(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％にて、Ｃ：0.03〜0.10％、Ｓｉ：0.01〜0.50％、Ｍｎ：18〜30％、Ｎｉ：3 〜8 ％、Ｃｒ：12〜18％、Ａｌ：0.01〜0.07％、Ｎ：0.10〜0.28％、を含有し、かつ34％≦Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq≦40％( 但し、Ｎｉeq= Ｎｉ％＋30×Ｃ％＋30×Ｎ％＋0.5 ×Ｍｎ％、Ｃｒeq= Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋1.5 ×Ｓｉ％＋0.5 ×Ｎｂ％）を満足するとともに、Ｐ：0.008 ％以下、Ｓ：0.003 ％以下、Ｐ％＋Ｓ％≦0.011 ％、Ｏ：0.0050％以下、Ｐｂeq≦30×10-4％（但し、Ｐｂeq= Ｐｂ％＋4 ×Ｂｉ％＋0.01×Ｓｎ％＋0.02×Ｓｂ％＋0.007 ×Ａｓ％）に各々規制し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする、耐溶接高温割れ性の優れた極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤ。
【請求項２】
選択添加元素として更に、Ｍｏ：0.05〜 3.00 ％を含有する請求項１記載の耐溶接高温割れ性の優れた極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤ。
【請求項３】
選択添加元素として更に、Ｎｂ：0.01〜 0.10 ％、Ｖ：0.01〜 0.50 ％、Ｔｉ：0.01〜 0.20 ％の内から１種又は２種以上含有する請求項１または２に記載の耐溶接高温割れ性の優れた極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤ。
【請求項４】
選択添加元素として更に、Ｃａ：0.0010〜0.0035％を含有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の耐溶接高温割れ性の優れた極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶接時において耐溶接高温割れ性に優れ、かつ、４Ｋ（-269℃）の極低温で高強度、高靱性の溶接部を保障する極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、大型超電導マグネットを利用したＭＨＤ発電や核融合炉などに関する技術が急速に進展している。これらの装置で用いられる超電導マグネットコイルは、液体ヘリウムにより絶対温度４Ｋまで冷却された状態で運転されるため、これらの支持体や構造物も同様の温度まで冷却される。
【０００３】
更に、超電導マグネットコイルが、超電導状態で高磁界を形成すると、前記支持体や構造物には強大な電磁力が作用し、強磁場の中で繰り返し高応力が働く。したがって、このような用途に使用される鋼としては、その溶接部を含めて、極低温で高い耐力と優れた破壊靱性を有する非磁性鋼が必要とされる。
【０００４】
また、超電導マグネットコイルの温度を４Ｋに到達させるために、前記支持体や構造物の雰囲気を真空にして断熱する必要から、支持体や構造物の表面に錆があってはならない。したがって、このような用途に使用される鋼には更に、その溶接部を含めて、優れた耐錆性を有する非磁性鋼が必要とされる。
【０００５】
この超電導マグネットコイルは、出力の増大に伴い、近年次第に大型化しており、その支持体や構造物の製作には厚肉鋼材の溶接接合が不可欠である。このような大型超電導マグネットの構造体の溶接金属に対しては、４Ｋにおいて、1000N/mm2 以上の 0.2％耐力（YS）、１４０MPam 1/2以上の破壊靱性値ＫICが要求されている。また、前記のような耐錆性や非磁性の設計上の性能を具備すること、および溶接金属における内部品質の健全性を確保することが基本条件として必要とされる。しかしこのような要求を安定して満足することは容易ではなかった。
【０００６】
これまでに、本用途における厚肉鋼材の溶接特性に関する従来技術としては、1994年 4月発行の「溶接学会全国大会講演概要第54集234 頁、No.324、極低温用ステンレス鋼鍛造材溶接金属の特性」がある。この従来技術では、のど厚70mm以上の厚肉材のガスシールドアーク溶接においては、これまでに供用されていた、高窒素ステンレス鋼、高窒素高Ｍｎステンレス鋼、高窒素Ｎｉ基合金の溶接ワイヤでは、不純物元素であるＰ、Ｓを低位に制御しているにもかかわらず、溶接高温割れが発生し、使用できないことが開示されている。
【０００７】
そして一方、溶接高温割れが認められない溶接金属として、オーステナイト中にδフェライトを5.5 ％含有するステンレス鋼および0.03％Ｎ含有のＮｉ基合金が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記オーステナイト中にδフェライトを5.5 ％含有するステンレス鋼は、破壊靱性値ＫICが低く、前記要求レベルの140MPam 1/2 以上にならず、また磁性が発現するため実用化できない問題がある。更に、前記0.03％Ｎ含有のＮｉ基合金は、耐力が低く、前記要求レベルの1000N/mm2 以上にならず、また、Ｎｉ基合金は極めて高価であり、この点からも実用化には不利である。
【０００９】
このように、超電導マグネットコイルの大型化に伴って、支持構造体の制作に必要となった厚肉材の溶接に対して、供用できる溶接ワイヤはこれまで見い出されていなかったのが実情である。
【００１０】
したがって本発明は、これら従来の溶接ワイヤの問題に鑑み、４Ｋの極低温での 0.2％YSが 1200MPa以上の高強度と、ＫIC値で評価される破壊靱性値が 140MPam1/2 以上の高靱性を有し、と同時に、耐錆性や非磁性の設計上の性能を具備するとともに溶接金属における内部品質の健全性を確保できる極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【問題を解決するための手段】
厚肉材の多層溶接において、溶接高温割れ発生を防止し、かつ、４Ｋでの高強度、高靱性を安定的に確保するということは、極低温用溶接ワイヤにとって、前記した従来技術の通り、相反する課題となる。しかし、本発明者等は、この課題について鋭意検討を行い、その結果、まず、ワイヤの鋼種としては、オーステナイト鋼の欠点である低い強度を克服できる高Ｍｎステンレス鋼を選択した。
【００１２】
次に、溶接時における高温割れ対策の方向として、凝固金属の粒界の延性を向上させることを選択した。溶接時における高温割れは、多層盛り溶接金属における後続の溶接熱影響部を受けたパスのオーステナイト粒界に発生しており、再熱割れである。そして、このことから、完全オーステナイト系の溶接金属の溶接高温割れを防止するためには、前記凝固金属の粒界の延性を向上させることが有効である。
【００１３】
このための手段として、本発明では、▲１▼凝固過程におけるデンドライト粒界への不純物元素や偏析を抑制すべく、固液凝固温度範囲を狭めることを主眼として、オーステナイト安定化元素の合金量を適正に制御すること、および▲２▼凝固時に粒界に偏析する有害な不純物元素を見極めて、その量を低位に制御することに着目した。また、これらの手段に更に加えて、▲３▼４Ｋにおいて、凝固金属ままで、高耐力、高靱性を発揮させるために、Ｄｅｌｏｎｇの状態図にあるＮｉ当量（Ｎｉeq）とＣｒ当量（Ｃｒeq）とを適正に制御することにも着目した。
【００１４】
そして、これら▲１▼〜▲３▼を同時に満足するよう、後述するごとく、高Ｍｎステンレス鋼の化学成分を適正量に制御することにより、溶接高温割れの発生を防止して、健全な溶接金属が得られるとともに、４Ｋでの耐力および破壊靱性値についても要求値を満足できることを見いだし、本発明に至ったものである。
【００１５】
因みに、前記従来技術において、高Ｍｎステンレス鋼溶接金属の溶接時における高温割れ対策としては、δフェライトを析出させる、ないし不純物元素であるＰ、Ｓを低位に制御する技術思想しかない。したがって、前記した通り、溶接高温割れ発生を防止し、４Ｋでの高強度、高靱性を安定的に確保するという、相反する課題を達成できなかった。
【００１６】
本発明では、前記技術思想に基づき、極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤの組成を、質量％にて、Ｃ：0.03〜0.10％、Ｓｉ：0.01〜0.50％、Ｍｎ：18〜30％、Ｎｉ：3 〜8 ％、Ｃｒ：12〜18％、Ａｌ：0.01〜0.07％、Ｎ：0.10〜0.28％、を含有し、かつ34％≦Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq≦40％( 但し、Ｎｉeq= Ｎｉ％＋30×Ｃ％＋30×Ｎ％＋0.5 ×Ｍｎ％、Ｃｒeq= Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋1.5 ×Ｓｉ％＋0.5 ×Ｎｂ％）を満足するとともに、Ｐ：0.008 ％以下、Ｓ：0.003 ％以下、Ｐ％＋Ｓ％≦0.011 ％、Ｏ：0.0050％以下、Ｐｂeq≦30×10-4％（但し、Ｐｂeq= Ｐｂ％＋4 ×Ｂｉ％＋0.01×Ｓｎ％＋0.02×Ｓｂ％＋0.007 ×Ａｓ％）に各々規制し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるものとする。
【００１７】
また、選択添加元素として更に、Ｍｏ、Ｃａと、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの内から１種又は２種以上が選択される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における化学成分の限定理由について説明する。
Ｃは、オーステナイトの安定化を通じて非磁性の確保および４Ｋでの耐力上昇に有効な元素である。含有量が0.03％未満ではこのような効果が乏しく、一方、0.10％を超えて含有すると、溶接部冷却時に、デンドライト粒界へのCr炭化物の析出が顕著になり、４Ｋでの靱性や耐食性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は0.03〜0.10％の範囲とする。
【００１９】
Ｓｉは溶鋼の脱酸のために必須の元素であり、また耐力上昇に有効であるが、0.01％未満では効果が不十分であり、 0.50 ％を超えると高温延性が低下し、溶接時の高温割れが発生しやすくなるとともに、および靱性劣化をもたらす。したがって、Ｓｉ含有量は0.01〜0.50％の範囲とする。
【００２０】
Ｍｎは、耐溶接高温割れ性に悪影響を与えるＮｉに変わり（代替して）、オーステナイトの安定化と４Ｋでの靱性の向上に不可欠な元素である。また、Ｎの固溶限を増大させて、オーステナイト組織の安定化に寄与する。含有量が18％未満では、４Ｋでの充分な靱性、破壊靱性値が 140MPam1/2 以上を得ることができず、またα’マルテンサイトなどが析出し易くなり非磁性が失なわれる。一方、30％を超えて過多に含有すると、溶接ワイヤへの伸線（製造）に際して熱間加工性が劣り、歩留りが悪くなり、コスト上昇を招く。したがって、Ｍｎ含有量は18〜30％の範囲とする。
【００２１】
Ｎｉは、溶接金属の凝固過程でのδフェライトの晶出を抑制するとともに、オーステナイト組織の安定させるため、４Ｋでの靱性の向上、破壊靱性値が 140MPam1/2 以上を得るために不可欠な元素である。Ｎｉが3 ％未満の含有量ではこのような優れた効果を得ることができない。しかし、一方、Ｎｉの過剰な含有は、完全オーステナイト組織における固液凝固温度範囲を広げて、低融点不純物元素のデンドライト粒界への偏析を助長するとともに、Ｓと反応して溶接金属の粒界に、低融点のＮｉＳ化合物を析出させ、凝固金属の粒界の延性を劣化させる。したがって、Ｎｉの過剰な含有は、耐溶接高温割れ性に悪影響を与えるので、その上限の含有量は8 ％とすべきであり、Ｎｉ含有量は3 〜8 ％の範囲とする。
【００２２】
Ｃｒは、耐銹性を付与するとともに、オーステナイトを安定化し、４Ｋでの耐力の上昇のために必要であり、また、Ｎの固溶限も増大させる。含有量が12％未満ではこの効果がなく、18％を超えると溶接金属の凝固過程で、δフェライトが晶出して完全オーステナイト組織が維持しえなくなり、靱性を低下させ、４Ｋでの充分な靱性、破壊靱性値が 140MPam1/2 以上を得ることができない。したがって、Ｃｒ含有量は12〜18％の範囲とする。
【００２３】
更に、ＮｉとＣｒは、４Ｋにおいての耐力、靱性および非磁性を確保するために、各元素量の限定に加えて、Ｄｅｌｏｎｇの状態図にあるＮｉ当量（Ｎｉeq）とＣｒ当量（Ｃｒeq）とが、Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeqを34％以上とする必要がある。これが34％未満であると、完全オーステナイト組織であっても、４Ｋにおける必要靱性が得られない。
【００２４】
そしてまた、一方で、溶接時の高温割れ感受性を改善するためには、Ｃｒeqに応じて、Ｎｉeqに上限の制約を設ける必要があり、Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeqを40％以下とする。40％を越えた場合、溶接高温割れ感受性が増大してしまう。但し、このＮｉeqとＣｒeqにおいて、Ｎｉeq= Ｎｉ％＋30×Ｃ％＋30×Ｎ％＋0.5 ×Ｍｎ％、Ｃｒeq= Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋1.5 ×Ｓｉ％＋0.5 ×Ｎｂ％である。
【００２５】
ＮはＣと同様にオーステナイトの安定化と４Ｋでの耐力向上に有効な元素である。また、ＣはＣｒ炭化物の粒界析出による靱性劣化をもたらすが、Ｎはかかる悪影響をおよぼさない。上記効果を発揮させるためには、0.10％以上の含有が必要であるが、0.28％を超えると靱性の劣化が著しく、耐溶接高温割れ性に乏しくなる。よって、Ｎ含有量は0.10〜0.28％の範囲とする。
【００２６】
Ａｌは、溶鋼の脱酸元素として、固溶酸素を捕捉するとともに、ブローホールの発生を防止して、４Ｋでの靱性の向上のために必要な元素である。0.01％未満では十分な効果が得られず、いっぽう、0.07％を超えると、アルミナ系介在物の増加により、逆に４Ｋでの靱性を劣化させる。したがって、Ａｌ含有量は0.01〜0.07％の範囲とする。
【００２７】
次に、本発明の選択的添加元素の含有の意義と含有量限定理由について述べる。Ｍｏは、固溶強化元素であり、４Ｋでの0.2 ％耐力を向上させる元素である。また、Ｃｒ炭化物の粒界析出に起因した靱性の劣化を防止するのにも有効であるが、このような効果は 0.05 ％未満では得られず、また3.00％を超えると、耐力向上効果は飽和する反面、４Ｋでの靱性が劣化する。よって、Ｍｏ含有量は 0.05 〜 3.00 ％の範囲とする。
【００２８】
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは炭窒化物を析出させて、４Ｋでの0.2 ％耐力向上に有効な元素であるが、いずれの含有量も0.01％未満ではその効果は乏しく、一方、Ｎｂで0.10 ％、Ｖで0.50％、Ｔｉで0.20％を各々超えて含有すると、いずれも４Ｋでの靱性が劣化させる。したがって、Ｎｂ：0.01〜0.10％、Ｖ：0.01〜 0.50％、Ｔｉ：0.01〜0.20％の範囲とし、これらの内から１種又は２種以上を必要に応じて含有する。
【００２９】
Ｃａは、溶接ワイヤの溶融時に強脱酸効果を発揮し、４Ｋでの靱性に有害な固溶酸素を捕捉して減少させるとともに、非金属介在物の微細化に有効である。含有量が0.0010％未満では、このような効果に乏しく、逆に0.0035％を超えて含有すると鋼の清浄度を悪くする。したがって、Ｃａの含有量は0.0010〜0.0035％の範囲とする。
【００３０】
次に、不純物の規制について、本発明においては、Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ｐｂeqを、各々、溶接時の高温割れ性の点から規制することを特徴としている。これらの不純物含有量が高いと、前記した通り、凝固過程でのデンドライト粒界に低融点不純物元素が偏析し、耐溶接高温割れ性を劣化させる。
【００３１】
まず、ＰおよびＳは、溶接時の高温割れ性を劣化させる元素であり、溶接金属の耐高温割れ性を確保するためには、Ｐ：0.008 ％以下、Ｓ：0.003 ％以下、に各々規制し、更にＰ％とＳ％の総量を0.011 ％以下にする必要がある。
【００３２】
Ｏは、固溶酸素、ブローホール、非金属介在物として残留して、４Ｋでの靱性を劣化させる。また、溶接ワイヤの伸線に際して、熱間加工性を劣化させるため、歩留りが悪くなり、コスト上昇を招く。したがって、Ｏの含有量は0.0050％以下にする必要がある。
【００３３】
Ｐｂ当量（Ｐｂeq）も、本発明では重要な規定である。Ｐｂeq自体は、「STU information 、1978,No105,Stockholm,1978 」にて導入されたパラメータであり、16−9Ni −2Mo ステンレス鋼  における熱間延性に及ぼす、不純物元素の影響度合いをＰｂ量に等価換算して表したものである。ここで、Ｐｂeq= Ｐｂ％＋4 ×Ｂｉ％＋0.01×Ｓｎ％＋0.02×Ｓｂ％＋0.007 ×Ａｓ％と規定される。
【００３４】
本発明では、前記パラメータの従来の導入目的とは異なり、前記Ｐ、Ｓ、Ｏ等の不純物の他に、溶接金属の耐溶接高温割れ性を確保するために、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓなどの不純物を規制の対象とすることが特徴である。
【００３５】
本発明者らは、高Ｍｎステンレス鋼の溶接金属における、溶接時の高温割れ感受性が、本Ｐｂeqと正の相関があることを知見した。前記した通り、高Ｍｎステンレス鋼の溶接時における溶接高温割れは、溶接凝固過程におけるデンドライト粒界における低融点不純物元素の偏析が大きく影響している。したがって、溶接高温割れを防止するためには、実際問題として、溶接ワイヤの原材料や製造過程から必然的に含まれる低融点不純物元素が固液共存凝固域においてデンドライト粒界に偏析する量を減らすことが重要である。
【００３６】
この溶接高温割れ感受性に悪影響を与える低融点不純物元素として、本発明者らは、特に、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓなどの不純物を規制の対象として選択した。したがって、溶接高温割れ感受性を改善するために、Ｐｂeqは、30×10-4％以下に規制されることが重要である。この結果、固液共存凝固域において、これらの低融点不純物元素のデンドライト粒界への偏析を低減すべく、主としてＮｉ含有量を低減させて、固液凝固温度範囲を狭める効果と相まることにより、初めて、溶接時における高温割れを防止することを可能とした。
【００３７】
次に、本発明溶接ワイヤの製造方法を説明する。本発明溶接ワイヤは、溶接ワイヤの通常の製法により製造可能であり、鋼の溶製後、熱間加工および線引き加工して製造される。ただ、本発明溶接ワイヤの基本成分である高Ｍｎ系非磁性ステンレス鋼は：炭素鋼や低合金鋼に比べて熱間加工性が劣る。したがって、適正な条件で鍛造あるいは圧延を行わないと、鋼片、鋼板の表面に割れが生じ、歩留の低下を招く恐れがある。これを防止するためには、鋼塊の加熱温度を1000〜1250℃とし、仕上温度を 900℃以上とすることが望ましい。圧延の後の冷却は空冷あるいは強制冷却のいずれでもよい。
【００３８】
【実施例】
〔実施例１〕
次に、以上説明した本発明極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤの各要件の意義、特に溶接金属の溶接高温割れ感受性に及ぼす効果について、ガスシールドアーク溶接による実施例を挙げて説明する。
【００３９】
表２に示す化学成分鋼を、溶製後、熱間加工および線引き加工して、１．２ｍｍφの溶接ワイヤを作成した。被溶接鋼材としては、表１に示す化学成分からなり、板厚１１０ｍｍの極低温用高Ｍｎステンレス鋼板を共通の被溶接鋼材として用いた。この鋼板に図１に示す開先形状をとり、前記各化学成分の溶接ワイヤを用い、シールドガス：電極周回ガス(Ar1.2 l/ 分、He1.2 l/分、H21.2 l/分) 、包被ガス(Ar30 l/分) 、溶接電流：298A、溶接電圧：13.5V 、溶接速度：5cm/分、パス間温度：150 ℃以下、の溶接条件にて、突き合わせ自動ＴＩＧ溶接を行った。なお、溶接ひずみを防止するために、溶接部四周囲を拘束溶接した後、本溶接を行った。
【００４０】
溶接後における溶接金属の化学成分を表３に示す。なお、ガスシールドアーク溶接の場合、溶着効率が極めて高いため、溶接金属の成分は、溶接ワイヤの成分と殆ど同じとなる。
【００４１】
溶接継ぎ手の長さ中央の横断面について、溶接金属の溶接高温割れの発生の有無を観察し、割れのあるものについては、総割れ長さを測定した。次いで、この内、溶接高温割れの無いものだけについて、溶接金属部の厚さ中央部において、４Ｋ（−２６９℃）で、引張試験（形状：ＪＩＳ１４Ａ号）およびＡＳＴＭＥ８１３−８９によるＪ1C試験を行い、 0.2％耐力（YS）、引っ張り強さ(TS)、破壊靱性値ＫICを求めた。
【００４２】
また、溶接金属の非磁性の安定性を評価するため、引っ張り片の破面の透磁率を測定した。更に、溶接金属の耐錆性を評価するため、溶接金属部の厚さ中央部から２t ×１５ w×６５l (mm)の腐食試験片を採取し、70℃の3%NaCl水溶液中で1 週間浸漬試験を行い、発錆の有無を調べた。これらの試験結果を、表４に示す。なお表２、３、４に示す供試材番号は各々対応している。
【００４３】
【表１】
0003851394.tif 000002
【００４４】
【表２】
0003851394.tif 000003
【００４５】
【表３】
0003851394.tif 000004
【００４６】
【表４】
0003851394.tif 000005
【００４７】
溶接金属の溶接高温割れ感受性と、Ｎｉ含有量およびＮｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq（＝Ｘ）のパラメータとの関係について、表２〜４の、特にNo. 2 、3 、4 の供試材のデータを用いて、整理した結果を図２に示す。図２から明らかな通り、溶接金属の溶接高温割れはＮｉ含有量およびパラメータＸが増加すると増大する。このことから、前記した通り、完全オーステナイト組織からなる溶接金属の耐溶接高温割れ性の向上には、添加元素のうち、とりわけＮｉ含有量の低減（Ｎｉ含有量を8 ％以下とする）および、それに伴うパラメータＸの減少（Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeqを40％以下とする）が必要であることが分かる。
【００４８】
しかしまた一方で、図２から明らかな通り、Ｎｉ含有量の低減および、それに伴うパラメータＸの減少だけでは、溶接金属の溶接高温割れの発生を完全に防止することはできない。
【００４９】
また、溶接金属の溶接高温割れ感受性と、低融点不純物元素Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ（Ｐｂeq）との関係について、表２〜４の、特にNo. 3 、5 、6 、7 の供試材のデータを用いて、整理した結果を図３に示す。図３から明らかな通り、溶接金属の溶接高温割れは、低融点不純物元素が増加すると増大する。この内、特にＰｂ、Ｂｉ量の多いNo. 5 と、No. 3 、6 、7 の供試材との比較から、Ｐｂ、Ｂｉの溶接高温割れに対する影響が顕著であることが分かる。
【００５０】
次に、溶接金属の溶接高温割れ感受性と、Ｎｉ含有量およびＮｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq（＝Ｘ）のパラメータとの関係について、表２〜４の、特にＰｂeqを、30×10-4％以下に制御したNo. 7 、8 、9 、10の供試材のデータを用いて、整理した結果を図４に示す。図４から明らかな通り、溶接金属の溶接高温割れは、Ｎｉ含有量を8 ％以下としたNo. 7 、9 、10の供試材には発生していないが、Ｎｉ含有量を11％としたNo8 の供試材には発生している。
【００５１】
したがって、図３、４から明らかな通り、完全オーステナイト組織からなる溶接金属の溶接高温割れを防止するためには、前記した通り、Ｎｉ含有量の低減および、それに伴うパラメータＸの減少に加えて、低融点不純物元素の規制、特に、Ｐｂ当量（Ｐｂeq= Ｐｂ％＋4 ×Ｂｉ％＋0.01×Ｓｎ％＋0.02×Ｓｂ％＋0.007 ×Ａｓ％）を、30×10-4％以下に規制（低減）することが重要である。
【００５２】
次に、溶接金属の溶接高温割れ感受性と、ＰおよびＳの含有量との関係について、表２〜４の、特にＰおよびＳの含有量を変えたNo. 9 、11、12の供試材のデータを用いて、整理した結果を図５に示す。図５から明らかな通り、溶接金属の溶接高温割れは、ＰおよびＳの含有量が増加すると増大するものの、その影響度は、Ｐｂeqの影響（図３）に比べると小さい。しかし、同図から、溶接金属の溶接高温割れを防止しようとすれば、Ｐ：0.008 ％以下、Ｓ：0.003 ％以下、に各々規制し、更にＰ％とＳ％の総量を0.011 ％以下にする必要があることが分かる。
【００５３】
以上の図２〜図５の結果をまとめれば、▲１▼Ｎｉ含有量を8 ％以下とするおよびパラメータＸ（＝Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq）を40％以下、より好ましくは38％以下とする、▲２▼Ｐｂeqを、30×10-4％以下に制御する、▲３▼Ｐ：0.008 ％以下、Ｓ：0.003 ％以下、に各々規制し、更にＰ％とＳ％の総量を0.011 ％以下にする、の方策を講じることにより、完全オーステナイト組織からなる溶接金属の溶接高温割れを、完全に防止できる。
【００５４】
次に、４Ｋでの 0.2％耐力（YS）および靱性（ＫIC値）と、Ｏとの含有量との関係について、表２〜４の、特にＯの含有量を変えたNo. 10、13、14、15の供試材のデータを用いて、整理した結果を図６に示す。図６から明らかな通り、Ｏ含有量が変化しても（増加しても）４Ｋでの 0.2％耐力（YS）に変化は無いが、４Ｋでの靱性（ＫIC値）は、Ｏ含有量が高くなるにつれて急激に低下している。したがって、同図から、１４０MPam 1/2以上の破壊靱性値ＫICを得ようとすれば、Ｏ含有量を0.0050％以下にする必要があることが分かる。
【００５５】
次に、４Ｋでの 0.2％耐力（YS）および靱性（ＫIC値）と、Ｎｉ含有量およびＮｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq（＝Ｘ）のパラメータとの関係について、表２〜４の、特にＯ含有量を0.0050％以下に制御した、No. 7 、9 、14、16、17の供試材のデータを用いて、整理した結果を図７に示す。図７から明らかな通り、４Ｋでの 0.2％耐力（YS）および靱性（ＫIC値）は、Ｎｉ含有量が増加するに伴い増大するが、とりわけ、破壊靱性値に対する向上効果は大きい。同図から、４Ｋでの１４０MPam 1/2以上の破壊靱性値ＫICを得ようとすれば、Ｎｉ含有量を3 ％以上、Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeqを34％以上とする必要があることが分かる。
【００５６】
以上の図６、７の結果をまとめれば、▲１▼Ｏ含有量を0.0050％以下にする、▲２▼Ｎｉ含有量を3 ％以上、Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeqを34％以上とする、の方策を講じることにより、４Ｋでの 1000N/mm2以上の 0.2％耐力（YS）と１４０MPam 1/2以上の破壊靱性値ＫICを確保できることが分かる。
【００５７】
〔実施例２〕
次に、前記成分以外の成分を変化させた場合の実施例を説明する。表５に示す化学成分鋼を、溶接ワイヤの作成条件、被溶接鋼材の条件、溶接条件は全て実施例１と同じとして溶接試験を行った。溶接後における溶接金属の化学成分を表６に示す。
【００５８】
供試材について、溶接金属の溶接高温割れの発生の有無、総割れ長さ、溶接高温割れの無いものだけについての引っ張り試験およびＪ1C試験を実施例１と同様に行い、 0.2％耐力（YS）、引っ張り強さ(TS)、破壊靱性値ＫICを求めた。また、溶接金属の透磁率、耐錆性も実施例１と同様に調べた。これらの試験結果を、表７に示す。なお表５、６、７に示す供試材番号は各々対応している。
【００５９】
表５、６、７において、No. 20の供試材（比較例）は、Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq（＝Ｘ）のパラメータが本発明の下限値34％未満であるため、溶接高温割れは発生していないものの、４Ｋでの破壊靱性値（ＫIC）が１４０MPam 1/2以上を確保できず、透磁率特性も不安定である。
No. 21の供試材（比較例）は、Ｎｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq（＝Ｘ）のパラメータが本発明の上限値40％を超えており、溶接高温割れが発生している。
No. 22の供試材（比較例）は、Ｃａ含有鋼であり、Ｏ含有量が、本発明の上限値0.0050％を超えており、溶接高温割れは発生していないものの、４Ｋでの破壊靱性値（ＫIC）が１４０MPam 1/2以上を確保できない。
No. 23の供試材（比較例）は、Ｃｒが本発明の下限値12％未満であり、耐錆性に劣り、実用化できない。
【００６０】
No. 31、32の供試材（比較例）は、1 ％Ｍｏ含有鋼であり、No. 31はＰｂeqが本発明の上限値30×10-4％を超え、No. 32は、Ｐ：0.008 ％以下、Ｓ：0.003 ％以下、更にＰ％とＳ％の総量を0.011 ％以下の本発明の上限値を超えたものであり、いずれも溶接高温割れが発生している。
No. 34の供試材（比較例）は、Ｃ量が本発明の上限値0.08％を超えたものであり、４Ｋでの破壊靱性値（ＫIC）が１４０MPam 1/2以上を確保できない。
【００６１】
一方、本発明例であるNo.18 、19の供試材は、Ｃ、Ｍｎ、Ｎの含有量を本発明範囲内で変化させたものであるが、溶接金属には溶接高温割れが発生しておらず、４Ｋでの 1000N/mm2以上の 0.2％耐力（YS）と１４０MPam 1/2以上の破壊靱性値ＫICを確保できている。また、透磁率特性や耐錆性も良好である。
【００６２】
更に、本発明例であるNo.24 〜30、および33の供試材は、請求項１の基本成分に、Ｍｏ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの内の一種または２種以上を含有させたものである。これらの内、Ｃａ含有材は高い破壊靱性値が得られ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉの含有材は４Ｋでの高い 0.2％耐力が得られる。いずれの溶接金属においても溶接高温割れが発生しておらず、４Ｋでの 1000N/mm2以上の 0.2％耐力（YS）と１４０MPam 1/2以上の破壊靱性値ＫICを確保できており、透磁率特性や耐錆性も良好である。
【００６３】
【表５】
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【００６４】
【表６】
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【００６５】
【表７】
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【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、４Ｋの極低温での 0.2％YSが 1000N/mm2以上の高強度と、ＫIC値で評価される破壊靱性値が 140MPam1/2 以上の高靱性を有し、と同時に、耐錆性や非磁性の設計上の性能を具備するとともに溶接金属における内部品質の健全性を確保できる極低温用高Ｍｎステンレス鋼溶接ワイヤを提供することが出来、その結果、ＭＨＤ発電や核融合炉などに用いられる超電導マグネットの構造材料の大型化を可能にする点で工業的な価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の、溶接開先形状を示す、断面図である。
【図２】溶接継手横断面における溶接金属の溶接高温割れと、本発明におけるＮｉ含有量およびＮｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq（＝Ｘ）のパラメータとの関係を示す説明図である。
【図３】溶接金属の溶接高温割れと、本発明におけるＰｂeqのパラメータとの関係を示す説明図である。
【図４】溶接金属の溶接高温割れと、低Ｐｂeq下での本発明におけるＮｉeq＋0.8 ×Ｃｒeq（＝Ｘ）のパラメータとの関係を示す説明図である。
【図５】溶接金属の溶接高温割れと、本発明におけるＰとＳの含有量との関係を示す説明図である。
【図６】４Ｋでの 0.2％耐力と破壊靱性値ＫICと、本発明におけるＯ含有量との関係を示す説明図である。
【図７】４Ｋでの 0.2％耐力と破壊靱性値ＫICと、本発明におけるＮｉ含有との関係を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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