[发明专利]奥氏体钢焊接接头

说明书

技术领域

本发明涉及奥氏体钢焊接接头。具体而言，涉及不仅具备高压气体配管所要求的高强度，而且同时具备作为高压氢气配管所要求的特性的高强度和优异的耐氢脆化特性的焊接接头。

背景技术

近年，利用氢气、天然气等作为能量的输送设备的实用化研究得到活跃进展。进行该实用化时，需要一并备齐可以以高压储藏、输送这些气体的使用环境，同时在此使用的拉伸强度超过800MPa的高强度材料的开发、适用研究得到进展。

基于这种背景，作为所使用的材料，例如专利文献1～3中提出了，通过高Mn化、提高N的溶解度，并且通过含有V、或复合含有V和Nb，从而有效利用N的固溶强化和氮化物的析出强化，尝试高强度化的奥氏体系不锈钢。

使用这些含有大量的N的高强度奥氏体系钢作为结构物时，需要利用焊接进行装配，而从使用性能的观点考虑，焊接部也要求与母材同等的强度。因此，例如专利文献3～5中提出了，通过积极有效利用Al、Ti和Nb而具有超过800MPa的拉伸强度的焊接材料(焊接金属)。

但是，为了使这些焊接材料以及使用该焊接材料得到的焊接金属都实现高强度化，需要进行焊接后热处理。另一方面，作为实际的大型结构物考虑时，这种长时间的焊接后热处理的实施，存在成为大的限制并且导致制造成本的极度增大的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2004/083476号

专利文献2：国际公开第2004/083477号

专利文献3：国际公开第2004/110695号

专利文献4：日本特开平5-192785号公报

专利文献5：日本特开2010-227949号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明是鉴于上述现状而提出的，其目的在于，提供不进行焊接后热处理，就同时具备高压气体配管、特别是高压氢气配管所要求的特性、即高强度和优异的耐氢脆化特性的焊接接头。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决前述问题而进行了详细的研究。其结果发现，首先对于焊接金属而言，为了不进行焊接后热处理就达成高强度，最大限度有效利用通过N实现的固溶强化是有效的。

因此，进而为了不进行焊接后热处理，焊接金属就确保与按质量%计含有C：0.1%以下、Si：0.8%以下、Mn：2.5～5.5%、Ni：8～15%、Cr：19～25%、Al：不足0.05%和N：0.15～0.45%的母材同等的强度而进行了详细的研究。

并且，对所得到的焊接部的氢脆化敏感性进行评价，为了至少得到与母材同等的耐氢脆化特性而进行了详细的研究。

其结果，可知下述(a)～(c)的事项。

(a)通过在按质量%计Cr：18～24%和Ni：8～15%的组成范围的焊接金属中，按质量%计含有0.15%以上的N，可以确保与前述母材同等的强度。

(b)焊接金属中含有大量的铁素体时，铁素体成为起点而产生氢脆化裂纹，该裂纹连接、传播，损害焊接金属的耐氢脆化特性。但是，若调整成分以使焊接金属中的铁素体量按面积率计为20%以下，则能得到优异的耐氢脆化特性。

(c)焊接金属中的奥氏体相不稳定时，由于焊接残余应变以及此后的加工而马氏体化，氢脆化敏感性升高。但是，通过调整成分，具体而言，若调整成分以使焊接金属在各元素符号作为各元素的含量(质量%)时满足

413-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo≤-70，

则奥氏体的稳定性提高，因此能得到优异的耐氢脆化特性。

需要说明的是，还可知为了使上述(a)中记载的按质量%计Cr：18～24%和Ni：8～15%的组成范围的焊接金属中按质量%计含有0.15%以上的N，优选实施下述<1>～<3>的方法。

<1>焊接中N由熔池表面飞散，因此焊接后的焊接金属中得到的N量减少。因此，进行焊接线能量的管理和/或坡口形状的选定，减小焊接中的熔池的表面积。

<2>使用在Ar中按体积%计混合有0～50%的N₂的气体作为保护气体，焊接中减少N从熔池表面飞散。需要说明的是，所混合的N₂按体积%计为0%指的是单独Ar气体。