JP3848415B2 - 溶接性および低温靭性の優れた低降伏比高張力鋼の製造方法 - Google Patents
溶接性および低温靭性の優れた低降伏比高張力鋼の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として液体アンモニア（ＬＡＧ）とＬＰＧなどの他種液化ガスを混載する多目的タンク用鋼材として、溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液化ガス貯槽用タンクに使用される鋼材は、液化ガスの種類によって異なるが、ガスの液化温度は一般に常圧では低温（ＬＰＧの場合、−４８℃）であるため、母材はもちろん溶接継手部においても優れた低温靭性が要求される。これに対し、特開昭６３−２９０２４６号公報には６．５〜１２．０％のＮｉを添加する方法や、特開昭５８−１５３７３０号公報には特定組成の鋼を焼入れ焼戻し処理を行って、焼戻しマルテンサイトとベイナイトの強靭性を利用する方法が開示されている。
【０００３】
また、液体アンモニアは鋼材の応力腐食割れ（ＳＣＣ）を引き起こすことが知られ、ＩＧＣ ＣＯＤＥ １７．１３（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｄｅｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈｉｐｓ Ｃａｒｒｙｉｎｇ Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｇａｓｅｓ ｉｎＢｕｌｋ）では、酸素分圧、温度などの貯槽時の操業条件を規制するとともに、鋼材のＮｉ含有量を５％以下に制限することや実降伏強さを４４０Ｎ／ｍｍ2以下に抑えることなどを規定している。このため、特開平４−１７６１３号公報では表層のみ軟化処理した鋼板や、特開昭５７−１３９４９３号公報では軟鋼クラッド鋼と軟質溶接最終層によるタンク製造方法などが開示されている。
【０００４】
しかし、上記ＬＰＧと液体アンモニアを混載するタンクでは、当然のことながら両者に要求される仕様を満足する必要がある。一方、タンクの大容量化や船舶に搭載されることの多いこの種のタンクにおいては高張力化が求められており、ＬＰＧからの優れた低温靭性と液体アンモニアからの降伏強さの上限規制に伴う低降伏比化の同時達成が大きな課題となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、優れた溶接性、低温靭性と同時に高強度で低降伏比を同時に達成できる低降伏比高張力鋼の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、優れた溶接性、低温靭性と同時に高強度で低降伏比を図るために、鋼成分と熱処理条件を限定することにより組織制御を十分に行うことを特徴とする。
【０００７】
本願発明によれば、液体アンモニアとＬＰＧなどとの混載タンク用として溶接性の優れた鋼材を大量かつ安価に供給でき、特に高強度化も可能としたため、該タンクの船舶への搭載も容易となった。
【０００８】
本発明の要旨は、以下の通りであるである。
【０００９】
（１）重量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｓｉ：０．４０％以下
Ｍｎ：１．０〜２．０％
Ｐ：０．０２０％以下
Ｓ：０．０１０％以下
Ｎｉ：０．０５〜１．０％
Ｎｂ：０．００５〜０．０２０％
Ｔｉ：０．００５〜０．０２５％
Ａｌ：０．０６０％以下
Ｎ：０．００１〜０．００５％
かつ、
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０が０．２５％以下
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を１０００〜１２５０℃に加熱し、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下量を３０％以上とし、８００℃以上の温度で熱間圧延を終了後直ちに焼入れし、さらに７５０〜８７０℃に再加熱後焼入れ、引続きＡｃ1点以下の温度に加熱して焼戻し処理をすることを特徴とする溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法。
【００１０】
（２）上記（１）に記載の鋼が、重量％で、
Ｃｕ：０．０５〜０．５０％
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％
Ｖ：０．０１〜０．０５％
の一種以上をさらに含有し、かつ
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０が０．２５％以下
を満足することを特徴とする上記（１）記載の溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法。
【００１１】
以下本発明を更に詳細に説明する。
【００１２】
本発明が、請求項の通りに鋼組成、製造方法としての熱処理条件を限定した理由について説明する。
【００１３】
Ｃは焼入性に最も顕著に効くもので、下限０．０５％は後述するように焼入れ時の組織制御を可能にする最小量である。しかし、Ｃ量が多すぎると焼入性が必要以上に上がり、鋼材が本来有すべき強度、靱性のバランス、溶接性などに悪影響を及ぼすため、上限を０．１５％とした。
【００１４】
Ｓｉは脱酸上鋼に含まれる元素であるが、多く添加すると溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、上限を０．４０％に限定した。鋼の脱酸はＴｉ、Ａｌのみでも十分可能であり、ＨＡＺ靱性、焼入性などの観点から低いほど好ましく、必ずしも添加する必要はない。
【００１５】
Ｍｎは強度、靭性を確保する上で不可欠な元素であり、その下限は１．０％である。しかし、Ｍｎ量が多すぎると焼入性が上昇して溶接性、ＨＡＺ靭性を劣化させるだけでなく、連続鋳造スラブの中心偏析を助長するので上限を２．０％とした。
【００１６】
Ｐは本発明鋼においては不純物であり、Ｐ量の低減はＨＡＺにおける粒界破壊を減少させる傾向があるため、少ないほど好ましい。含有量が多いと母材、溶接部の低温靭性を劣化させるため上限を０．０２０％とした。
【００１７】
ＳはＰと同様本発明鋼においては不純物であり、母材の低温靭性の観点からは少ないほど好ましい。含有量が多いと母材、溶接部の低温靭性を劣化させるため上限を０．０１０％とした。
【００１８】
Ｎｉは過剰に添加しなければ、溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度、靭性を向上させる。これら効果を発揮させるためには、少なくとも０．０５％以上の添加が必須である。一方、過剰な添加は高価なだけでなく、溶接性に好ましくない。また、Ｎｉを多く添加すると液体アンモニア中で応力腐食割れ（ＳＣＣ）を誘起する可能性が指摘されている。発明者らの実験によれば、１％までの添加は溶接性や液体アンモニア中でのＳＣＣを大きく劣化させず、強度、靭性向上効果の方が大きいため、上限を１．０％とした。
【００１９】
Ｎｂはオーステナイトの未再結晶温度を上昇させ、熱間圧延時の制御圧延の効果を最大限に発揮する上で必須元素で、最低０．００５％の添加が必要である。また、焼入れの際の加熱オーステナイトの細粒化にも寄与する。しかし、過剰な添加は、溶接部の靭性劣化を招くため上限を０．０２０％とした。
【００２０】
Ｔｉは母材およびＨＡＺ靭性向上のために必須である。なぜならばＴｉは、Ａｌ量が少ないとき（例えば０．００３％以下）、Ｏと結合してＴｉ2Ｏ3を主成分とする析出物を形成、粒内変態フェライト生成の核となりＨＡＺ靭性を向上させる。また、ＴｉはＮと結合してＴｉＮとしてスラブ中に微細析出し、加熱時のγ粒の粗大化を抑え圧延組織の細粒化に有効であり、また鋼板中に存在する微細ＴｉＮは、溶接時にＨＡＺ組織を細粒化するためである。これらの効果を得るためには、Ｔｉは最低０．００５％必要である。しかし多過ぎるとＴｉＣを形成し、低温靭性や溶接性を劣化させるので、その上限は０．０２５％である。
【００２１】
Ａｌは、一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、脱酸はＳｉまたはＴｉだけでも十分であり、本発明鋼においては、その下限は限定しない。しかし、Ａｌ量が多くなると鋼の清浄度が悪くなるだけでなく、溶接金属の靭性が劣化するので上限を０．０６０％とした。
【００２２】
Ｎは、不可避的不純物として鋼中に含まれるものであるが、Ｎｂと結合して炭窒化物を形成して強度を増加させ、また、ＴｉＮを形成して前述のように鋼の性質を高める。このため、Ｎ量として最低０．００１％必要である。しかしながら、Ｎ量の増加はＨＡＺ靭性、溶接性にきわめて有害であり、本発明鋼においてはその上限は０．００５％である。
【００２３】
次に必要に応じて含有することができるＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの添加理由について説明する。
【００２４】
基本となる成分に、さらにこれらの元素を添加する主たる目的は、本発明鋼の優れた特徴を損なうことなく、強度、靭性などの特性を向上させるためである。したがってその添加量は自ずと制限されるべき性質のものである。
【００２５】
ＣｕはＮｉとほぼ同様の効果、現象を示し、上限の０．５０％は溶接性劣化に加え、過剰な添加は熱間圧延時にＣｕ−クラックが発生し製造困難となるため規制される。下限は実質的な効果が得られるための最小量とすべきで０．０５％である。これは次のＣｒ、Ｍｏについても同様である。
【００２６】
Ｃｒ、Ｍｏは、母材の強度、靭性をともに向上させる。しかし添加量が多すぎると母材、溶接部の靭性および溶接性を劣化を招き、また後述する組織制御が困難となって好ましくないため上限を０．５０％とした。
【００２７】
ＶはＮｂとほぼ同様の作用を有するものであるが、Ｎｂに比べてその効果は小さい。また、Ｖは焼入れ性にも影響を及ぼし、上記元素と同様組織制御の観点から添加するものである。Ｎｂと同様の効果は０．０１％未満では効果が少なく、上限は０．０５％まで許容できる。
【００２８】
鋼の個々の成分を限定しても、成分系全体が適切でないと優れた特性は得られない。このため、Ｐｃｍの値を０．２５％以下に限定する。
【００２９】
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂの式で規定するＰｃｍは溶接性を表す指標で、低いほど溶接性は良好である。本発明鋼においては、Ｐｃｍが０．２５％以下であれば、優れた溶接性の確保が可能である。
【００３０】
上記のように鋼成分を限定した上で、さらに製造条件を本願発明の通り限定する理由について説明する。
【００３１】
圧延に先立つ加熱温度を１０００〜１２５０℃に限定した理由は、加熱時のオーステナイト粒を小さく保ち、圧延組織の微細化を図るためである。１２５０℃は加熱時のオーステナイトが極端に粗大化しない上限温度であり、加熱温度がこれを超えるとオーステナイト粒が粗大混粒化し、変態後の組織も粗大化するため鋼の靭性が著しく劣化する。一方、加熱温度が低すぎると、後述する圧延終了温度（Ａｒ3点以上）の確保が困難となる。また、Ｎｂ、Ｖなどの析出硬化元素添加時には、これらが十分に固溶せず強度、靭性バランスが劣化する。このため下限を１０００℃に限定した。
【００３２】
上述のような条件で加熱した鋼片を、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下量を３０％以上とし、８００℃以上で熱間圧延を終了後直ちに焼入れする。オーステナイト未再結晶温度域での圧延を行うことによって、オーステナイト粒を顕著に細粒化するため、少なくとも３０％以上の累積圧下量が必要である。８００℃以上で熱間圧延を終了後直ちに焼き入れる理由は、圧延後放冷されることによるオーステナイトの回復を回避し、また圧延終了温度が８００℃を下回った場合、後述する焼入れまでの不可避的移送時間内で粗大な初析フェライトが生成するのを回避するためである。なお、直ちに焼き入れる場合でも、圧延機から水冷装置までの距離に応じた不可避的な移送時間は許容され、その時間は概ね９０秒以内である。
【００３３】
このような８００℃以上で熱間圧延を終了後直ちに焼入れする直接焼入れは、再加熱焼入れと同等以上の冶金的効果を有し、省エネルギーの観点からもきわめて有効である。
【００３４】
直接焼入れ後、さらに７５０〜８７０℃に再加熱後焼入れし、引続きＡｃ1点以下の温度に加熱して焼戻し処理する必要がある。
【００３５】
７５０〜８７０℃に再加熱、焼入れする理由は、降伏比の低減のためである。一般に、Ｎｂ添加鋼は圧延ままでは降伏比が高く、Ｎｂが炭窒化物として析出し、析出硬化する場合にはさらに降伏比は高くなる。
【００３６】
そこで、７５０〜８７０℃のγ＋α二相域に再加熱、焼入れを行う。部分的にγ変態させることによって組織の実質的な微細化が進行し靭性が向上するとともに、未変態の領域は軟化、γ変態領域は硬化してミクロ組織が二相化（軟らかい相と硬い相）し、降伏比の低減が可能となる。再加熱温度が７５０℃未満では、γに変態する領域が小さいために前述の効果が得られない。一方、８７０℃を超えるとγへの変態領域が多くなり過ぎ、目的とする二相組織が得られず低降伏比化や優れた靭性が達成できない。
【００３７】
焼戻し処理は、鋼の靭性改善と溶接、応力除去処理などによる軟化を防止するために必須である。しかし、その温度がＡｃ1点を超えると強度が著しく低下するので、Ａｃ1点以下としなければならない（望ましい焼戻し温度は４００〜６５０℃である）。
【００３８】
【実施例】
転炉−連続鋳造−厚板工程で種々の鋼成分の鋼板（厚さ１５〜５０ｍｍ）を製造し、その強度、降伏比（ＹＲ）、靭性および溶接性（斜めｙ形溶接割れ試験）を調査した。
【００３９】
表１に比較鋼とともに本願発明鋼の鋼成分を、第２表に鋼板の諸特性を示す。
【００４０】
本願発明法にしたがって製造した鋼板（本発明鋼）は、すべて良好な特性を有する。これに対し、本願発明によらない比較鋼は、いずれかの特性が劣る。
【００４１】
比較鋼７は、Ｃ量が低いため溶接性は良好であるが強度が低めである。また熱処理中、焼入れ（二相域加熱焼入）を行っていないため、ＹＲも高い。比較鋼８は、圧延終了温度が低いため、同一のＰｃｍである本願発明鋼１より強度が低く、またＮｉ量が低いため、低温靭性に劣る。比較鋼９は、Ｐｃｍが高いため溶接性に劣る。また、焼入れ温度が高いためＹＲが高く、さらにＮｂ添加量が低いため組織の細粒化が十分でなく低温靭性に劣る。比較鋼１０は、Ｔｉがなく、また、焼戻し処理を行っていないため、低温靭性に劣る。比較鋼１１は、Ｃ量が高く、Ｐｃｍも高いため溶接性に劣る。また、水冷開始までの時間が長いため、放冷中に粗大なフェライトが析出し低温靭性に劣る。さらに、本発明鋼３の鋼成分を有する比較鋼３−１および３−２は、熱処理条件が適切でないためＹＲが高い。すなわち、比較鋼３−１は熱処理がなく、比較鋼３−２は焼入処理（二相域加熱焼入）を行っていないため、いずれもＹＲが高い。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【発明の効果】
本発明により、溶接性、低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造が可能となった。その結果、液体アンモニアとＬＰＧなどとの混載タンク用として溶接性の優れた鋼材を大量かつ安価に供給でき、特に高強度化も可能としたため、該タンクの船舶への搭載も容易となった。
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として液体アンモニア（ＬＡＧ）とＬＰＧなどの他種液化ガスを混載する多目的タンク用鋼材として、溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液化ガス貯槽用タンクに使用される鋼材は、液化ガスの種類によって異なるが、ガスの液化温度は一般に常圧では低温（ＬＰＧの場合、−４８℃）であるため、母材はもちろん溶接継手部においても優れた低温靭性が要求される。これに対し、特開昭６３−２９０２４６号公報には６．５〜１２．０％のＮｉを添加する方法や、特開昭５８−１５３７３０号公報には特定組成の鋼を焼入れ焼戻し処理を行って、焼戻しマルテンサイトとベイナイトの強靭性を利用する方法が開示されている。
【０００３】
また、液体アンモニアは鋼材の応力腐食割れ（ＳＣＣ）を引き起こすことが知られ、ＩＧＣ ＣＯＤＥ １７．１３（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｄｅｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈｉｐｓ Ｃａｒｒｙｉｎｇ Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｇａｓｅｓ ｉｎＢｕｌｋ）では、酸素分圧、温度などの貯槽時の操業条件を規制するとともに、鋼材のＮｉ含有量を５％以下に制限することや実降伏強さを４４０Ｎ／ｍｍ2以下に抑えることなどを規定している。このため、特開平４−１７６１３号公報では表層のみ軟化処理した鋼板や、特開昭５７−１３９４９３号公報では軟鋼クラッド鋼と軟質溶接最終層によるタンク製造方法などが開示されている。
【０００４】
しかし、上記ＬＰＧと液体アンモニアを混載するタンクでは、当然のことながら両者に要求される仕様を満足する必要がある。一方、タンクの大容量化や船舶に搭載されることの多いこの種のタンクにおいては高張力化が求められており、ＬＰＧからの優れた低温靭性と液体アンモニアからの降伏強さの上限規制に伴う低降伏比化の同時達成が大きな課題となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、優れた溶接性、低温靭性と同時に高強度で低降伏比を同時に達成できる低降伏比高張力鋼の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、優れた溶接性、低温靭性と同時に高強度で低降伏比を図るために、鋼成分と熱処理条件を限定することにより組織制御を十分に行うことを特徴とする。
【０００７】
本願発明によれば、液体アンモニアとＬＰＧなどとの混載タンク用として溶接性の優れた鋼材を大量かつ安価に供給でき、特に高強度化も可能としたため、該タンクの船舶への搭載も容易となった。
【０００８】
本発明の要旨は、以下の通りであるである。
【０００９】
（１）重量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｓｉ：０．４０％以下
Ｍｎ：１．０〜２．０％
Ｐ：０．０２０％以下
Ｓ：０．０１０％以下
Ｎｉ：０．０５〜１．０％
Ｎｂ：０．００５〜０．０２０％
Ｔｉ：０．００５〜０．０２５％
Ａｌ：０．０６０％以下
Ｎ：０．００１〜０．００５％
かつ、
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０が０．２５％以下
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を１０００〜１２５０℃に加熱し、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下量を３０％以上とし、８００℃以上の温度で熱間圧延を終了後直ちに焼入れし、さらに７５０〜８７０℃に再加熱後焼入れ、引続きＡｃ1点以下の温度に加熱して焼戻し処理をすることを特徴とする溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法。
【００１０】
（２）上記（１）に記載の鋼が、重量％で、
Ｃｕ：０．０５〜０．５０％
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％
Ｖ：０．０１〜０．０５％
の一種以上をさらに含有し、かつ
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０が０．２５％以下
を満足することを特徴とする上記（１）記載の溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法。
【００１１】
以下本発明を更に詳細に説明する。
【００１２】
本発明が、請求項の通りに鋼組成、製造方法としての熱処理条件を限定した理由について説明する。
【００１３】
Ｃは焼入性に最も顕著に効くもので、下限０．０５％は後述するように焼入れ時の組織制御を可能にする最小量である。しかし、Ｃ量が多すぎると焼入性が必要以上に上がり、鋼材が本来有すべき強度、靱性のバランス、溶接性などに悪影響を及ぼすため、上限を０．１５％とした。
【００１４】
Ｓｉは脱酸上鋼に含まれる元素であるが、多く添加すると溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、上限を０．４０％に限定した。鋼の脱酸はＴｉ、Ａｌのみでも十分可能であり、ＨＡＺ靱性、焼入性などの観点から低いほど好ましく、必ずしも添加する必要はない。
【００１５】
Ｍｎは強度、靭性を確保する上で不可欠な元素であり、その下限は１．０％である。しかし、Ｍｎ量が多すぎると焼入性が上昇して溶接性、ＨＡＺ靭性を劣化させるだけでなく、連続鋳造スラブの中心偏析を助長するので上限を２．０％とした。
【００１６】
Ｐは本発明鋼においては不純物であり、Ｐ量の低減はＨＡＺにおける粒界破壊を減少させる傾向があるため、少ないほど好ましい。含有量が多いと母材、溶接部の低温靭性を劣化させるため上限を０．０２０％とした。
【００１７】
ＳはＰと同様本発明鋼においては不純物であり、母材の低温靭性の観点からは少ないほど好ましい。含有量が多いと母材、溶接部の低温靭性を劣化させるため上限を０．０１０％とした。
【００１８】
Ｎｉは過剰に添加しなければ、溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度、靭性を向上させる。これら効果を発揮させるためには、少なくとも０．０５％以上の添加が必須である。一方、過剰な添加は高価なだけでなく、溶接性に好ましくない。また、Ｎｉを多く添加すると液体アンモニア中で応力腐食割れ（ＳＣＣ）を誘起する可能性が指摘されている。発明者らの実験によれば、１％までの添加は溶接性や液体アンモニア中でのＳＣＣを大きく劣化させず、強度、靭性向上効果の方が大きいため、上限を１．０％とした。
【００１９】
Ｎｂはオーステナイトの未再結晶温度を上昇させ、熱間圧延時の制御圧延の効果を最大限に発揮する上で必須元素で、最低０．００５％の添加が必要である。また、焼入れの際の加熱オーステナイトの細粒化にも寄与する。しかし、過剰な添加は、溶接部の靭性劣化を招くため上限を０．０２０％とした。
【００２０】
Ｔｉは母材およびＨＡＺ靭性向上のために必須である。なぜならばＴｉは、Ａｌ量が少ないとき（例えば０．００３％以下）、Ｏと結合してＴｉ2Ｏ3を主成分とする析出物を形成、粒内変態フェライト生成の核となりＨＡＺ靭性を向上させる。また、ＴｉはＮと結合してＴｉＮとしてスラブ中に微細析出し、加熱時のγ粒の粗大化を抑え圧延組織の細粒化に有効であり、また鋼板中に存在する微細ＴｉＮは、溶接時にＨＡＺ組織を細粒化するためである。これらの効果を得るためには、Ｔｉは最低０．００５％必要である。しかし多過ぎるとＴｉＣを形成し、低温靭性や溶接性を劣化させるので、その上限は０．０２５％である。
【００２１】
Ａｌは、一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、脱酸はＳｉまたはＴｉだけでも十分であり、本発明鋼においては、その下限は限定しない。しかし、Ａｌ量が多くなると鋼の清浄度が悪くなるだけでなく、溶接金属の靭性が劣化するので上限を０．０６０％とした。
【００２２】
Ｎは、不可避的不純物として鋼中に含まれるものであるが、Ｎｂと結合して炭窒化物を形成して強度を増加させ、また、ＴｉＮを形成して前述のように鋼の性質を高める。このため、Ｎ量として最低０．００１％必要である。しかしながら、Ｎ量の増加はＨＡＺ靭性、溶接性にきわめて有害であり、本発明鋼においてはその上限は０．００５％である。
【００２３】
次に必要に応じて含有することができるＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの添加理由について説明する。
【００２４】
基本となる成分に、さらにこれらの元素を添加する主たる目的は、本発明鋼の優れた特徴を損なうことなく、強度、靭性などの特性を向上させるためである。したがってその添加量は自ずと制限されるべき性質のものである。
【００２５】
ＣｕはＮｉとほぼ同様の効果、現象を示し、上限の０．５０％は溶接性劣化に加え、過剰な添加は熱間圧延時にＣｕ−クラックが発生し製造困難となるため規制される。下限は実質的な効果が得られるための最小量とすべきで０．０５％である。これは次のＣｒ、Ｍｏについても同様である。
【００２６】
Ｃｒ、Ｍｏは、母材の強度、靭性をともに向上させる。しかし添加量が多すぎると母材、溶接部の靭性および溶接性を劣化を招き、また後述する組織制御が困難となって好ましくないため上限を０．５０％とした。
【００２７】
ＶはＮｂとほぼ同様の作用を有するものであるが、Ｎｂに比べてその効果は小さい。また、Ｖは焼入れ性にも影響を及ぼし、上記元素と同様組織制御の観点から添加するものである。Ｎｂと同様の効果は０．０１％未満では効果が少なく、上限は０．０５％まで許容できる。
【００２８】
鋼の個々の成分を限定しても、成分系全体が適切でないと優れた特性は得られない。このため、Ｐｃｍの値を０．２５％以下に限定する。
【００２９】
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０＋５Ｂの式で規定するＰｃｍは溶接性を表す指標で、低いほど溶接性は良好である。本発明鋼においては、Ｐｃｍが０．２５％以下であれば、優れた溶接性の確保が可能である。
【００３０】
上記のように鋼成分を限定した上で、さらに製造条件を本願発明の通り限定する理由について説明する。
【００３１】
圧延に先立つ加熱温度を１０００〜１２５０℃に限定した理由は、加熱時のオーステナイト粒を小さく保ち、圧延組織の微細化を図るためである。１２５０℃は加熱時のオーステナイトが極端に粗大化しない上限温度であり、加熱温度がこれを超えるとオーステナイト粒が粗大混粒化し、変態後の組織も粗大化するため鋼の靭性が著しく劣化する。一方、加熱温度が低すぎると、後述する圧延終了温度（Ａｒ3点以上）の確保が困難となる。また、Ｎｂ、Ｖなどの析出硬化元素添加時には、これらが十分に固溶せず強度、靭性バランスが劣化する。このため下限を１０００℃に限定した。
【００３２】
上述のような条件で加熱した鋼片を、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下量を３０％以上とし、８００℃以上で熱間圧延を終了後直ちに焼入れする。オーステナイト未再結晶温度域での圧延を行うことによって、オーステナイト粒を顕著に細粒化するため、少なくとも３０％以上の累積圧下量が必要である。８００℃以上で熱間圧延を終了後直ちに焼き入れる理由は、圧延後放冷されることによるオーステナイトの回復を回避し、また圧延終了温度が８００℃を下回った場合、後述する焼入れまでの不可避的移送時間内で粗大な初析フェライトが生成するのを回避するためである。なお、直ちに焼き入れる場合でも、圧延機から水冷装置までの距離に応じた不可避的な移送時間は許容され、その時間は概ね９０秒以内である。
【００３３】
このような８００℃以上で熱間圧延を終了後直ちに焼入れする直接焼入れは、再加熱焼入れと同等以上の冶金的効果を有し、省エネルギーの観点からもきわめて有効である。
【００３４】
直接焼入れ後、さらに７５０〜８７０℃に再加熱後焼入れし、引続きＡｃ1点以下の温度に加熱して焼戻し処理する必要がある。
【００３５】
７５０〜８７０℃に再加熱、焼入れする理由は、降伏比の低減のためである。一般に、Ｎｂ添加鋼は圧延ままでは降伏比が高く、Ｎｂが炭窒化物として析出し、析出硬化する場合にはさらに降伏比は高くなる。
【００３６】
そこで、７５０〜８７０℃のγ＋α二相域に再加熱、焼入れを行う。部分的にγ変態させることによって組織の実質的な微細化が進行し靭性が向上するとともに、未変態の領域は軟化、γ変態領域は硬化してミクロ組織が二相化（軟らかい相と硬い相）し、降伏比の低減が可能となる。再加熱温度が７５０℃未満では、γに変態する領域が小さいために前述の効果が得られない。一方、８７０℃を超えるとγへの変態領域が多くなり過ぎ、目的とする二相組織が得られず低降伏比化や優れた靭性が達成できない。
【００３７】
焼戻し処理は、鋼の靭性改善と溶接、応力除去処理などによる軟化を防止するために必須である。しかし、その温度がＡｃ1点を超えると強度が著しく低下するので、Ａｃ1点以下としなければならない（望ましい焼戻し温度は４００〜６５０℃である）。
【００３８】
【実施例】
転炉−連続鋳造−厚板工程で種々の鋼成分の鋼板（厚さ１５〜５０ｍｍ）を製造し、その強度、降伏比（ＹＲ）、靭性および溶接性（斜めｙ形溶接割れ試験）を調査した。
【００３９】
表１に比較鋼とともに本願発明鋼の鋼成分を、第２表に鋼板の諸特性を示す。
【００４０】
本願発明法にしたがって製造した鋼板（本発明鋼）は、すべて良好な特性を有する。これに対し、本願発明によらない比較鋼は、いずれかの特性が劣る。
【００４１】
比較鋼７は、Ｃ量が低いため溶接性は良好であるが強度が低めである。また熱処理中、焼入れ（二相域加熱焼入）を行っていないため、ＹＲも高い。比較鋼８は、圧延終了温度が低いため、同一のＰｃｍである本願発明鋼１より強度が低く、またＮｉ量が低いため、低温靭性に劣る。比較鋼９は、Ｐｃｍが高いため溶接性に劣る。また、焼入れ温度が高いためＹＲが高く、さらにＮｂ添加量が低いため組織の細粒化が十分でなく低温靭性に劣る。比較鋼１０は、Ｔｉがなく、また、焼戻し処理を行っていないため、低温靭性に劣る。比較鋼１１は、Ｃ量が高く、Ｐｃｍも高いため溶接性に劣る。また、水冷開始までの時間が長いため、放冷中に粗大なフェライトが析出し低温靭性に劣る。さらに、本発明鋼３の鋼成分を有する比較鋼３−１および３−２は、熱処理条件が適切でないためＹＲが高い。すなわち、比較鋼３−１は熱処理がなく、比較鋼３−２は焼入処理（二相域加熱焼入）を行っていないため、いずれもＹＲが高い。
【００４２】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明により、溶接性、低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造が可能となった。その結果、液体アンモニアとＬＰＧなどとの混載タンク用として溶接性の優れた鋼材を大量かつ安価に供給でき、特に高強度化も可能としたため、該タンクの船舶への搭載も容易となった。
Claims (2)
- 重量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｓｉ：０．４０％以下
Ｍｎ：１．０〜２．０％
Ｐ：０．０２０％以下
Ｓ：０．０１０％以下
Ｎｉ：０．０５〜１．０％
Ｎｂ：０．００５〜０．０２０％
Ｔｉ：０．００５〜０．０２５％
Ａｌ：０．０６０％以下
Ｎ：０．００１〜０．００５％
かつ、
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｎｉ／６０が０．２５％以下
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を１０００〜１２５０℃に加熱し、オーステナイト未再結晶温度域での累積圧下量を３０％以上とし、８００℃以上の温度で熱間圧延を終了後直ちに焼入れし、さらに７５０〜８７０℃に再加熱後焼入れ、引続きＡｃ1点以下の温度に加熱して焼戻し処理をすることを特徴とする溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法。 - 請求項１に記載の鋼が、重量％で、
Ｃｕ：０．０５〜０．５０％
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％
Ｖ：０．０１〜０．０５％
の一種以上をさらに含有し、かつ
Ｐｃｍ＝Ｃ＋Ｓｉ／３０＋Ｍｎ／２０＋Ｃｕ／２０＋Ｎｉ／６０＋Ｃｒ／２０＋Ｍｏ／１５＋Ｖ／１０が０．２５％以下
を満足することを特徴とする請求項１記載の溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法。
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| JP34647296A JP3848415B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 溶接性および低温靭性の優れた低降伏比高張力鋼の製造方法 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3848415B2 (ja) |
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1996
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