涂药焊条的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油精炼反应器等用于能源工厂中的压力容器的供2. 25Cr-lM〇-V钢 的焊接的涂药焊条。
【背景技术】
[0002] 历来，作为石油精炼反应器等的压力容器用途使用的是2. 25Cr-lMo钢。但是，从 其运转效率提高的观点出发，作为耐受设计温度?压力的高温?高压化的钢材，应用高强度 的2. 25Cr-lM〇-V钢制反应器被推进。作为供石油精炼反应器用途的2. 25Cr-lM〇-V钢的焊 接用的涂药焊条或焊接金属，蠕变断裂性能和韧性等优异的涂药焊条或焊接金属的开发得 以进行。
[0003] 例如在专利文献1中，在涂药弧焊形成的焊接金属中，相对于Cr :2. 00~3. 25质 量％，V :0. 20~0. 70质量％，通过Nb、Co、W的添加来确保蠕变强度。另外，在专利文献2 中，在焊条总质量中，相对于Cr :1. 00~3. 50质量％，V :0. 1~I. 0质量％，Nb :0. 02~0. 50 质量％，通过Co、W、Ni的添加来确保蠕变强度和韧性。另外，在专利文献3中，在焊条总质 量中，相对于Cr :1. 00~3. 50质量％，V :0. 01~0. 60质量％，W :0. 6~2. 5质量％，通过 Nb、Ta的添加来确保蠕变强度。
[0004] 【先行技术文献】
[0005] 【专利文献】
[0006] 【专利文献1】日本特开平10-137975号公报
[0007] 【专利文献2】日本特开2002-263883号公报
[0008] 【专利文献3】日本特开2001-300768号公报
[0009] 但是，在现有的技术中存在以下的问题。
[0010] 作为供石油精炼反应器用途的钢材的焊接用的焊接材料，要求优异的蠕变性能， 和作为与之相随的诸性能的韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹性（去应力退火时不会发生晶 界裂纹）及焊接操作性并立。
[0011] 于是，如前述，比2. 25Cr-lMo钢的强度高的2. 25Cr-lM〇-V钢制反应器的应用被推 进。但是，在2. 25Cr-lM〇-V钢制反应器中，其作业条件也处于高温?高压化的倾向，存在现 有的焊接材料不满足当前的高温强度，特别是蠕变断裂性能的要求这样的问题。
[0012] 另外，在专利文献1中，焊接后热处理（PWHT)条件是700°C X26h，为低温?短时 间，另外，蠕变试验条件是538°C /207MPa，为低温?低应力，因此没有以当前的市场要求为 基准。在专利文献2中，PWHT条件是740°C X lh，保持温度为高温，而另一方面，保持时间 短，另外，蠕变试验条件是600°C /140MPa，哪一个试验条件都没有依据当前的市场要求。在 专利文献3中，PWHT条件是690°C X lh，保持温度为低温，保持时间也短，另外，蠕变试验条 件是600°C /140MPa，哪个试验条件都没有依据当前的市场要求。
[0013] 而且，作为如此用于使Cr-Mo钢焊接金属的蠕变断裂强度上升的现有技术，采用 的方法是，在作为主要成分的Cr-Mo系中附加性地添加 V、Nb、Ta、W这样的强碳化物形成元 素和Co等的固溶强化元素。但是，这会招致冲击韧性的劣化、硬度的上升带来的耐裂纹性 的劣化。
【发明内容】
[0014] 本发明鉴于这样的问题点而形成，其课题在于，提供一种涂药焊条，其可使优异的 蠕变性能，和作为与之相随的诸性能的韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹性及焊接操作性并 立。
[0015] 本发明者们锐意研宄的结果是，发现以下的事项。
[0016] 在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钢熔敷金属的形成时，作为其蠕变性能的改善手段，本发明者们得出（1)碳 化物的析出形态控制和（2)显微组织控制这样的立意。
[0017] 2. 25Cr-lM〇-V钢和其熔敷金属的显微组织是贝氏体主体，其蠕变变形特性被认为 主要占支配性的是位错的蠕变扩散，和旧γ晶界和晶粒内的贝氏体板条块·板条束?板条 边界的滑移。对于前者的抑制有效的是，使阻碍位错的蠕变扩散的微细的碳化物向晶粒内 分散析出。另一方面，对于后者的抑制有效的是，阻碍旧γ晶界的滑移的碳化物的分散析 出，和滑移点的减少，即显微组织的粗大化。
[0018] 对于前述的（1)的实现，有效的是添加在晶粒内优先地形成微细的碳化物的合金 元素，在本申请中着眼于C和V。这些合金元素可以从构成涂药焊条的焊条芯和涂药的任意 一方添加，也可以从这两方添加。
[0019] 对于前述的（2)的实现，有效的是添加在旧γ晶界优先地形成碳化物而阻碍滑 移的合金元素，和添加使淬火性降低的合金元素，或减少使淬火性增加的合金元素，本申请 中着眼于Cr和Μη。特别是发现通过适度减少Cr，从而促进热处理时的微细的碳化物向晶 粒内的析出，则能够得到利用该微细的碳化物的钉扎效应而抑制蠕变位错的扩散这样的效 果。这些合金元素的添加方法与上一项同样。
[0020] 在现有技术中，如本申请这样，作为高强度2. 25Cr-lM〇-V钢用的熔敷金属，在Cr 低的范围内，蠕变断裂强度飞跃性地改善，即，将合金元素抑制得低，则可改善蠕变断裂强 度这样的认知完全没有揭示。
[0021] 此外，在现有技术中构成的任意一种焊接材料，关于蠕变特性都是指"PWHT条件： 705°C X32h，蠕变断裂试验条件：540°C /210MPa"，至今都没有看到类似的能够满足极度接 近的市场要求的材料。
[0022] 本发明的涂药焊条，其特征在于，以涂药焊条总质量计，涂药中，含有金属碳酸盐 以CO2换算值计为5~10质量％，含有碱金属氧化物以碱金属换算值计为0. 4~2. 0质 量％，含有氟化合物以F换算值计为I. 0~5. 0质量％，以涂药焊条的焊条芯和涂药的任意 一方或两方的合计计，涂药焊条总质量中，含有C :0.04~0. 15质量％、Si :1. 0~1.5质 量％、Mn :0· 7 ~L 2 质量％、Cr :1· 3 ~L 9 质量％、Mo :0· 5 ~I. 0 质量％、V :0· 3 ~0· 5 质量％、Nb :0· 02 ~0· 06 质量％、B :0· 005 ~0· 015 质量％、Mg :0· 05 ~0· 15 质量％、Fe : 60~75质量％，作为不可避免的杂质，Cu、Ni、Ti、Al、Ta、Co和W的总和为0. 10质量％以 下，S、Sn、As、Sb、Pb和Bi的总和为0. 10质量％以下。
[0023] 根据这一构成，涂药焊条在涂药中以规定量含有金属碳酸盐，由此焊缝得到保护， 并且电弧气氛中的氢分压下降，熔敷金属中的扩散性氢量减少。另外，通过在涂药中以规定 量含有碱金属氧化物，从而赋予涂药焊条以良好的焊接操作性。另外，通过在涂药中以规定 量含有氟化合物，不会使焊道形状恶化，氟化合物作为熔渣形成剂发挥作用。
[0024] 此外，关于涂药焊条，通过在涂药焊条的焊条芯和涂药的任意一方或两方以规定 量含有规定的成分，焊接金属的蠕变断裂性能、韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹性和焊接操 作性提高。还有，所谓焊接操作性，是基于电弧稳定性、飞溅发生量、熔渣剥离性、焊道融合 性、焊道外观等的观点。
[0025] 本发明的涂药焊条，优选以涂药焊条的焊条芯和涂药的任意一方或两方的合计 计，在涂药焊条总质量中，含有C :0.05~0. 10质量％、Si :1. 0~1.3质量％、Mn :0.8~ 1. 2 质量％、Cr :1· 3 ~L 9 质量％、Mo :0· 5 ~I. 0 质量％、V :0· 3 ~0· 5 质量％、Nb :0· 02 ~ 〇· 06 质量％、B :0· 005 ~0· 015 质量％、Mg :0· 05 ~0· 10 质量％、Fe :60 ~75 质量％，作 为不可避免的杂质，Cu、Ni、Ti、Al、Ta、Co和W的总和在0. 10质量％以下，S、Sn、As、Sb、Pb 和Bi的总和在0. 10质量％以下。
[0026] 根据这一构成，进一步限定涂药焊条的焊条芯和涂药的任意一方或两方所含有的 成分范围，容易进一步提高焊接金属的蠕变断裂性能、韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹性和 焊接操作性。
[0027] 根据本发明的涂药焊条，能够得到蠕变断裂性能、韧性、回火脆化特性、耐SR裂纹 性优异的焊接金属。另外，根据本发明的涂药焊条，焊接操作性优异。
【附图说明】
[0028] 图IA是表示用于本发明的实施例的焊接试验体的坡口形状的模式图。
[0029] 图IB是表示用于本发明的实施例的焊接试验体的坡口形状的模式图。
[0030] 图2是表示本发明的实施例的PWHT条件的图解。
[0031] 图3是说明本发明的实施例的步冷处理条件的图解。
[0032] 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 模式图。
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