JPH03264647A - 高温高圧用低合金鋼を母材とした剥離抵抗性の優れたオーバレイステンレスクラッド鋼 - Google Patents

高温高圧用低合金鋼を母材とした剥離抵抗性の優れたオーバレイステンレスクラッド鋼

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JPH03264647A
JPH03264647A JP2059894A JP5989490A JPH03264647A JP H03264647 A JPH03264647 A JP H03264647A JP 2059894 A JP2059894 A JP 2059894A JP 5989490 A JP5989490 A JP 5989490A JP H03264647 A JPH03264647 A JP H03264647A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、石油化学、石油精製あるいは石炭液化などの
高温高圧水素環境下で使用される圧力容器用オーバレイ
ステンレスクラツド鋼に関する。
〔従来の技術〕
石油精製工業における脱硫反応または水素添加分解反応
などには高温高圧状態の水素が取扱われるが、これらの
反応容器にはモリブデン鋼またはクロム−モリブデン鋼
などの高温用低合金鋼が採用され、容器内面には腐食防
止のために、通常ステンレス鋼がオーバレイ溶接されて
いる。
このようなオーバレイステンレスクラッド鋼は使用環境
の高温化と水素分圧の増大により、母材と合材との境界
層において水素脆化による剥離が起り易い。　一般にオ
ーステナイト系ステンレス鋼は、水素脆化に対する感受
性は小さく、剥離抵抗性に優れていると考えられでいる
が、オーステナイト系ステンレス鋼をオーバレイしたク
ラット鋼の母材と合材の境界層には水素脆化による剥離
が生じる。　　　その理由は、この境界層近傍において
、合材のステンレス鋼が一般の単体とは異なった金属組
織を形成し、そのオーステナイト結晶粒が比較的大きく
なること、また、更にオーバレイ後の溶接後熱処理過程
での母材からステンレス鋼への炭素の拡散移行などに起
因して、水素脆化感受性が増大するためと考えられてい
る。
この問題を解決するために、オーバレイ溶接材料を変更
するか、もしくは溶接条件を変化させることが試みられ
ているが、満足な結果は得られていない。　しかし、近
年の石油化学、石油精製、重質油分解あるいは石炭液化
などのプロセスにおける機器構成材料では、装置の高温
高圧化に伴い母材の高温性能の改善とオーバレフラッド
鋼の剥離抵抗性の改善が要望されている。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の従来技術に鑑みてなされたもので、即ち
、高温高圧水素環境下で使用される材料においては、装
置の高温高圧化に伴い、（１）母材の高温性能の向上 （２）オーバレイステンレスクラツド鋼の水素脆化剥離
抵抗性の改善 という二つの課題が提起されている。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、■、Ｂ、　Ｔｉ、　Ｎｂ　　の添加により、
母材の高温性能を向上させるとともに、水素脆化剥離の
原因となる境界層近傍のオーバレイステンレス鋼のオー
ステナイト結晶粒の粗大化を防止し、かつ溶接後熱処理
過程で母材からステンレス鋼への炭素の拡散移行を阻止
することによって上記課題を解決しようとするものであ
って、第一の発明は重量基準で、Ｃ０．０５〜０．３０
％、Ｍｎ０．２〜１．５％Ｃｒ　　０．８〜５．５％、
Ｍｏ　０．５〜１．５％、ＢＯ３０００５〜０．０１０
％を含み、更にＴｉ　０．０１０〜０．０４０％、Ｎｂ
０．Ｏ１Ｏ〜０．０４０％の一種または二種を含有し、
残部がＦｅ　　および不可避的不純物からなる高温高圧
用低合金鋼を母材とした剥離抵抗性の優れたオーバレイ
ステンレスクラツド鋼であり、第二の発明は上記第一の
発明のクラツド鋼の母材に更にＶを０１０〜０．３５％
含有させたものである。
［作　　　用］ 次に、本発明のオーバレイステンレスクラツド鋼の母材
組成の限定理由について述べる。
（Ｃ：０．０５〜０．３０％） Ｃは本発明鋼母材の引張強さクリープ破断強さを増大さ
せるのに有効な成分であり、その作用を有効に発揮させ
るためには、０．０５％以上必要であるが、反面、炭素
含有量の増加は溶接性を劣化させる。　特に、溶接時の
低温割れ、およびＳＲ割れ感受性を増大させ、更に衝撃
靭性、クリープ破断延性をともに低下せしめる作用を有
するのでその上限を０．３０％とした。
（Ｍｎ：　　０．２〜１．５％） Ｍｎは一般にＳｉ　と同様に脱酸作用を有する。
しかし、本発明の母材ではむしろ焼入性の向上に期待し
て、その作用があられれる０、２％を下限の含有量とし
た。　しかし、Ｍｎの含有量が１．５％を超えると、溶
接性の低下およびＭｎＳ、あるいはＭｎＯなとの非金属
性介在物量が増大して衝撃靭性を低下させるので１８５
％を上限の含有量とした。
（Ｃｒ：　　０．８〜５．５％） Ｃｒは本発明鋼の母材では耐酸化性を高めるのに必要な
成分であり、また、高温で安定な炭化物を形成し、クリ
ープ破断強さを増加させる作用を有する。　これらの作
用を十分に発揮させるには、Ｃｒを０．８％以上含有さ
せる必要があるが、５．５％を超えて含有させると、固
溶炭素含有量を減少させ、かつ炭化物が粗大化して、ク
リープ破断強度を低下させるので、その上限を５．５％
とした。
（Ｍｏ　：　０．５〜１．５％） Ｍｏは本発明鋼の母材においてはフェライト・マトリッ
クスに固溶し、クリープ破断強度を増大させ、また炭素
と結びついて炭化物を形成し、クリープ破断強度を増大
させる作用を有し、このためにはＭｏを０．５％以上含
有させる必要がある。
しかし、その含有量が１５％を超えると、クリープ破断
強度は飽和するので、１．５％をその上限とした。
（Ｖ：０．ｌＯ〜０．３５％） ■は本発明鋼母材中に存在するＣｒおよびＭ。
よりも炭素との親和力が強い強炭化物形成元素であり、
オーバレイ溶接後の溶接後熱処理過程で、母材中の炭素
と結合し、これを炭化物（ｖ４Ｃ３）として固定するの
で母材からステンレス鋼へ炭素が拡散移行することを軽
減する。　　■が炭素と結合し、Ｖ４Ｃ３を形成し炭素
を固定するためにはその含有量を００１０％以上にする
必要がある。
一方、０．３５％を超えて含有させるとオーバレイ溶接
時の母材溶接熱影響部に溶接後熱処理過程で割れ（ＳＲ
割れ）が生じる原因となるので、０．３５％を上限とし
た。
（Ｂ　：　０．０００５〜０．０１０％）本発明鋼の母
材中におけるＢの作用は焼入性を向上させるとともに、
クリープ破断強さを増大させる。　これらの作用を発揮
させるためには少なくとも０．０００５％以上含有させ
る必要があるが、０、０１０％を超えて含有させると、
熱間加工性が著しく阻害されるため、その上限を０．０
１０％に限定した。
（Ｔｉ　：　　０．０１０〜０．０４０％）（Ｎｂ　：
　　０．０１０〜００４０％）ＴｉおよびＮｂは、本発
明のクラツド鋼において母材とステンレス鋼の境界層の
ステンレス鋼側のオーステナイト結晶粒を細粒化する作
用を有している。
オーバレイ溶接したオーステナイトステンレス鋼のオー
ステナイト結晶粒度は、その溶融金属の核発生−粒子成
長という凝固形態に支配される。
そして、母材中に含まれるＴｉおよびＮｂはオーバレイ
溶接中に母材とステンレス鋼の境界層において、高融点
の窒化物を形成し、これが溶融ステンレスの凝固時の核
発生個所となり、境界層のステンレス鋼側のオーステナ
イト結晶粒を細粒化する。　オーステナイト結晶粒の細
粒化に必要な境界層での窒化物の形成に必要なＮｂ　、
　Ｔｉの含有量は、０．０１０％以上である。
一方、ＴｉおよびＮｂは強力な酸化物、窒化物形成元素
であり、その含有量が増大すると酸化物系および窒化物
系介在物が増加し、材料の延性、靭性の低下の原因とな
るので、その含有量の上限を０．０４０％に限定した。
（不可避的不純物） Ｓｉは、通常、脱酸剤として広く用いられているが、本
発明鋼の母材は真空カーボン脱酸法により脱酸されるた
めに、　Ｓｉは脱酸剤としては用いられず、むしろＳｉ
の存在は真空カーボン脱酸を阻害するので、不可避的不
純物として極力その含有量を抑えることが好ましい。
アーク炉による溶解においては、工業的な余慶を考慮し
て、　Ｓｉ含有量は０．１％以下とすることが望ましい
。　　また、上記に示した必須成分を除く、Ｐ、Ｓなど
の不可避不純物は極力低減することが望ましい。
［実　施　例］ 本発明クラツド鋼に用いた母材の組成を第１表に示す。
　第１表の組成を有する母材にＳＯ３３４７をオーバレ
イ溶接してオーバレイステンクラッド鋼とした。
第１表記載の母材の引張試験結果およびクリープ破断強
さを第２表に示す。
第２表から咀らかなように室温の強度、および延性は本
発明のクラツド鋼に用いた母材と比較材とで殆ど差はな
いが、クリープ破断強さは本発明クラツド鋼母材の方が
格段に優れている。
１ 次に、第１表の組成を有する各母材にオーバレイ溶接後
、６９０℃・　２６時間の溶接後熱処理を施し、厚さ５
５　ｍｍＸ巾５０　ｍｍＸ長さ　１１０　ｍｍｍのオー
バレイ部を含む各試験片に機械加工して、剥離割れ試験
に供した。　　試験方法はオートクレーブを用い、温度
条件３７５〜５７５℃、水素圧条件１５０ｋｇ／ｃｍ２
にて、高温高圧水素環境下に暴露し、空冷後所定時間大
気中に放置し、剥離割れの有無を調査した。
第３表はその試験結果を示すものである。
同表に示す通り、本発明のクラツド鋼は５７５°Ｃの最
高試験温度まで剥離割れは発生していない。
一方、比較材Ｎｏ、　７では４５０℃の試験温度で、ま
た、比較材Ｎｏ、　８では５００℃の試験温度で剥離割
れを生じている。　　なお、本実施例では５ＵＳ３４７
をオーバレイしたクラツド鋼の水素脆化剥離割れ試験結
果を示したが、５ＵＳ３０９．５ＵＳ３１６などの他の
オーステナイト系ステンレス鋼をオーバレイしたクラツ
ド鋼についても評価試験を行い、いずれも優れた抵抗性
を有することを確認している。
［発明の効果］ 本発明により母材の高温性能に優れ、かつ水素脆化剥離
抵抗性の優れたオーバレイステンレスクラッド鋼を得る
ことができた。
手続補正書（自発） 平成２年３月２０日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）重量基準で、Ｃ０．０５〜０．３０％、Ｍｎ０．２
    〜１．５％、Ｃｒ０．８〜５．５％、Ｍｏ０．５〜１．
    ５％、Ｂ０．０００５〜０．０１％を含み、更にＴｉ０
    ．０１０〜０．０４０％、Ｎｂ０．０１０〜０．０４０
    ％の一種または二種を含有し、残部がＦｅおよび不可避
    的不純物からなる高温高圧用低合金鋼を母材とした剥離
    抵抗性の優れたオーバレイステンレスクラッド鋼。 ２）重量基準で、Ｃ０．０５〜０．３０％、Ｍｎ０．２
    〜１．５％、Ｃｒ０．８〜５．５％、Ｍｏ０．５〜１．
    ５％、Ｖ０．１０〜０．３５％、Ｂ０．０００５〜０．
    ０１０％を含み、更にＴｉ０．０１０〜０．０４０％、
    Ｎｂ０．０１０〜０．０４０％の一種、または二種を含
    有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる高温高
    圧用低合金鋼を母材とした剥離抵抗性の優れたオーバレ
    イステンレスクラッド鋼。
JP2059894A 1990-03-13 1990-03-13 高温高圧用低合金鋼を母材とした剥離抵抗性の優れたオーバレイステンレスクラッド鋼 Expired - Lifetime JP2684109B2 (ja)

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