JP2000212701A

JP2000212701A - 耐溶接高温割れ性および熱間加工性に優れたインバ―合金

Info

Publication number: JP2000212701A
Application number: JP894599A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Murakami; 善明村上; Toshifumi Kojima; 敏文小嶋
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接高温割れの防止と熱間加工性の向上を同
時に満足できる耐溶接高温割れ性および熱間加工性に優
れたインバー合金を提供する。【解決手段】重量%で、C：0.001〜0.05%、Si：0.01〜
0.25%、Mn：0.01〜0.5%、P：0.005%以下、S：0.001%以
下、Sol.Al：0.005%以下、N：0.003%以下、Ni：30〜45
%、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ粒子
径0.05〜3μｍのTi酸化物を0.002〜0.1%含有する耐溶接
高温割れ性および熱間加工性に優れたインバー合金な
ど。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバー合金、特
に、耐溶接高温割れ性および熱間加工性に優れたFe−Ni
系インバー合金(以下、単にインバー合金と呼ぶ)に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】多様化しているエネルギー源の中で、ク
リーンエネルギーの重要性の高まりとともに、天然ガス
の使用量が増加の一途をたどっている。

【０００３】天然ガスは−162℃の極低温で液化され、
液化天然ガス(LNG)として輸送、貯蔵されるため、その
輸送配管、輸送船、貯蔵容器などの材料には、極低温特
性の優れたオーステナイト系ステンレス鋼が使用されて
いる。しかし、輸送船などにおいては、LNG液面の上下
動により生じる熱膨張・収縮を緩和するためのコルゲー
ションと呼ばれる複雑な凹凸形状を有するメンブレン
が、その製造コストや施工コストが高いため、オーステ
ナイト系ステンレス鋼の代わりに低線熱膨張率のインバ
ー合金を用いたコルゲーション構造を有しない単純形状
のメンブレンに置き換わりつつある。

【０００４】一般的なインバー合金をそのままメンブレ
ンなどに適用すると、溶接時の凝固過程や多重溶接時の
再加熱された溶接部の冷却過程において高温脆化し易
く、図4の(a)、(b)に示すような凝固割れや再熱割れと
呼ばれる溶接高温割れが生ずるといった問題や、熱間加
工性が通常の鋼に比べて劣るため、熱間圧延で板に製造
するときの歩留まりが低く、また曲がり管などを熱間加
工するときに煩雑なプロセスを必要とするなどの問題が
あるため、これまで種々の改良が図られている。例え
ば、特開昭56−44749号公報や特開昭58−100661号公報
には、溶接高温割れを防止するためにP、S、O、N量を低減
して、これら元素の粒界偏析を抑制する方法が、また特
公平1-8692号公報には、その熱間加工性を向上させるた
めに微量Bを添加する方法などが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
許公報に記載された方法では、インバー合金の溶接高温
割れの防止と熱間加工性の向上を同時に満足するような
インバー合金が得られない。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、溶接高温割れの防止と熱間加工性の向
上を同時に満足できる耐溶接高温割れ性および熱間加工
性に優れたインバー合金を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、重量%で、
C：0.001〜0.05%、Si：0.01〜0.25%、Mn：0.01〜0.5%、
P：0.005%以下、S：0.001%以下、Sol.Al：0.005%以下、
N：0.003%以下、Ni：30〜45%、残部がFeおよび不可避的
不純物からなり、かつ粒子径0.05〜3μｍのTi酸化物を
0.002〜0.1%含有する耐溶接高温割れ性および熱間加工
性に優れたインバー合金によって解決される。

【０００８】以下に、成分の限定理由を説明する。 C：母材強度確保のために0.01%以上必要であるが、0.05
%を超えると溶接高温割れを助長するので、0.01〜0.05%
に限定する。

【０００９】Si：母材強度確保のために0.01%以上必要
であるが、0.25%を超えると溶接部の靭性が低下すると
ともに、粗大介在物が生成して溶接高温割れを助長する
ので、0.01〜0.25%に限定する。

【００１０】Mn：母材強度確保のために0.01%以上必要
であるが、0.5%を超えるとMnSが析出して溶接高温割れ
を助長するので、0.01〜0.5%に限定する。

【００１１】P：0.005%を超えると溶接高温割れ、特に
凝固割れを助長するので、0.005%以下に限定する。

【００１２】S：0.001%を超えると溶接部の樹枝状晶間
に偏析して溶接高温割れ、特に再熱割れを助長するの
で、0.001%以下に限定する。

【００１３】Sol.Al：インバー合金の熱間加工性の向上
を図る上で、重要な元素である。Sol.Al以外の成分量を
本発明範囲内で一定とし、Sol.Al量を変えて熱間加工性
をJIS G 0567の高温引張試験(歪速度：10^-1/sec、加
熱温度：800、900、1000℃)により調査した。

【００１４】図1に、Sol.Al量と高温引張試験後の断面
減少率との関係を示す。いずれの加熱温度においても、
Sol.Al量を0.005%以下にすれば80%以上の断面減少率と
なり、高延性で熱間加工性に優れることがわかる。一
方、Sol.Al量を0.005%を超えて増加させると断面減少率
が低下し、低延性となり熱間加工性が劣化する。Sol.Al
量を増加すると断面減少率が低下する原因は、文献１
［鉄と鋼；70,650(1984)］に記載されているように、高
温で析出するAlNの量が増加するためと考えられる。

【００１５】N：上記AlNの生成による熱間加工性の低下
を防ぐために、0.003%以下に限定する。

【００１６】Ni：インバー特性である低線熱膨張率確保
のために30〜45%必要である。こうした成分元素量の制御により熱間加工性の向上や溶
接高温割れの防止が図れるが必ずしも十分でなく、条件
によっては溶接熱影響部(HAZ)粒径が200μｍ以上と大き
くなり、熱間加工性の劣化や溶接高温割れが認められ
た。そこで、HAZの細粒化を検討したところ、以下に示
すように、Ti酸化物をインバー合金中に含有させると効
果的であることが明らかになった。

【００１７】図２に、Ti酸化物粒子径とHAZ粒径との関
係を示す。ここで、Ti酸化物の量と粒子径は、それぞれ
電解抽出残渣分析と抽出残渣のSEM観察(酸化物50個の平
均値)から求めてある。

【００１８】粒子径0.05〜3μｍのTi酸化物を0.002〜0.
1%含有させると、HAZの粒径が100μｍ以下と著しく小さ
くなることがわかる。実際、この範囲の粒子径、含有量
のTi酸化物を含むインバー合金は、優れた熱間加工性お
よび耐溶接高温割れ性を有していた。

【００１９】このようなTi酸化物をインバー合金中に含
有させるには、例えばAlによる最終脱酸前にTiで予備脱
酸することにより可能である。

【００２０】なお、こうしたインバー合金の板を製造す
るには、従来の熱間圧延と焼鈍の条件を適用できる。

【００２１】上記成分系に加え、重量%で、Cr：0.1%以
下、Co：0.1%以下、Cu：0.1%以下、Mo：0.5%以下の中か
ら選ばれた1種または2種以上の元素を含むようにする
と、溶接高温割れの発生やインバー特性を劣化を招くこ
となく強度アップできる。

【００２２】さらに、重量%で、Ca：0.01%以下、Zr：0.
01%以下、Mg：0.01%以下の中から選ばれた1種または2種
以上の元素を含むようにすると、これらの元素は硫化物
形成元素であるため粒界におけるSの偏析を軽減でき、
溶接高温割れ防止にとってより好ましい。これらの元素
を上限を超えて含有させると、粒界脆化が促進し溶接高
温割れが発生し易くなる。

【００２３】上記合金元素の添加は、いずれもAlによる
最終脱酸後に行う必要がある。

【００２４】

【実施例】表1に示す成分およびTi酸化物を有する16種
のFe−Ni合金を溶製し、通常のインバー合金板を製造す
る条件で熱間圧延後焼鈍し、試料1〜16(試料1〜8は本発
明例、試料9〜16は比較例)を作成した。ここで、表中の
Ti酸化物の量と粒子径は、上記した電解抽出残渣分析と
抽出残渣のSEM観察より求めたものである。

【００２５】そして、後述するクロスビード試験法によ
り溶接高温割れ性を、上記JIS G0567高温引張試験に従
って求めた断面減少率により熱間加工性を評価した。ま
た、試料から4mmφ×20mmLの試験片を採取し25〜−196
℃の線熱膨張係数を測定して20〜−170℃の平均線熱膨
張係数を求めた。さらに、室温における通常の引張特性
値も測定した。

【００２６】図3に、クロスビード試験法を示す。この
方法は、LNG船用インバー合金板の規格「Gas Transpor
t and Technigas」に記載されており、溶加材無添加
のTIG溶接(溶接電流80mA、アーク電圧10V、溶接速度100mm
/min)により1.5mm厚に加工された試料を溶接後、そのと
き形成された溶接ビードAと垂直方向に同様な溶接条件
でビードBを図の矢印方向に応力を加えながら形成し、
ビードAの割れの有無を観察する方法であり、通常は20k
gf/mm²の応力で割れが発生しなければ、溶接高温割れ性
に問題がないとされている。本試験では、15kgf/mm²と2
0kgf/mm²の応力を加えて試験後のビードA表面上の割れ
の長さの総和を求め、溶接高温割れ性を評価した。

【００２７】結果を表2に示す。本発明である成分およ
びTi酸化物を有する試料1〜8では、いずれの応力を加え
たクロスビード試験においても溶接高温割れが発生して
おらず、高温引張試験において80%以上の断面減少率を
示し、耐溶接高温割れ性、熱間加工性ともに優れている
ことがわかる。また、平均線熱膨張係数もインバー合金
として全く問題ないレベルにある。

【００２８】一方、成分およびTi酸化物が本発明の範囲
内にない比較の試料9〜16では、低い平均線熱膨張係数
を示しインバー特性を有しているものの、溶接高温割れ
性が発生したり、断面減少率が80%未満となっており、
耐溶接高温割れ性と熱間加工性ともに優れたものが得ら
れない。

【００２９】なお、表2には示されてないが、いずれの
試料とも、0.2%耐力：240〜340MPa、引張強度：420〜52
0MPa、破断伸び：30%以上であって、インバー合金とし
て問題のない引張特性を有していた。

【００３０】

【表1】

【００３１】

【表2】

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、溶接高温割れの防止と熱間加工性の向上を同
時に満足できる耐溶接高温割れ性および熱間加工性に優
れたインバー合金を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Sol.Al量と高温引張試験後の断面減少率との関
係を示す図である。

【図２】Ti酸化物粒子径とHAZ粒径との関係を示す図で
ある。

【図３】クロスビード試験法の説明図である。

【図４】溶接高温割れの説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量%で、C：0.001〜0.05%、Si：0.01〜
0.25%、Mn：0.01〜0.5%、P：0.005%以下、S：0.001%以
下、Sol.Al：0.005%以下、N：0.003%以下、Ni：30〜45
%、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ粒子
径0.05〜3μｍのTi酸化物を0.002〜0.1%含有する耐溶接
高温割れ性および熱間加工性に優れたインバー合金。
【請求項２】重量%で、Cr：0.1%以下、Co：0.1%以
下、Cu：0.1%以下、Mo：0.5%以下の中から選ばれた1種
または2種以上の元素を含む請求項1に記載の耐溶接高温
割れ性および熱間加工性に優れたインバー合金。
【請求項３】重量%で、Ca：0.01%以下、Zr：0.01%以
下、Mg：0.01%以下の中から選ばれた1種または2種以上
の元素を含む請求項1または請求項2に記載の耐溶接高温
割れ性および熱間加工性に優れたインバー合金。