JP2023504413A - Ｌｎｇタンク製造で用いられるステンレス鋼溶接ワイヤ - 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溶接ワイヤに関し、より詳細には、Ｎｉ、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溶接ワイヤに関する。本発明のＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼溶接ワイヤは、Ｎｉ、Ｍｎ、ＭｏおよびＣｒの含有量を調整することにより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、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タンク製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤに関し、より詳細には、ワイヤから優れた強度と極低温衝撃靭性を有する溶接金属が得られることが可能なように、Ｎｉ、Ｍｎ、ＣｒおよびＭｏの含有量を調整できる、ＬＮＧタンク製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤに関する。
―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。
上記の過大を解決するために、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タンク製造で用いられるステンレス鋼溶接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、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、残部がＦｅと不可避的不純物を含むステンレス鋼溶接ワイヤであって、ＬＮＧタンク製造で用いられるステンレス鋼溶接ワイヤは、以下の関係式１を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤ
を提供する。
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
を提供する。
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
さらに、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ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）で、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―５．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物を含む成分を有するステンレス鋼溶接ワイヤであって、ＬＮＧタンクの製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤは以下の関係式２を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤが提供される。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
さらに、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０．０１－０．２ｗｔ％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と不可避的不純物とを含む溶着金属が得られる、ステンレス鋼溶接ワイヤであって、ＬＮＧタンクの製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤは以下の関係式１を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤが提供される。
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
さらに、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０．０１－０．２ｗｔ％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と不可避的不純物とを含む溶着金属が得られる、ステンレス鋼溶接ワイヤであって、ＬＮＧタンクの製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤは以下の関係式２を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤが提供される。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
本開示によるＬＮＧタンク製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤは、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。ステンレス鋼溶接ワイヤは、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、本発明について詳細に説明する。
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タンク製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤが提供され、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、溶接ワイヤは、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、溶接ワイヤ成分は、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）、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、ＬＮＧタンク製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤであって、以下の関係式１を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤが提供される。
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
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％の範囲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％の範囲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％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％の範囲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％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％の範囲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。
残部はＦｅとと不可避的不純物であってよい。さらに、銅（Ｃｕ）が０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）の量で含まれてもよい。銅（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０．２ｗｔ％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０．２ｗｔ％以下に限定するのが好ましい。Ｎの含有量が０．２ｗｔ％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。
本発明の溶接ワイヤでは、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。調整は、関係式１で定義される値が１を超えるようにな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、衝撃に関連する値）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、本発明は、ＬＮＧタンク製造用のステンレス鋼溶接ワイヤであって、８．０－１５．０ｗｔ％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）、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からな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―５．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、溶接ワイヤは、関係式２を満足する。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
具体的には、組成の各成分の含有範囲は上に説明した通りである。
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。関係式２において、Ｑは、Ｍｏ、［Ｍｏ＋Ｗ］、［Ｍｏ＋Ｎｂ］［Ｍｏ＋Ｗ＋Ｎｂ］、Ｗ、Ｎｂ、［Ｗ＋Ｎｂ］のいずれかであってよい。より詳細には、関係式２は、１．５＞｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１であってもよい。関係式２の値が１．５以上または１以下であると、強度と極低温靭性（すなわち、衝撃に関係した値）を確保するのが難しく、溶接金属領域の品質が低下する。
具体的に、本発明のステンレス鋼溶接ワイヤは、２．０ｗｔ％以下の量のＷを追加で、またはＭｏの代わりにＷを含んでもよい。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溶接ワイヤは、Ｍｏの代わりに、１．５ｗｔ％以下の量のＮｂを追加で、またはＭｏの代わりにＮｂを含んでもよい。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、ＬＮＧタンクの製造に用いられるステンレス鋼溶接ワイヤが提供され、溶接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を含み、ＣとＮの合計含有量は０．０１－０．２ｗｔ％で、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、残部がＦｅと不可避的不純物で、溶接ワイヤは［関係式１］を満足する。
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１
溶接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。例えば、合金組成に応じて、ＬＮＧタンクの製造に要求される性質が得られるかが判断される。本発明による溶接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。
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。
残部は、Ｆｅと不可避的不純物であってもよい。さらに０．５ｗｔ％以下（０ｗｔ％を除く）の量で銅（Ｃｕ）が含まれてもよい。銅（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。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。窒素（Ｎ）が、０．２ｗｔ％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０．２ｗｔ％以下に限定するのが好ましい。Ｎの含有量が０．２ｗｔ％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。
一方、本発明のステンレス鋼溶接ワイヤと、そのワイヤから得られた溶着金属に関連して、各成分の含有量は、［関係式１］を満足するようにコントロールされることが好ましい。
［関係式１］は、｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１である。関係式１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。特に、｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１が満足されるとき、溶接ワイヤから得られる溶着金属は、４００ＭＰａ以上の降伏点、６４０ＭＰａ以上の引張強さ、３０％以上の伸びを有する。さらにシャルピ衝撃試験は、溶着金属は、―１９６℃で２７J以上の衝撃値を示すことを示す。
さら本発明は、ＬＮＧタンクの製造で用いられるステンレス鋼溶接ワイヤを提供し、その溶接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を含む化学成分を有し、ＣとＮの合計含有量は０．０１－０．２ｗｔ％の範囲で、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から成るグループから選定された少なくとも１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、溶着金属の成分は、［関係式２］を満足する。［関係式２］は、｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１である。
具体的に組成物の各成分の含有範囲は上記に説明した通りである。
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、発明のステンレス鋼溶接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２を満足することが好ましい。関係式２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２は、１．５＞｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１であってもよい。関係式２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溶接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溶接ワイヤから溶接を通じて得られる溶着金属は、１．５ｗｔ％の量でＮｂをさらに含んでも、Ｍｏの代わりにＮｂを含んでもよい。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溶接ワイヤでは、ステンレス鋼溶接ワイヤは、フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、イナートガス金属アーク溶接（ＭＩＧ）およびイナートガスタングステンアーク溶接（ＴＩＧ）の何れか１つに適用できる。溶接ワイヤの適用は、溶接方法により限定されない。好ましくは、本発明の溶接ワイヤは、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）に適用される。
本発明によるステンレス鋼溶接ワイヤと関連して、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、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）用のステンレス鋼溶接ワイヤが用意された。
サブマージドアーク溶接（ＳＡＷ）を各溶接材料で実施した。ＳＡＷの場合、溶接は、１０．０－１８．０ｋＪ／ｃｍの入熱で実施された。直径２．４ｍｍのワイヤがＳＡＷ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３０°となるようにベベルが形成された。次に、ルート間隔が３ｍｍとなるように母材を並べ、溶接継手を形成するのに溝の狭い部分（ルート部分）でＦＣＡＷ溶接と同じタイプを用いて、ワンパス溶接で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、ビードの外観（孔の存在または不存在）のために目視検査がなされた。検査結果は、次の４段階に分類された。◎：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。番号２０と２７の場合にＭｎの含有量に応じて亀裂が生じたことが分かった。次に、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）が計測された。得られた結果を以下の表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１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、本発明の成分範囲を満足するように準備された番号１―１０の場合に、４００ＭＰａ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２により、表４に示す化学成分を有するステンレス鋼溶接ワイヤを用意した。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および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２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を追加で成分としてまたは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２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溶接ワイヤは、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、ステンレス鋼溶接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溶接ワイヤは、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。
Claims (5)
- ＬＮＧタンクを製造するためのステンレス鋼溶接ワイヤであって、該溶接ワイヤは、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を備える成分を有し、
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、残部がＦｅと不可避的不純物で、
前記溶接ワイヤは、以下の関係式１を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤ。
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１ - ＬＮＧタンクを製造するためのステンレス鋼溶接ワイヤであって、
該溶接ワイヤは、６．０－１５．０ｗｔ％のＮｉ、１３．０－２５．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－１０．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含む成分を有し、
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）に限定され、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一つの要素（Ｑ）が０．１―５．０ｗｔ％の量で含まれ、残部がＦｅと不可避的不純物で、
前記溶接ワイヤは以下の関係式２を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤ。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１ - ＬＮＧタンクを製造するためのステンレス鋼溶接ワイヤであって、
該溶接ワイヤは、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を含む成分を有する溶着金属を提供し、
ＣとＮの合計含有量は０．０１－０．２ｗｔ％の範囲で、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、残部がＦｅと不可避的不純物で、
前記溶接ワイヤは、以下の関係式１を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤ。
［関係式１］
｛Ｃｒ＋Ｍｏ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１ - ＬＮＧタンクを製造するためのステンレス鋼溶接ワイヤであって、
該溶接ワイヤは、８．０－１４．０ｗｔ％のＮｉ、１５．０－２３．０ｗｔ％のＣｒ、１．０－８．０ｗｔ％のＭｎ、０．０５－１．０ｗｔ％のＳｉを含む成分を有する溶着金属を提供し、 ＣとＮの合計含有量は０．０１－０．２ｗｔ％の範囲で、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からなるグループから選択された少なくとも一つの要素（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、
前記溶着金属は、以下の関係式２を満足する、ステンレス鋼溶接ワイヤ。
［関係式２］
｛Ｃｒ＋Ｑ｝／｛Ｎｉ＋Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）｝＞１ - 請求項１ないし請求項４のいずれか1項のステンレス鋼溶接ワイヤであって、
前記溶接ワイヤは、フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、イナートガス金属アーク溶接（ＭＩＧ）およびイナートガスタングステンアーク溶接（ＴＩＧ）の何れか１つに適用できる、
ステンレス鋼溶接ワイヤ。
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