焊接結構熱水容器用鐵素體不銹鋼及熱水容器制造技術

本發明專利技術提供一種焊接結構熱水容器用鐵素體系不銹鋼，其以質量％計，含有：Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．０１～０．３０％、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：超過２１％～小于等于２６％、Ｍｏ：２％以下、Ｎｂ：０．０５～０．６％、Ｔｉ：０．０５～０．４％、Ｎ：０．０２５％以下、Ａｌ：０．０２～０．３％，還根據需要含有Ｎｉ和Ｃｕ中的一種以上，其中Ｎｉ：２％以下，優選０．１～２％，Ｃｕ：１％以下，優選０．１～１％，剩余部分為Ｆｅ及不可避免的雜質。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及通過TIG焊接進行施工的焊接結構熱水容器用鐵素體 系不銹鋼以及使用了該鐵素體系不銹鋼的熱水容器。
技術介紹
作為電熱水器及儲熱水槽等熱水容器的材料，廣泛使用鐵素體系 不銹鋼的SUS444 (低C、低N、 18 ~ 19Cr-2Mo-Nb、 Ti系鋼)。SUS444 是以提高在熱水環境下的耐腐蝕性為主要目的而開發的鋼種。熱水容器的主流是具有通過TIG焊接將構成部件(例如，端蓋和 筒體)接合的"焊接結構"。在自來水的熱水環境中使用焊接結構的 熱水容器時，焊接部易發生腐蝕。在SUS444的情況下，腐蝕方式為孔 蝕時易再鈍化，很少使孔蝕成長。但是，在縫隙腐蝕時由于難以再鈍 化，有時腐蝕成長貫通板厚導致漏水。因此，希望采用盡可能避免在 熱水容器中形成縫隙的結構。但是，端蓋和筒體的焊接接合部等在施工方面是難以避免形成縫隙的部位。在通過TIG焊接制造熱水容器時，為減少焊接部耐腐蝕性的降低， 通常采用進行Ar背面氣封以抑制背面焊道側的氧化的方法?？墒牵?電熱水器上再加熱功能的需要日益高漲，內部安裝有蛇管的結構的罐 體逐漸增多。該情況下，焊接時難以將用于進行Ar背面氣封的噴嘴插 入罐體內部，不得不采用無背面氣封的TIG焊接的情況增多，成為對 于耐腐蝕性降低的不穩定因素。另外，從地球環境問題方面考慮，與電熱水器相比，電力消耗低 的C02冷媒熱泵熱水器(Ecocute (注冊商標))的需求日益增加。由 于在該方法中不進行加熱器加熱，因而原本不需要用于插入加熱器的 法蘭，但是卻產生了為了插入TIG焊接時的背面氣封用噴嘴而不能省略法蘭等涉及成本上升的問題。專利文獻1記載了 一種使筒體向端蓋的插入深度為20mm而避免了 發生縫隙腐蝕的結構的熱水器用不銹鋼制罐體。作為鋼種采用的是與 SUS444相當的鋼。但是，根據專利技術人等的調查，在焊接中，耐腐蝕性 降低的熱影響部為距焊道大概10mm左右的范圍，在上述結構中，有時 不能充分得到穩定的耐腐蝕性提高效果。另外，在將該相當于SUS444 的鋼提供給不進行Ar背面氣封的TIG焊接時，可以預見會在背面焊道 部的氧化皮的生成部分發生明顯的耐腐蝕性降低。專利文獻2記栽了 一種通過復合添加Ti和Al來抑制焊接時的Cr 氧化損失，改善了在焊接部的耐腐蝕性降低的鐵素體系不銹鋼。通過 使用這種鋼可以大大提高熱水容器的耐腐蝕性水平。但是，在這種鋼 的情況下，在不進行Ar背面氣封的TIG焊接中也不能充分抑制Cr的 氧化損失，不能避免耐腐蝕性的大幅度降低。專利文獻l:特開昭54 - 72711號公報專利文獻2:特開平5 - 70899號公報
技術實現思路
如上所述，在通過TIG焊接制造現在的熱水容器時，難以實施Ar 背面氣封的結構增多。另一方面，還存在因降低制造成本等要求而難 以設計在焊接部不形成縫隙的結構的熱水容器的狀況。鑒于這種現狀， 本專利技術的目的是開發并提供一種鐵素體系不銹鋼及使用了該鐵素體系 不銹鋼的熱水容器。該鐵素體系不銹鋼在通過不進行背面氣封的TIG 焊接而構筑熱水容器時，在按照原樣以焊接的狀態在使用自來水的熱 水環境中呈現出優良的耐腐蝕性。本專利技術人等進行了可實現上述目的的詳細研究，其結果發現如下 的事實。(i )確保超過21質量％的Cr含量而提高基本的耐腐蝕性，對通 過不進行背面氣封的TIG焊接而形成的背面焊道側焊接部的耐腐蝕性 提高極為有效。7(ii) Ni、 Cu可提高焊接部耐腐蝕性，Cr含量越高其效果越大。 考慮到在熱水環境的使用，通過在Cr含量超過21質量％的鋼中添加 Ni、 Cu的一種以上，可大大改善不進行背面氣封的TIG焊接背面熱影 響部的耐腐蝕性。(ii )在添加一定量以上的被認為是對焊接部的耐腐蝕性提高有 效的Si時，在不進行背面氣封的TIG焊接中，在焊接狀態的背面焊道 側焊接部，不如說使耐腐蝕性降低。(iii) 作為耐腐蝕性改善元素公知的Mo，對在不銹鋼表面的氧 化的抑制，即對焊接部的耐腐蝕性改善并未起到有效的作用。本專利技術提供一種基于這樣的發現而進行成分設計的新的鐵素體系 不銹鋼。即，本專利技術提供一種焊接結構熱水容器用鐵素體系不銹鋼，其以 質量％計，含有C: 0. 02%以下、Si: 0. 01 ~ 0. 30°/。、 Mn: 1%以下、P: 0. 04%以下、S: 0. 03%以下、Cr:超過21% ~小于等于26%、 Mo: 2%以 下、Nb: 0. 05~0. 6%、 Ti: 0. 05 ~ 0. 3%或者0. 05 ~ 0. 4%、 N: 0.025% 以下、Al: 0, 02~0. 3%，此外，還根據所需要的耐腐蝕水平而含有Ni 和Cu中的一種以上，其中，Ni: 2°/。以下，優選O. 1~2%， Cu: 1%以下 優選O. 1~1%，剩余部分為Fe及不可避免的雜質。以含有Ni: 0. 4 ~ 1%及Cu: 0. 4 ~ 1%的一種以上的鐵素體系不銹鋼為更合適的對象。在做成冷軋退火酸洗鋼板之后，對該鋼板以無背面氣封的方式進 行TIG焊接，在將以無修整的原始狀態包含其焊接部的試驗片供給在 80r、 2000ppmCl水溶液中浸漬30天的浸漬試驗(使用Pt輔助陰極) 時，呈現出侵蝕深度為0. lram以下的耐腐蝕性。在此，所謂的"無修整的原始狀態"是指未實施除去焊接部所產 生的氧化皮的操作(研磨等機械性除去操作及酸洗等化學性除去操作) 的原始焊接過的狀態。"焊接部"是包括焊道部和熱影響部的區域。 為了形成用于提供給上述浸潰試驗的焊接部，采用在鋼板表面一邊使 TIG焊接的電弧以恒定速度移動一邊在可形成背面焊道(在電弧照射 的面的背面所出現的焊接金屬部)的條件下形成焊道的方法(所謂的板上焊道法(bead on plate))。此時，在背面焊道側不進行背面氣 封。另外，不使用填充金屬。在試驗片上含有焊接部和其兩側的母材 部。另外，提供焊接結構熱水容器，其為具有在由上述的不銹鋼構成 的鋼材上實施不進行背面氣封的TIG焊接而形成的焊接部的熱水容 器，將通過上述TIG焊接而形成的背面焊道側的焊接部以無修整的狀 態直接暴露在熱水中使用。在進行該TIG焊接時，與通常的TIG焊接 一樣可根據需要使用填充金屬。在此，"熱水"是指50t:以上的水。使用本專利技術的鐵素體系不銹鋼時，可顯著改善熱水環境中的焊接 部的耐腐蝕性。特別是即使在將通過不進行背面氣封的TIG焊接而形 成的背面焊道側焊接部以無修整的狀態直接暴露在高溫的自來水中使 用的情況下，也可長時間維持優良的耐腐蝕性。即，在通過TIG焊接 制造熱水容器時，即使省略Ar背面氣封也可得到高的可靠性。因此， 根據本專利技術可擴大在要求高耐腐蝕性的自來水環境下的熱水容器的設 計自由度。另外，在預計今后需求增大的C02冷媒熱泵熱水器的熱水 罐體中，不需要用于背面氣封的法蘭，因而可降低成本。附圖說明圖1是示意性表示浸漬試驗片的外觀的圖2是示意性表示浸漬試驗方法的圖3是示意性表示實施例2所使用的試驗罐體的結構的圖4是示意性表示利用實際熱水容器進行的耐腐蝕性試驗方法的圖。具體實施例方式對構成本專利技術的鐵素體系不銹鋼的成分元素進行說明。 C、 N是鋼中不可避免地含有的元素。若降低C、 N的含量，則鋼 變成軟質，加工性提高，并且，碳化物、氮化物的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種焊接結構熱水容器用鐵素體系不銹鋼，其以質量％計，含有：?。茫海埃埃玻ヒ韵?、?。樱椋海埃埃薄埃常埃?、　Ｍｎ：１％以下、?。校海埃埃矗ヒ韵?、?。樱海埃埃常ヒ韵隆ⅰ。茫颍撼^２１％～小于等于２６ ％、　Ｍｏ：２％以下、?。危猓海埃埃怠埃叮?、?。裕椋海埃埃怠埃常?、?。危海埃埃玻担ヒ韵隆ⅰ。粒欤海埃埃病埃常?，　剩余部分為Ｆｅ及不可避免的雜質。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：足立俊郎，野野村明廣，山本修，富村宏紀，
申請(專利權)人：日新制鋼株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[]