JP7272438B2 - Steel material, manufacturing method thereof, and tank - Google Patents

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Description

本発明は、例えば液化ガス貯槽用タンク等の、極めて低温の環境で使用される構造用鋼に供して好適な、鋼材およびその製造方法に関する。また、本発明は、この鋼材を用いたタンクに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel material suitable for structural steel used in extremely low temperature environments, such as a liquefied gas storage tank, and a method for producing the same. The present invention also relates to a tank using this steel material.

液化ガス貯槽用構造物の素材として熱間圧延鋼板を用いるためには、使用環境が極めて低温となることから、鋼板は高強度であることに加えて、低温での靱性に優れることも要求される。例えば、液化天然ガスの貯槽に熱間圧延鋼板を使用する場合は、液化天然ガスの沸点:-164℃以下で優れた靱性が確保されている必要がある。鋼材の低温靱性が劣ると、極低温貯槽用構造物としての安全性を維持できなくなる可能性があるため、適用される鋼材に対する低温靱性向上の要求は強い。なお、以降の説明において、-164℃以下の極低温域を含めて「低温」と総称する。 In order to use a hot-rolled steel sheet as a material for a structure for a liquefied gas storage tank, it is required that the steel sheet have not only high strength but also excellent toughness at low temperatures because the operating environment becomes extremely low temperature. be. For example, when a hot-rolled steel plate is used for a storage tank for liquefied natural gas, it is necessary to secure excellent toughness at the boiling point of liquefied natural gas: -164°C or lower. If the low-temperature toughness of the steel material is inferior, it may become impossible to maintain the safety of the structure for cryogenic storage tanks. In the following description, the term “low temperature” includes the cryogenic range of −164° C. or lower.

この要求に対して、従来、低温で脆性を示さないオーステナイトを鋼板の組織とするオーステナイト系ステンレス鋼や9%Ni鋼、もしくは5000系アルミニウム合金が使用されてきた。しかしながら、合金コストや製造コストが高いことから、安価で低温靱性に優れる鋼材に対する要望がある。 To meet this requirement, conventionally, austenitic stainless steels, 9% Ni steels, or 5000 series aluminum alloys having an austenite steel structure that does not show brittleness at low temperatures have been used. However, due to high alloy costs and manufacturing costs, there is a demand for steel materials that are inexpensive and have excellent low-temperature toughness.

そこで、従来の低温用鋼に代わる新たな鋼材として、比較的安価なオーステナイト安定化元素であるMnを多量に添加した高Mn鋼を低温環境の構造用鋼として使用することが、例えば特許文献1に提案されている。 Therefore, as a new steel material to replace the conventional steel for low temperature, it is proposed to use a high Mn steel to which a large amount of Mn, which is a relatively inexpensive austenite stabilizing element, is added as a structural steel for a low temperature environment. has been proposed to

特許文献1には、炭化物の面積分率を5%以下にする等によって、溶接熱影響部において低温靱性を確保する技術が提案されている。 Patent Literature 1 proposes a technique for ensuring low temperature toughness in the weld heat affected zone by, for example, setting the area fraction of carbide to 5% or less.

特表2015-508452号公報Japanese Patent Publication No. 2015-508452

特許文献1に記載のオーステナイト系鋼材は、炭化物抑制の観点から溶接熱影響部の冷却速度が10℃/s以上に限定されている。板厚10mm未満の鋼板を10℃/s以上で冷却した場合、鋼板に反りや歪が発生しやすく、形状矯正などの余分な工程が必要となり生産性が阻害される。一般に、圧延幅方向(C方向)の低温靱性は、圧延方向(L方向)の低温靭性に比べて劣る傾向にあるが、このC方向の低温靭性について特許文献1では何ら検証されていない。 In the austenitic steel material described in Patent Document 1, the cooling rate of the weld heat affected zone is limited to 10° C./s or more from the viewpoint of carbide suppression. When a steel sheet having a thickness of less than 10 mm is cooled at 10° C./s or more, the steel sheet is likely to be warped or distorted, and an extra step such as shape correction is required, which hinders productivity. In general, the low temperature toughness in the rolling width direction (C direction) tends to be inferior to the low temperature toughness in the rolling direction (L direction), but Patent Document 1 does not verify the low temperature toughness in the C direction.

また、液化ガス貯槽用構造物(例えば、液化ガス貯槽用タンク)は、鋼材を溶接して製造される。液化ガス貯槽用タンク(以下、タンクと称する場合もある。)の内壁には液化天然ガスからの内圧が加わるため、タンクを構成する鋼材には圧延方向(L方向)および板幅方向(C方向)だけでなく、タンクを構成する全ての鋼材に対して平行な方向(以下、「全ての方向」と称する場合もある。)にも引張応力が発生する。さらにタンクの溶接部にもL方向およびC方向の引張応力が発生する。そのため、鋼材をタンクの素材に用いる場合、母材(母材部)および溶接部が、全ての方向、そのなかでもL方向およびC方向の引張応力による負荷に耐え得る特性を有することが必要である。なお上述したように、本発明では、上記「全ての方向」とは、圧延方向に対して垂直な方向、平行な方向を含む、あらゆる方向を指すものとする。 A liquefied gas storage tank structure (for example, a liquefied gas storage tank) is manufactured by welding steel materials. Since the internal pressure from the liquefied natural gas is applied to the inner wall of a liquefied gas storage tank (hereinafter sometimes referred to as a tank), the steel materials that make up the tank have a rolling direction (L direction) and a plate width direction (C direction). ), tensile stress is generated not only in directions parallel to all the steel materials constituting the tank (hereinafter sometimes referred to as “all directions”). Furthermore, tensile stresses in the L and C directions are also generated in the welded portion of the tank. Therefore, when steel is used as a material for tanks, the base metal (base metal part) and welded parts must have characteristics that can withstand loads due to tensile stress in all directions, especially in the L and C directions. be. As described above, in the present invention, "all directions" refer to all directions including directions perpendicular to and parallel to the rolling direction.

そして、上述したような用途に用いられる鋼材は、素材段階のみならず、加工や不慮の事故などにより塑性変形を受けた場合に、歪時効脆化と呼ばれる靭性が劣化することが知られている。 It is known that the steel materials used for the above-mentioned applications deteriorate in toughness called strain aging embrittlement not only at the raw material stage but also when subjected to plastic deformation due to processing or unforeseen accidents. .

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低温靭性に優れた鋼材およびその製造方法、ならびにタンクを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a steel material excellent in low temperature toughness, a method for manufacturing the same, and a tank.

ここで、上記「溶接熱影響部」とは、一般的な鋼において靱性が低下する部分である溶接熱影響部粗粒域(CGHAZ)を指す。 Here, the above-mentioned "weld heat affected zone" refers to the weld heat affected zone coarse-grained zone (CGHAZ), which is a portion where the toughness is reduced in general steel.

また、上記「低温靭性に優れた」とは、鋼材において、板厚1/2位置における全ての方向での-196℃のシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー(vE-196)が41J以上であることを指す。通常、L方向およびZ方向(板厚方向)と比較して、C方向におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが一番低い値を示す。そのため、本発明では、C方向の吸収エネルギー(vE-196)が41Jであれば「低温靭性に優れた」と称する。なお、上記「41J」は、IACS(国際船級協会連合)が2019年現在作成している高Mn鋼のL方向の-196℃のスペック案であり、C方向の吸収エネルギーとして27Jが提案されている。本発明によれば、C方向のシャルピー衝撃試験においてもL方向のスペックを満足できる。In addition, the above-mentioned "excellent low-temperature toughness" means that the absorbed energy (vE -196 ) of the Charpy impact test at -196 ° C in all directions at the 1/2 plate thickness position in the steel material is 41 J or more. Point. Generally, the absorbed energy in the Charpy impact test in the C direction shows the lowest value compared to the L direction and Z direction (thickness direction). Therefore, in the present invention, when the absorbed energy (vE −196 ) in the C direction is 41 J, it is called “excellent in low temperature toughness”. In addition, the above "41J" is a specification proposal for -196 ° C in the L direction of high Mn steel created by IACS (International Federation of Classification Societies) as of 2019, and 27J is proposed as the absorbed energy in the C direction. there is According to the present invention, the specifications in the L direction can be satisfied even in the Charpy impact test in the C direction.

本発明者らは、上記課題を達成するため、オーステナイト鋼材(例えば高Mn鋼材)を対象に、鋼材(鋼板)の成分組成、ミクロ組織、および製造方法、ならびにこの鋼材を溶接した溶接部の特性を決定する各種要因に関して鋭意研究を行った。その結果、以下のa~dの知見を得た。 In order to achieve the above objects, the present inventors have investigated the composition, microstructure, and manufacturing method of austenitic steel (e.g., high-Mn steel), and the properties of the welded part of this steel. Intensive research was conducted on various factors that determine As a result, the following findings a to d were obtained.

a.-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーを向上させるためには、面心立方構造(FCC)において表面原子密度が最も小さい(110)[001]の集合組織の発達を抑制し、硬さを300HV未満にすることが重要である。適切な条件で熱間圧延を施し、(110)[001]集合組織強度を10.0未満に制御することが、吸収エネルギーの向上に有効である。好ましくは、(110)[001]集合組織強度は9.0未満である。 a. In order to improve the absorbed energy in the Charpy impact test at -196 ° C, the development of the (110) [001] texture, which has the lowest surface atomic density in the face-centered cubic structure (FCC), is suppressed and the hardness is increased. It is important to keep it below 300HV. Hot rolling under appropriate conditions to control the (110)[001] texture strength to less than 10.0 is effective in improving the absorbed energy. Preferably, the (110)[001] texture strength is less than 9.0.

b.高Mnのオーステナイト鋼は、Mnを多量に含有することから、硫化物系介在物が炭素鋼に比べて多く存在する。さらに、硫化物系介在物は圧延方向に伸長するため、一般的にシャルピー衝撃試験のC方向破面はL方向破面に比べ、硫化物系介在物の面積率が高い。硫化物系介在物は破壊の起点の一要因のため、熱間圧延後、硫化物系介在物の清浄度が1.0%以上の場合、低温靱性の劣化を招く。このことから高Mn鋼の低温靱性向上には、硫化物系介在物の清浄度を低くすることが有効である。 b. High-Mn austenitic steel contains a large amount of Mn, and thus has a larger amount of sulfide-based inclusions than carbon steel. Furthermore, since sulfide-based inclusions extend in the rolling direction, the C-direction fracture surface in the Charpy impact test generally has a higher area ratio of sulfide-based inclusions than the L-direction fracture surface. Since sulfide-based inclusions are one of the factors that cause fracture initiation, if the cleanliness of sulfide-based inclusions is 1.0% or more after hot rolling, the low-temperature toughness is degraded. For this reason, it is effective to lower the cleanliness of sulfide inclusions in order to improve the low-temperature toughness of high-Mn steel.

c.熱間圧延において、適切な条件でクロス圧延を行えば、C方向においても上記bを実現できる。 c. In the hot rolling, if cross rolling is performed under appropriate conditions, the above b can be achieved also in the C direction.

d.高Mn鋼は炭素鋼と異なり、溶接時に変態することがないため、溶接後も溶接前のミクロ組織を引き継ぐ。 d. Unlike carbon steel, high-Mn steel does not undergo transformation during welding, and therefore retains its pre-welding microstructure even after welding.

本発明は、以上の知見にさらに検討を加えてなされたものであり、その要旨は次のとおりである。
[1] ミクロ組織は、面積率で95%以上がFCCであり、
板厚1/2位置の(110)[001]集合組織強度が10.0未満であり、
板厚1/2位置の硬さが300HV未満であり、
板厚1/2位置におけるC方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である、鋼材。
[2] 歪時効後における板厚1/2位置のC方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である、[1]に記載の鋼材。
[3] 溶接熱影響部粗粒域におけるC方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である、[1]または[2]に記載の鋼材。
[4] 質量%で、
C:0.100%以上0.700%以下、
Si:0.05%以上1.00%以下、
Mn:20.0%以上40.0%以下、
P:0.030%以下、
S:0.0050%以下、
Al:5.00%以下、
Cr:7.0%以下、
N:0.0500%以下、
O:0.0050%以下、
Ti:0.005%未満、
Nb:0.005%未満を含有し、
Ca:0.0100%以下、Mg:0.0100%以下、REM:0.0200%以下から選択される1種または2種以上を含有し、
残部が鉄および不可避不純物からなる成分組成と、
前記ミクロ組織は、硫化物系介在物の清浄度が1.0%未満である、[1]~[3]のいずれか1つに記載の鋼材。
[5] 前記成分組成は、さらに、質量%で、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、
Mo:2.0%以下、
V:2.0%以下、
W:2.0%以下
から選択される1種または2種以上を含有する、[4]に記載の鋼材。
[6] 前記硫化物系介在物はMnSである、[4]または[5]に記載の鋼材。
[7] [1]~[6]のいずれか1つに記載の鋼材の製造方法であって、
鋼素材を、1100℃以上1300℃以下の温度域に加熱し、(1)式で算出されるクロス圧延比が20以下、仕上圧延最終パスの圧下率が30%以下、および仕上圧延終了温度が750℃以上となる条件で熱間圧延を行った後、冷却を行う、鋼材の製造方法。
クロス圧延比=圧延方向圧延比/圧延直角方向圧延比 ・・・(1)
[8] [1]~[6]のいずれか1つに記載の鋼材を溶接したタンクであって、
溶接熱影響部粗粒域における、C方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である、タンク。
The present invention was made by further studying the above knowledge, and the gist thereof is as follows.
[1] The microstructure has an area ratio of 95% or more FCC,
The (110) [001] texture strength at the 1/2 plate thickness position is less than 10.0,
The hardness at the plate thickness 1/2 position is less than 300 HV,
A steel material having an absorbed energy of 41 J or more in a Charpy impact test at −196° C. in the C direction at the 1/2 plate thickness position.
[2] The steel material according to [1], which has an absorbed energy of 41 J or more in a Charpy impact test at −196° C. in the C direction at the half thickness position after strain aging.
[3] The steel material according to [1] or [2], wherein the absorbed energy in the Charpy impact test at −196° C. in the C direction in the coarse-grained region of the weld heat-affected zone is 41 J or more.
[4] in % by mass,
C: 0.100% or more and 0.700% or less,
Si: 0.05% or more and 1.00% or less,
Mn: 20.0% or more and 40.0% or less,
P: 0.030% or less,
S: 0.0050% or less,
Al: 5.00% or less,
Cr: 7.0% or less,
N: 0.0500% or less,
O: 0.0050% or less,
Ti: less than 0.005%,
Nb: contains less than 0.005%,
Contains one or more selected from Ca: 0.0100% or less, Mg: 0.0100% or less, REM: 0.0200% or less,
A component composition with the balance being iron and inevitable impurities,
The steel material according to any one of [1] to [3], wherein the microstructure has a cleanliness of less than 1.0% of sulfide inclusions.
[5] The component composition further includes, in % by mass,
Cu: 1.0% or less,
Ni: 1.0% or less,
Mo: 2.0% or less,
V: 2.0% or less,
W: The steel material according to [4], containing one or more selected from 2.0% or less.
[6] The steel material according to [4] or [5], wherein the sulfide-based inclusions are MnS.
[7] A method for manufacturing the steel material according to any one of [1] to [6],
The steel material is heated to a temperature range of 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, and the cross rolling ratio calculated by the formula (1) is 20 or less, the reduction ratio of the final pass of finish rolling is 30% or less, and the finish rolling end temperature is A method for producing a steel material, comprising hot rolling under conditions of 750° C. or higher and then cooling.
Cross rolling ratio=rolling direction rolling ratio/rolling perpendicular direction rolling ratio (1)
[8] A tank welded with the steel material according to any one of [1] to [6],
A tank having an absorbed energy of 41 J or more in a Charpy impact test at −196° C. in the C direction in the coarse-grained region of the weld heat affected zone.

本発明によれば、低温靭性に優れた鋼材およびその製造方法を提供できる。また、本発明の鋼材は、低温環境で使用される鋼構造物(液化ガス貯槽用タンク等)の素材として好適に用いられ、これにより溶接後の母材および溶接熱影響部がともに優れた低温靭性を有するタンクを提供できる。よって、上記鋼構造物の安全性や寿命の向上に大きく寄与することができ、産業上格段の効果を奏する。また、本発明の製造方法は、生産性の低下および製造コストの増大を引き起こすことがないため、経済性にも優れた製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the steel material excellent in low-temperature toughness and its manufacturing method can be provided. In addition, the steel material of the present invention is suitably used as a material for steel structures (such as tanks for liquefied gas storage tanks) used in low-temperature environments. A tank with toughness can be provided. Therefore, it can greatly contribute to the improvement of the safety and life of the steel structure, and has a remarkable industrial effect. In addition, since the production method of the present invention does not cause a decrease in productivity and an increase in production costs, it is possible to provide an economical production method.

以下、本発明について詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 The present invention will be described in detail below. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

まず、本発明の技術思想について詳細に説明する。 First, the technical idea of the present invention will be described in detail.

上述したように、安価で低温靱性に優れる鋼材としてオーステナイト鋼材(例えば高Mn鋼材)がある。この高Mn鋼材を低温環境で使用される鋼構造物(例えばタンク)の素材として用いるためには、タンクの内壁および溶接部は貯槽するガスの内圧に耐えられる特性、特にL方向およびC方向だけでなく全ての方向での引張応力による負荷に耐えられる特性を有することが求められている。 As described above, there is an austenitic steel material (for example, a high Mn steel material) as a steel material that is inexpensive and excellent in low-temperature toughness. In order to use this high Mn steel material as a material for steel structures (for example, tanks) used in a low temperature environment, the inner wall and welded parts of the tank must have the property of withstanding the internal pressure of the stored gas, especially only in the L and C directions. However, it is required to have properties that can withstand loads due to tensile stress in all directions.

高Mn鋼材(ここでは、Mn含有量が20.0~40.0質量%の鋼板を指す。)はオーステナイト鋼材であるため、脆性破壊は基本的に起こらず、ほとんどが延性破壊である。これに対し、普通鋼(ここでは、常温での結晶構造がBCCである低炭素鋼板を指す。)では、延性破壊は集合組織とは関係なく、また、普通鋼のシェルフエネルギー(最大吸収エネルギー)は200J以上、条件によっては300Jを超えることもある。すなわち、普通鋼の吸収エネルギーは十分に大きいため、普通鋼の場合には、脆性破面が形成されなければ吸収エネルギーを問題にする必要がなかった。 Since high-Mn steel (here, steel plate having a Mn content of 20.0 to 40.0% by mass) is an austenitic steel, brittle fracture basically does not occur, and most of the fracture is ductile fracture. On the other hand, in ordinary steel (here, it refers to a low-carbon steel sheet whose crystal structure is BCC at room temperature), ductile fracture is independent of the texture, and the shelf energy of ordinary steel (maximum absorbed energy) is 200 J or more, and may exceed 300 J depending on the conditions. That is, since the absorbed energy of ordinary steel is sufficiently large, in the case of ordinary steel, there was no need to consider the absorbed energy as long as brittle fracture surfaces were not formed.

本発明者らの研究の結果、高Mn鋼材は、-196℃の超低温でシャルピー衝撃試験を行った場合、延性破壊ではあるものの、L方向の吸収エネルギーが100J程度となり、C方向の吸収エネルギーが41Jを下回る場合があることが分かった。このことは、高Mn鋼材を溶接して製造されたタンクの母材および溶接部において、圧延方向に対して垂直の方向に引張の衝撃応力が働いた場合に、破壊しやすいことを意味する。 As a result of the research of the present inventors, when a high Mn steel material is subjected to a Charpy impact test at an ultra-low temperature of -196 ° C., although it is a ductile fracture, the absorbed energy in the L direction is about 100 J, and the absorbed energy in the C direction is about 100 J. It was found that there are cases where it falls below 41J. This means that base metals and welds of tanks manufactured by welding high Mn steel materials are likely to break when tensile impact stress acts in the direction perpendicular to the rolling direction.

すなわち、タンクの内壁および溶接部に加わる液化天然ガスの内圧は、L方向、C方向、およびタンクを構成する全て鋼材の内側の面(内壁)に平行な方向に発生するので、全ての方向に対して十分な靱性値を有することが必要である。圧延材は、圧延方向に対してC方向のシャルピー衝撃試験片を採取した場合に最も靱性が低くなることが知られている。従って、C方向のシャルピー衝撃試験の靱性値を向上させることが重要である。 That is, the internal pressure of the liquefied natural gas applied to the inner wall of the tank and the weld is generated in the L direction, the C direction, and the direction parallel to the inner surface (inner wall) of the steel materials that make up the tank. It is necessary to have a sufficient toughness value against It is known that a rolled material has the lowest toughness when a Charpy impact test piece is taken in the C direction with respect to the rolling direction. Therefore, it is important to improve the toughness value in the C-direction Charpy impact test.

なお、「C方向」とは圧延方向(L方向)に対して垂直の方向を指す。「C方向のシャルピー衝撃試験」とはシャルピー衝撃試験片の長手方向がC方向に平行であり、ノッチが圧延方向に向いているものを指す。本願の「圧延方向」とは、圧延材を種々の方向に圧延した中で、最も全圧下量が大きな圧延方向を指す。 In addition, "C direction" refers to a direction perpendicular to the rolling direction (L direction). "Charpy impact test in the C direction" means that the longitudinal direction of the Charpy impact test piece is parallel to the C direction and the notch is oriented in the rolling direction. The "rolling direction" in the present application refers to the rolling direction in which the total reduction amount is the largest among various directions in which the rolled material is rolled.

そこで、本発明者らはこの原因を更に鋭意調査した結果、圧延集合組織(圧延による集合組織)がこのような吸収エネルギーの違いに起因していること、すなわち延性破壊と集合組織との関係を新たに見出した。以下に、延性破壊と集合組織との関係について説明する。 Therefore, as a result of further intensive investigation of the cause, the inventors of the present invention found that the rolling texture (texture due to rolling) is caused by such a difference in absorbed energy, that is, the relationship between ductile fracture and texture. newly found. The relationship between ductile fracture and texture will be described below.

本発明では、シャルピー衝撃試験におけるシャルピー試験片を打つ方向に着目した。シャルピー試験片の長手方向を鋼板の圧延方向となるように採取するL方向シャルピー試験片(ただし、ノッチはC方向を向いている。)と、シャルピー試験片の長手方向が鋼板の圧延方向に垂直の方向となるように採取するC方向シャルピー試験片(ただし、ノッチはL方向を向いている。)とを、打つ方向について考えた。 In the present invention, attention is focused on the direction in which the Charpy test piece is hit in the Charpy impact test. An L-direction Charpy test piece (however, the notch is in the C direction) taken so that the longitudinal direction of the Charpy test piece is in the rolling direction of the steel plate, and a Charpy test piece whose longitudinal direction is perpendicular to the rolling direction of the steel plate Considering the direction of hitting the C-direction Charpy test piece (however, the notch faces the L direction) to be taken in the direction of .

上述したように、(110)の集合組織が高くなると、より靱性が低くなる傾向にある。集合組織から吸収エネルギーを予測することはできないため、その理由は明らかではないが、後述するように恐らく(110)[001]集合組織が影響していると考えられる。この集合組織は、C方向には(100)面が、L方向には(110)面が、それぞれ配向する。そのため、C方向にノッチを持つL方向シャルピー衝撃試験では良い値を得られるが、L方向にノッチを持つC方向シャルピー衝撃試験では悪い値となる。JIS規格では、C方向シャルピー衝撃試験の吸収エネルギー値は27J以上と規定されており、低い値で良いことになっている。しかし、タンクを形成した場合には、上述したように、応力は全方向にかかるのでL方向と同程度の吸収エネルギーをC方向でも有することが好ましい。 As noted above, higher (110) texture tends to be less tough. Since the absorbed energy cannot be predicted from the texture, the reason is not clear. In this texture, the (100) plane is oriented in the C direction and the (110) plane is oriented in the L direction, respectively. Therefore, a good value is obtained in the L-direction Charpy impact test with the notch in the C direction, but a bad value is obtained in the C-direction Charpy impact test with the notch in the L direction. The JIS standard specifies that the absorbed energy value in the C-direction Charpy impact test should be 27 J or more, and a low value is acceptable. However, when the tank is formed, as described above, since stress is applied in all directions, it is preferable that the C direction has the same level of absorbed energy as in the L direction.

母材は、オーステナイト鋼材の場合には昇温しても変態がないため、オーステナイト鋼材を溶接して得られる溶接部の集合組織は母材とほぼ同じ状態、すなわち変化しない。従って、母材となるオーステナイト鋼材の製造時に集合組織を作り込んでおくことが重要となる。 In the case of an austenitic steel, the base material does not undergo transformation even when the temperature is raised. Therefore, the texture of the weld obtained by welding the austenitic steel is substantially the same as that of the base material, that is, does not change. Therefore, it is important to create a texture during the production of the austenitic steel as the base material.

そこで、本発明では後述する熱間圧延の工程において、通常の圧延時で形成されやすい(110)[001]集合組織と、90度回転して圧延するクロス圧延で他の方位を発達させた集合組織とをできるだけ同程度に混ぜることで、(110)[001]集合組織の強度を落とす(すなわち、(110)[001]集合組織を発達させない)。ここで、面心立方構造(FCC)では、(110)面における表面原子密度が最も小さく、また表面原子密度の小さい面が最も脆い面である。延性破壊において、このような脆い面は千切れやすく、吸収エネルギーが低くなると考えられる。従って、(110)[001]集合組織を発達させないことで、L方向およびC方向のシャルピー吸収エネルギーを均等化することができると考えている。 Therefore, in the hot rolling process described later in the present invention, the (110) [001] texture that is easily formed during normal rolling and the texture that develops other orientations by cross rolling that rotates 90 degrees and rolls The strength of the (110)[001] texture is reduced (ie, the (110)[001] texture is not developed) by mixing with the tissue as evenly as possible. Here, in the face-centered cubic structure (FCC), the (110) plane has the lowest surface atomic density, and the plane with the lowest surface atomic density is the most fragile plane. In ductile fracture, such a brittle surface is likely to be torn off, and the absorbed energy is considered to be low. Therefore, it is considered that the Charpy absorbed energy in the L direction and the C direction can be equalized by not developing the (110)[001] texture.

さらに、本発明者らの研究の結果、高Mn鋼材は、硬さが300HV以上の場合に、歪時効後におけるC方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J未満になることを知見した。詳細なメカニズムは不明であるが、高硬度の方が、転位密度が高いため、高Mn鋼において多量に含有されているCがより多くの転位を固着したと考えられる。 Furthermore, as a result of the research by the present inventors, it was found that when the hardness of the high Mn steel material is 300 HV or more, the absorbed energy in the Charpy impact test at −196 ° C. in the C direction after strain aging is less than 41 J. I found out. Although the detailed mechanism is unknown, it is considered that the dislocation density is higher in high hardness, and therefore more dislocations are anchored by C, which is contained in a large amount in the high Mn steel.

次に、本発明の鋼材について説明する。 Next, the steel material of the present invention will be explained.

本発明の鋼材は、常圧におけるミクロ組織は、面積率で95%以上がFCC構造であり、板厚1/2位置の(110)[001]集合組織強度が10.0未満であり、板厚1/2位置の硬さが300HV未満であり、板厚1/2位置におけるC方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である。
また、本発明の鋼材は、歪時効後および溶接した溶接熱影響部粗粒域における-196℃でのC方向のシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上とすることができる。
また、ミクロ組織は、硫化物系介在物の清浄度が1.0%未満とすることができる。
In the steel material of the present invention, the microstructure at normal pressure has an area ratio of 95% or more of the FCC structure, the (110) [001] texture strength at the 1/2 position of the plate thickness is less than 10.0, and the plate The hardness at the 1/2 thickness position is less than 300 HV, and the absorbed energy in the Charpy impact test at -196°C in the C direction at the 1/2 thickness position is 41 J or more.
In addition, the steel material of the present invention can have an absorbed energy of 41 J or more in a C-direction Charpy impact test at −196° C. in the coarse-grained region of the weld heat-affected zone after strain aging and welding.
The microstructure may also have a cleanliness of less than 1.0% sulfide inclusions.

以下に、本発明においてミクロ組織を上記のように限定した理由を説明する。 The reasons for limiting the microstructure as described above in the present invention will be described below.

[鋼材のミクロ組織]
常圧におけるミクロ組織:面積率で95%以上がFCC構造
本発明において「常圧におけるミクロ組織」とは、圧力1atm下で1300℃以下の温度から-273℃までの温度域におけるミクロ組織を指す。高Mn鋼材の場合、1300℃以下の温度域(例えば、1250℃)におけるミクロ組織は、面積率で95%以上がFCCである。
[Microstructure of steel]
Microstructure at normal pressure: 95% or more in area ratio is FCC structure In the present invention, "microstructure at normal pressure" refers to a microstructure in a temperature range from 1300 ° C. or less to -273 ° C. under a pressure of 1 atm. . In the case of high Mn steel, the microstructure in the temperature range of 1300° C. or lower (for example, 1250° C.) has an area ratio of 95% or more FCC.

上述したように、鋼材の結晶構造が体心立方構造(BCC)である場合、該鋼材は低温環境下で脆性破壊を起こす可能性があるため、低温環境下での使用には適していない。したがって、低温環境下での使用を想定したとき、鋼材の基地相は、結晶構造が面心立方構造(FCC)であることが必要とされる。なお、本発明において「オーステナイトを基地相とする」とは、オーステナイト相がミクロ組織全体に対して面積率で95%以上であることを意味する。オーステナイト相は、好ましくは97%以上である。オーステナイト相以外の残部は、フェライト相および/またはマルテンサイト相である。オーステナイト相以外の残部は、各相の合計面積率が5%以下であることが好ましい。 As described above, when the crystal structure of the steel material is a body-centered cubic structure (BCC), the steel material may undergo brittle fracture in a low-temperature environment, so it is not suitable for use in a low-temperature environment. Therefore, assuming use in a low-temperature environment, the matrix phase of the steel material is required to have a face-centered cubic (FCC) crystal structure. In the present invention, "using austenite as a base phase" means that the austenite phase accounts for 95% or more of the entire microstructure in terms of area ratio. The austenitic phase is preferably 97% or more. The balance other than the austenite phase is ferrite phase and/or martensite phase. The remainder other than the austenite phase preferably has a total area ratio of 5% or less for each phase.

なお、本発明では、オーステナイト相などの面積分率は、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。 In addition, in the present invention, the area fraction of the austenite phase and the like can be measured by the method described in Examples described later.

(110)[001]集合組織強度:10.0未満
本発明では、上述したように、鋼材(母材)および溶接熱影響部の低温靭性を向上させるために、適正な条件で熱間圧延を行うことが重要である。これによりミクロ組織、特に(110)[001]集合組織の強度を低下させ、C方向とL方向のシャルピー吸収エネルギーを均等化することができる。
(110) [001] texture strength: less than 10.0 In the present invention, as described above, hot rolling is performed under appropriate conditions in order to improve the low temperature toughness of the steel material (base material) and the weld heat affected zone. important to do. This reduces the strength of the microstructure, particularly the (110)[001] texture, and equalizes the Charpy absorbed energies in the C and L directions.

板厚1/2位置のミクロ組織における、(110)[001]集合組織強度が10.0以上では、亀裂が伝播しやすくなる。その結果、吸収エネルギーが低下する。このため、上記の(110)[001]集合組織強度は10.0未満とする。好ましくは9.0以下とする。より好ましくは6.0以下とする。L方向の吸収エネルギーが低下することから、板厚1/2位置のミクロ組織における(110)[001]集合組織強度は、1.0以上とすることが好ましい。より好ましくは4.0以上とする。 When the (110)[001] texture strength in the microstructure at the position of 1/2 plate thickness is 10.0 or more, cracks are likely to propagate. As a result, the absorbed energy is lowered. Therefore, the above (110)[001] texture strength is set to less than 10.0. It is preferably 9.0 or less. It is more preferably 6.0 or less. Since the absorbed energy in the L direction is reduced, the (110)[001] texture strength in the microstructure at the half thickness position is preferably 1.0 or more. It is more preferably 4.0 or more.

硬さ:300HV未満
板厚1/2位置の硬さが300HV以上では、延性が低下し、吸収エネルギーが低下する。このため、上記の硬さは300HV未満とする。好ましくは、280HV以下とする。より好ましくは260HV以下とする。鋼材の強度が低下することから、板厚1/2位置の硬さは、200HV以上とすることが好ましい。より好ましくは220HV以上とする。
Hardness: Less than 300 HV If the hardness at the half thickness position is 300 HV or more, the ductility is lowered and the absorbed energy is lowered. Therefore, the above hardness is set to less than 300 HV. Preferably, it is 280 HV or less. More preferably, it is 260 HV or less. Since the strength of the steel material decreases, it is preferable that the hardness at the plate thickness 1/2 position is 200 HV or more. More preferably, it is 220HV or higher.

硫化物系介在物の清浄度:1.0%未満(好適条件)
板厚1/2位置のミクロ組織における、硫化物系介在物の清浄度が1.0%以上では、破壊の起点となる。その結果、吸収エネルギーが低下するおそれがある。このため、上記の硫化物系介在物の清浄度は1.0%未満とすることが好ましい。より好ましくは0.8%以下とする。さらに好ましくは0.6%以下とする。上記の清浄度の下限は特に規定しないが、製造コストの観点からは、0.1%以上とすることが好ましい。
Cleanliness of sulfide-based inclusions: less than 1.0% (preferred conditions)
If the cleanliness of the sulfide-based inclusions in the microstructure at the position of 1/2 of the plate thickness is 1.0% or more, it becomes the starting point of fracture. As a result, the absorbed energy may decrease. Therefore, the cleanliness of the sulfide-based inclusions is preferably less than 1.0%. More preferably, it is 0.8% or less. More preferably, it should be 0.6% or less. Although the lower limit of the cleanliness is not particularly specified, it is preferably 0.1% or more from the viewpoint of manufacturing cost.

なお、上記した清浄度とは、以下の(2)式で算出される。
d=(n/p×f)×100・・・(2)
ここで、上記(2)式における、p:視野内の総格子点数、f:視野数、n:f個の視野における介在物によって占められる格子点中心の数、とする。
よって、清浄度は、鋼材の板厚1/2位置における、硫化物系介在物が占める面積百分率を算出した値であり、C方向の硫化物系介在物を示す。硫化物系介在物として、例えばMnSが挙げられる。
In addition, the above-described cleanliness is calculated by the following formula (2).
d=(n/p×f)×100 (2)
Here, in the above equation (2), let p be the total number of grid points in the visual field, f be the number of visual fields, and n be the number of grid point centers occupied by inclusions in the f visual fields.
Therefore, the cleanliness is a value obtained by calculating the area percentage occupied by sulfide-based inclusions at the plate thickness 1/2 position of the steel material, and indicates the sulfide-based inclusions in the C direction. Examples of sulfide-based inclusions include MnS.

上記した(110)[001]集合組織強度:10.0未満と、硬さ:300HV未満と、硫化物系介在物の清浄度:1.0%未満は、後述する条件に従う熱間圧延を行うことによって、実現することができる。 The above (110) [001] texture strength: less than 10.0, hardness: less than 300 HV, and purity of sulfide inclusions: less than 1.0% are hot rolled according to the conditions described later. It can be realized by

なお、本発明では、上記した集合組織強度、硬さ、および硫化物系介在物の清浄度は、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。 In the present invention, the texture strength, hardness, and cleanliness of sulfide-based inclusions can be measured by the methods described in Examples below.

以上のミクロ組織を有する本発明の鋼材は、低温靭性に優れる。 The steel material of the present invention having the above microstructure is excellent in low temperature toughness.

ここで、上記したミクロ組織を有する鋼材(母材)に加え歪時効後および溶接熱影響部の-196℃における、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーを測定した。 Here, in addition to the steel material (base material) having the microstructure described above, the absorbed energy in the Charpy impact test was measured after strain aging and at −196° C. in the weld heat affected zone.

鋼材の板厚1/2位置におけるミクロ組織は、(110)[001]集合組織強度を10.0未満、かつ硬さ300HV未満とすれば、鋼材の板厚1/2位置において、C方向およびL方向を含む全ての方向で、吸収エネルギー(vE-196):41J以上を実現することができる。これにより、本発明の鋼材を溶接した溶接部でも、溶接熱影響部粗粒域のC方向の吸収エネルギー(vE-196):41J以上を実現することができる。また、本発明の鋼材に所定の条件(例えば、後述の実施例に記載の条件)で予歪を与え時効処理を施した、歪時効後におけるC方向の吸収エネルギー(vE-196):41J以上を実現することができる。
なお、好ましい熱量等の溶接条件は、後述するタンクの好適な溶接条件と同様のため、ここでは省略する。
If the (110) [001] texture strength is less than 10.0 and the hardness is less than 300 HV, the microstructure at the 1/2 thickness position of the steel material is C direction and Absorbed energy (vE −196 ): 41 J or more can be realized in all directions including the L direction. As a result, the absorbed energy (vE −196 ) in the C direction of the coarse-grained region of the weld heat-affected zone (vE −196 ): 41 J or more can be realized even in the weld zone welded with the steel material of the present invention. In addition, the steel material of the present invention is subjected to pre-strain and aging treatment under predetermined conditions (for example, the conditions described in Examples below), and the absorbed energy in the C direction (vE -196 ) after strain aging: 41 J or more. can be realized.
Welding conditions such as a preferable amount of heat are the same as preferable welding conditions for a tank, which will be described later, and therefore are omitted here.

また、上記の集合組織強度および硬さに加えて、鋼材の板厚1/2位置における硫化物系介在物の清浄度を1.0%未満とすれば、低値を示すC方向においても、より一層効果的に吸収エネルギー(vE-196):41J以上を得ることができる。In addition to the above texture strength and hardness, if the cleanliness of sulfide-based inclusions at the 1/2 plate thickness position of the steel material is less than 1.0%, even in the C direction, which shows a low value, Absorbed energy (vE −196 ): 41 J or more can be obtained more effectively.

次に、本発明の鋼材(オーステナイト鋼材)における成分組成の好ましい範囲について説明する。なお、本発明のオーステナイト鋼材(例えば、高Mn鋼材)を素材として用い、この鋼材を溶接して得られた構造体(例えばタンク)は、母材および溶接部も同様の成分組成およびミクロ組織となる(ただし、溶接部のオーステナイト粒径は大きくなる)。 Next, a preferred range of the chemical composition of the steel material (austenitic steel material) of the present invention will be described. The austenitic steel material (for example, high Mn steel material) of the present invention is used as a raw material, and a structure (for example, a tank) obtained by welding this steel material has the same chemical composition and microstructure in the base material and the welded part. (However, the austenite grain size in the weld increases).

[成分組成]
本発明では、オーステナイト鋼材およびその製造に用いられる鋼素材が、上記した成分組成を有する。本発明のオーステナイト鋼材の成分組成とその限定理由について説明する。なお、成分組成に関する「%」の表示は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
[Component composition]
In the present invention, the austenitic steel material and the steel material used for its production have the above-described chemical composition. The chemical composition of the austenitic steel material of the present invention and the reasons for its limitation will be described. In addition, the display of "%" regarding a component composition means "mass %" unless otherwise indicated.

C:0.100%以上0.700%以下
Cは、安価なオーステナイト安定化元素であり、オーステナイトを得るために重要な元素である。この効果を得るために、Cは0.100%以上の含有をすることが好ましい。一方、Cは0.700%を超えて含有すると、Cr炭化物が過度に生成され、低温靱性が低下するおそれがある。このため、Cは0.100%以上0.700%以下とすることが好ましい。Cは、より好ましくは0.200%以上とし、より好ましくは0.600%以下とする。Cは、さらに好ましくは0.250%以上とし、さらに好ましくは0.550%以下とする。
C: 0.100% or more and 0.700% or less C is an inexpensive austenite stabilizing element and is an important element for obtaining austenite. In order to obtain this effect, the C content is preferably 0.100% or more. On the other hand, when the C content exceeds 0.700%, Cr carbides are excessively formed, which may reduce the low temperature toughness. Therefore, C is preferably 0.100% or more and 0.700% or less. C is more preferably 0.200% or more, and more preferably 0.600% or less. C is more preferably 0.250% or more, more preferably 0.550% or less.

Si:0.05%以上1.00%以下
Siは、脱酸材として作用し、製鋼上必要であるだけでなく、鋼に固溶して固溶強化により鋼板を高強度化する効果を有する。このような効果を得るために、Siは0.05%以上の含有をすることが好ましい。一方、Siは1.00%を超えて含有すると、非熱的応力が過度に上昇するため、低温靱性が劣化するおそれがある。このため、Siは0.05%以上1.00%以下とすることが好ましい。Siは、より好ましくは0.07%以上とし、より好ましくは0.80%以下とする。Siは、さらに好ましくは0.10%以上とし、さらに好ましくは0.60%以下とする。
Si: 0.05% or more and 1.00% or less Si acts as a deoxidizer and is not only necessary for steelmaking, but also dissolves in steel and has the effect of increasing the strength of the steel sheet by solid solution strengthening. . In order to obtain such an effect, the Si content is preferably 0.05% or more. On the other hand, when the Si content exceeds 1.00%, the non-thermal stress increases excessively, which may deteriorate the low-temperature toughness. Therefore, it is preferable that the Si content is 0.05% or more and 1.00% or less. Si is more preferably 0.07% or more, and more preferably 0.80% or less. Si is more preferably 0.10% or more, more preferably 0.60% or less.

Mn:20.0%以上40.0%以下
Mnは、比較的安価なオーステナイト安定化元素である。本発明では、強度と低温靱性を両立するために重要な元素である。その効果を得るために、Mnは20.0%以上の含有をすることが好ましい。一方、Mnは40.0%を超えて含有した場合、低温靱性が劣化するおそれがある。また、溶接性、切断性が劣化するおそれがある。さらに、偏析を助長し、応力腐食割れの発生を助長する。このため、Mnは20.0%以上40.0%以下とすることが好ましい。Mnは、より好ましくは23.0%以上とし、さらに好ましくは24.0%以上とする。より好ましくは35.0%以下とし、さらに好ましくは30.0%以下とする。
Mn: 20.0% or more and 40.0% or less Mn is a relatively inexpensive austenite stabilizing element. In the present invention, Ni is an important element for achieving both strength and low temperature toughness. In order to obtain the effect, the Mn content is preferably 20.0% or more. On the other hand, if the Mn content exceeds 40.0%, the low temperature toughness may deteriorate. Moreover, there is a possibility that weldability and cuttability may deteriorate. Furthermore, it promotes segregation and promotes the occurrence of stress corrosion cracking. Therefore, Mn is preferably 20.0% or more and 40.0% or less. Mn is more preferably 23.0% or more, more preferably 24.0% or more. It is more preferably 35.0% or less, still more preferably 30.0% or less.

P:0.030%以下
Pは、0.030%を超えて含有すると、過度に粒界に偏析するため、低温靱性が低下する。このため、0.030%を上限とし、可能なかぎり低減することが望ましい。したがって、Pは0.030%以下とする。尚、過度のP低減は精錬コストを高騰させ経済的に不利となるため、0.002%以上とすることが望ましい。Pは、より好ましくは0.005%以上とし、さらに好ましくは0.010%以上とする。より好ましくは0.028%以下とし、さらに好ましくは0.024%以下とする。
P: 0.030% or less When the P content exceeds 0.030%, excessive segregation occurs at grain boundaries, resulting in a decrease in low-temperature toughness. Therefore, it is desirable to set the upper limit to 0.030% and reduce it as much as possible. Therefore, P is set to 0.030% or less. In addition, excessive reduction of P raises the refining cost and is economically disadvantageous, so it is desirable to make the P content 0.002% or more. P is more preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more. It is more preferably 0.028% or less, still more preferably 0.024% or less.

S:0.0050%以下
Sは、母材の低温靭性や延性を劣化させるため、0.0050%を上限とし、可能なかぎり低減することが望ましい。したがって、Sは0.0050%以下とする。より好ましくは0.0045%以下とし、さらに好ましくは0.0040%以下とする。尚、過度のSの低減は精錬コストを高騰させ経済的に不利となるため、Sは0.0010%以上とすることが望ましい。より好ましくは0.0012%以上とする。
S: 0.0050% or less S deteriorates the low-temperature toughness and ductility of the base metal, so it is desirable to reduce it as much as possible, with the upper limit set to 0.0050%. Therefore, S is set to 0.0050% or less. It is more preferably 0.0045% or less, still more preferably 0.0040% or less. Note that an excessive reduction of S increases the refining cost and is economically disadvantageous, so it is desirable that the S content is 0.0010% or more. More preferably, it is 0.0012% or more.

Al:5.00%以下
Alは、脱酸剤として作用し、鋼板の溶鋼脱酸プロセスに於いて、もっとも汎用的に使われる。また、引張試験時の降伏強度および局部伸びが向上する。このような効果を得るためには、Alは0.01%以上を含有することが好ましい。一方、Alは5.00%を超えて含有すると、介在物が多量に存在し、低温靭性を劣化させるため、5.00%以下とする。Alは、より好ましくは0.01%以上とし、さらに好ましくは0.02%以上とする。Alは、より好ましくは4.00%以下とし、さらに好ましくは3.50%以下とする。
Al: 5.00% or less Al acts as a deoxidizing agent and is most commonly used in the molten steel deoxidizing process for steel sheets. In addition, the yield strength and local elongation during tensile tests are improved. In order to obtain such an effect, it is preferable to contain 0.01% or more of Al. On the other hand, if the Al content exceeds 5.00%, a large amount of inclusions will be present, deteriorating the low temperature toughness, so the content is made 5.00% or less. Al is more preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more. Al is more preferably 4.00% or less, more preferably 3.50% or less.

Cr:7.0%以下
Crは、粒界強度を向上させるため、低温靱性の向上に有効な元素である。このような効果を得るためには、Crは0.5%以上を含有することが好ましい。一方、Crは7.0%を超えて含有すると、Cr炭化物の生成により、低温靭性および耐応力腐食割れ性が低下するおそれがある。このため、Crは7.0%以下とすることが好ましい。Crは、好ましくは0.5%以上とし、より好ましくは1.0%以上とし、さらに好ましくは1.2%以上する。Crは、より好ましくは6.7%以下とし、さらに好ましくは6.5%以下とする。また、耐応力腐食割れをさらに向上させるためには、Crを2.0%以上6.0%以下とすることがさらに一層好ましい。
Cr: 7.0% or less Cr is an element effective in improving low-temperature toughness because it improves grain boundary strength. In order to obtain such an effect, it is preferable to contain 0.5% or more of Cr. On the other hand, if the Cr content exceeds 7.0%, there is a risk that the low temperature toughness and stress corrosion cracking resistance will decrease due to the formation of Cr carbides. For this reason, Cr is preferably 7.0% or less. Cr is preferably 0.5% or more, more preferably 1.0% or more, and still more preferably 1.2% or more. Cr is more preferably 6.7% or less, more preferably 6.5% or less. Moreover, in order to further improve the resistance to stress corrosion cracking, it is even more preferable to make the Cr content 2.0% or more and 6.0% or less.

N:0.0500%以下
Nは、オーステナイト安定化元素であり、低温靱性の向上に有効な元素である。このような効果を得るためには、Nは0.0050%以上を含有することが好ましい。一方、Nは0.0500%を超えて含有すると、窒化物または炭窒化物が粗大化し、靭性が低下するおそれがある。このため、Nは0.0500%以下とすることが好ましい。Nは、好ましくは0.0050%以上とし、より好ましくは0.0060%以上とし、さらに好ましくは0.0070%以上とする。Nは、より好ましくは0.0400%以下とし、さらに好ましくは0.0300%以下とする。
N: 0.0500% or less N is an austenite stabilizing element and is an element effective in improving low temperature toughness. In order to obtain such an effect, it is preferable to contain 0.0050% or more of N. On the other hand, if the N content exceeds 0.0500%, the nitrides or carbonitrides may coarsen and the toughness may decrease. Therefore, it is preferable that N be 0.0500% or less. N is preferably 0.0050% or more, more preferably 0.0060% or more, still more preferably 0.0070% or more. N is more preferably 0.0400% or less, more preferably 0.0300% or less.

O:0.0050%以下
Oは、酸化物の形成により低温靱性を劣化させる。このため、Oは0.0050%以下の範囲とする。好ましくは0.0045%以下とし、より好ましくは0.0040%以下とし、さらに好ましくは0.0035%以下とする。尚、過度のOの低減は精錬コストを高騰させ経済的に不利となるため、Oは0.0010%以上とすることが望ましい。より好ましくは0.0012%以上とする。
O: 0.0050% or less O deteriorates the low temperature toughness due to the formation of oxides. Therefore, the content of O is set to 0.0050% or less. The content is preferably 0.0045% or less, more preferably 0.0040% or less, still more preferably 0.0035% or less. In addition, excessive reduction of O raises the refining cost and is economically disadvantageous. More preferably, it is 0.0012% or more.

Ti:0.005%未満、Nb:0.005%未満
TiおよびNbは、鋼中で高融点の炭窒化物を形成するため、低温靭性が低下する。TiおよびNbは、原材料などから不可避的に混入する成分であるため、Ti:0.005%以上0.010%以下およびNb:0.005%以上0.010%以下の範囲で混入するのが通例である。そこで、後述する溶製の手法に従って、TiおよびNbの不可避混入を回避し、TiおよびNbの含有量を各々0.005%未満に抑制する必要がある。TiおよびNbの含有量を各々0.005%未満に抑制することによって、上記した炭窒化物の悪影響を排除し、優れた低温靭性並びに延性を確保することができる。好ましくは、TiおよびNbの含有量を0.003%以下とする。勿論、TiおよびNbの含有量は0%であってもよい。より好ましくは0.001%以上とする。
Ti: less than 0.005%, Nb: less than 0.005% Ti and Nb form carbonitrides with a high melting point in the steel, which lowers the low-temperature toughness. Since Ti and Nb are components that are unavoidably mixed from raw materials, etc., Ti: 0.005% or more and 0.010% or less and Nb: 0.005% or more and 0.010% or less are mixed. It is customary. Therefore, it is necessary to avoid unavoidable contamination of Ti and Nb and suppress the contents of Ti and Nb to less than 0.005%, respectively, according to the melting method described later. By suppressing the contents of Ti and Nb to less than 0.005% each, the adverse effects of the carbonitrides described above can be eliminated, and excellent low-temperature toughness and ductility can be ensured. Preferably, the content of Ti and Nb is 0.003% or less. Of course, the content of Ti and Nb may be 0%. More preferably, it is 0.001% or more.

Ca:0.0100%以下、Mg:0.0100%以下、REM:0.0200%以下から選択される1種または2種以上
Ca、MgおよびREM(希土類金属)は、介在物の形態制御に有用な元素である。介在物の形態制御とは、展伸した硫化物系介在物を粒状の介在物とすることをいう。この介在物の形態制御を介して、延性、靭性および耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる。このような効果を得るためには、CaおよびMgは0.0005%以上、REMは0.0010%以上含有することが好ましい。一方、いずれの元素も多く含有させると、非金属介在物量が増加し、かえって延性、靭性、耐硫化物応力腐食割れ性が低下する。また、経済的に不利になる。
One or more selected from Ca: 0.0100% or less, Mg: 0.0100% or less, REM: 0.0200% or less It is a useful element. Controlling the morphology of inclusions means turning expanded sulfide-based inclusions into granular inclusions. Ductility, toughness and resistance to sulfide stress corrosion cracking are improved through morphology control of inclusions. In order to obtain such effects, it is preferable to contain Ca and Mg at 0.0005% or more and REM at 0.0010% or more. On the other hand, if any element is contained in a large amount, the amount of non-metallic inclusions increases, and ductility, toughness, and resistance to sulfide stress corrosion cracking decrease. Moreover, it becomes disadvantageous economically.

このため、CaおよびMgを含有する場合には、それぞれ0.0100%以下、REMを含有する場合には、0.0200%以下とすることが好ましい。好ましくは、Caは0.0005%以上、Mgは0.0005%以上、REMは0.0010%以上とする。より好ましくは、Caは0.0010%以上0.0080%以下、Mgは0.0010%以上0.0080%以下、REMは0.0020%以上0.0150%以下とする。さらに好ましくは、Caは0.0050%以下、Mgは0.0050%以下とする。 Therefore, when Ca and Mg are contained, it is preferably 0.0100% or less, and when REM is contained, it is preferably 0.0200% or less. Preferably, Ca is 0.0005% or more, Mg is 0.0005% or more, and REM is 0.0010% or more. More preferably, Ca is 0.0010% or more and 0.0080% or less, Mg is 0.0010% or more and 0.0080% or less, and REM is 0.0020% or more and 0.0150% or less. More preferably, Ca is 0.0050% or less and Mg is 0.0050% or less.

本発明のオーステナイト鋼材は、上記した成分以外の残部が鉄(Fe)および不可避的不純物である。ここでの不可避的不純物としては、H、Bなどが挙げられ、各元素の合計で0.01%以下であれば許容できる。 In the austenitic steel material of the present invention, the balance other than the above components is iron (Fe) and unavoidable impurities. The unavoidable impurities here include H, B, etc., and if the total content of each element is 0.01% or less, it is permissible.

上記の元素を基本の成分組成とすることが好ましい。この基本の成分組成によって本発明で目的とする特性は得られる。本発明では、強度および低温靱性をさらに向上させることを目的として、上記の元素に加えて、必要に応じて下記の元素を含有することができる。 It is preferable to use the above elements as a basic component composition. This basic component composition provides the desired properties of the present invention. In the present invention, for the purpose of further improving strength and low-temperature toughness, in addition to the above elements, the following elements can be contained as necessary.

Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Mo:2.0%以下、V:2.0%以下、W:2.0%以下から選択される1種または2種以上
Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下
CuおよびNiは、固溶強化により鋼板を高強度化するだけでなく、転位の易動度を向上させ、低温靱性も向上する元素である。このような効果を得るためには、CuおよびNiは0.01%以上で含有することが好ましい。一方、CuおよびNiは1.0%を超えて含有すると、圧延時に表面性状が劣化する他、製造コストを圧迫する。このため、これらの合金元素を含有する場合は、その含有量は各々1.0%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.03%以上とし、より好ましくは0.7%以下とする。さらに好ましくは0.5%以下とする。
One or more selected from Cu: 1.0% or less, Ni: 1.0% or less, Mo: 2.0% or less, V: 2.0% or less, W: 2.0% or less Cu : 1.0% or less, Ni: 1.0% or less Cu and Ni are elements that not only increase the strength of the steel sheet by solid-solution strengthening, but also improve the mobility of dislocations and improve the low-temperature toughness. . In order to obtain such effects, Cu and Ni are preferably contained in an amount of 0.01% or more. On the other hand, if the content of Cu and Ni exceeds 1.0%, the surface quality deteriorates during rolling and the manufacturing cost is increased. Therefore, when these alloying elements are contained, the content thereof is preferably 1.0% or less. More preferably 0.03% or more, more preferably 0.7% or less. More preferably, it is 0.5% or less.

Mo:2.0%以下、V:2.0%以下、W:2.0%以下
Mo、VおよびWは、オーステナイトの安定化に寄与するとともに母材強度の向上に寄与する。このような効果を得るためには、Mo、VおよびWは、各々0.001%以上を含有することが好ましい。一方、Mo、VおよびWは、各々2.0%を超えて含有すると、粗大な炭窒化物が生成し、破壊の起点となることがある他、製造コストを圧迫する。このため、これらの合金元素を含有する場合は、その含有量は各々2.0%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.003%以上とし、より好ましくは1.7%以下とする。さらに好ましくは1.5%以下とする。
Mo: 2.0% or less, V: 2.0% or less, W: 2.0% or less Mo, V, and W contribute to stabilizing austenite and improving base metal strength. In order to obtain such effects, each of Mo, V and W is preferably contained in an amount of 0.001% or more. On the other hand, if each of Mo, V, and W is contained in an amount exceeding 2.0%, coarse carbonitrides are formed, which may become starting points of fracture, and also press the production cost. Therefore, when these alloying elements are contained, the content thereof is preferably 2.0% or less. More preferably 0.003% or more, more preferably 1.7% or less. More preferably, it is 1.5% or less.

なお、本発明において、「鋼材(オーステナイト鋼材)」は板厚6mm以上の鋼板を指すものとする。極めて低温の環境で使用される構造用鋼の素材として好適に用いる観点からは、板厚は9mm超えとすることが好ましく、12mm以上とすることがさらに好ましい。板厚の上限は特に限定されず、任意の厚さとすることができるが、40mm以下とすることが好ましい。 In the present invention, "steel material (austenitic steel material)" refers to a steel plate having a thickness of 6 mm or more. From the viewpoint of suitable use as a material for structural steel used in extremely low temperature environments, the plate thickness is preferably more than 9 mm, more preferably 12 mm or more. The upper limit of the plate thickness is not particularly limited and may be any thickness, but is preferably 40 mm or less.

[鋼材の製造方法]
次に、本発明の一実施形態における鋼材の製造方法について説明する。
[Manufacturing method of steel]
Next, a method for manufacturing a steel material according to one embodiment of the present invention will be described.

本発明の鋼材(オーステナイト鋼材)は、上記した成分組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉等、公知の溶製方法で溶製することができる。また、真空脱ガス炉にて2次精錬を行ってもよい。 The steel material (austenitic steel material) of the present invention can be produced by melting molten steel having the chemical composition described above by a known melting method such as a converter or an electric furnace. Secondary refining may also be performed in a vacuum degassing furnace.

その際、組織制御の妨げとなるTiおよびNbを上述した数値範囲に制限するために、原料などから不可避的にTiおよびNbが混入することを回避し、これらの含有量を低減する措置を取る必要がある。例えば、精錬段階におけるスラグの塩基度を下げることによって、これらの合金をスラグへ濃化させて排出し、最終的なスラブ製品におけるTiおよびNbの濃度を低減する。あるいは、酸素を吹き込んで酸化させ、還流時にTiおよびNbの合金を浮上分離させる等の方法でも良い。 At that time, in order to limit Ti and Nb, which hinder structure control, to the numerical ranges described above, measures are taken to avoid unavoidable contamination of Ti and Nb from raw materials, etc., and to reduce their content. There is a need. For example, by reducing the basicity of the slag during the refining stage, these alloys are concentrated in the slag and discharged, reducing the concentration of Ti and Nb in the final slab product. Alternatively, a method such as blowing oxygen to oxidize the Ti and Nb alloys and separating the alloy of Ti and Nb during reflux may be used.

その後、連続鋳造法、造塊-分塊圧延法等、公知の鋳造方法により、所定寸法のスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。 After that, it is preferable to form a steel material such as a slab having a predetermined size by a known casting method such as a continuous casting method, an ingot casting-blooming rolling method, or the like.

以下に、上記鋼素材を低温靭性に優れた鋼材(オーステナイト鋼材)へと造りこむための製造条件について、詳細に説明する。 Below, manufacturing conditions for building the steel material into a steel material (austenitic steel material) having excellent low-temperature toughness will be described in detail.

上記した構成のオーステナイト鋼材を得るためには、鋼素材を1100℃以上1300℃以下の温度域に加熱し、所定のクロス圧延を実施し、かつ、仕上圧延最終パスの圧下率が30%以下、仕上圧延終了温度が750℃以上となる条件の熱間圧延を行うことが重要である。ここでの温度制御は、鋼素材の表面温度を基準とする。 In order to obtain the austenitic steel material having the above-described structure, the steel material is heated to a temperature range of 1100° C. or more and 1300° C. or less, a predetermined cross rolling is performed, and the rolling reduction in the final pass of the finish rolling is 30% or less. It is important to carry out hot rolling under the condition that the finishing temperature of finish rolling is 750° C. or higher. The temperature control here is based on the surface temperature of the steel material.

なお、以下の製造方法の説明では、温度に関する「℃」表示は、特に断らない限り、それぞれ鋼素材または鋼板の表面温度である。表面温度は、例えば放射温度計等で測定することができる。また、スラブや鋼板の板厚中心位置の温度は、例えば、鋼板の板厚中心に熱電対を付けて測定することや、鋼板断面内の温度分布を伝熱解析により計算し、その結果を鋼板の表面温度によって補正することで求めることができる。 In the following description of the manufacturing method, unless otherwise specified, "°C" regarding temperature indicates the surface temperature of the steel material or steel plate. The surface temperature can be measured with, for example, a radiation thermometer. In addition, the temperature at the thickness center position of the slab or steel plate can be measured, for example, by attaching a thermocouple to the thickness center of the steel plate, or by calculating the temperature distribution in the steel plate cross section by heat transfer analysis, and using the results as the steel plate can be obtained by correcting with the surface temperature of

鋼素材の加熱温度:1100℃以上1300℃以下
熱間圧延にてMnを拡散させるために、熱間圧延前の鋼素材の加熱温度は1100℃以上とする。Mnを拡散させることで、Mn負偏析部においてもオーステナイトの安定度を確保することができる。これにより、溶接したときに得られる溶接熱影響部粗粒領域においてもオーステナイトの安定度を確保することができ、脆性破壊を防ぐことができる。一方、加熱温度が1300℃を超えると鋼の溶解が始まってしまう懸念があるため、加熱温度の上限は1300℃とする。好ましくは、1130℃以上1270℃以下である。
Heating temperature of steel material: 1100° C. or higher and 1300° C. or lower In order to diffuse Mn during hot rolling, the heating temperature of the steel material before hot rolling is set to 1100° C. or higher. By diffusing Mn, the stability of austenite can be ensured even in the Mn negative segregation part. As a result, the stability of austenite can be secured even in the coarse-grained region of the weld heat-affected zone obtained when welding, and brittle fracture can be prevented. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1300.degree. Preferably, it is 1130°C or higher and 1270°C or lower.

(1)式で算出されるクロス圧延比:20以下
クロス圧延比=圧延方向圧延比/圧延直角方向圧延比 ・・・(1)
ここで、「圧延方向圧延比」とは、総圧延に対する圧延方向の圧延比を指す。「圧延直角方向圧延比」とは、総圧延に対する圧延直角方向の圧延比を指す。したがって、「圧延方向圧延比/圧延直角方向圧延比」は、圧延直角方向圧延に対する圧延方向の圧延比を示す。
Cross rolling ratio calculated by formula (1): 20 or less Cross rolling ratio=rolling direction rolling ratio/rolling perpendicular direction rolling ratio (1)
Here, the "rolling direction rolling ratio" refers to the rolling direction rolling ratio to the total rolling. "Cross-rolling roll ratio" refers to the ratio of cross-rolling to total rolling. Therefore, the "rolling direction rolling ratio/rolling direction perpendicular to rolling ratio" indicates the rolling ratio of the rolling direction to the rolling direction perpendicular to the rolling direction.

上述のように、オーステナイト鋼の圧延では(110)[001]集合組織が発達しやすい。そのため、違う方向の圧延を入れることにより(110)[001]集合組織の割合が小さくなり、(110)[001]集合組織の強度を低下させることができる。(110)[001]集合組織強度を10.0未満とするためには、(1)式で算出されるクロス圧延比は20以下とする。 As described above, the rolling of austenitic steel tends to develop a (110)[001] texture. Therefore, by rolling in a different direction, the ratio of the (110)[001] texture is reduced, and the strength of the (110)[001] texture can be reduced. In order to make the (110) [001] texture strength less than 10.0, the cross rolling ratio calculated by the formula (1) should be 20 or less.

さらに、熱間圧延時にC方向で圧延を行うクロス圧延を実施し、クロス圧延比を20以下とすることで、C方向の硫化物系介在物の面積分率を低減することも有効である。クロス圧延比は、好ましくは18以下であり、さらに好ましくは15以下である。 Furthermore, it is also effective to reduce the area fraction of sulfide inclusions in the C direction by performing cross rolling in the C direction during hot rolling and setting the cross rolling ratio to 20 or less. The cross rolling ratio is preferably 18 or less, more preferably 15 or less.

なお、同一方向に圧延を繰り返すことで、(110)[001]集合組織が発達するため、圧延方向の圧延と圧延直角方向の圧延を交互に繰り返すことが、集合組織の均一化のために好ましい。好ましくは、2回以上繰り返すことが好ましい。好ましくは3回以下とする。 By repeating rolling in the same direction, the (110) [001] texture develops, so it is preferable to alternately repeat rolling in the rolling direction and rolling in the direction perpendicular to the rolling for homogenization of the texture. . Preferably, it is repeated two or more times. Preferably 3 times or less.

仕上圧延最終パスの圧下率:30%以下、仕上圧延終了温度:750℃以上
仕上圧延最終パスの圧下率が30%を超えると、過度に転位密度が高くなり、低温靱性が劣化する。仕上圧延終了温度が750℃未満になると(110)[001]集合組織が過度に発達し、低温靱性が劣化する。このため、仕上圧延最終パスの圧下率は30%以下とする。該圧下率は、25%未満とすることが好ましく、20%以下とすることがさらに好ましい。仕上圧延終了温度は750℃以上とする。仕上圧延終了温度は、780℃以上とすることが好ましく、800℃以上とすることがさらに好ましい。仕上圧延終了温度は、その上限を特に規定しないが、強度確保の観点からは、950℃以下とすることが好ましく、920℃以下とすることがさらに好ましい。仕上圧延最終パスの圧下率は、その下限を特に規定しないが、強度確保の観点からは、5%以上が好ましく、10%以上とすることがさらに好ましい。
Rolling reduction of final pass of finish rolling: 30% or less, finishing temperature of finish rolling: 750° C. or higher When the rolling reduction of the final pass of finish rolling exceeds 30%, the dislocation density becomes excessively high and the low temperature toughness deteriorates. If the finishing temperature of finish rolling is lower than 750°C, the (110)[001] texture develops excessively and the low temperature toughness deteriorates. Therefore, the draft of the final pass of finish rolling is set to 30% or less. The rolling reduction is preferably less than 25%, more preferably 20% or less. The finishing temperature of finish rolling shall be 750° C. or higher. The finishing temperature of finish rolling is preferably 780° C. or higher, more preferably 800° C. or higher. Although the upper limit of the finish rolling finish temperature is not particularly specified, it is preferably 950° C. or lower, more preferably 920° C. or lower, from the viewpoint of ensuring strength. Although the lower limit of the rolling reduction in the final pass of finish rolling is not specified, it is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, from the viewpoint of ensuring strength.

なお、本発明では、強度および靱性の更なる向上を目的として、クロス圧延において更に以下の条件に制御することが好ましい。 In addition, in the present invention, it is preferable to further control the cross rolling to the following conditions for the purpose of further improving the strength and toughness.

圧延開始温度(好適条件)
圧延開始温度は、1100~1250℃が好ましい。1100℃未満では、圧延温度が780℃未満となり、集合組織が過度に発達する恐れがある。1250℃超えでは、集合組織が変化しない恐れがある。
Rolling start temperature (preferred condition)
The rolling start temperature is preferably 1100 to 1250°C. If it is less than 1100°C, the rolling temperature will be less than 780°C, and the texture may develop excessively. If the temperature exceeds 1250°C, the texture may not change.

圧延温度(好適条件)
圧延温度(圧延中の温度)は、780~1250℃が好ましい。780℃未満では、集合組織が過度に発達する恐れがある。1250℃超えでは、集合組織が変化しない恐れがある。
Rolling temperature (preferred conditions)
The rolling temperature (temperature during rolling) is preferably 780 to 1250°C. If the temperature is less than 780°C, the texture may develop excessively. If the temperature exceeds 1250°C, the texture may not change.

圧下量(好適条件)
780~1250℃の温度域における圧下量は、60~98%が好ましい。該圧下量が60%未満では、集合組織が変化しない恐れがある。該圧下量が98%超えでは、集合組織が過度に発達する恐れがある。上記圧下量とは、780~1250℃の温度域における総圧下率を示す。
Reduction amount (preferred condition)
The reduction amount in the temperature range of 780 to 1250° C. is preferably 60 to 98%. If the reduction amount is less than 60%, the texture may not change. If the reduction amount exceeds 98%, the texture may develop excessively. The reduction amount means the total reduction ratio in the temperature range of 780 to 1250°C.

冷却
熱間圧延が終了した後、冷却を行う。冷却条件は特に規定しない。(熱間圧延終了時の温度-100℃)以上の温度から、1.0℃/s以上の平均冷却速度で600℃以下まで冷却することが好ましい。これにより、炭化物生成およびPの粒界偏析を抑制し、鋼材の特性がより高められる。なお、上記の「熱間圧延終了時の温度」とは仕上圧延終了温度を指す。
Cooling Cooling is performed after hot rolling is completed. No particular cooling conditions are specified. It is preferable to cool from a temperature of (temperature at the end of hot rolling - 100°C) or higher to 600°C or lower at an average cooling rate of 1.0°C/s or higher. This suppresses the formation of carbides and grain boundary segregation of P, and further enhances the properties of the steel material. The above-mentioned "temperature at the end of hot rolling" refers to the finish rolling end temperature.

次に、本発明のタンクについて説明する。 Next, the tank of the present invention will be explained.

本発明のタンクは、上記した鋼材を溶接して製造されたタンクである。上記知見dに記載の通り、本発明の鋼材は溶接後も溶接前のミクロ組織を引き継ぐ。このため、本発明のタンクの母材における成分組成およびミクロ組織は、上記した鋼材(オーステナイト鋼材)と同様である。母材(鋼材)の成分組成およびミクロ組織を上記のように規定することにより、母材の板厚1/2位置における-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上であるタンクを得られる。また、タンクの溶接熱影響部粗粒域における、-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーを41J以上にできる。さらに、歪時効後における、-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーを41J以上にできる。 The tank of the present invention is a tank manufactured by welding the steel materials described above. As described in the knowledge d above, the steel material of the present invention retains the microstructure before welding even after welding. Therefore, the chemical composition and microstructure of the base material of the tank of the present invention are the same as those of the above steel material (austenitic steel material). By specifying the chemical composition and microstructure of the base metal (steel) as described above, a tank having an absorbed energy of 41 J or more in a Charpy impact test at -196°C at the half thickness position of the base metal can be obtained. be done. In addition, the absorbed energy in the Charpy impact test at -196°C in the coarse-grained region of the welded heat-affected zone of the tank can be made 41 J or more. Furthermore, the absorbed energy in the Charpy impact test at -196°C after strain aging can be increased to 41 J or more.

本発明のタンクは、上記特性を有するため、例えば液化ガス貯槽用タンク等の極めて低温の環境で使用することができる。 Since the tank of the present invention has the above properties, it can be used in an extremely low temperature environment such as a liquefied gas storage tank.

続いて、上記タンクの製造方法の好適な一例について説明する。 Next, a preferred example of the method for manufacturing the tank will be described.

本発明のタンクは、上記の鋼材を溶接して製造される。なお、素材である鋼材(オーステナイト鋼材)の製造方法については既に説明しているため省略する。ここでは、好適な溶接条件について説明する。 The tank of the present invention is manufactured by welding the above steel materials. Since the manufacturing method of the steel material (austenitic steel material), which is the raw material, has already been described, it will be omitted. Here, suitable welding conditions will be described.

[好適な溶接条件]
溶接の種類は、ガスメタルアーク溶接が好ましい。
[Preferred Welding Conditions]
The preferred type of welding is gas metal arc welding.

入熱範囲は、3.0kJ/mm以下が好ましい。また、好ましくは0.5kJ/mm以上である。この入熱範囲を満たすことにより、上記の特性を満足することができる。 The heat input range is preferably 3.0 kJ/mm or less. Moreover, it is preferably 0.5 kJ/mm or more. By satisfying this heat input range, the above characteristics can be satisfied.

500~800℃の温度範囲での平均冷却速度は、10℃/s以上とすることが好ましい。この温度範囲での平均冷却速度が10℃/s未満では、炭化物が生成して、吸収エネエネルギーが低下する。 The average cooling rate in the temperature range of 500 to 800°C is preferably 10°C/s or more. If the average cooling rate in this temperature range is less than 10° C./s, carbides are formed and the absorbed energy is reduced.

以上説明したように、本発明によれば、鋼材の全ての方向、そのなかでもL方向およびC方向のシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーを均等化がでるため、鋼材(母材)および溶接部の衝撃特性の方位依存性を小さくできる。これにより材料(素材)の信頼性が向上した。 As described above, according to the present invention, the absorbed energy in the Charpy impact test in all directions of the steel material, especially in the L direction and the C direction, can be equalized. The orientation dependence of the characteristics can be reduced. This improved the reliability of the material (raw material).

以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳細に説明する。なお、以下の実施例は本発明の好適な一例を示すものであり、本発明はこの実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. In addition, the following examples show a preferable example of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.

転炉-取鍋精錬-連続鋳造法によって、表1に示す成分組成の鋼スラブを作製した。なお、表1に示す「-」は、意図的に添加しないことを表しており、含有しない(0%)場合だけでなく、不可避的に含有する場合も含むことを意味する。次いで、得られた鋼スラブを表2に示す条件で熱間圧延を行い、その後冷却を行い、板厚が6~40mmの鋼材(鋼板)を作製した。
なお、クロス圧延では、圧延中の温度:780~1250℃、780~1250℃の圧下量:60~98%、圧延終了後の冷却条件:1.0℃/s以上となるように、適宜制御して行った。上記「圧延終了後の冷却条件」とは、(熱間圧延終了時の温度-100℃)以上の温度から600℃以下の温度までの平均冷却速度を指す。
A steel slab having the chemical composition shown in Table 1 was produced by a converter-ladle refining-continuous casting method. In addition, "-" shown in Table 1 indicates that it is not added intentionally, and means that it includes not only the case of no content (0%) but also the case of unavoidable inclusion. Next, the obtained steel slabs were hot rolled under the conditions shown in Table 2 and then cooled to produce steel materials (steel sheets) having a thickness of 6 to 40 mm.
In cross rolling, the temperature during rolling: 780 to 1250 ° C., the amount of reduction at 780 to 1250 ° C.: 60 to 98%, and the cooling condition after rolling: 1.0 ° C./s or more. I did. The "cooling condition after the completion of rolling" refers to the average cooling rate from (the temperature at the end of hot rolling - 100°C) to a temperature of 600°C or lower.

また、得られた鋼板から継手用試験板(大きさ:250mm×500mm)を採取し、それらのL方向同士及びC方向同士を溶接することで、溶接継手を作製した。ここでは、開先の形状:レ形、裏当て材:セラミックス、シールドガス:Ar-30%CO、トーチ後退角:5~10°の溶接条件で溶接した。In addition, joint test plates (size: 250 mm×500 mm) were taken from the obtained steel plates, and welded joints were produced by welding them together in the L direction and the C direction. Here, welding was performed under welding conditions of groove shape: square shape, backing material: ceramics, shield gas: Ar-30% CO 2 , and torch receding angle: 5 to 10°.

得られた鋼板と溶接継手を用いて、鋼板については引張試験特性、低温靭性、およびミクロ組織の評価を、溶接継手の溶接熱影響部粗粒域については低温靭性の評価を、それぞれ下記の要領で実施した。 Using the obtained steel sheets and welded joints, the tensile test properties, low temperature toughness, and microstructure of the steel sheets were evaluated, and the low temperature toughness of the weld heat-affected coarse grain region of the welded joints was evaluated according to the following procedures. was carried out.

(1)引張試験特性
得られた鋼板を用いて、鋼板の長手方向および幅方向の中央位置における、板厚1/2位置から次に示す引張試験片を採取した。板厚15mmを超える鋼板ではJIS4号引張試験片を採取し、板厚15mm以下の鋼板では丸棒引張試験片を採取した。各引張試験片を用いて、JIS Z2241(2011年)の規定に準拠した引張試験を行い、引張強度(TS)、降伏応力(YS)を評価した。本実施例では、降伏応力が400MPa以上の特性を有するものを「母材強度に優れる」と判定した。
(1) Tensile test properties Using the obtained steel sheet, the following tensile test specimens were taken from the 1/2 sheet thickness position at the central position in the longitudinal direction and width direction of the steel sheet. A JIS No. 4 tensile test piece was taken from the steel plate with a thickness of more than 15 mm, and a round bar tensile test piece was taken from the steel plate with a thickness of 15 mm or less. Using each tensile test piece, a tensile test was performed in accordance with JIS Z2241 (2011) to evaluate tensile strength (TS) and yield stress (YS). In this example, those having a yield stress of 400 MPa or more were judged to be "excellent in base material strength".

(2)低温靭性
鋼板の低温靭性の評価は、以下の通り行った。
(2) Low-temperature toughness Evaluation of the low-temperature toughness of steel sheets was performed as follows.

得られた鋼板を用いて、鋼板の表面から板厚の1/2位置において、圧延方向に垂直な方向から、C方向のシャルピーVノッチ試験片を採取した。また、得られた鋼板の鋼板表面から板厚の1/2位置において、圧延方向に平行な方向から、L方向のシャルピーVノッチ試験片を採取した。さらに、得られた鋼板の鋼板表面から板厚の1/2位置において、標点間距離200mmの引張試験片をL方向およびC方向からそれぞれ採取し、5%の引張り予歪後、250℃で1時間の時効処理を行った引張試験片から、L方向およびC方向のシャルピーVノッチ試験片を採取した。 Using the obtained steel sheet, a C-direction Charpy V-notch test piece was taken from the direction perpendicular to the rolling direction at a position of 1/2 of the thickness from the surface of the steel sheet. In addition, a L-direction Charpy V-notch test piece was sampled from the direction parallel to the rolling direction at a position of 1/2 of the plate thickness from the steel plate surface of the obtained steel plate. Furthermore, tensile test pieces with a gauge length of 200 mm were taken from the L direction and the C direction at 1/2 of the plate thickness from the steel plate surface of the obtained steel plate, and after 5% tensile prestrain, at 250 ° C. L-direction and C-direction Charpy V-notch test pieces were taken from the tensile test pieces that had been aged for 1 hour.

次いで、JIS Z 2242(2005年)の規定に準拠して、各鋼板について3本のシャルピー衝撃試験を実施し、-196℃での吸収エネルギーを求め、鋼材(母材)靭性を評価した。上述したように鋼板C方向が靭性の低値を示す。そのため、本実施例では、3本の吸収エネルギー(vE-196)の平均値が、C方向:41J以上を「母材靭性に優れる」と判定した。Then, three Charpy impact tests were performed on each steel plate in accordance with the provisions of JIS Z 2242 (2005) to determine the absorbed energy at -196°C to evaluate the toughness of the steel material (base material). As described above, the C direction of the steel sheet exhibits a low value of toughness. Therefore, in this example, the average value of the absorbed energies (vE −196 ) of the three lines in the C direction of 41 J or more was judged to be “excellent in base material toughness”.

なお、板厚10mm以下の鋼板については、サブサイズ(5mm)のシャルピーVノッチ試験片をC方向で作製し、各試験片について3本のシャルピー衝撃試験を-196℃で実施した。表3中、サブサイズのシャルピーVノッチ試験片を用いて実施したサンプルには、吸収エネルギーの項目に「*1」を示す。サブサイズの場合、3本の吸収エネルギー(vE-196)の平均値が、C方向:27J以上を「母材靭性に優れる」と判定した。For steel sheets with a thickness of 10 mm or less, sub-sized (5 mm) Charpy V-notch test pieces were prepared in the C direction, and three Charpy impact tests were performed on each test piece at -196°C. In Table 3, "*1" is shown in the item of absorbed energy for the samples performed using sub-sized Charpy V-notch test pieces. In the case of the subsize, the average value of the absorbed energies (vE −196 ) of the three wires in the C direction of 27 J or more was judged to be “excellent in base material toughness”.

溶接継手の低温靭性の評価は、以下の通り行った。 Evaluation of the low temperature toughness of the welded joint was performed as follows.

板厚が10mmを超える各溶接継手から、JIS Z 2242(2005年)の規定に準拠してシャルピーVノッチ試験片を採取し、各溶接継手について3本のシャルピー衝撃試験を-196℃で実施した。本実施例では、3本の吸収エネルギーの平均値が41J以上を「溶接部の靭性に優れる」と判定した。 A Charpy V-notch test piece was collected from each welded joint with a plate thickness exceeding 10 mm in accordance with the provisions of JIS Z 2242 (2005), and three Charpy impact tests were performed on each welded joint at -196 ° C. . In this example, when the average value of the absorbed energies of the three wires was 41 J or more, it was determined that the toughness of the weld zone was excellent.

なお、板厚が10mm未満の各溶接継手については、JIS Z 2242(2005年)の規定に準拠して5mmサブサイズのシャルピーVノッチ試験片を採取し、各溶接継手について3本のシャルピー衝撃試験を-196℃で実施した。表3中、サブサイズのシャルピーVノッチ試験片を用いて実施したサンプルには、吸収エネルギーの項目に「*1」を示す。サブサイズの場合、3本の吸収エネルギーの平均値が27J以上を「溶接部の靭性に優れる」に優れると判定した。
ここでは、上記と同様、最も低値を示す鋼板C方向での測定値を用いて評価を行った。
In addition, for each welded joint with a plate thickness of less than 10 mm, a 5 mm sub-sized Charpy V notch test piece was collected in accordance with the provisions of JIS Z 2242 (2005), and three Charpy impact tests were performed for each welded joint. was carried out at -196°C. In Table 3, "*1" is shown in the item of absorbed energy for the samples performed using sub-sized Charpy V-notch test pieces. In the case of the sub-size, the average value of the absorbed energy of the three wires was determined to be 27 J or more as being excellent in "excellent toughness of the weld zone."
Here, similarly to the above, the evaluation was performed using the measured value in the direction of steel sheet C, which exhibits the lowest value.

(3)組織評価
[ミクロ組織の観察]
ミクロ組織の各相の面積率は、EBSD解析のPhase mapから求めた。
(3) Structure evaluation [Observation of microstructure]
The area ratio of each phase of the microstructure was determined from the phase map of EBSD analysis.

得られた鋼板の板厚1/2位置で、圧延方向に平行な断面から、EBSD解析用試験片を採取し、500μm×200μmの視野において、測定ステップ0.3μmでEBSD解析を行い、Phase mapに記載の値をオーステナイト相、フェライト相、マルテンサイト相の面積率とした。 A test piece for EBSD analysis is taken from a cross section parallel to the rolling direction at a position of 1/2 thickness of the obtained steel plate, EBSD analysis is performed at a measurement step of 0.3 μm in a field of view of 500 μm × 200 μm, and a phase map is obtained. was taken as the area ratio of the austenite phase, ferrite phase, and martensite phase.

なお、表3中、「その他の相」には、オーステナイト相以外の残部、すなわち、フェライト相および/またはマルテンサイト相の合計面積率を示す。 In Table 3, "other phases" indicates the total area ratio of the remainder other than the austenite phase, that is, the ferrite phase and/or the martensite phase.

[集合組織強度]
得られた鋼板を用いて、鋼板の長手方向および幅方向の中央位置における、板厚1/2位置から、測定用試験片を採取した。各測定用試験片を用いて、ND面の集合組織強度をX線回折で測定した。得られたODF(Orientation Determination Function:3次元結晶方位分布関数)から集合組織強度の最大値を求めた。なお、ODFは、化学研磨で鋼板表面の残留応力を除去した後、X線回折(内部規格化)により測定した極点図((110)[001]、(100)[011]、(100)[010]、(110)[112]、(112)[111])より得ることができる。
[Texture strength]
Using the obtained steel plate, a test piece for measurement was taken from the 1/2 plate thickness position at the central position in the longitudinal direction and width direction of the steel plate. Using each test piece for measurement, the texture strength of the ND surface was measured by X-ray diffraction. The maximum value of texture strength was obtained from the obtained ODF (Orientation Determination Function: three-dimensional crystal orientation distribution function). The ODF is a pole figure ((110) [001], (100) [011], (100) [ 010], (110) [112], (112) [111]).

[硬さ]
得られた鋼板を用いて、鋼板の長手方向および幅方向の中央位置における、板厚1/2位置において、HV10kgで100点測定した。その最大値を最高硬さ値として用いた。
[Hardness]
Using the obtained steel sheet, 100 points were measured at HV 10 kg at the 1/2 sheet thickness position at the central position in the longitudinal direction and width direction of the steel sheet. The maximum value was used as the highest hardness value.

[硫化物系介在物の清浄度]
得られた鋼板を用いて、鋼板の長手方向および幅方向の中央位置における、板厚1/2位置から、圧延方向断面の光学顕微鏡サンプルを切り出し、JIS G 0555付属書1の「点算法による非金属介在物の顕微鏡試験方法」により算出した。ここでは、C方向の硫化物系介在物の清浄度を算出した。顕微鏡の倍率×400で60視野測定し、以下の式を用いて清浄度(%)を算出した。
d=(n/p×f)×100・・・(2)
ここで、上記(2)式における、p:視野内の総格子点数、f:視野数、n:f個の視野における介在物によって占められる格子点中心の数、とする。
なお、硫化物系介在物としてMnSの清浄度を算出した。
[Cleanliness of sulfide-based inclusions]
Using the obtained steel plate, an optical microscope sample of a cross section in the rolling direction is cut from the 1/2 position of the plate thickness at the center position in the longitudinal direction and width direction of the steel plate. Microscopic Test Method for Metal Inclusions". Here, the cleanliness of sulfide-based inclusions in the C direction was calculated. 60 visual fields were measured at a microscope magnification of 400, and the cleanliness (%) was calculated using the following formula.
d=(n/p×f)×100 (2)
Here, in the above equation (2), let p be the total number of grid points in the visual field, f be the number of visual fields, and n be the number of grid point centers occupied by inclusions in the f visual fields.
The cleanliness of MnS was calculated as sulfide inclusions.

以上により得られた結果を、表3に示す。 Table 3 shows the results obtained as described above.

Figure 0007272438000001
Figure 0007272438000001

Figure 0007272438000002
Figure 0007272438000002

Figure 0007272438000003
Figure 0007272438000003

表3に示すように、本発明のオーステナイト鋼材では、上述の目標性能((110)[001]集合組織強度:10.0未満、硬さ:300HV未満、鋼材の板厚1/2位置のシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー(vE-196)が41J以上)を満足することが確認された。また、本発明のオーステナイト鋼材を溶接して得られる溶接継手では、上述の目標性能(溶接熱影響部粗粒域のシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー(vE-196)が41J以上)を満足することが確認された。さらに、歪時効処理後においても、上述の性能(歪時効後におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー(vE-196)が41J以上)を満足することが確認された。As shown in Table 3, in the austenitic steel material of the present invention, the above-mentioned target performance ((110) [001] texture strength: less than 10.0, hardness: less than 300 HV, Charpy It was confirmed that the absorbed energy (vE -196 ) of the impact test was 41 J or more). In addition, the welded joint obtained by welding the austenitic steel materials of the present invention satisfies the above-mentioned target performance (absorbed energy (vE −196 ) in the Charpy impact test of the coarse grain region of the weld heat affected zone of 41 J or more). confirmed. Furthermore, it was confirmed that the above performance (absorption energy (vE −196 ) in the Charpy impact test after strain aging was 41 J or more) was satisfied even after the strain aging treatment.

これに対し、本発明の範囲を外れる比較例では、オーステナイト鋼材が上記目標性能を満足できなかった。また、得られる溶接継手では、吸収エネルギーが上述の目標性能を満足できなかった。さらに、歪時効処理後において上述の目標性能を満足することが確認された。 On the other hand, in Comparative Examples outside the scope of the present invention, the austenitic steel materials could not satisfy the above target performance. In addition, the resulting welded joint did not satisfy the above target performance in terms of absorbed energy. Furthermore, it was confirmed that the above target performance was satisfied after the strain aging treatment.

Claims (6)

質量%で、
C:0.100%以上0.700%以下、
Si:0.05%以上1.00%以下、
Mn:20.0%以上40.0%以下、
P:0.030%以下、
S:0.0050%以下、
Al:5.00%以下、
Cr:7.0%以下、
N:0.0500%以下、
O:0.0050%以下、
Ti:0.005%未満、
Nb:0.005%未満を含有し、
Ca:0.0100%以下、Mg:0.0100%以下、REM:0.0200%以下から選択される1種または2種以上を含有し、
残部が鉄および不可避不純物からなる成分組成を有し、
ミクロ組織は、面積率で95%以上がFCCであり、
硫化物系介在物の清浄度が1.0%未満であり、かつ、前記硫化物系介在物はMnSであり、
板厚1/2位置の(110)[001]集合組織強度が4.0以上10.0未満であり、
板厚1/2位置の硬さが220HV以上300HV未満であり、
板厚1/2位置におけるC方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である、鋼材。
in % by mass,
C: 0.100% or more and 0.700% or less,
Si: 0.05% or more and 1.00% or less,
Mn: 20.0% or more and 40.0% or less,
P: 0.030% or less,
S: 0.0050% or less,
Al: 5.00% or less,
Cr: 7.0% or less,
N: 0.0500% or less,
O: 0.0050% or less,
Ti: less than 0.005%,
Nb: contains less than 0.005%,
Contains one or more selected from Ca: 0.0100% or less, Mg: 0.0100% or less, REM: 0.0200% or less,
having a component composition with the balance being iron and inevitable impurities,
The microstructure has an area ratio of 95% or more FCC,
the cleanliness of the sulfide-based inclusions is less than 1.0%, and the sulfide-based inclusions are MnS;
The (110) [001] texture strength at the 1/2 plate thickness position is 4.0 or more and less than 10.0,
The hardness at the plate thickness 1/2 position is 220 HV or more and less than 300 HV,
A steel material having an absorbed energy of 41 J or more in a Charpy impact test at −196° C. in the C direction at the 1/2 plate thickness position.
歪時効された板厚1/2位置のC方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である、請求項1に記載の鋼材。 2. The steel material according to claim 1, wherein the absorbed energy in a Charpy impact test at −196° C. in the C direction of the strain-aged 1/2 thickness position is 41 J or more. 溶接された溶接熱影響部粗粒域におけるC方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である、請求項1または2に記載の鋼材。 3. The steel material according to claim 1 or 2, wherein the absorbed energy in a Charpy impact test at −196° C. in the C direction in the coarse-grained region of the welded heat affected zone is 41 J or more. 前記成分組成は、さらに、質量%で、
Cu:1.0%以下、
Ni:1.0%以下、
Mo:2.0%以下、
V:2.0%以下、
W:2.0%以下
から選択される1種または2種以上を含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼材。
The component composition is further, in mass %,
Cu: 1.0% or less,
Ni: 1.0% or less,
Mo: 2.0% or less,
V: 2.0% or less,
W: The steel material according to any one of claims 1 to 3, containing one or more selected from 2.0% or less.
請求項1~4のいずれか1項に記載の鋼材の製造方法であって、
前記成分組成を有する鋼素材を、1100℃以上1300℃以下の温度域に加熱し、(1)式で算出されるクロス圧延比が20以下、仕上圧延最終パスの圧下率が30%以下、および仕上圧延終了温度が750℃以上となる条件で熱間圧延を行った後、冷却を行う、鋼材の製造方法。
クロス圧延比=圧延方向圧延比/圧延直角方向圧延比 ・・・(1)
A method for manufacturing a steel material according to any one of claims 1 to 4,
A steel material having the above chemical composition is heated to a temperature range of 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, and the cross rolling ratio calculated by the formula (1) is 20 or less, the reduction ratio of the final pass of finish rolling is 30% or less, and A method for producing a steel material, comprising performing hot rolling under the condition that the finishing temperature of finish rolling is 750° C. or higher, and then cooling.
Cross rolling ratio=rolling direction rolling ratio/rolling perpendicular direction rolling ratio (1)
請求項1~4のいずれか1項に記載の鋼材を溶接したタンクであって、
溶接熱影響部粗粒域における、C方向の-196℃でのシャルピー衝撃試験の吸収エネルギーが41J以上である、タンク。
A tank welded with the steel material according to any one of claims 1 to 4,
A tank having an absorbed energy of 41 J or more in a Charpy impact test at −196° C. in the C direction in the coarse-grained region of the weld heat affected zone.
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