JPS59159969A - 高強度高靭性チエ−ン用鋼材 - Google Patents

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、引張強さが７５〜９５ｋｙｆ／−で、しか
も０℃における母材部及び溶接部のシャルピー衝撃吸収
エネルギー値がそれぞれ７ｋｑｆ−ｍ以上及び６ｋｑｆ
−ｍ以上の、高強度と高靭性とを兼ね備えたチェーン用
鋼材に関するものである。

近年、エネルギー事情の変化にともなって、新たなエネ
ルギー資源を開発しようとの動きが世界の各地で活発化
してきており、陸上での開発資源が涸渇するにつれ海底
油田に１で注目が集まるようになって、石油準則用のリ
グを用いた開発が、大陸だな付近を中心として南方から
北海に至るまでの広範囲地域で行われるようになってき
た。

そして、上記のような海底石油掘削用リグに代表される
海上構造物の増加にともない、これを繋留するのに用い
る大径チェーンの需要も増大の一途をたどってきており
、その上、石油掘削リグ等の海上構造物は最近に至って
益々犬型化する傾向を見せはじめてきたので、これらを
繋留するためのチェーンにも直径：６０〜１６０ｍｍと
いったより太いものが、しかも積載重量制限の面からそ
れ以上に大径化できないので、より晶強度のものが要求
されるようになってきた。

ところで、大径チェーンは、熱間圧延棒鋼を所定長さに
切断して円環状に成形後、端面全フラッシュバット溶接
して製造され、その後、熱処理を施すことによって所要
の機械的性質を得るのが普通であり、高強度・高靭性を
得るための手段としてはチェーンに成形した状態での焼
入れ焼戻し処理が最適であることは言うまでもないこと
である。

しかしながら、引張強さが７５〜９５　ｋｇｆ／−の高
強度を要求される上記リグ等の繋留用チェーンには、鋼
板等に比べて、 ■　直径が１６０聴という極めて太い丸棒材の中心部首
でをもマルテンサイト化しなければならないので、高い
焼入れ性を必要とする、■　上下面からの完全な冷却が
可能な＠相に比べて、チェーンでは十分な冷却が困難と
なり、所望の焼入れ組織を得難い、 等の問題があり、銅相の焼入れ性を高めるための合金成
分の含有量を高くせざるを得なかったのである。しかし
、炭素等の焼入れ性向上成分の含有量を冒めることは靭
性の劣化につながるものであり、しかも上述のようにチ
ェーンは棒鋼成形後にフラツンユバット溶接されるもの
であるが、年り入れ性向上成分の含有量が高いと溶接割
れを生ずる危険も多くなるという新たな問題を引き起す
思念があった。−舷、に、フラッシュバット溶接では溶
接金属が存在しないので水素による割れ発生の恐れは無
いが、それでもＣ当量が高くなると割れ発生の危険性を
回避することは極めて困難なことであった。

しかるに、最近では、北海海底油田など寒冷地における
石油掘削頻度が多くなり、このような地域では溶接部の
微細な割れでも脆性破壊の起点になりやすく、従って高
強度はもちろんのこと、母材部及び溶接部の０℃におけ
るシャルピー衝撃吸収エネルギーがそれぞれ７に４ｆ−
ｍ以上及び６に４ｆ−ｍ以上という高い靭性合有し、か
つ溶接割れ発生の無い安定した品質の大型掘削リグ撃留
用チェーンが渇望されていたのである。

もちろん、高強度チェーン用鋼材としてＪＩＳＧ３１０
５にＳＢＣ’７０なる記号で示されるものが知られてお
り、また各国船舶規格にも同様の鋼材が規定されている
が、これらの規格には、Ｃ２５ｉ、Ｍｎ、Ｐ及びＳの成
分量が示されているのみで％　ＮＩ　ＨＣｒ　Ｉ　Ｍｏ
　　及びＶの添加も示唆されてはいるがその具体的な添
加量や作用については何も示されておらず、これによっ
ても、直径が６０）１６０ｍで、かつ引張強さ＝７５〜
９５に７ｆ／−を有し、しかも寒冷地において満足な靭
性を発揮する大径チェーンを実現することはできなかっ
たのである。

本発明者等は、上述のような観点から、引張強さが７５
〜９５　ｋ、ｆ／−で、しかも０℃における母材部及び
溶接部の７ヤルビー衝撃吸収エネルギー値がそれぞれ７
に７ｆ−ｍ以上及び６ｋｙｆ−ｍ以上の面強度と高靭性
とを兼ね備えた大径チェーン用鋼材を提供すべく研究を
行った結果、靭性及び溶接性に有害なＣ含有量を必要最
小限に抑えた低Ｃ高地系鋼材に、焼入れ性を増大するこ
とのできるＣｒ及びＭｏの特定量を添加するとともに、
炭素当量（Ｃｅｑ、）を特定の範囲とし、かつＳ含有量
：　０．０１０％以下、Ｐ含有量：０．０２％以下と十
分に脱硫・脱燐した上、さらに特定量のＣａ又は希土類
元素全添加すれば、焼入れ性差びに靭性に極めて優れた
値を示すばかりでなく、延性も良好で、溶接部に割れを
ほとんど発生することのない高強度高靭性鋼材が得られ
ることを知見したのである。その上、このような銅相に
適当量のＶ、Ｔｉ、Ｎｂの１種以上を添加すれは、その
靭性値がさらに向上するこさをも見出した。

この発明は、上記知見に基いてなされたものであり、チ
ェーン用鋼材を、 Ｃ：　０．１０〜０．３０％（以下、Ｎ景係とする）、
Ｓｉ：０．１　０〜０．５　０　　％　、　　Ｍｎ　：
　１．０　０〜１．９　０　　％　。

Ｃｒ　：　０．５０〜１．５０％、　Ｍｏ　：　０．１
０〜０．５０％。

ｓｏｔ、Ａ７　　：　　０．０　１　０〜０．０　６　
０　　％　。

Ｐ　：　０．０２％以下、　　ｓ：ｏ、ｏ１％以下。

全含有するとともに、 Ｃａ：０．０１％以下、希土類元素：　０．１０％以下
。

の１移以上を含み、さらに必要により、ｖ　：　０．２
０％以下、　　Ｔｉ：０．２０％以下。

Ｎｂ：０．２０％以下。

の１種以上をも含み、かつ、式、 で表わされる炭素当量が０．６０〜０．８０％であり、
Ｆｅ及びその他の不可避不純物：残り、から成る成分組
成で構成することにより、引張り強さ＝７５〜９５　ｋ
ｒｆ／ｉ　、　０℃における母材及び溶接部の衝撃吸収
エネルギー：それぞれ７ｋｑｆ−ｍ以上及び６ｋｙｆ−
ｍ以上を実現したことに特徴を有するものである。

なお、この発明のチェーン用鋼材の調質処理は通常の焼
入れ焼戻しで十分であり、上記のよりなＳ含有量：０．
０１％以下でＣａ及び希土類元素の１種以上を含有する
鋼材では、焼入れ焼戻し処理によりフラッシュバット溶
接のフェライトバンド部靭性が十分に安定化するへで、
高い靭性値を得ることができるのである。加えて、この
ような鋼材では、焼準し処理を施した後に焼入れ焼戻し
を行うと、フラッシュバット溶接にて粗大化したフェラ
イトバンド部の結晶粒が徽細化され、溶接部靭性が一層
改善はれるので望ましい手段であるき言える。

また、チェーンは、通常、海水中にて使用されるために
暦食が問題となる場合もあるが、このよ　　ｊうなとき
には鋼材中にＣｕ及びＮｉの１種又は２種を添加するの
が効果的である。

つぎに、この発明のチェーン用鋼において、各成分元素
の添加量及び炭素箔量を前記のように限定した理由を説
明する。

（ａ）　　Ｃ Ｃ成分には、＠狗の焼入れ性を確保して強度及び靭性を
保持せしめる作用があるが、その含有量が０．１０％未
満では前記作用に所望の効果を得ることができず、一方
０．３０％を越えて含有させると靭性が劣化する上、溶
接部に割れを発生する確率が高くなることから、その含
有量を０．１０〜０．３０係と定めた。

（ｂ）　　５ｉ Ｓｉ成分は、鋼材の強度を確保する作用とともに脱酸剤
としての作用をも有するものであるが、その含有量が０
．１０％未満では脱酸作用に所望の効果が得られず、鋼
材中の非金属介在物増加を来たして靭性劣化を招くこと
となる。一方０．５０％を映えて含有させてもやはり靭
性劣化を引き起すこととなるので、゛その含有量を０．
１０−０：５０　％と定めた。

（Ｃ）　　ＭＴＩ Ｍｎは所望の焼入れ性確保に必須の成分であるが、その
含有量が１．００％未満では十分に満足し得る暁入れ性
を確保できず、一方１゜９０％を越えて含付させると鋼
材の靭性及び溶接性を劣化させることとなるので、その
含有量−を１．００〜１．９０多と定めた。

（ｄ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、鋼材の靭性をある程度改善するとともに
焼入れ性を増大させる作用があるが、その含有量が０．
５０％未満では大径チェーンに所望の焼入れ性を確保す
ることが困難となり、一方１．５０％を越えて含有させ
ても靭性改善の効果が少ない上、溶接性の劣化を来たす
ようになることから、その含有量を０．５０〜１．５０
チと定めた。

（ｅ）　　Ｍ。

ＭＯ酸成分、鋼材の靭性改善及び焼入れ性の確保に極め
て有効な元素であるが、その含有量が０．１０チ未満で
は前記効果を期待することができず、一方帆５０％を越
えて含有させると焼入れ性が過大になるだけで、コスト
の上昇を招くという不都合な結果がもたらされるので、
その含有量’ｉ０．１０〜０．５０％と定めた。

（ｆ）　　ｓｏｔ、Ａｔ ５ｏｔ、Ａｔ　成分には、脱酸作用とあわせて鋼材の結
晶粒度を調整する作用がある力よ、その含有量力ＳＯ，
０１％未満では十分な細粒化効果を得ること力；できな
いので靭性劣化の原因となり、一方０．０６％を越える
と鋼材中のアルミナ系非金属介在物〃ぶ増加してやはり
靭性劣化を引き起すこと力・ら、その含有量’１．ｏ、
ｏ　ｉ〜０．０６％と定めた。

（ｇ）Ｐ、及びＳ Ｐ及びＳは、いずれも鋼材製造上避けることのできない
不純物であるが、これらの含有量７５；それぞれ０．０
２％及び０．０１％を越えると鋼材の靭性全許容限以上
に劣化させることとなるので、Ｐ及びＳの含有量をそれ
ぞれ０．０２％以下及び０．０１受以下と定めた。

（ｈ）　　Ｃａ、及び希土類元素 これらの成分には、ｆ＠により清浄化するとともに非金
属介在物の形態を変え、鋼材溶接部の靭性全より向上す
る作用があるが、Ｃａ含有量が０．０１％を越えたり、
希土類元素の合計金有量が帆１０％を越えると、逆に靭
性の劣化を招くようになることから、Ｃａ含有量を０．
１０％以下、希土類元系含Ｗｆｔｆｆｉｏ、１ｏ％以下
とそれぞれ定めた。

（ｉ）Ｖ、Ｔｉ、及びＮｂ これらの成分はいずれも、鋼中で炭化物、炭窒化物或い
は窒化物を析出して銅材の結晶粒を微細化し、靭性を改
善する作用を有しているので、必要により１種以上の添
加がなされるものであるが、それぞれの含有量が０．２
０％を越えても前記作用により以上の効果が得られない
ばかりか、鋼材コストヲ上昇することとなるので、それ
ぞれの含有量を０．２０％以下と定めた。

（ｈ）　　炭素当量（Ｃｅｑ、） 鋼材の炭素当量が０．８０％を越えると、フラッシュバ
ット溶接部に割れを発生する確率が急激に増大して安定
したチェーンの製造が困難となり、一方０．６０％未満
の炭素当量では実質的に十分な焼入れ性を確保できなく
なって鋼材の強度及び靭性を劣化炙ることとなるので、
炭素邑量全０．６０〜０．８０％と定めた。

ついで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
より具体的に説明する。

実施例 まず、通常の大気溶解にて第１表に示される如き成分組
成の鋼を溶製した後、熱間圧延にて直径が１２０鞄の丸
棒鋼を得た。つぎに、これを切断後、熱間曲げ加工によ
ってチェーンに成形し１．フラッシュバット溶接を施し
て整板した。そして、溶接部のパリ取り金行ってから、
スタッドを装入し、ついで、 焼入れ：９００℃Ｘ　３．５　ｈｒ　　加熱後、水冷、
焼戻し：６００℃Ｘ　４．５　ｈｒ　加熱後、水冷、の
条件てで焼入れ焼戻し処理を施して、チェーンを製造し
た。

このようにして製造された各チェーンから、つぎに示す
試験片、 引張り試験片：Ｄ＝１４φ、ＧＬ＝５Ｄ。

衝撃試験片：ＪＩＳ４号シャルピー試験片。

を採取して、その機械的性質を調べた。

さらに、これきは別に、各チェーンについて溶接部割れ
発生率をも調査し、それらの結果を第２表に示した。

第２表に示される結果からも、本発明鋼材１〜１２は良
好な機械的性質並びに溶接性を示すのに対して、組成成
分量又は炭素当量（Ｃｅｑ−）が※印を付した点におい
て本発明範囲η）ら外れている比較鋼材１３〜１９は機
械的特性、或いは溶接性が劣っており、苛酷な条件下で
使用するチェーン用鋼材として不適当であるということ
がわかる。なお、比較鋼材１３は従来鋼である５ＡＥ１
３３０であるが、これでは焼入れ性が低くて十分な強度
を得られないことが明らかであり、炭素当量の高い比較
銅相１４は良好な機械的性質を示すけれども、溶接部の
割れ発生率が高くて実用に適さないことが明白である。

上述のよ２に、この発明によれば、極めて高い強度と、
優れた靭性とを兼ね備えるとともに、溶接性も良好な大
径チェーン用鋼材全コスト安く得ることができ、苛酷な
条件下での資源開発等に極めて有用な鋼材を提供できる
など、工業上有用々効果がもたらされるのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　Ｃ：　０．１０〜０．３０％。 Ｓｉ：　０．１０〜０．５０％。 Ｍｎ　：　１．００−１．９０％。 Ｃｒ：　０．５０〜１．５０％。 ＭＯ＝０．１０〜ｏ、５０％。 ｓｏｔ、Ａｊ　：　０．０１０〜０．０６０％。 Ｐ　：　６．ｏ　２％以下。 Ｓ　：　０．０１％以下。 全含有するとともに１ （：：ａ：　０．０１％以下。 希土類元素：　ｏ、ｌｏ％以下。 の１種以上をも含み、かつ、式。 で表わされる炭素当量が０．６０〜０．８０％であり、
   Ｆｅ及びその他の不可避不純物：残り、から成る成分組
   成（以上重量％）を有することを特徴とする高強度靭牲
   チェーン用鋼材。 ＋２１　　Ｃ：　０．１０〜０．３０％。 Ｓｌ　：　、０．１０〜０．５０％。 Ｍｎ　：　１．００〜１．９０％。 Ｃｒ　：　０．５０〜１．５０％。 Ｍｏ　：　０−１０−０．５０％。 ３０Ｚ、ＡＺ　：　０−０１０〜０．０６．０％。 ｐ　：　０．０２％以下。 ｓ　：　０．０１％以下。 を含有するとともに、 Ｃａ　＊　０．０１％以下。 希土類元素：　０．１０％以下。 の１種以上をも含み、かつ、式、 Ｖ　：　０．２０　％以下。 Ｔｉ：・０．２０％以下。 Ｎｂ：０．２０％以下。 ０１種以上をも含有し、かつ、式 Ｍｎｉ％）　　　Ｃｒ　（９ｂ）＋１ｖｉｏ’ｍ）＋Ｖ
   ＠ノＣｅｑ、（支））二〇（％）　十−＋５で表わされ
   る炭素当量が０゜６０−０．８０％であり、Ｆｅ及びそ
   の他の不可避不純物：残り、から成る成分組成（以上重
   量％）を有するこさを特徴とする高強度高靭性チェーン
   用鋼材。