JPH10137974A - 耐溶接高温割れ性に優れたFe−Ni系合金用溶接材料 - Google Patents

耐溶接高温割れ性に優れたFe−Ni系合金用溶接材料

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JPH10137974A
JPH10137974A JP29546496A JP29546496A JPH10137974A JP H10137974 A JPH10137974 A JP H10137974A JP 29546496 A JP29546496 A JP 29546496A JP 29546496 A JP29546496 A JP 29546496A JP H10137974 A JPH10137974 A JP H10137974A
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JP29546496A
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English (en)
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Toshifumi Kojima
敏文 小嶋
Hideto Kimura
秀途 木村
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Fe−Ni合金材を溶接する際に、溶接金属
に発生する凝固割れや再熱割れを防止することができる
溶接材料を提供する。 【解決手段】 この発明のFe−Ni系合金用溶接材料
は、ニッケル(Ni):30〜45 wt.% 、カルシウム(Ca):0.
0020〜0.0100 wt.% 、硫黄(S):0.007 wt.%以下、炭素
(C) :0.04wt.%以下、シリコン(Si):0.40wt.%以下、マ
ンガン(Mn):1.2wt.% 以下、燐(P):0.010wt.% 以下、コ
バルト(Co):0.10wt.%以下、モリブデン(Mo):1.0wt.%
以下、タンタル(Ta):0.02wt.%以下、酸素(O):0.0050w
t.%以下、窒素(N):0.0050wt.%以下、残り:鉄(Fe)およ
び不可避不純物からなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術】この発明は、Fe−Ni系合金材
いわゆるインバー合金材の溶接において、耐溶接高温割
れ性に優れた溶接金属を得るための溶接材料に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、液化天然ガス(以下、LNGとい
う)の需要が増大しており、LNGを輸送するための船
舶やLNGの貯蔵容器は、大型化される傾向にある。F
e−Ni系合金は、低温における優れた靱性、および、
極低温から常温までの広い温度範囲にわたる低い熱膨張
率を有しているので、LNG輸送用船舶およびLNG貯
蔵用容器の構造材として使用されている。
【0003】Fe−Ni系合金材は、凝固の過程からL
NG温度である−162℃に至るまで一貫して安定した
オーステナイト組織であるために、不純物元素の偏析が
生じやすく、溶接時に凝固金属に凝固割れが生じやすい
問題を有している。更に、Fe−Ni系合金材は、上記
凝固割れのみでなく、多層溶接の場合、最初の溶接で形
成された凝固金属に次の溶接を行ったとき、溶接ビード
の熱サイクルによって引き起こされる割れ、いわゆる再
熱割れがしばしば発生する。
【0004】大型構造物を製造するためには、溶接施工
が不可欠であり、しかも、溶接設計上多層溶接が必要な
箇所や補修溶接を受ける箇所が生ずることは必至であ
る。従って、溶接によって製造される構造部材、特に、
LNG輸送用船舶、LNG貯蔵容器、LNG輸送用ライ
ンパイプのように漏洩が許されない構造物の材料として
Fe−Ni系合金材を使用する場合には、凝固割ればか
りではなく、再熱割れをも含めた溶接高温割れが生じな
いようにすることが厳しく要求されている。
【0005】このような背景から、Fe−Ni系合金材
について、溶接時の凝固割れおよび再熱割れの生じない
ような成分組成にするための研究が従来から行われてお
り、特開昭60−177164号公報には、合金中のS
量を0.002wt.%以下に低減することが有効である旨
が開示されている(以下、先行技術という)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先行技
術のように、S量を0.002wt.%以下に低減すること
は、合金の製造コストの上昇を招くのみならず、割れの
発生が溶接金属内であること、および、溶接ワイヤを使
用した溶接によって得られる溶接金属の化学成分は、主
として溶接ワイヤの化学成分組成によって決定されるこ
とから、仮に、Fe−Ni系合金材中のS量を0.00
2wt.%以下に低く抑えたとしても、溶接ワイヤの化学成
分や溶接施工条件によっては割れの発生する場合があ
る。
【0007】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、Fe−Ni合金を溶接する際に、溶接金属内
に発生する凝固割れや再熱割れを防止することができる
溶接材料を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点から、Fe−Ni合金材を溶接する際の溶接材料の
化学成分組成を制御することによって、的確に割れの発
生を防止すべく、割れの発生に及ぼす溶接材料の化学成
分組成について鋭意研究を重ねた。その結果、溶接材料
中に適量のカルシウム(Ca)を含有させれば、割れ防止に
極めて顕著な効果のあることがわかった。
【0009】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、この発明のFe−Ni系合金用溶接材料
は、ニッケル(Ni): 30 〜 45 wt.%、カルシウム(Ca):
0.0020 〜 0.0100 wt.%、硫黄(S) : 0.007 wt.% 以
下、炭素(C) : 0.04 wt.% 以下、シリコン(Si): 0.4
0 wt.% 以下、マンガン(Mn): 1.2 wt.% 以下、燐
(P): 0.010 wt.% 以下、コバルト(Co): 0.10 wt.%
以下、モリブデン(Mo): 1.0wt.% 以下、タンタル(T
a): 0.02 wt.% 以下、酸素(O) : 0.0050wt.% 以下、
窒素(N) : 0.0050wt.% 以下、残り:鉄(Fe)および不可
避不純物からなることに特徴を有するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、この発明のFe−Ni系合
金用溶接材料の化学成分組成を、上述した範囲内に限定
した理由について、以下に述べる。 (1) ニッケル(Ni):Niは、Fe−Ni系合金の熱膨張
率を支配する元素である。従って、Niを30〜45w
t.%含有させることにより、常温からLNGの温度であ
る−162℃に至る温度範囲において、低い熱膨張係数
を確保することができる。Ni含有量が30wt.%未満ま
たは45wt.%を超えると、熱膨張係数が高くなり、溶接
施工時に高温割れが発生する。従って、Ni含有量は、
30〜45wt.%の範囲内に限定すべきである。 (2) カルシウム(Ca) :Caは、合金中のSを硫化物と
して固定し、耐溶接高温割れ性を向上させる作用を有し
ている。溶接過程におけるスラグとしての損失分および
母材の希釈分を考慮すると、Caは最低0.0020w
t.%含有させることが必要であり、0.0020wt.%未
満では、上述した作用に所望の効果を得ることができな
い。しかしながら、Ca含有量が0.0100wt.%を超
えると、合金自体の清浄性が失われ、かえって高温割れ
が発生しやすくなる。従って、Ca含有量は、0.00
20〜0.0100wt.%の範囲内に限定すべきである。 (3) 硫黄(S) :Sは、溶接高温割れ防止の観点から有害
な元素である。従って、溶接時の高温割れおよび再熱割
れを防止するためには、その含有量が少ないほどよい
が、上述した範囲の量のCaを含有させることによっ
て、0.007wt.%までは許容される。従って、S含有
量は、0.007wt.%以下に限定すべきである。 (4) アルミニウム(Al) :Al含有量が0.02wt.%を超
えると、溶接高温割れ性が劣化する。従って、Al含有量
は、0.02wt.%以下に限定すべきである。 (5) 炭素(C) :C含有量が0.04wt.%を超えると、耐
溶接高温割れ性および耐食性が劣化する。従って、C含
有量は、0.04wt.%以下に限定すべきである。 (6) シリコン:(Si) :Si含有量が0.40wt.%を超え
ると、溶接高温割れを助長する。従って、Si含有量は、
0.40wt.%以下に限定すべきである。 (7) マンガン(Mn):Mn含有量が1.2wt.%を超える
と、熱膨張係数を高める問題が生ずる。従って、Mn含有
量は、1.2wt.%以下に限定すべきである。 (8) 燐(P):Pは、オーステナイト単相組織の鋼におい
て、溶接高温割れを起こす有害元素であり、0.010
wt.%を超えると高温割れが発生する。従って、P含有量
は、0.010wt.%以下に限定すべきである。 (9) コバルト(Co):Co含有量が0.10wt.%を超え
ると、応力腐食割れを促進する。従って、Co含有量
は、0.10wt.%以下に限定すべきである。 (10)モリブデン(Mo) :Moは、耐溶接高温割れ性の改
善に有効な元素である。しかしながら、その含有量が
1.0wt.%を超えると、コスト高となる上、熱膨張係数
が大になる。従って、Mo含有量は、1.0wt.%以下に
限定すべきである。 (11)タンタル(Ta) :Taも、耐溶接高温割れ性を改善
させる有効な元素である。しかしながら、その含有量が
0.02wt.%を超えると、コスト高となる上、熱膨張係
数が大になる。従って、Ta含有量は、0.02wt.%以
下に限定すべきである。 (12)酸素(0):Oは、CaとSの結合を容易にするの
で、なるべく少ない方が望ましいが、0.0050wt.%
までは許容される。従って、O含有量は、0.0050
wt.%以下に限定すべきである。 (13)窒素 (N):Nが含有されていると高温割れを助長す
るので、なるべく少ない方が望ましいが、0.0050
wt.%までは許容される。従って、N含有量は、0.00
50wt.%以下に限定すべきである。
【0011】この発明のFe−Ni系合金用溶接材料
は、TIG溶接用ワイヤや溶加材として使用される。
【0012】
【実施例】次に、この発明を、実施例により比較例と対
比しながら説明する。表1に示す本発明の範囲内の化学
成分組成を有する、直径1.2 mmの溶接用フィラーワイヤ
の供試体(以下、本発明供試体という)、および、本発
明の範囲外の化学成分組成を有する、同じく直径1.2 mm
の溶接用フィラーワイヤの供試体(以下、比較用供試体
という)を調製した。
【0013】
【表1】
【0014】上述した本発明供試体および比較用供試体
を使用し、表2に示す化学成分組成のFe−Ni系合金
鋼板を溶接し、溶接金属の耐溶接高温割れ性を調べた。
【0015】
【表2】
【0016】耐溶接高温割れ性は、トランスバレストレ
イン試験法によって評価した。即ち、表面研削した厚さ
10mmの上記Fe−Ni系合金鋼板に対し、TIG溶接
法により下記に示す条件で第1パスの溶接を行った。
【0017】溶接電流 :150A アーク電圧: 10V 溶接速度 :100mm/min 次いで、上記鋼板から、図1に示すように、厚さ10m
m、幅50mm、長さ300mmの試験片1を採取し、第1
パスの溶接によって形成された第1ビード2と直交する
方向に、同じワイヤで且つ上記と同一条件でTIG溶接
法により第2パスの溶接を施し、長さ100mmの第2ビ
ード3を形成し、予め設定しておいた第1ビード2の幅
中央部で最大歪みのかかる位置に電極が到達したとき
に、急速曲げ加工を施して、バレストレインを付与し
た。なお、付与歪み量は2%で一定とした。
【0018】溶接凝固割れの評価は、第2ビード3内に
割れが発生したか否かによって判定し、溶接再熱割れ
は、第2ビード3によって熱サイクルを受ける第1ビー
ド2内に割れが発生したか否かによって判定した。
【0019】図2に、耐溶接高温割れ性に及ぼすCa量
の影響を、S量との関係において示した。図2におい
て、○印は、凝固割れおよび再熱割れの両方が共に発生
しなかった場合であり、×印は、凝固割れまたは再熱割
れが発生した場合である。
【0020】比較用供試体Aは、Caを含有せず、S量
を0.001wt.%まで低減させた場合であって、比較用
供試体Aを使用した場合には、凝固割れおよび再熱割れ
は共に発生しなかったが、上記量までSを低減させるた
めに溶接材料の製造コストが上昇した。
【0021】比較用供試体B,C,Dは、Caを含有せ
ず、S量を本発明の範囲内とした場合であり、比較用供
試体E〜Jは、本発明の範囲内の量のCaを含有してい
るが、S量が本発明の範囲を外れて多い場合であり、比
較用供試体K,Lは、S量を本発明の範囲内としたが、
Ca量が本発明の範囲を外れて多い場合であり、そし
て、比較用供試体Mは、S量およびCa量が共に本発明
の範囲を外れて多い場合である。
【0022】上記比較用供試体B〜JおよびL,Mを使
用した場合は、凝固割れおよび再熱割れの両方またはそ
の何れか一方が発生した。比較用供試体Kを使用した場
合は、凝固割れおよび再熱割れが共に発生しなかった
が、Ca量が本発明の範囲を外れて多かったために、鋼
の清浄性が劣化した。
【0023】これに対し、本発明供試体No. 1〜8を使
用した場合は、何れも、凝固割れおよび再熱割れが共に
発生しなかった。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
Fe−Ni合金材を溶接する際に、溶接金属内に発生す
る凝固割れや再熱割れを的確に防止することができ、L
NG輸送用船舶、LNG貯蔵容器その他の溶接構造部材
の溶接に優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】耐溶接高温割れ性の評価のためのトランスバレ
ストレイン試験における試験片の概略斜視図である。
【図2】耐溶接高温割れ性に及ぼすCa量の影響をS量
との関係において示したグラフである。
【符号の説明】
1 試験片 2 第1ビード 3 第2ビード

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ニッケル(Ni) : 30 〜 45 wt.%、 カルシウム(Ca) : 0.0020 〜 0.0100 wt.%、 硫黄(S) : 0.007 wt.% 以下、 炭素(C) : 0.04 wt.% 以下、 シリコン(Si) : 0.40 wt.% 以下、 マンガン(Mn) : 1.2 wt.% 以下、 燐(P) : 0.010 wt.% 以下、 コバルト(Co) : 0.10 wt.% 以下、 モリブデン(Mo) : 1.0 wt.% 以下、 タンタル(Ta) : 0.02 wt.% 以下、 酸素(O) : 0.0050wt.% 以下、 窒素(N) : 0.0050wt.% 以下、 残り :鉄(Fe)および不可避不純物 からなることを特徴とする、耐溶接高温割れ性に優れた
    Fe−Ni系合金用溶接材料。
JP29546496A 1996-11-07 1996-11-07 耐溶接高温割れ性に優れたFe−Ni系合金用溶接材料 Pending JPH10137974A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102744530A (zh) * 2008-01-25 2012-10-24 住友金属工业株式会社 焊接材料以及焊接接头结构体

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102744530A (zh) * 2008-01-25 2012-10-24 住友金属工业株式会社 焊接材料以及焊接接头结构体
CN102744530B (zh) * 2008-01-25 2014-12-10 新日铁住金株式会社 焊接材料以及焊接接头结构体

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