JPH04157133A - 耐液体金属Ｐｂ脆化特性に優れた鋼材 - 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） 本発明は溶融状態の金属Ｐｂに接して使用される鋼材に
係わり、特に耐液体金属Ｐｂ脆化特性に優れた鋼材に関
するものである。

（従来の技術） 従来より鋼材の液体金属脆化に関して数多くの研究がな
されている。特に近年では構造物の大型化に伴うＺｎめ
っき割れの研究報告が数多く見受けられる。しかし、Ｐ
ｂに関する同種の脆化については数例の報告があるのみ
で、その報告も脆化の対象鋼が限定されており広く鋼材
全般に渡るものではない。

例えば、鉄と鋼、Ｖｏｌ、４Ｂ　（１９５９）　Ｎａ　
９．　ｐ２７には軟鋼を数種のＰｂ−Ｃｕ合金中に浸漬
し延性試験を行い、Ｐｂ単独では脆化が起こらないとす
る結果が示されている。また、Ｍｅｔａｌ　５ｃｉｅｎ
ｃｅ　ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　Ｖｏｌ、　１
８　（１９７５）　Ｎｏ、５１．　ｐ５１には、ＳＡＥ
規格４１４０鋼について各種低融点金属による固体及び
液体金属脆化に関する研究成果が報告されており、この
場合Ｐｂで液体金属脆化の起こることが示されている。

この他、５Ｓ４１．純鉄では脆化の起こらないこと、Ｓ
ＡＥ規格４１４５鋼で脆化の起こることなどの報告はあ
るが、統一的な見解の無い現状にある。

また、実構造物における事例としてはνｅｒｋｓｔｏｒ
ｆ’ｅｕｎｄ　Ｋｏｒｒｏｓｉｏｎ　２９（１９７Ｂ）
　ｐ２６７−２７３にＰｂ溶溶鋼鍋おける割れ発生が紹
介されている。なお、本発明者らも同様の事例について
調査した経験があり、その原因がＰｂによる液体金属脆
化であることを確認している。

更に、本発明者らはこれまでにＺｎによる液体金属脆化
に関して膨大な実験・研究を行い、その成果として例え
ば特開昭５８−８４９５９号公報、特開昭５９−５０１
５７号公報等の提案を行っているが、これらは液体ｚｎ
脆化に対しては効果のあるものの、液体Ｐｂ脆化に関し
ては脆化に対する鋼材添加元素の影響が異なることが考
えられる等、未だ研究の余地かあった。

（発明か解決しようとする課題） 本発明はこれらの実情に鑑み、液体金属Ｐｂｂ化特性に
優れた鋼材の提供を目的とするものである。

（課題を解決するための手段、作用） 本発明者らは鋼材成分を限定すると共に、液体金属Ｐｂ
ｂ化感受性パラメーターＰＬＭＥを特定の値以上とする
ことにより液体金属Ｐｂ脆化を完全に防止しうろことを
新たに見い出し本発明を完成したものであって、その要
旨とするところは、重量％で、Ｃ：　０．０３〜０．２
０％、Ｓ　ｉ：ｏ、０５〜０．７０％、Ｍｎ：０．４０
−１．７０％、Ａｌｌ　：　０．００５〜０．１０％、
Ｎ：０．０１８０％以下、更に、強度靭性の要求に応じ
てＣｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下Ｃ二〇、５
％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ　：　０．１５％以下
、Ｎｂ：０．［１５％以下、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ
　：　０．０００５％以下を１種又は２種以上含み残部
Ｆｅ及び不純物からなり、同時にＰＬＭＥ　≧３９０−
８７（Ｉｃ　＋５２ＱＳ　ｉ〜３１０Ｍｎ−８３０Ｃｒ
＋　１４８０Ｖ　−１６９０Ｎｂ＋　２１００Ｔ　ｉ　
−８００００Ｂ　＋　２００００Ｎ　２≧６５を満足す
ることを特徴とする耐液体金属Ｐｂｂ化特性に優れた鋼
材にある。

以下に本発明における限定理由を説明する。

先ず、本発明においてＰｂとは純Ｐｂをはじめ、Ｚｎ、
Ｃｕ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｆ等の不純物を含有する通
常の工業用のＰｂを指す。

次に、各種合金元素の含有量および、これらの組合せに
よるＰＬＭＥの限定理由を述べる。

Ｃは強度、靭性、溶接性等鋼材の必須特性を満たすため
、−他元素との組合せにより、かなり広い範囲で添加さ
れるが、０．０３％未満では強度確保が困難であること
、また０、２０％を超えて添加すると溶接性及び耐液体
金属Ｐｂｂ化特性を著しく損なうため０．０３〜０．２
０％に限定した。

Ｓｌは脱酸元素として更には強度確保のために添加され
最低０．０５％は必要である。また、耐液体金属Ｐｂｂ
化特性を向上させる元素として有効である。しかし、０
．０７％を超えて添加すると靭性を著しく損なうためＯ
，ＯＳ〜０．７０％に限定した。

ＭｎはＣと同様に強度、靭性確保のために添加するが、
０．４０９６未満では強度確保の観点から他元素の添加
量の増加を招き、溶接性、耐液体金属Ｐｂ脆化特性上好
ましくない。また、１００％を超えて添加すると溶接性
および耐液体金属Ｐｂｂ化特性を著しく損なう。従って
、０，４０〜１．７０％に限定した。

Ａｌは通常脱酸元素として用いられている範囲である０
、　００５〜０．１００％に限定した。

Ｎは０．０１６％を超えて含有すると溶接性を著しく損
なうのでこれを上限とした。

また、本発明においては、強度、靭性、溶接性、耐液体
金属Ｐｂｂ化特性バランスにおいてＣｕ。

Ｎｉ　、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ　、Ｂの１種また
は２種以上を含有することもできる。

Ｃｕ、Ｎｊは強度、靭性向上に有効な元素であるが、０
．５％を超えて添加すると耐液体金属Ｐｂｂ化特性を損
なうので０．５％以下に限定した。

Ｃｒは強度を確保するに有効な元素であるが耐液体金属
Ｐｂｂ化特性を損ない、特に０．５％を超えて含有する
と脆化が著しいためこれを上限とした。

Ｍｏは耐液体金属Ｐｂ脆化特性を損なうことなく強度、
靭性向上に有効な元素であるが、０．５％を超えて添加
すると溶接性を著しく損なうと共に、耐液体金属Ｐｂ脆
化特性も劣化するのでこれを上限に限定した。

■は耐液体金属Ｐｂ脆化特性を損なわず強度を向上し有
効であるが、０．１５％を超えて添加すると靭性、溶接
性を損なうのでこれを上限とし０．１５％以下に限定し
た。

Ｎｂは微量添加で結晶粒を微細化して靭性向上に有効で
あるが０．０５％を超えて添加すると耐液体金属Ｐｂ脆
化特性及び靭性を損なうのでこれを上限とし、０．０５
％以下に限定した。

Ｔｉは微量添加で溶接部の結晶粒を微細化し溶接熱影響
部の靭性及び耐液体金属Ｐｂ脆化特性を向上するが、０
．０３０％を超えて添加すると母材及び溶接部の靭性を
劣化させるのでこれを上限とし、０．０３０％以下に限
定した。

Ｂは極微量添加で焼入性を向上し強度確保に有効である
が、０．０００５％を超えて添加すると耐液体金属Ｐｂ
脆化特性を著しく劣化させるので、これを上限とし０．
００５％以下に限定した。

また、本発明では上記したごとく、個々の合金元素添加
量を制限すると共に、これらを組み合わせた総合的添加
量＝ＰＬＭＥ値が特定の式を満足するときに初めてその
効果を発揮するものであり、この点について以下に実験
結果をもって説明する。

使用鋼材の化学組成を総合的添加量として、ＰＬＭＥ≧
３９０−８７０Ｃ＋５２０Ｓ　ｉ−１−３ｌ０−６３０
Ｃｒ＋１４６０Ｖ−１６９０Ｎｂ＋２１００Ｔｌ−６０
０００Ｂ　＋　２００００Ｎ　２≧６５からなる式で限
定した理由であるか、この式は液体金属Ｐｂ脆化に及ぼ
す各種合金元素の影響を定量化し成したもので、この値
が高いほど液体金属Ｐｂ脆化は起こりに＜＜、鋼材成分
は母材強度を満足する範囲内で上記ＰＬＭＥ値を高くす
ることが望ましい。

この新たなる知見は以下に述べる実験により求めたもの
である。

即ち、本発明限定成分を含む広い範囲に渡る成分鋼より
長さ１７（１＋ｕｓ、直径１０ｍｍφの丸棒を加工し、
５００℃の大気中及びＰｂ浴中で５ｋｇｆ　／ｍＩｉ／
ｗｉｎの速度で引張り試験を行う。

同試験より（Ｐｂ有りの破断強度／Ｐｂ無しの破断強度
）即ち液体金属Ｐｂによる脆化度を求める。試験方法（
Ｐｂ浴中引張り試験）を第１図に示す。

このように、広い成分範囲に渡る鋼のＰｂによる脆化度
（ＰＬＭＥ）を求め、ＰＬＭＥに及ぼす合金元素の影響
を重回帰計算により定量化して前述したＰＬＭＥ式を得
た。なお、本発明者らが実際の液体Ｐｂ脆化の例として
調査した事例によればＰＬＭＥの値は２０〜３５程度で
あり、比較的脆化の少ないとされる鋼においてもその値
は４５〜５５程度であった。

一方、調査結果によれば割れ発生部の特徴は大きな歪（
応力）が作用する部分であることである。

そこで、実構造物の液体金属Ｐｂによる脆化を再現する
試験として、Ｐｂ浴中曲げ試験を実施した。試験方法を
第２図に示す。

試験片形状は板厚２０ｍ＋＊、幅４０關、長さ２００　
ｍｍ　０同試験片を酸洗−フラックス処理後、５００℃
の溶融Ｐｂ浴に浸漬５分後に１ｃｍ／■ｉｎの速度で３
点曲げを行い、９０度の曲げ変形を与え、冷却後にＰｂ
を除去し割れ発生の有無を調査した。

この試験は試験片に大変形を与えられることがらＰｂ浴
中引張り試験より厳しい試験法であり、同試験により割
れ発生の無い鋼材は実構造物においても脆化割れは発生
しないものと考えられる。

ＰＬＭＥ値の異なる鋼材を用いＰｂ浴中曲げ試験を実施
し、割れの発生する限界ＰＬＭ。を求めた結果、ＰＬＭ
Ｅ≧６５で割れを防止できることが明らかとなった。

従って、本発明では安全性を確保する観点でＰＬＭＥ値
の下限を６５に限定したものである。なお、実用中には
操業条件により更に高温にさらされる場合があるが、脆
化度が大幅に変化することはないので、同値を６５以上
とすることにより、実構造物においても液体金属Ｐｂ脆
化は発生しないと判断される。

（実　施　例） 第１表に示す組成の鋼を５０ｋｇ真空溶解炉で溶製後、
制御圧延・焼入れ焼戻し・規準等により５０〜８０ｋｇ
　ｆ　／　ｍ４級鋼板とした。鋼板の機械的性質は第１
表に併記した。

これら鋼板により第２図に示すＰｂ浴中曲げ試験を実施
した。

結果を第１図に併記した。

同表によれば、鋼成分か本発明成分限定範囲であり、且
つＰＬＭＥ値か６５以上の鋼は、液体金属Ｐｂ脆化の再
現試験法として非常に厳しい試験であるＰｂ浴中曲げ試
験において割れの発生かなく、液体金属Ｐｂ脆化を完全
に防止できることが明らかである。

（発明の効果） 本発明はＣ，Ｓｉ　、Ｍｎ、ＡΩ、Ｎに更にＣｕ。

ＮＩ　、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ　、Ｂの１種また
は２種以上を含有量を規定し、且つこれら元素の総合的
添加量が特定の式 ％式％ を満足する成分限定により、Ｐｂによる液体金属脆化に
よる割れ発生を完全に防止することができる。従って、
本発明は産業上大きな効果を有するものであるといえる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は液体金属Ｐｂ浴中引張り試験方法を示し、（ａ
）は試験片の説明図、（ｂ）は引張り試験サイクルの図
表、第２図は液体金属Ｐｂ浴中曲げ試験方法を示す説明
図である。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫＜Ｃ１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で Ｃ：０．０３〜０．２０％Ｓｉ：０．０５〜０．７０％
   Ｍｎ：０．４０〜１．７０％Ａｌ：０．００５〜０．１
   ０％Ｎ：０．０１６０％以下 更に、強度靭性の要求に応じて Ｃｕ：０．５％以下Ｎｉ：０．５％以下 Ｃｒ：０．５％以下Ｍｏ：０．５％以下 Ｖ：０．１５％以下Ｎｂ：０．０５％以下 Ｔｉ：０．０３％以下Ｂ：０．０００５％以下を１種又
   は２種以上含み残部Ｆｅ及び不純物からなり、 同時に Ｐ＿Ｌ＿Ｍ＿Ｅ≧３９０−８７０Ｃ＋５２０Ｓｉ−３１
   ０Ｍｎ−６３０Ｃｒ＋１４６０Ｖ−１６９０Ｎｂ＋２１
   ００Ｔｉ−６００００Ｂ＋２００００Ｎ＾２≧６５ を満足することを特徴とする耐液体金属Ｐｂ脆化特性に
   優れた鋼材。