JPS5943854A - 遠心力鋳造用高張力鋳鋼 - 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】 本発明は、遠心力鋳造用高張力鋳鋼、詳しくは、８０ｋ
（ｊ／−以上の引張強さ、並びにすぐれた溶接性と低温
靭性を有し、大径、厚肉管の遠心力鋳造に適した高張力
鋳鋼に関する。

鋼構造物の大型化、高性能化に伴い、近時これらに使用
される鋼管柱は、大径、厚肉化の傾向にあシ、かつ構造
材料として必要な溶接性の改善と併せ、−そうの高強度
化、高靭性化が要求されている。

鋼管は、継目なし鋼管、溶接鋼管（板巻管）、遠心力鋳
造管に大別されるが、製造面からみれば、継目なし鋼管
は大径管に適さず、また溶接鋼管は、大径管に適してい
るもの！、厚肉化とともに製造上の困難のほか、溶接部
の靭性劣化等の品質」二の問題が現れ、特に高強度材に
なるほど、これらの不具合が顕著になる。これに対し、
遠心力Ｗ−ｆ造法によれば、大径管、厚肉管を比較的容
易に精度良く製造することができるばかシか、利椙面で
の制約もほとんどなく、溶接性が良好で、利料強度の点
でも、圧延材と同等の性能をもつ鋼管を製造できる等の
特長がある。

従来、この種の遠心力鋳鋼管として、引張強さ５０〜６
ｏ＃／−クラスのもの１で実用化され、さらに８０ｋ（
ｊ／−の強度をもつ材料として、Ｎｉ−Ｃｒ−ＭＯ系お
よびこれにＢを微量添加した鋳鋼が開発されている（特
公昭５６−１５４６０号、同５６−１５４６１号）。こ
のＮｊ−−Ｃｒ−Ｍｏ系鋳鋼およびこれにＢを含有する
鋳鋼は、焼入れ・焼もどし処理によって８０ｋ（ｊ／−
以上の引張強さが与えられ、溶接性、および溶接部の衝
撃特性にもすぐれるものである。しかし、前者の材料は
、厚肉品での低温靭性に問題があり、一方後者の材料は
、Ｂの含有により厚肉品の焼入れ性にすぐれている反面
、遠心力鋳造条件（例えば、合金溶湯中のガス成分、凝
固速度等）や焼入れ条件により、その熱処理でクラック
が発生することがある等の問題を有する。

本発明は、」二元実情に鑑みてなされたものであり、８
０１４／−以」二の引張強さを有し、かつ低温靭性並び
に溶接性にすぐれた遠心力鋳造用高張力本発明に係る遠
心力鋳造用高張力鋳鋼は、Ｃ０１０７〜０．１５％（重
量％、以下同じ）、５ｊ−０，２〜０，５％、Ｍｎ０．
８〜１．５％、Ｐｏ、０２％以下、Ｓｏ、０２％以下、
Ｎ１２．５〜３．０％、Ｏｒｏ、２５〜０．７５％、Ｍ
ｏ　Ｏ，８５〜０．５５％、■００５〜０．１％、Ｃｕ
０．５％以下、ｓｏ工、Ａ１０．０１〜０．１％、Ｔｉ
０．００５〜０８０１５％、残部Ｆ’ｅオよび不純物か
らなり、また材質の改善を目的として」二記各元素のほ
かに、Ｃａ、ＴＪａ、−！だはＣｅから選らばれる１種
以上の元素を合計で０．１％以下含有する化学成分組成
を有する。

本発明高張力鋳鋼は、遠心力鋳造後、拡散処理についで
、焼入れ・焼もどし処理することにより、後記実施例に
も示されるように、１３０ｋｑ／−以」二の引張強さと
ともに、シャルピー衝撃吸収エネルギー約９　ｋｇ　・
７ｎ以上（ａｔ−４０°Ｃ）の低温靭性を有し、かつ良
好な溶接性を具備するものとなる。

むろん、本発明高張力鋳鋼は、大径、例えば外径６００
問以上の鋳造管、あるいは厚肉、例えば肉厚５０ｍｍ以
上のＷｊ造管においても、その熱処理過程でクラック発
生などの不具合を生じることがなく健全な厚肉、大径管
を容易に製造することができる。

以下、本発明高張力鋳鋼の成分限定理由を説明する。

Ｃ：０．０７〜０６１５％ Ｃは強度付与元素であり、所要の強度を得るために、少
くとも０．０７％を要するが、多量の含有は靭性の低下
を招くので、０．１５％を上限とする。

Ｓｉ−：０．２〜０．５％ Ｓｌは鋳造性を高め、また強度の向上をもたらす。良好
な遠心力鋳造性を確保するためには少くとも０．２％の
含有を要するが、多量の含有は低温靭性の低下を招くの
で、０．５％を」二限とする。

Ｍｎ　：　０．８〜１．５％ Ｍｎは強度を高める効果を有し、まだ鋳造性の改善にも
寄与する。その含有量は強度の点から０．８％以上であ
ることを要するが、多量の含有は、低温靭性の低下を招
くので、上限を１．５％とする。

Ｎｉ−：２．５〜３．０％ Ｎ１は靭性の改善に著効を有する元素である。

本発明では、焼入・焼もどし処理後において所要の衝撃
値を確保するために、少くとも２．５％以上の含有を要
する。しかし、３．０％をこえると、その効果も飽和し
、経済的に不利であるので、３．０％を上限とする。

Ｃｒ　：　０．２５〜０．７５％ Ｃｒは焼入性の向上に必要な元素であり、０２５％以上
を要するが、多量の含有は溶接性、靭性に悪影響を与え
るので、０．７５％を上限とする。

ＭＯ：０．３５〜０．５５％ Ｍｏは焼入れ性の向上および焼もどし後の靭性　　　　
　′改善に有効な元素であυ、前記Ｎｉ−およびＣｒと
の併用によりその効果は高められる。このＭＯの適正な
含有量はＮｉおよびＯｒの含イ］量との相関において規
定されるもので、前記のようにＮｊ−２，５〜３．０％
、Ｏｒ　０．２５〜０．７５％のもとでは、強度、靭性
および溶接性の点から、０．３５〜０．５５％が最適で
ある。下限を０．３５％とすることによリ、強度、靭性
が確保され、一方０．５５％を上限として溶接性の低下
が防止されるのである。

Ｖ：０．０５〜０．１％ ■は焼もどし時の強度上昇に有効な元素であり、かつ靭
性の改善にも寄与する。含有量が０．０５％に満たない
と、その効果が少く、一方０．１％をこえると、効果は
はｙ飽和する。よって、００５〜０．１％とする。

Ｃｕ：０．５％以下 Ｃｕは耐食性の改善のほか、強度および靭性の向上に寄
与する元素であるが、０．５％をこえると、効果ははソ
飽和するので、その含有量は０．５％以下とする。なお
、靭性改善効果の面から、好ましくは０．１〜０．５％
に規定される。

ｓＯ工、Ａｌ：０．Ｏ１〜０．１％ Ａ、１−はオーステナイト結晶粒の微細化、固溶Ｎの固
定作用により靭性を高める。このために、ＳＯ土、Ａｌ
（可溶性Ａｌ）としての含有量が０．０１％以上である
ことを要する。しかし、含有量が多くなると、窒化物（
ＡＩＮ　）の多量析出により脆化を引起す。このだめ、
本発明ではＳｏｌ　、　Ａｌ−の上限を０．１％に規定
する一方、下記Ｔ　ｌ＋を併用することにより、ＡＩＮ
の多量析出を阻止し、高靭性を確保する。

Ｔ：Ｌ：０．ＱＯ５〜Ｏ，ＯＬ５％ Ｔｊ−はＡｌに比し、Ｎとの親和力が強いので、Ｎと結
合することにより、上記ＡＩＮの多量析出を阻止すると
ともに、みずからはＴｉＮとして析出し、結晶粒を微細
化して靭性の向上に寄与する。

その含有量が０．００５％に満たないと上記効果が不足
し、一方０．０１５％をこえると、効果ははヌ′飽和し
、さらに増量すると脆化の傾向が生じる。

よって、０．００５〜０．０１１５％とする。

Ｃａ、Ｌａ、Ｃｅ　：０．１％以下 Ｃａ、ＬａおよびＣｅは、上記の必須元素とともに、必
要に応じて含有されるもので、いづれも脱酸作用のほか
、特に鋼中の不純物Ｓを固定・無害化して靭性の向上を
もたらす。これら元素は、いづれか１種または２種以上
を適宜選んで添加すればよいが、多量に添加すると、鋼
中の酸化物系介在物の生成量が増し、鋼の清浄度を悪く
するとともに、靭性の低下を引起すので、その含有量は
０．１％以下（２神以」二のときは、その合計量）、好
ましくは０，０１〜０，１％（合計量）とする。

Ｐ：０．０２％以丁、Ｓ：０．０２％以下Ｐ、Ｓはとも
に不純物であって、靭性を損わないために、それぞれ０
．０２％以下に規制されることが望ましい。

上記成分組成を有する本発明高張力鋳鋼は、遠心力鋳造
により所望の管径・肉厚を有する管体に鋳造されたのち
、拡散処理に付され、ついで焼入・焼もどし処理をうけ
る。拡散処理は好壕しくは１０００〜１１００°Ｃで行
なわれる。例えば１０５０°Ｃで２時間加熱後、空冷す
ればよい。焼入れ温度は例えば９１０°Ｃとし、焼もど
しは例えば６２０°Ｃで行えばよい。かくして得られる
鋳造管体は、大径・厚肉の場合でも、熱処理時にクラッ
クが生じることがなく、かつ高強度・高靭性を有すると
ともに溶接構造材として充分な溶接性を備える。

周知のように、合金鋼材は、製造法によって圧延材、鍛
造材、静置鋳造材、遠心力鋳造材等に分かれ、製造法が
異なる場合はもとより、同じ製造法であっても、例えば
肉厚による質量効果の差異等によシ、得られる性能が異
なってくる。このだめ、それぞれの製法等に応じて化学
成分組成や熱処理法が規定されるべきである。たとえば
、肉厚２０醋の圧延材と同一の化学成分組成、熱処理法
で肉厚１００朋の鍛造材を製造しても、同一の機械的性
能を保証することはできない。遠心力鋳造材を目的とす
る場合には、遠心力鋳造材に最適の化学成分組成、熱処
理法が与えられねばならない。

本発明の高張力’ｔｙｆｊＡの前記化学成分組成はかか
る観点から、その用途を遠心力ｖｆ造に限定し、かつ大
径管、厚肉管の鋳造をも考慮して規定されたものである
。そして、前記熱処理をうけることによシ最良の性能を
示すのである。

次に、本発明の実施例訃よび比較例として、第１図に引
張試験による引張強さおよび絞り、第２図にシャルピー
衝撃試験による衝撃吸゛収コニネルギ−（ａｔ−４０°
Ｃ）の各測定結果を示す。各図中、（ａ）は本発明材（
ＣＯ，１４％、Ｓｉ０．４４％、鹿１．２６％、Ｎｉ２
．６６％、Ｏｒｏ、４５％、ＭＯｏ、４８％、ｖｏ、ｏ
ｓ％、Ｃｕ０．８１％、ｓｏｌ、ＡＴ０．０５％、Ｔｊ
−０，０１％、残部Ｆｅおよび不純物Ｘ（ｂ）はＴ１お
よびＡ土を含まない従来材（ＣＯ，１４％、Ｓｉ０．４
７％、Ｍｎ１．３０％、Ｎｉ２．７８％、Ｃｒ０．４７
％、Ｍｏ０．４９％、ＣｕＯ，８Ｌ％、残部Ｆｅおよび
不純物）である。各供試材は、いづれも塩基性アーク炉
で溶製し、遠心力鋳造による鋳造により製造した管体（
外径８００ｍｍｘ肉厚１５０ｍｍ×長さ６ｍ）を１０５
０’ｃで拡散処理後、９１０°Ｃで焼入れ、６２０°Ｃ
で焼もどして各試験を行った。図中、（ａ）は本発明材
、（ｂ）は比較材である。

各図から明らかなように、本発明材は、強度、絞り、低
温靭性のいづれも従来材にくらべてすぐれている。とり
わけ、従来材は内・外部での性能変化が著しいのに対し
、本発明材では殆んど変化がなく均質性にすぐれること
がわかる。

更に他の実施例および比較例を第１表および第２表、並
びに第３図に示す。第１表は、供試材の化学成分組成お
よび鋳造体寸法を示す。供試塵１〜４は本発明材、同／
Ｆｌｌｉ、　１１〜■５は従来材である。

各供試材とも塩基性アーク炉で溶製し、遠心力鋳造した
ものである。第２表は、各供試材の熱処理条件と引張試
験並びにシャルピー衝撃試験（試験温度ニー１８°Ｃお
よび一４０°Ｃ）の各結果を示す。

第３図の溶接性試験は、本発明の供試材塵２について斜
めＹ形溶接割れ試験を行ったもので、図中、「・」は表
面クラック、「○」はセクションクラックの各割れ率（
％）を示す。

上記のように、本発明に規定される化学成分組成を有す
る鋳鋼は、拡散、焼入・焼もどしの熱処理をうけて、８
０ｋ（ｊ／−をこえる引張強さを示し、かつその衝撃吸
収エネルギーは一４０°Ｃにおいて約９ｋ（ｊ・ｍ以上
とすぐれた低温・靭性を有する。また溶接構造材として
実用に耐える良々ｒな溶接性をそなえている。従来、大
口径厚肉管の強度が高いもので、靭性が高く、しかも溶
接性の良い材料の製造は極めて困難とされているが、本
発明によれば、この両特性を充分満たすことがわかる。

その他、絞り等も従来材をしのぐレベルにある。

まだ、従来材のうち、届１５は熱処理（焼入れ・焼もど
し）時にクランクの発生をみたが、本発明材では、６０
（Ｈａをこえる大径、６０闘をこえる厚肉を有するにも
かかわらず、クラックの発生は全く認められなかった。

このように、本発明鋳鋼は、溶接構造用遠心力鋳鋼管材
料として、大径管、厚肉管を製造することができ、卓越
しだ強度、靭性および溶接性を保証するものであシ、例
えば海洋構造物、特にジヤツキアップリグのレグやプレ
ース材、あるいは鋼構造物の脚柱材などとして好適であ
り、丑だこれら各種鋼構造物の大型化、高性能化の要請
に充分応え得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は引張り試験結果を示すグラフ、第２図はシャル
ピー■撃試験結果を示すグラフ、第３図は溶接割れ試験
結果を示すグラフである。 代理人　弁理士　宮　崎　新へ部 第　１　図 Ｑｉ＊・らｏＡ）ｌａｉｌａ　　（ｍｍ）タト面乃＼ら
めＡ４ノドに巨＃（ｍｍ）第　３　図 ？Ｆｉ’Ａオｌ蔓　−°シ】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃ０，０７〜０，１５％、８１０２〜０．５
   ％、Ｍｎ　０．８〜１．５％、Ｐｏ、０２％以下、６０
   ．０２％以下、Ｎ＝２．５〜ａ、ｏ％、Ｃｒ　０１２５
   〜０．７５％、Ｍｏ　０．３５〜０．５５％、Ｖｏ、０
   ５〜Ｏ，Ｌ％、ＣｕＯ６５％以下、ｓｏｌ、ＡＩｏ、０
   １〜０．１％、′Ｐ１０．００５〜０．０１５％、残部
   Ｆｅおよび不純物からなる遠心力鋳造用高張力鋳鋼。
2. （２）　　Ｃ０，０７〜０．１５％、Ｓｉ０．２〜０．
   ５％、Ｍｎ　Ｏ，８〜１．５％、Ｐｏ、０２％以下、６
   ０．０２％以下、Ｎ１２．５〜３．０％、Ｏｒ　０．２
   ５〜０．７５％、ＭＯｏ、３５〜０．５５％、Ｖｏ、０
   ５〜０．１％、Ｃｕ０．５％以下、ｓｏｌ、　ＡＩ　Ｏ
   ，Ｏｌ〜０．１％、ＴｉＯ，００５〜０．０１５％、お
   よびＣａ、　Ｌａ、　Ｃｅから選らばれる１種以上の元
   素０．１％以下、残部Ｆｅおよび不純物からなる遠心力
   鋳造用高張力鋳鋼。