ES2633019T3

ES2633019T3 - Material de soldadura y unión de soldadura

Info

Publication number: ES2633019T3
Application number: ES12786088.0T
Authority: ES
Inventors: Takahiro Osuki; Kiyoko Takeda; Tetsuo Yokoyama; Hiroyuki Anada; Masatoshi Toyoda
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2017-09-18
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: US10201880B2; CN103547409A; KR101597010B1; CN103547409B; JPWO2012157542A1; WO2012157542A1; EP2708310A4; EP2708310A1; JP5088457B1; EP2708310B1; KR20130137248A; US20140286698A1; CA2834245C; CA2834245A1

Abstract

Uso de un material de soldadura para la soldadura de un acero inoxidable austenítico que tiene una composición química que consiste, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 0.01 a 0.5%, Mn: 0.01 a 2%, Cr: 24 a 26%, Ni: 18 a 22%, Mo: más de 0.10% y menos de 0.50%, N: más de 0.04% y 0.15% o menos, P: 0.02% o menos, y S: 0.002% o menos, y uno o dos elementos de Nb: 0.30% o menos y V: 0.40% o menos, el límite inferior del contenido total de Nb y V que es 0.01%, y el balance de Fe e impurezas, en el que la composición química del material de soldadura consiste, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 2% o menos, Mn: 2% o menos, Cr: 26 a 50%, N: 0.15% o menos, P: 0.02% o menos, S: 0.002% o menos, Ni: un contenido que satisface la Fórmula (I), y opcionalmente uno o más elementos seleccionados de Mo: 1% o menos, Nb: 0.5% o menos, V: 1% o menos, y REM: 0.05% o menos, y el equilibrio de Fe e impurezas, y satisface la Formula (II): 5<=Ni<=Cr-14 ... (I) 2 3 Nb + V <= 1 ... (II) donde cada símbolo del elemento en las fórmulas (I) y (II) representa el contenido (% en masa) de cada elemento contenido en el material de soldadura.

Description

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DESCRIPCION

Material de soldadura y union de soldadura Campo tecnico

La presente invencion se relaciona con el uso de un material de soldadura y a una union de soldadura. Mas particularmente, se relaciona con una union de soldadura de un acero inoxidable austemtico que tiene resistencia a la ruptura por soldadura, especialmente una union de soldadura de un acero inoxidable austemtico excelente en resistencia a la ruptura por soldadura, cuya union es adecuada para un miembro estructural usado en ambientes acuosos de alta temperatura o un material de nucleo tal como una cubierta.

Antecedentes de la tecnica

Los aceros inoxidables SUS310 son altamente resistentes a la corrosion y tienen una mayor capacidad de trabajo y propiedades mecanicas que los aceros inoxidables SUS316 y los aceros inoxidables SUS304 y, por lo tanto, han sido usados, por ejemplo, como elementos estructurales usados en entornos acuosos de alta temperatura en plantas nucleares y similares.

El Documento de Patente 1 divulga un acero inoxidable que esta provisto de una excelente resistencia a la corrosion intergranular mediante la adicion de Nb y/o V al acero inoxidable SUS310 y no solo se usa para un elemento estructural usado en ambientes acuosos de alta temperatura en una planta de energfa nuclear, pero tambien es adecuado como un material de nucleo tal como una cubierta.

Por otra parte, para usar un material tal como un miembro estructural o similares en una planta de energfa nuclear, la soldadura es esencial, y es indispensable que defectos tales como rupturas de soldadura no ocurran en una parte de la union de soldadura.

El Documento de Patente 2 divulga una union de soldadura de acero inoxidable SUS310 excelente en la resistencia a la ruptura por corrosion por tension, y un material de soldadura.

Tambien, los Documentos sin Patente 1 y 2 describen la ruptura por solidificacion y la ruptura por recalentamiento en una parte de la union de soldadura.

Lista de documentos de la tecnica anterior

Documentos de Patente

Documento de Patentel: WO 2010/110003 A Documento de Patente 2: JP 2006-183082 A

Documento sin Patente

Documento sin Patente 1: Kazutoshi Nishimoto, Shogo Natsume, Kazuhiro Ogawa y Osa Matsumoto: "Welding of Stainless Steels", Sanpou Shuppan, p.86

Documento sin Patente 2: Kazuyuki Saida, Yuki Nomoto, Akira Taniguchi, Masashi Sakamoto y Kazutoshi Nishimoto: Quarterly Journal of the Japan Welding Society, 2010, PP. 61-71

Divulgacion de la invencion

Problemas a ser resueltos por la invencion

El acero inoxidable SUS310 divulgado en el Documento de Patente 1 es adecuado para un miembro estructural y un material de nucleo en una planta de energfa nuclear. Sin embargo, el Documento de Patente 1 no describe el material de soldadura usado para soldar y las condiciones de control de soldadura del acero inoxidable.

En particular, en el acero inoxidable SUS310 divulgado en el Documento de Patente 1, el equivalente de Cr/ equivalente de Ni es relativamente bajo para el acero inoxidable SUS316, y la austenita funciona como un equilibrio de componentes estable. Por lo tanto, tal como se describio en el Documento son Patente 1, a medida que la composicion de metal de soldadura se acerca a la composicion de metal de base en la que el equivalente de Cr/equivalente de Ni es bajo, puede ser probable que ocurran rupturas de soldadura tales como rupturas por solidificacion y rupturas por recalentamiento en una union de soldadura.

Ademas, puesto que Nb y/o V se anaden ademas del hecho de que el grano es una solucion solida reforzada por altos contenidos de Cr y Ni, tambien es posible que, tambien en el metal de soldadura, durante el procedimiento de

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solidificacion o el procedimiento de recalentamiento en el tiempo de soldadura de paso multiple, los carbo-nitruros son propensos a precipitarse desde el grano interior y a endurecerse, y aumenta la susceptibilidad a la ruptura por recalentamiento.

Por lo tanto, el estudio del material de soldadura y las condiciones de control de soldadura para prevenir rupturas de soldadura, que se lleva a cabo para usar el acero inoxidable SUS310 excelente en resistencia a la corrosion intergranular divulgado en el Documento de Patente 1 como una estructura soldada, tiene mucho sentido.

Ademas, en el Documento de Patente 2, puesto que Nb o V no se anaden al metal base a soldar, no se considera en absoluto el problema con respecto a la ruptura por recalentamiento.

Con respecto a la ruptura por recalentamiento en la que el lfmite de grano del metal de soldadura obtenido por soldadura no resiste la tension termica causada por el ciclo de soldadura de la siguiente capa y se desliza como un resultado, el Documento sin Patente 2 describe que la disminucion en contenidos de P y S, que son elementos de impureza, es efectiva para la aleacion 690, que causa la solidificacion completa de la austenita. Sin embargo, el Documento sin Patente 2 no describe en absoluto el metodo para prevenir la ruptura por recalentamiento en el metal de soldadura en el que la porcion granular se refuerza porque los carbo-nitruros se precipitan a partir de la porcion granular debido al contenido de Nb o V.

Por consiguiente, un objetivo de la presente invencion es proporcionar una union de soldadura en la que un acero inoxidable SUS310 excelente en resistencia a la corrosion intergranular, que contiene Nb y/o V, es un metal base y no se producen rupturas de soldadura, y un material de soldadura que es adecuado para producir la union de soldadura.

Medios para resolver los problemas

Los presentes inventores realizaron estudios de la union de soldadura capaz de prevenir no solo la ruptura por solidificacion sino tambien la ruptura por recalentamiento de un acero inoxidable SUS310 que tiene una proporcion baja de equivalente de Cr/equivalente de Ni y caracterizado por contener Nb y / o V, y a manera de resultado se obtuvieron los hallazgos descritos a continuacion.

(A) Tal como se describe en el Documento sin Patente 1 tambien, con el fin de evitar la ruptura por solidificacion en la soldadura de un acero inoxidable austemtico, es efectivo para aumentar el equivalente de Cr/equivalente de Ni de metal de soldadura y para cristalizar y precipitar ferrita.

(B) Dado que la ferrita tiene un gran lfmite de solucion solida de P, S y similares, por cristalizacion de ferrita en la etapa de solidificacion, se reduce la segregacion de solidificacion de los elementos que causan la fragilizacion, y manera de resultado, se puede reducir la segregacion del lfmite de grano.

(C) Al mismo tiempo, incluso si la porcion granular se refuerza mediante la precipitacion de carbo-nitruros de Nb o V, mediante regulacion de una cantidad adecuada o mas de ferrita para permanecer en los lfmites de grano, se relaja la tension termica dada por el ciclo termico de soldadura de la siguiente capa por la ferrita de frontera de grano, y la resistencia de deslizamiento del lfmite de grano se mejora, de manera que se puede prevenir la ruptura por recalentamiento.

(D) Con el fin de evitar la ruptura por solidificacion y la ruptura por recalentamiento, es importante asegurar una cantidad predeterminada de ferrita en el metal de soldadura despues de la terminacion de la solidificacion en el momento de la soldadura del paso de rafz. Por consiguiente, a continuacion, los presentes inventores realizaron estudios de un material de soldadura para obtener la union de soldadura que satisface las condiciones anteriores y a manera de resultado se obtuvieron los hallazgos descritos a continuacion.

(E) Con el fin de conseguir una excelente capacidad de trabajo de soldadura, es necesario el material de soldadura capaz de prevenir la ruptura por solidificacion y el recalentamiento, incluso en el caso en que la proporcion del metal de base que fluye hacia el metal de soldadura sea 70% o mas.

(F) Al aumentar la cantidad de Cr en el material de soldadura de manera que sea mas alta que la del metal base y definiendo la cantidad de Ni para satisfacer la Formula (I), se puede obtener un material de soldadura capaz de prevenir la ruptura por solidificacion y recalentamiento:

5<Ni<Cr-14 ... (I)

donde cada sfmbolo de elemento representa el contenido (% en masa) de cada elemento contenido en el material de soldadura.

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La presente invencion se realizo en base a los hallazgos descritos anteriormente, e incluye el uso de un material de soldadura como se definio en la reivindicacion 1 y una union de soldadura como se definio en una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4.

Efectos ventajosos de la invencion

De acuerdo con la presente invencion, se puede obtener de manera estable una union de soldadura de un acero inoxidable austemtico excelente en resistencia a la corrosion intergranular y resistencia a la ruptura por soldadura. Por lo tanto, la union de soldadura obtenida mediante el uso del metal base y el material de soldadura de acuerdo con la presente invencion es adecuada para un material estructural soldado usado como un tubo PLR (tubo del sistema de recirculacion del bucle primario) o un material del nucleo tal como una cubierta, que tienen riesgos de danos por corrosion en los lfmites de grano en una planta de energfa nuclear.

Modo para llevar a cabo la invencion

1. Composicion qmmica del metal base

La composicion qmmica de un acero inoxidable austemtico que forma un metal base de la union de soldadura de la presente invencion consiste, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 0.01 a 0.5%, Mn: 0.01 a 2%, Cr: 24 a 26%, Ni: 18 a 22%, Mo: mas de 0.10% y menos de 0.50%, N: mas de 0.04% y 0.15% o menos, P: 0.02% o menos, y S: 0.002% o menos, y uno o dos elementos de Nb: 0.30% o menos y V: 0.40% o menos, y el equilibrio de Fe e impurezas.

Las impurezas a las que se hace referencia aqm indican las sustancias que contaminan materiales metalicos durante el procedimiento de fabricacion industrial, derivadas de las materias primas tales como minerales y chatarra, y diversos otros factores.

La razon para restringir el contenido de cada elemento es como se describe a continuacion. El sfmbolo "%" con respecto al contenido de cada elemento en la siguiente explicacion indica "por ciento en masa".

C: 0.02% o menos

Se usa C (carbono) para desoxidar un acero y para asegurar la resistencia de un acero. Sin embargo, desde el punto de vista de la resistencia a la corrosion, el contenido de C debe ser lo mas bajo posible para prevenir la precipitacion de los carburos. Por lo tanto, el contenido de C es 0.02% o menos. El contenido de C es preferiblemente 0.015% o menos. Teniendo en cuenta la desoxidacion y la seguridad de la resistencia del acero, y la precipitacion de los carburos, el contenido de C es mas preferiblemente 0.005% o mas y 0.010% menos.

Si: 0.01 a 0.5%

Se usa Si (silicio) para desoxidar un acero. En el acero de la presente invencion, el contenido de Si es 0.01% o mas. Sin embargo, si el Si esta contenido excesivamente, se promueve la formacion de inclusiones, de modo que es deseable que el contenido de Si sea bajo. Por lo tanto, el contenido de Si es 0.01 a 0.5%. El contenido de Si es preferiblemente 0.15% o mas y 0.3% menos.

Mn: 0.01 a 2%

Mn (manganeso) es un elemento que es efectivo en la desoxidacion de un acero y la estabilizacion de una fase de austenita, y cuando 0.01% o mas de Mn esta contenido, los efectos se logran. Por otro lado, Mn forma sulfuros junto con S, y los sulfuros forman inclusiones no metalicas. Ademas, cuando un material de acero es soldado, Mn se concentra preferentemente sobre la superficie de una zona de soldadura, que disminuye asf la resistencia a la corrosion del material de acero. Por lo tanto, el contenido de Mn es 0.01 a 2%. El lfmite inferior de contenido de Mn es deseablemente 0.30%, y mas deseablemente 0.40%. Tambien, el lfmite superior de contenido de Mn es deseablemente 0.80%

Cr: 24 a 26%

Cr (cromo) es un elemento indispensable para mantener la resistencia a la corrosion del acero. Si el contenido de Cr es inferior al 24%, no se puede alcanzar una resistencia a la corrosion suficiente. Por otra parte, en el entorno de uso asumido para el acero de la presente invencion, el contenido de Cr de hasta 26% es suficiente, y si el contenido de Cr es excede el 26%, la capacidad de trabajo disminuye, y ademas se plantea un problema en terminos de costo en cuanto a un acero practico y la estabilizacion de la fase austenita. Por lo tanto, el contenido de Cr es del 24 al 26%.

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Ni: 18 a 22%

Ni (mquel) es un elemento que es importante para estabilizar una fase de austenita y mantener la resistencia a la corrosion. Desde el punto de vista de la resistencia a la corrosion, se debe contener 18% o mas de Ni. Por otra parte, en la presente invencion en la que el contenido de Cr es del 24 al 26%, si el contenido de Ni aumenta y excede el 22%, la capacidad de soldadura disminuye. Por lo tanto, desde el punto de vista de la capacidad de soldadura, el lfmite superior de contenido de Ni es del 22%.

Mo: mas de 0.10% y menos de 0.50%

Mo (molibdeno) tiene una accion para restringir la sensibilizacion, y esta accion se puede producir cuando el contenido es mas de 0.10%. Sin embargo, si el contenido de Mo aumenta a 0.50% o mas, el efecto descrito anteriormente se satura, lo que conduce simplemente a un aumento en el costo. Por lo tanto, el contenido de Mo es mas de 0.10% y menos de 0.50%. El lfmite superior preferible de contenido de Mo es 0.40%.

N: mas de 0.04% y 0.15% o menos

N (nitrogeno) es un elemento importante en la presente invencion. Al contener N, se puede mejorar la resistencia del acero y, ademas, aumentar el contenido de N, no solo los carbo-nitruros de Nb y/o V, que inmovilizan C en una porcion granular, sino tambien nitruros que pueden inmovilizar Cr en una porcion granular, por lo que la sensibilizacion puede ser restringida. Con el fin de lograr tales efectos, debe contener mas de 0.04% de N. Sin embargo, si el contenido de N se vuelve excesivo y sobre todo excede el 0.15%, se favorece la precipitacion de nitruros de Cr no solo a partir de la porcion granular sino tambien del lfmite de grano y disminuye la resistencia a la corrosion intergranular. Por lo tanto, el contenido de N es mas de 0.04% y 0.15% o menos. El lfmite inferior de contenido de N es preferiblemente 0.05%, y mas preferiblemente 0.07%. Ademas, el lfmite superior del mismo es preferiblemente 0,13%.

P: 0.02% o menos

P (fosforo) es un elemento contenido como una impureza. Si el contenido aumenta y especialmente supera 0.02%, se produce la fragilizacion del lfmite del grano, y tambien se deteriora la resistencia a la corrosion. Ademas, para el acero inoxidable austemtico de la presente invencion, el Cr se inmoviliza como nitruro principalmente en la porcion granular, y se restringe la sensibilizacion del lfmite del grano. Tambien, la resistencia transgranular se incrementa mediante la promocion de la precipitacion de nitruros en la porcion granular, de manera que especialmente en el caso en que el contenido de P es mas de 0.02%, la diferencia de resistencia entre la porcion granular y el lfmite de grano fragilizado por la segregacion de P se hace grande, y la sensibilidad a la ruptura en la zona afectada por el calor de soldadura tambien se incrementa. Por lo tanto, el contenido de P debe restringirse a 0.02% o menos. El contenido de P es preferiblemente 0.015% o menos.

S: 0.002% o menos

S (azufre) es un elemento contenido como una impureza. Si el contenido aumenta y especialmente supera 0.002%, se produce la fragilizacion del lfmite del grano, y tambien se deteriora la resistencia a la corrosion. Ademas, para el acero inoxidable austemtico de la presente invencion, el Cr se inmoviliza como nitruro principalmente en la porcion granular, y se restringe la sensibilizacion del lfmite del grano. Ademas, la resistencia transgranular se incrementa mediante la promocion de la precipitacion de nitruros en la porcion granular, de manera que especialmente en el caso en que el contenido de S es mas de 0.002%, la diferencia de resistencia entre la porcion granular y el lfmite de grano fragilizado por la segregacion de S se hace grande, y la sensibilidad a la ruptura en la zona afectada por el calor de soldadura tambien se incrementa. Por lo tanto, el contenido S debe restringirse al 0.002% o menos. El contenido de S es preferiblemente 0.001% o menos.

Nb, V: uno o dos elementos de Nb: 0.30% o menos y V: 0.40% o menos

Nb (niobio) y V (vanadio) son tambien elementos importantes en la presente invencion. Al contener uno o dos tipos de estos elementos, se promueve la precipitacion de carbo-nitruros de Nb o V. En el caso en el que ambos Nb y V estan contenidos, tambien se promueve la precipitacion de Cr (Nb, V) N. Por lo tanto, tanto los nitruros de Cr (Nb, V)N como Cr2N, en los que uno o mas elementos de Nb y V estan parcialmente disueltos, pueden precipitarse en la porcion granular y la solubilidad en la porcion granular de C y Cr es disminuida, por lo que la sensibilizacion puede ser restringida.

Sin embargo, si estos elementos estan contenidos excesivamente, espedficamente, si mas de 0.30% de Nb o mas de 0.40% de V esta contenido, en cualquiera de los casos, no solo se favorece la precipitacion de nitruros de Cr desde el lfmite de grano y por lo tanto se puede deteriorar la resistencia a la corrosion intergranular, pero tambien se puede aumentar notablemente la sensibilidad a la ruptura en la zona de calor afectada por la de soldadura. Por lo tanto, para los contenidos de Nb y V, el contenido de Nb es 0.30% o menos y el contenido de V es 0.40% o menos.

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Mas preferiblemente, los Ifmites superiores de contenido de Nb y contenido de V son respectivamente 0.26% y 0.35%.

Los Nb y V descritos anteriormente pueden estar contenidos solos o de manera compuesta. En el caso en el que cada uno de estos elementos esta contenido solo para conseguir el efecto de reducir la concentracion de Cr en la porcion granular provocada por la precipitacion de nitruros de Cr, cada uno de los lfmites inferiores de contenido de Nb y contenido de V se ajusta preferiblemente a 0.01%.

En el caso de que Nb y V esten contenidos de manera compuesta, si el contenido total excede 0.6%, se favorece la precipitacion de nitruros de Cr del lfmite de grano y se deteriora a veces la resistencia a la corrosion intergranular. Por lo tanto, el lfmite superior del contenido total es preferiblemente 0,6%.

Ademas, en el caso donde Nb y V estan contenidos de manera compuesta, el lfmite inferior del contenido total de Nb y V es preferiblemente 0.01%.

2. Composicion qmmica del material de soldadura

El material de soldadura de la presente invencion que se usa cuando el metal base esta soldado tiene una composicion qmmica que consiste, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 2% o menos, Mn: 2% o menos, Cr: 26 a 50%, N: 0.15% o menos, P: 0.02% o menos, S: 0.002% o menos, y Ni: y un contenido que satisface la Formula (I), y el equilibrio de Fe e impurezas:

5<Ni<Cr-14 ... (I)

donde cada sfmbolo del elemento en la Formula (I) representa el contenido (% en masa) de cada elemento contenido en el material de soldadura.

C: 0.02% o menos

Desde el punto de vista de la resistencia a la corrosion, el contenido de C debe ser lo mas bajo posible para prevenir la precipitacion de los carburos. Ademas, puesto que C es un elemento estabilizador de austenita, el contenido de C en el material de soldadura debe ser lo mas bajo posible. Por lo tanto, el contenido de C en el material de soldadura es 0.02% o menos. El contenido de C es preferiblemente 0.015% o menos.

Si: 2% o menos

Si se usa para la desoxidacion en el momento de la soldadura. Ademas, Si es un elemento efectivo para mejorar la estabilidad de la ferrita. Sin embargo, si Si esta contenido excesivamente, la sensibilidad a la ruptura de solidificacion del metal de soldadura se incrementa. Por lo tanto, el contenido de Si es 2% o menos. El contenido de Si es preferiblemente 1.5% o menos. Con el fin de la desoxidacion en el momento de la soldadura, el contenido de Si es preferiblemente 0.15% o mas.

Mn: 2% o menos

Mn esta contenido con el proposito de desoxidacion y alta resistencia. Sin embargo, si el contenido de Mn es excesivamente alto, la austenita se estabiliza y la cristalizacion de la ferrita se restringe. Por lo tanto, se impone un lfmite superior, y el contenido de Mn es 2% o menos. El contenido de Mn es preferiblemente 1% o menos. Con el proposito de desoxidacion y alta resistencia, el contenido de Mn es preferiblemente 0.2% o mas.

Cr: 26 a 50%

El Cr es un elemento indispensable para mantener la resistencia a la corrosion. El material de soldadura de la presente invencion tiene una caractenstica tal que el contenido de Cr del mismo es igual o mayor que el del metal base. Ademas, el Cr es un elemento estabilizador de ferrita, y el mayor contenido de Cr es efectivo en la prevencion de rupturas de soldadura. A partir de estos hechos, es necesario contener 26% o mas de Cr. Por otra parte, si el contenido aumenta y especialmente excede 50%, la capacidad de manipulacion del alambre del material de soldadura disminuye. Por lo tanto, el contenido de Cr es 26 a 50%. El contenido de Cr es preferiblemente 27% o mas y 40% menos.

N: 0.15% o menos

N es un elemento efectivo para mejorar la resistencia y resistencia a la corrosion. Sin embargo, puesto que N es un elemento estabilizador de austenita, si N esta contenido excesivamente, la sensibilidad a la ruptura de soldadura aumenta. Por lo tanto, el contenido de N es 0.15% o menos. El contenido de N es preferiblemente 0.1% o menos, mas preferiblemente 0.08% o menos. Con el fin de mejorar de manera estable la resistencia y resistencia a la corrosion, el contenido de N es preferiblemente 0.03% o mas.

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P: 0.02% o menos

P es un elemento de impureza, y tambien es un elemento que aumenta la sensibilidad de la ruptura de soldadura. Por esta razon, es deseable disminuir el contenido de P en la medida de lo posible; sin embargo, una disminucion extrema en el contenido de P conduce a un aumento en el costo. Por lo tanto, el contenido de P es 0.02% o menos. Preferiblemente, el contenido de P es 0.015% o menos.

S: 0.002% o menos

Al igual que P, S es un elemento de impureza, y es tambien un elemento que aumenta la sensibilidad de la ruptura de soldadura. Por esta razon, es deseable disminuir el contenido de S tanto como sea posible; sin embargo, una disminucion extrema en el contenido de S conduce a un aumento en el costo. Por lo tanto, el contenido de S es 0.002% o menos. Preferiblemente, el contenido de S es 0.001% o menos.

Ni: 5% o mas y (Cr-14) % o menos

Ni es un elemento que mejora la estabilidad estructural y la resistencia a la corrosion. Por otro parte, Ni es un potente elemento estabilizador de austenita, y aumenta la sensibilidad a la ruptura de soldadura. Sin embargo, si se impone un lfmite superior al contenido de Ni, y el contenido de Ni satisface la Formula (I) indicada anteriormente en relacion con el contenido de Cr, se pueden suprimir rupturas de soldadura. Una disminucion excesiva del contenido de Ni provoca el deterioro de la resistencia a la sensibilizacion causada por la disminucion de la energfa de falla de apilamiento y conduce a una disminucion de la estabilidad estructural y resistencia. Por lo tanto, el lfmite inferior del contenido de Ni es preferiblemente 5%.

Uno de los materiales de soldadura de la presente invencion es un material de soldadura que contiene elementos del C anteriormente descrito a traves de Ni, siendo el equilibrio Fe e impurezas.

Las impurezas a las que se hace referencia aqu indican las sustancias que contaminan materiales metalicos durante el procedimiento de fabricacion industrial, derivadas de materias primas tales como minerales y chatarra, y diversos otros factores.

Otro de los materiales de soldadura de la presente invencion es un material de soldadura que contiene, en lugar de parte de Fe, uno o mas elementos seleccionados de Mo, Nb, V y REM que tienen los contenidos descritos a continuacion.

Mo: 1% o menos

Mo se puede contener segun sea necesario debido a que tiene una accion para restringir la sensibilizacion. Sin embargo, si el contenido de Mo supera y excede 1%, la precipitacion de la fase sigma se induce a alta temperatura. Por lo tanto, el contenido de Mo, si esta contenido, es 1% o menos. El lfmite superior preferible de contenido de Mo es 0.5%. En el caso en el que se desee conseguir de forma estable el efecto provocado por Mo, se contiene preferiblemente 0.10% o mas de Mo, y se contiene mas preferiblemente 0.15% o mas de Mo.

Nb: 0.5% o menos y V: 1% o menos

Puesto que Nb y V tienen una accion para restringir la sensibilizacion producida por la formacion de nitruros de Cr, se puede contener ya sea uno o ambos Nb y V segun sea necesario. Sin embargo, si el contenido de Nb y el contenido de V exceden 0.5% y 1%, respectivamente, y se precipita una gran cantidad de nitruros de Cr, se promueve el refuerzo de la matriz y se aumenta notablemente la sensibilidad a la ruptura por recalentamiento en el metal de soldadura. Tambien, en el caso donde ambos Nb y V esten contenidos, si el valor calculado por (2 x Nb + V) excede 1%, se produce un notable incremento en la sensibilidad a la ruptura por recalentamiento en el metal de soldadura. Por lo tanto, en el caso en que ambos de Nb y V estan contenidos, la Formula (II) necesita ser satisfecha. El lfmite superior preferible del lado izquierdo de la Formula (II) es 0.7%. En el caso donde es deseable alcanzar de manera estable el efecto descrito anteriormente provocado por Nb y/o V, el valor del lfmite inferior del lado izquierdo de la Formula (II) es preferiblemente 0.1% y es mas preferiblemente 0.15%:

2xNb+V<1 ... (II)

donde cada sfmbolo del elemento en la Formula (II) representa el contenido (% en masa) de cada elemento contenido en el material de soldadura.

REM: 0.05% o menos

REM (metal de tierras raras) tiene una accion para inmovilizar un elemento que aumenta la sensibilidad a la ruptura por recalentamiento, tal como S o P, en la porcion granular. Por lo tanto, con el fin de lograr el efecto de suprimir la ruptura por recalentamiento en el metal de soldadura, el REM puede estar contenido segun sea necesario. Sin

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embargo, si el contenido de REM se vuelve excesivo y especialmente excede 0.05%, se aumenta la sensibilidad a la ruptura por solidificacion en el metal de soldadura. Por lo tanto, el contenido de REM, si esta contenido, es 0.05% o menos. El lfmite superior preferible del contenido de REM es 0.03%. En el caso en el que se desee conseguir de manera estable el efecto provocado por REM, preferiblemente esta contenido 0.01% o mas de REM y se contiene mas preferiblemente 0.0l5% o mas de REM.

REM es el termino general de un total de 17 elementos que consisten en Sc, Y y lantanidos. El contenido de REM indica el contenido total de los elementos anteriormente descritos.

La forma del material de soldadura usado en la presente invencion no esta sujeta a ninguna restriccion especial, y se puede usar un alambre solido, un alambre con nucleo de fundente, un anillo de inserto y similares usados para el GTAW ordinario, GMAW y similares.

3. Composicion qmmica del metal soldado

La composicion qmmica de un metal de soldadura formado por el uso del metal base que tiene la composicion qmmica descrita en el artfculo 1 y el material de soldadura que tiene la composicion qmmica descrita en el artfculo 2 se determina por la proporcion de entrada del metal base y el material de soldadura. Por lo tanto, en la union de soldadura de la presente invencion, la porcion de paso de rafz del metal de soldadura tiene una composicion qmmica que consiste, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 0.06 a 1.6%, Mn: 0.08 a 2%, Cr: 24.5 a 45%, Ni: 12 a 25%, Mo: 0.1 a 0.9%, N: 0.035 a 0.15%, P: 0.02% o menos, y S: 0.002% o menos, y uno o dos elementos de Nb: 0.005 a 0.3% y V: 0.005 a 0.3%, y el equilibrio de Fe e impurezas.

Entre los elementos descritos anteriormente, en particular, el contenido de C es preferiblemente 0.015% o menos. Ademas, el contenido de Si es preferiblemente 0.15% o mas y 1.3% o menos. El contenido de Mn es preferiblemente 0.3% o mas y 1% o menos. El contenido de Cr es preferiblemente 25% o mas y 35% o menos. El contenido de Ni es preferiblemente 22% o menos. El contenido de Mo es preferiblemente 0.12% o mas y 0.5% o menos. El contenido de N es preferiblemente 0.045% o mas y 0.11% o menos. El contenido de Nb es preferiblemente 0.01% o mas, y el contenido de V es preferiblemente 0.01% o mas.

A continuacion, la presente invencion se explica mas espedficamente con referencia a ejemplos. La presente invencion no esta limitada a estos ejemplos.

Ejemplo 1

Se fundieron dos tipos de aceros inoxidables austemticos que teman cada uno las composiciones qmmicas mostradas en la Tabla 1, se forjaron en caliente, se laminaron en caliente y se sometieron a tratamiento termico en solucion solida a 1060°C. Posteriormente, se prepararon las piezas de ensayo para el ensayo de ruptura por soldadura de retencion que tienen un espesor de 12 mm, una anchura de 50 mm y una longitud de 100 mm, en la que una ranura de tipo U que tiene un radio de rafz r de 1.5 mm, una cara de rafz b de 1.5 mm y un angulo de ranura 0 de 40° en el No. 14349 del documento JIS Z3001-1 (2008) y una ranura de tipo V que tiene una cara de rafz b de 1 mm y un angulo de ranura 0 de 60° en el No. 14343. Mediante el uso de las piezas de ensayo para el ensayo de ruptura por soldadura de restriccion obtenido como se ha descrito anteriormente, se sometio la periferia de la misma a soldadura de restriccion sobre una placa de acero comercialmente disponible de SM400C especificada en el documento JIS G3106 (2008) que tiene un espesor de 25 mm, una anchura de 200 mm y una longitud de 200 mm mediante el uso d un electrodo cubierto de ENi6182 especificado en el documento JIS Z3224 (2010).

[Tabla 1]

Tabla 1

Metal base: Composicion qmmica (en % en masa. equilibrio: Fe e impurezas)

C: Si Mn P S Cr Ni Nb V Mo N

I: 0.009 0.21 0.49 0.009 0.001 24.60 19.20 0.05 0.10 0.30 0.10

II: 0.007 0.21 0.49 0.011 0.001 24.30 19.70 0.09 - 0.33 0.08

Posteriormente, se realizo la soldadura TIG de paso de rafz en las ranuras mediante el uso de cuatro tipos de materiales de soldadura de carretes de 1.2 mm de diametro dados en la Tabla 2. La entrada de calor se ajusto de 7.2 a 10.8 kJ/cm y se cambio la rata de alimentacion del material de soldadura en el intervalo de 316 a 700 mm/min.

5

10

15

20

25

Posteriormente, se dejo aproximadamente una mitad de la longitud de la zona de soldadura de paso de ra^z, y la porcion restante se sometio a soldadura multipaso bajo la condicion de entrada de calor de 7.2 kJ/cm. En ese momento, se controlo la temperature de paso a paso de modo que fuera 150°C o inferior.

Despues de la soldadura descrita anteriormente, a partir de cada una de las piezas de ensayo, se ensayaron tres espedmenes de ensayo para observar la microestructura del corte transversal de una union en la que se hada realizado la soldadura de paso de rafz y se probaron tres espedmenes de ensayo de la misma a partir de una porcion en la que se hada realizado la soldadura multipaso. Al corte transversal se le hizo pulimiento de espejo y despues se sometio a grabado electrolttico con acido cromico. A continuacion, se observo la presencia de rupturas bajo un microscopio optico que terna un aumento de x500. Se cree que una ruptura encontrada en la porcion en la que solo se hada realizado la soldadura de paso de rafz fue una ruptura por solidificacion, y se cree que una ruptura encontrada en la porcion en la que se hada realizado la soldadura multipaso era una ruptura por recalentamiento. Tambien, se sometio a analisis EPMA y se cuantifico la porcion central de metal de soldadura muestreado de la porcion en la que solo se hada realizado la soldadura de paso de rafz, con lo que se midio la composicion del metal de soldadura. Estos resultados se muestran en las Tablas 3 y 4.

[Tabla 2]

Tabla 2

Material de soldadura: Composicion qmmica (en % en masa, equilibrio: Fe e impurezas)

C: Si Mn P S Cr Ni Nb V Mo N REMf

A: 0.009 0,20 0.48 0.008 0.001 32.20 11.25 - - - 0.08 -

B: 0.008 0.22 0.49 0.008 0.001 32.10 10.46 0.05 0.10 0.31 0.08 -

C: 0.008 0.20 0.51 0.006 0.001 31.50 10.82 - - - 0.08 0.013

D: 0.011 0.23 0.50 0.026* 0.001 27.25 17.23* - - - 0.10 -

*indica que la composicion qmmica no satisface el intervalo definido por la presente invencion. f REM corresponde a La + Ce.

[Tabla 3]

Tabla 3

Metal base: Material de soldadura Metal soldado No. Forma de ranura Entrada de calor Rata de alimentacion Ruptura por solidificacion Ruptura por recalentamiento

I: A A1 Tipo U 7.2 kJ 316 mm/min 0 / 3 0 / 3 Ejemplos de la invencion

A2: Tipo U 7.2 kJ 490 mm/min 0 / 3 0 / 3

A3: Tipo U 7.2 kJ 700 mm/min 0 / 3 0 / 3

A4: Tipos V 10.8 kJ 490 mm/min 0 / 3 0 / 3

B: B1 Tipos V 10.8 kJ 490 mm/min 0 / 3 0 / 3

C: C1 Tipo V 10.8 kJ 316 mm/min 0 / 3 0 / 3

: D* D1 Tipo U 7.2 kJ 490 mm/min 1 / 3 2 / 3 Ejemplos comparativos

D2: Tipo U 7.2 kJ 490 mm/min 1 / 3 2 / 3

D3: Tipo U 7.2 kJ 700 mm/min 0 / 3 2 / 3

D4: Tipo V 10.8 kJ 490 mm/min 0 / 3 1 / 3

II: A A5 Tipos V 10.8 kJ 490 mm/min 0 / 3 0 / 3 Ejemplos de la invencion

B: B2 Tipos V 10.8 kJ 490 mm/min 0 / 3 0 / 3

D*: D5 Tipo U 7.2 kJ 490 mm/min 0 / 3 3-Feb Ej. Comp.

* indica que la composicion qmmica no satisface el intervalo definido por la presente invencion.

Tabla 4

Metal base: Material de soldadura Metal soldado No. Position de la composition quimica (en % en masa, equilibrio: Fe e impuerezas)

c: Si Mn P S Cr Ni Nb V Me N REMT

I: A A1 0.009 0.21 0.49 0.008 0.001 26.54 17.17 0.04 0.07 0.22 0.09 -

A2: 0.009 0.21 0.49 0 008 0.001 27 16.69 0.03 0.07 0.21 0 09 -

A3: 0.009 0-21 0.49 0 007 0.001 28.08 15.56 0.03 0.05 0.16 0 09 -

A4: 0.009 0.20 0.48 0 006 0.001 30.03 13.52 0.01 0.03 0.09 0 09 -

B: B1 0.008 0.22 0.49 0 008 0.001 29.93 12.99 0.05 0.1 031 0 09 -

C: C1 0.008 0.2 0.50 0.007 0.001 29.43 13.33 0.02 0.03 0.09 0.09 0.010

D*: □ 1 0.009 0.21 0.49 0.012 0.001 25.03 18.88 0.04 0.08 0.25 0.1 -

□2: 0.009 0.21 0.49 0.013 0.001 25.21 18.75 0,04 0 08 0,23 0.1 -

□ 3: 0,010 0.22 0 49 0.0014 0.001 2545 18.57 0,03 0.07 0.2 0.1 -

□4: 0.011 0.23 0.50 0-023 0.001 25.71 13.23 0.01 0.02 0.06 0.1 -

II: A A5 0.008 0.20 0.48 0.009 0.001 29.91 13.70 0.03 - 0.1 0.08 -

B: B2 0.008 0.22 0.49 0.009 0.001 29.84 13.14 0.06 0.07 0.32 0.08 -

D*: □ 5 0.010 0.22 0.50 0.022 0.001 26.39 17.95 0.03 - 0.1 0 09 -

* indica que la composition quimica no satisface el intervalo definido por la presente invention t REM corresponde a La + Ce.

5

10

15

20

25

El valor numerico en las columnas de ruptura por solidificacion y ruptura por recalentamiento en la Tabla 3 representa el numero de espedmenes de prueba en las que se encontro la ocurrencia de ruptura/se observo microscopicamente el numero de espedmenes de prueba cuyos cortes transversales. Con respecto a la evaluacion de los ensayos de ruptura realizados en esta observacion, se hizo aceptable el metal de soldadura en el que se encontro la ocurrencia de al menos un rompimiento y se acepto el metal de soldadura en el que no se encontro la ocurrencia de grieta.

Cuando los materiales de soldar A a C en los que se uso la composicion qmmica que cumplfa la definicion de la presente invencion, en cualquier pieza de ensayo no se produjo ni ruptura por solidificacion ni ruptura por recalentamiento en el metal de soldadura independientemente de las condiciones de soldadura, mientras que cuando se uso la composicion qmmica desviada de la definicion de la presente invencion, en todas las piezas de ensayo se encontro una ruptura de soldadura en el metal de soldadura.

Como es evidente a partir de lo anterior, mediante el uso de un material de soldadura que tiene una composicion qmmica apropiada, se puede obtener una union de soldadura que tiene una excelente resistencia a la ruptura por solidificacion y resistencia a la ruptura por recalentamiento.

Capacidad de aplicacion industrial

Debido a que se tiene excelente resistencia a la corrosion intergranular y resistencia a la ruptura por soldadura son, la union de soldadura que usa el material de soldadura para un acero inoxidable austemtico de la presente invencion es adecuada para un material estructural soldado que se usa como una tubena de PLR o material de nucleo tal como una cubierta, que tiene riesgos de danos por corrosion en los lfmites de grano en una planta de energfa nuclear.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Uso de un material de soldadura para la soldadura de un acero inoxidable austemtico que tiene una composicion qmmica que consiste, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 0.01 a 0.5%, Mn: 0.01 a 2%, Cr: 24 a 26%, Ni: 18 a 22%, Mo: mas de 0.10% y menos de 0.50%, N: mas de 0.04% y 0.15% o menos, P: 0.02% o menos, y S: 0.002% o menos, y uno o dos elementos de Nb: 0.30% o menos y V: 0.40% o menos, el lfmite inferior del contenido total de Nb y V que es 0.01%, y el balance de Fe e impurezas, en el que

la composicion qmmica del material de soldadura consiste, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 2% o menos, Mn: 2% o menos, Cr: 26 a 50%, N: 0.15% o menos, P: 0.02% o menos, S: 0.002% o menos, Ni: un contenido que satisface la Formula (I), y opcionalmente uno o mas elementos seleccionados de Mo: 1% o menos, Nb: 0.5% o menos, V: 1% o menos, y REM: 0.05% o menos, y el equilibrio de Fe e impurezas, y satisface la Formula (II):

5<Ni<Cr-14 ... (I)

2 3 Nb + V < 1 ... (II)

donde cada sfmbolo del elemento en las formulas (I) y (II) representa el contenido (% en masa) de cada elemento contenido en el material de soldadura.
2. Una union de soldadura que consiste en un metal base de un acero inoxidable austemtico y un metal de soldadura formado mediante el uso de un material de soldadura,

consistiendo dicho metal base, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 0.01 a 0.5%, Mn: 0.01 a 2%, Cr: 24 a 26%,Ni: 18 a 22%, Mo: mas de 0.10% y menos de 0.50%, N: mas de 0.04% y 0.15% o menos, P: 0.02% o menos, y S: 0.002% o menos, y uno o dos elementos de Nb: 0.30% o menos y V: 0.40% o menos, el lfmite inferior del contenido total de Nb y V que es 0.01%, y el equilibrio de Fe e impurezas,

consistiendo dicho metal base, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 2% o menos, Mn: 2% o menos, Cr: 26 a 50%, N: 0.15% o menos, P: 0.02% o menos, S: 0.002% o menos, Ni: un contenido que satisface la Formula (I), y opcionalmente uno o mas elementos seleccionados de Mo: 1% o menos, Nb: 0.5% o menos, V: 1% o menos, y REM: 0.05% o menos, y el equilibrio de Fe e impurezas, y satisface la Formula (II):

5< Ni<Cr-14 ... (I)

2 x Nb + V< 1 ... (II)

donde cada sfmbolo del elemento en las formulas (I) y (II) representa el contenido (% en masa) de cada elemento contenido en el material de soldadura.
3. La union de soldadura de acuerdo con la reivindicacion 2, en la que una porcion de paso de rafz del metal de soldadura tiene una composicion qmmica que consiste, en porcentaje en masa, en C: 0.02% o menos, Si: 0.06 a 1.6%, Mn: 0.08 a 2%, Cr: 24.5 a 45%, Ni: 12 a 25%, Mo: 0.1 a 0.9%, N: 0.035 a 0.15%, P: 0.02% o menos, y S: 0.002% o menos, y uno o dos elementos de Nb: 0.005 a 0.3% y V: 0.005 a 0.3%, y el equilibrio de Fe e impurezas.
4. La union de soldadura de acuerdo con la reivindicacion 2 o 3, en la que

la union de soldadura forma un material estructural soldado, siendo dicho material estructural soldado un tubo de PLR o un material de nucleo tal como una cubierta de una planta de energfa nuclear del tipo de agua en ebullicion.