焊接金屬和焊接結構體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鍋爐、化學反應容器等在高溫高壓環(huán)境下使用的焊接金屬和含有該焊 接金屬的焊接結構體。
【背景技術】
[0002] 鍋爐、化學反應容器等在高溫高壓環(huán)境下使用的高強度Cr-Mo鋼及其焊接金屬部 需要以高水平兼?zhèn)鋸姸?、韌性、蠕變斷裂特性、耐SR裂紋性（去應力退火時不會發(fā)生晶界裂 紋）以及耐回火脆化特性（高溫環(huán)境下的使用中脆化少）。特別是近年來，由于隨著裝置大 型化而來的厚壁化，從施工效率的觀點出發(fā)，焊接時的線能量正在增大，但是一般焊接線能 量的增大會使焊接金屬部的組織粗大化，使韌性（耐回火脆化特性）劣化，因此所要求的韌 性、耐回火脆化特性為更高的水準。另外，上述設備從高效率操作的觀點出發(fā)，致力于操作 條件的更高溫高壓化，即使在焊接金屬部，也要求進一步的蠕變斷裂特性。
[0003] 并且，作為著眼于高強度Cr-Mo鋼焊接金屬的韌性、回火脆化特性的研究，報告了 下述的解決方案。
[0004] 例如在專利文獻1中，通過詳細地規(guī)定鋼板組成、焊接材料組成、焊接條件，從而 使之兼?zhèn)淙渥儚姸?、韌性、耐氫裂紋特性等。例如在專利文獻2中，通過詳細地規(guī)定焊絲和 粘結焊劑的成分，并且控制焊接條件，以實現(xiàn)韌性、強度、耐回火脆化特性和耐SR裂紋性等 優(yōu)異的焊接金屬。
[0005] 例如在專利文獻3中，通過管理焊接金屬的成分，特別是雜質元素的含量，從而改 善韌性、強度和耐SR裂紋性等。例如在專利文獻4中，在氣體保護金屬極電弧焊中，通過控 制焊條的焊條芯和被覆材的成分，以改善韌性、強度等。例如在專利文獻5中，在埋弧焊中， 通過控制焊絲和粘結焊劑的成分，改善韌性、耐回火脆化特性等。
[0006] 例如在專利文獻6中，通過控制晶界的碳化物的形態(tài)，并且抑制蠕變試驗中的微 細碳化物粒子的奧氏熟化成長（Ostwald Ripening)，以實現(xiàn)良好的懦變斷裂特性。例如在 專利文獻7中，發(fā)現(xiàn)在回火脆化處理時析出的微細的Mo2C粒子助長回火脆化，通過控制這 些Mo2C的析出，可改善耐回火脆化特性。
[0007] 現(xiàn)有技術文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :日本國特開平02-182378號公報
[0010] 專利文獻2 :日本國特開平08-150478號公報
[0011] 專利文獻3 :日本國特開2000-301378號公報
[0012] 專利文獻4 :日本國特開2008-229718號公報
[0013] 專利文獻5 :日本國特開2009-106949號公報
[0014] 專利文獻6 :日本國特開2012-166203號公報
[0015] 專利文獻7 :日本國特開2012-187619號公報
[0016] 發(fā)明要解決的課題
[0017] 但是，在現(xiàn)有的技術存在以下的問題。
[0018] 在專利文獻1中，一部分的實施例中，表示去應力退火（Stress Relief退火，以下 稱"SR退火"）后的韌性的vTr5.5 (SR退火后的吸收能為5. 5kgf ·πι的溫度）良好，為-50°C。 但是，表示回火脆化處理（步冷）后的韌性的vTr' 5.5(步冷后的吸收能為5. 5kgf · m的溫 度）沒有達到最佳_41°C的充分的水準。另外，設想蠕變斷裂特性的水平為550°C /800hr， 相當于240MPa，并不充分。并且，1次SR條件最長時不過短達26hr(蠕變斷裂特性容易高 出的條件）?；蛘?，需要實施2次SR的等復雜的工序。
[0019] 在專利文獻2中，一部分的實施例中，能夠得到表示SR退火后的韌性的VTr55 (SR 退火后的吸收能為55J的溫度），表示回火脆化處理（步冷）后的韌性的vTr'55(步冷后 的吸收能為55J的溫度）均低于-50°C的良好的韌性。但是，表示回火時的脆化的程度的 Δ vTr55 ( = vTr55-vTr' 55)均為8°C以上，很難說能夠充分抑制回火脆化。另外，設想SR條 件為700°C X 26hr，保持時間短，不能保證在更嚴格的SR條件下的蠕變斷裂特性。
[0020] 在專利文獻3中，沒有考慮耐回火脆化特性。另外，設想蠕變斷裂特性的水平為 538°C X206MPa，相當于900hr，并不充分。
[0021] 在專利文獻4、5中，韌性、耐回火脆化特性均處于高水平。但是，推薦的焊接條件 在規(guī)定了由氣體保護金屬極電弧焊形成的焊接金屬的專利文獻4中，焊接電流為140~ 190A，在規(guī)定了由埋弧焊形成的焊接金屬的專利文獻5中為2. 0~3. 6kJ/mm，沒對充分應對 焊接線能量的增大傾向。另外，對于蠕變斷裂特性沒有記載。
[0022] 在專利文獻6中，關于耐回火脆化特性未予考慮。在專利文獻7中，對于蠕變斷裂 特性未予考慮。

【發(fā)明內容】

[0023] 本發(fā)明鑒于這樣的問題點而形成，其課題在于，提供一種即使在線能量大的焊接 條件下，也能夠穩(wěn)定確保耐回火脆化特性、蠕變斷裂特性、強度、韌性、耐SR裂紋性的焊接 金屬和含有它的焊接結構體。
[0024] 用于解決課題的手段
[0025] 本發(fā)明人等潛心研究的結果是，討論了即使在線能量較大的焊接條件下，仍可穩(wěn) 定確保耐回火脆化特性、蠕變斷裂特性、強度、韌性、耐SR裂紋性的手段。并且發(fā)現(xiàn)，在焊接 時和SR時，通過在舊奧氏體晶界使V碳化物生成，并且抑制蠕變試驗中的微細MC碳化物粒 子（M:碳化物形成元素）的奧氏熟化，能夠兼?zhèn)淠突鼗鸫嗷匦?、蠕變斷裂特性和上述諸特 性，從而完成了本發(fā)明。
[0026] 即發(fā)現(xiàn)，通過將焊接金屬成分控制在規(guī)定的范圍，并且使根據(jù)焊接金屬成分求得 的下述A值為200以上，
[0027] A 值=([V]/51+[Nb]/93)/ { [V] X ([Cr]/5+[Mo]/2)} XlO4
[0028] 在去應力退火后的焊接金屬中，將根據(jù)存在于舊奧氏體晶界的碳化物的每單位晶 界中的個數(shù)密度N(個/μπι)、化合物型V濃度[insol. V]求得的下述Z值控制在0.05以 上，
[0029] Z 值=NX [insol. V]
[0030] 則能夠兼?zhèn)湟阅突鼗鸫嗷匦?、蠕變斷裂特性為代表的諸特性。
[0031] 還有，在A值的式中，[V]、[Nb]、[Cr]和[Mo]分別表示焊接金屬中的V、Nb、Cr、Mo 的含量（質量％ )。另外，" X 1〇4"關系到"（[V]/51+[Nb]/93)/{ [V] X ([Cr]/5+[Mo]/2)} "。
[0032] 如此，在本發(fā)明中，僅就焊接金屬成分而言，對于其影響并不能充分把握，因此使 用根據(jù)焊接金屬成分求得的A值和根據(jù)存在于舊奧氏體晶界的碳化物的每單位晶界中的 個數(shù)密度N (個/ μ m)、化合物型V濃度[insol. V]求得的Z值的參數(shù)進行規(guī)定。
[0033] 本發(fā)明的焊接金屬的特征在于，含有C :0.05~0. 15質量％、Si :0. 10~0.50質 量％、]^ :0· 60 ~L 30 質量％、Cr :1· 80 ~3. 00 質量％、Mo :0· 80 ~L 20 質量％、V :0· 25 ~ 〇. 50質量％、Nb :0. 010~0. 050質量％、N :0. 025質量％以下（不含0質量％ )、0:0. 020~ 0. 060質量％，余量是Fe和不可避免的雜質的焊接金屬，
[0034] 根據(jù)焊接金屬成分求得的下述A值滿足200以上，
[0035] A 值=([V]/51+[Nb]/93)/ { [V] X ([Cr]/5+[Mo]/2)} XlO4
[0036] 在去應力退火后的焊接金屬中，設存在于晶界的碳化物的每單位晶界中的個數(shù)密 度為N(個/μπι)，由萃取殘渣求得的化合物型V濃度為[insol. V]時，下述Z值為0.05以 上。
[0037] Z 值=NX [insol. V]
[0038] 根據(jù)這一構成，焊接金屬通過以規(guī)定量含有規(guī)定的成分，強度、操作性、蠕變斷裂 特性、耐回火脆化特性、韌性、耐SR裂紋性等提高。
[0039] 另外，焊接金屬通過使A值為規(guī)定以上，MC粒子數(shù)被控制，蠕變斷裂特性提高。另 外，焊接金屬通過使Z值為規(guī)定以上，晶界的V碳化物量被規(guī)定，蠕變斷裂特性、耐回火脆化 提尚。
[0040] 本發(fā)明的焊接金屬的特征在于，還含有Cu :1.00質量％以下（不含0質量％)、Ni: 1.00質量％以下（不含0質量％ )之中的一種或兩種。
[0041] 根據(jù)這一構成，焊接金屬通過以規(guī)定量含有Cu、Ni之中的一種或兩種，韌性進一 步提尚。
[0042] 本發(fā)明的焊接金屬的特征在于，還含有B :0. 0050質量％以下（不含0質量％ )。
[0043] 根據(jù)這一構成，焊接金屬通過以規(guī)定量含有B，強度進一步提高。
[0044] 本發(fā)明的焊接金屬的特征在于，還含有W :0. 50質量％以下（不含0質量％ )、A1 : 0· 030質量％以下（不含0質量％ )、Ti :0· 020質量％以下（不含0質量％ )之中的一種 或兩種以上。
[0045] 根據(jù)這一構成，焊接金屬通過以規(guī)定量含有W、Ti，強度進一步提高，另外，通過以 規(guī)定量含有Al，脫氧得到促進。
[0046] 本發(fā)明的焊接結構體的特征在于，含有上述記載的焊接金屬。
[0047] 根據(jù)這一構成，因為焊接結構體含有上述記載的焊接金屬，所以在焊接部位，可穩(wěn) 定確保耐回火脆化特性、蠕變斷裂特性、強度、韌性、耐SR裂紋性。
[0048] 發(fā)