[发明专利]焊接部的耐腐蚀性及强度优异的铁素体系不锈钢及TIG焊接结构物

说明书

技术领域

本发明涉及焊接部的耐腐蚀性及强度优异的铁素体系不锈钢和其TIG焊接结构物。

背景技术

铁素体系不锈钢一般不仅耐腐蚀性优异，而且与奥氏体系不锈钢相比热膨胀系数小、耐应力腐蚀开裂性优异。

使用这样的不锈钢作为结构体时，焊接施工是不可缺少的。像SUS430那样的通用铁素体系不锈钢由于其C、N固溶限小，所以在焊接部产生敏化（sensitization：由于Cr在碳化物生成中被消耗，基体的Cr局部地极端降低，所以腐蚀敏感性提高），存在耐腐蚀性降低的问题。为了解决该问题，开发了一种高纯度铁素体钢，其通过C、N量的降低、或利用Ti或Nb等稳定化元素的添加而产生的C、N的固定化，能够抑制焊接金属部的敏化。

另一方面，已知高纯度铁素体钢因焊接的线能量而产生的氧化皮部（表面氧化部分）的耐腐蚀性劣化。作为其对策，已知通过在焊接时充分地实施使用了Ar等不活泼性气体的保护，从而能够抑制焊接氧化皮的生成。

作为高纯度铁素体系不锈钢的焊接结构体的例子，在电热水器或家庭用天然致冷剂（CO₂）热泵热水器中，一般使用不锈钢制的贮热水罐体。贮热水罐体采用以能耐受水压的方式将端面板与壳板焊接而成的胶囊状的结构。近年来，供给热水压的高压化的期望不断提高，贮热水罐体也要求更高强度化。作为该罐体材料也需要材料自身的高强度化，但是，罐体的应力容易集中的焊接金属部的强度提高变得更重要。进而，若由于水质的问题而导致残留氯浓度或氯化物离子浓度变高，则变成容易腐蚀的环境。此外，有时需要添加氯等利用氧化剂进行的杀菌等也导致变成严酷的腐蚀环境的情况增加，在这样的环境中有时产生焊接部发生腐蚀的问题。

关于铁素体系不锈钢的TIG焊接部的耐腐蚀性提高，已知的技术是添加Nb、Ti使C、N稳定化。此外，在TIG焊接中，为了抑制焊接金属部及热影响部（HAZ部）处的焊接时的氧化物生成、抑制其耐腐蚀性劣化，实施利用Ar等不活泼性气体的气体保护。对TIG焊接的成为焊炬侧的表面的气体保护的实施由于仅安装对焊炬吹Ar气的夹具，所以是容易的。但是，对成为其相反面的反焊炬侧的气体保护的实施需要专用的夹具。因此，近年来，从工序省略和Ar气成本削减等观点出发，期望省略焊接背面的Ar气保护的TIG焊接施工。但是单纯地在以往的材料及焊接条件的状态下，即使省略Ar（不活泼性气体）气体保护，也只会引起焊接部耐腐蚀性的降低。

即，从这样的背景出发，期望开发出即使省略Ar（不活泼性气体）气体保护，TIG焊接部的耐腐蚀性也优异的铁素体系不锈钢。此外，期望开发出焊接部的强度也优异的高纯度铁素体系不锈钢。

专利文献1中公开了一种焊接间隙氧化皮膜的耐腐蚀性优异的铁素体系不锈钢，其特征在于，其是含有22～26%的Cr的铁素体系不锈钢，“在4mm以上的间隙深度和最大间隙深度30μm以下无氩气背面保护”，且距离结合端部2mm以内的焊接间隙部的氧化皮的平均Cr比率达到全部金属元素的20质量%以上。

专利文献2中公开了一种技术，其通过将铁素体系不锈钢的成分范围作为一个例子按照a值：Cr%+Mo%+1.5Si%+0.5Nb%+0.9Mn%+1.5Ni%≥23的方式进行规定，从而即使省略气体保护也能够提高焊接部的耐腐蚀性。

专利文献3中认为，在省略Ar气保护的情况下，若在材料表面存在CaS则不会充分地形成焊接氧化皮，因而规定将Ca控制在0.0010%以下。

但是，专利文献1即使省略保护也通过生成Cr氧化皮膜来确保耐腐蚀性，但在像贮热水罐体内那样间隙非常窄的部位等严酷的腐蚀环境下，即使Cr皮膜厚，产生间隙腐蚀的可能性也非常高。进而由于专利文献1中没有使用焊接填料，所以在Cr含量超过22%的钢中，Cr容易吸收氧或氮，因此在晶界部中变得容易形成Cr缺乏部，产生敏化的可能性非常大。

此外，专利文献2中认为，通过规定铁素体系不锈钢的成分，能够决定与奥氏体系不锈钢的异材焊接金属的成分组成，但实际的焊接金属部的成分组成根据被焊接的相互的材料的体积比、或焊接金属部的凝固时的相互材料的混合比发生较大变化。因此，难以单纯地仅以单侧的材料成分来控制其组织。进而在专利文献2中，示出了在高纯度铁素体系中添加大量高价的Ni。由于除了Ni以外，Si、Nb、Cu也是促进固溶强化的元素，所以该材料的强度和硬度过度上升，加工性恶化。