バレストレイン試験による617合金市販溶加材の高温割れ感受性評価: 617合金多層盛溶接部の高温割れに関する研究

摘要

発電効率向上のため発電プラントでは，発電時の蒸気条件，特に蒸気温度の高温化が進められている．蒸気温度に着目すると，現在までに使用されてきた超々臨界圧条件（USC: Ultra Super Critical）が593℃以上であるのに対し，次世代型の先進超々臨界圧条件（A-USC: Advance Ultra Super Critical）では700℃以上とされている．蒸気条件の変化に対応するため発電プラントにおける蒸気タービン関連部の構造材料にはこれまで以上の高温強度が要求される．617合金は，高温クリープ強度の高さから候補材料として挙げられているが，製造時に必要となる溶接性に関する研究例は多くない．Ni基合金は，オーステナイト単相凝固であることから一般的に高温割れ感受性が高く，凝固割れ，液化割れおよび延性低下割れが発生するとされる．高温割れは溶接冶金的要因と力学的要因とが重複することで生じる溶接欠陥であるが，溶接冶金現象に着目した場合には以下のような報告がある．Ni基合金の凝固割れに関しては，Ni量と不純物元素の関係，Ti, Al添加溶加材を用いることによる溶接金属中のSi及びOの変化，Nb添加による凝固末期でのNbC, Laves相の生成等により凝固割れ性が変化すること等が報告されている．また，Ni基合金の適用時，異材溶接が試みられる経緯から鉄鋼材料との異材溶接金属に対しても高温割れや組織変化に対していくつか研究例がある．Ni基合金とステンレス鋼の異材溶接では，希釈率により凝固末期の凝固組織が変化することに起因して凝固割れ感受性が変化することが指摘されている．中尾らによると，Ni基合金の多層盛溶接金属中で発生したミクロ割れが，液化割れもしくは延性低下割れであると破面観察から指摘している．