JPH07173534A

JPH07173534A - 靱性と加工性の優れた含Ｎｉ鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH07173534A
Application number: JP32265093A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kobayashi; 洋一郎小林; Toyoaki Shiaku; 豊明塩飽
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-11

Abstract

(57)【要約】【構成】 C:0.01〜0.12％、 Si:0.01〜0.30％、Mn:0.1
〜1.0 ％、P:0.010 ％以下、S:0.005 ％以下、Al:0.005
〜0.05％、Ni:7.5〜10.0％を含有し、残部Feおよび不可
避的不純物からなる鋼片を、 850〜1050℃に加熱し、圧
延中の鋼片厚み方向の平均温度が 800〜900 ℃の温度範
囲で、累積圧下率が40％以上の圧延終了後、30秒以上の
空冷を行い、 750〜830 ℃の温度範囲で、累積圧下率が
5〜40％の圧延終了後、室温まで空冷または 200℃まで
水冷し、その後、Ａc₃変態点〜850℃の温度範囲からの
焼入れと、Ａc₁〜Ａc₃変態点の温度範囲からの中間焼入
れを行い、さらにＡc₁変態点以下の温度で焼戻しを行
う。【効果】靱性と加工性の優れた含Ni鋼を得ることがで
き、ＬＮＧタンク等の低温用タンクの製造コストを低減
し、安全性をさらに向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＮＧタンク等の低温
用として使用される靱性と加工性の優れた含Ni鋼板の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】含Ni鋼板はASTM A553 やJIS G 3127に規
定されており、その熱処理方法は焼入れ焼戻しを行う
か、または必要に応じて焼戻し前にオーステナイト・フ
ェライトの二相域から冷却する中間熱処理を行うことが
記載されている。この熱処理により、より一層靱性が向
上すると言われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年のＬＮＧタンクの
大型化に伴い、適用板厚が40mm以上と厚肉化し、厚肉鋼
板の製造の必要性が生じてきている。また、厚肉化によ
る破壊靱性値の低下が懸念されるため、脆性破壊に対す
る安全性の点からは十分高い靱性値の確保が必要であ
る。また、適用板厚の増大に伴い、鋼板の曲げ加工時に
曲げ回数が増加する等の曲げ加工性の低下が懸念される
ため、低い降伏強度(YS)の鋼板であることが望ましい。

【０００４】含Ni鋼板の製造に焼入れ焼戻しの熱処理を
適用した場合、十分な靱性が確保できず、また、降伏強
度が高く加工性に難があるという問題がある。また、焼
入れ−中間熱処理−焼戻しの熱処理を適用した場合に
は、靱性は改善され降伏強度も低下し加工性が良好にな
るものの、降伏強度の低下が著しくJIS 規格の下限強度
（YS≧590MPa）に対し余裕がなく、規格を下回る可能性
があるという問題がある。この問題を解決するためにMo
を添加して降伏強度を確保する方法が特開平4-371520号
公報に開示してある。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、Si、Mn、Ni以外の強化合金元素の添加を
行わずに、加熱温度を低下させ、熱間圧延における温度
と圧下率を制御して圧延し、圧延後熱処理することによ
り靱性と加工に適した降伏強度を有する靱性と加工性の
優れた含Ni鋼板の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】C:0.01〜0.12％、 Si:0.
01〜0.30％、Mn:0.1〜1.0 ％、P:0.010 ％以下、S:0.00
5 ％以下、Al:0.005〜0.05％、Ni:7.5〜10.0％を含有
し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼片を、 850
〜1050℃に加熱し、圧延中の鋼片厚み方向の平均温度が
800〜900 ℃の温度範囲で、累積圧下率が40％以上の圧
延終了後、30秒以上の空冷を行い、 750〜830 ℃の温度
範囲で、累積圧下率が 5〜40％の圧延終了後、室温まで
空冷し、その後、Ａc₃変態点〜850 ℃の温度範囲からの
焼入れと、Ａc₁〜Ａc₃変態点の温度範囲からの中間焼入
れを行い、さらにＡc₁変態点以下の温度で焼戻しを行う
靱性と加工性の優れた含Ni鋼板の製造方法である。

【０００７】請求項１記載の靱性と加工性の優れた含Ni
鋼板の製造方法において、 750〜830 ℃の圧延終了後、
200℃以下まで水冷し、その後、Ａc₃変態点〜850 ℃の
温度範囲からの焼入れと、Ａc₁〜Ａc₃変態点の温度範囲
からの中間焼入れを行い、さらにＡc₁変態点以下の温度
で焼戻しを行う靱性と加工性の優れた含Ni鋼板の製造方
法である。

【０００８】

【作用】まず、本発明における化学成分の限定理由につ
いて説明する。C は、強度上昇に有効な元素であり、含
有量が0.01％未満ではその効果は小さく、また、0.12％
を超えて添加すると母材靱性および溶接熱影響部の靱性
が劣化する。したがって、C 含有量は0.01〜0.12％の範
囲とする。

【０００９】Siは、鋼の脱酸と強化に対して有効な元素
であり、含有量が0.01％未満ではこのような効果は少な
く、また、0.30％を超えて過剰に添加すると、靱性、特
に溶接熱影響部の靱性が劣化する。したがって、Si含有
量は0.01〜0.30％の範囲とする。

【００１０】Mnは、強度を上昇させるのに有効な元素で
あるが、含有量が 0.1％未満ではこのような効果は少な
く、また、 1.0％を超えて添加すると、焼戻し脆化の感
受性が大きくなる。したがって、Mn含有量は 0.1〜1.0
％の範囲とする。

【００１１】P は、偏析しやすい元素であり、粒界に偏
析して靱性を劣化させる。したがって、P 含有量は 0.0
10％以下とする。

【００１２】S は、Mnと結合して MnS介在物を生成し
て、靱性をを劣化させる。したがって、S 含有量は 0.0
05％以下とする。

【００１３】Alは、脱酸元素であり、含有量が 0.005％
未満ではこのような効果は少なく、また、0.05％を超え
て過剰に添加すると、アルミナ系の粗大な介在物を生成
して、靱性を劣化させる。したがって、Al含有量は 0.0
05〜0.05％の範囲とする。

【００１４】Niは、適正な熱処理との組み合わせによ
り、高靱性なオーステナイト組織をマトリックスに微細
に分散させることができ、低温靱性を確保するのに不可
欠な元素である。この効果を得るには、 7.5％以上の添
加が必要であるが、10.0％を超えて添加しても、効果が
飽和する。したがって、Ni含有量は 7.5〜10.0％の範囲
とする。

【００１５】次に、本発明における製造条件の限定理由
について説明する。従来の熱処理法である焼入れ−中間
焼入れ−焼戻しの方法により、ある程度の良好な靱性は
得られるが、より一層の靱性向上および降伏強度の上昇
による適正化を図るためには、有効結晶粒を細粒化する
ことが有効であることが判明した。その一つの方法とし
ては、焼入れ回数を増加させ、逆変態時にオーステナイ
ト粒を細粒化する方法がある。この方法では、加熱時の
エネルギーコストが増大することになり、好ましくな
い。そこで、本発明者らは鋼板の圧延方法に着目し、オ
ーステナイト結晶粒を微細化する最適加熱、最適圧延条
件を見いだした。

【００１６】鋼片の加熱温度は、1050℃を超えて高温に
なるとオーステナイト結晶粒が粗大化し過ぎて、圧延工
程において適正に圧下しても、オーステナイト結晶粒が
細粒化できず、また、 850℃未満では、オーステナイト
結晶粒が再結晶する温度領域での圧下が十分に行えな
い。このため、鋼片の加熱温度は 850〜1050℃に限定す
る。

【００１７】鋼片の圧延過程で、オーステナイト結晶粒
は再結晶するが、圧延温度が高いとすぐに粒の成長が起
こり、結晶粒が粗大化する。逆に圧延温度が低くなりす
ぎると、歪量が大きくても再結晶が起こらない。つま
り、オーステナイト結晶粒を再結晶させて細粒化するた
めには、高くも低くもない適正な温度領域で、適正な圧
下量の圧延を行う必要がある。そのためには、鋼片厚み
方向の平均温度が 900℃以下での圧下量を大きくするこ
とが効果的である。

【００１８】このとき、圧延時の温度を表面温度で管理
することは、圧延中のデスケーリング等の水冷の方法に
より表面温度のみが大きく変化することになるので、最
も重要な鋼片内部の温度が把握できなくなり好ましくな
い。圧延中の鋼片厚み方向の平均温度は、鋼片の加熱炉
抽出からの累積圧延時間と水冷、空冷時間とから熱伝導
計算により導出可能であり、この方法で導出した鋼片厚
み方向の平均温度で圧延温度を管理することにより、適
正温度領域での圧下が初めて可能になる。

【００１９】鋼片厚み方向の平均温度が 850〜900 ℃の
温度では、比較的再結晶が起こりやすく、歪量が小さく
ても再結晶する。しかし、さらに温度が低下し 800〜85
0 ℃の温度領域では、歪量が小さいときには再結晶が起
こらないが、再結晶が起これば、温度が低い分、オース
テナイト結晶粒は細かくなる。この再結晶を起こさせる
ためには、圧下率を大きくする必要があり、このため、
圧延は、 800〜900 ℃の温度範囲で累積圧下率が40％以
上の圧延を行う。もう一つのポイントは、 800〜900 ℃
の圧延終了後すぐには再結晶しないので再結晶させるた
めには、30秒以上空冷して待つことが必要である。この
ようにして微細なオーステナイト結晶粒の生成が可能と
なる。なお、加熱炉から抽出した鋼片の 900℃までの圧
延条件は特に規定しない。

【００２０】さらに、再結晶した微細なオーステナイト
結晶粒に圧下歪を導入させることにより、後のオフライ
ン熱処理時のオーステナイトの有効結晶粒径をより細粒
にすることができる。この効果を得るためには、鋼片厚
み方向の平均温度が 750〜830 ℃の温度範囲で累積圧下
率が 5％以上の圧延を行う必要がある。しかし、歪量が
過大になりすぎると、圧延方向に異方性が生じ、圧延直
角方向の靱性が劣化することになるため、累積圧下率の
上限は40％とする。また、 750℃未満の温度で圧下を行
うと同様に、圧延方向に異方性が生じ、圧延直角方向の
靱性が劣化することになるため、圧延温度の下限は 750
℃とする。したがって、 800〜900 ℃の圧延終了後30秒
以上空冷した後の圧延は、 750〜830 ℃の温度範囲で、
累積圧下率が 5〜40％の圧延を行う。

【００２１】750〜830 ℃の圧延終了後の冷却は、水冷
でも空冷でもよいが、冷却速度が速い方がマルテンサイ
ト組織または下部ベイナイト組織が生成するため、後の
オフライン熱処理時のオーステナイトの有効結晶粒径を
より細粒にすることができる。水冷する場合は、 200℃
以下の温度まで冷却する必要がある。これは完全なマル
テンサイト組織またはマルテンサイトと下部ベイナイト
の混合組織にするためである。

【００２２】750〜830 ℃の圧延終了後、室温まで冷却
された鋼板を焼入れ−中間焼入れ−焼戻しの方法で熱処
理を行う。最初に焼入れを行う理由は、微細なマルテン
サイト組織またはマルテンサイトと下部ベイナイトの混
合組織とし、次の中間焼入れの二相域加熱時のオーステ
ナイトの析出サイトを多く生成させるためである。ま
た、焼入れ温度をＡc₃変態点以上にする理由は、圧延に
より細粒化された組織をＡc₃変態点（約 710〜720 ℃）
温度を通過させることにより、さらに細粒化させるため
と、圧延方向の異方性を解消させるためである。一方、
焼入れ温度の上限を 850℃にする理由は、 850℃を超え
て加熱するとオーステナイト結晶粒が粗大化するためで
ある。

【００２３】引き続き行う中間焼入れは、Ａc₁変態点と
Ａc₃変態点の間の二相域に加熱する。二相域に加熱する
ことにより、焼戻しマルテンサイトとオーステナイト組
織になり、その後の焼入れにより焼戻しマルテンサイト
の軟質相と成分元素濃度の高いマルテンサイトの硬質相
が生成することになる。そのため、塑性加工時に軟質相
に歪が集中し、軟質相での塑性変形が先行することにな
り、降伏応力の低い曲げ加工性の良好な鋼板となる。ま
た、成分元素の濃化したマルテンサイトの生成によっ
て、次の焼戻し処理で安定な析出オーステナイトを多量
に生成させることができ、靱性が向上する。こうした効
果を得るために、Ａc₁〜Ａc₃変態点の温度範囲からの中
間焼入れを行う。なお、本発明におけるＡc₁変態点は約
610〜620℃である。

【００２４】最後の焼戻し処理は、靱性向上のために行
うものであり、安定な析出オーステナイトを生成させる
とともに、硬化したマルテンサイトを焼戻すためであ
る。焼戻し温度がＡc₁変態点を超えると、析出オーステ
ナイト濃度が下がりマルテンサイト変態を起こし靱性が
劣化する。このため、安定なオーステナイトを生成させ
るために、焼戻し温度はＡc₁変態点以下とする。

【００２５】上述のような焼入れ−中間焼入れ−焼戻し
の熱処理を行うとともに、圧延時の加熱温度、圧下率と
圧延温度とうの制御で有効結晶粒径を微細化することに
より、Si、Mn、Ni以外の強化合金元素を添加することな
く、降伏強度の適正化を図ることができ、加工性の良
い、靱性の良好な鋼板を得ることができる。

【００２６】

【実施例】以下に、実施例により本発明を説明する。供
試鋼板は、表１に示す化学成分の鋼を常法により溶製
し、鋳造した鋼片を表２に示す加熱・圧延条件、熱処理
条件で製造したものである。これらの鋼板から試験片を
採取し、引張試験、シャルピー試験およびＣＴＯＤ試験
を行った。その結果を表２に併記する。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、本発明法の鋼N
o.1、No.2、No.7、No.9は、いずれも加工に適した降伏
強度（降伏比が低い）で、降伏強度も590MPa以上の JIS
規格強度を十分満足している。また、-196℃における吸
収エネルギー値 (vE_-196) は200J以上、ＣＴＯＤ値は
0.3mm以上で、高靱性を有していることがわかる。

【００３０】一方、比較例の鋼No.3は、加熱温度が高い
ため、降伏強度が低く、靱性も悪い。比較例の鋼No.4
は、 800〜900 ℃の圧延の圧下率が小さいため、降伏強
度が低く、靱性も悪い。比較例の鋼No.5は、 800〜900
℃の圧延終了後の空冷時間が短いため、降伏強度が低
く、靱性も悪い。比較例の鋼No.6は、 750〜830 ℃の圧
延の圧下率が 0％であるため、降伏強度が低く、靱性も
悪い。比較例の鋼No.8は、熱処理で最初の焼入れを省略
しているため、降伏強度が低く、靱性も悪い。比較例の
鋼No.10 は、熱処理で中間焼入れ温度が高いため、降伏
強度が高い（降伏比が高い）。比較例の鋼No.11 は、熱
処理で中間焼入れを省略しているため、降伏強度が高く
（降伏比が高く）、靱性も悪い。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、Si、Mn、Ni以外の強化合金元素の添加
を行わず、かつ熱処理回数を増加させることなく、靱性
と加工性の優れた含Ni鋼を得ることができ、ＬＮＧタン
ク等の低温用タンクの製造コストを低減し、安全性をさ
らに向上させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 C:0.01〜0.12％、 Si:0.01〜0.30％、M
n:0.1〜1.0 ％、P:0.010 ％以下、S:0.005 ％以下、Al:
0.005〜0.05％、Ni:7.5〜10.0％を含有し、残部Feおよ
び不可避的不純物からなる鋼片を、 850〜1050℃に加熱
し、圧延中の鋼片厚み方向の平均温度が 800〜900 ℃の
温度範囲で、累積圧下率が40％以上の圧延終了後、30秒
以上の空冷を行い、 750〜830 ℃の温度範囲で、累積圧
下率が 5〜40％の圧延終了後、室温まで空冷し、その
後、Ａc₃変態点〜850 ℃の温度範囲からの焼入れと、Ａ
c₁〜Ａc₃変態点の温度範囲からの中間焼入れを行い、さ
らにＡc₁変態点以下の温度で焼戻しを行うことを特徴と
する靱性と加工性が優れた含Ni鋼板の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の靱性と加工性が優れた含
Ni鋼板の製造方法において、 750〜830 ℃の圧延終了
後、 200℃以下まで水冷し、その後、Ａc₃変態点〜850
℃の温度範囲からの焼入れと、Ａc₁〜Ａc₃変態点の温度
範囲からの中間焼入れを行い、さらにＡc₁変態点以下の
温度で焼戻しを行うことを特徴とする靱性と加工性の優
れた含Ni鋼板の製造方法。