JPS59229285A - ステンレス肉盛溶接用鋼板 - Google Patents

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】 〔本発明の技術分野〕 本発明は、石油精製、石油化学、石炭液化あるいは尿素
プラントなどの化学工業関係の高温高圧水素環境で使用
されるリアクターなどの装置材料に適するステンレス肉
盛溶接用鋼板に関する。

〔背景技術〕

石油精製、石炭液化及び肥料プラントなどの高温高圧の
水素を扱うリアクターなどの圧力容器用装置材料には、
第１図のとおシ、Ｃ−１／２ＭＯ鋼やＣｒ−Ｍｏ鋼等の
母材１の内表面側に耐食材料であるオーステナイト系あ
るいはフェライト系ステンレス２が肉盛溶接して使用さ
れることが多い。

しかし、最近、とのＣ−１／Ｚ　Ｍｏ鋼やＯｒ−Ｍｏ鋼
などの母材１とオーステナイト系やフェライト系のステ
ンレス２を肉盛溶接した異材溶接境界部３には、■ボン
ドマルテンサイト組織や溶接後熱処理に伴う母材側１か
らステンレス側２への浸炭現象やＣｒ炭化物析出などに
よる硬化組織の生成、■高温高圧の水素環境での装置運
転中にステンレス表面から拡散透過した水素が吸蔵され
装置停止時に核部に残留富化する、■また異材溶接部は
双方の熱膨張係数や高温強度の違いなどのため溶接後熱
処理（応力除去焼鈍）を行っても核部の溶接残留応力は
除去されず残留している。これら■〜■の要因によシ、
第２図に示すようにステンレス２と母材１との境界部３
に水素による遅れ割れ現象に基づく剥離状の割れ４（以
下ボンド剥離割れと呼ぶ）が発生することが判シ装置保
安上の大きな問題となつている。

ところで、高温高圧水素を取扱うリアクターなどは、今
後更に厳しい運転条件（よシ高温高圧化）になってくる
ことが予想される。そこで、この異材溶接境界部のボン
ド剥離割れを防止することが、この種機器受注の最大の
ポイントとなっている。

このボンド剥離割れについて本発明者等が行なった研究
結果を以下詳細に説明する。

ボンド剥離割れば、通常のＣ量（０１２〜０．２５係）
を有する従来鋼にステンレスを肉盛溶接した場合、その
溶接境界からステンレス溶接金属側へ２０〜１５０μ程
度入った領域に硬いボンドマルテンサイト組織が生成し
、且つ溶接後の後熱処理などによシ母材中の炭素がステ
ンレス溶接金属側へ拡散移行する結果（浸炭）、このボ
ンドマルテンサイト生成領域は更に硬化し、結晶粒界に
Ｃｒ炭化物が析出するなどで水素脆化感受性の筒い組織
が生成する。そのため、装義運転中にステンレス肉盛溶
接金属の表面から、運転環境中（高温高圧水素）の水素
が核部に拡散集積し、且つ異材溶接であるため（熱膨張
係数、高温強度等の違いのため）応力除去焼鈍によって
も緩和されない溶接残留応力と相まって、該溶接境界部
に遅れ割れと同じ機構による割れが発生する。この割れ
を防止するためには、境界部の組織を軟化し水素脆化感
受性の小さい組織とすることが必要である。

このためには、母材のＣ量を低く抑え、生成するボンド
マルテンサイト組織を低炭素のものとすること、および
母材中のＣ量’１ｉＮｂやＴ１などでＮｂ炭化物、Ｔ１
炭化物の形で固定しボンドマルテンサイト領域への炭素
の拡散移行を阻止することによシ、腋部の組織は軟化さ
れ、水素脆化感受性の小さい組織が得られ、割れ防止に
有効であると考えられる。

しかし、母材全板厚について低炭素あるいは多量のＮｂ
添加鋼とすることは、母材の高温強　　　′度低下や靭
性劣化等の問題を伴う。そこで、ステンレス肉盛部のボ
ンド剥離割れを防止するために必要な領域（厚さ２〜１
０圏）のみを上記のような化学組成とすることが考えら
れ、その方法の１つに製品の内面のステンレス肉盛溶接
の際に、あらかじめ上記組成の溶接材料で肉盛溶接（下
盛溶接）する方法が考えられる。この方法については既
に提案済みである（特願昭５７−１０８９３号参照）。

しかし、この製品段階での下盛溶接法では、肉盛面積が
広いことや肉盛部表面の手直しなど溶接工数が増大し、
製品のコストアップが犬きくなるおそれがあシ、また品
質的にも安定度を欠くことが懸念される。

〔本発明の目的〕

そこで、本発明者は、本発明者によシすでに提案した上
記の下盛溶接法に代る安価でかつ高品質なものを得る手
段として、鋼板製造の段階で複合材として製造すること
を考えて本発明を完成したものである。そして、本発明
の目的は高温高圧水素環境で使用されるリアクタ、例え
ば石油精製、石油４化学、石炭液化あるいは尿素フラン
トナトの装置材料に適するステンレス肉盛浴接用鋼板を
提供するにある。また、本発明ノ目的はボンド剥離割れ
が生じないステンレス肉盛溶接用鋼板を提供するにある
。さらに本発明の目的は安価でかつ高品質の耐ボンド剥
離割れ特性を有するステンレス肉盛溶接用鋼板を提供す
るにある。

〔本発明の構成〕

そして、本発明の特徴とするところは、１／２Ｍｏｆ！
／４またはＣｒ−Ｍｏ鋼と、ＣＯ，０８％以下またはＣ
０，０８％以下でＮｂ　ｉ、　５　％以下のＣｒ−Ｍｏ
　　鋼を、積層してなることを特徴とするステンレス肉
盛溶接用鋼板である。

本発明で使用する１／２Ｍｏ鋼としては、Ｃ−１／２Ｍ
ｏ鋼、Ｍｎ　−１／２　Ｍｏ鋼およびこれにＮｉｉ添加
したＭｎ　−１／２　Ｍｏ　−１／２または４／ＳＮｉ
鋼である。また、Ｏｒ−Ｍｏ鋼としてはＣｒおよびＭＯ
の含有量によっていくつかの鋼種が規格化されているが
、本発明ではこれらのすべてのＯｒ−Ｍｏ鋼が使用でき
るものである。そして、本発明では、上記の１／２’Ｍ
ｏ鋼またはＣｒ−Ｍｏ鋼を母材とし、これに耐ボンド剥
離割れ特性を有する鋼種を組合せることによＱステンレ
ス肉盛溶接部のボンド剥離割れの問題を解消した、いわ
ば複合鋼板である。

そして、本発明では、上記の耐ボンド剥離割れ特性を有
する鋼種として、Ｃ”０．０８チ以下またはＣ０，０８
％以下でＮｂ　ｔ　５　％以下のＯｒ−Ｍ。

鋼を１／２Ｍｏ鋼またはＣｒ−Ｍｏ鋼の母材に積層した
ものである。

本発明において、Ｃ含有量を０．０８　％以下と限定し
た理由は、後の実施例中に詳記するようにｏ、　ｏ　Ａ
　％以下とすることによシボンド剥離割れが防止でき、
これより以上のＣ含有量では、ボンド剥離割れが発生す
るためである。また、本発明において、Ｃ含有量が１０
８％以下であってＮｂ含有量がＯである場合、後の実施
例中に詳記するように水素曝露条件の厳しい条件下では
ボンド剥離が発生するので、Ｎｂを添加することにより
発生防止効果が生ずる。しかしながら、Ｎｂの含有量が
１．５％を越えると、母材の延性や靭性劣化などが伴な
い問題となるため、とのＮｂの含有量の上限は１５％と
する必要がある。

また、本発明において、上述のＣＯ，０８チ以下または
Ｃα０８チ以下でＮｂ１５％以下のＣｒ−Ｍｏ鋼の厚さ
としては、この耐ボンド剥離割れ特性を有する鋼種の母
材への肉盛溶接施工手段に応じて任意に選定できるが、
好ましいのは２〜１０瓢である。

また、本発明の鋼板（複合鋼板）を製造する方法として
は、従来のステンレスクラツド鋼などに使われている、
スラブあるいは中間的な圧延状態の従来鋼上に低炭素ま
たは低炭素Ｎｂ系材料を鋳込みあるい、は肉盛溶接し、
その後圧延仕上げする方法、ロールクラッド法、爆接ク
ラッド法が適用される。

以上本発明の詳細な説明したが、本発明の鋼板の構造を
第６図に基づいて説明する。第６図は本発明の鋼板の構
造を示すが、５は従来鋼と同等の材質（化学成分、機械
的性質など）からなる母材であシ、６は該母材５の表面
層である。

この表面層６はステンレス肉盛溶接を施す側として、耐
ボンド剥離割れ性の良好な、０．０’８％以下の低炭素
又は０．０８％以下の低炭素で且つ、炭化物安定元素で
あるＮｂを１．５係以下添加し、他元素は従来鋼と同じ
である。この表面層の厚みは２〜１０１１１１１１であ
る。本発明の鋼板は、以上のように、化学成分の異なる
２棟類の鋼種を複合した構造のものである。

実施例 第１表に従来のＣｒ−Ｍｏ鋼上および本発明のＣｒ”Ｍ
ｏ＠上にＴＹＰＥ　５０９のオースティト系ステンレス
を帯状電極サブマージアーク溶接法で肉盛溶接を施した
試験片について、４５０　℃Ｘ　１５０ｋｇ／ｃｒｎ２
および４８０　℃Ｘ　２２０　ｋｇ／ｃｍ２の水素曝露
条件でボンド剥離割れの再現試験を行った結果を示す。

賦香■〜■は従来のＣｒ−Ｍｏ鋼の結果であるが、母材
のＣ量が０．１０％以上であるため肉盛溶接境界部の硬
さがＨｖ５４６以上と硬化しボンド剥離割れが発生した
。これに対し賦香■〜０は本発明及び比較例のｅｒ−Ｍ
ｏ鋼の結果である。いずれの場合も境界部の硬さがＨｖ
５００以下と軟らかく、賦香■の１水素条件を除いては
、ボンド剥離割れは発生せず良好な結果が得られた。賦
香■と■ｌ′ｉ［１０８チの同−Ｃ量のものであるが、
溶接後の後熱処理条件が賦香■の方が長いため水素曝条
件の厳しｂ条件にのみ割れが発生したが、６５０℃Ｘ　
５０　ｈｒ　　以下の実用範囲内の後熱処理条件下では
割れは発生せず、実用鋼としての効果が得られる。また
賦香■以降はＮｂ添加量を種々変えたものであるが、賦
香■と■の結果を比較して判るとおシ、Ｎｂを添加しな
い賦香■では前述のとおシ、水素曝露条件の厳しい条件
でボンド剥離が発生しているのに対し、Ｎｂ量を１１０
％添加した賦香■では同一試験条件下でも割れは発生せ
ず、単に低炭素とするよ、９Ｎｂを添加することがより
効果的であることが判る。

このようにＮｂの添加はボンド剥離割れの防止に有効で
あるが、ｔＳＯ％を越えるＮｂの添加は、第２表に示す
が、ステンレス肉盛溶接部の側面曲げ試験結果の賦香Ｑ
Ｊ）（Ｎｂ：１．６１％）および賦香■（Ｎｂ：２．１
０％）のように母材に割れが発生するなど、母材の延性
や靭性劣化などを伴ない問題となるため、Ｎｂ添加量の
上限はｉ、５０％とする必要がある。また、このように
［１０８以下の低炭素又は低炭素Ｎｂ系（Ｎｂ１．５％
以下）の薄層の厚みについては、ステンレスを肉盛溶接
する場合の溶接施工条件によって、母材への溶は込み深
さが変動し、通常ソフトプラズマ溶接のような低溶込み
法で１瓢、コアードＭＩ（）溶接のような高溶込み法で
最大８ｍｍ程度であることから、これら使用する肉盛溶
接施工条件に合わせて効果が得られる範囲として２〜１
０ｍｍとした。

第　　２　　表 〔本発明の効果〕 本発明は、以上詳記したように、従来の１／２Ｍｏ鋼ま
たはＣｒ−Ｍｏ鋼の母材に炭素含有量をまたは炭素含有
量とニオブ含有量とを特定したＣｒ−Ｍｏ鋼を積層した
鋼板であるから、ステンレス肉盛溶接部のボンド剥離割
れが生じない顕著な効果が生ずるものである。また、本
発明はこのボンド剥離割れが生じない鋼板を安価に製造
でき、しかも、高品質なものが提供できる効果も奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は高温高圧水素環境のリアクターなどの装置材料
を説明するための図であ勺、第２図は同装置材料のボン
ド剥離割れを説明するための図であシ、第３図は本発明
の鋼板の構造を示２・・・・・・ステンレス ６・・・・・・境界部 ４・・・・・・剥離状の割れ ５・・・・・・　母材 ６・・・・・−表面層 手続補正書 昭和５８年　８月店日 特許庁長官　若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５８　年特許願第１０４１８４号 ２　、　’；ｌ”Ｊ＃（’）名不Δ゛　ステ・・ス肉盛
溶接用鋼板３、補ｊＴＥをする者 事件との関係　　トチ許出願人 −Ｉ″″　　東京都千代田区丸の内二丁目５番１号４、
後代　理　人 （−１−所　東京都港区虎）門−丁目１６番２号２補正
の対象 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の項（２）　　　
図　　　面 ＆補正の内容 （１）明細書の第６頁下から５行目の［Ｍｎ−％Ｍｏ−
％または％Ｎｉ鋼Ｊ　ｆ、　［Ｍｎ−％Ｍｏ−０，５〜
Ａ３Ｎｉ鋼」と訂正する。 （２）明細書の第７頁下から２行目の「発生防止効果」
の前に「割れ」を挿入する。 （３）明細書の第８頁下から６行目の［爆接クラッド法
が適用される。Ｊを「爆接クラッド法および拡散クラッ
ド法が適用される。」と訂正する。 （４）図面［第２図Ｊを別紙の通り訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １／２　Ｍｏ鋼またはＯｒ−Ｍｏ鋼と、Ｃ０，０８％以
   下またはＣＤ、　０８　％以下でＮｂ　ｉ、　５　％以
   下のＣｒ−Ｍ。 鋼を、積層してなることを特徴とするステンレス肉盛溶
   接用鋼板。