JPH10130721A - 溶接性および低温靭性の優れた低降伏比高張力鋼の製造方法 - Google Patents

溶接性および低温靭性の優れた低降伏比高張力鋼の製造方法

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JPH10130721A
JPH10130721A JP30080196A JP30080196A JPH10130721A JP H10130721 A JPH10130721 A JP H10130721A JP 30080196 A JP30080196 A JP 30080196A JP 30080196 A JP30080196 A JP 30080196A JP H10130721 A JPH10130721 A JP H10130721A
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steel
weldability
toughness
less
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JP30080196A
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Yoshiyuki Watabe
義之 渡部
Atsuhiko Yoshie
淳彦 吉江
Yuzuru Yoshida
譲 吉田
Haruo Imai
晴雄 今井
Seiji Isoda
征司 磯田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 主として液体アンモニアとLPGなどの他種
液化ガスを混載する多目的タンク用鋼材としての溶接性
及び低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法の提
供。 【解決手段】 低C−Ni−Nb−Ti系を基本とする
低Pcm鋼を圧延後に750〜870℃に再加熱後焼入
れ、Ac1点以下の温度で焼戻し処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として液体アン
モニア(LAG)とLPGなどの多種液化ガスを混載す
る多目的タンク用鋼材として使用するに適する、溶接性
および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】液化ガス貯槽用タンクに使用される鋼材
は、液化ガスの種類によって異なるが、ガスの液化温度
は一般に常圧では低温(LPGの場合、−48℃)であ
るため、母材はもちろん溶接継手部においても優れた低
温靭性が要求される。これに対し、特開昭63−290
246号公報には鋼中に6.5〜12.0%のNiを添
加する方法や、特開昭58−153730号公報には特
定組成の鋼を焼入れ焼戻し処理を行って、焼戻しマルテ
ンサイトとベイナイトの強靭性を利用する方法が開示さ
れている。
【0003】また、液体アンモニアは鋼材の応力腐食割
れ(SCC)を引き起こすことが知られ、IGC CO
DE l7.13(International Co
defor the Construction an
d Equipment of Ships Carr
ying Liquefied Gases inBu
lk)では、酸素分圧、温度などの貯槽時の操業条件を
規制するとともに、鋼材のNi含有量を5%以下に制限
することや実降伏強さを440N/mm2以下に抑える
ことなどを規定している。
【0004】このため、特開平4−17613号公報で
は表層のみ軟化処理した鋼板や、特開昭57−1394
93号公報では軟鋼クラッド鋼と軟質溶接最終層による
タンク製造方法などが開示されている。
【0005】しかし、上記LPGと液体アンモニアを混
載するタンクでは、当然のことながら両者に要求される
仕様を満足する必要がある。一方、タンクの大容量化や
船舶に搭載されることの多いこの種のタンクにおいては
高張力化が求められており、LPGからの優れた低温靭
性と液体アンモニアからの降伏強さの上限規制に伴う低
降伏比化の同時達成が大きな課題となっていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、優れた溶
接性、低温靭性と同時に高強度で低降伏比を図るため
に、鋼成分と熱処理条件を限定することにより組織制御
を十分に行うことを特徴とする。
【0007】本願発明によれば、液体アンモニアとLP
Gなどとの混載タンク用として溶接性の優れた鋼材を大
量かつ安価に供給でき、特に高強度化も可能としたた
め、該タンクの船舶への搭載も容易となった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、以下の
とおりである。
【0009】(1)重量%で、 C:0.05〜0.15% Si:0.40%以下 Mn:1.0〜2.0% P:0.020%以下 S:0.010%以下 Ni:0.05〜1.0% Nb:0.005〜0.020% Ti:0.005〜0.025% Al:0.060%以下 N:0.001〜0.005% かつPcm=C十Si/30十Mn/20+Ni/60
が0.25%以下 残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延
後、750〜870℃に加熱後焼入れ、引続きAc1
以下の温度に加熱して焼戻し処理をすることを特徴とす
る溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製
造方法。
【0010】(2)重量%で、 C:0.05〜0.15% Si:0.40%以下 Mn:1.0〜2.0% P:0.020%以下 S:0.010%以下 Ni:0.05〜1.0% Nb:0.005〜0.020% Ti:0.005〜0.025% Al:0.060%以下 N:0.001〜0.005% 更に、 Cu:0.05〜0.50% Cr:0.05〜0.50% Mo:0.05〜0.50% V:0.01〜0.05% の一種以上を含有し、かつ Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+N
i/60十Cr/20+Mo/15+V/10が0.2
5%以下 残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を用いること
ことを特徴とする上記(1)に記載の溶接性および低温
靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製造方法。
【0011】本発明が、請求項の通りに鋼組成、製造方
法としての熱処理条件を限定した理由について説明す
る。
【0012】Cは焼入性に最も顕著に効くもので、下限
0.05%は後述するように焼入れ時の組織制御を可能
にする最小量である。しかし、C量が多すぎると焼入性
が必要以上に上がり、鋼材が本来有すべき強度、靭性の
バランス、溶接性などに悪影響を及ぼすため、上限を
0.15%とした。
【0013】Siは脱酸のため鋼に含まれる元素である
が、多く添加すると溶接性、HAZ靭性が劣化するた
め、上限を0.40%に限定した。鋼の脱酸はTi、A
lのみでも十分可能であり、HAZ靭性、焼入性などの
観点から低いほど好ましく、必ずしも添加する必要はな
い。
【0014】Mnは強度、靭性を確保する上で不可欠な
元素であり、その下限は1.0%である。しかし、Mn
量が多すぎると焼入性が上昇して溶接性、HAZ靭性を
劣化させるだけでなく、連続鋳造スラブの中心偏折を助
長するので上限を2.0%とした。
【0015】Pは本発明鋼においては不純物であり、P
量の低減はHAZにおける粒界破壊を減少させる傾向が
あるため、少ないほど好ましい。含有量が多いと母材、
溶接部の低温靭性を劣化させるため上限を0.020%
とした。
【0016】SはPと同様本発明鋼においては不純物で
あり、母材の低温靭性の観点からは少ないほど好まし
い。含有量が多いと母材、溶接部の低温靭性を劣化させ
るため上限を0.010%とした。
【0017】Niは過剰に添加しなければ、溶接性、H
AZ靭性に悪影響を及ぼすことなく母材の強度、靭性を
向上させる。これら効果を発揮させるためには、少なく
とも0.05%以上の添加が必須である。一方、過剰な
添加は高価なだけでなく、溶接性に好ましくない。ま
た、Niを多く添加すると液体アンモニア中で応力腐食
割れ(SCC)を誘起する可能性が指摘されている。発
明者らの実験によれば、1%までの添加は溶接性や液体
アンモニア中でのSCCを大きく劣化させず、強度、靭
性向上効果の方が大きいため、上限を1.0%とした。
【0018】Nbはオーステナイトの未再結晶温度を上
昇させ、熱間圧延時の制御圧延の効果を最大限に発揮す
る上で必須元素で、最低0.005%の添加が必要であ
る。また、焼入れの際の加熱オーステナイトの細粒化に
も寄与する。しかし、過剰な添加は、溶接部の靭性劣化
を招くため上限を0.020%とした。
【0019】Tiは母材およびHAZ靭性向上のために
必須である。なぜならばTiは、Al量が少ないとき
(例えば0.003%以下)、Oと結合してTi23
主成分とする析出物を形成、粒内変態フェライト生成の
核となりHAZ靭性を向上させる。また、TiはNと結
合してTiNとしてスラブ中に微細析出し、加熱時のγ
粒の粗大化を抑え圧延組織の細粒化に有効であり、また
鋼板中に存在する微細TiNは、溶接時にHAZ組織を
細粒化するためである。これらの効果を得るためには、
Tiは最低0.005%必要である。しかし多過ぎると
TiCを形成し、低温靭性や溶接性を劣化させるので、
その上限は0.025%である。
【0020】Alは、一般に脱酸のため鋼に含まれる元
素であるが、脱酸はSiまたはTiだけでも十分であ
り、本発明鋼においては、その下限は限定しない。しか
し、Al量が多くなると鋼の清浄度が悪くなるだけでな
く、溶接金属の靭性が劣化するので上限を0.060%
とした。
【0021】Nは、不可避的不純物として鋼中に含まれ
るものであるが、Nbと結合して炭窒化物を形成して強
度を増加させ、また、TiNを形成して前述のように鋼
の性質を高める。このため、N量として最低0.001
%必要である。しかしながら、N量の増加はHAZ靭
性、溶接性にきわめて有害であり、本発明鋼においては
その上限は0.005%である。
【0022】次に必要に応じて含有することができるC
u、Cr、Mo、Vの添加理由について説明する。
【0023】基本となる成分に、さらにこれらの元素を
添加する主たる目的は、本発明鋼の優れた特徴を損なう
ことなく、強度、靭性などの特性を向上させるためであ
る。したがってその添加量は自ずと制限されるべき性質
のものである。
【0024】CuはNiとほぼ同様の効果、現象を示
し、上限の0.50%は溶接性劣化に加え、過剰な添加
は熱間圧延時にCu−クラックが発生し製造困難となる
ため規制される。下限は実質的な効果が得られるための
最小量とすべきで0.05%である。これは次のCr、
Moについても同様である。
【0025】Cr、Moは、母材の強度、靭性をともに
向上させる。しかし添加量が多すぎると母材、溶接部の
靭性および溶接性の劣化を招き、また後述する組織制御
が困難となって好ましくないため上限を0.50%とし
た。
【0026】VはNbとほぼ同様の作用を有するもので
あるが、Nbに比べてその効果は小さい。また、Vは焼
入れ性にも影響を及ぼし、上記元素と同様組織制御の観
点から添加するものである。Nbと同様の効果は0.0
1%未満では効果が少なく、上限は0.05%まで許容
できる。
【0027】鋼の個々の成分を限定しても、成分系全体
が適切でないと優れた特性は得られない。このため、P
cmの値、即ち、Pcm=C+Si/30+Mn/20
+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+
V/10+5Bの式に従う値を0.25%以下に限定す
る。Pcmは溶接性を表す指標で、低いほど溶接性は良
好である。本発明鋼においては、Pcmが0.25%以
下であれば、優れた溶接性の確保が可能である。
【0028】上記のように鋼成分を限定した上で、さら
に熱処理条件を本願発明の通り限定する理由について説
明する。
【0029】熱処理は、750〜870℃に再加熱後焼
入れし、引続きAc1点以下の温度に加熱して焼戻し処
理する。750〜870℃に再加熱、焼入れする理由
は、降伏比の低減のためである。一般に、Nb添加鋼は
圧延ままでは降伏比が高く、Nbが炭窒化物として析出
し、折出硬化する場合にはさらに降伏比は高くなる。
【0030】そこで、750〜870℃のγ+α二相域
に再加熱、焼入れを行う。部分的にγ変態させることに
よって組織の実質的な微細化が進行し靭性が向上すると
ともに、未変態の領域は軟化、γ変態領域は硬化してミ
クロ組織が二相化(軟らかい相と硬い相)し、降伏比の
低減が可能となる。再加熱温度が750℃未満では、γ
に変態する領域が小さいために前述の効果が得られな
い。一方、870℃を超えるとγへの変態領域が多くな
り過ぎ、目的とする二相組織が得られず低降伏比化や優
れた靭性が達成できない。
【0031】焼戻し処理は、鋼の靭性改善と溶接、応力
除去処理などによる軟化を防止するために必須である。
しかし、その温度がAc1点を超えると強度が著しく低
下するので、Ac1点以下としなければならない(望ま
しい焼戻し温度は400〜650℃である)。
【0032】
【実施例】転炉−連続鋳造−厚板工程で種々の鋼成分の
鋼板(厚さ15〜50mm)を製造し、その強度、降伏
比(YR)、靭性および溶接性(斜めy形溶接割れ試
験)を調査した。
【0033】表1に比較鋼とともに本願発明鋼の鋼成分
を、表2に鋼板の諸特性を示す。
【0034】本願発明法にしたがって製造した鋼板(本
発明鋼)は、すべて良好な特性を有する。これに対し、
本願発明によらない比較鋼は、いずれかの特性が劣る。
【0035】比較鋼7は、C量が低いため溶接性は良好
であるが強度が低めである。また二相域焼人れ処理を行
っていないため、YRも高い。比較鋼8は、Ni量が低
いため、低温靭性に劣る。比較鋼9は、CおよびPcm
が高いため溶接性に劣る。また、焼入れ温度が高いため
YRがやや高目である。比較鋼10は、焼戻処理がない
ため靭性に劣る。比較鋼11は、個々の成分は本願発明
の範囲内にあるがPcmが高いため溶接性に劣る。さら
に、本発明鋼3の鋼成分を有する比較鋼3−1および3
−2は、熱処理条件が適切でないためYRが高い。すな
わち、比較鋼3−1は熱処理がなく、比較鋼3−2は焼
入温度が高いため、いずれもYRが高い。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【発明の効果】本発明により、溶接性、低温靭性に優れ
た低降伏比高張力鋼の製造が可能となった。その結果、
液体アンモニアとLPGなどとの混載タンク用として溶
接性の優れた鋼材を大量かつ安価に供給でき、特に高強
度化も可能としたため、該タンクの船舶への搭載も容易
となった。
フロントページの続き (72)発明者 今井 晴雄 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 (72)発明者 磯田 征司 君津市君津1番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C:0.05〜0.15% Si:0.40%以下 Mn:1.0〜2.0% P:0.020%以下 S:0.010%以下 Ni:0.05〜1.0% Nb:0.005〜0.020% Ti:0.005〜0.025% Al:0.060%以下 N:0.001〜0.005% かつPcm=C十Si/30十Mn/20+Ni/60
    が0.25%以下 残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延
    後、750〜870℃に加熱後焼入れ、引続きAc1
    以下の温度に加熱して焼戻し処理をすることを特徴とす
    る溶接性および低温靭性に優れた低降伏比高張力鋼の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C:0.05〜0.15% Si:0.40%以下 Mn:1.0〜2.0% P:0.020%以下 S:0.010%以下 Ni:0.05〜1.0% Nb:0.005〜0.020% Ti:0.005〜0.025% Al:0.060%以下 N:0.001〜0.005% 更に、 Cu:0.05〜0.50% Cr:0.05〜0.50% Mo:0.05〜0.50% V:0.01〜0.05% の一種以上を含有し、かつ Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+N
    i/60十Cr/20+Mo/15+V/10が0.2
    5%以下 残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を用いること
    を特徴とする請求項1記載の溶接性および低温靭性に優
    れた低降伏比高張力鋼の製造方法。
JP30080196A 1996-10-28 1996-10-28 溶接性および低温靭性の優れた低降伏比高張力鋼の製造方法 Withdrawn JPH10130721A (ja)

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