JP7023230B2 - 鋼、溶接消耗材、鋳造または鍛造または展伸された製品、溶接方法、溶接製品、および熱処理方法 - Google Patents
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Description
Norsok M630材料データシートMDS-D56:-46°1/4厚(T1/4)において平均45J/単一最小35J
製品の温度を1100~1150℃の第1の温度に上昇させ、第1の温度で保持するステップ、
製品の温度を1040~1070℃の第2の温度に低下させ、第2の温度で保持するステップと、
第2の温度から製品を水中急冷するステップを含む。鋳造材または鍛造材は、温度を1100~1150℃の第1の温度に上昇させ、第1の温度に保持することによって、従来通りに熱処理することができる。これらの2つのサイクルは溶接鋳造材にも適用される。
本明細書で使用される用語「からなる(consisting of)」は、組成の100%が言及されている。すなわち追加の成分の存在が排除されて成分の合計が100%になることを示す。
炭素はオーステナイト相の安定化に効果がある。好ましい量は0.005%以上である。しかし、炭素量は、フェライトとオーステナイトの両方への固溶量の限度のために、制限される。したがって、炭素量を0.020%に制限、すなわち0.005~0.020%とすることにより、炭化物、特に炭化クロムの析出の危険性を低減させる。実験によれば、炭素をさらに制限することにより、さらに高い耐衝撃性が得られることが示された。本発明では、炭素は0.015%以下、好ましくは0.0145%以下に限定される。特に、溶接消耗材(例えば、電極)の場合には、0.0145%以下という、より低い炭素量が好ましい。
ケイ素は脱酸剤として存在する。0.05%以上、好ましくは0.1%以上の最小量のケイ素で、十分な脱酸効果を達成する。しかし、ケイ素が存在することにより、シグマ相を含む望ましくない金属間化合物相が析出する虞がある。したがって、ケイ素量は0.35質量%、好ましくは0.30%に、好ましくは0.25%に制限される。ケイ素の含有量が多い場合、鋳造材中のその存在は、下記の実施例に示すように、ニッケル成分が高いことによってある程度緩和されることが見出されている。好ましくは、ケイ素の含有量は0.30%または0.25%に制限され、それによってシグマ相の析出の可能性を減少させる。最良の特性は、低ケイ素含有量(0.35%以下、好ましくは0.30%以下、好ましくは0.25%以下)と、7.45~8.4%、好ましくは7.5~8.4%、より好ましくは7.8~8.4%、より好ましくは8.05~8.4%、最も好ましくは8.1~8.4%の高ニッケル含有量との組み合わせで達成される。7.45~7.8%のニッケル含有量により高い衝撃特性が達成されるが、7.8%以上のニッケルで衝撃性能をさらに向上する。
ニッケルは、オーステナイト安定化元素である。ニッケル含有量を増加させると耐衝撃性が改善することが実験により示されている。ケイ素量が0.35%以下に制限されている場合、最小7.45%のニッケルにより高い耐衝撃性が得られる。最小7.8%のニッケルであれば、0.45%までの比較的高いケイ素レベルでも高い耐衝撃性が得られ。しかし、ケイ素量にかかわらず、ニッケル含有量が7.45%~8.4%、好ましくは7.5%~8.4%、より好ましくは7.8~8.4%、さらにより好ましくは8.05~8.4%、最も好ましくは8.10~8.4%で最良の結果が得られる。
ニオブは、ASTM A995-13(2013年12月1日)規格には言及されていない。しかし、ニオブは炭化物および/または窒化物の形成により衝撃特性に有害であることが本発明者らによって発見された。ニオブは窒素に対して高い親和性を有する。具体的には、意図的に添加された合金元素として鋼中に存在する窒素と結合して窒化物を形成する。ニオブ量は、好ましくは0.002%以上または0.003%以上である。しかし、0.017%を超える量のニオブは、添付の実施例に示すように、鋼の衝撃強度を低下させる可能性がある。従って、ニオブ含有量は最高の性能のために0.010%に制限される。0.010%以下のニオブ含有量は、通常0.015%以上0.03%以下である(これらの濃度でのニオブが一般的であるために正確な量は制御または報告されないことが多い)ほとんどの製造鋼種に比較して非常に低い量である。ASTMの規格は、ニオブ量に何の制限も記載していない。ニオブ含有量を低くするためには、純粋なクロムのアルゴン酸素脱炭(AOD)精製または誘導溶融およびARMCOの使用が必要である。AODでは、他の元素を除去せずにニオブを除去するために酸素を吹き込みながら、精錬温度およびケイ素濃度を制御する。AODプロセスを使用する利点は、原材料のコストを下げるためにスクラップ金属(例えばステンレス、板材など)を使用できることである。スクラップにはニオブが多く含まれており、高価な出発材料を購入する必要があるため、スクラップは誘導溶解には使用できない。
タングステンは耐食性、特に孔食および隙間腐食に対する耐食性を向上させる。 本発明では、タングステン含有量は0.50~0.85%である。この範囲が低温で良好な耐衝撃性のために最良であることが実験により示されている。好ましくは、タングステン含有量は0.64~0.84%または0.66~0.84%である。
アルミニウムは、ASTM A995-13(2013年12月1日)規格には言及されていない。しかし、アルミニウム含有量は窒化アルミニウムの析出を減少させるために制限されるべきであり、その存在は耐食性および靱性の損失をもたらす可能性がある。したがって、アルミニウム含有量は0.015%以下、好ましくは0.010%以下に制限される。
硫化物の形成を避けて鋼の耐衝撃性を改善するためには、ASTM規格よりも低い硫黄含有量が好ましい。硫黄含有量は、0.010%以下が好ましい。
コバルトは、ニッケル鉱中に存在することが多く、この2つの元素が同時に発見される。コバルトはニッケルと同様の作用を有するので、0.75%以下、好ましくは0.60%以下、より好ましくは0.50%以下、最も好ましくは0.20%以下で存在できる。
好ましい鋼は、質量%で、0.005~0.015%の炭素、0.05~0.35(好ましくは0.30%)のケイ素、7.45~8.4%のニッケル(好ましくは7.8~8.4%のニッケル)、1.00%以下のマンガン、0.025%以下の硫黄、0.030%以下のリン、24.0~26.0%のクロム、0.50~1.00%の銅、3.0~4.0%のモリブデン、0.75%以下のコバルト、0.010%以下のニオブ、0.015%以下のアルミニウム、0.20~0.30%の窒素、0.50~0.85%のタングステン、残部である鉄および不可避不純物からなるか、またはこれらを含む。好ましい鋼は、0.25%以下のケイ素、および/または0.0145%以下の炭素、および/または8.0%以上のニッケル、および/または8.05%以上のニッケル、および/または0.010%以下の硫黄、および/または0.002%以上のニオブ、および/または0.003%以上のニオブを含むことがさらに好ましい。
好ましい溶接消耗材は、質量%で、0.015%以下の炭素、0.05~0.35(好ましくは0.30%)のケイ素、7.45~10.5%のニッケル(好ましくは7.8~10.5%のニッケル)、2.00%以下のマンガン、0.025%以下の硫黄、0.030%以下のリン、24.0~27.0%のクロム、0.00~1.00%の銅、3.0~4.5%のモリブデン、0.75%以下のコバルト、0.010%以下のニオブ、0.015%以下のアルミニウム、0.20~0.30%の窒素、0.00~1.00%のタングステン、残部である鉄および不可避不純物からなるか、又はこれらを含む。好ましい溶接消耗材は、0.25%以下のケイ素、および/または0.0145%以下の炭素、および/または8.0%以上のニッケル、および/または8.05%以上のニッケル、および/または9.1%以上のニッケル、および/または 9.3%以上のニッケル、および/または9.4%以上のニッケル、および/または0.010%以下の硫黄、および/または0.002%以上のニオブ、および/または0.003%以上のニオブを含むことがさらに好ましい。
試料6は、0.33%の低いケイ素成分を有するが、ニッケル成分が7.09%と低いために、75Jの衝撃強さしかない。
Claims (50)
- 質量%で、0.005~0.015%の炭素、0.05~0.35%のケイ素、7.45~8.4%のニッケル、1.00%以下のマンガン、0.025%以下の硫黄、0.030%以下のリン、24.0~26.0%のクロム、0.50~1.00%の銅、3.0~4.0%のモリブデン、0.75%以下のコバルト、0.010%以下のニオブ、0.015%以下のアルミニウム、0.20~0.30%の窒素、0.50~0.85%のタングステン、0.20%以下のバナジウムを含み、残部が鉄および不可避不純物である鋼。
- ニッケルが、7.5%以上である、請求項1に記載された鋼。
- ニッケルが、7.8%以上である、請求項1に記載された鋼。
- ニッケルが、8.00%以上である、請求項1に記載された鋼。
- ニッケルが、8.05%以上である、請求項1に記載された鋼。
- ニッケルが、8.1%以上である、請求項1に記載された鋼。
- 炭素が、0.005~0.0145%である、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された鋼。
- ケイ素が、0.05~0.30である、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載された鋼。
- ケイ素が、0.05~0.25%である、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載された鋼。
- ケイ素が、0.10~0.25%である、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載された鋼。
- ニオブが0.002%以上である、請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載された鋼。
- ニオブが0.003%以上である、請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載された鋼。
- 硫黄が、0.010%以下である、請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載された鋼。
- タングステンが、0.64~0.84%である、請求項1から請求項13までのいずれか1項に記載された鋼。
- タングステンが、0.66~0.84%である、請求項1から請求項13までのいずれか1項に記載された鋼。
- アルミニウムが、0.010%以下である、請求項1から請求項15までのいずれか1項に記載された鋼。
- 前記鋼中のシグマ相が、体積%で、0.25%未満である、請求項1から請求項16までのいずれか1項に記載された鋼。
- 前記鋼中のシグマ相が、体積%で、0.1%未満である、請求項1から請求項16までのいずれか1項に記載された鋼。
- 前記鋼中に、ASTM A923 2014により測定して検出可能なシグマ相がない、請求項1から請求項16までのいずれか1項に記載された鋼。
- ASTM E23,2012-Cによる-46℃における測定によれば、1/2Tにおける平均衝撃強さが100J以上であり、3回の試験の最小値が80J以上である、請求項1から請求項19までのいずれか1項に記載された鋼。
- ASTM E23,2012-Cによる-46℃における測定によれば、1/2Tにおける平均衝撃強さが140J以上であり、3回の試験の最小値が105J以上である、請求項1から請求項19までのいずれか1項に記載された鋼。
- 請求項1から請求項21までのいずれか1項に記載された鋼から形成された鋳造製品、鍛造製品または展伸製品。
- 質量%で、0.015%以下の炭素、0.05~0.35%のケイ素、7.45~10.5%のニッケル、2.00%以下のマンガン、0.025%以下の硫黄、0.030%以下のリン、24.0~27.0%のクロム、0.00~1.00%の銅、3.0~4.5%のモリブデン、0.75%以下のコバルト、0.010%以下のニオブ、0.015%以下のアルミニウム、0.20~0.30%の窒素、0.00~1.00%のタングステンを含み、残部が鉄および不可避不純物である溶接消耗材を用いて、請求項1から請求項21までのいずれか1項に記載された鋼からなる鋼基材を溶接する、溶接方法。
- 前記溶接消耗材のマンガンが1.00%以下、及び/又はクロムが24.0~26.0%である、請求項23に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニッケルが10.0%以下である、請求項23又は請求項24に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材の銅が0.50~1.00%である、請求項23又は請求項24に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のモリブデンが3.0~4.0%であり、前記溶接消耗材のタングステンが0.50~0.85%である、請求項23又は請求項24に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニッケルが、7.8%以上である、請求項23から請求項27までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニッケルが、8.05%以上である、請求項23から請求項27までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニッケルが、8.1%以上である、請求項23から請求項27までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニッケルが、9.1%以上である、請求項23から請求項27までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニッケルが、9.3%以上である、請求項23から請求項27までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニッケルが、9.4%以上である、請求項23から請求項27までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材の炭素が0.005~0.015%、である、請求項23から請求項33までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材の炭素が0.005~0.0145%である、請求項23から請求項33までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のケイ素が0.05~0.30%である、請求項23から請求項35までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のケイ素が0.10~0.25%である、請求項23から請求項35までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニオブが0.002%以上である、請求項23から請求項37までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のニオブが0.003%以上である、請求項23から請求項38までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材の硫黄が0.010%以下である、請求項23から請求項39までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のタングステンが0.64~0.84%である、請求項23から請求項40までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のタングステンが0.66~0.84%である、請求項23から請求項40までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材のアルミニウムが0.010%以下である、請求項23から請求項42までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記溶接消耗材が溶接用フィラー金属または溶接用電極である、請求項23から請求項43までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 前記鋼基材が、鋳造製品、鍛造製品または展伸製品である、請求項23から請求項44までのいずれか1項に記載された溶接方法。
- 請求項1から請求項21までのいずれか1項に記載された鋼と溶接金属を含む溶接製品であって、前記溶接金属は、質量%で、0.015%以下の炭素、0.05~0.35%のケイ素、7.45~10.5%のニッケル、2.00%以下のマンガン、0.025%以下の硫黄、0.030%以下のリン、24.0~27.0%のクロム、0.00~1.00%の銅、3.0~4.5%のモリブデン、0.75%以下のコバルト、0.010%以下のニオブ、0.015%以下のアルミニウム、0.20~0.30%の窒素、0.00~1.00%のタングステンを含み、残部が鉄および不可避不純物である、溶接製品。
- 前記溶接金属は、ニッケルが10.0%以下、マンガンが1.00%以下、クロムが24.0~26.0%、銅が0.50~1.00%、モリブデンが3.0~4.0%、タングステンが0.50~0.85%である請求項46に記載された溶接製品。
- 請求項1から請求項21までのいずれか1項に記載された鋼の鋳造材、鍛造材または展伸材である非溶接状態の材、若しくは請求項1から請求項21までのいずれか1項に記載された鋼の鋳造材、鍛造材または展伸材と溶接金属を含む材であり、前記溶接金属は、質量%で、0.015%以下の炭素、0.05~0.35%のケイ素、7.45~10.5%のニッケル、2.00%以下のマンガン、0.025%以下の硫黄、0.030%以下のリン、24.0~27.0%のクロム、0.00~1.00%の銅、3.0~4.5%のモリブデン、0.75%以下のコバルト、0.010%以下のニオブ、0.015%以下のアルミニウム、0.20~0.30%の窒素、0.00~1.00%のタングステンを含み、残部が鉄および不可避不純物である、溶接状態の材を熱処理する方法であって、
前記材を1100~1150℃の第1の温度に昇温して、該第1の温度に保持するステップと、
前記材を1040~1070℃の第2の温度に降温して、該第2の温度に保持するステップと、
前記材を前記第2の温度から水冷するステップと
を含む方法。 - 前記第1の温度での保持時間が、時間単位で、前記材料のインチ(25.4mm)単位での厚さを2で割った値以上である、請求項48に記載された方法。
- 前記第2の温度での保持時間が、時間単位で、前記材料のインチ(25.4mm)単位での厚さを4で割った値以上である、請求項48又は請求項49に記載された方法。
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