奥氏体系焊接材料以及使用了该材料的应力腐蚀开裂预防维护方法和晶界腐蚀预防维护方法

专利名称：奥氏体系焊接材料以及使用了该材料的应力腐蚀开裂预防维护方法和晶界腐蚀预防维护方法
技术领域：
本发明涉及奥氏体系焊接材料、以及使用了该材料的应力腐蚀开裂预防维护方法 (preventive maintenance method for stress corrosion cracking)禾口晶界腐烛预防维护方法(preventive maintenance method for intergranular corrosion)。特别是涉及 适合对于原子能发电厂等中的奥氏体系不锈钢制装置类、配管等进行焊接的焊接材料；使用该焊接材料对于所述装置类、配管等的应力腐蚀开裂进行预防维护的方法；和使用该焊接材料对于所述装置类、配管等的晶界腐蚀进行预防维护的方法。
背景技术：
在原子反应堆发电的轻水堆核电厂中，SUS316L钢、SUS304钢、SUS347钢等奥氏体系不锈钢作为以原子反应堆压力容器和堆芯构件为首的装置类和配管等的结构材料而被使用。这些结构材料通过焊接接合，在焊接部邻域的热影响部有时发生晶界腐蚀或应力腐蚀开裂。已知应力腐蚀开裂是环境、应力和材料的敏感化重叠时所发生的现象。在此，所述奥氏体系不锈钢的敏感化是指在450 800°C下对该不锈钢进行长时间加热时，固溶碳以铬碳化物的形式析出于结晶晶界，且在该结晶晶界邻域形成固溶铬缺乏的区域，其结果，使钢材的耐腐蚀性降低的现象。焊接接合的奥氏体系不锈钢钢材，通过焊接时的热量输入而在于焊趾部和母材之间的焊接热影响部被敏感化。为了提高核电厂的可靠性和其运转效率，一直以来针对应力腐蚀开裂的对策进行着各种研究。作为材料方面的对策，例如已知有通过抑制钢材的碳量来使铬碳化物的析出难以发生的方法；通过对焊接的构件整体实施固溶化处理，由此改善因焊接而产生的敏感化组织，并且缓和残余应力的方法(例如参照专利文献1)。但是，这些敏感化对策需要调整作为母材的钢材化学成分，或需要在车间焊接后进行热处理等，存在成本上升的情况多发的问题。另外，作为施工方面的对策，例如有如下方法通过焊接来将两个不锈钢配管彼此接合、或两个镍基合金配管彼此接合时，在最终焊接层的两焊趾部邻域实施低热量输入的焊接(例如参照专利文献幻。但是，因为该方法仅仅是改变焊接的最终阶段的焊接条件，所以其效果不得不说是有限的。作为施工方面的其他对策，例如有如下方法通过使用耐应力腐蚀性优异的熔敷金属来覆盖浸湿的管内面的敏感化区域的管内面堆焊法(例如参照专利文献3 7)。但是，若进行堆焊，则由于该焊接热量导致母材中发生新的热影响部。若为了消除该热影响部而实施长时间的热处理，会发生例如如下问题即，因堆焊而产生在管内面的压缩应力会下降的问题。作为施工方面的其他对策，还有如下方法通过在焊接施工中使管内面通水而进行冷却，减轻管内面的敏感化，并且使焊接残余应力成为压缩应力的水冷却法；或者，焊接来将两个管彼此接合后，一边冷却管内面一边对管外面进行高频感应加热，使管内面的残余应力成为压缩应力，由此防止应力腐蚀开裂的方法(例如参照专利文献8)。但是，当采用这些方法时，会发生如下问题即，由于管外面的残余应力为拉伸应力，原子反应堆内部配管的外侧面也与冷却水接触，因此不能够防止从外侧面产生的应力腐蚀开裂，这样的问题。另外，作为针对目前运转中的原子能发电厂的装置类和配管等的对策，例如有如下方法除去缺陷部后，添加单面衬垫金属接头，焊接其周围而进行接合(包覆)的修补焊接方法(例如参照专利文献9)。但是，现有的包覆材料不具有充分的耐应力腐蚀性，因此存在包覆区域敏感化的可能性。另外，作为针对已经焊接并被使用的管的对策，例如有同时防止管内面和管外面的应力腐蚀开裂的方法(专利文献10)。具体来说，就是使用激光照射装置进行使处理对象构件的表面形成急冷凝固组织、并且降低外表面的残余应力的急冷凝固处理，或者，进行降低处理对象构件表面以及外表面的残余应力的固溶化热处理，由此进行预防维护的方法。但是，当采用该方法时，激光照射装置所射出的激光的照射输出功率的变化或激光束的移动速度的变化，有时会引起不能够将焊接部外面的残余应力充分转换为压缩应力的情况。另外，激光照射输出功率大时，由于激光照射会导致新的敏感化区域发生。此外，将该方法应用于原子反应堆内部配管时，在原子反应堆的运转中配管受到很高的中子照射的场合下，在配管内部会蓄积由于核反应而生成的氦(He)。而且，配管的焊接部被施加很大的热量时，有可能发生He引起的开裂。 另外，在专利文献6中，记述有一种应力腐蚀开裂防止方法，其是在针对两个不锈钢管进行对接焊时，在距母材的内面或外面深0. Imm至1.0mm的范围，通过进行熔融凝固或堆焊形成熔融凝固层。但是，因为该熔融凝固层与母材的化学组成相同，所以在实施此方法后，焊接构件本质上处于应力腐蚀开裂性差的状况仍未改变。如此，现有的应力腐蚀开裂的防止方法和修补方法，不过是如下方法为了防止焊接接头自身的破损而以市场上销售的焊接材料进行焊接；用市场上销售的耐应力腐蚀性合金被覆焊接接头的最终层；用市场上销售的包覆用合金包覆在焊接接头自身发生的热影响部；用市场销售的焊接合金，对于包覆区域，或者对于含有除去了开裂部分或其他缺陷部的非焊接母材的焊接接头的一部分，进行再焊接。新熔敷的焊接材料自身，在设备的长时间的运转中，对于防止开裂来说不具有充分的耐应力腐蚀性，特别是对于高电化学电位的区域；或者，对于被高中子束照射的区域；或者，对于焊接接合部及其邻域中的、尤其在市场销售的焊接材料被基材组成物稀释的焊接边缘部的焊缝部分，不具有充分的耐应力腐蚀性。因此，在现有的应力腐蚀开裂的防止方法和修补方法中，存在应力腐蚀开裂再次发生的问题。此外，在使用现有的堆焊用焊接材料时，还存在以下问题。作为焊接接头所要求的特性，有热影响部的耐应力腐蚀性和熔敷金属部的耐开裂性。即使在堆焊部也要求耐开裂性。但是作为堆焊，在进行两层以上的多层焊时，第一层或作为下层的焊层中屡屡发生弯曲开裂现象(bending crack)。因此，被广泛用于堆焊用的TO08系等现有的焊接材料，其成分被调整，使之成为生成S-铁素体等而改善了凝固开裂感受性的熔敷金属。但是，用如此进行了成分调整的现有的堆焊用焊接材料来进行堆焊时，虽然熔敷金属部的耐开裂性得到改
4善，但是由于S-铁素体等相的生成，导致熔敷金属部的耐腐蚀性降低这样的问题发生。专利文献1 特开昭61-177325号公报专利文献2 特开平949429号公报专利文献3 特公昭59-21711号公报专利文献4 特开2000-312969号公报专利文献5 特开2001-138048号公报专利文献6 特开2000-2M776号公报专利文献7 特开2001-1M888号公报专利文献8 特开平2-258190号公报专利文献9 特开平5-77082号公报专利文献10 特开平8-5773号公报

发明内容
本发明鉴于上述问题而做，其目的在于提供一种焊接材料，使用于原子能发电厂等中的装置类、配管等的奥氏体系不锈钢之间的焊接接合部，能够抑制应力腐蚀开裂发生及其进展；还提供一种使用该焊接材料来对于所述装置类、配管等的应力腐蚀开裂进行预防维护的方法。本发明一个方面涉及的焊接材料，是奥氏体系焊接材料，其含有C :0. Olwt %以下、Si 0. 5wt% 以下、Mn :0. 5wt% 以下、P :0. 005wt% 以下、S :0. 005wt% 以下、Ni 15 40wt%, Cr 20 30wt%、N :0. 01wt%以下、0 :0. 01wt%以下，余量是Fe和不可避免的杂质，其中，在所述焊接材料中作为所述不可避免的杂质含有的B为3wtppm以下，并且，所述焊接材料中的所述C、P、S、N和0的含量合计为0. 02wt %以下。本发明另一个方面涉及的应力腐蚀开裂预防维护方法，是对于焊接奥氏体系不锈钢钢材而成的结构体进行应力腐蚀开裂的预防维护方法，该方法具有如下步骤在所述结构体的焊接热影响部的表面，通过堆焊所述的焊接材料而形成堆焊部的堆焊步骤。本发明另一个方面涉及的应力腐蚀开裂预防维护方法，是对于至少将第一奥氏体系不锈钢钢材和第二奥氏体系不锈钢钢材焊接接合而成的结构体进行应力腐蚀开裂的预防维护方法，该方法具有如下步骤将所述结构体中的被替换成对应材的所述第二奥氏体系不锈钢钢材从所述第一奥氏体系不锈钢钢材分离并从所述结构体上取下的步骤；对所述对应材的坡口面和所述第一奥氏体系不锈钢钢材的坡口面，堆焊所述的焊接材料的步骤； 和将所述对应材的进行了堆焊的坡口面和所述第一奥氏体系不锈钢钢材的进行了堆焊的坡口面进行焊接接合的步骤。本发明另一个方面涉及的晶界腐蚀预防维护方法，是对于有可能接触于腐蚀性流体的奥氏体系不锈钢制结构体进行晶界腐蚀的预防维护方法，该方法具有如下步骤对所述结构体中的有可能与所述腐蚀性流体接触的面，以阻止所述腐蚀性流体的接触的方式堆焊所述的焊接材料，由此形成堆焊部的步骤。本发明的目的、特征、局面和优点通过以下的详细的说明和附图将变得更加明白。


图1是用于说明本发明的一实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法的图。图2是用于说明本发明的另一实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法的图。图3是用于说明本发明的一实施方式的晶界腐蚀预防维护方法的图。图4是表示CBB试验所使用的夹具的立体图。
具体实施例方式本发明者为了解决前述问题，首先，研究了焊接材料(奥氏体系不锈钢)中所添加的硼(B)含量对于耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性的影响。关于B的添加对奥氏体系不锈钢的影响，已知是通过添加B而提高钢材的高温延展性、热加工性。例如，日本特开昭63-69947号公报公开了如下内容在奥氏体系不锈钢中添加6 25ppm的B时，蠕变断裂延展性得到改善。另一方面，该公报还公开了如下内容在 B添加量为25ppm时，奥氏体系不锈钢的耐腐蚀性变差。另夕卜，在‘Stainless steel ‘87”， The Institute of Metals，London，(1987)，p. 234中提出有为了维持奥氏体系不锈钢的耐晶界腐蚀性而使B含量降低的方案，并指出若B含量添加到约25ppm，则即使在通常的固溶化处理中，在晶界仍有Cr硼化物析出，导致耐晶界腐蚀性劣化。另外，在“材料与工艺”铁和钢vol. 6(1993)，p. 732中指出为了高水准地维持高温高浓度硝酸中的奥氏体系不锈钢的耐晶界腐蚀性，需要使B的含量降低至9ppm以下。根据这些报告可预想在现有的杂质水平的钢中，受B添加的不良影响较小的情况下，当B含量超过IOppm时，耐晶界腐蚀性的劣化就开始显现。但是，本发明者通过调查， 发现在B含量为5ppm以上的场合下，仍不能完全避免受到中子照射的高温高压水中环境下的焊接部的应力腐蚀开裂；以及含有高氧化性离子的高浓度硝酸溶液的沸腾传热面腐蚀环境下的过钝态腐蚀。从而得到了如下技术关系在这些环境下，为了提高耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性，进一步降低B的含量为重要措施。另外，本发明者通过调查，还发现奥氏体系不锈钢中的B的固溶限度推定为IOppm左右，但在B含量未达到固溶限度时，在晶界损伤上仍可见到显著的改善。从而得到了如下技术关系B并不是通过形成硼化物使晶界腐蚀进行，而是在结晶晶界固溶的B本身使晶界腐蚀进行。另外，本发明者对于在受到中子照射的高温高压水环境下、以及在含有高氧化性离子的高浓度硝酸溶液的沸腾传热面腐蚀环境下，多层堆焊的焊接部所进行的应力腐蚀开裂以及晶界腐蚀的要因进行了研究。从而得到了如下技术关系在通常的焊接中，虽然热影响部(母材的焊接热影响部)敏感化，但是在进行双层堆焊或多层堆焊时，堆焊部也会受到后面熔敷焊道等的加热的影响，与母材同样，Cr系碳化物在晶界析出，对于应力腐蚀开裂或晶界腐蚀敏感化，因此在B含量为5ppm以上时，不能够完全避免在受到中子照射的高温高压水中环境下的应力腐蚀开裂、以及在含有高氧化性离子的高浓度硝酸溶液的沸腾传热面腐蚀环境下的过钝态腐蚀。并且得到了如下技术关系特别是在使用现有的焊接材料(市场销售的焊接材料)进行堆焊时，焊接构件更加敏感化。故此，本发明者认为通过使用极力去除了如硼⑶、碳(C)等杂质元素的焊接材料，在受到中子照射的高温高压水中环境下，以及在含有高氧化性离子的高浓度硝酸溶液的沸腾传热面腐蚀环境下，可使焊接接合部的耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性提高，其中，所述杂质元素是在结晶晶界偏析而使晶界结合能降低的元素。从而，制造了如下奥氏体系焊接材料，其含有 C 0. 01wt% 以下、Si 0. 5wt% 以下、Mn :0. 5wt% 以下、P :0. 005wt% 以下、S 0. 005wt% 以下、Ni 15 40wt%、Cr :20 30wt%、N :0. 01wt% 以下、0 :0.下，余
量是！^和不可避免的杂质，其中，在该焊接材料中作为不可避免的杂质含有的B为3wtppmm 以下，并且，该焊接材料中的C、P、S、N和0的含量合计为0. 02wt %以下；然后，将该奥氏体系焊接材料堆焊在对接焊部，调查了上述两种环境下的焊接接合部的耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性。其结果，发现作为对接焊的焊接材料在使用了上述奥氏体系焊接材料和使用了现有的焊接材料这两种情况下，与使用了现有的焊接材料的情况相比，使用了上述奥氏体系焊接材料时的焊接接合部的耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性格外提高。基于该技术关系， 完成了本发明。以下，参照附图，具体地说明用于实施本发明的方式。还有，本发明不受本实施方式的任意限制。[焊接材料]本发明的一实施方式的奥氏体系焊接材料，含有C :0. 01wt%以下、Si 0. 5wt% 以下、Mn 0. 5wt% 以下、P 0. 005wt% 以下、S :0. 005wt% 以下、Ni :15 40wt%、Cr :20 30wt%、N:0. 01wt%以下、0 :0. 01wt%以下，余量是！^和不可避免的杂质，其中，在所述焊接材料中作为所述不可避免的杂质含有的B为3wtppm以下，并且，所述焊接材料中的所述 C、P、S、N和0的含量合计为0. 02wt%以下。(焊接材料的金属组织)本实施方式的焊接材料的金属组织，在常温、常压下(25°C，1个大气压)，主要由奥氏体组织构成。B、C等杂质元素少(即高纯度化)的奥氏体系焊接材料，与杂质元素多的奥氏体系焊接材料相比，液相-固相共存温度区域狭窄，因此向焊接部边缘部的热扩散小。因此，使用本实施方式的焊接材料进行焊接时，能够将母材的温度上升抑制得很小。其结果，能够使焊接热影响部、即敏感化区域狭窄。此外，使用本实施方式的焊接材料进行焊接时，焊接部的凝固迅速地结束，因此焊接部相对于母材部分的热收缩大，该焊接部为压缩残余应力状态。由此能够进一步提高耐应力腐蚀性。还有，本实施方式的焊接材料的金属组织优选只由奥氏体组织构成。(焊接材料的化学组成)接着，以下说明规定本实施方式的奥氏体系焊接材料的成分的理由。碳(C)是在加热时使Cr系碳化物在结晶晶界析出的元素。通过该析出，在碳化物的邻域生成Cr缺乏的区域，晶界的耐硝酸腐蚀性和耐应力腐蚀性降低。因此，优选焊接材料中的C含量极低。考虑到熔炼法等工业的实用性，C含量为0. 01wt%以下。Si:0.5wt% 以下在数的范围内添加到焊接材料中时，硅(Si)是使焊接材料的耐硝酸性提高的元素。但是，从抑制晶界损伤的观点出发，优选焊接材料的Si含量尽可能低。另一方面， 一定量的Si作为熔池的氧富化抑制剂有效。因此，Si含量为0. 5wt%以下。锰(Mn)是提高奥氏体相稳定度而防止对耐腐蚀性有害的δ -铁素体的生成和加工诱发相变的元素。但是，若焊接材料中的Mn含量超过0.5wt%，则Mn防止δ -铁素体的生成和加工诱发相变的效果饱和。而且，固溶在奥氏体相中的大量的Mn反而会促进腐蚀。 因此，Mn含量为0. 5wt%以下。P:0.005wt% 以下磷⑵已知为发生晶界偏析的元素。若使焊接材料中的P含量增加，则晶界的耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性降低。因此，优选P含量尽可能低。P含量为0.005wt%以下。S:0.005wt% 以下硫(S)是在焊接材料中形成硫化物的元素。若使焊接材料中的S含量增加，则硫化物的生成被促进。其结果，以硫化物为基点的选择性的腐蚀导致焊接材料的耐应力腐蚀性耐晶界腐蚀性降低，并且导致耐点蚀性降低。因此，优选S含量尽可能低。S含量为 0. 005wt% 以下。Ni 15 ~ 40wt%镍(Ni)是用于使焊接材料的奥氏体组织稳定且为了抑制应力腐蚀开裂和晶界腐蚀所需要的元素。但是，焊接材料中的M含量低于15wt%时，焊接材料不能够在金属组织中确保用于抑制应力腐蚀开裂性和晶界腐蚀性的充分量的奥氏体组织，此外，也不能够局被中子照射环境下的耐溶胀性(swelling resistance)。另一方面，若Ni含量超过40wt%， 则焊接材料的原料成本上升。因此，Ni含量为15 40wt%。Cr:20 30wt%铬(Cr)是在焊接材料的表面形成钝态皮膜而用于确保耐腐蚀性所需要的元素。 从钝态皮膜形成的观点出发，焊接材料中的Cr含量，可以如JIS规格的代表性的不锈钢，即 SUS304或SUS316系不锈钢那样，为16wt%左右。但是，如轻水堆堆芯这样在受到中子照射的高温高压水中环境下，而且，如核燃料后处理工厂这样在含有高氧化性离子的高浓度硝酸溶液的沸腾传热面腐蚀的过钝态腐蚀环境下，焊接材料为了确保充分的耐腐蚀性，Cr含量至少需要20wt%。另一方面，若Cr含量超过30wt%，则焊接材料中有富Cr的脆化相析出。为了避免该脆化相的析出而使焊接材料成为完全奥氏体组织，需要增加M含量，但会招致焊接材料的原料成本上升。因此，Cr含量为20 30wt%。0:0. 01wt% 以下氮(N)和氧(0)均是使耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性降低的元素。因此，优选使焊接材料中的N含量和0含量尽可能低。N含量和0含量均为0. Olwt %以下。B :3wtppm 以下焊接材料中的硼(B)基本上是杂质元素，在晶界偏析而使耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性降低。因此，优选焊接材料中的B含量极低。焊接材料中的B含量是对于本实施方式的焊接材料的耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性造成影响的最重要的因素之一。本发明者得到的、本发明这样极微量的B量的效果之技术关系，很大程度上得益于分析装置、技术和炼钢技术的发展。在现有的化学分析中， 2wtppm左右是检测极限，相对于此，根据⑶-MS分析法能够正确分析Iwtppm以下的B含量， 根据本发明者的研究，微量B量与晶界腐蚀、应力腐蚀开裂的关系变得明确。具体来说，在现有的分析技术中，不能够判别0. 0003wt%以下的B含量。但是，本发明者运用最新的分析手法，使更低的B含量和耐腐蚀性的关系明确，其结果发现B含量为0. 0003wt%以下时，能够充分地抑制应力腐蚀开裂和晶界腐蚀。B含量优选为3Wtppm(0.0003Wt%)以下，更优选为1. 5wtppm以下。还有，在通常的奥氏体系不锈钢的熔炼中，B从合金铁、废料等的原料混入，因此无法避免所得到的钢锭的B含量达到2 5wtppm左右。但是，随着分析技术的发展，可以挑选B含量少的原料，此外，由于氧化精炼等炼钢技术的发达而可以熔炼出B含量低的钢(所谓的低B钢)。C+P+S+0+N 0. 02wt % 以下即使以上述方式分别限定作为杂质元素的C、P、S、0和N的各含量，若这些元素的合计含量超过0. 02wt%，则焊接材料仍不会显示出良好的耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性。 虽然这些元素对结晶晶界的作用(对耐应力腐蚀性和耐晶界腐蚀性的影响)和生成析出物时的形态各不相同，但在现在的分析、解析技术中，分别区分微量的这些元素的存在状态是不可能的。但是，本发明者推测在结晶晶界偏析、固溶的杂质元素肯定带来不良影响。因此， 优选其含量的合计尽可能少。焊接材料中的C、P、S、N和0的含量的合计为0. 02wt%以下。Ti :C、P、S、N和0的Ti当量的合计以上优选在结晶晶界容易偏析的C、P、S、N和0等杂质元素极少，但在现在的精炼技术中，完全除去这些杂质元素有困难，另外也不经济。在制造本实施方式的焊接材料时，在钢锭阶段，C、P、S、N、0等杂质元素的含量已经处于极低的水平。但是，本发明者发现以商用水平的熔炼法不能够除去的微量杂质元素，仍会给晶界腐蚀带来不良影响。作为其对策，有效的是添加使这些杂质元素对于应力腐蚀开裂和晶界腐蚀无害化的元素，而最优选的就是添加Ti。以商用水平制造本实施方式的焊接材料时，优选通过添加 Ti，使成为晶界腐蚀原因的C、P、S、N、0等杂质元素形成为TiC、FeTiP, TiS、TiN、TiO2这样的Ti系的碳化物、磷化物、硫化物、氮化物、氧化物或其他化合物，使之在熔敷金属中析出而对于应力腐蚀开裂和晶界腐蚀无害化。Ti含量优选为，使焊接材料中的C、P、S、N和0的全部，经焊接后，以TiC、FeTiP, TiS、TiN、Ti02这样的Ti系的碳化物、磷化物、硫化物、氮化物、氧化物或其他化合物的形式， 能够析出在熔敷金属中而需要的量以上。具体来说，Ti含量优选为C的Ti当量(与焊接材料中含有的碳，在化学计量上相等的钛的含量)、p的Ti当量、S的Ti当量、N的Ti当量和0的Ti当量的合计以上。S卩，优选满足下式(1)。[Ti]彡(48/12) X [C]+ (48/31) X [P]+ (48/32) X [S]+(48/14) X [N]+ (48/16) X (1/2) X
(1)(式中，[Ti]、[C]、[P]、[S]、[N]和
分别表示Ti、C、P、S、N 和 0 的含量(wt% ))另外，若考虑熔敷金属中的稀缺元素的动态析出反应，则Ti含量更优选为 0. 05wt%以上。另一方面，若过度大量地添加，则招致焊接材料的原料成本的上升，因此优选Ti含量为0. 3wt%以下。[应力腐蚀开裂预防维护方法]参照图1，对于本发明的一实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法进行说明。图1 是用于说明本发明的一实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法的图，是模式化地表示在原子反应堆设备所使用的SUS304钢制(奥氏体系不锈钢制)配管进行焊接时，针对焊接接合部P中的接触于反应堆炉水(nuclear reactor coolant) 一侧(炉水侧(the side ofreactor coolant))，通过堆焊上述实施方式的焊接材料而形成有堆焊部1的焊接接头试验材料的剖面图。若将两个由奥氏体系不锈钢构成的原子反应堆内部配管彼此焊接接合，则在焊接金属4两侧的焊接热影响部5形成敏感化部，从而，配管在供使用中有时发生应力腐蚀开裂。如图1所示，在本实施方式中，在使用作为市场销售的焊接材料的TO08对奥氏体系不锈钢钢材2、3进行对接焊而成的结构体即上述配管中，在焊接接合部P和母材的炉水侧表面，通过堆焊上述实施方式的焊接材料而形成有堆焊部1。因为堆焊部1包覆包含焊接热影响部5在内的焊接接合部P全体，所以能够有效地防止上述配管的应力腐蚀开裂的发生及其进展。因此，根据本实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法，能够有效地防止原子反应堆设备所使用的配管的焊接接合部P的应力腐蚀开裂等的发生及其进展。图2是用于说明本发明的另一实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法的图，是模式化地表示用上述实施方式的焊接材料进行堆焊的配管21、31的剖面图。接着，参照图2 (a)，对于本发明的另一实施方式的应力腐蚀开裂的预防维护方法进行说明。图2(a)是模式化地表示在SUS304钢管材(管材13、14)等奥氏体系不锈钢钢管被焊接接合后，在原子反应堆内被曝露于原子炉水中而发现有晶界腐蚀或晶界应力腐蚀开裂等缺陷的情况下，除去该缺陷部并进行修补焊接，然后以上述实施方式的焊接材料进行了堆焊的状况的剖面图。在本实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中首先除去存在于焊接接合部P的缺陷部；其次使用与对接焊时相同的Y308进行修补焊接(修补部10)；其后以覆盖作为焊接接合部P的热影响部5、焊接金属4、修补部10和新的热影响部12的方式，使用上述实施方式的焊接材料来进行堆焊。即，通过上述实施方式的焊接材料的堆焊，焊接接合部P的热影响部5和新的热影响部12双方被堆焊部1覆盖。由此，不仅在热影响部5，而且在修补焊接部(修补部10)和由于修补焊接而产生的热影响部12，均能够有效地防止应力腐蚀开裂等的发生及其进展。接下来，参照图2(b)，对于本发明的另一实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法进行说明。图2(b)是模式化地表示图2(a)所示的管材13(奥氏体系不锈钢钢管)在原子反应堆内被曝露于原子炉水中，从而在该管材13中发现有晶界腐蚀或晶界应力腐蚀开裂等缺陷的情况下，该管材13被对应材15取代后的状况的剖面图。在本实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中首先，将作为第二奥氏体系不锈钢钢材的管材13、和与之接合的作为第一奥氏体系不锈钢钢材的管材14分离；然后，准备同材料(SUS304钢)的对应材15(管材)替换发现有缺陷的管材13，在该对应材15的坡口面1 及其邻域的管面Mb、15c堆焊上述实施方式的焊接材料；同样地，在管材14的坡口面Ha及其邻域的管面14b、Hc也堆焊上述实施方式的焊接材料；其后，使用焊接材料 Y308将对应材15和管材14进行对接焊，其中，管面1 和管面14b分别为对应材15和管材14的炉水侧的表面，管面15c和管面Hc分别为与对应材15和管材14的炉水侧为相反侧的表面。另外，与管的内面以及外面相对应的、使用上述实施方式的焊接材料而形成的堆焊的面积中，位于炉水侧的面积较大。由于针对对应材15和管材14进行对接焊之前，已在坡口面堆焊了上述实施方式
10的焊接材料，因此在进行对接焊时，对接焊而产生的对应材15和管材14的敏感化得到抑制。由此，能够有效地防止应力腐蚀开裂等的发生及其进展。[晶界腐蚀预防维护法]图3是用于说明本发明的晶界腐蚀预防维护方法的图。参照图3(a)，对于本发明的一实施方式的晶界腐蚀预防维护方法进行说明。图 3(a)是表示在SUS304钢制结构物17中，针对接触于腐蚀性流体(硝酸溶液)的一侧面 (浸湿面)，通过堆焊上述实施方式的焊接材料而形成有堆焊部1的剖面图。焊接奥氏体系不锈钢钢材而成的结构体即上述结构物17，是在使用过的核燃料的后处理工厂中，在含有高氧化性的金属离子的高浓度硝酸溶液的沸腾传热面腐蚀环境下被使用的奥氏体系不锈钢制结构物。如图3(a)所示，在本实施方式中，在结构物17的硝酸溶液浸湿侧的整个面，通过堆焊上述实施方式的焊接材料而形成有堆焊部1。堆焊部1阻止硝酸溶液对于结构物17的浸湿面的直接接触，因此能够有效地防止结构物17的晶界腐蚀。接着，参照图3(b)，对于本发明的另一实施方式的晶界腐蚀预防维护方法进行说明。图3(b)是表示焊接SUS304钢材18、19而成的结构物的焊接接合部P之中，针对与腐蚀性流体(硝酸溶液)接触的一侧(浸湿侧)表面及其邻域，通过堆焊上述实施方式的焊接材料而形成有堆焊部1的剖面图。焊接奥氏体系不锈钢而成的结构体即上述结构物，与结构物17同样，是在使用过的核燃料的后处理工厂中，在含有高氧化性的金属离子的高浓度硝酸溶液的沸腾传热面腐蚀环境下被使用的奥氏体系不锈钢制结构物。如图3(b)所示，在本实施方式中，以覆盖上述结构物的焊接金属4、热影响部5及其邻域中的被硝酸溶液浸湿的浸湿侧的方式，使用上述实施方式的焊接材料来进行了堆焊。即，通过上述实施方式的焊接材料的堆焊，焊接接合部P的一侧表面(浸湿侧的表面) 被堆焊部1覆盖。由于堆焊部1阻止硝酸溶液对于上述结构物的焊接接合部P的浸湿面的直接接触，因此能够有效地防止该焊接接合部P的晶界腐蚀。还有，在图1 3中，对于使用上述实施方式的焊接材料1来进行了堆焊的母材， 没显示其热影响部。这是如前述，由于上述实施方式的焊接材料1中的B、C等杂质元素含量充分地低(即焊接材料被高纯度化)，因此液相-固相共存温度区域狭窄，向堆焊部边缘部的热扩散小，从而能够将母材的温度上升抑制得很小，其结果，焊接热影响部即敏感化区域非常狭窄之缘故。以上对于本发明的实施方式进行了说明，但本发明不受前述实施方式限制，如下述，在本发明的技术范围内能够进行各种变更实施。在上述实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，例示的是堆焊部1形成于焊接接合部P的炉水侧的表面整体的情况，但堆焊部1只要至少包含应力腐蚀开裂或晶界腐蚀最容易发生的焊接接合部P中的焊接热影响部(敏感化部)，而通过堆焊形成即可。在上述实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，作为对接焊的一方和另一方的奥氏体系不锈钢钢材，均例示的是使用SUS304钢的情况，但作为所述一方和/或另一方的奥氏体系不锈钢钢材，也可以使用SUS316钢、SUS316L钢等其他奥氏体系不锈钢。在上述实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，作为对接焊的焊接材料，例示的是使用市场销售的Y308的情况，但作为对接焊的焊接材料，也可以使用其他奥氏体系不锈钢钢材用的焊接材料。还有，更优选使用本发明的焊接材料。使用本发明的焊接材料时， 因为焊接金属4显示出充分的耐应力腐蚀性，所以用本发明的焊接材料只堆焊焊接热影响部5及其邻域即可。在上述实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，例示的是原子反应堆设备所使用的SUS304钢制配管被焊接的情况，但也可以应用到化工厂等所使用SUS304钢等奥氏体系不锈钢制配管被焊接的情况，不仅是配管焊接的情况，也可以应用到结构物等焊接的情况。在上述实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，例示的是只在与原子炉水接触侧(炉水侧)的焊接接合部P形成有堆焊部1的情况，但也可以在其相反一侧的焊接接合部P形成有堆焊部1的情况，也可以在两侧形成有堆焊部1的情况。在上述实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，例示的是使用现有的焊接材料即TO08进行修补焊接的情况，但作为修补部10的焊接材料，也可以使用本发明的焊接材料。由此，能够防止新的热影响部12的发生，并且能够提高修补部10自身的耐晶界腐蚀性、 耐应力腐蚀性。另外，在本实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，作为管材13和管材 14对接焊的焊接材料，也可以使用TO08以外的现有的焊接材料，也可以使用本发明的焊接材料。在上述实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，作为对应材使用了 SUS304钢材，但也可以使用SUS316钢材、SUS316L钢材等其他奥氏体系不锈钢钢材。在上述实施方式的应力腐蚀开裂预防维护方法中，例示的是使用现有的焊接材料即TO08进行对应材15和管材14的对接焊的情况，但作为对接焊用的焊接材料，也可以使用TO08以外的现有的焊接材料，也可以使用本发明的焊接材料。还有，使用本发明的焊接材料时，因为能够提高焊接金属16部自身的耐晶界腐蚀性、耐应力腐蚀性，所以优选。在上述实施方式的晶界腐蚀预防维护方法中，作为焊接奥氏体系不锈钢钢材而成的结构体，例示的是结构物17，但焊接奥氏体系不锈钢钢材而成的结构体，除此以外，例如也可以是原子反应堆内部配管等。
实施例以下，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例没有限定本发明的性质，只要在能够符合前后述的宗旨的范围内，也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。(焊接材料的制作)以如下方式制作了焊接材料No. A L 首先，将作为焊接材料No. A L的原料的钢材各150kg分别进行真空感应熔炼(VIM)，在真空中浇铸到金属模具中而得到了各铸块； 其次，从各铸块分别将电极切削出来，对各电极分别实施电子束重熔(EB)，得到了各圆柱铸块；然后，对各圆柱铸块分别实施锻造和拉丝加工而得到了 2. 4mmΦ的焊条。表1表示焊接材料Νο.Α L的各化学组成。表1中的各元素的单位除了 B的重量百万分率(Wtppm)J^ 是重量百分率(wt% )。表 权利要求
1.一种焊接材料，是奥氏体系焊接材料，其特征在于含有C 0. Olwt %以下、Si 0. 5wt% 以下、Mn 0. 5wt% 以下、P :0. 005wt% 以下、S :0. 005wt% 以下、Ni 15 40wt%、 Cr 20 30wt%、N :0. 01wt%以下、0 :0. 01wt%以下，余量是!^e和不可避免的杂质，其中，在所述焊接材料中作为所述不可避免的杂质含有的B为3wtppm以下，并且，所述焊接材料中的所述C、P、S、N和0的含量合计为0. 02wt %以下。
2.根据权利要求1所述的焊接材料，其特征在于还含有Ti，其中， 所述焊接材料中的Ti、C、P、S、N和0的含量满足下式(1)，[Ti] ^ (48/12) X [C]+ (48/31) X [P]+ (48/32) X [S] + (48/14) X [N] + (48/16) X (1/2) X
(1)式中，[Ti]、[C]、[P]、[S]、[N]和
分别表示Ti、C、P、S、N和0的重量百分比含量。
3.一种应力腐蚀开裂预防维护方法，是对于焊接奥氏体系不锈钢钢材而成的结构体进行应力腐蚀开裂的预防维护方法，其特征在于具有如下步骤在所述结构体的焊接热影响部的表面，通过堆焊权利要求1或2所述的焊接材料而形成堆焊部的堆焊步骤。
4.根据权利要求3所述的应力腐蚀开裂预防维护方法，其特征在于还具有如下步骤 在所述堆焊步骤之前，除去存在于焊接接合部的缺陷部而进行修补焊接的修补焊接步骤，其中，在所述堆焊步骤中，以所述堆焊部覆盖所述焊接接合部的方式用所述焊接材料进行堆焊。
5.一种应力腐蚀开裂预防维护方法，是对于至少将第一奥氏体系不锈钢钢材和第二奥氏体系不锈钢钢材焊接接合而成的结构体进行应力腐蚀开裂的预防维护方法，其特征在于具有如下步骤将所述结构体中的被替换成对应材的所述第二奥氏体系不锈钢钢材从所述第一奥氏体系不锈钢钢材分离并从所述结构体上取下的步骤；对所述对应材的坡口面和所述第一奥氏体系不锈钢钢材的坡口面，堆焊权利要求1或 2所述的焊接材料的步骤；和将所述对应材的进行了堆焊的坡口面和所述第一奥氏体系不锈钢钢材的进行了堆焊的坡口面进行焊接接合的步骤。
6.一种晶界腐蚀预防维护方法，是对于有可能接触于腐蚀性流体的奥氏体系不锈钢制结构体进行晶界腐蚀的预防维护方法，其特征在于具有如下步骤对所述结构体中的有可能与所述腐蚀性流体接触的面，以阻止所述腐蚀性流体的接触的方式堆焊权利要求1或2所述的焊接材料，由此形成堆焊部的步骤。
7.根据权利要求6所述的晶界腐蚀预防维护方法，其特征在于，所述结构体是焊接奥氏体系不锈钢钢材而成的结构体，该结构体的焊接接合部的一个面是有可能与所述腐蚀性流体接触的面。
全文摘要
一种焊接材料，是奥氏体系焊接材料，其含有C0.01wt％以下、Si0.5wt％以下、Mn0.5wt％以下、P0.005wt％以下、S0.005wt％以下、Ni15～40wt％、Cr20～30wt％、N0.01wt％以下、O0.01wt％以下，余量是Fe和不可避免的杂质，并且，所述焊接材料中作为所述不可避免的杂质含有的B为3wtppm以下，并且所述焊接材料中的所述C、P、S、N和O的含量合计为0.02wt％以下。
文档编号B23K9/00GK102245345SQ200980150398
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月16日 优先权日2008年12月18日
发明者中山准平, 丸山信俊, 井冈郁夫, 加藤千明, 塚谷一郎, 木内清, 田边诚 申请人:株式会社神户制钢所, 株式会社钢臂功科研