JP2006308014A - 超低温容器構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる軽量化を実現することができる超低温容器構造体を提供する。
【解決手段】金属板同士が溶接されてなる超低温容器Ｔと、この超低温容器Ｔに取り付けられている配管Ｐ１〜Ｐ６等の付属部材とを備え、その一部がＪＩＳＧ４３０４，Ｇ４３０５で規定されているＳＵＳ３０４Ｎ２からなり、他部がＳＵＳ３０４等からなり、ＳＵＳ３０４Ｎ２同士の溶接およびＳＵＳ３０４Ｎ２とＳＵＳ３０４等との溶接が、ステンレス協会規格５２１で規定されている溶接材料ＡＤ３１６ＬＮ，ＡＹ３１６ＬＮ，ＡＹＦ３１６ＬＮもしくはＡＳ３１６ＬＮ、またはＡＤ３１７ＬＮ，ＡＹ３１７ＬＮ，ＡＹＦ３１７ＬＮもしくはＡＳ３１７ＬＮからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を用いて行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液化窒素等の液化ガスを収容する超低温容器を備えた超低温容器構造体に関するものである。

一般に、液化窒素，液化酸素，液化天然ガス等の液化ガスを収容する超低温容器は、配管等の付属部材が取り付けられているとともに、真空断熱空間を介して外殻に包囲されている。このような二重殻タンクには、地面上に固定され貯槽として用いられるタイプのものと、トレーラ等の車輛上に固定され輸送手段として用いられるタイプのものとがある。

特に、上記輸送タイプのものに対しては、輸送する液化ガスの重量を増加させ、輸送効率を向上させることが望まれている。しかしながら、トラックや列車による輸送では、積載重量に規制があるため、単に上記超低温容器を大きくすることはできない。そこで、本出願人は、上記二重殻タンクの真空断熱空間部分を軽量化し、輸送する液化ガスの重量を増加させたものを提案し出願している（特許文献１参照）。
特開平８−３１２８７９号公報

しかしながら、さらなる輸送効率の向上が望まれており、そのためには、上記二重殻タンクをさらに軽量化することが必要となる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、さらなる軽量化を実現することができる超低温容器構造体の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の超低温容器構造体は、金属板同士が溶接されてなる超低温容器と、この超低温容器に取り付けられている付属部材とを備えた超低温容器構造体であって、上記超低温容器を構成する金属板の一部もしくは上記付属部材の少なくとも一部が、下記の（Ａ）または（Ｂ）からなり、それ以外の部分が、下記の（Ｃ）または（Ｄ）からなり、下記の（Ａ）または（Ｂ）からなる部分同士の溶接および下記の（Ａ）または（Ｂ）からなる部分と下記の（Ｃ）または（Ｄ）からなる部分との溶接が、下記の（ａ）または（ｂ）からなる溶接ワイヤまたは溶接棒が用いられて行われているという構成をとる。
（Ａ）日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０４（１９９９年）で規定されている材料ＳＵＳ３０４Ｎ２。
（Ｂ）日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０５（１９９９年）で規定されている材料ＳＵＳ３０４Ｎ２。
（Ｃ）日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０４（１９９９年）で規定されている材料ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３１６もしくはＳＵＳ３１６Ｌ。
（Ｄ）日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０５（１９９９年）で規定されている材料ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３１６もしくはＳＵＳ３１６Ｌ。
（ａ）ステンレス協会規格（ＳＡＳ）５２１（１９９１年）で規定されている溶接材料ＡＤ３１６ＬＮ，ＡＹ３１６ＬＮ，ＡＹＦ３１６ＬＮもしくはＡＳ３１６ＬＮ。
（ｂ）ステンレス協会規格（ＳＡＳ）５２１（１９９１年）で規定されている溶接材料ＡＤ３１７ＬＮ，ＡＹ３１７ＬＮ，ＡＹＦ３１７ＬＮもしくはＡＳ３１７ＬＮ。

本発明者らは、液化ガスを収容する超低温容器とこの超低温容器に取り付けられている付属部材とを備えた超低温容器構造体をさらに軽量化すべく、その超低温容器構造体の材料について、鋭意研究を重ねた。しかしながら、液化ガスを収容する超低温容器については、超低温での強度等の機械的性質の観点から、それを構成する金属板の材料として使用できるものが高圧ガス保安法により定められており、その材料がステンレスである場合は、上記（Ｃ）または（Ｄ）となっている。このため、その（Ｃ）または（Ｄ）において具体的に列記されている材料を使用することが常識となっており、それ以外の材料を選択することはできなかった。それでも、本発明者らは、さらに鋭意研究を重ね、その研究の過程で、上記常識に反して、高圧ガス保安法では列記されていない上記（Ａ）または（Ｂ）〔以下、上記（Ａ）または（Ｂ）の材料を、単に「ＳＵＳ３０４Ｎ２」と略す〕という材料の使用を考えた。このＳＵＳ３０４Ｎ２は、通常、水門戸あたりやクレーンのフック等に使用される材料であり、従来の超低温容器に使用される上記ＳＵＳ３０４〔上記（Ｃ）または（Ｄ）参照〕と比較すると、引張強さが約３３％大きい〔日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０４，Ｇ４３０５の規定では、上記ＳＵＳ３０４の引張強さが５２０Ｎ／ｍｍ² 以上であるのに対し、上記ＳＵＳ３０４Ｎ２のそれは６９０Ｎ／ｍｍ² 以上である〕。このため、上記金属板の材料としてＳＵＳ３０４Ｎ２を使用すると、そのＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板の厚みを薄くすることができ、その結果、超低温容器を軽量化することができる。しかしながら、その材料を低温環境下で使用する発想も使用実績もなかった。そこで、本発明者らは、上記ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板で超低温容器を作製し、さらに鋭意研究を重ねた。

一方、金属板を溶接する場合、その溶接に使用する溶接ワイヤまたは溶接棒の溶接材料は、通常、溶接する金属板の材料によって決まっている（推奨されている）。例えば、金属板の材料が上記ＳＵＳ３０４Ｎ２である場合は、溶接材料として、ステンレス協会規格（ＳＡＳ）５２１（１９９１年）で規定されているＡＤ３０８Ｎ２，ＡＹ３０８Ｎ２，ＡＹＦ３０８Ｎ２もしくはＡＳ３０８Ｎ２（以下、上記４つを、単に「３０８Ｎ２」と略す）を使用することが常識となっている。

このため、その常識に従って、上記ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板を用いた超低温容器の作製では、溶接材料として上記３０８Ｎ２を使用した。しかしながら、そのようにして作製された超低温容器では、高圧ガス保安法により要求される性能のうち、室温（２５℃）での溶接継手の引張試験および曲げ試験は満足するものの、−１５０℃以下での溶接継手の衝撃試験は満足しないことがわかった。

そこで、本発明者らは、さらに鋭意研究を重ねた。その結果、上記常識に反して、上記ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板同士の溶接における溶接材料として、使用が推奨されていない溶接材料である上記（ａ）〔以下、上記（ａ）のＡＤ３１６ＬＮ，ＡＹ３１６ＬＮ，ＡＹＦ３１６ＬＮもしくはＡＳ３１６ＬＮを、単に「３１６ＬＮ」と略す〕または（ｂ）〔以下、上記（ｂ）のＡＤ３１７ＬＮ，ＡＹ３１７ＬＮ，ＡＹＦ３１７ＬＮもしくはＡＳ３１７ＬＮを、単に「３１７ＬＮ」と略す〕を使用すると、室温（２５℃）での溶接継手の引張試験および曲げ試験たけでなく、−１５０℃以下での溶接継手の衝撃試験も満足することを突き止めた。さらに、その溶接材料３１６ＬＮまたは３１７ＬＮは、上記ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板と上記（Ｃ）または（Ｄ）からなる金属板との溶接においても、室温（２５℃）での溶接継手の引張試験および曲げ試験たけでなく、−１５０℃以下での溶接継手の衝撃試験も満足することも見出し、本発明に到達した。

このように、本発明の超低温容器構造体では、常識に反する金属材料および溶接材料を使用している。すなわち、本発明の超低温容器構造体では、超低温容器に使用することを通常発想しない材料ＳＵＳ３０４Ｎ２を超低温容器の一部等に使用しており、しかも、そのＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板等同士の溶接およびＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板等と従来より使用されている上記（Ｃ）または（Ｄ）からなる金属板等との溶接には、溶接ワイヤまたは溶接棒として、使用することを通常発想しない溶接材料３１６ＬＮまたは３１７ＬＮからなるものを使用している。

なお、従来より使用されている上記（Ｃ）または（Ｄ）からなる金属板等同士の溶接には、溶接ワイヤまたは溶接棒として、従来より推奨されている通常の溶接材料からなるものが使用される。すなわち、上記（Ｃ）または（Ｄ）のうち、金属板等がＳＵＳ３０４の場合は、溶接材料はＡＤ３０８，ＡＹ３０８，ＡＹＦ３０８もしくはＡＳ３０８（以下、これら４種類を、単に「３０８」と略す）またはＡＤ３０８Ｌ，ＡＹ３０８Ｌ，ＡＹＦ３０８ＬもしくはＡＳ３０８Ｌ（以下、これら４種類を、単に「３０８Ｌ」と略す）が使用され、金属板等がＳＵＳ３０４Ｌの場合は、溶接材料は上記３０８Ｌが使用され、金属板等がＳＵＳ３１６の場合は、溶接材料はＡＤ３１６，ＡＹ３１６，ＡＹＦ３１６もしくはＡＳ３１６またはＡＤ３１６Ｌ，ＡＹ３１６Ｌ，ＡＹＦ３１６ＬもしくはＡＳ３１６Ｌ（以下、これら４種類を、単に「３１６Ｌ」と略す）が使用され、金属板等がＳＵＳ３１６Ｌの場合は、溶接材料は上記３１６Ｌが使用される。

本発明の超低温容器構造体は、金属板等の材料として、ＳＵＳ３０４Ｎ２〔上記（Ａ）または（Ｂ）〕と、従来より使用されているＳＵＳ３０４等の材料〔上記（Ｃ）または（Ｄ）〕とが使用されており、そのＳＵＳ３０４Ｎ２同士の溶接およびＳＵＳ３０４Ｎ２とＳＵＳ３０４等との溶接には、溶接材料３１６ＬＮまたは３１７ＬＮからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を使用している。このため、超低温容器構造体としての強度を保持しながらも、ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板等の部材の厚みを薄くすることかでき、それによって軽量化することができる。その結果、本発明の超低温容器構造体を液化ガスの輸送に使用する場合には、収容する液化ガスの重量を増加させることができ、液化ガスの輸送効率を上昇させることができる。さらに、上記軽量化により、超低温容器の内容積を限られた重量の中で従来のものよりも大きくすることができ、これによっても、液化ガスの輸送効率を上昇させることができる。また、本発明の超低温容器構造体を地面上に固定される貯槽として使用する場合には、上記軽量化により、固定現場までの輸送および固定現場での固定作業を容易にすることができる。

特に、上記溶接がプラズマ溶接，ＴＩＧ溶接またはサブマージアーク溶接で行われた場合には、溶接時に酸素の取り込みを少なくできるため、溶接継手部分の酸素含有量が少なくなっており、超低温容器は、低温じん性がより向上したものとなっている。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１は、本発明の超低温容器構造体の第１の実施の形態を示している。この超低温容器構造体は、液化窒素，液化酸素等の液化ガスを収容するための超低温容器Ｔと、この超低温容器Ｔの内外を連通させる複数（図１では６本）の配管（付属部材）Ｐ１〜Ｐ６とを備えている。上記超低温容器Ｔは、略筒状の胴体部１と、この胴体部１の両端開口を密閉する略半球殻状の鏡板２とからなっており、上記配管Ｐ１〜Ｐ６は、上記超低温容器Ｔの胴体部１に溶接されている。また、上記超低温容器Ｔの胴体部１と鏡板２との接続部分に対応する外周面には、それら胴体部１と鏡板２との接続を補強するスティフナー（付属部材、図示せず）が溶接され、上記超低温容器Ｔの内周面および外周面には、超低温容器Ｔを補強する種々の補強部材（付属部材、図示せず）が溶接されている。そして、この実施の形態では、上記超低温容器Ｔの胴体部１がＳＵＳ３０４Ｎ２からなり、上記超低温容器Ｔの鏡板２，配管Ｐ１〜Ｐ６，スティフナーおよび補強部材がＳＵＳ３０４からなっている。さらに、ＳＵＳ３０４Ｎ２からなるもの同士の溶接およびＳＵＳ３０４Ｎ２からなるものとＳＵＳ３０４からなるものとの溶接に用いる溶接ワイヤまたは溶接棒としては、溶接材料３１６ＬＮまたは３１７ＬＮからなるものが使用される。そして、上記超低温容器構造体は、真空断熱空間３を介して外殻４に包囲され、二重殻タンクとして、地面上，トレーラ上またはコンテナ内等に固定される。

なお、本発明において、上記「配管」とは、その配管Ｐ１〜Ｐ６に一体的に取り付けられているノズル，バルブ等の部品を含む意味である。また、上記各配管Ｐ１〜Ｐ６は、上記外殻４を貫通して設けられ、例えば、配管Ｐ１は過充填防止管、配管Ｐ２は通気管、配管Ｐ３は液充填管、配管Ｐ４は液面計頂部管、配管Ｐ５は液面計底部管、配管Ｐ６は液体取出管として設けられている。

つぎに、上記超低温容器構造体の製法について説明する。

上記超低温容器Ｔの胴体部１は、例えば、つぎのようにして作製される。すなわち、まず、ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる長方形金属板の長辺側を丸めて短辺同士を突き合わせ、その突き合わせ部分を、溶接材料３１６ＬＮまたは３１７ＬＮからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を使用して溶接し（溶接線Ｌ１参照）、軸方向の長さが短い筒状体１ａを作製する。ついで、その筒状体１ａを複数（図１では４個）作製し、筒状体１ａの開口周縁同士を突き合わせ、その突き合わせ部分を上記と同様に溶接する（溶接線Ｌ２参照）。このとき、短辺同士の溶接線Ｌ１が、隣接し合う筒状体１ａ同士で一直線状にならないようにすることが好適である。一直線状になると、強度が低下するからである。そして、この筒状体１ａ同士の溶接を胴体部１の長さになるまで繰り返す。このようにして、胴体部１が作製される。一方、上記超低温容器Ｔの鏡板２は、それぞれ、ＳＵＳ３０４からなる１枚の金属板を略半球殻状に形成することにより作製する。そして、胴体部１（ＳＵＳ３０４Ｎ２）の両端の開口周縁と鏡板２（ＳＵＳ３０４）の開口周縁とを突き合わせ、その突き合わせ部分を上記と同様に、上記溶接材料３１６ＬＮまたは３１７ＬＮからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を使用して溶接する（溶接線Ｌ３参照）。また、上記配管Ｐ１〜Ｐ６の取り付け位置に対応する胴体部１の部分に、開口部を形成し、必要に応じて、その開口部に予め配管Ｐ１〜Ｐ６を通しておく。なお、超低温容器Ｔの内部に設置する部品等は、上記鏡板２の溶接に先立って、所定の位置に適宜に設置しておく。

そして、上記超低温容器Ｔの胴体部１（ＳＵＳ３０４Ｎ２）と上記配管Ｐ１〜Ｐ６（ＳＵＳ３０４）との接続部分を、上記溶接材料３１６ＬＮまたは３１７ＬＮからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を使用して、各配管Ｐ１〜Ｐ６の外周に沿って胴体部１に溶接する。

また、上記スティフナー（ＳＵＳ３０４）および種々の補強部材（ＳＵＳ３０４）も、上記超低温容器Ｔの所定の位置に溶接する。このとき、溶接部分が胴体部１（ＳＵＳ３０４Ｎ２）の場合は、上記溶接材料３１６ＬＮまたは３１７ＬＮからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を使用して溶接し、溶接部分が鏡板２（ＳＵＳ３０４）の場合は、従来からＳＵＳ３０４同士の溶接に使用されている溶接材料３０８または３０８Ｌからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を使用して溶接する。なお、超低温容器Ｔの内周面に溶接する補強部材は、上記鏡板２の溶接に先立って、溶接しておく。

上記超低温容器構造体の作製において、溶接方法としては、特に限定されないが、プラズマ溶接，ＴＩＧ溶接，ＭＩＧ溶接，サブマージアーク溶接等があげられる。好適には、プラズマ溶接，ＴＩＧ溶接またはサブマージアーク溶接である。これら好適な方法では、溶接時に酸素の取り込みを少なくできるため、溶接継手部分の酸素含有量を少なくすることができ、低温じん性をより向上させることができるからである。

つぎに、上記金属板の板厚について説明すると、高圧ガス保安法により、要求される板厚が規定されている。例えば、上記超低温容器Ｔの胴体部１の板厚は、下記の（１）式のように規定されている。

そして、上記（１）式を用いて、本発明における超低温容器Ｔのように金属板の材料としてＳＵＳ３０４Ｎ２を使用する場合と、従来の超低温容器ＴのようにＳＵＳ３０４を使用する場合とで、下記の条件の下、胴体部１の最小板厚（ｔ）を計算すると、本発明における超低温容器Ｔの最小板厚ｔ₁ は、ｔ₁ ＝４．５５ｍｍとなり、従来の超低温容器Ｔの最小板厚ｔ₂ は、ｔ₂ ＝６．０６ｍｍとなる。この計算において、上記条件として、Ｄ＝２１００ｍｍ、ＳＵＳ３０４Ｎ２の引張強さ＝６９０Ｎ／ｍｍ² 、ＳＵＳ３０４の引張強さ＝５４０Ｎ／ｍｍ² 、安全率＝３．５、η＝１．０、Ｐ＝０．８５１３（＝０．７５＋０．１０１３）ＭＰａとした。

このように、本発明における超低温容器Ｔは、従来のものと比較すると、上記条件下では、胴体部１の最小板厚を、１．５１ｍｍ（約２５％）薄くすることができる。その結果、本発明の超低温容器構造体は、軽量化することができる。

そして、下記の実施例に示すように、本発明における超低温容器Ｔは、引張強さ，曲げ強度および低温じん性にも優れており、高圧ガス保安法で規定される要求性能を満たす。このため、液化ガスを収容する超低温容器Ｔとして用いることができる。

したがって、本発明の超低温容器構造体を液化ガスの輸送に使用する場合には、上記軽量化により、超低温容器Ｔの内容積を、限られた重量の中で、従来のものよりも大きくすることができる。このため、輸送する液化ガスの重量を増加させることができ、さらなる輸送効率の向上を達成することができる。そして、その輸送効率向上の結果、液化ガスの輸送回数を減少させることができるようになり、輸送コストの軽減，交通渋滞の解消，ひいては地球温暖化の阻止に貢献することができるようになる。すなわち、本発明の超低温容器構造体は、液化ガスの輸送に使用する場合、地球環境にやさしいといえる。また、本発明の超低温容器構造体を地面上に固定される貯槽として使用する場合には、上記軽量化により、固定現場までの輸送および固定現場での固定作業を容易することができる。

本発明の超低温容器構造体の第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、スティフナーおよび補強部材もＳＵＳ３０４Ｎ２製としたものである。すなわち、超低温容器Ｔの胴体部１，スティフナーおよび補強部材がＳＵＳ３０４Ｎ２からなり、超低温容器Ｔの鏡板２および配管Ｐ１〜Ｐ６がＳＵＳ３０４からなっている。

このようにすると、新たにＳＵＳ３０４Ｎ２製としたスティフナーおよび補強部材の厚みも薄くすることができるため、超低温容器構造体をより軽量化することができる。

本発明の超低温容器構造体の第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態における超低温容器Ｔの胴体部１をＳＵＳ３０４Ｎ２とＳＵＳ３０４の両方の材料で作製したものである。すなわち、上記超低温容器Ｔの胴体部１は、軸方向の長さが短い筒状体１ａを複数突き合わせて作製されるが、その複数の筒状体１ａのうちの一部をＳＵＳ３０４Ｎ２製とし、他部をＳＵＳ３０４製としたものである。

このようにすると、ＳＵＳ３０４Ｎ２製とした筒状体１ａの厚みを薄くすることができるため、その分、超低温容器構造体を軽量化することができる。

本発明の超低温容器構造体の第４の実施の形態は、上記第１の実施の形態における超低温容器Ｔの胴体部１の材料と鏡板２の材料とを入れ換えたものである。すなわち、超低温容器Ｔの胴体部１，配管Ｐ１〜Ｐ６，スティフナーおよび補強部材がＳＵＳ３０４からなり、超低温容器Ｔの鏡板２がＳＵＳ３０４Ｎ２からなっている。

この実施の形態では、超低温容器Ｔの胴体部１（ＳＵＳ３０４）の作製の際には、溶接材料として、従来からＳＵＳ３０４同士の溶接に使用されている溶接材料３０８または３０８Ｌからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を使用して溶接する。また、上記胴体部１と配管Ｐ１〜Ｐ６との接続部分も、ＳＵＳ３０４同士の溶接となるため、上記溶接材料３０８または３０８Ｌからなる溶接ワイヤまたは溶接棒を使用して溶接する。それ以外は、上記第１の実施の形態と同様である。

そして、この第３の実施の形態では、第１の実施の形態における胴体部１と同様に、ＳＵＳ３０４Ｎ２製とした、超低温容器Ｔの鏡板２の厚みを薄くすることができるため、その分、超低温容器構造体を軽量化することができる。

本発明の超低温容器構造体の第５の実施の形態は、上記第４の実施の形態において、２枚の鏡板２のうち、一方をＳＵＳ３０４Ｎ２製とし、他方をＳＵＳ３０４製としたものである。

このようにしても、ＳＵＳ３０４Ｎ２製とした方の、超低温容器Ｔの鏡板２の厚みを薄くすることができるため、その分、超低温容器構造体を軽量化することができる。

なお、上記実施の形態以外にも、超低温容器ＴをＳＵＳ３０４製とし、配管Ｐ１〜Ｐ６，スティフナーおよび補強部材をＳＵＳ３０４Ｎ２製とする形態等にしてもよい。

また、上記各実施の形態では、超低温容器Ｔに取り付けられている付属部材として、配管Ｐ１〜Ｐ６，スティフナーおよび補強部材をあげたが、これらに限定されるものではない。

つぎに、実施例について従来例および比較例と併せて説明する。

ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板（住友金属工業社製、ＮＡＲ−３０４Ｎ２、厚み＝６ｍｍ）の端縁同士を突き合わせ、その突き合わせ部分を、溶接材料３１６ＬＮからなる溶接ワイヤ（日本ウエルディング・ロッド社製、ＷＥＬ Ａｕｔｏ ＴＩＧ３１６ＬＮ）を用いてプラズマ溶接した。

ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板（住友金属工業社製、ＮＡＲ−３０４Ｎ２、厚み＝６ｍｍ）とＳＵＳ３０４からなる金属板（住友金属工業社製、ＮＡＲ−３０４Ｒ、厚み＝６ｍｍ）の端縁同士を突き合わせ、その突き合わせ部分を、溶接材料３１６ＬＮからなる溶接ワイヤ（日本ウエルディング・ロッド社製、ＷＥＬ Ａｕｔｏ ＴＩＧ３１６ＬＮ）を用いてプラズマ溶接した。

〔従来例１〕
ＳＵＳ３０４からなる金属板（住友金属工業社製、ＮＡＲ−３０４Ｒ、厚み＝８ｍｍ）の端縁同士を突き合わせ、その突き合わせ部分を、溶接材料３０８からなる溶接ワイヤ（日本ウエルディング・ロッド社製、ＷＥＬ Ａｕｔｏ ＴＩＧ３０８）を用いてプラズマ溶接した。この従来例１は、従来の超低温容器構造体に使用されている金属板材料および溶接材料を使用しており、上記溶接材料３０８は、金属板材料がＳＵＳ３０４の場合に使用が推奨されている溶接材料である。

〔比較例１〕
ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板（住友金属工業社製、ＮＡＲ−３０４Ｎ２、厚み＝６ｍｍ）の端縁同士を突き合わせ、その突き合わせ部分を、溶接材料３０８Ｎ２からなる溶接ワイヤ（日本ウエルディング・ロッド社製、ＷＥＬ Ａｕｔｏ ＴＩＧ３０８Ｎ２）を用いてプラズマ溶接した。なお、上記溶接材料３０８Ｎ２は、金属板材料がＳＵＳ３０４Ｎ２の場合に使用が推奨されている溶接材料である。

〔溶接継手の引張試験〕
このようにして得られる実施例１，２、従来例１および比較例１の試験片に対して室温（２５℃）で引張試験を行った。この試験片は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ３１２１（１９９３年）の１号試験片とした。また、試験方法は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ２２４１（１９９８年）に従い、引張強さ（Ｎ／ｍｍ² ）を求めた。そして、その結果を下記の表１に表記した。なお、この引張試験は、高圧ガス保安法で規定される要求性能〔溶接継手の引張強さが金属板の引張強さ（ＳＵＳ３０４Ｎ２の引張強さは６９０Ｎ／ｍｍ² 、ＳＵＳ３０４の引張強さは５２０Ｎ／ｍｍ² ）以上〕を満たすか否かを知る試験として行った。

〔溶接継手の表曲げおよび裏曲げ試験〕
また、実施例１，２、従来例１および比較例１の試験片に対して室温（２５℃）で表曲げおよび裏曲げ試験を行った。各試験片は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ３１２２（１９９０年）の表曲げ試験片および裏曲げ試験片とした。また、試験の種類は、曲げ半径を板厚の２倍とするローラ曲げ試験方法とし、曲げた後の溶接部の表面を調べた。その結果、長さ３ｍｍ以上の割れがなく、かつ、長さ３ｍｍ以下の割れ長さの合計が７ｍｍ以下であるものを○、そうでないものを×として評価し、下記の表１に表記した。なお、この評価基準は、高圧ガス保安法で規定される要求性能である。

〔溶接継手の低温での衝撃試験〕
さらに、実施例１，２、従来例１および比較例１の試験片をそれぞれ３個ずつ作製し、液化窒素の沸点（大気圧）である−１９６℃において、溶接継手の衝撃試験を行った。各試験片は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ２２０２（１９８０年）の４号試験片とした。また、試験方法は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ２２４２（１９９３年）の金属材料試験方法に従った。そして、その衝撃の最低値および平均値を下記の表１に表記した。なお、この衝撃試験は、高圧ガス保安法で規定される要求性能（−１５０℃以下での溶接継手の衝撃試験における衝撃値の最低値が２０Ｊ／ｃｍ² 以上かつ平均値が３０Ｊ／ｃｍ² 以上）を満たすか否かを知る試験として行った。

表１の結果から、実施例１，２では、従来例１と比較すると、板厚が２５％薄いにもかかわらず、引張強さは、従来例１よりも高強度にでき、曲げ強度も低温での衝撃値（低温じん性）も、要求性能を満たすことがわかる。このことから、実施例１，２の金属板材料および溶接材料を使用した超低温容器は、従来の超低温容器と同様に、液化窒素等の液化ガスを収容するものとして使用できることがわかる。

また、実施例１と比較例１とを比較すると、金属板の材料が同じ（ＳＵＳ３０４Ｎ２）で、溶接材料が異なっており（実施例１：３１６ＬＮ、比較例１：３０８Ｎ２）、その結果、低温での衝撃値（低温じん性）は、実施例１の方が大きくなっている。この理由は明らかではないが、３１６ＬＮ（実施例１）の方が３０８Ｎ２（比較例１）よりも、Ｎｉ含有濃度が高いからであると思われる。

なお、上記実施例１，２において、ＳＵＳ３０４Ｎ２からなる金属板として、異なるメーカーのもの、すなわち、新日本製鐵社製のＹＵＳ３０４Ｎ−Ｍ１，ＹＵＳ３０４Ｎ−Ｍ２および日本冶金工業社製のＮＡＳ３０４Ｎ２に対しても、上記実施例１，２と同様の傾向を示す結果が得られた。

また、上記実施例１，２において、溶接材料として、３１７ＬＮからなる溶接ワイヤ（日本ウエルディング・ロッド社製、ＷＥＬ Ａｕｔｏ ＴＩＧ３１７ＬＮ）を用いても、上記実施例１，２と同様の傾向を示す結果が得られた。

本発明の超低温容器構造体の一実施の形態を示す、一部が破断した側面図である。

符号の説明

Ｔ 超低温容器
Ｐ１〜Ｐ６ 配管

Claims (3)

1. 金属板同士が溶接されてなる超低温容器と、この超低温容器に取り付けられている付属部材とを備えた超低温容器構造体であって、上記超低温容器を構成する金属板の一部もしくは上記付属部材の少なくとも一部が、下記の（Ａ）または（Ｂ）からなり、それ以外の部分が、下記の（Ｃ）または（Ｄ）からなり、下記の（Ａ）または（Ｂ）からなる部分同士の溶接および下記の（Ａ）または（Ｂ）からなる部分と下記の（Ｃ）または（Ｄ）からなる部分との溶接が、下記の（ａ）または（ｂ）からなる溶接ワイヤまたは溶接棒が用いられて行われていることを特徴とする超低温容器構造体。
   （Ａ）日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０４（１９９９年）で規定されている材料ＳＵＳ３０４Ｎ２。
   （Ｂ）日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０５（１９９９年）で規定されている材料ＳＵＳ３０４Ｎ２。
   （Ｃ）日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０４（１９９９年）で規定されている材料ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３１６もしくはＳＵＳ３１６Ｌ。
   （Ｄ）日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ４３０５（１９９９年）で規定されている材料ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３１６もしくはＳＵＳ３１６Ｌ。
   （ａ）ステンレス協会規格（ＳＡＳ）５２１（１９９１年）で規定されている溶接材料ＡＤ３１６ＬＮ，ＡＹ３１６ＬＮ，ＡＹＦ３１６ＬＮもしくはＡＳ３１６ＬＮ。
   （ｂ）ステンレス協会規格（ＳＡＳ）５２１（１９９１年）で規定されている溶接材料ＡＤ３１７ＬＮ，ＡＹ３１７ＬＮ，ＡＹＦ３１７ＬＮもしくはＡＳ３１７ＬＮ。
2. 上記付属部材が、上記超低温容器の内外を連通させる配管，上記超低温容器を構成する略筒状の胴体部とこの胴体部の両端開口を密閉する略半球殻状の鏡板との接続を補強するスティフナーおよび上記超低温容器を補強する補強部材からなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項１記載の超低温容器構造体。
3. 上記溶接が、プラズマアーク溶接，ＴＩＧ溶接またはサブマージアーク溶接である請求項１または２記載の超低温容器構造体。

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