CN104245211A - 焊接接头的制造方法及焊接接头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具备具有高强度和高韧性、气孔少的焊接金属的焊接接头的制造方法。本实施方式提供的焊接接头的制造方法，其具备下述工序：准备按质量％计含有10.5％以上的Cr的母材的工序；和对于母材，使用含有1～2体积％或35～50体积％的CO2气体、剩余部分由非活性气体组成的保护气体，实施GMA焊接，形成按质量％计含有C：0.080％以下、Si：0.20～1.00％、Mn：8.00％以下、P：0.040％以下、S：0.0100％以下、Cu：2.0％以下、Cr：20.0～30.0％、Ni：7.00～12.00％、N：0.100～0.350％、O：0.02～0.11％、sol.Al：0.040％以下、以及Mo：1.00～4.00％和W：1.00～4.00％中的一种以上，剩余部分由Fe和杂质组成的焊接金属的工序。

Description

焊接接头的制造方法及焊接接头
技术领域
本发明涉及焊接接头的制造方法及焊接接头。
背景技术
近年，在石油相关工业用途中，要求不仅具有耐蚀性还具有优异的高强度的钢材。作为具有高强度的钢材，适用日本特开平5-132741号公报(专利文献1)中公开的高氮双相不锈钢、和国际公开第2008/026594号(专利文献2)中公开的含有12～13质量％的Cr的马氏体系不锈钢。
制造以这些高强度的不锈钢作为母材的焊接接头时，对于焊接金属也要求高的强度。进而对于焊接金属还要求高的韧性。
而各种焊接方法中，气体保护电弧焊能够得到良好的焊接特性。因此，气体保护电弧焊被用于各种钢材的焊接。气体保护电弧焊有气体保护钨极电弧焊法(GTA、Gas Tungsten Arc weld)和气体保护金属极电弧焊法(GMA、GasMetal Arc weld)。GTA焊接法也被称为非消耗式气体保护电弧焊，以钨作为电极主要将母材熔融来接合。GMA焊接法也被称为消耗电极式气体保护电弧焊，将焊接丝作为电极。
不锈钢的焊接通常适用GTA焊接法。这是由于GTA焊接法容易形成良好品质的焊接金属。日本特开2001-9589号公报(专利文献3)和日本特开平8-260101号公报(专利文献4)中，为了得到具有高强度和高韧性的焊接金属，提出了使用高氮的类似组成金属系焊接材料的GTA焊接。
发明内容
但是，GTA焊接法的焊接速度慢、焊接效率低。与此相对，GMA焊接法的焊接速度比GTA焊接法快。因此，为了提高焊接效率，优选适用GMA焊接法来替代GTA焊接法。
但是，GMA焊接与GTA焊接相比，焊接金属的凝固速度快，因此焊接中容易产生被称为气孔的缺陷。
本发明的目的在于，提供具备具有高强度和高韧性、气孔少的焊接金属的焊接接头的制造方法。
本实施方式提供的焊接接头的制造方法，其具备下述工序：准备按质量％计含有10.5％以上的Cr的母材的工序；和对于母材，使用含有1～2体积％或35～50体积％的CO2、剩余部分由非活性气体组成的保护气体，实施GMA焊接，形成按质量％计含有C：0.080％以下、Si：0.20～1.00％、Mn：8.00％以下、P：0.040％以下、S：0.0100％以下、Cu：2.0％以下、Cr：20.0～30.0％、Ni：7.00～12.00％、N：0.100～0.350％、O：0.02～0.14％、sol.Al即酸可溶Al：0.040％以下、以及Mo：1.00～4.00％和W：1.00～4.00％中的一种以上，剩余部分由Fe和杂质组成的焊接金属的工序。
本实施方式提供的焊接接头具备母材和焊接金属。母材按质量％计含有10.5％以上的Cr。焊接金属按质量％计含有C：0.080％以下、Si：0.20～1.00％、Mn：8.00％以下、P：0.040％以下、S：0.0100％以下、Cu：2.0％以下、Cr：20.0～30.0％、Ni：7.00～12.00％、N：0.100～0.350％、O：0.02～0.14％、sol.Al：0.040％以下、以及Mo：1.00～4.00％和W：1.00～4.00％中的一种以上，剩余部分由Fe和杂质组成。焊接金属中，0.5mm以上的尺寸的气孔为5个/100mm以下。
附图说明
图1为表示通过GMA焊接来制造焊接金属时的焊接金属中的气孔的个数(个/100mm)和氧含量(％)相对于保护气体中的CO2气体的含量(体积％)的图。
图2为表示焊接金属中的氧含量(％)与-30℃的吸收能量(J)的关系的图。
图3为用于说明气孔的测定方法的焊接接头的立体图。
图4为表示从焊接接头部采集夏比冲击试验片的位置的图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行详细说明。关于化学组成的元素的％，只要没有特别说明则指的是质量％。
本发明人等在通过GMA焊接来制作不锈钢焊接接头时对焊接金属进行各种实验和详细的研究，得到以下的发现。
(A)为了得到高强度，焊接金属优选为双相不锈钢。进而，焊接金属的氮含量优选高、为0.100～0.350％。若N含量高，则焊接金属的强度提高，焊接接头可以得到优异的强度。
(B)但是，通过GMA焊接来制造焊接金属时，若焊接金属的氮含量高则进一步容易产生气孔。认为这是由于，产生于焊接金属中的氮气，冷却后也不会排出到外部，而残留于焊接金属内，从而形成气孔。因此，通过GMA焊接来形成高氮的焊接金属的情况，特别是与通常的低氮的焊接金属相比，更容易产生气孔。
(C)为了制造由上述高氮双相不锈钢形成的焊接金属，使用含有1～2体积％或35～50体积％的CO2、剩余部分由非活性气体组成的保护气体来实施GMA焊接。此时，气孔的产生得到抑制，能够得到高强度和高韧性的焊接金属。以下进行详细说明。
图1为表示通过GMA焊接来制造焊接金属时的焊接金属中的气孔的个数(个/100mm)和氧含量(％)相对于保护气体中的CO2气体的含量(体积％)的图。图1通过以下的方法得到。
准备含有各种体积率的CO2、剩余部分由作为非活性气体的Ar组成的多种保护气体。使用各保护气体实施GMA焊接，制造含有由上述化学组成的高氮双相不锈钢形成的焊接金属的焊接接头。母材使用后述的化学组成范围内的马氏体系不锈钢或双相不锈钢。
所制造的焊接接头的焊接金属内的气孔的个数通过后述的方法计数。进而，所制造的焊接金属内的氧含量通过基于JIS Z2613的气体分析方法定量，得到图1。
图1的横轴为保护气体中的CO2的含量(体积％)。图1中的“●”表示焊接金属中的气孔的个数(个/100mm)。“○”表示焊接金属中的氧含量(质量％)。
参照图1，保护气体不含有CO2、仅为Ar的情况下，气孔个数多。另一方面，保护气体中的CO2为1～2体积％时，气孔个数急剧减少，为5个/100mm以下。进而，若保护气体中的CO2的体积率增加则气孔个数再次急剧增加。但是，若CO2的体积率为10％以上，则随着CO2的体积率增加而气孔个数再次急剧减少。而CO2为35体积％以上时，气孔个数再次为5个/100mm以下。
这种现象认为是由于，保护气体中的CO2的体积率对电弧的稳定性和焊接金属的粘性有影响。具体而言，CO2为1～2体积％的情况下，电弧稳定，因此气孔的产生得到抑制。若CO2气体高于2体积％则电弧变得不稳定，因此气孔急剧增加。但是，若CO2超过10体积％，则随着CO2量的增大，而焊接金属中含有的碳(C)含量增大。因此，焊接金属中的粘性降低，熔融时生成的气泡容易释放到外部。其结果，气孔数再次减少。而若CO2为35体积％以上则气孔个数再次为5个/100mm以下。
如以上所述，若保护气体中的CO2的体积率为1～2％或35％以上，则焊接金属中的气孔数抑制得低、为5个/100mm以下。
为了得到不仅气孔数少而且韧性也优异的焊接金属，优选保护气体中的CO2的体积率为50％以下。图2为表示通过图1的试验制造的焊接接头中的焊接金属的氧含量(％)与-30℃的吸收能量(J)的关系的图。图2通过实施后述的夏比冲击试验来得到。
参照图2，随着焊接金属中的氧量升高，而焊接金属的吸收能量降低。观察断面，结果确认到延展性断面，因此认为，吸收能量的降低并非由于脆化所导致，而是起因于焊接金属中的氧。推定若焊接金属中的氧量增大，则成为破坏起点的氧化物的产生量增大，吸收能量降低。
若-30℃的吸收能量为27J以上，则焊接金属可以具有实用上充分的优异的韧性。参照图2，若焊接金属的氧含量为0.14％以下则吸收能量为27J以上。焊接金属内的氧含量依赖于GMA焊接时的保护气体中的CO2含量。参照图1的“○”，若保护气体中的CO2含量为50％以下，则所制造的焊接金属内的氧含量为0.14％以下，能够得到良好的韧性。
因此，若使用含有1～2体积％或35～50体积％的CO2、剩余部分由非活性气体组成的保护气体来实施GMA焊接，则气孔的产生得到抑制，可以制造具备高强度和高韧性的焊接金属的焊接接头。
基于以上的发现、完成了本实施方式提供的焊接接头的制造方法。以下对焊接接头的制造方法进行说明。
[制造方法]
焊接接头具备母材和焊接金属。焊接接头例如为钢管之间或钢板之间在彼此的端部焊接而成的。钢管可以为无缝钢管或焊接钢管。
本实施方式的焊接接头的制造方法具备准备母材的工序(准备工序)和对于母材实施GMA焊接的工序(焊接工序)。
[准备工序]
准备按质量％计含有10.5％以上的Cr的母材。使得Cr含量为10.5％以上是为了得到耐蚀性。优选母材为马氏体系不锈钢或双相不锈钢。
[母材为马氏体系不锈钢的情况]
母材为马氏体系不锈钢的情况下，优选母材具有以下的化学组成。
C：0.001～0.100％
碳(C)提高钢的强度。但是，若C含量过高，则焊接后的焊接热影响区的硬度过高，韧性和耐应力腐蚀裂纹性降低。因此C含量为0.001～0.100％以下。C含量的优选下限为0.002％，进一步优选为0.003％。C含量的优选上限为0.07％，进一步优选为0.05％。
Si：0.050～1.00％
硅(Si)将钢脱氧。但是，若Si含量过高则钢的韧性降低。因此，Si含量为0.050～1.00％以下。Si含量的优选下限为0.10％，进一步优选为0.15％。Si含量的优选上限为0.80％，进一步优选为0.60％。
Mn：0.10～1.50％
锰(Mn)与上述Si同样地将钢脱氧。Mn进而强化钢。但是，若Mn含量过高则耐应力腐蚀裂纹性降低。因此，Mn含量为0.10～1.50％。Mn含量的优选下限为0.13％，进一步优选为0.15％。Mn含量的优选上限为1.40％，进一步优选为1.30％。
P：0.040％以下
磷(P)为杂质。P降低热加工性或者提高焊接时的高温裂纹敏感性。因此，P含量优选少。P含量为0.040％以下。优选的P含量为0.030％以下，进一步优选为0.025％以下。
S：0.0100％以下
硫(S)为杂质。S与P同样地降低热加工性或者提高焊接时的高温裂纹敏感性。因此，S含量优选少。S含量为0.0100％以下。优选的S含量为0.0050％以下，进一步优选为0.0020％以下。
Ni：0.50～10.00％
Cu：0.01～2.00％
镍(Ni)和铜(Cu)都提高母材的韧性和湿润二氧化碳环境下的耐蚀性。但是，若这些元素含量过高，则这种效果饱和，制造成本升高。因此，Ni为0.50～10.00％、Cu为0.01～2.00％为宜。Ni含量的优选下限为1.00％，进一步优选为2.00％。Ni含量的优选上限为9.50％，进一步优选为9.00％。Cu含量的优选下限为0.013％，进一步优选为0.015％。Cu含量的优选上限为1.95％，进一步优选为1.90％。
Cr：10.50～14.00％
铬(Cr)提高二氧化碳环境下的钢的耐蚀性。另一方面，若Cr含量过高则难以调整钢的强度。因此，Cr含量为10.50～14.00％。Cr含量的优选下限为11.00％，进一步优选为11.50％。Cr含量的优选上限为13.80％，进一步优选为13.50％。
Mo：0.10～4.00％
W：0.20～6.00％
钼(Mo)、钨(W)提高湿润二氧化碳环境下的钢的耐蚀性和耐应力腐蚀裂纹性。但是，若这些元素含量过高，则上述效果饱和，制造成本升高。因此，Mo含量为0.10～4.00％、W含量为0.20～6.00％。Mo含量的优选下限为0.30％，进一步优选为0.50％。Mo含量的优选上限为3.80％，进一步优选为3.50％。W含量的优选下限为0.30％，进一步优选为0.50％。W含量的优选上限为5.50％，进一步优选为5.00％。母材含有Mo和W中的一种以上。
sol.Al：0.040％以下
铝(Al)与Si同样地将钢脱氧。但是，若Al含量过高，则形成氮化铝(AlN)，钢的韧性和耐蚀性降低。因此，sol.Al含量为0.040％以下。sol.Al含量的优选下限为0.003％，进一步优选为0.005％。sol.Al含量的优选上限为0.035％，进一步优选为0.030％。
N：0.1％以下
母材为马氏体系不锈钢的情况下，氮(N)为杂质。N降低钢的韧性。因此，N含量优选低。N含量为0.1％以下。
母材的剩余部分由Fe和杂质组成。在此所称的杂质指的是由于用作钢的原料的矿石、废料、或制造工序的各种因素而混入的元素。
[母材为双相不锈钢的情况]
母材为双相不锈钢的情况下，优选母材具有以下的化学组成。
C：0.03％以下
碳(C)使奥氏体稳定化。但是，若C含量过高，则容易析出碳化物，耐蚀性降低。因此，C含量为0.03％以下。C含量的优选上限为0.025％，进一步优选为0.02％。
Si：0.20～1.00％
硅(Si)抑制焊接时的熔融金属的流动性的降低，抑制焊接缺陷的生成。但是，若Si含量过高则容易生成以sigma相(σ相)为代表的金属间化合物。因此，Si含量为0.20～1.00％。Si含量的优选下限为0.25％，进一步优选为0.30％。Si含量的优选上限为0.80％，进一步优选为0.60％。
Mn：8.00％以下
锰(Mn)为必须元素。Mn将钢脱硫以及脱氧，提高钢的热加工性。Mn进而提高氮(N)的溶解度。但是，若Mn含量过高则耐蚀性降低。因此，Mn含量为8.00％以下。Mn含量的优选下限为0.03％，进一步优选为0.05％。Mn含量的优选上限为7.50％，进一步优选为5.00％。
P：0.040％以下
磷(P)为杂质。P降低钢的耐蚀性和韧性。因此，P含量优选低。P含量为0.040％以下。优选的P含量为0.030％以下，进一步优选为0.025％以下。
S：0.0100％以下
硫(S)为杂质。S降低钢的热加工性。S进而形成硫化物。硫化物由于成为点腐蚀的产生起点，因此降低钢的耐点腐蚀性。因此，S含量优选低。S含量为0.0100％以下。优选的S含量为0.0050％以下，进一步优选为0.0020％以下。
Cu：0.20～4.00％
铜(Cu)在高温氯化物环境下强化钝态覆膜，提高包括耐SCC性在内的耐蚀性。Cu进而在大线能量焊接时在母材中极微细地析出，抑制铁素体/奥氏体相边界的σ相的析出。但是，若Cu含量过高则钢的热加工性降低。因此，Cu含量为0.20～4.00％。Cu含量的优选下限为0.23％，进一步优选为0.25％。Cu含量的优选上限为3.50％，进一步优选为3.00％。
Ni：4.00～8.00％
镍(Ni)使奥氏体稳定化。Ni进而提高钢的韧性、提高钢的包括耐SCC性在内的耐蚀性。但是，若Ni含量过高则容易生成以σ相为代表的金属间化合物。因此，Ni含量为4.00～8.00％。Ni含量的优选下限为4.50％，进一步优选为5.00％。Ni含量的优选上限为7.80％，进一步优选为7.50％。
Cr：20.0～30.0％
铬(Cr)提高钢的耐蚀性，特别是在高温氯化物环境下提高钢的耐SCC性。但是，若Cr含量过高则生成以σ相为代表的金属间化合物。因此，钢的焊接性降低，热加工性降低。因此，Cr含量为20.0～30.0％。Cr含量的优选下限为21.0％，进一步优选为22.0％。Cr含量的优选上限为29.0％，进一步优选为28.0％。
Mo：0.50～4.00％
W：0.01～4.00％
钼(Mo)、钨(W)提高母材的湿润二氧化碳环境下的耐蚀性和耐应力腐蚀裂纹性。但是，若Mo含量过高则生成以σ相为代表的金属间化合物。因此，钢的焊接性降低，热加工性降低。因此，Mo含量为0.50～4.00％。若W含量过高，则其效果饱和，制造成本升高。因此，W含量为0.01～4.00％为宜。需要说明的是，这些元素可以单独添加任意一种或复合添加两种以上。
N：0.100～0.350％
氮(N)为强力的奥氏体形成元素，提高钢的热稳定性和耐蚀性。作为双相不锈钢的母材含有作为铁素体形成元素的Cr和Mo。若考虑到母材内的铁素体量与奥氏体量的平衡，则N含量为0.100％以上。但是，若N含量过高则产生作为焊接缺陷的气孔。若N含量过高则进而在焊接时容易生成氮化物，钢的韧性和耐蚀性降低。因此，N含量为0.100～0.350％。N含量的优选下限为0.130％，进一步优选为0.160％。N含量的优选上限为0.340％，进一步优选为0.330％。
sol.Al：0.040％以下
铝(Al)为必须元素。Al将钢脱氧。另一方面，若含有过量的Al，则形成氮化铝(AlN)，降低钢的韧性和耐蚀性。因此，sol.Al含量为0.040％以下。sol.Al含量的优选下限为0.003％，进一步优选为0.005％。sol.Al含量的优选上限为0.035％，进一步优选为0.030％。
母材的剩余部分由Fe和杂质组成。
[母材为双相不锈钢时的选择元素]
作为双相不锈钢的母材，可以含有选自以下的第一组～第三组中的至少一组的一种或两种以上的元素来替代Fe。换而言之，第一组～第三组的元素为根据需要可以含有的选择元素。
第一组：V：1.50％以下
第二组：Ca：0.0200％以下、Mg：0.0200％以下和B：0.0200％以下
第三组：稀土元素(REM)：0.2000％以下
以下对这些选择元素进行详细说明。
[第一组]
V：1.50％以下
钒(V)为选择元素。V提高钢的耐蚀性，特别是提高酸性环境下的耐蚀性。更具体而言，若V与Mo和Cu一起含有则钢的耐裂隙腐蚀性提高。若含有少量的V则能够得到上述效果。但是，若V含量过高，则钢中的铁素体量过度增加，钢的耐蚀性降低。因此，V含量为1.50％以下。V含量的优选上限为1.30％。V含量的优选下限为0.05％以上。
[第二组]
Ca：0.0200％以下
Mg：0.0200％以下
B：0.0200％以下
钙(Ca)、镁(Mg)和硼(B)都为选择元素。Ca、Mg和B都固定钢中的S和O(氧)，都提高钢的热加工性。母材的S含量少。因此，即使不含有Ca、Mg和B，钢的热加工性也高。但是，例如通过斜轧法制造无缝钢管的情况下，有时要求进一步高的热加工性。若含有选自由Ca、Mg和B组成的组中的一种或两种以上则能够得到进一步高的热加工性。若含有少量的这些元素中的任意一种则能够得到上述效果。
但是，若这些元素含量过高则非金属夹杂物(Ca、Mg和B的氧化物及硫化物等)增加。非金属夹杂物成为点腐蚀的起点，因此钢的耐蚀性降低。因此，Ca含量为0.0200％以下、Mg含量为0.0200％以下、B含量为0.0200％以下。
优选Ca、Mg和B中的至少一种的含量或两种以上的总含量为S(质量％)+1/2×O(质量％)以上。此时，能够特别有效地得到上述效果。
含有Ca、Mg和B中的两种以上的情况下，这些元素的优选总含量为0.04％以下。含有Ca、Mg和B全部的情况下，这些元素的优选总含量为0.06％以下。
[第三组]
稀土元素(REM)：0.2000％以下
稀土元素(REM)为选择元素。REM与Ca、Mg和B同样地固定钢中的S和O(氧)，提高钢的热加工性。但是，REM含量过高的情况下，非金属夹杂物(稀土元素的氧化物及硫化物等)增加，钢的耐蚀性降低。因此，REM含量为0.2000％以下。为了显著地得到上述效果，REM含量优选为S(质量％)+1/2×O(质量％)以上。但是，若含有少量的REM则能够得到某种程度的上述效果。
REM指的是包括镧系元素的15种元素、和Y及Sc在内的总称。含有这些元素中的一种或两种以上。REM含量指的是上述中的一种或两种以上元素的总含量。
[焊接工序]
准备上述母材后，对于母材实施GMA焊接，形成焊接金属。
准备化学组成得到调整的焊接材料以得到后述的焊接金属的化学组成。焊接材料例如为焊丝。
使用所准备的焊接材料，实施GMA焊接。首先准备GMA焊接机。GMA焊接机具备进给装置和焊炬。进给装置将保护气体和焊接材料供给到焊炬。焊炬在焊接材料(焊丝)与母材之间产生电弧。此时，焊接材料熔融，形成焊接金属。
GMA焊接中利用的保护气体含有1～2体积％或35～50体积％的CO2气体、剩余部分由非活性气体组成。非活性气体例如为Ar。保护气体除了上述组成之外还可以含有杂质。通过使用这种组成的保护气体，如上所述气孔得到抑制，能够形成具备优异的强度和韧性的熔融金属。
通过以上的工序，制造具备母材和焊接金属的焊接接头。通过焊接工序形成的焊接金属为双相不锈钢，具有以下的化学组成。
C：0.080％以下
碳(C)使焊接金属中的奥氏体稳定化。另一方面，若C含量过高，则容易析出碳化物，耐蚀性降低。因此，C含量为0.080％以下。C含量的优选上限为0.075％，进一步优选为0.070％。
Si：0.20～1.00％
硅(Si)在焊接时将焊接金属脱氧。Si进而提高焊接金属的强度。另一方面，若Si含量过高则焊接金属的韧性降低。因此，Si含量为0.20～1.00％。Si含量的优选下限为0.25％，进一步优选为0.30％。Si含量的优选上限为0.80％，进一步优选为0.60％。
Mn：8.00％以下
锰(Mn)为必须元素。Mn在焊接时将熔融金属脱氧。Mn进而提高焊接金属的强度。另一方面，若Mn含量过高则焊接金属的耐蚀性降低。因此，Mn含量为8.00％以下。Mn含量的优选下限为0.25％，进一步优选为0.50％。Mn含量的优选上限为7.00％，进一步优选为6.00％。
P：0.040％以下
磷(P)为杂质。P降低焊接金属的韧性、提高焊接金属的高温裂纹敏感性。因此，P含量优选少。P含量为0.040％以下。优选的P含量为0.030％以下，进一步优选为0.020％以下。
S：0.0100％以下
硫(S)为杂质。S降低焊接金属的延展性和耐蚀性，提高焊接金属的高温裂纹敏感性。因此，S含量优选少。S含量为0.0100％以下。优选的S含量为0.005％以下，进一步优选为0.002％以下。
Cu：2.0％以下
铜(Cu)为必须元素。Cu在高温氯化物环境下强化钝态覆膜，提高包括耐SCC性在内的耐蚀性。另一方面，若Cu含量过高则焊接金属的高温裂纹敏感性提高。因此，Cu含量为2.0％以下。优选的Cu含量不足2.0％。Cu含量的优选下限为0.1％，进一步优选为0.15％。Cu含量的优选上限为1.0％，进一步优选为0.8％。
Ni：7.00～12.00％
镍(Ni)使焊接金属中的奥氏体稳定化，提高焊接金属的韧性。另一方面，若Ni含量过高，则焊接金属中的铁素体量过度降低，难以得到双相不锈钢的基本的机械特性。若Ni含量过高则进一步容易析出σ相。因此，Ni含量为7.00～12.00％。Ni含量的优选下限为8.00％，进一步优选Ni含量高于8.00％。Ni含量的优选上限为11.00％，进一步优选为10.00％。
Cr：20.0～30.0％
铬(Cr)提高焊接金属的耐蚀性，特别是在高温氯化物环境下提高焊接金属的耐SCC性。另一方面，若Cr含量过高则容易析出σ相。因此，Cr含量为20.0～30.0％。Cr含量的优选下限为21.0％。Cr含量的优选上限为29.0％，进一步优选为28.0％。
Mo：1.00～4.00％
W：1.00～4.00％
钼(Mo)和钨(W)提高母材的湿润二氧化碳环境下的耐蚀性和耐应力腐蚀裂纹性。另一方面，若Mo含量过高则焊接金属容易析出sigma相(σ相)。因此，Mo含量为1.00～4.00％。若W含量过高则其效果饱和，更多的含有W仅导致成本升高。因此，W含量为1.00～4.00％。本实施方式提供的焊接金属含有Mo和W中的至少一种以上。
N：0.100～0.350％
氮(N)通过固溶强化来提高钢的强度。N进而为强力的奥氏体形成元素，提高焊接金属的耐蚀性。另一方面，若N含量过高则产生作为焊接缺陷的气孔。因此，N含量为0.100～0.350％。N含量的优选上限为0.300％，进一步优选为0.250％。
sol.Al：0.040％以下
铝(Al)为必须元素。Al在焊接时将熔融金属脱氧。另一方面，若sol.Al含量过高，则Al形成粗大的氧化物系的夹杂物，降低焊接金属的韧性。因此，sol.Al含量为0.040％以下。sol.Al含量的优选下限为0.003％，进一步优选为0.005％。sol.Al含量的优选上限为0.035％，进一步优选为0.030％。
O(氧)：0.02～0.14％
O(氧)为杂质。O形成氧化系夹杂物，降低焊接金属的韧性。因此，O含量优选尽可能少。
但是，与GTA焊接不同，GMA焊接中，保护气体中不含有氧成分的情况下，电弧不稳定，得不到良好的焊接金属。本实施方式中，由于实施GMA焊接，因此焊接金属中含有0.02％以上的氧。
本实施方式的焊接金属的剩余部分由Fe和杂质组成。
[强度、韧性和气孔数]
通过上述制造方法制造的焊接金属具有700MPa以上的拉伸强度、-30℃的吸收能量为27J以上。进而，在焊接金属中，0.5mm以上的尺寸的气孔为5个/100mm以下。
气孔的测定方法如下所述。参照图3，在焊接接头10的焊接金属30的轴向Y(长度方向、换而言之焊接金属的延长方向)选择100mm范围的区域(换而言之，区域面积在轴向为100mm×焊接金属宽度W30(mm))。对于所选择的区域，基于JIS Z3104实施辐射线透过试验得到透过图像。所得到的透过图像中，对0.5mm以上尺寸的气孔个数进行计数。在此，“0.5mm以上的气孔”指的是透过图像中的各气孔中最大直径(长径)为0.5mm以上的气孔。
优选母材的厚度(板厚或壁厚)为5～50mm。处于该厚度范围内时，特别是通过上述制造方法，可以将焊接金属中的气孔数抑制得低。
本实施方式的焊接金属的制造方法中，如上所述，使用含有特定含量的CO2气体和非活性气体的保护气体，实施GMA焊接。由此，所制造的焊接接头的焊接金属中的气孔数得到抑制，能够得到优异的强度和韧性。
实施例
准备具有表1所示化学组成、厚度为10～30mm的多种母材(钢板)。
母材编号1～3的母材为双相不锈钢。双相不锈钢为石油相关用途的油井管、管线管中使用的所谓超级双相不锈钢和双相不锈钢(相当于JISSUS329J2L)。母材编号4和5为马氏体系不锈钢，为石油相关用途中使用的13Cr钢。各母材的化学组成都处于上述优选的化学组成的范围内。
在各母材编号的母材设置坡口，在表2所示的焊接条件下实施GMA焊接，得到具备表3所示化学组成的焊接金属的各接头编号的焊接接头。焊丝都为外径1.2mm的线材。改变各种焊接条件，线能量设定为8kJ/cm。
[表2]
使用所制造的各接头编号的焊接接头，实施以下的评价试验。
[气孔测定试验]
焊接后，对于各接头编号的焊接接头的焊接金属，实施上述辐射线透过试验，对气孔的个数(个/100mm)进行计数。
[夏比冲击试验]
各焊接接头的焊接金属的韧性用以下的方法评价。由焊接接头采集图4所示的夏比冲击试验片(V缺口试验片)。如图4所示，试验片的V缺口20位于焊接接头10的焊接金属30的中央部。V缺口试验片，其宽度为10mm、厚度为10mm、长度为55mm、缺口深度为2mm。
使用V缺口试验片，基于JIS Z2242，在-30℃下实施夏比冲击试验，求出吸收能量。
[拉伸试验]
由各焊接接头采集JIS Z2201中规定的5号试验片。试验片的长度方向为与焊接进行方向正交的方向。另外，在试验片的平行部的中央存在焊接金属，在其两侧依次存在焊接热影响区和母材。室温(25℃)下实施拉伸试验，得到拉伸强度(MPa)。
[σ相的面积率测定试验]
对各焊接接头的断面进行镜面研磨、蚀刻。蚀刻后，使用500倍的光学显微镜，对经过蚀刻的断面中焊接金属进行图像分析。图像分析中利用的焊接金属的面积，每一个视野为40000μm2。对于四个视野实施图像分析。通过图像分析，求出各视野的焊接金属内的σ相的面积率(％)。将四个视野的σ相的面积率的平均定义为各接头编号的σ相的面积率(％)。σ相的面积率为0.5％以上时，判断σ相析出。σ相的面积率不足0.5％时，判断σ相未析出。
[高温裂纹试验]
由各焊接接头采集与焊接线正交的断面显微组织观察用试验片。对所采集的试验片的表面进行镜面研磨、蚀刻。对于经过蚀刻的试验片的表面使用500倍的光学显微镜进行观察。接着肉眼判断焊接金属内是否产生高温裂纹。
[试验结果]
表4示出上述评价试验的结果。
[表4]
参照表4，接头编号1-1～1-5、2-1～2-4、3-1～3-2、4-1～4-2及5-1中，保护气体的组成是合适的。因此，如表3所示，这些接头编号的焊接金属的化学组成是合适的。进而，气孔数为5个/100mm以下。进而，拉伸强度为700MPa以上，-30℃下的吸收能量为27J以上。进而，没有观察到σ相、高温裂纹。
另一方面，接头编号1-6中，焊接金属中的Cu含量高。因此，观察到高温裂纹。进而，保护气体中的CO2含量不合适。因此，气孔数超过5个/100mm。
接头编号1-7中，焊接金属的化学组成合适。但是，保护气体中的CO2含量不合适。因此，气孔数超过5个/100mm。
接头编号1-8中，焊接金属中的Cu含量高。因此，观察到高温裂纹。进而，Ni含量低。因此吸收能量低。
接头编号2-5中，焊接金属中的Ni含量高。因此，吸收能量低，观察到σ相。进而，保护气体中的CO2含量不合适。因此，气孔数超过5个/100mm。
接头编号2-6中，保护气体中不含有CO2。因此，气孔数超过5个/100mm。需要说明的是，接头编号2-6的焊接金属中的氧含量低。
接头编号3-3中，Ni含量低。因此，吸收能量低。进而，保护气体中的CO2含量不合适。因此，气孔数超过5个/100mm。
接头编号3-4中，Cu含量高。因此，观察到高温裂纹。进而，保护气体中的CO2含量过高。因此，焊接金属中的氧含量高、吸收能量低。
接头编号4-3中，焊接金属的化学组成合适，但是保护气体中的CO2含量不合适。因此，气孔数超过5个/100mm。
接头编号4-4中，Mo含量高。因此，观察到σ相。进而，吸收能量低。由于生成σ相，因此认为韧性低。
接头编号4-5中，焊接金属的化学组成合适，但是保护气体中的CO2含量不合适。因此，气孔数超过5个/100mm。
接头编号5-2中，Cr含量高。因此，观察到σ相。进而，吸收能量低。由于生成σ相，因此认为韧性低。
接头编号5-3中，保护气体中的CO2含量过高。因此，焊接金属中的氧含量高、吸收能量低。
接头编号5-4中，焊接金属的Ni含量高、N含量低。因此，接头编号5-4的焊接金属并非双相不锈钢，而是奥氏体系不锈钢。接头编号5-4中，N含量低，因此气孔得到抑制，但是拉伸强度低、不足700MPa。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但是上述实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因而，本发明不被上述实施方式限定，在不脱离其宗旨的范围内能够将上述实施方式适当变形来实施。

Claims (9)

1.一种焊接接头的制造方法，其具备下述工序：准备按质量％计含有10.5％以上的Cr的母材的工序；和
对于所述母材，使用含有1～2体积％或35～50体积％的CO2、剩余部分由非活性气体组成的保护气体，实施气体保护金属极电弧焊，形成按质量％计含有C：0.080％以下、Si：0.20～1.00％、Mn：8.00％以下、P：0.040％以下、S：0.0100％以下、Cu：2.0％以下、Cr：20.0～30.0％、Ni：7.00～12.00％、N：0.100～0.350％、O(氧)：0.02～0.14％、sol.Al即酸可溶Al：0.040％以下、以及Mo：1.00～4.00％和W：1.00～4.00％中的一种以上，剩余部分由Fe和杂质组成的焊接金属的工序。
2.一种焊接接头，其具备：按质量％计含有10.5％以上的Cr的母材；和
按质量％计含有C：0.080％以下、Si：0.20～1.00％、Mn：8.00％以下、P：0.040％以下、S：0.0100％以下、Cu：2.0％以下、Cr：20.0～30.0％、Ni：7.00～12.00％、N：0.100～0.350％、O(氧)：0.02～0.14％、sol.Al即酸可溶Al：0.040％以下、以及Mo：1.00～4.00％和W：1.00～4.00％中的一种以上，剩余部分由Fe和杂质组成的焊接金属，
所述焊接金属中，0.5mm以上尺寸的气孔为5个/100mm以下。
3.根据权利要求2所述的焊接接头，其中，所述焊接金属通过气体保护金属极电弧焊形成。
4.根据权利要求3所述的焊接接头，其中，所述气体保护金属极电弧焊中，利用含有1～2体积％或35～50体积％的CO2、剩余部分由非活性气体组成的保护气体。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的焊接接头，其中，所述母材为按质量％计含有C：0.001～0.100％、Si：0.050～1.00％、Mn：0.10～1.50％、P：0.040％以下、S：0.0100％以下、Cu：0.01～2.00％、Cr：10.50～14.00％、Ni：0.50～10.00％、N：0.1％以下、sol.Al即酸可溶Al：0.040％以下、以及Mo：0.10～4.00％和W：0.20～6.00％中的一种以上，剩余部分由Fe和杂质组成的马氏体系不锈钢。
6.根据权利要求2～4中任一项所述的焊接接头，其中，所述母材为按质量％计含有C：0.03％以下、Si：0.20～1.00％、Mn：8.00％以下、P：0.040％以下、S：0.0100％以下、Cu：0.20～4.00％、Cr：20.0～30.0％、Ni：4.00～8.00％、N：0.100～0.350％、sol.Al即酸可溶Al：0.040％以下、以及Mo：0.50～4.00％和W：0.01～4.00％中的一种以上，剩余部分由Fe和杂质组成的双相不锈钢。
7.根据权利要求6所述的焊接接头，其中，所述母材还含有V：1.50％以下来替代所述Fe的一部分。
8.根据权利要求6或7所述的焊接接头，其中，所述母材还含有选自由Ca：0.0200％以下、Mg：0.0200％以下和B：0.0200％以下组成的组中的一种或两种以上来替代所述Fe的一部分。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的焊接接头，其中，所述母材还含有稀土元素REM：0.2000％以下来替代所述Fe的一部分。
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