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公開番号2024076285
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-05
出願番号2022187797
出願日2022-11-24
発明の名称溶接継手、及びタンク
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類C22C 38/00 20060101AFI20240529BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】安価で、溶接部の低温靭性および耐高温割れ性に優れた溶接継手の提供。
【解決手段】特定の化学組成を有する2つ以上の鋼材と、鋼材同士を接合する溶接金属と、を有し、溶接金属の化学組成が、C:0.03～1.00%、Si:0.03～0.50%、Mn:5～30%、P:0～0.050%、S:0～0.050%、Ni:5～40%、その他任意添加物、並びに残部:Fe及び不純物であり、鋼材中マンガン量Mn(B1)、及び溶接金属中マンガン量Mn(W1)が、Mn(B1)×0.3+Mn(W1)×0.9≦20.0を満足する溶接継手。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
２つ以上の鋼材と、前記鋼材同士を接合する溶接金属と、を有し、
前記鋼材の化学組成が、鋼材の全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０３～０．１０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．３～１．５％、
Ｎｉ：５．０～１０．０％、
Ｐ：０～０．０１５％、
Ｓ：０～０．０１５％、
Ａｌ：０．００５～０．０８％、
Ｂ：０～０．００１０％、
Ｔｉ：０～０．０１０％、
Ｎｂ：０～０．０１０％、
Ｖ：０～０．０１０％、
Ｎ：０～０．０１０％、
Ｏ：０～０．００５％、
Ｃｕ：０～１．０％、
Ｃｒ：０～１．０％、
Ｍｏ：０～１．０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記溶接金属の化学組成が、溶接金属の全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０３～１．００％、
Ｓｉ：０．０３～０．５０％、
Ｍｎ：５～３０％、
Ｐ：０～０．０５０％、
Ｓ：０～０．０５０％、
Ｃｕ：０～５．０％、
Ｎｉ：５～４０％、
Ｃｒ：０～２０％、
Ｍｏ：０～１０％、
Ｎｂ：０～１．００％、
Ｖ：０～１．００％、
Ｃｏ：０～１．０％、
Ｗ：０～２０．０％、
Ｐｂ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．００％、
Ｍｇ：０～５．００％、
Ａｌ：０～０．１０％、
Ｃａ：０～５．０００％、
Ｔｉ：０～０．１０％、
Ｂ：０～０．５００％、
ＲＥＭ：０～０．５００％、
Ｚｒ：０～０．５００％、
Ｎ：０～０．５００％、
Ｏ：０．００１～０．１５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記鋼材中のマンガン量をＭｎ（Ｂ１）、前記溶接金属中のマンガン量をＭｎ（Ｗ１）としたとき、下記（１－Ａ）式を満足する溶接継手。
Ｍｎ（Ｂ１）×０．３＋Ｍｎ（Ｗ１）×０．９≦２０．０・・・（１－Ａ）式
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
２つ以上の鋼材と、前記鋼材同士を接合する溶接金属と、を有し、
前記鋼材の化学組成が、鋼材の全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．１０～０．６０％、
Ｓｉ：０．０３～１．０％、
Ｍｎ：２０～３０％、
Ｐ：０～０．０５０％、
Ｓ：０～０．０５０％、
Ｃｒ：０～１０．０％、
Ａｌ：０．００１～０．０８％、
Ｂ：０～０．００１０％、
Ｔｉ：０～０．０１０％、
Ｎｂ：０～０．０１０％、
Ｖ：０～０．０１０％、
Ｃｕ：０～１．０％、
Ｍｏ：０～１．０％、
Ｎｉ：０～１０％、
Ｎ：０～０．０１０％、
Ｏ：０～０．００５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記溶接金属の化学組成が、溶接金属の全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０３～１．００％、
Ｓｉ：０．０３～０．５０％、
Ｍｎ：５～３０％、
Ｐ：０～０．０５０％、
Ｓ：０～０．０５０％、
Ｃｕ：０～５．０％、
Ｎｉ：５～４０％、
Ｃｒ：０～２０％、
Ｍｏ：０～１０％、
Ｎｂ：０～１．００％、
Ｖ：０～１．００％、
Ｃｏ：０～１．０％、
Ｗ：０～２０．０％、
Ｐｂ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．００％、
Ｍｇ：０～５．００％、
Ａｌ：０～０．１０％、
Ｃａ：０～５．０００％、
Ｔｉ：０～０．１０％、
Ｂ：０～０．５００％、
ＲＥＭ：０～０．５００％、
Ｚｒ：０～０．５００％、
Ｎ：０～０．５００％、
Ｏ：０．００１～０．１５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記鋼材中のマンガン量をＭｎ（Ｂ２）、前記溶接金属中のマンガン量をＭｎ（Ｗ２）としたとき、下記（１－Ｂ）式を満足する溶接継手。
Ｍｎ（Ｂ２）×０．３＋Ｍｎ（Ｗ２）×０．９≦２５．０・・・（１－Ｂ）式
【請求項３】
前記溶接金属中のニッケル量をＮｉ（Ｗ）、マンガン量をＭｎ（Ｗ）、クロム量をＣｒ（Ｗ）としたとき、下記（２）式を満足する請求項１または請求項２に記載の溶接継手。
Ｎｉ（Ｗ）＋Ｍｎ（Ｗ）＋Ｃｒ（Ｗ）≧１５・・・（２）式
【請求項４】
前記溶接金属中のニッケル量をＮｉ（Ｗ）、マンガン量をＭｎ（Ｗ）としたとき、下記（３）式を満足する請求項１または請求項２に記載の溶接継手。
Ｎｉ（Ｗ）＋Ｍｎ（Ｗ）≧１５・・・（３）式
【請求項５】
前記溶接金属中のニッケル量をＮｉ（Ｗ）、マンガン量をＭｎ（Ｗ）としたとき、下記（４－１）式を満足する請求項１または請求項２に記載の溶接継手。
Ｎｉ（Ｗ）／Ｍｎ（Ｗ）≧０．２０・・・（４－１）式
【請求項６】
前記溶接金属においてオーステナイト分率が７０％以上である請求項１または請求項２に記載の溶接継手。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の溶接継手を含み、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化ＣＯ
２
ガス、及び液化水素ガスからなる群から選択される１種以上のガスを貯蔵するタンク。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、溶接継手、及びタンクに関する。
続きを表示（約 4,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の問題による二酸化炭素排出量規制強化により、石油及び石炭などに比べて二酸化炭素の排出がない水素燃料、並びに二酸化炭素の排出が少ない天然ガスなどの需要が高まっている。それに伴い、船舶や地上などで使用する液体水素タンク、液体炭酸ガスタンクおよびＬＮＧタンク等の建造の需要も世界的に高まっている。液体水素タンク、液体炭酸ガスタンクおよびＬＮＧタンクなどに使用される鋼材には、－１９６℃の極低温度での靭性確保の要求から、例えば５～１０％Ｎｉを含むＮｉ系低温用鋼などの低温用鋼が使用されている。
そして、これらＮｉ系低温用鋼の溶接には、優れた低温靭性の溶接金属が得られるオーステナイト系の溶接材料を用いて溶接することで溶接金属が形成されている。この溶接材料は、例えばＮｉ含有量が７０％程度で設計されている。
【０００３】
例えば、Ｎｉの含有量が７０％程度となる溶接材料を得るための溶接ワイヤとして、特許文献１には、「Ｎｉ含有量が３５～７０％であり、フラックス中にワイヤ全質量に対して、ＴｉＯ
２
、ＳｉＯ
２
及びＺｒＯ
２
を総量で４．０質量％以上含み、さらに、Ｍｎ酸化物をＭｎＯ
２
換算で０．６～１．２質量％含み、かつ、ＴｉＯ
２
、ＳｉＯ
２
、ＺｒＯ
２
及びＭｎＯ
２
（換算量）の含有量を質量％で、それぞれ、［ＴｉＯ
２
］、［ＳｉＯ
２
］、［ＺｒＯ
２
］及び［ＭｎＯ
２
］としたとき、［ＴｉＯ
２
］／［ＺｒＯ
２
］が２．３～３．３、［ＳｉＯ
２
］／［ＺｒＯ
２
］が０．９～１．５、及び、（［ＴｉＯ
２
］＋［ＳｉＯ
２
］＋［ＺｒＯ
２
］）／［ＭｎＯ
２
］が５～１３である、Ｎｉ基合金を外皮とするフラックス入りワイヤ」が開示されている。
【０００４】
またその他にも、溶接継手として特許文献２には、「オーステナイト系ステンレス鋼の母材と溶接金属とからなる溶接継手であって、前記溶接金属の化学組成が、質量％でＣ：０．２％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：５．５～１４．５％、Ｃｒ：１３．５～２２．０％、Ｎｉ：３．５～１２．５％、Ｃｕ：１～５％およびＮ：０．０１～０．４％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、式（Ｃｒｅｑ＝［Ｃｒ］＋１．５［Ｓｉ］）及び（Ｎｉｅｑ＝［Ｎｉ］＋０．５［Ｍｎ］＋［Ｃｕ］＋３０（［Ｃ］＋［Ｎ］））で算出されるＣｒｅｑとＮｉｅｑの比（Ｃｒｅｑ／Ｎｉｅｑ）が１．１０以下であり、前記溶接金属中のδフェライト相の体積率が１０％以下であり、前記母材の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：０．４～１．５％、Ｍｎ：８～１１％、Ｃｒ：１５～１７％、Ｎｉ：５～８％、Ｃｕ：１～４％およびＮ：０．０１～０．３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物である、高圧水素ガスおよび液体水素用オーステナイト系高Ｍｎステンレス鋼溶接継手」が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、「母材が、質量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：７～３０％、Ｃｒ：１５～２２％、Ｎｉ：５～２０％、Ｖ：０．００１～１．０％、Ｎ：０．２０～０．５０％およびＡ１：０．１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０３０％以下、Ｓが０．００５％以下、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆがそれぞれ０．０１％以下であり、かつ、Ｃｒ、ＭｎおよびＮの含有量が（２．５Ｃｒ＋３．４Μη≦３００Ｎ）式を満たす高圧水素ガス用ステンレス鋼であり、溶接継手の溶接金属が、質量％で、Ｃ：０．０４％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：７～３０％、Ｃｒ：１５～２２％、Ｎｉ：４～２０％、Ｖ：０．０５～１．０％、Ｍｏ：０～３．０％、Ｎ：０．２０～０．５０％、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、ＺｒおよひＨｆがそれぞれ０～０．０１％であり、第１群元素（Ｗ：０．３～６．０％およびＴａ：０．００１～０．４０％）、第２群元素（Ｂ：０．０００１～０．０２０％、Ｃｕ：０．３～５．０％およびＣｏ：０．３～１０．０％）および第３群元素（Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、Ｌａ：０．０００１～０．２０％、Ｃｅ：０．０００１～０．２０％、Ｙ：０．０００１～０．４０％、Ｓｍ：０．０００１～０．４０％、Ｐｒ：０．０００１～０．４０％およびＮｄ：０．０００１～０．５０％）の中のから選ばれた少なくとも１種を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０３０％以下、Ｓが０．００５％以下である、溶接継手構造を持つ高圧水素ガス用の容器、配管およびそれらの付属機器」が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、「母材が、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：３～３０％、Ｃｒ：２２％を超えて３０％まで、Ｍ：１７～３０％、Ｖ：０．００１～１．０％、Ν：０．１０～０．５０％およびＡｌ：０．１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０３０％以下、Ｓが０．００５％以下、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆがそれぞれ０．０１％以下であり、かつ、Ｃｒ、ＭｎおよびＮの含有量が（５Ｃｒ＋３．４Ｍｎ≦５００Ｎ）式を満たす高圧水素ガス用ステンレス鋼であり、溶接継手の溶接金属が、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：３～３０％、Ｃｒ：２２を超えて３０％まで、Ｍ：８～３０％、Ｖ：０．００１～１．０％、Ｍｏ：０～３．０％、Ｗ：０～６．０％、Ｎ：０．１～０．５０／０、Ａｌ：０．１０％以下、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＨｆおよびＴａ：それぞれ０～０．０１％であり、第２群元素（Ｂ：０．０００１～０．０２０％、Ｃｕ：０．３～５．０％およびＣｏ：０．３～１０．０％）の中から選ばれた少なくとも１種または／および第３群元素（Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、Ｃａ：０．０００１～０．００５０％、Ｌａ：０．０００１～０．２０％、Ｃｅ：０．０００１～０．２０％、Ｙ：０．０００１～０．４０％、Ｓｍ：０．０００１～０．４０％、Ｐｒ：０．０００１～０．４０％およびＮｄ：０．０００１～０．５０％）の中から選ばれた少なくとも１種を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純物中のＰが０．０３０％以下、Ｓが０．００５％以下である、高圧水素ガス用の容器、配管およびそれらの付属機器」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００８－２４６５０７号公報
特開２０１５－１７１７２９号公報
国際公開第２００４／０８３４７７号
国際公開第２００４／０８３４７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、低温靭性を確保するため、溶接金属中に多量にＮｉを含有させると（例えばＮｉ含有量が７０％で設計された溶接材料を用いると）、非常に高価になるため、安価なものが求められている。加えて、溶接部（つまり溶接金属および熱影響部）の低温靭性および耐高温割れ性を確保することも求められている。
【０００９】
以上の観点から、本発明の課題は、安価で、溶接部の低温靭性および耐高温割れ性に優れた溶接継手、及び、該溶接継手を有するタンクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
課題を解決するための手段は、次の態様を含む。
＜１＞２つ以上の鋼材と、前記鋼材同士を接合する溶接金属と、を有し、
前記鋼材の化学組成が、鋼材の全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０３～０．１０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．３～１．５％、
Ｎｉ：５．０～１０．０％、
Ｐ：０～０．０１５％、
Ｓ：０～０．０１５％、
Ａｌ：０．００５～０．０８％、
Ｂ：０～０．００１０％、
Ｔｉ：０～０．０１０％、
Ｎｂ：０～０．０１０％、
Ｖ：０～０．０１０％、
Ｎ：０～０．０１０％、
Ｏ：０～０．００５％、
Ｃｕ：０～１．０％、
Ｃｒ：０～１．０％、
Ｍｏ：０～１．０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記溶接金属の化学組成が、溶接金属の全質量に対する質量％で、
Ｃ：０．０３～１．００％、
Ｓｉ：０．０３～０．５０％、
Ｍｎ：５～３０％、
Ｐ：０～０．０５０％、
Ｓ：０～０．０５０％、
Ｃｕ：０～５．０％、
Ｎｉ：５～４０％、
Ｃｒ：０～２０％、
Ｍｏ：０～１０％、
Ｎｂ：０～１．００％、
Ｖ：０～１．００％、
Ｃｏ：０～１．０％、
Ｗ：０～２０．０％、
Ｐｂ：０～１．０％、
Ｓｎ：０～１．００％、
Ｍｇ：０～５．００％、
Ａｌ：０～０．１０％、
Ｃａ：０～５．０００％、
Ｔｉ：０～０．１０％、
Ｂ：０～０．５００％、
ＲＥＭ：０～０．５００％、
Ｚｒ：０～０．５００％、
Ｎ：０～０．５００％、
Ｏ：０．００１～０．１５０％、並びに
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記鋼材中のマンガン量をＭｎ（Ｂ１）、前記溶接金属中のマンガン量をＭｎ（Ｗ１）としたとき、下記（１－Ａ）式を満足する溶接継手。
Ｍｎ（Ｂ１）×０．３＋Ｍｎ（Ｗ１）×０．９≦２０．０・・・（１－Ａ）式
＜２＞２つ以上の鋼材と、前記鋼材同士を接合する溶接金属と、を有し、
前記鋼材の化学組成が、鋼材の全質量に対する質量％で、
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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