[发明专利]高强度Cr－Mo钢的焊接金属

说明书

技术领域

本发明涉及一种用保护电弧焊条形成的高强度Cr-Mo钢的焊接金属。

背景技术

在发电设备、化学设备等高温高压环境下使用的Cr-Mo系低合金耐热钢容器因装置的大型化，从而使所使用的钢材厚壁化，因而使用添加了V、Nb等高强度Cr-Mo钢。然后，将由该高强度Cr-Mo钢构成的钢材进行成形，焊接各部后制造成大型的容器。

在这种高强度Cr-Mo钢的焊接时，通常应用焊接效率良好的埋弧焊接，特别是在喷嘴及配管等的焊接时，就必须应用保护电弧焊。而且，就构成该高强度Cr-Mo钢的焊接部的焊接金属而言，各种提案提出的技术正在探求改善耐热性(高温强度)、抗SR裂纹性(在用于消除应力的退火时不发生晶间裂纹)、韧性及耐回火脆化特性。例如，专利文献1提出的技术涉及一种TIG焊丝，通过将可用(Si+Mn)/C(P+Sn+Sb+As)表示的参数限制在一定值，来改善回火脆化特性。另外，专利文献2公开的技术涉及一种保护电弧焊焊接金属及保护电弧焊焊接材料，其通过将由电解萃取的萃取的残渣的组成做成Fe：35质量％以下、V：10质量以上，控制在旧奥氏体晶间析出渗碳体，以此来改善抗SR裂纹性。另外，专利文献3公开的是一种埋弧焊接方法，其通过降低焊接金属中的含氧量来改善回火脆化特性。

专利文献1：特开第2742201号公报

专利文献2：特开第3283773号公报

专利文献3：特开平1-271096号公报

但是，由于TIG焊接的施工效率低，因此，在装置厚壁化的近几年，所希望的是可用保护电弧焊、气体保护弧焊、埋弧焊等更高的效率施工的焊接方法，而就TIG之外的焊接方法而言，由于焊接金属中的含氧量与TIG焊接比较而不可避免地变高，因此，有必要对专利文献1所述的组成成分进行探讨。另外，就专利文献2所述的保护电弧焊焊接金属而言，虽然可确保所有的特性均衡，但在回火脆化特性上仍有改善的余地。而就专利文献3所述的埋弧焊接方法而言，耐回火脆化特性的水平还不充分。

发明内容

因此，本发明的课题在于一种高强度Cr-Mo钢的焊接金属，其耐热性(高温强度)、抗SR裂纹性、韧性及耐回火脆化特性优良，特别是可适应近年来的在发电设备、化学设备等高温高压环境下使用的与Cr-Mo系低合金耐热钢制容器的焊接金属相对的韧性及回火脆化特性的改善要求。

于是，本发明者们通过实施脆化促进处理(分级冷却)，对高强度Cr-Mo钢的保护电弧焊中的回火脆化特性进行了研究。其结果是，即使降低焊接金属中的杂质水平，也是脆化的情况居多，分析其原因发现，控制焊接金属的耐回火脆化特性的是碳化物形态。具体而言，就是在脆化促进处理(分级冷却)时，随着促进以Nb为主成分的MC碳化物的成长，通过控制以Cr为主成分的碳化物而在大幅的改善上成功。另外还表明，这些碳化物形态控制也可改善其它的特性(抗SR裂纹性、韧性)。

另外还发现，要在焊接金属实现这些碳化物形态，只要适当控制保护电弧焊条的成分(C、Cr、Mo、Nb、V)及焊接施工条件即可，直至完成本发明。

另外，为了改善脆化特性，研究了碳化物之外的控制因素，结果发现，通过将直径1μm以上的比较粗大的氧化物夹杂物的个数密度控制在不足2000个，就可稳定地得到所期望的脆化特性。而且，通过在焊接金属中的含氧量上控制脱氧元素的组成，就可控制粗大的氧化物夹杂物的个数密度。

即，本发明第一方面提供一种高强度Cr-Mo钢的焊接金属，其由保护电弧焊形成，其特征在于，含有：C：0.04～0.10质量％、Si：0.15～0.5质量％、Mn：0.5～1.0质量％、Cr：2.00～3.25质量％、Mo：0.9～1.2质量％、Nb：0.01～0.03质量％、V：0.2～0.7质量％、B：0.003质量％以下但不包括0质量％、以及O：0.02～0.05质量％，余量是Fe和不可避免的杂质，并且，全部从焊接金属原质部中电解萃取的残渣中的Cr析出量低于0.3质量％，且Nb析出量为0.005质量％以上。

该高强度Cr-Mo钢焊接金属中，作为必需成分，通过将C、Si、Mn、Cr、Mo、Nb、V、B及O的含量控制在特定的范围内，再将电解萃取的Cr析出量及Nb析出量限制在特定的范围，由此在脆化促进处理(分级冷却)时促使以Nb为主成分MC碳化物的成长，同时，控制以Cr为主成分的碳化物，并控制支配焊接金属的回火脆化特性的碳化物形态，可改善韧性及耐回火脆化特性。