JP2014001449A - 高靭性クラッド鋼板の母材及びそのクラッド鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.030〜0.10%、Si:0.10〜0.30%、Mn:1.30〜1.80%、P:0.015%以下、S:0.003%以下、Mo:0.05〜0.50%、V:0.010%未満、Nb:0.010〜0.060%、Ti:0.005〜0.020%、Al:0.040%以下、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0030〜0.0060%を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、−20℃DWTT試験で延性破面率85%以上の特性を有することを特徴とする高靱性クラッド鋼板の母材。
【選択図】なし
Description
すなわち、上記課題を解決するための本発明の高靭性クラッド鋼板の母材の発明は、以下の通りである。
はじめに、本発明の鋼の成分組成を規定した理由を説明する。なお、成分%は、すべて質量%を意味する。
Cは鋼の強度を向上させる有効な成分であり、0.030%未満であると一般溶接用としては強度が得られないため0.030%以上とする。一方、0.10%を超えて含有すると鋼材の溶接性やHAZ靭性等を著しく劣化させるため、C量は0.030〜0.10%の範囲とする。好ましくは0.04〜0.08%の範囲である。
Siは母材の強度確保、脱酸等に必要な成分であり、その効果を得るためには少なくとも0.10%以上の含有が必要である。一方、0.30%を超えて含有するとHAZの硬化により靭性が低下するため、Si量は0.10〜0.30%の範囲とする。なお、HAZ靭性の観点から、好ましくは0.13〜0.20%の範囲である。
Mnは母材の強度及び靭性の確保に有効な成分として1.30%以上の含有が必要であるが、溶接部の靭性、割れを考慮し上限値を1.80%とする。よって、Mn量は1.30〜1.80%の範囲とする。なお、母材靭性およびHAZ靭性の観点から、好ましくは1.40〜1.55%の範囲である。
Pは含有量が少ないほど望ましいが、工業的に低減させるためにはコストが大きいことからP量は0.015%以下とする。
Sは含有量が少ないほど望ましく、多すぎると靭性を著しく低下させることからS量は0.003%以下とする。
Moは固溶化熱処理後の母材の強度と靭性を安定的に向上させる元素であるが、0.05%未満ではその効果が得られないため0.05%以上を含有させる。また、0.50%を超えて含有するとHAZ部の靭性を損なうため、Mo量は0.05〜0.50%の範囲とする。なお、母材強度とHAZ靭性の観点から、好ましくは、0.08〜0.20%の範囲である。
Vは本発明において、最も注目すべき元素であり、できるだけ少ないことが必要である。従来、Vは、VC、VN等の微細析出物による析出強化を意図して積極的に添加されてきたが、本発明のクラッド鋼の製造過程に、900℃以上に加熱して焼入れを実施する工程がある場合、VC、VN等の微細析出物は、加熱したときに解離して鋼中に固溶する。この現象が生じるのは、本発明のようなC含有範囲においては、900℃以上の加熱時に固溶する。したがって、添加されたVは、この加熱時に微細析出物として存在しにくくなり解離するので、焼入れ性元素として作用し、母材、HAZのいずれの領域においても焼入れにより著しく硬化して、靭性劣化の原因となる。この靭性劣化は0.010%以上含有すると顕著となる。そのため、V量は0.010%未満とする。好ましくは、0.004%未満であり、工業的に可能なレベルで含有させないことがより好ましい。
Nbは、NbCを生成することで鋼を溶体化温度に加熱時にオーステナイト粒の粗大化を防止すると共に細粒化の効果があり、Nb炭化物などを母材に微細に均一に分散し高温強度などを上昇する作用を有するが、その効果は0.010%以上の含有で発揮される。しかし0.060%を超えると効果が認められないだけでなく、鋼塊に表面庇が生じやすいため、Nb量は0.010〜0.060%の範囲とする。なお、同様の理由で、好ましくは、0.025〜0.05%の範囲である。
TiはNbと同様にNと結合して結晶粒度の粗大化を抑制し、固溶化処理後の組織を微細化し靭性を改善する効果がある。その添加量は0.005%未満では効果が少ないため0.005%以上含有させる。また、Ti含有量が0.020%を超えると切り欠き効果により溶接熱影響部靭性が大きく劣化するので、Ti量は0.005〜0.020%の範囲とする。好ましくは、0.010〜0.016%の範囲である。
Alは、脱酸剤として有効な元素であり、また、AlNとして溶体化処理時のオーステナイト結晶粒度の粗大化を防止するが、0.040%を超えて含有させると細粒化効果が低下し、靭性を劣化させる。また、0.040%を超えるとAlNが過剰に生成され鋼塊の表面庇の原因にもなることからAl量は0.040%以下とする。同様の理由から、好ましくは、0.035%以下である。
Caは硫化物系介在物の形態を制御し溶接熱影響部靭性を改善し,また、それに伴いMnSの形態制御に効果があり、衝撃値を向上させる。また、耐水素誘起割れ感受性を改善する。この効果を発揮するCaの含有量は、0.0010%以上である。しかし、0.0040%を超えると効果が飽和し、逆に清浄度を低下させ溶接熱影響部靭性を劣化させ、耐水素誘起割れ感受性が劣化する他、鋼塊に表面庇が発生しやすいので、Ca量は0.0010〜0.0040%の範囲とする。好ましくは0.0020〜0.0030%の範囲である。
NはTiNとして析出する事でHAZ靭性の向上に効果があるが、N含有量が0.0030未満では効果が薄れるため下限を0.0030%とする。しかしながら0.0060%
を超えると固溶Nが増大しHAZ靭性の低下がおこる。Tiの添加量と対応させTiNの微細析出によるHAZ靭性の向上を考慮すると、N量は0.0030〜0.0060%の範囲とする。好ましくは0.0030〜0.0040%の範囲である。
Niは母材の強度及び靭性を向上させるために有効であり、0.10%以上を添加することが好ましい。しかし、0.50%を超えて添加すると効果が飽和し、Niの含有は製造コストを上昇させるため、Niを添加する場合は、Ni量は0.10〜0.50%の範囲とすることが好ましい。さらに好適には、0.20〜0.40%の範囲である。
Crは母材の強度及び靭性を向上させるために有効であり、0.01%以上を添加することが好ましい。しかし、0.50%を超えて添加するとHAZ部靭性を低下させるためことがあるため、Crを添加する場合は、Cr量は0.01〜0.50%の範囲とすることが好ましい。さらに好適には、0.01〜0.30%の範囲である。
Cuは靭性の改善と強度の上昇に有効であり、0.005%以上を添加することが好ましい。一方、過剰な添加は溶接時の割れ感受性を高めることがある。したがってCuを添加する場合は、Cu量は0.005〜0.050%の範囲とすることが好ましい。さらに好適には、0.01〜0.025%の範囲である。
Ti及びNは、上記のようにTiNを生成してHAZの靱性を改善するのに重要な元素であり、該効果を充分に発揮するためには両元素の含有量の相関関係も重要となる。すなわち、質量%比で、Ti/Nが2.0未満であると結晶粒が粗大化し、靱性値が大きく低下することがある。また、Ti/Nが3.5を超えると同様の理由により靭性値が低下することがある。したがって、Ti/Nは2.0〜3.5の範囲とすることが好ましい。さらに好適には、2.5〜3.5の範囲である。
Nb、Cは、NbCを生成することで結晶粒の細粒化に効果があり、本発明のように焼入れ焼戻し処理時には靭性向上に寄与する。しかし、その効果はNb/Cが0.2以上で発揮され、Nb/Cが2.0を超えると効果が認められない。したがって、Nb/Cは、0.2〜2.0の範囲とすることが好ましい。さらに好適には、0.3〜1.8の範囲である。
DWTT試験:−20℃での延性破面率85%以上
ラインパイプは、脆性破壊防止の観点から、API−5Lで規定されたDWTT試験における延性破面率(SA(%))の値が高いことが望まれている。従って、−20℃での延性破面率を85%以上(85%SATT)とした。これによって、安全性を高めることができ産業上有用である。
本発明のクラッド鋼の母材素材は、前記した成分範囲に調整され、常法等により溶製することができる。該母材素材は、用途などにより合せ材の材質が選定され、クラッド圧延によりクラッド鋼板とする。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.030〜0.10%、Si:0.10〜0.30%、Mn:1.30〜1.80%、P:0.015%以下、S:0.003%以下、Mo:0.05〜0.50%、V:0.010%未満、Nb:0.010〜0.060%、Ti:0.005〜0.020%、Al:0.040%以下、Ca:0.0010〜0.0040%、N:0.0030〜0.0060%を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、−20℃DWTT試験で延性破面率85%以上の特性を有することを特徴とする高靱性クラッド鋼板の母材。
- さらに、質量%で、Ni:0.10〜0.50%、Cr:0.01〜0.50%、Cu:0.005〜0.050%の中から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の高靭性クラッド鋼板の母材。
- さらに、TiとNの質量%が、Ti/Nで2.0〜3.5の範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の高靭性クラッド鋼板の母材。
- さらに、NbとCの質量%が、Nb/Cで0.2〜2.0の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の高靭性クラッド鋼板の母材。
- 請求項1乃至4の何れかに記載の化学成分を有するクラッド鋼板の母材と合せ材とを用いてクラッド圧延した後、900〜1100℃に加熱して溶体化処理を行い、その後、550℃未満で焼戻し処理した、−20℃DWTT試験で延性破面率85%以上の特性を有することを特徴とする高靭性クラッド鋼板の製造方法。
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