JPH0688165A

JPH0688165A - 溶接部靱性の優れた９％Ｎｉ鋼

Info

Publication number: JPH0688165A
Application number: JP23856492A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Arimochi; 和茂有持
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-03-29

Abstract

(57)【要約】【目的】 50,000 J/cm 以上という大溶接入熱の溶接に
よっても−196 ℃という極く低温で限界CTOD値0.10mm以
上というすぐれた靱性を備えた９％Ni鋼を提供すること
である。【構成】Ｃ: 0.1 ％以下、 Si: 0.3 ％以下、Mn: １
％以下、 Ni: 8.0 〜10％、Ｐ: 0.01％以下、
Ｓ: 0.01％以下、Al: 0.01％以下、Ｎ: 0.006 ％以
下、さらに、Mo: 0.5 ％以下および/ またはCr: 0.5 ％
以下、および/ またはTi: 0.03 ％以下および/ またはN
b: 0.03％以下、および/ またはCa: 0.05 ％以下、Ｂ:
0.003 ％以下、およびZr: 0.05％以下から成る群から選
んだ１種あるいは２種以上残部:Fe と不可避不純物から成る鋼組成を有する溶接部
靱性の優れた９％Ｎｉ鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶接部靱性の優れた
９％Ｎｉ鋼、特にＬＮＧ、ＬＥＧ等の低温貯槽の構造材
として用いられる溶接部靱性の優れた９％Ｎｉ鋼に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】９％Ni鋼はＬＮＧ等の危険物の極低温貯
槽の構造材として主として用いられるため、母材、溶接
部共に−164 ℃前後の極く低温でも極めて優れた靱性を
保有する必要がある。近年の優れた製鋼技術あるいは熱
処理技術により、母材については−196 ℃程度の極低温
でも安定して優れた靱性を確保することが可能となっ
た。一方、溶接部についても高Ni系の溶接材料やＴＩＧ
等の高精度溶接法の使用あるいは溶接入熱の制限等によ
り、高い靱性を確保することに成功している。

【０００３】例えば、製造方法の点からは特開昭61−14
3516号公報に開示されているように、700 ℃以上で熱間
圧延を終了し、直ちに焼入れしてから560 〜620 ℃で焼
戻しする方法が提案されており、その場合、AlはAlN と
して鋼中に析出し結晶粒の粗大化を抑制することから0.
005 〜0.10％添加することが必要とされている。さら
に、特開昭63−109145号公報にはTe添加によりMnS の球
状化を促進するとともにTeS をも析出させてMnS の展伸
を阻止して異方性を改善した低温用Ni鋼が開示されてい
る。

【０００４】しかしながら、今日では建設工事の高能率
化やコスト低減、さらには低温貯槽のより高レベルでの
安全性確保の点から、溶接部靱性のより優れた９％Ni鋼
が要望されている。これについては、笠松他「９％Ni鋼
のHAZ 靱性に及ぼす鋼板の組成および製造方法の影響」
第90回溶接冶金研究委員会資料、溶接学会溶接冶金研究
委員会1982年では、CrやMoの少量添加による溶接部靱性
改善効果が、特開平２−194122号公報には低Si化による
溶接部靱性改善効果がそれぞれ報告されている。しか
し、その改善効果は十分ではなくまた、母材靱性に対し
ては必ずしも改善効果はなく、場合によってはむしろ靱
性劣化の作用も認められる。

【０００５】なお、特開平２−194121号公報には、Si:
0.02 〜0.3O％と低Si化を図るとともに、Al: 0.01〜0.1
0％としてNb、V 、およびCu のうちの少なくとも１種
を含むNi鋼に一次焼ならし、二次焼ならし、そして焼戻
しを行う熱処理法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、溶接部の低温靱性が改善された９％Ni鋼、特に溶接
入熱の増加に耐え得る９％Ni鋼を提供することである。
さらに、本発明の目的は、50,000 J/cm 以上という大溶
接入熱の溶接によっても−164 ℃以下という極く低温で
のすぐれた靱性を備えた９％Ni鋼を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的達成のために、９％Ni鋼溶接部の靱性と金属組織の関
係を詳細に調査した結果、次のような知見を得た。 (1) 結晶粒の粗大化とともに、島状マルテンサイトを含
んだベイトナイト組織の多量の生成により靱性が大きく
劣化すること。 (2) この島状マルテンサイトを含んだベイトナイト組織
の生成は鋼中のAl量の低減により著しく抑制されるこ
と。

【０００８】(3) Al量の低減はMs点の低下を通じて残留
オーステナイトをより安定にし、母材靱性の更なる向上
に寄与すること。 (4) 加えて、このAl低減効果は鋼中のSi量の低減により
さらに顕著になることが判明した。 (5) 一方、このような鋼中AlあるいはSi量の低減は、脱
酸に必要な十分量を確保されていれば母材靱性を損なわ
ないことも明らかになった。なお、母材、溶接部靱性の
点からは鋼中Ｎ量も併せて低減することが必要である。

【０００９】(6) さらに、鋼中Ｃ量の低減は極めて有効
であるが、同時に母材強度を確保するためにMo、あるい
はCrの少量添加とAl低減の同時併用 (さらにSiの低減も
効果あり) も同上の理由で溶接部靱性の改善に効果があ
る。 (7) また、50,000 J/cm という特に大入熱溶接に対して
は、結晶粒粗大化の抑制も重要で、上記低Alや低Si化に
加え、少量のTi、ＢやCaの添加によるTiN 、BNやCaO の
析出・細粒化効果も有効である。

【００１０】ここに、この発明の要旨とするところは、
重量％で、Ｃ: 0.1 ％以下、 Si: 0.3％以下、Mn:
１％以下、 Ni: 8.0〜10％、Ｐ: 0.01％以下、
Ｓ: 0.01％以下、Al: 0.01％以下、Ｎ: 0.006 ％
以下、さらに、Mo: 0.5 ％以下および/ またはCr: 0.5
％以下、および/ またはTi: 0.03％以下および/ または
Nb: 0.03％以下、および/ またはCa: 0.05％以下、Ｂ:
0.0030％以下、およびZr: 0.05％以下から成る群から選
んだ１種あるいは２種以上残部:Fe と不可避不純物から成る鋼組成を有する溶接部
靱性の優れた９％Ｎｉ鋼である。

【００１１】この発明の好適態様によれば、Si:0.15 ％
以下、Al:0.005％未満、そしてＰ、Ｓはそれぞれ0.005
％以下、Ｎ:0.004％以下に制限する。さらに好ましく
は、Si＋Al: 0.05％以上である。

【００１２】かかる鋼組成を有する鋼は、すでに９％Ni
鋼の製造方法として提案されているような各種製造方
法、熱処理方法によって製造、処理が可能であるが、特
に、熱間圧延後、再加熱→焼入れ→焼戻し、あるいは焼
入れ→中間熱処理→焼戻し、もしくは２回焼準→焼戻し
処理を施すことで溶接部靱性の優れた９％Ni鋼を得るこ
とが好ましい。なお、上記の再加熱、焼入れ処理にかわ
り、圧延後直ちに焼入れ処理を実施しても良い。

【００１３】

【作用】以下に、この発明における鋼組成の各成分元素
の添加量制限理由を詳述する。なお、本明細書にあって
特にことわりがない限り、「％」は重量％である。

【００１４】Ｃ:Ｃ添加量は、母材・溶接部靱性からは
低い程好ましく、したがってＣ≦0.1 ％とした。これを
超えると特に溶接部靱性劣化が著しい。好ましくは、C:
0.05％以下である。

【００１５】Si:Si低減により島状マルテンサイトの生
成を抑え、溶接部靱性を向上させる。したがって、Si≦
0.3 ％とした。これを超えると溶接部靱性劣化が顕著と
なる。特に、Al低減に伴って、溶接部靱性は相乗的に改
善される。好ましくは、Si:0.2％以下である。

【００１６】Mn:Mnは母材強度・靱性の確保の点から添
加は必須であるが、１％を超えると靱性劣化が顕著にな
る。したがって、Mn≦１％とした。 Ni:Niは低温において靱性を付与するためには８％以上
が必要で、また経済性の点から上限を10％とする。

【００１７】Ｐ：Ｐは焼戻し脆性の点から、母材、溶接
部靱性にとって有害である。したがって、Ｐ≦0.01％と
した。これを超えると母材溶接部共靱性劣化大となる。Ｓ:Ｓは鋼の清浄性の点から低減が必須であるので、Ｓ
≦0.01％とした。

【００１８】Al:Alの低減はこの発明の一つの特徴であ
る。溶接部の靱性に対して島状マルテンサイトの生成は
極めて有害である。一方、この発明の対象の９％Ni鋼の
場合、溶接部の島状マルテンサイト生成抑制の点から、
Al: 0.01％以下で靱性改善効果が顕著である。Alととも
にSiさらにはＮを低減することで、オーステナイト中の
Ｃ原子の拡散を速めると共に、セメンタイトの生成の促
進をはかり、かつ過度の焼入れ性を抑えることで溶接部
の島状マルテンサイトの生成は効果的に抑制されるので
あって、本低温用鋼に対するこのような観点からの島状
マルテンサイト生成機構の解明はこれまで知られること
がなかった。

【００１９】ただし、AlとSiの両者で脱酸に必要な最小
限の添加は必要である。特にそれに制限されるものでは
ないが、Al:0.005％以下、Al＋Si:0.05 ％以上とするの
が好ましい。なお、特開昭61−143516号公報にはAl:0 0
05〜0.10％の鋼組成が開示されているが、この場合のAl
はAlN として鋼中に析出させ、結晶粒の粗大化を阻止し
ている。また、これまでこの発明の対象の９％Ni鋼で、
いかなる目的に対してでもこの発明のようにAlを実際に
0.01％以下に下げた事例は見当たらない。

【００２０】Ｎ:Ｎは母材、溶接部靱性の点からは、遊
離Ｎの低減が望ましい。したがって、Ｎ≦0.006 ％とそ
の上限を設定した。さらに、下記(1) 〜(3) の群の合金元素の少なくとも１
種が必要に応じて配合されてもよい。 (1)Mo 、Cr (2)Nb 、Ti (3)Ca 、B 、Zr 以下、これらの任意添加元素の添加理由について述べ
る。

【００２１】Mo:特に低Ｃの場合の母材強度確保のため
に添加するが、溶接部靱性の点からその上限をMo≦0.5
％と設定する。 Cr:特に低Ｃの場合の母材強度確保のために添加する
が、溶接部靱性の点からその上限をCr≦0.5 ％と設定す
る。

【００２２】Ti:TiはTiN として析出して溶接部組織の
粗大化を防止し、靱性向上と溶接入熱の増大に有効であ
るが、過剰な添加は母材靱性の低下を招くので、Ti≦0.
03％に制限する。 Nb:組織の細粒化に有効であるが、0.03％を超えて添加
すると母材・溶接部共に靱性を損なうので、Nb≦0.03％
とする。

【００２３】Ca：CaO として析出して溶接部組織の粗大
化を防止し、高靱化に有効であるが、0.05％を超えて添
加するとかえって靱性低下を招くので、Ca≦0.05％とす
る。

【００２４】Ｂ:Tiと同様BNとして析出して特に大入熱
溶接部の靱性向上に有効であるが、0.0030％を超えた添
加は母材靱性の低下を生じるので、Ｂ≦0.0030％とす
る。

【００２５】Zr:Caと同様、溶接部組織の粗大化を防止
し、高靱化に有効だが0.05％を超えた添加は母材靱性を
損なうので、Zr≦0.05％とする。このようにして調整された鋼組成を備えたこの発明にか
かる９％Ni鋼は、これまでに知られている熱間圧延、焼
入れ、焼戻しによって製造されればよく、あるいは一
次、二次の焼ならしの後に焼戻しを行ってもよい。

【００２６】この発明の好適製造方法としては、熱間圧
延後に一旦室温にまで冷却してから再加熱してから焼入
れ、焼戻しを行う。あるいはこの焼入れ、焼戻し熱処理
の間に中間熱処理を施すとより高靱性の鋼が得られる。
かくして、この発明にかかる９％Ni鋼は、50,000 J/cm
以上の大入熱溶接によっても−196 ℃で高い溶接部靱性
を備え、これまでにない優れた低温靱性を有する。

【００２７】

【実施例】表１に示す化学組成を有する９％Ni鋼板を11
00〜900 ℃間で 100mm→30mmに圧延した後、一旦室温ま
で冷却した後、810 ℃に再加熱後、焼入れし、再び570
℃に加熱焼戻しを行った。これらの鋼材から図１に示す
形状、寸法(mm)の開先を加工した試験片10、10を用意し
てこれを高Ni系の溶接材料を用いて、多層盛りの立向き
の手溶接を行った。溶接入熱は初層を除き50,000 J/cm
であった。

【００２８】このようにして得られた溶接継手のボンド
部から図２(a) 、(b) にそれぞれ平面図および断面図と
して形状、寸法(mm)示す疲労亀裂付きのCTOD (Crack Ti
p Opening Displacement＝亀裂先端開口変位) 試験片12
を採取し、−196 ℃で３点曲げ、CTOD試験を行った。図
中、符号14は亀裂を、16は開先の形状を、そして斜線部
18は溶接部を示す。

【００２９】各々の溶接継手で得られた限界CTODの最低
値を表１に併せて示す。それらの結果からも分かるよう
に、本発明鋼はNo.1〜15であり、比較鋼Ａ〜Hにくらべ
て−196 ℃で高い限界CTOD値が得られている。

【００３０】特に、Al低減化とSi低減化とを図った鋼N
o.2、8 、13については限界CTOD値の改善が顕著であ
る。なお、９％Ni鋼の場合限界CTOD値は、通常−164 ℃
で0.10mmあれば十分であって、−196 ℃で0.20mm以上と
いうのは非常に高い値あり、実際上の作用効果も極めて
高いものとして理解される。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
鋼の溶接部は、溶接入熱が50,000J/cmと９％Ni鋼として
は比較的高い溶接入熱であるにもかかわらず、−196 ℃
で高い限界CTOD値を示している。このことは、低温貯槽
等の極低温で使用される９％Ni鋼製の構造物の安全性を
高める効果があるだけでなく、比較的高い溶接入熱の投
入が可能なため、建設工事の工期短縮にも寄与するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の溶接試験に用いる開先形状の説明図で
ある。

【図２】同じくCTOD試験片の形状の説明図であって、図
２(a) は平面図、図２(b) は断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ: 0.1 ％以下、 Si: 0.3 ％以下、 Mn: １％以下、 Ni: 8.0 〜10％、Ｐ: 0.01％以下、Ｓ: 0.01％以下、 Al: 0.01％以下、Ｎ: 0.006 ％以下、残部: Feと不可避不純物から成る鋼組成を有する溶接部靱性の優れた９％Ｎｉ
鋼。
【請求項２】さらに、重量％で、Mo: 0.5 ％以下また
はCr: 0.5 ％以下の１種または２種を含有する請求項１
記載の９％Ｎｉ鋼。
【請求項３】さらに、重量％で、Ti: 0.03％以下また
はNb: 0.03％以下の１種または２種を含有する請求項１
または２記載の９％Ｎｉ鋼。
【請求項４】さらに、重量％で、Ca: 0.05％以下、
Ｂ: 0.0030％以下、およびZr: 0.05％以下から成る群か
ら選んだ１種あるいは２種以上を含有する請求項１ない
し３のいずれかに記載の９％Ｎｉ鋼。