高強度2.25Cr-1Mo-V鋼用埋弧焊絲及焊接金屬的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于在脫硫反應器等高溫高壓環境下使用的高強度2. 25Cr-lM〇-V鋼 的埋弧焊接的埋弧焊絲及焊接金屬。
【背景技術】
[0002] 一直以來，高強度2. 25Cr-lM〇-V鋼因其高溫特性優異而被廣泛用作在脫硫反應 器等高溫高壓環境下使用的材料。作為供于此種脫硫反應器用途的2. 25Cr-lM〇-V鋼的焊 接的焊絲或焊接金屬，進行了蠕變斷裂性能等優異的焊絲或焊接金屬的開發。
[0003] 例如，在專利文獻1的焊絲中，通過相對于Cr :1. 80~3. 80質量％而使V為0. 30 質量％以上、Nb為0. 005質量％以上來確保蠕變強度。另外，在專利文獻2中，通過相對于焊 絲中的Cr : L 80~3. 80質量％而使（焊絲的V+焊劑的V/5) +10 (焊絲的Ta+焊劑的Ta/5) 為0. 35以上來確保蠕變強度。另外，在專利文獻3的焊絲中，通過相對于Cr :2. 00~3. 25 質量％而使V為0. 10質量％以上、并復合添加 Nb、W和Co中的一種以上來確保蠕變強度。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開平1-271096號公報
[0007] 專利文獻2 :日本特開平3-258490號公報
[0008] 專利文獻3 :日本特開平8-150478號公報
【發明內容】
[0009] 發明要解決的課題
[0010] 但是，在以往的技術中存在以下的問題。
[0011] 如上所述，作為用于使Cr-M0鋼焊接金屬的蠕變斷裂強度上升的現有技術，已經 逐步采用在主要成分的Cr-Mo體系中累計添加 V、Nb、Ta、W這樣的強碳化物形成元素或Co 等的方法。但是，在這種情況下會招致沖擊韌性的劣化、由硬度上升所致的耐裂紋性的劣 化。
[0012] 另外，隨著2009年的ASME的修訂，要求更進一步的蠕變斷裂強度。但是，利用已 有的材料難以應對蠕變斷裂強度的提高。
[0013] 本發明鑒于上升問題而完成，其課題在于提供能夠使蠕變斷裂強度提高而不會使 韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性、焊接操作性劣化的高強度2. 25Cr-lM〇-V鋼用埋弧焊絲 及焊接金屬。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015] 本發明人等進行深入了研宄，結果發現以下的內容。
[0016] 在形成具有優異的蠕變強度且韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性優異的 2. 25Cr-lM〇-V鋼焊接金屬時，本發明人等得出（1)控制碳化物的析出形態及（2)控制微組 織的構想作為該蠕變性能的改善手段。
[0017] 2. 25Cr-lM〇-V鋼及其焊接金屬的微組織為貝氏體主體，其蠕變變形行為主要受到 位錯的運動和舊γ晶界及晶粒內的貝氏體板條塊·板條束?板條邊界的滑移所支配。對 于前者的抑制而言，有效的是使阻礙位錯運動的微細的碳化物分散析出到晶粒內，并且將 其長時間維持在高溫中。另一方面，對于后者的抑制而言，有效的是舊γ晶界中的阻礙滑 移的碳化物的分散析出及滑移點的減少、即微組織的粗大化。
[0018] 對于上述的（1)的實現而言，有效的是添加在晶粒內優先形成微細的碳化物的合 金元素，在本申請中著眼于C及V。進而發現可以得到通過降低Cr而促進微細的碳化物的 析出、并且將其長時間地維持在高溫的效果，并著眼于Cr。
[0019] 對于上述的（2)的實現而言，有效的是抑制使淬火性增加的合金元素的添加量， 在本申請中著眼于Μη。
[0020] 在現有技術中，對于像本申請那樣以較低范圍的Cr飛躍性地改善蠕變斷裂強度、 即通過較低地抑制合金元素來改善蠕變斷裂強度的見解并無任何啟示。
[0021] 本發明的高強度2. 25Cr-lM〇-V鋼用埋弧焊絲（以下，適宜稱作焊接絲或簡稱焊 絲），其特征在于，含有：
[0022] C :0· 11 ~0· 18 質量％
[0023] Si :0· 05 ~0· 35 質量％
[0024] Mn :1. 00 ~L 40 質量％
[0025] P :彡 0.015 質量％
[0026] S :彡 0.015 質量％
[0027] Ni:彡 0.07 質量 ％
[0028] Co:彡 0.07 質量 ％
[0029] Cr :2. 00 ~2. 30 質量％
[0030] Mo :0· 90 ~L 20 質量％
[0031] Ti:彡 0.025 質量 ％
[0032] Al:彡 0.025 質量 ％
[0033] V :0· 33 ~0· 43 質量％
[0034] Nb :0· 015 ~0· 030 質量％
[0035] K 0.05 質量％
[0036] B :彡0.0005質量％，余量為Fe及不可避免的雜質。
[0037] 根據該構成，焊絲通過含有規定量的規定成分而提高焊接金屬的室溫強度、蠕變 斷裂強度、韌性、耐SR裂紋性（在應力除去退火時不產生晶界裂紋）、耐腐蝕性、焊接操作 性。
[0038] 予以說明，作為本申請中的蠕變斷裂強度的具體值，是指在705°C X24h或 705°C X32h的焊接后熱處理（PWHT)后在540°C /210MPa下的蠕變斷裂時間超過900h的 值。另外，焊接操作性是指基于熔渣剝離性、焊道融合性等的觀點的性能。
[0039] 本發明的高強度2. 25Cr-lM〇-V鋼用埋弧焊絲優選與燒結焊劑組合使用，所述燒 結焊劑中，
[0040] MgO :25 ~40 質量％
[0041] Al203:13 ~30 質量％
[0042] Si02:3 ~15 質量％
[0043] 金屬氟化物的F換算值：3~15質量％
[0044] 金屬碳酸鹽的CO2換算值：3~15質量％
[0045] C :彡 0.10 質量％
[0046] Si+Mn 3. 0 質量％
[0047] Ni+Co+Cr+Mo+Ti+Al+V+Nb+W :< I. 0 質量％
[0048] B與硼氧化物的B換算值的總和：< 0. 10質量％。
[0049] 根據該構成，焊絲通過與含有規定量的規定成分組合使用而發揮使焊道形狀整 齊、提高熔渣的流動性、或者控制氧量的作用。因此，使焊接金屬的性能得到進一步提高。
[0050] 本發明的焊接金屬，其特征在于，其是將上述記載的高強度2. 25Cr-lM〇-V鋼用埋 弧焊絲與上述記載的燒結焊劑組合而制作成的焊接金屬，其中，
[0051] C :0· 09 ~0· 14 質量％
[0052] Si :0· 05 ~0· 35 質量％
[0053] Mn :1. 00 ~L 30 質量％
[0054] P :彡 0.015 質量％
[0055] S :彡 0.015 質量％
[0056] Ni:彡 0.06 質量 ％
[0057] Co:彡 0.06 質量 ％
[0058] Cr :2. 00 ~2. 30 質量％
[0059] Mo :0· 90 ~L 20 質量％
[0060] Ti:彡 0.010 質量 ％
[0061] Al:彡 0.010 質量 ％
[0062] V :0· 30 ~0· 40 質量％
[0063] Nb :0· 012 ~0· 022 質量％
[0064] K 0.05 質量％
[0065] B :彡 0.0005 質量％
[0066] 0 0. 045質量％，余量為Fe及不可避免的雜質。
[0067] 根據該構成，焊接金屬通過含有規定量的規定成分而提高焊接金屬的室溫強度、 蠕變斷裂強度、韌性、耐SR裂紋性、耐腐蝕性、焊接操作性。
[0068] 予以說明，在"ASME Sec. VIII Div. 23. 4. Supplemenal Requirement for Cr-Mo Steels Table 3. 2"中對該焊接金屬的化學成分的一部分進行了規定。
[0069] 發明效果
[0070] 采用本發明的焊絲，可以得到蠕變斷裂性能、韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性、 室溫強度優異的焊接金屬。另外，采用本發明的焊絲，使焊接操作性優異。
[0071] 根據本發明的焊接金屬，其蠕變斷裂性能、韌性、回火脆化特性、耐SR裂紋性、室 溫強度優異。
【附圖說明】
[0072] 圖IA是表示本發明的實施例中使用的焊接試驗體的坡口形狀的示意圖。
[0073] 圖IB是表示本發明的實施例中使用的焊接試驗體的坡口形狀的示意圖。
[0074] 圖2是表示本發明的實施例的PWHT條件的圖表。
[0075] 圖3是對本發明的實施例的步冷處理條件進行說明的圖表。
[0076] 圖4A是用于對本發明的實施例的耐SR裂紋性的評價中使用的試驗片進行說明的 示意圖。
[0077] 圖4B是用于對本發明的實施例的耐SR裂紋性的評價中使用的試驗片進行說明的 示意圖。
[0078] 圖4C是用于對本發明的實施例的耐SR裂紋性的評價中使用的試驗片進行說明的 示意圖。
[0079] 圖4D是用于對本發明的實施例的耐SR裂紋性的評價中使用的試驗片進行說明的 示意圖。
[0080] 圖5是表示發明的實施例的耐SR裂紋性的評價的SR條件的圖表。
【具體實施方式】
[0081] 以下，對本發明的實施方式進行詳細說明。
[0082] 《焊絲》
[0083] 本發明的焊絲含有規定量的 C、Si、Mn、P、S、Ni、Co、Cr、Mo、Ti、A1、V、Nb、W、B，余 量為Fe及不可避免的雜質。
[0084] 以下，對成分限定理由進行說明。
[0085] < C :0· 11 ~0· 18 質量％>
[0086] C是為了確保焊接金屬的室溫強度、蠕變斷裂強度及韌性而添加的成分。為了使后 述的焊接金屬中的C為0.09~0. 14質量％，需要使焊絲中的C量為0. 11~0. 18質量％。
[0087] < Si :0· 05 ~0· 35 質量％>
[0088] Si是為了確保焊接金屬的室溫強度、且對焊接金屬進行脫氧而添加的成分。為了 使后述的焊接金屬中的Si量為0. 05~0. 35質量％，需要使焊絲中的Si量也同為0. 05~ 0· 35質量％。
[0089] < Mn :1. 00 ~