JP2015124442A - 低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材、その製造方法及び深絞り製品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ（Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ、ＳＳＣＣ）に対する抵抗性に優れた圧力容器用鋼材、その製造方法、及び上記鋼材を用いた深絞り製品の製造方法を提供する。
【解決手段】所定の組成を有し、微細組織は、フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織からなる、低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材。
【選択図】なし
【解決手段】所定の組成を有し、微細組織は、フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織からなる、低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材。
【選択図】なし
Description
本発明は低温圧力容器用鋼材に関し、より詳細には、低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ（Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ、ＳＳＣＣ）に対する抵抗性に優れた圧力容器用鋼材、その製造方法、及び上記鋼材を用いた深絞り製品の製造方法に関する。
原油を精製する精製設備や貯蔵タンクなどのように圧力が作用する圧力容器は、その容器が用いられる温度及び容器内に貯蔵される物質の特性に応じて求められる物性が決まる。特に、使用温度が低い場合には低温靭性が求められ、貯蔵物質の種類に応じて腐食による鋼材の劣化が異なるため、貯蔵物質の種類に応じた特殊な物性が求められる。
最近、硫化水素（Ｈ２Ｓ）の含量の高い原油の採掘が増加するにつれて、原油精製設備に必要な鋼材には、硫化水素による材料の劣化に対する抵抗性が高いことが求められている。また、採掘及び精製環境が低温環境に変わる傾向にあるため、低温靭性の向上が求められており、これにより、これらに適用される圧力容器に用いられる鋼材も、硫化水素による腐食抵抗性及び低温靭性をともに満たすものの需要が増加している。
一方、従来は、高い引張強度を有する低温圧力容器用鋼板を製造するために継ぎ目のないパイプ（Ｓｅａｍｌｅｓｓ Ｐｉｐｅ）を使用して、スピニング（Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｔｙｐｅ）加工法で圧力容器用シリンダを製作する方法が用いられた。しかし、当該方法により製造されたシリンダは、継ぎ目があるため、外観が美麗でない上、継ぎ目部分の物性が低下する恐れがある。
また、従来に用いられた低温圧力容器用鋼板は、継ぎ目のないパイプで作製されたものであって、強力な炭化物析出元素であるバナジウム（Ｖ）が含有されることが多かった。従って、加工性を付与すべく、球状化熱処理を行うと、バナジウムの析出強化現象によって鋼材の強度が過度に高くなり、後続する深絞り（Ｄｅｅｐ Ｄｒａｗｉｎｇ）工程で直接成形することが困難であった。
さらに、従来の低温圧力容器用鋼材に対する球状化熱処理には９０分以上の長時間がかかるため、鋼材の生産性及び生産費用の側面で不利であり、脱炭現象が発生し得て鋼材の強度がむしろ低下する恐れがある。
本発明の一側面は、従来の低温圧力容器用鋼材より硫化水素応力腐食割れ（ＳＳＣＣ）に対する抵抗性に優れて、容器の寿命及び安定性を効果的に増大させ、且つ低温靭性に優れた圧力容器用鋼材、その製造方法、及び上記鋼材を用いた深絞り製品の製造方法を提供する。
本発明の一側面は、質量％で、炭素（Ｃ）：０．３〜０．４％、シリコン（Ｓｉ）：０．１５〜０．４０％、マンガン（Ｍｎ）：０．４〜１．０％、アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．０５％、クロム（Ｃｒ）：０．８〜１．２％、モリブデン（Ｍｏ）：０．１５〜０．８０％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１％以下、カルシウム（Ｃａ）：０．０００５〜０．００２０％、リン（Ｐ）：０．０１５％以下、硫黄（Ｓ）：０．０１５％以下、残部Ｆｅ及び不可避な不純物を含み、微細組織はフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織からなる低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材を提供する。
本発明の他の一側面は、上述した成分組成を満たす鋼塊を１０００〜１２５０℃で再加熱する段階と、上記再加熱した鋼塊を７５０〜１０００℃で仕上げ圧延して熱延鋼板に製造する段階と、上記熱延鋼板を焼きならし処理する段階と、上記焼きならし処理した熱延鋼板をＡｃ１〜Ａｃ３温度で３０分以上球状化熱処理する段階と、を含み、上記仕上げ圧延は、下記関係式２で表される圧延パス当たりの圧延形状比が０．９〜１．５を満たすように行う低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材の製造方法を提供する。
［関係式２］
圧延形状比＝（圧延ロール半径（ｍｍ）×圧下量（ｍｍ））０．５／（鋼板の平均厚さ（ｍｍ））
（ここで、上記鋼板の平均厚さは、仕上げ圧延の入側及び出側における厚さの平均値を意味する。）
圧延形状比＝（圧延ロール半径（ｍｍ）×圧下量（ｍｍ））０．５／（鋼板の平均厚さ（ｍｍ））
（ここで、上記鋼板の平均厚さは、仕上げ圧延の入側及び出側における厚さの平均値を意味する。）
本発明のさらに他の一側面は、上述した製造方法により製造された圧力容器用鋼材を深絞りする段階と、上記深絞り後、８５０〜９５０℃で１．６ｔ＋（１０〜３０分）（ｔ：ｍｍ単位で表した鋼材の厚さがｔｍｍであるときにｔ分間を意味する）の間保持する焼入れ（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）段階と、上記焼入れ後、５５０〜６２５℃で焼戻し（Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）する段階と、を含む深絞り製品の製造方法を提供する。
本発明によると、球状化熱処理の時間を画期的に短縮することで、費用及び時間を節約することができる上、高価な合金元素の添加量を下げても、既存の圧力容器用鋼材より硫化水素応力腐食割れ抵抗性を画期的に向上させることができる鋼材を提供することができる。
本発明者らは、原油を精製する精製設備や貯蔵タンクなどのように圧力が作用する圧力容器の素材として用いられる、低温靭性と硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた鋼材を開発するために研究を重ねた結果、高価な合金元素の添加量を減らしても、製造条件を最適化することで目標とする鋼材が製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の一側面による低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ（Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）抵抗性に優れた圧力容器用鋼材は、質量％で、炭素（Ｃ）：０．３〜０．４％、シリコン（Ｓｉ）：０．１５〜０．４０％、マンガン（Ｍｎ）：０．４〜１．０％、アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．０５％、クロム（Ｃｒ）：０．８〜１．２％、モリブデン（Ｍｏ）：０．２５〜０．８０％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１％以下、カルシウム（Ｃａ）：０．０００５〜０．００２０％、リン（Ｐ）：０．０１５％以下、硫黄（Ｓ）：０．０１５％以下、残部Ｆｅ及び不可避な不純物を含むことが好ましい。
以下では、本発明で合金成分組成を上記のように制限する理由について詳細に説明する。このとき、各成分の含量は、特に記載しない限り、質量％を意味する。
Ｃ：０．３〜０．４％
炭素（Ｃ）は、鋼材の強度を確保するために添加する元素で、その含量が０．３％未満では、強度が低下して目標とする強度を確保することができず、また、０．４％を超えると、靭性が低下するため、好ましくない。従って、本発明におけるＣの含量は、０．３〜０．４％に制限することが好ましい。
炭素（Ｃ）は、鋼材の強度を確保するために添加する元素で、その含量が０．３％未満では、強度が低下して目標とする強度を確保することができず、また、０．４％を超えると、靭性が低下するため、好ましくない。従って、本発明におけるＣの含量は、０．３〜０．４％に制限することが好ましい。
Ｓｉ：０．１５〜０．４０％
シリコン（Ｓｉ）は、製鋼工程の脱酸剤として作用するだけでなく、固溶強化元素であり、強度の向上にも有利な元素である。このようなＳｉの含量が０．１５％未満では、上述した効果を得られず、また、０．４０％を超えると、靭性が低下し、鋼板の表面に酸化皮膜を形成して表面品質を低下させるという問題がある。従って、本発明におけるＳｉの含量は、０．１５〜０．４０％に制限することが好ましい。
シリコン（Ｓｉ）は、製鋼工程の脱酸剤として作用するだけでなく、固溶強化元素であり、強度の向上にも有利な元素である。このようなＳｉの含量が０．１５％未満では、上述した効果を得られず、また、０．４０％を超えると、靭性が低下し、鋼板の表面に酸化皮膜を形成して表面品質を低下させるという問題がある。従って、本発明におけるＳｉの含量は、０．１５〜０．４０％に制限することが好ましい。
Ｍｎ：０．４〜１．０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の強度及び靭性に重要な影響を与える元素で、その含量が０．４％未満では、上述した効果を期待することが困難で、１．０％を超えると、加工性が低下し、合金原料の費用が上昇して製造原価が増加するという問題がある。従って、本発明におけるＭｎの含量は、０．４〜１．０％に制限することが好ましい。
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の強度及び靭性に重要な影響を与える元素で、その含量が０．４％未満では、上述した効果を期待することが困難で、１．０％を超えると、加工性が低下し、合金原料の費用が上昇して製造原価が増加するという問題がある。従って、本発明におけるＭｎの含量は、０．４〜１．０％に制限することが好ましい。
Ａｌ：０．００１〜０．０５％
アルミニウム（Ａｌ）は、上記Ｓｉと同様に、製鋼工程で強力な脱酸剤として作用し、その含量が０．００１％未満では、上述した効果を期待することが困難である。一方、Ａｌの含量が０．０５％を超えると、脱酸効果が飽和するだけでなく、製造原価の上昇をもたらすため、好ましくない。従って、本発明におけるＡｌの含量は、０．００１〜０．０５％に制限することが好ましい。
アルミニウム（Ａｌ）は、上記Ｓｉと同様に、製鋼工程で強力な脱酸剤として作用し、その含量が０．００１％未満では、上述した効果を期待することが困難である。一方、Ａｌの含量が０．０５％を超えると、脱酸効果が飽和するだけでなく、製造原価の上昇をもたらすため、好ましくない。従って、本発明におけるＡｌの含量は、０．００１〜０．０５％に制限することが好ましい。
Ｃｒ：０．８〜１．２％
クロム（Ｃｒ）は、鋼の焼入れ性の向上に有利な元素で、当該効果を得るためには、Ｃｒを０．８％以上添加することが好ましい。但し、Ｃｒは高価な元素であり、その含量が１．２％を超えると、製造費用の急激な上昇をもたらす。従って、本発明におけるＣｒの含量は、０．８〜１．２％に制限することが好ましい。
クロム（Ｃｒ）は、鋼の焼入れ性の向上に有利な元素で、当該効果を得るためには、Ｃｒを０．８％以上添加することが好ましい。但し、Ｃｒは高価な元素であり、その含量が１．２％を超えると、製造費用の急激な上昇をもたらす。従って、本発明におけるＣｒの含量は、０．８〜１．２％に制限することが好ましい。
Ｍｏ：０．１５〜０．８０％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素で、硫化物による割れの発生を防止する元素として知られている。また、焼入れ−焼戻し後の微細炭化物の析出による強度確保に有効な元素である。上述した効果を得るためには、Ｍｏを０．１５％以上添加することが好ましい。但し、Ｍｏも高価な元素であり、その含量が０．８０％を超えると、製造費用の上昇をもたらすため、好ましくない。従って、本発明におけるＭｏの含量は、０．１５〜０．８０％に制限することが好ましく、０．３〜０．７％含まれることがより好ましい。
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素で、硫化物による割れの発生を防止する元素として知られている。また、焼入れ−焼戻し後の微細炭化物の析出による強度確保に有効な元素である。上述した効果を得るためには、Ｍｏを０．１５％以上添加することが好ましい。但し、Ｍｏも高価な元素であり、その含量が０．８０％を超えると、製造費用の上昇をもたらすため、好ましくない。従って、本発明におけるＭｏの含量は、０．１５〜０．８０％に制限することが好ましく、０．３〜０．７％含まれることがより好ましい。
Ｎｉ：０．１％以下（０％を除く）
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼の低温靭性の向上に非常に効果的な元素であるが、非常に高価な元素でありながら、その含量が多すぎると、炭化物の球状化を妨げるため、その含量を０．１％以下に制限することが好ましい。
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼の低温靭性の向上に非常に効果的な元素であるが、非常に高価な元素でありながら、その含量が多すぎると、炭化物の球状化を妨げるため、その含量を０．１％以下に制限することが好ましい。
Ｃａ：０．０００５〜０．００２０％
カルシウム（Ｃａ）は、ＭｎＳのように圧延方向に長く延伸される介在物を球状化させて、圧延後、圧延方向による材質異方性を減少させるのに有利な元素であり、本発明では、上記効果を得るために、Ｃａを０．０００５％以上添加することが好ましい。但し、その含量が多すぎると、鋼中に含有されたＯと反応して非金属介在物であるＣａＯを生成して鋼の物性を悪化させるため、上限を０．００２０％に制限することが好ましい。
カルシウム（Ｃａ）は、ＭｎＳのように圧延方向に長く延伸される介在物を球状化させて、圧延後、圧延方向による材質異方性を減少させるのに有利な元素であり、本発明では、上記効果を得るために、Ｃａを０．０００５％以上添加することが好ましい。但し、その含量が多すぎると、鋼中に含有されたＯと反応して非金属介在物であるＣａＯを生成して鋼の物性を悪化させるため、上限を０．００２０％に制限することが好ましい。
Ｐ：０．０１５％以下
リン（Ｐ）は、鋼の低温靭性を劣化させる元素であるため、その含量を最大限抑制することが好ましく、製鋼工程を考慮して、その含量を０．０１５％以下に制限することが好ましい。
リン（Ｐ）は、鋼の低温靭性を劣化させる元素であるため、その含量を最大限抑制することが好ましく、製鋼工程を考慮して、その含量を０．０１５％以下に制限することが好ましい。
Ｓ：０．０１５％以下
硫黄（Ｓ）は、上記Ｐと同様に、鋼の低温靭性を害する元素であるため、これもその含量を最大限抑制することが好ましい。但し、製鋼工程を考慮して、その含量を０．０１５％以下に管理することが好ましい。
硫黄（Ｓ）は、上記Ｐと同様に、鋼の低温靭性を害する元素であるため、これもその含量を最大限抑制することが好ましい。但し、製鋼工程を考慮して、その含量を０．０１５％以下に管理することが好ましい。
本発明の残りの成分は鉄（Ｆｅ）である。但し、通常の鉄鋼製造過程では、原料または周囲の環境から意図しない不純物がやむを得ず混入されることがあるため、それを排除することは実際上できない。当該不純物は、通常の鉄鋼製造過程の技術者には周知のことであり、本明細書では、その全内容を具体的に言及しない。
上述した成分組成を満たす本発明の鋼材は、その微細組織がフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織からなることが好ましい。
以下に、より具体的に説明するが、本発明で提供する鋼材の製造段階において、焼きならし処理後、鋼板の微細組織をフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織状に形成することができる。
上記３相複合組織のうちマルテンサイト及びベイナイト組織は、鋼材の強度を確保するとともに、球状化熱処理の時間を短縮させることができる。より具体的には、マルテンサイト、ベイナイト、パーライトなどのような低温変態組織では、炭化物（ｃａｒｂｉｄｅ）が微細であるほど、球状化速度が速くなるという特徴があり、通常、マルテンサイト＞ベイナイト＞パーライトの順に球状化の時間を短縮させることができる。
また、フェライトは鋼の延性確保に有利であり、特に、本発明では深絞り性を確保するために有利な組織である。
より具体的には、上記微細組織のうちマルテンサイト＋ベイナイトは面積分率で７０〜９８％含まれ、フェライトは面積分率で２〜３０％含まれることが好ましい。マルテンサイト＋ベイナイト相の分率が９８％を超えると、鋼の延性が足りなくなり、成形性、特に深絞り性が低下し、また、フェライトの分率が３０％を超えると、十分な延性が確保できるため、成形性には優れるが、球状化熱処理の時間が過度に増加するという問題がある。
また、本発明の圧力容器用鋼材は炭化物を含み、このとき、下記関係式１で表される球形度が２以下である炭化物が総炭化物のうち５０面積％以上含まれることが好ましい。上限値については特に制限はないが、実際上９５面積％程度であり、典型的には８５面積％程度である。本発明における炭化物の球形度は、炭化物の形状の球形状への近さを意味し、これは鋼材の硫化物による割れ発生の抵抗性に影響を与える。球形度が２以下である炭化物が総炭化物のうち５０面積％未満では、硫化水素応力腐食割れに対する抵抗性を十分に確保することができない。より好ましくは、上記球形度が２以下である炭化物が総炭化物のうち６０面積％以上含まれることである。下記式において、「幅」は顕微鏡等で観察される炭化物の二次元像における最も長い径であり、「長さ」は該幅に直行する径を意味する。
［関係式１］
炭化物の球形度＝（炭化物の幅（ｎｍ））／（炭化物の長さ（ｎｍ））
炭化物の球形度＝（炭化物の幅（ｎｍ））／（炭化物の長さ（ｎｍ））
上述した有利な組成と微細組織を有する本発明の鋼板は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、過度な繰り返し実験をせずに本発明が属する技術分野の通常の知識を用いて容易に製造できる。但し、本発明では、本発明の発明者が見出したより有利な製造方法で上記鋼板を製造する方法を提供する。
本発明による圧力容器用鋼材は、本発明で提案する成分組成を満たす鋼塊の再加熱−熱間圧延−焼きなまし−球状化熱処理を行うことで製造することができ、以下では、上記それぞれの工程条件について詳細に説明する。
鋼塊の再加熱
鋼塊の再加熱は、後続して施される熱間圧延を行うために高温で加熱する工程で、１０００〜１２５０℃で行うことが好ましい。
鋼塊の再加熱は、後続して施される熱間圧延を行うために高温で加熱する工程で、１０００〜１２５０℃で行うことが好ましい。
再加熱温度が１０００℃未満では、溶質原子の固溶が困難になり、１２５０℃を超えると、オーステナイト結晶粒のサイズが粗大になりすぎて鋼材の物性を劣化させるという問題があるため、好ましくない。
熱間圧延
上記再加熱した鋼塊を熱間仕上げ圧延して熱延鋼板を製造することができ、このとき、仕上げ圧延は７５０〜１０００℃で行うことが好ましい。
上記再加熱した鋼塊を熱間仕上げ圧延して熱延鋼板を製造することができ、このとき、仕上げ圧延は７５０〜１０００℃で行うことが好ましい。
仕上げ圧延の際、その温度が７５０℃未満では、未再結晶域圧延量が多くなりすぎて材質異方性が発生して深絞り性が低下し、また、１０００℃を超えると、結晶粒が粗大となり、鋼材の物性が劣化する。
本発明では、上述した温度範囲で仕上げ圧延を行う際、圧延パス当たりの圧延形状比を制御することが好ましい。より具体的には、下記関係式２で表される圧延パス当たりの圧延形状比が０．９〜１．５を満たすことが好ましい。本発明で圧延形状比を制御する理由は、後続する球状化熱処理後に形成される炭化物の形状比を制御するためである。上記圧延形状比が０．９未満では、結晶粒のサイズが粗大化し、また、１．５を超えると、圧延機に負荷がかかることがあるため、上記圧延形状比を０．９〜１．５に制御することが好ましい。より好ましくは、上記圧延形状比を０．９５〜１．２に制御することである。
［関係式２］
圧延形状比＝（圧延ロール半径（ｍｍ）×圧下量（ｍｍ））０．５／（鋼板の平均厚さ（ｍｍ））
（ここで、上記鋼板の平均厚さは、仕上げ圧延の入側及び出側における厚さの平均値を意味する。）
圧延形状比＝（圧延ロール半径（ｍｍ）×圧下量（ｍｍ））０．５／（鋼板の平均厚さ（ｍｍ））
（ここで、上記鋼板の平均厚さは、仕上げ圧延の入側及び出側における厚さの平均値を意味する。）
焼きなまし熱処理及び球状化熱処理
上記したように、熱間圧延して製造した熱延鋼板に対して焼きなまし熱処理をすることで、その微細組織をフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織状に形成することができる。このとき、焼きなまし条件は特に限定しない。
上記したように、熱間圧延して製造した熱延鋼板に対して焼きなまし熱処理をすることで、その微細組織をフェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織状に形成することができる。このとき、焼きなまし条件は特に限定しない。
上記焼きなまし熱処理が完了したら、球状化熱処理を行うことが好ましい。これは、深絞りに必要な適切な加工性を付与するためのものである。このとき上記球状化熱処理は、Ａｃ１〜Ａｃ３温度で３０分以上、好ましくは３０〜９０分間行うが、熱処理温度がＡｃ１より低いと、球状化に長時間がかかり、Ａｃ３より高いと、オーステナイトへの相変態が発生して球状化した炭化物が形成し難いという問題がある。
本発明は、上記焼きなまし熱処理によって３相複合組織を有させることで、後続する球状化熱処理の時間を９０分以下に短縮させることができる。これは、従来の深絞り用鋼材に必要な球状化熱処理の時間が９０分超であったことを考えると、エネルギー及び費用の節減と生産性の側面で非常に重要である。
上記球状化熱処理まで完了すると、本発明で意図する圧力容器用鋼材、即ち、７００ＭＰａ以下の引張強度を有する鋼材を製造することができ、これは、深絞り用鋼材として非常に好適に用いることができる。
以下、上記本発明に係る製造方法により製造された圧力容器用鋼材を用いて深絞り製品を製造する方法について詳細に説明する。
上記圧力容器用鋼材は、深絞り後の引張強度が１２００ＭＰａ級でなければならない。そのためには、鋼材の内部組織をオーステナイト組織に変態させることが好ましいため、高温で一定時間保持させることが好ましい。より具体的には、高温で焼入れ後に焼戻しする工程を通じて目標の強度を有する深絞り製品を製造することができる。
焼入れ（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）
上述したように、深絞り後の鋼材の内部組織をオーステナイト組織に変態させるために８５０〜９５０℃で一定時間、好ましくは１．６ｔ＋（１０〜３０分）（ｔ：ｍｍ単位で表した鋼材の厚さがｔｍｍであるときにｔ分間を意味する）間保持することが好ましい。
上述したように、深絞り後の鋼材の内部組織をオーステナイト組織に変態させるために８５０〜９５０℃で一定時間、好ましくは１．６ｔ＋（１０〜３０分）（ｔ：ｍｍ単位で表した鋼材の厚さがｔｍｍであるときにｔ分間を意味する）間保持することが好ましい。
上記保持温度が８５０℃未満であるか、保持時間が１．６ｔ＋１０分未満では、固溶溶質元素の再固溶が難しくて強度の確保が困難になり、また、保持温度が９５０℃を超えるか、保持時間が１．６ｔ＋３０分超では、結晶粒の成長が起こり、粗大な結晶粒が形成されるに伴って低温靭性が低下するという問題がある。
上述した温度範囲で保持した後、水冷することが好ましい。
焼戻し（Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）
上記焼入れをした鋼材は、脆性が強くなり得るため、適切な低温靭性を付与するためには、５５０〜６２５℃で焼戻しを施すことが好ましい。上記焼戻し温度が５５０℃未満では、焼戻しの効果が十分でないため、靭性を確保することが困難であり、また、６２５℃を超えると、強度を確保することが困難となる。
上記焼入れをした鋼材は、脆性が強くなり得るため、適切な低温靭性を付与するためには、５５０〜６２５℃で焼戻しを施すことが好ましい。上記焼戻し温度が５５０℃未満では、焼戻しの効果が十分でないため、靭性を確保することが困難であり、また、６２５℃を超えると、強度を確保することが困難となる。
本発明により製造された深絞り用圧力容器用鋼材は、深絞りの過程では成形性に優れた低い強度を示すが、成形後には１１００〜１２００ＭＰａの引張強度を有することができ、５０Ｊｏｕｌｅｓ以上の−５０℃の低温衝撃靭性を有するため、その活用度が広く、非常に優れた物性を示す。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。但し、下記実施例は本発明をより詳細に説明するための例示に過ぎず、本発明の権利範囲を限定するためのものではないことに留意すべきである。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載された事項とそれから合理的に推論できる事項によって決まる。
（実施例）
下表１に示した成分組成を有する鋼塊を１１５０℃で再加熱した後、熱間仕上げ圧延してそれぞれの熱延鋼板に製造した。その後、上記熱延鋼板に焼きならし処理した後、７５０℃で９０分間球状化熱処理を行った。次いで、深絞り処理した後、焼入れ及び焼戻しをしてそれぞれの深絞り製品を製造した。
下表１に示した成分組成を有する鋼塊を１１５０℃で再加熱した後、熱間仕上げ圧延してそれぞれの熱延鋼板に製造した。その後、上記熱延鋼板に焼きならし処理した後、７５０℃で９０分間球状化熱処理を行った。次いで、深絞り処理した後、焼入れ及び焼戻しをしてそれぞれの深絞り製品を製造した。
このとき、熱間仕上げ圧延時の圧延温度、圧延形状比、焼入れ及び焼戻し温度は、下表２に示した条件にした。
上表３に示したように、本発明の成分組成及び製造条件を全て満たす発明材１〜６は、球形度が２以下である炭化物を５０％以上含み、降伏強度が１０００ＭＰａ以上、引張強度が１２００ＭＰａ以上と強度に優れ、−５０℃での衝撃靭性に優れることが分かる。特に、本発明に係る発明材は、ＳＳＣＣ破断時間が２００時間以上と硫化水素応力腐食割れに対する抵抗性に非常に優れることが分かる。
一方、圧延形状比が本発明で提案する範囲を満たしていない比較材１〜３は、球形度が２以下である炭化物の分率が４０％未満で、ＳＳＣＣに対する抵抗性が非常に劣位であることが分かる。特に、これらの比較材は、高価のＮｉを多量に添加しているため、製造費用が高いという短所がある。
Claims (10)
- 質量％で、炭素（Ｃ）：０．３〜０．４％、シリコン（Ｓｉ）：０．１５〜０．４０％、マンガン（Ｍｎ）：０．４〜１．０％、アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．０５％、クロム（Ｃｒ）：０．８〜１．２％、モリブデン（Ｍｏ）：０．１５〜０．８０％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１％以下、カルシウム（Ｃａ）：０．０００５〜０．００２０％、リン（Ｐ）：０．０１５％以下、硫黄（Ｓ）：０．０１５％以下、残部Ｆｅ及び不可避な不純物を含み、
微細組織は、フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織からなる、低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材。 - 前記鋼材は、モリブデン（Ｍｏ）を０．３〜０．７％含む、請求項１に記載の低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材。
- 前記鋼材は、ベイナイト及びマルテンサイトを面積分率で７０〜９８％含み、フェライトを面積分率で２〜３０％含む、請求項１または２に記載の低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材。
- 前記鋼材は、下記関係式１で表される球形度が２以下である炭化物を総炭化物のうち５０面積％以上含む、請求項１から３の何れか１項に記載の低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材。
［関係式１］
炭化物の球形度＝（炭化物の幅（ｎｍ））／（炭化物の長さ（ｎｍ）） - 前記鋼材は、下記関係式１で表される球形度が２以下である炭化物を総炭化物の６０面積％以上含む、請求項１から４の何れか１項に記載の低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材。
［関係式１］
炭化物の球形度＝（炭化物の幅（ｎｍ））／（炭化物の長さ（ｎｍ）） - 質量％で、炭素（Ｃ）：０．３〜０．４％、シリコン（Ｓｉ）：０．１５〜０．４０％、マンガン（Ｍｎ）：０．４〜１．０％、アルミニウム（Ａｌ）：０．００１〜０．０５％、クロム（Ｃｒ）：０．８〜１．２％、モリブデン（Ｍｏ）：０．１５〜０．８０％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１％以下、カルシウム（Ｃａ）：０．０００５〜０．００２０％、リン（Ｐ）：０．０１５％以下、硫黄（Ｓ）：０．０１５％以下、残部Ｆｅ及び不可避な不純物を含む鋼塊を１０００〜１２５０℃で再加熱する段階と、
前記再加熱した鋼塊を７５０〜１０００℃で仕上げ圧延して熱延鋼板に製造する段階と、
前記熱延鋼板を焼きならし処理する段階と、
前記焼きならし処理した熱延鋼板をＡｃ１〜Ａｃ３温度で３０分以上球状化熱処理する段階と、を含み、
前記仕上げ圧延は下記関係式２で表される圧延パス当たりの圧延形状比が０．９〜１．５を満たすように行う、低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材の製造方法。
［関係式２］
圧延形状比＝（圧延ロール半径（ｍｍ）×圧下量（ｍｍ））０．５／（鋼板の平均厚さ（ｍｍ））
（ここで、前記鋼板の平均厚さは、仕上げ圧延の入側及び出側における厚さの平均値を意味する。） - 前記鋼塊はモリブデン（Ｍｏ）を０．３〜０．７％含む、請求項６に記載の低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材の製造方法。
- 前記仕上げ圧延は圧延形状比が０．９５〜１．２を満たすように行う、請求項６または７に記載の低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材の製造方法。
- 前記焼きなまし後、フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトの３相複合組織を有する、請求項６から８の何れか１項に記載の低温靭性及び硫化水素応力腐食割れ抵抗性に優れた圧力容器用鋼材の製造方法。
- 請求項１から５の何れか１項の圧力容器用鋼材を深絞りする段階と、
前記深絞り後、８５０〜９５０℃で１．６ｔ＋（１０〜３０分）（ｔ：ｍｍ単位で表した鋼材の厚さがｔｍｍであるときにｔ分間を意味する）間保持する焼入れ（Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）段階と、
前記焼入れ後、５５０〜６２５℃で焼戻し（Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）する段階と、
を含む、深絞り製品の製造方法。
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