JPH01172518A - 圧力容器用極厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は石油精製等の化学反応容器用Ｃｒ　−Ｍｏ鋼を
対象とし、法定の定期点検での耐圧試験時等に要求され
る低温靭性が良好であり、且つ板厚内で靭性が均一な圧
力容器用極厚鋼板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 化学反応容器用等に用いられるＣｒ−Ｍｏ鋼は、従来圧
延後−旦冷却し再度所定の温度（通常９３０℃程度）で
焼入れあるいは焼ならした後、焼もどして使用されてき
た。プラントの使用条件の高温高圧化により鋼材の高強
度化が要望され、新たな合金元素を添加した成分系開発
等の努力がなされている。

しかし、合金元素の有効利用に不可欠な高温での熱処理
はオーステナイト結晶粒の粗大化を招き、低温靭性を低
下させる結果になっている。

これに対し、特開昭５８−１０７４１５号公報あるいは
特開昭８１〜８７８１８号公報などにより知られている
方法、即ち圧延ままの高温を利用し、Ａ　ｒ　ａ温度以
上の温度から焼入れる製造法（直接焼入れ法）では、合
金元素が十分固溶されるため高い強度が得られると同時
に、圧延によるオーステナイト粒の細粒化により低温靭
性を改善することが可能である。

しかし、化学反応容器用鋼は７５ｍ−厚以上の比較的厚
手の鋼板を使用することが多く、この場合、圧延中に表
面と中心での温度等の条件が異なるため、板厚方向に均
一な靭性を得にくい欠点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 化学反応容器は高温で使用され、高温での引張強度、ク
リープ破断強度が必要である。この他、化学反応容器は
定検時の耐圧試験が義務付けられており、使用素材に対
して板厚内谷部の低温靭性が優れていることが要求され
る。

本発明方法は圧延直接焼入れ法により製造される極厚Ｃ
ｒ−Ｍｏ鋼の欠点である板厚方向の靭性変動を改善する
方法の提供を目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、Ｎｂを含有するＣｒ−Ｍｏ鋼直接焼入れ祠
の祠質におよぼす圧延条件の影響を種々検討した結果、
圧延パス間の時間を制御することにより、板厚内の靭性
変動を防止できることを見出した。

本発明は前記の知見に基づいてなされたものであり、そ
の要旨は、重量％にてＣ：　０．０３〜０．１７％、Ｓ
　Ｉ　　：　０．０２〜０．５％、Ｍｎ　：　　０．ｌ
〜１．０％、Ｃｒ　　：　０．５〜５．０％、Ｍｏ　　
：　　０．３〜１．５％、Ｖ　：　０．０３〜０．５％
、Ｎｂ：０．０１〜０．１％、Ａｇ：０．００５〜０．
０５％、Ｎ　：　０．０３％以下、Ｐ　：　０．０２％
以下、Ｓ　：　０．０２％以下、を基本成分とし、更に
必要によりＢ　：　０．０００２〜０．００５％を単独
で又はＴＩ　＝０．０１〜０，０５％と組合せて含有し
、残ＦＣ及び不可避不純物からなる鋼を１１００〜１２
８０℃に加熱した後、パス間Ｎ［均時間１０秒以上３０
秒以下で熱間圧延して８００〜１０５０℃で圧延終了し
、直ちに８００℃以上の温度から焼入れることを特徴と
する圧力容器用極厚鋼板の製造方法に関する。

［作　　用］ 以下本発明についてさらに詳細に説明する。

Ｃは常温及び高温の強度を高めるのに有効な元素であり
、化学反応容器用鋼として要求される強度レベルから、
少なくとも０．０３％を必要とする。

Ｃ量の増加とともに、鋼材の靭性が低下し、溶接性も悪
くなるため、上限を０．１７％とする。

Ｓｉは脱酸及び強度上昇のため０．０２％以上添加する
が、添加量が多いと靭性を低下するため上限を０．５％
とする。

ＭｎはＳを固定し、強度を高めるのに有効な元素である
が、添加量が多いと材料内の偏析を著しくし、靭性の異
方性を増すため、０．１〜１．０％とする。

Ｐは鋼中でミクロ偏析し靭性の方向差を著しくするばか
りでなく、焼もどし時及び溶接後熱処理時に粒界に偏析
し靭性を低下させる元素であるため、減少させることが
望ましいので、上限を０．０２％とする。

Ｓは鋼中で非金属介在物Ｍ　ｎ　Ｓを形成し、靭性の方
向差を大きくし、且つシャルピー試験での上部棚エネル
ギーを低下させるため、上限を０．０２％とする。

Ｃ「は焼入れ性を増すとともに、焼もどし及び溶接後熱
処理で炭窒化物を析出し、高温強度を向上させる。また
Ｃ「は炭窒化物を安定化し、鋼の耐水素侵食性を向上さ
せるため、０．５％以上添加する。しかし、５．０％超
の添加は化学反応容器用鋼では不必要なため、上限を５
．０％とする。

Ｍｏは高温強度、特にクリープ破断強度を増すために添
加する。しかし、０　、３％未満の添加では効果が顕著
でなく、Ｉ　、　５％超では効果が飽和するため、添加
量を０．３〜１．５％とする。

■はそれ自体炭窒化物を形成し、強度を上昇するととも
に、Ｃｒの炭窒化物に固溶し、Ｃｒ炭窒化物をさらに安
定化する効果がある。しかし、０．０３％未満では効果
が認められず、０．５％超では効果が飽和し添加量に応
じた効果が青られないため、０．０３％〜０　、５％と
する。

Ｎｂは焼もどしあるいは溶接後熱処理時に安定な炭窒化
物を形成し、鋼の高温強度を向上させる効果を白°する
元素である。また、圧延により加工誘起）バ出し、結品
拉界の移動を妨げ、再結晶粒の粗大化を阻市する。この
ため、０，０１％以上を添加するが、０．１％超では添
加量に見合った効果が得られないため、経済的に０．１
％以下に抑制する。

Ａｌは鋼の脱酸に不可欠な元素であり、この目的から０
．００５％以上を添加する。しかし、Ａｊ７添加量が高
くなるとクリープ破断強度を害するため添加の上限を０
．０５％以下とする。

ＮはＣとＩＩ″旧１、鋼の強度を上昇させるが、通常の
溶製方法では０．０３％以上の添加で鋼塊内に気孔を形
成する。気孔が圧延によっても未圧着であると、延性及
び靭性を低下させるため、添加を０．０３％以下とする
。

本発明は以上の成分組成を基本成分とするが、強度、靭
性向上のためＢをｌｌｔ独で又はＴｉと併用して添加す
ることができる。

Ｂは微量添加で焼入れ性を上昇させる元素であり、焼入
れ性を更に必要とする場合に添加する。

焼入れ向上効果は０．０００２％のＢ添加から認められ
るが、０．００５％超に増量する意味はない。このため
、添加量を０．０００２〜０．００５％とする。

ＴｉはＮと結合し、Ｂが焼入れ性向上に無効なりＮとな
るのを妨げる効果を６する。このため、Ｂとともに添加
することができる。しかし、０．０１％未満では効果が
十分てない。０，０５％を超えるとＴｉＮが増えすぎ、
却って靭性を害するのて０、旧〜０．０５％とする。

前記のような化学成分を何する鋼は転炉、電気炉で溶製
した後、必要に応じて取鍋精練や真空脱ガス処理を施し
て得られ、通常鋳型あるいは一方向凝固鋳型で造塊した
後、分塊でスラブとされる。

スラブは連続鋳造法により溶鋼から直接製造しても良い
。

次に加熱圧延条件について述べる。

分塊での均熱・圧下はいかなるものであっても構わない
。即ち、スラブを冷却した後均熱してもよく、分塊のま
ま熱片で均熱炉に装入しても良い。

１０００〜１３００℃で均熱の後、圧延または鍛造によ
りスラブとする。スラブ厚は製品板厚１．３〜２．５倍
程度が好ましい。

スラブは鋼に含有されるＮｂ及びＶの一部あるいは全部
が固溶する温度て加熱されることが不可欠である。した
がって、１１００℃以上の温度で加熱する。しかし、１
２８０℃を超えると、オーステナイト粒が粗大化しすぎ
、圧延によっても微細化できなくなるため、１２８０℃
以上とする。

加熱されたスラブは＞ｊ２数パスの圧下により圧延され
る。

第１図にＯ，ｌ５９ｏＣ−０，１８％Ｓ　ｉ　　−０，
５１％Ｍｎ　−ｏ、ｏｏｇ％ｐ　−ｏ、ｏｏｅ％Ｓ−３
，＋１％Ｃｒ１．０８％Ｍｏ　−０，２２０６Ｖ　−０
，０４３９ｏＮｂ　−０，００７％Ａｌ　−ｏ、ｏｏｅ
％Ｎ鋼につき、パス間時間を種々変化させて１２０ｎ＋
Ｉ厚に圧延し、８００℃以上の温度から焼入れ、７１０
℃で１０時間焼もどしした場合の表層部と中心部との破
面遷移温度（ｖＴｒｓ）の差の変化を示す。

パス間゛１也均時間が１０〜３０秒に、表層部と中心部
の破面遷移温度差が極めて少ない条件がある。圧延パス
間時間はこれ迄重要視されることがなく、生産性向上の
観点から極力短くする努力がなされている。

このため、上程のトラブルがない限り、パス間平均時間
は数秒以内である。しかし、第１図に示したように、圧
延パス間の平均時間により圧延直接焼入れ、焼もどし後
の靭性が変化するため、規制が必要である。

各圧延パス間の平均時間が１０秒より短い場合、加工発
熱により中心部温度が初期の加熱温度より高まり、オー
ステナイト粒が粗大化し、焼もどし後の靭性が低くなる
。このため、パス間平均時間は１０秒以上とする必要が
ある。

また、表層部の温度はロールとの接触等により、低下す
るが、パス間・１と均時間が１０秒未満では復熱による
表面温度の回復が十分でなく、表層部は低温で圧延され
る。

パス間゛１シ均時間が長い程中心部温度が低下し、中心
部靭性は徐々に改舌方向に向かう。しかし、パス間甲均
時間が３０秒を超えると、復熱による表層部温度の低ド
防住−機能か無くなり、表層部は未再結晶域で圧延され
る。

未再結晶域圧延組織からの焼入れでは、急冷によっても
不完全な組織となり、焼もどし後の靭性が低下する。こ
のため、パス間ｉ１ｉ均時間を３０秒以下とする。

このようなパス間平均時間の規制は、７５ｍｍ厚を超え
る極厚鋼板を直接焼入れ板厚方向の靭性を均一化する場
合に特に重要である。圧延に際しては復熱による表面温
度の低下防上機能を十分に利用するために、形状修正の
ための圧延を除き１パス当り１５ｍｍ以上の圧下量とす
ることが望ましい。圧延終了温度は次に述べる焼入れ開
始温度を確保する観点から、８００〜１０５０℃とする
。

しかして８００℃未満では焼入れ開始温度８００℃以上
を確保できなく祠質確保が困難である。一方１０５０℃
を超えると、圧延によるオーステナイト粒の細粒化が十
分てなく組織が粗くなり、材質、特に靭性確保が困難と
なり好ましくない。

次いで圧延俊速やかに焼入れるものであるが、これは８
００℃以上の焼入れ温度を確保せんがためである。即ち
、焼入れ開始温度が８００℃より低い場合、固溶したＮ
ｂ、Ｖ等の強化元素の一部が析出し、強化に寄りしなく
なる。このため、焼入れ開始温度はｇ　ｏ　ｏ　’ｃ以
上とする。

焼入れは冷却水の散水による急冷が良く、加速冷却等の
利用により能率的に行うことが好ましい。

焼入れ後は常法に従い焼もどしをして製品となるが、焼
もどしは均質で優れた強度及び靭性を得るために必要で
あり、通常のＣｒ−Ｍｏ鋼の焼もどしくたとえば、６２
５〜７２５℃で３０分以上保持）と同様に行うものであ
る。

圧延直接焼入れ焼もどしを施された極厚鋼板は、製品と
して出１：：ｊ後、溶接、曲げ等の加工を受け、化学反
応容器′、５の圧力容器となる。

［実　施　例］ 第１表に示す化学成分を有する鋼を用い、第２表に示す
製造条件で、熱間圧延−熱処理を施して製品とした。

得られた鋼板からサンプルを切り出し、引張試験（ＪＩ
Ｓ　４号）並びに２ｍｍＶノツチシャルピー試験により
、引張強さと破面遷移温度（ｖＴ　ｒｓ）を調査した。

この結果を併せて第２表に示す。

しかして数番１Ａと７Ａは夫々、Ｎｂ含有量とＶ含有量
が本を門外のものでΔｖＴｒｓ、脆化量共に大きい。板
番２Ｃは加熱温度が低く強度、靭性ともに低く、計つΔ
ｖＴｒｓｑ脆化量共に大きい。

板番３Ｃは圧延終了温度、焼入れ温度ともに低いため、
強度が低く、ｖＴｒｓ（表）の値が劣り、ΔｖＴ　ｒｓ
ｘ脆化量が大きい。

板番４Ｃは焼入れ温度が低いため初期靭性レベルが低い
うえ、Δ■ＴｒＳｓ脆化量が大きい。板番５Ｃはパス間
甲均時間が長いため、表層部が低温圧延となってｖＴｒ
ｓ（表）の値が劣るのみならず、ΔｙＴｒｓｓ脆化量も
大きい。板番６Ｃはパス間時間が短かく復熱か十分でな
いため、表層部が低温圧延となってｖＴｒｓ（表）の値
が劣る。更にΔＶＴｒＳｓ脆化瓜も大きい。板番８Ｃは
圧延終了温度が高すぎるため、ｖＴｒｓが劣るうえ、Δ
ＶＴｒＳｓ脆化皿が大きい。

これに対し本発明実施例は焼もどしパラメータが大きい
にも拘わらず優れた強度が得られている。

本発明法の効果は、表層部と中心部での靭性（ｙＴｒｓ
）差に明瞭に表れている。ｖＴｒｓが表層部及び中心部
で一３０℃以下であれば、化学反応容器用鋼としてのス
ペックを十分満足する。また、両者の差異か１０℃未満
であれば、実質的に板厚内の靭性変動は無いと考えて良
い。

第２表から本発明法による製造条件では、板厚内での靭
性変動の少ない極厚鋼板となっている。

尚第２表中、脆化量は、第２図に示すステップ冷却熱処
理前後のｖＴｒｓの変化量を示している。

［発明の効果］ 本方法による鋼板は初期の靭性が優れているばかりでな
く、ＦＭ、　Ｉ￥Ｉ　Ｊｊ向の靭性が均一で、且つ、高
温長時間使用中ての靭性低下も少なく、圧延直接焼入れ
焼もどしにより得られる高強度とともに、高温高圧で使
用される化学反応容器用として極めて６用なものであり
、Ｌ業的価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧延でのパス間平均時間と、圧延直接焼入れ焼
もどし後での表層部と中心部でのシャルピー破面４移温
度の差の関係を示す図表、第２図は５ｏｃｏ、Ｑ　”　
２ステップ冷却熱処理条件の図表である。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫０．３　　　
　／　　　　３　　１０　　　Ｊｏ　　　１００　３０
ｔ）パス朋乎的Ｅｆｊ−ＦＩ！Ｉ（矛ダ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％にて Ｃ：０．０３〜０．１７％、 Ｓｉ：０．０２〜０．５％、 Ｍｎ：０．１〜１．０％、 Ｃｒ：０．５〜５．０％、 Ｍｏ：０．３〜１．５％、 Ｖ：０．０３〜０．５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．１％、 Ａｇ：０．００５〜０．０５％、 Ｎ：０．０３％以下、 Ｐ：０．０２％以下、 Ｓ：０．０２％以下、 残Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼を１１００〜１２８
   ０℃に加熱した後、パス間平均時間１０秒以上３０秒以
   下で熱間圧延して８００〜１０５０℃で圧延終了し、直
   ちに８００℃以上の温度から焼入れることを特徴とする
   圧力容器用極厚鋼板の製造方法。
2. （２）重量％にて、 Ｃ：０．０３〜０．１７％、 Ｓｉ：０．０２〜０．５％、 Ｍｎ：０．１〜１．０％、 Ｃｒ：０．５〜５．０％、 Ｍｏ：０．３〜１．５％、 Ｖ：０．０３〜０．５％、 Ｎｂ：０．０１〜０．１％、 Ａｌ：０．００５〜０．０５％、 Ｎ：０．０３％以下、 Ｐ：０．０２％以下、 Ｓ：０．０２％以下を基本成分とし 更に、 Ｂ：０．０００２〜０．００５％、 を単独で又は Ｔｉ：０．０１〜０．０５％ と組合せて含有し、 残Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼を１１００〜１２８
   ０℃に加熱した後、パス間平均時間１０秒以上３０秒以
   下で熱間圧延して８００〜１０５０℃で圧延終了し、直
   ちに８００℃以上の温度から焼入れることを特徴とする
   圧力容器用極厚鋼板の製造方法。