焊接金属和焊接结构体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锅炉、化学反应容器等在高温高压环境下使用的焊接金属和含有该焊 接金属的焊接结构体。
【背景技术】
[0002] 锅炉、化学反应容器等在高温高压环境下使用的高强度Cr-Mo钢及其焊接金属部 需要以高水平兼备强度、韧性、蠕变断裂特性、耐SR裂纹性（去应力退火时不会发生晶界裂 纹）以及耐回火脆化特性（高温环境下的使用中脆化少）。特别是近年来，由于随着装置大 型化而来的厚壁化，从施工效率的观点出发，焊接时的线能量正在增大，但是一般焊接线能 量的增大会使焊接金属部的组织粗大化，使韧性（耐回火脆化特性）劣化，因此所要求的韧 性、耐回火脆化特性为更高的水准。另外，上述设备从高效率操作的观点出发，致力于操作 条件的更高温高压化，即使在焊接金属部，也要求进一步的蠕变断裂特性。
[0003] 并且，作为着眼于高强度Cr-Mo钢焊接金属的韧性、回火脆化特性的研究，报告了 下述的解决方案。
[0004] 例如在专利文献1中，通过详细地规定钢板组成、焊接材料组成、焊接条件，从而 使之兼备蠕变强度、韧性、耐氢裂纹特性等。例如在专利文献2中，通过详细地规定焊丝和 粘结焊剂的成分，并且控制焊接条件，以实现韧性、强度、耐回火脆化特性和耐SR裂纹性等 优异的焊接金属。
[0005] 例如在专利文献3中，通过管理焊接金属的成分，特别是杂质元素的含量，从而改 善韧性、强度和耐SR裂纹性等。例如在专利文献4中，在气体保护金属极电弧焊中，通过控 制焊条的焊条芯和被覆材的成分，以改善韧性、强度等。例如在专利文献5中，在埋弧焊中， 通过控制焊丝和粘结焊剂的成分，改善韧性、耐回火脆化特性等。
[0006] 例如在专利文献6中，通过控制晶界的碳化物的形态，并且抑制蠕变试验中的微 细碳化物粒子的奥氏熟化成长（Ostwald Ripening)，以实现良好的懦变断裂特性。例如在 专利文献7中，发现在回火脆化处理时析出的微细的Mo2C粒子助长回火脆化，通过控制这 些Mo2C的析出，可改善耐回火脆化特性。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本国特开平02-182378号公报
[0010] 专利文献2 :日本国特开平08-150478号公报
[0011] 专利文献3 :日本国特开2000-301378号公报
[0012] 专利文献4 :日本国特开2008-229718号公报
[0013] 专利文献5 :日本国特开2009-106949号公报
[0014] 专利文献6 :日本国特开2012-166203号公报
[0015] 专利文献7 :日本国特开2012-187619号公报
[0016] 发明要解决的课题
[0017] 但是，在现有的技术存在以下的问题。
[0018] 在专利文献1中，一部分的实施例中，表示去应力退火（Stress Relief退火，以下 称"SR退火"）后的韧性的vTr5.5 (SR退火后的吸收能为5. 5kgf ·πι的温度）良好，为-50°C。 但是，表示回火脆化处理（步冷）后的韧性的vTr' 5.5(步冷后的吸收能为5. 5kgf · m的温 度）没有达到最佳_41°C的充分的水准。另外，设想蠕变断裂特性的水平为550°C /800hr， 相当于240MPa，并不充分。并且，1次SR条件最长时不过短达26hr(蠕变断裂特性容易高 出的条件）。或者，需要实施2次SR的等复杂的工序。
[0019] 在专利文献2中，一部分的实施例中，能够得到表示SR退火后的韧性的VTr55 (SR 退火后的吸收能为55J的温度），表示回火脆化处理（步冷）后的韧性的vTr'55(步冷后 的吸收能为55J的温度）均低于-50°C的良好的韧性。但是，表示回火时的脆化的程度的 Δ vTr55 ( = vTr55-vTr' 55)均为8°C以上，很难说能够充分抑制回火脆化。另外，设想SR条 件为700°C X 26hr，保持时间短，不能保证在更严格的SR条件下的蠕变断裂特性。
[0020] 在专利文献3中，没有考虑耐回火脆化特性。另外，设想蠕变断裂特性的水平为 538°C X206MPa，相当于900hr，并不充分。
[0021] 在专利文献4、5中，韧性、耐回火脆化特性均处于高水平。但是，推荐的焊接条件 在规定了由气体保护金属极电弧焊形成的焊接金属的专利文献4中，焊接电流为140~ 190A，在规定了由埋弧焊形成的焊接金属的专利文献5中为2. 0~3. 6kJ/mm，没对充分应对 焊接线能量的增大倾向。另外，对于蠕变断裂特性没有记载。
[0022] 在专利文献6中，关于耐回火脆化特性未予考虑。在专利文献7中，对于蠕变断裂 特性未予考虑。
【发明内容】
[0023] 本发明鉴于这样的问题点而形成，其课题在于，提供一种即使在线能量大的焊接 条件下，也能够稳定确保耐回火脆化特性、蠕变断裂特性、强度、韧性、耐SR裂纹性的焊接 金属和含有它的焊接结构体。
[0024] 用于解决课题的手段
[0025] 本发明人等潜心研究的结果是，讨论了即使在线能量较大的焊接条件下，仍可稳 定确保耐回火脆化特性、蠕变断裂特性、强度、韧性、耐SR裂纹性的手段。并且发现，在焊接 时和SR时，通过在旧奥氏体晶界使V碳化物生成，并且抑制蠕变试验中的微细MC碳化物粒 子（M:碳化物形成元素）的奥氏熟化，能够兼备耐回火脆化特性、蠕变断裂特性和上述诸特 性，从而完成了本发明。
[0026] 即发现，通过将焊接金属成分控制在规定的范围，并且使根据焊接金属成分求得 的下述A值为200以上，
[0027] A 值=([V]/51+[Nb]/93)/ { [V] X ([Cr]/5+[Mo]/2)} XlO4
[0028] 在去应力退火后的焊接金属中，将根据存在于旧奥氏体晶界的碳化物的每单位晶 界中的个数密度N(个/μπι)、化合物型V浓度[insol. V]求得的下述Z值控制在0.05以 上，
[0029] Z 值=NX [insol. V]
[0030] 则能够兼备以耐回火脆化特性、蠕变断裂特性为代表的诸特性。
[0031] 还有，在A值的式中，[V]、[Nb]、[Cr]和[Mo]分别表示焊接金属中的V、Nb、Cr、Mo 的含量（质量％ )。另外，" X 1〇4"关系到"（[V]/51+[Nb]/93)/{ [V] X ([Cr]/5+[Mo]/2)} "。
[0032] 如此，在本发明中，仅就焊接金属成分而言，对于其影响并不能充分把握，因此使 用根据焊接金属成分求得的A值和根据存在于旧奥氏体晶界的碳化物的每单位晶界中的 个数密度N (个/ μ m)、化合物型V浓度[insol. V]求得的Z值的参数进行规定。
[0033] 本发明的焊接金属的特征在于，含有C :0.05~0. 15质量％、Si :0. 10~0.50质 量％、]^ :0· 60 ~L 30 质量％、Cr :1· 80 ~3. 00 质量％、Mo :0· 80 ~L 20 质量％、V :0· 25 ~ 〇. 50质量％、Nb :0. 010~0. 050质量％、N :0. 025质量％以下（不含0质量％ )、0:0. 020~ 0. 060质量％，余量是Fe和不可避免的杂质的焊接金属，
[0034] 根据焊接金属成分求得的下述A值满足200以上，
[0035] A 值=([V]/51+[Nb]/93)/ { [V] X ([Cr]/5+[Mo]/2)} XlO4
[0036] 在去应力退火后的焊接金属中，设存在于晶界的碳化物的每单位晶界中的个数密 度为N(个/μπι)，由萃取残渣求得的化合物型V浓度为[insol. V]时，下述Z值为0.05以 上。
[0037] Z 值=NX [insol. V]
[0038] 根据这一构成，焊接金属通过以规定量含有规定的成分，强度、操作性、蠕变断裂 特性、耐回火脆化特性、韧性、耐SR裂纹性等提高。
[0039] 另外，焊接金属通过使A值为规定以上，MC粒子数被控制，蠕变断裂特性提高。另 外，焊接金属通过使Z值为规定以上，晶界的V碳化物量被规定，蠕变断裂特性、耐回火脆化 提尚。
[0040] 本发明的焊接金属的特征在于，还含有Cu :1.00质量％以下（不含0质量％)、Ni: 1.00质量％以下（不含0质量％ )之中的一种或两种。
[0041] 根据这一构成，焊接金属通过以规定量含有Cu、Ni之中的一种或两种，韧性进一 步提尚。
[0042] 本发明的焊接金属的特征在于，还含有B :0. 0050质量％以下（不含0质量％ )。
[0043] 根据这一构成，焊接金属通过以规定量含有B，强度进一步提高。
[0044] 本发明的焊接金属的特征在于，还含有W :0. 50质量％以下（不含0质量％ )、A1 : 0· 030质量％以下（不含0质量％ )、Ti :0· 020质量％以下（不含0质量％ )之中的一种 或两种以上。
[0045] 根据这一构成，焊接金属通过以规定量含有W、Ti，强度进一步提高，另外，通过以 规定量含有Al，脱氧得到促进。
[0046] 本发明的焊接结构体的特征在于，含有上述记载的焊接金属。
[0047] 根据这一构成，因为焊接结构体含有上述记载的焊接金属，所以在焊接部位，可稳 定确保耐回火脆化特性、蠕变断裂特性、强度、韧性、耐SR裂纹性。
[0048] 发