(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の化学組成１を有するオーステナイト系合金からなる母材と他のオーステナイト系合金からなる母材とを溶接するのに用いる溶接材料であって、質量％で、Ｃ：０．３％を超えて３．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて５５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする溶接材料。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【請求項２】
他のオーステナイト系合金からなる母材が、下記の化学組成１または２を有することを特徴とする請求項１に記載の溶接材料。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
（化学組成２）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【請求項３】
母材および溶接材料のいずれか１以上の材料が、質量％で、さらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接材料。  
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の母材を、請求項１から３までのいずれかに記載の溶接材料を用いて溶接したことを特徴とする溶接継手構造体。
【請求項５】
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるオーステナイト系合金の母材と下記（ｉ）および（ｉｉ）の特徴を備えるオーステナイト系合金の溶接金属とで構成されたことを特徴とする溶接継手構造体。
（ｉ）片側から溶接された少なくとも初層の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１％を超えて０．７％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％を超えて０．１％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１８〜３０％、Ｎｉ：１０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなること
（ｉｉ）裏波ビード高さが０〜３ｍｍであること
【請求項６】
母材および溶接金属の少なくともいずれかが、質量％で、さらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することを特徴とする請求項５に記載の溶接継手構造体。
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下
【請求項７】
下記の化学組成１を有するオーステナイト系合金からなる母材と他のオーステナイト系合金からなる母材とを溶接してなる溶接継手構造体であって、溶接する際に、初層溶接には、質量％で、Ｃ：０．６％を超えて２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる溶接材料を用い、その後の積層溶接には、質量％で、Ｃ：０．２％を超えて０．６％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる溶接材料を用いて溶接されたものであることを特徴とする溶接継手構造体。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【請求項８】
他のオーステナイト系合金からなる母材が、下記の化学組成１または２を有することをことを特徴とする請求項７に記載の溶接継手構造体。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
（化学組成２）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【請求項９】
母材および溶接材料のいずれか１以上の材料が、質量％で、さらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することを特徴とする請求項７または８に記載の溶接継手構造体。
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下
【請求項１０】
下記の化学組成１を有するオーステナイト系合金からなる母材と他のオーステナイト系合金からなる母材とを溶接してなる溶接継手構造体であって、質量％で、Ｃ：０．２％を超えて０．６％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる溶接材料を用いて溶接する際に、少なくとも初層は、母材からの希釈率が５０％未満となる条件で溶接されたものであることを特徴とする溶接継手構造体。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【請求項１１】
他のオーステナイト系合金からなる母材が、下記の化学組成１または２を有することをことを特徴とする請求項１０に記載の溶接継手構造体。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
（化学組成２）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【請求項１２】
母材および溶接材料の少なくともいずれかが、質量％で、さらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の溶接継手構造体。
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接材料および溶接継手構造体に関する。詳しくは、オーステナイト系合金を溶接する際に用いる溶接材料、およびオーステナイト系合金溶接継手構造体に関する。さらに詳しくは、Ｐ含有量の高いオーステナイト系合金どうしの溶接、さらには、Ｐ含有量の高いオーステナイト系合金とＰ含有量の低いオーステナイト系合金とを異種溶接（以下、「異材溶接」ともいう。）する際に用いることができる、耐溶接凝固割れ性に優れた溶接材料、ならびに、鋼管、鋼板等として、クリープ強度および耐食性が求められる用途に幅広く適用できる、耐溶接凝固割れ性に優れた、あるいは、耐溶接凝固割れ性に加えて延性にも優れた、溶接継手構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーステナイト系ステンレス鋼は、例えば、ＪＩＳ  Ｇ  ４３０４（２００５）に規定されたＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓ等のように、ＣｒおよびＮｉを主要元素とした耐食性に優れた材料として知られている。
【０００３】
そして、特許文献１〜４で示されているように、オーステナイト系の鋼に対して、本来不純物元素であるＰを高濃度で含有させると、Ｍ23Ｃ6炭化物の微細化による析出硬化に寄与し、クリープ強度を始めとする高温強度が向上することが知られている。
【０００４】
同様に、特許文献５においても、高濃度のＰ含有によりクリープ強度を始めとする高温強度を著しく改善したオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。
【０００５】
また、特許文献６および特許文献７には、０．０５％を超えるＰを含有することにより母材の耐メタルダスティング性が向上する金属材料が開示されている。
【０００６】
特許文献８にも、耐メタルダスティング性に優れ、かつ、ＳｉとＣｕの関係式で求まる適正量のＴｉを含有させることで溶接凝固割れ感受性を低減させた、耐メタルダスティング性に優れた溶接継手およびその溶接材料が開示されている。
【０００７】
さらに、オーステナイト系合金の溶接材料として、特許文献９には、不純物としてのＰ、Ｓについて「Ｐ：０．０１％以下およびＰ＋Ｓ：０．０２％以下」に制限して凝固割れ感受性を抑制したガスシールドアーク溶接材料が、特許文献１０には、高Ｃｒ−高Ｎｉ合金部材の溶接において、母材となる部材の組成にさらにＮｂを含有させた溶接材料を用いて溶融凝固割れを防止する溶接方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献１１には、Ｃｒ−Ｎｉ含有合金板に、高Ｃ・高Ｃｒの合金粉末を被包した高Ｃ・高Ｃｒ−高Ｎｉ系溶接材料が開示されている。
【０００９】
さらに、特許文献１２には、ＳＵＳ３０４とインバー合金（３６Ｎｉ−残Ｆｅ）との異材溶接で問題となる高温割れを防止するため、溶接金属が２つの関係式を満たし、かつ溶接金属中のＰを含む介在物が面積率で０．０１〜０．１％である、溶接高温割れ抵抗性に優れた溶接継手が開示されている。
【００１０】
しかしながら、Ｐは、オーステナイト中にはほとんど固溶しないため、初晶オーステナイト凝固する場合はもちろんのこと、完全オーステナイトにて凝固する場合に至っては溶接凝固割れ感受性を著しく増大させてしまう。
【００１１】
なお、溶接凝固割れは、溶接凝固中のデンドライト間に残存する液相が低温域まで膜状に残存する場合に、付加される応力に耐えられずに生じる割れである。
【００１２】
そして、Ｐ含有量の増加によって溶接凝固割れ感受性が増大するのは、Ｐが凝固中の液相に著しく濃化して液相の凝固完了温度を大きく低下させるため、液相がより低温域まで残存することに起因するものである。したがって、例えば非特許文献１において、Ｐの含有量は厳しく制限すべきであることが示されている。
【００１３】
このため、特に完全オーステナイト凝固するステンレス鋼およびＮｉ基合金では、Ｐ含有量に対する規制が設けられており、例えば、上記完全オーステナイト凝固するオーステナイト系ステンレス鋼の代表鋼種であるＪＩＳ  Ｇ  ４３０４（２００５）に規定されたＳＵＳ３１０Ｓでは、Ｐの含有量は０．０４５％以下に制限されている。そして、このＳＵＳ３１０Ｓの溶接に用いられる溶接材料のＰ含有量は、溶接凝固割れを配慮して、ＪＩＳ  Ｇ  ４３１６（１９９１）において、さらに低い０．０３０％以下に制限されているのが実状である。
【００１４】
すなわち、Ｐは、従来クリープ強度を始めとする高温強度の向上、耐食性の向上など、オーステナイト系の鉄鋼材料の特性に対して好ましい影響を及ぼすことが知られているにも拘わらず溶接凝固割れ感受性を著しく増大させることから、その含有量が抑制されていた。
【００１５】
【特許文献１】特公昭３７−１７１１３号公報
【特許文献２】特開昭６２−２４３７４２号公報
【特許文献３】特開昭６２−２４３７４３号公報
【特許文献４】特開昭６２−２６７４５４号公報
【特許文献５】ＷＯ２００６／１０６９４４号公報
【特許文献６】特開２００７−１８６７２７号公報
【特許文献７】特開２００７−１８６７２８号公報
【特許文献８】特開２００６−４５５９７号公報
【特許文献９】特開平７−６０４８１号公報
【特許文献１０】特開平９−５２１９４号公報
【特許文献１１】特開平１１−２８５８９０号公報
【特許文献１２】特開２００１−１８０８９号公報
【非特許文献１】Ｙ．Ａｒａｔａ、Ｆ．Ｍａｔｓｕｄａ  ａｎｄ  Ｓ．Ｋａｔａｙａｍａ：Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ＪＷＲＩ、Ｖｏｌ．６−１（１９７７）ｐｐ１０５−１１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述の特許文献１で開示された発明は、Ｐを過剰に含有することによる溶接凝固割れ感受性の著しい増大に関しては何も述べられておらず、溶接を必要とするような鋼材としての使用は極めて困難である。
【００１７】
また、特許文献２〜４で開示された発明も、Ｐ添加による高温特性改善効果を得るためのものでしかなく、Ｐの過剰添加が溶接性に悪影響を及ぼすことは記載されているものの、初晶オーステナイト凝固特に完全オーステナイト凝固するようなオーステナイト系ステンレス鋼の溶接凝固割れ感受性の低減手法については全く述べられていない。
【００１８】
特許文献５においては、バレストレイン試験による母材の溶接性は検討されているものの、溶接材料および溶接継手構造体についての検討はなされていない。
【００１９】
特許文献６および特許文献７では、Ｐ含有量の増加による溶接時の凝固割れ感受性の著しい増加についての検討はなされていないし、特許文献８でも、Ｐ含有量が従来レベルの低い場合での検討結果しか開示されていない。
【００２０】
特許文献９および特許文献１０で開示された発明は、高濃度のＰを含有する金属材料を溶接する際の溶接材料を意図したものではなく、また、特許文献１１の実施例に開示されている母材のＰ含有量は低い量でしかない。
【００２１】
特許文献１２の実施例においては、同じ組成の合金どうしを溶接した結果しか示されておらず、さらにその合金組成として高々０．０３０％のＰ含有量のオーステナイト系合金を用いた場合の溶接割れの防止がなされたものでしかない。
【００２２】
以上のとおり、特許文献１〜１２のいずれにおいても、Ｐ含有量の高い合金を母材とした溶接での溶接割れを抑制できる溶接材料および溶接継手構造体についての検討はなされていない。
【００２３】
実際の溶接施工においては、Ｐ含有量が高いオーステナイト系合金を母材として用いた溶接だけではなく、Ｐ含有量が高いオーステナイト系合金とＰ含有量が低いオーステナイト系合金といった、互いの成分が異なる材料を母材として異種溶接することも想定される。しかしながら、前述の特許文献１〜１２のいずれにも、そのような異種溶接の検討はなされていない。
【００２４】
なお、Ｐはクリープ強度を始めとする高温強度および耐食性を向上させることができる元素である。このため、溶接時に完全オーステナイト凝固するオーステナイト系合金の溶接凝固割れ感受性の低減が可能となった場合には、低コスト元素であるＰを活用することによって、経済的にも優れた高機能化された材料開発に大いに寄与することが可能になると考えられる。
【００２５】
さらに、溶接継手構造体としての観点からは、溶接部の使用性能として溶接金属の延性確保が必要となる場合がある。これは、溶接金属が非常に硬い組織で延性が低い場合には、たとえ凝固割れが認めらない場合でも、曲げ加工が施された場合には途中で破断し、溶接構造体としての使用が困難になってしまうためである。
【００２６】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであって、Ｐの含有量が高い完全オーステナイト凝固するオーステナイト系合金（換言すれば、完全オーステナイト組織を有する合金）の溶接性の改善、なかでも前記合金において最も問題となる溶接凝固割れ感受性を低減することことを一つの目的とするものである。具体的には、本発明の一つの目的は、溶接される少なくとも一方の母材であるオーステナイト系合金のＰの含有量が高く、しかも、完全オーステナイト凝固するにも拘わらず、耐溶接凝固割れ性に優れた溶接を可能とする、オーステナイト系合金を溶接するための溶接材料、およびその溶接材料を用いてオーステナイト系合金の母材を溶接したオーステナイト系合金溶接継手構造体を提供することにある。
【００２７】
本発明のもう一つの目的は、上記の場合において、溶接凝固割れ感受性の低減だけではなく、さらに、優れた延性も有するオーステナイト系合金溶接継手構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
既に述べたように、Ｐは、従来クリープ強度を始めとする高温強度の向上および耐食性の向上などオーステナイト系の鉄鋼材料の特性に良い影響を及ぼすことが知られているにも拘わらず溶接凝固割れ感受性を著しく増大させることから、その含有量が抑制されていた。
【００２９】
そして、このような高濃度のＰを含有するオーステナイト系合金を母材として溶接する際には、たとえＰ含有量が低い溶接材料を用いて溶接したとしても、特に、初層溶接金属部においては、母材からの希釈率が大きく母材中のＰが流入して、通常の材料のＰレベルの上限である０．０３％を超えるＰ含有量に達するために、溶接金属部に凝固割れが発生することを避けられない。
【００３０】
そこで、本願発明者らは、Ｐを同じ程度に高い濃度で含み、完全オーステナイト凝固する合金を母材としたいわゆる「同種溶接」およびＰ含有量が異なる合金を母材とした「異種溶接」の際に、溶接凝固割れ感受性を低減するための手法、および溶接金属に高い延性を確保させるための手法に関して、種々の検討を実施した。その結果、下記（ａ）〜（ｊ）の知見を得た。
【００３１】
（ａ）Ｐ含有量が高いオーステナイト系合金を溶接すると、母材からの希釈率が大きい１層溶接または多層溶接の少なくとも初層では、液相中にＰが濃化し、このため凝固割れ感受性が増大する。
【００３２】
（ｂ）Ｐの含有量が通常の鋼材レベルである０．０３％以下に制限されたオーステナイト系合金を溶接する際においても、もう一方の母材のＰ含有量が高いオーステナイト系合金との異種溶接となる場合では、Ｐが溶接金属中へ流入するために液相中のＰ濃度は増加し、特に初層溶接金属では通常レベルのＰ含有量を有する材料どうしの溶接と比べて溶接凝固割れ感受性が高くなる。
【００３３】
（ｃ）溶接金属中のＣ含有量を高めるとともに、特定の量以上の高いＣｒ含有量を確保すれば、溶接凝固中に高温にて安定な「Ｍ7Ｃ3」型の共晶炭化物を有効に活用することができ、系のエントロピーの低減が促進されることになるので、凝固の進行を加速することができる。
【００３４】
（ｄ）前記（ａ）および（ｂ）のようなＰ含有量が高い合金を用いた同種および異種溶接時における液相中のＰ濃度の増加によって溶接凝固割れ感受性が増加した場合においても、熱力学的に凝固の進行が加速されれば、凝固割れの起点となる延性の低い少量の液相が残存している領域での滞在時間が短縮され、結果として凝固割れが抑制されることになる。
【００３５】
（ｅ）したがって、母材からの流入による溶接金属のＰ含有量の増加による悪影響を無害化するには、高Ｃ−高Ｃｒ含有量の溶接材料を用いるのが望ましい。
【００３６】
（ｆ）上記（ａ）で述べたように、１層溶接または多層溶接の初層の場合は母材からの希釈率が大きい。このため、母材のＰ含有量が高い場合には、Ｐが溶接金属中へ流入するために液相中のＰ濃度が増加し、通常レベルの０．０３％以下のＰ含有量の場合の溶接と比べて溶接凝固割れ感受性が高くなる。したがって、少なくとも初層に高Ｃ−高Ｃｒ含有量の溶接材料を用い、溶接条件を選定して少なくとも初層の溶接金属の組成が特定の範囲となるようにすることによって溶接凝固割れを抑制することができ、さらに、裏波ビード高さを特定の範囲にすることによって、溶接継手構造体としての強度確保および健全なビード形状を得ることができる。
【００３７】
（ｇ）一方、あまりにも過剰のＣを含む溶接材料を用いて１層溶接または多層溶接を実施して溶接継手構造体を作製すれば、溶接金属中に延性の低い粗大な共晶炭化物が過剰に晶出するため、溶接金属の伸びおよび絞りが著しく低下して良好な延性を確保することができない。
【００３８】
（ｈ）そのため、特に、多層溶接にて溶接継手構造体を作製する場合では、少なくとも初層溶接には、０．６％を超える量のＣを含有する高Ｃｒ溶接材料を用いることで、溶接凝固割れの抑制が容易になる。そして、２パス目以降の積層溶接の場合には、溶接金属中へ流入するＰ量が比較的抑制されるので、Ｃ含有量が、０．２％を超えて０．６％以下という、初層溶接時と比べてＣ含有量を低めた高Ｃｒ溶接材料を用いれば、共晶炭化物の晶出量が低減して、延性を改善することが可能になる。したがって、上記のように初層溶接とその後の積層溶接を行えば、初層溶接時の溶接凝固割れはもちろんのこと、積層溶接時の溶接凝固割れも防止でき、さらに、良好な延性を有する溶接継手構造体を得ることができる。
【００３９】
（ｉ）一方、初層溶接を、母材からの希釈率を５０％未満とする溶接施工条件にて溶接することによって、溶接金属中へ流入するＰ量が抑制される。このため、上記の溶接施工条件では、Ｃ含有量が、０．２％を超えて０．６％以下という、Ｃ含有量を低めた高Ｃｒ溶接材料を用いた場合でも、溶接凝固割れの発生を防止し、良好な延性も確保できる溶接継手構造体を提供することができる。
【００４０】
（ｊ）なお、多層溶接にて溶接継手構造体を作製する場合では、少なくとも初層溶接において、母材からの希釈率を５０％未満とする溶接施工条件にて溶接すれば、初層においては溶接金属中へ流入するＰ量が上記（ｇ）と比べて低減する。したがって、初層も含めて全層の溶接を、Ｃ含有量が、０．２％を超えて０．６％以下という高Ｃｒ溶接材料を用いて行えば、共晶炭化物の晶出量が低減して、延性を改善することが可能になる。そして、この場合には、母材からの希釈率の制御による初層溶接時の溶接凝固割れだけではなく、積層溶接時の溶接凝固割れも防止でき、さらに、良好な延性を有する溶接継手構造体を得ることができる。
【００４１】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示す溶接材料および下記の（４）〜（１２）に示す溶接継手構造体にある。
【００４２】
（１）下記の化学組成１を有するオーステナイト系合金からなる母材と他のオーステナイト系合金からなる母材とを溶接するのに用いる溶接材料であって、質量％で、Ｃ：０．３％を超えて３．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて５５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする溶接材料。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【００４３】
（２)他のオーステナイト系合金からなる母材が、下記の化学組成１または２を有することを特徴とする上記（１）に記載の溶接材料。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
（化学組成２）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【００４４】
（３）母材および溶接材料のいずれか１以上の材料が、質量％で、さらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の溶接材料。
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下、
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下。
【００４５】
（４）上記（１）から（３）までのいずれかに記載の母材を、上記（１）から（３）までのいずれかに記載の溶接材料を用いて溶接したことを特徴とする溶接継手構造体。
【００４６】
（５）質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるオーステナイト系合金の母材と下記（ｉ）および（ｉｉ）の特徴を備えるオーステナイト系合金の溶接金属とで構成されたことを特徴とする溶接継手構造体。
（ｉ）片側から溶接された少なくとも初層の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１％を超えて０．７％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％を超えて０．１％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１８〜３０％、Ｎｉ：１０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなること、
（ｉｉ）裏波ビード高さが０〜３ｍｍであること。
【００４７】
（６）母材および溶接金属の少なくともいずれかが、質量％で、さらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することを特徴とする上記（５）に記載の溶接継手構造体。
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下、
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下。
【００４８】
（７）下記の化学組成１を有するオーステナイト系合金からなる母材と他のオーステナイト系合金からなる母材とを溶接してなる溶接継手構造体であって、溶接する際に、初層溶接には、質量％で、Ｃ：０．６％を超えて２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる溶接材料を用い、その後の積層溶接には、質量％で、Ｃ：０．２％を超えて０．６％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる溶接材料を用いて溶接されたものであることを特徴とする溶接継手構造体。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【００４９】
（８）他のオーステナイト系合金からなる母材が、下記の化学組成１または２を有することをことを特徴とする上記（７）に記載の溶接継手構造体。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
（化学組成２）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【００５０】
（９）母材および溶接材料のいずれか１以上の材料が、質量％で、さらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することを特徴とする上記（７）または（８）に記載の溶接継手構造体。
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下、
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下。
【００５１】
（１０）下記の化学組成１を有するオーステナイト系合金からなる母材と他のオーステナイト系合金からなる母材とを溶接してなる溶接継手構造体であって、質量％で、Ｃ：０．２％を超えて０．６％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる溶接材料を用いて溶接する際に、少なくとも初層は、母材からの希釈率が５０％未満となる条件で溶接されたものであることを特徴とする溶接継手構造体。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【００５２】
（１１）他のオーステナイト系合金からなる母材が、下記の化学組成１または２を有することをことを特徴とする上記（１０）に記載の溶接継手構造体。
（化学組成１）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
（化学組成２）
質量％で、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成。
【００５３】
（１２）母材および溶接材料の少なくともいずれかが、質量％で、さらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することを特徴とする上記（１０）または（１１）に記載の溶接継手構造体。
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下、
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下。
【００５４】
なお、残部としての「Ｆｅおよび不純物」における「不純物」とは、金属材料の工業的生産において原料たる鉱石、スクラップ等から混入するものを指す。
【００５５】
また、「ＲＥＭ」は、Ｓｃ、Ｙおよ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。
【００５６】
「母材からの希釈率」とは、母材と溶接材料を組み合わせて得られる初層溶接金属における母材の希釈された割合を指す。
【００５７】
以下、上記（１）〜（３）に示す溶接材料に係る発明および（４）〜（１２）に示す溶接継手構造体に係る発明を、それぞれ、「本発明（１）」〜「本発明（１２）」という。また、総称して「本発明」ということがある。
【発明の効果】
【００５８】
本発明の溶接材料は、少なくとも一方の母材が０．０３％を超えて０．３％以下という高い量のＰを含有し、しかも、完全オーステナイト凝固するにも拘わらず、溶接凝固割れの発生を抑制できるので、溶接施工が要求される用途に幅広く適用することができる。さらに、本発明の溶接継手構造体は、少なくとも一方の母材が上記の高い量のＰを含有し、しかも、完全オーステナイト凝固するにも拘わらず、耐溶接凝固割れ性、あるいは、耐溶接凝固割れ性および延性に優れている。加えて、本発明の溶接継手構造体は、優れた高温強度および耐食性も有するものである。なお、本発明の溶接材料は、上記オーステナイト系合金の溶接継手構造体を作製するのに最適なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお。以下の説明における各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００６０】
（Ａ）母材、溶接材料および溶接継手構造体における溶接金属の化学組成：
（Ａ−１）溶接材料のＣについて：
（Ａ−１−１）本発明（１）および本発明（２）で用いる溶接材料のＣについて：
Ｃ：０．３％を超えて３．０％以下
Ｃは、上記の溶接材料において最も重要な元素の一つである。すなわちＣは、高Ｐ化によるオーステナイト系合金の溶接凝固割れ感受性に対する悪影響を無害化させるのに必要なＣｒを主体とする「Ｍ7Ｃ3」型の炭化物の晶出を促進させるために必要不可欠な元素である。
【００６１】
１２％以上のＣｒを含むオーステナイト系合金の溶接において、少なくとも一方の母材が０．０３％を超える高い量のＰを含有する場合に、つまり、高濃度のＰを含有する母材どうしの同種溶接の場合、または、一方のみ高濃度のＰを含有する母材を用いた異種溶接の場合に、５０％程度の母材からの希釈率に対してＰの濃化および流入による凝固割れ感受性の増大を安定して防止するために、Ｃの含有量を０．３％を超える量とする。なお、Ｃの含有量は多いに越したことはないが、３．０％を超える量のＣが含有された場合には、溶接施工条件によっては溶接金属中に過剰なＣが流入するために溶接継手の延性が非常に乏しくなることがある。したがって、Ｃの含有量を０．３％を超えて３．０％以下とした。なお、上記の溶接材料のＣ含有量は０．５％超えとすることが好ましく、０．８％以上とすればさらに一層好ましい。
【００６２】
（Ａ−１−２）本発明（７）で用いる初層溶接用溶接材料のＣについて：
Ｃ：０．６％を超えて２．０％以下
Ｃは、上記の溶接材料において最も重要な元素の一つである。すなわちＣは、高Ｐ化によるオーステナイト系合金の溶接凝固割れ感受性に対する悪影響を無害化させるのに必要なＣｒを主体とする「Ｍ7Ｃ3」型の炭化物の晶出を促進させるために必要不可欠な元素である。
【００６３】
１２％以上のＣｒを含むオーステナイト系合金の溶接において、少なくとも一方の母材が０．０３％を超える高い量のＰを含有する場合に、つまり、高濃度のＰを含有する母材どうしの同種溶接の初層溶接の場合、または、一方のみ高濃度のＰを含有する母材を用いた異種溶接の初層溶接の場合に、特に、５０％以上となる母材からの希釈率に対してＰの濃化および流入による凝固割れ感受性の増大を安定して防止するために、初層溶接用溶接材料のＣ含有量は０．６％を超える量とする。なお、初層溶接用溶接材料のＣの含有量は多いに越したことはないが、２．０％を超える量のＣが含有された場合には、溶接金属中に過剰な粗大な共晶炭化物が晶析出するために初層溶接金属の延性が非常に乏しくなる。したがって、初層溶接に用いる溶接材料中のＣの含有量を０．６％を超えて２．０％以下とした。なお、上記の初層溶接用溶接材料のＣ含有量の下限は０．８％とすることが好ましく、１．０％とすることがさらに好ましい。
【００６４】
（Ａ−１−３）本発明（７）で用いる積層溶接用溶接材料のＣについて：
Ｃ：０．２％を超えて０．６％以下：
母材からの希釈率が５０％以上となる場合であっても、２パス目以降の積層溶接においては、初層溶接部および母材から流入するＰの量は、初層溶接時と比べて低減する。このため、積層溶接用溶接材料のＣ含有量としては、低めの０．６％以下であってもよい。なお、０．６％を超える量のＣを含有する溶接材料単独にて積層溶接した場合、得られる溶接金属の延性が低下することがある。したがって、溶接継手構造体に十分な延性を付与するために、積層溶接用溶接材料のＣ含有量は０．６％以下とする。一方、特に、母材からの希釈率が５０％以上の場合は、Ｐの濃化および流入が大きくなってしまう。したがって、積層溶接時の溶接凝固割れ感受性の増大を抑制するために、上記の積層溶接用溶接材料のＣ含有量は０．２％を超える量とする。なお、上記の積層溶接用溶接材料のＣ含有量の下限は０．２５％とすることが好ましく、０．３％とすることがさらに好ましい。
【００６５】
（Ａ−１−４）本発明（１０）で用いる溶接材料のＣについて：
Ｃ：０．２％を超えて０．６％以下：
少なくとも初層が、母材からの希釈率が５０％未満となる場合、濃化および流入するＰの量は少ない。このため、この場合の溶接材料のＣ含有量としては、低めの０．６％以下とするのが好ましく、これによって、得られる溶接金属の延性の低下を防止して、溶接継手構造体に十分な延性を付与することが可能となる。一方、少なくとも初層が、母材からの希釈率が５０％未満となる場合、溶接材料のＣ含有量を０．２％を超える量とすれば、Ｐの濃化および流入による凝固割れ感受性の増大を安定して防止することができる。したがって、上記の溶接材料のＣ含有量を、０．２％を超えて０．６％以下とした。なお、上記の少なくとも初層が、母材からの希釈率が５０％未満となる場合において、特に、母材からの希釈率が４０％以上となる溶接施工の場合では溶接材料のＣ含有量の下限は０．４％とすることが好ましく、また、特に、母材から希釈率が３０％以上となる溶接施工の場合では溶接材料のＣ含有量の下限は０．３％とすることが好ましい。
【００６６】
（Ａ−２）溶接材料のＣｒについて：
（Ａ−２−１）本発明（１）および本発明（２）で用いる溶接材料のＣｒについて：
Ｃｒ：２２％を超えて５５％以下
Ｃｒは、金属材料の表面に薄い酸化皮膜を形成することによって、ステンレス鋼およびＮｉ基合金に耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性等を確保させるために必須の元素であり、しかも、上記の溶接材料においてはＣと同様に「Ｍ7Ｃ3」型の炭化物を晶出させるために必要不可欠な元素である。
【００６７】
１２％以上のＣｒを含むオーステナイト系合金の溶接において、少なくとも一方の母材が０．０３％を超える高い量のＰを含有する場合に、つまり、高濃度のＰを含有する母材どうしの同種溶接の場合、または、一方のみ高濃度のＰを含有する母材を用いた異種溶接の場合に、５０％程度の母材からの希釈率に対してＰの濃化および流入による凝固割れ感受性の増大を安定して防止するために、溶接材料は２２％を超えるＣｒを含有することが必要である。しかしながら、Ｃｒの含有量が５５％を超えると、Ｎｉ含有量とのバランスから長時間のクリープ強度の確保に必要な完全オーステナイト組織の安定性を確保することが極めて困難となり、かつ粗大な炭化物が多量に析出するために、例えば時効靱性等の機械的性質が著しく劣化することがある。。したがって、Ｃｒの含有量を２２％を超えて５５％以下とした。なお、上記の溶接材料のＣｒの含有量は４０％未満であればより好ましい。
【００６８】
（Ａ−２−２）本発明（７）で用いる初層溶接用溶接材料および積層溶接用溶接材料ならびに本発明（１０）で用いる溶接材料のＣｒについて：
Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下
上述のとおり、Ｃｒは、金属材料の表面に薄い酸化被膜を形成することによって、ステンレス鋼およびＮｉ基合金に耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性等を確保させるために必須の元素であり、しかも、上記の溶接材料においても、Ｃと同様に「Ｍ7Ｃ3」型の炭化物を晶出させるために必要不可欠な元素である。
【００６９】
１２％以上のＣｒを含むオーステナイト系合金の溶接において、少なくとも一方の母材が０．０３％を超える高い量のＰを含有する場合に、つまり、高濃度のＰを含有する母材どうしの同種溶接の場合、または、一方のみ高濃度のＰを含有する母材を用いた異種溶接の場合に、５０％以上となる母材からの希釈率に対しても、Ｐの濃化および流入による凝固割れ感受性の増大を安定して防止するために、溶接材料は２２％を超えるＣｒを含有することが必要である。同様に、少なくとも初層が、母材からの希釈率が５０％未満となる場合においても、Ｐの濃化および流入による凝固割れ感受性の増大を安定して防止するために、溶接材料は２２％を超えるＣｒを含有することが必要である。
【００７０】
しかしながら、母材からの希釈率が５０％以上の場合、および、少なくとも初層が、母材からの希釈率が５０％未満の場合、の双方において、Ｃｒの含有量が３５％を超えると、粗大な過剰の共晶炭化物が晶出して、溶接金属の延性が低下することがある。したがって、上記の溶接材料のＣｒの含有量を２２％を超えて３５％以下とした、なお、上記の溶接材料のＣｒの含有量は３３％以下であればより好ましい。
【００７１】
（Ａ−３）溶接材料におけるＣおよびＣｒ以外の元素について：
（Ａ−３−１）本発明（１）、本発明（７）および本発明（１０）で用いる溶接材料におけるＣおよびＣｒ以外の元素について：
Ｓｉ：４．０％以下
Ｓｉは、溶接時に外気から侵入するＯ（酸素）と反応して脱酸作用を有し、また、得られた溶接金属の耐酸化性および耐水蒸気酸化性等を高めるのに有効な元素である。上記の効果を得るためには、Ｓｉは０．１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、その含有量が過剰になり、特に、４．０％を超えると、溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる。したがって、Ｓｉの含有量は４．０％以下とした。なお、Ｓｉの含有量は３．０％以下であればより好ましく、２．０％以下であればさらに一層好ましい。
【００７２】
Ｍｎ：３．０％以下
Ｍｎは、金属材料中に不純物として含まれるＳによる熱間加工脆性を抑制する他、溶製時の脱酸に有効な元素である。このような効果を得るためには、Ｍｎは０．０１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、その含有量が３．０％を超えると、σ相等の金属間化合物相の析出を助長し、高温における組織安定性の劣化に起因した靱性と延性の低下を生じる。したがって、Ｍｎの含有量は３．０％以下とした。なお、Ｍｎの好ましい含有量は０．１０〜２．０％であり、さらに一層好ましい含有量は０．３０〜１．５％である。
【００７３】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、従来、溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる元素として知られており、特に完全オーステナイト凝固する場合にはその影響はより顕著となる。本発明においては、少なくとも一方の母材であるオーステナイト系合金のＰ含有量を高めて高温強度および耐食性を高めているが、溶接材料については、溶接凝固割れ感受性の低減および溶接金属中のＰ含有量の抑制のために０．０３％以下とした。なお、Ｐ含有量は好ましくは０．０２％以下であり、さらに好ましくは０．０１％以下である。
【００７４】
Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、金属材料を溶製する際に原料などから混入してくる不純物元素であり、その含有量が多くなると、耐食性の低下を招くとともに、熱間加工性と溶接性も劣化させ、特に、Ｓの含有量が０．０３％を超えると、耐食性の低下、熱間加工性と溶接性の劣化が著しくなる。したがって、Ｓの含有量は０．０３％以下とした。なお、Ｓの含有量は可能な限り低減することが望ましいので、０．０１％以下とすればさらに好ましく、０．００５％以下とすればより一層好ましい。
【００７５】
Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下
Ｎｉは、安定なオーステナイト組織を確保するために必須の元素である。本発明の溶接材料では上述のとおり２２％を超えるＣｒを含有させる必要がある。上記のＣｒ量に対してＮｉの含有量が３０％以下の場合には、得られた溶接金属中にて安定なオーステナイト単相組織にすることが困難であるとともに、高温での長時間使用でオーステナイト組織が不安定になって、σ相等の脆化相析出に起因して高温強度および靱性が著しく劣化してしまう。一方、Ｎｉ含有量の増加によってＰのオーステナイト中の固溶量が低下してＰの溶接凝固割れ感受性に対する悪影響が増大し、特に、Ｎｉの含有量が７０％を超えると、マトリックス中へのＰの固溶度の低下による液相中へのＰの濃化がより増加するため、溶接凝固割れ感受性が極めて高くなり、さらに成分コストも嵩んでしまう。したがって、Ｎｉの含有量は３０％を超えて７０％以下とした。なお、Ｎｉの含有量は３５〜６５％であればより好ましい。
【００７６】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％
Ａｌは、溶接時に外気から侵入するＯ（酸素）と反応して脱酸作用を有する。この効果を発揮させるためにはＡｌをｓｏｌ．Ａｌ（「酸可溶性Ａｌ」）として０．００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、ｓｏｌ．ＡｌとしてのＡｌの含有量が１％を超えると、高温で過剰な量の金属間化合物が析出するので、靱性を著しく低下させてしまう。上記の場合には、延性の低下が大きくなることもある。したがって、ｓｏｌ．Ａｌの含有量は０．００１〜１％とした。
【００７７】
Ｎ：０．３％以下
Ｎの含有量が０．３％を超えると、熱間加工性の低下をきたす。このため、Ｎの含有量は０．３％以下とした。なお、Ｎの含有量は少ないほど望ましく、より好ましいのは０．２％以下、さらに一層好ましいのは０．１５％以下である。
【００７８】
上記の理由から、本発明（１）〜（４）の溶接材料の基本の化学組成について、Ｃ：０．３％を超えて３．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて５５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることと規定した。
【００７９】
また、本発明（７）〜（９）の溶接継手構造体を得るために用いる初層溶接用溶接材料の基本の化学組成について、Ｃ：０．６％を超えて２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．  Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることと規定した。
【００８０】
さらに、本発明（７）〜（９）の溶接継手構造体を得るために用いる積層溶接用溶接材料および本発明（１０）〜（１２）の溶接継手構造体を得るために用いる溶接材料の基本の化学組成について、いずれも、Ｃ：０．２％を超えて０．６％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．  Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることと規定した。
【００８１】
そして、本発明（１０）〜（１２）の溶接継手構造体を得るために用いる溶接材料の基本の化学組成について、Ｃ：０．２％を超えて０．６％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：２２％を超えて３５％以下、Ｎｉ：３０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．  Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることと規定した。
【００８２】
なお、初層溶接時に用いる溶接材料としては、ソリッドワイヤあるいはスプール形状のものを用いてもよいし、インサートリングを用いてもよい。
【００８３】
（Ａ−４）本発明（１）、本発明（２）、本発明（５）、本発明（７）、本発明（８）、本発明（１０）および本発明（１１）における母材について：
Ｃ：２．０％以下
Ｃは、高温強度を改善する元素であり、その効果を得るためには、０．０１％以上含有させることが望ましい。一方、Ｃの含有量が過剰になって、特に、２．０％を超えると、過剰な量のＣｒ炭化物が晶出したり析出したりするために、材料の延性が著しく劣化する。さらに、高温にて延性が無くなる温度（いわゆる「ゼロ延性温度」）が著しく低下したり、１０００℃付近近傍で延性が著しく低下したりするので、熱間加工性が著しく劣化する。したがって、Ｃの含有量を２．０％以下とした。
【００８４】
Ｓｉ：４．０％以下
Ｓｉは、金属材料の溶製時に脱酸作用を有し、また耐酸化性および耐水蒸気酸化性等を高めるのに有効な元素である。上記の効果を得るためには、Ｓｉは０．１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、その含有量が過剰になり、特に、４．０％を超えると、溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる。したがって、Ｓｉの含有量は４．０％以下とした。なお、Ｓｉの含有量は３．０％以下であればより好ましく、２．０％以下であればさらに一層好ましい。
【００８５】
Ｍｎ：０．０１〜３．０％
Ｍｎは、金属材料中に不純物として含まれるＳによる熱間加工脆性を抑制する他、溶製時の脱酸に有効な元素である。このような効果を得るためには、Ｍｎは０．０１％以上含有させる必要がある。しかしながら、その含有量が３．０％を超えると、σ相等の金属間化合物相の析出を助長し、高温における組織安定性の劣化に起因した靱性および延性の低下を生じる。したがって、Ｍｎの含有量は０．０１〜３．０％とした。なお、Ｍｎの含有量は０．１０〜２．０％であればさらに好ましく、０．３０〜１．５％であればさらに一層好ましい。
【００８６】
Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下（前記化学組成１および本発明（５）の母材の場合）
Ｐは、従来、溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる元素として知られており、特に完全オーステナイト凝固する場合にはその影響はより顕著となるため、その含有量には規制が設けられていた。しかしながら、０．０３％を超える量のＰの含有は高温強度、耐食性を向上させる等、材料の特性を向上させる効果を有する。一方、Ｐの含有量があまりにも過剰になり、特に０．３％を超えると、母材の使用性能自体の劣化を招いてしまう。したがって、本発明（１）、本発明（２）、本発明（７）、本発明（８）、本発明（１０）および本発明（１１）の母材が有する前記化学組成１におけるＰの含有量、ならびに本発明（５）の母材におけるＰの含有量を、０．０３％を超えて０．３％以下とした。なお、この化学組成１におけるＰの含有量および本発明（５）の母材におけるＰの含有量は、０．０５％を超えて０．３％以下であればさらに好ましく、０．０８％を超えて０．２％以下であればより一層好ましい。
【００８７】
Ｐ：０．０３％以下（前記化学組成２の場合）
本発明（２）、本発明（８）および本発明（１１）において化学組成２を有する母材は、前記した化学組成１に示される０．０３％を超えて０．３％以下というＰを含有する母材との「異種溶接」に供される母材である。なお、既に述べたように、Ｐは、従来から溶接凝固割れ感受性を高める元素として知られており、特に完全オーステナイト凝固する場合にはその影響はより顕著になる。したがって、溶接凝固割れ感受性を低減させることを目的に、本発明（２）、本発明（８）および本発明（１１）の母材が有する前記化学組成２におけるＰの含有量を０．０３％以下とした。なお、この化学組成２におけるＰの含有量は好ましくは０．０２％以下である。
【００８８】
Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、金属材料を溶製する際に原料などから混入してくる不純物元素であり、その含有量が多くなると、耐食性の低下を招くとともに、熱間加工性と溶接性も劣化させ、特に、Ｓの含有量が０．０３％を超えると、耐食性の低下、熱間加工性と溶接性の劣化が著しくなる。したがって、Ｓの含有量は０．０３％以下とした。なお、Ｓの含有量は可能な限り低減することが望ましいので、０．０１％以下とすればさらに好ましく、０．００５％以下とすればさらに一層好ましい。
【００８９】
Ｃｒ：１２〜３５％
Ｃｒは、金属材料の表面に薄い酸化皮膜を形成することによって、ステンレス鋼およびＮｉ基合金に耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性等を確保させるための必須の元素である。前記した効果を得るためには、Ｃｒを１２％以上含有する必要がある。
【００９０】
なお、本発明においては、Ｐの溶接凝固割れ感受性に対する悪影響を排除するために、Ｃｒを主体とする「Ｍ7Ｃ3」型の炭化物を晶出させる必要があり、しかも、Ｃｒの含有量が多いほど耐食性が向上する。このため、より多くのＣｒを含有していることが望ましい。しかしながら、Ｃｒの含有量が３５％を超えると、Ｎｉ含有量とのバランスから長時間のクリープ強度の確保に必要な完全オーステナイト組織の安定性を確保することが極めて困難となり、かつ粗大な炭化物が多量に析出するために、例えば、時効靱性等の機械的性質が著しく劣化する。したがって、Ｃｒの含有量を１２〜３５％とした。
【００９１】
Ｎｉ：６〜８０％
Ｎｉは、安定なオーステナイト組織を確保するために必須の元素であり、その必要最少含有量は、オーステナイト系合金中に含まれるＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ等のフェライト生成元素、および、Ｍｎ、Ｃ、Ｎ等のオーステナイト生成元素の含有量によって定まる。
【００９２】
本発明の母材には上述のとおり１２％以上のＣｒを含有させる必要がある。このＣｒ量に対してＮｉの含有量が６％未満の場合には、安定なオーステナイト単相組織にすることが困難であり、さらに、高温での長時間使用でオーステナイト組織が不安定になり、σ相等の脆化相析出に起因して高温強度および靱性が著しく劣化してしまう。一方、Ｎｉ含有量の増加によってＰのオーステナイト中の固溶量が低下してＰの溶接凝固割れ感受性に対する悪影響が増大し、特に、Ｎｉの含有量が８０％を超えると、マトリックス中へのＰの固溶度の低下による液相中へのＰの濃化がより増加するため、溶接凝固割れ感受性が極めて高くなり、さらに成分コストも嵩んでしまう。したがって、Ｎｉの含有量は６〜８０％とした。なお、Ｎｉの含有量は８〜５５％であればより好ましい。
【００９３】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％
Ａｌは、金属材料の溶製時に脱酸作用を有する。この効果を発揮させるためにはＡｌをｓｏｌ．Ａｌ（「酸可溶性Ａｌ」）として０．００１％以上含有させる必要がある。なお、高濃度のＡｌの含有は、高温にて安定なγ’相を形成し、クリープ強度の向上に寄与するとともに、高温での酸化被膜の形成による耐食性の向上にも寄与する。しかしながら、ｓｏｌ．ＡｌとしてのＡｌの含有量が５％を超えると、高温で過剰な量の金属間化合物が析出するので、靱性を著しく低下させてしまう。上記の場合には、延性の低下が大きくなることもある。したがって、ｓｏｌ．Ａｌの含有量は０．００１〜５％とした。なお、ｓｏｌ．Ａｌの含有量は０．００５〜３％であればさらに好ましく、０．０１〜１％であればさらに一層好ましい。
【００９４】
Ｎ：０．３％以下
Ｎの含有量が０．３％を超えると、熱間加工性の低下をきたす。このため、Ｎの含有量は０．３％以下とした。なお、Ｎの含有量は少ないほど望ましく、より好ましいのは０．２％以下、さらに一層好ましいのは０．１５％以下である。
【００９５】
上記の理由から、本発明（１）、本発明（２）、本発明（７）、本発明（８）、本発明（１０）および本発明（１１）の母材が有する前記化学組成１について、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成と規定した。
【００９６】
同じ理由で、本発明（５）の母材の化学組成について、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％を超えて０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることと規定した。
【００９７】
また、本発明（２）、本発明（８）および本発明（１１）の母材が有する化学組成２について、Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２〜３５％、Ｎｉ：６〜８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜５％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成と規定した。
【００９８】
（Ａ−５）本発明（５）の溶接継手構造体における溶接金属について：
本発明（５）の溶接継手構造体における溶接金属は、片側から溶接された少なくとも初層の化学組成が、Ｃ：０．１％を超えて０．７％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％を超えて０．１％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１８〜３０％、Ｎｉ：１０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなるものでなければならない。以下、このことについて説明する。
【００９９】
Ｃ：０．１％を超えて０．７％以下
Ｃは、本発明において最も重要な元素の一つである。すなわちＣは、高Ｐ化によるオーステナイト系合金の溶接凝固割れ感受性に対する悪影響を無害化させるのに必要なＣｒを主体とする「Ｍ7Ｃ3」型の炭化物の晶出を促進させるために必要不可欠な元素である。
【０１００】
１２％以上のＣｒを含むオーステナイト系合金の溶接において、０．０３％を超える高い量のＰを含有する母材からＰが混入しても凝固割れを安定して防止するためには、溶接金属の片側から溶接された少なくとも初層（以下、単に「片側溶接における溶接金属の初層」ともいう。）には、０．１％を超える量のＣが含まれている必要がある。なお、Ｃの含有量は多いに越したことはないが、０．７％を超える量のＣが含有された場合には、溶接金属の延性が非常に乏しくなることがある。したがって、片側溶接における溶接金属の初層中のＣ含有量を０．１％を超えて０．７％以下とした。なお、前記Ｃ含有量は０．２％を超えることが好ましく、０．３％を超えればさらに好ましい。
【０１０１】
Ｓｉ：４．０％以下
Ｓｉは、金属材料の溶接時に脱酸作用を有し、また、耐酸化性および耐水蒸気酸化性等を高めるのに有効な元素である。上記の効果を得るためには、片側溶接における溶接金属の初層中にＳｉを０．１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、その含有量が過剰になり、特に、４．０％を超えると、溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる。したがって、Ｓｉの含有量は４．０％以下とした。なお、前記Ｓｉの含有量は３．０％以下であればより好ましく、２．０％以下であればさらに一層好ましい。
【０１０２】
Ｍｎ：３．０％以下
Ｍｎは、金属材料中に不純物として含まれるＳによる熱間加工脆性を抑制する他、溶接時の脱酸に有効な元素である。このような効果を得るためには、片側溶接における溶接金属の初層中にＭｎを０．０１％以上含有させることが望ましい。しかしながら、その含有量が３．０％を超えると、σ相等の金属間化合物相の析出を助長し、高温における組織安定性の劣化に起因した靱性および延性の低下を生じる。したがって、Ｍｎの含有量は３．０％以下とした。なお、Ｍｎの好ましい含有量は０．１０〜２．０％であり、さらに一層好ましい含有量は０．３０〜１．５％である。
【０１０３】
Ｐ：０．０３％を超えて０．１％以下
Ｐは、従来、溶接凝固割れ感受性を著しく増大させる元素として知られており、特に完全オーステナイト凝固する場合にはその影響はより顕著となる。本発明（５）においては、Ｐ含有量を高めて高温強度および耐食性を高めた母材を用いており、このため、片側溶接における溶接金属の初層中についても高温強度および耐食性の確保の観点から０．０３％を超える量のＰを含むこととした。しかしながら、Ｐの含有量があまりにも過剰になり、特に０．１％を超えると溶接凝固割れ感受性を増大させてしまう。したがって、Ｐの含有量は０．０３％を超えて０．１％以下とした。なお、高温強度の点からＰの含有量は０．０４％を超えることが好ましく、０．０５％を超えればさらに好ましい。
【０１０４】
Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、その含有量が多くなると、耐食性の低下を招くとともに、溶接性も劣化させ、特に、Ｓの含有量が０．０３％を超えると、耐食性の低下と溶接性の劣化が著しくなる。したがって、片側溶接における溶接金属の初層中のＳの含有量は０．０３％以下とした。なお、Ｓの含有量は可能な限り低減することが望ましいので、０．０１％以下とすればさらに好ましく、０．００５％以下とすればより一層好ましい。
【０１０５】
Ｃｒ：１８〜３０％
Ｃｒは、金属材料の表面に薄い酸化皮膜を形成することによって、ステンレス鋼およびＮｉ基合金に耐酸化性、耐水蒸気酸化性、耐高温腐食性等を確保させるために必須の元素であり、しかも、本発明においてはＣと同様に「Ｍ7Ｃ3」型の炭化物を晶出させるために必要不可欠な元素である。０．０３％を超える高い量のＰを含有する母材からＰが混入しても凝固割れを安定して防止するためには、片側溶接における溶接金属の初層には、１８％を超える量のＣｒが含まれている必要がある。しかしながら、Ｃｒの含有量が３０％を超えると、溶接継手の延性の確保が困難となる。したがって、Ｃｒの含有量は１８〜３０％とした。
【０１０６】
Ｎｉ：１０％を超えて７０％以下
Ｎｉは、安定なオーステナイト組織を確保するために必須の元素である。本発明（５）では上述のとおり片側溶接における溶接金属の初層に１８％以上のＣｒを含有させる必要がある。上記のＣｒ量に対してＮｉの含有量が１０％以下の場合には、得られた片側溶接における溶接金属中にて安定なオーステナイト単相組織にすることが困難であり、さらに、高温での長時間使用でオーステナイト組織が不安定になり、σ相等の脆化相析出に起因して高温強度および靱性が著しく劣化してしまう。一方、Ｎｉ含有量の増加によってＰのオーステナイト中の固溶量が低下してＰの溶接凝固割れ感受性に対する悪影響が増大し、特に、Ｎｉの含有量が７０％を超えると、Ｐの溶接凝固割れ感受性が極めて高くなり、さらに成分コストも嵩んでしまう。したがって、Ｎｉの含有量は１０％を超えて７０％以下とした。なお、Ｎｉの含有量は２５〜５０％であればより好ましい。
【０１０７】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％
Ａｌは、溶接時に外気から侵入するＯ（酸素）と反応して脱酸作用を有する。この効果を発揮させるためにはＡｌをｓｏｌ．Ａｌ（「酸可溶性Ａｌ」）として０．００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、ｓｏｌ．ＡｌとしてのＡｌの含有量が１％を超えると、高温で過剰な量の金属間化合物が析出するので、靱性を著しく低下させてしまう。したがって、ｓｏｌ．Ａｌの含有量は０．００１〜１％とした。
【０１０８】
Ｎ：０．３％以下
Ｎの含有量が０．３％を超えると、Ｃｒ2Ｎ等の窒化物が析出し溶接金属の曲げ性、靱性等の機械的性質の劣化をきたす。このため、Ｎの含有量は０．３％以下とした。なお、Ｎの含有量は少ないほど望ましく、より好ましいのは０．２％以下、さらに一層好ましいのは０．１５％以下である。
【０１０９】
上記の理由から、本発明（５）の溶接継手構造体における溶接金属は、片側から溶接された少なくとも初層の化学組成について、Ｃ：０．１％を超えて０．７％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％を超えて０．１％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１８〜３０％、Ｎｉ：１０％を超えて７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１％、Ｎ：０．３％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることと規定した。
【０１１０】
（Ａ−６）本発明（３）の母材および溶接材料、本発明（６）の母材および溶接金属、本発明（９）の母材および溶接材料、ならびに、本発明（１２）の母材および溶接材料について：
本発明（１）および本発明（２）における母材および溶接材料のいずれか１以上の材料、本発明（５）における母材および溶接金属の少なくともいずれか、本発明（７）および本発明（８）における母材および溶接材料のいずれか１以上の材料、ならびに、本発明（１０）および本発明（１１）における母材および溶接材料の少なくともいずれかには、それぞれ、必要に応じてさらに、下記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有させることができる。
【０１１１】
第１群：Ｃｕ：５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：２％以下、Ｎｂ：３％以下、Ｔｉ：３％以下、Ｔａ：８％以下、Ｚｒ：１％以下、Ｈｆ：１％以下、Ｃｏ：１５％以下およびＢ：０．０３％以下、
第２群：Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下およびＲＥＭ：０．３％以下。
【０１１２】
すなわち、前記第１群および第２群のグループのうちの元素の１種以上を任意元素として含有させてもよい。
【０１１３】
以下、上記の任意元素に関して説明する。
【０１１４】
第１群の元素であるＣｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＣｏおよびＢは、クリープ強度を高める作用を有するので、この効果を得るために上記の元素を含有させてもよい。以下、第１群の元素について詳しく説明する。
【０１１５】
Ｃｕ：５％以下
Ｃｕは、高温での使用中に微細なＣｕ相としてオーステナイト母相に整合析出し、クリープ強度を大幅に向上させる作用を有する。Ｃｕには、ＣＯの乖離を抑制することによってＣの鋼中への侵入を抑制し、耐食性を大幅に向上させる作用もある。上記の効果を確実に得るには、Ｃｕの含有量は０．０１％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃｕの含有量が多くなり、特に５％を超えると、熱間加工性、溶接性およびクリープ延性の低下を招く。したがって、含有させる場合のＣｕの含有量は、５％以下とした。なお、含有させる場合のＣｕの含有量は、０．０１〜５％とすることが好ましい。含有させる場合のＣｕ含有量の上限は、４．０％とすることがさらに好ましく、３．０％とすればさらに一層好ましい。
【０１１６】
Ｍｏ：１０％以下
Ｍｏは、クリープ強度を始めとする高温強度の向上に有効な元素である。上記の効果を確実に得るには、Ｍｏの含有量は０．０５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｍｏを１０％を超えて含有させても、前記の効果が飽和してコストが嵩むうえに、σ相等の金属間化合物の生成を誘発し、組織安定性および熱間加工性の劣化を招く。したがって、含有させる場合のＭｏの含有量は１０％以下とした。なお、含有させる場合のＭｏの含有量は、０．０５〜１０％とすることが好ましく、０．０５〜５％とすれば一層好ましい。
【０１１７】
Ｗ：１０％以下
Ｗも、クリープ強度を始めとする高温強度の向上に有効な元素である。上記の効果を確実に得るには、Ｗの含有量は０．０５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｗを１０％を超えて含有させても、前記の効果が飽和してコストが嵩むうえに、σ相等の金属間化合物の生成を誘発し、組織安定性および熱間加工性の劣化を招く。したがって、含有させる場合のＷの含有量は１０％以下とした。なお、含有させる場合のＷの含有量は、０．０５〜１０％とすることが好ましく、０．０５〜５％とすればより好ましい。
【０１１８】
Ｖ：２％以下
Ｖは、炭化物形成元素であり、クリープ強度を始めとする高温強度の向上に有効である。上記の効果を確実に得るには、Ｖの含有量は０．０２％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｖの含有量が２％を超えると、靱性を始めとする機械的性質の大きな劣化を招く。したがって、含有させる場合のＶの含有量は、２％以下とした。なお、含有させる場合のＶの含有量は、０．０２〜２％とすることが好ましく、０．０２〜１．５％とすればさらに好ましい。含有させる場合のより一層好ましいＶの含有量は、０．０４〜１％である。
【０１１９】
Ｎｂ：３％以下
Ｎｂは、炭化物形成元素であり、クリープ強度を始めとする高温強度の向上に有効である。上記の効果を確実に得るには、Ｎｂの含有量は０．０５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｎｂの含有量が３％を超えると、靱性を始めとする機械的性質の大きな劣化を招く。したがって、含有させる場合のＮｂの含有量は、３％以下とした。なお、含有させる場合のＮｂの含有量は、０．０５〜３％とすることが好ましく、０．０５〜１．５％とすればより好ましい。
【０１２０】
Ｔｉ：３％以下
Ｔｉは、炭化物形成元素であり、クリープ強度を始めとする高温強度の向上に有効である。上記の効果を確実に得るには、Ｔｉの含有量は０．００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｔｉの含有量が３％を超えると、靱性を始めとする機械的性質の大きな劣化を招く。したがって、含有させる場合のＴｉの含有量は、３％以下とした。なお、含有させる場合のＴｉの含有量は、０．００５〜３％とすることが好ましく、０．００５〜２％とすればより好ましい。
【０１２１】
Ｔａ：８％以下
Ｔａも炭化物形成元素であり、クリープ強度を始めとする高温強度の向上に有効である。上記の効果を確実に得るには、Ｔａの含有量は０．０１％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｔａの含有量が８％を超えると、靱性を始めとする機械的性質の大きな劣化を招く。したがって、含有させる場合のＴａの含有量は、８％以下とした。なお、含有させる場合のＴａの含有量は、０．０１〜８％とすることが好ましく、０．０１〜７％とすればさらに好ましい。含有させる場合のさらに一層好ましいＴａの含有量は、０．０５〜６％である。
【０１２２】
Ｚｒ：１％以下
Ｚｒは、主として粒界強化に寄与し、クリープ強度を向上させる作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｚｒの含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｚｒの含有量が１％を超えると、機械的性質および溶接性の劣化を招く。したがって、含有させる場合のＺｒの含有量は、１％以下とした。なお、含有させる場合のＺｒの含有量は、０．０００５〜１％とすることが好ましく、０．０１〜０．８％とすればさらに好ましい。含有させる場合のさらに一層好ましいＺｒの含有量は、０．０２〜０．５％である。
【０１２３】
Ｈｆ：１％以下
Ｈｆも主として粒界強化に寄与し、クリープ強度を向上させる作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｈｆの含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｈｆの含有量が１％を超えると、機械的性質および溶接性の劣化をきたす。したがって、含有させる場合のＨｆの含有量は、１％以下とした。なお、含有させる場合のＨｆの含有量は、０．０００５〜１％とすることが好ましく、０．０１〜０．８％とすればさらに好ましい。含有させる場合のさらに一層好ましいＨｆの含有量は、０．０２〜０．５％である。
【０１２４】
Ｃｏ：１５％以下
Ｃｏは、Ｎｉと同様にオーステナイト組織を安定化し、クリープ強度向上に寄与する。この効果を確実に得るには、Ｃｏの含有量は０．０５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃｏの含有量が１５％を超えても前記の効果は飽和し、経済性が低下するばかりである。したがって、含有させる場合のＣｏの含有量は、１５％以下とした。なお、含有させる場合のＣｏの含有量は、０．０５〜１０％とすることが好ましい。
【０１２５】
Ｂ：０．０３％以下
Ｂは、炭窒化物中に存在して高温での使用中における炭窒化物の微細分散析出を促進するとともに、Ｂ単体で粒界に存在して粒界を強化し粒界すべりを抑制することによって、クリープ強度を改善する。こうした効果を確実に得るには、Ｂの含有量は０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｂの含有量が０．０３％を超えると、溶接性の低下を招く。したがって、含有させる場合のＢの含有量は、０．０３％以下とした。なお、含有させる場合のＢの含有量は、０．０００５〜０．０３％とすることが好ましく、０．００１〜０．１％とすればさらに好ましい。含有させる場合のさらに一層好ましいＢの含有量は、０．００１〜０．００５％である。
【０１２６】
なお、上記のＣｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＣｏおよびＢは、そのうちのいずれか１種のみ、または２種以上の複合で含有させることができる。
【０１２７】
次に、第２群の元素であるＣａ、ＭｇおよびＲＥＭは熱間加工性を高める作用を有するので、この効果を得るために上記の元素を含有させてもよい。以下、第２群の元素について詳しく説明する。
【０１２８】
Ｃａ：０．０５％以下
Ｃａは、熱間加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｃａの含有量は０．０００１％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が０．０５％を超えると、酸化物系介在物を形成し却って熱間加工性が低下し、延性の劣化も生じる。したがって、含有させる場合のＣａの含有量は、０．０５％以下とした。なお、含有させる場合のＣａの含有量は、０．０００１〜０．０５％とすることが好ましく、０．００１〜０．０２％とすればさらに好ましい。含有させる場合のさらに一層好ましいＣａの含有量は、０．００１〜０．０１％である。
【０１２９】
Ｍｇ：０．０５％以下
Ｍｇも熱間加工性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｍｇの含有量は０．０００５％以上とすることが好ましい。しかしながら、Ｍｇの含有量が０．０５％を超えると、酸化物系介在物を形成し却って熱間加工性が低下し、延性の劣化も生じる。したがって、含有させる場合のＭｇの含有量は、０．０５％以下とした。なお、含有させる場合のＭｇの含有量は、０．０００５〜０．０５％とすることが好ましく、０．００１〜０．０２％とすればさらに好ましい。含有させる場合のさらに一層好ましいＭｇの含有量は、０．００１〜０．０１％である。
【０１３０】
ＲＥＭ：０．３％以下
ＲＥＭは、金属材料中に含まれる不純物元素との親和力、特に、Ｓとの親和力が大きいため、Ｓ含有による熱間加工性の低下を抑制する効果を有する。上記の効果は、ＲＥＭの含有量が０．００５％以上の場合に顕著となる。しかしながら、ＲＥＭの含有量が０．３％を超えると、粗大な酸化物および硫化物を形成して、却って熱間加工性の低下を招き、さらに、表面疵の発生の増加と靱性の劣化が生ずる。したがって、含有させる場合のＲＥＭの含有量は、０．３％以下とした。なお、含有させる場合のＲＥＭの含有量は、０．００５〜０．３％とすることが好ましく、０．００５〜０．１％とすればさらに好ましい。含有させる場合のさらに一層好ましいＲＥＭの含有量は、０．００５〜０．０７％である。
【０１３１】
上記のＣａ、ＭｇおよびＲＥＭは、そのうちのいずれか１種のみ、または２種以上の複合で含有させることができる。
【０１３２】
なお、「ＲＥＭ」が、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、また、ＲＥＭの含有量が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ことは既に述べたとおりである。
【０１３３】
上記の理由から、本発明（３）においては、母材および溶接材料のいずれか１以上の材料が、それぞれ、必要に応じてさらに、本発明（１）および本発明（２）におけるものに加えて、上述した第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することと規定した。また、本発明（９）においては、母材および溶接材料のいずれか１以上の材料が、それぞれ、必要に応じてさらに、本発明（７）および本発明（８）におけるものに加えて、上述した第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することと規定した。同様に、本発明（１２）においては、母材および溶接材料の少なくともいずれかが、それぞれ、必要に応じてさらに、本発明（１０）および本発明（１１）におけるものに加えて、上述した第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することと規定した。
【０１３４】
同じ理由で、本発明（６）の母材について、本発明（５）の母材に、さらに、上述した第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することと規定した。
【０１３５】
また、本発明（６）の溶接金属についても、本発明（５）の溶接金属に、さらに、上述した第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有することと規定した。
【０１３６】
なお、本発明（１）〜（３）の溶接材料、および本発明（７）〜（１２）の溶接継手構造体を製造する際に用いる溶接材料は、例えば、前述の組成を有する合金を溶製し、鍛造、圧延により線材に加工することによって製造することができる。また、本発明（１）〜（３）の溶接材料、および本発明（７）〜（９）の溶接継手構造体を溶接する際の初層溶接に用いる溶接材料は、インサートリングに加工して製造することも可能であり、さらに、Ｃｒ−Ｎｉ合金板のシース材に、高Ｃ−Ｃｒ−Ｎｉ合金粉末または高Ｃ−Ｃｒ合金粉末等を被包して線引き加工することで規定される化学組成となるように製造することもできる。
【０１３７】
そして、本発明（１）〜（３）に係る溶接材料は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等の種々の溶接方法に用いることができる。
【０１３８】
したがって、本発明（４）の溶接継手構造体は、本発明（１）から本発明（３）までのいずれかの溶接材料を用いて、本発明（１）から本発明（３）までのいずれかのオーステナイト系合金母材を種々の溶接方法で溶接することによって製造することができる。
【０１３９】
本発明（４）の溶接継手構造体を溶接するに際し、本発明（１）から本発明（３）までのいずれかの母材を多層盛溶接する必要がある場合についても、本発明（１）から本発明（３）までのいずれかの溶接材料を用いて多層盛溶接を実施してよい。
【０１４０】
なお、溶接金属に対して、特に、高い耐食性およびクリープ強度が要求される場合、母材からの希釈率の大きい初層については本発明（１）から本発明（３）までのいずれかの溶接材料を用いて溶接し、それ以降の溶接パスについては、例えば、母材からの希釈率が２０％以下のようにかなり小さくなる溶接の場合には、要求される耐食性およびクリープ強度に応じて市販の溶接材料を選択して溶接するというように、溶接凝固割れに影響する母材からの希釈率に応じて市販の溶接材料を適宜選択して溶接してもよい。
【０１４１】
本発明（１）〜（３）に係る溶接材料と同様に、本発明（７）〜（１２）の溶接継手構造体を製造する際に用いる溶接材料も、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等の種々の溶接方法に用いることができる。
【０１４２】
したがって、本発明（７）〜（９）の溶接継手構造体は、本発明（７）から本発明（９）までの溶接継手構造体の製造に用いるいずれかの初層溶接用溶接材料およびいずれかの積層用溶接材料を用いて、本発明（７）から（９）までのいずれかのオーステナイト系合金母材を種々の溶接方法で溶接することによって製造することができる。また、本発明（１０）〜（１２）の溶接継手構造体は、本発明（１０）から本発明（１２）までのいずれかの溶接材料を用いて、本発明（１０）から（１２）までのいずれかのオーステナイト系合金母材を種々の溶接方法で溶接することによって製造することができる。
【０１４３】
なお、溶接金属に対して、特に、高い耐食性およびクリープ強度が要求される場合、積層溶接の全層を本発明（７）から本発明（１２）までのいずれかの溶接材料を用いて溶接するのではなく、途中の層溶接パスからについては、例えば、母材からの希釈率が２０％以下のようにかなり小さくなる溶接の場合には、要求される耐食性およびクリープ強度に応じて市販の溶接材料を選択して溶接するというように、溶接凝固割れに影響する母材からの希釈率に応じて市販の溶接材料を適宜選択して溶接してもよい。
【０１４４】
さらには、板厚が大きいものを溶接する場合には、本発明（７）から本発明（９）までのいずれかに記載の初層用溶接材料を用いて初層だけを溶接するのではなく、２パス目以降も必要な延性に応じて初層用として規定している溶接材料と積層用として規定している溶接材料を適宜組み合わせて溶接してもよい。
【０１４５】
また、同種溶接の場合は化学組成１の組成を有するオーステナイト系合金を母材として溶接するが、両方の母材の組成が同じである必要はなく、共に化学組成１の範囲内のオーステナイト系合金であればよい。また、異種溶接の場合は一方の母材を化学組成１の組成を有するオーステナイト系合金とし、他方の母材を化学組成２の組成を有するオーステナイト系合金として溶接すればよい。さらに、これらの母材は、必要に応じてさらに、前記第１群および第２群の中から選ばれた１種以上の元素を含有するオーステナイト系合金であってもよい。
【０１４６】
（Ｂ）溶接継手構造体における溶接金属の裏波ビード高さ
本発明（５）および本発明（６）の溶接継手構造体は、母材として板材を用いる場合には、その片面側から溶接を行って溶接した反対の面側に、また、管材を用いる場合には、管材の外面から周溶接を行って管材の内面側に、それぞれ、裏波ビードを形成するものである。そして、この場合の溶接継手構造体における溶接金属の裏波ビード高さは、溶接継手構造体としての強度確保および健全なビード形状を得るために、０〜３ｍｍとする必要がある。
【０１４７】
裏波ビード高さが０ｍｍ未満の場合には、ビード表面が溶接を行った面と反対側の面（管の場合は管内表面）よりも低い、いわゆる「凹ビード」となるため溶接継手構造体としての強度が不足してしまう。一方、裏波ビード高さが３ｍｍを超えると、凸部が過大となってビード止端への応力集中が大きくなるため強度確保上好ましくない。
【０１４８】
したがって、本発明（５）および本発明（６）の溶接継手構造体の溶接金属の裏波ビード高さは０〜３ｍｍと規定した。
【０１４９】
なお、上記溶接継手構造体の溶接金属の化学組成は、前記（Ａ）項で述べた規定を満たすものでなければならない。このため、上記の溶接継手構造体の作製に用いる溶接材料としては、採用する溶接方法と溶接条件に応じて、前記の溶接金属の組成が得られる組成のものを選べばよい。
【０１５０】
しかしながら、母材とは化学組成が異なる溶接材料を用いて溶接した場合は、溶接入熱および開先形状等の多層形成条件などの溶接条件によっては、母材からの希釈のために溶接金属の化学組成が変化してしまう。特に、本発明（５）および本発明（６）の溶接継手構造体のように、オーステナイト系合金母材のＰ含有量が０．０３％を超える高い場合には、Ｐが溶接金属中へ流入するために液相中のＰの含有量は増加し、通常レベルの０．０３％以下のＰ含有量である母材どうしの溶接と比べて溶接凝固割れ感受性が高くなってしまう。そのため、少なくとも初層に高Ｃ−高Ｃｒ含有量の溶接材料を用い、溶接条件を選定して少なくとも初層の溶接金属の組成が前述した範囲となるように溶接することで、溶接凝固割れを抑制するのがよい。
【０１５１】
なお、理論上は従来の溶接材料を用いた場合でも、母材からの希釈率を極めて低く抑えることにより、前述した化学組成範囲の溶接金属を得ることは可能となることがあり得る。しかしながら、その場合には、上述した０〜３ｍｍという範囲の健全なビード形状を確保することが困難となる。
【０１５２】
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。
【実施例】
【０１５３】
（実施例１）
母材として用いるために、表１に示す化学組成を有するオーステナイト系の合金Ａ〜Ｅを高周波加熱真空炉を用いて溶解した後、インゴットに鋳造した。
【０１５４】
なお、表１中の合金Ａおよび合金Ｅは、Ｐの含有量が０．１００％と高いオーステナイト系の合金であり、一方、合金Ｂ〜Ｄは、Ｐの含有量がそれぞれ、０．０１５％、０．０３０％および０．０１８％という通常レベルのオーステナイト系合金である。
【０１５５】
【表１】
0004310664.tif 000002
【０１５６】
また、溶接材料として用いるために、表２に示す化学組成を有するオーステナイト系の合金Ｆ〜Ｈを高周波加熱真空炉を用いて溶解した後、インゴットに鋳造した。
【０１５７】
なお、表２中の合金Ｇは、ＣおよびＣｒの含有量が本発明で規定する溶接材料の化学組成条件から外れた合金である。
【０１５８】
【表２】
0004310664.tif 000003
【０１５９】
母材として用いる合金Ａ〜Ｅのインゴットを、通常の方法で熱間鍛造した後、１２００℃で固溶化熱処理を施し、突き合わせ部１．５ｍｍ、突き出し長さが２．５ｍｍのＵ開先加工が施された厚さ１２ｍｍ、幅５０ｍｍおよび長さ１００ｍｍの拘束溶接割れ試験用試験片を作製した。
【０１６０】
また、合金Ｆ〜Ｇのインゴットを、通常の方法で熱間鍛造した後、途中で固溶化熱処理を繰返しながら冷間加工を施して、直径が１．２ｍｍの巻き線からなる溶接材料を作製した。
【０１６１】
上記のようにして得た各拘束溶接割れ試験用試験片を用いて、合金Ａどうしおよび合金Ｅどうしの同種溶接、ならびに、合金Ａと合金Ｂ、合金Ａと合金Ｃ、合金Ａと合金Ｄおよび合金Ｄと合金Ｅの異種溶接の組み合わせにて周囲を拘束溶接した。
【０１６２】
具体的には、突き合わせ部分に対して上記のようにして作製した溶接材料Ｆ〜Ｈを用いて、溶接電流１００Ａ、溶接電圧１２Ｖ、溶接速度１０ｃｍ／ｍｉｎの条件にてＴＩＧ溶接して初層溶接を行った。なお、ルート間隔は０ｍｍとし、また、溶接材料の送給速度は、母材からの希釈率を変化させるために、４８ｃｍ／ｍｉｎ、５４ｃｍ／ｍｉｎおよび６２ｃｍ／ｍｉｎとした。
【０１６３】
上記のようにして拘束溶接した後、試験片の溶接ビード表面での凝固割れの発生有無を調査した。
【０１６４】
さらに、各試験体から溶接継手の断面ミクロ試料を５個ずつ採取して鏡面研磨し、光学顕微鏡を用いて５００倍の倍率で溶接凝固割れの発生有無を調査した。この調査の後、画像解析を用いて得られた初層溶接金属の面積に対する溶融した母材部分の面積比、すなわち「（溶融した母材部分の面積）／（初層溶接金属の面積）」を導出することで平均の母材からの希釈率を測定した。
【０１６５】
また、Ｐの含有量が０．１００％と高いオーステナイト系の合金Ａどうしおよび合金Ｅどうしの同種溶接継手試験体については、上記の調査に加えて、裏波ビード高さの測定および得られた初層溶接金属部の化学組成を分析した。
【０１６６】
表３に、各試験体における溶接条件、平均の母材からの希釈率、ビード表面割れの有無および５断面観察した場合の溶接凝固割れの発生状況を示す。
【０１６７】
また、表４に、合金Ａどうしおよび合金Ｅどうしの同種溶接継手試験体について調査した裏波ビード高さおよび初層溶接金属部の化学組成を示す。
【０１６８】
【表３】
0004310664.tif 000004
【０１６９】
【表４】
0004310664.tif 000005
【０１７０】
表３から明らかなように、本発明（１）〜（３）で規定する化学組成を満たす溶接材料ＦおよびＨを用いて溶接した試験体番号１〜１４の場合には、合金Ａどうしおよび合金Ｅどうしの同種溶接、ならびに、合金Ａと合金Ｂ、合金Ａと合金Ｃ、合金Ａと合金Ｄおよび合金Ｄと合金Ｅの異種溶接のいずれにおいても、母材からの希釈率（平均の母材からの希釈率）が高い場合であっても、ビード表面割れは認められず、溶接凝固割れも発生しなかった。
【０１７１】
これに対して、ＣおよびＣｒの含有量が本発明で規定する含有量を下回る溶接材料Ｇを用いて溶接した試験体番号１５〜２３の場合には、母材が同種どうしの溶接および異種溶接のいずれの試験体においてもビード表面割れが生じ、さらに、溶接凝固割れも発生していた。
【０１７２】
また、表４から明らかなように、片側溶接における溶接金属の初層の化学組成および裏波ビード高さが本発明（４）、（５）で規定する条件を満足する試験体番号１〜３および試験体番号１３の場合には溶接凝固割れの発生は認められなかったが、本発明（４）、（５）で規定する片側溶接における溶接金属の初層の化学組成条件を満足しない試験体番号１５〜１７の場合には溶接凝固割れが発生した。
【０１７３】
（実施例２）
母材として用いるために、表５に示す化学組成を有するオーステナイト系の合金Ｄ、合金Ｅおよび合金Ｉ〜Ｌを高周波加熱真空炉を用いて溶解した後、インゴットに鋳造した。表５中の合金Ｄおよび合金Ｅは前述の「実施例１」で溶解したのと同じ合金である。
【０１７４】
なお、表５中の合金Ｅおよび合金Ｉは、Ｐの含有量が０．１００％と高いオーステナイト系の合金であり、一方、合金Ｄおよび合金Ｊ〜Ｌは、Ｐの含有量がそれぞれ、０．０１８％、０．０１０％、０．０１５％および０．０２８％という通常レベルのオーステナイト系合金である。
【０１７５】
【表５】
0004310664.tif 000006
【０１７６】
また、溶接材料として用いるために、表６に示す化学組成を有するオーステナイト系の合金Ｆおよび合金Ｍ〜Ｐを高周波真空加熱炉を用いて溶解した後、インゴットに鋳造した。表６中の合金Ｆは前述の「実施例１」で溶解したのと同じ合金である。
【０１７７】
なお、表６中の合金Ｍは、Ｃの含有量が本発明で規定する溶接材料の化学組成条件から外れた合金である。
【０１７８】
【表６】
0004310664.tif 000007
【０１７９】
母材として用いる合金Ｄ、合金Ｅおよび合金Ｉ〜Ｌのインゴットを、通常の方法で熱間鍛造した後、１１５０℃で固溶化熱処理を施し、中心部を機械加工によってくり抜き加工した後、
・突き合わせ部１．５ｍｍで突き出し長さが２．５ｍｍのＵ開先加工、
および、
・突き合わせ部１．０ｍｍで６０°のＶ開先加工、
が施された、厚さ９ｍｍ、外径４０ｍｍおよび長さ５０ｍｍの拘束溶接割れ試験用チューブ材を作製した。
【０１８０】
また、合金Ｆおよび合金Ｍ〜Ｐのインゴットを、通常の方法で熱間鍛造した後、途中で固溶化熱処理を繰り返しながら冷間加工して、直径が２．０  ｍｍのソリッドワイヤと直径が１．２ｍｍの巻き線からなる溶接材料を作製した。
【０１８１】
上記のようにして得た各拘束溶接割れ試験用チューブ材を用いて、合金Ｉどうしおよび合金Ｅどうしの同種溶接、ならびに、合金Ｉと合金Ｊ、合金Ｉと合金Ｋ、合金Ｉと合金Ｌおよび合金Ｄと合金Ｅの異種溶接の組合せにて、図１に示すように心棒を挿入して、周囲を拘束溶接した。
【０１８２】
具体的には、まず、Ｕ開先およびＶ開先のそれぞれの突き合わせ部分に対して上記のようにして作製した溶接材料Ｆおよび溶接材料Ｎ〜Ｐを用いて初層溶接を実施した。
【０１８３】
Ｖ開先の場合の溶接は、溶接電流１００Ａ、溶接電圧１２Ｖ、溶接速度８ｃｍ／ｍｉｎの条件でＴＩＧ溶接によって行い、また、Ｕ開先の場合の溶接は、溶接電流１１０Ａ、溶接電圧１２Ｖ、溶接速度８ｃｍ／ｍｉｎの条件でＴＩＧ溶接によって行った。なお、母材からの希釈率は、開先形状、ルート間隔および溶接材料の送給速度を変更して変化させた。
【０１８４】
上記のようにして初層ＴＩＧ溶接した後、試験用チューブ材の溶接ビード表面での凝固割れの発生有無を調査した。
【０１８５】
さらに、上記の初層溶接した各試験体から溶接継手の断面ミクロ試料を５個ずつ採取して鏡面研磨し、光学顕微鏡を用いて５００倍の倍率で溶接凝固割れの発生有無を調査した。この調査の後、画像解析を用いて得られた初層溶接金属の面積に対する溶融した母材部分の面積比、すなわち「（溶融した母材部分の面積）／（初層溶接金属の面積）」を導出することで平均の母材からの希釈率を測定した。
【０１８６】
表７に、各試験体における溶接条件、平均の母材からの希釈率、ビード表面割れの有無および５断面観察した場合の溶接凝固割れの発生状況を示す。
【０１８７】
【表７】
0004310664.tif 000008
【０１８８】
表７からわかるように、試験体番号２５、２７、２８、３０〜３２、３４〜３６および３８〜４４には、ビード表面割れが認められず、溶接凝固割れも発生しなかった。
【０１８９】
これに対して、試験体番号２４、２６、２９、３３および３７の場合には、ビード表面割れが生じ、さらに、溶接凝固割れも発生していた。
【０１９０】
上記の結果から、試験体番号２４、２６および３３では、母材からの希釈率がそれ６８％、３２％および６３％であるが、溶接材料として用いた合金ＭのＣ含有量が０．１６％と本発明範囲の下限を外れているために、母材からの希釈率に関係なく、母材からのＰの流入による悪影響を無害化することができず、初層溶接金属に凝固割れが発生することがわかる。
【０１９１】
また、試験体番号２９および３７においては、母材からの希釈率がそれぞれ、７０％および６８％と大きいために母材からのＰの流入が多いのに、溶接材料に用いた合金ＮのＣ含有量が０．２９％と低いので、母材からのＰの流入による悪影響を無害化することができず、初層溶接金属に溶接凝固割れが発生することがわかる。なお、同じ溶接材料に合金Ｎを用いて母材希釈率が５０％未満で溶接した試験体番号２７では、Ｐの流入が抑制され、溶接凝固割れは発生しなかった。
【０１９２】
そこで次に、上記の表７と同一条件にて作製した初層溶接継手に対し、初層溶接金属にて溶接凝固割れが発生しなかったものについて、溶接材料Ｆおよび溶接材料Ｍ〜Ｐを用いて表８および表９に示す組合せにて、溶接電流１３０Ａ、溶接電圧１２Ｖ、溶接速度１０ｃｍ／ｍｉｎの条件でＴＩＧ溶接によって積層溶接を実施した。
【０１９３】
【表８】
0004310664.tif 000009
【０１９４】
【表９】
0004310664.tif 000010
【０１９５】
上記の積層溶接した各試験体から溶接継手の断面ミクロ試料を５個ずつ採取して鏡面研磨し、光学顕微鏡を用いて５００倍の倍率で積層溶接部における溶接凝固割れの発生有無を調査した。さらに、積層溶接部において溶接凝固割れの発生が認められなかった各溶接継手試験体から、３ｍｍ厚さの側曲げ試験片を２個ずつ採取して、曲げ半径Ｒ６ｍｍで曲げ試験を実施した。
【０１９６】
表８および表９に、各試験体に上記５断面観察した場合の積層溶接部における溶接凝固割れの発生状況、および曲げ試験の結果を併せて示す。なお、表８および表９における「曲げ試験の結果」欄における「○」印は、２体の側曲げ試験において１８０°曲げが実施でき、しかも、曲げ試験後に割れの開口が認められなかったことを示す。一方、「△」印は、２体の側曲げ試験において、２体とも１８０°曲げることができるものの曲げ試験後に微割れを含む割れの開口が認められたことを示している。さらに、「×」印は、２体の側曲げ試験において少なくとも１体が１８０°曲げることができず途中で破断したことを示す。
【０１９７】
表８および表９からわかるように、試験体番号２５−２、２５−３、２７−１、２８−２、３０−１、３０−２、３１−１、３２−１、３５−１、３５−２、３６−１、３８−２、３９−１、４０−１、４１−２、４２−２、４３−２および４４−２には、積層溶接部における溶接凝固割れが認められず、曲げ試験結果も良好であり、１８０°曲げが実施でき、しかも、曲げ試験後に割れの開口が認められなかった。
【０１９８】
これに対して、試験体番号２５−１、２８−１、３４−１および３８−１の場合、積層溶接の溶接材料に用いた合金ＭのＣ含有量が０．１６％と低く、本発明で規定する全ての溶接材料のＣ含有量から外れるため、Ｐの流入による悪影響を無害化することができず、積層溶接部に溶接凝固割れが発生することがわかった。さらに、曲げ試験でも溶接凝固割れに伴う割れが開口しており、曲げ試験の結果も劣っている。
【０１９９】
また、試験体番号２５−４、２７−２、２８−３、３０−３、３１−２、３２−２、３４−２、３６−２、３８−３、３９−２および４０−２の場合には、積層溶接材料に用いた溶接材料ＰのＣ含有量が本発明（７）から（１０）で規定する量よりも高いため、積層溶接部中の共晶炭化物の晶出量が多くなり、延性が低下したために、曲げ試験の結果に劣ることがわかった。
【０２００】
同様に、試験体番号４１−１、４２−１、４３−１および４４−１の場合には、積層溶接材料に用いた溶接材料ＦのＣ含有量が本発明（１０）から（１２）で規定する量よりも高いため、積層溶接部中の共晶炭化物の晶出量が多くなり、延性が低下したために、曲げ試験の結果に劣ることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０２０１】
本発明の溶接材料は、少なくとも一方の母材が０．０３％を超えて０．３％以下という高い量のＰを含有し、しかも、完全オーステナイト凝固するにも拘わらず、溶接凝固割れの発生を抑制できるので、溶接施工が要求される用途に幅広く適用することができる。さらに、本発明の溶接継手構造体は、少なくとも一方の母材が上記の高い量のＰを含有し、しかも、完全オーステナイト凝固するにも拘わらず、耐溶接凝固割れ性、あるいは、耐溶接凝固割れ性および延性に優れている。加えて、本発明の溶接継手構造体は、優れた高温強度および耐食性も有するものである。なお、本発明の溶接材料は、上記オーステナイト系合金の溶接継手構造体を作製するのに最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】（実施例２）で用いた拘束溶接割れ試験用チューブ材について説明する図である。
【要約】
【課題】Ｐの含有量が高い完全オーステナイト凝固するオーステナイト系合金の溶接凝固割れ感受性を低減することができる溶接材料の提供。
【解決手段】C≦2.0％、Si≦4.0％、Mn：0.01〜3.0％、P：0.03％超〜0.3％、S≦0.03％、Cr：12〜35％、Ni：6〜80％、sol.Al：0.001〜5％、N≦0.3％を含有し、残部がFe及び不純物からなるオーステナイト系合金からなる母材と他のオーステナイト系合金からなる母材とを溶接するのに用いる溶接材料であって、C：0.3％超〜3.0％、Si≦4.0％、Mn≦3.0％、P≦0.03％、S≦0.03％、Cr：22％超〜55％、Ni：30％超〜70％、sol.Al：0.001〜1％、N≦0.3％を含有し、残部がFe及び不純物からなる溶接材料。特定量のCu、Mo、W、V、Nb、Ti、Ta、Zr、Hf、Co、B、Ca、Mg、REMの中から選ばれた1種以上の元素を含有してもよい。
【選択図】なし【図１】
0004310664.tif 000011