JP2023503639A - Ｌｎｇタンク製造用ステンレス鋼フラックス入りワイヤ - Google Patents
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Abstract
本発明は、ＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤに関し、より詳細には、Ｍｎ、ＭｏおよびＣｒの含有量を調整することにより優れた引張強さと衝撃値を有する溶接金属を得られるＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤに関する。本発明のＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤは、９％ニッケル鋼、高マンガン鋼およびステンレス鋼の全ての溶接に適用でき、Ｍｎ、ＭｏおよびＣｒの含有量の関係を調整することにより溶接領域で優れた極低温靭性を有する、溶接金属を得られるという効果を有する。【選択図】なし
Description
本発明は、ＬＮＧタンク製造用ステンレス鋼フラックス入りワイヤに関し、より詳細には、ワイヤは、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの含有量が所望のように調整されるようになされ、ワイヤが、優れた強度と極低温衝撃靭性を有する溶接金属を得るために用いることができる、ＬＮＧタンク製造用ステンレス鋼フラックス入りワイヤに関する。
―１６４℃の沸点を有する液化天然ガス（ＬＮＧ）、－１８３℃の沸点を有する液体酸素、－１９６℃の沸点を有する液体窒素などの液化ガスは、極低温貯蔵が必要である。よって、これらのガスを貯蔵するためには、極低温で十分な靭性と強度を有する材料で製造された圧力容器などの構造が必要である。
液化ガス環境での低温度で使用可能な材料として、Ｃｒ－Ｎｉ基ステンレス合金、９％Ｎｉ鋼、５０００系アルミニウム合金が一般的に用いられてきた。しかし、アルミニウム合金を用いる場合では、合金コストが高い、低強度のために構造の設計厚が大きくなる、低い溶接性のために仕様が限定されるという問題があった。Ｃｒ－Ｎｉ基ステンレス鋼および９％Ｎｉ鋼は、アルミニウムの低強度の問題を克服するが、過剰なニッケルが含まれなければならないので製造コストの上昇のために適用には問題があった。
さらに、液化ガスに用いられるステンレス鋼のもう一つの技術として、ニッケルを全く用いない、いわゆるニッケル無し（Ｎｉフリー）高マグネシウム鋼が用いられてきた。しかし、このような技術は、コストが上昇し、熱処理サイクル数の増加のために熱処理設備への負荷が上昇するという問題を有している。したがって、韓国特許第１０－１３５８４３号で開示されるように、フェライトの代わりに主体組織としてオーステナイトを用いることにより極低温靭性を確保する技術が開発された。
そのような構造鋼を溶接するのに用いられる従来のワイヤは、溶接後の構造の強度および衝撃抵抗値を満足するために、構造用鋼の物理的性質に従って、９％Ｎｉ鋼またはステンレス合金または高マグネシウム鋼に選択的に適用されるように開発されてきた。しかし、構造用鋼の材質により用途が限定されると、作業プロセスに混乱が生じ、経済的観点で不利益がある。したがって、構造用鋼部材の材質による制限なしに溶接でき、溶接部に優れた極低温靭性も提供する溶接材を開発することにはニーズがある。
本発明は、ＬＮＧタンクに要求される適切な物理的性質を有する、ＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤであって、ワイヤは、シース要素とシース要素内に埋め込まれたフラックス要素を含むワイヤ成分が、フラックス入りワイヤの全重量に対して、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ、５．０ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）のＭｏ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含み、Ｃの含有量は０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）で、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）で、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の少なくとも１つが５．０－１８．０ｗｔ％含まれ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくとも１つが０．１－１．０ｗｔ％含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式１を満足する、合金フラックス入りワイヤ
を提供する。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
を提供する。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
上記課題を解決するために、本発明は、フラックスで満たされた合金シースを有する
合金フラックス入りワイヤであって、ワイヤ成分は、シース要素とシース要素内に埋め込まれたフラックス要素を含むワイヤ成分が、フラックス入りワイヤの全重量に対して、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉ、０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）のＣを含み、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）で、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の少なくとも１つが５．０－１８．０ｗｔ％含まれ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくとも１つが０．１－１．０ｗｔ％含まれ、Ｍｏ、ＷおよびＮｂから成るグループから選択された少なくとも１つの要素が０．１―５．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式１を満足する、合金フラックス入りワイヤを提供する。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
合金フラックス入りワイヤであって、ワイヤ成分は、シース要素とシース要素内に埋め込まれたフラックス要素を含むワイヤ成分が、フラックス入りワイヤの全重量に対して、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉ、０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）のＣを含み、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）で、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の少なくとも１つが５．０－１８．０ｗｔ％含まれ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくとも１つが０．１－１．０ｗｔ％含まれ、Ｍｏ、ＷおよびＮｂから成るグループから選択された少なくとも１つの要素が０．１―５．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式１を満足する、合金フラックス入りワイヤを提供する。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤであって、フラックス入りワイヤから得られる溶着金属が、８．０－１４．０ｗｔ％のＮｉ、１５．０－２３．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－８．０ｗｔ％のＭｎ、４．０ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）のＭｏ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含み、ＣとＮの合計含有量は０．０１－０．５ｗｔ％に限定され、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式２を満足する、合金フラックス入りワイヤを提供する。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
本発明は、フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤであって、フラックス入りワイヤから得られる溶着金属が、８．０－１４．０ｗｔ％のＮｉ、１５．０－２３．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－８．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含み、ＣとＮの合計含有量は０．０１－０．５ｗｔ％に限定され、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、Ｍｏ、ＷおよびＮｂから成るグループから選択された少なくとも１つの要素（Ｑ）が０．１―４．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式３を満足する、合金フラックス入りワイヤを提供する。
［関係式３］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式３］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
本開示によるＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤは、ＭｏとＣｒの含有率を制御することで９％ニッケル鋼部材、高マンガン鋼部材、およびステンレス鋼部材の溶接に用いることが可能である。ステンレス鋼フラックス入りワイヤは、溶接部に優れた極低温靭性を有する溶接金属を得るという効果を有する。
以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書で説明されるフラックス入りワイヤは、ＬＮＧタンクを製造するのに用いることができる。フラックス入りワイヤは、フラックスで満たされた合金シースを有する。
本明細書では、用語「溶接金属」は、溶接中に溶着金属と母材の溶融混合物の固化の結果として生ずる金属を指す。
本明細書では、用語「溶着金属」は、溶接中に溶接金属領域に加えられる金属材料である、溶加材（すなわちワイヤ）から移動した金属を指す。
本発明の一態様によれば、ＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤが提供され、フラックス入りワイヤはフラックスが埋め込まれたシースを有し、フラックス入りワイヤは、全重量に関して所定の重量パーセントのＭｎ、Ｍｏ、ＣｒおよびＮｉを含む成分を有する。
より詳細には、フラックスで満たされた合金シースを有し、シース要素とシース要素に埋め込まれたフラックス要素を含むワイヤ成分を有し、その成分は、フラックス入りワイヤに対して、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ、５．０ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）のＭｏ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含み、フラックス入りワイヤの全重量に対して、Ｃの含有量は０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の少なくとも１つが５．０－１８．０ｗｔ％含まれ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくとも１つが０．１－１．０ｗｔ％含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式１を満足する、合金フラックス入りワイヤが提供される。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
Ｎｉ：６．０－１５．０ｗｔ％
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト構造を安定化させる化学成分である。ニッケルのの含有量が６．０ｗｔ％より少ないと、オーステナイト構造が不安定となるので好ましくない。ニッケルの含有量が１５．０ｗｔ％より多いと、耐高温割れ性が低下するので好ましくない。したがって、ニッケルの含有量は、６．０－１５．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト構造を安定化させる化学成分である。ニッケルのの含有量が６．０ｗｔ％より少ないと、オーステナイト構造が不安定となるので好ましくない。ニッケルの含有量が１５．０ｗｔ％より多いと、耐高温割れ性が低下するので好ましくない。したがって、ニッケルの含有量は、６．０－１５．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
Ｃｒ：１３．０－２５．０ｗｔ％
クロム（Ｃｒ）は、溶接金属の強度を向上し、オーステナイト構造を安定化させる化学成分である。クロムの含有量が１３．０ｗｔ％より少ないと、充分な強度が得られないので好ましくない。クロムの含有量が２５．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の低温衝撃靭性が低下するので好ましくない。したがって、クロムの含有量は、１３．０－２５．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
クロム（Ｃｒ）は、溶接金属の強度を向上し、オーステナイト構造を安定化させる化学成分である。クロムの含有量が１３．０ｗｔ％より少ないと、充分な強度が得られないので好ましくない。クロムの含有量が２５．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の低温衝撃靭性が低下するので好ましくない。したがって、クロムの含有量は、１３．０－２５．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
Ｍｎ：１．０－１０．０ｗｔ％
マンガン（Ｍｎ）は、オーステナイト構造を安定化させ、脱酸作用と溶接性を向上する化学成分である。マンガンの含有量が１．０ｗｔ％より少ないと、充分な脱酸効果が得られないので好ましくない。マンガンの含有量が１０．０ｗｔ％より多いと、最終固化領域で溶接金属の偏析が加速し、よって、溶融金属の融点を低下させ、耐高温割れ性を低下する。したがって、マンガンの含有量は、１．０－１０．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
マンガン（Ｍｎ）は、オーステナイト構造を安定化させ、脱酸作用と溶接性を向上する化学成分である。マンガンの含有量が１．０ｗｔ％より少ないと、充分な脱酸効果が得られないので好ましくない。マンガンの含有量が１０．０ｗｔ％より多いと、最終固化領域で溶接金属の偏析が加速し、よって、溶融金属の融点を低下させ、耐高温割れ性を低下する。したがって、マンガンの含有量は、１．０－１０．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
Ｍｏ：５．０ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）
モリブデン（Ｍｏ）は、溶接金属の強度を向上する効果を有する。Ｍｏ含有量が少ないと、充分な強度が得られないので、好ましくない。Ｍｏ含有量が５．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下し、Ｍｏの偏析が加速し、結果として耐高温割れ性が低下するので、好ましくない。したがって、Ｍｏの含有量は、５．０ｗｔ％以下の範囲に限定されるのが好ましい。
モリブデン（Ｍｏ）は、溶接金属の強度を向上する効果を有する。Ｍｏ含有量が少ないと、充分な強度が得られないので、好ましくない。Ｍｏ含有量が５．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下し、Ｍｏの偏析が加速し、結果として耐高温割れ性が低下するので、好ましくない。したがって、Ｍｏの含有量は、５．０ｗｔ％以下の範囲に限定されるのが好ましい。
Ｓｉ：０．０５－１．０ｗｔ％
シリコン（Ｓｉ）は、脱酸作用と溶接性を向上する化学成分である。Ｓｉの含有量が０．０５ｗｔ％より少ないと、脱酸効果が不充分となる。Ｓｉの含有量が１．０ｗｔ％より多いと、ラーベス相の生成により割れ感受性が増大するので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、０．０５－１．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
シリコン（Ｓｉ）は、脱酸作用と溶接性を向上する化学成分である。Ｓｉの含有量が０．０５ｗｔ％より少ないと、脱酸効果が不充分となる。Ｓｉの含有量が１．０ｗｔ％より多いと、ラーベス相の生成により割れ感受性が増大するので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、０．０５－１．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
Ｃ：０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）
炭素（Ｃ）は、溶接金属の強度を向上する効果を有するが、過度に添加されると、炭化物が形成され、靭性が低下するという問題がある。したがって、Ｃの含有量は、ワイヤの全重量に基づいて０．５ｗｔ％以下に設定される。より詳細には、溶接金属の靭性の低下を防止するためにＣの含有量は０．１ｗｔ％以下に設定されてもよい。
炭素（Ｃ）は、溶接金属の強度を向上する効果を有するが、過度に添加されると、炭化物が形成され、靭性が低下するという問題がある。したがって、Ｃの含有量は、ワイヤの全重量に基づいて０．５ｗｔ％以下に設定される。より詳細には、溶接金属の靭性の低下を防止するためにＣの含有量は０．１ｗｔ％以下に設定されてもよい。
Ｐ＋Ｓ：０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）
リン（Ｐ）と硫黄（Ｓ）は、主に高温割れに影響する要素である。ＰとＳは、低融点の化合物を形成し、それにより高温割れを生じ得る。本発明の場合には、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％未満であるのが好ましい。
リン（Ｐ）と硫黄（Ｓ）は、主に高温割れに影響する要素である。ＰとＳは、低融点の化合物を形成し、それにより高温割れを生じ得る。本発明の場合には、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％未満であるのが好ましい。
ＳｉＯ ２ 、ＴｉＯ ２ 、ＺｒＯ ２ から選択された１つ以上の酸化物：５．０―１８．０ｗｔ％
Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒ酸化物を、フルファイン溶接（full-fine welding）の作業性向上のためスラグの融点を上げるために添加してもよい。Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒ酸化物の含有量の合計が５．０ｗｔ％より小さいと、スラグの量が充分ではなく、スラグのエンベロープ特性（enveloping property）が低下する。１８．０ｗｔ％より大きいと、スラグ剥離不良が生じ得る。したがって、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒ酸化物の合計含有量を５．０－１８．０ｗｔ％の範囲に限定するのが好ましい。
Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒ酸化物を、フルファイン溶接（full-fine welding）の作業性向上のためスラグの融点を上げるために添加してもよい。Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒ酸化物の含有量の合計が５．０ｗｔ％より小さいと、スラグの量が充分ではなく、スラグのエンベロープ特性（enveloping property）が低下する。１８．０ｗｔ％より大きいと、スラグ剥離不良が生じ得る。したがって、Ｓｉ、ＴｉおよびＺｒ酸化物の合計含有量を５．０－１８．０ｗｔ％の範囲に限定するのが好ましい。
Ｎａ ２ ＯおよびＫ ２ Ｏから選択された１つ以上の酸化物：０．１―１．０ｗｔ％
アルカリ金属酸化物が、アーク生成を容易にし溶接中のアークのイオン化ポテンシャルを低減し、溶接中の安定したアークを維持するために、０．１ｗｔ％以上の量で添加されるべきである。さらに、アルカリ金属酸化物の含有量が１．０ｗｔ％より多いと、高い蒸気圧のために溶接ヒュームが過度に生成されることがある。したがって、アルカリ金属酸化物の含有量を０．１―１．０ｗｔ％に限定するのが好ましい。アルカリ金属酸化物には、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏのいずれか１つまたは両方が含まれてもよい。
アルカリ金属酸化物が、アーク生成を容易にし溶接中のアークのイオン化ポテンシャルを低減し、溶接中の安定したアークを維持するために、０．１ｗｔ％以上の量で添加されるべきである。さらに、アルカリ金属酸化物の含有量が１．０ｗｔ％より多いと、高い蒸気圧のために溶接ヒュームが過度に生成されることがある。したがって、アルカリ金属酸化物の含有量を０．１―１．０ｗｔ％に限定するのが好ましい。アルカリ金属酸化物には、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏのいずれか１つまたは両方が含まれてもよい。
Ｋ２ＳｉＦ６、Ｂｉ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３等がさらに含まれてもよい。残部は、Ｆｅと不可避的不純物であってよい。
一方、本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤでは、各酸化物の含有量を、以下に示す［関係式１］を満たすように制御することが好ましい。特に、その制御は、［関係式１］で定義される値が０．５より小さくなるように実行されるのが好ましい。値が０．５以上になると、溶接金属領域の品質が、溶接性の低下と割れ特性のために低下する。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤは、０．５ｗｔ％以下の量の銅（Ｃｕ）をさらに含んでもよい。Ｃｕは析出硬化要素であり、Ｃｕの含有量は０．５ｗｔ％以下に限定されるのが好ましい。Ｃｕの含有量が０．５ｗｔ％より大きくなるのは、硬化性が増加し、よって低温衝撃靭性が低下するので、好ましくはない。
窒素（Ｎ）が０．４ｗｔ％以下の量でさらに含まれてもよい。Ｎは固溶強化要素であり、Ｎの含有量を０．４ｗｔ％以下に限定するのが好ましい。Ｎの含有量が０．４ｗｔ％より大きいと、低温衝撃靭性が低下し、全オーステナイト構造が生じ、それは耐高温割れ性とポロシティ抵抗（porosity resistance）が低下するので好ましくはない。
本発明のフラックス入りワイヤでは、溶接領域に要求される物理的性質を得るためにＭｎ、ＣｒおよびＭｏの含有量の関係が調整される。具体的には、｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１が満足されると、フラックス入りワイヤから得られる溶着金属は、３５０ＭＰａ以上の降伏強度、６００ＭＰａ以上の引張り強さ、および、３０％以上の伸びを有する。さらに、シャルピ衝撃試験は、溶着金属が、－１９６℃で２７Ｊ以上の衝撃値を示すことを示す。
具体的に、本発明は、フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤを提供し、シース要素とシース要素に埋め込まれたフラックス要素を含むワイヤ成分は、フラックス入りワイヤの全重量に対して、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含み、Ｃの含有量は０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の少なくとも１つが５．０－１８．０ｗｔ％含まれ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくとも１つが０．１－１．０ｗｔ％含まれ、Ｍｏ、ＷおよびＮｂからなるグループから選択された少なくとも１つの要素が０．１―５．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式１を満足する。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５
Ｍｏ、ＷおよびＮｂは、溶接金属の強度を向上する効果を有し、それらの少なくとも１つが選択的に含まれてもよい。Ｍｏ、ＷおよびＮｂからなるグループから選択された少なくとも１つの要素の含有量が０．１ｗｔ％より少ないと、充分な強度が得られず、好ましくない。Ｍｏ、ＷおよびＮｂからなるグループから選択された少なくとも１つの要素の含有量が５．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下し、耐高温割れ性が低下し、好ましくない。したがって、それらの含有量は０．１―５．０ｗｔ％に限定されるのが好ましい。
具体的に、本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤは、Ｍｏの代わりに、２．０ｗｔ％以下の量のＷをさらに含んでもよい。タングステン（Ｗ）はＭｏと同じ効果を有する。すなわち、ＷとＭｏは溶接金属の強度を向上する。Ｗの含有量が２．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下することがある。したがって、Ｗの含有量は２．０ｗｔ％以下の範囲に限定されるのが好ましい。
さらに、本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤは、Ｍｏの代わりに、１．５ｗｔ％以下の量のＮｂをさらに含んでもよい。ニオブ（Ｎｂ）はＭｏと同じ効果を有する。すなわち、ＮｉとＭｏは溶接金属の強度を向上する。Ｎｂの含有量が１．５ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下することがある。したがって、Ｎｂの含有量は１．５ｗｔ％以下の範囲に限定されるのが好ましい。
本発明の別の態様によれば、フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤが提供され、フラックス入りワイヤから得られる溶着金属は、８．０－１４．０ｗｔ％のＮｉ、１５．０－２３．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－８．０ｗｔ％のＭｎ、４．０ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）のＭｏ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉ、０．０１－０．５ｗｔ％のＣおよびＮを含み、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の［関係式２］を満足する。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝ ＞ １
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝ ＞ １
フラックス入りワイヤの合金組成に応じて、得られた溶着金属の性質が変化する。特に、ＬＮＧタンクの製造で用いられる性質が得られるかが判断される。本発明によるフラックス入りワイヤを用いることで、優れた強度、靭性および衝撃値を有する溶着金属を得ることが可能になる。各化学成分は、当初は合金シースに含まれ、または、フラックスの金属粉および合金紛から加えられてもよい。
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト構造を安定化させる化学成分である。ニッケルのの含有量が８．０ｗｔ％より少ないと、オーステナイト構造が不安定となるので好ましくない。ニッケルの含有量が１４．０ｗｔ％より多いと、耐高温割れ性が低下するので好ましくない。したがって、ニッケルの含有量は、８．０－１５．０ｗｔ％の範囲に限定されるのが好ましい。
クロム（Ｃｒ）は、溶接金属の強度を向上し、オーステナイト構造を安定化させる化学成分である。クロムの含有量が１５．０ｗｔ％より少ないと、充分な強度が得られないので好ましくない。クロムの含有量が２３．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の低温衝撃靭性が低下するので好ましくない。したがって、クロムの含有量は、１５．０－２３．０ｗｔ％の範囲に限定されるのが好ましい。
マンガン（Ｍｎ）は、オーステナイト構造を安定化させ、脱酸作用と溶接性を向上する化学成分である。マンガンの含有量が１．０ｗｔ％より少ないと、充分な脱酸効果が得られないので好ましくない。マンガンの含有量が８．０ｗｔ％より多いと、最終固化領域で溶接金属の偏析が加速し、よって、耐高温割れ性を低下する。したがって、マンガンの含有量は、１．０－８．０ｗｔ％の範囲に限定されるのが好ましい。
モリブデン（Ｍｏ）は、溶接金属の強度を向上する効果を有する。Ｍｏ含有量が少ないと、充分な強度が得られないので、好ましくない。Ｍｏ含有量が４．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下し、偏析が加速し、よって、耐高温割れ性を低下する。したがって、Ｍｏの含有量は、４．０ｗｔ％以下の範囲に限定されるのが好ましい。
Ｓｉの含有量が０．０５ｗｔ％より少ないと、脱酸効果が不充分となる。Ｓｉの含有量が１．０ｗｔ％より多いと、ラーベス相の生成により割れ感受性が増大するので好ましくない。したがって、Ｓｉの含有量は、０．０５－１．０ｗｔ％の範囲に限定されるのが好ましい。
炭素（Ｃ）は、溶接金属の強度を向上する効果を有するが、過度に添加されると、炭化物が形成され、靭性が低下するという問題がある。Ｎは、固溶強化要素であり、過度に添加されると、低温衝撃靭性が低下し、完全オーステナイト構造が生じ、それは耐高温割れ性とポロシティ抵抗が低下するので好ましくない。したがって、ＣとＮの合計含有量は、０．０１－０．５ｗｔ％の範囲に限定されるのが好ましい。
リン（Ｐ）と硫黄（Ｓ）は、主に高温割れに影響する要素である。ＰとＳは、低融点の化合物を形成し、それにより高温割れを生じ得る。本発明の場合には、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％未満であるのが好ましい。
本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤから得られる溶着金属は、０．５ｗｔ％以下の量で銅（Ｃｕ）をさらに含んでもよい。Ｃｕは、析出硬化要素であり、Ｃｕの含有量は０．５ｗｔ％以下の範囲に限定されるのが好ましい。０．５ｗｔ％より多いＣｕの含有量は、焼入れ性が増大し、よって低温衝撃靭性が減少するので、好ましくない。
一方、本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤと、そのワイヤから得られた溶着金属において、各化学成分の含有量を以下に示す［関係式２］を満足するようにコントロールすることは好ましい。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
特に、関係式２で定義される値が１より大きくなるようにコントロールが実行されるのが好ましい。その値が１以下であると、強度と極低温靭性（すなわち、衝撃に関係する値）を確保するのが難しく、溶接金属領域の品質の低下という結果になる。
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
特に、関係式２で定義される値が１より大きくなるようにコントロールが実行されるのが好ましい。その値が１以下であると、強度と極低温靭性（すなわち、衝撃に関係する値）を確保するのが難しく、溶接金属領域の品質の低下という結果になる。
さらに、フラックスで満たされたシースを有する合金フラックス入りワイヤが提供され、合金フラックスワイヤから得られる溶着金属は、８．０－１４．０ｗｔ％のＮｉ、１５．０－２３．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－８．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉ、０．０１－０．５ｗｔ％のＣおよびＮを含み、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）の範囲に限定され、Ｍｏ、ＷおよびＮｂから成るグループ（Ｑ）から選定された少なくとも１要素が０．１－４．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の［関係式３］を満足する。
［関係式３］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式３］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
組成物がさらにＷまたはＮｂを含む場合、または、ＭｏがＷまたはＮｂに置き換えられる場合には、本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤまたはそのワイヤから得られる溶着金属は、以下に示す関係式３を満足することが好ましい。関係式３では、Ｑは、Ｍｏ、［Ｍｏ＋Ｗ］、［Ｍｏ＋Ｎｂ］、［Ｍｏ＋Ｗ＋Ｎｂ］、Ｗ、Ｎｂおよび［Ｗ＋Ｎｂ］の何れか１つでよい。より厳密には、関係式３は、１．５＞｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１であってもよい。関係式３の値が１．５以上であるか１以下であると、強度と極低温靭性（すなわち、衝撃に関係する値）を確保するのが難しく、溶接金属領域の品質の低下という結果になる。
具体的には、本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤから溶接を通じて得られる溶着金属は、Ｍｏの代わりに２．０ｗｔ％以下の量でＷをさらに含んでもよい。タングステン（Ｗ）は、Ｍｏと同じ効果を有する。すなわち、ＷとＭｏは、溶接金属の強度を改善する。Ｗの含有量が２．０ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下する。よって、Ｗの含有量は２．０ｗｔ％以下の範囲に限定されるのが好ましい。
具体的には、本発明のステンレス鋼フラックス入りワイヤから溶接を通じて得られる溶着金属は、Ｍｏの代わりに１．５ｗｔ％以下の量でＮｂをさらに含んでもよい。ニオブ（Ｎｂ）は、Ｍｏと同じ効果を有する。すなわち、ＮｂとＭｏは、溶接金属の強度を改善する。Ｎｂの含有量が１．５ｗｔ％より多いと、溶接金属の靭性が低下する。よって、Ｎｂの含有量は１．５ｗｔ％以下の範囲に限定されるのが好ましい。
本発明によるステンレス鋼フラックス入りワイヤと関連して、Ｃｒ、ＭｏおよびＭｎの含有量間の関係による溶接金属領域の物理的性質を、以下に示す実施例と比較例を参照して詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの例により限定されることはない。
表１に示す化学成分を含むステンレス鋼フラックス入りアーク溶接ワイヤが用意された。
フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）を各溶接材料で実施した。ＦＣＡＷの場合、溶接は、１００％ＣＯ２保護ガス環境下で８．０－１２．０ｋＪ／ｃｍの入熱で実施された。直径１．２ｍｍのワイヤがＦＣＡＷに用いられた。ＬＮＧタンクを製造する母材の１つである、板厚２０ｍｍの９％Ｎｉ鋼板のベベル面に関してベベル角が２２．５°となるようにベベルが形成された。次に、ルート間隔が１２ｍｍとなるように母材を並べ、母材と同じステンレス材料を、ベベルが狭くなる側部（ルート側）に配置した。このベベルで、溶接を実施し、溶接継手が形成された。
溶接継手のアーク安定性、スラグの剥離性、溶接継手の亀裂抵抗、および、ビードの外面のポロシティのために目視検査がなされた。検査結果は、次の４段階で評価された。◎：優、O：良、△：可、Ｘ：不可。結果を下記表２に示す。
表２を参照すると、関係式１を満足しない１１番の場合には、アーク安定性とビード外観が満足できるものでなかったことが分かった。さらに、関係式２を満足しない１２、１４および１６番の場合には、亀裂の割合が高いことが分かった。Ｍｎの範囲に応じて番号２０と２７の場合に亀裂が生じたことが分かった。
その後に、得られた溶接継手の降伏点（ＹＳ）、引張強さ（ＴＳ）、延び（ＥＬ）およびシャルピ衝撃エネルギ（―１９６℃における）の計測結果を以下の表３に示す。
表３を参照すると、降伏点、引張強さおよび特に衝撃値は、関係式２を満足しない番号１２－２０の場合に低いことが分かった。反対に、本発明の成分範囲に対応する番号１―１０の場合に、４２０ＭＰａ以上の降伏点、６５０ＭＰａ以上の引張強さ、３８％以上の延び、および３５Ｊ以上の衝撃値を確保できた。
さらに、Ｍｏ、ＷまたはＮｂの含有量について関係式３により、表４に示す化学成分を有するステンレス鋼フラックス入りワイヤを用意した。溶接をした後の溶接継手の性質の評価結果を以下の表５に示す。
表４よび５を参照すると、ＷまたはＮｂが追加で添加またはＭｎの代わりに添加され、ＭｎとＷもしくはＮｂとの間の関係式の値が本発明の成分範囲外の２５－２８の範囲であると、低温衝撃値が低いことが分かった。さらに、値が２９－３５の範囲で関係式３を満足しない場合に、衝撃値がやはり低いことも確認された。したがって、ＷとＮｂを追加で添加またはＭｏの代わりに添加するとき、化学成分の含有比率が関係式５に従って調整されることが好ましいことが分かる。
本発明によるステンレス鋼フラックス入りワイヤは、マンガンの含有量を１０ｗｔ％以下の範囲に限定しながらＭｏとＣｒの含有量が適切にコントロールされるので、ステンレス鋼フラックス入りワイヤから優れた強度と極低温衝撃靭性とを有する溶接金属を得られるという特徴を有する。本発明によるステンレス鋼フラックス入りワイヤは、９％ニッケル鋼、高マンガン鋼およびステンレス鋼の溶接に適用可能で、溶接領域で優れた極低温靭性を有する溶接金属を得られるという有利な効果を有する。
上記では、添付の請求項がより良く理解されるように、本発明の特徴と技術的利点を広く説明した。この技術分野の当業者は、本発明が、技術的思想または例示の実施形態の基本的特徴から逸脱することなく他の異なった形で実施できることを理解されよう。よって、上記に説明した例は説明の目的だけのためであり、全ての点で限定されるものではないことが理解できるであろう。本発明の範囲は、上記の詳細な説明ではなく、以下の特許請求の範囲により画定され、特許請求の範囲の意味と範囲から導かれる全ての変更または修正、および、その均等な概念は本発明の範囲内であると解されるべきである。
表４よび５を参照すると、ＷまたはＮｂが追加で添加またはＭｏの代わりに添加され、ＭｎとＷもしくはＮｂとの間の関係式の値が本発明の成分範囲外の２５－２８の範囲であると、低温衝撃値が低いことが分かった。さらに、値が２９－３５の範囲で関係式３を満足しない場合に、衝撃値がやはり低いことも確認された。したがって、ＷとＮｂを追加で添加またはＭｏの代わりにＭｎを添加するとき、化学成分の含有比率が関係式３に従って調整されることが好ましいことが分かる。
Claims (4)
- フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤであって、
シース要素とシース要素内に埋め込まれたフラックス要素を含むワイヤ成分が、フラックス入りワイヤの全重量に対して、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ、５．０ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）のＭｏ、および、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含み、
Ｃの含有量は０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の少なくとも１つが５．０－１８．０ｗｔ％の量で含まれ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくとも１つが０．１－１．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、
前記合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式１を満足する、合金フラックス入りワイヤ。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５ - フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤであって、
シース要素とシース要素に埋め込まれたフラックス要素を含むワイヤ成分は、フラックス入りワイヤの全重量に対して、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含み、
Ｃの含有量は０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の少なくとも１つが５．０－１８．０ｗｔ％の量で含まれ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの少なくとも１つが０．１－１．０ｗｔ％の量で含まれ、Ｍｏ、ＷおよびＮｂからなるグループから選択された少なくとも１つの要素が０．１―５．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、
前記合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式１を満足する、合金フラックス入りワイヤ。
［関係式１］
｛４（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝／｛０．５（ＴｉＯ２＋ＳｉＯ２）＋０．２（ＺｒＯ２）｝＜０．５ - フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤであって、
フラックス入りワイヤから得られる溶着金属が、８．０－１４．０ｗｔ％のＮｉ、１５．０－２３．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－８．０ｗｔ％のＭｎ、４．０ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）のＭｏ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含み、
ＣとＮの合計含有量は０．０１－０．５ｗｔ％に限定され、ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）に限定され、残部がＦｅと不可避的不純物で、
前記合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式２を満足する、合金フラックス入りワイヤ。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１ - フラックスで満たされた合金シースを有する合金フラックス入りワイヤであって、
前記フラックス入りワイヤから得られる溶着金属が、８．０－１４．０ｗｔ％のＮｉ、１５．０－２３．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－８．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉと、０．０１－０．５ｗｔ％のＣとＮを含み、
ＰとＳの合計含有量は０．１ｗｔ％以下（０ｗｔ％は除く）の範囲に限定され、Ｍｏ、ＷおよびＮｂから成るグループ（Ｑ）から選択された少なくとも１つの要素が０．１―４．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、
前記合金フラックス入りワイヤはＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼フラックス入りワイヤであって、以下の関係式３を満足する、合金フラックス入りワイヤ。
［関係式３］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
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