焊接材料以及焊接接头结构体制造技术

本发明专利技术的焊接材料用于焊接由下述奥氏体系合金构成的母材和由其他奥氏体系合金构成的母材，所述奥氏体系合金含有Ｃ≤２．０％、Ｓｉ≤４．０％、Ｍｎ：０．０１～３．０％、Ｐ：大于０．０３％且在０．３％以下、Ｓ≤０．０３％、Ｃｒ：１２～３５％、Ｎｉ：６～８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～５％、Ｎ≤０．３％、剩余部分由Ｆｅ和杂质构成，所述焊接材料含有Ｃ：大于０．３％且在３．０％以下、Ｓｉ≤４．０％、Ｍｎ≤３．０％、Ｐ≤０．０３％、Ｓ≤０．０３％、Ｃｒ：大于２２％且在５５％以下、Ｎｉ：大于３０％且在７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～１％、Ｎ≤０．３％、剩余部分由Ｆｅ和杂质构成，其能够抑制Ｐ含量较高的凝固成完全奥氏体的奥氏体系合金产生焊接凝固裂纹，因此能够广泛地应用在要求进行焊接施工的用途中。该焊接材料也可以含有特定量的从Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ中选出的１种以上的元素。

【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材料以及焊接接头结构体。详细而言，涉及用于焊接奥氏体系合 金时的焊接材料、以及奥氏体系合金焊接接头结构体。更详细而言，涉及能够用于进行P含 量较高的奥氏体系合金彼此之间的焊接、以及能够进行P含量较高的奥氏体系合金和P含 量较低的奥氏体系合金的异种焊接(以下也称作“异材焊接”。)时的、具有优异的耐焊接 凝固裂纹性的焊接材料；以及能够作为钢管、钢板等而广泛应用在要求蠕变强度和耐腐蚀 性的用途中的、具有优异的耐焊接凝固裂纹性或者具优异的耐焊接凝固裂纹性以及延展性 的焊接接头结构体。
技术介绍
作为例如JIS G 4304(2005)所规定的 SUS304、SUS316、SUS310S 等那样的以 Cr 和 M为主要元素的具有优异的耐腐蚀性的材料，公知奥氏体系不锈钢。并且，如专利文献1 4所示，公知当在奥氏体系的钢中以高浓度含有原本作为杂 质元素的P时，会帮助因M23C6碳化物的微细化而发生的析出硬化，从而提高以蠕变强度为 首的高温强度。同样在专利文献5中也提出了一种通过含有高浓度的P而显著改善了以蠕变强度 为首的高温强度的奥氏体系不锈钢。另外，在专利文献6和专利文献7中公开了一种通过含有大于0. 05%的P而提高 了母材的耐金属尘化性(metal dusting resistance)的金属材料。在专利文献8中也公开了通过含有根据Si和Cu的关系式求得的适量的Ti而降 低了焊接凝固裂纹敏感性的、具有优异的耐金属尘化性的焊接接头以及该焊接接头的焊接 材料。此外，作为奥氏体系合金的焊接材料，在专利文献9中公开了一种将作为杂质的 P、S的量限制在“P :0.01%以下以及P+S 0. 02%以下”从而抑制了凝固裂纹敏感性的气体 保护弧焊材料，在专利文献10中公开了一种能够在焊接高Cr-高M合金构件时使用在构 成母材的构件的组成中还含有Nb的焊接材料从而防止产生熔融凝固裂纹的焊接方法。另外，在专利文献11中公开了一种通过对含Cr-Ni的合金板包覆高C高Cr的合 金粉末而形成的高C高Cr-高Ni系焊接材料。此外，在专利文献12中公开了如下具有优异的焊接高温裂纹抵抗性的焊接接头， 即、为了防止在SUS304和因瓦合金(36Ni-余量Fe)的异材焊接时产生构成问题的高温裂 纹，使焊接金属满足2个关系式，且使焊接金属中的含P的夹杂物的面积百分比为0. 01 0.1%。但是，由于P基本上不会在奥氏体中固溶，因此自不必说在凝固成初晶奥氏体的 情况下会增强焊接凝固裂纹敏感性，甚至在凝固成完全奥氏体(fully austenite)的情况 下也会显著增强焊接凝固裂纹敏感性。另外，焊接凝固裂纹是焊接凝固过程中残留在树枝状晶体之间的液相在呈膜状地残留至低温区域的情况下无法承受被施加的应力而产生的裂纹。并且，焊接凝固裂纹敏感性之所以随着P含量的增加而增大，是由于P在凝固过程 中的液相中明显变浓而使液相的凝固结束温度大幅下降，因此使液相残留至温度更低的区 域。因而，例如在非专利文献1中提出应该严格限制P的含量。因此，特别是在凝固成完全奥氏体的不锈钢和M基合金中，需要限制P的含量，例 如在上述凝固成完全奥氏体的奥氏体系不锈钢的代表钢种即由JIS G 4304(2005)所规定 的SUS310S中，将P的含量限制在0. 045%以下。并且，实际的情况是，从防止产生焊接凝固 裂纹的方面出发，在JIS G 4316(1991)中将用于焊接该SUS310S的焊接材料中的P的含量 更低地限制为0. 030%以下。S卩、虽然以往公知P能够提高耐腐蚀性、以蠕变强度为首的高温强度等等，是有利 于提高奥氏体系钢铁材料的特性的元素，但由于P会明显增强焊接凝固裂纹敏感性，因此 一直都限制P的含量。专利文献1 日本特公昭37-17113号公报专利文献2 日本特开昭62-243742号公报专利文献3 日本特开昭62-243743号公报专利文献4 日本特开昭62-267454号公报专利文献5 :W02006/106944号公报专利文献6 日本特开2007-186727号公报专利文献7 日本特开2007-186728号公报专利文献8 日本特开2006-45597号公报专利文献9 日本特开平7-60481号公报专利文献10 日本特开平9-52194号公报专利文献11 日本特开平11-285890号公报专利文献12 日本特开2001-18089号公报非专禾丨J 文献 1 :Y.Arata、F. Matsuda and Katayama transactions of JffRI> Vol. 6-l(1977)ppl05-11
技术实现思路
专利技术要解决的问题上述专利文献1所公开的专利技术完全没有提到过量地含有P会导致焊接凝固裂纹敏 感性显著增强的这一问题，极其难以用作必须进行焊接的那样的钢材。另外，专利文献2 4所公开的专利技术也只是为了获得通过添加P而得到的高温特 性改善效果，虽然提到过量地含有P会对焊接性产生不良影响，但对于凝固成初晶奥氏体、 特别是凝固成完全奥氏体那样的奥氏体系不锈钢的焊接凝固裂纹敏感性的减弱方法完全 未作说明。在专利文献5中，虽然通过可调拘束裂纹试验研究了母材的焊接性，但并未研究 焊接材料以及焊接接头结构体。在专利文献6和专利文献7中，并未针对P的含量增加会导致焊接时的凝固裂纹 敏感性显著增强的这一问题进行研究，同样在专利文献8中也只是公开了在P的含量低于以往水平的情况下的研究结果。专利文献9和专利文献10所公开的专利技术不是针对在焊接含有高浓度P的金属材 料时的焊接材料，另外专利文献11的实施例所公开的母材中的P含量只是很低的量。在专利文献12的实施例中，只说明了焊接相同组成的合金后得到的结果，此外只 能在作为该合金的组成使用的是含有至多0. 030%的P的奥氏体系合金的情况下防止焊接 裂纹。如上所述，针对在以P含量较高的合金为母材的焊接中能够抑制产生焊接裂纹的 焊接材料和焊接接头结构体，专利文献1 12均未给予研究。在实际的焊接施工中，不仅进行将P含量较高的奥氏体系合金用作母材的焊接， 而且还有可能进行将P含量较高的奥氏体系合金与P含量较低的奥氏体系合金这样的、成 分互不相同的材料用作母材而进行异种焊接。但是，在上述的专利文献1 12中均未研究 上述异种焊接。另外，P是能够提高耐腐蚀性以及以蠕变强度为首的高温强度的元素。因此，如果 能降低在焊接时凝固成完全奥氏体的奥氏体系合金的焊接凝固裂纹敏感性，则通过充分利 用作为低成本元素的P，能够非常有利于开发亦具有优异的经济性的、高功能的材料。此外，从能够被用作焊接接头结构体的观点出发，作为焊接部的使用性能，有时必 须确保焊接金属的延展性。这是因为，在焊接金属是非常硬的组织而延展性较差的情况下， 即使在并未产生凝固裂纹的情况下，在被实施了弯曲加工后仍会在中途断裂，因此难以用 作焊接结构体。本专利技术是鉴于上述现状而做成的，其目的之一在于改善P含量较高的、凝固成完 全奥氏体的奥氏体系合金(换言之是具有完全奥氏体组织的合金)的焊接性、尤其是降低 在上述合金中构成最大问题的焊接凝固裂纹敏感性。详细而言，本专利技术的一个目的在于提 供用于焊接奥氏体系合金的焊接材料、以及使用该焊接材料焊接奥氏体系合金的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接材料，其特征在于，其用于焊接由具有下述化学组成１的奥氏体系合金构成的母材和由其他奥氏体系合金构成的母材，以质量％计含有Ｃ：大于０．３％且在３．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：大于２２％且在５５％以下、Ｎｉ：大于３０％且在７０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～１％、Ｎ：０．３％以下，剩余部分由Ｆｅ和杂质构成，化学组成１以质量％计含有Ｃ：２．０％以下、Ｓｉ：４．０％以下、Ｍｎ：０．０１～３．０％、Ｐ：大于０．０３％且在０．３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１２～３５％、Ｎｉ：６～８０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１～５％、Ｎ：０．３％以下，剩余部分由Ｆｅ和杂质构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2008-1-25 2008-014522;JP 2008-11-14 2008-291690一种焊接材料，其特征在于，其用于焊接由具有下述化学组成1的奥氏体系合金构成的母材和由其他奥氏体系合金构成的母材，以质量％计含有C大于0.3％且在3.0％以下、Si4.0％以下、Mn3.0％以下、P0.03％以下、S0.03％以下、Cr大于22％且在55％以下、Ni大于30％且在70％以下、sol.Al0.001～1％、N0.3％以下，剩余部分由Fe和杂质构成，化学组成1以质量％计含有C2.0％以下、Si4.0％以下、Mn0.01～3.0％、P大于0.03％且在0.3％以下、S0.03％以下、Cr12～35％、Ni6～80％、sol.Al0.001～5％、N0.3％以下，剩余部分由Fe和杂质构成。2.根据权利要求1所述的焊接材料，其特征在于，由其他奥氏体系合金构成的母材具有下述化学组成1或2，化学组成1以质量％计含有C :2. 0%以下、Si 4. 0%以下、Mn 0. 01 3. 0%,P 大于0. 03%且在 0. 3% 以下、S 0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al 0. 001 5%、N :0. 3% 以 下，剩余部分由Fe和杂质构成，化学组成2以质量％计含有C 2. 0%以下、Si 4. 0%以下、Mn 0. 01 3. 0%, P 0. 03%以下、S 0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al 0. 001 5%、N 0. 3% 以下，剩余部分 由Fe和杂质构成。3.根据权利要求1或2所述的焊接材料，其特征在于，母材和焊接材料中的任意一方以上的材料还含有以质量％计的从下述第1组和第2组 中选出的1种以上的元素，第1组Cu 以下、Mo 以下、W 以下、V 以下、Nb 以下、Ti 以 下、Ta 以下、& 以下、Hf 以下、Co 以下以及B :0. 03%以下，第2组Ca 0. 05%以下、Mg 0. 05%以下以及REM 0. 3%以下。4.一种焊接接头结构体，其特征在于，通过使用权利要求1 3中任意一项所述的焊接材料焊接权利要求1 3中任意一项 所述的母材而形成该焊接接头结构体。5.一种焊接接头结构体，其特征在于，利用以质量％计含有C 2. 0%以下、Si 4. 0%以下、Mn 0. 01 3. 0%,P 大于0. 03% 且在 0. 3% 以下、S 0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al 0. 001 5%、N 0.3%以下、剩余部分由Fe和杂质构成的奥氏体系合金的母材和具有下述(i)和(ii)的特 征的奥氏体系合金的焊接金属构成该焊接接头结构体，(i)自单侧焊接的至少初层的化学组成以质量％计含有C:大于0.且在0.7%以下、 Si :4. 0% 以下、Mn :3. 0% 以下、P 大于 0. 03%且在 0. 以下、S 0. 03% 以下、Cr 18 30%, Ni 大于10%且在70%以下、sol. Al 0. 001 1 %、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和 杂质构成，(ii)熔透焊道高度为0 3mm。6.根据权利要求5所述的焊接接头结构体，其特征在于，母材和焊接金属中的至少任意一方还含有以质量％计的从下述第1组和第2组中选出 的1种以上的元素，第1组Cu 以下、Mo 以下、W 以下、V 以下、Nb 以下、Ti 以 下、Ta 以下、Zr 以下、Hf 以下、Co 以下以及B :0. 03%以下，第2组Ca 0. 05%以下、Mg 0. 05%以下以及REM 0. 3%以下。7.一种焊接接头结构体，其特征在于，通过焊接由具有下述化学组成1的奥氏体系合 金构成的母材和由其他奥氏体系合金构成的母材而形成该焊接接头结构体，在焊接时，初层焊接使用下述焊接材料，该焊接材料以质量％计含有C 大于0. 6%且 在 2. 0% 以下、Si 4. 0% 以下、Mn 3. 0% 以下、P 0. 03% 以下、S 0. 03% 以下、Cr 大于 22% 且在35%以下、Ni 大于30%且在70%以下、sol. Al 0. 001 1 %、N :0. 3%以下、剩余部...

【专利技术属性】
技术研发人员：小薄孝裕，小川和博，冈田浩一，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]