JPH07809B2 - 圧力容器用極厚鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は石油精製、原子炉等の圧力容器用Cr-Mo鋼を対
象とし、焼ならし後において、表層−中心で均一な結晶
粒度を示す圧力容器用極厚鋼板の製造方法に関するもの
である。

［従来の技術］ 石油精製、原子炉等の圧力容器等に用いられるCr-Mo鋼
は、概ね0.15％Ｃ、0.5〜12％Cr、0.5〜２％Moを主成分
とするものであり、圧延後所定の温度（通常930℃程
度）で焼入れあるいは焼ならした後、焼もどして使用さ
れてきた。

近年、プラントの使用条件の高温高圧化により鋼材の高
強度化が要望され、特開昭60-52560号公報に開示される
ように、Nb,V,N等の新たな合金元素を添加した成分系開
発等の努力がなされている。

しかし、これらの合金元素の有効利用には高温での熱処
理が不可欠であるが、しばしばオーステナイト結晶粒の
粗大化を招き、低温靭性を低下させる結果になってい
る。

これに対し、極厚鋼板のオーステナイト粒度の制御方法
に関し、特開昭59-29521号公報などにより知られている
方法、即ち圧延終了後焼ならし（焼入れ）を行なう前
に、900〜1050℃に加熱後、所定の冷却速度で冷却する
工程を挿入する方法がある。しかし、この方法では余分
な加熱冷却工程が必要であり、製品コストの上昇を招く
原因となる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明においては、前記のような余分な熱処理工程を挿
入することなく、熱間圧延条件を制御することにより、
表層−中心で均一なオーステナイト粒を有する圧力容器
用極厚Cr-Mo鋼板を製造する方法の提供を目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明者はNb,V等を含有するCr-Mo極厚鋼板のオーステ
ナイト粒の状況およびオーステナイト粒度の及ぼす圧延
条件の影響を種々調査検討した結果、Nb含有極厚Cr-Mo
鋼板において、圧延開始時の表面温度を規制することに
より、高温焼ならし時の表層部での粗粒発生を防止し、
表層−中心で均一なオーステナイト粒度を得ることがで
きることを見出した。

本発明は前記の知見に基づいてなされたものであり、そ
の要旨は、重量％にて、C:0.03〜0.17％、Si:0.02〜0.5
％、Mn:0.1〜３％、Cr:0.5〜13％、Mo:0.3〜2.5％、V:
0.03〜0.5％、Nb:0.01〜0.2％、Al:0.003〜0.05％、N:
0.08％以下、P:0.02％以下、S:0.02％以下、残部Fe及び
不可避不純物からなる鋼を1100〜1280℃に加熱した後、
表面温度が950℃より低下する前に熱間圧延を開始し、
圧延終了冷却後30〜300℃/hの昇温速度で930〜1100℃の
温度に加熱後、焼ならしすることを特徴とする圧力容器
用極厚鋼板の製造方法および重量％にて、C:0.03〜0.17
％、Si:0.02〜0.5％、Mn:0.1〜３％、Cr:0.5〜13％、M
o:0.3〜2.5％、V:0.03〜0.5％、Nb:0.01〜0.2％、Al:0.
003〜0.05％、N:0.01％以下、P:0.02％以下、S:0.02％
以下、を基本成分とし、さらにB:0.0002〜0.005％を単
独で、又はTi:0.005〜0.05％と組合わせて含有し、残部
Fe及び不可避不純物からなる鋼を1100〜1280℃に加熱し
た後、表面温度が950℃より低下する前に熱間圧延を開
始し、圧延終了冷却後30〜300℃/hの昇温速度で930〜11
00℃の温度に加熱後、焼ならしすることを特徴とする圧
力容器用極厚鋼板の製造方法に関する。

［作用］ 以下本発明についてさらに詳細に説明する。

Ｃは常温および高温の強度を高めるのに有効な元素であ
り、化学反応容器用鋼として要求される強度レベルか
ら、少なくても0.03％を必要とする。Ｃ量の増加ととも
に、鋼材の靭性が低下し、溶接性も悪くなるため、上限
を0.17％とする。

Siは脱酸および強度上昇のため0.02％以上添加するが、
添加量が多いと靭性を低下するため上限を0.5％とす
る。

MnはＳを固定し、強度を高めるのに有効な元素である
が、添加量が多いと材料内の偏析を著しくし、靭性の異
方性を増すため、0.3〜３％とする。

Ｐは鋼中で偏析し靭性の低下を著しくするばかりでな
く、焼もどし時および溶接後熱処理時に粒界に偏析し靭
性を低下させる元素であるため、減少させることが望ま
しいので、上限を0.02％とする。

Ｓは鋼中で非金属介在物MnSを形成し、靭性の方向差を
大きくし、且つシャルピー試験での上部棚エネルギーを
低下させるため、上限を0.02％とする。

Crは焼入れ性を増すとともに、焼もどしおよび溶接後熱
処理で炭窒化物を析出し、高温強度を向上させる。また
Crは炭窒化物を安定化し、鋼の耐水素侵食性を向上させ
るため、0.5％以上添加する。しかし、13％超の添加は
反応容器用鋼では不必要なため、上限を13％とする。

Moは高温強度、特にクリープ破断強度を増すために添加
する。しかし、0.3％未満の添加では効果が顕著でな
く、2.5％超では効果が飽和するため、添加量を0.3〜2.
5％とする。

Ｖはそれ自体炭窒化物を形成し、強度を上昇するととも
に、Crの炭窒化物に固溶し、Cr炭窒化物をさらに安定化
する効果がある。しかし、0.03％未満では効果が認めら
れず、0.5％超では効果が飽和し添加量に応じた効果が
得られないため、0.03〜0.5％とする。

Nbは焼もどしあるいは溶接後熱処理時に安定な炭窒化物
を形成し、鋼の高温強度を向上させる効果を有する元素
である。また、ノルマ時に一部析出し、オーステナイト
結晶粒の粗大化を阻止する。このため、0.01％以上を添
加するが、0.2％超では添加量に見合った効果が得られ
ないため、経済的に0.2％以下に抑制する。

Alは鋼の脱酸に不可欠な元素であり、この目的から0.00
3％以上を添加する。しかし、Al添加量が高くなるとク
リープ破断強度を害するため、添加の上限を0.05％以下
とする。

ＮはＣと同様、鋼の強度を上昇させるが、通常の溶製方
法では0.08％以上の添加で鋼塊内に気孔を形成する。気
孔が圧延によっても未圧着であると、延性および靭性を
低下させるため、添加を0.08％以下とする。

尚、Ｂを添加し作用させる場合、Ｎ量が多いとＢの効果
を害するためＮは0.01％以下とする。

Ｂは微量添加で焼入れ性を上昇させる元素であり、焼入
れ性を必要とする場合に添加する。焼入れ向上効果は0.
0003％のＢ添加から認められるが、0.005％超に増量す
る意味はない。このため、添加量を0.0003〜0.005％と
する。

TiはＮと結合し、Ｂが焼入れ性向上に無効なBNとなるの
を妨げる効果を有する。このため、Ｂとともに添加する
ことができる。しかし、0.005％未満では効果が十分で
ない。0.05％を超えるとTiNが増えすぎ、却って靭性を
害するので0.005〜0.05％とする。

次に、圧延条件について述べる。

前記のような化学成分を有する鋼は、転炉、電気炉で溶
製した後、必要に応じて取鍋精錬や真空脱ガス処理を施
して得られ、通常鋳型あるいは一方向凝固鋳型て造塊し
た後、分塊でスラブとされる。スラブは連続鋳造法によ
り溶鋼から直接製造しても良い。

分塊での均熱・圧下はいかなるものであっても構わな
い。即ち、スラブを冷却した後均熱してもよく、分塊の
まま熱片で均熱炉に装入しても良い。1000〜1300℃で均
熱の後、圧延または鍛造によりスラブとする。スラブ厚
は製品板厚の1.3〜2.5倍程度が好ましい。

スラブは鋼に含有されるNbの一部あるいは全部が固溶す
る温度で加熱されることが不可欠である。したがって、
1100℃以上の温度で加熱する。しかし、1280℃を超える
と、オーステナイト粒が粗大化しすぎ、圧延によって微
細化できなくなるため、1280℃以下とする。

加熱されたスラブはクレーン、テーブルローラー等によ
り圧延機まで搬送され、複数パスの熱間圧延により所定
の板厚に圧延される。搬送時間中にスラブの表面温度が
低下する。

即ち0.14％Ｃ−0.16％Si-0.53％Mn-0.012％Ｐ−0.008％
Ｓ−2.98％Cr-1.07％Mo-0.23％Ｖ−0.041％Nb-0.008％A
l-0.008％Ｎ鋼につき、圧延開始時の表面温度を種々変
化させて120mm厚に圧延した。常温に冷却後、150℃/hの
昇温速度で1050℃に加熱後、加速冷却により焼ならしを
行なって、オーステナイト粒度を調べた。

結果を第１表に示す。

圧延開始温度が950℃未満では表層部に粗大なオーステ
ナイト粒が現れ、板厚内で均一な粒度が得られない。圧
延開始温度が950℃以上でオーステナイト粒は表面−中
心で均一となる。この現象は以下により説明できる。

圧延開始温度が950℃未満の場合、オーステナイト粒は
圧延時の再結晶により微細化されることなく、単に粒が
伸長するのみであり、その後の焼ならしの加熱で形成さ
れるオーステナイト粒は実質的に粗大なものとなる。こ
れに対し圧延開始温度が950℃以上の場合、スラブのオ
ーステナイト粒は最初の１パスの圧延により再結晶微細
化し、第２回目以降のパスでは圧延温度が低下するもの
の、細粒化したオーステナイト粒に対応して圧延再結晶
温度が低下するため、スラブ表層部のオーステナイト粒
は十分に微細化し、焼きならし（焼入れ）で全板厚にわ
たって微細なオーステナイト粒が得られる。

このような圧延開始時の表面温度の規制は、75mm厚を超
える極厚鋼板を製造する場合に特に重要である。表面温
度の低下を防止するため、加熱炉抽出後のスラブを断熱
材あるいは保温材で覆うことも効果的である。

加熱炉での長時間の加熱中にスラブ表面にスケールが生
成するため、圧延開始前に水スプレーによるスケール除
去を行なうのが一般的であるが、表面温度の低下原因と
なり水圧を下げる等の対策が好ましい。また、水スプレ
ーを使用した場合には、表面温度が復熱してから圧延を
開始するのが望まれる。所定の厚さに圧延終了後の冷却
方法は如何なるものでもよい。

焼ならし（焼入れ）加熱での昇温速度が速すぎると、焼
ならし（焼入れ）後のオーステナイト粒度が全体的に粗
くなり、靭性の観点から不都合である。300℃/h以下の
遅い昇温が望ましい。昇温速度の下限は工業的効率の観
点から30℃/hとする。

焼ならし（焼入れ）温度は添加元素の固溶のため930℃
以上が望ましいが、高過ぎると結晶粒の粗大化を防止し
ている炭窒化物が不安定となるため1100℃以下とする。
焼ならし（焼入れ）での冷却速度および焼もどし条件は
オーステナイト粒度に影響しない。

［実施例］ 第２表に示す化学成分を有する鋼を用い、第３表に示す
製造条件で熱間圧延し、空冷により常温まで冷却したの
ち、熱処理を施して製品とした。得られた鋼板からサン
プルを切り出し、オーステナイト粒度を観察するととも
に、引張試験（JIS 4号試験片）並びに2mmVノッチシャ
ルピー試験により破面遷移温度（vTrs）を調査した。

結果を併せて第３表に示す。

しかして、板番1AはNb含有量が本発明外のもので、粒度
が粗く靭性も著しく劣る。板番2Cは加熱温度が低く、表
層部のvTrsが劣る。板番3Cは昇温速度が速すぎるため粒
度が粗く靭性が劣る。板番4C,5Cおよび6Cは圧延開始温
度が低すぎるため、焼ならし後の表層部のオーステナイ
ト粒度が粗く、表層部の靭性が悪い。板番7Cは板番3Cと
同様昇温速度が速すぎ表層部のみならず、1/4t部の靭性
も良好でない。

これに対し、本発明の実施例では板厚内は均一なオース
テナイト粒度を示し、表層部の靭性は1/4t部と同等の優
れた値を示す。

このように、本発明法による製造条件では、表層部のオ
ーステナイト粒度が内部と同等に細粒であり、板厚内で
の靭性変動が少ない極厚鋼板となっている。

［発明の効果］ 本発明による極厚鋼板は表層部のオーステナイト粒度が
細粒であるばかりでなく、板厚方向の靭性が均一であ
り、高温高圧で使用される圧力容器用として極めて有用
なものであり、工業上価値が大きい。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％にて、 C :0.03〜0.17％ Si:0.02〜0.5％ Mn:0.1〜３％ Cr:0.5〜13％ Mo:0.3〜2.5％ V :0.03〜0.5％ Nb:0.01〜0.2％ Al:0.003〜0.05％ N :0.08％以下 P :0.02％以下 S :0.02％以下 残部Fe及び不可避不純物からなる鋼を1100〜1280℃に加
   熱した後、表面温度が950℃より低下する前に熱間圧延
   を開始し、圧延終了冷却後30〜300℃/hの昇温速度で930
   〜1100℃の温度に加熱後、焼ならしすることを特徴とす
   る圧力容器用極厚鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】重量％にて、 C :0.03〜0.17％ Si:0.02〜0.5％ Mn:0.1〜３％ Cr:0.5〜13％ Mo:0.3〜2.5％ V :0.03〜0.5％ Nb:0.01〜0.2％ Al:0.003〜0.05％ N :0.01％以下 P :0.02％以下 S :0.02％以下 を基本成分とし、さらに、 B :0.0002〜0.005％を単独で、又は Ti:0.005〜0.05％ と組合わせて含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる
   鋼を1100〜1280℃に加熱した後、表面温度が950℃より
   低下する前に熱間圧延を開始し、圧延終了冷却後30〜30
   0℃/h以下の昇温速度で930〜1100℃の温度に加熱後、焼
   ならしすることを特徴とする圧力容器用極厚鋼板の製造
   方法。