JPH02133518A - 低温靭性に優れた高張力鋼材の製造法 - 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、低／！Ｘ靭性に優れた高張力臼そオの製造法
に関する。

（従来の技術） 例えば、水力発電所は電力需要の著しい増大乙こ伴って
発電効率を向上させるために近年大型化される傾向にあ
る。これに伴い水力発電所のペンストック　く水圧鉄管
）に用いられる鋼材に対して要求される強度は−Ｌ界し
ており、これに対応するため使用される鋼材も厚肉化・
高強度化が図られている。例えば引張り強度が８０〜１
００　ｋｇｆ／ｍｍ２であってかつ板厚が１５０１以−
Ｅ、場合によっては２００１以上である鋼板が用いられ
るようになっている。

しかしながら＠型構造物である水圧鉄管には屯に強度の
みならず、過酷な環境条件で使用されることから、靭性
とりわけ低温靭性も強く要求されでいる。

そこで従来より上述のような用途に使用される鋼材であ
る極厚高張力鋼板の低温靭性を改善する方法が種々Ｌｌ
案されている。例えば特開昭４８−２８３１６号公報に
は［Ａｃ４点以上の温度で焼入れを２回以上繰り返した
後で焼戻しを行うことにより強度と靭性とをＰｉ厚ＩＥ
Ｉに付与する方法」が、また日本国特許第１，１５１．
０９５号、同１，３３３，５６０号には調ｎ型高張力鋼
板の低温靭性を改善する方法として「微量のＮｂを鋼片
中に添加しておき、熱間圧延条件をある条件下に制御す
る方法」がそれぞれ開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらこれらの方法によっては、極厚高張力網板
の低温靭性を確実に改善することができない。

すなわち特開昭４８−２８３１６号公報に開示された方
法は、各々の熱処理温度についての言及がなされておら
ず菫に奸ましい熱処理温度範囲として８８０〜９８０℃
を例示しているだけである。したがって、例えば９５０
℃という高温で２回繰り返し焼入れを行った場合には２
回目の焼入れ時にも結晶粒の粗大化が発生するため、所
望の低温靭性の改善を図ることができず、一方＾Ｃ１点
直上という低温で２回操り返し焼入れを行った場合には
オーステナイト結晶粒・フェライト結晶粒の混粒ｍｍと
なり易く、やはり所望の低温靭性の改善を図ることがで
きない。また、Ｎｂ添加の効果についても十分言及され
ていない。つまり特開昭４８−２８３１６号公報に開示
された方法では、鋼材の組成や焼入れ温度といった条件
により靭性の改善効果が不足し充分な低温靭性が得られ
ない。

また日本国特許第１，１５１，０９５号、同１．３３３
．５６０号に開示された方法は薄板材では効果が期待で
きるものの極厚鋼板では圧延の制御効果が期待できない
。

以上いずれの方法によっても極厚高張力鋼板の低温靭性
を改善することはできなかったのであるつここに、本発
明の目的は、低温靭性に優れた高張力鋼材、例えば極厚
高張力鋼板の製造法を提供することにある。

（課題を解決するだめの手段） 本発明考らは」−２課題を解決するため種々検討を重ね
た結果、鋼（■成および２回繰り返し焼入れの焼入れ温
度を特定することにより、高張力鋼材・持に極厚高張力
鋼板の低温靭性を改修することができることを知り、本
発明を完成した。

ここに本発明の要旨は、重量％で Ｃ：０．０７〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０
％、Ｍｎ：　０．５０〜２．００％、　　Ｐ　：　０．
０１５％以下、Ｓ　：　０．０１０％以下、　　Ｃｒ　
：　０．１〜１．５％、Ｍｏ：　０．１５〜０．９０％
＝　　　Ｎｂ：０．００５〜０．０３０％、Ｂ　　：　
　０．０００５〜０．００３０％、　ｓｏｌ、八Ｑ　：
０．０４〜Ｑ、１５％、Ｎ　：　０．００２〜０．０１
５％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる鋼組成を有する鋼）Ａを、８８０℃以」二１ｏ
ｏＯ℃以下の焼入れ温度で１次焼入れを行い、引き続き
、Ａｃ３点以−、ｈＵＣＪ点＋１００℃）以下であり、
かつ（１次焼入れ温度−４０℃）以下である焼入れ温度
で２次焼入れを行った後に、焼戻しを行うことを特徴と
する、低温靭性に優れた高張力鋼材の製造法である。

本発明において、鋼材とは、例えば水圧鉄管用材料とし
て用いることができる極厚の鋼板をいう。

好ましくは１００１厚以上の高張力鋼板である。

（作用） 以下本発明を作用効果とともに詳述する。なお本明細書
において特にことわりがない限り「％］は「重量シロ」
を意味するものとする。

本発明は、ある特定した鋼組成を有する鋼材を、ある特
定した焼入温度域で、それぞれ２回焼入れ処理を施こし
、その際第２回目の焼入れを第１回目のそれより４０℃
以上低い温度で行い、その後焼戻し処理を行うことを特
徴とする、低温靭、性に優れた高張力！４材の製造法で
ある。

まず、本発明において」二連のように鋼組成を限定した
理由について説明する。

Ｃは、０．０７％未満であると張力が８０ｋｇｆ／ｍｍ
”に達せず不足するために０．０７％以上とし、また０
、２０％を超えると靭性・溶接性を損なうために０１２
０％以下と制限する。

Ｓｉは、鋼材の強度を確保するという観点から製鋼−）
０．０１％以上必要な元素であるが、０．６０％を超え
ると鋼材の靭、性を著しく低下させるために０．６０％
以下とする。

Ｍｎは、焼入性と強机性とを共に確保するために０．５
０％以上添加する必要があるが、２．０％を超えて多量
に添加すると、Ｍｎのミクロ偏析あるいは伸展したＭｎ
Ｓなどにより、機械的性質の異方性が極めて大きくなり
、高張力鋼材として適さなくなる。

そこでＭｎ添加量を０．５０％以上２．０％以下と制限
する。

ＰおよびＳはに性を確保するためには有害な元素であり
少ないことが望ましいが、現在の製鋼技術上零にするこ
とは困難であるため、それぞれ上限を０．０１５％、０
．０１０％と制限する。

Ｃｒは、０．１％以上の添加により焼入性を高めるため
靭−性の向上に有効であるが、１．５％超添加すると靭
性が著しく劣化するため、０．１％以上１．５％以下と
制限する。

Ｍｏは、０．１５％以上の添加により強度の向上に有効
であるが、０．９０％を超えて添加すると靭性をｔｌｌ
なうこととなるため、０．１５％以上０．９０％以下に
制限する。

Ｎｂは、本発明において重要な元素である。Ｎｂをｏ、
ｏｏｓ％以上添加することにより結晶粒の微細化が図ら
れるために靭２性の向Ｊ二に有効である。しかし０．０
３０％超添加すると、溶接継手部の靭性の劣化をもたら
すため、０．００５％以上０．０３０％以下に制限する
。

なお、結晶粒微細化のためにＮｂを添加することは薄板
では行われているが、本発明のように極厚鋼板を対象に
する場合には例がない。それは制御圧延効果が朋持しに
くいためであり、そのため本発明にあっては固溶Ｎｂの
微細析出による細粒化の促進を図っている。

ｓｏｌ．Ａｌは、１粒の微細化、固溶Ｎの固定およびＢ
処理を行う上で不可欠な元素であって、かかる効果を発
揮させるためには０，０４％以上の添加が必要となるが
、０．１５％を超えて添加すると靭性の低下をもたらす
ため０．０４％以上０．１５％以下と１１限する。

Ｂは、本発明において微量の添加で焼入れ性を著しく向
上させるため、極めて重要な元素であり、０．０００５
％以上の添加が必要であるが、０．００３０％を超えて
添加すると靭性が著しく劣化するため、Ｂの添加量は０
．０００５％以上０．００３０％以下と制限する。

Ｎは．ＡｌＮの生成により１粒の微細化に寄与するため
、０．００２％以上添加することが必要であるが、０．
０１５　％≦を超えて添加すると固溶Ｎが増大し靭性が
劣化する。よって０．００２％以上０．０１５％以丁に
制限する。

以上の組成を有する鋼材に後述する条件の熱処理を行う
ことにより、低温靭性に優れた鋼材を得ることが可能と
なるが、さらにＮｉ、　Ｃｕ、■を１種または２種以上
を組合せて添加することにより一層の靭性向上を図るこ
とが可能となる。

そこで以下これらの元素の添加量について説明ｒる。

■は０．０１％以」二添加することにより強度−Ｌｇに
有効であるが、０１０％を超えて添加することにより靭
性の劣化をもたらす。そこで０．０１％以上０．１０％
以下に制限する。

Ｎｉは強度・靭性を向上させるためにイ１゛効な元素で
あるが、多量に添加するとコストの−Ｌ昇を招くため５
％以下に制限する。

Ｃｕは０．１％以上の添カロにより強度士昇のために有
効な元素であるが、０゜５％超添加するとスゲル発生に
より鋼材の表面性状を著しく劣化する。

したがって０．１％以上０．５％以下と制限する。

以上の組成を有する鋼材に対して、本発明は、（１）　
８８０℃以上１０００℃以■の焼入れ温度で１次焼入れ
を行う （２）　ｆｉｌに引き綺き、Ａｃ３点以上（Ａｃ、、点
＋１００℃）以下であり、かつ（１次焼入れ温度−４０
℃）以下である焼入れ温度で二次焼入れを行う（３）上
記１次焼入れおよび２次焼入れ後に焼戻しを行う といろ条件で噴気処理を行うのである。

以１−の熱処理条件について以下詳述する。

先づ１次焼入れ温度は、微油に添加した肺を充分固溶さ
せてＮｂによる結晶ｆ、γ微細化の効果を充分に発揮さ
せるためには、高温であることが望ましく、最低でも８
８０’Ｃは必要である。しかし１０００℃を超えるとγ
粒の粗大化が顕著となり、靭性の低Ｆに継がるため、１
次焼入れ温度は８８０℃以上１０００℃以下と制■する
。

次に２次焼入れ温度は１次焼入れ温度とは別に低温であ
ること、すなわちＡｃ３点直上であることが有効である
。これは可及的低温における１化温度を選択的に用いろ
ことにより、１粒の細粒化が図られ、靭性の向−Ｅ−が
図られるからである。また、１次焼入れにより（■繊が
ヘイ十イト化しているために２次焼入れにより相Ｔ・′
ｉｒ相が均一に生成されてｇ終製品の靭性が改傅される
ためでもある。このためには２次焼入れ温度は、Ａｃ，
点以、ｈ（Ａｃｓ点川Ｏ用℃）以下であり、かつ（１次
焼入れ温度−４０゛Ｃ）以下である温度であることが有
功である。

そしてｔ４後に焼戻し処理を行う。焼戻し処理は特別な
処理を含むものではなく通常の焼戻し処理を行えばよい
。すなわらと記の１次焼入れおよび２次焼入れを行った
鋼材を５５０〜６５０℃程度に焼戻しすればよい。

以−Ｆ詳述してきた本発明にかかる方法により、ａ！、
温靭性に優れた高張力鋼材を確実に得ることが可能にな
る。

さらに本発明を実施例を用いて詳述するが、これは本発
明の例示であってこれにより本発明が不当に制限される
ものではない。

実施例 第１表に示す組成を有する鋼片を第２表しこ示す条件に
て熱処理を行って板厚が１００　ｍｍまたは１５０Ｉの
試１４Ｆｋｌないし試料阻９を得た。

これらの試料について、引張試験を行って降伏点および
引張強さを測定するとともにシャルピー試験を行って遷
移温度を′測定した。結果を第２表に示す。

試ｌＴｈ１ないし使用猾６は本発明にかかる方法により
得た試料であるが、引張強度が大きく、遷移温度が低く
、低温靭性に優れた高張力鋼板が得られたことがわかる
。

これに対して試料磁７ないし試料寛９は比較例の試料で
ある。

まず試料隘７は、２次焼入れを実施していないため、γ
粒の粗大化を防ぐことができず、靭性の向上が図られな
いことがわかる。

次に試料宛８は、ＮｂおよびＢを有さない鋼片より得た
試料であるが、結晶粒の微細化が図れらないとともに、
焼入れ性も向上しないためやはり靭性の向上が図られな
いことがわかる。

さらに試料阻９は、２次焼入れ温度が１次焼入れ温度と
同一である方法、すなわち特開昭４８　２８３１６号公
報に開示された方法と同一の方法により得た試料である
が、γ粒の細粒化が図られず靭性が向上していない（Δ
Ｔｓ＝−６０（ト））ことがわかる。

（発明の効果） 特定の組成を有する鋼材に対して （ｉ）靭性の向上の目的で添加するＮｂを十分に固溶さ
せる高／！Ｌ（８８０〜１０００■）で１次焼入れ処理
を行う （１１）γ粒の細粒化を目的として、低温ｆ（Ａｃ＊点
〜Ａｃ３点＋１ｏｏ）　℃であって、（１次焼入れ温度
４０）℃以下の温度）で２次焼入れを行うという、本発
明にかかる方法により、従来の極厚高張力鋼板に対して
、良好な低温靭性を有する極厚高張力鋼板を提供する方
法が得られることとなった。

近年高張力化・；ゾ肉化の要求が年々増大しているペン
ストック用鋼板をはじめとする、各種大型構造物に使用
することができる、低温排外に優れた、極厚高張力鋼板
の製造法を提供する本発明の意義は著しい。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ：０．０７〜０．２０％、Ｓｉ：０．０１〜０．６０
   ％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｐ：０．０１５％以
   下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｃｒ：０．１〜１．５％、
   Ｍｏ：０．１５〜０．９０％、Ｎｂ：０．００５〜０．
   ０３０％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、ｓｏｌ
   ．Ａｌ：０．０４〜０．１５％Ｎ：０．００２〜０．０
   １５％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる鋼組成を有する鋼材を、８８０℃以上１０００
   ℃以下の焼入れ温度で１次焼入れを行い、引き続き、Ａ
   ｃ＿３点以上（Ａｃ＿３点＋１００℃）以下であり、か
   つ（１次焼入れ温度−４０℃）以下である焼入れ温度で
   ２次焼入れを行った後に、焼戻しを行うことを特徴とす
   る、低温靭性に優れた高張力鋼材の製造法。
2. （２）さらに Ｎｉ：５％以下、Ｖ：０．０１〜０．１％、Ｃｕ：０．
   １〜０．５％ の１種または２種以上の組み合わせの合金元素を含有す
   る請求項（１）記載の方法。