• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1984000122A1
    申请号:PCT/JP1983/000206
    申请日:1983-06-29
    公开日:1984-01-19
    发明作者:Koichi Yasuda；Syozaburo Nakano；Noboru Nishiyama
    申请人:Kawasaki Steel Co；
    IPC主号:B23K35-00
    专利说明:
    [0001] 明
    [0002] 肉 盛 り 溶 接 方 法
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] こ の発明は 、 肉盛 り 溶接方法に 関 し 、 と く に高温 、 細
    [0005] 5 高 Eの水素の取扱いに供さ れる 化学反応容器ま た は類 似の用途の 容器類にお い て、 と く に炭素鋼、 低合金鋼 等か ら な る 母材の表層に対 し て肉盛 り 溶接金属に よ る ラ イ ニ ン グを形成せ し め，る 方法に 関する 。
    [0006] 背 景 技 術
    [0007] " こ の 種の ラ イ ニ ン グ と し ては 、 高温、 高 £水素環境 下で使用さ れる 石油精製用脱硫 リ ァ ク タ な どの 内面で, 有効な 耐食性を確保す る た めに 、 ス テ ン レ ス 鋼ない し は ニ ッ ケ ル合金な ど を 肉盛 り 溶接す る 場合が多い。 上記環境下での操業の間に お いては 、 高温、 高 Eの た め 、 水素が肉盛 り 溶接金属の表層か ら 容器壁べ - ス の母材中 に吸収さ れ 、 該母材を通 し て容器外壁面へ向 つて拡散 し 、 水素は定常分布を呈 し てい る 。 し か る に 、 か よ う な 反応容器の 操業が中断さ れ る 、
    [0008] OMPI レ、わ ゆ る シ ャ ツ ト · ダ ウ ン の際に 、 母材 と 溶接金属の 境界部で溶接金属側に は く 離割れが発生す る場合があ る O
    [0009] こ の は く 離割れの 発生原因 と し ては 、 次の如 く 考え ら れている 。 す な わ ち 、 シ ャ ッ ト ' ダウ ン に よ り 容器 の温度が低下す る と 、 溶接金属 （ オ - ス テ ナ イ ト 相 ） と 母材 （ フ ェ ラ イ ト 相 ） にお ける 水素の活量係数は と も に増大す る が 、 母材の それは溶接金属の それ よ り も 温度の低下に対 し て顕著であ る た め 、 両者の活量係数 差は增大 し 、 容器壁内部の水素は母材か ら溶接金属へ 逆流 し 、 ま た母材に く ら ベて溶接金属中では水素の拡 散係数が小さ い こ と と あ いま つて 、 両者の境界部の 溶 接金属側に は水素の 異常集積が起こ り 、 こ れ がは く 離 割れの一因 と な っている O
    [0010] 一方、 母材 と 溶接金属の境界部の 金属組織につい て みる と 、 溶接金属側には 、 母材側の 旧 ォ ー ス テ ナ イ ト
    [0011] 粒 に対 し て ェ ビ タ キ シ ャ ルに成長し た粗大ォ - ス テ ナ ィ ト 粒が形成さ れ、 さ ら に こ の ォ - ス テ ナ イ ト 相 と 網 目状を呈 し た デル タ ' フ ェ ラ イ ト 相 と が混合相 と な つ てお り 、 上記は く 雜割れ は境界部に対 してほぼ平行な こ の粗大 ォ - ス テ ナ イ ト 粒界に栢当す る 位置に発生 し て い る o そ し て 、 こ の粗大オ ー ス テ ナ イ ト 粒界には 肉 盛溶接後の 熱処理時に炭化物が析出 して い る た め 、 こ f O PI 1 れ と 操業中、 シ ャ ッ ト ' ダ ウ ン 時に集積す る 水素 と の 相互作用 が相ま っ て は く 離割れ に大き く 関与 し てい る の であ る o
    [0012] し た がっ て 、 こ の 発明 は 、 上述の よ う な ラ イ ニ ン グ
    [0013] » を 施す際に 、 と く に高温 、 高 Εの 水素の取扱いに供 さ
    [0014] れ る 化学反応容器類の内面の ス テ ン レ ス鋼 才 - バ - レ ィ 溶接金属 と 母材と の界面に 発生す る は く 離割れ の 防 止方法を 提烘する こ と を 目 的 と す る も ので あ る 。
    [0015] さ ら に 、 こ の 発明は 、 前記は く 離割れに対 し て優れ » た抵抗性 を有す る と と も に 、 肉盛溶接金属 と して具備
    [0016] すべき その他の性能、 と く に 曲げ延性につ いて も 劣化 する こ と の な い肉盛 り を 可能にす る 方法を提供する こ と も 目 的 と する も ので あ る 。 発 明 の 開 示
    [0017] 15 こ の 発明は 、 炭素鋼 あ る い は低合金鋼の母材上に ス
    [0018] テ ン レ ス 鋼、 ニ ッ ケ ル合金等の表層 肉盛 り 溶接を施す に際 して 、 前記母材上に予め 中間層 と し て 、 特定組成 の オ - ス テ ナ イ ト 系 ス テ ン レ ス 鋼溶接金属、 すな わ ち、
    [0019] (Ni ) + 30 { C ) + 0.5 X ( ¾ n) で示さ れ る 二 ッ ケ ル
    [0020] ΖΟ 当量 （ Nieq ) に対す る ( % Cr ) + (% Mo) + l- 5x ( Si) + 0-5 X [ % Nb ) で示さ れ-る ク ロ ム 当量 （Grsq) の比 （Greq N:Leq )
    [0021] OMPI i が 1 · 85 以上であっ て デ ル タ · フ ェ ラ イ ト 相を有す る オ - ス テ ナ イ ト 系ス テ ン レ ス 鎩組成の 溶接金属層の先 行肉盛 り を行い 、 し か る の ち 、 前記表層肉盛 り を 施す 点を第一の特徵と する も の であ る 。 これに よ り 、 前記
    [0022] 5 母材と 溶接金属の境界部で溶接金属側に粗大ォ - ズテ
    [0023] ナ イ ト 粒が形成さ れず、 し たがって 、 は く 離割れの発 生を効果的に防 iLでき る 。
    [0024] また 、 こ の発明は 、 前述の如 く 、 ニ ッ ケ ル当量に対 する ク ロ ム 当量の比 （Greq/Hieq) が 1 - 85 以上であつ
    [0025] « て デル タ · フ ェ ラ イ ト 相を有する'オ ー ス テ ナ ィ ト 系 ス
    [0026] テ ン レ ス鋼組成につ いて 、 さ ら に 、 ク ロ ム 当量を 26% 以下と し 、 かつ、 デル タ ' フ ェ ラ イ ト 相の含有量を 20
    [0027] % 以下の範囲内に規制する こ と を第二の特徵 と する も のであ る 。 こ れに よ り 、 前記第一の特徵に よ る効果（は
    [0028] 15 く 離割れ抵抗性 ） に併わせて、 オ - ス テ ナ イ ト 系ス テ
    [0029] ン レ ス鋼の 溶接金属 と して具備すべき その他の性能、 特に、 溶接時の耐高温割れ性は も ち ろ んの こ と 、 曲げ 延性の 点でも 劣化せ し め る こ と がな レ、 o 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0030] 20 第 1 は 、 溶接金属の平均化学組成 （ Gr 当量、 Ni
    [0031] 当量 ） と 、 母材 と 溶接金属の境界部の 溶接金属側組罎
    [0032] OMPI ( 粗粒率 ） と の 関係を 示す グ ラ フ 、 な お 、
    [0033] 破線 a : 溶接金属の 平均化学組成の Gr当量 /
    [0034] Ni 当量 = 1 . 8 5
    [0035] 実線 b ： 溶接金属中 の デ ル タ · フ ェ ラ イ ト 2 0 % 実線 c ; 溶接金属の平均化学組成 の Gr当量 = 2 6 % 実線 d : シ ェ フ ラ - 線図にお け る ォ - ス テ ナ イ ト 相 と マ ル テ ン サ イ ト 相 と の境界線
    [0036] 第 2 図 は 、 溶接金属の 平均化学組成 ^の Gr当量 Z 当 匱 と 粗粒率 と の 関係 を 示す グ ラ フ で あ る 。
    [0037] 10 発明を実施するための最良の形態 以下、 こ の発明につい て詳述す る 。
    [0038] まず、 こ の発明の 第一の特徵に つ い て説明す る と 、 次の と お り であ る 。
    [0039] オ - ス テナ イ ト 系 ス テ ン レ ス鋼の 肉盛溶接を 行 う 際 " には 溶接時の高温割れ を 防止する た，め に通常数 ％ 以上
    [0040] の デ ル タ . フ ェ ラ イ ト 相を 含有させ る 必要があ り-、 ま た 、 こ の 発明は高温 · 高 BE水素環境下で使用さ れ る £ 力容器等の内面肉盛溶接部を対象 と し てい る た め 、 溶 接金属に水素割れ感受性の高い マ ル テ ン サ イ ト 相が含 w ま れる こ と は望ま し く な い。 し た がっ て 、 発明者 ら は
    [0041] オ - ス テ ナ ィ ト と デル タ · フ ェ ラ イ ト の効果的な 混合
    [0042] OMPI i 組織を呈す る 第 1 層 目 ス テ ン レ ス 鋼溶接金属を見い 出 すべ く 検討を加えた 。
    [0043] 一般に ス テ ン レ ス 鋼溶接金属の 相については 、 その 溶接金属の N i 当量お よ び G r 当量に よ って シ ェ フ ラ - s の組織図 あ る いは デ ロ ン グ の組織図を参照す る と か な り 正確に知る こ と がで き る が、 そ の組織については研 究さ れて いな い。 ま た 同一組成であっ ても 溶接金属中 央部 と 境界部では組織は異な る 。 そ こ で 、 発明者 ら は、 は く 離割れに大き く 関与 している 母材 と 溶接金属の境0 界部近傍の組織と 溶接金属の平均組成にお ける Ni当量 お よ び G r 当量 と の 関係に つ いて調査 した結果、 両者に は ある 相関関係があ る こ と を見出 し た。
    [0044] OMPI 1 肉盛溶接に際 しては 、 表 1 に示す SA387 Gr22 鑼板を 使用 し 、 こ れ に Type 308 L お よ び 309L の 4 種類の試
    [0045] 作電極 と GaF2 - A^203 -Si02- GaO 系溶融塑 フ ラ ッ ク ス に金属 Gr お よ び金属 Ni を 混合添加 し た フ ラ ッ ク ス を
    [0046] s 組み合せて水平 エ レ ク ト ロ · ス ラ グ肉盛溶接を行った。
    [0047] 溶接条件 2500 ， 28 , 14 cm/mill であ り 、、 溶接後
    [0048] 690°C , 28 時間の 熱処理 を 施し 、 母材 と 溶接金属の境 界部近傍の組織を 光学顕微鏡に て観察 し 、 粗粒率 ( 母 材と 溶接金属の 境界部の長さ に対する こ れ と 平行に走
    [0049] « る 溶接金属側の ォ - ス テ ナ イ ト 粒界の長さ の 割合 ） を
    [0050] 測定 した。
    [0051] その結果を シ ェ フ ラ - の組織図上に表わ したのが第
    [0052] 1 図で ある o 同図か ら わ か る よ う に、 溶接金属平均組 成の Gr 当量 Z Ni 当量の比が 1.85 ( 第 1 図の破線（a))
    [0053] " 以上であ る と 粗粒率が 5 % 以下を示 し 、 組織観察に よ
    [0054] つて も 、 かか る 組成の溶接金属 と 母材の境界部には ォ
    [0055] - ス テ ナ イ ト 粗粒がほ と ん ど見あた ら な かった。 第 2
    [0056] 図は こ の 粗粒率 と 溶接金属平均組成の Gr 当量 / Ni 当 量の 比と の 関係 を整理 して示 し た も の であ り 、 これ か
    [0057] 2° ら，も 上記の効果が よ り 明瞭にわ かる 。
    [0058] 次に、 こ れ ら の ォ - バ - レ イ 肉盛鋼板の う ち粗粒率 の異なる い く つ か の も の （ 粗粒率が、 0 〜 5 % の も の
    [0059] 5 本'、 5 〜 2 0 % の も の 5 本、 2 0 〜 5 0 % の も の 4
    [0060] O PI ■ * i 本、 5 0 〜 7 5 % の も の 4 本 ） に つ レ、 て 、 高温 ' 高 E 水素に よ る は く 離割れ に対する 抵抗性を調査する た め に 、 厚さ 4 5 ∞ ( ス テ ン レ ス オ ー バ ー レ イ ク ラ ッ ド厚 さ 5 mm ) 、 福 5 5 篇 、 長さ 1 0 0龍 の 試験片を作成 し 、 s ォ - ト ク レ ー ブに よ って 4 5 0'C ， 1 5 0 k9 cm2の高温 . 高 E水素環境下に 3 0 時間曝露 した 後空冷 した。 冷却後 1 週間経過 した時点で試験片の母材側か ら 超音波探傷 試験を 実施 し 、 は く 離割れ の有無あ る いは程度を調べ た。 その 結果を表 2 に示す 。 同表 よ り 、 粗粒率の増加 » と と も に は く 離割れ は増加 あ る いは著 し く なる 傾向を 示すこ と が わか り 、 また 粗粒率が 0 〜 5 % の も の は 全 く は く 離割れは発生せ ず、 良好な は く 離割れ抵抗性を 有 して い る こ と を確認 し た。
    [0061] 表 2
    [0062] 1S
    [0063]
    [0064] M した がっ て 、 デ ル タ · フ ェ ラ イ ト 相を 含む オ ー ス テ ナ イ ト 系 ス テ ン レ ス 肉盛溶接部に 関 し ては 、 溶接金属 i 平均組成の Gr 当量 当量の比が増大す る と 粗粒率 は減少 し 、 こ れ に よ つ て は く 離割れ抵抗性は増す傾向 を示 し 、 は く 離割れ を防止す る た め には上記 Gr 当量/
    [0065] Ni 当量を 1 . 85 ( 第 1 図の破線（a) ) 以上にする 必要が
    [0066] 5 あ る こ と がわ か った O
    [0067] 次に、 こ の発明の前記第二の特徵に つ いて説明す る。 既述の と お り 、 オ ー ス テ ナ イ ト 系 ス テ ン レ ス 鋼肉盛 溶接金属'には デル タ · フ ェ ラ イ ト 相を含有せ し め る が、 こ の相は溶接時の高温割れを防止する と と も に ク ロ ム
    [0068] 1。 炭化物の粒界析 ffiを軽減す る 炸甩を有 してい る も の の、
    [0069] 500— 900 "C に長時間加熱さ れる と ぴ 相に変化 し これ の析 ffiに と も な つて溶接金属の 性能は著 し く 害さ れ る。 また溶接金属の Gr 当量が高い と σ 相の析 ¾は促進され 好ま し く な い。 し か る に 、 第 に示 した試験片に つ " いて高温 · 高 水素曝露前に側曲げ試験 （ t==9 . 5篇 ，
    [0070] R 19露 ， 180。曲げ ) し た結果、 同 じ く 第 1 図に示す ご と く 、 デル タ · フ ェ ラ イ ト は 2 0 % ( ^中実線 0) )以 下、 また Gr 当量は 2 6 % ( 同実線（C) ) 以下に しな けれ ば び 相の析出に よ る 溶接金属の曲げ延性が劣化す る こ ζο と が判明 した。 ， 以上、 こ の発明の各特徵につ い て詳述 したが 、 こ れ に よ り 奏さ れ る は く 離割れ防止等の効果を実施例を甩 いて具体的に説明す る 。
    [0071] ΟΜΡΙ
    [0072] "'TrO i SA387 Gr22 鋼板母材上に比較例 と し て市販の タ イ プ 309L 電極 を 使用 し 、 また こ の発明の実施例 と し て
    [0073] 種々 の試作電極を使用 し 、 こ れ と CaF2-A_£203-Si02- CaO 系溶融型 フ ラ ッ タ ス と を組み合せて初層 を水平 ェ
    [0074] 5 レ ク ト ロ · ' ス ラ グ肉盛溶接 した （ 比較例、 実施例 1 ， 2 , 3 ) 。 ま た 、 こ の 発 明 の実施例 と し て市販の タ イ プ 309L 電極を 使用 し 、 こ れ と 重量百分率で 8 % の金属
    [0075] Gr を含有 し た CaF2-Ai203-Si02-MgO 系焼成型 フ ラ 、ッ
    [0076] タ ス と を組み合わせ初層 を水平エ レ ク ト ロ · ス ラ グ 肉
    [0077] i。 盛溶接 し 、 フ ラ ッ ク ス に よ って溶接金属化学組成を 調
    [0078] 整 した 例 ( 実施洌 4 ) を 示す。 母材お よ び各電極の 組
    [0079] 成等は表 3 に 示 す と お り であ る 。 一
    [0080] さ ら に、 こ れ ら の 肉盛溶接 ビ - ド上 に表 3 に示す タ
    [0081] イ ブ 3 47 電極を使用 し て同 じ く 水平エ レ ク ト ロ · ス ラ
    [0082] 8 グ肉盛溶接法にて 2 層 目 を 肉盛溶接 した 。 溶接条件は
    [0083] いずれ も 2 5 0 0A ， 2 8 , 14 cm ¾in で あ り 、 溶接後熱
    [0084] 処理条件は 69 0°C , 28 時間 であ る 。
    [0085] 表 4 に こ れ ら の 肉盛溶接部の第 1 層 目 肉盛溶接金属
    [0086] の平均化学組成を示す o ま た 、 表 5 に こ れ ら の 肉盛溶
    [0087] 0 接部の側曲げ試験 （ t 9 . 5露， H= 19mOT ， 18 0。曲げ） 結
    [0088] 果と 、 前述 と 同様に高温 * 高 £水素曝露試験 （ 45 0 'C ， 15 0 k9 cm2 , 3 0 時間 ， 空冷）の後 1週間経過した時点で行
    [0089] つた超音波探傷試験によるは く 離試験の結果 を示す。
    [0090] R AlT O PI
    [0091] OMH 表 4 名 称 m 0 Si Mn P S Ni Or Mo Nb if; 較 例 309 L 0.031 0.61 1.50 0.023 0.002 10.62 19.33 0.005 く 0.003 実施例 1 21 Gr - 9Ni 0.028 0.45 1.73 0.021 0.002 8.52 19.25 0.004 < 0- 003 実施例 2 24Cr- HNi 0.030 0.42 1.66 0.020 0.002 10.02 21- 55 0 -005 < 0 003 実施例 3 26Gr- 12Ni 0.035 0-55 1.75 0.023 0.002 10.98 23.62 0.004. < 0 003 実施例 4 309 L 0.030 0.57 1.53 0.022 0.002 10.58 122.05 0.005 < 0 - 003
    [0092] 4 表 5 表 5 に示す と お り 、 こ の発明に よ る 肉盛溶接部は曲 » げ延性が良好で ある こ と は も ち ろ ん、 苛酷な高温 · 高
    [0093] E水素環境下にお いて も 全 く は く 離割れは発生せず 、 良好な 耐は く 離割れ性を有 して いる こ と が実証さ れた。
    [0094] 上記実施 ^ [の ご と く 溶接 フ ラ ッ ク ス 、 溶接条件を一 定に し て、 溶接電極の 組成 に よ って 肉盛溶接金属の化 » 学組成を調整 しても 、 あ る いは溶接 フ ラ ッ ク ス か ら 合 金元素 を添加する こ と に よ つて溶接金属の化学組成を 制御 し て も 何 ら そ の効果はかわ ら な い こ と は云 う ま で も な い o
    [0095] O PI
    权利要求:
    Claims
    O 84/00122
    産 業 上 の 利 用 可 能 性 以上詳述 した と こ ろ か ら 明 ら か な よ う に 、 こ の発 明 は 、 炭素鋼また は低合金鋼の母材上に ス テ ン レ ス 鐧 、 ニ ッ ケ ル合金'等の表層肉盛 り 溶接の ラ イ ユ ン グを 施す 際に適用さ れ る も の で あ る か ら 、 か か る 母材並びに ラ ィ ニ ン グ材の組合わせ を有す る 装置類に利用する こ と ができ 、 特に 、 石油精製用脱硫 リ ァ ク タ な ど の高温 · 高 E水素環境下で使用 さ れ る 化学反応容器ま た は 類似 の用途の 容器類の 内面 ラ イ ニ ン グ に好適であ る 。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    CA2660107C|2015-05-12|Welding alloy and articles for use in welding, weldments and method for producing weldments
    CA2474834C|2011-04-05|Stainless steel and stainless steel pipe having resistance to carburization and coking
    Noecker et al.2009|Metallurgical investigation into ductility dip cracking in Ni-based alloys: Part II
    ES2688672T3|2018-11-06|Material metálico resistente a la carburación y usos del material metálico resistente a la carburación
    EP2377963B1|2019-03-13|Corrosion-resistant steel material for crude oil tanker
    Ogawa et al.1982|Hot Cracking Susceptibility of Austenitic Stainless Steels.
    Kang et al.2013|Study of the correlation between pitting corrosion and the component ratio of the dual phase in duplex stainless steel welds
    Rahmani et al.2014|Evaluation of microstructure and mechanical properties in dissimilar austenitic/super duplex stainless steel joint
    Ishitsuka et al.2002|Stability of protective oxide films in waste incineration environment—solubility measurement of oxides in molten chlorides
    Rao et al.2011|Weld overlay cladding of high strength low alloy steel with austenitic stainless steel–structure and properties
    CN100467624C|2009-03-11|制备具有改良抗蚀性的不锈钢的方法
    Ramkumar et al.2012|Effect of filler materials on the performance of gas tungsten arc welded AISI 304 and Monel 400
    Garcia et al.2008|Intergranular corrosion of welded joints of austenitic stainless steels studied by using an electrochemical minicell
    Wang et al.2015|Characterization of low alloy ferritic steel–Ni base alloy dissimilar metal weld interface by SPM techniques, SEM/EDS, TEM/EDS and SVET
    Zambon et al.2006|Microstructural, compositional and residual stress evaluation of CO2 laser welded superaustenitic AISI 904L stainless steel
    EP0031580A1|1981-07-08|Coating metal for preventing the crevice corrosion of austenitic stainless steel
    EP1043084A2|2000-10-11|Heat resisting metal tube and method for manufacturing same
    JP3952861B2|2007-08-01|耐メタルダスティング性を有する金属材料
    Babakr et al.2008|Sigma phase formation and embrittlement of cast iron-chromium-nickel | alloys
    EP1164180A2|2001-12-19|Multi-layered anti-coking heat resistant metal tube and method for manfacturing thereof
    KR20060122952A|2006-11-30|카고 오일 탱크용 강재
    Garcia et al.2008|Pitting corrosion of welded joints of austenitic stainless steels studied by using an electrochemical minicell
    JP4400568B2|2010-01-20|耐応力腐食割れ性に優れた溶接構造物
    EP0001173A1|1979-03-21|A process for the diffusion welding of copper and stainless steel
    Gesnouin et al.2004|Effect of post-weld heat treatment on the microstructure and hydrogen permeation of 13CrNiMo steels
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH035913B2|1991-01-28|
    EP0114893A4|1986-01-07|
    DE3377865D1|1988-10-06|
    US4624406A|1986-11-25|
    EP0114893B1|1988-08-31|
    EP0114893A1|1984-08-08|
    JPS594971A|1984-01-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-01-19| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US Designated state(s): US |
    1984-01-19| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CH DE FR SE Designated state(s): CH DE FR SE |
    1984-02-28| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1983902121 Country of ref document: EP |
    1984-08-08| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1983902121 Country of ref document: EP |
    1988-08-31| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1983902121 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP57110739A|JPH035913B2|1982-06-29|1982-06-29||DE19833377865| DE3377865D1|1982-06-29|1983-06-29|Build-up welding method|
    [返回顶部]