[发明专利]实芯焊丝和焊接金属

说明书

技术领域

本发明涉及适于极低温用的9％Ni钢(9％镍钢)的焊接的铁基的实芯焊丝(焊接用实芯焊丝)和9％Ni钢之间的焊接接头的焊接金属。以下，将9％Ni钢之间的焊接接头仅称为“接头”。

背景技术

从所周知，9％Ni钢是在-196℃左右的极低温下使用的高张力钢，具有高屈服强度和卓越的低温韧性。因此，作为极低温用钢被广泛用于LNG和液氮、液氧等的储罐或其关联设备等。为了有效利用这样的9％Ni钢的优异的极低温韧性，在对于9％Ni钢之间进行焊接所形成的焊接接头的焊接金属(焊接部)中，当然，也要求有与其母材同程度的极低温韧性等的特性。

从这一背景出发，对于9％Ni钢之间的焊接技术，至今为止也加以各种研究。例如，认为如果使用与极低温用的9％Ni钢母材相同或与母材类似的成分的焊丝(所谓共金系焊丝)对其进行焊接，则能够得到极低温特性优异的焊接接头。但是，在MIG等比TIG高效率的焊接法中，不能确保稳定的低温韧性，由于确保这样的低温韧性有困难，所以限定为比MIG效率低的TIG焊，施工的作业效率显著变低。因此，共金系焊丝的应用例几乎不存在。

图1中显示9％Ni钢板之间的对接焊接头例(焊接试验例)。无论是TIG还是MIG，通过大线能量，使熔敷焊道(1)～(13)多层堆积，依次形成9％Ni钢板2a、2b彼此的焊接接头1a的焊接金属3过程都相同。还有，图中的符号5表示衬垫材。

其中，在TIG中，因为使熔敷量较小而使焊道薄，所以之前的焊道，例如焊道(12)在后续的焊道，例如焊道(13)作用下，完全被逆相变。由此，所述各熔敷层的比较粗大的原质部(凝固组织)成为微细的再热组织(再热处理组织)。即，利用上层部焊接时的热循环能够得到适度的热处理效果，因此可实现下层部组织的微细化，下层部的低温韧性提高。

相对于此，在高效率的MIG焊法中，因为熔敷量比较大，所以必然地，所述再热组织和没有再热的原质部(凝固组织)交替地位于板厚方向。因此，作为接头1a的焊接金属3，MIG焊的一方与TIG焊的一方相比，难以确保稳定的低温韧性。

因此，历来，9％Ni钢由高效率的MIG焊进行焊接施工时，主要大多使用的是Ni量高达60％左右的Ni基合金(所谓镍铬铁合金)的焊丝。但是，使用了这样的Ni基合金焊丝的焊接接头，虽然在-196℃下以焊接的状态仍显示出优异的韧性，但抗拉强度、特别是0.2％屈服强度却比9％Ni钢母材低得多。其结果是产生如下不利，即尽管作为高张力钢使用9％Ni钢，因为焊接接头的强度低，所以设计应力也不得不随之相应降低，为了确保焊接接头的强度，必须增大焊接结构物全体的板厚。

因此，只要使用所述Ni基合金焊丝，9％Ni钢的高强度就无法充分地发挥，焊接结构物的板厚增加，重量的增加，不得不承受高价的Ni基合金焊丝的消耗量增大这样的双重三重的负荷和负担。而且，在由所述Ni基合金焊丝进行的焊接中，除了一定会受到伴随Ni而来的高温裂纹的问题的困扰以外，因为其成分组成与作为母材的9％Ni钢大不相同，所以还会出现由于焊接时彼此的热膨胀系数差造成的热疲劳发生的问题等。

由于以上这样的焊接施工上的制约，实际情况是，尽管9％Ni钢自身具备作为极低温用钢的所述卓越的性能，但一直以来其适用范围却显著受到限制。

因此，在使用与所述9％Ni钢母材相同或与母材类似的成分的共金系焊丝来替代所述Ni基合金焊丝的焊接技术中，一直以来也在实施用于提高焊接接头部的极低温特性的研究。

例如，在专利文献1中公开有一种方法，其是在所述9％Ni钢的共金系焊丝的化学成分组成中，通过将镍、锰、硼、氧等的含量调整、限制在适当范围，从而对其加以改善的方法。但是，在此方法中，虽然报告的结果是，依据JIS-Z-3111的摆锤冲击试验得到的焊接接头部的低温韧性改善，但只是以整体的吸收能对其进行评价。即，没有从龟裂发生强度方面着手处理。

在专利文献2中提出有一种方法，其是筹划由所述9％Ni钢的共金系焊丝进行的焊接施工法而改善焊接接头部的低温韧性的方法。即，是在多层堆焊后，将最终层的焊道表面冷却至150℃以下，接着一边以惰性气体保护所述最终层的焊道表面，一边以来自非消耗电极的电弧使之再熔融的方法。该方法使不能期待所述上层部焊接时由热循环带来的热处理效果的坡口中央部的最终层再熔融，从而施加热处理而使低温韧性提高。但是，该方法有在焊接施工中工时增加这样的问题，并且终究只停留在焊接接头部的最终焊层的部分性的低温韧性的改善。因此，对于支配焊接接头的特性的焊接金属整体的低温韧性提高来说，仍有其自身和局限性的问题。