JP2016117936A - Method of producing large-sized steel casting and large-sized steel casting - Google Patents

Method of producing large-sized steel casting and large-sized steel casting Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a large-sized steel casting excellent in toughness and a method of producing the same.SOLUTION: The method of producing a large-sized steel casting comprises a step of casting a scrap as a raw material and a step of refining a casting after passing through the casting step, the composition of the steel casting containing as a basic component, C:0.1 mass% to 0.25 mass%, Si:0.01 mass% to 0.8 mass%, Mn:0.3 mass% to 2 mass%, Cr:0.01 mass% to 0.4 mass%, Ni:0.01 mass% to 0.5 mass%, Mo:0.01 mass% to 0.5 mass% and the balance Fe with inevitable impurities. The method of producing a large-sized steel casting further comprises before the refining step, a preliminary treatment step of preliminarily treating the casting in such a manner that ferrite and perlite are a main structure and retained austenite percentage content is 1 vol.% or less, and the preliminary treatment step includes a step of heating the casting to an austenitizing temperature or more and step of cooling the heated casting to 300°C or less at a rate of 60°C/h or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、大型鋳鋼品の製造方法及び大型鋳鋼品に関する。   The present invention relates to a method for producing a large cast steel product and a large cast steel product.

原子力施設で発生する放射性廃棄物は、処分の際に遮蔽機能を備えた容器に保存される。この保存容器は原子力施設内で発生するスクラップを再利用して製造するのが合理的である。また、上記保存容器は内部に遮蔽体を有し、この遮蔽体には上記スクラップから製造される厚肉の大型鋳鋼品が使用される。   Radioactive waste generated at nuclear facilities is stored in a container with a shielding function at the time of disposal. It is reasonable to make this storage container by reusing scrap generated in nuclear facilities. Moreover, the said storage container has a shielding body inside, and the thick large-sized cast-steel goods manufactured from the said scrap are used for this shielding body.

上記遮蔽体に用いられる大型鋳鋼品には、保存容器から放射線が漏れることを防ぐため、高い靭性が求められる。鋼材の靱性は鋼材中の不純物による脆化によって低下するため、高い靱性が求められる部材には一般に不純物を除去した清浄材が用いられる。しかし、原料とするスクラップが高濃度の不純物を含有する場合、不純物を低レベルまで除去するための精錬時間が長くなる不都合や、精錬スラグの発生量が増えて余分な廃棄物を発生させるという不都合が生じる。また、スクラップのなかには通常の酸化精錬では除去できない不純物が含まれている場合もある。   The large cast steel product used for the shield is required to have high toughness in order to prevent radiation from leaking from the storage container. Since the toughness of a steel material decreases due to embrittlement due to impurities in the steel material, a cleaning material from which impurities are removed is generally used for members that require high toughness. However, when the scrap as a raw material contains a high concentration of impurities, there is an inconvenience that the refining time for removing the impurities to a low level becomes longer, and that the amount of refining slag increases and extra waste is generated. Occurs. Also, some scraps may contain impurities that cannot be removed by ordinary oxidation refining.

そこで、スクラップを溶解して得た鋼中に高濃度の不純物を含有する場合でも靭性を確保する手段が求められる。優れた靭性を持つ鋳鋼品の製造方法として、残留オーステナイト及びフェライトと、針状ベイナイト、針状フェライト、ベイナイト型フェライト、及び必要に応じてマルテンサイトの少なくとも1種とから成る2相組織に鋳鋼品を調整する熱処理方法が提供されている(特表平11−537813号公報参照)。しかし、厚さが80mm以上となるような極厚の大型鋳鋼品を焼入れする際、パーライトの析出を抑える臨界温度まで冷却するには、水冷等で冷却を早める必要があるが、大型の極厚部材を水冷した場合には冷却時の熱応力や変態応力により割れが発生してしまう。   Therefore, a means for ensuring toughness is required even when a high concentration of impurities is contained in steel obtained by melting scrap. As a method for producing a cast steel product having excellent toughness, a cast steel product having a two-phase structure composed of retained austenite and ferrite, acicular bainite, acicular ferrite, bainite type ferrite, and, if necessary, at least one of martensite. There is provided a heat treatment method for adjusting the temperature (see Japanese Patent Publication No. 11-537813). However, when quenching an extremely thick large cast steel product having a thickness of 80 mm or more, it is necessary to accelerate the cooling by water cooling or the like in order to cool it to a critical temperature that suppresses the precipitation of pearlite. When the member is water-cooled, cracking occurs due to thermal stress and transformation stress during cooling.

また、低合金鋼に対しては、熱処理により靭性を高める方法が考案されている(特開昭53−85710号公報参照)。しかし、Ni−Cr鋼ではPなどの不純物元素が過剰である場合、焼戻し脆化が著しいことが知られている。そのため、上記公報に記載の熱処理では、不純物が多い鋼材に対しては靭性確保が難しくなる場合がある。   For low alloy steels, a method for increasing toughness by heat treatment has been devised (see JP-A-53-85710). However, it is known that temper embrittlement is remarkable in Ni—Cr steel when an impurity element such as P is excessive. Therefore, in the heat treatment described in the above publication, it may be difficult to ensure toughness for steel materials with many impurities.

ここで、Pなどの不純物元素を過剰に含有した鋼材の靭性が低下するのは、不純物元素が結晶粒界に偏析して粒界を脆弱化するためである。不純物元素の結晶粒界への偏析を抑制するには、熱処理工程で加熱した後の冷却を早める方法が一般的であるが、極厚の大型鋳鋼品になると、質量効果のため不純物元素の粒界移動を防止する速度で冷却できない。   Here, the toughness of the steel material excessively containing an impurity element such as P is lowered because the impurity element segregates at the grain boundary and weakens the grain boundary. In order to suppress the segregation of impurity elements to the crystal grain boundaries, a method of speeding up the cooling after heating in the heat treatment process is generally used. It cannot be cooled at a speed that prevents field movement.

そこで、結晶粒径をより微細化して鋼中の粒界密度を増やすことで、夫々の粒界に占める局所的な不純物偏析量を低減し、粒界脆化を緩和することが考えられる。フェライトやパーライトの結晶粒径をこのように微細化するには、オーステナイト粒を微細にする必要がある。一般にオーステナイト粒の微細化は、オーステナイト化を繰返すことで達成できることが知られている。しかし、Pなどの不純物元素の濃度が高い場合、オーステナイト化しても初期組織を引継いで結晶粒が微細化されない現象(grain memory)が助長される。鋳造直後の結晶粒径は粗大であるため、このgrain memoryが生じると、オーステナイト粒を微細化するのが難しくなり、粒界脆化の緩和が達成できない。   Therefore, it is conceivable to reduce the amount of local impurity segregation in each grain boundary and alleviate grain boundary embrittlement by making the crystal grain size finer and increasing the grain boundary density in the steel. In order to reduce the crystal grain size of ferrite or pearlite in this way, it is necessary to make the austenite grains fine. In general, it is known that austenite grain refinement can be achieved by repeating austenite formation. However, when the concentration of an impurity element such as P is high, a phenomenon in which the grain is not refined by taking over the initial structure even when austenite is formed is promoted. Since the grain size immediately after casting is coarse, if this grain memory occurs, it becomes difficult to make austenite grains finer, and relaxation of embrittlement at grain boundaries cannot be achieved.

特表平11−537813号公報Japanese National Patent Publication No. 11-537813 特開昭53−85710号公報JP-A-53-85710

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、靱性に優れる大型鋳鋼品及びその製造方法の提供を目的とする。   This invention is made | formed based on the above situations, and aims at provision of the large-sized cast-steel goods excellent in toughness, and its manufacturing method.

本発明者らは、鋭意検討した結果、調質処理前の鋳鋼品に対し、フェライト及びパーライトを主体とし残留オーステナイト含有率が1体積%以下の金属組織を有するよう予備処理することで、調質処理で得られる結晶粒径を微細化することができることを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies, the present inventors preliminarily treated the cast steel product before the tempering treatment to have a metal structure mainly containing ferrite and pearlite and having a residual austenite content of 1% by volume or less. The inventors have found that the crystal grain size obtained by the treatment can be refined, and have reached the present invention.

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、スクラップを原料として鋳造する工程と、上記鋳造工程後の鋳造物を調質する工程とを備える大型鋳鋼品の製造方法であって、上記鋳鋼品の組成が、C(炭素):0.1質量%以上0.25質量%以下、Si(ケイ素):0.01質量%以上0.8質量%以下、Mn(マンガン):0.3質量%以上2質量%以下、Cr(クロム):0.01質量%以上0.4質量%以下、Ni(ニッケル):0.01質量%以上0.5質量%以下、Mo(モリブデン):0.01質量%以上0.5質量%以下の基本成分を含み、残部がFe(鉄)及び不可避的不純物であり、上記調質工程前に、フェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が1体積%以下となるよう鋳造物を予備処理する工程を備え、上記予備処理工程が、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、加熱後の鋳造物を60℃/h以下の速度で300℃以下まで冷却する工程とを有することを特徴とする。   That is, the invention made to solve the above problems is a method for producing a large cast steel product comprising a step of casting scrap as a raw material, and a step of tempering a cast after the casting step, The composition of the product is C (carbon): 0.1 mass% or more and 0.25 mass% or less, Si (silicon): 0.01 mass% or more and 0.8 mass% or less, Mn (manganese): 0.3 mass % To 2% by mass, Cr (chromium): 0.01% to 0.4% by mass, Ni (nickel): 0.01% to 0.5% by mass, Mo (molybdenum): 0. It contains a basic component of 01% by mass or more and 0.5% by mass or less, and the balance is Fe (iron) and inevitable impurities. Before the tempering step, the main structure is ferrite and pearlite, and the residual austenite content is 1 Cast the casting so that it is less than volume%. The preliminary treatment step includes a step of heating the casting to an austenitizing temperature or higher, and a step of cooling the cast after heating to 300 ° C. or lower at a rate of 60 ° C./h or lower. It is characterized by that.

当該大型鋳鋼品の製造方法は、調質前に鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱し、その後鋳造物を60℃/h以下の速度で300℃以下まで冷却することで、フェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が1体積%以下となるよう鋳造物を予備処理する。これにより、Pなどの不純物元素濃度が高い場合でも、grain memoryを抑制し調質処理後の結晶粒径を微細化することができる。そのため、当該大型鋳鋼品の製造方法は、不純物を多く含むスクラップを原料としながら、優れた靱性を有する大型鋳鋼品を製造することができる。なお、「主体組織」とは、金属組織全体のうち99体積%以上を占める組織を意味する。また、「大型鋳鋼品」とは、例えば厚さが50mm以上、又は重量が1000kg以上の鋳鋼品をいう。   The method for producing the large cast steel product is mainly composed of ferrite and pearlite by heating the casting to the austenitizing temperature or higher before tempering and then cooling the casting to 300 ° C. or lower at a rate of 60 ° C./h or lower. The casting is pretreated so that the structure has a residual austenite content of 1% by volume or less. Thereby, even when impurity element density | concentrations, such as P, are high, grain memory can be suppressed and the crystal grain diameter after a tempering process can be refined | miniaturized. Therefore, the manufacturing method of the said large cast steel goods can manufacture the large cast steel goods which have the outstanding toughness, using the scrap containing many impurities as a raw material. The “main structure” means a structure that occupies 99% by volume or more of the entire metal structure. The “large cast steel product” refers to a cast steel product having a thickness of 50 mm or more or a weight of 1000 kg or more, for example.

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、C:0.1質量%以上0.25質量%以下、Si:0.01質量%以上0.8質量%以下、Mn:0.3質量%以上2質量%以下、Cr:0.01質量%以上0.4質量%以下、Ni:0.01質量%以上0.5質量%以下、Mo:0.01質量%以上0.5質量%以下の基本成分を含み、残部がFe及び不可避的不純物の組成であり、フェライト及びパーライトを主体組織とし、結晶粒度が6番以上10番以下である大型鋳鋼品である。   Moreover, another invention made | formed in order to solve the said subject is C: 0.1 mass% or more and 0.25 mass% or less, Si: 0.01 mass% or more and 0.8 mass% or less, Mn: 0.00%. 3 mass% to 2 mass%, Cr: 0.01 mass% to 0.4 mass%, Ni: 0.01 mass% to 0.5 mass%, Mo: 0.01 mass% to 0.5 mass It is a large cast steel product containing a basic component of less than mass%, the balance being the composition of Fe and inevitable impurities, the main structure being ferrite and pearlite, and the crystal grain size being 6 or more and 10 or less.

当該大型鋳鋼品は、フェライト及びパーライトを主体組織とし、かつ結晶粒度が6番以上10番以下であるため、微細な結晶粒径によって粒界脆化が緩和されている。そのため、当該大型鋳鋼品は靱性に優れる。   The large cast steel product has ferrite and pearlite as a main structure and has a crystal grain size of 6 to 10, so that grain boundary embrittlement is mitigated by a fine crystal grain size. Therefore, the large cast steel product is excellent in toughness.

従って、当該大型鋳鋼品は、放射性物質保存容器の遮蔽体として好適に用いることができる。   Accordingly, the large cast steel product can be suitably used as a shield for radioactive substance storage containers.

なお、「結晶粒度」とは、JIS−G0551(2013)に準拠して算出される粒度番号を意味する。   The “crystal grain size” means a grain size number calculated in accordance with JIS-G0551 (2013).

以上説明したように、本発明の大型鋳鋼品の製造方法は靱性に優れる大型鋳鋼品を製造することができ、本発明の大型鋳鋼品は靱性に優れる。   As described above, the method for producing a large cast steel product of the present invention can produce a large cast steel product having excellent toughness, and the large cast steel product of the present invention has excellent toughness.

[大型鋳鋼品の製造方法]
以下、本発明に係る大型鋳鋼品の製造方法の実施形態について説明する。
[Manufacturing method of large cast steel products]
Hereinafter, an embodiment of a method for producing a large cast steel product according to the present invention will be described.

当該大型鋳鋼品の製造方法は、スクラップを原料として鋳造する工程と、調質工程前に鋳造物を予備処理する工程と、上記鋳造工程後の鋳造物を調質する工程とを主に備える。なお、必要に応じ調質工程後に鋳造物を機械加工する工程を行ってもよい。   The manufacturing method of the large cast steel product mainly includes a step of casting scrap as a raw material, a step of pre-processing the cast before the tempering step, and a step of tempering the cast after the casting step. In addition, you may perform the process of machining a casting after a tempering process as needed.

<鋳造工程>
鋳造工程では、まず原料となるスクラップを高周波溶解炉、電気炉、転炉などを用いて溶製する。
<Casting process>
In the casting process, first, scrap as a raw material is melted using a high-frequency melting furnace, an electric furnace, a converter, or the like.

当該大型鋳鋼品の製造方法で原料として用いるスクラップとしては、鋼を主成分とするスクラップであれば特に限定されないが、原子力施設内で装置の解体等に伴い発生するスクラップが好適に用いられる。当該大型鋳鋼品の製造方法は、原子力施設内で発生するような不純物が多く含まれるスクラップを用いても靱性に優れる大型鋳鋼品が得られる。   The scrap used as a raw material in the manufacturing method of the large cast steel product is not particularly limited as long as it is a scrap mainly composed of steel. However, scrap generated due to dismantling of the apparatus in a nuclear facility is preferably used. According to the method for producing a large cast steel product, a large cast steel product having excellent toughness can be obtained even when scrap containing a large amount of impurities that are generated in a nuclear facility is used.

当該大型鋳鋼品の製造方法における溶鋼の組成は、C:0.1質量%以上0.25質量%以下、Si:0.01質量%以上0.8質量%以下、Mn:0.3質量%以上2質量%以下、Cr:0.01質量%以上0.4質量%以下、Ni:0.01質量%以上0.5質量%以下、Mo:0.01質量%以上0.5質量%以下の基本成分を含み、残部がFe及び不可避的不純物である。   The composition of the molten steel in the manufacturing method of the large cast steel product is C: 0.1% by mass or more and 0.25% by mass or less, Si: 0.01% by mass or more and 0.8% by mass or less, Mn: 0.3% by mass 2 mass% or less, Cr: 0.01 mass% or more and 0.4 mass% or less, Ni: 0.01 mass% or more and 0.5 mass% or less, Mo: 0.01 mass% or more and 0.5 mass% or less The balance is Fe and inevitable impurities.

当該大型鋳鋼品のC含有率の下限としては、0.1質量%であり、0.15質量%が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のC含有率の上限としては、0.25質量%であり、0.22質量%が好ましい。当該大型鋳鋼品のC含有率が上記下限より小さいと、大型鋳鋼品の強度が不十分となるおそれや、調質工程で好ましい金属組織を確保できないおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のC含有率が上記上限を超えると、靭性が低下するおそれがある。当該大型鋳鋼品のC含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の靱性を適切に確保することができる。   The lower limit of the C content of the large cast steel product is 0.1% by mass, and preferably 0.15% by mass. On the other hand, the upper limit of the C content of the large cast steel product is 0.25% by mass, and preferably 0.22% by mass. If the C content of the large cast steel product is smaller than the above lower limit, the strength of the large cast steel product may be insufficient, or a preferable metal structure may not be ensured in the tempering process. Conversely, if the C content of the large cast steel product exceeds the above upper limit, the toughness may be reduced. By setting the C content of the large cast steel product within the above range, the toughness of the large cast steel product can be appropriately ensured.

当該大型鋳鋼品のSi含有率の下限としては、0.01質量%であり、0.1質量%が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のSi含有率の上限としては、0.8質量%であり、0.5質量%が好ましい。当該大型鋳鋼品のSi含有率が上記下限より小さいと、脱酸が不十分となることによって強度が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のSi含有率が上記上限を超えると、逆V偏析等に起因し鋳造欠陥が増加するおそれがある。当該大型鋳鋼品のSi含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度を適切に向上できる。   The lower limit of the Si content of the large cast steel product is 0.01% by mass, preferably 0.1% by mass. On the other hand, the upper limit of the Si content of the large cast steel product is 0.8% by mass, and preferably 0.5% by mass. If the Si content of the large cast steel product is smaller than the lower limit, the strength may be insufficient due to insufficient deoxidation. Conversely, if the Si content of the large cast steel product exceeds the upper limit, casting defects may increase due to reverse V segregation or the like. By setting the Si content of the large cast steel product within the above range, the strength of the large cast steel product can be appropriately improved.

当該大型鋳鋼品のMn含有率の下限としては、0.3質量%であり、0.5質量%が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のMn含有率の上限としては、2質量%であり、1.5質量%が好ましい。当該大型鋳鋼品のMn含有率が上記下限より小さいと、強度が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のMn含有率が上記上限を超えると、逆V偏析の助長によって偏析部へ粗大な硫化物系介在物が発生し、靱性が低下するおそれがある。当該大型鋳鋼品のMn含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度を適切に向上できる。   The lower limit of the Mn content of the large cast steel product is 0.3% by mass, and preferably 0.5% by mass. On the other hand, the upper limit of the Mn content of the large cast steel product is 2% by mass, and preferably 1.5% by mass. If the Mn content of the large cast steel product is smaller than the lower limit, the strength may be insufficient. Conversely, if the Mn content of the large cast steel product exceeds the upper limit, coarse sulfide inclusions are generated in the segregated part due to the promotion of reverse V segregation, and the toughness may be reduced. By setting the Mn content of the large cast steel product within the above range, the strength of the large cast steel product can be appropriately improved.

当該大型鋳鋼品のCr含有率の下限としては、0.01質量%であり、0.05質量%が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のCr含有率の上限としては、0.4質量%であり、0.2質量%が好ましい。当該大型鋳鋼品のCr含有率が上記下限より小さいと、強度及び靱性が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のCr含有率が上記上限を超えると、逆V偏析を助長するおそれがある。当該大型鋳鋼品のCr含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度及び靱性を適切に確保することができる。   The lower limit of the Cr content of the large cast steel product is 0.01% by mass, preferably 0.05% by mass. On the other hand, the upper limit of the Cr content of the large cast steel product is 0.4 mass%, preferably 0.2 mass%. If the Cr content of the large cast steel product is smaller than the above lower limit, the strength and toughness may be insufficient. Conversely, if the Cr content of the large cast steel product exceeds the above upper limit, reverse V segregation may be promoted. By setting the Cr content of the large cast steel product within the above range, the strength and toughness of the large cast steel product can be appropriately ensured.

当該大型鋳鋼品のNi含有率の下限としては、0.01質量%であり、0.1質量%が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のNi含有率の上限としては、0.5質量%であり、0.3質量%が好ましい。当該大型鋳鋼品のNi含有率が上記下限より小さいと、強度及び靱性が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のNi含有率が上記上限を超えると、費用対効果が低下する。当該大型鋳鋼品のNi含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度及び靱性を適切に確保することができる。   The lower limit of the Ni content of the large cast steel product is 0.01% by mass, preferably 0.1% by mass. On the other hand, the upper limit of the Ni content of the large cast steel product is 0.5% by mass, preferably 0.3% by mass. If the Ni content of the large cast steel product is smaller than the above lower limit, the strength and toughness may be insufficient. Conversely, if the Ni content of the large cast steel product exceeds the upper limit, the cost effectiveness is reduced. By setting the Ni content of the large cast steel product within the above range, the strength and toughness of the large cast steel product can be appropriately ensured.

当該大型鋳鋼品のMo含有率の下限としては、0.01質量%であり、0.05質量%が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品のMo含有率の上限としては、0.5質量%であり、0.2質量%が好ましい。当該大型鋳鋼品のMo含有率が上記下限より小さいと、強度及び靱性が不十分となるおそれがある。逆に、当該大型鋳鋼品のMo含有率が上記上限を超えると、費用対効果が低下する。当該大型鋳鋼品のMo含有率を上記範囲とすることで、当該大型鋳鋼品の強度及び靱性を適切に確保することができる。   The lower limit of the Mo content of the large cast steel product is 0.01% by mass, preferably 0.05% by mass. On the other hand, the upper limit of the Mo content of the large cast steel product is 0.5% by mass, and preferably 0.2% by mass. If the Mo content of the large cast steel product is smaller than the above lower limit, the strength and toughness may be insufficient. Conversely, when the Mo content of the large cast steel product exceeds the upper limit, the cost effectiveness is reduced. By setting the Mo content of the large cast steel product within the above range, the strength and toughness of the large cast steel product can be appropriately ensured.

当該大型鋳鋼品は、上述した基本成分以外に残部にFe及び不可避的不純物を含む。また、不可避的不純物としては、例えば原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれるP(リン)、S(硫黄)、Cu(銅)、Sn(スズ)、As(ヒ素)、Pb(鉛)、Ti(チタン)等の元素の混入が許容される。また、これらの元素又はその他の元素又は組成を積極的に含有させることも有効であり、含有される元素や組成の種類によっては鋳鋼材の特性がさらに改善される。   The large cast steel product contains Fe and inevitable impurities in the balance other than the basic components described above. Inevitable impurities include, for example, P (phosphorus), S (sulfur), Cu (copper), Sn (tin), As (arsenic), and Pb (lead) brought in depending on the conditions of raw materials, materials, manufacturing equipment, and the like. , Mixing of elements such as Ti (titanium) is allowed. It is also effective to positively contain these elements or other elements or compositions, and the properties of the cast steel material are further improved depending on the elements and the types of compositions contained.

当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるPの含有率の上限としては、0.05質量%が好ましく、0.03質量%がより好ましく、0.01質量%がさらに好ましい。当該大型鋳鋼品のP含有率が上記上限を超える場合、粒界編析による粒界破壊を助長するおそれがある。また、当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるPの含有率の下限は、例えば0.001質量%であり、スクラップの組成によっては0.002質量%である。   As an upper limit of the content rate of P which is an inevitable impurity of the said large sized steel product, 0.05 mass% is preferable, 0.03 mass% is more preferable, 0.01 mass% is further more preferable. When the P content of the large cast steel product exceeds the above upper limit, there is a risk of promoting grain boundary fracture due to grain boundary sieving. Moreover, the minimum of the content rate of P which is an unavoidable impurity of the said large-sized cast-steel goods is 0.001 mass%, for example, and is 0.002 mass% depending on a scrap composition.

当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるS含有率の上限としては、0.03質量%が好ましく、0.01質量%がより好ましい。当該大型鋳鋼品のS含有率が上記上限を超える場合、延性や靱性が低下するおそれがある。また、当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるSの含有率の下限は、例えば0.001質量%であり、スクラップの組成によっては0.005質量%である。   As an upper limit of S content which is an unavoidable impurity of the said large-sized cast-steel goods, 0.03 mass% is preferable and 0.01 mass% is more preferable. When the S content of the large cast steel product exceeds the above upper limit, ductility and toughness may be reduced. Moreover, the minimum of the content rate of S which is an unavoidable impurity of the said large-sized cast-steel goods is 0.001 mass%, for example, and is 0.005 mass% depending on a scrap composition.

当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるCu含有率の上限としては、0.3質量%が好ましく、0.05質量%がより好ましい。当該大型鋳鋼品のCu含有率が上記上限を超える場合、熱間脆性が大きくなるおそれがある。また、当該大型鋳鋼品の不可避的不純物であるCuの含有率の下限は、例えば0.001質量%であり、スクラップの組成によっては0.01質量%である。   As an upper limit of Cu content which is an unavoidable impurity of the said large-sized cast-steel goods, 0.3 mass% is preferable and 0.05 mass% is more preferable. When the Cu content of the large cast steel product exceeds the above upper limit, hot brittleness may increase. Moreover, the minimum of the content rate of Cu which is an unavoidable impurity of the said large-sized cast-steel goods is 0.001 mass%, for example, and is 0.01 mass% depending on a scrap composition.

真空処理後、上記溶鋼を鋳型に注入し、鋳造(鋳込み)により鋳造物(鋼塊)を得る。この鋳造方法としては、公知の一般的な方法を用いることができ、例えば鋳型の下方に注入管から溶鋼を装入する方法等を採用することができる。   After the vacuum treatment, the molten steel is poured into a mold, and a cast (steel ingot) is obtained by casting (casting). As this casting method, a known general method can be used. For example, a method of charging molten steel from an injection tube below the mold can be employed.

<予備処理工程>
予備処理工程では、後述の調質工程前に上記鋳造物を予備処理する。具体的には、上記鋳造物をフェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が所定値以下となるよう処理する。
<Pretreatment process>
In the pretreatment process, the casting is pretreated before the refining process described later. Specifically, the cast product is processed so that ferrite and pearlite are main structures and the retained austenite content becomes a predetermined value or less.

本予備処理工程後の残留オーステナイト含有率の上限としては、1体積%であり、0.5体積%が好ましく、0.1体積%がより好ましい。残留オーステナイト含有率が上記上限を超えると、鋳造物の組成におけるフェライト及びパーライトの割合が低下し、結晶粒径の微細化が達成されないおそれがある。   The upper limit of the retained austenite content after the preliminary treatment step is 1% by volume, preferably 0.5% by volume, and more preferably 0.1% by volume. If the retained austenite content exceeds the above upper limit, the proportion of ferrite and pearlite in the composition of the casting is lowered, and there is a possibility that the crystal grain size cannot be reduced.

本予備処理工程は、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、加熱後の鋳造物を60℃/h以下の速度で300℃以下まで冷却する工程とを有する。   This preliminary treatment step includes a step of heating the casting to the austenitizing temperature or higher and a step of cooling the heated cast to 300 ° C. or lower at a rate of 60 ° C./h or lower.

(加熱工程)
加熱工程では、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱し、組織をオーステナイト化する。ここで、オーステナイト化温度とは、Ac3変態点(830℃)を意味する。
(Heating process)
In the heating step, the casting is heated to the austenitizing temperature or higher, and the structure is austenitized. Here, the austenitizing temperature means the Ac3 transformation point (830 ° C.).

本加熱工程における加熱温度の下限としては、850℃が好ましく、900℃がより好ましく、930℃がさらに好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、1000℃が好ましく、990℃がより好ましく、980℃がさらに好ましい。上記加熱温度が上記下限より小さいと、オーステナイト化が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。   As a minimum of heating temperature in this heating process, 850 ° C is preferred, 900 ° C is more preferred, and 930 ° C is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is preferably 1000 ° C., more preferably 990 ° C., and further preferably 980 ° C. If the heating temperature is lower than the lower limit, austenitization may be insufficient. On the other hand, when the heating temperature exceeds the upper limit, the capital investment and running cost may be excessive.

本加熱工程における加熱時間の下限としては、1時間が好ましく、2時間がより好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、5時間が好ましく、4時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限より小さいと、鋳造物の内部まで均質に加熱できないおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超えると、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。   As a minimum of heating time in this heating process, 1 hour is preferred and 2 hours is more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating time is preferably 5 hours, and more preferably 4 hours. If the heating time is smaller than the lower limit, there is a possibility that the inside of the casting cannot be heated uniformly. Conversely, if the heating time exceeds the upper limit, the production efficiency of the large cast steel product obtained may be reduced.

本加熱工程における加熱速度の下限としては、10℃/hが好ましく、20℃/hがより好ましく、30℃/hがさらに好ましい。一方、上記加熱速度の上限としては、100℃/hが好ましく、80℃/hがより好ましく、50℃/hがさらに好ましい。上記加熱速度が上記下限より小さいと、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記加熱速度が上記上限を超えると、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。   As a minimum of a heating rate in this heating process, 10 ° C / h is preferred, 20 ° C / h is more preferred, and 30 ° C / h is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating rate is preferably 100 ° C./h, more preferably 80 ° C./h, and further preferably 50 ° C./h. If the heating rate is smaller than the lower limit, the production efficiency of the resulting large cast steel product may be reduced. On the other hand, when the heating rate exceeds the upper limit, there is a risk that capital investment and running cost will be excessive.

(冷却工程)
冷却工程では、上記加熱工程で加熱した鋳造物を一定速度で一定温度まで炉冷する。なお、この炉冷による一次冷却後、さらに鋳造物を室温まで空冷で二次冷却することが好ましい。上記空冷方法としては、自然徐冷のほか、例えばファンを用いることができる。
(Cooling process)
In the cooling step, the casting heated in the heating step is furnace-cooled to a constant temperature at a constant speed. In addition, after the primary cooling by this furnace cooling, it is preferable to further cool the casting by air cooling to room temperature. As the air cooling method, for example, a fan can be used in addition to natural slow cooling.

本冷却工程の一次冷却における冷却速度の下限としては、10℃/hが好ましく、20℃/hがより好ましく、30℃/hがさらに好ましい。一方、上記冷却速度の上限としては、60℃/hであり、55℃/hがより好ましく、50℃/hがさらに好ましい。上記冷却速度が上記下限より小さいと、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記冷却速度が上記上限を超えると、残留オーステナイト量が増加するおそれがある。   As a minimum of a cooling rate in primary cooling of this cooling process, 10 ° C / h is preferred, 20 ° C / h is more preferred, and 30 ° C / h is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the cooling rate is 60 ° C./h, more preferably 55 ° C./h, and still more preferably 50 ° C./h. If the cooling rate is less than the lower limit, the production efficiency of the resulting large cast steel product may be reduced. Conversely, when the cooling rate exceeds the upper limit, the amount of retained austenite may increase.

本冷却工程の一次冷却における冷却温度の下限としては、180℃が好ましく、200℃がより好ましく、220℃がさらに好ましく、240℃が特に好ましい。一方、上記冷却温度の上限としては、300℃であり、280℃がより好ましく、260℃がさらに好ましい。上記冷却温度が上記下限より小さいと、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。逆に、上記冷却温度が上記上限を超えると、残留オーステナイト量が増加するおそれがある。   As a minimum of the cooling temperature in the primary cooling of this cooling process, 180 ° C is preferred, 200 ° C is more preferred, 220 ° C is still more preferred, and 240 ° C is especially preferred. On the other hand, the upper limit of the cooling temperature is 300 ° C., more preferably 280 ° C., and further preferably 260 ° C. If the cooling temperature is lower than the lower limit, the capital investment and running cost may be excessive. Conversely, if the cooling temperature exceeds the upper limit, the amount of retained austenite may increase.

本冷却工程の二次冷却は、上記一次冷却後の鋳造物を空冷することで室温まで冷却する。ここで、室温とは例えば20℃以上30℃以下である。   The secondary cooling in the main cooling step is performed by cooling the casting after the primary cooling to room temperature. Here, room temperature is 20 degreeC or more and 30 degrees C or less, for example.

<調質工程>
調質工程では、上記予備処理を施した鋳造物を調質(最終熱処理)する。具体的には、鋳造物に対し焼ならしを行う。また、焼ならし後、残留応力除去のために焼戻しを行ってもよい。
<Refining process>
In the tempering step, the casting subjected to the preliminary treatment is tempered (final heat treatment). Specifically, the casting is normalized. Further, after normalization, tempering may be performed to remove residual stress.

(焼ならし工程)
焼ならし工程では、まず鋳造物のオーステナイト化を行い、オーステナイト化後に鋳造物の温度が均質になった後、鋳造物を冷却する。
(Normalizing process)
In the normalizing process, the casting is first austenitized, and after the temperature of the casting becomes uniform after austenitizing, the casting is cooled.

本焼ならし工程でのオーステナイト化は、オーステナイト化温度(Ac3変態点)以上に一定時間化保持する。なお、当該大型鋳鋼品の製造方法のように大型鋳鋼品を製造する場合、加熱時に材料の内外で温度差が生じるため、オーステナイト化温度まで徐加熱し、鋼材の表面と内部との温度を均一にするために一定時間保持する必要がある。この保持時間は、鋼材直径に依存し、大型材ほど長くする必要がある。   The austenitization in the normalizing step is maintained at a certain temperature above the austenitizing temperature (Ac3 transformation point). In addition, when manufacturing large cast steel products as in the method for manufacturing large cast steel products, a temperature difference occurs between the inside and outside of the material during heating. Therefore, the steel is gradually heated to the austenitizing temperature, and the temperature of the steel material is uniform between the surface and the interior. It is necessary to hold for a certain period of time. This holding time depends on the diameter of the steel material and needs to be longer for larger materials.

本焼ならし工程での加熱温度の下限としては、830℃が好ましく、850℃がより好ましく、900℃がさらに好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、950℃が好ましく、940℃がより好ましく、930℃がさらに好ましい。上記加熱温度が上記下限より小さいと、結晶粒が2次成長し粗大化するおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。   As a minimum of heating temperature in a regularizing process, 830 ° C is preferred, 850 ° C is more preferred, and 900 ° C is still more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is preferably 950 ° C, more preferably 940 ° C, and further preferably 930 ° C. If the heating temperature is lower than the lower limit, the crystal grains may grow secondary and become coarse. On the other hand, when the heating temperature exceeds the upper limit, the capital investment and running cost may be excessive.

本焼ならし工程での加熱時間の下限としては、1時間が好ましく、2時間がより好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、5時間が好ましく、4時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限より小さいと、鋳造物の内部まで均質に加熱できないおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超えると、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。   The lower limit of the heating time in the normalizing step is preferably 1 hour and more preferably 2 hours. On the other hand, the upper limit of the heating time is preferably 5 hours, and more preferably 4 hours. If the heating time is smaller than the lower limit, there is a possibility that the inside of the casting cannot be heated uniformly. Conversely, if the heating time exceeds the upper limit, the production efficiency of the large cast steel product obtained may be reduced.

本焼ならし工程での加熱速度の下限としては、10℃/hが好ましく、30℃/hがより好ましく、40℃/hがさらに好ましい。一方、上記加熱速度の上限としては、100℃/hが好ましく、80℃/hがより好ましく、60℃/hがさらに好ましい。上記加熱速度が上記下限より小さいと、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記加熱速度が上記上限を超えると、鋳造物の内部まで均質に加熱できないおそれがある。   The lower limit of the heating rate in the normalizing step is preferably 10 ° C./h, more preferably 30 ° C./h, further preferably 40 ° C./h. On the other hand, the upper limit of the heating rate is preferably 100 ° C./h, more preferably 80 ° C./h, and further preferably 60 ° C./h. If the heating rate is smaller than the lower limit, the production efficiency of the resulting large cast steel product may be reduced. On the contrary, when the heating rate exceeds the upper limit, there is a possibility that the inside of the casting cannot be heated uniformly.

次に、オーステナイト化した鋳造物を冷却する。重量が数トンから数十トンの大型鋳造品の場合、水冷すると冷却時の熱応力や変態応力により割れが発生してしまうため、オーステナイト化後の冷却は、水冷よりも遅い空冷などの方法で冷却するのが好ましい。   Next, the austenitized casting is cooled. In the case of large castings with a weight of several tons to several tens of tons, water cooling causes cracks due to thermal stress and transformation stress during cooling, so cooling after austenitizing can be done by methods such as air cooling that is slower than water cooling. Cooling is preferred.

本焼ならし工程での冷却速度の下限としては、10℃/hが好ましく、15℃/hがより好ましく、20℃/hがさらに好ましい。上記冷却速度が上記下限より小さいと、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。   The lower limit of the cooling rate in the normalizing step is preferably 10 ° C / h, more preferably 15 ° C / h, and still more preferably 20 ° C / h. If the cooling rate is less than the lower limit, the production efficiency of the resulting large cast steel product may be reduced.

より具体的な冷却速度は鋳造物の直径D(mm)により異なるが、例えばD/4位置における空冷の冷却速度はφ200mmで約300℃/h、φ500mmで約150℃/h、φ1000mmで約70℃/hとなる。   More specifically, the cooling rate varies depending on the diameter D (mm) of the casting. For example, the cooling rate of air cooling at the D / 4 position is about 300 ° C./h at φ200 mm, about 150 ° C./h at φ500 mm, and about 70 at φ1000 mm. ° C / h.

本焼ならし工程での冷却温度は、例えば室温である。冷却が不十分である場合、未変態の残留オーステナイトが残存し、特性ばらつきの原因となる。   The cooling temperature in the normalizing process is, for example, room temperature. If the cooling is insufficient, untransformed retained austenite remains and causes variation in characteristics.

(焼戻し工程)
焼戻し工程では、焼ならし工程後に鋳造物を再度一定の加熱温度で一定時間保持する。
(Tempering process)
In the tempering process, the casting is held again at a constant heating temperature for a certain time after the normalizing process.

本焼戻し工程での加熱温度の下限としては、500℃が好ましく、600℃がより好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては、800℃が好ましく、700℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限より小さいと、残留応力の除去が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超えると、炭化物の粗大化、転位組織の回復などにより鋼材が軟化し、十分な強度が確保できないおそれがある。   As a minimum of heating temperature in this tempering process, 500 ° C is preferred and 600 ° C is more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is preferably 800 ° C, more preferably 700 ° C. If the heating temperature is lower than the lower limit, the residual stress may not be sufficiently removed. Conversely, when the heating temperature exceeds the upper limit, the steel material is softened due to coarsening of carbides, recovery of dislocation structure, and the like, and there is a possibility that sufficient strength cannot be ensured.

本焼戻し工程での加熱時間の下限としては、2時間が好ましく、5時間がより好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、20時間が好ましく、10時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限より小さいと、残留応力の除去が不十分となるおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超えると、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。   As a minimum of heating time in this tempering process, 2 hours are preferred and 5 hours are more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating time is preferably 20 hours, and more preferably 10 hours. If the heating time is smaller than the lower limit, the residual stress may not be sufficiently removed. Conversely, if the heating time exceeds the upper limit, the production efficiency of the large cast steel product obtained may be reduced.

本焼戻し工程での加熱速度の下限としては、10℃/hが好ましく、30℃/hがより好ましい。一方、上記加熱速度の上限としては、100℃/hが好ましく、70℃/hがより好ましい。上記加熱速度が上記下限より小さいと、得られる大型鋳鋼品の製造効率が低下するおそれがある。逆に、上記加熱速度が上記上限を超えると、設備投資やランニングコストが過大となるおそれがある。   As a minimum of a heating rate in this tempering process, 10 ° C / h is preferred and 30 ° C / h is more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating rate is preferably 100 ° C./h, more preferably 70 ° C./h. If the heating rate is smaller than the lower limit, the production efficiency of the resulting large cast steel product may be reduced. On the other hand, when the heating rate exceeds the upper limit, there is a risk that capital investment and running cost will be excessive.

<機械加工工程>
機械加工工程では、調質工程後の鋳造物を必要に応じて鍛造、切削又は研削を含む仕上げ加工等により機械加工する。
<Machining process>
In the machining process, the casting after the tempering process is machined by finishing such as forging, cutting, or grinding as necessary.

<利点>
当該大型鋳鋼品の製造方法は、調質前に鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱し、その後鋳造物を60℃/h以下の速度で300℃以下まで冷却することで、フェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が1体積%以下となるよう鋳造物を予備処理する。これにより、Pなどの不純物元素濃度が高い場合でも、grain memoryを抑制し調質処理後の結晶粒径を微細化することができる。そのため、当該大型鋳鋼品の製造方法は、不純物を多く含むスクラップを原料としながら、優れた靱性を有する大型鋳鋼品を製造することができる。
<Advantages>
The method for producing the large cast steel product is mainly composed of ferrite and pearlite by heating the casting to the austenitizing temperature or higher before tempering and then cooling the casting to 300 ° C. or lower at a rate of 60 ° C./h or lower. The casting is pretreated so that the structure has a residual austenite content of 1% by volume or less. Thereby, even when impurity element density | concentrations, such as P, are high, grain memory can be suppressed and the crystal grain diameter after a tempering process can be refined | miniaturized. Therefore, the manufacturing method of the said large cast steel goods can manufacture the large cast steel goods which have the outstanding toughness, using the scrap containing many impurities as a raw material.

[大型鋳鋼品]
当該大型鋳鋼品は、その組成がC:0.1質量%以上0.25質量%以下、Si:0.01質量%以上0.8質量%以下、Mn:0.3質量%以上2質量%以下、Cr:0.01質量%以上0.4質量%以下、Ni:0.01質量%以上0.5質量%以下、Mo:0.01質量%以上0.5質量%以下の基本成分を含み、残部がFe及び不可避的不純物である。また、当該大型鋳鋼品は、フェライト及びパーライトを主体組織とし、結晶粒度が6番以上10番以下である。
[Large cast steel products]
The large cast steel product has a composition of C: 0.1 mass% to 0.25 mass%, Si: 0.01 mass% to 0.8 mass%, Mn: 0.3 mass% to 2 mass% Hereinafter, basic components of Cr: 0.01% by mass to 0.4% by mass, Ni: 0.01% by mass to 0.5% by mass, Mo: 0.01% by mass to 0.5% by mass The balance is Fe and inevitable impurities. The large cast steel product has ferrite and pearlite as a main structure, and has a crystal grain size of 6 or more and 10 or less.

<金属組織>
当該大型鋳鋼品の金属組織は、フェライト及びパーライトを主体組織とする。このように金属組織においてフェライト及びパーライトを主体組織とすることで、当該大型鋳鋼品は、後述する微細な結晶粒を有すると共に一定の降伏強度を有する。なお、各組織の組織分率(体積%)の測定方法としては、例えば鋳鋼品からミクロ組織観察用の試験片を切り出し、この試験片の表面を鏡面研磨し、ナイタールで腐食して光学顕微鏡で観察することにより行うことができる。
<Metallic structure>
The metal structure of the large cast steel product is mainly composed of ferrite and pearlite. Thus, by making ferrite and pearlite into a main structure in a metal structure, the large cast steel product has fine crystal grains to be described later and a certain yield strength. In addition, as a measuring method of the structure fraction (volume%) of each structure, for example, a test piece for microstructural observation is cut out from a cast steel product, the surface of this test piece is mirror-polished, corroded with nital, and is examined with an optical microscope. This can be done by observing.

また、当該大型鋳鋼品は、金属組織において残留オーステナイトが1体積%以下であることが好ましい。残留オーステナイトの組織分率は、例えば上述のミクロ組織観察用の試験片をX線結晶構造解析することで計測できる。   Further, the large cast steel product preferably has a retained austenite of 1% by volume or less in the metal structure. The structural fraction of retained austenite can be measured by, for example, analyzing the X-ray crystal structure of the above-described specimen for microstructure observation.

当該大型鋳鋼品の結晶粒度の下限としては、6番であり、7番が好ましい。一方、当該大型鋳鋼品の結晶粒度の上限としては、10番であり、9番が好ましい。結晶粒度が上記下限より小さいと、grain memoryにより粒界脆化が緩和されず、靱性が不十分となるおそれがある。逆に、結晶粒度が上記上限を超えると、当該大型鋳鋼品の製造コストが過大となるおそれや、製造効率が低下するおそれがある。   The lower limit of the crystal grain size of the large cast steel product is No. 6, and No. 7 is preferable. On the other hand, the upper limit of the crystal grain size of the large cast steel product is No. 10, and No. 9 is preferable. If the crystal grain size is smaller than the above lower limit, grain boundary embrittlement is not alleviated by grain memory, and the toughness may be insufficient. On the other hand, if the crystal grain size exceeds the above upper limit, the production cost of the large cast steel product may be excessive, or the production efficiency may be reduced.

<機械的性質>
当該大型鋳鋼品の室温での降伏強度の下限としては、250MPaが好ましく、300MPaがより好ましい。また、当該大型鋳鋼品の室温での引張強さの下限としては、400MPaが好ましく、450MPaがより好ましい。当該大型鋳鋼品の降伏強度及び引張強さが上記下限以上であることで、放射性物質の遮蔽体等として好適に用いることができる。なお、降伏強度及び引張強さは、JIS−Z2241(2011)に準拠した引張試験により計測される値である。
<Mechanical properties>
The lower limit of the yield strength of the large cast steel at room temperature is preferably 250 MPa, and more preferably 300 MPa. The lower limit of the tensile strength at room temperature of the large cast steel product is preferably 400 MPa, and more preferably 450 MPa. When the yield strength and tensile strength of the large cast steel product are equal to or higher than the lower limit, the large cast steel product can be suitably used as a radioactive substance shield or the like. Yield strength and tensile strength are values measured by a tensile test based on JIS-Z2241 (2011).

当該大型鋳鋼品の室温での伸びの下限としては、30%が好ましく、35%がより好ましい。当該大型鋳鋼品の室温での絞りの下限としては、40%が好ましく、50%がより好ましい。当該大型鋳鋼品の伸び及び絞りが上記下限以上であることで、放射性物質の遮蔽体等として好適に用いることができる。なお、伸び及び絞りは、JIS−Z2241(2011)に準拠した引張試験により計測される値である。   The lower limit of room temperature elongation of the large cast steel product is preferably 30%, more preferably 35%. The lower limit of the drawing at room temperature of the large cast steel product is preferably 40%, more preferably 50%. When the elongation and drawing of the large cast steel product are equal to or more than the above lower limit, it can be suitably used as a radioactive substance shield or the like. In addition, elongation and drawing are values measured by a tensile test based on JIS-Z2241 (2011).

当該大型鋳鋼品の0℃での吸収エネルギーの下限としては、27Jが好ましく、30Jがより好ましい。当該大型鋳鋼品の吸収エネルギーが上記下限以上であると、放射性物質保存容器の遮蔽体に要求される靭性を満たすことができる。吸収エネルギーは、JIS−Z2242(2005)に準拠したシャルピー衝撃試験により計測される値である。   The lower limit of the absorbed energy at 0 ° C. of the large cast steel product is preferably 27J, and more preferably 30J. The toughness requested | required of the shielding body of a radioactive substance storage container can be satisfy | filled as the absorbed energy of the said large sized steel product is more than the said minimum. The absorbed energy is a value measured by a Charpy impact test based on JIS-Z2242 (2005).

<利点>
当該大型鋳鋼品は、フェライト及びパーライトを主体組織とし、かつ結晶粒度が6番以上10番以下であるため、微細な結晶粒径によって粒界脆化が緩和されている。そのため、当該大型鋳鋼品は靱性に優れる。そのため、当該大型鋳鋼品は放射性物質保存容器の遮蔽体として好適に用いることができる。
<Advantages>
The large cast steel product has ferrite and pearlite as a main structure and has a crystal grain size of 6 to 10, so that grain boundary embrittlement is mitigated by a fine crystal grain size. Therefore, the large cast steel product is excellent in toughness. Therefore, the large cast steel product can be suitably used as a shield for a radioactive substance storage container.

[放射性物質保存容器]
当該放射性物質保存容器は、筒状の外装と、この外装の内側に配設される遮蔽体とを備え、少なくともこの遮蔽体が当該大型鋳鋼品から形成される。当該放射性物質保存容器は、この遮蔽体の内側に放射性物質を保存する。
[Radioactive substance storage container]
The radioactive substance storage container includes a cylindrical exterior and a shield disposed inside the exterior, and at least the shield is formed from the large cast steel product. The radioactive substance storage container stores the radioactive substance inside the shield.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

まず、スクラップを原料に高周波溶解炉により表1に示すA〜Eの5鋼種の組成の溶鋼を溶製し、その後40kgの鋳塊に鋳込んだ。   First, molten steel having a composition of five steel types A to E shown in Table 1 was melted from scrap as a raw material using a high-frequency melting furnace, and then cast into a 40 kg ingot.

Figure 2016117936
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次に、熱処理シミュレーターを用いて、鋳込み後の鋳鋼を40℃/hの加熱速度でオーステナイト化温度以上の950℃まで加熱し、3時間保持することでオーステナイト化を行った。その後、250℃まで50℃/hの冷却速度で炉冷し、250℃から室温までさらに冷却し、鋳鋼の予備処理を行った。   Next, the cast steel after casting was heated to 950 ° C. above the austenitizing temperature at a heating rate of 40 ° C./h using a heat treatment simulator, and austenitized by holding for 3 hours. Then, the furnace was cooled to 250 ° C. at a cooling rate of 50 ° C./h, further cooled from 250 ° C. to room temperature, and cast steel was pretreated.

予備処理後、鋳鋼から幅20mm、長さ20mm、厚さ10mmの試験片を切り出し、試験片の表面を鏡面仕上げに研磨した後、ナイタールで腐食して光学顕微鏡にてミクロ組織を観察した。さらに、この試験片を「X線解析ハンドブック(株式会社リガク発行、1998年、初版)」に記載された方法に従い、リガク社の「RINT−1500」を用いてX線結晶構造解析を行った。これらの観察及び解析の結果を表2に示す。表2中、「F」はフェライト組織、「P」はパーライト組織を意味する。また、「−」は、未測定を意味する。   After the preliminary treatment, a test piece having a width of 20 mm, a length of 20 mm, and a thickness of 10 mm was cut out from the cast steel, the surface of the test piece was polished to a mirror finish, then corroded with nital, and the microstructure was observed with an optical microscope. Further, according to the method described in “X-ray analysis handbook (published by Rigaku Corporation, 1998, first edition)”, an X-ray crystal structure analysis of this test piece was performed using “RINT-1500” manufactured by Rigaku Corporation. The results of these observations and analyzes are shown in Table 2. In Table 2, “F” means a ferrite structure, and “P” means a pearlite structure. “-” Means unmeasured.

Figure 2016117936
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上記予備処理後の鋳鋼に対し、上記熱処理シミュレーターを用いて調質処理を行った。具体的には、まず予備処理後の鋳鋼を50℃/hの加熱速度で920℃まで加熱し、3時間保持することでオーステナイト化を行った。その後、30℃/hの冷却速度で室温まで冷却した。この熱処理条件は、平均厚さ500mm以上、重量数トンの大型鋳鋼品を焼ならしした際の板厚方向の中心の状態を模擬したものである。   The cast steel after the preliminary treatment was tempered using the heat treatment simulator. Specifically, first, the pretreated cast steel was heated to 920 ° C. at a heating rate of 50 ° C./h and held for 3 hours to perform austenitization. Then, it cooled to room temperature with the cooling rate of 30 degrees C / h. This heat treatment condition simulates the state of the center in the plate thickness direction when a large cast steel product having an average thickness of 500 mm or more and a weight of several tons is normalized.

調質処理後、鋳鋼から引張試験片、シャルピー衝撃試験片、及びミクロ組織観察試験片を切り出し、引張特性、靱性、及びミクロ組織を測定した。   After the tempering treatment, a tensile test piece, a Charpy impact test piece, and a microstructure observation test piece were cut out from the cast steel, and the tensile properties, toughness, and microstructure were measured.

(引張試験)
JIS−Z2241(2011)に準拠し、4号試験片を用いて室温にて降伏点、引張強さ、伸び、及び絞りを各鋼種1本ずつ測定した。表3に引張試験の結果を示す。
(Tensile test)
In accordance with JIS-Z2241 (2011), the yield point, tensile strength, elongation, and drawing were measured for each steel type using a No. 4 test piece at room temperature. Table 3 shows the results of the tensile test.

Figure 2016117936
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(シャルピー衝撃試験)
JIS−Z2242(2005)に準拠し、2mmVノッチ試験片を用いて0℃にて吸収エネルギーを各鋼種4本ずつ測定し、平均値を求めた。表4にシャルピー衝撃試験の結果を示す。
(Charpy impact test)
Based on JIS-Z2242 (2005), the absorption energy was measured for each of four steel types at 0 ° C. using a 2 mmV notch test piece, and the average value was obtained. Table 4 shows the results of the Charpy impact test.

Figure 2016117936
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(ミクロ組織観察)
鋳鋼から幅20mm、長さ20mm、厚さ10mmの試験片を切り出し、試験片の表面を鏡面仕上げに研磨した後、ナイタールで腐食して光学顕微鏡にてミクロ組織を観察した。また、JIS−G0551(2013)に準拠し、比較法にて結晶粒度番号を評価した。表5にミクロ組織観察の結果を示す。表5中、「F」はフェライト組織、「P」はパーライト組織を意味する。
(Microstructure observation)
A test piece having a width of 20 mm, a length of 20 mm, and a thickness of 10 mm was cut out from the cast steel, and the surface of the test piece was polished to a mirror finish, then corroded with nital, and the microstructure was observed with an optical microscope. Moreover, based on JIS-G0551 (2013), the crystal grain size number was evaluated by the comparison method. Table 5 shows the results of the microstructure observation. In Table 5, “F” means a ferrite structure, and “P” means a pearlite structure.

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[結果の考察]
表2から、調質前の予備処理で鋳鋼がフェライトとパーライトとからなる組織に調整されていることがわかる。また、この試験片からは、X線結晶構造解析により残留オーステナイトが検出されていない、つまり残留オーステナイトが1体積%未満であることがわかる。ここで、表3及び表4に示されるように全ての鋼種で良好な引張試験結果及びシャルピー衝撃試験結果が得られているため、調質前の予備処理において、鋳鋼のミクロ組織をフェライトとパーライトとを主体組織とし残留オーステナイトを1体積%以下にすることで、強度及び靱性が適切に高められていることがわかる。
[Consideration of results]
From Table 2, it can be seen that the cast steel is adjusted to a structure composed of ferrite and pearlite by pretreatment before tempering. Further, it can be seen from this test piece that residual austenite is not detected by X-ray crystal structure analysis, that is, the residual austenite is less than 1% by volume. Here, as shown in Tables 3 and 4, good tensile test results and Charpy impact test results have been obtained for all steel types. Therefore, in the pretreatment before tempering, the microstructure of the cast steel is changed to ferrite and pearlite. It can be seen that the strength and toughness are appropriately increased by setting the residual austenite to 1% by volume or less.

また、表4から、全ての鋼種で低温(0℃)でのシャルピー吸収エネルギーが、遮蔽体が破壊しない一定の靭性値(シャルピー吸収エネルギーの平均値が27J以上)を満たしていることがわかる。特に、PやSなどの不純物を多く含有するB、D材でも上記靱性値を達成できていることが確認できる。これは、表5に示されるように、全ての鋼種において結晶粒が微細粒になっているためであると推定される。   Table 4 also shows that the Charpy absorbed energy at a low temperature (0 ° C.) for all steel types satisfies a certain toughness value (the average value of Charpy absorbed energy is 27 J or more) at which the shield does not break. In particular, it can be confirmed that the toughness value can be achieved even with B and D materials containing a large amount of impurities such as P and S. As shown in Table 5, this is presumed to be because the crystal grains are fine grains in all steel types.

以上のように、鋳鋼品の調質処理前の金属組織をフェライトとパーライトとを主体組織とし残留オーステナイトが1体積%以下である状態にした場合、調質処理で得られる結晶粒径を微細化することができ、Pなどの不純物元素が多く含まれる場合でも、低温での靭性(シャルピーでの吸収エネルギー値)を一定値以上に確保できることがわかった。つまり、本発明によれば、不純物の多いスクラップを原料としつつ、高い靱性を有する大型鋳鋼品を得ることができる。   As described above, when the metal structure before tempering of cast steel is made the main structure of ferrite and pearlite and the retained austenite is 1% by volume or less, the crystal grain size obtained by tempering is refined. It was found that toughness at low temperature (absorbed energy value at Charpy) can be secured above a certain value even when a large amount of impurity elements such as P is contained. That is, according to the present invention, it is possible to obtain a large cast steel product having high toughness while using scraps with many impurities as raw materials.

以上説明したように、当該大型鋳鋼品の製造法は、靱性に優れる大型鋳鋼品を得ることができる。また、当該大型鋳鋼品は、遮蔽体として好適に用いられる。   As explained above, the method for producing a large cast steel product can provide a large cast steel product having excellent toughness. In addition, the large cast steel product is suitably used as a shield.

Claims (3)

スクラップを原料として鋳造する工程と、
上記鋳造工程後の鋳造物を調質する工程と
を備える大型鋳鋼品の製造方法であって、
上記鋳鋼品の組成が、
C:0.1質量%以上0.25質量%以下、
Si:0.01質量%以上0.8質量%以下、
Mn:0.3質量%以上2質量%以下、
Cr:0.01質量%以上0.4質量%以下、
Ni:0.01質量%以上0.5質量%以下、
Mo:0.01質量%以上0.5質量%以下
の基本成分を含み、残部がFe及び不可避的不純物であり、
上記調質工程前に、フェライト及びパーライトを主体組織とし、残留オーステナイト含有率が1体積%以下となるよう鋳造物を予備処理する工程を備え、
上記予備処理工程が、鋳造物をオーステナイト化温度以上に加熱する工程と、加熱後の鋳造物を60℃/h以下の速度で300℃以下まで冷却する工程とを有することを特徴とする大型鋳鋼品の製造方法。
A process of casting scrap as a raw material;
A method for producing a large cast steel product comprising a step of tempering a cast after the casting step,
The composition of the cast steel product is
C: 0.1 mass% or more and 0.25 mass% or less,
Si: 0.01 mass% or more and 0.8 mass% or less,
Mn: 0.3 mass% or more and 2 mass% or less,
Cr: 0.01% by mass or more and 0.4% by mass or less,
Ni: 0.01 mass% or more and 0.5 mass% or less,
Mo: 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less basic components, the balance being Fe and inevitable impurities,
Before the tempering step, comprising ferrite and pearlite as a main structure, comprising a step of pretreating the casting so that the residual austenite content is 1% by volume or less,
Large-sized cast steel, characterized in that the preliminary treatment step includes a step of heating the casting to a temperature above the austenitizing temperature and a step of cooling the cast after heating to 300 ° C. or less at a rate of 60 ° C./h or less. Product manufacturing method.
C:0.1質量%以上0.25質量%以下、
Si:0.01質量%以上0.8質量%以下、
Mn:0.3質量%以上2質量%以下、
Cr:0.01質量%以上0.4質量%以下、
Ni:0.01質量%以上0.5質量%以下、
Mo:0.01質量%以上0.5質量%以下
の基本成分を含み、残部がFe及び不可避的不純物の組成であり、
フェライト及びパーライトを主体組織とし、結晶粒度が6番以上10番以下である大型鋳鋼品。
C: 0.1 mass% or more and 0.25 mass% or less,
Si: 0.01 mass% or more and 0.8 mass% or less,
Mn: 0.3 mass% or more and 2 mass% or less,
Cr: 0.01% by mass or more and 0.4% by mass or less,
Ni: 0.01 mass% or more and 0.5 mass% or less,
Mo: 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less of basic components, the balance being the composition of Fe and inevitable impurities,
Large cast steel products mainly composed of ferrite and pearlite and having a grain size of 6 or more and 10 or less.
放射性物質保存容器の遮蔽体として用いられる請求項2に記載の大型鋳鋼品。
The large cast steel product according to claim 2, which is used as a shield for a radioactive substance storage container.
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