[发明专利]奥氏体系不锈钢焊接接头以及奥氏体系不锈钢焊接材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种奥氏体系不锈钢焊接接头以及奥氏体系不锈钢焊接材料。详细而言，涉及这样的奥氏体系不锈钢焊接接头以及奥氏体系不锈钢焊接材料：作为钢管、钢板等能够广泛应用于要求有高温强度和耐腐蚀性的用途中自不必说的，并且虽含有0.05％以上这样较高量的P，但仍具有优异的焊接性。

背景技术

以往，在高温环境下所使用的锅炉、化学成套设备等中，一直使用JIS为SUS304H、SUS316H、SUS321H、SUS347H、SUS310S等的奥氏体系不锈钢。

但是近年，随着锅炉等的蒸汽条件逐渐高温高压化，对使用材料的要求性能变得严格，由于在以往使用的奥氏体系不锈钢中有高温强度明显不足的状况，因此希望开发高温强度更优异的、经济性的钢。

作为奥氏体系不锈钢的高温强度、特别是蠕变(creep)强度的改善方法，析出碳化物是有效的，并可以采用利用M₂₃C₆或NbC等碳化物强化的强化机构。另外，通过添加Cu而在蠕变中微细析出的Cu相也被利用于提高蠕变强度。

但是，用于析出碳化物的C的含量的增加会导致耐腐蚀性的变差，另外利用碳化物强化的强化元素都很昂贵，并且大量添加Cu会使热加工性、焊接性以及蠕变延展性下降，因此利用碳化物强化的强化元素以及Cu的含量也有限制。

另一方面，公知原本作为杂质元素的P有助于M₂₃C₆碳化物的微细化，并有利于提高蠕变强度，例如，在专利文献1、专利文献2中提出了含有P的奥氏体(系)不锈钢。

即、在专利文献1中公开了这样一种奥氏体不锈钢：将P的含量控制在特定范围内、且与C的量相对应地调整Ti和Nb的量，从而提高了蠕变断裂强度。

另外，在专利文献2中公开了这样一种奥氏体系不锈钢：抑制铁素体相的生成，该铁素体相的相对于蠕变变形的抵抗力明显低于奥氏体相，并且含有特定量的P从而利用磷化物的析出强化作用来防止蠕变断裂特性的变差。

专利文献1：日本特开昭62-243742号公报

专利文献2：日本特开平3-153847号公报

上述专利文献1以及专利文献2所公开的使P的含量增加的技术会导致焊接性下降。即、P含量的增加、尤其是含有大于0.05％那样的大量的P、特别在接近焊接凝固过程的结束期、主要在膜状液相存在于晶界的阶段中，会明显诱发因凝固收缩或热收缩施加的应变为焊接金属的变形能以上时而产生的裂纹(以下称为“焊接凝固裂纹”)。因而，特别是含有大于0.05％那样的大量的P时，受到来自焊接性这一观点的限制，因此在专利文献1以及专利文献2所公开的奥氏体(系)不锈钢的情况下，未必能够说明充分活用了P的提高蠕变强度的效果。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供由蠕变强度高且经济性的、并由焊接性优异的母材以及焊接金属构成的、P的含量高的奥氏体系不锈钢焊接接头以及奥氏体系不锈钢焊接材料。

本发明人关于蠕变强度高且经济性的、并含有高浓度的P的奥氏体系不锈钢，以防止焊接凝固裂纹从而使其具有良好的焊接性为目的实施了各种研究。

另外，焊接凝固裂纹如上所述，是焊接凝固过程中的存在于树枝状晶体(dendrite)间的液相在呈膜状地残留到低温区的情况下、无法承受所施加的应力而产生的裂纹。

然后，因P含量的增加而使焊接凝固裂纹敏感性增大、即焊接凝固裂纹的增多是由于如下缘故：P在凝固过程中的液相中明显变浓而使液相的凝固结束温度大幅降低，因此液相残留到更低温区。

因此，为了降低因作为杂质元素而含有的P导致焊接凝固裂纹的产生，进行了各种研究，例如，公知的有如日本特表2003-535213号公报的段落0030以及0031所公开的那样，在使化学组成平衡以使初相形成为铁素体凝固的情况下能够抑制焊接凝固裂纹。

另外，在“不锈钢的焊接第1版(作者：西本和俊、夏目松吾、小川和博、松本长，发行年：平成13年，发行方：产报出版)”的第87～88页详细记载了用于充分利用δ铁素体来抑制焊接凝固裂纹的机理，并说明了在铁素体形成为初晶的凝固模式、即“FA模式”的情况下，利用δ铁素体向奥氏体转化的相变而使液相分割，从而能够实现抑制焊接凝固裂纹。

与此相对，本发明人以与上述文献不同的想法为基础，在各种奥氏体系不锈钢焊接金属中详细调查了在初相之后结晶的相的结晶动作，该想法为：在初相之后结晶的相(例如，在以“FA模式”凝固的情况下为奥氏体)的结晶毕竟对抑制焊接凝固裂纹是有效的。