[发明专利]铁素体系耐热钢用焊接材料、铁素体系耐热钢用焊接接头以及铁素体系耐热钢用焊接接头的制造方法

说明书

本发明提供一种在焊接含有B的铁素体系耐热钢时能够形成具有高的蠕变强度和韧性的焊接金属的铁素体系耐热钢用焊接材料、铁素体系耐热钢用焊接接头、以及铁素体系耐热钢用焊接接头的制造方法。根据本实施方式的铁素体系耐热钢用焊接材料具有以下的化学组成：以质量％计含有C：0.06～0.10％、Si：0.1～0.4％、Mn：0.3～0.7％、Co：2.6～3.4％、Ni：0.01～1.10％、Cr：8.5～9.5％、W：2.5～3.5％、Nb：0.02～0.08％、V：0.1～0.3％、Ta：0.02～0.08％、B：0.007～0.015％、N：0.005～0.020％，余量为Fe和杂质，且满足式(1)。0.5≤Cr+6Si+1.5W+11V+5Nb+10B－40C－30N－4Ni－2Co－2Mn≤10.0(1)

技术领域

本发明涉及焊接材料、焊接接头以及焊接接头的制造方法，更具体而言，涉及铁素体系耐热钢用焊接材料、铁素体系耐热钢用焊接接头以及铁素体系耐热钢用焊接接头的制造方法。

背景技术

近年来，在火力发电中，为了提高热效率，正在推进蒸汽条件的高温高压化。计划将来在650℃、350气压这样的超超临界压力条件下进行作业。铁素体系耐热钢比奥氏体系耐热钢、Ni基耐热钢便宜。并且，铁素体系耐热钢作为耐热钢，具有热膨胀系数小的优点。因此，铁素体系耐热钢被广泛地用于高温高压环境中。

日本特开平4-371551号公报(专利文献1)、日本特开平4-371552号公报(专利文献2)和日本特开2002-241903号公报(专利文献3)中提出了能够应对如上所述的将来严苛化的条件的铁素体系耐热钢。专利文献1和专利文献2中公开的铁素体系耐热钢在优化W和Mo含量的同时，还含有Co和B。由此，这些文献中的铁素体系耐热钢具有高强度。另外，专利文献3中公开的铁素体系耐热钢材通过积极利用在马氏体板条界面析出的M₂₃C₆碳化物和金属间化合物相而具有高强度。

但是，铁素体系耐热钢有时会被焊接而作为焊接接头用于结构物中。此时，焊接接头的焊接热影响区(以下称为HAZ)的蠕变强度可能下降。因此，日本特开2004-300532号公报(专利文献4)、日本特开2010-7094号公报(专利文献5)和国际公开第2008/149703号(专利文献6)提出一种抑制了HAZ中的蠕变强度降低的铁素体系耐热钢。专利文献4中公开的铁素体系耐热钢通过含有0.003～0.03质量％的B来抑制HAZ中的细粒化。由此，抑制了HAZ中的蠕变强度降低。专利文献5和专利文献6中公开的铁素体系耐热钢在含有大量的B的同时，根据焊接线能量或B含量来调整C含量。由此，在抑制HAZ中的强度下降的同时，抑制了焊接时的液化裂纹。

焊接含有大量的B的铁素体系耐热钢时，一般使用焊接材料。使用市售的Ni基耐热合金用焊接材料(例如，JIS Z 3334(2011)SNi6082)形成的焊接金属具有高的蠕变强度和韧性。但是，焊接时，尤其是在母材的稀释大的初层焊接部中，B会自母材流入至焊接金属中。此时，有时会产生凝固裂纹。因此，对于用于焊接含有B的铁素体系耐热钢的焊接材料，不仅要求在焊接金属中的高的蠕变强度和韧性，还要求抑制焊接时的凝固裂纹。

日本特开平8-187592号公报(专利文献7)、日本特开平9-308989号公报(专利文献8)和日本特开平9-122971号公报(专利文献9)提出了一种蠕变强度、韧性和焊接性优异的铁素体系耐热钢用焊接材料。专利文献7的焊接材料含有0.0005～0.006质量％的B，且(Mo+W)/(Ni+Co)为0.045～2.0。专利文献8的焊接材料在任意含有0.0005～0.006质量％的B的同时，(Mo+W)/(Ni+Co)和(0.5×Co+0.5×Mn+Ni)在规定的范围内，进而，Cr当量在规定范围内。专利文献9的焊接材料可以任意含有0.02质量％以下的B，进而Mn含量为(0.0925-12.5〔％S〕)％～2.0％，(Al+O)为0.02％以下。

然而，将这些焊接材料用于含有大量的B的铁素体系耐热材料的焊接中时，有时无法稳定得到焊接金属的充分的蠕变强度。