JPH0941036A

JPH0941036A - 高靱性低温用鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0941036A
Application number: JP19544895A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Morikage; 康森影; Fumimaru Kawabata; 文丸川端; Kenichi Amano; 虔一天野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】低温靱性を改善するとともに、焼き入れ温度
範囲を広範囲に許容しうる製造技術を提案する。【構成】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.80wt％、
Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005
wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、Al：0.01〜0.10wt％
およびＮ：0.0035wt％以下を含有し、残部は実質的にFe
からなるスラブを、1200〜1350℃で24hr以上保持する拡
散熱処理を施して室温まで冷却し、次いで所定板厚まで
熱間圧延し、その後Ａc₃変態点〜（Ａc₃変態点＋200
℃）の温度に加熱後冷却し、さらに（Ａc₁変態点＋50
℃）〜Ａc₃変態点の温度範囲に加熱後冷却し、次いで 4
50℃〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度で焼もどす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術用分野】この発明は、靱性に優れる
低温用鋼板の製造方法に関わり、特に液化天然ガス（Ｌ
ＮＧ）用鋼板など−160 ℃以下の極低温度域で使用して
好適な、低温用Ni含有鋼板の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＮＧタンクなどに用いられる低温用鋼
材として、９％Ni鋼などのNi含有鋼板が古くから知られ
ている。低温用鋼材はいずれも、低温における高靱性が
要求されており、例えば９％Ni鋼では、ＡＳＴＭＡ５
５３や同Ａ８４４に規格化されているように、再加熱焼
入れ−焼もどし処理（ＲＱ−Ｔ）や直接焼入れ−焼もど
し処理（ＤＱ−Ｔ）によって製造されるのが一般的であ
る。このほかに、再加熱焼きならし−焼もどし処理（Ｒ
Ｎ−Ｔ）も多用されている製造方法である。これら処理
法の中でも、特にＲＱ−Ｔ処理やＲＮ−Ｔ処理などの再
加熱工程を含む処理は靱性向上の観点から好ましい製造
方法である。ところで、上記再加熱工程を含む製造法に
おいても、従来から、靱性向上のための努力が続けられ
てきた。例えば、特開昭５８−７３７１７号公報には、
0.5〜10.0wt％のNiを含有する鋼を、Ａc₃点以上の温度
領域からの焼入れ処理（１次焼入れ）後、Ａc₁点以上Ａ
c₃点以下の二相域から焼入れ（２次焼入れ）して、焼も
どし処理する方法が、また、特開平２−１９４１２１号
公報には、低Si−低Mn化した鋼を、１次焼きならしの
後、２次焼きならしを行い、焼もどし処理する方法がそ
れぞれ提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
低温靱性に対する要求はますます高まってきており、上
記既知技術によっては要求に見合う靱性（現在の要求特
性は、 vＥ-196＝25 kgf・ｍ級）を満足することが難し
くなってきた。また、従来の製造方法によって、例えば
20 kgf・ｍ級以上の高靱性を得るためには、ある限られ
た熱処理温度範囲、具体的には２次焼入れ温度をＡc₃点
−30℃〜Ａc₃点といった極めて狭い温度範囲に制御しな
いければ達成できないという問題があった。

【０００４】この発明の目的は、再加熱工程を含む熱処
理をによる９％Ni鋼の製造にあたり、低温靱性を改善す
るとともに、焼入れ、焼きならし等の熱処理温度範囲を
広範囲に許容しうる製造技術を提案するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、まず、
従来の方法で製造した９％Ni鋼では、高い低温靱性が得
難く、また所望の低温靱性を得るための焼き入れ条件が
極めて狭い温度範囲に制限される原因について追求した
結果、鋼板中の成分偏析に因るものであることをつきと
めた。すなわち、造塊時にデンドライト組織が形成さ
れ、Ni, Mnなどの偏析がおこり、これらの偏析は圧延、
熱処理後も厚さ方向に層状となって残る。この偏析の程
度は、例えば、Niを 9.0wt％含有する鋼であれば、厚さ
方向で8.0 〜10.8wt％ものNi量の差を生ずる。このよう
なNi濃度の違いから、厚さ方向の変態点の差が生じ、最
終組織も不均一となる。このために、鋼板の最終組織を
均一にし、高靱性を得るためには、従来の方法では、焼
入れ温度は狭い範囲に限定されていたのである。そこ
で、発明者らは、上記原因の解消のための製造条件につ
いて鋭意検討した結果、特に、Ni, Mnなどの成分偏析を
拡散熱処理により低減し、鋼組織の均一化を図ることに
よって、靱性の向上と、熱処理( 焼入れまたは焼きなら
し) 温度条件の緩和を図ることが可能であるとの結論に
達し、この発明を完成するに到った。その要旨構成は以
下のとおりである。

【０００６】(1) Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.
80wt％、Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、
Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、Al：0.01
〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含有し、残部は
実質的にFeからなるスラブを、1200〜1350℃で24hr以上
保持する拡散熱処理を施して室温まで冷却し、次いで所
定板厚まで熱間圧延し、その後Ａc₃変態点〜（Ａc₃変態
点＋200 ℃）の温度範囲に加熱後冷却し、さらに（Ａc₁
変態点＋50℃）〜Ａc₃変態点の温度範囲に加熱後冷却
し、次いで 450℃〜（Ａc₁変態点＋70℃）の温度範囲で
焼もどすことを特徴とする高靱性低温用鋼板の製造方
法。

【０００７】(2) Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.
80wt％、Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、
Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、Al：0.01
〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含み、さらにN
b：0.005 〜0.06wt％、Ｖ：0.005 〜0.07wt％およびC
u：0.05〜0.50wt％のうちから選ばれる１種または２種
以上を含有し、残部は実質的にFeからなるスラブを、12
00〜1350℃で24hr以上保持する拡散熱処理を施して室温
まで冷却し、次いで所定板厚まで熱間圧延し、その後Ａ
c₃変態点〜（Ａc₃変態点＋200 ℃）の温度範囲に加熱後
冷却し、さらに（Ａc₁変態点＋50℃）〜Ａc₃変態点の温
度範囲に加熱後冷却し、次いで 450℃〜（Ａc₁変態点＋
70℃）の温度範囲で焼もどすことを特徴とする高靱性低
温用鋼板の製造方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】まず、この発明における鋼の成分
組成の限定理由について説明する。Ｃ：0.04〜0.12wt％Ｃは、十分な高張力を得るために有用な元素である。Ｃ
含有量が0.04wt％未満では、強度確保の上からSi, Mnを
増加する必要が生じて、前述したとおり 700〜900 ℃に
加熱された部分の靱性が低くなるという問題があり、一
方、0.12wt％を超えても靱性が低下するので、0.04〜0.
12wt％の範囲とする。なお、Ｃ含有量の好ましい範囲は
0.05〜0.09wt％である。

【０００９】Si：0.02〜0.80wt％ Siは、溶接部靱性に悪影響を及ぼすので減少させるのが
好ましいが、0.02wt％未満にしても漸進的効果は認めら
れないので下限を0.02wt％とした。一方、0.80wt％を超
えると、かえって靱性の劣化を招くだけでなく、強度を
過剰に上昇させるので、0.80wt％を上限とする。なお、
Si含有量の好ましい範囲は0.1 〜0.5 wt％である。

【００１０】Mn：0.05〜0.8 wt％ Mnは、Siと同様に溶接部靱性に悪影響を及ぼすので減少
させるのが好ましいが、0.05wt％未満に低減しても漸進
的効果を示さないので、下限を0.05wt％とした。一方、
0.8 wt％を超えて添加すると靱性を劣化させるだけでな
く、強度を過剰に上昇させるため、0.8 wt％を上限とし
た。Mnはこの範囲で低減すれば漸進的に溶接部靱性を改
善し、特に0.3 wt％以下の範囲でその効果が顕著であ
る。

【００１１】Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下Ｐ, Ｓは、いずれも母材および溶接部の靱性を害するの
で極力低減することが望ましいが、それぞれ0.01wt％以
下、0.005 wt％以下の範囲で許容できる。好ましくは、
それぞれ0.005 wt％以下、0.002 wt％以下に制限するの
がよい。

【００１２】Ni：6.5 〜12.0wt％ Niは、この発明の低温用鋼には必須の元素であり、低温
における靱性の確保に著効を有するが、6.5 wt％未満で
はその効果は乏しく、一方12.0wt％を超えて添加しても
その効果は飽和し、不経済でもあるので、6.5 〜12.0wt
％の範囲に限定する。なお、Ni含有量の好ましい範囲は
7.5 〜10.0wt％である。

【００１３】Al：0.01〜0.10wt％ Alは、鋼の脱酸に必要な元素である。Alの添加量が、0.
01wt％未満ではその効果に乏しく、一方0.10wt％を超え
ると清浄性を損なうので、0.01〜0.10wt％の範囲とす
る。

【００１４】Ｎ：0.0035wt％以下Ｎは、可動転位を増加させ、また、島状マルテンサイト
を増加させて靱性を劣化させる元素である。Ｎ含有量が
0.0035wt％を超えると、とくに 700〜900 ℃の温度範囲
に加熱される熱影響部の靱性を低下させるので、上限を
0.0035wt％とする。

【００１５】上記Ｃ, Si，Mn，Ｐ, Ｓ, Ni, Al, Ｎをこ
の発明における鋼の基本成分とするが、さらに、Nb、Ｖ
およびCuのうち少なくとも１種を含有させることもでき
る。これらの限定理由について次に説明する。

【００１６】Nb：0.0055〜0.06wt％ Nbは、析出強化により強度を向上させるのに有効に寄与
するが、0.005 wt％未満では添加効果が少なく、一方0.
06wt％を超えるとかえって靱性を損なうので、0.0055〜
0.06wt％、好ましくは0.008 〜0.03wt％とする。

【００１７】Ｖ：0.005 〜0.07wt％Ｖは、析出強化により強度を向上させるのに有効な元素
である。Ｖの添加量が0.005 wt％未満ではその効果が少
なく、一方0.07wt％を超えるとかえって靱性を損なうの
で、0.005 〜0.07wt％、好ましくは0.008 〜0.03wt％と
する。

【００１８】Cu：0.05〜0.50wt％ Cuは、焼入れ性向上により強度を改善するのに有効な元
素であるが、0.05wt％未満ではその添加効果に乏しく、
一方0.50wt％を超えるとかえって靱性を損なうので、0.
05〜0.50wt％、好ましくは0.05〜0.10wt％とする。

【００１９】以上述べた成分範囲になる鋼を、拡散熱処
理ののち、再加熱熱処理を行うことによって目指した目
的が達成される。以下にこれらの製造条件について説明
する。・拡散熱処理この発明法における重要なポイントは、再加熱熱処理に
先立って、拡散熱処理を施すところにある。拡散熱処理
条件は、1200〜1350℃の温度範囲に加熱して24hr以上保
持した後室温まで冷却する。加熱温度が1200℃未満で
は、Niの拡散速度が急激に低下するために成分の均一化
が困難となる。一方、1350℃を超えて加熱すると長時間
の加熱に対して鋼塊自体が溶解してしまう可能性をはら
んでいるので、拡散焼鈍処理は1200〜1350℃の温度範
囲、好ましくは1300〜1350℃の温度範囲とする。また、
保持時間が24hr未満ではNiの拡散が十分ではなく、成分
が均一化されないため、保持時間は24hr以上、好ましく
は３６〜４８hrとする。なお、拡散焼鈍後一旦室温まで
冷却するのは、焼鈍後に粗大化した結晶粒を圧延前の再
加熱により細粒化するためである。

【００２０】・熱間圧延後の再加熱熱処理上記拡散熱処理ののち、引き続いて通常の熱間圧延を施
し、鋼板とする。この鋼板を、まずＡc₃変態点〜（Ａc₃
変態点＋200 ℃）の温度範囲に加熱後冷却（水冷、空冷
など）する再加熱熱処理を施す。加熱温度がＡc₃変態点
未満では、鋼のオーステナイト化が不完全となり、最終
的に粗大な炭化物を有する高温焼もどしマルテンサイト
を含んだ組織となり、靱性および強度に悪影響を及ぼ
す。また、（Ａc₃変態点＋200 ℃）を超えて加熱する
と、オーステナイト粒が粗大化して低温靱性に悪影響を
およぼす。このため、加熱温度範囲はＡc₃変態点〜（Ａ
c₃変態点＋200 ℃）、好ましくはＡc₃変態点〜（Ａc₃変
態点＋100 ℃）とする。この再加熱熱処理に次いで、２
次の再加熱熱処理（２相域に再加熱後、水冷、空冷など
を施す処理）を付加することにより効果的に目的が達成
できる。２次の再加熱温度が、（Ａc₁点変態点＋50℃）
未満では焼入れ不足となり強度が極端に低下し、Ａc₃変
態点を超えると靱性向上に不可欠な残留オーステナイト
量が急減し靱性低下を引き起こすので、この２次の再加
熱温度範囲は、（Ａc₁点変態点＋50℃）〜Ａc₃変態点の
範囲とする。

【００２１】・焼もどし上記再加熱熱処理の後、 450℃以上（Ａc₁点変態点＋70
℃）以下の条件で焼もどし処理を施す。焼もどし処理温
度が450 ℃未満では十分な靱性が確保できず、一方、
（Ａc₁点変態点＋70℃）を超えると強度が低下してしま
う。

【００２２】

【実施例】表１に示す化学組成になる鋼を、表２に示す
条件で拡散焼鈍熱処理して室温まで冷却し, 加熱、圧延
して鋼板とし、再加熱熱処理と２次再加熱熱処理（２相
域焼入れ）を行い、その後焼もどし処理を施した。な
お、上記両熱処理時の保持時間は70min で冷却は水冷と
し、焼もどし時の保持時間は70min で冷却は空冷とし
た。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】得られた各鋼板について、母材の引張特性
およびシャルピー衝撃特性を調査した。結果を表２に合
わせて示す。表２において、発明法を適用し拡散焼鈍熱
処理を施したNo. １ａ，２ａの場合には、２相焼入れ温
度が６３０℃のとき、 v-196はすべて25 kgf・ｍを超え
る値を示している。これに対し、No. １ｂ，１ｃ，２
ｂ，２ｃに代表される比較法及び従来法では、２相焼入
れ温度が６３０℃のとき、 vＥ-196の値はいずれも25 k
gf・ｍを下回っている。ここで比較法は、拡散焼鈍処理
時の加熱温度が低過ぎたか、あるいは保持時間が短過ぎ
たものである。また従来法は、拡散焼鈍処理を施さなか
ったものである。また、No. １の鋼板について、表２中
の実験No. １ａ〜１ｃに相当する各条件で拡散熱処理と
焼入れ（１次）を行った後、２次焼入れ時の加熱温度範
囲を610〜730 ℃の範囲で変化させた場合の機械特性の
変化をそれぞれ図１〜図３に示す。これらの図を比較す
ると、本発明法に従う拡散焼鈍を施すことにより、良好
な靱性が得られる、２次焼入れ時の適正温度範囲が拡大
していることがわかる。

【００２６】

【発明の効果】かくして、この発明に従う製造方法によ
れば、低温靱性に優れた鋼板が再加熱熱処理法により製
造することが可能となる。しかも、熱処理の温度範囲を
広範囲に許容できるので、焼き入れ処理等の再加熱熱処
理がしやすく、製造性が改善されるので、産業上の寄与
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法に従う拡散熱処理を行った鋼板におけ
る、２次焼入れ温度と機械的性質の関係を示す図であ
る。

【図２】本発明範囲外の拡散熱処理を行った鋼板におけ
る、２次焼入れ温度と機械的性質の関係を示す図であ
る。

【図３】拡散熱処理を行わない鋼板における、２次焼入
れ温度と機械的性質の関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.80wt
％、 Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含有
し、残部は実質的にFeからなるスラブを、1200〜1350℃
で24hr以上保持する拡散熱処理を施して室温まで冷却
し、次いで所定板厚まで熱間圧延し、その後Ａc₃変態点
〜（Ａc₃変態点＋200 ℃）の温度範囲に加熱後冷却し、
さらに（Ａc₁変態点＋50℃）〜Ａc₃変態点の温度範囲に
加熱後冷却し、次いで 450℃〜（Ａc₁変態点＋70℃）の
温度範囲で焼もどすことを特徴とする高靱性低温用鋼板
の製造方法。
【請求項２】Ｃ：0.04〜0.12wt％、 Si：0.02〜0.80wt
％、 Mn：0.05〜0.8 wt％、Ｐ：0.01wt％以下、Ｓ：0.005 wt％以下、 Ni：6.5 〜12.0wt％、 Al：0.01〜0.10wt％およびＮ：0.0035wt％以下を含み、
さらにNb：0.005 〜0.06wt％、Ｖ：0.005 〜0.07wt％お
よびCu：0.05〜0.50wt％のうちから選ばれる１種または
２種以上を含有し、残部は実質的にFeからなるスラブ
を、1200〜1350℃で24hr以上保持する拡散熱処理を施し
て室温まで冷却し、次いで所定板厚まで熱間圧延し、そ
の後Ａc₃変態点〜（Ａc₃変態点＋200 ℃）の温度範囲に
加熱後冷却し、さらに（Ａc₁変態点＋50℃）〜Ａc₃変態
点の温度範囲に加熱後冷却し、次いで 450℃〜（Ａc₁変
態点＋70℃）の温度範囲で焼もどすことを特徴とする高
靱性低温用鋼板の製造方法。