奧氏體系耐熱鋼用焊接材料及使用該焊接材料而成的焊接金屬和焊接接頭制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種在焊接時(shí)具有優(yōu)異的耐熱裂紋性的奧氏體系耐熱鋼用焊接材料，該奧氏體系耐熱鋼用焊接材料具有如下的化學(xué)成分：含有C：大于0.05％且小于等于0.18％、Si≤0.5％、Mn≤1.5％、Ni：40％～50％、Cr：20％～25％、W：大于8.0％且小于等于13.0％、Ti：0.01％～0.2％、N：大于0.03％且小于等于0.20％以及Al≤0.01％，并且，根據(jù)需要含有Nb＜0.60％，其余部分由Fe和雜質(zhì)組成，作為雜質(zhì)的O、P和S分別為O≤0.02％、P≤0.008％和S≤0.005％。本發(fā)明專利技術(shù)能夠提供一種通過(guò)使用上述焊接材料而具有焊接過(guò)程中的耐熱裂紋性、在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中的耐應(yīng)力松弛裂紋性以及良好的蠕變強(qiáng)度的焊接金屬。并且，能夠提供一種由通過(guò)使用上述焊接材料而具有焊接過(guò)程中的耐熱裂紋性、在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中的耐應(yīng)力松弛裂紋性以及良好的蠕變強(qiáng)度的焊接金屬和具有高溫下的優(yōu)異的蠕變強(qiáng)度的母材構(gòu)成的焊接接頭。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種奧氏體系耐熱鋼用焊接材料及使用該焊接材料而成的焊接金屬和焊接接頭。具體地講，涉及一種適于焊接奧氏體系耐熱鋼的焊接材料及使用該焊接材料而得到的焊接金屬和焊接接頭，該奧氏體系耐熱鋼是應(yīng)用在發(fā)電用鍋爐等在高溫下所使用的設(shè)備中的奧氏體系耐熱鋼。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，從減少環(huán)境負(fù)擔(dān)的觀點(diǎn)出發(fā)在全球范圍推進(jìn)在發(fā)電用鍋爐等中使運(yùn)轉(zhuǎn)條件高溫、高壓化，而且，也要求在發(fā)電用鍋爐等中所使用的材料具有更加優(yōu)異的高溫強(qiáng)度。作為滿足這種要求的材料，例如在專利文獻(xiàn)I中提出了一種奧氏體系的耐熱鋼，通過(guò)使其含有大量的W，從而在700°C以上的高溫區(qū)內(nèi)具有優(yōu)異的蠕變強(qiáng)度。·在將奧氏體系的耐熱鋼用作構(gòu)造物的情況下，通常利用焊接進(jìn)行組裝。此時(shí)，有時(shí)將母材直接用作焊接材料。此外，有時(shí)也使用AWS A5. 14 - 2005E RNiCrCoMo 一 I等高Ni合金用焊接材料進(jìn)行焊接。但是，由奧氏體系耐熱鋼構(gòu)成的焊接金屬通常在焊接時(shí)的熱裂紋敏感性較高，有時(shí)需要防止該狀況的產(chǎn)生。上述“在焊接時(shí)的熱裂紋”包括“凝固裂紋”和“失塑裂紋”。并且，母材在熔煉之后，經(jīng)過(guò)利用軋制及熱處理對(duì)組織進(jìn)行的調(diào)整來(lái)確保高溫強(qiáng)度，與此相對(duì)，焊接金屬在大多數(shù)情況下以凝固狀態(tài)的組織來(lái)進(jìn)行使用。因此，若將母材直接用作焊接材料，則有可能會(huì)產(chǎn)生在焊接時(shí)無(wú)法獲得充分的耐熱裂紋性的狀況、難以獲得與母材相同的蠕變強(qiáng)度等機(jī)械特性的情況。此外，對(duì)于高Ni合金用的焊接材料而言，雖然其蠕變強(qiáng)度優(yōu)異，但因?yàn)榘嘿F所以從經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)出發(fā)并不理想，而且，在成分與被焊接材料差異較大的情況下，有時(shí)也無(wú)法獲得充分的耐焊接熱裂紋性。另一方面，在專利文獻(xiàn)2中提出了一種有效地利用Nb、Ti的共晶碳化物使防止焊接時(shí)的熱裂紋和蠕變強(qiáng)度兼顧的、高溫強(qiáng)度優(yōu)異的奧氏體系耐熱鋼用焊接材料。但是，對(duì)于在高溫下使用的由奧氏體系耐熱鋼構(gòu)成的焊接構(gòu)造物，除了焊接時(shí)的熱裂紋以外，會(huì)產(chǎn)生因在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用而在焊接部產(chǎn)生裂紋這樣的問(wèn)題。例如，在非專利文獻(xiàn)I和非專利文獻(xiàn)2中指出，在18Cr — 8Ν 系的奧氏體系耐熱鋼的焊接部，由于長(zhǎng)時(shí)間加熱，而在焊接熱影響區(qū)(以下，稱作“HAZ”。)產(chǎn)生了晶間裂紋(日文粒界割札)。在這些非專利文獻(xiàn)中，作為影響HAZ的晶間裂紋的因素，暗示有M23C6、Nb C等碳化物。在非專利文獻(xiàn)3中指出，在Ni基耐熱合金的HAZ，在焊后熱處理過(guò)程中產(chǎn)生了晶間裂紋，并且，暗示了除Y ’相的析出會(huì)影響晶間裂紋以外，S的晶界偏析(日文粒界偏析)也會(huì)影響晶間裂紋。此外，在非專利文獻(xiàn)4中，對(duì)防止18Cr — 8Ν 一 Nb系的奧氏體系耐熱鋼焊接部在長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)在HAZ產(chǎn)生晶間裂紋的對(duì)策進(jìn)行了研究。而且，提出了通過(guò)運(yùn)用適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚矶鴾p少焊接殘留應(yīng)力的做法對(duì)防止裂紋是有效的這樣的從焊接工藝的方面來(lái)考慮的對(duì)策。如上所述，雖然很早以前就已知在 長(zhǎng)時(shí)間使用奧氏體系耐熱鋼時(shí)在HAZ產(chǎn)生了裂紋這樣的現(xiàn)象，但是，近年來(lái)，伴隨著為了使材料高強(qiáng)度化而含有多種合金元素，在焊接金屬中也存在有在長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)產(chǎn)生裂紋變得明顯化的傾向。但是，對(duì)于在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中在焊接部產(chǎn)生的裂紋，還未完全弄清其機(jī)制，并且，也未確定裂紋對(duì)策，特別是未確定從焊接金屬的材料方面考慮的裂紋的對(duì)策。在上述的專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的由高強(qiáng)度奧氏體系耐熱鋼構(gòu)成的焊接金屬其焊接時(shí)的耐熱裂紋性極其優(yōu)異。但是，對(duì)于在近年來(lái)的苛刻的使用條件下，在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋(以下，稱作“應(yīng)力松弛裂紋”。)而言，仍存在一些應(yīng)該改善的余地。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)2004 - 3000號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2008 - 207242號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :R. N. Younger 等Journal of The Iron andSteel Institute,October (1960),p.188非專利文獻(xiàn)2 :R. N. Younger 等British Welding Journal, December (1961),p. 579非專利文獻(xiàn)3 :井川等:焊接學(xué)會(huì)志，第47卷(1978)第10號(hào)，P. 679非專利文獻(xiàn)4 :內(nèi)木等石川島播磨技報(bào)，第15卷(1975)第2號(hào)，p. 209
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)要解決的問(wèn)題本專利技術(shù)即是鑒于上述現(xiàn)狀而做成的，其目的在于，提供一種在焊接時(shí)具有優(yōu)異的耐熱裂紋性的奧氏體系耐熱鋼用焊接材料，提供一種使用該焊接材料而成的、具有焊接過(guò)程中的耐熱裂紋性、在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中的耐應(yīng)力松弛裂紋性以及良好的蠕變強(qiáng)度的焊接金屬。并且，本專利技術(shù)的目的還在于，提供一種由使用該焊接材料而成的焊接金屬和具有高溫下的優(yōu)異的蠕變強(qiáng)度的母材構(gòu)成的焊接接頭。用于解決問(wèn)題的方案本專利技術(shù)人為了解決上述問(wèn)題，首先對(duì)在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中在焊接金屬中產(chǎn)生的應(yīng)力松弛裂紋進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查。其結(jié)果，明確了下述事項(xiàng)(a) (C)。(a)應(yīng)力松弛裂紋產(chǎn)生在焊接金屬的柱狀晶界處。(b)裂紋斷口缺乏延性，在斷口上確認(rèn)到P、S的偏聚(日文濃化)，特別是S的偏聚較為明顯。(C)在裂紋部附近的顯微組織中，在晶粒內(nèi)大量地析出了微細(xì)的碳氮化物和金屬間化合物。根據(jù)上述明確事項(xiàng)(a) (C)，本專利技術(shù)人得出了以下的結(jié)論(d) (f)。(d)應(yīng)力松弛裂紋是由于焊接殘留應(yīng)力和外部應(yīng)力作用于由P和S、特別是S在焊接時(shí)的凝固過(guò)程中和在凝固之后的高溫下的加熱過(guò)程中偏析導(dǎo)致變?nèi)醯木Ы缟隙_(kāi)裂的。(e)在晶粒內(nèi)微細(xì)析出大量的碳氮化物和金屬間化合物的情況下，由于晶粒內(nèi)的變形能力降低，因此產(chǎn)生向晶界面的應(yīng)力集中，通過(guò)與晶界變?nèi)踔g的重疊作用，從而容易產(chǎn)生裂紋。(f)在非專利文獻(xiàn)3中就HAZ中的類(lèi)似的裂紋對(duì)上述機(jī)制給出了啟示。而且，在非專利文獻(xiàn)3中表明了，為了減少使晶界變?nèi)醯腟或者固定使晶界變?nèi)醯腟而含有Ca和Mg的做法對(duì)防止該裂紋是有效的。但是，焊接金屬通常以凝固狀態(tài)的組織來(lái)進(jìn)行使用，并且，能夠預(yù)想到與以熱處理等調(diào)質(zhì)處理后的母材為原料的HAZ現(xiàn)象不同，因此，在非專利文獻(xiàn)3中提出的HAZ中的裂紋對(duì)策能夠直接應(yīng)用于應(yīng)力松弛裂紋的可能性較小。具體地講，在上述非專利文獻(xiàn)3中提出的Ca和Mg由于其與氧的親和力非常強(qiáng)，因此在焊接過(guò)程中容易形 成氧化物。因而，在焊接金屬中對(duì)S的固定有效地發(fā)揮作用的Ca和Mg的量會(huì)受到焊接條件的影響。因此，難以穩(wěn)定地獲得利用Ca和Mg來(lái)固定S的效果。并且，由于雜質(zhì)元素的極端減少會(huì)導(dǎo)致制鋼成本的大幅增加，因此難以應(yīng)用于大量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品。因此，本專利技術(shù)人為了防止應(yīng)力松弛裂紋，進(jìn)一步進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其結(jié)果，明確了通過(guò)以下的(g)和(h)能夠降低對(duì)應(yīng)力松弛裂紋的敏感性。(g)將在晶界中偏析而使晶界變?nèi)醯摹⒑附咏饘僦械腟和P的含量限制在特定的范圍內(nèi)。(h)將作為微細(xì)碳化物或者金屬間化合物析出而導(dǎo)致晶粒內(nèi)變形阻力增大的元素，具體地講，將Ti和Nb的含量限制在特定的范圍內(nèi)。但是還明確了，即使采取上述(g)和(h)的對(duì)策，也未能完全防止應(yīng)力松弛裂紋。此外，由于未能充分地有效利用析出強(qiáng)化效果，因此沒(méi)有獲得期望的良好的蠕變強(qiáng)度。因此，本專利技術(shù)人進(jìn)一步進(jìn)行了研究，其結(jié)果明確了，通過(guò)含有高濃度的W，能夠使防止應(yīng)力松弛裂紋和確保期望的良好的蠕變強(qiáng)度兼顧。一般認(rèn)為，其理由是依據(jù)以下的(i )和U)。(本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：平田弘征，岡田浩一，凈徳佳奈，小川和博，吉澤滿，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：新日鐵住金株式會(huì)社，
類(lèi)型：
國(guó)別省市：