JPS58199847A - 耐デイスボンデング特性の優れた圧力容器用鋼 - 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】 本発明は圧力容器用鋼に関するものであってその片面又
は両面に異なる組成の鋼材を肉盛溶接部によシクラ、ド
する場合に溶接性が良好なことに加えて水素雰囲気中で
の使用中に水素剥離割れを生じない耐ディスがンデング
特性の優れた圧力容器用鋼に係わるものである。

従来から石油精製用反応容器をはじめとする化学工業用
各種圧力容器、さらｋは原子カニ業用の、１１′ 各種高温圧力容器勢を製作する材料として、たとえばＪ
Ｉ８に規定されるＳＢＶ材５８０■材特に代表される圧
力容器用鋼が、広く使用されている。これら高温高圧反
応容器では内部流体による腐食防止の観点からオーステ
ナイト系ステンレス銅ヲ肉盛溶績等によ）内面にクラッ
ドすゐ場合が多い。このような反応容器のうち特に高温
高圧の水３１ｃガスを取扱う石油精製用反応容器では定
常運転時には内面よ）容＠ＩＩＫ溶解した水素が外表面
に向かって拡散透過し、運転停止にともない容器壁の温
度が下がると、容器壁中に溶解している水素の大部分は
拡散出来ないことから過飽和に溶解した状態となるが、
前記のようなステンレス肉感クラッドされ良場合、オー
ステナイト系鋼とフェライト系鋼の水素の拡散係数の違
いによ如、母材と肉盛溶接部の境界の水嵩濃度が特に高
まることから、これＫよる脆化と冷却時の熱応力とによ
って、溶接ＩンＰ部に沿った剥呻割れ、所鎮ディスぎン
デンダが発生し、問題とまる。

そこで本発明者らは、かかる割れ発生の防止について種
々の実験を行なり九結果、この割れの一次的要因が溶接
部の炭素量にあることを明らかにし、母材ならびに溶接
材料の炭素量を低く抑えることがこの種の割れ防止策と
して最も有効であることを見い出した。

本発明は上述の知見に基いたもので、その要旨とすると
ころは、Ｃ：０．０５〜０．３０　＊　、　Ｓｌ：ＬＤ
Ｏ憾以下、　Ｍ！１：　０．２０〜１．６０　％　、　
Ｏｒ：　３．５．０　％以下、　Ｍｏ：　０．３０〜１
．５０１を基本組成とし、又はこれに更に （Ａ）　　Ｃｕ：　０．３０　％以下、Ｎｔ：ｏ、７０
１以下、〒１：０．２Ｓ以下、Ｎｂ：０．５０−以下、
Ｖ：０．５０俤以下、Ｂ：０．０２１以下、Ｎ：０．０
１５１１以下のいずれか１種または２種以上、或いは（
Ｂ）　　Ｃａ：　０．０２９６以下、　ＲＥＭ　：　０
．２０−以下。

ＡＡ：０．０７係以下 のいずれか１種または２種以上の（４）（Ｂ）一方又は
両方を含み残部は不可避的に存在する不純物およびＦｅ
からなるＭｏ系およびＣｒ−Ｍｏ系圧力容器用鋼板の片
面又は両面の表層０，５■乃至３−の範囲のみＣ含有量
をＯ，ＯＳ嗟未満に制限することを特徴とする耐ディス
？ンデング特性の優れた圧力容器用鋼にある。

以下、本発明を詳ｌｌＩに説明す為。

第１図は本発明鋼の構成を模式的に示す断面図である。

第１図において、４は母板であ如、該母板部において後
に肉盛溶接の行なわれる・側の面を１で示し、肉盛濤１
１０行なわれない側の面を２で示す。

３は該面１儒の表層部である。

なおここでは片面のみ肉感溶接を行う場合について示す
が、母板の両面とも肉感溶接を行なう場合は、面２儒に
４１１１儒の表層部と同じ構成の表層部を有するものと
倉る。

本発明鋼の成分範囲のうち母板部は第１表に示すとおシ
である。又、後に肉盛溶接を行なう表層部の成分にりい
てはＣ量についてのみ０．０５％未満に制限するが、そ
れ以外の組成は、母板と近いものであればよく、必ずし
も同一組成である必要はない、即ち後に述べるように母
板の強度靭性向上を目的としてＣｔｔ　＋Ｎｌ　＋Ｔｌ
　＋Ｎｂ＊Ｖ、Ｂ＋ＲＫｔＣａ＋ＡＡ＋Ｎ等の元素を添
加する場合があるが、表層部にこれらは必ずしも必要で
ない。

伺、この表層部の形成手段は規定しないが、例えば、ス
ラブ組成に比べ、炭素含有量のみ低い同−成分系の溶接
材料によシスラブ片面あるいは両面を肉盛したのち通常
の圧延法により、この表層部を形成してもかまわない。

：：。

第　１　表　　　　　　　　化学成分（ｖｔ％）次に表
層部の炭素含有量ならびにその厚みの範囲の限定理由に
ついてのべる。

第２図は圧力容器用鋼板にオーステナイト系ステンレス
溶接材料で肉盛溶接した場合の圧力容器用鋼の炭素量と
水素剥離割れの関係を示すもので、試験片のサイズは４
５ｔＸ　５５”’Ｘ　１１０Ｌ、水素分圧２５０Ｖα２
．温度４５０℃で２４時間保持後空冷の試験条件で実験
室的に調べた結果である０割れの判定はＵＴによったが
、割れ発生の程度はＵＴによって検出されたＬｏｏｍ飽
和Ｆ飽和−の数によ）判定した。同図において、割れの
程度に対するＣ量の影響は、Ｃ量０．０６Ｓ付近で顕著
にあられれ、Ｃ量の低下に伴い割れの程度が小さくなる
傾向にあり、０．０５５参Ｃで実験塞的割れは皆無とな
ることから、安全をみて炭素量の上限は０．０５−未満
とした。また表層部は後に行なう内盛溶接によ）大部分
が溶かされ、強度メンバーとして考えなくてよいことか
ら炭素含有量の下限は定めなかった０表層部の厚みは後
に行なう肉盛溶接の溶込量がその溶接条件により種々異
なるが、現状での溶１１条件による溶込量の範囲に安全
式を見込んで、０、５■乃至！ｌ　ｍ　１２）　ｉｌ　
９％と定めた。０．５−未満ではステンレス内盛溶接部
の境界が表層部からはずれ母板郁に入る丸めこの鋼板の
効果が充分発揮されず、一方３■を超すと、ステンレス
肉盛溶接後の表層ＩＩＯ溶は残り低炭素域が大きくなり
、強度の点で間層が生じる。

次に母板′郁の成分範囲を第１表の如く定める理由につ
いてＯぺる。

先ずＣは強度の保持に必要であるが、溶接性。

靭性０点から最高０．３０チとし丸。また０、０５チ未
満では必要な強度が得られないことから下限はｏ、ｏｓ
＊とし九。

ａｔは強度を高めるが同時に脆化感受性を病める作用が
あるほか、溶接性、加工性を考慮して上限をＬＯＯ嚢と
した。

勤は強度保持上必要な成分であるが、上限を１．６０慢
Ｋしたのはこれを超すと着るしく脆化感受性を高め好ま
しくなく、０．２嚢未満では必要なｇｊＩ直が得られな
い上に健全な鋼塊が得がたいために下限を０．２ｆｉと
した。

Ｃｒは、耐酸化性、耐水素アタ、り性に有効であるうえ
に高温強度向上にも有効な元素であるが、含有量が多く
なると溶接性ならびに加工性を低下させるので上限を３
．５０−とした。

Ｍｏは著しく高温強度を高めるほか耐水素アタック性に
も有効な元素であるが、０．３０−未満では高温強度を
確保し難く、耐水素アタック性も乏しくなる。又、含有
量が多くなると溶接性を低下させることに加えてコスト
・アップとなることから上限を１．５０　％とした。

以上が基本成分系であるが、本発明においては強度或い
はさらＫは靭性の向上をも目的として、（Ａ）　Ｃｕ、
Ｎ１＃Ｔｉ１ＮｂｌＶＩＢＩＮの（４）グループから１
種または２種以上を含有せしめることが出来る。

Ｃｍけ溶接性を余り阻害せずに強度を向上せしめるが余
り量が多くなると鋼塊の網割れの原因ともなることから
上限を０．３０　憾とした。

Ｎ１は焼入性の向上に有効であるばかシでなく、後に述
べるＴｉおよびＢの添加による焼入れ性向上効果を補な
うものとして有効であるが、高価であることから上限を
（１７０慢とした。

Ｔｉ　ＫついてはｖｋＫ述べる蕗との複合により強贋向
上に有効橙成分であるが、単独では細粒化効果がある。

ムＬ添加量にもよるがｏ、ｚｏ＊Ｍｉでは清浄度が着し
く低下することから、上限を０．２ｆｉとした。

Ｎｂ、Ｖは常温ならびに高温強度を高める効果があ〕、
それぞれ単独に加えても同時に加えてもほぼ岡等の効果
が得られるが、含有量が多くなると靭性が低下する傾向
があυ、それぞれ０．５０％を超えるとこの傾向が顕著
となることがら上限をｏ、　ｓ　Ｏ＊とした。

Ｂは焼入性向上に効果かあｆｉ、Ｔｉとの複合にょシ、
上述の効果を発揮するが、ｏ、θ２優を超えると、高温
割れの原因となることから上限を０．０２１ｓＫ定めた
。

Ｎは強度向上に有効な元素であるが、０．０１５−を超
えると靭性に悪影響をおよぼすことがら０．０１５参を
上限とした。

又本発明では靭性或いはさらに使用中脆化特性を改善す
る目的でω）　Ｃａ　、　ＲＥＭ、ムｔの俤）グループ
から１種または２種以上を含有せしめることもできる。

Ｃａは一般的には溶鋼中Ｏ８と結びつき一部浮上しＳを
減少させることに加えて、凝固後の硫化物の形態を蛍化
させ主に鋼の清浄度を貴善寸福改善することに効果があ
ることが知られているが靭性ならびに脆化感受性を小さ
くする効果がある。しかし、Ｃ重量が０．０２％を超え
ると靭性をかえって低下させる悪影響が現われることか
ら上限を０．０２０係とした。

ＲＥＭは使用中脆化の進行を抑制する効果があるが、０
．２１を超えると却って応力除去焼鈍後の靭性が悪くな
ることから上限を０．２チとした。Ａ４は脱酸剤として
用いられるが、０．０７１を超えると靭性を著しく低下
させる悪影響が現われることから上限を０．０７優とし
た。

次に実施例に基いて本発明の効果をさらに具体的に述べ
る。第２表はスラブの片面にスラブと同一系で炭素量の
異なっ九溶接材料およびスラブと異なる系で炭素量の異
なった溶接材料にょυ肉盛溶接を行なったのち、通常の
熱延、熱処理工程によ）製造した供試鋼について示すも
ので、使用スラブ化学組成５表盾部化学組成１表層部厚
みおよびオーステナイトステンレス鋼肉感溶接後の水素
剥離試験結果ならびに常温引張強さを一括しである。

スラブへの肉感溶接は１２０箇厚のスラブに７５■巾の
フープを用いる・々ンドアーク溶接で最大４層、１２■
肉感を行なった。その後熱延により６０ｍ板厚に仕上げ
たが、表層部の厚みは熱処理後機械加工時に研削により
整えた。オーステナイトステンレス鋼の肉盛溶接は８Ｕ
Ｓ３０４の７−デを用いて２層行ない、剥離割れ試験は
４５’Ｘ５５”Ｘｌｌ０Ｌの試験片に加工後、水素分圧
２５０１ｑ／、２．　　温度４５０℃で２４時間保持し
た後、空冷し割れ検査を行なりた。またオーステナイト
ステンレス鋼の肉感溶接發の引張強さＫついては、肉盛
側と反対の面から滅厚し、３０箇厚とし、試験片の巾２
５■の試験片に加工し試験した。

第２表に示すもののうち、Ｎｏ、１〜Ｎｏ、　２２は２
３（Ｃｒ　Ｉ　Ｍｏ鋼の例であり、このうちのＮｏ、３
．４゜５．６，７．１０．１４，１６．１９は本発明鋼
であり、その他は比較鋼である。

Ｎｏ、１は特に組成制限した表層部を有しない通常の２
にＣｒ−ｌＭｏ鋼であり、Ｎｏ、２は本発明に規定する
組成の表層部を有するが、その厚みが本発明に規定する
範囲をはずれ薄い。このためＮｏ、ｌ＋　Ｎｏ、　２と
もにオーステナイト系ステンレス肉盛溶接後の水素剥離
割れ試験結果では割れ発生が認められる。

前記の本発明鋼においては、ステンレス肉盛溶接後の水
素剥離割れ一試験結果では、いずれも割７Ｌ発生が認め
られず良好であるばかシでなく、全厚での引張強さもＮ
ｏ、　１とほとんど変りない。

Ｎｏ、８．９．および２０は本発明に規定する組成の表
層部を有するが、その厚みが本発明に規定する範囲をは
ずれて厚い。このため、水素剥離割れ試験結果は割れが
発生せず良好であるが、訂は残った低炭素域が大きいこ
とがら全厚での引張強さに低下がみられ、強度的に問題
が残る。

Ｎｏ、５　、Ｎｏ、１０−１７　、Ｎ９．１９．２１．
２２は表層部厚みを一定にした場合の表層部のＣ′ｊＩ
ｋを変化させた例であるが、Ｃｄが本発明−の範囲にあ
るＮｏ、５　、　Ｎｏ、１０　、Ｎｏ、１４　、Ｎｏ、
１６　、Ｎｏ、１９は水素剥離割れは発生せず、Ｃｔが
本発明鋼の範囲を超えるＮｏ１１〜１３　、　Ｎｏ、　
１５　、　Ｎｏ、　１７　、　Ｎｏ、２１゜Ｎｏ、　２
２は水素剥離割れが発生している。

Ｎｏ、　１８は表１一部のＣｄが本発明−の範囲を超え
ている上に、その厚みも本発明鋼の範囲を超えて厚い例
であるが、やはり水素剥離割れの発生が認められる。

また第２表に示すもののうち、Ｎｏ、２３〜Ｎｏ、　３
０はＣｒおよびＭＯｔの異なるＣｒ−ＭＯ＠の例であり
、このうちＮｏ、２３．２５．２７．２９４；（本発明
鋼であり、その他は比較鋼である。前記の本発明鋼にお
いては、ステンレス肉盛溶接後の水素剥離割れ試験結果
では、いずれも割れ発生が認められず、良好である。

一方比較鋼であるＮｏ、２４　、２６　、２８　、３０
ｉｊ表１一部の厚みは本発明鋼の範囲にあるが、Ｃ童が
本発明鋼を超えるため水素剥離割れが発生している。

以上のように本発明は圧力容器用鋼板として従来と殆ん
ど変りない材質特性を有しながら肉盛溶接における溶接
性および水素雰囲気での開用中におけるディスＩンデン
グの改善を可能としたものであり、産業上の効果は極め
て顕著なものでおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を模式的に示す断面図であシ、第
２図は圧力容器用鋼板にオーステナイト系ステンレス溶
接材料で肉盛溶接した場合の圧力容器用鋼板表層部Ｃ量
と水素剥離割れの関係を示す図である。 ｌ・・・後に肉盛溶接を行なう側の表面、２・・・肉盛
浴接を行なわない側の表面、３・・・後に肉盛浴接を行
なう側の表層部、４・・・母板部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃ：０．０５〜０．３０！６．８１：１．０
   ０％以下。 Ｍｎ：　０．２０〜１．６０％　、Ｃｒ：　３．５０９
   Ｇ以下＊　Ｍｏ：０．３０〜１．５０１を基本組成とし
   、残部は不可避的に存在する不純物およびＦ・からなる
   Ｍｏ系およびＣｒ−Ｍｏ系圧力容器用鋼板の片面又は両
   面の表層０、５■乃至３１ＩＩＫの範囲のみＣ含有量を
   ０．０５−未満に制限することを特徴とする耐ディスｔ
   ンデング特性の優れた圧力容器用鋼。
2. （２）Ｃ：０．０５〜０．３０チ、　Ｓｌ：　１．００
   慢以下。 Ｍｎ：　０．２０〜１．６０％　、　Ｃｒ：　３．５０
   ％以下ａｇｏ：０、３０〜１．５０　’４の一基本組成
   のほかＣｕ：Ｑ、３％以下、　Ｎｌ：　０．７０１以下
   、　Ｔｉ：　０．２９１以下、　Ｎｂ：０，５０チ以下
   、ｖ：ｏ、ｓｏ＊以下、Ｂ：０．０２９６以下。 Ｎ：０．０１５慢以下のいずれか１ｓｔたは２種以上を
   含み残部は不可避的に存在する不純物およびｒ＠から＆
   る輩・系シよびＣｒ−Ｍ・系圧力容器用鋼板Ｏ片画又は
   両Ｗｉの表層０．５　ｍ乃至３■の範囲のみＣ含有量を
   ｏ、ｏｉ憂未満に制限することを特徴とす為耐デ４スＩ
   ンデンダ特性の優れた圧力容器用鋼。
3. （３）　　Ｃ：Ｏ，Ｏ！＄−０，３０１，ｇｉ：１．０
   ０％以下。 Ｍｕ：　０．１０〜１．６０１ｇ　、Ｃｒ：　３．５０
   １１以下ｍＭｏ：０、！１Ｏ−ＬｓｏＬｓｏ基本組成の
   はかＣａ：　０．０２５Ｇ以下、ジ直：０．２０−以下
   、ムｔ：ｏ、０７チ以下のいずれかｉｌｌ壜たは２種以
   上を含み、残部は不可避的に存在する不純物およびｒ・
   からなるＭｏ系およびＣｒ−Ｍｏ系圧力容器用鋼板の片
   面又は両面の表層０．５　ｍ　乃Ｍ　３　ｗｍ　０ｍ１
   ｌｌ　（Ｄ　＋　ＣＩ　有量ｔ　Ｏ，０５４未満に制限
   すゐことを特徴とする耐ディスゴンデンダ勢性の優れ九
   圧力容器用鋼。
4. （４）　　Ｃ：Ｏ，Ｏ５〜０．３０−、ｇｉ：１．００
   −以下。 Ｍｕ：　０．２０〜Ｌ６　Ｇ　％　、　Ｃｒ：　３．５
   ０　畳以下＋　Ｍｏ：０、３０〜１．５０　ＩｓＯ基本
   組成のほかｃｕ：０．３１以下、　）ｉｔ：　０．７０
   １！以下、’ｒ１：０．２−以下、　Ｎｂ：０．５Ｏｎ
   以下、ｙ二Ｑ、ｓｏ＄以下、ｌ二０．０２Ｓ以下。 Ｎ；０．０１５−以下のいずれか１種または２種以上オ
   ヨびＣａ：Ｑ、９２％以下、　ＲＥＭ　：　０．２０　
   鳴以下。 ＊ｚ：０．０７１１以下のいずれか１種または２種以上
   を含み残部は不可避的に存在する不純物およびＦ・から
   なるＭｏ系およびＣｒ−Ｍ（１系圧力容器用鋼板０片面
   又は両面の表層０．５−乃至ａｍの範囲のみＣ量を０．
   ０５９１未満に制限することを特徴とする耐ディスがン
   デンダ特性の優れた圧力容器用鋼。