焊接部的耐腐蝕性及強(qiáng)度優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼及tig焊接結(jié)構(gòu)物的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供即使省略TIG焊接時(shí)的Ar氣保護(hù)，焊接部的耐腐蝕性、特別是對(duì)于間隙腐蝕的耐腐蝕性也良好、進(jìn)而焊接部強(qiáng)度也優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼及其結(jié)構(gòu)體。在以質(zhì)量%計(jì)具有規(guī)定的成分含量的鐵素體系不銹鋼中，在通常的腐蝕環(huán)境下，通過(guò)制成滿足下述1式的成分體系，能夠提高耐腐蝕性。進(jìn)一步在嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下，通過(guò)不僅滿足1式中規(guī)定的成分的關(guān)系，而且焊接焊道的背面露出寬度與鋼板板厚的關(guān)系也滿足2式，能夠制成耐間隙腐蝕優(yōu)異的焊接結(jié)構(gòu)體。進(jìn)一步為了提高焊接強(qiáng)度，通過(guò)使Nb和V的含量也滿足3式，能夠得到焊接強(qiáng)度高的焊接結(jié)構(gòu)體。Si+2.5Al+3Ti≤1.50…（1式）0<Wb/2t≤1.50…（2式）（t：被焊接材料的板厚，Wb：露出到背面的焊道寬度的長(zhǎng)度）Nb×V≥0.01…（3式）。
【專(zhuān)利說(shuō)明】焊接部的耐腐蝕性及強(qiáng)度優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼及TIG焊接結(jié)構(gòu)物
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接部的耐腐蝕性及強(qiáng)度優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼和其TIG焊接結(jié)構(gòu)物。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵素體系不銹鋼一般不僅耐腐蝕性優(yōu)異，而且與奧氏體系不銹鋼相比熱膨脹系數(shù)小、耐應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性優(yōu)異。
[0003]使用這樣的不銹鋼作為結(jié)構(gòu)體時(shí)，焊接施工是不可缺少的。像SUS430那樣的通用鐵素體系不銹鋼由于其C、N固溶限小,所以在焊接部產(chǎn)生敏化(sensitization:由于Cr在碳化物生成中被消耗,基體的Cr局部地極端降低,所以腐蝕敏感性提高),存在耐腐蝕性降低的問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種高純度鐵素體鋼，其通過(guò)C、N量的降低、或利用Ti或Nb等穩(wěn)定化元素的添加而產(chǎn)生的C、N的固定化，能夠抑制焊接金屬部的敏化。
[0004]另一方面，已知高純度鐵素體鋼因焊接的線能量而產(chǎn)生的氧化皮部(表面氧化部分)的耐腐蝕性劣化。作為其對(duì)策，已知通過(guò)在焊接時(shí)充分地實(shí)施使用了 Ar等不活潑性氣體的保護(hù)，從而能夠抑制焊接氧化皮的生成。
[0005]作為高純度鐵素體系不銹鋼的焊接結(jié)構(gòu)體的例子，在電熱水器或家庭用天然致冷劑(CO2)熱泵熱水器中，一般使用不銹鋼制的貯熱水罐體。貯熱水罐體采用以能耐受水壓的方式將端面板與殼板焊接而成的膠囊狀的結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，供給熱水壓的高壓化的期望不斷提高，貯熱水罐體也要求更高強(qiáng)度化。作為該罐體材料也需要材料自身的高強(qiáng)度化，但是，罐體的應(yīng)力容易集中的焊接金屬部的強(qiáng)度提高變得更重要。進(jìn)而，若由于水質(zhì)的問(wèn)題而導(dǎo)致殘留氯濃度或氯化物離子濃度變高，則變成容易腐蝕的環(huán)境。此外，有時(shí)需要添加氯等利用氧化劑進(jìn)行的殺菌等也導(dǎo)致變成嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境的情況增加，在這樣的環(huán)境中有時(shí)產(chǎn)生焊接部發(fā)生腐蝕的問(wèn)題。
[0006]關(guān)于鐵素體系不銹鋼的TIG焊接部的耐腐蝕性提高，已知的技術(shù)是添加Nb、Ti使C、N穩(wěn)定化。此外，在TIG焊接中，為了抑制焊接金屬部及熱影響部(HAZ部)處的焊接時(shí)的氧化物生成、抑制其耐腐蝕性劣化，實(shí)施利用Ar等不活潑性氣體的氣體保護(hù)。對(duì)TIG焊接的成為焊炬?zhèn)鹊谋砻娴臍怏w保護(hù)的實(shí)施由于僅安裝對(duì)焊炬吹A(chǔ)r氣的夾具，所以是容易的。但是，對(duì)成為其相反面的反焊炬?zhèn)鹊臍怏w保護(hù)的實(shí)施需要專(zhuān)用的夾具。因此，近年來(lái)，從工序省略和Ar氣成本削減等觀點(diǎn)出發(fā)，期望省略焊接背面的Ar氣保護(hù)的TIG焊接施工。但是單純地在以往的材料及焊接條件的狀態(tài)下，即使省略Ar (不活潑性氣體)氣體保護(hù)，也只會(huì)引起焊接部耐腐蝕性的降低。
[0007]即，從這樣的背景出發(fā)，期望開(kāi)發(fā)出即使省略Ar (不活潑性氣體)氣體保護(hù)，TIG焊接部的耐腐蝕性也優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼。此外，期望開(kāi)發(fā)出焊接部的強(qiáng)度也優(yōu)異的高純度鐵素體系不銹鋼。
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了一種焊接間隙氧化皮膜的耐腐蝕性優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼，其特征在于，其是含有22~26%的Cr的鐵素體系不銹鋼，“在4mm以上的間隙深度和最大間隙深度30 μ m以下無(wú)氬氣背面保護(hù)”，且距離結(jié)合端部2mm以內(nèi)的焊接間隙部的氧化皮的平均Cr比率達(dá)到全部金屬元素的20質(zhì)量％以上。
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了一種技術(shù)，其通過(guò)將鐵素體系不銹鋼的成分范圍作為一個(gè)例子按照a值:Cr%+Mo%+l.5Si%+0.5Nb%+0.9Mn%+l.5Ni%≥23的方式進(jìn)行規(guī)定，從而即使省略氣體保護(hù)也能夠提高焊接部的耐腐蝕性。
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)3中認(rèn)為，在省略Ar氣保護(hù)的情況下，若在材料表面存在CaS則不會(huì)充分地形成焊接氧化皮，因而規(guī)定將Ca控制在0.0010%以下。
[0011]但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)I即使省略保護(hù)也通過(guò)生成Cr氧化皮膜來(lái)確保耐腐蝕性，但在像貯熱水罐體內(nèi)那樣間隙非常窄的部位等嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下，即使Cr皮膜厚，產(chǎn)生間隙腐蝕的可能性也非常高。進(jìn)而由于專(zhuān)利文獻(xiàn)I中沒(méi)有使用焊接填料，所以在Cr含量超過(guò)22%的鋼中，Cr容易吸收氧或氮，因此在晶界部中變得容易形成Cr缺乏部，產(chǎn)生敏化的可能性非常大。
[0012]此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中認(rèn)為，通過(guò)規(guī)定鐵素體系不銹鋼的成分，能夠決定與奧氏體系不銹鋼的異材焊接金屬的成分組成，但實(shí)際的焊接金屬部的成分組成根據(jù)被焊接的相互的材料的體積比、或焊接金屬部的凝固時(shí)的相互材料的混合比發(fā)生較大變化。因此，難以單純地僅以單側(cè)的材料成分來(lái)控制其組織。進(jìn)而在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，示出了在高純度鐵素體系中添加大量高價(jià)的Ni。由于除了 Ni以外，S1、Nb、Cu也是促進(jìn)固溶強(qiáng)化的元素，所以該材料的強(qiáng)度和硬度過(guò)度上升，加工性惡化。
[0013]專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，如果是通常的高純度鐵素體系不銹鋼，則所規(guī)定的Ca濃度水平為一般的范圍。進(jìn)而，該文獻(xiàn)中被認(rèn)為是耐腐蝕性上的問(wèn)題的CaS的生成由于受到鋼板的制造條件和其它添加成分的較大影響，所以不能僅以Ca濃度來(lái)決定。
[0014]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0015]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0016]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2009-185382號(hào)公報(bào)
[0017]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2010-202916號(hào)公報(bào)
[0018]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2011-202254號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]發(fā)明所要解決的課題
[0020]本發(fā)明的課題在于提供即使在TIG焊接中省略Ar氣保護(hù)也能夠抑制焊接部的耐腐蝕性的降低的鐵素體系不銹鋼。本發(fā)明的課題進(jìn)一步在于提供即使在間隙腐蝕等更嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下也具有優(yōu)異的耐腐蝕性、且焊接部的強(qiáng)度也優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼的焊接結(jié)構(gòu)物。
[0021]用于解決課題的手段
[0022]本
【發(fā)明者】們?yōu)榱私鉀Q上述課題反復(fù)進(jìn)行了深入研究，結(jié)果得到以下的認(rèn)識(shí)。
[0023](I)認(rèn)識(shí)到在TIG焊接時(shí)省略背面的Ar氣保護(hù)的情況下，TIG焊接背面部(在被焊接的鋼板中，與焊接焊炬的面對(duì)側(cè)相反的一側(cè))中的腐蝕敏感性強(qiáng)的部分在距離焊接金屬部Imm以內(nèi)產(chǎn)生。在以往的進(jìn)行了 Ar氣保護(hù)的TIG焊接中，腐蝕敏感性強(qiáng)的部分在距離焊接金屬部數(shù)mm左右的HAZ部分產(chǎn)生。
[0024]并且發(fā)現(xiàn)，為了提高該距離焊接金屬部Imm以內(nèi)的部位的耐腐蝕性，使所生成的焊接氧化皮組成以Cr、Fe主體的氧化物為主體，并且不混入T1、Al、Si的氧化物是重要的。因此可知，必須按照下述(I式)那樣控制材料組成。
[0025](Si+2.5Α1+3Τ?) ( 1.50...(I 式)
[0026]其中，式中的元素符號(hào)是指該元素的含有質(zhì)量％。
[0027](2)在嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下，在省略了 Ar氣保護(hù)的TIG焊接部中僅滿足(I式)時(shí)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生間隙腐蝕。認(rèn)識(shí)到為了在該條件下抑制間隙腐蝕，使焊接金屬部露出到背面的部分、所謂的露出到背面的焊道(背焊道)的寬度Wb的1/2與板厚t的比窄至1.5以下(即露出到背面的焊道寬度為板厚t的3倍以下)是重要的。其理由如下考慮。即，通過(guò)將背焊道變窄能夠降低焊接的線能量。由此能夠抑制間隙內(nèi)的氧化，即使省略保護(hù)氣體也能夠除掉腐蝕敏感性高的部分、或能夠使腐蝕敏感性高的部分成為間隙內(nèi)的不易發(fā)生腐蝕的部分的內(nèi)側(cè)。
[0028][數(shù)學(xué)式I]
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種鐵素體系不銹鋼，其特征在于，成分以質(zhì)量％計(jì)含有 C:0.002 ~0.020%、
S1:0.05 ~0.30%、
Mn:0.01 ~0.50%、
Cr:16.0 ~25.0%、
Mo:0.30 ~3.00%、
Al:0.005 ~0.150%、
T1:0.05 ~0.30%、
Nb:0.10 ~0.50%、
N:0.002 ~0.025%、
P:0.035% 以下、
S:0.0100% 以下， 剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 且S1、Al、Ti的含量滿足I式，
Si+2.5Α1+3Τ? ( 1.50...1 式 其中，式中的元素符號(hào)是指該元素的含有質(zhì)量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵素體系不銹鋼，其特征在于，成分以質(zhì)量％計(jì)進(jìn)一步含有 Cu:0.10 ~0.50%、
N1:0.05 ~2.00%、
V:0.05 ~1.00%、
Sn:0.05 ~1.00%、
Sb:0.05 ~1.00%、
Zr:0.03 ~0.20%、
B:0.0001 ~0.0050% 中的I種或2種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵素體系不銹鋼，其特征在于，所述鐵素體系不銹鋼的成分中的Nb和V滿足3式， NbXV≥0.01…3式 其中，3式的元素符號(hào)是指該元素的含有質(zhì)量％。
4.一種鐵素體系不銹鋼的焊接結(jié)構(gòu)物，其是將鐵素體系不銹鋼板彼此進(jìn)行TIG焊接而成的焊接結(jié)構(gòu)物，其特征在于，所述鐵素體系不銹鋼板的成分以質(zhì)量％計(jì)含有
C:0.002 ~0.020%、
S1:0.05 ~0.30%、
Mn:0.01 ~0.50%、
Cr:16.0 ~25.0%、
Mo:0.30 ~3.00%、
Al:0.005 ~0.150%、
T1:0.05 ~0.30%、
Nb:0.10 ~0.50%、N:0.002 -0.025%、
P:0.035% 以下、
S:0.0100% 以下， 剩余部分由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 且S1、Al、Ti的含量滿足1式， 經(jīng)所述T1G焊接而成的部分在所述鐵素體系不銹鋼板的背面露出的焊接金屬的焊道寬度Wb與所述鐵素體系不銹鋼板的板厚t滿足2式，
S1+2.5Α1+3Τi ≤ 1.50...1 式
0<wb/2t ≤ 1.50…2 式 其中，1式中的元素符號(hào)是指該元素的含有質(zhì)量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵素體系不銹鋼的焊接結(jié)構(gòu)物，其特征在于，所述鐵素體系不銹鋼板的成分以質(zhì)量％計(jì)進(jìn)一步含有
Cu:0.10 -0.50%、
N1:0.05 -2.00%、
V:0.05 -1.00%、
Sn:0.05 -1.00%、
Sb:0.05 -1.00%、
Zr:0.03 -0.20%、
B:0.0001 -0.0050% 中的1種或2種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵素體系不銹鋼的焊接結(jié)構(gòu)物，其特征在于，所述鐵素體系不銹鋼板的成分中的Nb和V滿足3式， NbXV≥0.01…3式 其中，3式的元素符號(hào)是指該元素的含有質(zhì)量％。
【文檔編號(hào)】B23K103/04GK103459641SQ201280015893
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月29日
【發(fā)明者】松橋透, 中田潮雄 申請(qǐng)人:新日鐵住金不銹鋼株式會(huì)社