JP2018080367A - 低温用ニッケル含有厚鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【課題】ＡｌＮやアルミナクラスター起因の靭性低下を抑制し、−１９６℃でのＪＩＳ４号シャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ−１９６）にて、１５０Ｊ以上を、少なくとも板厚５０ｍｍまでにおいて確保できる低温用ニッケル含有厚鋼板およびその製造方法を提供する。【解決手段】所定の成分の鋼を分塊圧延する際に、圧下率の１５〜５０％の一部のパスもしくは全てのパスを、製品の長手方向と垂直方向のクロス圧延とし、冷却、焼入れ、焼戻しを行うことで、板厚１/４位置のアルミナクラスター指数が０．０１５以下で円相当径が０．５μm以上のＡｌＮの粒子密度が１０００個/mm２以下とする低温靭性に優れた低温用厚鋼板及びその製造方法。【選択図】 図１
Description
本発明は、液化ガスを保存するための材料に好適な、低温用ニッケル含有厚鋼板とその製造方法に関する。
本発明は、液化天然ガス（沸点：−１６４℃、以下、ＬＮＧと称する）を貯槽するための貯槽タンクを主な用途とする。貯槽タンクに用いられる低温用ニッケル含有厚鋼板には、優れた低温靭性が求められる。その理由は、巨大地震が発生し、貯槽タンクに外力が負荷された場合でも、板厚を貫通する破壊の発生を許容させないためである。このため鋼材中の不純物元素を極めて低減させ、清浄度を極めて高くし製造している。
貯槽タンクに用いられる低温用ニッケル含有厚鋼板の従来技術としては、特許文献１,２に板厚４０mm以上のＮｉ含有が９質量％クラスの鋼が開示されている。特許文献１ではＳｉの低減と同時にＭｏを適量添加することでＨＡＺ特性を改善しており、特許文献２では、Ｓｉ含有量の低減、適正な累積圧下率制御により安定な残留オーステナイトの析出を得、低温靱性の向上を図るものである。
特許文献３には介在物と靭性の関係について検討されており、円相当径２．０μｍ超の介在物の平均円相当径が３．５μｍ以下の優れた低温靭性に優れた厚鋼板に関する記載がある。
これら貯槽タンクに用いられる低温用ニッケル含有厚鋼板について、近年、製造コスト低減の観点から易製造化が求められている。しかしながら、製造コストの低減の代償として清浄度緩和によって、ＡｌＮやアルミナクラスターなどの介在物起因の靭性低下が生じることがある。
そこで、介在物が存在する場合であっても優れた低温靭性を有することが要求される。
一般に、低温靭性低下による脆性破壊は、瞬時に構造物全体を崩壊させるため、避けるべき破壊形態であり、介在物は、マトリックスの界面でのひずみ集中により、当該脆性破壊を助長させる。したがって易製造化の条件化であっても、低温用ニッケル含有厚鋼板の脆性亀裂発生を抑制するためには、粗大な介在物、特にＡｌＮやアルミナクラスターを低減させることが望ましい。これらの数を減らすことに加え、それらの影響も低減させることが望ましい。より具体的には、亀裂伝播方向に当該介在物が並んでいないこと、また当該介在物の延伸方向も重要である。前述の特許文献においては、低温靭性低下による脆性破壊に大きな影響を与える当該介在物について、それの影響を低減させるような具体的な手段については言及されていない。
本発明は、このような従来の問題点を解決するものであって、ＡｌＮやアルミナクラスター起因の靭性低下を抑制し、−１９６℃でのＪＩＳ４号シャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ−１９６）において１０本測定中の最低値が１５０Ｊ以上を、少なくとも板厚５０ｍｍまでにおいて確保できる低温用ニッケル含有厚鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、ＬＮＧガス貯蔵タンクなどに使用できる低温用ニッケル含有厚鋼板について検討した。脆性破壊発生防止の設計基準規格の関係で降伏強度、引張強度の規定値の範囲内で製造することから、常温での降伏強度が５９０ＭＰａ以上、引張強度が６９０Ｍｐａ以上である鋼板を前提とした。
その結果、分塊圧延における圧下条件、分塊圧延工程後のスラブの冷却速度を適正範囲にすることによって、介在物の量、サイズを制御し、上記目的を達成することができることを見出した。
本発明は、このような知見に基づいて完成したものである。本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）
質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．１２０%、Ｓｉ：０．０１０〜０．４００%、Ｍｎ：０．４０〜２．００%、Ｎｉ：８．００%を超え９．５０%以下、Ａｌ：０．００２０〜０．０８００%、Ｐ:０．０１０%以下、Ｓ:０．００３５％以下、Ｎ:０．００７０％以下、Ｔ・Ｏ：０．００５００%以下を含有し、残Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ板厚１/４位置のアルミナクラスター指数が０.０１５以下で円相当径が０.５μm以上のＡｌＮの粒子密度が１０００個/mm２以下であり、降伏強度が５９０ＭＰａ以上、引張強度が６９０ＭＰａ以上８３０ＭＰａ以下、−１９６℃でのＪＩＳ４号シャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ−１９６）の１０本測定中の最低値が１５０Ｊ以上であることを特徴とする低温用ニッケル含有厚鋼板。
質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．１２０%、Ｓｉ：０．０１０〜０．４００%、Ｍｎ：０．４０〜２．００%、Ｎｉ：８．００%を超え９．５０%以下、Ａｌ：０．００２０〜０．０８００%、Ｐ:０．０１０%以下、Ｓ:０．００３５％以下、Ｎ:０．００７０％以下、Ｔ・Ｏ：０．００５００%以下を含有し、残Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ板厚１/４位置のアルミナクラスター指数が０.０１５以下で円相当径が０.５μm以上のＡｌＮの粒子密度が１０００個/mm２以下であり、降伏強度が５９０ＭＰａ以上、引張強度が６９０ＭＰａ以上８３０ＭＰａ以下、−１９６℃でのＪＩＳ４号シャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ−１９６）の１０本測定中の最低値が１５０Ｊ以上であることを特徴とする低温用ニッケル含有厚鋼板。
（２）
さらに質量％で、Ｃｕ：０．１０％以上かつ３．００％以下、Ｃｒ：０．０５％以上かつ２．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上かつ１．００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｖ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．５００％以下、Ｃａ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｚｒ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載の低温用ニッケル含有厚鋼鈑。
さらに質量％で、Ｃｕ：０．１０％以上かつ３．００％以下、Ｃｒ：０．０５％以上かつ２．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上かつ１．００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｖ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．５００％以下、Ｃａ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｚｒ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載の低温用ニッケル含有厚鋼鈑。
（３）
質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．１２０％、Ｓｉ：０．０１０〜０．４００％、Ｍｎ：０．４０〜２．００％、Ｎｉ：８．００％を超え９.５０％以下、Ａｌ：０．００２０〜０．０８００％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００３５％以下、Ｎ：０．００７０％以下、Ｔ・Ｏ：０．００５００％以下を含有し、残Ｆｅおよび不可避的不純物を含有する鋼片を加熱した後、１０００〜１２００℃で分塊圧延する際に、圧下率の１５〜５０％の一部のパスもしくは全てのパスを、製品の長手方向と垂直方向のクロス圧延とした後、０.５℃/sec.以上の冷却速度で５００℃以下まで冷却し、その後仕上圧延を実施して冷却し焼入れた後、焼戻しを行い冷却することを特徴とする低温用ニッケル含有厚鋼板の製造方法。
質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．１２０％、Ｓｉ：０．０１０〜０．４００％、Ｍｎ：０．４０〜２．００％、Ｎｉ：８．００％を超え９.５０％以下、Ａｌ：０．００２０〜０．０８００％、Ｐ：０．０１０％以下、Ｓ：０．００３５％以下、Ｎ：０．００７０％以下、Ｔ・Ｏ：０．００５００％以下を含有し、残Ｆｅおよび不可避的不純物を含有する鋼片を加熱した後、１０００〜１２００℃で分塊圧延する際に、圧下率の１５〜５０％の一部のパスもしくは全てのパスを、製品の長手方向と垂直方向のクロス圧延とした後、０.５℃/sec.以上の冷却速度で５００℃以下まで冷却し、その後仕上圧延を実施して冷却し焼入れた後、焼戻しを行い冷却することを特徴とする低温用ニッケル含有厚鋼板の製造方法。
（４）
前記鋼片が、さらに質量％で、Ｃｕ：０．１０％以上かつ３．００％以下、Ｃｒ：０．０５％以上かつ２．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上かつ１．００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｖ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．５００％以下、Ｃａ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｚｒ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする（３）に記載の低温用ニッケル含有厚鋼板の製造方法。
前記鋼片が、さらに質量％で、Ｃｕ：０．１０％以上かつ３．００％以下、Ｃｒ：０．０５％以上かつ２．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上かつ１．００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｖ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．５００％以下、Ｃａ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｚｒ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする（３）に記載の低温用ニッケル含有厚鋼板の製造方法。
本発明によれば、母材靭性が極めて安定した低温用ニッケル含有厚鋼板およびその製造方法を提供することができ、本発明は産業上の貢献が極めて顕著である。
本発明者らは、低温用厚鋼板の母材靭性を向上させるために検討を行い、以下の（A）〜（C）の知見を得た。
以下に、本発明に係る低温用鋼材及びその製造方法について説明する。以下、各化学成分の含有量の「％」表示は、「質量％」を意味する。
（Ａ）化学組成
Ｃ：０．０１０〜０．１２０％
Ｃは、強度確保のために必要な元素であり、本発明ではＣ量を０．０１０％以上とする。また、Ｃ量が０．０１０％未満であると、強度が低下することがある。好ましくはＣ量を０．０３０％以上とする。一方、Ｃ量が０．１２０％を超えると、強度が過大となり母材靭性低下が著しくなる。したがって、Ｃ量の上限を０．１２０％以下とする。Ｃ量の好ましい上限は０．０９０％以下である。
Ｃ：０．０１０〜０．１２０％
Ｃは、強度確保のために必要な元素であり、本発明ではＣ量を０．０１０％以上とする。また、Ｃ量が０．０１０％未満であると、強度が低下することがある。好ましくはＣ量を０．０３０％以上とする。一方、Ｃ量が０．１２０％を超えると、強度が過大となり母材靭性低下が著しくなる。したがって、Ｃ量の上限を０．１２０％以下とする。Ｃ量の好ましい上限は０．０９０％以下である。
Ｓｉ：０．０１０〜０．４００％
Ｓｉは、脱酸剤かつ強度確保のための元素であり、効果を得るためにＳｉ量を０．０１０％以上とする。また、Ｓｉは、焼戻工程で、過飽和に固溶している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する元素でもあり、好ましくはＳｉ量を０．０２０％以上、より好ましくは０．０３０％以上とする。一方、Ｓｉ量が０．４００％を超えると、母材靭性が低下するため、上限を０．４００％以下とする。好ましくは、Ｓｉ量の上限を０．２００％以下とし、より好ましくは０．１５０％以下とする。
Ｓｉは、脱酸剤かつ強度確保のための元素であり、効果を得るためにＳｉ量を０．０１０％以上とする。また、Ｓｉは、焼戻工程で、過飽和に固溶している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する元素でもあり、好ましくはＳｉ量を０．０２０％以上、より好ましくは０．０３０％以上とする。一方、Ｓｉ量が０．４００％を超えると、母材靭性が低下するため、上限を０．４００％以下とする。好ましくは、Ｓｉ量の上限を０．２００％以下とし、より好ましくは０．１５０％以下とする。
Ｍｎ：０．４０〜２．００％
Ｍｎは、脱酸剤であり、また、焼入れ性を向上させる元素である。本発明では、母材強度を確保するために、Ｍｎ量を０．４０％以上とする。好ましくはＭｎ量を０．５０％以上、より好ましくは０．６０％以上とする。一方、Ｍｎ量が２．００％を超えると、中心偏析に起因して板厚方向での母材特性が不均一になり、母材靭性が低下するため、Ｍｎ量の上限を２．００％以下とする。好ましくはＭｎ量を１．５０％以下、より好ましくは１．１０％以下とする。
Ｍｎは、脱酸剤であり、また、焼入れ性を向上させる元素である。本発明では、母材強度を確保するために、Ｍｎ量を０．４０％以上とする。好ましくはＭｎ量を０．５０％以上、より好ましくは０．６０％以上とする。一方、Ｍｎ量が２．００％を超えると、中心偏析に起因して板厚方向での母材特性が不均一になり、母材靭性が低下するため、Ｍｎ量の上限を２．００％以下とする。好ましくはＭｎ量を１．５０％以下、より好ましくは１．１０％以下とする。
Ｎｉ：８．００％超９．５０％以下
Ｎｉは低温用鋼として母材靭性を確保するために必要な最も基本的な元素であり、本発明ではＮｉ量を８．００％超とする。好ましくはＮｉ量を８．２０％超、より好ましい範囲は８．４％超とする。Ｎｉ量が多いほど高い低温靭性が得られるが、コストが高くなるだけでなく強度低下を伴う。よってＮｉ量の上限を９．５０％以下とする。
Ｎｉは低温用鋼として母材靭性を確保するために必要な最も基本的な元素であり、本発明ではＮｉ量を８．００％超とする。好ましくはＮｉ量を８．２０％超、より好ましい範囲は８．４％超とする。Ｎｉ量が多いほど高い低温靭性が得られるが、コストが高くなるだけでなく強度低下を伴う。よってＮｉ量の上限を９．５０％以下とする。
Ａｌ：０．００２０〜０．０８００％
Ａｌは脱酸剤であり、脱酸不足によるアルミナ等の介在物増加、母材靭性低下を防ぐためにＡｌ量を０．００２０％以上とする。また、Ａｌは、Ｓｉと同様、セメンタイトの生成を抑制する元素でもあり、好ましくはＡｌ量を０．００５０％以上とする。一方、Ａｌ量が０．０８００％を超えると、介在物に起因して母材靱性が低下するため、上限を０．０８００％以下とする。好ましくはＡｌ量を０．０４００％以下とする。
Ａｌは脱酸剤であり、脱酸不足によるアルミナ等の介在物増加、母材靭性低下を防ぐためにＡｌ量を０．００２０％以上とする。また、Ａｌは、Ｓｉと同様、セメンタイトの生成を抑制する元素でもあり、好ましくはＡｌ量を０．００５０％以上とする。一方、Ａｌ量が０．０８００％を超えると、介在物に起因して母材靱性が低下するため、上限を０．０８００％以下とする。好ましくはＡｌ量を０．０４００％以下とする。
Ｐ：０．０１０％以下
Ｐは不純物であり、粒界に偏析して母材靭性を低下させるため、Ｐ量を０．０１０％以下に制限する。好ましくはＰ量を０．００８％以下とする。Ｐ量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定しないが、製造コストの観点から、０．００１％以上を含有してもよい。
Ｐは不純物であり、粒界に偏析して母材靭性を低下させるため、Ｐ量を０．０１０％以下に制限する。好ましくはＰ量を０．００８％以下とする。Ｐ量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定しないが、製造コストの観点から、０．００１％以上を含有してもよい。
Ｓ：０．００３５％以下
Ｓは不純物であり、中心偏析を助長したり、脆性破壊の起点となる延伸形状のＭｎＳが生成し、母材靭性が低下する原因となることがあるため、Ｓ量を０．００３５％以下に制限する。好ましくはＳ量を０．００２％以下とする。Ｓ量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定しないが、製造コストの観点から、０．０００１％以上を含有してもよい。
Ｓは不純物であり、中心偏析を助長したり、脆性破壊の起点となる延伸形状のＭｎＳが生成し、母材靭性が低下する原因となることがあるため、Ｓ量を０．００３５％以下に制限する。好ましくはＳ量を０．００２％以下とする。Ｓ量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定しないが、製造コストの観点から、０．０００１％以上を含有してもよい。
Ｎ：０．００７０％以下
Ｎは不純物であり、鋼中に固溶するＮ量の増加やＡｌＮ等の析出物の生成によって母材靭性の低下の原因となるため、０．００７０％以下に制限する。母材靭性の確保のためには、Ｎ量を０．００５０％以下にすることが好ましい。Ｎ量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定しないが、製造コストの観点から、０．００１０％以上を含有してもよい。
Ｎは不純物であり、鋼中に固溶するＮ量の増加やＡｌＮ等の析出物の生成によって母材靭性の低下の原因となるため、０．００７０％以下に制限する。母材靭性の確保のためには、Ｎ量を０．００５０％以下にすることが好ましい。Ｎ量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定しないが、製造コストの観点から、０．００１０％以上を含有してもよい。
Ｔｏｔａｌ Ｏ（Ｔ・Ｏ）：０．００５００％以下
Ｏは不純物であり、鋼中に存在する介在物によって母材靭性の低下の原因となるため、０．００５００％以下に制限する。母材靭性の確保のためには、Ｏ量を０．００５００％以下にすることが好ましい。Ｏ量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定しないが、製鋼での製造コストの観点から、０．０００１０％以上を含有してもよい。
Ｏは不純物であり、鋼中に存在する介在物によって母材靭性の低下の原因となるため、０．００５００％以下に制限する。母材靭性の確保のためには、Ｏ量を０．００５００％以下にすることが好ましい。Ｏ量は少ないほど好ましいため、下限は特に規定しないが、製鋼での製造コストの観点から、０．０００１０％以上を含有してもよい。
本発明の低温用厚鋼板は、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、低温用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。
更に、強度などの材質確保を目的として、必要に応じて、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭ、Ｚｒ及びＢの１種又は２種以上を含有してもよい。
Ｃｕ：０．１０〜３．００％
Ｃｕは、強度の上昇に寄与する元素であり、０．１０％以上を含有させてもよい。より好ましくは、Ｃｕ量を０．２０％以上とする。一方、Ｃｕを過剰に含有させると、母材靱性が低下することがあるため、Ｃｕ量の上限は３．００％以下が好ましい。より好ましくはＣｕ量を１．５％以下とする。
Ｃｕは、強度の上昇に寄与する元素であり、０．１０％以上を含有させてもよい。より好ましくは、Ｃｕ量を０．２０％以上とする。一方、Ｃｕを過剰に含有させると、母材靱性が低下することがあるため、Ｃｕ量の上限は３．００％以下が好ましい。より好ましくはＣｕ量を１．５％以下とする。
Ｃｒ：０.０５〜２．００％
Ｃｒは、耐炭酸ガス腐食性や焼入れ性の向上に寄与し、強度や母材靭性に影響を与える元素であり、０．０５％以上を含有させてもよい。より好ましくはＣｒ量を０．３％以上とする。一方、Ｃｒを過剰に含有させると、母材靱性が低下することがあるため、Ｃｒ量の上限は２．０％以下が好ましい。より好ましくはＣｒ量を１．２％以下とする。
Ｃｒは、耐炭酸ガス腐食性や焼入れ性の向上に寄与し、強度や母材靭性に影響を与える元素であり、０．０５％以上を含有させてもよい。より好ましくはＣｒ量を０．３％以上とする。一方、Ｃｒを過剰に含有させると、母材靱性が低下することがあるため、Ｃｒ量の上限は２．０％以下が好ましい。より好ましくはＣｒ量を１．２％以下とする。
Ｍｏ：０．０５〜１．００％
Ｍｏは、母材の強度と靱性を向上させる元素であり、０．０５％以上を含有させてもよい。より好ましくはＭｏ量を０．０５％以上とする。一方、Ｍｏ量が過剰であると母材靱性と耐ＳＳＣ性を損なうことがあるため、Ｍｏ量を１．０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｏ量を０．５％以下とする。
Ｍｏは、母材の強度と靱性を向上させる元素であり、０．０５％以上を含有させてもよい。より好ましくはＭｏ量を０．０５％以上とする。一方、Ｍｏ量が過剰であると母材靱性と耐ＳＳＣ性を損なうことがあるため、Ｍｏ量を１．０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｍｏ量を０．５％以下とする。
Ｎｂ：０．００５〜０．１００％
Ｎｂは、組織を微細化して母材靭性を向上させ、強度に影響を与える元素であり、０．００５％以上を含有させてもよい。より好ましくはＮｂ量を０．０２０％以上とする。一方、Ｎｂを過剰に添加すると粗大な炭化物や窒化物を形成し、母材靭性を低下させることがあるため、Ｎｂ量を０．１００％以下とすることが好ましい。より好ましくはＮｂ量を０．０８０％以下とする。
Ｎｂは、組織を微細化して母材靭性を向上させ、強度に影響を与える元素であり、０．００５％以上を含有させてもよい。より好ましくはＮｂ量を０．０２０％以上とする。一方、Ｎｂを過剰に添加すると粗大な炭化物や窒化物を形成し、母材靭性を低下させることがあるため、Ｎｂ量を０．１００％以下とすることが好ましい。より好ましくはＮｂ量を０．０８０％以下とする。
Ｖ：０．０１０〜０．５００％
Ｖは、焼戻工程で炭窒化物を析出し、母材の靭性に影響を与え、強度の向上に寄与する元素であり、０．０１０％以上を含有させてもよい。より好ましくはＶ量を０．０２０％以上とする。一方、０．５００％超のＶを添加しても効果が飽和し、母材靱性劣化を招くことがあるため、Ｖ量を０．５００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｖ量を０．２００％以下とする。
Ｖは、焼戻工程で炭窒化物を析出し、母材の靭性に影響を与え、強度の向上に寄与する元素であり、０．０１０％以上を含有させてもよい。より好ましくはＶ量を０．０２０％以上とする。一方、０．５００％超のＶを添加しても効果が飽和し、母材靱性劣化を招くことがあるため、Ｖ量を０．５００％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｖ量を０．２００％以下とする。
Ｔｉ：０．００５〜０．５００％
Ｔｉは、脱酸に利用すると、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎからなる酸化物相を形成し、組織を微細化する効果が得られ、強度や母材靭性の確保に影響することから、０．００５％以上のＴｉを含有させてもよい。より好ましくはＴｉ量を０．０２％以上とし、更に好ましくはＴｉ量を０．０３％以上とする。一方、Ｔｉ量が０．５００％を超えると、Ｔｉ酸化物やＴｉ−Ａｌ酸化物が形成されて母材靭性が低下することがあるため、Ｔｉ量は０．５００％以下が好ましい。より好ましくはＴｉ量を０．２００％以下とする。
Ｔｉは、脱酸に利用すると、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎからなる酸化物相を形成し、組織を微細化する効果が得られ、強度や母材靭性の確保に影響することから、０．００５％以上のＴｉを含有させてもよい。より好ましくはＴｉ量を０．０２％以上とし、更に好ましくはＴｉ量を０．０３％以上とする。一方、Ｔｉ量が０．５００％を超えると、Ｔｉ酸化物やＴｉ−Ａｌ酸化物が形成されて母材靭性が低下することがあるため、Ｔｉ量は０．５００％以下が好ましい。より好ましくはＴｉ量を０．２００％以下とする。
Ｃａ：０.０００１〜０．００５０％
Ｃａは、鋼中のＳと反応して溶鋼中で酸硫化物（オキシサルファイド）を形成する元素であり、圧延方向に延伸したＭｎＳの生成を抑制して母材靱性を向上させ、強度にも影響を与えるために、０．０００１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＣａ量を０．０００５％以上とする。一方、Ｃａ量が０．００５０％を超えると、母材靱性の劣化を招くことがあるので、Ｃａ量は０．００５０％以下が好ましい。より好ましくはＣａ量を０．００３０％以下とする。
Ｃａは、鋼中のＳと反応して溶鋼中で酸硫化物（オキシサルファイド）を形成する元素であり、圧延方向に延伸したＭｎＳの生成を抑制して母材靱性を向上させ、強度にも影響を与えるために、０．０００１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＣａ量を０．０００５％以上とする。一方、Ｃａ量が０．００５０％を超えると、母材靱性の劣化を招くことがあるので、Ｃａ量は０．００５０％以下が好ましい。より好ましくはＣａ量を０．００３０％以下とする。
Ｍｇ：０.０００１〜０．００５０％
Ｍｇは、微細なＭｇ含有酸化物を生成する元素であり、γ粒径を微細化する効果を得るために０．０００１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＭｇ量を０．０００３％以上とする。一方、Ｍｇ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量を０．００５０％以下とすることが好ましい。より好ましくはＭｇ量を０．００２０％以下とする。
Ｍｇは、微細なＭｇ含有酸化物を生成する元素であり、γ粒径を微細化する効果を得るために０．０００１％以上を含有させてもよい。より好ましくはＭｇ量を０．０００３％以上とする。一方、Ｍｇ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量を０．００５０％以下とすることが好ましい。より好ましくはＭｇ量を０．００２０％以下とする。
ＲＥＭ：０．０００１〜０．０１００％
ＲＥＭ（希土類元素）は、組織を微細化し、また、Ｃａと同様、硫化物の形態の制御に有効で、母材靭性や強度に影響を与える元素であり、０．０００１％以上含有させることが好ましい。より好ましくはＲＥＭ量を０．０００３％以上とする。一方、ＲＥＭを過剰に含有させると、介在物を形成し、清浄度を低下させ、母材靱性を損なうことがあるため、ＲＥＭ量は０．０１００％以下が好ましい。より好ましくはＲＥＭ量を０．００３０％以下とする。
ＲＥＭ（希土類元素）は、組織を微細化し、また、Ｃａと同様、硫化物の形態の制御に有効で、母材靭性や強度に影響を与える元素であり、０．０００１％以上含有させることが好ましい。より好ましくはＲＥＭ量を０．０００３％以上とする。一方、ＲＥＭを過剰に含有させると、介在物を形成し、清浄度を低下させ、母材靱性を損なうことがあるため、ＲＥＭ量は０．０１００％以下が好ましい。より好ましくはＲＥＭ量を０．００３０％以下とする。
ここで、ＲＥＭとは、ランタノイドの１５元素にＹ及び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種又は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。
Ｚｒ：０.０００１〜０．０１００％
Ｚｒは、母材靭性を向上させ、強度に影響を与える元素であり０．０００１％以上を含有させてもよい。より好ましくは０．０００１％以上とする。一方０．０１００％％超のＺｒを添加しても効果が飽和し、母材靱性劣化を招くため、Ｚｒ量を０．０１００％以下とすることが好ましい。
Ｚｒは、母材靭性を向上させ、強度に影響を与える元素であり０．０００１％以上を含有させてもよい。より好ましくは０．０００１％以上とする。一方０．０１００％％超のＺｒを添加しても効果が飽和し、母材靱性劣化を招くため、Ｚｒ量を０．０１００％以下とすることが好ましい。
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％
Ｂは、微量の添加で焼入れ性を向上させ、強度に影響を与える元素であり、母材の強度を向上させるために０．０００３％以上を含有させてもよい。より好ましくは、Ｂ量を０．０００５％以上、更に好ましくは０．００１０％以上とする。一方、Ｂ量が０．００５０％を超えると、粗大な硼化合物が析出し、母材靭性が劣化することがあるため、Ｂ量を０．００５０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｂ量を０．００４０％以下とする。
Ｂは、微量の添加で焼入れ性を向上させ、強度に影響を与える元素であり、母材の強度を向上させるために０．０００３％以上を含有させてもよい。より好ましくは、Ｂ量を０．０００５％以上、更に好ましくは０．００１０％以上とする。一方、Ｂ量が０．００５０％を超えると、粗大な硼化合物が析出し、母材靭性が劣化することがあるため、Ｂ量を０．００５０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、Ｂ量を０．００４０％以下とする。
（B）金属組織
Ｂ−１． 円相当径０.５μm以上のＡｌＮが１０００個/mm２以下
ＡｌＮは脆性破壊の起点となり母材の靭性に影響を与える。円相当径０.５μm以上のＡｌＮが１０００個/mm２を超えて存在すると靭性に悪影響である。図１にＡｌＮ粒子密度とシャルピー衝撃吸収エネルギーの関係を示す。ＡｌＮ粒子密度は走査型電子顕微鏡にて板厚１/４t位置を倍率１００００倍で１０μm×１０μmの視野にて５００地点以上観察し算出する。ここで円相当径とは、ＡｌＮの面積と同じ面積の円と見立てた場合の円の直径である。
Ｂ−１． 円相当径０.５μm以上のＡｌＮが１０００個/mm２以下
ＡｌＮは脆性破壊の起点となり母材の靭性に影響を与える。円相当径０.５μm以上のＡｌＮが１０００個/mm２を超えて存在すると靭性に悪影響である。図１にＡｌＮ粒子密度とシャルピー衝撃吸収エネルギーの関係を示す。ＡｌＮ粒子密度は走査型電子顕微鏡にて板厚１/４t位置を倍率１００００倍で１０μm×１０μmの視野にて５００地点以上観察し算出する。ここで円相当径とは、ＡｌＮの面積と同じ面積の円と見立てた場合の円の直径である。
Ｂ−２． アルミナクラスター指数が０.０１５/m以下
アルミナクラスターは延性破面に見られる細かいくぼみであるディンプルの発生源となり、き裂進展が容易となる要因のひとつであり、アルミナクラスター指数が０.０１５/ｍを超えると母材靭性が低下する。図２にアルミナクラスター指数とシャルピー衝撃吸収エネルギーの関係を示す。アルミナクラスター指数はＪＩＳ−Ｚ２２４２のシャルピー試験片破面の板厚１/４t位置を光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡を用いて倍率１５倍の視野(２０μm×２０μm)を１０視野以上観察し，アルミナクラスターを核とした縦長ディンプルの総長さを（単位：ｍ）測定し、シャルピー試験片破面面積（８０×１０−６ｍ２；JISZ２２４２記載のＶノッチシャルピー試験片破面）で除した値と定義した。単位は１／ｍである。
アルミナクラスターは延性破面に見られる細かいくぼみであるディンプルの発生源となり、き裂進展が容易となる要因のひとつであり、アルミナクラスター指数が０.０１５/ｍを超えると母材靭性が低下する。図２にアルミナクラスター指数とシャルピー衝撃吸収エネルギーの関係を示す。アルミナクラスター指数はＪＩＳ−Ｚ２２４２のシャルピー試験片破面の板厚１/４t位置を光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡を用いて倍率１５倍の視野(２０μm×２０μm)を１０視野以上観察し，アルミナクラスターを核とした縦長ディンプルの総長さを（単位：ｍ）測定し、シャルピー試験片破面面積（８０×１０−６ｍ２；JISZ２２４２記載のＶノッチシャルピー試験片破面）で除した値と定義した。単位は１／ｍである。
以上のような成分組成、金属組織を有する本発明の低温用厚鋼板は、−６０℃以下の低温領域、特に、−１６５℃以下の低温環境での靱性に優れ、ＬＰＧやＬＮＧなどの液化ガスを低温域で貯蔵する用途にも好適である。
Ｃ．製造方法
本発明の低温用ニッケル含有厚鋼板の製造方法の一例について説明する。当該厚鋼板は、均質化熱処理後、分塊圧延後冷却し、再度加熱し圧延を施し所定の温度で熱処理し製造することができ（工程１〜６）、以下、詳細に説明する。尚、熱間圧延に供する鋼片については、本発明の成分範囲であれば、格別にその鋳造条件を規定するものではなく、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、歩留り及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。
本発明の低温用ニッケル含有厚鋼板の製造方法の一例について説明する。当該厚鋼板は、均質化熱処理後、分塊圧延後冷却し、再度加熱し圧延を施し所定の温度で熱処理し製造することができ（工程１〜６）、以下、詳細に説明する。尚、熱間圧延に供する鋼片については、本発明の成分範囲であれば、格別にその鋳造条件を規定するものではなく、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、歩留り及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。
Ｃ−１．均質化熱処理工程（工程１）
鋼片を分解圧延前に均質化のため加熱する。１２００〜１３５０℃で１０hr.以上加熱すると靭性が向上する。
鋼片を分解圧延前に均質化のため加熱する。１２００〜１３５０℃で１０hr.以上加熱すると靭性が向上する。
Ｃ−２．分塊圧延工程（工程２）
その後鋼片を、分塊圧延の一部のパスまたは全てのパスについて、１０００〜１２００℃で製品長手方向と垂直方向に圧延する。製品長手方向と垂直方向とし介在物の延伸方向を変えることにより亀裂伝播方向での介在物の存在割合が低減し、母材靭性が安定化する。分塊圧延温度が１２００℃を超えると組織が粗大化し靭性が低下し、分塊圧延温度が１０００℃を下回ると、圧延ロール負荷が大きくなると共に、分塊圧延時の再結晶による細粒化が不十分となり母材靭性が低下する。これによりシャルピー衝撃吸収エネルギー値が改善する。分塊圧延での圧下率は１５〜５０％とする。１５％を下回ると図３に示すようにアルミナクラスターが破砕せず、アルミナクラスター指数が０.０１５／ｍを上回り、アルミナクラスター指数が０.０１５／ｍを上回ると図２に示すように母材靭性が低下する。全てのパスを製品長手方向と平行方向に圧延すると、き裂伝播方向に存在する介在物が多くなり母材靭性が低下する。尚、分塊圧延でのクロス圧延圧下率が５０％を上回ると、鋼板の幅が大きくなり以後の圧延が困難となるので、分塊圧延でのクロス圧延圧下率上限は５０％とすることが好ましい。圧延後は、０.５℃/sec以上の冷却速度にて５００℃以下まで冷却する。これにより粗大なＡｌＮ析出を抑制できる。０.５℃/secを下回ることで最終製品に存在するＡｌＮサイズ、量が増加し、特に脆性破壊の起点となりやすい平均円相当径が０.５μmを超えるＡｌＮの粒子密度が１０００個/mm２以上となると母材靭性が劣化する(図４)。
その後鋼片を、分塊圧延の一部のパスまたは全てのパスについて、１０００〜１２００℃で製品長手方向と垂直方向に圧延する。製品長手方向と垂直方向とし介在物の延伸方向を変えることにより亀裂伝播方向での介在物の存在割合が低減し、母材靭性が安定化する。分塊圧延温度が１２００℃を超えると組織が粗大化し靭性が低下し、分塊圧延温度が１０００℃を下回ると、圧延ロール負荷が大きくなると共に、分塊圧延時の再結晶による細粒化が不十分となり母材靭性が低下する。これによりシャルピー衝撃吸収エネルギー値が改善する。分塊圧延での圧下率は１５〜５０％とする。１５％を下回ると図３に示すようにアルミナクラスターが破砕せず、アルミナクラスター指数が０.０１５／ｍを上回り、アルミナクラスター指数が０.０１５／ｍを上回ると図２に示すように母材靭性が低下する。全てのパスを製品長手方向と平行方向に圧延すると、き裂伝播方向に存在する介在物が多くなり母材靭性が低下する。尚、分塊圧延でのクロス圧延圧下率が５０％を上回ると、鋼板の幅が大きくなり以後の圧延が困難となるので、分塊圧延でのクロス圧延圧下率上限は５０％とすることが好ましい。圧延後は、０.５℃/sec以上の冷却速度にて５００℃以下まで冷却する。これにより粗大なＡｌＮ析出を抑制できる。０.５℃/secを下回ることで最終製品に存在するＡｌＮサイズ、量が増加し、特に脆性破壊の起点となりやすい平均円相当径が０.５μmを超えるＡｌＮの粒子密度が１０００個/mm２以上となると母材靭性が劣化する(図４)。
Ｃ−３．圧延工程（工程３）
その後、仕上圧延を行う。鋼片を再度１０００〜１２５０℃に加熱した後、製品の長手方向に圧下率５０％以上で熱間圧延し、６００〜８５０℃の仕上温度で熱間圧延を終了することが好ましい。熱間圧延前の加熱工程での加熱温度は組織粗大化の抑制のため１２５０℃以下とすることが好ましく、かつ圧延ロール負荷低減のため１０００℃以上とすることが好ましい。熱間圧延工程の仕上温度は変形帯を積極的に組織中に導入し、組織を微細化するため、仕上圧延温度が８５０℃以下とすることが好ましく、かつ変形抵抗が大きくなり過ぎないように、６００℃以上とすることが好ましい。尚、組織細粒化のために粗圧延、仕上圧延における合計圧下率は５０％以上とすることが望ましい。
その後、仕上圧延を行う。鋼片を再度１０００〜１２５０℃に加熱した後、製品の長手方向に圧下率５０％以上で熱間圧延し、６００〜８５０℃の仕上温度で熱間圧延を終了することが好ましい。熱間圧延前の加熱工程での加熱温度は組織粗大化の抑制のため１２５０℃以下とすることが好ましく、かつ圧延ロール負荷低減のため１０００℃以上とすることが好ましい。熱間圧延工程の仕上温度は変形帯を積極的に組織中に導入し、組織を微細化するため、仕上圧延温度が８５０℃以下とすることが好ましく、かつ変形抵抗が大きくなり過ぎないように、６００℃以上とすることが好ましい。尚、組織細粒化のために粗圧延、仕上圧延における合計圧下率は５０％以上とすることが望ましい。
Ｃ−４．焼入処理工程（工程４）
仕上圧延後には冷却し焼入れを行う。好ましくは、熱間圧延後に３℃/sec以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却する工程、もしくは熱間圧延後に一旦１５０℃以下まで冷却してＡｃ３点以上に再加熱してから、３℃/sec以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却する。これにより焼入組織を容易に得ることができ、強度を確保することができる。また熱間圧延後冷却速度を３℃/sec以上と規定せずに再加熱する場合は、仕上圧延後は１５０℃以下まで冷却することが好ましい。これは冷やさないと粗大な炭化物が生成して母材靭性が低下する可能性があるからである。
仕上圧延後には冷却し焼入れを行う。好ましくは、熱間圧延後に３℃/sec以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却する工程、もしくは熱間圧延後に一旦１５０℃以下まで冷却してＡｃ３点以上に再加熱してから、３℃/sec以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却する。これにより焼入組織を容易に得ることができ、強度を確保することができる。また熱間圧延後冷却速度を３℃/sec以上と規定せずに再加熱する場合は、仕上圧延後は１５０℃以下まで冷却することが好ましい。これは冷やさないと粗大な炭化物が生成して母材靭性が低下する可能性があるからである。
Ｃ−５．焼戻工程（工程５）
その後、焼戻を行う。好ましくは鋼板をＡｃ１+８０℃以下に加熱した後１℃/sec以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却する。これにより靭性が向上する。
その後、焼戻を行う。好ましくは鋼板をＡｃ１+８０℃以下に加熱した後１℃/sec以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却する。これにより靭性が向上する。
尚、前述の工程４と工程５の間で、Ａｃ１〜Ａｃ３点に加熱し、３℃/s以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却する場合も好ましい。これにより靭性が向上する。但し工程５で十分な焼戻ができる場合は軟化し十分な母材靭性を確保できているため省略してもよい。
以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明する。
表１に示す化学組成を有する鋼１〜４６の鋼片を用い、表２に示す製造条件（分塊圧延におけるクロス圧延条件、冷却条件を種々に制御した。）にて板厚５〜５０ｍｍの低温用鋼材を作製した。仕上圧延温度は６００〜８５０℃、再加熱焼入温度は、７３０〜８５０℃、焼戻温度は５３０〜６３０℃である。鋼材中のＡｌＮ粒子密度、アルミナクラスター指数を測定した（測定値を表２に示す）。母材特性として引張特性（降伏強度、引張強度）を、母材靭性として-１９６℃の２ｍｍＶノッチシャルピー衝撃吸収エネルギーを評価した。得られた測定値を表２に示す。なお各試験片は板厚１／４ｔから採取した。評価は降伏強度が５９０ＭＰａ未満、引張強度が６９０ＭＰａ未満もしくは８３０ＭＰａを超える場合を、−１９６℃でのＪＩＳ４号シャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ−１９６）の１０本測定し、最低値が１５０Ｊ未満の場合を不合格とした。従来シャルピー衝撃吸収エネルギーは３本の試験片の平均値を算出する。本発明では１０本の試験片での評価によりばらつきを考慮した評価が可能となる。アルミナクラスターによる母材靭性低下はノッチ近傍におけるアルミナクラスターの存在有無による起因するため評価数を増やして評価する必要がある。
表２から、本発明例に係る低温用鋼材は、母材靭性に優れており、低温材料として優れていることが分かる。
これに対して、本発明で規定する条件を満足しない比較例では、母材靭性において目的とする特性が得られないことが分かる。
Claims (4)
- 質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．１２０%、Ｓｉ：０．０１０〜０．４００%、Ｍｎ：０．４０〜２．００%、Ｎｉ：８．００%を超え９．５０%以下、Ａｌ：０．００２０〜０．０８００%、Ｐ:０．０１０%以下、Ｓ:０．００３５％以下、Ｎ:０．００７０％以下、Ｔ・Ｏ：０．００５００%以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ板厚１/４位置のアルミナクラスター指数が０.０１５／ｍ以下で円相当径が０.５μm以上のＡｌＮの粒子密度が１０００個/mm２以下であり、降伏強度が５９０ＭＰａ以上、引張強度が６９０ＭＰａ以上８３０ＭＰａ以下、−１９６℃でのＪＩＳ４号シャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ−１９６）の１０本測定中の最低値が１５０Ｊ以上であることを特徴とする低温用ニッケル含有厚鋼板。
- さらに質量％で、Ｃｕ：０．１０％以上かつ３．００％以下、Ｃｒ：０．０５％以上かつ２．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上かつ１．００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｖ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．５００％以下、Ｃａ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｚｒ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の低温用ニッケル含有厚鋼鈑。
- 質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．１２０%、Ｓｉ：０．０１０〜０．４００%、Ｍｎ：０．４０〜２．００%、Ｎｉ：８．００%を超え９．５０%以下、Ａｌ：０．００２０〜０．０８００%、Ｐ:０．０１０%以下、Ｓ:０．００３５％以下、Ｎ:０．００７０％以下、Ｔ・Ｏ：０．００５００%以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物を含有する鋼片を加熱した後、１０００〜１２００℃で分塊圧延する際に、圧下率の１５〜５０％の一部のパスもしくは全てのパスを、製品の長手方向と垂直方向のクロス圧延とした後、０．５℃/sec.以上の冷却速度で５００℃以下まで冷却し、その後仕上圧延を実施して冷却し焼入れた後、焼戻しを行い冷却することを特徴とする低温用ニッケル含有厚鋼板の製造方法。
- 前記鋼片が、さらに質量％で、Ｃｕ：０．１０％以上かつ３．００％以下、Ｃｒ：０．０５％以上かつ２．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上かつ１．００％以下、Ｎｂ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｖ：０．０１０％以上０．５００％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．５００％以下、Ｃａ：０．０００１％以上０．００５０％以下、Ｍｇ：０．０００１％以上０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｚｒ：０．０００１％以上０．０１００％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項３に記載の低温用ニッケル含有厚鋼板の製造方法。
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