[發明專利]焊接區的耐蝕性優良的低鉻不銹鋼

有效

• 申請號: 201180008992.7
• 申請日: 2011-02-21
• 公開（公告）號: CN102782170A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 寺岡慎一;坂本俊治;深谷益啟
• 申請（專利權）人: 新日鐵住金不銹鋼株式會社
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C22C38/50;B21B3/02;B23K9/23;C21D8/02;C21D9/46
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉鳳嶺;陳建全

技術領域

本發明涉及一種焊接區的耐蝕性優良的低鉻不銹鋼，該低鉻不銹鋼可在腐蝕環境嚴酷的用途中使用，可提高多次焊接（多道焊接）時的焊接熱影響區中的耐晶間腐蝕性，而且能夠回避焊接熱影響區的在與接合部（bond?portion）鄰接的部位發生的優先腐蝕，可作為結構用鋼等長期使用。

背景技術

鋼中的鉻含量低、且鎳含量低的含鉻不銹鋼與SUS304鋼這樣的奧氏體系不銹鋼相比較，在價格上非常有利，因此適合于如結構用鋼那樣大量使用的用途。這樣的含鉻鋼根據其成分組成的不同有鐵素體組織或馬氏體組織，但一般鐵素體系或馬氏體系不銹鋼在焊接區的低溫韌性或耐蝕性方面較差。例如，在為以SUS410所代表的馬氏體系不銹鋼的情況下，由于C含量高到0.1mass%左右，因此除了焊接區韌性及焊接區的加工性較差以外，在焊接時需要預熱，焊接作業性也較差，因而在用于要求焊接的部件時殘存問題。

作為防止這樣的焊接區的特性劣化的手段，提出了如專利文獻1及專利文獻2中記載的、通過在焊接區形成馬氏體組織來防止降低耐蝕性及低溫韌性的方法。專利文獻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，進而將以下元素降低到C：0.030mass%以下、N：0.020mass%以下，在焊接熱影響區生成粗大馬氏體組織的方法，提出了由此提高焊接區性能的焊接結構用馬氏體系不銹鋼。

這樣的在焊接區采用馬氏體相變的低鉻不銹鋼實際上已作為海上集裝箱的骨架使用，但迄今為止沒有聽到焊接區中的耐蝕性或低溫韌性成為問題的例子。

但是，可知在使用環境嚴酷的腐蝕環境（鋼材的潤濕時間長、氯化物濃度高、高溫、pH低等）下使用的情況下，出現焊接區的耐蝕性并不充分的情況。

例如，報告了在運輸煤炭及鐵礦石的鐵路貨車的車箱等中使用的情況下，在焊接熱影響區發生晶間腐蝕。這是因為：因Cr碳化物在多次焊接的熱影響區析出而產生的Cr缺乏層發生了腐蝕。

作為改善低鉻不銹鋼的焊接熱影響區的耐蝕性及焊接區韌性的方法，上述的鋼的高純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，因此公開了用此方法制造的多種鋼。

例如，專利文獻3中公開了通過適量添加碳及氮穩定化元素即Nb或Ti，防止采用馬氏體相變的含鉻鋼的焊接區的耐晶間腐蝕性劣化，同時低溫韌性優良的含鉻鋼。專利文獻4中也同樣公開了添加碳氮化物形成元素即Ti、Nb、Ta或Zr，提高焊接區的耐蝕性的Fe-Cr合金。但是，在該文獻中，含有Co、V及W是必須的，以提高耐初期生銹性為目的。

在添加了Ti或Nb等穩定化元素的馬氏體系不銹鋼中，盡管焊接熱影響區的耐晶間腐蝕性得以提高，但存在的問題是：在焊縫金屬和與其鄰接的具有粗大馬氏體組織的熱影響區的界面（接合部）附近發生優先腐蝕。

該現象如非專利文獻1所公開的那樣，與在SUS321或SUS347的穩定系奧氏體系不銹鋼的焊接區看到的被稱為刀狀腐蝕（knife?line?attack）的現象類似。焊縫金屬和熱影響區的界面（接合部）優先發生腐蝕擴展，腐蝕區域擴大，因此是應該改善的課題。

刀狀腐蝕的原因在于，在對利用TiC或NbC固定了C的不銹鋼進行焊接時，當在其熱過程升溫到大約1200℃以上的區域TiC或NbC固溶，并在其后的冷卻過程中通過敏化溫度區時，Cr碳化物在晶界析出，從而降低耐蝕性。因此，專利文獻5中公開了多次焊接后熱影響區的耐蝕性仍優良，沒有產生刀狀腐蝕，可進行多道焊接的低鉻不銹鋼；并提出將評價奧氏體穩定度的指標γp（γ勢：gamma?potential）規定為80%以上，將以下元素規定在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，專利文獻5提出了如下的方案：為防止熱軋時的邊緣裂紋（邊部裂紋），將熱軋工序中的加熱溫度控制在奧氏體單相區或δ鐵素體量達到超過50%的溫度，為防止TiN結晶造成的表面缺陷，使Ti×N在0.004以下。