CN112154042B - 电渣焊用实芯焊丝及焊接接头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电渣焊用实芯焊丝，其能够以线能量例如为10kJ/mm以上这样的高效率，制作出具备强度优异，并且由于焊接金属组织的微细化，从而极低温韧性也优异的这种焊接金属的焊接接头，以及具备该焊接金属的焊接接头。一种电渣焊用实芯焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，以质量％计，含有C：高于0％且0.03％以下、Si：高于0％且0.10％以下、Mn：高于0％且0.25％以下、Ni：10.5～14.0％、S：高于0％且0.010％以下、Al：高于0％且0.250％以下、REM：0.002～0.080％、O：高于0％且0.0090％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。

Description

电渣焊用实芯焊丝及焊接接头
技术领域
本发明涉及实芯焊丝和使用该焊丝得到的焊接接头，所述实芯焊丝被用于适用于低温贮存液化天然气等的容器和所使用的化学工厂设备的极低温用钢5.0～10.0％Ni钢的电渣焊。
背景技术
9％Ni钢具有高强度和液氮温度(－196℃)左右的优异的极低温韧性。因此，9％Ni钢被作为通过焊接来制造像液化天然气(Liquefied Natural Gas；LNG)等这样被低温贮存的储罐的母材而广泛使用。在这些储罐中，要求在LNG等的液体的温度域即－162℃以下的温度域的极低温韧性优异。因此，在焊接9％Ni钢所形成的焊接接头的焊接金属(焊接接合部)中，也同样要求具有高强度和优异的极低温韧性。
历来，在9％Ni钢的焊接时，可适用的焊接方法有使用Ni基焊接材料的焊条电弧焊、埋弧焊、自动TIG(Tungsten Inert Gas)焊等。由这些焊接方法得到的焊接金属，虽然极低温韧性优异，但是强度比9％Ni钢母材低，存在的课题是，结构物的设计板厚必须依照Ni基焊接金属部的强度而增加板厚。另一方面，各钢铁公司推进极低温用钢的Ni量削减，进行7％Ni钢和5％Ni钢的实用化、研究。
在专利文献1～5中提出有极低温钢用的焊接用实芯焊丝或气体保护电弧焊(GasMetal Arc Welding；GMAW)用药芯焊丝。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2015－9247号公报
专利文献2：日本国特开2016－20004号公报
专利文献3：日本国特开2016－93823号公报
专利文献4：日本国专利第5880662号公报
专利文献5：日本国专利第5244059号公报
但是，专利文献1～5所述的任意一个发明都是使用纯Ar或Ar中有2％以下的氧、二氧化碳或He气的气体保护电弧焊，线能量为1.4～2.2kJ/mm左右，与TIG焊接比较虽然效率提高，但是希望更高效率的施工方法。
本发明者们，对于作为用于达成线能量例如为10kJ/mm以上这样高效率的焊接的施工方法，在使用了6.0～15.0％Ni这一程度的焊接材料的焊接中适用历来未研究过的电渣焊进行了探讨。
在此，电渣焊是在形成于被母材与经水冷的铜衬垫所包围的坡口内的熔融渣池之中放入焊丝，主要以熔融渣的焦耳热作为热源，使母材和焊丝熔融而进行焊接的方法。根据电渣焊，可以由单层进行像造船和工业机械领域等这样板厚大的结构物的立焊。因此，与需要多层焊接的一般的电弧焊相比较，具有高效率这样的优点。
但是，在电渣焊中，因为焊接时的线能量大，焊接金属在高温下被长时间保持，所以焊接金属的组织显著粗大化，难以确保充分的极低温韧性。特别是在被水冷的铜衬垫的附近，焊接时的冷却速度显著变大，但在这样的部位，焊接金属的强度局部性地上升，其结果是，有可能吸收功降低，极低温韧性降低。
发明内容
鉴于以上，本发明其目的在于，提供一种电渣焊用实芯焊丝，其能够以线能量例如为10kJ/mm以上这样的高效率，制作具备强度优异，并且由于焊接金属组织的微细化从而极低温韧性也优异的焊接金属的焊接接头，以及提供具备该焊接金属的焊接接头。
本发明者们为了解决上述课题，进一步反复锐意研究。其结果发现，通过使电渣焊用实芯焊丝和使用了它的焊接金属的化学成分系满足规定的条件，从而焊接金属的强度和极低温韧性良好。更具体地说，就是发现在上述实芯焊丝中，将Si、Mn和Ni各元素的含量的上限限制在规定量以下，一边抑制强度过大的上升，一边以规定量添加REM(Rare EarthMetal；稀土元素类)，使焊接接头的焊接金属中显现以夹杂物为起点的晶内相变组织(针状铁素体)，使焊接金属组织微细化，从而能够解决上述课题。本发明基于此认知而提出。
即，本发明的电渣焊用实芯焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，以质量％计含有
C：高于0％且0.03％以下、
Si：高于0％且0.10％以下、
Mn：高于0％且0.25％以下、
Ni：10.5～14.0％、
S：高于0％且0.010％以下、
Al：高于0％且0.250％以下、
REM：0.002～0.080％、
O：高于0％且0.0090％以下，
余量由Fe和不可避免的杂质构成。
本发明的一个方式的电渣焊用实芯焊丝，在焊丝总质量中，以质量％计，也可以还含有
Ca：0.005～0.050％、
Mg：0.001～0.020％中的任意一方或两方。
本发明的一个方式的电渣焊用实芯焊丝，在焊丝总质量中，以质量％计，也可以还含有Cu：高于0％且1.00％以下。
本发明的一个方式的电渣焊用实芯焊丝，在焊丝总质量中，以质量％计，也可以还含有从
Cr：高于0％且0.50％以下、
Mo：高于0％且0.50％以下、
W：高于0％且0.50％以下、
Nb：高于0％且0.10％以下、
V：高于0％且0.10％以下、
B：高于0％且0.010％以下所构成的群中选择的至少一种元素，并且，满足下式(1)。
Cr+Mo+W≤0.50…(1)
本发明的一个方式的电渣焊用实芯焊丝，也可以对于焊丝实施镀Cu。
另外，本发明的焊接接头，其特征在于，该焊接接头的焊接金属，以质量％计含有
C：高于0％且0.07％以下、
Si：高于0％且0.30％以下、
Mn：高于0％且0.40％以下、
Ni：10.5～14.0％、
S：高于0％且0.0065％以下
Al：0.008～0.220％，
余量由Fe和不可避免的杂质构成，
晶体取向为15°以上的晶界所包围的大角度晶粒之中，当量圆直径为5～30μm的合计面积分率SA(％)为30％以上。
本发明的一个方式的焊接接头，在焊接金属中，以质量％计，也可以还含有REM：高于0％且0.040％以下。
本发明的一个方式的焊接接头，在焊接金属中，以质量％计，也可以还含有REM：高于0.040％且0.080％以下。
本发明的一个方式的焊接接头，在焊接金属中，以质量％计，也可以还含有Ca：0.0003～0.010％。
本发明的一个方式的焊接接头，在焊接金属中，以质量％计，也可以还含有Cu：高于0％且1.00％以下。
本发明的一个方式的焊接接头，在焊接金属中，以质量％计，也可以还含有从
Cr：高于0％且0.50％以下、
Mo：高于0％且0.50％以下、
W：高于0％且0.50％以下、
Nb：高于0％且0.10％以下、
V：高于0％且0.10％以下、
B：高于0％且0.010％以下所构成的群中选择的至少一种元素，并且，满足下式(2)。
Cr+Mo+W≤0.50…(2)
本发明的一个方式的焊接接头，在焊接金属中，以质量％计，也可以还含有
O：高于0％且0.040％以下、
N：0％以上且0.010％以下。
本发明的一个方式的焊接接头，作为母材，也可以使用含有5～10％的Ni的钢板。
根据本发明的电渣焊用实芯焊丝，能够在线能量例如为10kJ/mm以上的高效率下，制作具备强度优异，并因焊接金属组织的微细化从而极低温韧性也优异的这种焊接金属的焊接接头。
附图说明
图1是表示实施例的坡口焊接的概略结构的图。
具体实施方式
以下，参照实施的方式，详细地说明本发明。以下，“％”除非特别指出，否则均是质量％的意思。另外，所谓“～”意思此下限的值以上，此上限的值以下。另外，在本说明书中，有将电渣焊用实芯焊丝仅称为焊丝的情况。
(电渣焊用实芯焊丝)
本发明的实施方式的电渣焊用实芯焊丝的成分如下。
C：高于0％且0.03％以下
C是有助于固溶强化和形成化合物而有助于强度确保的元素。为了有效地发挥上述作用，C量优选为0.001％以上。但是，若过剩地添加C量，则招致强度过大的上升，极低温韧性降低，因此使C量为0.03％以下。C量优选为0.010％以下，更优选为0.008％以下。
Si：高于0％且0.10％以下
Si是脱氧元素，使焊接金属中的氧浓度降低，从而具有提高极低温韧性的作用。为了有效地发挥上述作用，Si量优选为0.003％以上。但是，Si的过剩添加会因固溶强化而招致极低温下的强度的过大上升，极低温韧性降低，因此使Si量为0.10％以下。Si量优选为0.08％以下，更优选为0.07％以下。
Mn：高于0％且0.25％以下
Mn是脱氧元素，使焊接金属中的氧浓度降低，从而具有提高极低温韧性的作用。为了有效地发挥上述作用，Mn量优选为0.005％以上，更优选为0.01％以上。但是，Mn的过剩添加会因固溶强化而招致极低温下的强度的过大上升，极低温韧性降低，因此使Mn量为0.25％以下。Mn量优选为0.20％以下，更优选为0.10％以下。
Ni：10.5～14.0％
Ni在低温韧性的确保上是必须的元素，并且，使焊接金属在低温下的基体韧性全面提高，对于焊接金属的冷却速度大的部位的晶间断裂的抑制也是有效的元素，因此使Ni量为10.5％以上。Ni量优选为10.8％以上，更优选为11.0％以上。但是，Ni的过剩添加招致强度的上升，极低温韧性降低，因此使Ni量为14.0％以下。Ni量优选为13.0％以下，更优选为12.8％以下。
S：高于0％且0.010％以下
S是作为不可避免的杂质被含有的元素，但在焊接金属的冷却速度大的部位，S等的杂质在原始奥氏体晶界偏析，晶界的结合力降低，晶间断裂容易发生。因此，为了良好地抑制晶间断裂，S量为0.010％以下。S量优选为0.008％以下，更优选为0.006％以下。还有，因为S作为不可避免的杂质被含有，所以S量规定为高于0％。
Al：高于0％且0.250％以下
Al作为脱氧元素，具有稳定降低焊接金属的氧量的效果。Al量优选为0.010％以上，更优选为0.015％以上。但是，Al的过剩添加不能确保极低温韧性，因此使Al量为0.250％以下。Al量优选为0.200％以下，更优选为0.180％以下。
REM：0.002～0.080％
REM在焊接接头的焊接金属中，在夹杂物粒子的表面，形成与铁素体相具有良好的晶格匹配性的硫化物，从而促进夹杂物起点的微细针状铁素体组织生成，是使极低温韧性提高的元素，因此使REM量为0.002％以上。REM量优选为0.010％以上，更优选为0.012％以上。但是，REM的过剩添加，带来夹杂物的粗大化，助长以粗大夹杂物为起点的脆性断裂，将不能确保极低温韧性，因此使REM量为0.080％以下。REM量优选为0.060％以下，更优选为0.045％以下。
还有，本实施方式中规定的REM的元素没有特别限定。例如，可以从Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd等的元素中只选择一种，也可以组合两种以上。
另外，REM在熔融金属中形成氧化物或硫化物而容易浮起分离，因此即使添加在焊丝中，残留在金属中的比例也小，大多低于成分分析的检测下限。在本实施方式中，低于检测下限而在焊接金属中被含有的REM，作为杂质对待。
O：高于0％且0.0090％以下
O是作为不可避免的杂质被含有的元素，但其形成粗大的氧化物，使极低温韧性降低。因此，O量为0.0090％以下。O量优选为0.0080％以下，更优选为0.0070％以下。
还有，因为O作为不可避免的杂质被含有，所以O量规定为高于0％。
Ca：0.005～0.050％
Ca在本实施方式的焊丝中不是必须的元素，但在焊接接头的焊接金属中，其在夹杂物粒子的表面，形成与铁素体相具有良好的晶格匹配性的硫化物，从而促进夹杂物起点的微细针状铁素体组织生成，是使极低温韧性提高的元素，因此优选含有0.005％以上。另外，Ca量优选为0.007％以上，更优选为0.008％以上。
但是，Ca的过剩添加带来夹杂物的粗大化，助长以粗大夹杂物为起点的脆性断裂，将不能确保极低温韧性，因此使Ca量为0.050％以下。另外，Ca量优选为0.040％以下，更优选为0.035％以下。
Mg：0.001～0.020％
Mg在本实施方式的焊丝中不是必须的元素，但在焊接接头的焊接金属中，其在夹杂物粒子的表面，形成与铁素体相具有良好的晶格匹配性的氧化物，从而促进夹杂物起点的微细针状铁素体组织生成，是使极低温韧性提高的元素，因此优选含有0.001％以上。另外，Mg量优选为0.0012％以上，更优选为0.0040％以上。
但是，Mg的过剩添加，带来夹杂物的粗大化，助长以粗大夹杂物为起点的脆性断裂，将不能确保极低温韧性，因此使Mg量为0.020％以下。另外，Mg量优选为0.018％以下，更优选为0.016％以下。
还有，Mg在熔融金属中形成氧化物而容易浮起分离，因此即使添加到焊丝中，残留在焊接金属中的比例也小，大多低于成分分析的检测下限。在本实施方式中，低于检测下限而在焊接金属中被含有的Mg，作为杂质对待。
在本实施方式中Ca和Mg是起到同样的作用的元素，因此以规定量含有Ca和Mg的任意一方即可，但也可以含有双方。
Cu：高于0％且1.00％以下
Cu在本实施方式的焊丝中不是必须的元素，但其一边抑制极低温下的强度上升，一边使室温强度提高，具有改善极低温韧性与室温强度的平衡的作用。因此，优选含有Cu，更优选含有0.01％以上，进一步优选含有0.08％以上。但是，Cu的过剩添加则强度过大，将不能确保极低温韧性，因此使Cu量为1.00％以下。Cu量优选为0.50％以下，更优选为0.40％以下，进一步优选为0.30％以下。
另外，优选再含有从Cr：高于0％且0.50％以下、Mo：高于0％且0.50％以下、W：高于0％且0.50％以下、Nb：高于0％且0.10％以下、V：高于0％且0.10％以下、B：高于0％且0.010％以下所构成的群中选择的至少一种元素，并且，满足下式(1)。
还有，式(1)中的Cr、Mo和W，是在焊丝总质量中各自的含量(质量％)，省略单位。
Cr+Mo+W≤0.50…(1)
Cr、Mo、W、Nb、V和B是有助于强度确保的元素。上述焊丝以规定量含有Cr、Mo、W、Nb、V和B之中至少一种，并且，满足式(1)，由此不会使韧性大幅降低，而能够得到强度提高这样的效果。
Cr、Mo和W量，分别优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上，另外，优选为0.30％以下，更优选为0.15％以下。
Nb和V量分别优选为0.005％以上，更优选为0.008％以上，另外，优选为0.050％以下，更优选为0.045％以下。
B量优选为0.0005％以上，更优选为0.0008％以上，另外，优选为0.0050％以下，更优选为0.0045％以下。
式(1)左边的参数优选为0.40以下，更优选为0.38以下。另外，式(1)左边的参数包含0的情况。
作为能够在本实施方式的电渣焊用实芯焊丝中含有的其他的成分，例如，与对象母材同样，是作为基本成分的Fe和不可避免的杂质，在某种方式中，余量是Fe和不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，例如可列举P、As、Sb、Sn、Bi、N等。其中，P、As、Sb、Sn和Bi分别限制在0.010％以下，N限制在0.005％以下。只要这些元素在此范围内，则不仅作为不可避免的杂质被含有的情况，即使积极添加时，也不妨碍本实施方式的效果。
本实施方式的电渣焊用实芯焊丝，为了提高通电性，优选对表面实施镀Cu。该Cu镀覆量优选为0.10％以上，另外，优选为0.30％以下。
(焊接接头)
通过使用上述电渣焊用实芯焊丝实施电渣焊，能够以线能量例如为10.0kJ/mm以上的高效率，制作具有强度和极低温韧性优异的焊接金属的焊接接头。上述焊接接头的焊接金属中的成分(元素)，与电渣焊用实芯焊丝中的成分相同，各成分的作用效果也相同。因此，在以下的记述中，与前述的气电焊用实芯焊丝重复的成分的作用效果，为了避免说明的重复而省略，只记述优选的范围。
C：高于0％且0.07％以下
优选的上限：0.05％，更优选为0.04％
优选的下限：0.003％，更优选为0.008％
Si：高于0％且0.30％以下
优选的上限：0.25％，更优选为0.18％
优选的下限：0.005％，更优选为0.010％
Mn：高于0％且0.40％以下
优选的上限：0.37％，更优选为0.34％
优选的下限：0.05％
Ni：10.5～14.0％
优选的上限：13.0％，更优选为12.8％
优选的下限：10.8％，更优选为11.0％
S：高于0％且0.0065％以下
优选的上限：0.0052％，更优选为0.0045％
Al：0.008～0.220％
优选的上限：0.100％，更优选为0.080％
优选的下限：0.010％，更优选为0.015％
上述焊接金属中，也可以分别在以下的成分范围再含有REM、Ca或Cu。
REM：高于0％且0.040％以下
优选的上限：0.035％，更优选为0.030％
优选的下限：0.003％，更优选为0.004％
REM：高于0.040％且0.080％以下
优选的上限：0.070％，更优选为0.060％
优选的下限：0.045％，更优选为0.050％
Ca：0.0003～0.010％
优选的上限：0.005％，更优选为0.004％
优选的下限：0.0005％，更优选为0.0010％
Cu：高于0％且1.00％以下
优选的上限：0.5％，更优选为0.4％
优选的下限：0.01％，更优选为0.08％
另外，优选再含有从Cr：高于0％且0.50％以下、Mo：高于0％且0.50％以下、W：高于0％且0.50％以下、Nb：高于0％且0.10％以下、V：高于0％且0.10％以下、B：高于0％且0.010％以下所构成的群中选择的至少一种元素，并且，满足下式(2)。还有，式(2)中的Cr、Mo和W是在焊接金属全质量中的各自的含量(质量％)，省略单位。
Cr+Mo+W≤0.50…(2)
Cr、Mo和W量分别优选为0.01％以上，更优选为0.02％以上，另外，优选为0.30％以下，更优选为0.15％以下。
Nb和V量分别优选为0.005％以上，更优选为0.008％以上，另外，优选为0.050％以下，更优选为0.045％以下。
B量优选为0.0005％以上，更优选为0.0008％以上，另外，优选为0.0050％以下，更优选为0.0045％以下。
式(2)左边的参数优选为0.40以下，更优选为0.38以下。另外，式(2)左边的参数含0的情况。
O：高于0％且0.040％以下
O形成氧化物，因为该氧化物作为摆锤冲击试验时的空隙形成的起点，或作为脆性断裂的起点起作用，所以极低温韧性降低。因此O量优选为0.040％以下，更优选为0.035％以下，进一步优选为0.032％以下。还有，因为O作为不可避免的杂质被含有，所以O量规定为高于0％。
N：0％以上且0.010％以下
N作为固溶元素使焊接金属部的基体强化，另一方面，也是诱发脆性断裂的元素，极低温韧性降低。因此，N量优选为0.010％以下，更优选为0.008％以下，进一步优选为0.006％以下，最希望的是不含有(含0％的情况)。
本实施方式的焊接金属的基本组成如上述，余量是Fe不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，例如可列举P、As、Sb、Sn、Bi等。其中，P、As、Sb、Sn和Bi分别限制在0.010％以下。如果这些元素在此范围内，则不仅作为不可避免的杂质被含有时，即使积极地添加时，也不妨碍本实施方式的效果。
本实施方式的焊接金属中，通过以含REM的夹杂物为起点的微细的针状铁素体组织的形成，实现良好的韧性。具体来说，在晶体取向为15°以上的晶界所包围的大角度晶粒之中，将当量圆直径为5～30μm的合计面积分率SA(％)控制在30％以上，能够得到规定的韧性。SA优选为31％以上，更优选为32％以上。
用于上述焊接接头的制作的母材，优选使用含有5～10％的Ni的钢板。Ni量低于5％时，存在不能确保极低温韧性等的问题。Ni量优选为5.2％以上，更优选为6.5％以上。但是，若Ni量高于10％，则钢材成本上升，因此Ni量优选为10％以下，更优选为9.5％以下。
(焊剂)
在电渣焊中，为了补充随着焊接进行而减少的熔融渣，而追加投入焊剂，但在本说明书中将此焊剂仅称为焊剂。在电渣焊中，随着焊接进行,熔融金属被冷却而成为焊接金属，熔融渣池的一部分成为熔融渣层，但随着焊接的进行，熔融渣层被冷却而成为固化渣，熔融渣被消耗。为了补充该熔融渣池的减少，可使用焊剂。
焊剂大致区分为熔融型焊剂和粘结型(烧成型)焊剂。熔融型焊剂，是用电炉等熔化各种原料，经粉碎而制造。另一方面，烧成型焊剂，是通过利用碱性硅酸盐等的粘合剂来结合各种原料，经造粒后，进行烧成而制造。烧成型焊剂有使用前述的碳酸盐作为原料的情况，但焊接时碳酸盐因热而分解，发生CO2气体，焊接金属中的氧量增加，对极低温韧性造成影响。因此，优选使用熔融型焊剂。
本实施方式所用的焊剂，没有特别限定，但一般在以下这样的组成范围内使用。
CaO：5～60％
CaO是碱性成分，在用于调节熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。CaO量低于5％时，焊接金属的氧量增加，因此CaO量优选为5％以上，更优选为10％以上。但是，若CaO量高于60％，则咬边和夹渣发生，因此CaO量优选为60％以下，更优选为55％以下。
CaF2：3～50％
CaF2也是碱性成分，在用于调节熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。CaF2量低于3％时，焊接金属的氧量增加，因此CaF2量优选为3％以上，更优选为5％以上。但是，若CaF2量高于50％，则咬边和夹渣容易发生，并且焊接时发生氟化气体，焊接不稳定，因此CaF2量优选为50％以下，更优选为45％以下。
BaF2：0～20％
BaF2也是碱性成分，在用于调节熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。在本实施方式中，也可以用其他成分调节粘性和熔点，还可以进行焊接金属氧量的调整，而不含BaF2。另一方面，如果含有时，若BaF2量高于20％，则熔融渣的熔点过低而粘性不足，熔融渣太容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁。因此，BaF2量优选为20％以下，更优选为15％以下。
MgO：0～20％
MgO也是碱性成分，在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分。在本实施方式中，可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，也可以不含MgO。另一方面，如果含有时，若MgO量高于20％，则熔融渣的熔点变得过高，粘性也变高，其结果是发生未焊透，因此MgO量优选为20％以下，更优选为15％以下。
BaO：0～20％
BaO是碱性成分，在用于调节熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。但是，在本实施方式中，可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，也可以不含有BaO。另一方面，如果含有时，若BaO量高于20％，则熔融渣的熔点变得过低，粘性不足，熔融渣太容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁。因此，BaO量优选为20％以下，更优选为15％以下。
Na2O：0～10％
Na2O在用于调整熔融渣的粘性方面是非常有效的成分。但是，在本发明中，可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，也可以不含有Na2O。另一方面，含有时，若Na2O量高于10％，则熔融渣的熔点变得过低而粘性不足，熔融渣过于容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁，因此优选为10％以下，更优选为7％以下。
K2O：0～10％
K2O在用于调整熔融渣的粘性方面是非常有效的成分。但是，在本发明中，可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，也可以不含有K2O。另一方面，如果含有时，若K2O量高于10％，则熔融渣的熔点变得过低而粘性不足，熔融渣太容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁。因此，K2O量优选为10％以下，更优选为7％以下。
SiO2：0～35％
SiO2是酸性成分，是调整熔融渣的粘性和熔点的成分。在本实施方式中，可以用其他成分调整粘性和熔点，也可以不含有SiO2。另一方面，如果含有时，若SiO2量高于35％，则熔融渣的粘性变高，发生未焊透，因此SiO2量优选为35％以下，更优选为30％以下。
Al2O3：0～65％
Al2O3在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分。在本实施方式中，可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，也可以不含有Al2O3。另一方面，含有时，若Al2O3量高于65％，则熔融渣的粘性变高，发生未焊透，因此优选为65％以下，更优选为60％以下。另外，Al2O3量优选为3％以上。
TiO2：0～10％和ZrO2：0～10％
TiO2和ZrO2在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分。在实施方式中，可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，也可以不含TiO2和ZrO2。另一方面，含有时，若TiO2和ZrO2分别高于10％，则在熔点附近粘度急剧变高，因此容易发生夹渣。因此，TiO2和ZrO2量分别优选为10％以下，更优选为5％以下。
MnO：0～20％
MnO在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分。在本实施方式中，可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，也可以不含MnO。另一方面，含有时，若MnO量高于20％，则熔融渣的熔点变得过低而粘性不足，熔融渣太容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁。因此，MnO量优选为20％以下，更优选为15％以下。
FeO：0～5％
FeO在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。在实施方式中，可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，也可以不含FeO。另一方面，如果含有时，若FeO量高于5％，则焊道表面容易生成熔渣而咬粘，因此优选为5％以下，更优选为3％以下。
焊剂的组成对于减少焊接金属的氧量有效，关系到焊接金属部的韧性提高，因此，优选各成分量在限定范围内且满足式(3)。还有，式(3)中的CaO、CaF2等的各成分的表述，是在焊剂总质量中各自的含量(质量％)。
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00…(3)
(其中，SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、MnO和FeO全都不包含时，为＞100。)
用于本发明的焊剂的优选的组成如上述，余量是P、S、As、Sb、Sn、Bi等的不可避免的杂质。
实施例
在本实施例中，作为母材使用9％Ni钢，使用具有表1所示的组成的电渣焊用实芯焊丝和含有SiO2、CaO、CaF2、MgO、Al2O3、FeO、BaO、TiO2等的普通的焊剂，以下述的焊接条件制作焊接金属。还有，在表1和表2中，各成分组成中的“－”的表述，意思是低于组成分析的检测临界值，或没有添加。
另外，作为试验的焊丝全部使用实芯焊丝。这些焊丝全都实施镀Cu。Cu镀覆量为0.10～0.30％的范围，表1的焊丝Cu量，表示除镀Cu以外在焊丝中作为合金而含有的量的总和。
【表1】
Figure BDA0002771821240000161
另外，如图1所示，铜衬垫1(坡口的背面)和滑动式铜衬垫2(坡口的表面侧)所包围的坡口的宽度是10mm，进行20°V坡口焊。还有，铜衬垫1和滑动式铜衬垫2均使用经过水冷的。
焊接方法：电渣焊
焊接条件：
母材的板厚：30mm
坡口形状：参照图1
焊丝：参照表1
丝径＝1.6mm
线能量条件：约17.3～21.8kJ/mm(焊接电流340～400A－焊接电压32～40V)
焊接姿势：单道立焊
如此得到的焊接金属的组成(余量是Fe和不可避免的杂质)显示在表2中。还有，No.1和No.2的焊接金属，使用相同的焊丝A，但使用不同的焊剂，因此组成不同。接着，对于上述焊接金属，评价以下的特性。
(存在于焊接金属组织中的大角度晶粒之中，当量圆直径为5～30μm的合计面积分率：SA)
在与焊接方向垂直的截面，对于距焊接金属的板表面7.5μm的位置进行EBSD(Electron Back-Scattered Diffraction)测量。
EBSD测量条件
·装置：日本电子株式会社制，JEOL－5410或JSM－IT100
·测量面积：300×300μm
·步长(像素)：0.4μm
·考虑的相：铁素体、奥氏体
利用株式会社TSLソリューションズ制分析软件OIM Analysis，分析得到的EBSD数据。数据点之中，表示测量方位的可靠性的置信指数(Confidence Index)为0.100以下的点从分析对象中除外，与邻接的像素的晶体取向为15°以上的晶界所包围的单元定义为大角度晶粒。另外，大角度晶粒之中，计算当量圆直径为5～30μm的合计面积分率SA(％)。本实施例中，SA为30％以上的判断为优选，31％以上的判断为更优选，32％以上的判断为进一步优选。
(抗拉强度：TS)
从焊接金属的中央部，与焊接线方向平行地提取JIS Z3111记述的A2号拉伸试验片或JIS G0567记述的凸缘头棒状试验片，按JIS Z2241所述的方法进行拉伸试验。在本实施例中，抗拉强度TS＞690MPa的焊接金属为合格。
(极低温韧性：vE－196℃)
使摆锤冲击试验片的中心轴，位于距得到的焊接金属的板表面7.5mm位置，与焊接线方向垂直地提取摆锤冲击试验片(JIS Z3111 4号V切口试验片)，按照JIS Z 2242所述的方法实施－196℃下的摆锤冲击试验。同样的试验进行3次，计算其平均值，这时，吸收功vE－196℃为40J以上的焊接金属评价为极低温韧性优异。
还有，使摆锤冲击试验片的中心轴位于距得到的焊接金属的板表面7.5mm位置的方式与焊接线方向垂直地提取摆锤冲击试验片，是为了对于冷却速度特别大因此容易发生极低温韧性的降低的、受到水冷的铜衬垫和滑动式铜衬垫的附近的焊接金属进行极低温韧性的试验。
【表2】
Figure BDA0002771821240000191
由表2的结果，能够进行如下考察。
首先，表2的No.1～10的焊接金属，是使用满足本发明的要件的表1的焊丝A～I的例子(实施例)，尽管实施10.0kJ/mm以上的大线能量焊接，也满足抗拉强度TS＞690MPa，并且SA显示30％以上的高值，其结果是，吸收功vE－196℃为40J以上，能够得到抗拉强度和极低温韧性两方面都优异的焊接金属。
相对于此，表2的No.11、12的焊接金属，是使用了不满足本发明的要件的表1的焊丝J、K的例子(比较例)，具有以下的问题。
焊丝J没有添加REM。使用其制作的No.11的焊接金属，SA低，极低温韧性差。
焊丝K除了没添加REM以外，Ni量还低于规定的值。使用其制作的No.12的焊接金属，SA低，极低温韧性差，另外，关于抗拉强度TS也表示为低于690MPa低值。
以上，基于上述具体例详细地说明了本发明，但本发明不受上述具体例限定，只要不脱离本发明的范围，可以进行一切变形和变更。
以上，一边参照附图，一边对于各种实施的方式进行了说明，本发明当然不受这样的例子限定。如果是从业者，则可知在专利权利要求的范围所述的范畴内，能够想到各种变更例或修改例，关于这些当然理解为也属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明的宗旨的范围，也可以将上述实施的方式的各构成要素任意组合。
还有，本申请基于2018年5月17日申请的日本专利申请(专利申请2018－095768)和2019年5月9日申请的日本专利申请(专利申请2019－089329)，其内容在本申请之中作为参照援引。
符号说明
1 铜衬垫
2 滑动式铜衬垫

Claims (6)

1.一种焊接接头，其特征在于，是使用含有5～10％的Ni的钢板作为母材通过电渣焊制作而成的焊接接头，
所述焊接接头的焊接金属以质量％计含有
C：高于0％且0.07％以下、
Si：高于0％且0.30％以下、
Mn：高于0％且0.40％以下、
Ni：10.5～14.0％、
S：高于0％且0.0065％以下、
Al：0.008～0.220％，
余量由Fe和不可避免的杂质构成，
由晶体取向为15°以上的晶界所包围的大角度晶粒之中，当量圆直径为5～30μm的大角度晶粒的合计面积分率SA为30％以上，所述SA的单位为％。
2.根据权利要求1所述的焊接接头，其特征在于，所述焊接金属以质量％计还含有REM：高于0％且0.040％以下。
3.根据权利要求1所述的焊接接头，其特征在于，所述焊接金属以质量％计还含有REM：高于0.040％且0.080％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的焊接接头，其特征在于，所述焊接金属以质量％计还含有从如下成分所构成的群中选择的至少一种元素：
Ca：0.0003～0.010％、
Cu：高于0％且1.00％以下、
Cr：高于0％且0.50％以下、
Mo：高于0％且0.50％以下、
W：高于0％且0.50％以下、
Nb：高于0％且0.10％以下、
V：高于0％且0.10％以下、
B：高于0％且0.010％以下，
并且，满足下式(2)，
Cr+Mo+W≤0.50…(2)。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的焊接接头，其特征在于，所述焊接金属以质量％计还含有
O：高于0％且0.040％以下、
N：0％以上且0.010％以下。
6.根据权利要求4所述的焊接接头，其特征在于，所述焊接金属以质量％计还含有
O：高于0％且0.040％以下、
N：0％以上且0.010％以下。
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