JP4188124B2

JP4188124B2 - 焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手

Info

Publication number: JP4188124B2
Application number: JP2003095742A
Authority: JP
Inventors: 正明田淵; 浩一岡田; 雅之近藤; 進塚本; 冨士雄阿部
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; National Institute for Materials Science; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nippon Steel Corp; National Institute for Materials Science
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004300532A; KR20060011946A; US7785426B2; EP1621643A1; US20060237103A1; EP1621643B1; EP1621643A4; WO2004087979A1; CN100489136C; CN1784503A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手に関するものである。さらに詳しくは、本願発明は、クリープ強度が著しく低下するＨＡＺ細粒部の形成が抑制された焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
焼き戻しマルテンサイト耐熱鋼は、ＡＳＭＥＴ９１、Ｐ９２、Ｐ１２２に代表されるように、優れた高温クリープ破断強度を有し、火力発電プラントや原子力発電設備をはじめとする高温プラントの耐熱耐圧部材に使用されている。だが、多くの場合、高温プラントにおいて焼き戻しマルテンサイト耐熱鋼の耐圧部材や耐圧部品は溶接により作製され、溶接部は、母材と異なる組織を有するため、母材よりクリープ強度が低下する場合がしばしばある。したがって、溶接部のクリープ破断強度は、高温プラントの性能にとって重要なファクターとなっている。
【０００３】
高温プラントにおける耐熱耐圧部に使用する溶接方法には、ＴＩＧ溶接、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接等が挙げられるが、いずれの方法によっても、溶接部には、溶接時に加えられる熱により組織が変化する部分(熱影響部、ＨＡＺ)が生じる。焼き戻しマルテンサイト耐熱鋼のＨＡＺは、溶接時に瞬間的な温度上昇であっても、Ａ_C1点以上の温度にさらされることにより組織が変化するため、母材（非熱影響部）と比べクリープ強度が低下するという問題がある。すなわち、母材と溶接部を含んだ溶接継手を試験片平行部としてクリープ試験を行うと、ＨＡＺにおいて破断する。
【０００４】
焼き戻しマルテンサイト耐熱鋼はＡ_C1点以上の温度にさらされると、焼き戻しマルテンサイト組織の母相であるフェライトがオーステナイトに変態する。この変態において新たに生じたオーステナイトの組織は、元の焼き戻しマルテンサイトの組織を壊すように形成する。つまり、Ａ_C1点以上の温度で生じるオーステナイト粒は、焼き戻しマルテンサイトの母相であるフェライト粒による組織に依存せず、フェライト粒による組織を侵食するように生成し、粒成長する。Ａ_C3点以上の温度になると、母相は全てオーステナイトとなり、元の焼き戻しマルテンサイトの組織は失われる。
【０００５】
したがって、Ａ_C1点〜Ａ_C3点付近の温度ではオーステナイト粒が多数新たに生じるため、粒径が非常の細かい組織（ＨＡＺ細粒部）になる。Ａ_C3点付近以上から融点にかけての温度ではオーステナイト粒は粗大化し、Ａ_C1点〜Ａ_C3点付近の温度にさらされた部分の組織と比較すると、相対的に旧オーステナイト粒径が大きい組織（ＨＡＺ粗粒部）となる。
【０００６】
ところで、市販されているＰ９２やＰ１２２等では、母材の旧オーステナイト粒径がＨＡＺ粗粒部の旧オーステナイト粒径よりも大きくなっている。すなわち、１０９０℃以下の温度で焼きならしされているＰ９２やＰ１２２等のＨＡＺでは、母材より旧オーステナイト粒径が細かい。これまでにＰ９２やＰ１２２等の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手についてクリープ強度を調査してきた結果、ＨＡＺ細粒部でクリープ強度が著しく低下することが分かっている。Ｐ９２やＰ１２２等の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手では、クリープ試験において、ＨＡＺ細粒部で破断するＴＹＰＥ―ＩＶ破壊が生じ、６５０℃ではクリープ破断時間は母材の２０％程度まで低下する。
【０００７】
そこで、ＨＡＺ細粒部におけるクリープ強度の劣化抑制のために、母材中にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ系の炭窒化物を生成させることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、粒子径が０．００２〜０．１μｍのＭｇ含有酸化物粒子及びＭｇ含有酸化物とこれを核として析出する炭窒化物とからなる粒子径が０．００５〜２μｍの複合粒子の１種又は２種を合計で１×１０⁴〜１×１０⁸個／ｍｍ²含有させることが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。さらに、Ｔａ酸化物によるＨＡＺのクリープ強度の劣化抑制が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。さらにまた、ＷとＭｏのバランスを最適なものとすることやＷの添加とＮｂ，Ｔａによる炭窒化物によりＨＡＺのクリープ強度の劣化を抑制することが提案されている（たとえば、特許文献４、５参照）。この他、ＣｕとＮｉの添加によってＨＡＺの固溶強化と延性向上を図り、ＨＡＺのクリープ強度の劣化抑制が提案されている（たとえば、特許文献６）。
【０００８】
しかしながら、Ｐ９２やＰ１２２等の溶接継手のクリープ試験において、ＨＡＺ、特にＨＡＺ細粒部で見られる破壊は、旧オーステナイト粒界を主とする粒界でボイドが形成され、これが連結していくことによる。このような破壊からすれば、旧オーステナイト粒径が小さいことは、ボイドの生成サイトを多くし、ボイドが連結しやすくなるため、ＨＡＺのクリープ強度劣化の重要な要因の一つと考えられる。
【０００９】
本願発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、クリープ強度が著しく低下するＨＡＺ細粒部の形成が抑制された焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手を提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−８５８４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９２７７６１号公報
【特許文献３】
特開平６−６５６８９号公報
【特許文献４】
特開平１１−１０６８６０号公報
【特許文献５】
特開平９−７１８４５号公報
【特許文献６】
特開平５−４３９８６号公報
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記の課題を解決するものとして、
質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０１〜０．９％、
Ｍｎ：０．０１〜１．５％、
Ｃｒ：８．０〜１３．０％、
Ａｌ：０．０００５〜０．０２％、
Ｍｏ＋Ｗ／２：０．１〜２．０％、
Ｖ：０．０５〜０．５％、
Ｎ：０．０６％以下、
Ｎｂ：０．０１〜０．２％、
Ｂ：０．００９〜０．０３％、
Ｃｏ：０．１〜５．０％、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
不可避的不純物として、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｏ：０．０２％以下、
Ｍｇ：０．０１％以下、
Ｃａ：０．０１％以下、
Ｙ及び希土類元素：合計で０．０１％以下、
を含有し、焼き戻しマルテンサイト組織を有する耐熱鋼の溶接熱影響部における細粒部のクリープ強度が、母材のクリープ強度の９０％以上であることを特徴とする焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手を提供する。
【００１２】
本願発明は、好ましい態様として、さらに、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ又はＺｒのいずれか１種又は２種以上：合計で０．０１〜０．２％、及び／又はＮｉ：０．５％以下、Ｃｕ：１．７％以下のいずれか１種又は２種を含有する焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼を溶接時のように加熱した際に母相のフェライトがオーステナイトに変態する現象において、オーステナイト粒の形成を母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存させることができれば、加熱時に生じるオーステナイト組織は、溶接前の焼き戻しマルテンサイト組織と同様若しくは類似した組織となるはずである。また、加熱終了後、冷却される際に、Ａ_C1点以上の加熱により形成されたオーステナイトは、冷却過程でマルテンサイト変態して組織は溶接前の焼き戻しマルテンサイト組織と同様若しくは類似した組織となるはずである。このように、オーステナイト粒の形成を母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存させることができれば、ＨＡＺの組織に大きな変化がなくなり、概ね母材と同じクリープ破断強度を示すものと考えられる。
【００１４】
ただし、オーステナイト粒の形成を母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存させるとしても、ＨＡＺの全域を母材と同様な組織に維持させることは難しい。なぜならば、溶接時にＡ_C3点以上かつ母材の焼ならし温度以上の温度にさらされた箇所では、母材の焼き戻しマルテンサイト組織と同様なオーステナイト組織が形成された後、オーステナイト粒が成長して粒径が粗大化してしまう可能性があるからである。
【００１５】
しかしながら、ＨＡＺ細粒部は、図１に示したように、概ねＨＡＺの幅半分の領域を占め、おおよそ焼ならし温度より低い温度にさらされる程度であり、ＨＡＺ細粒部に相当する領域の大半を母材と同様な組織に維持することはできると考えられる。したがって、オーステナイト粒の形成を母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存させ、ＨＡＺ細粒部に相当する領域の大半を母材と同様な組織に維持させた場合、ＨＡＺを溶接時の入熱により組織が大きく変化した箇所と仮定すると、ＨＡＺ幅は、従来の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の継手と比べ狭くなり、溶接継手のクリープ破断強度は向上するはずである。このような見かけのＨＡＺ幅の減少は、従来のＨＡＺ細粒部の消失若しくは減少と見ることができる。
【００１６】
また、オーステナイト粒の形成を母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存させても、母材の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の旧オーステナイト粒界近傍では、母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存せず、新たにオーステナイトが形成されやすい。このため、部分的に母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存しないオーステナイト粒がＡ_C1点以上に加熱された箇所に形成されることになるが、このようなオーステナイトの量が少なくて、大半が母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存したオーステナイト粒とすることができれば、ＨＡＺ細粒部の減少に相当すると考えられる。
【００１７】
さらに、焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の変態は、加熱した際にオーステナイトに変態すると同時にオーステナイト粒の再結晶が生じ、細粒化が顕著になっているとも考えられる。この再結晶で生じたオーステナイト粒は、元の焼き戻しマルテンサイト組織の形状や結晶方位等に依存せずに成長する。したがって、再結晶により生じたと考えられる元の焼き戻しマルテンサイト組織に依存しないオーステナイト粒の生成や成長を抑制することにより、元の母相の組織に依存するオーステナイト組織を形成させることができると考えられる。
【００１８】
本願発明の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手は、以上の原理に基づいて作製され、溶接熱影響部における細粒部のクリープ強度が、母材のクリープ強度の９０％以上となる。
【００１９】
具体的には、本願発明の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手を実現するためには、溶接継手に使用する焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の組成を選定することができる。たとえば、焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼にＢを添加することにより、Ｂが粒界に偏析し、粒界エネルギーが下がるため、Ａ_C1点以上の温度にさらされた焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の粒界から元のフェライト粒の結晶方位に依存しないオーステナイト粒の核生成や成長が抑制され、若しくは再結晶オーステナイト粒の生成や成長が抑制される。その結果、元のフェライト粒の結晶方位に依存したオーステナイト粒に変態する現象が顕著に現れる。
【００２０】
Ｂの含有量は、質量％で、０．００９〜０．０３％が適当である。一般に、０．００３％未満では粒界偏析による粒界エネルギー低下の効果が十分でなく、一方、０．０３％を超えると硼化物の過剰な形成によって靭性や加工性が著しく損なわれる。
【００２１】
以上のＢの効果を引き出すためには焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の組成を考慮する必要がある。オーステナイト粒の形成を母相のフェライト粒の形状や結晶方位等に依存させるのに有効となる焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の組成は以下に例示される。
【００２２】
Ｎの含有量は、質量％で、０．０６％以下が適当である。Ｎは、ＮｂやＶと窒化物を形成してクリープ強度に寄与するが、０．０６％を超過すると、Ｂとの窒化物であるＢＮの量が多くなるため、添加したＢの効果が著しく低下し、また、溶接性も低下する。母材の旧オーステナイト粒径を大きくする場合、Ｎの含有量は、Ｂの添加量にもよるが、０．０１％以下が好適である。
【００２３】
Ｃの含有量は、質量％で、０．０３〜０．１５％が適当である。Ｃは、オーステナイト安定化元素であり、焼き戻しマルテンサイト組織を安定化させるとともに、炭化物を形成してクリープ破断強度に寄与する。０．０３％未満の含有では炭化物の析出が少なく十分なクリープ破断強度が得られない。一方、０．１５％を超過すると、焼き戻しマルテンサイト組織を形成する過程で著しく硬化してしまい加工性が低下する他、靭性も低下する。Ｃの含有量は、好適には、０．０５〜０．１２％である。
【００２４】
Ｓｉの含有量は、質量％で、０．０１〜０．９％が適当である。Ｓｉは、耐酸化性の確保に重要な元素であり、製鋼工程で脱酸剤としても機能する。０．０１％未満の含有では十分な耐酸化性を得ることができず、０．９％を超過すると靭性が低下する。好ましくは、Ｓｉ含有量は、０．１〜０．６％である。
【００２５】
Ｍｎの含有量は、質量％で、０．０１〜１．５％が適当である。Ｍｎは、製鋼工程で脱酸剤として機能し、脱酸剤として使用するＡｌの低減を図る点からも重要な添加元素である。０．０１％未満では十分な脱酸機能を得られず、１．５％を超過するとクリープ破断強度が著しく低減する。Ｍｎの含有量は、０．２〜０．８％が好適である。
【００２６】
Ｃｒの含有量は、質量％で、８．０〜１３．０％が適当である。Ｃｒは、耐酸化性の確保に不可欠な元素である。８．０％未満の含有では十分な耐酸化性得ることができず、１３．０％を超過すると、δフェライトの析出量が増加してクリープ破断強度や靭性が著しく低下する。好適には、Ｃｒの含有量は、８．０〜１０．５％である。
【００２７】
Ａｌの含有量は、質量％で、０．０００５〜０．０２％が適当である。Ａｌは、脱酸剤として重要な元素であり、０．０００５％以上含まれていることが必要である。０．０２％を超過して含まれるとクリープ破断強度が著しく低下する。
【００２８】
ＭｏとＷの含有量は、Ｍｏ当量である（Ｍｏ＋Ｗ／２）が、質量％で、０．１〜２．０％が適当である。ＭｏとＷは、固溶強化元素であるとともに炭化物を形成してクリープ破断強度に寄与するが、固溶強化効果を発揮させるには少なくとも０．１％が必要である。一方、２．０％を超過すると、金属間化合物の析出が促進され、クリープ強度及び靭性が著しく低下する。好ましくは、Ｍｏ＋Ｗ／２は、０．３〜１．７％である。
【００２９】
Ｖの含有量は、質量％で、０．０５〜０．５％が適当である。Ｖは、微細炭窒化物を形成してクリープ破断強度に寄与する。０．０５％未満では炭窒化物析出が少なく十分なクリープ破断強度が得られない。一方、０．５％を超過すると靭性が著しく損なわれる。
【００３０】
Ｎｂの含有量は、質量％で、０．０１〜０．２％が適当である。Ｎｂは、Ｖと同様に、微細炭窒化物を形成してクリープ破断強度に寄与する。０．０１％未満では炭窒化物析出が少なく十分なクリープ強度が得られない。一方、０．２％を超過すると靭性が著しく損なわれる。
【００３１】
Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒは、ＮｂやＶと同様に、微細炭窒化物を形成してクリープ破断強度に寄与する。Ｎｂが添加されていない場合には、合計で０．０１％以上の添加がないと十分なクリープ強度が得られない。Ｎｂが添加されている場合には必ずしも添加する必要はないが、合計の含有量が０．２％を超過すると靭性が低下する。
【００３２】
Ｃｏの含有量は、質量％で、０．１〜５．０％が適当である。Ｃｏは、δフェライトの生成を抑制し、焼き戻しマルテンサイト組織を形成しやすくするためには、０．１％以上の添加が必要である。ただし、５．０％を超過すると、クリープ破断強度が低下するばかりか、高価な元素であるため経済性が悪くなる。好適には、Ｃｏの含有量は、０．５〜３．５％である。
【００３３】
Ｎｉ及びＣｕは、ともにオーステナイト安定化元素であり、δフェライトの生成を抑制し、靭性の向上を図るためにいずれか１種または２種を添加することができる。ただし、Ｎｉは、質量％で、０．５％を超えて、Ｃｕは１．７％を超えて添加すると、クリープ強度が著しく低下する。
【００３４】
Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及び希土類元素は、いずれも不可避的不純物であり、その含有量は低ければ低いほど好ましい。含有量は、質量％で、Ｐ：０．０３％、Ｓ：０．０１％、Ｏ：０．０２％、Ｍｇ：０．０１％、Ｃａ：０．０１％、Ｙ及び希土類元素：０．０１％を超過すると、クリープ延性が低下する。
【００３５】
本願発明の焼き戻しマルテンサイト系鋼の溶接継手における焼き戻しマルテンサイト系鋼では、以上の元素は、各所定量において１種又は２種以上が含有されるようにし、残部をＦｅ及び不可避的不純物とすることができる。なお、不可避的不純物には、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｅ等も挙げられ、これらの元素は粒界偏析しやすい。また、製造工程中にクリープ時にボイド形成を助長しやすい成分が混入する可能性がある。このような不純物元素は極力低減させるのが好ましい。
【００３６】
本願発明により、クリープ強度が著しく低下するＨＡＺ細粒部が十分に抑制された溶接継手が実現される。発電用ボイラ・タービン、原子力発電設備、化学工業等の分野で使用される耐熱耐圧溶接継手部材の信頼性が向上し、また、高温で長時間の使用が可能になり、各種プラントの長寿命化、製造コスト及びランニングコストの低下に加え、さらに高効率な設備の実現も可能となる。
【００３７】
以下実施例を示し、本願発明の焼き戻しマルテンサイト系鋼の溶接継手についてさらに詳しく説明する。
【００３８】
【実施例】
【００３９】
【表１】

表１は、溶接継手の作製及びＨＡＺの組織確認試験に使用した素材の組成、形状及び熱処理を示している。Ｐ１、Ｐ２材及びＴ１〜Ｔ３材は、１８０ｋｇのインゴットを真空溶解炉を用いて作製した。Ｐ１、Ｐ２材は、熱間鍛造により３０ｍｍ厚の板に成形し、表１に示したとおりの熱処理を施した。Ｔ１〜Ｔ３材は、熱間押し出しにより外径８４ｍｍ−肉厚１２．５ｍｍの鋼管に成形し、表１に示したとおりの熱処理を施した。Ｓ１Ｂは、ＡＳＭＥＰ１２２材であり、熱処理は表１に示したとおりである。Ｓ２は、従来材であるＡＳＭＥＰ９２材の市販同等材であり、熱処理は表１に示したとおりである。
【００４０】
Ｐ１、Ｐ２材、Ｔ１〜Ｔ３材、Ｓ１Ｂ材、Ｓ２材について、同じものを継いで溶接継手を作製した。溶接継手の作製条件は、いずれもガス・タングステン・アーク溶接法にしたがい、電圧１０〜１５Ｖ、電流１００〜２００Ａ、Ａｒシールドガス、溶接後熱処理７４０℃−４ｈとした。溶接材料は、Ｐ１、Ｐ２材、Ｔ１〜Ｔ３材の継手にはＡＷＳＥＲＮｉＣｒ−３材を使用し、Ｓ１Ｂ材、Ｓ２材の継手には共金系の溶接材を使用した。これら溶接継手のＨＡＺ細粒部が、母材の焼き戻しマルテンサイト組織におけるフェライト粒の形状や結晶方位に依存している領域を測定した。この測定において、ＨＡＺ細粒部を、図１に示したように、ＨＡＺを溶接金属から母材側にかけて２分割した母材側の部分とした。ＨＡＺ幅は、マイクロビッカース硬度計を用いた測定により、母材硬さと比較して熱影響により軟化した箇所から溶金までの長さとした。軟化が不鮮明なものについては、光学顕微鏡観察の際にエッチングし、母材より強く曇りを呈した領域の幅を目視にて測定した。具体的には、溶接継手のＨＡＺにおいて断面を切り出し、鏡面研磨を行った後、エッチングして光学顕微鏡により母材の焼き戻しマルテンサイト組織のフェライト粒の形状や結晶方位に依存している領域の面積を測定した。
【００４１】
【表２】

表２に、溶接継手のＨＡＺ細粒部における母材の組織のフェライト粒の形状や結晶方位に依存している領域の面積比を示した。Ｐ１、Ｐ２材及びＴ１〜Ｔ３材では、面積比は７５％以上に及ぶ。このことから、ＨＡＺ細粒部の組織の大半が、母材と同程度の旧オーステナイト粒径を有し、従来の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼のような微細な旧オーステナイト粒によるＨＡＺ細粒部ではないことが理解される。一方、従来材であるＳ１Ｂ材とＳ２材のＨＡＺ細粒部は、全て微細な旧オーステナイト粒によって占められていた。
【００４２】
なお、母材の焼き戻しマルテンサイト組織のフェライト粒の形状や結晶方位に依存している領域の測定においては、隣接する同じ結晶方位を有する領域であるならばエッチングの濃淡や模様等が同じようになること、ＨＡＺ細粒部のさらされる温度と時間を考慮すると、再結晶により成長したオーステナイト粒の大きさは比較的小さいこと、また、再結晶によるオーステナイト粒以外の領域は元のフェライト粒の方位等に依存して変態した領域であるということを考慮した。
【００４３】
そして、Ｐ１、Ｐ２材、Ｔ１〜Ｔ３材の溶接継手についてクリープ試験を行った。クリープ試験は、温度６５０℃、付加応力は１１０、１２０、１３０ＭＰａとした。いずれの溶接継手においても母材で破断し、ＨＡＺ細粒部の優れたクリープ強度が確認された。一方、従来の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼のＳ１Ｂ材、Ｓ２材の溶接継手についてのクリープ試験の結果（温度６５０℃、付加応力１１０、９０ＭＰａ）、いずれもＨＡＺ細粒部で破断し、ＨＡＺ細粒部が母材よりクリープ強度が低いことが確認された。
【００４４】
なお、６５０℃における１１０ＭＰａのクリープ破断時間は、Ｐ２材の溶接継手で１９３０時間であり、Ｓ１Ｂ材の母材は１３００時間、Ｓ１Ｂ材の溶接継手は９５０時間であった。Ｐ２材の溶接継手は優れたクリープ強度を示した。
【００４５】
以上の結果より、本願発明の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手は、ＨＡＺ細粒部において母材の焼き戻しマルテンサイト組織におけるフェライト粒の形状や結晶方位に依存している領域の面積比が大きく、ＨＡＺ細粒部のクリープ強度が母材のクリープ強度の９０％以上であることが確認された。
【００４６】
次に、Ｐ２材、Ｔ２材、Ｓ１Ｂ材及びＳ２材から１０ｍｍ×１０ｍｍ×２０ｍｍ程度の小片を切り出し、溶接時にＨＡＺ細粒部が形成される箇所がさらされるような温度環境である９５０℃に１ｈ保持した後、空冷し、次いで溶接後熱処理（７４０℃−４ｈ後、空冷）を施した。このような熱処理を施し、母材の焼き戻しマルテンサイト組織におけるフェライト粒の形状や結晶方位に依存している領域の面積比を測定することにより、母材組織に依存している組織の安定性を評価することができる。通常、ＨＡＺの組織が形成される熱履歴とは、昇温速度が数十〜１００Ｋ／秒でピーク温度に達し、ピーク温度に数秒程度以下の極めて短い時間の保持若しくは保持なしの過程を経た後、降温速度が数十Ｋ／秒程度で１００〜３００℃程度に戻るような熱履歴である。このことから、上記した９５０℃−１ｈの熱処理により形成される組織は、実際の溶接時にさらされる条件よりも保持時間が長いため、母材組織に依存しない組織が多くなると考えられる。なお、９５０℃−１ｈの熱処理の昇温速度は２０℃／分とした。また、いずれの試料のＡ_C3点も９５０℃以下である。
【００４７】
【表３】

表３に、９５０℃−１ｈの熱処理を施した各試料について、母材組織に依存している組織の面積比を示した。Ｓ１Ｂ材とＳ２材は母材組織に依存している組織はまったくなく、一方、Ｐ２材とＴ２材は母材組織に依存している組織は６０％に及んでおり、溶接継手のＨＡＺ細粒部の結果と同様な結果となった。
【００４８】
もちろん、本願発明は、以上の実施例に限定されることはなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００４９】
【発明の効果】
以上で詳しく説明したとおり、本願発明によって、クリープ強度が著しく低下するＨＡＺ細粒部が抑制された焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接継手における溶接熱影響部とその細粒部について概略的に示した図である。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．０３〜０．１５％、
Ｓｉ：０．０１〜０．９％、
Ｍｎ：０．０１〜１．５％、
Ｃｒ：８．０〜１３．０％、
Ａｌ：０．０００５〜０．０２％、
Ｍｏ＋Ｗ／２：０．１〜２．０％、
Ｖ：０．０５〜０．５％、
Ｎ：０．０６％以下、
Ｎｂ：０．０１〜０．２％、
Ｂ：０．００９〜０．０３％、
Ｃｏ：０．１〜５．０％、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
不可避的不純物として、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ｏ：０．０２％以下、
Ｍｇ：０．０１％以下、
Ｃａ：０．０１％以下、
Ｙ及び希土類元素：合計で０．０１％以下、
を含有し、焼き戻しマルテンサイト組織を有する耐熱鋼の溶接熱影響部における細粒部のクリープ強度が、母材のクリープ強度の９０％以上であることを特徴とする焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手。
Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ又はＺｒのいずれか１種又は２種以上：合計で０．０１〜０．２％、及び／又はＮｉ：０．５％以下、Ｃｕ：１．７％以下のいずれか１種又は２種を含有する請求項１記載の焼き戻しマルテンサイト系耐熱鋼の溶接継手。