JP2010142843A - オーステナイト系ステンレス鋼からなる溶接材料およびそれを用いた応力腐食割れ予防保全方法ならびに粒界腐食予防保全方法 - Google Patents
オーステナイト系ステンレス鋼からなる溶接材料およびそれを用いた応力腐食割れ予防保全方法ならびに粒界腐食予防保全方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】C:0.01wt%以下、Si:0.5wt%以下、Mn:0.5wt%以下、P:0.005wt%以下、S:0.005wt%以下、Ni:15.0〜40.0wt%、Cr:20.0〜30.0wt%、N:0.01wt%以下、O:0.01wt%以下を含有するオーステナイト系ステンレス鋼からなる溶接材料1である。特に、Bの含有率が3wtppm以下であることが特徴である。
【選択図】図1
Description
次に、本発明において、オーステナイト系ステンレス鋼からなる溶接材料の成分を前記のように定めた理由を以下に記載する。
Cは、加熱された際に結晶粒界にCr系の炭化物を析出する結果、その近傍にCrの欠乏した領域を生成して粒界の耐硝酸腐食性や耐応力腐食割れ性を低下させる。したがって、Cの含有率は極力少ないことが望ましく、溶解法などの工業的実用性を考慮し、0.01wt%以下とした。
Siは、耐硝酸性に対して数%の範囲内で添加する場合を除いては、粒界損傷の観点からはできるだけその含有量を低くすることが望ましい。しかしながら、溶湯プールの酸素富化抑制剤としてSiは有効であるため、0.5wt%以下含有させる。
Mnは、オーステナイト相安定度を高めて耐食性に有害なδ−フェライトの生成や加工誘起変態を防止する効果がある。しかしながら、0.5wt%を超えても所望の効果が得られないばかりか、固溶状態のMnとして、かえって腐食を促進するので、0.5wt%以下とする。
P:Pは、粒界偏析することが知られており、Pの含有量を増加すると耐応力腐食割れ性や耐粒界腐食性が低下する。このため、その含有量は低い方が望ましく、0.005wt%以下とする。なお、0.01wt%以下でもよい。
S:Sの増加は硫化物の生成を促進し、それらを基点とする選択的な腐食により、耐応力腐食割れ性や耐粒界腐食性、さらに耐孔食性を低下させる。このため、その含有量は低い方が望ましく、0.005wt%以下とする。なお、0.01wt%以下でもよい。
Ni:Niは、オーステナイト組織を安定させ、また応力腐食割れや粒界腐食を抑制するために必要な元素である。しかしながら、その含有率が15wt%未満では十分なオーステナイト組織を確保することができず、さらに中性子照射環境下での耐スェリング性を得ることができない。一方、40wt%を越えると高価となるため、15.0〜40.0wt%が望ましい。
Cr:Crは、不働態皮膜を形成して鋼の耐食性を確保するために必要な元素である。不働態皮膜形成の観点からは、JIS規格の代表的ステンレス鋼であるSUS304やSUS316系ステンレス鋼のように16wt%程度含有すればよい。しかしながら、軽水炉炉心のように中性子照射を受ける高温高圧水中環境下や再処理プラントのように高酸化性イオンを含む高濃度硝酸溶液の沸騰伝熱面腐食での過不働態腐食環境下で十分な耐食性を確保するには20wt%が必要である。一方、30wt%を越えると、Crリッチの脆化相が析出するため、それらを避けて完全オーステナイト組織にするためのNi含有量を増加しなくてはならなくなり、コストの上昇を招くので20.0〜30.0wt%が望ましい。
O:0.01wt%以下
N、O:NおよびOは、いずれも耐応力腐食割れ性や耐粒界腐食性を低下させるため、その含有率はできるだけ低い方が望ましく、0.01wt%を上限とする。
B:Bは、本発明を構成するもっとも重要な要因である。基本的には不純物元素であり、粒界に偏析して耐応力腐食割れ性や耐粒界腐食性を低下させるため、できるだけ少ないことが望ましい。Bは従来の分析技術では0.0003wt%以下については判別できなかったが、本発明では最近の分析手法を駆使してより微量のBと耐食性との関係を明確にし、その結果、0.0003wt%以下に低減することにより応力腐食割れや粒界腐食を十分に抑制できることがわかった。この観点から、Bの含有率を3wtppm(0.0003wt%)以下とした。なお、より好ましくは1.5wtppm以下である。
C+P+S+O+N:これらの不純物元素を上記制限条件のように個々に限定しても、合計が0.02wt%を超えると良好な耐応力腐食割れ性や耐粒界腐食性が得られないため、0.02wt%を上限とした。
Ti:Tiは本発明を構成する重要な要因であり、粒界腐食の原因となるC、P、S、N、およびOの不純物元素を、それぞれ、TiC,FeTiP,TiS,TiN,TiO2のようなTi系の炭窒化物や化合物とすることにより完全に無害化するために添加する。本発明では、不純物元素は鋼塊段階で極めて低いレベルになっているが、発明者らの検討によると、商業ベースでの溶解法で除去しきれない微量の不純物元素が粒界腐食に悪影響をおよぼすことが明らかになった。このため、これらを完全に無害化するためにTiを添加する。したがって、最低必要含有量はC、P、S、N、およびOの全てがTiC,FeTiP,TiS,TiN,TiO2のようなTi系の炭窒化物や化合物となるための化学量論的な等価な量である。具体的には、Ti(wt%)=(48/12)C(wt%)+(48/31)P(wt%)+(48/32)S(wt%)+(48/14)N(wt%)+(48/16)×(1/2)O(wt%)であるが、希薄元素の動的析出反応を考慮すると0.05wt%以上が望ましい。一方、多量に添加するとコストの上昇を招くので、0.3wt%以下が望ましい。
図1は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる溶接材料1で板材の突合せ溶接部を肉盛溶接した溶接継手試験材11を示す断面図である。溶接継手試験材11として、厚さ12mm×幅100mm×長さ300mmのSUS304鋼の板材2,3を突合せし、Y308の溶接材料4を用いて溶接して製作した。当該溶接は、20リットル/minの流量のArガスシールドのティグ溶接によりおこなった。溶接条件は、ワイヤ径2.4mm、溶接電流180A、溶接電圧9V、溶接速度100mm/min、ワイヤ供給量100cm/minとした。
次に、応力腐食割れ予防保全方法の他の実施態様について説明する。図3は、本発明に係る溶接材料1で肉盛溶接した配管21,31を示す断面図である。
次に、本発明の化学組成を有する溶接材料1を用いた粒界腐食予防保全方法について説明する。図4は、本発明に係る粒界腐食予防保全方法について説明するための図である。
13、14:SUS304鋼製管材
15:対策材
P:溶接接合部
Claims (7)
- C:0.01wt%以下、Si:0.5wt%以下、Mn:0.5wt%以下、P:0.005wt%以下、S:0.005wt%以下、Ni:15.0〜40.0wt%、Cr:20.0〜30.0wt%、N:0.01wt%以下、O:0.01wt%以下を含有するオーステナイト系ステンレス鋼からなる溶接材料であって、
前記オーステナイト系ステンレス鋼に含まれるBの含有率が3wtppm以下であり、かつ、前記C、P、S、NおよびOの含有率の合計が0.02wt%以下であることを特徴とする、溶接材料。 - 請求項1に記載の溶接材料において、
前記オーステナイト系ステンレス鋼に含まれるTiの含有量が、前記C、P、S、NおよびOの含有量の合計に対し、化学量論的に等価以上であることを特徴とする、溶接材料。 - オーステナイト系ステンレス鋼製の構造物または配管の溶接接合部に、請求項1または2に記載の溶接材料を肉盛溶接することを特徴とする、応力腐食割れ予防保全方法。
- 請求項3に記載の応力腐食割れ予防保全方法において、
前記溶接接合部の欠陥部を除去して補修溶接し、その後、当該溶接接合部を覆うように前記溶接材料で肉盛溶接することを特徴とする、応力腐食割れ予防保全方法。 - 溶接接合したオーステナイト系ステンレス鋼製の構造物または配管を対策材へ取り替える際に、開先面に対して、請求項1または2に記載の溶接材料を予め肉盛溶接した後、当該対策材を溶接接合することを特徴とする、応力腐食割れ予防保全方法。
- 腐食性流体が接触するオーステナイト系ステンレス鋼製の構造物または配管の接液面に、請求項1または2に記載の溶接材料を肉盛溶接することを特徴とする、粒界腐食予防保全方法。
- 腐食性流体が接触するオーステナイト系ステンレス鋼製の構造物または配管の接液側の溶接接合部に、請求項1または2に記載の溶接材料を肉盛溶接することを特徴とする、粒界腐食予防保全方法。
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