高强度2.25Cr-1Mo-V钢用埋弧焊丝及焊接金属的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于在脱硫反应器等高温高压环境下使用的高强度2. 25Cr-lM〇-V钢 的埋弧焊接的埋弧焊丝及焊接金属。
【背景技术】
[0002] 一直以来，高强度2. 25Cr-lM〇-V钢因其高温特性优异而被广泛用作在脱硫反应 器等高温高压环境下使用的材料。作为供于此种脱硫反应器用途的2. 25Cr-lM〇-V钢的焊 接的焊丝或焊接金属，进行了蠕变断裂性能等优异的焊丝或焊接金属的开发。
[0003] 例如，在专利文献1的焊丝中，通过相对于Cr :1. 80~3. 80质量％而使V为0. 30 质量％以上、Nb为0. 005质量％以上来确保蠕变强度。另外，在专利文献2中，通过相对于焊 丝中的Cr : L 80~3. 80质量％而使（焊丝的V+焊剂的V/5) +10 (焊丝的Ta+焊剂的Ta/5) 为0. 35以上来确保蠕变强度。另外，在专利文献3的焊丝中，通过相对于Cr :2. 00~3. 25 质量％而使V为0. 10质量％以上、并复合添加 Nb、W和Co中的一种以上来确保蠕变强度。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开平1-271096号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开平3-258490号公报
[0008] 专利文献3 :日本特开平8-150478号公报
【发明内容】
[0009] 发明要解决的课题
[0010] 但是，在以往的技术中存在以下的问题。
[0011] 如上所述，作为用于使Cr-M0钢焊接金属的蠕变断裂强度上升的现有技术，已经 逐步采用在主要成分的Cr-Mo体系中累计添加 V、Nb、Ta、W这样的强碳化物形成元素或Co 等的方法。但是，在这种情况下会招致冲击韧性的劣化、由硬度上升所致的耐裂纹性的劣 化。
[0012] 另外，随着2009年的ASME的修订，要求更进一步的蠕变断裂强度。但是，利用已 有的材料难以应对蠕变断裂强度的提高。
[0013] 本发明鉴于上升问题而完成，其课题在于提供能够使蠕变断裂强度提高而不会使 韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹性、焊接操作性劣化的高强度2. 25Cr-lM〇-V钢用埋弧焊丝 及焊接金属。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 本发明人等进行深入了研宄，结果发现以下的内容。
[0016] 在形成具有优异的蠕变强度且韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹性优异的 2. 25Cr-lM〇-V钢焊接金属时，本发明人等得出（1)控制碳化物的析出形态及（2)控制微组 织的构想作为该蠕变性能的改善手段。
[0017] 2. 25Cr-lM〇-V钢及其焊接金属的微组织为贝氏体主体，其蠕变变形行为主要受到 位错的运动和旧γ晶界及晶粒内的贝氏体板条块·板条束?板条边界的滑移所支配。对 于前者的抑制而言，有效的是使阻碍位错运动的微细的碳化物分散析出到晶粒内，并且将 其长时间维持在高温中。另一方面，对于后者的抑制而言，有效的是旧γ晶界中的阻碍滑 移的碳化物的分散析出及滑移点的减少、即微组织的粗大化。
[0018] 对于上述的（1)的实现而言，有效的是添加在晶粒内优先形成微细的碳化物的合 金元素，在本申请中着眼于C及V。进而发现可以得到通过降低Cr而促进微细的碳化物的 析出、并且将其长时间地维持在高温的效果，并着眼于Cr。
[0019] 对于上述的（2)的实现而言，有效的是抑制使淬火性增加的合金元素的添加量， 在本申请中着眼于Μη。
[0020] 在现有技术中，对于像本申请那样以较低范围的Cr飞跃性地改善蠕变断裂强度、 即通过较低地抑制合金元素来改善蠕变断裂强度的见解并无任何启示。
[0021] 本发明的高强度2. 25Cr-lM〇-V钢用埋弧焊丝（以下，适宜称作焊接丝或简称焊 丝），其特征在于，含有：
[0022] C :0· 11 ~0· 18 质量％
[0023] Si :0· 05 ~0· 35 质量％
[0024] Mn :1. 00 ~L 40 质量％
[0025] P :彡 0.015 质量％
[0026] S :彡 0.015 质量％
[0027] Ni:彡 0.07 质量 ％
[0028] Co:彡 0.07 质量 ％
[0029] Cr :2. 00 ~2. 30 质量％
[0030] Mo :0· 90 ~L 20 质量％
[0031] Ti:彡 0.025 质量 ％
[0032] Al:彡 0.025 质量 ％
[0033] V :0· 33 ~0· 43 质量％
[0034] Nb :0· 015 ~0· 030 质量％
[0035] K 0.05 质量％
[0036] B :彡0.0005质量％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0037] 根据该构成，焊丝通过含有规定量的规定成分而提高焊接金属的室温强度、蠕变 断裂强度、韧性、耐SR裂纹性（在应力除去退火时不产生晶界裂纹）、耐腐蚀性、焊接操作 性。
[0038] 予以说明，作为本申请中的蠕变断裂强度的具体值，是指在705°C X24h或 705°C X32h的焊接后热处理（PWHT)后在540°C /210MPa下的蠕变断裂时间超过900h的 值。另外，焊接操作性是指基于熔渣剥离性、焊道融合性等的观点的性能。
[0039] 本发明的高强度2. 25Cr-lM〇-V钢用埋弧焊丝优选与烧结焊剂组合使用，所述烧 结焊剂中，
[0040] MgO :25 ~40 质量％
[0041] Al203:13 ~30 质量％
[0042] Si02:3 ~15 质量％
[0043] 金属氟化物的F换算值：3~15质量％
[0044] 金属碳酸盐的CO2换算值：3~15质量％
[0045] C :彡 0.10 质量％
[0046] Si+Mn 3. 0 质量％
[0047] Ni+Co+Cr+Mo+Ti+Al+V+Nb+W :< I. 0 质量％
[0048] B与硼氧化物的B换算值的总和：< 0. 10质量％。
[0049] 根据该构成，焊丝通过与含有规定量的规定成分组合使用而发挥使焊道形状整 齐、提高熔渣的流动性、或者控制氧量的作用。因此，使焊接金属的性能得到进一步提高。
[0050] 本发明的焊接金属，其特征在于，其是将上述记载的高强度2. 25Cr-lM〇-V钢用埋 弧焊丝与上述记载的烧结焊剂组合而制作成的焊接金属，其中，
[0051] C :0· 09 ~0· 14 质量％
[0052] Si :0· 05 ~0· 35 质量％
[0053] Mn :1. 00 ~L 30 质量％
[0054] P :彡 0.015 质量％
[0055] S :彡 0.015 质量％
[0056] Ni:彡 0.06 质量 ％
[0057] Co:彡 0.06 质量 ％
[0058] Cr :2. 00 ~2. 30 质量％
[0059] Mo :0· 90 ~L 20 质量％
[0060] Ti:彡 0.010 质量 ％
[0061] Al:彡 0.010 质量 ％
[0062] V :0· 30 ~0· 40 质量％
[0063] Nb :0· 012 ~0· 022 质量％
[0064] K 0.05 质量％
[0065] B :彡 0.0005 质量％
[0066] 0 0. 045质量％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0067] 根据该构成，焊接金属通过含有规定量的规定成分而提高焊接金属的室温强度、 蠕变断裂强度、韧性、耐SR裂纹性、耐腐蚀性、焊接操作性。
[0068] 予以说明，在"ASME Sec. VIII Div. 23. 4. Supplemenal Requirement for Cr-Mo Steels Table 3. 2"中对该焊接金属的化学成分的一部分进行了规定。
[0069] 发明效果
[0070] 采用本发明的焊丝，可以得到蠕变断裂性能、韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹性、 室温强度优异的焊接金属。另外，采用本发明的焊丝，使焊接操作性优异。
[0071] 根据本发明的焊接金属，其蠕变断裂性能、韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹性、室 温强度优异。
【附图说明】
[0072] 图IA是表示本发明的实施例中使用的焊接试验体的坡口形状的示意图。
[0073] 图IB是表示本发明的实施例中使用的焊接试验体的坡口形状的示意图。
[0074] 图2是表示本发明的实施例的PWHT条件的图表。
[0075] 图3是对本发明的实施例的步冷处理条件进行说明的图表。
[0076] 图4A是用于对本发明的实施例的耐SR裂纹性的评价中使用的试验片进行说明的 示意图。
[0077] 图4B是用于对本发明的实施例的耐SR裂纹性的评价中使用的试验片进行说明的 示意图。
[0078] 图4C是用于对本发明的实施例的耐SR裂纹性的评价中使用的试验片进行说明的 示意图。
[0079] 图4D是用于对本发明的实施例的耐SR裂纹性的评价中使用的试验片进行说明的 示意图。
[0080] 图5是表示发明的实施例的耐SR裂纹性的评价的SR条件的图表。
【具体实施方式】
[0081] 以下，对本发明的实施方式进行详细说明。
[0082] 《焊丝》
[0083] 本发明的焊丝含有规定量的 C、Si、Mn、P、S、Ni、Co、Cr、Mo、Ti、A1、V、Nb、W、B，余 量为Fe及不可避免的杂质。
[0084] 以下，对成分限定理由进行说明。
[0085] < C :0· 11 ~0· 18 质量％>
[0086] C是为了确保焊接金属的室温强度、蠕变断裂强度及韧性而添加的成分。为了使后 述的焊接金属中的C为0.09~0. 14质量％，需要使焊丝中的C量为0. 11~0. 18质量％。
[0087] < Si :0· 05 ~0· 35 质量％>
[0088] Si是为了确保焊接金属的室温强度、且对焊接金属进行脱氧而添加的成分。为了 使后述的焊接金属中的Si量为0. 05~0. 35质量％，需要使焊丝中的Si量也同为0. 05~ 0· 35质量％。
[0089] < Mn :1. 00 ~