JPS61273277A - 耐応力腐蝕割れ性のすぐれた引張強さ９０Ｋｇｆ／ｍｍ↑２以上の高張力鋼の製造法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は強度と靭性にすぐれ、かつ、特に海水中での耐
応力腐蝕割れ性にすぐれた引張強さ９０に９ｆ／−以上
の高張力鋼の製造法に関するものである。

（従来の技術及び問題点） 近年海底資源開発や地質調査など深海に対する関心が強
まシ、この海底開発につながる深海用容器、潜水殻など
の耐圧構造物の開発、建造に意慾をもち溶接を含めた施
工技術の開発に力が注がれている。

潜水用容器などの海洋構造物は圧力によシ変形したり破
壊してはならないものであり、従りて安全性確保が最重
点項目であるが、一般に構造効率の高い球殻や楕円筒形
とする必要性から強度／重量比の高い材料即ち高強度で
靭性のすぐれた性能たとえば引張強さ９０ｋｇｆ／ｗ”
以上、−７０℃における２■Ｖノツチシヤルピ一試験値
７ｋ１７ｆｍ以上などが要求されておシ、さらＫこれら
高張力鋼が大気中と異なった雰囲気環境中で使用される
場合、特に応力腐蝕割れについて十分安全でなければな
らない。

このような安全で信頼性の高い材料と云う要求に応える
ために超高張力鋼として例えば特開昭５６−９３５８号
公報のようにＣ＋１／８Ｍｏ＋Ｖ）０．２６でＣｒ　り
０．８　ＭＯを満足するＮｉ　−Ｃｒ　−Ｍｏ−Ｖ系の
降伏応力１００　ｋｇｆ　／ｖｍ”以上の高強度高靭性
鋼、特開昭５７−１８８６５５号公報のように焼入処理
において広い冷却速度で高強度高靭性が得られるＮ　ｉ
　−Ｃｒ　−Ｍｏ　−Ｖ系の降伏応力１１０ｋｇｆ／■
２以上の超高張力鋼、さらに極低燐、極低硫処理した高
靭性の焼入、焼戻し型台Ｎｉ鋼の製造法など、多くの種
類の製造法が開発されている。

これらいずれの製造法も得られる鋼の靭性向上には効果
的である。しかしながら使用環境を考えた場合、例えば
海水中で応力腐蝕を考えた検討はなされておらず、使用
上十分安全であるとはいい難い。また母材部は高靭性の
故に低応力下における耐応力腐蝕割れ性を持ち得ても構
造上の応力集中部や、溶接継手部などは充分な耐応力腐
蝕割れ性を持たせることは極めて困難である。

（問題を解決するための手段） そこで本発明者らは種々検討を重ねた結果これらの高張
力鋼の表面に海水に対する耐応力腐蝕割れ性や耐食性の
大きな金属を接合せしめこれによって海水と云う腐蝕環
境から高張力鋼を遮断してしまうのが最も安全であると
云う結論に達し、この思想に基いて発明を行ったもので
ある。

即ち強度と靭性を有する鋼が海水と云う腐蝕環境からそ
の使用期間中十分に遮断されるだけの厚みで、且つその
製造中直接焼入れ焼戻しを行う際に圧延および水冷が支
障なく可能でしかも高張力鋼の特性を得るのに支障にな
らない範囲の厚みの耐応力腐蝕割れ性と耐食性を持つク
ラッド金属で鋼を被覆し、一方該鋼については限定した
厚みの上記クラッド金属被覆がある状態でも板厚中心迄
充分な特性を得るだけの化学成分を有し、さらＫ。

圧延後はクラッド金属が目標とする厚みの範囲内となシ
しかも全体としては本発明の目的とする高張力鋼の所定
の厚みになるように複合構成し、次いでその鋼片を熱間
圧延後水冷し後焼戻すことによシ耐応力腐蝕割れ性と耐
食性のすぐれた強靭高張力鋼を製造出来ると云う結論に
達した。即ち海水中での耐圧構造物としての構造用材料
として具備すべき高強度高靭性と云う特性を構造用鋼に
持たせ、一方耐応力腐蝕割れ性と耐食性をクラッド金属
に持たせることによシ構造用鋼としての特性と、・耐食
鋼としての特性を同時に合わせ持つ高張力鋼を得ること
を見出したものである。

（発明の構成・作用） 本発明は、以上の如き知見に基いてなされたものであっ
て、その要旨とするところは重量％でＣ０．０５〜０．
１５　’％、　ｓｔ　０．６（ｌ以下、Ｍｎ　Ｑ、６〜
１．５％、Ｎｉ５〜１２％、Ｍｏ　０．５〜１．５％、
を含み、更に必要に応じて（Ａ）　Ｃｕ　０．２〜１．
５％、Ｃｒ０．６０％以下、Ｎｂ０．００５〜０．０３
％、Ｖ　０．０２〜０．０７　％、Ｔｏｔａｌ　ｋｌ　
０．０８　％以下、Ｔｌ　０．００５〜０．０１％の１
種又は２種以上或いはＱ３）　Ｃａ　０．００３チ以下
の（４）（Ｂ）いずれか一方又は両方を含み、残部がＦ
ｅ及び不可避不純物から成る鋼と、その表面にクラッド
金属が圧延後の厚みが１．５　ｗｓｉ以下で且つ鋼とク
ラッド金属の厚みの比が１０以上になるように積石され
た複合鋼片を加熱圧廻し、圧延後直ちに鋼のＡｒ３点以
上の温度から水冷を行ない、３００？：以下の温度にな
ってから水冷を停止し、その後６００℃以下の温度で焼
戻すことを特徴とする耐応力腐蝕割れ性のすぐれた引張
強さ９０　ｋｌｌ　ｆ　／ｗ＋”以上の高張力鋼の製造
法にある。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず最初に本発明においてクラッド金属とは耐応力腐蝕
割れ性、耐腐食性のすぐれた各種金属を指すものでｈｚ
て鉄系では１８Ｃｒ−８Ｎｉ系（ＳＵ８３０４）、２５
Ｃｒ−２ＯＮｌ　（ＳＵＳ　３１０　）、低Ｃ１８Ｃｒ
　−１２Ｎ１−２．５　Ｍ。

（ＳＵＳ　３１６　Ｌ　）等のステンレス鋼、非鉄系で
は、１０　Ｎ１−９０Ｃｕ　（ＪＩＳ白銅一種）、３Ｏ
Ｎｉ−７０Ｃｕ　（ＪＩＳ白銅３種）、Ｎｉ系ではモネ
ル合金、Ｔ１系では純Ｔ１ヤＴＩ　−６Ａｔ−４Ｖ　（
ＡＳＴＭ　Ｇ　−５）等が挙げられ、これらの中で本発
明の対象鋼を構成するものとしてとシわけ適当々のは低
Ｃ−１８Ｃｒ−１２Ｎｉ−２，５Ｍｏ等のステア　Ｖス
鋼、３ＯＮｉ−７０Ｃｕキユプロニツケル、純Ｔ１等比
較的鉄鋼との積層複合が容易で且つ圧延も可能な金属類
であるが、特に本発明では限定はしない。なお本発明に
よシ製造された高張力鋼使用に際して溶接を行うよう表
場合に、は積層複合金属同志の溶接が容易であるものを
選択することが望ましい。

次に構造用鋼としての特性、即ち強度、靭性、溶接性等
の諸特性を有する鋼材としては、引張強さが９０〜１３
０ｋｇｆ／１ｍ２程度、靭性は一７０℃での衝撃値が７
〜１０ｋｌ／ｆｍ程度若しくはそれ以上のもの、また板
厚は厚いものでは２００■程度の極厚の材料が対象とな
る。したがってこのような特性を具備した鋼とするため
の化学組成は次のようなものでなければならない。

先ずＣは焼入性および強度を確保するために必要な元素
であるが０．０５％未満では圧延後水冷による焼入れを
行っても充分な焼入硬さを得る。ことが出来ず従って焼
戻抜本発明の目的とするような高張力鋼を得ることは出
来ない。

また、０．１５％を超えると靭性、溶接性が不良となシ
構造用鋼としての特性を得ることが出来ないのでＣは０
．０５〜０．１５９６とした。

Ｓｌは固溶硬化により強度上昇に寄与するが多量に添加
すると、特に高Ｎｉ含有高張力鋼の場合Ｐと共に焼戻脆
化を助長するので上限を０．６％に限定したが良好な範
囲は０．１０％以下である。

Ｍｎは靭性を大きく損わずに強度を上げるのに有効な元
素であり焼入性を確保する意味でも好ましいが０．６−
未満では本発明の目的とする鋼としての強度確保に困難
性を生じまた１、５％を超えると鋼塊の亀裂発生感度を
急激に上昇させ安定な製造が困難になるため０．６〜１
．５％に限定した。

Ｎｌは焼入処理によってマルテンサイト組織を得、焼戻
時に比較的迅速にオーステナイト中に拡散吸収され、残
留オーステナイトを衝撃応力に対して安定させる作用を
持つ。そのためには５％以上必要である。一方１２％超
過では焼戻時に変態した残留オーステナイトを不安定に
し靭性を劣化させ、また溶接熱影響部の硬さを上昇させ
靭性を劣化させる。従りて５〜１２％に限定した。

Ｍｅは強度を確保するため、また、Ｎ１含有鋼の焼　゛
戻脆化を防止するために必要である。０．５％未満では
目的とする強度が得られず、また１、５チ超では粗大な
炭化物を生成して靭性を劣化させる。従って０．５〜１
．５　％とした。

以上が基本的な元素であるが、さらに前記以外の元素と
して（Ａ）　Ｃｕ　、ｃｒ　、Ｎｂ　１ＶＩＡＡＩＴｉ
、の１種又は２種以上を鋼板の断面厚みに応じて構造用
鋼としての所定の強度、靭性と溶接性のバランスを確保
する目的で、或いはＱ３）Ｃａを溶接部の靭性向上や母
材の機械的性質の方向性を少くする目的で（Ａ）　、　
（Ｂ）いずれか一方又は両方を添加することが出来る。

先ず囚群の成分であるが、Ｃｕは靭性を劣化させずに強
度を上昇することに対して有効であるが、１．５％を超
える添加量になれば溶接部に熱間割れを出易くする。ま
た０、２％未満では上記強度上昇効果が殆んど期待出来
ない。

Ｃ’ｒは焼入性と強度を確保する上で０．６％以下の範
囲で有効であるが０．６％を超えると炭化物が異常に増
加し、靭性を劣化させる。最も好ましい範囲は０．２〜
０．５チである。

ＮｂおよびＶはいずれも圧延の際の未再結晶域の上限強
度を上昇させ圧延の細粒化効果域を拡大させるのと、戒
程度の焼入性を保持するのと、圧延後の直接焼入の場合
特に焼入後の焼戻しによりて析出硬化による強度上昇が
期待出来るがそれぞれ０．００５チ未満、０．０２％未
満ではこれらの効果が少く、一方それぞれ０．０３％超
、０．０７％超の添加では添加量に見合う程の効果が期
待出来ないのと溶接部の靭性を低下させるなどの悪影舎
も派生するので好ましくない。

Ａｔは脱酸の目的で使用するが添加する場合、Ｔｏｔａ
ｌ　Ａｔ量で０．ＯＳ＊を超えるとＡｔ２０．等の脱酸
生成物が伜の中に残留するから鉤の靭性を低下させる等
の悪影響を来す。しかしながら本発明の目的とする高強
度の鋼は真空溶解や真空脱ガス等の処理を行うことが多
いからＡｔ添加を行う場合でも少量添加で目的が得られ
、０．０３％以下でも充分有効である。

Ｔ１は溶接熱影響部の粗粒化防止を通して同部分の靭性
劣化防止に効果的であるが添加量が多いと反って溶接熱
影響部の靭性のみでなく母材の靭性迄劣化せしめるので
上限を０．０１％とし、一方、目的である靭性劣化防止
のための有効限界として０．００５チを下限とした。ま
た（Ｂ）の成分であるＣａは硫化物の形態制御を行い、
圧延方向に直角な方向の切欠靭性や溶接熱影響部の切欠
靭性を向上させるため添加されると有効であるが０．０
０３％を超えると内部欠陥の発生を招く場合があるので
これを上限とした。

このように本発明で構造用鋼の化学成分を特定したのけ
以下のべる工程によ多積層後加熱圧延を行りたのち水冷
を行い、しかるのち再加熱を行って焼戻しを行って前述
の諸物件を有するものにするためである。

即ち圧延に先立ち、前記クラッド金属および上記構造用
鋼を積層して、複合鋼片を構成せしめるものであるが、
積層の手段としては、たとえば鋳込みを利用し、鋼塊鋳
型内やＣＣ鋳片内において溶鋼を注入して積層する手段
、鋼片の段階で積層したのち周囲を溶接する手段、さら
には爆着法、或いはサブマージドアーク溶接やエレクト
ロガス、エレクトロスラグ溶接などの溶接手段を用いて
帯状電極による肉盛法など多くの手段がある。

いずれも本発明の目的を満足するものでｓｂ、選択する
クラッド金属の性質と複合積層する構造用鋼の化学成分
、さらには複合積層後の鋼片の寸法、厚み比、コスト等
を総合的に検討して決定すればよい。鋼片を構成するク
ラッド金属と構造用鋼との厚み比は圧延後その比がその
まま保持されるため所定の用途と目的に応じて予め最終
製品の厚みを考慮した厚み比を採用することが必要にな
るが圧延時およびそれに続く冷却の際に製造に支障を来
さない範囲の曲シ、反シにおさめるために構造用鋼とク
ラッド金属の厚み比が１０以上でなおかつクラッド金属
の厚みが圧延後１．５−以下と規定した。厚み比が１０
未満では鋼とクラッド金属の熱間変形抵抗の差が圧延形
状に大きく影響して曲シ、反シが激しくて圧延不可とな
る場合が多く、又圧延後のクラッド金属の厚みが１．５
　ｔｍを超えると冷却の際に表、裏の板熱量の差が冷却
の時間差となシ、また熱膨張係数の差が大きな熱応力と
なって著るしい曲シを生じる。

この場合複合鋼片としてはクラッド金属と構造用鋼を２
層に配置したものでも、中央層に構造用鋼を表裏層にク
ラッド金属を配置した３層のものでもよい。

このような複合鋼片の加熱、熱間圧延条件については特
に規定しないが、圧延後水冷を行う関係上水冷時の板厚
方向の冷却速度差に起因する板厚方向の強度差の是正の
ためや構造用鋼の靭性を向上するための組織の微細化の
目的から加熱温度は９５０〜１１００℃が望ましいが一
方耐食性金属の融点や熱間変形抵抗、熱間伸び性等を考
慮し加熱に続く熱間圧延の温度や圧下率配分等圧延仕上
シ迄の圧下スケジュールを検討して最終的に決定する必
要がある。

圧延後の水冷は構造用鋼がオーステナイト状態にある温
度即ちＡｒ５点以上の温度から行うが、この目的は水冷
後回加熱焼戻しを行って充分な強度と靭性を持つ焼戻し
マルテンサイト組織を得るために水冷後板厚方向全域に
亘って焼入れマルテンサイト組織になるようにするため
であ’ｊ）　Ａｒ３点未満に温度が低下すると変態後の
焼入組織が充分得られないからである。但しこの場合ク
ラッド金属に関してもその耐食性や耐応力腐蝕性に水冷
時の温度が依存する場合がちシフラッド金属の種類と使
用する腐蝕環境に応じた配慮が必要であるが構造用鋼と
クラッド金属のいずれの性質をも充分発揮せしめる温度
としては８５０〜９５０℃が好ましい。

水冷は鋼が常温近くの温度に達する迄連続して行うこと
が望ましいが構造用鋼とクラッド金属の熱膨張係数が異
なるため曲りを防止するため上下の水量密度や水冷時間
を意識的に変化させることが有効である。３００℃以下
になりてから水冷を停止するのは本発明に規定する化学
成分の鋼はマルテンサイト変態域が低くこれよシ高い温
度で水冷を停止した場合焼入組織が不完全になることが
あるためである。焼戻しは水冷を停止した後再加熱によ
シ行うが本発明で規定する化学成分を有する鋼のＡｃ１
点は５４０〜５７０℃にあシ、これらをやや超える温度
での焼戻しが強度−靭性バランス土量も良好であシロ０
０℃を超えると不安定オーステナイトの析出によυ靭性
が劣化する。従って焼戻温度は６００℃以下と限定した
。なお、特に規定しないが焼戻後に焼戻脆化防止の目的
で水冷を行ってもよい。

次に本発明の効果を実施例によシさらに具体的に説明す
る。

（実施例） 第１表に示す化学成分を有するＡ１−Ａ１５の鋼を表欄
外に示すように溶解圧延して複合鋼片用鋼板を製造した
。これらの内Ａ１３〜Ａ１５は本発明の規定する化学成
分を若干外れる成分含有量を示す鋼である。

一方第２表に示すクラッド金属を複合鋼片用として準備
した。その後第３表に示す複合鋼片として厚み比に応じ
た積層を行い圧延に供した。なお同表中試料Ａ２２−２
４は厚み比が本発明に規定する範囲を外れた場合の比較
例である。

積層手段としては真空室の中で電子ビーム溶接による四
周溶接を行う電子ビーム溶接法を用いたがクラッド金属
Ｂ−１、Ｂ−２についてはいずれも構造用鋼との直接溶
接は避は中子鋼片とカバー鋼板を使用した封じ込め溶接
を行い、加熱して滅厚圧延を行い、一旦冷却して中子お
よびカバー鋼片を取外した後改めて加熱、圧延を行った
。

圧延後第３表に併記する条件によシ直ちに水冷を行い後
再加熱焼戻炉で焼戻処理を行りた。なお同表において、
試料Ａ１６〜１８は熱処理条件が本発明に規定する範囲
を外れた場合の比較例である。

同表に見られるように本発明の条件を満足するＩ＆１〜
１５はいずれも形状も良好でア＃）６Ａの特性も良好で
あったのに対し本発明の条件を外れた比較例屋１６〜２
４はいずれも本発明の目的とする高張カーを商用鋼とし
て満足のゆくようＫｍｌ造することは出来なかりた。

（発明の効果）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で Ｃ０．０５〜０．１５％、 Ｓｉ０．６０％以下、 Ｍｎ０．６〜１．５％、 Ｎｉ５〜１２％、 Ｍｏ０．５〜１．５％ を含み、更に必要に応じて（Ａ）Ｃｕ０．２〜１．５％
   、Ｃｒ０．６０％以下、Ｎｂ０．００５〜０．０３％、
   Ｖ０．０２〜０．０７％、ＴｏｔａｌＡｌ０．０８％以
   下、Ｔｉ０．００５〜０．０１％の１種又は２種以上或
   いは（Ｂ）Ｃａ０．００３０％以下の（Ａ）、（Ｂ）い
   ずれか一方又は両方を含み、残部がＦｅ及び不可避不純
   物からなる鋼と、その表面に圧延後のクラッド金属の厚
   みが１．５ｍｍ以下で且つ鋼とクラッド金属の厚みの比
   が１０以上になるように積層された複合鋼片を加熱圧延
   し、圧延後直ちに鋼のＡｒ＿３点以上の温度から水冷を
   行い、３００℃以下の温度になってから水冷を停止し、
   その後６００℃以下の温度で焼戻すことを特徴とする耐
   応力腐蝕割れ性のすぐれた引張強さ９０ｋｇｆ／ｍｍ＾
   ２以上の高張力鋼の製造法。