JPH03216280A - 硝酸系溶液用容器等の製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、硝酸系溶液を貯溜または移送する容器等（
例えば貯槽または配管）を、複数のステンレス鋼を溶接
することによって製作する硝酸系溶液用容器等の製作方
法に関する。

（従来の技術） 化学プラント等では、しばしば硝酸系の溶液を取り扱う
場合がある。硝酸は、他の酸性試薬と異なり強い酸化性
を有する強酸であり、その強い酸化力を利用して種々の
反応を行わせることができるものの、例えば反応器を構
成する貯槽が強い腐食性環境に置かれてしまうという問
題点があった。そこで、従来は、硝酸系溶液を貯溜また
は移送する貯槽または配管の材料として、炭素（Ｃ）お
よびリン（Ｐ）の組成比を低くして耐硝酸性に優れたス
テンレス鋼（ＳＵＳ３０４系．ＪＩＳ規格）が使用され
ている。

一般に、ステンレス鋼を使用する場合、純粋な硝酸の場
合には、第５図の実線八で示すように、電位曲線が安定
な不動態化領域にあるため問題は少ない。しかし、硝酸
濃度が高い場合や、温度が高く硝酸系溶液の沸点近くで
ある場合、あるいは硝酸系溶液中にＣｒ６＋やＣｅ’＋
等の酸化還元電位の高い他の金属イオンが含まれている
場合等には、第５図の破線Ｂで示すように、電位曲線が
高酸化側へ移動していわゆる過不動態領域にくるため、
腐食が進行してしまう。この場合の腐食は、粒界腐食あ
るいは孔食のような形態を取るので、腐食が局部的に進
行して貯槽壁や管壁が腐食で貫通し、貯槽あるいは配管
内の溶液が漏洩したり流出してしまう恐れがある。この
ようなステンレス鋼（ＳＵＳ３０４系）の硝酸溶液中で
の粒界腐食は、特に溶接部において著しい。

また、硝酸溶液中に不溶解性の固形分（スラッジ）を含
む場合には、さらにすきま腐食の問題が生ずる。そこで
、従来、耐すきま腐食性を高めるために、硝酸系溶液貯
槽あるいは配管の材料として、モリブデン（Ｍｏ）を含
有したＳＵＳ３１６系（ＪＩＳ規格）のステンレス鋼を
使用している。

このＳＵＳ３１６系ステンレス鋼は耐すきま腐食性が良
好であるとともに、ＳＵＳ３０４系より若干劣るが、炭
素およびリンの組成比が低いので耐硝酸性も良好である
。

第６図は、ＳＵＳ３１６系ステンレス鋼を貯槽の材料と
したとき、これら材料の溶接部を示す断面図である。材
料１，２はＳＵＳ３１６系ステンレス鋼であり、これら
の材料１，２には突合せ溶接用の開先３．４が形成され
る。各開先３．４の開先角度αは、約６０〜７０°　（
片側で約３０〜３５°）に設定される。そして、ＴＩＧ
溶接機５を用いて溶接棒６を溶融し、両開先３および４
間に溶接層７を形成する。このように材料１，２，・・
・を順次溶接して貯槽を構成する。ここで、溶接棒６は
Ｙ３１６系（ＪＩＳ規格）であり、材料１および２のＳ
ＵＳ３１６系と同材質である。

（発明が解決しようとする課題） ところが、第６図のように材料１および２をＳＵＳ３１
６系とし、Ｙ３１６系を溶接棒６とする溶接では、溶接
層７を含めた溶接部の耐硝酸性が低下してしまう。例え
ば、材料をＳＵＳ３１４系とし、溶接棒をＹ３０８系（
ＪＩＳ規格）として溶接した第１テストピースと、材料
をＳＵＳ３１６系とし、溶接棒をＹ３１６系として溶接
した第２テストピースとを、沸騰硝酸溶液中に浸漬して
、硝酸による溶接部の腐食の程度を比較すると、第７図
に示す結果になる。つまり、第２テストビースの溶接部
の方が第１テストピースの溶接部より腐食の程度が著し
く、甚しい場合には組織に沿った脱落が生ずる恐れがあ
る。

このように、ＳＵＳ３１６系を材料とし、Ｙ３１６系を
溶接棒とする溶接では、溶接部の耐硝酸性が低下するの
で、材料の板厚を厚《して対処しているが、こうすると
重量およびコストが増大してしまう。

この発明は、上記事情を考慮して成されたものであり、
容器等を溶接によって構成する材料間の溶接部の耐硝酸
性を向上できるとともに、上記材料の板厚の増大を回避
できる硝酸系溶液用容器等の製作方法を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、硝酸系溶液を貯溜等する容器等が、複数の
ステンレス鋼材料を溶接することによって構成され、こ
れらの材料がモリブデンを含有するステンレス鋼であり
、これらの材料の開先に、溶接後に耐硝酸性が良好とな
る保護層を溶接前に予め形成し、その後上記モリブデン
含有ステンレス鋼から成る溶接棒を用いて上記複数の材
料を溶接し、上記容器等を製作することを特徴とするも
のである。

（作用） したがって、この発明に係る硝酸系溶液用容器等の製作
方法によれば、容器等を構成する材料がモリブデン含有
のステンレス鋼から成り、この材料の溶接開先に、この
材料と同質のステンレス鋼から成る溶接棒を用いて溶接
を行う前に、溶接後に耐硝酸性が良好と成る保護層を設
けたことから、上記材料の溶接部における耐硝酸性を向
上させることができる。このため、材料の板厚を増大す
る必要がなく、容器等の重量およびコストも軽減できる
。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。

硝酸系溶液を貯溜する貯槽は、第１図に示すように、複
数枚の材料１０，１１，・・・を突合せ溶接することに
よって構成される。これらの材料１０，１１，・・・は
モリブデン（ＭＯ）を含有するステンレス鋼であり、こ
の実施例ではＳＵＳ３１６系（ＪＩＳ規格）が用いられ
る。このＳＵＳ３１６系は炭素（Ｃ）およびリン（Ｐ）
の組成比が低いので耐硝酸性が高いとともに、モリブデ
ンを含有するため不溶解性固形分（スラッジ）を含む硝
酸系溶液中での耐すきま腐食性が高い。

材料１０．１１，・・・の溶接に際し、まず材料１０，
１１に突合せ溶接用の開先］．２．１３をそれぞれ形成
する。

次に、これら開先１２および１３の表面に保護層として
の肉盛り層１４を形成する。この肉盛り層１４にはリッ
プ１５が同時に一体成形される。

肉盛り層１４およびリップ１５は、モリブデン（Ｍｏ）
を含有しないＹ３０８Ｌ（ＪＩＳ規格）を溶接棒として
溶着により形成される。この溶接棒としてはＹ３０８Ｌ
の他に、ＪＩＳ規格でＹ３０８，Ｙ３０９，Ｙ３０９Ｌ
，Ｙ３０１．Ｙ３０ＩＳ，Ｙ３１２，Ｙ３２１，Ｙ３４
７，Ｙ３４７Ｌ等がある。

この肉盛り層１４およびリップ１５はモリブデンを含有
しないことから、後述のＹ３１６Ｌを溶接棒とした材料
１０および１１の溶接後に、耐硝酸性が良好と成る。こ
れは、前述の第１テストピースの溶接部が、第２テスト
ピースの溶接部よりも硝酸系溶液に対する腐食の程度が
低いからであり（第７図参照）、この理由は、両テスト
ピースの溶接部に生ずるδ−フエライトの腐食挙動に基
づくものである。つまり、モリブデン（Ｍｏ）を含有し
ないＳＵＳ３０４系材料に発生するδフエライトは耐硝
酸性が高く、モリブデンを含有するＳＵＳ３１６系材料
に発生するδフエライトは耐硝酸性が低いためである。

この理由から、開先１２および１３の表面に、ＳＵＳ３
０４系と同材質の例えばＹ３０８Ｌの溶接棒により肉盛
り層１４およびリップ１５を形成するのである。

上述の耐硝酸性の高低は材料１０および１１を溶接する
際の人熱量の変化によっても変動する。

すなわち、人熱量が少なければ、材料１０および１１　
（ＳＵＳ３１６系）の溶接部に生ずるδフエライト量が
減少し、溶接部の耐硝酸性が高まる。

逆に、人熱量が多ければ溶接部に生ずるδフエライト量
が増加し、溶接部の耐硝酸性が低下する。

この観点から、前記開先１２および１３の開先角度βは
、人熱量を減少する目的で、約２０〜４０°（片側で約
１０〜２０°）に設定される。この実施例では、開先角
度βは片側で約１５°に設定される。

最後に、材料１０および１１の母材と同質のＹ３１６Ｌ
を溶接棒１６とし、ＴＩＧ溶接機１７を用い、開先１２
および１３間に溶接層１８を形成して材料１０および１
１を溶接し、貯槽を製作する。ここで溶接層１８の記号
１ａ．２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａは溶接パス
番号を示す。

また、溶接棒１６として、材料１０および１１と同材質
のＹ３１６Ｌを用いた理由は、溶接施工時の割れを防止
する観点から、ある程度のδフエライト量が必要だから
である。

さらに、上記ＴＩＧ溶接機１−７によるＴＩＧ溶接は、
通常のＴＩＧ溶接でも良いが、前述の如く、材料１０お
よび１１の母材への溶接時の人熱量を減少してδフエラ
イト量を低減するために、パルスＴＩＧ法が好適である
。このパルスＴＩＧ法は、ＴＩＧ溶接機１７の電流をパ
ルス状に変化させて溶接するものであり、このパルス周
波数として約１〜５Ｈｚが望ましい。この実施例では、
約３Ｈｚのパルス電流を用いる。

上記第１実施例によれば、材料１０および１１の開先１
２および１３に肉盛り層１４およびリップ１５を形成し
、この肉盛り層１４およびリップ１５が材料１０および
１１の溶接時に耐硝酸性の高いδフエライトを生成する
することから、溶接部の耐硝酸性を材料１０および１１
の母材と同程度まで高めることができる。

また、材料１０および１１の開先１２および１３の開先
角度βが約２０〜４０°と狭く、しかもパルスＴＩＧ溶
接法を用いているため、材料１０および１１への人熱量
が少ない。この結果、材料１０および１１に生ずるδフ
エライト量（耐硝酸性が低い）を低減でき、材料１０お
よび１１の溶接部における耐硝酸性を向上させることが
できる。

これらの結果、材料１０および１１の板厚を厚くして貯
槽の重量やコストの増大を招くこともない。

第２図および第３図は、第２および第３実施例をそれぞ
れ示す貯槽の溶接部を示す断面図である。

これらの第２および第３実施例においては溶接棒１６お
よびＴＩＧ溶接機１７を省略するとともに、前記第１実
施例と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明
を省略する。

第２図に示す第２実施例では、肉盛り層１４のリップ１
５間に、肉盛り層１４の形成とほぼ同時期にインサート
１９を設置する。このインサート１９は、肉盛り層１４
およびリップ１５と同質材料であり、モリブデン（　Ｍ
　ｏ　）を含有しないＹ３０８Ｌである。このインサー
ト１９により、硝酸系溶液に接する側の溶接部は、より
高い耐硝酸性を呈する。

また、第３図に示す第３実施例では、肉盛り層１４の形
成時に、この肉盛り層１４と同時にかつ一体にガード層
２０を形成する。このガード層２０は、材料１０および
１１の硝酸系溶液に接する側で、溶接層１８に対応して
幅ｂに形成される。

この幅ｂは、溶接層１８の幅をａとすると、ｂ≧ａに設
定される。このガード層２０も、肉盛り層１４と同材質
であり、モリブデン（Ｍｏ）を含有しないＹ３０８Ｌで
ある。このガード層２０は、材料１０および１１の溶接
層１８の近傍を硝酸系溶液から隔てることができるので
、溶接時の入熱により耐硝酸性が若干低下した溶着層１
８近傍部分の浸食を防止できる。

第４図は、第４実施例における貯槽の溶接部を示す断面
図である。この第４実施例においても、溶接棒１６およ
びＴＩＧ溶接機１７を省略するとともに、前記第１実施
例と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を
省略する。

この第４実施例では、材料１０および１１に開先１２お
よび１３をそれぞれ形成したのち、これらの開先１２お
よび１３にＴＩＧ溶接機１７を用いてパルスＴＩＧ法に
より溶接層２１を形成するが、この第１溶接パスＩＡは
Ｙ３０８Ｌの溶接棒によって行い、他の第２溶接パス以
降２ａ〜７ａをＹ３１６Ｌの溶接棒によって実施する。

この実施例によれば、開先１２および１３の形成後肉盛
り層１４を形成する必要がないので、貯槽の製作を容易
かつ迅速に実行できる。

なお、上記実施例では、硝酸系溶液用容器として貯槽を
製作する場合につき述べたが、硝酸性溶液を移送する配
管を製作する場合についても同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る硝酸系溶液用容器等の製
作方法によれば、硝酸系溶液を貯溜等する容器等の材料
がモリブデンを含有するステンレス鋼であり、これらの
材料の開先に、溶接後に耐硝酸性が良好となる保護層を
溶接前に予め形成し、その後上記モリブデン含有ステン
レス鋼から成る溶接棒を用いて上記複数の材料を溶接し
、上記容器等を製作するので、上記保護層により材料の
溶接部における耐硝酸性を向上させることができるとと
もに、上記材料の板厚の増大を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る硝酸系溶液用容器等の製作方法
により製作される貯槽の溶接部を示す断面図、第２図，
第３図および第４図はこの発明に係る第２，第３および
第４実施例における貯槽の溶接部を示す断面図、第５図
はアノード電流密度と電位との関係を示すグラフ、第６
図は従来の貯槽の溶接部を示す断面図、第７図はテスト
ビースの硝酸系溶液における腐食程度を示すグラフであ
る。 １０．１１・・・材料、１２．１３・・・開先、１４・
・・肉盛り層、１６・・・溶接棒、１７・・・ＴＩＧ溶
接機、１８・・・溶接層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 硝酸系溶液を貯溜等する容器等が、複数のステンレス鋼
   材料を溶接することによって構成され、これらの材料が
   モリブデンを含有するステンレス鋼であり、これらの材
   料の開先に、溶接後に耐硝酸性が良好となる保護層を溶
   接前に予め形成し、その後モリブデン含有ステンレス鋼
   から成る溶接棒を用いて上記複数の材料を溶接し、上記
   容器等を製作することを特徴とする硝酸系溶液用容器等
   の製作方法。