JP2012000669A - 耐食性に優れる溶接継手および原油タンク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】mass%で、C:0.03〜0.16%、Si:0.05〜1.50%、Mn:0.1〜2.0%、P:0.025%以下、S:0.010s%以下、Al:0.005〜0.10%、N:0.008%以下、Cr:0.1%超0.5%以下、Cu:0.03〜0.4%を含有し、かつ、W:0.01〜1.0%、Mo:0.01〜0.5%、Sn:0.001〜0.2%およびSb:0.001〜0.4%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する鋼材同士を溶接して形成され、溶接金属がCu:0.05〜0.5%および(Mo+W):0.03〜1.0%を含有し、鋼材の腐食電位と溶接金属の腐食電位との差が60mV以下である溶接継手を有する原油タンク。
【選択図】なし
Description
(1)塩化ナトリウムを代表とする塩類が高濃度に溶解した凝集水の存在、
(2)過剰な洗浄によるオイルコートの離脱、
(3)原油中に含まれる硫化物の高濃度化、
(4)結露水に溶け込んだ、原油タンク防爆用に封入されたイナートガス中のO2、CO2、SO2等の高濃度化、
などの項目が挙げられている。実際、実船のドック検査時に、原油タンク内に滞留した水を分析した結果では、高濃度の塩化物イオンと硫酸イオンが検出されている。
3≧溶接金属のCu含有量(質量%)/鋼材のCu含有量(質量%)≧0.15
3≧(溶接金属のMo含有量+W含有量(質量%))/(鋼材のMo含有量+W含有量(質量%))≧0.15
−0.3≦(溶接金属のCu含有量(質量%)−鋼材のCu含有量(質量%))≦0.5
3≧溶接金属のCu含有量(質量%)/鋼材のCu含有量(質量%)≧0.15
3≧(溶接金属のMo含有量+W含有量(質量%))/(鋼材のMo含有量+W含有量(質量%))≧0.15
X値=(1−0.8×Cu0.5)×{1−(0.8×W+0.4×Mo)0.3}×{1−(Sn+0.4×Sb)0.3}×{1−(0.05×Cr+0.03×Ni+0.03×Co)0.3}×{1+2×(S/0.01+P/0.025)} ・・・(1)
で定義されるX値が0.5以下、下記(2)式;
Z値=(1+10×Sn)×(Cu−0.7×Ni) ・・・(2)
で定義されるZ値が0.15以下となるよう含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼材同士を溶接して形成される原油タンクの溶接継手において、溶接継手の溶接金属がCu:0.05〜0.5mass%および(Mo+W):0.03〜1.0mass%を含有し、鋼材の腐食電位と溶接金属の腐食電位との差が60mV以下であることを特徴とする溶接継手である。ここで、上記各式中の元素記号は、その元素の含有量(mass%)を示す。
記
A群;Ni:0.005〜0.4mass%およびCo:0.01〜0.4mass%のうちから選ばれる1種または2種
B群;Nb:0.001〜0.1mass%、Ti:0.001〜0.1mass%、Zr:0.001〜0.1mass%およびV:0.002〜0.2mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
C群;Ca:0.0002〜0.01mass%、REM:0.0002〜0.015mass%およびY:0.0001〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
D群;B:0.0002〜0.003mass%
C:0.03〜0.16mass%
Cは、鋼の強度を高める元素であり、本発明では、所望の強度を確保するため、0.03mass%以上添加する。一方、0.16mass%を超える添加は、溶接性および溶接熱影響部の靭性を低下させる。よって、Cは0.03〜0.16mass%の範囲とする。好ましくは0.06〜0.16mass%の範囲である。
Siは、脱酸剤として添加される元素であるが、鋼の強度を高めるのに有効な元素でもある。そこで、本発明では、所望の強度を確保するため、0.05mass%以上添加する。しかし、1.50mass%を超える添加は、鋼の靭性を低下させる。よって、Siは0.05〜1.50mass%の範囲とする。好ましくは0.15〜0.50mass%の範囲である。
Mnは、鋼の強度を高める元素であり、本発明では、所望の強度を得るため、0.1mass%以上添加する。一方、2.0mass%を超える添加は、鋼の靭性および溶接性を低下させる。よって、Mnは0.1〜2.0mass%の範囲とする。なお、高強度を確保しつつ耐食性を低下させる介在物の形成を抑制する観点からは、0.5〜1.6mass%の範囲が好ましく、0.7〜1.4mass%の範囲がより好ましい。
Pは、粒界に偏析して鋼の靭性を低下させる有害な元素であり、できる限り低減するのが望ましい。特に、0.025mass%を超えて添加すると、靭性が大きく低下する。また、Pは0.025mass%を超えて添加すると、タンク油槽内の耐食性にも悪影響を及ぼす。よって、Pは0.025mass%以下とする。好ましくは0.015mass%以下である。
Sは、非金属介在物であるMnSを形成して局部腐食の起点となり、耐局部腐食性を低下させる有害な元素であり、できる限り低減するのが望ましい。特に、0.010mass%を超える添加は、耐局部腐食性の顕著な低下を招く。よって、Sの上限は0.010mass%とする。好ましくは、0.005mass%以下である。
Alは、脱酸剤として添加される元素であり、本発明では0.005mass%以上添加する。しかし、0.10mass%を超えて添加すると、鋼の靭性が低下するので、Alの上限は0.10mass%とする。好ましくは0.01〜0.05mass%、より好ましくは0.02〜0.04mass%の範囲である。
Nは、靭性を低下させる有害な元素であり、できる限り低減するのが望ましい。特に、0.008mass%を超えて添加すると、靭性の低下が大きくなるので、上限は0.008mass%とする。好ましくは0.006mass%以下、より好ましくは0.004mass%以下である。
Crは、腐食の進行に伴って錆層中に移行し、Cl−の錆層への侵入を遮断することによって、錆層と地鉄の界面へのCl−の濃縮を抑制する。また、Zn含有プライマーを塗布したときには、Feを中心としたCrやZnの複合酸化物を形成して、長期間にわたり鋼板表面にZnを存続させることができるため、飛躍的に耐食性を向上することができる。上記効果は、特に、タンカー油槽の底板部のように、原油油分から分離された高濃度の塩分を含む液と接触する部分において顕著であり、Crを含有した上記部分の鋼材にZn含有プライマー処理を施すことにより、Crを含有しない鋼材と比較して、格段に耐食性を向上することができる。上記Crの効果は、0.1mass%以下の添加では十分ではなく、一方、0.5mass%を超える添加は、溶接部の靭性を低下させる。よって、Crは0.1mass%超0.5mass%以下の範囲とする。好ましくは0.11〜0.3mass%、より好ましくは0.12〜0.2mass%の範囲である。
Cuは、鋼の強度を高める元素であるとともに、鋼の腐食によって生成した錆中に存在して耐食性を高める効果がある。これらの効果は、0.03mass%未満の添加では十分に得られず、一方、0.4mass%を超えて添加すると、耐食性向上効果が飽和するほか、熱間加工時に表面割れなどの問題を引き起こす。よって、本発明の鋼材を安定して製造する観点から、Cuは0.03〜0.4mass%の範囲で添加する必要がある。なお、Cu添加の効果は、添加量の増加にともない飽和するため、費用対効果の点からは、0.008〜0.15mass%の範囲が好ましく、0.01〜0.14mass%の範囲がより好ましい。
W:0.01〜1.0mass%
Wは、タンカー油槽部底板における孔食を抑制する効果があるほか、タンカー上甲板部の全面腐食を抑制する効果がある。上記効果は、0.01mass%以上の添加で発現する。しかし、1.0mass%を超えると、その効果が飽和する。よって、Wは0.01〜1.0mass%の範囲で添加する。好ましくは0.01〜0.5mass%、より好ましくは0.02〜0.3mass%の範囲である。
Moは、タンカー油槽部底板における孔食を抑制するだけでなく、タンカー上甲板裏面部の耐全面腐食性や、バラストタンクのように塩水浸漬と高湿潤を繰り返す腐食環境における塗装後の耐食性を向上させる効果がある。上記Moの効果は0.01mass%以上の添加で発現するが、0.5mass%を超えると、その効果は飽和する。よって、Moは0.01〜0.5mass%の範囲とする。好ましくは0.02〜0.5mass%、より好ましくは0.03〜0.4mass%の範囲である。
なお、Moが上記のような耐食性向上効果を有する理由は、Wと同様、鋼板の腐食に伴い生成する錆中にMoO4 2−が生成し、このMoO4 2−の存在によって、塩化物イオンの鋼板表面への侵入が抑制されるからと考えられる。
SnおよびSbは、タンカー油槽部底板における孔食を抑制する効果を有する他、タンカー上甲板部の全面腐食を抑制する効果がある。上記効果は、Sn:0.001mass%以上、Sb:0.001mass%以上の添加で発現する。一方、Sn:0.2mass%超えおよびSb:0.4mass%超え添加しても、その効果は飽和する。さらに、Snの多量の添加は、Cuによる熱間加工時の表面割れを助長する。よって、SnおよびSbは、それぞれ上記範囲で添加するのが好ましい。
Ni:0.005〜0.4mass%、Co:0.01〜0.4mass%
NiおよびCoは、生成した錆粒子を微細化して、裸状態での耐食性およびジンクプライマーにエポキシ系塗装が施された状態での耐食性を少なからず向上する効果を有する。したがって、これらの元素は、耐食性をより向上したい場合に、補助的に添加するのが好ましい。上記効果は、Ni:0.005mass%以上、Co:0.01mass%以上の添加で発現する。一方、Ni:0.4mass%超え、Co:0.4mass%超え添加しても、その効果が飽和する。また、Niは、CuやSnを含有する鋼において発生する熱間加工時の表面割れを抑制する効果がある。よって、NiおよびCoは、それぞれ上記範囲で添加するのが好ましい。
X値=(1−0.8×Cu0.5)×{1−(0.8×W+0.4×Mo)0.3}×{1−(Sn+0.4×Sb)0.3}×{1−(0.05×Cr+0.03×Ni+0.03×Co)0.3}×{1+2×(S/0.01+P/0.025)} ・・・(1)
ここで、上記式中の元素記号は、その元素の含有量(mass%)を示しており、含有していない元素は0(ゼロ)として計算する。
で定義されるX値が0.5以下を満たすよう含有している必要がある。
Z値=(1+10×Sn)×(Cu−0.7×Ni) ・・・(2)
ここで、上記式中の元素記号は、その元素の含有量(mass%)を示しており、含有していない元素は0(ゼロ)として計算する。
で定義されるZ値が0.15以下となるように含有していることが必要である。その理由は、Cuは、熱間加工時の表面割れを引き起こす元素であり、また、Snは、上記Cuによる割れを助長する元素である。一方、Niは、上記元素による弊害を防止するのに有効な元素であるが、Niの上記効果を発現させるためには、上記(2)式を満たしてNiを添加する必要があるからである。
Nb:0.001〜0.1mass%、Ti:0.001〜0.1mass%、Zr:0.001〜0.1mass%およびV:0.002〜0.2mass%
Nb,Ti,ZrおよびVは、いずれも鋼材強度を高める元素であり、必要とする強度に応じて適宜選択して添加することができる。上記効果を得るためには、Nb,Ti,Zrはそれぞれ0.001mass%以上、Vは0.002mass%以上添加するのが好ましい。しかし、Nb,Ti,Zrはそれぞれ0.1mass%を超えて、Vは0.2mass%を超えて添加すると、靭性が低下するため、Nb,Ti,Zr,Vは、それぞれ上記範囲で添加するのが好ましい。
Ca:0.0002〜0.01mass%、REM:0.0002〜0.015mass%およびY:0.0001〜0.1mass%
Ca,REMおよびYは、いずれも、溶接熱影響部の靭性向上に効果があり、必要に応じて添加することができる。上記効果は、Ca:0.0002mass%以上、REM:0.0002mass%以上、Y:0.0001mass%以上の添加で得られるが、Ca:0.01mass%、REM:0.015mass%、Y:0.1mass%を超えて添加すると、却って靭性の低下を招くので、Ca,REM,Yは、それぞれ上記範囲で添加するのが好ましい。
B:0.0002〜0.003mass%
Bは、鋼材の強度を高める元素であり、必要に応じて添加することができる。上記効果を得るためには、0.0002mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.003mass%を超えて添加すると、靭性が低下する。よって、Bは0.0002〜0.003mass%の範囲で添加するのが好ましい。
すなわち、本発明の鋼材は、本発明に適合する成分組成に調整した鋼を、転炉や電気炉、真空脱ガス等、公知の精錬プロセスを用いて溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で鋼素材(スラブ)とし、次いで、この素材を再加熱してから熱間圧延し、厚鋼板、薄鋼板および形鋼等の鋼材とするのが好ましい。
上記適正成分に調整して製造した鋼板同士を溶接して形成した原油タンクの溶接継手は、溶接金属中のCu,MoおよびWを下記の範囲で含有していることが必要である。
Cu:0.05〜0.5mass%、(Mo+W):0.03〜1.0mass%
発明者らは、溶接継手の耐食性に及ぼす溶接金属中の合金成分の影響は、CuおよびMoとWの合計含有量の影響が支配的であり、Cuと、Moおよび/またはWを複合して添加した場合には、これらの元素の相乗効果によって、溶接継手の耐食性が大幅に向上することを見出した。しかし、溶接継手の溶接金属中のCuが0.05mass%未満、あるいは、溶接金属中のMoとWとの合計量が0.03mass%未満の場合には、上記の相乗効果が期待できず、溶接継手の耐食性が低下する。一方、溶接金属中のCuが0.5mass%超え、あるいは、溶接金属中のMoとWとの合計量が1.0mass%超えの場合には、母材(鋼材)部に比して溶接金属の耐食性が格段に向上するが故に、母材部に集中して腐食が発生するようになる。また、溶接継手の低温靭性が低下するという弊害もある。よって、本発明においては、溶接金属中のCu含有量およびMoとWの合計含有量をそれぞれ上記の範囲に制限する。なお、MoとWの含有量は、その合計量が上記範囲内にあれば、MoおよびWのうちいずれか一方を含まなくてもよい。
ここで、上記FAB溶接とは、(株)神戸製鋼所の溶接方法に関する登録商標で、ガラステープ、固形フラックス等で構成した裏当て材を鋼板裏面に直接当てて、1パス溶接で裏波ビードを形成する方法をいう。また、上記FCB溶接とは、(株)神戸製鋼所の溶接方法に関する登録商標で、銅板の上に裏当てフラックスを散布して、鋼板裏面に押し当てて、1パス溶接で裏波ビードを形成する方法をいう。また、上記RF法とは、(株)神戸製鋼所の溶接方法に関する登録商標で、溶接熱硬化性樹脂を含んだ裏当てフラックスの下に下敷きフラックスを重ねた冶具枠を鋼板裏面に当て、枠中のフラックスを押し当てて、1パス溶接で裏波ビードを形成する方法をいう。
斯くして得られたNo.1〜36の厚鋼板について、磁粉探傷試験で鋼板表面における割れの有無を調査し、割れが検出されなかったものを○、割れが検出されたものを×と判定した。
なお、前述したようにFCB溶接とは、銅板の上に裏当てフラックスを散布して、鋼板裏面に押し当てて、1パス溶接で裏波ビードを形成する方法を、また、FAB溶接とは、ガラステープ、固形フラックス等で構成した裏当て材を鋼板裏面に直接当てて、1パス溶接で裏波ビードを形成する方法をいう。
さらに、Ag/AgCl標準電極とポテンショスタットを用いて10mass%NaCl(pH0.85)腐食試験液中における母材単独の腐食電位と溶接継手の溶接金属単独の腐食電位を測定し、それらの電位差を求めた。
次いで、10mass%NaCl水溶液を、濃塩酸を用いてClイオン濃度10mass%、pH0.85に調製した試験溶液を作製し、試験片の上部に開けた3mmφの孔にテグスを通して吊るし、1試験片につき2Lの試験溶液に168時間浸漬する腐食試験を行った。なお、試験溶液は、予め30℃に加温・保持し、24時間毎に新しい試験溶液と交換した。
上記腐食試験に用いた装置を図1に示す。この腐食試験装置は、腐食試験槽2、恒温槽3の二重型の装置で、腐食試験槽2には上記試験溶液4が入れられ、その中に試験片1がテグス5で吊るされて浸漬されている。試験液4の温度は、恒温槽3に入れた水6の温度を調整することで保持している。
上記腐食試験後、試験片表面に生成した錆を除去した後、質量を測定し、試験前後の質量差を全表面積で割り戻し、1年当たりの板厚減少量(両面の腐食速度)を求めた。その結果、腐食速度が1.0mm/y以下でかつ母材部および溶接部に局部腐食が目視で認められない場合を耐局部腐食性が良好(○)、腐食速度が1.0mm/y超、あるいは、母材部か溶接部のいずれか一方にでも局部腐食が目視で認められる場合を耐局部腐食性が不良(×)と評価した。
2:腐食試験槽
3:恒温槽
4:試験液
5:テグス
6:水
Claims (6)
- C:0.03〜0.16mass%、
Si:0.05〜1.50mass%、
Mn:0.1〜2.0mass%、
P:0.025mass%以下、
S:0.010mass%以下、
Al:0.005〜0.10mass%、
N:0.008mass%以下、
Cr:0.1mass%超0.5mass%以下、
Cu:0.03〜0.4mass%を含有し、かつ、
W:0.01〜1.0mass%、Mo:0.01〜0.5mass%、Sn:0.001〜0.2mass%およびSb:0.001〜0.4mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有し、さらに上記成分が、下記(1)式で定義されるX値が0.5以下、下記(2)式で定義されるZ値が0.15以下となるよう含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼材同士を溶接して形成される原油タンクの溶接継手において、
上記溶接継手の溶接金属がCu:0.05〜0.5mass%および(Mo+W):0.03〜1.0mass%を含有し、鋼材の腐食電位と溶接金属の腐食電位との差が60mV以下であることを特徴とする溶接継手。
記
X値=(1−0.8×Cu0.5)×{1−(0.8×W+0.4×Mo)0.3}×{1−(Sn+0.4×Sb)0.3}×{1−(0.05×Cr+0.03×Ni+0.03×Co)0.3}×{1+2×(S/0.01+P/0.025)} ・・・(1)
Z値=(1+10×Sn)×(Cu−0.7×Ni) ・・・(2)
ここで、上記式中の元素記号は、その元素の含有量(mass%)を示す。 - 上記鋼材は、上記成分組成に加えてさらに、Ni:0.005〜0.4mass%およびCo:0.01〜0.4mass%のうちから選ばれる1種または2種を含有することを特徴とする請求項1に記載の溶接継手。
- 上記鋼材は、上記成分組成に加えてさらに、Nb:0.001〜0.1mass%、Ti:0.001〜0.1mass%、Zr:0.001〜0.1mass%およびV:0.002〜0.2mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の溶接継手。
- 上記鋼材は、上記成分組成に加えてさらに、Ca:0.0002〜0.01mass%、REM:0.0002〜0.015mass%およびY:0.0001〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶接継手。
- 上記鋼材は、上記成分組成に加えてさらに、B:0.0002〜0.003mass%を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶接継手。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶接継手を有することを特徴とする原油タンク。
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