焊接接头以及焊接接头的制造方法技术

本发明专利技术提供具有高强度和优异的耐氢脆化特性的焊接接头。焊接接头是使用焊接材料将母材焊接而得到的焊接接头。母材的化学组成以质量％计为：C：0.005～0.1％、Si：1.2％以下、Mn：2.5～6.5％、Ni：8～15％、Cr：19～25％、Mo：0.01～4.5％、V：0.01～0.5％、Nb：0.01～0.5％、Al：低于0.05％、N：0.15～0.45％、O：0.02％以下、P：0.05％以下、S：0.04％以下、余量：铁和杂质，且满足式(1)。焊接材料的化学组成满足式(1)和式(2)。Ni+0.65Cr+0.98Mo+1.05Mn+0.35Si+12.6C≥29···(1)0.31C+0.048Si‑0.02Mn‑0.056Cr+0.007Ni‑0.013Mo≤‑1.0···(2)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及焊接接头以及焊接接头的制造方法，更详细而言，涉及奥氏体钢焊接接头以及奥氏体钢焊接接头的制造方法。
技术介绍
近年来，利用氢、天然气等作为能量的输送机器的实用化研究得到推进。进行该实用化时，同时需要维护可以以高压储藏和输送这些气体的使用环境。在此使用的拉伸强度超过800MPa的高强度材料的开发和应用研究同时得到推进。国际公开第2004/083476号、国际公开第2004/083477号、以及国际公开第2004/110695号中提出了，通过高Mn化提高N的溶解度，并且通过含有V、或者复合含有V和Nb，从而有效地利用N的固溶强化和氮化物的析出强化，尝试高强度化的奥氏体系不锈钢。使用高强度奥氏体系钢作为结构物时，需要利用焊接进行组装。从使用性能的观点考虑，焊接部也要求具有与母材同等的强度。国际公开第2004/110695号、日本特开平5-192785号公报、以及日本特开2010-227949号公报中提出了，通过积极有效利用Al、Ti和Nb而具有超过800MPa的拉伸强度的焊接材料和焊接金属。为了使这些焊接材料以及使用该焊接材料得到的焊接金属均实现高强度化，需要进行焊接后热处理。对于长时间的焊接后热处理，存在成为制造的限制并且导致制造成本的增大的情况。国际公开第2013/005570号中提出了，对于焊接金属而言，有效利用通过N实现的固溶强化，从而不进行焊接后热处理就可以具备高强度和优异的耐氢脆化特性的奥氏体钢焊接接头。
技术实现思路
上述国际公开第2013/005570号中记载的奥氏体钢焊接接头使用含有0.15～0.35％的N的焊接材料进行焊接，从而使焊接金属含有0.15～0.35％的N。因此，该奥氏体钢焊接接头中，能够使用的焊接材料受到限制。该奥氏体钢焊接接头使用含有大量N的焊接材料，因此存在制造性差、根据焊接的条件而产生气孔(blowhole)等焊接缺陷的情况。另外，即使在使用含有大量N的焊接材料的情况下，存在焊接施工时N从焊接金属脱离的情况。为了有效利用通过N实现的固溶强化，需要使N停留在焊接金属中。对于以往的焊接接头而言，在较宽的焊接条件中，难以稳定地确保焊接金属中的N含量。另外，用作高压氢用的焊接接头要求有优异的耐氢脆化特性。本专利技术的目的在于，提供具有高强度和优异的耐氢脆化特性的焊接接头。本专利技术的焊接接头是使用焊接材料将母材焊接而得到的焊接接头。母材的化学组成以质量％计为：C：0.005～0.1％、Si：1.2％以下、Mn：2.5～6.5％、Ni：8～15％、Cr：19～25％、Mo：0.01～4.5％、V：0.01～0.5％、Nb：0.01～0.5％、Al：低于0.05％、N：0.15～0.45％、O：0.02％以下、P：0.05％以下、S：0.04％以下、余量：铁和杂质。焊接材料的化学组成以质量％计为：C：0.005～0.1％、Si：0.7％以下、Mn：0.5～3％、Ni：8～23％、Cr：17～25％、Mo：0.01～4％、V：0～0.5％、Nb：0～0.5％、Al：低于0.05％、N：低于0.15％、O：0.02％以下、P：0.03％以下、S：0.02％以下、余量：铁和杂质。母材的化学组成满足式(1)。焊接材料的化学组成满足式(1)和式(2)。Ni+0.65Cr+0.98Mo+1.05Mn+0.35Si+12.6C≥29···(1)0.31C+0.048Si-0.02Mn-0.056Cr+0.007Ni-0.013Mo≤-1.0···(2)其中，式(1)和式(2)的各元素符号代入对应的元素含量(质量％)。根据本专利技术，能够得到具有高强度和优异的耐氢脆化特性的焊接接头。具体实施方式本专利技术人等研究了不进行焊接后热处理，另外不使用含有大量N的焊接材料也能得到具有高强度和优异的耐氢脆化特性的焊接接头的条件。其结果弄清了下述(a)～(c)。(a)焊接金属的奥氏体相不稳定时，由于焊接残留应变以及此后的加工而焊接金属的奥氏体相马氏体化。因此，焊接金属的耐氢脆化特性降低。因此，如果调整焊接金属的化学组成而使奥氏体相稳定化，则能够提高焊接金属的耐氢脆化特性。具体而言，使焊接金属满足下述式(1)即可。为了焊接金属的化学组成满足式(1)，母材和焊接材料的化学组成两者满足式(1)即可。Ni+0.65Cr+0.98Mo+1.05Mn+0.35Si+12.6C≥29···(1)其中，式(1)的各元素符号代入对应的元素含量(质量％)。(b)为了得到具有与母材同等的强度的焊接接头，使大量N固溶于焊接金属中，有效利用通过N实现的固溶强化是有效的。因此，焊接材料的化学组成满足式(2)即可。如果焊接材料的化学组成满足式(2)，则即使焊接材料的N含量低于0.15质量％，也可以使大量N固溶于焊接金属中。0.31C+0.048Si-0.02Mn-0.056Cr+0.007Ni-0.013Mo≤-1.0···(2)其中，式(2)的各元素符号代入对应的元素含量(质量％)。(c)通过根据焊接材料的化学组成调整焊接接头的外表面所形成的焊接金属凸出的高度(表面焊缝余高)，能够得到更高的拉伸强度。具体而言，使表面焊缝余高h(mm)满足式(3)即可。1.9×(0.31C+0.048Si-0.02Mn-0.056Cr+0.007Ni-0.013Mo)+3≤h···(3)其中，式(3)的各元素符号中代入焊接材料中的对应的元素含量(质量％)。基于以上见解，完成了本专利技术的焊接接头。以下，对基于本专利技术的一实施方式的焊接接头进行详细说明。需要说明的是，以下说明中，元素含量的“％”是指质量％。本实施方式的焊接接头是用焊接材料将母材焊接而得到的。焊接接头具备母材和焊接金属。焊接金属是母材的一部分与焊接材料熔融及凝固而形成的。焊接接头是例如将钢管彼此或钢板彼此以相互的端部焊接而得到的。[化学组成]母材和焊接材料具备以下化学组成。C：0.005～0.1％(母材和焊接材料)碳(C)使奥氏体稳定化。另一方面，C若过剩地含有，则由于焊接时的热而容易在晶界形成碳化物，耐腐蚀性和韧性降低。因此，在母材和焊接材料两者中，C含量为0.005～0.1％。C含量的优选下限为0.008％。C含量的优选上限为0.08％。Si：1.2％以下(母材)，0.7％以下(焊接材料)硅(Si)使钢脱氧。Si还可以提高钢的耐腐蚀性。但是，Si若过剩地含有，则钢的韧性降低。因此，母材的Si含量为1.2％以下。母材的Si含量的优选上限为1.0％。若焊接材料熔融而形成的焊接金属中过剩地含有Si，则除了上述之外，凝固时在柱状晶边界偏析，使液相的熔点降低，凝固裂纹敏感性提高。因此，焊接材料的Si含量的上限比母材的情况低。因此，焊接材料的Si含量为0.7％以下。焊接材料的Si含量的优选上限为0.6％。对Si的含量无需特别地设置下限，但极端的降低会无法充分得到脱氧效果，钢的纯净度增大而清净性劣化，并且成本增大。因此，对于母材、焊接材料，期望的Si的下限均为0.01％。Mn：2.5～6.5％(母材)，0.5～3％(焊接材料)锰(Mn)使钢脱氧。Mn还可以使奥氏体相稳定化。进而，Mn在母材制造时和焊接时增大熔融金属中的N的溶解度，间接地有助于提高熔融金属的强度。另一方面，若Mn过剩地含有，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接接头，其是使用焊接材料将母材焊接而得到的，所述母材的化学组成以质量％计为：C：0.005～0.1％、Si：1.2％以下、Mn：2.5～6.5％、Ni：8～15％、Cr：19～25％、Mo：0.01～4.5％、V：0.01～0.5％、Nb：0.01～0.5％、Al：低于0.05％、N：0.15～0.45％、O：0.02％以下、P：0.05％以下、S：0.04％以下、余量：铁和杂质，所述焊接材料的化学组成以质量％计为：C：0.005～0.1％、Si：0.7％以下、Mn：0.5～3％、Ni：8～23％、Cr：17～25％、Mo：0.01～4％、V：0～0.5％、Nb：0～0.5％、Al：低于0.05％、N：低于0.15％、O：0.02％以下、P：0.03％以下、S：0.02％以下、余量：铁和杂质，所述母材的化学组成满足式(1)，所述焊接材料的化学组成满足式(1)和式(2)，Ni+0.65Cr+0.98Mo+1.05Mn+0.35Si+12.6C≥29···(1)0.31C+0.048Si‑0.02Mn‑0.056Cr+0.007Ni‑0.013Mo≤‑1.0···(2)其中，式(1)和式(2)的各元素符号中代入对应的元素的以质量％计的含量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 JP 2014-0353761.一种焊接接头，其是使用焊接材料将母材焊接而得到的，所述母材的化学组成以质量％计为：C：0.005～0.1％、Si：1.2％以下、Mn：2.5～6.5％、Ni：8～15％、Cr：19～25％、Mo：0.01～4.5％、V：0.01～0.5％、Nb：0.01～0.5％、Al：低于0.05％、N：0.15～0.45％、O：0.02％以下、P：0.05％以下、S：0.04％以下、余量：铁和杂质，所述焊接材料的化学组成以质量％计为：C：0.005～0.1％、Si：0.7％以下、Mn：0.5～3％、Ni：8～23％、Cr：17～25％、Mo：0.01～4％、V：0～0.5％、Nb：0～0.5％、Al：低于0.05％、N：低于0.15％、O：0.02％以下、P：0.03％以下、S：0.02％以下、余量：铁和杂质，所述母材的化学组成满足式(1)，所述焊接材料的化学组成满足式(1)和式(2)，Ni+0.65Cr+0.98Mo+1.05Mn+0.35Si+12.6C≥29···(1)0.31C+0.048Si-0.02Mn-0.056Cr+0.007Ni-0.013Mo≤-1.0···(2)其中，式(1)和式(2)的各元素符号中代入对应的元素的以质量％计的含量。2.根据权利要求1所述的焊接接头，所述焊接材料的化学组成以质量％计含有选自由V：0.01～0.5％、和Nb：0.01～0.5％组成的组中的1种或2种。3.根据权利要求1或2所述的焊接接头，其具有满足式(3)的表面焊缝余高h，单位为mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：净德佳奈，平田弘征，大村朋彦，中村润，小薄孝裕，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP