专利名称：焊接材料以及焊接接头结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接材料以及焊接接头结构体。详细而言，涉及用于焊接奥氏体系合金时的焊接材料、以及奥氏体系合金焊接接头结构体。更详细而言，涉及能够用于进行P含量较高的奥氏体系合金彼此之间的焊接、以及能够进行P含量较高的奥氏体系合金和P含量较低的奥氏体系合金的异种焊接(以下也称作“异材焊接”。)时的、具有优异的耐焊接凝固裂纹性的焊接材料；以及能够作为钢管、钢板等而广泛应用在要求蠕变强度和耐腐蚀性的用途中的、具有优异的耐焊接凝固裂纹性或者具优异的耐焊接凝固裂纹性以及延展性的焊接接头结构体。
背景技术：
作为例如JIS G4304 (2005)所规定的 SUS304、SUS316、SUS310S 等那样的以 Cr 和Ni为主要元素的具有优异的耐腐蚀性的材料，公知奥氏体系不锈钢。并且，如专利文献I 4所示，公知当在奥氏体系的钢中以高浓度含有原本作为杂质元素的P时，会帮助因M23C6碳化物的微细化而发生的析出硬化，从而提高以蠕变强度为首的高温强度。同样在专利文献5中也提出了一种通过含有高浓度的P而显著改善了以蠕变强度为首的高温强度的奥氏体系不锈钢。另外，在专利文献6和专利文献7中公开了一种通过含有大于0.05%的P而提高了母材的耐金属尘化性(metal dusting resistance)的金属材料。在专利文献8中也公开了通过含有根据Si和Cu的关系式求得的适量的Ti而降低了焊接凝固裂纹敏感性的、具有优异的耐金属尘化性的焊接接头以及该焊接接头的焊接材料。此外，作为奥氏体系合金的焊接材料，在专利文献9中公开了一种将作为杂质的P、S的量限制在“P :0. 01%以下以及P+S :0. 02%以下”从而抑制了凝固裂纹敏感性的气体保护弧焊材料，在专利文献10中公开了一种能够在焊接高Cr-高Ni合金构件时使用在构成母材的构件的组成中还含有Nb的焊接材料从而防止产生熔融凝固裂纹的焊接方法。另外，在专利文献11中公开了一种通过对含Cr-Ni的合金板包覆高C高Cr的合金粉末而形成的高C高Cr-高Ni系焊接材料。此外，在专利文献12中公开了如下具有优异的焊接高温裂纹抵抗性的焊接接头，即、为了防止在SUS304和因瓦合金(36Ni-余量Fe)的异材焊接时产生构成问题的高温裂纹，使焊接金属满足2个关系式，且使焊接金属中的含P的夹杂物的面积百分比为0.01 0. 1%。但是，由于P基本上不会在奥氏体中固溶，因此自不必说在凝固成初晶奥氏体的、情况下会增强焊接凝固裂纹敏感性，甚至在凝固成完全奥氏体(fully austenite)的情况下也会显著增强焊接凝固裂纹敏感性。另外，焊接凝固裂纹是焊接凝固过程中残留在树枝状晶体之间的液相在呈膜状地残留至低温区域的情况下无法承受被施加的应力而产生的裂纹。
并且，焊接凝固裂纹敏感性之所以随着P含量的增加而增大，是由于P在凝固过程中的液相中明显变浓而使液相的凝固结束温度大幅下降，因此使液相残留至温度更低的区域。因而，例如在非专利文献I中提出应该严格限制P的含量。因此，特别是在凝固成完全奥氏体的不锈钢和Ni基合金中，需要限制P的含量，例如在上述凝固成完全奥氏体的奥氏体系不锈钢的代表钢种即由JI S G4304 (2005)所规定的SUS310S中，将P的含量限制在0. 045%以下。并且，实际的情况是，从防止产生焊接凝固裂纹的方面出发，在JI S G4316 (1991)中将用于焊接该SUS310S的焊接材料中的P的含量更低地限制为0. 030%以下。即、虽然以往公知P能够提高耐腐蚀性、以蠕变强度为首的高温强度等等，是有利于提高奥氏体系钢铁材料的特性的元素，但由于P会明显增强焊接凝固裂纹敏感性，因此一直都限制P的含量。专利文献I :日本特公昭37-17113号公报专利文献2 日本特开昭62-243742号公报专利文献3 :日本特开昭62-243743号公报专利文献4 :日本特开昭62-267454号公报专利文献5 W02006/106944号公报专利文献6 :日本特开2007-186727号公报专利文献7 日本特开2007-186728号公报专利文献8 日本特开2006-45597号公报专利文献9 :日本特开平7-60481号公报专利文献10 :日本特开平9-52194号公报专利文献11 :日本特开平11-285890号公报专利文献12 :日本特开2001-18089号公报非专利文献I :Y. Arata、F. Mat suda and Katayama !Transactions of JffRI>Vol. 6-1 (1977)ppl05-11
发明内容
发明要解决的问题上述专利文献I所公开的发明完全没有提到过量地含有P会导致焊接凝固裂纹敏感性显著增强的这一问题，极其难以用作必须进行焊接的那样的钢材。另外，专利文献2 4所公开的发明也只是为了获得通过添加P而得到的高温特性改善效果，虽然提到过量地含有P会对焊接性产生不良影响，但对于凝固成初晶奥氏体、特别是凝固成完全奥氏体那样的奥氏体系不锈钢的焊接凝固裂纹敏感性的减弱方法完全未作说明。在专利文献5中，虽然通过可调拘束裂纹试验研究了母材的焊接性，但并未研究焊接材料以及焊接接头结构体。在专利文献6和专利文献7中，并未针对P的含量增加会导致焊接时的凝固裂纹敏感性显著增强的这一问题进行研究，同样在专利文献8中也只是公开了在P的含量低于以往水平的情况下的研究结果。专利文献9和专利文献10所公开的发明不是针对在焊接含有高浓度P的金属材料时的焊接材料，另外专利文献11的实施例所公开的母材中的P含量只是很低的量。在专利文献12的实施例中，只说明了焊接相同组成的合金后得到的结果，此外只能在作为该合金的组成使用的是含有至多0. 030%的P的奥氏体系合金的情况下防止焊接裂纹。如上所述，针对在以P含量较高的合金为母材的焊接中能够抑制产生焊接裂纹的 焊接材料和焊接接头结构体，专利文献I 12均未给予研究。在实际的焊接施工中，不仅进行将P含量较高的奥氏体系合金用作母材的焊接，而且还有可能进行将P含量较高的奥氏体系合金与P含量较低的奥氏体系合金这样的、成分互不相同的材料用作母材而进行异种焊接。但是，在上述的专利文献I 12中均未研究上述异种焊接。另外，P是能够提高耐腐蚀性以及以蠕变强度为首的高温强度的元素。因此，如果能降低在焊接时凝固成完全奥氏体的奥氏体系合金的焊接凝固裂纹敏感性，则通过充分利用作为低成本元素的P，能够非常有利于开发亦具有优异的经济性的、高功能的材料。此外，从能够被用作焊接接头结构体的观点出发，作为焊接部的使用性能，有时必须确保焊接金属的延展性。这是因为，在焊接金属是非常硬的组织而延展性较差的情况下，即使在并未产生凝固裂纹的情况下，在被实施了弯曲加工后仍会在中途断裂，因此难以用作焊接结构体。本发明是鉴于上述现状而做成的，其目的之一在于改善P含量较高的、凝固成完全奥氏体的奥氏体系合金(换言之是具有完全奥氏体组织的合金)的焊接性、尤其是降低在上述合金中构成最大问题的焊接凝固裂纹敏感性。详细而言，本发明的一个目的在于提供用于焊接奥氏体系合金的焊接材料、以及使用该焊接材料焊接奥氏体系合金的母材后得到的奥氏体系合金焊接接头结构体，所述焊接材料即使要被焊接的至少一方的母材即奥氏体系合金中的P含量较高且凝固成完全奥氏体、也能实现耐焊接凝固裂纹性优异的焊接。本发明的另一目的在于提供一种不仅能在上述情况下降低焊接凝固裂纹敏感性、还具有优异的延展性的奥氏体系合金焊接接头结构体。用于解决问题的方案如上所述，虽然以往公知P能够提高耐腐蚀性以及以蠕变强度为首的高温强度等等，是有利于提高奥氏体系钢铁材料的特性的元素，但由于P会明显增强焊接凝固裂纹敏感性，因此一直都限制P的含量。并且，在将上述含有高浓度的P的奥氏体系合金作为母材而进行焊接时，即使采用P含量较低的焊接材料进行焊接，也还是不可避免地在焊接金属部产生凝固裂纹，特别是在初层(primary layer)焊接金属部中因母材带来的稀释率较大而使母材中的P流入该金属部，从而达到大于通常的材料中的P水平的上限即0. 03%的P含量时。于是，本申请的发明人针对在以含有同等高浓度的P且凝固成完全奥氏体的合金为母材的所谓“同种焊接”、以及以P含量不同的合金为母材的“异种焊接”时的、用于降低焊接凝固裂纹敏感性的方法、以及用于使焊接金属确保较高的延展性的方法，实施了各种研究。结果，得出下述见解(a) (j)。(a)在焊接P含量较高的奥氏体系合金时，在母材带来的稀释率较大的单层焊或多层焊(multi-layer welding)中的至少初层中，由于P在液相中变浓，因此凝固裂纹敏感性增强。(b)即使在焊接将P含量限制为通常的钢材水平即0.03%以下的奥氏体系合金时，在与另一方母材的P含量较高的奥氏体系合金进行异种焊接的情况下，P也会流入焊接金属中而因此使液相中的P浓度增加，特别是在初层焊接金属中、与对具有通常水平的P含量的材料彼此之间进行焊接时相比，焊接凝固裂纹敏感性增强。(C)若能提高焊接金属中的C含量、并能确保特定量以上的较高的Cr含量，则能够在焊接凝固的过程中有效地充分利用高温下稳定的“M7c3 ”型共晶碳化物，从而能够促进体 系的熵的减少，因此能够加速凝固。(d)在上述(a)和(b)那样的、在使用P含量较高的合金进行同种焊接以及异种焊接时因液相中的P浓度增加而使焊接凝固裂纹敏感性变强了的情况下，同样只要能在热力学方面加速凝固，则能够缩短成为凝固裂纹的起点的残留有少量延展性较低的液相的区域的停留时间，结果能够抑制产生凝固裂纹。(e)因而，为了消除因来自母材的P流入焊接金属而使焊接金属中的P含量增加的这一现象所引发的不良影响，最好使用高C-高Cr含量的焊接材料。(f)如上述(a)所述，在单层焊或多层焊的初层中，母材带来的稀释率较大。因此，在母材中的P含量较高时，P流入焊接金属中而因此使液相中的P变浓，从而与P含量在通常水平即0. 03%以下的情况下的焊接相比，焊接凝固裂纹敏感性变强。因而，至少在初层中使用高C-高Cr含量的焊接材料，且选定焊接条件而将至少初层的焊接金属的组成设定在特定的范围内，从而能够抑制产生焊接凝固裂纹，此外通过将熔透焊道高度设定在特定范围内，能够确保作为焊接接头结构体的强度以及获得完好的焊道形状。(g)另一方面，在使用C含量过多的焊接材料实施单层焊或多层焊而制作焊接接头结构体时，在焊接金属中会过量地结晶延展性较差且粗大的共晶碳化物，因此焊接金属的伸缩性能明显下降，无法确保良好的延展性。(h)因此，特别是在利用多层焊制作焊接接头结构体的情况下，通过至少在焊接初层时使用C含量大于0. 6%的高Cr焊接材料，能够易于抑制产生焊接凝固裂纹。并且，在进行第2道次之后的层叠焊接的情况下，能够较强地抑制流入焊接金属中的P的量，因此在采用C含量大于0. 2%且在0. 6%以下的、与焊接初层时相比C含量较低的高Cr焊接材料时，能够减少共晶碳化物的结晶量，从而能够改善延展性。因而，若能如上所述地进行初层焊接和之后的层叠焊接，则自不必说可以防止在焊接初层时产生焊接凝固裂纹、而且还能防止在层叠焊接时产生焊接凝固裂纹、此外还能获得具有良好的延展性的焊接接头结构体。(i)另一方面，通过在母材带来的稀释率小于50%的焊接施工条件下进行初层焊接，能够抑制流入焊接金属中的P的量。因此，在上述的焊接施工条件中，即使使用的是C含量大于0. 2%且在0. 6%以下的、C含量较低的高Cr焊接材料，仍可提供能够防止产生焊接凝固裂纹、且能确保良好的延展性的焊接接头结构体。
(j)另外，在利用多层焊制作焊接接头结构体的情况下，当在母材带来的稀释率小于50%的焊接施工条件下进行至少初层焊接时，相比上述(g)能够减少焊接初层中的流入焊接金属的P的量。因而，若能使用C含量大于0. 2%且在0. 6%以下的高Cr焊接材料进行包括初层在内的所有层的焊接，则能够减少共晶碳化物的结晶量，从而能够改善延展性。于是，在该情况下能够获得如下焊接接头结构体，即、不仅能够通过控制母材带来的稀释率而防止在焊接初层时产生焊接凝固裂纹、而且还能防止在层叠焊接时产生焊接凝固裂纹、此外还具有良好的延展性。本发明是根据上述见解而完成的，其主旨在于提供下述(I) (3)所述的焊接材料以及下述(4) (12)所述的焊接接头结构体。(I) —种焊接材料，其特征在于，其用于焊接由具有下述化学组成I的奥氏体系合金构成的母材、和由其他奥氏体系合金构成的母材，所述焊接材料以质量％计含有C :大于0. 3%且在 3. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :3. 0% 以下、P :0. 03% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 大于22%且在55%以下、Ni :大于30%且在70%以下、sol. Al :0. 001 1%、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。化学组成I以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N 0. 3%以下,剩余部分由Fe和杂质构成。(2)根据上述(I)所述的焊接材料，其特征在于，由其他奥氏体系合金构成的母材具有下述化学组成I或2。化学组成I以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N 0. 3%以下,剩余部分由Fe和杂质构成。化学组成2以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :0. 03% 以下、S :0. 03% 以下、Cr :12 35%、Ni :6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N :0. 3% 以下，剩余部
分由Fe和杂质构成。(3)根据上述(I)或(2)所述的焊接材料，其特征在于，母材和焊接材料中的任意一方以上的材料还含有以质量％计的从下述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。第I 组=Cu :5% 以下、Mo :10% 以下、W :10% 以下、V :2% 以下、Nb :3% 以下、Ti 3%以下、Ta :8%以下、Zr :1%以下、Hf :1%以下、Co : 15%以下以及B :0. 03%以下第2 组Ca :0. 05% 以下、Mg :0. 05% 以下以及 R EM :0. 3% 以下(4) 一种焊接接头结构体，其特征在于，通过使用上述(I) (3)中任意一项所述的焊接材料焊接上述(I) (3)中任意一项所述的母材而形成该焊接接头结构体。(5)—种焊接接头结构体，其特征在于，利用以质量％计含有C :2.0%以下、Si 4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%、P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr :12 35%、Ni :6 80%、s ol. Al :0. 001 5%、N :0. 3%以下、剩余部分由Fe和杂质构成的奥氏体系合金的母材和具有下述(i )和(ii)的特征的奥氏体系合金的焊接金属构成该焊接接头结构体，( i )自单侧焊接的至少初层的化学组成以质量％计含有C :大于0. 1%且在0. 7%以下、Si :4. 0%以下、Mn :3. 0%以下、P :大于0. 03%且在0. 1%以下、S :0. 03%以下、Cr 18 30%、Ni :大于10%且在70%以下、sol. Al :0. 001 1%、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成，(ii)熔透焊道高度为0 3_。(6)根据上述(5)所述的焊接接头结构体，其特征在于，母材和焊接金属中的至少任意一方还含有以质量％计的从下述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。第I 组=Cu :5% 以下、Mo :10% 以下、W :10% 以下、V :2% 以下、Nb :3% 以下、Ti 3%以下、Ta :8%以下、Zr :1%以下、Hf :1%以下、Co : 15%以下以及B :0. 03%以下 第2 组Ca :0. 05% 以下、Mg :0. 05% 以下以及 REM :0. 3% 以下(7)—种焊接接头结构体，其特征在于，通过焊接由具有下述化学组成I的奥氏体系合金构成的母材和由其他奥氏体系合金构成的母材而形成该焊接接头结构体，在焊接时，初层焊接使用下述焊接材料，该焊接材料以质量％计含有C :大于0. 6%且在2. 0%以下、Si :4. 0% 以下、Mn :3. 0% 以下、P :0. 03% 以下、S :0. 03% 以下、Cr :大于 22%且在 35%以下、Ni :大于30%且在70%以下、sol.Al 0. 001 I %、N :0. 3%以下、剩余部分由Fe和杂质构成，之后的层叠焊接使用下述焊接材料，该焊接材料以质量％计含有C :大于0.2%且在0. 6%以下、Si :4. 0%以下、Mn :3. 0%以下、P :0. 03%以下、S :0. 03%以下、Cr :大于22%且在35%以下、Ni :大于30%且在70%以下、sol. Al :0. 001 1%、N :0. 3%以下、剩余部分由Fe和杂质构成，化学组成I以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N 0. 3%以下,剩余部分由Fe和杂质构成。(8)根据上述(7)所述的焊接接头结构体，其特征在于，由其他奥氏体系合金构成的母材具有下述化学组成I或2，化学组成I以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N 0. 3%以下,剩余部分由Fe和杂质构成，化学组成2以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :0. 03% 以下、S :0. 03% 以下、Cr :12 35%、Ni :6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N :0. 3% 以下，剩余部
分由Fe和杂质构成。(9)根据上述(7)或(8)所述的焊接接头结构体，其特征在于，母材和焊接材料中的任意一方以上的材料还含有以质量％计的从下述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。第I 组=Cu :5% 以下、Mo :10% 以下、W :10% 以下、V :2% 以下、Nb :3% 以下、Ti 3%以下、Ta :8%以下、Zr :1%以下、Hf :1%以下、Co : 15%以下以及B :0. 03%以下
第2 组Ca :0. 05% 以下、Mg :0. 05% 以下以及 R EM :0. 3% 以下(10)—种焊接接头结构体，其特征在于，通过焊接由具有下述化学组成I的奥氏体系合金构成的母材和由其他奥氏体系合金构成的母材而形成该焊接接头结构体，在使用下述的焊接材料进行焊接时，至少初层是在母材带来的稀释率小于50%的条件下焊接的，所述焊接材料以质量％计含有C :大于0. 2%且在0. 6%以下、Si :4. 0%以下、Mn :3. 0%以下、P :0. 03%以下、S :0. 03%以下、Cr :大于22%且在35%以下、Ni :大于30%且在70%以下、sol. Al 0. 001 ~ I % > N 0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成，化学组成I以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N 0. 3%以下,剩余部分由Fe和杂质构成。(11)根据上述(10)所述的焊接接头结构体，其特征在于，由其他奥氏体系合金构成的母材具有下述化学组成I或2，化学纟目成I以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N 0. 3%以下,剩余部分由Fe和杂质构成，化学组成2以质量％计含有C :2. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :0. 03% 以下、S :0. 03% 以下、Cr :12 35%、Ni :6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N :0. 3% 以下，剩余部
分由Fe和杂质构成。(12)根据上述(10)或(11)所述的焊接接头结构体，其特征在于，母材和焊接材料中的至少任意一方还含有以质量％计的从下述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。第I 组=Cu :5% 以下、Mo :10% 以下、W :10% 以下、V :2% 以下、Nb :3% 以下、Ti 3%以下、Ta :8%以下、Zr :1%以下、Hf :1%以下、Co : 15%以下以及B :0. 03%以下第2 组Ca :0. 05% 以下、Mg :0. 05% 以下以及 R EM :0. 3% 以下另外，作为剩余部分的“Fe和杂质”中的“杂质”是指在工业上生产金属材料时从作为原料的矿石、废料等混入的物质。另外，“REM”是Sc、Y和镧系元素共17种元素的总称，REM的含量是指REM中I种或2种以上的元素的总含量。“母材带来的稀释率”是指组合母材和焊接材料后获得的初层焊接金属中母材所占的比例。以下，分别将上述(I) (3)所示的焊接材料的发明和(4) (12)所示的焊接接头结构体的发明称作“本发明(I) 本发明(12)”。另外，有时总称为“本发明”。发明的效果采用本发明的焊接材料，即使至少一方的母材含有大于0. 03%且在0. 3%以下的高含量的P、且凝固成完全奥氏体，也能抑制产生焊接凝固裂纹，因此能够广泛地应用在要求进行焊接施工的用途中。此外，采用本发明的焊接接头结构体，即使至少一方的母材含有上述高含量的P、且凝固成完全奥氏体，也仍具有优异的耐焊接凝固裂纹性、或者具有优异、的耐焊接凝固裂纹性和延展性。而且，本发明的焊接接头结构体还具有优异的高温强度和耐腐蚀性。另外，本发明的焊接材料最适合用于制作上述奥氏体系合金的焊接接头结构体。
图I是用于说明(实施例2)所用的拘束焊接裂纹试验用管材的图。
具体实施例方式下面，详细说明本发明的各构成要素。另外，下述说明中的各元素含量的“ ”是
指“质量％”。
(A)母材、焊接材料和焊接接头结构体中的焊接金属的化学组成:(A-I)关于焊接材料中的C :(A-1-1)关于本发明(I)和本发明(2)所用的焊接材料中的C C :大于0. 3%目在3. 0%以下C是上述焊接材料中最重要的元素之一。即、C是为了促使以Cr为主体的“M7C3”型碳化物结晶的、必需的不可或缺的元素，该“m7c3 ”型碳化物对用于消除高P化对奥氏体系合金的焊接凝固裂纹敏感性的不良影响而言是必需的。在焊接含12%以上的Cr的奥氏体系合金时，在至少一方的母材含有大于0.03%的高含量的P的情况下、即在进行含有高浓度的P的母材彼此之间的同种焊接的情况下、或者在使用只有一方含有高浓度的P的母材进行异种焊接的情况下，为了能够针对50%左右的母材带来的稀释率稳定地防止因P变浓以及P流入而使凝固裂纹敏感性增大，将C含量设为大于0. 3%。另外，C含量并非越多越好，在含有大于3. 0%的量的C的情况下，根据焊接施工条件的不同，有时过量的C会流入焊接金属中而由此导致焊接接头的延展性变得非常差。因而，将C的含量设为大于0.3%且在3.0%以下。另外，优选上述焊接材料中的C含量大于0.5%，更优选在0. 8 %以上。(A-1-2)关于本发明(7)所用的初层焊接用焊接材料中的C C :大于0. 6%目.在2. 0%以下C是上述焊接材料中最重要的元素之一。即、C是为了促使以Cr为主体的“M7C3”型碳化物结晶的、必需的不可或缺的元素，该“m7c3 ”型碳化物对用于消除高P化对奥氏体系合金的焊接凝固裂纹敏感性的不良影响而言是必需的。在焊接含12%以上的Cr的奥氏体系合金时，在至少一方的母材含有大于0.03%的高含量的P的情况下、即在进行含有高浓度的P的母材彼此之间的同种焊接的初层焊接的情况下、或者在使用只有一方含有高浓度的P的母材进行异种焊接的初层焊接的情况下，为了能够针对特别是达到50%以上的母材带来的稀释率稳定地防止因P变浓以及P流入而使凝固裂纹敏感性增大，将初层焊接用焊接材料中的C含量设为大于0. 6%。另外，初层焊接用焊接材料中的C含量并非越多越好，在含有大于2. 0%的量的C的情况下，在焊接金属中会结晶析出过量且粗大的共晶碳化物而由此导致初层焊接金属的延展性变得非常差。因而，将初层焊接用焊接材料中的C的含量设为大于0.6%且在2.0%以下。另外，优选上述初层焊接用焊接材料中的C含量的下限为0. 8%，更优选为I. 0%。(A-1-3)关于本发明(7)所用的层叠焊接用焊接材料中的C
C :大于0.2%目在0.6%以下即使在母材带来的稀释率达到50%以上的情况下，在第2道次之后的层叠焊接中自初层焊接部和母材流入的P的量也低于在初层焊接时所流入的P的量。因此，可以将层叠(build-up)焊接用焊接材料中的C含量设为较低的0.6%以下。另外，在只用含有大于0. 6%的量的C的焊接材料进行层叠焊接的情况下，所获得的焊接金属的延展性有时较差。因而，为了使焊接接头结构体具有充分的延展性，将层叠焊接用焊接材料中的C含量设为0.6%以下。另一方面，特别是在母材带来的稀释率为50%以上的情况下，P的浓化程度以及P的流入量变大。因而，为了抑制层叠焊接时的焊接凝固裂纹敏感性增大，将上述层叠焊接用焊接材料中的C含量设为大于0. 2 <%。另外，优选上述层叠焊接用焊接材料中的C含量的下限为0. 25%，更优选为0. 3%。(A-1-4)关于本发明(10)所用的焊接材料中的C
C :大于0. 2%目在0. 6%以下在至少初层的母材带来的稀释率小于50%的情况下，浓化以及流入的P的量较少。因此，优选将该情况下的焊接材料中的C含量设为较低的0. 6%以下，由此能够防止所获得的焊接金属的延展性降低，从而能够使焊接接头结构体具有充分的延展性。另一方面，在至少初层的母材带来的稀释率小于50%的情况下，当使焊接材料中的C含量大于0. 2%时，能够稳定地防止因P变浓以及P流入而使凝固裂纹敏感性增大。因而，将上述焊接材料中的C含量设为大于0.2%且在0.6%以下。另外，在上述的至少初层的母材带来的稀释率小于50%的情况下，尤其在进行母材带来的稀释率达到40%以上的焊接施工时，优选将焊接材料中的C含量的下限设为0. 4%，并且尤其在进行母材带来的稀释率达到30%以上的焊接施工的情况下，优选将焊接材料中的C含量的下限设为0. 3%。(A-2)关于焊接材料中的Cr (A-2-1)关于本发明(I)和本发明(2)所用的焊接材料中的Cr Cr :大于22%目.在55%以下Cr是通过在金属材料的表面上形成较薄的氧化膜而确保不锈钢和Ni基合金具有耐氧化性、耐水蒸气氧化性、耐高温腐蚀性等所必需的元素，而且与C同样地，Cr在上述焊接材料中也是用于促使“M7C3”型碳化物结晶的必需的不可或缺的元素。在焊接含12%以上的Cr的奥氏体系合金时，在至少一方的母材含有大于0.03%的高含量的P的情况下、即在进行含有高浓度的P的母材彼此之间的同种焊接的情况下、或者在使用只有一方含有高浓度的P的母材进行异种焊接的情况下，为了能够针对50%左右的母材带来的稀释率稳定地防止因P变浓以及P流入而使凝固裂纹敏感性增大，必须使焊接材料含有大于22%的Cr。但是，在Cr的含量大于55%时，想要利用Cr与Ni的含量的平衡而确保为了确保长时间的蠕变强度而必须的完全奥氏体组织的稳定性是极其困难的，且由于析出大量的粗大碳化物，因此例如时效韧性(Age Toughness)等机械性性质有时会明显下降。因而，将Cr的含量设为大于22%且在55%以下。另外，更优选上述焊接材料中的Cr的含量小于40%。(A-2-2)关于本发明(7)所用的初层焊接用焊接材料以及层叠焊接用焊接材料中的Cr、和本发明(10)所用的焊接材料中的Cr Cr :大于22%目.在35%以下
如上所述，Cr是通过在金属材料的表面上形成较薄的氧化膜而确保不锈钢和Ni基合金具有耐氧化性、耐水蒸气氧化性、耐高温腐蚀性等的必需元素，而且与C同样地，Cr在上述焊接材料中也是用于促使“M7C3”型碳化物结晶的必需的不可或缺的元素。在焊接含12%以上的Cr的奥氏体系合金时，在至少一方的母材含有大于0.03%的高含量的P的情况下、即在进行含有高浓度的P的母材彼此之间的同种焊接的情况下、或者在使用只有一方含有高浓度的P的母材进行异种焊接的情况下，为了也能针对达到50%以上的母材带来的稀释率稳定地防止因P变浓以及P流入而使凝固裂纹敏感性增大，必须使焊接材料含有大于22%的Cr。同样，在至少初层的母材带来的稀释率小于50%的情况下，为了也能稳定地防止因P变浓以及P流入而使凝固裂纹敏感性增大，必须使焊接材料含有大于22%的Cr。但是，在母材带来的稀释率为50%以上的情况下、以及至少初层的母材带来的稀释率小于50%的情况下，当Cr的含量大于35%时，有时在上述2种情况下均会结晶出过量的粗大共晶碳化物，从而使焊接金属的延展性下降。因而，将上述焊接材料中的Cr的含量设为大于22%且在35%以下。另外，更优选上述焊接材料中的Cr的含量为33%以下。(A-3)关于焊接材料中的除C和Cr之外的元素:(A-3-1)关于本发明(I)、本发明(7)和本发明(10)所用的焊接材料中的除C和Cr之外的元素Si :4. 0% 以下Si是在焊接时与从外界空气进入的0 (氧)进行反应而具有脱氧作用，且能够有效地提高所获得的焊接金属的耐氧化性和耐水蒸气氧化性等的元素。为了获得上述效果，优选含有0. 1%以上的Si。但是，在Si的含量过多、特别是在大于4. 0%时，会使焊接凝固 裂纹敏感性明显增强。因而，将Si的含量设为4. 0%以下。另外，更优选将Si的含量设为3.0%以下，进一步优选设为2.0%以下。Mn :30% 以下Mn除了能够抑制由作为杂质而包含在金属材料中的S广生的热加工脆性,还能在熔炼时有效脱氧。为了获得上述效果，优选含有0.01%以上的Mn。但是，在Mn的含量大于3.0%时，助长O相等金属间化合物相析出，从而使高温环境下的组织稳定性变差，由此导致韧性和延展性下降。因而，将Mn的含量设在3. 0%以下。另外，优选Mn的含量为0. 10
2.0%，更优选为0. 30 I. 5%。P :0. 03% 以下以往，公知P是能使焊接凝固裂纹敏感性明显增强的元素，特别是在凝固成完全奥氏体的情况下，该影响更加明显。在本发明中，通过增加至少一方的母材即奥氏体系合金中的P的含量而提高高温强度和耐腐蚀性，但是为了降低焊接凝固裂纹敏感性以及抑制焊接金属中的P含量，将焊接材料中的P含量设为0. 03%以下。另外，优选P含量为0. 02%以下，更优选为0.01%以下。S :0. 03% 以下S是在熔炼金属材料时从原料等混入进来的杂质元素，在S的含量变多时，导致耐腐蚀性下降，并且还使热加工性和焊接性变差，特别是在S的含量大于0. 03%时，耐腐蚀性明显下降、热加工性和焊接性明显变差。因而，将S的含量设为0.03%以下。另外，S的含量最好尽量少，因此更优选S的含量为0. 01%以下，进一步优选为0. 005%以下。Ni :大于30%目在70%以下Ni是用于确保稳定的奥氏体组织的必须元素。在本发明的焊接材料中，如上所述必须含有大于22%的Cr。针对上述Cr的量，在Ni的含量为30%以下的情况下，难以在所获得的焊接金属中确保稳定的奥氏体单相组织，并且在高温条件下长时间使用时奥氏体组织变得不稳定，从而引发O相等脆化相析出，由此使高温强度和韧性明显下降。另一方面，因Ni含量的增加而使P在奥氏体中的固溶量下降，从而加大P对焊接凝固裂纹敏感性的不良影响，特别是在Ni的含量大于70%时，加剧因基体(matrix)中的P的固溶度下降导致的液相中的P的浓化的情况，因此焊接凝固裂纹敏感性变得极高，此外还增加了成分成本。因而，将Ni的含量设为大于30%且在70%以下。另外，更优选Ni的含量为35 65%。sol. Al 0001 1%
Al在焊接时与从外界空气进入的0 (氧)进行反应而具有脱氧作用。为了发挥该效果，以sol. Al (“酸溶Al”)计必须含有0.001%以上的Al。但是，在以sol. Al计的Al的含量大于1%时，在高温条件下析出过量的金属间化合物，因此使韧性明显下降。在上述情况下，有时延展性也会明显下降。因而，将sol. Al的含量设为0.001 1%。N :0. 3% 以下在N的含量大于0. 3%时，导致热加工性下降。因此，将N的含量设为0. 3%以下。另外，N的含量越少越好，更优选为0. 2%以下，进一步优选为0. 15%以下。根据上述理由，规定本发明(I) (4)的焊接材料的基本化学组成是，含有C :大于0. 3%且在 3. 0% 以下、Si :4. 0% 以下、Mn :3. 0% 以下、P :0. 03% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 大于22%且在55%以下、Ni :大于30%且在70%以下、sol. Al :0. 001 1%、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。另外，规定用于获得本发明(7) (9)的焊接接头结构体的初层焊接用焊接材料的基本化学组成是，含有C :大于0. 6%且在2. 0%以下、Si :4. 0%以下、Mn :3. 0%以下、P 0. 03%以下、S :0. 03%以下、Cr :大于22%且在35%以下、Ni :大于30%且在70%以下、sol. Al 0. 001 1%、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。此外，规定用于获得本发明(7) (9)的焊接接头结构体的层叠焊接用焊接材料的基本化学组成、以及用于获得本发明(10) (12)的焊接接头结构体的焊接材料的基本化学组成均是，含有C :大于0. 2%且在0. 6%以下、Si :4. 0%以下、Mn :3. 0%以下、P :0. 03%以下、S :0. 03%以下、Cr :大于22%且在35%以下、Ni :大于30%且在70%以下、sol. Al 0. 001 1%、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。并且，规定用于获得本发明(10) (12)的焊接接头结构体的焊接材料的基本化学组成是，含有C :大于0.2%且在0.6%以下、Si :4. 0%以下、Mn :3. 0%以下、P :0. 03%以下、S :0. 03%以下、Cr :大于22%且在35%以下、Ni :大于30%且在70%以下、sol. Al :0. 001 1%>N 0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。另外，作为初层焊接时所用的焊接材料，可以使用实芯焊丝(solid wire)或成卷的焊丝,还可以使用嵌条(insert ring)。(A-4)关于本发明(I)、本发明(2)、本发明(5)、本发明(7)、本发明(8)、本发明
(10)和本发明(11)中的母材
C 2. 0% 以下C是能够改善高温强度的元素，为了获得该效果，最好含有0. 01%以上的C。另一方面，在C的含量过多、特别是在大于2. 0%时，结晶或析出过量的Cr碳化物，因此使材料的延展性明显变差。此外，高温条件下失去延展性的温度(所谓的“零塑性温度(zeroductility temperature)”)明显变低、或延展性在1000°C左右时明显下降，因此导致热加工性明显变差。因而，将C的含量设为2.0%以下。Si :4. 0% 以下Si在熔炼金属材料时具有脱氧作用，且是能够有效地提高耐氧化性和耐水蒸气氧化性等的元素。为了获得上述效果，最好含有0.1%以上的Si。但是，在Si的含量过多、特别是在大于4.0%时，会使焊接凝固裂纹敏感性明显增强。因而，将Si的含量设为4.0%以下。另外，更优选将Si的含量设为3.0%以下，进一步优选设为2.0%以下。 Mn :0. 01 3. 0%Mn除了能够抑制由作为杂质而包含在金属材料中的S产生的热加工脆性，还能在熔炼时有效脱氧。为了获得上述效果，最好含有0.01%以上的Mn。但是，在Mn的含量大于3.0%时，助长O相等金属间化合物相析出，从而使高温环境下的组织稳定性变差，由此导致韧性和延展性下降。因而，将Mn的含量设为0. 01 3. 0%。另外，更优选Mn的含量为0. 10 2. 0%，进一步优选为0. 30 I. 5%。P :大于0. 03%目在0. 3%以下(在h.沭化学鉬成I和本发明(5)的母材的情况下)以往公知P是能使焊接凝固裂纹敏感性明显增强的元素，特别是在凝固成完全奥氏体的情况下，该影响更加明显，因此一直限制P的含量。但是，在P含量大于0. 03%时，具有能够提高高温强度、耐腐蚀性等材料特性的效果。另一方面，在P的含量过多、特别是在大于0.3%时，导致母材的使用性能本身变差。因而，将本发明(I)、本发明(2)、本发明(7)、本发明(8)、本发明(10)和本发明(11)的母材所具有的上述化学组成I中的P的含量、以及本发明(5)的母材中的P的含量设为大于0. 03%且在0. 3%以下。另外，更优选该化学组成I中的P的含量以及本发明(5)的母材中的P的含量为大于0. 05%且在0.3%以下，进一步优选为大于0. 08%且在0. 2%以下。P :0. 03%以下(在上沭化学组成2的情况下)
在本发明(2)、本发明(8)和本发明(11)中具有化学组成2的母材是用于与上述化学组成I所示的P含量大于0. 03%且在0. 3%以下的母材进行“异种焊接”的材料。另夕卜，如上所述，以往公知P是能使焊接凝固裂纹敏感性增强的元素，特别是在凝固成完全奥氏体的情况下，该影响更加明显。因而，为了降低焊接凝固裂纹敏感性，将本发明(2)、本发明(8)和本发明(11)的母材所具有的上述化学组成2中的P的含量设为0. 03%以下。另夕卜，优选该化学组成2中的P的含量为0. 02%以下。S :0. 03% 以下S是在熔炼金属材料时从原料等混入进来的杂质元素，在S的含量变多时，导致耐腐蚀性下降，并且还使热加工性和焊接性变差，特别是在S的含量大于0. 03%时，耐腐蚀性明显下降、热加工性和焊接性明显变差。因而，将S的含量设为0.03%以下。另外，S的含量最好尽量少，因此更优选S的含量为0. 01%以下，进一步优选为0. 005%以下。
Cr 12 35%Cr是通过在金属材料的表面上形成较薄的氧化膜而确保不锈钢和Ni基合金具有耐氧化性、耐水蒸气氧化性、耐高温腐蚀性等的必需元素。为了获得上述效果。必须含有12%以上的Cr。
另外，在本发明中，为了排除P对焊接凝固裂纹敏感性的不良影响，必须使以Cr为主体的“M7C3”型共晶碳化物结晶，而且Cr的含量越多，耐腐蚀性越好。因此，最好含有更多的Cr。但是，在Cr的含量大于35%时，想要利用Cr与Ni的含量的平衡而确保为了确保长时间的蠕变强度而必须的凝固成完全奥氏体组织的稳定性是极其困难的，且由于析出大量的粗大碳化物，因此例如时效韧性等机械性性质有时会明显下降。因而，将Cr的含量设为
12 35%。Ni 6 80%Ni是用于确保稳定的奥氏体组织的必需元素，根据奥氏体系合金中所含有的Cr、Mo、W、Nb等铁素体生成元素以及Mn、C、N等奥氏体生成元素的含量决定Ni的必要最少含量。如上所述,本发明的母材必须含有12%以上的Cr。针对该Cr的量,在Ni的含量为小于6%的情况下，难以确保稳定的奥氏体单相组织，此外在高温条件下长时间使用时奥氏体组织变得不稳定，从而引发O相等脆化相析出，由此使高温强度和韧性明显下降。另一方面，因Ni含量的增加而使P在奥氏体中的固溶量下降，从而加大P对焊接凝固裂纹敏感性的不良影响，特别是在Ni的含量大于80%时，加剧因基体中的P的固溶度下降导致的液相中的P的浓化的情况，因此焊接凝固裂纹敏感性变得极高，此外还增加了成分成本。因而，将Ni的含量设为6 80%。另外，更优选Ni的含量为8 55%。sol. Al 0. 001 5%Al在熔炼金属材料时具有脱氧作用。为了发挥该效果，以sol. Al (“酸溶Al”)计必须含有0. 001 以上的Al。另外，含有闻浓度的Al还能形成在闻温条件下稳定的Y ’相，从而有助于提高蠕变强度，并且还能有助于在高温条件下形成氧化膜从而提高耐腐蚀性。但是，在以sol. Al计的Al的含量大于5%时，在高温条件下析出过量的金属间化合物，因此使韧性明显下降。在上述情况下，有时延展性也会明显下降。因而，将sol. Al的含量设为0.001 5%。另外，更优选将sol. Al的含量设为0.005 3%，进一步优选为0.01 1%。N :0. 3% 以下在N的含量大于0. 3%时，导致热加工性下降。因此，将N的含量设为0. 3%以下。另外，N的含量越少越好，更优选为0. 2%以下，进一步优选为0. 15%以下。根据上述理由，规定本发明(I)、本发明(2)、本发明(7)、本发明(8)、本发明(10)和本发明(11)的母材所具有的上述化学组成I为，含有C :2. 0%以下、Si :4. 0%以下、Mn 0. 01 3. 0%、P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr :12 35%、Ni :6 80%、sol. Al 0. 001 5%、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。同理，规定本发明(5)的母材的化学组成为，含有C :2. 0%以下、Si :4. 0%以下、Mn :0. 01 3. 0%,P :大于 0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 12 35%、Ni 6 80%, sol. Al 0. 001 5%、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。
另外，规定本发明(2)、本发明(8)和本发明(11)的母材所具有的化学组成2为，含有 C :2.0% 以下、Si :4.0% 以下、Mn :0.01 3.0%、P :0. 03% 以下、S :0. 03% 以下、Cr 12 35%,Ni 6 80%,sol. Al :0. 001 5%,N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。(A-5)关于本发明(5)的焊接接头结构体中的焊接金属在本发明(5)的焊接接头结构体中的焊接金属中，自单侧焊接的至少初层的化学组成必须为，含有C:大于0. 1%且在0.7%以下、Si :4.0%以下、Mn :3.0%以下、P :大于0. 03% 且在 0. 1% 以下、S:0. 03% 以下、Cr :18 30%、Ni :大于 10%且在 70% 以下、sol.Al 0. 001 1%、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。下面对其进行说明。C:大于0. 1%目在0.7%以下C是本发明中最重要的元素之一。即、C是为了促使以Cr为主体的“M7C3”型碳化物结晶的、必需的不可或缺的元素，该“M7C3”型碳化物对用于消除高P化对奥氏体系合金的焊接凝固裂纹敏感性的不良影响而言是必需的。在焊接含12%以上的Cr的奥氏体系合金时，为了即使自含有大于0. 03%的高含量的P的母材混入进来P、也能稳定地防止产生凝固裂纹，在自焊接金属的单侧焊接的至少初层(以下简称“单侧焊接时的焊接金属的初层”。)中必须含有大于0. 1%的量的C。另外，C含量并非越多越好，在含有大于0. 7%的量的C的情况下，有时使焊接金属的延展性变得非常差。因而，将单侧焊接时的焊接金属的初层中的C的含量设为大于0. 1%且在0.7%以下。另外，优选上述C含量大于0.2%，更优选大于0.3%。Si :4. 0% 以下Si在焊接金属材料时具有脱氧作用，且是能够有效地提高耐氧化性和耐水蒸气氧化性等的元素。为了获得上述效果，最好使单侧焊接时的焊接金属的初层中含有0. 1%以上的Si。但是，在Si的含量过多、特别是在大于4.0%时，会使焊接凝固裂纹敏感性明显增强。因而，将Si的含量设为4.0%以下。另外，更优选将上述Si的含量设为3.0%以下，进一步优选设为2.0%以下。Mn :3. 0% 以下Mn除了能够抑制由作为杂质而包含在金属材料中的S产生的热加工脆性，还能在熔炼时有效脱氧。为了获得上述效果，最好使单侧焊接时的焊接金属的初层中含有0.01%以上的Mn。但是，在Mn的含量大于3.0%时，助长o相等金属间化合物相析出，从而使高温环境下的组织稳定性变差，由此导致韧性和延展性下降。因而，将Mn的含量设为3. 0%以下。另外，优选Mn的含量为0. 10 2.0%，更优选为0.30 1.5%。P :大于0. 03%目.在0. 1%以下以往公知P是能使焊接凝固裂纹敏感性明显增强的元素，特别是在凝固成完全奥氏体的情况下，该影响更加明显。在本发明(5)中，使用的是通过增加P含量而提高了高温强度和耐腐蚀性的母材，因此从在单侧焊接时的焊接金属的初层中也能确保高温强度和耐腐蚀性的观点出发，将P的含量设为大于0.03%。但是，在P的含量过多、特别是在大于0. I %时，导致焊接凝固裂纹敏感性增强。因而，将P的含量设为大于0. 03%且在0. 1%以下。另外，从确保高温强度的方面出发，优选将P的含量设为大于0.04%，更优选为大于0. 05%。S :0. 03% 以下、
在S的含量变多时，导致耐腐蚀性下降，并且还使焊接性变差，特别是在S的含量大于0.03%时，耐腐蚀性明显下降、焊接性明显变差。因而，将单侧焊接时的焊接金属的初层中的S的含量设为0.03%以下。另外，S的含量最好尽量少，因此更优选S的含量为0. 01%以下，进一步优选为0. 005%以下。Cr 18 30%Cr是通过在金属材料的表面上形成较薄的氧化膜而确保不锈钢和Ni基合金具有耐氧化性、耐水蒸气氧化性、耐高温腐蚀性等的必需元素，而且在本发明中与C相同也是为了促使“M7c3”型碳化物结晶的、必需的不可或缺的元素。为了即使自含有大于0.03%的高含量的P的母材混入进来P、也能稳定地防止产生凝固裂纹，在自单侧焊接时的焊接金属的初层中必须含有大于18%的量的Cr。但是，在Cr的含量大于30%时，很难确保焊接接头的延展性。因而，将Cr的含量设为18 30%。Ni :大于10%目在70%以下 Ni是用于确保稳定的奥氏体组织的必需元素。在本发明的(5)中，如上所述单侧焊接时的焊接金属的初层中必须含有18%以上的Cr。针对上述Cr的量，在Ni的含量为10%以下的情况下，难以在所获得的单侧焊接时的焊接金属中确保稳定的奥氏体单相组织，此外在高温条件下长时间使用时奥氏体组织变得不稳定，从而引发O相等脆化相析出，由此使高温强度和韧性明显下降。另一方面，因Ni含量的增加而使P在奥氏体中的固溶量下降，从而加大P对焊接凝固裂纹敏感性的不良影响，特别是在Ni的含量大于70%时，P导致的焊接凝固裂纹敏感性变得极高，此外还增加了成分成本。因而，将Ni的含量设为大于10%且在70%以下。另外，更优选Ni的含量为25 50%。sol. Al 0. 001 1%Al在焊接金属材料时与自外界空气进入的0 (氧)进行反应而具有脱氧作用。为了发挥该效果，以sol. Al (“酸溶Al”)计必须含有0.001%以上的Al。但是，在以sol.Al计的Al的含量大于1%时，在高温条件下析出过量的金属间化合物，因此使韧性明显下降。因而，将sol. Al的含量设为0. 001 I %。N :0. 3% 以下在N的含量大于0. 3%时，Cr2N等氮化物析出，从而导致焊接金属的弯曲性、韧性等机械性性质变差。因此，将N的含量设为0.3%以下。另外，N的含量越少越好，更优选为0.2%以下，进一步优选为0. 15%以下。根据上述理由，规定本发明(5)的焊接接头结构体中的焊接金属的、自单侧焊接的至少初层的化学组成为，含有C :大于0. 1%且在0.7%以下、Si :4. 0%以下、Mn :3. 0%以下、P :大于0. 03%且在0. I %以下、S :0. 03%以下、Cr :18 30%、Ni :大于10%且在70%以下、sol. Al 0. 001 1%> N 0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成。(A-6)关于本发明(3)的母材和焊接材料、本发明(6)的母材和焊接金属、本发明
(9)的母材和焊接材料、以及本发明(12)的母材和焊接材料本发明(I)以及本发明(2)中的母材和焊接材料中的任意一方以上的材料、本发明(5)中的母材和焊接金属中的至少任意一方、本发明(7)以及本发明(8)中的母材和焊接材料中的任意一方以上的材料、和本发明(10)以及本发明(11)中的母材和焊接材料中的至少任意一方分别能够依据需要而进一步含有从下述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。第I 组=Cu :5% 以下、Mo :10% 以下、W :10% 以下、V :2% 以下、Nb :3% 以下、Ti 3%以下、Ta :8%以下、Zr :1%以下、Hf :1%以下、Co : 15%以下以及B :0. 03%以下第2 组Ca :0. 05% 以下、Mg :0. 05% 以下以及 REM :0. 3% 以下即、可以含有上述第I组和第2组的组合中的元素的I种以上作为任意元素。下面说明上述任意元素。第I组中的元素即Cu、Mo、W、V、Nb、Ti、Ta、Zr、Hf、Co以及B具有能够提高蠕变强度的作用，因此可以含有上述元素以获得该效果。下面，详细说明第I组的元素。Cu :5% 以下
Cu在高温条件下的使用中，作为微细的Cu相而在奥氏体母相中共格析出，从而具有能够大幅提高螺变强度的作用。Cu还具有能够抑制C 0的分离(dissociate)从而抑制C进入到钢中由此大幅提高耐腐蚀性的作用。为了可靠地获得上述效果，Cu的含量最好在0. 01%以上。但是，在Cu的含量变多、特别是在大于5%时，导致热加工性、焊接性和蠕变延展性下降。因而，将需要含有Cu的情况下的C u含量设为5%以下。另外，优选将需要含有Cu的情况下的Cu含量设为0. 01 5%。更优选将需要含有Cu的情况下的Cu含量的上限设为4. 0 %，进一步优选设为3.0%。Mo :10% 以下Mo是能够有效提高以蠕变强度为首的高温强度的元素。为了可靠地获得上述效果，优选将Mo的含量设为0.05%以上。但是，即使含有大于10%的Mo，上述效果也已经饱和，只会使成本增加而已，且还诱发生成O相等的金属间化合物，从而导致组织稳定性和热加工性变差。因而，将需要含有Mo的情况下的Mo含量设为10%以下。另外，优选将需要含有Mo的情况下的Mo含量设为0. 05 10%，更优选设为0. 05 5%。ff :10% 以下W是能够有效提高以蠕变强度为首的高温强度的元素。为了可靠地获得上述效果，优选将W的含量设为0.05%以上。但是，即使含有大于10%的W，上述效果也已经饱和，之后使成本增加而已，且还诱发生成O相等的金属间化合物，从而导致组织稳定性和热加工性变差。因而，将需要含有W的情况下的W含量设为10%以下。另外，优选将需要含有W的情况下的W含量设为0. 05 10 %，更优选设为0. 05 5 %。V :2% 以下V是碳化物形成元素，且能够有效地提高以蠕变强度为首的高温强度。为了可靠地获得上述效果，最好将V的含量设为0. 02%以上。但是，在V的含量大于2%时，导致以韧性为首的机械性性质明显变差。因而，将需要含有V的情况下的V含量设为2%以下。另夕卜，优选将需要含有V的情况下的V含量设为0. 02 2%，更优选设为0. 02 I. 5%。需要含有V的情况下的V的更优选的含量为0. 04 I %。Nb :3% 以下Nb是碳化物形成元素，且能够有效地提高以蠕变强度为首的高温强度。为了可靠地获得上述效果，最好将Nb的含量设为0. 05%以上。但是，在Nb的含量大于3%时，导致以韧性为首的机械性性质明显变差。因而，将需要含有Nb的情况下的Nb含量设为3%以下。另外，优选将需要含有Nb的情况下的Nb含量设为0. 05 3%，更优选设为0. 05 I. 5%。
Ti :3% 以下Ti是碳化物形成元素，且能够有效地提高以蠕变强度为首的高温强度。为了可靠地获得上述效果，最好将Ti的含量设为0.005%以上。但是，在Ti的含量大于3%时，导致以韧性为首的机械性性质明显变差。因而，将需要含有Ti的情况下的Ti含量设为3%以下。另外，优选将需要含有Ti的情况下的Ti含量设为0. 005 3%，更优选设为0. 005 2%。Ta :8% 以下Ta也是碳化物形成元素，且能够有效地提高以蠕变强度为首的高温强度。为了可靠地获得上述效果，最好将Ta的含量设为0. 01%以上。但是，在Ta的含量大于8%时，导致以韧性为首的机械性性质明显变差。因而，将需要含有Ta的情况下的Ta含量设为8% 以下。另外，优选将需要含有Ta的情况下的Ta含量设为0. 01 8%，更优选设为0. 01 7%。需要含有Ta的情况下的Ta的更优选的含量为0. 05 6%。Zr :1% 以下Zr主要具有帮助强化晶界、提高蠕变强度的作用。为了可靠地获得该效果，最好将Zr的含量设为0. 0005%以上。但是，在Zr的含量大于1%时，导致机械性性质和焊接性变差。因而，将需要含有Zr的情况下的Zr含量设为I %以下。另外，优选将需要含有Zr的情况下的Zr含量设为0. 0005 I %，更优选设为0. 01 0. 8%。需要含有Zr的情况下的Zr的更优选的含量为0. 02 0. 5%。Hf :1% 以下Hf也主要具有帮助强化晶界、提高蠕变强度的作用。为了可靠地获得该效果，最好将Hf的含量设为0. 0005%以上。但是，在Hf的含量大于1%时，导致机械性性质和焊接性变差。因而，将需要含有Hf的情况下的Hf含量设为I %以下。另外，优选将需要含有Hf的情况下的Hf含量设为0. 0005 I %，更优选设为0. 01 0. 8%。需要含有Hf的情况下的Hf的更优选的含量为0. 02 0. 5%。Co :15% 以下Co与Ni相同也能够使奥氏体组织稳定、帮助提高蠕变强度。为了可靠地获得该效果，最好将Co的含量设为0.05%以上。但是，Co含量即使大于15%，上述效果也已经饱和，只会一味地增加成本。因而，将需要含有Co的情况下的Co含量设为15%以下。另外，优选将需要含有Co的情况下的Co含量设为0. 05 10%。B :0. 03% 以下B存在于碳氮化合物中，在高温条件下的使用中，促使碳氮化合物的微细分散析出，并且以B单质的形式存在于晶界处而强化晶界、抑制发生晶界滑移，从而能够改善蠕变强度。为了可靠地获得上述效果，最好将B的含量设为0.0005%以上。但是，在B的含量大于0. 03%时，导致焊接性下降。因而，将需要含有B的情况下的B含量设为0. 03%以下。另外，优选将需要含有B的情况下的B含量设为0. 0005 0. 03 %，更优选设为0. 001 0. 1%。需要含有B的情况下的B的更优选的含量为0. 001 0. 005%。另外，可以只含有上述&1、] 0、胃、￥、恥、11、了&、21'、1^、(0以及B中的任意I种、或复合含有2种以上。接下来，第2组元素即Ca、Mg以及REM具有能够提高热加工性的作用，因此也可以含有上述元素以获得该效果。下面详细说明第2组的元素。Ca :0. 05% 以下Ca具有能够提高热加工性的作用。为了可靠地获得该效果，优选将Ca的含量设为
0.0001 %以上。但是，在Ca的含量大于0. 05%时，形成氧化物系夹杂物，反而使热加工性下降，延展性也变差。因而，将需要含有Ca的情况下的Ca含量设为0.05%以下。另外，优选将需要含有Ca的情况下的Ca含量设为0. 0001 0. 05%，更优选设为0. 001 0. 02%。需要含有Ca的情况下的Ca的更优选的含量为0. 001 0. 01 %。Mg :0. 05% 以下Mg也具有能够提高热加工性的作用。为了可靠地获得该效果，优选将Mg的含量设 为0. 0005%以上。但是，在Mg的含量大于0. 05%时，形成氧化物系夹杂物，反而使热加工性下降，延展性也变差。因而，将需要含有Mg的情况下的Mg含量设为0.05%以下。另外，优选将需要含有Mg的情况下的Mg含量设为0. 0005 0. 05 %，更优选设为0. 001 0. 02 %。需要含有Mg的情况下的Mg的更优选的含量为0. 001 0. 01 %。REM :0. 3% 以下REM与包含在金属材料中的杂质元素的亲和力较强、特别是与S的亲和力较强，因此具有能够抑制因含有S而使热加工性下降的效果。在REM的含量为0. 005%以上的情况下，上述效果较明显。但是，在REM的含量大于0. 3%时，形成粗大的氧化物和硫化物，反而导致热加工性下降，此外还会增加表面缺陷、以及导致韧性变差。因而，将需要含有REM的情况下的REM含量设为0. 3%以下。另外，优选将需要含有REM的情况下的REM含量设为
0.005 0. 3%，更优选设为0. 005 0. I %。需要含有REM的情况下的REM的更优选的含量为 0. 005 0. 07%。可以只含有上述Ca、Mg以及REM中的任意I种、或者复合含有2种以上。另外，如上所述“REM”是Sc、Y和镧系元素共17种元素的总称，且REM的含量是指REM中I种或2种以上的元素的总含量。根据上述理由，规定本发明(3)中的母材和焊接材料中的任意I种以上的材料除了本发明(I)以及本发明(2)中的成分之外、分别可以依据需要含有从上述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。另外，规定本发明(9)中的母材和焊接材料中的任意I种以上的材料除了本发明(7)以及本发明(8)中的成分之外、分别可以依据需要含有从上述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。同样，规定本发明(12)中的母材和焊接材料中的任意I种以上的材料除了本发明(10)以及本发明(11)中的成分之外、分别可以依据需要含有从上述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。同理，规定本发明(6)的母材可以在本发明(5)的母材的基础上进一步含有从上述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。另外，还规定本发明(6)的焊接金属可以在本发明(5)的焊接金属的基础上进一步含有从上述第I组和第2组中选出的I种以上的元素。另外，例如可以利用熔炼、锻造、轧制的方式将具有上述组成的合金加工成线材，从而制造本发明(I) (3)的焊接材料、以及在制造本发明(7) (12)的焊接接头结构体时所用的焊接材料。另外，也可以加工成嵌条而制造本发明(I) (3)的焊接材料、以及在焊接本发明(7) (9)的焊接接头结构体时的初层焊接所用的焊接材料，此外还可以在Cr-Ni合金板的鞘材(sheath materials)上包覆高C-Cr-Ni合金粉末或高C-Cr合金粉末等而进行拉丝加工，从而使该鞘材达到规定的化学组成由此制造本发明(I) (3)的焊接材料、以及在焊接本发明(7) (9)的焊接接头结构体时的初层焊接所用的焊接材料。并且，本发明(I) (3)的焊接材料可以用在TIG焊接、MIG焊接等各种焊接方法中。因而，可以使用本发明(I) (3)中任意一项所述的焊接材料以各种焊接方法焊接本发明(I) (3 )中任意一项所述的奥氏体系合金母材，从而制造本发明(4 )的焊接接头结构体。在焊接本发明(4)的焊接接头结构体时，在必须对本发明(I) (3)中任意一项所述的母材进行多层堆焊的情况下，也可以使用本发明(I) (3)中任意一项所述的焊接材料实施多层堆焊。
另外，特别在要求焊接金属具有较高的耐腐蚀性以及蠕变强度的情况下，使用本发明(I) (3)中任意一项所述的焊接材料焊接母材带来的稀释率较大的初层，对于之后的焊接道次，在例如进行母材带来的稀释率变为20%以下那样低的焊接的情况下，可以例如依据所要求的耐腐蚀性以及蠕变强度选择市面上贩卖的焊接材料而进行焊接那样地、依据影响焊接凝固裂纹的母材带来的稀释率而适当选择市面上贩卖的焊接材料从而进行焊接。与本发明(I) (3)的焊接材料同样地，制造本发明(7) (12)的焊接接头结构体时所用的焊接材料也可以用在TIG焊接、MIG焊接等各种焊接方法中。因而，能够使用在制造本发明(7) (9)中所述的焊接接头结构体时所用的初层焊接用焊接材料中的任意一种、以及层叠焊接用焊接材料中的任意一种、以各种焊接方法焊接本发明(7) (9)中任意一项所述的奥氏体系合金母材，从而制造本发明(7) (9)所述的焊接接头结构体。另外，可以使用本发明(10) (12)中任意一项所述的焊接材料、以各种焊接方法焊接本发明(10) (12)中任意一项所述的奥氏体系合金母材，从而制造本发明(10) (12)的焊接接头结构体。另外，特别在要求焊接金属具有较高的耐腐蚀性以及蠕变强度的情况下，并不是非使用本发明(7) (12)中任意一项所述的焊接材料焊接所有层叠焊接层，可以自中途的层叠焊接道次开始、例如在母材带来的稀释率变为20%以下那样低的焊接时，依据所要求的耐腐蚀性以及蠕变强度选择市面上贩卖的焊接材料而进行焊接那样地、依据对焊接凝固裂纹有所影响的母材带来的稀释率而适当选择市面上贩卖的焊接材料从而进行焊接。此外，在焊接板厚较大的合金的情况下，并不是使用本发明(7) (9)中任意一项所述的初层用焊接材料只焊接初层，而是在第2道次之后也要依据必需的延展性而适当地组合使用被规定为初层用的焊接材料、和被规定为层叠焊接用的焊接材料进行焊接。另外，虽然在进行同种焊接的情况下将具有化学组成I的组成的奥氏体系合金作为母材进行焊接，但要被同种焊接的双方母材的组成无需相同，只要都是在化学组成I的范围内的奥氏体系合金即可。另外，在进行异种焊接的情况下，可以使一方的母材为具有化学组成I的组成的奥氏体系合金、使另一方的母材为具有化学组成2的组成的奥氏体系合金而进行焊接。此外，上述母材还可以是依据需要含有从上述第I组和第2组中选出的I种以上的元素的奥氏体系合金。(B)焊接接头结构体中的焊接金属的熔透焊道高度
关于本发明(5)以及本发明(6)的焊接接头结构体，在使用板材为母材的情况下，自该板材的单面侧进行焊接而在被焊接了的面的相反面侧形成熔透焊道(penetrationbead),另外在使用管材为母材的情况下，自管材的外表面进行全周焊接而在管材的内表面侧形成熔透焊道。并且，为了确保作为焊接接头结构体的强度以及获得完好的焊道形状，必须将该情况下的焊接接头结构体中的焊接金属的熔透焊道高度设为0 3mm。在熔透焊道高度小于Omm的情况下，焊道表面比进行了焊接的面的相反侧的面(在管的情况下为管的内表面)低，形成所谓的“凹焊道(concave bead)”，因此作为焊接接头结构体的强度不够充分。另一方面，在熔透焊道高度大于3_时，凸部过大而使向焊道的焊趾(bead toe)集中的应力变大，因此从确保强度的方面考虑并不优选。因而，规定本发明(5)以及本发明(6)的焊接接头结构体的焊接金属的熔透焊道 高度为0 3謹。另外，上述焊接接头结构体的焊接金属的化学组成必须满足上述(A)项所述的规定。因此，作为用于制作上述焊接接头结构体的焊接材料，可以依据所采用的焊接方法和焊接条件选择能获得上述焊接金属的组成的材料。但是，在使用化学组成与母材不同的焊接材料进行了焊接的情况下，根据焊接时的热量输入以及坡口形状等多层形成条件等等焊接条件的不同，发生自母材的稀释而因此使焊接金属的化学组成发生变化。特别是在如本发明(5)以及本发明(6)的焊接接头结构体那样、奥氏体系合金母材的P含量为大于0. 03%的高浓度的情况下，P流入焊接金属中，因此增加液相中的P含量，从而与P含量为通常水平的0. 03%以下的母材彼此之间的焊接相比，焊接凝固裂纹敏感性变强。因此，可以至少在初层使用高C-高Cr含量的焊接材料，然后选定焊接条件以使至少初层的焊接金属的组成达到上述范围地进行焊接，从而抑制产生焊接凝固裂纹。另外，理论上通过将母材带来的稀释率抑制在极低水平，即使在使用了以往的焊接材料的情况下也能获得化学组成在上述范围内的焊接金属。但在该情况下，难以确保上述熔透焊道高度为0 3_的范围内的完好的焊道形状。下面，利用实施例更详细地说明本发明，但本发明并不限定于下述实施例。实施例实施例I为了将具有表I所示的化学组成的奥氏体系合金A E用作母材，使用高频加热真空炉熔化该合金A E，之后铸造成铸块。另外，表I中的合金A和合金E是P含量为0. 100%的P含量较高的奥氏体系合金，另一方面合金B D是P含量分别为0. 015%,0. 030%以及0. 018%的P含量为通常水平的奥氏体系合金。表I
权利要求
1.一种焊接接头结构体，其特征在于， 利用以质量％计含有C :2. 0%以下、Si :4. 0%以下、Mn :0.01 3. 0%、P :大于0. 03%且在 0. 3% 以下、S :0. 03% 以下、Cr : 12 35%、Ni :6 80%、sol. Al :0. 001 5%、N :0. 3%以下、剩余部分由Fe和杂质构成的奥氏体系合金的母材和具有下述(i )和(ii)的特征的奥氏体系合金的焊接金属构成该焊接接头结构体， (i )自单侧焊接的至少初层的化学组成以质量％计含有C :大于0. I %且在0. 7%以下、Si :4.0%以下、Mn :3.0%以下、P :大于0. 03%且在0. 1%以下、S :0. 03%以下、Cr :18 30%,Ni :大于10%且在70%以下、sol.Al :0. 001 I %、N :0. 3%以下，剩余部分由Fe和杂质构成， (ii )熔透焊道高度为0 3_。
2.根据权利要求I所述的焊接接头结构体，其特征在于， 母材和焊接金属中的至少任意一方还含有以质量％计的从下述第I组和第2组中选出的I种以上的元素， 第I组Cu :5%以下、Mo :10%以下、W :10%以下、V :2%以下、Nb :3%以下、Ti :3%以下、Ta :8%以下、Zr :1%以下、Hf :1%以下、Co : 15%以下以及B :0. 03%以下， 第2组Ca 0. 05%以下、Mg :0. 05%以下以及REM :0. 3%以下。
全文摘要
本发明的焊接材料用于焊接由下述奥氏体系合金构成的母材和由其他奥氏体系合金构成的母材，所述奥氏体系合金含有C≤2.0％、Si≤4.0％、Mn0.01～3.0％、P大于0.03％且在0.3％以下、S≤0.03％、Cr12～35％、Ni6～80％、sol.Al0.001～5％、N≤0.3％、剩余部分由Fe和杂质构成，所述焊接材料含有C大于0.3％且在3.0％以下、Si≤4.0％、Mn≤3.0％、P≤0.03％、S≤0.03％、Cr大于22％且在55％以下、Ni大于30％且在70％以下、sol.Al0.001～1％、N≤0.3％、剩余部分由Fe和杂质构成，其能够抑制P含量较高的凝固成完全奥氏体的奥氏体系合金产生焊接凝固裂纹，因此能够广泛地应用在要求进行焊接施工的用途中。该焊接材料也可以含有特定量的从Cu、Mo、W、V、Nb、Ti、Ta、Zr、Hf、Co、B、C a、Mg、R EM中选出的1种以上的元素。
文档编号B23K9/23GK102744530SQ20121023857
公开日2012年10月24日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月25日
发明者冈田浩一, 小川和博, 小薄孝裕 申请人:住友金属工业株式会社