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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-01
(45)【発行日】2024-10-09
(54)【発明の名称】オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材
(51)【国際特許分類】
B23K 35/30 20060101AFI20241002BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20241002BHJP
C22C 38/58 20060101ALN20241002BHJP
【ＦＩ】
B23K35/30 320B
C22C38/00 302Z
C22C38/58
C22C38/00 302A
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020201605
(22)【出願日】2020-12-04
(65)【公開番号】P2022089303
(43)【公開日】2022-06-16
【審査請求日】2023-09-05
(73)【特許権者】
【識別番号】503378420
【氏名又は名称】日鉄ステンレス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】秦野 正治
(72)【発明者】
【氏名】松本 三月
(72)【発明者】
【氏名】服部 憲治
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１８０７８８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０７－３１４１７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７１７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１９６８３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１９６１４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第１９７９／０００３２８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２１－１０９９９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２１／１４１０９９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／３０
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１０％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：８．０～１１．０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｒ：１５．０～１８．０％、
Ｎｉ：７．０～９．０％、
Ｎ：０．１５～０．２５％、
Ｂ：０．０００２～０．０１％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃｕ：１．００％未満、
Ｍｏ：０．５％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０～０．２０％、
Ｃａ：０～０．０１％、
Ｎｂ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．５０％、
Ｖ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｚｒ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％、
Ｇａ：０～０．０１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
ＲＥＭ：０～０．１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記（ｉ）式で算出されるｆ値が、３０．０超３３．５未満である、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
ｆ値＝Ｎｉ＋０．７２Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋１．１１Ｍｎ－０．２７Ｓｉ＋１２．９３Ｃ＋７．５５Ｎ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
【請求項2】
前記化学組成が、質量％で、Ａｌ：０．００３～０．２０％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１％、
Ｎｂ：０．００２～０．５０％、
Ｔｉ：０．００２～０．５０％、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｗ：０．００１～０．５０％、
Ｚｒ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｇａ：０．００１～０．０１０％、
Ｈｆ：０．０１～０．１０％、および
ＲＥＭ：０．０１～０．１０％、
から選択される一種以上を含有する、請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
【請求項3】
前記化学組成が、Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００２０％以下、
Ｂ：０．０００２～０．００２０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００２０％、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｏ：０．００３０％以下、
である、請求項１または２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、二酸化炭素等の温室効果ガスを排出しないクリーンなエネルギーとして、水素エネルギーが注目されている。しかしながら、水素エネルギーを活用する上で、水素ガスに起因し、材料が脆化する、いわゆる水素脆化が問題になることがある。
【0003】
そこで、水素脆化を抑制すべく、様々な素材が開発されている。例えば、特許文献１には、耐水素脆化特性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼が開発されている。このような水素関連技術に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼は、溶接されることで接合され、溶接継手の状態で、部材として使用されることが多い。
【0004】
仮に鋼材の状態で、耐水素脆化性に優れていたとしても、溶接後に、割れおよび延性の低下が生じたり、耐水素脆化性が低下する場合があることから、溶接を行う場合は、溶接継手の状態でも、良好な特性を有することが望ましい。この場合、溶接時に溶融し、その後、凝固した溶接金属において、性能の低下が生じやすくなる。したがって、溶接金属での性能向上が重要になる。
【0005】
上述した点を踏まえ、特許文献２に記載されているように、溶接金属の化学組成を制御することで、耐水素脆化性を向上させたオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手が開発されている。この溶接継手は、Ｃｕを含有させることに加え、Ｍｎ含有量を高めることで、耐水素脆化性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開第２０１８／１８０７８８号
【文献】特開２０１５－１７１７２９号公報
【非特許文献】
【0007】
【文献】橋本達哉他（１９６５）“溶融金属池の温度測定法と測定例について”溶接学会 ３４．ｐｐ６５４－６６４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
このように、耐水素脆化性といった特性を向上させる上で、Ｍｎ含有量を高めること、およびＣｕを含有させることは有効であるものの、例えば、溶接条件によっては、高温割れ、および溶接部の延性低下が生じてしまう場合もある。加えて、近年、水素環境がより低温高圧化しており、このような場合、耐水素脆化性も低下してしまう場合がある。
【0009】
溶接金属の性能は、溶接時に溶融池に供給され、溶接後に、溶接金属となる、溶加材に影響を受ける。したがって、オーステナイト系ステンレス鋼を溶接継手とした場合に、溶接金属における高温割れおよび延性低下を抑制しうる、すなわち耐割れ性が良好となる溶加材が求められている。また、上述したような耐水素脆化性の低下を抑制しうることも、溶加材には、当然、求められている。
【0010】
本発明は、上記の課題を解決し、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接に際し、溶接金属において、耐割れ性および耐水素脆化性を向上しうる、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材を要旨とする。
【0012】
（１）化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１０％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：８．０～１１．０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｒ：１５．０～１８．０％、
Ｎｉ：７．０～９．０％、
Ｎ：０．１５～０．２５％、
Ｂ：０．０００２～０．０１％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃｕ：１．００％未満、
Ｍｏ：０．５％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０～０．２０％、
Ｃａ：０～０．０１％、
Ｎｂ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．５０％、
Ｖ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｚｒ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％、
Ｇａ：０～０．０１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
ＲＥＭ：０～０．１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記（ｉ）式で算出されるｆ値が、３０．０超３３．５未満である、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
ｆ値＝Ｎｉ＋０．７２Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋１．１１Ｍｎ－０．２７Ｓｉ＋１２．９３Ｃ＋７．５５Ｎ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
Ｃ：０．１０％以下、
Ｓｉ：１．０％以下、
Ｍｎ：８．０～１１．０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｒ：１５．０～１８．０％、
Ｎｉ：７．０～９．０％、
Ｎ：０．１５～０．２５％、
Ｂ：０．０００２～０．０１％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、
Ｃｕ：１．００％未満、
Ｍｏ：０．５％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０～０．２０％、
Ｃａ：０～０．０１％、
Ｎｂ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．５０％、
Ｖ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｚｒ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％、
Ｇａ：０～０．０１０％、
Ｈｆ：０～０．１０％、
ＲＥＭ：０～０．１０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
下記（ｉ）式で算出されるｆ値が、３０．０超３３．５未満である、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
ｆ値＝Ｎｉ＋０．７２Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋１．１１Ｍｎ－０．２７Ｓｉ＋１２．９３Ｃ＋７．５５Ｎ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
【0013】
（２）前記化学組成が、質量％で、
Ａｌ：０．００３～０．２０％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１％、
Ｎｂ：０．００２～０．５０％、
Ｔｉ：０．００２～０．５０％、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｗ：０．００１～０．５０％、
Ｚｒ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｇａ：０．００１～０．０１０％、
Ｈｆ：０．０１～０．１０％、および
ＲＥＭ：０．０１～０．１０％、
から選択される一種以上を含有する、上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
Ａｌ：０．００３～０．２０％、
Ｃａ：０．０００２～０．０１％、
Ｎｂ：０．００２～０．５０％、
Ｔｉ：０．００２～０．５０％、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｗ：０．００１～０．５０％、
Ｚｒ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｇａ：０．００１～０．０１０％、
Ｈｆ：０．０１～０．１０％、および
ＲＥＭ：０．０１～０．１０％、
から選択される一種以上を含有する、上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
【0014】
（３）前記化学組成が、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００２０％以下、
Ｂ：０．０００２～０．００２０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００２０％、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｏ：０．００３０％以下、
である、上記（１）または（２）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００２０％以下、
Ｂ：０．０００２～０．００２０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００２０％、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｏ：０．００３０％以下、
である、上記（１）または（２）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、溶接金属において、耐割れ性および耐水素脆化性を向上しうる、オーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明者らは、Ｍｎ含有量を高め、耐水素脆化性を向上させることができるオーステナイト系ステンレス鋼用の溶加材を使用し、溶接を行った。そして、得られた溶接継手の溶接金属について、耐割れ性および耐水素脆化性の調査を行った。その結果、溶加材の化学組成について、以下の（ａ）～（ｄ）の知見を得た。
【0018】
（ａ）Ｍｎ含有量を高めた溶接継手の溶接金属は、高温割れに加え、溶接後の延性が低下しやすい傾向にあった。高温割れを抑制するためには、溶加材において、ＰおよびＳといった低融点元素を低減するのが有効である。また、溶接後の延性低下を抑制するためにも、ＰおよびＳといった元素を低減することが有効である。加えて、延性に悪影響を与えるＯも、低減することが望ましい。また、Ｃｕを低減することも、溶接後の延性低下に対し、極めて有効であることが明らかになった。
【0019】
溶接金属の延性の改善において、さらに、微量にＢおよびＭｇを含有させることも効果的であった。この理由は、上記のように溶加材の化学組成を制御すると、溶接継手の溶接金属において、ＢがＣｕの粒界偏析を抑制し、Ｍｇが脱酸剤としてＯの含有量を低減する効果があるためである。
【0020】
（ｂ）また、耐高温割れおよび溶接後の延性低下の両方に対し、溶接金属の溶け込みに影響を与えるＡｌ、Ｃａ、Ｎｂ、およびＴｉの含有量を最適化することも有効である。この理由は、上記元素の含有量を制御し、溶接金属の溶け込みを良好にすることで、割れの発生を抑制するからである。さらに、これらの元素は、剥離しにくい溶接スラグが形成するのを防止することもできる。
【0021】
（ｃ）特に、鋼板を溶接する場合、上述したような化学組成の制御は、非常に有効である。この理由は、鋼板の溶接においては、入熱量が比較的小さいことから、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＭｏ等の元素が凝固偏析したり、粒界偏析したりすることで、溶接金属の割れを誘発しやすくなるからである。
【0022】
（ｄ）過酷な水素環境下、例えば、高温低圧水素ガス環境下においては、溶接金属の耐水素脆化性を高めるために、溶加材において後述するｆ値の値を制限する必要がある。また、上記環境下において、溶接金属の耐割れ性と、耐水素脆化性とを両立するために、上述した元素とｆ値の範囲とを最適化する必要がある。これは、上述した各元素の含有量とｆ値に影響を与える各元素の含有量とが、相互に影響を及ぼし合っているからである。
【0023】
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【0024】
１．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
【0025】
Ｃ：０．１０％以下
Ｃは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性の向上にも寄与する。しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、溶接金属の高温割れが生じやすくなるとともに、溶接金属の延性が低下して耐割れ性を損なう。このため、Ｃ含有量は、０．１０％以下とする。Ｃ含有量は、０．０８％以下とするのが好ましく、０．０７％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
Ｃは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性の向上にも寄与する。しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、溶接金属の高温割れが生じやすくなるとともに、溶接金属の延性が低下して耐割れ性を損なう。このため、Ｃ含有量は、０．１０％以下とする。Ｃ含有量は、０．０８％以下とするのが好ましく、０．０７％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
【0026】
Ｓｉ：１．０％以下
Ｓｉは、溶接金属のビード止端部にノッチ上のえぐれた欠陥が生じるアンダーカットを抑制するとともに、溶接金属表面のスラグ生成を抑制する効果を有する。しかしながら、Ｓｉを過剰に含有させると、溶接時に剥離性が不良なスラグが生成することに加え、溶接金属の延性を低下させる。このため、Ｓｉ含有量は、１．０％以下とする。Ｓｉ含有量は、０．７％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｉ含有量は、０．２％以上とするのが好ましい。
Ｓｉは、溶接金属のビード止端部にノッチ上のえぐれた欠陥が生じるアンダーカットを抑制するとともに、溶接金属表面のスラグ生成を抑制する効果を有する。しかしながら、Ｓｉを過剰に含有させると、溶接時に剥離性が不良なスラグが生成することに加え、溶接金属の延性を低下させる。このため、Ｓｉ含有量は、１．０％以下とする。Ｓｉ含有量は、０．７％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｉ含有量は、０．２％以上とするのが好ましい。
【0027】
Ｍｎ：８．０～１１．０％
Ｍｎは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性の向上に寄与する。また、Ｎの固溶限を大きくするため、高価なＮｉの節減に寄与するとともに溶接時の脱窒素を防止する効果がある。さらに、溶接金属の耐割れ性を良好にする効果がある。このため、Ｍｎ含有量は、８．０％以上とする。Ｍｎ含有量は、８．５％以上とするのが好ましく、９．０％以上とするのがより好ましい。しかしながら、Ｍｎを過剰に含有させると、溶接金属の延性低下を招く。このため、Ｍｎ含有量は、１１．０％以下とし、１０．０％以下とするのが好ましい。
Ｍｎは、オーステナイト相の安定化に有効な元素であり、耐水素脆化性の向上に寄与する。また、Ｎの固溶限を大きくするため、高価なＮｉの節減に寄与するとともに溶接時の脱窒素を防止する効果がある。さらに、溶接金属の耐割れ性を良好にする効果がある。このため、Ｍｎ含有量は、８．０％以上とする。Ｍｎ含有量は、８．５％以上とするのが好ましく、９．０％以上とするのがより好ましい。しかしながら、Ｍｎを過剰に含有させると、溶接金属の延性低下を招く。このため、Ｍｎ含有量は、１１．０％以下とし、１０．０％以下とするのが好ましい。
【0028】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、鋼中に含まれる不純物であり、凝固の最終過程で濃化して鋼の融点を下げる。この結果、高温割れを助長し、溶接金属の耐割れ性を低下させる。また、耐水素脆化性も低下させる。このため、Ｐ含有量は、０．０３０％以下とする。溶接金属の耐割れ性改善の点から、Ｐ含有量は、０．０２５％以下とするのが好ましく、０．０１５％以下とするのがより好ましい。一方、Ｐを過剰に低減すると、原料コストの増加に繋がることから、Ｐ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。
Ｐは、鋼中に含まれる不純物であり、凝固の最終過程で濃化して鋼の融点を下げる。この結果、高温割れを助長し、溶接金属の耐割れ性を低下させる。また、耐水素脆化性も低下させる。このため、Ｐ含有量は、０．０３０％以下とする。溶接金属の耐割れ性改善の点から、Ｐ含有量は、０．０２５％以下とするのが好ましく、０．０１５％以下とするのがより好ましい。一方、Ｐを過剰に低減すると、原料コストの増加に繋がることから、Ｐ含有量は、０．００５％以上とするのが好ましい。
【0029】
Ｓ：０．００３０％以下
Ｓは、Ｐと同様に、鋼中に含まれる不純物であり、溶接金属の耐割れ性を低下させる。また、耐水素脆化性も低下させる。このため、Ｓ含有量は、０．００３０％以下とする。Ｓ含有量は、０．００２０％以下とするのが好ましく、０．００１０％以下とするのがより好ましい。しかしながら、Ｓを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、Ｓ含有量は、０．０００１％以上含有することが好ましい。
Ｓは、Ｐと同様に、鋼中に含まれる不純物であり、溶接金属の耐割れ性を低下させる。また、耐水素脆化性も低下させる。このため、Ｓ含有量は、０．００３０％以下とする。Ｓ含有量は、０．００２０％以下とするのが好ましく、０．００１０％以下とするのがより好ましい。しかしながら、Ｓを過剰に低減すると、製造コストが増加する。このため、Ｓ含有量は、０．０００１％以上含有することが好ましい。
【0030】
Ｃｒ：１５．０～１８．０％
Ｃｒは、溶接金属に必要な耐食性、特に耐候性を向上させる基本元素である。このため、Ｃｒ含有量は、１５．０％以上とする。しかしながら、Ｃｒはフェライト形成元素である。このため、Ｃｒを過剰に含有させると、オーステナイト相を不安定化させ、δフェライトの生成に起因し、溶接金属の延性低下および耐水素脆化性の低下が生じる。このため、Ｃｒ含有量は、１８．０％以下とする。Ｃｒ含有量は、１７．０％以下とするのが好ましい。
Ｃｒは、溶接金属に必要な耐食性、特に耐候性を向上させる基本元素である。このため、Ｃｒ含有量は、１５．０％以上とする。しかしながら、Ｃｒはフェライト形成元素である。このため、Ｃｒを過剰に含有させると、オーステナイト相を不安定化させ、δフェライトの生成に起因し、溶接金属の延性低下および耐水素脆化性の低下が生じる。このため、Ｃｒ含有量は、１８．０％以下とする。Ｃｒ含有量は、１７．０％以下とするのが好ましい。
【0031】
Ｎｉ：７．０～９．０％
Ｎｉは、Ｍｎとともに、溶接金属の延性と耐水素脆化性とを確保するために必要な元素である。このため、Ｎｉ含有量は、７．０％以上とする。しかしながら、過剰にＮｉを含有させると、原料コストが増加する。このため、Ｎｉ含有量は、９．０％以下とする。Ｎｉ含有量は、８．５％以下とするのが好ましく、８．０％以下とするのがより好ましい。
Ｎｉは、Ｍｎとともに、溶接金属の延性と耐水素脆化性とを確保するために必要な元素である。このため、Ｎｉ含有量は、７．０％以上とする。しかしながら、過剰にＮｉを含有させると、原料コストが増加する。このため、Ｎｉ含有量は、９．０％以下とする。Ｎｉ含有量は、８．５％以下とするのが好ましく、８．０％以下とするのがより好ましい。
【0032】
Ｎ：０．１５～０．２５％
Ｎは、溶接金属の強度および耐水素脆化性の向上に有効な元素である。このため、Ｎ含有量は、０．１５％以上とする。しかしながら、Ｎを過剰に含有させると、溶接金属のブローホール等、内部欠陥が発生しやすくなり、溶接金属の延性も低下させる。このため、Ｎ含有量は、０．２５％以下とする。Ｎ含有量は、０．２２％以下とするのが好ましく、０．２０％以下とするのがより好ましい。
Ｎは、溶接金属の強度および耐水素脆化性の向上に有効な元素である。このため、Ｎ含有量は、０．１５％以上とする。しかしながら、Ｎを過剰に含有させると、溶接金属のブローホール等、内部欠陥が発生しやすくなり、溶接金属の延性も低下させる。このため、Ｎ含有量は、０．２５％以下とする。Ｎ含有量は、０．２２％以下とするのが好ましく、０．２０％以下とするのがより好ましい。
【0033】
Ｂ：０．０００２～０．０１％
Ｂは、粒界を強化し、溶接金属の延性低下を改善する効果を有する。このため、Ｂ含有量は、０．０００２％以上とする。Ｂ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させても、その効果が飽和するばかりか、ボロン化合物（ＢＮ、ＢＣ、Ｃｒ２Ｂ）の粒界析出を促進して、溶接金属の耐高温割れ性を低下させる。このため、Ｂ含有量は、０．０１％以下とする。Ｂ含有量は、０．００５０％以下とするのが好ましく、０．００２０％以下とするのがより好ましい。
Ｂは、粒界を強化し、溶接金属の延性低下を改善する効果を有する。このため、Ｂ含有量は、０．０００２％以上とする。Ｂ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させても、その効果が飽和するばかりか、ボロン化合物（ＢＮ、ＢＣ、Ｃｒ２Ｂ）の粒界析出を促進して、溶接金属の耐高温割れ性を低下させる。このため、Ｂ含有量は、０．０１％以下とする。Ｂ含有量は、０．００５０％以下とするのが好ましく、０．００２０％以下とするのがより好ましい。
【0034】
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％
Ｍｇは、脱酸効果に有効な元素であり、溶接金属の延性低下を改善する効果を有する。このため、Ｍｇ含有量は、０．０００１％以上とする。Ｍｇ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｍｇを過剰に含有させると、精錬など製造性を低下させる。また、溶接金属の耐割れ性も低下する。このため、Ｍｇ含有量は、０．００５０％以下とする。効果と製造性の観点から、Ｍｇ含有量は、０．００２０％以下とするのが好ましい。
Ｍｇは、脱酸効果に有効な元素であり、溶接金属の延性低下を改善する効果を有する。このため、Ｍｇ含有量は、０．０００１％以上とする。Ｍｇ含有量は、０．０００３％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｍｇを過剰に含有させると、精錬など製造性を低下させる。また、溶接金属の耐割れ性も低下する。このため、Ｍｇ含有量は、０．００５０％以下とする。効果と製造性の観点から、Ｍｇ含有量は、０．００２０％以下とするのが好ましい。
【0035】
Ｃｕ：１．００％未満
Ｃｕは、スクラップ等の原料から混入する元素であるが、オーステナイト相を安定化させて耐水素脆化性を向上させる効果を有する。しかしながら、Ｃｕは、低融点元素であり、粒界に偏析しやすく、溶接金属の高温割れを助長するとともに、延性低下を生じやすくする。このため、Ｃｕ含有量は、１．００％未満とする。Ｃｕ含有量は、０．５０％以下とするのが好ましい。しかしながら、Ｃｕ含有量を過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Ｃｕ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
Ｃｕは、スクラップ等の原料から混入する元素であるが、オーステナイト相を安定化させて耐水素脆化性を向上させる効果を有する。しかしながら、Ｃｕは、低融点元素であり、粒界に偏析しやすく、溶接金属の高温割れを助長するとともに、延性低下を生じやすくする。このため、Ｃｕ含有量は、１．００％未満とする。Ｃｕ含有量は、０．５０％以下とするのが好ましい。しかしながら、Ｃｕ含有量を過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Ｃｕ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
【0036】
Ｍｏ：０．５％以下
Ｍｏは、スクラップ等の原料から混入する元素であるが、強度および耐食性を向上させる効果を有する。その一方、過剰に含有させると、δフェライト相の生成を促進させ、溶接金属の耐割れ性および耐水素脆化性を低下させる。このため、Ｍｏ含有量は、０．５％以下とする。一方、Ｍｏを過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Ｍｏ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
Ｍｏは、スクラップ等の原料から混入する元素であるが、強度および耐食性を向上させる効果を有する。その一方、過剰に含有させると、δフェライト相の生成を促進させ、溶接金属の耐割れ性および耐水素脆化性を低下させる。このため、Ｍｏ含有量は、０．５％以下とする。一方、Ｍｏを過剰に低減すると、溶解原料の制約を招き、製造コストが増加する。このため、Ｍｏ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
【0037】
Ｏ：０．００５０％以下
Ｏは、鋼中に含まれる不純物であり、溶接金属の割れおよび延性低下を生じやすくする。さらに、溶接金属表面に生成する非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、Ｏ含有量は、０．００５０％以下とする。この結果、溶接性をも向上させ、耐割れ性も改善される。このため、Ｏ含有量は、０．００４０％以下とするのが好ましく、０．００３０％以下とするのがより好ましい。しかしながら、Ｏの過剰な低減は、アンダーカットが生じやすくなる。このため、Ｏ含有量は、０．０００５％以上とするのが好ましい。
Ｏは、鋼中に含まれる不純物であり、溶接金属の割れおよび延性低下を生じやすくする。さらに、溶接金属表面に生成する非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、Ｏ含有量は、０．００５０％以下とする。この結果、溶接性をも向上させ、耐割れ性も改善される。このため、Ｏ含有量は、０．００４０％以下とするのが好ましく、０．００３０％以下とするのがより好ましい。しかしながら、Ｏの過剰な低減は、アンダーカットが生じやすくなる。このため、Ｏ含有量は、０．０００５％以上とするのが好ましい。
【0038】
上記の元素に加えて、さらにＡｌ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｇａ、ＨｆおよびＲＥＭから選択される一種以上を、以下に示す範囲において含有させてもよい。各元素の限定理由について説明する。
【0039】
Ａｌ：０～０．２０％
Ａｌは、有効な脱酸元素であることに加え、溶接金属の溶け込みを良くしてアンダーカットを抑制する効果も有する。このため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、溶接時の溶け込みを阻害して、溶接金属表面に非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、Ａｌ含有量は、０．２０％以下とする。Ａｌ含有量は、０．１０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ａｌ含有量は、０．００３％以上とするのが好ましく、０．００５％以上とするのがより好ましい。
Ａｌは、有効な脱酸元素であることに加え、溶接金属の溶け込みを良くしてアンダーカットを抑制する効果も有する。このため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、溶接時の溶け込みを阻害して、溶接金属表面に非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、Ａｌ含有量は、０．２０％以下とする。Ａｌ含有量は、０．１０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ａｌ含有量は、０．００３％以上とするのが好ましく、０．００５％以上とするのがより好ましい。
【0040】
Ｃａ：０～０．０１％
Ｃａは、Ａｌと同様に、有効な脱酸元素であることに加え、溶接金属の溶け込みを良くしてアンダーカットを抑制する効果も有する。このため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、Ｃａを過剰に含有させると、溶接時の溶け込みを阻害して溶接金属表面に非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、Ｃａ含有量は、０．０１％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましく、０．０００５％以上とするのがより好ましい。
Ｃａは、Ａｌと同様に、有効な脱酸元素であることに加え、溶接金属の溶け込みを良くしてアンダーカットを抑制する効果も有する。このため、必要に応じて含有させても良い。しかしながら、Ｃａを過剰に含有させると、溶接時の溶け込みを阻害して溶接金属表面に非剥離性のスラグを生じやすくする。このため、Ｃａ含有量は、０．０１％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｃａ含有量は、０．０００２％以上とするのが好ましく、０．０００５％以上とするのがより好ましい。
【0041】
Ｎｂ：０～０．５０％
Ｎｂは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、溶接金属の耐割れ性を改善する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂを過剰に含有させると、溶接金属の延性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は、０．５０％以下とする。Ｎｂ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は、０．００２％以上とするのが好ましく、０．０１０％以上とするのがより好ましい。
Ｎｂは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、溶接金属の耐割れ性を改善する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂを過剰に含有させると、溶接金属の延性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は、０．５０％以下とする。Ｎｂ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は、０．００２％以上とするのが好ましく、０．０１０％以上とするのがより好ましい。
【0042】
Ｔｉ：０～０．５０％
Ｔｉは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、溶接金属の耐割れ性を改善する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有させると、溶接金属の延性が低下する。このため、Ｔｉ含有量は、０．５０％以下とする。Ｔｉ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は、０．００２％以上とするのが好ましく、０．０１０％以上とするのがより好ましい。
Ｔｉは、炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化し、溶接金属の耐割れ性を改善する効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有させると、溶接金属の延性が低下する。このため、Ｔｉ含有量は、０．５０％以下とする。Ｔｉ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は、０．００２％以上とするのが好ましく、０．０１０％以上とするのがより好ましい。
【0043】
Ｖ：０～０．５０％
Ｖは、固溶または炭窒化物として析出し、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖを過剰に含有させると、炭窒化物が過剰に形成し、溶接金属の延性を低下させる。このため、Ｖ含有量は、０．５０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。
Ｖは、固溶または炭窒化物として析出し、溶接金属の強度を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖを過剰に含有させると、炭窒化物が過剰に形成し、溶接金属の延性を低下させる。このため、Ｖ含有量は、０．５０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。
【0044】
Ｗ：０～０．５０％
Ｗは、溶接金属の強度および耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗを過剰に含有させると、溶接金属の延性を低下させる。このため、Ｗ含有量は、０．５０％以下とする。Ｗ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｗは、溶接金属の強度および耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗを過剰に含有させると、溶接金属の延性を低下させる。このため、Ｗ含有量は、０．５０％以下とする。Ｗ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。
【0045】
Ｚｒ：０～０．５０％
Ｚｒは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Ｚｒ含有量は、０．５０％以下とする。Ｚｒ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｚｒ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
Ｚｒは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｚｒを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Ｚｒ含有量は、０．５０％以下とする。Ｚｒ含有量は、０．３０％以下とするのが好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｚｒ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
【0046】
Ｃｏ：０～０．５０％
Ｃｏは、溶接金属のオーステナイト相を安定化させて、耐水素脆化性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏを過剰に含有させると、溶接金属の延性を低下させる。このため、Ｃｏ含有量は、０．５０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
Ｃｏは、溶接金属のオーステナイト相を安定化させて、耐水素脆化性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｏを過剰に含有させると、溶接金属の延性を低下させる。このため、Ｃｏ含有量は、０．５０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
【0047】
Ｇａ：０～０．０１０％
Ｇａは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｇａを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Ｇａ含有量は、０．０１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｇａ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｇａは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｇａを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Ｇａ含有量は、０．０１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｇａ含有量は、０．００１％以上とするのが好ましい。
【0048】
Ｈｆ：０～０．１０％
Ｈｆは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｈｆを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Ｈｆ含有量は、０．１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｈｆ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
Ｈｆは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｈｆを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、Ｈｆ含有量は、０．１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｈｆ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
【0049】
ＲＥＭ：０～０．１０％
ＲＥＭは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、ＲＥＭ含有量は、０．１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、ＲＥＭ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
ＲＥＭは、脱酸効果を有し、溶接金属の延性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、ＲＥＭを過剰に含有させると、酸化物が過剰に形成し、溶接金属の耐割れ性が低下する。このため、ＲＥＭ含有量は、０．１０％以下とする。一方、上記効果を得るためには、ＲＥＭ含有量は、０．０１％以上とするのが好ましい。
【0050】
ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素を指し、上記ＲＥＭ含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加されることが多い。
【0051】
本発明の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、オーステナイト系ステンレス鋼用溶加材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【0052】
ｆ値
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材では、耐水素脆化性に係るオーステナイト相の安定性を表す指標として、以下に算出されるｆ値を規定する。具体的には、下記（ｉ）式で算出されるｆ値を、３０．０超３３．５未満とする。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材では、耐水素脆化性に係るオーステナイト相の安定性を表す指標として、以下に算出されるｆ値を規定する。具体的には、下記（ｉ）式で算出されるｆ値を、３０．０超３３．５未満とする。
【0053】
ｆ値＝Ｎｉ＋０．７２Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋１．１１Ｍｎ－０．２７Ｓｉ＋１２．９３Ｃ＋７．５５Ｎ ・・・（ｉ）
但し、上記（ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
但し、上記（ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
【0054】
ここで、ｆ値が３０．０以下であると、オーステナイト相の安定性が低く、溶接金属の耐水素脆化性が低下する。このため、ｆ値は、３０．０超とする。しかしながら、ｆ値が３３．５以上であると、高合金化により溶接金属の耐割れ性が低下する。また、原料コストが増加し、溶加材の製造コストも増加する。また、耐水素脆化性も低下する場合もある。このため、ｆ値は、３３．５未満とする。溶接金属の耐水素脆化性、耐割れ性、および経済性の観点から、ｆ値は３０．０超３２．５以下の範囲とするのが好ましい。
【0055】
２．用途
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材は、高圧水素等の水素用機器用に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手を製造するために用いられるのが好ましい。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材は、高圧水素等の水素用機器用に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼の溶接継手を製造するために用いられるのが好ましい。
【0056】
なお、上記オーステナイト系ステンレス鋼の化学組成、すなわち、溶接に用いる母材鋼板（溶接継手において、溶接熱影響部および溶接金属を除く母材）の化学組成は、例えば、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：８．０～１０．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｃｒ：１５．０～１８．０％、Ｎｉ：７．０～９．０％、Ｎ：０．１５～０．２５％、Ｂ：０～０．０１％、Ｍｇ：０～０．００５％、Ｃｕ：１．０％未満、Ｍｏ：１．０％未満、Ａｌ：０～０．２０％、Ｃａ：０～０．０１％、Ｎｂ：０～０．５０％、Ｔｉ：０～０．５０％、Ｖ：０～０．５０％、Ｗ：０～０．５０％、Ｚｒ：０～０．５０％、Ｃｏ：０～０．５０％、Ｇａ：０～０．０１０％、Ｈｆ：０～０．１０％、ＲＥＭ：０～０．１０％、残部：Ｆｅおよび不純物であり、下記（Ｉ）式で算出されるＦ値が、２９．５超３２．５未満であるのが好ましい。
【0057】
Ｆ値＝Ｎｉ＋０．７２Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋１．１１Ｍｎ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋１２．９３Ｃ＋７．５５Ｎ・・・（Ｉ）
但し、上記（Ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
但し、上記（Ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
【0058】
また、溶接継手の溶接金属においては、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：８．０～１１．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｃｒ：１５．０～１８．０％、Ｎｉ：７．０～９．０％、Ｎ：０．１５～０．２５％、Ｂ：０～０．０１％、Ｍｇ：０～０．００５％、Ａｌ：０～０．２０％、Ｃｕ：１．０％未満、Ｍｏ：１．０％未満、Ｃａ：０～０．０１％、Ｎｂ：０～０．５０％、Ｔｉ：０～０．５０％、Ｖ：０～０．５０％、Ｗ：０～０．５０％、Ｚｒ：０～０．５０％、Ｃｏ：０～０．５０％、Ｇａ：０～０．０１０％、Ｈｆ：０～０．１０％、ＲＥＭ：０～０．１０％、残部：Ｆｅおよび不純物であり、下記（Ｉ）式で算出されるＦ値が、２９．５超３２．５未満となるよう、溶加材、母材鋼板および溶接条件等を適宜、調整するのが好ましい。
【0059】
Ｆ値＝Ｎｉ＋０．７２Ｃｒ＋０．８８Ｍｏ＋１．１１Ｍｎ－０．２７Ｓｉ＋０．５３Ｃｕ＋１２．９３Ｃ＋７．５５Ｎ・・・（Ｉ）
但し、上記（Ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
但し、上記（Ｉ）式中の各元素記号は、鋼中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表し、含有されない場合はゼロとする。
【0060】
なお、上記溶接金属の化学組成は、溶接金属全体の平均の化学組成とする。ここで、溶接継手において溶接金属とは、溶接した際に、溶接中に溶融して凝固した金属部分のことである。また、溶接金属と、母材において、溶接熱で影響を受ける溶接熱影響部とを合わせて、溶接部と呼ぶ。
【0061】
また、本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材は、鋼板、鋼管、棒、線材の溶接に用いるものとし、特に鋼板の溶接に用いるのが好ましい。
【0062】
３．製造方法
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材の好ましい製造方法について説明する。
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼溶接用溶加材の好ましい製造方法について説明する。
【0063】
本発明に係る溶加材は、上述した化学組成を有する鋼を溶製し、ビレット等を製造するのがよい。ビレットは、例えば、９００～１３００℃熱間鍛造、９５０～１１５０℃の範囲で熱処理を行い、伸線加工により伸線して、鋼線とするのがよい。なお、この鋼線は、スプール巻とすることが多い。また、他の具体的な製造条件については、溶加材の効果を損なわない範囲であれば、適宜、調整すればよい。
【0064】
本発明に係る溶加材を用いてオーステナイト系ステンレス鋼を溶接する場合、その効果を損なわない範囲であれば、溶接条件を限定するものでない。本発明の効果を享受する溶接金属を得るためには、例えば、ガスタングステンアーク溶接（ＴＩＧ溶接）方法を用いて溶接することが好ましい。
【0065】
溶接金属の耐割れ性を向上させるには、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＭｏの凝固偏析と粒界偏析とを抑制することが有効である。このため、溶接後は、緩冷却に制御することが望ましい。具体的には、溶接金属において、合金元素の拡散および移動が進む１３００～８００℃の温度域で、冷却速度を２０℃／秒以下に制御することが好ましく、１～１０℃／秒の範囲に制御するのがより好ましい。なお、上述したような溶接後の冷却速度は、例えば、溶接速度により制御することができる。
【0066】
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】
【0067】
表１に記載の化学組成を有する鋼を溶製し、熱間圧延、焼鈍、冷間圧延、焼鈍により板厚１．０ｍｍと２．０ｍｍの冷延焼鈍鋼板（「母材鋼板」ともいう。）を製造した。溶加材は、表２に示す各種成分のＷ１～Ｗ２２を溶製した後、１０００～１２５０℃熱間鍛造、１０００～１１００℃の範囲で熱処理を行い、伸線加工により１．０ｍｍ径まで伸線してスプール巻きとした。
【0068】
【表1】
【0069】
【表2】
【0070】
得られた母材鋼板と溶加材とを用い、図１に示すように、板厚ｔが１．０ｍｍおよび２．０ｍｍの鋼板を２枚ずつ用意し、それぞれの鋼板１間においてギャップなしのＩ開先３を形成させ、裏面に銅当金２を当てた試験体を作製した。この試験体について、表３に示す条件で、表２に記載の溶加材を用い、ＴＩＧ溶接を行い、溶接継手を作製した。
【0071】
溶接金属が１３００～８００℃である温度域の冷却速度は、非特許文献１に記載されているような熱電対による直接測定により求めた。なお、表３で記載したような溶接条件とすることで、条件１では、上記温度域において１５～２５℃／秒の範囲で冷却速度を調整し、条件２では、３～１０℃／秒の範囲で冷却速度を調整した。その後、溶接金属の耐割れ性および耐水素脆化性の評価するため、後述する条件で引張試験等を行った。なお、板厚ｔが１．０ｍｍの場合の試験体は、耐割れ性を評価するためのものであり、板厚ｔが２．０ｍｍの場合の試験体は、耐水素脆化性を評価するためのものである。
【0072】
【表3】
【0073】
（耐割れ性）
溶接金属の耐割れ性は、ビード外観の目視観察および大気中の引張試験により評価した。引張試験は、溶接部の余盛を除去し、ビード長手方向に幅２５ｍｍ、長さ９４ｍｍの板状試験片を採取し、試験片の平行部が、幅４ｍｍ、長さ２０ｍｍとなるよう作製した。また、試験片においては、溶接金属が平行部の長さの中央付近になるように調整した。比較材として母材鋼板の板状試験片を作製した。引張試験は、室温、歪速度２．５×１０－３／ｓで行った。
溶接金属の耐割れ性は、ビード外観の目視観察および大気中の引張試験により評価した。引張試験は、溶接部の余盛を除去し、ビード長手方向に幅２５ｍｍ、長さ９４ｍｍの板状試験片を採取し、試験片の平行部が、幅４ｍｍ、長さ２０ｍｍとなるよう作製した。また、試験片においては、溶接金属が平行部の長さの中央付近になるように調整した。比較材として母材鋼板の板状試験片を作製した。引張試験は、室温、歪速度２．５×１０－３／ｓで行った。
【0074】
ビード外観の目視観察より割れが観察されず、引張試験において溶接金属で破断せずに母材で破断となった場合を、耐割れ性に特に優れる例として「◎」と記載した。上記を除き、溶接金属で破断した例においても相対破断伸び≧０．９０の場合は、耐割れ性が良好である例として、「○」と記載した。一方、目視で割れが観察される場合、または目視で割れが観察されずとも相対破断伸び＜０．９０となった場合を、耐割れ性が不良として「×」と評価した。なお、相対破断伸びは、以下の（ａ）式により算出した。
相対破断伸び＝溶接金属含む引張試験の破断伸び／母材の引張試験の破断伸び・・・（ａ）
相対破断伸び＝溶接金属含む引張試験の破断伸び／母材の引張試験の破断伸び・・・（ａ）
【0075】
（耐水素脆化性）
溶接金属の耐水素脆化性は、０℃、７０ＭＰａ、Ｈ２中および０．１ＭＰａ、Ｎ２中の低歪速度引張試験により評価した。引張試験は、図１のように、板厚２．０ｍｍの鋼板１に溶接した溶接部の余盛を除去し、上述した板状試験片を採取した。引張試験は０℃、歪速度１０－５／ｓで行った。引張試験の評価で破断強さ（ＴＳ）と破断伸び（ＥＬ）を測定し、耐水素脆化性は、（ａ）式の破断強さ・破断伸びバランス（ＴＳ×ＥＬ）を用いて評価した。
溶接金属の耐水素脆化性は、０℃、７０ＭＰａ、Ｈ２中および０．１ＭＰａ、Ｎ２中の低歪速度引張試験により評価した。引張試験は、図１のように、板厚２．０ｍｍの鋼板１に溶接した溶接部の余盛を除去し、上述した板状試験片を採取した。引張試験は０℃、歪速度１０－５／ｓで行った。引張試験の評価で破断強さ（ＴＳ）と破断伸び（ＥＬ）を測定し、耐水素脆化性は、（ａ）式の破断強さ・破断伸びバランス（ＴＳ×ＥＬ）を用いて評価した。
【0076】
評価値＝｛（７０ＭＰａＨ２中のＴＳ×ＥＬ）／（０．１ＭＰａＮ２中のＴＳ×ＥＬ）・・・（ｂ）
（ｂ）式から算出された評価値が０．９超である場合を、特に、耐水素脆化性が優れているとし、「◎」と記載した。また、上記を除き、評価値が０．８以上の場合を、耐水素脆化性が良好であるとし、「〇」と記載した。一方、評価値が０．８に満たない場合を、耐水素脆化性が不良であるとして、×と記載した。以下、結果を纏めて、表４に示す。
（ｂ）式から算出された評価値が０．９超である場合を、特に、耐水素脆化性が優れているとし、「◎」と記載した。また、上記を除き、評価値が０．８以上の場合を、耐水素脆化性が良好であるとし、「〇」と記載した。一方、評価値が０．８に満たない場合を、耐水素脆化性が不良であるとして、×と記載した。以下、結果を纏めて、表４に示す。
【0077】
【表4】
【0078】
本発明の化学組成を満足する試験Ｎｏ．１～１７は、溶接金属の耐割れ性および耐水素脆化性ともに本発明例の◎もしくは〇であった。Ｎｏ．２、６、１０、１１、１４～１７は、本発明の好ましいＰ、Ｓ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｏの範囲を満足するものであり、溶接金属の耐割れ性と耐水素脆化性は◎であった。一方、Ｎｏ．５、９、１３は、より好ましい溶接条件を実施したものであり、本発明の好ましいＰ、Ｓ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｏの範囲を外れるものの、溶接金属の耐割れ性と耐水素脆化性は◎であった。
【0079】
本発明の化学組成を満足しない試験Ｎｏ．１８～２５は、好ましい溶接条件を実施しても、溶接金属の耐割れ性と耐水素脆化性の少なくとも一方が不良であった。Ｎｏ．１８、１９、２１、２２、２３、２４は、溶接金属の耐割れ性に係るＰ、Ｓ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｏのいずれかが本発明の規定を満足しなかったため、耐割れ性が低下した。Ｎｏ．２０、は、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｏの規定を満足するものの、ｆ値が低いため、耐水素脆化性が低下した。Ｎｏ．２５は、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｏの規定を満足するものの、Ｎｉ含有量が低いために耐水素脆化性が低下した。
【産業上の利用可能性】
【0080】
本発明に係る溶接用溶加材は、溶接金属の耐割れ性と耐水素脆化性とに優れ、高圧水素ガス用途のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接用として好適である。
【図1】