铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法及铁素体系耐热钢焊接结构体技术

提供不添加高浓度的B就可以防止Type IV损伤、并且现场施工性优异的铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法。具备下述工序：准备母材的工序，前述母材含有Cr：8.0～12.0％、B：不足0.005％等；在母材上形成坡口的工序；焊接前热处理工序，其将坡口的表面与自坡口的表面离开30～100mm的焊接前热处理深度的位置之间的区域加热到1050～1200℃的温度，在该温度下保持2～30分钟；焊接工序，其将坡口焊接而形成焊接金属；焊接后热处理工序，其将坡口的表面与自坡口的表面离开焊接前热处理深度以上且100mm以下的距离的位置之间的区域加热到720～780℃的温度，在该温度下保持30分钟以上且满足式(1)的时间。(Log(t)+12)·(T+273)

Manufacturing Method of Welded Structures of Ferritic Heat Resistant Steel and Welded Structures of Ferritic Heat Resistant Steel

The manufacturing method of welded structure of ferrite heat-resistant steel with excellent workability on site can be provided without adding high concentration B to prevent Type IV damage. It has the following processes: preparing base metal, the base metal contains Cr: 8.0-12.0%, B: less than 0.005%, forming groove on base metal, pre-welding heat treatment process, which heat the groove surface and the groove surface away from the position of 30-100 mm pre-welding heat treatment depth to 1050-1200 (?) C, and keep it for 2-30 minutes at that temperature. In the welding process, the groove is welded to form a welding metal; in the post-welding heat treatment process, the groove surface and the groove surface are heated to 720-780 C at the distance between the groove surface and the position above the heat treatment depth before welding and below 100mm, and the time of meeting formula (1) is maintained at this temperature for more than 30 minutes. (Log(t)+12). (T+273)

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法及铁素体系耐热钢焊接结构体
本专利技术涉及铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法和铁素体系耐热钢焊接结构体。特别是涉及作为具有通过焊接而结合的部位的结构体的、高温下被长期附加应力的结构体，例如发电设备、化学设备等中使用的铁素体系耐热钢焊接结构体及其制造方法。
技术介绍
能源的需要走向增大这个方向，需要开发创新或精制作为在所有产业中不可欠缺的能源的电力或燃料的各种技术。特别是对于作为资源贫乏的国家的日本而言，强烈期待该技术的早期完成。但是，以商用基础大量且稳定地供给能够再生的能源是困难的，其一般性的普及必须伴随成本降低的技术或能源储藏技术。因此，不得不大部分依赖于现状的能量转换技术、特别是将化石燃料、核燃料转换为电能的电力设备、具体而言燃煤发电设备、天然气直接燃烧式火力发电设备、原子能发电设备。另一方面，这种以往的发电技术的课题在于，不用说资源寿命、环境负荷也大，特别是需要同时解决CO2排出抑制的问题，这是重要的课题。进而，成为车辆的动力源的化石燃料中含有的有害物质、特别是以SOx为代表的硫的氧化物的降低发现今后限制的强化日益进展，对于作为其解决手段的石油精制用反应器处于期待以往没有的高温高压作业的状况。现状例如火力发电的效率以约40～50％停滞，今后为了抑制二氧化碳的排出增加，要求进一步高效率化。不限于发电设备，能量转换时的热效率通过温度和压力大致确定，发电设备中，驱动发电机的汽轮机的蒸气的温度越高则能量的转换效率越高。现在，燃煤发电厂的蒸气温度最高为620℃，若温度升高100℃则可以期待约5％的效率提高、若温度升高200℃则可以期待约10％的效率提高。即，有可能成为作为高温高压下的能量转换技术的发电设备的效率改善立即发挥效果、可以同时解决前述的环境·资源问题的有用技术。但是，为了升高驱动发电机的汽轮机的蒸气的温度，不仅必须提高汽轮机的构件的性能、而且必须提高热交换器、配管中使用的耐热钢的性能。另外，石油精制用反应器中，要求变得严格的高温耐蚀性的提高、和因为作为压力容器而要求的高温强度的获得作为对于材料而言的将来课题提出。这种背景中，对于特别是高温下使用的耐热钢的高性能化的极大关心升高。对于耐热钢要求的性能中，蠕变特性特别重要，为了可以数十年运转设备，需要长期不会发生蠕变断裂。期间，将600℃作为使用温度的上限、进行9％Cr铁素体系耐热钢的研究开发，原子力保安院规定的火力发电设备的技术解释中，火STBA28、火STBA29等高温用铁素体系耐热钢被开发、实用化。这些铁素体系耐热钢，热膨胀系数低、具有对于起因于热应力的蠕变疲劳破坏、配管构件的变形的耐久性。并且焊接性施工性中的特征在于，不会变化为一般的钢铁材料。另外，昂贵的Ni等合金含量与更高温下使用的奥氏体系耐热钢相比少、因此经济性也优异从工业上的观点考虑是有魅力的。但是，铁的原子结构为BCC(体心立方晶格)，因此晶格常数大、因此高温下的物质的扩散快。因此从长时间耐久性的观点考虑，与奥氏体系耐热钢相比处于劣势作为物理化学上的现象难以避免。因此，对于蠕变断裂强度高的铁素体系耐热钢的高强度化的期待总是很高，替代奥氏体系耐热钢的铁素体系耐热钢的开发得到进展。长时间高温下使用铁素体系耐热钢时的课题在于，前述蠕变强度与奥氏体系耐热钢相比低，而且还在于极其难以避免焊接接头的焊接热影响区中发现的局部的蠕变强度降低部位的生成。铁素体系耐热钢在起始组织使用低温相变组织(主要是贝氏体或马氏体)的情况下，具有在室温下稳定的α相与高温下稳定的γ相之间进行相变的温度、所谓相变点。该相变点有助于内包高密度的位错的高强度的低温相变组织生成。但是另一方面，相变点其本身伴随有钢材组织的大的变化(形成晶格的原子的重新排列)，因此接受了跨越相变点的热历程的耐热钢的组织与本来为了提供高的蠕变强度而导入的初期的调质组织大幅不同。受到这种现象的影响最强的是焊接接头的热影响区(以后称为“HAZ”)的组织。HAZ与焊接金属的融合部为1500℃以上的高温，由此向着母材造成热影响时，形成在对应于自焊接金属的距离的各部位的最高达到温度(最高加热温度)下变化的组织的连续体。即，HAZ具有最高加热温度由室温变化至1500℃时产生的金属组织根据自焊接金属的距离连续这样的组织结构。但是这种组织由于基于最高加热温度的保持时间为数秒这样的短时间，特征性地自接近焊接金属侧大致分类为“粗粒HAZ”、“细粒HAZ”、“双相区HAZ”。图1根据这种分类示出包括焊接接头的HAZ的各部位和组织结构。如图1所示，在焊接金属1与母材5之间形成HAZ6，该HAZ6自焊接金属1侧依次由粗粒HAZ2、细粒HAZ3、双相区HAZ4的顺序构成。HAZ的各部位之内，“细粒HAZ”中产生蠕变损伤、由焊接接头破坏的现象称为“TypeIV损伤(IV型损伤)”。该TypeIV损伤在由铁素体系耐热钢形成的焊接结构体中仍然没有得到解决，解决其成为近年的课题。即，TypeIV损伤为尽管母材处于蠕变环境、为可以健全地使用的时间、温度条件，但是仅焊接接头选择性地蠕变变形以至于破坏的焊接接头特有的破坏现象。最近，经验上判明这种现象在以往材料(已经被标准注册、确定了容许应力的材料)产生是必然的。由此，形成如下状况：世界各国的标准提出了连焊接接头都包括在内、用于安全运用的被称为“焊接接头蠕变强度降低系数”的蠕变强度的安全系数。这种TypeIV损伤在被实用化的所有的铁素体系耐热钢中不可避免地产生，对于其产生机理进行了各种议论。焊接前的形成细粒HAZ的区域为本来具有与母材相同的组织的铁素体系耐热钢，但是该区域由于焊接而受到暴露于相变点之上的温度数秒的HAZ的热循环。另外，由于焊接所导致的热，母相其本身产生α→γ相变，由于α相与γ相的C的固溶限度的差异，本来粗大析出的碳化物(对于铁素体系耐热钢而言主要是M23C6型碳化物)以外的碳化物瞬间再固溶于γ相。但是特别是细粒HAZ中，粗大析出的碳化物的百分之几十虽然缩小但是仍然未固溶而残留。认为其是TypeIV损伤的最大原因。通常对于焊接后的接头实施焊接后热处理(去除应力退火、也称为SR处理)。该热处理温度为与回火温度仅数十度不同的高温的情况下，前述的仍然未固溶而残留的碳化物与固溶了的碳一起形成碳化物形成元素的新析出核。仍然未固溶而残留的碳化物作为结果由于热循环而粗化的同时，微细碳化物的析出机会减少。也就是说，本专利技术人等研究的结果发现，若焊接前析出的粗大碳化物仍然未固溶而残留则丧失所谓的利用碳化物实现的“析出强化能力”。因此，对于前述那样的具有相变点、通过含有碳、使碳化物析出来提高蠕变断裂强度的耐热钢而言，可以理解TypeIV损伤是不可避免的。也就是说，若为利用碳化物来实现蠕变强化的耐热钢则任意一种钢种类都有可能产生TypeIV损伤，特别是以高温下长时间使用作为前提设计的高Cr钢是显著的。虽然也为以低温下使用作为主要目的的低Cr耐热钢(含有1％以下的Cr的钢种类)中产生的现象，但是只要不在高温下使用则没有问题。但是，对于具备其适用温度为500℃以上的高温的条件的火力发电设备而言，TypeIV损伤当然作为不可避免的课题残留。由于没有将利用碳化物实现的析出强化能力适用于蠕变强化的铁素体系耐热钢可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法，其为包含母材、焊接热影响区、和焊接金属的铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法，其具备下述工序：准备所述母材的工序，该母材的化学组成按质量％计含有C：0.05～0.12％、Si：0.02～0.45％、Mn：0.40～0.80％、Cr：8.0～12.0％、N：0.003～0.080％、Mo：0.30～1.30％、Nb：0.005～0.10％、V：0.005～0.50％、W：0～2.0％、Re：0～3.5％、Ti：0～0.15％、Zr：0～0.15％、Ca：0～0.0050％、Mg：0～0.0050％、Y：0～0.0500％、Ce：0～0.0500％、和La：0～0.0500％，限制为Ni：不足0.20％、Cu：不足0.20％、B：不足0.005％、Al：不足0.025％、P：不足0.020％、S：不足0.010％、和O：不足0.010％，且余量为Fe和杂质；在所述母材上形成坡口的工序；焊接前热处理工序，其将所述坡口的表面与自所述坡口的表面离开30～100mm的焊接前热处理深度的位置之间的区域加热到1050～1200℃的温度，在该温度下保持2～30分钟；焊接工序，在所述焊接前热处理工序后，将所述坡口焊接而形成所述焊接金属；焊接后热处理工序，在所述焊接工序后，将所述坡口的表面与自所述坡口的表面离开所述焊接前热处理深度以上且100mm以下的距离的位置之间的区域加热到720～780℃的温度，在该温度下保持30分钟以上且满足式(1)的时间，(Log(t)+12)·(T+273)<13810    (1)在此，t为保持时间、T为温度，t的单位为小时、T的单位为℃，Log为常用对数。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 JP 2016-1951151.一种铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法，其为包含母材、焊接热影响区、和焊接金属的铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法，其具备下述工序：准备所述母材的工序，该母材的化学组成按质量％计含有C：0.05～0.12％、Si：0.02～0.45％、Mn：0.40～0.80％、Cr：8.0～12.0％、N：0.003～0.080％、Mo：0.30～1.30％、Nb：0.005～0.10％、V：0.005～0.50％、W：0～2.0％、Re：0～3.5％、Ti：0～0.15％、Zr：0～0.15％、Ca：0～0.0050％、Mg：0～0.0050％、Y：0～0.0500％、Ce：0～0.0500％、和La：0～0.0500％，限制为Ni：不足0.20％、Cu：不足0.20％、B：不足0.005％、Al：不足0.025％、P：不足0.020％、S：不足0.010％、和O：不足0.010％，且余量为Fe和杂质；在所述母材上形成坡口的工序；焊接前热处理工序，其将所述坡口的表面与自所述坡口的表面离开30～100mm的焊接前热处理深度的位置之间的区域加热到1050～1200℃的温度，在该温度下保持2～30分钟；焊接工序，在所述焊接前热处理工序后，将所述坡口焊接而形成所述焊接金属；焊接后热处理工序，在所述焊接工序后，将所述坡口的表面与自所述坡口的表面离开所述焊接前热处理深度以上且100mm以下的距离的位置之间的区域加热到720～780℃的温度，在该温度下保持30分钟以上且满足式(1)的时间，(Log(t)+12)·(T+273)<13810(1)在此，t为保持时间、T为温度，t的单位为小时、T的单位为℃，Log为常用对数。2.根据权利要求1所述的铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法，其中，将所述焊接前热处理工序分为2次以上实施。3.根据权利要求1或2所述的铁素体系耐热钢焊接结构体的制造方法，其中，在所述焊接热影响区的大角度晶界上析出的M23C6型碳化物的平均粒径为300nm以下，所述大角度晶界上的所述M23C6型碳化物的平均颗粒表面之间距离为200nm以下，所述大角度晶界的基于所述M23C6型碳化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川泰士，冈田浩一，
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