專利名稱：低溫韌性以及落錘特性優(yōu)良的焊接金屬的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于原子能領(lǐng)域中的Mn-Mo-Ni系焊接結(jié)構(gòu)體的焊接金屬，特別是涉及低溫韌性和落錘特性都優(yōu)良的焊接金屬。
背景技術(shù)：
眾所周知Mn-Mo-Ni鋼材具有優(yōu)良的強(qiáng)度與韌性，主要用作原子能發(fā)電設(shè)備的壓力容器等的材料。近年來，從安全性的觀點(diǎn)出發(fā)而進(jìn)一步要求提升韌性等級，例如在儲藏、輸送原子爐使用完畢的燃料時(shí)使用的容器需要更良好的低溫韌性。并且，同樣也期望保障破壞安全性的落錘特性也提高在低溫下的特性，伴隨于此，應(yīng)用于上述用途的Mn-Mo-Ni系焊接金屬也期望強(qiáng)度、低溫韌性以及落錘特性的進(jìn)一步改善。雖然包含上述那樣的Mn-Mo-Ni系焊接金屬而構(gòu)建的焊接結(jié)構(gòu)體(Mn-Mo-Ni系焊接結(jié)構(gòu)體)在焊接施工之后實(shí)施以除去應(yīng)力為目的的長時(shí)間的退火處理(以下，有時(shí)稱作 “SR退火”)，但在該SR退火過程中析出碳化物，由此焊接金屬的特性發(fā)生較大的變化，因此需要確立用于改善與SR退火條件對應(yīng)的強(qiáng)度、低溫韌性以及落錘特性的技術(shù)。對于焊接金屬的低溫韌性的改善，眾所周知例如專利文獻(xiàn)I所示那樣的Ni基合金系焊接材料、專利文獻(xiàn)2所示那樣的9% Ni基合金系焊接材料的有效性。然而，這些Ni基合金系焊接材料因含有大量的高價(jià)Ni而不利于成本，并且9% Ni基合金系焊接材料在SR退火時(shí)生成穩(wěn)定的奧氏體，因而存在屈服應(yīng)力大幅度降低的問題。因此，需要將Ni含量抑制為低水平，并且進(jìn)一步提高強(qiáng)度、低溫韌性以及落錘特性的技術(shù)。另外，一般地，雖然含氧量少的TIG焊接期待有高韌性，但由于具有施工效率低的缺點(diǎn)，因此在工業(yè)上期望在含氧量多的潛弧焊接等高效率焊接施工中保證高強(qiáng)度、低溫韌性、落錘特性的技術(shù)。與此相對地，例如在專利文獻(xiàn)3中，根據(jù)以Ti系氧化物為起點(diǎn)的微小針狀鐵素體組織的出現(xiàn)，得到一定的低溫韌性改善效果。然而，由該技術(shù)得到的低溫韌性僅限于_60°C的水平，對于進(jìn)一步的低溫韌性改善，由于Ti系氧化物的分散會同時(shí)導(dǎo)致形成為破壞起點(diǎn)的粗大氧化物增加，因此需要進(jìn)一步探討。另外，雖然在專利文獻(xiàn)4中公開有在潛弧焊接中通過控制焊劑、焊絲成分而得到落錘特性優(yōu)良的焊接金屬的方法，但該技術(shù)未預(yù)先設(shè)想SR退火，并且落錘特性的落錘非斷裂溫度僅限于_90°C。另外，雖然在專利文獻(xiàn)5中通過控制Ni含量、在專利文獻(xiàn)6中通過活用Ti來實(shí)現(xiàn)韌性優(yōu)良的焊接金屬，但與上述相同地未設(shè)想SR退火。作為考慮SR退火后的韌性的技術(shù)，雖然也提出有專利文獻(xiàn)7那樣的技術(shù)方案，但在SR退火之后得到的韌性水平最優(yōu)的-75°C的吸收能量約為55J，還存在改善的余地，并且對于落錘特性的效果不明了。并且，在專利文獻(xiàn)8中通過控制焊絲組成以及保護(hù)氣體成分來改善高強(qiáng)度MIG焊接金屬的韌性，但保證的溫度僅限于_50°C，并且對于落錘特性的效果也不明了。另外，在專利文獻(xiàn)9中雖然通過對焊接金屬實(shí)施淬火、回火熱處理來實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高韌性，但對焊接金屬實(shí)施淬火導(dǎo)致工序的顯著復(fù)雜化。
在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平11-138293號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2009-101414號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開2004-315962號公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開平11-192555號公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本特開2001-335879號公報(bào)
專利文獻(xiàn)6 :日本特開昭60-196286號公報(bào)專利文獻(xiàn)7 :日本特開昭63-157795號公報(bào)專利文獻(xiàn)8 :日本特開平3-221294號公報(bào)專利文獻(xiàn)9 :日本特開昭58-86996號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種用作原子能設(shè)備的壓力容器用材料的焊接金屬，該焊接金屬當(dāng)然具有高強(qiáng)度，而且能夠發(fā)揮良好的低溫韌性以及落錘特性。能夠解決上述問題的本發(fā)明的焊接金屬，分別含有C 0. 02 O. 10% ( “質(zhì)量
的意思。關(guān)于化學(xué)成分組成以下相同)、Si :0. 5%以下(不包含0% )、Mn :1. O I. 9%、Ni 2. 7 8. 0%,Cr :0. 7% 以下(不包含 0% )、Mo :0. 05 O. 8%,Ti 0. 010 O. 060%,N :0.010%以下(不包含0%)以及O :0· 015 O. 060%，并且Cr與Mo的合計(jì)含量為O. 8%以下(不包含0% )，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)，并且由下述(I)式規(guī)定的A值滿足3. 8%以上且9.0%以下、由下述(2)式規(guī)定的X值滿足O. 5以上，并且在存在于焊接金屬中的碳化物中，當(dāng)量圓直徑O. 20 μ m以上的碳化物的面積分率為4. 0%以下，當(dāng)量圓直徑I. O μ π!以上的碳化物個(gè)數(shù)為1000個(gè)/mm2以下， A 值=O. 8 X [C] -O. 05 X [Si] +0. 5 X [Mn] +0. 5 X [Cu] + [Ni]-O. 5 X [Mo] +0. 2 X [Cr]... (I)其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Mo]以及[Cr]分別表示焊接金屬中的C、Si、Mn、Cu、Ni、Mo以及Cr的含量(質(zhì)量％ )。X 值=[Ti]/([O]-I. IX [Al]+0. 05X [Si]) · · · (2)其中，[Ti]、[O]、[Al]以及[Si]分別表示焊接金屬中的Ti、O、Al以及Si的含量(質(zhì)量％ )。在本發(fā)明中，“當(dāng)量圓直徑”表示著眼于碳化物的大小而換算為相同面積的圓時(shí)的直徑。在本發(fā)明的焊接金屬中，優(yōu)選由下述(3)式規(guī)定的B值為O. 35%以下，由此能夠進(jìn)一步減少當(dāng)量圓直徑O. 20 μ m以上的碳化物的面積分率，從而能夠進(jìn)一步提高低溫韌性、落錘特性。B 值=[C] X (2 X [Mn] +3 X [Cr]) ... (3)其中，[C]、[Mn]以及[Cr]分別表示焊接金屬中的C、Mn以及Cr的含量(質(zhì)量％)。在本發(fā)明的焊接金屬中，優(yōu)選C的含量[C]與Mo的含量[Mo]滿足下述(4)式的關(guān)系，由此能夠進(jìn)一步減少當(dāng)量圓直徑I. Ομπι以上的碳化物的個(gè)數(shù)，從而能夠進(jìn)一步提高低溫韌性、落錘特性。O. 01+2. 2 X [C] < [Mo] < O. 2+15 X [C] ... (4)本發(fā)明的焊接金屬根據(jù)需要還含有(a)Cu :0.35%以下(不包含0%)、(b)Al O. 030%以下(不包含0% )、(c)Nb 0. 030%以下(不包含0% )以及/或者V 0. 10%以下(不包含0%)等，這是有用的，通過含有上述元素，能根據(jù)其種類進(jìn)一步改善焊接金屬的特性。通過包含上述那樣的焊接金屬而構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)具備低溫韌性以及落錘特性優(yōu)良的焊接金屬的焊接結(jié)構(gòu)體。發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，在焊接金屬中，滿足上述(I)式以及(2)式的關(guān)系，并且適當(dāng)?shù)乜刂苹瘜W(xué)成分組成，由此可以實(shí)現(xiàn)能夠確保高強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度)、且能夠發(fā)揮良好的低溫韌性以及落錘特性的焊接金屬，此類焊接金屬作為原子能設(shè)備的壓力容器用材料、或容器用材料極其有用。


圖I中，圖I (a)是表示焊接金屬的拉伸試驗(yàn)片的選取位置的概要圖，圖I (b)是表示焊接金屬的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)片的選取位置的概要圖，圖1(c)是表示焊接金屬的落錘試驗(yàn)片的選取位置的概要圖。
具體實(shí)施例方式本申請的發(fā)明人從各種角度研究在含氧量高的焊接金屬中實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性、以及落錘性能的方法。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)下述情況通過增加在焊接時(shí)形成的微小的再熱部組織，并且出現(xiàn)氧化物起點(diǎn)的針狀鐵素體組織而使原質(zhì)部組織(未被再熱的組織)微細(xì)化，進(jìn)而減少粗大碳化物，由此能夠提高強(qiáng)度、低溫韌性、以及落錘性能，從而完成本發(fā)明。本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將焊接金屬的化學(xué)成分組成控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，并且將根據(jù)成分求得的下述A值[(I)式]控制為3. 8%以上且9.0%以下、將下述X值[(2)式]控制為O. 5%以上，并且將存在于焊接金屬中的碳化物中的當(dāng)量圓直徑O. 20 μ m以上的碳化物的面積分率形成為4. 0%以下、將當(dāng)量圓直徑I. O μ m以上的碳化物個(gè)數(shù)形成為1000個(gè)/mm2以下，由此實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、低溫韌性以及落錘特性優(yōu)良的焊接金屬。另外，下述情況變得明了 根據(jù)需要，通過將由化學(xué)成分組成而求得的下述B值[(3)式]形成為O. 35 %以下，能夠進(jìn)一步減少當(dāng)量圓直徑O. 20 μ m以上的碳化物的面積分率，或者通過使C的含量[C]與Mo的含量[Mo]滿足下述(4)式的關(guān)系，能夠進(jìn)一步減少當(dāng)量圓直徑I. Ομπι以上的碳化物的個(gè)數(shù)，從而進(jìn)一步提高強(qiáng)度、低溫韌性以及落錘特性。B 值=[C] X (2 X [Mn] +3 X [Cr]) ... (3)其中，[C]、[Mn]以及[Cr]分別表示焊接金屬中的C、Mn以及Cr的含量(質(zhì)量％)。O. 01+2. 2 X [C] < [Mo] < O. 2+15 X [C] ... (4)為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的焊接金屬，需要適當(dāng)?shù)乜刂坪附硬牧铣煞忠约昂附訔l件。焊接材料成分當(dāng)然受到所需要的焊接金屬成分的制約，并且為了得到規(guī)定的碳化物形態(tài)而需要適當(dāng)?shù)乜刂坪附訔l件以及焊接材料成分。例如，在焊接熱輸入量為2. 5 4. OkJ/mm的范圍內(nèi)預(yù)熱/道次間溫度為150 240°C的情況下，優(yōu)選將由下述(5)式表示的β值控制為O. 40%以下。由此，容易將存在于焊接金屬中的碳化物中的當(dāng)量圓直徑0.20 μ m以上的碳化物的面積分率控制為4. 0%以下。β 值=(C) X {I. 5X (Mn) +2. 3X (Cr)} ... (5)其中，(C)、(Mn)以及(Cr)分別表示焊接材料中的C、Mn以及Cr的含量(質(zhì)量％ )。碳化物的尺寸也受到焊接金屬基體的組織的影響。即，由于焊接金屬基體越微小、碳化物生成位置越是增加，因此一般碳化物尺寸形成為微小。因此，在焊接熱輸入量低于上述的范圍、或者預(yù)熱/道次間溫度變低的情況下，由于焊接時(shí)的冷卻速度上升、基體組織變得微小，β值應(yīng)滿足的范圍變得更廣。反之，在焊接熱輸入量變大、或者預(yù)熱/道次間溫度變高的情況下，優(yōu)選β值控制在更窄的范圍內(nèi)。焊接熱輸入量以及預(yù)熱/道次間溫度是對強(qiáng)度等特性產(chǎn)生影響的參數(shù)，根據(jù)必要的特性而控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
另外，雖然SR退火條件也對碳化物形態(tài)產(chǎn)生影響，但本發(fā)明的焊接金屬設(shè)置成由下述(6)式示出的Larson-Miller參數(shù)(LMP)，并在17 X IO3 19 X IO3的范圍內(nèi)控制SR退火時(shí)的溫度、時(shí)間即可。LMP = (Τ+273) X (20+logt) ... (6)其中，T : SR退火溫度(V )t:SR 退火時(shí)間(hr)當(dāng)LMP變得比19 X IO3大時(shí)，碳化物的生長繼續(xù)進(jìn)行，而不能獲取規(guī)定的碳化物形態(tài)。并且，當(dāng)LMP變得比17X IO3小時(shí)，強(qiáng)度過大而不能確保良好的低溫韌性以及落錘特性。例如，在565°C的條件下進(jìn)行了 4小時(shí)(hr)的SR退火時(shí)的LMP形成為17. 3X 103，在615°C的條件下進(jìn)行了 12小時(shí)(hr)的SR退火時(shí)的LMP形成為18. 7X 103。本發(fā)明的焊接金屬需要適當(dāng)?shù)乜刂苹瘜W(xué)成分組成，并且根據(jù)C、Si、Mn、Cu、Ni、Mo、Cr等元素含量而由下述(I)式規(guī)定的A值滿足3. 8%以上且9.0%以下的必要條件。A 值=O. 8 X [C] -O. 05 X [Si] +0. 5 X [Mn] +0. 5 X [Cu] + [Ni]-O. 5 X [Mo] +0. 2 X [Cr]... (I)其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Mo]以及[Cr]分別表示焊接金屬中的C、Si、Mn、Cu、Ni、Mo以及Cr的含量(質(zhì)量％ )。此外，雖然上述(I)式也包含根據(jù)需要而含有的元素(例如Cu)，但當(dāng)不包含該元素時(shí)，作為不具有該項(xiàng)目的焊接金屬而計(jì)算A值，當(dāng)包含該元素時(shí)，根據(jù)上述(I)式計(jì)算A值即可。上述A值是作為焊接金屬的相變溫度的指標(biāo)的參數(shù)，該值越大、相變溫度越低，通過促進(jìn)焊接時(shí)的逆相變而導(dǎo)致微小再熱部增加。當(dāng)該A值變得比3. 8%小時(shí)，不能充分地發(fā)揮效果。另外，當(dāng)A值超過9.0%時(shí)，利用SR退火而生成初生馬氏體，從而低溫韌性以及落錘特性降低。此外，該A值優(yōu)選的下限為4. 5%以上，優(yōu)選的上限為8.0%以下。本發(fā)明的焊接金屬還需要根據(jù)Ti、O、Al、Si等元素含量而由下述⑵式規(guī)定的X值滿足O. 5以上的必要條件。X 值=[Ti]/([O]-I. IX [Al]+0. 05X [Si]) · · · (2)其中，[Ti]、[O]、[Al]以及[Si]分別表示焊接金屬中的Ti、O、Al以及Si的含量(質(zhì)量％ )。此外，雖然上述(2)式也包含根據(jù)需要而含有的元素(例如Al)，但當(dāng)不包含該元素時(shí)，作為不具有該項(xiàng)目的焊接金屬而計(jì)算X值，當(dāng)包含該元素時(shí)，根據(jù)上述(2)式來計(jì)算X值即可。上述X值是對作為針狀鐵素體的起點(diǎn)的Ti氧化物進(jìn)行規(guī)定的參數(shù)，當(dāng)該值比O. 5小時(shí)，在Ti氧化物表面形成Si氧化物，針狀鐵素體生成能降低。該X值優(yōu)選的下限為O. 6以上。本發(fā)明的焊接金屬需要存在于焊接金屬中的碳化物中的當(dāng)量圓直徑O. 20μπι以上的碳化物的面積分率為4. 0%以下。當(dāng)該面積分率變得比4. 0%大時(shí)，粗大碳化物助長破壞龜裂的進(jìn)展，從而低溫韌性以及落錘特性惡化。該面積分率優(yōu)選3. 5%以下為好。由下述(3)式規(guī)定的B值是表示碳化物的穩(wěn)定性的參數(shù)，優(yōu)選通過將該B值控制 為O. 35%以下而抑制粗大碳化物的生成，從而進(jìn)一步提高低溫韌性以及落錘特性。該B值更優(yōu)選上限為O. 30%以下。B 值=[C] X (2 X [Mn] +3 X [Cr]) ... (3)其中，[C]、[Mn]以及[Cr]分別表示焊接金屬中的C、Mn以及Cr的含量(質(zhì)量％)。另外，需要將存在焊接金屬中的碳化物中的當(dāng)量圓直徑I. Ομπι以上的碳化物的個(gè)數(shù)形成為1000個(gè)/mm2以下。當(dāng)當(dāng)量圓直徑I. O μ m以上的碳化物多數(shù)存在時(shí)，作為破壞起點(diǎn)而發(fā)揮作用，低溫韌性以及落錘特性惡化。從這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，需要將該碳化物的個(gè)數(shù)形成為1000個(gè)/mm2以下，優(yōu)選100個(gè)/mm2以下(進(jìn)一步優(yōu)選為50個(gè)/mm2以下)為好。下述(4)式是控制碳化物的形態(tài)的參數(shù)，優(yōu)選C的含量[C]與Mo的含量[Mo]滿足下述(4)式的關(guān)系，由此難以形成當(dāng)量圓直徑I. Oym以上的粗大的碳化物，從而進(jìn)一步提高低溫韌性以及落錘特性。O. 01+2. 2 X [C] < [Mo] < O. 2+15 X [C] ... (4)此外，焊接金屬的組成嚴(yán)格來說大致由母材的Mn-Mo-Ni鋼的組成與熔透量、焊接材料(焊絲)的組成與熔透量、以及在焊接過程中使用的焊劑的堿度決定，熔透量大致由母材的焊接接合部的組成與焊接施工時(shí)的焊劑的堿度決定，另一方面，焊接材料的組成能夠大致由成為目標(biāo)的焊接金屬的組成與焊劑的堿度決定。通常，將焊劑的堿度保持為2. 5
2.6左右而進(jìn)行焊接。接著，對本發(fā)明的焊接金屬中的基本成分組成進(jìn)行說明。本發(fā)明的焊接金屬即使在其化學(xué)成分組成中由上述(I)式規(guī)定的A值、由上述(2)式規(guī)定的X值分別處于規(guī)定的范圍內(nèi)，如果各自的化學(xué)成分(元素)的含量不在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，則不能實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的機(jī)械特性。因此，在本發(fā)明的焊接金屬中，由適當(dāng)量的C、Si、Mn、Cu、Ni、Mo以及Cr規(guī)定的A值[上述⑴式的值]、以及由Ti、0、Al以及Si規(guī)定的X值[上述⑵式的值]被控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上，各自的化學(xué)成分的量也需要處于以下所示那樣的適當(dāng)范圍內(nèi)。這些成分的范圍限定理由如下所述。[C :0· 02 O. 10% ]C是確保焊接金屬的強(qiáng)度的必需元素。另外，也是有利于通過降低焊接金屬的相變溫度、增加微小再熱部而提高低溫韌性以及落錘特性的元素。為了發(fā)揮上述效果，需要含有O. 02%以上的量。然而，當(dāng)C含量過多時(shí)，導(dǎo)致碳化物的粗大化，成為使低溫韌性以及落錘特性惡化的原因，因此需要在O. 10%以下。C含量優(yōu)選的下限為O. 04%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 05%以上)，優(yōu)選的上限為O. 08%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 07%以下)。[Si :0· 5% 以下(不包含 0% )]
Si是確保焊接金屬的強(qiáng)度的重要元素。然而，當(dāng)Si含量過多時(shí)，導(dǎo)致強(qiáng)度的過度上升、或者導(dǎo)致馬氏體等硬質(zhì)組織增加，從而導(dǎo)致低溫韌性以及落錘特性的惡化，因此需要在O. 5%以下。此外，Si含量優(yōu)選的下限為O. 05%以上，優(yōu)選的上限為O. 40%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 30%以下)。[Mn :I. O I. 9% ]Mn是確保焊接金屬的強(qiáng)度的必要元素。另外，起到通過降低焊接金屬的相變溫度、增加微小再熱部而提高低溫韌性以及落錘特性的有效的作用。為了有效地發(fā)揮上述效果，需要Mn的含量1.0%以上。優(yōu)選為I. 2%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為1.3%以上)。然而，當(dāng)Mn含量過多時(shí)，導(dǎo)致強(qiáng)度的過度上升、碳化物粗大化，而成為低溫韌性以及落錘特性惡化的原因。根據(jù)上述情況，需要Mn含量為I. 9%以下。優(yōu)選為I. 8%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為I. 7%以下)。[Ni :2· 7 8. 0% ]Ni是有利于通過降低焊接金屬的相變溫度、增加微小再熱部而提高低溫韌性以及落錘特性的元素。為了有效地發(fā)揮上述效果，需要Ni的含量為2. 7%以上。優(yōu)選為3.0%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為4.0%以上)。然而，當(dāng)Ni的含量過多時(shí)，因SR退火而產(chǎn)生初生馬氏體，反而降低低溫韌性以及落錘特性，因此需要在8. 0%以下。優(yōu)選為7. 0%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為6.0%以下)。[Cr :0· 7% 以下(不包含 0% )]Cr是有利于確保焊接金屬的強(qiáng)度的元素。另外，通過降低焊接金屬的相變溫度、增加微小再熱部而提高低溫韌性以及落錘特性。然而，當(dāng)其含量過多時(shí)，促進(jìn)碳化物粗大化，反而降低低溫韌性以及落錘特性。根據(jù)上述情況，需要Cr含量在O. 7%以下。優(yōu)選為O. 6%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為0.5%以下)。此外，為了有效地發(fā)揮基于Cr的效果優(yōu)選的下限為O. 05%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 1%以上)。[Mo :O. 05 O. 8% ]Mo是有利于在SR退火時(shí)形成微小碳化物而提高強(qiáng)度的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，需要Mo的含量在O. 05%以上，當(dāng)Mo含量不足時(shí)，SR退火后的強(qiáng)度降低，并且粗大滲碳體穩(wěn)定化，從而低溫韌性以及落錘特性惡化。優(yōu)選為0.1%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 2%以上)。然而，當(dāng)其含量過多時(shí)，促進(jìn)碳化物粗大化，反而降低低溫韌性以及落錘特性。根據(jù)上述情況，需要Mo含量在O. 8%以下。優(yōu)選為O. 6%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 5%以下)。[Cr+Mo :0· 8% 以下(不包含 0% )]Cr以及Mo是碳化物形成元素，雖然發(fā)揮在SR退火時(shí)形成微小碳化物而提高強(qiáng)度的作用，但當(dāng)合計(jì)含量超過O. 8%而過量時(shí)，生成大量的碳化物，反而使低溫韌性以及落錘特性惡化。其合計(jì)含量優(yōu)選的下限為O. 10%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 15%以上)，優(yōu)選的上限為O. 7%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 65%以下)。[Ti :0. 010 O. 060% ]Ti是有利于通過形成Ti氧化物、出現(xiàn)微小針狀鐵素體組織而提高SR退火后的焊接金屬強(qiáng)度、低溫韌性以及落錘特性的元素。為了發(fā)揮上述效果，需要其含量0.010%以上。優(yōu)選為O. 015%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 020%以上)。然而，當(dāng)Ti含量過多時(shí)，導(dǎo)致氧化物的粗大化，從而使低溫韌性以及落錘特性惡化，因此優(yōu)選為O. 060%以下。進(jìn)一步優(yōu)選為O. 05%以下(更進(jìn)一步優(yōu)選為O. 04%以下)。[N :0· 010% 以下(不包含 0% )]N是與Ti或根據(jù)需要而含有的Nb、V等元素形成氮化物(或者碳氮化合物)而有利于提高焊接金屬的強(qiáng)度的元素。然而，當(dāng)N的含量過多時(shí)，不形成氮化物而單獨(dú)存在的N(固溶N)增加，而對韌性產(chǎn)生負(fù)面影響。根據(jù)上述情況，需要N含量為O. 010%以下。優(yōu)選為O. 0080%以下。[O :0· 015 O. 060% ]O是用于形成Ti氧化物的必要元素，為了形成足夠的Ti氧化物而需要含量在O. 015%以上。優(yōu)選為O. 020%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 025%以上)。然而，當(dāng)O含量過多 時(shí)，粗大氧化物增加，因形成為脆性破壞的起點(diǎn)而降低低溫韌性。根據(jù)上述情況，需要O含量為O. 060%以下。優(yōu)選為O. 050%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 045%以下)為好。在本發(fā)明規(guī)定的含有元素如上所述，余量是鐵以及不可避免的雜質(zhì)，作為該不可避免的雜質(zhì)，能夠允許根據(jù)原料、器材、制造設(shè)備等狀況而帶入的元素(例如，P、S、B、Sn、Zr、Bi、Pb等)的混入。此外，由于Co在面向原子能的構(gòu)造物中被中子照射而放射化，因此在焊接金屬中，必須限制為O. 05%以下，在焊絲中也需要保持為O. 05%以下。并且，本發(fā)明的焊接金屬根據(jù)需要還含有(a) Cu :0. 35 %以下(不包含O % )、(b) Al :0· 030 %以下(不包含0% )、(c)Nb :0. 030%以下(不包含0% )以及/或者V :0· 10%以下(不包含0% )等，這是有用的，通過含有上述元素能根據(jù)其種類進(jìn)一步改善焊接金屬的特性。 [Cu :0· 35 % 以下(不包含 O % )]Cu是有利于提高焊接金屬的強(qiáng)度的元素。另外，通過降低焊接金屬的相變溫度、增加微小再熱部而提高低溫韌性以及落錘特性。然而，當(dāng)Cu的含量過多時(shí)，導(dǎo)致強(qiáng)度的過度上升而對低溫韌性以及落錘特性產(chǎn)生負(fù)面影響，因此優(yōu)選為O. 35%以下。進(jìn)一步優(yōu)選為O. 30%以下(更進(jìn)一步優(yōu)選為O. 25%以下)。此外，為了有效地發(fā)揮基于Cu的效果優(yōu)選的下限為O. 02%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 05%以上)。[Al :0· 030 % 以下(不包含 O % )]Al是有效地用作脫氧劑的元素，但當(dāng)其含量超過O. 030%而過多地含有Al元素時(shí)，導(dǎo)致氧化物粗大化，對低溫韌性產(chǎn)生負(fù)面影響。進(jìn)一步優(yōu)選為O. 025%以下(更進(jìn)一步優(yōu)選為O. 02%以下)。此外，為了有效地發(fā)揮基于Al的效果優(yōu)選的下限為O. 005%以上。[Nb :0.030%以下(不包含0% )以及/或者V :0· 10%以下(不包含0% )]Nb以及V是有利于形成碳氮化物而提高焊接金屬的強(qiáng)度的元素。然而，當(dāng)過多含有上述元素時(shí)，低溫韌性以及落錘特性惡化，因此Nb為O. 030 %以下(進(jìn)一步優(yōu)選為0.02%以下)，￥為0· 10%以下(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 08%以下)為好。此外，為了有效地發(fā)揮基于上述元素的效果優(yōu)選的下限為Nb為O. 008%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 01 %以上)，V為O. 010%以上(進(jìn)一步優(yōu)選為O. 02%以上)。通過包含上述那樣的焊接金屬而構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)具備低溫韌性以及落錘特性優(yōu)良的焊接金屬的焊接結(jié)構(gòu)體。
實(shí)施例以下，利用實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，但下述實(shí)施例并不是限定本發(fā)明的性質(zhì)的實(shí)施例，也能夠在不脫離上述、后述的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈兏⒓右詫?shí)施，其都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。使用由焊絲成分(C、Mn以及Cr含量)而求得的β值[上述(5)式]為O. 11
O.41%的各種焊絲(直徑4. Omm)(下述表1，2的Wl W36)，在下述的焊接條件下進(jìn)行潛弧焊接。此時(shí)使用的母材(焊接母材)的化學(xué)成分組成如在下述表3示出的那樣，焊劑的化學(xué)成分組成如在下述表4示出的那樣。表4示出的堿度基本由IIW(國際焊接學(xué)會International Institute of Welding)推薦的下述式(式中的氧化物表示該氧化物的質(zhì)量％ )計(jì)算而得到。
堿度=BC/ACBC = CaF2+Ca0+Mg0+Ba0+Sr0+Na20+K20+Li0+ (MnO+FeO) /2AC = SiO2+ (Al203+Ti02+Zr02)/2[焊接條件]母材板厚25_坡口角度10。(V字)焊縫根部間隙20mm焊接姿勢向下[oho]焊絲直徑4.0mmtp焊接熱輸入量550A-31v-35cpm(2. 9kJ/mm)預(yù)熱/道次間溫度160 220°C層疊方法6層12道[表I]
' r 11 : "蟬晝職 f 成分組棗 Hmmw 一 .|
Ho, —C 「― sf" I Mn I Ni | Cr j Mo j Τ ~ I~ N~ | Cu I Ai j Nb | V pW1 ~M ~lxi5 T.T—"0.15 0.0045° -—丨一 - 一 0.39W2 ~OtO~" 0.14 1.8 4.3 PM α24 0Λ3 ~0.005~ — — — — 0.39~W3 0:08L5 4.6 51T~ 0.16 0:19 "a0051 = ..二 —…二一 ――二 ^2 "
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~W19"I 0.09 I 0.40 I 1:6 I β. I 0 25 I 0.2 I 0.25 I 0.0052 I ―二 I - I - I — 0.27* :余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)[表2]
權(quán)利要求
1.一種焊接金屬，是低溫韌性以及落錘特性優(yōu)良的焊接金屬，其特征在于， 分別含有c 0. 02 O. 10%,Si 0. 5%以下但不包含0%、Μη :1. O I. 9%,Ni 2. 7 .8. 0%, Cr 0. 7% 以下但不包含 0%、Mo 0. 05 O. 8%, Ti 0. 010 O. 060%, N 0. 010%以下但不包含0%、以及O :0. 015 O. 060%，并且Cr與Mo的合計(jì)含量為O. 8%以下但不包含0%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)，其中百分比含量均為質(zhì)量％，以下關(guān)于化學(xué)成分組成的含量也均為質(zhì)量％，而且，由下述(I)式規(guī)定的A值滿足3. 8%以上且9.0%以下，由下述(2)式規(guī)定的X值滿足0.5以上，并且，在存在于焊接金屬中的碳化物中，當(dāng)量圓直徑.O. 20 μ m以上的碳化物的面積分率為4. O %以下，當(dāng)量圓直徑I. O μ m以上的碳化物個(gè)數(shù)為1000個(gè)/mm2以下，A 值=O. 8 X [C] -O. 05 X [Si] +0. 5 X [Mn] +0. 5 X [Cu] + [Ni]-O. 5 X [Mo] +0. 2 X [Cr]... (I) 其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cu]、[Ni]、[Mo]以及[Cr]分別表示焊接金屬中的C、Si、Mn、Cu、Ni、Mo以及Cr的含量(質(zhì)量％ )，X 值=[Ti]/(
-l. IX [Α1]+0. 05X [Si])· · · (2) 其中，[Ti]、[O]、[Al]以及[Si]分別表示焊接金屬中的Ti、O、Al以及Si的含量(質(zhì)量％ )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焊接金屬，其特征在于， 由下述(3)式規(guī)定的B值為O. 35%以下，B 值=[C] X (2X [Mn] +3X [Cr])· · · (3) 其中，[C]、[Mn]以及[Cr]分別表示焊接金屬中的C、Mn以及Cr的含量(質(zhì)量％ )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的焊接金屬，其特征在于， C的含量[C]與Mo的含量[Mo]滿足下述⑷式的關(guān)系，O. 01+2. 2X [C] < [Mo] < O. 2+15X [C]· · · (4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的焊接金屬，其特征在于， 所述焊接金屬還含有Cu :0. 35%以下但不包含0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的焊接金屬，其特征在于， 所述焊接金屬還含有Al :0. 030%以下但不包含0%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的焊接金屬，其特征在于， 所述焊接金屬還含有Nb :0. 030%以下但不包含0%、以及/或者V :0. 10%以下但不包含0%。
7.一種焊接結(jié)構(gòu)體，其特征在于， 所述焊接結(jié)構(gòu)體包含權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的焊接金屬而構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的焊接金屬適當(dāng)?shù)乜刂苹瘜W(xué)成分組成，由規(guī)定的關(guān)系式規(guī)定的A值滿足3.8％以上且9.0％以下、由規(guī)定的關(guān)系式規(guī)定的X值滿足0.5％以上，并且存在于焊接金屬中的碳化物中的當(dāng)量圓直徑0.20μm以上的碳化物的面積分率為4.0％以下、當(dāng)量圓直徑1.0μm以上的碳化物個(gè)數(shù)為1000個(gè)/mm2以下。而且，該焊接金屬當(dāng)然具有高強(qiáng)度，還能夠發(fā)揮良好的低溫韌性以及落錘特性，因而用作原子能設(shè)備的壓力容器用材料。
文檔編號B23K35/30GK102869802SQ201180015138
公開日2013年1月9日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者名古秀德, 岡崎喜臣, 山下賢, 大津穰, 高內(nèi)英亮 申請人:株式會社神戶制鋼所