(57)【要約】【課題】鋼材の溶接部において、応力腐食割れを防止することができる舶用極低温用タンクの製造方法を提供する。【解決手段】溶接部を備え、Ｎｉを５〜１０％含有する鋼材からなる舶用極低温用タンクの製造方法であって、前記溶接部に、投射圧力：０．３〜１．０ＭＰａ、アークハイト：０．３〜１．２ｍｍ、投射時間：対象面積１ｍ２当たり３０分以上、の条件にて、投射材を投射するショットピーニング処理を施す、舶用極低温用タンクの製造方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部を備え、Ｎｉを５〜１０％含有する鋼材からなる舶用極低温用タンクの製造方法であって、
前記溶接部に、
投射圧力：０．３〜１．０ＭＰａ、
アークハイト：０．３〜１．２ｍｍ、
投射時間：対象面積１ｍ２当たり３０分以上、
の条件にて、投射材を投射するショットピーニング処理を施す、舶用極低温用タンクの製造方法。
【請求項２】
前記投射材が、鋼、ガラス、または、セラミックからなる、請求項１に記載の舶用極低温用タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用極低温用タンクの製造方法に関する。具体的には、鋼材の溶接部（溶接ＨＡＺおよびその近傍）にショットピーニング処理を施すことにより、舶用極低温用タンクを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧなどの極低温物質の貯槽タンクには、安全性を確保するため、優れた破壊靱性を有する鋼材が用いられる。このような鋼材としては、例えば、主として約９％のＮｉを含有する鋼（以下、９％Ｎｉ鋼という）、または、９％Ｎｉ鋼よりも少ないＮｉ含有量で、９％Ｎｉ鋼と同等の性能を有する鋼（以下、低Ｎｉ鋼という）が挙げられる（特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１３６４８３号公報
【特許文献２】特開平９−３０２４４５号公報
【特許文献３】特開２００２−１２９２８０号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、９％Ｎｉ鋼は、陸上用の極低温用タンク（ＬＮＧタンク）の鋼材として広く使用されてきた。しかしながら、船舶用のＬＮＧタンクの鋼材としては、ほとんど使用されていない。これは、過去に、就航から２５年が経過した船舶において、９％Ｎｉ鋼製のタンクに応力腐食割れが発生した事例があるためである。これにより、現在は、船舶用のＬＮＧタンクの材料として、アルミ合金、または、メンブレンタンクおよび小型燃料タンク用としてステンレス鋼が主に用いられている。したがって、９％Ｎｉ鋼または低Ｎｉ鋼を船舶用のＬＮＧタンクに用いるためには、応力腐食割れへの対策が重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、下記の知見を得るに至った。
【０００６】
９％Ｎｉ鋼製のタンクに応力腐食割れが発生した事例については、既に調査レポートが公表されている。当該タンクにおける応力腐食割れの発生原因としては、（ｉ）設備トラブルによりタンク内が結露した、（ｉｉ）割れが発生した溶接熱影響部（ＨＡＺ）では、硬度が４２０Ｈｖ程度と高かった、との記載があり、水素による応力腐食割れであるとの見解がある。しかしながら、腐食生成物にＳ（硫黄）の痕跡がなく、硫化水素の影響といえる根拠がない。したがって、実際の応力腐食割れの発生原因については、不明な点が多い。
【０００７】
そこで、船舶用のＬＮＧタンクの建造から運用までの工程を考慮し、腐食環境および応力割れ発生の原因について検討した。その結果、実際に応力腐食割れが発生した事例については、建造後長期経過してから発生したものであること、また、開放検査の無い陸上用のＬＮＧタンクにおいては、このような応力腐食割れの問題が無いことから、開放検査時の塩分付着および結露が原因であると考えることができる。そこで、溶接部の残留応力を再現した試験体を用い、塩分付着および結露が生じる腐食環境を模擬した応力腐食割れ試験法を確立し、対策について検討を行った。
【０００８】
応力腐食割れは、材料、環境および引張応力の重畳により発生することが知られている。ここでは、引張応力を低減する方法について検討した。その結果、後述の実施例に示すように、溶接ままの試験片においては応力腐食割れが発生した一方で、ショットピーニング処理を適切に行うことにより、極めて厳しい腐食環境を想定した試験においても応力腐食割れが発生しないことが判明した。
【０００９】
上記処理による引張応力の低減効果を確認するために、処理前後の残留応力測定を行った。その結果、溶接ままの試験片には、ＨＡＺに大きな引張応力があるが、ショットピーニング処理を行った試験片では、大きな圧縮応力が付与されていることが判明した。このことから、応力腐食割れの要因の一つである引張応力をショットピーニング処理によって除去したことにより、応力腐食割れを防止することができたと考えられる。
【００１０】
本発明は、上記の知見を基礎としてなされたものであり、その要旨は、下記（１）および（２）に示す舶用極低温用タンクの製造方法にある。
【００１１】
（１）溶接部を備え、Ｎｉを５〜１０％含有する鋼材からなる舶用極低温用タンクの製造方法であって、前記溶接部に、投射圧力：０．３〜１．０ＭＰａ、アークハイト：０．３〜１．２ｍｍ、投射時間：対象面積１ｍ２当たり３０分以上、の条件にて、投射材を投射するショットピーニング処理を施す、舶用極低温用タンクの製造方法。
【００１２】
（２）前記投射材が、鋼、ガラス、または、セラミックからなる、上記（１）に記載の舶用極低温用タンクの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鋼材の溶接部において、塩化物による応力腐食割れを防止した舶用極低温用タンクの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例で作製するリング状溶接試験体を模式的に示す図である。
【図２】図２は、溶接ままの試験片、および、ショットピーニング処理（１４０秒）を行った試験片の断面を示す光学顕微鏡像である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態（以下、本実施形態ともいう）について詳しく説明する。
【００１６】
本実施形態に係る舶用極低温用タンクの製造方法は、溶接部を備え、Ｎｉを５〜１０％含有する鋼材からなる舶用極低温用タンクの製造方法であって、前記溶接部に、投射圧力：０．３〜１．０ＭＰａ、アークハイト：０．３〜１．２ｍｍ、投射時間：対象面積１ｍ２当たり３０分以上、の条件にて、投射材を投射するショットピーニング処理を施す。
【００１７】
１．ショットピーニング処理
以下、ショットピーニング処理について詳しく説明する。
【００１８】
投射圧力は、０．３〜１．０ＭＰａとする。投射圧力が０．３ＭＰａ未満であると、圧縮応力が不足し、応力腐食割れを防止することができない。また、投射圧力が１．０ＭＰａを超えると、効果が飽和し、エネルギーが損失する。
【００１９】
アークハイトは、０．３〜１．２ｍｍとする。アークハイトが０．３ｍｍ未満であると、圧縮応力が不足し、応力腐食割れを防止することができない。また、アークハイトが１．２ｍｍを超えると、効果が飽和し、エネルギーが損失する。
【００２０】
投射時間は、対象面積１ｍ２当たり３０分以上とする。投射時間が対象面積１ｍ２当たり３０分未満であると、応力腐食割れの要因の一つである引張応力を充分に低減することができない。よって、Ｎｉ鋼材の応力腐食割れを充分に防止することができない。また、投射時間は、長いほどよいが、長すぎると効果が飽和し、エネルギーが損失する場合がある。そのため、投射時間は、対象面積１ｍ２当たり２００分以下であることが好ましい。
【００２１】
投射材は、鋼、ガラス、セラミック、樹脂、非鉄、または、合金からなることが好ましい。また、投射材は、直径が０．０５〜３．０ｍｍの球体であることが好ましい。投射材の直径が０．０５ｍｍ未満であると、圧力不足により、圧縮応力が不足する場合がある。また、投射材の直径が３．０ｍｍを超えると、投射材は、溶接部に不完全に当たる可能性がある。
【００２２】
その他の条件として、カバレージは、１００％以上であることが好ましい。カバレージが１００％未満、すなわち、ショットが当たっていない箇所が存在すると、そこから応力腐食割れが発生する場合がある。
【００２３】
２．Ｎｉ鋼材
以下、Ｎｉ鋼材について詳しく説明する。
【００２４】
Ｎｉは舶用極低温用タンクの鋼として、靭性を確保するために必要な最も基本的な元素である。鋼として靭性を確保するためには、５％以上のＮｉ含有量が必要である。Ｎｉの含有量が多ければ多いほど高い靭性が得られるが、その分コストアップの要因となる。そのため、Ｎｉ含有量は１０％以下とする。なお、極低温における靭性の確保およびコスト抑制の観点から、Ｎｉ含有量は、５．５％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、Ｎｉ含有量は、９．３％以下であることが好ましく、８％以下であることがより好ましい。
【００２５】
Ｎｉ鋼材は、その他の成分として、Ｃ：０．０１〜０．１２％、Ｓｉ：０．０１〜０．３％、Ｍｎ：０．４〜２.０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００８％以下、Ａｌ：０．００２〜０．０８％、Ｎ：０．００１５〜０．００４０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなることが好ましい。
【００２６】
本実施形態に係る舶用極低温用タンクの製造方法は、Ｎｉ鋼材の溶接部において、塩化物による応力腐食割れを防止することができる。そのため、舶用極低温用タンクを好適に製造することができる。
【００２７】
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】
【００２８】
＜試験片の作製＞
表１に示す化学組成を有する９％Ｎｉ鋼を用いて、図１に示す試験体を作製した。試験体のサイズは１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さは２５ｍｍであった。この試験体の上にリング状に深さ数ｍｍのＶ字型の溝を掘った後、溝の上に溶接ビードを置くことにより、溶接部を形成した。溶接条件は、ＦＣＡＷ下向き１または２パス、入熱３〜３．５ｋＪ／ｍｍであった。以上の工程により、試験片を作製した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
＜ショットピーニング処理＞
ショットピーニング処理は、加圧式手動法にて行った。投射材はφ１．０ｍｍの鋼球、投射圧力は０．５〜０．７ＭＰａ、アークハイトは０．５〜１．０ｍｍ、投射距離は４００ｍｍとし、カバレージは１００％とした。投射時間は、７０秒または１４０秒とした。なお、本試験片の面積の場合、７０秒の投射時間は、およそ５０ｍｉｎ／ｍ２に相当する。
【００３１】
＜腐食処理＞
溶接ままの試験片、および、ショットピーニング処理を行った試験片は、塩分を付着させて、一定温湿度の環境で腐食させた。塩分の付着は、ＮａＣｌ溶液を塗布して行った。塗布は、ＨＡＺを含む母材部全体に行った。付着塩分量は、ＮａＣｌ換算で３ｇ／ｍ２であった。これは、海岸近くの非常に厳しい塩分環境での飛来塩分量（１ｍｇ／ｄｍ２／ｄａｙ）が開放検査期間（最大３０日間）付着し続けたことを想定した値であり、実環境のタンク内面において想定し得る最も厳しい環境を模擬したものである。腐食は、温度：６０℃、湿度：８０％ＲＨ一定の環境で行い、腐食期間は３ヶ月とした。
【００３２】
＜応力腐食割れ評価＞
腐食処理後、各試験片より腐食生成物を除去してから、応力腐食割れの評価を行った。応力腐食割れは、ＰＴ（浸透探傷試験）では検出できなかったため、光学顕微鏡を用いた断面観察により評価を行った。断面観察は、リング状溶接部の内面および外面のそれぞれについて、円周状に１６等分した位置を切断し、各サンプルを樹脂に埋め込み、鏡面研磨した後に行った。図２は、溶接ままの試験片、および、ショットピーニング処理（１４０秒）を行った試験片の断面を示す光学顕微鏡像である。１６個のサンプル中、割れが発生したサンプルの個数を、それぞれ表２に示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
表２から分かるように、溶接ままの試験片においては、観察した全ての断面で割れが見られた。一方で、ショットピーニング処理を施した試験片においては、観察した全ての断面で割れが見られなかった。
【００３５】
＜残留応力測定＞
各試験片における溶接部の残留応力は、Ｘ線回折法により測定した。測定装置は、ＰＳＰＣ／ＭＳＦ−２Ｍ（株式会社リガク製）を使用し、特性Ｘ線はＣｒＫα、測定回折面はα−Ｆｅ２１１とした。入射スリットはシングルコリメーター１ｍｍ×１ｍｍ（測定方向×直角方向）であり、回折角は半価幅法にて決定し、応力定数Ｋは−３１８ＭＰａ／ｄｅｇとして応力を算出した。測定は、電解研磨にて試験片表面を０．０１ｍｍ削ることにより得られた部分で行った。結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
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【００３７】
表３から分かるように、溶接ままの試験片は、溶接ビードの外側および内側ともＨＡＺに引張の残留応力があり、特に、外側ＨＡＺではビード直角方向に大きな引張の残留応力のあることが確認された。一方で、ショットピーニング処理を施した試験片は、大きな圧縮残留応力が付与されていた。このように、ショットピーニング処理により応力腐食割れの要因の一つである引張の残留応力が除去されたことにより、割れが防止された。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、鋼材の溶接部において、塩化物による応力腐食割れを防止することができる。したがって、本発明の舶用極低温用タンクの製造方法は、舶用極低温用タンクを好適に製造することができる。
【図１】
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【図２】
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