[发明专利]焊接区的耐蚀性优良的低铬不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接区的耐蚀性优良的低铬不锈钢，该低铬不锈钢可在腐蚀环境严酷的用途中使用，可提高多次焊接（多道焊接）时的焊接热影响区中的耐晶间腐蚀性，而且能够回避焊接热影响区的在与接合部（bond portion）邻接的部位发生的优先腐蚀，可作为结构用钢等长期使用。

背景技术

钢中的铬含量低、且镍含量低的含铬不锈钢与SUS304钢这样的奥氏体系不锈钢相比较，在价格上非常有利，因此适合于如结构用钢那样大量使用的用途。这样的含铬钢根据其成分组成的不同有铁素体组织或马氏体组织，但一般铁素体系或马氏体系不锈钢在焊接区的低温韧性或耐蚀性方面较差。例如，在为以SUS410所代表的马氏体系不锈钢的情况下，由于C含量高到0.1mass%左右，因此除了焊接区韧性及焊接区的加工性较差以外，在焊接时需要预热，焊接作业性也较差，因而在用于要求焊接的部件时残存问题。

作为防止这样的焊接区的特性劣化的手段，提出了如专利文献1及专利文献2中记载的、通过在焊接区形成马氏体组织来防止降低耐蚀性及低温韧性的方法。专利文献1提出的方法是：含有Cr：10～18mass%、Ni：0.1～3.4mass%、Si：1.0mass%以下及Mn：4.0mass%以下，进而将以下元素降低到C：0.030mass%以下、N：0.020mass%以下，在焊接热影响区生成粗大马氏体组织的方法，提出了由此提高焊接区性能的焊接结构用马氏体系不锈钢。

这样的在焊接区采用马氏体相变的低铬不锈钢实际上已作为海上集装箱的骨架使用，但迄今为止没有听到焊接区中的耐蚀性或低温韧性成为问题的例子。

但是，可知在使用环境严酷的腐蚀环境（钢材的润湿时间长、氯化物浓度高、高温、pH低等）下使用的情况下，出现焊接区的耐蚀性并不充分的情况。

例如，报告了在运输煤炭及铁矿石的铁路货车的车箱等中使用的情况下，在焊接热影响区发生晶间腐蚀。这是因为：因Cr碳化物在多次焊接的热影响区析出而产生的Cr缺乏层发生了腐蚀。

作为改善低铬不锈钢的焊接热影响区的耐蚀性及焊接区韧性的方法，上述的钢的高纯度化以及加入到其中以碳化物或氮化物的形式固定碳或氮的元素的添加是有效的，因此公开了用此方法制造的多种钢。

例如，专利文献3中公开了通过适量添加碳及氮稳定化元素即Nb或Ti，防止采用马氏体相变的含铬钢的焊接区的耐晶间腐蚀性劣化，同时低温韧性优良的含铬钢。专利文献4中也同样公开了添加碳氮化物形成元素即Ti、Nb、Ta或Zr，提高焊接区的耐蚀性的Fe-Cr合金。但是，在该文献中，含有Co、V及W是必须的，以提高耐初期生锈性为目的。

在添加了Ti或Nb等稳定化元素的马氏体系不锈钢中，尽管焊接热影响区的耐晶间腐蚀性得以提高，但存在的问题是：在焊缝金属和与其邻接的具有粗大马氏体组织的热影响区的界面（接合部）附近发生优先腐蚀。

该现象如非专利文献1所公开的那样，与在SUS321或SUS347的稳定系奥氏体系不锈钢的焊接区看到的被称为刀状腐蚀（knife line attack）的现象类似。焊缝金属和热影响区的界面（接合部）优先发生腐蚀扩展，腐蚀区域扩大，因此是应该改善的课题。

刀状腐蚀的原因在于，在对利用TiC或NbC固定了C的不锈钢进行焊接时，当在其热过程升温到大约1200℃以上的区域TiC或NbC固溶，并在其后的冷却过程中通过敏化温度区时，Cr碳化物在晶界析出，从而降低耐蚀性。因此，专利文献5中公开了多次焊接后热影响区的耐蚀性仍优良，没有产生刀状腐蚀，可进行多道焊接的低铬不锈钢；并提出将评价奥氏体稳定度的指标γp（γ势：gamma potential）规定为80%以上，将以下元素规定在Cr：10～15%、Mn：大于1.5%且小于等于2.5%、Ni：0.2～1.5%、Ti：4×（C%＋N%）以上。

γp＝420×C%＋470×N%＋23×Ni%＋9×Cu%＋7×Mn%－11.5×Cr%－11.5×Si%－12×Mo%－23×V%－47×Nb%－49×Ti%－52×Al%＋189≥80%

此外，专利文献5提出了如下的方案：为防止热轧时的边缘裂纹（边部裂纹），将热轧工序中的加热温度控制在奥氏体单相区或δ铁素体量达到超过50%的温度，为防止TiN结晶造成的表面缺陷，使Ti×N在0.004以下。