CN103418930A - Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法 - Google Patents

Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种即使在大线能量焊接下，耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性也全部良好的Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法。使焊接金属为如下组成，含有Cr：28.0～31.5质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.70质量％以下(不含0)，并且限制Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。

Description

Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法
技术领域
本发明涉及Ni基合金焊接金属、用于得到该焊接金属所使用的带状电极和焊接方法。更详细地说，是涉及适于像原子炉压力容器和化学反应器等这样要求有高耐腐蚀性的结构物的Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法。
背景技术
在原子炉压力容器和化学反应容器等的结构物中，在内面等要求有高耐腐蚀性的部分，适用由带状电极堆焊法进行的埋弧焊和电渣焊。另外，在例如压水反应堆发电厂等所代表的高温耐腐蚀设备中，焊接金属虽然使用的是在高温高压水中的耐应力腐蚀裂纹优异的Ni-15Cr系合金，但近年来，则使用耐应力腐蚀裂纹性更优异的Ni-30Cr系合金。
在使用了用于得到该Ni-30Cr系合金的Ni-30Cr系合金的填充金属的焊接中，进行了以焊接操作性和耐高温裂纹性的改善为目的的各种研究(参照专利文献1～3。)。例如，在专利文献1所述的Ni基高Cr合金用敷料焊条中，复合添加N和W及V，并且限制Ti、Al、P、S、Si、O等对焊接裂纹造成影响的元素的添加量。
另外，在专利文献2所述的Ni-Cr-Fe合金填充金属中，为了抑制凝固裂纹，限制S和P等的低熔点元素的添加量。此外，在专利文献2、3中，作为抑制冷裂纹的方法，提出以特定量添加Nb、Zr和B，使高温强度和延展性提高。
【专利文献】
【专利文献1】特开平8-174270号公报
【专利文献2】特表2003-501557号公报(美国专利第6242113号说明书)
【专利文献3】特表2008-528806号公报(美国专利申请公开第2008/0121629号说明书)
在使用了由Ni-30Cr系合金构成的填充金属的堆焊和对接焊的多焊层焊接部的内部，容易发生微小的裂纹，该晶界裂纹与在焊接金属凝固的假定下发生的“凝固裂纹”有所区别，被称为“延展性降低再热裂纹”。另外，延展性降低再热裂纹具有的特征是，凝固完毕的焊接部则于被下面的焊层再加热至熔点以下的温度域而发生。在由含有Cr达30质量％左右以上的高Cr系Ni基合金构成的焊接金属中，若焊接时反复经受再热，则在结晶晶界有粗大的Cr碳化物析出，晶界强度，即相邻的晶粒彼此的结合力变弱。其结果是，若在焊接时有拉伸或剪切的热应力发挥作用，则晶界穿孔，发生延展性降低再热裂纹。
另外，在Ni基合金焊接金属中，由于Cr碳化物向结晶晶界析出，导致对于晶界腐蚀的敏感性增加。该Cr碳化物主要在430～900℃的温度范围时在晶界析出。特别是由带状电极进行的电渣焊或埋弧焊这样的线能量大且冷却速度低的情况下，Cr碳化物的敏感化显著进行，耐腐蚀性劣化。此外，焊接金属的抗拉强度比母材差时，因为设备和结构物的设计受到限制，所以焊接金属也需要与母材同等的抗拉强度。
但是，使用Ni基合金的现有的填充金属，在由带状电极堆焊法进行的大线能量的埋弧焊和电渣焊中，至今尚未得到完美的性能。例如，专利文献1所述的焊条，因为N含量高，所以在高温下有大量的氮化物在焊接金属中析出，成为脆化的原因。
另外，专利文献2、3所述的Ni-Cr-Fe合金，耐凝固裂纹性和耐延展性降低裂纹性不充分，特别是关于由带状电极堆焊法进行的焊接线能量在40kJ/cm以上的大线能量的埋弧焊和电渣焊中的耐凝固裂纹性，没有进行任何研究。因此，就要求一种带状电极，其作为大线能量的埋弧焊或电渣焊用，能够得到显示出耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性均优异这样特性的焊接金属。
发明内容
因此，本发明其主要目的在于，提供一种在大线能量焊接下，耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性也全部良好的Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法。
本发明者为了解决前述的课题而进行了锐意实验研究，其结果得到以下所示的结论。如前述，延展性降低再热裂纹的发生原因，在于在晶界析出的粗大的Cr碳化物。因此，本发明者从裂纹防止的观点出发，认为抑制Cr碳化物的晶界析出很重要。
在此，B和Zr具有晶界强化的作用，具有抑制晶界裂纹的效果，另外，在专利文献3中记述，Mg、B和Zr的添加对于再热裂纹有效，但是根据本发明者的研究判明，B和Zr对耐凝固裂纹性造成不良影响，若过剩地添加B和Zr，则凝固裂纹敏感性变高，耐凝固裂纹性劣化。另外，Mg对于耐凝固裂纹性没有影响，但是在电渣焊和埋弧焊中，其使熔渣剥离性等的焊接操作性劣化。
另一方面，本发明者认为，对于提高焊接金属的抗拉强度，Ni基合金的母相的固溶强化和析出物带来的析出强化有效。另外，耐晶界腐蚀性和耐应力腐蚀裂纹性劣化的原因，在于Cr碳化物向晶界的析出，该Cr碳化物的析出在线能量大，冷却速度低时显著。
基于以上的结论，在本发明中，着眼于碳化物形成性能比Cr高，有抑制Cr碳化物的晶界析出的效果的Nb和Ta，与C一起规定其添加量。还有，关于有可能使耐凝固裂纹性劣化的B和Zr，则不积极地添加。
即，本发明的Ni基合金焊接金属，具有如下成分组成，其含有Cr：28.0～31.5质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.70质量％以下(不含0)，并且限制Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。
本发明的Ni基合金焊接金属，例如，能够通过使用了带状电极的电渣焊或埋弧焊而形成。
本发明的带状电极，由如下Ni基合金构成，其含有Cr：28.5～32.0质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.40质量％以下(不含0)，并且限制Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。
本发明的带状电极，例如，能够用于电渣焊或埋弧焊。
本发明的焊接方法，是使用如下带状电极，进行电渣焊或埋弧焊，得到如下Ni基合金焊接金属的方法，所述带状电极含有Cr：28.5～32.0质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.40质量％以下(不含0)，并且限制Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成；所述Ni基合金焊接金属含有Cr：28.0～31.5质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.70质量％以下(不含0)，并限限制Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。
根据本发明，因为限制B和Zr的量，并且以特定量添加Nb、Ta和C，所以在大线能量焊接中，也能够得到耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性全部良好的Ni基合金焊接金属。
附图说明
图1是表示本发明的实施例中用于得到评价试料的焊接方法和评价试料的切割位置的图。
符号说明
1 母材
2、2a～2e 堆焊层
10 弯曲试验用试验片
20 拉伸试验用圆棒
30 耐腐蚀性试验用试验片
具体实施方式
以下，对于用于实施本发明的方式详细地进行说明。还有，本发明不受以下说明的实施方式限定。
(第一实施方式)
首先，对于本发明的第一实施方式的Ni基合金焊接金属(以下，也仅称为焊接金属。)进行说明。本实施方式的焊接金属，具有如下成分组成，其含有Cr：28.0～31.5质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.70质量％以下，并且限制Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。
而且，本实施方式的焊接金属，能够通过例如使用了带状电极的电渣焊或埋弧焊来形成。以下，对于本实施方式的焊接金属的各成分的数值限定理由进行说明。
[Cr：28.0～31.5质量％]
Cr是使高温高压水中的耐应力腐蚀裂纹性提高的主要元素，另外，在用于确保耐氧化性和耐腐蚀性的确保上也是有效的元素。但是，为了充分地发挥这一效果，需要在焊接金属中使之含有28.0质量％以上。另一方面，若Cr含量超过31.5质量％，则制造时的加工困难。因此，Cr含量为28.0～31.5质量％，这一范围与AWS(The American Welding Society；美国焊接协会)A5.11ENiCrFe-7所规定的范围相同。
[Fe：7.0～11.0质量％]
Fe在Ni中固溶，具有使焊接金属的抗拉强度提高的效果。但是，Fe含量低于7质量％时，得不到这一效果。另一方面，若Fe含量超过11.0质量％，则形成低熔点的Fe2Nb莱夫斯相并在晶界析出，由于多焊层焊接时的再热而再熔融，成为晶界的再热液化裂纹的原因。因此，Fe含量为7.0～11.0质量％。
[Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％]
在大线能量焊接中，Cr碳化物的敏感化进行，耐腐蚀性和耐延展性降低裂纹性容易显著降低。另一方面，Nb与Cr相比更容易与C结合，其优先与C结合而形成NbC等的稳定的碳化物，因此具有使耐晶界腐蚀性和耐应力腐蚀裂纹性提高的效果。另外，Nb还具有的效果是，抑制晶界的粗大Cr碳化物的生成，使耐延展性降低裂纹性显著提高。此外，生成的NbC等的碳化物有助于焊接部的强度提高。
Ta也与前述的Nb同样，与合金中的C优先结合，形成TaC等的稳定的碳化物，抑制晶界中粗大Cr碳化物的生成。因此，通过使焊接金属中含有Ta，能够使耐晶界腐蚀性和耐应力腐蚀裂纹性提高，并且能够使耐延展性降低裂纹性显著提高。另外，生成的TaC等的碳化物，具有使焊接金属的强度提高的效果。
但是，Nb和Ta的总含量低于1.5质量％时，这些效果不充分。另外，若Nb和Ta的总含量超过2.5质量％，由于凝固偏析，导致在晶界稠化的Nb和Ta形成低熔点的金属间化合物和莱夫斯相，成为焊接时的凝固裂纹和再热液化裂纹的原因，并且NbC和TaC等的碳化物粗大化，韧性和加工性劣化。
因此，Nb和Ta合计为1.5～2.5质量％。还有，从延展性降低裂纹敏感性的降低以及耐晶界腐蚀性和耐应力腐蚀裂纹性的提高的观点出发，优选Nb和Ta的总含量为1.7～2.3质量％。
[C：0.015～0.040质量％]
Ni中的C是固溶强化元素，具有使抗拉强度和蠕变断裂强度提高的效果。但是，C含量低于0.015质量％时，得不到这些效果，在本实施方式的焊接金属中，有意地添加Nb和Ta，使其碳化物在晶界析出，可实现耐延展性降低裂纹性和抗拉强度提高。因此，为了得到Nb和Ta的添加效果，C是不可欠缺的，需要使焊接金属中含有0.015质量％以上。
另一方面，若C含量超过0.040质量％，则与Cr和Mo生成碳化物，焊接金属的耐晶界腐蚀性、耐应力腐蚀裂纹性和耐高温裂纹性劣化。因此，C含量为0.015～0.040质量％。另外，C含量的优选的范围是0.020～0.035质量％，由此，焊接部的强度进一步提高，并且也能够期待耐延展性降低裂纹性的进一步提高。还有，C含量与Nb含量和Ta含量的关系很重要，特别是在大线能量焊接中，需要严格地管理Nb、Ta和C的含量。
[Mn：0.5～4.0质量％]
Mn作为脱氧剂发挥作用，具有提高合金(焊接金属)内的洁净度的效果。但是，Mn含量低于0.5质量％时，得不到该效果。另外，若过剩地添加Mn而超过4.0质量％，则制造时的加工变得困难。因此，Mn含量为0.5～4.0质量％。还有，从洁净度提高的观点出发，优选Mn含量为0.5～3.0质量％。
[N：0.005～0.080质量％]
N具有使抗拉强度提高的效果，但含量低于0.005质量％时，得不到充分的效果。另一方面，若含有N超过0.080质量％，则带来气孔和凹坑等的焊接缺陷的发生。因此，N含量为0.005～0.080质量％。
[Si：0.70质量％以下(不含0)]
Si作为脱氧剂发挥作用，具有提高合金(焊接金属)内的洁净度的效果。但是，若Si含量超过0.70质量％，则成为多层盛焊接时的再热裂纹的发生原因。因此，Si在0.70质量％以下的范围内添加。
[Al、Ti、Mo、Cu：分别为0.50质量％以下]
Al、Ti和Cu不需要积极地添加，另外，虽然Mo具有使焊接部的强度提高的效果，但若其含量超过0.50质量％，则耐高温裂纹性降低，高温裂纹容易发生。因此，Al、Ti、Mo和Cu依据AWS A5.11ENiCrFe-7的规定，分别限制在0.50质量％以下。还有、Al、Ti、Mo和Cu无是限制成分，因为不是在合金(焊接金属)中积极地添加的成分，因此其含量也有是0的情况。
[B：0.0010质量％以下]
一般认为，若在Ni基合金中微量添加B，则使晶界的强度提高，使热轧性良好，具有使耐延展性降低裂纹性提高的效果，能够使焊丝的加工容易。但是，本实施方式的焊接金属，经由使用了带状电极的大线能量的电渣焊或埋弧焊而形成，因为线能量大，所以B的添加需要限制。
因此，在本实施方式的焊接金属中，B并不有意地添加，而是限制成分。若B在焊接金属中被大量含有，具体来说，若B含量超过0.0010质量％，则焊接金属的凝固裂纹敏感性变高。因此，B含量限制在0.0010质量％以下。还有，从焊接金属的耐凝固裂纹性提高的观点出发，优选B含量限制在0.0005质量％以下。另外，B为限制成分，并不是在合金(焊接金属)中积极添加的成分，因此其含量也有是0的情况。
[Zr：0.0010质量％以下]
Zr也与前述的B同样，通过微量添加而使晶界的强度提高，使热轧性良好，具有使耐延展性降低裂纹性提高的效果，被认为具有使焊丝的加工容易的效果。但是，本实施方式的焊接金属，由于是通过大线能量焊接而形成的，所以Zr的添加特别需要限制。
具体来说，若Zr含量超过0.0010质量％，则焊接金属的凝固裂纹敏感性变高，因此在本实施方式的焊接金属中，Zr也是不有意添加的限制成分，将其含量限制在0.0010质量％以下。还有，优选Zr含量限制在0.0005质量％以下，由此，能够使焊接金属的凝固裂纹敏感性降低，使耐凝固裂纹性提高。另外，Zr也是限制成分，并不是在合金(焊接金属)积极添加的成分，因此也有其含量为0的情况。
[Co：0.10质量％以下]
Co是不可避免的杂质，通过炉内的中子照射，变化为半衰期长的放射性同位素Co60，成为放射线源。因此，在本实施方式的焊接金属中，将Co含量限制在0.10质量％以下，优选限制在0.05质量％以下。还有，因为Co并不是在合金(焊接金属)中积极添加的成分，所以也有其含量为0的情况。
[P：0.015质量％以下]
P也是不可避免的杂质，若在焊接金属中P含有超过0.015质量％，则以焊接凝固组织偏析而被浓缩，容易形成低熔点化合物。其结果是，焊接金属的焊接裂纹敏感性提高，因此P含量限制在0.015质量％以下。还有，P并不是在合金(焊接金属)中积极添加的成分，因此也有其含量为0的情况。
[S：0.015质量％以下]
S也是不可避免的杂质，与前述的P同样，若添加超过0.015质量％，则以焊接凝固组织偏析而被浓缩，容易形成低熔点化合物，焊接金属的焊接裂纹敏感性提高。因此，S含量也限制在0.015质量％以下。还有，S并不是在合金(焊接金属)中积极添加的成分，因此也有其含量为0的情况。
[余量：Ni和不可避免的杂质]
本实施方式的焊接金属的余量是Ni和不可避免的杂质。还有，在此所说的不可避免的杂质中，除了前述的Co、P、S以外，还包含V、Sn和Pb等。
如以上详述，在本实施方式的焊接金属中，不添加B和Zr而限制其量，代之以添加Nb和Ta，并根据与C的关系特定其量，因此不会使耐凝固裂纹性和耐腐蚀性降低，而能够使耐延展性降低裂纹性和抗拉强度提高。由此，即使在大线能量焊接中，也能够实现耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性全部良好的Ni基合金焊接金属。
(第二实施方式)
接下来，对于本发明的第二实施方式的带状电极进行说明。本实施方式的带状电极，是用于得到前述的第一实施方式的焊接金属的带状电极，例如在焊接线能量为40kJ/cm以上的大线能量的电渣焊或埋弧焊中使用。
而且，本实施方式的带状电极，具有如下成分组成，其含有Cr：28.5～32.0质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.40质量％以下，并且限制Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。
以下，对于本实施方式的带状电极的各成分的数值限定理由进行说明。还有，数值范围与前这的第一实施方式的焊接金属相同的，其数值限定理由也相同，因此省略说明。
[Cr：28.5～32.0质量％]
Cr在焊接时由于氧化而被消耗。因此，考虑到氧化消耗部分，为了得到Cr含量为28.0～31.5质量％的焊接金属，带状电极的Cr含量为28.5～32.0质量％。
[Si：0.40质量％以下(不含0)]
Si在熔渣中也含有。因此，考虑到来自熔渣的混入部分，为了得到Si含量为0.70质量％以下的焊接金属，带状电极的Si含量为0.40质量％以下。
[余量：Ni和不可避免的杂质]
本实施方式的带状电极中的余量也是Ni和不可避免的杂质。另外，在此所说的不可避免的杂质，包含Co、P、S、V、Sn和Pb等。
还有，本实施方式的带状电极，其大小等没有特别限定，能够根据焊接条件等适宜选择。
在本实施方式的带状电极中，现有的Ni基合金填充金属所添加的B和Zr并不添加，而是限制其量，代之以添加Nb和Ta，并根据与C的关系特定其量，因此不会使耐凝固裂纹性和耐腐蚀性降低，而能够使耐延展性降低裂纹性和抗拉强度提高。由此，即使实施大线能量的电渣焊或埋弧焊，也能够得到耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性全部良好的Ni基合金焊接金属。
还有，前述的专利文献2所述的Ni-Cr-Fe合金填充金属，与本实施方式的带状电极相比，因为Nb含量少，所以认为所得到的焊接金属其耐延展性降低裂纹性差。另外，前述的专利文献3所述的Ni-Cr-Fe合金填充金属，与本实施方式的带状电极相比，因为B和Zr量多，所以认为所得到的焊接金属其耐凝固裂纹性差。
如此，本实施方式的带状电极，与现有的Ni基合金填充金属相比，具有优异的特性。还有，本实施方式的带状电极的上述以外的构成和效果，与前述的第一实施方式相同。
(第三实施方式)
接下来，对于本发明的第三实施方式的焊接方法进行说明。在本实施方式的焊接方法中，使用前述的第二实施方式的带状电极，进行电渣焊或埋弧焊，得到前述的第一实施方式的焊接金属。
本实施方式的焊接方法中使用的焊剂，没有特别限定，例如电渣焊的情况下，能够使用具有如下组成的，含有CaF2为55～75质量％、Al2O3为10～25质量％、SiO2为10～20质量％、含有Na2O、Ka2O和Li2O之中一种或两种以上合计为2～5质量％，并且将MgO、CaO、TiO2和BaO分别限制在5.0质量％以下。
[CaF2：55～75质量％]
CaF2恰当地确保熔融渣的电导率，使焊接的稳定性提高。另外，CaF2恰当地熔融渣的粘性，使熔敷焊道的形状提高。但是，若焊剂总质量中CaF2含量低于55质量％，则焊道形状和焊道外观劣化，另外，电导率过剩，电阻放热不足，由此导致焊接中频繁发生电弧，焊接的稳定性降低。
另一方面，若焊剂总质量中CaF2含量超过75质量％，则熔融渣的粘性过剩，熔敷焊道的直线性降低而使熔敷焊道的形状劣化，并且氟气的发生量增加，在熔敷焊道上发生压痕(麻面)，使焊道外观劣化。因此，在本实施方式的焊接方法中，优选使用CaF2含量为55～75质量％的焊剂。还有，优选焊剂的CaF2含量为60～70质量％。
[Al2O3：10～25质量％]
Al2O3作为熔渣形成剂添加，恰当确保熔敷焊道的平滑性、始端部的润湿性和直线性，使熔敷焊道外观和熔敷焊道形状提高。但是，若Al2O3含量在焊剂总质量中低于10质量％，则有不能充分获得这些效果的情况。
另外，若Al2O3含量在焊剂总质量中超过25质量％，则电阻放热量不足，焊剂的熔融不充分，焊接中频繁发生电弧，焊接的稳定性降低。因此，在本实施方式的焊接方法中，使用Al2O3含量为10～25质量％的焊剂。还有，优选焊剂的Al2O3含量为15～20质量％。
[SiO2：10～20质量％]
SiO2恰当地确保熔融渣的粘性，具有使熔敷焊道形状良好的效果。但是，若焊剂总质量中SiO2含量超过20质量％，则熔融渣的粘性过剩，熔敷焊道的直线性降低，熔敷焊道的形状劣化，或熔敷焊道宽度窄小，发生咬边。通常，SiO2在电渣堆焊用焊剂的制造时，通过SiO2为主体的粘合剂的添加，而在焊剂总质量中被导入10质量％以上。
[Na2O、Ka2O和Li2O之中一种以上：2～5质量％]
Na2O、Ka2O和Li2O恰当确保熔融渣的熔点，使焊接的稳定性提高。这些成分在电渣堆焊用焊剂的制造时，从粘合剂添加，在制造的烧结型焊剂中，其含量在焊剂总质量中以总含量计为2质量％以上。若Na2O、Ka2O和Li2O的总含量超过5质量％，则熔融渣的熔点降低，由此导致放热量不足，焊剂的熔融变得不充分，焊接中频繁发生电弧，焊接的稳定性降低。因此，在本实施方式的焊接方法中，优选使用含有Na2O、Ka2O和Li2O之中的一种或两种以上合计为2～5质量％的焊剂。
[MgO、CaO、TiO2、BaO：分别为5.0质量％以下]
MgO、CaO、TiO2、BaO分别作为熔渣形成剂发挥作用，恰当确保熔敷焊道的平滑性和直线性，使熔敷焊道外观和熔敷焊道形状提高。另外，也有利用熔融渣的对流，在带状材(フ一プ)的宽度方向形成均匀的熔融渣，使熔渣剥离性提高的效果。
但是，若MgO、CaO、TiO2、BaO的含量在焊剂总质量中超过5.0质量％，则熔融渣的对流过剩，熔渣的发生量在带状材的宽度方向上不均匀，熔渣剥离性降低。还有，这些成分即使不积极地添加也没有特别的问题，由于其在焊剂原料中作为杂质必然包含，使得通常在焊剂中含有0.1质量％以上。
在本实施方式的焊接方法中，因为使用前述的第二实施方式的带状电极，所以经过大线能量的电渣焊或埋弧焊，也能够得到耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性全部良好的Ni基合金焊接金属。
【实施例】
以下，列举本发明的实施例和比较例，对于本发明的效果具体地加以说明。在本实施例中，使用下述表1所示的带状电极(带状材)A1～A4和B1～B11，进行电渣焊或埋弧焊，对于所得到的焊接金属的特性进行评价。这时，在电渣焊中，使用下述表2所示的I～III的焊剂，在埋弧焊中，使用下述表2所示的焊剂IV的焊剂。
Figure BDA00003059435200131
表2
Figure BDA00003059435200141
<评价试料的制作>
图1是表示用于得到本实施例的评价试料的焊接方法和评价试料的切割位置的图。在本实施例中，以ASTM A533B CL.1为母材1，而且，以下述表3所示的焊接条件，进行5层(一部分为3层)的堆焊(参照图1)。这时，堆焊层2的第一层2a和第二层2b以4焊层焊接，第三层2c以3焊层焊接，第四层2d和第五层2e以2焊层焊接。其后，实施607℃、48小时的PWHT(Post Weld Heat Treatment：焊接后热处理)。
表3
Figure BDA00003059435200142
<耐裂纹性>
在相对于图1所示的3层的堆焊部的熔敷焊道表面垂直的方向，切下5片厚10mm的弯曲试验片10。然后，对于该试验片10以弯曲半径约50mm的条件实施弯曲加工后，对其断面实施浸透探伤试验，评价裂纹的发生频度。耐裂纹性是对于各弯曲试验片10的断面，统计裂纹个数，每一个断面的平均裂纹个数低于1个时评价为A，为1个以上、低于5个时评价为B，5个以上评价为C。
<抗拉强度>
由图1所示的5层的堆焊部的第3～5层的位置，切割下直径6mm的圆棒20，供室温下的拉伸试验。抗拉强度在590MPa以上时为A，在540MPa以上、低于590MPa时为B，低于540MPa时为C。
<耐腐蚀性>
由图1所示的5层的堆焊部的第3～5层的位置，切下5mm×10mm×70mm的试验片30，实施硫酸-硫酸铁腐蚀试验(ASTM A262Practice B)。其后，以弯曲半径大约50mm的条件实施弯曲加工后，对其断面实施浸透探伤试验，评价裂纹的发生频度。耐腐蚀性在无裂纹时为A，在有裂纹时为C。
<综合评价>
综合判定为，在耐裂纹性、抗拉强度、耐腐蚀性的任意一项为C时是×，没有C的评价时为△，全部的评价为A时是○。以上的结果一并显示在下述表4中。
如上述表4所示，Nb和Ta的总含量比本发明的范围少的比较例1的焊接金属，在耐腐蚀性试验中发生裂纹，耐腐蚀性显著低。另一方面，Nb和Ta的总含量超过本发明的范围的比较例2、3的焊接金属，裂纹的发生个数多，耐裂纹性也显著低。另外，C含量低于本发明的范围的比较例4的焊接金属，强度差。另一方面，C含量超过本发明的范围的比较例5的焊接金属，耐裂纹性差，此外，在耐腐蚀性试验中还发生裂纹。此外，Si含量超过本发明的范围的比较例6的焊接金属，耐裂纹性差。
Zr含量超过本发明的范围的比较例7的焊接金属，和B含量超过本发明的范围的比较例8的焊接金属，耐裂纹性均差。另外，Fe含量比本发明的范围少的比较例9的焊接金属，强度差。另一方面，Fe含量超过本发明的范围的比较例10的焊接金属，耐裂纹性差。此外，N含量超过本发明的范围的比较例11的焊接金属，耐裂纹性也差。
相对于此，实施例1～4的焊接金属，耐裂纹性、耐腐蚀性和强度全部优异。由以上的结果确认，根据本发明，即使以大线能量焊接，也能够得到耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性全部良好的Ni基合金焊接金属。

Claims (5)

1.一种Ni基合金焊接金属，其特征在于，含有Cr：28.0～31.5质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.70质量％以下但不含0，并且，限制为Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述的Ni基合金焊接金属，其特征在于，通过使用了带状电极的电渣焊或埋弧焊而形成。
3.一种带状电极，其特征在于，含有Cr：28.5～32.0质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.40质量％以下但不含0，并且，限制为Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。
4.根据权利要求3所述的带状电极，其特征在于，在电渣焊或埋弧焊中使用。
5.一种焊接方法，其特征在于，使用如下的带状电极进行电渣焊或埋弧焊而形成如下的Ni基合金焊接金属，其中，
所述带状电极含有Cr：28.5～32.0质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.40质量％以下但不含0，并且，限制为Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成，
所述Ni基合金焊接金属含有Cr：28.0～31.5质量％、Fe：7.0～11.0质量％、Nb和Ta：合计1.5～2.5质量％、C：0.015～0.040质量％、Mn：0.5～4.0质量％、N：0.005～0.080质量％、Si：0.70质量％以下但不含0，并且，限制为Al：0.50质量％以下、Ti：0.50质量％以下、Mo：0.50质量％以下、Cu：0.50质量％以下、B：0.0010质量％以下、Zr：0.0010质量％以下、Co：0.10质量％以下、P：0.015质量％以下、S：0.015质量％以下，余量由Ni和不可避免的杂质构成。
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