JPS5930786B2

JPS5930786B2 - Ｌｎｇ配管用オ−ステナイト系ステンレス鋼

Info

Publication number: JPS5930786B2
Application number: JP55023363A
Authority: JP
Inventors: 和夫星野; 省三飯泉; 孝慈向井; 勇清水
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1980-02-28
Filing date: 1980-02-28
Publication date: 1984-07-28
Also published as: JPS56119761A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は液化天然ガス（ＬＮＧ）配管用オーステナイ
ト系ステンレス鋼に関するもので、特に低温の疲労強度
および靭性に優れたステンレス鋼を提案するものである
。

大気汚染防止やエネルギーの多様化がさけばれてより
、ＬＮＧはクリーン・エネルギーとして注目され、輸入
量が毎年増加している。

今後とも輸入量拡大の計画が多く、ＬＮＧを輸送するタ
ンカーの建造やそれを受け入れる貯蔵タンクの建設があ
いついでいる。また、これと関連してＬＮＧは一１６２
℃と低温のため、実際にガス化して使用するには多量の
冷熱が得られるので各種の冷凍工場が開発されつつある
。ところで、これらの分野では配管の占める割合が多い
ため、設備の機能と安全上から配管材料の選定と配管施
工法は極めて重要とされている。この配管材料に要求さ
れる特注としては、（１）低温に保持されても脆化せず
、高い靭性を維持すること■（２）外部からの機械振動
や温度変動によって生ずる熱膨張、収縮の繰り返しを受
けても疲労破断しｌこぐいこと■（３）加工曲、溶接性
に優れていることなどである。従来、本発明の用途に
は９％Ｎｉ鋼、３６％Ｎｉ−Ｆｅアッパー合金、Ａｔ合
金およびオーステナイト系ステンレス鋼などが使用され
ているが、中でもオーステナイト系ステンレス鋼は安定
した品質の材料が入手し易い、力Ｕ工および溶接が比較
的容易であるなどの利点から使用実績が最も多い。

これ茨でに使用されてきた配管用ステンレス鋼としては
、ＳＵＳ３０４、３０４Ｌ、３１６、３１６Ｌそれに一
部３１０５がある。しかしながら、オーステナイト系
ステンレス鋼にも以下のような問題点が指摘されていた
。

（１）ＬＮＧの出し入れによって生ずる熱ひずみを吸収
するために配管施工には種々の工夫をこらしてぃるが、
熱疲労破壊の防止策としては必ずしも十分ではない。そ
こで、配管の材質面で信頼度を上げるには適材選定が必
要となるが材質面からの検討はほとんどされていない。
（２１３１０Ｓのような高価な材料を除いて、いずれも
溶接部の溶着金属に数％のδフエライトが残留するがそ
の場合、溶接時の混入Ｎも含めてＮ含有量が多いほど低
温の靭性が低い。（１）に対しては、材料面での信頼注
を増す目的から価格上昇が少なく、しかも現在使用され
ている材料より耐熱疲労性の優れた材料の開発が要望さ
れている。

また、（２）に対しては、従来、溶接施工時の高温割れ
防止の点からある程度、已むを得ないとされてきたが、
本発明の用途では、フランジ継手が少なく、ほとんどが
溶接継手のため、やはり溶接部についても材質面からの
信頼性向上が必要であり、溶接性に優れ、かつ溶接部の
低温特性ｆこも優れた材料の開発が望まれていた。この
場合、パイプどうしの溶接には、一般にパイプと同系鋼
の溶接材料を用いるが、溶接材料の選定のみでは要求特
性に対して十分対応でき、ない場合が多いのでパイプの
素材そのものの改良が必要になっている。つまり、比較
的安価で、上述の要求特注を備えたＬＮＧ配管用オース
テナイト系ステンレス鋼の開発が望まれていた。そこで
、本発明者らは、上述の開発要求に対して、種々の実験
を行ない研究を続けてきた。

熱疲労については−１６２℃での低サイクル疲労特注を
調べて検討したところ、破断寿命はオーステナイト相の
安定度および低温強度と強い関係があり、オーステナイ
ト相が安定で、しかも強度の高いものほど長寿命である
ことが明かになった。この場合、Ｎの適量添加はオース
テナイト安定度を増し、かつ低温強度を上げる点で有効
であることを知見した。また、溶接金属に生成するデル
ターフエライト量を約１．０％以下にすることで溶接部
の低温靭姓に対するＮの悪影響は著しく改善され、さら
に不純物元素のＰ，Ｓを低くすることで、オーステナイ
ト系ステンレス鋼で生じやすい溶接高温割れをも改善で
きることがわかった。これらの知見を総合し、実際に設
計した鋼について姓能試験を行なってきたところ、ＬＮ
Ｇ配管用鋼として優れた特性を有していることが明かに
なった。すなわち本発明は、Ｃ＜０．０３％、Ｓｉ≦１
．０％、Ｍｎ≦５％、Ｐ≦０．０３％、Ｓ≦０．００５
％、Ｎｉ：８〜１５％、Ｃｒ：１６〜２０％、Ｎ：０
．０５％を越え、０．２０％以下その他、製造上不町避
的に混入する元素と残りＦｅからなり、その際、オース
テナイト安定度指標のＡ値＝Ｎｉ％＋０．７×Ｃｒ％＋
０．６ＸＭｎ％＋０．５ＸＳｉ％＋３０Ｘ（Ｃ％十Ｎ％
）が２７以上、また、溶接部の組織を規定する指標のＢ
値＝Ｃｒ％＋１．５ＸＳｉ％−Ｎｉ％一０．５ＸＭｎ％
−３０Ｘ（Ｃ％十Ｎ％）が６以下にあるように成分調整
されていることを特徴とするＬＮＧ配管用オーステナイ
ト系ステンレス鋼を要旨とするものである。

以下、本発明鋼の構成成分、オーステナイト安定度およ
び溶接部の組織を上記のように限定した理由について説
明する。

Ｃ：オーステナイト生成元素のためオーステナイト安定
度を増すには有効であるが、溶接されると炭化物として
析出し、粒間腐食や低温靭姓劣化の原因（こなるので、
それらを防止する目的で０．０３％以下とした。

Ｓｉ：脱酸剤として、また溶接作業性の点からも適量の
添加が必要である。

通常のオーステナイト系ステンレス鋼に含まれる程度と
し、１．０％以下に限定した。Ｍｎ：オーステナイト相
を安定にし、かつ溶接高温割れ防止の点からも有効な元
素なので、Ｎｉの代替元素として積極的に利用できる。

多量に添加すると製造性を著しく害するので上限を５．
０％とした。Ｐ，Ｓ：低温の靭性、疲労強度にも悪影響
をおよぼす、また、溶接高温割れの直接的原因になる元
素なので極力低く抑える必要がある。

それらの特性が得られる範囲としてＰについては０，０
３％以下、Ｓについては０．００５％以下に規定した。
Ｎｉ：オーステナイト相を安定にし、低温での疲労特性
、特に低サイクル疲労特性を改善する上で最も重要な元
素である。

また、高い低温靭姓を維持するためにも必要である。そ
のためには８％以上が必要である。ただし、経済性の点
から上限を１５％とした。Ｃｒ：耐食性を維持する上で
最も重要であり、本発明の用途では１６％以上必要であ
る。

ただし、多すぎると成分バランス上、Ｎｉを多量添力目
する必要が出てくることと、用途上それほど多くを要し
ないので１６〜２０％に限定した。Ｎ：オーステナイト
の安定度を増し、低温の引張強さおよび低サイクル疲労
特注を改善する上で有効である。

それらの結果を得るには０．０５％以上の添力面｛必要
である多量添加すると製造性、特に熱間力日工性を著し
く低下する上に、低温靭姓をも低下さす。適正な範囲と
してＮ：０．０５％を越え、０．２０％以下に規定した
。Ａ値：本発明の用途において重要となる低サイクル疲
労特注に対してはＳＯＳ３Ｏ４などよりオーステナイト
相を安定にする必要がある。

Ａ値はその安定度を示す指標として用いるが、その値と
低サイクル疲労寿命との関係を調べてきたところ、Ａ値
が２７以上になるよう成分調整することで疲労寿命が著
しく伸びることがわかった。したがって２７以上と規定
した。Ｂ値：本発明の鋼のようにＮを添加する鋼におい
ては、溶接時に溶着金属中にデルターフェライト相が約
１％を越えて生成すると、低温靭注が著しく低下する。

これを改善するｌこはＢ値を６以下に規定し、成分をコ
ントロールする必要がある。以上述べてきた本発明のオ
ーステナイト系ステンレス鋼は、通常のステンレス鋼製
造ラインで容易に製造できる。

また、造管する上でも特に問題はない。なお、本発明鋼
は溶接材料としても使用できる。次に本発明の具体的実
施例について述べる。

第１表には通常の方法で製造した本発明鋼（ａ）〜（ｈ
）と比較鋼（１〜ｎ）の化学組成を示し、第２表にはそ
れらの冷延鋼板の機械的性質を示した。比較鋼ｊはＮが
０．２５％と高いため熱延時に耳切れが多発し、熱間加
工囲が劣っていた。第２表の機械的姓質から明白なよう
に本発明鋼は−１６２℃においても高い強度と延性を有
しており、従来鋼と比較してもそんしよくない。

第３表には−１６２℃でひずみ制御により低サイクル疲
労試験を行なった結果と破断部のマルテンサイト相の量
を示す。表より、Ａ値が２７以上のものはいずれも疲労
寿命が長いことがわかる。また、いずれもオーステナイ
ト安定度が高いのでマルテンサイト相の生成量が少ない
。比較鋼のＫ，ｎも疲労寿命が長いが、ｋは後述するよ
うに溶接部の靭囲が著しく低い、またｎはＮｉ含有量が
高いため高価であるとともに溶接高温割れを生じ易い欠
点がある。第４表には−１６２℃での母材およびＴＩＧ
溶接部溶着金属のシャルピ一衝撃値とデルターフエライ
ト量を示す。

表よりＢ値が６以下にある本発明鋼はいずれも母材、溶
着金属ともに高い低温靭件を有していることがわかる。
比較鋼においてもｋを除いてかなり高い靭性を有してい
る。比較鋼のｋはテルターフエライト量が２，７％ある
上にＮを０．１２％含有しているため低温靭姓が著しく
低Ｇ）。なお、比較鋼のｌ（ＳＵＳ３Ｏ４），ｍ（
ＳＯＳ３Ｏｌ）はＢ値が高く、数％のデルターフエライ
ト相を含んでいるが、Ｎ含有量が低いために比較的高い
靭注を有している。第５表には、ＴＩＧ溶接によるアー
クストライクテスト法で溶接高温割れ試験を実施した結
果を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量パーセントでＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．
０％以下、Ｍｎ：５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：
０．００５％以下、Ｎｉ：８〜１５％、Ｃｒ：１６〜２
０％、Ｎ：０．０５％を越え０．２０％以下を含み、そ
の他製造上不可避的に混入する元素と残りＦｅからなり
、その際、オーステナイト安定度指数のＡ値＝Ｎｉ％＋
０．７×Ｃｒ％＋０．６×Ｍｎ％＋０．５×Ｓｉ％＋３
０×（Ｃ％＋Ｎ％）が２７以上、また溶接部の組織を規
定する指標のＢ値＝Ｃｒ％＋１．５×Ｓｉ％−Ｎｉ％−
０．５×Ｍｎ％−３０×（Ｃ％＋Ｎ％）が６以下である
ように成分調整されていることを特徴とするＬＮＧ配管
用オーステナイト系ステンレス鋼。