JP3410261B2 - 極低温用鋼用溶接材料 - Google Patents
極低温用鋼用溶接材料Info
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Description
とされる極低温用鋼を溶接する際に用いる極低温用鋼用
溶接材料に関するものである。
ウム温度(4K)近くに至る極低温での技術利用が進め
られており、これら環境で使用される機器には、極低温
において強度や靱性等の特性が良好な極低温用鋼が使用
されている。さらに、超電導発電などのように磁場環境
におかれるものでは上記特性に加えて非磁性特性が安定
していることが求められている。これらの特性を満たす
ものとしては、従来からSUS304L、316Lのオ
ーステナイトステンレス鋼が主として使用されており、
その他には適用分野によってはインコネル合金(商標)
や高Mn鋼、析出強化非磁性鋼等も使用されている。と
ころで最近では、上記した極低温用鋼において、経済性
を考慮して溶接接合によって機器の組み付けを可能にす
ることが要望されており、溶接材料としては、共金溶接
材やインコネル合金(商標)溶接材を使用したものが研
究、開発されている。
た極低温用鋼の共金溶接では、溶接性に問題があった
り、溶接部において極低温特性が低下し母材との均質性
に問題があるなどして、良好な溶接構造材が得られない
という問題がある。また、共金溶接によらない溶接材料
を選定するとしても、溶接性を考慮した材料選定によれ
ば溶接部の特性劣化の問題があり、一方、溶接部の特性
を考慮すれば溶接性に劣っているという問題があり、極
低温用鋼溶接材料としてはいずれの要求も満たす材料は
いまだに見出されていない。
では、溶接部においても厳格な極低温特性を有し、かつ
溶接欠陥を有しないことが必要であり、一部でもこれら
の問題があると、システム全体に重大な影響を及ぼすお
それがある。このため、これら用途では適当な溶接材料
が見出せないことが原因となって溶接施工の利用が十分
に進められていない。本発明材は上記事情を背景として
なされたものであり、極低温用鋼を良好に溶接でき、ま
た溶接部において良好な極低温特性を得ることができる
極低温用鋼用溶接材料を提供することを目的とする。
め、本発明材のうち第1の発明の液体ヘリウム温度(4
K)近くに至る極低温用鋼用溶接材料は、重量%で、
C:0.08%以下、Si:2.0%以下、Mn:8.
0〜18.0%、Ni:12.5〜20.0%、Cr:
10.0〜14.0%、Mo:2.0〜7.0%、N:
0.20%以下を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなるとともに、Ni含有量とN含有量との関係で
あるNi%+30N%が18.0以上であることを特徴
とする。また、第2の発明の液体ヘリウム温度(4K)
近くに至る極低温用鋼用溶接材料は、第1の発明におい
て、不可避不純物のうち、P:0.005%以下、S:
0.005%以下、Cu:0.03%以下、O:0.0
05%以下に規定したことを特徴とする。
使用される各種鋼の溶接に適用することができ、特に対
象が限定されるものではないが、一般にはオーステナイ
ト組織を有するステンレス鋼の溶接に使用するのが望ま
しい。また、本発明材の適用分野も特に限定されるもの
ではなく核融合炉や超電導発電等に使用される機器へ適
用されるが、特に非磁性特性が要求される分野(例えば
超伝導発電等)への適用が好適である。
ルなどの溶接欠陥が生じることなく極低温用鋼を良好に
接合することができ、また溶接部(溶着金属)において
も、4Kに至る極低温まで良好な強度、靱性が確保され
ている。また、溶接部は極低温においても単相のオース
テナイト組織が安定しており、優れた耐食性と安定した
非磁性特性が得られる。以下に、本発明材の成分限定理
由を具体的に説明する。
強化元素としても有効であるが、0.08%を超えると
靱性を阻害するため上限を0.08%とした。また、同
様の理由で上限を0.05%とするのが望ましい。 Si:2.0%以下 Siは、脱酸元素として有効であるが、δフェライトや
σ相の生成により靱性を阻害するので上限を2.0%と
する。なお、同様の理由でさらに上限を1.0%とする
のが望ましい。
素であるNの溶解度を上昇させて、Nによるブローホー
ルの発生を防止する効果もある。さらに、γの安定化に
よって割れ感受性を低下させ、γ単相では発生しやすい
高温割れを防止する。これらの作用を得るためには8.
0%以上の含有が必要である。一方、過度の含有は脆化
相の析出により延性、靭性を阻害するので上限を18.
0%とした。なお、同様の理由で上限を15.0%とす
るのが望ましい。
り、γの安定化という観点から、Nを補完するために一
般の極低温用鋼に比べても多めに含有させる。また、凝
固、冷却過程でδフェライトの生成を抑制し、あるいは
δフェライト凝固しても速やかにγ組織に変態させ、靭
性を向上させる。さらに、上記したγ組織はN固溶度が
高く、また、凝固、冷却過程でN固溶度の低いδフェラ
イトの生成が抑制されているので、Nによる溶接時のブ
ローホールの発生が有効に防止される。特にNiは、
C,Mn,Ni,N等のγ安定化元素と比べて、耐食性
や靭性などへの悪影響が殆どなく、多めの含有によって
γ形成、安定化による低透磁率の達成とともにNによる
ブローホールの防止効果が有効に得られる。これらの作
用を得るためには12.5%以上の含有が必要である。
一方、20.0%を超えてもNiによる上記効果は飽和
しており、またNiは高価であることから、上限を2
0.0%とする。
せる。また主要強化元素であるNの溶解度を増す効果も
ある。これらの作用を得るためには10.0%以上の含
有が必要であり、一方、14.0%を超えると、δフェ
ライトの生成を促して靱性を損なうので、その含有量を
上記範囲内とする。なお、同様の理由で下限を11.0
%、上限を13.0%とするのが望ましい。 Mo:2.0〜7.0% MoはNと並ぶ強化元素であり、またNの溶解度を増
す。これらの作用を得るためには2.0%以上の含有が
必要であり、一方、7.0%を超えると、δフェライト
の生成を促すとともに脆化相の析出により靱性を阻害す
るので上限を7.0%とする。なお、同様の理由で下限
を4.0%、上限を6.0%とするのが望ましい。
生地の強化元素としても有効である。また靱性への悪影
響もCより少ない。しかし、0.20%を超えると溶接
時にブローホールを発生して溶接欠陥の原因となるため
上限を0.20%とする。ところで、Nは、上述したよ
うにオーステナイトの安定化に強く寄与するが、本発明
材では、ブローホールを防ぐためにその含有量を制限し
ている。しかし、オーステナイトの安定化が損なわれる
と、極低温での使用において安定した非磁性特性等が損
なわれる。そこで本発明材では、前述したようにNiの
多めの含有によってNを補完している。すなわち、本発
明材では、NとNiの含有には密接な関係があり、これ
らの含有量を相関的に調整することによって初めて、本
発明材の優れた効果が得られる。このような観点から、
さらにNi+30Nを18.0以上とするのが望まし
い。
ト単相組織となる。ところが、この組織においては、溶
接材料中に含有されている上記不純物によって高温割れ
が生じやすく、溶接欠陥の要因となる。このため、上記
不純物の含有量をそれぞれ上記数値以下に規制するのが
望ましい。
を、200mm厚の母材として用意し、また、表2に示
す成分の溶接材料を1.2mm径(比較材1,2は1.
6mm径)の溶接ワイヤとして用意した。なお、比較材
中、No.1はSUS304L相当材、No.2はSU
S316L相当材である。上記母材を用いて溶接継手を
製造し、この溶接継手を上記溶接ワイヤを用いて比較材
1,2はMIG溶接法、その他はTIG溶接法によって
溶接接合した。なお、溶接施工は下記の条件で行った。 溶接条件 TIG溶接法 溶接電流180〜220A、アーク電圧9〜11V 溶接速度7cm/min MIG溶接法 溶接電流230〜240A、アーク電圧27〜29V 溶接速度28〜30cm/min
明材1〜3および比較材1,2を用いたものでは良好に
溶接接合され、溶接欠陥の発生も見られなかった。これ
に対し、比較材No.4を用いたものでは溶接部にわず
かにブローホールの発生が見られ、比較材3を用いたも
のでは、溶接部に顕著なブローホールや溶接割れが見ら
れた。次ぎに、各溶接材の溶接部(溶着金属)の機械的
特性を極低温(4K)で求め、また引張試験片の破面に
おける透磁率を室温で測定し、その結果を表3に示し
た。なお、比較材3,4では上記欠陥を除いた部位で測
定を行った。その結果、本発明材の溶接材料を用いたも
のでは、極低温においても強度、靱性ともに優れてお
り、また非磁性特性も良好であった。これに対し、比較
材No.1,2は、0.2%耐力が著しく低く、また非
磁性特性も著しく劣っている。また比較材No.3,4
の機械的性質は本発明材と同等であったが、比較材N
o.4は、非磁性特性が劣っていた。以上のように、本
発明材の溶接材料を用いた場合にのみ、良好な溶接接合
が可能であるとともに溶接部において良好な特性が得ら
れている。
用鋼用溶接材料によれば、重量%で、C:0.08%以
下、Si:2.0%以下、Mn:8.0〜18.0%、
Ni:12.5〜20.0%、Cr:10.0〜14.
0%、Mo:2.0〜7.0%、N:0.20%以下を
含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなるととも
に、Ni含有量とN含有量との関係であるNi%+30
N%が18.0以上であり、所望により、不可避不純物
のうち、P:0.005%以下、S:0.005%以
下、Cu:0.03%以下、O:0.005%以下に規
定したので、極低温用鋼を良好に溶接接合することがで
き、また、溶接部においても優れた極低温特性が得ら
れ、母材との均質性が保たれる。また、本発明材により
形成される溶接部は、オーステナイトが非常に安定して
優れた非磁性特性が得られており、極低温用鋼の中で
も、特に非磁性鋼として使用される材料の溶接材料に好
適である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.08%以下、Si:
2.0%以下、Mn:8.0〜18.0%、Ni:1
2.5〜20.0%、Cr:10.0〜14.0%、M
o:2.0〜7.0%、N:0.20%以下を含有し、
残部がFeおよび不可避不純物からなるとともに、Ni
含有量とN含有量との関係であるNi%+30N%が1
8.0以上であることを特徴とする液体ヘリウム温度
(4K)近くに至る極低温用鋼用溶接材料。 - 【請求項2】 不可避不純物のうち、P:0.005%
以下、S:0.005%以下、Cu:0.03%以下、
O:0.005%以下に規定したことを特徴とする請求
項1記載の液体ヘリウム温度(4K)近くに至る極低温
用鋼用溶接材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27838795A JP3410261B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | 極低温用鋼用溶接材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27838795A JP3410261B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | 極低温用鋼用溶接材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0999391A JPH0999391A (ja) | 1997-04-15 |
JP3410261B2 true JP3410261B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=17596639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27838795A Expired - Lifetime JP3410261B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | 極低温用鋼用溶接材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3410261B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2592167A1 (en) | 2011-11-10 | 2013-05-15 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Welding material for cryogenic steels |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7510104B1 (ja) * | 2022-09-30 | 2024-07-03 | 日本製鉄株式会社 | 溶接金属、溶接継手、及び溶接構造物 |
-
1995
- 1995-10-02 JP JP27838795A patent/JP3410261B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2592167A1 (en) | 2011-11-10 | 2013-05-15 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Welding material for cryogenic steels |
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---|---|
JPH0999391A (ja) | 1997-04-15 |
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