JP2020146758A - 融接における金属炭化物/窒化物の析出制御 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶接材料によって接合された、第1の金属体と第2の金属体とを含み、前記溶接材料は、Cr:18.0〜22.0重量%、Mn:2.5〜3.5重量%、Fe:3.0重量%以下、N :15ppm〜120ppmまたは200ppm〜1500ppm、およびNi:67重量%以上を含む組成を有する、溶接物。
【選択図】なし
Description
この出願は、2017年2月21日に出願された米国特許出願第15/437,901号および2016年2月22日に出願された米国特許出願第62/298,358号に優先権を主張し、それぞれの内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、溶接材料および溶接方法、並びに溶接材料の得られる特性に関する。より具体的には、本開示は、溶接材料接合体において、特に、溶接製造プロセスが、溶接によって異種金属を接合する溶接金属としてERNiCr−3(金属フィラー82)を使用する場合に、溶接製造プロセスにおける窒素含有量および炭素含有量の1つ以上の制御によって、溶接材料接合体中の析出物、特に、炭化物(例えばMC型)、窒化物(例えばMN型)および/または複合炭化物/窒化物(例えばMX型)型の析出物の制御に関連する。また、開示された溶接材料および溶接方法は、溶接による同種の金属の接合、ならびに耐腐食性溶接金属による非耐腐食性ベース材料のオーバーレイ(overlays)、バタリング(buttering)またはクラッディング(cladding)に関連する他のプロセスおよび構造にも及ぶ。また、本開示は、ベース材料自体の組成および析出物制御にも拡張することができる。
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
M :4.0重量%以下、
N :15ppm〜120ppmまたは200ppm〜1500ppm、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む組成を有する。
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:3.0重量%以下、
M :4.0重量%以下、
N :100ppm〜500ppm、
C :0.03〜0.06重量%、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む組成を有する。
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:3.0重量%以下、
M :4.0重量%以下、
N :250ppm以下、
C :0.040重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む組成を有する。
本明細書の開示内容は、以下の態様を含み得る。
(態様1)
溶接材料によって接合された、第1の金属体と第2の金属体とを含み、
前記溶接材料は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:3.0重量%以下、
N :15ppm〜120ppmまたは200ppm〜1500ppm、および
Ni:67重量%以上
を含む組成を有する、溶接物。
(態様2)
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物/窒化物析出物とのうちの1つ以上を含み、
炭素含有量が0.05重量%に対して、前記複数の析出物の体積分率は、15ppmから120ppmの範囲の窒素では0.0025以下であり、200ppmから1500ppmの範囲の窒素では0.003以上である、態様1に記載の溶接物。
(態様3)
前記溶接材料の前記組成は、1〜4重量%のNb、好ましくは2〜3重量%のNbを含む、態様1に記載の溶接物。
(態様4)
前記溶接材料の微細構造は、複数のNbC析出物を含む、態様3に記載の溶接物。
(態様5)
窒素が600ppm〜1400ppm、好ましくは1000ppm〜1300ppmで存在し、
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、前記複数の析出物は、金属炭化物(MC型)析出物と、複合炭化物/窒化物(MX型)析出物とのうちの1つ以上を含み、
炭素含有量が0.05重量%に対して、前記複数の析出物の体積分率は、0.010〜0.0175である、態様1に記載の溶接物。
(態様6)
前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
Nb:2.0〜3.0重量%、
N :15ppm〜120ppm、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む、態様1に記載の溶接物。
(態様7)
前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
Nb:2.0〜3.0重量%、
N :200ppm〜1500ppm、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む、態様1に記載の溶接物。
(態様8)
前記第1の金属体と第2の金属体とは、異種金属である、態様1に記載の溶接物。
(態様9)
第1の金属体と第2の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、第1の金属体からの溶融ベース金属と、第2の金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の1つ以上の溶融添加物と、を含む、第1の金属体と第2の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量および前記溶融材料の窒化物含有量の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記第1の金属体を前記第2の金属体に接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、15ppm〜120ppmまたは200ppm〜1500ppmの窒素を含む組成を有する、融接方法。
(態様10)
前記凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物/窒化物析出物とのうちの1つ以上を含み、
炭素含有量が0.05重量%に対して、前記複数の析出物の体積分率は、15ppmから120ppmの範囲の窒素では0.0025以下であり、200ppmから1500ppmの範囲の窒素では0.003以上である、態様9に記載の方法。
(態様11)
窒素含有量を変化させる工程は、凝固させる工程の間に溶融材料の前記領域を覆うようにシールドガスを供給する工程と、1モル%〜20モル%の窒素を含むようにシールドガスの含有量を調整する工程と、を含む、態様9に記載の方法。
(態様12)
窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域に窒素を添加する工程を含む、態様9に記載の方法。
(態様13)
窒素含有量を変化させる工程は、窒素および窒化物形成元素の1つ以上を溶融材料の前記領域に添加する工程を含む、態様9に記載の方法。
(態様14)
窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域における窒化物の溶解度を調整する工程を含む、態様9に記載の方法。
(態様15)
前記溶解度を調整する工程は、溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を増加させる元素を添加する工程、または溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を低下させる元素を添加する工程を含む、態様14に記載の方法。
(態様16)
窒素含有量を変化させる工程は、窒素含有量が5モル%〜20モル%に調整された溶接助剤を使用する工程を含む、態様9に記載の方法。
(態様17)
前記溶接助剤は、フラックスまたは粉末である、態様16に記載の方法。
(態様18)
前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
Nb:2.0〜3.0重量%、
N :15ppm〜120ppm、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む、態様9に記載の方法。
(態様19)
前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
Nb:2.0〜3.0重量%、
N :200ppm〜1500ppm、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む、態様9に記載の方法。
(態様20)
窒素が600ppm〜1400ppm、好ましくは1000ppm〜1300ppmで存在する、態様19に記載の方法。
(態様21)
前記第1の金属体と第2の金属体とは、異種金属である、態様15に記載の方法。
(態様22)
少なくとも1つの金属体と溶接材料とを含み、
前記溶接材料は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:3.0重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む組成を有し、
前記組成は、(i)250ppm以下のNおよび0.040重量%以下のC、および、(ii)100ppm〜500ppmのNおよび0.03重量%〜0.06重量%のCのうちの1つを含む、溶接物。
(態様23)
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物/窒化物析出物とのうちの1つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、0.03〜0.05重量%のCと組み合わせて100ppm〜500ppmの範囲の窒素に対して0.0025〜0.0077である、態様22に記載の溶接物。
(態様24)
少なくとも1つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、前記金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の1つ以上の溶融添加物と、を含む、少なくとも1つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量と、前記溶融材料の窒化物含有量と、前記溶融材料の炭素含有量と、前記溶融材料の炭化物含有量とのうちの少なくとも1つを変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記金属体に接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、(i)250ppm以下のNおよび0.040重量%以下のC、および、(ii)100ppm〜500ppmのNおよび0.03重量%〜0.06重量%のCのうちの1つを含む組成を有する、融接方法。
(態様25)
前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:3.0重量%以下、
Nb+Ta:2.0〜3.0重量%、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含み、
前記組成は、(i)250ppm以下のNおよび0.040重量%以下のC、および、(ii)100ppm〜500ppmのNおよび0.03重量%〜0.06重量%のCのうちの1つを含む、態様24に記載の方法。
(態様26)
凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物/窒化物析出物とのうちの1つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、0.03〜0.05重量%のCと組み合わせて100ppm〜500ppmの範囲の窒素に対して0.0025〜0.0077である、態様24に記載の方法。
Claims (26)
- 溶接材料によって接合された、第1の金属体と第2の金属体とを含み、
前記溶接材料は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:3.0重量%以下、
N :15ppm〜120ppmまたは200ppm〜1500ppm、および
Ni:67重量%以上
を含む組成を有する、溶接物。 - 前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物/窒化物析出物とのうちの1つ以上を含み、
炭素含有量が0.05重量%に対して、前記複数の析出物の体積分率は、15ppmから120ppmの範囲の窒素では0.0025以下であり、200ppmから1500ppmの範囲の窒素では0.003以上である、請求項1に記載の溶接物。 - 前記溶接材料の前記組成は、1〜4重量%のNb、好ましくは2〜3重量%のNbを含む、請求項1に記載の溶接物。
- 前記溶接材料の微細構造は、複数のNbC析出物を含む、請求項3に記載の溶接物。
- 窒素が600ppm〜1400ppm、好ましくは1000ppm〜1300ppmで存在し、
前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、前記複数の析出物は、金属炭化物(MC型)析出物と、複合炭化物/窒化物(MX型)析出物とのうちの1つ以上を含み、
炭素含有量が0.05重量%に対して、前記複数の析出物の体積分率は、0.010〜0.0175である、請求項1に記載の溶接物。 - 前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
Nb:2.0〜3.0重量%、
N :15ppm〜120ppm、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む、請求項1に記載の溶接物。 - 前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
Nb:2.0〜3.0重量%、
N :200ppm〜1500ppm、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む、請求項1に記載の溶接物。 - 前記第1の金属体と第2の金属体とは、異種金属である、請求項1に記載の溶接物。
- 第1の金属体と第2の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、第1の金属体からの溶融ベース金属と、第2の金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の1つ以上の溶融添加物と、を含む、第1の金属体と第2の金属体との間に溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量および前記溶融材料の窒化物含有量の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記第1の金属体を前記第2の金属体に接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、15ppm〜120ppmまたは200ppm〜1500ppmの窒素を含む組成を有する、融接方法。 - 前記凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物/窒化物析出物とのうちの1つ以上を含み、
炭素含有量が0.05重量%に対して、前記複数の析出物の体積分率は、15ppmから120ppmの範囲の窒素では0.0025以下であり、200ppmから1500ppmの範囲の窒素では0.003以上である、請求項9に記載の方法。 - 窒素含有量を変化させる工程は、凝固させる工程の間に溶融材料の前記領域を覆うようにシールドガスを供給する工程と、1モル%〜20モル%の窒素を含むようにシールドガスの含有量を調整する工程と、を含む、請求項9に記載の方法。
- 窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域に窒素を添加する工程を含む、請求項9に記載の方法。
- 窒素含有量を変化させる工程は、窒素および窒化物形成元素の1つ以上を溶融材料の前記領域に添加する工程を含む、請求項9に記載の方法。
- 窒素含有量を変化させる工程は、溶融材料の前記領域における窒化物の溶解度を調整する工程を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記溶解度を調整する工程は、溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を増加させる元素を添加する工程、または溶融材料の前記領域へ窒化物の前記溶解度を低下させる元素を添加する工程を含む、請求項14に記載の方法。
- 窒素含有量を変化させる工程は、窒素含有量が5モル%〜20モル%に調整された溶接助剤を使用する工程を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記溶接助剤は、フラックスまたは粉末である、請求項16に記載の方法。
- 前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
Nb:2.0〜3.0重量%、
N :15ppm〜120ppm、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む、請求項9に記載の方法。 - 前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:1.0〜3.0重量%、
Nb:2.0〜3.0重量%、
N :200ppm〜1500ppm、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む、請求項9に記載の方法。 - 窒素が600ppm〜1400ppm、好ましくは1000ppm〜1300ppmで存在する、請求項19に記載の方法。
- 前記第1の金属体と第2の金属体とは、異種金属である、請求項15に記載の方法。
- 少なくとも1つの金属体と溶接材料とを含み、
前記溶接材料は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:3.0重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含む組成を有し、
前記組成は、(i)250ppm以下のNおよび0.040重量%以下のC、および、(ii)100ppm〜500ppmのNおよび0.03重量%〜0.06重量%のCのうちの1つを含む、溶接物。 - 前記溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物/窒化物析出物とのうちの1つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、0.03〜0.05重量%のCと組み合わせて100ppm〜500ppmの範囲の窒素に対して0.0025〜0.0077である、請求項22に記載の溶接物。 - 少なくとも1つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程であって、前記溶融材料は、前記金属体からの溶融ベース金属と、溶接合金からの溶接金属と、任意の1つ以上の溶融添加物と、を含む、少なくとも1つの金属体と接触する溶融材料の領域を形成する工程と、
前記溶融材料の窒素含有量と、前記溶融材料の窒化物含有量と、前記溶融材料の炭素含有量と、前記溶融材料の炭化物含有量とのうちの少なくとも1つを変化させる工程と、
前記溶融材料を融合させる工程と、
前記溶融材料を凝固させて溶接材料を形成する工程と、を含み、
前記溶接材料は、前記金属体に接合して、溶接物を形成し、
凝固した溶接材料は、(i)250ppm以下のNおよび0.040重量%以下のC、および、(ii)100ppm〜500ppmのNおよび0.03重量%〜0.06重量%のCのうちの1つを含む組成を有する、融接方法。 - 前記溶接材料の前記組成は、
Cr:18.0〜22.0重量%、
Mn:2.5〜3.5重量%、
Fe:3.0重量%以下、
Nb+Ta:2.0〜3.0重量%、
Ti:0.75重量%以下、
Si:0.25重量%以下、および
Ni:67重量%以上
を含み、
前記組成は、(i)250ppm以下のNおよび0.040重量%以下のC、および、(ii)100ppm〜500ppmのNおよび0.03重量%〜0.06重量%のCのうちの1つを含む、請求項24に記載の方法。 - 凝固した溶接材料の微細構造は、複数の析出物を含み、
前記複数の析出物は、複数の金属炭化物析出物と、複数の金属炭化物/窒化物析出物とのうちの1つ以上を含み、
前記複数の析出物の体積分率は、0.03〜0.05重量%のCと組み合わせて100ppm〜500ppmの範囲の窒素に対して0.0025〜0.0077である、請求項24に記載の方法。
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