[发明专利]焊接材料以及焊接接头结构体

说明书

本申请是申请日为2009年1月23日、申请号为200980103094.2、发明名称为“焊接材料以及焊接接头结构体”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及焊接材料以及焊接接头结构体。详细而言，涉及用于焊接奥氏体系合金时的焊接材料、以及奥氏体系合金焊接接头结构体。更详细而言，涉及能够用于进行P含量较高的奥氏体系合金彼此之间的焊接、以及能够进行P含量较高的奥氏体系合金和P含量较低的奥氏体系合金的异种焊接（以下也称作“异材焊接”。）时的、具有优异的耐焊接凝固裂纹性的焊接材料；以及能够作为钢管、钢板等而广泛应用在要求蠕变强度和耐腐蚀性的用途中的、具有优异的耐焊接凝固裂纹性或者具优异的耐焊接凝固裂纹性以及延展性的焊接接头结构体。

背景技术

作为例如JIS G4304（2005）所规定的SUS304、SUS316、SUS310S等那样的以Cr和Ni为主要元素的具有优异的耐腐蚀性的材料，公知奥氏体系不锈钢。

并且，如专利文献1～4所示，公知当在奥氏体系的钢中以高浓度含有原本作为杂质元素的P时，会帮助因M₂₃C₆碳化物的微细化而发生的析出硬化，从而提高以蠕变强度为首的高温强度。

同样在专利文献5中也提出了一种通过含有高浓度的P而显著改善了以蠕变强度为首的高温强度的奥氏体系不锈钢。

另外，在专利文献6和专利文献7中公开了一种通过含有大于0.05％的P而提高了母材的耐金属尘化性（metal dusting resistance）的金属材料。

在专利文献8中也公开了通过含有根据Si和Cu的关系式求得的适量的Ti而降低了焊接凝固裂纹敏感性的、具有优异的耐金属尘化性的焊接接头以及该焊接接头的焊接材料。

此外，作为奥氏体系合金的焊接材料，在专利文献9中公开了一种将作为杂质的P、S的量限制在“P：0.01％以下以及P+S：0.02％以下”从而抑制了凝固裂纹敏感性的气体保护弧焊材料，在专利文献10中公开了一种能够在焊接高Cr-高Ni合金构件时使用在构成母材的构件的组成中还含有Nb的焊接材料从而防止产生熔融凝固裂纹的焊接方法。

另外，在专利文献11中公开了一种通过对含Cr-Ni的合金板包覆高C高Cr的合金粉末而形成的高C高Cr-高Ni系焊接材料。

此外，在专利文献12中公开了如下具有优异的焊接高温裂纹抵抗性的焊接接头，即、为了防止在SUS304和因瓦合金（36Ni-余量Fe）的异材焊接时产生构成问题的高温裂纹，使焊接金属满足2个关系式，且使焊接金属中的含P的夹杂物的面积百分比为0.01～0.1％。

但是，由于P基本上不会在奥氏体中固溶，因此自不必说在凝固成初晶奥氏体的情况下会增强焊接凝固裂纹敏感性，甚至在凝固成完全奥氏体（fully austenite）的情况下也会显著增强焊接凝固裂纹敏感性。

另外，焊接凝固裂纹是焊接凝固过程中残留在树枝状晶体之间的液相在呈膜状地残留至低温区域的情况下无法承受被施加的应力而产生的裂纹。

并且，焊接凝固裂纹敏感性之所以随着P含量的增加而增大，是由于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下降，因此使液相残留至温度更低的区域。因而，例如在非专利文献1中提出应该严格限制P的含量。

因此，特别是在凝固成完全奥氏体的不锈钢和Ni基合金中，需要限制P的含量，例如在上述凝固成完全奥氏体的奥氏体系不锈钢的代表钢种即由JI S G4304（2005）所规定的SUS310S中，将P的含量限制在0.045％以下。并且，实际的情况是，从防止产生焊接凝固裂纹的方面出发，在JI S G4316（1991）中将用于焊接该SUS310S的焊接材料中的P的含量更低地限制为0.030％以下。

即、虽然以往公知P能够提高耐腐蚀性、以蠕变强度为首的高温强度等等，是有利于提高奥氏体系钢铁材料的特性的元素，但由于P会明显增强焊接凝固裂纹敏感性，因此一直都限制P的含量。

专利文献1：日本特公昭37-17113号公报

专利文献2：日本特开昭62-243742号公报

专利文献3：日本特开昭62-243743号公报

专利文献4：日本特开昭62-267454号公报

专利文献5：WO2006/106944号公报

专利文献6：日本特开2007-186727号公报

专利文献7：日本特开2007-186728号公报