JP2013014812A - Steel material for very low temperature use having excellent ctod property after strain application, and method for manufacturing the same - Google Patents

Steel material for very low temperature use having excellent ctod property after strain application, and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel material for very low temperature use, which has excellent CTOD properties after strain application in a heat-affected zone area that is not subjected to a subsequent heat cycle, and to provide a method for manufacturing the steel material for very low temperature use.SOLUTION: The steel material for very low temperature use includes, by mass, 0.01-0.12% of C, 0.4-2.0% of Mn, 5.5-8.5% of Ni, 0.002-0.05% of Al, 0.0015-0.004% of N, and the balance Fe with impurities, wherein the impurities comprise ≤0.15% of Si, ≤0.05% of P, and ≤0.008% of S, and is characterized in that the value of Pdefined by formula (1) below is 0.54 to 0.65, and the average effective crystal grain size in a region of ≤0.2 mm from the surface of the steel material is ≤5.0 μm. (1): P=0.075Si+0.217Mn+0.042Ni+0.25Cr+0.32Mo, wherein, each symbol for element represents the content (mass%) of each element.

Description

本発明は、靭性に優れた極低温用鋼材およびその製造方法並びに当該鋼材を適用したLNGタンクに関する。なお、極低温用とは、LPG(Liquefied petroleum gas:
液化石油ガス)、LNG(Liquefied Natural Gas:液化天然ガス)などの液体の温度域、すなわち、−60℃以下の極低温環境での用途を意味する。本発明は、特に−165℃のLNG温度環境での用途を主なターゲットとしている。
The present invention relates to a cryogenic steel material excellent in toughness, a manufacturing method thereof, and an LNG tank to which the steel material is applied. For cryogenic use, LPG (Liquefied petroleum gas:
It means use in a liquid temperature range such as liquefied petroleum gas (liquefied petroleum gas) and LNG (Liquefied Natural Gas), that is, a cryogenic environment of −60 ° C. or lower. The present invention is mainly intended for use in an LNG temperature environment of −165 ° C. in particular.

LPGやLNGなどの液化ガスを貯蔵する極低温貯槽タンクを製造するための鋼材には、安全性確保の面から優れた破壊靱性が求められる。特に、日本のような地震の多発国に地上式LNGタンクを建設することを想定すると、地震を受けても変形残留は許容するが液密性及び機密性が保持されることが掲げられている。つまり、タンクの内槽材は板厚を貫通する破壊を許容することができない。そして、地震により大きな外力が付与されると、内槽材やアニュラープレートには大きな塑性変形を受けることも想定でき、この耐破壊性能として極めてレベルの高い特性が求められることになる。その要求に応える鋼の例として、9%Ni鋼がある。   Steel materials for producing cryogenic storage tanks for storing liquefied gases such as LPG and LNG are required to have excellent fracture toughness in terms of ensuring safety. In particular, assuming that a ground-based LNG tank is built in a country with frequent earthquakes such as Japan, it is stated that liquid deformation and confidentiality can be maintained even if it is subjected to an earthquake. . That is, the inner tank material of the tank cannot tolerate breakage that penetrates the plate thickness. When a large external force is applied due to the earthquake, it can be assumed that the inner tank material and the annular plate are subjected to a large plastic deformation, and a very high level of characteristics is required as the anti-destructive performance. An example of steel that meets this requirement is 9% Ni steel.

9%Ni鋼に対しては、従来、P、Sをはじめとする不純物の低減やCの低減、さらには3段熱処理法、即ち、「焼入れ(Q)、二相域焼入れ(L)および焼戻し(T)」という熱処理(QLT)、などの種々の改善が行われてきた。また、含Ni鋼の強度および靱性向上に有効な合金元素としてMoの添加が検討されてきた。   Conventionally, for 9% Ni steel, reduction of impurities such as P and S, reduction of C, and further three-stage heat treatment, that is, “quenching (Q), two-phase region quenching (L) and tempering” Various improvements such as heat treatment (QLT) "(T)" have been made. Further, addition of Mo has been studied as an alloy element effective for improving the strength and toughness of Ni-containing steel.

上記のQLTやMo添加は、靱性改善の根幹となる残留オーステナイト量を増加させるためである。このような技術が記載された文献として、次の特許文献がある。   This is because the addition of QLT or Mo increases the amount of retained austenite which is the basis for improving toughness. There are the following patent documents as documents in which such techniques are described.

特許文献1には、Mo:0.04〜0.5%を添加した3段熱処理法(QLT)または直接焼入−二相焼入法(DQ−LT)法によって製造した、板厚が40mm以上の9Ni鋼が開示されている。   Patent Document 1 discloses that a plate thickness of 40 mm manufactured by a three-stage heat treatment method (QLT) or a direct quenching-two-phase quenching method (DQ-LT) method in which Mo: 0.04 to 0.5% is added. The above 9Ni steel is disclosed.

特許文献2には、焼入れ−焼戻し法(QT)または直接焼入れ-焼戻し法(DQ-T)法による板厚40mm以上の9%Ni鋼の製造方法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a method for producing 9% Ni steel having a thickness of 40 mm or more by a quenching-tempering method (QT) or a direct quenching-tempering method (DQ-T) method.

しかしながら、近年の合金元素価格の高騰などで鋼材の価格が急騰している。Niなど高価な合金元素を多量に添加しなければならない9%Ni鋼においては、合金元素の価格上昇は、より一層の鋼材価格の上昇をもたらす。そこで、鋼材価格の抑制のために、コスト低減の少ないNi含有量で9%Ni鋼と同等以上の性能、例えば優れた靱性、を有する鋼材の開発が必要となってきている。このような低Ni型の極低温用鋼に関する従来技術としては、次の特許文献に開示されたものがある。   However, the price of steel materials has soared due to the recent increase in alloy element prices. In the 9% Ni steel to which a large amount of expensive alloy elements such as Ni must be added, the increase in the price of the alloy elements causes a further increase in the price of the steel material. Therefore, in order to suppress the price of steel materials, it has become necessary to develop steel materials having performance equivalent to or better than 9% Ni steel, for example, excellent toughness, with a Ni content with low cost reduction. As a prior art regarding such a low Ni type cryogenic steel, there is one disclosed in the following patent document.

特許文献3には4.0〜7.5%のNiを含有し、Ms点が370℃以下となる極低温用鋼が開示されている。また、特許文献4には、5.5〜10%のNiを含有する鋼およびその連続鋳造法が示されている。さらに、特許文献5および特許文献6には1.5〜9.5%のNiと0.02〜0.08%のMoを含有する鋼が開示されている。   Patent Document 3 discloses a steel for cryogenic temperature containing 4.0 to 7.5% of Ni and having an Ms point of 370 ° C. or lower. Patent Document 4 discloses a steel containing 5.5 to 10% Ni and a continuous casting method thereof. Furthermore, Patent Document 5 and Patent Document 6 disclose steels containing 1.5 to 9.5% Ni and 0.02 to 0.08% Mo.

特許文献5および特許文献6には、溶接継手のCTOD(Crack Tip Opening Displacement:き裂先端開口変位)特性の記載がある。   Patent Document 5 and Patent Document 6 describe CTOD (Crack Tip Opening Displacement) characteristics of welded joints.

特許文献7には溶接止端部(Toe部)のCTOD特性改善についての知見が記載されている。この文献はSi、Al、Nを低減した化学成分調整によって熱影響部組織中へのセメンタイト析出を促進しCTOD特性を改善する方法が記載されている。   Patent Document 7 describes the knowledge about the CTOD characteristic improvement of the weld toe part (Toe part). This document describes a method for improving the CTOD characteristics by promoting the precipitation of cementite in the heat-affected zone structure by adjusting chemical components with reduced Si, Al, and N.

特開平4-371520号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-371520 特開平6-184630号公報JP-A-6-184630 特開平6-136483号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-136483 特開平7-90504号公報JP 7-90504 A 特開平9-302445号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-302445 特開2002-129280号公報JP 2002-129280 A WO2007/080645WO2007 / 080645

溶接継手のCTOD特性とは、き裂を有する材料が所定の温度に保持し曲げ外力を加えていくと、き裂が急速に進展する現象(不安定破壊)が起こる直前のき裂先端開口量の測定値(限界CTOD値)を示すものである。この限界CTOD値が大きいほど、靱性に優れている材料であると言える。   CTOD characteristics of welded joints are the amount of crack tip opening immediately before a phenomenon in which a crack develops rapidly (unstable fracture) when a cracked material is held at a predetermined temperature and a bending external force is applied. The measured value (limit CTOD value) is shown. It can be said that the larger this critical CTOD value is, the better the material is.

一般に、9%Ni鋼の溶接継手には極めて高い低温靭性を有するオーステナイト系の溶接材料を用いることから、FLのCTOD特性は荷重負荷時のき裂先端領域において溶金組織において塑性変形が先行し、CTOD値が向上するという現象が見られる。これについては、例えば、佐藤ら:「力学的性質の急変部に切欠きをもつ材の塑性変形挙動とき裂開口変位」(溶接学会誌、第52巻、第2号、pp.86-93、(1983))にも一般的なアンダーマッチ継手の問題として、解析的に明らかにされていることである。   Generally, 9% Ni steel welded joints use an austenitic weld material with extremely high low temperature toughness. Therefore, the CTOD characteristics of FL are preceded by plastic deformation in the molten metal structure at the crack tip region under load. The CTOD value is improved. For example, Sato et al .: “Plastic deformation behavior and crack opening displacement of a material with a notch in a sudden change in mechanical properties” (Journal of the Japan Welding Society, Vol. 52, No. 2, pp.86-93, (1983) is also revealed analytically as a general problem with undermatched joints.

しかしながら、Toe部においては、溶接金属の塑性変形の助けは殆ど無く、HAZ靭性そのもののCTOD評価ということになる。つまり、9%Ni鋼の溶接継手の脆性破壊発生特性の評価の中では、このToeノッチCTOD試験が最も厳しいものとなる。   However, in the Toe part, there is almost no help of plastic deformation of the weld metal, and it is CTOD evaluation of HAZ toughness itself. In other words, this Toe notch CTOD test is the most severe in the evaluation of the brittle fracture occurrence characteristics of 9% Ni steel welded joints.

したがって、9%Ni鋼よりもNi含有量が少ない低Ni鋼材でもって、9%Ni鋼と同等以上の性能、例えば優れた靱性、を有する鋼材の開発をするに当たっても、HAZ靭性そのもののCTOD評価をするべく、このToeノッチCTOD試験によって溶接継手の脆性破壊発生特性の評価を行う必要がある。換言すれば、この低Ni鋼材には、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れていることが要求される。   Therefore, CTOD evaluation of HAZ toughness itself even when developing steel materials with low Ni steel material with less Ni content than 9% Ni steel and having performance equivalent to or better than 9% Ni steel, for example, excellent toughness. Therefore, it is necessary to evaluate the brittle fracture occurrence characteristics of welded joints by this Toe notch CTOD test. In other words, this low Ni steel material is required to have excellent CTOD characteristics after applying strain in a heat-affected zone that is not subjected to subsequent thermal cycles.

しかしながら、特許文献3には、溶接熱影響部(HAZ)の靱性の改善方法は開示されているが、HAZのCTOD特性についての記載はない。   However, Patent Document 3 discloses a method for improving the toughness of the weld heat affected zone (HAZ), but does not describe the CTOD characteristics of the HAZ.

また、特許文献4には、連続鋳造方法の発明が開示されているにとどまり、9%Ni鋼と同等の母材特性を得るための化学成分の設計や製造方法については開示されておらず、また、CTOD特性だけでなく母材特性そのものも開示されていない。また、具体的に示されているNi量の最小値は9.08%であり、低Niで9%Ni鋼と同等の母材性能を得る手段は開示されていない。   Patent Document 4 only discloses the invention of the continuous casting method, and does not disclose the design and manufacturing method of chemical components for obtaining the base material characteristics equivalent to 9% Ni steel, Further, not only the CTOD characteristics but also the base material characteristics themselves are not disclosed. Moreover, the minimum value of the Ni content specifically shown is 9.08%, and means for obtaining a base material performance equivalent to 9% Ni steel with low Ni is not disclosed.

一方、特許文献5および特許文献6には溶接継手のCTOD特性の記載がある。しかし、このCTOD特性は、フュージョンライン(FL)部における限界CTOD値を示すものであり、溶接止端部(Toe部)における限界CTOD値を考慮したものではない。   On the other hand, Patent Document 5 and Patent Document 6 describe CTOD characteristics of welded joints. However, this CTOD characteristic shows the limit CTOD value in the fusion line (FL) part, and does not consider the limit CTOD value in the weld toe part (Toe part).

また、特許文献7にはToe部のCTOD特性改善についての知見が記載されている。しかしながら、ここで評価の対象としたのは、溶接したままの状態の継手であり、激震を経て、大きな塑性変形を受けた溶接継手ではない。地震を想定するLNGタンクの安全性を確実とするためには、この大きな塑性変形を経てもなお十分な耐破壊特性を有していることを確認する必要がある。   Patent Document 7 describes the knowledge about CTOD characteristic improvement of the Toe part. However, the object of evaluation here is a joint in a welded state, and not a welded joint that has undergone severe plastic deformation after a severe earthquake. In order to ensure the safety of an LNG tank that assumes an earthquake, it is necessary to confirm that it has sufficient fracture resistance even after undergoing this large plastic deformation.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、9%Ni鋼よりもNi含有量が少ない低Ni鋼材であって、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材およびその製造方法並びに当該鋼材を適用したLNGタンクを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and the object thereof is a low Ni steel material having a lower Ni content than 9% Ni steel, and is not subjected to a subsequent heat cycle. An object of the present invention is to provide a cryogenic steel material excellent in CTOD characteristics after imparting a strain and a manufacturing method thereof, and an LNG tank to which the steel material is applied.

ここで、評価対象とするのは溶接ままの状態ではなく、地震において大きな塑性変形を経た後の溶接継手である。具体的には1%程度の引張塑性歪をその溶接止端部で受けた継手を評価対象とするものである。   Here, the object of evaluation is not a welded state, but a welded joint after undergoing a large plastic deformation in an earthquake. Specifically, a joint that has received a tensile plastic strain of about 1% at its weld toe is targeted for evaluation.

上記課題を解決するために、本発明者らは、Ni含有量が5.5〜8.5%の極低温用鋼について、Toe部の熱影響部組織を冶金学的に検討した結果、以下の(a)〜(h)に示す知見を得た。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors conducted metallurgical studies on the heat-affected zone structure of the Toe part for a cryogenic steel having a Ni content of 5.5 to 8.5%. The findings shown in (a) to (h) were obtained.

(a) 溶接継手を作製した場合、Toe部の熱影響部は焼きの入った組織となる傾向があるが、焼入れ性の乏しい化学成分系では一部上部ベイナイトが生成する場合がある。この上部ベイナイトが生成するケースでは熱影響部の破壊靭性の劣化は顕著であり、まずこの上部ベイナイトの生成を防ぐ必要がある。   (a) When a welded joint is produced, the heat-affected zone of the Toe portion tends to have a tempered structure, but a part of the upper bainite may be formed in a chemical component system with poor hardenability. In the case where this upper bainite is generated, the deterioration of fracture toughness in the heat-affected zone is remarkable. First, it is necessary to prevent the formation of this upper bainite.

また、焼入れ性が過多の場合にはマルテンサイト組織にはなるが、冷却中にセメンタイトを析出させるオートテンパーの進行は極めて乏しい結果となり、この過焼入れ状態のマルテンサイト組織も避けなければならない。   In addition, when the hardenability is excessive, a martensite structure is formed. However, the progress of autotempering to precipitate cementite during cooling is extremely poor, and this over-hardened martensite structure must be avoided.

つまり、焼入れ性には適切な範囲が存在する。地震時のToe部CTOD特性を高位に維持するために、化学成分の調整は、適切な焼入れ組織となるマトリクス生成させることを前提としなければならず、さらに、オートテンパーによるマルテンサイト組織の改良を実現できるようにさらに調整する必要がある。   That is, there is an appropriate range for hardenability. In order to maintain the Toe CTOD characteristics at the time of earthquake at a high level, the chemical composition adjustment must be based on the premise of generating a matrix that becomes an appropriate quenched structure, and further, the martensite structure should be improved by autotempering. Further adjustments are needed to achieve this.

(b) 通常、低温貯蔵タンクを製造する際には、厚み10mm以上の鋼材が用いられるため、多数パスによる溶接が必須となる。よって、溶接によって溶融点近傍まで加熱された母材組織も後続パスにより母材は相対的に低温での加熱とそれに引き続く冷却の履歴を受け、母材は細粒化や焼戻しされることとなる。この後、後続パスによる熱履歴の際、組織の微細化、テンパー効果によりCTOD特性は向上する。   (b) Normally, when manufacturing a low-temperature storage tank, a steel material having a thickness of 10 mm or more is used, so that welding by multiple passes is essential. Therefore, the base material structure heated to the vicinity of the melting point by welding also receives a history of heating at a relatively low temperature and subsequent cooling by the subsequent pass, and the base material is refined and tempered. . After this, the CTOD characteristics are improved due to the refinement of the structure and the temper effect during the thermal history of the subsequent pass.

しかし、Toe位置のHAZ組織は最終パスによる熱影響を受けた箇所であるため、後続パスによる微細化やテンパー効果が期待できない。つまり、溶接冷却中のオートテンパー効果の進行が靭性良否の決め手となる。冶金学的に、オートテンパーによる焼戻しを加速させるためには、Si含有量を低減することが極めて重要である。   However, since the HAZ structure at the Toe position is a portion that has been affected by heat due to the final pass, miniaturization and temper effect due to the subsequent pass cannot be expected. In other words, the progress of the autotemper effect during welding cooling is decisive for the toughness. Metallurgically, it is extremely important to reduce the Si content in order to accelerate the tempering by the autotemper.

(c) また、一般に熱影響部の靭性を確保するためには、不純物元素を最小化することも奏功することが知られている。本発明では、P、S、Nなどの不純物元素も極めて低減し熱影響部靭性向上を確実なものとしている。   (c) It is also known that minimizing impurity elements is generally effective in securing the toughness of the heat-affected zone. In the present invention, impurity elements such as P, S, and N are extremely reduced, and the heat affected zone toughness is reliably improved.

(d) 上記(a)〜(c)での知見から、Ni含有量が5.5%超〜8.5%未満の低Ni鋼のToe部熱影響組織の破壊靭性向上のためには適切な焼入れ性が必要であることが分かったため、種々の化学成分からなる鋼材についての実験を行った結果、次の(1)式で定義されるPhardeningがこの領域での焼入性を評価できるパラメータであることを見出した。そして、この値が0.54〜0.65を満足すれば焼入性が適切となり、もって低Ni鋼のToe部熱影響組織の破壊靭性が向上することが分かった。
Phardening=0.075Si+0.217Mn+0.042Ni+0.25Cr+0.32Mo ・・・・(1)式
ここで、式中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す。
(d) Based on the findings in (a) to (c) above, it is appropriate for improving the fracture toughness of the Toe zone heat-affected structure of low Ni steel with Ni content exceeding 5.5% and less than 8.5% As a result of experiments on steel materials composed of various chemical components, P hardening defined by the following equation (1) can evaluate the hardenability in this region. It was found to be a parameter. And when this value satisfied 0.54-0.65, it turned out that hardenability becomes appropriate and the fracture toughness of the Toe part heat influence structure of low Ni steel improves.
P hardening = 0.075Si + 0.217Mn + 0.042Ni + 0.25Cr + 0.32Mo (1) Formula Here, the element symbol in the formula represents the content (mass%) of each element.

(e) さらに、溶接前のToe部の前組織の微細化が有効であることを知見した。Toe部は必ず鋼板の表面となるため、この表面の金属組織を細粒化しておけば良い。微細な前組織から変態したγ(オーステナイト)は自ずと微細な組織となり、さらにそのγから再変態するマルテンサイト組織は微細なものとなる。具体的には、鋼板表面領域(0〜0.2mm)の平均有効結晶粒径が5.0μm以下であればよい。   (e) Furthermore, it has been found that the refinement of the front structure of the Toe part before welding is effective. Since the Toe part always becomes the surface of the steel plate, it is only necessary to refine the metal structure of this surface. Γ (austenite) transformed from a fine previous structure naturally becomes a fine structure, and a martensite structure retransformed from the γ becomes fine. Specifically, the average effective crystal grain size of the steel plate surface region (0 to 0.2 mm) may be 5.0 μm or less.

(f) 以上に詳述したように、激震時に塑性変形を受けてなおも十分高位なCTOD特性をToe部で保有するためには、多数の限定条件が必要である。しかしながら、逆にそれらの限定条件を全て満足すればよいことが分かった。   (f) As described in detail above, in order to retain sufficiently high CTOD characteristics in the Toe part even after plastic deformation during a severe earthquake, a number of limiting conditions are necessary. However, it has been found that it is sufficient to satisfy all of these limiting conditions.

(g) また、これらの組織を有する鋼材とするための製造方法は特に限定されるものではないが、加熱条件や圧延条件の管理を適切に行うことで、加熱炉の占有時間を短くするような制御が可能である。加熱時間を短時間化することは、経済性のみならず、温室効果ガス排出抑制の観点でも重要となる。すなわち、鋼塊の加熱はなるべく低温で行うのが望ましく、また加熱時間も短い方が望ましい。なお、加熱温度が低温である場合には加熱時間は長時間でも許容できるが、逆に加熱温度が高温の場合には長時間の加熱時間は組織の粗大化を招くため許容できない。本発明者らは、種々実験を行った結果、鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、以下の(2)式および(3)式を満足すればよいことが分かった。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
(g) In addition, the manufacturing method for making the steel material having these structures is not particularly limited, but by appropriately managing the heating conditions and rolling conditions, the occupation time of the heating furnace is shortened. Control is possible. Shortening the heating time is important not only for economic efficiency but also for reducing greenhouse gas emissions. That is, it is desirable to heat the steel ingot at as low a temperature as possible, and it is desirable that the heating time be short. When the heating temperature is low, the heating time can be allowed even for a long time. Conversely, when the heating temperature is high, the long heating time is not allowed because the structure becomes coarse. As a result of various experiments, the inventors have found that the heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) of the steel ingot only have to satisfy the following expressions (2) and (3). It was.
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.

(h) さらに、圧延面では、圧延の最終仕上パスの圧下量を大きくとることが望ましい。これにより鋼材組織の細粒化が達成される。本発明者らはこの圧下量の規定を形状比として規定できることを見出した。すなわち、750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが次の(4)式を満足するように鋼塊を圧延すればよい。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2/(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
(h) Furthermore, it is desirable that the rolling surface has a large reduction amount in the final finishing pass of rolling. Thereby, refinement | miniaturization of steel material structure is achieved. The present inventors have found that the reduction amount can be defined as the shape ratio. That is, the steel ingot may be rolled at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the following expression (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.

本発明は、上記の知見を基礎として完成したものであり、下記の(1)〜(5)の極低温用鋼材および(6)〜(9)の極低温用鋼材の製造方法並びに(10)〜(11)の当該鋼材を適用したLNGタンクをその要旨とする。   The present invention has been completed on the basis of the above knowledge, and the following (1) to (5) cryogenic steel materials and (6) to (9) methods for producing cryogenic steel materials and (10) The gist of the LNG tank to which the steel material of (11) is applied.

(1) 質量%で、C:0.01〜0.12%、Mn:0.4〜2.0%、Ni:5.5〜8.5%、Al:0.002〜0.05%、N:0.0015〜0.004%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、不純物のうちのSi:0.15%以下、P:0.05%以下およびS:0.008%以下であり、かつ次の(1)式で定義されるPhardeningの値が0.54〜0.65の鋼材であって、さらに鋼材表面から0.2mm以下の領域の平均有効結晶粒径が5.0μm以下であることを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材。
Phardening=0.075Si+0.217Mn+0.042Ni+0.25Cr+0.32Mo ・・・・(1)式
ここで、式中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す。
(1) By mass%, C: 0.01 to 0.12%, Mn: 0.4 to 2.0%, Ni: 5.5 to 8.5%, Al: 0.002 to 0.05% , N: 0.0015 to 0.004%, the balance being Fe and impurities, of which Si: 0.15% or less, P: 0.05% or less, and S: 0.008% or less And the P hardening value defined by the following formula (1) is 0.54 to 0.65, and the average effective grain size in the region 0.2 mm or less from the steel surface is 5.0 μm or less. A steel material for cryogenic temperatures that has excellent CTOD characteristics after straining in the heat-affected zone that is not subjected to subsequent thermal cycles.
P hardening = 0.075Si + 0.217Mn + 0.042Ni + 0.25Cr + 0.32Mo (1) Formula Here, the element symbol in the formula represents the content (mass%) of each element.

(2) Feの一部に代えて、質量%で、Cu:2.0%以下、Cr:1.5%以下、Mo:0.5%以下、V:0.1%以下およびB:0.005%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする、上記(1)の極低温用鋼材。   (2) Instead of a part of Fe, by mass%, Cu: 2.0% or less, Cr: 1.5% or less, Mo: 0.5% or less, V: 0.1% or less, and B: 0 The steel material for cryogenic temperature of said (1) characterized by containing 1 type or 2 types or more of 0.005% or less.

(3) Feの一部に代えて、質量%で、Nb:0.1%以下およびTi:0.1%以下のうちの1種又は2種を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)の極低温用鋼材。   (3) Instead of a part of Fe, the composition contains one or two of Nb: 0.1% or less and Ti: 0.1% or less in mass%. ) Or (2) Cryogenic steel.

(4) Feの一部に代えて、質量%で、Sn:0.50%以下を含有することを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかの極低温用鋼材。   (4) The cryogenic steel material according to any one of the above (1) to (3), characterized by containing Sn: 0.50% or less in mass% instead of part of Fe.

(5) Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.004%以下、Mg:0.002%以下およびREM:0.002%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれかの極低温用鋼材。   (5) Instead of a part of Fe, by mass%, it contains one or more of Ca: 0.004% or less, Mg: 0.002% or less, and REM: 0.002% or less. The cryogenic steel material according to any one of (1) to (4) above,

(6) 上記(1)〜(5)のいずれかに記載された化学組成を有する鋼塊に、下記の工程を施すことを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材の製造方法。
[工程1]鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
[工程2]750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように鋼塊を圧延して鋼材を得る工程。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2/(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
[工程3]次の(5)式を満足する冷却速度RA(℃/s)で鋼材を室温まで冷却する工程。
RA≧3・・・・・・・・・(5)式
ここで、RAは冷却時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
(6) Strain imparting in a heat-affected zone that is not subjected to a subsequent thermal cycle, characterized in that the steel ingot having the chemical composition described in any one of (1) to (5) above is subjected to the following steps: A method of manufacturing steel for cryogenic use with excellent CTOD characteristics.
[Step 1] A step of heating the ingot such that the ingot heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) satisfy the following equations (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.
[Step 2] A step of rolling a steel ingot to obtain a steel material at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the formula (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.
[Step 3] A step of cooling the steel material to room temperature at a cooling rate RA (° C./s) satisfying the following expression (5).
RA ≧ 3 (5) where RA represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during cooling.

(7) 上記(1)〜(5)のいずれかに記載された化学組成を有する鋼塊に、下記の工程を施すことを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材の製造方法。
[工程1]鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
[工程2]750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように鋼塊を圧延して鋼材を得る工程。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2/(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
[工程3]次の(5)式を満足する冷却速度RA(℃/s)で鋼材を室温まで冷却する工程。
RA≧3・・・・・・・・・(5)式
ここで、RAは冷却時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
[工程4][Ac点+80℃]以下の温度で鋼材を焼戻す工程。
(7) Strain imparting in a heat-affected zone that is not subjected to a subsequent thermal cycle, characterized in that the following steps are performed on the steel ingot having the chemical composition described in any one of (1) to (5) above: A method of manufacturing steel for cryogenic use with excellent CTOD characteristics.
[Step 1] A step of heating the ingot such that the ingot heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) satisfy the following equations (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.
[Step 2] A step of rolling a steel ingot to obtain a steel material at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the formula (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.
[Step 3] A step of cooling the steel material to room temperature at a cooling rate RA (° C./s) satisfying the following expression (5).
RA ≧ 3 (5) where RA represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during cooling.
[Step 4] A step of tempering the steel at a temperature of [Ac 1 point + 80 ° C.] or lower.

(8) 上記(1)〜(5)のいずれかに記載された化学組成を有する鋼塊に、下記の工程を施すことを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材の製造方法。
[工程1]鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
[工程2]750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように鋼塊を圧延して鋼材を得る工程。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2/(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
[工程3’]鋼材を室温まで冷却する工程。
[工程3’’]Ac点以上かつ900℃以下の温度で鋼材を再加熱する工程。
[工程3’’’]次の(6)式を満足する冷却速度RH(℃/s)で鋼材を焼入れする工程。
RH≧3・・・・・・・・・(6)式
ここで、RHは焼入れ時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
[工程4][Ac点+80℃]以下の温度で鋼材を焼戻す工程。
(8) Applying strain in a heat-affected zone that is not subjected to a subsequent thermal cycle, characterized by performing the following steps on the steel ingot having the chemical composition described in any one of (1) to (5) above: A method of manufacturing steel for cryogenic use with excellent CTOD characteristics.
[Step 1] A step of heating the ingot such that the ingot heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) satisfy the following equations (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.
[Step 2] A step of rolling a steel ingot to obtain a steel material at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the formula (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.
[Step 3 ′] A step of cooling the steel material to room temperature.
[Step 3 ″] A step of reheating the steel material at a temperature of Ac 1 point or higher and 900 ° C. or lower.
[Step 3 ′ ″] A step of quenching the steel material at a cooling rate RH (° C./s) that satisfies the following equation (6).
RH ≧ 3 (6) where RH represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during quenching.
[Step 4] A step of tempering the steel at a temperature of [Ac 1 point + 80 ° C.] or lower.

(9) 上記(1)〜(5)のいずれかに記載された化学組成を有する鋼塊に、下記の工程を施すことを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材の製造方法。
[工程1]鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
[工程2]750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように鋼塊を圧延して鋼材を得る工程。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2/(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
[工程3]次の(5)式を満足する冷却速度RA(℃/s)で鋼材を室温まで冷却する工程。
RA≧3・・・・・・・・・(5)式
ここで、RAは冷却時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
[工程3’’]Ac点以上かつ900℃以下の温度で鋼材を再加熱する工程。
[工程3’’’’]鋼材を焼入れする工程。
[工程4][Ac点+80℃]以下の温度で鋼材を焼戻す工程。
(9) Strain imparting in a heat-affected zone that is not subjected to a subsequent thermal cycle, characterized in that the steel ingot having the chemical composition described in any of (1) to (5) above is subjected to the following steps: A method of manufacturing steel for cryogenic use with excellent CTOD characteristics.
[Step 1] A step of heating the ingot such that the ingot heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) satisfy the following equations (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.
[Step 2] A step of rolling a steel ingot to obtain a steel material at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the formula (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.
[Step 3] A step of cooling the steel material to room temperature at a cooling rate RA (° C./s) satisfying the following expression (5).
RA ≧ 3 (5) where RA represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during cooling.
[Step 3 ″] A step of reheating the steel material at a temperature of Ac 1 point or higher and 900 ° C. or lower.
[Step 3 ''''] A step of quenching the steel material.
[Step 4] A step of tempering the steel at a temperature of [Ac 1 point + 80 ° C.] or lower.

(10) 上記(1)〜(5)のいずれかの極低温用鋼材を内槽部材に適用したことを特徴とするLNGタンク。   (10) An LNG tank, wherein the cryogenic steel material according to any one of (1) to (5) is applied to an inner tank member.

(11) 上記(1)〜(5)のいずれかの極低温用鋼材をアニュラープレートに適用したことを特徴とするLNGタンク。   (11) An LNG tank, wherein the cryogenic steel material according to any one of (1) to (5) is applied to an annular plate.

9%Ni鋼よりもNi含有量が少ない低Ni鋼材であって、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材およびその製造方法並びに当該鋼材を適用したLNGタンクを提供することが可能になる。   A low-Ni steel material having a lower Ni content than 9% Ni steel and having excellent CTOD characteristics after imparting strain in a heat-affected zone that is not subjected to subsequent thermal cycles, a method for producing the same, and the steel material It is possible to provide an applied LNG tank.

ToeノッチCTOD試験のための加工位置を示す(ケガキ位置として表示されている。)。Indicates the processing position for the Toe notch CTOD test (displayed as a marking position).

以下に、本発明にかかる極低温用鋼材およびその製造方法並びに当該鋼材を適用したLNGタンクに関して、その要件毎に詳細に説明する。なお、含有量に関する「%」は、特に断らない限り、「質量%」を意味する。   Below, the steel material for cryogenic temperature concerning this invention, its manufacturing method, and the LNG tank to which the said steel material is applied are demonstrated in detail for every requirement. In addition, "%" regarding content means "mass%" unless otherwise indicated.

(A)化学組成に関して
C:0.01〜0.12%
Cは、母材の強度確保のために必要な元素である。その含有量が0.01%未満では必要な強度が確保できないだけでなく、FL(Fusion Line)でのラス形成が不十分になってFL近傍のHAZ(Heat Affected Zone)の靭性も低下するので、Cを0.01%以上含有させる必要がある。一方、その含有量が0.12%を超えると、HAZ、なかでもFL近傍のHAZの靭性劣化が著しくなる。したがって、Cの含有量は0.01〜0.12%とする。なお、Cの好ましい下限は0.03%、好ましい上限は0.09%である。
(A) Regarding chemical composition C: 0.01 to 0.12%
C is an element necessary for ensuring the strength of the base material. If the content is less than 0.01%, not only the required strength cannot be secured, but also lath formation in FL (Fusion Line) becomes insufficient, and the toughness of HAZ (Heat Affected Zone) near FL decreases. , C must be contained in an amount of 0.01% or more. On the other hand, if the content exceeds 0.12%, the toughness deterioration of HAZ, particularly HAZ near FL, becomes remarkable. Therefore, the C content is set to 0.01 to 0.12%. The preferable lower limit of C is 0.03%, and the preferable upper limit is 0.09%.

Mn:0.4〜2.0%
Mnは、脱酸剤として、また、母材の強度と靭性確保およびHAZの焼入性確保のために必要な元素である。Mnの含有量が0.4%未満ではこれらの効果が得られないだけでなく、HAZにフェライトサイドプレートが生成してラス形成が不十分になり、溶接部の靭性が低下するので、Mnの含有量は0.4%以上とする。一方、Mnの含有量が2.0%を超えると、中心偏析による板厚方向での母材特性の不均一をもたらす。よって、Mnの含有量は0.4〜2.0%とする。Mnの好ましい下限は0.5%、より好ましい下限は0.6%である。Mnの好ましい上限は1.5%、より好ましい上限は1.1%である。
Mn: 0.4 to 2.0%
Mn is an element necessary as a deoxidizer and for ensuring the strength and toughness of the base material and the hardenability of HAZ. If the Mn content is less than 0.4%, not only these effects can be obtained, but also ferrite side plates are formed in the HAZ, resulting in insufficient lath formation, and the toughness of the weld is reduced. The content is 0.4% or more. On the other hand, if the Mn content exceeds 2.0%, the base material characteristics in the thickness direction are uneven due to center segregation. Therefore, the Mn content is 0.4 to 2.0%. A preferable lower limit of Mn is 0.5%, and a more preferable lower limit is 0.6%. A preferable upper limit of Mn is 1.5%, and a more preferable upper limit is 1.1%.

Ni:5.5〜8.5%
Niは低温用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。低温用鋼として靭性を確保するためには、5.5%以上のNiの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低温靭性が得られるが、その分コストアップの要因となるので、Niの含有量の上限は8.5%とする。したがって、Niの含有量のターゲットは5.5〜8.5%とする。なお、低温靭性の確保およびコスト抑制の観点から、Niの好ましい下限は6.0%、より好ましい下限は6.5%である。Niの好ましい上限は8.3%、より好ましい上限は8.0%である。
Ni: 5.5 to 8.5%
Ni is the most basic element necessary for securing toughness as a low-temperature steel. In order to ensure toughness as a low-temperature steel, a Ni content of 5.5% or more is required. The higher the Ni content, the higher the low-temperature toughness. However, the cost increases accordingly, so the upper limit of the Ni content is 8.5%. Therefore, the Ni content target is set to 5.5 to 8.5%. In addition, from the viewpoint of securing low temperature toughness and cost reduction, the preferable lower limit of Ni is 6.0%, and the more preferable lower limit is 6.5%. A preferable upper limit of Ni is 8.3%, and a more preferable upper limit is 8.0%.

Al:0.002〜0.05%
Alは、一般的には脱酸剤として含有させる元素であるが、本発明鋼の場合には、Siと同様に、マルテンサイトの自己焼戻し(Self-tempering)を遅延させる働きを有するため、Alの含有量はできるだけ少ない方が望ましい。しかしながら、Alの含有量が0.002%未満では十分な脱酸効果が得られない。一方、Alの含有量が0.05%を超えて過剰になると、前述したSiと同様に、溶接冷却過程において過飽和にCを固溶したマルテンサイトからのセメンタイトへの分解析出反応を抑制し、溶接部の靭性を低下させる。したがって、Alの含有量は0.002〜0.05%とする。Alの好ましい下限は0.005%、より好ましい下限は0.010%である。Alの好ましい上限は0.045%、より好ましい上限は0.04%である。
Al: 0.002 to 0.05%
Al is an element generally contained as a deoxidizer, but in the case of the steel of the present invention, it has a function of delaying self-tempering of martensite, similar to Si. The content of is preferably as low as possible. However, if the Al content is less than 0.002%, a sufficient deoxidizing effect cannot be obtained. On the other hand, when the Al content exceeds 0.05% and becomes excessive, as in the case of Si described above, the decomposition precipitation reaction from martensite, which is supersaturated with C to solid solution, in the welding cooling process to cementite is suppressed. , Reduce the toughness of the weld. Therefore, the Al content is 0.002 to 0.05%. A preferable lower limit of Al is 0.005%, and a more preferable lower limit is 0.010%. A preferable upper limit of Al is 0.045%, and a more preferable upper limit is 0.04%.

N:0.0015〜0.004%
Nは、オーステナイトの安定化に寄与する元素である。また、Alと結合してAlNとなり加熱時のオーステナイト粒の微細化に効果を発揮する。これらの効果を得るには0.0015%以上含有させる必要がある。しかしながら、Nの含有量が0.004%を超えるとHAZ靭性の悪化の原因となる。したがって、Nの含有量は0.0015〜0.004%とする。Nの好ましい下限は0.0020%である。Nの好ましい上限は0.0035%である。
N: 0.0015 to 0.004%
N is an element that contributes to the stabilization of austenite. Moreover, it combines with Al to become AlN, which is effective for refining austenite grains during heating. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.0015% or more. However, if the N content exceeds 0.004%, the HAZ toughness is deteriorated. Therefore, the N content is set to 0.0015 to 0.004%. A preferable lower limit of N is 0.0020%. A preferable upper limit of N is 0.0035%.

本発明に係る低温用厚鋼板は、上記の成分のほか、残部がFeと不純物からなるものである。ここで、不純物とは、厚鋼板を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料を始めとして、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。ただし、本発明においては、不純物のうち、Si、PおよびSについては、次のとおり、上限を規定する必要がある。   The thick steel sheet for low temperature according to the present invention is composed of Fe and impurities in the balance in addition to the above components. Here, an impurity is a component that is mixed due to various factors in the manufacturing process including raw materials such as ore and scrap when industrially producing a thick steel plate, and has an adverse effect on the present invention. It means what is allowed in the range. However, in the present invention, among impurities, Si, P, and S, it is necessary to define an upper limit as follows.

Si:0.15%以下
Siは、不純物として鋼中に不可避的に存在するが、含有すれば、脱酸剤として作用する。しかしながら、Si含有量が0.15%を超えた場合には、オートテンパーを遅延させ、溶接冷却過程において過飽和にCを固溶したマルテンサイト中からのセメンタイトへの分解析出反応を抑制したり、または島状マルテンサイトを増加させたりするため、溶接部の靭性を低下させる。よって、Si含有量は0.15%以下とする。
Si: 0.15% or less Si is unavoidably present in steel as an impurity, but if it is contained, it acts as a deoxidizer. However, when the Si content exceeds 0.15%, the autotemper is delayed to suppress the decomposition and precipitation reaction to cementite from martensite that is supersaturated with C in the welding cooling process. Or to increase island martensite, the toughness of the weld is reduced. Therefore, the Si content is 0.15% or less.

P:0.05%以下
Pは、不純物として鋼中に存在し、粒界に偏析して靭性を低下させる原因となる。Pの含有量が0.05%を超えると、溶接時に高温割れを招くため、Pの含有量を0.05%以下とする。なお、Pの含有量はできるだけ小さくするのがよく、Pの好ましい含有量は0.03%以下である。
P: 0.05% or less P is present in the steel as an impurity, and segregates at the grain boundary to cause a decrease in toughness. If the P content exceeds 0.05%, hot cracking is caused during welding, so the P content is 0.05% or less. In addition, it is good to make content of P as small as possible, and preferable content of P is 0.03% or less.

S:0.008%以下
Sは、不純物として鋼中に存在し、多すぎると中心偏析を助長したり、脆性破壊の原因となる延伸形状のMnSが多量に生成したりする原因となる。Sの含有量が0.008%を超えると、母材およびHAZの機械的性質が劣化する。Sの含有量はできるだけ小さくするのがよいため、下限は特に規定しない。なお、Sの好ましい含有量は0.003%以下である。
S: 0.008% or less S is present in the steel as an impurity, and if it is too much, it promotes center segregation or causes a large amount of stretched MnS that causes brittle fracture. If the S content exceeds 0.008%, the mechanical properties of the base material and the HAZ deteriorate. Since the S content should be as small as possible, there is no particular lower limit. In addition, the preferable content of S is 0.003% or less.

本発明に係る低温用厚鋼板は、上記の成分の外に、Cu、Cr、Mo、V、B、Nb、Ti、Sn、Ca、MgおよびREMのうちの1種または2種以上をさらに含有してもよい。   The low-temperature steel plate according to the present invention further contains one or more of Cu, Cr, Mo, V, B, Nb, Ti, Sn, Ca, Mg, and REM in addition to the above components. May be.

Cu:2.0%以下
Cuは、必要に応じて含有させることができる。Cuを含有させると、母材の強度を向上させることができる。しかしながら、この含有量が2.0%を超えると、Ac点以下の温度に加熱されたHAZの靭性を劣化させるので、Cuの含有量は2.0%以下とする。好ましい上限は1.3%である。なお、Cuによる母材の強度向上効果を安定的に発現させるためには、Cuを0.1%以上含有させることが好ましい。より好ましいCuの下限は0.2%である。
Cu: 2.0% or less Cu can be contained as required. When Cu is contained, the strength of the base material can be improved. However, if this content exceeds 2.0%, the toughness of HAZ heated to a temperature of Ac 3 points or less is deteriorated, so the Cu content is 2.0% or less. A preferable upper limit is 1.3%. In order to stably develop the strength improvement effect of the base material by Cu, it is preferable to contain Cu by 0.1% or more. A more preferable lower limit of Cu is 0.2%.

Cr:1.5%以下
Crは、必要に応じて含有させることができる。Crを含有させると、耐炭酸ガス腐食性と焼入性を向上させることができる。しかしながら、この含有量が1.5%を超えると、HAZの硬化の抑制が難しくなるだけでなく、耐炭酸ガス腐食性向上効果が飽和するので、Crの含有量を1.5%以下とする。好ましい上限は1.0%である。なお、Crによる耐炭酸ガス腐食性と焼入性の向上効果を安定的に発現させるためには、Crを0.05%以上含有させることが好ましい。より好ましいCrの下限は0.1%である。
Cr: 1.5% or less Cr can be contained as necessary. When Cr is contained, the carbon dioxide gas corrosion resistance and hardenability can be improved. However, if this content exceeds 1.5%, not only is it difficult to suppress the hardening of the HAZ, but the effect of improving the corrosion resistance to carbon dioxide gas is saturated, so the Cr content is 1.5% or less. . A preferable upper limit is 1.0%. In order to stably exhibit the effects of improving the carbon dioxide corrosion resistance and hardenability by Cr, it is preferable to contain 0.05% or more of Cr. A more preferable lower limit of Cr is 0.1%.

Mo:0.5%以下
Moは、必要に応じて含有させることができる。Moを含有させると、母材の強度と靱性を向上させる効果がある。しかしながら、この含有量が0.5%を超えると、HAZの硬度が高まり、靱性と耐SSC性を損なうので、Moの含有量を0.5%以下とする。好ましい上限は0.3%である。なお、Moによる母材の強度と靱性を向上させる効果を安定的に発現させるためには、Moを0.02%以上含有させることが好ましい。より好ましいMoの下限は0.05%である。
Mo: 0.5% or less Mo can be contained as necessary. Inclusion of Mo has an effect of improving the strength and toughness of the base material. However, if this content exceeds 0.5%, the hardness of the HAZ increases and the toughness and SSC resistance are impaired, so the Mo content is set to 0.5% or less. A preferable upper limit is 0.3%. In order to stably develop the effect of improving the strength and toughness of the base material due to Mo, it is preferable to contain Mo by 0.02% or more. A more preferable lower limit of Mo is 0.05%.

V:0.1%以下
Vは、必要に応じて含有させることができる。Vを含有させると、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効果がある。しかしながら、この含有量が0.1%を超えると、母材強度の性能向上効果が飽和し、靱性劣化を招くので、Vの含有量を0.1%以下とする。好ましい上限は0.08%である。なお、Vによる母材の強度を向上させる効果を安定的に発現させるためには、Vを0.015%以上含有させることが好ましい。より好ましいVの下限は0.02%である。
V: 0.1% or less V can be contained as necessary. Inclusion of V has an effect of improving the strength of the base material mainly due to carbonitride precipitation during tempering. However, if the content exceeds 0.1%, the performance improvement effect of the base material strength is saturated and the toughness is deteriorated, so the V content is set to 0.1% or less. A preferable upper limit is 0.08%. In order to stably develop the effect of improving the strength of the base material by V, it is preferable to contain V by 0.015% or more. A more preferable lower limit of V is 0.02%.

B:0.005%以下
Bは、必要に応じて含有させることができる。Bを含有させると母材の強度を向上させる効果がある。しかしながら、この含有量が0.005%を超えると、粗大な硼素化合物の析出を招いて靭性を劣化させるので、Bの含有量を0.005%以下とする。好ましい上限は0.004%である。なお、Bによる母材の強度を向上させる効果を安定的に発現させるためには、Bを0.0003%以上含有させることが好ましい。より好ましいBの下限は0.001%である。
B: 0.005% or less B can be contained if necessary. Inclusion of B has an effect of improving the strength of the base material. However, if this content exceeds 0.005%, precipitation of coarse boron compounds is caused and the toughness is deteriorated, so the B content is made 0.005% or less. A preferable upper limit is 0.004%. In order to stably develop the effect of improving the strength of the base material by B, it is preferable to contain B by 0.0003% or more. A more preferable lower limit of B is 0.001%.

Nb:0.1%以下
Nbは、必要に応じて含有させることができる。Nbを含有させると、組織を微細化して低温靭性を向上させる効果がある。しかしながら、この含有量が0.1%を超えると、粗大な炭化物や窒化物を形成し、靭性を低下させるので、Nbの含有量を0.1%以下とする。好ましい上限は0.08%である。なお、Nbによる低温靭性を向上させる効果を安定的に発現させるためには、Nbを0.01%以上含有させることが好ましい。より好ましいNbの下限は0.02%である。
Nb: 0.1% or less Nb can be contained as necessary. When Nb is contained, there is an effect of refining the structure and improving the low temperature toughness. However, if this content exceeds 0.1%, coarse carbides and nitrides are formed and the toughness is lowered, so the Nb content is made 0.1% or less. A preferable upper limit is 0.08%. In order to stably develop the effect of improving the low temperature toughness due to Nb, it is preferable to contain 0.01% or more of Nb. A more preferable lower limit of Nb is 0.02%.

Ti:0.1%以下
Tiは、必要に応じて含有させることができる。Tiを含有させると、主に脱酸元素として利用するが、Al,Ti,Mnからなる酸化物相を形成させ組織を微細化する効果がある。しかしながら、この含有量が0.1%を超えると、形成される酸化物がTi酸化物、あるいはTi−Al酸化物となって分散密度が低下し、特に小入熱溶接部熱影響部における組織を微細化する能力が失われるので、Tiの含有量を0.1%以下とする。好ましい上限は0.07%である。なお、Tiによる組織を微細化する効果を安定的に発現させるためには、Tiを0.02%以上含有させることが好ましい。より好ましいTiの下限は0.03%である。
Ti: 0.1% or less Ti can be contained as necessary. When Ti is contained, it is mainly used as a deoxidizing element, but has the effect of forming an oxide phase composed of Al, Ti, and Mn to refine the structure. However, when this content exceeds 0.1%, the oxide formed is Ti oxide or Ti-Al oxide, and the dispersion density is lowered. Therefore, the Ti content is 0.1% or less. A preferable upper limit is 0.07%. In order to stably develop the effect of refining the structure by Ti, it is preferable to contain Ti by 0.02% or more. A more preferable lower limit of Ti is 0.03%.

Sn:0.50%以下
Snは、Sn2+となって溶解し、酸性塩化物溶液中でのインヒビター作用により腐食を抑制する作用を有する。また、Fe3+を速やかに還元させ、酸化剤としてのFe3+濃度を低減する作用を有することにより、Fe3+の腐食促進作用を抑制するので、高飛来塩分環境における耐候性を向上させる。また、Snには鋼のアノード溶解反応を抑制し耐食性を向上させる作用がある。この効果を得るためにSnを含有させてもよい。ただし、Snを0.50%を超えて含有させると、その効果は飽和する。このため、Snを含有させる場合には、その含有量を0.50%以下とする。好ましい上限は0.30%である。なお、Snによる上記の効果を安定的に発現させるため、Snを0.03%以上含有させることが好ましい。より好ましいSnの下限は0.05%である。
Sn: 0.50% or less Sn dissolves as Sn 2+ and has an action of inhibiting corrosion by an inhibitor action in an acidic chloride solution. Further, rapidly to reduce the Fe 3+, by having an effect of reducing Fe 3+ concentration as oxidizing agent, since inhibit corrosion promoting effect of Fe 3+, thereby improving the weather resistance in high airborne salt environments. Moreover, Sn has the effect | action which suppresses the anodic dissolution reaction of steel and improves corrosion resistance. In order to obtain this effect, Sn may be included. However, when Sn is contained exceeding 0.50%, the effect is saturated. For this reason, when it contains Sn, the content shall be 0.50% or less. A preferable upper limit is 0.30%. In addition, in order to make the said effect by Sn express stably, it is preferable to contain Sn 0.03% or more. A more preferable lower limit of Sn is 0.05%.

鋼中にSnとCuを同時に含有する場合、鋼板製造する際に圧延割れが発生しやすくなる。これを防止するために、Snを添加した場合には、Cu含有量を0.2%未満に、かつCu含有量の比(Cu/Sn比)を 1.0以下とすることが好ましい。   When Sn and Cu are simultaneously contained in the steel, rolling cracks are likely to occur when the steel plate is produced. In order to prevent this, when Sn is added, the Cu content is preferably less than 0.2% and the Cu content ratio (Cu / Sn ratio) is preferably 1.0 or less.

Ca:0.004%以下
Caは、必要に応じて含有させることができる。Caを含有させると、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いため、圧延後も球状であり、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効果がある。しかしながら、この含有量が0.004%を超えると、靱性の劣化を招くことがあるので、Caの含有量を0.004%以下とする。好ましい上限は0.003%である。なお、Caによる溶接割れや水素誘起割れを抑制する効果を安定的に発現させるためには、Caを0.0003%以上含有させることが好ましい。より好ましいCaの下限は0.0005%である。
Ca: 0.004% or less Ca can be contained as necessary. When Ca is contained, it reacts with S in the steel to form oxysulfide (oxysulfide) in the molten steel. Unlike MnS, etc., this oxysulfide does not extend in the rolling direction during rolling, so it remains spherical after rolling, and has no weld cracks or hydrogen-induced cracks starting from cracks at the ends of the elongated inclusions. There is an inhibitory effect. However, if this content exceeds 0.004%, the toughness may be deteriorated, so the Ca content is set to 0.004% or less. A preferable upper limit is 0.003%. In order to stably develop the effect of suppressing weld cracking and hydrogen induced cracking due to Ca, it is preferable to contain 0.0003% or more of Ca. A more preferable lower limit of Ca is 0.0005%.

Mg:0.002%以下
Mgは、必要に応じて含有させることができる。Mgを含有させると、微細なMg含有酸化物を生成するので、γ粒径の微細化に効果がある。しかしながら、この含有量が0.002%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ことがあるので、Mgの含有量を0.002%以下とする。好ましい上限は0.001%である。なお、Mgによるγ粒径の微細化効果を安定的に発現させるためには、Mgを0.0002%以上含有させることが好ましい。より好ましいMgの下限は0.0004%である。
Mg: 0.002% or less Mg can be contained as necessary. When Mg is contained, a fine Mg-containing oxide is produced, which is effective in reducing the γ particle size. However, if this content exceeds 0.002%, the amount of oxide becomes too much and the ductility may be lowered, so the Mg content is set to 0.002% or less. A preferable upper limit is 0.001%. In order to stably develop the effect of refining the γ particle diameter by Mg, it is preferable to contain 0.0002% or more of Mg. A more preferable lower limit of Mg is 0.0004%.

REM:0.002%以下
REM(希土類元素)は、必要に応じて含有させることができる。REMを含有させると、溶接熱影響部の組織を微細化し、またSを固定する効果がある。REMを過剰に含有させると、介在物を形成するので清浄度を低下させるが、REMの添加によって形成される介在物は、比較的靱性劣化への影響が小さいため、REMの含有量が0.002%以下であれば含有させても母材の靱性の低下は許容できる。したがって、REMの含有量を0.002%以下とする。好ましい上限は0.001%である。なお、REMによる溶接熱影響部の組織の微細化効果とSの固定効果を安定的に発現させるためには、REMを0.0002%以上含有させることが好ましい。より好ましいREMの下限は0.0003%である。
REM: 0.002% or less REM (rare earth element) can be contained as required. When REM is contained, there is an effect of refining the structure of the weld heat affected zone and fixing S. When REM is excessively contained, inclusions are formed and the cleanliness is lowered. However, inclusions formed by the addition of REM have a relatively small influence on deterioration of toughness, so that the content of REM is 0.00. If it is 002% or less, a decrease in the toughness of the base material can be tolerated. Therefore, the content of REM is set to 0.002% or less. A preferable upper limit is 0.001%. In order to stably develop the effect of refining the structure of the heat affected zone by REM and the effect of fixing S, it is preferable to contain 0.0002% or more of REM. A more preferable lower limit of REM is 0.0003%.

ここで、REMとは、ランタノイドの15元素にYおよびScを合わせた17元素の総称であり、これらの元素のうちの1種または2種以上を含有させることができる。なお、REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。   Here, REM is a general term for 17 elements in which Y and Sc are combined with 15 elements of lanthanoid, and one or more of these elements can be contained. Note that the content of REM means the total content of these elements.

Phardening :0.54〜0.65
Phardeningは、Ni含有量が5.5〜8.5%の低Ni鋼のToe部熱影響組織の破壊靭性向上のためには適切な焼入れ性が必要であることが分かったため、種々の化学成分からなる鋼材についての実験を行った結果得られた、この領域での焼入性を評価できるパラメータであって、次の(1)式で定義される。Phardeningが0.54よりも小さい数値の場合には、焼入れ性が低いため靭性不足となり、またPhardening が0.65を超える数値の場合には、焼入れ性過多となり同様に靭性不足となる。したがって、Phardeningは0.54〜0.65と規定した。
Phardening=0.075Si+0.217Mn+0.042Ni+0.25Cr+0.32Mo ・・・・(1)式
ここで、式中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す。
P hardening : 0.54-0.65
P hardening has been found to require appropriate hardenability to improve the fracture toughness of the Toe heat-affected structure of low Ni steel with a Ni content of 5.5 to 8.5%. It is a parameter that can be evaluated for the hardenability in this region, obtained as a result of experiments on steel materials composed of components, and is defined by the following equation (1). If the value of P hardening is less than 0.54, the hardenability is low and the toughness is insufficient, and if the value of P hardening exceeds 0.65, the hardenability is excessive and the toughness is similarly insufficient. Therefore, P hardening was defined as 0.54 to 0.65.
P hardening = 0.075Si + 0.217Mn + 0.042Ni + 0.25Cr + 0.32Mo (1) Formula Here, the element symbol in the formula represents the content (mass%) of each element.

(B)金属組織に関して
鋼材表面から0.2mm以下の領域の平均有効結晶粒径が5.0μm以下になるように、金属組織を微細化する。鋼の組織の細粒化は、組織の受け継ぎを通じてToe部熱影響組織自体を微細化したり、マルテンサイトのテンパー効果を促進する働きを持つから、溶接前のToe部の前組織の微細化が靱性の向上に有効となるからである。組織が微細化されることは、セメンタイトの析出サイトである旧γ粒界やパケット境界などが多く含まれることを意味し、セメンタイトの析出が促進される働きを有するからである。そして、その数値臨界点は、平均有効結晶粒径が5.0μm以下であることが実験的に求められた。より好ましい平均有効結晶粒径は3.0μm以下である。ここで、鋼材表面から0.2mm以下の領域を評価するのは、Toe部は必ず鋼板の表面となるためである。
(B) Metal structure The metal structure is refined so that the average effective crystal grain size in the region of 0.2 mm or less from the steel material surface is 5.0 μm or less. The refinement of the steel structure has the function of refining the heat-affected structure of the Toe part through the inheritance of the structure and promoting the tempering effect of the martensite. This is because it is effective in improving the quality. The refinement of the structure means that a lot of old γ grain boundaries and packet boundaries, which are cementite precipitation sites, are included, and has the function of promoting the precipitation of cementite. The numerical critical point was experimentally determined to have an average effective crystal grain size of 5.0 μm or less. A more preferable average effective crystal grain size is 3.0 μm or less. Here, the reason why the region of 0.2 mm or less from the steel material surface is evaluated is that the Toe part is necessarily the surface of the steel plate.

(C)製造方法に関して
本発明に係る極低温用鋼材は、以下に示す工程を経て製造することができる。ただし、以下の製造方法に限定されるものではない。
(C) Regarding production method The cryogenic steel material according to the present invention can be produced through the following steps. However, it is not limited to the following manufacturing method.

なお、鋼塊については、格別にその鋳造条件を規定するものではない。造塊−分塊スラブを鋼塊として用いてもよいし、連続鋳造スラブを用いてもよい。製造効率、歩留りおよび省エネルギーの観点からは、連続鋳造スラブを用いることが好ましい。   In addition, about a steel ingot, the casting conditions are not prescribed | regulated exceptionally. An ingot-splitting slab may be used as a steel ingot, or a continuously cast slab may be used. From the viewpoint of production efficiency, yield, and energy saving, it is preferable to use a continuously cast slab.

(C−1)鋼塊の加熱工程(工程1)
鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
(C-1) Steel ingot heating step (step 1)
A step of heating the ingot such that the heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) of the ingot satisfy the following formulas (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.

具体的には、鋼塊の加熱温度Tr(℃)は加熱炉における均熱帯の温度を用いればよく、そして、加熱時間t(hr)は鋼塊が均熱帯に在炉している時間を用いればよい。なお、Ac点は次の(a)式に基づいて計算した値を用いればよい。
Ac点=897.3−271.1×C+43.7×Si−17×Mn+117.8×P+15.95×S−40.8×Cu−22.3×Ni−6.5×Cr+6.5×Mo+65.8×V+145.2×Nb+56.9×Al+88.5×Ti−17968.4×B+121.8×N・・・(a)式
ここで、式中の元素記号は、それぞれの元素の含有量(質量%)を表す。
Specifically, the heating temperature Tr (° C.) of the steel ingot may be a soaking temperature in the heating furnace, and the heating time t (hr) is the time during which the ingot is in the soaking zone. That's fine. Incidentally, Ac 3 point may be used calculated values based on the following equation (a).
Ac 3 points = 897.3−271.1 × C + 43.7 × Si−17 × Mn + 117.8 × P + 15.95 × S-40.8 × Cu-22.3 × Ni−6.5 × Cr + 6.5 × Mo + 65.8 × V + 145.2 × Nb + 56. 9 × Al + 88.5 × Ti-17968.4 × B + 121.8 × N (a) Formula Here, the element symbol in the formula represents the content (% by mass) of each element.

加熱工程は鋼材の組織を大きく左右する。前述のように加熱温度が高温ほど組織の粗大化が進むので、高い加熱温度は好ましくない。通常、加熱工程では、加熱炉に挿入後徐々に鋼塊温度が上昇し、均熱帯の温度を超えた後、鋼塊温度が均熱帯の温度に定常化する、いわゆるオーバーシュートが起こりうる。オーバーシュートの発生で鋼塊温度が均熱帯の温度より50℃超となると、鋼塊の組織の粗大化が進み意図する組織が得られなくなる場合がある。このため、オーバーシュートする温度を50℃以下に制御することが好ましい。すなわち、加熱工程では、鋼塊がTr(℃)で安定する前の鋼塊の最高到達温度TOSを[Tr+50](℃)以下に抑制することが好ましい。 The heating process greatly affects the structure of the steel material. As described above, the higher the heating temperature, the more coarse the structure, so a high heating temperature is not preferable. Normally, in the heating process, the steel ingot temperature gradually rises after being inserted into the heating furnace, and after the temperature of the soaking zone is exceeded, so-called overshoot in which the ingot temperature becomes steady at the soaking zone temperature may occur. When the steel ingot temperature exceeds 50 ° C. from the soaking zone temperature due to the occurrence of overshoot, the steel ingot structure becomes coarser and the intended structure may not be obtained. For this reason, it is preferable to control the overshooting temperature to 50 ° C. or lower. That is, in the heating step, it is preferable steel ingot is suppressed to below Tr the highest temperature T OS steel ingot before stabilizing at (℃) [Tr + 50] (℃).

加熱温度は、組織をオーストナイト変態させるためAc点以上とする必要がある。なお、加熱温度を850℃以上にすることが好ましい。850℃以上の鋼塊は変形抵抗が小さく、次工程である熱間圧延工程で使用するロールへの負荷はそれほど大きくならないからである。一方、加熱温度は1000℃以下にすることが好ましい。1000℃以下での加熱であれば、十分な加熱時間を確保することができ、より均熱化した鋼塊を得ることができるからである。 The heating temperature needs to be Ac 3 points or higher in order to transform the structure into austenite. In addition, it is preferable that heating temperature shall be 850 degreeC or more. This is because a steel ingot of 850 ° C. or higher has low deformation resistance, and the load on the roll used in the subsequent hot rolling process is not so large. On the other hand, the heating temperature is preferably 1000 ° C. or lower. This is because if the heating is performed at 1000 ° C. or less, a sufficient heating time can be secured, and a more uniform steel ingot can be obtained.

このように、加熱工程は鋼の組織を最も左右する工程であるため、厳密な制御が必要である。   Thus, since the heating process is the process that most affects the steel structure, strict control is required.

(C−2)圧延工程(工程2)
熱間圧延工程では、加熱した鋼塊の圧延を行う。具体的には、粗圧延と仕上圧延に分けて圧延すればよい。
(C-2) Rolling process (Process 2)
In the hot rolling process, the heated steel ingot is rolled. Specifically, the rolling may be divided into rough rolling and finish rolling.

加熱した鋼塊に対する粗圧延においては、粗圧延終了時の鋼塊厚さが成品厚さ(鋼材厚さ)の3〜8倍になるまで圧下するのが好ましい。粗圧延終了後の鋼塊厚さを成品厚さの3倍以上となるように圧下すると、つづく仕上圧延において十分な圧下をすることができるので、成品厚鋼板の靱性を向上させることができる。一方、粗圧延終了後の鋼塊厚さを成品厚さの8倍以下となるように圧下すると、つづく仕上圧延での仕上温度(仕上圧延が終了する温度)を750℃以上に制御しやすくなる。   In rough rolling on a heated steel ingot, it is preferable to reduce the steel ingot thickness until the thickness of the steel ingot at the end of the rough rolling is 3 to 8 times the product thickness (steel material thickness). When the steel ingot thickness after rough rolling is reduced to 3 times or more of the product thickness, sufficient reduction can be performed in the subsequent finish rolling, so that the toughness of the product thick steel plate can be improved. On the other hand, when the ingot thickness after rough rolling is reduced to 8 times or less than the product thickness, the finishing temperature in the subsequent finishing rolling (temperature at which finishing rolling ends) can be easily controlled to 750 ° C. or more. .

仕上圧延では、このようにして粗圧延が行われた鋼塊に対し、冷却することなく引き続き、圧下を行って所定の板厚の成品とする。この仕上圧延では、仕上温度が750℃以下となるようにして圧延を行う。仕上圧延温度を750℃以下とするのは、圧延時に変形帯を積極的に組織中に導入することにより最終組織の有効結晶粒径を微細化するためである。また、仕上温度は650℃以上とすることが好ましい。仕上温度が650℃以上であれば、変形抵抗が小さく圧延し易いからである。なお、圧延中の温度は被圧延材である鋼塊または鋼材の表面温度を測定すればよい。圧延工程で最も重要なのは、最終仕上パスの圧下量の規定である。最終仕上パスの圧下量を大きくすれば、変形帯の導入が積極的になされ、最終的に生成する残留γを多く残し、アスペクト比を小さくするのに効果的である。そのため、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように圧延する。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2 /(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
In finish rolling, the steel ingot subjected to rough rolling in this way is continuously reduced without cooling to a product with a predetermined plate thickness. In this finish rolling, the finish temperature is 750 ° C. or lower. The reason why the finish rolling temperature is set to 750 ° C. or less is to refine the effective crystal grain size of the final structure by positively introducing a deformation band into the structure during rolling. The finishing temperature is preferably 650 ° C. or higher. This is because if the finishing temperature is 650 ° C. or higher, the deformation resistance is small and rolling is easy. In addition, what is necessary is just to measure the surface temperature of the steel ingot which is a to-be-rolled material, or steel materials as the temperature in rolling. The most important factor in the rolling process is the regulation of the amount of reduction in the final finishing pass. Increasing the amount of reduction in the final finishing pass is effective in actively introducing the deformation band, leaving a large amount of finally generated residual γ and reducing the aspect ratio. Therefore, rolling is performed so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the expression (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.

(C−3)冷却工程(工程3、工程3’)
冷却工程では、仕上圧延をした圧延後の鋼材を冷却する。圧延後の鋼材の冷却速度は速い方が良い。具体的には、圧延後の冷却時の冷却速度が遅くなることにより、最終組織の有効結晶粒径が粗大化することを防ぐために、次の(5)式を満足する冷却速度RA(℃/s)で鋼材を室温まで冷却するのが好ましい。
RA≧3・・・・・・・・・(5)式
ここで、RAは冷却時の板厚中心部、すなわち、板厚tの(1/2)t位置における冷却速度(℃/s)を表す。
(C-3) Cooling step (step 3, step 3 ′)
In the cooling step, the rolled steel material that has been finish-rolled is cooled. A faster cooling rate of the steel material after rolling is better. Specifically, in order to prevent the effective crystal grain size of the final structure from becoming coarse due to the slow cooling rate during cooling after rolling, a cooling rate RA (° C./°C) that satisfies the following equation (5): It is preferable to cool the steel to room temperature in s).
RA ≧ 3 ············································································································································· (5) Represents.

なお、後述する焼入工程(D−5)を実施する場合、焼入れ時の板厚中心部における冷却速度RHを3℃/s以上とすれば、極低温用鋼材として十分な量の残留γ量を得ることができるので、この冷却工程での板厚中心部における冷却速度RAは3℃/s未満でもよい。   In addition, when the quenching step (D-5) described later is performed, if the cooling rate RH at the center of the plate thickness at the time of quenching is 3 ° C./s or more, a sufficient amount of residual γ as a steel material for cryogenic use Therefore, the cooling rate RA at the center of the plate thickness in this cooling step may be less than 3 ° C./s.

(C−4)再加熱工程(工程3’’)
後述する焼入工程(D−5)を実施する場合には、鋼材を焼入温度まで再加熱する必要がある。焼入れ温度は、Ac点以上かつ900℃以下の温度とするのが好ましい。Ac点以上とすることによって残留γの増加を見込むことができるが、900℃を超える温度で加熱すると組織が粗大化するからである。ここで、Ac点とは、パーライトからオーステナイトへの変態が完了する温度である。なお、焼入れ工程を実施しない場合には、再加熱工程は不要である。
(C-4) Reheating step (step 3 ″)
When performing the hardening process (D-5) mentioned later, it is necessary to reheat steel materials to hardening temperature. The quenching temperature is preferably a temperature of Ac 1 point or higher and 900 ° C. or lower. The increase in residual γ can be expected by setting Ac to 1 point or more, but the structure becomes coarse when heated at a temperature exceeding 900 ° C. Here, Ac 1 point is a temperature at which transformation from pearlite to austenite is completed. In addition, when not performing a hardening process, a reheating process is unnecessary.

(C−5)焼入工程(工程3’’’、工程3’’’’)
焼入工程は必要に応じて実施することができる。上述した再加熱工程を経た後に焼入れをすることになるが、その組織を微細化し、初期残留γを増加させるために、次の(6)式を満足する冷却速度RH(℃/s)で鋼材を焼入れするのが好ましい。
RH≧3・・・・・・・・・(6)式
ここで、RHは焼入れ時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
(C-5) Quenching process (process 3 ''', process 3'''')
A quenching process can be implemented as needed. The steel is hardened after the reheating process described above, but in order to refine the structure and increase the initial residual γ, the steel material at a cooling rate RH (° C./s) that satisfies the following equation (6): It is preferable to quench.
RH ≧ 3 (6) where RH represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during quenching.

なお、冷却工程での冷却では、冷却速度RAを3℃/s以上とすることができない場合があるが、このような場合には、焼入工程での冷却速度RHを3℃/s以上とすることが残留γ量を増加させるための有効な手段となる。   In the cooling in the cooling process, the cooling rate RA may not be 3 ° C./s or more. In such a case, the cooling rate RH in the quenching process is 3 ° C./s or more. This is an effective means for increasing the amount of residual γ.

一方、冷却工程での冷却で、板厚中心部における冷却速度RAを3℃/s以上とした場合には、極低温用鋼材として十分な量の残留γ量を得ることができているので、この焼入工程での板厚中心部における冷却速度RHは3℃/s未満でもよい。   On the other hand, in the cooling in the cooling process, when the cooling rate RA at the center of the plate thickness is 3 ° C./s or more, a sufficient amount of residual γ can be obtained as a cryogenic steel material. The cooling rate RH at the center of the plate thickness in this quenching step may be less than 3 ° C./s.

焼入処理の方法はスプレー法など手段を問わない。また、冷却停止温度は200℃以下とすることが好ましい。   The quenching treatment method may be any means such as a spray method. The cooling stop temperature is preferably 200 ° C. or lower.

(C−6)焼戻工程(工程4)
焼戻し工程は必要に応じて実施することができる。焼戻しにより鋼材に生じたマルテンサイト中の歪みを除去することができる。焼戻しを実施する場合には、[Ac点+80℃]以下の温度で行う。焼戻しをこの温度域で行うのは、マルテンサイト組織を高靭性化することと残留γ量を増加させることができるためである。なお、効果的に歪み除去効果を得るためには、500℃以上とすることが好ましい。
(C-6) Tempering step (Step 4)
A tempering process can be implemented as needed. The distortion in the martensite produced in the steel material by tempering can be removed. When tempering is performed, it is performed at a temperature of [Ac 1 point + 80 ° C.] or lower. The reason why the tempering is performed in this temperature range is because the martensite structure can be made tough and the amount of residual γ can be increased. In order to effectively obtain the distortion removal effect, the temperature is preferably 500 ° C. or higher.

表1に示す化学組成を有する41種類の鋼種からなる厚さ300mmの鋼塊(スラブ)を準備し、表2に示す条件にて、加熱・圧延・加速冷却などをおこなって仕上げ、その後、場合により熱処理を実施している。板厚は6〜50mmの鋼材である。得られた各鋼材からは、常温強度を評価するため、JISZ2201に規定される10号引張試験片もしくは5号引張試験片または板厚tの(1/4t)tの位置より4号試験片を採取した。方向は圧延直角方向である。また、同じ鋼材同士を、最大入熱量30kJ/cmの条件でTIG溶接にて接合し、その溶接部から、そのまま(As Weld)あるいは1%引張歪を付与した後、BS7448-1991に規定されるB×B試験片を採取して、−165℃の環境下にてCTOD試験を実施した。試験片は、Toe部に切欠きを位置させるものとし、各々3本ずつ採取し、これら3本の試験片の測定値の平均値でもって、限界CTOD値(δ−165 (As Weld)およびδ−165 (1%引張歪付与後))を評価した。 A steel ingot (slab) with a thickness of 300 mm consisting of 41 types of steel having the chemical composition shown in Table 1 is prepared and finished under the conditions shown in Table 2 by heating, rolling, accelerated cooling, etc. The heat treatment is carried out. The plate thickness is a steel material of 6 to 50 mm. From each steel material obtained, in order to evaluate the normal temperature strength, a No. 10 tensile test piece or a No. 5 tensile test piece prescribed in JISZ2201 or a No. 4 test piece from the position of (1 / 4t) t of the plate thickness t. Collected. The direction is the direction perpendicular to rolling. Also, the same steel materials are joined together by TIG welding under the condition of maximum heat input of 30 kJ / cm, and as-is (As Weld) or 1% tensile strain is applied from the welded portion, then specified in BS7448-1991. A B × B test piece was collected and a CTOD test was performed in an environment of −165 ° C. Specimens shall have a notch in the Toe part, and three of each are sampled. The average value of the measured values of these three specimens is used as the critical CTOD value (δ- 165 (As Weld) and δ). -165 (after applying 1% tensile strain)).

Figure 2013014812
Figure 2013014812

Figure 2013014812
Figure 2013014812

また、「平均有効結晶粒径」を、EBSPにより評価した場合の方位差15°以上の組織境界で囲まれる部分の結晶粒径として測定した。すなわち、EBSP(Electron Backscatter Diffraction Pattern:電子線後方散乱パターン)法を用いて、倍率2000倍で5視野以上の観察を行い、15°以上の方位差を有する組織境界を粒界とみなし、ひとつの結晶内部の面積を求め、その面積を円相当径に換算したものの平均を平均有効結晶粒径として評価した。評価した板厚は0〜0.2mmの表面領域であり、方向は圧延直角方向である。   Further, the “average effective crystal grain size” was measured as a crystal grain size of a portion surrounded by a structure boundary having an orientation difference of 15 ° or more when evaluated by EBSP. That is, EBSP (Electron Backscatter Diffraction Pattern) method is used to observe five or more fields of view at a magnification of 2000 times, and a structure boundary having an azimuth difference of 15 ° or more is regarded as a grain boundary. The area inside the crystal was determined, and the average of the areas converted into equivalent circle diameters was evaluated as the average effective crystal grain size. The evaluated plate thickness is a surface area of 0 to 0.2 mm, and the direction is a direction perpendicular to rolling.

以上の試験結果を表3にまとめて示す。   The above test results are summarized in Table 3.

Figure 2013014812
Figure 2013014812

なお、特性良否の判断基準は以下の通りである。
YS:590MPa以上、
TS:690MPa以上、
継手限界CTOD値:0.3mm以上。
The criteria for determining whether the characteristics are good or bad are as follows.
YS: 590MPa or more,
TS: 690 MPa or more
Joint limit CTOD value: 0.3mm or more.

表3に示す特性評価結果からわかるように、化学組成(Phardeningを含む。)が本発明で規定する範囲内である鋼No.1〜35の鋼を使用し適切な製造を行ったTest No.1-a〜1-eおよび2〜35の鋼材は、表面近傍の平均有効結晶粒径を5.0μm以下に調整することが可能で、強度および1%の塑性変形を受けた後の継手Toe部の限界CTOD値(δ−165 (1%引張歪付与後))が目標範囲を満足している。 As can be seen from the characteristic evaluation results shown in Table 3, the steel No. whose chemical composition (including P hardening ) is within the range defined by the present invention. Test Nos. 1-a to 1-e and 2 to 35, which were appropriately manufactured using 1 to 35 steel, can adjust the average effective crystal grain size near the surface to 5.0 μm or less. Thus, the critical CTOD value (δ- 165 (after applying 1% tensile strain)) of the joint Toe portion after being subjected to strength and plastic deformation of 1% satisfies the target range.

これらに対して、Test No.1-fの鋼材は製造方法が適切でなく、最終仕上げパスの形状比が1未満だったため、鋼板表面近傍の平均結晶粒径が5μm超となった。このため、1%の塑性変形を受けた後の継手Toe部の限界CTOD値が目標範囲を下回った。   On the other hand, the steel of Test No. 1-f was not suitable for the manufacturing method and the shape ratio of the final finishing pass was less than 1, so the average crystal grain size near the steel plate surface exceeded 5 μm. For this reason, the critical CTOD value of the joint Toe portion after receiving 1% plastic deformation was below the target range.

TestNo.1-gおよびTestNo.1-hの鋼材は製造方法が適切でなく、(2)式を満足しなかったため、鋼板表面近傍の平均結晶粒径が5μm超となった。このため、1%の塑性変形を受けた後の継手Toe部の限界CTOD値が目標範囲を下回った。   Since the steels of Test No. 1-g and Test No. 1-h were not suitable for production and did not satisfy the formula (2), the average crystal grain size in the vicinity of the steel sheet surface exceeded 5 μm. For this reason, the critical CTOD value of the joint Toe portion after receiving 1% plastic deformation was below the target range.

Test No.36の鋼材はPhardeningが大きく、TestNo.37の鋼材はPhardeningが小さく、TestNo.38の鋼材はMn含有量が高いため、強度特性は問題ないものの、1%の塑性変形を受けた後の継手Toe部の限界CTOD値が目標範囲を下回った。 The steel of Test No.36 has a large P hardening , the steel of Test No.37 has a small P hardening , and the steel of Test No.38 has a high Mn content. After that, the critical CTOD value of the joint Toe was below the target range.

Test No.39の鋼材はNi含有量が低く、仕上圧延温度も高いため、鋼板表面近傍の平均結晶粒径が5μm超となった。このため、強度特性は問題ないものの、1%の塑性変形を受けた後の継手Toe部の限界CTOD値が目標範囲を下回った。   The steel of Test No. 39 had a low Ni content and a high finish rolling temperature, so the average crystal grain size near the steel plate surface exceeded 5 μm. For this reason, although there was no problem in strength characteristics, the critical CTOD value of the joint Toe portion after being subjected to 1% plastic deformation was below the target range.

TestNo.40の鋼材はAl含有量が高く、そしてTestNo.41の鋼材はN含有量が高いため、強度特性は問題ないものの、1%の塑性変形を受けた後の継手Toe部の限界CTOD値が目標範囲を下回った。   Test No. 40 steel has a high Al content, and Test No. 41 steel has a high N content, so there is no problem in strength characteristics, but the critical CTOD value of the joint Toe after undergoing 1% plastic deformation Fell below the target range.

本発明にかかる極低温用鋼材は、母材として溶接を行って使用しても、Toe部を含めた溶接熱影響部のCTOD特性に優れた特性を有する鋼が得られる。さらに激震により大きく塑性変形を受けた後でもこの良好な特性は確保される。この鋼は9%Ni鋼よりもNi含有量が少ないため安価でありながら低温靱性に優れているので、LNGのような低温物質の貯蔵タンク等の構造材料として好適である。   Even if the steel for cryogenic temperature according to the present invention is welded as a base material, a steel having excellent CTOD characteristics of the weld heat affected zone including the Toe portion can be obtained. Furthermore, this good characteristic is ensured even after undergoing a large plastic deformation due to a strong earthquake. Since this steel has a lower Ni content than 9% Ni steel, it is inexpensive and excellent in low-temperature toughness. Therefore, it is suitable as a structural material for storage tanks of low-temperature substances such as LNG.

Claims (11)

質量%で、C:0.01〜0.12%、Mn:0.4〜2.0%、Ni:5.5〜8.5%、Al:0.002〜0.05%、N:0.0015〜0.004%を含有し、残部はFeおよび不純物からなり、不純物のうちのSi:0.15%以下、P:0.05%以下およびS:0.008%以下であり、かつ次の(1)式で定義されるPhardeningの値が0.54〜0.65の鋼材であって、さらに鋼材表面から0.2mm以下の領域の平均有効結晶粒径が5.0μm以下であることを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材。
Phardening=0.075Si+0.217Mn+0.042Ni+0.25Cr+0.32Mo ・・・・(1)式
ここで、式中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す。
In mass%, C: 0.01 to 0.12%, Mn: 0.4 to 2.0%, Ni: 5.5 to 8.5%, Al: 0.002 to 0.05%, N: 0.0015-0.004% is contained, the balance is made of Fe and impurities, of which impurities are Si: 0.15% or less, P: 0.05% or less and S: 0.008% or less, And the P hardening value defined by the following formula (1) is a steel material of 0.54 to 0.65, and the average effective crystal grain size in the region of 0.2 mm or less from the steel surface is 5.0 μm or less. Cryogenic steel with excellent CTOD characteristics after applying strain in the heat-affected zone that is not subjected to subsequent thermal cycles.
P hardening = 0.075Si + 0.217Mn + 0.042Ni + 0.25Cr + 0.32Mo (1) Formula Here, the element symbol in the formula represents the content (mass%) of each element.
Feの一部に代えて、質量%で、Cu:2.0%以下、Cr:1.5%以下、Mo:0.5%以下、V:0.1%以下およびB:0.005%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする、請求項1に記載の極低温用鋼材。   Instead of a part of Fe, by mass%, Cu: 2.0% or less, Cr: 1.5% or less, Mo: 0.5% or less, V: 0.1% or less, and B: 0.005% The steel material for cryogenic temperature according to claim 1, comprising one or more of the following. Feの一部に代えて、質量%で、Nb:0.1%以下およびTi:0.1%以下のうちの1種又は2種を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の極低温用鋼材。   It replaces with a part of Fe and contains 1 type or 2 types of Nb: 0.1% or less and Ti: 0.1% or less in the mass%, The claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Steel material for cryogenic described. Feの一部に代えて、質量%で、Sn:0.50%以下を含有することを特徴とする、請求項1から3までのいずれかに記載の極低温用鋼材。   The steel material for cryogenic temperature according to any one of claims 1 to 3, characterized by containing Sn: 0.50% or less in mass% instead of part of Fe. Feの一部に代えて、質量%で、Ca:0.004%以下、Mg:0.002%以下およびREM:0.002%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする、請求項1から4までのいずれかに記載の極低温用鋼材。   Instead of a part of Fe, by mass%, it contains one or more of Ca: 0.004% or less, Mg: 0.002% or less, and REM: 0.002% or less. The steel material for cryogenic temperature according to any one of claims 1 to 4. 請求項1から5までのいずれかに記載された化学組成を有する鋼塊に、下記の工程を施すことを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材の製造方法。
[工程1]鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
[工程2]750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように鋼塊を圧延して鋼材を得る工程。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2/(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
[工程3]次の(5)式を満足する冷却速度RA(℃/s)で鋼材を室温まで冷却する工程。
RA≧3・・・・・・・・・(5)式
ここで、RAは冷却時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
A CTOD characteristic after applying strain in a heat-affected zone that is not subjected to a subsequent thermal cycle, wherein the steel ingot having the chemical composition according to any one of claims 1 to 5 is subjected to the following steps: An excellent method for producing cryogenic steel.
[Step 1] A step of heating the ingot such that the ingot heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) satisfy the following equations (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.
[Step 2] A step of rolling a steel ingot to obtain a steel material at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the formula (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.
[Step 3] A step of cooling the steel material to room temperature at a cooling rate RA (° C./s) satisfying the following expression (5).
RA ≧ 3 (5) where RA represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during cooling.
請求項1から5までのいずれかに記載された化学組成を有する鋼塊に、下記の工程を施すことを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材の製造方法。
[工程1]鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
[工程2]750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように鋼塊を圧延して鋼材を得る工程。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2 /(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
[工程3]次の(5)式を満足する冷却速度RA(℃/s)で鋼材を室温まで冷却する工程。
RA≧3・・・・・・・・・(5)式
ここで、RAは冷却時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
[工程4][Ac点+80℃]以下の温度で鋼材を焼戻す工程。
A CTOD characteristic after applying strain in a heat-affected zone that is not subjected to a subsequent thermal cycle, wherein the steel ingot having the chemical composition according to any one of claims 1 to 5 is subjected to the following steps: An excellent method for producing cryogenic steel.
[Step 1] A step of heating the ingot such that the ingot heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) satisfy the following equations (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.
[Step 2] A step of rolling a steel ingot to obtain a steel material at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the formula (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.
[Step 3] A step of cooling the steel material to room temperature at a cooling rate RA (° C./s) satisfying the following expression (5).
RA ≧ 3 (5) where RA represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during cooling.
[Step 4] A step of tempering the steel at a temperature of [Ac 1 point + 80 ° C.] or lower.
請求項1から5までのいずれかに記載された化学組成を有する鋼塊に、下記の工程を施すことを特徴とする極低温用鋼材の製造方法。
[工程1]鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
[工程2]750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように鋼塊を圧延して鋼材を得る工程。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2 /(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
[工程3’]鋼材を室温まで冷却する工程。
[工程3’’]Ac点以上かつ900℃以下の温度で鋼材を再加熱する工程。
[工程3’’’]次の(6)式を満足する冷却速度RH(℃/s)で鋼材を焼入れする工程。
RH≧3・・・・・・・・・(6)式
ここで、RHは焼入れ時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
[工程4][Ac点+80℃]以下の温度で鋼材を焼戻す工程。
The manufacturing method of the steel material for cryogenic temperature characterized by performing the following process to the steel ingot which has the chemical composition as described in any one of Claim 1-5.
[Step 1] A step of heating the ingot such that the ingot heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) satisfy the following equations (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.
[Step 2] A step of rolling a steel ingot to obtain a steel material at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the formula (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.
[Step 3 ′] A step of cooling the steel material to room temperature.
[Step 3 ″] A step of reheating the steel material at a temperature of Ac 1 point or higher and 900 ° C. or lower.
[Step 3 ′ ″] A step of quenching the steel material at a cooling rate RH (° C./s) that satisfies the following equation (6).
RH ≧ 3 (6) where RH represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during quenching.
[Step 4] A step of tempering the steel at a temperature of [Ac 1 point + 80 ° C.] or lower.
請求項1から5までのいずれかに記載された化学組成を有する鋼塊に、下記の工程を施すことを特徴とする、後続熱サイクルを受けない熱影響部領域における歪付与後のCTOD特性に優れた極低温用鋼材の製造方法。
[工程1]鋼塊の加熱温度Tr(℃)と加熱時間t(hr)が、次の(2)式および(3)式を満足するように鋼塊を加熱する工程。
t×exp(Tr/270000000)≦580 ・・・・・・・・(2)式
Ac点≦Tr ・・・・・・・・・・(3)式
ここで、Trは鋼塊の加熱温度(℃)を、tは鋼塊の加熱時間(hr)を、そしてAc点はフェライトからオーステナイトへの変態が完了する温度を、それぞれ表す。
[工程2]750℃以下の仕上温度にて、最終仕上パスの形状比Γが(4)式を満足するように鋼塊を圧延して鋼材を得る工程。
Γ=2×(R×(H1−H2))1/2 /(H1+H2)≧1.0 ・・・(4)式
ここで、Γは最終仕上パスの形状比、Rは下側ワークロールの半径、H1は入側肉厚、そしてH2は出側肉厚を、それぞれ表す。
[工程3]次の(5)式を満足する冷却速度RA(℃/s)で鋼材を室温まで冷却する工程。
RA≧3・・・・・・・・・(5)式
ここで、RAは冷却時の板厚中心部における冷却速度(℃/s)を表す。
[工程3’’]Ac点以上かつ900℃以下の温度で鋼材を再加熱する工程。
[工程3’’’’]鋼材を焼入れする工程。
[工程4][Ac点+80℃]以下の温度で鋼材を焼戻す工程。
A CTOD characteristic after applying strain in a heat-affected zone that is not subjected to a subsequent thermal cycle, wherein the steel ingot having the chemical composition according to any one of claims 1 to 5 is subjected to the following steps: An excellent method for producing cryogenic steel.
[Step 1] A step of heating the ingot such that the ingot heating temperature Tr (° C.) and the heating time t (hr) satisfy the following equations (2) and (3).
t × exp (Tr 3/270000000 ) ≦ 580 ········ (2) formula Ac 3 point ≦ Tr ·········· (3) formula, where, Tr is the steel ingot The heating temperature (° C.), t represents the heating time (hr) of the steel ingot, and Ac 3 represents the temperature at which the transformation from ferrite to austenite is completed.
[Step 2] A step of rolling a steel ingot to obtain a steel material at a finishing temperature of 750 ° C. or less so that the shape ratio Γ of the final finishing pass satisfies the formula (4).
Γ = 2 × (R × (H1−H2)) 1/2 /(H1+H2)≧1.0 (4) where Γ is the shape ratio of the final finishing pass, and R is the lower work roll. The radius, H1 represents the incoming wall thickness, and H2 represents the outgoing wall thickness.
[Step 3] A step of cooling the steel material to room temperature at a cooling rate RA (° C./s) satisfying the following expression (5).
RA ≧ 3 (5) where RA represents the cooling rate (° C./s) at the center of the plate thickness during cooling.
[Step 3 ″] A step of reheating the steel material at a temperature of Ac 1 point or higher and 900 ° C. or lower.
[Step 3 ''''] A step of quenching the steel material.
[Step 4] A step of tempering the steel at a temperature of [Ac 1 point + 80 ° C.] or lower.
請求項1から5までのいずれかに記載の極低温用鋼材を内槽部材に適用したことを特徴とするLNGタンク。 An LNG tank characterized by applying the cryogenic steel material according to any one of claims 1 to 5 to an inner tank member. 請求項1から5までのいずれかに記載の極低温用鋼材をアニュラープレートに適用したことを特徴とするLNGタンク。 An LNG tank characterized by applying the cryogenic steel material according to any one of claims 1 to 5 to an annular plate.
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