JPH0630831B2 - 耐食・耐水素剥離割れ性に優れた圧力容器 - Google Patents
耐食・耐水素剥離割れ性に優れた圧力容器Info
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- JPH0630831B2 JPH0630831B2 JP24158284A JP24158284A JPH0630831B2 JP H0630831 B2 JPH0630831 B2 JP H0630831B2 JP 24158284 A JP24158284 A JP 24158284A JP 24158284 A JP24158284 A JP 24158284A JP H0630831 B2 JPH0630831 B2 JP H0630831B2
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550°C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
- B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一層以上の構造を有する圧力容器に関するもの
であって、特に高温高圧水素雰囲気の環境において耐食
性に優れ、ステンレス鋼溶接金属と母材軟鋼または低合
金鋼との境界部で水素剥離割れを起こし難い内層材を有
する圧力容器に係るものである。
であって、特に高温高圧水素雰囲気の環境において耐食
性に優れ、ステンレス鋼溶接金属と母材軟鋼または低合
金鋼との境界部で水素剥離割れを起こし難い内層材を有
する圧力容器に係るものである。
従来、炭素鋼および低合金鋼などで製造される石油精
製，重質油分解などの圧力容器や化学反応容器の内面は
耐食性を確保するため、オーステナイト系ステンレス鋼
によるライニングがなされている。これらのクラッド鋼
による圧力容器において、高温高圧水素環境下で使用さ
れると、水素侵食による材質劣化が生じ、運転停止によ
る加熱・冷却の繰返しにより母材とステンレス鋼溶接金
属内層材との境界に沿って、剥離割れが発生することが
あり問題となっているため、より一層信頼性の高い内層
材の出現が望まれている。
製，重質油分解などの圧力容器や化学反応容器の内面は
耐食性を確保するため、オーステナイト系ステンレス鋼
によるライニングがなされている。これらのクラッド鋼
による圧力容器において、高温高圧水素環境下で使用さ
れると、水素侵食による材質劣化が生じ、運転停止によ
る加熱・冷却の繰返しにより母材とステンレス鋼溶接金
属内層材との境界に沿って、剥離割れが発生することが
あり問題となっているため、より一層信頼性の高い内層
材の出現が望まれている。
この様な剥離割れの防止方法として、特公昭５６−７７
９２号公報に開示されている如く、フェライト系ステン
レス鋼を１層肉盛溶接し、さらにその上に通常のオース
テナイト系ステンレス鋼を肉盛溶接する方法、特公昭５
９−６７４４号公報に開示されている如く、１層目にSU
S ３０９系ステンレス鋼にMoを２〜４％添加したステン
レス鋼を１層肉盛溶接し、２層目に従来のSUS ３４７系
ステンレス鋼を肉盛溶接する方法、特開昭54-107453号
公報に示されている如く、Nbを含有する低合金鋼を１層
以上下盛り溶接し、その上に通常のオーステナイト系又
はフェライト系ステンレス鋼を１層以上肉盛溶接する方
法等がある。
９２号公報に開示されている如く、フェライト系ステン
レス鋼を１層肉盛溶接し、さらにその上に通常のオース
テナイト系ステンレス鋼を肉盛溶接する方法、特公昭５
９−６７４４号公報に開示されている如く、１層目にSU
S ３０９系ステンレス鋼にMoを２〜４％添加したステン
レス鋼を１層肉盛溶接し、２層目に従来のSUS ３４７系
ステンレス鋼を肉盛溶接する方法、特開昭54-107453号
公報に示されている如く、Nbを含有する低合金鋼を１層
以上下盛り溶接し、その上に通常のオーステナイト系又
はフェライト系ステンレス鋼を１層以上肉盛溶接する方
法等がある。
これらの方法は、水素剥離割れ防止方法として下盛溶接
材料の選定に関するものであり、更に過酷な腐食環境か
ら圧力容器を保護するため、耐食性を有するオーステナ
イト系ステンレス鋼等を上盛溶接する工程を避けること
ができない。そのため、溶接工数，検査工数が増すとと
もに、下盛溶接材料と上盛溶接材料が異なるため、溶接
材料の取替え、セッティング作業等の付随作業が必要で
あり、作業が煩雑となり、作業能率が悪くなる。
材料の選定に関するものであり、更に過酷な腐食環境か
ら圧力容器を保護するため、耐食性を有するオーステナ
イト系ステンレス鋼等を上盛溶接する工程を避けること
ができない。そのため、溶接工数，検査工数が増すとと
もに、下盛溶接材料と上盛溶接材料が異なるため、溶接
材料の取替え、セッティング作業等の付随作業が必要で
あり、作業が煩雑となり、作業能率が悪くなる。
本発明は、圧力容器内面を肉盛溶接する場合の上述のよ
うな不具合を解消し、１層盛溶接でも、耐食・耐水素剥
離割れ性に優れた圧力容器を提供することを目的とす
る。
うな不具合を解消し、１層盛溶接でも、耐食・耐水素剥
離割れ性に優れた圧力容器を提供することを目的とす
る。
本発明者等は、炭素鋼および低合鋼外層材とステンレス
鋼内層材の境界部に発生する水素剥離割れの問題点を解
決すべく、剥離割れに対する要因の調査およびステンレ
ス鋼内層材の合金成分系について検討を行った。圧力容
器の製造は操業条件が苛酷になるにつれ外層材の板厚が
厚くなり、クラッド法としては肉盛溶接が主として用い
られるため、クラッド鋼の製作工程上、クラッド部につ
いて固溶化熱処理が自由に行えないばかりでなく、６０
０〜７５０℃で２０〜５０時間に及ぶ炭素鋼または低合
金鋼側の応力除去熱処理の影響を受け炭化物の析出やシ
グマ相の生成が促進される。また、内層材と外層材との
境界部においては、炭素鋼または低合金鋼側からステン
レス鋼へのＣの拡散が行なわれる結果、炭化物が形成さ
れ、耐食性および機械的性質が低下するとともに、水素
のトラップサイトとなり水素感受性が高くなる。また、
圧力容器外層材（フェライト）とオーステナイトステン
レス鋼内層材との熱膨張係数の差が大きいため、加熱・
冷却の繰返しにより、境界部における歪，残留応力が発
生する。さらに、圧力容器外層材（フェライト）とオー
ステナイト．ステンレス鋼内層材の水素溶解度の不連続
性が低温になるほど激しくなり、圧力容器の運転停止時
には残留水素の過飽和度の差が大きくなるため、境界部
へ水素が拡散集積すること等が主原因となり、水素剥離
割れが発生することが明らかとなった。
鋼内層材の境界部に発生する水素剥離割れの問題点を解
決すべく、剥離割れに対する要因の調査およびステンレ
ス鋼内層材の合金成分系について検討を行った。圧力容
器の製造は操業条件が苛酷になるにつれ外層材の板厚が
厚くなり、クラッド法としては肉盛溶接が主として用い
られるため、クラッド鋼の製作工程上、クラッド部につ
いて固溶化熱処理が自由に行えないばかりでなく、６０
０〜７５０℃で２０〜５０時間に及ぶ炭素鋼または低合
金鋼側の応力除去熱処理の影響を受け炭化物の析出やシ
グマ相の生成が促進される。また、内層材と外層材との
境界部においては、炭素鋼または低合金鋼側からステン
レス鋼へのＣの拡散が行なわれる結果、炭化物が形成さ
れ、耐食性および機械的性質が低下するとともに、水素
のトラップサイトとなり水素感受性が高くなる。また、
圧力容器外層材（フェライト）とオーステナイトステン
レス鋼内層材との熱膨張係数の差が大きいため、加熱・
冷却の繰返しにより、境界部における歪，残留応力が発
生する。さらに、圧力容器外層材（フェライト）とオー
ステナイト．ステンレス鋼内層材の水素溶解度の不連続
性が低温になるほど激しくなり、圧力容器の運転停止時
には残留水素の過飽和度の差が大きくなるため、境界部
へ水素が拡散集積すること等が主原因となり、水素剥離
割れが発生することが明らかとなった。
そこで、炭素鋼およびステンレス鋼溶接金属の境界部の
水素剥離割れの発生原因を明確にするとともに防止方法
について研究を進めてきたところ、炭素鋼または低合金
鋼外層材とステンレス鋼内層材の境界部に炭化物が形成
され、組織的に不連続性が生じても、水素が存在しなけ
れば剥離割れが発生しないことが明らかとなった。そこ
で水素の境界部への拡散集積に及ぼす肉盛溶接金属内層
材の組織の影響について研究を進めた結果、溶接金属の
組織が大きな影響を及ぼしていることを見出した。一般
のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接に際しては熱間
割れを防止するため数％のフェライトを含む組織とする
ことが通常であるが、オーステナイト系ステンレス鋼の
溶接金属では、水素の拡散係数は炭素鋼または低合金鋼
外層材と溶接金属内層材との差が大きく、水素の境界部
への拡散集積が増大するため、剥離割れが発生する。し
かし、溶接金属内層材のNi eqおよびCr eqを適当に調
整し、フェライトを含んだ２相系オーステナイトステン
レス鋼の溶接金属とすることにより、水素剥離割れに対
する抵抗性が著しく向上することが確かめられた。即
ち、フェライト鋼における水素の拡散係数はオーステナ
イト鋼より常温において、１０3〜１０4倍と著しく大き
く、水素の拡散速度が非常に速やく、また水素の溶解度
が数倍小さいことは一般に知られていることであるが、
フェライト組織を適量含む２相系オーステナイトステン
レス鋼では、上記物理的性質がフェライト単相ステンレ
ス鋼と同等の値を示すことが分った。そこで、適量のフ
ェライト組織を含む２相系オーステナイト・ステンレス
鋼溶接金属の試験片について、耐水素剥離割れ性を調査
した結果、オーステナイト・ステンレス鋼の場合より対
剥離割れ性が著しく向上することが明らかとなった。こ
のことはフェライト組織を優先経路として水素が拡散
し、溶接金属表面から放出され、この剥離割れの主原因
である境界部への水素の拡散集積が防止されるためと考
えられる。また、適量のフェライトを含むオーステナイ
トステンレス鋼溶接金属の延性，耐食性について調査し
た結果、水素吸収による延性低下に対しても良好な結果
を示し、耐食性に関してはＳ量を抑制することにより、
特に耐孔食性を改善できることが明らかとなった。
水素剥離割れの発生原因を明確にするとともに防止方法
について研究を進めてきたところ、炭素鋼または低合金
鋼外層材とステンレス鋼内層材の境界部に炭化物が形成
され、組織的に不連続性が生じても、水素が存在しなけ
れば剥離割れが発生しないことが明らかとなった。そこ
で水素の境界部への拡散集積に及ぼす肉盛溶接金属内層
材の組織の影響について研究を進めた結果、溶接金属の
組織が大きな影響を及ぼしていることを見出した。一般
のオーステナイト系ステンレス鋼の溶接に際しては熱間
割れを防止するため数％のフェライトを含む組織とする
ことが通常であるが、オーステナイト系ステンレス鋼の
溶接金属では、水素の拡散係数は炭素鋼または低合金鋼
外層材と溶接金属内層材との差が大きく、水素の境界部
への拡散集積が増大するため、剥離割れが発生する。し
かし、溶接金属内層材のNi eqおよびCr eqを適当に調
整し、フェライトを含んだ２相系オーステナイトステン
レス鋼の溶接金属とすることにより、水素剥離割れに対
する抵抗性が著しく向上することが確かめられた。即
ち、フェライト鋼における水素の拡散係数はオーステナ
イト鋼より常温において、１０3〜１０4倍と著しく大き
く、水素の拡散速度が非常に速やく、また水素の溶解度
が数倍小さいことは一般に知られていることであるが、
フェライト組織を適量含む２相系オーステナイトステン
レス鋼では、上記物理的性質がフェライト単相ステンレ
ス鋼と同等の値を示すことが分った。そこで、適量のフ
ェライト組織を含む２相系オーステナイト・ステンレス
鋼溶接金属の試験片について、耐水素剥離割れ性を調査
した結果、オーステナイト・ステンレス鋼の場合より対
剥離割れ性が著しく向上することが明らかとなった。こ
のことはフェライト組織を優先経路として水素が拡散
し、溶接金属表面から放出され、この剥離割れの主原因
である境界部への水素の拡散集積が防止されるためと考
えられる。また、適量のフェライトを含むオーステナイ
トステンレス鋼溶接金属の延性，耐食性について調査し
た結果、水素吸収による延性低下に対しても良好な結果
を示し、耐食性に関してはＳ量を抑制することにより、
特に耐孔食性を改善できることが明らかとなった。
本発明は前述の知見に基ずいてなされたものであって、
１層目溶接金属組成を改良することにより、下盛溶接工
程を省くことができ、圧力容器製造時の工程数を低減
し、作業能率を高め、かつ所期の諸性能を有する溶接金
属を得ることができる。
１層目溶接金属組成を改良することにより、下盛溶接工
程を省くことができ、圧力容器製造時の工程数を低減
し、作業能率を高め、かつ所期の諸性能を有する溶接金
属を得ることができる。
本発明の目的は、熱間割れを生ぜず、かつ高温高圧水素
雰囲気の環境において、耐食性および耐水素剥離割れ性
の優れた内層材を有する溶接構造の圧力容器を提供する
にある。
雰囲気の環境において、耐食性および耐水素剥離割れ性
の優れた内層材を有する溶接構造の圧力容器を提供する
にある。
本発明の要旨は、炭素鋼または低合金鋼を外層材とし、
フェライト組織を含む２相系オーステナイト・ステンレ
ス鋼の１層以上を内層とする高温高圧水素雰囲気で使用
される圧力容器において、該ステンレス鋼部の１層目溶
接金属の化学成分が重量％でNiが６．０〜１２．０％，
Crが１８．０〜２８．０％，Mnが１．０〜２．０％であ
り、さらにＣが０．６％以下，Siが０．８％以下，Moが
２．５％以下，Nbが０．９％以下，Ｓが０．０１０％以
下，残部は鉄及び不可避不純物からなり、かつその化学
成分の Ni eq＝Ni＋３０Ｃ＋０．５Mn Cr eq＝Cr＋Mo＋１．５Si＋０．５Nb から計算したCr eqの値が ２２≦Cr eq≦３０ かつ １．５Ni eq＋８．５≦Cr eq≦１．７Ni eq＋９．３ の関係を満足し、第１図に示すシェフラー状態図におい
てフェライト量が３０〜５０％にある、フェライト＋オ
ーステナイト２相域にある組成を有することを特徴とす
る耐食・耐水素剥離割れ特性に優れた圧力容器にある。
フェライト組織を含む２相系オーステナイト・ステンレ
ス鋼の１層以上を内層とする高温高圧水素雰囲気で使用
される圧力容器において、該ステンレス鋼部の１層目溶
接金属の化学成分が重量％でNiが６．０〜１２．０％，
Crが１８．０〜２８．０％，Mnが１．０〜２．０％であ
り、さらにＣが０．６％以下，Siが０．８％以下，Moが
２．５％以下，Nbが０．９％以下，Ｓが０．０１０％以
下，残部は鉄及び不可避不純物からなり、かつその化学
成分の Ni eq＝Ni＋３０Ｃ＋０．５Mn Cr eq＝Cr＋Mo＋１．５Si＋０．５Nb から計算したCr eqの値が ２２≦Cr eq≦３０ かつ １．５Ni eq＋８．５≦Cr eq≦１．７Ni eq＋９．３ の関係を満足し、第１図に示すシェフラー状態図におい
てフェライト量が３０〜５０％にある、フェライト＋オ
ーステナイト２相域にある組成を有することを特徴とす
る耐食・耐水素剥離割れ特性に優れた圧力容器にある。
以下に本発明を詳細に説明する。
まず、本発明圧力容器内層のステンレス鋼クラッド部に
ついて、各化学成分範囲を前記のごとく定めた理由につ
いて記述する。
ついて、各化学成分範囲を前記のごとく定めた理由につ
いて記述する。
Niはフェライト・オーステナイト２相系ステンレス鋼の
基本元素であり、オーステナイトを安定化さすためには
６．０％以上は必要である。Niの増加は靭性及び耐応力
腐食性割れ性を向上させるが、多すぎると溶接時の熱間
割れの問題があり、12.0 ％以下とした。
基本元素であり、オーステナイトを安定化さすためには
６．０％以上は必要である。Niの増加は靭性及び耐応力
腐食性割れ性を向上させるが、多すぎると溶接時の熱間
割れの問題があり、12.0 ％以下とした。
Crはステンレス鋼の基本成分であり、１２．０％から耐
食性がでてきて耐孔食性などに優れた性質を示すには２
０．０％以上が必要である。Crは多い程耐食性を向上さ
せるが、フェライトを多量に形成し、後熱処理に伴ない
シグマ相を析出し脆化の問題が生じるため２８．０％以
下とした。
食性がでてきて耐孔食性などに優れた性質を示すには２
０．０％以上が必要である。Crは多い程耐食性を向上さ
せるが、フェライトを多量に形成し、後熱処理に伴ない
シグマ相を析出し脆化の問題が生じるため２８．０％以
下とした。
Mnはクラッド素材製造に際し、熱間加工性を向上させ、
クラッド部の強度を増加させるばかりでなく、クラッド
部の接合溶接に際して溶接金属中のＳと結合して溶接時
の熱間割れ感受性を低めるうえで１．０％以上含有する
と効果があるが、これを多量に含有することは応力腐食
割れ感受性を高め、かつクラッド部の材質を劣化させる
ため、含有Mn量は１．０〜２．０％とした。
クラッド部の強度を増加させるばかりでなく、クラッド
部の接合溶接に際して溶接金属中のＳと結合して溶接時
の熱間割れ感受性を低めるうえで１．０％以上含有する
と効果があるが、これを多量に含有することは応力腐食
割れ感受性を高め、かつクラッド部の材質を劣化させる
ため、含有Mn量は１．０〜２．０％とした。
Ｃは熱処理により粒界にクロム炭化物を析出させCr欠乏
による粒界腐食の原因となるので、０．０６％以下とし
た。
による粒界腐食の原因となるので、０．０６％以下とし
た。
Siは強力な脱酸剤ではあるが靭性の低下，熱間割れの問
題などから０．８％以下が好ましい。
題などから０．８％以下が好ましい。
Moは耐孔食性に優れた元素であり、高温強度を高めるの
に役立つが、２．５％超では６５０℃以上の熱処理で脆
化し衝撃値が低下する。
に役立つが、２．５％超では６５０℃以上の熱処理で脆
化し衝撃値が低下する。
NbはＣを固定し耐粒界腐食性を改善する元素である。し
かし、Ｃの重量％で８〜１０倍以上でかつ１．０％超の
Nbの添加は溶接に際して熱間割れ感受性を高める。
かし、Ｃの重量％で８〜１０倍以上でかつ１．０％超の
Nbの添加は溶接に際して熱間割れ感受性を高める。
Ｓは溶接金属の凝固の際、粒界に低融点の共晶を形成
し、熱間割れ感受性を高めるだけで、耐孔食性を低める
ので0.010％以下とした。
し、熱間割れ感受性を高めるだけで、耐孔食性を低める
ので0.010％以下とした。
上記以外の化学成分については通常をステンレス鋼と同
様なものでよいが、その化学成分がNi eq＝Ni＋３０Ｃ
＋０．５Mn，Cr eq＝Cr＋１．５Si＋０．５Nb＋Moから
計算したCr eqの値が ２２≦Cr eq≦３０ …(I) １．５Ni eq＋８．５≦Cr eq≦１．７Ni eq＋９．３
…(II) の(I)，(II)式を満足し、シェフラー状態図においてフ
ェライト＋オーステナイト２相域にあることを必須とす
る。この式を満足するCr eq,Ni eq値が第１図に示す
シェフラー状態図においてフェライト＋オーステナイト
２相域にある場合、耐食性及び機械的性質が良好で、か
つ使用時の高温高圧の水素環境などによって生じる水素
脆化ならびに運転停止時に発生する水素剥離割れを防ぐ
ことになる。
様なものでよいが、その化学成分がNi eq＝Ni＋３０Ｃ
＋０．５Mn，Cr eq＝Cr＋１．５Si＋０．５Nb＋Moから
計算したCr eqの値が ２２≦Cr eq≦３０ …(I) １．５Ni eq＋８．５≦Cr eq≦１．７Ni eq＋９．３
…(II) の(I)，(II)式を満足し、シェフラー状態図においてフ
ェライト＋オーステナイト２相域にあることを必須とす
る。この式を満足するCr eq,Ni eq値が第１図に示す
シェフラー状態図においてフェライト＋オーステナイト
２相域にある場合、耐食性及び機械的性質が良好で、か
つ使用時の高温高圧の水素環境などによって生じる水素
脆化ならびに運転停止時に発生する水素剥離割れを防ぐ
ことになる。
ここで第１図におけるフェライト＋オーステナイト２相
域とは同図に示すように、Cr eqがフェライト量３０％
の線（Cr eq＝１．５Ni eq＋８．５）より大きく、フ
ェライト量５０％の線（Cr eq＝１．７Ni eq＋９．
３）より小さく、かつCr eqが２２〜３０の範囲がこれ
に該当するものである。Cr eqが小さいと靭性，耐食性
が低下し、大きすぎると後熱処理に伴ないシグマ相が析
出し、耐食性および耐衝撃性が低下するので、Cr eqの
範囲を２２〜３０に規定した。
域とは同図に示すように、Cr eqがフェライト量３０％
の線（Cr eq＝１．５Ni eq＋８．５）より大きく、フ
ェライト量５０％の線（Cr eq＝１．７Ni eq＋９．
３）より小さく、かつCr eqが２２〜３０の範囲がこれ
に該当するものである。Cr eqが小さいと靭性，耐食性
が低下し、大きすぎると後熱処理に伴ないシグマ相が析
出し、耐食性および耐衝撃性が低下するので、Cr eqの
範囲を２２〜３０に規定した。
またここでいう２相系ステンレス鋼とはNiが６．０〜１
２．０％，Crが１８．０〜２８．０％，Mnが１．０〜
２．０％，Ｃが０．０６％以下，Siが０．８％以下，Mn
が２．５％以下，Nbが１．０％以下，Ｓが0.010％以下
のものをいう。この場合、微量のAl,Ti,Ca,Vなどが含ま
れることがある。その他不可避不純物としてＰ，Cuなど
があるが、これらの成分は肉盛溶接時の割れ感受性を高
めるため極めて少ないことが好ましい。
２．０％，Crが１８．０〜２８．０％，Mnが１．０〜
２．０％，Ｃが０．０６％以下，Siが０．８％以下，Mn
が２．５％以下，Nbが１．０％以下，Ｓが0.010％以下
のものをいう。この場合、微量のAl,Ti,Ca,Vなどが含ま
れることがある。その他不可避不純物としてＰ，Cuなど
があるが、これらの成分は肉盛溶接時の割れ感受性を高
めるため極めて少ないことが好ましい。
この様な１層以上の内層材からなる構造を有する圧力容
器の素材を得る方法としては炭素鋼または低合金鋼と前
述の化学成分範囲を満足するフェライト＋オーステナイ
ト２相系ステンレス鋼とを組合せて圧延または爆発圧接
などにより貼り合わせる方法及び肉盛溶接による方法が
ある。また、肉盛溶接の方法としては被覆アーク溶接，
潜弧溶接，TIG溶接，MIG溶接，エレクトロスラグ溶接及
びガス溶接などの溶接法を用いることができる。
器の素材を得る方法としては炭素鋼または低合金鋼と前
述の化学成分範囲を満足するフェライト＋オーステナイ
ト２相系ステンレス鋼とを組合せて圧延または爆発圧接
などにより貼り合わせる方法及び肉盛溶接による方法が
ある。また、肉盛溶接の方法としては被覆アーク溶接，
潜弧溶接，TIG溶接，MIG溶接，エレクトロスラグ溶接及
びガス溶接などの溶接法を用いることができる。
これらの各種溶接法によりクラッド鋼の内層材を得る場
合にはそれぞれの溶接方法での母材に対する希釈率（一
般には５〜４０％）、組合せるフラックス剤またはガス
組成に変化する合金成分の歩留りを考慮して電極剤の成
分を決定すべきである。また、肉盛溶接法にてクラッド
部材を得る場合には稀釈率の小さい溶接施工法を採るべ
きであり、単層または多層の肉盛部において各層の肉盛
溶接金属が本発明の化学成分範囲を満足することが好ま
しいが、１層目のみ満足する場合においても本発明の目
的を十分満足する。
合にはそれぞれの溶接方法での母材に対する希釈率（一
般には５〜４０％）、組合せるフラックス剤またはガス
組成に変化する合金成分の歩留りを考慮して電極剤の成
分を決定すべきである。また、肉盛溶接法にてクラッド
部材を得る場合には稀釈率の小さい溶接施工法を採るべ
きであり、単層または多層の肉盛部において各層の肉盛
溶接金属が本発明の化学成分範囲を満足することが好ま
しいが、１層目のみ満足する場合においても本発明の目
的を十分満足する。
以下、本発明の効果を実施例により更に具体的に説明す
る。
る。
外層材の低合金鋼についてはSB46とA387−２２を使用
し、ステンレス鋼の内層材のとしては第１表に示す溶接
金属が得られるよう０．４×７５mm断面形状を有する第
２表に示す帯状電極と第３表に示す潜弧フラックスとを
組合せて直流定電圧の溶接機にて逆極性で1200Ａ，25
Ｖ，18cm/minの溶接条件にて１層盛溶接を行った。得ら
れた各種肉盛溶接鋼について、６９０℃で２１時間の溶
接後熱処理後、側曲げ試験、ストラウス粒界腐食試験、
５％H2SO4＋３％NaCl中での分極測定による孔食電位測
定を行った。
し、ステンレス鋼の内層材のとしては第１表に示す溶接
金属が得られるよう０．４×７５mm断面形状を有する第
２表に示す帯状電極と第３表に示す潜弧フラックスとを
組合せて直流定電圧の溶接機にて逆極性で1200Ａ，25
Ｖ，18cm/minの溶接条件にて１層盛溶接を行った。得ら
れた各種肉盛溶接鋼について、６９０℃で２１時間の溶
接後熱処理後、側曲げ試験、ストラウス粒界腐食試験、
５％H2SO4＋３％NaCl中での分極測定による孔食電位測
定を行った。
更に溶接後熱処理後の肉盛溶接鋼について、耐水素剥離
割れ性が求めるため、幅４５，長さ７０，高さ４０mmの
剥離割れ試験片に加工し、実験に供した。水素剥離割れ
試験は水素分圧200Kgf／cm2，温度４５０℃のオートク
レーブ中に試験片を装入し、４８時間保持した後、大気
中に取出し、室温まで空冷した。水素剥離割れ発生の有
無は超音波ホログラフィ（UST）で調査した。これらの
試験結果を第４表に示す。
割れ性が求めるため、幅４５，長さ７０，高さ４０mmの
剥離割れ試験片に加工し、実験に供した。水素剥離割れ
試験は水素分圧200Kgf／cm2，温度４５０℃のオートク
レーブ中に試験片を装入し、４８時間保持した後、大気
中に取出し、室温まで空冷した。水素剥離割れ発生の有
無は超音波ホログラフィ（UST）で調査した。これらの
試験結果を第４表に示す。
第１表に示した溶接金属について各試料のNo.のもののN
i eqとCr eqとをそれぞれ計算し、シェフラー状態図
において第４表に示す耐剥離割れ性の関係で整理すると
第１図の関係が得られる。同図から明らかな様にCr eq
がフェライト量３０％の線（Cr eq＝１．４Ni eq＋
９．３）より小さい場合には、剥離割れが発生し、それ
を超えると発生せず、これらの傾向は極めて明らかであ
る。フェライト量が剥離割れの有無を決定する重要な因
子となっていることが明白である。即ち第１表における
実施例No.１〜１１は上記条件を満足する例であり、耐
水素剥離割れ性はもとより、曲げ延性及び耐食性も全て
良好で、健全な肉盛溶接金属が得られている。しかし、
Cr eqがフェライト量３０％の線（Cr eq＝１．５Ni
eq＋８．５）以下の比較例No.12〜１４は何れも水素剥
離割れが発生し本発明の目的を達成できない。比較例N
o.１５，１６はCr eqがフェライト量５０％の線（Cr
eq＝１．７Ni eq＋９．３）を超えた場合であるが、水
素剥離割れは発生しないが、後熱処理に伴ない、シグマ
相が析出し曲げ延性，耐食性が低下する。また、比較例
No.１７〜２１はCr eqが２２〜３０の範囲を外れた場
合の比較例であるが、２２未満の場合は耐食性が乏し
く、３０を超えた場合は、耐食性が悪くなるとともに後
熱処理によりシグマ相が析出し、曲げ延性の劣化をもた
らし、耐水素剥離性以前の問題であり、本発明の目的を
達成できない。
i eqとCr eqとをそれぞれ計算し、シェフラー状態図
において第４表に示す耐剥離割れ性の関係で整理すると
第１図の関係が得られる。同図から明らかな様にCr eq
がフェライト量３０％の線（Cr eq＝１．４Ni eq＋
９．３）より小さい場合には、剥離割れが発生し、それ
を超えると発生せず、これらの傾向は極めて明らかであ
る。フェライト量が剥離割れの有無を決定する重要な因
子となっていることが明白である。即ち第１表における
実施例No.１〜１１は上記条件を満足する例であり、耐
水素剥離割れ性はもとより、曲げ延性及び耐食性も全て
良好で、健全な肉盛溶接金属が得られている。しかし、
Cr eqがフェライト量３０％の線（Cr eq＝１．５Ni
eq＋８．５）以下の比較例No.12〜１４は何れも水素剥
離割れが発生し本発明の目的を達成できない。比較例N
o.１５，１６はCr eqがフェライト量５０％の線（Cr
eq＝１．７Ni eq＋９．３）を超えた場合であるが、水
素剥離割れは発生しないが、後熱処理に伴ない、シグマ
相が析出し曲げ延性，耐食性が低下する。また、比較例
No.１７〜２１はCr eqが２２〜３０の範囲を外れた場
合の比較例であるが、２２未満の場合は耐食性が乏し
く、３０を超えた場合は、耐食性が悪くなるとともに後
熱処理によりシグマ相が析出し、曲げ延性の劣化をもた
らし、耐水素剥離性以前の問題であり、本発明の目的を
達成できない。
これらの結果からも明白な通り、１層盛溶接でも、耐食
性及び曲げ延性の良好な肉盛溶接金属を得ると共に溶接
金属の剥離割れを防止するためには、肉盛溶接金属をCr
eqが(I)，(II)式を満足するフェライト＋オーステナ
イト２相系がステンレス鋼に調整することが必要であ
る。
性及び曲げ延性の良好な肉盛溶接金属を得ると共に溶接
金属の剥離割れを防止するためには、肉盛溶接金属をCr
eqが(I)，(II)式を満足するフェライト＋オーステナ
イト２相系がステンレス鋼に調整することが必要であ
る。
〔発明の効果〕 以上の通り本発明に係る２相系ステンレス鋼を内層材と
する圧力容器は高温高圧水素環境下で剥離割れが発生せ
ず、１層盛溶接でも良好な耐食性及び曲げ延性を有し、
工数，コスト低減が図られ、工業的にも実用性が高い。
しかして、この技術を高温高圧水素雰囲気で使用する圧
力容器に適用することにより、肉盛溶接金属の剥離を防
止する方法として有為なものである。
する圧力容器は高温高圧水素環境下で剥離割れが発生せ
ず、１層盛溶接でも良好な耐食性及び曲げ延性を有し、
工数，コスト低減が図られ、工業的にも実用性が高い。
しかして、この技術を高温高圧水素雰囲気で使用する圧
力容器に適用することにより、肉盛溶接金属の剥離を防
止する方法として有為なものである。
第１図はシェフラー状態図における１層目溶接金属の組
織と水素剥離割れとの関係を示す図である。
織と水素剥離割れとの関係を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 乙黒 靖男 神奈川県相模原市淵野辺５−10―１ 新日 本製鐵株式會社第２技術研究所内 (72)発明者 伊藤 英明 神奈川県相模原市淵野辺５−10―１ 新日 本製鐵株式會社第２技術研究所内 (72)発明者 斎藤 俊明 神奈川県相模原市淵野辺５−10―１ 新日 本製鐵株式會社第２技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−121098（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−184094（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−61590（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】炭素鋼または低合金鋼を外層材とし、フェ
ライト組織を含む２相系オーステナイト・ステンレス鋼
の１層以上を内層材とする高温高圧水素雰囲気で使用さ
れる圧力容器において、該ステンレス鋼部の１層目溶接
金属の化学成分が重量％でNiが６．０〜１２．０％、Cr
が２０．０〜２８．０％、Mnが１．０〜２．０％であ
り、さらにＣが０．０６％以下、Siが０．８％以下、Mo
が２．５％以下、Ｎｂが１．０％以下、Ｓが0.0110％以
下、残部は鉄及び不可避不純物からなり、かつ、その化
学成分の Ni eq＝Ni＋３０Ｃ＋０．５Mn Cr eq＝Cr＋Mo＋１．５Si＋０．５Nb から計算したCr eqの値が ２２≦Cr eq≦３０ かつ １．５Ni eq＋８．５≦Cr eq≦１．７Ni eq＋９．３ の関係を満足し、第１図に示すシェフラー状態図におい
てフェライト量が３０〜５０％にある、フェライト＋オ
ーステナイト２相域にある組成を有することを特徴とす
る耐食・耐水素剥離割れ性に優れた圧力容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24158284A JPH0630831B2 (ja) | 1984-11-17 | 1984-11-17 | 耐食・耐水素剥離割れ性に優れた圧力容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24158284A JPH0630831B2 (ja) | 1984-11-17 | 1984-11-17 | 耐食・耐水素剥離割れ性に優れた圧力容器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61123496A JPS61123496A (ja) | 1986-06-11 |
| JPH0630831B2 true JPH0630831B2 (ja) | 1994-04-27 |
Family
ID=17076454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24158284A Expired - Lifetime JPH0630831B2 (ja) | 1984-11-17 | 1984-11-17 | 耐食・耐水素剥離割れ性に優れた圧力容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0630831B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105506499A (zh) * | 2014-09-25 | 2016-04-20 | 宝钢不锈钢有限公司 | 一种具有良好折弯外观的铁素体不锈钢及其制造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014101972B4 (de) | 2014-02-17 | 2018-06-07 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Verfahren zum Herstellen eines nahtlosen Druckbehälters zur Speicherung von Wasserstoff |
| JP6462431B2 (ja) * | 2015-03-10 | 2019-01-30 | 株式会社神戸製鋼所 | 肉盛溶接金属及び機械構造物 |
| DE102021109866B3 (de) * | 2021-04-20 | 2022-08-11 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters |
| DE102021122024A1 (de) * | 2021-08-25 | 2023-03-02 | Voestalpine Stahl Gmbh | Vorrichtung zum Lagern oder Führen von Wasserstoff und Verfahren zu ihrer Herstellung |
-
1984
- 1984-11-17 JP JP24158284A patent/JPH0630831B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105506499A (zh) * | 2014-09-25 | 2016-04-20 | 宝钢不锈钢有限公司 | 一种具有良好折弯外观的铁素体不锈钢及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61123496A (ja) | 1986-06-11 |
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