(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０７％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｃｕ：０．００５〜２．５％、Ｎｉ：９．０〜１４．０％、Ｃｒ：１９．０〜２４．０％、Ｍｏ：１〜４％、Ｎｂ：０．１〜０．４％、Ｎ：０．２０〜０．４５％、Ａｌ：０．０００５〜０．０３％、Ｏ：０．００１〜０．０１２％、Ｖ：０〜０．５％、Ｔｉ：０〜０．５％、Ｂ：０〜０．０１％、Ｃａ：０〜０．０５％、Ｍｇ：０〜０．０５％、及び、ＲＥＭ：０〜０．５％を含み、Ａｌ及びＭｎの含有量が下記（ｉ）式を満足するＭｎを含有し、かつ、残部がＦｅ及び不純物からなり、不純物としてのＰ及びＳがそれぞれＰ：０．０３％以下及びＳ：０．０１％以下であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
１０Ａｌ＋４．０≦Ｍｎ≦１０  ・・・（ｉ）
ただし、（ｉ）式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
【請求項２】
質量％で、Ｖ：０．００１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％、及び、ＲＥＭ：０．００１〜０．５％から選択される１種以上を含有することを特徴とする、請求項１に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器に使用される、請求項１又は請求項２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
溶加材を用いずにガスタングステンアーク溶接することができる、請求項１から請求項３までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のオーステナイト系ステンレス鋼からなる高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器等に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼であり、溶加材を使用しないで溶接する場合に優れた溶接施工性と溶接金属強度を具備するオーステナイト系ステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料に代えて、水素をエネルギーとして利用する輸送機器の実用化研究が活発に進められている。その実用化に際しては、水素を高圧で貯蔵、輸送できる使用環境の整備が併せて必要であり、そこに使用される引張強さで８００ＭＰａを上回るような高強度材料の開発、適用検討が平行して進められている。
【０００３】
このような背景のもと、使用される材料として、例えば、特許文献１〜４には、高Ｍｎ化することでＮの溶解度を高め、かつ、ＶやＮｂを添加することにより、Ｎの固溶強化及び窒化物の析出強化、さらにはそのピニング効果による微細化を活用し、高強度化を試みたオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。
【０００４】
ところで、これら多量のＮを含有した高強度オーステナイト系ステンレス鋼を構造物として使用する場合、コスト面からは溶接による組み立てが可能であることが求められている。そのため、例えば、特許文献３、５及び６には、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｂを積極活用し、溶接後熱処理を行うことにより、８００ＭＰａを超える引張強さが得られる溶接材料（溶接金属）が提案されている。また、特許文献７には、溶接材料（溶加材）のＮ量、溶接時のシールドガスや溶融池面積を管理し、溶接金属のＮ量を増大させることにより、溶接後熱処理を実施することなく、高強度化を達成する溶接継手が提案されている。さらに、特許文献８には、鋼材中のＡｌ含有量に応じて酸素（Ｏ）含有量を調整したオーステナイト系ステンレス鋼が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０８３４７６号
【特許文献２】国際公開第２００４／０８３４７７号
【特許文献３】国際公開第２００４／１１０６９５号
【特許文献４】国際公開第２０１２／１３２９９２号
【特許文献５】特開平５−１９２７８５号公報
【特許文献６】特開２０１０−２２７９４９号公報
【特許文献７】国際公開第２０１３／００５５７０号
【特許文献８】特開平９−１３７２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実際の構造物では、薄肉部材など、その使用部位によっては溶加材の使用が困難であるため、溶加材を用いずに、ガスタングステンアーク溶接により突き合わせ溶接する必要がある。その際、溶け込み深さが充分でない場合には、未溶融の突き合わせ面が欠陥として残存し、必要な溶接継手強度が得られないという問題が生じる。その対策の一つとして、溶接入熱を増大させることが考えられるが、溶融部が大きくなり、アンダーカットや溶け落ちが生じ、却って、溶接継手の健全性が損なわれる場合がある。
【０００７】
上記の特許文献１〜７に記載の発明は、いずれもこのような課題を何ら考慮していない。一方で、このような課題に対し、特許文献８に記載の発明によれば、ビード幅の均一性と裏ビード形成能の改善を図ることができるとされているが、ＡｌはＮとの親和力が強いことから、Ｎを積極的に活用した高強度ステンレス鋼において、この方法がそのまま活用できるものではない。
【０００８】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、溶加材を用いずに溶接する場合にも、優れた溶接施工性、具体的には、深い溶け込み深さと優れた溶接金属の強度が得られる高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器等に使用可能なオーステナイト系ステンレス鋼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】
【０００９】
本発明者らは、上記した課題を解決するために調査を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
【００１０】
すなわち、質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０７％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｃｕ：０．００５〜３％、Ｎｉ：９．０〜１４．０％、Ｃｒ：１９．０〜２４．０％、Ｍｏ：１〜４％、Ｎｂ：０．１〜０．４％、Ｎ：０．２０〜０．４５％、Ａｌ：０．０００５〜０．０３％を含有するオーステナイト系ステンレス鋼において、充分な溶け込み深さを得、かつ、溶接金属の優れた引張強さを満足させるためには、ａ）Ａｌ含有量に応じてＭｎ含有量を適正な範囲に調整すること、具体的には、Ａｌ及びＭｎの含有量が下記（ｉ）式を満足すること、ｂ）Ｏを０．００１〜０．０１２％の範囲で必ず含有させることが有効であることが判明した。
１０Ａｌ＋４．０≦Ｍｎ≦１０  ・・・（ｉ）
ただし、（ｉ）式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
【００１１】
その理由は、次のように考えられる。
【００１２】
Ｍｎは、溶接中の溶融池においてＮの溶解度を高めることで、溶接中のＮの飛散を軽減するとともに、凝固後の溶接金属においてＮの固溶度を高めて、その高強度化に寄与する。加えて、Ｍｎは、アークの電流密度を高め、溶け込み深さを深くする効果をも併せて有する。
【００１３】
それに対して、Ａｌは、溶接中にＮの溶解度を低めるとともに、Ｎとの親和力が強いため、凝固後の溶接金属において窒化物を形成して、固溶Ｎ量を低減し、間接的に強度低下を招く。加えて、Ａｌは、溶接中にＯの溶解度を小さくし、表面活性元素であるＯの効果を小さくすることから、間接的に溶け込み深さを浅くする元素である。
【００１４】
そのため、本発明者らは、Ａｌによる悪影響を排除し、充分な溶け込み深さを得ると同時に、溶接金属の高強度をも確実に得るためには、Ａｌ含有量の増加に応じて、Ｍｎ含有量を高める必要があることを見出した。加えて、本発明者らは、Ｏによる溶け込み深さ増大の効果を確実に得るためには、本発明範囲のＡｌ含有量では、０．００１％以上のＯを必ず含有させる必要があることも見出した。Ｏによる溶け込み深さを増大させることは、溶加材を用いずに溶接する場合に、重要な課題である。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記（１）〜（４）に示すオーステナイト系ステンレス鋼にある。
【００１６】
（１）質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０７％、Ｓｉ：０．１〜１．２％、Ｃｕ：０．００５〜３％、Ｎｉ：９．０〜１４．０％、Ｃｒ：１９．０〜２４．０％、Ｍｏ：１〜４％、Ｎｂ：０．１〜０．４％、Ｎ：０．２０〜０．４５％、Ａｌ：０．０００５〜０．０３％、Ｏ：０．００１〜０．０１２％、Ｖ：０〜０．５％、Ｔｉ：０〜０．５％、Ｂ：０〜０．０１％、Ｃａ：０〜０．０５％、Ｍｇ：０〜０．０５％、及び、ＲＥＭ：０〜０．５％を含み、Ａｌ及びＭｎの含有量が下記（ｉ）式を満足するＭｎを含有し、かつ、残部がＦｅ及び不純物からなり、不純物としてのＰ及びＳがそれぞれＰ：０．０３％以下及びＳ：０．０１％以下であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼。
１０Ａｌ＋４．０≦Ｍｎ≦１０  ・・・（ｉ）
ただし、（ｉ）式中の各元素記号は、それぞれの元素の含有量（質量％）を表す。
【００１７】
（２）質量％で、Ｖ：０．００１〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．５％、Ｂ：０．０００１〜０．０１％、Ｃａ：０．０００５〜０．０５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０５％、及び、ＲＥＭ：０．００１〜０．５％から選択される１種以上を含有することを特徴とする、上記（１）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【００１８】
（３）高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器に使用される、上記（１）又は上記（２）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【００１９】
（４）溶加材を用いずに溶接することができる、上記（１）から上記（３）までのいずれかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼。
【００２０】
（５）上記（１）又は上記（２）に記載のオーステナイト系ステンレス鋼からなる高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、溶加材を用いずに溶接する場合に、優れた溶接施工性、具体的には、深い溶け込み深さと優れた溶接金属の強度が得られる高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器等に使用可能なオーステナイト系ステンレス鋼を提供することができる。
【００２２】
なお、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、強度など必要な性能を満足する溶接金属が得られれば、溶加材を使用しても高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器等に使用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例で用いた開先加工の形状と寸法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼に含まれる各成分元素の作用効果とその含有量の限定理由について、詳しく説明する。なお、以下の説明において、各成分元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００２５】
Ｃ：０．００５〜０．０７％
Ｃは、オーステナイト組織を安定化させるのに有効な元素である。この効果を得るためには、Ｃを０．００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、溶接時の加熱により粒界に炭化物を形成し、溶接熱影響部の耐食性を劣化させる。そのため、Ｃ含有量を０．０７％以下とする。望ましい範囲は０．０１％以上、さらに望ましい範囲は０．０２％以上である。また、望ましい範囲は０．０６％以下、さらに望ましい範囲は０．０５％以下である。
【００２６】
Ｓｉ：０．１〜１．２％
Ｓｉは、脱酸剤として含有されるが、耐食性の向上に有効な元素である。その効果を充分に得るためには、０．１％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織の安定性を低下させるとともに、延性の低下を招く。さらに、溶加材を用いない溶接では、溶接金属の凝固割れ感受性を高める。そのため、Ｓｉ含有量を１．２％以下とする。望ましい範囲は０．１５％以上、さらに望ましい範囲は０．２％以上である。また、望ましい範囲は１．１％以下、さらに望ましい範囲は１．０％以下である。
【００２７】
Ｃｕ：０．００５〜３％
Ｃｕは、安定なオーステナイト組織を得るのに有効な元素であり、０．００５％以上含有させることにより、その効果が得られる。しかしながら、過剰に含有させると、溶加材を用いない溶接では、溶接金属の凝固割れ感受性を高める。そのため、Ｃｕ含有量を３％以下とする。望ましい範囲は０．００８％以上、さらに望ましい範囲は０．０１％以上である。また、望ましい範囲は２．５％以下、さらに望ましい範囲は２．０％以下である。
【００２８】
Ｎｉ：９．０〜１４．０％
Ｎｉは、安定なオーステナイト組織を得るために必須の元素であり、積層欠陥エネルギーを高め、水素環境下での脆化感受性を低下させる。その効果を充分に得るためには、Ｎｉを９．０％以上含有させる必要がある。しかしながら、高価な元素であるため、多量の添加はコストの増大を招くとともに、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を小さくし、強度低下を招く。そのため、Ｎｉ含有量を１４．０％以下とする。望ましい範囲は９．５％以上、さらに望ましい範囲は１０．０％以上である。また、望ましい範囲は１３．５％以下、さらに望ましい範囲は１３．０％以下である。
【００２９】
Ｃｒ：１９．０〜２４．０％
Ｃｒは、使用環境下での耐食性を確保するために必須の元素である。さらには、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくするとともに、炭化物を生成して強度を高めるのにも有効である。その効果を充分に得るためには、Ｃｒを１９．０％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にするとともに、炭化物の過剰な生成による脆化を招く。そのため、Ｃｒ含有量を２４．０％以下とする。望ましい範囲は１９．５％以上、さらに望ましい範囲は２０．０％以上である。また、望ましい範囲は２３．５％以下、さらに望ましい範囲は２３．０％以下である。
【００３０】
Ｍｏ：１〜４％
Ｍｏは、使用環境下での耐食性の向上、及び、強度を高めるために有効な元素である。その効果を得るためには、Ｍｏを１％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｍｏは非常に高価な元素であるとともに、過剰に含有させると、オーステナイト組織を不安定にするため、Ｍｏ含有量を４％以下とする。望ましい範囲は１．２％以上、さらに望ましい範囲は１．５％以上である。また、望ましい範囲は３．８％以下、さらに望ましい範囲は３．５％以下である。
【００３１】
Ｎｂ：０．１〜０．４％
Ｎｂは、基質に固溶又は炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るためには、Ｎｂを０．１％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、溶加材を用いない溶接では、溶接金属の凝固割れ感受性を高めるとともに、延性の低下も招く。そのため、Ｎｂ含有量を０．４％以下とする。望ましい範囲は０．１２％以上、さらに望ましい範囲は０．１５％以上である。また、望ましい範囲は０．３８％以下、さらに望ましい範囲は０．３５％以下である。
【００３２】
Ｎ：０．２０〜０．４５％
Ｎは、マトリックスに固溶するとともに、微細な窒化物を形成し、高い強度を得るために必須の元素である。加えて、オーステナイト組織の安定化にも寄与する元素である。この効果を充分に得るためには、Ｎを０．２０％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、母材においては、製造時の熱間加工性低下、溶接金属においては、溶接中のブローホールやピットの原因となる。そのため、Ｎ含有量を０．４５％以下とする。望ましい範囲は０．２２％以上、さらに望ましい範囲は０．２５％以上である。また、望ましい範囲は０．４３％以下、さらに望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００３３】
Ａｌ：０．０００５〜０．０３％
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸剤として含有され、その効果を充分に得るためには、０．０００５％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ａｌは溶接中に、Ｎの溶解度を低めるとともに、凝固後の溶接金属において窒化物を形成して、固溶Ｎ量を低減し、強度低下を招く。加えて、溶接中のＯの溶解度を小さくすることにより、表面活性元素であるＯの効果を小さくし、溶け込み深さを浅くする元素である。そのため、Ａｌ含有量を０．０３％以下にするとともに、後述するように、Ａｌ含有量に応じてＭｎ含有量を管理する必要がある。望ましい範囲は０．０００８％以上、さらに望ましい範囲は０．００１％以上である。また、望ましい範囲は０．０２８％以下、さらに望ましい範囲は０．０２５％以下である。
【００３４】
Ｏ：０．００１〜０．０１２％
Ｏは、不純物として存在するが、溶接時の溶融金属の表面張力を低下させ、溶け込み深さを増大させる効果を有する。その効果を得るためには、Ｏを０．００１％以上含有させる必要がある。しかしながら、過剰に含有させると、清浄性が低下し、延性の低下を招く。そのため、Ｏ含有量を０．０１２％以下とする必要がある。望ましい範囲は０．００１５％以上、さらに望ましい範囲は０．００２％以上である。また、望ましい範囲は０．０１１％以下、さらに望ましい範囲は０．０１０％以下である。
【００３５】
Ｍｎ：１０Ａｌ＋４．０≦Ｍｎ≦１０
Ｍｎは、製造時の脱酸に寄与するとともに、オーステナイト組織を安定化させるのにも有効な元素である。さらには、母材製造時や溶接中において、溶融金属中のＮの溶解度を大きくし、強度を高めるために有効である。加えて、Ｍｎは、アークの電流密度を高め、溶け込み深さを深くする効果をも有する元素である。このＭｎの効果を充分に活用し、充分な溶け込み深さと溶接金属の高強度を得るためには、逆の効果を有するＡｌ量に応じて、Ｍｎの下限を調整する必要がある。具体的には、Ｍｎを１０Ａｌ＋４．０（％）以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると、延性の低下を招くため、Ｍｎ含有量を１０％以下とする。望ましい上限は８％、さらに望ましい上限は６．５％である。
【００３６】
本発明に係るオーステナイト系ステンレス鋼は、上記の元素を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。不純物のうち、Ｐ及びＳについては、その含有量を厳密に制限する必要がある。
【００３７】
Ｐ：０．０３％以下
不純物として含まれ、母材においては製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶加材を使用しない場合、溶接金属において凝固割れ感受性を増大させる。そのため、可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招くため、Ｐ含有量を０．０３％以下とする。望ましくは０．０２５％以下、さらに望ましくは０．０２％以下である。
【００３８】
Ｓ：０．０１％以下
Ｐと同様、不純物として含まれ、母材においては製造時の熱間加工性を阻害するとともに、溶加材を使用しない場合、溶接金属において凝固割れ感受性を増大させる。そのため、Ｐと同様に可能な限り低減することが好ましいが、極度の低減は製鋼コストの増大を招く。そのため、Ｓ含有量を０．０１％以下とする。望ましくは０．００８％以下、さらに望ましくは０．００５％以下である。
【００３９】
なお、本発明のオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、及び、ＲＥＭから選択される１種以上の元素を含有しても良い。以下、任意元素であるＶ、Ｔｉ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、及び、ＲＥＭの作用効果とその含有量の限定理由について説明する。
【００４０】
Ｖ：０〜０．５％
Ｖは、Ｎｂと同様に、基質に固溶又は炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。含有させる場合、０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、０．５％以下とする。より望ましい範囲は０．００５％以上、さらに望ましい範囲は０．０１％以上である。また、望ましい範囲は０．４５％以下、より望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００４１】
Ｔｉ：０〜０．５％
Ｔｉは、Ｖ、Ｎｂと同様に、基質に固溶又は炭窒化物として析出し、強度を向上させるのに有効な元素であるため、含有させても良い。含有させる場合、０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、炭窒化物が多量に析出し、延性の低下を招くため、０．５％以下とする。より望ましい範囲は０．００３％以上、さらに望ましい範囲は０．００５％以上である。また、望ましい範囲は０．４５％以下、より望ましい範囲は０．４０％以下である。
【００４２】
Ｂ：０〜０．０１％
Ｂは、粒界に偏析して粒界固着力を高め、強度向上に寄与するとともに、水素環境下での脆化を抑制する効果を有するため、含有させても良い。含有させる場合、０．０００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、過剰に含有させると、溶加材を使用しない場合、溶接金属において凝固割れ感受性を増大させるため、０．０１％以下とする。より望ましい範囲は０．０００２％以上、さらに望ましい範囲は０．０００５％以上である。また、望ましい範囲は０．００８％以下、より望ましい範囲は０．００５％以下である。
【００４３】
Ｃａ：０〜０．０５％
Ｃａは、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。含有させる場合、０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｃａ含有量は０．０５％以下とする。より望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。また、望ましい範囲は０．０３％以下、より望ましい範囲は０．０１％以下である。
【００４４】
Ｍｇ：０〜０．０５％
Ｍｇは、Ｃａと同様、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。含有させる場合、０．０００５％以上とすることが望ましい。しかしながら、Ｃａの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、Ｍｇ含有量は０．０５％以下とする。より望ましい範囲は０．００１％以上、さらに望ましい範囲は０．００１５％以上である。また、望ましい範囲は０．０３％以下、より望ましい範囲は０．０１％以下である。
【００４５】
ＲＥＭ：０〜０．５％
ＲＥＭは、Ｓとの親和力が強く、熱間加工性を改善する作用を有するため、含有させても良い。含有させる場合、０．００１％以上とすることが望ましい。しかしながら、ＲＥＭの含有量が過剰になると、Ｏと結合して清浄性を著しく低下させ、却って熱間加工性を劣化させる。そのため、ＲＥＭの含有量は０．５％以下とする。より望ましい範囲は０．００２％以上、さらに望ましい範囲は０．００５％以上である。また、望ましい範囲は０．３％以下、より望ましい範囲は０．１％以下である。なお、「ＲＥＭ」とは、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量はＲＥＭのうちの１種又は２種以上の元素の合計含有量を指す。また、ＲＥＭについては、一般的にミッシュメタルに含有される。このため、例えば、ミッシュメタルの形で添加して、ＲＥＭの量が上記の範囲となるように含有させても良い。
【００４６】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４７】
表１に示す鋼種Ａ〜Ｊの化学組成を有する材料を実験室溶解して鋳込んだインゴットから、熱間鍛造、熱間圧延、熱処理及び機械加工により、板厚２ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋼板を作製し、試供材料とした。
【００４８】
上記試供材料の長手方向に、図１に示すＩ型の開先加工を施した後、ガスタングステンアーク溶接方法により、溶加材を用いず、入熱５ｋＪ/ｃｍとして、突き合わせ溶接を行った。以上により、表２に示す試験番号１〜１０の溶接継手を得た。
【００４９】
＜溶接施工性＞
得られた溶接継手のうち、裏ビードが形成されなかったものを「不可」、裏ビードが形成されたものの、裏ビード幅が１ｍｍ未満のものを「可」、裏ビート幅が１ｍｍ以上のものを「良」と判定した。結果を表２に示す。
【００５０】
＜引張試験＞
溶接施工性が「可」もしくは「良」であった溶接継手については、溶接金属を平行部中央にもつ板状引張試験片を採取し、常温での引張試験に供した。そして、母材の目標強度である８００ＭＰａ以上のものを「合格」、８００ＭＰａ未満のものを「不合格」と判定した。結果を表２に示す。
【００５１】
＜低歪速度引張試験＞
引張試験に合格した溶接継手については、溶接金属を平行部とする段付板状低歪速度引張試験片を採取し、大気中及び８５ＭＰａの高圧水素環境下における低歪速度引張試験に供した。なお、歪速度は３×１０−５／ｓとし、低歪速度引張試験において、高圧水素環境下での破断絞りと大気中での破断絞りの比が９０％以上となるものを「合格」、９０％未満となるものを「不合格」とした。結果を表２に示す。
【００５２】
【表１】
0006627343.tif 000002
【００５３】
【表２】
0006627343.tif 000003
【００５４】
表２より明らかなように、本発明の要件を満たす溶接継手１〜７は、充分な溶け込み深さが得られる優れた溶接施工性を有するとともに、少なくとも母材の最低必要強度を上回る溶接継手強度が得られることが明らかとなった。加えて、良好な耐水素脆化感受性をも有することが明らかとなった。
【００５５】
一方、溶接継手８は、Ｍｎ含有量が４．０９％であり、Ａｌとの関係からなる（ｉ）式の必要量４．１５％を僅かに下回ったため、溶け込み深さが充分でなく、裏ビード幅が狭く、溶接施工性に劣った。加えて、溶接金属中のＮの固溶量が充分に得られなくなったため、溶接継手の強度が母材の目標強度を下回った。溶接継手９は、Ｍｎ含有量が３．５４％であり、Ａｌとの関係からなる（ｉ）式の必要量４．１０％を大きく下回ったため、溶け込み深さが充分でなく、裏ビードが形成されず、溶接施工性が不芳であった。また、溶接継手１０は、溶接施工性及び溶接継手の強度は必要性能を満足したものの、Ｎｉ含有量が８．８７％であり、必要含有量の９．０％を下回ったため、耐水素脆化性が不芳であった。
【００５６】
以上のように、本発明の必要要件を満たすオーステナイト系ステンレス鋼のみが、溶加材を用いずに溶接した場合、良好な溶接施工性を有するとともに、溶接金属の強度に優れるため、必要な強度と耐水素脆化感受性を有する溶接継手が得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、溶加材を用いずに溶接する場合に、優れた溶接施工性、具体的には、深い溶け込み深さと優れた溶接金属の強度が得られる高圧水素ガス用機器又は液体水素用機器等に使用可能なオーステナイト系ステンレス鋼を得ることができる。したがって、本発明は、高圧水素ガス機器又は液体水素用機器等の種々の鋼材に好適に利用できる。
【図１】
0006627343.tif 000004