以下を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤ。
【請求項５】
更に、Ａｌ：０．０００５乃至０．０１質量％を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電用ボイラー及びタービン並びに各種耐熱耐圧鋼管等に使用される高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の溶接に適した溶接ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用ボイラー及びタービン並びに各種耐熱耐圧鋼管は、高温高圧の条件下で使用されるので、高温強度特にクリープ性能が優れていることを要求される。高Ｃｒフェライト系耐熱鋼はこのような要求に対して開発されたものであり、これに使用される溶接用ワイヤも各施工方法において既に多くの提案がなされている。
【０００３】
例えば、特開平７−２６８５６３号公報には、高Ｃｒフェライト鋼の溶接に際し、高温におけるクリープ破断強度、靱性及び耐割れ性の優れた溶接金属が得られる溶接材料を提供することをねらった技術が開示されている（以下、先行技術１という）。特開平８−１８７５９２号公報には、高Ｃｒフェライト鋼の溶接において高温におけるクリープ破断強度、時効後も含めた靱性、及び耐割れ性の優れた溶接金属が得られる溶接材料を提供することをねらった技術が開示されている（以下、先行技術２という）。特開平８−２９４７９３号公報には、高強度高耐食フェライト鋼の溶接に際し、溶接部に母材に匹敵する高温強度及び耐高温腐食性が得られ、しかも優れた溶接施工性を有する溶接材料を提供することをねらった技術が開示されている（以下、先行技術３という）。そして、特開平９−２７７０８４号公報及び特許第３０８３７０３号公報には、高Ｃｒフェライト鋼の大入熱サブマージアーク溶接において、靱性が改善され、しかも長時間側の高温クリープ強度の優れた溶接金属が得られる溶接材料を提供することをねらった技術が開示されている（以下、夫々先行技術４及び５という）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記いずれの先行技術に開示されている溶接ワイヤを使用しても、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の溶接部の高温クリープ強度と靱性との両立が困難であり、そして溶接作業性が低下するという問題点があり、更に各溶接ワイヤ製造工程において線材の熱間圧延時の割れ発生により工業的生産性が低下するという問題点がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼の溶接に使用される溶接ワイヤであって、溶接部の高温クリープ強度と靱性との両方が優れ、各施工法における溶接作業性が良好であり、しかも工業生産性が優れている溶接ワイヤを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤは、以下の５点を主な特徴とする。
▲１▼ワイヤ中に適正量のＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ及びＮを含有させ、更に好ましくは適正量のＢを含有させることにより、溶接金属の高温クリープ強度を確保する。
▲２▼ワイヤ中に適正量のＭｎ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＣｏを含有させることにより、溶接金属の靱性に悪影響を及ぼすフェライトの析出を抑制する。
▲３▼溶接金属の靱性向上のために含有させるオーステナイト生成元素のうちＣ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＮを過剰に添加すると、オーステナイト変態温度（Ａｃ１変態点）が低下して高温クリープ強度が低下するので、これを防止するためにこれら各元素の含有量を適切に調整する。
▲４▼溶接ビードのなじみを良好にすることにより溶接作業性を確保するために、溶融金属の界面張力を低下させる。そのために、Ｓ及びＯを積極的に含有させ、且つその界面張力低下をもたらす両元素の複合添加の影響を考慮して、両元素の合計含有量の範囲を設定する。その際、溶接金属の靱性を確保するために、両元素の各下限含有量と共に各上限含有量を規制する。そして、
▲５▼ワイヤの製造工程において、線材の熱間圧延中に熱間割れが発生するのを防止するために、Ｃｕ／Ｎｉの値を規制する。
【０００７】
上記▲１▼乃至▲５▼項の全てを同時に満たすことにより、溶接部の高温クリープ強度と靱性との両方が優れ、各施工法における溶接作業性が良好であり、しかもワイヤの工業生産性が優れている高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤを提供することができる。
【０００８】
本発明に係る高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤは、鋼線の表面にＣｕメッキが施された高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤにおいて、ワイヤの全質量あたり、Ｃ：０．０１０乃至０．１５０質量％、Ｓｉ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｍｎ：０．２０乃至１．２０質量％、Ｓ：０．０００５乃至０．０１５質量％、Ｃｕ：０．０５乃至３．００質量％、Ｎｉ：０．０５乃至１．２０質量％、Ｃｏ：０．５０乃至５．００質量％、Ｃｒ：９．１０乃至１３．０質量％、Ｍｏ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｖ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｎｂ：０．００５乃至０．１００質量％、Ｗ：１．００乃至５．００質量％、Ｎ：０．０１０乃至０．０８０質量％及びＯ：０．００１乃至０．０１５質量％を含有し、Ｓ＋Ｏが０．０２質量％以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０１５質量％以下、Ｔｉが０．０１５質量％以下に規制されており、前記鋼線のＣｕ含有量（質量％）をＣｕｎｅｔ、Ｎｉ含有量（質量％）をＮｉｎｅｔとしたとき、Ｃｕｎｅｔが０．５質量％を超える場合には、Ｃｕｎｅｔ／Ｎｉｎｅｔの値が３．０以下に規制されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る他の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤは、表面にメッキが施されていない高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤにおいて、ワイヤの全質量あたり、Ｃ：０．０１０乃至０．１５０質量％、Ｓｉ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｍｎ：０．２０乃至１．２０質量％、Ｓ：０．０００５乃至０．０１５質量％、Ｃｕ：０．０５乃至３．００質量％、Ｎｉ：０．０５乃至１．２０質量％、Ｃｏ：０．５０乃至５．００質量％、Ｃｒ：９．１０乃至１３．０質量％、Ｍｏ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｖ：０．０５乃至０．９０質量％、Ｎｂ：０．００５乃至０．１００質量％、Ｗ：１．００乃至５．００質量％、Ｎ：０．０１０乃至０．０８０質量％及びＯ：０．００１乃至０．０１５質量％を含有し、Ｓ＋Ｏが０．０２質量％以下に規制され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、前記不可避的不純物のうち、Ｐが０．０１５質量％以下、Ｔｉが０．０１５質量％以下に規制されており、前記Ｃｕ含有量が０．５質量％を超える場合には、Ｃｕ／Ｎｉの値が３．０以下に規制されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、前記Ｎｉの含有量は０．１５乃至１．２０質量％であることが一層好ましい。更に、Ｂを０．０１００質量％以下含有することが一層好ましい。そして、更にＡｌ：０．０００５乃至０．０１質量％を含有することが一層好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤに含有される成分組成を上述したとおり限定した理由について説明する。
【００１２】
「Ｃ：０．０１０乃至０．１５０質量％」
Ｃは溶接金属中において炭化物として析出してクリープ強度を確保するために必要不可欠の元素である。しかし、Ｃ含有量が０．０１０質量％未満ではその効果がない。また、Ｃはオーステナイト生成元素でもあるため、その含有量が０．１５０質量％を超えると溶接金属のＡｃ１変態点が低下するので、溶接後熱処理時にオーステナイト変態が生じ、その結果クリープ強度が低下し、また高温割れの感受性も高くなる。従って、炭素含有量を０．０１０乃至０．１５０質量％に規定する。
【００１３】
「Ｓｉ：０．０５乃至０．９０質量％」
Ｓｉは溶接金属の溶融時に脱酸剤として作用して溶接金属中の酸素含有量を低減して衝撃性能の向上に寄与する。しかし、Ｓｉ含有量が０．０５質量％未満ではその効果が認められない。また、Ｓｉは溶接金属の溶融時にその溶融金属の界面張力を低下させて、融合不良及びオーバーラップ等の溶接欠陥を低減する効果も有する。しかし、Ｓｉはフェライト生成元素であるためその含有量が、０．９０質量％を超えて含有されると溶接金属中にフェライトが残留することとなり、その靱性が劣化する。従って、Ｓｉ含有量を０．０５乃至０．９０質量％に規定する。
【００１４】
「Ｍｎ：０．２０乃至１．２０質量％」
Ｍｎは溶接金属の溶融時に脱酸剤として作用し、更にその強度及び靱性を確保するという観点から必要不可欠の元素である。しかし、このような効果が発揮されるためには、Ｍｎは０．２０質量％以上含有されていることが必要である。一方、Ｍｎはオーステナイト生成元素であるため、その含有量が１．２０質量％を超えると溶接金属のＡｃ１変態点が低下して、クリープ強度が低下する。従って、Ｍｎ含有量を０．２０乃至１．２０質量％に規定する。
【００１５】
「Ｓ：０．０００５乃至０．０１５質量％」
Ｓは溶接金属の溶融時にその溶融金属の界面張力を低下させて、融合不良及びアンダーカット等の溶接欠陥の発生を防止する効果を有し、溶接作業性の向上効果を発揮する。この効果は、Ｓ含有量が０．０００５質量％以上において認められる。しかし、Ｓは高温割れ感受性を高める元素でもあるため、その含有量が０．０１５質量％を超えると溶接金属に高温割れが発生する。従って、Ｓ含有量を０．０００５乃至０．０１５質量％に規定する。
【００１６】
「Ｃｕ：０．０５乃至３．００質量％」
Ｃｕはオーステナイト生成元素であり、靱性に悪影響を及ぼすフェライトの生成を抑制する効果を有する。そして、この効果はＣｕ含有量が０．０５質量％以上で認められる。一方、Ｃｕ含有量が３．００質量％を超えると、溶接金属のＡｃ１変態点が低下して、クリープ強度が低下する。なお、溶接ワイヤの通電性及び送給性を改善するために、ワイヤ表面にＣｕメッキを施す場合もあるが、メッキされたＣｕもワイヤ中のＣｕと同じ作用・効果を奏する。従って、このＣｕメッキの有無に拘わらず、溶接ワイヤ全体のＣｕ含有量を０．０５乃至３．００質量％に規定する。
【００１７】
「Ｎｉ：０．０５乃至１．２０質量％、より好ましくは０．１５乃至１．２０質量％」
Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、靱性に悪影響を及ぼすフェライトの生成を抑制する効果を有する。しかし、Ｎｉ含有量が０．０５質量％未満ではその効果がなく、この効果を発揮させるためにはこれ以上にすることが必要である。そして、Ｎｉ含有量が０．１５質量％以上になると一層その効果が発揮されるのでより好ましい。一方、Ｎｉ含有量が１．２０質量％を超えると、溶接金属のＡｃ１変態点が低下して、クリープ強度が低下する。従って、Ｎｉ含有量を０．０５乃至１．２０質量％、より好ましくは０．１５乃至１．２０質量％に規定する。
【００１８】
「Ｃｏ：０．５０乃至５．００質量％」
Ｃｏはオーステナイト生成元素であり、靱性に悪影響を及ぼすフェライトの生成を抑制する効果を有する。しかし、Ｃｏ含有量が０．５０質量％未満ではその効果が認められない。一方、ＣｏはＮｉと同様、過剰に含有されていると、溶接金属のＡｃ１変態点が低下して、クリープ強度が低下する。そこで、Ｃｏ含有量は５．００質量％以下とする必要がある。従って、Ｃｏ含有量を０．５０乃至５．００質量％に規定する。
【００１９】
「Ｃｒ：９．１０乃至１３．００質量％」
Ｃｒは本発明に係る溶接ワイヤが使用対象とされる被溶接材料の高Ｃｒフェライト系耐熱鋼に含有される主要合金元素であり、溶接金属の耐酸化性、耐食性及び強度等を確保するために必要不可欠の元素である。溶接金属がこれらの特性を確保するためには、溶接ワイヤのＣｒ含有量は９．１０質量％以上を必要とする。しかし、Ｃｒはフェライト生成元素であるため、１３．００質量％を超えて含有されると溶接金属中にフェライトが析出して靱性が劣化する。従って、Ｃｒ含有量を９．１０乃至１３．００質量％に規定する。
【００２０】
「Ｍｏ：０．０５乃至０．９０質量％」
Ｍｏは鋼中における固溶強化元素であり、溶接金属中に固溶してその強度を向上させる効果を有する。この効果はＭｏ含有量が０．０５質量％以上において認められ、０．３５質量％以上になると一層その効果が発揮されより好ましい。しかし一方、Ｍｏはフェライト生成元素でもあるため、０．９０質量％を超えて含有されると溶接金属中にフェライトが析出して靱性が劣化する。従って、Ｍｏ含有量を０．０５乃至０．９０質量％、より好ましくは０．３５乃至０．９０質量％に規定する。
【００２１】
「Ｖ：０．０５乃至０．９０質量％」
Ｖは鋼中における析出強化元素であり、溶接金属中に炭窒化物として析出してその強度を向上させる効果を有する。この強度向上の効果はＶ含有量が０．０５質量％以上で認められるが、０．９０質量％を超えると溶接金属の強度が強くなり過ぎて靱性が劣化する。従って、Ｖ含有量を０．０５乃至０．９０質量％に規定する。
【００２２】
「Ｎｂ：０．００５乃至０．１００質量％」
Ｎｂは鋼中における析出強化元素であり、溶接金属中に炭窒化物として析出してその強度を向上させる効果を有する。この析出強化の効果はＮｂ含有量が０．００５質量％以上で認められるが、０．１００質量％を超えると溶接金属の強度が強くなり過ぎて靱性が劣化する。従って、Ｎｂ含有量を０．００５乃至０．１００質量％に規定する。
【００２３】
「Ｗ：１．００乃至５．００質量％」
Ｗは鋼中における固溶強化元素であり、溶接金属中に固溶してその強度を向上させる効果を有する。この効果はＷ含有量が１．００質量％以上において認められる。しかし、Ｗはフェライト生成元素でもあるため、５．００質量％を超えて含有されると溶接金属中にフェライトが析出して靱性が劣化する。従って、Ｗ含有量を１．００乃至５．００質量％に規定する。
【００２４】
「Ｎ：０．０１０乃至０．０８０質量％」
Ｎは鋼中において固溶強化の効果を発揮すると共に、Ｎｂ及びＶと結合して窒化物として析出して、溶接金属のクリープ強度の向上に寄与する。この効果はＮ含有量が０．０１０質量％以上で認められる。しかし、Ｎは強力なオーステナイト生成元素であり、Ｎ含有量が０．０８０質量％を超えると、溶接金属のＡｃ１変態点が低下して、クリープ強度が低下する。従って、Ｎ含有量を０．０１０乃至０．０８０質量％に規定する。
【００２５】
「Ｏ：０．００１乃至０．０１５質量％」
Ｏは溶接金属の溶融時にその溶融金属の界面張力を低下させて、融合不良及びオーバーラップ等の溶接欠陥の発生を防止する効果を有し、溶接作業性の向上効果を発揮する。この効果は、Ｏ含有量が０．００１質量％以上において認められる。しかし、Ｏ含有量が０．０１５質量％を超えると、溶融金属の界面張力が低くなりすぎ、ビード外観が不良になり、更に溶融金属中に脱酸生成物が多量に生じて溶接金属中に残留してその靱性を劣化させる。従って、Ｏ含有量を０．００１乃至０．０１５質量％に規定する。
【００２６】
「Ｐ：０．０１５質量％以下」
Ｐは高温割れを高める元素であり、溶接金属の形成過程におけるような凝固温度範囲及びその直下の温度では特に割れを発生させやすいので、Ｐ含有量を制限する必要がある。特に本発明においては、Ｐ同様に高温割れ感受性を高めるＳを積極的に含有させているので、この点も考慮する必要がある。従って、Ｐ含有量を０．０１５質量％以下に規定する。
【００２７】
「Ｔｉ：０．０１５質量％以下」
Ｔｉはフェライト生成元素であり、靱性に悪影響を及ぼすフェライトを溶接金属中に析出させる。更にＴｉはＮｂ及びＶと同様に強力な炭化物形成元素であり、Ｃと結合して針状の炭化物となって溶接金属中に析出する。この形態の炭化物はその靱性を著しく阻害するので、Ｔｉ含有量を厳しく制限する必要がある。従って、Ｔｉ含有量を０．０１５質量％以下に規定する。
【００２８】
「Ｓ＋Ｏ：０．０２質量％以下」
Ｓ及びＯはいずれも、前述したように溶接金属の溶融時にその溶融金属の界面張力を低下させて、融合不良及びオーバーラップ等の溶接欠陥の発生を防止するのに効果を有する。一方、Ｓ＋Ｏ含有量が大きくなりすぎると、溶接金属の溶融時の界面張力が低くなりすぎ、ビード形状が不良になることがわかった。ここで、Ｓ及びＯの複合添加による効果についても考慮する必要がある。そこで、本発明者等は、本発明に係る高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤにおけるＳ及びＯの複合添加による効果を、次のようにして定量的に明らかにした。
【００２９】
表１に示すようにＳ含有量及びＯ含有量を種々に変化させ、その他の成分は表２に示す組成を有する溶接ワイヤを製作した。但し、同表において残部はＦｅ及び不可避的不純物である。溶接ワイヤの直径は１．２ｍｍであり、ワイヤ表面にＣｕメッキは施していない。上記溶接ワイヤを使用し、ＪＩＳ　Ｚ　３３１６「軟鋼及び低合金用ティグ溶加棒及びソリッドワイヤ」に規定されている溶接試験方法に準拠してティグ溶接試験を行い、溶接作業性を評価した。溶接作業性の評価は、上記ティグ溶接試験過程における溶接士の官能試験及び溶接部の溶接欠陥発生の目視検査に基づき行った。溶接作業性の評価結果を、表１に併記した。同表において、○印は溶接作業性が良好、×印は溶接作業性が不良と判定されたことを示す。
【００３０】
【表１】
2004042116.tif 000003
【００３１】
【表２】
2004042116.tif 000004
【００３２】
上記各溶接ワイヤを使用したときの溶接作業性の評価を、表１に示した各溶接ワイヤ中のＯ含有量［Ｏ］を横軸に、Ｓ含有量［Ｓ］を縦軸にとってプロットした。その結果を図１に示す。同図中には、直線：［Ｓ］＝−［Ｏ］＋０．０２を記入した。同図からわかるように、溶接作業性が良好であるためには、この直線上又はこの直線よりも下方であることが必要である。よって、Ｓ＋Ｏの上限値は、０．０２質量％である。一方、溶接作業性が良好であるために必要なＳ＋Ｏの下限値については、同図からわかるように、これを必ずしも規制する必要はない。その理由は、Ｓ含有量が０．０００５質量％以上で且つＯ含有量が０．００１質量％であれば、溶接作業性が不良判定となっている場合はないからである。なお、良好な溶接作業性を得るための一層望ましいＳ＋Ｏの値は、同図中に記入した直線：［Ｓ］＝−［Ｏ］＋０．００４の直線上又はこの直線よりも上方である。従って、ＳとＯとを複合添加した場合に、溶接作業性の評価が良好である条件としては、この図からわかるように、Ｓ：０．０００５乃至０．０１５質量％で且つＯ：０．００１乃至０．０１５質量％であり、しかもＳ＋Ｏ：０．０２質量％以下であり、より好ましくはＳ＋Ｏ：０．００４乃至０．０２質量％である。
【００３３】
「▲１▼鋼線の表面にＣｕメッキが施された溶接ワイヤの場合は、鋼線のＣｕ含有量（質量％）をＣｕｎｅｔ、Ｎｉ含有量（質量％）をＮｉｎｅｔとしたとき、Ｃｕｎｅｔが０．５質量％を超える場合には、Ｃｕｎｅｔ／Ｎｉｎｅｔの値を３．０以下に規制、及び▲２▼表面にメッキが施されていない溶接ワイヤの場合は、溶接ワイヤ中のＣｕ含有量が０．５質量％を超える場合には、Ｃｕ／Ｎｉの値を３．０以下に規制」
溶接材料用の線材は、通常、鋼塊から熱間圧延の工程を経て製造される。本発明に係る高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤもこれに準じて製造されるものであり、特別な工程で製造されるものである必要はない。本発明者等は鋼塊から熱間圧延を経て溶接ワイヤ向けの線材を試験製造中、Ｃｕを０．５質量％を超えて含有する鋼塊の熱間圧延時には、線材の表面に割れが生じる場合が多いことを知得し、この熱間割れの発生防止に着眼した。そこで、本発明者等は、表３に示すようにＣｕ含有量及びＮｉ含有量を種々に変化させ、その他の成分は表４に示す組成を有する鋼塊を溶製し、線材を製造するための工程において各鋼塊を熱間圧延した際の熱間割れの発生の有無に及ぼす上記Ｃｕ含有量及びＮｉ含有量の影響を試験調査した。但し、同表において残部はＦｅ及び不可避的不純物である。
【００３４】
【表３】
2004042116.tif 000005
【００３５】
【表４】
2004042116.tif 000006
【００３６】
上記熱間圧延時における線材表面の熱間割れの発生の有無を、表３に併記した。上記各鋼塊を熱間圧延した際に、熱間割れが発生しなかった鋼塊の場合には○印、熱間割れが発生した鋼塊の場合には×印を付し、表３に示した各鋼塊のＣｕ含有量［Ｃｕ］を縦軸に、Ｎｉ含有量［Ｎｉ］を横軸にとってプロットした。その結果を図２に示す。同図中には、直線：［Ｃｕ］＝３．０×［Ｎｉ］を記入した。同図よりわかるように、線材表面に熱間割れが発生しないようにするためには、鋼塊のＣｕ含有量［Ｃｕ］が０．５質量％以下であるか、又は鋼塊のＣｕ含有量［Ｃｕ］が０．５質量％を超える場合には、この直線上又はこの直線よりも下方である必要がある。即ち、鋼塊のＣｕ含有量［Ｃｕ］が０．５質量％を超える場合には、［Ｃｕ］≦３．０×［Ｎｉ］でなければならない。
【００３７】
上記結果より明らかなように、本発明に係る溶接ワイヤにおいては、鋼線の表面にＣｕメッキが施されていても、あるいはメッキは一切施されていなくても、鋼塊から線材への熱間圧延工程における被熱間圧延材の成分組成に関して、（鋼塊のＣｕ含有量）／（鋼塊のＮｉ含有量）の値が３．０以下であることが必要である。なお、鋼塊の成分組成と鋼線の成分組成とは実用上同一とみなすことができる。
【００３８】
従って、本発明に係る溶接ワイヤにおいては、▲１▼鋼線の表面にＣｕメッキが施されている溶接ワイヤの場合は、溶接ワイヤの全質量あたりＣｕ：０．０５乃至３．００質量％であって、且つＣｕｎｅｔが０．５質量％を超える場合には、Ｃｕｎｅｔ／Ｎｉｎｅｔの値を３．０以下に規定し、そして、▲２▼表面がＣｕ等でメッキされていない溶接ワイヤの場合は、溶接ワイヤの全質量あたりＣｕ：０．０５乃至３．００質量％であって、且つＣｕが０．５質量％を超える場合には、Ｃｕ／Ｎｉの値を３．０以下に規定する。
【００３９】
「更に、Ｂ：０．０１００質量％以下を含有」
Ｂは鋼中において結晶粒界の炭化物の粗大化を抑制するので、Ｂを含有させることにより溶接金属のクリープ強度をより一層向上させることができる。その際、Ｂがクリープ強度の向上に効果を発揮するためには、０．０１００質量％以下を含有させることが必要である。しかしながら、Ｂ含有量が０．０１００質量％を超えると、溶接金属の強度が強くなりすぎ、そのために靱性が低下する。従って、溶接金属のクリープ強度の一層の向上のために、Ｂを０．０１００質量％以下含有させることが好ましい。
【００４０】
「更に、Ａｌ：０．０００５乃至０．０１質量％を含有」
Ａｌは溶接金属の溶融時に強力な脱酸剤として作用し、溶接金属中の酸素含有量を低減して衝撃性能の向上に寄与する。しかし、Ａｌ含有量が０．０００５質量％未満ではその効果が明確でない。一方、Ａｌ含有量が０．０１質量％を超えると、脱酸が過剰となり、溶接金属の強度が強くなりすぎ、そのため靱性が低下する。従って、溶接金属の靱性の一層の向上のために、Ａｌを０．０００５乃至０．０１質量％含有させることが好ましい。
【００４１】
なお、上述した本発明に係る高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤの成分組成は、鋼線の表面にＣｕメッキ等の処理が施されていない場合を考えれば、また鋼線の表面にそのような処理が施されている場合には、その処理に伴って溶接ワイヤに付加された成分組成を除いて考えれば、これらいずれの場合においても鋼塊から当該溶接ワイヤに製作されるまでの工程で、実用的見地からみて変化することはなく、鋼塊が有する成分組成が当該溶接ワイヤの鋼線に引き継がれると考えて良い。従って、この溶接ワイヤの鋼線の成分組成は、鋼塊段階における成分組成と実用的に同一である。よって、本発明に係る高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤの成分組成の制御は、鋼塊の成分組成の制御を基本にして行うことができる。
【００４２】
なお、本発明に係る溶接ワイヤは、高Ｃｒフェライト系耐熱鋼を溶接する場合に、ティグ溶接、マグ溶接及びサブマージアーク溶接のうちいずれの溶接においても使用することができる。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲に属さない比較例と比較して説明する。表５乃至１４に示す成分組成を有する鋼塊を溶製し、これに熱間圧延及び冷間伸線を施して、直径２．４ｍｍの溶接ワイヤを製作した。なお、鋼線の表面にはＣｕメッキを施さなかった。
【００４４】
【表５】
2004042116.tif 000007
【００４５】
【表６】
2004042116.tif 000008
【００４６】
【表７】
2004042116.tif 000009
【００４７】
【表８】
2004042116.tif 000010
【００４８】
【表９】
2004042116.tif 000011
【００４９】
【表１０】
2004042116.tif 000012
【００５０】
【表１１】
2004042116.tif 000013
【００５１】
【表１２】
2004042116.tif 000014
【００５２】
【表１３】
2004042116.tif 000015
【００５３】
【表１４】
2004042116.tif 000016
【００５４】
上記溶接ワイヤを使用し、ＪＩＳ　Ｚ　３３１６「軟鋼及び低合金用ティグ溶加棒及びソリッドワイヤ」に規定されている溶接試験方法に準拠してティグ溶接試験を行い、クリープ破断試験及びシャルピー衝撃試験用の試験材を作成した。上記ティグ溶接後に７４０℃で８時間の溶接後熱処理を施し、次の各種試験を行い、溶接作業性並びに溶接金属の高温クリープ特性及び靱性を評価した。但し、溶接作業性試験の評価は試験材作成過程で行った。
【００５５】
「▲１▼溶接作業性試験」
試験材の作成過程における溶接士の官能試験により、溶接作業性の良否を評価した。
【００５６】
「▲２▼クリープ破断試験」
上記溶接後熱処理後の試験材の板厚中央部で溶接金属中央部から、ＪＩＳ　Ｚ２２７２「金属材料の引張クリープ破断試験方法」に基づき、平行部の直径６．０ｍの全溶接金属クリープ破断試験片を加工して採取し、８０ＭＰａの負荷応力で７００℃での破断時間が、１０００時間を超えたものを合格とした。
【００５７】
「▲３▼シャルピー衝撃試験」
上記溶接後熱処理後の試験材の板厚中央部で溶接金属中央部から、ＪＩＳ　Ｚ３１１１「溶着金属の引張及び衝撃試験方法」に準拠して、４号試験片を加工して採取し、０℃で試験片３本につき試験を行い、その平均値が５０Ｊを超えたものを合格とした。
【００５８】
また、線材の熱間割れ発生の防止という観点から、工業的生産性の評価を行うために、「▲４▼線材表面の熱間割れ発生の有無の調査」を行った。これは、熱間圧延された線材に割れが発生することなく、冷間伸線によりワイヤにすることができたか否かにより判定した。
【００５９】
表１５乃至１７に、上記試験結果を示す。
【００６０】
【表１５】
2004042116.tif 000017
【００６１】
【表１６】
2004042116.tif 000018
【００６２】
【表１７】
2004042116.tif 000019
【００６３】
実施例１乃至９は全て、溶接ワイヤの成分組成が本発明の規定範囲内にあり、本発明の範囲に属する。そのため、溶接作業性が良好であり、溶接金属は良好な高温クリープ特性及び靱性を有し、また線材における熱間割れが発生することなく生産性良く溶接ワイヤが製作された。なお、実施例４は、溶接ワイヤのＣｕ含有量が０．５質量％超えである場合に適用されるＣｕ／Ｎｉの値の上限規制値３．０を超えているが、鋼塊のＣｕ含有量が０．４６質量％であり、Ｃｕ含有量の上記前提値０．５質量％を超えていなかったので、線材における熱間割れは発生しなかった。また、実施例１は、溶接ワイヤのＮｉ含有量が０．１９質量％であり、溶接金属へのＮｉ添加によるフェライトの抑制作用による靱性向上にとって一層その効果が発揮されるＮｉ含有量の下限値０．１５質量％を超えているので、Ｎｉ含有量が０．１２質量％である実施例９よりも靱性が一段と大きく向上している。
【００６４】
これに対して、本発明の範囲に属さない比較例１乃至３５の中には、溶接作業性、溶接金属の高温クリープ特性及び靱性、並びに線材の熱間割れ発生防止による溶接ワイヤの生産性の全ての特性が良好であったものはなかった。以下、具体的に説明する。なお、比較例１乃至３５は全て、本発明の成分組成の範囲からいずれか１成分組成のみが外れている場合である。
【００６５】
比較例１は、Ｃ含有量が０．００５質量％でその下限値を外れているので、高温クリープ特性が不合格となっており、比較例２は、Ｃ含有量が０．１８質量％でその上限値を外れているので、Ａｃ１変態点が低下して高温クリープ特性が不合格となった。更に比較例２は、Ｃｕ／Ｎｉの値が、Ｃｕ含有量が０．５質量％超えの場合の上限値３．０よりも高い６．１６であり、Ｃｕ含有量が２．７７質量％と０．５質量％を大きく上回っているために、線材に熱間割れが発生した。但し、ワイヤを製造することができたので、各種試験を実施した。比較例３は、Ｓｉ含有量が０．０２５質量％でその下限値を外れているので、靱性が不合格となっており、比較例４は、Ｓｉ含有量が１．１５質量％でその上限値を外れているので、フェライトが残留したので、靱性が不合格となった。比較例５は、Ｍｎ含有量が０．１４質量％でその下限値を外れているので、靱性が不合格となっており、比較例６は、Ｍｎ含有量が１．３４質量％でその上限値を外れているので、Ａｃ１変態点が低下して高温クリープ特性が不合格となった。
【００６６】
比較例７は、Ｓ含有量が０．０００３質量％でその下限値を外れているので、溶融金属の界面張力が低下しなかったため、ビードのなじみが悪く溶接作業性が不良であった。比較例８は、Ｓ含有量が０．０２１０質量％でその上限値を外れているので、溶接中に高温割れが発生した。そのため以降の試験を中止した。比較例９は、Ｃｕ含有量が０．０３質量％でその下限値を外れているので、フェライトの生成を抑制することができず、靱性が不合格となった。比較例１０は、Ｃｕ含有量が３．４６質量％でその上限値を外れているので、Ａｃ１変態点が低下して高温クリープ特性が不合格となった。比較例１１は、Ｎｉ含有量が０．０２質量％でその下限値を外れているので、フェライトの生成を抑制することができず、靱性が不合格となり、比較例１２は、Ｎｉ含有量が１．６７質量％でその上限値を外れているので、Ａｃ１変態点が低下して高温クリープ特性が不合格となった。なお、比較例１１は、Ｃｕ／Ｎｉの値が、Ｃｕ含有量が０．５質量％超えの場合の上限値３．０よりも著しく高い２２．０であるが、Ｃｕ含有量が０．４４質量％と０．５質量％以下であるために、線材に熱間割れは発生しなかった。比較例１３は、Ｃｏ含有量が０．３４質量％でその下限値を外れているので、フェライトの生成を抑制することができず、靱性が不合格となり、比較例１４は、Ｃｏ含有量が６．１２質量％でその上限値を外れているので、Ａｃ１変態点が低下して高温クリープ特性が不合格となった。
【００６７】
比較例１５は、Ｃｒ含有量が８．７５質量％でその下限値を外れているので、高温強度を確保することができなくなり、高温クリープ特性が不合格となり、比較例１６は、Ｃｒ含有量が１４．１３質量％でその上限値を外れているので、フェライトが析出して靱性が劣化し不合格となった。比較例１７は、Ｍｏ含有量が０．０３質量％でその下限値を外れているので、高温強度を確保することができなくなり、高温クリープ特性が不合格となり、比較例１８は、Ｍｏ含有量が１．４６質量％でその上限値を外れているので、フェライトが析出して靱性が劣化し不合格となった。比較例１９は、Ｖ含有量が０．０２質量％でその下限値を外れているので、高温強度を確保することができなくなり、高温クリープ特性が不合格となり、比較例２０は、Ｖ含有量が１．０５質量％でその上限値を外れているので、強度が高くなりすぎて靱性が劣化し不合格となった。比較例２１は、Ｎｂ含有量が０．００３質量％でその下限値を外れているので、高温強度を確保することができなくなり、高温クリープ特性が不合格となり、比較例２２は、Ｎｂ含有量が０．１２４質量％でその上限値を外れているので、強度が高くなりすぎて靱性が劣化し不合格となった。比較例２３は、Ｗ含有量が０．６８質量％でその下限値を外れているので、高温強度を確保することができなくなり、高温クリープ特性が不合格となり、比較例２４は、Ｗ含有量が５．４９質量％でその上限値を外れているので、フェライトが析出して靱性が劣化し不合格となった。比較例２５は、Ｎ含有量が０．００８質量％でその下限値を外れているので、クリープ強度を確保することができなくなり、高温クリープ特性が不合格となり、比較例２６は、Ｎ含有量が０．０９７質量％でその上限値を外れているので、Ａｃ１変態点が低下して高温クリープ特性が不合格となった。
【００６８】
比較例２７は、Ｏ含有量が０．０００８質量％でその下限値を外れているので、溶融金属の界面張力が低下しなかったため、ビードのなじみが悪く溶接作業性が不良であった。なお、そのために以降のその他各種試験を中止した。
比較例２８は、Ｏ含有量が０．０２６質量％でその上限値を外れているので、溶接金属中に脱酸生成物が多量に残留して靱性が劣化して不合格となった。比較例２９は、Ｓ＋Ｏ含有量が０．００１０質量％でその下限値を外れているので、溶融金属の界面張力が低下しなかったため、ビードのなじみが悪く溶接作業性が不良であった。なお、そのために以降のその他各種試験を中止した。比較例３０は、Ｓ＋Ｏ含有量が０．０２８質量％でその上限値を外れているので、溶接金属の溶融時における溶融金属の界面張力が低くなりすぎたため、融合不良やオーバーラップ等の溶接欠陥が発生し、また溶接作業性が不良であった。なお、このため以降のその他各種試験を中止した。これに対して比較例３０は、Ｓ＋Ｏ含有量が０．０２８質量％でその上限値を外れているので、溶接金属の溶融時の界面張力が低くなりすぎたため、ビード形状が不良となり、溶接作業性は不良であった。また、そのために以降のその他各種試験を中止した。
【００６９】
比較例３１は、Ｃｕ含有量が２．４６質量％で、Ｃｕ／Ｎｉの値が４．２４である。これは、Ｃｕ含有量が０．５質量％超えの場合に線材に熱間割れが発生しないための条件であるＣｕ／Ｎｉの上限値３．０を超えている。そのため、線材の製造時に熱間割れが発生した。また、これ以降の各種試験を中止した。
【００７０】
比較例３２は、Ｐ含有量が０．０２１質量％でその上限値を外れているので、溶接中に溶接金属に高温割れが発生した。そのため、以降の各種試験を中止した。比較例３３は、Ｔｉ含有量が０．０２２質量％でその上限値を外れているので、溶接金属中にフェライトが析出すると共に、針状の炭化物が析出して著しく靱性が劣化し不合格となった。
【００７１】
比較例３４は、Ｂ含有量が０．０１５４質量％であり、これは本発明においてクリープ強度をより一層向上させるのに適したＢ含有量の上限値である０．０１００質量％を大幅に超えている。そのため、溶接金属の強度が強くなりすぎて靱性が劣化し不合格となった。比較例３５は、Ａｌ含有量が０．０２０質量％であり、これは本発明において靱性をより一層向上させるのに適したＡｌ含有量の上限値である０．０１質量％を大幅に超えている。そのため、溶接時に溶融金属の脱酸が過剰になり、溶接金属の強度が大きくなりすぎて靱性が劣化し不合格となった。
【００７２】
以上より、本発明の成分組成の範囲からいずれか１成分組成だけでも外れている比較例においては、所期の目的を達成することができないが、本発明の範囲に属する実施例によれば所期の目的を達成することができる。
【００７３】
なお、本発明に係る溶接ワイヤは、上述したティグ溶接のみならず、混合ガスをシールドガスとして使用するマグ溶接、更にフラックスと組み合わせて使用するサブマージアーク溶接に適用しても同様の効果が得られることが明らかである。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば溶接部の高温クリープ強度と靱性とが共に優れており、そして溶接作業性が良好であって、しかも溶接ワイヤの製造工程において線材製造中に熱間割れを発生させることなく工業的生産性においても優れた高Ｃｒフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接作業性に及ぼす溶接ワイヤの成分組成のうちＯ及びＳ含有量の影響を示すグラフである。
【図２】溶接ワイヤの製造工程において、線材の熱間割れ発生に及ぼす被圧延鋼塊の成分組成のうちＣｕ及びＮｉ含有量の影響を示すグラフである。
【図１】
2004042116.tif 000020
【図２】
2004042116.tif 000021