JPS6173850A - 溶接割れ抵抗性の高いＮｉ−Ｃｕ合金 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、優れた耐食・耐酸性、加工性、高温強度を
有することはもちろんのこと、特に、溶接時の熱影響部
に生じがちなｉｓ温割れに対する抵抗性が極めて大きい
Ｎｉ−Ｃｕ合金に関するものである。

近年、化学工業プラント、海水利用設備、或いは石油精
製用機器類等を始めとして、各種工業設備における高性
能化指向は加速の度合を一層増しており、適用される金
属素材に対する性能要求も゛苛酷°′と表現できるほど
に厳しくなってきている。

中でも、海水淡水化等の海水用機器、化学工業用耐酸耐
食機器、石油精製用機器、又は紙・パルプ工業用耐食機
器等の使用環境は通常のステンレス鋼等では対処しきれ
ないほどに厳しくなってきており、より優れた耐食性や
強度、更に加工性を備えた素材選択の必要が叫ばれてい
た。

〈従来技術及びその問題点〉 上記のような状況から、最近では、前記各設備を中心に
ＪＩＳ　　ＮＣｕＰ相当（７）Ｎｉ　　：６３〜７０巾
吊％程度を含有するＮｉ−Ｃｕ合金が多用されるように
なってきた。

このＪＩＳ　　ＮＣｕＰ相当材（゛モネルメタル°。

として知られている）は、 ａ）耐内水性が優れている、 ｂ）塩化物による孔α、隙間１満食、応力腐食＾１１れ
に対して強い低抗性を示す、 Ｃ）耐酸性に優れ、特に弗酸や弗素ガスに対して強い低
抗性を有する、 ｄ）　耐アルカリ性に優れ、苛性ソーダ７０％までは完
全な耐食性を維持する、 ｅ）延性が大きく、加工性や切削性が良好である、 「）強度、特に高温強度が高い、 等の諸特性を具備しており、苛酷な腐食環境中で優れた
性能を発揮することから今後一層の需要増が見込まれる
ものではあったが、一方で、使用実績の増大にともない
、その溶接性にやや難点のあることが指摘されるように
もなっていた。つまり、溶接施工の際、その熱影響部に
高温割れを生じる頻度が比較的高いことが問題視される
ようになってきたのである。

〈問題点を解決するための手段〉 このようなことから、本発明者等は、前記Ｎｉ−Ｃｕ合
金における溶接熱影響部のυ１れ発生原因を究明づると
ともに、優れた耐食・耐酸性、強度、加工性並びに溶接
性等を有していて、化学工業プラントや海水利用設備等
に適用して十分に満足し得る金属材料を提供すべく、様
々な観点からの研究を重ねた結果、以下に示される如き
知見を得るに至ったのである。即ち、 （ア）通常、この種のＮｉ−ＣＬＩ合金は、合金溶製時
の脱酸剤としての添加やスクラップ等からの混入等が原
因で、０．０５％前後（多い場合は０．０８％程度）の
Ｍｇを不純物として含むが、Ｎｉ−Ｃｕ合金における溶
接熱影響部割れの原因はこのＭｇにあること。

つまり、Ｎｉ−Ｃ＋Ｊ合金に溶接を施すと、その際の溶
接熱により、前記Ｍｇは合金構成成分たるＣＬＩ及びＮ
ｉと結合して熱影響部の結晶粒界にＭ（１−Ｃｕ系又は
Ｍ（］　−Ｃｕ−Ｎｉ系の低融点物質を生成することと
なる。従って、結晶粒界の局部的溶融が起こり、凝固の
際の収縮応力によって該部分が開口し割れに至ること。

なお、第２図は、このようなＭ（］−Ｃ１ｌ系又はＭｇ
−Ｃｕ−Ｎｉ系低融点物質に起因して生じたところの、
６６Ｎｉ−３２Ｃｕ合金の溶接熱影響部に生じた割れを
示す顕微鏡組織写真図（倍率：１００倍）である。

（イ）　しかしながら、Ｎｉ−ＣＬＩ合金中のｆｖｌ含
有吊を特に０．０４％（以下、合金の成分割合は重量ヰ
準で表わすこととする）以下の値に調整すると、溶接熱
影響部の結晶粒界におＧ−する面記Ｍｑ−Ｃ：ｕ系又は
Ｍｇ−Ｃｕ−Ｎｉ系低融点物質の生成が抑制され、高温
割れ感受性（よ実用Ｆ問題を生じない程度にまで軽減さ
れること。

（つ）　従って、Ｎｉ−Ｃｕ合金の化学成分組成を従来
のＪＩＳ　　ＮＣｕＰ材相当に調整づるとともに、該合
金中のＭ９含有吊を０．０４％以下に抑制すると、先に
述べたようなＪＩＳ　　ＮＣｕＰ相当材の特性をそのま
ま備え、かつ溶接熱影響部の高温割れを殆んど生じるこ
とのない高耐食性高強度材が得られること。

この発明は、従来は顧みられることもなかった゛Ｎｉ−
ＣＬＩ合金中のｆｖｌ＋Ｊ”と溶接熱影響部割温割れ現
象との関係を明らかにした上記知見事項に基づいてなさ
れたものであり、 Ｎｉ−Ｃｕ合金を、 Ｃ：０．３０％以下、３ｉ：０．５０％以下。

Ｍｎ：２％以−Ｆ、　　　　Ｃｕ　：　２８．０〜３４
．０％。

Ｆｅ　：　　２．５％以下 を含有するとともに、残部がＮｉ及び不可避的不純物か
ら成り、かつ前記不可避的不純物中のＭｆＪ及びＳの含
有量が、それぞれ、 Ｍリ　：　　０．０４％以下。

３：０．０２％以下 に抑えられた成分組成に構成することで、浸れた耐食・
耐酸性、強度、加工性はもちろんのこと、特に、高い溶
接割れ低抗性をも具備せしめた貞に特徴を有するもので
ある。

次いで、この発明のＮｉ−Ｃｕ合金において、組成成分
の含有割合を上記の如くに数値限定した理由を説明する
。

（ａ）　　Ｃ Ｃ成分には、合金溶湯の脱酸作用や合金の強度上昇作用
があるので、合金成分として好ましい元素であるが、０
．３０％を越えて含有さけると結晶粒界に析出して加工
性の劣化を招くようになることから、Ｃ含有量は０．３
０％以下と定めた。

なお、微量のＣ含有量であっても上記作用にそれなりの
効果が得られるが、好ましくは、０．０５％以上の割合
でＣを含有させるのが良い。

（ｂ）Ｓｔ、及びＭｎ これらの成分は、それぞれ、合金溶湯の脱酸剤として有
効に作用するものであるが、３ｉ含有量が０５０％を、
そして１ｙｌｎ含有通が２％を越えると、合金の延性が
極端に低下することから、Ｓｉ含有量は０．５０％以下
と、また１ｙｌｎ含有争は２％以下と、それぞれ定めた
。

なお、これらの含有量（脱酸列間）が痕跡程度にしかな
らなかったとしても、十分な脱酸効果が得られることは
もちろんである。

（Ｃ）　　ＣＬＩ Ｃｕ成分には、Ｎｉに固溶して耐食性を向上させる作用
があるが、その含有量が２８．０％未満では非酸化性酸
に対する合金の耐食性が十分でなく、一方、３４．０％
を越えてＣｕを含有させると強度低下を来たすことから
、Ｃｕ含有聞は２８．０〜３４，０％と定めた。

（ｄ）　　Ｆｅ Ｆｅ成分にも合金の耐食性を向上させる作用があり、合
金元素として好ましいものであるが、２．５％を越えて
含有させると延性低下を招く恐れが出てくることから、
Ｆｅ含有量は２．５％以下と定めた。

なお、Ｆｅ含有量が微量であってもそれなりの耐食性向
上効果は得られるが、好ましくは０．５％以上の含有量
を確保するのが良い。

（ｅ）　　Ｍｇ 先にも説明したように、通常のＮｉ−Ｃｕ合金には多量
のＭＩＪの湿入を避けることは困難であるが、Ｎｉ−Ｃ
ＬＩ合金中にＭＩＪが含有されていると溶接加熱時にＭ
ｇ−Ｃｌ系又はＭＣＩ　−Ｃｕ　−Ｎｉ系の低融点物質
を生成し、溶接熱影響部の高温割れを誘発することとな
るので、Ｍｇ含有量は極力低減するのが好ましい。しか
しながら、合金中のＭＣＩ含有猪が０．０４％以下であ
れば、実用１殆んど問題を生じない程度に溶接熱影響部
割れ感受性が低下することから、不純物元素であるＭ（
ｌ含有量を０．０４％以下と定めた。

さて、第１図は、６６Ｎｉ−３２Ｃｕ合金（Ｃ：０、０
４６％、　３ｉ　　：　　０．２９％、　Ｍｎ　：　　
０．８３％、Ｐ：ｏ、ｏｏｓ％、　３　：　　０．００
０８％、　Ｃｕ　：３２．２２％。

Ｆｅ　：　　０．９ｔ％、Ｎｉ及び他の不可避的不純物
：残り）中のＭ（ｌ含有はを種々変化させたものについ
て実施した高温延性試験結果を示すものであるが、該第
１図からは、Ｍｇ含有量が増加すると高温延性試験にお
ける「強度がＯとなる温度（ＮＳＴ）Ｊ及び［延性がＯ
となる温度（ＮＯＶ）−が低下するとともに、［前記Ｎ
ＳＴに加熱後、冷却過程での延性が回復する温度（Ｌ、
ＢＴＲ）Ｊも低くなり、脆性温度範囲の広くなることが
わかる。なお、高温延性試験は、所定成分組成に調整し
た１０Ｋｙ鋳塊を熱間圧延し、焼鈍・酸洗して得た１０
ｍ厚の板材から直径８＃の引張り試験片を採取し、これ
を用いて、加熱速度＝１８０℃／ｓｅｃ　、引張り速度
：　３３　ｒｕｍ／　ｓｅｃの条件で実施した。

また、第３図は、第１図の結果を得たのと同様の基本成
分組成を有する６６Ｎｉ−３２０ｕ合金において、その
Ｍ（ｌ含有量を更に変化させて実施した円周隅肉拘束割
れ試験の結果を示すグラフであるが、この第３図からも
、Ｍｇ含有量を０．０４％以下にすると溶接割れ（熱影
響部の割れ）が生じなくなることは明らかである。なお
、円周隅肉拘束割れ試験は、第４図に示される如く、ス
テンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の５０＃Ｉ厚拘束板１上
に被試験材２（厚さ１０喘×縦１２０ｍｍＸ横１２０ｍ
）を全周拘束溶接（３）シ、これに市販の゛モネル４０
０”（商品名）製棒材４（厚さ３０顛×直径５０　ｔｔ
ｍ　）を、第１表に示す条件で円周隅肉溶接（５）シて
から、ダイチェックによりその熱影胃部の割れの有無を
確認すると言う方法で実施した。

更に、円周隅肉拘束割れ試験の模、Ｍ（ｌ含有量が０．
１０４％であって割れを生じた被試験材のＸ線分析を行
ったところ、溶接熱影響部粒界にＭｇ−ＣＬＩ系又はＭ
（１−Ｃｕ−Ｎｉ系の低融点物質が生成していることが
判明し、これが局部的゛に溶融して凝固収縮応力により
割れを惹起したことが確認された。

第　　１　　表 ｆｒ）　　　Ｓ Ｓも不可避的不純物としてＮ　ｉ　　Ｇ　ＩＩ合合金へ
浸入する元素であり、その含有量は低いほど好ましいも
のであるが、００２％を越えて含有されると熱間加工性
の劣化が極めて著しくなることから、Ｓ含有量を０．０
２％以下と定めた。

上述のように、この発明のＮｉ−Ｃｕ合金にＪ３ける最
も大きな特徴の１つは、その不可避的不純物中のＭＣＩ
含有壜を特に０．０４％以下に低減することで溶接時の
Ｍｇ−Ｃｕ系又はＭｇ−Ｃｕ　−Ｎｉ系低融点物質の生
成を抑制し、溶接割れ抵抗性を高めた点にあるが、Ｎｉ
−Ｃｕ合金中のＭｇ含有量を低減する手段としては、Ｍ
Ｏ脱酸の回避や、溶解原料の厳選、或いは溶解過程にお
ける酸化ニッケル（Ｎｉ　Ｏ）添加による酸化精練等を
採用することができる。

次に、この発明を実施例により比較例と対比しながら説
明するが、該実ＭＰＡによってこの発明の技術的範囲が
制限されるものでないことは言うまでもない。

〈実施例〉 まず、真空溶解法によって第２表に示される如き成分組
成のＮｉ−Ｃｕ合金を溶製した。

続いて、これらの鋳塊を熱間圧延し、焼鈍並びに酸洗を
施して１０１ｒｖＲ厚の板材とした。

更に、該板材から、縦＝１２０姻、横：１２０ｍｍ　、
厚さ：１０＃の試験材を切り出し、第３図に示される結
果を得たのと同じ条件で円周隅肉拘束割れ試験を実施し
て、その溶接熱影響部の割れ発生状況をダイチェックに
よって調査した。

得られた調査結果も、同じく第２表に併せて示した。

第２表に示される結果からも、本発明合金はいずれも溶
接熱影響部に割れを発生しておらず、極めて優れた溶接
割れ抵抗性を示すのに対して、Ｍｇ含有量が０．０４％
を越える比較合金では割れの発生が認められ、溶接割れ
抵抗性の劣っていることが明らかである。

なお、実施例における本発明合金は、いずれも、ＪｌＳ
　　ＮＣｕＰ相当材と同様に優れた耐食・耐酸性、強度
、並びに加工性を兼備していることも確認された。

く総括的な効果〉 以上説明したように、この発明によれば、溶接性、耐食
・耐酸性、強度並びに加工性が共に極めて優れたＮｉ−
Ｃｕ合金を、格別に困難な手段や特殊元素の添加等を要
することなく実現でき、化学工業プラントや海水利用設
備等の性能を更に向上し、その信頼性を一層高めること
が可能となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらさ
れるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、各種Ｍｇ含有聞の６６Ｎｉ　−３２ＣＬＩ合
金についての高温延性試験結果を示すグラフ、 第２図は、Ｍ（］を含有する６６Ｎｉ　−３２Ｃｕ合金
の溶接熱影響部に生じた割れを示す顕微鏡組織写真図。 第３図は、各種Ｍｇ含有聞の６６Ｎｉ　−３２Ｃｕ合金
についＣの円周隅肉拘束割れ試験結果を示すグラフ、 第４図は、円周隅肉拘束割れ試験における試験材組立て
手段を示す概略説明図である。 図面において、 １・・・拘束板、　　　　　２・・・被試験材。 ３・・・全周拘束溶接部。 ４・・・市販の゛モネル４００”（商品名）製棒材。 ５・・・円周隅肉溶接部。 出願人　　日本ステンレス株式会社 代理人　　富　１）和　夫　ほか１名 第１図 Ｍｑ４有１ｔｉｔ：”／、１ 第２図 Ｘ＋００ Ｍ９含有量（！量覗）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量割合にて、 Ｃ：０．３０％以下、Ｓｉ：０．５０％以下、Ｍｎ：２
   ％以下、Ｃｕ：２８．０〜３４．０％、Ｆｅ：２．５％
   以下 を含有するとともに、残部がＮｉ及び不可避的不純物か
   ら成り、かつ前記不可避的不純物中のＭｇ及びＳの含有
   量が、それぞれ、 Ｍｇ：０．０４％以下、 Ｓ：０．０２％以下 に抑えられた成分組成を有することを特徴とする溶接割
   れ抵抗性の高いＮｉ−Ｃｕ合金。