JP6582590B2 - Lpg貯蔵タンク用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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C:0.02〜0.08%、
Si:0.01〜0.3%、
Mn:1.2〜2.0%、
P:0.015%以下、
S:0.05%以下、
Cr:0.5〜1.5%、
Mo:0.3〜1.0%、
Ni:0.03%以下、
Cu:0.2%以下、
Nb:0.01〜0.03%、
Al:0.03〜0.08%、
Ti:0.005〜0.02%、
B:0.0005〜0.003%、
N:0.005%以下、
O:0.003%以下、
V:0〜0.1%、
Ca:0〜0.005%、
Mg:0〜0.005%、
残部:Feおよび不純物であり、
金属組織が、面積分率で、ベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトの合計が95%以上である混合組織であり、
厚さをtとするとき、1/4t位置および1/2t位置において、旧オーステナイト粒径のアスペクト比(圧延方向/厚さ方向)が3以上であり、かつ
厚さ方向の大傾角粒径の平均値が30μm以下である、
引張強さが780MPa以上であり、かつ厚さが10mm以上40mm未満であるLPG貯蔵タンク用鋼板。
V:0.01〜0.1%を含有する、
上記(1)のLPG貯蔵タンク用鋼板。
Ca:0.0005〜0.005%および/または
Mg:0.0005〜0.005%を含有する、
上記(1)または(2)のLPG貯蔵タンク用鋼板。
前記スラブを、850℃以上の温度域で、前記スラブの厚さに対する累積圧下率が50%以上となる熱間圧延を施して中間鋼板を得る工程と、
前記中間鋼板を、850℃以下750℃以上の温度域で、前記中間鋼板の厚さに対する累積圧下率が50%以上となる熱間圧延を施して鋼板を得る工程と、
前記鋼板を、730℃以上の温度域から500℃以下の温度域まで、前記鋼板の厚さをtとするときの1/4t位置における冷却速度が、下記式で表わされるVc(℃/s)以上の冷却速度となる条件で冷却する工程と、
前記冷却した鋼板に、650℃以下の温度域で焼戻し処理を施す工程と、を備える、
引張強さが780MPa以上であり、かつ厚さが10mm以上40mm未満のLPG貯蔵タンク用鋼板の製造方法。
C:0.02〜0.08%
Cは、鋼材の強度上昇に極めて有効な元素である。よって、0.02%以上含有させる。一方、過剰に含有させると、溶接継手部の硬度が高くなり靭性の劣化が生じる。このため、C含有量は0.02〜0.08%とする。好ましい下限は0.03%であり、好ましい上限は0.05%である。
Siは、鋼材の強度上昇に有効である。よって、0.01%以上含有させる。しかし、過剰に含有させると、溶接熱影響部の異常硬化および継手靱性の低下につながる。このため、Si含有量は0.01〜0.3%とする。好ましい下限は0.05%であり、好ましい上限は0.2%である。
Mnは、母材強度、溶接部の靱性を確保する上で重要な元素である。1.2%未満では焼入れ性が不十分となり必要な強度、靱性を得ることができない。一方、過剰に含有させると、靱性劣化とHAZ硬度の上昇を招く。このため、Mn含有量は1.2〜2.0%とする。好ましい下限は1.4%であり、好ましい上限は1.8%である。
Pは、鋼中に混入する不純物であり、鋼材の機械的特性、特に低温靭性を低下させるため、その含有量は、できるだけ低減させることが望ましい。その含有量が過剰な場合には、HAZにおける粒界破壊を助長するため、0.015%以下とする。P含有量は0.010%以下とすることが好ましい。
Sは、鋼中に混入する不純物であり、鋼中で形成されるMnS系介在物は熱間圧延により進展され割れの起点となるため、その含有量は、できるだけ低減させることが望ましい。よって、S含有量は0.05%以下とする。S含有量は0.03%以下とすることが好ましい。
Crは、焼入性を向上させ、母材強度、溶接部の靱性の改善に大きく寄与する。0.5%未満ではそれらの効果が得られず、また過剰に含有させると、HAZの靱性が劣化する。したがって、Cr含有量は0.5〜1.5%とする。好ましい下限は0.7%であり、好ましい上限は1.2%である。
Moは、焼入性を向上させ、母材強度、溶接部の靱性の改善に大きく寄与する。0.3%未満ではそれらの効果が得られず、また過剰に含有させるとHAZの靱性が劣化する。したがって、Mo含有量は0.3〜1.0%とする。好ましい下限は0.4%であり、好ましい上限は0.8%である。
Niは、鋼中に混入する不純物であり、鋼中に含まれると耐SSC性を低下させるため、その含有量は、できるだけ低減させることが望ましい。その含有量が過剰な場合には、耐SSC性が著しく低下するため、0.03%以下とする。Ni含有量は0.01%以下とすることが好ましい。
Cuは、鋼中に混入する不純物であり、鋼中に含まれると、Cuチェッキング現象により高温割れが生じる懸念があるため、その含有量は、できるだけ低減させることが望ましい。その含有量が過剰な場合には、高温割れが著しく起こりやすくなるため、0.2%以下とする。Cu含有量は0.05%以下とすることが好ましい。
Nbは、スラブ加熱時に結晶粒の粗大化を抑制する効果があるほか、焼入れ時にも同様の効果を発揮し組織の微細化に有効である。さらに、焼戻し時に粒内にNb(C,N)として析出し、降伏強度向上に寄与する働きを有する。この効果を得るために0.01%以上の含有が必要である。一方、その含有量が過剰な場合には、析出物の粗大化が顕著になり靱性を低下させる。したがって、Nb含有量は0.01〜0.03%とする。好ましい下限は0.012%であり、好ましい上限は0.025%である。
Alは、脱酸作用を有し、また焼入れ時にAlNとしてオーステナイト粒界の移動を「ピン止め」する、いわゆるピンニング効果を発揮し、オーステナイト粒の粗大化を防止する作用を有する。さらに、HAZ靱性に有害なNをAlNとして固定するので、オーステナイト粒界に有効Bを偏析させることができ、Bがフェライト生成を抑制し、焼入れ性を改善する効果を促進する働きをする。これらの効果を得るには0.03%以上のAlを含有させる必要がある。一方、その含有量が過剰な場合、介在物の増加を増加させ、靱性を劣化させる。したがって、Al含有量は0.03〜0.08%とする。好ましい下限は0.04%であり、好ましい上限は0.07%である。
Tiは、微細なTiNとなってNを固定し、加熱時のピンニング効果を発揮し、オーステナイト粒の成長を抑制するばかりでなく、B添加時には有効Bのオーステナイト粒界への偏析を助けて焼入れ性を高める効果を合わせ持つため含有させる。0.005%未満の添加ではこの効果が得られない。一方、その含有量が過剰な場合、TiNの粗大化が顕著化し靱性を低下させる。したがって、Ti含有量は0.005〜0.02%とした。好ましい下限は0.008%であり、好ましい上限は0.018%である。
Bは、オーステナイト粒界に偏析しフェライトの生成を抑制することによって焼入れ性を著しく向上させる元素であり、この効果を得るために、0.0005%以上含有させる。一方、過剰に含有させると、靱性が劣化する。したがって、B含有量は0.0005〜0.003%とした。好ましい下限は0.0008%であり、好ましい上限は0.002%である。
Nは、鋼中に混入する不純物である。N含有量が0.005%を超えると、固溶Nの増加により母材、HAZ靭性の劣化を招く。したがって、N含有量は0.005%以下とした。
Oも、鋼中に混入する不純物である。O含有量が増すと鋼中の非金属介在物が増し、低温靱性と耐SSC性を損なう。これを回避するためにO含有量は0.003%以下とする。
Vは、鋼の焼入れ性向上効果があり、さらに焼戻し処理時の析出効果により鋼板の強度を高めることもできるので、含有させてもよい。しかしながら、その含有量が過剰な場合、効果が飽和してコストが嵩む上、靭性をも著しく低下する。このため、Vを含有させるときは、0.1%以下とする。なお、上記の効果を得るには、Vを0.01%以上含有させることが好ましい。好ましい上限は0.08%である。
Caは、非金属介在物が球状化し、低温靱性を向上させることができるので、含有させてもよい。しかしながら、その含有量が過剰な場合、CaO、CaS等の介在物が多量に生成して鋼の靱性を損なううえ、湿潤硫化水素環境下で鋼中の水素が介在物周辺に集積し易くなり、耐SSC性が劣化する。このため、Caを含有させるときは、0.005%以下とする。なお、上記の効果を得るには、Caを0.0005%以上含有させることが好ましい。好ましい上限は0.004%である。
Mgは、非金属介在物が球状化し、低温靱性を向上させることができるので、含有させてもよい。しかしながら、Mg含有量が0.005%を超えると、MgO、MgS等の介在物が多量に生成して鋼の靱性を損なううえ、湿潤硫化水素環境下で鋼中の水素が介在物周辺に集積し易くなり、耐SSC性が劣化する。このため、Mgを含有させるときは、0.005%以下とする。なお、上記の効果を得るには、Mgを0.0005%以上含有させることが好ましい。好ましい上限は0.004%である。
不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料その他の要因により混入する成分を意味する。
(B−1)混合組織の面積分率について
鋼板の引張強さを780MPa以上とするためには、金属組織を実質的にベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトの混合組織とする必要がある。より具体的には、鋼板の金属組織におけるベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトの合計が95%以上である混合組織とする。上記混合組織以外の金属組織は、例えば、フェライト、パーライト、セメンタイト、島状マルテンサイトなどからなる組織である。鋼板の金属組織は、ベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトの合計が97%以上である混合組織とするのが好ましく、98%以上である混合組織とするのがより好ましい。
LPG貯蔵タンク用鋼板には、高強度化が求められる一方、十分な破壊安全性の確保も必要となり、組織制御が重要となる。ここで、板厚が40mm以上であるような厚手の鋼板の場合、表層部、具体的には、1/4t位置(t:鋼板の厚さ、以下同じ。)での組織制御が行われることが主流である。これは、厚手の鋼板であれば、その厚さゆえに、深部の組織制御まで考慮しなくてもよく、表層部における組織を制御すれば十分であると考えられているからである。しかしながら、板厚が40mm未満の薄手の厚鋼板では、そのような厚さのメリットが活かされず、1/4t位置での組織制御のみならず、1/2t位置での組織制御も重要となる。
(B−3)大傾角粒径について
(C−1)スラブの形状について
前記Aの項で説明した化学組成を有するスラブを用意する。ここで、「スラブ」とは、鋼塊、ブルーム、ビレット等の総称である。スラブの厚さは問わないが、鋼板を製造する際、温度制御しながら、圧下を行うため、少なくとも仕上げ厚の3倍以上の厚さを有するスラブを用いるのがよい。好ましくは、仕上げ厚の5倍以上の厚さのスラブを用いることが好ましい。また、鋼板の製造効率の観点から、スラブの厚さは仕上げ厚の10倍以下であることが好ましい。スラブはインゴット法により製造してもよいが、コスト低減の観点からは、連続鋳造法によりスラブを製造することが好ましい。
スラブの加熱は、鋳造時に析出したNb、Ti、B等の粗大介在物を固溶させて、微細結晶温度域を拡大させるために行う。このため、加熱温度の下限は1050℃とする。好ましい下限は1080℃である。一方、加熱温度が高すぎると、旧オーステナイトの粗粒化を招き、靭性が低下する。このため、加熱温度の上限を1200℃とする。好ましい上限は1160℃である。
高い強度と靭性とを両立するためには、圧延における鋼板組織の細粒化が重要となる。本発明では、再結晶域での制御圧延および未再結晶域での制御圧延により、鋼板組織を細粒化し、靭性向上を図る。
焼入れ工程では、いわゆる直接焼入れを行い、鋼板に焼きを入れる。すなわち、前工程である圧延工程を750℃以上で終了させ、そのまま730℃以上の温度域から冷却を行う。焼入れ性を確保するため、高温度域から焼入れを行うことが好ましく、焼入れは740℃以上の温度域から行うことが好ましく、750℃以上の温度域から行うことがより好ましい。
焼戻し処理は、焼入れ処理によって導入された歪を除去し、かつ炭化物を微細に析出させることにより強度と靱性のバランスを改善するために施す。靭性確保の観点から、焼戻し処理は650℃以下の温度域で行う。下限は定めないが、500℃以上の温度域で行うことが好ましい。
鋼板の旧オーステナイト粒のアスペクト比、ミクロ組織の測定は、1/2t位置および1/4t位置のL方向ミクロ組織について、x100の写真を5枚撮影し、その平均値より算出した。また、大傾角粒径は、高分解能電界放出型走査顕微鏡(FE−SEM)を用いて、鋼板の圧延方向に平行な断面について、1/2t位置および1/4t位置をEBSP(Electron Back Scattering Pattern)法を用いて結晶方位解析して大傾角粒を特定し、画像処理により大傾角粒界で囲まれる領域の円相当径を求めた。
各鋼板から、圧延方向に垂直な方向からJIS Z 2241:2011に規定される4号引張試験片を採取し、引張試験をおこなって母材強度を測定し、目標である引張強さ(TS)が780MPa以上である場合を良好と判断した。なお、YSについては680MPa以上であるのが望ましい。
各鋼板から、圧延方向に平行にJIS Z 2242:2011に規定されるシャルピー衝撃試験片を板厚1/2tより切出し、衝撃試験をおこなって−60℃における吸収エネルギーvE−60(J)を測定し、vE−60が100J以上である場合を鋼板の靱性(以下、「母材靱性」と略記する)が良好と判断した。
各鋼板から長さ600mm、幅300mmの溶接試験片を切り出し、その端部をX型開先に加工し、入熱量が3.0kJ/mmのサブマージアーク溶接をおこなって溶接継手部を作製した。各溶接継手部からノッチ中心位置がフユージョンラインに一致するように1/4t位置からシャルピー衝撃試験片を採取した。この試験片を用いて、シャルピー衝撃試験を行い、溶接継手部の低温靱性、つまり、低温継手靱性を評価した。vE−60が47J以上である場合を良好であるものとした。
Claims (4)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.02〜0.08%、
Si:0.01〜0.3%、
Mn:1.2〜2.0%、
P:0.015%以下、
S:0.05%以下、
Cr:0.5〜1.5%、
Mo:0.3〜1.0%、
Ni:0.03%以下、
Cu:0.2%以下、
Nb:0.01〜0.03%、
Al:0.03〜0.08%、
Ti:0.005〜0.02%、
B:0.0005〜0.003%、
N:0.005%以下、
O:0.003%以下、
V:0〜0.1%、
Ca:0〜0.005%、
Mg:0〜0.005%、
残部:Feおよび不純物であり、
金属組織が、面積分率で、ベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトの合計が95%以上である混合組織であり、
厚さをtとするとき、1/4t位置および1/2t位置において、旧オーステナイト粒径のアスペクト比(圧延方向/厚さ方向)が3以上であり、かつ
厚さ方向の大傾角粒径の平均値が30μm以下である、
引張強さが780MPa以上であり、かつ厚さが10mm以上40mm未満であるLPG貯蔵タンク用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
V:0.01〜0.1%を含有する、
請求項1に記載のLPG貯蔵タンク用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0005〜0.005%および/または
Mg:0.0005〜0.005%を含有する、
請求項1または2に記載のLPG貯蔵タンク用鋼板。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の化学組成を備えたスラブを1000〜1200℃に加熱する工程と、
前記スラブを、850℃以上の温度域で、前記スラブの厚さに対する累積圧下率が50%以上となる熱間圧延を施して中間鋼板を得る工程と、
前記中間鋼板を、850℃以下750℃以上の温度域で、前記中間鋼板の厚さに対する累積圧下率が50%以上となる熱間圧延を施して鋼板を得る工程と、
前記鋼板を、730℃以上の温度域から500℃以下の温度域まで、前記鋼板の厚さをtとするときの1/4t位置における冷却速度が、下記式で表わされるVc(℃/s)以上の冷却速度となる条件で冷却する工程と、
前記冷却した鋼板に、650℃以下の温度域で焼戻し処理を施す工程と、を備える、
金属組織が、面積分率で、ベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトの合計が95%以上である混合組織であり、
厚さをtとするとき、1/4t位置および1/2t位置において、旧オーステナイト粒径のアスペクト比(圧延方向/厚さ方向)が3以上であり、かつ
厚さ方向の大傾角粒径の平均値が30μm以下である、
引張強さが780MPa以上であり、かつ厚さが10mm以上40mm未満のLPG貯蔵タンク用鋼板の製造方法。
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