JPH11131178A - 耐アンモニア応力腐食割れ性および大入熱溶接における熱影響部の靱性に優れた低降伏比型低温用鋼板 - Google Patents
耐アンモニア応力腐食割れ性および大入熱溶接における熱影響部の靱性に優れた低降伏比型低温用鋼板Info
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Abstract
おける低温靱性に優れた鋼板であって、アンモニア応力
腐食割れが発生しない低温用鋼板の提供を第1の課題と
し、更に50kJ/cm 以上の大入熱溶接を行ってもHAZ靱
性が良好な低温用鋼板の提供を第2の課題とし、しかも
88%以下の低い降伏比を有する低温用鋼板の提供を第3
の課題とする。 【解決手段】 第1の課題を解決した本発明鋼板とは、
C含有量が0.06%以下であることを特徴とし、上記第2
の課題を解決した本発明鋼板とは、C含有量が0.06%以
下であると共に、Ti:0.005〜0.020 %、N:0.002〜0.
005 %を含有することを要旨とする。また上記第3の課
題を解決した本発明鋼板とは、フェライトを主体とし、
フェライト粒界に存在するパーライトが層状に分散され
た層状パーライト組織を有する低温用鋼板であって、上
記フェライトの平均粒径が 5〜15μmで、且つ層状パー
ライトの層間隔が30μm以下であることを特徴とする。
Description
腐食割れ性および大入熱溶接における熱影響部の靱性に
優れた低降伏比低温用鋼板に関し、詳細にはアンモニア
やLPG等の種々のガスを積載する多目的ガス船の低温
用圧力タンクに使用可能な低温用鋼板(引張強さ400
N/mm2 級以上)に関するものである。
温圧力タンクには、高い低温靱性が要求されていること
から、焼きならし型低温用鋼が採用されている。近年、
開発された多目的ガス船は、LPGだけではなく、アン
モニアやブチレン等を液体状態で積載することから、そ
の低温圧力タンクに使用される鋼材には、下記〜の
特性が要求されている。即ち、 アンモニア応力腐食割れが発生しないこと、 −55〜−65℃の低温域における靱性に優れている
こと、 溶接工数の簡略化を目的とし、片面1パス溶接におい
て50〜80kJ/cm程度の大入熱溶接を行っても、
継手部の靱性が良好であること、 降伏比(降伏点/引張強さ)が90%以下(望ましく
は88%以下)であるという特性である。
し型低温用鋼板(C量:0.1%程度)を、多目的ガス
船の低温圧力タンクに用いると、20kJ/cm以下の
小入熱で溶接を行っても、溶接時に急熱急冷を受けた熱
影響部(Heat affected zone, 以下、HAZという)に
アンモニアによる応力腐食割れが発生したり、また50
kJ/cm以上の大入熱溶接を行うと上記HAZの靱性
が大幅に低くなるという問題があった。この様に、アン
モニアによる応力腐食割れが発生しやすく、HAZの靱
性が劣化する理由は、上記焼きならし型低温用鋼板が、
強度確保のために多量の合金元素を含有していることに
ある。
合わせたTMCP(Thermo Mechanical Control Proces
s) 技術が開発されたことにより、C量を0.07%程
度までに制限し従来の焼きならし型鋼板に比べ合金元素
量を低減しても、十分な強度を得ることができるように
なり、低温用鋼の耐アンモニア応力腐食割れ性と大入熱
溶接におけるHAZの靱性(以下、大入熱溶接HAZ靱
性という)の向上を図ることが可能となってきたが、安
定して上記及びの特性を満足するまでには至ってお
らず、予熱や後熱,溶接入熱量に関し緻密な溶接施工管
理が行われてきた。
因で応力がかかった際に変形するとすぐに破断してしま
うことから、降伏比が小さいこと(引張強度に対して降
伏点が低く、応力に降伏することにより応力を解放しそ
の後破断しないこと)が求められているが、降伏比を9
0%以下(望ましくは88%以下)にする技術は確立さ
れておらず、製造後の検査で選別するため多大の歩留り
低下を招いていた。
目してなされたものであり、引張強さが400N/mm
2 級以上で、−60℃前後における低温靱性に優れた鋼
板であって、アンモニア応力腐食割れが発生しない低温
用鋼板の提供を第1の課題とし、更に50kJ/cm以
上の大入熱溶接を行ってもHAZ靱性が良好な低温用鋼
板の提供を第2の課題とし、しかも88%以下の低い降
伏比を有する低温用鋼板の提供を第3の課題とするもの
である。
た本発明の耐アンモニア応力腐食割れ性に優れた低温用
鋼板とは、C含有量が0.06%以下であることを要旨
とするものである。
モニア応力腐食割れ性および大入熱溶接HAZ靱性に優
れた低温用鋼板とは、C含有量が0.06%以下である
と共に、Ti:0.005〜0.020%、N:0.0
02〜0.005%を含有することを要旨とするもので
ある。
アンモニア応力腐食割れ性および大入熱溶接HAZ靱性
に優れた低降伏比型低温用鋼板とは、フェライトを主体
とし、フェライト粒界に存在するパーライトが層状に分
散された層状パーライト組織[図1(a)参照]を有す
る低温用鋼板であって、C含有量が0.06%以下であ
り、Ti:0.005〜0.020%、N:0.002
〜0.005%を含有すると共に、上記フェライトの平
均粒径が5〜15μmで、且つ層状パーライトの層間隔
[図1(b)のh]が30μm以下であることを要旨と
する。
溶接部であって、硬さがHv280以下の溶接部は、優
れた耐アンモニア応力腐食割れ性を発揮する。
0.03〜0.06%、Si:0.05〜0.50%、
Mn:1.0〜1.8%、Al:0.005〜0.08
%、Ti:0.005〜0.02%、N :0.002
〜0.005%を含有し、残部Feおよび不可避的不純
物とすることが望ましい。
し、Cu:0.05〜1.0%、Cr:0.05〜1.
0%、Mo:0.05〜1.0%、V :0.005〜
0.10%、Nb:0.005〜0.10%よりなる群
から選択される1種以上の元素を含有してもよい。
05〜1.0%を含有しても良い。
r:0.003〜0.020%、B :0.0002〜
0.0020% Ca:0.001〜0.01%、Mg:0.001〜
0.01%、REM(希土類元素;Ce,La,N
d):0.001〜0.01%よりなる群から選択され
る1種以上を含有してもよい。
腐食割れ性が発生しない低温用鋼板であって、50kJ
/cm以上の大入熱溶接を行ってもHAZ靱性が良好で
あり、しかも88%以下の低い降伏比を有する低温用鋼
板の開発を目的として、成分組成とミクロ組織に関して
鋭意研究を重ねた。
0.06%以下にすることで、アンモニア応力腐食割れ
(以下、アンモニアSCCということがある)の発生を
確実に防止できると同時に、大入熱溶接HAZ靱性も大
幅に向上するとの知見を得た。
大入熱溶接HAZ靱性に及ぼすC量の影響を詳細に調査
するため、表1に示す化学成分を有する鋼板を用いて、
入熱量を種々変化させて溶接継手を作製し、これらの溶
接継手について、表2に示す液化アンモニア応力腐食割
れ促進試験(環境、応力を加速因子とした)及びJIS
Z 3128の溶接継手衝撃試験を実施した結果であ
る。
以下に制御することで、アンモニア応力腐食割れの発生
を確実に防止できると同時に、入熱80kJ/cm程度
の大入熱溶接HAZ靱性も大幅に向上することがわかっ
た。尚、溶接HAZのアンモニア応力腐食割れを発生さ
せない限界硬さが、Hv280以下であることは、上記
の一連の実験の中で本発明者らが初めて突き止めた知見
である。
ニア応力腐食割れ性と大入熱溶接HAZ靱性の確保のた
め0.06%を上限とし、引張強さ400N/mm2 級
以上の母材強度を確保するためには少なくとも0.03
%必要であることから、その下限を0.03%とした。
低C鋼について引張特性を調査したところ、低C化は引
張強さの大幅な低下とそれに伴う降伏比の上昇を招くと
いう問題に直面した。合金化元素を添加することにより
引張強さの上昇を図ることは可能である。しかしなが
ら、降伏比を改善することはできなかった。そこで、
C:0.06%以下の低C鋼の低降伏比化を図るため種
々の圧延条件で鋼板を試作し、引張特性とミクロ組織を
調査した。その結果、88%以下の低降伏比と高い低温
靱性を有する鋼板の組織は全て、平均フェライト粒径が
5〜15μmであり、且つフェライト組織中に層間隔が
30μm以下の層状パーライトが分散していることを見
出した。
ライトの層間隔と、靱性及び降伏比(YR)の関係の調
査結果であり、平均フェライト粒径が15〜30μm程
度であり、層状パーライトの層間隔が20〜45μmの
鋼板の場合[図3(a)]、降伏比は88%以下であっ
たが、衝撃値は50J未満であり靱性が低かった。平均
フェライト粒径が5〜15μmであり、且つフェライト
組織中に層間隔が30μm以下の層状パーライトが分散
する鋼板の場合[図3(b)]、衝撃値80Jの高い靱
性と88%以下の低降伏比が得られた。図3(c)の鋼
板の場合、フェライト粒径の平均値は、15μm以下で
あるが、フェライト粒径のばらつきが大きく、層状パー
ライトの層間隔は10〜40μmと広く、靱性には優れ
るものの降伏比が高かった。
ける衝撃吸収エネルギー:60J以上)と88%以下の
低降伏比の確保のため、ミクロ組織を平均フェライト粒
径が5〜15μmで、且つ、フェライト組織中に分散す
る層状パーライトの層間隔を30μm以下に限定した。
は、従来のTMCP技術より格段に高度な精密制御圧延
により可能となるものであり、具体的には例えば厚さ1
6mm以下の鋼板の場合、加熱温度を1150℃程度と
し、図4に示す様に、900〜830℃の圧下率を30
〜80%とし、830℃未満の圧下率を10〜45%と
することにより、図3の(b)に示すミクロ組織を得る
ことができる。また上記圧下率のいずれかが小さ過ぎる
場合には、図3(a)に示す比較的粗大なミクロ組織と
なって靱性が低くなり、上記圧下率のいずれかが大き過
ぎると、図3(c)に示す微細なミクロ組織となって降
伏比が高くなった。
以上の低C鋼において、Ti及びNを、Ti:0.00
5〜0.020%、N :0.002〜0.005%の
範囲で添加することにより、大入熱溶接HAZ靱性を向
上させることが可能である。
Z靱性を向上させるので、0.005%以上含有させる
ことが推奨される。但し、多過ぎると清浄度が低下する
ので上限は0.02%とすることが望ましい。
して大入熱溶接HAZ靱性を向上させるので0.002
%以上添加することが望ましい。但し、多過ぎると、母
材の靱性を低下させるので、上限は0.005%とする
ことが望ましい。
上の低C鋼において、少なくともSi,Mn,Alを以
下の範囲で含有させることが望ましい。
5%以上含有させることが望ましい。但し、多過ぎると
溶接性および靱性を劣化させるので、上限は0.5%と
することが望ましい。
要な元素であり、1.0%以上含有させることが望まし
い。但し、多過ぎると、溶接性および大入熱溶接HAZ
靱性を劣化させるので、1.8%を上限とすることが望
ましい。
%以上含有させることが望ましい。但し、多過ぎると靱
性の劣化をもたらすので上限は0.08%以下とするこ
とが好ましい。
u,Ni,Cr,Mo,V,Nb,Zr,B,Ca,M
gや希土類元素を、板厚や強度レベルに応じて添加して
も良い。
度上昇に有効な元素であるので、0.05%以上含有さ
せることが望ましい。但し、多過ぎると熱間加工性が劣
化し、鋼板表面に割れが入り易くなるので上限は1.0
%とすることが好ましい。
0.05%以上含有させることが望ましいが、多過ぎる
とスケール疵が発生し易くなり、コストアップにもなる
ので、上限は1.0%とすることが望ましい。
させる上で有効であり、夫々0.05%以上含有させる
ことが望ましいが、多過ぎると大入熱溶接HAZ靱性を
劣化させるので1.0%を上限とすることが望ましい。
上昇に有効な元素であり、0.005%以上含有させる
ことが望ましいが、多過ぎると大入熱溶接HAZ靱性を
劣化させるので、上限は0.10%とすることが望まし
い。
大入熱溶接HAZ靱性を向上させるので0.003%以
上含有させることが望ましいが、多過ぎると清浄度の低
下を招くので、上限は0.02%とすることが好まし
い。
性に有害な固溶Nを固定し、粒界フェライトの生成を抑
制する作用を有することから、0.0002%以上含有
させることが望ましいが、多過ぎると大入熱溶接HAZ
靱性の低下を招くので上限は0.002%とすることが
好ましい。
硫化物,酸硫化物を形成してHAZの結晶粒粗大化を防
止すると共に、母材の異方性の軽減に有効な元素であ
り、0.001%以上添加することが望ましいが、多過
ぎると清浄度の低下を招くので0.01%を上限とする
ことが好ましい。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
片を用い、表4に示す条件で板厚8〜16mmの鋼板に
圧延した。
張試験及び衝撃試験,ミクロ組織調査,溶接継手部(入
熱量6kJ/cm)のアンモニア応力腐食割れ試験及び
溶接継手部(入熱量80kJ/cm)の衝撃試験を行っ
た。結果は表5に示す。
o.1〜7は、いずれもアンモニア応力腐食割れが発生
せず、大入熱溶接HAZ靱性は100J以上と良好であ
り、87%以下の低降伏比を有している。
0.06%を超えているためアンモニア応力腐食割れが
発生し、溶接継手衝撃値が40Jと低い。また、比較例
9〜13はミクロ組織が本発明の条件を満足していない
ため、母材衝撃特性(vE60)が40Jと低過ぎるか、
降伏比が92%以上と高過ぎる。尚、No.9及びN
o.13は、900〜830℃における圧下率が小さ過
ぎると共に、830℃未満の圧下率が大き過ぎ、粗大な
フェライト粒と微細なフェライト粒の混粒となってい
た。No.10とNo.11は900〜830℃におけ
る圧下率は適度であるが、830℃未満の圧下率が大き
過ぎ細粒となり過ぎており、またNo.12は900〜
830℃における圧下率と、830℃未満の圧下率が共
に小さ過ぎ、粗粒となっていた。
で、耐アンモニア応力腐食割れが発生しない低温用鋼板
を提供できるようになり、更に50kJ/cm以上の大
入熱溶接を行ってもHAZ靱性が良好な低温用鋼板を提
供でき、しかも88%以下の低い降伏比を有する低温用
鋼板の提供が可能となった。
り、(a)はフェライト粒界に層状に分散する層状パー
ライトを示し、また(b)により層状パーライトの層間
隔:hを示す。
C量の影響を示すグラフである。
と平均フェライト粒径及び層状パーライトの層間隔の関
係を示す図である。
を900〜830℃の圧下率と830℃未満の圧下率で
整理して示した図である。
である。
Claims (4)
- 【請求項1】 C含有量が0.06%(質量%、以下同
じ)以下であることを特徴とする耐アンモニア応力腐食
割れ性に優れた低温用鋼板。 - 【請求項2】 C含有量が0.06%以下であると共
に、 Ti:0.005〜0.020%、 N :0.002〜0.005% を含有することを特徴とする耐アンモニア応力腐食割れ
性および大入熱溶接における熱影響部の靱性に優れた低
温用鋼板。 - 【請求項3】 フェライトを主体し、フェライト粒界に
存在するパーライトが層状に分散された層状パーライト
組織を有する低温用鋼板であって、C含有量が0.06
%以下であり、 Ti:0.005〜0.020%、 N :0.002〜0.005% を含有すると共に、 上記フェライトの平均粒径が5〜15μmで、且つ層状
パーライトの層間隔が30μm以下であることを特徴と
する耐アンモニア応力腐食割れ性および大入熱溶接にお
ける熱影響部の靱性に優れた低降伏比型低温用鋼板。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の低温用
鋼板を用いた溶接部であって、硬さがHv280以下で
あることを特徴とする耐アンモニア応力腐食割れ性に優
れた溶接部。
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