JPH0827517A - 降伏強度と靭性の優れた9%Ni鋼の熱処理法 - Google Patents
降伏強度と靭性の優れた9%Ni鋼の熱処理法Info
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- JPH0827517A JPH0827517A JP16402594A JP16402594A JPH0827517A JP H0827517 A JPH0827517 A JP H0827517A JP 16402594 A JP16402594 A JP 16402594A JP 16402594 A JP16402594 A JP 16402594A JP H0827517 A JPH0827517 A JP H0827517A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱間加工後の9%Ni鋼の強度、靭性を改善
する熱処理法を提供する。 【構成】 9%Ni鋼において、焼入れおよびAc1 変
態点〜Ac3 変態点間に加熱して焼入れる中間焼入れ処
理をする際、それぞれの熱処理を500℃以上の温度範
囲で50℃/分以上の加熱速度で行い、その後、Ac1
変態点以下の温度で焼戻しをする。
する熱処理法を提供する。 【構成】 9%Ni鋼において、焼入れおよびAc1 変
態点〜Ac3 変態点間に加熱して焼入れる中間焼入れ処
理をする際、それぞれの熱処理を500℃以上の温度範
囲で50℃/分以上の加熱速度で行い、その後、Ac1
変態点以下の温度で焼戻しをする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は9%Ni鋼において、靭
性を損なわずに優れた降伏強度を有する鋼板を製造する
ための熱処理方法に関するものである。
性を損なわずに優れた降伏強度を有する鋼板を製造する
ための熱処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エネルギー需要の増大および地球環境へ
の配慮から、クリーンなエネルギー源としての天然ガス
の需要が急増している。従って、近年、LNG貯蔵用タ
ンクの建設が国内外で積極的に推進されており、タンク
建設時に使用される9%Ni鋼の需要も増加している。
同時に、タンク敷地の有効利用から、建設されるタンク
が大型化される傾向にあり、降伏強度の高い鋼板の製造
が望まれている。このようなタンクでは、脆性破壊に対
する安全性の確保から、主に靭性を改善すべく多くの研
究がなされてきた。その中でも靭性を低下させずに、高
強度化、あるいは厚肉化を図った例として、特開平4−
371520号公報記載のごとく、9%Ni鋼にMo:
0.04〜0.5%添加したスラブを850〜1200
℃に加熱し、700〜850℃での累積圧下率が30〜
80%の圧延を施し、その後、Ac3 変態点〜850℃
に加熱して冷却する焼入れ処理、Ac1 変態点〜Ac3
変態点間に加熱して冷却する中間焼入れ処理、およびA
c1 変態点以下で焼戻すことを特徴とする母材および溶
接熱影響部のCTOD特性の優れた厚肉9%Ni鋼の製
造方法などのように、微量な合金元素およびプロセス条
件を工夫することで、靭性を改善しようとするものがあ
る。
の配慮から、クリーンなエネルギー源としての天然ガス
の需要が急増している。従って、近年、LNG貯蔵用タ
ンクの建設が国内外で積極的に推進されており、タンク
建設時に使用される9%Ni鋼の需要も増加している。
同時に、タンク敷地の有効利用から、建設されるタンク
が大型化される傾向にあり、降伏強度の高い鋼板の製造
が望まれている。このようなタンクでは、脆性破壊に対
する安全性の確保から、主に靭性を改善すべく多くの研
究がなされてきた。その中でも靭性を低下させずに、高
強度化、あるいは厚肉化を図った例として、特開平4−
371520号公報記載のごとく、9%Ni鋼にMo:
0.04〜0.5%添加したスラブを850〜1200
℃に加熱し、700〜850℃での累積圧下率が30〜
80%の圧延を施し、その後、Ac3 変態点〜850℃
に加熱して冷却する焼入れ処理、Ac1 変態点〜Ac3
変態点間に加熱して冷却する中間焼入れ処理、およびA
c1 変態点以下で焼戻すことを特徴とする母材および溶
接熱影響部のCTOD特性の優れた厚肉9%Ni鋼の製
造方法などのように、微量な合金元素およびプロセス条
件を工夫することで、靭性を改善しようとするものがあ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法は、確か
に低温靭性の改善には効果があるものの、強度的には従
来鋼板とあまり変わらない。それに加えて、加工メーカ
ーなどでの二次加工で、熱間加工後、再熱処理を施され
る場合、その場合には、鋼板製造時のプロセスによる強
化は期待できず、厚肉材で問題となる強度の低下に対し
て、抜本的な解決策にはならない。また、強度改善のた
めの合金元素の添加は、溶接熱影響部靭性の低下を招く
ために、多量の添加は好ましくない。
に低温靭性の改善には効果があるものの、強度的には従
来鋼板とあまり変わらない。それに加えて、加工メーカ
ーなどでの二次加工で、熱間加工後、再熱処理を施され
る場合、その場合には、鋼板製造時のプロセスによる強
化は期待できず、厚肉材で問題となる強度の低下に対し
て、抜本的な解決策にはならない。また、強度改善のた
めの合金元素の添加は、溶接熱影響部靭性の低下を招く
ために、多量の添加は好ましくない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、重量%
で、C:0.03〜0.10%、Si:0.03〜0.
5%、Mn:0.1〜3.0%、Ni:7.5〜10.
0%、Al:0.005〜0.10%、さらに、Mo:
0.04〜0.5%を選択的に含有し、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなる鋼板の熱処理に際して、Ac
3 変態点〜850℃の間に加熱して水冷する焼入れ処理
およびAc1 変態点〜Ac3 変態点間に加熱して水冷す
る中間焼入れ処理を実施する際、500℃以上の温度範
囲で50℃/分以上の加熱速度で行い、その後、Ac1
変態点以下の温度で焼戻しをすることを特徴とする降伏
強度と靭性の優れた9%Ni鋼の熱処理法である。
で、C:0.03〜0.10%、Si:0.03〜0.
5%、Mn:0.1〜3.0%、Ni:7.5〜10.
0%、Al:0.005〜0.10%、さらに、Mo:
0.04〜0.5%を選択的に含有し、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなる鋼板の熱処理に際して、Ac
3 変態点〜850℃の間に加熱して水冷する焼入れ処理
およびAc1 変態点〜Ac3 変態点間に加熱して水冷す
る中間焼入れ処理を実施する際、500℃以上の温度範
囲で50℃/分以上の加熱速度で行い、その後、Ac1
変態点以下の温度で焼戻しをすることを特徴とする降伏
強度と靭性の優れた9%Ni鋼の熱処理法である。
【0005】
【作用】このような状況の中で、発明者らは9%Ni鋼
中に存在する残留オーステナイトに着目し、これを微細
分散することで、靭性を低下させずに、降伏強度を改善
する方法を見いだした。図1は表1の化学成分を有する
鋼において、焼入れ(800℃×45分保持)および中
間焼入れ処理(670℃×45分保持)を行う場合、5
00℃以上での加熱速度を100℃/分とした場合と通
常の炉加熱で得られる程度の20℃/分で昇温した場合
それぞれについて、焼戻した(570℃×30分保持)
後の0.2%耐力の変化を、それぞれの熱処理の平均冷
却速度に対して示す。
中に存在する残留オーステナイトに着目し、これを微細
分散することで、靭性を低下させずに、降伏強度を改善
する方法を見いだした。図1は表1の化学成分を有する
鋼において、焼入れ(800℃×45分保持)および中
間焼入れ処理(670℃×45分保持)を行う場合、5
00℃以上での加熱速度を100℃/分とした場合と通
常の炉加熱で得られる程度の20℃/分で昇温した場合
それぞれについて、焼戻した(570℃×30分保持)
後の0.2%耐力の変化を、それぞれの熱処理の平均冷
却速度に対して示す。
【0006】
【表1】
【0007】図から明らかなように、焼入れおよび中間
焼入れ処理の加熱速度を増加させた場合、それらの熱処
理時の冷却速度に対し、降伏強度の低下がほとんど認め
られない。このことは、肉厚が増加し、鋼板中央部の冷
却速度が低下しても強度の低下が起こらないことを意味
しており、降伏強度の改善には有効である。
焼入れ処理の加熱速度を増加させた場合、それらの熱処
理時の冷却速度に対し、降伏強度の低下がほとんど認め
られない。このことは、肉厚が増加し、鋼板中央部の冷
却速度が低下しても強度の低下が起こらないことを意味
しており、降伏強度の改善には有効である。
【0008】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明の鋼板としては、重量%で、C:0.03〜0.1
0%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.1〜3.
0%、Ni:7.5〜10.0%、Al:0.005〜
0.10%、さらに、Mo:0.04〜0.5%を選択
的に含有することが必要である。この成分を限定した理
由を下記に述べる。
発明の鋼板としては、重量%で、C:0.03〜0.1
0%、Si:0.03〜0.5%、Mn:0.1〜3.
0%、Ni:7.5〜10.0%、Al:0.005〜
0.10%、さらに、Mo:0.04〜0.5%を選択
的に含有することが必要である。この成分を限定した理
由を下記に述べる。
【0009】Cは強度を付与するのに重要な元素で0.
03%以上の添加が必要であるが、0.10%を超えて
添加されると母材および溶接熱影響部の靭性の低下を招
く。Siは強度の付与あるいは脱酸材として添加される
が、多量の添加は焼戻し脆化感受性を増加させるため
に、0.03〜0.5%の範囲の添加とする。
03%以上の添加が必要であるが、0.10%を超えて
添加されると母材および溶接熱影響部の靭性の低下を招
く。Siは強度の付与あるいは脱酸材として添加される
が、多量の添加は焼戻し脆化感受性を増加させるため
に、0.03〜0.5%の範囲の添加とする。
【0010】Mnも強度の上昇に寄与する元素で、0.
1%以上添加しないとその効果はないが、3.0%を超
える添加では強度が上昇しすぎるために、靭性が低下す
る。さらにMnは焼戻し脆化感受性を助長することか
ら、このような特性が要求されるとき1.0%を超えな
い添加量が好ましい。Niは低温靭性を付与するととも
に、残留オーステナイトの安定化に寄与する元素であ
り、7.5%以上の添加が必要であるが、10.0%を
超える添加では、その効果が飽和し、有効性が得られな
い。
1%以上添加しないとその効果はないが、3.0%を超
える添加では強度が上昇しすぎるために、靭性が低下す
る。さらにMnは焼戻し脆化感受性を助長することか
ら、このような特性が要求されるとき1.0%を超えな
い添加量が好ましい。Niは低温靭性を付与するととも
に、残留オーステナイトの安定化に寄与する元素であ
り、7.5%以上の添加が必要であるが、10.0%を
超える添加では、その効果が飽和し、有効性が得られな
い。
【0011】Alは脱酸材として添加されると同時に、
結晶粒の細粒化にも効果があるために、0.005%以
上の添加が必要であるが、0.10%を超える添加では
粗大なアルミナ系の介在物が生成する。なお、特には規
制しないが、Pは粒界偏析元素として、多量に添加され
ると靭性を著しく阻害するために、一般には0.01%
以下が望ましい。上記の成分を有する鋼板に以下に説明
する熱処理を施すのであるが、実施する前の鋼板として
は、上記の成分を含有していれば、熱間圧延ままであっ
ても、さらに、一度熱処理された鋼板を熱間加工した後
であっても何等差し支えない。
結晶粒の細粒化にも効果があるために、0.005%以
上の添加が必要であるが、0.10%を超える添加では
粗大なアルミナ系の介在物が生成する。なお、特には規
制しないが、Pは粒界偏析元素として、多量に添加され
ると靭性を著しく阻害するために、一般には0.01%
以下が望ましい。上記の成分を有する鋼板に以下に説明
する熱処理を施すのであるが、実施する前の鋼板として
は、上記の成分を含有していれば、熱間圧延ままであっ
ても、さらに、一度熱処理された鋼板を熱間加工した後
であっても何等差し支えない。
【0012】以上のような鋼板に、まず、500℃以上
の温度範囲で加熱速度が50℃/分になるような速度で
加熱を行い、Ac3 変態点〜850℃の間に保持した
後、水冷を行い、引き続き同様の加熱条件でAc1 変態
点〜Ac3 変態点間に加熱保持した後、水冷を行う。焼
入れ処理は、後続の中間焼入れ処理の前組織として、均
一なマルテンサイト組織を得るために行われるもので、
Ac3 変態点以上の温度で加熱される必要があるが、8
50℃を超えると加熱時のオーステナイト結晶粒が粗大
化するために、Ac3 変態点〜850℃の温度範囲に保
持し、その後水冷する必要がある。
の温度範囲で加熱速度が50℃/分になるような速度で
加熱を行い、Ac3 変態点〜850℃の間に保持した
後、水冷を行い、引き続き同様の加熱条件でAc1 変態
点〜Ac3 変態点間に加熱保持した後、水冷を行う。焼
入れ処理は、後続の中間焼入れ処理の前組織として、均
一なマルテンサイト組織を得るために行われるもので、
Ac3 変態点以上の温度で加熱される必要があるが、8
50℃を超えると加熱時のオーステナイト結晶粒が粗大
化するために、Ac3 変態点〜850℃の温度範囲に保
持し、その後水冷する必要がある。
【0013】続けて行われる中間焼入れ処理は、焼戻し
処理後に生成する安定な残留オーステナイトを多量に生
じさせるために行うものである。すなわち、鋼板を二相
域に加熱することで、フェライトとオーステナイトの二
相組織を生成させ、これを急冷することで、フェライト
と、高合金元素を含んだマルテンサイト組織を生成する
ことを目的としている。従って、Ac1 変態点〜Ac3
変態点の中間に加熱後、水冷される必要がある。しかし
ながら、冷却速度が低下した場合、マルテンサイトがオ
ーステナイトまま残留することがある。このような場
合、次の焼戻し時にオーステナイトが不安定化し、靭性
の低下を招き好ましい結果を得られない。これを避ける
ために、このような熱処理を行うに際し、加熱にあたり
500℃以上の温度域でその加熱速度が50℃/分以上
の昇温を行う。
処理後に生成する安定な残留オーステナイトを多量に生
じさせるために行うものである。すなわち、鋼板を二相
域に加熱することで、フェライトとオーステナイトの二
相組織を生成させ、これを急冷することで、フェライト
と、高合金元素を含んだマルテンサイト組織を生成する
ことを目的としている。従って、Ac1 変態点〜Ac3
変態点の中間に加熱後、水冷される必要がある。しかし
ながら、冷却速度が低下した場合、マルテンサイトがオ
ーステナイトまま残留することがある。このような場
合、次の焼戻し時にオーステナイトが不安定化し、靭性
の低下を招き好ましい結果を得られない。これを避ける
ために、このような熱処理を行うに際し、加熱にあたり
500℃以上の温度域でその加熱速度が50℃/分以上
の昇温を行う。
【0014】9%Ni鋼において、焼入れおよび中間焼
入れ処理時の加熱速度の上昇により強度が上昇する機構
の詳細は不明であるが、加熱速度の上昇による結晶粒の
微細化が、冷却速度の低下による残留オーステナイト相
の加工中(引張試験時)の不安定化による靭性の低下を
補い、結果として、靭性を低下させずに降伏強度の上昇
をもたらすものと推察される。従って、加熱速度が50
℃/分以下であると、焼入れ処理時には、加熱中にオー
ステナイト粒の成長が起こると同時に、中間焼入れ処理
時には、微細なオーステナイトが得られない。さらに、
このような加熱速度はオーステナイト変態が開始する温
度域である500℃以上で行われるべきであって、それ
より低温から加熱速度を上昇させてもその効果はない。
入れ処理時の加熱速度の上昇により強度が上昇する機構
の詳細は不明であるが、加熱速度の上昇による結晶粒の
微細化が、冷却速度の低下による残留オーステナイト相
の加工中(引張試験時)の不安定化による靭性の低下を
補い、結果として、靭性を低下させずに降伏強度の上昇
をもたらすものと推察される。従って、加熱速度が50
℃/分以下であると、焼入れ処理時には、加熱中にオー
ステナイト粒の成長が起こると同時に、中間焼入れ処理
時には、微細なオーステナイトが得られない。さらに、
このような加熱速度はオーステナイト変態が開始する温
度域である500℃以上で行われるべきであって、それ
より低温から加熱速度を上昇させてもその効果はない。
【0015】このようにして得られたマルテンサイトと
オーステナイトの微細な混合組織に対し、Ac1 変態点
以下の温度で通常の焼戻しを行う。焼戻しは転位密度を
低下させ、靭性の向上を図るとともに、オーステナイト
を生成させる処理であり、Ac1 変態点以下の温度で行
われる。なお、このような加熱速度の上昇は、高周波熱
処理炉などや通常の熱処理炉の温度設定を高温側に設定
するなどの工夫で達成できる。
オーステナイトの微細な混合組織に対し、Ac1 変態点
以下の温度で通常の焼戻しを行う。焼戻しは転位密度を
低下させ、靭性の向上を図るとともに、オーステナイト
を生成させる処理であり、Ac1 変態点以下の温度で行
われる。なお、このような加熱速度の上昇は、高周波熱
処理炉などや通常の熱処理炉の温度設定を高温側に設定
するなどの工夫で達成できる。
【0016】
【実施例】表2に示す成分系を有する鋼板に、所定の熱
処理を施した場合の機械的性質を表3に示す。なお、鋼
板の履歴は、熱間圧延まま、あるいは、熱処理鋼板を再
度熱間加工されたままのものを用いた。
処理を施した場合の機械的性質を表3に示す。なお、鋼
板の履歴は、熱間圧延まま、あるいは、熱処理鋼板を再
度熱間加工されたままのものを用いた。
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【表4】
【0020】本発明による鋼板(1,2,5,6,9,
12,17)の母材の降伏強度が64kgf/mm2 以上、−
196℃での衝撃値が20kgf・m以上と良好な値を示
している。
12,17)の母材の降伏強度が64kgf/mm2 以上、−
196℃での衝撃値が20kgf・m以上と良好な値を示
している。
【0021】それに対し鋼板3,7は中間焼入れ時の加
熱速度が、鋼板4,8は焼入れ時の加熱速度が本発明条
件から逸脱して低いものである。この場合、鋼板3,7
では降伏強度の低下とともに、靭性の低下が見られ、鋼
板4,8では、降伏強度の低下は小さいものの、靭性が
顕著に低下している。また、鋼板10,13は中間焼入
れ処理時の保持温度が本発明の条件を逸脱しているもの
で、Ac3 変態点を超えて加熱保持された例である。こ
の場合、降伏強度は高いものの、靭性の低下が大きい。
さらに、鋼板11,14は中間焼入れ後の、鋼板16,
18は焼入れ時の冷却条件が本発明を逸脱した例であ
る。この場合、結晶粒の細粒化およびオーステナイトの
不安定化により主に靭性が低下する。鋼板19,20
は、成分系が本発明範囲を逸脱した例であり、Niが
7.5%未満であるために、靭性が著しく低い。
熱速度が、鋼板4,8は焼入れ時の加熱速度が本発明条
件から逸脱して低いものである。この場合、鋼板3,7
では降伏強度の低下とともに、靭性の低下が見られ、鋼
板4,8では、降伏強度の低下は小さいものの、靭性が
顕著に低下している。また、鋼板10,13は中間焼入
れ処理時の保持温度が本発明の条件を逸脱しているもの
で、Ac3 変態点を超えて加熱保持された例である。こ
の場合、降伏強度は高いものの、靭性の低下が大きい。
さらに、鋼板11,14は中間焼入れ後の、鋼板16,
18は焼入れ時の冷却条件が本発明を逸脱した例であ
る。この場合、結晶粒の細粒化およびオーステナイトの
不安定化により主に靭性が低下する。鋼板19,20
は、成分系が本発明範囲を逸脱した例であり、Niが
7.5%未満であるために、靭性が著しく低い。
【0022】
【発明の効果】本発明により、製造された9%Ni鋼
は、優れた降伏強度および靭性を有し、LNGタンクの
大型化、安全性の向上に貢献することができる。
は、優れた降伏強度および靭性を有し、LNGタンクの
大型化、安全性の向上に貢献することができる。
【図1】0.2%耐力に及ぼす冷却速度の影響を示す図
表である。
表である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C :0.03〜0.10%、 Si:0.03〜0.5%、 Mn:0.1〜3.0%、 Ni:7.5〜10.0%、 Al:0.005〜0.10% 残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板の熱処理
に際して、Ac3 変態点〜850℃の間に加熱して水冷
する焼入れ処理およびAc1 変態点〜Ac3 変態点間に
加熱して水冷する中間焼入れ処理を実施する際、それぞ
れの処理を500℃以上の温度範囲で50℃/分以上の
加熱速度で行い、その後、Ac1 変態点以下の温度で焼
戻しをすることを特徴とする降伏強度と靭性の優れた9
%Ni鋼の熱処理法。 - 【請求項2】 重量%で、 Mo:0.04〜0.5% を含有する請求項1記載の降伏強度と靭性の優れた9%
Ni鋼の熱処理法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16402594A JPH0827517A (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 降伏強度と靭性の優れた9%Ni鋼の熱処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16402594A JPH0827517A (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 降伏強度と靭性の優れた9%Ni鋼の熱処理法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0827517A true JPH0827517A (ja) | 1996-01-30 |
Family
ID=15785372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16402594A Withdrawn JPH0827517A (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 降伏強度と靭性の優れた9%Ni鋼の熱処理法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0827517A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007063602A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Jfe Steel Kk | 低温靱性に優れた9%Ni鋼の製造方法 |
JP2008081776A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Jfe Steel Kk | Ni含有鋼板の製造方法 |
WO2019039339A1 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | 株式会社神戸製鋼所 | Ni含有鋼板の製造方法 |
JP2019039065A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 株式会社神戸製鋼所 | Ni含有鋼板の製造方法 |
JP2019081931A (ja) * | 2017-10-31 | 2019-05-30 | 新日鐵住金株式会社 | 靭性に優れた低温用ニッケル含有鋼板およびその製造方法 |
JP6573059B1 (ja) * | 2018-12-27 | 2019-09-11 | 日本製鉄株式会社 | ニッケル含有鋼板 |
KR20210062895A (ko) * | 2019-11-22 | 2021-06-01 | 현대제철 주식회사 | 고인성 니켈강 제조방법 및 니켈강 자화 제어방법 |
-
1994
- 1994-07-15 JP JP16402594A patent/JPH0827517A/ja not_active Withdrawn
Cited By (17)
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