JPS648692B2

JPS648692B2 -

Info

Publication number: JPS648692B2
Application number: JP1485584A
Authority: JP
Inventors: Kagehiro Amano; Takashi Onoyama
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1984-01-30
Filing date: 1984-01-30
Publication date: 1989-02-15
Also published as: JPS60159151A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、溶接性のすぐれたFe―Ni合金に
関し、とくに、高Ni―Fe合金の熱膨脹係数の特
性を損なわずに溶接性を改善するものである。一般に、30〜45％Niと残部Feその他不純物よ
りなる合金（アンバー合金））は、極低温から常
温（約−200℃〜100℃）までの広い温度範囲にお
ける熱膨脹係数が低いという特徴を有するため、
この特徴を利用して古くから時計の振り子、バイ
メタルの低熱膨脹側部材、精密測長器等に用いら
れてきたが、近年、低熱膨脹係数の特徴に加えて
極低温（−200℃）においてすぐれた靭性を有す
るところから、極低温用容器、たとえばLNG輸
送用タンカーや貯蔵用タンクの内張材料等として
広く使用されている。このLNGタンカーやタンクの内張材料用のア
ンバー合金（36Ni）は、通常板厚が0.5〜1.5mmの
薄板を用いて、二重構造をもつたメンブレン方式
としているが、このような複雑な構造を採用する
理由の一つは、アンバー合金の溶接性に問題があ
るからである。すなわち、アンバー合金は、オー
ステナイト単相であるため、溶接金属粒界に低融
点の化合物が濃縮し、ミクロ割れが発生したり、
あるいは補修溶接のように多重熱サイクルを受け
ると熱影響部の近傍の粒界に沿つて微小割れが発
生する。このため、たとえば３mm以上の板厚のア
ンバー合金にTIG溶接を用いた場合は、必然的に
多層溶接となり、溶接時における拘束力が大きく
なるため、溶接割れが生ずることになる。このようなアンバー合金の溶接割れの原因とし
て、たとえば1000℃以上の高温域で結晶粒界に濃
縮したＣ、Si、Ｐ、Ｓ等の元素が低融点化合物を
生成し、冷却過程における熱歪により割れに至る
ものがある。これの防止対策として、溶接施工現
場における管理を強化して溶接部を清浄に保ち、
溶接時にこれらの不純物元素が侵入するのを可能
な限り阻止するか、あるいは、溶接入熱を減らし
て結晶粒の粗大化を防止し、ひいては結晶粒界の
面積を大きくして不純物元素を分散させる等の処
置が採られているが、このような対策は現場施工
時に完全に実施することは困難である。また、アンバー合金の溶接性を改善する技術と
して、従来から種々の提案がなされている。たと
えば30〜80Ni―Fe合金にＶ、Ti、Zr、Nbの１
種または２種以上の窒化物を含有させる技術（特
公昭46−26220号公報）、30〜50Ni―Fe合金に
Ti：0.3％以下、希土類元素：0.5％以下を含ませ
る技術（特公昭54−11775号公報）、Ni30〜40％
未満のアンバー合金にCa、Mgの少なくとも１種
を0.002〜0.003％含ませるか、あるいはCa、Mg
の少なくとも１種を0.002〜0.03％とTi、Ｖ、
Nb、Al、Ta、Zr、La、Ce、Ｙの少なくとも１
種を0.005〜0.10％含ませる技術（特公昭57−
15656号公報）、Niを34.5〜37.5％含有するアンバ
ー合金のCoを0.05％以下とし、ＳおよびAlがそ
れぞれ0.005％以下のときは1.2％以下のMnを含
有させ、Ｓが0.005％以下でAlが0.005％を超える
とき、あるいはＳが0.005％を超えAlが0.005％以
下のときは0.5〜1.2％のMnを含有させる技術
（特公昭56−45989号公報）、特公昭56−45989号の
改良として、上記の各アンバー合金にそれぞれ
0.05〜0.25％のSiを含有させる技術（特開昭55−
152153号公報）、Ni：30〜45％のアンバー合金に
おいてＯ：0.0030％以下、清浄度0.05％以下であ
つて、ＰおよびＳの含有量が下記式を満足する合
金（特公昭57−35260号公報）、〔Ｐ〕＋３〔Ｓ〕＜９×10^-3 ここに〔Ｐ〕、〔Ｓ〕はＰ、Ｓの含有量（％）、
さらに、30〜45Ni―Fe合金において、Ｏ：
0.0060％以下、清浄度：0.05％以下に調整し、
Ta：0.005〜0.500％、Hf：0.01〜0.100％、Mo：
0.10〜2.00％、Ｗ：0.10〜2.00％の少なくとも１
種を添加元素として含有させる技術等が知られて
いる。しかしながら、この発明者らが、これらの各公
報に実施例として開示されている合金を試作し
て、後述するトランスバレストレイン試験により
高温割れ性を調査したところ、必ずしも顕著な効
果が得られるとは限らないことが判明した。この発明者らは、アンバー合金の溶接割れの発
生を抑制する方法について、実験を重ねるととも
に種々の研究調査を行なつた結果、Niの含有量
が30〜45％のFe―Ni合金において、Ｃ、Si、
Mn、Ｐ、Ｓの含有量を可能な限り低減し、Ｂを
一定限度の範囲で添加することにより、溶接割れ
の発生がほぼ完全に防止できるとの結論に達し、
この発明をなすに至つたのである。すなわち、高Ni―Fe合金にＢを添加すること
は、Niと低融点の共晶を作り溶接性に重大な悪
影響を及ぼすとの考えが、従来の支配的な定説で
あつたが、この発明者らの実験結果によると、適
量のＢを添加することにより、溶接時における粒
晶粒が微細化されて粒界面積が増加し、またＢの
原子番号は５であつて原子半径はＣよりも小さく
拡散が大きいため、結晶粒界に優先的に析出す
る。このためＣ、Si、Ｐ、Ｓ等の不純物元素が結
晶粒界に濃縮して低融点化合物を生成するのを防
止することができ、粒界割れの発生がなくなり、
溶接性が改善されることが確認された。この発明は、上記の観点からなされたものであ
り、Ni：30〜45％、Ｃ：0.015％以下、Si：0.2％
以下、Mn：0.5％以下、Ｐ：0.015％以下、Ｓ：
0.006％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不
純物よりなる合金であつて、これにＢを0.0005〜
0.015％に限定して添加することを特徴とし、こ
れによつて機械的性質、とくに低熱膨脹特性を損
なうことなく、溶接性が改善されるFe―Ni合金
を提供するものである。この発明における成分組成の限定理由は、下記
に述べるとおりである。 Niは、Fe―Ni合金の熱膨脹係数を決定づける
主要元素であり、30％未満もしくは45％を超える
と熱膨脹係数が著しく大きくなりアンバー合金と
しての特性を失うので30〜45％に限定した。とく
に極低温と常温との間の温度変化を繰返して受け
る部位に使用する場合のように、さらに熱膨脹係
数を低くしたいときは、35〜37.5％に限定する必
要がある。Ｃは、0.015％を超えて含有すると、溶接時に
炭化物を生成し、低温靭性を劣化させるので、
0.015％以下とした。 Siは、脱酸剤として添加する元素であるが、
0.2％を超えて含有すると溶接割れを起し易くな
るので、0.2％以下とした。 Mnは、脱酸剤として使用する元素であるが、
0.5％を超えて添加しても他の脱酸剤と併用する
関係から効果に変りはなく、また多量に添加する
と熱膨脹係数を大きくするので、0.5％以下とし
た。Ｐは、結晶粒界に偏析しやすい元素であるが、
0.015％を超えて含有すると、結晶粒界への偏析
の程度が大きく、低融点化合物を生成し、溶接性
を阻害するので0.015％以下とした。また溶接時
の拘束力が強く、溶接応力が大きくなる部位に使
用する場合は、0.010％以下に限定する必要があ
る。Ｓは、0.006％を超えて含有すると、結晶粒界
に析出して低融点化合物を生成し、溶接性を阻害
するので0.006％とした。Ｂは、この発明のFe―Ni合金の特徴を与える
重要な元素であつて、0.0005％以上を添加するこ
とにより結晶粒の微細化、あるいは結晶粒界への
Ｃ、Si、Ｐ、Ｓ等の不純物元素の濃縮、低融点化
合物の生成を防止することができる。しかし、
0.015％を超えて含有させると、溶接割れを起し
易くなるので好ましくない。次に、この発明の実施例について説明する。この発明の組成をもつFe―Ni合金とこの発明
の組成に属しない比較合金との化学組成（重量
％）を第１表に示し、それぞれの合金の機械的性
質、シヤルピー衝撃値、バレストレイン試験全割
れ長さおよび−180℃〜室温の平均熱膨脹係数を
第２表に示す。各試料とも高周波誘導炉により大気溶解し、20
Kg鋼塊として疵取りした後、1150℃前後で鍜造し
て幅100mm、厚さ12mmの厚板とし、さらに850℃×
10分の熱処理を施し、表面の酸化スケールを機械
的に除去した。原料としては、Niは電解Ni、Ｃは黒鉛、Siは
フエロシリコン、Mnは電解Mn、Ｐはフエロ燐
（Ｐ含有量25％）、Ｓはフエロ硫黄（Ｓ含有量35
％）、Ｂはフエロボロン（Ｂ含有量20％）をそれ
ぞれ使用した。溶接割れは、トランスバレストレイン試験の結
果によつて評価した。溶接条件は次の通りであ
る。溶接法：TIG溶接電流：95A 速度：150mm/min アーク長：2.0mm 電極径：2.4mm Th―Ｗ Arシールガス量：15l/min 負荷歪：トーチが溶接開始点から45mmの位置に来
たとき、アークを切ると同時に瞬間的に1.0％
の歪を与える。割れ長さ：30倍のスケール付顕微鏡で割れの有無
を観察してその全割れ長さを測定する。第２表に記載した割れ長さとＢ含有量との関係
を図示すると第１図のようになる。第１図におい
て白丸印は本発明合金、黒丸印は比較合金であ
る。第２表の数値および第１図から明らかなよう
に、本発明合金の割れ長さは０〜0.56mmであるの
に対し、Ｂを0.0153％含有する比較合金の割れ長
さは0.89mmであり、Ｂの含有量が0.0001％未満の
比較合金では1.42〜3.27mmの割れ長さが生ずるこ
とがわかる。また、本発明合金の機械的性質およびシヤルピ
ー衝撃値については、第２表に示すように比較合
金と同等であることが認められた。さらに、本発明合金の熱膨脹係数についても、
第２表に記載した数値から明らかなように、比較
合金に対して差異がないことがわかる。第２図
は、各試料のMn＋Ni含有量と熱膨脹係数との関
係を図示したグラフであり、同図において白丸印
は本発明合金、黒丸印は比較合金である。

【表】

【表】以上、説明したように、この発明によれば、高
Ni―Fe合金の低熱膨脹特性を損なうことなく、
溶接性を改善することが可能となる。したがつ
て、この発明のFe―Ni合金は、薄板を用いるメ
ンブレン方式のLNGタンカーやタンクだけでな
く、厚板を用いた拘束力の強いタンカー、タンク
の構造部材として好適であり、さらにタンクへの
輸送用配管に用いられているオーステナイト系ス
テンレス鋼等の代替合金として利用することによ
り、その構造を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明合金と比較合金とのＢ含有量
と全割れ長さとの関係を示す図表、第２図は、本
発明合金と比較合金とのMn＋Ni含有量と熱膨脹
係数との関係を示す図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量でNi：30〜45％、Ｃ：0.015％以下、
Si：0.2％以下、Mn：0.5％以下、Ｐ：0.015％以
下、Ｓ：0.006％以下を含有し、残部Feおよび不
可避的不純物よりなる合金であつて、Ｂ：0.0005
〜0.015％を含有することを特徴とする溶接性の
すぐれたFe―Ni合金。