CN110446582B - 埋弧焊用Ni基合金丝以及焊接接头的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一技术方案涉及的埋弧焊用Ni基合金丝，化学组成以质量％计为C：0.001～0.060％、Si：0.01～3.00％、Mn：0.01～6.00％、Mo：15.0～25.0％、W：2.5～10.0％、Ta：0.002～0.100％、Ni：65.0～82.4％、Al：0～2.00％、Ti：0～2.00％、Cu：0～1.0％、P：0～0.0200％、S：0～0.0200％、N：0～0.1000％、O：0～0.0100％、Fe：0～10.0000％、Co：0～0.1000％、Cr：0～1.0000％、V：0～0.1000％、Nb：0～0.1000％、B：0～0.0100％、Bi：0～0.0100％、Ca：0～0.0200％、REM：0～0.0300％、Zr：0～0.1000％、以及余量：杂质，X值为0.010～0.180％。

Description

埋弧焊用Ni基合金丝以及焊接接头的制造方法
技术领域
本发明涉及埋弧焊用Ni基合金丝以及焊接接头的制造方法。
背景技术
从近年来地球环境问题的观点出发，作为清洁能源对液化天然气(以下称为LNG)的需求有不断增加的倾向。作为LNG储存罐的内槽材料，应用铁素体系的极低温材料，例如6～7％Ni钢、9％Ni钢等。
近年来，随着LNG储存罐的大型化，设计应力高强度化。埋弧焊(Submerged ArcWelding：SAW)能够以高效率得到高品质的焊接接头，因此常使用于低温用钢的焊接。对于除了下向焊接和水平角焊接等以外，还能够应用于横向姿势焊接的埋弧焊用焊剂进行着开发，该焊剂适用于低温液体用储存罐的建造等。
作为5.5％Ni钢、6～7％Ni钢和9％Ni钢等低温用钢的焊接部，在焊接状态(即、对于进行了焊接之后的焊接部，没有通过热处理和喷丸等赋予材质的变化的状态)下需求低温韧性，因此应用Ni含量比母材更多的Ni基合金丝。现场施工中，下向姿势和水平角焊接等采用埋弧焊方法，立向姿势焊接采用被覆弧焊和TIG焊接方法等。最近，进行着高效率且焊接操作性优异的气体保护弧焊用药芯焊丝的开发。但是，使用这样的气体保护弧焊用药芯焊丝进行的焊接中，无法充分确保耐开裂性。因此，在对接接头的焊接中，采用被覆弧焊方法是当前的主流。
但是，被覆弧焊方法的焊接效率低，具有现场施工的工期方面的课题。
作为用于解决该课题的技术，专利文献1提出了在作为低温液体用储存罐的建造材料等所使用的5.5％Ni钢、6～7％Ni钢、9％Ni钢等的焊接中，除了以往的下向、水平角和横向姿势焊接以外，还能够进行立向姿势焊接的低温用钢的埋弧焊用焊剂及其焊接方法。
另外，专利文献2提出了在对作为低温液体用储存罐的建造材料等所使用的5.5％Ni钢、6～7％Ni钢、9％Ni钢等进行埋弧焊时，能够实现下向焊接、水平角焊接、横向和立向姿势焊接，并且可得到拉伸强度和韧性高、延展性优异、没有气孔和开裂缺陷的高品质的焊接接头的低温用钢的埋弧焊方法。
但是，通过专利文献1和2记载的技术能够确保的焊接金属的韧性也并不充分。另外，作为需求高的可靠性的LNG储藏罐的内槽材料，抑制高温开裂是极其重要的。高温开裂是指焊接金属和热影响部(HAZ)在高温度区域发生的开裂。但是，根据上述的技术无法充分抑制高温开裂。特别是9％Ni钢等，开发着比以往的强度等级(屈服强度：590MPa以上，拉伸强度：690～830MPa)更高的强度的钢材(例如屈服强度：620MPa以上，拉伸强度：750～880MPa)。但是，伴随着高强度化会发生韧性的降低、耐高温开裂性的降低，作为焊接材料，也只是屈服强度为400MPa以上、拉伸强度为690MPa以上的以往的焊接材料。并不存在这样的高强度钢用的可得到高强度(例如屈服强度：435MPa以上，拉伸强度：720MPa以上)、高韧性(例如vE-196：34J以上)和优异的耐高温开裂性等的埋弧焊材料。再者，众所周知9％Ni钢等的焊接材料的屈服强度(0.2％耐力)低于钢板的屈服强度。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2009-39761号公报
专利文献2：日本特开2011-56562号公报
发明内容
本发明的课题是提供能够应用于下向焊接、水平角焊接和横向姿势焊接，并且可得到拉伸强度和韧性高、延展性优异、气孔和高温开裂的产生得到了抑制的高品质的焊接接头的埋弧焊用Ni基合金丝以及焊接接头的制造方法。
本发明的主旨如下所述。
(1)本发明的一技术方案涉及的埋弧焊用Ni基合金丝，化学组成以质量％计为C：0.001～0.060％、Si：0.01～3.00％、Mn：0.01～6.00％、Mo：15.0～25.0％、W：2.5～10.0％、Ta：0.002～0.100％、Ni：65.0～82.4％、Al：0～2.00％、Ti：0～2.00％、Cu：0～1.0％、P：0.0200％以下、S：0.0200％以下、N：0～0.1000％、O：0～0.0100％、Fe：0～10.0000％、Co：0～0.1000％、Cr：0～1.0000％、V：0～0.1000％、Nb：0～0.1000％、B：0～0.0100％、Bi：0～0.0100％、Ca：0～0.0200％、REM：0～0.0300％、Zr：0～0.1000％、以及余量：杂质，由下述式1定义的X值为0.010～0.180％。
式1：X＝[Ta]+10×[REM]
所述式1中记载的符号是对应物质的以质量％计的含量。
(2)上述(1)记载的埋弧焊用Ni基合金丝，所述X值可以为0.020～0.150％。
(3)上述(1)或(2)记载的埋弧焊用Ni基合金丝，Al含量和Ti含量的合计值以质量％计可以为0.01～4.00％。
(4)上述(1)～(3)的任一项记载的埋弧焊用Ni基合金丝，直径可以为1.2～6.4mm。
(5)本发明的另一技术方案涉及的焊接接头的制造方法，具备使用上述(1)～(4)的任一项记载的Ni基合金丝和烧成型焊剂对钢进行埋弧焊的工序。
根据本发明，能够提供可应用于下向焊接、水平角焊接和横向姿势焊接，并且可得到拉伸强度和韧性高、延展性优异、气孔和开裂缺陷的产生得到了抑制的高品质的焊接接头的埋弧焊用Ni基合金丝以及焊接接头的制造方法。
附图说明
图1是表示埋弧焊用Ni基合金丝的X值与焊接金属的拉伸强度之间的关系的图表。
图2是表示埋弧焊用Ni基合金丝的X值与焊接金属的低温韧性之间的关系的图表。
具体实施方式
本发明人对于可得到具有高的拉伸强度和高的韧性这两者的焊接金属，并且能够提高耐高温开裂性的丝成分进行了研究。其结果，本发明人发现通过使丝含有Ta，能够使金属间化合物生成于焊接金属，通过该金属间化合物发生的析出强化，实现焊接金属的进一步的强度提高。另外，本发明人发现通过Ta在焊接中形成碳氮化物，会使焊接金属的耐高温开裂性提高。此外，本发明人还发现通过使基于Ta和REM而算出的X值在预定范围内，能够进一步提高强度和耐高温开裂性这两者。
以下，对于根据以上的见解而得到的本发明的一技术方案涉及的埋弧焊用Ni基合金丝的成分进行说明。只要没有特别说明，与丝的成分相关的单位“％”就是指质量％。
(C：0.001～0.060％)
C用于提高焊接金属的拉伸强度。另外，C与电弧中的氧反应而成为CO2气体，具有降低焊接金属的氧量的效果。在C含量小于0.001％的情况下，无法充分得到这些效果，会导致焊接金属的拉伸强度不足。另一方面，在C含量大于0.060％的情况下，焊接金属的韧性会明显变差。因此，将C含量设为0.001～0.060％。C含量的优选下限值为0.006％、0.011％或0.016％。另外，C含量的优选上限值为0.054％、0.049％或0.044％。
(Si：0.01～3.00％)
Si用于提高焊接金属的强度，并且通过降低焊接金属的氧量，还能够提高焊接金属的韧性。如果Si含量小于0.01％，则得不到这些效果。另一方面，Si会使焊接金属的凝固温度范围增加，促进P和S等低熔点夹杂物的生成从而容易导致高温开裂，在Si含量大于3.00％的情况下，容易发生高温开裂。因此，将Si含量设为0.01～3.00％。Si含量的优选下限值为0.03％、0.08％或0.13％。另外，Si含量的优选上限值为2.50％、2.00％、1.30％或0.90％。
(Mn：0.01～6.00％)
Mn通过形成MnS来固定S，提高焊接金属的耐开裂性。在Mn含量小于0.01％的情况下，无法充分得到这些效果，焊接金属的耐开裂性不充分。另一方面，在Mn含量大于6.00％的情况下，焊接金属会产生大量的Mn氧化物。该Mn氧化物在焊接金属受到弯曲应力时会成为破坏起点，从而会使焊接金属的弯曲延展性劣化。因此，Mn含量设为0.01～6.00％。Mn含量的优选下限值为0.10％、0.20％、0.30％或0.40％。另外，Mn含量的优选上限值为5.00％、4.00％、3.00％或2.50％。
(Mo：15.0～25.0％)
Mo固溶于焊接金属，提高焊接金属的拉伸强度。在Mo含量小于15.0％的情况下，无法充分得到这些效果，焊接金属的拉伸强度不足。另一方面，在Mo含量大于25.0％的情况下，焊接金属的伸展不足。因此，Mo含量设为15.0～25.0％。Mo含量的优选下限值为16.0％、17.0％、17.5％或18.0％。另外，Mo含量的优选上限值为23.0％、21.0％、20.0％或19.0％。
(W：2.5～10.0％)
W固溶于焊接金属，提高焊接金属的拉伸强度。在W含量小于2.5％的情况下，无法充分得到这些效果，焊接金属的拉伸强度不足。另一方面，在W含量大于10.0％的情况下，焊接金属的伸展不足。因此，W含量设为2.5～10.0％。W含量的优选下限值为3.0％、3.4％、3.8％或4.2％。另外，W含量的优选上限值为9.0％、8.0％、7.0％或6.0％。
(Ta：0.002～0.100％)
Ta在本实施方式涉及的丝中是非常重要的元素。丝所含的Ta在焊接金属中生成Ni-Mo-Ta系化合物和Ni-W-Ta系化合物等，这些化合物通过析出强化而使焊接金属的拉伸强度提高。另外，Ta会形成高熔点的碳氮化物，从而降低高温开裂敏感性。为得到该效果，需要将Ta含量设为0.002％以上。另一方面，在Ta含量大于0.100％的情况下，韧性劣化。另外，该情况下，还会由于高强度化使弯曲延展性劣化。因此，Ta含量设为0.002～0.100％。Ta含量的优选下限值为0.004％、0.008％、0.013％、0.018％或0.022％。另外，Ta含量的优选上限值为0.080％、0.070％、0.060％或0.050％。
(Ni：65.0～82.4％)
Ni是焊接金属的主元素，是为了使焊接金属的组织成为奥氏体组织，确保低温(例如-196℃)下的焊接金属的拉伸强度和韧性所必需的元素。考虑到母材(被焊接材料)的稀释，丝的Ni含量需要设为65.0％以上。对于Ni含量的上限值不特别限定，但考虑到丝所含的其它合金元素的量，Ni含量的实质的上限值约为82.4％。Ni是昂贵的元素，因此通过减少Ni含量，能够降低材料成本。Ni含量的优选下限值为65.0％、66.0％、67.5％或69.0％。Ni含量的优选上限值为79.0％、76.0％、74.0％或71.0％。
本实施方式涉及的丝，除了上述的必需元素以外，还可以任意包含选自以下说明的元素之中的一种以上。但由于即使不含任意元素，本实施方式涉及的丝也能够解决其课题，因此各任意元素的下限值为0％。
(Al：0～2.00％)
(Ti：0～2.00％)
Al和Ti具有脱酸作用和脱氮作用，提高焊接金属的韧性和耐气孔性。因此，本实施方式涉及的丝可以含有Al和Ti中的一者或两者。另一方面，在Al含量大于2.00％和/或Ti含量大于2.00％的情况下，焊接金属会产生大量的Al氮化物和/或Ti氮化物，在焊接金属受到弯曲应力时这些氮化物会成为破坏起点，从而使焊接金属的弯曲延展性和低温韧性劣化。因此，Al含量设为0～2.00％，Ti含量设为0～2.00％。不必须含有Al，其下限为0％。Al含量的优选下限值为0.01％、0.04％、0.08％或0.12％。另外，Al含量的优选上限值为1.50％、1.20％、0.90％或0.60％。不必须含有Ti，其下限为0％。Ti含量的优选下限值为0.03％、0.06％、0.09％或0.12％。另外，Ti含量的优选上限值为1.50％、1.20％、0.90％或0.60％。
在Al和Ti共存的情况、将Al和Ti组合的情况下，氧化物会凝集，焊接金属中的氧化物更容易悬浮，从而使焊接金属的韧性提高。因此，优选将Al含量和Ti含量的合计值设为0.01％以上。可以将Al含量和Ti含量的合计值的下限设为0.05％、0.10％或0.15％，可以将其上限设为4.00％、3.00％、2.00％、1.50％或1.20％。
(Cu：0～1.0％)
Cu镀敷于丝的表面的情况下，会使丝的导电率提高，使焊接电流稳定化。因此，本实施方式涉及的丝可以含有Cu。另一方面，在Cu含量大于1.0％的情况下，焊接金属的低温韧性劣化。因此，Cu含量设为0～1.0％。不必须含有Cu，其下限为0％。Cu含量的优选下限值为0.05％、0.1％或0.2％。Cu含量的优选上限值为0.6％、0.4％或0.3％。
(P：0.0200％以下)
P是杂质，会使焊接金属的韧性明显劣化，因此优选尽可能减少其含量，可允许含有0.0200％以下的P。不必须含有P，其下限为0％。为了降低冶炼成本，P含量的下限值可以设为0.0010％、0.0020％或0.0040％。为了进一步提高焊接金属的韧性，可以将P含量的上限值设为0.0150％、0.0100％、0.0070％或0.0050％。
(S：0.0200％以下)
S是杂质元素，会使焊接金属的韧性明显劣化，因此优选尽可能减少其含量，可允许含有0.0200％以下的S。不必须含有S，其下限为0％。为了降低冶炼成本，可以将S含量的优选下限值设为0.0010％、0.0020％或0.0030％。为了进一步提高焊接金属的韧性，可以将S含量的上限值设为0.0170％、0.0140％、0.0110％或0.0080％。
(N：0～0.1000％)
N具有使焊接金属中的奥氏体稳定化，使低温韧性提高的效果。另外，N也具有提高焊接金属的强度的效果。因此，本实施方式涉及的丝可以含有N。另一方面，在N含量大于0.1000％的情况下，会导致焊接金属的韧性劣化以及气孔生成量增大等。因此，N含量设为0～0.1000％。不必须含有N，N含量的下限为0％。不需要特别规定N含量的下限值，可以将N含量的下限设为0.0001％、0.0020％、0.0050％或0.0100％。N含量的优选上限值为0.0800％、0.0650％或0.0500％。
(O：0～0.0100％)
O在弧焊时使电弧稳定化。因此，本实施方式涉及的丝可以含有O。另一方面，在O含量大于0.0100％的情况下，会在焊接金属中生成氧化物，导致焊接金属的韧性和疲劳强度不足。因此，O含量设为0～0.0100％。不必须含有O，O含量的下限为0％。不需要特别规定O含量的下限值，可以将O含量的下限设为0.0001％、0.0010％、0.0020％或0.0030％。O含量的优选上限值为0.0080％、0.0065％或0.0050％。
(Fe：0～10.0000％)
Fe有时会在将丝的原料熔炼的过程中作为杂质而含有。另外，Fe有时会为了使Ni含量减少从而降低材料成本，代替Ni而包含于丝。允许含有10.0000％以下的Fe。不必须含有Fe，Fe含量的下限为0％。不需要特别规定Fe含量的下限值，可以将Fe含量的下限设为0.0010％、0.0100％、0.1000％、0.5000％或1.0000％。Fe含量的优选上限值为9.0000％、8.0000％、7.0000％或6.0000％。
(Co：0～0.1000％)
Co形成与Ni、Mo和W等的金属间化合物，由此使焊接金属的拉伸强度提高。因此，本实施方式涉及的丝可以含有Co。另一方面，在Co含量大于0.1000％的情况下，焊接金属的延展性降低，韧性受损。因此，Co含量设为0～0.1000％。不必须含有Co，Co含量的下限为0％。不特别规定Co含量的下限值，可以将Co含量的下限设为0.0001％、0.0100％、0.0200％或0.0300％。Co含量的优选上限值为0.0900％、0.0800％或0.0700％。
(Cr：0～1.0000％)
Cr固溶于焊接金属，提高焊接金属的拉伸强度。因此，本实施方式涉及的丝可以含有Cr。另一方面，在Cr含量大于1.0000％的情况下，焊接金属中的氧量增加，焊接金属的低温韧性劣化。因此，Cr含量设为0～1.0000％以下。不必须含有Cr，Cr含量的下限为0％。不特别规定Cr含量的下限值，可以将Cr含量的下限设为0.0001％、0.0100％、0.0500％或0.1000％。Cr含量的优选上限值为0.9000％、0.8000％或0.7000％。
(V：0～0.1000％)
V在焊接金属中生成VC，该VC会使析出强化发生，由此提高焊接金属的拉伸强度。因此，本实施方式涉及的丝可以含有V。另一方面，在V含量大于0.1000％的情况下，焊接金属的弯曲延展性和低温韧性劣化。因此，V含量设为0～0.1000％。不必须含有V，V含量的下限为0％。不需要特别规定V含量的下限值，可以将V含量的下限设为0.0001％、0.0010％、0.0070％、0.0100％或0.0150％。V含量的优选上限值为0.0900％、0.0800％或0.0700％。
(Nb：0～0.1000％)
Nb在焊接金属中生成NbC，该NbC会使析出强化发生，由此提高焊接金属的拉伸强度。因此，本实施方式涉及的丝可以含有Nb。另一方面，在Nb含量大于0.1000％的情况下，通过凝固偏析，在焊接金属的晶界浓化的Nb形成低熔点的金属间化合物，该金属间化合物在焊接时会发生凝固开裂和再热液化开裂等。另外，在Nb含量大于0.1000％的情况下，在焊接金属中NbC等碳化物粗大化，导致焊接金属的韧性劣化。因此，Nb含量设为0～0.1000％。不必须含有Nb，Nb含量的下限为0％。不需要特别规定Nb含量的下限值，可以将Nb含量的下限设为0.0002％、0.0020％、0.0050％、0.0100％或0.0200％。Nb含量的优选上限值为0.0900％、0.0700％、0.0600％、0.0500％或0.0400％。
(B：0～0.0100％)
B通过提高焊接金属的淬透性来提高焊接金属的拉伸强度。因此，本实施方式涉及的丝可以含有B。另一方面，在B含量大于0.0100％的情况下，焊接金属的弯曲延展性和低温韧性劣化。因此，B含量设为0～0.0100％。不必须含有B，B含量的下限为0％。不需要特别规定B含量的下限值，可以为0.0001％、0.0010％、0.0020％或0.0030％。B含量的优选上限值为0.0090％、0.0080％、0.0070％或0.0060％。
(Bi：0～0.0100％)
Bi用于改善熔渣的剥离性。因此，本实施方式涉及的丝可以含有Bi。另一方面，在Bi含量大于0.0100％的情况下，焊接金属容易发生凝固开裂。因此，Bi含量设为0～0.0100％。不必须含有Bi，Bi含量的下限为0％。不需要特别规定Bi含量的下限值，可以将Bi含量的下限设为0.0001％、0.0010％、0.0020％或0.0030％。Bi含量的优选上限值为0.0090％、0.0080％、0.0070％或0.0060％。
(Ca：0～0.0200％)
Ca通过形成CaS来固定S，提高焊接金属的耐开裂性。因此，本实施方式涉及的丝可以含有Ca。另一方面，在Ca含量大于0.020％的情况下，焊接金属的清洁度受损，韧性等机械性能受损。另外，在Ca含量大于0.020％的情况下，溅射量增大，电弧被扰乱，由此产生许多焊接缺陷。因此，Ca含量设为0～0.020％。不必须含有Ca，Ca含量的下限为0％。不需要特别规定Ca含量的下限值，可以将Bi含量的下限设为0.0001％、0.0005％或0.0010％。Ca含量的优选上限值为0.0160％、0.0130％或0.0100％。
(REM：0～0.0300％)
“REM”这一用语是指由Sc、Y和镧系元素构成的共计17种元素，上述“REM的含量”是指这17种元素的合计含量。使用镧系元素作为REM的情况下，在工业上REM以混合金属的形态添加。
在焊接中，REM在熔融金属中形成硫化物，使熔融金属中的S浓度降低，由此抑制高温开裂的发生。另外，REM有助于凝固组织的微细化，由此使焊接金属进一步高强度化。因此，本实施方式涉及的丝可以含有REM。另一方面，在REM含量大于0.0300％的情况下，溅射量增大，焊接操作性变差。另外，在REM含量大于0.0300％的情况下，焊接金属会产生与溅射量增大等相伴的焊接缺陷和微小缺陷等，由此导致焊接金属的韧性受损。因此，REM含量设为0～0.0300％。不必须含有REM，REM含量的下限为0％。不需要特别规定REM含量的下限值，可以将REM含量的下限设为0.0001％、0.0010％、0.0020％或0.0050％。REM含量的优选上限值为0.0200％、0.0150％或0.0120％。
(Zr：0～0.1000％)
Zr在焊接金属中生成ZrC，该ZrC会使析出强化发生，由此提高焊接金属的拉伸强度。因此，本实施方式涉及的丝可以含有Zr。另一方面，在Zr含量大于0.1000％的情况下，焊接金属的弯曲延展性和低温韧性会劣化。因此，Zr含量设为0～0.1000％。不必须含有Zr，Zr含量的下限为0％。不需要特别规定Zr含量的下限值，可以将Zr含量的下限设为0.0001％、0.0010％或0.0020％。Zr含量的优选上限值为0.0900％、0.0800％或0.0600％。
(余量：杂质)
本实施方式涉及的丝的余量为杂质。杂质是指在工业上制造丝时，来自于矿石或废料等原料、或由于制造工序的各种原因而混入的成分，并且在不对本实施方式涉及的丝造成不良影响的范围内所允许的物质。
(X值：0.010～0.180％)
本实施方式涉及的丝中，需要将由下述式1定义的X值设为0.010～0.180％。
式1：X＝[Ta]+10×[REM]
式1中记载的标记是对应物质的以质量％单位计的含量。在REM的以质量％单位计的含量为0％的情况下，式1的“REM”代入为0。式1中X值的单位为质量％。
本发明人使用Ta含量和REM含量不同的各种丝制造焊接金属，调查了其拉伸强度和韧性。实验的结果，如图1和图2所示，发现在X值小于0.010％的情况下无法确保焊接金属的拉伸强度，但能够确保低温韧性。另一方面，如图2所示，发现在X值大于0.180％的情况下，焊接金属的低温韧性降低。即、本发明人发现通过将X值设为0.010～0.180％的范围内，能够一并实现焊接金属的高强度化、高韧性化。为了耐高温开裂性，更优选将X值的下限值设为0.020％、0.030％、0.040％或0.050％。另外，根据同样的理由，将X值的上限值设为0.170％、0.150％、0.130％、0.110％或0.100％。
对应X值而发生上述现象的原因推测如下。Ta通过在焊接金属中生成金属间化合物(Ni-Mo-Ta系化合物和Ni-W-Ta系化合物等)而使析出强化发生，有助于焊接金属的高强度化。另外，Ta形成高熔点的碳氮化物，因此抑制高温开裂。REM通过使焊接金属的凝固组织微细化，有助于焊接金属的高强度化。另外，在焊接中，REM在熔融金属中形成硫化物，使熔融金属中的S浓度降低，由此抑制高温开裂的发生。因此，在X值不足的情况下，焊接金属的拉伸强度不足，并且高温开裂发生率增大。另一方面，如果过剩含有REM，则电弧变得不稳定，使焊接金属产生焊接缺陷和微小缺陷，由此导致焊接金属的韧性降低。但仅通过Ta也能够抑制高温开裂并且提高拉伸强度，只要满足上述X值的规定，如上所述REM的含量可以为0％。
(直径：优选为1.2～6.4mm)
不特别限定本实施方式涉及的丝的直径，可以根据焊接电流等焊接条件等适当变更。当前采用的通常的焊接条件等，丝的直径大多为1.2～6.4mm。作为代表性的的丝的直径，可举出1.6mm、2.4mm、3.2mm。
不特别限定本实施方式涉及的丝的制造方法。例如，通过熔炼具有与上述的本实施方式涉及的丝的化学组成相同的化学组成并且满足上述的本实施方式涉及的丝的X值规定的合金，对其实施锻造、压延和拉丝等，能够得到本实施方式涉及的丝。另外，丝的化学组成不需要一样，例如如上所述，丝可以在其表面镀敷Cu等。只要丝的平均的化学组成以及由此算出的X值在上述范围内，丝就能够在焊接中熔融，发挥上述效果。丝的化学组成例如可以通过将丝以一定长度(例如10cm)切断，对其进行成分分析而得到。
以下，对本发明的另一方案涉及的焊接接头的制造方法进行说明。
本实施方式涉及的焊接接头的制造方法，包括使用本实施方式涉及的Ni基合金丝和烧成型焊剂(以下简称为“焊剂”)对钢进行埋弧焊的工序。作为焊剂，可以考虑作为被焊接材料的钢材的成分和机械特性等，适当利用作为LNG储藏罐用的焊剂能够在市场上得到的焊剂。作为焊剂的例子，有作为由JIS Z 3333：2007规定的焊剂的FS-9Ni-F或FS-9Ni-H等。此外，可举出日铁住金焊接工业株式会社的NITETSU FLUX10H、株式会社神户制钢所的US-709S、ESAB的OK FLUX 10.90等。这些在各焊接材料制造商的产品目录等中作为LNG储藏罐用的埋弧焊用的烧成型焊剂被记载，在市场上能够容易得到。本实施方式涉及的焊接接头的制造方法中使用的丝，包含足够的用于赋予焊接部所需的机械特性的Ni等合金元素，因此无论被焊接材料的种类如何，都能够制造具有良好的拉伸强度以及低温韧性的焊接接头。在将5.5％Ni钢、6～7％Ni钢和9％Ni钢等低温用钢作为被焊接材料的情况下，能够赋予焊接接头整体良好的拉伸强度以及低温韧性等，因此特别适合。
本实施方式涉及的焊接接头的制造方法中的焊剂成分的特别优选的一例如下所述。再者，只要不特别说明，与焊剂的成分相关的单位“％”是指相对于焊剂的总质量的质量％。
(Al2O3：10％以上且小于30％)
Al2O3是熔渣形成剂，用于适当地确保焊缝的平滑性、焊缝的始端部的润湿性以及焊缝的直线性，使焊缝外观和焊缝形状提高。为了切实地得到这些效果，优选将Al2O3含量设为10％以上。另一方面，如果Al2O3含量为30％以上，有可能焊接金属的氧量变得过剩，导致低温时的冲击特性劣化。因此，Al2O3含量优选设为10％以上且小于30％。
(CaO：0.1～15.0％)
CaO通过调整熔渣的熔点和流动性，使焊缝始端部的整合性良好，提高焊缝外观，进而防止咬边发生。为了切实地得到这些效果，优选将CaO含量设为0.1％以上。另一方面，如果Ca含量大于15.0％，则有可能导致熔渣流动性变得不良，焊缝高度变得不均匀，焊渣剥离性变得不良。因此，CaO含量优选设为0.1～15.0％。
(SiO2：0.1～10.0％)
SiO2适当地确保熔渣的粘性，使焊缝形状良好。为了切实地得到这些效果，优选将SiO2含量设为0.1％以上。另一方面，在SiO2含量大于10.0％的情况下，有可能导致熔渣的粘性变得过剩，焊缝的直线性降低，焊缝的形状劣化，或焊缝宽度变得狭小而发生咬边。因此，SiO2含量优选为0.1～10.0％。
(金属氟化物：20～50％)
金属氟化物用于降低焊接金属的氧量，使焊接金属的韧性进一步提高。另外，金属氟化物有时也用于调整焊剂的熔点。为了切实地得到这些效果，优选将金属氟化物的含量相对于焊剂总质量设为20％以上。另一方面，在金属氟化物的含量大于50％的情况下，由于焊剂的熔点过度降低，有可能导致焊缝形状不稳定化，或有可能导致电弧不稳定化。因此，金属氟化物含量优选为20～50％。再者，金属氟化物例如可以是选自LiF、KF、NaF、CaF2、MgF2、AlF3、Na2F、BaF2、AlNa3F6、ZrSi3F6和K2F等之中的一种以上。
(金属碳酸盐：0.1～10.0％)
金属碳酸盐在焊接中产生CO2气体，将焊接金属屏蔽。为了切实地得到这些效果，优选将金属碳酸盐的含量设为0.1％以上。另一方面，在金属碳酸盐的含量大于10.0％的情况下，有可能导致电弧状态变得不稳定，焊缝形状变得不良。因此，金属碳酸盐的含量优选为0.1～10.0％。再者，金属碳酸盐例如是选自CaCO3、MgCO3、BaCO3等之中的一种以上。
(烧成型焊剂的剩余部分)
烧成型焊剂的剩余部分是氧化铁等氧化物以及杂质。再者，焊剂可以包含金属物质(即、由单体的金属元素构成的金属粉、以及由多个金属元素的合金构成的合金粉等)。焊剂中的金属物质在焊接中熔融，发挥与构成丝的金属同样的作用效果。
作为供于本实施方式涉及的焊接接头的制造的钢材，可以使用公知的LNG罐用钢，例如JIS G 3127：2013的SL7N590或SL9N590、ASTM A553的Type-1、ASTM A841的Grade GClass 9或Class 10等。
作为焊接条件，原则上可以采用与各焊接材料制造商的产品目录等记载的已有的焊接材料相同的条件。再者，只要是具有足够的LNG罐的焊接施工的经验的人，如制作通常的焊接施工手册那样，可以根据需要，通过事先的焊接试验等，与丝径、焊接姿势等相对应地容易地确定最佳的焊接条件。
实施例
使用表1所示的烧成型焊剂、表2-1～表2-4所示的丝径为2.4mm的Ni基合金丝、以及板厚为16mm的6％Ni钢板(ASTMA841Grade G Class 10的钢板)，以JIS Z 3333：2007的焊接接头的弯曲试验片采集用焊接试验体为基准，进行下向和横向姿势焊接。焊接条件如表3所记载。关于气孔和开裂率，基于JIS Z 3106：2001进行放射线透过试验，进行透过照片的观察，调查了气孔的有无和开裂率。开裂率是将产生的开裂的长度的合计除以焊接长度(X检查的焊接长度)得到的值。观察到气孔或开裂的试料判定为焊接操作性不合格。再者，表1记载的焊剂中的各成分的含量是根据焊剂的原料的目录值计算出的值，剩余部分为杂质。表2-1～表2-4中，对发明范围外的值附带下划线。
按照以下步骤评价了焊接金属的机械性质。从上述依照JIS Z 3333：2007制作成的焊接接头采集拉伸试验用的试验片、冲击试验用的试验片、以及弯曲试验用的试验片。
拉伸试验，从焊接金属采集JIS Z 3111：2005 A2号试验片(以试验片长度方向与焊接线方向一致的方式采集)进行试验，将具有720MPa以上的拉伸强度和435MPa以上的屈服强度的试验片的例子判断为焊接金属的机械特性良好。再者，在当前的焊接材料的商品交易等中，不要求焊接金属的屈服强度，但本实施例中鉴于本发明的课题而暂定以435MPa以上进行评价。
冲击试验，采集JIS Z 3111：2005 4号试验片(试验片的切口位置为焊接金属中央)，进行试验温度为-196℃的冲击试验，将具有50J以上的吸收能的试验片的例子判断为低温韧性良好。
弯曲试验，基于JIS Z 3122：2013从焊接金属采集垂直弯曲试验片，从背面将试验片的厚度(t)减少加工为10mm，对其进行弯曲半径R为1.0×t(也就是弯曲半径R＝10mm)的弯曲加工，然后通过目测评价试验片来实施。将试验片上通过目测没有观察到开裂的例子判断为弯曲性良好。
包括试验所使用的焊剂和丝的种类在内，将全部试验结果归纳示于表4-1和表4-2。关于采用上述方法评价的气孔有无调查的结果，在所有发明例和比较例都没有观察到气孔的存在，因此在表4-1和表4-2中省略了气孔的试验结果的记载。
表1
Figure BDA0002074867710000161
Figure BDA0002074867710000171
Figure BDA0002074867710000181
Figure BDA0002074867710000191
Figure BDA0002074867710000201
表3
Figure BDA0002074867710000202
表4-1
Figure BDA0002074867710000211
表4-2
Figure BDA0002074867710000221
完全满足本发明的条件的丝Y1～Y16，在试验中显示出良好的特性。即、使用丝Y1～Y16进行焊接的结果，焊接金属没有产生气孔和开裂，焊缝形状良好，而且焊接金属的机械特性也良好。
另一方面，没有满足本发明的条件之中的一个以上条件的比较例的丝Z1～Z19中，发生以下不良情况。
Z1中Ta不足。因此，在使用Z1进行的焊接中发生开裂，屈服强度和拉伸强度不足。
Z2中Ta过剩。因此，在使用Z2进行的焊接中低温韧性和弯曲延展性不足。
Z3、Z5和Z6中X值不足。因此，在使用它们进行的焊接中屈服强度和拉伸强度不足。另外在Z6中焊接金属发生开裂，弯曲延展性也不足。
Z4、Z7和Z8中X值过剩。因此，在使用它们进行的焊接中低温韧性不足。另外在Z4中屈服强度不足，并且焊缝形状不良。在Z7中焊缝形状不良，并且弯曲延展性不足。在Z8中屈服强度不足，并且弯曲延展性不足。

Claims (6)

1.一种埋弧焊用Ni基合金丝，其特征在于，化学组成以质量％计为
C：0.001～0.060％、
Si：0.01～3.00％、
Mn：0.01～6.00％、
Mo：15.0～25.0％、
W：2.5～10.0％、
Ta：0.002～0.100％、
Ni：65.0～82.4％、
Al：0～2.00％、
Ti：0～2.00％、
Cu：0～1.0％、
P：0.0200％以下、
S：0.0200％以下、
N：0～0.1000％、
O：0～0.0100％、
Fe：0～10.0000％、
Co：0～0.1000％、
Cr：0～1.0000％、
V：0～0.1000％、
Nb：0～0.1000％、
B：0～0.0100％、
Bi：0～0.0100％、
Ca：0～0.0200％、
REM：0～0.0300％、
Zr：0～0.1000％、以及
余量：杂质，
由下述式1定义的X值为0.010～0.180％，
式1：X＝[Ta]+10×[REM]
所述式1中记载的符号是对应物质的以质量％计的含量。
2.根据权利要求1所述的埋弧焊用Ni基合金丝，其特征在于，
所述X值为0.020～0.150％。
3.根据权利要求1或2所述的埋弧焊用Ni基合金丝，其特征在于，
Al含量和Ti含量的合计值以质量％计为0.01～4.00％。
4.根据权利要求1或2所述的埋弧焊用Ni基合金丝，其特征在于，
直径为1.2～6.4mm。
5.根据权利要求3所述的埋弧焊用Ni基合金丝，其特征在于，
直径为1.2～6.4mm。
6.一种焊接接头的制造方法，
具备使用权利要求1～5的任一项所述的Ni基合金丝和烧成型焊剂对钢进行埋弧焊的工序。
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