Ni基耐热合金焊接接头的制法及由该方法制造的焊接接头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及Ni基耐热合金焊接接头的制造方法及通过该方法制造的焊接接头。
【背景技术】
[0002] 近年，从降低环境负荷的观点考虑，对于发电用锅炉等而言，在全球范围内推进运 转条件高温·高压化，对于作为过热器管或再热器管的材料使用的奥氏体系耐热合金要求 具有更优异的高温强度和耐蚀性。
[0003]另外，以往对于使用了铁氧体系耐热钢的包括主蒸汽管、再热蒸汽管等厚壁的构 件等各种构件，研究了奥氏体系耐热合金或Ni基耐热合金的适用。
[0004] 在这种技术背景下，例如专利文献1中公开了通过有效利用Cr、Ti和Zr从而蠕变 强度得到提高的奥氏体系耐热合金。另外，专利文献2中公开了通过含有大量的W并且有 效利用A1和Ti实现的固溶强化以及γ'相的析出强化，从而强度得到提高的Ni基耐热合 金，进而专利文献3中公开了对通过提取残渣的定量分析求得的Cr的析出量进行限定，从 而蠕变强度提高并且韧性得到提高的Ni基耐热合金。
[0005] 使用这些奥氏体系耐热合金或Ni基耐热合金作为结构物时，通常通过焊接而被 组装。对于使用了它们的焊接接头而言，已知容易产生主要起因于冶金因素的各种裂纹，在 焊接中产生的液化裂纹、在高温下的长时间使用中通过焊接而产生的残余应力松弛过程中 产生的应力松弛裂纹成为问题。
[0006] 专利文献4中提出了通过有效利用Al、Ti和Nb而蠕变强度提高的同时，通过P和 B含量的管理以及Nd的含有而焊接时的耐液化裂纹性提高的奥氏体系耐热合金。另外，专 利文献5中公开了通过含有A1和Ti而有效利用γ'相且提高蠕变强度，并且通过相应于 晶体粒径调整Nd、0含量，从而兼具蠕变延展性和修补焊接时的耐应力松弛裂纹性的Ni基 耐热合金。进而，专利文献6中提出了有效利用Mo和W而蠕变强度提高，并且限定杂质元 素和Ti、A1的含量，从而焊接时的耐液化裂纹和使用时的耐应力松弛裂纹性得到改善的奥 氏体系耐热合金。
[0007]另外，如非专利文献1所示，通常奥氏体系不锈钢或Ni基合金在焊接后不进行焊 接后热处理。然而，对于奥氏体系不锈钢，为了改善耐蚀性和韧性，有时在1000~1150°C的 温度范围内进行焊接后热处理，另外，为了去除残余应力，有时在800~900°C的温度范围 内进行焊接后热处理。例如，非专利文献2中，为了防止18Cr-12Ni-Nb系奥氏体系不锈钢 的高温下长时间使用时产生的裂纹，公开了经过下述三段步骤的热处理方法：将焊接接头 部加热至600°C左右并在该温度下保持，然后，在1050°C下再次保持，最后在900°C下保持。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :国际公开第2009/154161号
[0011] 专利文献2 :国际公开第2010/038826号
[0012] 专利文献3:日本特开2013-49902号公报
[0013] 专利文献4:国际公开第2011/071054号
[0014] 专利文献5:日本特开2013-36086号公报
[0015] 专利文献6:日本特开2010-150593号公报
[0016] 非专利文献
[0017] 非专利文献1 :接合?溶接技術（接合?焊接技术）Q&A1000编委会、"接合?溶接 技術（接合?焊接技术）Q&A1000"、1999 年 8 月、p502-503、653-654
[0018] 非专利文献2:内木虎藏、冈林久喜、栗林宗孝、森重德男、"18Cr-12Ni-Nb鋼①応 力除去焼L割札（18Cr-12Ni-Nb钢的应力去除退火裂纹）"、石川島播磨技報（石川 岛播磨技报）、昭和50年3月、第15卷、第2号、p209-215
【发明内容】
[0019] 发明要解决的问题
[0020] 对于主蒸汽管、高温再热蒸汽管等的构件使用了专利文献4~6记载的合金的对 焊接头，可以切实地防止焊接中的液化裂纹以及使用中的应力松弛裂纹。然而，实际的结构 物中存在各种形状、尺寸的焊接部。因此可知，焊接部的残余应力的存在状态不同，需要说 明的是，根据焊接部的形状或尺寸，即使使用上述奥氏体系耐热合金或Ni基耐热合金，也 有可能不能充分地得到防止上述裂纹、特别是应力松弛裂纹的效果。
[0021] 另外，本发明人等进行了各种研究的结果重新判明，对于Ni基耐热合金而言，如 果实施焊接后热处理，则虽然存在残余应力确实得到松弛、对于应力松弛裂纹的防止是有 效的情况，但是不如说根据焊接后热处理的条件而存在应力松弛裂纹变得容易产生的情 况。
[0022] 本发明的目的在于，提供蠕变强度和耐应力松弛裂纹性优异的Ni基耐热合金焊 接接头的制造方法以及通过该方法制造的焊接接头。
[0023] 用于解决问题的方案
[0024] 为了解决上述课题，本发明人等对实施了焊接后热处理的Ni基耐热合金焊接接 头进行了详细的研究。并且，对应力松弛裂纹敏感性进行调查的结果可知，根据焊接后热处 理条件而焊接接头的裂纹敏感性存在较大差异。具体而言，明确了A)焊接后热处理温度低 的情况或者焊接后热处理时间短的情况下，应力松弛裂纹敏感性升高，B)焊接后热处理温 度高且焊接后热处理时间长的情况下，应力松弛裂纹敏感性有时也极端升高。
[0025] 判断A)的原因是由于，通过焊接后热处理而焊接残余应力未被充分松弛。另一方 面，为了调查B)的原因，使用焊接后热处理后的焊接接头来进行组织观察。其结果，应力松 弛裂纹敏感性高的焊接接头与敏感性低的焊接接头相比，焊接后热处理后大量且致密地析 出微细的γ'相。
[0026] 本发明人等由这些结果推定，Β)的理由如下。即，在焊接后处理时，焊接残余应力 在保持过程中暂时松弛。然而，在冷却过程中，其降温速度慢的情况下，在晶粒内析出γ' 相。γ'相由于析出伴随的晶体结构的差异而使周围的基体收缩。其结果，在冷却过程中大 量析出γ'相时，新产生拉伸残余应力。然后，若焊接接头长时间暴露于高温下，则推定出， 为了松弛该残余应力，虽然产生蠕变变形，但是由于自最初起大量析出有γ'相的晶粒内的 变形阻力大、蠕变变形更容易集中于晶界附近，因此即使实施焊接后热处理，应力松弛裂纹 敏感性反而提尚。
[0027] 本发明人等反复进行了深入地研究，结果发现，为了稳定地防止应力松弛裂纹，除 了适当地选择焊接后热处理温度、焊接后热处理时间之外，根据合金母材或焊接金属所含 有的A1量适当管理从焊接后热处理温度起直至容易生成γ'相的500°C的降温速度条件是 重要的。
[0028] 本发明是基于上述发现而完成的，其主旨在于，下述的奥氏体系耐热合金焊接接 头的制造方法以及通过该方法制造的焊接接头。
[0029] (1) -种Ni基耐热合金焊接接头的制造方法，其使用焊接材料将合金母材焊接 后，实施满足下述（i)~（iv)式的焊接后热处理，
[0030] 850 彡T彡 1200 · · ·⑴
[0031] -0· 1XT+140 彡t彡-0· 6XT+780 · · · (ii)
[0032] 12. 5X{2X[%Al]bn+[%Ti]bn}+10 ^RC· · · (iii)
[0033] 12. 5X{2X[%Al]wn+[%Ti]J+10 ^RC· · · (iv)
[0034] 其中，上式中的各符号的意思如下所述，
[0035] T:焊接后热处理温度（°C)
[0036] t:焊接后热处理时间（分钟）
[0037] RC:T至500°C的平均降温速度（°C/小时）
[0038] [%Al]bni:合金母材的A1含量（质量％ )
[0039] [%Ti]bni:合金母材的Ti含量（质量％ )
[0040] [%Al]wni:焊接材料的A1含量（质量％ )
[0041] [%Ti]M:焊接材料的Ti含量（质量％ )
[0042] 所述合金母材的化学组成为：按质量％计(：：0. 03~0. 12%、Si:1%以下、Mn:1% 以下、P:0· 015% 以下、S:0· 005% 以下、Co:8 ~25%、Cr:18 ~24%、Mo:5 ~12%、Ti: 0· 1 ~2· 5%、A1 :0· 2 ~2· 0%、B:0· 0001 ~0· 01%、REM:0· 001 ~0· 5%、Ca:0 ~0· 05%、 Mg:0 ~0· 05%、Cu:0 ~4%、W:0 ~10%、Nb:0 ~2. 5%、V:0 ~0· 5%、Fe:0 ~15%、N: 0.02%以下、0:0. 01%以下、剩余部分：Ni和杂质，
[0043] 所述焊接材料的化学组成为：按质量％计(：：0. 06~0. 15%、Si:1%以下、Mn:1% 以下、P:0.01% 以下、S:0.005% 以下、Co:8 ~25%、Cr:18 ~24%、Mo:5 ~12%、Ti:0· 1 ~ 2. 5%、A1 :0· 2 ~2. 0%、W:0 ~10%、Nb:0 ~2. 5%、B:0 ~0· 005%、Fe:0 ~15%、N: 0. 02%以下、0 :0. 01%以下、剩余部分：Ni和杂质。