JPH11104885A - Fe-ni low thermal expansion coefficient alloy made welding structure and welding material - Google Patents

Fe-ni low thermal expansion coefficient alloy made welding structure and welding material

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JPH11104885A
JPH11104885A JP27258497A JP27258497A JPH11104885A JP H11104885 A JPH11104885 A JP H11104885A JP 27258497 A JP27258497 A JP 27258497A JP 27258497 A JP27258497 A JP 27258497A JP H11104885 A JPH11104885 A JP H11104885A
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welding
less
weld metal
welding material
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JP27258497A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Shirai
政雄 白井
Naoshige Kubo
尚重 久保
Hiroshi Iwahashi
拓 岩橋
Taketo Yamakawa
武人 山川
Hidehiro Matsushima
英浩 松島
Shinji Koga
信次 古賀
Masayuki Inuzuka
雅之 犬塚
Hiromasa Hirata
弘征 平田
Toshinobu Nishihata
敏伸 西畑
Masato Ikebe
真人 池辺
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Nippon Steel Corp
Osaka Gas Co Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Osaka Gas Co Ltd
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Fe-Ni low thermal expansion coefficient alloy made welding structure having excellent low temperature toughness and a sound weld zone without any crack and a Fe-Ni alloy made welding material having excellent weldability which is usable in all positioned welding. SOLUTION: In the Fe-Ni low temperature expansion coefficient alloy made welding structure, all parts of a weld metal are composed of a Fe base alloy of 30-45% Ni, <=0.5% Si, <=0.8 % Mn, 0.1-3.0 % Nb, whose content of Nb and C is satisfied by -0.01 (% Nb) +0.04<=(% C) <=0.04 (% Nb) +0.40, or the same is composed of a Fe base alloy of 30-45% Ni, 0.08-0.5% C, <=0.5 % Si, <=0.8 % Mn, 0.3-4% Nb, <=0.01 % Al, moreover whose content of Si and Mn is satisfied by 0.1<=(%, Si)/(% Mn)<=1.0, whose content of S and O (oxygen) is satisfied by (% S)+(%, O)<=0.015% and whose content of Al and O (oxygen) is satisfied by (% Al)+(%, O) <=0.015.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガス(LN
G)のような低温物質の輸送や貯蔵に使用される管、そ
の管を突き合わせ周溶接してつなぎ合わせた、いわゆる
配管、貯蔵タンクおよびそれらに付属する各種の機器で
あって、Fe-Ni系低熱膨張率合金で構成され、少なくと
も一部に溶接部分を有する物(ここでは、これらを総称
して「溶接構造物」という)に関する。また、本発明
は、上記のような溶接構造物の製造に用いるのに好適な
溶接作業性に優れた溶接材料(ワイヤ)に関する。
The present invention relates to a liquefied natural gas (LN)
G) pipes and storage tanks used for transporting and storing low-temperature substances, such as pipes, storage tanks and various equipment attached to them by butt-welding and joining the pipes, and are Fe-Ni-based The present invention relates to an object made of a low-thermal-expansion alloy and having at least a part of a welded portion (here, these are collectively referred to as “welded structure”). The present invention also relates to a welding material (wire) excellent in welding workability suitable for use in manufacturing the above-described welded structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】液化天然ガス(LNG)のような低温物質
の輸送用配管や貯蔵タンクの材料としては、従来、SUS
304のようなオーステナイト系ステンレス鋼が使用さ
れてきた。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は、
熱膨張率が大きいので、たとえば配管においては一定の
長さごとにループ管を挟んで膨張・収縮による変形を吸
収する対策が必要である。仮にループ管が不必要となる
ような熱膨張率が著しく小さい材料で配管を構成できれ
ば、ループ管に必要なエルボ管が不必要になり、配管を
通すトンネルの径を小さくでき、配管の断熱等の保守作
業も軽減され、建設費および維持管理費の大きな節減が
可能になる。
2. Description of the Related Art Conventionally, SUS is used as a material for piping and storage tanks for transporting low-temperature substances such as liquefied natural gas (LNG).
Austenitic stainless steels such as 304 have been used. However, austenitic stainless steel,
Since the coefficient of thermal expansion is large, it is necessary to take measures to absorb the deformation caused by expansion and contraction, for example, by interposing the loop pipe at every fixed length in the pipe. If the pipe can be made of a material with a very low coefficient of thermal expansion that makes the loop pipe unnecessary, the elbow pipe required for the loop pipe becomes unnecessary, the diameter of the tunnel through which the pipe passes can be reduced, and heat insulation of the pipe, etc. Maintenance work is also reduced, resulting in significant savings in construction and maintenance costs.

【0003】機械的および化学的性質の面からLNG等の
低温物質の輸送や貯蔵用機器の材料として使用が可能な
ものの中で、特定の成分比を有するFe-Ni系合金が非常
に小さい線膨張係数を有することが知られている。その
ような合金の代表的なものとしては、インバーと総称さ
れるFe-36%Ni、Fe-42%Niが上げられる(本明細書にお
いて成分含有量に関する%は、重量%を意味する)。こ
れらはその小さい熱膨張係数を活かして、温度変化によ
る伸縮を嫌う機器の材料として使用されている。
[0003] From the viewpoint of mechanical and chemical properties, among materials that can be used as materials for transporting and storing low-temperature substances such as LNG, Fe-Ni alloys having a specific component ratio are very small. It is known to have an expansion coefficient. Representative examples of such alloys include Fe-36% Ni and Fe-42% Ni, which are collectively referred to as Invar (in the present specification, the percentage with respect to the component content means weight%). These materials are used as materials for devices that do not like expansion and contraction due to temperature changes, taking advantage of their small thermal expansion coefficients.

【0004】上記のFe−Ni系の低熱膨張係数合金からな
る構造物を溶接して組み立てる場合、母材と同等の線膨
張係数を有する溶接材料の使用が望ましい。そのため、
特開平4-231194号公報や、特開平7-267272号公報に開示
されているような共金系の溶接材料が提案されている。
[0004] When a structure made of the above-mentioned Fe-Ni-based alloy having a low coefficient of thermal expansion is assembled by welding, it is desirable to use a welding material having a linear expansion coefficient equivalent to that of the base metal. for that reason,
Co-metallic welding materials as disclosed in JP-A-4-231194 and JP-A-7-267272 have been proposed.

【0005】上記特開平4-231194号公報に開示される溶
接材料は、Ni(Co)およびFeの外にC:0.05〜0.5%、Nb:
0.5〜5%を含み、更に、必要に応じて、Mn、Ti、Al、C
e、Mg等を選択的に含有させた溶接時の溶接割れを防止
できるという溶接材料である。また、特開平7-267272号
公報に開示されているのは、Ni:30〜45%、C:0.03〜0.3
%、Nb:0.1〜3%、P:0.015%以下、S:0.005%以下、Si:
0.05〜0.6%.Mn:0.05〜4%、A1:0.05%以下および0:0.
015%以下で、さらに、NbとCの関係を(%Nb)×(%
C)≧0.01と規定することにより、多層溶接時の再熱割
れおよび靱性を両立させることができる溶接材料であ
る。
[0005] The welding material disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-231194 is characterized in that, in addition to Ni (Co) and Fe, C: 0.05-0.5%, Nb:
0.5-5%, and if necessary, Mn, Ti, Al, C
This is a welding material that can prevent welding cracks during welding by selectively containing e, Mg, and the like. Also, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-267272 is Ni: 30 to 45%, C: 0.03 to 0.3%.
%, Nb: 0.1-3%, P: 0.015% or less, S: 0.005% or less, Si:
0.05-0.6%. Mn: 0.05-4%, A1: 0.05% or less and 0: 0.
015% or less, and further, the relationship between Nb and C is (% Nb) × (%
C) By defining ≧ 0.01, it is a welding material that can achieve both reheat cracking and toughness during multi-layer welding.

【0006】溶接構造物、例えば、LNGの輸送用の配管
や貯蔵用タンクを組み立てる場合、施工能率および溶接
部の品質の面から、TIG溶接やプラズマ溶接により全姿
勢にて自動溶接ができることが望まれる。しかしなが
ら、上記の配管やタンクがFe-Ni系低熱膨張合金製のも
のである場合、その溶接組立をこれまでに提案された前
述の溶接材料を用いて自動溶接で行うのは困難である。
それは、上述の溶接材料では、溶接部の耐凝固割れ性や
靱性といった性能は考慮されているが、円周溶接を可能
にするような溶接作業性に関しては全く配慮されていな
いからである。また、前記特開平4-231194号公報の発明
では、溶接凝固割れに関しては考慮されているものの、
配管などの厚肉材の多層溶接に際して発生する再熱割れ
は考慮されておらず、現実にその溶接材料では再熱割れ
は防止できない。更に、溶接金属の極低温での靱性も十
分ではない。
When assembling a welded structure, for example, a pipe for transporting LNG or a storage tank, it is desirable to be able to perform automatic welding in all positions by TIG welding or plasma welding in view of work efficiency and quality of a welded portion. It is. However, when the above-mentioned pipes and tanks are made of a Fe-Ni-based low thermal expansion alloy, it is difficult to perform the welding assembly by automatic welding using the above-mentioned welding materials proposed so far.
This is because, in the above-mentioned welding materials, performances such as solidification crack resistance and toughness of a welded portion are taken into consideration, but no consideration is given to welding workability that enables circumferential welding. Further, in the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-231194, although welding solidification cracking is considered,
Reheat cracking that occurs during multi-layer welding of thick materials such as pipes is not considered, and reheat cracks cannot be prevented with the welding material in practice. Furthermore, the toughness of the weld metal at cryogenic temperatures is not sufficient.

【0007】前記の特開平7-267272号公報の発明では、
再熱割れについても考慮している。しかし、実際には溶
接時の溶接方法や開先形状などに起因する希釈率などに
よって、再熱割れ防止の効果は必ずしも十分ではない。
その上溶接作業性の改善までは考慮されていないので、
実際にこの溶接材料を用いて低熱膨張率合金製の配管等
の自動溶接を行うことは困難である。
[0007] In the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-267272,
Reheat cracking is also considered. However, in practice, the effect of preventing reheat cracking is not always sufficient depending on the welding method at the time of welding, the dilution ratio caused by the groove shape, and the like.
In addition, since the improvement of welding workability is not considered,
Actually, it is difficult to automatically weld a pipe made of a low thermal expansion coefficient alloy or the like using this welding material.

【0008】なお、再熱割れとは、多層盛り溶接におい
て、初期に形成された割れのない溶接金属(ビード)
が、その上にさらに溶接金属を盛ったときに再加熱され
て、その熱影響によって初期の溶接金属中に発生する割
れである。Fe-Ni系合金の溶接では特にこの再熱割れが
発生しやすく、その防止対策がFe-Ni系低熱膨張率合金
の溶接構造物の実用化の要になる。
[0008] Reheat cracking refers to a crack-free weld metal (bead) formed initially in multi-layer welding.
Are cracks that are reheated when the weld metal is further piled thereon, and are generated in the initial weld metal by the thermal effect. This reheating crack is particularly likely to occur in welding of an Fe-Ni alloy, and measures to prevent the reheat cracking are the key to the practical application of a welded structure of an Fe-Ni alloy having a low coefficient of thermal expansion.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、Fe-Ni系低熱膨張率合金製の溶接構造物であって、
低温靱性に優れ、割れのない健全な溶接部(溶接継手)
を有するものを提供することにある。本発明の第二の目
的は、溶接作業性に優れ、全姿勢溶接によって上記の健
全な溶接部を得ることができ、前記溶接構造物を自動溶
接で効率よく製造することを可能にする溶接材料(ワイ
ヤ)を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide a welded structure made of a Fe-Ni-based low thermal expansion alloy,
Excellent low-temperature toughness, crack-free sound welds (welded joints)
It is to provide what has. A second object of the present invention is a welding material that is excellent in welding workability, can obtain the above-mentioned sound welded portion by all-position welding, and can efficiently manufacture the welded structure by automatic welding. (Wires).

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、下記(1)およ
び(3)の溶接構造物および(2)の溶接材料を要旨とする。
The gist of the present invention is a welding structure of the following (1) and (3) and a welding material of (2).

【0011】(1) 溶接金属の全ての部分が、重量%
で、Ni:30〜45%、Si:0.5%以下、Mn:0.8%以下、N
b:0.1〜3.0%、P:0.015%以下、S:0.004%以下のFe
基合金で、そのNbとCの含有量が下記の式を満たすこ
とを特徴とするFe-Ni系低熱膨張係数合金製の溶接構造
物。
(1) All parts of the weld metal are
Ni: 30-45%, Si: 0.5% or less, Mn: 0.8% or less, N
b: 0.1 to 3.0%, P: 0.015% or less, S: 0.004% or less Fe
A welded structure made of a Fe-Ni-based low thermal expansion coefficient alloy, wherein the content of Nb and C satisfies the following formula.

【0012】 −0.01(%Nb)+0.04≦(%C)≦−0.04(%Nb)+0.40 ・・・ (2) 重量%でNi:30〜45%、C:0.08〜0.5%、Si:0.5%
以下、Mn:0.8%以下、Nb:0.3〜4%、A1:0.01%以下であ
るFe基合金製の溶接材料であって、不純物のPは0.015%
以下、Sは0.004%以下であり、かつSiとMnの含有量が下
記式を満たし、S、0(酸素)の含有量は下記式を、
そしてA1とO(酸素)の含有量は下記式を、それぞれ
満たす溶接作業性に優れたFe-Ni系低熱膨張率合金用溶
接材料。
−0.01 (% Nb) + 0.04 ≦ (% C) ≦ −0.04 (% Nb) +0.40 (2) Ni: 30 to 45% by weight, C: 0.08 to 0.5%, Si: 0.5%
Below, Mn: 0.8% or less, Nb: 0.3 to 4%, A1: 0.01% or less is a welding material made of a Fe-based alloy, and the impurity P is 0.015%
Hereinafter, S is 0.004% or less, and the content of Si and Mn satisfies the following equation. The content of S, 0 (oxygen) is represented by the following equation.
A1 and O (oxygen) contents satisfy the following formulas, respectively, and are welding materials for Fe-Ni-based alloys with a low coefficient of thermal expansion that are excellent in welding workability.

【0013】 0.1≦(%Si)/(%Mn)≦1.0・・・・ (%S)+(%O)≦0.015%・・・・ (%A1)+(%0)≦0.015%・・・・ (3)上記(2)の溶接材料を使用して得られる溶接金属であ
って、その全ての部分が、重量%で、Ni:30〜45%、S
i:0.5%以下、Mn:0.8%以下、Nb:0.1〜3.0%、P:0.
015%以下、S:0.004%以下のFe基合金で、そのNbとCの
含有量が前記の式を満たすことを特徴とするFe-Ni系
低熱膨張係数合金製の溶接構造物。
0.1 ≦ (% Si) / (% Mn) ≦ 1.0 (% S) + (% O) ≦ 0.015% (% A1) + (% 0) ≦ 0.015%・ ・ (3) A weld metal obtained by using the welding material of the above (2), wherein all parts thereof are 30% to 45% by weight of Ni,
i: 0.5% or less, Mn: 0.8% or less, Nb: 0.1 to 3.0%, P: 0.
A welded structure made of an Fe-Ni-based low thermal expansion coefficient alloy, which is an Fe-based alloy with 015% or less and S: 0.004% or less, and whose Nb and C contents satisfy the above-mentioned formula.

【0014】上記(1)および゛(3)の溶接構造物とは、溶
接によって製造される管(溶接管)、それを周溶接して
連結した配管、少なくとも一部に溶接部のある容器(タ
ンク)、その他の機器を意味する。また、Fe-Ni系低熱
膨張係数合金とは、基本成分がおおむね30〜45%のNiと
残りのFeからなる合金、または更にそれぞれおよそ1%
以下のCo、Nb、それぞれおよそ0.5%以下のTi、Ta、C
r、Mo等の副次的合金成分を含有するFe-Ni系の合金を意
味する。
The above-mentioned welded structures (1) and (3) include a pipe manufactured by welding (welded pipe), a pipe connected by circumferential welding, and a vessel having a weld at least partially. Tank) and other equipment. An Fe-Ni-based low thermal expansion coefficient alloy is an alloy in which the basic components are approximately 30 to 45% Ni and the remaining Fe, or approximately 1% each.
The following Co, Nb, and Ti, Ta, and C, respectively, of approximately 0.5% or less
It means an Fe-Ni-based alloy containing secondary alloy components such as r and Mo.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

1.本発明の溶接構造物について 本発明の溶接構造物は、その溶接金属が前記の化学組成
を有することを特徴とする。まず、この化学組成を定め
た理由を説明する。
1. Regarding the welded structure of the present invention The welded structure of the present invention is characterized in that the weld metal has the above chemical composition. First, the reason for determining the chemical composition will be described.

【0016】Ni:30〜45% Niは、低熱膨張率合金を構成する主要元素である。溶接
金属においても十分低い線膨張係数を得るためには、Ni
は30〜45%とする必要がある。望ましい下限は32%であ
り、更に望ましい下限は34%である。また、望ましい上
限は43%である。
Ni: 30-45% Ni is a main element constituting the low thermal expansion alloy. In order to obtain a sufficiently low linear expansion coefficient even for weld metal, Ni
Should be 30-45%. A desirable lower limit is 32%, and a more desirable lower limit is 34%. A desirable upper limit is 43%.

【0017】Si:0.5%以下 Siは合金溶製時の脱酸元素として添加される元素であ
り、また、後述するように、溶接作業性を確保するため
に溶接材料中にも添加される。しかし、溶接金属中には
必ずしもSiが残留する必要はない。溶接金属中のSiが0.
5%を超えると衝撃特性の劣化を招くので、0.5%以下に
抑えなければならない。望ましいのは0.3%以下であ
り、更に望ましいのは0.2%以下である。
Si: 0.5% or less Si is an element added as a deoxidizing element at the time of melting the alloy, and is also added to the welding material in order to secure welding workability, as described later. However, Si does not necessarily need to remain in the weld metal. Si in the weld metal is 0.
If it exceeds 5%, the impact characteristics will be degraded, so it must be suppressed to 0.5% or less. Desirable is 0.3% or less, and more desirable is 0.2% or less.

【0018】Mn:0.8%以下 MnはSiと同様に合金溶製時の脱酸元素として添加され
る。また、溶接作業性に影響を及ぼすので、溶接材料中
にも添加される。しかし、Mnも溶接金属中に残存する必
要は必ずしもない。のみならず0.8%を超える過剰なMn
は、溶接金属の靱性を低下させて衝撃特性の劣化を招く
ので、Mnの含有量は、0.8%以下とする。望ましいのは
0.5%以下であり、更に望ましいのは0.4%以下である。
Mn: 0.8% or less Mn is added as a deoxidizing element at the time of alloy smelting similarly to Si. In addition, since it affects welding workability, it is added to the welding material. However, Mn does not necessarily need to remain in the weld metal. Not only excess Mn exceeding 0.8%
In this case, the toughness of the weld metal is reduced to cause deterioration of impact characteristics, so the content of Mn is set to 0.8% or less. Desirable
0.5% or less, more preferably 0.4% or less.

【0019】Nb:0.1〜3.0% Nbは、溶接金属の凝固ままでの強度を確保するのに必要
な元素であり、また、再熱割れを防止するために必須の
元素である。溶接金属中のNbが0.1%より少ないと、再
熱割れ防止の効果が現れない。一方、3.0%よりも多くな
ると衝撃特性の劣化を招く。再熱割れ防止に必要な溶接
金属中の望ましいNb量は0.15〜2.8%であり、さらに望
ましいのは0.2〜2.5%であるなお、Nbの再熱割れ防止の
効果は、Cとの複合添加により初めて現れる。従って、
溶接金属中のNbとCの含有量は、次に述べるように前記
の式を満足しなければならない。
Nb: 0.1-3.0% Nb is an element necessary for securing the strength of the weld metal as it is solidified, and is an essential element for preventing reheat cracking. If the Nb content in the weld metal is less than 0.1%, the effect of preventing reheat cracking does not appear. On the other hand, if it exceeds 3.0%, the impact characteristics are deteriorated. The desirable amount of Nb in the weld metal required for preventing reheat cracking is 0.15 to 2.8%, and more desirably 0.2 to 2.5%. Appears for the first time. Therefore,
The contents of Nb and C in the weld metal must satisfy the above equation as described below.

【0020】C:式を満たす範囲 Cは母材のマトリックスであるオーステナイトを安定に
する元素であり、溶接金属中においてはNbと共存するこ
とにより、再熱割れを防止する作用を示す。しかし、C
にもNbにも溶接金属の靱性という面から含有量の上限が
ある。
C: a range satisfying the formula C is an element for stabilizing austenite, which is a matrix of the base material, and has an effect of preventing reheat cracking by coexisting with Nb in the weld metal. But C
Also, Nb has an upper limit of the content in terms of the toughness of the weld metal.

【0021】図1は、Ni:36%、Si:0.2%、Mn:0.4
%、残部:Feの基本組成の溶接金属においてCとNbの含
有量を変化させた合金板から、2mm角のシャーリングフ
ィラーを作製し、手動TIG溶接で全溶接金属を作製して
再熱割れの発生傾向および溶接金属の−196℃での靱性
を調べた結果をNbとCの含有量で整理して示したもので
ある。溶接の入熱等の基本条件は、後述する実施例2の
TIG溶接の例に準拠し、再熱割れの検出および衝撃試験
も実施例2と同じ方法で行い、−196℃にて30J/cm2以上
の衝撃値を示すものを靱性良好とした。なお、溶接金属
のNbおよびCの含有量は、実際の分析値であり、全溶接
金属であるため、積層位置にかかわらず、どの位置でも
同量のNbおよびC含有量であった。
FIG. 1 shows that Ni: 36%, Si: 0.2%, Mn: 0.4
%, Balance: A 2 mm square shirring filler was made from an alloy plate with the basic composition of Fe and the contents of C and Nb varied, and all weld metals were made by manual TIG welding to prevent reheat cracking. The results of examining the tendency of occurrence and the toughness of the weld metal at -196 ° C are shown in order by Nb and C contents. The basic conditions such as the heat input of welding are the same as in Example 2 described later.
Based on the example of TIG welding, the detection of reheat cracking and the impact test were also performed in the same manner as in Example 2, and those showing an impact value of 30 J / cm 2 or more at -196 ° C were regarded as having good toughness. Note that the Nb and C contents of the weld metal are actual analysis values, and since they are all weld metals, the Nb and C contents were the same at any position regardless of the lamination position.

【0022】図1の直線イ-ロは、C=−0.04(%Nb)+
0.40の式で表される。また、直線ハ-ニは、C=−0.01
(%Nb)+0.04で表される。図中の○は、全溶接金属のN
b含有量が0.1〜3.0%の範囲にあり、かつ前記の式を
満足するものである。一方、●は、Nb含有量が上記の範
囲をはずれているか、またはNbとCの含有量が前記式
を満たさないものである。
The straight line yellow in FIG. 1 is C = −0.04 (% Nb) +
It is expressed by the equation of 0.40. In addition, the straight line honeycomb is C = −0.01.
(% Nb) + 0.04. ○ in the figure indicates N of all weld metals.
b The content is in the range of 0.1 to 3.0% and satisfies the above expression. On the other hand, ● indicates that the Nb content is out of the above range or the Nb and C contents do not satisfy the above formula.

【0023】図1の直線ハ-ニよりも下の領域は再熱割
れの発生する領域である。一方、直線イ-ロよりも上の
領域は靱性の劣る領域である。また、既に述べたよう
に、Nb含有量が0.1%よりも少ない場合は、再熱割れが
発生し、3.0%より多くなると靱性が低下する。結局、
前記の式を満たす領域であって、かつ、Nbの含有量が
0.1%から3.0%までの範囲(図1の斜線領域)がCとNb
の含有量の適正範囲である。
The area below the straight honeycomb in FIG. 1 is an area where reheat cracking occurs. On the other hand, the region above the linear yellow is a region having poor toughness. Also, as described above, when the Nb content is less than 0.1%, reheat cracking occurs, and when it is more than 3.0%, toughness is reduced. After all,
It is a region that satisfies the above formula, and the content of Nb is
The range from 0.1% to 3.0% (shaded area in Fig. 1) is C and Nb
Is in an appropriate range.

【0024】P:0.015%以下 Pは、不可避的な不純物であり、溶接時の凝固割れ感受
性を上昇させるため0.015%以下とする必要がある。望
ましいのは0.012%以下、さらに望ましいのは0.010%以
下である。
P: 0.015% or less P is an unavoidable impurity and needs to be 0.015% or less in order to increase the susceptibility to solidification cracking during welding. Desirable is 0.012% or less, more preferably 0.010% or less.

【0025】S:0.004以下 SもPと同様に不可避的不純物であり、溶接時の凝固割れ
感受性、および多層溶接時の再熱割れ感受性を高める。
これらの弊害をなくするために0.004%以下に抑える必
要がある。
S: 0.004 or less S is an unavoidable impurity like P, and enhances the solidification cracking susceptibility during welding and the reheat cracking susceptibility during multilayer welding.
In order to eliminate these adverse effects, the content needs to be suppressed to 0.004% or less.

【0026】以上の合金元素および不純物の外、溶接金
属の残部は実質的にFeであるか、または更に母材と同様
にそれぞれおよそ1%以下のCo、それぞれおよそ0.5%
以下のTi、Ta、Cr、Mo等の副次的な成分を含有してもよ
い。これらの成分が含有されていても本発明の効果は失
われない。
In addition to the above alloying elements and impurities, the balance of the weld metal is substantially Fe, or, like the base metal, approximately 1% or less of Co, approximately 0.5% each.
The following secondary components such as Ti, Ta, Cr, and Mo may be contained. Even if these components are contained, the effect of the present invention is not lost.

【0027】通常、溶接金属の化学組成は、母材からの
希釈作用を受けるので溶接金属全体にわたって均一には
なりにくい。特に多層溶接では初期に形成したビードと
その後に形成されたビードの化学組成には大きな相違が
生じがちである。
Usually, the chemical composition of the weld metal is less likely to be uniform over the entire weld metal because of the dilution effect from the base metal. In particular, in the case of multi-layer welding, a great difference tends to occur between the chemical composition of the bead formed at the beginning and the bead formed thereafter.

【0028】後に示す実施例2で詳しく説明するよう
に、再熱割れがなく、かつ低温靱性に優れた溶接金属
は、その全ての位置で上記の化学組成を有するものでな
ければならない。ただし、全ての位置で全く同じ化学組
成である必要はない。上記の化学組成の範囲内で、溶接
金属の位置によって組成が異なっていてもよい。
As will be described in detail in Example 2 to be described later, a weld metal free of reheat cracking and having excellent low-temperature toughness must have the above-described chemical composition at all positions. However, it is not necessary that the chemical composition be exactly the same at all positions. Within the range of the above chemical composition, the composition may be different depending on the position of the weld metal.

【0029】本発明の上記のような溶接金属を持つ構造
物は、希釈率を考慮して決定した化学組成の溶接材料を
溶接条件に応じて使用することによって得ることができ
る。実施例2に示すように、異なる種類の溶接材料を組
み合わせて使用し、初期に形成する溶接金属の層を特に
再熱割れの発生しにくい組成とし、その後に形成する溶
接金属の層を特に靱性の優れた組成にする、という溶接
施工方法も採用できる。なお、溶接材料としては、次に
述べる本発明の材料を用いるのが望ましい。
The structure of the present invention having a weld metal as described above can be obtained by using a welding material having a chemical composition determined in consideration of a dilution ratio according to welding conditions. As shown in Example 2, different types of welding materials are used in combination, and the initially formed weld metal layer has a composition that is particularly resistant to reheat cracking, and the subsequently formed weld metal layer is particularly tough. The welding construction method of making the composition excellent in the above can also be adopted. It is desirable to use the material of the present invention described below as the welding material.

【0030】2.溶接材料について 本発明の溶接材料を構成する成分の含有量を前記のよう
に定めたのは次の理由による。
2. Welding materials The contents of the components constituting the welding materials of the present invention are determined as described above for the following reasons.

【0031】Ni:30〜45% 前記のとおり、Niは低熱膨張合金を構成する主要元素で
あり、溶接材料のNiはそのまま溶接金属に移行する。従
って、その含有量の限定理由は前記の溶接金属の場合と
同じである。
Ni: 30 to 45% As described above, Ni is a main element constituting the low thermal expansion alloy, and Ni of the welding material transfers to the weld metal as it is. Therefore, the reason for limiting the content is the same as in the case of the aforementioned weld metal.

【0032】C:0.08〜0.5% Cは、溶接金属のオーステナイトを安定化させ、また、
前記のようにNbと共存して溶接金属の再熱割れを防止す
る。これらの作用をもたらすCを確保するために溶接材
料は少なくとも0.08%のCを含有しなければならない。
しかし、0.5%を超えると溶接金属中のCが前記の式で
定める上限を超えてしまう。従って、溶接材料中のCの
含有量は0.08〜0.5%が適正な範囲である。
C: 0.08-0.5% C stabilizes the austenite of the weld metal,
As described above, coexistence with Nb prevents reheat cracking of the weld metal. The welding material must contain at least 0.08% C to ensure C to provide these effects.
However, if it exceeds 0.5%, C in the weld metal exceeds the upper limit defined by the above equation. Therefore, the appropriate content of C in the welding material is 0.08 to 0.5%.

【0033】Si:0.5%以下 溶接材料中のSiは、溶融金属の物性に影響を与え、溶接
作業性に影響を及ぼすが、0.5%を超えると溶接金属中
のSi量を増加させ、靱性低下を招くとともに、溶接材料
自体の加工性を劣化させワイヤの製造が困難になる。そ
のため、上限は0.5%としたが、望ましいのは0.3%であ
る。一方、十分な溶接作業性を確保するためには、後述
のようにMn含有量との関係で式を満足する必要があ
る。
Si: 0.5% or less Si in the welding material affects the physical properties of the molten metal and affects the welding workability, but if it exceeds 0.5%, the amount of Si in the welding metal increases and the toughness decreases. In addition, the workability of the welding material itself is deteriorated, and it becomes difficult to manufacture a wire. Therefore, the upper limit is set to 0.5%, but preferably 0.3%. On the other hand, in order to ensure sufficient welding workability, it is necessary to satisfy the expression in relation to the Mn content as described later.

【0034】Mn:0.8%以下 Mnも溶融金属の物性に影響を与え、溶接作業性に影響を
及ぼす。ただし溶接材料中のMnが0.8%を超えると、溶
接金属中のMn含有量が過剰になって、前述のように靱性
低下を招く。そのため、上限は0.8%としたが、望まし
い上限は0.5%である。
Mn: 0.8% or less Mn also affects the physical properties of the molten metal and affects the welding workability. However, if the Mn content in the welding material exceeds 0.8%, the Mn content in the weld metal becomes excessive, causing a decrease in toughness as described above. Therefore, the upper limit is set to 0.8%, but a desirable upper limit is 0.5%.

【0035】溶接材料に十分な溶接作業性を持たせるた
めには、Mnの含有量はSiとの関係で前記の式を満足す
る必要がある。
In order for the welding material to have sufficient welding workability, the content of Mn must satisfy the above expression in relation to Si.

【0036】溶接ワイヤの溶接作業性は、溶接ワイヤ中
のSiおよびMnの含有量と密接な関係がある。即ち、0.1
≦(%Si)/(%Mn)≦1.0を満たす範囲で、最も溶接の
困難な、上向き溶接部分でも溶け落ちのない、平坦な溶
接部が得られる。その理由は次のように考えられる。
The welding workability of the welding wire is closely related to the contents of Si and Mn in the welding wire. That is, 0.1
Within a range satisfying ≦ (% Si) / (% Mn) ≦ 1.0, a flat welded portion which is the most difficult to weld and has no burn-through even in an upwardly welded portion can be obtained. The reason is considered as follows.

【0037】Si/Mn比が0.1より小さくなると溶融池表面
に生成するスラグ組成がMnリッチとなり、そこにアーク
が集中しやすくなるため、周辺部での溶融が不均一とな
り、凸ビードとなりやすくなる。また、Si/Mn比が1.0を
超えると、溶融金属の粘性が小さくなるため、上向き溶
接時に溶融金属のたれ落ちが生じるのである。
If the Si / Mn ratio is less than 0.1, the slag composition generated on the surface of the molten pool becomes Mn-rich, and the arc tends to concentrate there. . On the other hand, if the Si / Mn ratio exceeds 1.0, the viscosity of the molten metal becomes small, so that the molten metal sags during upward welding.

【0038】図2にSiとMnの適正含有量の範囲(斜線
部)を図示した。SiとMnの上限値の限定理由は前述のと
おりである。 Nb:0.3〜4% 前記のように、Nbは溶接金属の凝固ままでの強度を確保
し、再熱割れを防止するために必須の元素であり、溶接
金属中には0.1〜3.0%含有されている必要がある。成分
の希釈を考慮して、上記の溶接金属中のNb含有量を確保
するために必要な溶接材料中のNb含有量が0.3〜4%であ
る。なお、4%を超えるNbは溶接材料の熱間加工性を阻
害し、ワイヤ製造のコスト上昇を招く。
FIG. 2 shows the range of the appropriate contents of Si and Mn (shaded area). The reasons for limiting the upper limits of Si and Mn are as described above. Nb: 0.3 to 4% As described above, Nb is an essential element for securing the strength of the weld metal as it is solidified and preventing reheat cracking, and 0.1 to 3.0% is contained in the weld metal. Need to be. In consideration of the dilution of the components, the Nb content in the welding material required to secure the Nb content in the weld metal is 0.3 to 4%. In addition, Nb exceeding 4% impairs the hot workability of the welding material and causes an increase in wire manufacturing cost.

【0039】P:0.015%以下 溶接材料中の不可避的不純物であるPは、そのまま溶接
金属に移行し、溶接時の凝固割れ感受性を上昇させる。
従って、溶接金属におけると同様に0.015%以下、望ま
しくは0.012%以下、さらに望ましくは0.010%以下に抑
える。
P: 0.015% or less P, which is an inevitable impurity in the welding material, migrates to the weld metal as it is, and increases the solidification cracking susceptibility during welding.
Therefore, as in the case of the weld metal, the content is suppressed to 0.015% or less, preferably 0.012% or less, and more preferably 0.010% or less.

【0040】S:0.004%以下 前述のとおり、溶接時の凝固割れ感受性、さらに、多層
溶接時の再熱割れ感受性を高める不純物であるから、溶
接金属におけると同様、0.004%以下とする必要があ
る。Sは、溶接作業性にも強く影響を及ぼす元素であ
り、良好な溶接作業性を確保するには、後述するよう
に、0(酸素)との関係が前記の式を満たさなければ
ならない。
S: 0.004% or less As described above, it is an impurity that increases the susceptibility to solidification cracking during welding and the susceptibility to reheat cracking during multi-layer welding. . S is an element that strongly affects the welding workability, and in order to secure good welding workability, the relationship with 0 (oxygen) must satisfy the above expression, as described later.

【0041】A1:0.010%以下 強力な脱酸元素であり、合金の溶製時に添加される。過
剰の添加は介在物量を増加させ、溶接材料の熱間加工性
を劣化させ、さらに溶接金属の靱性を低下させる。その
ため、0.010%以下とする。また、A1は0(酸素)との関
係で溶接作業性に影響を及ぼす。そのため、次に述べる
ように、AlとO(酸素)の含有量は前記の式を満たさ
なければならない。なお、Alは、溶接材料中に必ずしも
含有されている必要はない。しかし、脱酸剤として添加
された多少の残留は避けられない。実際の含有量の下限
は0.0005%程度である。
A1: 0.010% or less A strong deoxidizing element, added during melting of an alloy. Excessive addition increases the amount of inclusions, degrades the hot workability of the welding material, and further reduces the toughness of the weld metal. Therefore, the content is set to 0.010% or less. A1 affects welding workability in relation to 0 (oxygen). Therefore, as described below, the contents of Al and O (oxygen) must satisfy the above equation. Note that Al does not necessarily need to be contained in the welding material. However, some residual added as a deoxidizer is inevitable. The lower limit of the actual content is about 0.0005%.

【0042】 0(酸素): 式および式を満たす範囲 Oは不可避不純物であるが、溶接作業性に強く影響を及
ぼす元素である。0はSと同様に溶融金属の表面活性化元
素として働き、アークの安定性に影響を及ぼし、円周溶
接時のビードの均一性に影響を及ぼす。全姿勢溶接時に
ねらい位置を外すことなく、均一性に優れたビードを得
るためには(%S)+(%0)≦0.015%とする必要があ
る。即ち、0.015%を超えると溶融池の安定性を損な
い、溶接ビードの不均一を招き、融合不良などの欠陥の
原因となる。従って、前記の式を満足する範囲、即
ち、図3の斜線を付した領域がOおよびSの適正含有量の
範囲である。ただし、OおよびSの極低化は製造コストの
増大を招くので、望ましい(%S)+(%0)の下限値は
0.001%である。
0 (oxygen): Formula and range satisfying the formula O is an unavoidable impurity, but is an element that strongly affects welding workability. 0 acts as a surface activating element of the molten metal similarly to S, affects the stability of the arc, and affects the uniformity of the beads during circumferential welding. (% S) + (% 0) ≦ 0.015% is required in order to obtain a bead with excellent uniformity without removing the target position during all-position welding. That is, if it exceeds 0.015%, the stability of the molten pool is impaired, the weld bead becomes uneven, and defects such as poor fusion are caused. Accordingly, the range satisfying the above equation, that is, the hatched region in FIG. 3 is the range of the appropriate O and S contents. However, since extremely low O and S increase production cost, the lower limit of desirable (% S) + (% 0) is
0.001%.

【0043】AlとOの含有量は、式を満足する範囲、
即ち、図4の斜線を付した領域になければならない。0
はA1と結合しやすく溶接スラグを発生しやすい。そのた
め、(%A1)+(%0)が0.015%を超える場合には、多
量のスラグが発生し、アークからの入熱が十分に母材に
投入されないため、初層での裏波未形成や上向き溶接時
の溶け込み不良が生じ融合不良が発生しやすくなる。
The contents of Al and O are within a range satisfying the following equation:
That is, it must be in the hatched area in FIG. 0
Is easily combined with A1 and easily generates welding slag. Therefore, if (% A1) + (% 0) exceeds 0.015%, a large amount of slag is generated, and the heat input from the arc is not sufficiently input to the base material, and no Uranami is formed in the first layer. And poor fusion at the time of upward welding and poor fusion are likely to occur.

【0044】本発明の溶接材料を構成するのは前述の合
金元素の外、残部は実質的にFeであってもよく、前記の
溶接金属に含まれても良い副成分、即ち、それぞれおよ
そ1%以下のCo、それぞれおよそ0.5%以下のTi、Ta、C
r、Mo等の成分を含んでいてもよい。
The welding material of the present invention may be composed of the above-mentioned alloying elements and the balance substantially consisting of Fe, and the sub-components that may be contained in the welding metal, that is, about 1% each. % Or less of Co, each about 0.5% or less of Ti, Ta, C
It may contain components such as r and Mo.

【0045】本発明の溶接構造物を製造する際の溶接方
法は任意である。どのような溶接方法を採用しても、形
成された溶接金属がその全ての位置で前記の化学組成範
囲内にあって、かつ式を満足していれば、割れの発生
がなく、しかも低温靱性に優れたものとなる。
The welding method for producing the welded structure of the present invention is optional. Regardless of the welding method used, if the formed weld metal is within the above-mentioned chemical composition range at all positions and satisfies the formula, there is no cracking and low temperature toughness. It will be excellent.

【0046】本発明の溶接材料は、TIG溶接またはプラ
ズマ溶接に使用するのが望ましい。これらの溶接法で
は、溶接材料中の合金元素の損耗が少なく、また、低酸
素の溶接金属が得られ、低温靱性の一層の改善効果を得
ることができるからである。
The welding material of the present invention is desirably used for TIG welding or plasma welding. In these welding methods, the wear of the alloy elements in the welding material is small, and a low-oxygen weld metal is obtained, so that the effect of further improving low-temperature toughness can be obtained.

【0047】前述のとおり、本発明の溶接材料は、全姿
勢溶接で健全な溶接金属を得ることができるものであ
る。従って、この材料を用いれば管を接続するための円
周溶接も自動化することができる。また、この溶接材料
を使用し、成形したFe-Ni系低熱膨張率合金板をシーム
溶接して、管(溶接管)を製造することも容易である。
その管は、前述した優れた特性の溶接部を持つから、LN
G等の極低温物質の輸送用配管として極めて好適であ
る。
As described above, the welding material of the present invention is capable of obtaining a sound weld metal by all-position welding. Therefore, if this material is used, girth welding for connecting pipes can also be automated. Further, it is easy to produce a pipe (welded pipe) by seam welding a Fe-Ni-based alloy having a low coefficient of thermal expansion molded using this welding material.
Since the pipe has a weld with the above-mentioned excellent properties, LN
It is extremely suitable as a pipe for transporting cryogenic substances such as G.

【0048】[0048]

【実施例】【Example】

(実施例1)表1に化学組成を示す29種類の溶接ワイヤ
(径:1.2mm)を使用して、表2に示す化学組成の 9.5m
m厚さの合金板を溶接した。溶接方法はTIG溶接およびプ
ラズマ溶接とし、それぞれ図5および図6に示すような
形状の開先加工を施した合金板を母材とした。
(Example 1) Using 9.5 m of the chemical composition shown in Table 2, using 29 kinds of welding wires (diameter: 1.2 mm) whose chemical composition is shown in Table 1.
An m-thick alloy plate was welded. The welding method was TIG welding and plasma welding, and the base material was an alloy plate having a groove as shown in FIGS. 5 and 6, respectively.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】TIG溶接は下向きおよび上向きの各溶接姿
勢にて、溶接を行い、初層溶接ビードでの裏波形成能、
溶接ビードの均一性および溶接ビードの平坦度を評価し
た。また、プラズマ溶接は下向き姿勢で行い、裏波形成
能および溶接ビードの均一性を評価した。裏波形成能は
全溶接線にわたり裏波ビードが形成されているもの(裏
波形成率100%)を合格とした。また、溶接ビードの均
一性については、溶接ビード幅を等間隔に測定し、最大
幅と最小幅の差 (△W)および平均値(Wave)を求め、
その比(△W/Wave)が、0.2を超えないものを合格とし
た。
In the TIG welding, the welding is performed in each of the downward and upward welding positions, and the back-wave forming ability in the first layer weld bead is obtained.
The uniformity of the weld bead and the flatness of the weld bead were evaluated. In addition, the plasma welding was performed in a downward position, and the backwashing ability and the uniformity of the weld bead were evaluated. With respect to the ability to form a backside bead, one having a backside bead formed over the entire welding line (100% backside formation rate) was regarded as acceptable. Regarding the uniformity of the weld bead, the width of the weld bead was measured at regular intervals, and the difference (△ W) between the maximum width and the minimum width and the average value (Wave) were calculated.
Those whose ratio (△ W / Wave) did not exceed 0.2 were judged as acceptable.

【0052】溶接ビードの平坦度については図7に示す
ように溶接ビードの横断面から、余盛り高さ(H)および
溶接ビード幅(W)を測定し、その比(H/W)が0.5を超
えないものを合格とした。表3および表4に評価結果を
示す。なお、表3〜表6の「溶接方法」の欄のTIGはTIG
溶接法、PAWはプラズマアーク溶接法を意味する。
Regarding the flatness of the weld bead, as shown in FIG. 7, the extra height (H) and the width (W) of the weld bead were measured from the cross section of the weld bead, and the ratio (H / W) was 0.5. Those that did not exceed were passed. Tables 3 and 4 show the evaluation results. In addition, TIG in the column of “Welding method” in Tables 3 to 6 is TIG.
Welding method, PAW means plasma arc welding method.

【0053】[0053]

【表3】 [Table 3]

【0054】[0054]

【表4】 [Table 4]

【0055】表3から明らかなように、本発明で定める
化学組成を有する記号A1〜A15の溶接材料を使用した試
験番号AW1〜AW19については、優れた溶接作業性を有す
ることが確認された。
As is clear from Table 3, it was confirmed that the test numbers AW1 to AW19 using the welding materials A1 to A15 having the chemical compositions defined in the present invention had excellent welding workability.

【0056】それに対し、本発明で定める化学組成の条
件を満たさない記号 B1〜B14の溶接材料を使用した場合
は、表4に示すように、いずれも満足すべき溶接作業性
が得られていない。即ち、試験番号BW1では、使用した
溶接材料 B1の Si/Mn比が 2.083と 1を超えるため、溶
接金属の粘性が小さく、上向き溶接において、溶接金属
のたれ落ちが生じた。試験番号BW2でも、同様に使用し
た溶接材料 B2の Si/Mn比が 1.05と1を超えるため、上
向き溶接において、たれ落ちが生じた。
On the other hand, when the welding materials of symbols B1 to B14 which do not satisfy the conditions of the chemical composition defined in the present invention were used, as shown in Table 4, no satisfactory welding workability was obtained. . That is, in the test number BW1, the Si / Mn ratio of the welding material B1 used was 2.083, which exceeded 1, and therefore, the viscosity of the welding metal was small, and the welding metal dropped in the upward welding. Also in test number BW2, since the Si / Mn ratio of the welding material B2 used in the same manner exceeded 1.01 and 1, the sagging occurred in the upward welding.

【0057】試験番号BW3では、使用した溶接材料 B3の
Si/Mn比が 0.09と 0.1より小さいため、溶融地表面に
生成するスラグがMnリッチとなり、アークがそこに集中
しやすくなって、溶融池周辺部での溶融が不均一とな
り、上向きおよび下向きのいずれの溶接姿勢においても
H/Wが0.5を超える凸ビードとなった。また、BW4も同様
に使用した溶接材料B4の Si/Mn比が 0.095と 0.1より小
さいため、溶接ビードが凸ビードとなった。
In the test number BW3, the welding material B3 used was
Since the Si / Mn ratio is less than 0.09 and 0.1, the slag generated on the molten ground surface becomes Mn-rich, the arc tends to concentrate there, and the melting around the molten pool becomes uneven, and the upward and downward In any welding position
H / W became a convex bead exceeding 0.5. Similarly, for BW4, since the Si / Mn ratio of the welding material B4 used was 0.095, which was smaller than 0.1, the weld bead was a convex bead.

【0058】試験番号BW5では、使用した溶接材料 B5の
「S+O」量が 0.016%と 0.015%を超えるため、溶融池
の安定性が悪く、その結果、△W/Wave が0.2を超え、
溶接ビードの均一性が劣化した。さらに、「Al+O」量が
0.019%と 0.015%を超えるため、多量の溶接スラグが
生成し、溶融池を覆いアークからの入熱が十分に投入さ
れないため、上向き姿勢での裏波形成率が75%となり、
裏波未形成の部分が存在した。
In the test number BW5, the “S + O” amount of the welding material B5 used was 0.016% and exceeded 0.015%, so that the stability of the molten pool was poor. As a result, ΔW / Wave exceeded 0.2,
The uniformity of the weld bead deteriorated. Furthermore, the amount of “Al + O”
Since 0.019% and 0.015% are exceeded, a large amount of welding slag is generated, and the heat input from the arc covering the molten pool is not sufficiently input.
There was a part where no Uranami was formed.

【0059】試験番号BW6では、同BW5と同じ溶接材料を
用い、プラズマ溶接を行ったが、溶接材料の「S+O」量
および 「Al+O」量が本発明で定める範囲外であるた
め、溶接ビードの均一性に劣り、また、十分にキーホー
ルが形成されず、裏波未形成部が残った。
In Test No. BW6, plasma welding was performed using the same welding material as BW5. However, since the “S + O” and “Al + O” amounts of the welding material were out of the ranges specified in the present invention. In addition, the uniformity of the weld bead was inferior, the keyhole was not sufficiently formed, and the part where no swelling was formed remained.

【0060】試験番号BW7でも、使用した溶接材料 B6の
「S+O」量が 0.023%と 0.015%を大きく超えるため、
溶接ビードの均一性が劣化した。さらに、「Al+O」量も
0.027%と 0.015%を大きく超えるため、多量の溶接ス
ラグが生成し、下向きおよび上向きのいずれの溶接姿勢
においても裏波形成率がそれぞれ 72%、20%となり、
裏波形成能が著しく劣った。
Even in test number BW7, the amount of “S + O” in the welding material B6 used was 0.023%, which greatly exceeded 0.015%.
The uniformity of the weld bead deteriorated. In addition, the amount of “Al + O”
Since it greatly exceeds 0.027% and 0.015%, a large amount of welding slag is generated, and in both the downward and upward welding positions, the penetration rate is 72% and 20%, respectively.
Uranami formation ability was remarkably inferior.

【0061】試験番号BW8は、同 BW7と同じ溶接材料を
用い、プラズマ溶接を行った例であるが、溶接材料の
「S+O」量および「Al+O」量が本発明で定めるの範囲外
であるため、溶接ビードの均一性に劣り、また、十分に
キーホールが形成されず、裏波未形成部が残った。
Test No. BW8 is an example in which plasma welding was performed using the same welding material as BW7, but the “S + O” amount and “Al + O” amount of the welding material were within the ranges defined by the present invention. Since it was outside, the uniformity of the weld bead was poor, and a keyhole was not sufficiently formed, leaving a part where no Uranami was formed.

【0062】試験番号BW9および BW10では、いずれも
溶接材料 B7を用いて、それぞれTIGおよびプラズマ溶接
を行ったが、その溶接材料の「S+O」量が 0.016%と 0.
015%を超えるため、溶接ビードの均一性に劣った。試
験番号BW11も、同様に「S+O」量が 0.016%の溶接材料
B8を使用したため、溶接ビードの均一性に劣った。ま
た、溶接材料のS量が 0.009%と過多であったため、溶
接ビード表面に高温割れの発生も認められた。
In test numbers BW9 and BW10,
TIG and plasma welding were performed using welding material B7, respectively, and the "S + O" amount of the welding material was 0.016%, which was 0.1%.
Since it exceeded 015%, the uniformity of the weld bead was poor. Test number BW11 is also a welding material with "S + O" amount of 0.016%.
Since B8 was used, the uniformity of the weld bead was poor. In addition, since the S content of the welding material was too high at 0.009%, the occurrence of hot cracks on the surface of the weld bead was also observed.

【0063】BW12では、「Al+O」量が 0.016%と多す
ぎ、かつAlの含有量も0.014%と高い溶接材料 B9を使用
したため、溶接時に多量のスラグが発生し、十分な裏波
形成能が得られず、上向き姿勢で裏波未形成部が残っ
た。試験番号BW13は同じく溶接材料 B9を使用し、プラ
ズマ溶接を行った例であるが、十分な溶け込み深さが得
られず、裏波未形成部が残った。
In the case of BW12, since the amount of “Al + O” was too large as 0.016% and the Al content was as high as 0.014%, a large amount of slag was generated during welding, and sufficient backwashing was formed. No performance was obtained, and the Uranami-unformed portion remained in the upward position. Test No. BW13 is an example in which plasma welding was performed using the same welding material B9, but a sufficient penetration depth was not obtained, and a part where no penetration was formed remained.

【0064】BW14では溶接材料 B10を使用した。この溶
接材料はSi/Mn比が 0.083と 0.1より小さいため、下向
きおよび上向きいずれの溶接姿勢においても H/Wが 0.5
を超える凸ビードとなった。
In BW14, welding material B10 was used. Since this welding material has a Si / Mn ratio of 0.083 and smaller than 0.1, H / W is 0.5 in both downward and upward welding positions.
It became a convex bead exceeding.

【0065】試験番号BW15では「Al+O」量が 0.016%と
多すぎる溶接材料 B11を使用したため、上向き溶接時に
十分な溶け込み深さが得られず、裏波未形成部が存在し
た。また、溶接材料のSi/Mn比が 1.105と 1.0を超える
ため、上向き溶接においてたれ落ちが発生した。
In the test number BW15, the welding material B11 having an "Al + O" amount of too large as 0.016% was used, so that a sufficient penetration depth could not be obtained at the time of upward welding, and there was a part where no penetration was formed. Also, since the Si / Mn ratio of the welding material exceeded 1.105 and 1.0, dripping occurred in upward welding.

【0066】試験番号BW16では、同様に「Al+O」量が0.
018%と多すぎる溶接材料 B12を使用したため、十分な
裏波形成能が得られず、裏波未形成部が下向き、上向き
いずれの溶接姿勢においても認められた。
In the test number BW16, the amount of “Al + O” was similarly set to 0.
Since the welding material B12, which is too large as 018%, was used, sufficient backwashing ability could not be obtained, and a portion where no backwashing was formed was observed in both the downward and upward welding positions.

【0067】試験番号BW17とBW18では、いずれも「Al+
O」量が 0.017%と高いの溶接材料 B13を使用し、それ
ぞれTIG溶接およびプラズマ溶接した例である。いずれ
も十分な裏波形成能が得られず、裏波未形成部が残っ
た。
In Test Nos. BW17 and BW18, "Al +
This is an example in which welding material B13 with a high O content of 0.017% was used, and TIG welding and plasma welding were performed, respectively. In each case, sufficient backwashing ability was not obtained, and a backwash-unformed portion remained.

【0068】試験番号BW19では、溶接材料 B14を使用し
た。この溶接材料は「S+O」量が 0.016%と 0.015%を
超え、「Al+O」量も 0.020%と 0.015%を超え、かつ S
i/Mn比が 1.619と本発明で定める上限を超えているた
め、裏波未形成、ビードの不均一さらには上向き姿勢で
のたれ落ちが併せて発生した。
In test number BW19, welding material B14 was used. This welding material has "S + O" amount exceeding 0.016% and 0.015%, and "Al + O" amount also exceeding 0.020% and 0.015%.
Since the i / Mn ratio was 1.619, which is higher than the upper limit defined in the present invention, no backwash was formed, the bead was non-uniform, and the sagging in the upward posture occurred at the same time.

【0069】上記の結果から明らかなように、本発明で
定める化学組成を持たない溶接材料を使用した場合には
十分な溶接作業性が得られず、全姿勢溶接は不可能であ
る。
As is evident from the above results, when a welding material having no chemical composition defined in the present invention is used, sufficient welding workability cannot be obtained and welding in all positions is impossible.

【0070】(実施例2)溶接継手性能を調べるために
下記の試験を行った。即ち、図5および図6に示す開先
を用い、表1に示した溶接材料を使用し、TIG溶接は図
8に示す 12パスの6層の積層溶接、プラズマ溶接は図10
に示すプラズマ溶接1層とTIG溶接1層の溶接を行い、
溶接継手を作製した。
(Example 2) The following test was conducted to examine the performance of a welded joint. That is, using the grooves shown in FIGS. 5 and 6, the welding materials shown in Table 1 were used, the TIG welding was performed using 12-pass six-layer lamination welding shown in FIG.
Welded one layer of plasma welding and one layer of TIG welding as shown in
Welded joints were made.

【0071】作製した継手から、図9および図10に示す
溶接金属部の各位置で化学分析試料を採取し、化学分析
を行った。さらに、図11に示す曲げ試験片および図12に
示すVノッチシャルピー試験片を採取し、それぞれ再熱
割れ発生有無の確認試験および−196℃での衝撃試験に
供した。
A chemical analysis sample was taken from each of the welded metal portions shown in FIG. 9 and FIG. 10 from the manufactured joint, and a chemical analysis was performed. Further, a bending test piece shown in FIG. 11 and a V-notched Charpy test piece shown in FIG. 12 were sampled and subjected to a test for confirming the occurrence of reheat cracking and an impact test at −196 ° C., respectively.

【0072】再熱割れの確認では、観察を容易にするた
めに、図11に示すように試験片にわずかに曲げを付加
し、微小な再熱割れがある場合はそれを開口させて、光
学顕微鏡を用い、溶接金属部を100〜500倍で観察し、割
れ発生の有無を確認した。判定基準は割れが全くなかっ
たものを合格、割れが一つでも発生していたものを不合
格とした。
In confirming the reheat crack, the test piece was slightly bent as shown in FIG. 11 to facilitate observation, and if there was a minute reheat crack, the test piece was opened to open it. Using a microscope, the weld metal portion was observed at a magnification of 100 to 500 to confirm the occurrence of cracks. As a criterion, those having no cracks were accepted, and those having at least one crack were failed.

【0073】衝撃試験の合否判定では、継手として実用
上必要とされる衝撃値30J/cm2を判定基準とした。再熱
割れ確認試験において割れを生じたものについては衝撃
試験は実施しなかった。表5および表6に溶接金属の分
析結果および継手性能評価結果を示す。なお、分析結果
としてはFe以外の主要合金成分の分析値だけを表示し
た。
In the pass / fail judgment of the impact test, an impact value of 30 J / cm 2 required for practical use as a joint was used as a judgment standard. The impact test was not carried out for those having cracks in the reheat crack confirmation test. Tables 5 and 6 show the results of analysis of the weld metal and the results of evaluating the joint performance. As the analysis results, only the analysis values of the main alloy components other than Fe are shown.

【0074】[0074]

【表5】 [Table 5]

【0075】[0075]

【表6】 [Table 6]

【0076】表5の継手番号 TAJ1、TAJ2は、それぞれ
全層にわたり、同一の溶接材料 A1および A3で TIG溶接
した例である。これらの継手では溶接金属の各位置での
Nb、C量が前記式を満足したため、溶接金属に再熱割
れの発生は認められず、衝撃値も50J/cm2以上であっ
た。
The joint numbers TAJ1 and TAJ2 in Table 5 are examples in which the same welding materials A1 and A3 were used for TIG welding over the entire layers. In these joints, each position of the weld metal
Since the amounts of Nb and C satisfied the above expressions, no reheat cracking was observed in the weld metal, and the impact value was 50 J / cm 2 or more.

【0077】継手番号 PAJ1、PAJ2は同様に全層にわた
り、同一のワイヤ A1および A3をそれぞれ使用してプラ
ズマ溶接した例である。上記 TAJ1、TAJ2と同じく、溶
接金属の各位置での Nb、C量が式を満足したため、溶
接金属に再熱割れの発生は認められず、衝撃値も50J/cm
2以上の高い値であった。
Similarly, joint numbers PAJ1 and PAJ2 are examples in which plasma welding is performed on all the layers using the same wires A1 and A3, respectively. As in TAJ1 and TAJ2 above, the Nb and C contents at each position of the weld metal satisfied the formula, so no reheat cracking was observed in the weld metal, and the impact value was 50 J / cm.
It was a high value of 2 or more.

【0078】一方、表6に示す継手番号TBJ1は全層にわ
たり、A6の溶接材料を使用し、TIG溶接した例である
が、肉厚中央および最終層の溶接金属の C量が式の上
限「−0.04(%Nb)+0.40」より大きくなり、また、Nb
量が3.0%を超えたため、再熱割れは発生しなかったも
のの、衝撃値が 8J/cm2と著しく低い。
On the other hand, the joint number TBJ1 shown in Table 6 is an example in which the welding material of A6 is used for all the layers and the TIG welding is performed. −0.04 (% Nb) + 0.40 ”and Nb
Since the amount exceeded 3.0%, reheat cracking did not occur, but the impact value was extremely low at 8 J / cm 2 .

【0079】同じく表6の継手番号 TBJ2は、全層にわ
たり、A12の溶接材料を使用し、TIG溶接した例である。
その溶接金属のC量は、全位置において式の関係式を
満足する。しかし、肉厚中央および最終層の溶接金属中
のNb量が 3.0%を超えたため、再熱割れは発生しなかっ
たものの、衝撃値が14J/cm2と低かった。
Similarly, the joint number TBJ2 in Table 6 is an example in which AIG welding material is used for all layers and TIG welding is performed.
The C content of the weld metal satisfies the relational expression in all positions. However, since the Nb content in the weld metal of the center thickness and the final layer exceeded 3.0%, reheat cracking did not occur, but the impact value was as low as 14 J / cm 2 .

【0080】表6の継手番号TBJ3は、全層にわたり、A1
3の溶接材料を使用し、TIG溶接した例であるが、初層の
C量が、0.02%と 式の下限値「−0.01(%Nb)+0.0
4」よりも少なかったために、初層部に再熱割れが多発
した。継手番号TBJ4は、全層にわたりA15の溶接材料を
使用し、TIG溶接したものである。この例では肉厚中央
および最終層の溶接金属の C量が 式の上限値より大
きくなったため、再熱割れは発生しなかったものの、衝
撃値が20J/cm2と低かった。
The joint number TBJ3 in Table 6 indicates that A1
This is an example of TIG welding using welding material 3
When the C content is 0.02%, the lower limit of the equation "-0.01 (% Nb) + 0.0
4 ", there were many reheat cracks in the first layer. The joint number TBJ4 is obtained by TIG welding using a welding material of A15 for all layers. In this example, since the C content of the weld metal in the center of the thickness and the final layer was larger than the upper limit of the equation, reheat cracking did not occur, but the impact value was as low as 20 J / cm 2 .

【0081】表6の継手番号PBJ1およびPBJ2は、それぞ
れ全層A13およびA15を用いてプラズマ溶接(厳密には、
最終層はTIG溶接)した例である。それぞれ上記の継手
番号TBJ3および TBJ4と同様の理由で、TBJ3ではプラズ
マ溶接金属部に再熱割れが発生し、TBJ4では低靱性とな
った。
The joint numbers PBJ1 and PBJ2 in Table 6 were formed by plasma welding using all layers A13 and A15, respectively (strictly speaking,
The final layer is an example of TIG welding. For the same reasons as the above-mentioned joint numbers TBJ3 and TBJ4, reheat cracking occurred in the plasma-welded metal portion in TBJ3 and low toughness in TBJ4.

【0082】上記のように、全層同一の溶接材料 A6、A
13、A15でTIGおよびプラズマ溶接した継手では、前記
式の条件を満足しないため、再熱割れの発生や靱性不足
の問題が生じている。それに対して、表5の継手番号 T
AJ3、TAJ4、PAJ3および PAJ4のように、これらの溶接材
料を使用しても溶接材料を適正に組み合わせて、溶接金
属の全位置の化学組成が本発明で定める条件を満たすよ
うにすることで、再熱割れの発生がなく、しかも靱性に
優れた溶接継手が得られることが明らかになった。
As described above, the welding materials A6, A
13, the joints obtained by TIG and plasma welding at A15 do not satisfy the conditions of the above equation, and thus have problems of reheat cracking and insufficient toughness. In contrast, the joint number T in Table 5
Like AJ3, TAJ4, PAJ3 and PAJ4, even if these welding materials are used, by properly combining the welding materials so that the chemical composition at all positions of the weld metal satisfies the conditions defined in the present invention, It became clear that a welded joint having no toughness and excellent toughness was obtained.

【0083】以上のように、本発明で定める化学組成を
有する溶接材料のみが十分な溶接作業性を有し、全姿勢
溶接や自動溶接に適用可能であることが明らかである。
また、これらの溶接材料を使用して得られた溶接金属
が、本発明で定める組成範囲内にあるときは再熱割れが
発生せず、優れた靱性を有する溶接継手が得られること
が明らかである。
As described above, it is clear that only the welding material having the chemical composition defined in the present invention has sufficient welding workability and is applicable to all-position welding and automatic welding.
Further, it is clear that when the weld metal obtained using these welding materials is within the composition range defined by the present invention, reheat cracking does not occur and a welded joint having excellent toughness can be obtained. is there.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明の溶接構造物は、再熱割れの発生
がなく、低温靱性に優れた溶接金属を有するものであ
る。また、本発明の溶接材料は十分な溶接作業性を有す
るので、これを使用して全姿勢円周溶接や自動溶接が可
能である。
The welded structure of the present invention has a weld metal which does not generate reheat cracks and has excellent low-temperature toughness. In addition, since the welding material of the present invention has sufficient welding workability, it can be used for circumferential welding and automatic welding in all positions.

【0085】本発明は、Fe−Ni系低熱膨張率合金を使用
した溶接管の製造、その管を接合した配管、さらに貯蔵
タンクやその周辺機器等、液化天然ガスなどの極低温物
質を取り扱う溶接構造物の製作に大きく寄与するもので
ある。
The present invention relates to the manufacture of a welded pipe using an Fe—Ni-based low coefficient of thermal expansion alloy, a pipe to which the pipe is joined, and a storage tank and peripheral equipment for handling cryogenic substances such as liquefied natural gas. This greatly contributes to the production of structures.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】溶接金属のNbおよびCの適正範囲を示す図であ
る。
FIG. 1 is a view showing an appropriate range of Nb and C of a weld metal.

【図2】溶接金属のMnおよびSiの適正範囲を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing appropriate ranges of Mn and Si of a weld metal.

【図3】溶接金属のO(酸素)およびSの適正範囲を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing appropriate ranges of O (oxygen) and S of a weld metal.

【図4】溶接金属のO(酸素)およびAlの適正範囲を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing appropriate ranges of O (oxygen) and Al of a weld metal.

【図5】実施例で採用したTIG溶接の開先形状を示す図
である。
FIG. 5 is a view showing a groove shape of TIG welding adopted in the embodiment.

【図6】実施例で採用したプラズマ溶接の開先形状を示
す図である。
FIG. 6 is a view showing a groove shape of plasma welding adopted in the embodiment.

【図7】溶接ビードの平坦度を測定する方法を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a method for measuring flatness of a weld bead.

【図8】実施例で採用したTIG溶接の積層方法を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a lamination method of TIG welding adopted in the example.

【図9】TIG溶接の溶接金属から化学分析試料を採取す
る位置を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a position at which a chemical analysis sample is collected from a weld metal of TIG welding.

【図10】実施例で採用したプラズマ溶接の積層方法
と、溶接金属から化学分析試料を採取する位置を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing a lamination method of plasma welding adopted in the example and a position at which a chemical analysis sample is collected from a weld metal.

【図11】実施例で採用した再熱割れ評価方法を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a reheat crack evaluation method adopted in the examples.

【図12】実施例で採用したシャルピー衝撃試験片を示
す図である。
FIG. 12 is a view showing a Charpy impact test piece employed in an example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 政雄 大阪府大阪市中央区平野町4丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 久保 尚重 大阪府大阪市中央区平野町4丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 岩橋 拓 大阪府大阪市中央区平野町4丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 山川 武人 兵庫県加古郡播磨町新島8番地川崎重工業 株式会社播磨工場内 (72)発明者 松島 英浩 兵庫県加古郡播磨町新島8番地川崎重工業 株式会社播磨工場内 (72)発明者 古賀 信次 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番1 号川崎重工業株式会社内 (72)発明者 犬塚 雅之 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番1 号川崎重工業株式会社内 (72)発明者 平田 弘征 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 西畑 敏伸 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 池辺 真人 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masao Shirai 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Naoshige Kubo 4 Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka 1-2, Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Taku Iwahashi 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture, Japan Inside (72) Inventor Taketo Yamakawa Niijima, Harima-cho, Kako-gun, Hyogo Prefecture No. 8 in Kawasaki Heavy Industries, Ltd.Harima Plant (72) Inventor Hidehiro Matsushima 8 in Niijima, Harima-cho, Kako-gun, Hyogo Prefecture No. 8 in Harima Plant, Co., Ltd. No. 1-1 Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Masayuki Inuzuka 3-1-1, Higashi Kawasaki-cho, Chuo-ku, Kobe 72) Inventor Hiroyuki Hirata 4-5-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Sumitomo Metal Industries, Ltd. (72) Inventor Toshinobu Nishihata 4-5-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Sumitomo Metal (72) Inventor Masato Ikebe 4-5-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Sumitomo Metal Industries, Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】溶接金属の全ての部分が、重量%で、Ni:
30〜45%、Si:0.5%以下、Mn:0.8%以下、Nb:0.1〜
3.0%、P:0.015%以下、S:0.004%以下のFe基合金
で、そのNbとCの含有量が下記の式を満たすことを特
徴とするFe-Ni系低熱膨張係数合金製の溶接構造物。 −0.01(%Nb)+0.04≦(%C)≦−0.04(%Nb)+0.40 ・・・
1. The method according to claim 1, wherein all parts of the weld metal are Ni:
30-45%, Si: 0.5% or less, Mn: 0.8% or less, Nb: 0.1-
Welded structure made of Fe-Ni based low coefficient of thermal expansion alloy, Fe-based alloy with 3.0%, P: 0.015% or less, S: 0.004% or less, and whose Nb and C contents satisfy the following formula: Stuff. -0.01 (% Nb) + 0.04 ≤ (% C) ≤ -0.04 (% Nb) + 0.40 ...
【請求項2】重量%で、Ni:30〜45%、C:0.08〜0.5%、
Si:0.5%以下、Mn:0.8%以下、Nb:0.3〜4%、A1:0.01%
以下であるFe基合金製の溶接材料であって、不純物のP
は0.015%以下、Sは0.004%以下であり、かつSiとMnの
含有量が下記式を満たし、S、0(酸素)の含有量は下
記式を、そしてA1とO(酸素)の含有量は下記式
を、それぞれ満たす溶接作業性に優れたFe-Ni系低熱膨
張率合金用溶接材料。 0.1≦(%Si)/(%Mn)≦1.0・・・・ (%S)+(%O)≦0.015%・・・・ (%A1)+(%0)≦0.015%・・・・
2. Ni: 30 to 45% by weight, C: 0.08 to 0.5% by weight,
Si: 0.5% or less, Mn: 0.8% or less, Nb: 0.3 to 4%, A1: 0.01%
The following welding material made of an Fe-based alloy, wherein P
Is 0.015% or less, S is 0.004% or less, and the content of Si and Mn satisfies the following formula, the content of S, 0 (oxygen) is the following formula, and the content of A1 and O (oxygen) Is a welding material for Fe-Ni-based low thermal expansion alloys with excellent welding workability that satisfies the following formulas. 0.1 ≦ (% Si) / (% Mn) ≦ 1.0 (% S) + (% O) ≦ 0.015% (% A1) + (% 0) ≦ 0.015%
【請求項3】請求項2に記載の溶接材料を使用して得ら
れる溶接金属であって、その全ての部分が、重量%で、
Ni:30〜45%、Si:0.5%以下、Mn:0.8%以下、Nb:0.
1〜3.0%、P:0.015%以下、S:0.004%以下のFe基合金
で、そのNbとCの含有量が下記の式を満たすことを特
徴とするFe-Ni系低熱膨張係数合金製の溶接構造物。 −0.01(%Nb)+0.04≦(%C)≦−0.04(%Nb)+0.40 ・・・
3. A weld metal obtained by using the welding material according to claim 2, wherein all parts thereof are, by weight%,
Ni: 30 to 45%, Si: 0.5% or less, Mn: 0.8% or less, Nb: 0.
1-3.0%, P: 0.015% or less, S: 0.004% or less Fe-based alloy, whose content of Nb and C satisfies the following formula. Welded structures. -0.01 (% Nb) + 0.04 ≤ (% C) ≤ -0.04 (% Nb) + 0.40 ...
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