JP3297107B2 - 溶接性の優れた低温用鋼の製造方法 - Google Patents
溶接性の優れた低温用鋼の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶接性の優れた低温用
鋼の製造方法に関し、特に、Y.S.≧ 590 MPa、T.S.≧ 6
90 MPaを満足し、かつ母材および溶接部ともに良好な低
温靭性を示す低温用鋼の有利な製造方法を提案するもの
である。
鋼の製造方法に関し、特に、Y.S.≧ 590 MPa、T.S.≧ 6
90 MPaを満足し、かつ母材および溶接部ともに良好な低
温靭性を示す低温用鋼の有利な製造方法を提案するもの
である。
【０００２】最近、LPG, LNGなどの液化ガスの急速な利
用増大に伴い、今までは省みられることがなかった厳し
い環境（地域）下でのエネルギー資源開発も行われるよ
うになってきた。それに伴って、運搬や貯蔵用の低温容
器への需要が増加しており、より優れた性質と経済性と
を兼ね備えた低温用鋼材の供給が要望されている。
用増大に伴い、今までは省みられることがなかった厳し
い環境（地域）下でのエネルギー資源開発も行われるよ
うになってきた。それに伴って、運搬や貯蔵用の低温容
器への需要が増加しており、より優れた性質と経済性と
を兼ね備えた低温用鋼材の供給が要望されている。
【０００３】
【従来の技術】低温用鋼材としては、従来、 2.5〜9.0
wt％（以下単に％で示す）Ni鋼が広く利用されている。
この種の低温用鋼材を製造するには、一般に、熱間圧延
後、冷却したのち、 Ac3変態点以上の温度から焼入れ
し、その後 Ac1変態点以上でかつAc3変態点を超えない
温度に再加熱したのち焼入れするか、またはこの再加熱
−焼入れ工程を省略して、 Ac1変態点より低い温度で焼
戻しを行う、いずれかの方法で製造されていた。しかし
ながら、最近では、高Ni系鋼を直接焼入れ−焼戻しして
製造すると、通常の再加熱焼入れ−焼戻し処理を施した
場合に比べて高強度が得られることが判明し、特にNi含
有量が５％程度の鋼を直接焼入れ−焼戻しして得られた
ものは、微量元素の添加により、 590 MPa以上のY.S.お
よび 690 MPa以上のT.S.が得られることが報告されてい
る。
wt％（以下単に％で示す）Ni鋼が広く利用されている。
この種の低温用鋼材を製造するには、一般に、熱間圧延
後、冷却したのち、 Ac3変態点以上の温度から焼入れ
し、その後 Ac1変態点以上でかつAc3変態点を超えない
温度に再加熱したのち焼入れするか、またはこの再加熱
−焼入れ工程を省略して、 Ac1変態点より低い温度で焼
戻しを行う、いずれかの方法で製造されていた。しかし
ながら、最近では、高Ni系鋼を直接焼入れ−焼戻しして
製造すると、通常の再加熱焼入れ−焼戻し処理を施した
場合に比べて高強度が得られることが判明し、特にNi含
有量が５％程度の鋼を直接焼入れ−焼戻しして得られた
ものは、微量元素の添加により、 590 MPa以上のY.S.お
よび 690 MPa以上のT.S.が得られることが報告されてい
る。
【０００４】例えば、特開平３−229818号公報には、Cr
およびMoを添加した５％Ni鋼を直接焼入れした後、焼戻
すことにより、 9％Ni鋼と同等の強度、すなわちY.S.≧
590MPa およびT.S.≧ 690 MPaが得られることが開示さ
れている。また、特公昭61-17885号公報には、適量のNb
を添加した鋼を圧延後、一部フェライトを析出させた
後、焼入れ−焼戻し処理を施すことにより、５％Ni鋼で
590MPa 以上のY.S.で靭性も高い鋼材が得られることが
示されている。
およびMoを添加した５％Ni鋼を直接焼入れした後、焼戻
すことにより、 9％Ni鋼と同等の強度、すなわちY.S.≧
590MPa およびT.S.≧ 690 MPaが得られることが開示さ
れている。また、特公昭61-17885号公報には、適量のNb
を添加した鋼を圧延後、一部フェライトを析出させた
後、焼入れ−焼戻し処理を施すことにより、５％Ni鋼で
590MPa 以上のY.S.で靭性も高い鋼材が得られることが
示されている。
【０００５】しかしながら、特開平３−229818号公報に
開示されたようなCrおよびMoを添加した５％Ni鋼では、
溶接後に HAZ部が硬化し、熱影響部の低温靭性が劣化す
るという問題があった。また、特公昭61-17885号公報に
開示の５％Ni鋼は、母材靭性には優れているものの、同
様に HAZ部の硬化が問題となっている。
開示されたようなCrおよびMoを添加した５％Ni鋼では、
溶接後に HAZ部が硬化し、熱影響部の低温靭性が劣化す
るという問題があった。また、特公昭61-17885号公報に
開示の５％Ni鋼は、母材靭性には優れているものの、同
様に HAZ部の硬化が問題となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の問題を有利に解決するもので、 590 MPa以上のY.S.
および690 MPa 以上のT.S.を有し、かつ母材および溶接
部の靭性がともに優れた低温用鋼の有利な製造方法を提
案することにある。
記の問題を有利に解決するもので、 590 MPa以上のY.S.
および690 MPa 以上のT.S.を有し、かつ母材および溶接
部の靭性がともに優れた低温用鋼の有利な製造方法を提
案することにある。
【０００７】
【課題解決のための手段】さて発明者らは、上記の諸問
題を解決すべく、成分組成については勿論、圧延条件に
ついて再検討を加えた結果、直接焼入れ−焼戻し処理を
利用する、強度,低温靭性および HAZ特性に優れた鋼材
の有利な製造技術を確立し、この発明を完成させるに至
った。
題を解決すべく、成分組成については勿論、圧延条件に
ついて再検討を加えた結果、直接焼入れ−焼戻し処理を
利用する、強度,低温靭性および HAZ特性に優れた鋼材
の有利な製造技術を確立し、この発明を完成させるに至
った。
【０００８】すなわち、この発明は、Ｃ：0.10t％以
下、Si：0.30％以下、Mn：0.50t％未満、Ni：4.0〜6.0
％、Al：0.01〜0.10％、Nb：0.005〜0.2％、Ｐ：0.005
％以下およびＳ：0.005％以下を含み、かつ下記式で表
されるＣeqが0.40％未満を満足し、残部は実質的にFeの
組成になる鋼素材を、仕上げ圧延終了温度：Ａr3変態点
以上の条件下で熱間圧延したのち、直接焼入れし、つい
でＡc1変態点より低い温度で焼戻すことを特徴とする溶
接性の優れた、590MPa以上のY.S.および690MPa以上のT.
S.を有する低温用鋼の製造方法（第１発明）である。 記 Ｃeq＝(Ｃ％)＋1/6(Mn％)＋1/24(Si％)＋1/40(Ni％)
下、Si：0.30％以下、Mn：0.50t％未満、Ni：4.0〜6.0
％、Al：0.01〜0.10％、Nb：0.005〜0.2％、Ｐ：0.005
％以下およびＳ：0.005％以下を含み、かつ下記式で表
されるＣeqが0.40％未満を満足し、残部は実質的にFeの
組成になる鋼素材を、仕上げ圧延終了温度：Ａr3変態点
以上の条件下で熱間圧延したのち、直接焼入れし、つい
でＡc1変態点より低い温度で焼戻すことを特徴とする溶
接性の優れた、590MPa以上のY.S.および690MPa以上のT.
S.を有する低温用鋼の製造方法（第１発明）である。 記 Ｃeq＝(Ｃ％)＋1/6(Mn％)＋1/24(Si％)＋1/40(Ni％)
【０００９】またこの発明は、上記の第１発明におい
て、素材中にさらに、Mo：0.20％以下、Ｖ：0.10％以下
およびTi：0.10％以下のうちから選ばれる１種または２
種以上を含有し、かつ下記式で表されるＣeqが0.40％未
満を満足する溶接性の優れた、590MPa以上のY.S.および
690MPa以上のT.S.を有する低温用鋼の製造方法（第２発
明）である。 記 Ｃeq＝(Ｃ％)＋1/6(Mn％)＋1/24(Si％)＋1/40(Ni％)＋1/4(Mo％)＋1/40(Ｖ％)
て、素材中にさらに、Mo：0.20％以下、Ｖ：0.10％以下
およびTi：0.10％以下のうちから選ばれる１種または２
種以上を含有し、かつ下記式で表されるＣeqが0.40％未
満を満足する溶接性の優れた、590MPa以上のY.S.および
690MPa以上のT.S.を有する低温用鋼の製造方法（第２発
明）である。 記 Ｃeq＝(Ｃ％)＋1/6(Mn％)＋1/24(Si％)＋1/40(Ni％)＋1/4(Mo％)＋1/40(Ｖ％)
【００１０】
【作用】この発明において、素材の成分組成を上記の範
囲に限定した理由を、以下に述べる。 Ｃ：0.10％以下 Ｃは、鋼材の焼入れ性の向上に有効に寄与するだけでな
く、強度を容易に上昇させ得る有用元素であるが、多量
に含まれると焼入れに際して靭性および溶接性を劣化さ
せるので、上限を0.10％とした。
囲に限定した理由を、以下に述べる。 Ｃ：0.10％以下 Ｃは、鋼材の焼入れ性の向上に有効に寄与するだけでな
く、強度を容易に上昇させ得る有用元素であるが、多量
に含まれると焼入れに際して靭性および溶接性を劣化さ
せるので、上限を0.10％とした。
【００１１】Si：0.30％以下 Siは、脱酸を促進すると共に、固溶強化によって強度を
上昇させる有用元素であるが、0.30％を越えると低温靭
性や溶接性が損なわれるので、上限を0.30％とした。
上昇させる有用元素であるが、0.30％を越えると低温靭
性や溶接性が損なわれるので、上限を0.30％とした。
【００１２】Mn：0.50％未満 Mnは、焼入れ性を向上させ、鋼の強度および低温靭性を
ともに高める作用があるとされているが、この発明で
は、Mn量を低く(0.5wt％未満) 抑制することが、むしろ
溶接部の靭性や耐焼戻し脆化特性の改善に有効であるこ
とが見出された。この理由は、まだ明確に解明されたわ
けではないが、Mn量を減少させるに従って、結晶粒界で
の炭化物の析出が抑制されるためと考えられる。それ故
に、この発明ではMn含有量を、0.50％未満に限定したの
である。
ともに高める作用があるとされているが、この発明で
は、Mn量を低く(0.5wt％未満) 抑制することが、むしろ
溶接部の靭性や耐焼戻し脆化特性の改善に有効であるこ
とが見出された。この理由は、まだ明確に解明されたわ
けではないが、Mn量を減少させるに従って、結晶粒界で
の炭化物の析出が抑制されるためと考えられる。それ故
に、この発明ではMn含有量を、0.50％未満に限定したの
である。
【００１３】Ni：4.0 〜6.0 ％ Niは、鋼の低温靭性および強度の向上に極めて有用であ
り、LEG 船用に必要なY.S.および低温靭性を得るために
は不可欠の元素である。しかしながら、含有量が 4.0％
未満では所望の低温靭性が得られず、一方 6.0％を超え
るとコストの上昇を伴うので、 4.0〜6.0 ％の範囲で含
有させるものとした。
り、LEG 船用に必要なY.S.および低温靭性を得るために
は不可欠の元素である。しかしながら、含有量が 4.0％
未満では所望の低温靭性が得られず、一方 6.0％を超え
るとコストの上昇を伴うので、 4.0〜6.0 ％の範囲で含
有させるものとした。
【００１４】Al：0.01〜0.10％ Alは、製鋼過程において脱酸剤として有用なだけでな
く、結晶粒の微細化にも有効に寄与するが、0.01％に満
たないとその添加効果に乏しく、一方0.10％を超えると
靭性を劣化させるので、0.01〜0.10％の範囲に限定し
た。
く、結晶粒の微細化にも有効に寄与するが、0.01％に満
たないとその添加効果に乏しく、一方0.10％を超えると
靭性を劣化させるので、0.01〜0.10％の範囲に限定し
た。
【００１５】Nb：0.005 〜0.2 ％ Nbは、高温加熱によって鋼に固溶し、その後の圧延過程
で炭窒化物として極めて微細に析出する。このためオー
ステナイト粒はその再結晶時に結晶粒の粗大化が著しく
抑制される結果、非常に微細な組織になる。また、析出
強化により強度の上昇にも寄与する。従ってこの発明で
は、後述の圧延条件の下でNbの上記効果を充分に発揮さ
せるために 0.005％以上を添加する。しかし、Nbの添加
量が多くなると、溶接部靭性が低下する傾向にあるた
め、 0.2％を上限とした。
で炭窒化物として極めて微細に析出する。このためオー
ステナイト粒はその再結晶時に結晶粒の粗大化が著しく
抑制される結果、非常に微細な組織になる。また、析出
強化により強度の上昇にも寄与する。従ってこの発明で
は、後述の圧延条件の下でNbの上記効果を充分に発揮さ
せるために 0.005％以上を添加する。しかし、Nbの添加
量が多くなると、溶接部靭性が低下する傾向にあるた
め、 0.2％を上限とした。
【００１６】Ｐ，Ｓ： 0.005％以下 ＰおよびＳはいずれも、低温靭性を劣化させるので、そ
の混入は極力低減したほうが好ましいけれども、それぞ
れ 0.005％以下で許容できる。
の混入は極力低減したほうが好ましいけれども、それぞ
れ 0.005％以下で許容できる。
【００１７】Ｃeq：0.40％未満 炭素当量（Ｃeq）は溶接性の難易を判断する一つの資料
として重要なものである。そこでこの発明においても、
HAZ部における硬化を低く抑え、鋼材の溶接性を最大限
に高め得るＣeqについて検討したところ、0.40％未満と
する必要があることが判明した。そこで、この発明で
は、下記式で表されるＣeqにつき、0.40％未満に制限し
たのである。 記 Ｃeq＝（Ｃ％）＋ 1/6（Mn％）＋1/24（Si％）＋1/40
（Ni％）＋ 1/4（Mo％）＋1/40（Ｖ％）
として重要なものである。そこでこの発明においても、
HAZ部における硬化を低く抑え、鋼材の溶接性を最大限
に高め得るＣeqについて検討したところ、0.40％未満と
する必要があることが判明した。そこで、この発明で
は、下記式で表されるＣeqにつき、0.40％未満に制限し
たのである。 記 Ｃeq＝（Ｃ％）＋ 1/6（Mn％）＋1/24（Si％）＋1/40
（Ni％）＋ 1/4（Mo％）＋1/40（Ｖ％）
【００１８】次に、製造工程について説明する。さて、
上記の好適成分組成に鋼を溶製し、造塊法または連鋳法
によって鋼塊もしくはスラブとした後、一旦冷却後、再
加熱するか、あるいは鋳造後直ちに再加熱したのち、熱
間圧延を施す。このとき仕上げ温度は、 Ar3変態点以上
とする必要がある。というのは、仕上温度が Ar3変態点
未満では、圧下の影響によりフェライトが多量に析出す
るために強度が下がり、引張強さが 690 MPaに満たない
可能性があるからである。また圧延開始温度は、1100℃
以下とするのが好ましい。というのは、オーステナイト
粒の再結晶に際し、再結晶粒を細かくするには、1100℃
以下が好適だからである。この圧延の後期にはNbの炭窒
化物の析出が起こり、温度も低下するので、再結晶は抑
制され、オーステナイト再結晶粒の粗大化が防止される
結果、再結晶粒は微細かつ均一に伸張される。しかも、
この圧延により、オーステナイト粒界には歪エネルギー
が蓄積され、また粒内には転位および変形体が数多く導
入される。なお、この発明により得られる鋼材は、鋼板
に限定されるものではなく、形鋼、棒鋼等であっても良
いことは言うまでもない。
上記の好適成分組成に鋼を溶製し、造塊法または連鋳法
によって鋼塊もしくはスラブとした後、一旦冷却後、再
加熱するか、あるいは鋳造後直ちに再加熱したのち、熱
間圧延を施す。このとき仕上げ温度は、 Ar3変態点以上
とする必要がある。というのは、仕上温度が Ar3変態点
未満では、圧下の影響によりフェライトが多量に析出す
るために強度が下がり、引張強さが 690 MPaに満たない
可能性があるからである。また圧延開始温度は、1100℃
以下とするのが好ましい。というのは、オーステナイト
粒の再結晶に際し、再結晶粒を細かくするには、1100℃
以下が好適だからである。この圧延の後期にはNbの炭窒
化物の析出が起こり、温度も低下するので、再結晶は抑
制され、オーステナイト再結晶粒の粗大化が防止される
結果、再結晶粒は微細かつ均一に伸張される。しかも、
この圧延により、オーステナイト粒界には歪エネルギー
が蓄積され、また粒内には転位および変形体が数多く導
入される。なお、この発明により得られる鋼材は、鋼板
に限定されるものではなく、形鋼、棒鋼等であっても良
いことは言うまでもない。
【００１９】
【実施例】表１に示す成分組成になる鋼スラブを、表２
に示す条件で10mm厚まで熱間圧延したのち、直ちに焼入
れし、ついで Ac1変態点未満の温度で焼戻した。得られ
た各鋼板の機械的性質すなわち降伏強さ(Y.S.)および引
張強さ(T.S.)、並びに溶接後の母材および HAZ部の破面
遷移温度および−110 ℃における衝撃吸収エネルギーに
ついて調べた結果を、表２に併記する。なお、溶接法
は、オーステナイト系の溶接棒を用いた入熱量 20,000
J/cmのサブマージアーク溶接である。
に示す条件で10mm厚まで熱間圧延したのち、直ちに焼入
れし、ついで Ac1変態点未満の温度で焼戻した。得られ
た各鋼板の機械的性質すなわち降伏強さ(Y.S.)および引
張強さ(T.S.)、並びに溶接後の母材および HAZ部の破面
遷移温度および−110 ℃における衝撃吸収エネルギーに
ついて調べた結果を、表２に併記する。なお、溶接法
は、オーステナイト系の溶接棒を用いた入熱量 20,000
J/cmのサブマージアーク溶接である。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】表２より明らかなように、比較例（鋼No.1
〜3 ）はいずれも、炭素当量が 0.5を超えており、溶接
によって HAZ部の硬化が起こり易くなっていることが判
る。これに対し、この発明に従い得られた鋼No.4〜10は
いずれも、炭素当量が 0.3未満であり、比較例と比べて
溶接性が著しく優れていることが判る。Y.S.およびT.S.
については、鋼No.1〜10のすべてが、Y.S.≧590MPaおよ
びT.S.≧690MPaを満たしており、低温靭性も母材につい
ては比較例（鋼No.1〜3 ）および発明例（鋼No.4〜10）
とも良好な値を示している。
〜3 ）はいずれも、炭素当量が 0.5を超えており、溶接
によって HAZ部の硬化が起こり易くなっていることが判
る。これに対し、この発明に従い得られた鋼No.4〜10は
いずれも、炭素当量が 0.3未満であり、比較例と比べて
溶接性が著しく優れていることが判る。Y.S.およびT.S.
については、鋼No.1〜10のすべてが、Y.S.≧590MPaおよ
びT.S.≧690MPaを満たしており、低温靭性も母材につい
ては比較例（鋼No.1〜3 ）および発明例（鋼No.4〜10）
とも良好な値を示している。
【００２３】しかしながら、 HAZ部特性については、比
較例の鋼No.1およびNo.2のように強度を上昇させるため
にCrおよびMoを使用した場合には、 HAZ部靭性の著しい
低下を招いている。また鋼No.3のように、Mnを1.64％と
多量に含有させた場合も同様に、 HAZ部における靭性が
著しく低下している。
較例の鋼No.1およびNo.2のように強度を上昇させるため
にCrおよびMoを使用した場合には、 HAZ部靭性の著しい
低下を招いている。また鋼No.3のように、Mnを1.64％と
多量に含有させた場合も同様に、 HAZ部における靭性が
著しく低下している。
【００２４】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、Y.S.≧590
MPa 、T.S.≧690 MPa で、しかも母材および HAZ部とも
溶接後において優れた低温靭性を有する低温用鋼を、安
価かつ安定して得ることができ、エネルギー開発に寄与
すること極めて大である。
MPa 、T.S.≧690 MPa で、しかも母材および HAZ部とも
溶接後において優れた低温靭性を有する低温用鋼を、安
価かつ安定して得ることができ、エネルギー開発に寄与
すること極めて大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−254120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−104427（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−254118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−253751（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−28518（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−170220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21D 6/00,8/02 C22C 38/00 - 38/60
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃ：0.10wt％以下、Si：0.30wt％以下、 Mn：0.50wt％未満、Ni：4.0〜6.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％、Nb：0.005〜0.2wt％、 Ｐ：0.005wt％以下およびＳ：0.005wt％以下を含み、 かつ下記式で表されるＣeqが0.40wt％未満を満足し、残
部は実質的にFeの組成になる鋼素材を、仕上げ圧延終了
温度：Ａr3変態点以上の条件下で熱間圧延したのち、直
接焼入れし、ついでＡc1変態点より低い温度で焼戻すこ
とを特徴とする、590MPa以上のY.S.および690MPa以上の
T.S.を有する溶接性の優れた低温用鋼の製造方法。 記 Ｃeq＝(Ｃ％)＋1/6(Mn％)＋1/24(Si％)＋1/40(Ni％) - 【請求項２】 Ｃ：0.10wt％以下、Si：0.30wt％以下、 Mn：0.50wt％未満、Ni：4.0〜6.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％、Nb：0.005〜0.2wt％、 Ｐ：0.005wt％以下およびＳ：0.005wt％以下を含み、 さらに Mo：0.20wt％以下、Ｖ：0.10wt％以下 およびTi：0.10wt％以下のうちから選ばれる１種または
２種以上を含有し、かつ下記式で表されるＣeqが0.40wt
％未満を満足し、残部は実質的にFeの組成になる鋼素材
を、仕上げ圧延終了温度：Ａr3変態点以上の条件下で熱
間圧延したのち、直接焼入れし、ついでＡc1変態点より
低い温度で焼戻すことを特徴とする、590MPa以上のY.S.
および690MPa以上のT.S.を有する溶接性の優れた低温用
鋼の製造方法。 記 Ｃeq＝(Ｃ％)＋1/6(Mn％)＋1/24(Si％)＋1/40(Ni％)＋1/4(Mo％)＋1/40(Ｖ％)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34621192A JP3297107B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 溶接性の優れた低温用鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34621192A JP3297107B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 溶接性の優れた低温用鋼の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06192729A JPH06192729A (ja) | 1994-07-12 |
| JP3297107B2 true JP3297107B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=18381863
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34621192A Expired - Fee Related JP3297107B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | 溶接性の優れた低温用鋼の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3297107B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5713135B1 (ja) | 2013-11-19 | 2015-05-07 | 新日鐵住金株式会社 | 鋼板 |
| KR102043523B1 (ko) | 2017-12-24 | 2019-11-12 | 주식회사 포스코 | 용접부 인성이 우수한 저온용 강재 및 그 제조방법 |
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1992
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