JP4513515B2 - 耐食性に優れた溶接継手 - Google Patents
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しかし、上記の特許文献に開示された方法では、いずれも溶接棒またはフラックスに特殊元素を入れて成分調整する必要があり、コストが高くなるとともに、溶接施工者にとっては、特殊な溶接棒を扱うことになり、作業性が悪化するという問題がある。
1)炭素鋼の共金溶接部においては、溶接金属が凝固組織のため、一般にそうでない母材よりも、自然電位が幾分卑である。そのため、最初は電位の貴な母材がカソード、卑な溶接金属がアノードとなり、電池が形成されて、アノードとなる溶接金属で腐食が発生する。
4)鋼の自然電位を貴化させる合金元素として、Cu、Ni、Moが考えられる。これらの元素の溶接金属への添加により、pHの低下した環境(アノード)下での耐食性も高まる。したがって、CuとNiとMoを母材中の含有量よりやや多くなるように溶接金属に添加すれば、溶接金属と母材との自然電位差は小さくなるか、あるいは差がなくなる。しかし、溶接金属へのCu添加量は溶接性の問題で限られるし、Ni添加はコスト高になるため、これらの元素の含有量を調整するだけでは十分ではなく、他の元素にも分担させることが考えられる。
(ΔCu+ΔNi+ΔMo)≦0.0 ・・・・(1)式
(ΔSi+1.5×ΔCr)≧0.2 ・・・・(2)式
0.0≧(ΔSi+1.5×ΔCr)≧−0.2 ・・・・(3)式
式中、ΔCu=CuM−CuW、ΔNi=NiM−NiW、ΔMo=MoM−MoW、
ΔSi=SiM−SiW、ΔCr=CrM−CrWであり、
CuW、NiW、SiW、CrW、MoWは溶接金属の各元素含有量(質量%)、
CuM、NiM、SiM、CrM、MoMは母材の各元素含有量(質量%)である。
上記鋼材の組成が、さらに、質量%で、1.5%を超えない含有量のV、1.0%を超えない含有量のW、0.01%を超えない含有量のREMのうち、1種または2種以上を有していてもよい。
(ΔSi+1.5×ΔCr)≧0.2 ・・・・(2)式
0.0≧(ΔSi+1.5×ΔCr)≧−0.2 ・・・・(3)式
式中、ΔCu=CuM−CuW、ΔNi=NiM−NiW、ΔMo=MoM−MoW、
ΔSi=SiM−SiW、ΔCr=CrM−CrWであり、
CuW、NiW、SiW、CrW、MoWは溶接金属の各元素含有量(質量%)、
CuM、NiM、SiM、CrM、MoMは母材の各元素含有量(質量%)である。
C:0.01〜0.20%
Cは構造部材の強度確保に有効な元素である。しかし、その含有量が0.01%未満では強度向上効果が得がたい。一方、Cの含有量が0.20%を超えると、溶接性が低下するので溶接施工が困難となり、構造用鋼としての使用領域が著しく限定されてしまう。大きな強度を確保するとともに溶接性をも確保するため、C含有量は0.04〜0.15%とすることが望ましい。
Siは脱酸作用を有する。しかし、その含有量が0.60%を超えると靭性が劣化する。望ましい含有量は0.05〜0.5%である。
Mnは強度の確保に有効な元素である。しかし、その含有量が0.50%未満ではその効果が十分ではない。一方、Mnの含有量が2.0%を超えると靭性が劣化する。望ましい含有量は0.70〜1.8%である。
Pは、不純物として存在し、その含有量が多いと、鋼の靭性に影響を与える。特に、0.02%を超えると母材だけでなくHAZの靭性が著しく低下する。
Sは、不純物として存在し、その含有量が多いと、母材のHAZ靭性を阻害し、板厚方向の延性も低下させる。さらに、MnS介在物の生成原因にもなり、疲労き裂の起点ともなるので、0.02%以下とした。
Alは脱酸作用を有する。しかし、その含有量が0.003%未満ではその効果が十分ではなく、鋼中の酸化物が増加するため靭性が劣化する。一方、Alの含有量が0.10%を超えると靭性が低下する。望ましい含有量は0.010〜0.050%である。
Cuは強度の確保、耐食性改善に有効な元素である。しかし、Cu含有量が1.5%を超えると靱性の劣化を引き起こす。望ましい含有量は0.01〜1.0%である。
Niは強度の確保、靭性改善に有効な元素である。しかし、Niが1.5%を超えるように含有させても、その効果が飽和するばかりか、コストの上昇を招く。望ましい含有量は0.02〜1.3%である。
Cuと同様に、Crも強度の確保、耐食性改善に有効な元素である。しかし、Cr含有量が1.20%を超えると、靱性の劣化を引き起こす。望ましい含有量は0.02〜1.0%である。
Moは、焼入れ性を高め、強度を改善するのに有効な元素である。しかし、Mo含有量が1.0%を超えると靱性の劣化を引き起こすばかりでなく、コストの上昇を招く。望ましい含有量は0.01〜0.8%である。
Vは鋼の強度、靭性を高める効果がある。しかし、1.5%を超えて含有させると、靭性の劣化を引き起こす。望ましい含有量は0.05〜1.0%である。
Tiは靭性を確保するのに有効な元素である。しかし、その含有量が0.1%を超えると、かえって靭性が低下してしまう。望ましいTi含有量は0.01〜0.05%である。
Nbは靭性を確保するのに有効な元素である。しかし、その含有量が0.1%を超えるとかえって靭性が低下してしまう。望ましい含有量は0.005〜0.05%である。
Wは鋼の強度向上効果があるとともに、疲労亀裂進展抑制にも効果がある。さらには耐食性に効果があるため、サワー原油中などの腐食環境下においても疲労亀裂進展抑制に効果がある。しかし、その含有量が1.0%を超えると靭性の劣化を引き起こす。Wの望ましい含有量は0.05〜0.5%である。
REMは組織を微細化し、靭性改善に効果がある。しかし、その含有量が0.01%を超えると靭性が劣化する。REMの望ましい含有量は、0.0005〜0.01%である。
加速腐食試験では、#600で試験片の溶接面側の表面を自動研磨し、脱脂した後、溶接ビードを含む12×42mmの範囲を残して、他はシリコーン樹脂で被覆したものを使用した。試験溶液には30℃に保持したASTM規格に基づく人工海水(ASTM D−1141)を用い、この試験溶液に試験片を72時間浸漬した。
Claims (3)
- 鋼材の組成が、質量%で、C:0.01〜0.20%、Si:0.60%以下、Mn:0.50〜2.0%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Al:0.003〜0.10%、Cu:0.01〜1.5%、Ni:0.02〜1.5%、Cr:0.02〜1.2%、Mo:0.01〜1.0%、Ti:0.010〜0.1%およびNb:0.005〜0.1%を含有し、残部が鉄および不純物であり、
前記鋼材が、最大引張・圧縮歪±0.012、繰り返し速度0.5Hz、最大歪までの波数12の漸増・漸減繰り返し負荷を15回与えたときの1回目の最大歪時の応力σ1と15回目の最大歪時の応力σ15との比σ15/σ1で示される繰り返し軟化パラメータが0.65〜0.95であり、
前記鋼材同士を溶接した溶接継手において、下記(1)式と(2)式または(1)式と(3)式を同時に満足することを特徴とする溶接継手。
(ΔCu+ΔNi+ΔMo)≦0.0 ・・・・(1)式
(ΔSi+1.5×ΔCr)≧0.2 ・・・・(2)式
0.0≧(ΔSi+1.5×ΔCr)≧−0.2 ・・・・(3)式
式中、ΔCu=CuM−CuW、ΔNi=NiM−NiW、ΔMo=MoM−MoW、
ΔSi=SiM−SiW、ΔCr=CrM−CrWであり、
CuW、NiW、SiW、CrW、MoWは溶接金属の各元素含有量(質量%)、
CuM、NiM、SiM、CrM、MoMは母材の各元素含有量(質量%)である。 - 前記鋼材の組成が、さらに、質量%で、1.5%を超えない含有量のV、1.0%を超えない含有量のW、0.01%を超えない含有量のREMのうち、1種または2種以上を有することを特徴とする請求項1に記載の溶接継手。
- 請求項1または2に記載の溶接継手を有する溶接構造物。
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