[發明專利]高強度耐熱鋼的焊接接頭部及其焊接方法

有效

• 申請號: 02140195.0
• 申請日: 2002-05-08
• 公開（公告）號: CN1385278A
• 公開（公告）日: 2002-12-18
• 發明（設計）人: 駒井伸好;增山不二光;筌口泰宏;西文雄
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: B23K31/12
• 分類號: B23K31/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 范明娥,張平元

技術領域

本發明涉及一種高強度耐熱鋼的焊接接頭的焊接方法，以及在高強度耐熱鋼中，使用高強度奧氏體系不銹鋼、高強度鐵素體系耐熱鋼來提高焊接接頭部的高溫強度，由此形成高強度耐熱鋼的多層焊接接頭部及其焊接方法，以及高強度鐵素體系耐熱鋼的多層焊接接頭部的焊接方法。

現有技術

最近，為了提高火力發電廠的發電效率，人們都在積極地推進蒸氣的高溫高壓化，因此，增加了高強度耐熱鋼的用量。在高強度耐熱鋼中，除了高強度奧氏體不銹鋼之外，從經濟性與熱膨脹率的方面來看，還使用了最近開發出的以回火馬氏體作為基本組織的高強度鐵素體系耐熱鋼。

特別是在高強度鐵素體系耐熱鋼中，具有奧氏體系鋼中看不到的熱膨脹系數小、耐力強、不易引起應力腐蝕破壞、氧化皮不易脫落等優點，這些優點在奧氏體系鋼中是看不到的，而且，從合金含量低節省資源這一點上看也提高了經濟性。

在此，以往大多是將產生上述鐵素體系耐熱鋼的優點的、改善了高溫強度、耐氧化性、耐水蒸汽氧化性的高鉻鐵素體鋼以鍋爐等的耐熱部件以及傳熱用鋼管作為使用對象進行開發的。

例如，在特開平3-97832號公報、特開平5-311345號公報等中公開的技術，每一種都是在600℃以上的高溫環境下具有足夠的強度、耐氧化性、耐水蒸汽氧化性優良的鋼。

然而，上述公報中所公開的鋼或者以往的高鉻鐵素體鋼未必能解決其唯一缺點的“焊接接頭部高溫強度”等問題。

而且，在特開平9-13150號公報中公開了一種焊接接頭部的剪切特性優異的高鉻鐵素體鋼，而在其它的一般的鋼中仍然沒有解決焊接熱影響部帶有的、由原先的組織變化引起的焊接接頭部高溫強度的問題，對此必須進行考慮。

上述的焊接熱影響部在由焊接時產生的熱量所形成的特有組織變化的部位，其組織變化是由通過焊接熱源加熱的最高到達溫度和冷卻速度來決定的。

那么，由于是將焊接金屬與母體交界部位的焊接點受焊接熱量影響的母體部分，從與焊接金屬交界部位的焊接點附近熔點之下的高溫朝低溫依次急速加熱再急速冷卻至各種溫度，從而引起狀態改變、析出、恢復、再結晶、晶粒成長、淬火、回火等各種冶金變化。

這樣，由于通過焊接熱源加熱至高溫下、急劇冷卻，焊接熱影響部位的組織與母體的原材質部位相比，組織發生變化，在高強度鐵素體鋼的情況下，成為帶有上述焊接熱影響部位的焊接接頭部位高溫強度降低的一個起因。

在圖6(A)中，示出了使用上述高強度耐熱鋼母體，通過以往的焊接方法形成的坡口與形成的焊接接頭部的形狀，圖6(B)則示出了剪切破壞的狀況。

如圖6(A)所示，對于帶有焊根52的坡口51，進行多層焊接、形成焊接接頭55。

引起上述結構的焊接接頭的脆性破壞的破斷部54，如圖6(B)所示，發生在焊接熱影響部53的區域內。

這樣，上述以往情況的母體10與焊接接頭55的強度特性在圖6中示出。如圖所示的特性根據溫度以及時間來變化，但在以往的情況下，與通常的母體材料相比較，其剪切斷裂應力被認為有10-15％的降低。

在圖8中，示出了特開平7-9141號公報中公開的，防止高純度鐵素體系不銹鋼焊接熱影響部表面脆化用的焊接方法的簡要結構。上述申請是通過多層焊材的覆蓋電弧焊接，將焊接金屬堆積成最終層，它是一種將熱影響部的母體表面，通過TIG電弧熔解成焊道的焊接方法，讓上述熱影響部表面附近的氧化物在不使用焊劑的情況下通過TIG電弧進行去除，從而防止焊接熱影響部的脆化。

如上所述，在母體原材料部與形成焊接接頭的焊接金屬之間，由于存在著不通過其它方式進行組織變換的上述焊接熱影響部，因而，其結果是焊接接頭整體的高溫強度比母體降低了如上述附圖中所說明的那樣的大約10～15％的應力。對這種降低機構強度的研究以及對母體成分的改良等的研究正在積極地進行中，目前仍處于無法解決的狀態。

因此，在高溫機器中使用含有上述高強度鐵素體系耐熱鋼的高強度耐熱鋼時，對于系統整體則必須以比管厚或者板厚多10％左右的余量進行設計，來補充接頭部高溫強度的降低。

為此，使得所須的材料使用量損失巨大，從而損害了經濟性。另外，在實際操作中也有因上述焊接熱影響部破壞的事例報告，由于高溫高壓機器的破壞是事關人命的事故，因此人們強烈希望解決現有問題。

發明概述