JPS6063148A - Clad steel - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、クラツド鋼に関し、特に高温高圧の水素雰囲
気で使用されるクラツド鋼に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a clad steel, and more particularly to a clad steel used in a hydrogen atmosphere at high temperature and pressure.

高温高圧の水素環境下で使用される圧力容器、例えは石
油精製や石炭液化のためのりアクタ−等は、低合金鋼や
炭素鋼を母材とし、その内面ＶＣ防食を目的としてオー
ステナイト系ステンレス鋼が各種の工法でクラツディン
グされることが多い。Pressure vessels used in high-temperature, high-pressure hydrogen environments, such as glue actors for oil refining and coal liquefaction, are made of low alloy steel or carbon steel as base materials, and austenitic stainless steel is used for the purpose of internal VC corrosion protection. are often cladded using various construction methods.

これらのクラツド鋼は、運転中に水素ガスがステンレス
鋼被覆層を拡散により浸透して該被覆層と低合金鋼との
境界部に到達し、シャットダウンした際に界面に剥離状
の割れが発生すると９９問題がある。この割れはボンド
剥離割れとも称されており、原因としては実験的、経験
的に水素に起因する遅れ割れと言われている。In these clad steels, hydrogen gas diffuses through the stainless steel coating layer during operation and reaches the boundary between the coating layer and the low alloy steel, and when the steel is shut down, peeling cracks occur at the interface. There are 99 problems. This cracking is also called bond peeling cracking, and the cause is experimentally and empirically said to be delayed cracking caused by hydrogen.

割れの加速因子としては母材側からの炭素の拡散による
ステンレス鋼側の炭化物析出が上げられる。即ち、これ
らのクラツド鋼を高温長時間の溶接後熱処理（以下、Ｐ
ＷＨＴ　）を施工した場合、母材中の炭素がステンレス
鋼側に移行するため炭化物析出層が境界面に沿って帯状
に存在する。又そのステンレス鋼の結晶粒界には連続し
た炭化物の析出が観察される。ボンド剥離割れは、この
炭化物層内又は、炭化物の析出したオーステナイト結晶
粒界に沿って伝播する。本割れの防止法として、本発明
者らは、先に、母材表面を脱炭処理したり、低炭素鋼を
各種工法でクラッドした後、オーステナイトステンレス
鋼をクラッドする方法を提案し、その効果が確認されて
いる。A factor that accelerates cracking is carbide precipitation on the stainless steel side due to carbon diffusion from the base metal side. That is, these clad steels are subjected to high-temperature, long-term post-weld heat treatment (hereinafter referred to as P
WHT), carbon in the base material migrates to the stainless steel side, so a carbide precipitate layer exists in a band shape along the boundary surface. Continuous carbide precipitation is also observed at the grain boundaries of the stainless steel. Bond peeling cracks propagate within this carbide layer or along austenite grain boundaries where carbides are precipitated. As a method for preventing main cracking, the present inventors have proposed a method in which the surface of the base material is first decarburized, or low carbon steel is clad using various methods, and then clad with austenitic stainless steel. has been confirmed.

本発明は、より苛酷な使用条件に耐えるクラツド鋼の費
請に応えるべくなされたもので、炭素鋼又は低合金鋼（
母材）にオーステナイトステンレス鋼（台材）をクラッ
ドする製造工程において、高温長時間のＰＷＨＴを施工
しても母材側からの炭素の拡散を少くすることにより、
水素に起因するポンド剥離割れの発生を防止することの
できるクラツド鋼を提供するものである０すなわち本発
明は、炭素鋼又は低合金鋼の上ＹＣＮｉ　父はＮｉ　合
金層を有し、その上にオーステナイトステンレス鋼を有
してなるクラツド鋼に関するものである。The present invention was made in response to the need for clad steel that can withstand more severe usage conditions, and is made from carbon steel or low alloy steel (
In the manufacturing process where the austenitic stainless steel (base material) is clad with austenitic stainless steel (base material), even if PWHT is performed at high temperatures and for a long period of time, by reducing the diffusion of carbon from the base material side,
In other words, the present invention provides a clad steel that can prevent the occurrence of pound exfoliation cracking caused by hydrogen. This invention relates to a clad steel comprising austenitic stainless steel.

本発明は、高温高圧水素環境下で使用される圧力容器全
般の製造に適用することができる０第１図は本発明の一
笑施態様例を示す図である。図において、１は母材（炭
素鋼又は低合金鋼）、２は中間層（Ｎｌ　又はＮ１　合
金〆）、３は合せ材（オーステナイト系ステンレス鋼）
であり、母材１と中間層２、及び中間層２と合せ材５は
各種の方法でクラッドされる。The present invention can be applied to the manufacture of pressure vessels in general used in high-temperature, high-pressure hydrogen environments. FIG. 1 is a diagram showing an exemplary embodiment of the present invention. In the figure, 1 is the base material (carbon steel or low alloy steel), 2 is the intermediate layer (Nl or N1 alloy finish), and 3 is the bonding material (austenitic stainless steel).
The base material 1 and the intermediate layer 2, and the intermediate layer 2 and the laminated material 5 are clad by various methods.

オーステナイト系ステンレス鋼と炭素鋼又は低合金鋼（
以下、低合金鋼という）のクラツド材は高温加熱により
境界面のステンレス鋼側には浸炭層が形成される。即ち
、ステンレス鋼のオーステナイト中における炭素の拡散
速度が、低合金鋼のフェライト中よりも小さく、且つス
テンレス鋼にはＣｒ　が多量に含有されているため低合
金鋼から移動してきたＣはステンレス鋼境界層に濃縮さ
れ、６００〜７００℃を中心としてＣｒ　炭化物の緻密
な析出層を形成する０そしてポンド剥離割れはこの浸炭
層又は鋭敏化された結晶粒界を伝播する。Austenitic stainless steel and carbon steel or low alloy steel (
When the clad material (hereinafter referred to as low alloy steel) is heated at high temperature, a carburized layer is formed on the stainless steel side of the interface. In other words, the diffusion rate of carbon in the austenite of stainless steel is lower than that in the ferrite of low alloy steel, and since stainless steel contains a large amount of Cr, the carbon that migrates from the low alloy steel is absorbed into the stainless steel boundary. The peeling cracks, which are concentrated in layers and form a dense precipitated layer of Cr carbide around 600 to 700°C, propagate through this carburized layer or sensitized grain boundaries.

これに対し、本発明は、母材と合せ材の間に中間層クラ
ツディングしているため、ＰＷＨＴ時の浸炭層の生成を
防止することができる。中間層の材質としては炭素の拡
散速度が著しく小さく、耐水素脆性、耐水素侵食性に優
れた１９１　又はＮ１　合金が有効である。In contrast, in the present invention, since an intermediate layer cladding is provided between the base material and the laminate material, the formation of a carburized layer during PWHT can be prevented. As the material for the intermediate layer, 191 or N1 alloy, which has a significantly low carbon diffusion rate and excellent hydrogen embrittlement resistance and hydrogen corrosion resistance, is effective.

Ｎ１　又はＮ１　合金（以下Ｎ１　とする）の中間層を
クラツディングする方法としては、表面のステンレス鋼
をクラツディングする方法、寸法、形状等により最適な
方法を適用する０例えば表面のステンレス鋼クラッド法
として肉盛溶接法を採用する場合、中間層は溶接時の溶
込み量を考慮するとある程度の厚さが必要であり、肉盛
又は肉盛圧延法等が望ましい。又、表面層に爆着、ロー
ル、拡散等の圧着法を採用する場合は、中間層はメッキ
、箔等の薄層が適用できる。その他、大きさ、厚さ、形
状等により、爆着圧延法、拡散圧延法、鋳込み圧延法等
の適用も可能である。尚クラッドの順序としては予め母
材とＮ１　を接合したものをステンレス鋼とクラッドす
る方法、逆ＶｃＮｉ　とステンレス鋼をクラッドしたも
のを母材とクラッドする方法があり、又、拡散接合、ロ
ールクラッド法の場合、三層を一度にクラッドすること
も可能である。As for the method of cladding the intermediate layer of N1 or N1 alloy (hereinafter referred to as N1), the most suitable method is applied depending on the method of cladding the stainless steel on the surface, size, shape, etc. When employing the build-up welding method, the intermediate layer needs to have a certain thickness considering the amount of penetration during welding, and the build-up or build-up rolling method is preferable. Further, when a pressure bonding method such as explosion bonding, roll bonding, or diffusion bonding is used for the surface layer, a thin layer such as plating or foil can be applied to the intermediate layer. In addition, depending on the size, thickness, shape, etc., it is also possible to apply an explosion rolling method, a diffusion rolling method, a cast rolling method, etc. Regarding the cladding order, there are two methods: a method in which N1 is bonded to the base material in advance and then clad with stainless steel, a method in which inverse VcNi and stainless steel are clad and then the base material is clad, and diffusion bonding and roll cladding are also available. In this case, it is also possible to clad three layers at once.

表１にＪＩＳＧ　４１０９−９−８Ｃ４の熱間圧延鋼材
を用いＳＵＳ　３４７ステンレス鋼を肉盛法、爆着法及
び拡散接合法等により製造したクラツド鋼から試験片（
４＋５０ｔ、ｓｏ”、１００’）　を採取し、剥離割れ
試験を行った結果を示す。Table 1 shows test pieces (
4+50t, so", 100') was sampled and subjected to a peel crack test. The results are shown below.

試験装置は外熱式オートクレーブを用い、水素圧：　１
００〜２２０　ｋｇ７ｃｍ２、温度４５０℃で５０〜１
００時間保持し、その後２００℃／ｈの冷却速度で室温
迄冷却し、５０　ｈｒ　放置後、ＵＴ　及び光学顕微鏡
にて割れの有無及び寸法を調査した。尚、後熱処理とし
て６９５℃×３０ｈｒ　を施工した。The test equipment used was an externally heated autoclave, and hydrogen pressure: 1
00~220 kg7cm2, temperature 450℃ 50~1
The sample was held for 00 hours, then cooled to room temperature at a cooling rate of 200°C/h, and after being left for 50 hours, the presence or absence of cracks and their dimensions were investigated using a UT and an optical microscope. Note that post-heat treatment was carried out at 695°C for 30 hours.

表　１ ０割れなし　△割れ全面積の１０％以下×　割れ全面積
の１０％以上 表１から明らかなように、従来材即ちＮ１　を介入しな
いものではいずれも割れが発見されたのに対し、中間層
としてＮｉ　を介入したものは割れは殆んどなく、本発
明材が高温高圧水素ガスによるステンレス鋼と低合金鋼
の境界面の剥離割れの防止に極めて有効であることが確
認でき、工業的に大きな価値を有することが分った。Table 1 0 No cracks △ Less than 10% of the total crack area × More than 10% of the total crack area There were almost no cracks in the material in which Ni was interposed as a layer, confirming that the material of the present invention is extremely effective in preventing peeling cracks at the interface between stainless steel and low alloy steel due to high temperature and high pressure hydrogen gas, and is suitable for industrial use. was found to have great value.

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施態様例を示す図である。 復代理人　内　１）　明 復代理人　萩　原　亮　− 第１図[Brief explanation of the drawing] FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention. Among the sub-agents: 1) Akira Sub-agent Ryo Hagi Hara - Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 炭素鋼又は低合金鋼の上にＮ１　又はＮ１　合金層を有
し、その上にオーステナイトステンレス鋼を有してなる
クラツド鋼。A clad steel comprising an N1 or N1 alloy layer on carbon steel or low alloy steel, and austenitic stainless steel on top of the N1 or N1 alloy layer.