JPS60103118A - 低温靭性の優れた棒鋼の製造方法 - 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、特に−１　２　０　℃以下という極低温環
境においても高強度と良好な靭性とを発揮する棒鋼の製
造方法に関するものである１。

く産業上の利用分野〉 近年，寒冷地や極地の鉄筋コノクリ−１・構造物。

鉄筋コンクリート製の冷凍庫、更にはＬＮＧやＬＰＧを
始めとする液化ガス用タノク等，圓温猿境において使用
される鉄筋コンクリート用棒鋼の需要が益々増加する傾
向を見せてきている。

く従来技術〉 従来，このようなｇｔ境下で使用される低温用鉄筋とし
て９％Ｎｉ鋼や高Ｍｎオーステナイト鋼が開発さわてい
るが，これらはいずれも高価な合金元素を多計に含むた
め．極めて限られた用途にしか使用され得ないものであ
った。

一方，一般措造物等ではＪＩＳ　Ｇ　３１１２に定める
鉄筋（ｕｌｌち、降伏強１０：　：　４　２　〜４　３
Ｋｆｆ／ｎｉ程度のもので，１１００〜１２５０℃に加
熱後．仕上融度：１０００〜９　０　Ｕ　’Ｃ程度の熱
間圧延で製造されるもの）が使用されているが，これら
は常温或いはそれ以上の温度で使用される場合を想定し
たものであるため、上Ｈ１［のような低温、特に−１０
０℃以下の極低温にさらされる場合には靭性面で不安を
来たすものであった。

そこで、最近になって，上記のような一６０℃以下にな
るＬＰＧタンクや，−１００℃以下にも達するエチレン
或いはＬＮＧタンク等の極低温にさらされても所定の高
強度と高靭性を発揮する棒鋼の開発が競われるようにな
ってきたが、未だ満足し得る極低温特性を備えた棒鋼は
得られていないのが現状であった。

く発明の目的〉 本発明者等は．上述のような観点から．今後益々要望が
強くなると見られる、−１２０℃を下回るような極低温
環境における使用の際でも十分に満足できる高強度及び
高靭性を発揮する棒鋼を、高価な合金元素の多い一添加
を行うことなしに実現すべく研究を行った結果、以下（
ａ）〜（ｃ）に示す如き知見を得るに至ったのである、
、 く知見事項〉 （ａ）　特にＣ含有１ｆｔ’ｅＯ．０　２　〜０．１　
０　％　（以下。

成分割合を示すチは重１ｉ％とする）に調整した低炭素
鋼に特定計のＭｎ　、　Ｍｏ及ひＨｂを添加含有せしめ
るとともに．これに低温加熱、低温仕上温度の熱間圧１
ｉＬを施すと、圧延のままで、平均粒径：１０μｍ以下
。

ペイナイトの体積百分率：１０〜３０％−、１−＋ノｌ
／＋４％＋Ｊｎ々ｒジΔ釦太Ｑｈ−＾ｒｌｍｒ−、→１
１強度及び低温靭性の極めて良好な鋼材を実現できるこ
と，。

（ｂ）　更に、このようにして得られた鋼材に特定温度
の焼戻し処理音節すと，降伏強度が改善されて５〜１　
０ｋｆ／ｍ＋ｒ？　程度の強度上昇を見るとともに．低
温靭性か一段と向上すること．。

（ｃ）　即ち．鋼のｆヒ学欣分と圧延条件とを厳密に管
理し．更に必懺によジ特定温度での焼戻し処理を組合せ
ると、ｊＥ米では得られなかったような浸れた圓温性能
ケ具備した棒鋼を低コストで製造できること。

く発明の構成〉 この発明は，上記知見に基づいてなされたものであり５ ｃ　：　０．０　２〜０．１０％、 ｓｌ：　０．５％以Ｆ。

Ｍｎ：　１．１　０　〜２．５　０％、Ｍｏ：　０．１
　５〜０．５０％。

Ｎｂ：　０．０　１　０〜０．１　０　０％。

Ａｌ：　ｏ．ｏ、１０〜０．０　５　０％を′含有する
とともに、必要により、更にＣｕ：　ｔｌ、０５〜０．
３０％。

Ｎｉ：　０−０５〜１．２０％、 Ｃｒ：　０．０５〜１．２０％。

’Ｉｉ：Ｕ、Ｃ１ｌ〜０．０５％。

Ｂ　：　０．０００５〜０．００３０チのうちの１種以
上をも含み。

Ｆｅ及び不可避的不純物：残り、 から成る成分組成の銅片を、最高１０００℃までの温度
に加熱した後。

仕上温度−８５０℃以下。

８８０℃以下の温度域での累積圧下率：６０チ以上 の熱間圧延を施し１次いで室温まで空冷するか。

或いは必似により史に５００〜７００℃にて焼戻すこと
によって、衝撃破面遷移温度が一１２０℃以下という低
温特性の極めて優れた棒鋼を製造する点に特徴を有する
ものでおる。

次いで、この発明の棒鋼の製造方法において。

鋼の成分組成割合及び圧延＠熱処理条件な上記のＡ、鋼
の成分組成 ａ）　Ｃ Ｃ成分は棒鋼に７９ｒ定の強度を付与するために含有さ
せるものであるが、その含有針が０．０２％未満では所
望の強度が得られず、一方０．１０％を越えて含有させ
ると棒鋼組織中にパーライト組織が混入するようになっ
て靭性の劣化を来たすことから、Ｃ含有針を０．０２〜
０．１０チと定めた９、ｂ）　５ｉ Ｓｉ成分は鋼のｌｌＧ［に有効な元素であり１通常。

０．１５〜０．３５％の添加がなされるものである。

しかしながら、脱酸をＡＩで行う場合にはＳｉ添加は必
ずしも必要でなく、シかも０．５％金越えて含有させる
と熱間加＝［性に悪影響がでてくるようになる。このよ
うなことから、Ｓｉ含有針を０．５％以下と定めた１、 Ｃ）　Ｍｎ Ｍｎ成分は、＠の脱硫に必要な元素であシ、且つ鋼の素
地に固溶して鋼材強度を向上するとともに。

鋼材に所定の焼入れ性を賦与する作用をも治している。

そして１本発明の圧延采件下でフェライトとベイナイト
との微細な混合組織を生せしめて鋼に所定の強度と低温
特性を賦与するには、１．１０−以上のＭｎ含有針とす
る必要があり、一方２．５０％に越えて含有させると偏
析が著しくなって靭性及び溶接性が劣化するようになる
ことから、　Ｍｎ含有１を１．１０〜２．５０％と定め
た。

ｄ）　ＭＯ ＭＯ酸成分、鋼の靭性を損うことなく強度を賦与するの
に極めて有効な元素である。また１本発明の方法の場合
には、鋼の焼入れ性を調整して、圧延のままでフェライ
トとベイナイトの微細混合組織を得るために欠かせない
元素でもおる。そして。

ＭＯ含有驚が０．１５％未満では上記の効果が十分に発
揮されず、一方０．５０％を越えて含有させても上記効
果が飽和してしまうことから、　Ｍｏ官有駄を０．１５
〜０．５０％と定めた。

ｅ）Ｎｂ Ｎｂ成分は１本発明をなすにあたって見出されたフェラ
イトとベイナイトの微細混合組織を得るために不司欠な
元素であシ、その含有針が０．０１０チ未ｉ＋：１′６
ではｔｃ、　ｉｔ、を前の鋼片加熱段階（１０００’Ｃ
以下での加熱段階〕でのオーステナイト粒の粗大化を防
止することが困翻りとなって、結局はフェライトとベイ
ナイトの微細混合組織を安定して得ることができなくな
る。一方、０．１００％を越えて含有させてもオーステ
ナイト粒粗大化抑制効果が飽和してしまい、鋼材のコス
ト上昇を招くだけとなることから　Ｈｂｌ有Ｍ’ｋ　（
１，０１０−０，１００％と定めた４゜ ｆ）　Ａｌ Ａｌ成分には、鋼の脱酸作用のほかに圧帆前の鋼片〃１
１１段階でのオーステナイト粒の粗大化を防止するとい
う、前述したＮｂと同様の効果がある３、そして、　Ａ
Ａ含有級が０．０１０％未満では上記効果が十分に発揮
されず、一方０．０５０％を越えて含有させると鋼の熱
ｉｈＪ加工性が劣化することから、　Ａ／含有惜を０．
０１０〜０．０５０％と定めた。

ｇ）　Ｃｕ Ｃｕ成分は、鋼の靭性にほとんど悪影響を及ｔコすこと
なく強度を上昇させる作用を崩しているので。

鋼材強度をより向上する必委のある場合に含有せしめら
れるものであるが、その含有歓が０．（、）　５４未満
では前記作用に所望の効ψ：が得られず、他方０．３０
％を越えて含有させると鋼の熱間加工性を害するように
なることから、Ｃｕ含有鯵を０．０５〜０．３０％と定
めた。

ｈ）　Ｎｉ Ｎｉ成分は、特に鉋の低温靭性改善に有効な元素である
ので、低温靭性の更なる向上を必佼とする場合にその効
果が顕著となる０、０５％以上添加含有せしめられるも
のであるが、１．２０％を越えて含有させると鋼材コス
トが上昇する上に、製造上。

白点などの水素性欠陥を発生する率が増加するようにな
ることから、Ｎｉ含有肝を０．０５〜弓、２０％と定め
た。

ｉ）　Ｃｒ Ｃｒ成分には鋼の強度を上昇させる作用があるので、よ
り高い強度を必要とする場合に含有せしめらノするもの
でおるが、その含有しが０．０５％未満では前記作用に
７５＋望の効果金得ることができず。

一方１．２０％金越えて含有させると冷間加工性の劣化
を招くことから、　Ｃｒ含有耽を０，０５〜１，２０チ
と定めた。３ ｊ）　Ｔｉ Ｔｉ成分には、Ｎｂ−？Ａ７＋と同様にオーステプ−イ
ト結晶粒を微細化する作用があり、フェライトとベイナ
イトの微細混合組織を得るために有効な元素で、ｌｉ）
るので必要により含有せしめられるものであるが、その
含廂縫が０．０１％朱酒では前８＋ｊ作用にｒ３ｉ望の
効果を得ることができず、一方０．０５％を越えて含有
させると鋼中に存在するＴｉ炭窒化物が粗大ｆヒすると
ともに、そのＴｉ炭窒ｆヒ物の数も増加するため熱間加
工性の劣化を引き起すようになる。

従って、Ｔｉ含有計を０．０１〜０．０５％と定めた。

ｋ）　Ｂ Ｂ成分には、微馴添加で鋼の焼入れ性を向上する作用が
おるので、鋼材強度の更なる上ゲトを図る心安がおる場
合に添加も有せしめられるものであるが、その含有ｂｊ
が０．０００５襲未満では前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方０．００３　（１９［ｉを越えて含有きせる
と熱間加工性の９５１ヒを来たすことがら　Ｂ＠有ｋを
０．０００５〜０．００３０襲と定めた。

Ｂ、圧延、熱処理条部 ａ）圧延前加熱温度 圧延前加熱温度が１０００℃を越えると１本発明方法に
おいて規定された化学成分含有する銅を用いたとしても
加熱時のオーステナイト粒が粗大ｒヒしてし１い、圧延
のままではフェライトとベイナイトの微細混合組織を得
られなくなってしまう。

従って、所望の低温靭性が達成できなくなるので、圧延
前加熱温度は、１０００℃を上限とすることが不可欠で
ある。一方、加熱温度をより低くしても低温特性には悪
影響がないか、低くしすぎると銅片圧延時にロールにか
かる負荷が過大となって生産性ｒ劣化することから、目
安としては９００−１０００℃の加熱が適当といえる。

ｂ）圧延温度、及び圧下率 鋼にｒ９Ｔ定の強度と靭性を賦与するためには、秩シ１
ｉｊ４　ｌＩ−延、特に８８０℃以下のｈ情度域で圧下
による変形とｑｉＳ結晶を縁り返してオーステナイト粒
を細かくすることが兵曹である。。

その除に、８８０℃以下での累積臣下率が６０φ；１３
渦では所望の微細化を実現できず、従って。

８８０℃以下の温度域での累Ｍ圧下率を６０頭以−ヒと
定めだ。

Ｃ）仕上温度 ８５０　’Ｃを越える温度で仕上圧延を行うと、　ＰＩ
ｒ望の細粒組織全実現することができず、目的とする高
靭性の鋼材が得られないことから、仕上温度全８５０℃
以下と定めた。

′、チお、仕上温度が低すぎると１本発明方法において
規定された化学成分ｋｉする鋼ではオーステブーイトの
未再結゛晶域圧延となって、集合組織の発達による機械
的性質の異方性を生ずるようになることから、仕上温度
は８５０〜７５０℃程度にすることが望ましい１、 そして、」二連のような熱聞圧延条白：のもとて本発明
対象成分鋼を１−１〕ルすれば、圧延の１までフエライ
トとベイナイトの微細混合組織が得られるのである。

ｄ）焼戻し温度 本発明方法で規定した成分組成を有し１本発明の圧延条
件で製造した棒鋼は、圧延のままでもフェライトとベイ
ナイトの微細な混合組織となるものであるが、更に必敬
に応じて、その後５００〜７００℃の範囲内で焼戻し処
理を行えば、降伏応力がより上昇し、且つ靭性の一層の
向上が実現される。

この場合、焼戻し温度が５００℃未洒であると前記の効
果が十分に発揮できず、一方、　’ｊ；Ｊ’Ａ戻し温度
が７００℃を越えると焼戻し中にフェライト及びベイナ
イトが再結晶を起して微細組織が崩れ。

靭性の劣化を招くことになるので、焼戻し温度を５００
〜７００℃と定めた。

〈実施例〉 次いで、この発明を実施例によシ比較例と対比しながら
説明する。

実施例１ まず１通常の溶解法によシ、それぞれ第１表に示される
成分組成の鋼ＡγＷｋ済製した後、各々１６０語角の鋼
片とし、圧延素材とした。

次に、この鋼片ｔ９５０℃に加熱し、８８０’Ｃ以下で
の累積圧下率が９０％で、仕上温度が８ｏ。

℃の熱間圧延を施して、直径が２５　ｍｒの丸棒とした
１、 そして、仕上圧延後、該丸棒材ケ常温まで放冷した。

このようにしで得られた圧延のままの各丸棒について、
ばクロ組織１β１察、引張試験、及び衝撃試験全行った
。

なお、ばクロ組織観察においては、圧延のまま材のフェ
ライト、ベイナイト及びパーライトを判別するとともに
、その粒径盆も測定した。

引張り試験では、平行部＝１４熱φのＪＩＳ４号試験片
を圧延材から削り出し、０．５％全伸ひに対する降伏強
さ、引張強さ、伸ひ（標点距離＝５０助で８１゛其）及
び絞シを測定した。

衝撃試験は、ＪＩＳ４号（２ｗｌｂＶノツチ）シャルピ
ー試験片音用いて実施し、−ｘｚｏ′ｃにおける吸収エ
ネルギー（ＶＢ、□０」と衝撃破面遷移温度（脆性−延
性破面遣移ｒ７Ａ度）ＬｖＴｒｓ）で低温靭性を評価し
た。

得ら！１．だ結果を第２表に示した。

第２表に示される結果からも明らかなように。

本発明方法の条件をｉ￥４だす成分組成（鋼Ａ〜Ｐ）全
有し１本発りｊ方法の条鮭全満足する手段にて製造され
た棒鋼は、いずれも粒径が１０μｍ以下の微細なしフェ
ライト＋ベイナイ！・〕の混合ｌｆ、ｌｌ＆ｔ’ａ：呈
し、附伏強さが４０Ｋｆｉ／ｍｒｒ１以上で、且ＺＩ　
ＶＥ−□２゜が３０Ｋｙｆ−ｍに近い値を示しており１
強度と靭性が極めて優れｔいることがわかる。また、ｖ
’］、’ｒｓも、いずれも−１２０℃より低く、−１０
０℃の温度でも脆性破に’Ｅ生じないことか明らかであ
る。。

これに対して１本発明方法における圧延条目二を満たし
ていても、ｆｂ、分組成が本発明の条件を満足しないＳ
銅（銅Ｑ−Ｗを適用したもの）は　ＷＥ−□２゜つてい
て、−１２０Ｔ：において脆性破壊を生じて靭性不良で
あることがわかシ、−また。降伏強さについても４０〜
ｆ／ｍｎ？未満のものがおり１強度的にも不安定である
ことが明らかである１゜実施例２ 第１表に示した鋼Ａの１６０ＩｌＩｌ角鋼片を用いて。

圧延条件を種々変化させて直径：２５！ＩＩｉの丸棒を
製造した。

仕上圧延後は、該丸棒材全常温まで放冷した。

得られた丸棒について、実施例１と同じ要領でばクロ組
織１強匠及び靭性の調査全行す、その結果全第３表に示
す３゜ 第３表に示される結束からも１本発明方法で規定した成
分組成の調音使用しても、圧延条件が本発明方法の範囲
から外れた手段では１節回又は靭性、或いはそのいずれ
もが劣化し、降伏強さが４０．０Ｋｆｆ　／ｍｒｒ？　
ｋ越えた値、ｖＴｒｓ　が−１２０℃よシも低い温度と
いう目標値を満たさないことが明らかである。

ψ辿ふ１つ 第１表に示した鋼Ａ及びＬの１６０１ｇ１角鋼片を用い
て。

鋼片加熱温度＝９５０℃。

８８０℃以下での累積圧下率＝９０％。

仕上＠朕：８００℃ の条件で熱間圧帆し、直径：２５Ｂの丸棒を製造後、第
４表に示されるように４８０〜７２０℃に１時間保持後
大気放冷するという焼戻し処理ｒ施した１゜ 得られた丸棒について、実施例１と同じ曹領でばクロ組
織１強度及び靭性１に調べ、その結果（＋−第４表に併
せて示した。

第４表に示される結束からは次のことがわかる。

即ち、焼戻し温度が４８０℃では、ＦＥ延の１ま材と比
べて降伏強さもＶＴｒｓ　も殆んど変ｆヒぜず、焼戻し
の効果が認められない。

しかし、５００〜７００℃の焼戻し温度域では。

降伏強さの増加が著しく、同時にｖ’ｌ’ｒａ　も太１
畠な低下を示している。つまシ１本発明の装作を満たす
処理によって、丸棒の強度及び靭性のいずれもが著しく
向上することが明らかである。

とごろが、７００℃を越える焼戻しを行うと。

ミクＵ組織が粗大比して強度低下が引き起されるととも
に、靭性も劣化してしまうことも明白である３、 く総括的な効果〉 上述のように０本発ゆｊによれば、高価な合金元累奮多
針に爾加したり、格別に繁雑な手段を講することなく、
鋼の化学成分や圧延方法を調整するのみで、−１２０℃
を下回るような極低温場境においても十分に４１を足で
きる高強度及び高靭性を有する俸鋼がコスト安く製造で
きるなど、産業上有用な効厳かもたらされるのである。

出願人　住友金編工業株式会社 代理人　富　１）　和　夫ほか１名 第１頁の続き ０発　明　者　鎌　１）　芳　彦　尼崎市西長洲本逼央
技術研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋ｌ）　Ｃ：　０．０２〜０．１０％。 Ｓｔ：　０．５％以下。 Ｍｎ：　１．１０〜２．５０％。 Ｍｏ：　０．１５〜０．５０％。 Ｎｂ：　０．０１０〜０．１００チ。 Ａ／：　０．０１０〜０．０５０％ を含有するとともに、必費により、更にＣｕ：　０．０
   ５〜０．３０％。 Ｎｉ：　ｏ−ｏ　５〜１．２０％。 Ｃｒ：　０．０５〜１．２０％。 Ｔｔ：　ｏ、ｏ　１〜ｏ、ｏ　ｓ　ｓ　。 Ｂ　：　０．０００５〜０．００３０％Ｆｅ及び不可避
   的不純物：残９゜ から成る成分組成（以上１重１％）の鋼片を、最高１０
   ００℃までの温度に加熱した後。 仕上温度二８５０℃以下。 ８８０℃以下の温度域での累積圧下率＝６０−以上 の熱間圧延を施し、次いで室温まで空冷することを特徴
   とする。低温ｆＩ性の優れた棒鋼の製造方法。 （２１Ｃ：　ｏ、ｕ　２〜（１，１０％。 ｓｉ：　０．５％以下。 Ｍｎ：　１．１０〜２．５０％。 Ｍ、０：　０−１５〜０．５０％。 Ｎｂ：　０．０１０〜ｏ、ｉ　ｏ　ｏ％。 Ａｌ：　０．０１０〜０．０５０％ を含有するとともに、必飲により、更にＣｕ：　０．０
   ５〜０．３０％。 Ｎｉ：　０．６５〜１．２０％。 Ｃｒ二０．０５〜１．２０％。 Ｔｉ：　０．０１〜０．０５％。 Ｂ　：　０．０００５〜０．００３０％のうちの１種以
   上をも含み、 Ｆｅ及び不可避的不純物：残り、 から成る成分組成（以上１重−°％）の鋼片を、最高１
   ０００℃までの温度に加熱した後、仕上温度二８５０℃
   以下。 ８８０℃以下の温度域での累積圧下率二６０％以上 の熱間圧延を施し、次いで室温゛まで空冷してから。 更に５００〜７００　’Ｃにて焼戻すことを特徴とする
   。低温靭性の優れた棒鋼の製造方法、。