JPS6059078B2

JPS6059078B2 - 極低温鋼用高能率ｔｉｇ溶接材料

Info

Publication number: JPS6059078B2
Application number: JP56025527A
Authority: JP
Inventors: 六郎藤本; 久吉柳舘
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1985-12-23
Also published as: JPS57139494A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は９％ニッケル鋼主とする極低温鋼の高能率全
姿勢ＴＩＧ溶接に適した溶接材料に関するものである。

９％ニッケル鋼を主体とする極低温用鋼は、近年液化
天然ガスの需要が増大するにつれて、貯槽設備に多く使
用されている。国内受入基地の貯槽は、地下タンク方
式と地上タンク方式があるが、地上タンクの場合、液化
天然ガスに接する内壁に９％ニッケル鋼が主に使用され
ている。

９％Ｎｉ鋼を使用する地上タンクの組立て施工にあた
つて、立向姿勢を主とする全姿勢溶接を必要とする個所
があるが、この部分は全姿勢溶接に適している。

ＴＩＧ溶接が実用されている。９％ニッケル鋼ＴＩＧ
溶接材料は、安全性優先の立場から、ニッケル基オース
テナイト系合金が実用されているが、ニッケル基オース
テナイト系合金は、９％ニッケル鋼より固相温度が低く
、かつ凝固温度範囲が広く全姿勢溶接において、３０ダ
／ｍｉｎ以上の溶着速度て溶接すると、溶融金属の凝固
状態が変化するとともに酸化し、溶融金属の広がりが得
られず、凸ヒートとなり、たれさがつてしまうことが多
く、品質がばらつきがみられ、健全な溶接継手が得られ
ないので、従来は止むを得ず２０ダ／ｍｉｎ前後の溶
着速度で実用化されており、能率性が低いという欠点が
あつた。本発明者らは９％Ｎｉ鋼を主とする極低温鋼
の高能率姿勢ＴＩＧ溶接において、溶加材として用いる
ニッケル基オーステナイト系溶接材料の化学成分がヒー
ト形状に及ぼす影響を検討した結果、酸素と親和力の強
い元素が非常に大きな影響をもつているという新らたな
知見を得て、酸素と親和力の強い元素の適正含有範囲を
きめることによつて本発明をなしたものである。

即ち本発明は、Ｎｌ６５〜７６％、ＭＯｌＯ〜２５％、
ＣＯ．ｌ５％以下、ＳｉＯ．５％以下、Ｍｎ２％以下を
含み、且つＡｅＯ．Ｏｌ〜１．５％、ＴｌＯ．Ｏｌ〜１
．５％、ＭｙＯ．Ｏｌ〜１．５％、ＺｒＯ．Ｏｌ〜１．
５％の１種または２種以上の合計が０．０１〜１．５％
の範囲になるように含有し、又はこれにさらに加えてＷ
７％以下、ＣＯ５％以下、Ｃｒ５％以下、Ｎｂ２％以下
、Ｖ５％以下の１種または２種以上を含有し、残ｍヂｅ
と若干の不可避的な不純物よりなることを特徴とする極
低温鋼用高能率ＴＩＧ溶接材料である。

以下に本発明における構成要件の限定理由について述べ
る。

先す、Ｎ】は本発明による合金の主体をなすもので、溶
接金属の組織を安定なオーステナイト組織にし、低温に
おけるじん性を向上させるものてあるが、安定したオー
ステナイト組織で、溶接部の強度を維持するために６５
％以上が必要である。

７６％を超えて添加してもそれ程効果が認められないこ
とから、上限は７６％とする。

次に、ＭＯは溶接部の強度を向上させるとともに溶接時
における高温割れを防止するが、１０％未満では溶接部
の強度が不足てあり、また２５％を超えると溶接部の強
度向上に対する効果がそれ程認められないので、１０〜
２５％とする。

また、Ｃは溶接部の強度を向上させるが、０．１５％を
超えるとじん性ならびに耐割れ性を劣化させるので、０
．１５％以下とすることが必要である。

さらに、Ｓｉは全姿勢溶接において良好なビード形状の
形成に効果があるが、じん性および耐割れ性を低下させ
る傾向があるので、０．５％以下とす．る必要がある。
また、Ｍｎは溶接部の強度を向上させるが、２％を超え
るとじん性の低下する傾向があるので、２％以下とする
。

次に、Ａｅ．．Ｔｌ、Ｍｙ．Ｚｒは、いずれもほぼ．一
同等に配素と親和力を有し、溶接金属を清浄にし、ブロ
ーホールなどの欠陥を防止し、じん性を向上させるが、
１種または２種以上の合計で０．０１％未満では、脱酸
剤としての効果がなく、溶接欠陥を生じる。

一方、Ａｅ．．ＴｉｌＭｙＮｚｒの１種または２種＊ゞ
以上の合計で１．５％を超えて含有すると、高能率全姿
勢ＴＩＧ溶接において、溶接金属の凝固状態が変化する
とともに酸化して広がりが得られず、凸ビードとなりた
れさがつて、健全な溶接継手が得られないので、Ａｅ．
．Ｔｉ．．Ｍｙ．．ｚｒは１種または２種以上の合計で
、０．０１〜１．５％の範囲にあることが必要である。

なお、これらの成分は夫々の単独においても前記と同じ
理由により、その適正含有量範囲が夫々０．０１〜１．
５％であることはいうｌまでもない。さらに、本発明に
おいては、以上の成分に加えてＷ７％以下、ＣＯ５％以
下、Ｃｒ５％以下、Ｎｂ２％以下、Ｖ５％以下の１種ま
たは２種以上を含有せしめれば、溶接金属の強度向上の
効果を一段と助長することが出来る。

まず、Ｗは溶接部の強度を向上させるのに効果があるが
、比重が大きく偏析しやすい上に７％を超えて含有して
も強度向上にそれ程効果が認められない。ＣＯは、Ｎｌ
と同じ特性を有し、強度を向上させるのに有効であるが
、５％を超えて含有しても相応な効果がない。

Ｃｒ，Ｎｂ．．Ｖは、ともに強度向上に有効てあるが、
Ｃｒを５％超えて含有させても相応な効果がない。

Ｎｂは、２％を超えて含有すると、じん性および耐割れ
性を劣化させるので、２％以下とすることが必要である
。またｖは５％を超えて含有しても相応な効果がない。
ここて本発明の極低温鋼用ＴＩＧ溶接材料の製造方法の
一例について言及すると、溶解は真空溶解炉か、または
そのに準する方式の溶解炉にて行い、酸素、窒素などの
不純物の混入が極力少なくなるように酸慮する。

圧延線引きし、所望の径に仕上げる。以下に本発明の効
果を実施例によりさらに具体的に述べる。

実施例第１表に供試溶接材料の化学成分および供試鋼板の組合
せを示す。

溶接材料は、直径１．６Ｗｇｆ１φのワイヤに加工した
ものを用いた。第２表に供試鋼板の化学成分を示す。

供試鋼板は、９％Ｎｉ鋼および５．５％Ｎｉ鋼で、突合
せ継手溶接試験は、板厚２５．４Ｔｆｒ！ｎ、巾２００
Ｔｎ！ｎ、長さ４５０Ｔｓ！ｔの寸法のものを第１図に
示す開先形状に組立てて用いた。

開先角度０＝６０１、ルートフェースｆ＝５Ｔｆｎとし
、積層は第２図に示すように、３層溶接後深さｈ＝１２
顛、巾ｗ＝１８Ｔｆｒ！ｎの形状に裏はつりしたのち、
さらに３層溶接した。溶着金属試験板は、板厚２０Ｔｗ
ｔ、巾２００瓢、長さ４５０ｗｎとした。裏当材は同一
鋼塊より加工した板厚６Ｔｎ１巾２５Ｔｎ１長さ５００
ＴＩｒｍを用い、第３図に示す開先形状に組立てて用い
た。開先角度０＝２００、ルートギャップｙ＝１６顛と
し、積層は７層とした。溶接装置は、高能率全姿勢ＴＩ
Ｇ溶接が可能な装置を用い、電源は直流垂下特性、電源
特性は直流正極性とした。

溶着速度を向上させるため、ワイヤに交流電流を通電し
たワイヤを加熱した。電極は、トリウム入りタングステ
ン電極４．０醜θを用い、シールドガスはＮで流量２０
ｅ／Ｍｉｎとし、シールド効果を良好にするため溶接ト
ーチの外周にさらにシールドノズルを取付け、Ａｒを流
量２０ｅ／Ｍｉｎ流した。溶接姿勢は、立向姿勢とし溶
接は自動で行つた。

溶接条件は、溶接電流２３０〜３００Ａ、溶接電圧１０
〜１３■、溶接速度５〜７ｃｒｆｔ／Ｍｉｎで行つた。

ワイヤ溶着速度は、３５ｆ／Ｍｉｎとした。突合せ継手
溶接試験における溶接金属の凝固状態、酸化状況ならび
にヒート形状の観察は目視で行い、Ｘ線性能は、ＪＩＳ
Ｚ３ｌＯ６「スンレス鋼溶接部の放射線透過試験方法お
よび透過写真の等級分類方法」に準じて第１種欠陥（ブ
ローホールおよびこれに類する丸みを帯びた欠陥）と第
２種欠陥（細長いスラグ巻込みおよびこれに類する欠陥
）について欠陥の等級分類を行つた。試験結果の判定基
準として、溶接金属の凝固状態、酸化状況ならびにヒー
ト形状については、次の層を積層に際しグラインダ加工
など手直しをしなければ欠陥が生ずる恐れがあるものは
不可とした。

Ｘ線性能は、１種欠陥、２種欠陥とも１級てあることが
必要である。

溶着金属試験は、１『θ丸棒引張試験片およびＪＩＳＺ
３ｌ２の４号（２ｗｒｍＶノッチ）衝撃試験片を採取し
、引張試験は室温で行い、衝撃試験は試験温度−１９６
℃とし、試験結果の判定基準としてＮ．■規格に準じ、
引張試験において、０．２％耐力３７５Ｎ／ｉ以上、引
張強さ６６（ハ）／ｉ以上、伸び２５％以上であること
が必要であり、衝撃試験においてＶＥ−１９６℃３４Ｊ
以上であることが必要である。

試験記号ＮＯ．ｌ〜２５は、試験板として９％Ｎ１鋼を
用い、ＮＯ．２６は、５．５％Ｎ１鋼を用いた。

ＮＯ．ｌ〜４は、Ａｅ，Ｔｌ，Ｍｙ，ｚｒを単独に含有
させた本発明例で、うずれも良好な結果が得ら−れた。
ＮＯ．５は、Ｎｌ含有量を６５％未満とした比較例で、
溶着金属の引張強さがＮ−Ｖ期格を満足しない。

ＮＯ．６〜７は、ＭＯの含有量が溶着金属の引張強−さ
に及ぼす影響例で、ＭＯ含有量が少ないと引張強さが低
下し、ＮＯ．７の比較例に示すように１０％未満になる
とＮ・■規格を満足しない。

ＮＯ．８〜１０は、Ｃを多目に含有せしめたもので、Ｃ
が増すと溶着金属の引張強さが向上するが、一方におい
てはじん性が低下し、０．１５％を超えて含有すると、
ＮＯｌＯの比較例に示すようにじん性が、Ｎ・■規格を
満足しない。

ＮＯｌｌ〜１３は、ＳＩを多目に含有せしめたもので、
Ｓｉが増すと全姿勢溶接において良好なビード形状の形
成に有効であるが、一方においてはじん性が低下し、含
有量が０．５％を超えるとＮ・■規格を満足しない。

ＮＯｌ４〜１５はＭｎを多目に含有せしめたもので、Ｍ
ｎが増すと溶着金属の強度は向上するが、一方において
はじん性が低下し、含有量が２％を超えるとＮ−Ｖ規格
を満足しない。

ＮＯ．ｌ６は、ＡｆＯ．ＯＯ２％およびＴＩＯ．ＯＯ３
％で合計０．０５％含有した比較例で、突合せ継手溶接
試験におけるＸ線性能が１種欠陥３級てあつた。

ＮＯ．ｌ７は、Ａｅ，Ｔｉ，Ｍｙ，ｚｒの合計で１．４
５％含有せしめた本発明例て、溶接金属の凝固状態、酸
化状況、ならびにヒート形状が良好であつた。

一方ＮＯ．ｌ８は、Ａｅ，Ｔｉ，Ｍｙ，Ｚｒの合計で、
１．５％を超えて含有した比較例で、溶接金属の凝固状
態が変化し、酸化が多く広がりが得られず、凸ヒートと
なりたれさがつて健全な溶接継手が得られなかつた。Ｎ
ｃ）１９〜２０は、Ｗを含有せしめた例で、いずれも溶
着金属の引張強さが向上し、じん性を良好であつた。

ＮＯ２ｌは、ＣＯを含有せしめた例で、溶着金属の引張
強さが向上し、じん性も良好であつた。ＮＯ２２は、Ｃ
ｒを含有せしめた例で、溶着金属の引張強さが向上して
いるが、じん性がＷ，ＣＯの例より低くなる傾向がみら
れた。ＮＯ．２３〜２４は、Ｎｂを含有せしめた例で、
溶着金属の引張強さが向上しているが、一方においては
じん性が低下し、含有量が２％を超えるとＮ−Ｖ規格を
満足しない。

ＮＯ．２５は、Ｖを含有せしめた例で、溶着金属の引張
強さが向上し、じん性も良好であつた。ＮＯ２６は、５
．５％Ｎ１鋼を使用した例で、良好な結果が得られた。

以上、説明したように本発明による極低温鋼用高能率Ｔ
ＩＧ溶接材料は、９％Ｎｉ鋼を主とする極低温鋼の全姿
勢高能率ＴＩＧ溶接において良好な溶接が出来、健全な
溶接継手が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、突合せ継手溶接試験に用いた試験板の形状を
示す図、第２図は、突合せ継手溶接試験における積層要
領を示す図、第３図は、溶着金属性能試験に用いた試験
板の開先形状および積層要領を示す図である。 θ・・・・・・開先角度、ｆ・・・・・・ルートフェ
ース、ｈ・・・・・・裏はつり深さ。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｎｉ６５〜７６％、Ｍｏ１０〜２５％、Ｃｏ０．１
５％以下、Ｓｉ０．５％以下、Ｍｎ２％以下を含み、且
つＡｌ０．０１〜１．５％、Ｔｉ０．０１〜１．５％、
Ｍｇ０．０１〜１．５％、Ｚｒ０．０１〜１．５％の１
種または２種以上の合計が０．０１〜１．５％の範囲に
なるように含有し、残部Ｆｅと若干の不可避的な不純物
よりなることを特徴とする極低温鋼用高能率ＴＩＧ溶接
材料。２Ｎｉ６５〜７６％、Ｍｏ１０〜２５％、Ｃ０．１５
％以下、Ｓｉ０．５％以下、Ｍｎ２％以下を含み、且つ
Ａｌ０．０１〜１．５％、Ｔｉ０．０１〜１．５％、Ｍ
ｇ０．０１〜１．５％、Ｚｒ０．０１〜１．５％の１種
または２種以上の合計が０．０１〜１．５％の範囲にな
るように含有し、さらにＷ７％以下、Ｃｏ５％以下、Ｃ
ｒ５％以下、Ｎｂ２％以下、Ｖ５％以下の１種または２
種以上を含有し、残部Ｆｅと若干の不可避的な不純物よ
りなることを特徴とする極低温鋼用高能率ＴＩＧ溶接材
料。