(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状コアと前記粒状コアを囲む金属シースとを含み、フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）法によって５〜９％ニッケル鋼工作物を溶接するための、フラックス入り溶接電極であって、
前記フラックス入り溶接電極におけるコアの総量は、全体として前記フラックス入り溶接電極の１５〜４０重量％であり、
前記溶接電極によって生成された溶着物は≦０．１５重量％のＣ、≦６．０重量％のＭｎ、≦１．０重量％のＳｉ、≦０．０２５重量％のＰ、≦０．０２０重量％のＳ、１２．０〜２０．０重量％のＣｒ、＞５５．０重量％のＮｉ、５．５〜７．５重量％のＭｏ、１．２〜１．８重量％のＮｂ＋Ｔａ、≦１２重量％のＦｅ、≦０．３重量％のＣｕおよび０．５〜４．０重量％のＷからなり、
前記金属シースはＴｉが添加されていない合金で形成され、前記粒状コアは炭酸塩が添加されていない、添加フラックス入り溶接電極。
【請求項２】
前記金属シースは８０％のニッケル及び２０％のクロムを含む合金で形成される、請求項１に記載の添加フラックス入り溶接電極。
【請求項３】
前記金属シースはＳＧ−ＮｉＣｒ２０又はＮｉＣｒ７０．２０合金で形成される、請求項１に記載の添加フラックス入り溶接電極。
【請求項４】
前記溶着物の組成物が≦０．０８重量％のＣ、≦４．０重量％のＭｎ、≦０．７重量％のＳｉ、≦０．０１７重量％のＰ、≦０．０１５重量％のＳ、１２．８〜１６．０重量％のＣｒ、≧６６重量％のＮｉ、５．６〜７．０重量％のＭｏ、１．２〜１．７重量％のＮｂ＋Ｔａ、≦９重量％のＦｅ、≦０．１重量％のＣｕおよび０．８〜２．５重量％のＷからなる、請求項２に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項５】
前記溶着物の組成物が≦０．０４重量％のＣ、≦２．５重量％のＭｎ、≦０．４重量％のＳｉ、≦０．０１０重量％のＰ、≦０．０１０重量％のＳ、１３．５〜１４．５重量％のＣｒ、６６〜７０重量％のＮｉ、５．７〜６．３重量％のＭｏ、１．３〜１．５重量％のＮｂ＋Ｔａ、≦６重量％のＦｅ、≦０．０４重量％のＣｕおよび１〜１．６重量％のＷからなる、請求項４に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項６】
前記溶着物の組成物が≦０．０８重量％のＣ、≦４．０重量％のＭｎ、≦０．７重量％のＳｉ、≦０．０１７重量％のＰ、≦０．０１５重量％のＳ、１２．８〜１６．０重量％のＣｒ、６６重量％のＮｉ、５．６〜７．０重量％のＭｏ、１．２〜１．７重量％のＮｂ＋Ｔａ、≦９重量％のＦｅ、≦０．１重量％のＣｕおよび０．８〜２．５重量％のＷからなる、請求項１に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項７】
前記溶着物の組成物が≦０．０４重量％のＣ、≦２．５重量％のＭｎ、≦０．４重量％のＳｉ、≦０．０１０重量％のＰ、≦０．０１０重量％のＳ、１３．５〜１４．５重量％のＣｒ、６６〜７０重量％のＮｉ、５．７〜６．３重量％のＭｏ、１．３〜１．５重量％のＮｂ＋Ｔａ、≦６重量％のＦｅ、≦０．０４重量％のＣｕおよび１．３〜１．６重量％のＷからなる、請求項１に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項８】
前記粒状コアは、全体として前記フラックス入り溶接電極の１５〜４５重量％に相当する、請求項２に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項９】
前記粒状コアは１０重量％以下のフッ化物を含む、請求項８に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項１０】
前記粒状コアは１〜１０重量％のフッ化物、０〜３０重量％の金属酸化物、０〜２５重量％の脱酸素剤ならびに残余の金属合金粉末及び化合物からなる、請求項８に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項１１】
前記粒状コアは前記フラックス入り溶接電極全体の１５〜４５重量％に相当する、請求項１に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項１２】
前記粒状コアは１０重量％以下のフッ化物を含む、請求項１１に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項１３】
前記粒状コアは、１〜１０重量％のフッ化物、０〜３０重量％の金属酸化物、０〜２５重量％の脱酸素剤ならびに残余の金属合金粉末及び化合物を含む、請求項１１に記載のフラックス入り溶接電極。
【請求項１４】
５〜９重量％のニッケルを含む高ニッケル鋼から製造される２つの工作物を接合するためのフラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）法であって、当該フラックス入りアーク溶接法は請求項１に記載のフラックス入り溶接電極を使用して前記工作物を一緒に溶接する工程を含む、フラックス入りアーク溶接法。
【請求項１５】
前記溶接は自動溶接装置により実現される、請求項１４に記載のフラックス入りアーク溶接法。
【請求項１６】
前記２つの工作物が一緒に溶接される時に外部シールドガスが溶接部位に供給される、請求項１５に記載のフラックス入りアーク溶接法。
【請求項１７】
縦方向シームが溶接される、請求項１６に記載のフラックス入りアーク溶接法。
【請求項１８】
縦方向シームが溶接される、請求項１５に記載のフラックス入りアーク溶接法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
液化天然ガス（「ＬＮＧ」）用の貯蔵タンクの内殻は通常、非常に低い温度、例えば、−１９６℃での高い強度および良好な衝撃靭性のそのすぐれた組合せのために５〜９％ニッケル鋼から製造される。
【０００２】
このようなタンクが現場で建設されるとき、タンク内部を形成する個々の鋼板は通常、溶接によって接合される。横方向シームは主に、自動溶接法を使用して、ＥＲＮｉＣｒＭｏ３およびＥＲＮｉＣｒＭｏ４サブマージアークフラックス／ワイヤの組合せを使用して溶接される。
【０００３】
対照的に、大抵の縦方向シームは、「スティック」溶接としても公知である、被覆金属アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって手溶接される。これは、現在の自動溶接法によって生成される立て向き溶接は、操作性、−１９６℃での強度、衝撃靭性、溶接高温割れに対する感受性またはビード形状においてそれほど理想的ではないからである。
【０００４】
この点に関して、隣接した５〜９％ニッケル鋼板が溶接される時に生成される溶接ビードは望ましくは、横断面において見られる時に凹凸がないという意味において可能な限り平らである。さらに、それらはまた、領域から領域まで、すなわち、それらの全長に沿って可能な限り均一であるのがよい。５〜９％ニッケル鋼工作物の立て向き溶接は通常、このタイプの溶接が可能にする融通性のために、手作業で行なわれる。例えば、電極の角度およびシーム内の位置、溶接速度、停止時間等はさまざまである可能性があり、熟練した溶接工がシームの全長に沿って「完全な」溶接ビードを生成することを可能にする。自動溶接機は、この融通性を有さない。さらに、５〜９％ニッケル鋼、ＥＮｉＣｒＭｏ−６の手溶接のために通常に使用されるスティック電極は、それを製造する金属ならびにフラックスの両方の点から自動溶接法によって使用される既存のフラックス入り溶接電極とは著しく異なっている。また、この相違は、手溶接によって生成される立て向き溶接の優位性において役割を果たすと考えられる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明に従い、−１９６℃での強度、衝撃靭性、溶接高温割れに対する耐性およびビード形状などの性質の望ましい組合せを示す高ニッケル鋼工作物の立て向き溶接は、この目的のために使用されるフラックス入り溶接電極が特定の化学組成を有するなら、自動溶接法によって行なうことができることが見出された。
【０００６】
したがって、本発明は、粒状コアと粒状コアを囲む金属シースとを含み、フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）法によって５〜９％ニッケル鋼工作物を溶接するための、新規なフラックス入り溶接電極を提供し、溶接電極によって生成された溶着物の組成物が≦０．１５のＣ、≦６．０のＭｎ、≦１．０のＳｉ、≦０．０２５のＰ、≦０．０２０のＳ、１２．０〜２０．０のＣｒ、≧５５．０のＮｉ、５．５〜７．５のＭｏ、１．２〜１．８のＮｂ＋Ｔａ、≦１２のＦｅ、≦０．３のＣｕおよび０．５〜４．０のＷを含むように金属シースの化学組成および粒状コアの化学組成が選択される。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
５〜９％ニッケル鋼
本発明は主に、液化天然ガス（ＬＮＧ）用の貯蔵タンクの建設において５〜９％ニッケル鋼を溶接するのに使用することが意図される。これらの鋼は、ＬＮＧの貯蔵および取扱において生じる非常に低い温度においてすぐれた強度および良い衝撃靭性を示す。
【０００８】
この目的のために有用な５〜９％ニッケル鋼は公知である。例には、Ａ３５３またはＡ５５３（ＥＮ１００２８−４、Ｘ８Ｎｉ９）およびＡ２０２またはＡ３３３（ＥＮ１００２８−４、１２Ｎｉ１９、１０Ｎｉ１４、１２Ｎｉ１４）が含まれる。典型的に、それらは５〜９重量％のニッケルを含有する。
【０００９】
本発明は、ＬＮＧ用の貯蔵タンクを製造するために、以前に使用された、あるいは将来に使用されるかもしれない任意の鋼を溶接するために特に適用可能性がある。
【００１０】
構造
本発明の溶接電極は、粒状成分の混合物から形成されるコアとコアを囲む外側金属シースとを含むという点において従来のフラックス入り溶接電極と同じ構造を有する。その場合には、その構造は、例えば、ＥＮｉＣｒＭｏ−６などの従来のスティック電極の構造の逆であり、そこでは電極の固体金属元素はワイヤコアであり、この固体金属元素を補完する粒状添加剤がこのワイヤコア上にコーティングとして存在している。
【００１１】
本発明のフラックス入り溶接電極は従来の方法で、例えば、Ｂｅｒｎａｒｄの米国特許第２，７８５，２８５号明細書、Ｓｊｏｍａｎの米国特許第２，９４４，１４２号明細書、およびＷｏｏｄｓの米国特許第３，５３４，３９０号明細書に示されるように、最初に先ず「Ｕ」形状に形成される平らな金属ストリップから開始することによって製造されてもよい。次に、粒状形態のフラックス、合金元素、および／または他のコア充填材料を「Ｕ」形状に付着させ、ストリップを一連の成形ロールによって管形態に閉じる。通常、次に、このように形成された管を一連のダイを通して延伸してその横断面を所望の最終直径に低減し、その後、次いでこのように形成された電極を適した供給用潤滑剤でコートし、スプール上に巻き付け、次に出荷および使用のためにパッケージする。
【００１２】
本技術分野においてよく理解されているように、溶接する間、溶接プロセスによって生じた強い熱が３つの別個の作業を達成し、それらの全てが良好な溶接部の形成に不可欠である。最初に、それは電極の金属部品を溶融して溶接ビードを形成する。第二に、それはフラックスの一部を気化させて、溶融金属を空中酸素および窒素から保護する付加的なガスシールドケーブルを製造する。第三に、それはフラックスの残りを溶融して、冷却時に溶接ビードを保護および造形する広範囲にわたるスラグ被覆を製造する。
【００１３】
溶着物の組成物
本発明のフラックス入り溶接電極は、この電極によって生成された薄めていない溶接部が以下の表１に示される化学組成を有するように配合される。本技術分野において理解されているように、溶接電極の薄めていない溶着物の組成物は、一切の他の供給源からの異物を有さずに生成された溶接部の組成物である。それは通常、電極を使用して工作物を溶接する時に得られる溶接金属の化学組成と異なっており、この溶接金属は典型的に、溶接される基礎材料の２０％もの量で薄められる可能性がある。
【００１４】
比較のために、５〜９％ニッケル鋼、ＥＮｉＣｒＭｏ−６の立て向き溶接の手溶接のために通常に使用されるスティック電極の溶着物の組成物、ならびに５〜９％ニッケル鋼、ＥＮｉＣｒＭｏ−３およびＥＮｉＣｒＭｏ−４の横向き溶接の自動溶接のために通常に使用されるフラックス入り電極の溶着物の組成物もまた、表１に含まれる。
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【００１５】
溶着物の組成物の観点からいえば、本発明のフラックス入り電極は高ニッケル鋼（ＥＮｉＣｒＭｏ−６）で立て向き溶接を行なうために使用されるスティック電極に似ているが、それはまさしくこれらの同じ鋼で横向き溶接を行なうために自動溶接法において使用されるフラックス入り溶接電極とはかなり異なっていることを表１から見ることができる。
【００１６】
金属シース
本発明のフラックス入り電極を製造する固体金属元素、すなわち、その金属シースは望ましくは、約８０％のニッケルおよび２０％のクロムを含有する合金から製造される。このような合金の特定の例には、ＳＧ−ＮｉＣｒ２０およびＮｉＣｒ７０．２０が含まれる。これらの合金は、ストリップの形態で容易に商業的に入手可能であり、それは本発明のフラックス入り電極の製造を簡単にし且つ安価にするのに役立つ。
【００１７】
ニッケル／クロム合金を使用して本発明のフラックス入り電極の固体金属元素を製造することは、スティックＥＮｉＣｒＭｏ−６を製造する方法と著しく異なり、その固体金属元素、すなわち、そのワイヤコアは通常、１００％のニッケルまたはＮｉＣｒ２０銘柄から製造されることに留意されたい。
【００１８】
コア
本発明のフラックス入り溶接電極の粒状コアは、３つの明らかに異なったタイプの成分（１）スラグ形成成分、（２）金属合金粉末および形成される溶接部の化学組成に寄与する化合物、および（３）脱酸素および脱窒素する成分から製造される。このコアの化学組成は、以下の表２に示される。比較の目的のために、スティック電極ＥＮｉＣｒＭｏ−６の外面をコートする粒状フラックスの化学組成もまた、表２に提供される。
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【００１９】
好ましくは、本発明のフラックス入り電極の粒状コア内のフッ化物および金属酸化物の総合量は、粒状コア全体の約１０〜３０重量％に相当する。また、本発明のフラックス入り溶接電極の粒状コアの総量は、全体として本発明のフラックス入り溶接電極の約１５〜４５重量％に相当する。これは、その粒状コーティングが全体として電極の約４０〜５０重量％に相当する従来のスティック電極ＥＮｉＣｒＭｏ−６と対照的である。
【００２０】
シールドガス
本発明のフラックス入り溶接電極は、外部から供給されるシールドガスと共に使用されるのがよい。この文脈において、「外部から供給される」シールドガスは、外部供給源から溶接部位にガスの形態で供給されるシールドガスを指すと理解される。
【００２１】
しかしながら、通常、外部から供給されるシールドガスは、本発明のフラックス入り溶接電極を使用して高ニッケル鋼工作物を溶接する時に使用される。１００％のＣＯ２、Ａｒを含有する１５〜２５％のＣＯ２等の従来のシールドガスをこの目的のために使用することができる。
【００２２】
性質
本発明のフラックス入り溶接電極を使用する自動溶接装置で溶接される時に高ニッケル
鋼工作物に生成される立て向き溶接は、以下の表３に示される機械的性質を示す。比較の
ために、この目的のために使用される従来のスティック電極によるスティック溶接によっ
て同じ鋼、ＥＮｉＣｒＭｏ−６に生成される立て向き溶接によって示される性質もまた、
表３に記載される。
【００２３】
表３から見ることができるように、本発明のフラックス入り溶接電極によって生成された溶接部の特質は少なくとも、従来のスティック溶接法が使用される時に得られる性質と同様に良く、いくつかの場合にはいっそう良い。自動溶接装置で高ニッケル鋼を溶接する全ての先行の試みによって生成された立て向き溶接が−１９６℃での強度、衝撃靭性、溶接高温割れに対する感受性およびビード形状のうちの１つまたは複数においてそれほど良くなかったとすれば、これは全く驚くべきことである。
【００２４】
本発明のごく少数の実施形態が上に記載されたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに多くの改良形態が可能であることは認識されるはずである。全てのかかる改良形態は、本発明の範囲内に含まれることが意図され、本発明は以下の請求の範囲によってのみ限定されるものとする。