專利名稱:焊接接頭及其焊接材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在高溫的腐蝕環(huán)境下使用的構(gòu)件的焊接接頭及其焊接材料。作為在高溫的腐蝕環(huán)境下使用的構(gòu)件，可以舉出例如在石油精煉、石油化學(xué)設(shè)備等GTL設(shè)備中的熱交換型碳化氫改性裝置、廢熱回收裝置等中使用的容器、反應(yīng)管、零件等。
背景技術(shù)：
在石油精煉、石油化學(xué)設(shè)備等中的改性裝置、以石油等為原料的氨制造裝置、氫制造裝置等中，為了提高能量效率多采用用于回收廢熱的熱交換。另一方面，可以想到，今后對(duì)氫氣、甲醇?xì)怏w等清潔能源的需求將大幅度增加，則對(duì)制造它們不可缺少的改性裝置要求大型化、熱效率高、適合批量生產(chǎn)。
通常，上述裝置的反應(yīng)管等金屬材料，在1000℃左右或1000℃以上的溫度下，暴露在含有H2、CO、CO2、H2O、碳化氫(甲烷等)的反應(yīng)氣體中。在該溫度范圍內(nèi)，金屬材料的表面中的比Fe、Ni等氧化傾向大的Cr、Si等元素選擇性的被氧化，形成致密的氧化膜。由此抑制金屬材料的腐蝕。
但是，為了有效利用高溫氣體的熱量，在比以往溫度低的400～700℃溫度范圍中的熱交換是重要的。然而，在該溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)管或換熱器等使用的高Cr-高Ni-Fe合金系金屬材料產(chǎn)生滲碳，隨之產(chǎn)生的腐蝕成為問(wèn)題。之所以在金屬材料上產(chǎn)生滲碳，是因?yàn)樵趽Q熱器等的溫度相對(duì)較低的部分上，對(duì)抑制腐蝕有效的氧化膜的形成造成延遲的緣故。
當(dāng)在金屬材料中形成含有Cr、Fe等的碳化物的滲碳層時(shí)，該部分膨脹且容易產(chǎn)生細(xì)微的裂紋。另外，當(dāng)金屬材料中的碳化物形成飽和時(shí)，碳化物從金屬材料的表面上分解并產(chǎn)生金屬粉末，該粉末剝離后引起腐蝕損耗繼續(xù)進(jìn)行。這就是產(chǎn)生金屬粉末化(metal dusting)的原理。剝離出的金屬粉末促進(jìn)金屬材料的表面上的碳析出。當(dāng)由于這種損耗和碳析出等使管內(nèi)堵塞擴(kuò)大時(shí)，由于可能導(dǎo)致裝置出現(xiàn)故障，因此在裝置構(gòu)件的材料選擇上必須充分考慮該情況。
以往，作為這種裝置構(gòu)件用合金采用高Cr-高Ni-Fe合金。例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了規(guī)定化學(xué)組成、并將Si、Cu或S的含量與Nb、Ta、Ti和Zr的含量的關(guān)系以及Ni、Co和Cu的含量的關(guān)系規(guī)定在一定范圍內(nèi)的焊接接頭。在專利文獻(xiàn)1中，該焊接接頭在硫酸環(huán)境下的耐腐蝕性和耐焊接裂紋性都優(yōu)良。
在專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了積極地含有Al、并規(guī)定了晶界熔化量和晶界粘合力的關(guān)系式的Ni基耐熱合金焊接接頭。在專利文獻(xiàn)2中，該焊接接頭的耐滲碳性和高溫強(qiáng)度優(yōu)良。
日本特開(kāi)2001-107196號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本特開(kāi)2002-235136號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的焊接接頭，由于Si的含量少，因此，難以在產(chǎn)生金屬粉末化的環(huán)境下使用。專利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的焊接接頭，在為了確保耐金屬粉末化性而添加了必需的最小限度的Si時(shí)，會(huì)產(chǎn)生焊接凝固裂紋，難以確保優(yōu)良的焊接性。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種耐金屬粉末化性優(yōu)良且不產(chǎn)生焊接凝固裂紋的焊接接頭。
耐金屬粉末化性因含有Si、Cu、P等元素而提高，但這些元素使焊接凝固裂紋敏感性顯著增大。因此，本發(fā)明人以確保耐金屬粉末化性的同時(shí)抑制焊接凝固裂紋為目的進(jìn)行了各種研究。
在接近焊接凝固過(guò)程的結(jié)束期間，主要在晶界上存在膜狀的液相的階段，在因凝固收縮或熱收縮而產(chǎn)生的變形超過(guò)焊接金屬的變形能力時(shí)，產(chǎn)生焊接凝固裂紋。作為降低焊接凝固裂紋敏感性的方法，也考慮過(guò)提高焊接金屬的變形能力，但需要改變基本成分系，這又與確保耐金屬粉末化性的目的背道而馳。為此，本發(fā)明人對(duì)不改變基本成分系就可以減輕液相的熔點(diǎn)降低并提前完成凝固的化學(xué)組成進(jìn)一步進(jìn)行了研究。
在含有高濃度Ni和Cr的高合金中，焊接凝固裂紋是重大的焊接缺陷，防止其的方法已知有幾種。例如，降低P、S等使液相線向低溫側(cè)移動(dòng)的元素的含量的方法，通過(guò)降低Ni、C、Mn、Co等奧氏體生成元素的含量、增加Cr、Si、Mo等鐵素體生成元素，使得最初結(jié)晶出鐵素體，然后通過(guò)包共晶反應(yīng)結(jié)晶出奧氏體相，而使凝固形態(tài)形成為鐵素體·奧氏體二相組織的方法等。
但是，為了防止韌性降低和熱加工性變差，不能含有超過(guò)35％的Cr。而且，為了提高高溫強(qiáng)度、組織穩(wěn)定性和耐腐蝕性，必須含有40％以上的Ni。為此，不能使用使凝固形態(tài)為二相組織的上述方法。
因此，本發(fā)明人以將奧氏體相作為初晶結(jié)晶、用奧氏體單相完成凝固的高Ni基合金作為基礎(chǔ)，做成了可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)耐金屬粉末化性和耐焊接凝固裂紋性的化學(xué)組成。
由于Si、Cu、P等元素使液相線溫度顯著降低，因此會(huì)增大焊接凝固裂紋敏感性。另外，公知通常在奧氏體單相的金屬材料中添加Ti時(shí)，焊接凝固裂紋敏感性會(huì)增大。
但是，由本發(fā)明人的研究得知，當(dāng)含有與Si和Cu的含量相關(guān)聯(lián)的、適量的Ti時(shí)，可以顯著地減小焊接凝固裂紋敏感性。這認(rèn)為是因?yàn)镾i-Ti化合物在焊接金屬凝固過(guò)程中，從液相中在以與奧氏體相的共晶凝固組織的形態(tài)結(jié)晶，抑制了對(duì)Si、Cu、P等液相的乳凝聚，使液相提前完成凝固。
本發(fā)明是基于上述的見(jiàn)解而作出的，其要旨在于下述的從(a)到(d)中任一項(xiàng)所示的焊接接頭和下述的從(e)到(h)中任一項(xiàng)所示的焊接材料。
(a)一種焊接接頭，以質(zhì)量％表示，母材和焊接金屬都具有這樣的化學(xué)組成含有C0.01～0.45％、Si超過(guò)1％且4％以下、Mn0.01～2％、P0.05％以下、S0.01％以下、Cr15～35％、Ni40～78％、Al0.005～2％、N0.001～0.2％和Cu0.015～5.5％，還含有滿足下述(1)式的Ti，剩余部分由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，{(Si-0.01)/30}+0.01Cu≤Ti≤5 ...(1)其中，(1)式中的元素符號(hào)表示該元素的含量(質(zhì)量％)。
(b)在上述(a)所述的焊接接頭中，其特征在于，母材和焊接金屬都具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有從Co0.015～5.5％、Mo0.05～10％、Ta0.05～5％、W0.05～5％、V0.01～1％、Zr0.01～1.4％、Nb0.01～1.4％和Hf0.01～1％中選擇的一種以上的元素。
(c)在上述(a)或(b)所述的焊接接頭中，其特征在于，母材和焊接金屬都具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有從B0.0005～0.3％、Ca0.0005～0.02％和Mg0.0005～0.02％中選擇的一種以上的元素。
(d)在上述從(a)到(c)中任一項(xiàng)所述的焊接接頭中，其特征在于，母材和焊接金屬都具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有REM0.005～0.3％。
上述本發(fā)明的焊接接頭，適合作為GTL設(shè)備用焊接接頭。所謂GTL，是“Gas To Liquid”的簡(jiǎn)稱，是指從天然氣生產(chǎn)石油產(chǎn)品。
(e)一種焊接材料，用于由TIG焊接法制作上述(a)所述的焊接接頭，其特征在于，具有這樣的化學(xué)組成以質(zhì)量％表示，含有C0.01～0.45％、Si超過(guò)1％～4％以下、Mn0.01～2％、P0.05％以下、S0.01％以下、Cr15～35％、Ni40～78％、Al0.005～2％、N0.001～0.2％和Cu0.015～5.5％，還含有滿足下述(1)式的Ti，剩余部分由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，{(Si-0.01)/30}+0.01Cu≤Ti≤5 ...(1)其中，(1)式中的元素符號(hào)表示該元素的含量(質(zhì)量％)。
(f)一種用于由TIG焊接法制作上述(b)的焊接接頭的焊接材料，在上述(e)所述的焊接材料中，其特征在于，具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有從Co0.015～5.5％、Mo0.05～10％、Ta0.05～5％、W0.05～5％、V0.01～1％、Zr0.01～1.4％、Nb0.01～1.4％和Hf0.01～1％中選擇的一種以上的元素。
(g)一種用于由TIG焊接法制作上述(c)的焊接接頭的焊接材料，在上述(e)或(f)所述的焊接材料中，其特征在于，具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有從B0.0005～0.3％、Ca0.0005～0.02％和Mg0.0005～0.02％中選擇的一種以上的元素。
(h)一種用于由TIG焊接法制作上述(d)的焊接接頭的焊接材料，在上述(e)至(g)中任一項(xiàng)所述的焊接材料中，其特征在于，具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有REM0.005～0.3％。
本發(fā)明的焊接接頭，由于耐金屬粉末化性優(yōu)良，因此可以用在石油精煉、石油化學(xué)設(shè)備等中的加熱爐管、管道或換熱器管等，可以大幅度提高裝置的焊接施工性和耐久性、安全性，另外，本發(fā)明的焊接材料最適合于由TIG焊接法制作上述焊接接頭。
具體實(shí)施方式在本發(fā)明中，限定焊接接頭的母材和焊接金屬的化學(xué)組成的理由如下所述。在下面的說(shuō)明中，各元素的含量的“％”表示“質(zhì)量％”。
C0.01～0.45％C是具有提高焊接接頭的母材和焊接金屬的強(qiáng)度的作用的元素。C含量不到0.01％時(shí)，高溫強(qiáng)度不足。但是當(dāng)其含量超過(guò)0.45％時(shí)，焊接接頭的韌性下降。因此，將C的含量定為0.01～0.45％。C的含量?jī)?yōu)選為0.02～0.4％，更優(yōu)選是0.04～0.4％。
Si超過(guò)1％且4％以下Si是在熔煉金屬材料時(shí)具有脫氧作用的元素。Si在焊接接頭表面的Cr氧化膜的下層形成Si氧化膜來(lái)抑制C向焊接接頭中進(jìn)入，并提高焊接接頭中的C的活度，從而具有大幅度提高耐金屬粉末化性的作用。這些效果在Si的含量為1％以下時(shí)不能發(fā)揮出來(lái)，而當(dāng)其含量超過(guò)4％時(shí)，母材的熱加工性和焊接性顯著降低。因而將Si的含量定為超過(guò)1％且4％以下，Si的含量的下限優(yōu)選是1.2％，更優(yōu)選是1.5％。
在N的含量超過(guò)0.055％時(shí)，從母材的焊接性和熱加工性的方面考慮，可以將Si的含量的上限定為2％。
Mn0.01～2％Mn具有抑制由作為雜質(zhì)而含有的S引起的母材熱加工時(shí)的脆性的效果，并是對(duì)熔煉時(shí)的脫氧有效的元素。為了得到這些效果，必須含有0.01％以上的Mn，但是，當(dāng)Mn的含量超過(guò)2％時(shí)，使由母材和焊接金屬構(gòu)成的焊接接頭中的C的活度下降，阻礙焊接接頭表面上的Cr和Al的氧化膜的形成。為此，促進(jìn)C從環(huán)境中進(jìn)入并容易產(chǎn)生金屬粉末化。因而，將Mn的含量定為0.01～2％。Mn的含量?jī)?yōu)選是0.05～1.0％，更優(yōu)選是0.1～0.8％。
P0.05％以下P是熔煉金屬材料時(shí)從原料等中混入的雜質(zhì)元素，導(dǎo)致耐腐蝕性下降，使熱加工性、焊接性變差。因此希望盡可能地降低P的含量，將其定為0.05％以下，P的含量?jī)?yōu)選為0.03％以下，更優(yōu)選是0.02％以下。
S0.01％以下S也是熔煉金屬材料時(shí)從原料等中混入的雜質(zhì)元素，導(dǎo)致耐腐蝕性下降，使熱加工性、焊接性變差。因此希望盡可能地降低S的含量，將其定為0.01％以下。優(yōu)選是0.007％以下，更優(yōu)選是0.002％以下。
Cr15～30％Cr在高溫的使用環(huán)境下，具有與進(jìn)入焊接接頭中的C結(jié)合而延緩滲碳層生長(zhǎng)的作用。由此，能確保良好的耐金屬粉末化性。該效果在Cr含量為15％以上時(shí)得到發(fā)揮。但是，當(dāng)Cr含量超過(guò)35％時(shí)，出現(xiàn)韌性下降、熱加工性變差，難以制作母材。因此，把Cr的含量定為15～35％。Cr的含量?jī)?yōu)選是18～33％，更優(yōu)選是25.2～33％。
Ni40～78％Ni具有維持高溫強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，通過(guò)與Cr共存而提高耐腐蝕性的作用。而且，Ni也具有抑制發(fā)生金屬粉末化的效果。這些效果在Ni的含量為40％以上時(shí)得到發(fā)揮，當(dāng)Ni含量超過(guò)78％時(shí)，其效果飽和。因此，將Ni的含量定為40～78％。Ni的含量?jī)?yōu)選是48～78％，若為50～78％則更優(yōu)選，最優(yōu)選是56～78％。
Al0.005～2％Al是在熔煉金屬材料時(shí)具有脫氧作用的元素。Al在焊接接頭表面的Cr氧化膜的下層或在焊接接頭的最外表面上形成Al氧化膜，抑制C向金屬材料中進(jìn)入，并提高金屬材料中C的活度，從而具有大幅度提高耐金屬粉末化性的作用，為了得到這些效果，Al的含量必須在0.005％以上，當(dāng)其含量超過(guò)2％時(shí)，母材的熱加工性和焊接性顯著降低。因此，將Al的含量定為0.005～2％。Al的含量的上限優(yōu)選是1.5％以下。更優(yōu)選是Al的含量的下限是0.01％、上限不到0.8％。
N0.001～0.2％N是具有提高母材中的C的活度并提高耐金屬粉末化性的作用的元素。該效果在N含量不到0.001％時(shí)不充分。但是，當(dāng)N的含量超過(guò)0.2％時(shí)，多形成Cr、Al的氮化物，熱加工性和焊接性顯著降低。因此，將N的含量定為0.001～0.2％。優(yōu)選是N含量的上限不到0.02％。
另外，在Si為2％以下時(shí)，N含量的下限優(yōu)選是0.005％。另一方面，為了大幅度提高耐金屬粉末化性，在將Si的含量定為1.5％以上時(shí)，從焊接性和熱加工性方面考慮，N含量的上限可以是0.055％。這時(shí)，N的含量的上限更優(yōu)選為0.035％，極優(yōu)選是0.025％。
Cu0.015～5.5％Cu是提高焊接接頭中的C的活度并抑制滲碳層的生長(zhǎng)，提高耐金屬粉末化性的元素。該效果在含有0.015％以上的Cu時(shí)能發(fā)揮出來(lái)，但當(dāng)Cu的含量超過(guò)5.5％時(shí)，母材及焊接金屬的韌性下降，熱加工性顯著下降，而且還使焊接凝固裂紋敏感性顯著增大。因此，將Cu的含量定為0.015～5.5％。Cu的含量?jī)?yōu)選是0.04～4.8％，更優(yōu)選是1.5～4.2％。
Ti滿足下述(1)式的量{(Si-0.01)/30}+0.01Cu≤Ti≤5 ...(1)其中，(1)式中的元素符合表示該元素的含量(質(zhì)量％)。
Ti是碳化物形成元素，是具有抑制滲碳層的生成、提高耐金屬粉末化性和提高高溫強(qiáng)度的作用的元素。Ti還具有在高溫下與Si形成化合物而使焊接凝固裂紋敏感性降低的作用。
為了降低焊接凝固裂紋敏感性，Ti的含量與Si和Cu的含量有關(guān)必須為{(Si-0.01)/30}+0.01Cu≤Ti。這是因?yàn)镾i和Cu含量越小，用于降低凝固裂紋敏感性所必須的Ti的添加量越少，只要含有{(Si-0.01)/30}+0.01Cu≤Ti的范圍內(nèi)的Ti，就可以抑制P對(duì)焊接凝固裂紋敏感性的不良影響。
但是，當(dāng)Ti的含量超過(guò)5％時(shí)，Si-Ti化合物的結(jié)晶形態(tài)不是與奧氏體相的共晶凝固組織，只誘發(fā)化合物的結(jié)晶生長(zhǎng)，反而增大凝固裂紋敏感性。而且Si-Ti化合物的結(jié)晶量增大，導(dǎo)致熱加工性下降。Ti含量的上限優(yōu)選是4％。由于上述原因，Ti的含量在滿足上述(1)式的范圍內(nèi)。
構(gòu)成本發(fā)明的焊接接頭的母材和焊接金屬具有上述的化學(xué)組成，剩余部分可以由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成。此外，若要進(jìn)一步提高耐金屬粉末化性，也可以代替Fe的一部分而含有從Co0.015～5.5％、Mo0.05～10％、Ta0.05～5％、W0.05～5％、V0.01～1％、Zr0.01～1.4％、Nb0.01～1.4％和Hf0.01～1％中選擇的一種以上元素。這是由于下述的理由。
Co具有提高金屬材料中的C的活度、抑制滲碳層的生長(zhǎng)和提高耐金屬粉末化性的作用。此外，Mo、Ta、W、V、Zr、Nb和Hf都是碳化物形成元素，具有抑制滲碳層的生長(zhǎng)、提高耐金屬粉末化性的作用。分別在Co為0.015％以上、Mo、Ta和W為0.05％以上，V、Zr、Nb和Hf為0.01％以上時(shí)，這些效果顯著，但是，這些元素的含量過(guò)多時(shí)，對(duì)熱加工性、制造性、韌性和焊接性會(huì)有壞影響。
因此，含有從這些元素中選擇的一種以上元素時(shí)的含量，優(yōu)選是Co為0.015～5.5％、Mo為0.05～10％、Ta為0.05～5％、W為0.05～5％、V為0.01～1％、Zr為0.01～1.4％、Nb為0.01～1.4％、Hf為0.01～1％。這些元素的含量更優(yōu)選是Co為0.02～4.8％、Mo為1～10％、Ta和W都為0.5～5％、Zr和Nb都為0.01～0.8％、V和Hf都為0.01～0.6％，最優(yōu)選是Co為0.05～4.2％、Mo為1～8％、Ta和W都為1～3％、Zr和Nb都為0.02～0.8％、V為0.01～0.3％、Hf為0.02～0.6％。
本發(fā)明的焊接接頭的母材和焊接金屬，以提高熱加工性為目的，可以含有從B0.0005～0.3％、Ca0.0005～0.02％和Mg0.0005～0.02％中選擇的一種以上元素來(lái)代替Fe的一部分。
這些元素都是具有提高熱加工性的作用的元素。在其含量分別為0.0005％以上時(shí)該效果顯著。但是，當(dāng)B的含量超過(guò)0.3％時(shí)，導(dǎo)致焊接接頭脆化、熔點(diǎn)降低、熱加工性和焊接性降低。
當(dāng)Ca或Mg的含量超過(guò)0.02％時(shí)，成為氧化物系夾雜物并導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量變差和耐腐蝕性下降。因此，含有從這些元素中選擇的一種以上元素時(shí)的含量，優(yōu)選是B為0.0005～0.3％、Ca和Mg都為0.0005～0.02％.。更優(yōu)選這些元素都為0.0005～0.015％、最優(yōu)選是0.0005～0.012％。
本發(fā)明的焊接接頭的母材和焊接金屬，也可以以提高耐腐蝕性為目的，含有REM0.005～0.3％來(lái)代替Fe的一部分。所謂REM，是Sc和Y與鑭族元素的總共17種元素的總稱。
REM具有在使用環(huán)境中提高在焊接接頭表面上生成的含有Cr和Al的氧化膜的均勻性、提高粘合性、提高耐腐蝕性的作用。在REM的含量為0.005％以上時(shí)，該效果顯著。但當(dāng)其含量超過(guò)0.3％時(shí)，形成粗大的氧化物，導(dǎo)致韌性和熱加工性下降，并增大產(chǎn)生表面裂紋的可能性。因此，添加REM時(shí)的含量?jī)?yōu)選為0.005～0.3％。REM的含量更優(yōu)選為0.005～0.1％，最優(yōu)選是0.005～0.07％。
上面，對(duì)構(gòu)成母材和焊接金屬的成分進(jìn)行了說(shuō)明，母材和焊接金屬的化學(xué)組成的各成分都處于相同含量的范圍內(nèi)，但這并不是說(shuō)母材和焊接金屬的化學(xué)組成必須完全相同，母材和焊接金屬的各自的成分只要在上述的含量范圍內(nèi)即可。例如，可以使母材的C為0.10％、焊接金屬的C為0.15％。
本發(fā)明的焊接接頭可以用TIG焊接、MIG焊接等各種焊接方法制作。焊接材料根據(jù)所采用的焊接方法和焊接條件只要選擇能得到上述焊接金屬的組成的組成材料即可。當(dāng)采用TIG焊接時(shí)，優(yōu)選使用從上述(e)至(h)所示的材料。
實(shí)施例用高頻加熱真空爐熔煉表1和表2所示的化學(xué)組成的金屬材料。在用通常方法鍛造了各金屬材料的坯塊之后，在1200℃實(shí)施固溶化熱處理，制作對(duì)接部被實(shí)施了1.5mm的60°V型坡口加工的厚度12mm、寬度50mm、長(zhǎng)度150mm的約束焊接裂紋試驗(yàn)用試樣和厚度4mm、寬度10mm、長(zhǎng)度20mm的耐金屬粉末化性評(píng)價(jià)用試樣。
使用得到的約束焊接裂紋試驗(yàn)用試樣，約束焊接其周圍，使用預(yù)先由母材制作的外徑1.2mm的焊接材料(焊絲)，在焊接電流150A、焊接電壓15V、焊接速度10cm/min的條件下由TIG焊接進(jìn)行多層堆焊。在此，由于在TIG焊接時(shí)幾乎不產(chǎn)生稀釋，因此焊接金屬的化學(xué)組成與母材的化學(xué)組成相同。
接下來(lái)，測(cè)量相對(duì)于約束焊接裂紋試樣的焊道長(zhǎng)度的凝固裂紋發(fā)生率。其調(diào)查結(jié)果一并記錄在表1和表2中。另外，使用各金屬材料的耐金屬粉末化性評(píng)價(jià)用試樣，進(jìn)行在以體積比表示的26％H2-60％CO-11.5％CO2-2.5％H2O的氣氛中在630℃保持1000小時(shí)的試驗(yàn)。然后，去除試樣的表面堆積物，在實(shí)施超聲波清洗后，用光學(xué)顯微鏡調(diào)查有無(wú)點(diǎn)狀腐蝕產(chǎn)生。其結(jié)果一并記錄在表1和表2中。耐金屬粉末化性以不到200小時(shí)的時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕為目標(biāo)。
表1
「-」表示雜質(zhì)水平。
「*」表示超出本發(fā)明規(guī)定的范圍。
表2
「-」表示雜質(zhì)水平。
「*」表示超出本發(fā)明規(guī)定的范圍。
表1和表2的“評(píng)價(jià)”的“焊接性”的“×”，表示除了焊道兩端在焊道內(nèi)產(chǎn)生了少許裂紋，“○”表示在焊道內(nèi)完全沒(méi)有產(chǎn)生裂紋?！澳徒饘俜勰┗浴钡摹啊痢北硎静坏?00小時(shí)就產(chǎn)生了點(diǎn)狀腐蝕，“△”表示在200小時(shí)以上、不到500小時(shí)產(chǎn)生了點(diǎn)狀腐蝕，“○”表示在500小時(shí)以上、不到1000小時(shí)產(chǎn)生了點(diǎn)狀腐蝕，“◎”表示在1000小時(shí)也不產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕。
如表1和表2所示，在Ti的含量低于本發(fā)明規(guī)定的范圍的No.1～6中，在焊道全長(zhǎng)上都產(chǎn)生了焊接凝固裂紋，焊接性差。此外，在Ti的含量超出本發(fā)明規(guī)定的范圍的No.29中，不僅耐金屬粉末化性差，在鍛造時(shí)產(chǎn)生許多凝固裂紋，焊接性也非常差。在Ti的含量在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)、但不含有Cu的No.7中，不產(chǎn)生焊接凝固裂紋，但也不能確保足夠的耐金屬粉末化性。
在Ti的含量在本發(fā)明的規(guī)定范圍內(nèi)、但Si和Cu的含量在本發(fā)明規(guī)定的范圍之外的No.33中，不能確保充分的耐金屬粉末化性。此外，Ti的含量在本發(fā)明的規(guī)定范圍內(nèi)、但Al的含有量超出本發(fā)明的規(guī)定范圍的No.34，確保了耐金屬粉化性，但在焊接熱影響區(qū)上產(chǎn)生了許多裂紋。
對(duì)此，在完全滿足本發(fā)明規(guī)定的條件的No.8～28和30～32、35、36中，在約束焊接裂紋試驗(yàn)下的焊道內(nèi)完全沒(méi)有焊接凝固裂紋，焊接凝固裂紋敏感性非常低，而且，耐金屬粉末化性優(yōu)良。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性由于本發(fā)明的焊接接頭的耐金屬粉末化性和焊接性優(yōu)良，因此可用于石油精煉、石油化學(xué)設(shè)備等中的加熱爐管、管道或者換熱管等，可以大幅度提高裝置的焊接施工性、耐久性和安全性。
權(quán)利要求
1.一種焊接接頭，其特征在于，以質(zhì)量％表示，母材和焊接金屬都含有這樣的化學(xué)組成C0.01～0.45％、Si超過(guò)1％且4％以下、Mn0.01～2％、P0.05％以下、S0.01％以下、Cr15～35％、Ni40～78％、Al0.005～2％、N0.001～0.2％和Cu0.015～5.5％，還含有滿足下述(1)式的Ti，剩余部分由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，{(Si-0.01)/30}+0.01Cu≤Ti≤5 ...(1)其中，(1)式中的元素符號(hào)表示該元素的含量(質(zhì)量％)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的焊接接頭，其特征在于，母材和焊接金屬都具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有從Co0.015～5.5％、Mo0.05～10％、Ta0.05～5％、W0.05～5％、V0.01～1％、Zr0.01～1.4％、Nb0.01～1.4％和Hf0.01～1％中選擇的一種以上的元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的焊接接頭，其特征在于，母材和焊接金屬都具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有從B0.0005～0.3％、Ca0.0005～0.02％和Mg0.0005～0.02％中選擇的一種以上的元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任一項(xiàng)所述的焊接接頭，其特征在于，母材和焊接金屬都具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有REM0.005～0.3％。
5.一種焊接材料，用于由TIG焊接法制作權(quán)利要求
1所述的焊接接頭，其特征在于，具有這樣的化學(xué)組成以質(zhì)量％表示，含有C0.01～0.45％、Si超過(guò)1％且4％以下、Mn0.01～2％、P0.05％以下、S0.01％以下、Cr15～35％、Ni40～78％、Al0.005～2％、N0.001～0.2％和Cu0.015～5.5％，還含有滿足下述(1)式的Ti，剩余部分由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，{(Si-0.01)/30}+0.01Cu≤Ti≤5 ...(1)其中，(1)式中的元素符號(hào)表示該元素的含量(質(zhì)量％)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的焊接材料，用于由TIG焊接法制作權(quán)利要求
2所述的焊接接頭，其特征在于，具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有從Co0.015～5.5％、Mo0.05～10％、Ta0.05～5％、W0.05～5％、V0.01～1％、Zr0.01～1.4％、Nb0.01～1.4％和Hf0.01～1％中選擇的一種以上的元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5或6所述的焊接材料，用于由TIG焊接法制作權(quán)利要求
3所述的焊接接頭，其特征在于，具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有從B0.0005～0.3％、Ca0.0005～0.02％和Mg0.0005～0.02％中選擇的一種以上的元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5至7中任一項(xiàng)所述的焊接材料，用于由TIG焊接法制作權(quán)利要求
4所述的焊接接頭，其特征在于，具有這樣的化學(xué)組成代替Fe的一部分，以質(zhì)量％表示，含有REM0.005～0.3％。
專利摘要
一種焊接接頭，其特征在于，以質(zhì)量％表示，母材和焊接金屬都含有這樣的化學(xué)組成C0.01～0.45％、Si超過(guò)1％且4％以下、Mn0.01～2％、P0.05％以下、S0.01％以下、Cr15～35％、Ni40～78％、Al0.005～2％、N0.001～0.2％和Cu0.015～5.5％，還含有滿足下述(1)式的Ti，剩余部分由Fe和雜質(zhì)構(gòu)成，母材和焊接金屬還可以含有Co、Mo、Ta、W、V、Zr、Nb、Hf、B、Ca、Mg及REM中一種以上的元素；{(Si－0.01)/30}+0.01Cu≤Ti≤5…(1)其中，(1)式中的元素符號(hào)表示該元素的含量(質(zhì)量％)。
文檔編號(hào)C22C38/58GK1993488SQ200580026255
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年7月21日
發(fā)明者小薄孝裕, 小川和博, 西山佳孝 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan