JPH07109020B2

JPH07109020B2 - 低温靭性のすぐれたＣｕ析出強化型極厚鋼材

Info

Publication number: JPH07109020B2
Application number: JP30891086A
Authority: JP
Inventors: 古君　　修; 朝雄成本
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1986-12-26
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: JPS63162838A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）北海、氷海域などの低温環境で使用される海洋構造物に
おいて、板厚70〜150mmを必要とする重装備部材に用い
られる、溶接性の良好な、高靭性、高張力鋼として適合
するように改良したCu析出強化型極厚鋼材を新規に提案
しようとするものである。

（従来の技術） Cuの析出強化をねらった鋼材は、その溶接性が良好なこ
とから、米国特許第3692514号明細書などでみられるほ
か、さらに特願昭60−289323号明細書にも開示したよう
に、開発研究が進められ、とくに近年来、低温環境で使
用される鋼材として高強度化、厚肉化の要請とともに、
一層厳しい低温靭性の要求が強まりつつある。

一般に引張り強度60kgf/mm²以上の高強度鋼では、強
度、靭性を確保するために、再加熱焼入れ−焼もどし又
は直接焼入れ−焼もどし処理が適用され、これは、組織
を下部ベイナイトあるいはマルテンサントにし、靭性を
向上させるためである。

しかし、板厚70mm以上にもなると、とくに中心部では焼
入性が低下して組織が粗大上部ベイナイト化するため、
靭性は低下する。

したがって溶接性が良好であり、なおかつ−80℃でシャ
ルピー吸収エネルギーを保証するような過酷な低温靭性
の要求には、従来技術では応えられない。

（発明が解決しようとする問題点）溶接性が良好であるCu析出型鋼材の厚肉化（70〜150m
m）の要求を満たして、しかも、とくに板厚中心部での
靭性をE_-80≧15kgf・ｍ程度に確保するためとくに、Ti
の微細析出物、例えばTiNによる組織の細粒化を図り得
る新規な開発成果を提案することがこの発明の目的であ
る。

（問題点を解決するための手段）上記の発明目的は次の事項を骨子とする構成によって有
利に充足される。

C:0.005〜0.10wt％ Si:0.05〜0.60wt％ Mn:0.5〜2.0wt％ Ti:0.004〜0.015wt％ Nb:0.005〜0.10wt％ B:0.0005〜0.0020wt％ Cu:0.7〜2.0wt％ Al:0.010〜0.10wt％ N:0.0050wt％以下と、残部Fe及び不可避不純物の組成に成り、上記のTiの
少なくとも一部が、0.01μｍ以上、0.06μｍ以下の微細
なTi析出物として、0.004〜0.015wt％の範囲で鋼中を占
めていることを特徴とする低温靭性のすぐれたCu析出強化型極厚鋼材
（第１発明）。

C:0.005〜0.10wt％ Si:0.05〜0.60wt％ Mn:0.5〜2.0wt％ Ti:0.004〜0.015wt％ Nb:0.005〜0.10wt％ B:0.0005〜0.0020wt％ Cu:0.7〜2.0wt％ Al:0.010〜0.10wt％ N:0.0050wt％以下のほか、1.5wt％以下のNi、それぞれ1.0wt％以下のMo,C
rおよび0.05wt％以下のREMよりなる群のうちから選ばれ
る１種又は２種以上と、残部Fe及び不可避不純物の組成
に成り、上記のTiの少なくとも一部が、0.01μｍ以上、
0.06μｍ以下の微細なTi析出物として、0.004〜0.015wt
％の範囲で鋼中を占めていることを特徴とする低温靭性のすぐれたCu析出強化型極厚鋼材
（第２発明）。

（作用）各発明に従いCu析出硬化型極厚鋼材の成分組成範囲を上
記のように限定する理由を次に説明する。

C:0.005〜0.60wt％Ｃは溶接性および母材、溶接部の低温靭性に影響を及ぼ
すために規制せねばならず、0.10wt％をこえると靭性を
害し、一方0.005wt％未満では結晶粒が粗大化して、強
度、靭性を損なうので0.005〜0.10wt％に限定される。

Si:0.05〜0.06wt％ Siは鋼材を高強度化し、そのためには0.05wt％以上が必
要である。しかし、0.6wt％を超えると溶接性および溶
接部靭性を損なう。従って0.05〜0.60wt％に限定され
る。

Mn:0.5〜2.0wt％ Mnは鋼材を高強度、高靭性化するのに有用であり、その
ためには0.5wt％以上必要であるが、2.0wt％を超えると
溶接性を損なうので0.5〜2.0wt％に限定される。

Ti:0.004〜0.015wt％ Tiはこの発明の特徴成分であって、0.004〜0.015wt％と
し、なおかつ、Ti析出物の大きさが0.01μｍ以上0.06μ
ｍ以下の微細析出物として0.004〜0.015wt％とすること
が必要である。

Ti添加量は、微細Ti析出物の必要量の関係から決まるも
ので、Tiの微細析出物がTi量として0.004wt％未満では
母材組織の細粒化が図れず、一方、0.015wt％を超える
と、却って靭性が損なわれる。なお、Ti総量が例えば0.
015wt％で、そのうちの0.004wt％分が微細析出物となっ
ていても、この発明の効果は変わらない。

Nb:0.005〜0.10wt％ Nbは圧延中のオーステナイト粒の細粒変に有効な元素で
あり、そのためには0.005wt％以上必要である。しか
し、0.10wt％を超えると溶接部靭性を損なう。

B:0.0005〜0.0020wt％Ｂもこの発明の特徴成分であって、上述したTiNによる
結晶粒の微細化は、厚物鋼板において焼入性の低下を招
き、強度、靭性を低下させるのでその改善のため0.0005
wt％以上のＢを添加して、焼入性を向上させることが必
要であり、このことにより、より微細なマルテンサイト
あるいは下部ベイナイト組織がえられる。なお、0.0020
wt％をこえる添加は、却って靭性を低下させる。

Cu:0.7〜2.0wt％ Cuは、この発明の基本的に特徴とする成分で、Cuの析出
強化を用いることにより、溶接性を損なうことなく高強
度を達成するために0.7wt％以上必要であり、一方2.0wt
％を超えると低温靭性が損なわれる。

Al:0.010〜0.10wt％ Alは脱酸およびオーステナイト粒の粗大化阻止に有効で
あり、そのためには0.010wt％以上必要である。しか
し、0.10wt％を超えると鋼中の清浄度を損ない靭性が低
下する。

N:0.0050wt％以下Ｎ量の低減もこの発明の特徴の一つであって、Ｎ量を0.
0050wt％以下に低減することによって、TiNは微細化さ
れる。さらに、Ｎ量の組成は溶接部靭性を向上させる。

以上述べた必須成分の他に、要求される強度レベルによ
っては、Ni,Mo,CrおよびREMを添加することができる。
これらの元素は何れも鋼の焼入性を増加して、高強度が
図られることの作用効果の面で均等成分である。

ここにNi≧0.3wt％,Mo≧0.1wt％,Cr≧0.1wt％およびREM
≧0.005wt％で有利に適合する一方、上限としてNi:1.5w
t％,Mo:1.0wt％,Cr:1.0wt％及びREM:0.05wt％に限定さ
れ、それと云うのはNiに関して1.5wt％以上の添加によ
っても斬新的効果しかなく、また、他の元素は上限をこ
える添加で靭性を損なうからである。

第1,第２各発明ともTi析出物は、0.01μｍ以上0.06μｍ
以下の微細析出物としてのTi量で0.004〜0.015wt％で含
まれないと、特に板厚中心部の結晶粒の微細化が図れな
い。その条件は、Tiを0.015wt％をこえて含有させる
と、微細析出物の生成が困難となることから限定され
る。なお、このような微細なTiNの生成方法にはとくに
制限はないが、例えば圧延プロセスの前に、1300℃で5h
以上加熱後水冷する溶体化処理などによればよい。

なおTiNの大きさと量は次のようにして分析の手法によ
り容易に決定され得る。鋼中に析出したTiNの総量は10
％AA（10％アセチルアセトン−１％テトラメチルアンモ
ニウムクロライド−メタノール）系電解溶液を用いる定
電位電解法により抽出できる。0.01〜0.06μｍのTiN粒
子は、H₂SO₄（１＋９）に70℃で20分間浸漬することに
より溶解できる。この方法を用いれば、0.01〜0.06μｍ
の粒子を分離できる。

この発明によるCu析出強化型極厚鋼材は、上記のように
例えば圧延プロセスの前に溶体化処理を経た材料を熱間
圧延したのちに直接焼入れ−焼もどし、又は再加熱焼入
れ−焼もどしなどのプロセスで製造され得る。もちろん
圧延プロセスにおけるスラブ加熱条件、圧延条件などに
は制限はなく、通常のプロセスと同等で良いが、焼もど
しにおいてCuの析出強化を図るため加熱温度は500〜650
℃が適当である。

実施例実施例（１）表１に示す鋼を用いて、造塊後、1000,1100,1200および
1300℃の各温度にてそれぞれ８時間加熱後、水冷する溶
体化処理を施した。

各溶体化温度毎に、0.01〜0.06μｍの微細TiNとしてのT
iの量は、表２のようになった。

その後、ｉ）スラブ加熱条件:1000℃×1h 圧延仕上げ温度:850℃ 圧延後の冷却：空冷再加熱焼入れ温度:930℃ 焼もどし温度:630℃ とした再加熱焼入れ−焼もどしプロセス、および ii）スラブ加熱条件:1000℃×1h 圧延仕上げ温度:850℃ 圧延後の冷却:70mm厚材は2.5℃/s 1300mm厚材は２℃/s 焼もどし温度:630℃ とした直接焼入れ−焼もどしプロセスを用いて70および130mm厚の鋼材を製造した。

また、母材の強度およびvE_-80を表３に示し、また0.01
〜0.06μｍのTiNとしてのTiの量とvE_-80の関係を整理し
て第１図に示す。

以上の結果から、この発明に従うCu析出強化型板厚鋼材
はすぐれた靭性を有することがわかる。

実施例（２）Ｂ無添加鋼ＪおよびＢ添加量を変化させた供試鋼K,L及
びＭ（表４参照）について、何れも1300℃で7hにわたり
TiNの微細化のための溶体化処理を行い、引き続き直接
焼入れ−焼もどしプロセスで130mmの鋼板を製造した。

このプロセスの条件は実施例（１）とほぼ同様とした。

このときの母材の強度、靭性を表５に示すが、この発明
の範囲のＢ量でとくに高強度、高靭性が得られることが
わかる。

（発明の効果）この発明により溶接性良好なCu析出強化型板厚鋼材の高
強度、高靭性化が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は0.01〜0.06μｍのTiN微細析出物とし
てのTi量が、vE_-80値に及ぼす影響を再加熱焼入れ−焼
もどし材と直接焼入−焼戻し材について調査した結果を
示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】C:0.005〜0.10wt％ Si:0.05〜0.60wt％ Mn:0.5〜2.0wt％ Ti:0.004〜0.015wt％ Nb:0.005〜0.10wt％ B:0.0005〜0.0020wt％ Cu:0.7〜2.0wt％ Al:0.010〜0.10wt％ N:0.0050wt％以下と、残部Fe及び不可避不純物の組成に成り、上記のTiの
少なくとも一部が、0.01μｍ以上、0.06μｍ以下の微細
なTi析出物として、0.004〜0.015wt％の範囲で鋼中を占
めていることを特徴とする低温靭性のすぐれたCu析出強化型極厚鋼
材。
【請求項２】C:0.005〜0.10wt％ Si:0.05〜0.60wt％ Mn:0.5〜2.0wt％ Ti:0.004〜0.015wt％ Nb:0.005〜0.10wt％ B:0.0005〜0.0020wt％ Cu:0.7〜2.0wt％ Al:0.010〜0.10wt％ N:0.0050wt％以下のほか、1.5wt％以下のNi、それぞれ1.0wt％以下のMo,C
r及び0.05wt％以下のREMよりなる群のうちから選ばれる
１種又は２種以上と、残部Fe及び不可避不純物の組成に成り、上記のTiの
少なくとも一部が、0.01μｍ以上、0.06μｍ以下の微細
なTi析出物として、0.004〜0.015wt％の範囲で鋼中を占
めていることを特徴とする低温靭性のすぐれたCu析出強化型極厚鋼
材。