[发明专利]Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ni基合金焊接金属、用于得到该焊接金属所使用的带状电极和焊接方法。更详细地说，是涉及适于像原子炉压力容器和化学反应器等这样要求有高耐腐蚀性的结构物的Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法。

背景技术

在原子炉压力容器和化学反应容器等的结构物中，在内面等要求有高耐腐蚀性的部分，适用由带状电极堆焊法进行的埋弧焊和电渣焊。另外，在例如压水反应堆发电厂等所代表的高温耐腐蚀设备中，焊接金属虽然使用的是在高温高压水中的耐应力腐蚀裂纹优异的Ni-15Cr系合金，但近年来，则使用耐应力腐蚀裂纹性更优异的Ni-30Cr系合金。

在使用了用于得到该Ni-30Cr系合金的Ni-30Cr系合金的填充金属的焊接中，进行了以焊接操作性和耐高温裂纹性的改善为目的的各种研究(参照专利文献1～3。)。例如，在专利文献1所述的Ni基高Cr合金用敷料焊条中，复合添加N和W及V，并且限制Ti、Al、P、S、Si、O等对焊接裂纹造成影响的元素的添加量。

另外，在专利文献2所述的Ni-Cr-Fe合金填充金属中，为了抑制凝固裂纹，限制S和P等的低熔点元素的添加量。此外，在专利文献2、3中，作为抑制冷裂纹的方法，提出以特定量添加Nb、Zr和B，使高温强度和延展性提高。

【专利文献】

【专利文献1】特开平8-174270号公报

【专利文献2】特表2003-501557号公报(美国专利第6242113号说明书)

【专利文献3】特表2008-528806号公报(美国专利申请公开第2008/0121629号说明书)

在使用了由Ni-30Cr系合金构成的填充金属的堆焊和对接焊的多焊层焊接部的内部，容易发生微小的裂纹，该晶界裂纹与在焊接金属凝固的假定下发生的“凝固裂纹”有所区别，被称为“延展性降低再热裂纹”。另外，延展性降低再热裂纹具有的特征是，凝固完毕的焊接部则于被下面的焊层再加热至熔点以下的温度域而发生。在由含有Cr达30质量％左右以上的高Cr系Ni基合金构成的焊接金属中，若焊接时反复经受再热，则在结晶晶界有粗大的Cr碳化物析出，晶界强度，即相邻的晶粒彼此的结合力变弱。其结果是，若在焊接时有拉伸或剪切的热应力发挥作用，则晶界穿孔，发生延展性降低再热裂纹。

另外，在Ni基合金焊接金属中，由于Cr碳化物向结晶晶界析出，导致对于晶界腐蚀的敏感性增加。该Cr碳化物主要在430～900℃的温度范围时在晶界析出。特别是由带状电极进行的电渣焊或埋弧焊这样的线能量大且冷却速度低的情况下，Cr碳化物的敏感化显著进行，耐腐蚀性劣化。此外，焊接金属的抗拉强度比母材差时，因为设备和结构物的设计受到限制，所以焊接金属也需要与母材同等的抗拉强度。

但是，使用Ni基合金的现有的填充金属，在由带状电极堆焊法进行的大线能量的埋弧焊和电渣焊中，至今尚未得到完美的性能。例如，专利文献1所述的焊条，因为N含量高，所以在高温下有大量的氮化物在焊接金属中析出，成为脆化的原因。

另外，专利文献2、3所述的Ni-Cr-Fe合金，耐凝固裂纹性和耐延展性降低裂纹性不充分，特别是关于由带状电极堆焊法进行的焊接线能量在40kJ/cm以上的大线能量的埋弧焊和电渣焊中的耐凝固裂纹性，没有进行任何研究。因此，就要求一种带状电极，其作为大线能量的埋弧焊或电渣焊用，能够得到显示出耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性均优异这样特性的焊接金属。

发明内容

因此，本发明其主要目的在于，提供一种在大线能量焊接下，耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性也全部良好的Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法。

本发明者为了解决前述的课题而进行了锐意实验研究，其结果得到以下所示的结论。如前述，延展性降低再热裂纹的发生原因，在于在晶界析出的粗大的Cr碳化物。因此，本发明者从裂纹防止的观点出发，认为抑制Cr碳化物的晶界析出很重要。

在此，B和Zr具有晶界强化的作用，具有抑制晶界裂纹的效果，另外，在专利文献3中记述，Mg、B和Zr的添加对于再热裂纹有效，但是根据本发明者的研究判明，B和Zr对耐凝固裂纹性造成不良影响，若过剩地添加B和Zr，则凝固裂纹敏感性变高，耐凝固裂纹性劣化。另外，Mg对于耐凝固裂纹性没有影响，但是在电渣焊和埋弧焊中，其使熔渣剥离性等的焊接操作性劣化。