(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量パーセントで、１７．０〜２３．０％のクロム、５．０〜１２．０％のモリブデン、３．０〜１１．０％のタングステン、３．０〜５．０％のニオブ、０〜２．０％のタンタル、１．２〜３．０％のチタン、０．００５〜１．５０％のアルミニウム、０．０００５〜０．１００％の炭素、２．０％未満の鉄、５．０％未満のコバルト、および残部のニッケルからなり、該ニッケルは５６．０〜６５．０％である、溶接溶加材。
【請求項２】
最低３．５％のニオブ＋タンタルを含む請求項１記載の溶接溶加材。
【請求項３】
最高６．０％のニオブ＋タンタルを含む請求項１記載の溶接溶加材。
【請求項４】
ワイヤーの形態とされた請求項１乃至３のいずれか一項に記載の溶接溶加材。
【請求項５】
重量パーセントで、１７．０〜２３．０％のクロム、５．０〜１２．０％のモリブデン、３．０〜１１．０％のタングステン、３．０〜５．０％のニオブ、０〜２．０％のタンタル、１．２〜３．０％のチタン、０．００５〜１．５０％のアルミニウム、０．０００５〜０．１００％の炭素、８．０％未満の鉄、５．０％未満のコバルト、および残部のニッケルからなり、該ニッケルは５６．０〜６５．０％であり、
溶接された状態で、少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）の最小降伏強度を有する溶着物。
【請求項６】
最低３．５％のニオブ＋タンタルを含む請求項５記載の溶着物。
【請求項７】
最高６．０％のニオブ＋タンタルを含む請求項５記載の溶着物。
【請求項８】
分散された第２相粒子を含む構造を含む請求項５記載の溶着物。
【請求項９】
該第２相粒子の最大粒径が５μｍ未満である、請求項８記載の溶着物。
【請求項１０】
溶着物の伸びは少なくとも２０％である、請求項５記載の溶着物。
【請求項１１】
溶着物の靱性は−５０°Ｆ（−４５．６℃）で少なくとも５０Ｊである、請求項５記載の溶着物。
【請求項１２】
重量パーセントで、５６．０〜６５．０％のニッケル、１７．０〜２３．０％のクロム、５．０〜１２．０％のモリブデン、３．０〜１１．０％のタングステン、３．０〜５．０％のニオブ、０〜２．０％のタンタル、１．２〜３．０％のチタン、０．００５〜１．５０％のアルミニウム、０．０００５〜０．１００％の炭素、２．０％未満の鉄、および５．０％未満のコバルトからなる、溶接溶加材を提供すること、
該溶接溶加材を溶融し冷却して、溶着物を作製すること、及び
溶接された溶着物が８％未満の鉄を含むように溶融及び冷却の間の溶着物の鉄による稀釈を制限すること、
を含む溶着物の生成方法であって、
該溶着物は、溶接された状態で、少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）の最小降伏強度を有する、方法。
【請求項１３】
該溶接溶加材の溶融および冷却はガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）によって行われる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
２つの鋼部品間の狭い溝の中で溶接溶加材は溶融され冷却され、該狭い溝の継ぎ目が２−５度の開先角度を有する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
２つの鋼部品間の狭い溝の中で溶接溶加材は溶融され冷却され、該鋼部品がニッケル合金で少なくとも一面がクラッドされている、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
溶着物で溶接された少なくとも２つの高強度鋼部品を含み、各高強度鋼部品が６５ｋｓｉ（４４８ＭＰａ）の最小降伏強度を持っている、溶接物であって、
該溶着物が、重量パーセントで、５６．０〜６５．０％のニッケル、１７．０〜２３．０％のクロム、５．０〜１２．０％のモリブデン、３．０〜１１．０％のタングステン、３．０〜５．０％のニオブ、０〜２．０％のタンタル、１．２〜３．０％のチタン、０．００５〜１．５０％のアルミニウム、０．０００５〜０．１００％の炭素、８．０％未満の鉄、および５．０％未満のコバルトからなり、溶接された状態で少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）の最小降伏強度を有する、溶接物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年４月４日に出願されたアメリカ合衆国仮出願番号６１／９７５，３５８、および２０１４年５月６日に出願されたアメリカ合衆国仮出願番号６１／９８９，１８８の優先権を主張し、それらの全体は参照され本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、高強度Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｎｂ−Ｔｉ溶接溶加材および溶着物に関する。また、この溶接溶加材を使用して溶着物を形成する方法、より詳しくはＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｎｂ−Ｔｉ溶接溶加材を使用して溶接条件で高耐力の溶着物を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の記述
原油のオフショア診査、開発および生産中に、非常に高価な「海底電線敷設船(lay barges)」の利用時間を最小限にするために、迅速な速度でのパイプの敷設の必要がある。この必要は、「スプールベース(Spool Bases)」と呼ばれる設備で、陸地で末端間が溶接された長いＩＤクラッドパイプを「リーリング（Ｒｅｅｌｉｎｇ）」するという概念によって満たされる。これらの設備は運転するのに高価であり、長い高強度のＩＤクラッドＸ−６５、Ｘ−７０およびＸ−８０パイプの製造、溶接、連続的に順番に行われるＮＤＥ検査およびコーティングためにベース内に複数のステーションを有する。海では、リールの端の連結は海底電線敷設船運転の高いコストのため、スプールベースで要求されるよりさらに時間に敏感である。スプールベース・オペレーターおよび海底電線敷設船の溶接工は、プロセスを遅くし、恐らく高張力鋼パイプに対して負の効果を持つので、析出硬化によって高強度を発現するために高い温度での保持時間を要求する、析出硬化溶接金属、たとえばＩＮＣＯ−ＷＥＬＤＦｉｌｌｅｒ  Ｍｅｔａｌ  ７２５ＮＤＵＲを使用したくない。
【０００４】
これらの「スプールベース」を最も効率的に操作する望みにより、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）が、より速い溶接のために使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、サワー油とガスの用途に対して、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２と同等かわずかによりよい耐蝕性を示す、ガス金属アーク溶接プロセスで使用されることができる溶接ワイヤの必要がある。ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５は、重量％で最小５８．０％のＮｉ、２０．０−２３．０％のＣｒ、最大５．０％のＦｅ、８．０−１０．０％のＭｏ、３．１５−４．１５％のＮｂ、最大０．１０％のＣ、最大０．５０％のＭｎ、最大０．５０％のＳｉ、最大０．０１５％のＰ、最大０．０１５％のＳ、最大０．４０％のＡｌ、最大０．４０％のＴｉ、最大で１．０％のＣｏで構成される。このワイヤーはアメリカの石油産業規格５Ｌ（ＡＰＩ  ５Ｌ）のＸ−６５、Ｘ−７０、およびＸ−８０スチールから作られるＩＤクラッドの高強度のパイプを溶接するために必要であり、溶接されている素地鋼の各々より溶接された状態でより大きな降伏強度を提供しなければならない。望ましい溶接金属は、約１４．５ｋｓｉ（１００ＭＰａ）の降伏強度であり、溶接されているパイプについて指定された最小降伏強度よりも大きい強度を有する。なぜなら、横方向の２倍厚さ（２Ｔ）１８０度曲がり試験(transverse two-thickness(2T)180 degree bends)が、使用されている実際のパイプについて行なわれることを要求し、横方向の引張試験ではベース金属が破壊されるに違いないからである。さらに、強度のオーバーマッチは溶接点またはその近傍においてキンキングの可能性なしで「リーリング」を促進するのに望ましいだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の要約
本発明は以下の成分を以下の重量％で含む溶接溶加材(welding filler metal)に関する：
１７．０〜２３．０％のクロム、５．０〜１２．０％のモリブデン、３．０〜１１．０％のタングステン、３．０〜５．０％のニオブ、０〜２．０％のタンタル、１．２〜３．０％のチタン、０．００５〜１．５０％のアルミニウム、０．０００５〜０．１００％の炭素、２．０％未満の鉄、５．０％未満のコバルトおよび残部のニッケルを含み、ニッケルは５６．０〜６５．０％である。溶接溶加材から形成された溶着物は、溶接された状態で、少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）の最小降伏強度を有する。
【０００７】
溶接溶加材は最大６４．０％のニッケル、最大２２．０％のクロム、最大１０．５％のモリブデン、最大９．５％のタングステン、最大４．５％のニオブ、最大１．５％のタンタル、最大２．５％のチタン、最大１．２５％のアルミニウム、最大０．０７５％の炭素、最大１．０％の鉄および最大４．０％のコバルトを含んでもよい。
【０００８】
溶接溶加材は最小５７．０％のニッケル、最小１８．０％のクロム、最小５．５％のモリブデン、最小３．５％のタングステン、最小３．３％のニオブ、最小１．３％のチタン、最小０．１０％のアルミニウムおよび最小０．００５％の炭素を含んでもよい。溶接溶加材は最大６２．０％のニッケル、最大２１．０％のクロム、最大９．０％のモリブデン、最大８．０％のタングステン、最大４．０％のニオブ、最大１．０％のタンタル、最大２．０％のチタン、最大１．００％のアルミニウム、最大０．０５０％の炭素、最大０．５％の鉄および最大２．５％のコバルトを含んでもよい。溶接溶加材は最小５８．０％のニッケル、最小１９．０％のクロム、最小６．０％のモリブデン、最小４．０％のタングステン、最小３．５％のニオブ、最小１．４％のチタン、最小０．１５％のアルミニウムおよび最小０．０１０％の炭素を含んでもよい。溶接溶加材は最低３．５％のニオブ＋タンタルを含んでもよい。溶接溶加材は最高６．０％のニオブ＋タンタルを含んでもよい。
【０００９】
本発明は、溶接溶加材に関して上に記述する組成を有する溶接溶加材生成物に関する。溶接溶加材生成物から形成された溶着物は、少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）の溶接された状態での最小降伏強度を持っている。溶接溶加材生成物は、管状ワイヤまたはフラックス入りワイヤーの形をしていてもよい。
【００１０】
本発明は以下の成分を以下の重量％で含む溶着物に関する：
１７．０〜２３．０％のクロム、５．０〜１２．０％のモリブデン、３．０〜１１．０％のタングステン、３．０〜５．０％のニオブ、０〜２．０％のタンタル、１．２〜３．０％のチタン、０．００５〜１．５０％のアルミニウム、０．０００５〜０．１００％の炭素、８．０％未満の鉄、５．０％未満のコバルトおよび残部のニッケルを含み、ニッケルは５６．０〜６５．０％である。
【００１１】
溶着物は、溶接された状態で、少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）の最小降伏強度を有する。溶着物は最大６４．０％のニッケル、最大２２．０％のクロム、最大１０．５％のモリブデン、最大９．５％のタングステン、最大４．５％のニオブ、最大１．５％のタンタル、最大２．５％のチタン、最大１．２５％のアルミニウム、最大０．０７５％の炭素、最大７．０％の鉄および最大４．０％のコバルトを含んでもよい。
【００１２】
溶着物は最小５７．０％のニッケル、最小１８．０％のクロム、最小５．５％のモリブデン、最小３．５％のタングステン、最小３．３％のニオブ、最小１．３％のチタン、最小０．１０％のアルミニウムおよび最小０．００５％の炭素を含んでもよい。
【００１３】
溶着物は最大６２．０％のニッケル、最大２１．０％のクロム、最大９．０％のモリブデン、最大８．０％のタングステン、最大４．０％のニオブ、最大１．０％のタンタル、最大２．０％のチタン、最大１．００％のアルミニウム、最大０．０５０％の炭素、最大５．０％の鉄および最大２．５％のコバルトを含んでもよい。
【００１４】
溶着物は最小５８．０％のニッケル、最小１９．０％のクロム、最小６．０％のモリブデン、最小４．０％のタングステン、最小３．５％のニオブ、最小１．４％のチタン、最小０．１５％のアルミニウムおよび０．０１０％の炭素を含んでもよい。溶接溶加材は最低３．５％のニオブ＋タンタルを含んでもよい。溶接溶加材は最高６．０％のニオブ＋タンタルを含んでもよい。
【００１５】
溶着物は微細に分散された第２相粒子状物質を含む微構造を有していてもよい。第２相粒子状物質は５μｍ未満であることができる。溶着物の伸びは少なくとも２０％であることができる。溶着物の強靱さは−５０°Ｆで少なくとも５０Ｊであることができる。
【００１６】
本発明は、上記の溶接溶加材または溶接溶加材生成物を提供し、溶接溶加材または溶接溶加材生成物を溶融し、冷却して溶着物を作成することを含む溶着物の生成方法であって、溶融と冷却の間の溶着物の鉄による稀釈を制限し、溶接された溶着物が８％未満の鉄を含み、溶接された状態で溶着物が少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）の最小降伏強度を有する方法に関する。溶接溶加材または溶接溶加材生成物の溶融および冷却は、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）あるいはガス‐タングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）によって行われることができる。溶接溶加材または溶接溶加材生成物は、狭い溝継ぎ目が２−５度の開先角度を持っていることを特徴とする２つの鋼部品間の狭い溝継ぎ目の中で溶かされ冷やされてもよい。鋼部品はニッケル合金で少なくとも一面を被覆することができる。
【００１７】
本発明は、上記の組成を有し、溶接された状態で少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）の最小降伏強度を有する溶着物によって接続されている、６５ｋｓｉ（４４８ＭＰａ）の最小降伏強度を有する少なくとも２つの高張力鋼成分を含む溶接物に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、小さな第２相粒子を示す本発明の溶着物の１つの実施態様の微構造の走査型電子顕微鏡写真である；
【図２】図２は、引張試験の後の本発明の溶接溶加材ＨＶ１６５４で溶接されたＸ−６５パイプのサンプルの写真である；
【図３】図３は、引張試験の後の本発明の溶接溶加材ＨＶ１７０８で溶接されたＸ−６５パイプのサンプルの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここに引用された全ての降伏強度は０．２％のオフセットで測定され、すべての組成は重量パーセントで与えられる。
【００２０】
本発明は、溶接溶加材および溶着物、および溶接溶加材を使用する方法であって、よい耐蝕性を示し、好ましくはＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５と同じかあるいはわずかによい溶着物を達成する。ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５は以下の組成を有する。最低５８．０％のＮｉ、２０．０−２３．０％のＣｒ、最大５．０％のＦｅ、８．０−１０．０％のＭｏ、３．１５−４．１５％のＮｂ、最大０．１０％のＣ、最大０．５０％のＭｎ、最大０．５０％のＳｉ、最大０．０１５％のＰ、最大０．０１５％のＳ、最大０．４０％のＡｌ、最大０．４０％のＴｉ、そして最大１．０％のＣｏ。サワー油とガスの用途で、溶接されている素地鋼のアメリカ石油産業規格５Ｌ（ＡＰＩ  ５Ｌ）のＸ−６５、Ｘ−７０およびＸ−８０鉄鋼よりも、溶接された状態でより大きな降伏強度を提供する。溶着物は好ましくは溶接されているパイプの最小降伏強度より、少なくとも１４．５ｋｓｉ（１００ＭＰａ）大きい、溶接された時の降伏強度を有する。
【００２１】
６５ｋｓｉ（４４８ＭＰａ）の必要最小降伏強度を有するＸ−６５パイプについては、典型的な降伏強度は約７２−７４ｋｓｉ（４９６−５１０ＭＰａ）である。また、最も高い予想降伏強度は約７５−７７ｋｓｉ（５１７−５３１ＭＰａ）である。同様に、Ｘ−７０パイプについては７０ｋｓｉ（４８３ＭＰａ）の必要最小降伏強度であり、典型的な降伏強度は７５−７７ｋｓｉ（５１７−５３１ＭＰａ）であり、最も高い予想降伏強度が約８０−８２ｋｓｉ（５５２−５６５ＭＰａ）である。そしてＸ−８０パイプについては、８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）の必要最小降伏強度を有し、典型的な降伏強度は約８４−８６ｋｓｉ（５７９−５９３ＭＰａ）であり、最大の予想降伏強度は約８８−９０ｋｓｉ（６０７−６２１ＭＰａ）である。したがって、溶接されているパイプについて指定された最小降伏強度よりも少なくとも１４．５ｋｓｉ（１００ＭＰａ）大きい降伏強度を備えた溶着物を形成するためには、Ｘ−６５、Ｘ−７０およびＸ−８０のそれぞれのパイプについて、最低７９．８ｋｓｉ（５５０ＭＰａ）、最低８４．８ｋｓｉ（５８５ＭＰａ）、および最低９４．５ｋｓｉ（６５２ＭＰａ）の最小溶着物降伏強度が必要である。
【００２２】
表１は、Ｘ−６５、Ｘ−７０およびＸ−８０パイプの典型的で期待される最大強度、これらのパイプにおける溶着物に必要な典型的な最少降伏強度、これらのパイプにおける本発明の溶着物の望ましい最小溶接強度、それらのいくつかはＸ−６５およびより強度の低いパイプに使用されている７つの市販の溶接溶加材の溶着物生成物の強度、および５つの本発明により作られた溶着物の強度を示す。表２は、表１に示された溶接溶加材の組成を示す。析出硬化合金ＩＮＣＯ−ＷＥＬＤ（登録商標）７２５ＮＤＵＲをはじめとする７つの市販の溶接溶加材の全ては、低くて一貫しない溶接強さを示し、７つの市販の溶接溶加材を使用して作られた溶着物のいずれも高強度パイプの必要条件を満たすための十分な降伏強度を持っていない。他の析出硬化、耐腐食性の溶接ワイヤは利用可能であるが、それらは十分な強さを達成するために時間を要する溶接後熱処理（ｐｗｈｔ）を要求するので、それらは魅力がない。
【００２３】
【表１】
0006396574.tif 000002
【００２４】
【表２】
0006396574.tif 000003
【００２５】
本発明は以下を含む溶接溶加材に関する：
１７．０〜２３．０％のクロム、５．０〜１２．０％のモリブデン、３．０〜１１．０％のタングステン、３．０〜５．０％のニオブ、０〜２．０％のタンタル、１．２〜３．０％のチタン、０．００５〜１．５０％のアルミニウム、０．０００５〜０．１００％の炭素、２．０％未満の鉄、５．０％未満のコバルトおよび残部のニッケルを含み、ニッケルは５６．０〜６５．０％である。好ましくは１９．０〜２１３．０％のクロム、６．０〜９．０％のモリブデン、４．０〜８．０％のタングステン、３．５〜４．０％のニオブ、０〜１．０％のタンタル、１．４〜２．０％のチタン、０．２０〜１．００％のアルミニウム、０．００５〜０．０５０％の炭素、０．５％未満の鉄、２．５％未満のコバルトおよび残部のニッケルを含み、ニッケルは５８．０〜６２．０％である。
【００２６】
ニッケル（Ｎｉ）
ニッケルは、上記の量の溶質原子を溶かすことができる延性のある耐蝕性マトリックスの提供に有益である。希望の結果を達成するために、ニッケル含有率は少なくとも５６．０％、好ましくは少なくとも５７．０％およびより好ましくは５８．０％であるようにコントロールされる。しかしながら、過度の量のニッケルは、強度を大きくし腐食抵抗性を付与する元素の量を制限するという有害作用を持っている。従って、ニッケル含有率は高々６５．０％、好ましくは高々６４．０％およびより好ましくは高々６２．０％であるようにコントロールされる。
【００２７】
クロム（Ｃｒ）
クロムは耐蝕性および幾分かの強度向上には有益である。希望の結果を達成するために、クロム含有率は少なくとも１７．０％、好ましくは少なくとも１８．０％およびより好ましくは少なくとも１９．０％であるようにコントロールされる。しかしながら、過度の量のクロムはＣＴＥと延性に対して有害作用を持っている。従って、クロム含有率は高々２３．０％、好ましくは高々２２．０％およびより好ましくは高々２１．０％であるようにコントロールされる。
【００２８】
アルミニウム（Ａｌ）
アルミニウムは溶加材から酸素を除去しガンマプライム（γ’）強化を提供することには有益である。希望の結果を達成するために、アルミニウム含有量は少なくとも０．００５％、好ましくは少なくとも０．１０％より好ましくは少なくとも０．１５％、さらに好ましくは少なくとも０．２０％であるようにコントロールされる。しかしながら、過度の量のアルミニウムは熱間割抵抗性および表面清浄度に対して有害作用を持っている。従って、アルミニウム含有量は高々１．５０％、好ましくは高々１．２５％およびより好ましくは高々１．００％であるようにコントロールされる。
【００２９】
ニオブ（Ｎｂ）
ニオブは第２相粒子の沈殿によって強度を大きくすることに有益である。希望の第２相を達成するために、ニオブ含有率は少なくとも３．０％、好ましくは少なくとも３．３％およびより好ましくは少なくとも３．５％であるようにコントロールされる。しかしながら、あまりにも多くのニオブは熱間割感度を増加させる場合がある。従って、ニオブ含有率は、最大５．０％、好ましくは最大４．５％、そしてより好ましくは最大４．０％であるようにコントロールされる。
【００３０】
モリブデン（Ｍｏ）
モリブデンは耐蝕性および固溶体マトリックス強化に有益である。さらに、それは、溶接溶加材を強くするＭｕ相を形成する。希望の結果を達成するように、モリブデン含有率は少なくとも５．０％、好ましくは少なくとも５．５％およびより好ましくは少なくとも６．０％であるようにコントロールされる。しかしながら、より高い量のモリブデンは、生産の間に溶接溶加材の熱間加工を複雑にすることがある。従って、モリブデン含有率は、高々１２．０％、好ましくは高々１０．５％およびより好ましくは高々９．０％であるようにコントロールされる。
【００３１】
タングステン（Ｗ）
タングステンは強化と耐蝕性に有益である。希望の結果を達成するために、タングステン含有率は少なくとも３．０％、好ましくは少なくとも３．５％およびより好ましくは少なくとも４．０％、また高々１１．０％、好ましくは高々９．５％およびより好ましくは高々８．０％であるようにコントロールされる。
【００３２】
タンタル（Ｔａ）
タンタルはＮｂのように、強化に有益で、微構造相のコントロールのためにＮｂと関連して調節されてもよい。市販条件の下では、故意に加えられなかったとしてもタンタルが少なくとも１ｐｐｍの量に存在すると予想されるだろう。タンタルは２．０％を超過するべきでなく、好ましくは１．５％を超過せず、より好ましくは１．０％を超過するべきでない。
【００３３】
ニオブ＋タンタル（Ｎｂ＋Ｔａ）
ニオブとタンタルはともに第２相を形成し、強度を高め、第２相のコントロールのために調節されることができる；しかしながら、合計は、少なくとも３．０％、好ましくは少なくとも３．３％およびより好ましくは少なくとも３．５％、また高々７．０％、好ましくは高々６．０％および好ましくは高々５．０％である。
【００３４】
チタン（Ｔｉ）
チタンは、第２相形成、孔隙率コントロールおよびガンマプライム形成に有益である。希望の結果を達成するために、チタン含有率は少なくとも１．２％、好ましくは少なくとも１．３％およびより好ましくは少なくとも１．４％であるようにコントロールされる。しかしながら、あまりにも多くのチタンは、イータ相の形成を引き起こす。従って、チタン含有率は、高々３．０％、好ましくは高々２．５％およびより好ましくは高々２．０％であるようにコントロールされる。
【００３５】
炭素（Ｃ）
ＴｉとＮｂと協力して炭素は溶接された溶着物の粒度制御に有益であり、第２相形成にも有用である。希望の結果を達成するように、炭素含有量は少なくとも０．０００５％、好ましくは少なくとも０．００５％およびより好ましくは少なくとも０．０１０％であるようにコントロールされる、また高々０．１００％、好ましくは高々０．０７５およびより好ましくは高々０．０５０％であるようにコントロールされる。
【００３６】
コバルト（Ｃｏ）  
コバルトは、硬度および引っ張り強度、および降伏強度を測定可能に向上する、マトリックス強化元素である。しかしながら、コストのために、最大５．０％、好ましくは最大４．０％、より好ましく最大２．５％に制限することは望ましい。
【００３７】
鉄（Ｆｅ）
溶接溶加材中の鉄は、溶着物の中での低い鉄含量を維持することを支援するために２．０％未満、好ましくは１．０％未満、より好ましくは０．５％未満にコントロールされるべきである。溶着物中の過度の鉄は溶接された状態で降伏強度を弱める。
【００３８】
シリコン（Ｓｉ）  
シリコンは少量でパッドル流動性の改善には有用であるが、多量の場合には熱間割または凝固クラッキングへの増加した感度に結びつくことがある。従って、シリコン含有量は、高々０．７５％、好ましくは０．５０％以下あるいはより好ましくは０．２５％以下および最も好ましくは０．１５％以下であるようにコントロールされる。
【００３９】
マンガン（Ｍｎ）  −  マンガンは、Ｍ２３Ｃ６形成を避けるために高々３．０％、好ましくは２．０％以下あるいはより好ましくは１．０％以下および最も好ましくは０．２０％以下であるべきである。
【００４０】
硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）、カルシウム（Ｃａ）およびマグネシウム（Ｍｇ）  
硫黄とリンは不純物として存在し、以下のように制限されるべきである：０．００２％未満の硫黄、リンの０．０１０％未満、そして、より好ましくは０．００５％未満、カルシウムとマグネシウムは加えられ、カルシウムは０．００６％未満、より好ましくは０．００５％未満、マグネシウムは０．０２０％未満、より好ましくは０．０１０％未満にコントロールされるべきである。
【００４１】
本発明の組成を有する５つの溶接溶加材が作成された。これらの溶接される溶加材の組成は表２に示される。力学的性質試験は、ガス‐タングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）を使用して作られた長さ方向の全溶接金属標本を使用して、溶接された状態で本発明の溶接溶着物のうちの４つについて２回行なわれた。２つの条件がテストされた。第１は、溶接溶加材の１５−２０％の鉄稀釈物であり、第２は溶接溶加材の５％未満の鉄の稀釈物であった。結果は表３および４に示される。その比較は、高い鉄稀釈が降伏強度に有害作用を持っていることを示す。
【００４２】
表５は、５％未満の鉄稀釈である溶接された状態の５番めの本発明の溶接溶加材のシャルピーＶノッチ耐衝撃試験結果を示し、溶接溶加材が９．４％のＦｅ含む時の、表５ｂに与えられた値と比較することができる。
【００４３】
【表３】
0006396574.tif 000004
【００４４】
【表４】
0006396574.tif 000005
【００４５】
【表５ａ】
0006396574.tif 000006
【００４６】
【表５ｂ】
0006396574.tif 000007
【００４７】
本発明の溶接される溶加材が１５％−２０％  Ｆｅで希釈される場合、表３、４、５ａおよび５ｂに示された機械的性質から見ることができるように、降伏強度は、鉄稀釈が５％未満である場合より約２０ｋｓｉ（１３８ＭＰａ）低い。さらに、本発明の溶接される溶加材が９％を超えるＦｅで希釈される場合、鉄稀釈が５％未満でコントロールされる場合より耐衝撃性が顕著に低い。したがって、溶着物中のＦｅは８．０％未満、好ましくは７．０％、およびより好ましくは５．０％未満に維持されるべきである。鉄の稀釈はより高い降伏強度および衝撃強度を促進しつつ、第２相粒子の微細さを維持するために、低い入熱の維持により、低い値にコントロールすることができる。降伏強度と衝撃強度の最高値については、溶接の入熱は５０キロジュール／インチ未満、好ましくは４５キロジュール／インチ未満、およびより好ましくは４０キロジュール／インチ未満であるべきである。同時に、より低い入熱は、より多くの溶接ビードあるいはパスをもたらし、これは引き続く入熱によりビードあるいはパスの強度を大きくする。
【００４８】
溶着物は少なくとも７２ｋｓｉ（４９６ＭＰａ）、好ましくは少なくとも７８ｋｓｉ（５３８ＭＰａ）およびより好ましくは少なくとも８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）の降伏強度、少なくとも２０％、好ましくは少なくとも２５％およびより好ましくは少なくとも３０％の伸び、−５０°Ｆで少なくとも５０Ｊ、好ましくは−５０°Ｆで少なくとも７０Ｊおよびより好ましくは−５０°Ｆで少なくとも１００Ｊの強靱性および２００−４００のＨＶの間の硬度を有する。
【００４９】
溶着物の微構造は樹木状晶間のエリア（interdendritic areas）に第２相粒子を含んでいる。第２相粒子は、本発明の溶接溶加材ＨＶ１６５５を使用して作られた溶着物の微構造の走査型電子顕微鏡写真である図１に示される。第２相粒子は主に５μｍ未満で、０．５μｍ未満であることができる。
【００５０】
第２相粒子は、タングステンとモリブデンで堅くされたマトリックスの中への凝固およびクールダウンで促進される。また多数のウェルドビードまたはパスの強度向上効果と結び付けられたこの組み合わせは、予想外の高い降伏強度を提供する。粒子状物質の小ささおよび密度は、溶着物の非常に高い衝撃靱性および高い伸びに寄与する。先行技術の溶着物においては、強度の向上は靱性および延性を低下させたので、そのような組み合わせはまさに高強度ニッケル合金溶着物において予想外のものであった。
【００５１】
ニオブおよびチタンを実質的に含まない先行技術の溶接溶加材（ＩＮＣＯ−ＷＥＬＤ（登録商標）Ｃ−２７６、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２２、ＩＮＣＯ−ＷＥＬＤ（登録商標）６８６ＣＰＴ（登録商標）、Ｐｈｙｗｅｌｄ  ＮＣＷ、アロイ５９）の溶着材では、６０−６５ｋｓｉ（４１４−４４８ＭＰａ）の範囲の溶着物の強さを与える。さらに、２３０−Ｗ（登録商標）溶加材溶着物の引張試験は、６８−７８ｋｓｉ（４６９−５３８ＭＰａ）の範囲にある降伏強度を与える。したがって、ニオブとチタンの追加のないニッケル・マトリックス中の３％のモリブデンと１４％の高いタングステンは、本発明の溶接溶加材の溶着物産物の高い強度を提供しない。３．０−５．０％のニオブと１．２−３．０％のチタンを含み、溶接溶加材中の鉄含量が低く溶接法からの鉄の稀釈が低い本発明の溶接溶加材は、約７２−９２ｋｓｉ（４９６−６３４ＭＰａ）の降伏応力を与える。さらに、溶接溶加材中の鉄含量が低く溶接法からの鉄の稀釈が低く、溶接時の入熱が低い値にコントロールされる場合、約８３−９５ｋｓｉ（５７２−６５５ＭＰａ）のオーダーの降伏強度が得られる。
【００５２】
先行技術の溶接溶加材は、熱処理による第２相のコントロールに注目した；しかしながら、本発明の溶接溶加材の沈殿および制御装置が、溶融から凝固およびクールダウンに影響を与えるので、本発明の溶加材は高速製造ができ、高い溶着物の強度を溶接された状態で達成することができる。
【００５３】
市販の４インチの直径のＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５ＩＤクラッドＸ−６５パイプが、本発明の溶接溶加材の試験のために得られた。パイプの溶接されていないサンプルの機械的テストは、８７．２ｋｓｉ（６０１ＭＰａ）（４つのテストの平均、表６）の降伏強度を与えた。機械的性質に基づいて、パイプのこのロットは、Ｘ−６５、Ｘ−７０およびＸ−８０パイプの２倍または３倍の能力を有する。表７は、パイプのこのロットの組成を示す。このパイプがＸ−６５、Ｘ−７０、あるいはＸ−８０パイプの２倍または３倍の能力を有するが、Ｘ−７０およびＸ−８０パイプの典型的な組成は約１．５−１．７％でわずかに高いＭｎを含み類似している。
【００５４】
【表６】
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【００５５】
【表７】
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【００５６】
周溝溶接が、サイドウォールの中への非常に小さな浸透を得るために十分なサイドウォールのみが溶かされた本発明の溶接溶加材ＨＶ１６５４、ＨＶ１６５５、およびＨＶ１７０８を使用して、低いＦｅ稀釈技術でＧＴＡＷプロセスを使用するＸ−６５パイプが生産された。横方向の引張試験が溶接管について行なわれた。Ｔ−２およびＴ−３標本の両方が調製されテストされた。表８は、ＨＶ１６５４溶接溶加材で作られた溶接管のための横方向の伸長試験の結果を示し、すべての標本が熱影響部分(heat affected zone:HAZ)および融合線から離れたベース金属で破壊されたことを示す。図２は、引張試験の後の標本のうちの２つを示す。これらの結果は、溶接されたＸ−６５パイプを使用した時、溶接溶加材ＨＶ１６５４の強さが８０．９ｋｓｉ（５５８ＭＰａ）よりも大きいことを示す。横方向の曲試験も欠陥なしで行なわれた。
【００５７】
表９は、溶接溶加材ＨＶ１７０８を使用して溶接されたＸ−６５パイプ用の横方向の引張試験の結果を示す。標本はすべて、融合線とＨＡＺから離れたベース金属で破壊されたことを示す。これらの結果は、Ｘ−６５パイプの溶接に使用された時、溶加材ＨＶ１７０８の溶接強さが８６．７ｋｓｉ（５９８ＭＰａ）より大きいことを示す。図３は破壊された引張試験片を示す。
【００５８】
【表８】
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【００５９】
【表９】
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【００６０】
先のデータに基づいて、高強度ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５  ＩＤ  クラッドＸ−６５，Ｘ−７０，およびＸ−８０鋼管の連結のために本発明の溶接溶加材を使用することができ、また曲試験および引張試験において受け入れ可能な結果を提供し、ベース金属で破壊されることが理解できる。これらの溶着物は、溶接された状態でベース金属より強く、−５０°ＦでのシャルピーＶノッチ試験での非常に高い靭性を提供する。高い降伏強度と靱性の両方が溶接された状態で得られることは予想外である。特性のこの組み合わせは、モリブデンとタングステンで強化されたニッケルとクロムマトリックス内の第２相粒子の微細分散によって達成される。これらの粒子状物質は凝固とクールダウン中に溶融物から沈殿させられ、従来技術での耐腐食性のニッケルベースの溶接溶加材では達成されていない、溶接された状態での特性を提供する。ニッケル・マトリックス中のＣｒ、ＭｏおよびＷに基づいて、これらの溶着物は、ＡＳＴＭ  Ｇ−４８環境の中でテストされた時、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５溶着物のそれと少なくとも等しい良好な耐蝕性を示すであろう。亀裂先端開口変位(crack tip opening displacement:CTOD)試験結果および耐疲労性はさらによいだろう。
【００６１】
溶接溶加材は、管状ワイヤおよびフラックス入りワイヤーを含む任意の適切な形式で供給されてもよい。ソリッドワイヤーは従来の固溶体ニッケル合金として生産されるが、比較的高温でのアニーリングを要求し、他のニッケル合金より頻繁にアニールされるだろう。プロセスは従来の真空溶解、インゴットのキャスティングを包含し、それは再び溶かされ、インゴットを熱間加工し、鋼片を形成する。その後、鋼片はワイヤー／棒を形成するために熱間圧延される。ワイヤー／棒は２００ｋｓｉ（１３７９ＭＰａ）以上の抗張力下に冷間延伸されて、２０００°Ｆ（１０９３°Ｃ）以上でアニールされ、最終サイズへ再度延伸される。アニール状態で、ワイヤーは１２０−１４０ｋｓｉ（８２７−９６５ＭＰａ）の引張強度を有することができる。
【００６２】
溶接溶加材は、任意の適切な溶接法、好ましくはガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）あるいはガス‐タングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）で使用されてもよい。溶接中に、溶接溶加材は溶着物を形成するために溶かされ冷やされるだろう。
溶着物の溶接時間および鉄の稀釈を低減するために、溶接継手の開先角度が２−５度と小さいことは好ましく、それはしばしば狭い溝と呼ばれる。バーティヵルダウンＧＭＡＷ溶接法(vertical down GMAW welding process)は、入熱を低減し、溶接法の比較的速い進行のために使用される。さらに、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５、あるいは類似のＩＤクラッド高張力鋼が溶接される時、クラッディングは、３−４ｍｍのＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５の基部（既に融合した継ぎ目の根）、または類似の溶接金属を提供し、鉄の稀釈量を継ぎ目のサイドウォールからのものに制限するだろう。
【００６３】
上記の溶接溶加材および方法は、本発明の溶接溶加材を使用して結合され、上記の特性を持っている少なくとも２つの高張力鋼成分を含む溶接物を生産するために使用されてもよい。さらに、上記のように少なくとも２つの高張力鋼成分は、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）アロイ６２５のＩＤクラッドを有する、Ｘ−６５、Ｘ−７０、あるいはＸ−８０パイプから選ばれることができる。
【００６４】
本発明は現在最も実際的なものであると考えられるものおよび好ましい実施態様に基づいた例示の目的で詳細に記述されており、そのような詳細はもっぱら上記の目的のために記載され、本発明は開示した実施態様に制限されない。そして、追加された請求項の精神およびその範囲内にある修正および等価物をカバーするように意図された。
例えば、本発明が可能な程度まで、任意の実施態様の１つ以上の特徴を他の実施態様の１つ以上の特徴と結合することができることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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