JP5811032B2 - Steel sheet for LPG tank - Google Patents
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Description
本発明は、靭性に優れたLPGタンク用鋼板、特に万が一脆性き裂が発生した際に構造物全体の崩壊を阻止するために、発生した脆性き裂伝ぱを停止させる特性(アレスト特性)に優れたLPGタンク用鋼板に関する。なお、この場合のLPGタンク用鋼板とは、板厚6〜40mmのものが対象であり、そして、強度クラスとしては引張強さが450MPa以上のものが対象となる。 The present invention is an excellent steel sheet for LPG tanks with excellent toughness, especially in order to prevent the collapse of the whole structure when a brittle crack is generated, and is excellent in the characteristic (arrest characteristic) for stopping the generated brittle crack. The present invention relates to a steel sheet for an LPG tank. In this case, the steel sheet for LPG tanks is for steel plates with a thickness of 6 to 40 mm, and the strength class is for steels with a tensile strength of 450 MPa or more.
LPGタンク用鋼板は、LPG(Liquefied Petroleum Gas)を低温域で貯蔵するための貯蔵タンクを主な用途とする。低温とは、LPGを液体の温度域で貯蔵できる、−60℃以下の温度を意味する。 The main purpose of the LPG tank steel sheet is a storage tank for storing LPG (Liquefied Petroleum Gas) in a low temperature range. The low temperature means a temperature of −60 ° C. or less at which LPG can be stored in a liquid temperature range.
あらゆる構造物において、脆性破壊による崩壊は瞬時に構造物全体が崩壊し甚大な被害が想定されることから、絶対に避けるべき破壊形態である。したがって、貯蔵タンク等の建造物は脆性破壊の発生を避けるべく設計がなされるものの、設計を上回る外力の作用や施工に起因する欠陥など、設計者の想定外の異常事態に起因して脆性破壊が発生してしまう場合も考慮する必要がある。脆性破壊が発生すると、極めて高速のき裂伝ぱにより脆性破壊が構造物全体に広がって構造物全体が破壊してしまう。したがって、万が一脆性き裂が発生しても、発生した脆性き裂伝ぱを停止させることができる特性が求められる。この特性を一般的に「アレスト特性」と呼ぶ。 In all structures, the collapse due to brittle fracture is the type of fracture that should be avoided because the entire structure collapses instantly and enormous damage is assumed. Therefore, although structures such as storage tanks are designed to avoid the occurrence of brittle fracture, brittle fracture due to abnormal situations unexpected by the designer, such as the effects of external force exceeding the design and defects caused by construction, etc. It is also necessary to consider the case where this occurs. When brittle fracture occurs, brittle fracture spreads throughout the structure due to extremely high-speed crack propagation, and the entire structure is destroyed. Therefore, even if a brittle crack is generated, a characteristic capable of stopping the generated brittle crack is required. This characteristic is generally called “arrest characteristic”.
アレスト特性を有した部材を適所に配した構造物は、脆性き裂の発生を避けるだけでなく、万が一脆性き裂が発生しても、伝ぱにより進展してきたき裂を停止させることができるので、脆性き裂の発生と伝ぱの段階で二重の安全性(ダブルインテグリティ)を有することになる。構造物の設計思想として極めて重要なものである。 A structure with arrested members in place not only avoids the occurrence of brittle cracks, but even if a brittle crack occurs, it can stop the crack that has propagated due to propagation. It has double safety (double integrity) at the stage of initiation and propagation of brittle cracks. This is extremely important as the design concept of the structure.
そして、板厚6〜40mmのものが対象となるLPGタンク用鋼板には、安全性確保の面から、低温での優れた破壊靱性が求められる。言い換えれば、母材および溶接継手ともに、−60℃以下という低温での優れたアレスト特性が求められる。 And the steel sheet for LPG tanks made into a thing with a board thickness of 6-40 mm is calculated | required the fracture fracture toughness excellent in low temperature from the surface of ensuring safety | security. In other words, both the base material and the welded joint are required to have excellent arrest characteristics at a low temperature of −60 ° C. or lower.
鋼材にアレスト特性を付与する方法として最も単純なものは、靭性を著しく向上させる元素であるNiを添加することである。Niの添加によるアレスト特性の改善効果は大きく、アレスト特性を向上できることが判っている。低温環境でアレスト特性を有する鋼材としては、9%のNiを添加したいわゆる9%Ni鋼が一般的であり、日本工業規格(JIS)にも規定されている。 The simplest method for imparting arrest properties to a steel material is to add Ni, which is an element that significantly improves toughness. It has been found that the effect of improving the arrest characteristics by the addition of Ni is large, and the arrest characteristics can be improved. As a steel material having arrest properties in a low temperature environment, a so-called 9% Ni steel added with 9% Ni is generally used and is also defined in Japanese Industrial Standards (JIS).
たとえば、特許文献1および2には、表層組織を極細粒化することにより、脆性き裂伝ぱ時のシアリップ形成を促す鋼板の製造方法が開示されている。この方法によれば、Niなどの高価な元素に頼ることなく、アレスト特性を向上させることが可能である。 For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a method of manufacturing a steel sheet that promotes shear lip formation during brittle crack propagation by making the surface layer structure very fine. According to this method, it is possible to improve arrest characteristics without relying on expensive elements such as Ni.
上述したとおり、Niによるアレスト特性の改善効果は大きく、アレスト特性を向上させることができる。しかしながら、Niは非常に高価な元素であり、Niを9%も添加するとなると、鋼材コストの高騰を引き起こすことになる。したがって、Ni添加によるアレスト特性の向上は、コスト面での問題が多い。 As described above, the effect of improving the arrest characteristics by Ni is large, and the arrest characteristics can be improved. However, Ni is a very expensive element, and if Ni is added as much as 9%, the steel material cost will rise. Therefore, improvement of arrest characteristics by adding Ni has many problems in terms of cost.
これに対して、特許文献1および2に開示された発明によれば、Niなどの高価な元素を添加することなく、アレスト特性を向上させることが可能である。しかしながら、LPGタンク用鋼板としては、高強度は得られるものの低温での靱性は十分ではない。 On the other hand, according to the invention disclosed in Patent Documents 1 and 2, it is possible to improve arrest characteristics without adding expensive elements such as Ni. However, as an LPG tank steel plate, high strength is obtained, but toughness at low temperatures is not sufficient.
本発明は、このような状況に鑑み、アレスト特性だけでなく高強度を有しかつ低温靱性にも優れたLPGタンク用鋼板を低コストで提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a low-cost steel sheet for LPG tank that has not only arrest properties but also high strength and excellent low-temperature toughness.
上記課題を解決するために、LPGタンク用鋼板として、アレスト特性(脆性き裂伝ぱ停止特性)に加えて強度と低温靱性について、種々の検討と実験を行った。その結果、次の(a)〜(e)に示す知見を得た。 In order to solve the above-mentioned problems, various studies and experiments were conducted on strength and low-temperature toughness in addition to arrest characteristics (brittle crack propagation stopping characteristics) as steel sheets for LPG tanks. As a result, the following findings (a) to (e) were obtained.
(a) Niを添加するほどアレスト特性は向上する。 (a) The arrest properties improve as Ni is added.
(b) Tiを適正量添加することで、組織が細粒化し母材及び溶接継手のアレスト特性が向上する。 (b) By adding an appropriate amount of Ti, the structure becomes finer and the arrest characteristics of the base metal and the welded joint are improved.
(c) Nbを適正量添加することでNbの析出硬化によりアレスト特性を確保しつつ強度が向上する。しかし、含有量が多すぎると硬化析出物が増加し却ってアレスト特性が劣化する。 (c) By adding an appropriate amount of Nb, strength is improved while securing arrest properties by precipitation hardening of Nb. However, when there is too much content, a hardened deposit will increase and an arrest characteristic will deteriorate on the contrary.
(d) アレスト特性を確保してかつ高靱性を得るためには、ミクロ組織を軟質のフェライト組織主体にするのがよい。Cを多く含むパーライト組織は溶接部の靭性を劣化させるが、フェライト組織の分率が90%以上であれば、パーライト組織の分率が5%未満であれば混入してもよい。したがって、ミクロ組織としては、90%以上のフェライト組織と5%未満のパーライト組織を有するフェライト主体の組織とする。なお、ベイナイトなどの組織が生成すると、強度が上昇しすぎて、靭性が劣化する。 (d) In order to ensure arrest properties and obtain high toughness, the microstructure should be mainly composed of a soft ferrite structure. A pearlite structure containing a large amount of C deteriorates the toughness of the welded portion. However, if the fraction of the ferrite structure is 90% or more, it may be mixed if the fraction of the pearlite structure is less than 5%. Therefore, the microstructure is a ferrite-based structure having a ferrite structure of 90% or more and a pearlite structure of less than 5%. When a structure such as bainite is generated, the strength increases excessively and the toughness deteriorates.
(e) このようなフェライト主体の組織であっても、結晶粒径が粗大になると、強度、靭性およびアレスト特性が低下するので、その平均結晶粒径を10〜20μmとする。 (e) Even in such a structure mainly composed of ferrite, when the crystal grain size becomes coarse, the strength, toughness and arrest characteristics are lowered. Therefore, the average crystal grain size is set to 10 to 20 μm.
本発明は、上記の知見を基礎としてなされたものであり、下記の(1)〜(3)のLPGタンク用鋼板をその要旨とする。 The present invention has been made on the basis of the above findings, and the gist thereof is the following steel plates for LPG tanks (1) to (3).
(1) 質量%で、C:0.04〜0.08%、Si:0.05〜0.50%、Mn:1.0〜1.8%、P:0.015%以下、S:0.005%以下、Ni:0.1〜0.8%、Nb:0.008〜0.06%、Ti:0.005〜0.05%、Sol.Al:0.002〜0.05%およびN:0.007%以下を含有し、残部Fe及び不純物からなり、ミクロ組織中のフェライト組織が90%以上かつパーライト組織が5%未満であり、フェライト平均結晶粒径が10〜20μmかつパーライト平均結晶粒径が10〜20μmであることを特徴とする、板厚6〜40mmのLPGタンク用鋼板。 (1) By mass%, C: 0.04 to 0.08%, Si: 0.05 to 0.50%, Mn: 1.0 to 1.8%, P: 0.015% or less, S: 0.005% or less, Ni: 0.1 to 0.8%, Nb: 0.008 -0.06%, Ti: 0.005-0.05%, Sol.Al:0.002-0.05% and N: 0.007% or less, consisting of the balance Fe and impurities, ferrite structure in the microstructure is 90% or more and pearlite structure A steel sheet for an LPG tank having a thickness of 6 to 40 mm, having a ferrite average crystal grain size of 10 to 20 μm and a pearlite average crystal grain size of 10 to 20 μm, less than 5%.
(2) 質量%で、さらに、Cu: 0.5%以下、Cr:0.5%以下、Mo:0.5%以下、V:0.06%以下およびB:0.005%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)のLPGタンク用鋼板。 (2) It is characterized by containing at least one of Cu: 0.5% or less, Cr: 0.5% or less, Mo: 0.5% or less, V: 0.06% or less, and B: 0.005% or less by mass%. The steel sheet for an LPG tank according to (1) above.
(3) 質量%で、さらに、Ca:0.004%以下、Mg:0.002%以下およびREM:0.002%以下のうちの1種以上を含有することを特徴とする、上記(1)または(2)のLPGタンク用鋼板。 (3) In the above (1) or (2), the composition further contains at least one of Ca: 0.004% or less, Mg: 0.002% or less, and REM: 0.002% or less by mass%. Steel sheet for LPG tank.
アレスト特性だけでなく高強度を有しかつ低温靱性にも優れたLPGタンク用鋼板を低コストで提供することができる。 It is possible to provide a low-cost steel sheet for an LPG tank having not only arrest properties but also high strength and excellent low-temperature toughness.
以下に、本発明にかかるLPGタンク用鋼板に関して、その要件毎に詳細に説明する。なお、含有量に関する「%」は、特に断らない限り、「質量%」を意味する。 Hereinafter, the steel sheet for LPG tank according to the present invention will be described in detail for each requirement. In addition, "%" regarding content means "mass%" unless otherwise indicated.
A.化学組成に関して
C:0.03〜0.08%
Cは、強度確保に必要な元素である。0.03%以上を含有させなければ実用的な強度を有する鋼を生産することはできない。一方、その含有量が0.08%を超えると、ベイナイト変態領域の靭性劣化が顕著化するとともに、溶接熱影響部の靭性も損ねる。したがって、Cの含有量は0.03〜0.08%とする。強度とアレスト特性のバランスの点から、好ましい範囲は0.04〜0.07%である。
A. Regarding chemical composition C: 0.03 to 0.08%
C is an element necessary for ensuring strength. Unless 0.03% or more is contained, steel having practical strength cannot be produced. On the other hand, if the content exceeds 0.08%, the toughness deterioration of the bainite transformation region becomes remarkable and the toughness of the weld heat affected zone is also impaired. Therefore, the C content is 0.03 to 0.08%. From the standpoint of balance between strength and arrest characteristics, the preferred range is 0.04 to 0.07%.
Si:0.05〜0.50%
Siは、精錬段階での脱酸に必要な元素であるとともに強度上昇に寄与する元素である。このため、Siを0.05%以上含有させる必要がある。しかしながら、Siの含有量が0.50%を超えると、溶接熱影響部における島状マルテンサイトの生成を助長して靭性に悪影響を及ぼす。したがって、Siの含有量を0.05〜0.50%とする。好ましい範囲は0.10〜0.40%である。
Si: 0.05 to 0.50%
Si is an element necessary for deoxidation at the refining stage and contributes to an increase in strength. For this reason, it is necessary to contain 0.05% or more of Si. However, if the Si content exceeds 0.50%, the formation of island martensite in the weld heat affected zone is promoted, which adversely affects toughness. Therefore, the Si content is set to 0.05 to 0.50%. A preferable range is 0.10 to 0.40%.
Mn:1.0〜1.8%
Mnは、強度確保のための必要な元素である。しかし、その含有量が1.0%未満ではこの効果を得ることができない。一方、1.8%を超えると溶接熱影響部の靭性が大幅に劣化する。したがって、Mnの含有量は1.0〜1.8%とする。好ましい範囲は1.2〜1.6%である。
Mn: 1.0 to 1.8%
Mn is an element necessary for ensuring strength. However, if the content is less than 1.0%, this effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 1.8%, the toughness of the weld heat affected zone is significantly deteriorated. Therefore, the Mn content is 1.0 to 1.8%. A preferred range is 1.2-1.6%.
P:0.015%以下
Pは、不純物として鋼中に存在し、溶接熱影響部における粒界割れの原因となる。Pの含有量が0.015%を超えると、溶接熱影響部における粒界割れの発生が著しくなることから、P含有量の上限を0.015%とする。Pの含有量を0.010%以下とするのが好ましい。なお、その混入量はできるだけ低くするのが好ましい。
P: 0.015% or less P is present in steel as an impurity and causes intergranular cracking in the weld heat affected zone. If the P content exceeds 0.015%, the occurrence of intergranular cracks in the weld heat affected zone becomes significant, so the upper limit of the P content is 0.015%. The P content is preferably 0.010% or less. In addition, it is preferable to make the mixing amount as low as possible.
S:0.005%以下
Sは、不純物として鋼中に存在し、脆性破壊の基点となるMnSを形成して、アレスト特性を損なう元素である。Sの含有量が0.005%を超えるとアレスト特性が顕著に劣化するため、不純物元素としてのS含有量の上限を0.005%とする。Sの含有量を0.003%未満とするのが好ましい。なお、その混入量はできるだけ低くするのが好ましい。
S: 0.005% or less S is an element which exists in steel as an impurity and forms MnS which becomes a base point of brittle fracture and impairs arrest properties. When the S content exceeds 0.005%, the arrest characteristics are remarkably deteriorated. Therefore, the upper limit of the S content as the impurity element is set to 0.005%. The S content is preferably less than 0.003%. In addition, it is preferable to make the mixing amount as low as possible.
Ni:0.1〜0.8%
Niを含有させると、鋼板のアレスト特性を向上させることができるため、0.1%以上の含有が必要である。しかしながら、Niの含有はコストアップ要因となるため、その含有量を0.8%以下とする。なお、Niの含有量の好ましい下限は0.3%である。
Ni: 0.1 to 0.8%
When Ni is contained, the arrest properties of the steel sheet can be improved, and therefore the content of 0.1% or more is necessary. However, since the Ni content causes an increase in cost, the content is made 0.8% or less. In addition, the minimum with preferable content of Ni is 0.3%.
Nb:0.008〜0.06%
Nbは、組織の微細化、焼入れ性の向上及び析出硬化による強度上昇に有効な元素であり、そのためには0.008%以上含有させる必要がある。特に、未再結晶域の拡大効果が大きいことから、TMCP(Thermo-Mechanical Control Process:加工熱処理)法を適用する場合には必要である。しかし、その含有量が0.06%を超えると、析出物の増加により却って靭性の劣化をもたらす。したがって、Nbの含有量を0.008〜0.06%とする。好ましくは0.01〜0.03%である。
Nb: 0.008 to 0.06%
Nb is an element effective for refining the structure, improving hardenability, and increasing the strength by precipitation hardening. For that purpose, Nb needs to be contained in an amount of 0.008% or more. This is particularly necessary when applying the TMCP (Thermo-Mechanical Control Process) method because the effect of expanding the non-recrystallized region is great. However, if its content exceeds 0.06%, the increase in precipitates leads to deterioration of toughness. Therefore, the Nb content is set to 0.008 to 0.06%. Preferably it is 0.01 to 0.03%.
Ti:0.005〜0.05%
Tiは、組織を微細化して靭性を高める作用を有する。この作用を発現させるために0.005%以上含有させる必要がある。特に、オンラインでの加速冷却によって母材を製造する際の組織微細化に効果を発揮する。しかしながら、Tiの含有量が多すぎると溶接継手の靭性低下をきたし、特に、0.05%を超えると、溶接継手の靭性低下が著しくなる。したがって、Tiの含有量を0.005〜0.05%とする。より望ましいTiの含有量は0.005〜0.03%である。
Ti: 0.005 to 0.05%
Ti has the effect of increasing the toughness by refining the structure. In order to exhibit this effect, it is necessary to contain 0.005% or more. In particular, it is effective for refining the structure when manufacturing the base material by online accelerated cooling. However, when the content of Ti is too large, the toughness of the welded joint is reduced. In particular, when it exceeds 0.05%, the toughness of the welded joint is significantly reduced. Therefore, the Ti content is set to 0.005 to 0.05%. A more desirable Ti content is 0.005 to 0.03%.
sol.Al:0.002〜0.05%
Alは鋼の脱酸に必要な元素である。そのために、0.002%以上のsol.Alの含有量が必要である。しかし、その含有量が0.05%を超えると析出物の増加を通じてアレスト特性の劣化が顕著化する。したがって、sol.Alの含有量は0.002〜0.05%とする。好ましくは0.002〜0.04%である
sol. Al: 0.002 to 0.05%
Al is an element necessary for deoxidation of steel. Therefore, 0.002% or more of sol. Al content is required. However, when the content exceeds 0.05%, the deterioration of arrest properties becomes remarkable through the increase of precipitates. Therefore, sol. The Al content is 0.002 to 0.05%. Preferably it is 0.002 to 0.04%
N:0.007%以下
Nは、不純物として存在し、析出物を形成することで靭性劣化をもたらす。Nの含有量が0.007%を超えるとアレスト特性の劣化が顕著化するため、Nの含有量は0.007%以下とする。好ましくは0.006%以下である。なお、低温靭性確保のためには低い方が良い。
N: 0.007% or less N exists as an impurity and causes toughness deterioration by forming a precipitate. When the content of N exceeds 0.007%, the deterioration of arrest characteristics becomes remarkable, so the content of N is set to 0.007% or less. Preferably it is 0.006% or less. In addition, in order to ensure low temperature toughness, the lower one is better.
本発明に係るLPGタンク用鋼板は、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、LPGタンク用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を意味する。 In the LPG tank steel plate according to the present invention, the balance consists of Fe and impurities. Here, the impurity means a component that is mixed due to various factors in the manufacturing process, including raw materials such as ore and scrap, when the steel sheet for LPG tank is industrially manufactured.
本発明に係るLPGタンク用鋼板は、上記の成分の外に、Cu、Cr、Mo、V、B、Ca、MgおよびREMうちの1種以上をさらに含有してもよい。 The steel sheet for LPG tank according to the present invention may further contain one or more of Cu, Cr, Mo, V, B, Ca, Mg and REM in addition to the above components.
Cu:0.5%以下
Cuは、必要に応じて含有させることができる。Cuを含有させると、靭性を劣化させずに強度を向上させることができる。しかしながら、その含有量が0.5%を超えると、却って析出物増加によりアレスト特性の劣化をきたし、更に、熱間での加工の際、表面に微小な割れを発生させるので、その含有量の上限は0.5%とする。Cuの好ましい上限は0.3%である。なお、Cuによる強度向上効果を安定的に発現させるためには、Cuを0.1%以上含有させることが好ましい。
Cu: 0.5% or less Cu can be contained as necessary. When Cu is contained, the strength can be improved without deteriorating toughness. However, if the content exceeds 0.5%, the arrest properties are deteriorated due to the increase in precipitates, and further, when the processing is hot, micro cracks are generated on the surface. The upper limit is 0.5%. A preferable upper limit of Cu is 0.3%. In order to stably develop the strength improvement effect by Cu, it is preferable to contain Cu by 0.1% or more.
Cr:0.5%以下
Crは、必要に応じて含有させることができる。Crを含有させると、強度を上昇させることができる。しかしながら、その含有量が0.5%を超えると、却って靭性の劣化をきたし、更に、溶接熱影響部に硬化した組織を形成し靭性を劣化させるので、その含有量の上限は0.5%とする。Crの好ましい上限は0.3%である。なお、Crによる強度向上効果を安定的に発現させるためには、Crを0.05%以上含有させることが好ましい。
Cr: 0.5% or less Cr can be contained as necessary. When Cr is contained, the strength can be increased. However, if the content exceeds 0.5%, the toughness is deteriorated on the contrary, and further, a hardened structure is formed in the weld heat affected zone and the toughness is deteriorated. Therefore, the upper limit of the content is 0.5%. And A preferable upper limit of Cr is 0.3%. In order to stably develop the strength improvement effect by Cr, it is preferable to contain 0.05% or more of Cr.
Mo:0.5%以下
Moは、必要に応じて含有させることができる。Moを含有させると、焼入れ性を高め、強度を向上させることができる。しかしながら、Moの含有はコストアップ要因となり、また、その含有量が0.5%を超えると、却って溶接熱影響部の靭性を劣化させるので、その含有量の上限は0.5%とする。Moの好ましい上限は0.3%である。なお、Moによる焼入性と強度の向上効果を安定的に発現させるためには、Moを0.02%以上含有させることが好ましい。
Mo: 0.5% or less Mo can be contained as necessary. When Mo is contained, the hardenability can be improved and the strength can be improved. However, the content of Mo becomes a cost increase factor, and if the content exceeds 0.5%, the toughness of the weld heat affected zone is deteriorated, so the upper limit of the content is 0.5%. A preferable upper limit of Mo is 0.3%. In order to stably develop the hardenability and strength improvement effect of Mo, it is preferable to contain 0.02% or more of Mo.
V:0.06%以下
Vは、必要に応じて含有させることができる。Vを含有させると、焼入れ性の向上及び析出硬化による強度の向上に有効となる。しかしながら、Vの含有量が0.06%を超えると、却って靭性の著しい劣化をもたらすので、その含有量の上限は0.06%とする。なお、Vによる焼入性と強度の向上効果を安定的に発現させるためには、Vを0.01%以上含有させることが好ましい。
V: 0.06% or less V can be contained as necessary. Inclusion of V is effective for improving hardenability and improving strength by precipitation hardening. However, if the V content exceeds 0.06%, the toughness is significantly deteriorated. Therefore, the upper limit of the content is set to 0.06%. In order to stably exhibit the effect of improving the hardenability and strength by V, it is preferable to contain V by 0.01% or more.
B:0.005%以下
Bは、必要に応じて含有させることができる。Bを含有させると、オーステナイト粒界からのフェライト変態を抑制して焼入れ性を向上させ、強度を高めることができる。しかしながら、Bの含有量が0.005%を超えると靭性が劣化するので、その含有量の上限は0.005%とする。Bの好ましい上限は0.0015%である。なお、Bによる焼入性および強度の向上効果を安定的に発現させるためには、Bを0.0003%以上含有させることが好ましい。Bを含有させるときは、板厚中心部のフェライト量を確保するべく、炭素当量で示される焼き入れ性とのバランスを十分考慮することが重要となる。
B: 0.005% or less B can be contained if necessary. When B is contained, the ferrite transformation from the austenite grain boundary is suppressed, the hardenability is improved, and the strength can be increased. However, since the toughness deteriorates when the B content exceeds 0.005%, the upper limit of the content is set to 0.005%. A preferable upper limit of B is 0.0015%. In order to stably express the effect of improving hardenability and strength by B, it is preferable to contain B by 0.0003% or more. When B is contained, it is important to sufficiently consider the balance with the hardenability indicated by the carbon equivalent in order to ensure the ferrite content at the center of the plate thickness.
Ca:0.004%以下
Caは、必要に応じて含有させることができる。Caを含有させると、介在物の形態制御効果を有し、アレスト特性の向上に寄与する。しかしながら、その含有量が0.004%を超えると、鋼の清浄度自体を大きく低下させるので、その含有量の上限は0.004%とする。Caの好ましい上限は0.002%である。なお、Caによるこれらの効果を安定的に発現させるためには、Caを0.0003%以上含有させるのが好ましい
Ca: 0.004% or less Ca can be contained as necessary. When Ca is contained, it has an effect of controlling the shape of inclusions and contributes to improvement of arrest characteristics. However, if its content exceeds 0.004%, the cleanliness of the steel itself is greatly reduced, so the upper limit of its content is 0.004%. A preferable upper limit of Ca is 0.002%. In order to stably express these effects by Ca, it is preferable to contain 0.0003% or more of Ca.
Mg:0.002%以下
Mgは、必要に応じて含有させることができる。Mgを含有させると、微細酸化物の分散密度を増すことができ、溶接熱影響部の靭性が向上する。しかしながら、その含有量が0.002%を超えると、微細酸化物が得られないし、鋼の清浄度を大きく低下させるので、その含有量の上限は0.002%とする。Mgの好ましい上限は0.0015%である。なお、Mgによる微細酸化物の分散密度の向上効果を安定的に発現させるためには、Mgを0.0002%以上含有させることが好ましい。ここで、Mgを溶鋼中に含有させる工程は、Alを溶鋼中に含有させる前に行うのが好ましい。
Mg: 0.002% or less Mg can be contained as necessary. When Mg is contained, the dispersion density of the fine oxide can be increased, and the toughness of the weld heat affected zone is improved. However, if its content exceeds 0.002%, fine oxides cannot be obtained, and the cleanliness of the steel is greatly reduced, so the upper limit of its content is made 0.002%. A preferable upper limit of Mg is 0.0015%. In order to stably exhibit the effect of improving the fine oxide dispersion density by Mg, it is preferable to contain 0.0002% or more of Mg. Here, the step of containing Mg in the molten steel is preferably performed before Al is contained in the molten steel.
REM:0.002%以下
REM(希土類元素)は、必要に応じて含有させることができる。REMを含有させると、Mgと同様に、微細酸化物の分散密度を増すことができ、溶接熱影響部の靭性が向上する。さらに、過剰なSを硫化物として固定する効果も得られる。しかしながら、その含有量が0.002%を超えると、微細酸化物が得られないし、鋼の清浄度を大きく低下させるので、その含有量の上限は0.002%とする。REMの好ましい上限は0.0015%である。なお、REMによるこれらの効果を安定的に発現させるためには、REMを0.0002%以上含有させることが好ましい。ここで、REMを溶鋼中に含有させる工程は、Alを溶鋼中に含有させる前に行うのが好ましい。またREMとは、ランタニドの15元素にYおよびScを合わせた17元素を意味し、これらの元素のうちの1種または2種以上を含有させることができる。ミッシュメタルとして混合した状態で鋼中に含有させてもよい。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。
REM: 0.002% or less REM (rare earth element) can be contained as required. When REM is contained, like Mg, the dispersion density of the fine oxide can be increased, and the toughness of the weld heat affected zone is improved. Furthermore, the effect of fixing excess S as sulfides can also be obtained. However, if its content exceeds 0.002%, fine oxides cannot be obtained, and the cleanliness of the steel is greatly reduced, so the upper limit of its content is made 0.002%. A preferable upper limit of REM is 0.0015%. In addition, in order to stably express these effects by REM, it is preferable to contain REM 0.0002% or more. Here, the step of incorporating REM in the molten steel is preferably performed before Al is contained in the molten steel. In addition, REM means 17 elements in which Y and Sc are combined with 15 elements of lanthanide, and one or more of these elements can be contained. You may make it contain in steel in the state mixed as misch metal. Note that the content of REM means the total content of these elements.
B.鋼板のミクロ組織に関して
一般にパーライト組織やベイナイト組織は、細粒フェライト組織に比べて、母材や溶接部の靭性が低下する。したがって、フェライト組織を増加させる必要がある。フェライト組織を増加する手法としては、低温加熱によるγ粒界の増加や加工誘起によるフェライト生成範囲の拡大などを挙げることができる。本発明者らは、種々のフェライト率を有する鋼について試験をした結果、フェライト組織分率が90%以上の鋼は優れたアレスト特性を保有することが分かった。したがって、鋼中のフェライト組織分率は90%以上と規定する。また、パーライト組織も5%未満であれば靭性低下がほとんどないことが判明した。したがってパーライト組織分率は5%未満とする。
B. Regarding the microstructure of a steel sheet In general, the pearlite structure and the bainite structure have lower toughness of the base material and the welded part than the fine-grained ferrite structure. Therefore, it is necessary to increase the ferrite structure. Examples of methods for increasing the ferrite structure include an increase in γ grain boundaries due to low-temperature heating and an expansion of the ferrite generation range due to processing induction. As a result of testing on steels having various ferrite ratios, the present inventors have found that steels having a ferrite structure fraction of 90% or more possess excellent arrest properties. Therefore, the ferrite structure fraction in steel is defined as 90% or more. It was also found that if the pearlite structure was less than 5%, there was almost no decrease in toughness. Therefore, the pearlite structure fraction is less than 5%.
なお、組織分率は、光学顕微鏡のほかに、走査型電子顕微鏡及び加速電圧が100〜200kVの透過電子顕微鏡を用いた観察に基づいて評価すればよい。ここでは、組織分率を面積率により評価している。具体的には、これらの観察法によって観察した100視野について、各視野において全視野面積に対するフェライトの面積割合を算出したのち、100視野のフェライトの面積割合の平均値を求めればよい。 In addition to the optical microscope, the tissue fraction may be evaluated based on observation using a scanning electron microscope and a transmission electron microscope having an acceleration voltage of 100 to 200 kV. Here, the tissue fraction is evaluated by the area ratio. Specifically, for 100 visual fields observed by these observation methods, after calculating the area ratio of ferrite to the total visual field area in each visual field, an average value of the area ratio of ferrite of 100 visual fields may be obtained.
C.鋼板の平均結晶粒径に関して
高強度厚肉鋼板の靱性は、圧延後に得られる鋼板のフェライト組織分率を90%以上と規定することに加えて、平均結晶粒径を20μm以下とすることによって向上することが分かった。
C. Regarding the average crystal grain size of the steel sheet The toughness of the high-strength thick steel sheet is improved by setting the average crystal grain size to 20 μm or less in addition to defining the ferrite structure fraction of the steel sheet obtained after rolling as 90% or more. I found out that
なお、結晶粒径の測定は光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡で認められる粒界を基準として定量化した場合には、隣接する結晶粒の方位差が小さい場合などに破面単位との対応が悪く組織サイズを代表する数値となり得ない。したがって、本発明における「平均結晶粒径」とは、EBSPにより評価した場合の方位差15°以上の組織境界で囲まれる部分の結晶粒径を意味する。すなわち、EBSP(Electron Backscatter Diffraction Pattern:電子線後方散乱パターン)法を用いて、倍率300倍で5視野以上の観察を行い、15°以上の方位差を有する組織境界を粒界とみなし、ひとつの結晶内部の面積を求め、その面積を円相当径に換算したものを平均結晶粒径として評価すればよい。 In addition, when measuring the crystal grain size based on the grain boundary recognized by an optical microscope or scanning electron microscope, the correspondence with the fracture surface unit is poor when the orientation difference between adjacent crystal grains is small. It cannot be a number that represents the organization size. Therefore, the “average crystal grain size” in the present invention means a crystal grain size of a portion surrounded by a structure boundary having an orientation difference of 15 ° or more when evaluated by EBSP. That is, by using EBSP (Electron Backscatter Diffraction Pattern) method, observation of 5 fields or more is performed at a magnification of 300 times, a structure boundary having an orientation difference of 15 ° or more is regarded as a grain boundary, What is necessary is just to obtain | require the area which calculated | required the area inside a crystal | crystallization, and converted the area into the equivalent circle diameter as an average crystal grain diameter.
表1に示す化学組成を有する鋼種からなる厚さ250mmのスラブを準備し、TMCP法により鋼板を製造した。 A slab having a thickness of 250 mm made of a steel type having the chemical composition shown in Table 1 was prepared, and a steel plate was produced by the TMCP method.
TMCP法の条件は、表2に記載したとおりである。すなわち、加熱、圧延、水冷を行って、厚みtが16mmの鋼板を得た。 The conditions of the TMCP method are as described in Table 2. That is, heating, rolling, and water cooling were performed to obtain a steel plate having a thickness t of 16 mm.
得られた鋼板から、試片を採取し、そのフェライト組織分率(%)およびパーライト組織分率(%)並びにフェライト平均粒径(μm)およびパーライト平均粒径(μm)を、前述の測定方法に基づいて測定した。 Specimens are collected from the obtained steel sheet, and the ferrite structure fraction (%), pearlite structure fraction (%), ferrite average particle diameter (μm) and pearlite average particle diameter (μm) are measured by the above-described measuring method. Measured based on
得られた鋼板の強度特性の評価として、引張強度TS(MPa)および降伏強度YS(MPa)を測定するために、JIS Z2201に記載の試験方法に準じて、引張試験のための試片を採取した。採取位置は、板厚tの(1/4)t位置でかつC方向(圧延方向と直角)とした。なお、降伏点は10N/(mm・s)の試験速度として下降伏点を求め、明確な降伏点が現れない場合は0.2%耐力とした。強度の目標値は、引張強度TSで490MPa以上とした。 In order to measure the tensile strength TS (MPa) and the yield strength YS (MPa) as an evaluation of the strength characteristics of the obtained steel sheet, a specimen for a tensile test was taken according to the test method described in JIS Z2201. did. The sampling position was the (1/4) t position of the sheet thickness t and the C direction (perpendicular to the rolling direction). The yield point was determined as a test speed of 10 N / (mm · s), and the yield point was 0.2% proof stress when no clear yield point appeared. The target value for strength was 490 MPa or more in terms of tensile strength TS.
また、得られた鋼板のアレスト特性の評価方法として、シャルピー衝撃試験およびNRL落重試験を実施した。シャルピー試験はJIS Z2242に記載の試験方法に準じて2mmVノッチ試験片を採取し、試験に供した。シャルピー衝撃試験は、破面遷移温度(vTrs)が−80℃以下のものを合格と判定した。NRL落重試験はASTM E208に記載の試験方法でP-2試験片を用いて実施し、NDT温度(Nil-Ductility-Transition Temperature:NDTT)が−90℃以下となるものを合格と判定した。 In addition, a Charpy impact test and an NRL drop weight test were performed as methods for evaluating the arrest properties of the obtained steel sheet. In the Charpy test, a 2 mmV notch test piece was collected according to the test method described in JIS Z2242, and used for the test. In the Charpy impact test, a specimen having a fracture surface transition temperature (vTrs) of −80 ° C. or lower was determined to be acceptable. The NRL drop weight test was performed using a P-2 test piece according to the test method described in ASTM E208, and an NDT temperature (Nil-Ductility-Transition Temperature: NDTT) of −90 ° C. or less was determined to be acceptable.
以上の調査結果を、まとめて表3に示した。 The above survey results are summarized in Table 3.
表3に示す特性評価結果からわかるように、化学組成が本発明で規定する範囲内にあり、かつ、フェライト組織分率とパーライト組織分率並びにフェライト平均粒径およびパーライト平均粒径(μm)が本発明で規定する範囲内にある鋼種、すなわち、鋼No.1、2、3、6、7、9、12および13の鋼種の鋼板はいずれも、LPG用鋼板として必要な強度特性とアレスト特性を満足している。 As can be seen from the characteristic evaluation results shown in Table 3, the chemical composition is within the range specified in the present invention, and the ferrite structure fraction, the pearlite structure fraction, the ferrite average particle diameter and the pearlite average particle diameter (μm) are The steel grades within the range defined in the present invention, that is, the steel Nos. 1, 2, 3, 6, 7, 9, 12, and 13 are all required strength properties and arrest properties as steel plates for LPG. Is satisfied.
これに対して、鋼No.4はNbの含有量の規定の範囲外にある。よって組織微細化が不十分で靭性が劣化した。また、強度も劣化した。 On the other hand, steel No. 4 is outside the range of Nb content. Therefore, the structure refinement was insufficient and the toughness deteriorated. In addition, the strength deteriorated.
鋼No.5および8はCの含有量の規定の範囲外にある。よって、フェライト組織分率、パーライト分率、フェライト粒径、パーライト粒径のいずれもが規定に達せず、その結果、靭性が不足している。 Steel Nos. 5 and 8 are outside the specified range of the C content. Accordingly, none of the ferrite structure fraction, the pearlite fraction, the ferrite particle size, and the pearlite particle size reach the standard, and as a result, the toughness is insufficient.
鋼No.10および11はその組成は本発明の規定の範囲内にあるものの、フェライト組織分率、パーライト分率、フェライト粒径、パーライト粒径のうちのいずれかが規定に達せず、その結果、靭性が不足している。ここで、鋼No. 10は圧延仕上温度が高すぎるため、ベイナイト主体の組織となったものであり、そして、鋼No.11は加熱温度が高すぎるため、加熱中に結晶粒径が粗大化し靭性が劣化したものである。 Steel Nos. 10 and 11 have compositions within the specified range of the present invention, but any one of ferrite structure fraction, pearlite fraction, ferrite particle size, and pearlite particle size does not reach the specified value. , Lack of toughness. Here, Steel No. 10 has a bainite-based structure because the rolling finishing temperature is too high, and Steel No. 11 has a too high heating temperature, so that the crystal grain size becomes coarse during heating. The toughness is deteriorated.
以上のとおり、本発明にかかる鋼板は、アレスト特性だけでなく高強度を有しかつ低温靱性にも優れているので、LPGタンク用鋼板として好適である。 As described above, the steel sheet according to the present invention is suitable as a steel sheet for an LPG tank because it has not only arrest properties but also high strength and excellent low-temperature toughness.
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