JPS5896853A - 耐食性および機械加工性に優れた極低温用高Mn鋼 - Google Patents

耐食性および機械加工性に優れた極低温用高Mn鋼

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JPS5896853A
JPS5896853A JP18422281A JP18422281A JPS5896853A JP S5896853 A JPS5896853 A JP S5896853A JP 18422281 A JP18422281 A JP 18422281A JP 18422281 A JP18422281 A JP 18422281A JP S5896853 A JPS5896853 A JP S5896853A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に耐応力腐食割れ性などの耐食性および
穿孔性などの機械加工性にすぐれ、かつ溶接性および低
温靭性にもすぐれた極低温用高Mn鋼に関するものであ
る。
従来、例えば液体天然ガス、液体窒素、および液体ヘリ
ウムの貯蔵用タンクなど、−100〜−269℃程度の
極低温で使用される構造物には、9%Nl鋼や、JIS
−8US 304,316などのオーステナイトステン
・レス鋼、さらに^Mnオーステナイト非磁性鋼などが
使用されている。
しかし、上記9%Nl鋼は、液体窒素の温度である−1
96℃程度1で良好な靭性を示すばかりでなく、熱膨張
も小さく、かつ耐応力腐食割れ性も良好なものであるが
、高価な上に、溶接性に問題があるものである。
また、上記オーステナイトステンレス鋼は、液体ヘリウ
ムの温度である一269℃程度まで良好な靭性を保持し
、かつ溶接性にも特別問題がないものであるが、高価で
、熱膨張も大きく、かつタンクなどの設置場所によって
は海水などのCt−イオン含有の環境下にさらされる場
合があシ、この場合には応力腐食割れが発生し、さらに
強度が低い上に、切削性も悪く、しかも低温で塑性変形
すると変態して非磁性体となるなどの問題点をもつもの
である。
さらに、上記高Mnオーステナイト非磁性鋼においては
、溶接部が鋭敏化して応力腐食割れ感受性が高くなシ、
かつ溶接熱影響部の靭性が応力除去焼なまし後低下する
ようになシ、しかもMn原材料より混入した高含有量の
Pによって溶接時に高温割れが発生するなどの問題が生
ずるものである。
この発明は、上記の従来極低温用鋼のもつ問題点を解決
し、もって耐応力腐食割れ性などの耐食性、穿孔や切削
外どの機械加工性、溶接性、および低温靭性にすぐれ、
がっ熱膨張が小さく、非磁性体であり、しかも安価な極
低温用鋼を提供するもので、前記極低温用鋼を、重量%
で、C:0.20チ以下、 Si: 1.0%以下、 
Mn : 1 ’i’、o 〜30.0%。
P:0.020%以下、 Cr: 0.5〜5.0%、
 Cu: 0.5〜3.5%、 sot、Ag : 0
.01〜0.10%を含有し、さらに必要に応じてV:
1.0%以下、Nb:1.0%以下、Mo:2.0%以
下、およびN : 0.05〜0.25チのうちの1種
または2種以上を含有し、がっcr≦−3ox(%c)
2+” を満足し、残りがFeと不可避不純物からなる組成で構
成した点に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の極低温用高Mn鋼において、成分組
成を上記の通シに限定した理由を説明する。
(a)   C C成分にはオーステナイトを安定化して鋼の低温靭性お
よび強度を向上させる作用があシ、従来の高Mn非磁性
鋼には0.4%以上のCが含有されていた。しかしなが
ら0.20 %を越えて含有させると、溶接熱影響部に
炭化物が析出するようになって低温靭性が低下するよう
になると共に、応力腐食割れに対する鋭敏化が促進され
るようになシ、さらに穿孔および切削などの機械加工性
に劣化が見られるようになることから、その上限値を0
.20チと定めた。
(b)  5i Slには脱酸作用があるので不可欠の成分であるが、1
.0%を越えて含有させても脱酸作用は飽和することか
ら、その上限値を1.0%と定めた。
(c)  Mn Mn成分には、オーステナイトを安定にして低温靭性を
向上させる作用があるが、その含有量が1′7%未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方30%を越え
て含有させても前記作用により一層の改善効果が現われ
ず、逆にMn原材料中のPが鋼中に混入して鋼中のP含
有量が高くなシ、この結果溶接時に高温割れが発生する
ようになることから、その含有量を17.0〜30.0
%と定めた。
なお、液体窒素の温度である一196℃程度までの低温
域での適用に際してはMn:1’7〜25%の含有が好
ましく、また液体ヘリウムの温度である一269℃程度
1での極低温域での適用に際してはMn:25〜30%
の含有が好ましい。また、この発明の鋼において、Mn
:1’i’〜19%を含有した場合に、組織中にε−マ
ルテンサイトが認められるが、このε−マルテンサイト
はC含有量が02%以下である限シ低温靭性に何ら悪影
響を及ぼすものではない。
(a)  p 良好な熱間加工性を確保し、かつ溶接時の高温割れを防
止するためにはP含有量を0.04%以下にする必要が
あり、また溶接熱影響部における低温靭性の劣化を防止
するためにはP含有量を0802チ以下にする必要があ
るのであ2て、このような理由からPの上限値を0.0
20 %と定めた。
(e)  Cr Cr成分には、鋼に高強度を付与し、かつ低温靭性を向
上させるほか、鋼の溶接熱影響部にパーライト状炭化物
が生成するのを抑制し、靭性および透磁率の劣化を防止
する作用があるが、その含有量が0.5チ未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方5%を越えて含有さ
せると、溶接熱影響部にcr炭化物が析出して鋭敏化し
、海水などのCt−イオン含有の環境下で応力腐食割れ
が発生するようになることから、その含有量を0.5〜
5゜チと定めた。また、cr≦−50×(%c)+5は
、種々の鋼の溶接熱影響部における応力腐食割れ性を調
査した結果にもとづいて経験的に定めたものである。す
なわち、いずれもSi:0.4%、P:0.01%、 
Cu: 1.0%、l:o、03%を含有するが、C,
Cr、 およびMnの含有量をそれぞれ変化させた各種
の鋼板を用意し、これらの鋼板に0.2%C−0,4%
5i−20%Mn−2%crの組成を有する高Mnオー
ステナイト鋼の溶接材料を用いて手溶接を施した後、温
度:600℃に10時間保持の条件で応力除去焼なまし
処理を行ない、ついでこの結果形成された鋼板の溶接熱
影響部を中心に、厚さ:2mmX幅ニア朋×長さ:’i
’fJgの寸法を有する試験片を切シ出し、この試験片
をU状に曲げた状態で温度:50℃の人工海水中に72
0時間浸漬の応力腐食割れ性を評価するためのシングル
Uベンド試験を行ない、試験後の前記試験片における割
れ発生の有無を調べた。この結果を第1図に示した。第
1図に示されるようにC50,2%、  Cr≦5.0
%、およびCr≦−50×(%C)+5によって囲まれ
た領域においては応力腐食割れは全く発生していない。
(f)  Cu Cu成分には、高価なN1成分に比して鋼の低温靭性を
著しく向上させる作用があるが、その含有量が0.5%
未満では所望のすぐれた低温靭性を確保することができ
ず、一方3.5%を越えて含有させると、Niを2%以
上含有させた場合に見られると同様の結晶粒内型の応力
腐食割れが、特にCt−イオン含有の環境下での使用に
際して発生するようになると、とから、その含有量を0
.5〜3.5%に定めた。
(g)   sol、M M成分にはSiと同様に脱酸作用があるので不可欠な成
分であるが、その含有量がsoL、ARで0.01チ未
満では所望の脱酸をはかることができず、一方0.1%
を越えて含有させても脱酸効果は飽和することから、そ
の含有量を0,01〜0.10%と定めた。
(h)  N N成分には、溶接熱影響部および応力除去焼なまし後の
靭性低下がC成分に比して小さい状態で、C成分と同様
に鋼の強度と靭性を向上させる作用があるので、特にこ
れらの特性が要求される場合に必要に応じて含有される
が、その含有量が、0.05%未満では前記作用に所望
の改善効果が得られず、一方0.25%を越えて含有さ
せると、溶接熱影響部および応力除去焼なまし後の靭性
劣化が著しくなることから、その含有量を0,05〜0
.25チと定めた。
(i)  V INb *およびM。
これらの成分には鋼の強度を向上させる作用があるので
、高強度が要求される場合に必要に応じて含有されるが
、それぞれV : 1.0チ、Nb:1.0チ、および
MO: 2.0%を越えて含有させると靭性が低下する
ようになることから、それぞれの含有量を、■=1.O
%以下、 Nb: 1.0%以下、およびMo:2.O
チリ下と定めた。
なお、この発明の鋼においては、炭化物が析出したシ、
結晶粒が粗大化すると、すぐれた低温靭性と、高い0.
2%耐力を確保することができないので、鋼板製造に際
しては、鋼を1000〜1220℃に加熱して熱間圧延
を開始し、950〜700℃の温度で仕上げた後、 ■上記仕上温度から放冷、 ■上記仕上温度から500℃までを100秒以下の時間
で急冷、 ■上記熱間圧延後、900〜1050℃の温度で固溶化
処理、 以上の〜■のいずれかの処理を行なうことによって耐食
性を劣化させないで低温靭性と0.2%耐力を向上させ
るようKするのが望ましい。
上記鋼板製造条件において、鋼の加熱温度を1000〜
1220℃としたのは、1ooo℃未満の加熱では炭化
物が十分に固溶せず、靭性劣化の原因となシ、一方12
20℃を越えて加熱すると熱間加工性が劣化し、かつ結
晶粒が粗大になって靭性が劣化するようになるという理
由からであり、また、仕上温度を950〜7oo℃とし
た理由は、仕上温度が950℃を越えると結晶粒が粗大
化して強度および靭性が共に低下するようになり、一方
700℃未満の仕上温度では、強度上昇はあるものの、
炭化物が生成して靭性劣化が著しいものとなるからであ
る。さらに、仕上圧延後、通常は上記の処理の放冷だけ
で炭化物の析出および結晶粒の粗大化を阻止することが
できるが、特にCを0.15〜0.20 %含有する場
合には、上記■処理の500′C″!での温度範囲を1
00秒以下の時間で急冷することによって炭化物の析出
を抑制させることが望ましい。この場合、急冷終了温度
が500℃よシ高かったシ、500′Cまでの温度範囲
の冷却に100秒以上を要した場合には炭化物が析出し
て鋼板の靭性は劣化するようになる。
また、熱間圧延後、上記■の固溶化処理を施すことによ
っても、すぐれた低温靭性および0.2%耐力を確保す
ることができるが、この場合900℃未満の温度では炭
化物が固溶しないばかりか、再結晶も生じないので低温
靭性を向上させることができず、一方1050℃を越え
た温度では結晶粒が粗大化し、0.2%耐力が低下する
ようになるので、900〜1050℃の温度での固溶化
処理が望ましい。
つぎに、この発明の鋼を実施例によシ従来例と対比しな
がら説明する。
実施例 通常の電気炉または転炉を用い、さらに必要に応じてA
OD(アルゴン−酸素脱ガス)処理あるいはVAD(真
空脱ガス)処理を併用して、それぞれ第1表に示される
成分組成をもった鋼を溶製し、通常の造塊法または連続
鋳造法によpスラブまたはビレットとした後、同じく第
1表に示される製造条件にて板厚:ユ2朋を有する本発
明鋼1〜17および従来鋼1〜8をそれぞれ製造した。
なお、従来鋼1〜8は、いずれもすでに低温用として実
用に供されているものであり、第1表には本発明鋼と異
る成分含有量には※印を付した。
ついで、この結果得られた各種の鋼について、引張特性
およびシャルピー低温衝撃特性(VE−196)、並び
に応力除去焼なましく温度:600℃に5時間保持)後
のシャルピー低温衝撃特性(SR後のVE−196とい
う)をそれぞれ測定し、さらに第1図に示される結果を
得るのと同じ条件で、受入ま1の状態および前記と同一
条件での応力除去焼なましくSRという)状態の鋼につ
いてシングルUベンド試験を行ない、割れ発生の有無(
○印:割れなし、×印:割れあり、で耐応力腐食割れ性
を評価)を観察した。
これらの結果を第2表にまとめて示した。
第2表に示される結果から、本発明鋼1〜17は、いず
れも高強度および高靭性を有し、かつSR前およびSR
後の状態において、すぐれた低温靭性および耐応力腐食
割れ性を有するのに対して、従来鋼1〜8は、強度、低
温靭性、および耐応力腐食割れ性のうちの少なくとも1
つの特性が劣ったものになっていることが明らかである
また、上記本発明鋼3,6.および8.従来鋼lについ
て、溶接入熱量: 24 KJ/Cm、溶接材料:共金
系の条件でサブマージアーク溶接を行ない、溶着金属、
ボンド部、および熱影響部の溶接ままの状態および上記
同一条件によるSR後の低温衝撃特性(VE−1911
)を測定し、さらに溶接部に対して、溶接ままの状態、
およびSR状態で、同一条件によるシングルUペンド試
験を行なった。これらの結果を第3表に示した。
第3表に示されるように、本発明鋼においては、溶接部
においてもすぐれた低温靭性と耐応力腐食割れ性が確保
されるのに対して、従来鋼においては、これらの両特性
とも著しく劣ったものになっている。
なお、本発明鋼3は一196℃〜0℃で7×107℃の
きわめて低い熱膨張係数を示し、また本発明鋼8は、−
269℃において、0.2チ耐カニ 113.8 kg
f/myA、引張強さ: 156.7 kB /−、伸
び:4チ、絞り:34%を示し、良好な低温引張特性を
もつものである。
第    3    表 上述のように、この発明の鋼は、高強度と高靭性を有し
、かつ鋼目体は勿論のこと、溶接部においてもすぐれた
低温靭性と耐応力腐食割れ性を有し、しかも機械加工性
および溶接性にすぐれ、さらに熱膨張が小さく、非磁性
体で、安価でもあることから、液体窒素や液体ヘリウム
の貯蔵用タンクなどの極低温用として使用した場合に有
用な性能を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は鋼の成分組成とシングルUベンド試験結果との
関係図である。 出願人  住友金属工業株式会社 代理人  富  1) 和  夫

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  C: 0.20%以下、 Si: 1.0%
    以下、Mn:1 ’i’、o 〜30.0 %、 P 
    :0.020%以下、 に!r: 0.5〜5.0%、
     Cu: 0.5〜3.5 %、 5oL−Nl : 
    0.01〜0・10%を含有し、かつ Cr≦−30XiC) +5 を満足し、残シがFeと不可避不純物からなる組成(以
    上重量%)を有することを特徴とする耐食性および機械
    加工性に優れた極低温用高Mn鋼。
  2. (2)  C: 0.20%以下、Si:1.0%以下
    、Mn:1 ’7.0〜30.0%、P :0.020
    %以下、 Cr : 0.5〜5・0%、 Cu: 0
    .5〜3.5 %、 sot、7d1. : 0.01
    〜0.10 %を含有し、さらにV:ユ、oq6以下、
    Nb:1.0%以下、 Mo: 2.0%以下、および
    N : 0.05〜0.25%のうちの1種または2種
    以上を含有し、かつ Cr≦−3oX(IC)−)−5 を満足し、残シがFeと不可避不純物からなる組成(以
    上重量%)を有することを特徴とする耐食性および機械
    加工性に優れた極低温用高Mn鋼。
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