CN111225991A - 奥氏体系不锈钢焊接金属以及焊接结构物 - Google Patents

奥氏体系不锈钢焊接金属以及焊接结构物 Download PDF

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Abstract

一种奥氏体系不锈钢焊接金属，其化学组成以质量％计为C：0.05～0.11％、Si：0.10～0.50％、Mn：1.0～2.5％、P：0.035％以下、S：0.0030％以下、Co：0.01～1.00％、Ni：9.0～11.5％、Cr：17.0～21.0％、Nb：0.60～0.90％、Ta：0.001～0.100％、N：0.01～0.15％、Al：0.030％以下、O：0.020％以下、V：0～0.10％、Ti：0～0.10％、W：0～0.50％、Mo：0～0.50％、Cu：0～0.50％、B：0～0.005％、Ca：0～0.010％、Mg：0～0.010％、REM：0～0.10％、余量：Fe以及杂质，且满足[Nb‑7.8×C≤0.25]。

Description

奥氏体系不锈钢焊接金属以及焊接结构物
技术领域
本发明涉及奥氏体系不锈钢焊接金属以及具有其的焊接结构物。
背景技术
在美国机械学会(ASME)SA213以及SA213M中所规定的TP316H含有Mo，在高温下的耐腐蚀性优异，因此，广泛用作火力发电设备以及石油化学设备中的导热管以及换热器的坯料。
将该TP347H作为结构物进行组装的情况下，通常利用焊接而组装，作为具有焊接金属的焊接结构物来使用。使用市售的Ni基耐热合金用焊接材料(例如JIS Z 3334(2011)SNi6082)而得到的焊接金属从蠕变强度以及韧性的观点出发，稳定地得到足够的性能，但大量地含有Ni，因此是昂贵的。另一方面，使用市售的含有Mo的不锈钢用焊接材料(JIS Z3321(2010)YS16-8-2)而得到的焊接金属廉价且经济性优异。
然而，如非专利文献1所公开的那样，广泛知晓对于含有Nb的奥氏体系不锈钢焊接金属，其的焊接时的凝固裂纹敏感性高。进而，如非专利文献2所公开的那样，作为焊接结构物在高温下使用时，在其的使用中在焊接部容易产生被称为应力缓和裂纹或应变诱发析出硬化裂纹等的脆化裂纹。除此以外，专利文献1～3中公开了含有Nb的焊接材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-142980号公报
专利文献2：日本特开平9-300096号公报
专利文献3：日本特开2001-300763号公报
非专利文献
非专利文献1：小川等、焊接学会志、第50卷、第7号(1981)、第680页
非专利文献2：内木等、石川岛播磨技报、第15卷(1975)第2号、第209页
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1～3等中所记载的焊接材料均含有Mo、W、Cu等，从而虽然提高了所得到的焊接金属的高温强度，但大量地含有，因此经济性差。此外，虽然均降低了P以及S等杂质，从而提高焊接时的耐凝固裂纹性，但并未言及使用时的裂纹。
与之相对，谋求抑制焊接裂纹，实现优异的耐焊接裂纹性。此外，另一方面，即便在抑制焊接裂纹的情况下，焊接结构物被曝露于高温环境(例如650℃环境)时，存在蠕变强度变差的情况，因此，在耐焊接裂纹性的基础上，谋求实现在高温环境下稳定的蠕变强度。
本发明的目的在于提供作为构成高温下所使用的机器中使用的结构物的焊接金属，耐焊接裂纹性优异并且具有高蠕变强度的奥氏体系不锈钢焊接金属以及具有其的焊接结构物。
用于解决问题的方案
本发明是为了解决上述问题而成的，以下述的奥氏体系不锈钢焊接金属以及焊接结构物为主旨。
(1)一种奥氏体系不锈钢焊接金属，其化学组成以质量％计为
C：0.05～0.11％、
Si：0.10～0.50％、
Mn：1.0～2.5％、
P：0.035％以下、
S：0.0030％以下、
Co：0.01～1.00％、
Ni：9.0～11.5％、
Cr：17.0～21.0％、
Nb：0.60～0.90％、
Ta：0.001～0.100％、
N：0.01～0.15％、
Al：0.030％以下、
O：0.020％以下、
V：0～0.10％、
Ti：0～0.10％、
W：0～0.50％、
Mo：0～0.50％、
Cu：0～0.50％、
B：0～0.005％、
Ca：0～0.010％、
Mg：0～0.010％、
REM：0～0.10％、
余量：Fe以及杂质，
且满足下述(i)式。
Nb-7.8×C≤0.25···(i)
其中，所述式中的元素标记表示钢中所含的各元素的含量(质量％)。
(2)根据上述(1)记载的奥氏体系不锈钢焊接金属，其中，前述化学组成以质量％计为
V：0.01～0.10％、
Ti：0.01～0.10％、
W：0.01～0.50％、
Mo：0.01～0.50％、
Cu：0.01～0.50％、
B：0.0002～0.005％、
Ca：0.0005～0.010％、
Mg：0.0005～0.010％、以及
REM：0.0005～0.10％。
(3)一种焊接结构物，其具有上述(1)或(2)中记载的奥氏体系不锈钢焊接金属。
发明的效果
根据本发明，能够得到作为构成在高温下所使用的机器中使用的结构物的焊接金属，耐焊接裂纹性优异并且具有高蠕变强度的奥氏体系不锈钢焊接金属、以及具有其的焊接结构物。
附图说明
图1为示出在实施例中实施了坡口加工的板材的形状的截面示意图。
图2为示出在实施例中实施了坡口加工的板材的形状的截面示意图。
具体实施方式
本发明人等为了兼具优异的耐焊接裂纹性和作为结构物的稳定的蠕变强度而进行了详细的调查。其结果得到以下的见解。
对于保持焊接状态的含有Nb的奥氏体系不锈钢焊接金属中产生的裂纹现象进行调查，结果发现以下的2点。
(a)在保持焊接状态的焊接金属中生成的裂纹在柱状晶体的会合部产生，其的断面呈现暗示液相残存的平滑的性状。进而，在推定为液相残存的部分中，观察到显著的Nb富集。另一方面，未产生裂纹的焊接金属中，在柱状晶体的会合部观察到片层状的NbC。
(b)在高温下的使用后的焊接金属中产生的裂纹在焊接金属的柱状晶体边界产生，断面呈现缺乏延性的性状，检测出S富集。进而，在柱状晶体内微细的Nb碳化物或Nb碳氮化物大量析出。
由此，认为前者为所谓的凝固裂纹，该裂纹如下产生：由于在焊接金属的凝固中Nb凝固偏析，因此残存液相的熔点降低，从而液膜长时间存在于柱状晶体的会合部，该部分由于热应力而发生开口。推断在未产生裂纹的焊接金属中，自NbC的形态起发生NbC与基质的共晶凝固，液相在短时间内消失，因此不产生凝固裂纹。
此外，认为后者为应力缓和裂纹，该裂纹如下产生：由于在高温下的使用中Nb碳化物、Nb氮化物或Nb碳氮化物大量析出，因此晶粒内不易变形，焊接残留应力释放的过程中产生的蠕变变形集中在柱状晶体边界、发生开口。并且，认为S在焊接中或在高温下的使用中在柱状晶体中发生偏析，使其结合力降低，因此，S含量变多时，容易产生裂纹。
并且，深入研究，结果明确，在具有作为本发明的对象的组成的奥氏体系不锈钢焊接金属中，为了防止裂纹并且得到高蠕变强度，需要将Nb含量设为0.60～0.90％的范围，将Nb-7.8×C设为0.25以下，并且将S含量限制为0.0030％以下。并且，知晓为了充分地得到降低焊接裂纹敏感性的效果，需要含有规定量以上的Co。
本发明是基于上述见解而成的。以下，对于本发明的各技术特征进行详细地说明。
(A)化学组成
各元素的限定理由如下所述。需要说明的是，以下的说明中涉及含量的“％”意味着“质量％”。
C：0.05～0.11％
C使奥氏体相稳定并且与Nb结合而形成微细的碳化物，提高高温使用中的蠕变强度。此外，C在焊接中的最终凝固过程中与Nb结合，生成NbC与基质的共晶凝固，使液相提前消失，防止凝固裂纹。然而，过量地含有C时，在高温下的使用中在初期析出大量的碳化物，助长应力缓和裂纹。因此，C含量设为0.05～0.11％。C含量优选为0.06％以上、优选为0.10％以下。
Si：0.10～0.50％
Si具有脱氧作用，并且为对确保高温下的耐腐蚀性以及耐氧化性而言是必要的元素。然而，在过量地含有Si时，奥氏体相的稳定性降低，导致蠕变强度的降低。因此，Si含量设为0.10～0.50％。Si含量优选为0.15％以上，更优选为0.20％以上。此外，Si含量优选为0.45％以下，更优选为0.40％以下。
Mn：1.0～2.5％
Mn为与Si同样地具有脱氧作用的元素。此外，使奥氏体相稳定，有助于蠕变强度的提高。然而，Mn含量过量时，导致蠕变延性的降低。因此，Mn含量设为1.0～2.5％。Mn含量优选为1.1％以上、更优选为1.2％以上。此外，Mn含量优选为2.2％以下，更优选为2.0％以下。
P：0.035％以下
P作为杂质而被含有，为在焊接中凝固偏析而降低残存液相的熔点、提高凝固裂纹敏感性的元素。进而，也使蠕变延性降低。因此，对P含量设置上限，设为0.035％以下。P含量优选为0.032％以下，更优选为0.030％以下。需要说明的是，P含量优选尽可能降低、即含量可以为0％，但极度的降低导致材料制造时的成本增大。因此，P含量优选为0.0005％以上，更优选为0.0008％以上。
S：0.0030％以下
S与P同样地作为杂质而被含有，在焊接中发生凝固偏析而降低残存液相的熔点、提高凝固裂纹敏感性。此外，凝固后也由于后续道次的热循环而发生晶界偏析，提高延性下降裂纹敏感性。因此，对S含量设置上限，设为0.0030％以下。S含量优选小于0.0025％，更优选为0.0020％以下。需要说明的是，S含量优选尽可能降低、即含量可以为0％，但极度的降低导致材料制造时的成本增大。因此，S含量优选为0.0001％以上，更优选为0.0002％以上。
Co：0.01～1.00％
Co是提高奥氏体相的稳定性、有助于蠕变强度的提高的元素。此外，与Ni以及Mn相比，能够期待减小P以及S等对偏析能的影响、减轻凝固偏析、降低焊接裂纹敏感性的效果。然而，Co为昂贵的元素，因此过量的含有导致材料的制造成本增加。因此，Co含量设为0.01～1.00％。Co含量优选为0.015％以上，更优选为0.02％以上。此外，Co含量优选为0.90％以下，更优选为0.80％以下。
Ni：9.0～11.5％
Ni为用于确保长时间使用时的奥氏体相的稳定性的必要元素。然而，Ni为昂贵的元素，大量的含有导致材料的制造成本增大。因此，Ni含量设为9.0～11.5％。Ni含量优选为9.2％以上，更优选为9.5％以上。此外，Ni含量优选为11.2％以下，更优选为11.0％以下。
Cr：17.0～21.0％
Cr是用于确保高温下的耐氧化性和耐腐蚀性的必要元素。此外，也形成微细的碳化物，有助于确保蠕变强度。然而，大量的含有使奥氏体相的稳定性降低，反而损害蠕变强度。因此，Cr含量设为17.0～21.0％。Cr含量优选为17.2％以上，更优选为17.5％以上。此外，Cr含量优选为20.8％以下，更优选为20.5％以下。
Nb：0.60～0.90％
Nb是与C和/或N结合以微细的碳化物、氮化物或碳氮化物的形式在晶粒内析出而有助于在高温下的蠕变强度以及拉伸强度的提高的元素。然而，过量地含有时，碳氮化物大量析出，导致应力缓和裂纹敏感性的增大。此外，在焊接金属的凝固过程中凝固，使液相的熔点降低，提高凝固裂纹敏感性。因此，Nb含量设为0.60～0.90％。Nb含量优选为0.65％以上、优选为0.85％以下。
Ta：0.001～0.100％
Ta与Nb同样地是与C和/或N结合以微细的碳化物、氮化物或碳氮化物的形式在晶粒内析出而有助于在高温下的蠕变强度以及拉伸强度的提高的元素。并且，通过置换Nb而固溶在氮化物或碳氮化物中，从而具有使析出的开始延后、减轻应力缓和裂纹的效果。然而，过量地含有时，导致应力缓和裂纹敏感性的增大。因此，Ta含量设为0.001～0.100％。Ta含量优选为0.002％以上，特别是，希望充分地得到使析出的开始延后、降低应力缓和裂纹敏感性的效果的情况下，更优选为0.005％以上。此外，Ta含量优选为0.090％以下，更优选为0.080％以下。
N：0.01～0.15％
N使奥氏体相稳定，并且发生固溶、或以氮化物的形式析出，有助于高温强度的提高。然而，过量地含有时，大量生成析出物，导致延性的降低。因此，N含量设为0.01～0.15％。N含量优选为0.02％以上，更优选为0.03％以上。此外，N含量优选为0.14％以下，更优选为0.12％以下。
Al：0.030％以下
大量地含有Al时，洁净性劣化，延性降低。因此，Al含量设为0.030％以下。Al含量优选为0.025％以下，更优选为0.020％以下。需要说明的是，对于Al含量，不需要特别地设置下限，即含量可以为0％，但极度的降低导致材料的制造成本增大。因此，Al含量优选为0.0005％以上，更优选为0.001％以上。
O：0.020％以下
O(氧)作为杂质而被含有。其含量过量时，导致韧性以及延性的劣化。因此，O含量设为0.020％以下。O含量优选为0.018％以下，更优选为0.015％以下。需要说明的是，对于O含量，不需要特别地设置下限，即含量可以为0％，但极度的降低导致材料的制造成本增大。因此，O含量优选为0.0005％以上，更优选为0.0008％以上。
如上所述，Nb在焊接中凝固偏析，使液相的熔点降低，提高凝固裂纹敏感性。为了防止此情况，使NbC与基质的共晶凝固在凝固过程发生，使液相提前消失是有效的。为了活用该效果，防止凝固裂纹，不仅需要Nb含量设为上述的范围内，而且需要满足下述(i)式。(i)式右边值优选为0.23、更优选为0.20。需要说明的是，不需要对(i)式左边值设置下限，但从各元素的含量范围出发，为-0.258以上是不言自明的。
Nb-7.8×C≤0.25···(i)
其中，所述式中的元素标记表示钢中所含的各元素的含量(质量％)。
在本发明的焊接金属的化学组成中，在上述元素的基础上，还可以在以下所示的范围中含有选自V、Ti、W、Mo、Cu、B、Ca、Mg以及REM中的1种以上。对于各元素的限定理由进行说明。
V：0～0.10％
V与C和/或N结合，形成微细的碳化物、氮化物或碳氮化物，有助于蠕变强度，因此可以根据需要含有。然而，过量地含有时，碳氮化物大量析出，导致耐应力缓和裂纹性的恶化。因此，V含量设为0.10％以下。V含量优选为0.09％以下，更优选为0.08％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，V含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
Ti：0～0.10％
Ti与V同样地与C和/或N结合，形成微细的碳化物、氮化物或碳氮化物，有助于蠕变强度，因此可以根据需要含有。然而，过量地含有时，碳氮化物大量析出，导致耐应力缓和裂纹性的恶化。因此，Ti含量设为0.10％以下。Ti含量优选为0.08％以下，更优选为0.06％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，Ti含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
W：0～0.50％
W为固溶在基质中有助于在高温下的蠕变强度以及拉伸强度的提高的元素，因此可以根据需要含有。然而，过量地含有时，使奥氏体相的稳定性降低，反而导致蠕变强度降低。因此，W含量设为0.50％以下。W含量优选为0.40％以下，更优选为0.30％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，W含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
Mo：0～0.50％
Mo与W同样地为固溶在基质中有助于在高温下的蠕变强度以及拉伸强度的提高的元素，因此可以根据需要含有。然而，过量地含有时，使奥氏体相的稳定性降低，损害蠕变强度。进而，Mo为昂贵的元素，因此过量的含有导致材料的制造成本增大。因此，Mo含量设为0.50％以下。Mo含量优选为0.40％以下，更优选为0.30％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，Mo含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
Cu：0～0.50％
Cu为提高奥氏体相的稳定性，有助于蠕变强度的提高的元素，因此，可以根据需要含有。然而，过量地含有时，导致延性的降低。因此，Cu含量设为0.50％以下。Cu含量优选为0.40％以下，更优选为0.30％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，Cu含量优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上。
B：0～0.005％
B在如下方面有一定效果：使晶界碳化物微细分散，从而提高蠕变强度；并且在晶界偏析，使晶界强化，降低延性下降裂纹敏感性，因此可以根据需要含有。然而，过量地含有时，反而提高凝固裂纹敏感性。因此，B含量设为0.005％以下。B含量优选为0.004％以下，更优选为0.003％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，B含量优选为0.0002％以上，更优选为0.0005％以上。
Ca：0～0.010％
Ca具有改善热加工变形能力的效果，因此，可以根据需要含有。然而，过量地含有时，与氧结合，使洁净性显著地降低，反而使热加工下的变形能力劣化。因此，Ca含量设为0.010％以下。Ca含量优选为0.008％以下，更优选为0.005％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，Ca含量优选为0.0005％以上，更优选为0.001％以上。
Mg：0～0.010％
Mg与Ca同样地具有改善热加工变形能力的效果，因此可以根据需要含有。然而，过量地含有时，与氧结合，使洁净性显著地降低，反而使热加工下的变形能力劣化。因此，Mg含量设为0.010％以下。Mg含量优选为0.008％以下，更优选为0.005％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，Mg含量优选为0.0005％以上，更优选为0.001％以上。
REM：0～0.10％
REM与Ca以及Mg同样地具有改善热加工变形能力的效果，因此可以根据需要含有。然而，过量地含有时，与氧结合，使洁净性显著地降低，反而使热加工下的变形能力劣化。因此，REM含量设为0.10％以下。REM含量优选为0.08％以下，更优选为0.06％以下。需要说明的是，希望得到上述的效果的情况下，REM含量优选为0.0005％以上，更优选为0.001％以上。
在此，REM是指Sc、Y以及镧系元素的总计17种元素，前述REM的含量是指这些元素的总含量。
在本发明的焊接金属的化学组成中，余量为Fe以及杂质。在此，“杂质”是指：在工业上制造钢时，由矿石、废料等原料、制造工序的各种的原因而混入的成分，其在不对本发明产生不良影响的范围内是允许的。
(B)制造方法
本发明所述的奥氏体系不锈钢焊接金属是将奥氏体系不锈钢的母材焊接而制作的。需要说明的是，焊接母材时，也可以使用焊接材料(填充金属)来制作奥氏体系不锈钢焊接金属。
对于用于得到本发明所述的奥氏体系不锈钢焊接金属的焊接方法，没有特别限定，例如，可以列举出TIG焊接、MIG焊、焊条电弧焊、埋弧焊、激光焊等。
作为以满足前述的化学组成的方式制作奥氏体系不锈钢焊接金属的方法，可以列举出：通过调整所使用的奥氏体系不锈钢的母材的化学组成来控制的方法；进而使用焊接材料(填充金属)的情况下，通过一并调整该焊接材料的化学组成来控制的方法。
例如，能够以如下方式来制作：作为所使用的奥氏体系不锈钢的母材以及焊接材料(填充金属)，仅使用满足前述化学组成的材料，从而使所得的焊接金属满足前述化学组成。此外，也能够以如下方式来制作：奥氏体系不锈钢的母材以及焊接材料(填充金属)中的至少一者使用不满足前述化学组成的材料，并且调整这两者的组成的平衡，从而使所得到的焊接金属满足前述化学组成。
需要说明的是，作为前述奥氏体系不锈钢母材的优选组成没有特别限定。例如，母材的化学组成优选以质量％计为C：0.04～0.12％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.0～2.0％、P：0.045％以下、S：0.0020％以下、Co：0.02～0.80％、Ni：9.0～12.0％、Cr：16.5～18.5％、Nb：0.50～0.90％、Ta：0.001～0.100％、N：0.01～0.13％、Al：0.030％以下、O：0.020％以下、V：0～0.10％、Ti：0～0.10％、W：0～0.60％、Mo：0～0.60％、Cu：0～0.60％、B：0～0.005％、Ca：0～0.010％、Mg：0～0.010％、REM：0～0.10％、余量：Fe以及杂质。
前述母材的化学组成以质量％计可以含有选自V：0.01～0.10％、Ti：0.01～0.10％、W：0.01～0.60％、Mo：0.01～0.60％、Cu：0.01～0.60％、B：0.0002～0.005％、Ca：0.0005～0.010％、Mg：0.0005～0.010％、以及REM：0.0005～0.10％中的1种以上。
此外，对于上述的奥氏体系不锈钢的母材以及焊接材料(填充金属)的制造方法，没有特别地设置限制，对于调整了化学组成的钢，可以利用常规方法，依次实施热锻、热轧、热处理以及机械加工从而制造。
(C)焊接结构物
本发明所述的焊接结构物为具有上述的奥氏体系不锈钢焊接金属的结构物。例如，焊接结构物由焊接金属和母材形成。母材由金属形成，优选为钢材，更优选为不锈钢，进一步优选为奥氏体系不锈钢。需要说明的是，对焊接结构物的具体形状、用于得到焊接结构物的焊接的具体方式(焊接位置)没有特别限定。
以下，利用实施例更具体地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
实施例1
从将具有表1所示的化学组成的钢熔解、浇铸而成的铸锭，利用热锻、热轧、热处理以及机械加工制作板厚15mm、宽度50mm、长度100mm的板材(母材)以及板厚4mm、宽度200mm、长度500mm的板材。进而，使用上述板厚4mm的板材，利用机械加工，制作2mm见方、长度500mm的切割填料。使用它们进行以下示出的各种性能评价试验。
[表1]
Figure BDA0002437258370000141
＜耐焊接裂纹性＞
对上述母材的长度方向的端部实施在图1中示出的形状的坡口加工。之后，使2个形成有坡口的母材对接，将四周拘束焊接在以不与背面焊道干涉的方式实施了槽加工的市售的钢板上。需要说明的是，上述市售的钢板为SM400B的JIS G 3160(2008)中规定的钢板，厚度为30mm、宽度为150mm、长度为200mm。此外，上述的拘束焊接使用JIS Z 3224(2010)中规定的涂药电焊条ENi6625来进行。
之后，在坡口内利用TIG焊接进行层叠焊接。上述的层叠焊接将由与各母材同样的板材得到的切割填料用作填充金属来进行。以线能量9～15kJ/cm，对各母材制作各3个焊接接头。然后，对于由各母材制作的焊接接头之中的1个，设为保持焊接状态，对于另1个，在650℃、500小时的条件下进行时效热处理。对于这些焊接接头，分别从5个位置采取试验片。对所采取的试验片的横截面进行镜面研磨，之后进行腐蚀，利用光学显微镜进行观察，调查焊接金属中是否有裂纹。然后，将试验片中5个位置全部没有裂纹的焊接接头判断为“合格”，将观察到裂纹的焊接接头判断为“不合格”。需要说明的是，母材与切割填料为相同组成，因此，表1的化学组成与焊接金属的化学组成相同含义。
＜蠕变断裂强度＞
进而，从由在耐焊接裂纹性的评价中判定为“合格”的焊接接头的剩余的1个，以焊接金属成为平行部的中央的方式，采取圆棒蠕变断裂试验片，在母材的目标断裂时间成为约1000小时的650℃、216MPa的条件下进行蠕变断裂试验。并且，将断裂时间为母材的目标断裂时间的90％以上的情况设为“合格”。
将这些结果总结示于表2。
[表2]
表2
Figure BDA0002437258370000161
如表2可知，将满足本发明的规定的钢A～F用于母材以及填充金属这两者的试验No.1～6中，结果是焊接中以及在高温下的时效中发挥足够的耐凝固裂纹性以及耐应力缓和裂纹性，并且蠕变强度优异。
与之相对，作为比较例的钢G的S含量在规定之外，因此使用其的试验No.7中，由于在高温下的时效而在焊接金属内产生认为是应力缓和裂纹的裂纹。此外，钢H高于(i)式的上限，因此，使用其的试验No.8中，在焊接金属的凝固时由于自由的Nb而使液相的熔点降低，结果产生凝固裂纹。此外，在高温时效后的截面观察中，观察到在焊接时产生的认为是凝固裂纹的裂纹。
钢I的Nb含量低于下限值，因此使用其的试验No.9中，虽然焊接中以及在高温下的时效中不产生裂纹，但不能得到必要的蠕变强度。此外，钢J的Nb含量超过上限值，因此，生成大量的析出物，由于高温下的时效在焊接金属内产生认为是应力缓和裂纹的裂纹。
实施例2
从在实施例1中使用的钢A～F的铸锭的剩余材料，利用热锻、热轧、热处理以及机械加工制作板厚25mm、宽度50mm、长度100mm的板材(母材)。使用其，进行以下示出的各种性能评价试验。
＜耐焊接裂纹性＞
对上述母材的长度方向的端部实施在图2中示出的形状的坡口加工。之后，使2个形成有坡口的母材对接，将四周拘束焊接在以不与背面焊道干涉的方式实施了槽加工的市售的钢板上。需要说明的是，上述市售的钢板为SM400B的JIS G 3160(2008)中规定的钢板，厚度为40mm、宽度为150mm、长度为200mm。此外，上述的拘束焊接使用JIS Z 3224(2010)中规定的涂药电焊条ENi6625来进行。
之后，在坡口内利用TIG焊接进行层叠焊接。上述的层叠焊接将由与各母材同样的板材得到的切割填料用作填充金属来进行。以线能量9～18kJ/cm，对各母材制作各2个焊接接头。然后，对于由各母材制作的焊接接头之中的1个保持焊接状态，对于剩下的1个，在650℃、500小时的条件下进行时效热处理。对于这些焊接接头，分别从5个位置采取试验片。对所采取的试验片的横截面进行镜面研磨，之后进行腐蚀，利用光学显微镜进行观察，调查焊接金属中是否有裂纹。然后，将在全部5个试样中均没有裂纹的焊接接头判断为“良”，将仅在1个试样中确认到裂纹的焊接接头视为“可”并判断为“合格”，将在2个以上的试样中存在裂纹的焊接接头判断为“不合格”。
将这些结果总结示于表3。
[表3]
表3
Figure BDA0002437258370000171
如表3可知，将满足本发明的规定的钢A～F在母材以及填充金属这两者中使用的试验No.11～16中，结果是即便在板厚变厚的严苛的拘束条件下，焊接中以及在高温下的时效中也发挥足够的耐凝固裂纹性以及耐应力缓和裂纹性。然而，试验No.12中，虽然判断为合格，但Ta含量少至0.001％，因此，在1个截面中产生非常轻微的应力缓和裂纹。
实施例3
从将具有表4中示出的化学组成的钢熔解、浇铸而成的铸锭，利用热锻、热轧、热处理以及机械加工制作板厚15mm、宽度50mm、长度100mm的板材(母材)。使用其，进行以下示出的各种性能评价试验。
[表4]
Figure BDA0002437258370000191
＜耐焊接裂纹性＞
对上述母材的长度方向的端部实施在图1中示出的形状的坡口加工。之后，使2个形成有坡口的母材对接，将四周拘束焊接在以不与背面焊道干涉的方式实施了槽加工的市售的钢板上。需要说明的是，上述市售的钢板为SM400B的JIS G 3160(2008)中规定的钢板，厚度为30mm、宽度为150mm、长度为200mm。此外，上述的拘束焊接使用JIS Z 3224(2010)中规定的涂药电焊条ENi6625来进行。
之后，在坡口内利用TIG焊接进行层叠焊接。上述的层叠焊接将由钢A的板材得到的切割填料用作填充金属来进行。以线能量9～15kJ/cm，对各母材制作各3个焊接接头。然后，对于由各母材制作的焊接接头之中的1个保持焊接状态，从焊接金属采取切屑，进行化学分析。对于剩余的1个，在650℃、500小时的条件下进行时效热处理。
对于这些焊接接头，分别从5个位置采取试验片。对所采取的试验片的横截面进行镜面研磨，之后进行腐蚀，利用光学显微镜进行观察，调查焊接金属中是否有裂纹。然后，将全部5个试验片中没有裂纹的焊接接头判断为“合格”，将观察到裂纹的焊接接头判断为“不合格”。
＜蠕变断裂强度＞
进而，从剩余的1个焊接接头，以焊接金属成为平行部的中央的方式，采取圆棒蠕变断裂试验片，在母材的目标断裂时间成为约1000小时的650℃、216MPa的条件下进行蠕变断裂试验。并且，将断裂时间为母材的目标断裂时间的90％以上的情况设为“合格”。
将它们的结果总结示出于表5以及表6。
[表5]
Figure BDA0002437258370000211
[表6]
表6
Figure BDA0002437258370000221
如表5以及6可知，在焊接金属的化学组成满足本发明的规定的试验No.17～19中，结果是焊接中以及在高温下的时效中发挥足够的耐凝固裂纹性以及耐应力缓和裂纹性，并且蠕变强度优异。
如以上可知，只有满足本发明的技术特征的情况，可以得到足够的耐凝固裂纹性以及耐应力缓和裂纹性以及优异的蠕变强度。
工业上的可利用性
根据本发明，能够得到作为构成在高温下所使用的机器中使用的结构物的焊接金属，耐焊接裂纹性优异并且具有高蠕变强度的奥氏体系不锈钢焊接金属、以及具有其的焊接结构物。

Claims (3)

1.一种奥氏体系不锈钢焊接金属，其化学组成以质量％计为
C：0.05～0.11％、
Si：0.10～0.50％、
Mn：1.0～2.5％、
P：0.035％以下、
S：0.0030％以下、
Co：0.01～1.00％、
Ni：9.0～11.5％、
Cr：17.0～21.0％、
Nb：0.60～0.90％、
Ta：0.001～0.100％、
N：0.01～0.15％、
Al：0.030％以下、
O：0.020％以下、
V：0～0.10％、
Ti：0～0.10％、
W：0～0.50％、
Mo：0～0.50％、
Cu：0～0.50％、
B：0～0.005％、
Ca：0～0.010％、
Mg：0～0.010％、
REM：0～0.10％、
余量：Fe以及杂质，
且满足下述(i)式，
Nb-7.8×C≤0.25···(i)
其中，所述式中的元素标记表示钢中所含的各元素的质量％含量。
2.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢焊接金属，其中，所述化学组成以质量％计为
V：0.01～0.10％、
Ti：0.01～0.10％、
W：0.01～0.50％、
Mo：0.01～0.50％、
Cu：0.01～0.50％、
B：0.0002～0.005％、
Ca：0.0005～0.010％、
Mg：0.0005～0.010％、以及
REM：0.0005～0.10％。
3.一种焊接结构物，其具有权利要求1或权利要求2所述的奥氏体系不锈钢焊接金属。
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