KR20160110516A - 용접 조인트 및 용접 조인트의 제조 방법 - Google Patents

용접 조인트 및 용접 조인트의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160110516A
KR20160110516A KR1020167023617A KR20167023617A KR20160110516A KR 20160110516 A KR20160110516 A KR 20160110516A KR 1020167023617 A KR1020167023617 A KR 1020167023617A KR 20167023617 A KR20167023617 A KR 20167023617A KR 20160110516 A KR20160110516 A KR 20160110516A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
welding
base material
content
welding material
less
Prior art date
Application number
KR1020167023617A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101863476B1 (ko
Inventor
가나 조토쿠
히로유키 히라타
도모히코 오무라
준 나카무라
다카히로 오스키
Original Assignee
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 filed Critical 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Publication of KR20160110516A publication Critical patent/KR20160110516A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101863476B1 publication Critical patent/KR101863476B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/3066—Fe as the principal constituent with Ni as next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0227—Rods, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/02—Rigid pipes of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/10—Pipe-lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B23K2203/04—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

고강도와 우수한 내(耐)수소 취화 특성을 갖는 용접 조인트를 제공한다. 용접 조인트는 용접 재료를 사용해서 모재를 용접한 용접 조인트이다. 모재의 화학 조성이, 질량%로, C: 0.005~0.1%, Si: 1.2% 이하, Mn: 2.5~6.5%, Ni: 8~15%, Cr: 19~25%, Mo: 0.01~4.5%, V: 0.01~0.5%, Nb: 0.01~0.5%, Al: 0.05% 미만, N: 0.15~0.45%, O: 0.02% 이하, P: 0.05% 이하, S: 0.04% 이하, 잔부: 철 및 불순물이며, 식 (1)을 만족시킨다. 용접 재료의 화학 조성은, 식 (1) 및 식 (2)를 만족시킨다.
Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C ≥ 29 … (1)
0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo ≤ -1.0 … (2)

Description

용접 조인트 및 용접 조인트의 제조 방법{WELDED JOINT AND METHOD FOR PRODUCING WELDED JOINT}
본 발명은 용접 조인트 및 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 오스테나이트강 용접 조인트 및 오스테나이트강 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 수소, 천연 가스 등을 에너지로서 이용하는 수송 기기의 실용화 연구가 진행되고 있다. 그 실용화에 있어서는, 이들 가스를 고압으로 저장 및 수송할 수 있는 사용 환경의 정비가 아울러 필요하다. 거기에 사용되는 인장 강도 800MPa을 상회하는 고강도 재료의 개발 및 적용 검토가 병행해서 진행되고 있다.
국제 공개 제2004/083476호, 국제 공개 제2004/083477호, 및 국제 공개 제2004/110695호에는 고Mn화함으로써 N의 용해도를 높이고, 또한 V을 함유시키는 것에 의해 혹은 V과 Nb를 복합해서 함유시키는 것에 의해, N의 고용(固溶) 강화 및 질화물의 석출 강화를 활용하여, 고강도화를 시도한 오스테나이트계 스테인리스강이 제안되어 있다.
고강도 오스테나이트계 강을 구조물로서 사용하는 경우, 용접에 의한 조립이 필요하다. 사용 성능의 관점에서는, 용접부도 모재와 동등한 강도를 갖는 것이 요구된다. 국제 공개 제2004/110695호, 일본국 특허 공개 평 5-192785호 공보, 및 일본국 특허 공개 2010-227949호 공보에는 Al, Ti 및 Nb를 적극적으로 활용함으로써, 800MPa을 초과하는 인장 강도를 갖는 용접 재료 및 용접 금속이 제안되어 있다.
이들 용접 재료 및 그 용접 재료를 사용해서 얻어진 용접 금속은 모두 고강도화를 위해 용접 후 열처리를 필요로 한다. 장시간의 용접 후 열처리는 제조의 제약이 됨과 아울러, 제조 비용의 증대를 초래하는 경우가 있다.
국제 공개 제2013/005570호에는 용접 금속에 대해 N에 의한 고용 강화를 활용함으로써, 용접 후 열처리를 행하지 않고, 고강도 및 우수한 내(耐)수소 취화 특성을 구비하는 오스테나이트강 용접 조인트가 제안되어 있다.
상기의 국제 공개 제2013/005570호에 기재된 오스테나이트강 용접 조인트는 0.15~0.35%의 N를 함유하는 용접 재료를 사용해서 용접함으로써, 용접 금속에 0.15~0.35%의 N를 함유시킨다. 그 때문에, 이 오스테나이트강 용접 조인트에서는 사용할 수 있는 용접 재료가 제약된다. 이 오스테나이트강 용접 조인트는 다량의 N를 함유하는 용접 재료를 사용하기 때문에, 제조성이 나쁘고, 용접의 조건에 따라서는 블로홀(blowhole) 등의 용접 결함이 발생하는 경우가 있다.
또한, 다량의 N를 함유하는 용접 재료를 사용한 경우여도, 용접 시공시에 N가 용접 금속으로부터 이탈하는 경우가 있다. N에 의한 고용 강화를 활용하기 위해서는, 용접 금속에 N를 남게 할 필요가 있다. 종래의 용접 조인트에서는, 넓은 용접 조건에 있어서, 안정적으로 용접 금속 중의 N 함유량을 확보하는 것이 곤란하다.
또한, 고압 수소용으로서 사용되는 용접 조인트는 우수한 내수소 취화 특성이 요구된다.
본 발명의 목적은 고강도와 우수한 내수소 취화 특성을 갖는 용접 조인트를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 용접 조인트는 용접 재료를 사용해서 모재를 용접한 용접 조인트이다. 모재의 화학 조성이, 질량%로, C: 0.005~0.1%, Si: 1.2% 이하, Mn: 2.5~6.5%, Ni: 8~15%, Cr: 19~25%, Mo: 0.01~4.5%, V: 0.01~0.5%, Nb: 0.01~0.5%, Al: 0.05% 미만, N: 0.15~0.45%, O: 0.02% 이하, P: 0.05% 이하, S: 0.04% 이하, 잔부: 철 및 불순물이다. 용접 재료의 화학 조성이, 질량%로, C: 0.005~0.1%, Si: 0.7% 이하, Mn: 0.5~3%, Ni: 8~23%, Cr: 17~25%, Mo: 0.01~4%, V: 0~0.5%, Nb: 0~0.5%, Al: 0.05% 미만, N: 0.15% 미만, O: 0.02% 이하, P: 0.03% 이하, S: 0.02% 이하, 잔부: 철 및 불순물이다. 모재의 화학 조성이 식 (1)을 만족시킨다. 용접 재료의 화학 조성이 식 (1) 및 식 (2)를 만족시킨다.
Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C ≥ 29 … (1)
0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo ≤ -1.0 … (2)
여기에서, 식 (1) 및 식 (2)의 각 원소 기호에는 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
본 발명에 의하면, 고강도와 우수한 내수소 취화 특성을 갖는 용접 조인트가 얻어진다.
본 발명자들은, 용접 후 열처리를 행하지 않고, 또한 다량의 N을 함유하는 용접 재료를 사용하지 않고, 고강도와 우수한 내수소 취화 특성을 갖는 용접 조인트를 얻기 위한 조건을 검토했다. 그 결과, 하기의 (a)~(c)가 명백해졌다.
(a) 용접 금속의 오스테나이트상(相)이 불안정할 경우, 용접 잔류 변형 및 그 후의 가공에 의해, 용접 금속의 오스테나이트상이 마르텐사이트화된다. 그 때문에, 용접 금속의 내수소 취화 특성이 저하된다. 따라서, 용접 금속의 화학 조성을 조정해서 오스테나이트상을 안정화하면, 용접 금속의 내수소 취화 특성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 용접 금속이 하기의 식 (1)을 만족시키도록 하면 된다. 용접 금속의 화학 조성이 식 (1)을 만족시키기 위해서는, 모재 및 용접 재료의 화학 조성의 양쪽이 식 (1)을 만족시키고 있으면 된다.
Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C ≥ 29 … (1)
여기에서, 식 (1)의 각 원소 기호에는 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
(b) 모재와 동등한 강도를 갖는 용접 조인트를 얻기 위해서는, 용접 금속 중에 많은 N를 고용시켜, N에 의한 고용 강화를 활용하는 것이 유효하다. 이를 위해서는, 용접 재료의 화학 조성이 식 (2)를 만족시키도록 하면 된다. 용접 재료의 화학 조성이 식 (2)를 만족시키면, 용접 재료의 N 함유량이 0.15질량% 미만이어도, 용접 금속 중에 많은 N를 고용시킬 수 있다.
0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo ≤ -1.0 … (2)
여기에서, 식 (2)의 각 원소 기호에는 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
(c) 용접 조인트의 외표면에 형성되는 덧붙임 높이(표면 덧붙임 높이)를 용접 재료의 화학 조성에 따라 조정함으로써, 보다 높은 인장 강도가 얻어진다. 구체적으로는, 표면 덧붙임 높이 h(㎜)가 식 (3)을 만족시키도록 하면 된다.
1.9 × (0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo) + 3 ≤ h … (3)
여기에서, 식 (3)의 각 원소 기호에는 용접 재료에 있어서의 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
이상의 발견에 기초해서, 본 발명에 의한 용접 조인트는 완성되었다. 이하에, 본 발명의 일 실시형태에 의한 용접 조인트를 상세히 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 원소의 함유량의 「%」는 질량%를 의미한다.
본 실시형태에 의한 용접 조인트는 용접 재료로 모재를 용접한 것이다. 용접 조인트는 모재와, 용접 금속을 구비한다. 용접 금속은 모재의 일부와 용접 재료가 용융 및 응고해서 형성된다. 용접 조인트는 예를 들면, 강관끼리 또는 강판끼리를 서로의 단부(端部)에서 용접한 것이다.
[화학 조성]
모재 및 용접 재료는 이하의 화학 조성을 구비하고 있다.
C : 0.005~0.1%(모재 및 용접 재료)
탄소(C)는 오스테나이트를 안정화시킨다. 한편, C가 과잉으로 함유되면, 용접시의 열에 의해 입계(粒界)에 탄화물이 형성되기 쉬워져, 내식성 및 인성(靭性)이 저하된다. 따라서, C 함유량은 모재 및 용접 재료의 양쪽에 있어서 0.005~0.1%이다. C 함유량의 바람직한 하한은 0.008%이다. C 함유량의 바람직한 상한은 0.08%이다.
Si : 1.2% 이하(모재), 0.7% 이하(용접 재료)
규소(Si)는 강(鋼)을 탈산(脫酸)시킨다. Si는 또한 강의 내식성을 향상시킨다. 그러나, Si가 과잉으로 함유되면, 강의 인성이 저하된다. 따라서, 모재의 Si 함유량은 1.2% 이하이다. 모재의 Si 함유량의 바람직한 상한은 1.0%이다.
용접 재료가 용융되어 형성되는 용접 금속에 Si가 과잉으로 함유되면, 상기에 추가해서, 응고시에 주상정(柱狀晶) 경계에 편석해서 액상의 융점이 내려가고, 응고 균열 감수성이 높아진다. 그 때문에, 용접 재료의 Si 함유량의 상한은 모재의 경우보다 낮게 한다. 따라서, 용접 재료의 Si 함유량은 0.7% 이하이다. 용접 재료의 Si 함유량의 바람직한 상한은 0.6%이다. Si의 함유량은 특별히 하한을 설정할 필요는 없지만, 극단적인 저하는 탈산 효과를 충분히 얻을 수 없어, 강의 청정도가 커져 청정성을 열화시킴과 아울러, 비용이 증대된다. 따라서, 바람직한 Si의 하한은 모재, 용접 재료 모두 0.01%이다.
Mn : 2.5~6.5%(모재), 0.5~3%(용접 재료)
망간(Mn)은 강을 탈산시킨다. Mn은 또한 오스테나이트상을 안정화시킨다. Mn은 더욱이, 모재 제조시 및 용접시에, 용융 금속으로의 N의 용해도를 크게 해서, 용융 금속의 강도를 높이는 것에 간접적으로 기여한다. 한편, Mn이 과잉으로 함유되면, 강의 연성(延性)이 저하된다. 따라서, 모재의 Mn 함유량은 2.5~6.5%이다. 모재의 Mn 함유량의 바람직한 하한은 2.7%이다. 모재의 Mn 함유량의 바람직한 상한은 6%이다.
용접 재료가 용융되어 형성되는 용융 금속에서는 모재의 제조시에 비해 응고 속도가 빨라, 응고 과정에서의 N의 감소가 적다. 그 때문에, 용접 재료의 Mn 함유량의 하한은 모재의 경우보다 작게 할 수 있다. 한편, 용접 재료의 경우, 연성의 저하에 의해 세선(細線)으로의 가공이 곤란해지기 때문에, 용접 재료의 Mn 함유량의 상한은 모재의 경우보다 작아진다. 따라서, 용접 재료의 Mn 함유량은 0.5~3%이다. 용접 재료의 Mn 함유량의 바람직한 하한은 0.7%이다. 용접 재료의 Mn 함유량이 바람직한 상한은 2.5%이다.
Ni : 8~15%(모재), 8~23%(용접 재료)
니켈(Ni)은 오스테나이트상을 안정화시킨다. 그 효과를 안정적으로 얻기 위해서는 8% 이상 함유할 필요가 있다. 그러나, Ni량이 과잉이 되면 모재 제조시에, 용접 금속으로의 N의 용해도가 작아진다. 또한, Ni은 고가의 원소이기 때문에, 과잉으로 함유되면, 비용이 증대된다. 따라서, 모재의 Ni 함유량의 상한은 15%이다. 또한, 모재의 Ni 함유량의 바람직한 하한은 9%이다. 모재의 Ni 함유량의 바람직한 상한은 14.5%이다.
용접 금속에 있어서도, Ni은 오스테나이트상을 안정화시킨다. 그 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 용접 재료의 Ni 함유량을 8% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Ni이 과잉으로 함유되면 용접 금속으로의 N의 용해도가 작아진다. 또한, Ni은 고가의 원소이기 때문에, 과잉으로 함유되면, 소규모 제조의 용접 재료에 있어서도 비용이 증대된다. 그 때문에, 용접 재료에 있어서의 Ni의 상한은 23%로 한다. 용접 재료의 Ni 함유량의 바람직한 하한은 9%이다. 용접 재료의 Ni 함유량의 바람직한 상한은 22.5%이다.
Cr : 19~25%(모재), 17~25%(용접 재료)
크롬(Cr)은 강의 내식성을 높인다. Cr은 또한, 모재 제조시 및 용접시에, 용융 금속으로의 N의 용접도를 크게 해서, 용융 금속의 강도를 높이는 것에 간접적으로 기여한다. 한편, Cr이 과잉으로 함유되면, 연성 및 인성을 저하시키는 조대(粗大)한 M23C6 등의 탄화물이 다량으로 생성되기 쉬워진다. 또한, Cr이 과잉으로 함유되면, 용접 가스 환경에 따라서는 강을 취화시킨다. 따라서, 모재의 Cr 함유량은 19~25%이다. 모재의 Cr 함유량의 바람직한 하한은 19.2%이다. 모재의 Cr 함유량의 바람직한 상한은 24.5%이다.
용접 재료가 용융되어 형성되는 용융 금속에서는, 모재의 제조시에 비해 응고 속도가 빨라, 응고 과정에서의 N의 감소가 적다. 그 때문에, 용접 재료의 Cr 함유량의 하한은 모재의 경우보다도 작게 할 수 있다. 따라서, 용접 재료의 Cr 함유량은 17~25%이다. 용접 재료의 Cr 함유량의 바람직한 하한은 18.2%이다. 용접 재료의 Cr 함유량의 바람직한 상한은 24.5%이다.
Mo : 0.01~4.5%(모재), 0.01~4%(용접 재료)
몰리브덴(Mo)은 매트릭스에 고용되거나 또는 탄질화물로서 석출되어, 강의 강도를 높인다. Mo은 또한 강의 내식성을 높인다. 한편, Mo이 과잉으로 함유되면, 비용이 증대된다. 또한, 과잉으로 첨가해도, 그 효과는 포화된다. 따라서, 모재의 Mo 함유량은 0.01~4.5%이다. 모재의 Mo 함유량의 바람직한 하한값은 0.03%이다. 모재의 Mo 함유량의 바람직한 상한값은 4%이다.
용접 재료가 용융되어 형성되는 용접 금속에서는, 모재의 제조시에 비해 응고 속도가 빨라, 응고 과정에서의 N의 감소가 적다. 그 때문에, 용접 재료의 Mo 함유량의 상한은 모재의 경우보다 작게 한다. 따라서, 용접 재료의 Mo 함유량은 0.01~4%이다. 용접 재료의 Mo 함유량의 바람직한 하한값은 0.03%이다. 용접 재료의 Mo 함유량의 바람직한 상한값은 3.8%이다.
V : 0.01~0.5%(모재), 0~0.5%(용접 재료)
바나듐(V)은 매트릭스에 고용되거나 또는 탄화물로서 석출되어, 강의 강도를 높인다. 한편, V이 과잉으로 함유되면, 탄화물이 다량으로 석출되어, 강의 연성이 저하된다. 따라서, 모재의 V 함유량은 0.01~0.5%이다. 모재의 V 함유량의 바람직한 상한은 0.4%이다.
바나듐(V)은 용접 재료에는 첨가되지 않아도 된다. 즉, 용접 재료에 있어서 V은 임의 원소이다. 용접 재료가 V을 함유하면, 용접 금속의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 용접 재료의 V 함유량은 0~0.5%이다. V을 첨가할 경우, 용접 재료의 V 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이다. 용접 재료의 V 함유량의 바람직한 상한은 0.4%이다.
Nb : 0.01~0.5%(모재), 0~0.5(용접 재료)
니오브(Nb)는 매트릭스에 고용되거나 또는 탄질화물로서 석출되어, 강의 강도를 높인다. 한편, V이 과잉으로 함유되면, 탄질화물이 다량으로 석출되어, 강의 연성이 저하된다. 따라서, 모재의 Nb 함유량은 0.01~0.5%이다. 모재의 Nb 함유량의 바람직한 상한은 0.4%이다.
니오브(Nb)는 용접 재료에는 첨가되지 않아도 된다. 즉, 용접 재료에 있어서 Nb는 임의 원소이다. 용접 재료가 Nb를 함유하면, 용접 금속의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 용접 재료의 Nb 함유량은 0~0.5%이다. Nb를 첨가할 경우, 용접 재료의 Nb 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이다. 용접 재료의 Nb 함유량의 바람직한 상한은 0.4%이다.
Al : 0.05% 미만(모재 및 용접 재료)
알루미늄(Al)은 강을 탈산시킨다. 한편, Al이 과잉으로 함유되면, 질화물이 다량으로 석출되어, 강의 연성이 저하된다. 따라서, Al 함유량은 모재 및 용접 재료의 양쪽에 있어서 0.05% 미만이다. Al 함유량의 바람직한 상한은 0.04%이다. 또, Al 함유량은 적을수록 좋다. 단, Al을 극단적으로 저감시키면 탈산 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, Al을 극단적으로 저감시키면, 강의 청정도가 커진다. 또한, Al을 극단적으로 저감시키면 비용이 증대된다. 그 때문에, Al 함유량의 바람직한 하한은 0.0001%이다.
N : 0.15~0.45%(모재), 0.15% 미만(용접 재료)
N는 매트릭스에 고용되거나 또는 미세한 질화물을 형성하여, 강의 강도를 높인다. 한편, N가 과잉으로 함유되면, 강의 열간 가공성이 저하된다. 따라서, 모재의 N 함유량은 0.15~0.45%이다. 모재의 N 함유량의 바람직한 하한은 0.16%이다. 모재의 N 함유량의 바람직한 상한은 0.42%이다.
용접 재료가 용융되어 형성되는 용접 금속에서는, 과잉의 N는 용접 중에 용융지(溶融池)에 용해할 수 없어, 블로홀 및/또는 피트의 원인이 된다. 따라서, 용접 재료의 N 함유량은 0.15% 미만이다. 용접 재료의 N 함유량의 바람직한 하한은 0.01%이다. 용접 재료의 N 함유량의 바람직한 상한은 0.13%이다.
모재 및 용접 금속의 화학 조성의 잔부는 Fe 및 불순물이다. 불순물은 강의 원료로서 이용되는 광석이나 스크랩으로부터 혼입되는 원소, 또는 제조 공정의 각종 요인에 의해 혼입되는 원소를 의미한다. 본 실시형태에서는, 불순물 중, O, P 및 S의 함유량을 각각 다음 범위로 제한한다.
O : 0.02%(모재 및 용접 재료)
산소(O)는 불순물이다. O가 과잉으로 함유되면, 모재 및 용접 재료를 제조할 때의 열간 가공성이 저하된다. 또한, O가 과잉으로 함유되면, 용접 금속의 인성 및 연성이 저하된다. 따라서, O 함유량은 모재 및 용접 재료의 양쪽에 있어서 0.02% 이하이다. O 함유량의 바람직한 상한은 0.01%이다.
P : 0.05% 이하(모재), 0.03% 이하(용접 재료)
인(P)은 불순물이다. P이 과잉으로 함유되면, 모재 및 용접 재료를 제조할 때의 열간 가공성이 저하된다. 따라서, 모재의 P 함유량은 0.05% 이하이다. 모재의 P 함유량의 바람직한 상한은 0.03%이다.
용접 재료가 용융되어 형성되는 용접 금속에서는, P은 응고시에 액상의 융점을 저하시키고, 용접 금속의 응고 균열 감수성을 증대시킨다. 그 때문에, 용접 재료의 P 함유량의 상한은 모재의 경우보다 작게 한다. 따라서, 용접 재료의 P 함유량은 0.03% 이하이다. 용접 재료의 P 함유량의 바람직한 상한은 0.02%이다.
S : 0.04% 이하(모재), 0.02%(용접 재료)
황(S)은 불순물이다. S이 과잉으로 함유되면, 모재 및 용접 재료를 제조할 때의 열간 가공성이 저하된다. 따라서, 모재의 P 함유량은 0.04% 이하이다. 모재의 P 함유량의 바람직한 상한은 0.03%이다.
용접 재료가 용융되어 형성되는 용접 금속에서는, S은 응고시에 액상의 융점을 저하시키고, 용접 금속의 응고 균열 감수성을 증대시킨다. 그 때문에, 용접 재료의 S 함유량의 상한은 모재의 경우보다 작게 한다. 따라서, 용접 재료의 S 함유량은 0.02% 이하이다. 용접 재료의 P 함유량의 바람직한 상한은 0.01%이다.
본 실시형태에 의한 모재 및 용접 재료의 화학 조성은 또한 하기의 식 (1)을 만족시킨다.
Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C ≥ 29 … (1)
여기에서, 식 (1)의 각 원소 기호에는 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
수소 환경 중에 있어서 오스테나이트상이 안정적이면, 우수한 내수소 취화 특성이 얻어진다. 용접 금속은 급랭 응고 조직이기 때문에, 오스테나이트상이 불안정해지기 쉽다. 이미 서술한 바와 같이, 용접 금속은 모재의 일부와 용접 재료가 용융 및 응고되어 형성된다. 모재 및 용접 재료의 양쪽의 화학 조성이 식 (1)을 만족시키면, 용접 금속에 있어서도 오스테나이트상이 안정적으로 된다. 이에 따라, 용접 조인트의 내수소 취화 특성이 높아진다.
식 (1)의 좌변의 값은 바람직하게는 32 이상이며, 보다 바람직하게는 34 이상이다.
본 실시형태에 의한 용접 재료의 화학 조성은 또한 하기의 식 (2)를 만족시킨다.
0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo ≤ -1.0 … (2)
여기에서, 식 (2)의 각 원소 기호에는 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
용접 재료는 용접시에 용융되어 용융 금속을 형성한다. 이때, N가 용접 금속으로부터 이탈되는 경우가 있다. N가 용접 금속으로부터 이탈되면, 고용 강화의 효과를 얻을 수 없게 되어, 용접 금속의 강도가 저하된다. 용접 재료의 화학 조성이 식 (2)를 만족시키면, N의 활량(活量)이 작아져, 용접 금속으로부터의 N의 이탈을 저감시킬 수 있다. 그 때문에, 용접 재료의 N 함유량이 0.15% 미만이어도, 용접 금속 중에 많은 N를 고용시킬 수 있다.
식 (2)의 좌변의 값은 작을수록 좋다. 식 (2)의 좌변의 값이 작을수록, 다음에 설명하는 표면 덧붙임 높이를 낮게 할 수 있다. 식 (2)의 좌변은 바람직하게는 -1.1 이하이며, 보다 바람직하게는 -1.3 이하이다.
본 실시형태에 의한 용접 조인트는 표면 덧붙임 높이 h(㎜)가 다음의 식 (3)을 만족시키는 것이 바람직하다.
1.9 × (0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo) + 3 ≤ h … (3)
여기에서, 식 (3)의 각 원소 기호에는 용접 재료에 있어서의 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
식 (3)은 식 (2)의 좌변의 값을 P2로 해서 다음과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 식 (3)은 표면 덧붙임 높이 h가 용접 재료의 N의 활량에 따라 조정되는 것을 의미하고 있다.
1.9 × P2 + 3 ≤ h
표면 덧붙임 높이란, 모재의 표면에서부터 용접 비드의 가장 높은 위치까지의 거리(㎜)이다. 용접 조인트의 표면 덧붙임 높이 h가 식 (3)을 만족시키면, 보다 높은 인장 강도를 갖는 용접 조인트가 얻어진다. 보다 구체적으로는, 모재의 인장 강도와 동등한 인장 강도를 갖는 용접 조인트가 얻어진다.
[제조 방법]
우선, 모재의 제조 방법의 일례를 설명한다. 상술한 모재의 화학 조성을 갖는 강을 용제(溶製)한다. 용제는 전기로에서 행해도 되고, Ar-O2 혼합 가스 바닥 블로잉 탈탄로(脫炭爐)(AOD로)에서 행해도 되고, 진공 탈탄로(VOD로)에서 행해도 된다. 용제된 강을 조괴법(造塊法)에 의해 잉곳으로 한다. 혹은, 용제된 강을 연속 주조법에 의해 슬래브로 한다.
잉곳 또는 슬래브를 사용해서 모재를 제조한다. 모재는 예를 들면, 강판 또는 강관이다. 강판은 예를 들면, 잉곳 또는 슬래브에 열간 단조 또는 열간 압연 등의 열간 가공을 실시해서 제조된다. 강관은 예를 들면, 잉곳 또는 슬래브를 열간 가공에 의해 원형 빌릿(billet)을 형성하고, 원형 빌릿에 천공 압연, 열간 압출, 또는 열간 단조 등의 열간 가공을 실시해서 제조된다. 강관은 혹은, 강판을 굽힘 가공해서 오픈 파이프를 형성하고, 오픈 파이프의 길이 방향의 양 단면을 용접해서 제조된다.
모재에 대해서, 열처리를 실시한다. 구체적으로는, 모재를 열처리로에 수납하고, 1000~1200℃에서 균열(均熱)한다. 그 후, 필요에 따라, 냉간 압연 및 800~1200℃에서의 2차 열처리를 실시한다. 이에 따라, 800MPa의 인장 강도를 갖는 모재가 안정적으로 얻어진다.
다음으로, 용접 재료의 제조 방법의 일례를 설명한다. 상술한 용접 재료의 화학 조성을 갖는 강을 용제한다. 용제된 강을 주조해서 잉곳으로 한다. 잉곳을 열간 가공해서 용접 재료를 제조한다. 용접 재료는 봉 형상이어도 되고, 블록 형상이어도 된다.
용접 재료에 대해서도, 모재와 마찬가지로 열처리를 실시한다. 그 후, 필요에 따라, 냉간 압연 및 800~1250℃에서의 2차 열처리를 실시한다.
상기의 용접 재료를 사용해서 상기의 모재를 용접한다. 이에 따라, 용접 조인트가 얻어진다. 용접 방법은 예를 들면, TIG 용접, MIG 용접, MAG 용접, 및 서브머지 용접이다. 용접 시에, 모재의 일부와 용접 재료가 용융 및 응고되어 용접 금속이 형성된다.
[실시예]
이하에, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 부호 A의 강을 실험실에서 용해해서 잉곳을 제작했다. 제작한 잉곳에 열간 단조, 열간 압연, 및 열처리를 실시해서, 외경 9.53㎜, 판 두께 2.2㎜, 길이 60㎜의 강관(모재)을 제작했다.
Figure pct00001
또, 모재의 화학 조성을 식 (1)에 대입하면, 식 (1)의 좌변의 값은 34가 되고, 식 (1)을 만족시킨다.
표 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 부호 R~Z의 강을 실험실에서 용해해서 잉곳을 제작했다. 또, 표 2 중의 「-」는, 대응하는 원소의 함유량이 불순물 레벨임을 나타낸다. 잉곳에 열간 단조, 열간 압연, 1차 열처리, 냉간 가공, 및 2차 열처리를 실시해서, 외경 1.2㎜의 용접 와이어(용접 재료)를 제작했다.
Figure pct00002
상기의 강관의 둘레 방향으로, 모서리 가공을 실시한 후, 모재 및 용접 재료를 표 3에 나타내는 조합으로, 표면 덧붙임 높이를 변화시킨 용접 조인트를 제작했다. 용접 조인트는 용접 입열(入熱), 용접 패스수, 및 용접 방향을 변화시켜서 제작했다. 또, 용접 재료 공급 속도는 용접 입열에 맞춰 변화시켰다.
Figure pct00003
여기에서, 용접 방향의 「수평」, 「수직」이란 각각, JIS Z 3001의 「하향 자세」, 「상향 자세」로 용접된 것을 가리킨다. 구체적으로는, 「수평」이란, 지면에 대해서 수평으로(하향으로) 용접하는 것을 가리킨다. 수평으로 용접할 경우, 중량을 거스르지 않고 용접한다는 점에서, 일반적으로 가장 간단한 용접 자세(방향)이다. 한편, 「수직」이란, 통상은 지면에 대해서 아래에서 윗 방향으로 나아가 용접하는 것을 가리킨다. 수직으로 용접할 경우, 중력을 거슬러 용접한다는 점에서, 녹아 있는 부분이 떨어지는 경우가 있으므로, 용접이 어렵고 또한 용접 결함도 발생하기 쉽다.
제작한 용접 조인트 각각의 표면 덧붙임 높이를 측정했다.
제작한 용접 조인트 각각으로부터 용접 부분을 포함하는 시험편을 채취했다. 채취한 시험편의 단면을 연마해서 광학 현미경으로 관찰하고, 용접 결함의 유무를 조사했다. 블로홀 등의 용접 결함이 없는 것을 합격이라고 판정했다.
제작한 용접 조인트 각각으로부터, 용접 금속을 평행부 중앙에 갖는 관형상 인장 시험편을 2개씩 제작하고, 상온에서의 인장 시험에 제공했다. 인장 시험에 있어서, 800MPa 이상의 인장 강도를 나타낸 것을 합격이라고 판정했다.
제작한 용접 조인트 각각으로부터, 용접 금속을 평행부로 하는 관형상 저변형(低歪) 속도 인장 시험편을 채취했다. 채취한 시험편을 대기 중 및 85MPa의 고압 수소 환경화에 있어서의 저변형 속도 인장 시험에 제공했다. 변형 속도는 3 × 10-5/s로 했다. 저변형 속도 인장 시험에 있어서, 고압 수소 환경하에서의 파단 수축과 대기 중에서의 파단 수축의 비가 90% 이상이 되는 것을 합격이라고 판정했다.
표 4에 각 용접 조인트의 용접 결함의 유무, 표면 덧붙임 높이 측정 결과, 상온 인장 시험의 결과, 및 저변형 속도 인장 시험의 결과를 나타낸다.
Figure pct00004
표 4의 「P1」의 란에는, 각 용접 조인트의 용접 재료의 화학 조성을 식 (1)에 대입했을 때의 식 (1)의 좌변의 값이 기재되어 있다. 「P2」의 란에는, 각 용접 조인트의 용접 재료의 화학 조성을 식 (2)에 대입했을 때의 식 (2)의 좌변의 값이 기재되어 있다. 「P3」의 란에는, 각 용접 조인트의 용접 재료의 화학 조성을 식 (3)에 대입했을 때의 식 (3)의 좌변의 값이 기재되어 있다.
표 4의 「용접 결함」의 란에는, 용접 결함의 유무가 기재되어 있다. 「○」는 용접 결함이 없음을 나타낸다. 「×」는 블로홀이 발생되어 있음을 나타낸다.
표 4의 「덧붙임 높이」의 란에는, 각 용접 조인트의 표면 덧붙임 높이(㎜)가 기재되어 있다.
「인장 시험」의 란에는, 인장 시험의 결과가 기재되어 있다. 「◎」는, 인장 시험에 있어서 2개의 시험편 중 2개 모두가 모재 파단 또는 열용접부 파단(HAZ 파단)된 것을 나타낸다. 「○」는, 인장 강도는 800MPa 이상이였지만, 2개의 시험편 중 1개가 모재 파단, 1개가 용접 금속 파단된 것을 나타낸다. 「△」는, 인장 강도는 800MPa 이상이였지만, 2개의 시험편 중 2개 모두가 용접 금속 파단된 것을 나타낸다. 「×」는, 용접 금속 파단되고, 인장 강도가 800MPa 미만임을 나타낸다.
「저변형 속도 인장 시험」의 란에는, 저변형 속도 인장 시험의 결과가 기재되어 있다. 「○」는, 고압 수소 환경화에서의 파단 수축과 대기 중에서의 파단 수축의 비가 90% 이상임을 나타낸다. 「×」는, 고압 수소 환경화에서의 파단 수축과 대기 중에서의 파단 수축의 비가 90% 미만임을 나타낸다.
시험 부호 J1~J18, J22~J24, 및 J35~J37의 용접 조인트는 본 발명의 범위 내였다. 구체적으로는, 이들 용접 조인트는 모재 및 용접 재료의 화학 조성이 본 발명의 범위 내이며, 모재 및 용접 재료의 화학 조성이 식 (1)을 만족시키고, 용접 재료의 화학 조성이 식 (2)를 만족시켰다. 그 결과, 이들 용접 조인트는 800MPa 이상의 인장 강도를 갖고, 저변형 속도 인장 시험에 합격했다.
또한, 이들 용접 조인트는 용접 결함이 발생되어 있지 않았다. 특히, 시험 부호 J1, J5, J9, J13, J16, J22, J36의 용접 조인트는 용접 입열이 비교적 높았지만, 용접 결함이 발생되어 있지 않았다. 시험 부호 J35~J37은 용접 방향이 수직이였지만, 용접 결함이 발생되어 있지 않았다.
시험 부호 J1, J3~J5, J7~J9, J11~J13, J15, J16, J18, J22, J24, 및 J35~J37의 용접 조인트에서는, 상기에 추가해서, 표면 덧붙임 높이 h가 식 (3)을 만족시켰다. 환언하면, 이들 용접 조인트에서는 표면 덧붙임 높이 h의 값이 P3 이상이였다. 그 결과, 이들 용접 조인트는 특히 높은 인장 강도를 갖고 있었다. 구체적으로는, 이들 용접 조인트는 인장 시험에 있어서 모재 파단 또는 HAZ 파단했다.
시험 부호 J19~J21의 용접 조인트는 모재 및 용접 금속의 화학 조성이 본 발명의 범위 내이며, 모재의 화학 조성이 식 (1)을 만족시켰다. 그러나, 이들 용접 조인트는 용접 재료의 화학 조성이 식 (1)을 만족시키지 않았다. 그 결과, 이들 용접 조인트는 저변형 속도 인장 시험에 합격하지 못했다.
시험 부호 J25~J27, J38, 및 J39의 용접 조인트는 용접 재료(부호 V 또는 W)의 N 함유량이 너무 많았다. 그 결과, 용접부에 용접 결함, 구체적으로는 블로홀이 발생하여, 건전한 조인트를 얻을 수 없었다. 그 결과, 이들 용접 조인트는 인장 강도가 800MPa 이하였다.
시험 부호 J28~J30의 용접 조인트는 용접 재료(부호 X)의 Si 함유량 및 Cr 함유량이 너무 많았다. 또한, 이들 용접 조인트는 용접 재료의 화학 조성이 식 (1)을 만족시키지 않았다. 그 결과, 이들 용접 조인트는 저변형 속도 인장 시험에 합격하지 못했다.
시험 부호 J31~J34의 용접 조인트는 용접 재료(부호 Y 또는 Z)의 화학 조성이, 각각의 원소의 함유량은 본 발명의 범위 내였지만, 식 (2)를 만족시키지 않았다. 그 결과, 이들 용접 조인트는 인장 강도가 800MPa 이하였다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 고압 가스 배관, 특히 고압 수소 가스 배관용 용접 조인트에 바람직하게 이용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 용접 재료를 사용해서 모재를 용접한 용접 조인트로서,
    상기 모재의 화학 조성이, 질량%로,
    C : 0.005~0.1%,
    Si : 1.2% 이하,
    Mn : 2.5~6.5%,
    Ni : 8~15%,
    Cr : 19~25%,
    Mo : 0.01~4.5%,
    V : 0.01~0.5%,
    Nb : 0.01~0.5%,
    Al : 0.05% 미만,
    N : 0.15~0.45%,
    O : 0.02% 이하,
    P : 0.05% 이하,
    S : 0.04% 이하,
    잔부 : 철 및 불순물이며,
    상기 용접 재료의 화학 조성이, 질량%로,
    C : 0.005~0.1%,
    Si : 0.7% 이하,
    Mn : 0.5~3%,
    Ni : 8~23%,
    Cr : 17~25%,
    Mo : 0.01~4%,
    V : 0~0.5%,
    Nb : 0~0.5%,
    Al : 0.05% 미만,
    N : 0.15% 미만,
    O : 0.02% 이하,
    P : 0.03% 이하,
    S : 0.02% 이하,
    잔부 : 철 및 불순물이고,
    상기 모재의 화학 조성이 식 (1)을 만족시키고,
    상기 용접 재료의 화학 조성이 식 (1) 및 식 (2)를 만족시키는, 용접 조인트.
    Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C ≥ 29 … (1)
    0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo ≤ -1.0 … (2)
    여기에서, 식 (1) 및 식 (2)의 각 원소 기호에는 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접 재료의 화학 조성이, 질량%로,
    V : 0.01~0.5%, 및
    Nb : 0.01~0.5%로 이루어지는 군에서 선택된 1종 또는 2종을 함유하는, 용접 조인트.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    식 (3)을 만족시키는 표면 덧붙임 높이 h(㎜)를 갖는, 용접 조인트.
    1.9 × (0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo) + 3 ≤ h … (3)
    여기에서, 식 (3)의 각 원소 기호에는 용접 재료에 있어서의 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    800MPa 이상의 인장 강도를 갖는, 용접 조인트.
  5. 화학 조성이, 질량%로,
    C : 0.005~0.1%,
    Si : 1.2% 이하,
    Mn : 2.5~6.5%,
    Ni : 8~15%,
    Cr : 19~25%,
    Mo : 0.01~4.5%,
    V : 0.01~0.5%,
    Nb : 0.01~0.5%,
    Al : 0.05% 미만,
    N : 0.15~0.45%,
    O : 0.02% 이하,
    P : 0.05% 이하,
    S : 0.04% 이하,
    잔부 : 철 및 불순물인 모재를 준비하는 공정과,
    화학 조성이, 질량%로,
    C : 0.005~0.1%,
    Si : 0.7% 이하,
    Mn : 0.5~3%,
    Ni : 8~23%,
    Cr : 17~25%,
    Mo : 0.01~4%,
    V : 0~0.5%,
    Nb : 0~0.5%,
    Al : 0.05% 미만,
    N : 0.15% 미만,
    O : 0.02% 이하,
    P : 0.03% 이하,
    S : 0.02% 이하,
    잔부 : 철 및 불순물인 용접 재료를 준비하는 공정과,
    상기 용접 재료를 사용해서 상기 모재를 용접하는 공정을 구비하고,
    상기 모재의 화학 조성이 식 (1)을 만족시키고,
    상기 용접 재료의 화학 조성이 식 (1) 및 식 (2)를 만족시키는, 용접 조인트의 제조 방법.
    Ni + 0.65Cr + 0.98Mo + 1.05Mn + 0.35Si + 12.6C ≥ 29 … (1)
    0.31C + 0.048Si - 0.02Mn - 0.056Cr + 0.007Ni - 0.013Mo ≤ -1.0 … (2)
    여기에서, 식 (1) 및 식 (2)의 각 원소 기호에는 대응하는 원소의 함유량(질량%)이 대입된다.
KR1020167023617A 2014-02-26 2015-02-20 용접 조인트의 제조 방법 KR101863476B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2014-035376 2014-02-26
JP2014035376 2014-02-26
PCT/JP2015/054722 WO2015129561A1 (ja) 2014-02-26 2015-02-20 溶接継手及び溶接継手の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160110516A true KR20160110516A (ko) 2016-09-21
KR101863476B1 KR101863476B1 (ko) 2018-05-31

Family

ID=54008882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167023617A KR101863476B1 (ko) 2014-02-26 2015-02-20 용접 조인트의 제조 방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10556298B2 (ko)
EP (1) EP3112082B1 (ko)
JP (1) JP5850203B1 (ko)
KR (1) KR101863476B1 (ko)
CN (1) CN106061670B (ko)
AU (1) AU2015224087B2 (ko)
BR (1) BR112016017540B1 (ko)
CA (1) CA2939517C (ko)
ES (1) ES2688131T3 (ko)
WO (1) WO2015129561A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6186658B2 (ja) * 2013-11-29 2017-08-30 三菱重工業株式会社 溶接構造物の設計方法、及び溶接構造物の製造方法
JP6589536B2 (ja) * 2014-11-06 2019-10-16 日本製鉄株式会社 溶接継手の製造方法
JP6623719B2 (ja) * 2015-11-25 2019-12-25 日本製鉄株式会社 オーステナイト系ステンレス鋼
CN107617830B (zh) * 2017-09-20 2021-01-19 中国科学院金属研究所 高放废物玻璃固化体容器用奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法和应用
KR102466688B1 (ko) * 2018-02-28 2022-11-14 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 오스테나이트계 스테인리스강 용접 이음
JP2023504413A (ja) * 2019-11-26 2023-02-03 エサブ セア コーポレーション Ｌｎｇタンク製造で用いられるステンレス鋼溶接ワイヤ
WO2024002728A1 (en) * 2022-06-29 2024-01-04 Alleima Striptech Ab Austenitic stainless steel and method for producing a strip product thereof

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE759660A (fr) * 1969-11-29 1971-04-30 Bohler & Co A G Fa Geb Procede pour la fabrication d'assemblages par soudage entierement austenitiques
JPH0475783A (ja) 1990-07-17 1992-03-10 Nippon Steel Corp 高窒素オーステナイト系ステンレス鋼の潜弧溶接方法
JP3218567B2 (ja) 1990-09-28 2001-10-15 クロームアロイ・ガス・タービン・コーポレイション 高強力ニッケル基超合金類の溶接
KR100352644B1 (ko) * 2000-07-28 2002-09-12 고려용접봉 주식회사 내응력 부식균열, 내공식 성능 및 용접성이 우수한 2상스테인레스강용 플럭스 코어드 와이어
CA2502207C (en) 2003-03-20 2010-12-07 Sumitomo Metal Industries, Ltd. High-strength stainless steel, container and hardware made of such steel
CA2502206C (en) * 2003-03-20 2010-11-16 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Stainless steel for high pressure hydrogen gas, vessel and equipment comprising the steel
JP4265604B2 (ja) * 2003-06-10 2009-05-20 住友金属工業株式会社 オーステナイト系鋼溶接継手
JP5218200B2 (ja) 2009-03-26 2013-06-26 新日鐵住金株式会社 溶接金属および溶接材料
EP2730365B1 (en) * 2011-07-06 2018-08-08 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Austenite steel welded joint
JP5900189B2 (ja) 2012-06-28 2016-04-06 新日鐵住金株式会社 鋼材の溶接接合部および溶接接合部の形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
BR112016017540B1 (pt) 2021-02-23
JPWO2015129561A1 (ja) 2017-03-30
EP3112082A1 (en) 2017-01-04
KR101863476B1 (ko) 2018-05-31
US20160354870A1 (en) 2016-12-08
WO2015129561A1 (ja) 2015-09-03
JP5850203B1 (ja) 2016-02-03
EP3112082B1 (en) 2018-08-15
CA2939517C (en) 2018-07-10
AU2015224087B2 (en) 2017-12-07
CN106061670A (zh) 2016-10-26
EP3112082A4 (en) 2017-08-09
CN106061670B (zh) 2018-09-07
CA2939517A1 (en) 2015-09-03
US10556298B2 (en) 2020-02-11
AU2015224087A1 (en) 2016-08-25
ES2688131T3 (es) 2018-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101863476B1 (ko) 용접 조인트의 제조 방법
KR101586590B1 (ko) 오스테나이트강 용접 조인트
JP5942916B2 (ja) Ｐｗｈｔ後の板厚中心部の低温靭性に優れた厚肉厚鋼板およびその製造方法
JP7277752B2 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼材
US20180179619A1 (en) Austenitic Heat-Resistant Alloy and Welded Structure
JP7135649B2 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料
JP7016345B2 (ja) マイクロ合金鋼およびその鋼の生産方法
JP6870748B2 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼
WO2019070002A1 (ja) オーステナイト系耐熱鋼用溶接材料、溶接金属および溶接構造物ならびに溶接金属および溶接構造物の製造方法
JP5741454B2 (ja) −１９６℃におけるシャルピー試験値が母材、溶接継手共に１００Ｊ以上である靭性と生産性に優れたＮｉ添加鋼板およびその製造方法
WO2012070359A1 (ja) 電子ビーム溶接継手及び電子ビーム溶接用鋼材とその製造方法
JP5273299B2 (ja) 電子ビーム溶接継手及び電子ビーム溶接用鋼材
JPWO2019050010A1 (ja) 鋼板およびその製造方法
JP6606947B2 (ja) 溶接継手の製造方法
KR101425761B1 (ko) 전자빔 용접 조인트 및 전자빔 용접용 강재와 그 제조 방법
JP5135560B2 (ja) 電子ビーム溶接継手及び電子ビーム溶接用鋼材とその製造方法
KR101850571B1 (ko) 전자 빔 용접 조인트 및 전자 빔 용접용 강재와 그의 제조 방법
KR20190067837A (ko) 니켈재 및 니켈재의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant