(57)【要約】【課題】複数の部材を接合して組み立てた薬液用大型タンクに関して、落下時の割れや製造コストを抑制する。【解決手段】円筒状胴部と略半球面形状の底面を溶接で接合した本体部材と、本体部材の下部に接合した下部筒状部材とを有しており、タンク素材としてＣｕとＮｂを各々０．１質量％以上添加したフェライト系ステンレス鋼、またはＭｏを０．３質量％以上とＮｂを０．１質量％以上添加したフェライト系ステンレス鋼を用いることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部材と、前記本体部材の下部に接合した下部筒状部材を有する薬液用大型タンクであって、前記下部筒状部材は、最下端を外向きのカール形状とし、前記本体部材の下側に空隙ができるように接合するとともに、前記下部筒状部材の高さを薬液用大型タンクが落下した際に衝撃力を吸収できる変形長さ以上としたことを特徴とする薬液用大型タンク。
【請求項２】
前記本体部材が、円筒状の胴部と略半球面形状の底面を接合して構成されている請求項１または２に記載の薬液用大型タンク。
【請求項３】
前記本体部材が、薬液を注入・排出するパイプ部材を備える請求項１または２に記載の薬液用大型タンク。
【請求項４】
本体部材とパイプ部材と筒状部材の素材を、Ｍｏを０．３質量％以上と、Ｎｂを０．１質量％以上添加したフェライト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の薬液用大型タンク。
【請求項５】
本体部材とパイプ部材と筒状部材の素材を、ＣｕとＮｂを各々０．１質量％以上添加したフェライト系ステンレス鋼を用いたことを特徴とする請求項１に記載の薬液用大型タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を素材とした薬液用大型タンクに関し、例えば農薬や医薬品、非水系電解液を貯蔵して輸送するための大型タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薬液用大型タンクは、取り扱い時の安全性を考慮して、内容物の薬液が漏れないことと落下時の耐衝撃強度が要求されている。
このような要求に対応するために特許文献１には、タンク上部に筒口を一体で有し、この筒口に薬液を注入・排出するためのパイプを接合した蓋を密栓するとともに、そのパイプの変形や破壊を防止するために、タンク上部に筒状のスカートを設けた構造を持つ薬液輸送用容器が開示されている。また、薬液全量を可能な限り排出させるためにパイプ直下のタンク底面が最も低くなるよう半球面形状の底面を備えたタンクを床面上で自立させるため、タンク下部には筒状のスカートを設けている。
特許文献２では、タンク本体の上面に薬液を注入・排出するためのパイプを直接接合するとともに、そのパイプの変形や破壊を防止するために、タンク上部の外周に環状のプロテクトパイプを設けた構造となっている。さらに、パイプ直下のタンク底面が最も低くなるよう片側に向って傾斜した底面を備えたタンクを床面上で自立させるため、タンク下部にはタンク本体の下面全体を覆う状態でカップ状の部材が接合されている。
特許文献３には、化学薬品を貯蔵するタンクとして、オーステナイト系ステンレス鋼を素材とした薬液用大型タンクが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３１６２３２９号公報
【特許文献２】特許３２４２０２３号公報
【特許文献３】特開昭５６−１０２５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、従来から提案されている薬液用大型タンクは、薬液の漏れを防止するための密閉構造は十分に施されており、また、タンクを床面上で自立させることを目的としてタンク下部にスカートやカップ状の部材が設けられているものの、タンクが落下した際の耐衝撃強度に対しては不十分である。これは、タンクを床面上で自立させる目的のスカートやカップ状部材（以下、タンクの自立目的部材と称する）では、タンク本体の底面がタンクの自立目的部材の下端とほぼ同じ高さであるため、タンクが落下した際の衝撃をタンクの自立目的部材だけが受けるのではなく、タンク本体も受けてしまうためである。そこで、衝撃吸収特性に優れた構造とすることが望まれていた。特に最近は、海外へ薬液用大型タンクを海上輸送することが頻繁に行なわれており、国際連合危険物輸送及び分類調和専門家委員会の国際連合危険物輸送勧告に対応するためにも、耐衝撃強度が高いタンク構造にする必要がある。
【０００５】
また、薬液用大型タンクの素材としては、オーステナイト系ステンレス鋼を用いることが提案されているが、Ｎｉが含有されていることから素材コストが高いために多くの用途に展開しにくい状況にあった。
本発明は、上記の課題を解決するため、耐衝撃強度が高く、内容物の薬液に対して耐食性を有するとともに、低コストになる薬液用大型タンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の薬液用大型タンクは、その目的を達成するため、円筒状胴部と半球面形状の底面と蓋とを溶接で接合した本体部材と、薬液を注入・排出するパイプ部材と、前記本体部材の上部と下部に各々接合した上部筒状部材と下部筒状部材で構成されており、下部筒状部材は、最下端を外向きのカール形状とすることと、その下部筒状部材の高さを、薬液用大型タンクが落下した際に、下部筒状部材自体が変形することにより衝撃力を吸収できる変形長さより大きくしたことを特徴としている。
また、薬液用大型タンクの素材としては、Ｍｏを０．３質量％以上と、Ｎｂを０．１質量％以上添加したフェライト系ステンレス鋼、またはＣｕとＮｂを各々０．１質量％以上添加したフェライト系ステンレス鋼を用いることも特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の薬液用大型タンクにおいては、下部筒状部材の最下端を外向きのカール形状としているため、薬液用大型タンクが落下した際にカール部分に衝撃が集中してもカールが開放されることがない。これに対して、下部筒状部材の最下端が内向きにカールしていると、薬液用大型タンクが落下した際の衝撃でカールが開いてしまうのである。カールが開放してしまうと、カールが開放した部分近傍のみに衝撃による変形が集中して大きく変形してしまい、この部分はタンクの割れに至ることもある。すなわち、下部筒状部材の最下端を外側にカールさせることによって、落下による衝撃を下部筒状部材の広い部分で受けるので、局所的な変形を防止することができる。これによって、薬液用大型タンクの本体に伝播する歪みが緩和され、割れを防止することができる。また、前記の下部筒状部材は、本体部材の下側に空隙ができるように接合するとともに、前記空隙の高さを薬液用大型タンクが落下した際に衝撃力を吸収できるよう有効潰れ代を考慮した変形長さとしているので、筒状部材で衝撃を吸収して、薬液用大型タンクの本体に伝播する衝撃レベルを抑制することができ、これによっても割れを防止することができる。
また、薬液用大型タンクの本体部材やパイプ部材、筒状部材の素材をＭｏを０．３質量％以上と、Ｎｂを０．１質量％以上添加したフェライト系ステンレス鋼、またはＣｕとＮｂを各々０．１質量％以上添加したフェライト系ステンレス鋼としているので、落下による衝撃や取り扱い時の衝突に対して十分な強度を持つとともに、内容物の薬液に対して高い耐食性を有している。さらに、薬液用大型タンクのコストを下げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の薬液用大型タンクの断面模式図
【図２】下部筒状部材の空隙高さＨを決定する際の簡易落下試験方法を説明する模式図
【図３】塩水噴霧試験での耐食性比較結果を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る薬液用大型タンク１の断面模式図である。薬液用大型タンク１は、薬液を貯蔵する本体部材２と、薬液を注入・排出するパイプ部材１２と、上部筒状部材１３と、下部筒状部材１４から構成されている。また、本体部材２は円筒形状の胴部５と半球面形状の底面６、さらに蓋３と下フランジ１１からの構成であって各々を溶接で一体に組み付けたものである。この場合の溶接方法には、シーム溶接やＴＩＧ溶接などの溶融溶接を用いることができ、特に限定しない。
パイプ部材１２は、本体部材２に差し込み薬液を注入・排出するパイプ４と上フランジ８から構成されており、薬液を本体部材２の内部に密閉するためには、上フランジ８と下フランジ１１の間にシール材９を挟みながらパイプ４を本体部材２内に差し込み、上フランジ８と下フランジ１１の間をボルト１０により締結する。
【００１０】
本体部材２の胴部５は、素材を円筒形状に加工して、突合せ部分を溶接にて接合して完成させている。この胴部５の一方端には半球面形状に加工した底面６を円周溶接して組み付けており、他方の一端には蓋３とボルト穴を有する下フランジ１１を溶接する。
蓋３は、パイプ４を本体部材２内に差し込むための挿入口７を有する。挿入口７は蓋３の中心に所定寸法の穴開け・バーリング加工した後に、下フランジ１１を溶接して製作している。上フランジ８には、ボルト１０により下フランジ１１と組み付けるためのボルト穴が設けられている。
上フランジ８とパイプ４の接合や下フランジ１１と蓋３の接合に用いる溶接方法は、特に限定しないが、作業性を考慮すると片側から溶接できるＴＩＧ溶接などの溶融溶接にすることが好ましい。
【００１１】
下部筒状部材１４は、その下端部の全周に外側へ丸めたカール部１５を形成している。このカール部１５を内側に丸めた場合は、薬液用大型タンク１が落下した際にカール部分が開いてしまって強度が低下し、これによって開いた部分に応力集中してしまうため、本体部材２に伝播する衝撃力を緩和することができない。これに対してカール部１５を外側に丸めた場合は、カール部分が開かずに落下した際の衝撃力を下部筒状１４の広い範囲で受けるため、本体部材２に伝播しにくくなり、これによって薬液用大型タンク１の割れを防ぐことができる。
さらに、下部筒状部材１４は、本体部材２の下側に空隙高さＨができるように接合するとともに、その空隙高さＨは、薬液用大型タンク１が落下した際の衝撃力を下部筒状部材１４の変形によって吸収するに十分な寸法にしているため、これによっても本体部材２への衝撃力の伝播を緩和して割れを防止することができる。
【００１２】
空隙高さＨは、図２に示した態様の簡易落下試験を行い、次のようにして決定すればよい。下部筒状部材１４に用いる素材で、高さＨを種々変更した数個の下部筒状部材の試作品２１を製作する。この試作品には、タンク底面の形状を模擬した治具２５を取り付ける。また、薬液を充填した薬液用大型タンク１と同じ質量となる落下物２２を用意する。そして、角度調整治具２３を用いて試作品２１の姿勢を規定の衝突角度となるように調整してロードセル２４の上に設置した後、落下物２２を規定の高さより鉛直方向に自由落下させて、試作品が受ける荷重をロードセル２４により記録する。すなわち、この簡易落下試験は、組み立て部品点数を減らして数多くの試作品の緩衝特性を試験評価すべく、下部筒状部材と半球面形状の底面との環状接合による構造上の相互間補強のリブ効果については、実物のタンク同様に反映させた模擬試験である。
この簡易落下試験をＨが異なる数個の試作品２１に対して行うと、Ｈがある大きさを超えるとロードセルに記録される荷重が変化せずほぼ一定値とみなせるようになるＨを知ることができる。この方法により、試作品２１が受ける荷重が変化しない最小の高さＨを探索して決定した。
図２中に記載のストッパー２６は、試作品の高さＨが著しく不足した場合など、落下物の衝突による衝撃力でロードセルの破損を防ぐためのものである。
また、前述の簡易落下試験における衝突角度や落下高さは、液体危険物の輸送及び貯蔵容器に関する落下試験方法が国連勧告に基づく国土交通省・危険物船舶輸送及び貯蔵規則や、ＪＩＳ規格（例えば、ＪＩＳ  Ｚ１６０１  液体用鋼製ドラム）などで定められてあることから、これらの規則や規格に基づいて設定すればよい。
図１に示したような下部筒状部材１４の外巻きカールを備えた形状と落下による当該部材の変形で生じる潰れ代を考慮した空隙高さにすることによって、輸送や取り扱い上で薬液用大型タンク１が落下しても破壊を防ぐことができ、内容物である薬品の漏洩を防ぐことができる。また、カール部１５は、落下時の変形防止を考慮して１巻き以上とすることが好ましい。
上部筒状部材１３は、薬液用大型タンク１の側面からの衝突によるパイプ部材１２の変形や破壊を防止するために設置しており、パイプ部材１２の周囲を囲うような円筒形状になっている。なお、上端面処理に関しては特に限定しないが、側面衝突に対する防御性能をより向上させるため、下部筒状部材と同様、上端面の全周に外側に丸めたカール部を形成させることが好ましい。
【００１３】
本発明においては、薬液用大型タンク１を構成する部材には、薬液に対する耐食性や落下や衝突に対する強度性能、コストを考慮して、特定成分を添加したフェライト系ステンレス鋼を用いる。特に耐食性に関しては、オーステナイト系ステンレス鋼と同等以上の性能とする必要があり、そのため本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼のなかでもＣｕとＮｂを添加した、あるいはＭｏとＮｂを添加したフェライト系ステンレス鋼に着目した。
【００１４】
これらのフェライト系ステンレス鋼の耐食性は、代表的なＳＵＳ３０４との塩水噴霧試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１）における比較において、図３に示すようにＳＵＳ３０４と同等以上の耐食性を有することが判明した。ここで図３におけるレイティングナンバは、ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１附属書１に記載のレイティングナンバ法に基づいて評価した塩水噴霧試験結果の判定である。
また、この塩水噴霧試験に用いた各供試材の成分組成は表１に示す通りである。
【００１５】
表１  塩水噴霧試験に用いたステンレス鋼の成分組成  （質量％）
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【００１６】
これらの成分組成のうちＭｏは、Ｃｒの存在下で耐食性を向上させる作用がある。また、Ｃｕの作用は、アノード電流を低下させて不動態皮膜を安定化させる効果であり、Ｎｂの作用はＮｂＣを形成することによって粒界へのＣｒ炭化物の析出を抑制してＣｒ欠乏を抑える効果である。
以上に示したように、本発明のフェライト系ステンレス鋼を薬液用大型タンクの素材とすることにより、オーステナイト系ステンレス鋼と同等以上の耐食性を確保することができる。
【００１７】
なお、基本となるフェライト系ステンレス鋼としては、質量％で、Ｃ：０．２５％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：１６〜３５％、Ｎ：０.０２５％以下をベースとして、これにＮｂ：０．１〜０．６％やＣｕ：０．１〜１．０％、Ｍｏ：０．３〜６．０％を含有するものが好ましい。
【００１８】
Ｃ、Ｎは、耐食性の面からはＳＵＳ４３０やＳＵＳ４３４に含まれる程度でよいが、強度の成形加工や溶接加工が施される場合において、加工性、耐食性ならびに耐粒界腐食性、あるいは靭性の面からＣ、Ｎは低ければ低いほど好ましい。一方、Ｃ、Ｎを低めることは精錬時間の延長を来たし製造コストの上昇を招く。これは、Ｃ、Ｎを固定する作用を有するＮｂを適量添加することで、ある程度の含有は許容される。このため、Ｃは０．２５質量％以下、Ｎは０．０２５質量％以下とするが、加工性や溶接部の耐食性あるいは靭性が要求される場合には、Ｃは０．０３質量％以下、Ｎは０．０２質量％以下にするのが好ましい。
【００１９】
Ｓｉは、脱酸作用を有しており、後述するように同様の作用を有するＭｎを耐食性の面から減少させるので多い方が望ましい。しかし、多すぎると鋼を硬化させ加工性を損ない、また溶接時の高温割れや溶接部靭性に対しても有害であるので上限を２．０質量％とする。
【００２０】
Ｍｎは、硫化物形成能が強く、鋼中のＳと結合し水溶液中で不安定で発錆の起点となりやすいＭｎＳを形成し、耐食性を劣化させるので低いほうが望ましい。Ｍｎが低くなるに従って孔食電位は貴となり、耐食性が改善される。有意な耐食性を得るためにはＭｎを１．０質量％以下にする必要がある。
【００２１】
Ｓは、上述のようにＭｎと結合し耐食性に有害であり、低い方が望ましい。有意な耐食
性を得るためには、Ｓは０．０１質量％以下にする必要がある。特に過酷な条件下で使
用される場合には０．００２質量％以下にするのが好ましい。
【００２２】
Ｃｒは、不動態皮膜の主要構成元素であり、不動態効果を得るには少なくとも１６質量％のＣｒを必要とする。Ｃｒの増加は鋼の脆化をまねき加工時の割れや肌荒れを生じやすくなり、かつ軟質性が損なわれる。またＣｒの増加により製造が困難となり製造コストの上昇を招く。これらの理由から３５質量％を上限とする。
【００２３】
Ｎｂは、鋼中のＣ、Ｎを固定する元素として知られており、通常加工性および溶接部の諸特性を改善するのに添加されているが、これらの効果の他にＮｂＣ形成による粒界へのＣｒ炭化物の析出抑制により耐食性改善効果を有する。Ｎｂの下限は、粒界腐食を防止するためＣ、Ｎの固定に必要な量から０．１質量％とする。一方Ｎｂはその含有量が高くなり過ぎると、溶接やろう付け時の耐高温割れ性が低下し、靭性を損なうので０．６質量％を上限とする。
【００２４】
Ｃｕは、アノード電流を低下させることによる不動態皮膜の安定化により耐食性改善効
果を有する。安定した耐食性改善効果を得るために下限は０．１質量％とする。過剰の添加は、加工性を低下させると共に耐食性も低下させるため０．８質量％を上限とする。
【００２５】
Ｍｏは、一般的にはＣｒの存在下でステンレス鋼の耐食性を高める作用がよく知られている。このため、本発明では必要に応じてＭｏを添加することができる。種々検討の結果、Ｍｏによるステンレス鋼の耐食性を高める作用を十分に発揮させるためには０．３質量％のＭｏ含有量を確保することがより効果的である。しかし過剰のＭｏ添加は加工性低下やコスト増を招くので、Ｍｏを添加する場合は６．０質量％未満の範囲で行う。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
素材として表１に示した本発明１のフェライト系ステンレス鋼を用い、図１に示した構造の薬液用大型タンク１を製造した。
【００２７】
薬液用大型タンクの外径は６００ｍｍ、高さは１２００ｍｍである。本体部材２と蓋３は板厚が２ｍｍであり、パイプ４は外径２０ｍｍで板厚１．５ｍｍのＴＩＧ溶接パイプを用いた。上フランジ８と下フランジ１１は、板厚４ｍｍ、外径６０ｍｍのものを用いた。
【００２８】
本体部材２の胴部５は、外径６００ｍｍとなるように曲げ加工を行った後に端部どうしをＴＩＧ溶接で接合した。また、底面６は、曲率半径が８００ｍｍとなるように半球面形状に加工した。蓋３は、中央に穴径２５ｍｍ、高さ２０ｍｍのバーリング加工部を設け、そのバーリング加工部に下フランジ１１を配置した。これらの胴部５や底面６、蓋３、そして下フランジ１１をＴＩＧ溶接で接合し、本体部材２を製作した。
一方、パイプ部材１２は、上フランジ８の中央に貫通穴を開け、パイプ４を通してパイプの周囲をＴＩＧ溶接で封止して製作した。
なお、上フランジ８には、ボルト１０を通すためのφ９ｍｍの穴を６箇所、下フランジ１１にはＭ６の雌ネジ部を６箇所設けた。
続いて、シール材９を用意した。シール材９は、外径６０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリプロピレン製で、中央にパイプ４を通すための直径３０ｍｍの穴１つと、その周囲にフランジのボルト穴と同じ配置でφ９ｍｍのボルト用穴６つをあけたものである。このシール材９を下フランジ１１の上に置き、パイプ部材１２のパイプ４を本体部材２の挿入口７から本体部材内部に挿入して、上フランジ８と下フランジ１１をボルト１０で締結した。
本体部材２の上部と下部に接合する上部筒状部材１３と下部筒状部材１４は、円筒形状で、内径を６００ｍｍ、板厚を２ｍｍとし、上部筒状部材１３の高さは２９０ｍｍとした。下部筒状部材１４は、外径２０ｍｍのカール部１５を下端に形成し、空隙高さＨが２０ｍｍと４０ｍｍとなるように下部筒状部材１４の高さを各々１４０ｍｍと１６０ｍｍとした。これら二種類の空隙高さＨの薬液用大型タンク１を製作した。
（実施例２）
【００２９】
素材として表１に示した本発明２のフェライト系ステンレス鋼を用い、図１に示した薬液用大型タンク１を製造した。薬液用大型タンク１の各部の寸法や溶接方法、シール材９の仕様は、実施例１と同じとした。
（比較例１）
【００３０】
素材として表１に示したＳＵＳ３０４を用い、図１に示した薬液用大型タンク１を製造した。薬液用大型タンク１の各部の寸法や溶接方法、シール材９の仕様は、実施例１と同じとして薬液用大型タンク１を製造した。
（比較例２）
【００３１】
図１に示した薬液用大型タンク１のうち、下部筒状部材１４のカール部１５を内側に巻いた形状としたことと、空隙高さＨを４０ｍｍとしたこと以外は、比較例１と同じ薬液用大型タンク１を製造した。
【００３２】
実施例１と２、および比較例１に示した薬液用大型タンク１に六フッ化燐酸リチウムを２００リットル注入し、トラック荷台からの積み下ろし作業時の落下を想定して、タンク本体を４５度傾けた状態で、高さ１．５ｍから鉛直方向に自由落下させた。その結果、何れの素材でも空隙高さ２０ｍｍでは本体部材２に割れが発生したが、空隙高さ４０ｍｍでは割れは発生せず、衝撃力に十分耐えることが分かった。また、比較例２に示した薬液用大型タンク１にも六フッ化燐酸リチウムを２００リットル注入し、上記と同様の試験条件で自由落下させたが、カール部１５が開放されて下部筒状部材１４が変形して、本体部材２に割れが発生した。
【００３３】
実施例１と２および比較例１と２の薬液用大型タンク１に六フッ化燐酸リチウムをベースとしたリチウムイオン電池用電解液を２００リットル注入し、９０℃の雰囲気下で1ヶ月放置して薬液用大型タンク１の状態を評価した。評価した結果、いずれの薬液用大型タンク１とも変形や液漏れなどの異常は見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる薬液用大型タンクは、薬液を貯蔵して輸送するタンクとして製造面やコスト面で好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１  薬液用大型タンク
２  本体部材
３  蓋
４  パイプ
５  胴部
６  底面
７  挿入口
８  上フランジ
９  シール材
１０  ボルト
１１  下フランジ
１２  パイプ部材
１３  上部筒状部材
１４  下部筒状部材
１５  カール部
２１  下部筒状部材の試作品
２２  落下物
２３  角度調整治具
２４  ロードセル
２５  タンク底面の形状を模擬した治具
２６  ストッパー
Ｈ  空隙高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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