JP6700400B2 - Ｐｗｈｔ抵抗性に優れた低温圧力容器用鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温圧力容器用鋼板及びその製造方法に係り、より詳しくは、ＰＷＨＴ抵抗性及び低温靭性に優れ、引張強度６００ＭＰａ以上の低温用圧力容器、船舶、貯蔵タンク、構造用鋼などに使用されるＰＷＨＴ抵抗性及び低温靭性に優れた低温用圧力容器用鋼板及びその製造方法に関する。
低温用高強度厚板鋼材としては、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）、マルテンサイト（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）組織、ベイナイト組織からなる混合組織のもの、或いは、ベイナイト、フェライト主体のほぼ単相組織に近いものなどが広く知られている。
施工の際、それ自体が構造材として利用される必要があるため、高強度であることが要求される。一方、かかる高強度構造用鋼材には、優れたＰＷＨＴ抵抗性が求められる。通常のＮＯＭＡＬＩＺＩＮＧ処理により製造された高強度熱延鋼材は、フェライトとパーライトの混合組織を有する。ところで、このような組織を有する鋼材に対して、後続する工程でＰＷＨＴ処理を行うと、粒界に沿って炭化物が形成され、これにより、鋼材の強度と靭性が低下し、ＰＷＨＴで要求される物性を保証できなくなるという問題がある。これに対する従来技術の一例としては、大韓民国特開２０１２−００１１２８９号公報に記載された発明が挙げられる。
上記特許公開公報によると、質量％で、Ｃ：０．０８〜０．１５％、Ｓｉ：０．２〜０．３％、Ｍｎ：０．５〜１．２％、Ｐ：０．０１〜０．０２％、Ｓ：０．００４〜０．００６％、Ｔｉ：０％超過〜０．０１％以下、Ｍｏ：０．０５〜０．１％、Ｎｉ：３．０〜５．０％、残部Ｆｅ及びその他の不可避不純物からなることを特徴とする５００ＭＰａ以上のＬＰＧ用高強度鋼材が提示されており、その鋼組成成分においてＮｉとＭｏを添加することを特徴としている。
ところで、上記公開公報に記載された発明は、通常のＮＯＭＡＬＩＺＩＮＧにより製造された鋼材であるため、Ｎｉなどを添加しても、ＰＷＨＴ処理後の鋼材の強度と靭性の低下を避けることができないという問題がある。
そのため、低温用圧力容器、船舶、貯蔵タンク、構造用鋼などに使用される高強度厚鋼板において、長時間のＰＷＨＴ抵抗性に優れた高強度鋼材の開発に対する要求が高まっている。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、鋼組成、冷却、及び熱処理工程を制御して、微細組織を焼戻しベイナイトと焼戻しマルテンサイトの混合組織とすることで、長時間のＰＷＨＴ抵抗性に優れた高強度低温用圧力容器鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
しかし、本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、以下の記載から当業者に明確に理解される。
上記目的を達成すべく、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１７％、Ｓｉ：０．１５〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜０．７％、Ｐ：０．０１２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｗ：０．０３〜０．２５％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、微細組織が２５〜８０面積％の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなるＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板を提供する。
上記鋼板は、５８０〜６４０℃の区間で最大２０時間のＰＷＨＴを行っても、引張強度を６００ＭＰａ以上に維持することができる。
上記鋼板は、５８０〜６４０℃の区間で最大２０時間のＰＷＨＴを行っても、−１１０℃でのシャルピー衝撃エネルギー値が２００Ｊ以上を有することができる。
また、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１７％、Ｓｉ：０．１５〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜０．７％、Ｐ：０．０１２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｗ：０．０３〜０．２５％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼スラブを１０５０〜１２５０℃で再加熱する工程と、上記再加熱された鋼スラブを熱間圧延し、８００℃以上の温度で圧延を終了して熱延鋼板を得る熱間圧延工程と、上記熱延鋼板を８００〜９５０℃で加熱した後、２．５〜３０℃／ｓｅｃの冷却速度で水冷する工程と、上記水冷された鋼板を、５５０〜６６０℃で｛１．５×ｔ＋（１０〜３０）｝分間［ここで、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）を意味する。］焼戻し処理を行う工程と、を含むＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板の製造方法を提供する。
本発明では、上記焼戻し工程の後に、５８０〜６４０℃の区間で最大２０時間のＰＷＨＴを行う工程をさらに含む。
上記焼戻し工程で得られた鋼微細組織は、２５〜８０面積分率（％）の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなる。
上述したような構成の本発明によれば、引張強度６００ＭＰａ以上を満たし、且つ−１１０℃程度の低温で安定して使用できるＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板を効果的に提供することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
先ず、本発明のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板について説明する。
本発明の鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１７％、Ｓｉ：０．１５〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜０．７％、Ｐ：０．０１２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｗ：０．０３〜０．２５％、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなり、その具体的な鋼組成成分及びその成分の制限理由は以下の通りである。
本発明において、Ｃは、０．０７〜０．１７％に限定することが好ましい。上記含量が０．０７％未満であると、基地自体の強度が低下し、０．１７％を超えると、鋼板の溶接性を著しく低下させるためである。
Ｓｉは、脱酸効果、固溶強化効果、及び衝撃遷移温度の上昇効果のために添加される成分であり、このような添加効果を得るためには、０．１５％以上添加することが好ましい。しかし、０．４０％を超えて添加すると、溶接性が低下し、鋼板表面に酸化被膜が過剰に形成されるため、その含量を０．１５〜０．４０％に制限することが好ましい。
Ｍｎは、Ｓとともに延伸された非金属介在物であるＭｎＳを形成して常温伸び及び低温靭性を低下させるため、０．７％以下に管理することが好ましい。しかし、本発明の成分特性上、Ｍｎが０．３％未満であると、適切な強度を確保することが困難であるため、Ｍｎの添加量は０．３〜０．７％に制限することが好ましい。
Ｐは、低温靭性を阻害する元素であり、できるだけその含量を抑制することが好ましいが、製鋼工程で除去するのに多くの費用がかかるため、０．０１２％以下の範囲内で管理することが望ましい。
Ｓも、Ｐとともに低温靭性に悪影響を与える元素であるが、Ｐと同様に、製鋼工程で除去するのに多くの費用がかかるため、０．０１５％以下の範囲内で管理することが好適である。
Ｎｉは、低温靭性の向上に最も効果的な元素である。しかし、その添加量が３．０％未満であると、低温靭性を低下させ、４．０％を超えると、製造コストの上昇を招くため、３．０〜４．０％の範囲内で添加することが好ましい。
本発明において、Ｗは、オーステナイトに固溶されてオーステナイトの硬化能を増大させ、基地（Ｍａｔｒｉｘ）と整合する炭化物（Ｗ２Ｃ）として析出することで、鋼の強度を増加させる重要な元素である。その添加量が０．０３％未満であると、その効果が得られず、０．２５％を超えると、連続鋳造過程で粗大な析出物として現われ、低温靭性を阻害する原因となるため、０．０３〜０．２５％に制限することが好ましい。
一方、本発明の鋼板は、その微細組織が２５〜８０面積％の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなっている。若し、焼戻しベイナイト分率が２５％未満であると、焼戻しマルテンサイトの量が過大となり、鋼板の低温靭性が劣化する恐れがある。一方、８０％を超えると、目標とする鋼板の強度が得られない可能性がある。
より好ましくは、３０〜７０面積分率（％）の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなることである。
上述したような鋼組成成分と微細組織を有する鋼板は、５８０〜６４０℃の区間で最大２０時間のＰＷＨＴを行っても、引張強度を６００ＭＰａ以上に維持することができ効果的であり、さらに、優れた低温靭性を有する。
次に、本発明のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板の製造方法について説明する。
本発明に係る鋼板の製造方法は、上述したような鋼組成成分を有する鋼スラブを１０５０〜１２５０℃で再加熱する工程と、上記再加熱された鋼スラブを熱間圧延し、８００℃以上の温度で圧延を終了して熱延鋼板を得る熱間圧延工程と、上記熱間圧延された鋼板を８００〜９５０℃で加熱した後、２．５〜３０℃／ｓｅｃの冷却速度で水冷する工程と、上記水冷された鋼材を、５５０〜６６０℃で｛１．５×ｔ＋（１０〜３０）｝分間［ここで、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）を意味する。］焼戻し処理を行う工程と、を含む。
先ず、本発明では、上記鋼組成成分を有する鋼スラブを１０５０〜１２５０℃で再加熱する。再加熱温度が１０５０℃より低いと、溶質原子の固溶が困難であり、再加熱温度が１２５０℃を超えると、オーステナイト結晶粒径が過度に粗大となり、鋼板の物性を低下させるためである。
次いで、本発明では、上記再加熱された鋼スラブを熱間圧延する。具体的には、本発明では、上記再加熱された鋼スラブを熱間圧延し、８００℃以上の温度で圧延を終了する。上記熱間圧延温度が８００℃未満であると、圧延時に熱間変形抵抗が増大し、圧延機の負荷をもたらす恐れがある。
上記熱間圧延時のパス当たりの圧下率は、５〜３０％が好ましい。
また、本発明では、上記熱間圧延された鋼板を８００〜９５０℃で加熱した後、２．５〜３０℃／ｓｅｃの冷却速度で水冷する。
上記加熱温度が８００℃未満であると、合金成分の十分な固溶が困難であり、９５０℃を超えると、結晶粒が粗大化するため、靭性を阻害する恐れがある。
また、上記冷却速度が２．５℃／ｓｅｃ未満であると、マルテンサイト組織が得られず、冷却速度が３０℃／ｓｅｃを超えると、冷却水が多量に必要となり、追加的な冷却設備が求められる経済的負担があるため、冷却速度は２．５〜３０℃／ｓｅｃに限定することが好ましい。
次いで、本発明では、上記水冷された鋼板に焼戻し処理を行う。
具体的には、本発明では、上記水冷された鋼板を、５５０〜６６０℃で｛１．５×ｔ＋（１０〜３０）｝分間［ここで、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）を意味する。］焼戻しを行う。上記焼戻し温度が５５０℃未満であると、強度の超過によって靭性が低下することがあり、６６０℃を超えると、強度が過度に低下する恐れがある。
また、本発明では、焼戻し時間を｛１．５×ｔ＋（１０〜３０）｝分間［ここで、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）を意味する。］行うが、その具体的な制限理由は以下の通りである。
即ち、焼戻し時間が上記基準より短いと、焼戻しマルテンサイト組織を得ることが困難であり、一方、準時間を超えて焼戻しを行う場合は、全体的な生産性を低下させるためである。
上述したような条件の焼戻し熱処理により、２５〜８０面積％の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなる鋼微細組織を得ることができる。
より好ましくは、３０〜７０面積分率（％）の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなることである。
続いて、本発明では、上記焼戻し処理された鋼板に対して、圧力容器製造用の溶接後における溶接部の応力を除去するために、ＰＷＨＴ熱処理を行う。即ち、５８０〜６４０℃の区間で最大２０時間のＰＷＨＴを行う工程をさらに含む。
ＰＷＨＴ温度が５８０℃より低いと、溶接部などでの残留応力を除去することが困難となり、６４０℃を超えると、鋼材の強度を著しく低下させるためである。また、上記ＰＷＨＴ時間が２０時間を超えると、強度が過度に低下する恐れがある。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
下記表１に示す組成成分を有する鋼スラブをそれぞれ用意した後、これら鋼スラブを１１００℃で再加熱した。次いで、上記再加熱された鋼スラブをパス当たりに１５％の圧下率で熱間圧延し、９００℃で熱間圧延を終了して所定の厚さを有する熱間圧延鋼板を製造した。
上記熱間圧延鋼板に対して、下記表２に示す条件にてオーステナイト化温度で加熱及び水冷を行い、次いで、下記表２に記載の温度及び時間で焼戻し処理を行った。そして、上記焼戻し処理された鋼板に対しては、下記表２に記載の条件によりさらにＰＷＨＴ処理を行った。
上記のようにＰＷＨＴ処理された鋼板に対して、降伏強度、引張強度、及び低温靭性を評価し、その結果を下記表２に示した。一方、下記表２において、低温靭性は、−１１０℃でＶノッチを有するする試片に対しシャルピー衝撃試験を行って得たシャルピー衝撃エネルギー値で評価した結果である。
上記表１及び２から分かるように、鋼組成成分及び製造工程条件が本発明の範囲を満たす発明例１〜６では、焼戻し処理後に、面積分率で２５〜８０％の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイト組織が得られ、後続するＰＷＨＴ後における降伏強度及び引張強度が、比較例に比べてそれぞれ約１００ＭＰａ及び８０ＭＰａ程度高く、−１１０℃低温靭性も７０Ｊ以上高い結果であった。
一方、比較鋼ｄはＷを含有しないため、鋼の強度が相対的に低く現れた。比較例１及び２では、水冷を行うことなく空冷したため、焼戻しベイナイトが生成されず、後続するＰＷＨＴ後における降伏強度及び引張強度が発明例に比べて低く現れ、−１１０℃低温靭性も低い数値であった。
Claims (10)
- 質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１７％、Ｓｉ：０．１５〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜０ ．７％、Ｐ：０．０１２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｗ： ０．０３〜０．２５％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、鋼微細組織が２５〜８０面積％の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなることを特徴とするＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板。
- 前記鋼板は、５８０〜６４０℃の区間で最大２０時間のＰＷＨＴを行っても、引張強度を６００ＭＰａ以上に維持することを特徴とする請求項１に記載のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板。
- 前記鋼微細組織は、３０〜７０面積％の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなるものであることを特徴とする請求項１に記載のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板。
- 前記鋼板は、５８０〜６４０℃の区間で最大２０時間のＰＷＨＴを行っても、−１１０℃でのシャルピー衝撃エネルギー値が２００Ｊ以上であることを特徴とする請求項１に記載のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板。
- 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧力容器鋼板の製造方法であって、
質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１７％、Ｓｉ：０．１５〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜０．７％、Ｐ：０．０１２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｗ：０．０３〜０．２５％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼スラブを１０５０〜１２５０℃で再加熱する工程と、
前記再加熱された鋼スラブを熱間圧延し、８００℃以上の温度で圧延を終了して熱延鋼板を得る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延された鋼板を８００〜９５０℃で加熱した後、水冷する水冷工程と、
前記水冷された鋼材を、５５０〜６６０℃で｛１．５×ｔ＋（１０〜３０）｝分間［ここで、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）を意味する。］焼戻し処理を行う焼戻し工程と、
を含むことを特徴とするＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板の製造方法。 - 前記焼戻し工程で得られた鋼微細組織は、２５〜８０面積％の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなるものであることを特徴とする請求項５に記載のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板の製造方法。
- 前記焼戻し工程で得られた鋼微細組織は、３０〜７０面積％の焼戻しベイナイトと残部焼戻しマルテンサイトからなるものであることを特徴とする請求項５に記載のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板の製造方法。
- 前記熱間圧延工程においてパス当たりの圧下率は、５〜３０％であることを特徴とする請求項５に記載のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板の製造方法。
- 前記水冷工程において冷却速度は、２．５〜３０℃／ｓｅｃであることを特徴とする請求項５に記載のＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器鋼板の製造方法。
- 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧力容器鋼板を用いた圧力容器の製造方法であって、
質量％で、Ｃ：０．０７〜０．１７％、Ｓｉ：０．１５〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜０．７％、Ｐ：０．０１２％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｎｉ：３．０〜４．０％、Ｗ：０．０３〜０．２５％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼スラブを１０５０〜１２５０℃で再加熱する工程と、
前記再加熱された鋼スラブを熱間圧延し、８００℃以上の温度で圧延を終了して熱延鋼板を得る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延された鋼板を８００〜９５０℃で加熱した後、水冷する水冷工程と、
前記水冷された鋼材を、５５０〜６６０℃で｛１．５×ｔ＋（１０〜３０）｝分間［ここで、ｔは鋼材の厚さ（ｍｍ）を意味する。］焼戻し処理を行う焼戻し工程と、
前記焼戻しされた鋼材を溶接して圧力容器を得る工程と、
前記圧力容器を５８０〜６４０℃の区間で最大２０時間のＰＷＨＴを行う工程と、
を含むことを特徴とするＰＷＨＴ抵抗性に優れた低温用圧力容器の製造方法。
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