JP2012072421A - 氷海構造物用鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】低温においても、母材の延性破壊特性および溶接熱影響部の靭性に優れた鋼板の提供。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．００２〜０．１０％、Ｓｉ：０．０２〜０．６％、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｐ：０．０６％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．００２％以上０．０２０％未満、Ｔｉ：０．００３〜０．０３％およびＮ：０．００７％以下に加え、Ｃｕ：０．０１〜３．５％およびＮｉ：０．０１〜９．５％の中から選んだ１種または２種を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、かつ下記（i）式および（ii）式をともに満たす化学組成を有し、板厚１／４部における金属組織のポリゴナルフェライトの面積率が８０％以上である氷海構造物用鋼板。
１．８≦Ｔｉ／Ｎ≦４．０ ・・・（i）
Ｃ＋Ｓｉ／７．５＋２Ａｌ≦０．２０ ・・・（ii）
但し、式（i）および（ii）中に示される各元素記号は、鋼板中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表す。
【選択図】 なし

Description

本発明は、寒冷地域における構造物に用いられる鋼板に係り、特に低温での母材の延性破壊特性および溶接熱影響部の靱性に優れた氷海構造物用鋼板に関する。

近年、エネルギー需要が益々増加する傾向にあり、海底石油資源の開発が活発化している。これらに使用される海洋構造物のうち、プラットフォームやジャッキアップリグは年々大型化しており、これに伴い鋼板などの使用鋼材が厚肉化するとともに、構造物の破壊に対するより高い信頼性の確保が重要な課題となっている。

海底石油資源の探索地域が近年寒冷地や大水深域へと移行しており、これらの地域あるいは海域で稼動する海洋構造物は、温暖な地域で使用される海洋構造物と比較すると極めて厳しい気象・海洋条件に晒される。

特に寒冷地域で使用される氷海構造物に用いられる鋼板には、例えば−４０℃以下という非常に厳しい低温での靱性が要求されるとともに、優れた溶接性も兼ね備えることが要求される。

さらに、構造物の破壊に対する信頼性を確保するため、ユーザの検査基準は厳しく、鋼板の靱性は母材、溶接部ともに従来のシャルピー衝撃値だけでなく、最低使用温度でのＣＴＯＤ値も優れていることが求められる。

このように、寒冷地域に設置される氷海構造物に使用される鋼板には、母材のみならず溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」という。）の低温靱性向上が要望されている。

従来、鋼板のＨＡＺ靱性を劇的に向上させるには低Ｃ化が有効であることが知られており、低Ｃ化による強度低下を補うため、種々の合金添加による高強度化や、時効析出硬化作用を利用した高強度化が図られている。例えば、ＡＳＴＭ Ａ７１０では、Ｃｕの時効析出硬化作用を利用したＣｕ析出鋼が開示されており、このような考え方に基づいた報告がいくつかなされている。

特許文献１には、多層溶接部の低温靱性に優れたＣｕ析出硬化型高張力鋼の製造方法が開示されており、特許文献２には、Ｃｕを０．５〜４．０％添加した引張強さ６８６ＭＰａ以上で伸び特性の優れた高強度高靱性鋼の製造方法が開示されている。

一方、Ｃｕは必須添加しないものの、特許文献３には、固溶Ｂ量を最適化することにより大入熱溶接を行ってもＨＡＺにおける低温靭性に優れる鋼材が記載されている。特許文献３に記載の発明では、組織を軟質相（フェライト、焼戻しベイナイト、焼戻しマルテンサイト）と硬質相（ベイナイト、マルテンサイト）とからなる複合組織とすることによりＨＡＺの低温靭性の他、疲労亀裂進展抵抗性をも改善している。

特開平５−１７９３４４号公報 特開平５−１８６８２０号公報 特開２００８−２４８３３８号公報

特許文献１〜３ではいずれも、極厚鋼板での低温ＣＴＯＤ特性が明らかにされていない。しかし、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに切断採取した微小試験片を評価するシャルピー衝撃試験で安定した特性を得た場合にも、構造物と等しい板厚の試験片にて評価するＣＴＯＤ特性では所要特性を満足できないケースが多発している。また、今日ではさらに高いＣＴＯＤ値が求められるようになってきている。

海底石油資源の探索地域はより厳しい気象条件の地域へ移行している。特に近年では、氷が一面に張っている海域または氷塊や氷山が多く浮かぶ海域（氷海域）での海底資源探索も行われており、そのような環境下でも使用できる良好な低温ＣＴＯＤ特性が確保された厚鋼板が求められている。

本発明は母材靱性およびＨＡＺ靱性に優れた氷海構造物用鋼板を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決し、母材靱性およびＨＡＺ靱性に優れた氷海構造物用鋼板を開発することを目的に、鋼の化学成分および組織について種々の検討を行った結果、以下の（イ）〜（ハ）の知見を得た。

（イ）氷海での構造物は、氷塊の衝突により大規模な変形を受ける可能性があるため、従来考えられてきた脆性き裂の発生、進展による破壊のみならず、延性き裂の進展による破壊についても防止する必要がある。このため、低温での延性破壊特性に優れた鋼板の提供が不可欠である。母材の延性破壊特性を改善するには、ポリゴナルフェライトを主体とした組織にする必要がある。特に、母材の板厚１／４部におけるポリゴナルフェライト面積率を８０％以上とした場合に、母材の延性破壊特性が著しく改善される。

（ロ）構造物の破壊に対する信頼性を向上させるためには、母材の延性破壊特性のみならず、ＨＡＺ靭性についても改善する必要がある。ＨＡＺ靭性の改善にはＨＡＺ組織の微細化が有効であり、ＴｉおよびＮを鋼板中に含有させることでＴｉＮを分散させ、溶接時のオーステナイト粒の粗大化を抑制することができる。しかしながら、Ｎを過剰に含有する場合には、Ｎはその全てがＴｉＮを形成せず、固溶Ｎが残存し、著しい靭性の劣化を引き起こす。また、Ｔｉが過剰である場合には、溶接時にＴｉＮが溶解し、オーステナイト粒を微細化するためのピン止め効果が消失する。また過剰なＴｉは硬質相であるＴｉＣを形成し、靭性を劣化させる。このため、ＴｉとＮを特定の比率で含有させることが肝要であり、下式（i）を満足する必要がある。なお、式（i）中の元素記号は鋼板中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表す。
１．８≦Ｔｉ／Ｎ≦４．０ ・・・（i）

（ハ）氷海構造物の建造には溶接施工が不可欠であるが、氷海構造物には極厚鋼板が用いられることから、一般的に多層溶接により接合される。多層溶接部の熱影響部では、先行するパスの溶接により１３００℃以上に加熱された後、後続のパスによりＡｃ_１温度以上、Ａｃ_３温度以下の二相域に再加熱される領域が生じる。この領域では、島状マルテンサイトと呼ばれるオーステナイトとマルテンサイトが混合した硬質組織が生成し易く、この島状マルテンサイトが多量に生成するとＨＡＺ靭性を著しく劣化させる。島状マルテンサイトの生成を防止するためには、低Ｃ化に加え、ＳｉおよびＡｌ含有量の低減が効果的である。これらの含有量が増加すると、セメンタイトの析出を抑制し、島状マルテンサイトの生成を助長する効果がある。そのため、ＳｉおよびＡｌ含有量を低減することで島状マルテンサイトの生成量を低下させることができる。特に、下記（ii）式を満たすことで、島状マルテンサイトの面積率を１％以下とすることができ、靭性劣化への影響が無視できる。なお、式（ii）中の元素記号は鋼板中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表す。
Ｃ＋Ｓｉ／７．５＋２Ａｌ≦０．２０ ・・・（ii）

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）〜（５）に示す氷海構造物用鋼板を要旨とする。

（１）質量％で、
Ｃ：０．００２〜０．１０％、
Ｓｉ：０．０２〜０．６％、
Ｍｎ：０．３〜３．０％、
Ｐ：０．０６％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ａｌ：０．００２％以上０．０２０％未満、
Ｔｉ：０．００３〜０．０３％および
Ｎ：０．００７％以下
に加え、
Ｃｕ：０．０１〜３．５％および
Ｎｉ：０．０１〜９．５％
の中から選んだ１種または２種を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、かつ下記（i）式および（ii）式をともに満たす化学組成を有し、板厚１／４部における金属組織のポリゴナルフェライトの面積率が８０％以上であることを特徴とする氷海構造物用鋼板。
１．８≦Ｔｉ／Ｎ≦４．０ ・・・（i）
Ｃ＋Ｓｉ／７．５＋２Ａｌ≦０．２０ ・・・（ii）
但し、式（i）および（ii）中に示される各元素記号は、鋼板中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表す。

（２）Ｆｅの一部に替えて、質量％で、
Ｃｒ：３．５％以下、
Ｍｏ：３．０％以下、
Ｖ：０．２％以下、
Ｎｂ：０．１％以下および
Ｂ：０．０１％以下
の中から選んだ１種以上を含有することを特徴とする上記（１）に記載の氷海構造物用鋼板。

（３）Ｆｅの一部に替えて、質量％で、
Ｃａ：０．０２％以下および
Ｍｇ：０．０２％以下
の中から選んだ１種または２種を含有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の氷海構造物用鋼板。

（４）Ｆｅの一部に替えて、質量％で、
ＲＥＭ：０．０１％以下および
Ｚｒ：０．０１％以下
の中から選んだ１種または２種を含有することを特徴とする上記（１）から（３）に記載の氷海構造物用鋼板。

（５）多層溶接により接合されたときの継手の溶接熱影響部のミクロ組織における、島状マルテンサイトの面積率が１％未満となることを特徴とする上記（１）から（４）に記載の氷海構造物用鋼板。

本発明によれば、−４０℃以下という低温においても、母材の延性破壊特性およびＨＡＺ靭性に優れた鋼板を得ることができる。本発明の鋼板は、大規模な変形に伴う破壊に対する信頼性が高いため、特に、近年要求の高まっている寒冷地域において海洋資源の掘削・生産を行う氷海構造物、および流氷・氷山等による構造物へのダメージを軽減するための外殻部に用いられる鋼板に最適である。

（Ａ）化学組成
まず、本発明鋼板の化学組成の限定理由を述べる。以下、％は質量％を意味する。

Ｃ：０．００２〜０．１０％
Ｃは、強度を確保するために必要な元素である。０．００２％未満では必要とする強度を確保することができない。一方、０．１０％を超えると、母材の靭性が劣化する。また、溶接時に発生する島状マルテンサイトを抑制し、ＨＡＺ靭性を確保するためにも多量の含有は好ましくない。島状マルテンサイト抑制の観点からは、Ｃ含有量は少ない方が好ましい。Ｃ含有量は０．０５％以下とすることが好ましい。

Ｓｉ：０．０２〜０．６％
Ｓｉは、脱酸作用があるとともに鋼板の強度上昇にも寄与する。これらの効果を得るために、Ｓｉを０．０２％以上含有させる。しかし、０．６％を超えて含有させた場合、靭性の低下をもたらす。このため、Ｓｉ含有量は０．０２〜０．６％とする。Ｓｉ含有量が多いと島状マルテンサイトの生成によるＨＡＺ靭性低下が起こるため、Ｓｉ含有量は０．４％以下とすることが好ましい。

Ｍｎ：０．０５〜３．０％
Ｍｎは鋼の焼入れ性を高める効果があり、強度確保に有効な成分である。含有量が０．０５％未満では、焼入れ性の不足によって強度および靱性が得られない。一方、３．０％を超えて含有させると、偏析が増すとともに焼入れ性が高まりすぎて溶接時にＨＡＺおよび母材ともに靱性が低下する。したがって、０．０５〜３．０％とする。好ましい下限は０．５％、より好ましい下限は０．７％であり、好ましい上限は２．５％、より好ましい上限は２．０％である。

Ｐ：０．０６％以下
Ｐは、不純物として鋼中に不可避的に存在する。０．０６％を超えると、粒界に偏析して靭性を低下させるのみならず、溶接時に高温割れを招くため０．０６％以下とする必要がある。好ましくは０．０３％以下である。

Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、不純物として鋼中に不可避的に存在する。多すぎると中心偏析を助長したり、延伸したＭｎＳが多量に生成したりするため、母材およびＨＡＺの機械的性質が劣化するため、０．０３％以下とする。好ましくは０．０１％以下である。

Ａｌ：０．００２％以上０．０２０％未満
Ａｌは脱酸のために必須の元素である。この効果を得るためには０．００２％以上の含有量が必要である。しかし、０．０２０％以上含有させると、特に溶接時にＨＡＺにおいて靱性が劣化しやすくなる。これは、粗大なクラスター状のアルミナ系介在物粒子が形成されやすくなること、および島状マルテンサイトの生成が促進されることのためと考えられる。したがって、Ａｌ含有量を０．００２以上０．０２０％未満とする。０．００５％を超えて含有させることが好ましく、０．０１５％以下とすることが好ましい。

Ｔｉ：０．００３〜０．０３％
Ｔｉは、鋼中のＮと反応してＴｉＮとして析出し、ＨＡＺでのオーステナイトの粗大化を抑制するとともに、フェライト変態の核として作用して粒内組織を微細化する効果を有するので、ＨＡＺ靭性を向上させる。この効果を得るには、Ｔｉを０．００３％以上含有させる必要がある。しかし、Ｔｉの含有量が多くなりすぎると、固溶Ｔｉが増加し、かえってＨＡＺ靭性が低下するため、０．０３％以下とする。好ましい下限は０．００５％、より好ましい下限は０．００７％であり、好ましい上限は０．０２５％、より好ましい上限は０．０２％である。

Ｎ：０．００７％以下
Ｎは、不純物として鋼中に不可避的に存在する。多量に存在する場合にはＨＡＺ靭性の悪化原因となる。Ｎは０．００７％以下でなければ母材およびＨＡＺともに靱性が劣化するのを避けることができない。

ＣｕおよびＮｉは少なくともいずれかの元素を含有させる。

Ｃｕ：０．０１〜３．５％
Ｃｕは、母材およびＨＡＺともに靭性を劣化させずに強度を上昇させる。この効果を得るためにはＣｕを０．０１％以上含有させる。しかし、３．５％を超えると、鋼の焼入性を過度に高め、ＨＡＺ靱性を損なう傾向が強くなる。したがって、Ｃｕ含有量の上限を３．５％とする。好ましくは２．５％以下、より好ましくは１．５％以下である。

Ｎｉ：０．０１〜９．５％
Ｎｉは、適正量を添加することによって、溶接性およびＨＡＺ靱性に悪影響を及ぼすこともなく、母材の強度および靱性を向上させる。この効果を得るためにはＮｉを０．０１％以上含有させる。しかし、Ｎｉ含有量が９．５％を超えると構造用鋼材として極めて高価になって経済性を失う。好ましくは５．０％以下、より好ましくは２．５％以下である。０．０１％以上の含有で合わせて焼入れ性向上効果も得られる。特に、Ｃｕを含有させる場合は圧延時のひび割れ（Ｃｕチェッキング）を防止するために、０．０１％以上のＮｉを含有させる必要がある。

１．８≦Ｔｉ／Ｎ≦４．０
上述のようにＴｉはＮと結合し、ＴｉＮとして析出し、ＨＡＺ組織の微細化に寄与するため、ＨＡＺ靭性が向上する。この効果はＴｉとＮの比によって決まる。Ｔｉ／Ｎが１．８未満の場合は、ＴｉＮとして結合できない固溶Ｎが増加して、ＨＡＺ靭性を劣化させる。一方、Ｔｉ／Ｎが４．０を超える場合には、ＴｉＮとして結合できないＴｉが粗大な炭化物を形成して、ＨＡＺ靭性を劣化させる。このため、Ｔｉ／Ｎは１．８〜４．０の範囲内とする。

Ｃ＋Ｓｉ／７．５＋２Ａｌ≦０．２０
氷海構造物で多用される多層溶接では、１パス目の溶接を行った後、同領域周辺を後続パスで再度溶接することになる。このため、２相域まで再加熱される領域（ＩＣＣＧＨＡＺ；InterCritically reheated Coarse Grained Heat Affected Zone）が存在する。ＩＣＣＧＨＡＺでは、２相域に加熱された際、オーステナイト中に炭素が濃縮し、多量の島状マルテンサイトが形成される。島状マルテンサイトは延性-脆性遷移温度を上昇させ、ＨＡＺ靭性を劣化させる。よって、ＩＣＣＧＨＡＺにおける島状マルテンサイトの生成量を減少させれば、靭性の劣化を抑えることができる。

島状マルテンサイトの減少は、Ｃ含有量の低減により炭素の濃縮を回避するとともに、ＳｉおよびＡｌ含有量を低減してセメンタイトの析出を促進させることにより実現する。

Ｃ、ＳｉおよびＡｌ含有量の島状マルテンサイト生成に対する寄与度合いは各元素により異なり、種々の実験からＡｌがＣの２倍、ＣがＳｉの７．５倍であることが分かった。そして、鋼板中に含まれる各元素の含有量が前記それぞれの範囲にあり、かつＣ＋Ｓｉ／７．５＋２Ａｌが０．２０以下の化学組成を有する鋼板を所定の製造条件で作製すると、多層溶接をしたときのＩＣＣＧＨＡＺにおける島状マルテンサイトの生成量が面積率で１％未満となる。

本発明の氷海構造物用鋼板は、上記の各元素を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなるものである。但し、本発明の氷海構造物用鋼板は、Ｆｅの一部に替えて、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭおよびＺｒから選択される一種以上の元素を含有させても良い。

不純物とは、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

Ｃｒ：３．５％以下
Ｃｒは、耐炭酸ガス腐食性を高め、また焼入性を高めるのに有用である。しかし、３．５％を超えて含有させると、他の成分条件を満足させても、ＨＡＺの硬化の抑制が難しくなる他、耐炭酸ガス腐食性向上効果も飽和する。よって、Ｃｒを含有させる場合はその含有量を３．５％以下とする。上記の効果を得るためには０．１％以上含有させることが好ましい。

Ｍｏ：３．０％以下
Ｍｏは、母材の強度と靱性を向上させるのに有用である。しかし、３．０％を超えると特にＨＡＺの硬度が高まり靱性と耐ＳＳＣ性を損なう。よって、Ｍｏを含有させる場合はその含有量を３．０％以下とする。上記の効果を得るためには０．１％以上含有させることが好ましい。

Ｖ：０．２％以下
Ｖは、主に焼戻し時の炭窒化物析出により母材の強度を向上させるのに有用である。しかし、０．２％を超えると母材の性能向上効果が飽和し、靱性劣化を招く。よって、Ｖを含有させる場合はその含有量を０．２％以下とする。上記の効果を得るためには０．０２％以上含有させることが好ましい。

Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂは、細粒化と炭化物析出により母材の強度および靱性を向上させるのに有用である。しかし、０．１％を超えると母材の性能向上効果が飽和するとともに、ＨＡＺ靱性を著しく損なう。よって、Ｎｂを含有させる場合はその含有量を０．１％以下とする。上記の効果を得るためには０．０１％以上含有させることが好ましい。

Ｂ：０．０１％以下
Ｂは、焼入れ性を向上させて強度を高める作用がある。しかし、その含有量が０．０１％を超えると、強度を高める効果が飽和するし、母材およびＨＡＺともに靱性劣化の傾向が著しくなる。したがって、Ｂを含有させる場合はその含有量を０．０１％以下とする。上記の効果を得るためには０．０００５％以上含有させることが好ましい。

Ｃａ：０．０２％以下
Ｃａは鋼中のＳと反応して溶鋼中で酸・硫化物（オキシサルファイド）を形成する。この酸・硫化物はＭｎＳなどと異なって圧延加工で圧延方向に伸びることがなく圧延後も球状であるため、延伸した介在物の先端などを割れの起点とする溶接割れや水素誘起割れを抑制する作用がある。しかし、その含有量が０．０２％を超えると靱性の劣化を招くことがある。したがって、Ｃａを含有させる場合はその含有量を０．０２％以下とする。上記の効果を得るためには０．０００５％以上含有させることが好ましい。

Ｍｇ：０．０２％以下
ＭｇはＭｇ含有酸化物を生成し、ＴｉＮの発生核となり、ＴｉＮを微細分散させる効果を持つ。しかし、０．０２％を超えると、酸化物が多くなりすぎて延性低下をもたらす。したがって、Ｍｇを含有させる場合はその含有量を０．０２％以下とする。上記の効果を得るためには０．０００３％以上含有させることが好ましい。

ＲＥＭ：０．０１％以下
ＲＥＭは、溶接熱影響部の組織の微細化や、Ｓの固定に寄与する。しかし、ＲＥＭの過剰な添加は、介在物による清浄度の低下を招く。この介在物は、比較的靱性劣化への影響が小さいため、０．０１％以下であれば許容できる。したがって、ＲＥＭを含有させる場合はその含有量を０．０１％以下とする。上記の効果を得るためには０．００１％以上含有させることが好ましい。

ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量は上記元素の合計量を意味する。

Ｚｒ：０．０１％以下
Ｚｒは鋼中にてＺｒ酸化物を生成し、溶接熱影響部における微細フェライトの発生核となり、ミクロ組織を微細化させる効果を持つ。しかし、０．０１％を超えると、酸化物が多くなりすぎて延性低下をもたらす。したがって、Ｚｒを含有させる場合はその含有量を０．０１％以下とする。この効果を得るためには０．００１％以上含有させることが好ましい。

（Ｂ）鋼板組織（板厚１／４部における金属組織のポリゴナルフェライトの面積率が８０％以上）
氷塊の衝突を伴う氷海域で使用される鋼板では、脆性破壊だけでなく延性破壊を考慮する必要がある。優れた脆性破壊特性と延性破壊特性との両方を同時に満足するためには、そのミクロ組織を主としてポリゴナルフェライトからなる組織とする。特にポリゴナルフェライトの面積率が８０％以上となれば、母材の延性破壊特性は確保される。よって、鋼板の板厚１／４部におけるポリゴナルフェライト面積率を８０％以上とする。ポリゴナルフェライト以外の残部組織については特に制限はない。なお、板厚１／４部を組織観察するのは、板厚１／４部における冷却速度は板厚１／２部および表面の中間的な冷却速度となるので、鋼板全体の平均的な組織を観察できるためである。

鋼板組織を主としてポリゴナルフェライトとするには、本発明で規定する組成を有するスラブを用意した上で、以下のように製造を行う。まず、スラブを加熱する。加熱温度は９００〜１２００℃とすればよいが、次工程の熱間圧延工程で特定温度での圧延が重要となるため、加熱温度は低いことが好ましい。

続く熱間圧延工程ではスラブを圧延する。ポリゴナルフェライトの生成には未再結晶域であるＡｒ_３点直上の温度域での圧延が重要になる。このとき、Ａｒ_３点〜Ａｒ_３点＋４０℃の範囲での圧延を行うと鋼板に歪みが導入されポリゴナル化されやすくなる。すべての圧延パスにおいてＡｒ_３点〜Ａｒ_３点＋４０℃の範囲で圧延を行う必要はないが、全パスのうちの半分以上をこの温度域で圧延することが好ましい。また、歪みを多く導入するため、この温度域での圧下比を大きくすることも有効である。圧延後はフェライト組織を得るために空冷すればよい。緩冷却によりポリゴナルフェライトを生成させることができる。その一方で、空冷では生産効率が低下するため、Ａｒ_３点−５０℃以下まで空冷しポリゴナルフェライトを生成させた後は加速冷却してもよい。加速冷却すればポリゴナルフェライトの粗大化が抑制されるため、微細な母材組織を得ることができ、強度および靭性の向上が期待できる。空冷もしくは加速冷却により冷却した後、２００℃〜Ａｒ_１点の温度で焼戻し処理を行うことができ、この温度範囲であればポリゴナルフェライトの面積率は変化しない。

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。

表１に示す組成を有する厚み２００ｍｍのスラブを用意し、加熱炉にて１０００℃に加熱後、最終パス後の板厚が１９〜７５ｍｍとなるように圧延を行った。このとき、Ａｒ_３点〜Ａｒ_３点＋４０℃の温度範囲での圧延を全パス数の半数以上で行うようにし、Ａｒ_３点以上で圧延を完了させた。なお、Ａｒ_３点は計算値を用いた。
Ａｒ_３＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍｏ＋０．３５（ｔ−８）（ｔは板厚、ｍｍ）

圧延後は、放置空冷して鋼板温度がＡｒ_３点−５０℃以下となった後、水冷して常温まで冷却した。なお、比較のため、一例（表２に示す供試Ｎｏ．ｆ）については圧延後空冷せず直接水冷した。

供試鋼を製造後、供試鋼の一部から試料を採取し、板厚１／４部における組織を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）にて観察した。ポリゴナルフェライトの面積率は１０００倍に拡大したＳＥＭ写真を画像処理して測定した。

一方、供試鋼は母材として表２に示す入熱量で多層溶接を行った。作製した溶接継手からは、ＣＴＯＤ試験片のノッチが溶融線の位置になるように試験片を作製し、−４０℃または−６０℃でＣＴＯＤ試験を実施して限界ＣＴＯＤ値を得た。

また、溶接断面についてミクロ組織を観察し、ＩＣＣＧＨＡＺにおける島状マルテンサイトの観察を行った。表２に試験結果を併せて示す。

表２から、本発明に係る供試Ｎｏ．１〜２７の鋼板はいずれもポリゴナルフェライトの面積率が８０％以上となり、ＨＡＺにおける限界ＣＴＯＤ値も０．１ｍｍ以上と良好な靭性を有する。また、ＩＣＣＧＨＡＺ部の組織観察でも島状マルテンサイトは観察されなかった。

これに対して、本発明の規定から外れる供試Ｎｏ．ａ〜ｆの鋼板は、条件が厳しくない−４０℃でも限界ＣＴＯＤ値が０．１ｍｍ以下となった。

供試Ｎｏ．ａの鋼板は、Ｃ含有量が規定量より高く、（ii）式も満足しなかった。また、ＣｕおよびＮｉを含有していないため、ＩＣＣＧＨＡＺ部の島状マルテンサイトが多くなり、限界ＣＴＯＤ値が低くなったと考えられる。

供試Ｎｏ．ｂの鋼板は、Ｓｉ含有量が規定量より高く、（ii）式も満足しなかったため、ＩＣＣＧＨＡＺ部の島状マルテンサイトが多くなり、限界ＣＴＯＤ値が低くなったと考えられる。

供試Ｎｏ．ｃの鋼板は、Ｍｎ含有量が規定量より高いため、焼きが入りポリゴナルフェライトの面積率が低くなり、限界ＣＴＯＤ値が低くなったと考えられる。

供試Ｎｏ．ｄの鋼板は、Ｎ含有量が規定量より高く、（i）式も満足しなかったため、固溶Ｎが増加し、限界ＣＴＯＤ値が低くなったと考えられる。

供試Ｎｏ．ｅの鋼板は、（ii）式を満足しなかったため、ＩＣＣＧＨＡＺ部の島状マルテンサイトが多くなり、限界ＣＴＯＤ値が低くなったと考えられる。

化学組成が本発明で規定する範囲内にあるが、圧延後、長時間放置空冷せずに水冷した供試Ｎｏ．ｆの鋼板は、圧延後空冷せず直接水冷したため、ポリゴナルフェライトが十分に生成せず、限界ＣＴＯＤ値が低くなったと考えられる。

本発明によれば、−４０℃以下という低温においても、母材の延性破壊特性およびＨＡＺ靭性に優れた鋼板を得ることができ、特に、近年要求の高まっている寒冷地域において海洋資源の掘削・生産を行う氷海構造物、および流氷・氷山等による構造物へのダメージを軽減するための外殻部に用いられる鋼板に最適である。

Claims (5)

1. 質量％で、
   Ｃ：０．００２〜０．１０％、
   Ｓｉ：０．０２〜０．６％、
   Ｍｎ：０．３〜３．０％、
   Ｐ：０．０６％以下、
   Ｓ：０．０３％以下、
   Ａｌ：０．００２％以上０．０２０％未満、
   Ｔｉ：０．００３〜０．０３％および
   Ｎ：０．００７％以下
   に加え、
   Ｃｕ：０．０１〜３．５％および
   Ｎｉ：０．０１〜９．５％
   の中から選んだ１種または２種を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、かつ下記（i）式および（ii）式をともに満たす化学組成を有し、板厚１／４部における金属組織のポリゴナルフェライトの面積率が８０％以上であることを特徴とする氷海構造物用鋼板。
   １．８≦Ｔｉ／Ｎ≦４．０ ・・・（i）
   Ｃ＋Ｓｉ／７．５＋２Ａｌ≦０．２０ ・・・（ii）
   但し、式（i）および（ii）中に示される各元素記号は、鋼板中に含まれる各元素の含有量（質量％）を表す。
2. Ｆｅの一部に替えて、質量％で、
   Ｃｒ：３．５％以下、
   Ｍｏ：３．０％以下、
   Ｖ：０．２％以下、
   Ｎｂ：０．１％以下および
   Ｂ：０．０１％以下
   の中から選んだ１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の氷海構造物用鋼板。
3. Ｆｅの一部に替えて、質量％で、
   Ｃａ：０．０２％以下および
   Ｍｇ：０．０２％以下
   の中から選んだ１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の氷海構造物用鋼板。
4. Ｆｅの一部に替えて、質量％で、
   ＲＥＭ：０．０１％以下および
   Ｚｒ：０．０１％以下
   の中から選んだ１種または２種を含有することを特徴とする請求項１から請求項３に記載の氷海構造物用鋼板。
5. 多層溶接により接合されたときの継手の溶接熱影響部のミクロ組織における、島状マルテンサイトの面積率が１％未満となることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の氷海構造物用鋼板。