CN116529408A - Tig焊用填充材料和使用了该tig焊用填充材料的焊接接头部的制造方法 - Google Patents

Tig焊用填充材料和使用了该tig焊用填充材料的焊接接头部的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供适合作为在极低温环境下使用的高含Mn钢材用焊接材料且焊接时抑制了高温裂纹的产生、耐高温裂纹性优良的TIG焊用填充材料。一种TIG焊用填充材料，其具有如下组成：以质量％计，含有C：0.20～0.80％、Si：0.15～0.90％、Mn：15.0～30.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：6.0～15.0％、N：0.120％以下。余量由Fe和不可避免的杂质构成。需要说明的是，根据需要，还可以含有选自Ni和Mo中的一种或两种，还可以含有选自V、Ti和Nb中的一种或两种以上，除此以外还可以含有选自Cu、Al、Ca和REM中的一种或两种以上。由此，能够容易地制造TIG焊时抑制了焊接裂纹的产生、耐高温裂纹性优良、而且高强度且极低温冲击韧性优良的焊接接头部。

Description

TIG焊用填充材料和使用了该TIG焊用填充材料的焊接接头部 的制造方法
技术领域
本发明涉及TIG焊用填充材料，特别是涉及在极低温环境下使用的高含Mn钢材焊接用途且焊接时抑制了高温裂纹的产生的耐高温裂纹性优良的TIG焊用填充材料和使用了该TIG焊用填充材料的焊接接头部的制造方法。
背景技术
TIG焊是Tungsten Inert Gas(钨-不活泼气体)焊接，是电极棒使用作为不消耗的材料的钨、一边喷吹作为不活泼气体的氩气或氦气而隔断空气一边使其它填充材料(焊接棒)在电弧中熔融进行焊接的方法。根据该TIG焊，也能够应用于各种合金钢、非铁金属等，即使是复杂形状也能够焊接，能够得到优良的焊接品质，因此被应用于所有金属的焊接中。
近年来，针对环境的规定变得严格。并且，液化天然气(以下也称为LNG)由于不含硫，因此被称为不产生硫氧化物等大气污染物质的清洁燃料，其需求增加。此外，为了运输或保管该LNG，对于运输或储存LNG的容器(罐)，需要在LNG的液化温度即-162℃以下的温度下保持优良的极低温冲击韧性。
以往以来，从保持优良的极低温冲击韧性的必要性出发，作为用于容器(罐)等的材料，使用铝合金、9％Ni钢、奥氏体系不锈钢等。
但是，铝合金的拉伸强度低，因此需要将结构物的板厚设计得较大，并且存在焊接性差的问题。9％Ni钢需要使用价格昂贵的Ni基材料作为焊接材料，因此经济上变得不利。另外，奥氏体系不锈钢存在价格昂贵、母材强度也低的问题。
从这样的问题出发，作为运输或储存LNG的容器(罐)用材料，最近对含有约10质量％～约35质量％的Mn的高Mn含有钢(以下也称为“高Mn钢”)的应用进行了研究。高Mn钢具有如下特征：即使在极低温下也是奥氏体相，不发生脆性断裂，并且与奥氏体系不锈钢相比具有高强度。因此，还期望开发出能够稳定地焊接这样的高含Mn钢材的焊接方法和焊接材料。
针对这样的期望，例如专利文献1中提出了“极低温冲击韧性优良的高强度焊接接头部以及用于其的药芯电弧焊用焊丝”。专利文献1中记载的药芯电弧焊用焊丝是具有以重量％计含有C：0.15～0.8％、Si：0.2～1.2％、Mn：15～34％、Cr：6％以下、Mo：1.5～4％、S：0.02％以下、P：0.02％以下、B：0.01％以下、Ti：0.09～0.5％、N：0.001～0.3％、TiO2：4～15％、选自SiO2、ZrO2和Al2O3中的一种以上的合计：0.01～9％、选自K、Na和Li中的一种以上的合计：0.5～1.7％、F和Ca中的一种以上：0.2～1.5％、余量为Fe和其它不可避免的杂质的组成的焊丝。使用专利文献1中记载的药芯电弧焊用焊丝进行焊接时，能够有效地得到具有试验温度为-196℃时的夏比冲击试验吸收能为28J以上的优良的低温韧性和常温拉伸强度为400MPa以上的高强度的焊接接头部，另外，将焊丝组成调整为Mo：1.5％以上，能够确保具有优良的耐高温裂纹性的焊接接头部。
另外，在专利文献2中提出了“熔化极气体保护电弧焊用实心焊丝”。专利文献2中记载的熔化极气体保护电弧焊用实心焊丝是具有以质量％计含有C：0.2～0.8％、Si：0.15～0.90％、Mn：17.0～28.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ni：0.01～10.00％、Cr：0.4～4.0％、Mo：0.01～3.50％、B：小于0.0010％、N：0.12％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的组成的焊丝。需要说明的是，根据需要，可以含有选自V、Ti和Nb中的一种或两种以上、选自Cu、Al、Ca和REM中的一种或两种以上。如果使用专利文献2中记载的熔化极气体保护电弧焊用实心焊丝进行焊接，则能够制造烟尘产生量少、而且常温屈服强度(0.2％屈服强度)为400MPa以上的高强度、试验温度为-196℃时的夏比冲击试验的吸收能vE-196为28J以上的高强度且极低温冲击韧性优良的焊接接头部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2017-502842号公报
专利文献2：国际公开WO2020/039643号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，根据本发明人的研究，专利文献1和专利文献2记载的技术存在在焊接时产生高温裂纹的问题。
本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供在焊接时能够抑制高温裂纹的产生、并且适合作为在极低温环境下使用的高含Mn钢材用焊接材料的、能够稳定地制造兼具高强度和优良的极低温韧性的焊接接头部的TIG焊中使用的填充材料。
需要说明的是，此处所谓的“高强度”是指依据JIS Z 3111的规定制作的熔敷金属的常温屈服强度(0.2％屈服强度)为400MPa以上的情况。“优良的极低温韧性”是指依据JISZ 3111的规定制作的熔敷金属的试验温度为-196℃时的夏比冲击试验的吸收能vE-196为28J以上的情况。
用于解决问题的方法
本发明人为了实现上述目的，首先对影响高Mn钢的TIG焊时的高温裂纹的因素进行了深入研究。结果发现，作为高温裂纹产生的因素，可以列举P向焊接金属的最终凝固部的偏析。此外发现，如果在填充材料的组成中含有6.0质量％以上的Cr，则通过在焊接金属的液相中形成Cr磷化物，具有抑制P向焊接金属的最终凝固部的偏析、而且还抑制高温裂纹的产生的作用。
另外，对为了使依据JIS Z 3111的规定制作的熔敷金属为兼具期望的高强度和期望的优良的极低温韧性的熔敷金属所需的TIG焊用填充材料的组成进行了研究。结果发现，需要制成具有使填充材料的组成为以质量％计将C调整为0.20～0.80％以及将Si调整为0.15～0.90％的范围、进一步将Mn调整为15.0～30.0％以及将Cr调整为6.0～15.0％的特定范围、并且将P减少到0.030％以下、将S减少到0.030％以下以及将N减少到0.120％以下的组成的TIG焊用填充材料和使用了该TIG焊用填充材料的焊接接头部。
本发明是基于上述见解进一步加以研究而完成的，本发明的主旨如下所述。
[1]一种TIG焊用填充材料，其具有如下组成：以质量％计，含有C：0.20～0.80％、Si：0.15～0.90％、Mn：15.0～30.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：6.0～15.0％、N：0.120％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
[2]根据[1]所述的TIG焊用填充材料，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Ni：10.00％以下和Mo：3.50％以下中的一种或两种。
[3]根据[1]或[2]所述的TIG焊用填充材料，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自V：1.00％以下、Ti：1.00％以下和Nb：1.00％以下中的一种或两种以上。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的TIG焊用填充材料，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Cu：1.00％以下、Al：0.100％以下、Ca：0.010％以下和REM：0.020％以下中的一种或两种以上。
[5]一种焊接接头部的制造方法，其中，使用[1]～[4]中任一项所述的TIG焊用填充材料和非消耗电极对高含Mn钢材进行TIG焊。
[6]根据[5]所述的焊接接头部的制造方法，其中，上述高含Mn钢材的Mn含量以质量％计为15.0～30.0％。
[7]根据[5]或[6]所述的焊接接头部的制造方法，其中，上述高含Mn钢材具有如下组成：以质量％计，含有C：0.10～0.80％、Si：0.05～1.00％、Mn：15.0～30.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：2.5～15.0％、N：0.120％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
[8]根据[5]～[7]中任一项所述的焊接接头部的制造方法，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Ni：10.00％以下和Mo：3.50％以下中的一种或两种。
[9]根据[5]～[8]中任一项所述的焊接接头部的制造方法，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自V：2.00％以下、Ti：1.00％以下和Nb：1.00％以下中的一种或两种以上。
[10]根据[5]～[9]中任一项所述的焊接接头部的制造方法，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Cu：1.00％以下、Al：0.100％以下、Ca：0.010％以下和REM：0.020％以下中的一种或两种以上。
发明效果
根据本发明的TIG焊用填充材料，作为高含Mn钢材的焊接材料，能够抑制TIG焊时的高温裂纹，而且能够容易地制造高强度且极低温韧性优良的焊接接头部，在产业上具有显著的效果。
具体实施方式
本发明是适合作为高含Mn钢材的TIG焊用途的填充材料。如果使用本发明的填充材料，在高含Mn钢材彼此的TIG焊时，能够抑制高温裂纹。为了能够裁取试验片，试验板必须预先施加约束或者施以逆应变以便使焊接后的角变形不会成为5°以上。坡口形状设定为V型坡口，由垫板金属构成。除了特别指定的情况以外，焊接以平焊进行，按照第一层和第二层为1或2道次、第三层之后为1或2道次或其以上进行。焊接后的试验片不进行热处理。
更优选本发明的填充材料是依据JIS Z 3111通过TIG焊制作的熔敷金属为兼具以常温下的0.2％屈服强度计为400MPa以上的高强度和试验温度为-196℃时的夏比冲击试验的吸收能为28J以上的优良的极低温韧性的熔敷金属、能够制造高强度且极低温韧性优良的焊接接头部的焊接材料。
[TIG焊]
如上所述，TIG焊是电极棒使用作为不消耗的材料的钨、一边喷吹氩气或氦气隔断空气一边使其它填充材料在电弧中熔融进行焊接的方法。该TIG焊也能够应用于各种合金钢、非铁金属等，即使是复杂的形状也能够焊接，能够得到优良的焊接品质，因此被应用于所有金属的焊接中。
作为TIG焊方法的一例，将作为母材的钢板或钢材(板厚：3～100mm)依据JIS Z3111进行对接，形成45°V型坡口，使用作为电极的纯钨棒(3.2mmφ)和填充材料(直径2.0mmφ)，不进行预热，以平焊位置，在电流为180～250A(DCEN)、电压为10～15V、焊接速度为5～15cm/分钟、焊接线能量为0.7～4.0kJ/mm、道次间温度为100～150℃、保护气体为Ar、气体流量为10～25L/分钟的条件下实施。
[填充材料的基本组成]
本发明的TIG焊用填充材料具有如下组成作为基本组成：以质量％计，含有C：0.20～0.80％、Si：0.15～0.90％、Mn：15.0～30.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：6.0～15.0％、N：0.120％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。首先，对基本组成的组成限定理由进行说明。需要说明的是，以下，组成中的“％”是指“质量％”。
[C：0.20～0.80％]
C是具有通过固溶强化而使焊接金属的强度升高的作用的元素，另外，C使奥氏体相稳定化，使焊接金属的极低温冲击韧性提高。为了得到这样的效果，需要含有0.20％以上。但是，含有超过0.80％时，碳化物析出，极低温韧性降低，进而容易产生焊接时的焊接裂纹(高温裂纹)。因此，C限定为0.20～0.80％的范围。需要说明的是，优选C为0.40％以上。优选C为0.60％以下。更优选C为0.45％以上。更优选C为0.55％以下。
[Si：0.15～0.90％]
Si作为脱氧剂发挥作用，具有提高Mn的成品率、并且提高熔融金属的粘性、稳定地保持焊道形状的效果。为了得到这样的效果，需要含有0.15％以上。但是，含有超过0.90％时，使焊接金属的极低温韧性降低，另外，Si在凝固时发生偏析，在凝固单元界面生成液相，使耐高温裂纹性降低。因此，Si限定为0.15～0.90％的范围。优选Si为0.20％以上。优选Si为0.70％以下。更优选Si为0.30％以上。更优选Si为0.60％以下。
[Mn：15.0～30.0％]
Mn是廉价地使奥氏体相稳定化的元素，在本发明中需要含有15.0％以上。Mn小于15.0％时，在焊接金属中生成铁素体相，极低温下的韧性显著降低。另一方面，Mn超过30.0％时，在凝固时发生过度的Mn偏析，诱发焊接裂纹(高温裂纹)。因此，Mn限制为15.0～30.0％的范围。需要说明的是，优选Mn为18.0％以上。优选Mn为27.0％以下。更优选Mn为20.0％以上。更优选Mn为26.0％以下。
[P：0.030％以下]
P是在晶界发生偏析、诱发高温裂纹的元素，优选尽可能减少，但如果为0.030％以下则可以允许。因此，P限制为0.030％以下。需要说明的是，过度的减少导致精炼成本的高涨。因此，P优选调整为0.003％以上。更优选P为0.005％以上。更优选P为0.020％以下。
[S：0.030％以下]
S在焊接金属中以作为硫化物系夹杂物的MnS的形式存在。MnS成为断裂的发生起点，因此使极低温韧性降低。因此，S限定为0.030％以下。需要说明的是，过度的减少导致精炼成本的高涨。因此，S优选调整为0.001％以上。更优选S为0.003％以上。更优选P为0.020％以下。
[Cr：6.0～15.0％]
Cr作为在极低温下使奥氏体相稳定化的元素发挥作用，使焊接金属的极低温韧性提高。另外，具有使焊接金属的强度提高的作用。此外，对于使熔融金属的固液共存区域的温度范围变窄、抑制高温裂纹的产生也有效地发挥作用，并且还具有通过在液相中形成Cr磷化物而抑制由P引起的高温裂纹的作用。为了得到这样的效果，需要含有6.0％以上。Cr小于6.0％时，不能确保上述效果。另一方面，含有超过15.0％时，生成Cr碳化物，导致极低温韧性的降低。因此，Cr限定为6.0～15.0％的范围。需要说明的是，优选Cr大于7.0％。优选Cr为15.0％以下。更优选Cr为8.0％以上。更优选Cr为13.0％以下。
[N：0.120％以下]
N是不可避免地混入的元素，与C同样，有效地有助于焊接金属的强度提高，并且使奥氏体相稳定化，有助于极低温韧性的稳定提高。这样的效果在含有0.003％以上时变得显著。另一方面，含有超过0.120％时，形成氮化物，低温韧性降低。因此，N限定为0.120％以下。优选N为0.004％以上。优选N为0.080％以下。更优选N为0.010％以上。更优选N为0.060％以下。
[任选成分]
本发明的填充材料中，上述成分为基本成分，但是，在本发明中，在上述基本组成的基础上，还可以根据需要选择含有选自Ni：10.00％以下和Mo：3.50％以下中的一种或两种作为任选成分。另外，除此以外，还可以选择含有选自V：1.00％以下、Ti：1.00％以下和Nb：1.00％以下中的一种或两种以上。除此以外，还可以选择含有选自Cu：1.00％以下、Al：0.100％以下、Ca：0.010％以下和REM：0.020％以下中的一种或两种以上。
[Ni：10.00％以下和Mo：3.50％以下]
Ni和Mo均是强化奥氏体晶界的元素，可以根据需要选择含有任一种或两种。
[Ni：10.00％以下]
Ni是强化奥氏体晶界的元素，在晶界发生偏析，使极低温韧性提高。另外，Ni还具有使奥氏体相稳定化的效果，因此，如果进一步增加含量，则使奥氏体相稳定化，使焊接金属的极低温韧性提高。但是，Ni是价格昂贵的元素，含有超过10.00％时，经济上变得不利。因此，Ni优选限定为10.00％以下。需要说明的是，更优选为8.00％以下的范围。进一步优选为6.00％以下的范围。
[Mo：3.50％以下]
Mo是强化奥氏体晶界的元素，在晶界发生偏析，使焊接金属的强度提高。另外，还具有通过固溶强化使焊接金属的强度提高的作用。另一方面，含有超过3.50％时，有时作为碳化物析出，成为断裂的发生起点，导致极低温韧性的降低。因此，Mo优选限定为3.50％以下的范围。需要说明的是，更优选为3.00％以下的范围。进一步优选Mo为1.00％以上。优选Mo为3.00％以下。
[V：1.00％以下、Ti：1.00％以下和Nb：1.00％以下]
V、Ti和Nb均是促进碳化物的形成、有助于焊接金属的强度提高的元素，可以根据需要选择含有一种或两种以上。
[V：1.00％以下]
V是碳化物形成元素，使微细的碳化物析出，有助于焊接金属的强度提高。为了得到这样的效果，优选含有0.001％以上。但是，含有超过1.00％时，碳化物粗大化，成为断裂的发生起点，导致极低温韧性的降低。因此，在含有V的情况下，V优选限定为1.00％以下。优选V为0.002％以上。优选V为0.60％以下。进一步优选V为0.005％以上。进一步优选V为0.20％以下。
[Ti：1.00％以下]
Ti是碳化物形成元素，使微细的碳化物析出，有助于焊接金属的强度提高。另外，使碳化物在焊接金属的凝固单元界面析出，有助于抑制高温裂纹的产生。为了得到这样的效果，优选含有0.001％以上。但是，含有超过1.00％时，碳化物粗大化，成为断裂的发生起点，导致极低温韧性的降低。因此，在含有Ti的情况下，Ti优选限定为1.00％以下。优选Ti为0.002％以上。优选Ti为0.60％以下。进一步优选Ti为0.005％以上。进一步优选Ti为0.20％以下。
[Nb：1.00％以下]
Nb是碳化物形成元素，是使碳化物析出而有助于焊接金属的强度提高的元素。另外，使碳化物在焊接金属的凝固单元界面析出，有助于抑制高温裂纹的产生。为了得到这样的效果，优选含有0.001％以上。但是，超过1.00％时，碳化物粗大化，成为断裂的发生起点，导致极低温韧性的降低。因此，在含有Nb的情况下，Nb优选限定为1.00％以下。需要说明的是，更优选Nb为0.002％以上。优选Nb为0.60％以下。进一步优选Nb为0.005％以上。进一步优选Nb为0.30％以下。
[Cu：1.00％以下、Al：0.100％以下、Ca：0.010％以下和REM：0.020％以下]
Cu是有助于奥氏体稳定化的元素，Al是有助于焊道形状的稳定化的元素，Ca和REM是有助于提高加工性的元素，可以根据需要选择含有一种或两种以上。
[Cu：1.00％以下]
Cu是使奥氏体相稳定化的元素，即使在极低温下也使奥氏体相稳定化，使焊接金属的极低温韧性提高。为了得到这样的效果，优选含有0.01％以上。但是，超过1.00％而大量含有时，在凝固时发生偏析，诱发高温裂纹。因此，在含有Cu的情况下，Cu优选限定为1.00％以下。优选Cu为0.01％以上。优选Cu为0.60％以下。更优选Cu为0.10％以下。
[Al：0.100％以下]
Al作为脱氧剂发挥作用，具有提高熔融金属的粘性、稳定地保持焊道形状的重要作用。另外，Al使熔融金属的固液共存区域的温度范围变窄，有助于抑制焊接金属的高温裂纹产生。这样的效果在含有0.005％以上时变得显著，因此优选含有0.005％以上。但是，含有超过0.100％时，熔融金属的粘性变得过高，反而焊道不扩展而融合不良等缺陷增加。因此，在含有Al的情况下，Al优选限定为0.100％以下。更优选Al为0.005％以上。更优选Al为0.060％以下。更优选Al为0.020％以下。
[Ca：0.010％以下]
Ca在熔融金属中与S结合，形成高熔点的硫化物CaS。CaS的熔点比MnS高，因此有助于抑制焊接金属的高温裂纹产生。这样的效果在含有0.001％以上时变得显著。另一方面，含有超过0.010％时，焊接时电弧产生紊乱，难以进行稳定的焊接。因此，在含有Ca的情况下，Ca优选限定为0.010％以下。更优选Ca为0.001％以上。更优选Ca为0.008％以下。
[REM：0.020％以下]
REM是指Sc、Y、La、Ce等稀土元素。REM是强力的脱氧剂，在焊接金属中以REM氧化物的形态存在。REM氧化物成为凝固时的成核位点，由此使晶粒微细化，有助于焊接金属的强度提高。这样的效果在含有0.001％以上时变得显著。但是，含有超过0.020％时，电弧的稳定性降低。因此，在含有REM的情况下，REM优选限定为0.020％以下。更优选REM为0.002％以上。优选REM为0.018％以下。更优选REM为0.010％以下。
[余量成分]
上述成分以外的余量由Fe和不可避免的杂质构成。作为不可避免的杂质，例如可以列举O、Sn、Sb、As、Pb、Bi等。优选焊丝中的O量设定为0.15％以下，Sn、Sb、As量分别设定为0.005％以下，Pb、Bi量分别设定为0.0001％以下。另外，只要满足上述基本组成和可选成分，也可以含有它们以外的元素，这样的实施方式也包含本发明的技术范围内。
[填充材料的制造方法]
接着，对本发明的TIG焊用填充材料的制造方法进行说明。
本发明的填充材料的制造中，除了使用具有上述组成成分的钢水以外，无需限定其制造方法，常用的填充材料的制造方法均能够应用。
本发明的填充材料例如优选：依次进行将具有上述组成成分的钢水在电炉、真空熔化炉等常用的熔炼炉中熔炼并在规定形状的铸模等中进行铸造的铸造工序；接着将得到的钢锭加热至规定温度的加热工序；以及对加热后的钢锭实施热轧而制成规定形状的钢原材(棒状)的热轧工序，接着，进行对所得到的钢原材(棒状)实施两次以上冷轧(冷拉丝加工)和根据需要的使退火温度为900～1200℃的退火工序而制成期望尺寸的焊丝的冷轧工序。
[焊接接头部的制造方法]
对使用上述TIG焊用填充材料通过TIG焊法对作为母材的钢材进行焊接的焊接接头部的制造方法进行说明。
使用具有上述组成成分的TIG焊用填充材料，将作为母材的钢材对接，一边喷吹不活泼气体，一边连续地供给填充材料，利用钨棒电极产生电弧进行焊接，从而能够制作焊接接头部。
[钢材]
作为母材的钢材优选为高含Mn钢材。高含Mn钢材是指极低温用高强度钢材，以质量％计，Mn优选为15.0～30.0％。具体而言，是将以质量％计含有C：0.10～0.80％、Si：0.05～1.00％、Mn：15.0～30.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：2.5～15.0％、N：0.120％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的组成作为基本组成的钢材，在该基本组成的基础上，作为任选成分，还可以根据需要选择含有选自Ni：10.00％以下和Mo：3.50％以下中的一种或两种，除此以外，还可以选择含有选自V：2.00％以下、Ti：1.00％以下和Nb：1.00％以下中的一种或两种以上，除此以外，还可以选择含有选自Cu：1.00％以下、Al：0.100％以下、Ca：0.010％以下和REM：0.020％以下中的一种或两种以上。
作为高含Mn钢材的制造方法，存在有对经过常规方法的炼钢工序和铸造工序得到的钢原材调整加热条件、压下率等进行热轧后进行冷却而得到钢材(钢板)的方法等。轧制后的钢板的板厚例如为3～100mm。
实施例
以下，基于实施例对本发明进一步进行说明。但是，下述实施例仅是用于例示本发明而更详细说明的例子，并不限定本发明的权利范围。
将表1所示组成的钢水在真空熔化炉中熔炼，进行铸造，制成1000kg钢锭。将得到的钢锭加热到1200℃后，进行热轧，接着进行冷轧，根据需要进行退火(900～1200℃)，制成直径2.0mmφ、长度1000mm的TIG焊用填充材料。
接着，作为试验板，准备极低温用高含Mn钢板(板厚：12mm)，依据JIS Z 3111，进行对接，形成45°V型坡口，使用得到的填充材料，进行TIG焊，在上述坡口内得到熔敷金属。需要说明的是，作为试验板使用的极低温用高含Mn钢板使用具有由0.5％C-0.4％Si-25％Mn-3％Cr-余量Fe构成的组成的钢板。
TIG焊中，使用表1所示组成的各填充材料(直径2.0mmφ)，电极为纯钨棒(3.2mmφ)，不进行预热，以平焊位置，在电流为200A(DCEN)、电压为12V、焊接速度为8cm/分钟、道次间温度为100～150℃、保护气体为Ar的条件下实施。
[耐高温裂纹性]
焊接后，利用光学显微镜观察熔敷金属(30倍)，判定焊接裂纹的有无。焊接裂纹是高温裂纹，在确认到产生裂纹的情况下作为耐高温裂纹性降低而评价为“×”。在没有确认到产生裂纹的情况下作为耐高温裂纹性优良而评价为“○”。
[熔敷金属特性]
依据JIS Z 3111的规定，从得到的熔敷金属裁取熔敷金属的拉伸试验片(平行部直径为6mmφ)和熔敷金属的夏比冲击试验片(V型缺口)，实施拉伸试验、冲击试验。
[拉伸试验：0.2％屈服强度(MPa)]
拉伸试验在室温下各实施三根，将得到的值(0.2％屈服强度)的平均值作为使用了该焊丝的熔敷金属的拉伸特性。本发明的目标值如上所述设定成常温下的0.2％屈服强度为400MPa以上。
[冲击试验：吸收能vE-196(J)]
另外，夏比冲击试验各实施三根，求出试验温度为-196℃时的吸收能vE-196，将其平均值作为使用了该焊丝的熔敷金属的极低温韧性。本发明的目标值如上所述设定成吸收能vE-196为28J以上。
将得到的结果示于表2中。
[表1]
[表2]
＊)依据JIS Z 3111
本发明例均是在焊接时没有产生高温裂纹、能够得到耐高温裂纹性优良的熔敷金属的焊接材料。
此外，本发明例均是常温下的屈服强度(0.2％屈服强度)为400Mpa以上、试验温度为-196℃时的夏比冲击试验的吸收能vE-196为28J以上，满足上述目标值，表明是能够得到兼具高强度和优良的极低温韧性的焊接金属的填充材料。
另一方面，在本发明的范围外的比较例中，产生高温裂纹、耐高温裂纹性降低，或者常温下的0.2％屈服强度小于400MPa、吸收能vE-196小于28J，未得到兼具目标强度和极低温韧性的熔敷金属。
以下，对各个比较例进行说明。
填充材料No.19中，P含量分别高于本发明的范围，因此焊接时在最终凝固部P发生偏析，产生了高温裂纹。
填充材料No.20中，S含量高于本发明的范围，因此生成可能成为断裂的起点的MnS，试验温度为-196℃时的吸收能vE-196小于28J，不能确保期望的优良的极低温韧性。
填充材料No.21中，Cr含量低于本发明的范围，因此熔敷金属的0.2％屈服强度小于400MPa，不能确保期望的高强度，此外，不能抑制焊接时P向最终凝固部的偏析，因此产生焊接裂纹(高温裂纹)，此外，试验温度为-196℃时的吸收能vE-196小于28J，不能确保期望的优良的极低温韧性。
填充材料No.22中，C含量和Mn含量高于本发明的范围，因此焊接时碳化物和Mn向最终凝固部发生偏析，产生焊接裂纹(高温裂纹)，另外，碳化物成为断裂的起点，试验温度为-196℃时的吸收能vE-196小于28J，不能确保期望的优良的极低温韧性。
填充材料No.23中，C含量低于本发明的范围，因此熔敷金属的0.2％屈服强度小于400MPa，不能确保期望的高强度，此外，试验温度为-196℃时的吸收能vE-196小于28J，不能确保期望的优良的极低温韧性。
填充材料No.24中，Mn含量低于本发明的范围，因此奥氏体相的稳定性低，因此，试验温度为-196℃时的吸收能vE-196小于28J，不能确保期望的优良的极低温韧性。
填充材料No.25中，Mo含量高于本发明的范围，生成可能成为断裂的起点的Mo碳化物，因此试验温度为-196℃时的吸收能vE-196小于28J，不能确保期望的优良的极低温韧性。
填充材料No.26中，Si含量高于本发明的范围，因此焊接时Si向最终凝固部发生偏析，产生焊接裂纹(高温裂纹)，此外，试验温度为-196℃时的吸收能vE-196小于28J，不能确保期望的优良的极低温韧性。

Claims (10)

1.一种TIG焊用填充材料，其具有如下组成：以质量％计，含有C：0.20～0.80％、Si：0.15～0.90％、Mn：15.0～30.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：6.0～15.0％、N：0.120％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述的TIG焊用填充材料，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Ni：10.00％以下和Mo：3.50％以下中的一种或两种。
3.根据权利要求1或2所述的TIG焊用填充材料，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自V：1.00％以下、Ti：1.00％以下和Nb：1.00％以下中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的TIG焊用填充材料，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Cu：1.00％以下、Al：0.100％以下、Ca：0.010％以下和REM：0.020％以下中的一种或两种以上。
5.一种焊接接头部的制造方法，其中，使用权利要求1～4中任一项所述的TIG焊用填充材料和非消耗电极对高含Mn钢材进行TIG焊。
6.根据权利要求5所述的焊接接头部的制造方法，其中，所述高含Mn钢材的Mn含量以质量％计为15.0～30.0％。
7.根据权利要求5或6所述的焊接接头部的制造方法，其中，所述高含Mn钢材具有如下组成：以质量％计，含有C：0.10～0.80％、Si：0.05～1.00％、Mn：15.0～30.0％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：2.5～15.0％、N：0.120％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的焊接接头部的制造方法，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Ni：10.00％以下和Mo：3.50％以下中的一种或两种。
9.根据权利要求5～8中任一项所述的焊接接头部的制造方法，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自V：2.00％以下、Ti：1.00％以下和Nb：1.00％以下中的一种或两种以上。
10.根据权利要求5～9中任一项所述的焊接接头部的制造方法，其中，在所述组成的基础上，以质量％计，还含有选自Cu：1.00％以下、Al：0.100％以下、Ca：0.010％以下和REM：0.020％以下中的一种或两种以上。
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